CN101912261B - 感测电路与起搏器的隔离 - Google Patents

Abstract

在用于感测生命体内电信号，具体地讲用于通过阻抗测量法跟踪体内物体的位置的系统中，隔离电路能保持起搏器与位置感测电路之间的隔离，甚至在起搏心脏时也能保持隔离。

Description

感测电路与起搏器的隔离

相关专利申请的交叉引用

本申请要求提交于2008年11月12日的美国临时申请No.61/113,729的权利，该专利申请以引用的方式并入本文。

发明背景

技术领域

本发明涉及生命体内电信号的感测。更具体地讲，本发明涉及使用阻抗测量法跟踪体内物体时，生命体内电信号的感测。

相关领域描述

多种医疗程序都涉及在体内放置诸如传感器、管路、导管、分配装置和植入体等物体。目前已为跟踪此类物体开发出了位置感测系统。例如，授予Wittkampf的美国专利5,983,126描述了一种系统，其中使用电阻抗方法检测导管位置，该专利的公开内容以引用方式并入本文中。授予Govari等人的美国专利申请公开2006/0173251以及授予Osadchy的2007/0038078描述了基于阻抗的方法，该方法通过使电流流过探针上的电极和体表上的多个位置之间的身体部分来感测探针的位置，两专利均以引用方式并入本文中。

诸如上述这些系统可用于跟踪患者心脏内的导管的位置。医师可将导管例如用于诊断目的，诸如电生理学研究，以及用于治疗目的，诸如治疗心律失常。在此类程序的过程中，医师可能希望通过经导管顶端处或附近的电极施加合适的电信号来起搏心脏。出于这一目的，通常将起搏器连接到导管上用于基于阻抗的位置感测的相同电极。

发明内容

对于使用基于阻抗的技术进行精确位置测量而言，期望电流在导管上的电极和体表电极之间流动而不会泄漏到其他电流吸收端(currentsink)。但是，起搏器通常具有低输入阻抗，因此当将起搏器连接到导管电极时，往往会使得用于基于阻抗的位置感测的信号发生短路。本发明的实施例提供一种可用于保持起搏器与基于阻抗的位置感测电路之间的隔离的简单、新型电路，甚至当正在起搏心脏时也可使用。

本发明的实施例提供一种医疗设备，其包括适于插入受试者心脏中的探针，在探针上具有一个或多个电极。该设备包括耦接到电极的位置感测电路、用于产生电起搏信号以电激活心脏的起搏器，以及耦合元件，所述耦合元件插入在起搏器与电极和位置感测电路之间，其特征在于在处于预定范围内的电压下具有相对较高的第一阻抗，当电压不在预定范围内时具有相对第一阻抗较低的第二阻抗。

根据所述设备的一个方面，耦合元件包括一对并联的极性相反的二极管。

根据所述设备的另一方面，耦合元件包括两个并联的双极结型晶体管。

根据所述设备的又一方面，起搏器具有第一与第二输出引线，耦合元件包括分别连接到第一与第二输出引线的第一与第二交叉二极管对(cross-diode pair)。

所述预定范围可为-0.7至+0.7伏。

该设备可包括耦接到起搏器的路由器，用于将起搏器的输出导向到选定的电极，其中位置感测电路和起搏器被同时电连接到选定的电极。

该设备可包括通过耦合元件耦接到电极并同时耦接到起搏器的心电图电路。

本发明的其他实施例提供用于实施本发明的方法。

附图说明

为更好地理解本发明，以举例的方式提供本发明的详细说明。要结合以下附图来阅读详细说明，附图中相同的元件用相同的旁注数字表示，并且其中：

图1为根据本发明一个公开实施例，用于在活受试者心脏上检测异常电活动区域和执行消融手术的系统的图示；

图2为示出了安装在导管上的电极与图1中所示根据本发明一个公开实施例的系统的其他元件之间的电连接的示意图；

图3示意性地示出作为图1中所示根据本发明一个公开实施例的系统的元件的基于阻抗的位置测量系统；和

图4为根据本发明另一个实施例的，适合用作图2中所示布置中的耦合元件的电路的电路图。

具体实施方式

为了能够全面了解本发明的各种原理，在以下说明中阐述了许多具体细节。然而对于本领域的技术人员将显而易见的是，并非所有这些细节始终都是实施本发明所必需的。在这种情况下，为了不使主要概念不必要地被淹没，未详细示出熟知的电路、控制逻辑、以及用于常规算法和进程的计算机程序指令细节。

