CN109091134A - 组合躯干背心以标测心脏电生理学特性 - Google Patents

组合躯干背心以标测心脏电生理学特性 Download PDF

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Abstract

本发明题为“组合躯干背心以标测心脏电生理学特性”。通过给受检者穿着具有多个感测电极、磁性位置传感器、有功电流位置传感器,以及用于建立与皮肤电接触的贴片的躯干背心进行心导管插入术。将多电极探头插入心腔中,使得多个心内电极设置在心脏中的相应位置处。使用有功电流位置传感器来确定相应位置,从心内电极发射电校准信号,并且在躯干背心的感测电极中接收电校准信号。建立在心内电极中所接收的校准信号与所发射的校准信号之间的关系,以标测所接收的校准信号与相应位置之间的对应。

Description

组合躯干背心以标测心脏电生理学特性
版权声明
本专利文献的公开内容的一部分包含受到版权保护的材料。版权所有者不反对任何人照专利和商标办公室专利文件或记录原样复制本专利文献或专利公开内容,但除此之外版权所有者保留所有相关的版权。
背景技术
1.技术领域
本发明涉及用于执行身体内部的医疗检查的器械。更特别地,本发明涉及使用特别适于穿戴在体表上的服装来改进心脏的电标测。
2.相关技术的描述
表1中给出了本文使用的某些首字母缩略词和缩写的含义。
表1-首字母缩略词和缩写
ECG 心电图
ACL 有功电流位置
用于基于体表心电图(ECG)技术非侵入性地标测心脏中的电势的方法是已知的。这些方法将三维成像与ECG数据组合,以便生成心外膜表面上的电势以及心内膜表面上的电势的三维标测图。
授予Rudy等人的美国专利No.7,983,743提出了用于确定活体心脏的电活动的非侵入性系统和方法,该专利以引用方式并入本文。处理器被配置成从一组非侵入性测量的体表电势无网格地计算表示心脏电活动的数据。这是使用数据完成的,该数据描述了在多个位置和心脏之间的几何关系,该多个位置对应于测量体表电势之处。
如在美国专利No.7,983,743中描述的反向ECG标测尝试通过在患者皮肤上的一系列位置处测量体表电势来生成心内ECG标测图。该方法假设心内ECG电势生成体表电势并且两组电势由以下形式的公式相关联:
其中M是矩阵,具有元素mij
该矩阵M的元素的值特别是取决于在心脏表面上的位置和在患者皮肤上的位置之间的距离,并且取决于在这些位置之间的材料的传导性。
由Schwartz等人的共同转让的美国专利申请公布No.2008/0058657描述了使用多电极胸板在少量心内膜点和大量外部接收点之间的矩阵关系的构造,该专利申请以引用方式并入本文。矩阵的求逆产生允许构造心内膜标测图的信息。
由Govari等人共同转让的美国专利申请公布No.2015/0133759描述了从背心电极阵列注入信号且在定位在心脏内的导管中检测它们的技术,该专利申请以引用方式并入本文。生成矩阵,对矩阵求逆,并且使该求逆的矩阵乘以后续背心电极电势以得到心脏电势。
发明内容
根据本发明的所公开的实施方案,以与上面提到的美国专利申请公布No.2015/0133759中描述的技术本质上相反的方式使用具有电极阵列的背心。由心脏中已知位置处的导管发射信号,并且在背心阵列中接收信号。建立描述在导管位置处发射且在背心阵列中接收的信号之间的对应的矩阵。然后可抽出导管。其后,可通过利用矩阵和来自背心阵列的时变读数的分析非侵入性地评估源自已知位置处的内在心脏生物电信号。
常规地,为了执行诸如在上面提到的美国专利申请公布No.2015/0133759中所描述的规程,将不同类型的电极附接到患者的皮肤。这些可包括心电图(ECG)电极、用于测量阻抗的有功电流位置(ACL)电极、用于消融电流返回的消融“中性”电极、用于单极起搏的参考电极以及除颤贴片。除了这些电极之外,可需要将其他元件(诸如位置传感器)附接到患者或定位成靠近患者。将全部电极和其他元件单独地放置在患者上是麻烦的、繁重的,并且延长患者会话。根据本发明构造的躯干背心使得能够进行导管插入术会话,包括在不从受检者移除背心的情况下执行标测和消融。
在本发明的一个方面中,通过使用包含不同类型的电极和传感器的可穿戴背心来促进该规程,不同类型的电极和传感器是背心相对于心脏中和身体中其他地方的界标的位置定位所需的。
本发明的实施方案将不同的电极和元件并入一个可穿戴背心中。背心可使用许多不同的技术,例如,用导电油墨、使用不同类型的油墨印刷在不同材料上的印刷电路,以及缝在背心织物上的导电线。背心通过线材或无线连接到诸如在购自Biosense Webster公司(3333Diamond Canyon Road,Diamond Bar,CA 91765)的3系统中使用的中央控制器。
