CN101927053B - 具有斜取向线圈的导管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有斜取向线圈的导管。本发明公开了一种医疗探针，所述医疗探针包括具有纵向轴线的细长主体，和多个磁场传感器，所述多个磁场传感器被容纳在所述主体内并且具有相对于所述纵向轴线斜取向的各自的传感器轴线。

Description

具有斜取向线圈的导管

技术领域

本发明涉及医疗器械，具体地讲涉及装配有位置传感器的体内医疗器械。

发明背景

诸如导管之类的体内探针被用于多种医疗应用中。此类探针包括例如球囊血管成形术导管、用于激光消融、电消融或冷冻消融的导管、用于几乎无切口手术或诊断的探针、以及内窥镜。此类探针有时装配有位置传感器以允许外部系统测量其在患者体内的位置。

例如，美国专利No.6,690,963描述了具有位于远端的定位传感器的导管，该专利的公开内容以引用方式并入本文中。该定位传感器包括两个或三个天线，例如线圈，这些天线被位于患者体表以外的两个或三个辐照器例如线圈辐照。这三个辐照器由辐照器驱动器驱动。接收天线收到的信号被放大和处理，并与用来驱动辐照器的信号的表征一起提供对导管远端位置和取向的显示或其他指示。

美国专利No.6,253,770描述了具有被导管的一部分阻塞的内腔的导管，该专利的公开内容以引用方式并入本文中。该导管包括位于导管顶端的位置检测器。

发明内容

本发明的一个实施例提供了医疗探针以及多个磁场传感器，其中医疗探针包括具有纵向轴线的细长主体，多个磁场传感器被容纳在主体内并具有相对于纵向轴线斜取向的各自的传感器轴线。

在一些实施例中，细长主体包括用于插入到患者器官中的插管。在本发明所公开的实施例中，多个传感器包括三个传感器。在一个实施例中，传感器大体上互相垂直。在另一个实施例中，传感器设置在细长主体内，使得所有传感器均不与纵向轴线相交。在另一个实施例中，细长主体包括沿纵向轴线的中央腔，并且传感器被设置成使得其不会碰到中央腔。在另一个实施例中，传感器设置在细长主体的远端，并且探针包括将传感器连接到位于细长主体的近端的连接器的引线。在一些实施例中，探针包括用于将传感器保持在细长主体内的圆柱形夹具，该夹具具有平行于纵向轴线的中心开口。在一个实施例中，磁场传感器包括线圈。

根据本发明的一个实施例，另外提供了包括医疗探针的医疗位置跟踪系统以及多个磁场传感器，其中医疗探针包括具有纵向轴线的细长主体，磁场传感器被容纳在主体内并具有相对于纵向轴线斜取向的各自的传感器轴线和位置测量子系统，其中位置测量子系统被设置成与探针内的磁场传感器交换一个或多个磁场，并根据所交换的磁场计算探针的位置。

在一个实施例中，传感器包括磁场检测器，该磁场检测器设置在细长主体的远端并可操作地感测位置测量子系统在远端附近产生的一个或多个磁场，并根据所感测到的磁场产生指示远端位置的各自的电信号。在一个可供选择的实施例中，传感器包括磁场发生器，该磁场发生器设置在细长主体远端并可操作地产生供位置测量子系统感测的一个或多个磁场，使得位置测量子系统所感测到的磁场指示远端位置。

通过以下结合附图的其实施例的详细说明，可更全面地理解本发明。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的医疗位置跟踪系统的示意性图示；

图2为根据本发明的实施例的导管的远端的纵向剖视图；

图3A和3B为根据本发明的实施例的位置传感器的剖视图；和

图4为示出根据本发明的实施例的位置传感器内的磁场传感器的三维布置方式的图。

具体实施方式

多种医疗系统使用导管和其他体内探针引导医疗工具和/或投放物质到患者体内。在一些系统中，体内探针包括位置传感器，该位置传感器允许系统跟踪探针在体内的位置。例如，位置传感器可包括多个磁场传感器。

本发明的实施例提供了具有改进的机械构造的医疗探针。在本发明所公开的构造中，磁场传感器安装在探针内，使得其轴线相对于探针纵向轴线呈斜取向。本文所述术语“斜取向”是指传感器的轴线既不平行于也不垂直于探针的纵向轴线。在一个典型实施方案中，位置传感器包括三个大体上互相垂直的磁场传感器。

传感器的取向角度允许位置传感器感测三维磁场分量，同时又能在探针纵向轴线周围保留未阻塞的大直径内腔。该内腔可用于任何合适的目的，例如插入医疗工具。在下述示例性构造中，在直径小于3mm的导管内安装了三个各0.8mm长的传感器。该构造保留具有1.2mm直径的未阻塞的内腔。

