CN102389334A

CN102389334A - 取决于位置的干扰作用消除

Info

Publication number: CN102389334A
Application number: CN2011101798570A
Authority: CN
Inventors: A·戈瓦里
Original assignee: Biosense Webster Israel Ltd
Current assignee: Biosense Webster Israel Ltd
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2031-06-16
Also published as: US8141558B2; EP2397100A1; EP2397100B1; IL213370A; CN102389334B; CA2741995A1; US20110308536A1; JP2012000462A; IL213370A0; CA2741995C; JP5762836B2; AU2011202360A1

Abstract

本发明公开了用于位置跟踪的方法，所述方法包括接收信号，所述信号从在医疗探针的远端处的主位置传感器经过遍历所述探针的布线传到在所述探针的近端处的连接器，以用于连接到处理器，所述处理器处理所述信号，以找到所述远端的第一位置。收集校准数据，所述校准数据相对于被引入在所述连接器处的所述信号中的干扰作用随所述近端的位置而变。测量在所述探针的所述近端处的辅助位置传感器的第二位置。响应测量的所述第二位置和所述校准数据来消除所述信号中的所述干扰作用。在消除所述干扰作用之后，根据所述信号计算所述第一位置。

Description

取决于位置的干扰作用消除

技术领域

本发明整体涉及侵入式探针，具体地讲，本发明涉及确定医疗探针在体腔内的位置。

背景技术

宽泛的医疗操作范围涉及将物体(诸如传感器、管、导管、分配装置和植入物)设置在体内。目前已为跟踪此类物体开发出了位置感测系统。磁性位置感测是本领域已知方法之一。在磁性位置感测中，通常将磁场发生器置于患者体外的已知位置处。探针远端内的一个或多个磁场传感器响应这些磁场产生电信号，然后再对电信号进行处理，以便确定探针远端的位置坐标。这些方法和系统在美国专利5,391,199、6,690,963、6,484,118、6,239,724、6,618,612和6,332,089中、在PCT国际专利公布WO1996/005768中、以及在美国专利申请公布2002/0065455 A1、2003/0120150A1和2004/0068178 A1中有所描述，这些专利的公开内容全部以引用方式并入本文中。

其公开内容以引用方式并入本文中的美国专利6,370,411描述了具有如下两个部件的探针：复杂性最小的导管，其被插入患者体内；和连接线缆，其连接在介于导管的近端和控制台之间。与同一型号的其它导管不同的是，所述导管具有微电路，微电路基本上仅携带导管特异性信息。该线缆具有接入电路，接入电路从导管接收信息并且以合适形式将信息传递到控制台。在一些实施例中，线缆配合特定型号或类型的所有导管操作，因此，当更换导管时，不需要更换线缆。计划用于一次性使用的导管不需要更换不接触患者的线缆。

其公开内容以引用方式并入本文中的美国专利申请公布2006/0074289A1讨论了内窥镜式探针，该探针的柄部具有取向传感器，该传感器产生表征基准的外部框架中的柄部取向的信号。取向传感器的输出可以用于感测柄部相对于其初始位置和内窥镜程序开始时取向的移动。

发明内容

本文所述的本发明实施例提供用于位置跟踪的方法，该方法包括：

接收信号，所述信号从在医疗探针的远端处的主位置传感器经过遍历所述探针的布线传到在所述探针的近端处的连接器，以用于连接到处理器，所述处理器处理所述信号，以找到所述远端的第一位置；

