CN107405104B - 用于磁位置传感器的场聚集天线 - Google Patents

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Abstract

一种医疗装置被配置为诊断或治疗身体内的组织。医疗装置包括细长构件和位置传感器。细长构件被配置为容纳在身体内，并具有在近端和远端之间延伸的管腔。位置传感器接近可变形构件的远端设置在管腔内。位置传感器包括：线圈，其被缠绕以形成中央通道并且被配置为在经受磁场时生成电流；以及高磁导率天线，具有设置在中央通道外部的至少一部分以将磁场聚集至线圈并增大电流。

Description

用于磁位置传感器的场聚集天线
相关申请的交叉引用
本申请要求在2015年3月16日提交的美国临时申请no.62/133,970的权益，其通过引用包含于此，如同在此全部阐述一样。
技术领域
本发明涉及磁传感器，诸如在医疗定位系统中使用的那些磁传感器。在一个实施例中，本发明涉及用于提高磁传感器的信号强度的天线。
背景技术
医疗定位系统具有在已知的三维跟踪空间内跟踪医疗装置的能力。用于与医疗定位系统一起使用的典型的医疗装置包括导管、导引器和导丝等。这些医疗装置中的每一个可以使用细长的柔性轴杆，在柔性轴杆上的诸如电极的各种操作元件用于在诸如心脏的解剖结构上执行各种诊断或治疗程序，诸如标测和消融。
一些类型的医疗定位系统利用多个磁场在具有一个或多个线圈的位置传感器中感应(induce)电压以确定传感器在由磁场限定的三维空间内的位置。可以用电子控制单元来测量在这种传感器中感应的电压以作为指示传感器的位置的信号。磁定位系统的可靠性和准确性与传感器信号的可靠性有关。因此，提高线圈中感应的电压的强度是有利的。
一种提高传感器的输出强度的方法是将高磁导率磁芯定位在线圈绕组内以提高由线圈生成的电压。磁芯的存在通过将磁场线拉向传感器来提高磁通密度。这种传感器线圈和磁芯组合曾经在Sobe的题为“System for Determining the Position andOrientation of a Catheter”的美国专利No.US 7,197,354中描述。
现有技术的磁芯的有效性受到传感器及其安装至的医疗装置的几何形状的限制。对于具有细长的柔性轴杆的医疗装置，期望该装置具有较小的直径，例如小于19弗伦奇(French)(约6.33毫米)，以便能够移动通过脉管系统。在典型的医疗装置中使用的传感器甚至可以更小，以1弗伦奇(大约0.33毫米)或更小的级别。因此，在医疗装置内的位置传感器和传感器内的磁芯的可用空间较小。
前述讨论仅旨在示出本发明的领域并且不应当认为是对权利要求范围的否定。
发明内容
本发明涉及在用于与医疗定位系统一起使用的医疗装置中使用的位置传感器。这种医疗装置可以包括用于经由例如射频(RF)消融诊断和治疗心律失常的标测和消融导管。特别地，本发明涉及天线、集中器、控制杆或类似结构以在位置传感器中感应磁通流，从而增大由位置传感器生成的信号。
在一个实施例中，医疗装置被配置为诊断或治疗身体内的组织。医疗装置包括细长的可变形构件和位置传感器。细长构件被配置为容纳在身体内，并具有在近端和远端之间延伸的管腔。位置传感器接近可变形构件的远端设置在管腔内。位置传感器包括：线圈，其被缠绕以形成中央通道并且被配置为在经受磁场时生成电压；以及高磁导率天线，具有设置在中央通道外部的至少一部分以将磁场聚集至线圈并增大所产生的电压。
在另一实施例中，用于医疗装置的位置传感器组件包括限定内部管腔的主体；由主体支撑的电线绕组；以及设置在电线绕组外部和主体内部的磁通量天线。
在另一实施例中，医疗装置包括限定管腔的细长护套；设置在管腔内的位置传感器；暴露于细长护套的外部的电极；以及与位置传感器分离地设置在护套内的磁性天线。
在另一实施例中，一种增大磁位置传感器的信号输出的方法，包括：配置包括线圈的磁位置传感器以在经受磁场时生成电压；将位置传感器安装在医疗装置内；以及将高磁导率天线的至少一部分放置在磁位置传感器外部以被配置为将磁场聚集至线圈并增大电流。
通过阅读以下说明书和权利要求并且参阅附图，本发明的前述和其它方面、特征、细节、效用和优点将显而易见。
附图说明
图1是用于使用具有位置传感器的医疗装置在显示屏上生成和显示数据的医疗成像系统的示意图。
图2是图1的医疗装置的远侧部分的部分截面视图，其示出用于磁位置传感器的场聚集天线的一个实施例，其中天线位于位置传感器附近。
图3是图2的磁位置传感器和场聚集天线的截面视图，其示出在位置传感器的中央通道内的传统磁芯的存在。
图4是图3的磁位置传感器和场聚集天线的示意图，其示出磁通线和感应电流的存在。
图5A是包括传感器放大器的磁位置传感器的实施例的等距视图。
图5B是磁位置传感器和磁场线的另一实施例的截面视图，其中，除了覆盖磁位置传感器的一部分的与磁位置传感器材料的磁导率相比更低磁导率的材料以外，具有较低磁导率的附加材料件位于磁位置传感器的端部附近。
图5C是包括传感器放大器的导丝/压力导丝的等距视图。
图5D是图5C的导丝/压力导丝和传感器放大器的部分截面侧视图。
图6A是磁位置传感器和磁场线的另一实施例的截面视图，其中，与磁位置传感器材料的磁导率相比更低磁导率的材料的传感器放大器可以覆盖磁位置传感器的一部分。
图6B是图6A的磁位置传感器的另一实施例的截面视图。
图7是示出两个场聚集天线相对于磁位置传感器的位置的医疗装置的远侧部分的部分截面视图。
