CN103220970A - 导航参考点偏移检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于定位系统（8）的导航参考点的偏移检测方法，包括将包括至少一个参考定位元件的参考导管（29）固定在定位场内的初始参考位置。监测到一个或多个参考定位元件的位置具有感知位移，这表明参考导管（29）已偏移初始参考位置（例如，位移超过一定阈值，例如约4mm）。随后进一步分析该感知位移的方向（例如与位移的预测方向或最可能方向相比较），以确定参考导管（29）是否已存在实际偏移，并且如果确实如此则会生成合适的信号（例如听觉或视觉警告）。基于偏移提供指导以帮助操作者将参考导管（29）恢复至其初始位置。

Description

导航参考点偏移检测方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月17日提交、申请号为12/972,253的美国申请（‘253申请）的优先权。本申请与2006年12月29日提交、申请号为11/647,277的美国申请（‘277申请）相关。‘253申请和‘277申请在此合并引入作为参考，就如同在此全部陈述一样。

背景技术

a.技术领域

本发明大体上涉及通过患者的医疗装置的导航。更特别地，本发明涉及用于检测用于非电离定位系统的参考点移动的方法和系统，例如通常用于通过患者的医疗装置导航，以及减轻这些参考点移动的影响。

b.背景技术

众所周知，在对心脏诊断或治疗程序进行准备时生成心室几何结构。通常，标测导管尖端置于心室内和/或靠在心室壁上，并利用定位系统来测量标测导管尖端的三维坐标。三维坐标相当一个几何点。当标测导管在心室内移动时进行多次测量，产生限定心室几何结构的一团几何点（也称为“位置数据点”）。然后，可以利用多种表面结构算法来在所述一团几何点的周围包裹出表面，以获得心室几何结构的三维表示。

三维坐标系（几何点相对于所述三维坐标系测量）期望地具有稳定的参考点或原点。本文中该稳定的参考点或原点被称为针对定位系统的“导航参考点”。虽然任一稳定位置都能满足需求，但是基于很多原因而期望利用最接近标测导管的导航参考点。因而，导管安装参考定位元件通常插入心脏并定位在固定位置，例如冠状窦，以确定坐标系的原点，标测导管的位置将相对于上述原点来测量。

然而，众所周知，导航参考点可能会偏移。例如，标测导管会与带有导航参考点的导管（本文中称为“参考导管”）碰撞或缠绕，或者操作者移动标测导管会不注意地推挤参考导管。导航参考点还可由于患者移动而偏移。其它因素，例如患者水合作用和呼吸，会使得导航参考点事实上并未偏移时看起来好像发生偏移一样。

当导航参考点偏移时，它使定位系统所使用的坐标系的原点显著移动。在偏移后所测量的标测导管的位置将会失效，除非检测到偏移并予以解决。

发明简述

因此，期望能够检测导航参考点的偏移，导航参考点的偏移限定了坐标系的原点，而身体几何结构的测量相对于该原点进行。

此外，期望能够区分导航参考点的机械偏移和导航参考点的“伪”偏移。

还期望指导用户重建导航参考点的初始位置。

进一步期望提供一种可重建导航参考点初始位置的方法。

此外，期望提供一种不需要重建导航参考点的初始位置而解决导航参考点偏移位置的方法。

根据本发明的第一方面，在定位场内检测导航参考点偏移的方法包括以下步骤：放置参考导管，其包括定位场内的至少一个参考定位元件；将参考导管固定在定位场内的初始参考位置；计算至少一个参考定位元件的缓慢移动平均位置；计算至少一个参考定位元件的快速移动平均位置；计算至少一个参考定位元件的缓慢移动和快速移动平均位置之间的距离；比较计算出的距离与偏移阈值；确定参考导管从初始参考位置已经发生偏移；以及生成信号以指示参考导管从初始参考位置的偏移。合适的偏移阈值为约4mm。

对于至少一个参考定位元件，如果计算出的距离超过偏移阈值，进一步检查以确定偏移是否是真实的或仅仅是感知到的方法可包括以下可选步骤：在计算出的相应参考定位元件的缓慢移动和快速移动平均位置之间的距离超过偏移阈值的时刻，计算连接相应参考定位元件的缓慢移动和快速移动平均位置的向量；在计算出的相应参考定位元件的缓慢移动和快速移动平均位置之间的距离超过偏移阈值的所述时刻，确定参考导管最接近参考定位元件的轴；以及计算计算出的向量和参考导管最接近参考定位元件的轴之间的角度，进而计算与至少一个参考定位元件相关联的至少一个角度；以及分析该至少一个角度，以指示参考导管已偏移初始参考位置。分析该至少一个角度以指示参考导管已偏移初始参考位置的步骤可以包括：确定超过锐角阈值的角度的数量；以及比较该角度的数量与计数阈值。

