CN106473804A - 基于接触力控制导管功率的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“基于接触力控制导管功率的系统和方法”。本发明公开了一种控制施加到导管的消融功率的方法，所述方法包括：通过控制器接收来自所述导管的传感器组件的检测的接触力，所述传感器组件被配置成检测施加到所述电极的接触力；通过所述控制器控制施加到所述导管的电极的功率以在所述检测的接触力小于第一阈值接触力时具有去激活的功率电平；通过所述控制器控制提供给所述导管的电极的功率以在检测的接触力大于所述第一阈值接触力时具有第一功率电平；并且通过所述控制器控制提供给所述导管的电极的功率以在检测的接触力大于截断接触力时具有去激活的功率电平，所述截断接触力大于所述第一阈值接触力。

Description

基于接触力控制导管功率的系统和方法
技术领域
本发明的实施方案的方面涉及侵入式医疗设备和能够感测抵靠探头所施加的压力的相关联的控制系统(例如导管)，并且涉及能够基于感测到的压力调整提供给探头的功率的控制系统。
背景技术
在一些诊断和治疗技术中，导管被插入心室中并与心脏内壁接触。例如，心内射频(RF)消融是治疗心律失常的已知方法。在这种技术中，在其远侧末端具有电极的导管被插入穿过患者血管系统进入心脏腔室内。将电极与心内膜上的单个(或多个)位点接触，并且可将射频能量通过导管施加到电极以便消融位点处的心脏组织。然而，过量的接触力(或压力)和/或过量的射频能量可对心脏组织造成不期望的损坏，甚至造成心脏壁的穿孔。如此，电极和心内膜之间的正确接触是必要的，以便实现导管的期望的诊断功能和治疗效果。
存在各种技术以用于验证电极与组织的接触。例如，美国专利6,695,808(该专利的公开内容以引用方式并入本文)描述了用于治疗所选患者的组织或器官区域的装置。探头具有可抵靠该区域进行推压的接触表面，从而产生接触力或接触压力。压力换能器测量接触压力并且将关于接触力是否存在及其量值的信息提供给器械的用户。
又如，美国专利6,241,724(该专利的公开内容以引用方式并入本文)描述了利用分段电极组件在身体组织中产生消融灶的方法。在一个实施方案中，导管上的电极组件携带压力换能器，该压力换能器感测与组织的接触并且将信号传送到压力接触模块。该模块识别与压力换能器信号相关联的电极元件并且引导能量发生器将射频能量传送到这些元件，并且不传送到仅与血液接触的其他元件。
另一个示例可见于美国专利6,915,149(该专利的公开内容以引用方式并入本文)。该专利描述了利用具有末端电极(该末端电极用于测量局部电活动)的导管标测心脏的方法。为了避免可由于末端与组织的不良接触所致的人工痕迹，可利用压力传感器来测量末端与组织之间的接触压力以确保稳定接触。
美国专利8,162,935(该专利的公开内容以引用方式并入本文)描述了用于估计电极与组织接触(该接触用于组织消融)的系统和方法。导管轴内的机电式传感器产生对应于电极在导管轴的远侧部分内的移动量的电信号。输出设备接收电信号以用于估计电极和组织之间接触的水平。
美国专利8,357,152(该专利的公开内容以引用方式并入本文)描述了利用末端中的磁场传感器和探头内的磁场发生器来测量施加到导管末端的接触压力的系统和方法。磁场传感器产生响应于探头内的磁场发生器的信号，该信号被处理以确定末端相对于磁场发生器的位置，从而指示末端的变形量并且因此指示施加到末端的压力。
美国专利申请公开号2014/0187917(该专利的整体公开内容以引用方式并入本文)描述了携带微型发射线圈和位于柔性接合的远侧末端节段上的三个感测线圈的导管。发射线圈与导管的纵向轴线对齐，并且三个感测线圈也与纵向轴线对齐但是定位在距发射线圈等同距离处，并且定位在围绕导管的纵向轴线的等间距径向位置处。微型发射线圈产生由三个感测线圈感测的磁场，该三个感测线圈产生表示远侧末端节段的相对部分之间的轴向位移和角度挠曲的信号。
发明内容
本发明的实施方案涉及导管控制系统，该导管控制系统基于导管末端检测的接触力水平控制提供给导管的功率量。在导管经受增加的接触力水平时，本发明的实施方案通过减少或完全禁止提供给导管的射频能量，降低由于过度加热所致的对心脏组织的潜在的不期望的损坏。