收集校准数据，所述校准数据相对于被引入在所述连接器处的所述信号中的干扰作用随所述近端的位置而变；

测量在所述探针的所述近端处的辅助位置传感器的第二位置；

响应测量的所述第二位置和所述校准数据来消除所述信号中的所述干扰作用；以及

在消除所述干扰作用之后，根据所述信号计算所述第一位置。

在一些实施例中，所述医疗探针包括导管。在实施例中，由所述主位置传感器响应一个或多个磁场产生所述信号，所述一个或多个磁场在所述探针附近施加并且由所述主位置传感器感测。在另一个实施例中，所述辅助位置传感器与所述连接器相邻地装配。所述辅助位置传感器和所述连接器可以连接到所述探针的柄部。在另一个实施例中，收集所述校准数据的步骤包括：相对于所述干扰源，将所述近端设置在多个位置处；从所述辅助位置传感器收集表征所述近端的相应位置的辅助位置信号；以及测量随所述辅助位置信号而变的所述干扰作用。

在又一个实施例中，测量所述第二位置的步骤包括：在所述近端的附近施加一个或多个磁场；从所述辅助位置传感器接收由所述辅助位置传感器响应所述磁场产生的信号；以及根据接收的所述信号计算所述第二位置。在又一个实施例中，所述方法包括向操作者呈现计算的所述第一位置。

另外，根据本发明的实施例提供设备，该设备包括：

医疗探针，其包括远端、近端、连接器、和布线，所述远端包括主位置传感器，所述近端包括辅助位置传感器，所述连接器将所述远端连接到所述近端，所述布线遍历所述探针并且将所述主位置传感器连接到所述连接器；和

处理器，其被配置成经所述布线从所述主位置传感器接收表征所述远端的第一位置的信号，以收集校准数据，所述校准数据相对于被引入在所述连接器处的所述信号中的干扰作用随所述近端的位置而变，以测量所述辅助位置传感器的第二位置，以响应测量的所述第二位置和所述校准数据消除所述信号中的所述干扰作用，以及在消除所述干扰作用之后，根据所述信号计算所述第一位置。

根据本发明的实施例，也提供计算机软件产品，所述产品结合医疗探针操作，所述医疗探针包括远端、近端、连接器、和布线，所述远端包括主位置传感器，所述近端包括辅助位置传感器，所述连接器将所述远端连接到所述近端，所述布线遍历所述探针并且将所述主位置传感器连接到所述连接器，所述产品包括非暂时性计算机可读介质，其中计算机指令被储存，哪些指令在被计算机读取时引起计算机经所述布线从所述主位置传感器接收表征所述远端的第一位置的信号，以收集校准数据，所述校准数据相对于被引入在所述连接器处的所述信号中的干扰作用随所述近端的位置而变，以测量所述辅助位置传感器的第二位置，以响应测量的所述第二位置和所述校准数据消除所述信号中的所述干扰作用，以及在消除所述干扰作用之后，根据所述信号计算所述第一位置。

通过以下结合附图的实施例的详细说明，将更全面地理解本发明：

附图说明

图1和图2为根据本发明实施例的使用干扰作用消除的医疗位置跟踪系统的示意性立体示图；和

图3为示意性示出根据本发明实施例的使用干扰作用消除来测量导管位置的方法的流程图。

具体实施方式

概述

各种诊断和治疗手术(诸如心内电绘图)使用插入患者体内的侵入式探针。在这些手术中，有时重要的是确认探针在体腔内的位置。可通过控制台确定位置，控制台处理来自远侧顶端中装配的位置传感器的信号。

有时，用一次性的远侧部分(如，有待插入体腔内的导管的部分)和可重复使用的远侧部分(如，将来自远侧部分的信号承载到处理控制台的线缆)实现探针组件。通常，使用连接器将探针的远侧部分和近侧部分彼此连接。例如，连接器可以装配在探针的柄部中。在这种“分裂式柄部”构型中，如，使用屏蔽布线和/或双绞布线，可以屏蔽将来自远侧顶端中的位置传感器的信号递送到控制台的布线不受干扰作用拾取的影响。然而，在连接器附近，可能难以实现连续的屏蔽，因为布线可能需要退绕以便连接到连接器引脚。

