CN111345901A - 一种射频消融压力导管受力测量的方法 - Google Patents

一种射频消融压力导管受力测量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种射频消融压力导管受力测量的方法，步骤包括：1、实时采集三个压力值或者与其关联的应变值，从一组映射关系矩阵中选出部分映射关系矩阵，进行线形拟合，得出导管与接触面的压力矢量值；2、从导管与接触面的压力矢量值中提取出导管与接触面的压力值，并求得受力的方向。本发明提出了一种测量射频消融导管受力大小以及受力方向的方法，基于前期大量数据，建立映射关系矩阵，在实时测量时，根据映射关系矩阵，求得受力大小和方向，并对受力大小和方向进行了校正，使得测量结果更加准确。

Description

一种射频消融压力导管受力测量的方法
技术领域
本发明涉及一种电生理导管以及射频消融导管的力传感技术，特别涉及一种射频消融压力导管受力测量的方法。
背景技术
现在的微创手术中，射频技术得到了很广泛的应用，通过射频技术可以产生频率在300KHz-1000KHz之间的正弦波,所产生的射频能量通过射频导管或者射频电极作用到需要治疗的病灶点，使其达到阻断或者调理的作用，进而达到治疗的效果。
目前，射频消融术应用于多种疾病的治疗，诸如心率失常、各类癌症、椎间盘突出和甲状腺等。含有电极的消融导管是射频消融设备的重要组成部分,直接接触即将消融的人体组织。在使用传统的射频消融导管进行消融时，研究者发现消融穿孔率与导管和组织的接触力有一定关系，因此为了减少穿孔率，现有技术通过压力传感器、磁传感器等技术来检测导管和组织之间的压力，在实际使用中，仅使用实时采集的数据，来判断受力的大小和方向，数据未经过校正，测量结果容易产生误差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供了一种射频消融压力导管受力测量的方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种射频消融压力导管受力测量的方法，其特征在于，步骤包括：
步骤S1：实时采集三个压力值或者与其关联的应变值，从一组映射关系矩阵中选出部分映射关系矩阵，进行线形拟合，得出导管与接触面的压力矢量值；
步骤S2：从导管与接触面的压力矢量值中提取出导管与接触面的压力值，并求得受力的方向。
步骤S1中一组映射关系矩阵的计算公式为：
Figure BDA0001914313270000021
其中，
Figure BDA0001914313270000022
表示一组映射关系矩阵，r表示分辨率级数，1≤r≤K，K为分辨率的层级，ki表示在第r级分辨率下的映射关系矩阵编号，
Figure BDA0001914313270000023
为原始数据子矩阵
Figure BDA0001914313270000024
的逆矩阵，
Figure BDA0001914313270000025
是目标数据子矩阵。
原始数据子矩阵
Figure BDA0001914313270000026
是在原始数据矩阵Cali_Src中从第r级分辨率单元格范围内随机选取t组包含三个压力值或者与其关联的应变值的原始数据Src(fAi,fBi，fCi)形成的，目标数据子矩阵
Figure BDA0001914313270000027
是在目标数据矩阵Cali_Obj中从第r级分辨率单元格范围内随机选取t组目标数据Obj(Pi,A1i，A2i)形成，
Figure BDA0001914313270000028
Figure BDA0001914313270000029
其中，t＝n·αr-1，n是采集的原始数据或目标数据的总的组数，6≤n≤10000，α为权重因子，0.1≤α≤1.0，下一级分辨率的单元格范围为上一级的α倍。
原始数据矩阵Cali_Src和目标数据矩阵Cali_Obj是将实时采集三个压力值或者与其关联的应变值和目标数据的操作重复n次建立的，
Figure BDA0001914313270000031
Figure BDA0001914313270000032
其中，Src(fAi,fBi，fCi)是一组包含三个压力值或者与其关联的应变值的原始数据，Obj(Pi,A1i，A2i)是对应的一组包含导管接触面压力值、接触面与导管轴向夹角、接触点与第一压力传感器中心点在导管径向平面的夹角的目标数据，1≤i≤n，6≤n≤10000。
步骤1中选出部分映射关系矩阵，进行线形拟合，可选择一个映射关系矩阵进行线形拟合，得出导管与接触面的压力矢量值，计算公式为：
Figure BDA0001914313270000033
其中，Calc_Objfinal(Pfinal,A1final,A2final)为导管与接触面的压力矢量值，Cali_Srcreal(fAreal，fBreal，fCreal)为实时采集的三个压力值或与其关联的应变值，
Figure BDA0001914313270000034
是从一组映射关系矩阵
Figure BDA0001914313270000035