图8A和8B分别是场聚集天线的第二实施例和磁位置传感器的径向和轴向截面视图，其中，天线包括延伸通过位置传感器的弧形薄膜。
图9A和9B分别是场聚集天线的第三实施例和磁位置传感器的径向和轴向截面视图，其中，天线包括从位置传感器延伸的细长薄膜。
图10A和10B分别是场聚集天线的第四实施例和磁位置传感器的径向和轴向截面视图，其中，天线包括邻近位置传感器的多个细长条带。
图11是磁位置传感器的场聚集天线的第五实施例的截面视图，其中天线远离位置传感器定位。
具体实施方式
本文公开了用于磁位置传感器的场聚集天线的几个实施例。通常，这些场聚集天线在医疗装置中使用以增强与医疗定位系统(特别地磁定位系统)结合使用的位置传感器的输出信号。在一个实施例中，天线有助于产生高增益感应传感器，该传感器可以在与磁医疗定位系统结合使用的医疗装置中使用。下面具体参考附图描述本发明的各个实施例的细节。
图1是用于确定导管12相对于患者14的器官的模型的位置，以及用于在显示单元16上生成和显示模型和相关信息的医疗成像系统10的示意图。系统10包括：移动成像器18，其包括增强器20和发射器22；以及磁定位系统(MPS)24，其包括位置传感器26和场发生器28。与医疗成像系统10生成的模型相关的电生理图信息和心脏机械激活数据在计算机显示器16上显示，以便于诊断和治疗患者14。本发明描述了一种增大位于导管12内的位置传感器的信号输出以使得系统10能够更好地处理由导管12收集的数据的方法。例如，导管12可以包括线圈，其中电压由磁定位系统24生成的磁场的存在来感应。利用本发明的场聚集天线，线圈与磁场相互作用并由此生成电流的能力增强。
移动成像器18是在患者14位于操作台32上时获取感兴趣区域30的图像的装置。增强器20和发射器22安装在C形臂34上，C形臂34使用移动机构36来定位。在一个实施例中，移动成像器18包括荧光或X射线型成像系统，其生成患者14的心脏的二维(2D)图像。
磁定位系统24包括多个场发生器28和导管12，其中位置传感器26安装在远端，并且手柄38连接在近端。MPS 24根据位置传感器26的输出来确定导管12的远侧部分在由场发生器28生成的磁坐标系中的位置。在一个实施例中，MPS 24包括MediGuide gMPS磁定位系统，如由圣犹达医疗公司市售的，其同时生成患者14的心脏的三维(3D)模型。
C形臂34将增强器20定位在患者14之上并将发射器22定位在操作台32之下。发射器22生成成像场FI，以及增强器20接收成像场FI，成像场FI例如辐射场，其在显示器16上生成感兴趣区域30的2D图像。移动成像器18的增强器20和发射器22通过C形臂34连接以沿着成像轴AI布置在患者14的相对侧，成像轴AI在所述实施例中参考图1垂直地延伸。移动机构36围绕旋转轴AR旋转C形臂34，旋转轴AR在所述实施例中参考图1水平地延伸。移动机构36或另外的移动机构可以用于将C形臂34移动至其他方向。例如，C形臂34可以围绕延伸进入图1的平面的轴(未示出)旋转以使得成像轴AI在图1的平面中可旋转。这样，移动成像器18与具有x轴XI、y轴YI和z轴ZI的3D光学坐标系相关联。
磁定位系统(MPS)24被定位以允许导管12和场发生器28通过使用合适的有线和/或无线技术与系统10交互。导管12被插入患者14的脉管系统中以使得位置传感器26位于感兴趣区域30。场发生器28被安装至增强器20以能够在与成像场FI同延的感兴趣区域30中生成磁场FM。MPS 24能够检测位置传感器26在磁场FM内的存在。在一个实施例中，位置传感器26可以包括三个相互正交的线圈，如在Strommer等人的美国专利No.US 6,233,476中所述，为所有目的，其全部内容通过引用包含于此。这样，磁定位系统24与具有x轴XP、y轴YP和z轴ZP的3D磁坐标系相关联。
3D光学坐标系和3D磁坐标系相互独立，即它们具有不同的标度、原点和方向。C形臂借由移动机构36的移动允许成像场FI和磁场FM在它们各自的坐标系内相对于感兴趣区域30移动。然而，场发生器28位于增强器20上以配准与移动成像器18和MPS 24相关联的坐标系。由此，在每个坐标系内生成的图像可以被合并至显示单元16上显示的单个图像中。移动成像器18和MPS 24可以一起工作，如在Strommer等人的美国公开No.US 2008/0183071中所述，为所有目的，其全部内容通过引用包含于此。
显示单元16与增强器20耦合。发射器22发射穿过患者14的辐射。辐射被增强器20检测作为感兴趣区域30的解剖结构的表示。在显示单元16上生成表示感兴趣区域30的图像，包括导管12的图像。C型臂34可以移动以获得感兴趣区域30的多个2D图像，其中的每一个都可以在显示单元16上显示为2D图像。
显示单元16耦合至MPS 24。场发生器28发射对应于3D磁坐标系的轴线的相互正交的磁场。位置传感器26检测由场发生器28生成的磁场。根据例如本领域中已知的毕奥-萨伐尔定律，所检测到的信号与导管12的远端的位置和方向有关。因此，导管12的远端的精确位置和定位是由MPS24获得的，并且可以在显示单元16处与感兴趣区域30的2D图像一起显示。此外，来自位置传感器26的数据可用于生成感兴趣区域30的3D模型，如在Strommer等人的美国专利No.US 7,386,339中所述，为所有目的，其全部内容通过引用包含于此。
