CN102131458B - 用于检测对象的检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种检测装置用于检测对象，其中所述检测装置(1)包括检测元件的排列(7)用于检测所述对象(2)性质。所述检测元件可以接触模式工作，可进行检测而所述检测元件与所述对象(2)接触，且可以非接触模式工作，可进行检测而所述检测元件不与所述对象接触。所述检测装置优选地还包括模式确定单元，用于确定检测元件是否与所述对象(2)接触。

Description

用于检测对象的检测装置
技术领域
本发明涉及一种检测装置、一种检测方法以及相应计算机程序。
背景技术
US 6,892,091B1公开一种装置和方法用于产生心室电图，其中利用导管，导管包括具有近端和远端的本体。所述本体远端包括非接触电极布置和具有接触电极的远端尖端。所述非接触电极适用于测量心室中远场电信号，这可使仅以较低空间与时间分辨率确定电性质。所述远端尖端的单独接触电极可直接在心室心内膜表面上测量心室电性质，比使用非接触电极更精确，但为获得显示不同位置处电性质的心内膜表面图，须将具有接触电极的远端尖端在不同位置相继移动，这将耗费时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测装置、一种检测方法以及相应计算机程序，其中，可更准确且更快速地检测对象的性质的图。
本发明一个方面提出用于检测对象的检测装置，其中所述检测装置包括用于检测所述对象的性质的检测元件的排列，其中所述检测元件可以接触模式工作，在接触模式下可进行检测，检测元件与所述对象接触，以及所述检测元件可以非接触模式工作，在非接触模式下可进行检测，检测元件不与所述对象接触，其中，所述检测元件适合获得电信号，所述电信号取决于待确定的性质，其中所述检测装置包括电信号处理单元，如果检测元件处于非接触模式，所述电信号处理单元进行非接触模式滤波并将滤波的电信号变换到所述对象的表面，在此所述对象的性质将被确定，如果检测元件处于接触模式，所述电信号处理单元进行接触模式滤波。
本发明基于的概念是，由于所述检测元件的排列可以接触模式与非接触模式工作，检测装置可用于首先以非接触模式检测所述对象的较大区域，其中因到所述对象的距离，所述检测过程较之接触检测其准确性降低。由于相同检测元件可以接触模式和非接触模式使用，即由于所述检测元件不固定为特定检测模式，非接触检测的结果可用于确定所述对象受关注区域，例如在所述区域中已检测特定性质，可将所述检测元件的排列移动到该受关注区域以接触模式更准确地检测该区域。于是，通过以非接触模式和接触模式使用检测元件，所述检测装置可以两步方式确定对象性质，其中在第一步骤中由检测元件的排列以非接触模式概略地检测所述对象的较大区域、特别是整个对象，以确定受关注区域，其中在随后步骤中由检测元件的排列以接触模式更为准确地检测所确定的受关注区域。这可使所述检测过程聚焦在受关注区域并更准确地检测该受关注区域。特别地，通过以接触模式使用所述检测元件的排列比前述现有技术可更快确定所述对象的性质的准确图，其中该图的准确确定可聚焦在受关注区域。
检测装置所检测的所述性质优选为所述对象的电性质，如所述对象不同位置的电位。如果所述对象为心脏，所确定电位形成电描记图。特别地，如果在心脏不同位置确定数个电位，可确定电描记图。
检测元件优选为用于测量电信号的电极。此外优选地，检测元件适用于以接触模式测量所述对象某一位置阻抗，所述检测元件在该位置与所述对象接触。
对象的所测量阻抗优选地由处于不同位置的数个检测元件测量，其中例如，因为已知异常组织和/或健康组织的阻抗，可根据不同位置所测量的阻抗确定病变尺寸。所述病变为例如由疾病和/或热疗或激光消融治疗主动施加能量导致的病变。所述检测元件优选地适用于在至少一个第一位置加以电流并在至少一个第二位置测量所加电流，以确定至少一个第一位置与至少一个第二位置之间的阻抗。
所述检测元件优选地适用于从所述对象获得电信号，所述电信号可视为所述对象性质或用于从其确定所述对象性质，其中所述对象优选为心脏或心脏的一部分，且其中检测装置优选地还包括分析单元，用于确定电信号是否指示心脏异常表现，特别地是否指示异常电描记图。在心内膜表面上心脏呈现异常表现或异常电描记图的地点，即为所述分析单元可确定异常表现之处，该位置存在的电活动是不会在正常健康心脏该位置发现的。该电活动为例如碎裂电描记图、高主导频率活动、早激活、转子、折返环路、缓慢传导区域、枢转点或传导阻滞的地点。
所述检测装置优选地还包括模式确定单元，以确定检测元件是否与所述对象接触。这可使其根据是否与所述对象接触而使检测元件工作。若例如所述模式确定单元已确定仅检测元件的子集与所述对象接触，优选地仅该子集以接触模式工作，而其它检测元件优选地以非接触模式工作。
在一个实施例中，所述检测元件适用于测量对象阻抗，特别地如果所述对象为心脏，则测量检测元件邻近组之间的心脏组织，所述检测元件在该情况下为电极，其中模式确定单元适用于确定阻抗显著变化，这指示与心脏组织、特别是心内膜接触。例如，如果两电极与所述组织接触，所测量的阻抗为这两个邻近点之间心内膜的组织阻抗。如果其中一个电极不与所述组织接触，则测量两电极之间血液的阻抗。血液阻抗与组织阻抗显著不同，优选地用作电极是否相接触的特别指征。血液阻抗比健康(血液灌注)组织阻抗约低20％。非灌注组织，例如死亡、特别是经消融的组织，其特征为比正常组织具有更低阻抗。血液阻抗例如为150Ω/cm，正常心内膜阻抗例如为350Ω/cm，且瘢痕组织阻抗例如为100Ω/cm。
