CN107485388B - 篮状导管的双功能传感器 - Google Patents

Abstract

本发明题为：“篮状导管的双功能传感器”。本发明所述的实施方案包括一种导管，所述导管包括在所述导管的远侧端部处的多个长条，以及设置在所述长条上的多个螺旋导电元件。还描述了其它实施方案。

Description

篮状导管的双功能传感器

技术领域

本发明的实施方案整体涉及医疗装置领域，并且具体涉及用于记录心内心电图(ECG)信号的导管。

背景技术

在一些应用中，篮状导管用于采集心内心电图(ECG)信号，该篮状导管包括大量设置在多个长条(spline)上的电极。此类信号可用于例如构建心脏的电解剖图。

美国专利申请公布2011/0118590(其公开内容以引用方式并入本文)描述了用于内部解剖检查的介入性系统，该介入性系统包括用于内部解剖插入的导管插入术装置。导管插入术装置包括至少一个磁场传感器和信号接口，该磁场传感器用于响应于至少一个传感器围绕穿过施加在患者解剖结构外的磁场内导管插入术装置的轴的旋转运动生成电信号，该信号接口用于缓冲电信号以进行进一步处理。信号处理器处理经缓冲的电信号以获得指示导管插入术装置相对于参照物的旋转角度的信号。旋转角度围绕穿过导管插入术装置的轴。再现装置为用户呈现数据，指示导管插入术装置的旋转角度。

美国专利申请公布2003/0093067(其公开内容以引用方式并入本文)描述了用于将体腔成像并在体腔内引导治疗元件的系统和方法。系统可包括成像子系统，该成像子系统具有收集体腔图像数据的图像处理器以及成像装置。可提供标测子系统，该标测子系统包括标测装置以及图处理器，以识别出体腔内的靶部位，并提供该部位的位置数据。该系统还可包括耦合到治疗装置上的定位元件的位置处理器，以跟踪定位元件的位置。治疗元件的位置通过参考定位元件来确定。还可提供治疗子系统，该治疗子系统包括具有治疗元件的治疗装置和治疗递送源。注册子系统接收并记录来自其它子系统的数据，并显示数据。

美国专利6,272,371(其公开内容以引用方式并入本文)描述了侵入式探头设备，该侵入式探头设备包括柔性的细长探头，该细长探头具有邻近其远侧端部的远侧部分，用于插入对象的身体内，该部分在有力施加到其上时呈预定的曲线形式。第一传感器和第二传感器在相对于远侧端部的已知位置中固定至探头的远侧部分，这些传感器响应于探头的弯曲而生成信号。信号处理电路接收弯曲响应信号并处理它们，以找到至少第一传感器的位置和取向坐标，并确定沿着探头的远侧部分的长度的多个点的位置。

美国专利申请公布2006/0025677(其公开内容以引用方式并入本文)描述了外科导航系统，该外科导航系统用于在患者的区域内导航，可包括非侵入式动态参照框架和/或基准标记、末端有传感器的器械以及隔离器电路。动态参照框架可放置在患者上的精确位置中以用于引导器械。动态参照框架可固定放置在患者上。也可将动态参照框架放置成允许软组织相对于动态参照框架大致自然地移动。还提供了方法来确定动态参照框架的位置。可在手术进行中确定解剖界标并且不触及解剖结构。

美国专利6,892,091(其公开内容以引用方式并入本文)描述了用于快速生成心室电标测图的设备和方法，该设备和方法利用包括主体的导管，该主体具有近侧端部和远侧端部。远侧端部具有远侧末端以及非接触式电极阵列，该非接触式电极阵列具有近侧端部和远侧端部以及至少一个位置传感器。优选的是利用两个位置传感器。第一位置传感器优选地邻近导管远侧末端，并且第二位置传感器优选地邻近非接触式电极阵列的近侧端部。导管远侧端部还优选地在其远侧末端处包括接触电极。优选地，位置传感器中的至少一个位置传感器并且优选地为两个位置传感器，提供六个程度的位置信息。位置传感器优选地为电磁位置传感器。导管用于在至少一个心动周期内快速生成心脏电标测图，并且优选地包括心脏消融和消融后验证。

