CN107530027B - 用于检测定位元件的包覆和非包覆的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用定位系统检测定位元件/护套状态改变的方法，包括使用多个定位场发生器建立定位场；分别从定位场内的第一和第二导管承载的定位元件获得第一和第二定位信号；比较第一和第二定位信号的正交分量；以及基于正交分量之间的比较来检测针对导管承载的定位元件之一的定位元件/护套状态改变。例如，当正交分量之间的比较超过预设量时，可以检测到定位元件撤回至导引器护套内。相反，当正交分量之间的比较返回至低于预设量时，可以检测到定位元件从导引器护套的再次露出。

Description

用于检测定位元件的包覆和非包覆的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年5月7日提交的美国临时申请no.62/158,238的权益，其通过引用包含于此，如同在本文中完全阐述一样。本申请还涉及于2013年3月5日提交的现在未决的美国申请no.13/785,807，其通过引用包含于此，如同在本文中完全阐述一样。
背景技术
本公开涉及定位系统，诸如用在心脏诊断和治疗程序中的定位系统。特别地，本公开涉及用于检测诸如电极的定位元件何时从导引器护套或其他包封器具中露出和/或缩回至导引器护套或其他包封器具中的系统、设备和方法。
导管用于日益增长数量的程序。例如，仅举几个例子，导管用于诊断、治疗和消融程序。通常，导管被操纵通过患者的血管至期望部位，例如，患者心脏内的部位。在许多情况中，导管借助于导引器护套(有时被简单地称为“导引器”或“护套”)被插入至身体中并导航至目标位置。如普通技术人员可以理解，导引器是具有中央管腔的导管，其他医疗装置可以通过中央管腔。
还已知的是，使用定位系统(有时也称为“标测系统”、“导航系统”或“位置反馈系统”)来跟踪在患者的身体内移动的导管或其他医疗装置的三维坐标。这些装置通常使用磁、电、超声和其他辐射源来确定这些装置的坐标。例如，基于阻抗的定位系统通过将医疗装置测量的电压(更特别地，由承载在医疗装置上的一个或多个电极测量的电压)解释为电场内的位置来确定医疗装置的坐标。
然而，基于阻抗的系统的一个缺点是基于阻抗的定位可能在医疗装置被撤回至导引器中时变得不可靠。这是因为，导引器通常由绝缘材料制成，使得护套内的定位电极附近的电压梯度变得非线性和不稳定。实际上，护套内的定位电极可能表现为宽广地漂移，使得对于定位系统而言准确地和精确地为医生呈现医疗装置的图像是困难的。
发明内容
本文中公开了一种利用定位系统检测定位元件/护套状态改变的方法，包括：使用多个定位场发生器建立定位场；从经由导引器护套置于定位场内的第一导管承载的定位元件获得第一定位信号，第一定位信号包括第一同相分量和第一正交分量；从经由导引器护套置于定位场内的第二导管承载的定位元件获得第二定位信号，第二定位信号包括第二同相分量和第二正交分量；比较第二正交分量和第一正交分量；以及基于第二正交分量和第一正交分量之间的比较来检测针对第二导管承载的定位系统的定位元件/护套状态改变。导管承载的定位元件可以邻近第二导管承载的定位元件。例如，第一导管承载的定位元件可以是尖端电极，以及第二导管承载的定位元件可以是近侧邻近尖端电极的最远侧环形电极。
当第二正交分量与第一正交分量之间的比较超过预设量时，可以检测到第二导管承载的定位元件撤回至导引器护套内。相反，当第二正交分量与第一正交分量之间的比较返回至低于预设量时，可以检测到第二导管承载的定位元件从导引器护套内再次露出。
还预想到另外的比较，因此，在一些实施例中，该方法还可以包括：从经由导引器护套置于定位场内的第三导管承载的定位元件获得第三定位信号，第三定位信号包括第三同相分量和第三正交分量；比较第二正交分量和第三正交分量；以及基于第二正交分量和第一正交分量之间的比较和第二正交分量和第三正交分量之间的比较来检测针对第二导管承载的定位元件的定位元件/护套状态改变。此外，当第二正交分量和第一正交分量之间的比较超过第一预设量以及第二正交分量和第三正交分量之间的比较超过第二预设量时，可以检测到第二导管承载的定位元件撤回至导引器护套中。
在第一导管承载的定位元件是尖端电极以及第二导管承载的电极是近侧邻近的环形电极的实施例中，该方法还可以包括：利用导引器护套外部的尖端电极建立尖端电极的基准正交分量；以及当第一正交分量从基准正交分量偏离多于预设量时检测到尖端电极的定位元件/护套状态改变。可以在检测到环形电极已经撤回至导引器护套时建立尖端电极的基准正交分量。可替代地，可以在环形电极在导引器护套外部时建立尖端电极的基准正交分量。例如，当环形电极位于导引器护套外部时，尖端电极的基准正交分量可以被计算为第一正交分量的连续平均。