位置传感器26的电压输出通过以下而增大：将高导磁材料放置得邻近形成传感器的线圈绕组、接近形成传感器的线圈绕组、在形成传感器的线圈绕组的下面、靠近形成传感器的线圈绕组、或以其他方式与形成传感器的线圈绕组相关地设置以增加与位置传感器的磁场交互。位置传感器的增大的电压输出增大了由MPS 24和系统10解释的由位置传感器生成的信号。改进的信号强度可以改进由发射器22和增强器20在显示器16上生成的导管12(即位置传感器26)相对于解剖结构的放置的精度，例如通过增大MPS 24的信噪比。此外，在系统10内使用的硬件能够使用较大的放大级别和磁传输频率。这是有益的，因为它降低了对磁发射机的环境影响，这降低了位置误差。改进的信号强度还允许针对传感器的设计的较小的形状因子，同时保持相同的信号输出。
图2是图1的消融导管12的远侧部分的部分截面视图，其示出位置传感器26和场聚集天线40。导管12还包括护套42、柔性尖端44、尖端帽46、电极48A、48B和48C、流体管50、柔性电路52、插塞54、弹簧圈56、和热电偶58。
管50同心地设置在护套42内并且通过粘合剂等附接在其中。管50可以是PEEK管或者其可以由其他合适的非导电材料制成。插塞54围绕管50定位以维持管50居中地位于护套42内并便于柔性尖端44结合至护套42。例如，柔性尖端44可以在法兰处冶金地结合至插塞54。柔性尖端44包括允许柔性尖端44弯曲的切口。弹簧圈56被支撑在尖端帽56和围绕管50的插塞54之间并为护套42提供结构完整性，并且在静止和没有力施加在柔性尖端44上时将柔性尖端44弹性地维持在预定构造。在所示实施例中，预定的静止构造将柔性尖端44的纵轴定向为沿着与导管12的中心轴一致的直线。
带电极48A和48B设置在护套42上并且可用于诊断目的等。带电极48C设置在护套42上并且可用于消融组织。导线60A、60B和60C被提供为将电极48A、48B和48C分别连接至导管12的近侧部分，诸如手柄38，以用于与MPS 24和系统10的最终连接。热电偶58设置在尖端帽46中并且可以通过粘合剂支撑。导线61将热电偶58连接至导管12的近侧部分，诸如手柄38。
位置传感器26将管50限制在护套42内。位置传感器26耦合至柔性电路52，其包括导体62以连接至导管12的近侧部分，诸如手柄38。在一个实施例中，位置传感器26包括能接受磁场的缠绕导体线圈。天线40被定位为与位置传感器26非常接近以便于较高的磁通量与位置传感器26交互(与没有天线40的构造相比)。
在操作中，导管12被插入至患者的脉管系统中，以使得柔性尖端44位于期望执行医疗程序的区域处(例如，要被消融的组织附近)。消融能量(例如，RF能量)之后可以经由尖端帽46、柔性尖端44、和/或带电极48A、48B和48C中的一个或多个被输送。柔性尖端44能够弯曲以允许例如带电极48C以减小的穿刺或以其他方式损伤组织的风险接触组织。如所提出的，带电极48A、48B和48C可以用于采集来自患者的生理数据。
管50允许将冲洗流体输送到消融部位，以控制组织的温度并从该部位除去杂质。例如，来自外部存储罐的冲洗流体可连接到手柄38，由此流体被引入(例如被泵入)管50中。管50设置有径向端口64(或贴附至设置有径向端口64的远侧部件)，以允许流体脱离管50。允许流体在尖端帽46中的尖端端口66以及由所述切口形成的柔性尖端44中的端口68处脱离导管12。热电偶58允许系统10的操作者监测消融部位的温度或其附近的温度。
位置传感器26允许例如带电极48C在患者内的精确放置。天线40增强由位置传感器26生成的信号以增加位置数据的精确度。如下所述，天线40包括大量的高磁导率材料，其放置得非常接近位置传感器26以将磁通量汇集或聚集至位置传感器26中以增大在位置传感器26的线圈绕组内生成的电流。导管12的护套42、柔性尖端44、流体管50、弹簧圈56和其他部件的构造的另外的细节可以在例如都属于de la Rama等人的美国公开No.US 2010/0152731(现在的美国专利No.8,979,837)以及美国公开No.US 2011/0313417中找到，为所有目的，两者的全部内容通过引用包含于此。位置传感器26、柔性电路52和其他部件的构造的另外的细节可以在Sela等人的美国公开No.US 2014/0200556中找到，为所有目的，其全部内容通过引用包含于此。
图3是图2的磁位置传感器26和场聚集天线40的截面视图。图3示意性示出沿中心线CL的轴线同心地设置的流体管50，位置传感器26和天线40被定位至限制管50。但是，如在其他图中所示，传感器26和天线40不需要与中心线CL轴向对齐。在所示实施例中，位置传感器26包括具有内部中央通道的线圈绕组(参见图4的线圈绕组74)，其中，芯70设置在通道中并且管50延伸通过通道。位置传感器26的线圈绕组74可以由螺旋地围绕中心线CL缠绕的一段导线(诸如铜)形成。在一个实施例中，电线(参见图4的电线76A、76B)的端部朝向导管12的近侧部分延伸以结合至柔性电路52(图2)。除了图4所示的布线以外，位置传感器26的线路可以从位置传感器26上的不同位置延伸并且可以被路由以延伸至导管12的其他位置。线圈绕组可以由绕线管或其它支撑结构(参见例如图4的结构72)支撑。在其它实施例中，线圈绕组可以嵌入在护套42内。