根据本发明的一个实施方案，导管插入系统包括：导管，该导管包括电极和被配置成检测施加到该电极的接触力的传感器组件；耦合到该导管的控制器，该控制器包括处理器和存储指令的存储器，该指令在被处理器执行时使得处理器：接收来自导管的传感器组件的检测的接触力；控制提供给导管电极的功率以在检测的接触力小于第一阈值接触力时具有去激活的功率电平；控制提供给导管的电极的功率以在检测的接触力大于第一阈值接触力时具有第一功率电平；并且控制提供给导管的电极的功率以在检测的接触力大于截断接触力时具有去激活的功率电平，该截断接触力大于第一阈值接触力。
存储器还可存储在被处理器执行时使得处理器执行下列操作的指令：控制提供给导管的电极的功率以在检测的接触力大于第二阈值接触力时具有第二功率电平，该第二阈值接触力大于第一阈值接触力并且小于截断接触力。
存储器还可存储在被处理器执行时使得处理器执行下列操作的指令：控制提供给导管的电极的功率以在检测的接触力小于第一阈值接触力并且检测的接触力先前大于第一阈值接触力时具有零功率电平，该零功率电平大于第一功率电平。
存储器还可存储在被处理器执行时使得处理器执行下列操作的指令：根据功率控制曲线控制提供给导管的电极的功率，该功率控制曲线为分段连续函数。
存储器还可存储在被处理器执行时使得处理器执行下列操作的指令：控制在接触力正在增加时沿第一曲线提供给电极的功率；并且控制在接触力正在下降时沿第二曲线提供给电极的功率。
第一阈值接触力可对应于噪声阈值。
检测的接触力可包括基于来自传感器组件的多个接触力数据计算出的经平滑后的接触力。
存储器还可存储在被处理器执行时使得处理器执行下列操作的指令：通过计算来自传感器组件的多个接触力数据的平均值来计算经平滑后的接触力。
存储器还可存储在被处理器执行时使得处理器执行下列操作的指令：通过对来自传感器组件的多个接触力数据应用卡尔曼滤波来计算经平滑后的接触力。
存储器还可存储在被处理器执行时使得处理器执行下列操作的指令：接收用户参数；并且根据用户参数调整第一阈值接触力、第一功率电平和截断接触力中的至少一个。
根据本发明的一个实施方案，控制施加到导管的消融功率的方法包括：通过包括处理器和存储器的控制器接收来自导管的传感器组件的检测的接触力，该传感器组件被配置成检测施加到电极的接触力；通过控制器控制施加到导管的电极的功率以在检测的接触力小于第一阈值接触力时具有去激活的功率电平；通过控制器控制提供给导管的电极的功率以在检测的接触力大于第一阈值接触力时具有第一功率电平；并且通过控制器控制提供给导管的电极的功率以在检测的接触力大于截断接触力时具有去激活的功率电平，该截断接触力大于第一阈值接触力。
该方法还可包括：控制提供给导管的电极的功率以在检测的接触力大于第二阈值接触力时具有第二功率电平，该第二阈值接触力大于第一阈值接触力并且小于截断接触力。
该方法还可包括：控制提供给导管的电极的功率以在检测的接触力小于第一阈值接触力并且检测的接触力先前大于第一阈值接触力时具有零功率电平，该零功率电平大于第一功率电平。
该方法还可包括：根据功率控制曲线控制提供给导管的电极的功率，该功率控制曲线为分段连续函数。
该方法还可包括：控制在接触力正在增加时沿第一曲线提供给电极的功率；并且控制在接触力正在下降时沿第二曲线提供给电极的功率。
第一阈值接触力可对应于噪声阈值。
所检测的接触力可包括基于来自传感器组件的多个接触力数据计算出的经平滑后的接触力。
该方法还可包括：通过计算来自传感器组件的多个接触力数据的平均值来计算经平滑后的接触力。
该方法还可包括：通过对来自传感器组件的多个接触力数据应用卡尔曼滤波来计算经平滑后的接触力。
该方法还可包括：接收用户参数；并且根据用户参数调整第一阈值接触力、第一功率电平和截断接触力中的至少一个。
附图说明
通过参考以下与附图结合考虑的详细说明，将更好地理解本发明的这些和其他特征以及优点，其中：
图1A为根据本发明的实施方案的基于导管的医疗系统的示意性图解。
图1B为根据本发明的实施方案的与图1A的系统一起使用的导管的侧视图。