发明内容

根据本发明的一些实施方案提供了导管，该导管在其远侧端部处包括多个长条，以及设置在长条上的多个螺旋导电元件。

在一些实施方案中，多个长条被布置成限定篮。

在一些实施方案中，螺旋导电元件印刷在长条上。

在一些实施方案中，螺旋导电元件中的每个螺旋导电元件包括以螺旋方式涂到长条上的导电涂料。

在一些实施方案中，导管还包括覆盖螺旋导电元件中的每个螺旋导电元件的至少大部分的电绝缘层。

在一些实施方案中，电绝缘层没有覆盖螺旋导电元件中的每个螺旋导电元件的恰好一个相应线匝的一部分。

根据本发明的一些实施方案，还提供了包括电路和处理器的设备。该电路配置成基于从螺旋导电元件接收的心内心电图(ECG)电压来生成第一输出，以及基于由磁场跨导电元件感应的电压差来生成第二输出。该处理器配置成基于第一输出和第二输出来构建电解剖图。

在一些实施方案中，

电路还配置成：

通过在导电元件和参考电极之间传递电流，使得从导电元件接收接近度指示电压，以及

基于接近度指示电压来生成第三输出，并且

处理器配置成基于第三输出来构建电解剖图。

在一些实施方案中，处理器配置成从第三输出获得导电元件与组织的接近度。

在一些实施方案中，电路包括：

第一差动放大器，该第一差动放大器配置成：

通过放大ECG电压和参考电压之间的差值来生成第一输出，以及

通过放大接近度指示电压和参考电压之间的差值来生成第三输出；和

第二差动放大器，该第二差动放大器配置成通过放大感应的电压差来生成第二输出。

在一些实施方案中，电路包括至导电元件的恰好两个连接件。

在一些实施方案中，处理器配置成：

从第一输出获得电活动信息，

从第二输出获得解剖信息，以及

通过将电活动信息和解剖信息组合来构建电解剖图。

根据本发明的一些实施方案，还提供了方法，该方法包括从导电元件接收心内心电图(ECG)电压，接收由磁场跨导电元件感应的电压差，以及使用ECG电压和电压差来构建电解剖图。

在一些实施方案中，接收电压差包括在接收ECG电压时接收电压差。

在一些实施方案中，导电元件设置在导管远侧端部处的多个长条上。

结合附图阅读本发明实施方案的以下详细说明，将更全面地理解本发明，其中：

附图说明

图1为根据本发明的一些实施方案的篮状导管的示意图；并且

图2-图3为根据本发明的一些实施方案的用于处理从导电元件接收的信号的电路的示意图。

具体实施方式

概述

本文所述的实施方案包括可用于例如构建电解剖图的篮状导管。该篮状导管包括在其远侧端部处的多个长条，并且还包括多个螺旋导电元件，该多个螺旋导电元件设置在长条上。在电解剖标测规程期间，螺旋导电元件用作电感器，因为所生成的磁场跨导电元件感应相应的电压差。基于感应的电压差，可精确地确定导电元件的相应位置和取向，并由此可精确地确定篮状导管的位置和取向。

通常，本文所述的实施方案显得甚至更为有利，因为螺旋导电元件可另外用作用于采集ECG信号的电极，使得其可以不必要为篮状导管配备单独的ECG采集电极。例如，电绝缘层可覆盖螺旋导电元件中的每个螺旋导电元件的大部分，但是仍有螺旋导电元件中的每个螺旋导电元件的一小部分暴露。该暴露部分在与心内组织接触时，采集来自组织的ECG信号。

本文所述的螺旋导电元件因此可在单个规程期间例如同时发挥两个功能。首先，它们可通过感测心内ECG信号而用作ECG电极。其次，它们可通过响应于所生成的磁场生成位置信号(以上述感应电压的形式)来用作磁场传感器。因此可将导电元件描述为另外用作磁场传感器的ECG电极，或将其描述为另外用作ECG电极的磁场传感器。(尽管存在上述内容，但在一些实施方案中，导电元件仅使用作为磁场传感器，并且耦合到长条的单独电极用于采集ECG信号。)

本文所述的实施方案还包括用于处理从螺旋导电元件接收的信号的电路。具体地讲，本文所述的电路基于所接收的信号生成多个输出，该多个输出由处理器用于构建电解剖图。这些输出包括：多个第一输出，该第一输出指示组织的电活动；多个第二输出，该第二输出指示跨导电元件相应的感应的电压差；和多个第三输出，该第三输出指示导电元件中的每个导电元件对组织的接近度。

设备具体实施方式

首先参见图1，其为根据本发明的一些实施方案的篮状导管22的示意图。图1示出医师34使用篮状导管22执行对象26的心脏25的电解剖标测。在标测规程期间，包括长条28的篮20的导管的远侧端部插入心脏25中。然后使长条与心内组织接触，并且长条上的导电元件24采集心内ECG信号。控制台36接收这些ECG信号，该控制台连接至篮状导管并包括计算机处理器32。

