JP7758264B2 - Ventricular Far-Field Estimation Using Autoencoders - Google Patents
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Description
本発明は、心室遠距離場推定に関連する人工知能及び機械学習オートエンコーダ、並びに心臓電気活動における近距離場信号及び遠距離場信号の識別及び分解に関する。 The present invention relates to artificial intelligence and machine learning autoencoders related to ventricular far-field estimation, and to the identification and decomposition of near-field and far-field signals in cardiac electrical activity.
心臓不整脈などの心臓疾患に対する治療は、多くの場合、心臓マッピング(すなわち、心臓組織、心室、静脈、動脈、及び/又は経路をマッピングすることであり、これはまた、心臓マッピングとしても知られる)を必要とする。心電図又は心電計(electrocardiograph、ECG)は、心臓マッピングの例である。ECGは、心臓の活動を記述する、心臓からの電気信号から生成される。 Treatment for cardiac disorders, such as cardiac arrhythmias, often requires cardiac mapping (i.e., mapping the heart tissue, chambers, veins, arteries, and/or pathways, also known as cardiac mapping). An electrocardiogram or electrocardiograph (ECG) is an example of cardiac mapping. An ECG is generated from electrical signals from the heart that describe the heart's activity.
ECGは、心臓手術中に利用されて、心臓疾患の潜在的な起点位置を特定する。一般に、医師が心臓の活動を詳しく調べるとき、信号干渉、信号アーチファクト、及びECGの基礎的な電気信号に関連する信号ノイズは、ECGの精度を著しく不明瞭にする可能性がある。信号干渉はまた、鋭い変化、ピーク、並びに/又は高周波及び高調波の領域を含むペーシング信号を有する信号の領域を処理することに起因し得る。これらの干渉、アーチファクト、及びノイズが原因で、医師は、リアルタイムのケースにおいて(例えば、心臓手術中に)心室の起点位置と心房の起点位置とを分離することができず、このことが心臓疾患の診断/治療の難易度を高めている。したがって、このような干渉、アーチファクト、及びノイズを除去する心臓マッピングのための改善された方法を提供する必要性が存在する。 ECGs are utilized during cardiac surgery to identify potential origin locations of cardiac disorders. Generally, when physicians examine cardiac activity, signal interference, signal artifacts, and signal noise associated with the underlying electrical signals of the ECG can significantly obscure the accuracy of the ECG. Signal interference can also result from processing regions of the signal that contain sharp transitions, peaks, and/or high-frequency and harmonic regions of the pacing signal. These interferences, artifacts, and noise prevent physicians from separating ventricular and atrial origin locations in real-time cases (e.g., during cardiac surgery), which increases the difficulty of diagnosing/treating cardiac disorders. Therefore, there is a need to provide an improved method for cardiac mapping that eliminates such interference, artifacts, and noise.
ユニポーラ信号は、近距離場信号と遠距離場信号との組み合わせである。アブレーション処置中に近距離場信号を識別し、単離することが重要である。電極が心筋などの筋肉に挿入されると、各筋肉の活性化が電界を発生させる。各電極は、電極付近の近距離場信号及び電極から遠い遠距離場信号を含む、配置された場所における全ての電界の発生源を捉える。 A unipolar signal is a combination of near-field and far-field signals. It is important to identify and isolate the near-field signals during an ablation procedure. When an electrode is inserted into a muscle, such as the myocardium, activation of each muscle generates an electric field. Each electrode captures all sources of electric fields at its location, including near-field signals near the electrode and far-field signals far from the electrode.
ある実施形態によれば、方法が提供される。本方法は、監視及び処理装置から入力心内信号を受信することを含む。入力心内信号のそれぞれは、少なくともアーチファクトを含み得る。本方法は、オートエンコーダによって、心内データセットを利用して入力心内信号を符号化して、潜在的な表現を生成することを含む。本方法はまた、オートエンコーダによって、潜在的な表現を復号化して、出力心内信号を生成することを含む。出力心内信号は、アーチファクトなしに再構成された入力心内信号を含み得る。 According to one embodiment, a method is provided. The method includes receiving input intracardiac signals from a monitoring and processing device. Each of the input intracardiac signals may include at least an artifact. The method includes encoding, with an autoencoder, the input intracardiac signals using an intracardiac data set to generate a latent representation. The method also includes decoding, with the autoencoder, the latent representation to generate an output intracardiac signal. The output intracardiac signal may include the input intracardiac signal reconstructed without the artifact.
一実施形態によれば、近距離場信号及び遠距離場信号を分解する方法が提供される。測定された信号は受信されてもよい。測定された信号は、オートエンコーダによって符号化されて、潜在的な表現を生成し得る。潜在的な表現は、オートエンコーダによって復号化されて、測定された信号から近距離場成分及び遠距離場成分を分解することができる。遠距離場心室測定値を取得することができる。測定値は、複数の電極カテーテル及び身体表面ECG信号を使用して取得され得る。合成局所場信号を追加することができる。得られた遠距離場信号及び残留近距離場信号を検出することができる。潜在的な表現を復号化することは、検出された得られた遠距離場信号及び残留近距離場信号に基づいてもよい。 According to one embodiment, a method for decomposing near-field and far-field signals is provided. Measured signals may be received. The measured signals may be encoded by an autoencoder to generate latent representations. The latent representations may be decoded by an autoencoder to decompose near-field and far-field components from the measured signals. Far-field ventricular measurements may be obtained. The measurements may be obtained using a multiple electrode catheter and a body surface ECG signal. Composite local field signals may be added. A derived far-field signal and a residual near-field signal may be detected. Decoding the latent representation may be based on the detected derived far-field signal and the residual near-field signal.
1つ又は2つ以上の実施形態によれば、上記の方法の実施形態は、装置、システム、及び/又はコンピュータプログラム製品として実装され得る。 According to one or more embodiments, the above method embodiments may be implemented as an apparatus, a system, and/or a computer program product.
添付図面と併せて例として与えられる以下の説明から、より詳細に理解することができ、各図中の同様の参照数字は、同様の要素を示す。
本明細書では、人工知能及び機械学習オートエンコーダ(本明細書では一般に、オートエンコーダと呼ばれる)が開示される。オートエンコーダは、心臓疾患を治療するための改善されたECGを提供するために、医療デバイス機器の処理ハードウェアによる、またその処理ハードウェア内での処理動作を行う際に必ず実装されている、プロセッサ実行可能コード又はソフトウェアであり得る。一実施形態によれば、オートエンコーダは、医療デバイス機器のための特定の符号化及び復号化方法を提供することができる。この特定の符号化及び復号化方法は、信号干渉、信号アーチファクト、及び信号ノイズを電気信号から除去する、心臓の電気信号の多段データ操作を伴い得る。 Disclosed herein is an artificial intelligence and machine learning autoencoder (generically referred to herein as an autoencoder). The autoencoder may be processor-executable code or software implemented in performing processing operations by and within processing hardware of a medical device to provide improved ECGs for treating cardiac disease. According to one embodiment, the autoencoder may provide a specific encoding and decoding method for a medical device. This specific encoding and decoding method may involve multi-stage data manipulation of the cardiac electrical signal, removing signal interference, signal artifacts, and signal noise from the electrical signal.
この点に関して言えば、動作中、オートエンコーダは、入力心内信号(例えば、信号干渉、信号アーチファクト、及び信号ノイズを含む心臓の電気信号)を受信することができる。心内信号は、リアルタイムで、監視及び処理装置(例えば、オートエンコーダを内部に有するカテーテル)によって記録及び処理されてもよく、並びに/又は監視及び処理装置によって記録され、かつオートエンコーダを内部に有するコンピューティングデバイスに送信されてもよい。 In this regard, during operation, the autoencoder may receive input intracardiac signals (e.g., electrical signals of the heart including signal interference, signal artifacts, and signal noise). The intracardiac signals may be recorded and processed in real time by a monitoring and processing device (e.g., a catheter having an autoencoder therein) and/or may be recorded by the monitoring and processing device and transmitted to a computing device having an autoencoder therein.
オートエンコーダは、心内データセット(例えば、信号干渉、信号アーチファクト、及び信号ノイズを含まない、心臓の所定のかつ承認された電気信号)を利用して、入力心内信号を符号化してもよい。オートエンコーダによるこの符号化は、入力心内信号から潜在的な表現を生成することができる。オートエンコーダは、その潜在的な表現を更に復号化して、出力心内信号を生成することができる。出力心内信号は、信号干渉、信号アーチファクト、及び信号ノイズなしで再構成された入力心内信号であり得る。次いで、心臓疾患を治療するための改善されたECGが、出力心内信号から生成される。 The autoencoder may encode an input intracardiac signal using an intracardiac data set (e.g., predetermined and recognized electrical signals of the heart, free from signal interference, signal artifacts, and signal noise). This encoding by the autoencoder may generate a latent representation from the input intracardiac signal. The autoencoder may further decode the latent representation to generate an output intracardiac signal. The output intracardiac signal may be a reconstructed input intracardiac signal free from signal interference, signal artifacts, and signal noise. An improved ECG for treating cardiac disease is then generated from the output intracardiac signal.
オートエンコーダの技術的効果には、リアルタイムでその出力心内信号を生成することが含まれ、これにより、医師に対する、(例えば心臓手術中などに)改善されたECGの生成が更に可能になり、医師は、この改善されたECGを使用して心臓の活動を詳しく調べ、心臓疾患の潜在的な起点位置を特定する。これらのアーチファクトは復号化中に除去されているため、改善されたECGは、信号干渉、信号アーチファクト、及び元の入力心内信号の信号ノイズによって不明瞭になることはない。更に、オートエンコーダの技術的効果には、心室及び心房の起点位置をリアルタイムで別個に提供することができる、信号干渉、信号アーチファクト、及び信号ノイズが除去されている改善されたECGを更に正確に生成することが含まれる。 The technical effect of the autoencoder includes generating its output intracardiac signal in real time, which further enables the generation of an improved ECG for a physician (e.g., during cardiac surgery) who can use the improved ECG to probe cardiac activity and identify potential origin locations of cardiac disease. The improved ECG is not obscured by signal interference, signal artifacts, and signal noise of the original input intracardiac signal, because these artifacts have been removed during decoding. Further, the technical effect of the autoencoder includes more accurately generating an improved ECG from which signal interference, signal artifacts, and signal noise have been removed, which can provide separate ventricular and atrium origin locations in real time.
一実施形態では、オートエンコーダを利用して、多数のデータポイントを分析することから電極によって検出された近距離場信号及び遠距離場信号を分解するようにシステムを訓練することができる。ビットは、トレーニングセットの一部として選択されてもよく、遠距離場の信号成分を認識するようにシステムを訓練するために使用される。 In one embodiment, an autoencoder can be used to train a system to resolve near-field and far-field signals detected by the electrodes from analyzing a large number of data points. Bits may be selected as part of a training set and used to train the system to recognize the far-field signal components.
大量の遠距離場信号を有する信号、及び遠距離場信号と近距離場信号の両方を大量に有する信号を提供することによって、ある信号が与えられてもよく、この信号の再構築を試みてもよい。オートエンコーダには、遠距離場信号を再構築するための信号が与えられてもよい。ネットワークが訓練されると、遠距離場成分は、ネットワークによって提供された信号から出力され得る。 A signal may be provided and an attempt may be made to reconstruct it by providing signals with a large amount of far-field signal and signals with a large amount of both far-field and near-field signal. An autoencoder may be provided with signals to reconstruct the far-field signal. Once the network is trained, the far-field components may be output from the signals provided by the network.
図1は、本開示の主題の1つ又は2つ以上の特徴が実施され得る例示的なシステム100(例えば、医療デバイス機器)の略図である。システム100の全て又は一部を使用して、心内データセット(例えば、訓練データセット)の情報を収集することができ、かつ/あるいはシステム100の全て又は一部を使用して、本明細書に記載されるオートエンコーダを実装することができる。 FIG. 1 is a schematic diagram of an example system 100 (e.g., a medical device) in which one or more features of the presently disclosed subject matter may be implemented. All or a portion of system 100 may be used to collect information from an intracardiac dataset (e.g., a training dataset) and/or all or a portion of system 100 may be used to implement an autoencoder as described herein.
システム100は、体内器官の組織領域に損傷を与えるように構成される、カテーテル105などの構成要素を含み得る。このカテーテル105はまた、心臓の電気信号(例えば、心内信号)を含む生体データを取得するように更に構成することができる。カテーテル105は、ポイントカテーテルであるように示されているが、1つ又は2つ以上の要素(例えば、電極)を含む任意の形状のカテーテルを使用して、本明細書に開示される実施形態を実施することができることが理解されるであろう。 System 100 may include components such as catheter 105 configured to inflict damage on a tissue region of an internal organ. Catheter 105 may also be further configured to acquire biometric data, including cardiac electrical signals (e.g., intracardiac signals). While catheter 105 is shown to be a point catheter, it will be understood that any shape of catheter including one or more elements (e.g., electrodes) may be used to practice the embodiments disclosed herein.
システム100は、プローブ110を含み、そのプローブは、医師又は医療専門家115がベッド(又はテーブル)130上に横たわっている患者125の心臓120などの身体部分中にナビゲートすることができる、シャフトを有する。複数の実施形態によれば、複数のプローブが提供され得るが、簡潔にするため、本明細書には、単一のプローブ110が記載される。更に、プローブ110が複数のプローブを表し得ることが理解される。 The system 100 includes a probe 110 having a shaft that a physician or medical professional 115 can navigate into a body part, such as the heart 120, of a patient 125 lying on a bed (or table) 130. According to various embodiments, multiple probes may be provided, but for simplicity, a single probe 110 is described herein. It is further understood that the probe 110 may represent multiple probes.
典型的なシステム100を利用して、(例えば、心内信号を使用して)心臓疾患を検出、診断、及び治療することができる。心不整脈(特に、心房細動)などの心臓疾患は、特に老年人口において一般的かつ危険な医療疾患として持続している。正常な洞調律を有する患者(例えば、患者125)において、心臓(例えば、心臓120)は、心房、心室、及び興奮伝導組織を含み、電気的に刺激されて、同期的にパターン化された様式で脈動する。この電気的な興奮が、心内信号として検出され得る。 Exemplary system 100 can be utilized to detect, diagnose, and treat cardiac disorders (e.g., using intracardiac signals). Cardiac disorders such as cardiac arrhythmias (particularly atrial fibrillation) persist as common and dangerous medical disorders, especially in the aging population. In a patient (e.g., patient 125) with normal sinus rhythm, the heart (e.g., heart 120), which includes atria, ventricles, and excitatory conduction tissue, is electrically stimulated to beat in a synchronous, patterned manner. This electrical excitation can be detected as intracardiac signals.
心不整脈を有する患者(例えば、患者125)において、心組織の異常領域は、正常な洞調律を有する患者内におけるような、正常な導電性組織に関連した同期鼓動周期には従わない。これに対して、心組織の異常領域では隣接組織への異常な伝導が行われ、これにより心周期が乱れて非同期的な心リズムとなる。非同期的心リズムもまた、心内信号として検出され得る。このような異常な伝導は、以前から知られており、房室(atrioventricular、AV)ノードの伝導路に沿った、例えば、洞房(sino-atrial、SA)ノードの領域内において、又は心室及び心房の心腔の壁を形成する心筋組織内において、心臓(例えば、心臓120)の様々な領域で起こる。 In a patient with cardiac arrhythmia (e.g., patient 125), abnormal regions of cardiac tissue do not follow the synchronous beating cycle associated with normal conductive tissue, as in a patient with normal sinus rhythm. Instead, the abnormal regions of cardiac tissue conduct abnormally to adjacent tissue, disrupting the cardiac cycle and resulting in an asynchronous cardiac rhythm. Asynchronous cardiac rhythms can also be detected as intracardiac signals. Such abnormal conduction has been known for some time and occurs in various regions of the heart (e.g., heart 120), along the conduction pathway of the atrioventricular (AV) node, for example, in the region of the sinoatrial (SA) node, or in the myocardial tissue forming the walls of the ventricular and atrial chambers.
更に、心房不整脈を含む心不整脈は、多重小波リエントラント型である場合があり、心房の周りで散乱され、また多くの場合、自己伝播する電気的パルスの複数の非同期ループによって特徴付けられる(例えば、心内信号の別の例)。あるいは、又は多重小波リエントラント型に加えて、心不整脈はまた、心房内の組織の孤立領域が急速な反復の様式で自律的に興奮するときなどの、局所的な起源を有する可能性もある(例えば、心内信号の別の例)。心室性頻脈症(Ventricular tachycardia、V-tach又はVT)は、心臓の心室のうちの1つにおいて起こる頻脈症又は高速な心律動である。これは、心室細動及び突然死につながり得るため、潜在的に致死性の不整脈である。 Additionally, cardiac arrhythmias, including atrial arrhythmias, may be multi-wavelet reentrant, characterized by multiple asynchronous loops of electrical impulses scattered and often self-propagating around the atria (e.g., another example of intracardiac signals). Alternatively, or in addition to multi-wavelet reentrant, cardiac arrhythmias may also have a local origin, such as when isolated regions of tissue within the atria are excited autonomously in a rapid, repetitive manner (e.g., another example of intracardiac signals). Ventricular tachycardia (V-tach or VT) is a tachycardia or fast cardiac rhythm that occurs in one of the ventricles of the heart. It is a potentially fatal arrhythmia because it can lead to ventricular fibrillation and sudden death.
不整脈の1つのタイプである心房細動は、洞房結節によって生成される正常な電気インパルス(例えば、心内信号の別の例)が、心房及び肺静脈内で生じる無秩序な電気インパルスによって圧倒され、不規則なインパルスを心室に伝導させるときに発生する。結果的に不規則な心拍が生じ、これは、数分から数週間、又は更に数年間、持続する場合がある。心房細動(atrial fibrillation、AF)は、多くの場合、脳卒中による場合が多い死亡のリスクのわずかな増加を招く、慢性的な症状である。AFに関する第一選択の治療法は、心拍数を減らすか、又は心拍リズムを正常に戻す投薬治療である。更に、AFを有する患者は、脳卒中のリスクから守るために、抗凝血剤を与えられる場合が多い。そのような抗凝血剤の使用は、それ自体のリスクである内出血を伴う。一部の患者では、投薬治療は十分ではなく、それら患者のAFは、薬剤不応、すなわち、標準的な薬理学的介入では治療不可能であると判断される。同期電気的除細動もまた、AFを通常の心律動に変換するために使用することができる。あるいは、AFの患者は、カテーテルアブレーションによって治療される。 Atrial fibrillation, a type of arrhythmia, occurs when normal electrical impulses generated by the sinoatrial node (e.g., another example of intracardiac signaling) are overwhelmed by chaotic electrical impulses originating in the atria and pulmonary veins, causing irregular impulses to be conducted to the ventricles. The resulting irregular heartbeat can persist for minutes to weeks or even years. Atrial fibrillation (AF) is often a chronic condition that carries a small increased risk of death, often from stroke. The first-line treatment for AF is medication to slow the heart rate or restore normal heart rhythm. Additionally, patients with AF are often given anticoagulants to protect against the risk of stroke. The use of such anticoagulants carries its own risks: internal bleeding. In some patients, medication is insufficient, and their AF is deemed drug-refractory, meaning it cannot be treated with standard pharmacological interventions. Synchronized electrical cardioversion can also be used to convert AF to a normal heart rhythm. Alternatively, patients with AF can be treated with catheter ablation.
カテーテルアブレーションベースの治療は、心組織、特に心内膜及び心容積の電気的特性をマッピングすること、並びにエネルギーの印加により心組織を選択的にアブレーションすることを含み得る。心臓マッピング(例えば、ハートマッピング)は、例えば、心組織に沿った波動伝播の電位マップ(例えば、電圧マップ)、又は様々な組織の配置点までの到達時間のマップ(例えば、局所活性化時間(local time activation、LAT)マップ)を作成することを含む。心臓マッピングは、局所的な心組織機能不全を検出するために使用することができる。心臓マッピングに基づくなどのアブレーションは、心臓の一部分から別の部分への望ましくない電気信号の伝播を停止又は修正することができる。 Catheter ablation-based therapy may involve mapping the electrical properties of cardiac tissue, particularly the endocardium and cardiac volumes, and selectively ablating the cardiac tissue through the application of energy. Cardiac mapping (e.g., heart mapping) may involve, for example, creating an electrical potential map (e.g., a voltage map) of wave propagation along cardiac tissue or a map of arrival times to various tissue location points (e.g., a local time activation (LAT) map). Cardiac mapping can be used to detect local cardiac tissue dysfunction. Ablation, such as that based on cardiac mapping, can stop or modify the propagation of unwanted electrical signals from one part of the heart to another.
アブレーション法は、非伝導性の損傷部を形成することによって望ましくない電気経路を破壊するものである。様々なエネルギー送達の様式が、損傷部を形成する目的でこれまでに開示されており、心臓組織壁に沿って伝導ブロックを作成するためのマイクロ波、レーザ、及びより一般的には無線周波エネルギーの使用が挙げられる。マッピングに続いてアブレーションを行う2段階の処置において、心臓内の各点における電気活動点は、通常、1つ又は2つ以上の電気センサ(例えば、カテーテル105の少なくとも1つのアブレーション電極134)を含むカテーテル(例えば、カテーテル105)を心臓(例えば、心臓120)内部に前進させること、及び多数の点におけるデータを取得することによって、検知及び測定される。次いで、このデータ(例えば、心内信号を含む生体データ)を利用して、アブレーションが実施される心内膜の標的領域が選択される。例示的なシステム100(例えば、医療デバイス機器)によって採用されるオートエンコーダの使用に起因して、このデータは、信号干渉、信号アーチファクト、及び信号ノイズを含むECGの基礎的な電気信号よりも正確であり、アブレーションのための心内膜標的領域を選択することをより良好にサポートすることができる。信号干渉、信号アーチファクト、及び信号ノイズは、本明細書において、アーチファクトと集合的に称され得る。アーチファクトの例としては、電力ノイズ(例えば、回路と50又は60Hz電力線との間の静電的結合及び電磁的結合)、Fuoroノイズ(例えば、蛍光灯)、接触ノイズ(例えば、カテーテル電極間の衝突)、及び偏向ノイズ(例えば、カテーテル偏向中の静電気の放電)が挙げられるが、これらに限定されない。 Ablation techniques disrupt unwanted electrical pathways by creating non-conductive lesions. Various energy delivery modalities have been previously disclosed for creating lesions, including the use of microwave, laser, and more commonly radiofrequency energy to create conduction blocks along cardiac tissue walls. In a two-stage mapping-followed-by-ablation procedure, electrically active points at each intracardiac point are typically sensed and measured by advancing a catheter (e.g., catheter 105) containing one or more electrical sensors (e.g., at least one ablation electrode 134 of catheter 105) into the heart (e.g., heart 120) and acquiring data at multiple points. This data (e.g., biological data including intracardiac signals) is then used to select an endocardial target region where ablation will be performed. Due to the use of an autoencoder employed by the exemplary system 100 (e.g., medical device), this data is more accurate than the underlying electrical signals of an ECG, which contain signal interference, signal artifacts, and signal noise, and can better support the selection of endocardial target regions for ablation. Signal interference, signal artifacts, and signal noise may be collectively referred to herein as artifacts. Examples of artifacts include, but are not limited to, power noise (e.g., electrostatic and electromagnetic coupling between circuits and 50 or 60 Hz power lines), furo noise (e.g., fluorescent lighting), contact noise (e.g., collisions between catheter electrodes), and deflection noise (e.g., static discharge during catheter deflection).
