CN105338885B - 多电极阻抗感测 - Google Patents

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Abstract

一种用于评估在医疗设备和组织之间的接触的系统和方法可以包括被配置为耦合至医疗设备的电控制单元(ECU),所述医疗设备包括第一电极和第二电极。所述ECU可以进一步被配置为选择所述第一电极作为电源而选择所述第二电极作为电汇,使得在所述源和汇之间驱动电信号,当电信号被驱动时检测所述第一电极和所述第二电极上相应的电势,以及根据两个所述相应的电势确定所述第一电极和所述第二电极之一的相应的阻抗。

Description

多电极阻抗感测
相关申请
本申请要求在2013年6月11日提交的正在等待审批的美国临时申请no.61/833,739的权益,在此通过引用将其全部包括在本申请当中。
技术领域
本发明涉及基于电阻抗的接触感测,包括在组织和被布置于医疗设备之中或之上的电极之间的接触。
背景技术
导管用于越来越多的程序。例如,仅举几个例子,导管用于诊断、治疗和消融程序。典型地,导管被操作通过患者的脉管系统并到达期望部位,例如,诸如患者心脏内的部位。导管通常携带可以用于消融、诊断等的一个或多个电极。
在许多程序中,了解导管上的电极的接触状态(例如,与组织接触,在血液池中)是有益的。例如,在电生理标测程序中,呈现在电极上的电信号可能根据电极是否与组织接触或者是否邻近血液池中的组织而变化,并且可以在软件中考虑该差异。在另一示例中,在消融程序中,期望当电极与待消融的组织接触时仅驱动消融电流。
可以用于确定导管上的电极是否与组织接触的一种现有方法包括在该电极与位于患者内部(例如在患者内的稳定位置)或者患者外部(例如在患者的皮肤上)的其他位置的电极之间驱动电流,并且评估电极之间的阻抗。为了确定那些电极之间的阻抗,医疗设备上的电极的电势可以参考第三电极,第三电极也可以在患者内部或患者外部的其他位置。
前面的讨论仅意于示出本发明的领域,并且不应当被视为对权利要求范围的否定。
发明内容
用于评估在医疗设备和组织之间的接触的系统的实施例可以包括被配置为耦合至医疗设备的电控制单元(ECU),所述医疗设备包括第一电极和第二电极。ECU可以进一步被配置为选择第一电极作为电源(electrical source)并选择第二电极作为电汇(electrical sink),使得在源和汇之间驱动电信号,在驱动电信号时检测第一电极和第二电极上的相应的电势,并且根据两个相应的电势确定第一电极和第二电极之一的相应阻抗。
用于确定布置在细长医疗设备上的第一和第二电极的相应阻抗的方法的实施例可以包括多个步骤。第一步可以包括在第一电极和第二电极之间驱动电信号,第二步可以包括在驱动电信号时测量第一电极和第二电极上的相应的电势。第三步可以包括确定第一电极和第二电极的相应的阻抗,两个阻抗都根据两个相应的电势来确定。
系统的实施例可以包括细长的医疗设备,所述医疗设备包括轴杆以及布置在所述轴杆上或轴杆内的第一电极和第二电极。所述系统还可以包括ECU,其耦合至细长的医疗设备并且被配置为选择第一电极作为电源并选择第二电极作为电汇,使得在源和汇之间驱动电信号,在电信号被驱动时检测第一电极和第二电极上相应的电势,并且根据相应的电势确定第一电极和第二电极之一的相应阻抗。
根据本发明的系统和方法可以通过减少患者被暴露至的电流来改进用于评估在医疗设备和组织之间的接触的已知系统和方法。此外,根据本发明的系统和方法可以通过减小一个或多个驱动电流的路径长度来提供相对于已知系统和方法的改善的可靠性。
附图说明
图1是具有多个电极的细长医疗设备的示例性实施例的等距视图。
图2是具有远端套索部的细长医疗设备的示例性实施例的等距视图。
图3是图2的细长医疗设备的远端部的端部视图,其示出可以在设备上使用的多个电极。
图4是用于确定细长医疗设备上的两个电极处的生物阻抗的系统的示例性实施例的示意图。
图5是示出确定细长医疗设备上的两个电极处的生物阻抗的方法的示例性实施例的流程图。
图6是标测和导航系统的示例性实施例的图解视图,该系统可以包括用于确定细长医疗设备上的两个电极处的生物阻抗的功能。
具体实施方式