继续参考图3，在所示实施例中，位置传感器26包括磁芯70，其可用于增加穿过位置传感器26的线圈绕组的磁通量。磁芯70包括由高磁导率材料构成的常规环形磁芯，诸如在Sobe的前述美国专利No.US7,197,354中所述，为所有目的，其全部内容通过引用包含于此。在所示实施例中，磁芯70不延伸超过位置传感器26的外侧轴向界限，其在制造期间围绕磁芯70的电线的卷绕中可能有用。在其他实施例中，磁芯70可以延伸超过位置传感器26的外侧轴向界限。这样，包括位置传感器26的一部分的线圈绕组74的内径需要足够大来容纳磁芯70的使用。然而，在其他实施例中，磁芯70可以具有比位置传感器26大的直径。在其他实施例中，位置传感器26不包括磁芯70。
天线40包括具有内部中央通道的环形主体，管50延伸通过通道。天线40位于位置传感器26附近并且可以与位置传感器26接触或与位置传感器26间隔短的距离(例如，位置传感器26的宽度)，而不使用远程束缚(参见例如图9中的导体102)。天线40被配置为在经受磁场时生成穿过位置传感器26的磁通线，由此使得与在不存在天线40时以其他方式接触位置传感器26的情况相比，较大量的磁场与位置传感器26接触。
图4是图3的磁位置传感器26和场聚集天线40的示意图，其示出磁通线MF1和MF2以及感应电流CF的存在。位置传感器26可以包括结构72，诸如磁芯70或绕线管，线圈绕组74围绕结构72以螺旋方式缠绕在引线76A和76B之间。引线76A和76B从线圈绕组74延伸以结合至柔性电路52(图2)。由于被放置在诸如图1的磁场FM的磁场中，磁通线MF1由线圈绕组74形成，其感应线圈绕组74中的电流CF。在引线74A和74B之间的线圈绕组74中感应的电压V在以下公式(1)中定义，其中，μ＝磁导率(磁芯材料)，N＝总匝数，A＝磁芯的横截面面积(L＝磁芯的长度)，以及B＝磁场强度(驱动线圈的输出，以P-P或RMS)。
V＝2πμNABf 公式(1)
从公式(1)中可以看出，如果磁导率μ增大或如果面积A增大，则感应电压V增大。然而，由于导管12内的空间限制，以及导管12的整体外径尺寸限制，增大磁芯的面积A是不理想的。也不可能简单地增加线圈的匝数N而不过度影响导管的灵活性。例如，在轴向长度上增加绕组使得传感器较长，而在径向方向上增加绕组使传感器较厚，两者可以使得导管不期望地更硬。
由于与位置传感器26经受相同的磁场，磁通线MF2由40天线形成。一些磁通线MF2通过位置传感器26。参考公式(1)，天线40可以被看作为增大磁芯的磁导率μ，或增大影响磁芯的磁场强度B。由于天线40的存在，可以改变位置传感器26的各种设计参数，诸如电压V或面积A。例如，通过使用适当尺寸的天线40，可以减小线圈绕组74的尺寸(例如，直径D，其中
Figure BDA0001405167190000091
)，而不降低信号强度或V。另外，天线40也可以允许位置传感器26的绕组由更便宜的材料或基于至柔性电路52(在图2中可见)的连接方法来制造，例如同时允许天线40的特定构造以生成期望的信号强度。而且，天线40仅可被配置为用于简单地增大电压V的大量高磁导率材料，其增大在磁定位系统24(如图1所示)处接收到的位置传感器26的信号。电压V可以通过在导管12内包括多个天线而进一步增大。
给传感器添加放大的另一种方式是围绕传感器(例如，沿着传感器的一部分的天线或柔性或刚性传感器放大器)或在传感器的端部(例如，连接至或邻近传感器的附加材料件)处添加高磁导率的材料和/或部件。留下传感器部分地或全部地未由高磁导率材料的传感器放大器覆盖防止传感器被附加材料屏蔽。如果传感器放大器超过或接近传感器而不覆盖传感器，则较长的长度或较大的外径(OD)扩展了材料的几何形状的拉力的范围。在一些实施例中，较大OD的材料可以比传感器的磁芯具有更低的磁导率，以使得当磁通量到达较大的部件(例如，传感器放大器)时，传感器磁芯可以拉动来自外部部件的磁场。
图5A是包括传感器放大器的磁位置传感器的实施例的等距视图。传感器放大器41可以包括具有与磁位置传感器材料的磁导率相比更低的磁导率的材料的柔性部分43和刚性部分45。刚性部分45可以包括磁位置传感器47。柔性部分43可以具有相互连接的多个薄板49。多个薄板49可以在两个或更多个位置处相互连接。例如，多个薄板49可以在柔性部分43的相对侧上具有两个连接部，并且可以在各个薄板之间交替(例如，薄板491和492在90°和270°处连接，并且薄板492和493在0°和180°处连接)。多个薄板49可以在任何合适的位置处连接。多个薄板49可以具有分离多个薄板49的多个开口51。多个开口51可以允许柔性部分43弯曲并形成各种弯曲的形状。多个开口51的尺寸可以决定曲线的形状(例如，较小的开口限制弯曲，较大的开口允许更大的弯曲)。所述多个开口51可以具有任何合适的形状或尺寸。
图5A的传感器放大器41的刚性部分45可以包括一个或多个环53和多个开口55，所述开口将一个或多个环53彼此分离(例如，在如图5A所示的存在多个环的情况下)或将一个环与传感器放大器41的相邻部分分离。刚性部分45中的多个开口55可以具有例如与柔性部分43相比较大的宽度。多个开口55的尺寸可以是任何合适的尺寸。刚性部分45中的多个开口55可以具有任何合适的尺寸或形状。
