CN110974399A - 在探针跟踪系统中扩展跟踪量 - Google Patents

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T.A.耶林
F.塞弗
T.德姆里
T.谢梅什
D.奥萨奇
D.施泰因贝格
S.H.拉兹
M.梅德尔
M.谢克特
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Abstract

本发明题为“在探针跟踪系统中扩展跟踪量”。本发明公开了一种系统，所述系统包括多个导电通道和处理器。所述处理器被配置成在所述导电通道上(i)经由多个第一电极从处于患者体内的探针接收相应的第一电流，所述多个第一电极在身体的区域处附接到所述患者的皮肤，以及(ii)经由第二电极从所述探针接收第二电流，所述第二电极附接到所述皮肤并且连接到所述通道中的一个。所述处理器被进一步配置成确定所述第一电流的相应第一电流值以及所述第二电流的第二电流值，以及基于所述第一电流值和所述第二电流值，计算所述探针在所述区域与所述第二电极之间的位置。还描述了其他实施方案。

Description

在探针跟踪系统中扩展跟踪量
相关申请的交叉引用
本专利申请要求提交于2018年10月2日的美国临时申请62/740,012的权益。
技术领域
本发明整体涉及侵入性医疗规程，具体地讲，涉及在此类规程中使用的探针的导航。
背景技术
授予Bar-Tal的美国专利8,456,182(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种方法，该方法包括：将身体电极定位成与患者的身体电接触；以及将具有标测电极的标测工具定位在体内的多个区域中。该方法还包括使用位置测量系统来跟踪区域中的每个区域中的不同位置处的标测工具，并且对于每个区域，在体电极与该区域中的不同位置处的标测电极之间生成相应一组校准电流。针对每个区域在相应一组校准电流与不同位置之间导出相应关系，并且响应于不同的相应关系和探查工具电流来将相应关系用于确定探查工具的位置。
发明内容
根据本发明的一些实施方案，提供了一种包括多个导电通道和处理器的系统。该处理器被配置成在导电通道上(i)经由多个第一电极从处于患者体内的探针接收相应的第一电流，这些多个第一电极在身体的区域处附接到患者的皮肤，以及(ii)经由第二电极从探针接收第二电流，该第二电极附接到皮肤并且连接到通道中的一个。该处理器被进一步配置成确定第一电流的相应第一电流值以及第二电流的第二电流值，以及基于第一电流值和第二电流值，计算探针在区域与第二电极之间的位置。
在一些实施方案中，
该区域包括患者的胸腔的至少部分，
第一电极附接到胸腔，并且
第二电极附接到患者的大腿。
在一些实施方案中，处理器被配置成通过以下步骤计算探针的位置：
计算归一化电流值IN＝I2/IT，I2为第二电流值，并且IT为第一电流值与第二电流值之和，并且
通过将线性函数应用于IN来计算探针的位置。
在一些实施方案中，该处理器被进一步配置成基于经由第一电极和第二电极从探针接收的多个初始电流，在应用线性函数之前学习线性函数。
在一些实施方案中，该处理器被进一步配置成：
确定探针的位置在第一区域内，并且
响应于该确定，使第二电极与通道中的一个断开连接。
在一些实施方案中，该处理器被进一步配置成基于第一电流值和第二电流值来计算探针的偏转角。
根据本发明的一些实施方案，还提供了一种系统，该系统包括多个第一电极，这些多个第一电极被配置成，当在患者的身体的区域处附接到患者的皮肤并且连接到不同的相应导电通道时，从布置在身体内的探针接收相应的第一电流，使得第一电流通过通道。该系统还包括第二电极，该第二电极被配置成在附接到皮肤时从探针接收第二电流。该系统还包括开关，该开关被配置成当探针位于区域与第二电极之间时将第二电极连接到通道中的特定一个，使得第二电流通过通道中的特定一个。
在一些实施方案中，该开关被配置成通过将第二电极短路连接至第一电极中的特定一个来将第二电极连接到通道中的特定一个。
在一些实施方案中，该开关被进一步配置成当探针处于区域中时将第二电极连接到消融信号发生器，而不是连接到通道中的特定一个。
在一些实施方案中，
该开关为第一开关，并且
该系统还包括第二开关，该第二开关被配置成当探针处于区域中时将第二电极连接到消融信号发生器，并且第二电极与通道中的特定一个断开连接。
在一些实施方案中，
第一开关设置在控制台内部，并且
第二开关设置在消融信号发生器内部。
根据本发明的一些实施方案，还提供了一种方法，该方法包括在多个导电通道上(i)经由多个第一电极从处于患者体内的探针接收相应的第一电流，这些多个第一电极在身体的区域处附接到患者的皮肤，以及(ii)经由第二电极从探针接收第二电流，该第二电极附接到皮肤并且连接到通道中的一个。该方法包括确定第一电流的相应第一电流值以及第二电流的第二电流值，以及基于第一电流值和第二电流值，计算探针在区域与第二电极之间的位置。
根据本发明的一些实施方案，还提供了一种方法，该方法包括通过在患者的身体的区域处附接到患者的皮肤并且连接到不同的相应导电通道的多个第一电极，从设置在身体内的探针接收相应的第一电流，使得第一电流通过通道。该方法还包括通过附接到皮肤的第二电极，从探针接收第二电流；以及当探针位于区域与第二电极之间时，使用开关将第二电极连接到通道中的特定一个，使得第二电流通过通道中的特定一个。
在一些实施方案中，
该区域包括患者的胸腔的至少部分，