图1C为示出了图1A所示的基于导管的医疗系统的部件的示意图。
图1D为图1A所示的基于导管的医疗系统的部分的示意性框图。
图2为示出了图1B的导管的远侧节段的细节的示意性剖面图。
图3为示出了与心内膜组织接触的图1B的导管的远侧节段的示意性细部图。
图4为根据本发明的一个实施方案示出了用于控制施加到导管的功率的方法的流程图。
图5A-5E为根据本发明的各种实施方案示出了示例性功率控制曲线的图。
图6A为根据本发明的一个实施方案示出了基于接触力和控制曲线调整输出功率的方法的流程图。
图6B为根据本发明的一个实施方案示出了用于计算经平滑后的接触力的方法的流程图。
具体实施方式
本发明涉及用于心脏导管插入术的系统和导管，其中导管具有传感器组件，该传感器组件提供表示导管位置和施加到导管远侧节段上的压力的信号(在它结合组织和由探头施加到组织的压力时)。导管的远侧节段还包括用于通过导管施加射频能量以在某些部位消融心脏组织的电极。相比于用于心脏导管插入术的常规系统，控制系统基于施加到导管的远侧节段的压力(或接触力)的量来控制施加到电极的射频能量的量(例如，消融功率的量)。通过在检测的接触力增加时降低消融功率的量，可降低或避免过度加热的发生，从而降低对心脏组织的非预期损坏的风险。相似地，在本发明的一些实施方案中，在检测的接触力降低时控制系统增加所施加的消融功率的量。
图1A为用于在活体受检者或患者13的心脏12上执行示例性导管插入过程的导管插入系统S的图示说明，该系统S是根据本发明所公开的实施方案构建和操作的。该系统包括导管14，该导管被电生理学家或操作者16经由皮肤地插入穿过患者血管系统进入心脏12的腔室或血管结构内。导管14具有携带一个或多个电极的远侧末端，和控制手柄，通过该控制手柄操作者16可操纵以控制和偏转该导管。
然后可根据美国专利6,226,542和6,301,496，以及共同签署的美国专利6,892,091,(上述专利的整体内容以引用方式并入本文)所公开的方法，利用控制台24制备导管的远侧部分的电激活图，即解剖位置信息，以及其他功能图像。体现控制台24的元件的一个商业产品为可购自Biosense Webster,Inc.,3333Diamond Canyon Road,Diamond Bar,CA91765的3系统，该系统根据需要执行导管定位并且产生心脏的3-D电解剖标示图。本发明的这些实施方案可被本领域的技术人员修改以体现本文所述的本发明的原理。例如，在一些实施方案中，这些功能由射频发射器25执行。
可通过施加热能对例如通过电激活图评估而测定为异常的区域进行定向和消融，例如，通过使来自控制台24的射频发生器25的射频电流通过对导管14提供电流的缆线34(包括在远侧末端处的消融电极32)，所述电极将射频能量施加到目标组织。控制台24通常包括一个或多个消融功率发生器25、患者接口单元(PIU)26、以及用来显示3-D标测图和电描记图的一个或多个显示器27和28。导管14适用于利用射频能量将消融能量传导到心脏。此类方法公开于共同转让的美国专利6,814,733、6,997,924、和7,156,816，上述专利申请以引用方式并入本文。消融能量通过导管电极经由连接到控制台24的缆线34从射频发生器25传送到心脏12。起搏信号和其他控制信号还可从控制台24穿过缆线34和导管电极传送到心脏12。此外，电信号(例如，心内心电描记法或ECG信号)经由导管电极从心脏12传送到控制台24。
在系统S的一些实施方案中，ECG身体表面贴片(包括至少贴片30)被附连到患者身体。当导管电极正在感测心内ECG信号时，ECG身体表面贴片30中的多个电极测量跨过心脏和躯干的ECG信号以提供用于由导管电极测量的心内ECG信号的参考信号。然而，本发明的实施方案不仅限于此并且可在没有利用ECG身体表面贴片的前提下执行。
作为控制台24的导管定位能力中的部分，根据本发明的一个实施方案，例如通过包含被放置于患者身下的磁场发生器线圈28的定位垫在患者13周围产生磁场。由线圈28产生的磁场在定位于导管14的远侧末端中的电磁(EM)传感器的线圈中产生电信号。电信号被传送到控制台24，该控制台包括处理器或“工作站”22，该处理器或工作站分析该信号以便确定导管位置和取向的坐标。然而，本发明的实施方案不仅限于此并且可在没有定位能力的系统中使用。
