CN104224112A - 多重双极采样 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由多个模块组成的设备。该模块中的每一个具有：绝缘框架、在间隔开的相应位置处固定到框架的一对电极、以及被配置成从一对电极接收信号并且作为响应输出差分信号的电路系统。设备还包括插入管，该插入管具有远端和近端并且包括位于远端附近的纵向间隔开的位置中的多个模块。存在穿过管的布线，该布线被连接以将差分信号从模块传送到近端。

Description

多重双极采样

技术领域

本发明整体涉及使用导线的信号传输，具体地涉及经由最少数量的导线来传输多个信号。

背景技术

在外科手术中，可需要对患者同时执行相对较大数量的测量，并且可需要将测量结果从患者传送到可分析和显示测量结果的相对远距离的控制台。传送问题可因进入患者的入口受限而加剧。例如，在微创医疗手术中，进行手术的患者的入口尺寸可为极其有限的，使得用于手术的导管或工具需要具有毫米级的直径。最小化用于传送测量结果的导线的数量使得导管或工具的直径得以减小，且对患者具有相应的有益效果。

以引用方式并入本专利申请的文献将视为本专利申请的整体部分，但不包括在这些并入的文献中以与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突的方式定义的任何术语，而只应考虑本说明书中的定义。

发明内容

本发明的实施例提供了一种设备，所述设备包括：

多个模块，每个模块包括：

绝缘框架；

一对电极，所述一对电极在间隔开的相应位置处固定到框架；和

电路系统，所述电路系统被配置成从所述一对电极接收信号，并且作为响应输出差分信号；

插入管，所述插入管具有远端和近端并且包括位于远端附近的纵向间隔开的位置中的多个模块；和

布线，所述布线穿过管并且被连接，以将差分信号从模块传送到近端。

绝缘框架通常由印刷电路板(PCB)构成，并且电路系统可安装在PCB上。

在本发明所公开的实施例中，布线包括被配置成传送差分信号的数据线和接地线。数据线可被配置成除差分信号以外还传送时钟信号和电力。

在另一个本发明所公开的实施例中，电路系统包括电流发生器，所述电流发生器被配置成经由所述一对电极中的一者将电流注入到其中插有所述远端的患者体内，并且所述设备还包括处理器，所述处理器被配置成测量响应于注入电流而在患者的表面处接收的不同电流，并且响应于所测得的不同电流来确定所述一对电极中的所述一者的位置。

在另一个本发明所公开的实施例中，将插入管结合到插入患者的心脏内的导管内，并且差分信号响应于由一对电极因与所述心脏接触而获取的电极电位而产生。

在可供选择的实施例中，布线连接到多个模块，以便将多个模块保持在纵向间隔开的位置中。

在另一个可供选择的实施例中，电路系统被配置成从所述一对电极中的一者接收信号且作为响应输出单极信号，并且布线被配置成将单极信号传送到近端。

在另一个可供选择的实施例中，电路系统包括控制器和被配置成存储信号的存储器，所述控制器被配置成延迟从存储器输出数据以便降低噪音。

根据本发明的实施例，还提供了一种方法，所述方法包括：

提供具有远端和近端的插入管；

将多个模块插入管内，使得模块位于管中的远端附近的纵向间隔开的位置中，每个模块包括：

绝缘框架；

一对电极，所述一对电极在间隔开的相应位置处固定到框架；和

电路系统，所述电路系统被配置成从所述一对电极接收信号并且作为响应输出差分信号；以及

将布线穿过管并且连接布线以将差分信号从模块传送到近端。

结合附图，通过以下对本发明实施例的详细说明，将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使用多重双极采样系统的侵入式医疗手术的示意图；