第一电极附接到胸腔，并且
第二电极附接到患者的大腿。
根据本发明的一些实施方案，还提供包括程序指令存储于其中的有形非暂态计算机可读介质的计算机软件产品。这些指令在被处理器读取时使得处理器在导电通道上(i)经由多个第一电极从处于患者体内的探针接收相应的第一电流，这些多个第一电极在身体的区域处附接到患者的皮肤，以及(ii)经由第二电极从探针接收第二电流，该第二电极附接到皮肤并且连接到通道中的一个。这些指令还使得该处理器确定第一电流的相应第一电流值以及第二电流的第二电流值，以及基于第一电流值和第二电流值，计算探针在区域与第二电极之间的位置。
附图说明
结合附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本公开，其中：
图1为根据本发明的实施方案的探针跟踪系统的示意图；
图2为根据本发明的实施方案的由系统跟踪的探针的远侧部分的示意图；
图3为示出根据本发明的实施方案的用于跟踪系统的第一修改的电连接的示意图；
图4为示出根据本发明的实施方案的用于跟踪系统的第二修改的电连接的示意图；
图5为示出根据本发明的实施方案的用于跟踪系统的第三修改的电连接的示意图；
图6为实验装置的示意图，图7为装置中使用的远侧探针的示意图，并且图8为根据本发明实施方案的装置结果的示意图；
图9为在跟踪患者的探针时执行的步骤的流程图，并且图10至图14是示出根据本发明实施方案的流程图的各方面的示图。
具体实施方式
概述
在一些侵入性心脏规程期间，例如经由患者的左或右股静脉将探针插入患者体内，然后前进至心脏。在到达心脏时，探针可用于作标测和/或消融。
一般来讲，可以使用一种或多种已知的跟踪系统(例如，磁跟踪系统和/或高级电流位置(ACL)系统)在心脏附近对探针进行良好的跟踪。然而，这些系统通常被配置成仅在局部区域(诸如包含心脏的量)中跟踪探针，并且通常不会在局部区域之外提供良好的跟踪甚至是任何跟踪。当探针相对于心脏较远时，这在探针前进至心脏期间可能是有问题的。另选跟踪解决方案包括荧光镜透视检查和超声；然而，荧光镜透视检查使用电离辐射，而超声探针的能力有限。
为了解决这个挑战，本发明的实施方案增加了具有附加标测电极的ACL系统，该标测电极在探针的插入点附近联接到患者的身体。当探针前进到心脏时，附加的标测电极接收的电流用于跟踪探针。本发明的实施方案可与包括至少两个以已知距离分开的电极的任何探针一起使用，即，至少两个彼此相对位置的电极是已知的。
更具体地，在将探针插入患者体内之后，立即将电流注入到探针电极中，并且作为响应，附加的标测电极从探针电极处接收电流。已经确定，沿着从探针的进入点延伸到心脏的轴线，所接收的电流与探针电极的位置之间存在线性关系。因此，假设已知相对电极位置，则可以使用接收到的电流来学习线性关系。在学习线性关系之后，使用线性关系在上述一维中使用随着探针穿过患者的脉管系统而由附加标测电极接收的电流来跟踪探针。
系统描述
在以下的描述中，附图中的类似元件由类似数字来标识，并且类似元件可根据需要通过在标识数字后附加字母来进行区分。
现在参见图1，该图是探针跟踪系统20的示意图，并且参见图2，该图是根据本发明实施方案的系统跟踪的探针32的示意图。在一些实施方案中，探针32是导管24的远侧部分。
为简单和清楚起见，以下说明(除非另外说明)假设医疗规程由系统20的操作员22执行，在此假设为执业医生，其中操作者将导管24插入患者28的左或右股静脉26中。该规程可以包括例如对患者的心脏34的探查和/或消融。通常，在该规程中，首先将导管插入患者体内，直到探针32到达患者心脏34或附近的所需位置。
在该规程期间，多个贴片电极77，在本文中也称为“皮肤贴片”、“贴片”、“皮肤电极”或“电极”在患者身体的特定区域(本文称为标测区域30)处附接到患者28的皮肤。通常，标测区域30包括患者的胸腔的至少部分，诸如患者的心脏的至少部分，并且电极77附接到胸腔的皮肤，诸如患者的胸部和/或背部的皮肤以举例的方式，本说明书假设六个贴片77贴附在患者心脏附近的患者28的皮肤上。
系统20包括处理器40，其通过执行各种模块来执行本文描述的功能，每个模块可以包括任何合适的硬件和/或软件元件。这些模块包括电流跟踪模块37，并且可以另外包括电磁跟踪模块36和/或消融模块39。这些模块的功能在下文中进行更详细的描述。通常，可以说特定模块的功能由模块执行，或者由处理器通过执行模块来执行。
处理器40通常被安装在控制台46中，该控制台包括操作控制器38，这些操作控制器通常包括操作者22用来与处理器互动的定位设备，诸如鼠标或轨迹球。由处理器40执行的操作的结果在显示器48上呈现给操作者，该显示器通常呈现由患者28中的探针32所采取的路径的视觉表示。
一般来讲，处理器40可被体现为单个处理器或一组协作式联网或集群处理器。在一些实施方案中，如本文所述，处理器40的功能可例如仅使用一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)以硬件来实现。在其他实施方案中，处理器40的功能至少部分地以软件实现。例如，在一些实施方案中，处理器40被体现为编程数字计算设备，其至少包括中央处理单元(CPU)和随机存取存储器(RAM)。程序代码(包括软件程序和/或数据)被加载到RAM中以供CPU执行和处理。例如，程序代码和/或数据可以通过网络以电子形式下载到处理器。可替代地或另外地，程序代码和/或数据可以被提供和/或存储在非暂时性有形介质上，诸如磁性、光学或电子存储器。此类程序代码和/或数据在被提供给处理器之后，产生被配置为执行本文所述的任务的机器或专用计算机。