在一些位置跟踪系统中，远侧顶端中的位置传感器响应由外部场发生器产生的磁场来产生信号。在多个实际的具体实施中，与外部磁场相比，在探针中经布线发送的信号是弱信号。因此，布线可以从外部磁场拾取干扰作用，并且这种干扰作用可能使系统的位置测量结果失真。由于如上所述在连接器附近屏蔽可能减弱，因此这个区域内的干扰作用拾取可能尤其严重。

本发明的实施例提供了用于消除在连接器附近所拾取的干扰作用的方法和系统。在一些实施例中，附加的辅助位置传感器紧邻连接器被装配在柄部中。辅助位置传感器所产生的信号表征柄部的位置和取向(由此表征连接器的位置和取向)。在预备的校准过程中，根据辅助位置传感器产生的信号，测量随柄部位置而变的干扰作用。

在实际的医疗过程期间，控制台从远侧顶端中的位置传感器(称为主位置传感器)以及从柄部中的辅助位置传感器接收位置测量结果。根据从柄部中的辅助位置传感器接收的信号，控制台通过使用校准数据消除从主位置传感器接收的信号中的干扰作用来确定远侧顶端的位置。因此，即使在存在强干扰作用的情况下，也能以高精度测量远侧顶端的位置。

系统说明

图1为根据本发明实施例的使用干扰作用消除的医疗位置跟踪系统20的示图。系统20可以根据(例如)由Biosense Webster Inc.(Diamond Bar，California)制造的CARTO^TM系统。系统20包括医疗探针22(诸如导管)和控制台24。在下述的实施例中，假设探针22用于诊断或治疗处理，诸如对心脏26中的电势进行绘图或进行心脏组织的消融。作为另外一种选择，加以必要的变更，可以将探针22用于心脏中或其他身体器官中的其他治疗和/或诊断用途。

操作者28(诸如心脏病学家)将探针22穿过患者30的血管系统插入，以使得探针22的远端32进入患者心脏26的心室。通过将探针22固定在柄部34处，操作者28推进探针，从而将远侧顶端36设置在所需位置处。柄部34将探针22连接到线缆38，线缆38通过合适的连接器连接到控制台24。在下面的图2中更详细地示出探针22(尤其是柄部34)的构型。

控制台24利用磁性位置感测来确定心脏26内部的远端36的位置坐标。要确定位置坐标，控制台24中的驱动电路40驱动场发生器42，以在患者30体内产生磁场。通常，场发生器42包括线圈，线圈在患者30体外的已知位置处被置于患者躯干下方。这些线圈在包含心脏26在内的预定工作容积内产生磁场。连接到远侧顶端36和柄部34的磁场传感器响应这些磁场来产生电信号。控制台24中的信号处理器44处理电信号，以便确定远侧顶端36和柄部34的位置坐标，通常包括位置坐标和取向坐标两者。如前所述，处理器44可根据从柄部34中的辅助位置传感器接收的信号来消除从远侧顶端36中的主位置传感器接收的信号中的干扰作用。以下在图2中示出这两种位置传感器。

处理器44通常包括通用计算机，通用计算机具有合适的前端和接口电路，用于从探针22接收信号并控制控制台24的其他组件。处理器44可以在软件中编程，以进行本文所述的功能。例如，可以经网络将软件以电形式下载到控制台24中，或可以将软件保存在非暂时性有形介质(诸如光学、磁或电子存储介质)上。作为另外一种选择，处理器44的部分功能或全部功能可以通过专有的或可编程的数字硬件组件、或使用硬件和软件元件的组合来进行。

输入/输出(I/O)接口46使控制台24能够与探针22相互作用。根据从探针22(通过接口46和系统20的其他组件)接收的信号，处理器44驱动显示器48，以向操作者28呈现示出患者体内的远侧顶端36位置的图像50，以及关于正在进行的手术的状态信息和指导。