在采集心内ECG信号时，通过位于对象26下面或以其它方式在邻近对象的位置处的多个磁场发生器30来生成磁场。(如图1所示，控制台36中的信号发生器(“SIG GEN”)40可通过向发生器供应交流电使得发生器30生成磁场。)磁场跨导电元件24感应电压差。感应的电压差由控制台接收，基于感应的电压，处理器32探知导电元件中的每个导电元件的位置。然后处理器32基于ECG信号(该信号指示心内组织的电活动)以及从螺旋导电元件接收的电压(该电压指示ECG信号源的相应位置)构建心脏的电解剖图。此类图可显示在监视器38上供医师34查看，并且/或者存储以用于稍后分析。

长条28可被布置成限定任何合适形状的篮，诸如图1中所示的球状篮。图1示出其中多个螺旋导电元件24设置在长条中每个长条的表面上的实施方案。图的左上部分示出单个此类螺旋导电元件的放大视图。在该放大视图中，导电元件的实线部分对应于长条近侧上的导电元件的部分(面向观察者)。虚线部分对应于长条远侧上的导电元件的部分(背离观察者)。每个导电元件的两个终端中的每个终端通常经由线42连接至控制台，该线穿过长条的内部。

在一些实施方案中，导电元件印刷在长条上。例如，导电元件中的每个导电元件可包括以螺旋方式涂到长条上的导电涂料。在其它实施方案中，导电元件包括缠绕(即，盘绕)以及粘合或以其它方式附接到长条的线。在任何情况下，对于其中螺旋导电元件在长条表面上的实施方案，通常电绝缘层44覆盖螺旋导电元件中的每个螺旋导电元件的至少大部分。电绝缘层44防止任何给定导电元件的线匝彼此短路。

通常，电绝缘层没有覆盖螺旋导电元件中的每个螺旋导电元件的恰好一个相应线匝的一部分。因此，电绝缘层防止线匝短路(因为每个导电元件暴露出不多于一个线匝)，但是也允许导电元件采集ECG信号。例如，图1的放大部分示出了其中电绝缘层暴露出导电元件的部分46的实施方案。可使暴露出的部分46与组织接触，以采集ECG信号。

如上所述，导电元件暴露出的部分限于导电元件中的一个线匝。这意味着导电元件暴露出的部分的最远端和导电元件暴露出的部分的最近端之间的距离小于导电元件的连续线匝之间隔开的距离D。

在一些实施方案中，电绝缘层跨多个导电元件是连续的。在其它实施方案中，如图1中所示，电绝缘层的不连续的，使得电绝缘层中没有一个部分覆盖多于一个导电元件。相似地，对于任何给定的导电元件，由电绝缘层提供的覆盖物可为连续的或不连续的。作为后者的示例，在图1中，导电元件由电绝缘层的两个独立、不相交的部分覆盖，这些部分在导电元件暴露出的部分46的相应相对侧上。

在一些实施方案中，作为图1中设置在长条上的另选方式，导电元件容纳在长条内。在此类实施方案中，由电绝缘材料(诸如塑料)制成的长条提供“覆盖物”，其防止导电元件短路。对于其中导电元件另外用于采集ECG信号的实施方案，长条被成形为限定多个开口，该多个开口暴露出螺旋导电元件中的每个螺旋导电元件的恰好一个相应线匝的一部分。换句话讲，此类实施方案与上述实施方案类似，其中长条的表面在防止导电元件短路且同时任选地提供ECG信号采集的功能上类似于电绝缘层44。

现在参见图2，其是根据本发明一些实施方案的用于处理从导电元件24接收的信号的电路48的示意图。电路48通常位于控制台36内，介于导管-控制台接口和处理器之间。如图2中所示，电路48通常经由连接至导电元件的恰好两个连接件(或“引线”)来连接至每个螺旋导电元件24：第一连接件50a连接至导电元件的一个终端，而第二连接件50b连接至导电元件的另一个终端。如以下进一步所述，电路48基于经由连接件50a和50b从每个螺旋导电元件接收的信号来生成输出。基于这些输出，处理器32构建对象心脏的电解剖图。

通常，电路48包括第一差动放大器52a和第二差动放大器52b。连接件50a和50b连接至第二差动放大器52b，而连接件中的一个连接件，例如第一连接件50a，还连接至第一差动放大器52a。由此，连接件50a和50b将输入输送至差动放大器，如下文进一步所述。