为了在包含心脏34的标测区域30中跟踪探针32的路径，本发明的实施方案使用第一基于电流的跟踪系统21，并且还可以使用第二基于电磁的跟踪系统23。这两个系统都在下文描述，并且，如下文还要更详细地描述的那样，在本发明的实施方案中，第一跟踪系统被修改为能够在区域30外部跟踪探针32。
第一跟踪系统21包括类似于其公开内容以引用方式并入本文的授予Bar-Tal等人的美国专利8,456,182中所述的电流测量跟踪系统。(此类系统的一个示例是ACL系统。)由Biosense-Webster(33Technology Drive,Irvine,CA 92618 USA)制造的CartoTM系统还使用电流测量跟踪系统。电流测量跟踪系统在电流跟踪模块37的控制下。探针32具有一个或多个探针电极50A、50B、50C、…，如图2所示，一般称为探针电极50。在第一跟踪系统21中，模块37将电流注入到正被跟踪的选定电极50。电流由贴片电极77接收，并且通过不同的相应导电通道传递到电流跟踪模块37。因此，第一跟踪系统21包括电极77和模块37。(尽管对于每个电极都存在用于本文所述的贴片电极77和其他皮肤电极的导电电缆，但是为了清楚起见，图中仅显示了一些电极的电缆。)
给定探针电极50与皮肤贴片77之间的电流根据探针电极的位置而变化，这尤其是因为电极与每个贴片之间的阻抗对电极到贴片的距离的依赖性。模块37测量由贴片77接收的相应电流。响应于此，模块37计算每个探针电极的位置，并且因此计算探针的位置，如下文进一步描述。响应于计算探针的位置，模块37可以产生探针的位置的指示(例如，显示器48上的视觉指示)。
如上所述，皮肤贴片77位于标测区域30处，使得当电极存在于该区域中时，模块37能够根据不同的贴片电流来确定给定电极50在标测区域30内的位置。
除了皮肤贴片77之外，本发明的实施方案还利用了另一标测电极，在本文中被称为“附加标测电极”。在一些实施方案中，附加标测电极是附接到患者28的皮肤上的附加皮肤贴片70，通常使得探针的插入点在贴片70与电极77之间。例如，贴片70可以在探针插入患者股静脉的位置下方(即下面)附接在患者大腿的皮肤上。另选地，对于将探针插入患者的臂的头静脉或另一条静脉中的情况，贴片可以在插入点的远侧(即，在插入点与患者的手之间)附接在臂的皮肤上。(在一些实施方案中，至少30cm的距离将贴片70与最近的电极77分开。)类似于电极77，额外的皮肤贴片70被配置成在附接到皮肤上时从探针接收电流。下文描述了第一跟踪系统21使用这些电流的方式。
在实施时，第二跟踪系统23包括电磁跟踪系统，类似于授予Ben-Haim等人的美国专利6,690,963中所述，其公开内容以引用的方式并入由Biosense-Webster公司生产的CartoTM系统中。电磁跟踪系统在电磁跟踪模块36的控制下。所述电磁跟踪系统包括多个磁场发生器，所述磁场发生器在本文中假定包括三组发生器66，每组包括三个正交线圈，以使得所述多个发生器包括共九个线圈。发生器66被放置在患者28下面的已知位置中，所述已知位置限定所述发生器的参照系。模块36尤其控制由发生器产生的交变磁场的幅度和频率。
交变磁场与位于探针32中的线圈相互作用，从而在线圈中产生交变电动势(EMF)，并且跟踪模块36将EMF作为信号接收。该模块分析接收到的信号，并且通过该分析能够确定探针线圈在定义的参考系中的位置和取向。
通常，由第一跟踪系统或两个跟踪系统进行的跟踪在视觉上显示在显示器48上，例如，通过将代表探针的图标合并到患者28的图像中，以及任选地包含探针所采取的路径的表示。
消融模块39与射频(RF)发生器41通信，该射频发生器将RF功率递送到由操作者22选择的心脏区域34。操作者22通过将具有消融电极的消融探针放置在该区域来选择该区域。虽然探针32和电极50之一可以用作消融探针和消融电极，但是为了清楚起见，本文的描述假设使用具有消融电极72的单独的消融探针74。(图3、图4和图5显示了探针74和电极72。)
RF功率的水平可以由操作者22使用控制器38以及在其期间递送RF功率的时间段来设置。来自发生器41通过消融电极72递送给患者的RF功率的电流经由返回电极80(本文也称为RF无关电极)返回到发生器。返回电极80附接在患者28的皮肤上，通常附接在患者下背部的皮肤上。在一些实施方案中，如下文进一步描述，返回电极80被用作附加标测电极，以替代额外的贴片70。
电流跟踪模块37与通过其将电流注入电极50的相应通道以及通过其从贴片电极接收电流的相应通道通信，如下文参考图3进一步描述的。电磁跟踪模块36与通过其将发生器控制信号发送到发生器66的通道以及从探针32中的线圈接收感应EMF的通道通信。
如上所述，本发明的实施方案修改了第一跟踪系统以使得能够在区域30外部跟踪探针32。下文中描述的每个修改将附加标测电极连接到在其上接收贴片电流的通道中的特定一个，同时探针位于标测区域30与附加编程电极之间。基于在通道的特定一个中经由附加标测电极的电流，处理器40计算探针的位置。
第一修改
图3为示出根据本发明的实施方案的用于第一跟踪系统21的第一修改21A的电连接的示意图。在该图中，患者28示意性地示出为圆形和椭圆形，并且附接到患者的贴片电极77已被识别为在患者正面的三个贴片77A、77B、77C，以及在患者的背面的三个贴片77D、77E和77F。