心房細動及び心室頻拍などの困難な疾患を医師が治療する際の心臓アブレーション及びその他の心臓電気生理学的処置は、ますます複雑化している。複雑な不整脈の治療は現在、対象となる心腔の解剖学的構造を再構成するために、3次元(three-dimensional、3D)マッピングシステムの使用に依存し得る。この点については、本明細書において例示的なシステム100(例えば、医療デバイス機器)によって採用されるオートエンコーダは、基礎的な出力信号を提供し、その結果、心臓疾患を治療するための改善された3Dマップ及び/又はECGを生成することができる。 Cardiac ablation and other cardiac electrophysiology procedures are becoming increasingly complex as physicians treat challenging conditions such as atrial fibrillation and ventricular tachycardia. Treatment of complex arrhythmias may currently rely on the use of three-dimensional (3D) mapping systems to reconstruct the anatomical structure of the targeted cardiac chamber. In this regard, the autoencoder employed by the exemplary system 100 (e.g., a medical device) herein provides a fundamental output signal that can result in improved 3D maps and/or ECGs for treating cardiac conditions.
例えば、心臓内科医は、心内電気記録図(electrogram、EGM)を生成及び分析するために、Biosense Webster社(Diamond Bar、Calif.)製CARTO(登録商標)3 3DマッピングシステムのComplex Fractionated Atrial Electrograms(CFAE)モジュールなどのソフトウェアに依存する。例示的なシステム100(例えば、医療デバイス機器)のオートエンコーダは、このソフトウェアを強化して、改善された心内電気記録図(EGM)を生成及び分析し、その結果、不規則な心房粗動及び心室頻拍を含む心臓疾患の広い範囲の治療のために、アブレーション箇所を決定することができる。 For example, cardiologists rely on software such as the Complex Fractionated Atrial Electrograms (CFAE) module of the CARTO® 3 3D mapping system from Biosense Webster, Inc. (Diamond Bar, Calif.) to generate and analyze intracardiac electrograms (EGMs). The autoencoder of the exemplary system 100 (e.g., a medical device) enhances this software to generate and analyze improved intracardiac electrograms (EGMs), thereby enabling ablation site determination for the treatment of a wide range of cardiac disorders, including irregular atrial flutter and ventricular tachycardia.
オートエンコーダによってサポートされる改善された3Dマップは、これらの困難な不整脈の解剖学的及び機能的基質を表す、組織の電気生理学的特性に関する複数の情報を提供することができる。 Improved 3D maps supported by autoencoders can provide multiple pieces of information about the electrophysiological properties of tissues, representing the anatomical and functional substrates of these challenging arrhythmias.
病因の異なる心筋症(虚血性、拡張型心筋症(dilated cardiomyopathy、DCM)、肥大型心筋症(hypertrophic cardiomyopathy、HCM)、不整脈原右室異形成症(arrhythmogenic right ventricular dysplasia、ARVD)、左心室緻密化障害(left ventricular non-compaction、LVNC)等)は、識別可能な基質を有し、正常に機能している心筋細胞領域で囲まれている不健康な組織領域を特徴とする。 Cardiomyopathy of different etiologies (e.g., ischemic, dilated cardiomyopathy (DCM), hypertrophic cardiomyopathy (HCM), arrhythmogenic right ventricular dysplasia (ARVD), left ventricular non-compaction (LVNC)) are characterized by areas of unhealthy tissue surrounded by areas of normally functioning cardiomyocytes with a distinct substrate.
異常組織は、一般に、低電圧のEGMを特徴とする。しかしながら、低電圧の領域は、こうした患者における唯一の不整脈発生機序として常に存在するとは限らないことが、心内膜-心外膜マッピングにおけるはじめの臨床経験によって示されている。実際に、低又は中間電圧の領域は、洞調律中にEGM細分化及び遅延活動を示す場合があり、これは、持続性及びまとまりのある心室不整脈時に特定される重大な狭窄部に対応し、例えば、不耐用心室頻脈のみに当てはまる。更に、多くの場合、EGM細分化及び遅延活動は、正常な又はほぼ正常な電圧振幅(>1~1.5mV)を示す領域で観察される。後者の領域は、電圧振幅に応じて評価することができるが、それらは、心内信号に応じて正常であるものと見なすことはできない場合があり、したがって、真の不整脈惹起性の基質を表す。3Dマッピングは、主な疾患の進展によって分布にばらつきがあり得る、右/左心室の心内膜及び/又は心外膜層に不整脈惹起性基質の位置を特定することができる。 Abnormal tissue is generally characterized by low-voltage EGMs. However, initial clinical experience with endocardial-epicardial mapping has shown that low-voltage regions are not always present as the sole arrhythmogenic mechanism in these patients. Indeed, low- or intermediate-voltage regions may exhibit EGM fragmentation and delayed activity during sinus rhythm, corresponding to critical stenoses identified during sustained and coherent ventricular arrhythmias, e.g., only in intolerable ventricular tachycardia. Furthermore, EGM fragmentation and delayed activity are often observed in regions exhibiting normal or near-normal voltage amplitudes (>1-1.5 mV). While the latter regions can be evaluated according to voltage amplitude, they may not be considered normal according to the intracardiac signal and therefore represent true arrhythmogenic substrates. 3D mapping can identify the location of arrhythmogenic substrates in the endocardial and/or epicardial layers of the right and/or left ventricles, whose distribution may vary depending on the primary disease progression.
これらの心臓疾患に関係している基質を、心室腔(右及び左)の心内膜及び/又は心外膜層の細分化及び遅延EGMの存在と関連付ける。CARTO(登録商標)3などの3Dマッピングシステムは、異常EGM検出に関して、心筋症の潜在的な不整脈惹起性基質の位置を特定することができる。 These cardiac disease-related substrates are correlated with the subdivision of the endocardial and/or epicardial layers of the ventricular chambers (right and left) and the presence of delayed EGMs. 3D mapping systems such as the CARTO® 3 can identify the location of potential arrhythmogenic substrates for cardiomyopathies in relation to abnormal EGM detection.
電極カテーテル(例えば、カテーテル105)は、医療行為中に使用される。電極カテーテルを使用して、心臓内の電気活動を刺激及びマッピングし、異常な電気活動の部位をアブレーションする。使用時には、電極カテーテルは、主要な静脈又は動脈、例えば大腿動脈に挿入された後、対象の心腔内へと導かれる。通常のアブレーション処置は、その遠位端に少なくとも1つの電極を有するカテーテルを心腔内に挿入することを伴う。基準電極が、一般的には患者の皮膚にテープで貼り付けられるか、あるいは心臓内又は心臓付近に配置されている第2のカテーテルによって、提供される。高周波(Radio frequency、RF)電流がアブレーションカテーテルの先端電極に印加され、基準電極に向かって先端電極の周囲の媒質、すなわち、血液及び組織に電流が流れる。電流の分布は、組織より高い導電性を有する血液と比較した場合、組織と接触している電極表面の量に依存する。組織の加熱は、組織の電気抵抗に起因して生じる。組織が十分に加熱されると、心臓組織において細胞破壊が引き起こされ、結果として、非電導性である心臓組織内に損傷部が形成される。このプロセスの間に、加熱された組織から電極自体への伝導によって電極も加熱される。電極温度が十分に高くなる、場合によっては、摂氏60度を上回る場合、脱水した血液たんぱく質の薄い透明被膜が、電極の表面上に形成され得る。温度が上昇し続ける場合、この脱水層が徐々に厚くなり、結果として電極表面上に血液が凝固する。脱水された生物学的材料は、心内膜組織よりも高い電気抵抗を有するため、電気エネルギーの組織内部への流れに対するインピーダンスもまた増大する。インピーダンスが十分に高くなる場合、インピーダンス上昇が起こり、カテーテルを身体から抜き取り、先端電極を洗浄しなければならない。 Electrode catheters (e.g., catheter 105) are used during medical procedures to stimulate and map electrical activity within the heart and to ablate sites of abnormal electrical activity. In use, the electrode catheter is inserted into a major vein or artery, such as the femoral artery, and then guided into a chamber of the subject's heart. A typical ablation procedure involves inserting a catheter having at least one electrode at its distal end into the heart chamber. A reference electrode is typically provided by a second catheter taped to the patient's skin or placed in or near the heart. Radio frequency (RF) current is applied to the tip electrode of the ablation catheter, causing current to flow through the medium surrounding the tip electrode, i.e., blood and tissue, toward the reference electrode. The distribution of the current depends on the amount of electrode surface in contact with the tissue compared to blood, which has a higher electrical conductivity than tissue. Tissue heating occurs due to the electrical resistance of the tissue. Sufficient tissue heating causes cell destruction in the cardiac tissue, resulting in lesions in the non-conductive cardiac tissue. During this process, the electrode also heats due to conduction from the heated tissue to the electrode itself. If the electrode temperature becomes high enough, possibly above 60 degrees Celsius, a thin, transparent film of dehydrated blood proteins can form on the surface of the electrode. If the temperature continues to rise, this dehydrated layer gradually thickens, resulting in blood coagulation on the electrode surface. Because dehydrated biological material has a higher electrical resistance than endocardial tissue, the impedance to the flow of electrical energy into the tissue also increases. If the impedance becomes high enough, an impedance rise occurs, requiring the catheter to be removed from the body and the tip electrode to be cleaned.
心不整脈などの心臓疾患の治療は、多くの場合、心組織、心腔、静脈、動脈、及び/又は電気的経路の詳細なマッピングを取得することを必要とする。例えば、カテーテルアブレーションを支障なく実施するための前提条件は、心不整脈の原因を心腔内で正確に位置特定することである。そのような位置特定は、電気生理学的調査によって行われ得、その調査の間に、電位は、心腔内に導入されるマッピングカテーテルによって空間的に分解されて検出される。この電気生理学的調査は、いわゆる、電気解剖学上のマッピングであり、したがってモニタ上に表示することができる3Dマッピングデータを提供する。多くの場合、マッピング機能及び治療機能(例えば、アブレーション)は、単一のカテーテル、又はカテーテル群によって提供され、その結果、マッピングカテーテルはまた、同時に治療(例えば、アブレーション)カテーテルとしても動作する。この場合、オートエンコーダは、カテーテル105によって直接記憶され、実行されることができる。 Treatment of cardiac disorders, such as cardiac arrhythmias, often requires obtaining detailed mapping of cardiac tissue, chambers, veins, arteries, and/or electrical pathways. For example, a prerequisite for successful catheter ablation is accurate localization of the source of the cardiac arrhythmia within a cardiac chamber. Such localization can be performed by electrophysiological studies, during which spatially resolved electrical potentials are detected by a mapping catheter introduced into the cardiac chamber. This electrophysiological study is so-called electroanatomical mapping and thus provides 3D mapping data that can be displayed on a monitor. Often, mapping and therapy functions (e.g., ablation) are provided by a single catheter or group of catheters, such that the mapping catheter also simultaneously operates as a therapy (e.g., ablation) catheter. In this case, the autoencoder can be stored and executed directly by the catheter 105.
心臓(例えば、120)の心臓領域、組織、静脈、動脈、及び/又は電気的経路などの心臓領域のマッピングにより、結果として、傷跡組織、不整脈源(例えば、電気ロータ)、健康領域などの問題領域を特定することができる。本明細書に更に開示されるように、心臓領域は、マッピングされた心臓領域の視覚的レンダリングがディスプレイを使用して提供されるように、マッピングすることができる。更に、心臓マッピングは、限定されないが、局所活性化時間(LAT)、電気活動、トポロジ、双極マッピング、優位周波数、又はインピーダンスなどの1つ又は2つ以上のモダリティに基づいて、マッピングを含むことができる。複数のモダリティに対応するデータは、患者の身体内に挿入されたカテーテルを使用して捕捉することができ、対応する設定値及び/又は医療専門家の選好に基づいて、同時に又は異なる時点でレンダリングするために提供することができる。 Mapping of cardiac regions, such as cardiac regions, tissues, veins, arteries, and/or electrical pathways of a heart (e.g., 120), can result in the identification of problem areas, such as scar tissue, arrhythmia sources (e.g., electrical rotors), and healthy regions. As further disclosed herein, cardiac regions can be mapped such that a visual rendering of the mapped cardiac regions is provided using a display. Additionally, cardiac mapping can include mapping based on one or more modalities, such as, but not limited to, local activation time (LAT), electrical activity, topology, bipolar mapping, dominant frequency, or impedance. Data corresponding to multiple modalities can be captured using catheters inserted within the patient's body and provided for rendering simultaneously or at different times based on corresponding settings and/or medical professional preferences.
心臓マッピングは、1つ又は2つ以上の技術を使用して実施することができる。第1の技術の一例として、心臓マッピングは、心組織、例えば、LATの電気的特性を、心臓内の正確な場所の関数として検知することによって、実施することができる。その対応するデータは、遠位先端に電気及び位置センサを有するカテーテルを使用して、心臓内に前進される1つ又は2つ以上のカテーテルを用いて取得することができる。具体的な例として、場所及び電気活動は、心臓の内側表面上の約10~約20箇所の点で最初に測定することができる。これらのデータ点は、通常、心臓表面の予備再構成又はマップを満足な品質に生成すのに十分であり得る。この予備マップは、心臓の電気活動のより包括的なマップを生成するために、追加点において取得されたデータと結合され得る。臨床的な状況において、100以上の部位におけるデータを集積して、心腔の電気活動の詳細な包括的マップを生成することも珍しいことではない。その後、生成された詳細なマップは、心臓の電気活動の伝播を改変させ正常な心調律を回復させるための治療上の行動指針、例えば、組織のアブレーションに関する決定を下すための基準となり得る。 Cardiac mapping can be performed using one or more techniques. As an example of a first technique, cardiac mapping can be performed by sensing the electrical properties of cardiac tissue, e.g., the LAT, as a function of precise location within the heart. The corresponding data can be acquired using one or more catheters advanced into the heart using catheters having electrical and position sensors at their distal tips. As a specific example, location and electrical activity can be initially measured at approximately 10 to approximately 20 points on the inner surface of the heart. These data points can usually be sufficient to generate a preliminary reconstruction or map of the cardiac surface of satisfactory quality. This preliminary map can be combined with data acquired at additional points to generate a more comprehensive map of the cardiac electrical activity. In clinical settings, it is not uncommon to accumulate data at 100 or more sites to generate a detailed, comprehensive map of the cardiac chamber's electrical activity. The detailed map can then serve as the basis for making decisions regarding therapeutic action, e.g., tissue ablation, to alter the propagation of the cardiac electrical activity and restore normal cardiac rhythm.
図1に戻ると、注目の心臓マッピングを実施するために、医療専門家115は、カテーテル105の近位端付近のマニピュレータ138、及び/又はシース136からの偏向を使用してシャフト137の遠位端を操作しながら、シース136を通してシャフト137を挿入することができる。挿入図140に示すように、カテーテル105は、シャフト137の遠位端において装着することができる。カテーテル105は、折り畳まれた状態でシース136を通して挿入され得、次いで、心臓120内で拡張され得る。本明細書に更に記載されるように、カテーテル105は、少なくとも1つのアブレーション電極134及びカテーテル針を含むことができる。 Returning to FIG. 1 , to perform cardiac mapping of interest, the medical professional 115 can insert the shaft 137 through the sheath 136 while manipulating the distal end of the shaft 137 using a manipulator 138 near the proximal end of the catheter 105 and/or deflection from the sheath 136. As shown in inset 140, the catheter 105 can be attached at the distal end of the shaft 137. The catheter 105 can be inserted through the sheath 136 in a collapsed state and then expanded within the heart 120. As described further herein, the catheter 105 can include at least one ablation electrode 134 and a catheter needle.
複数の実施形態によれば、カテーテル105は、心臓120の心腔の組織領域をアブレーションするように構成することができる。挿入図150は、心臓120の心腔の内側にある、拡大図内のカテーテル105を示す。図に示すように、カテーテル105は、カテーテルの本体に結合された少なくとも1つのアブレーション電極134を含むことができる。他の実施形態によれば、複数の要素は、カテーテル105の形状を形成するスプラインを介して接続することができる。1つ又は2つ以上のその他の要素(図示せず)を設けることができ、それらは、アブレーションを行うか又は生体データを取得するように構成された任意の要素であってよく、電極、トランスデューサ又は1つ又は2つ以上のその他の要素であってもよい。 According to several embodiments, the catheter 105 can be configured to ablate a tissue region of a chamber of the heart 120. Inset 150 shows the catheter 105 in a close-up view inside a chamber of the heart 120. As shown, the catheter 105 can include at least one ablation electrode 134 coupled to the body of the catheter. According to other embodiments, multiple elements can be connected via splines that define the shape of the catheter 105. One or more other elements (not shown) can be provided and can be any element configured to perform ablation or acquire biometric data, such as an electrode, a transducer, or one or more other elements.
本明細書に開示される実施形態によれば、少なくとも1つのアブレーション電極134などのアブレーション電極は、エネルギーを心臓120などの体内器官の組織領域に供給するように構成することができる。エネルギーは、熱エネルギーであり得、組織領域の表面から始まって組織領域の厚さに延在する組織領域への損傷を引き起こす可能性がある。 According to embodiments disclosed herein, an ablation electrode, such as at least one ablation electrode 134, can be configured to deliver energy to a tissue region of an internal organ, such as the heart 120. The energy can be thermal energy and can cause damage to the tissue region starting at the surface of the tissue region and extending through the thickness of the tissue region.
本明細書に開示される複数の実施形態によれば、生体データは、LAT、電気活動、トポロジ、双極マッピング、卓越周波数、インピーダンスなどのうちの1つ又は2つ以上を含んでもよい。このLATは、正規化された初期開始点に基づいて計算された局所活性化に対応する閾値活動の時点であり得る。電気活動は、1つ又は2つ以上の閾値に基づいて測定され得る任意の適用可能な電気信号であってよく、信号対ノイズ比及び/又はその他のフィルタに基づいて、検知及び/又は拡張され得る。トポロジは、身体部分又は身体部分の一部分の物理的構造に対応し得、身体部分の異なる部分に関する、又は異なる身体部分に関する物理的構造における変化に対応し得る。優位周波数は、身体部分の一部分に行き渡る周波数又は周波数の範囲であり得、同じ身体部分の異なる部分において異なり得る。例えば、心臓の肺静脈の優位周波数は、同じ心臓の右心房の優位周波数と異なり得る。インピーダンスは、身体部分の所与の領域における抵抗測定値であり得る。 According to embodiments disclosed herein, the biological data may include one or more of LAT, electrical activity, topology, bipolar mapping, dominant frequency, impedance, etc. The LAT may be a time point of threshold activity corresponding to local activation calculated based on a normalized initial starting point. The electrical activity may be any applicable electrical signal that can be measured based on one or more thresholds and detected and/or enhanced based on signal-to-noise ratio and/or other filters. The topology may correspond to the physical structure of a body part or portion of a body part, and may correspond to changes in the physical structure for different portions of the body part or for different body parts. The dominant frequency may be a frequency or range of frequencies prevalent in a portion of a body part and may be different in different portions of the same body part. For example, the dominant frequency of the pulmonary veins of a heart may be different from the dominant frequency of the right atrium of the same heart. The impedance may be a resistance measurement in a given region of a body part.
図1に示すように、プローブ110及びカテーテル105は、コンソール160に接続することができる。コンソール160は、本明細書に記載されるように、オートエンコーダを用いるコンピューティングデバイス161を含んでもよい。一実施形態によれば、コンソール160及び/又はコンピューティングデバイス161は、少なくともプロセッサ及びメモリを含み、プロセッサは、本明細書に記載されるオートエンコーダに関するコンピュータ命令を実行し、メモリは、プロセッサで実行のための命令を格納する。 As shown in FIG. 1, the probe 110 and catheter 105 can be connected to a console 160. The console 160 may include a computing device 161 that employs an autoencoder as described herein. According to one embodiment, the console 160 and/or computing device 161 include at least a processor and a memory, where the processor executes computer instructions related to the autoencoder as described herein and the memory stores instructions for execution by the processor.
コンピューティングデバイス161は、汎用コンピュータなどの、ソフトウェア及び/又はハードウェアを含む任意のコンピューティングデバイスとすることができ、カテーテル105間で信号を送信及び受信し、並びにシステム100の他の構成要素を制御するための適切な前端部及びインターフェース回路162を備える。コンピューティングデバイス161は、通常、フィールドプログラマブルゲートアレイ(field programmable gate array、FPGA)として構成されるリアルタイムノイズ削減回路を含むことができ、その後に、アナログデジタル(analog-to-digital、A/D)心電計又は筋電図(electromyogram、EMG)信号変換集積回路が続く。コンピューティングデバイス161は、A/D ECG又はEMG回路から別のプロセッサに信号を通過させることができ、かつ/あるいは本明細書に開示される1つ又は2つ以上の機能を実行するようにプログラムすることができる。 Computing device 161 may be any computing device including software and/or hardware, such as a general-purpose computer, with appropriate front-end and interface circuitry 162 for transmitting and receiving signals to and from catheter 105 and for controlling other components of system 100. Computing device 161 may include real-time noise reduction circuitry, typically configured as a field programmable gate array (FPGA), followed by an analog-to-digital (A/D) electrocardiograph or electromyogram (EMG) signal conversion integrated circuit. Computing device 161 may pass signals from the A/D ECG or EMG circuitry to a separate processor and/or may be programmed to perform one or more functions disclosed herein.
例えば、1つ又は2つ以上の機能は、入力心内信号を受信すること、心内データセットを利用して入力心内信号を符号化して、潜在的な表現を生成すること、及びその潜在的な表現を復号化して出力心内信号を生成することを含む。フロントエンド及びインターフェース回路162は、コンソール160が少なくとも1つのアブレーション電極134から信号を受信し、かつ/又はそのアブレーション電極に信号を伝送するのを可能にする入力/出力(input/output、I/O)通信インターフェースを含む。 For example, the one or more functions may include receiving an input intracardiac signal, encoding the input intracardiac signal using an intracardiac data set to generate a latent representation, and decoding the latent representation to generate an output intracardiac signal. The front-end and interface circuit 162 includes an input/output (I/O) communication interface that enables the console 160 to receive signals from and/or transmit signals to at least one ablation electrode 134.
いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス161は、電気活動などの生体データを受信し、所与の組織領域が電気を伝導するかどうかを判定するように更に構成することができる。ある実施形態によれば、コンピューティングデバイス161は、コンソール160の外部にあってもよく、例えば、カテーテル内、外部デバイス内、モバイルデバイス内、クラウドベースデバイス内に配置されてもよく、又は独立型プロセッサであってもよい。 In some embodiments, computing device 161 may be further configured to receive biometric data, such as electrical activity, and determine whether a given tissue region conducts electricity. According to certain embodiments, computing device 161 may be external to console 160, for example, located in a catheter, an external device, a mobile device, a cloud-based device, or may be a stand-alone processor.
上述したように、コンピューティングデバイス161は、汎用コンピュータを含んでもよく、その汎用コンピュータは、ソフトウェアでプログラムされて、本明細書に記載されるオートエンコーダの機能を実行することができる。ソフトウェアは、例えば、ネットワーク上で、電子形式で汎用コンピュータにダウンロードされてもよく、あるいは代替的に又は追加的に、磁気メモリ、光学メモリ、若しくは電子メモリなどの非一時的有形媒体(例えば、ランダムアクセスメモリ又はハードディスクドライブなどの任意の適切な揮発性及び/又は不揮発性メモリ)上に提供及び/又は格納されてもよい。図1に示す例示的な構成は、本明細書に開示される実施形態を実施するように修正されてもよい。本開示の実施形態は、他のシステム構成要素及び設定を使用して、同様に適用することができる。更に、システム100は、電気活動を検知するための要素、有線又は無線コネクタ、処理及びディスプレイデバイスなどの、追加の構成要素を含んでもよい。 As mentioned above, computing device 161 may include a general-purpose computer that can be programmed with software to perform the functions of the autoencoder described herein. The software may be downloaded to the general-purpose computer in electronic form, for example, over a network, or alternatively or additionally, may be provided and/or stored on non-transitory tangible media such as magnetic, optical, or electronic memory (e.g., any suitable volatile and/or non-volatile memory, such as random access memory or a hard disk drive). The exemplary configuration shown in FIG. 1 may be modified to implement embodiments disclosed herein. Embodiments of the present disclosure may be similarly applied using other system components and configurations. Furthermore, system 100 may include additional components, such as elements for sensing electrical activity, wired or wireless connectors, processing and display devices, etc.
ある実施形態によれば、ディスプレイ165が、コンピューティングデバイス161に接続される。処置中、コンピューティングデバイス161は、ディスプレイ165上での医療専門家115に対する身体部分レンダリングの提示を容易にし、身体部分レンダリングを表すデータをメモリ内に格納することができる。いくつかの実施形態では、医療専門家115は、タッチパッド、マウス、キーボード、ジェスチャ認識装置などの1つ又は2つ以上の入力デバイスを使用して身体部分レンダリングを操作することが可能であり得る。例えば、入力デバイスを使用して、カテーテル105の位置を変更することができ、その結果、レンダリングが更新される。代替的な実施形態では、ディスプレイ165は、身体部分レンダリングを提示することに加えて、医療専門家115からの入力を受け取るように構成され得るタッチスクリーンを含むことができる。ディスプレイ165は、同じ場所、若しくは離れた病院などの遠隔地、又は別個の医療供給者ネットワーク内に設置されてもよい。更に、システム100は、外科手術システムの一部であってもよく、その外科手術システムは、心臓120などの患者の器官の解剖学的及び電気的測定値を取得し、心臓のアブレーション処置を実行するように構成される。かかる外科用システムの一例は、Biosense Websterにより販売されているCarto(登録商標)システムである。 According to certain embodiments, a display 165 is connected to the computing device 161. During a procedure, the computing device 161 facilitates the presentation of body part renderings to the medical professional 115 on the display 165 and can store data representing the body part renderings in memory. In some embodiments, the medical professional 115 may be able to manipulate the body part renderings using one or more input devices, such as a touchpad, mouse, keyboard, gesture recognizer, etc. For example, the input device may be used to change the position of the catheter 105, which updates the rendering. In alternative embodiments, the display 165 may include a touchscreen that, in addition to presenting the body part renderings, may be configured to receive input from the medical professional 115. The display 165 may be located at the same location or at a remote location, such as a remote hospital, or within a separate healthcare provider network. Furthermore, the system 100 may be part of a surgical system configured to obtain anatomical and electrical measurements of a patient's organs, such as the heart 120, and to perform cardiac ablation procedures. One example of such a surgical system is the Carto® system sold by Biosense Webster.
コンソール160は、ケーブルによって、身体表面電極に接続することができ、その身体表面電極は、患者125に貼り付けられる粘着性皮膚パッチを含むことができる。プロセッサは、電流追跡モジュールと連動して、患者125の身体部分(例えば、心臓120)の内側のカテーテル105の位置座標を決定することができる。位置座標は、身体表面電極と、カテーテル105の電極又は他の電磁部品(例えば、少なくとも1つのアブレーション電極134)との間で測定されるインピーダンス又は電磁場に基づくことができる。追加的に、又は代替的に、位置パッドが、ベッド130の表面上に配置されてもよく、またベッド130から分離されてもよい。 The console 160 can be connected by a cable to body surface electrodes, which can include adhesive skin patches that are applied to the patient 125. The processor, in conjunction with the current tracking module, can determine position coordinates of the catheter 105 inside a body portion (e.g., the heart 120) of the patient 125. The position coordinates can be based on impedance or electromagnetic fields measured between the body surface electrodes and electrodes or other electromagnetic components (e.g., at least one ablation electrode 134) of the catheter 105. Additionally or alternatively, location pads can be placed on the surface of the bed 130 or can be separate from the bed 130.
システム100はまた、及び任意選択的に、超音波、コンピュータ断層撮影法(computed tomography、CT)、磁気共鳴映像法(magnetic resonance imaging、MRI)、又は当技術分野において既知の他の医療撮像技術を使用して、心臓120の解剖学的測定値などの生体データを取得することができる。システム100は、カテーテル、又は心臓120の電気的特性を測定する他のセンサを使用して、ECG又は電気的測定値を取得することができる。次いで、解剖学的及び電気的測定値を含む生体データは、コンソール160の非一時的有形媒体内に格納することができる。生体データは、非一時的有形媒体からコンピューティングデバイス161に送信することができる。代替的に、又は加えて、生体データは、本明細書に更に記載されるようなネットワークを使用して、ローカル又はリモートであってよいサーバに送信することができる。 System 100 can also, and optionally, acquire biometric data, such as anatomical measurements of heart 120, using ultrasound, computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), or other medical imaging techniques known in the art. System 100 can acquire ECG or electrical measurements using catheters or other sensors that measure electrical properties of heart 120. The biometric data, including the anatomical and electrical measurements, can then be stored in a non-transitory tangible medium of console 160. The biometric data can be transmitted from the non-transitory tangible medium to computing device 161. Alternatively, or in addition, the biometric data can be transmitted to a server, which can be local or remote, using a network as further described herein.
1つ又は2つ以上の実施形態によれば、位置センサを含むカテーテルを使用して、心臓表面上の点の軌跡を決定することができる。これらの軌跡を使用して、組織の収縮力などの運動特性を推測することができる。このような運動特性を示すマップは、軌跡情報が心臓120内の十分な数の点においてサンプリングされるときに構築することができる。 According to one or more embodiments, a catheter including a position sensor can be used to determine the trajectories of points on the cardiac surface. These trajectories can be used to infer motion characteristics, such as the contractile force of the tissue. A map indicative of such motion characteristics can be constructed when trajectory information is sampled at a sufficient number of points within the heart 120.
心臓120内のある点における電気活動は、通常、遠位先端(例えば、少なくとも1つのアブレーション電極134)に又はその近くに電気的センサを収容するカテーテル105を、心臓120内のその点に前進させることによって測定することができ、組織をセンサに接触させて、その点でのデータを取得する。単一の遠位先端電極のみを収容するカテーテル105を使用して、心腔をマッピングするのに伴う1つの欠点は、全体としての心腔の詳細マップのために必要とされる必須の点の数にわたって、点毎にデータを蓄積するのに必要とされる期間が長いことである。したがって、心腔内の複数の点における電気活動を同時に測定するために、多電極カテーテルが開発されてきた。 Electrical activity at a point within the heart 120 can typically be measured by advancing a catheter 105 containing an electrical sensor at or near its distal tip (e.g., at least one ablation electrode 134) to that point within the heart 120, contacting tissue with the sensor and acquiring data at that point. One drawback to mapping a heart chamber using a catheter 105 containing only a single distal tip electrode is the long period of time required to accumulate data point-by-point across the requisite number of points needed for a detailed map of the heart chamber as a whole. Therefore, multi-electrode catheters have been developed to simultaneously measure electrical activity at multiple points within a heart chamber.
多電極カテーテルは、複数の電極を有する線形カテーテル、バルーンを形作る複数の骨材上に配設された電極を含むバルーンカテーテル、複数の電極を有するラッソーカテーテル若しくはループカテーテル、又は任意の他の適用可能な形状などの任意の適用可能な形状を使用して実装することができる。線形カテーテルは、受信した信号に基づいて及び/又は線形カテーテルへの外力(例えば、心組織)の印加に基づいてねじれる、屈曲する、又は別様にその形状を変化させることができるように、全体的に又は部分的に弾性であってもよい。バルーンカテーテルは、患者の身体内に展開されたときに、その電極が心内膜表面に対して密着して保持され得るように設計されてもよい。例として、バルーンカテーテルは、肺静脈(pulmonary vein、PV)などの管腔内に挿入されることができる。バルーンカテーテルは、収縮した状態でPV内に挿入されることができ、その結果、バルーンカテーテルは、PV内に挿入されている間、PVの最大容量を占有しない。バルーンカテーテルは、PVの内側でバルーンカテーテル上のそのようなそれらの電極がPVの円形領域全体と接触している状態で膨張することができる。PVの円形部分全体、又は任意の他の管腔とのこのような接触は、効率的なマッピング及び/又はアブレーションを可能にし得る。 The multi-electrode catheter can be implemented using any applicable shape, such as a linear catheter with multiple electrodes, a balloon catheter including electrodes arranged on multiple balloon-forming frameworks, a lasso or loop catheter with multiple electrodes, or any other applicable shape. The linear catheter may be fully or partially elastic so that it can twist, bend, or otherwise change its shape based on received signals and/or the application of an external force (e.g., cardiac tissue) to the linear catheter. The balloon catheter may be designed so that its electrodes can be held in close contact against the endocardial surface when deployed within a patient's body. As an example, the balloon catheter can be inserted into a lumen such as a pulmonary vein (PV). The balloon catheter can be inserted into the PV in a deflated state so that the balloon catheter does not occupy the full volume of the PV while inserted within the PV. The balloon catheter can be inflated inside the PV with such electrodes on the balloon catheter in contact with the entire circular area of the PV. Such contact with the entire circular portion of the PV, or any other lumen, may allow for efficient mapping and/or ablation.
ある例によれば、多電極カテーテルを心臓120の心腔内に前進させることができる。背腹方向(anteroposterior、AP)及び横方向の蛍光図を取得して、電極の各々の位置及び配向を確立することができる。EGMは、身体表面ECGからの洞調律におけるP波の発生などの一時的な基準に対して、心臓表面と接触している電極の各々から記録することができる。本明細書に更に開示されるように、このシステムは、電気活動を登録するそれらの電極と、心内膜壁に近接しないことに起因して電気活動を登録しない電極とを区別することができる。最初のEGMが記録された後、カテーテルを再配置することができ、蛍光図及びEGMを再度記録することができる。次いで、電気マップが、上記のプロセスの繰り返しから構築され得る。 According to one example, a multi-electrode catheter can be advanced into a chamber of the heart 120. Anteroposterior (AP) and lateral fluoroscopy views can be acquired to establish the position and orientation of each of the electrodes. An EGM can be recorded from each of the electrodes in contact with the cardiac surface relative to a temporal reference, such as the occurrence of a P wave in sinus rhythm from a surface ECG. As further disclosed herein, the system can distinguish between those electrodes that register electrical activity and those that do not due to their lack of proximity to the endocardial wall. After the initial EGM is recorded, the catheter can be repositioned, and fluoroscopy views and EGMs can be recorded again. An electrical map can then be constructed from a repetition of the above process.
ある例によれば、心臓のマッピングは、心内電位場の検出に基づいて生成され得る。膨大な量の心臓電気的情報を同時に取得するための非接触技術を実施することができる。例えば、遠位端部分を有するカテーテルが、その表面全体にわたって分布し、かつ信号感知及び処理手段に接続するための絶縁導電体に接続された一連のセンサ電極を備え得る。端部分のサイズ及び形状は、電極が心腔の壁から大きな間隔を隔てて配置されるようなものとすることができる。心内電位場は、1回の心拍の間に検出され得る。ある例によれば、センサ電極は、互いに離間した平面内にある一連の円周上に分布させることができる。これらの平面は、カテーテルの端部分の長軸に対して垂直であってもよい。少なくとも2つの追加の電極を、端部分の長軸の両端に隣接して設けることができる。より具体的な例として、カテーテルは、各円周上に等角で間隔を置いて配置された8個の電極を有する4個の円周を含んでも良い。したがって、この特定の実現形態では、カテーテルは、少なくとも34個の電極(32個の円周方向電極と2個の端部電極)を含むことができる。 According to one example, cardiac mapping can be generated based on the detection of intracardiac electrical fields. Non-contact techniques can be implemented to simultaneously acquire vast amounts of cardiac electrical information. For example, a catheter having a distal tip portion can include a series of sensor electrodes distributed over its entire surface and connected to insulated conductors for connection to signal sensing and processing means. The tip portion can be sized and shaped such that the electrodes are spaced a significant distance from the wall of the cardiac chamber. The intracardiac electrical fields can be detected during a single cardiac beat. According to one example, the sensor electrodes can be distributed on a series of circumferential electrodes in spaced-apart planes. These planes can be perpendicular to the longitudinal axis of the catheter tip portion. At least two additional electrodes can be provided adjacent each end of the longitudinal axis of the tip portion. As a more specific example, the catheter can include four circumferences with eight electrodes equiangularly spaced on each circumference. Thus, in this particular implementation, the catheter can include at least 34 electrodes (32 circumferential electrodes and two distal electrodes).
別の例によれば、非接触及び非拡張多電極カテーテルに基づく電気生理学的心臓マッピングシステム及び技術を実施することができる。EGMは、複数の電極(例えば、42~122個の電極)を有するカテーテルを用いて得ることができる。この実現形態によれば、プローブ及び心内膜の相対的な幾何学的形状の知識を、経食道心エコー法などの独立した撮影法などによって得ることができる。独立した撮像の後、非接触電極を使用して、心臓表面電位を測定し、そこからマップを構築することができる。この技術は、以下のステップ(独立した撮像ステップの後)、すなわち、(a)心臓120内に配置されたプローブ上に配設された複数の電極を用いて電位を測定するステップ、(b)プローブ表面と心内膜表面との幾何学的関係を決定するステップ、(c)プローブ表面と心内膜表面との幾何学的関係を表す係数のマトリクスを生成するステップ、並びに(d)電極電位及び係数マトリクスに基づいて、心内膜電位を決定するステップ、を含むことができる。 According to another example, electrophysiological cardiac mapping systems and techniques based on non-contact and non-expandable multi-electrode catheters can be implemented. An EGM can be obtained using a catheter with multiple electrodes (e.g., 42-122 electrodes). According to this implementation, knowledge of the relative geometry of the probe and endocardium can be obtained, for example, through an independent imaging technique such as transesophageal echocardiography. After the independent imaging, non-contact electrodes can be used to measure cardiac surface potentials, from which a map can be constructed. This technique can include the following steps (after the independent imaging step): (a) measuring potentials using multiple electrodes disposed on a probe placed within the heart 120; (b) determining the geometric relationship between the probe surface and the endocardium surface; (c) generating a matrix of coefficients representing the geometric relationship between the probe surface and the endocardium surface; and (d) determining the endocardium potentials based on the electrode potentials and the coefficient matrix.
別の例によれば、心腔の電位分布をマッピングするための技術及び装置を実施することができる。心臓内多電極マッピングカテーテルアセンブリが、患者の心臓120内に挿入されてもよい。このマッピングカテーテルアセンブリは、一体型基準電極を有する多電極アレイ、又は好ましくは、コンパニオン基準カテーテルを含むことができる。これらの電極は、実質的に球状のアレイの形態で展開することができる。この電極アレイは、基準電極によって、又は心内膜表面に接触する基準カテーテルによって、心内膜表面上のある点に対して空間的に参照され得る。好ましい電極アレイカテーテルは、多数の個々の電極部位(例えば、少なくとも24個)を担持することができる。更に、この例示的な技術は、アレイ上の電極部位の各々の場所を知ること、並びに心臓の幾何学的形状を知ることで実施することができる。これらの場所は、好ましくは、インピーダンスプレチスモグラフィ法の技術によって決定される。 According to another example, a technique and apparatus can be implemented for mapping the electrical potential distribution of a cardiac chamber. An intracardiac multi-electrode mapping catheter assembly can be inserted into the patient's heart 120. The mapping catheter assembly can include a multi-electrode array with an integrated reference electrode, or preferably, a companion reference catheter. These electrodes can be deployed in a substantially spherical array. The electrode array can be spatially referenced to a point on the endocardial surface by the reference electrode or by a reference catheter in contact with the endocardial surface. A preferred electrode array catheter can carry a large number of individual electrode sites (e.g., at least 24). Furthermore, this exemplary technique can be implemented knowing the location of each of the electrode sites on the array as well as the cardiac geometry. These locations are preferably determined by impedance plethysmography techniques.
別の例によれば、心臓マッピングカテーテルアセンブリは、多数の電極部位を画定する電極アレイを含むことができる。このマッピングカテーテルアセンブリはまた、心臓壁を精査するために使用され得る遠位先端電極アセンブリを有する基準カテーテルを受け入れるための管腔を含むこともできる。マッピングカテーテルは、絶縁ワイヤの編組(例えば、編組内に24~64個のワイヤを有する)を含むことができ、ワイヤの各々を使用して電極部位を形成することができる。このカテーテルは、非接触電極部位の第1のセット及び/又は接触電極部位の第2のセットから電気活動情報を取得するために使用されるように、心臓120で容易に配置可能であり得る。 According to another example, a cardiac mapping catheter assembly can include an electrode array defining multiple electrode sites. The mapping catheter assembly can also include a lumen for receiving a reference catheter having a distal tip electrode assembly that can be used to probe the heart wall. The mapping catheter can include a braid of insulated wires (e.g., having 24-64 wires within the braid), each of which can be used to form an electrode site. The catheter can be easily positioned in the heart 120 to be used to acquire electrical activity information from a first set of non-contact electrode sites and/or a second set of contact electrode sites.
別の例によれば、心臓内の電気生理学的活動をマッピングするための別のカテーテルを実装することができる。このカテーテル本体は、心臓のペーシングするための刺激パルスを供給するように適合される遠位先端、又はその先端と接触する組織をアブレーションするためのアブレーション電極を含むことができる。このカテーテルは、少なくとも一対の直交電極を更に含み、その直交電極は、その直交電極に隣接する局所的な心臓電気活動を示す差信号を生成することができる。 According to another example, another catheter for mapping electrophysiological activity within the heart can be implemented. The catheter body can include a distal tip adapted to deliver stimulation pulses for pacing the heart or an ablation electrode for ablating tissue in contact with the tip. The catheter can further include at least a pair of orthogonal electrodes capable of generating a differential signal indicative of local cardiac electrical activity adjacent the orthogonal electrodes.
別の実施例によれば、心腔内の電気生理学データを測定するためのプロセスを実施することができる。この方法は、部分的に、能動電極と受動電極のセットを心臓120内に配置すること、電流を能動電極に供給することによって心腔内に電場を発生させること、及び受動電極部位において電場を測定すること、を含むことができる。受動電極は、バルーンカテーテルの膨張可能なバルーン上に配置されたアレイ内に収容される。好ましい実施形態では、アレイは、60~64個の電極を有すると言われる。 According to another embodiment, a process for measuring electrophysiological data within a heart chamber can be implemented. The method can include, in part, placing a set of active and passive electrodes within the heart 120, generating an electric field within the heart chamber by applying an electric current to the active electrodes, and measuring the electric field at the passive electrode sites. The passive electrodes are contained within an array disposed on an inflatable balloon of a balloon catheter. In a preferred embodiment, the array is said to have 60-64 electrodes.
別の例によれば、心臓マッピングは、1つ又は2つ以上の超音波トランスデューサを使用して実施することができる。この超音波トランスデューサは、患者の心臓120内に挿入することができ、心臓120内の様々な場所及び配向において複数の超音波スライス(例えば、二次元又は三次元スライス)を収集することができる。所与の超音波トランスデューサの場所及び配向は、既知であり得、その収集された超音波スライスは、後で表示することができるように記憶させることができる。プローブ(例えば、治療カテーテル)の位置に対応する1つ又は2つ以上の超音波スライスを後で表示することができ、プローブは、1つ又は2つ以上の超音波スライス上に重ね合わせることができる。 According to another example, cardiac mapping can be performed using one or more ultrasound transducers. The ultrasound transducers can be inserted into a patient's heart 120 and can acquire multiple ultrasound slices (e.g., two-dimensional or three-dimensional slices) at various locations and orientations within the heart 120. The location and orientation of a given ultrasound transducer can be known, and the acquired ultrasound slices can be stored for later display. One or more ultrasound slices corresponding to the position of a probe (e.g., a treatment catheter) can be later displayed, and the probe can be overlaid on one or more ultrasound slices.
他の例によれば、身体パッチ及び/又は身体表面電極は、患者の身体上に、又はそれに近接して配置することもできる。1つ又は2つ以上の電極を有するカテーテルは、患者の身体内(例えば、患者の心臓120内)に配置することができ、カテーテルの位置は、カテーテルの1つ又は2つ以上の電極と、身体パッチ及び/又は身体表面電極との間で送信及び/又は受信される信号に基づいて、システムによって判定することができる。更に、カテーテル電極は、患者の身体内(例えば、心臓120内)から生体データ(例えば、LAT値)を感知することができる。生体データは、判定されたカテーテルの位置に関連付けることができ、その結果、患者の身体部分(例えば、心臓120)のレンダリングを表示することができ、身体の形状の上に重ね合わされた生体データを示すことができる。 According to another example, the body patch and/or body surface electrodes may be positioned on or adjacent to the patient's body. A catheter having one or more electrodes may be positioned within the patient's body (e.g., within the patient's heart 120), and the position of the catheter may be determined by the system based on signals transmitted and/or received between one or more electrodes of the catheter and the body patch and/or body surface electrodes. Additionally, the catheter electrodes may sense biometric data (e.g., LAT values) from within the patient's body (e.g., within the heart 120). The biometric data may be correlated to the determined catheter position, such that a rendering of the patient's body part (e.g., heart 120) may be displayed, showing the biometric data superimposed on the body shape.