同样地，参考导管最接近每个参考定位元件的轴可以任意合适的方式来限定。例如，参考导管最接近相应参考定位元件的轴可由连接相应参考定位元件和相邻参考定位元件的线段来限定。

在本发明的一些实施例中，至少一个参考定位元件的快速移动平均位置利用时间常量约为12秒的滤波器来计算。用于计算缓慢和/或快速移动平均位置的合适滤波器包括：指数移动平均滤波器、移动平均滤波器、无限冲激响应滤波器、有限冲激滤波器，以及它们的组合。

在参考导管偏移的情况下，该方法可选地包括为用户提供指导以帮助参考导管最接近初始参考位置重新定位和固定。作为使参考导管最接近初始参考位置重新定位的另一种选择，该方法可包括：限定参考导管的新的稳定位置；计算基准调整，以补偿参考导管在初始参考位置和新的稳定位置之间位置上的任何变化；以及利用基准调整来调整从初始参考位置偏移之后所进行的定位元件位置测量。

在本发明的另一方面，一种检测导航参考点在非电离定位场内偏移的方法，包括：将包括多个参考定位元件的参考导管固定在定位场内的初始参考点；检测参考导管从初始参考位置的感知位移；分析感知位移的方向以确定参考导管是否已从初始参考位置偏移；以及产生指示参考导管从初始参考位置偏移的信号。该方法可选地包括以下步骤：计算基准调整以补偿参考导管从初始参考位置偏移之后的位置的任何变化；以及利用基准调整来调整在从初始参考位置偏移之后所进行的定位元件位置测量。作为选择地，该方法可包括为用户提供指导，以帮助参考导管最接近初始参考位置重新定位和固定。

在本发明的一些实施例中，检测步骤包括将多个参考定位元件中的至少一些元件的感知位移的幅度与偏移阈值进行比较。同样地，分析步骤可包括将多个参考定位元件中的至少一些元件的感知位移的方向与预期的偏移方向进行比较。

本文还披露了一种定位系统，其包括：多个定位场发生器；包括多个参考定位元件的参考导管；以及参考导管偏移处理器，其至少部分地基于参考导管上多个参考定位元件中的至少一些元件的缓慢移动平均位置和快速移动平均位置之间的差值来监测参考导管从初始参考位置的偏移。还可预期的是，偏移处理器可至少部分地基于偏移感知方向（例如连接缓慢移动和快速移动平均位置的向量）和偏移预测方向（例如沿参考导管轴的向量）之间的相关性来监测参考导管从其初始参考位置的偏移。

在本发明的一些实施例中，参考电极偏移处理器将多个参考定位元件中的一些元件的缓慢移动平均位置和快速移动平均位置之间的差值与偏移阈值相比较，并且如果该差值超过偏移阈值，则对于多个参考定位元件中的至少一些元件，计算连接参考定位元件的缓慢移动和快速移动平均位置的向量与参考导管最接近参考定位元件的轴之间的角度，进而计算多个角度；确定超过锐角阈值的角度的数量；以及将角度的数量与阈值数量进行比较以确定参考导管是否已偏移初始参考位置。基准调整处理器还可计算基准调整，以补偿参考导管从初始参考位置偏移后位置上的任何变化；以及利用基准调整来调整在从初始参考位置偏移之后所进行的定位元件位置测量。

本发明的一个优势在于它可用于提醒用户导航参考点的偏移。

本发明的进一步优势在于它可指导用户减轻偏移。

本发明的另一优势在于它能够自动校正偏移，例如通过计算基准调整来补偿导航参考点的位置改变。

本发明的再一优势在于它区分导航参考点的实际机械偏移和导航参考点的“伪”偏移。

本发明的前述和其它方面、特征、细节、用途和优势将从阅读以下说明书和权利要求书、以及从对附图的回顾中变得显而易见。

附图简述

图1是诸如可用于电生理学研究的定位系统的原理图。

图2是可用于连接图1中所示的定位系统的代表性导管。

图3是根据本发明的一个实施例示出的导航参考点偏移检测和减轻作用的流程图。

图4至7根据本发明的一个实施例示出了检测和减轻导航参考点偏移的方法的应用。

发明详述

本发明自动检测对于定位系统的导航参考点的偏移，其优选地与定位系统一起使用。此外，本发明提供了自动校正偏移或指导诸如医生的用户将导航参考点重新定位在其初始位置的方法。

为了示意的目的，本发明将在心脏诊断或治疗程序的情况下（例如电生理学研究）描述。然而，本领域技术人员将理解，本发明同样可成功用于许多其它应用，并且相应地，此处用于描述本发明的示意性实施例不应被视为限制性的。