选出的一个映射关系矩阵，j表示分辨率级数，1≤j≤K，K为分辨率的层级，m表示在第j级分辨率下的映射关系矩阵的编号。
Figure BDA0001914313270000041
是从一组映射关系矩阵
Figure BDA0001914313270000049
选出的一个映射关系矩阵，是指
Figure BDA0001914313270000042
是从一组映射关系矩阵
Figure BDA0001914313270000043
选出的与实时采集的三个压力值或者与其关联的应变值最接近分辨率的映射关系矩阵。
步骤1中选出部分映射关系矩阵，进行线形拟合，可选择两个映射关系矩阵进行线形拟合，得出导管与接触面的压力矢量值，计算公式为：
Figure BDA0001914313270000044
其中，Calc_Objfinal(Pfinal，A1final，A2final)是导管与接触面的压力矢量值，α是权重因子，0.1≤α≤1.0，Cali_Srcreal(fAreal，fBreal，fCreal)为实时采集的三个压力值或者与其关联的应变值，
Figure BDA0001914313270000045
是与实时采集的三个压力值或者与其关联的应变值Cali_Srcreal(fAreal，fBreal，fCreal)最接近分辨率的映射关系矩阵，p是与实时采集的三个压力值或与其关联的应变值最接近分辨率的映射关系矩阵的编号，
Figure BDA0001914313270000046
是分辨率低一级的映射关系矩阵，q是与实时采集的三个压力值或与其关联的应变值最接近分辨率低一级的映射关系矩阵的映射关系矩阵编号，1≤j-1≤K，1≤j≤K，K为分辨率的层级。
步骤1中选出部分映射关系矩阵，进行线形拟合，用于线形拟合的映射关系矩阵可选择的个数大于等于3，得出导管与接触面的压力矢量值，计算公式为：
Figure BDA0001914313270000047
其中，Calc_Objfinal(Pfinal，A1final，A2final)是导管与接触面的压力矢量值，βj是第j级分辨率对应的权重因子，0.1≤βj≤1.0，
Figure BDA0001914313270000048
βj通过查找表格得到，n为选取映射关系矩阵的个数，3≤n≤K，K为分辨率的层级，Cali_Srcreal(fAreal，fBreal，fCreal)为实时采集的三个压力值或与其关联的应变值，
Figure BDA0001914313270000051
是选取的第j级分辨率对应的映射关系矩阵，s是第j级分辨率下与实时采集的三个压力值原始数据最接近的映射关系矩阵编号。
步骤S2中受力方向的计算公式为：
Figure BDA0001914313270000052
其中，CatherAngle为受力方向，
Figure BDA0001914313270000053
是接触面与导管轴向夹角的空间向量，
Figure BDA0001914313270000054
是接触点与第一压力传感器中心点在导管径向平面的夹角的空间向量。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出了一种测量射频消融导管受力大小以及受力方向的方法，基于前期大量数据，建立映射关系矩阵，在实时测量受力大小和方向时，根据映射关系矩阵，求得受力大小和方向，并对受力大小和方向进行了校正，使得测量结果更加准确。
附图说明：
图1为本发明一种射频消融压力导管受力测量的方法的流程图；
图2为本发明一种射频消融压力导管受力测量的方法的应用环境；
图3为本发明实施例1三个传感器位置水平剖面图；
图4为本发明实施例1中夹角的定义示意图；
附图标记：1-末端电极，2-接触组织，3-接触面，4-第一传感器，5-第二传感器，6-第三传感器，7-接触面与导管轴向夹角，8-接触点与第一传感器在导管径向平面的夹角。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
步骤S1：实时采集三个压力值或者与其关联的应变值，从一组映射关系矩阵中选出部分映射关系矩阵，进行线形拟合，得出导管与接触面的压力矢量值。
建立一组映射关系矩阵的实现步骤为：
步骤S11：通过具有压力信号采集功能导管，采集一组包含三个传感器压力值或者与其关联的应变值的原始数据,记为Src(fA，fB，fC)，同时通过导管压力校准装置采集一组目标数据，包含导管接触面压力值、接触面与导管轴向夹角、接触点与第一压力传感器中心点在导管径向平面的夹角，记为Obj(P，A1，A2)，数据采集的应用环境如图2所示，1是末端电极，2是接触组织，3是接触面。
三个传感器分布于导管外层，三个传感器在导管轴向上的投影不重合，优选的，三个传感器在导管轴向上的投影呈对称分布，如图3所示，1是第一传感器，2是第二传感器，3是第三传感器。
如图4所示，7是接触面与导管轴向夹角，8是接触点与第一传感器在导管径向平面的夹角。
步骤S12:重复步骤S11，采集n组数据，建立原始数据矩阵Cali_Src和对应的目标数据矩阵Cali_Obj，表示为公式(1)和公式(2)：
