CN105877743B - 使用对准的导管图像对基于阻抗的位置系统的调校 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种方法，该方法包括将具有至少一个电极的导管插入患者的身体器官的室中并且在一系列时间记录该至少一个电极与放置在该患者的皮肤上的多个补片之间的相应电流组。该方法还包括当记录该电流组时，采集至少一个电极的x射线图像，并且从该图像确定导管的位置。基于该电流组和该图像得出位置与相应电流组之间的关系。该方法还包括记录至少一个电极与补片之间的后续电流组，并且响应于后续电流组而基于该关系确定导管的后续位置。

Description

使用对准的导管图像对基于阻抗的位置系统的调校
相关申请的交叉引用
本申请与以下申请相关：与本申请同一日提交的名称为“Compensation forHeart Movement using Coronary Sinus Catheter Images”且以引用方式并入本文的美国专利申请。
技术领域
本发明整体涉及对探头的跟踪，并且具体地涉及对身体器官内的导管探头的跟踪。
背景技术
对导管在人体内的位置的跟踪在当今进行的许多外科手术中为必要的。除了提供导管本身的位置以外，跟踪还可用于通过接触导管所位于的器官的表面来提供例如器官的形状等其它信息。如果导管以此类方式插入器官中以致不在器官内运动，则器官作为一个整体的运动可通过跟踪导管的位置来确定。
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，不同的是如果在这些并入的文献中定义的任何术语与在本说明书中明确或隐含地给出的定义在某种程度上相冲突，则应只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方法，包括：
将具有至少一个电极的导管插入患者的身体器官的室中；
在一系列时间记录至少一个电极与定位于患者的皮肤上的多个补片之间的相应电流组；
当记录电流组时，采集至少一个电极的x射线图像，并且从图像确定导管的位置；
基于电流组和图像得出位置与相应电流组之间的关系；
记录至少一个电极与补片之间的后续电流组；以及
响应于后续电流组而基于关系确定导管的后续位置。
通常，身体器官包括患者的心脏，并且室为心脏的冠状窦。
在本发明所公开的实施例中，当记录后续电流组时，未采集到x射线图像。
在本发明所公开的另外的实施例中，方法包括分析x射线图像，以识别患者的呼吸周期中的阶段，且关系包括分别基于阶段的多重关系。
在本发明所公开的另外的实施例中，该方法包括分析电流组，以识别患者的呼吸周期中的阶段，且该关系包括分别基于阶段的多重关系。
该身体器官可为心脏，且该方法还可包括从心脏采集心电图(ECG)信号，分析信号以识别患者的心跳周期中的阶段，且该关系可包括分别基于阶段的多重关系。另选地或除此之外，该关系可包括分别基于阶段的多重关系的平均值。
在另选实施例中，该方法包括在得出关系之后，将具有另外的导管至少一个电极的另外的导管插入位于身体器官的室附近的另外的室中，记录另外的导管至少一个电极与补片之间的另外电流组，并且响应于另外电流组而基于关系确定另外的导管的位置。
在另外的另选实施例中，该方法包括当记录电流组时，采集多个补片的x射线图像，并且确定位置通常包括从多个补片和至少一个电极的x射线图像确定导管的位置。
根据本发明的实施例，还提供了一种方法，该方法包括：
将具有至少一个电极和至少一个线圈的第一导管插入患者的身体器官的室中；
在一系列时间记录至少一个电极与定位于患者的皮肤上的多个补片之间的相应电流组；
当记录电流组时，采集至少一个电极和多个补片的x射线图像，并且从图像确定导管的位置；
当记录电流组时，记录响应于辐射导管的磁场而在至少一个线圈中产生的信号，并且响应于信号确定位置的量度；
基于电流组、信号和图像得出位置与电流组之间的关系；
移除第一导管并且将具有第二导管至少一个电极但没有线圈的第二导管插入身体器官中；
记录第二导管至少一个电极与补片之间的后续电流组；以及
响应于后续电流组而基于关系确定第二导管的后续位置。
根据本发明的实施例，还提供了一种设备，该设备包括：
具有至少一个电极的导管，该导管被配置成插入患者的身体器官的室中；和
处理器，该处理器被配置成：
在一系列时间记录至少一个电极与定位于患者的皮肤上的多个补片之间的相应电流组，