图1示出了定位系统8的示意图，其通过导航心脏导管和测量发生在患者11心脏10内的电活动、以及三维标测电活动和/或与所测量的电活动有关或代表所测量的电活动的信息，而用于执行心脏电生理研究。如下面更为详细讨论的，定位系统8优选地为非电离定位系统，例如生成电场和/或磁场的定位系统。

例如，系统8可利用一个或多个电极（或其它合适的定位元件）用于建立患者心脏10的解剖模型。本领域技术人员将会意识到，并且如下面进一步描述的那样，定位系统8通常在三维空间内确定目标的位置（以及，在某些方面，确定方向），并将这些位置表示为相对于至少一个参考点确定的位置信息。系统8还可用于在沿心脏表面的多个点处测量电生理学数据，并且对于测量电生理学数据的每个测量点存储与位置信息相关联的测量数据，例如用于生成患者心脏10的诊断数据图。

为简单示意，患者11用一椭圆形示意性地表示。在图1所示的实施例中，示出的三组表面电极（例如贴片电极）施加至患者11表面，其限定了三条基本垂直的轴，此处称之为x轴、y轴和z轴。在其它实施例中，电极可定位为其它布置，例如多个电极位于特定身体表面上。同样地，电极不需要位于身体表面上，但可固定在外部设备上，或者可以使用定位在体内的电极。

在图1中，x轴表面电极12、14沿第一轴施加至患者，例如位于患者胸腔区域的侧面上（例如施加至患者每只手臂下面的皮肤），并且可被称为左电极和右电极。y轴电极18、19沿基本上垂直于x轴的第二轴施加至患者，例如沿患者的大腿内部和颈部区域，并且可被称为左腿电极和颈部电极。z轴电极16、22可沿基本垂直于x轴和y轴的第三轴施加，例如沿患者胸腔区域的胸骨和脊柱，并且可被称为胸部电极和背部电极。心脏10位于表面电极对12/14、18/19、和16/22之间。

额外的表面参考电极21（例如“腹部贴片”）为系统8提供了参考和/或地电位电极。腹部贴片电极21可作为心脏内固定电极31的另一种选择，这将在下文进一步详述。此外，应当理解的是，大部分或全部的常规心电图（“ECG”或“EKG”）系统导联可就位于患者11。虽然图1中并未示出，但ECG信息可用于系统8。

也示出了具有至少一个电极17（例如远端电极）的代表性导管13。该代表性导管电极17在整个说明书中被称为“游动电极”、“移动电极”、“测量电极”或“位置测量传感器”。电极17还是“定位元件”，该术语将在下文定义。通常会使用位于一个导管13和/或多个这样的导管上的多个电极。例如，在一个实施例中，定位系统8可包括布置在患者的心脏和/或脉管系统内12个导管上的64个电极。当然，该实施例仅仅是示例性的，并且在本发明的范围内可以使用任何数量的电极和导管。

为了本发明的目的，图2中示出了示例性导管13。在图2中，导管13延伸进入患者心脏10的左心室50。导管13包括位于其远端的电极17，以及沿其长度间隔开的多个其它的测量电极52、54、56。虽然应当理解的是电极彼此之间可能不会沿导管13均匀间隔开或者具有相同尺寸，但通常相邻电极之间的间隔是已知的。由于这些电极17、52、54、56中的每个电极都位于患者体内，对于每个电极都通过定位系统8同时采集定位数据。因此，每个电极（例如17、52、54、56）会产生定位信号，其描述了导管13在由贴片电极12/14、18/19和16/22产生的定位场中的位置、以及可选地还有方向。

现在回到图1，示出了第二导管29上带有的可选固定参考电极31（例如附接至心脏10的壁或锚定在冠状窦内）。为了校准的目的，电极31可以是固定的（例如附接至或靠近心脏壁）或布置为与游动电极（例如电极17、52、54、56）具有固定的空间关系，并且从而建立如上文所定义的“导航参考点”。电极31还可称为“局部参考点”。同样地，具有电极31的导管29构成如上文所定义的“参考导管”。

固定参考电极31可用于除了上述的表面参考电极21以外的电极或作为其替代物。在许多情况下，心脏10内的冠状窦电极或其它固定电极可用于参考，以测量电压和位移；也就是说，如此处所述，固定参考电极31可以限定定位场坐标系的原点。还应当理解的是，参考导管29通常具有多个电极，例如图2中所示，并且定位系统8的用户可指定一个这样的电极（例如参考电极31）作为针对特定程序的导航参考点。

每个表面电极都耦接至多路开关24，并且表面电极对由计算机20上运行的软件来选择，计算机20将表面电极耦接至信号发生器25。例如，计算机20可包括常规通用计算机、专用计算机、分布式计算机或任何其它类型的计算机。计算机20可包括一个或多个处理器，例如单个中央处理器（CPU），或多个处理单元，通常被称为并行处理环境，其可执行指令以完成此处所述的本发明的各个方面。