为了说明心脏空间的非均质结构，可以针对尖端电极建立多个基准正交分量，其中每个基准正交分量对应于各自的解剖区域。
在又一其他实施例中，在基于第二正交分量与第一正交分量之间的比较检测到环形电极已经撤回到导引器护套中时，将尖端电极的状态设置为护套内。类似地，在基于第二正交分量和第一正交分量之间的比较检测到第二导管承载的定位元件已经撤回到导引器护套中时，第二导管承载定位元件的近侧定位的任意导管承载的定位元件的状态可以被设置为护套内。
本文中还公开了一种进行心脏电生理研究的方法，包括：建立包围患者的身体的基于阻抗的定位场；从经由导引器护套置于患者的身体中的医疗装置上的第一定位元件获得定位信号，第一定位信号包括第一同相分量和第一正交分量，第一同相分量反映第一定位元件在定位场内的位置；从医疗装置上的第二定位元件获得定位信号，第二定位信号包括第二同相分量和第二正交分量，第二同相分量反映第二定位元件在定位场内的位置；比较第二正交分量和第一正交分量；以及基于第二正交分量与第一正交分量的比较来检测第二定位元件是在导引器护套的内部还是外部。
基于第二正交分量与第一正交分量的比较来检测第二定位元件是在导引器护套的内部还是外部可以包括当比较超过预设量时检测到第二定位元件位于导引器护套内。当第二定位元件被检测为在导引器护套内时，可以暂停数据采集。可替代地，当第二定位元件被检测为在导引器护套内时，可以丢弃由第二定位元件采集的数据。另外，当第二定位元件被检测为在导引器护套内时，第一定位元件的状态可以被设置为在导引器护套内。
该方法还可以包括：利用位于导引器护套外部的第一定位元件建立第一定位元件的基准正交分量；以及当第二定位元件被检测到位于导引器护套内时：比较第一正交分量和基准正交分量；以及基于第一正交分量与基准正交分量的比较来检测第一定位元件是在导引器护套的内部还是外部。基准正交分量可以针对感兴趣的解剖区域是特定的。
本公开还包括一种定位系统，具有：定位处理器，其被配置为从第一定位元件接收第一定位信号和从第二定位元件接收第二定位信号作为输入；将第一定位信号分解为反映第一定位元件在定位场内的位置的第一同相分量和第一正交分量；以及将第二定位信号分解为反映第二定位元件在定位场内的位置的第二同相分量和第二正交分量；以及状态检测处理器，其被配置为接收第一正交分量和第二正交分量作为输入；以及通过比较第二正交分量与第一正交分量来检测第二定位元件是在导引器护套的内部还是外部。
状态检测处理器还可以被配置为在检测到第二定位元件位于导引器护套内时将第一定位元件的状态设置为位于导引器护套内。
状态检测处理器还可以被配置为利用导引器护套外部的第一定位电极确定第一定位元件的基准正交分量；以及通过比较第一正交分量和基准正交分量来检测第一定位元件是在导引器护套的内部还是外部。
通过阅读以下说明书和权利要求书并通过查看附图，本发明的上述以及其他方面、特征、细节、用途和优点将显而易见。
附图说明
图1是诸如可以用在电生理研究中的定位系统的示意图。
图2描绘了用在电生理研究中的示例性导管。
图3A至3C是定位电极和导引器护套的相对位置的示例性透视图。
图4描绘了四个定位电极的定位信号的同相和正交分量。
图5是描绘根据本文中教导的用于检测定位元件/护套状态改变的绝对方法的代表性步骤的流程图。
图6是描绘根据本文中教导的用于检测定位元件/护套状态改变的相对方法的代表性步骤的流程图。
图7描绘了四个定位电极的定位信号的正交分量。
具体实施方式
本发明提供用于检测诸如定位电极的定位元件何时从诸如导引器护套的另一装置露出和/或撤回至该另一装置中(本文称为“定位元件/护套状态改变”)的方法、设备和系统。为了示出的目的，本文将在用于心脏电生理程序中的定位系统的背景下详细描述本发明的实施例。然而，可以想到，本文的教导可以在其他背景中实施以得到好的优势。
图1示出了电生理系统8的示意图，其用于通过如下进行心脏电生理研究：导航心脏导管、和测量在患者11的心脏10中发生的电活动并且三维地标测电活动和/或与所测量的电活动相关或表示所测量的电活动的信息。系统8可以用于例如使用一个或多个电极来创建患者的心脏10的解剖模型。系统8还可以用于在沿着心脏表面的多个点处测量电生理数据，并且与电生理数据被测量的每一个测量点的位置信息相关联地存储所测量的数据，例如用以创建患者的心脏10的诊断数据标测图。
如本领域普通技术人员将意识到的，并且如下文将进一步描述的，系统8可以确定通常在三维空间内的对象的位置，以及在一些方面确定三维空间内的对象的方位，并且将那些位置表示为相对于至少一个参考确定的位置信息。
为了示意的简单，患者11被示意性地描绘为一椭圆。在图1所示的实施例中，三组表面电极(例如，贴片电极)被示出为施加到患者11的表面，限定三个大致正交的轴，本文称为x轴、y轴和z轴。在其他实施例中，电极可以以其他布置定位，诸如，举例来说在特定身体表面上的多个电极。作为另一种选择，电极不需要在身体表面上，而是可以位于身体内部或外部框架上。