刚性部分45还可以在每个端部处包括实体管57。实体管57可以具有长度59。磁位置传感器47可以具有适配在刚性部分45内的任何合适长度，包括足够短以适配在实体管57的内端61之间。在另一个实施例中，磁位置传感器47可以足够长以延伸超出实体管57的内端61但不延伸超出刚性部分45的长度。刚性部分45可以包括多于一个磁位置传感器47。磁位置传感器47可以沿着位于刚性部分45的中心的线AA居中。在其它实施例中，磁位置传感器47可以沿着不以线AA为中心的线定位。
图5B是磁位置传感器和磁场线的另一实施例的截面视图，其中，除了覆盖磁位置传感器的一部分的与磁位置传感器材料的磁导率相比更低磁导率的材料以外，具有较低磁导率的附加材料件位于磁位置传感器的端部附近。在该实施例中，导管12”可以包括传感器放大器42’，其具有在每个端部处的实体管63并具有由四个开口67分离的三个环65。磁位置传感器47’围绕中央管腔69并且以由线BB表示的导管的远侧部分的纵轴为中心。如上所述，在其他实施例中，磁位置传感器47’可以与不同于由线BB表示的纵轴的轴对齐。图5C是包括传感器放大器的导丝的等距视图。导丝71可以包括一个或多个诊断传感器，诸如被设计来检测血压等的那些诊断传感器，诸如由圣犹达医疗公司出售的PressureWireTM AerisTMGuidewire，和/或其可以在Samuelsson等人的美国专利No.9,220,461中更详细地描述，为所有目的，其全部内容通过引用包含于此。在该实施例中，导丝71可以包括传感器放大器41”，其可以包括刚性部分45’，刚性部分45’可以包括在每个端部的实体管57’以及由四个开口75分离的五个环73。传感器放大器可以包括多于四个开口或少于四个开口以优化磁传感器47”测量开口75之间的磁场的能力。传感器放大器41”可以在传感器放大器41”的四个开口75的区域内围绕磁传感器47”。导丝71可以在远端79处具有球尖端77。在球尖端77和刚性部分45’之间，导丝71可以是柔性的。刚性部分45’具有维持磁传感器47”的刚性形式的有限的灵活性。导丝71还可以具有邻近刚性部分45’的柔性部分81，从而使得不能阻止磁传感器47”近侧和远侧的导丝的弯曲。此外，在至少一个实施例中，传感器放大器41”可以与图5A所示的放大器41类似以使得其包括传感器放大器41”的柔性部分(参见例如图5A中的柔性部分43)，其可以至少部分地位于导丝71的柔性部分81中。
图5D是图5C的导丝和传感器放大器的部分截面侧视图。导丝71可以包括传感器放大器41”，其具有围绕放大器的纵轴以90°交替的多个间隙G以提供360°范围的灵活性。例如，在传感器放大器41”中可以存在间隙G-1、G-2、G-3、和G-4。可以存在任何合适数量n的间隙G(例如，G-n)以提供期望程度的灵活性。交替多个间隙G可以以各种模式完成以提供不同程度的灵活性。多个间隙G可以在刚性部分45’的一个或多个环73中或刚性部分45’的每个端部处的实体管57’中。多个间隙G可以是由激光或创建间隙的任何其他合适的方法制造的切口。
图6A是磁位置传感器和磁场线的另一实施例的截面视图，其中，与磁位置传感器材料的磁导率相比更低磁导率的材料的传感器放大器可以覆盖磁位置传感器的一部分。磁位置传感器85可以包括传感器放大器87，其可以具有长度89，短于磁位置传感器85的长度91，以使得磁位置传感器85的端部不被传感器放大器87覆盖。磁场MF3的流动方向由箭头93表示。这种配置可以使磁场MF3线被拉到磁位置传感器85中。与在没有较低磁导率材料的传感器放大器87存在的情况下以其他方式接触位置传感器85相比，这种配置可以使得更大量的磁场MF3与磁位置传感器85接触。传感器放大器87可以是实体圆柱管。
在其他实施例中，类似于传感器放大器87的传感器放大器可以具有以一个模式移除的一个或多个部分以形成穿过其中的开口或间隙。从传感器放大器移除的一个或多个部分可使磁场“泄漏”到磁位置传感器中。在另一实施例中，多个环(例如传感器放大器的短的部分)可以沿着磁位置传感器的长度在各个位置围绕磁位置传感器。在另一实施例中，该传感器放大器可以是柔性的。柔性的传感器放大器可以是编织材料或网状或类似的构造。柔性的传感器放大器也可以由高导磁合金(下文更详细地描述)或类似材料制成。
图6B是图6A的磁位置传感器的另一实施例的截面视图。在该实施例中，磁位置传感器85可以包括传感器放大器87和附加材料件95。与磁位置传感器材料的磁导率相比，附加材料件95可以是具有较低磁导率的材料，并且可以靠近磁位置传感器85的端部。附加材料件95可以与磁位置传感器85的中心线CC的纵轴横向地布置。这种配置可以导致一些磁场MF4线被偏转到磁位置传感器85中。磁场的流动方向由箭头97表示。在该示例中，存在两个附加材料件95，但在其他实施例中，可以存在更多的这些附加材料件。附加材料件95的长度99使得与磁位置传感器85相比，附加材料件95具有与医疗装置的外部更接近的部分。
图7是示出两个场聚集天线相对于磁位置传感器的位置的医疗装置的远侧部分的部分截面视图。两个场聚集天线可位于消融导管12’的远侧部分，其示出场聚集天线77和场聚集天线78相对于磁位置传感器26的位置。在所示的实施例中，天线78邻近位置传感器26与天线77轴向相对地布置。在其它实施例中，天线77和78可定位在位置传感器26的同一侧上。天线77和78可以与位置传感器26相接触、相邻或相间隔。天线77和78可以与参考图2-4所述的天线40类似地配置。例如，天线77和78可以各自仅包括位于线圈绕组74附近的圆柱形主体(在图4中可见)。然而，在图7所示的实施例中，天线40和78的外径大于位置传感器26的外径，从而区别于必须更小以放置在位置传感器中的常规磁芯。圆柱形状允许导管12’的其它部件，例如管50、柔性电路52(在图2中可见)或引线通过其中。