在本发明的一个方面中,可穿戴背心有利地应用于心内电极电势的标测。通常,该规程需要将具有一个或多个电极的导管插入心脏中,并且在获取电极电势时跟踪导管。如果电极电势改变,例如在消融规程之后,则标测必须通过另一次插入导管重复,并且然后重新标测心脏。
在本发明规程的一个阶段中,从心内导管在已知位置处发射信号,并且信号被接收作为背心信号。然后,使用美国专利申请公布No.2015/0133759的教导以必要的变更确定背心信号的接收器与导管位置之间的对应。一旦已经生成对应,在该规程的第二阶段,可利用该对应用于在导管位置之外的位置处后续标测在心脏中的电极电势,而不需要另外的侵入性规程。例如,如果导管位置处于左心房中,右心房的电位也可使用第一阶段中生成的对应进行标测。除此之外或另选地,可标测由导管从未访问的左心房中的点。
根据本发明的实施方案提供了一种方法,通过给受检者穿着具有多个感测电极、磁性位置传感器、有功电流位置传感器,以及用于建立与皮肤电接触的贴片的躯干背心进行该方法。还通过放置有功电流位置传感器和与受检者的身体表面电接触的贴片,将多电极探头插入受检者心脏的室中,使得多个心内电极设置在探头的远侧部分中心脏中的相应位置处进行该方法。还通过使用有功电流位置传感器确定相应位置,从心内电极发射电校准信号,在躯干背心的感测电极中接收校准信号,以及确定在心内电极中所接收的校准信号与所发射的校准信号之间的关系,以标测所接收的校准信号与相应位置之间的对应进行该方法。
该方法的另一方面包括将贴片的一部分附接到心电图导联。
该方法的附加的方面包括通过贴片中的至少一个贴片返回消融电流。
该方法的另一方面包括经由贴片中的至少一个贴片注入心脏起搏信号。
该方法的另一方面包括将身体标记物附接到受检者,并且确定感测电极相对于身体标记物的位置。
根据该方法的一个方面,确定感测电极的位置包括确定身体标记物相对于外部基准标记物的第一位置,确定躯干背心的磁性位置传感器相对于身体标记物的第二位置,并且从第二位置计算感测电极相对于身体标记物的位置。
在移除探头之后,通过第二次给受检者穿着躯干背心,并且其后,计算感测电极相对于身体标记物的新位置,调整所标测的对应以补偿感测电极相对于身体标记物的位置与感测电极相对于身体标记物的新位置之间的差值,用躯干背心的感测电极重新读取来自心脏中相应位置的生物电信号,并且根据所调整的标测的对应,重新确定所重新读取的生物电信号之间的关系而进行该方法的另外的方面。
根据本发明的实施方案还提供了一种设备,包括躯干背心、在躯干背心上的多个感测电极、在躯干背心上的多个磁性位置传感器、在躯干背心上的多个有功电流位置传感器,以及位于躯干背心上以用于建立与受检者的皮肤电接触的多个贴片。
还提供根据本发明的实施方案的设备,包括探头,该探头适于插入活体受检者的心脏的室中,并且具有多个心内电极,多个心内电极可设置在心脏中的相应位置处;躯干背心,该躯干背心具有多个感测电极、磁性位置传感器、有功电流位置传感器,以及用于建立与皮肤电接触的贴片;第一处理器,该第一处理器操作用于使用有功电流位置传感器来确定相应位置;信号发生器,该信号发生器用于将电校准信号递送到心内电极用于发射;以及第二处理器,该第二处理器接收躯干背心的感测电极中的校准信号,并且操作用于确定在心内电极中所接收的校准信号与所发射的校准信号之间的关系,以标测所接收的校准信号与相应位置之间的对应。
设备的另外的方面包括用于传输消融电流的功率发生器,该功率发生器连接到心内电极的至少一部分且连接到用于通过其返回消融电流的贴片中的至少一个贴片。
该设备的一个方面包括起搏发生器,该起搏发生器连接到用于通过其注入心脏起搏信号的贴片中的至少一个贴片。
附图说明
为更好地理解本发明,以举例的方式参考本发明的详细描述,结合以下附图阅读本发明的详细描述,其中类似的元素被给出类似的参考数字,并且其中:
图1为根据本发明的实施方案构造和操作的系统的图示;
图2示出根据本发明的实施方案的可穿着躯干背心的前视图和后视图;
图3是根据本发明的所公开的实施方案的胸部的简化剖视图;
图4是示出了根据本发明的所公开的实施方案的躯干背心的细节的示意图;
图5是根据本发明的实施方案的消融和有功电流位置(ACL)电路的示意图;
图6是根据本发明的实施方案的身体标记物监测系统的示意性框图;并且
图7是根据本发明的实施方案的使心脏电标测图与体表测量相互关联的方法的流程图。
具体实施方式