在图1中，x轴表面电极12、14沿第一轴施加于患者，例如在患者的胸腔区域的侧面上(例如施加于患者的每个手臂下面的皮肤)，并且可以被称为左和右电极。y轴电极18、19沿患者在胸腔区域的胸骨和脊柱施加至患者，并且可以被称为胸部电极和背部电极。z轴电极16、22沿通常与x轴和y轴正交的第三轴施加，例如沿患者的大腿内侧和颈部区域，并且可以被称为左腿电极和颈部电极。心脏10位于这些成对的表面电极12/14、18/19和16/22之间。
另外的表面参考电极(例如“腹部贴片”)21为系统8提供参考和/或接地电极。腹部贴片电极21可以为固定的心内电极31的一种替代，下文进一步详细描述。此外，还应当理解的是，患者11可以使大部分或全部常规表面心电图(“ECG”或EKG”)系统导联就位。例如在某些实施例中，可以使用12个ECG导联的标准组来感测患者心脏10的心电图。该ECG信息对系统8可用(例如，其可以提供作为计算机系统20的输入)。在ECG导联被很好地理解的情况下，并且为了图中的清楚起见，在图1中仅示意了一个导联6及其到计算机系统20的连接。
还以示意性方式描绘了具有至少一个电极17(例如，远侧电极)的代表性导管13。该代表性导管电极17可以被称为“测量电极”。典型地，可以使用导管13上的或者多个这种导管上的多个电极。例如在一个实施例中，系统8可以使用布置在患者的心脏和/或脉管系统内的十二个导管上的六十四个电极。在其它实施例中，系统8可以利用包括多个(例如，八个)键槽的单个导管，每个键槽依次包括多个(例如八个)电极。当然，这些实施例仅仅是示例性的，并且可以使用任意数量的电极和导管。实际上，在一些实施例中，可以使用高密度标测导管，例如St.Jude医疗公司的EnSiteTM ArrayTM非接触标测导管。
同样，应当理解的是，导管13(或多个这种导管)通常经由一个或多个导引器并使用熟悉的程序被引入患者的心脏和/或脉管系统中。为了本公开的目的，图2中示出了示例性导管13的一段。在图2中，导管13通过经中隔护套35延伸进入患者心脏10的左心室50。使用至左心室的经中隔方式是公知的，并且是本领域普通技术人员所熟悉的，不需要在本文进一步描述。当然，导管13也可以以任意其它合适的方式被引入心脏10。
在所示出的实施例中，导管13包括在其远侧尖端上的电极17，以及沿其长度间隔开的多个另外的测量电极52、54、56。通常，相邻电极之间的间隔将是已知的，但应当理解的是，电极可不沿着导管13均匀间隔或彼此具有相等的尺寸。由于这些电极17、52、54、56中的每一个都位于患者内，因此系统8可以针对每一个电极同时采集位置数据。
图3A至3C示出了导管13的远端相对于导引器35的三个相对位置。如图3A所示，导管13完全撤回至护套35中(例如，电极17、52、54和56都在护套35内)。在图3B中，导管13前进以使得电极17而非电极52、54和56从护套35露出。在图3C中，导管13进一步前进，以使得电极17和52而非电极54和56从护套35露出。如下文进一步详细论述的，本文的教导可以被应用以获得好的优势来检测从图3A至图3B的电极17的定位元件/护套状态改变、以及从图3B至图3C的电极52的定位元件/护套状态改变(并且，如普通技术人员将意识到的，反之亦然，以及针对电极54和56，导管13进一步从护套35前进和/或撤回至护套35)。
现在回到图1，在一些实施例中，固定参考电极31(例如附接至心脏10的壁)被示出为在第二导管29上。为了校准目的，该电极31可以是固定的(例如附接至或者邻近心脏的壁)或者与测量电极(例如电极17、52、54、56)以固定的空间关系布置，因此可以被称为“导航参考”或“局部参考”。可以除了上述表面参考电极21之外另外使用固定参考电极31或者可以使用固定参考电极31来替代上述表面参考电极21。在许多情况下，心脏10中的冠状窦电极或其他固定电极可以用作测量电压和位移的参考；即如下文所述，固定参考电极31可以限定坐标系的原点。
每个表面电极耦合至多路开关24，并且通过计算机20上运行的软件来选择表面电极对，多路开关24将表面电极耦合至信号发生器25。可替代地，可以去除开关24并且可以提供信号发生器25的多个(例如，三个)实例，每个测量轴(即，每个表面电极对)一个实例。
计算机20例如可以包括传统的通用计算机、专用计算机、分布式计算机或任何其他类型的计算机。计算机20可以包括一个或多个处理器28，诸如单个中央处理单元(CPU)或通常被称为并行处理环境的多个处理单元，其可以执行指令以实现本文所公开的各个方面。