还作为控制台24的导管定位能力中的部分，导管电极通过导管和线缆34中的导线(未示出)连接到控制台24中的电流和电压测量电路。控制台24还通过线和贴片单元31连接到多个身体表面电极38，该身体表面电极可为本领域中任何类型的身体电极，例如按钮电极、针电极、皮下探头或贴片电极。身体表面电极38通常与患者13的身体表面电接触并且从其接收身体表面电流。身体表面电极38可为通常称为有功电流位置的粘合剂皮肤贴片(ACL贴片)，并且可被放置在导管14附近患者13的身体表面上。控制台24包括通过线35连接到ACL贴片38的电压发生器，并且处理器22利用该电压发生器计算导管电极和贴片38的位置之间患者组织的阻抗。因此，控制台24利用基于磁场的位置感测和基于阻抗的导管定位的测量两者，如授予Govari等人的美国专利7,536,218和授予Bar-Tal的美国专利8,478383中所述，上述专利申请的整体内容以引用方式并入本文。
如上文所述，导管14被耦合到(或连接到)控制台24，这使得操作者16观察和调控导管14的功能。处理器22和/或控制台24包括适当的信号处理电路，该电路被耦合以驱动显示器27显示包括3-D电解剖图的视觉图像。
如图1B所示，导管14包括控制手柄146、细长导管主体141、可偏转中间插片节段142、以及具有近侧部分143P、远侧部分143D和远侧末端端部143T的远侧节段143。远侧节段143在其远侧末端端部143T上携带至少末端电极145。
图1C为示出了图1A中所示的基于导管的医疗系统的部件的示意图，并且图1D为示出了根据图1A中所示的本发明的一个实施方案的基于导管的医疗系统的部分中信息流动和功率的示意性方框图。
操作者16，例如电生理学家，将导管14插入穿过患者13的血管系统，使得导管的远侧节段143进入患者心脏12的腔室。操作者推进导管使得导管的远侧末端143T在单个或多个期望位置处接合心内膜组织70。导管14在其近侧端部被合适的连接器连接到控制台24。控制台24可包括消融电源25，例如射频(RF)发生器，该射频发生器通过导管提供高频电能量以用于在由远侧末端电极143T接合的位置处消融心脏中的组织。另选地或除此之外，导管和系统可被配置成执行本领域内已知的治疗和诊断过程。
图2为示出了图1B的导管的远侧节段的细节的示意性剖面图。图3为示出了与心内膜组织接触的图1B的导管的远侧节段的示意性细部图。
在一个实施方案中，控制台24或消融电源25可利用磁感应来确定压力和位置数据，包括(i)由于与心内膜组织70接触所致的远侧节段143的轴向位移和角度偏转，和(ii)远侧节段143在心脏12内的位置坐标。在一个实施方案中，导管14包括用于产生接触力数据的传感器组件，包括导管14的远侧节段143的轴向位移和角度偏转。根据一个实施方案，控制台24中的驱动器电路36驱动容纳在远侧节段143的远侧部分143D中的微型磁场发生器MF，如图2所示。场发生器MF包括线圈，该线圈的轴线与Z轴线(该Z轴线与导管的纵向轴线同轴)对齐。当导管14的远侧末端143T接触表面并且被偏转时(例如，如图3所示)，存在场发生器MF相对于第一传感器组件17的相对位置的变化，该第一传感器组件包括传感器线圈S1、S2、和S3。这继而导致由线圈S1、S2、和S3输出的信号的变化，并且该信号变化被控制台24检测，从而允许控制台24检测由导管14的远侧末端所经受的接触力的量。用于检测接触力数据的系统和方法在例如美国专利8,900,229中有更加详细的描述，所述专利申请的整体内容以引用方式并入本文。然而，本发明的实施方案不限于上述的实施方案，相反，可与检测施加到导管14的力的量的任何合适方法一起使用。