ここで、図2を参照すると、生体データ(すなわち、患者生体情報、患者データ、又は患者生体データ)をリモートで監視及び伝達するための例示的なシステム200のブロック図が示される。図2に示された例において、システム200は、患者204に関連付けられた監視及び処理装置202(すなわち、患者データ監視及び処理装置)、ローカルコンピューティングデバイス206、リモートコンピューティングシステム208、第1のネットワーク210、及び第2のネットワーク211を含む。1つ又は2つ以上の実施形態によれば、監視及び処理装置202は、図1のカテーテル105の一例であってもよく、患者204は、図1の患者125の一例であってもよく、ローカルコンピューティングデバイス206は、図1のコンソール160の一例であってもよい。 2, a block diagram of an exemplary system 200 for remotely monitoring and transmitting vital data (i.e., patient vital information, patient data, or patient biometric data) is shown. In the example shown in FIG. 2, the system 200 includes a monitoring and processing device 202 (i.e., patient data monitoring and processing device) associated with a patient 204, a local computing device 206, a remote computing system 208, a first network 210, and a second network 211. In accordance with one or more embodiments, the monitoring and processing device 202 may be an example of the catheter 105 of FIG. 1, the patient 204 may be an example of the patient 125 of FIG. 1, and the local computing device 206 may be an example of the console 160 of FIG. 1.
監視及び処理装置202は、患者生体センサ212、プロセッサ214、ユーザ入力(user input、UI)センサ216、メモリ218、及び送信機-受信機(すなわち、送受信機)222を含む。手術中、監視及び処理装置202は、患者204の生体データ(例えば、電気信号、血圧、温度、血糖値、又は他の生体データ)を取得し、かつ/又は任意の取得された患者生体情報、並びに1つ又は2つ以上の他の患者生体情報監視及び処理装置からの任意の取得された患者生体情報に関連付けられた追加情報、を表す生体データの少なくとも一部分を受信する。追加情報は、例えば、ウェアラブルデバイスなどの追加のデバイスから得られる診断情報及び/又は追加情報であってもよい。 The monitoring and processing device 202 includes a patient biometric sensor 212, a processor 214, a user input (UI) sensor 216, a memory 218, and a transmitter-receiver (i.e., transceiver) 222. During surgery, the monitoring and processing device 202 acquires biometric data (e.g., electrical signals, blood pressure, temperature, blood glucose levels, or other biometric data) of the patient 204 and/or receives at least a portion of the biometric data representing any acquired patient biometric information, as well as additional information associated with any acquired patient biometric information, from one or more other patient biometric monitoring and processing devices. The additional information may be, for example, diagnostic information and/or additional information obtained from an additional device, such as a wearable device.
監視及び処理装置202は、本明細書に記載されるオートエンコーダを使用して、取得された生体データ、並びに1つ又は2つ以上の他の患者生体情報監視及び処理装置から受信した任意の生体データ、を含むデータを処理することができる。例えば、これに関してデータを処理するとき、オートエンコーダは、生体データから教師なし方法で潜在的な表現(又はデータ符号化)を学習するために使用されるニューラルネットワークを含んでもよい。更に、オートエンコーダは、ニューラルネットワークを、クリーンなデータセットを考慮することによって信号干渉、信号アーチファクト、及び信号ノイズを無視するように訓練することによって、特定の規則を用いて事前にプログラムされることなく、特定のデータを検出するように学習することができる。 The monitoring and processing device 202 can use the autoencoder described herein to process data, including acquired biometric data, as well as any biometric data received from one or more other patient biometric monitoring and processing devices. For example, when processing data in this regard, the autoencoder may include a neural network used to learn latent representations (or data encodings) from the biometric data in an unsupervised manner. Furthermore, the autoencoder can be trained to detect particular data without being pre-programmed with specific rules by training the neural network to ignore signal interference, signal artifacts, and signal noise by considering a clean data set.
監視及び処理装置202は、ネットワーク210を介して、任意の数の様々な患者生体情報(例えば、取得された生体データ)を継続的又は定期的に監視、格納、処理、及び伝達することができる。本明細書に記載されるように、患者生体情報の例には、電気信号(例えば、ECG信号及び脳生体情報)、血圧データ、血糖データ、及び温度データが含まれる。患者生体情報は、心臓血管疾患(例えば、不整脈、心筋症、及び冠動脈疾患)並びに自己免疫疾患(例えば、I型及びII型糖尿病)などの任意の数の様々な疾患にわたる治療のために監視及び伝達され得る。 The monitoring and processing device 202 can continuously or periodically monitor, store, process, and transmit any number of different patient biometrics (e.g., acquired biometric data) via the network 210. As described herein, examples of patient biometrics include electrical signals (e.g., ECG signals and brain biometrics), blood pressure data, blood glucose data, and temperature data. Patient biometrics can be monitored and transmitted for treatment across any number of different diseases, such as cardiovascular disease (e.g., arrhythmias, cardiomyopathies, and coronary artery disease) and autoimmune diseases (e.g., type I and type II diabetes).
患者生体センサ212は、例えば、1つ又は2つ以上の環境条件を電気信号に変換するように構成された1つ又は2つ以上のトランスデューサを含み、その結果、異なるタイプの生体データが取得される。例えば、患者生体センサ212には、電気信号(例えば、心臓信号、脳信号、又は他の生体電気信号)を取得するように構成された1つ又は2つ以上の電極、温度センサ(例えば、熱電対)、血圧センサ、血糖センサ、血中酸素センサ、pHセンサ、加速度計、及びマイクロフォンが含まれ得る。 The patient biosensor 212 may include, for example, one or more transducers configured to convert one or more environmental conditions into electrical signals, resulting in acquisition of different types of biometric data. For example, the patient biosensor 212 may include one or more electrodes configured to acquire electrical signals (e.g., cardiac signals, brain signals, or other bioelectric signals), a temperature sensor (e.g., a thermocouple), a blood pressure sensor, a blood glucose sensor, a blood oxygen sensor, a pH sensor, an accelerometer, and a microphone.
本明細書に更に詳細に説明されるように、監視及び処理装置202は、心臓(例えば、図1の心臓120)のECG信号を監視するためのECGモニタであってもよい。これに関して、ECGモニタの患者生体センサ212は、ECG信号を取得するための1つ又は2つ以上の電極(例えば、図1のカテーテル105の電極)を含むことができる。ECG信号は、様々な心臓血管疾患の治療に使用され得る。 As described in further detail herein, the monitoring and processing device 202 may be an ECG monitor for monitoring ECG signals of a heart (e.g., heart 120 in FIG. 1). In this regard, the patient biosensor 212 of the ECG monitor may include one or more electrodes (e.g., electrodes of catheter 105 in FIG. 1) for acquiring the ECG signals. The ECG signals may be used to treat various cardiovascular disorders.
別の例では、監視及び処理装置202は、I型及びII型糖尿病などの様々な疾患を治療するために、患者の血糖値を継続ベースで連続的に監視するための連続グルコースモニタ(continuous glucose monitor、CGM)であってもよい。この点に関して、CGMの患者生体センサ212は、皮下に配設された電極(例えば、図1のカテーテル105の電極)を含むことができ、これは、患者の間質液から血糖値を監視することができる。CGMは、例えば、ユーザの介入することなくインスリンの計算された送達のために、血糖データがインスリンポンプに送られる閉ループシステムの構成要素であってもよい。 In another example, the monitoring and processing device 202 may be a continuous glucose monitor (CGM) for continuously monitoring a patient's blood glucose levels on an ongoing basis to treat various diseases, such as type I and type II diabetes. In this regard, the patient biosensor 212 of the CGM may include subcutaneously disposed electrodes (e.g., electrodes of catheter 105 in FIG. 1 ), which may monitor blood glucose levels from the patient's interstitial fluid. The CGM may be a component of a closed-loop system in which blood glucose data is sent to an insulin pump, for example, for calculated delivery of insulin without user intervention.
プロセッサ214は、患者生体センサ212によって取得された生体データを受信、処理、及び管理し、かつその生体データを、格納するためにメモリ218に、及び/又は送受信機222を介してネットワーク210全体に通信するように構成することができる。本明細書に更に詳細に説明されるように、1つ又は2つ以上の他の監視及び処理装置202からのデータはまた、送受信機222を通じてプロセッサ214によって受信することもできる。また、本明細書に更に詳細に説明されるように、プロセッサ214は、UIセンサ216(例えば、内部の容量センサ)から受信した異なるタッピングパターン(例えば、シングルタップ又はダブルタップ)に選択的に応答するように構成することができ、その結果、パッチの異なるタスク(例えば、データの取得、格納、又は送信)が、検出されたパターンに基づいて起動され得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ214は、ジェスチャを検出することに関して、可聴フィードバックを生成することができる。 The processor 214 may be configured to receive, process, and manage biometric data acquired by the patient biometric sensors 212 and communicate the biometric data to the memory 218 for storage and/or across the network 210 via the transceiver 222. As described in more detail herein, data from one or more other monitoring and processing devices 202 may also be received by the processor 214 through the transceiver 222. Also, as described in more detail herein, the processor 214 may be configured to selectively respond to different tapping patterns (e.g., single tap or double tap) received from the UI sensor 216 (e.g., an internal capacitive sensor), such that different tasks of the patch (e.g., data acquisition, storage, or transmission) may be initiated based on the detected pattern. In some embodiments, the processor 214 may generate audible feedback regarding detecting a gesture.
UIセンサ216は、例えば、タッピング又はタッチングなどのユーザ入力を受信するように構成された圧電式センサ又は容量センサを含むことができる。例えば、UIセンサ216は、患者204が監視及び処理装置202の表面をタッピング又はタッチングすることに応答して、容量性結合を実施するように制御され得る。ジェスチャ認識は、抵抗容量性、表面容量性、投影容量性、表面弾性波、圧電及び赤外線タッチなどの、様々な容量型のうちのいずれか1つを介して実装することができる。容量センサは、表面の小さい領域又はその長さにわたって配設することができ、その結果、その表面のタッピング又はタッチングは、監視デバイスを起動させる。 The UI sensor 216 may include, for example, a piezoelectric or capacitive sensor configured to receive user input, such as tapping or touching. For example, the UI sensor 216 may be controlled to perform capacitive coupling in response to the patient 204 tapping or touching the surface of the monitoring and processing device 202. Gesture recognition may be implemented via any one of a variety of capacitive types, such as resistive capacitive, surface capacitive, projected capacitive, surface acoustic wave, piezoelectric, and infrared touch. The capacitive sensor may be disposed over a small area of the surface or across its length, such that tapping or touching the surface activates the monitoring device.
メモリ218は、磁気、光学、若しくは電子メモリ(例えば、ランダムアクセスメモリ又はハードディスクドライブなどの任意の適切な揮発性及び/又は不揮発性メモリ)などの任意の非一時的有形媒体である。1つ又は2つ以上の実施形態によれば、メモリ218は、訓練アルゴリズム及びオートエンコーダのプロセッサ実行可能コード、ソフトウェア、又は命令を格納し得る。 Memory 218 may be any non-transitory tangible medium, such as magnetic, optical, or electronic memory (e.g., any suitable volatile and/or non-volatile memory, such as random access memory or a hard disk drive). According to one or more embodiments, memory 218 may store processor-executable code, software, or instructions for the training algorithm and autoencoder.
送受信機222は、別個の送信機、及び別個の受信機を含むことができる。あるいは、送受信機222は、単一のデバイスに一体化された送信機と受信機を含むことができる。 The transceiver 222 may include a separate transmitter and a separate receiver. Alternatively, the transceiver 222 may include a transmitter and receiver integrated into a single device.
ある実施形態によれば、監視及び処理装置202は、患者204の身体の内部にある(例えば、皮下に埋め込み可能である)装置であってもよい。監視及び処理装置202は、経口注入、静脈若しくは動脈を介した外科手術挿入、内視鏡手技、又は腹腔鏡手技を含む任意の適用可能な方法を介して、患者204に挿入することができる。 According to certain embodiments, the monitoring and processing device 202 may be a device internal to the body of the patient 204 (e.g., implantable subcutaneously). The monitoring and processing device 202 may be inserted into the patient 204 via any applicable method, including oral infusion, surgical insertion via a vein or artery, an endoscopic procedure, or a laparoscopic procedure.
ある実施形態によれば、監視及び処理装置202は、患者204の外部にある装置であってもよい。例えば、本明細書に更に詳細に説明されるように、監視及び処理装置202は、取り付け可能なパッチ(例えば、患者の皮膚に取り付ける)を含んでもよい。監視及び処理装置202はまた、1つ又は2つ以上の電極を有するカテーテル、プローブ、血圧カフ、体重計、ブレスレット若しくはスマートウォッチ生体情報追跡機、グルコースモニタ、持続的気道陽圧(continuous positive airway pressure、CPAP)マシン、又は患者の健康若しくは生体情報に関する入力を提供することができる、事実上任意のデバイスも含むことができる。 According to some embodiments, the monitoring and processing device 202 may be a device external to the patient 204. For example, as described in further detail herein, the monitoring and processing device 202 may include an attachable patch (e.g., attached to the patient's skin). The monitoring and processing device 202 may also include a catheter with one or more electrodes, a probe, a blood pressure cuff, a weight scale, a bracelet or smartwatch vital sign tracker, a glucose monitor, a continuous positive airway pressure (CPAP) machine, or virtually any device capable of providing input regarding the patient's health or vital signs.
ある実施形態によれば、監視及び処理装置202は、患者の内部にある構成要素、及び患者の外部にある構成要素の両方の構成要素を含むことができる。 In some embodiments, the monitoring and processing device 202 may include both components that are internal to the patient and components that are external to the patient.
単一の監視及び処理装置202が図2に示されるが、例示的なシステムは、複数の患者生体情報監視及び処理装置を含むことができる。例えば、監視及び処理装置202は、1つ又は2つ以上の他の患者生体情報監視及び処理装置と通信してもよい。追加的に、又は代替的、1つ又は2つ以上の他の患者生体情報監視及び処理装置は、システム200のネットワーク210及び他の構成要素と通信することができる。 Although a single monitoring and processing device 202 is shown in FIG. 2, an exemplary system may include multiple patient vital signs monitoring and processing devices. For example, the monitoring and processing device 202 may be in communication with one or more other patient vital signs monitoring and processing devices. Additionally or alternatively, one or more other patient vital signs monitoring and processing devices may be in communication with the network 210 and other components of the system 200.
ローカルコンピューティングデバイス206及び/又はリモートコンピューティングシステム208は、監視及び処理装置202と共に、オートエンコーダ及びその機能を別々に若しくは集合的に格納、実行、及び実装するソフトウェア及び/又はハードウェアの任意の組み合わせであり得る。更に、本明細書に記載されるように、ローカルコンピューティングデバイス206及び/又はリモートコンピューティングシステム208は、監視及び処理装置202と共に、様々な通信技術を利用するコンピューティングデバイス及びネットワークの任意の数及び組み合わせを包含かつ/又は使用する電子的なコンピュータの枠組みであり得る。ローカルコンピューティングデバイス206及び/又はリモートコンピューティングシステム208は、監視及び処理装置202と共に、容易に拡大縮小可能、拡張可能であり得、またモジュール式であり得、異なるサービスに変更する能力、又は他の特徴とは独立に一部の特徴を再構成する能力を有する。 The local computing device 206 and/or the remote computing system 208, together with the monitoring and processing device 202, may be any combination of software and/or hardware that separately or collectively stores, executes, and implements the autoencoder and its functionality. Furthermore, as described herein, the local computing device 206 and/or the remote computing system 208, together with the monitoring and processing device 202, may be an electronic computer framework that encompasses and/or uses any number and combination of computing devices and networks utilizing various communication technologies. The local computing device 206 and/or the remote computing system 208, together with the monitoring and processing device 202, may be easily scalable, extensible, and modular, with the ability to change to different services or reconfigure some features independently of other features.
一実施形態によれば、ローカルコンピューティングデバイス206及びリモートコンピューティングシステム208は、監視及び処理装置202と共に、少なくともプロセッサ及びメモリを含み得、プロセッサは、オートエンコーダに関するコンピュータ命令を実行し、メモリは、そのプロセッサによって実行されるこれらのコンピュータ命令を格納する。 According to one embodiment, the local computing device 206 and the remote computing system 208, along with the monitoring and processing unit 202, may include at least a processor and memory, where the processor executes computer instructions related to the autoencoder and the memory stores these computer instructions executed by the processor.
システム200のローカルコンピューティングデバイス206は、監視及び処理装置202と通信し、第2のネットワーク211を通じてリモートコンピューティングシステム208へのゲートウエイとしての役割を果たすように構成することができる。ローカルコンピューティングデバイス206は、例えば、スマートフォン、スマートウォッチ、タブレット、又はネットワーク211を介して他のデバイスと通信するように構成された他のポータブルスマートデバイスであってもよい。あるいは、ローカルコンピューティングデバイス206は、例えば、モデム及び/若しくはルータ機能を含む固定した基地局、PCの無線モジュールを介して処理装置202とリモートコンピューティングシステム208との間の情報を伝達するための実行可能プログラムを使用するデスクトップ若しくはラップトップコンピュータ、又はUSBドングルなどの、固定型又は独立型のデバイスであってもよい。生体データは、ローカルエリアネットワーク(local area network、LAN)(例えば、パーソナルエリアネットワーク(personal area network、PAN))などの短距離無線ネットワーク210を介する短距離無線技術標準規格(例えば、ブルートゥース、Wi-Fi、ZigBee、Z-wave、及び他の短距離無線標準規格)を使用して、ローカルコンピューティングデバイス206と監視及び処理装置202との間で通信され得る。いくつかの実施形態では、本明細書に更に詳細に説明されるように、ローカルコンピューティングデバイス206はまた、取得された患者電気信号、及び取獲得された患者電気信号に関連付けられる情報を表示するように構成することもできる。 The local computing device 206 of the system 200 can be configured to communicate with the monitoring and processing unit 202 and to act as a gateway to the remote computing system 208 through the second network 211. The local computing device 206 may be, for example, a smartphone, smartwatch, tablet, or other portable smart device configured to communicate with other devices via the network 211. Alternatively, the local computing device 206 may be a fixed or stand-alone device, such as, for example, a fixed base station including modem and/or router functionality, a desktop or laptop computer using an executable program to communicate information between the processing unit 202 and the remote computing system 208 via a wireless module in the PC, or a USB dongle. Biometric data may be communicated between local computing device 206 and monitoring and processing device 202 using short-range wireless technology standards (e.g., Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, Z-wave, and other short-range wireless standards) over a short-range wireless network 210, such as a local area network (LAN) (e.g., a personal area network (PAN)). In some embodiments, local computing device 206 may also be configured to display acquired patient electrical signals and information associated with the acquired patient electrical signals, as described in further detail herein.
いくつかの実施形態では、リモートコンピューティングシステム208は、監視された患者生体情報、及び長距離ネットワークであるネットワーク211を介して監視された患者に関連付けられる情報のうちの少なくとも一方を受信するように構成することができる。例えば、ローカルコンピューティングデバイス206がモバイルフォンである場合、ネットワーク211は、無線セルラー式ネットワークであってもよく、情報は、上述した無線技術のいずれかなどの無線技術標準規格を介して、ローカルコンピューティングデバイス206とリモートコンピューティングシステム208との間で通信され得る。本明細書に更に詳細に説明されるように、リモートコンピューティングシステム208は、患者生体情報及びその関連する情報のうちの少なくとも一方を、医療専門家、医師、健康管理専門家などに提供する(例えば、視覚的に表示し、かつ/又は音声で提供する)ように構成することができる。 In some embodiments, the remote computing system 208 may be configured to receive at least one of the monitored patient biometric information and information associated with the monitored patient via network 211, which is a long-range network. For example, if the local computing device 206 is a mobile phone, network 211 may be a wireless cellular network, and information may be communicated between the local computing device 206 and the remote computing system 208 via a wireless technology standard, such as any of the wireless technologies described above. As described in further detail herein, the remote computing system 208 may be configured to provide (e.g., visually display and/or audibly provide) at least one of the patient biometric information and associated information to a medical professional, physician, healthcare professional, etc.
図2において、ネットワーク210は、短距離ネットワーク(例えば、ローカルエリアネットワーク(LAN)、又はパーソナルエリアネットワーク(PAN))の一例である。情報は、短距離ネットワーク210を介して、ブルートゥース、Wi-Fi、ZigBee、Z-wave、近距離無線通信(near field communication、NFC)、超広帯域無線、Zigbee、又は赤外線(infrared、IR)などの様々な短距離無線通信プロトコルのいずれか1つを使用して、監視及び処理装置202とローカルコンピューティングデバイス206との間で送信され得る。 In FIG. 2, network 210 is an example of a short-range network (e.g., a local area network (LAN) or a personal area network (PAN)). Information can be transmitted between monitoring and processing unit 202 and local computing device 206 via short-range network 210 using any one of a variety of short-range wireless communication protocols, such as Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, Z-wave, near field communication (NFC), ultra-wideband, ZigBee, or infrared (IR).
ネットワーク211は、有線ネットワーク、無線ネットワークであってもよく、又はイントラネット、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(wide area network、WAN)、メトロポリタンエリアネットワーク(metropolitan area network、MAN)、直接接続若しくは直列接続、携帯電話ネットワーク、若しくはローカルコンピューティングデバイス206とリモートコンピューティングシステム208との間の通信を容易にすることが可能な任意の他のネットワーク若しくは媒体などの1つ又は2つ以上の有線及び無線ネットワークを含むことができる。情報は、様々な長距離無線通信プロトコル(例えば、TCP/IP、HTTP、3G、4G/LTE、又は5G/New Radio)のいずれか1つを使用するネットワーク211を介して送信され得る。有線接続は、イーサネット、ユニバーサルシリアルバス(Universal Serial Bus、USB)、RJ-11、又は当該技術分野において一般的に知られている任意の他の有線接続を使用して実装することができる。無線接続は、Wi-Fi、WiMAX、及びブルートゥース、赤外線、セルラー式ネットワーク、衛星、又は任意の他の無線接続技法を使用して、実装することができる。更に、いくつかのネットワークは、単独で機能し、又は互いに通信し合って、ネットワーク211内の通信を容易にすることができる。いくつかの事例では、リモートコンピューティングシステム208は、ネットワーク211上の物理的なサーバとして、実装することができる。他の事例では、リモートコンピューティングシステム208は、ネットワーク211のパブリッククラウドコンピューティングプロバイダ(例えば、Amazon Web Services(AWS)(登録商標))の仮想サーバとして実装することができる。 Network 211 may be a wired network, a wireless network, or may include one or more wired and wireless networks, such as an intranet, a local area network (LAN), a wide area network (WAN), a metropolitan area network (MAN), a direct or serial connection, a cellular network, or any other network or medium capable of facilitating communication between local computing device 206 and remote computing system 208. Information may be transmitted over network 211 using any one of a variety of long-range wireless communication protocols (e.g., TCP/IP, HTTP, 3G, 4G/LTE, or 5G/New Radio). Wired connections may be implemented using Ethernet, Universal Serial Bus (USB), RJ-11, or any other wired connection commonly known in the art. Wireless connectivity may be implemented using Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth, infrared, cellular networks, satellite, or any other wireless connectivity technique. Additionally, several networks may function independently or communicate with each other to facilitate communication within network 211. In some cases, remote computing system 208 may be implemented as a physical server on network 211. In other cases, remote computing system 208 may be implemented as a virtual server on a public cloud computing provider of network 211 (e.g., Amazon Web Services (AWS)).