一般地，为了在生物导体中实现导管导航，由一系列驱动和感测电耦极子(例如，表面电极对12/14、18/19和16/22)产生三个名义上正交的电场。可替代地，这些正交场可以被分解并且任意表面电极对都可以被驱动为偶极子以提供有效的电极三角测量。同样地，电极12、14、18、19、16和22(或任何其它数量的电极)可以以用于驱动电流到心脏中的电极或感测来自心脏中的电极的电流的任何其它有效布置来定位。例如，多个电极可以放置在患者11的背部、侧面和/或腹部。对于任意期望的轴，由预定的一组驱动(源-汇)配置产生的跨越非固定电极测量的电势被代数结合以产生与通过简单地沿正交轴驱动均匀电流获得的有效电势相同的有效电势。
因此，表面电极12、14、16、18、19、22中的任何两个可以被选择作为相对于接地参考(例如腹部贴片21)的偶极子源极和漏极，同时，未激励的电极测量相对于接地参考的电压。位于心脏10内的测量电极17、52、54、56暴露于来自电流脉冲的场并且相对于地(例如腹部贴片21)被测量。实践中，心脏10内的导管可以包含比所示的四个更多或更少的电极，并且每个电极电势都可以被测量。如先前指出的，至少一个电极可以被固定至心脏的内表面以形成固定参考电极31，其也相对于地(例如腹部贴片21)被测量，并且其可以被限定为坐标系的原点，定位系统8测量相对于该原点的位置。来自表面电极、内部电极和虚拟电极中的每一个的数据集都可以用于确定测量电极17、52、54、56在心脏10内的位置。
系统8可以使用所测量的电压确定心脏内的电极(例如测量电极17、52、54、56)相对于参考位置(例如参考电极31)在三维空间中的位置。也就是说，在参考电极31处测量的电压可以用于限定坐标系的原点，而在测量电极17、52、54、56处测量的电压可以用于表示测量电极17、52、54、56相对于原点的位置。在一些实施例中，坐标系是三维(x，y，z)笛卡尔坐标系，但是可以预想到其他坐标系，例如极坐标系、球坐标系和柱坐标系。
从前述讨论应当清楚，当表面电极对在心脏上施加电场时，测量用于确定一个或多个电极在心脏内的位置的数据。电极数据还可以用于创建用于改善电极位置的原始位置数据的呼吸补偿值，如美国专利no.7,263,397所描述的，其全部内容通过引用包含于此。电极数据还可以用于补偿患者身体的阻抗的变化，例如美国专利no.7,885,707所描述的，其全部内容也通过引用包含于此。
在一个代表性实施例中，系统8首先选择一组表面电极，然后用电流脉冲驱动它们。在输送电流脉冲的同时，测量和存储电活动，例如利用剩余的表面电极和体内电极中的至少一个测量的电压。可以如上所述执行对伪像(例如呼吸和/或阻抗移位)的补偿。
在一些实施例中，系统8是St.Jude医疗公司的EnSiteTM VelocityTM心脏标测和可视化系统，其产生如上所述的电场，或者是依赖于电场的另一个这样的系统。然而，其他系统可以结合本发明的教导使用，包括例如Biosense Webster公司的CARTO导航和定位系统，Northern Digital公司的
Figure BDA0001438646130000081
系统，或者Sterotaxis’
Figure BDA0001438646130000082
的磁导航系统，所有这些都利用磁场而不是电场。以下专利中描述的定位和标测系统(所有这些专利的全部内容通过引用包含于此)也可以使用：美国专利Nos.6,990,370；6,978,168；6,947,785；6,939,309；6,728,562；6,640,119；5,983,126和5,697,377。
由此，将在生成电场的定位系统的背景下描述本发明。由定位系统8生成的场一般将被称为“定位场”，而诸如表面电极12、14、16、18、19和22的生成场的元件一般将被称为“定位场发生器”。如上所述，表面电极12、14、16、18、19和22也可以用作测量定位场的特性(例如，在非固定电极17、52、54、56处测量的电压或来自非固定电极17、52、54、56的电流)的检测器；因此，电极17、52、54和56一般也可以被称为“定位元件”(或者，在基于阻抗的定位系统的情况下，更具体地称为“定位电极”)。此外，每个定位元件的测量一般可以被称为“定位信号”。
如先前所述，表面电极12、14、16、18、19、22生成电场，该电场继而由导管13上的电极17、52、54和56感测。信号发生器25可以将激励信号提供至任何表面电极对，激励信号为处于例如8kHz的频率的正弦交流电流的形式，但普通技术人员可以理解，可以在不背离本文中教导的情况下使用宽范围的频率。