Figure BDA0001914313270000071
Figure BDA0001914313270000072
其中，i为编号，1≤i≤n，n为组数，6≤n≤10000。
步骤S13：对原始数据矩阵Cali_Src和目标数据矩阵Cali_Obj，分别建立K级不同分辨率的单元格范围，分辨率的大小由分辨率级数K确定，最高级即第1级分辨率，低一级为第2级分辨率，以此类推，其中第1级分辨率的单元格范围应能覆盖原始数据矩阵Cali_Src和目标数据矩阵Cali_Obj中的最大值fMax。单元格范围表示为R·R·R，其中R为单元格正方体空间的边，R≥fMax。第2级分辨率的单元格范围为上一级的α倍，表示为：αR·αR·αR，第3级分辨率的单元格范围为α2R·α2R·α2R，以此类推，其中，α为权重因子，0.1≤α≤1.0。
步骤S14：选取原始数据子矩阵
Figure BDA0001914313270000073
和目标数据子矩阵
Figure BDA0001914313270000074
原始数据子矩阵
Figure BDA0001914313270000075
是在原始数据矩阵Cali_Src中从第r级分辨率单元格范围内随机选取t组包含三个压力值或者与其关联的应变值的原始数据Src(fAi,fBi，fCi)形成的，目标数据子矩阵
Figure BDA0001914313270000076
是在目标数据矩阵Cali_Obj中从第r级分辨率单元格范围内随机选取t组目标数据Obj(Pi,A1i，A2i)形成的，原始数据子矩阵
Figure BDA0001914313270000077
表示为公式(3)、目标数据子矩阵
Figure BDA0001914313270000078
表示为公式(4)：
Figure BDA0001914313270000081
Figure BDA0001914313270000082
其中，当选取第r级分辨率单元格时，t＝n·αr-1，n是采集的原始数据或目标数据的总的组数，6≤n≤10000，α为权重因子，0.1≤α≤1.0，下一级分辨率的单元格范围为上一级的α倍。
步骤S15：建立不同分辨率下原始数据子矩阵
Figure BDA0001914313270000083
和目标数据子矩阵
Figure BDA0001914313270000084
的数据对，原始数据子矩阵与目标数据子矩阵的数据对关系为：
Figure BDA0001914313270000085
步骤S16：由矩阵计算公式(6)，
Figure BDA0001914313270000086
得出映射关系矩阵
Figure BDA0001914313270000087
计算公式如公式(7)所示：
Figure BDA0001914313270000088
其中,ki表示在第r级分辨率下的映射关系矩阵编号，
Figure BDA0001914313270000089
为原始数据子矩阵
Figure BDA00019143132700000810
的逆矩阵，r表示分辨率级数，分辨率大小由r取值的确定。
从一组映射关系矩阵中选出一个映射关系矩阵，进行线形拟合，得出导管与接触面的压力矢量值，具体实现步骤为：
可选择一个映射关系矩阵进行线形拟合，导管受力测量公式为：
步骤S101：为实时采集的三个压力值或与其关联的应变值；
步骤S102：从一组映射关系矩阵
Figure BDA0001914313270000091
选出的一个映射关系矩阵
Figure BDA0001914313270000092
优选方案为从一组映射关系矩阵
Figure BDA0001914313270000093
选出的与所述实时采集的三个压力值或与其关联的应变值Cali_Srcreal(fAreal，fBreal，fCreal)最接近分辨率的映射关系矩阵。
步骤S103：将实时采集的三个压力值或与其关联的应变值和映射关系矩阵
Figure BDA0001914313270000094
带入公式(8)，得出导管与接触面的压力矢量值，
Figure BDA0001914313270000095
其中，Calc_Objfinal(Pfinal,A1final,A2final)为导管与接触面的压力矢量值，Cali_Srcreal(fAreal，fBreal，fCreal)为实时采集的三个压力值或与其关联的应变值，是从一组映射关系矩阵
Figure BDA0001914313270000096
选出的一个映射关系矩阵，j表示分辨率级数，1≤j≤K，K为分辨率的层级，m表示在第j级分辨率下的映射关系矩阵的编号。
步骤S2：从导管与接触面的压力矢量值中提取出导管与接触面的压力值，并求得受力的方向。
具体过程为：
步骤S21：从步骤S1得到导管与接触面的压力值Calc_Objfinal(Pfinal,A1final,A2final)中，可直接得到导管的受力大小，即为Pfinal；