図3は、1つ又は2つ以上の実施形態に基づく人工知能システム300を示す。人工知能システム300は、データ310、マシン320、モデル330、複数の成果340、及び基礎的なハードウェア350を含み得る。図4は、図3の人工知能システムにおいて実行される方法400のブロック図を示す。図3~図4の説明は、理解を容易にするために、図2を参照して行われる。 Figure 3 illustrates an artificial intelligence system 300 according to one or more embodiments. The artificial intelligence system 300 may include data 310, a machine 320, a model 330, multiple outcomes 340, and underlying hardware 350. Figure 4 illustrates a block diagram of a method 400 implemented in the artificial intelligence system of Figure 3. For ease of understanding, Figures 3-4 will be described with reference to Figure 2.
概して、人工知能システム300は、(予測される)複数の成果340を可能にするためのモデル330を構築しながら、マシン320(例えば、図2のローカルコンピューティングデバイス206)を訓練するためのデータ310を使用することによって、方法400を動作させる。そのような構成では、人工知能システム300は、ハードウェア350(例えば、図2の監視及び処理装置202)に対して動作させて、マシン320を訓練し、モデル330を構築し、アルゴリズムを使用して成果を予測することができる。これらのアルゴリズムを使用して、訓練されたモデル330を解き、ハードウェア350に関連付けられた成果340を予測することができる。これらのアルゴリズムは、通常、分類アルゴリズム、回帰アルゴリズム、及びクラスタリングアルゴリズムに区分することができる。 Generally, the artificial intelligence system 300 operates the method 400 by using the data 310 to train a machine 320 (e.g., the local computing device 206 of FIG. 2 ) while building a model 330 to enable multiple (predicted) outcomes 340. In such a configuration, the artificial intelligence system 300 can operate against hardware 350 (e.g., the monitoring and processing unit 202 of FIG. 2 ) to train the machine 320, build the model 330, and predict outcomes using algorithms. These algorithms can be used to solve the trained model 330 and predict outcomes 340 associated with the hardware 350. These algorithms can generally be categorized as classification algorithms, regression algorithms, and clustering algorithms.
ブロック410において、方法400は、ハードウェア350からデータ310を収集することを含み得る。マシン320は、ハードウェア350に関連付けられたコントローラ若しくはデータコレクタとして動作してもよく、かつ/又はハードウェア350に関連付けられている。データ310(例えば、図2の監視及び処理装置202に由来し得る生体データ)は、ハードウェア350に関連し得る。例えば、データ310は、進行中のデータ、又はハードウェア350に関連付けられた出力データであってもよい。データ310はまた、現在収集されたデータ、履歴データ、又はハードウェア350からの他のデータを含むこともできる。例えば、データ310は、外科処置中の測定値を含んでもよく、外科処置の成果に関連付けられてもよい。例えば、心臓の温度(例えば、患者204の)が収集され、心臓処置の成果と相関される場合がある。 At block 410, the method 400 may include collecting data 310 from the hardware 350. The machine 320 may act as a controller or data collector associated with the hardware 350 and/or may be associated with the hardware 350. The data 310 (e.g., biometric data that may originate from the monitoring and processing unit 202 of FIG. 2) may be associated with the hardware 350. For example, the data 310 may be ongoing data or output data associated with the hardware 350. The data 310 may also include currently collected data, historical data, or other data from the hardware 350. For example, the data 310 may include measurements taken during a surgical procedure and may be associated with the outcome of the surgical procedure. For example, cardiac temperature (e.g., of the patient 204) may be collected and correlated with the outcome of the cardiac procedure.
ブロック420において、方法400は、ハードウェア350に関してマシン320を訓練することを含み得る。この訓練には、ブロック410において収集されたデータ310の分析及び相関が含まれ得る。例えば、心臓の場合、温度及び成果のデータ310を訓練して、心臓処置中の心臓(例えば、患者204の)の温度とその成果との間に相関又は関連が存在するかどうかを判定することができる。 At block 420, the method 400 may include training the machine 320 on the hardware 350. This training may include analyzing and correlating the data 310 collected in block 410. For example, in the cardiac case, temperature and outcome data 310 may be trained to determine whether a correlation or association exists between the temperature of the heart (e.g., of the patient 204) during a cardiac procedure and the outcome.
ブロック430において、方法400は、モデル330を、ハードウェア350に関連付けられたデータ310上に構築することを含み得る。モデル330を構築することは、物理的なハードウェア若しくはソフトウェアのモデル化、アルゴリズムのモデル化、及び/又はその同様のものを含むことができる。このモデル化は、収集され、訓練されたデータ310を表すことを目指してもよい。ある実施形態によれば、モデル330は、ハードウェア350の動作をモデル化し、ハードウェア350から収集されたデータ310をモデル化して、ハードウェア350によって達成される成果を予測するように構成することができる。1つ又は2つ以上の実施形態によれば、モデル330は、オートエンコーダに関して、心室遠距離場と心房系の活性化とを分離し、心房及び心室の活性化のための別個のマップを生成することができる。 At block 430, the method 400 may include building a model 330 on the data 310 associated with the hardware 350. Building the model 330 may include modeling of physical hardware or software, modeling of an algorithm, and/or the like. The modeling may be intended to represent the collected and trained data 310. According to some embodiments, the model 330 may be configured to model the operation of the hardware 350 and model the data 310 collected from the hardware 350 to predict outcomes achieved by the hardware 350. According to one or more embodiments, the model 330, with respect to an autoencoder, may separate the ventricular far field from the activation of the atrial system and generate separate maps for atrial and ventricular activation.
ブロック440において、方法400は、ハードウェア350に関連付けられたモデル330の複数の成果340を予測することを含むことができる。複数の成果340についてのこの予測は、訓練されたモデル330に基づくことができる。例えば、本開示の理解を高めるために、心臓の場合、処置中の温度が36.5℃~37.89℃(すなわち、97.7°F~100.2°F)であり、心臓処置からより肯定的な結果を生じさせる場合、その成果は、心臓処置中のその心臓の温度に基づいて、所与の処置において予測することができる。したがって、予測される成果340を使用して、ハードウェア350は、ハードウェア350からの特定の所望の成果340を提供するように構成することができる。 At block 440, the method 400 may include predicting a plurality of outcomes 340 of the model 330 associated with the hardware 350. This prediction of the plurality of outcomes 340 may be based on the trained model 330. For example, to enhance understanding of the present disclosure, for a heart, if a temperature between 36.5°C and 37.89°C (i.e., 97.7°F and 100.2°F) during the procedure results in a more positive outcome from the cardiac procedure, then that outcome may be predicted for a given procedure based on the temperature of the heart during the cardiac procedure. Thus, using the predicted outcome 340, the hardware 350 may be configured to provide a particular desired outcome 340 from the hardware 350.
ここで図5を参照すると、1つ又は2つ以上の実施形態に基づくニューラルネットワーク500の例が示されている。ニューラルネットワーク500は、オートエンコーダを実装したものとして動作する。ニューラルネットワーク500は、マシン320(例えば、図2のローカルコンピューティングデバイス206)及び/又はハードウェア350(例えば、図2の監視及び処理装置202)などのハードウェア内に実装されることができる。一般に、ニューラルネットワークは、ニューロンのネットワーク若しくは回路であり、又は現代的な意味で、人工的なニューロン若しくはノード若しくはセルから構成される人工ニューラルネットワーク(artificial neural network、ANN)である。 Referring now to FIG. 5, an example of a neural network 500 is shown, according to one or more embodiments. The neural network 500 operates as an implementation of an autoencoder. The neural network 500 can be implemented in hardware, such as the machine 320 (e.g., the local computing device 206 of FIG. 2) and/or the hardware 350 (e.g., the monitoring and processing unit 202 of FIG. 2). In general, a neural network is a network or circuit of neurons, or in the modern sense, an artificial neural network (ANN), composed of artificial neurons, nodes, or cells.
例えば、ANNは、処理要素(人工ニューロン)と要素パラメータとの間の接続によって決定される複雑な大域的挙動を示すことができる処理要素のネットワークを含むことができる。ニューロンのネットワーク又は回路のこれらの接続は、重みとしてモデル化され得る。正の重みは興奮性結合を反映し得、負の値は抑制結合を意味し得る。入力は、重みによって修正され、線形結合を用いて合計され得る。活性化関数が、出力の振幅を制御することができる。例えば、出力の許容範囲は通常0~1であるか、又は-1~1の場合もある。 For example, an ANN can include a network of processing elements (artificial neurons) that can exhibit complex global behavior determined by the connections between the processing elements and element parameters. These connections in a neuronal network or circuit can be modeled as weights. Positive weights can reflect excitatory connections, while negative values can represent inhibitory connections. Inputs can be modified by the weights and summed using a linear combination. An activation function can control the amplitude of the output. For example, the allowable range of the output is typically 0 to 1, or sometimes -1 to 1.
ほとんどの場合、ANNは、ネットワークを通って流れる外部情報又は内部情報に基づいて、その構造を変化させる適応システムである。より実用的な用語では、ニューラルネットワークは、入力と出力との間の複雑な関係をモデル化し、又はデータ内のパターンを見つけ出すために使用することができる非線形統計データモデル化ツール又は意志決定ツールである。したがって、ANNは、データセットを介して訓練されながら、予測モデル化及び適応制御アプリケーションのために使用することができる。経験から生じる自己学習がANNで起こる可能性があり、複雑で一見無関係な一組の情報から結論を導き出すことができる。人工ニューラルネットワークモデルの有用性は、そのモデルを仕様して観測から関数を推定し、またそれを使用することもできるという事実にある。教師なしニューラルネットワークは、入力分布の顕著な特徴をキャプチャする入力の表現の学習、また、最近では、観測データの分布関数を暗黙的に学習することができる深層学習アルゴリズムにも使用することができる。ニューラルネットワークでの学習は、データ又はタスクの複雑さのためにそのような関数の設計を手作業では行えない用途において特に有用である。 In most cases, ANNs are adaptive systems that change their structure based on external or internal information flowing through the network. In more practical terms, neural networks are nonlinear statistical data modeling or decision-making tools that can be used to model complex relationships between inputs and outputs or to find patterns in data. ANNs can therefore be used for predictive modeling and adaptive control applications while being trained through data sets. Self-learning arising from experience can occur in ANNs, allowing them to draw conclusions from complex, seemingly unrelated sets of information. The usefulness of artificial neural network models lies in the fact that they can be used to estimate and also use functions from observations. Unsupervised neural networks can be used to learn representations of inputs that capture salient features of the input distribution, and more recently, in deep learning algorithms that can implicitly learn distribution functions for observed data. Training with neural networks is particularly useful in applications where the complexity of the data or task prohibits the manual design of such functions.
ニューラルネットワークは、様々な分野において使用可能である。ANNが適用されるタスクは、関数近似、又は時系列予測及びモデル化を含む回帰分析、パターン及び配列認識、新規性の検出及び逐次的な意思決定を含む分類、フィルタリング、クラスタリング、ブラインド信号分離及び圧縮を含むデータ処理を含む広いカテゴリにわたる傾向がある。 Neural networks can be used in a variety of fields. The tasks to which ANNs are applied tend to span broad categories, including function approximation or regression analysis, including time series prediction and modeling; pattern and sequence recognition; classification, including novelty detection and sequential decision making; and data processing, including filtering, clustering, blind signal separation, and compression.
ANNの適用領域には、非線形システムの識別及び制御(車両制御、プロセス制御)、ゲームのプレー及び意思決定(バックギャモン、チェス、レース)、パターン認識(レーダーシステム、顔識別、オブジェクト認識)、シーケンス認識(ジェスチャ、スピーチ、手書きテキスト認識)、医療診断、金融アプリケーション、データマイニング(又はデータベースでの知識発見、すなわち「knowledge discovery in databases、KDD」)、視覚化並びに電子メールスパムフィルタリングが含まれ得る。例えば、オブジェクト認識のために訓練された写真から生じるユーザの興味のセマンティックプロファイルを作成することが可能である。 Application areas of ANNs may include identification and control of nonlinear systems (vehicle control, process control), game playing and decision-making (backgammon, chess, racing), pattern recognition (radar systems, face identification, object recognition), sequence recognition (gesture, speech, handwritten text recognition), medical diagnosis, financial applications, data mining (or knowledge discovery in databases, KDD), visualization, and email spam filtering. For example, it is possible to create semantic profiles of user interests resulting from photographs trained for object recognition.
ここで図6を参照すると、1つ又は2つ以上の実施形態に基づく方法600のブロック図が示されている。方法600は、ニューラルネットワーク500(例えば、オートエンコーダ)の動作を図示する。図5を参照すると、ニューラルネットワーク500では、入力層510は、512及び514などの複数の入力によって表されてもよい。図6のブロック610に関して、入力層510は、初期動作として複数の入力(例えば、入力心内信号)を受信してもよい。複数の入力は、超音波信号、無線信号、音響信号、又は二次元画像であり得る。より具体的には、複数の入力は、心房から記録された生データである入力データ(X)として表されてもよい。所望の情報は、心臓(例えば、心房)の高周波ゾーン内にあってもよく、オートエンコーダは、入力心内信号のより良好な構造を提供する。1つ又は2つ以上の実施形態によれば、複数の入力は、心内ECGと身体表面ECGとの組み合わせであってもよい(心内信号から遠距離場ノイズを除去するため)。 Referring now to FIG. 6, a block diagram of a method 600 according to one or more embodiments is shown. Method 600 illustrates the operation of a neural network 500 (e.g., an autoencoder). Referring to FIG. 5, in neural network 500, input layer 510 may be represented by multiple inputs, such as 512 and 514. With reference to block 610 of FIG. 6, input layer 510 may receive multiple inputs (e.g., input intracardiac signals) as an initial operation. The multiple inputs may be ultrasound signals, radio signals, acoustic signals, or two-dimensional images. More specifically, the multiple inputs may be represented as input data (X), which is raw data recorded from the atria. The desired information may be within the high-frequency zone of the heart (e.g., the atria), and the autoencoder provides a better structure of the input intracardiac signals. According to one or more embodiments, the multiple inputs may be a combination of intracardiac ECG and body surface ECG (to remove far-field noise from the intracardiac signals).
図6のブロック620では、ニューラルネットワーク500は、心内データセットを利用して入力心内信号を符号化し、潜在的な表現を生成してもよい。潜在的な表現は、入力心内信号から導かれる1つ又は2つ以上の中間画像を含み得る。1つ又は2つ以上の実施形態によれば、潜在的な表現は、入力心内信号に重み行列を適用し、バイアスベクトルをその結果に付加する、オートエンコーダの要素ごとの活性化関数(例えば、シグモイド関数又は正規化線形ユニット)によって生成されてもよい。重み行列の重み及びバイアス、並びにバイアスベクトルは、ランダムに初期化され、次いで訓練中に繰り返し更新されてもよい。 At block 620 of FIG. 6 , the neural network 500 may utilize the intracardiac data set to encode the input intracardiac signal and generate a latent representation. The latent representation may include one or more intermediate images derived from the input intracardiac signal. According to one or more embodiments, the latent representation may be generated by an element-wise activation function (e.g., a sigmoid function or a rectified linear unit) of an autoencoder that applies a weighting matrix to the input intracardiac signal and appends a bias vector to the result. The weights and biases of the weighting matrix, as well as the bias vector, may be randomly initialized and then iteratively updated during training.
心内データセットは、訓練データセットであっても、干渉、アーチファクト、及びノイズを含まない(すなわち、クリーンの一例)所定のかつ承認された信号を含むクリーンデータであってもよい。一実施形態では、ベテランの医療専門家、医師などが精査、編集して、信号干渉、信号アーチファクト、及び信号ノイズを除去し、心内データセットの各電気信号を承認することができる。一実施形態では、心内データは、数千以上のオーダーの電気信号数を有することができ、各電気信号の信号形態は、テンプレート照合及びブランキングを使用して検査される。例えば、心内データセット(例えば、心内ECG信号の「クリーンバージョン」のデータベース)を用いて、任意のIC-ECGアーチファクトのノイズ除去を実行することができる。電気信号の量、並びに精査、編集、及び承認の複雑さを考慮すると、心内データセットの作成は、オートエンコーダによる多段データ操作のデータ訓練部分と見なすことができる。 The intracardiac data set may be a training data set or clean data containing predetermined and approved signals that are free of interference, artifacts, and noise (i.e., an example of clean data). In one embodiment, a trained medical professional, physician, or the like may review, edit, and remove signal interference, artifacts, and noise to approve each electrical signal in the intracardiac data set. In one embodiment, the intracardiac data may contain electrical signals on the order of thousands or more, and the signal morphology of each electrical signal may be examined using template matching and blanking. For example, an intracardiac data set (e.g., a database of "clean versions" of intracardiac ECG signals) may be used to perform denoising of any IC-ECG artifacts. Given the volume of electrical signals and the complexity of reviewing, editing, and approving, the creation of the intracardiac data set may be considered the data training portion of the multi-stage data manipulation by the autoencoder.
図5に示すように、入力512及び514は、ノード532、534、536、及び538を含むものとして図示された隠れ層530に提供され得る(例えば、潜在的な表現又はデータ符号化)。この符号化により、入力心内信号の次元数削減が与えられる。次元数削減とは、一組の主要変数を取得することによって、考慮下にある(複数の入力の)ランダム変数の数を削減するプロセスである。例えば、次元数削減は、高次元空間(例えば、10次元を上回る)から低次元空間(例えば、2~3次元)にデータ(例えば、複数の入力)を変換する特徴抽出であり得る。次元数削減の技術的効果及び利点には、データに要求される時間及び記憶空間を削減すること、データの可視化を改善すること、及び機械学習のためのパラメータ解釈を改善することが含まれる。このデータ変換は、線形又は非線形であり得る。受信(ブロック610)及び符号化(ブロック620)の動作は、オートエンコーダによる多段データ操作のデータ準備部分と見なすことができる。 As shown in FIG. 5 , inputs 512 and 514 may be provided (e.g., latent representation or data encoding) to a hidden layer 530, illustrated as including nodes 532, 534, 536, and 538. This encoding provides a dimensionality reduction of the input intracardiac signal. Dimensionality reduction is the process of reducing the number of random variables (of multiple inputs) under consideration by obtaining a set of key variables. For example, dimensionality reduction may be feature extraction, which transforms data (e.g., multiple inputs) from a high-dimensional space (e.g., greater than 10 dimensions) to a low-dimensional space (e.g., 2-3 dimensions). Technical effects and advantages of dimensionality reduction include reducing the time and storage space required for the data, improving data visualization, and improving parameter interpretation for machine learning. This data transformation may be linear or nonlinear. The receiving (block 610) and encoding (block 620) operations may be considered the data preparation portion of the multi-stage data manipulation performed by an autoencoder.
一実施形態によれば、データ準備は、心室(心臓の2つの下部心腔)からの同時記録を伴う、心房(血液が心臓の心室に入り込む上部心腔)の心内心電図(IC-ECG)データ収集を更に含むことができる。 According to one embodiment, data preparation may further include intracardiac electrocardiogram (IC-ECG) data collection of the atria (the upper chambers where blood enters the ventricles of the heart) with simultaneous recording from the ventricles (the two lower chambers of the heart).
図6のブロック630において、ニューラルネットワーク500は、潜在的な表現を復号化して、出力心内信号を生成することができる。出力心内信号は、IC-ECGの場合の心室遠距離場の推定であり得る。図5に示すように、ノード532、534、536、及び538は、出力層550内に出力552を生成するように組み合わされてもよく、出力層550は、信号干渉、信号アーチファクト、及び信号ノイズを伴わずに、低減された次元で入力512及び514を再構成することができる。ニューラルネットワーク500は、ノード532、534、536、及び538の隠れ層530を介して処理を実行し、処理要素と要素パラメータとの間の接続によって決定される複雑な大域的挙動を示すことができる。出力層550のターゲットデータは、ターゲットデータタイプ1の心室活動(Y1)を含んでもよく、また遠距離場低減後のターゲットデータタイプ2の入力データ(Y2)を含む。遠距離場は、3Dマップを生成及びナビゲートすることに関して問題を引き起こす場合がある(例えば、心室遠距離場は心房の活性化と干渉する場合がある)。したがって、ニューラルネットワーク500を使用するオートエンコーダの技術的効果及び利点には、アーチファクト(遠距離場に関する)除去により3Dマップの精度を改善することが含まれる。 In block 630 of FIG. 6, the neural network 500 can decode the latent representation to generate an output intracardiac signal. The output intracardiac signal can be an estimate of the ventricular far-field in the case of IC-ECG. As shown in FIG. 5, nodes 532, 534, 536, and 538 can be combined to generate output 552 in output layer 550, which can reconstruct inputs 512 and 514 in reduced dimensionality without signal interference, signal artifacts, and signal noise. The neural network 500 performs processing through the hidden layer 530 of nodes 532, 534, 536, and 538 and can exhibit complex global behavior determined by connections between processing elements and element parameters. The target data in the output layer 550 can include ventricular activity (Y1) of target data type 1 and input data (Y2) of target data type 2 after far-field reduction. The far field can cause problems with generating and navigating 3D maps (e.g., the ventricular far field can interfere with atrial activation). Therefore, technical effects and advantages of an autoencoder using neural network 500 include improving the accuracy of 3D maps through artifact (far field) removal.
1つ又は2つ以上の実施形態によれば、ニューラルネットワーク500を使用するオートエンコーダのモデルは、心室遠距離場と心房系の活性化とを分離して、心房及び心室の活性化のための別個のマップを生成することができる。 According to one or more embodiments, an autoencoder model using neural network 500 can separate the ventricular far field from activation of the atrial system, generating separate maps for atrial and ventricular activation.
ある実施形態によれば、オートエンコーダは、更に後述するように、f(X)=Y1かつg(X)=Y2であるように、マッピング関数(f,g)を見つけるためのノイズ除去オートエンコーダであり得る。この点に関して、オートエンコーダのタスクは、入力Xのいくつかの次元削減によってXからXへのマッピングを学習することであり得る(例えば、h=F(X)及びX=G(h)であるように、2つのニューラルネットワーク(F,G)を構築する。hの次元は、Xの次元よりも低い。ノイズ除去オートエンコーダでは、アーキテクチャは類似しているが、ノイズ除去オートエンコーダはXからYへのマッピングを学習し、YはXのノイズ除去バージョンである。 According to one embodiment, the autoencoder may be a denoising autoencoder to find a mapping function (f, g) such that f(X) = Y1 and g(X) = Y2, as described further below. In this regard, the task of the autoencoder may be to learn a mapping from X to X through some dimensionality reduction of the input X (e.g., construct two neural networks (F, G) such that h = F(X) and X = G(h), where the dimensionality of h is lower than the dimensionality of X). In a denoising autoencoder, the architecture is similar, but the denoising autoencoder learns a mapping from X to Y, where Y is a denoised version of X.