每个贴片77连接到不同的相应导电通道，使得每个贴片在不同的相应通道之一上传递其接收的电流。以举例的方式，图3示出了六个通道C77A、C77B、C77C、C77D、C77E和C77F，通称为通道C77。(电极77A连接到通道C77A，电极77B连接到通道C77B等。)每个通道可包括任何合适的导电元件，诸如一根或多根电线(或“线”)、端口或插座。每个通道可以位于控制台46(图1)的外部和/或内部。以举例的方式，本文中的附图假设通道C77属于控制台46中的电接口35。
虽然探针32和消融探针74未按比例绘制，但是图3假设消融电极72在区域30内，并且探针32在该区域外。然而，系统21及其修改不取决于探针74的存在和功能。
在第一修改中，通过将额外的贴片电极70附接到患者28的皮肤来修改系统21。额外的贴片通常在患者靠近导管24进入患者28的插入点与区域30之间的预期路径的点处附接至患者，并且通常在该插入点下方。因此，如果插入点是左或右股静脉，并且预期探针路径沿着这些静脉中的任一条继续，则额外的补片70可以附接到患者的大腿下部。
额外的贴片70通过导电线71流电连接到通道C77中的一个。例如，线71可以代替系统21的贴片电极77中的一个来将贴片70连接到通道中的一个。另选地，如图3所示，线71可以将贴片70流电连接(或“短路连接”)至系统21的贴片电极77中的一个，本文作为示例假设为电极77C。
在一些实施方案中，线71包括开关73，该开关被配置成闭合，从而至少在探针位于标测区域30与电极70之间时保持电极70的连接。当提供开关73时，如下所述，可以由处理器40或由操作者22来打开和闭合该开关。为了清楚起见，除非另外说明，在下文的描述中假设开关73不存在。
应当理解，第一修改21A包括如上所述连接的电极77和额外的贴片电极70。第一修改21A能够跟踪探针32上的任何电极50，但是为了简单起见，除了以下所述的地方，该描述假设仅跟踪电极50C。
额外的贴片电极70的添加产生了“分离贴片”，其提供了从注入电极50C的电流到通道C77C的单个电流。单个电流源自贴片70和77C，并且尤其取决于电极50C相对于两个贴片的位置。因此，测量该电流提供了电极50C在区域30外部的位置的指示，如下文详细描述的。
第一修改21A的优点在于，由电极70提供的附加跟踪功能不需要增加导电通道；相反，电极70仅连接到现有通道。
第二修改
图4为示出根据本发明的实施方案的用于第一跟踪系统21的第二修改21B的电连接的示意图。除了下文所述的不同之外，修改21B的操作与修改21A(图3)的操作大体上相似，并且在这两个修改中由相同参考数字指示的元件在结构上和操纵上大体上相似。
与修改21A相反，在修改21B中不存在额外的贴片电极70。相反，在修改21B中，当返回电极未连接到RF发生器41时，返回电极80通过被连接到通道中的一个而用作附加的标测电极。例如，在第一配置中，开关82可以例如通过将电极80与电极77中的一个短路连接(此处假定为电极77C)而将无关电极80流电连接至通道中的一个，使得无关电极与RF发生器41的回路断开连接。第一配置如图4所示。
在第一配置中，由于RF发生器41的回路与无关电极断开连接，因此RF发生器不工作，并且没有消融电流从消融电极72转移。另外，连接的无关电极和贴片77C用作分离贴片，从注入电极50C的电流向通道C77C提供单个电流。对于第一实施方案，单个电流尤其取决于电极50C相对于无关电极80和贴片77C的定位，并且测量该电流提供了电极50C在区域30外部的位置的指示。
在开关82的第二配置中，该开关将无关电极80连接到RF发生器41的回路，使得无关电极与通道C77C断开连接。在这种配置中，RF发生器41是可操作的，并且能够将消融电流递送到电极72。
一般来讲，当探针在标测区域30与返回电极80之间时，开关82处于第一配置，并且当探针在标测区域中时，该开关处于第二配置。开关82可以手动操作或由处理器40操作。
第二修改21B的优点在于不需要额外的电极。而且，如在第一修改21A的情况下，不需要附加的导电通道或对RF发生器的改变。
第三修改
图5为示出根据本发明的实施方案的用于第一跟踪系统21的第三修改21C的电连接的示意图。除了下文所述的不同之外，修改21C的操作与修改21A和21B(图3和图4)的操作大体上相似，并且在这三个修改中由相同参考数字指示的元件在结构上和操纵上大体上相似。
第三修改21C与第二修改21B的相似之处在于，返回电极80提供了附加的跟踪功能。然而，代替单个开关控制返回电极80的流电连接，而是由两个开关控制该连接：第一开关86控制至通道的连接，而第二开关88控制至RF发生器的连接。
在一些实施方案中，如图5所示，第一开关86被设置在控制台的电接口35的内部，而第二开关88(可以被称为“空闲开关”)被射置在RF发生器41的内部。因此，假设RF发生器41通常在控制台内部，则两个开关都可以在控制台内部。在此类实施方案中，返回电极80未连接至贴片77C，并且开关由处理器40控制。
第三修改21C存在两种操作状态。在第一状态下，第二开关88打开，使得RF发生器不提供任何消融功率，并且使得其返回线与无关电极80隔离。同样在第一状态下，第一开关86闭合，使得在无关电极与通道C77C之间存在流电连接。在该第一状态下，无关电极80有效地替代了贴片77C，并且由于无关电极的位置，可以在无关电极与区域30之间实现电极50的跟踪。