系统结构

现在转到附图，首先参见图1，其为根据本发明一个公开实施例，用于在活受试者心脏12上检测异常电活动区域和执行消融手术的系统10的图示。探针或导管14为系统10的元件，由通常为医师的操作员16经由皮肤通过患者的脉管系统插入心室或心脏血管结构中。操作员16使导管的远端18与待评估靶点处的心壁相接触。然后根据上述美国专利No.6,226,542和6,301,496以及共同转让的美国专利No.6,892,091中所公开的方法制备电激活图，这些专利的公开内容以引用的方式并入本文。

电信号可从心脏12通过位于导管14的远端18处或附近的一个或多个电极32以及通过导线34传递到控制台24。起搏信号与其他控制信号可从控制台24经过导线34和电极32传递到心脏12。电极32也可充当用于定位导管的基于阻抗的定位系统26的元件。附加的导线接头28将控制台24和体表电极30以及定位系统26的其他元件连接起来。定位系统26的更多细节在下文给出。

另外，通过评估电激活图确定为异常的区域可通过施加热能来消融，热能例如这样施加：使射频电流经由导管中的导线34传递到电极32，由电极32将射频能量施加到心肌。能量被吸收在组织中，从而将组织加热到一定温度(通常约50℃)，在该温度下组织会永久性失去其电兴奋性。此手术成功后在心脏组织中形成非传导性的损害点，这些损害点可中断导致心律失常的异常电通路。可将本发明的原理应用到不同的心室中，应用于窦性心律绘图，以及应用在当存在多种不同的心律失常时。

导管14通常包括柄部20，在柄部上具有合适的控制器，以使操作员16能够按消融手术所需对导管的远端进行操纵、定位和定向。定位处理器22是基于阻抗的定位系统26的元件，其测量导管14的位置和方向坐标。

控制台24包括起搏器25，其输出通过导线34被连接到导管14外表面上的一个或多个电极32。电极32至少是两用的，可用于将第一电信号从心脏12传导到定位处理器22，以及将第二电信号从起搏器25传导到心脏12。在一些实施例中，操作员16可引起第三电信号，其含有将从消融能量发生器36传导到电极32的消融射频能量，该消融能量发生器可并入控制台24。此类技术在共同转让的美国专利No.6,814,733中有所公开，此专利以引用的方式并入本文。

如上所述，导管14耦接到控制台24，该控制台使得操作员16能够观察并调控导管14的运行。定位处理器22优选为具有适当的信号处理电路的计算机。将该处理器耦接来驱动显示监视器29。信号处理电路通常接收、放大、过滤和数字化来自导管14的信号，包括通过电极32传递的信号。在控制台24中接收并分析数字化信号，从而获取有医疗意义的电解剖信息。通过此分析获取的信息可用于生成心脏12的至少一部分或相关结构(诸如肺静脉口)的电生理学图。此图可用于诊断目的，诸如定位心脏中的心律失常区域，或用于帮助治疗消融。

为了计算导管14的位置和方向，将定位系统26使用的其他信号从控制台24经由导线34和电极32进行传递。

通常，系统10包括其他元件。例如，控制台24可包括心电图装置38，将其耦接以接收来自一个或多个体表电极的信号，以便向控制台24提供ECG同步信号，此信号可显示在显示监视器29或单独的显示器(未示出)上。系统10通常还包括参比位置传感器，其位于附接到受试者身体外部的外置参比电极上，或位于另一个内置参比导管(未示出)上，该参比导管插入到心脏12中并相对于心脏12保持在固定位置。通过比较导管14的位置与参比导管的位置，可准确确定导管14相对于心脏12的坐标，而不用考虑心脏运动。作为另外一种选择，可用任何其他适合的方法来对消心脏运动。

现在参见图2，其为示出了导管14上的电极32通过耦合适配器40与根据本发明一个公开实施例的系统10(图1)的其他元件之间的电连接的示意图。图2包括心电图装置38(图1)的元件：ECG放大器42。更具体地讲，图2示出了起搏器25、ECG放大器42以及基于阻抗的位置感测电路44如何可同时电连接到电极32。位置感测电路44在图中被称为精确电流定位(ACL)发射器，其运行方式与上述Osadchy的专利公布中所描述的方式相似。它的输出端与定位处理器22(图1)相连。

现在参见图3，其为作为根据本发明一个公开实施例的系统10(图1)的元件的基于阻抗的位置测量系统的示意图。如上对图2所述，起搏器25和位置感测电路44连接到导管14。有多个体表电极30耦接到受试者的体表46(例如皮肤)，所述体表电极可为胶粘皮肤贴片。体表电极30可放置在医疗手术部位附近的体表46上的任何方便位置处。通常，使各体表电极30的位置隔开。例如，对于心脏应用，体表电极30通常放置在受试者胸膛周围。通常设置在控制台24(图1)中的控制装置48驱使电流在一个或多个电极32与一个或多个体表电极30之间流动。流经各体表电极30的电流通过分别的电流测量电路50进行测量。电流测量电路50通常设置为附接到体表贴片，或者可位于控制台24(图1)中。

