CN108567482A - 三维电生理学心脏模拟系统以及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明题为“三维电生理学心脏模拟系统以及相关方法”。本发明公开了一种用于模拟医学规程的系统，所述系统包括：器官的物理模型，其包括传感器网；包括多个相机的相机系统，所述多个相机具有被引导到所述器官的物理模型处的重叠视野；用户输入装置，所述用户输入装置包括插入到所述器官的物理模型内的远侧端部；显示装置；以及耦合到所述传感器网、所述相机系统、所述用户输入装置和所述显示装置的模拟控制器，所述模拟控制器包括处理器和存储器，所述存储器存储指令，所述指令在被所述处理器执行时促使所述处理器：初始化所述器官的模拟；将所述器官的模拟的状态的表示显示在所述显示装置上；接收来自所述传感器网的接触数据；接收来自所述相机的图像；根据所述接触数据和所述图像计算所述用户输入装置的远侧端部在所述器官的物理模型内的位置；接收来自所述用户输入装置的用户输入；根据所述用户输入更新所述器官的模拟的状态；并且将所述更新的模拟的状态显示在所述显示装置上。

Description

三维电生理学心脏模拟系统以及相关方法

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2017年3月7日提交于美国专利商标局的美国临时专利申请号62/468,283的权益，该临时专利申请的公开内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明的实施方案的各个方面整体涉及用以模拟侵入式医疗的执行过程的方法和装置，具体地讲，涉及心脏的物理模型和用于模拟医学规程期间的心脏的电生理特性的系统。

背景技术

心律失常并且具体地讲心房纤颤一直为常见和危险的医疗疾病，在老年人中尤为如此。对于具有正常窦性心律的患者，由心房、心室和兴奋传导组织构成的心脏在电刺激的作用下以同步、模式化方式搏动。对于心律失常的患者，心脏组织的异常区域不会像具有正常窦性心律的患者那样遵循与正常传导组织相关的同步搏动周期。相反，心脏组织的异常区域不正常地向邻近组织传导，从而将心动周期打乱为非同步心律。之前已知这种异常传导发生于心脏的各个区域，诸如例如窦房(SA)结区域中、沿房室(AV) 结和希氏束的传导通路或形成心室和心房心腔壁的心肌组织中。

包括房性心律失常在内的心律失常可为多子波折返型，其特征在于分散在心房腔室周围并通常自传播的电脉冲的多个异步环。另选地或除多子波折返型之外，心律失常还可具有局灶性起源，诸如当心房中孤立的组织区域以快速重复的方式自主搏动时。因此，已开发出许多治疗心律失常的规程，包括导管消融方法。

如图1A所示，已知的基于导管的电生理学标测和消融系统10提供患者22的心脏12的诊断性3-D电解剖标测图20，这种可视化可包括导管或探针14在患者体内的实时计算的位置和取向的可视化。所述系统还允许导管上的电极的供电以用于对所选择心脏组织进行治疗性地消融。所述系统已被开发以提供多个功能，包括(1)将心内解剖结构清晰地限定为3-D表示或解剖标测图20以显示在第一显示器27上，(2)记录和记载所采样的电描记图21以显示在第二显示器11上，(3)将从所记录的电描记图21编译的激活序列(或其他数据)显示在叠加在3-D解剖标测图20上的代表性的视觉标记或图像由此将其绘制成3-D电解剖标测图以显示在第一显示器27上， (4)实时地跟踪电极导管在心脏中的当前位置，并且(5)记录感兴趣位点诸如已施加RF能量的部位的精确位置。在一些实施方案中，所述系统通过将导管的精确表示投影到心脏的3-D表示20内来显示导管在心脏中的当前位置，并且还为3D表示20显示已施加RF能量的位置以指示因消融产生的消融灶的位置。由此，所述系统提供各种有效效果，包括例如最小化荧光镜透视检查期间的辐射曝光、增加靶向RF消融的精确性、以及需要重新消融的起搏位点的再采集。此类系统公开于2014年12月31日提交的名称为“SYSTEM AND METHOD FOR VISUALIZING ELECTROPHYSIOLOGY DATA”的美国专利申请序列号14/587,964中，该专利申请的全部公开内容以引用方式并入本文。

在两步骤规程(标测之后进行消融)中，将包含一个或多个电传感器的导管推进到心脏内以采集多个位置处的方位(例如，位置和取向)和电生理数据以用于产生3-D电解剖标测图。然后利用这些数据来选择目标区域，所述目标区域将通过对被放置成接触该目标区域的导管电极通电来进行消融。消融过程形成破坏不需要的电通路的非传导消融灶。

系统10由系统控制器或控制台30管理，所述系统控制器或控制台30 包括与存储器34连通的处理单元32，所述存储器34中存储了用于操作系统10的软件。在一些实施方案中，控制器30为包括处理单元32的计算机并且通常由设置系统10的参数的操作者24管理。在一些实施方案中，系统10包括RF消融模块50并且控制器30包括定位模块54以确定导管远侧末端的位置和取向。在一些实施方案中，系统10还包括力感测模块55以确定诸如在远侧末端接触组织表面时施加到导管远侧末端的力。处理单元 32使用RF消融模块50来监视和控制消融参数，诸如经由导管上的电极施加的消融功率的水平。监视可通过本领域已知的任何合适的跟踪方法来实现。

为了将从由导管感测的所记录心内电描记图21编译的激活序列(或其他数据)显示在第一显示器27上的3-D标测图上，3-D标测图20包括电激活标测图，所述电激活标测图被叠加在3-D解剖标测图上以绘制3-D电解剖标测图20。将此类标测图进行颜色编码以显示出电激活序列，所述电激活序列可显示出具有异常电活动的区域或位置。对于较简单的心律失常，操作者可仅参考显示在第二显示器11上的电描记图21，但对于较复杂的心律失常，3-D电解剖标测图20提供便利的和可用的视觉表示，所述视觉表示容易地显示出心脏解剖结构和心脏组织中的电传播。如图2所示，3-D电解剖标测图20包括叠加有表示局部激活时间(LAT)的图像的3-D解剖标测图，所述局部激活时间被颜色编码以针对心脏中的某个位置指示出标测导管的局部电描记图的起始时间与参考信号之间的间隔，其中红色(区域 A)表示所记录的最早激活并且紫色(区域F)表示所记录的最晚激活。

如图3、图3A和图3B所示，3-D电解剖标测图20包括表示消融灶的视觉标记，所述视觉标记表示已进行消融的位置。因为由消融产生的消融灶阻断电通路，所以在消融会话期间或之后采集的3-D电解剖标测图20中所示的颜色编码的LAT指示消融灶是否被适当地定位并且是否已成功地形成有效阻断、或者是否需要进一步的消融以形成另外的消融灶。尽管第二显示器11上的电描记图21可在消融会话期间或之后使用，但尤其是在涉及较复杂的心律失常的情况下，第一显示器27上的3-D标测图20为便利的和可用的。

然后可根据美国专利6,226,542和6,301,496以及共同转让的美国专利 6,892,091中公开的方法，利用控制台及其模块制备电激活标测图、解剖位置信息(即，导管远侧部分的信息)和其他功能图像，这些专利的全部公开内容以引用方式并入本文。一种包括系统的元件的商业产品为可购自 Biosense Webster，Inc.(Irwindale，CA 91765)的CARTO、CARTO XP和/或3系统，其能够根据需要来执行导管的定位(位置和取向)并且产生心脏的3-D电解剖标测图。