图2为根据本发明的实施例的用于系统中的插入管的远端的外部示意图；

图3为示出根据本发明的实施例的由系统使用的双极采样模块的示意图；

图4为示出根据本发明的实施例的采样模块的元件的示意性框图；

图5为示出根据本发明的可供选择的实施例的由系统使用的双极采样模块的示意图；

图6为示出根据本发明的实施例的以串联构型连接在一起的多个采样模块的示意图；

图7为示出根据本发明的另一个可供选择的实施例的由系统使用的双极采样模块的示意图；并且

图8为示出根据本发明的实施例的图7的模块的元件的示意性框图。

具体实施方式

综述

本发明的实施例提供了多个模块，所述多个模块可插入到插入管内，通常使得所述多个模块定位在管的远端附近的纵向间隔开的位置处。管具有近端，并且通常形成导管的一部分。每个模块具有固定一对电极的绝缘框架，其通常为印刷电路板(PCB)，所述框架用于使一对电极间隔开基本上恒定的距离。每个模块还包括电路系统，所述电路系统被配置成从所述一对电极接收信号，通常为双极信号，并且作为响应输出差分信号。作为另外一种选择或除此之外，电路系统可被配置成从电极中的一者或二者接收单极信号。除非另外指明，否则为了简单起见，以下的描述均假定从给定模块的所述一对电极接收双极信号。

如果将管插入到患者的心脏内，则每对电极均可用于从电极与所述心脏接触的位置处产生的电极电位来获取双极信号。

布线穿过位于管的远端和近端之间的插入管，并且布线连接到模块以便将模块的差分信号传送到管的近端。通常，处理器连接到近端，以便接收差分信号。

连接模块的布线通常包括四根导线，但在一些实施例中，仅将两根导线用于布线。然而，多个模块中的模块数量事实上为不受限制的，并且通常可为五个或更多个。因此，就插入心脏内的导管而言，可通过采用贯穿导管的四根或甚至更少导线的导管来获取大量的双极信号。

系统描述

在以下的描述中，附图中的类似元件由类似数字来标识，并且类似元件可根据需要通过在标识数字后附加字母来进行区分。

图1为使用多重双极采样系统10的侵入式医疗手术的示意图，并且图2为根据本发明的实施例的用于系统中的插入管的远端的外部示意图。以举例的方式，假定系统10结合到用于侵入式医疗手术的设备12中，所述侵入式医疗手术是由医疗专业人员14对人类患者18的心脏的心肌导管16来执行的。医疗手术包括在心肌导管的多个位置20(位置20A、20B、...)处测量心脏的双极电极电位。为了执行这些测量，专业人员14将导管22(本文中也称为插入管22)插入到患者体内，使得插入管的远端24进入患者的心脏。插入管22具有近端26。

如图2所示，远端24包括大体类似的圆柱形电极对34、36(如，电极34A、36A；34B、36B；34C、36C；...)。在本发明中，为了简单起见，一对电极34、36也可称为电极38，使得例如电极34A、36A也可称为电极38A。电极38获取其所接触的区域的电极电位，并且在以下描述中假定电极38A、38B、38C、...分别接触心肌导管的位置20A、20B、20C、...。

系统10由系统处理器46来控制，所述系统处理器46位于设备12的操作控制台48中。在手术期间，处理器46通常利用本领域中已知的任何方法来跟踪导管的远端24的位置和取向。例如，处理器46可使用磁跟踪方法，其中患者18体外的磁发射器在定位于远端中的线圈内产生信号。加利福尼亚州钻石吧的韦伯斯特生物官能公司(Biosense Webster，of DiamondBar，CA)生产的系统使用此类跟踪方法。通过跟踪远端24的位置和取向，并且基于远端及其电极38的已知物理尺寸，处理器46能够估计与电极接触的位置20A、20B、20C、...的数值。使用注入电极38内的电流来跟踪远端24的可供选择的方法在下文中有所描述。

如下文更详细所述，源自因电极与心脏接触而由电极38获取的电极电位的信号经由导管22中的布线30传送回处理器46。处理器可分析所接收的信号，并且可将分析结果呈现在附接到控制台的屏幕50上。源自分析的结果通常包括心脏的电气特性图(例如，局部激活时间)、数字显示、和/或电极电位相对时间的曲线图。

图3为示出由系统10使用的双极采样模块70的示意图，并且图4为示出根据本发明的实施例的采样模块的元件的示意性框图100。双极采样模块70包括两个大体类似的绝缘盘102和104，并且圆柱形电极34、36形成在盘的圆柱形外表面上。盘102和104通过绝缘框架连接在一起，所述绝缘框架在本文中被假定为包括平面印刷电路板(PCB)并且在本文中被称为PCB 106。电路系统108安装在PCB 106上，所述电路系统108在本文中被假定为包括集成电路(IC)并且在本文中也称为IC 108。电源导线110和回路接地导线112贯穿组件70，并且用于为IC 108供电。第三导线114将数据传送到集成电路以及从集成电路传送数据，所述第三导线用作数据总线并且因此在本文中也称为数据线114。第四导线116将时钟信号传送到电路108，并且在本文中也称为时钟线116。数据线114和时钟线116均贯穿模块70。如下文更详细所述，导线110、112、114、和116包括在布线30中。