当记录电流组时，采集至少一个电极和多个补片的x射线图像，并且从图像确定导管的位置，
基于电流组和图像得出位置与相应电流组之间的关系，
记录至少一个电极与补片之间的后续电流组，以及
响应于后续电流组而基于关系确定导管的后续位置。
结合附图阅读本公开的实施例的下述详细说明将更全面理解本公开，
其中：
附图说明
图1为示出根据本发明的实施例的混合跟踪系统的示意图；
图2A为根据本发明的实施例的导管的远侧末端的示意图，并且图2B为根据本发明的实施例的插入心脏中的远侧末端的示意图；
图3为根据本发明的实施例的在操作图1的系统时执行的步骤的流程图；
图4为示出根据本发明的另选实施例的混合跟踪系统的示意图；并且
图5为示出根据本发明的另选实施例的用于图4的系统中的导管的远侧末端的示意图。
具体实施方式
概述
本发明的实施例提供了一种用于确定插入患者的身体器官的室中的导管(通常为导管的远侧末端)的位置的系统。该导管具有附接到其远侧末端的至少一个电极。通常，该室可为可以插入导管的身体器官的任何腔。在一些实施例中，该身体器官为患者的心脏，且在下述说明中，该室假定为心脏的冠状窦。
将电极补片附接到位于心脏附近的患者的皮肤，并且记录导管的至少一个电极与补片之间的电流。在一系列时间内记录电流，从而产生相应电流组。
当记录电流组时，在系统的调校阶段，采集至少一个电极与多个补片的x射线图像，并且根据图像确定导管的位置。系统的处理器基于电流组和图像得出位置与相应电流组之间的关系。
在系统的操作阶段，当未采集到x射线图像时，记录至少一个电极与补片之间的后续电流组。在操作阶段，响应于后续电流组而确定导管的后续位置。
在本发明的实施例中，导管的至少一个电极可为使得能够确定导管的位置的并入导管的唯一装置。电流组与在调校阶段确定的导管位置(得自x射线图像)之间的关系提供用于在操作阶段根据后续电流组准确地确定导管的后续位置的极佳方法，尽管导管不具有用于确定其位置的其它装置。
具体的描述
在以下的描述中，附图中的相同元件由相同数字来标识，并且相同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为示出根据本发明的实施例的混合跟踪系统20的示意图。
系统20包括下文更详细描述且由基于阻抗的位置控制器26操作的基于阻抗的位置设备24。系统20还包括由荧光镜控制器32操作的荧光镜设备30。尽管图1以举例的方式且为简明起见将设备30示出为包括“C臂”荧光镜，但荧光镜设备可包括本领域中已知的任何荧光镜和/或能够产生荧光镜图像的计算机层析成像(CT)x射线设备。
如下文更详细说明，在系统20的初始“调校”时段中，基于阻抗的位置设备和荧光镜设备两者运作。在该系统的后一运作时段中，只需要基于阻抗的位置设备运作。在运作阶段，系统确定导管44的远侧末端40在患者48的身体器官46的室42中的位置。如下文更详细描述，该确定使用来自远侧末端上的电极64的电流。
在本公开中和在权利要求书中，对身体器官的室的引用应理解为对可供导管的远侧末端插入的身体器官的任何腔的引用。以举例的方式，且为清楚起见，在下述说明中，身体器官46假定为患者48的心脏，且身体器官在本文中也被称为心脏46。同样以举例的方式且为清楚起见，在下述说明中，室42假定为心脏46的冠状窦，且室在本文中也被称为冠状窦42。本领域的普通技术人员将能够以必要的变更使本说明适合于其它身体器官并且适合于其它室，例如对于心脏的情形而言，左心房和右心房、以及左心室和右心室。
图2A为根据本发明的实施例的远侧末端40的示意图，且图2B为根据本发明的实施例的插入心脏46中的远侧末端的示意图。各图示出在已插入冠状窦42中之后的远侧末端40。
系统20由系统处理器50操作，系统处理器使用软件来整合由控制器26和32提供的数据和图像。系统处理器50以及控制器26和32通常并入系统20的控制单元52。该处理器确定远侧末端位置，且通常将位置并入在耦合到控制单元的屏幕60上呈现给系统20的操作者的身体器官的图像。用于处理器的软件可例如通过网络以电子形式下载，或者其可另选地或除此之外提供和/或存储在例如磁、光或电子存储器的非临时性有形介质上。
基于阻抗的位置设备的控制器26测量导管远侧末端中的电极64与定位在位于心脏46附近的患者48的皮肤上的在本文中也被称为补片的多个大体相似的补片电极68之间的电流。(为清楚起见，控制单元52与补片68之间的连接部未示出于图1中。)电极64与补片之间的电流因导致远侧末端电极与不同补片之间的不同阻抗的远侧末端距补片的不同距离而依据电极的位置变化。控制器26被配置成由不同电流产生位置的指示。与设备24相似的设备的操作细节在以下专利中有所描述：转让给本申请的受让人且以引用方式并入本文的授予Bar-Tal等人的美国专利8,456,182。