作为另外一种选择或除此之外，系统20可以包括用于在患者30体内操纵和操作探针22的自动化机构(未示出)。这种机构通常能够控制探针22的纵向运动(前进/后退)和远端32的横向运动(偏转/转向)两者。在这类实施例中，处理器44产生根据探针和柄部中的磁场传感器提供的信号控制探针22运动的控制输入，如下文中进一步说明。

图2为根据本发明实施例的系统20的另一个示意性立体图示。图2更详细地示出探针22(特别是柄部34)的构型。如该图所示，柄部34将探针22连接到线缆38，并且包括通过合适连接器56配合的远侧部分52和近侧部分54。柄部的近侧部分54和线缆38有时称为探针的近侧部分。柄部的远侧部分56和导管22有时称为探针的远侧部分。

远侧顶端36包括主位置传感器58，主位置传感器58产生传至控制台24的信号，所述信号表征远侧顶端相对于场发生器42的位置坐标。辅助位置传感器60被装配在柄部34的近侧部分54中，并且产生传至控制台24的信号，所述信号表征柄部相对于场发生器42的位置坐标。位置传感器58和60中的每一个都可以包括一个或多个微型线圈，并且通常包括沿着不同的轴取向的多个线圈。作为另外一种选择，位置传感器58和60可以包括另一类型的磁性传感器、充当位置传感器的电极、或其他类型的位置传感器，诸如基于阻抗的位置传感器或超声位置传感器。虽然图2示出了在远侧顶端36中具有单个位置传感器的探针，但本发明的实施例可以利用在远侧顶端和/或远端32中具有不止一个位置传感器的探针。当远侧顶端36在医疗过程期间定位在心脏26中时，处理器44使用从位置传感器58和60接收的信号来计算远侧顶端的位置。

如前所述，位置传感器58和60可能由于其构型而产生弱信号。连接到近侧部分54的放大器62放大从位置传感器58和60接收的信号。图2所示的“分裂式柄部”构型允许组件(诸如放大器62和辅助位置传感器60)包含在可重复使用的近侧部分54中，而探针22在使用后被丢弃。在上述的美国专利6,370,411中陈述了分裂式柄部构型的其它方面。

在可供选择的实施例中，位置传感器58、60和磁场发生器42的作用可以互换。换句话讲，驱动电路40可以驱动位置传感器58和60中的磁场发生器，以便产生磁场。线圈42可以被配置成感测磁场并产生表征这些磁场的分量幅度的信号。在该实施例中，处理器44接收并处理来自线圈42的信号，以便确定远侧顶端36在心脏26内的位置坐标。

尽管图1和图2示出了具体的系统构型，但也可采用其他系统构型来实现本发明的实施例，并因而被视为在本发明的精神和范围内。例如，可以用其他类型的位置传感器实施下文描述的方法，诸如基于阻抗的位置传感器或超声位置传感器。如本文所用，术语“位置传感器”是指安装在探针22或柄部34上的元件，该元件引起控制台24接收表征相应的元件坐标的信号。因而该位置换能器可以包括探针或柄部上的接收器，该接收器根据换能器接收的能量产生传至控制单元的位置信号；或该换能器可以包括发射器，从而发射探针或柄部外部的接收器感测的能量。此外，类似地，实施下文描述的方法时，不仅可以使用导管，而且可以使用其他类型的探针在心脏中和在其他身体器官及区域中进行标测和测量应用。

使用干扰作用消除的位置测量结果

线缆38将来自主位置传感器58的信号通过柄部34递送到控制台24。如上文所讨论，线缆38可以拾取可能使主位置传感器的信号失真的干扰作用。因此，控制台24在计算远侧顶端36的位置时可能出错。线缆38拾取的干扰作用可能是由于发生器42产生的相对强的磁场、由于探针附近的各种电信号、或由于任何其它源引起的。

线缆38通常包括屏蔽双绞线，以便避免这类不需要的干扰作用拾取。然而，在连接器56附近，屏蔽作用可能由于与连接器销的互连而降低。因此，有时拾取了连接器附近的一些残余的干扰作用。

