Способ визуализации поверхности грудной клетки пациента и определения координат экг электродов при неинвазивном электрофизиологическом картировании сердца

Изобретение относится к медицине, а именно к визуализации поверхности грудной клетки пациента и определению координат ЭКГ электродов при неинвазивном электрофизиологическом картировании сердца. Предложен способ, включающий: формирование трехмерной модели сердца; систему ЭКГ электродов, накладываемых по всей окружности грудной клетки пациента; определение положения ЭКГ электродов по отношению к поверхности сердца; формируют трехмерную модель внутренней поверхности грудной клетки пациента; при этом трехмерную модель сердца и внутренней поверхности грудной клетки пациента формируют на основе данных процедур КТ или МРТ, которые выполняют без системы ЭКГ электродов или на основе данных процедур КТ или МРТ грудной клетки пациента, которые выполнены ранее; трехмерную модель поверхности грудной клетки пациента 360 градусов с системой ЭКГ электродов, накладываемых по всей окружности грудной клетки пациента, формируют на основе данных трехмерного фотосканирования поверхности грудной клетки пациента сверху и трехмерного фотосканирования отпечатка спины пациента; положение ЭКГ электродов на поверхности грудной клетки по отношению к поверхности сердца определяют путем компьютерного моделирования и совмещения трехмерной модели поверхности грудной клетки пациента 360 градусов с ЭКГ электродами, полученной при трехмерном фотосканировании, и трехмерной модели сердца и внутренней поверхности грудной клетки пациента, полученной при КТ или МРТ на основе характерных анатомических признаков поверхности и внутренней поверхности грудной клетки пациента, которые считаются неизменными в течение установленного времени, или на основе совмещения трех маркеров, видимых при трехмерном фотосканировании и при КТ или МРТ, или на основе системы координат единой для трехмерного фотосканирования и КТ или МРТ. Изобретение обеспечивает усовершенствование методики визуализации поверхности грудной клетки пациента и определения координат ЭКГ электродов, а также неограниченную частоту повторения процедуры неинвазивного электрофизиологического картирования сердца пациента. 3 з.п. ф-лы. 12 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относиться к медицине, а именно к кардиологии и функциональной диагностике, и может быть применено в диагностической процедуре неинвазивного электрофизиологического картирования сердца.

Уровень техники

В настоящее время для визуализации поверхности грудной клетки пациента и определения координат ЭКГ электродов при проведении неинвазивного электрофизиологического картирования сердца

используются данные КТ и MPT [1, 2, 3, 4, 5].

Указанный выше способ визуализации поверхности грудной клетки пациента и определения координат ЭКГ электродов содержит ряд проблем:

- высокая стоимость процедуры

- значительная лучевая нагрузка на пациента (КТ) и связанные с этим ограничения по частоте использования (в частности [5] стр. 96

«……… использование МСКТ ограничивает возможность широкого клинического применения методики вследствие увеличения лучевой нагрузки на пациента.»)

- ограничения в использовании МРТ для пациентов с имплантированными электрокардиостимуляторами

- сложность проведения КТ и МРТ торса у тяжелых пациентов из-за необходимости значительной (более 30 сек) задержки дыхания

- Ограничения, связанные с наличием относительных и абсолютных противопоказания к КТ и МРТ (беременность, аллергия на контрастные препараты, наличие металлических имплантатов и т.д.)

Изобретение направлено на решение этих проблем, достижения простоты визуализации поверхности грудной клетки пациента с определением координат ЭКГ электродов и неограниченной частоты повторения неинвазивного электрофизиологического картирования сердца пациента.

Раскрытие сущности изобретения

В раскрываемом способе внесены следующие изменения по отношению к существующему способу визуализации поверхности грудной клетки пациента и определения координат ЭКГ электродов:

- КТ или МРТ используется только 1 раз для получения трехмерной модели сердца и внутренней поверхности грудной клетки.

- Существующий способ получения трехмерной модели поверхности грудной клетки пациента и определения координат ЭКГ электродов на основе данных КТ или МРТ грудной клетки заменяется на способ получения трехмерной модели поверхности грудной клетки пациента и определение координат ЭКГ электродов на основе данных трехмерного фотосканирования поверхности грудной клетки.

- Совмещение трехмерной модели поверхности грудной клетки с координатами ЭКГ электродов, полученной на основе данных трехмерного фотосканирования, и трехмерной модели сердца и внутренней поверхности грудной клетки, полученной на основе данных КТ или МРТ с использованием программного обеспечения трехмерного моделирования.