在第三修改21C的第二操作状态下，空闲开关88闭合，使得可以向电极72提供消融功率。同样在第二状态下，第一开关86打开，使得在无关电极与通道C77C之间不存在流电连接。在第二状态下，可以基于从五个连接的贴片77A、77B、77D、77E和77F处接收的电流来实现对区域30中的电极50的跟踪。
与第二修改21B的情况一样，第三修改21C不需要任何额外的电极。而且，提供内部开关而不是外部开关可以简化操作者对系统的使用。
跟踪技术简介
如上所述，当探针在标测区域30与附加标测电极之间时，包括来自附加标测电极的电流的多个电流在通道C77上被接收。在通过通道之后，电流经过通常位于控制台46(图1)内的模数(A/D)转换电路。电流可以进一步经过降噪电路和/或任何其他合适的电路。数字化信号由处理器40执行的电流跟踪模块37(图1)接收。鉴于上述情况，应当注意，在包括权利要求的本申请的上下文中，即使处理器未接收到其原始形式的信号，也可以说处理器经由贴片中的一个接收信号。
对于每个接收到的电流，电流跟踪模块37确定(或“测量”)电流的值。如下文所详述，电流跟踪模块基于电流值计算探针在标测区域与附加标测电极之间的位置。在一些实施方案中，处理器还基于电流值来计算探针的偏转角。
通常，沿着在标测区域与附加标测电极的区域之间延伸的轴沿一维计算探针的位置。例如，对于其中标测区域在患者胸腔中并且附加标测电极附接到患者大腿的实施方案，处理器可以计算探针沿患者上下轴线的位置。
尽管如此，在一些实施方案中，基于来自多个附加标测电极的电流值以多于一个的维度来计算探针的位置。例如，两个额外的皮肤贴片70可能会在插入点的下面联接到患者的皮肤，一个在患者的右大腿上，另一个在患者的左大腿上。随后，基于来自两个额外皮肤贴片的信号，可以沿着患者的上下轴以及沿着患者的外侧-内侧轴计算探针的位置。可以根据第一修改21A将第二额外皮肤贴片流电连接到贴片77中的另一个(诸如贴片77B)，或者连接到额外地专用通道C77。
如下文进一步描述，处理器通常通过以下步骤计算每个探针电极的位置(i)计算归一化的电流值IN＝I2/IT，其中对于注入探针电极的电流，I2是来自附加标测电极的电流值，IT(或“I总”)是电流值之和，并且(ii)将线性函数应用于IN。然后，可以将任何探针电极的位置作为探针的位置；另选地，可以将探针的位置定义为各个探针电极位置的平均值。
通过跟踪探针的位置，处理器可以确定探针的位置何时位于标测区域30内。响应于确定探针已经到达标测区域，处理器可以例如通过控制开关73(图3)或开关82(图4)或开关86和88(图5)将附加标测电极与通道C77C断开连接。
在应用线性函数之前，处理器通常基于经由电极77和附加标测电极从探针接收的初始电流来学习线性函数。
为了帮助解释本文描述的跟踪技术的理论基础，现在参考图6至图8。图6为实验装置的示意图，图7为装置中使用的远侧探针的示意图，并且图8为根据本发明实施方案的装置结果的示意图。
为了验证由本发明的实施方案执行的跟踪，发明人将第一配置的第二修改21B的元件应用于猪128。因此，将六个贴片77附接在猪的皮肤上。另外，将无关电极80附接到猪，并且将该无关电极流电连接到贴片77C。除非另外说明，否则本文所述的实验装置假设将探针132(通常与导管24相似的导管的远侧部分)插入猪128中。
为了追踪猪中的探针132，将三轴线圈传感器90以已知位置并入探针中，并且使用电磁跟踪系统23来追踪传感器的位置。如上所述，系统23使用由处理器40执行的电磁发生器66和电磁跟踪模块36(图1)在传感器90中感应信号，分析该信号，并且从该分析的信号中找到传感器的位置。(电磁跟踪模块通过发生器控制通道43将控制信号传输给发生器。)在由发生器66定义的参考系94中找到该位置，该参考系具有正交轴线，其中假设y轴的正方向与猪的纵向轴线在上方向上平行，并且方向相同。(猪的纵向轴线类似于人类患者的上下轴。)
对于实验装置，探针132为圆柱形，并且包括五对双极电极92，即十个电极92A1、92A2、92B1、92B2、…92E1和92E2，其中电极92A1是最远侧的电极，并且电极92E2是最近侧的电极。测量了沿着探针132的电极的位置和间距，并且在实验期间该间距保持恒定。
最初，将电绝缘护套96插入猪的股静脉几毫米。将探针132插入护套中，并且由处理器40执行的电流跟踪模块37(图1)将相应的电流注入探针的十个电极92中。
在实验期间，电流跟踪模块37测量了通道C77C从贴片77C和无关电极80处接收的电流IC77C。根据该测得的电流，估算由不同电极80接收的电流，如下所述：
模块37测量了模块中由它们相应的通道接收的贴片77A、77B、77D、77E和77F的五个电流，以找到这些贴片的总电流。然后，模块将通道C77C接收到的电流相加，以找到由模块37接收到的总电流I总。然后，以比率IN计算通道C77C的归一化电流：
Figure BDA0002225255980000131
通常，对于区域30中的探针，通道C77C中的电流(即，来自贴片77C的电流)基本上等于来自贴片77A、77B、77D、77E和77F的每个电流，因此IN约为
Figure BDA0002225255980000132
即约为17％。高于此的任何值都会给出来自无关电极的归一化电流的估计值。
图8是当探针132穿过猪128的股静脉移动时，十个电极92中的每个的归一化电流IN对传感器90的测量位置的示意图。如上所述，使用电磁跟踪模块36测量传感器90的位置，并且所测量的位置是传感器的y值。