在以下描述中,阐述了多个具体细节,以便提供本发明的各种原理的全面理解。然而,对于本领域的技术人员而言将显而易见的是,并非全部这些细节都是实践本发明所必需的。在该情况下,未详细示出熟知的电路、控制逻辑以及用于常规算法和过程的计算机程序指令的细节,以免不必要地使一般概念模糊不清。
以引用方式并入本文的文献将被考虑为本申请的整体部分,不同的是,就任何术语在这些并入文献中以与本说明书中明确或隐含地作出的定义矛盾的方式定义而言,应仅考虑本说明书中的定义。
本发明的方面可体现为软件编程代码,该软件编程代码通常被维持在诸如计算机可读介质的永久性存储装置中。在客户端/服务器环境中,此类软件编程代码可存储在客户端或服务器上。软件编程代码可在与数据处理系统一起使用的多种已知非暂态介质诸如USB存储器、硬盘驱动器、电子介质或CD-ROM中的任一个上体现。代码可分布于此类介质上,或者可经某些类型的网络从一个计算机系统的存储器或存储装置向其他计算机系统上的存储设备分发给用户,以供此类其他系统的用户使用。
用于标测心脏的电极电势的常规方法,即测量心内ECG信号涉及将具有电极的导管插入心脏中,并且随着电极移动到心脏内的不同位置来测量电势。
反向ECG标测尝试通过在患者皮肤上的一系列位置处测量体表电势来生成心内ECG标测图。该方法假设心内ECG电势生成体表电势S,并且两组电势由以下形式的公式相关联:
其中M是矩阵,具有元素mij
美国专利申请公布No.2015/0133759采用侵入性方法来确定矩阵M。在用于患者的标测规程的初始阶段中,电极阵列附接到患者的皮肤,其中电极在已知的位置中。假设正在执行该规程,使用具有位置跟踪能力的系统。例如,阵列中的电极和心脏导管的电极的位置可通过购自BiosenseWebster公司(3333Diamond Canyon Road,Diamond Bar,CA 91765)的3系统来确定。可使用用于找到电极位置的任何其他方法。
该矩阵M的元素的值特别是取决于在心脏表面上的位置和在患者皮肤上的位置之间的距离,并且取决于在这些位置之间的材料的传导性。美国专利No.7,983,743描述了一种非侵入性的方法以估计矩阵M(使用诸如MRI或CT的系统来使心脏成像并且因此发现心脏表面-皮肤距离)。
系统概述
现在参考图1,图1是根据本发明的实施方案构造和操作的系统10的图示。受检者12穿着躯干背心14。多个感测电极16(通常在大约125个与250个电极之间)被设置在躯干背心14内与受检者12的皮肤电接触,并且可经受检者12的躯干的前部、后部和侧面方面传输和接收电势。电极16经由导联18和缆线20连接到通常设置在控制台24中的控制和位置处理器22。控制台24可包括信号发生器26、EKG处理器28和图像处理器30。
导管32已被操作者36引入到心脏34中。可在监测器38上显示与从导管32获得的数据、躯干背心14的电极16的状况以及信号发生器26、EKG处理器28和图像处理器30有关的信息。
躯干背心
现在参考图2,图2是根据本发明的实施方案的可穿着躯干背心40的前视图和后视图。除了图1所示的电极16之外,使用不同技术:例如,用导电油墨(还有不同类型的油墨)印刷在不同材料上的印刷电路,以及缝在织物上的导电线,将若干附加元件以很多组合并入背心40中。背心通过线材或无线地连接到诸如Carto系统中使用的中央控制器。
背心40可包括任何数量的有功电流位置传感器42,当穿戴背心时,任何数量的有功电流位置传感器42与患者的身体电接触。在一个实施方案中,存在布置成三对的六个有功电流位置传感器42。如Bar Tal等人的美国专利申请公布No.2014/0221803中所教导的,可从在有功电流位置传感器42和电极之间经过的电流导出心脏中的标测导管电极的位置,该专利申请以引用方式并入本文。
背心40可包括除颤贴片44和磁性位置传感器46。磁性位置传感器46使得能够确定背心相对于在背心40和患者身体外部的基准48的位置。例如,在美国专利No.5,558,091、5,443,489、5,480,422、5,546,951和5,568,809以及国际公布No.WO 95/02995、WO 97/24983和WO 98/29033中描述了此类磁性位置传感器,这些专利的公开内容以引用方式并入本文。
磁性位置传感器46可与题为“Orthopaedic Monitoring System,Methods andApparatus”的美国专利申请公布No.2008/0294258中描述的技术的修改一起使用,该专利以引用方式并入本文。简而言之,可以无线电频率无线跟踪的至少两个标记物被放置在方便的身体界标处。界标可为胸骨上切迹和剑突。相对于定位在标记物的监测系统的工作体积中的外部基准确定标记物的位置,此后,可相对于基准且由此相对于由有功电流位置传感器确定的心脏中的位置从磁性位置传感器46获得的信息计算背心的位置。