通常，三个名义上正交的电场由一连串的驱动和感测电偶极子（例如表面电极对12/14、18/19和16/22）产生，从而在生物导体中实现导管导航。可选地，这些正交场能够分解并且所有表面电极对都能够作为偶极子驱动，从而提供有效的电极三角测量。同样地，电极12、14、18、19、16和22（或任何数量的电极）可以任意其它有效配置放置，以将电流驱动至心脏内的电极或感测来自心脏内电极的电流。例如，多个电极可置于患者11的背部、侧面、和/或腹部。此外，这些非正交方法增加了系统的灵活性。对于任一预期的轴，横跨游动电极测得的由一组预定驱动（源-汇）配置产生的势能可代数地结合（combined algebraically）以产生与仅由沿正交轴驱动均匀电流获得的相同有效电势。

因此，表面电极12、14、16、18、19、22中的任意两个可选定为偶极子辐射源并相对于诸如腹部贴片21的地电位参考点而耗电，同时未被激励的电极测量相对于地电位参考点的电压。位于心脏10内的测量电极（例如游动电极17、52、54、56）暴露在电流脉冲的场内并相对于诸如腹部贴片21的地电位进行测量。在实践中，心脏内导管可包含多于或少于所示的四个电极，并且可以测量每个电极势能。如前面提到的，至少一个电极（例如参考电极31）可固定至心脏内表面以形成固定导航参考点，其也相对于诸如腹部贴片21的地电位测量，并且它可被定义为坐标系的原点，定位系统8关于该原点测量位置。来自每个表面电极、内部电极、和虚拟电极的数据集可全部用于确定游动电极17、52、54、56在心脏10内的位置。

测得的电压可用于确定电极在心脏三维空间内的位置，例如游动电极17、52、54、56相对于诸如参考电极31的参考位置的位置。也就是说，在参考电极31处测得的电压可用于定义坐标系的原点，而在游动电极17、52、54、56处测得的电压可用于表示游动电极17、52、54、56相对于原点的位置。为了本发明的目的，本发明将用三维（x，y，z）笛卡尔坐标系来描述。然而，应当理解的是，其它坐标系都在本发明的范围内，例如三维空间内的球形和圆柱形坐标系，以及二维空间内的极坐标系。

从上述讨论中应当清楚的是，当表面电极对在心脏上施加电场时，测量用于确定电极在心脏中位置的数据。电极数据还可用于生成呼吸补偿值，用于改善电极位置的原始位置数据，如美国专利7,263,397中所述，其全部内容作为参考在此合并引入。电极数据还可用于补偿患者身体阻抗的变化，如2005年9月15日提交的共同待审的美国专利申请11/227,580中所述，其全部内容也在此合并引入作为参考。

简要来讲，系统8首先选择一组表面电极并随后用电流脉冲对它们进行驱动。当电流脉冲在传输时，在剩余的表面电极和活体电极中的至少一个处测量并存储诸如电压的电活动。如上文所述那样对诸如呼吸和/或阻抗漂移的伪迹进行补偿。

在一个优选实施例中，定位系统为St.Jude Medical、Atrial FibrillationDivision公司的EnSite NavX^TM导航和可视化系统，其产生如上所述的电场。然而，其它定位系统可用于本发明，包括例如Biosense Webster公司的CARTO导航和定位系统或Northern Digital公司的AURORA

系统，它们都利用磁场而非电场。下列专利（所有这些专利的全部内容作为参考在此合并引入）中所述的定位和标测系统也可用于本发明：美国专利6,990,370、6,978,168、6,947,785、6,939,309、6,728,562、6,640,119、5,983,126和5,697,377。

由定位系统8产生的场，不论是电场（例如EnSite NavX^TM）还是磁场（例如CARTO、AURORA

）或另一种合适的场，都通称为“定位场”，而产生场的元件，诸如表面电极12、14、16、18、19和22，通称为“定位场发生器”。同样地，虽然本发明主要描述了定位系统产生电场的情况，从而使得导管13和29具有电极，本领域技术人员将会理解如何把本文披露的原理用于其它类型的定位场，并且特别是其它类型的非电离定位场（例如通过将电极17、52、54、56替换为线圈以检测磁场的不同分量）。因此，本文使用的术语“定位元件”普遍地指能够在由系统8产生的定位场内测量其位置的元件。