系统具体实施方式

图1为根据本发明的实施例的医疗位置跟踪系统20的示意性图示。在系统20中，诸如导管24之类的医疗探针通常经孔道30插入到患者28体内。例如，可将导管插入患者心脏以进行某种医疗手术。作为另外一种选择，可将导管插入到任何其他合适的器官中。

导管24包括细长的圆柱形主体，该主体限定了沿导管纵向延伸的中央腔40。中央腔40在不同导管应用中用于不同目的。例如，在血管成形术中，可利用经中央腔传输的盐水溶液使球囊膨胀。在其他应用中，可以通过中央腔将多种类型的药物或不透射线物质投放到器官内。作为另外一种选择，中央腔可用于引导各种工具或器械，例如光纤或消融电极。

导管24的远端包括位置传感器50以用来测量导管在患者体内的位置和取向。在一些实施例中，位置传感器50包括多个磁场检测器54，例如线圈，以用来检测其附近的磁场。磁场由位于患者体外已知位置的磁场发生器60产生。磁场发生器60由中央装置80驱动。每个磁场发生器60通常都由可辨别的交流电流驱动以产生可辨别的交流磁场。通常在频率、相位、时间或它们的组合方面辨别交流电流。

磁场发生器60产生的磁场由位置传感器50内的磁场检测器54检测。磁场检测器产生能指示感测到的磁场的电信号。引线90将电信号从磁场检测器传输到中央装置80。引线使用连接器94连接到中央装置80。根据磁场检测器54产生的电信号，中央装置80计算位置传感器50(即导管远端的位置传感器)相对于磁场发生器60的位置和取向。该位置信息通常会在例如显示器100上向操作员显示。利用磁场测量跟踪体内物体位置的其他方面在上文引用的美国专利No.6,690,963中有所描述。

在上文的描述中，位置传感器包括磁场检测器，并且磁场发生器位于患者体外。在可供选择的实施例中，位置传感器可以包括磁场发生器，并且磁场检测器可位于患者体外。磁场检测器和磁场发生器在本文中均指磁场传感器。

斜取向的磁场传感器构造

如上所述，导管24内的内腔40用于将各种物体或物质插入到患者体内。一方面，非常希望为这类目的而保留大直径的未阻塞内腔。另一方面，导管远端内容纳的任何部件都可能阻塞内腔并缩小其直径。

具体地讲，磁场检测器54安装在导管24远端内，并且可能缩小未阻塞内腔的直径。为了感测磁场的不同分量，通常应将磁场检测器取向为不同角度，因此设置磁场检测器的取向时需要在位置跟踪性能和内腔阻塞之间进行折衷。

本发明的实施例提供了用于将磁场传感器例如磁场检测器54安装到诸如导管24的医疗探针内的改进的构造。在本文所述的构造中，磁场传感器被取向为其轴线相对于探针的纵向轴线呈斜取向(即，不平行也不垂直)。因此，增加了探针纵向轴线周围的未阻塞内腔40的直径。

图2为根据本发明的一个实施例的导管24远端的纵向剖视图。所示的位置传感器50位于导管的远端。由图可知，导管包括细长的圆柱形主体104。细长主体包括用于插入到患者体内的插管。插管限定了中央腔40。本实例的位置传感器50包括具有中心开口的圆柱，以及穿过位置传感器中心开口的导管的内腔40。

位置传感器50包括多个磁场检测器54，通常为三个，图2示出了其中两个。检测器54通常包括缠绕在空心磁芯上的线圈，但作为另外一种选择也可包括其他类型的磁场检测器。检测器54安装在位置传感器50的中心开口周围以免阻塞内腔40。每个检测器54具有各自的轴线120，并且检测器的安装方式使得其轴线相对于导管的纵向轴线130具有斜取向。因此，检测器54能够感测三维磁场分量，同时又能在导管中央保留大直径的未阻塞内腔。由图可知，任何检测器均不与导管的中心轴线相交，也不以任何方式阻塞内腔40。

在一些实施例中，磁场检测器54组装并插入到中空圆柱形夹具内以形成图2所示传感器50的形状。夹具安装在导管24远端内。

图3A和3B为示出了根据本发明的一个实施例的位置传感器50的横截面的示意图。图3A示出了位置传感器的前视图或横向剖视图。图3B示出了位置传感器的纵向剖视图。位置传感器50包括具有中心开口210的圆柱体200，使得上图2所示内腔40穿过该中心开口。检测器54位于中心开口210周围并且不阻塞内腔。此外，每个检测器54的轴线120均相对于导管的纵向轴线130呈斜取向。

在本实例中，检测器54对称地位于中心开口210周围(即导管纵向轴线周围)，每个检测器54的中心轴线120均相对于纵向轴线130呈约55°的角度。在本实施例中，检测器54的中心轴线120大体上互相垂直，如下图4所示。沿检测器54的三个线段在图3A和3B中表示为AJ、FL和CK，两点表示为B和H。这些线段和点用来将图3A和3B的横截面与下图4的三维视图相关联。