现回到图2，起搏器25通过包括交叉二极管54、56的耦合元件52连接到导管电极32。在此配置中，交叉二极管54、56每个均包括一对并联的极性相反的二极管。起搏器25对低压信号(范围为约-0.7至+0.7V)认定为断路，在这个范围以外的电压，则为低阻抗。表1给出BAS16和BAV99这两种通用二极管的阻抗(单位为欧姆)随正向电压的变化关系。这两种具有快速响应的二极管都适用于交叉二极管54、56。

表1

电压	二极管BAS16阻抗	二极管BAV99阻抗
			0.1	3333333	5555556

电压	二极管BAS16阻抗	二极管BAV99阻抗
			0.2	833333	1333333
0.3	176471	272727
			0.4	36364	50000
0.5	6250	7463
			0.6	1017	1000
0.7	171	163
			0.8	33	31
0.9	10	11
			1	5	7
1.1	3	4
			1.2	2	4
1.3	2	3

因此，由起搏器25产生的电压相对较高的起搏信号不受交叉二极管54、56的明显阻碍。然而，由位置感测电路44输出的低压位置感测信号通过路由器58和适配器40直接传到导管14，而没有显著泄漏到起搏器25中。在其中导管14具有多个电极32(图1)的实施例中，路由器58将起搏信号导向选定的电极组中。不管是否有由路由器进行导向的起搏器25输出，起搏器25、ECG放大器42和位置感测电路44都可通过导管14的电极32同时运行。

替代性实施例

图2中所示的实施例使用成对的二极管来将位置感测电路与起搏器隔开，但是，具有合适的非线性V-I(电压-电流)相依性和对称双向传导性的其他类型的耦合元件也可同样用于此目的，例如包含晶体管的电路。此类耦合元件应一般具有这样的特征：在于低电压下具有高阻抗，当电压达到某一阈值时阻抗下跌。

现在参见图4，图4是根据本发明另一个实施例的适用作耦合元件52(图2)的电路60的示例电路图。电路60包括一对双极结型晶体管即PNP(正负正)晶体管62和NPN(负正负)晶体管64以及两个电阻器。电阻器66具有在几千欧姆范围内的非临界值。电阻器68应为几百欧姆。通用晶体管2N2222和2N2907适用作所述两个晶体管。

操作

再次参见图1，为使用系统10，按常规将导管14引入心脏12，然后导航到操作位置，同时一直在位置感测电44(图2)中接受来自电极的位置信号和在定位处理器22中分析位置信号。起搏器25根据医疗程序的要求连续或间断地启动。通过适当地控制路由器58，起搏器25的信号可被选择性地导向不同的电极32组中。甚至在起搏器25正处于运行状态并连接到与位置感测电路44公用的电极时，位置感测电路44也可继续运行并接收新信号。

最后，如果医疗程序成功或者终止的话，关闭起搏器25并任选地关闭位置感测电路44(图2)，收回导管14。

本领域的技术人员会认识到，本发明并不限于在上文中具体示出和描述的内容。更确切地说，本发明的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合，以及这些特征的不在现有技术范围内的变化和修改形式，这些变化和修改形式是本领域技术人员在阅读上述说明后可想到的。

Claims (7)

1.一种医疗设备，包括：

探针，其上具有一个或多个电极，所述探针用于插入到受试者心脏中；

位置感测电路，所述位置感测电路耦接到所述电极；

起搏器，所述起搏器用于产生电起搏信号以电激活心脏；和

耦合元件，所述耦合元件耦接在所述起搏器与所述电极和所述位置感测电路之间，其特征在于在处于预定范围内的电压下的第一阻抗，以及当电压不在所述预定范围内时的比所述第一阻抗更低的第二阻抗。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述耦合元件包括一对并联的极性相反的二极管。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述耦合元件包括两个并联的双极结型晶体管。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述起搏器具有第一与第二输出引线，所述耦合元件包括分别连接到所述第一与第二输出引线的第一与第二交叉二极管对。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述预定范围为-0.7至+0.7伏。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述电极包括多个电极，所述设备还包括：

耦接到所述起搏器的路由器，用于将所述起搏器的输出导向选定的所述电极，其中所述位置感测电路和所述起搏器被同时电连接到所述选定的电极上。

7.根据权利要求1所述的设备，还包括通过所述耦合元件耦接到所述电极并同时耦接到所述起搏器的心电图电路。

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