现在参照附图,其中,在各个视图中,类似的附图标记标识相同或相似的元件,图1是细长医疗设备10的示例性实施例的等距视图。细长医疗设备10可以包括,例如,诊断和/或治疗输送导管、导引器或护套、或其他类似的设备。为了清楚地说明,下面的描述将涉及其中的细长医疗设备10包括导管(即,导管10)的实施例。然而,可以理解,其中的细长医疗设备10包括除了导管之外的细长医疗设备的实施例也在本发明的精神和范围内。
导管10可以包括具有远端部14和近端部16的轴杆12。导管10可以被配置为被引导通过并被布置在患者体内。因此,近端部16可以耦合至手柄18,其可以包括使得医师能够引导远端部14执行诊断或治疗程序(例如,仅仅是示例,在患者的心脏上的消融或标测程序)的特征。因此,手柄18可以包括耦合至用于偏移轴杆12的远端部14的拉线的一个或多个手动操作机构,例如,诸如旋转机构和/或纵向机构。仅仅为了示例,操作机构、拉线和相关硬件的示例性实施例在美国专利申请公开no.2012/0203169中描述,其全部内容通过引用包含在本文中。手柄18还可以包括用于耦合至标测和导航系统、消融发生器、和/或其他外部系统的一个或多个机电连接器。手柄18还可以包括用于耦合至流体源和/或终点(例如,仅仅是示例,重力馈送或定速或变速泵)的一个或多个流体连接器。
轴杆12的远端部14可以包括多个环形电极20A、20B(其在本文中可以被单独和通用地称为环形电极20或以复数形式的环形电极20)和顶端电极22,用于将消融能量施加给组织、从组织获取电生理数据、确定轴杆12的位置和方向(P&O)、和/或其他目的。电极20、22可以耦合至轴杆12内的电线,轴杆12内的电线可以延伸至手柄18和用于耦合至外部系统的机电连接器。在一个实施例中,环形电极20可以被设置为彼此远离大约六(6)毫米(例如,沿着轴杆12的纵轴,从一个环形电极20的中心至另一个环形电极20的中心进行测量),并且每一个环形电极可以具有大约一(1)毫米的半径。
轴杆12的远端部16也可以包括一个或多个流体口或歧管,其用于分配或收集流体(例如,仅仅是示例,消融程序期间的冲洗流体)。流体口可以与一个或多个流体腔流动地耦合,流体腔通过轴杆12延伸到达手柄18和用于耦合至外部流体源和/或终点的流体连接器。还可以通过轴杆12提供一个或多个腔用于穿过第二细长医疗设备。在一些实施例中,例如,细长医疗设备10可以包括导引器,导引器具有被配置为接纳例如导管或探针的另一设备的至少一个腔。
图2是细长医疗设备24的另一示例性实施例的等距视图,细长医疗设备24具有远端套索部。图3是设备24的轴杆28的远端部26的远端视图。为了清楚地说明,下面的描述将涉及其中的细长医疗设备24包括导管(即,导管24)的实施例。然而,可以理解,其中的细长医疗设备包括除了导管之外的细长医疗设备的实施例也在本发明的精神和范围内。
参照图2和3,导管24可以包括具有远端部26和近端部30的轴杆28。导管24可以被配置为被引导通过并被布置在患者体内。相应地,轴杆28的近端部30可以被耦合至手柄32,其可以包括使得医师能够引导远端部实施诊断或治疗程序(例如,仅仅为了示例,在患者的心脏上的消融或标测程序)的特征。相应地,手柄32可以包括耦合至用于偏移轴杆的远端部的拉线的一个或多个手动操作机构34,例如,诸如旋转机构和/或纵向机构。仅仅为了示例,操作机构、拉线和相关硬件的示例性实施例在上面引用的美国专利申请公开no.2012/0203169中描述。手柄32还可以包括用于耦合至标测和导航系统、消融发生器、和/或其他外部系统的的一个或多个机电连接器。手柄32也可以包括用于耦合至流体源和/或终点(例如,仅仅是示例,重力馈送或定速或变速泵)的一个或多个流体连接器36。
轴杆28的远端部26可以包括具有套索形状的部分。在一个实施例中,套索形状可以例如由被布置在轴杆内的形状记忆线材形成。在一个实施例中,顶端电极22和多个环形电极20A、20B、20C、20D、20E、20F、20G、20H、20I(再次说明,其在本文可以被单独和通用地称为环形电极20或者以复数形式的环形电极20)可以被布置在轴杆28的远端部26上。例如,顶端电极22和环形电极20可以被布置于轴杆28的套索部分上。在一个实施例中,远端部26可以包括九(9)个环形电极20(即,如图3所示,总共具有十个电极的“十极”导管)或者十九(19)个环形电极20(即,总共具有二十个电极的“双-十极”导管)。类似于图1所示的导管10,图2和3所示的导管24上的电极20、22可以用于给组织施加消融能量、从组织获取电生理数据、确定轴杆的位置和方向(P&O)、和/或其他目的。电极20、22可以耦合至轴杆28内的电线,轴杆28内的电线可以延伸至手柄32和用于耦合至外部系统的机电连接器。在一个实施例中,环形电极20可以成对地布置,成对的两个电极20沿轴杆28的长度彼此远离第一距离,非成对电极20沿轴杆28的长度分隔第二距离。例如,电极20B和20C可以被认为是第一对,电极20D和20E可以被认为是第二对,等等。在一个实施例中,第一距离可以小于第二距离。例如,第一距离可以是大约一(1)mm,而第二距离可以是大约4.5mm。