在另一实施例中，所述检测装置还包括用于使所述对象及检测元件成像的成像装置，其中模式确定单元适用于确定检测元件与所述对象在图像中的位置并由这些位置确定检测元件是否与所述对象接触。在另一实施例中，所述模式确定单元适用于确定至少一个其它元件在图像中的位置，其中该至少一个其它元件与检测元件和/或所述对象的空间关系为已知，并且由所确定至少一个其它元件的位置确定检测元件和/或所述对象的位置，其中所述模式确定单元适用于由所确定的检测元件和/或所述对象的位置确定检测元件是否与所述对象接触。在一个实施例中，检测元件的排列上不同检测元件的位置为已知的，且所述排列相对于所述对象的位置和定向由所述图像确定，其中所述模式确定单元适用于由所确定的检测元件的排列相对于所述对象的位置和定向以及检测元件在所述检测元件的排列上的已知位置确定检测元件相对于所述对象的位置，以确定检测元件是否与所述对象接触。
在一个优选实施例中，所述检测元件适用于根据检测元件是处于接触模式或处于非接触模式确定所述对象性质，特别地，确定对象性质的类型根据检测元件是处于接触模式或处于非接触模式而选择。这可使确定所述对象性质适用于各模式，即接触模式或非接触模式。
此外优选地，如果检测元件处于非接触模式，所述检测元件适用于通过进行单极采集获得电信号，其取决于待确定的性质，而如果检测元件处于接触模式，所述检测元件适用于通过进行单极或双极采集获得电信号，其取决于所述电位。并非所有检测元件须均处于接触模式或处于非接触模式。例如，检测元件的子集可仅处于接触模式，其中检测元件的该子集可进行双极采集，然而其它检测元件例如不工作或可工作以进行单极采集。
所述检测装置包括用于处理电信号的电信号处理单元，如果检测元件处于非接触模式，其中电信号处理单元适用于进行非接触模式滤波并将经滤波的电信号变换到所述对象表面，在此确定所述对象性质，如果检测元件处于接触模式，电信号处理单元适用于进行接触模式滤波。这将提高电信号质量，所述电信号可视为所述对象性质或确定所述对象性质的依据。滤波器优选为低通滤波器以改善信号质量和噪声表现。在接触模式下，所述信号优选地经带通滤波以保留仅30至500Hz之间频率。在非接触模式下，带通滤波器优选为从0.1至300Hz。如果所述对象为心脏，所述对象表面优选为心室心内膜表面。即使检测元件不与该表面接触，也可使其确定所述对象表面上的电性质。
优选地通过已知方法使用拉普拉斯方程进行所述变换，例如Lin等人在Journal of Cardiovascular Electrophysiology，2007，18(11)：1147-1153论文所公开的方法或美国专利申请US 2006/0058693所公开的方法，其均并入此处作为参考。
此外优选地所述检测装置还包括管筒，用于容纳至少所述检测元件的排列，以便在对象内部引导检测元件以检测所述对象的内部。所述管筒优选为导管。内部优选地例如为心脏等对象的腔体。特别地，所述管筒优选为用于引导检测元件进入心室的导管。
此外优选地，所述检测装置包括用于保持所述检测元件的排列的保持结构，其中所述检测元件布置在所述保持结构上，其中所述保持结构可在折叠状态与至少一个展开状态之间调节，且其中所述保持结构包括在折叠状态下的细长形状。由于细长形状的保持结构可被引导通过小开口，这可使其更易于引导所述检测元件至对象内部，特别是在如导管等管筒之内。
所述保持结构在至少一个展开状态下优选为椭球或球形形状，其中在不同展开状态下椭球或球形形状的尺寸优选为不同。
所述检测元件优选为如电极等导电元件，如果保持结构处于展开状态，所述检测元件优选地布置在所述保持结构上使得所述检测元件位于所述保持结构外表面上。
在展开状态，所述保持结构无须完全展开。例如，在第一展开状态所述保持结构可更为展开，即展开程度比不相同的第二展开状态可更大。
所述保持结构优选地适配为且所述检测元件优选地布置为使得第一展开状态下检测元件之间的间隔与第二展开状态下检测元件之间的间隔不相同。
优选地在第一展开状态，所述保持结构与检测元件适配为使其能够以非接触模式进行心脏整个左心房的检测，特别地在整个左心房内的不同位置测量电信号，特别地确定电位并由此确定电描记图，而检测元件之间具有更大间隔，即具有较小空间分辨率。该第一展开状态可为所述保持结构完全展开的状态。在第二展开状态，所述保持结构优选地展开较小，所述检测元件之间间隔减小。在该第二展开状态，优选地以接触模式确定电信号、特别是电位，其中由于检测元件间隔较小则空间分辨率增加。这可使其以非接触模式在第一展开状态概略地确定左心房或心脏另一部分内呈现异常表现、特别是异常电描记图的区域，再以接触模式在第二展开状态更为精确地确定这些区域电信号、特别是电描记图。
所述检测元件优选地适用于施加能量和接收能量。这可使通过接收能量(如用于确定电位的电能)检测所述对象，并通过使用同一检测元件施加能量治疗所述对象，其中可减小用于检测与施加能量的装置的尺寸，且在已施加能量的位置易于监控所施加能量的影响。此外，如果所述对象为心脏，这可使在如起搏导管中进行检测和刺激。如果心脏病专家希望在消融过程中模拟异位局灶，或如果心脏病专家希望描绘下层神经节丛边界，这可由心脏组织起搏并测量R-R间期的局部变化而完成，这是特别有用的。
所述检测装置优选地包括在成像装置中可显像的标记。这可使在例如心室等对象内定位所述检测装置。
所述标记可为所述检测元件和/或所述保持结构，即单个元件可用作例如检测元件和/或保持结构，并作为标记。
所述成像装置优选为X射线成像装置，特别是X射线荧光透视装置。在其它实施例中，所述成像装置为例如共振成像装置、光学成像装置、核成像装置或声学成像装置。
所述检测装置优选地还包括配准单元，用于将所述检测元件与所述对象的模型配准。这可使通过在模型上指示相应的位置，而确定检测元件位于所述对象哪一位置和/或在所述对象哪一位置的电信号已确定。
所述对象的模型为例如所述对象的二维或三维模型，其为成像装置所产生的所述对象的图像或通过例如将模型适配为图像基于这类图像。所述模型也可为如心脏或心脏的一部分等的运动对象的模型，即所述模型在一个实施例中为四维模型。