系统20通过使用辅助位置传感器60通过预校准并消除这种干扰作用而使连接器56中的干扰作用拾取的效果减弱。在一些实施例中，处理器44首先测量柄部34(定位和取向)相对于干扰源随位置而变的干扰作用拾取。然后，处理器44使用这种校准数据用于消除实际医疗过程期间从主位置传感器58接收的信号中的干扰作用。因此，即使在存在强干扰作用的情况下，也能以高精度计算远侧顶端36的位置。此外，本发明所公开的技术可以允许放宽线缆38的屏蔽要求。

图3为示意性示出根据本发明实施例的使用干扰作用消除测量探针22的远侧顶端36位置的方法的流程图。在初步校准步骤70中，操作者28将柄部34相对于场发生器42(或其它干扰源)设置在多个位置(位置和取向)。在每一个柄部位置处，处理器44测量在连接器56处随柄部34位置而变的干扰作用拾取(如辅助位置传感器60所测量的)。因此，处理器44校准随柄部中的辅助位置传感器输出而变的干扰幅度。所测量的随柄部位置而变的干扰作用称为校准数据。在校准程序期间，主位置传感器58通常被停用。

在医疗过程期间，操作者28操纵柄部34，以在探针定位步骤72中将探针22定位在心脏26中。在主测量步骤74中，处理器44从主位置传感器58接收表征远侧顶端36位置的位置信号。另外，在辅助测量步骤76中，处理器44从辅助位置传感器60接收表征柄部34位置的位置信号。

在干扰作用消除步骤78中，处理器44根据测量的柄部34位置来消除从主位置传感器58接收的信号中的干扰作用。通常，处理器44根据如步骤76中测量的当前柄部位置来查询校准数据，以便确定在该柄部位置处所期望的干扰水平。然后，处理器44从以上步骤74中测量的主位置传感器58的信号中减去所期望的干扰水平。

在消除干扰作用之后，在顶端定位步骤80中，处理器44计算远侧顶端36的位置。在从信号中消除干扰作用之后，使用从主位置传感器接收的位置信号来进行计算。最后，在输出步骤82中，处理器44在显示器48上呈现图像50，以便向操作者28显示远侧顶端36的位置。该方法返回上述步骤72。

作为另外一种选择或除此之外，在用于操纵和操作探针22(如上文所述)的自动化机构的闭环控制过程中，可以使用位置测量和干扰作用消除方案，以确保自动化机构将远侧顶端36定位在正确位置中。

虽然本文所述实施例主要是指医疗位置跟踪系统中的干扰作用消除，但在各种其它应用中，可使用本发明所公开的技术用于消除取决于位置的干扰作用。

以下权利要求书中的相应结构、材料、操作和所有方法或步骤以及功能元件的等同形式旨在包括任何结构、材料或者操作，以用于执行与在权利要求中具体保护的其他受权利要求保护的元件相结合的功能。已提供了对本发明的描述以用于举例说明和描述的目的，但并非旨在详尽描述本发明或将本发明限制为本发明所公开的形式。在不脱离本发明的范围和精神的前提下，许多修改形式和变型形式对于本领域的普通技术人员而言将显而易见。选择并描述了以上实施例，以便最好地解释本公开的原理和实际应用，以及使本领域的其他技术人员能够理解本公开的各种实施例具有适于所考虑的具体用途的各种修改形式。

所附权利要求旨在涵盖落在本发明精神和范围内的本公开的所有这种特征和优点。因为本领域技术人员将容易进行许多修改和改变，所以并非旨在将本公开限制于本文所述的有限数目的实施例。因此，应当理解，落入本发明精神和范围内的所有合适的变型形式、修改形式和等同形式都可以使用。