本领域技术人员将会意识到，并且如上所述，在电生理学研究过程中，参考电极31可能从其初始参考位置开始偏移，例如医生非故意地在参考电极29上拖动而使坐标系的原点显著移动，由于游动电极（例如17、52、54和56）的位置相对于该原点进行测量，使得在偏移之后所作的所有这样的测量都失效。因此，期望一种控制器（例如处理器，诸如合并到计算机系统20内的处理器）来监测导航参考点从初始参考位置的偏移，并且如果发生这样的偏移，就会发出信号来指示该偏移，例如警告用户已经发生偏移，从而能够使得用户采用矫正措施。

监测导航参考点偏移的一个难题在于导航参考点位于患者体内，并且经常会由于例如患者心脏和呼吸活动而移动。此外，不同的电干扰和药理学干扰会使得当实际上导航参考点并未偏移时却显示为导航参考点已发生偏移。因此，期望能够从参考导管29的实际机械偏移中区分由于外部影响而产生的参考导管29的这些“伪的”或“感知的”偏移。

本发明影响了下述现象，当参考导管29置于血管（例如冠状窦）中时，其最可能的机械偏移是沿着导管轴或仅仅是从导管轴略有偏离（也就是说，它们处于可预知或预期的偏移方向）。因此，本发明使参考导管29上的参考定位元件（例如电极）的位移与预期的偏移方向（例如参考导管29轴的方向）相互关联，并且如果高度相关（例如，如果位移很大且很大程度上平行于或接近平行于导管轴）则报告该偏移。

现参照图3描述本发明的检测导航参考点偏移的方法的不同方面。在方框100中，包括多个参考电极（或其它合适的定位元件）的参考导管（例如参考导管29）固定在定位场内的初始参考位置。例如，参考导管29可插入患者的冠状窦内，并且其上的参考电极31可指定为导航参考点（即，定位系统8坐标系的原点）。

在方框102中，计算参考导管29上一个或多个参考电极的缓慢移动平均位置。为了示意的目的，公开描述了本发明的一个实施例，其中使用了参考导管29上的所有参考电极。然而，应当理解的是，能够在本发明的精神和范围内使用少于全部的参考电极，并且本领域技术人员会意识到如何相应地适应本发明的教导。

因而，为了此处描述的本发明的实施例的目的，测量参考导管29上所有参考电极的（x，y，z）坐标并利用具有滤波时间常量为几分钟的移动平均滤波器进行滤波。实际上，缓慢移动平均位置“平滑”了患者心脏和呼吸活动的影响，以及某些电干扰和药理学干扰的影响，从而提供参考电极稳定位置的较长期表示。当然，也可利用其它计算参考电极稳定位置的方法，而不背离本发明的精神和范围。

同时，在方框104中，计算参考导管29上参考电极的快速移动平均位置。在本发明的一些实施例中，通过测量参考导管29上所有参考电极的（x，y，z）坐标来计算快速移动平均位置，并利用移动平均滤波器对这些测量值进行滤波，移动平均滤波器优选地具有12秒的时间常量。当然，移动平均滤波器也可具有变化的或适应变化的时间常量。

用于计算参考电极的缓慢移动和快速移动平均位置的合适的滤波器工具包括但不限于，指数移动平均滤波器、移动平均滤波器、无限冲激响应滤波器、有限冲激响应滤波器，及其任意组合。

本领域技术人员将意识到，通过从不同参考电极的定位信号中消除心脏和呼吸伪迹，快速移动平均位置提供了参考导管29位置的更“瞬时”图片。然而，在不背离本发明的范围内，存在上述移动平均滤波器的替代物可供使用。例如，在本发明的一些实施例中，美国专利7,263,397中披露的呼吸补偿方法可用于从定位信号中消除呼吸伪迹。2010年7月13日提交的美国专利申请12/835,518中披露的呼吸滤波方法也可用于本发明而获得极大优势，其在此合并引入作为参考，就如同在此全部陈述一样。

在方框106中，计算参考导管29上参考电极的缓慢移动和快速移动平均位置之间的距离。该距离大致实时地反映参考导管29在任意给定时刻到（或者看起来到）初始参考位置的距离。

在判定方框108中，作为参考导管29的潜在机械偏移的第一级检测，在方框106中计算出的距离和预设偏移阈值之间作比较。选择预设偏移阈值以反映低于该值的参考导管29的机械偏移是不太可能的和/或临床上无意义的，并且阈值代表性地为约4mm。如果方框106中计算出的距离没有超过偏移阈值（例如，小于约4mm），那么参考导管29不可能从初始参考位置偏移和/或任何这样的偏移在临床上是无意义的，并且该分析返回方框106。另一方面，如果方框106中计算出的距离超过偏移阈值（例如，大于约4mm），则进行进一步的分析以确定参考导管29实际上是否已从初始参考位置偏移，或者是否仅仅存在感知偏移（例如由于患者呼吸）。

