CN112386793A - 在耳蜗内插入期间电极阵列姿态的实时估计 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种方法，所述方法包括在第一时间段内接收关于结构的姿态的第一信息。所述结构被配置成插入到接受者的身体部分中。所述第一信息包括以下各项中的至少一者：所述第一时间段内所述结构的姿态的第一估计，以及包括一个或多个第一测量值的第一测量集。所述一个或多个第一测量值中的至少一些是使用沿所述结构分布的多个传感器生成的。所述一个或多个第一测量值指示所述第一时间段内所述结构的姿态。所述方法还包括至少使用所述第一信息和所述结构和/或所述身体部分的概率模型来生成所述结构的姿态的第二估计。

Description

在耳蜗内插入期间电极阵列姿态的实时估计
背景
技术领域
本申请大体上涉及用于监测医疗装置在接受者的身体内植入的系统和方法，并且更具体地涉及促进在植入期间耳蜗植入式听觉假体的刺激元件的定位。
背景技术
听力损失可能由许多不同原因造成，通常为两种类型：传导型和/或感觉神经型。当例如听骨链或耳道损伤阻碍了外耳和/或中耳的正常机械路径时，就发生传导型听力损失。当存在内耳损伤或从内耳到脑部的神经路径损伤时，会发生感觉神经型听力损失。
患有传导型听力损失的个体通常可能保留一定形式的残余听力，因为耳蜗中的毛细胞可能未受到损害。因此，患有传导型听力损失的个体可能会基于传导损失的类型、听力损失量和顾客偏好接收听觉假体而不是听力辅助装置，所述听觉假体生成耳蜗流体的机械运动。此类假体包括例如骨传导装置和直接声学刺激器。
然而，在很多全聋的人中，耳聋的原因是感觉神经型听力损失。患有一些形式的感觉神经型听力损失的人无法从产生耳蜗流体的机械运动的听力假体适当获益。这样的个体可以受益于可植入听觉假体，其以其他方式(例如，电、光学等)刺激接受者的听觉系统的神经细胞。当感觉神经型听力损失是由于将声音信号转换成神经脉冲的耳蜗毛细胞不存在或破坏造成时，通常建议耳蜗植入物。也可以在接受者因听觉神经损坏而经历感觉神经型听力损失时建议听觉脑干刺激器。
发明内容
在本文公开的一个方面，一种方法，包括在第一时间段内接收关于结构的姿态的第一信息。所述结构被配置成插入到接受者的身体部分中。所述第一信息包括以下各项中的至少一者：所述结构的姿态在所述第一时间段内的第一估计；以及第一测量集，所述第一测量集包括一个或多个第一测量值。所述一个或多个第一测量值中的至少一些是使用沿所述结构分布的多个传感器生成的。所述一个或多个第一测量值指示所述第一时间段内所述结构的姿态。所述方法还包括至少使用所述第一信息和所述结构和/或所述身体部分的概率模型来生成所述结构的姿态的第二估计。
在本文公开的另一方面，一种方法，包括访问表征至少部分地插入到接受者的身体部分中的结构的状态和状态之间的过渡的信息。所述方法还包括访问预期由所述结构的至少一个传感器生成的期望测量值或值的范围。所述方法还包括在第一时间段从所述至少一个传感器获得至少一个第一测量值。所述方法还包括响应于所述至少一个第一测量值与所述期望测量值或值的范围的比较，确定在所述第一时间段中所述结构的第一状态。
在本文公开的又一方面，一种系统，包括至少一个数据输入接口，所述至少一个数据输入接口被配置成在医疗装置植入在接受者上或接受者中期间从多个换能器接收数据。所述系统还包括至少一个控制器，所述至少一个控制器与所述至少一个数据输入接口操作通信。所述至少一个控制器被配置成访问所述医疗装置相对于所述身体部分的姿态的参数化描述的概率模型，并且至少部分地响应于所述数据和所述概率模型生成所述医疗的装置的当前姿态的估计。所述系统还包括至少一个输出接口，所述至少一个输出接口与所述至少一个控制器操作通信。所述至少一个输出接口被配置成提供关于所述医疗装置的估计姿态的信息。
在本文公开的再一方面，一种其上存储有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质，所述计算机程序在结构被插入到区域中和/或从区域中缩回时指示计算机系统提供关于所述结构的实时信息。所述计算机系统通过至少以下各项提供所述实时信息：在所述结构被插入到所述区域中时接收关于所述结构的信息；访问所述结构和/或所述区域的参数化描述；以及使用至少一个处理器基于所述信息和所述参数化描述来生成所述结构相对于所述区域的估计姿态。
附图说明
在本文中结合附图描述实施例，其中：
图1是根据本文所描述的某些实施例的植入在接受者中的示例性听觉假体的透视图，其中，刺激组件插入到耳蜗中；
图2是根据本文所描述的某些实施例的耳蜗的横截面图，图示了部分地植入在耳蜗中的刺激组件；
图3示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的示例性系统；
图4是根据本文所描述的某些实施例的示例性方法的流程图；
图5A-5C示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的可以使用刺激组件的电极阵列制备的示例性电压测量；
图6A示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的结构和/或身体部分的示例性正则模型；