可通过施加热能来将例如通过电激活标测图评估而被确定为异常的区域作为目标并进行消融，例如通过使来自RF消融模块50的射频(RF)发生器25的射频电流穿过缆线37，所述缆线37将电流提供到包括位于远侧末端15处或附近的一个或多个消融电极17A的导管14，如图1B所示，从而将射频能量施加到目标组织。还可通过电缆37和导管电极将起搏信号和其他控制器信号从控制台30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17A和/或17B从心脏12传送到控制台 30。

在系统10的一些实施方案中，ECG体表贴片(包括至少贴片38)附连到患者的身体。当导管电极17A正感测心内ECG信号时，ECG体表贴片38中的多个电极测量心脏和躯干之间的ECG信号，以提供用于由导管电极7A和/或17B测量的心内ECG信号的参考信号，所述参考信号被显示在第二显示器11上。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30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 22周围产生非均匀磁场。由线圈28产生的磁场在位于导管14(参见图 1C)的远侧末端15中的电磁(EM)传感器的正交线圈Cx、Cy、Cz(参见图 1B)中产生电信号。电信号被传送到控制台30以使得定位模块54分析该信号，以便确定导管的方位(位置和取向)。

同样作为控制台24的导管定位能力的部分，导管电极17A和/或17B 通过缆线37和导管14中的引线(未示出)连接到控制台30中的电流和电压测量电路。控制台还通过线和贴片单元31连接到多个体表电极18，所述多个体表电极18可为本领域中已知的任何类型的身体电极，诸如纽扣电极、针电极、皮下探针或贴片电极。体表电极18通常与患者13的体表电接触并且从体表接收体表电流。体表电极18可为粘合剂皮肤贴片(一般称为有功电流位置(ACL)贴片)并且可放置在导管14附近的患者22的体表上。控制台30包括连接到ACL贴片38的电压发生器，并且处理器32利用该电压发生器计算导管电极17A和/或17B与贴片18的位置之间的患者组织的阻抗。因此，控制台30使用基于磁的方位感测和基于阻抗的测量来确定导管位置，如授予Govari等人的美国专利7,536,218和授予Bar-Tal等人的美国专利8,478.383所述，这两个专利的全部内容以引用方式并入本文。

在一些实施方案中，阻抗测量也可被控制台30用于检测导管远侧末端 15与心脏12组织之间的接触，例如，检测当远侧末端15接触血液相对于接触组织时的阻抗变化。在一些实施方案中，导管包括力传感器60，如图 1B所示，以检测导管远侧末端与心脏组织之间的接触。力传感器的各个方面在Govari等人的2013年1月22日发布的名称为“CATHETERWITH PRESSURE SENSING”的美国专利8,357,152和Beeckler等人的2009年11 月30日提交的名称为“CATHETER WITH PRESSURE MEASURING TIP”的美国专利公布2011/0130648中有所描述，这两个专利的公开内容以引用方式并入本文。

参考图1B，力传感器60包括形成弹簧接头的弹性联接构件61。在一些实施方案中，联接构件61具有包含中心管腔62的中空圆柱形形式，并且一个或多个螺旋63接头感测组件在弹簧接头的相对侧被分成两个子组件。一个子组件包括位于弹簧接头远侧的线圈82，所述线圈82被经由缆线 37提供给导管的电流驱动以产生磁场。此场与第二子组件相互作用，所述第二子组件包括位于弹簧接头近侧的线圈76、78和80。在一些实施方案中，线圈80和线圈Cz为同一个线圈。

线圈76、78和80被固定在距线圈82相同的近侧位置但不同的径向位置处。在例示的实施方案中，这三个线圈在沿着纵向轴线84距线圈82相同的轴向距离处以120度的方位角间隔开。线圈76、78和80响应于由线圈82发射的磁场而产生电信号。这些信号被力传感器模块55处理，以便例如测量弹簧接头沿远侧末端15的纵向轴线84的轴向位移以及测量弹簧接头从纵向轴线84的角度挠曲。基于测量的位移和挠曲，力传感器模块55 能够通常利用先前确定的校准表来评估施加到弹簧接头上的力的量值和方向，包括远侧节段15在与组织接触时的轴向位移。

如上所述，导管14耦合到(或连接到)控制台30，这使得操作者24 能够观察并且调控导管14的功能。处理器32和/或控制台30包括适当的信号处理电路，所述信号处理电路被耦合以驱动显示器27显示视觉图像，所述视觉图像包括3-D电解剖标测图20以及叠加的导管的视觉标记，所述视觉标记表示导管的至少远侧末端15的位置和取向。

典型的诊断性标测规程可涉及操作者将导管远侧末端(其携载具有线圈Cx、Cy和Cz的EM传感器、阻抗感测导管电极17A和/或17B、和/或力传感器60)放置成在多个位置处与患者心脏中的感兴趣腔室内的组织接触。在这些位置中的每个处，标测和消融系统10经由导管系统性地采集有关该位置和该位置处的局部电描记图的数据。通过这些连续采集，由系统 10实时地产生3-D解剖标测图，其中电生理数据(例如，LAT)的视觉标记叠加在3-D解剖标测图上以形成显示在显示器27上的3-D电解剖标测图 20。导管的位置数据也可被控制台30使用以提供叠加在3-D电解剖标测图 20上的表示导管位置的视觉标记。

典型的治疗性消融规程可涉及操作者研究显示器27上的3-D电解剖标测图20和/或显示器11上的ECG并且识别出指示感兴趣腔室中的心律失常的异常或缺陷性电脉冲。在操作者识别出心脏或相邻区域诸如肺静脉中的异常电脉冲的源或起源时，操作者将同一个或另一个导管放置成在所选择位置处接触心脏组织以对这些位置处的心脏组织进行消融，由此形成消融灶以阻断、控制、隔离或以其他方式停止异常电脉冲。导管的位置数据也可被控制台30使用以提供叠加在3-D电解剖标测图20上的表示消融/消融灶位置的视觉标记。

当操作者正在消融时，操作者可参考第一显示器27上的电解剖标测图 20和/或第二显示器11上的ECG，这些图被实时地刷新，以便估计消融灶对异常电脉冲的影响以及消融规程的进度。例如，产生于肺静脉中的右心房内的错误电脉冲可需要肺静脉口处的周向阻断以成功地治疗心律失常。由此，操作者继续对口的圆周进行消融，直到第一显示器27上的3-D电解剖标测图和/或第二显示器11上的ECG显示出错误电脉冲被完全阻断从而不能从肺静脉进入左心房。

心脏中的标测和消融因心脏及其腔室、口和管状区域的尺寸而具有特殊的挑战。操纵导管为高技能任务，并且基于导管的标测和消融规程的成功在很大程度上取决于导管的适当操纵和布置，这通常需要利用实际导管的亲身实践以获悉在具有类似于心脏的表面形成物和构型的小腔室内操纵导管的触觉和感受。此外，利用导管的消融涉及保健专家的判断以正确地解译实时电解剖标测图和/或ECG，由此来确定消融对于穿过心脏的电传播通路的影响。各种患者可基于其病症的具体特性而对治疗具有不同的反应。由此，保健专家必须能够识别和区分不同的情况和模式。