第二级分析检验参考导管29的感知位移是否沿着预期的机械偏移的方向发生（例如沿着导管轴）。因此，在本发明的一些实施例中，在方框110中，计算一系列角度。首先，对于参考导管29上的每个参考电极，当距离超过偏移阈值时（例如当存在潜在偏移时），计算连接缓慢移动和快速移动平均位置的向量。然后，计算该向量与参考导管29最接近参考电极的轴（其可被称为参考导管29的“局部轴”）之间的角度，其使参考导管29的移动方向与其局部轴的方向相关联。如上所述，参考导管29的移动方向和参考导管29的局部轴之间的高度相关表明为机械偏移，而非“伪”偏移。因此，参考导管29上的每个参考电极都将具有一个相关角度。

参考导管29的局部轴可以多种方式确定。例如，可通过计算连接每个参考电极和相邻参考电极的线段或者从参考导管29的已知几何结构中确定该局部轴。在其它实施例中，可通过计算连接相邻参考电极的线段来计算参考导管29的局部轴。而在本发明的其它实施例中，参考导管29的局部轴可计算为参考导管29主体的切线。

在方框112中，分析方框110中计算出的角度以确定有多少这些角度超出预设锐角阈值。该步骤测量参考电极的位移和导管轴之间的相关性；如上面所讨论的，参考导管29最可能的机械偏移就是沿着或相对接近于它的轴。因此，锐角阈值优选为接近0度或接近180度，取决于用于限定参考导管29的局部轴的惯例（convention）。

在判定方框114，超过锐角阈值的角度的数量与预设计数阈值比较。选择计数阈值以反映必须沿着或几乎沿着导管轴进行位移的参考电极的数目，以支持参考导管29已从初始参考位置偏移的结论。也就是说，如果多数参考电极都沿着或者几乎沿着导管轴位移，那么参考导管29就可能已经从初始参考位置偏移。另一方面，如果少数参考电极沿着或者几乎沿着导管轴位移，那么参考导管29就不太可能从初始参考位置偏移。

因此，如果超过锐角阈值的角度的数量降到计数阈值以下（也就是说，如果相对较少的参考电极沿着或几乎沿着参考导管29的轴位移），那么系统则断定没有发生参考导管29的偏移并且分析返回至方框106。另一方面，如果超过锐角阈值的角度的数量超过计数阈值（也就是说，如果相对较多的参考电极沿着或几乎沿着参考导管29的轴位移），那么系统则断定已经发生参考导管29的位移并且在方框116产生合适的信号（例如听觉信号、视觉信号或其组合）。

一旦已经检测到偏移，在判定方框118为操作者提供三个选择。首先，用于可选择不做任何事情（方框120）。

第二，用户可选择将参考导管29返回至初始参考位置（或者，更可能的是，相当接近于初始参考位置的位置）（方框122）。如果用户选择该选项，那么如下文进一步详细所述的，会提供视觉和/或听觉指导以帮助用户这样做。例如，系统可显示参考导管29的当前位置图，以及参考导管29在初始参考位置的“阴影”图。替代地，系统可显示参考导管29的当前位置，以及用户尝试将参考导管29移动到的目标。

系统还可提供听觉指导以指示参考导管29接近初始参考位置，例如蜂鸣声，它的频率随着参考导管29接近初始参考位置而增大。

还能够预期的是，系统可为自动导管控制系统提供位置导引，例如2006年12月29日提交的美国专利申请11/647,298中披露的机器人手术系统，其在此作为参考合并引入，就如同在此全部陈述一样。

第三，用户可选择接受参考导管29的新的移位后位置作为新的参考位置（方框124）。如果用户选择该选项，那么优选地在方框126中计算基准调整，以补偿参考导管29在从初始参考位置偏移之后位置上的任何变化。实际上，该基准调整是一个转换函数或向量，其相对于导航参考点31的新位置测得的坐标转换为参考导管29偏移之前的坐标系，并且从而用于调整在偏移之后由定位系统8测量的位置测量值。

当然，还期望的是，当用户选择重新定位参考导管29于初始参考位置时，计算基准调整，只要用户将不太可能将参考导管29返回偏移前它所处的同一精确位置。

最后，如果用户选择减轻偏移（也就是说，用户选择做点事情而不是任何事情都不做，以响应偏移），偏移检测过程可在方框128中重新初始化。在重新初始化过程中，偏移监测暂停。当偏移监测暂停时，参考导管29上所有参考电极的缓慢移动平均位置在偏移之前立刻存储（从而使得它们可用于例如计算如上所述的基准调整），并且在等候期，参考导管29上参考电极的新的稳定位置作平均，为此处所述的偏移检测方法设置新的缓慢移动平均位置基线。在等候期结束时（即，一旦建立新的缓慢移动平均基线），偏移监测则重新启动。