如上所述，让每个导电元件24的暴露部分与心内组织56接触，使得ECG电压(在上文称为“ECG信号”)从组织传输至导电元件。(ECG电压通常跨导电元件是恒定的，即导电元件终端处的ECG电压没有明显不同于导电元件暴露部分处的ECG电压。)第一连接件50a将ECG电压输送至第一差动放大器52a，该第一差动放大器通过放大所接收的ECG电压和参考电压之间的差值，基于ECG电压来生成第一输出54a。处理器从第一输出54a获得电活动信息，并使用该信息构建电解剖图。通常，参考电压是设置在篮状导管上例如导管轴的中心长条上(未在图1中示出)的参考电极58处的电压。(在图2中，参考电极58接地，使得参考电压为地电位。)

连接件50a还将由磁场在导电元件的一个终端处感应的电压输送至第二差动放大器52b，同时连接件50b输送在另一个终端处所感应的电压。换句话讲，连接件50a和50b将跨导电元件感应的电压差共同输送至第二差动放大器。基于该电压差，第二差动放大器52b通过放大电压差来生成第二输出54b。第二输出54b包括解剖信息，因为第二输出指示导电元件的位置，并由此指示ECG信号源的位置。处理器从第二输出获得该解剖信息，然后在构建电解剖图时，将该解剖信息与从第一输出获得的电活动信息组合。

通常，电路48还包括电流源，或如图2中，与电阻器62串联的电压源60，这两者一起用作电流源。电流源使电流“I”在连接件50a上以及导电元件和参考电极58(或不用作ECG参考电压的不同参考电极)之间传递。在传递电流期间，导电元件上的电压指示导电元件遇到的阻抗；电压越高，阻抗越大。阻抗继而指示导电元件与组织的接近度；阻抗越高，接近度越大。因此，导电元件上的电压指示导电元件与组织的接近度。第一差动放大器通过放大接近度指示电压和参考电压之间的差值，基于该接近度指示电压来生成第三输出54c。然后处理器使用第三输出来构建电解剖图。具体地讲，处理器首先从第三输出获得导电元件与组织的接近度。然后处理器基于接近度决定是否接受第一(电活动相关)输出。例如，处理器可将该接近度和阈值作比较，并且仅在接近度大于阈值时(即导电元件和组织之间的距离足够小)接受该第一输出。

需注意，ECG电压、感应电压以及接近度指示电压的频率完全不同，使得三个电压可同时在连接件50a上输送(并因此同时由电路接收)。因此，可同时生成第一输出54a、第二输出54b和第三输出54c。在一些实施方案中，加法器61将第一输出、第二输出和第三输出相加，产生具有多个不同频率分量的组合输出64。然后将组合输出64传递至模数转换器(ADC)66，该模数转换器将组合的输出转换为传递至处理器的数字信号。

但为简单起见，在图2中仅示出了单个螺旋导电元件24，篮状导管22通常包括大量的螺旋导电元件。在这一点上，现在参见图3，其为根据本发明的一些实施方案的电路48的示意图。

图3示出了其中图2中所示出的电路48的配置可被扩展来处理来自大量螺旋导电元件的大量输入的方式。具体地讲，在图3中，针对导电元件中的每个导电元件重复有图2中所示出的电路的块68。因此，在图3中，导电元件24a连接至电路的块68a，导电元件24b连接至块68b，并且导电元件24c连接至块68c。相似地，针对每个导电元件重复有电阻器62，使得电压源60可经由电阻器62a连接至块68a，经由电阻器62b连接至块68b，或经由电阻器62c连接至块68c。(通常，开关70确保电压源一次连接的块不多于一个。)因此，例如，为了在导电元件24a和参考电极之间传递电流，将电压源连接至块68a。

如图中的三点序列所指出的那样，图3中所示的配置可被扩展以处理任何数目的导电元件。

需要强调的是，可以许多方式应用本文所述的原理。例如，本公开的范围包括使用一个或多个线圈中的每个线圈和/或其它导电元件，在任何相关的应用中用于(i)磁性跟踪和(ii)与组织交换信号两者。(可酌情修改参考图2-图3所述的电路以适应应用。)与组织交换信号包括，例如，如上所述采集ECG信号，以及/或者将消融信号传递至组织中。(在后一情况中，从导电元件输送感应电压的相同引线可用于将消融信号递送至导电元件。)此外，本文所述的双功能传感器可设置在任何合适的设备上，包括例如lasso导管、球囊导管或其它类型的导管。