本文描述的天线可以由任何材料制成，较高磁导率的材料更合适。磁场线优先地行进通过具有高磁导率的材料。在各个实施例中，可以使用高导磁合金、非晶态金属合金(也称为金属玻璃合金)、或99.95％的纯铁。高导磁合金和
Figure BDA0001405167190000121
非晶态合金(METGLAS是南卡罗来纳州康威的Metglas公司的注册商标)的一个特殊分支都特别好地适用于与本公开的天线一起使用。如本文使用的，术语“Metglas”是指利用快速凝固过程(以大约一百万华氏度/秒的冷却)制造的薄的非晶态金属合金(又称为金属玻璃合金)，无论是否具有METGLAS商标以及是否由Metglas公司或其相关企业之一制造。在本文公开的天线中使用的Metglas部件是各种宽度的薄带/片，其一般为15-75微米(即，0.015-0.075毫米)厚，但可以使用更薄或更厚的带/片。相比于磁导率等于1(即，μ＝1)的空气，已经发现，高导磁合金具有约50,000的相对磁导率，99.95％的纯铁具有约200,000的相对磁导率，以及Metglas具有约1,000,000的相对磁导率。
如本文使用的“磁导率”，除非有相反指示，是指材料或元件支持自身内的磁场的形成的能力。它是材料响应于所施加的磁场获得的磁化程度。本文使用的具有“高磁导率”的材料，除非有相反的指示，是指相对磁导率高于马氏体不锈钢的相对磁导率的任何材料。
可以改变天线40、77和78的具体形状，以实现期望的设计需求。对于具有直径D和长度L的圆形天线形状，实验表明，当D/L比值较小时，高磁导率天线的形状被优化。具有这种形状的天线通常是又细又长的。
图8A和8B分别是场聚集天线80和磁位置传感器82的径向和轴向截面视图。位置传感器82类似于参考图2和3讨论的位置传感器26，但没有磁芯。天线80包括轴向地延伸通过位置传感器82的弧形薄膜、片或带。相比于传统的传感器磁芯，天线80的质量从位置传感器82的内部偏移并位于位置传感器82的边界的外部。从位置传感器82的内部清除天线80允许位置传感器82更小，而不牺牲信号强度，或者用于其他部件在传感器内的放置，这增加了医疗装置的设计灵活性。
在一个实施例中，天线80是薄的，因为天线80的径向厚度比天线80的圆周宽度或轴向长度小几个数量级。例如，天线80的径向厚度可以为约十五微米(即，15μm，也即0.015mm)或更小。在所示的实施例中，天线80的轴向长度长于位置传感器82的轴向长度，以使得当如图8A和8B所示布置时，天线80必然从位置传感器82延伸。然而，在其他实施例中，天线80可以与位置传感器82同样长或短于位置传感器82，但被定位为轴向地从位置传感器82延伸出来(例如，参见图9A和9B所示的配置，其中，天线84与磁位置传感器86的长度相同)。在图8A和8B所示的实施例中，天线80包括中空的圆柱形壳体的一半(即是半圆柱形壳体或半圆柱体)，但可以使用其他接近圆柱形(即具有小于完整圆形的横截面)或弧形的形状。此外，天线可以是平的(例如，具有正方形或矩形的横截面而不是弧形的横截面)，如图9A和9B所示。
图9A和9B分别是场聚集天线84和磁位置传感器86的径向和轴向截面视图。天线84包括从位置传感器86轴向延伸的扁平薄膜。天线84类似于图8A和8B的天线80，但天线84是扁平的并且在轴向长度上与位置传感器86相等。天线84被定位为部分地在位置传感器86内部以及部分地在位置传感器86外部。天线84也可以被定位为在位置传感器86的远侧或近侧完全在位置传感器的外部。天线84示出本公开的场聚集天线的另一实施例，其中，天线可以至少部分地从位置传感器86的内部偏移(例如，天线84的至少一部分从传感器86的内部延伸)，以增加位置传感器86的总直径或位置传感器86的内部的内容的设计选择。在其他实施例中，薄膜天线可以被配置为沿着在医疗装置中使用的细长柔性构件的长度的大部分延伸，包括沿着任何远侧环形区域。
图10A和10B分别是场聚集天线88和磁位置传感器90的径向和轴向截面视图。在所示的实施例中，天线88包括邻近位置传感器90定位的多个细长条带92A-92C。如上所述，期望本公开的场聚集天线具有又细又长的形状以使得它们具有小的D/L比值。尽管细长条带92A-92C不是圆的，但它们相对于它们的轴向长度来说很薄。条带92A-92C的具体截面形状可以在各种实施例中不同，并且可以具有不同的厚度。例如，条带92A-92C可以包括薄膜、片或带的部分。参考图10B，细长条带92A-92C被示出为以三角形图案设置在十二点钟、九点钟和六点钟的位置。然而，细长条带92A-92C可以位于邻近位置传感器90的任何位置，以对如本文所述的与位置传感器90的磁场交互具有积极的效果。可以使用任何合适的手段(诸如粘合剂)将细长条带92A-92C以及本文所述的任一磁场增强天线在医疗装置内保持就位。
在图10A和10B的实施例中，多个小的厚度-长度比的天线被设置在位置传感器90的内部之外。这样，多个小质量天线的效果可以具有增加位置传感器90与磁场的相互作用的累积效应。通过允许场聚集天线位于医疗装置内非常接近位置传感器的任何可用空间内，细长条带92A-92C进一步改进了针对位置传感器90的设计选择。由此，诸如冲洗管、引线、导线等的其他部件可以在没有来自磁芯的干扰的情况下定位，并且场聚集天线可以安装在其可用的空间中。