为了确定每个导管电极处的电场强度，感测信号可以首先由低通滤波器27限制频率，之后由模数转换器26转换成数字值。之后可以应用同步解调以确定针对每个电极以及进而每个表面电极对的所产生的电场强度。同步解调是通过将(来自模数转换器26的)感测信号与来自信号发生器25的激励信号的同相副本相乘来确定特定频率处的信号的强度的已建立方法。该同相副本已知为正弦参考。在相乘之前，正弦参考可以被时间延迟以将其与感测信号相位对准。由于感测信号必须从信号发生器25穿过表面电极、身体组织、导管电极和感测电子器件的电通路，感测信号具有相对于正弦参考的自然时间延迟。乘法的乘积是时间段的平均以提供与每个导管电极处的电场成比例的值。这是同相分量并且可以用于计算定位场内每个导管电极的相对位置。
通过将相同感测信号乘以与正弦参考信号的相位相差90度的信号(通过定义，余弦参考信号)，确定非同相分量。该非同相分量也被称为正交分量。
在适当调整的定位系统(即，优化了解调延迟时间的系统)中，同相分量将支配正交分量。正交分量将理想地是零，然而会具有较小可测量值。此外，假定定位元件保持位于导引器护套外部，正交分量将在特定解剖区域内是大致恒定的。由于心脏空间的非均质结构，正交分量可以随区域稍微变化。
然而，当定位元件被撤回至导引器护套中时，正交分量明显地改变。这是由于定位元件的附近的阻抗改变。该阻抗改变不仅由于导引器护套的收紧空间和绝缘材料构造，还由于复阻抗(例如，电阻和电容的组合)的改变。
如普通技术人员可以理解，电容的变化改变由定位元件感测的信号的延迟时间。由此可见，解调延迟时间不再被优化，导致正交分量的位置灵敏度。同样缺乏优化使得同相信号不可靠，导致例如呈现患者心脏内的导管13的图像的困难。在一个实施例中，当定位元件被撤回至护套中时，可以期望的是，检测该转变以使得将定位元件转变为暂时关闭或以其他方式禁用，如下文进一步描述的。
现在将参考图4和5描述用于基于正交分量来检测定位元件/护套状态改变的方法。图4描绘了沿着由贴片电极18和19所限定的颈-腿轴的四个电极(例如，17、52、54和56)的定位信号的同相和正交分量。图4的上部窗口示出了这些电极的各自的同相分量(100,102,104,106)，而下部窗口示出它们的各自的正交分量(200,202,204,206)。在图4的最左侧边缘(例如，时间t0)，所有四个电极17、52、54、56在导引器护套35的外部。如可以在图4的下部窗口中看出，电极17、52、54、56的每一个的正交分量是非零的，相对较小，并且基本上恒定。
在时间t1，大约4秒之后，导管13被部分地撤回至导引器护套35中。图4的上部窗口示出每个电极的位移改变，但是因为所有四个电极都保持在导引器护套35的外部，所以图4的下部窗口示出每个电极的正交分量没有改变。
在时间t2，大约2秒之后，导管13被进一步撤回至导引器护套35中以使得最近侧电极56再次进入导引器护套35。图4的上部窗口示出位移，并且进一步示出电极56的不可靠同相分量(线106)。图4的下部窗口还示出电极56的正交分量的可测量改变(线206)。电极56的正交分量的可测量改变指示电极56的定位元件/护套状态改变。
在时间t3，大约2秒之后，导管13被进一步撤回至导引器护套35中以使得电极54也再次进入导引器护套35。图4的上部窗口示出位移，并且进一步示出电极54的不可靠同相分量(线104)。图4的下部窗口还示出电极54的正交分量的可测量改变(线204)，以及电极56的正交分量的进一步改变。电极54的正交分量的可测量改变指示电极54的定位元件/护套状态改变。
在时间t4，大约1.5秒之后，导管13被进一步撤回至导引器护套35中以使得最远侧环形电极52也再次进入导引器护套35。图4的上部窗口示出位移，并且进一步示出电极52的不可靠同相分量(线102)。图4的下部窗口还示出电极52的正交分量的可测量改变(线202)，以及电极56、54的正交分量的进一步改变。电极52的正交分量的可测量改变指示电极52的定位元件/护套状态改变。
在时间t5，大约1秒之后，导管13被进一步撤回至导引器护套35中以使得尖端电极17也再次进入导引器护套35。图4的上部窗口示出位移，并且进一步示出电极17的不可靠同相分量(线100)。图4的下部窗口还示出电极17的正交分量的可测量改变(线200)，以及电极56、54、52的正交分量的进一步改变。电极17的正交分量的可测量改变指示电极17的定位元件/护套状态改变。
最后，在时间t6，大约1秒之后，导管13从导引器护套35离开往回前进以使得仅最近侧电极56保持在导引器护套35内。图4的上部窗口示出位移，电极17、52和54的同相分量(分别为线100、102、104)返回至可靠信号。同样，图4的下部窗口示出电极17、52和54的正交分量(分别为线200、202、204)返回至接近它们的初始的大致稳定的值，该值指示它们的状态改变(例如，从导引器护套35再次露出)。仅电极56保持经受不可靠同相分量(线106)以及可测量地改变的正交分量(线206)，因为仅电极56保持在导引器护套35内。