一般来讲，心脏电生理学家通过课堂教学与使用动物以及无源系统和装置的亲身实践训练的组合来进行训练以执行基于导管的标测和消融规程，所述无源系统和装置既不提供模拟也不提供将在针对患者的规程期间由电生理学标测和消融系统提供的信号和读数的精确模拟。

发明内容

本发明认识到利用常规EP导管、常规电解剖标测和消融系统以及在形状和尺寸方面类似于真实心脏的3-D心脏模型训练电生理学家的有益效果，以便提供各个方面的训练，包括导管在患者心脏内的“感受”以及处理和操纵、以及EP规程(包括电解剖标测和消融规程)期间的正常和缺陷性ECG的读取。在一些实施方案中，与常规EP导管和常规电解剖标测和消融系统(例如，CARTO、CARTO XP或CARTO 3)一起使用的模拟系统包括与标测和消融系统连通的模拟控制器、以及3-D心脏模型的传感器网，所述传感器网响应于导管的一个或多个活动和/或交互作用(包括例如导管的表面接触)而发出可供诸如用于标测和/或消融的导管感测的电脉冲，其中所述模拟控制器响应于此类活动和/或交互作用而将控制和显示信号提供给标测和消融系统(包括其一个或多个显示器)以按下述方式作出响应和反应，所述方式模拟标测和消融系统在实际患者的心脏中的标测和/ 或消融规程期间对此类活动的响应、反应和功能，包括3-D解剖标测图的图形表示的产生、3-D电解剖标测图、导管方位(包括位置和取向)的可视化和/或电描记图。

在一些实施方案中，3-D心脏模型包括右心房并且模拟控制器包括具有指令的存储器，所述指令提供表示右心房的正常ECG和右心房的缺陷性 ECG(心律失常)(包括例如心房扑动和心房纤颤)的信号以显示在标测和消融系统的显示器上，由此来模拟患者心脏的右心房和相应的心律失常。在一些实施方案中，3-D心脏模型包括右心室并且模拟控制器包括具有指令的存储器，所述指令提供表示右心室的正常ECG和右心室的缺陷性 ECG(心律失常)(包括例如室上性心动过速)的信号以显示在标测和消融系统的显示器上，由此来模拟患者心脏的右心室和相应的心律失常。

在一些实施方案中，模拟控制器被配置为接收和处理表示3-D心脏模型中的导管接触位置的信号(由传感器网和/或导管中的位置传感器响应于导管在3-D心脏模型中的移动和接触来收集或采集)，并且将表示响应于导管接触位置而实时变化的ECG的控制和显示信号提供给标测和消融系统，由此在标测和消融规程之前、期间和之后来模拟患者的心脏以及相应的心律失常。在一些实施方案中，模拟控制器被配置为在模拟成功的消融规程中为标测和消融系统提供表示正常ECG的控制和显示信号，其中导管接触位置表示适当的消融阻断或隔离以用于治疗所选择的心律失常。

本发明的实施方案的一些方面涉及用于提供侵入式医疗治疗(诸如执行心肌组织的消融以治疗心律失常)的模拟的系统和方法。尽管本发明的各种实施方案将在下文中相对于心肌组织的消融来进行描述，但本发明的实施方案并不限于此并且可适用于模拟不同类型的组织的不同类型的治疗。

根据一些本发明的实施方案，用于模拟医学规程的系统包括：器官 (或器官的组织)的物理模型，其包括传感器网；包括多个相机的相机系统，所述多个相机具有被引导到器官的物理模型处的重叠视野；用户输入装置，所述用户输入装置包括插入到器官的物理模型内的远侧端部；显示装置；以及耦合到传感器网、相机系统、用户输入装置和显示装置的模拟控制器，所述模拟控制器包括处理器和存储器，所述存储器存储指令，所述指令在被处理器执行时促使处理器：初始化器官的模拟；将器官的模拟的状态的表示显示在显示装置上；接收来自传感器网的接触数据；接收来自相机的图像；根据接触数据和图像计算用户输入装置的远侧端部在器官的物理模型内的位置；接收来自用户输入装置的用户输入；根据用户输入更新器官的模拟的状态；并且将更新的模拟的状态显示在显示装置上。

器官(或器官的组织)可为心脏(或心脏组织)。

所显示的模拟的状态可包括心脏的电解剖标测图。

所显示的模拟的状态可包括一个或多个电描记图。

附图说明

本专利或专利申请文件包含至少一张绘制成彩色的附图。在提出请求并且支付必要的费用后，美国专利和商标局将会提供本专利或专利申请公开的带彩图副本。

当结合附图考虑时，通过参考以下具体实施方式，将更好地理解本发明的这些和其它特征以及优点。应当理解，所选择的结构和特征在某些附图中并没有示出，以便提供对其余的结构和特征的更好的观察。

图1A为已知的基于导管的电生理学标测和消融系统的示意性图解说明图。

图1B为根据一个实施方案的导管远侧末端的侧正视图，其中部分被移除以示出细节。

图1C为图1B的导管远侧末端的力传感器和位置传感器的线圈部件的示意图。

图2为由图1A的系统基于携载于导管探针上的电极的采集产生的颜色编码的样本LAT标测图，所述电极也视觉地表示在标测图中。红色(区域 A)示出了最早去极化，随后依次为橙色(区域B)、黄色(区域C)、绿色(区域D)和蓝色(区域E)，并且紫色(区域F)示出了最晚去极化。

图3A和图3B为由图1A的系统产生的样本3-D表示，其示出了消融位置和形成阻断线的消融灶形成物。

图4示出了根据本发明的一个实施方案的模拟系统的一部分。

图5为根据本发明的一个实施方案的模拟系统的框图。

图6A为根据本发明的一个实施方案的传感器网的示意图。

图6B为根据本发明的一个实施方案的具有结合的传感器网的物理心脏模型的示意图，其中导管末端已形成与传感器网接触。

图7为利用根据本发明的一个实施方案的方法来估计导管末端的位置的示意图。

图8为示出根据本发明的一个实施方案的用于模拟导管消融规程的方法的流程图。

图9为示出根据本发明的一个实施方案的用于确定末端接触位置的方法的流程图。

具体实施方式

本发明的一些方面涉及一种用于模拟基于导管的标测和消融的系统，其中所述系统提供器官诸如心脏的物理3-D模型，所述物理3-D模型模拟该器官的特性(包括正常和异常电活动)及其对标测和消融期间的导管的表面接触的响应，所述响应在各种场景下由导管感测、测量并且由通过常规电生理学标测和消融系统(诸如可购自Biosense Webster，Inc.(Irwindale， California)的CARTO、CARTO XP和3系统)产生的3-D电解剖标测图表示。模拟系统可用于在常规电生理学标测和消融系统的使用中演示给并且训练保健专家，包括心脏电生理学家。相比于用于训练的常规系统，根据本发明的实施方案的模拟系统为用户提供在3-D模型(其在形状和尺寸方面物理地类似于器官诸如心脏)范围内处理和操纵导管的物理感受以及较精确地对应于针对患者执行标测和/或消融规程的保健专家的感受的模拟输出。

图4示出了根据本发明的一个实施方案的模拟系统100的一部分。图5 为根据本发明的一个实施方案的模拟系统100的框图。模拟系统100可用于从操作者24的角度模拟图1A所示的系统10的部分或全部。