如果分析单元已确定异常电描记图的区域，可在显示单元上将这些区域指示并显像，显示所述对象、特别是优选为心脏或心室的所述对象的模型的表象，其中在该表象上指示这些区域。所述模型优选为上述类型模型，其中可使用图像将所述模型与检测元件配准，所述图像显示所述对象和所述检测元件或显示附连到所述对象的标记和/或所述检测元件。
所述检测装置还包括用于操纵所述检测元件到对象、特别是心室内区域的操纵单元。所述操纵单元可适用于人工操纵所述检测元件，和/或所述操纵单元可包括用于利用机器人操纵所述检测元件的机器人系统。这可使在展开状态操纵所述检测元件、特别是所述保持结构到所述对象内，特别是心室心内膜表面的所需区域。
本发明另一方面提出检测方法用于检测对象的性质，所述检测方法包括步骤：
-当所述检测元件不与所述对象接触时，通过使用检测元件的排列以非接触模式检测所述对象的性质，
-当所述检测元件与所述对象接触时，通过使用检测元件的排列以接触模式检测所述对象的性质；
其中，取决于待确定的性质的电信号通过所述检测元件获得，如果检测元件处于非接触模式，由电信号处理单元进行非接触模式滤波并将滤波的电信号变换到所述对象的表面，在此所述对象的性质将被确定，如果检测元件处于接触模式，由电信号处理单元进行接触模式滤波。
所述检测方法优选地还包括在以非接触模式检测之后并且在以接触模式检测之前的以下步骤：
-根据以非接触模式检测的性质确定所述对象的受关注区域，
-使所述检测元件在受关注区域中与所述对象接触。
本发明另一方面提出一种用于检测对象的计算机程序，当所述计算机程序在控制如利要求1所述检测装置的计算机上运行时，所述计算机程序包括用于使所述检测装置实施如权利要求10所述检测方法的步骤的程序代码工具。
应理解如权利要求1所述检测装置、如权利要求10所述检测方法以及如权利要求12所述计算机程序在附属权利要求描述中具有相似和/或相同的优选实施例。
应理解本发明优选实施例也可为从属权利要求与各独立权利要求的任一组合。
附图说明
通过参考下文所述实施例，本发明的这些与其它方面将是明显且明晰的。附图中：
图1示意性以实例显示根据本发明的用于检测对象的检测装置的实施例的表象；
图2示意性以实例显示所述检测装置实施例的保持结构在展开状态下其上的检测元件；
图3示意性以实例显示所述保持结构在折叠状态下的检测元件；
图4示意性以实例显示所述检测装置实施例的控制单元；以及
图5以实例显示描述根据本发明的检测对象的检测方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1显示用于检测对象的装置1。所述装置1包括管筒，在该实施例中为导管6，以及用于检测所述对象的性质的检测元件的排列7。所述排列7的至少一些检测元件可以接触模式工作，其中，在所述检测元件与所述对象接触时可进行检测；以及所述排列的至少一些检测元件可以非接触模式工作，其中，在所述检测元件不与所述对象接触时可进行检测，即相同检测元件可以接触模式和以非接触模式工作。
检测元件的排列7经由导管6与控制单元5连接。具有检测元件的排列7的所述导管6可被引入对象2，在该实施例中所述对象为位于患者床台4上的患者3的心脏，其中使用嵌入的引导工具(未图示)通过操纵单元62将导管6操纵并导航到心室。在另一实施例中，所述操纵单元62可包括导引器，用于操纵并导航所述导管6，以引导所述导管6被动地进入所述对象2。所述操纵单元62可适用于人工操纵检测元件的排列7，和/或所述操纵单元62可包括机器人系统用于利用机器人操纵所述检测元件的排列7。这可使操纵所述检测元件的排列7至所述对象内，特别是心室心内膜表面的所需区域。
图2中虚线图框指示控制单元5与操纵单元62均联结到包括检测元件的排列7的导管6。
在将所述排列7与导管6引入对象2的过程中，在该实施例中为荧光透视设备的成像装置12产生所述对象2和所述排列7的图像。同样如果排列7已位于对象2之内，该成像设备12优选地产生所述对象2和所述排列7的图像。
在其它实施例中，所述对象可例如为患者的另一中空器官或技术对象，特别是须检测内表面的中空技术对象。
所述成像装置12，在该实施例中即为荧光透视设备12，包括X射线源9和检测单元10，它们由荧光透视控制单元11控制。所述荧光透视设备12以已知方式产生所述对象2和所述排列7的X射线投影图像。所述X射线源9的X射线由所述箭头35示意性指示。
在另一实施例中，采用另一成像装置替代荧光透视设备，以产生包括所述对象2和所述排列7的图像。例如，磁共振成像设备、超声成像设备或计算机断层成像设备可用于产生所述对象2和所述排列7的图像。
图2更为详细地示意性显示检测元件17的排列7和导管6的实施例。所述排列7保持在保持结构50上，保持结构可在折叠状态与至少一个展开状态之间调节。所述保持结构50包括折叠状态下的细长形状，其被示意性地以实例显示在图3中并且允许将所述排列7引入所述对象2内。在图2中，包括检测元件17的所述保持结构50被显示为展开状态。所述保持结构50适配为且所述检测元件17布置为使得第一展开状态下至少一些检测元件17之间的间隔与第二展开状态下检测元件之间间隔不相同。
在图2所示实施例中，所述保持结构50还保持能量发射元件19和另一类型检测元件18。例如，检测元件17可以是用于测量电信号以确定电位的电极，而检测元件18可以是用于测量所述对象的温度的温度传感器。至少所述检测元件17可以接触模式和非接触模式工作。在另一实施例中，另一类型检测元件18和/或能量发射元件19可省略，即在一个实施例中所述排列7仅包括可以接触模式和非接触模式工作的检测元件17。
所述检测元件17是电极，优选地适用于测量所述对象2的电性质，如所述对象2不同位置的电位。如果所述对象是心脏，所确定的电位形成电描记图，其中由于在心脏不同位置已确定数个电位，可确定电描记图。