背心40可包括用于标准ECG导联的皮肤贴片50,以及可并入电路中用于消融电流返回的皮肤贴片52。任选地,可包括皮肤贴片54,皮肤贴片54可包括在用于注入心脏起搏信号的电路中。在后面的应用中,贴片54可用作使用先前插入身体中的设备的单极起搏的参考。
控制台24(图1)包含用于阻抗检测的电路,如在共同转让的美国专利No.9,370,312中所描述的,该专利的公开内容以引用方式并入本文。基于少量心内膜点和电极56之间的阻抗测量,修改系统以生成其间的功能关系。在一个实施方案中,该关系是系数的线性多维矩阵,线性多维矩阵在本文中被称为导线场矩阵。然后估计矩阵的逆矩阵,例如,如在美国专利申请公布No.2003/0120163(Yoram Rudy等人)中所描述的,该专利申请的公开内容以引用方式并入本文。在本公开中,逆矩阵对应于心外膜电势。然而,在系统10中,矩阵的逆矩阵可对应于心内膜电导的标测图,这是现有技术的进步。过去,不能可靠地评估外部测量和心内膜电势之间的传递函数。这是因为电场横穿心肌内的纤维肌性组织。如上面所提到的,此类组织的量和取向在个体之中变化。另选地,在系统10的一些实施方案中,导线场矩阵及其逆矩阵可与基于心外膜电导的标测图有关。在下面另外详细讨论导线场矩阵的求逆。
可能仅使用一个心内膜点。一个接收点或多个接收点可在受检者的内部或外部。例如,一个或多个食管导联冠状窦电极、心外膜的或甚至心肌内电极可用作接收点。
现在参考图3,图3是根据本发明的所公开的实施方案的示出躯干背心60和围绕胸部分布的电极56的胸部58的简化剖视图。图3也示出了右心房62,并且包括三个心内膜点64,66,68。可在定位在心内膜点64,66,68处的导管电极和电极56之间作出阻抗测量。在一些应用中,也在心外膜定位的电极(图3中未示出)和电极56之间测量阻抗。
现在参考图4,图4是示出根据本发明的所公开的实施方案的躯干背心60(图3)的细节的示意图。躯干背心60被构造成包括分布的应力点70,该应力点70可与电极56重合。然而,此类重合是方便的问题,且不是必要的。应力点70通过具有预定自由度的柔性长条72连接。长条72致使躯干背心60紧密地符合胸部58的几何形状(图3)。躯干背心60包括至少一个位置传感器74,该至少一个位置传感器74是包括电极56的坐标系统中的参考点。参考共同转让的美国专利申请公布No.2004/0068178中的定位系统教导了这样的位置传感器的使用,该专利申请的公开内容以引用方式并入本文。位置传感器74使得能够在医疗规程期间跟踪电极56的位置,并且通过差值计算使得电极56的位置能够与心内电极相关。只要电极56可相对于心内膜点定位,位置传感器74就不是必要的。
ACL和消融电路
现在参考图5,图5是用于与图1中所示的系统一起使用的消融和有功电流位置(ACL)电路76的示意图。该布置类似于Govari等人的美国专利申请公布2006/0173251和Osadchy的2007/0038078中描述的,这些专利申请以引用方式并入本文。该布置可被修改成根据本发明的原理进行操作。为方便展示,以下进行简要的描述。
可为粘合剂皮肤贴片的多个体表电极78被耦合到受检者82的身体表面80(例如,皮肤)。体表电极78在本文中有时被称为“贴片”。在心脏应用中,体表电极78往往分布为以便围绕心脏,三个在受检者的胸上,并且三个在背部上。然而,体表电极78的数量不是关键性的,并且它们可放置在身体表面80上一般在医疗规程的位点附近的方便位置处。
正常地,设置在控制台24(图1)中的控制单元84包括电流测量电路86,以及用于在相应工作频率下通过电极78中的一个或多个电极将电流驱动到体表电极78中的一个或多个电极的一个或多个导管电极传输器88。控制单元84链接到定位处理器22(图1)。控制单元84链接到包括至少一个消融发生器92的消融器90。通过体表电极78和消融器体表电极94的电流流入具有消融发生器92的电路中,并且通过设置在体电极接收器96内的相应的电流测量电路(在本文中有时被称为“贴片测量电路”)测量。体电极接收器96通常并入控制单元84中。另选地,它们可附连到体表电极78。导管电极在图5中被表示为测量电极98(圆)和两用电极100(椭圆)。两用电极100用作消融电极,并且也充当测量电极中的一个测量电极。
体表电极78经由贴片盒102连接到体电极接收器96,该贴片盒102保护系统免受消融和除颤电流。通常,该系统被配置有六个体电极接收器96。在生产期间测量贴片盒寄生阻抗104(Z),并且因此贴片盒寄生阻抗104(Z)是先验已知的。下面讨论这些阻抗。