如图5所示，模拟系统100包括模拟控制器110，所述模拟控制器110 被配置为接收来自模拟系统100的各个部分的输入并且将输出提供到模拟系统100的各个部分以执行人体心脏的计算机模拟并且产生模拟输出。在一些实施方案中，模拟系统100与基于导管的电生理学标测和消融系统10 诸如上文所述的3系统一起使用。模拟控制器110可包括计算机处理器111和存储程序指令的存储器112，所述程序指令被处理器执行以实现模拟基于导管的标测和/或消融规程的功能。模拟控制器110还可包括用以接收来自模拟系统100的各个部分的输入并且控制外围装置的各种输入/ 输出控制器(例如，通用串行总线或USB控制器、放大器、模数转换器和数模转换器)、和用以将显示信号输出到一个或多个显示装置(例如，电视机、计算机监视器、或虚拟现实眼镜)的显示控制器。

模拟系统100还包括三维心脏模型系统120，所述三维心脏模型系统 120包括心脏122或其一个或多个部分的解剖精确的物理模型。心脏122的物理模型为具有人体心脏的尺寸和形状的三维物理装置。在本发明的各种实施方案中，物理模型122可具有多种不同尺寸和形状，所述多种不同尺寸和形状对应于可由专业的心脏电生理学家遇到的人体心脏形状的多种不同尺寸和形状。在一些实施方案中，物理模型122对应于人体心脏的四个腔室中的全部或少于全部(例如，左心房、右心房、左心室、右心室、或它们的组合)的解剖精确的模型。例如，物理模型122可为心脏的仅左心房的模型。物理模型122可利用各种技术中的任一种诸如注射模塑和三维打印来构造。物理模型122可由类似于活体心脏组织(例如，在可变形性和弹性方面)的材料形成。物理模型122的心表面内衬有耦合到模拟控制器110的传感器网124。在一些实施方案中，传感器网124嵌入在物理模型 122内。物理模型122可由壳体126包围。在一些实施方案中，壳体具有不透明包围壁以用作视觉盲区从而不允许操作者(或者受训人员)直接观察心脏模型b，并且可包括开口127，所述开口127适于接收观察区域尺寸可进行调整的不透明盖或透明窗。

在一些实施方案中，相机系统130用于对物理模型122成像。相机系统130可包括多个相机(例如，两个相机)。相机可为数字相机，所述数字相机包括图像传感器诸如电荷耦合装置(CCD)或补充的金属氧化物半导体 (CMOS)传感器。在一些实施方案中，光源128位于壳体126内部或附近以照亮物理模型122及其内部。在包括相机系统130的实施方案中，物理模型122可由透明材料形成，使得相机可对物理模型122的内部成像。在其中物理模型122对应于心脏的四个腔室中的少于全部的实施方案中，对物理模型122的内部成像可在一些情况下为较容易的，因为可存在可能遮蔽感兴趣位置(例如，导管末端)的较少的透明材料层。相机系统130可由相机模块控制系统132控制并且光源128可由光源控制系统134控制，如图5所示。在一些实施方案中，相机模块控制系统132和光源控制系统134 结合到模拟控制器110内，如图5所示。由相机系统130采集的图像可通过视频采集和处理系统136进行处理，所述视频采集和处理系统136在一些实施方案中结合到模拟控制器110内。

如图5所示，模拟系统100可与基于导管的电生理学标测和消融(EMA) 系统10诸如上文相对于图1A所述的3系统一起使用。例如，三维心脏模型系统120可放置在辐射场内(例如，三维心脏模型系统120可放置在被配置为与EMA系统10一起使用的手术台上)，包括例如位于包括磁场发生器线圈28的位置垫上，所述磁场发生器线圈28耦合到EMA系统10的系统控制器30。以此方式，当患者的心脏将处于实际规程期间时，物理心脏模型122可相对于磁场发生器线圈28位于大体相同的位置。EMA 系统10的导管14(或其修改型式)可充当用户输入装置14以供模拟系统 100的用户使用。导管14可包括控制柄部16、细长导管主体13、可挠曲的中间节段19和远侧节段15，如图1A更清楚所示。在一些实施方案中，导管包括容纳在其远侧端部中的具有Cx、Cy、Cz的EM传感器、阻抗感测电极17A和/或17B、和/或力传感器60，如图1B和图1C所示。

三维心脏模型系统120还可包括用于接收导管主体13的通道129。在针对患者执行的其中导管被插入和推进穿过患者的脉管系统例如股动脉的心脏标测和/或消融规程期间，通道129支撑和引导导管主体13并且可模拟导管主体13从导管控制柄部16到心脏行进的距离和路径。

模拟控制器110运行人体心脏的计算机模拟并且产生模拟输出。模拟输出可包括模拟的电描记图152，所述电描记图152可显示在第二显示装置 11上。模拟输出还可将信号提供给EMA系统10的系统控制器30，其中模拟输出可包括模拟下述信号的信息，所述信号包括将被将附接到实际患者的ECG体表贴片38采集的心内信号。以此方式，导管和EMA系统10可按照基本上不被修改的方式进行操作，以基于由磁场发生器28和EM传感器线圈Cx、Cy和Cz产生的磁场之间的相互作用来将导管14的末端按照操作者的定位设置在物理心脏模型122内并且通过按照上文所述的方式将导管放置成在多个位置处与心脏模型的感兴趣腔室的表面接触来产生心脏模型122的解剖标测图154以显示在显示器154上，如图5所示。例如，在每个接触位置处，记录数据，所述数据包括对应于接触位置的至少位置数据。通过多个接触位置的连续采集，基于所采集的位置数据实时地产生3- D解剖标测图。在所记录的数据包括模拟的电生理数据例如局部激活时间 (LAT)的情况下，可将电生理数据叠加在解剖标测图上以产生电解剖标测图，包括例如表示激活序列和激活速度的颜色编码。

在一些实施方案中，通过下述方式来产生用于绘制3-D解剖标测图的位置数据：使EM传感器的线圈Cx、Cy和Cz与磁场发生器28相互作用以产生可供定位模块处理的信号。在一些实施方案中，在3-D心脏模型122 不发出电生理信号并且在不存在原本可得自实际患者心脏的阻抗测量结果的情况下，定位模块54依赖于EM传感器来获得位置数据。除了产生3-D 解剖标测图之外，定位模块和/或控制台可使用位置数据以实现叠加在3-D 解剖标测图上的导管的图形可视化，因此导管远侧末端的位置在显示器上被视觉地提供给操作者。

在一些实施方案中，导管远侧末端与用于数据(包括位置数据和电生理数据)采集和记录的心脏模型表面之间的接触仅仅由处理和操纵导管的操作者的触觉感受来确定。由此，操作者可选择性地激活致动器(例如，位于导管控制柄部16上)以针对导管远侧末端与心脏模型之间的一个或多个接触来记录数据，包括位置数据和任何电生理数据。

在一些实施方案中，模拟控制器110和/或控制台30部分地或仅仅依赖于力传感器60来检测接触。可经由与模拟控制器110连通的控制台30 将接触信号提供给模拟控制器110。就这一点而言，控制台30也可将由导管14的EM传感器产生的位置信号提供给模拟控制器110，使得模拟控制器110继而可将控制和显示信号提供给控制台30，以产生可在显示器11上观察的模拟ECG、可在显示器27上观察的模拟LAT、或可在显示器27观察的模拟消融灶位置。