图6B示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的观察结果的示例性图形；
图6C示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的图6A的结构和/或身体部分的示例性正则模型，其中示出其它物理因素的实例；
图6D示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例从图6C的阵列测量的根据Delectrode-apex的阻抗的示例性图形；
图6E示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的针对阵列的第一姿态的第一组观察阻抗值(例如，不受图6C所示的物理因素的影响)与一组预测阻抗值相比较的图形；
图6F示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的针对阵列的第二姿态的图6E的第一组观察阻抗值与一组预测阻抗值相比较的图形；
图6G示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的第二组观察阻抗值(例如，受图6C所示的物理因素的影响)与图6E的相同一组预测阻抗值相比较的图形；
图6H示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的图6G的第二组观察阻抗值与图6F的相同一组预测阻抗值相比较的图形；
图6I和6J示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的可能的姿态范围的计算似然的两个实例；
图7A-7C示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的结构和/或身体部分的正则模型的另一示例性使用；
图8是根据本文所描述的某些实施例的示例性方法的流程图，其将测量值与使用结构的概率模型生成的可能姿态的集合进行比较；
图9示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的正插入到耳蜗中的阵列的姿态演变的示例性评估；以及
图10是根据本文所描述的某些实施例的示例性方法的流程图。
具体实施方式
本文所述的某些实施例提供了一种系统和方法，其用于在结构被植入到接受者的身体部分(例如，耳蜗)时向医务人员(例如，外科医生)提供关于结构(例如，耳蜗植入系统的电极阵列)的姿态的实时信息(例如，反馈)。此类实时信息可有利地用于避免次优植入结构，为接受者提供更好且更一致的结果，和/或改善医务人员的手术技术。
本文所描述的某些实施例利用在植入期间进行的测量以及结构和/或身体部分的概率模型以估计结构相对于身体部分的姿态。例如，所述系统和方法可在阵列正插入耳蜗时，通过以下方式提供电极阵列的进展的绘图：在插入期间进行与阵列相对于耳蜗的姿态有关的测量；使用所得的测量值与概率模型估计电极阵列在耳蜗中的姿态或姿态的变化；以及向操作者实时地提供关于估计的反馈信息(例如，通过听觉假体系统或辅助装置)。关于电极阵列的姿态(例如，角深度；折叠的跨度；插入速度；距基底膜的距离；耳道内的偏转)的度量可以连续地报告给操作者。可检测并使用与插入电极阵列(例如，勾住电极，开始折叠；scala脱位)有关的事件，以向操作者触发明显的警示。
图1是根据本文所描述的某些实施例的植入在接受者中的示例性听觉假体100(例如，耳蜗植入物)的透视图，其中，刺激组件118插入到耳蜗140中。如图1中所示，接受者具有外耳101、中耳105和内耳107。在功能齐全的耳中，外耳101包括耳廓110和耳道102。声压或声波103由耳廓110收集并经通道进入并通过耳道102。跨越耳道102的远端设置了响应于声波103而振动的鼓膜104。该振动通过中耳105的三块骨骼联接到椭圆窗或卵圆窗112，所述三块骨骼统称为听小骨106，并包括锤骨108、砧骨109和镫骨111。中耳105的骨骼108、109和111用来过滤并放大声波103，从而使得椭圆窗112铰接或响应于鼓膜104的振动而振动。此振动在耳蜗140内建立外淋巴的流体运动波。这种流体运动继而激活耳蜗140内部的微小毛细胞(未示出)。毛细胞的激活使得生成合适的神经脉冲并通过螺旋神经节细胞(未示出)和听神经114传输到脑部(也未示出)，在脑部中，它们被感知为声音。
如图1中所示，示例性听觉假体100包括暂时或永久地植入接受者中的一个或多个部件。示例性听觉假体100在图1中示出，其具有：外部部件142直接或间接地附接到接受者的身体；以及内部部件144，其暂时或永久地植入接受者中(例如，定位在邻近接受者的耳廓110的颞骨的凹部中)。外部部件142通常包括用于检测声音的一个或多个声音输入元件(例如，外部麦克风124)、声音处理单元126(例如，设置在耳后单元中)、电源(未示出)和外部发射器单元128。在图1图示的实施例中，外部发射器单元128包括外部线圈130(例如，包括电绝缘单股或多股铂丝或金丝的多匝的线天线线圈)，并且优选地包括直接或间接地固定到外部线圈130的磁体(未示出)。外部发射器单元128的外部线圈130是与内部部件144的感应射频(RF)通信链路的部分。声音处理单元126处理麦克风124的输出，所述麦克风在所描绘的实施例中由接受者的耳廓110定位在接受者的身体外部。声音处理单元126生成编码信号，本文中有时被称为编码数据信号，所述编码数据信号被提供至外部发射器单元128(例如，通过电缆)。