电极34、36以及导线110、112、114、和116均连接到IC 108。为了简单起见，这些连接未示于图3中，但示于图4中。

IC 108包括两个缓冲放大器118、119，所述缓冲放大器118、119分别连接以从电极34和电极36接收输入。来自缓冲放大器的输出作为输入连接到差分放大器120，所述差分放大器120被配置成缓冲器和低通滤波器。IC 108还包括通/断开关121A、121B、和121C，所述通/断开关121A、121B、和121C分别连接到缓冲放大器118、119和差分放大器120的输出端。开关121A、121B、和121C统称为开关121。

开关121以及IC 108的其他元件处于本地控制器124的本地控制之下，所述本地控制器124从时钟线116或数据线114接收时钟信号。通过闭合或断开开关121，控制器124能够以双极模式或以单极模式来操作模块70。因此，如果断开开关121A和121B并且闭合开关121C，则来自电极34和电极36的信号被传送到差分放大器12的输入端，所述差分放大器12将其差分信号输出到接点123。在此构型中，模块70以双极模式来操作。

如果闭合开关121A并且断开开关121B和开关121C，则来自电极34的信号经由缓冲器放大器118传送到接点123。如果闭合开关121B并且断开开关121A和开关121C，则来自电极36的信号经由缓冲器放大器119传送到接点123。在这两种构型中，模块70以单极模式来操作，其中接地线112通常连接到威尔逊中心端子(WCT)，或者连接到等效于WCT的电位水平。

来自接点123的信号直接输入到模数(A/D)转换器122，并且控制器124将由A/D 122产生的数据存储在本地存储器126中。控制器124能够将数据从存储器126经由总线接口128传送到数据线114；控制器还能够将数据，例如用于操作放大器120的参数，经由总线接口传送到模块70内。在双极模式中，处理器46(图1)能够使用由A/D 122产生并且经由数据线114传送的数据，以获取在电极34和电极36之间产生的双极信号。在单极模式中，处理器可从电极34或电极36获取单极信号。

应当理解，通过时分多路复用的开关121的不同状态，本发明的实施例能够将来自电极34和电极36的双极信号以及两个单极信号基本上同时地提供到接点123。用于使用IC 108的元件来将双极信号和两个单极信号基本上同时地提供到接点123的其他方法(加以必要的变更)对于本领域的普通技术人员而言将显而易见，并且所有此类方法包括在本发明的范围内。

在一些实施例中，IC 108包括分别连接到电极36和电极34的本地电流发生器130、132。控制器124和/或处理器46被配置成操作电流发生器，以将电流从电极注入患者18体内，并且测量响应位于患者皮肤上的电极(图1未示出)处的电流注入而接受到的电流(本文中称为皮肤电流)用于通过测量在导管电极和患者表面上的电极之间流过的不同电流的数值而在患者体内定位导管电极的方法为本领域已知的。

例如，授予Bar-Tal等人的美国专利申请2010/0079158描述了用于患者体内的侦查工具的跟踪系统，所述跟踪系统使用侦查工具电流的测量结果，该专利申请的公开内容以引用方式并入本文。本领域的普通技术人员将能够使用美国专利申请2010/0079158的公开内容(加以必要的变更)来确定电极34和/或电极36的位置，具体方式为使用响应于由发生器130和/或发生器132注入的电流而产生的皮肤电流的测量值。

图5为示出根据本发明的可供选择的实施例的由系统10使用的双极采样模块170的示意图。除了下文所述的差异外，模块170的操作大体类似于模块70(图3和图4)的操作，并且模块70和170中以相同参考标号表示的元件在构造和操作方面大体类似。在模块170中，圆柱形电极34、36形成于绝缘环172和174的圆柱形外表面上，所述环取代模块70的绝缘盘102和104。就模块70而言，环172和环174通过绝缘框架连接在一起，所述绝缘框架在本文中被假定为包括弯曲PCB 176。在一些实施例中，PCB176可包括柔性PCB。模块170的构型允许元件例如管和/或布线穿过环172和环174的中央空置区域。