在一些实施方案中，模拟控制器110部分地或仅仅依赖传感器网124 来检测接触并且将接触和位置信号提供给模拟控制器110，所述模拟控制器 110响应于这些信号将接触和位置数据提供给控制台30。在一些实施方案中，模拟控制器利用接收自相机系统130的视频数据来使接触和位置信号精确或清晰，所述相机系统130被配置为对3-D心脏模型和导管成像。在一些实施方案中，控制台30处理由模拟控制器110提供的接触和位置数据，由此绘制3-D解剖标测图以显示在第一显示器27上。在一些实施方案中，控制台30处理接触和位置数据，由此提供叠加在3-D解剖标测图上的模拟消融灶的视觉标记。

在其中控制台30在不存在或不检测得自3-D心脏模型122的电生理数据的情况下工作的一些实施方案中，模拟器控制器110可向控制台30提供控制和显示模拟ECG以显示在第二显示器11上，由此在训练操作者期间可供操作者观察以熟悉和识别ECG，包括由3-D心脏模型122表示的一个或多个腔室的正常ECG和缺陷性ECG(心律失常)。在一些实施方案中，当导管14将检测患者心脏内的实际心内ECG时，模拟器控制器110可将信号发送给传感器网124以发出可供导管14检测的模拟心内ECG。

模拟ECG可包括例如表示正常和健康右心房的ECG和表示缺陷性右心房(诸如经受心律失常例如心房扑动或心房纤颤的右心房)的ECG。其他示例包括表示正常和健康右心室的ECG和表示缺陷性右心室(诸如经受心律失常例如室上性心动过速的右心室)的ECG。

在一些实施方案中，模拟控制器110向控制台30提供表示模拟ECG 例如LAT的控制和显示信号以显示在第一显示器27上，由此将解剖标测图绘制成电解剖标测图，所述电解剖标测图具有叠加在解剖标测图上的模拟电生理数据的视觉标记。

在一些实施方案中，系统100工作在“诊断”模式中之后工作在“治疗”模式中，其中在“诊断模式”中，操作者使用导管来标测心脏模型122 中的感兴趣腔室，以产生显示在第一显示器27上的表示心脏模型的感兴趣腔室的3-D解剖标测图，如上所述。作为诊断模式的部分，模拟器控制器 110在第二显示器11上产生表示缺陷性腔室的图形模拟ECG。如上所述，模拟ECG的显示可经由下述模拟器控制器110来实现，所述模拟器控制器 110向控制台30提供控制和显示模拟心内ECG信号以用于第二显示器 11。模拟ECG的显示也可经由下述模拟器控制器110来实现，所述模拟器控制器110向控制台提供用于第一显示器27的控制和显示模拟LAT信号以叠加在解剖标测图上，由此绘制电解剖标测图。模拟ECG的显示可进一步地经由下述模拟器控制器110来实现，所述模拟器控制器110为传感器网提供可被导管电极检测的模拟心内ECG。在任何情况下，操作者研究显示在显示器11和27上的一个或多个模拟ECG并且设计治疗消融规程，包括心脏模型中或心脏模型上的合适消融位置或者一个或多个消融模式。

当系统被切换到或者工作在“治疗”模式中时，操作者操纵导管以将远侧末端15(和电极17A)放置成与心脏模型122中的一个或多个合适消融位置接触，使得操作者可模拟RF消融模块的激活以在消融位置处形成消融灶。当接触被评估时(例如，通过触觉感受、力传感器60、和/或传感器网124的接触激活)，接触的位置数据被EM传感器采集、被定位模块55 处理并且被控制台30使用，以提供叠加在第一显示器27所示的3-D标测图154上的表示模拟消融灶的视觉标记。在其他实施方案中，接触的位置数据可被传感器网124采集、被模拟控制器110处理并且被提供给控制台 30，以提供叠加在第一显示器27所示的3-D标测图154上的表示模拟消融灶的视觉标记。

在一些实施方案中，对于系统100的实施方案中的任一个而言，当操作者逐个位置地移动导管远侧末端以模拟连续接触位置来形成消融灶时，模拟控制器110实时地记录得自传感器网124或定位模块55的位置数据的积累，使得模拟控制器110可改变和更新模拟ECG以提供响应于由操作者实施的消融位置或消融模式而变化的模拟ECG，由此操作者可较好地经受“活体”消融会话，其中患者心脏的错误电脉冲对形成的消融灶实时地作出有效反应。当记录位置数据的积累的模拟控制器110已确定操作者已在腔室中对应于错误电脉冲的缺陷模拟的适当位置处形成适当数量的模拟消融灶以便有效地“阻断”或“隔离”异常电脉冲时，模拟控制器110可改变和更新模拟ECG以提供正常的ECG，由此模拟有效和成功的消融规程。例如，运行在模拟控制器110上的模拟可包括模拟心脏的状态，该模拟心脏的状态包括模拟心脏组织中的消融灶的位置和穿过模拟心脏的传导通路。由此，由模拟控制器产生的模拟ECG取决于模拟的状态，诸如产生或提供改变模拟心脏的状态的消融灶(例如，添加可改变穿过模拟心脏的组织的传导通路的消融灶)，这允许模拟控制器110产生对由模拟消融引起的变化作出反应的模拟ECG。

由此，模拟系统100的用户可通过显示装置150接收来自模拟系统100 的反馈，例如，观察测得的心内解剖结构的3D模型、显示得自所记录的电描记图的当前激活序列、观察当前电描记图、观察电极导管在心脏中的当前位置、显示感兴趣位点诸如已施加模拟RF能量的部位的位置、以及观察训练规程期间执行模拟心脏的各个部分的模拟消融(例如，RF能量的模拟施加)的效果。

图6A为根据本发明的一个实施方案的传感器网的示意图。传感器网包括“水平”感测线124A和“竖直”感测线124B。术语“水平”和“竖直”在本文中仅用于方便描述传感器网124并且不一定是指当传感器网被放置在心脏模型122内时的感测线124A和124B的任何物理方向。水平感测线124A彼此基本上平行(例如，水平感测线124A彼此基本上不交叉或相交)。类似地，竖直感测线124B彼此基本上平行。水平感测线124A被布置成在交叉区域处与竖直感测线124B交叉或相交以形成感测矩阵。例如，在图6A所示的实施方案中，当传感器网124被压平时，水平感测线 124A垂直于竖直感测线124B。可将绝缘片材放置在水平感测线124A与竖直感测线124B之间。当力沿着垂直于网平面的方向施加到传感器网时，传感器网产生对应于被施加力的位置的信号。此信号可对应于被位移成较靠近一根或多根竖直感测线124B的一根或多根水平感测线124A，反之亦然。

图6B为根据本发明的一个实施方案的具有结合的传感器网的物理心脏模型的示意图，其中导管末端已形成与传感器网124接触。传感器网124 设置在心脏模型122的内壁上。水平感测线124A延伸到图6B的平面之内和之外(并且因此被示为点)，并且竖直感测线124B中的一根沿着图6B 的平面延伸。如图6B所示，导管14的远侧节段143包括近侧部分143P、远侧部分143D和远侧末端143T。远侧节段143在其远侧末端143T上携载至少一个末端电极145。