图5是可以执行以检测定位元件/护套状态改变的代表性步骤的流程图。在步骤500中，导管13被引入由定位系统8生成的定位场中(例如，引入至患者的心脏中)。在可选步骤502中，解调信号的延迟时间被优化。这些步骤由本领域普通技术人员足够好地理解，从而不需要在此进一步论述。
在步骤504中，设置基准正交分量，以使得可以通过实时正交分量和基准正交分量之间的比较从导管承载的定位元件的定位信号的正交分量检测定位元件/护套状态改变。利用导引器护套外部(例如，在血池中)的定位元件来建立基准。
在一个实施例中，基准正交分量将由步骤502中解调延迟时间的优化产生。通常，在适当校准(即，优化)的系统中，定位信号的正交分量将随着定位元件在特定解剖区域内移动而保持大致恒定在校准值。在校准期间的定位元件移动可能由于患者的自然运动(例如，心脏的跳动)。可替代地，其可能诸如由医生进行导管的小的移动而引起。正交分量的校准值例如在图4的下部窗口中从时间t0至时间t2描绘。
如上所述，优化步骤502是可选的。由此，在某些实施例中，使用体外校准程序来计算解调延迟。用于充分校准或“调整”定位系统的一种方式包括进行标准校准，其粗略估计身体中的信号所经历的延迟，获得具有模拟患者阻抗的同相和非同相的阻抗测量，直到非同相信号示出具有模拟位置改变的最小改变。如上所述，“位置改变”可以起因于正常心律、和导管的人工移动等。模拟位置改变可以通过引起模拟患者阻抗中的小的改变来创建。
一旦建立了基准正交分量(例如，校准值)，定位元件/护套状态改变就可以通过监测其正交分量(步骤508)从所接收的定位信号(步骤506)检测。
例如，可以在定位元件的正交分量从校准值偏离多于预设量时检测到定位元件撤回至导引器护套(路径510)。该预设量可以是用户可调节的或用户可选择的。它也可以是从校准值的正和/或负偏差。例如，在某些方面，步骤504可以包括计算正交分量的平均和标准偏差。然后，在正交分量在任一方向上从平均值偏离超出预设数量的标准偏差(例如，±3σ)时，可以检测到定位元件/护套状态改变。
相反，当正交分量返回至校准值的预设量内时(路径512)，可以检测到定位元件从导引器护套的再次露出。
类似地，如果检测到正交分量没有改变(路径514)，则不会检测到定位元件/护套状态改变。
响应于检测到定位元件/护套状态改变，许多步骤(通常称为“校正动作”)可以可选地在步骤516中独立地或协调地进行。例如，可以生成警报(例如，听觉、视觉和/或触觉信号)以引起医生对定位元件撤回至导引器护套或者定位元件从导引器护套露出的注意。
作为另一示例，数据采集可以被选通为给定定位元件的护套内或护套外状态。即，当定位元件在护套内时，从其的数据采集可以暂停；当定位元件在护套外部时，从其的数据采集可以进行(步骤518)。
作为又一示例，利用护套内的定位元件采集的数据可以简单地被丢弃。
前面讨论通过将瞬时正交信号与预先建立的基准相关联来检测定位元件/护套状态改变，可以被称作为“绝对”检测。在另一方面，可以使用“相对”方法来检测定位元件/护套状态改变。将参照图6的流程图来说明该相对方法。
块500，其对应于导管13导引到定位场(例如，由系统8生成的基于阻抗的定位场)，在图6中是相同的。同样，在块506’中接收定位信号。然而，在图6中，接收至少两个定位信号。出于说明目的，本公开将假定这些信号是针对尖端电极17的第一定位信号和针对环形电极52的第二定位信号。
如普通技术人员将通过前面讨论理解的，每个信号可以被分解为同相分量，其反映各自电极在定位场内的位置，和正交分量。在块600，两个正交信号中的一个(例如，针对尖端电极17的第一正交信号)指定为参考信号，用于与其他正交分量比较。
可以基于块600中发生的比较来检测环形电极52和导引器护套35之间的状态改变。特别地，可以基于环形电极52的定位信号的正交分量与尖端电极17的定位信号的正交分量的比较来确定环形电极52是位于导引器护套35内部还是外部。
例如，如果正交分量之间具有很小间隔或没有间隔(路径602)，则未检测到状态改变(块603)，这是因为环形电极52保持处于导引器护套35的外部。在块604，可以继续正常操作。
另一方面，如果两个正交信号分隔超出预设量(路径605)，则检测到状态改变(块606)，这是因为环形电极52已经进入导引器护套35中。根据需要，在块608处发生校正动作(例如，暂停来自环形电极52的数据采集或丢弃从环形电极52采集的数据)。
普通技术人员将意识到上述教导还可以应用于检测环形电极52从导引器护套35的再次露出。例如，当两个正交信号之间的间隔下降到低于预设量(例如，它返回到接近零的值)时，环形电极52可以被检测处于导引器护套35外部。另外，该教导还可以应用来检测环形电极54和56(或导管13上任意其他电极)的包覆和再次露出。