该曲线图分为两个部分：第一区域A，其对应于所有或一些电极92处于护套内的状态；第二区域B，其对应于所有电极均离开护套的状态。
该曲线图示出了当探针接近护套的远端时，来自每个电极92的归一化电流增加到最大电流，该最大电流约为50％。离开护套时，每个归一化电流均从最大电流减小。
从该曲线图图可以明显看出，在区域B中，随着电极远离附加标测电极移动，来自电极92的归一化电流单调地减小。从图中还可以看出，归一化电流相对于测得的y值的变化是线性的。
因此，图形的每条线都可以用以下公式表示：
IN＝m·y+b (2)
其中m是IN对y曲线图的斜率，并且
b是IN对y曲线图的垂直轴截距。
虽然针对基于上述第二修改的配置执行了上述实验，但是发明人已经验证了电流相对于y值的线性变化对于本文所述的其他修改成立。
跟踪探针
上述实验表明，归一化电流随探针沿上下轴线的位置线性变化。如下所述，处理器40被配置成即使不使用电磁跟踪系统也学习该线性关系，然后使用学到的线性关系来跟踪探针。
作为简介，需注意，公式(2)可以重写：
Figure BDA0002225255980000141
或者y＝M·IN+B (3)
其中M是公式(3)的参数，对应于y对IN曲线图的斜率，并且
B是公式(3)的参数，对应于y对IN曲线图的垂直轴截距。
因此，如下文参考图9的流程图所解释的，处理器40可以以公式(3)的形式公式化，以针对探针32上的每个电极，根据IN的测量值来计算y的值。
需注意，公式(3)是每个电极的y位置与归一化电流之间的线性关系。在本公开和权利要求中，如果在第一变量诸如y位置与第二变量诸如归一化电流之间存在线性关系，则在第一变量的变化与第二变量的对应变化之间存在恒定比率。例如，公式(3)具有恒定比率M。
图9为在跟踪患者的探针时执行的步骤的流程图，并且图10至图14是示出根据本发明实施方案的流程图的各方面的示图。为了清楚起见，该流程图假设实施了第一修改21A(图3)的配置，并且将导管24的探针32插入患者28中。除非下文另外说明，否则假设第一修改21A不包括开关73，使得贴片70总是流电连接到贴片77C。以举例的方式，假设探针32包括三个电极50A、50B、50C，其中电极50A是最远侧的电极而电极50C是最近侧的电极。然而，应当理解，在本发明的实施方案中，探针可具有两个或多于三个电极。
假设探针32是圆柱形的，并且在插入患者28之前，测量电极50A与50B之间以及电极50B与50C之间的距离，并且将其记录为DAB和DBC，如图11所示。还记录了最近侧与最远侧电极之间的距离(DAB+DBC)ΔD。另外，阈值电流I阈值的值被输入到处理器40，其重要性在下文描述。在一个实施方案中，对于其中将500μA的电流注入到每个电极50中的规程，I阈值被设置为450μA。然而，本领域的技术人员将能够为I阈值制定其他合适的值而无需过多的实验。如下所解释的，在实施流程图的步骤时，处理器计算公式(3)中的M和B的值。
在第一步骤100中，操作者22将短护套插入患者28的股静脉中，然后将探针32插入护套中。然后，处理器40开始测量在通道C77中接收的电流，并且为电极50A、50B和50C中的每个计算归一化电流。最初，归一化电流增加，如图8的曲线图的区域A所示。
在退出步骤102中，处理器记录来自所有电极50A、50B和50C的所有贴片77的总电流何时大于阈值电流I阈值。在这一点上，处理器假设所有探针电极都已经离开护套。如图10所示，可以例如通过处理器将标记120定位在显示器48上的患者的普通图形124上来向操作者22提供已经达到该点的指示。
在总电流超过I阈值时，处理器记录最远侧电极50A的归一化电流值I远侧和最近侧电极50C的归一化电流值I近侧。处理器还记录任何中间电极(在这种情况下为电极50B，本文称为I50B)的归一化电流值。在这一点上，假设探针与y轴对准，为了简单起见，其原点可以放置在最近侧的电极(与护套的远端相邻)处，如图11所示。
然后，处理器使用公式(4)计算公式(3)中斜率M的值：
Figure BDA0002225255980000161
其中
ΔD是最远侧电极50与最近侧电极50之间的距离。
使用公式(4)中的参数M的值，处理器求解出最能满足下表I中三个公式的B值。另选地，处理器可以基于表I中的等式的子集求解B。
表I
电极 公式
50C y<sub>50C</sub>＝0＝M·I<sub>N50C</sub>+B
50B y<sub>50B</sub>＝D<sub>BC</sub>＝M·I<sub>N50B</sub>+B
50A y<sub>50A</sub>＝ΔD＝M·I<sub>N50A</sub>+B
在继续跟踪步骤104中，当操作者22将探针32进一步推入股静脉时，处理器40继续测量IN50C、IN50B和IN50A的值。根据在步骤104期间任何给定时间t时刻的测量值，处理器使用公式(3)计算y50C、y50B和y50A的值—电极50的相应y位置—并且按上述方法得出M和B的值。(每个电极的y位置表示电极到护套的距离。)处理器将y50C、y50B和y50A的值取平均值，以找到所选时间的探针的平均y位置ymean(t)，如公式(5)所示：
Figure BDA0002225255980000162
可以通过处理器在患者的普通图形上移动标记120，将探针的位置在所选时间已达到ymean(t)值的指示提供给操作者22，并且提供给对应于ymean(t)的位置，如图12所示。