图6B示出了与物理心脏模型122的内壁的部分122C形成接触的远侧末端143T。在该接触点或接触位置122C处，远侧末端143T抵靠物理心脏模型122的内壁压缩竖直感测线124B中的至少一根，由此使得竖直感测线 124B中的一根或多根更靠近水平感测线124A中的一些。

在本发明的一些实施方案中，将感测信号从模拟控制器110连续地提供给一组感测线并且可从另一组感测线读取信号。例如，可将电压信号 (例如，交变电压信号)形式的扫描信号连续地施加到水平感测线124A并且可通过一组竖直感测线124B读出电压。当扫描信号施加到水平感测线124A中的一根时在竖直感测线124B上检测到的电压变化反映水平感测线 124A中的一根与竖直感测线124B之间的电容(例如，水平感测线与竖直感测线的交叉区域中的电容)。

交叉区域的电容可基于远侧末端143T和末端电极145的靠近程度而发生变化。具体地，末端电极145可具有不同于周围环境(例如，液体或空气)的介电常数。由此，当末端电极145进入形成于水平感测线124A中的一根与竖直感测线124B中的一根的交叉区域中的电场时，交叉区域的电容发生变化。

交叉区域的电容还可根据交叉区域的感测线之间的距离而发生变化。由此，当传感器网在交叉区域中被压缩时，电容可不同于(例如，低于) 松弛、未压缩状态下的电容。这允许检测传感器的哪些部分被压缩，从而允许检测物理心脏模型122的内表面的哪些部分与导管接触。此外，在一些实施方案中，施加到物理心脏模型122的力的大小可基于电容变化的量值来确定(例如，相比于较小的力，较大的力可促使较大的压缩并且因此促使感测线彼此更靠近)。

尽管图6B所示的实施方案示出了被设置在物理心脏模型122的内壁的内表面上的传感器网124，但本发明的实施方案并不限于此。在本发明的一些实施方案中，传感器网嵌入在物理心脏模型122的壁内，其中因接触产生的壁形状的变形也可促使电容变化。

在本发明的一些实施方案中，传感器网124还用于发射模拟心内ECG 以用于被导管14检测。可通过例如识别导管14的接触位置、识别对应于当前模拟的状态和位置的模拟心内ECG、并且将对应于ECG信号的电压施加到与导管14接触的感测线之间(在一些实施方案中，为全部感测线提供对应的电压)来产生这些信号。如下文更详细所述，模拟ECG信号可被存储为采样的模拟信号(例如，音频格式)，并且模拟ECG信号可以与感测信号不重叠的频带提供给传感器网，从而允许感测信号和模拟ECG信号在彼此不干扰的情况下被提供穿过传感器网124。例如，可在音频频带(例如，最高至约20kHz)内提供模拟信号，并且可以较高的频率(例如，利用高于100kHz的交变电流信号)提供感测信号。

图7为利用根据本发明的一个实施方案的方法来估计导管末端的位置的示意图。尽管传感器网124可用于检测心脏模型122的内表面的哪些部分与导管接触，但在给定时刻，导管14的多个部分可与传感器网接触，这可使得不能明确地确定哪个所检测的接触对应于远侧末端143T(或末端电极145)的位置。远侧末端143T(或末端电极145)的位置可与模拟有关，以便在用户提供消融输入命令(例如，通过启动导管14的控制柄部16 上的开关)时确定心脏的哪些部分将被消融。

由此，为了区分各个接触点，在一些实施方案中，使用相机(或相机系统)130来跟踪导管远侧末端143T的位置。如图5所示，相机130可被定位在围绕心脏模型122的不同位置处以具有重叠和不同的视野。作为一个示例，相机130可被定位在其沿垂直轴(例如，x和z轴，如图3和图 5)的光轴上。例如，第一相机130-1可被配置为采集沿x-y平面的图像并且第二相机130-2可被配置为采集沿y-z平面的图像。

导管末端145可具有特征颜色(例如，红色(区域A))，使得相机可在由心脏模型122的相机采集的图像内较容易地识别或分离导管末端 145。如上所述，因为心脏模型122为透明的，所以相机130能够对心脏模型内的导管末端145成像。

根据本发明的一个实施方案，导管末端的空间位置通过其在相机130 的视点下的方向角和形状图像来计算，所述相机130正对具有固定方向的物理心脏模型122上的已知位置进行成像。视频采集和处理系统136可被配置为分析由第一相机130-1和第二相机130-2采集的图像以确定导管末端 145的位置(x，y，z)。为了便于描述该系统，第一相机130-1被定位在位置 (x0，0，0)处并且第二相机130-2被定位在位置(0，0，z0)处。导管末端145可位于由第一相机130-1和第二相机130-2采集的图像内。

基于图像内的物理心脏模型122的现有已知位置和得自两个相机的角度，可计算出导管末端的位置。可在由第一相机130-1和第二相机130-2采集的图像内基于找到具有导管末端的特征颜色(例如，红色(区域A)) 的像素来定位导管末端的位置。就第一相机130-1而言，导管末端的位置(x， y，z)相对于相机的光轴具有仰角δ和横向角λ。可基于第一相机130-1的已知视野(FOV)来计算这些角δ和λ。例如，如果已知第一相机130-1具有48°的水平视野(沿x方向)和27.0°的竖直视野(沿y方向)以及1280像素×720像素的图像尺寸，则识别沿着x方向位于大约第320像素处的导管末端位置将指示出角λ为约12°(48°×320像素/1280像素)。可基于像素沿图像的y方向的位置来针对角δ执行类似的计算。也可针对第二相机130-2执行类似的计算以确定角β和θ。计算的角可用于识别分别源自相机130-1和 130-2的射线600-1和600-2。射线600-1和600-2相交于导管末端的位置(x， y，z)处。另选地，可基于将射线600-1投影到x-y平面上并且计算投影射线 602-1与从第一相机130-1以角λ延伸的线之间的交点来计算位置y。作为另一种选择，可基于将射线602-1投影到y-z平面上并且计算投影射线602- 2与从第二相机130-1以角β延伸的线之间的交点来计算位置y。

图8为示出根据本发明的一些实施方案的用于模拟导管消融规程的方法的流程图。所述方法的各种操作可由模拟器系统100(例如，包括计算机系统的模拟控制器110，所述计算机系统被定制以模拟心脏并且模拟针对模拟心脏执行外科规程的效果)执行。

在本发明的一些实施方案中，模拟系统在多个不同模式下操作，所述不同模式可对应于基于心脏导管的标测和消融规程的不同阶段。这些模式可包括：标测模式，其对应于心脏结构及其电传导模式的初始标测；以及治疗模式，其对应于其中测量心脏的电传导模式并且将消融功率施加到心脏的部分以修改传导模式的阶段。

在操作710中，模拟控制器110可加载用于模拟的参数。参数可定义待执行的模拟的各个方面，诸如将被建模的心脏的具体类型(例如，心脏的尺寸或形状、或者儿童心脏对成人心脏)、侵袭心脏的疾病的类型、以及心脏的哪些部分被一种或多种疾病侵袭(例如，具有错误电通路的心脏的具体部分)、血压等等。参数还可包括有关模拟患者的其他医学病症(例如，高血压、血友病等)的信息，所述医学病症可影响将在规程期间观察到的情况。