远侧末端电极与补片之间的阻抗、以及各补片之间的阻抗随患者48的呼吸周期而变化，且因此随时间而变化。控制器26还被配置成分析阻抗，并且根据对在相应时间测量的多组阻抗的分析得出与患者的呼吸周期的最终呼气点对应的阻抗组的指示。该分析还可将周期中的其它阻抗组的相应阶段与最终呼气点相关联。用于使用阻抗来分析(与上文所提及的分析相似)呼吸的系统的方面在以下专利申请中有所描述：转让给本申请的受让人且以引用方式并入本文的授予Bar-Tal的美国专利申请2012/0172712。
由于定位于患者48的位于心脏46附近的皮肤上，补片68还接收由心脏产生的心电图(ECG)信号作为心跳。控制器26还被配置成采集ECG信号，并且使用所采集的信号作为基准以将在相应时间采集的阻抗组与患者的心跳周期中的阶段相关联。
设备30的荧光镜控制器32采集患者48的图像，包括心脏46、电极64、以及在一些实施例中补片68的图像。根据图像，荧光镜控制器32能够估计心脏和电极在荧光镜参照系中的相应位置。在将补片成像情况下，该控制器可以能够估计补片在荧光镜参照系中的位置。如果设备30包括CT设备，则CT图像通常并入有足够的三维信息，以使得控制器32能够分析图像以得出位置。如果设备30不包括CT设备，则位置可通过分析在设备处于两个或更多个取向时采集的图像而得出。上文所提及的名称为使用冠状窦导管图像对心脏运动的补偿的美国专利申请描述了一种用于使用从处于多个取向的荧光镜产生的荧光镜图像来定位冠状窦导管的系统。
补片68随患者的呼吸而运动且因此补片位置随时间而变化。在其中补片位置可根据荧光镜图像来确定的实施例中，通过针对每个荧光镜图像分析在相应时间采集的补片68的多组位置，控制器32能够识别与患者的呼吸周期中的最终呼气点对应的多组补片位置(即，多组图像)。控制器还可将周期中的其它补片位置组的相应阶段与最终呼气点相关联。对呼吸周期中的阶段和对最终呼气点的识别可独立于使用基于阻抗的位置设备执行的识别之外进行。
图3为根据本发明的实施例的在操作系统20中执行的步骤的流程图。在流程图的初始步骤200中，将补片68附接到患者48的位于心脏46附近的皮肤，并且用导电电缆将补片连接到控制单元52。另外，将导管的远侧末端40插入冠状窦42中。
在开始流程图的调校阶段的荧光镜成像步骤202中，荧光镜控制器32操作设备30，以使得控制器采集患者48的x射线图像，在图像内包括心脏46、远侧末端电极64和补片68的相应子图像。
在通常与成像步骤202基本上同时执行的电流测量步骤204中，基于阻抗的控制器26记录每个补片68与远侧末端电极64之间的相应“调校”电流作为电流组{IT}。
如由箭头206所指示，步骤202和204在连续基础上重复通常达大约10秒的周期，但重复周期可长于或小于10秒。为适应因患者的呼吸而引起的以及因患者的心脏的跳动而引起的远侧末端和补片的运动，相应控制器记录步骤中的每个步骤的时间。
在分析步骤208中，荧光镜控制器分析在步骤202中采集的图像中的每个图像中的子图像，以便在由设备30所定义的荧光镜参照系内确定心脏46、远侧末端电极64和补片68中的每个补片的相应位置的估计。通过对比补片的位置，荧光镜控制器将连续图像与患者48的呼吸周期对准，并且识别与最终呼气点和周期中的其它阶段对应的图像。
根据电极和补片的估计位置，控制器针对每个图像产生代表远侧末端电极相对于补片68中的每个补片的位移的一组“调校”位移矢量{DT}。每个矢量组{DT}进一步根据其在患者的呼吸周期和心跳(后者根据ECG信号确定)中的对应阶段进行归类，以使得荧光镜控制器产生多个矢量组
Figure GDA0002898086400000071
其中R为代表呼吸周期的阶段的指数，且H为代表心跳的阶段的指数。
同样在分析步骤中，基于阻抗的控制器根据患者的呼吸周期和心跳的阶段将在步骤204中采集的每个电流组[IT]进行归类，因而产生多个电流矢量组
Figure GDA0002898086400000072
在关系步骤210中，系统处理器根据方程式(1)找出并存储形成位移矢量组
Figure GDA0002898086400000073