图1-3所示的导管10、24实质上仅是示例性的。在实施例中,本发明的教导可以用于多种其他医疗设备(例如圆形标测导管、其他已知的标测和诊断导管、和其他已知的医疗设备)。此外,在医疗设备的多个实施例中,可以提供两个或更多个环形电极,并且下文讨论的方法、步骤、技术和算法可以用于医疗设备上的潜在的许多电极。
具有多个电极的细长医疗设备(例如导管10或导管24)可以在用于评估细长医疗设备和患者组织之间的接触状态的系统中使用。如背景技术中所提到的,在一些已知的系统中,可以在布置在身体内的细长医疗设备上的电极和皮肤电极之间驱动电流以评估这种接触。可以参考第三电极(例如,另一皮肤电极)测量身体内电极上的电势,并且计算可以表示接触状态的阻抗。这种系统和方法可以被用于根据同一设备上(例如,患者身体内的同一细长医疗设备上)的两个电极之间所驱动的电流评估接触状态的系统改进。
图4是用于根据同一设备上的两个电极之间驱动的电流评估接触状态的系统40的示意图。系统40可以包括医疗设备42、检测放大器44和信号发生器46,其中医疗设备42包括至少两个具有相应的阻抗ZA、ZB的电极A、B。在一个实施例中,检测放大器可以包括两个运算放大器(op amp)52A和52B、参考电极R、和电控制单元(ECU)50形式的阻抗传感器。在一个实施例中,信号发生器可以被包含在检测放大器44中或者被认为是检测放大器44的一部分。
在一个实施例中,医疗设备42可以是或者可以包括细长医疗设备。例如,医疗设备42可以是导管10(参见图1)或者导管24(参见图2和3)。医疗设备42可以恰好有两个电极A、B或者多于两个电极。例如,医疗设备42可以具有三(3)个电极(与图1中所示的导管10类似)、可以具有十(10)个电极(与图2和3中所示的导管24类似)、或者可以具有其他数量的电极。
在一个实施例中,电极A、B可以是设备上的任意两个电极。例如,参照图1和4,电极A、B可以是顶端电极22和第一环形电极22A。可替代地,参照图3和4,电极A、B可以是两个环形电极20D和20E,或者20F和20G,等等。
信号发生器46可以被配置为(例如,除了其他信号之外)产生跨越电极A、B(即,使用一个电极作为源而另一个作为汇)的激励信号。在一个实施例中,激励信号可以具有如下范围内的频率:从大约1kHz至超过500kHz,更优选地从大约2kHz到200kHz,甚至更优选地大约20kHz。在一个实施例中,激励信号可以是恒定电流信号,优选地在20-200μA的范围内,更优选地大约100μA。
ECU 50可以包括传统的滤波器(例如带通滤波器)以阻断不感兴趣的频率,但是允许例如激励频率的合适的频率通过,还包括传统的信号处理软件以用于获取被测量的复阻抗的组成部分。因此,在一个实施例中,阻抗传感器50可以包括存储这种信号处理软件的存储器和被配置为执行该信号处理软件的处理器。
ECU 50可以包括任意的处理装置,例如,上述的存储器和处理器。另外地或者可替代地,阻抗传感器可以包括专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、和/或其他处理设备。
检测放大器44可以具有可以电连接至第一电极A的正极性连接器和可以电连接至第二电极B的负极性连接器。正极性和负极性连接器可以相对于检测放大器44的其他组件布置,以便在与电极A、B连接时,形成图4所示意性示出的电路。应当理解,本文所使用的术语连接器并非意指特定类型的物理接口机构,而是更广义地表示一个或多个电节点。
检测放大器可以在同一设备上的电极A、B之间驱动电流以评估电极A、B和组织之间的接触状态。基于那些驱动电流可以计算阻抗以确定接触状态。该系统可以被配置为执行图5的方法60,如下面所描述的,从而确定第一和第二电极A、B相应的阻抗以确定接触状态。