Раскрываемый способ использует систему одноразовых многоконтактных ЭКГ электродов, накладываемых вертикально по всей окружности грудной клетки, а также установку трехмерного фотосканирования с системой отпечатка спины и программное обеспечение для трехмерного моделирования голотопии, которое включает:

- Программный модуль преобразования данных КТ и МРТ в полигональную трехмерную модель, который обеспечивает трехмерное компьютерное моделирование сердца и внутренней поверхности грудной клетки.

- Программный модуль трехмерного компьютерного моделирования результатов фотосканирования, который обеспечивает компьютерное моделирование поверхности грудной клетки пациента и формирование полигональной модели с определением координат ЭКГ электродов.

- Программный модуль трехмерного компьютерного моделирования голотопии который обеспечивает определение взаимного положения поверхности сердца и поверхности грудной клетки с ЭКГ электродами и формирование общей полигональной модели голотопии сердца с координатами ЭКГ электродов.

- Программный модуль интерфейса, обеспечивающий форматирование данных для использования в процедуре неинвазивного электрофизиологического картирования сердца и хранения в базе данных медицинской информации пациента.

На фиг. 1 показан порядок выполнения действий раскрываемого способа во времени.

Первым действием 1 является проведение процедуры КТ или МРТ грудной клетки пациента в результате которого формируются файлы в формате DICOM или использование снимков, полученных на основе ранее выполненных процедур КТ или МРТ грудной клетки пациента. При этом процедура КТ и МРТ проводятся обязательно в случае, если известно и зарегистрировано событие, которое приводит к изменениям в размерах, геометрии или внутренней структуры сердца и внутренней поверхности грудной клетки. Первое действие может быть не связано с картированием сердца и выполняться по другим основаниям. Первое действие может быть выполнено с использованием методов ультразвукового исследования сердца [6], ротационной рентгенографии [7], электроимпедансной томографии [8], интраоперационной чрезпищеводной эхокардиографии [6].

Вторым действием 2 является трехмерное моделирование сердца и внутренней поверхности грудной клетки путем обработки файлов в формате DICOM, полученных в результате первого действия, и формирование полигональной модели сердца и внутренней поверхности грудной клетки. Второе и последующие действия могут быть инициированы решением о проведении неинвазивного картирования сердца.

Третье действие 3 обеспечивается накладыванием ЭКГ электродов по окружности грудной клетки пациента. На фиг. 2 представлен пример грудной клетки с наложенными поверхностными ЭКГ электродами (1).

Четвертое действие 4 обеспечивает размещение пациента в лежачем положении с поверхностными ЭКГ электродами в установке трехмерного фотосканирования с системой формирования отпечатка спины и выполнение трехмерного фотосканирования поверхности грудной клетки с ЭКГ электродами сверху. На фиг. 3 показан вид сбоку размещения пациента лежа (2) в установке трехмерного фотосканирования (3) с системой отпечатка (4). На фиг. 4 показан вид спереди размещения пациента лежа (2) в установке трехмерного фотосканирования (3) с системой отпечатка (4). На фиг. 5 представлена фотография макета установки трехмерного фотосканирования (3) пациента (2).

Пятое действие 5 заключается в трехмерном фотосканировании отпечатка, сформированного спиной пациента с ЭКГ электродами (5) после подъема пациента в положение сидя (6). На фиг. 6 показан вид сбоку размещения пациента сидя (6) в установке трехмерного фотосканирования (3) с системой отпечатка, сформированной спиной пациента с наложенными ЭКГ электродами (5). На фиг. 7 показан вид спереди размещения пациента сидя (б) в установке трехмерного фотосканирования (3) с отпечатком, сформированным спиной пациента с наложенными ЭКГ электродами (5).

Шестое действие 6 выполняется программным обеспечением по трехмерному моделированию на основании данных с цифровых фотоснимков поверхности грудной клетки пациента с ЭКГ электродами, отпечатка спины пациента с ЭКГ электродами, совмещение и формирование общей трехмерной модели поверхности грудной клетки с ЭКГ электродами, определение координат ЭКГ электродов. На фиг. 8а и 8b представлен пример трехмерной модели грудной клетки пациента с ЭКГ электродами сверху, сформированной программным обеспечением на основе обработки данных с цифровых фотокамер. На фиг. 9, фиг. 10, фиг. 11 представлен пример работы программного обеспечения по трехмерному моделированию кисти руки. На фиг. 9 представлен пример работы программного обеспечения по трехмерному моделированию поверхности кисти руки сверху. На фиг. 10 представлен пример работы программного обеспечения по трехмерному моделированию отпечатка ладони. На фиг. 11 представлен пример работы программного обеспечения по совмещению трехмерных моделей поверхности кисти руки сверху и ладони в единую трехмерную модель поверхности кисти руки, которая представлена в виде полигональной сетки.