通常,虽然为了方便仅示出了两个测量电极98,但是使用大约80个测量电极用于阻抗测量。通常,存在一个或两个消融电极。通过在导管上的电极和体表电极78之间传递电流,在控制台24(图1)中的定位系统中确定身体内的导管的坐标。
控制单元84也可控制包括消融器90和两用电极100的消融电路。消融器90通常设置在控制单元84的外部,并且并入消融发生器92。它与消融器体表电极94连接且连接到消融器滤波器106,在该示例中,该消融器滤波器106在控制单元84内示出。然而,该位置不是必要的。如下所述,开关108将消融器电路配置用于不同的操作模式。提供电压测量电路110用于确定导管电极传输器88的输出。将从图5的审查注意到,消融电路连接到导管电极传输器88中的一个导管电极传输器。
身体标记物
现在参考图6,图6是根据本发明的实施方案的身体标记物监测系统112的示意性框图。监测系统包括无线跟踪功能以及评定功能。评定功能一般由计算机114实施,该计算机114对存储在一个数据库或多个数据库116中的位置数据项和其他数据项进行各种数据处理操作。通过无线地跟踪标记物获得位置数据项。无线跟踪子系统118由计算机114、位置信号处理电路120和包括子系统122的监测或跟踪站提供。
子系统122包括三个磁场发生器线圈124。三个线圈生成磁场126,磁场126在监测系统的工作体积上延伸。监测系统也包括天线128,天线128以RF频率将电力信号130无线传输到位于工作体积内的标记物132。标记物132无线传输信号134,在信号134中对标记物的位置和取向以及标记物的唯一标识符进行数字编码。信号134由与位置信号处理电路120通信的天线136接收。
将更详细地简要描述用于在监测系统112中使用的合适的标记物132和相关联的跟踪子系统118。在美国专利公布No.US 2003/0120150 A1(美国专利申请序列No.10/029,473)中更详细地描述了标记物132和跟踪子系统118的方面,出于全部目的,该专利全文以引用方式并入本文。
可由跟踪子系统112跟踪的标记物或无线位置传感器132具有用于标记物的外壳。如上面所解释的,响应于由三个磁场发生器线圈124(也称为辐射器线圈)产生的外部磁场126,标记物132生成且无线传输数字信号134,数字信号134对指示标记物的位置(跟踪系统的笛卡尔参考系内的x、y和z坐标)和取向(俯仰、滚转、偏航)的数据项进行编码。
电路存在于监测系统中,并且另外的电路存在于位置信号处理电路中。磁场发生器线圈124由驱动电路驱动以生成处于不同的相应频率组的电磁场。线圈辐射的频率组由计算机114设定,该计算机114充当跟踪子系统118的系统控制器。相应的频率组可全部包括相同的频率,或者它们可包括不同的频率。在任何情况下,计算机114根据已知的复用模式控制驱动电路,该复用模式规定在任何时间点,不超过一个场发生器线圈以任何给定频率辐射。通常,每个驱动电路被控制以通过其相应组中的频率随着时间循环扫描。另选地,每个驱动电路可驱动磁场发生器线圈124中的相应的一个以同时以多个频率辐射。
为了系统子系统122的目的,可将磁场发生器线圈124布置在任何方便的位置和取向上,只要它们相对于某个参考系固定,并且只要它们不重叠,也就是说,不存在两个场发生器线圈具有精确相同的位置和取向。通常,对于手术应用,线圈位于三角形布置中。线圈轴线可为平行的,或者另选地,它们可为倾斜的。棒状传输器或甚至三角形或方形线圈也可用于此类应用。
在手术应用中,期望磁场发生器线圈124定位成远离手术视野,以便不会妨碍外科医生的移动自由。另一方面,线圈应定位成使得跟踪系统的工作体积126包括外科医生正在操作的整个区域。同时,磁场发生器线圈124的位置和取向应该相对于给定的参考系是已知的,以便准许在该参考系中确定标记物132的坐标。在实践中,磁场发生器线圈124安装在子系统122的参考结构部分上。
标记物132包括传感器线圈,其中响应于由磁场发生器线圈124产生的磁场,电流被感应以流动。传感器线圈可缠绕在空气芯或磁性材料的芯上。通常,每个标记物包括具有互相正交的轴线的三个传感器线圈,三个传感器线圈中的一个线圈方便地与外壳的主轴线诸如纵向轴线对齐。三个线圈可同心缠绕在单个芯上,或者另选地,线圈可非同心地缠绕在单独的芯上,并且沿着主轴线间隔开。例如,在PCT专利公布WO 96/5968中且在对应的美国专利申请序列No.09/414,875中描述了非同心线圈的使用,出于全部目的,这些专利全文以引用方式并入本文。