图5是示出确定一对电极的相应的阻抗的方法60的流程图。参照图4和5,方法60中所提及的电极可以是电极A和B(图4所示)。将根据电极A和B来描述方法60。然而应当理解,方法60可以用于多种不同的电极配置—邻近和非邻近的电极、环形和其他形状的电极、等等。另外,在实施例中,可以在方法60的变形中使用多于两个电极。
方法60可以从在电极A和B之间驱动电信号的步骤62开始,其中电极A和B中的一个被选择作为源,而另一个被选择作为汇。可以通过ECU 50来选择源和汇,以及通过信号发生器46来驱动电流。信号可以具有预定的特征(例如,频率和振幅)。在一个实施例中,信号的频率可以在大约1kHz至超过500kHz的范围内,更优选的在大约2kHz到200kHz的范围内,甚至更优选地大约20kHz。在一个实施例中,信号可以是恒定电流信号,优选地在20-200μA的范围内,更优选地大约100μA。
方法60可以进一步包括当在电极A和B之间驱动电流时测量电极A和B的相应电势的步骤64。在一个实施例中,可以通过检测放大器测量电势。检测放大器可以呈现相对于电极A和B之间的路径的非常高的阻抗(例如,在一个实施例中,大约100kΩ或更高,和/或在一个实施例中,是电极A、B中之一的标称阻抗的50倍或更高,和/或在一个实施例中,是电极A、B中之一的标称阻抗的100倍或更高),因此使用检测放大器的测量对电极A、B的电势的影响可以被忽略。
测量步骤64还可以包括使所测量的电势参考一参考电极(例如电极R(图4所示))。在一个实施例中,参考电极R可以是皮肤电极,例如身体贴片电极。可替代地,参考电极R可以是患者内的另一电极。在一个实施例中,这种参考可以通过以下方式实现:将电极A上的电势输入第一运算放大器48A的第一输入端,将电极B上的电势输入第二运算放大器48B的第一输入端,以及将参考电极上的电势输入第一运算放大器48A和第二运算放大器48B两者相应的第二输入端。在一个实施例中,运算放大器48A、48B的输出可以被输入ECU 50以用于阻抗确定、接触评估、和/或其他计算。在另一实施例中,可以提供与ECU 50分离的硬件以执行上述和/或下述的检测放大器的阻抗和/或接触确定和其他功能的一些或全部。
为了在电极A和B之间驱动电流并确定电极A和B上的电势,可以使用驱动特定的载波频率的电流和同步解调电极A和B上的相应电势的公知方法。检测放大器可以放大在电极A、B的每一个上的出现的信号,并且在解调之后可获得与每个电极的阻抗有关的电压。
对于电极B,恢复的电压将是负的(即,假设电极A被选择作为源而B被选择作为汇),因此,可以通过ECU 50或其他设备实施往正量的简单的转换。由于电流源-汇电极对可以包括小间距的偶极子,参考电极R处的电势相对于偶极子将较低,因此R的物理位置的改变对A和R以及B和R之间的电压几乎没有影响。
方法60可以进一步包括根据所测量的电极上的电势来确定每个电极处的阻抗的步骤66。确定步骤可以包括数学地解释每个电极A、B对在另一个电极A、B上所测量的电势的影响。这种解释可以包括,除了其他的之外,考虑每个电极A、B的半径和电极A、B之间的距离。
在每个电极A、B上所测量的电势将携带来自另一电极A、B处的电势的影响的分量。一般地,为了评估给定电极的阻抗,不期望来自邻近电极的影响,因此该电势的分量将被解释和校准。作为结果,基于同一医疗设备上的两个电极A、B之间驱动的电流的测量可能比基于电极(例如电极A)和皮肤电极之间驱动的电流的测量更可预测,其中在基于电极(例如电极A)和皮肤电极之间驱动的电流的测量中,对电极(例如电极A)上测量的电势的不期望的影响(由于,例如,患者身体的阻抗的不可预测的变化)更加难以解释和校准。结果,基于电极A、B之间驱动的电流的接触评估可能比基于导管上的电极和外部电极之间驱动的电流的接触评估更加精确。
对于给定的电极几何结构,其中在足够高的频率测量阻抗,例如对于铂铱电极在二十(20)kHz或更高,仅仅是示例,针对在电极A、B之间驱动的电流而测量的电势在纯生理盐水或血液介质中可以是基本电阻式的,并且可以反映电极的几何结构和溶液的电导率。例如,均匀介质中的球形电极对于通过电极驱动的电流具有根据如下公式(2)的电势:
其中V是电势,I是外加电流,ρ是介质的电阻率,以及r是电极的中心到在其上测量电势的电极上的点的距离。所测量的阻抗可以被认为是所测量的电极上的电势除以外加电流,如下面的公式(3)所述:
即使对于例如诸如环形电极的某些非球形电极,也可以使用公式(2)的球形电极模型。在计算机模型和测试中已经示出,对于用于心脏标测导管的典型的环形电极(其具有六(6)或七(7)French的直径(即,大约一(1)毫米(mm)的半径),以及一(1)或二(2)mm的环厚度),球形电极模型具有可接受的精确度。球形模型也可以应用至不同直径和厚度的环形电极。在球形和环形电极中,电流驱动的电极以可预测模式产生与距离成反比地变化的电势。
在球形模型(如上述,其可以应用至环形电极)中,可以在一对电极A、B之间驱动电流,电极A、B具有相应的电极半径rA和rB以及局部电阻率值ρA和ρB。局部电阻率可以在患者内的不同位置之间变化,引起所计算的电极A、B的相应阻抗的改变,其可以用于确定电极A、B的位置。例如,血液中的电极将遭遇比嵌入组织中的电极更低的局部电阻率,这种差别将表现在阻抗测量中。
如果在电极A和B之间驱动电流,在它们中的一个上进行的电压测量值(相对于远的或无限的参考,例如参考电极R)将借助于叠加包含源于所测量的电极发出的电流的电势(其值在公式(2)示出)和源于通过第二电极的电流的电势两者。被标识为dAB(参见图3)的电极A、B之间的距离(从电极A的中心到电极B的中心)可以与如下有关:即通过一个电极(例如汇)的电流影响在另一电极(例如源)上测量的电势的量。电极半径rA和rB以及电极之间的距离dAB可以被存储(例如在存储器中)或者是已知的(例如通过ECU 12)。可以假设电极半径足够小以使得电极不会重叠(再次说明,将电极A、B建模为球形),满足如下公式(4):
rA+rB<dAB (4)
电极A可以具有被测量的电势,其依赖于流过电极A和B二者的电流、以及电极A的物理配置(即,半径和局部电阻率)、电极B的局部电阻率、和电极A和B之间的距离。所测量的电极A上的电势VAm可以根据如下公式(5)来表示:
其中,公式(5)的右边的第一项直接来自公式(2),而公式(5)的右边的第二项得自于电极B的电势。如图3所示,VAm是由于使电极A的电势参考该参考电极R的电势而产生的。类似地,所测量的电极B上的电势VBm可以由如下公式(6)表示:
在公式(5)和(6)中,期望通过求解公式(5)和(6)右边的第一项来解释并消除另一电极的影响(即,电极B对针对电极A所测量的电势的影响,反之亦然)。因为除了电阻率值ρA和ρB,公式(5)和(6)中所有的量是已知的(即,所存储的或所测量的),所以电阻率值可以被求解。这样做,并且整理左边的某些项,产生下面的公式(7):
将公式(7)和公式(2)进行比较,可以看出公式(7)的左边是不受电极B影响的电极A上的期望电势。因此,针对电极A上的电势,公式(7)可以被改写为如下公式(8):
不受电极A影响的在电极B上的电势的对应公式可以写成如下公式(9):
因此,针对当在电极A和B之间驱动电流时所测量的每一个电势,公式(8)和(9)可以被求解(例如,通过ECU 12)以确定电极A和B的每一个上(相对于参考电极R)的电压。因此,公式(8)和(9)可以被存储在ECU 50的存储器中以通过ECU 50的处理器执行。那些电压可以被应用至公式(2)以确定每个电极A和B相应的阻抗(再次说明,例如通过ECU 50)。基于那些阻抗,电极A和B与患者组织之间的接触状态可以被评估。这种测量可以被实施许多次,与上述贴片激励和测量过程结合。此外,这种测量可以针对多组电极A和B实施。
针对除了环形和球形电极之外的电极,根据上述公式的计算可以被修改以考虑特定几何结构的电极。可替代地,代替数学地考虑一个电极对另一电极电势的影响,可以实验地确定补偿因子。
在一个实施例中,可以针对多个不同对的电极重复地实施方法60的步骤以确定那些电极中的每一个的接触状态。例如,参照图3和5,方法60的步骤可以首先在电极22和20A上实施,然后在20B和20C上实施,然后在20D和20E上实施,等等。在一个实施例中,导管24上的任意两个电极可以用于方法60(即,方法60可以应用于相邻的电极,但是不限于用于相邻的电极)。
参照图4,在一个实施例中,系统40可以是独立的系统。可替代地,系统40,或者系统40的功能可以被包含至具有附加功能的系统。例如,系统40的功能可以被包含至标测和导航系统。