Седьмое действие 7 выполняется работой программного обеспечения по трехмерному моделированию голотопии сердца пациента и формированию общей полигональной модели сердца по отношению к поверхности грудной клетки с координатами ЭКГ электродов с использованием полигональной модели сердца и внутренней поверхности грудной клетки, полученной на основании данных КТ или МРТ и полигональной модели поверхности грудной клетки пациента с координатами ЭКГ электродов полученной на основании данных трехмерного фотосканирования.

Восьмое действие 8 обеспечивает форматирование данных об общей полигональной модели сердца по отношению к поверхности грудной клетки с координатами ЭКГ электродов для последующего использования в процедуре неинвазивного электрофизиологического картирования сердца и хранения данных в базе данных медицинской информации пациента (10).

Цикл действий 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 может быть повторен без ограничений по периодичности.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан порядок выполнения действий.

На фиг. 2 показан пример наложения ЭКГ электродов (1) по окружности грудной клетки пациента.

На фиг. 3 показан вид сбоку размещения пациента лежа (2) в установке трехмерного фотосканирования (3) с системой отпечатка (4).

На фиг. 4 показан вид спереди размещения пациента лежа (2) в установке трехмерного фотосканирования (3) с системой отпечатка (4).

На фиг. 5 представлена фотография макета установки трехмерного фотосканирования (3) пациента (2).

На фиг. 6 показан вид сбоку размещения пациента сидя (6) в установке трехмерного фотосканирования (3) с системой отпечатка, сформированной спиной пациента с ЭКГ электродами (5).

На фиг. 7 показан рисунок вида спереди размещения пациента сидя (6) в установке трехмерного фотосканирования (3) с системой отпечатка, сформированной спиной пациента с ЭКГ электродами (5).

На фиг. 8а показан пример трехмерной модели грудной клетки пациента с ЭКГ электродами сверху, сформированный программным обеспечением на основе обработки данных с цифровых фотокамер.

На фиг. 8b показан пример трехмерной модели грудной клетки пациента с ЭКГ электродами сверху с отображением полигональной сетки, сформированный программным обеспечением на основе обработки данных с цифровых фотокамер.

На фиг. 9 представлен пример работы программного обеспечения по трехмерному моделированию верхней поверхности кисти руки

На фиг. 10 представлен пример работы программного обеспечения по трехмерному моделированию отпечатка ладони

На фиг. 11 представлен пример работы программного обеспечения по совмещению трехмерных моделей верхней поверхности кисти руки и ладони в единую трехмерную модель поверхности кисти руки, которая представлена в виде полигональной сетки.

Осуществление изобретения

Раскрываемый способ визуализации поверхности грудной клетки пациента с определением координат ЭКГ электродов при неинвазивном электрофизиологическом картировании сердца основан на трехмерном фотосканировании и компьютерном моделировании и может быть реализован специалистом на практике.

Для подтверждения возможности осуществления раскрываемого изобретения были выполнены работы по тестированию способа.

На фиг. 2, 5, 8а и 8b показаны работы по тестированию трехмерного фотосканирования пациента с макетом поверхностных ЭКГ электродов (1) и работы по компьютерному моделированию результатов трехмерного фотосканирования поверхности грудной клетки пациента с ЭКГ электродами сверху.

На фиг. 9, 10 и 11 на примере кисти руки показаны результаты тестирования трехмерного фотосканирования с системой отпечатка и работы программного обеспечения по совмещению трехмерных моделей верхней поверхности кисти руки и ладони в единую трехмерную модель поверхности кисти руки, которая представлена в виде полигональной сетки.

Для системы получения отпечатка используется материал, соответствующий санитарно-гигиеническим правилам и нормам, применимым в медицинских учреждениях и с характеристиками пластичности и деформации под весом торса пациента, а также памятью формы, достаточной для перевода пациента в положение сидя и выполнения фотосканирования отпечатка и относительно малым временем на восстановление готовности материала к повторному отпечатку.

Система отпечатка является первоначальным способом получения трехмерной модели поверхности грудной клетки пациента 360 градусов. Трехмерное моделирование поверхности грудной клетки пациента 360 градусов может быть выполнено и другими способами. Предполагается, что изобретение включает в себя получение трехмерной модели поверхности грудной клетки пациента 360 градусов другими способами, представленными в формуле изобретения.

Трехмерное моделирование голотопии сердца пациента осуществляется компьютерной программой с алгоритмами масштабирования и сравнения двух трехмерных полигональных моделей, имеющих общие поверхности для сравнения на основе характерных анатомических признаков поверхности и внутренней поверхности грудной клетки пациента, которые считаются неизменными в течение установленного времени. Для сравнения двух моделей, выполнение КТ или МРТ съемки и трехмерного фотосканирования грудной клетки пациента осуществляется на вдохе.