図7を参照すると、1つ又は2つ以上の実施形態に基づく信号700のグラフィカル表示が示されている。信号700によって示されるように、ECG信号は、P波710(心房脱分極に起因する)、QRS複合体720(心房再分極及び心室脱分極に起因する)、及びT波730(心室再分極に起因する)を含む。ECG信号は、心臓の心房筋及び心室筋の収縮(脱分極)及び弛緩(再分極)によって生成される。ECG信号を記録するために、電極が、人体上の特定の位置に配置され得るか、又はカテーテルを介して人体内に配置され得る。アーチファクト(例えば、ノイズ)は、ECG信号などの電気信号と合併する望ましくない信号であり、場合によっては、心臓疾患の診断及び/又は治療への障害を作り出す。電気信号におけるアーチファクトは、基線変動、電力線干渉、EMGノイズ、電力線ノイズ等であり得る。すなわち、アーチファクトの例としては、電力ノイズ(例えば、回路と、50又は60Hz電力線との間の静電的結合及び電磁的結合)、Fluroノイズ(例えば、蛍光灯)、接触ノイズ(例えば、カテーテル電極間の衝突)、及び偏向ノイズ(例えば、カテーテル偏向中の静電気の放電)が挙げられるが、これらに限定されない。 Referring to FIG. 7 , a graphical representation of a signal 700 is shown in accordance with one or more embodiments. As shown by signal 700, the ECG signal includes a P wave 710 (due to atrial depolarization), a QRS complex 720 (due to atrial repolarization and ventricular depolarization), and a T wave 730 (due to ventricular repolarization). The ECG signal is generated by the contraction (depolarization) and relaxation (repolarization) of the atrial and ventricular muscles of the heart. To record the ECG signal, electrodes may be placed at specific locations on the body or may be placed within the body via a catheter. Artifacts (e.g., noise) are unwanted signals that combine with electrical signals, such as ECG signals, potentially creating obstacles to the diagnosis and/or treatment of cardiac disease. Artifacts in electrical signals may be baseline drift, power line interference, EMG noise, power line noise, etc. That is, examples of artifacts include, but are not limited to, power noise (e.g., electrostatic and electromagnetic coupling between circuits and 50 or 60 Hz power lines), fluoro noise (e.g., fluorescent lights), contact noise (e.g., collisions between catheter electrodes), and deflection noise (e.g., static discharge during catheter deflection).
基線変動又は基線ドリフトは、信号のベース軸(x軸)が、直線であることよりも、「変動」又は上下に移動するように見えるところで生じる。これにより、信号全体をその正常なベースからシフトさせることができる。ECG信号において、基線変動は、不適切な電極接触(例えば、電極皮膚インピーダンス)、患者の動き、及び周期的な動き(例えば、呼吸)に起因して引き起こされる場合がある。 Baseline drift or baseline shift occurs when the base axis (x-axis) of a signal appears to "fluctuate" or move up and down rather than being linear. This can cause the entire signal to shift from its normal base. In ECG signals, baseline drift can be caused by improper electrode contact (e.g., electrode-skin impedance), patient movement, and periodic movement (e.g., breathing).
図8は、1つ又は2つ以上の実施形態に基づく、プロット800に示される信号810のグラフィカル表示を示す。これに関して、信号800は、基線変動820によって影響を受ける典型的なECG信号である。基線変動1020の周波数成分は、0.5Hzの範囲にある。運動又はストレス試験中に身体の動きが増えると、基線変動の周波数成分は増加する。実装形態によれば、基線信号が低周波数信号であることを考慮すると、ECG信号810内の基線変動820を推定及び除去するために、0.5Hzのカットオフ周波数を用いて高域通過ゼロ位相前方後方フィルタリングを行う有限インパルス応答(Finite Impulse Response、FIR)が使用されてもよい。 8 illustrates a graphical representation of a signal 810 shown in plot 800, according to one or more embodiments. In this regard, signal 800 is a typical ECG signal affected by baseline drift 820. The frequency content of the baseline drift 1020 is in the 0.5 Hz range. As body movement increases during exercise or stress testing, the frequency content of the baseline drift increases. According to an implementation, considering that the baseline signal is a low-frequency signal, a finite impulse response (FIR) filter with high-pass zero-phase forward-backward filtering with a cutoff frequency of 0.5 Hz may be used to estimate and remove the baseline drift 820 in the ECG signal 810.
電力線によって生じる電磁場は、ECGなどの電気信号において、並びに患者の身体から記録された任意の他の生体電気信号に対し共通のノイズ源を表す。そのようなノイズは、例えば、50又は60Hz正弦波干渉によって特徴付けられ、場合によっては、多くの高調波が付随する。そのような狭帯域ノイズは、ECGの分析及び解釈をより困難に描画し、その理由は、低振幅波形の描写の信頼性がなくなり、スプリアス波形がもたらされ得るからである。P波710及びT波730のような低周波数ECG波と重畳するので、ECG信号から電力線干渉を除去することが必要であり得る。 Electromagnetic fields generated by power lines represent a common noise source in electrical signals such as ECGs, as well as any other bioelectrical signals recorded from a patient's body. Such noise is characterized, for example, by 50 or 60 Hz sinusoidal interference, sometimes accompanied by many harmonics. Such narrow-band noise makes ECG analysis and interpretation more difficult because it can result in unreliable depiction of low-amplitude waveforms and spurious waveforms. It may be necessary to remove power line interference from ECG signals because it superimposes on low-frequency ECG waves such as the P wave 710 and T wave 730.
筋肉ノイズの存在がECG分野などの多くの電気信号分野で干渉し得、このため、低振幅波形が隠れて見えなくなる場合がある。筋肉ノイズは、基線変動820及び50/60Hz干渉とは対照的に、狭帯域フィルタリングによっては除去されないが、筋肉活動のスペクトル成分がPQRST複合体720のスペクトル成分とかなり重なり合うため、異なるフィルタリング問題を提示する。ECG信号810は繰り返し信号であるため、誘発電位の処理と同様の方法で筋肉ノイズを削減するための技術を使用することができる。図9は、1つ又は2つ以上の実施形態に基づいて示される信号905のグラフィカル表示900を示す。これに関して、信号905は、EMGノイズ910によって干渉されたECG信号である。 The presence of muscle noise can interfere with many electrical signal fields, such as the ECG field, and thus may obscure low-amplitude waveforms. In contrast to baseline drift 820 and 50/60 Hz interference, muscle noise is not removed by narrowband filtering, but presents a different filtering challenge because the spectral components of muscle activity overlap significantly with the spectral components of the PQRST complex 720. Because the ECG signal 810 is a repetitive signal, techniques can be used to reduce muscle noise in a manner similar to the processing of evoked potentials. FIG. 9 illustrates a graphical representation 900 of a signal 905 shown in accordance with one or more embodiments. In this regard, the signal 905 is an ECG signal interfered with by EMG noise 910.
ECG信号などの電気信号を測定するための計器は、線、又は電源、周波数に対応する電気的干渉を検出することが多い。ほとんどの国の線周波数は、名目上、50Hz又は60Hzに設定されるが、これらの公称値から数パーセントだけ変動し得る。 Instruments for measuring electrical signals, such as ECG signals, often detect electrical interference corresponding to line, or power, frequencies. Line frequencies in most countries are nominally set at 50 Hz or 60 Hz, but can vary by a few percent from these nominal values.
電気信号から電気的干渉を除去するための様々な技術が実施され得る。これらの技術のいくつかは、1つ又は2つ以上の低域通過フィルタ又はノッチフィルタを使用する。例えば、ECG信号内のノイズを可変フィルタリングするためのシステムが実装され得る。このシステムは、例えば、ほぼ50Hzにおいて3dB点を有する1つのフィルタ、及びほぼ5Hzにおいて3dB点を有する第2の低域通過フィルタを含む複数の低域通過フィルタを有することができる。 Various techniques can be implemented to remove electrical interference from electrical signals. Some of these techniques use one or more low-pass or notch filters. For example, a system can be implemented for variably filtering noise in ECG signals. This system can have multiple low-pass filters, including, for example, one filter with a 3 dB point at approximately 50 Hz and a second low-pass filter with a 3 dB point at approximately 5 Hz.
別の例によれば、電気信号の線周波数成分を阻止するためのシステムが、2つの直列結合されたノッチフィルタに信号を通過させることによって実装されてもよい。ECG信号から線周波数成分を除去するための低域通過係数及び高域通過係数のどちらか一方又はその両方を有することができるノッチフィルタを備えるシステムが、実装され得る。このシステムはまた、バーストノイズの除去をサポートすることもでき、ノッチフィルタ出力からの心拍数を計算することもできる。 According to another example, a system for rejecting line frequency components of an electrical signal may be implemented by passing the signal through two series-coupled notch filters. A system may be implemented with notch filters that can have either low-pass or high-pass coefficients or both to remove line frequency components from the ECG signal. This system may also support the removal of burst noise and may calculate the heart rate from the notch filter output.
別の例によれば、干渉を除去するためのいくつかのユニットを備えるシステムが、実装され得る。これらのユニットは、いくつかの心臓周期にわたって平均信号を生成するための平均値ユニット、入力信号から平均信号を減算して残余信号を生成するための減算ユニット、残余信号からフィルタリングされた信号を提供するためのフィルタユニット、及び/又はフィルタリングされた信号を平均信号に加算するための加算ユニットを含むことができる。 According to another example, a system may be implemented that includes several units for removing interference. These units may include an average value unit for generating an average signal over several cardiac cycles, a subtraction unit for subtracting the average signal from the input signal to generate a residual signal, a filter unit for providing a filtered signal from the residual signal, and/or an addition unit for adding the filtered signal to the average signal.
別の例によれば、アナログデジタル(A/D)変換器が、その変換器のクロックを、線周波数に設定された位相ロックループと同期させることによって、ノイズ除去を提供することができる。 According to another example, an analog-to-digital (A/D) converter can provide noise rejection by synchronizing the converter's clock with a phase-locked loop set to the line frequency.
更に、生体情報(例えば、生体電位)患者モニタは、表面電極を使用して、ECG又は脳電図(electroencephalogram、EEG)などの生体電位の測定を行うことができる。これらの測定値の忠実度は、電極の、患者との接続の有効性によって制限される。電極システムの、電流の流れに対する抵抗は、電気インピーダンスとして既知であり、接続の有効性を特徴付ける。典型的には、インピーダンスが高いほど、測定の忠実度は低くなる。いくつかの機構は、より低い忠実度に寄与し得る。 Additionally, biometric (e.g., biopotential) patient monitors can use surface electrodes to make biopotential measurements, such as an ECG or electroencephalogram (EEG). The fidelity of these measurements is limited by the effectiveness of the electrode connection to the patient. The resistance of the electrode system to the flow of current is known as electrical impedance and characterizes the effectiveness of the connection. Typically, the higher the impedance, the lower the fidelity of the measurement. Several mechanisms can contribute to lower fidelity.
高インピーダンスを有する電極からの信号は、熱ノイズ(又はいわゆるジョンソンノイズ)、インピーダンス値の平方根と共に増加する電圧から影響を受ける。更に、生体電位電極は、ジョンソンによって予測される電圧ノイズを上回る電圧ノイズを有する傾向がある。また、生体電位電極から測定を行う増幅器システムは、より高い電極インピーダンスにおいて、性能を低下させた場合がある。それらの悪化は、低品位の共通モード阻止によって特徴付けられ、それは、患者の動き、及び患者の上又はその周りで使用され得る電子機器などのノイズ源によって、生体電気信号の汚染を増加させる傾向がある。これらのノイズ源は、特に、手術室において蔓延しており、電気外科ユニット(electrosurgical unit、ESU)、人工心肺ポンプ(cardiopulmonary bypass pump、CPB)、電気モータ駆動式外科用のこぎり、レーザ、及び他の供給源などの機器を含み得る。 Signals from electrodes with high impedance are affected by thermal noise (or so-called Johnson noise), a voltage that increases with the square root of the impedance value. Furthermore, biopotential electrodes tend to have voltage noise that exceeds that predicted by Johnson. Amplifier systems making measurements from biopotential electrodes may also have degraded performance at higher electrode impedances. These degradations are characterized by poor common-mode rejection, which tends to increase contamination of bioelectric signals by noise sources such as patient movement and electronic equipment that may be used on or around the patient. These noise sources are particularly prevalent in operating rooms and can include equipment such as electrosurgical units (ESUs), cardiopulmonary bypass pumps (CPBs), electric motor-driven surgical saws, lasers, and other sources.
心臓手術中、多くの場合、患者を監視しながら、電極インピーダンスをリアルタイムで継続的に測定することが望ましい。これを実行するため、非常に小さい電流が、通常、電極に注入され、その結果得られた電圧が測定され、それによって、オームの法則を使用してインピーダンスを確立する。この電流は、DC又はAC電源を使用して注入され得る。多くの場合、干渉から生じる電圧アーチファクトから、電極インピーダンスに起因する電圧を分離することは不可能である。干渉は、測定された電圧を増加させる傾向があり、したがって、見かけの測定されたインピーダンスは、生体電子測定システムに、実際に提示されたものよりも高いインピーダンスを誤って検出させる。多くの場合、そのような監視システムは、最大インピーダンス閾値限界を有し、その限界は、プログラムされて、それらの監視システムがこれらの限界を上回るインピーダンスを検出したときに、監視システムの動作を防止することができる。これは、EEGなどの非常に小さい電圧の測定を行うシステムには、特に当てはまる。そのようなシステムは、非常に低い電極インピーダンスを必要とする。 During cardiac surgery, it is often desirable to continuously measure electrode impedance in real time while monitoring the patient. To do this, a very small current is typically injected into the electrode and the resulting voltage is measured, thereby establishing the impedance using Ohm's Law. This current can be injected using a DC or AC power source. Often, it is impossible to separate the voltage due to electrode impedance from voltage artifacts resulting from interference. Interference tends to increase the measured voltage, and therefore the apparent measured impedance can cause the bioelectronic measurement system to erroneously detect a higher impedance than actually presented. Such monitoring systems often have maximum impedance threshold limits that can be programmed to prevent operation when they detect an impedance above these limits. This is especially true for systems that make very small voltage measurements, such as EEG. Such systems require very low electrode impedances.
高解像度の心内電位図(EGM)の使用は、心臓アブレーション処置を誘導することができる。心臓アブレーションは、とりわけ、複雑な電気生理学的(electro-physiological、EP)回路及び心室の1つへの再侵入によって高速で不規則な心拍が生じる心室性頻拍(ventricular tachycardia、VT)を治療するために用いられてよい。したがって、カテーテルアブレーションの目的は、VTの起点を狙うことである。VT回路のマッピング及びそれらの発生源の特定は、VTアブレーションの成功にとって重要である。VTの存在下で心内EGMを解釈する上での主な課題は、EGM信号が複雑な形態を有し得、このことが、局所活性化時間(local activation time、LAT)を十分に高い空間分解能で抽出することを困難にすることである。このことは、次いで、関連するアブレーションターゲットの位置を特定するために重要である、心室内の複雑な回路を正確にマッピングすることを困難にする。 The use of high-resolution intracardiac electrograms (EGMs) can guide cardiac ablation procedures. Cardiac ablation may be used, among other things, to treat ventricular tachycardia (VT), a condition in which complex electrophysiological (EP) circuits and reentry into one of the ventricles result in a rapid, irregular heartbeat. Therefore, the goal of catheter ablation is to target the origin of VT. Mapping VT circuits and identifying their source is critical for successful VT ablation. A major challenge in interpreting intracardiac EGMs in the presence of VT is that EGM signals can have complex morphologies, making it difficult to extract local activation times (LATs) with sufficiently high spatial resolution. This, in turn, makes it difficult to accurately map the complex circuits within the ventricles, which is critical for identifying the location of the associated ablation target.
ユニポーラEGM信号は、典型的には、バイポーラ信号と比較してはるかに低い信号対ノイズ比を有するので、バイポーラ信号は、現在のところ、LATを抽出するための主ツールである。しかしながら、ユニポーラ信号は、潜在的に、より良好な空間分解能及び時間分解能を提供し、VT回路のマッピングを大幅に改善することができる。したがって、高度なデジタル信号処理(digital signal processing、DSP)方法を適用して、ノイズのあるユニポーラ信号から正確なLATを抽出することができる。高度なデジタル信号処理方法又はシステムは、信号からノイズを低減する又は弱めることを目的とし、様々なデジタルフィルタを含んでもよい。線形平滑化フィルタ、例えば、低域フィルタ若しくは高域フィルタ、又は信号と畳み込まれることができる任意の他の平滑化演算子を使用して、ノイズを低減する又は弱めることができる。ノイズを低減する又は弱めるために、非線形フィルタ、例えば、ノイズを除去するメジアンフィルタを使用してもよい。ノイズ低減及び特徴の保存の両方を達成することができるウェーブレット変換を使用してもよい。環境信号若しくは近傍信号又は任意の他のパターンを使用して、信号中の不必要な成分を低減することができる統計的なノイズ除去法が使用されてもよい。 Because unipolar EGM signals typically have a much lower signal-to-noise ratio compared to bipolar signals, bipolar signals are currently the primary tool for extracting LAT. However, unipolar signals potentially offer better spatial and temporal resolution, significantly improving mapping of the VT circuit. Therefore, advanced digital signal processing (DSP) methods can be applied to extract accurate LAT from noisy unipolar signals. Advanced digital signal processing methods or systems may include various digital filters aimed at reducing or attenuating noise from the signal. Linear smoothing filters, such as low-pass or high-pass filters, or any other smoothing operator that can be convolved with the signal, can be used to reduce or attenuate noise. Nonlinear filters, such as median filters that remove noise, may also be used to reduce or attenuate noise. Wavelet transforms, which can achieve both noise reduction and feature preservation, may also be used. Statistical denoising methods may also be used, which can use environmental or neighboring signals or any other patterns to reduce unwanted components in the signal.
バイポーラ信号は、2つの隣接する単極電極からのものである。ユニポーラ信号は、単極電極及び基準電極からのものであり、遠距離場及び近距離場の寄与の組み合わせである。ユニポーラ信号における主なノイズ源は、遠隔組織の電圧脱分極から生じる遠距離場信号である。単極電極と基準電極との間の距離が大きいため、遠距離場信号は、多くの場合、バイポーラ信号と比較して、完全には考慮されず、したがって信号から完全には除去されない。ユニポーラ対を形成する2つのユニポーラ信号は非常に類似した遠距離場を有するため、それらの間の差は、ユニポーラ信号のそれぞれに局所的活性が存在する場合を除いて、ほぼゼロになる。この局所的活性は、近距離場信号と呼ばれ、バイポーラ信号上の小さなスパイクとして示され得る。 A bipolar signal is from two adjacent unipolar electrodes. A unipolar signal is from a unipolar electrode and a reference electrode and is a combination of far-field and near-field contributions. The primary noise source in a unipolar signal is the far-field signal, which arises from voltage depolarization of distant tissues. Due to the large distance between the unipolar electrode and the reference electrode, the far-field signal is often not fully accounted for and therefore not fully removed from the signal compared to a bipolar signal. Because the two unipolar signals that form a unipolar pair have very similar far-fields, the difference between them is nearly zero except when there is local activity in each of the unipolar signals. This local activity is called the near-field signal and can appear as a small spike on the bipolar signal.
単極電極が、電気活動を生じない瘢痕組織の下に位置する場合、近距離場は、健康な組織から生じる状況と比較して、遠距離場よりも低い振幅を有し得る。これにより、近距離場信号から遠距離場信号を分離するために、古典的なDSP方法を適用することが特に困難になる。この場合、近距離場は非常に低く、無視できるほどであり得る。したがって、バイポーラ信号は、活性化を全く有しなくてもよく、事実上ゼロであってもよい。このタイプのユニポーラは、局所的活性の事象が明らかでないため、純粋な遠距離場信号として表されることができる。この場合、バイポーラ信号は平坦に見える場合があり、2つのユニポーラ信号はほぼ同じであってもよい。これらのタイプの信号は、カテーテルを心臓筋肉と接触することなくある位置に配置することによって得ることができ、又は、基本的に遠距離場信号である身体表面ECG信号として得ることができる。これらのタイプのユニポーラ信号は、このタイプの活動をニューラルネットワークに学習させて、ニューラルネットワークが遠距離場成分と混合ユニポーラ信号を区別することができるようにする、訓練データセットであってもよい。 When a unipolar electrode is positioned under scar tissue that does not produce electrical activity, the near-field may have a lower amplitude than the far-field, compared to situations arising from healthy tissue. This makes it particularly difficult to apply classical DSP methods to separate the far-field signal from the near-field signal. In this case, the near-field may be very low, even negligible. Therefore, the bipolar signal may have no activation at all, or may be virtually zero. This type of unipolar signal can be represented as a pure far-field signal, since no local activation events are evident. In this case, the bipolar signal may appear flat, and the two unipolar signals may be nearly identical. These types of signals can be obtained by placing a catheter in a location without contacting the cardiac muscle, or as a body surface ECG signal, which is essentially a far-field signal. These types of unipolar signals can serve as a training data set, allowing a neural network to learn this type of activity and distinguish between the far-field component and the mixed unipolar signal.
現在の文脈では、遠距離場の寄与は除去されるノイズと見なされるが、他の文脈では、遠距離場の寄与自体が有用な情報を含んでいてもよい。これは、2つの寄与の分離のための更なる動機を提供することができる。 In the present context, the far-field contribution is considered noise to be removed, but in other contexts, the far-field contribution itself may contain useful information. This can provide further motivation for separating the two contributions.
ディープニューラルネットワーク(deep neural network、DNN)に基づくディープラーニング(Deep Learning、DL)は、コンピュータビジョン及びDSPなどの様々なフィールドへのコンピュータアルゴリズムの適用において、破壊的技術として出現している。DLは、多くの場合、複雑なパターン及びデータを信号及び画像から抽出することが以前に不可能であったケースにおいて、又は時間を要する手動分析のみで可能であったケースにおいて、そのような抽出を可能にする。したがって、DLは、処置時間の短縮及び臨床成功率の増加が重要な目標である心内EGMの用途にとって、特に魅力的である。 Deep learning (DL), based on deep neural networks (DNN), has emerged as a disruptive technology in the application of computer algorithms to various fields, such as computer vision and DSP. DL often enables the extraction of complex patterns and data from signals and images in cases where such extraction was previously impossible or possible only through time-consuming manual analysis. DL is therefore particularly attractive for intracardiac EGM applications, where reducing procedure time and increasing clinical success rates are important goals.