图6是示例性标测和导航系统70的实施例的图解视图,除了多种其他功能(包括,但不限于,确定患者身体内的细长医疗设备的方位(即位置和方向)、标测患者的解剖结构等)之外,其还可以包含系统40(参见图4)和方法60(参见图5)的接触感测功能。系统70可以包括如本领域公知的各种可视化、标测和导航组件,包括,例如可从St.Jude医疗有限公司购买到EnSiteTM VelocityTM系统,或者如通常所见,例如参照美国专利No.7,263,397或美国专利申请公开no.2007/0060833,这两者的全部内容在这里通过引用被完整地包含,就像在本文中被详细阐述一样。
系统70可以包括电控制单元(ECU)72、模-数(A-D)转换器74、低通滤波器(L.P.)76、开关78、信号发生器80、和多个身体表面贴片电极82。系统70可以电地和/或机械地耦合至细长医疗设备84。系统70可以被配置多种功能以将细长医疗设备84引导至患者86的身体内的目标部位,例如心脏88,并且以评估细长医疗设备84和患者86的组织之间的接触。系统70还可以包括一套传统的ECG引线90,用于捕获和测量患者ECG数据。
细长医疗设备84可以是本文所述的导管10、24中的一个(参见图1-3),或者一些其他的细长医疗设备。细长医疗设备84可以具有一个或多个电极92。该一个或多个电极可以包括顶端电极22(参见图1-3)、一个或多个环形电极20(参见图1-3)、和/或其他类型的电极。两个或多个电极92可以用作图4所示的并且在图5的方法中使用的电极A、B。
再次参照图6,信号发生器80可以输出激励信号以评估电极92的接触状态。在一个实施例中,激励信号可以具有如下范围内的频率:大约1kHz至超过500kHz,更优选地大约2kHz至200kHz,甚至更优选地20kHz。在一个实施例中,激励信号可以具有恒定电流信号,优选地在20-200μA的范围内,以及更优选地大约100μA。信号发生器80也可以产生涉及例如确定患者身体内的电极92的方位的信号。
ECU 72可以包括存储器94和处理器96。存储器94可以被配置为存储患者86的细长医疗设备84的相应的数据,和/或其他数据。可以在医疗程序之前就已知该数据,或者可以在程序过程中确定并存储该数据。存储器94也可以被配置为存储指令,当处理器96执行这种指令时,使得ECU72实施本文所述的一种或多种方法、步骤、功能或算法。例如,但不限于,存储器94可以包括用于确定细长医疗设备84上的一个或多个电极92的相应阻抗的数据和指令,如结合图3和4所描述的。该阻抗例如可以用于例如评估一个或多个电极92和患者组织之间的接触。
除了阻抗计算和接触状态确定,系统70可以被配置为确定患者86的身体内的细长医疗设备84(例如,细长医疗设备84的远端部)的位置和方向(P&O)。因此,ECU 72可以被配置为控制一个或多个电场的产生并确定那些电场内的一个或多个电极92的位置。ECU 72因此可以被配置为根据预定的策略控制信号发生器80,从而选择性地给身体表面贴片电极82和导管电极92的多个对(偶极子)供能。
参照图4和6,在一个实施例中,ECU 72可以包括检测放大器44(例如运算放大器48和用于确定所检测的阻抗的阻抗传感器)的一个或多个部分,和/或可以被配置为执行检测放大器44(例如运算放大器48和用于确定所检测的阻抗的阻抗传感器)的一个或多个部分的功能。另外地或者可替代地,检测放大器44的一个或多个部分可以被提供在系统70的与ECU 72分离的硬件中。
再参照图6,系统70的标测和导航功能将被简单地描述。身体表面贴片电极82可以用于产生患者86的身体内的特定轴向的电场,以及更具体地在心脏88内的特定轴向的电场。可以提供三组贴片电极:(1)电极82X1、82X2(X-轴);(2)电极82Y1、82Y2(Y-轴);以及(3)电极82Z1、82Z2(Z-轴)。此外,身体表面电极(“腹部贴片”)82B可以被提供作为电参考。身体贴片电极82X1、82X2、82Y1、82Y2、82Z1、82Z2、82B在本文可以总地被称为身体贴片电极82或者多个身体贴片电极82。其他表面电极配置和组合也适用于本发明,包括更少的身体贴片电极82、更多的身体贴片电极82、或者不同的物理配置,例如代替正交配置的线性配置。