在另一实施例中，位置传感器26的位置可以移动得远离其被配置为通过将天线40远程束缚至位置传感器26来提供位置数据的位置，如图11所示。
图11是磁位置传感器96的场聚集天线94的截面视图，其中天线94远离导管100的护套98内的位置传感器96定位。在图11的实施例中，场聚集天线94经由导体102被远程地束缚至位置传感器96。位置传感器96和导体102设置在屏障104内。位置传感器96经由电线106接地，电线106通过屏障104中的开口108。护套98和导管100类似于图2的护套42和导管12。同样，位置传感器96可以与位置传感器26或任何传统的磁位置传感器类似地构造。
天线94被定位在导管100内期望准确地知道位置的地方。如所示出的，天线94被定位为接近尖端110，但可以定位为接近其他元件，诸如诊断电极、消融电极或任何其他操作元件。通常，位置传感器基于其与其放置的磁场相互作用的地方来提供反馈。由此，其通常期望将位置传感器定位为靠近期望知道精确位置的操作元件。例如，期望知道操作元件在显示屏16(图1所示)上相对于要执行手术的解剖结构的模型或图像的精确位置。
在图11的实施例中，位置传感器96可置于护套98内空间可用的任何位置处，而不考虑导管100内的特定位置。天线94被放置在期望知道医疗定位系统中的位置的地方。天线94与该位置的磁场相互作用，由此产生伪位置信号，其由导体102中继到位置传感器96，用于生成能够传递到系统10(如图1所示)的实际信号。导体102可以由任何合适的高磁导率的材料制造，如Metglass或几乎纯的铁。屏障104用于减少位置传感器96中的磁噪声，因此可以由高磁导率材料制造，以吸引不与位置传感器96直接接合的磁场线。屏障104可以具有各种形状。在所示的实施例中，屏障104包括形状类似于位置传感器96的传感器部分104A，和形状类似于导体102的导体部分104B。因此，屏障104被定位为靠近要被屏蔽的元件以最小化导管100内的空间消耗。然而，屏障104可以具有更简单的圆柱形设计，以便于更容易的制造，但其占用更多的空间。值得注意的是，屏障104还设有地线106。另外，地线106可以被省略并且可以提供开口108。地线106和开口108可以被提供以允许与位置传感器96的外部通信，当然还有其他原因。
虽然上面以一定程度的特殊性描述了许多实施例，但本领域技术人员可以在不背离本发明的精神的前提下对所公开的实施例做出多种改变。目的是上面描述中所包含的或附图中所示出的所有事物应该被解释为仅说明性的而非限制性的。可以在不背离本教导的情况下做出细节或结构的改变。以上描述和以下权利要求意于覆盖所有这些修改和变化。
本文描述了多种设备、系统和方法的多种实施例。许多具体细节被阐述以提供对说明书中描述并在附图中示出的实施例的整体结构、功能、制造和使用的彻底理解。然而，本领域技术人员可以理解，实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实施。在其他实例中，公知的操作、部件和元件没有被详细描述以不使得说明书中描述的实施例难以理解。本领域普通技术人员可以理解，本文描述和示出的实施例是非限制性示例，并且由此可以理解，本文公开的具体结构和功能细节可以是代表性的并且不必然限制实施例的范围，实施例的范围仅由所附权利要求限定。
本说明书所涉及的“多个实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”、或“实施例”等指代的是结合所述实施例描述的特定特征、结构、或性质包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中多个地方出现的短语“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”等并非必须全部指代相同的实施例。此外，特定特征、结构、或性质可以在一个或多个实施例中以任何合适方式组合。因此，结合一个实施例中所示出或描述的特定特征、结构或性质可以整体地或部分地与一个或多个其他实施例的特征、结构、或性质无限制地组合。
可以理解，术语“近侧”和“远侧”可以在说明书中参考操作用于治疗患者的器械的一个端部的临床医生使用。术语“近侧”指的是器械的最靠近临床医生的部分并且术语“远侧”指的是最远离临床医生的部分。还可以理解，为了简洁和清楚起见，诸如“竖直”、“水平”、“上”和“下”的空间术语可以在本文中关于所示实施例被使用。然而，医疗器械可以以多种方向和位置使用，并且这些术语不旨在是限制性的和绝对的。
被描述为通过引用包含于此的任何专利、公布、或其它公开材料都仅仅以如下程度整体或部分地包含于此，即所包含的材料不与本发明所阐述的已有定义、声明、或其它公开材料相冲突。正是如此，并且以必要的程度，在此明确阐述的本发明取代通过引用包含于此的任何冲突的材料。被描述为通过引用包含于此、但与本文所阐述的已有定义、声明、或其它公开材料相冲突的任何材料、或其部分，将仅以所包含材料与已有公开材料之间不产生冲突的程度而被包含。

Claims (28)

1.一种被配置用于诊断或治疗身体内的组织的医疗装置，所述医疗装置包括：
细长构件，被配置为容纳在所述身体内，所述细长构件具有在近端和远端之间延伸的管腔；
位置传感器，接近细长构件的远端设置在所述管腔内，所述位置传感器包括：