虽然为了清楚起见，本文的描述假设处理器40使用公式形式的线性关系，但是本领域的技术人员应当理解，处理器可以使用其他形式的线性关系，诸如查找表，并且所有此类线性关系被认为包括在本发明的范围内。因此，例如，在给定归一化电流的情况下，处理器可以在查找表中查找对应的y位置，而不是使用公式(3)显式地计算y位置。公式、查找表或线性关系的其他表示可以被称为“线性函数”。
同样在步骤104中，处理器继续检查探针相对于步骤102中定义的y轴的偏转角(或“偏转”)θ，如图13所示。处理器在任何给定时间t处，在最近侧与最远侧电极之间找到平行于y轴的距离ΔD(t)，如公式(6)所示：
ΔD(t)＝y50C-y50A (6)
然后，处理器根据公式(7)将该距离与ΔD值(从电极50C和50A的初始测量结果得知)进行比较，以找到偏转θ：
Figure BDA0002225255980000171
在第一比较步骤106中，处理器检查偏转θ是否超过预设阈值，在一些实施方案中该预设阈值被设置为45°。如果超过了预设值，则在警告步骤108中，处理器可以向操作者22发出警告，即探针32可能已经偏离了股静脉(例如，由于探针被无意中推进到与股静脉连通的静脉中)。在一实施方案中，警告包括视觉通知。例如，处理器可以用不同的标记130代替标记120，如图14所示。在接收到警告后，操作者22可以操纵探针，使得偏转θ不超过预设值。通常，在发出警告之后，处理器重复执行第一比较步骤106，并且发出随后的警告(例如，通过继续显示标记130)，直到对探针取向进行了必要的校正为止。
在第一比较步骤106返回负值时，即，在偏转θ不超过预设值时，流程图的控制器继续进行到第二比较步骤112，其中处理器检查探针32是否在区域30内(图1)。可以通过任何合适的方法来检查探针32是否在区域30内，诸如但不限于，观察贴片电极77上的电流相对于贴片77C上的电流(例如，观察到贴片77C上的电流与其他贴片中的一个之间的电流差值小于预定义阈值)，并且/或者检测心电图仪(ECG)信号存在于一个或多个电极50(假设保持区域30包括心脏)，并且/或者如果探针32具有磁性传感器，则使用磁性位置。
如果第二比较步骤112返回负值，即探针32不在心脏标测区域30中，则流程图的控制器返回到步骤104。
如果第二比较步骤112返回正值，即，探针32在区域30内，则可以在显示器48上向操作者22呈现该探针在心脏标测区域内的指示。另外，在流程图的最后步骤116中，处理器40可以停止跟踪探针的(一维)y位置，而是使用基于电流的跟踪系统21，使用来自所有电极贴片77的电流来跟踪探针的(三维)位置。
如果开关73存在于线71(图3)中，则在步骤100至112期间将其闭合，并且在控制器转到最终步骤116时将其打开。开关73的闭合和打开可以由操作者22手动地和/或由处理器40自动地实现。
虽然为了清楚起见，以上对图9流程图的描述假设实现了修改21A以实现对探针的跟踪，但是如果实施修改21B或21C来跟踪探针，则本领域的普通技术人员将能够以必要的变更修改本说明书。
本领域技术人员应当理解，本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的实施方案的范围包括上文所述的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申请的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中限定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，则应仅考虑本说明书中的定义。

Claims (24)

1. 一种用于在探针跟踪系统中扩展跟踪量的系统，所述系统包括：
多个导电通道；和
处理器，所述处理器被配置成：
在所述导电通道上(i)经由多个第一电极从处于患者体内的探针接收相应的第一电流，所述多个第一电极在身体的区域处附接到所述患者的皮肤，以及(ii)经由第二电极从所述探针接收第二电流，所述第二电极附接到所述皮肤并且连接到所述通道中的一个，
确定所述第一电流的相应第一电流值以及所述第二电流的第二电流值，并且
基于所述第一电流值和所述第二电流值，计算所述探针在所述区域与所述第二电极之间的位置。
2.根据权利要求1所述的系统，
其中所述区域包括所述患者的胸腔的至少部分，
其中所述第一电极附接到所述胸腔，并且
其中所述第二电极附接到所述患者的大腿。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成通过以下方式计算所述探针的所述位置：
计算归一化电流值IN = I2/IT，I2为所述第二电流值，并且IT为所述第一电流值与所述第二电流值之和，并且
通过将线性函数应用于IN来计算所述探针的所述位置。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成基于经由所述第一电极和所述第二电极从所述探针接收的多个初始电流，在应用所述线性函数之前学习所述线性函数。
5. 根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成：
确定所述探针的所述位置在所述第一区域内，并且
响应于所述确定，使所述第二电极与所述通道中的所述一个断开连接。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成基于所述第一电流值和所述第二电流值来计算所述探针的偏转角。