还能够预期的是，本发明可与基于集成电场和磁场的定位系统一起使用，例如gMPS^TM医疗定位系统。例如，除了利用基于电场的定位系统测量参考导管29上参考电极的位置以外，也可利用基于磁场的定位系统测量电磁参考定位元件（例如电磁换能器）的位置。

同样地，电磁参考定位元件具有能够由基于磁场的定位系统测量的轴；应当理解的是，该元件的轴几乎平行于参考导管29的局部轴。

关于电磁参考定位元件，可计算偏移向量（即，连接电磁参考定位元件的缓慢移动和快速移动平均位置的向量）和偏移角度（即，偏移向量与参考导管29的局部轴之间的角度）。如果偏移角度低于预设阈值（实际上类似于上述的锐角阈值），则进一步明确参考导管29已从初始参考位置偏移。

现将参照图4至7描述本发明方法的应用。图4表示启动偏移检测的系统的初始状态。参考导管29是可视的，参考电极31位于其上，其被指定为导航参考点。还示出了带有测量电极的一系列其它导管13。为了示意的目的，导管13的实际位置以阴影13’示出为幻象。

在图5中，参考导管29已经偏移。由于导航参考点被假定为是稳定的，参考电极31看起来并未移动，从而该偏移使得参考导管29看起来增大。此外，参考导管29的偏移还使得导管13显示为明显移位而离开它们的实际位置，以阴影13’示出。

随后警告用户发生偏移并提供选择以不做任何事情或者减轻偏移，后者或者通过重新定位参考导管29为最接近初始参考位置，或者通过接受参考导管29的移位位置作为新的参考位置。图6假定用户已选择通过重新定位参考导管29为最接近初始参考位置来减轻偏移。

为了帮助用户将参考导管29重新定位在其初始参考位置处或附近，初始参考位置（例如参考电极31的原始位置）用目标球200突出显示。为了清楚起见，导管13已从图6中省略。随着用户移动参考导管29，它的前进将显示在显示屏23上，并为用户提供视觉和/或听觉反馈。例如，当用户移动参考导管29接近初始参考位置，目标球200会改变颜色（例如，当参考导管29未靠近初始参考位置时为红色，当参考导管29靠近初始参考位置时为黄色，而当参考导管29与初始参考位置重合时为绿色）、闪烁、或指示参考导管29接近初始参考位置的其它方法。

一旦用户将参考导管29返回接近初始参考位置，用户可接受参考导管29的新位置作为稳定的参考位置。随后系统会重新计算导管13的位置，从而它们再次接近如图7中所示的它们的实际位置阴影13’。当然，如果参考导管29没有精确恢复至与其初始参考位置相同的位置时，就需要基准调整。此外，系统会重新初始化偏移检测过程。

虽然上述本发明的几个实施例具有一定程度的特性，但是本领域技术人员能够对披露的实施例作出很多改变，而不背离本发明的精神或范围。例如，虽然基准调整描述为从新坐标系转换为旧坐标系，但是本领域技术人员将意识到，也可以从旧坐标系转换为新坐标系。也就是说，基准调整用于确保所作的全部测量都相对于同一个坐标系；该坐标系是旧坐标系还是新坐标系并不关键。

作为另一实例，本领域技术人员将会理解的是，此处描述的本发明的实施例（例如，基于电场的定位系统、基于磁场的定位系统、和基于混合电场和磁场的定位系统）可以任意期望的组合来使用（例如，仅在参考电极和参考电磁定位元件都超过偏移阈值，并且在可能的偏移方向发生位移时检测偏移）。

所有的方向参考（例如，上、下、向上、向下、左、右、向左、向右、顶部、底部、高于、低于、垂直、水平、顺时针和逆时针）都仅用于标识目的，以帮助读者理解本发明，并且不产生限制，特别是关于位置、方向、或本发明的用途。连接参考（例如，附接、耦接、连接等）将被广义解释并且在元件的连接之间可包括中间构件及元件之间的相对运动。正是如此，连接参考不一定推断出两个元件彼此之间的直接连接和固定关系。

意图在于，上述说明书中包含或附图中所示的所有主题都应被解释为仅仅是示例性的而并不是限制性的。在不背离由所附的权利要求书所限定的本发明的精神的情况下，可作出细节或构造的改变。

Claims (18)