与电流矢量组
Figure GDA0002898086400000074
之间的关系的矩阵
Figure GDA0002898086400000075
Figure GDA0002898086400000076
步骤202-210包括流程图的调校阶段，且在步骤210中对矩阵
Figure GDA0002898086400000077
的存储对应于调校阶段的终止。
在流程图的操作阶段的初始步骤212中，对荧光镜设备断电。留下导管44可在冠状窦42中保持就位，或另选地导管可稍后在冠状窦中由如下跟踪的另外的类似导管替换。当荧光镜设备不再运作时，基于阻抗的位置设备继续运作。在其运作期间，基于阻抗的控制器26从补片68采集多个操作电流矢量组[IO]，且还继续接收ECG信号。
在针对在步骤212中采集的每个电流矢量组[IO]执行的操作分析步骤214中，控制器26分析组矢量，以确定呼吸周期R的阶段，且还分析ECG信号，以确定患者的心跳H的阶段。每个电流矢量组因此可表示为
Figure GDA0002898086400000081
在远侧末端定位步骤216中，撷取在步骤214中确定的R和H的值的矩阵
Figure GDA0002898086400000082
并且使用矩阵以根据方程式(2)来确定远侧末端的一组位移矢量
Figure GDA0002898086400000083
Figure GDA0002898086400000084
如果远侧末端位于冠状窦中，则远侧末端的根据方程式(2)确定的位移矢量可直接用作心脏位置的指示器，因为存在冠状窦与心脏的其余部分之间的相对小的运动，即，位移变化。另选地，远侧末端(在冠状窦中)与心脏之间的运动可使用在步骤208中产生的心脏位置和远侧末端电极的估计来计及；在一些实施例中，对运动的调节基本上如上文针对远侧末端位移矢量门控到心跳和/或患者的呼吸周期。
在一些实施例中，不是根据心跳阶段指数H来测量和/或门控数据，而是通过完整的心跳获得数据的平均值。本领域中的普通技术人员将能够以必要的变更使本说明适合于其中得出数据的这样一个平均值的情形。
上文说明假定导管44或替换物在系统20的调校阶段之后位于冠状窦42中，以使得在操作阶段跟踪导管44或其替换物。在另选实施例中，将与导管44相似的另选导管(即，具有电极但没有线圈(此类线圈下文参照图4和图5描述)的导管)定位于在导管44的调校阶段期间所使用的位于冠状窦附近的室中。例如，可将另选导管定位于心脏46的右心室中。如上文针对步骤212采集另选导管的多个电流矢量组，并且使用方程式(2)来得出另选导管的位移矢量。
图4为说明根据本发明的另选实施例的混合跟踪系统320的示意图。除下文的差异以外，系统320的操作与系统20(图1-3)的操作大体相似，且系统20和320两者中的由相同的参考编号指示的元件在构造上和在操作上大体相似。
系统320包括磁跟踪系统322，该磁跟踪系统通常具有固定安装于定位垫326上的三组324大体相似的线圈。每组324线圈通常包括三个正交取向的线圈，以使得存在共九个固定附接到垫326的线圈。垫326固定附接到供患者48躺卧的台330的底侧，且在磁系统控制器336的控制之下，线圈将交变磁场传输到位于心脏46附近的区域340中。不是使用导管44，系统320使用导管344。
图5为说明根据本发明的另选实施例的导管344的远侧末端342的示意图。远侧末端342与在远侧末端的表面上具有电极64的导管44的远侧末端40大体相似。另外，末端342包括末端内的一个或多个线圈350。
一个或多个导管线圈350响应于由线圈接收的磁场(来自组324)而产生信号，且控制器336从线圈350采集信号，并且处理信号，以确定导管线圈相对于定位垫326的位置。补片68也具有并入补片的线圈，且控制器336能够处理来自线圈的信号，以确定补片相对于定位垫的位置。与磁跟踪系统322相似的系统为由Biosense Webster Inc.，of Diamond Bar，CA生产的CartoTM系统，且还在上文所提及的美国专利8,456,182中有所描述。
在本发明的另选实施例中，在上文所提及的调校阶段使用混合跟踪系统320和导管344。然而，在操作阶段，不是使用导管344，而是使用在其远侧末端中没有线圈350的导管44。除了下文的差异以外，图3的流程图描述在另选实施例的操作中所采取的步骤。