图7示出了上面经由电极56(轨迹700)、54(轨迹702)、52(轨迹704)、以及17(轨迹706)的正交信号随时间变化的曲线图描述的相对方法。图7的x轴示出了以100Hz频率所取的样本。从约4400个样本到约5700个样本(例如，约44秒至约57秒)，所有正交分量是大约相同的，它们反映了所有电极处于导引器护套35外部。然而，在约5700个样本处，环形电极56撤回到导引器护套35内，这导致轨迹700和轨迹706之间的间隔(参见箭头700a)。
此后不久，环形电极54也撤回到导引器护套35，这导致轨迹702和轨迹706之间的间隔(参见箭头702a)。
最终，在约5900个样本处(例如，约59秒)，环形电极52撤回到导引器护套35，这导致轨迹704和轨迹706之间的间隔(参见箭头704a)。
因此，如图7中所示，正交信号之间的间隔可以用于检测定位元件/护套状态改变。在一些实施例中，仅执行一一比较(例如，每个环形电极52、54、56的正交分量与尖端电极17的正交分量进行比较)。然而，也可以预想到，可以做出另外的比较，达到并包括每个电极的正交分量与每一其他电极的比较。
如上所述，如果尖端电极17的正交分量用作环形电极的参考，则相对方法不能用于检测尖端电极17的状态改变(因为尖端电极17的正交分量不能在逻辑上与自身比较)。因此，可以使用不同的方法来检测尖端电极17的定位元件/护套状态改变。
作为一级方案，清楚的是，当最远侧环形电极(即电极52)被包覆时，尖端电极17也处于将被包覆的风险。因此，可以做出假设，每当使用上述相对方法检测到环形电极52是包覆的时，尖端电极17也是包覆的。(导管13的几何结构还需要每当环形电极52被包覆时，电极54和56也被包覆，从而它们可以在每当环形电极52被检测为包覆时设置至“护套内”状态。)
该方法需要导引器护套35外部的至少两个电极用于电生理研究继续进行，该条件不总是期望的或可实现的。因此，在一些实施例中，上述的绝对方法可以应用于通过比较尖端电极17的正交分量与基准正交分量来检测尖端电极17的定位元件/护套状态改变。换言之，一旦环形电极52被检测为包覆的，则可以启动尖端电极17的正交分量和如上所述由导引器护套35外部的尖端电极17建立的基准正交分量之间的比较来确定尖端电极17何时撤回到导引器护套35和/或从导引器护套35再次露出。
在一些方面，当环形电极52首先撤回到导引器护套35时，设置尖端电极17的基准正交分量。在其他方面，尖端电极17的基准正交分量被计算为尖端电极17的正交分量在一段时间上的连续平均。普通技术人员也认识到存在其他合适的方式来设置尖端电极17的基准正交分量。
此外，由于正交值在身体内可以随区域变化，预想到使用多个不同的基准正交值，其中每个对应于特定解剖区域。例如，每当导管13移动进入新区域，其中环形电极52未被包覆(这确保尖端电极17也未包覆)，可以存储针对该区域的尖端电极17的基准正交值。也就是说，尖端电极17的基准正交值可以与导管13在定位场内的一个或多个位置相关联。然后，每当检测到导管13处于该相同区域时，可以使用相应的基准正交值来检测尖端电极17(或，在需要时，导管13上的任意其他电极)的状态改变。
虽然上面已经以一定程度的特殊性描述了本发明的几个实施例，但本领域技术人员可以在不偏离本发明的精神或范围的情况下对所公开实施例做出各种改变。
例如，以上参考颈-腿轴描述了本发明。颈-腿轴的使用是期望的，因为其帮助确保正交分量是非零的，因为在导管13的位置(例如，心脏内)与定位系统的坐标参考点(例如，腹部贴片21)之间存在偏移，该偏移将比在其他轴上大。然而，应该理解，本文的教导可以应用至定位系统8的任何或所有测量轴。
作为另一示例，在另一实施例中，校准过程(502)不改变解调延迟时间，而是调用不在护套中的定位元件的同相和正交分量之间的线性关系。当测量复阻抗分量时，任何校准延迟偏移显示为线性地依赖于同相分量的正交分量。另外，一些恒定电流可以存在于仪器中，该电流与定位场发生不同相，产生独立于位置的正交测量。设置在定位场内的多个定位元件诸如通过使用最小二乘法或另一合适的模型拟合技术来提供拟合线性模型的多个共同定位的同相和正交测量。可替代地，单个定位元件可以移动至多个位置以获取多个共同定位的同相和正交测量以确定线性模型参数。一旦确定了线性模型参数，定位元件可以在其同相和正交测量不再适合该参数时(如建模和测量的正交值之间的残差升高至临界阈值之上所证实的)被识别为进入护套。普通技术人员将可以将所述技术扩展至非线性和多变量模型。
作为又一示例，上文针对尖端电极17作为参考描述了相对方法。导管13上的任意其他电极，或实际上各电极的组合可以用作参考来替代(或增加至)尖端电极17，然而更远侧定位的电极是有利的。