图6为示出根据本发明的实施例的以串联构型200连接在一起的多个采样模块70的示意图。如果至少一些模块170取代模块70以串联构型连接在一起，则本领域的普通技术人员将能够更改下列描述。以举例的方式，在串联构型200中，假定存在5个模块70，即，具有相应电极对38A、38B、38C、38D、和38E的模块70A、70B、70C、70D、和70E。模块70A、70B、70C、70D、和70E以串联构型连接在一起，所述串联构型可安装在远端24(图2)中，使得这些模块纵向间隔开地设置在远端内或远端附近。通常，为了将串联构型安装在远端内，在远端的外覆盖件中形成“窗口”。窗口被配置成与电极对38A、38B、38C、38D、和38E对准，由此允许电极对从心肌导管导管的位置20A、20B、20C、...(图2)获取信号。

为了将模块连接在一起，所有连接的模块均具有公共导线110、112、114、和116，所述公共导线贯穿导管22，并且用于将模块物理地连接在其串联构型中，并将模块保持在远端内的纵向间隔开的位置中。导线110、112、114、和116还用于在模块自身之间以及在模块和处理器46(图1)之间传送信号和电力。

因此，处理器46能够利用数据线114接收由每个电极对38产生的双极信号的数值，或者由选定电极34或选定电极36产生的单极信号的数值。通常，为每个模块70分配唯一地址，使得处理器通过对给定模块寻址来接收在此模块处产生的双极信号或单极信号的数字值。通常利用时分多路复用来实现从构型200的不同模块到处理器46的数据传送。

图7为示出根据本发明的可供选择的实施例的由系统10使用的双极采样模块270的示意图，并且图8为示出根据本发明的可供选择的实施例的模块270的元件的示意性框图300。与包括IC 108的模块70相比，模块270包括IC 272。框图300示出了IC 272的操作。除了下文所述的差异之外，模块270和IC 272的操作大体类似于模块70和IC 108(图3和图4)的操作，并且模块70和模块270以及IC 108和IC 272中以相同参考标号表示的元件在构造和操作方面大体类似。

在IC 272中，不是将来自接点123的信号直接传送到A/D 122，而是将信号输入到模拟存储器304。在一些实施例中，模拟存储器304基于“水桶队列”原理来操作，由此以模拟格式来存储从接点123接收的信号的数值。通常，控制器124可利用模拟存储器304以延迟方式来操作IC 272，以存储在经由数据线114传送信号之前的预定时间段(例如，1秒)内获取的一组信号。延迟信号的传输直到已获取一组信号可允许控制器124降低所获取信号的噪音。应当理解，对于模块70而言，此类延迟也可利用IC108(图3和图4)来实现。

在模块270中，既不存在A/D 122也不存在存储器126。相反，将来自模拟存储器304的模拟数据直接传送到模拟总线接口310(其取代上述总线接口128)，并且从接口310传送到数据总线320。数据总线320被配置成传送来自模块例如模块270的模拟数据以及来自模块例如模块70的数字数据。

可将多个模块270布置成基本上类似于上述(图6)构型200的串联构型。作为另外一种选择，可将模块70和模块270的混合物布置成此类构型。返回串联构型200的描述，模块70通过布线30连接在一起，所述布线30包括分别被用作电源线、接地线、数据线、和时钟线的四根导线110、112、114、和116。接地线112充当用于经由电源线110传送电力的回路线。通常，接地线112可在系统处理器侧连接到具有输出电位的低阻抗驱动器，所述低阻抗驱动器相当于患者18的威尔逊中心端子(WCT)；此外对于具有本地电流发生器130和/或本地电流发生器132的实施例而言，接地线112充当用于发生器的回路线。因此，四根导线可用于为事实上不受限制的大量模块供电并且从这些模块获取信号；通常，构型200中的模块数量为五个或更多个。