线圈，其被缠绕以形成中央通道并且被配置为在经受磁场时生成电流；以及
高磁导率天线，具有设置在所述中央通道外部的至少一部分以将所述磁场聚集至所述线圈并增大所述电流；以及
完全设置在所述线圈的中央通道内的磁芯，
其中，所述高磁导率天线包括邻近所述线圈设置的第一块，以及所述第一块与所述线圈轴向分隔。
2.根据权利要求1所述的医疗装置，其中，所述高磁导率天线包括穿过所述中央通道并具有比所述线圈的轴向长度长的轴向长度的主体。
3.根据权利要求2所述的医疗装置，其中，所述主体在所述线圈的绕组的方向上沿圆周弯曲。
4.根据权利要求2所述的医疗装置，还包括邻近所述线圈设置的多个主体。
5.根据权利要求1所述的医疗装置，还包括邻近所述线圈与所述第一块轴向相对地设置的第二块。
6.根据权利要求1所述的医疗装置，其中，所述天线包括：
与所述传感器分隔的块；以及
连接所述块和所述线圈的导体。
7.根据权利要求6所述的医疗装置，还包括从所述块延伸以围绕所述导体和所述线圈的屏障。
8.根据权利要求7所述的医疗装置，其中，所述天线还包括邻近所述传感器的所述屏障中的开口，或从所述传感器延伸通过所述屏障的地线。
9.根据权利要求1所述的医疗装置，其中，所述天线包括金属玻璃材料。
10.根据权利要求1所述的医疗装置，其中，所述高磁导率天线具有比所述线圈的外径大的外径。
11.根据权利要求1所述的医疗装置，还包括：
延伸通过所述线圈的内管；以及
从所述线圈朝向细长构件的近端延伸的导体。
12.根据权利要求1所述的医疗装置，还包括：
设置在细长构件的远端附近的操作元件；以及
设置在所述细长构件的近端并适于控制所述远端的偏转的手柄。
13.一种用于医疗装置的位置传感器组件，所述位置传感器组件包括：
限定内部管腔的主体；
由所述主体支撑的电线绕组，所述电线绕组被缠绕以形成中央通道并且被配置为在经受磁场时生成电流；
设置在所述电线绕组外部和所述主体内部的磁通量天线，所述磁通量天线具有设置在所述中央通道外部的至少一部分以将所述磁场聚集至所述电线绕组并增大所述电流；以及
设置在所述电线绕组内的磁芯，
其中，所述磁通量天线包括邻近所述电线绕组设置的第一块，以及所述第一块与所述电线绕组轴向分隔。
14.根据权利要求13所述的传感器组件，其中，所述磁通量天线包括薄的材料条带。
15.根据权利要求13所述的传感器组件，其中，所述磁通量天线包括具有比电线绕组的磁导率大的磁导率的材料的块。
16.根据权利要求13所述的传感器组件，还包括设置在所述电线绕组外部和所述主体内部的多个磁通量天线。
17.根据权利要求13所述的传感器组件，还包括：
电耦合所述电线绕组和所述磁通量天线的导体；以及
围绕所述电线绕组和所述导体的屏障。
18.一种医疗装置，包括：
限定管腔的细长护套；
设置在所述管腔内的位置传感器；
暴露于所述细长护套的外部的电极；以及
与所述位置传感器分离地设置在所述护套内的磁性天线；
其中，所述位置传感器包括线圈，所述线圈包括具有比空气的磁导率大的磁导率的磁芯；
所述线圈被缠绕以形成中央通道并且被配置为在经受磁场时生成电流；以及
所述磁性天线具有设置在所述中央通道外部的至少一部分以将所述磁场聚集至所述线圈并增大所述电流，
其中，所述磁性天线包括邻近所述线圈设置的第一块，以及所述第一块与所述线圈轴向分隔。
19.根据权利要求18所述的医疗装置，其中，所述磁性天线的磁导率大于所述磁芯的磁导率。
20.根据权利要求18所述的医疗装置，其中，所述磁性天线包括与所述线圈的中心轴线平行地延伸的薄的材料条带。
21.根据权利要求18所述的医疗装置，还包括与其他磁性天线分离设置的附加磁性天线。
22.一种增大磁位置传感器的信号输出的方法，所述方法包括：
配置包括线圈的磁位置传感器以在经受磁场时生成电流；
将所述位置传感器安装在医疗装置内；
将高磁导率天线的至少一部分布置在所述磁位置传感器外部以被配置为将磁场聚集至所述线圈并增大所述电流；以及
在所述线圈的中央通道内设置磁芯，
其中，所述高磁导率天线包括邻近所述线圈设置的第一块，以及所述第一块与所述线圈轴向分隔。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述高磁导率天线被定位成将磁通量集中至所述磁位置传感器。
24.根据权利要求22所述的方法，还包括将所述高磁导率天线与所述磁位置传感器分隔。
25.根据权利要求22所述的方法，还包括将所述高磁导率天线成形为又细又长。
26.根据权利要求22所述的方法，还包括利用导体连接所述磁位置传感器和所述高磁导率天线。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括利用高磁导率结构屏蔽所述磁位置传感器和所述导体。
28.一种医疗装置，包括：
磁位置传感器，包括限定在线圈绕组内的传感器磁芯部分；以及
传感器放大部件，用于放大由所述磁位置传感器产生的信号，所述传感器放大部件位于所述传感器磁芯部分的外部；
所述线圈绕组被缠绕以形成中央通道并且被配置为在经受磁场时生成电流；以及
所述传感器放大部件具有设置在所述中央通道外部的至少一部分以将所述磁场聚集至所述线圈绕组并增大所述电流，
其中，所述传感器放大部件包括邻近所述线圈绕组设置的第一块，以及所述第一块与所述线圈绕组轴向分隔。
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