所有的方向参考(例如，上、下、向上、向下、左、右、向左、向右、顶部、底部、之上、之下、垂直、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，特别地对于本发明的位置、方向或用途。连接参考(例如附接、耦合、连接等)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，连接参考并非必须指两个元件直接连接和彼此固定地连接。
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情况下，可以进行细节或结构的改变。

Claims (16)

1.一种定位系统，包括：
定位处理器，其被配置为：
从由导管承载的第一定位元件接收第一定位信号和从由所述导管承载的第二定位元件接收第二定位信号作为输入，其中所述第一定位信号和所述第二定位信号被同时获取；
将所述第一定位信号分解为反映所述第一定位元件在定位场内的位置的第一同相分量和第一正交分量；以及
将所述第二定位信号分解为反映所述第二定位元件在所述定位场内的位置的第二同相分量和第二正交分量；以及
状态检测处理器，其被配置为：
接收所述第一正交分量和所述第二正交分量作为输入；以及
通过比较所述第二正交分量与所述第一正交分量来检测所述第二定位元件是在所述导管的导引器护套的内部还是外部。
2.根据权利要求1所述的定位系统，其中所述状态检测处理器还被配置为在检测到所述第二定位元件位于所述导引器护套内时将所述第一定位元件的状态设置为在所述导引器护套内。
3.根据权利要求1所述的定位系统，其中所述状态检测处理器还被配置为：
利用所述导引器护套外部的第一定位元件确定所述第一定位元件的基准正交分量；以及
通过比较所述第一正交分量和所述基准正交分量来检测所述第一定位元件是在所述导引器护套的内部还是外部。
4.根据权利要求1所述的定位系统，其中所述第一定位元件邻近所述第二定位元件。
5.根据权利要求1所述的定位系统，其中所述状态检测处理器被进一步配置为：当所述第二正交分量与所述第一正交分量之间的比较超过预设量时检测到所述第二定位元件撤回至所述导引器护套内。
6.根据权利要求5所述的定位系统，其中所述状态检测处理器被进一步配置为：当所述第二正交分量与所述第一正交分量之间的比较返回至低于所述预设量时检测到所述第二定位元件从所述导引器护套的再次露出。
7.根据权利要求1所述的定位系统，所述定位处理器被进一步配置为：
从经由所述导引器护套置于所述定位场内的第三定位元件获得第三定位信号，所述第三定位信号包括第三同相分量和第三正交分量；以及
所述状态检测处理器被进一步配置为：
比较所述第二正交分量和所述第三正交分量；以及
基于所述第二正交分量和所述第一正交分量之间的比较以及所述第二正交分量和所述第三正交分量之间的比较来检测针对所述第二定位元件的定位元件/护套状态改变。
8.根据权利要求7所述的定位系统，其中所述状态检测处理器被进一步配置为：当所述第二正交分量和所述第一正交分量之间的比较超过第一预设量以及所述第二正交分量和所述第三正交分量之间的比较超过第二预设量时，检测到所述第二定位元件撤回至所述导引器护套中。
9.根据权利要求1所述的定位系统，其中所述第一定位元件包括尖端电极，以及所述第二定位元件包括近侧邻近所述尖端电极的环形电极。
10.根据权利要求9所述的定位系统，所述状态检测处理器被进一步配置为：
利用所述导引器护套外部的尖端电极建立所述尖端电极的基准正交分量；以及
当所述第一正交分量从所述基准正交分量偏离多于预设量时，检测到所述尖端电极的定位元件/护套状态改变。
11.根据权利要求10所述的定位系统，其中在检测到所述环形电极已经撤回至所述导引器护套时建立所述尖端电极的基准正交分量。
12.根据权利要求10所述的定位系统，其中当所述环形电极在所述导引器护套外部时建立所述尖端电极的基准正交分量。
13.根据权利要求12所述的定位系统，其中当环形电极位于所述导引器护套外部时，所述尖端电极的基准正交分量包括所述第一正交分量的连续平均。
14.根据权利要求10所述的定位系统，其中建立所述尖端电极的基准正交分量包括建立针对所述尖端电极的多个基准正交分量，其中所述多个基准正交分量的每个基准正交分量对应于多个解剖区域的各个解剖区域。
15.根据权利要求9所述的定位系统，所述状态检测处理器被进一步配置为：在基于所述第二正交分量与所述第一正交分量之间的比较检测到所述环形电极已经撤回到所述导引器护套中时，将所述尖端电极的状态设置为护套内。
16.根据权利要求1所述的定位系统，所述状态检测处理器被进一步配置为：在基于所述第二正交分量和所述第一正交分量之间的比较检测到所述第二定位元件已经撤回到所述导引器护套中时，将所述第二定位元件的近侧定位的任意定位元件的状态设置为护套内。
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