在一些实施例中，并非具有三根单独的导线110、114、和116，而是利用由处理器46控制的多路复用过程来将单根导线用于电源线、数据线、和时钟线。例如，时钟信号和数据信号可为时分多路复用的，以产生复合信号，并且电源由于为直流电而可叠加在复合信号上。用于在单根导线上传送电源信号、数据信号、和时钟信号的其他方法对于本领域的普通技术人员而言将显而易见，并且所有此类方法均被假定为涵盖在本发明的范围内。

因此，在串联构型例如由构型200举例说明的那些中，可使用仅两根导线来连接构型中的模块，而并非使用上文所述的四根导线。在这种情况下，不会损失此构型的功能，并且不会减少可包括在此构型中的模块的事实上不受限制的较大数量。

应当理解，上述实施例仅以举例的方式进行引用，且本发明并不限于上面具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上述各种特征的组合和子组合以及它们的变化形式和修改形式，本领域技术人员在阅读上述说明时将会想到所述变化形式和修改形式，并且所述变化形式和修改形式并未在现有技术中公开。

Claims (18)

1.一种设备，包括：

多个模块，每个模块包括：

绝缘框架；

一对电极，所述一对电极在间隔开的相应位置处固定到所述框架；和

电路系统，所述电路系统被配置成从所述一对电极接收信号并且作为响应输出差分信号；

插入管，所述插入管具有远端和近端，并且包含位于所述远端附近的纵向间隔开的位置中的所述多个模块；和

布线，所述布线穿过所述管并且被连接以将差分信号从所述模块传送到所述近端。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述绝缘框架包括印刷电路板(PCB)，并且其中所述电路系统安装在所述PCB上。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述布线包括被配置成传送所述差分信号的数据线和接地线。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述数据线被配置成除传送所述差分信号之外还传送时钟信号和电力。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述电路系统包括电流发生器，所述电流发生器被配置成经由所述一对电极中的一者将电流注入到其中插有所述远端的患者体内，所述设备还包括处理器，所述处理器被配置成测量响应于所注入的电流而在所述患者的表面处接收的不同电流，并且响应于所测得的不同电流来确定所述一对电极中的所述一者的位置。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述插入管被包括在插入患者的心脏内的导管中，并且其中所述差分信号响应于由所述一对电极因与所述心脏接触而获取的电极电位而产生。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述布线连接到所述多个模块，以便将所述多个模块保持在所述纵向间隔开的位置中。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述电路系统被配置成从所述一对电极中的一者接收信号并且作为响应输出单极信号，并且其中所述布线被配置成将所述单极信号传送到所述近端。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述电路系统包括控制器以及被配置成存储所述信号的存储器，并且其中所述控制器被配置成延迟从所述存储器输出数据以便降低噪音。

10.一种方法，包括：

提供具有远端和近端的插入管；

将多个模块插入所述管中，使得所述模块位于所述管中的所述远端附近的纵向间隔开的位置中，每个模块包括：

绝缘框架；

一对电极，所述一对电极在间隔开的相应位置处固定到所述框架；和

电路系统，所述电路系统被配置成从所述一对电极接收信号并且作为响应输出差分信号；以及

将布线穿过所述管并且连接所述布线以将差分信号从所述模块传送到所述近端。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述绝缘框架包括印刷电路板(PCB)，所述方法包括将所述电路系统安装在所述PCB上。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述布线包括被配置成传送所述差分信号的数据线和接地线。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述数据线被配置成除传送所述差分信号之外还传送时钟信号和电力。

14.根据权利要求10所述的方法，包括经由所述一对电极中的一者将电流注入到其中插有所述远端的患者体内，以及测量响应于所注入的电流而在所述患者的表面处接收的不同电流，以便确定所述一对电极中的所述一者的位置。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述插入管被包括在插入患者的心脏内的导管中，并且其中所述差分信号响应于由所述一对电极因与所述心脏接触而获取的电极电位而产生。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述布线连接到所述多个模块，以便将所述多个模块保持在所述纵向间隔开的位置中。

17.根据权利要求10所述的方法，其中所述电路系统被配置成从所述一对电极中的一者接收信号并且作为响应输出单极信号，并且其中所述布线被配置成将所述单极信号传送到所述近端。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述电路系统包括被配置成存储所述信号的存储器，所述方法还包括延迟从所述存储器输出数据以便降低噪音。