所述检测元件17适用于根据各检测元件17是处于接触模式或处于非接触模式而确定所述对象2的性质，特别地，根据各检测元件17是处于接触模式或处于非接触模式而选择确定对象性质的类型。这可使所述对象性质确定适合各模式，即接触模式或非接触模式。在该实施例中，如果检测元件17处于非接触模式，所述检测元件17适用于通过进行单极采集获得电信号，所述电信号取决于或为待确定性质，如果检测元件17处于接触模式，所述检测元件17适用于通过进行双极采集获得电信号，所述电信号取决于电位。并非所有检测元件17须均处于接触模式或处于非接触模式。例如，所述检测元件17的子集可仅处于接触模式，其中检测元件17的该子集可进行双极采集，而其它检测元件17例如并不工作或以进行单极采集而工作。
在一个实施例中，所述检测元件17适用于施加能量和接收能量。这可使通过接收能量(例如电能)以确定电位而检测所述对象，并使用同一检测元件通过施加能量而治疗所述对象，其中可减小用于检测和施加能量的装置的尺寸，在已施加能量的位置易于监控施加能量的影响。特别在此情况下，可省略另一类型检测元件18和/或能量发射元件19。此外，如果对象2为心脏，这可使在如起搏导管中进行检测并刺激。如果心脏病专家希望在消融过程中模拟异位局灶，或如果心脏病专家希望描绘下层神经节丛边界，这可通过起搏所述心脏组织并测量所述R-R间期的局部变化而完成，这是特别有用的。
所述保持结构50在至少一个展开状态优选为椭球或球形形状，其中不同展开状态的椭球或球形形状的尺寸优选为不同。
在该实施例中为如电极等导电元件的所述检测元件17在所述保持结构50上布置成，使得如果保持结构50处于展开状态，所述检测元件17位于所述保持结构50的外表面36上。
在一个展开状态，所述保持结构50无须完全展开。例如，在第一展开状态下所述保持结构50可更为展开，即展开程度比不相同的第二展开状态可更大。
所述保持结构50适配为且所述检测元件17布置为使得在第一展开状态下所述检测元件17之间的间隔与在第二展开状态下所述检测元件17之间的间隔不相同。
在该实施例中，在第一展开状态下，保持结构50和检测元件17适用于使其能够以非接触模式对心脏2整个左心房进行检测，尤其是确定电信号、特别是电位，则整个左心房内不同位置的电描记图在检测元件之间具有更大间隔，即较小空间分辨率。该第一展开状态为例如所述保持结构50完全展开的状态。在第二展开状态，所述保持结构50展开较小且所述检测元件17之间间隔减小。在该第二展开状态，以接触模式确定电信号、特别是所述电位，其中因为所述检测元件17间隔较小，所述空间分辨率增加。这可使以非接触模式在第一展开状态概略地确定左心房或心脏2的另一部分内呈现异常表现、特别是异常电描记图的区域，并且随后以接触模式在第二展开状态更为精确地确定这些区域电信号，特别是电描记图。
所述保持结构50包括由数个板条16制成的篮形物，在该实施例中，板条包括检测元件17(以三角形表示)，以及能量发射元件19(以正方形表示)和另一类型检测元件18(以圆形表示)。图2中所述检测元件17、18与能量发射元件19的分布仅为示意性实例，并不限制本发明为特定分布。优选地，所述检测元件17与可能另一检测元件18以及能量发射元件19沿板条16并沿所述邻接表面36均匀分布。
在图2所示展开状态，所述保持结构50形成大致椭球或球体。于是在展开状态，外表面36优选为椭球或球体表面。为了以接触模式检测所述对象2和/或对所述对象2施加能量，所述外表面36优选地贴紧所述对象2的表面使得在检测程序和可能的能量施加程序过程中，检测元件17、18与能量发射元件19的位置相对于所述对象2的表面保持不变。所述检测元件17、18与能量发射元件19相对于所述对象表面的这些固定位置优选地由所述板条16并因此由所述保持结构50的弹性性质实现。所述板条16的弹性导致弹性力，弹性力按压所述检测元件17、18与能量发射元件19紧贴所述对象表面。所述板条16的弹性也可使所述外表面36与所述对象表面一致并跟随所述对象2的运动，而所述检测元件17、18与能量发射元件19连续地与所述对象表面接触，或在其它实施例中，即使对象2移动，这些元件17、18、19到所述对象表面的距离连续保持不变。
所述板条16优选地包括由记忆合金制成的金属丝。在该实施例中所述板条16由镍钛诺制成。为展开所述排列7，即为展开所述保持结构50，使用所述镍钛诺的记忆效应。所述镍钛诺金属丝预制成形具有如弹簧的弹性。在折叠状态，如图3中示意性显示，所述排列7占用较小空间，排列7的板条16位于导管轴37之内，具体是在所述导管轴37内的小管内。为展开所述排列7，即从折叠状态改变为展开状态，将板条16移出所述导管轴37，其中所述排列7由于镍钛诺金属丝记忆效应而形成外表面36。
图3仅为示意性视图。为增强所述折叠状态的明晰性，所述图解仅显示排列7的某些板条16，而检测或能量发射元件未示出(尽管其均存在)。
控制单元5包括图4中以实例示意性显示的数个另外单元。
控制单元5包括电信号检测单元51，其经由连线30与所述检测元件17连接以测量电信号。将电信号检测单元51与检测元件17连接的连线优选为金属丝。控制单元5还包括电能施加单元52，在该实施例中所述电能施加单元也经由连线30连接到检测元件17以使检测元件17可对所述对象2施加电能。于是在该实施例中检测元件17能够检测电信号并施加电能。
控制单元5也包括用于检测另外检测元件18所检测温度的温度检测单元53，所述另外检测元件经由导电体、特别是经由金属丝与所述温度检测单元53连接。如果在一个实施例中不存在检测元件18，所述控制单元5优选地不包括所述温度检测单元53。光学能量施加单元54与能量发射元件19连接以便对所述对象2施加光学能量。优选地，所述光学能量施加单元54经由光纤连接到能量发射元件19。若在一个实施例中，检测装置不包括能量发射元件19，控制单元5优选地不包括所述光学能量施加单元54，所述光学能量施加单元优选地包括激光器。所述光学能量施加单元54与能量发射元件19可适用于特别地在心室中进行消融过程。