如上文所述，参见图1D，控制台24包括消融电源25，例如RF信号发生器，该信号发生器通过用于消融心脏12中的组织的导管在由导管的远侧末端节段接合的位置处提供高频电源。控制台24还可基于操作者提供的功率设定来控制提供给导管的射频能量(或者功率)的量。然而，本发明的实施方案不限于RF信号发生器，并且消融电源可采取例如超声消融电源、激光能源或低温消融能源的形式。由导管递送到心脏组织的能量的量可由控制器或功率输出控制器25a控制，该控制器或功率输出控制器控制输出到导管14的功率(例如，通过控制消融电源的输出电流)。此外，根据导管14的远侧末端143T所经受的接触力，功率输出控制器25a实时接收接触力测量。功率输出控制器25a可包括处理器和存储器，其中存储器存储在被处理器执行时使得处理器控制由消融电源25输出的射频功率(例如，通过调整射频功率输出的输出电流)的指令。存储器还可存储通过控制台24上的控件由用户预定和/或接收的设定25b(例如由操作者16设定)。处理器可为适于控制功率输出的任何形式的计算设备，例如耦合到存储器(例如，动态随机存取存储器和/或闪存)的通用处理器、微控制器、适当编程的现场可编程门阵列(FPGA)、或者专用集成电路(ASIC)。
图4为示出了根据本发明的一个实施方案功率输出控制器25a控制提供给导管14的功率的方法400的流程图。如上文所述，在通过传感器线圈S1、S2和S3所检测的磁场中的变化来检测时，功率输出控制器25a可测量或接收由导管14的远侧末端143T所经受的接触力，但是本发明的实施方案不限于此并且其他技术可用于测量施加到导管14的远侧末端143T上的力。
参见图4，在操作410中，在操作者已经激活导管上的功率之后，功率输出控制器25a可将输出功率初始地设定为0(或者去激活功率电平)，使得没有施加功率直到导管14与组织接触(然而，本发明的实施方案不限于此并且，在一些实施方案中，在与组织接触之前将消融功率施加到导管14)。在操作420中，功率输出控制器25a确定操作者16是否已经手动地停用功率输出。如果是，那么进程进行到操作430，在这种情况下输出功率被设定为0(或者去激活功率电平)并且进程终止。如果操作者16还未停用功率，则在操作440中，功率输出控制器25a基于来自导管14的接触力数据来确定施加到导管14的远侧末端143T的接触力，通过例如接收来自患者界面单元26的经计算的测量或者通过基于从传感器线圈(例如线圈S1、S2和S3)所接收的磁场强度数据来计算力。在操作450中，功率输出控制器25a从接触力数据确定接触力相比于先前检测的接触力是否已经变化。如果没有，那么功率输出控制器25a循环回到操作420。如果接触力已经变化，那么在操作460中，功率输出控制器25a基于在操作440中确定的接触力和控制曲线来调整输出功率，如下文所述。在调整输出功率之后，功率输出控制器25a返回到操作420。
施加到心脏壁的接触力为包含法向于(或垂直于)组织表面(例如心脏壁)的成分和沿平行于组织表面的方向的成分的向量。接触力可表示为CF(F,θ,t)，其中F为接触力的大小，θ为力向量与沿导管的远侧节段143D(参见图1B)延伸的轴线AP的角度，并且t为时间(例如在测量力时的时间)。在本发明的一些实施方案中，力F的量值用于提供功率反馈控制。在本发明的其他实施方案中，力FN的法向成分将用于提供功率反馈控制。力FN的法向成分为力向量在正交于与末端143T接触的心脏组织的轴线上的投影。功率输出控制器25a，利用导管取向和接触表面的取向的近似值，基于控制台24提供的3-D结构和导管位置信息，来计算力在心脏组织表面的法向轴线上的投影。
在导管远侧末端143T和心脏组织表面之间的特定角度处，沿切向于心脏壁的方向施加的平行力FP可导致导管远离其预期目标滑动和移动。这可发生在时，其中μ近似导管末端在心脏壁上的摩擦系数(或其等量)，但是μ在心脏壁上的不同之处可具有相当多的变化。
根据本发明的一个实施方案，基于沿法向于组织的FN方向施加的力以及基于组织通路和具体解剖结构，来控制功率电平。例如，可利用比消融中施加到右心房隔膜周围的力相对较低的法向力将峡线执行到组织。因此，力阈值参数和所施加的功率电平可基于所执行的过程的类型而变化并且可受操作者16控制。