Claims

1.一种用于位置跟踪的方法，包括：

收集校准数据，所述校准数据相对于被引入在所述连接器处的所述信号中的干扰随所述近端的位置而变；

响应测量的所述第二位置和所述校准数据来消除所述信号中的所述干扰；以及

在消除所述干扰之后，根据所述信号计算所述第一位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述医疗探针包括导管。

3.根据权利要求1所述的方法，其中由所述主位置传感器响应一个或多个磁场产生所述信号，所述一个或多个磁场在所述探针附近施加并且由所述主位置传感器感测。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述辅助位置传感器与所述连接器相邻地装配。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述辅助位置传感器和所述连接器耦合到所述探针的柄部。

6.根据权利要求4所述的方法，其中收集所述校准数据的步骤包括：相对于干扰源，将所述近端设置在多个位置处；从所述辅助位置传感器收集表征所述近端的相应位置的辅助位置信号，以及测量随所述辅助位置信号而变的所述干扰。

7.根据权利要求1所述的方法，其中测量所述第二位置的步骤包括：在所述近端的附近施加一个或多个磁场；从所述辅助位置传感器接收由所述辅助位置传感器响应所述磁场产生的信号；以及根据接收的所述信号计算所述第二位置。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括向操作者呈现计算的所述第一位置。

9.一种设备，包括：

医疗探针，所述医疗探针包括远端、近端、连接器、和布线，所述远端包括主位置传感器，所述近端包括辅助位置传感器，所述连接器将所述远端连接到所述近端，所述布线遍历所述探针并且将所述主位置传感器耦合到所述连接器；和

处理器，所述处理器被配置成经所述布线从所述主位置传感器接收表征所述远端的第一位置的信号，以收集校准数据，所述校准数据相对于被引入在所述连接器处的所述信号中的干扰随所述近端的位置而变，以测量所述辅助位置传感器的第二位置，以响应测量的所述第二位置和所述校准数据消除所述信号中的所述干扰，以及在消除所述干扰之后，根据所述信号计算所述第一位置。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述医疗探针包括导管。

11.根据权利要求9所述的设备，其中所述信号由所述主位置传感器响应一个或多个磁场产生，所述一个或多个磁场在所述探针的附近施加并且由所述主位置传感器感测。

12.根据权利要求9所述的设备，其中所述辅助位置传感器与所述连接器相邻地装配。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述探针包括柄部，并且其中所述辅助位置传感器和所述连接器耦合到所述柄部。

14.根据权利要求12所述的设备，其中所述处理器被配置成通过从所述辅助位置传感器收集多个辅助位置信号来收集所述校准数据，而所述近端相对于干扰源设置在相应的位置，并且测量随所述辅助位置信号而变的所述干扰。

15.根据权利要求9所述的设备，其中所述处理器被配置成从所述辅助位置传感器接收信号，以及根据接收的所述信号计算所述第二位置，所述信号由所述辅助位置传感器响应一个或多个磁场产生，所述一个或多个磁场在所述近端的附近施加。

16.根据权利要求9所述的设备，其中所述处理器被配置成向操作者呈现计算的所述第一位置。

17.一种计算机软件产品，所述计算机软件产品结合医疗探针操作，所述医疗探针包括远端、近端、连接器、和布线，所述远端包括主位置传感器，所述近端包括辅助位置传感器，所述连接器将所述远端连接到所述近端，所述布线遍历所述探针并且将所述主位置传感器耦合到所述连接器，所述产品包括非暂时性计算机可读介质，其中计算机指令被储存，这些指令在被计算机读取时引起所述计算机经所述布线从所述主位置传感器接收表征所述远端的第一位置的信号；收集校准数据，所述校准数据相对于被引入在所述连接器处的所述信号中的干扰随所述近端的位置而变；测量所述辅助位置传感器的第二位置；响应测量的所述第二位置和所述校准数据消除所述信号中的所述干扰；以及在消除所述干扰之后，根据所述信号计算所述第一位置。