控制单元5还包括用于确定检测元件17是否与对象2接触的模式确定单元55。这可使根据是否与对象2接触而使所述检测元件17工作。若例如，所述模式确定单元55已确定仅检测元件17的子集与对象2接触，仅所述子集以接触模式工作，而其它检测元件优选地以非接触模式工作。
为确定检测元件17的模式，检测元件17和电信号检测单元51适合于测量邻近检测元件17之间所述对象(优选为心脏)的阻抗，前已述及所述检测元件在该实施例中为电极。所述模式确定单元55适用于确定阻抗显著变化，其指示与所述对象特别是心内膜接触。于是通过检测所述阻抗这些显著变化，可确定各检测元件17是否与所述对象2接触。
在另一实施例中，成像装置12对所述对象2与检测元件17成像，且模式确定单元55适用于确定检测元件17和所述对象2在图像中的位置，其中模式确定单元55由这些位置确定各检测元件17是否与所述对象2接触。所述模式确定单元55也可适用于由所述图像确定检测元件17的排列7相对于所述对象2的位置和定向，并由所述位置和定向确定检测元件17的位置，如果所述排列7上检测元件17的位置已知，可确定各检测元件17是否与所述对象2接触。
所述控制单元5还包括电信号处理单元57，用于处理电信号检测单元51和所述检测元件17所检测的电信号。
如果模式确定单元55已检测到各检测元件17不与所述对象2接触，电信号处理单元57适用于对从电信号检测单元51所接收的电信号进行非接触模式滤波。在该实施例中，用于以非接触模式滤波的滤波器为低通滤波器，其保留频率优选为0.1到300Hz，更优选为1到200Hz且更优选为50到150Hz。
如果模式确定单元55已检测到各检测元件17与所述对象2接触，电信号处理单元57还适用于对从电信号检测单元51所接收的电信号进行接触模式滤波。在该实施例中，用于以接触模式滤波的所述滤波器为低通滤波器，其保留频率优选为30到500Hz，更优选为100到400Hz且更优选为200到300Hz。
如果模式确定单元55已检测到检测元件17处于非接触模式，经由该检测元件17所获得的电信号变换到所述对象2的表面，在该处例如所述对象的电位等性质须由电信号变换单元56确定。在该实施例中，在非接触模式下，各检测元件通过进行单极采集获得电信号，其中电信号被检测，其源自心内膜表面并传播穿过血液。通过解算描述心内膜表面上电信号与非接触模式下测量的电信号之间关系的逆运算问题，电信号变换单元56适用于重建电信号、特别是所述心内膜表面上的电位。所述电信号变换单元56优选地适用于进行该变换，即使用拉普拉斯方程解算所述逆运算问题，特别地，使用Lin等人在Journal of CardiovascularElectrophysiology，2007，18(11)：1147-1153论文所公开的方法或US2006/0058693所公开的方法，由此并入此处以供参考。
于是，模式确定单元55检测各检测元件17是否与所述对象2接触，即各检测元件17是处于接触模式或处于非接触模式，电信号处理单元57根据各检测元件17是处于接触模式或处于非接触模式而处理从电信号检测单元51所接收的电信号，且如果在非接触模式已获得电信号，则电信号变换单元56将电信号变换到心内膜表面。
此外，通过使用检测元件17和电信号检测单元51采集电信号也取决于所述模式确定单元55的检测，即取决于各检测元件17是处于接触模式或处于非接触模式。如果各检测元件17处于接触模式，即如果各检测元件17与所述对象2接触，电信号检测单元51与各检测元件17优选地进行双极采集，而如果各检测元件17不与所述对象2接触，即如果各检测元件17处于非接触模式，电信号检测单元51与所述各检测元件17进行电信号单极采集。
所述控制单元5还包括分析单元60，用于分析由电信号检测单元51检测、电信号处理单元57处理且以非接触模式由电信号变换单元56变换的电信号是否指示心脏异常表现，特别地是否指示异常电描记图。在心内膜表面上呈现心脏异常表现或异常电描记图的地点是这样一个位置，存在的电活动在正常健康心脏该位置不会存在。该电活动为例如碎裂电描记图、高主导频率活动、早激活、转子、折返环路、缓慢传导、枢转点和传导阻滞地点。
在一个实施例中，所述分析单元60适用于使用电信号确定心室心内膜表面的早电激励，所述电信号由电信号检测单元51所检测、由电信号处理单元57处理且以非接触模式由电信号变换单元56变换。心肌的电激励所造成的所述电信号为经过心内膜表面的电波。这些波在所述充血的心脏腔体中引起的电场可以非接触模式检测，通过使用上述变换可确定波在心内膜表面上的位置。替代地，在接触模式下，检测设备上的电极通过检测电压变化，记录通过所述电极下方组织的波阵面，并由此将所述波阵面定位。对于健康心脏在给定点适时相对于所述基本刺激周期的波阵面位置可例如通过测量健康心脏获知，即对于健康心脏的所述预期到达时间为已知。如果电信号早于预期到达某一位置，所述分析单元60可确定早电激励，这指示心脏异常表现。
此外，所述分析单元60可适用于确定穿过心内膜表面的所述波阵面的速度和方向。由于已在不同位置测量心脏心内膜表面上的电信号，可计算所述波传播的方向和速度。所述分析单元60还可适用于确定所述波在哪一位置以所计算方向和速率开始传播。所述速度和方向由例如所述心内膜表面上两个位置之间的到达时间和物理距离之增量比计算。所述分析单元60优选地还适用于将所确定的速率和方向、特别是所述波以相应速率、方向和位置开始传播的位置与健康心脏其开始位置进行比较，以确定心脏显示是正常或为异常表现。
替代地或此外，如果Lin等人例如在Journal of CardiovascularElectrophysiology，2007，18(11)：1147-1153所公开的在一个区域中存在高主导频率，所述分析单元60可适用于在该区域中确定异常表现、特别是异常电描记图。此外，可确定具有紊乱或异常电活动，即与所述已知正常电活动不同的区域为包括异常表现、特别是包括异常电描记图的区域。