每个贴片电极82可以独立地耦合至开关78,并且可以通过ECU 72上运行的软件选择贴片电极82的对以将贴片电极82耦合至信号发生器80。可以通过信号发生器80激励例如Z-轴电极82Z1、82Z2的一对电极,以在患者86的身体内产生电场,以及更特别地在心脏88内产生电场。在一个实施例中,该电极激励过程迅速并顺序地发生,因为不同组的贴片电极82被选择并且一个或多个未激励的表面电极82被用于测量电压。在激励信号(例如电流脉冲)的传输过程中,剩余的(未激励的)贴片电极82可以参考腹部贴片82B并且这些剩余电极82上呈现的电压可以被测量。以这种方式,贴片电极82可以被分成驱动和未驱动电极组。低通滤波器76可以处理电压测量值。被滤波的电压测量值可以在软件的指导下通过模-数转换器74变换成数字数据并且被传输至ECU 72以用于存储(例如在存储器94中)。这种采集的电压测量值在本文可以被称为“贴片数据”。软件可以存储并访问每对表面电极82的每次激励过程中每个表面电极82处产生的每个单独的电压测量值。
一般地,在一个实施例中,可以通过一系列驱动和感测的电偶极子产生三个标称地正交电场以确定细长医疗设备84(即,一个或多个电极92)的方位。可替代地,这些正交的场可以被分解并且任意一对表面电极(例如,非正交的)可以被驱动为偶极子以提供有效的电极三角测量。
贴片数据可以与一个或多个电极92处的测量值以及其他电极和设备处的测量值一起使用,从而确定所述一个或多个电极92的相对方位。在一些实施例中,除非特定的表面电极对被驱动,针对所有的样本可以获取六个正交贴片电极82的每一个上的电势。在一个实施例中,可以在所有的贴片电极82处,即使是那些被驱动的贴片电极82,进行电势的取样。
作为确定各个电极的方位的一部分,ECU 72可以被配置为执行一个或多个补偿和调节功能,例如运动补偿。运动补偿可以包括,例如,针对呼吸引起的患者身体运动的补偿,如美国专利申请公开no.2012/0172702所描述的,其全部内容通过引用包含在本文中。
来自每一个贴片电极82和电极92的数据组都用于确定患者86内的电极92的方位。在针对特定组的被驱动的贴片电极82进行电压测量之后,可以通过信号发生器80激励不同对的贴片电极82并且进行剩余的贴片电极82和电极92的电压测量过程。该连续过程可迅速发生,例如在一个实施例中,大约每秒钟100次量级。患者86内的电极92上的电压与建立电场的贴片电极82之间的电极的位置呈线性关系,如在上文引用的美国专利No.7,263,397中更全面地描述的。
总之,图6示出采用七个身体贴片电极82的示例性系统70,所述示例性系统70可以用于注入电流并感测所产生的电压。任何时候都可以在两个贴片82之间驱动电流。可以在未驱动的贴片82和例如作为地电位参考的腹部贴片82B之间进行位置测量。可以根据如下公式(1)计算电极生物阻抗:
其中Vk是电极k上测量的电压,而In→m是电极n和m之间驱动的已知恒定电流。可以通过在不同组的贴片之间驱动电流和测量一个或多个阻抗来确定电极92的位置。可以被测量的一些阻抗可以根据细长医疗设备84上的两个电极92之间驱动的电流。在一个实施例中,可以使用时分复用驱动并测量所有感兴趣的量。位置确定过程在例如在上面引用的美国专利No.7,263,397和公开no.2007/0060833中更详细地被描述。
除了简单的阻抗,本文所述的系统和方法可以用于确定与导管上一个或多个电极相应的复阻抗。这种复阻抗可以用于评估电极和组织之间的接触状态。例如,如美国专利No.8,403,925中所描述的(其全部内容通过引用包含在本文中),复阻抗可以用于确定电耦合指数(ECI),其继而可以用于评估电极和组织之间的接触。
本文针对多种装置、系统、和/或方法描述了多个实施例。阐述了许多具体细节以提供对说明书所描述的以及附图所示的实施例的整体结构、功能、制造、和用途的深入理解。然而,本领域技术人员应当理解,没有这些具体细节,这些实施例也能够实施。另一方面,公知的操作、组件和元件没有被详细描述以不使得说明书所描述的实施例不清楚。本领域技术人员应当理解,本文所描述和展示的实施例是非限制性的示例,因此可以认识到,本文所公开的具体结构和功能细节是代表性的,并且不必限定实施方式的范围,实施方式的范围仅通过所附的权利要求书来限定。
整个说明书所提到的“多个实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”、或“实施例”等意指关于实施例所描述的特定特征、结构、或特性包含在至少一个实施例中。因此,在整个说明书中出现的措辞“在多个实施例中”、“在一些实施例中”、“在一个实施例中”、或“在实施例中”等不必须全部指相同的实施例。此外,在一个或多个实施例中,特定特征、结构、或特性可以以任意合适的方式组合。因此,结合一个实施例所展示或描述的特定特征、结构、或特定可以无限制地与一个或多个其他实施例的特征、结构或特性整体或部分地组合,除非这种组合是不合逻辑的或者非功能的。