另选地,标记物132可每个仅包括单个传感器线圈或两个传感器线圈。另外另选地,标记物132可包括基于本领域已知的其他类型的感测元件的磁性位置传感器,诸如霍尔效应传感器。
在任何时刻,在传感器线圈中感应的电流包括由磁场发生器线圈124生成的具体频率下的分量。这些电流的相应振幅(或另选地,可跨越传感器线圈测量的时变电压的)取决于标记物相对于场发生器线圈的位置和取向的位置和取向。响应于感应的电流或电压,每个标记物中的信号处理和传输器电路生成且传输指示传感器的位置和取向的信号134。这些信号由接收天线136接收,接收天线136经由信号接收器和解调电路耦合到计算机114。计算机处理所接收的信号连同用于驱动场发生器线圈的信号的表示,以便计算植入式标记物的位置和取向坐标。如下面将更详细描述的,坐标由计算机114处理和存储。
当金属或其他磁性响应制品被带进正被跟踪的物体附近时,使该附近的磁场变形。在手术环境中可存在大量的导电和可透过的材料,包括基本和辅助仪器(手术台、手推车、可移动灯等)以及侵入性手术设备(手术刀、剪刀等)。由磁场发生器线圈124产生的磁场可在此类制品中生成涡流,并且涡流然后致使寄生磁场被辐射。此类寄生场和其他类型的变形可导致在确定被跟踪物体的位置中的错误。
为了缓解该问题,在监测系统附近使用的子系统118和其他制品的元件通常当可能时由非金属材料制成,或者由具有低磁导率和导电率的金属材料制成。此外,计算机114可被编程为检测和补偿监测系统附近的金属物体的影响。在美国专利No.6,147,480和6,373,240以及在2003年5月29日提交的美国专利申请序列No.10/448,289和2003年7月31日提交的10/632,217中描述了用于此类检测和补偿的示例性方法,这些专利以引用方式并入本文。
在该实施方案中的标记物包括三组线圈:传感器线圈、功率线圈和通信线圈。另选地,功率和通信线圈的功能可组合,如在美国专利申请序列No.10/029,473中描述的。线圈耦合到电子处理电路,电子处理电路安装在诸如柔性印刷电路板(PCB)的合适基板上。在美国专利申请序列No.10/029,473中且在美国专利申请序列No.10/706,298中描述了电路的构造和操作的细节,出于全部目的,这些专利全文以引用方式并入本文。
标记物132可仅包括单个传感器线圈和单个功率线圈,但在实践中,标记物132通常包括每种类型的多个线圈,诸如三个传感器线圈和三个功率线圈。传感器线圈在互相正交的方向上一起缠绕在传感器芯上,而功率线圈在互相正交的方向上一起缠绕在功率芯上。另选地,传感器和功率线圈可重叠在相同的芯上,如例如在Govari的美国专利No.6,995,729中所描述的,该专利的公开内容以引用方式并入本文。一般期望借助于电介质层(或当公用芯用于功率线圈和传感器线圈两者时,通过交错功率线圈和传感器线圈)使线圈彼此分离,以便减少线圈之间的寄生电容。
在操作中,功率线圈充当标记物132的电源。功率线圈通过来自附接到RF功率驱动电路的外部驱动天线128的电感耦合,接收能量。通常,驱动天线以相对较高的射频(RF)(诸如在13.5MHz的范围内)辐射强电磁场。驱动场致使电流流入功率线圈,该电流被整流以便为电路供电。其间,如上所述,场发生器线圈124感应跨越传感器线圈形成的时变信号电压。电路感测信号电压,并且响应于其生成输出信号。输出信号在形式上可为模拟的或数字的。该电路驱动通信线圈以将输出信号传输到患者身体外的接收天线136。通常,例如,使用频率调制方案,以更高的无线电频率,诸如43MHz或915MHz的范围内的频率来传输输出信号。除此之外或另选地,线圈可用于从患者身体外的传输天线(未示出)接收控制信号,诸如时钟信号。
如上面所解释的,驱动电路也包括RF功率驱动器,RF功率驱动器驱动天线128发射功率信号130,优选地在2MHz-10MHz范围内的。功率信号致使电流流入功率线圈,该电流通过电路进行整流,并且用于为标记物内部电路供电。其间,由磁场发生器线圈124产生的电磁场致使电流流入传感器线圈。该电流具有与流过磁场发生器线圈124的驱动电流相同频率的频率分量。电流分量与由发生器线圈在平行于传感器线圈轴线的方向上产生的相应磁场的分量的强度成比例。因此,电流的振幅指示传感器线圈相对于固定磁场发生器线圈124的位置和取向。
该电路在不同的场频率下测量流入传感器线圈的电流。该电路在高频信号中对该测量进行编码,然后该电路经由天线将该高频信号传输回到天线136。该电路包括采样电路和模拟/数字(A/D)转换器,该采样电路和模拟/数字(A/D)转换器数字化流入传感器线圈的电流的振幅。在该情况下,电路生成数字调制信号,并且对由天线传输的信号进行RF调制。任何合适的数字编码和调制方法可用于该目的。该电路也存储每个标记物的唯一标识符,并且类似地生成数字调制信号,并且对由信号传输的信号134进行RE调制。信号处理和调制的其他方法对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