Изобретение было описано в отношении предпочтительных вариантов реализации. После чтения и понимания приведенного подробного описания могут быть предусмотрены изменения и вариации. Предполагается, что изобретение включает в себя все возможные изменения и вариации, поскольку они находятся в пределах объема приложенной формулы изобретения или их эквивалентов.

Библиография

1. Патент RU 2409313 C2, А.Ш. Ревишвили, В.В. Калинин, А.В. Калинин. Способ неинвазивного электрофизиологического исследования сердца

2. Патент RU 2417051 C2, А.Ш. Ревишвили, В.В. Калинин, А.В. Калинин. Способ неинвазивного электрофизиологического исследования сердца

3. Патент RU 2435518 C2, А.Ш. Ревишвили, В.В. Калинин, А.В. Калинин. Способ неинвазивного электрофизиологического исследования сердца

4. М.П. Чмелевский, С. В. Зубарев, М. А. Буданова. Неинвазивное электрофизиологическое картирование в диагностике желудочковых аритмий. Изд. ФГБУ «НМИЦ им В.А. Алмазова» Минздрава РФ. Трансляционная медицина, 2(5) 2015

5. Зубарев С.В., Чмелевский М.П., Буданова М.А., Трукшина М.А., Любимцева Т.А., Лебедева В.К., Лебедев Д.С.Неинвазивное электрофизиологическое картирование и эффект от кардиоресинхронизирующей терапии: роль позиции левожелудочкового электрода. Изд. ФГБУ «НМИЦ им В.А. Алмазова» Минздрава РФ. Трансляционная медицина, 3(3) 2016

6. М.А. Саидова. Трехмерная эхокардиография: вчера, сегодня, завтра. Consilium Medicum.2006; 5: 127-132. Портал Consilium Medicum: http://con-med.ru/magazines/consilium medicum/consilium medicum-05-2006/trekhmernaya ekhokardiografiya vchera segodnya zavtra/

7. H.M. Федотов, А.И. Оферкин, А.А. Шелупанов Метод комплексирования данных ротационной рентгенографии и электрической локации для визуализации анатомических структур сердца и хирургического инструмента. Доклады ТУСУРа, №2 (26), часть 2, декабрь 2012. УДК 621.386.8; 616-079.2

8. Е. В. Мирошниченко. Электроимпедансная компьютерная томография. ИЛПИ НТЦ «Техноцентр» ТРТУ. Известия ТРТУ Тематический выпуск. МИС-2004 Аппаратные и программные средства медицинской диагностики и терапии. УДК-612.014.42:573(043.3)

1. Способ визуализации поверхности грудной клетки пациента и определения координат ЭКГ электродов при неинвазивном электрофизиологическом картировании сердца, включающий:

формирование трехмерной модели сердца;

систему ЭКГ электродов, накладываемых по всей окружности грудной клетки пациента;

определение положения ЭКГ электродов по отношению к поверхности сердца;

отличающийся тем, что:

формируют трехмерную модель внутренней поверхности грудной клетки пациента; при этом трехмерную модель сердца и внутренней поверхности грудной клетки пациента формируют на основе данных процедур КТ или МРТ, которые выполняют без системы ЭКГ электродов или на основе данных процедур КТ или МРТ грудной клетки пациента, которые выполнены ранее;

трехмерную модель поверхности грудной клетки пациента 360 градусов с системой ЭКГ электродов, накладываемых по всей окружности грудной клетки пациента, формируют на основе данных трехмерного фотосканирования поверхности грудной клетки пациента сверху и трехмерного фотосканирования отпечатка спины пациента;

положение ЭКГ электродов на поверхности грудной клетки по отношению к поверхности сердца определяют путем компьютерного моделирования и совмещения трехмерной модели поверхности грудной клетки пациента 360 градусов с ЭКГ электродами, полученной при трехмерном фотосканировании, и трехмерной модели сердца и внутренней поверхности грудной клетки пациента, полученной при КТ или МРТ на основе характерных анатомических признаков поверхности и внутренней поверхности грудной клетки пациента, которые считаются неизменными в течение установленного времени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что трехмерную модель поверхности грудной клетки пациента 360 градусов и трехмерную модель сердца и внутренней поверхности грудной клетки пациента совмещают с использованием не менее трех маркеров, видимых при трехмерном фотосканировании и при КТ или МРТ.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что трехмерную модель поверхности грудной клетки пациента 360 градусов и трехмерную модель сердца и внутренней поверхности грудной клетки пациента совмещают в системе координат, единой для трехмерного фотосканирования и КТ или МРТ.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что трехмерную модель сердца и внутренней поверхности грудной клетки пациента формируют на основе данных ультразвукового исследования сердца, ротационной рентгенографии, электроимпедансной томографии, интраоперационной чреспищеводной эхокардиографии.