参数可在模拟会话之前由模拟设计者限定。此外，多组参数可被存储为(例如，在模拟控制器110中)不同的场景，使得模拟器可被容易地配置为通过加载适当的场景来模拟不同的病症。例如，不同的场景可用于模拟不同类型的患者(例如，儿童对成人)中和处于各种病症下的不同类型的心律失常，诸如心房纤颤、心房扑动、室上性心动过速(SVT)、和预激综合征。

在一些实施方案中，物理心脏模型自身也可基于模拟场景而改变。例如，模拟针对成人执行的规程相对于针对儿童执行的规程可涉及分别使用较大的或较小的物理心脏模型122。

在操作720中，模拟控制器110根据加载的参数来初始化心脏的数字模拟。模拟的心脏模型(或虚拟心脏模型)可保持在模拟控制器110的存储器内，并且可根据存储在存储器中并被处理器执行的指令进行更新，其中模拟程序对模拟心脏的每个位置随时间推移的电活动进行模拟(例如，如果包括ECG传感器的导管末端与心脏的部分接触，则将测量心脏的每个位置处电传导速率的标测图或者心内心电描记法或ECG信号)。模拟控制器110还可存储对应于将被显示在显示装置150上的心脏的3D电解剖标测图154的信息。

在操作730中，模拟控制器110识别末端位置或点(如果有的话)。该末端位置可为对应于物理心脏模型122内的物理坐标以及三维虚拟心脏模型内的虚拟坐标的位置，其中所述位置是基于从传感器网124和相机130 接收的信号计算出的。例如，末端接触位置可包括三维(x，y，z)坐标，该坐标识别物理心脏模型122的体积内的特定位置或者三维心脏模型系统120 内的特定位置。此外，如果导管14的远侧端部143与传感器网124接触，则末端位置可包括二维(x，y)坐标，该坐标识别传感器网124上的特定位置或者物理心脏模型122的内表面上的特定位置。在一些情况下，当远侧端部143不与传感器网接触时，则确定不存在末端接触。

图9为根据本发明的一个实施方案的用于识别末端接触点的方法的流程图。在操作732中，模拟控制器110接收来自传感器网124的接触数据。这可包括例如有关传感器网124的一个或多个感测区域处的电容变化的信息。在操作734中，模拟控制器110接收来自相机130的图像。这些图像可被提供为例如由相机采集的位图图像(例如，JPEG文件或者便携式网络图形或PNG文件)或者被提供为视频(例如，MPEG-2或 H.264/MPEG-4视频)。在操作736中，模拟控制器110处理由相机130采集的图像，以计算远侧末端143T(或末端电极145)的三维位置(x，y，z)，如上文相对于图7所述。

在操作738中，模拟控制器110使来自操作732的传感器网接触数据与在操作736中利用相机图像计算的末端位置相关联以确定末端位置。在其中接触数据包括多个接触点(例如，传感器网124在多个位置中被接触)的情况下，这种关联可包括将多个接触点中的每一个与利用图像计算的三维末端位置进行比较。最靠近三维末端位置的传感器网上的接触点可随后被识别为末端接触位置。在一些情况下，远侧端部143的部分可与传感器网124的部分接触，但末端电极145和/或远侧末端143不与传感器网 124接触。由此，从传感器网124接收的接触点中的任何一个均不足够地靠近三维末端位置以识别实际的末端接触。由此，在一些情况下，当末端电极145不与传感器网124接触时，仅利用从相机130接收的图像来确定末端位置。

返回到图8，在操作740，模拟控制器110基于模拟心脏的状态和末端位置来更新电描记图152。例如，模拟控制器将末端位置从真实坐标(例如，物理心脏模型上的坐标)转换成虚拟坐标(模拟心脏模型上的坐标)。在一个实施方案中，对于每种模拟场景，模拟控制器110存储多个不同的电生理(EP)信号，每个EP信号对应于心脏上的不同位置。模拟控制器110将EP信号显示在电描记图152上，所述EP信号对应于导管末端在物理心脏模型122的传感器网124上的检测到的接触位置。在一些实施方案中，EP信号以适用于采样的模拟信号(例如，音频格式)的数据文件格式存储在数据库中，诸如，脉冲编码调制(PCM)或压缩格式诸如MPEG音频层III(MP3)。

当模拟进行时，模拟控制器110利用模拟心脏的表面或体积上的新电状态来自动地更新模拟(或虚拟)心脏模型的状态。例如，在电解剖标测过程的模拟期间，模拟控制器110根据心跳期间的心脏的各个部分处的 ECG信号或响应于虚拟起搏信号来更新模型。在一些实施方案中，虚拟起搏信号由操作者控制以提供在虚拟心脏模型中被操作者指定的位置处。由此，当操作者将导管14的远侧节段143移动到物理心脏模型122的内表面的各个部分时，模拟控制器110识别模拟心脏模型在对应于远侧节段的接触位置的虚拟坐标处的电状态。例如，模拟控制器110可基于当前模拟的状态和接触位置输出选自所存储EP信号的EP信号，并且输出的EP信号可被显示以在电描记图152中示出接触点处的局部电描记图。在一些实施方案中，模拟控制器110还基于模拟的状态产生体表垫信号(例如，通过基于当前模拟的状态加载对应于各种垫38的ECG信号)。

在其中使用电生理学标测和消融系统10的一些实施方案中，系统10 可基于通过磁场检测的导管末端的位置来产生解剖标测图，并且模拟控制器110将模拟信号提供给系统10以使得系统10基于模拟信号更新电解剖标测图。

在不存在电生理学标测和消融系统10的其他实施方案中，电解剖标测图的产生可被模拟。例如，在标测阶段期间，操作者在物理心脏模型122 的内表面上移动远侧末端143，以构造心脏结构的3-D电解剖标测图154。模拟可从空3-D电解剖标测图154开始，因为物理心脏模型122还仍未被标测。当操作者移动远侧末端143以接触物理心脏模型122的内表面的部分时，电解剖标测图154被更新以包括已被远侧末端14访问的物理心脏模型122的部分。由此，电解剖标测图产生的方式可基本上类似于将在活体患者规程的实际电解剖标测过程中产生此类标测图的方式。

在一些实施方案中，在操作750中，模拟控制器110还根据更新的模拟心脏模型状态、更新的电解剖标测图和导管的远侧节段143的虚拟坐标来更新显示器150。

例如，在不存在电生理学标测和消融系统10的实施方案中，模拟控制器110可根据显示器150上的更新的电解剖标测图来更新3-D电解剖标测图154的显示，由此可示出类似于实际规程期间将显示在电生理学标测和消融系统10上的心脏的心脏表示，以示出虚拟坐标下的模拟心脏的电状态。例如，在标测模式中，心脏模型的仅标测部分将被显示。在治疗模式中，在心脏模型的标测完成之后，电激活标测图可显示在所示电解剖标测图154的整个内表面上。显示器150还可显示导管14的远侧节段143的位置和取向的表示，包括末端电极145的位置和取向，无论末端电极145是否与物理心脏模型122接触(例如，末端电极145是否与传感器网124接触)。

又如，在与电生理学标测和消融系统10一起使用的实施方案中，模拟控制器110可将模拟的EP信号提供给系统10，使得系统10采集和显示叠加在电解剖标测图154上的电激活标测图。