機械学習(ML)は、特定のタスクを実行するために使用されるデータ構文解析のためのアルゴリズム及び統計モデルのグループである。DLは、訓練プロセス中にモデルパラメータを設定して、未知データに対する所望の出力の正確な予測を可能にする、機械学習アルゴリズムのサブセットである。ML及びDL技術により、古典的なアルゴリズムが分析に苦労する高度に複雑な時空間情報の解析が可能となる。機械学習は通常、データに関するヒューリスティックのリストを使用する特徴抽出に基づくが、DLは例からの学習に基づくものであり、典型的には、データからの特徴の抽出を必要としない。DLと従来のMLとの間の主な違いは、訓練プロセスのための大量のデータの必要性である。十分な量のデータがあると仮定すると、DLベースのアルゴリズムのパフォーマンスは、典型的には、従来のMLアルゴリズムよりも優れている。 Machine learning (ML) is a group of algorithms and statistical models for data parsing used to perform specific tasks. DL is a subset of machine learning algorithms that set model parameters during the training process to enable accurate prediction of desired outputs for unknown data. ML and DL techniques enable the analysis of highly complex spatiotemporal information that classical algorithms struggle to analyze. While machine learning is typically based on feature extraction using a list of heuristics on the data, DL is based on learning from examples and typically does not require feature extraction from the data. The main difference between DL and traditional ML is the need for large amounts of data for the training process. Assuming there is a sufficient amount of data, the performance of DL-based algorithms is typically superior to traditional ML algorithms.
したがって、DLは、ECG信号、具体的にはVT信号における近距離場成分及び遠距離場成分を分解するための有用なツールである。これにより、活性化検出を近距離場活性に対してのみとすることができる。心室活動をマッピングしている間は遠距離場が強く、近距離場活性をマスクし、したがってアノテーション機構を誤解させる可能性があることから、これは有用である。心室信号は強力であるため、心房活動と誤注釈される場合があるので、心房細動(atrial fibrillation、AFIB)の場合にも有用である。 DL is therefore a useful tool for decomposing the near-field and far-field components in ECG signals, specifically VT signals. This allows activation detection to be limited to near-field activity. This is useful because while mapping ventricular activity, the far-field is strong and can mask near-field activity, thus misleading the annotation mechanism. It is also useful in the case of atrial fibrillation (AFIB), where the ventricular signal is strong and can be misannotated as atrial activity.
したがって、DL法が、現在は訓練された臨床医による手動データ解析を通じてのみ利用可能である洞察を医療関係者(例えば、心臓専門医及び電気生理学者)に提供することによって臨床処置全体の時間を短縮し、また、現在は手動で又は古典的なアルゴリズムを使用して識別することができない深いデータパターンを識別し、ひいては、現在は治療不可能なより複雑な症例におけるアブレーションターゲットの識別を可能にすることが、望ましい。 It would therefore be desirable for DL techniques to reduce overall clinical procedure time by providing medical personnel (e.g., cardiologists and electrophysiologists) with insights currently available only through manual data analysis by trained clinicians, and to identify deep data patterns that cannot currently be identified manually or using classical algorithms, thus enabling the identification of ablation targets in more complex cases that are currently untreatable.
DLトレーニングは、教師なしであってもよい。すなわち、大量の予め記録されたユニポーラEGM信号が存在し、必要に応じて追加の信号を収集することができるが、遠距離場ノイズを除去するためにDLを適用することにおける主な課題は、DLモデルを訓練するためのグラウンドトゥルースデータが欠如していることである。遠距離場信号及び近距離場信号の分解は、評価であり、特定の電極における実際の遠距離場信号及び近距離場信号と必ずしも比較することができない。したがって、DLアプローチは、教師ありではなく、教師なしであってもよい。身体表面ECGが、遠距離場成分のグラウンドトゥルースとして遠位電極と共に使用されてもよい。 DL training can be unsupervised. That is, while a large amount of pre-recorded unipolar EGM signals exists and additional signals can be acquired as needed, a major challenge in applying DL to remove far-field noise is the lack of ground truth data for training the DL model. The decomposition of far-field and near-field signals is an estimate and cannot necessarily be compared to the actual far-field and near-field signals at specific electrodes. Therefore, the DL approach can be unsupervised rather than supervised. Body surface ECG can be used with distal electrodes as ground truth for the far-field components.
図10は、1つ又は2つ以上の実施形態による遠距離場除去の信号の進行1000(10A、10B、10C、10D、10E、及び10F)のグラフィカル表示を示す。図10A~図10Eの信号は、冠状静脈洞(coronary sinus、CS)に沿った異なる場所から記録された心内(intracardiac、IC)ECG信号である。図10Aでは、信号1021は、身体表面IC ECG信号を表す。境界1032は、局所活性化時間(LAT)を表す。境界1032は、図10C、図10D、図10E、及び図10Fにも存在する。境界1043はQRSの場所を表す。境界1043は、図10A、図10C、図10D、図10E、及び図10Fにも存在する。図10において、X軸は時間を表し、Y軸はmVを表す。 FIG. 10 shows a graphical representation of a signal progression 1000 (10A, 10B, 10C, 10D, 10E, and 10F) for far-field cancellation in accordance with one or more embodiments. The signals in FIGS. 10A-10E are intracardiac (IC) ECG signals recorded from different locations along the coronary sinus (CS). In FIG. 10A, signal 1021 represents the body surface IC ECG signal. Boundary 1032 represents the local activation time (LAT). Boundary 1032 also exists in FIGS. 10C, 10D, 10E, and 10F. Boundary 1043 represents the location of the QRS. Boundary 1043 also exists in FIGS. 10A, 10C, 10D, 10E, and 10F. In FIG. 10, the X-axis represents time and the Y-axis represents mV.
図10に示すように、1054は、IC)ECG信号の遠距離場成分を表す。図10C、図10D、図10E、及び図10Fは、遠距離場除去の量が増え続ける信号1054の進行を示し、信号1065は、遠距離場除去後のIC ECG信号を表す。遠距離場の除去は、例えば、ブランキング期間を生成することによって達成されてもよく、例えば、IC ECG信号1065は、遠距離場期間中にゼロであってもよい。 As shown in FIG. 10, 1054 represents the far-field component of the IC ECG signal. FIGS. 10C, 10D, 10E, and 10F show the progression of signal 1054 with increasing amounts of far-field cancellation, and signal 1065 represents the IC ECG signal after far-field cancellation. Far-field cancellation may be achieved, for example, by creating blanking periods, e.g., IC ECG signal 1065 may be zero during the far-field periods.
図11は、1つ又は2つ以上の実施形態に基づく方法1100のブロック図を示す。一実施形態によれば、方法1100は、ノイズ除去オートエンコーダによって実施されてもよい。ソフトウェア及び/又はハードウェアの任意の組み合わせ(例えば、監視及び処理装置202と協働するローカルコンピューティングデバイス206及びリモートコンピューティングシステム208)は、別々に又は集合的に、ノイズ除去オートエンコーダ及びその機能を格納、実行、及び実装することができる。ノイズ除去オートエンコーダは、オートエンコーダを、それ自体の劣化バージョンからの入力を再構成し、隠れ層(例えば、図5の隠れ層530)に更に堅牢な特徴(すなわち、入力のより良好な更に高レベルの表現を構成することになる有用な特徴)を発見させ、入力が特定の独自性を学習する(すなわち、常に同じ値に戻る)ことを防止するように訓練することができる。これに関して、ノイズ除去オートエンコーダは、入力を符号化し(例えば、入力についての情報を保存するために)、オートエンコーダの入力に確率的に適用された破損プロセスの影響を逆転させることができる。 FIG. 11 illustrates a block diagram of a method 1100 according to one or more embodiments. According to one embodiment, the method 1100 may be implemented by a denoising autoencoder. Any combination of software and/or hardware (e.g., the local computing device 206 and the remote computing system 208 in cooperation with the monitoring and processing unit 202) can store, execute, and implement the denoising autoencoder and its functionality, separately or collectively. The denoising autoencoder can train the autoencoder to reconstruct the input from a degraded version of itself, force the hidden layer (e.g., hidden layer 530 of FIG. 5) to discover more robust features (i.e., useful features that will constitute a better, higher-level representation of the input), and prevent the input from learning a particular identity (i.e., always reverting to the same value). In this regard, the denoising autoencoder can encode the input (e.g., to preserve information about the input) and reverse the effects of a corrupting process that was probabilistically applied to the autoencoder's input.
1つ又は2つ以上の実施形態によれば、ノイズ除去オートエンコーダは、長短期メモリニューラルネットワークアーキテクチャ、畳み込みニューラルネットワークアーキテクチャなどを実装してもよい。ノイズ除去オートエンコーダのアーキテクチャは、層数、接続数(例えば、エンコーダ/デコーダ接続)、正則化技術(例えば、脱落又はBN)、及び最適化特徴に関して構成可能であり得る。 According to one or more embodiments, the denoising autoencoder may implement a long-term memory neural network architecture, a convolutional neural network architecture, or the like. The architecture of the denoising autoencoder may be configurable with respect to the number of layers, the number of connections (e.g., encoder/decoder connections), the regularization technique (e.g., dropout or BN), and the optimization features.
長短期メモリニューラルネットワークアーキテクチャは、フィードバック接続を含んでもよく、データ(例えば、音声又はビデオなど)の全体的なシーケンスと協働して、単一のデータ点(例えば、画像など)を処理することができる。長短期メモリニューラルネットワークアーキテクチャのユニットは、セル、入力ゲート、出力ゲート、及び忘却ゲートから構成されてもよく、セルは、任意の時間間隔にわたって値を覚えており、ゲートは、セルを出入りする情報の流れを調整する。 Long-short-term memory neural network architectures may include feedback connections, allowing them to process a single data point (such as an image) in concert with an entire sequence of data (such as audio or video). A unit of a long-short-term memory neural network architecture may consist of a cell, an input gate, an output gate, and a forget gate, where the cell remembers a value over any time interval, and the gate regulates the flow of information into and out of the cell.
畳み込みニューラルネットワークアーキテクチャは、1つの層内の各ニューロンが次の層内の全てのニューロンに接続される、変換不変性を有する共有加重アーキテクチャであってもよい。畳み込みニューラルネットワークアーキテクチャの正則化法は、データ内の階層パターンを利用し、より小さくかつより単純なパターンを使用して、より複雑なパターンを組み立てることができる。ノイズ除去オートエンコーダが畳み込みニューラルネットワークアーキテクチャを実装する場合、そのアーキテクチャの他の構成可能な態様は、各段階でのフィルタ数、カーネルサイズ、層毎のカーネル数を含むことができる。 The convolutional neural network architecture may be a shared-weight architecture with translation invariance, where each neuron in one layer is connected to every neuron in the next layer. Regularization methods in convolutional neural network architectures can exploit hierarchical patterns in the data and assemble more complex patterns using smaller and simpler patterns. If the denoising autoencoder implements a convolutional neural network architecture, other configurable aspects of the architecture may include the number of filters at each stage, the kernel size, and the number of kernels per layer.
方法1100は、ブロック1105において開始し、ここで、ノイズ除去オートエンコーダは、複数の電気信号から「クリーンかつ承認された」心内データセットを受信することができる。本明細書に示されるように、ベテランの医療専門家、医師などは、データセットを精査及び編集して、信号干渉、信号アーチファクト、及び信号ノイズを除去し、心内データセットの各電気信号を承認することができる。ブロック1110において、ノイズ除去オートエンコーダは、クリーンかつ承認された心内データセットからモデル(例えば、図3のモデル330)を構築することができる。 Method 1100 begins at block 1105, where a denoising autoencoder can receive a "cleaned and approved" intracardiac data set from a plurality of electrical signals. As described herein, a trained medical professional, physician, or the like can review and edit the data set to remove signal interference, signal artifacts, and signal noise and approve each electrical signal in the intracardiac data set. At block 1110, the denoising autoencoder can build a model (e.g., model 330 of FIG. 3) from the cleaned and approved intracardiac data set.
ブロック1115において、ノイズ除去オートエンコーダは、少なくとも遠距離場アーチファクトを含む入力心内信号を受信することができる。入力心内信号は、1つ又は2つ以上の監視及び処理装置(例えば、20個の電極を有するペンタレイカテーテル、64個の電極を有するバスケットカテーテル、複数の身体表面リードなど)によって記録されてもよい。遠距離場は、3Dマップを生成及びナビゲートすることに関する問題を引き起こす場合がある(すなわち、心室遠距離場が心房の活性化に干渉する場合がある)。 In block 1115, the denoising autoencoder can receive input intracardiac signals that include at least far-field artifacts. The input intracardiac signals may be recorded by one or more monitoring and processing devices (e.g., a penta-ray catheter with 20 electrodes, a basket catheter with 64 electrodes, multiple body surface leads, etc.). The far-field may cause problems with generating and navigating 3D maps (i.e., the ventricular far-field may interfere with atrial activation).
ブロック1120において、ノイズ除去オートエンコーダは、(ブロック1110から)モデルを使用して入力心内信号を符号化することができる。この符号化により、少なくとも遠距離場アーチファクトを除去するモデルがその削減をどのように命令するかに従って、入力心内信号の次元数削減が提供される。符号化の結果は、潜在的な表現の生成である。ブロック1130において、ノイズ除去オートエンコーダは、潜在的な表現を復号化して、出力心内信号を生成することができる。 In block 1120, the denoising autoencoder can encode the input intracardiac signal using the model (from block 1110). This encoding provides a dimensionality reduction of the input intracardiac signal according to at least how the model for removing far-field artifacts dictates that reduction. The result of the encoding is the generation of a latent representation. In block 1130, the denoising autoencoder can decode the latent representation to generate the output intracardiac signal.
ブロック1135において、ノイズ除去オートエンコーダは、出力心内信号をマッピングすることができる。例えば、ノイズ除去オートエンコーダは、その基礎的なアーキテクチャを利用して、f(X)=Y1かつg(X)=Y2となるように、マッピング関数(f,g)を見つけ出す。 In block 1135, the denoising autoencoder can map the output intracardiac signal. For example, the denoising autoencoder can use its underlying architecture to find a mapping function (f, g) such that f(X) = Y1 and g(X) = Y2.
ブロック1140において、マッピングされた出力心内信号からECGが生成されてもよい。このECGは、ノイズ除去オートエンコーダを実行しているコンピューティングデバイスによって、又は別のデバイスによって、生成されることができる。このECGは、信号干渉、信号ノイズ、及び信号アーチファクトが除去されるために改善され、次いで、医療専門家に向けて表示することができる。改善されたECGは、心臓病患者に費やされる時間を劇的に削減することができる。 At block 1140, an ECG may be generated from the mapped output intracardiac signal. This ECG can be generated by the computing device running the denoising autoencoder or by another device. This ECG can be improved to remove signal interference, signal noise, and signal artifacts, and then displayed to a medical professional. The improved ECG can dramatically reduce the time spent with the cardiac patient.
本明細書に示されるように、心内電位図マッピング中に、マッピングカテーテルは、心房及び心室の活性化の両方を記録することができる。場合によっては、心室遠距離場は、心房の活性化に干渉する場合があり(例えば、信号干渉)、これは、Cartoマップの臨床上の理解及び解釈に影響を及ぼす可能性がある。1つ又は2つ以上の実施形態によれば、ノイズ除去オートエンコーダの技術的効果及び利点には、心室遠距離場と心房系の活性化とを分離することと、心房及び心室の活性化のための別個のマップを生成することとが含まれ得る(例えば、ノイズ除去オートエンコーダは、復号化中にモデルを使用して、1つ又は2つ以上の出力心内信号内の心室遠距離場と心房系の活性化とを区別する)。 As shown herein, during intracardiac electrogram mapping, a mapping catheter can record both atrial and ventricular activation. In some cases, the ventricular far-field may interfere with atrial activation (e.g., signal interference), which may affect the clinical understanding and interpretation of the Carto map. According to one or more embodiments, technical effects and advantages of a denoising autoencoder may include separating the ventricular far-field from activation of the atrial system and generating separate maps for atrial and ventricular activation (e.g., the denoising autoencoder uses a model during decoding to distinguish between the ventricular far-field and activation of the atrial system in one or more output intracardiac signals).
図12は、一実施形態による、近距離場信号及び遠距離場信号を分解する方法1200の例示的なフロー図である。訓練段階において、遠距離場心室測定値を取得することができる(1210)。これらはユニポーラ信号であってもよい。測定値は、複数の電極カテーテル及び/又は身体表面ECGを使用して取得され得る。多数の遠距離場測定値が存在してもよい。遠距離場測定値は、純粋な遠距離場信号であってもよい。一実施形態では、純粋な遠距離場信号は、バイポーラ信号がゼロ又はほぼゼロである記録からのものであってもよい。したがって、ユニポーラ信号の近距離場は存在しなくてもよく、又は非常に小さくてもよい。一実施形態では、例えば、純粋な遠距離場信号を生成することができる専門的なシミュレーションソフトウェアを使用することによって、純粋な遠距離場の測定にシミュレーションを使用してもよい。これは、ECG信号を生成する供給源を制御し、遠距離場源のみを使用することによって行われてもよい。一実施形態では、専門家は、純粋な遠距離場の程度を決定することができる。一実施形態では、身体表面ECGは、主に遠距離場を含んでもよい。一実施形態では、局所的活性を含むことができないことにより近距離場が無視される瘢痕組織の領域からの測定値が、純粋な遠距離場測定値に使用されてもよい。 FIG. 12 is an exemplary flow diagram of a method 1200 for decomposing near-field and far-field signals, according to one embodiment. During the training phase, far-field ventricular measurements can be acquired (1210). These may be unipolar signals. Measurements may be acquired using a multiple-electrode catheter and/or a body surface ECG. There may be numerous far-field measurements. The far-field measurements may be pure far-field signals. In one embodiment, the pure far-field signals may be from recordings where the bipolar signal is zero or near zero. Thus, the near-field of the unipolar signal may be absent or very small. In one embodiment, simulation may be used for pure far-field measurements, for example, by using specialized simulation software capable of generating pure far-field signals. This may be done by controlling the source generating the ECG signal and using only far-field sources. In one embodiment, an expert can determine the extent of the pure far-field. In one embodiment, the body surface ECG may primarily contain the far-field. In one embodiment, measurements from areas of scar tissue where the near field is ignored due to their inability to contain local activity may be used for pure far-field measurements.
合成局所場信号を追加することができる(1220)。合成局所場信号は、例えば、ECG信号のシミュレーションから得ることができる。多数のユニポーラ信号が訓練段階に導入されてもよく、そのため、アルゴリズムは、ユニポーラ信号形態を認識することを学習することができる。加えて、アルゴリズムを遠距離場信号に暴露させてもよく、このアルゴリズムは、遠距離場信号を検出するように学習することができる。 A synthetic local field signal can be added (1220). The synthetic local field signal can be obtained, for example, from a simulation of an ECG signal. A number of unipolar signals can be introduced in a training phase so that the algorithm can learn to recognize unipolar signal forms. In addition, the algorithm can be exposed to far-field signals so that it can learn to detect the far-field signals.
アルゴリズムは、純粋な遠距離場信号、及び遠距離場信号と近距離場信号との組み合わせ又は混合(実混合信号又は合成混合信号)の両方を評価又は学習するように構成されてもよい。アルゴリズムは、全ての電極(遠距離場)に共有の部分である遠距離場成分を混合信号から検出又は予測することができる。近距離場は、組織の小さな領域のみに影響を与える局所的活性を有するので電極固有であるが、遠距離場は、(信号の大きさ及び組織内の分散の両方において)はるかに大きな寄与を有し、したがって多数の電極に共通であるため、共有部分と呼ばれる。電極の共有部分は、純粋な近距離場信号であってもよく、また、元の信号から遠距離場成分を減算することによって純粋な近距離場信号としてもよい。 The algorithm may be configured to evaluate or learn both pure far-field signals and combinations or mixtures of far-field and near-field signals (real or synthetic mixture signals). The algorithm can detect or predict far-field components from the mixture signal that are shared by all electrodes (far-field). While the near-field is electrode-specific because it has local activity that affects only small regions of tissue, the far-field has a much larger contribution (both in signal magnitude and distribution within tissue) and is therefore common to many electrodes, hence the term shared portion. The electrode-shared portion may be a pure near-field signal, or it may be made into a pure near-field signal by subtracting the far-field component from the original signal.
データは、EP処置(1240)において複数の患者からルーチン的に収集されて、システムに提供されてもよい。データは、遠距離場信号と近距離場信号との組み合わせである通常のユニポーラ信号を含んでもよい。これらの信号は、複数の電極カテーテルを使用して、任意のVT処置中に収集されてもよい。別のアプローチは、遠距離場成分と近距離場成分とを組み合わせる合成信号を使用することであり得る。例えば、シミュレートデータ又は合成データを使用して、絶対的基準として機能し得る純粋な遠距離場信号を生成することができる。これらの信号は、ECG信号源を制御することができる専門的なシミュレーションソフトウェア又は任意の他のシミュレーションプログラムを使用して生成されてもよい。データは、近距離場成分なしに遠距離場寄与のみを含む固有のユニポーラ信号を含んでもよい。このユニポーラ信号は、心筋に接触することなくカテーテルをある位置に配置することによって得ることができる。信号は、ECG値及び3D位置(各電極毎を含んでもよく、信号=V(x,y,z,t)となる。データは、基本的に遠距離場信号である身体表面ECG信号を含んでもよい。データはまた、基礎的な近距離場信号、特にLATの特定の特徴を識別するユニポーラ信号の手動アノテーションを含むことができる。身体表面ECG信号データ及び/又は手動アノテーションデータは、任意のDLモデルの訓練及び/又は検証を支援するために使用され得る。 Data may be routinely collected from multiple patients during EP procedures (1240) and provided to the system. The data may include conventional unipolar signals, which are a combination of far-field and near-field signals. These signals may be collected during any VT procedure using a multiple-electrode catheter. Another approach may be to use a composite signal that combines far-field and near-field components. For example, simulated or composite data may be used to generate a pure far-field signal that can serve as an absolute reference. These signals may be generated using specialized simulation software or any other simulation program capable of controlling an ECG signal source. The data may include an intrinsic unipolar signal that includes only the far-field contribution without the near-field component. This unipolar signal may be obtained by placing a catheter at a location without contacting the myocardium. The signals may include ECG values and 3D positions (for each electrode, Signal = V(x, y, z, t)). The data may include surface ECG signals, which are essentially far-field signals. The data may also include manual annotations of underlying near-field signals, particularly unipolar signals, that identify specific features of the LAT. The surface ECG signal data and/or manual annotation data may be used to assist in the training and/or validation of any DL model.
ユニポーラデータを処理して、訓練段階(1230)における近距離場の寄与を抽出する前に、無関係な信号及びアーチファクトを除去するために前処理フィルタリングステップを実施してもよい。ユニポーラ信号には手動アノテーションが付されてもよい。前処理フィルタリングは、ユーザ(半自動)によって評価されてもよいが、後の段階でアノテーション付きデータを使用して、従来の分類畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を、自動的にフィルタリングを実行するように訓練することができる。 Before processing the unipolar data to extract the near-field contribution in the training phase (1230), a pre-processing filtering step may be performed to remove irrelevant signals and artifacts. The unipolar signals may be manually annotated. The pre-processing filtering may be evaluated by a user (semi-automatically), but at a later stage the annotated data can be used to train a conventional classification convolutional neural network (CNN) to perform the filtering automatically.