本领域的技术人员应当理解，本发明并不限于上文中具体示出和描述的内容。相反，本发明实施方案的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合两者，以及本领域的技术人员在阅读上述说明书时可能想到的未在现有技术范围内的变型和修改。以引用方式并入本专利申请的文献被视为本专利申请的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中定义的任何术语与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应只考虑本说明书中的定义。

Claims (19)

1.一种用于记录心内心电图信号的导管，包括：

在所述导管的远侧端部处的多个长条；和

设置在所述长条上的多个螺旋导电元件并且所述多个螺旋导电元件连接到电路，每个螺旋导电元件经由恰好两个连接件电连接到所述电路以使得所述多个螺旋导电元件中的每个操作以获取心内心电图ECG电压并且响应于磁场来生成电压差。

2.根据权利要求1所述的导管，其中所述多个长条被布置成限定篮。

3.根据权利要求1所述的导管，其中所述螺旋导电元件印刷在所述长条上。

4.根据权利要求3所述的导管，其中所述螺旋导电元件中的每个螺旋导电元件包括以螺旋方式涂到所述长条上的导电涂料。

5.根据权利要求1所述的导管，还包括电绝缘层，所述电绝缘层覆盖所述螺旋导电元件中的每个螺旋导电元件的至少大部分。

6.根据权利要求5所述的导管，其中所述电绝缘层不覆盖所述螺旋导电元件中的每个螺旋导电元件的恰好一个相应线匝的一部分。

7.用于记录心内心电图信号的设备，包括：

电路，所述电路配置成：

基于从连接到螺旋导电元件的恰好两个连接件接收的心内心电图ECG电压来生成第一输出，以及

基于来自到所述螺旋导电元件的所述恰好两个连接件的由磁场跨所述导电元件感应的电压差来生成第二输出；和

处理器，所述处理器配置成基于所述第一输出和所述第二输出来构建电解剖图。

8.根据权利要求7所述的设备，

其中所述电路还配置成：

通过在所述导电元件和参考电极之间传递电流，使得从所述导电元件接收接近度指示电压，以及

基于所述接近度指示电压来生成第三输出，并且

其中所述处理器配置成基于所述第三输出来构建所述电解剖图。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述处理器配置成从所述第三输出获得所述导电元件与组织的接近度。

10.根据权利要求8所述的设备，其中所述电路包括：

第一差动放大器，所述第一差动放大器配置成：

通过放大所述ECG电压和参考电压之间的差值来生成所述第一输出，以及

通过放大所述接近度指示电压和所述参考电压之间的差值来生成所述第三输出；和

第二差动放大器，所述第二差动放大器配置成通过放大所述感应的电压差来生成所述第二输出。

11.根据权利要求7所述的设备，其中所述处理器配置成：

从所述第一输出获得电活动信息，

从所述第二输出获得解剖信息，以及

通过将所述电活动信息与所述解剖信息组合来构建所述电解剖图。

12.一种用于记录心内心电图信号的方法，包括：

从连接到导电元件的恰好两个连接件接收心内心电图ECG电压；

从到所述导电元件的所述恰好两个连接件接收由磁场跨所述导电元件感应的电压差；以及

使用所述ECG电压和所述电压差来构建电解剖图。

13.根据权利要求12所述的方法，其中接收所述电压差包括在接收所述ECG电压时接收所述电压差。

14.根据权利要求12所述的方法，其中构建所述电解剖图包括：

基于所述ECG电压来生成第一输出，

基于所述电压差来生成第二输出，以及

基于所述第一输出和所述第二输出来构建所述电解剖图。

15.根据权利要求14所述的方法，其中构建所述电解剖图包括：

从所述第一输出获得电活动信息，

从所述第二输出获得解剖信息，以及

通过将所述电活动信息与所述解剖信息组合来构建所述电解剖图。

16.根据权利要求14所述的方法，其中生成所述第一输出包括通过放大所述ECG电压和参考电压之间的差值来生成所述第一输出，并且其中生成所述第二输出包括通过放大所述感应的电压差来生成所述第二输出。

17.根据权利要求12所述的方法，还包括通过在所述导电元件和参考电极之间传递电流，使得从所述导电元件接收接近度指示电压，其中构建所述电解剖图包括使用所述接近度指示电压。

18.根据权利要求17所述的方法，其中使用所述接近度指示电压包括通过从所述接近度指示电压获得所述导电元件与组织的接近度来使用所述接近度指示电压。

19.根据权利要求12所述的方法，其中所述导电元件设置在导管远侧端部处的多个长条上。

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