图4为示出了根据本发明的一个实施例的位置传感器50内的磁场检测器54的三维布置方式的示意图。图4示出虚拟立方体300，其顶点表示为A…H。ABCD和EFGH分别表示立方体的下表面和上表面，立方体的每个边的长度表示为x。J、K和L三点分别位于边AB、CB和FB上，并且与公共顶点B的距离为y，其中y＜x。由于三个检测器的轴线位于具有公共顶点的立方体的三个边上，因而它们互相垂直。

现在设想立方体300被旋转，以使得对角线BH与图3A和3B中的导管的纵向轴线130重合。(旋转之后，图4中的点A…H与图3A和3B中标出的对应点重合)。检测器54此刻的位置使得其中心轴线120与线段AJ、CK和FL重合。因此，图4显示，图3A和3B的检测器54的轴线120互相垂直。

在以上描述所反映的实施例中，探针包括中央腔，并且磁场传感器被布置成不阻塞中央腔。更一般地，本文所述技术可用于期望任何传感器均不与探针纵向轴线相交的情况。例如，本发明所公开的构造可用于具有在探针纵向轴线方向延伸的圆柱形芯的探针。对于该探针，不希望阻断中央芯的连续性。

因此，应理解的是，上述实施例是以举例的方式进行阐述，并且本发明不局限于上文特别所示及所述的内容。更确切地说，本发明的范围包括上文所述特征的组合及子组合，以及本领域技术人员在阅读上述说明后可想到的不在现有技术范围内的变形形式和修改形式。

Claims (18)

1. 一种医疗探针，所述医疗探针包括：

具有纵向轴线的细长主体；和

三个或者更多磁场传感器，所述三个或者更多磁场传感器被容纳在所述主体内并具有相对于所述纵向轴线斜取向的各自的传感器轴线，

其中所述传感器均不与所述纵向轴线相交。

2. 根据权利要求1所述的探针，其中所述细长主体包括用于插入到患者的器官中的插管。

3. 根据权利要求1所述的探针，其中所述传感器包括三个传感器。

4. 根据权利要求3所述的探针，其中所述传感器大体上互相垂直。

5. 根据权利要求1所述的探针，其中所述传感器设置在所述细长主体内。

6. 根据权利要求1所述的探针，其中所述细长主体包括沿所述纵向轴线的中央腔，并且其中所述传感器被设置成使得所述传感器不会碰到所述中央腔。

7. 根据权利要求1所述的探针，其中所述传感器设置在所述细长主体的远端，并且其中所述探针包括将所述传感器连接到位于所述细长主体的近端的连接器的引线。

8. 根据权利要求1所述的探针，所述探针包括用于将所述传感器保持在所述细长主体内的圆柱形夹具，其中所述夹具具有平行于所述纵向轴线的中心开口。

9. 根据权利要求1所述的探针，其中所述磁场传感器包括线圈。

10. 一种医疗位置跟踪系统，所述医疗位置跟踪系统包括：

医疗探针，所述医疗探针包括：

具有纵向轴线的细长主体；和

三个或者更多磁场传感器，所述三个或者更多磁场传感器被容纳在所述主体内并具有相对于所述纵向轴线斜取向的各自的传感器轴线；和

位置测量子系统，所述位置测量子系统被设置成与所述探针内的磁场传感器交换一个或多个磁场，并且根据所述交换的磁场计算所述探针的位置，

其中所述传感器均不与所述纵向轴线相交。

11. 根据权利要求10所述的系统，其中所述细长主体包括用于插入到患者的器官中的插管。

12. 根据权利要求10所述的系统，其中所述传感器包括三个传感器。

13. 根据权利要求10所述的系统，其中所述传感器大体上互相垂直。

14. 根据权利要求10所述的系统，其中所述细长主体包括沿所述纵向轴线的中央腔，并且其中所述传感器被设置成使得所述传感器不会碰到所述中央腔。

15. 根据权利要求10所述的系统，其中所述传感器设置在所述细长主体的远端，其中所述探针包括将所述传感器连接到位于所述细长主体的近端的连接器的引线，并且其中所述探针利用所述连接器连接到所述位置测量子系统。

16. 根据权利要求10所述的系统，其中所述探针包括用于将所述传感器保持在所述细长主体内的圆柱形夹具，并且其中所述夹具具有平行于所述纵向轴线的中心开口。

17. 根据权利要求10所述的系统，其中所述传感器包括磁场检测器，所述磁场检测器设置在所述细长主体的远端并可操作地感测所述位置测量子系统在所述远端附近产生的一个或多个磁场，并且根据所述感测到的磁场产生指示所述远端位置的各自的电信号。

18. 根据权利要求10所述的系统，其中所述传感器包括磁场发生器，所述磁场发生器设置在所述细长主体的远端并可操作地产生供所述位置测量子系统感测的一个或多个磁场，使得所述位置测量子系统感测到的磁场指示所述远端的位置。