7.一种用于在探针跟踪系统中扩展跟踪量的系统，所述系统包括：
多个第一电极，所述多个第一电极被配置成，当在患者的身体的区域处附接到所述患者的皮肤并且连接到不同的相应导电通道时，从布置在所述身体内的探针接收相应的第一电流，使得所述第一电流通过所述通道；
第二电极，所述第二电极被配置成在附接到所述皮肤时从所述探针接收第二电流；以及
开关，所述开关被配置成当所述探针位于所述区域与所述第二电极之间时将所述第二电极连接到所述通道中的特定一个，使得所述第二电流通过所述通道中的所述特定一个。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述开关被配置成通过将所述第二电极短路连接至所述第一电极中的特定一个来将所述第二电极连接到所述通道中的所述特定一个。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述开关被进一步配置成当所述探针处于所述区域中时将所述第二电极连接到消融信号发生器，而不是连接到所述通道中的所述特定一个。
10. 根据权利要求7所述的系统，
其中所述开关为第一开关，并且
其中所述系统还包括第二开关，所述第二开关被配置成当所述探针处于所述区域中时将所述第二电极连接到消融信号发生器，并且所述第二电极与所述通道中的所述特定一个断开连接。
11. 根据权利要求10所述的系统，
其中所述第一开关设置在控制台内部，并且
其中所述第二开关设置在所述消融信号发生器内部。
12.一种用于在探针跟踪系统中扩展跟踪量的方法，所述方法包括：
在多个导电通道上(i)经由多个第一电极从处于患者体内的探针接收相应的第一电流，所述多个第一电极在身体的区域处附接到所述患者的皮肤，以及(ii)经由第二电极从所述探针接收第二电流，所述第二电极附接到所述皮肤并且连接到所述通道中的一个；
确定所述第一电流的相应第一电流值以及所述第二电流的第二电流值；并且
基于所述第一电流值和所述第二电流值，计算所述探针在所述区域与所述第二电极之间的位置。
13.根据权利要求12所述的方法，
其中所述区域包括所述患者的胸腔的至少部分，
其中所述第一电极附接到所述胸腔，并且
其中所述第二电极附接到所述患者的大腿。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中计算所述探针的所述位置包括：
计算归一化电流值IN = I2/IT，I2为所述第二电流值，并且IT为所述第一电流值与所述第二电流值之和；并且
通过将线性函数应用于IN来计算所述探针的所述位置。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括基于经由所述第一电极和所述第二电极从所述探针接收的多个初始电流，在应用所述线性函数之前学习所述线性函数。
16. 根据权利要求12所述的方法，还包括：
确定所述探针的所述位置在所述第一区域内；并且
响应于所述确定，使所述第二电极与所述通道中的所述一个断开连接。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括基于所述第一电流值和所述第二电流值来计算所述探针的偏转角。
18.一种用于在探针跟踪系统中扩展跟踪量的方法，所述方法包括：
通过在患者的身体的区域处附接到所述患者的皮肤并且连接到不同的相应导电通道的多个第一电极，从设置在所述身体内的探针接收相应的第一电流，使得所述第一电流通过所述通道；
通过附接到所述皮肤的第二电极，从所述探针接收第二电流；以及
当所述探针位于所述区域与所述第二电极之间时，使用开关将所述第二电极连接到所述通道中的特定一个，使得所述第二电流通过所述通道中的所述特定一个。
19.根据权利要求18所述的方法，
其中所述区域包括所述患者的胸腔的至少部分，
其中所述第一电极附接到所述胸腔，并且
其中所述第二电极附接到所述患者的大腿。
20.根据权利要求18所述的方法，其中将所述第二电极连接到所述通道中的所述特定一个包括通过将所述第二电极短路连接至所述第一电极中的特定一个来将所述第二电极连接到所述通道中的所述特定一个。
21.根据权利要求18所述的方法，还包括当所述探针处于所述区域中时，使用所述开关将所述第二电极连接到消融信号发生器，而不是连接到所述通道中的所述特定一个。
22. 根据权利要求18所述的方法，
其中所述开关为第一开关，并且
其中所述方法还包括当所述探针处于所述区域中并且所述第二电极与所述通道中的所述特定一个断开联接时，使用第二开关将所述第二电极连接到消融信号发生器。
23. 根据权利要求22所述的方法，
其中所述第一开关设置在控制台内部，并且
其中所述第二开关设置在所述消融信号发生器内部。
24.一种计算机软件产品，所述计算机软件产品包括程序指令存储于其中的有形非暂态计算机可读介质，所述指令在被处理器读取时，会使得所述处理器：
在多个导电通道上(i)经由多个第一电极从处于患者体内的探针接收相应的第一电流，所述多个第一电极在身体的区域处附接到所述患者的皮肤，以及(ii)经由第二电极从所述探针接收第二电流，所述第二电极附接到所述皮肤并且连接到所述通道中的一个，
确定所述第一电流的相应第一电流值以及所述第二电流的第二电流值，并且
基于所述第一电流值和所述第二电流值，计算所述探针在所述区域与所述第二电极之间的位置。
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