图5A为根据本发明的一个实施方案示出了控制曲线或功率控制曲线的图。根据本发明的一个实施方案，如图5A所示，在检测到了接触力时(基于例如在导管上检测的接触力FN(t)超出零阈值力F0或响应于消融的温度)，然后导管处的功率可被打开到第一电平P1。如果将更多力施加到导管，从而增加检测的接触力，使得力超过第一阈值力F1(或截断接触力Fmax)，那么可关闭递送到导管的功率(或者将该功率设定为去激活的功率电平)，以便降低产生蒸汽爆裂或心脏组织过度加热的可能性。相反地，如果导管从心脏壁退出(或者心脏远离导管移动)并且在导管末端检测的接触力低于F0，那么功率降低到零功率电平P0使得递送到组织的功率可保持为相对稳定的。这种控制曲线总结如下：
其中F1为Fmax。在一些实施方案中，P0可为0。
在本发明的一些实施方案(例如上文所述的示例)中，以给定力施加的输出功率为方向或顺序敏感的(或者“取决于路径”)。在上述的示例中，输出功率在FN(t)<F0时根据接触力FN(t)是否已经超过零阈值F0而不同。又如，输出功率可为顺序敏感的，使得在将导管预期地强有力地(或者强硬地)推动和保持在组织内之后，导管在操作者16退出导管之后没有再次打开。在一些实施方案中，功率控制曲线可预期地具有滞后，其中，例如，接触力增加快速地降低功率输出，同时随后接触力的降低更缓慢地增加功率输出。又如，输出功率电平增加或降低的速率可受接触力变化速率的控制(例如，基于接触力的一阶导数)。如此，递送到组织的功率可基于接触力是否增加或降低或者基于导管是否与组织接触而不同。
在本发明的一些实施方案中，功率控制曲线可具有力的连续或分段连续函数的其他形状。例如，下文示出了更复杂的功率控制曲线：
其中F3为Fmax。
图5B为根据本发明的另一个实施方案示出了功率控制曲线的图。如图5B所示，在一个实施方案中，一旦导管检测到接触(例如，接触力FN(t)大于噪声阈值)并且减小在接触力FN(t)增加时的步骤中所施加的功率，那么输出功率可初始地以最高值施加。
尽管图5A-5B所示的控制曲线为阶跃函数，但是本发明的实施方案不限于此。本发明的一些实施方案的输出功率控制曲线通常随着接触力的增加而降低输出功率，但是在更低接触力水平(例如，图5A中低于F0的力)情况下可初始地施加零功率或低功率，直到检测到初始的阈值接触力(例如图5A中的F0)。例如，输出功率控制曲线在阈值接触力F0的情况下可从零功率电平P0线性地降低功率，直到截断接触力Fmax(本文中为F1)情况下的功率电平0(如图5C所示)。又如，输出功率控制曲线可沿平滑连续S形(或“S”)曲线降低，如图5D所示。图5E为表现出滞后的功率控制曲线的示例。
如上文所述，具体功率电平(P0、P1等)和接触力阈值(F0、F1等)可通过用户(例如操作者16)基于具体需要或情况设定的参数进行调整。如此，在多个情况下可使用相同的功率控制曲线，其中基于那些用户参数调整和缩放各种输出功率电平和接触力阈值的具体值。相似地，在根据数学函数控制功率电平的情况下，用户可基于情况来调整那些数学函数中的各种常数(例如系数)。
输出功率控制曲线可在控制器的存储器中以多种方式执行，例如标测了接触力对输出功率、函数调用和状态机的查找表。
图6A为根据本发明的一个实施方案示出了基于接触力和控制曲线调整输出功率的方法460的流程图。在操作461中，功率输出控制器25a的处理器确定测量的力是否小于阈值力(F0)。如果是，那么在操作463中，处理器确定力FN(t)先前是否大于F0(例如，这是“初始接触”之前或之后)。如果不是，那么输出功率在操作465中被设定为0。如果是，那么输出功率在操作467中被设定为P1。如果在操作461中所测量的力被确定为不小于F0，那么在操作469中，处理器确定测量的力FN(t)是否大于截断接触力(Fmax)。如果是，那么处理器在操作465中将输出功率设定为零。如果不是，那么处理器基于输出功率曲线设定输出功率。例如，在阶梯式输出功率曲线中，处理器可确定当前测量的接触力FN(t)跌落至哪个接触力范围以及在对应电平的输出功率。又如，测量的接触力FN(t)可提供给标测力与对应的输出功率的数学函数(例如，多项式、指数级或s形函数)。又如，如上所述，输出功率曲线可表现出滞后并且输出功率可依赖于其他因素，例如接触力是否增加或降低，或者此时的比率是否增加或降低。