在另选实施例的调校阶段的步骤208中，可如上仅根据荧光镜图像或仅根据磁跟踪系统322进行对导管远侧末端342相对于补片68的多个位移矢量组的估计。在一些实施例中，使用荧光镜图像和磁跟踪系统两者以通常通过将由荧光镜系统确定的矢量与从磁跟踪系统确定的矢量平均来估计位移矢量。在下述说明中，另选实施例中的分析步骤208的估计假定产生多个位移矢量组
Figure GDA0002898086400000091
在另选实施例中，在关系步骤210中使用组
Figure GDA0002898086400000092
来找出并存储根据方程式(3)产生的矩阵
Figure GDA0002898086400000093
Figure GDA0002898086400000094
在另选实施例的操作阶段，可将导管344从冠状窦42移除，并且可将导管44放入冠状窦或放入心脏46的另外的室。使用矩阵
Figure GDA0002898086400000101
以根据方程式(4)来确定导管44的远侧末端的位移矢量组
Figure GDA0002898086400000102
Figure GDA0002898086400000103
应理解，上述实施例以举例的方式引用，且本发明不仅限于上文已特别示出和描述的内容。而是，本发明的范围包括上文的各种特征的组合和子组合、以及本领域的技术人员在阅读上述说明后会想到的和在现有技术中未公开的特征的变型和修改。

Claims (9)

1.一种设备，包括：
具有至少一个电极的导管，所述导管被配置成插入患者的身体器官的室中；和
处理器，所述处理器被配置成：
在一系列时间记录所述至少一个电极与放置在所述患者的皮肤上的多个补片之间的相应电流组，
当记录所述电流组时，采集所述至少一个电极和所述多个补片的x射线图像，并且从所述图像确定所述导管的位置，
分析所述电流组，以识别所述患者的呼吸周期中的阶段，
针对每个图像，生成表示所述至少一个电极与所述多个补片中的每个补片的位移的位移矢量组，
将每个位移矢量组根据其在所述呼吸周期中的对应阶段进行分类，
将所述电流组中的每个根据其在所述呼吸周期中的对应阶段进行分类，
基于分类后的所述电流组和所述位移矢量组来得出矩阵，所述矩阵形成所述位置与所述相应电流组之间的关系，
记录所述至少一个电极与所述补片之间的后续电流组，以及
响应于所述后续电流组而基于所述关系确定所述导管的后续位置。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述身体器官包括所述患者的心脏，并且其中所述室包括所述心脏的冠状窦。
3.根据权利要求1所述的设备，其中当记录所述后续电流组时，未采集到x射线图像。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器被配置成分析所述x射线图像，以识别所述患者的呼吸周期中的阶段，并且其中所述关系包括分别基于所述阶段的多重关系。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述关系包括分别基于所述阶段的多重关系。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述身体器官包括心脏，其中所述处理器被配置成从所述心脏采集心电图（ECG）信号，分析所述信号以识别所述患者的心跳周期中的阶段，并且其中所述关系包括分别基于所述阶段的多重关系。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述身体器官包括心脏，其中所述处理器被配置成从所述心脏采集心电图（ECG）信号，分析所述信号以识别所述患者的心跳周期中的阶段，并且其中所述关系包括分别基于所述阶段的多重关系的平均值。
8.根据权利要求1所述的设备，包括具有另外的至少一个电极的另外的导管，所述另外的导管被配置成在得出所述关系之后插入邻近所述身体器官的所述室的另外的室中，并且其中所述处理器被配置成记录所述另外的至少一个电极与所述补片之间的另外的电流组，并且响应于所述另外的电流组而基于所述关系确定所述另外的导管的位置。
9.根据权利要求1所述的设备，包括将所述处理器配置成当记录所述电流组时，采集所述多个补片的x射线图像，并且其中确定所述位置包括从所述多个补片和所述至少一个电极的所述x射线图像确定所述导管的所述位置。
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