步骤S22：将导管与接触面的压力值Calc_Objfinal(Pfinal,A1final,A2final)中的接触面与导管轴向夹角A1final，转换为空间向量A1Vector(A1x,A1y,A1z)；
步骤S23：将导管与接触面的压力值Calc_Objfinal(Pfinal,A1final,A2final)中的接触点与第一压力传感器中心点在导管径向平面的夹角A2final，转换为空间向量A2Vector(A2x,A2y,A2z)；
步骤S24：由公式(9)计算得到导管与接触面的压力方向：
Figure BDA0001914313270000101
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，在步骤S1中，从一组映射关系矩阵中选出两个映射关系矩阵，进行线形拟合，得出导管与接触面的压力矢量值，对应的导管与接触面的压力矢量值计算公式如公式(10)所示：
Figure BDA0001914313270000102
其中，Calc_Objfinal(Pfinal，A1final，A2final)是导管与接触面的压力矢量值，α是权重因子，0.1≤α≤1.0，Cali_Srcreal(fAreal，fBreal，fCreal)为实时采集的三个压力值或与其关联的应变值原始数据，
Figure BDA0001914313270000103
是与实时采集的三个压力值或与其关联的应变值原始数据Cali_Srcreal(fAreal，fBreal，fCreal)最接近分辨率的映射关系矩阵，p是与实时采集的三个压力值或与其关联的应变值原始数据最接近分辨率的映射关系矩阵的编号，
Figure BDA0001914313270000104
是分辨率低一级的映射关系矩阵，q是与实时采集的三个压力值或与其关联的应变值原始数据最接近分辨率低一级的映射关系矩阵的映射关系矩阵编号，1≤j-1≤K，1≤j≤K，K为分辨率的层级。
实施例2的其他步骤和实施例1的相同，此处不再赘述。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，在步骤S1中，从一组映射关系矩阵中选出n个映射关系矩阵，n≥3，进行线形拟合，得出导管与接触面的压力矢量值，对应的导管与接触面的压力矢量值计算公式如公式(11)所示：
Figure BDA0001914313270000111
其中，Calc_Objfinal(Pfinal，A1final，A2final)是导管与接触面的压力矢量值，βj是第j级分辨率对应的权重因子，0.1≤βj≤1.0，
Figure BDA0001914313270000112
βj通过查找表格，该表格中的权重因子取值，可由经验值取得，也可通过计算得到。n为选取映射关系矩阵的个数，3≤n≤K，K为分辨率的层级，Cali_Srcreal(fAreal，fBreal，fCreal)为实时采集的三个压力值或与其关联的应变值原始数据，
Figure BDA0001914313270000113
是选取的第j级分辨率对应的映射关系矩阵，s是第j级分辨率下与实时采集的三个压力值或与其关联的应变值原始数据最接近的映射关系矩阵编号。
实施例3的其他步骤和实施例1的相同，此处不再赘述。

Claims (9)

1.一种射频消融压力导管受力测量的方法，其特征在于，步骤包括：
步骤S1：实时采集三个压力值或者与其关联的应变值，从一组映射关系矩阵中选出部分映射关系矩阵，进行线形拟合，得出导管与接触面的压力矢量值；
步骤S2：从所述导管与接触面的压力矢量值中提取出导管与接触面的压力值，并求得受力的方向。
2.如权利要求1所述的一种射频消融压力导管受力测量的方法，其特征在于，步骤S1中所述一组映射关系矩阵的计算公式为：
Figure FDA0001914313260000011
其中，
Figure FDA0001914313260000012
表示一组映射关系矩阵，r表示分辨率级数，1≤r≤K，K为分辨率的层级，ki表示在第r级分辨率下的映射关系矩阵编号，
Figure FDA0001914313260000013
为原始数据子矩阵
Figure FDA0001914313260000014
的逆矩阵，
Figure FDA0001914313260000015
是目标数据子矩阵。
3.如权利要求2所述的一种射频消融压力导管受力测量的方法，其特征在于，所述原始数据子矩阵
Figure FDA0001914313260000016
是在原始数据矩阵Cali_Src中从第r级分辨率单元格范围内随机选取t组包含三个压力值或者与其关联的应变值的原始数据Src(fAi,fBi，fCi)形成的，目标数据子矩阵
Figure FDA0001914313260000017
是在目标数据矩阵Cali_Obj中从第r级分辨率单元格范围内随机选取t组目标数据Obj(Pi,A1i，A2i)形成，
Figure FDA0001914313260000018
Figure FDA0001914313260000021
其中，t＝n·αr-1，n是采集的原始数据或目标数据的总的组数，6≤n≤10000，α为权重因子，0.1≤α≤1.0，下一级分辨率的单元格范围为上一级的α倍。