心脏组织的位置由于心脏组织的跳动以及身体内的其他运动(例如患者13的呼吸)随时间而变化。因此，由导管末端施加到心脏壁的力随时间而变化(因此，力FN(t)表示为随时间变化的函数)。因为运动和力的同时增加相比于导管的消融时间而言可相对较快，所以本发明的实施方案还涉及缓解或消除时间效应。
根据本发明的一个实施方案，通过功率输出控制器25a(或其他信号处理设备)在下述时期(或整合时间Tint)内平滑测量的接触力CF(F,θ,t)，所述时期长于瞬时心率或者在长于消融时期的时期内跟踪效应以产生经平滑后的接触力SCF(t)。经平滑后的接触力的法向分量SFN(t)可通过进行计算，指出还可随时间而变化。
图6B为根据本发明的一个实施方案示出了基于经平滑后的接触力和控制曲线调整输出功率的方法440的流程图。在操作442中，新接触力测量存储于存储器中，例如功率输出控制器25a的存储器。在操作444中，功率输出控制器25a的处理器计算经平滑后的接触力SCF(t)。通过在时期内在使时间Ts处的值平均化(例如计算移动平均值)或者利用统计估计技术(例如卡尔曼滤波)来执行平滑，并且处理器将经平滑后的接触力SCF(t)输出到(例如)操作450以确定经平滑后的力是否已经变化。
如此，输出功率控制曲线可根据如下的经平滑后的接触力SFN(t)来限定输出功率Pout(t)之间的关系：
其中SFN1和SFN2为表示期望接触力操作范围的系统的参数(例如，可基于过程类型和待消融的心脏部分设定的用户限定参数)。在该示例中，SFN2对应于截断接触力Fmax。
相似地，P1、P2和P3还为指示所提供功率的三个不同参考电平的参数，其中P1为在低接触条件下(例如经平滑后的接触力小于SFN1)施加的力，P2为操作范围(例如，经平滑后的接触力大于SFN1并且小于SFN2)中施加的力，并且P3为在高接触条件下(例如，经平滑后的接触力大于SFN2)施加的力。
此外，在本发明的一些实施方案中，功率在接触力的阈值水平周围逐渐变化，而不是利用阶跃函数。
此外，在本发明的一些实施方案中，功率输出被调节为接触表面面积的函数(例如，接触力、导管几何结构和阻抗的函数)。
已结合本发明的某些示例性实施方案进行了以上描述。本发明所属技术领域内的技术人员将会知道，在不有意背离本发明的原则、实质和范围的前提下，可对所述结构作出更改和修改。应当理解，附图未必按比例绘制。因此，上述的具体实施方式不应当解读为仅适合附图所述和所示的精密结构，而是，应当解读为符合下述的权利要求并且支持下述的权利要求，下述的权利要求具有本发明的充分和公平的范围。

Claims (20)

1.一种导管插入系统，包括：
导管，所述导管包括电极和被配置成检测施加到所述电极的接触力的传感器组件；和
耦合到所述导管的控制器，所述控制器包括处理器和存储指令的存储器，所述指令在被所述处理器执行时使得所述处理器：
接收来自所述导管的传感器组件的检测的接触力；
控制提供给所述导管的电极的功率以在所述检测的接触力小于第一阈值接触力时具有去激活的功率电平；
控制提供给所述导管的电极的所述功率以在所述检测的接触力大于所述第一阈值接触力时具有第一功率电平；以及
控制提供给所述导管的电极的所述功率以在所述检测的接触力大于截断接触力时具有去激活的功率电平，所述截断接触力大于所述第一阈值接触力。
2.根据权利要求1所述的导管插入系统，其中所述存储器还存储在被所述处理器执行时使得所述处理器执行下列操作的指令：
控制提供给所述导管的电极的所述功率以在所述检测的接触力大于第二阈值接触力时具有第二功率电平，所述第二阈值接触力大于所述第一阈值接触力并且小于所述截断接触力。
3.根据权利要求1所述的导管插入系统，其中所述存储器还存储在被所述处理器执行时使得所述处理器执行下列操作的指令：
控制提供给所述导管的电极的所述功率以在所述检测的接触力小于所述第一阈值接触力并且所述检测的接触力先前大于所述第一阈值接触力时具有零功率电平，所述零功率电平大于所述第一功率电平。
4.根据权利要求1所述的导管插入系统，其中所述存储器还存储在被所述处理器执行时使得所述处理器执行下列操作的指令：
根据功率控制曲线控制提供给所述导管的电极的所述功率，所述功率控制曲线为分段连续函数。