替代地或此外，所述分析单元60适用于根据区域中局部电描记图的碎裂水平确定心脏显示是正常或异常表现。优选为使用所述分析单元60确定所述碎裂水平，优选地如Porter等人“Prospective Study ofAtrial Fibrillation Termination During Ablation Guided byAutomated Detection of Fractionated Electrograms”，Journal ofCardiovascular Electrophysiology 19(6)：613-620论文所述进行确定。优选为通过测量信号幅值和所测量数据在短时间窗口(如2.5秒)内的时延在时域内进行该确定。
配准单元58通过使用成像装置12所产生图像将所述检测元件17与所述对象2的模型配准，用以指示所述对象上哪一位置所述性质已确定。在显示单元61中所确定性质和/或所述检测元件17可显示在所述对象2的模型上。特别地，在所述显示单元61中所述对象2的表面上的可疑区域可被指示在所述对象2的模型上。如果对象2为心脏，可疑区域为例如包括异常表现、特别是异常电描记图的区域。于是，在一个实施例中，在所述显示单元61中，将具有例如早电激励或碎裂电描记图的异常表现区域显示在所述对象2的所述模型上。
优选地使用在成像装置12的图像中可见的标记20进行所述配准单元58的配准。在该实施例中，所述标记20位于所述保持结构50的远端末端以及邻近所述导管6的保持结构50的相反端。
在另一实施例中，在所述标记20之外或作为替代，所述检测元件17和/或所述保持结构50可用作标记，如果其在成像装置的图像中可见。所述显示单元61也可适用于在所述对象2模型上显示所述标记。
电信号检测单元51、电信号检测单元51与检测元件17之间的连接、以及所述检测元件17适用于使得每一检测元件17可单独寻址。优选地，另一类型检测元件18与能量发射元件19也可独立寻址。
所述配准单元58优选地适用于根据使用成像装置12的图像已配准的所述心室的坐标系计算每一检测元件17的位置。在一个实施例中，所述成像装置具有三维或四维成像模态，即产生三维或四维图像的模态，且根据这些三维或四维图像进行所述配准。
所述检测装置1可视为勘测设备，其将非接触与接触勘测结合成为单个工具。
尽管在上述实施例中所述保持结构为球形或椭球，所述保持结构可为任一尺寸和任一三维形状。所述篮形结构可由例如镍钛诺(镍-钛)等形状记忆合金制造，所述合金为现有技术熟知的用于支架及其它医疗设备的生物相容性材料，其例如由Wakhloo等人在American Journal ofNeuroradiology，1995，16(5)：1043-1051和美国专利US5,147,370所公开。替代地，所述篮形物可由非形状记忆合金(如不锈钢)或聚亚安酯制造。
所述篮形物，即具有所述排列7的保持结构50，优选经由穿入股骨或锁骨下静脉的导鞘被引导进入心脏，优选地通过房间隔穿刺引入(若必要)左心房。在所述受关注心室中再部署(即展开)所述篮形物。部署所述篮形物的方法取决于其材料。如上所述，所述设备可被推出中空管并自动呈其预定形状(如果其由镍钛诺组成)。替代地，膨胀气囊可用于推动所述板条到位。
所述检测装置、特别是所述检测元件，所述保持结构或导管优选地均在成像装置中可见(如对于MRI成像为MRI不透明，或对于X射线成像则不透射线)。为使其不透射线，将铂、铂/铱、纯铱、金或钨的标记附连到所述篮形结构上各位置。若必要，所述篮形物，即所述保持结构本身可由更加不透射线的材料制成，根据其材料，可在所述镍钛诺合金中添加某一元素(铱、铂、金、铼、钨、钯、铑、钽、银、钌或铪)，如US6,855,161所公开，其在此并入以供参考，或通过在所述聚亚安酯材料中添加重量百分比为20的硫酸钡或重量百分比为33.5的次碳酸铋，如US5,300,048所公开，其在此并入以供参考。也可用作篮形导管材料，即作为保持结构材料的不锈钢已具有高度不透光性。
为在荧光透视图像上将所述保持结构和/或所述导管定位并定向的所述保持结构和/或所述导管上的标记优选地成像时具有高度可见性(如对MRI成像为MRI不透明或对X射线成像为不透射线，如由铂、铂/铱、纯铱、金或钨组成)。一个标记优选放置在所述篮形物的每一端(用于定位和定向的辨识)，而所述篮形物本身有两个或更多标记(用于转动定位的辨识)。这些标记优选地根据形状/尺寸或不透射线程度区分。
所述检测元件优选为导电元件(即电极)，以接收电信号。当电极不与心内膜接触，即如果其处于非接触模式时，将拾取远场电信号。如果至少使得所述导管电极的子集与所述心内膜接触，这些电极将记录来自所述邻近心脏组织的局部电信号(或“电描记图”)。通过检测所记录的电信号特性如其幅值、信号形状、信号频率等等的变化，可由模式确定单元55确定哪一电极与所述心内膜接触。例如，所述电信号特性对于与所述对象接触的电极以及未与所述对象接触的电极均可为已知，其中通过将所述电信号实际特性与已知特性比较，可确定各电极是否与所述对象接触。替代地或此外，通过在电极子集之间加以低幅值电流以测量其间的阻抗可确定哪些电极接触。由于血液比心脏组织显著地更为导电，不与心内膜接触的电极之间具有较低阻抗。
在非接触模式，通过将所记录信号后处理并根据心室坐标系计算每一检测元件的位置，可计算心内膜表面上的电信号。这优选为使用现有技术已明确的方法解算拉普拉斯公式进行计算，所述方法公开于例如Lin等人前述论文以及所述专利申请US 2006/0058693。尽管该信息给使用者提供整个心室中电活动的实时信息，该信息通常未达到实施消融所需的准确度。因此相反，以非接触模式收集信息，人工操纵所述导管到所述心内膜表面的“高危险”地点并使其与心内膜接触，以实现所述组织基质的密集和准确电勘测。在所述显示单元61上标记指示其相对的解剖学位置以及优选地如所述信号幅值或形状等的它们电特性的至少一个方面的地点。勘测之后，移动所述导管远离所述心内膜表面，采用非接触模式以确定心脏激励模式的变化或发现新的(可能之前为隐藏的)异常电描记图区域(AER)。再选取下一聚焦区域，移动所述排列7与心内膜表面上的该区域接触，再次进行所述勘测过程。所述显示单元61对所有推荐用于消融的地点加以标记。再插入消融导管，并引导其依次到达每一点以便快速和准确消融。一旦所有地点已消融，如果心房颤动已成为心房心动过速(AT)或窦性节律，则终止所述过程。否则，再产生非接触图并进行另外勘测。如果排列7本身包括如上所述的能量发射元件19，和/或如果检测元件17(即该实施例中的电极)适用于施加能量到所述对象，检测装置的所述排列7可用于消融。