由耦合到天线136的接收器拾取由天线传输的数字调制信号。接收器解调该信号以生成到信号处理电路的合适输入,信号处理电路可与计算机114分离或者集成到计算机114中。通常,接收器对来自标记物132的信号进行放大、过滤和数字化。由计算机114接收和使用数字化信号以计算标记物132的位置和取向。通用计算机114被编程且配备有适当的输入电路,用于处理来自接收器的信号。
优选地,接收器电路包括时钟同步电路,时钟同步电路用于使驱动电路和RF功率驱动器同步。RF功率驱动器可以场磁场发生器线圈124的驱动频率的整数倍的频率操作。然后,标记物电路可使用由功率线圈接收的RE信号不仅作为其电源,而且作为频率参考。使用该参考,标记物电路能够对由传感器线圈生成的电流信号应用相敏处理,以检测与由磁场发生器线圈124生成的驱动场同相的传感器线圈电流。接收器可使用来自时钟同步电路的输入,以类似的方式应用如本领域已知的相敏处理方法。尽管传感器线圈中的电流信号的振幅较低,但是此类相敏检测方法使得标记物132能够实现增强的信号/噪声(S/N)比。
虽然以举例的方式在上面引用某些频率范围,但是本领域技术人员将了解,其他频率范围可用于相同的目的。
标记物电路也存储标记物132的唯一标识符,并且该唯一标识符也被传输到跟踪子系统118,使得跟踪子系统可确定正从其接收位置数据的标记物的身份。由此,当多个标记物存在于监测系统的工作体积126中时,跟踪子系统可区分不同的标记物。
在不具有板上电源的情况下使用无线标记物(诸如标记物132)的优点在于标记物可插入患者身体内,并且然后留在患者身体内以供以后参考。
操作
上述设备被用于建立源自心脏中相应位置的电信号与来自用于获取电生理数据的多电极胸板上的电极阵列的读数之间的标测对应,并且用作消融电路的部件。通过使用组合背心40(图2)促进该规程。整个会话可在不从受检者移除组合背心40的情况下完成。
现在参考图7,图7是根据本发明的实施方案的使心脏电标测图与体表测量相互关联的方法的流程图。为了展示清楚起见,以特定的线性顺序示出了过程步骤。然而,将明显的是,该过程步骤中的很多可并行地、异步地或以不同的次序执行。本领域的技术人员也将了解,另选地,过程可例如在状态图中被表示为多个相互联系的状态或事件。而且,可不需要全部示出的过程步骤来实施该方法。
该方法的第一阶段开始于预备的初始步骤140。如果尚未植入,则将身体标记物放置在皮肤上,例如,在胸骨上切迹和剑突处。患者穿着背心40,并且将电极、导线和皮肤贴片附接到控制台24的相应部件上,相应部件诸如信号发生器26和EKG处理器28。相对于背心40不可用的规程,可快速执行初始步骤140。这使患者的不适最小化,并且增加导管插入术设施的使用效率。
接下来,在步骤142处,采用读数以建立身体标记物相对于外部基准标记物的位置,以及磁性位置传感器46相对于身体标记物的位置。该规程使背心40上的结构准确地与患者的身体(包括心肺循环中恒定阶段处心脏中的内部位置)相关。
接下来,在步骤144处,使用多电极标测导管常规地将导管插入心脏。然后在步骤146中,使用上面提到的美国专利申请公布No.2008/0058657和2015/0133759的方法以必要的变更,将来自信号发生器的信号通过标测导管的电极注入。在步骤148处,在背心40中的电极阵列中读取注入的信号。该步骤使得能够计算心脏中的标测的位置和背心信号之间的对应。通过在心脏中导航导管,可以期望的空间分辨率标测很多区域。实际上,通过使用在题为“Marking Sparse Areas on Maps”的共同转让的申请No.15/351,972中所教导的插值法可有效地增强分辨率,该申请以引用方式并入本文。未标测室可通过使用登记到也包括未标测室的标测室的预先获取的图像进行评估。如果需要,可将适当的ECG信号叠加在标测上。
任选地,在步骤150处,可在感兴趣的目标上进行消融。所产生的病灶旨在影响心脏的其他区域中的时变电势,如例如从Schwartz等人的美国专利No.6,997,924已知的,该专利以引用方式并入本文。在执行步骤150之后,控制返回到步骤146,使得可在步骤148中重新评估消融对背心信号的影响。当消融完成或者不执行消融时,在步骤152处终止会话。可在不移除背心40的情况下执行到目前为止的步骤。可在步骤152中移除背心40。