5.根据权利要求4所述的导管插入系统，其中所述存储器还存储在被所述处理器执行时使得所述处理器执行下列操作的指令：
在所述接触力增加时沿第一曲线控制提供给所述电极的功率；以及
在所述接触力降低时沿不同于所述第一曲线的第二曲线控制提供给所述电极的功率。
6.根据权利要求1所述的导管插入系统，其中所述第一阈值接触力对应于噪声阈值。
7.根据权利要求1所述的导管插入系统，其中所述检测的接触力包括基于来自所述传感器组件的多个接触力数据计算出的经平滑后的接触力。
8.根据权利要求7所述的导管插入系统，其中所述存储器还存储在被所述处理器执行时使得所述处理器执行下列操作的指令：
通过计算来自所述传感器组件的多个接触力数据的平均值来计算所述经平滑后的接触力。
9.根据权利要求7所述的导管插入系统，其中所述存储器还存储在被所述处理器执行时使得所述处理器执行下列操作的指令：
通过对来自所述传感器组件的多个接触力数据应用卡尔曼滤波来计算所述经平滑后的接触力。
10.根据权利要求1所述的导管插入系统，其中所述存储器还存储在被所述处理器执行时使得所述处理器执行下列操作的指令：
接收用户参数；以及
根据所述用户参数调整所述第一阈值接触力、所述第一功率电平和所述截断接触力中的至少一个。
11.一种用于控制施加到导管的消融功率的方法，所述方法包括：
通过包括处理器和存储器的控制器接收来自所述导管的传感器组件的检测的接触力，所述传感器组件被配置成检测施加到所述电极的接触力；
通过所述控制器控制提供给所述导管的电极的功率以在所述检测的接触力小于第一阈值接触力时具有去激活的功率电平；
通过所述控制器控制提供给所述导管的电极的所述功率以在所述检测的接触力大于所述第一阈值接触力时具有第一功率电平；以及
通过所述控制器控制提供给所述导管的电极的所述功率以在所述检测的接触力大于截断接触力时具有去激活的功率电平，所述截断接触力大于所述第一阈值接触力。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：控制提供给所述导管的电极的功率以在所述检测的接触力大于第二阈值接触力时具有第二功率电平，所述第二阈值接触力大于所述第一阈值接触力并且小于所述截断接触力。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：控制提供给所述导管的电极的功率以在所述检测的接触力小于所述第一阈值接触力并且所述检测的接触力先前大于所述第一阈值接触力时具有零功率电平，所述零功率电平大于所述第一功率电平。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括：根据功率控制曲线控制提供给所述导管的电极的功率，所述功率控制曲线为分段连续函数。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
在所述接触力增加时沿第一曲线控制提供给所述电极的功率；以及
在所述接触力降低时沿不同于所述第一曲线的第二曲线控制提供给所述电极的功率。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一阈值接触力对应于噪声阈值。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述检测的接触力包括基于来自所述传感器组件的多个接触力数据计算出的经平滑后的接触力。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：通过计算来自所述传感器组件的多个接触力数据的平均值来计算所述经平滑后的接触力。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括：通过对来自所述传感器组件的多个接触力数据应用卡尔曼滤波来计算所述经平滑后的接触力。
20.根据权利要求11所述的方法，还包括：
接收用户参数；以及
根据所述用户参数调整所述第一阈值接触力、所述第一功率电平和所述截断接触力中的至少一个。
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