4.如权利要求3所述的一种射频消融压力导管受力测量的方法，其特征在于，所述原始数据矩阵Cali_Src和所述目标数据矩阵Cali_Obj是将实时采集三个压力值或者与其关联的应变值和目标数据的操作重复n次建立的，
Figure FDA0001914313260000022
Figure FDA0001914313260000023
其中，Src(fAi,fBi，fCi)是一组包含三个压力值或者与其关联的应变值的原始数据，Obj(Pi,A1i，A2i)是对应的一组包含导管接触面压力值、接触面与导管轴向夹角、接触点与第一压力传感器中心点在导管径向平面的夹角的目标数据，1≤i≤n，6≤n≤10000。
5.如权利要求1所述的一种射频消融压力导管受力测量的方法，其特征在于，步骤1中所述选出部分映射关系矩阵，进行线形拟合，可选择一个映射关系矩阵进行线形拟合，得出所述导管与接触面的压力矢量值，计算公式为：
Figure FDA0001914313260000031
其中，Calc_Objfinal(Pfinal,A1final,A2final)为导管与接触面的压力矢量值，Cali_Srcreal(fAreal，fBreal，fCreal)为实时采集的三个压力值或与其关联的应变值，
Figure FDA0001914313260000032
是从一组映射关系矩阵
Figure FDA0001914313260000033
选出的一个映射关系矩阵，j表示分辨率级数，1≤j≤K，K为分辨率的层级，m表示在第j级分辨率下的映射关系矩阵的编号。
6.如权利要求5所述的一种射频消融压力导管受力测量的方法，其特征在于，所述
Figure FDA0001914313260000034
是从一组映射关系矩阵
Figure FDA0001914313260000035
选出的一个映射关系矩阵，是指
Figure FDA0001914313260000036
是从一组映射关系矩阵
Figure FDA0001914313260000037
选出的与所述实时采集的三个压力值或者与其关联的应变值最接近分辨率的映射关系矩阵。
7.如权利要求1所述的一种射频消融压力导管受力测量的方法，其特征在于，步骤1中所述选出部分映射关系矩阵，进行线形拟合，可选择两个映射关系矩阵进行线形拟合，得出所述导管与接触面的压力矢量值，计算公式为：
Figure FDA0001914313260000038
其中，Calc_Objfinal(Pfinal，A1final，A2final)是导管与接触面的压力矢量值，α是权重因子，0.1≤α≤1.0，Cali_Srcreal(fAreal，fBreal，fCreal)为实时采集的三个压力值或者与其关联的应变值，
Figure FDA0001914313260000039
是与实时采集的三个压力值或者与其关联的应变值Cali_Srcreal(fAreal，fBreal，fCreal)最接近分辨率的映射关系矩阵，p是与所述实时采集的三个压力值或与其关联的应变值最接近分辨率的映射关系矩阵的编号，
Figure FDA00019143132600000310
是分辨率低一级的映射关系矩阵，q是与所述实时采集的三个压力值或与其关联的应变值最接近分辨率低一级的映射关系矩阵的映射关系矩阵编号，1≤j-1≤K，1≤j≤K，K为分辨率的层级。
8.如权利要求1所述的一种射频消融压力导管受力测量的方法，其特征在于，步骤1中所述选出部分映射关系矩阵，进行线形拟合，用于线形拟合的映射关系矩阵可选择的个数大于等于3，得出所述导管与接触面的压力矢量值，计算公式为：
Figure FDA0001914313260000041
其中，Calc_Objfinal(Pfinal，A1final，A2final)是导管与接触面的压力矢量值，βj是第j级分辨率对应的权重因子，0.1≤βj≤1.0，
Figure FDA0001914313260000042
βj通过查找表格得到，n为选取映射关系矩阵的个数，3≤n≤K，K为分辨率的层级，Cali_Srcreal(fAreal，fBreal，fCreal)为实时采集的三个压力值或与其关联的应变值，
Figure FDA0001914313260000043
是选取的第j级分辨率对应的映射关系矩阵，s是第j级分辨率下与实时采集的三个压力值原始数据最接近的映射关系矩阵编号。
9.如权利要求1所述的一种射频消融压力导管受力测量的方法，其特征在于，步骤S2中所述受力方向的计算公式为：
Figure FDA0001914313260000044
其中，CatherAngle为受力方向，
Figure FDA0001914313260000045
是接触面与导管轴向夹角的空间向量，
Figure FDA0001914313260000046
是接触点与第一压力传感器中心点在导管径向平面的夹角的空间向量。
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