在一个实施例中，每一检测电极，即每一检测元件(或直接邻近所述检测电极的附加消融电极)能够传输消融能量。如果使用RF能量，这要求所述篮形物内的电气连接能够维持高能量、高频率电活动(如在所有消融导管中已如此，其可典型地从同一尖端电极检测、刺激并消融)。如果使用激光消融，优选地使用光导纤维丝以引导激光到每一检测电极的位置，以在与进行检测之处相同地点或靠近地点进行消融。
在另一实施例中，当所述检测元件处于非接触模式时，通过首先处理采集用以计算心内膜表面电活动的原始电信号，并再将该信息后处理以得到局部电特性结论，所述分析单元60适用于自动检测心内膜表面“高危险”区域。需接触勘测的高危险区域可以是最早激励或AER的地点。AER可为具有高主导频率的地点、缓慢传导区，或具有紊乱或异常电活动的区域。例如通过使用配准单元58，可将这些高危险区域勘测到所述心室三维或四维表象。
在另一实施例中，当所述导管处于接触模式，通过首先处理在心内膜表面所收集的原始电信号，并再将该信息后处理以准确得到局部电特性结论，所述分析单元60适用于自动检测心内膜表面“高危险”区域。在检测元件所处位置，通过在与心内膜表面接触的电极网格上自动寻找最早电激励的点，可检测心室心内膜表面上的早电激励。所述分析单元通过查看与所述心内膜接触的篮形电极网格上每一电极处电信号的“到达时间”，也可适用于计算经过心内膜表面电波的方向和速率。所述分析单元也可适用于自动确定与心内膜接触的每一电极处的电信号碎裂程度。该电信息可被勘测到心室的三维或四维表象上，优选地由成像模态获得而勘测到所述心室的三维或四维模型上。
在另一实施例中，测量检测元件下方的消融后的组织阻抗，且所述分析单元由该阻抗幅值计算所产生病变的空间尺寸。优选地，其由优选形成网格的检测元件进行，其中阻抗在不同检测元件、特别是邻近检测元件之间被测量。指示病变的阻抗大于健康组织的阻抗。因此可通过测量两邻近检测元件之间阻抗的下降得到病变边界。
在另一实施例中，所述操纵单元包括如所述Hansen或Stereotaxis系统等的机器人系统，用于操纵所述检测元件的排列到心室心内膜表面上的任一区域。
所述检测装置优选地适用于在电生理学实验室中引导心房颤动消融。
不仅适用于检测所述对象的性质、也适用于对所述对象施加能量的所述检测装置上述实施例可视为能量施加装置。
以下以实例并参考图5所示流程图描述检测方法的实施例。
所述检测元件17的排列7已引入所述对象2(在该实施例中为患者心脏)，而利用导管6，所述保持结构50处于折叠状态。在步骤101中，所述保持结构50变为展开状态，在步骤102中由检测元件17使用单极采集获得远场电信号，而所述检测元件17不与心脏壁接触且均处于非接触模式。
所述成像装置12产生所述对象2内的检测装置的至少一个图像，且该图像由所述配准单元58用于在步骤103中将所述对象2的模型与所述对象2内的检测装置配准。在步骤104中处理电信号，即处理单元57通过对所获得电信号施加非接触滤波而处理由电信号检测单元51所检测的电信号，电信号变换单元56将所述远场电信号变换到所述对象的表面。于是在所述对象表面上确定电信号、特别是电描记图。
在步骤105中，所述分析单元60通过使用经变换的远场电信号确定包括异常表现、特别是异常电描记图的区域，在步骤106中所述显示单元61显示所述对象2的所述模型以及所述模型上至少包括异常表现、特别是异常电描记图的区域。
在步骤107中，通过使用操纵单元62将检测元件17的排列7移动到包括在显示单元61上指示的异常表现、特别是异常电描记图的区域。如果检测元件17与所述对象2表面接触，这优选地可由所述模式确定单元55检测到，通过以接触模式使用双极采集由检测元件17获得电信号。在步骤109中，通过使用成像装置12的另外图像，将所述检测元件17与所述对象2的模型配准，而在步骤110中，电信号处理单元57对所获得电信号采用接触模式滤波，特别地产生电描记图，其在显示单元61中显示在所述对象2的模型上。此外，在步骤110中，分析单元60优选地根据以接触模式获得并经处理的电信号确定哪一区域具有异常电表现、特别是异常电描记图，其中该分析的结果优选地也显示在显示器上。
在步骤111中，确定是否符合停止准则以停止所述检测方法。如果符合停止准则，所述检测方法在步骤112中终止。否则，在步骤107中对包括异常电表现、特别是异常电描记图的另一区域继续所述检测方法。
根据优选的停止准则，如果在所述接触模式中已检测包括异常电表现、特别是异常电描记图的所有区域，则停止所述检测方法。优选地，如果使用者将相应的信号输入所述检测装置，例如经由键盘或鼠标等输入单元将相应的信号输入所述控制单元5，所述检测方法也将停止。
在另一实施例中，在步骤111中使用者可决定所述检测方法是否应延续到步骤101或步骤107，即使用者可决定在进行所述下一接触模式检测之前是否以非接触模式进行检测。
房颤(AF)为常见的心脏心律不齐，其特征为紊乱电活动和心房机械机能退化。因为血液动力学受损(缺乏同步心房收缩、心房内血淤以及心室功能受损)，AF与中风、心力衰竭以及痴呆的发病率与死亡率显著增加相关联。AF由所述心房内的患者特异性地点所驱动，其特征为异常局部电测量值(电描记图)。