ニューラルネットワークの訓練は、遠距離場信号推定で終わる(1230)。遠距離場の寄与を知ることによって、近距離場信号は、通常のユニポーラ信号から遠距離場信号を除去した後に残る残留信号である。次に、バイポーラ信号は、2つのユニポーラ信号セット間で再構成されてもよい。 The neural network training ends with far-field signal estimation (1230). By knowing the far-field contribution, the near-field signal is the residual signal that remains after removing the far-field signal from the normal unipolar signal. The bipolar signal may then be reconstructed between the two unipolar signal sets.
遠距離場低減モデル(1250)では、遠距離場信号及び近距離場信号がどのように見えるかがニューラルネットワーク訓練(1230)から既知であるため、オートエンコーダは、測定された信号(1240)から近距離場及び遠距離場を自動的に分解することができる。 In the far-field reduction model (1250), what the far-field and near-field signals look like is known from the neural network training (1230), so the autoencoder can automatically decompose the near-field and far-field signals from the measured signals (1240).
ニューラルネットワークは、遠距離場及び近距離場の寄与(1250)の分解又は分離に適用され得る、オートエンコーダ及びサイアミーズネットワークなどの多くの例示的なアプローチによって実施されてもよい。 Neural networks may be implemented by a number of exemplary approaches, such as autoencoders and Siamese networks, which may be applied to decompose or separate the far-field and near-field contributions (1250).
オートエンコーダ(AE)は、所与のデータセットの次元表現の低減を学習する教師なしDNNのクラスであり、その結果、それらは、元のデータセットと統計的に類似した新しいデータを生成することができる。 Autoencoders (AEs) are a class of unsupervised DNNs that learn to reduce the dimensionality of a given dataset, so that they can generate new data that is statistically similar to the original dataset.
現在の方法との関連において、適切に選択されたAEが、近距離場寄与なしに遠距離場寄与のみを含むEGMシグナルを使用して訓練された場合には、当該AEを使用して、あらゆる任意のEGM信号から遠距離場寄与を抽出することができる。訓練段階は、入力X及び出力X’(純粋な遠距離場)を均等化することを目的とし、予測段階は、あらゆる任意のEGM信号を、それを含む遠距離場信号にマッピングする。例えば、利用することができる要素を含むいくつかのAEの種類(例えば、変分AE、再構成AE、ノイズ除去AE、敵対的AE)がある。 In the context of the current method, if a properly selected AE is trained using an EGM signal that contains only far-field contributions without near-field contributions, the AE can be used to extract the far-field contribution from any arbitrary EGM signal. The training phase aims to equalize the input X and output X' (the pure far-field), and the prediction phase maps any arbitrary EGM signal to the far-field signal that contains it. For example, there are several AE types (e.g., variational AE, reconstruction AE, denoising AE, adversarial AE) that contain elements that can be utilized.
2つの同一部分を含むサイアミーズネットワークは、同様の対のシグネチャと異なる対のシグネチャとを区別するために、完全に教師ありの方法で訓練される。次いで、参照シグネチャ及び新しいシグネチャが提示されると、ネットワークは、新たなシグネチャが認証されているか否か(すなわち、参照と同様であること)を予測する。近年、サイアミーズネットワークの概念はDNNへ一般化されており、顔認識及び顔検証にうまく適用されてきた。最近、サイアミーズNNは、視覚的表現及び医療診断の教師なし学習に適用されている。非常に近接した電極(バイポーラ対を形成する)からの2つのユニポーラ信号は、典型的には非常に類似した遠距離場成分を有するという事実から、サイアミーズネットワークを利用することができる。したがって、2つのユニポーラ信号がサイアミーズネットワークの各部分に供給されると、2つの部分の出力を均等化する傾向があるコスト関数が構築され得る。自明な解(丁度ゼロである信号など)を得ることを回避するために、拘束項をコスト関数に加えることができる。これは、例えば、結果と2つの入力信号の平均との間の差を最小限に抑える傾向がある項である。 A Siamese network containing two identical parts is trained in a fully supervised manner to distinguish between similar and dissimilar paired signatures. Then, when presented with a reference signature and a new signature, the network predicts whether the new signature is authentic (i.e., similar to the reference). Recently, the concept of the Siamese network has been generalized to DNNs and successfully applied to face recognition and face verification. Recently, Siamese NNs have been applied to unsupervised learning of visual representations and medical diagnosis. Siamese networks can be exploited by taking advantage of the fact that two unipolar signals from closely spaced electrodes (forming a bipolar pair) typically have very similar far-field components. Therefore, when two unipolar signals are fed to each part of a Siamese network, a cost function can be constructed that tends to equalize the outputs of the two parts. To avoid obtaining a trivial solution (such as a signal that is exactly zero), a constraint term can be added to the cost function. This is, for example, a term that tends to minimize the difference between the result and the average of the two input signals.
図中のフロー図及びブロック図は、本発明の様々な実施形態に基づくシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実装形態のアーキテクチャ、機能性、及び動作を示す。これに関して、フロー図又はブロック図中の各ブロックは、モジュール、セグメント、又は命令の部分を表し得、その命令の部分には、特定の論理機能(複数可)を実施するための1つ又は2つ以上の実行可能命令を含む。いくつかの代替的実装形態では、ブロック内に記述された機能は、図に記述された順序以外でも行われてもよい。例えば、連続して示す2つのブロックは、実際に、実質的に同時に実行されてもよく、あるいはそれらのブロックは、時には、関連する機能性に応じて、逆の順序で実行されてもよい。ブロック図及び/又はフロー図解説の各ブロック、並びにブロック図及び/又はフロー図解説内のブロックの組み合わせは、特定の機能若しくは動作を実行し、又は専用ハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせを実行する、専用ハードウェアベースシステムによって実施することができることにも留意されたい。 The flow diagrams and block diagrams in the figures illustrate the architecture, functionality, and operation of possible implementations of systems, methods, and computer program products according to various embodiments of the present invention. In this regard, each block in the flow diagrams or block diagrams may represent a module, segment, or portion of instructions, which portion of instructions includes one or more executable instructions for implementing particular logical function(s). In some alternative implementations, the functions described in the blocks may occur out of the order described in the figures. For example, two blocks shown in succession may, in fact, be executed substantially concurrently, or the blocks may sometimes be executed in the reverse order, depending on the functionality involved. It should also be noted that each block of the block diagrams and/or flow diagram illustrations, and combinations of blocks in the block diagrams and/or flow diagram illustrations, may be implemented by a special-purpose hardware-based system that performs specified functions or operations or executes a combination of special-purpose hardware and computer instructions.
特徴及び要素が特定の組み合わせで上に記載されるが、当業者であれば、特徴又は要素の各々を単独で又は他の特徴及び要素と組み合わせて使用することができることを理解するであろう。加えて、本明細書に記載される方法は、コンピュータ又はプロセッサで実行するために、コンピュータ可読媒体に組み込まれるコンピュータプログラム、ソフトウェア、又はファームウェアにおいて実装され得る。本明細書で使用されるとき、コンピュータ可読媒体は、電波若しくは他の自由伝播電磁波、導波路若しくは他の伝送媒体(例えば、光ファイバケーブルを通過する光パルス)、又はワイヤを通って伝送される電気信号などの、それ自体一時的な信号であるものと解釈されるべきではない。 While features and elements are described above in particular combinations, those skilled in the art will understand that each feature or element can be used alone or in combination with other features and elements. In addition, the methods described herein may be implemented in a computer program, software, or firmware embodied in a computer-readable medium for execution on a computer or processor. As used herein, computer-readable medium should not be construed as being a transitory signal per se, such as an electric wave or other freely propagating electromagnetic wave, a waveguide or other transmission medium (e.g., optical pulses passing through a fiber optic cable), or an electrical signal transmitted through a wire.
コンピュータ可読媒体の例としては、電気信号(有線又は無線接続を介して伝送される)及びコンピュータ可読記憶媒体が挙げられる。コンピュータ可読記憶媒体の例としては、レジスタ、キャッシュメモリ、半導体メモリデバイス、内部ハードディスク及び取り外し可能ディスクなどの磁気媒体、光磁気媒体、コンパクトディスク(compact disk、CD)及びデジタルビデオディスク(digital versatile disk、DVD)などの光媒体、ランダムアクセスメモリ(random access memory、RAM)、読み出し専用メモリ(read-only memory、ROM)、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(erasable programmable read-only memory、EPROM又はフラッシュメモリ)、スタティックランダムアクセスメモリ(static random access memory、SRAM)、及びメモリスティックなどが挙げられるが、これらに限定されない。ソフトウェアに関連するプロセッサを使用して、WTRU、UE、端末、基地局、RNC、又は任意のホストコンピュータで使用するための無線周波数送受信機を実装することができる。 Examples of computer-readable media include electrical signals (transmitted via wired or wireless connections) and computer-readable storage media. Examples of computer-readable storage media include, but are not limited to, registers, cache memory, semiconductor memory devices, magnetic media such as internal hard disks and removable disks, magneto-optical media, optical media such as compact disks (CDs) and digital versatile disks (DVDs), random access memory (RAM), read-only memory (ROM), erasable programmable read-only memory (EPROM or flash memory), static random access memory (SRAM), and memory sticks. A processor in association with software may be used to implement a radio frequency transceiver for use in a WTRU, UE, terminal, base station, RNC, or any host computer.
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものに過ぎず、限定することを意図しない。本明細書で使用するとき、文脈上特に明記されない限り、単数形「a」、「an」及び「the」は複数の形態をも含むものとする。本明細書で使用されるとき、「備える」及び/又は「備えている」という用語は、記述された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び/又は構成要素の存在を特定しており、1つ又は2つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素部品、及び/又はそれらの群の存在又は追加を除外するものではないことを更に理解されたい。 The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" are intended to include the plural forms unless the context clearly dictates otherwise. It should be further understood that the terms "comprises" and/or "comprising," as used herein, specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, and/or components, and do not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, and/or groups thereof.
本明細書の様々な実施形態の説明は、例示を目的として提示されており、開示された実施形態に対して網羅的又は限定されるものと意図されるべきではない。多くの修正及び変形が、記載された実施形態の範囲及び趣旨から逸脱することなく、当業者には明らかであろう。本明細書で使用される用語は、実施形態の原理、実用的な用途、二若しくは市場で見られる技術と比較した技術的改良点を最もよく説明するために、又は当業者が本明細書に開示される実施形態の理解を可能にするために選択されたものである。 The descriptions of various embodiments herein are provided for illustrative purposes and should not be construed as being exhaustive or limiting to the disclosed embodiments. Many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the described embodiments. The terminology used herein has been selected to best explain the principles, practical applications, and technical improvements of the embodiments compared to existing or commercially available technology, or to enable those skilled in the art to understand the embodiments disclosed herein.
〔実施の態様〕
(1) 方法であって、
監視及び処理装置から1つ又は2つ以上の入力心内信号を受信することであって、前記1つ又は2つ以上の入力心内信号のそれぞれが、1つ又は2つ以上の信号アーチファクトを含む、ことと、
オートエンコーダによって、心内データセットを利用して前記1つ又は2つ以上の入力心内信号を符号化して、潜在的な表現を生成することと、
前記オートエンコーダによって、前記潜在的な表現を復号化して、前記1つ又は2つ以上の信号アーチファクトなしに再構成された前記1つ又は2つ以上の入力心内信号を含む1つ又は2つ以上の出力心内信号を生成することと、を含む、方法。
(2) 前記潜在的な表現を復号化して1つ又は2つ以上の出力心内信号を生成することが、低減された次元を含む前記潜在的な表現から前記1つ又は2つ以上の出力心内信号を再構成することを含む、実施態様1に記載の方法。
(3) 前記1つ又は2つ以上の入力心内信号が、前記監視及び処理装置の患者の生体センサによって記録される、実施態様1に記載の方法。
(4) 前記心内データセットが、前記1つ又は2つ以上の信号アーチファクトを含まない所定のかつ承認された信号を含む、実施態様1に記載の方法。
(5) 前記方法が、前記1つ又は2つ以上の出力心内信号から心電図を生成することを更に含み、前記心電図は前記1つ又は2つ以上の信号アーチファクトを含まない、実施態様1に記載の方法。
[Embodiment]
(1) A method comprising:
receiving one or more input intracardiac signals from a monitoring and processing device, each of the one or more input intracardiac signals including one or more signal artifacts;
encoding, by an autoencoder, the one or more input intracardiac signals using an intracardiac dataset to generate latent representations;
and decoding, by the autoencoder, the latent representation to generate one or more output intracardiac signals comprising the one or more input intracardiac signals reconstructed without the one or more signal artifacts.
2. The method of claim 1, wherein decoding the latent representations to generate one or more output intracardiac signals comprises reconstructing the one or more output intracardiac signals from the latent representations having reduced dimensionality.
3. The method of claim 1, wherein the one or more input intracardiac signals are recorded by a patient biosensor of the monitoring and processing device.
4. The method of claim 1, wherein the intracardiac data set includes a predetermined and accepted signal that is free of the one or more signal artifacts.
5. The method of claim 1, further comprising generating an electrocardiogram from the one or more output intracardiac signals, the electrocardiogram being free of the one or more signal artifacts.
(6) 前記オートエンコーダが、復号化中に、前記1つ又は2つ以上の出力心内信号内の心室遠距離場と心房系の活性化とを分離するモデルを含む、実施態様1に記載の方法。
(7) システムであって、
オートエンコーダのプロセッサ実行可能命令を格納するメモリと、
前記オートエンコーダの前記プロセッサ実行可能命令を実行するように構成されたプロセッサであって、前記プロセッサ実行可能命令は、前記システムに、
監視及び処理装置から1つ又は2つ以上の入力心内信号を受信することであって、前記1つ又は2つ以上の入力心内信号のそれぞれが、1つ又は2つ以上の信号アーチファクトを含む、ことと、
心内データセットを利用して前記1つ又は2つ以上の入力心内信号を符号化して、潜在的な表現を生成することと、
前記潜在的な表現を復号化して、前記1つ又は2つ以上の信号アーチファクトなしに再構成された前記1つ又は2つ以上の入力心内信号を含む1つ又は2つ以上の出力心内信号を生成することと、を行わせる、プロセッサと、を含む、システム。
(8) 前記潜在的な表現を復号化して1つ又は2つ以上の出力心内信号を生成することが、低減された次元を含む前記潜在的な表現から前記1つ又は2つ以上の出力心内信号を再構成することを含む、実施態様7に記載のシステム。
(9) 前記1つ又は2つ以上の入力心内信号が生体データを含む、実施態様7に記載のシステム。
(10) 前記1つ又は2つ以上の入力心内信号が、前記監視及び処理装置の患者の生体センサによって記録される、実施態様7に記載のシステム。
6. The method of claim 1, wherein the autoencoder includes a model that separates ventricular far-field and atrial system activation in the one or more output intracardiac signals during decoding.
(7) A system comprising:
a memory storing processor-executable instructions for the autoencoder;
a processor configured to execute the processor-executable instructions of the autoencoder, the processor-executable instructions providing the system with:
receiving one or more input intracardiac signals from a monitoring and processing device, each of the one or more input intracardiac signals including one or more signal artifacts;
encoding the one or more input intracardiac signals utilizing an intracardiac data set to generate a latent representation;
and a processor that causes the system to decode the latent representation to generate one or more output intracardiac signals that include the one or more input intracardiac signals reconstructed without the one or more signal artifacts.
8. The system of claim 7, wherein decoding the latent representations to generate one or more output intracardiac signals comprises reconstructing the one or more output intracardiac signals from the latent representations comprising reduced dimensionality.
9. The system of claim 7, wherein the one or more input intracardiac signals include biometric data.
10. The system of claim 7, wherein the one or more input intracardiac signals are recorded by a patient biosensor of the monitoring and processing device.
(11) 前記心内データセットが、前記1つ又は2つ以上の信号アーチファクトを含まない所定のかつ承認された信号を含む、実施態様7に記載のシステム。
(12) 前記プロセッサが、前記オートエンコーダの前記プロセッサ実行可能命令を実行するように更に構成されており、前記プロセッサ実行可能命令は、前記システムに、前記1つ又は2つ以上の出力心内信号から心電図を生成することを行わせ、前記心電図は前記1つ又は2つ以上の信号アーチファクトを含まない、実施態様7に記載のシステム。
(13) 前記オートエンコーダがノイズ除去オートエンコーダを含む、実施態様7に記載のシステム。
(14) 前記オートエンコーダが、復号化中に、前記1つ又は2つ以上の出力心内信号内の心室遠距離場と心房系の活性化とを分離するモデルを含む、実施態様7に記載のシステム。
(15) 近距離場信号及び遠距離場信号を分解する方法であって、
測定された信号を受信することと、
オートエンコーダによって、前記測定された信号を符号化して、潜在的な表現を生成することと、
前記オートエンコーダによって、前記潜在的な表現を復号化して、前記測定された信号から近距離場成分及び遠距離場成分を分解することと、を含む、方法。
11. The system of claim 7, wherein the intracardiac data set includes a predetermined and accepted signal that is free of the one or more signal artifacts.
12. The system of claim 7, wherein the processor is further configured to execute the processor-executable instructions of the autoencoder, the processor-executable instructions causing the system to generate an electrocardiogram from the one or more output intracardiac signals, the electrocardiogram being free of the one or more signal artifacts.
13. The system of claim 7, wherein the autoencoder comprises a denoising autoencoder.
14. The system of claim 7, wherein the autoencoder includes a model that separates ventricular far-field and atrial system activation in the one or more output intracardiac signals during decoding.
(15) A method for decomposing a near-field signal and a far-field signal, comprising:
receiving a measured signal;
encoding the measured signals by an autoencoder to generate latent representations;
and decoding, by the autoencoder, the latent representation to decompose near-field and far-field components from the measured signals.
(16) 前記信号が心電図(ECG)信号である、実施態様15に記載の方法。
(17) 前記測定された信号がユニポーラ信号である、実施態様15に記載の方法。
(18) 訓練アルゴリズムによって、遠距離場心室測定値を取得することと、
合成局所場信号を追加することと、
前記訓練アルゴリズムによって、得られた遠距離場信号及び残留近距離場信号を検出することと、を更に含む、実施態様15に記載の方法。
(19) 前記遠距離場心室測定値が、複数の電極カテーテル又は身体表面ECG信号を使用して取得される、実施態様15に記載の方法。
(20) 前記潜在的な表現を復号化して近距離場成分及び遠距離場成分を分解することは、検出された前記得られた遠距離場信号及び残留近距離場信号に基づいている、実施態様18に記載の方法。
16. The method of claim 15, wherein the signal is an electrocardiogram (ECG) signal.
17. The method of claim 15, wherein the measured signal is a unipolar signal.
(18) acquiring far-field ventricular measurements with a training algorithm;
adding a composite local field signal;
16. The method of claim 15, further comprising detecting an obtained far-field signal and a residual near-field signal by the training algorithm.
19. The method of claim 15, wherein the far-field ventricular measurements are obtained using a multiple electrode catheter or a body surface ECG signal.
20. The method of claim 18, wherein decoding the latent representation to decompose the near-field and far-field components is based on the detected derived far-field signal and residual near-field signal.
Claims (12)
監視及び処理装置から1つ又は2つ以上の入力心内信号を受信することであって、前記1つ又は2つ以上の入力心内信号のそれぞれが、1つ又は2つ以上の信号アーチファクトを含む、ことと、
オートエンコーダによって、心内データセットを利用して前記1つ又は2つ以上の入力心内信号を符号化して、潜在的な表現を生成することと、
前記オートエンコーダによって、前記潜在的な表現を復号化して、前記1つ又は2つ以上の信号アーチファクトなしに再構成された前記1つ又は2つ以上の入力心内信号を含む1つ又は2つ以上の出力心内信号を生成することと、を含み、
前記オートエンコーダが、復号化中に、前記1つ又は2つ以上の出力心内信号内の心室遠距離場と心房系の活性化とを分離するモデルを含み、
前記オートエンコーダが更に、訓練アルゴリズムに合成局所場信号を追加した遠距離場心室測定値を入力し、前記訓練アルゴリズムによって前記心室遠距離場と前記心房系の活性化とを分離する、
方法。 1. A method comprising:
receiving one or more input intracardiac signals from a monitoring and processing device, each of the one or more input intracardiac signals including one or more signal artifacts;
encoding, by an autoencoder, the one or more input intracardiac signals using an intracardiac dataset to generate latent representations;
decoding, by the autoencoder, the latent representation to generate one or more output intracardiac signals comprising the one or more input intracardiac signals reconstructed without the one or more signal artifacts;
the autoencoder includes a model that separates, during decoding, activation of the atrial system from ventricular far-field signals in the one or more output intracardiac signals;
the autoencoder further inputs the far-field ventricular measurements supplemented with the synthetic local-field signals into a training algorithm, which separates the ventricular far-field from activation of the atrial system.
method.
オートエンコーダのプロセッサ実行可能命令を格納するメモリと、
前記オートエンコーダの前記プロセッサ実行可能命令を実行するように構成されたプロセッサであって、前記プロセッサ実行可能命令は、前記システムに、
監視及び処理装置から1つ又は2つ以上の入力心内信号を受信することであって、前記1つ又は2つ以上の入力心内信号のそれぞれが、1つ又は2つ以上の信号アーチファクトを含む、ことと、
心内データセットを利用して前記1つ又は2つ以上の入力心内信号を符号化して、潜在的な表現を生成することと、
前記潜在的な表現を復号化して、前記1つ又は2つ以上の信号アーチファクトなしに再構成された前記1つ又は2つ以上の入力心内信号を含む1つ又は2つ以上の出力心内信号を生成することと、を行わせる、プロセッサと、を含み、
前記オートエンコーダが、復号化中に、前記1つ又は2つ以上の出力心内信号内の心室遠距離場と心房系の活性化とを分離するモデルを含み、
前記オートエンコーダが、訓練アルゴリズムに、合成局所場信号を追加した遠距離場心室測定値を入力し、前記訓練アルゴリズムによって前記1つ又は2つ以上の出力心内信号内の前記心室遠距離場と前記心房系の活性化とを分離するように構成される、
システム。 1. A system comprising:
a memory storing processor-executable instructions for the autoencoder;
a processor configured to execute the processor-executable instructions of the autoencoder, the processor-executable instructions providing the system with:
receiving one or more input intracardiac signals from a monitoring and processing device, each of the one or more input intracardiac signals including one or more signal artifacts;
encoding the one or more input intracardiac signals utilizing an intracardiac data set to generate a latent representation;
and decoding the latent representation to generate one or more output intracardiac signals comprising the one or more input intracardiac signals reconstructed without the one or more signal artifacts;
the autoencoder includes a model that separates, during decoding, activation of the atrial system from ventricular far-field signals in the one or more output intracardiac signals;
the autoencoder is configured to input the far-field ventricular measurements supplemented with the composite local-field signals into a training algorithm, the training algorithm being configured to separate the ventricular far-field and activation of the atrial system in the one or more output intracardiac signals.
system.
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