随后在新的会话中,可非侵入性地评估心脏中生成的生物电信号。在步骤154处,患者重新穿着背心40,并且如上面在步骤152中所述获得背心上的身体标记物和位置传感器的读数。由于对背心40重新定位造成感测电极16的位置和心脏中的相应位置之间的差值,重新计算或调整心脏中标测的位置与背心信号之间的对应。然后,在步骤156处,从背心上的电极阵列读取电信号,使用在步骤148中获得的对应的调整以及在相应源处计算的心内电势,对它们的源进行定位。
其后,可移除背心,并且在最后的步骤158中终止会话。
本领域技术人员将了解,本发明不限于上文特别示出和描述的内容。相反,本发明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描述时将想到的未在现有技术中的上文所述各种特征的变型和修改。

Claims (12)

1.一种方法,包括以下步骤:
给受检者穿着具有多个感测电极、磁性位置传感器、有功电流位置传感器,以及用于建立与所述受检者的皮肤电接触的贴片的躯干背心;
在不从所述受检者移除所述躯干背心的情况下,执行以下步骤:
放置所述有功电流位置传感器和与所述受检者的身体表面电接触的所述贴片;
将探头插入所述受检者心脏的室中,多个心内电极设置在所述心脏中的相应位置处;
使用所述有功电流位置传感器确定所述相应位置;
从所述心内电极发射电校准信号;
在所述躯干背心的所述感测电极中接收所述校准信号;以及
确定在所述心内电极中所接收的校准信号与所发射的校准信号之间的关系,以标测所接收的校准信号与所述相应位置之间的对应。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括将所述贴片的一部分附接到心电图导联。
3.根据权利要求1所述的方法,还包括通过所述贴片中的至少一个贴片返回消融电流。
4.根据权利要求1所述的方法,还包括经由所述贴片中的至少一个贴片注入心脏起搏信号。
5.根据权利要求1所述的方法,还包括以下步骤:
将身体标记物附接到所述受检者;以及
确定所述感测电极相对于所述身体标记物的位置。
6.根据权利要求5所述的方法,其中确定所述感测电极的位置包括:
确定所述身体标记物相对于外部基准标记物的第一位置;
确定所述躯干背心的所述磁性位置传感器相对于所述身体标记物的第二位置;以及
从所述第二位置计算所述感测电极相对于所述身体标记物的所述位置。
7.根据权利要求5所述的方法,还包括以下步骤:
在移除所述探头之后,第二次给所述受检者穿着所述躯干背心;
其后,计算所述感测电极相对于所述身体标记物的新位置;
调整所标测的对应以补偿所述感测电极相对于所述身体标记物的所述位置与所述感测电极相对于所述身体标记物的所述新位置之间的差值;
用所述躯干背心的所述感测电极重新读取来自所述心脏中所述相应位置的生物电信号;以及
根据所调整的标测的对应,重新确定所重新读取的生物电信号之间的关系。
8.一种设备,包括:
躯干背心;
多个感测电极,所述多个感测电极位于所述躯干背心上;
多个磁性位置传感器,所述多个磁性位置传感器位于所述躯干背心上;
多个有功电流位置传感器,所述多个有功电流位置传感器位于所述躯干背心上;以及
多个贴片,所述多个贴片位于所述躯干背心上以用于建立与受检者的皮肤电接触。
9.一种设备,包括:
探头,所述探头适于插入活体受检者心脏的室中,并且具有多个心内电极,所述多个心内电极可设置在所述心脏中的相应位置处;
躯干背心,所述躯干背心具有多个感测电极、磁性位置传感器、有功电流位置传感器,以及用于建立与皮肤电接触的贴片;
第一处理器,所述第一处理器操作用于使用所述有功电流位置传感器来确定所述相应位置;
信号发生器,所述信号发生器将电校准信号递送到所述心内电极用于发射;以及
第二处理器,所述第二处理器接收所述躯干背心的所述感测电极中的所述校准信号,并且操作用于确定在所述心内电极中所接收的校准信号与所发射的校准信号之间的关系,以标测所接收的校准信号与所述相应位置之间的对应。
10.根据权利要求9所述的设备,还包括用于传输消融电流的功率发生器,所述功率发生器连接到所述心内电极的至少一部分且连接到用于通过其返回所述消融电流的所述贴片中的至少一个贴片。
11.根据权利要求9所述的设备,还包括起搏发生器,所述起搏发生器连接到用于通过其注入心脏起搏信号的所述贴片中的至少一个贴片。
12.根据权利要求9所述的设备,还包括可附接到所述受检者的身体标记物和用于确定所述身体标记物相对于所述躯干背心的位置的无线跟踪电路系统。
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