已知基于电描记图的勘测系统可检测患者特异性的心脏电活动数据。这些系统(如所述Biosense-Webster的CARTO勘测导管)使用单点传感器以顺序地获得心房整个内表面上的接触电描记图。将该数据勘测到心脏的3D电生-解剖模型。因为勘测为点对点完成，精确定位所述AF的患者特异性驱动是一个耗时的过程。因此，即使认定为对AF的成功治疗，通常不进行患者特异性勘测和消融。相反，由于这些地点常接近已知解剖学区域，治疗涉及消融较宽解剖学区域(希望将致心律失常地点电隔离)，而不是发现并消除所述目标地点本身。为此，使用已知设备和方法对这些患者进行导管消融治疗具有有限的功效和效率。
患者特异性个性化AF驱动的定位要求对心内膜表面高密度、准确的勘测。如上所述，例如CARTO和NavX等点到点勘测工具最常用于此目标。Ensite Array(St Jude)可实时检测心房激励模式并通过以非接触模式使用的多点检测导管定位早激活区域。但该系统不能实现患者特异性AF驱动勘测所要求的精度，因此很少使用。所有这些勘测技术常使用专有方法用于导管定位，即不采用在微创介入手术中已用于图像引导的成像模态。
根据本发明所述检测装置可提高发现具有异常电表现、特别是异常电描记图的区域并分析这些区域的效率和精度。
尽管在上述实施例中所述对象优选为患者心脏，本发明不限于在患者心脏上应用。在其它实施例中，所述检测装置可适用于检测另一对象，如另一器官或技术对象。
本领域技术人员在实施本发明权利要求时，通过研究所述附图、所述公开与所附权利要求，可理解并实现所公开实施例的其它变更。
在所述权利要求中，用语“包括”不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一个”不排除复数。
单个单元或设备可完成所述权利要求所列数个条目所述的功能。而不相同的附属权利要求中所列的特定测量不表示不能利用这些测量的组合。
由一个或数个单元或设备进行的如所述配准、滤波、变换等的计算可由任一其它数量单元或设备进行。例如，可由单个单元或任一其它数量不同的单元进行步骤102至105以及109至111。根据所述检测方法进行检测装置的计算和/或控制可由计算机程序的程序代码手段和/或专用硬件加以实施。
计算机程序可存储/分布在合适介质，例如光学存储介质或固态介质上，可共同提供或作为其它硬件的一部分，但也可经由互联网或其它有线或无线通讯系统以其它形式分布。
所述权利要求中任一参考序号不应视为限定其范围。

Claims (9)

1.一种用于检测对象的检测装置，所述检测装置（1）包括用于检测所述对象（2）的性质的检测元件（17）的排列（7），其中所述检测元件（17）可以接触模式工作，在接触模式下可进行检测，而所述检测元件（17）与所述对象（2）接触，以及可以非接触模式工作，在非接触模式下可进行检测，而所述检测元件（17）不与所述对象接触，所述检测元件（17）适合获得电信号，所述电信号取决于待确定的性质，其中所述检测装置包括电信号处理单元（57），如果检测元件（17）处于非接触模式，所述电信号处理单元（57）进行非接触模式滤波并将滤波的电信号变换到所述对象（2）的表面，在此所述对象（2）的性质将被确定，如果检测元件（17）处于接触模式，所述电信号处理单元（57）进行接触模式滤波，通过以非接触模式和接触模式使用所述检测元件，所述检测装置能够以两步方式确定所述对象的性质，其中，在第一步骤中由所述检测元件的排列以非接触模式概略地检测所述对象的较大区域，以确定受关注区域，以及在随后步骤中由所述检测元件的排列以接触模式更为准确地检测所确定的受关注区域。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置（1）还包括模式确定单元（55），用于确定检测元件（17）是否与所述对象（2）接触。
3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，如果检测元件（17）处于非接触模式，所述检测元件（17）适合通过进行单极采集获得电信号，其取决于待确定的性质；如果检测元件（17）处于接触模式，所述检测元件（17）适合通过进行单极或双极采集获得电信号，其取决于电位。
4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括用于容纳至少检测元件（17）的排列（7）的管筒（6），以便在所述对象（2）的内部引导检测元件（17）以检测所述对象（2）的内部。
5.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括用于保持检测元件（17）的排列（7）的保持结构（50），其中所述检测元件（17）被布置在所述保持结构（50）上，所述保持结构（50）可在折叠状态与至少一个展开状态之间调节，以及所述保持结构（50）包括处于折叠状态的细长形状。
6.如权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述保持结构（50）适合于以及所述检测元件（17）布置成使得在第一展开状态下检测元件（17）之间的间隔与在第二展开状态下检测元件（17）之间的间隔不同。
7.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测元件（17）适合施加能量和接收能量。
8.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括在成像装置（12）中可显像的标记（20）。
9.如权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括配准单元（58），用于将所述检测元件（17）与所述对象（2）的模型配准。
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