虽然以上以一定程度的特殊性描述了本发明的多个实施例,但是本领域技术人员在不背离本发明的精神和范围的前提下可以对所公开的实施例进行多种变形。所有的方向参考(例如加、减、上、下、向上、向下、左、右、向左、向右、顶部、底部、之上、之下、竖直、水平、顺时针和逆时针)仅用于识别的目的以帮助读者理解本发明,并没有产生限制,特别对于本发明的任一方面的位置、方向或用途。如本文所使用的,措辞“被配置为”、“被配置用于”、以及类似的措辞表示身体设备、装置、或系统被设计和/或构造(例如通过合适的硬件、软件、和/或组件)成执行一个或多个特定对象目标,而不是身体设备、装置或系统仅能够执行对象目标。连接参考(例如附接至、耦合至、连接至等)被广义地解释并且可以包括元件的连接之间的中间构件和元件之间的相对移动。如此,连接参考不必须指两个元件直接连接和以固定关系彼此连接。以上说明书中包含或附图所示出的所有内容应当被理解为是仅示意性的而非限制性的。在不背离所附权利要求限定的本发明的精神的前提下,可以进行细节或结构的改变。
所述的通过引用包含在本文中的任何专利、出版物或其他公开材料的全部或一部分,其仅以所包含的材料不与本发明阐述的现有定义、陈述或其他公开材料冲突的程度被包含在本文中。如此,并且以所需的程度,本文所明确阐述的公开排除了通过引用包含在本文中的任何冲突材料。所述的通过引用包含在本文中的、但是不与本文所述的现有定义、陈述或其他公开材料冲突的任意材料,或其部分,其仅以所包含的材料与现有公开材料不发生冲突的程度被包含。

Claims (12)

1.一种用于评估在医疗设备和组织之间的接触的系统,所述系统包括:
细长的医疗设备,所述细长的医疗设备包括轴杆以及布置在所述轴杆上或轴杆内的第一电极和第二电极;
被配置为耦合至所述医疗设备的电控制单元(ECU),所述电控制单元被进一步配置为:选择所述第一电极作为电源并选择所述第二电极作为电汇,使得在所述电源和电汇之间驱动电信号,当所述电信号被驱动时检测所述第一电极和所述第二电极上相应的电势,以及根据两个所述相应的电势确定所述第一电极和所述第二电极中之一的相应阻抗。
2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述电控制单元被配置为根据所述第一电极和所述第二电极两者的相应的电势确定所述第一电极相应的第一阻抗,以及根据所述第一电极和所述第二电极两者的相应的电势确定所述第二电极相应的第二阻抗。
3.根据权利要求1所述的系统,其中,所述电控制单元被配置为进一步通过从所述第一电极和所述第二电极中之一的电势中减去所述第一电极和所述第二电极中另一个的相应阻抗的影响来确定所述第一电极和所述第二电极中之一的相应阻抗。
4.根据权利要求1所述的系统,其中,所述相应的电势参考第三电极上的电势。
5.根据权利要求4所述的系统,其中,所述第三电极是耦合至患者的身体的贴片电极。
6.根据权利要求4所述的系统,其中,所述第三电极布置在患者的身体内。
7.根据权利要求1所述的系统,其中,所述第一电极和所述第二电极中的至少一个为环形电极。
8.根据权利要求1所述的系统,其中,所述第一电极被布置为沿所述轴杆的长度远离所述第二电极大约六毫米。
9.根据权利要求1所述的系统,其中,所述第一电极和所述第二电极两者都具有大约一毫米的半径。
10.根据权利要求1所述的系统,还包括第一运算放大器和第二运算放大器,其中,所述第一电极上的相应的电势被输入至所述第一运算放大器,并且所述第二电极上的相应的电势被输入所述第二运算放大器。
11.根据权利要求1所述的系统,其中,所述电控制单元还被配置为根据所述第一电极和所述第二电极之间的距离确定所述第一电极和所述第二电极中之一相应的阻抗,其中,所述电控制单元知道所述距离。
12.根据权利要求1所述的系统,其中,所述电控制单元被进一步配置为根据所述第一电极或所述第二电极的半径来确定所述第一电极和所述第二电极之一的相应阻抗,其中所述半径为所述电控制单元所知。
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