1.一种检测定位场内导航参考点偏移的方法，该方法包括：

将包括至少一个参考定位元件的参考导管置于定位场内；

将参考导管固定在定位场内的初始参考位置；

计算所述至少一个参考定位元件的缓慢移动平均位置；

计算所述至少一个参考定位元件的快速移动平均位置；

计算所述至少一个参考定位元件的缓慢移动和快速移动平均位置之间的距离；

将该计算出的距离与偏移阈值进行比较；并且

确定参考导管已经从初始参考位置发生偏移；以及

产生信号，以指示参考导管从初始参考位置的偏移。

2.根据权利要求0的方法，其中偏移阈值为约4mm。

3.根据权利要求0的方法，进一步包括，如果计算出的距离超过偏移阈值：

对于至少一个参考定位元件：

在计算出的相应参考定位元件的缓慢移动和快速移动平均位置之间的距离超过偏移阈值的时刻，计算连接相应参考定位元件的缓慢移动和快速移动平均位置的向量；

在计算出的相应参考定位元件的缓慢移动和快速移动平均位置之间的距离超过偏移阈值的所述时刻，确定参考导管最接近相应参考定位元件的轴；以及

计算计算出的向量和参考导管最接近相应参考定位元件的轴之间的角度，

从而计算与所述至少一个参考定位元件相关联的至少一个角度；以及

分析该至少一个角度，以指示参考导管已偏移初始参考位置。

4.根据权利要求0的方法，其中分析该至少一个角度以指示参考导管已偏移初始参考位置的步骤包括：

确定超过锐角阈值的角度的数量；以及

比较该角度的数量与计数阈值。

5.根据权利要求0的方法，其中参考导管最接近相应参考定位元件的轴由连接相应参考定位元件和相邻参考定位元件的线段来限定。

6.根据权利要求0的方法，其中利用时间常量为约12秒的滤波器计算所述至少一个参考定位元件的快速移动平均位置。

7.根据权利要求0的方法，其中利用滤波器来计算所述至少一个参考定位元件的缓慢移动和快速移动平均位置中的至少一个，该滤波器选自由以下滤波器构成的组：指数移动平均滤波器、移动平均滤波器、无限冲激响应滤波器、有限冲激响应滤波器，以及它们的任意组合。

8.根据权利要求0的方法，进一步包括为用户提供指导以帮助将参考导管重新定位和固定为最接近初始参考位置。

9.根据权利要求0的方法，进一步包括：

限定参考导管的新的稳定位置；

计算基准调整以补偿初始参考位置与新的稳定位置之间参考导管位置的任何变化；以及

利用基准调整来调整在从初始参考位置偏移之后所进行的定位元件位置测量。

10.一种检测非电离定位场内导航参考点偏移的方法，该方法包括：

将包括多个参考定位元件的参考导管固定在定位场内的初始参考位置；

检测参考导管相对于初始参考位置的感知偏移；

分析感知偏移的方向，以确定参考导管是否已从初始参考位置偏移；以及

产生信号，以指示参考导管相对于初始参考位置的偏移。

11.根据权利要求0的方法，进一步包括：

计算基准调整，以补偿从初始参考位置偏移之后参考导管位置上的任何变化；以及

利用基准调整来调整从初始参考位置偏移之后所进行的定位元件位置测量。

12.根据权利要求0的方法，其中检测步骤包括将所述多个参考定位元件中的至少一些元件的感知位移幅度与偏移阈值比较。

13.根据权利要求0的方法，其中分析步骤包括将所述多个参考定位元件中的至少一些元件的感知位移方向与预期的偏移方向比较。

14.根据权利要求0的方法，进一步包括为用户提供指导，以帮助将参考导管重新定位和固定为最接近初始参考位置。

15.一种定位系统，包括：

多个定位场发生器；

包括多个参考定位元件的参考导管；以及

参考导管偏移处理器，其至少部分地基于参考导管上所述多个参考定位元件中的至少一个元件的缓慢移动平均位置和快速移动平均位置之间的差值来监测参考导管从初始参考位置的偏移。

16.根据权利要求0的定位系统，其中参考导管偏移处理器：

将所述多个参考定位元件中的至少一些元件的缓慢移动平均位置和快速移动平均位置之间的差值与偏移阈值进行比较，并且如果差值超过偏移阈值：

对于多个参考定位元件中的至少一些元件，计算连接该参考定位元件的缓慢移动和快速移动平均位置之间的向量与参考导管最接近参考定位元件的轴之间的角度，进而计算多个角度；

确定超过锐角阈值的角度的数量；以及

比较角度的数量与计数阈值，以确定参考导管是否已从初始参考位置偏移。

17.根据权利要求0的定位系统，进一步包括基准调整处理器，其：

计算基准调整，以补偿从初始参考位置偏移之后参考导管位置上的任何变化；以及

利用基准调整来调整在从初始参考位置偏移之后进行的定位元件位置测量。

18.根据权利要求0的定位系统，其中参考导管偏移处理器至少部分地基于参考导管的感知偏移方向与参考导管的预期偏移方向之间的相关性来监测参考导管从初始参考位置的偏移。

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