模拟控制器110还可基于心脏的内在模拟模型产生各种其他类型的显示。这些其他显示可包括例如等时图、电压图和网图。

在操作760中，消融用户输入可接收自导管。例如，在“治疗”模式中，模拟系统的用户可通过压下导管控制柄部上的适当开关来启动消融命令。(在功能系统中，该命令可促使末端电极145的加热以便对心脏组织的一部分进行消融。)在本发明的一些实施方案中，消融用户输入仅在模拟工作在“治疗”模式中时(例如，在物理心脏模型122的电解剖标测的模拟完成之后)才被接受。在本发明的一些实施方案中，用户还可将心脏的内表面的特定位置识别为感兴趣点以在稍后时间进行进一步地研究。这些位置可被模拟控制器记录并且显示在电解剖标测图154上。

在操作770中，模拟控制器110更新模拟心脏模型的状态。例如，基于当前加载到系统内的模拟场景，心脏的模拟可进行到与该场景相关联的心动过速或心房纤颤的特定形式的标准后续阶段。在一些情况下，模拟场景可被配置为基于触发条件(例如，在规程期间自规程开始或者末端到达物理心脏模型的特定位置以来所经过的时间达到第一时间)改变心脏的参数或特性，诸如模拟血压变化或其他不常见病症。

此外，如果在操作760中接收到消融命令并且当末端电极145以足够的力和足够的时间量与物理心脏模型122接合时连续地提供消融命令，则模拟控制器可更新模拟的心脏模型，以指示对应于末端位置的虚拟坐标的心脏部分的成功消融。对模拟的心脏模型的这种更新可根据部分被消融时的实际心脏的特性变化来改变模拟的心脏模型内的电传导模式，或者根据由操作者控制的施加到模拟的心脏模型的特定部分的虚拟起搏信号来改变传导模式。

在操作780中，模拟控制器110确定是否继续模拟。例如，如果用户提供“退出”或“停止”命令，则模拟可结束。如果模拟控制器确定模拟将继续进行，则流程图返回到操作730以识别导管末端145的当前位置。在本发明的各种实施方案中，操作730至780的循环在足够高的频率下进行以便为用户提供表示真实系统的响应时间的反馈。例如，该循环可在30Hz至60Hz的频率下进行(例如，在30至60次/秒的频率下确定末端位置并且更新显示器)。

已参考本发明的当前优选实施方案来呈现前述描述。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。在一个实施方案中公开的任何特征或结构可根据需要或适当情况并入以代替或补充任何其它实施方案的其它特征。如本领域的普通技术人员所理解的，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。

例如，尽管本发明的实施方案在本文中相对于心脏组织的电生理和导管消融进行描述，但本发明的实施方案并不限于此并且可延伸到其他应用，诸如提供用于外科和矫形外科规程的模拟器。例如，物理心脏模型122 可被另一个内部器官的物理模型替换，并且模拟模型可被相应器官的模拟替换，其中显示给模拟器的用户的信息类型模仿保健专家在患者的实际规程期间看到的信息类型。应当理解，本文所用的术语“解剖标测图”需要包含对应于电生理数据的叠加的视觉标记或图像。

Claims (13)

1.一种用于模拟医学规程的系统，包括：

器官的物理模型，其包括传感器网；

用户输入装置，所述用户输入装置包括插入到所述器官的所述物理模型内的远侧端部；

显示装置；以及

模拟控制器，所述模拟控制器耦合到所述传感器网、所述用户输入装置和所述显示装置，所述模拟控制器包括处理器和存储器，所述存储器存储指令，所述指令在被所述处理器执行时促使所述处理器：

初始化所述器官的模拟；

将所述器官的所述模拟的状态的表示显示在所述显示装置上；

接收来自所述传感器网的接触数据；

根据所述接触数据计算所述用户输入装置的所述远侧端部在所述器官的所述物理模型内的位置；

更新所述器官的所述模拟的所述状态；

根据所述用户输入装置的所述远侧端部的所述位置和所述器官的所述模拟的所述状态产生模拟输出；以及

将所述模拟输出显示在所述显示装置上。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述器官为心脏。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述模拟输出包括所述心脏的电解剖标测图。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述模拟输出包括一个或多个电描记图。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述存储器还存储多个电生理(EP)信号，每个EP信号对应于所述心脏的不同位置，

其中被配置为促使所述处理器更新所述模拟的所述状态的所述指令包括下述指令：在被所述处理器执行时促使所述处理器识别所述多个EP信号中的EP信号，所识别的EP信号对应于所述用户输入装置的所述远侧端部的计算位置，所述一个或多个电描记图包括所识别的EP信号。

6.根据权利要求2所述的系统，其中被配置为促使所述处理器初始化所述模拟的所述指令包括下述指令：在被所述处理器执行时促使所述处理器加载多个场景中的场景，每个场景对应于心律失常的不同形式。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述场景包括对应于心律失常的形式的场景，心律失常的所述形式包括：

心房纤颤；

心房扑动；

室上性心动过速；以及

预激综合征。

8.根据权利要求1所述的系统，还包括耦合到所述模拟控制器的电解剖标测系统，所述电解剖标测系统被配置为产生所述器官的所述模型的解剖标测图。

9.根据权利要求1所述的系统，还包括相机系统，

其中所述存储器还存储促使所述处理器接收来自所述相机系统的图像的指令，并且

其中用以计算所述用户输入装置的所述远侧端部的所述位置的所述指令还包括下述指令：用以根据所接收图像中的所述远侧端部的图像来计算所述远侧端部的所述位置。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述相机系统包括第一相机和第二相机，并且

其中被配置为促使所述处理器计算所述用户输入装置的所述远侧端部的所述位置的所述指令包括下述指令：在被所述处理器执行时促使所述处理器：

计算所述第一相机与所述用户输入装置的所述远侧端部之间的第一射线相对于所述第一相机的光轴的第一仰角和第一横向角；

计算所述第二相机与所述用户输入装置的所述远侧端部之间的第二射线相对于所述第二相机的光轴的第二仰角和第二横向角；以及

计算所述第一射线与所述第二射线之间的交点，所述交点对应于所述用户输入装置的所述远侧端部的所述位置。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述器官为心脏，

其中所述存储器还存储多个电生理(EP)信号，每个EP信号对应于所述心脏的位置与所述心脏的多个状态中的状态的组合，

其中被配置为促使所述处理器更新所述模拟的所述状态的所述指令包括下述指令：在被所述处理器执行时促使所述处理器识别所述多个EP信号中的EP信号，所识别的EP信号对应于所述用户输入装置的远侧端部的计算位置和所述心脏的当前状态，所述模拟输出包括所识别的EP信号。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述存储器还存储指令，所述指令在被所述处理器执行时促使所述处理器接收来自所述用户输入装置的用户输入，并且

其中被配置为促使所述处理器更新所述模拟的所述状态的所述指令包括下述指令：在被所述处理器执行时促使所述处理器基于所述用户输入来更新所述状态。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述用户输入对应于将消融功率施加到所述心脏，并且

其中所述模拟的所述状态被更新以指示所述器官的所述物理模型中的所述用户输入装置的所述远侧端部的所述位置处的所述器官的所述模拟中的组织消融。