外部部件142的电源被配置成向听觉假体100提供电力，其中听觉假体100包括电池(例如，位于内部部件144中或设置在单独的植入位置)，所述电池通过从外部部件142提供的电力再充电(例如，通过经皮能量传递链路)。经皮能量传递链路用于将电力和/或数据传输到听觉假体100的内部部件144。各种类型的能量传递，例如红外(IR)、电磁、电容性和电感性传递，可用于将电力和/或数据从外部装置142传递到内部部件144。在听觉假体100操作期间，由可再充电电池存储的电力根据需要分配到各种其它植入部件。
内部部件144包括内部接收器单元132、刺激器单元120和细长刺激组件118。在一些实施例中，内部接收器单元132和刺激器单元120在生物相容性外壳内被气密密封，其有时统称为刺激器/接收器单元。内部接收器单元132包括内部线圈136(例如，包括电绝缘单股或多股铂丝或金丝的多匝的线天线线圈)，且优选地包括相对于内部线圈136固定的磁体(也未示出)。内部线圈136通过经皮能量传递链路(例如，电感RF链路)从外部线圈130接收电力和/或数据信号。刺激器单元120基于数据信号生成电刺激信号，并且刺激信号通过细长刺激组件118递送至接受者。
细长刺激组件118具有连接到刺激器单元120的近端和植入在耳蜗140中的远端。刺激组件118从刺激器单元120延伸穿过乳突骨119到达耳蜗140。在一些实施例中，刺激组件118可以植入在至少基底区域116中，并且有时植入得更深。例如，刺激组件118可朝向被称为耳蜗尖134的耳蜗140的顶端延伸。在某些情况下，刺激组件118可以通过耳蜗开窗122插入到耳蜗140中。在其他情况下，耳蜗开窗122可以通过圆形窗121、卵圆窗112、岬123或通过耳蜗140的顶回147形成。
细长刺激组件118包括刺激元件148(例如，电极；电触点；光发射器；光学接触)的纵向对准且远侧延伸的阵列146(例如，电极阵列；触点阵列)。刺激元件148沿着刺激组件118的细长主体的长度彼此纵向间隔开。例如，刺激组件118可包括阵列146，所述阵列包括二十二(22)个刺激元件148，所述刺激元件被配置成将刺激递送至耳蜗140。尽管刺激元件148的阵列146可设置在刺激组件118上，但在大多数实际应用中，阵列146集成到刺激组件118中(例如，阵列146的刺激元件148设置在刺激组件118中)。如所指出的，刺激器单元120生成刺激信号(例如，电信号；光信号)，所述刺激信号由刺激元件148施加到耳蜗140，从而刺激听神经114。
多种类型的耳蜗内刺激组件118与本文所述的某些实施例相容，包括但不限于：短的、直的和蜗轴周围的(perimodiolar)。蜗轴周围刺激组件118被配置成在植入到耳蜗140期间和/或之后采用弯曲构型。为了实现这个目的，在某些实施例中，蜗轴周围刺激组件118被预弯曲成与耳蜗140相同的大致曲率。刺激组件118的此实例可以通过例如在植入期间移除的加强口针(未示出)或护套或者替代地变化的材料组合或使用形状记忆材料来保持是直的，使得刺激组件118在耳蜗140中可以采用其弯曲构型。可使用其它植入方法，以及采用弯曲构型的其它刺激组件118。某些其他实施例的刺激组件118包括非蜗轴周围刺激组件118。例如，刺激组件118可包括笔直刺激组件118或中阶(mid-scala)组件，其在植入期间或之后呈中阶位置。替代性地，刺激组件118可包括植入到至少耳蜗140的基底区域中的短电极。
图2是根据本文所描述的某些实施例的耳蜗140的横截面图，图示了部分地植入在耳蜗中的刺激组件118。在图2中仅示出刺激组件118的刺激元件148的子集。耳蜗140是圆锥形螺旋结构，其包括三个平行的流体填充的管或导管，在本文中统称为管236。管236包括鼓室管237(也称为鼓阶237)，前庭管238(也称为前庭阶238)和中耳道239(也称为中阶(scalamedia)239)。耳蜗140包括蜗轴240，其为圆锥形中心区域，耳蜗管236围绕所述圆锥形中心区域盘旋。蜗轴240由松质骨组成，耳蜗神经细胞，本文中有时被称为螺旋神经节细胞，位于松质骨中。耳蜗管236大致围绕蜗轴240转动2.5次。
在正常听力下，进入耳廓110(参见例如图1)的声音导致耳蜗140中的压力变化，从而行进穿过流体填充的鼓室管237和前庭管238。位于中阶239中的基底膜244上的Corti器242含有从其表面突出的若干列毛细胞(未示出)。位于毛细胞上方的是覆膜(tectoralmembrane)245，其响应于流体填充的鼓室管237和前庭管238中的压力变化而移动。覆膜245的各层的小的相对移动足以使毛细胞移动，从而导致产生电压脉冲或动作电位，其沿着将毛细胞与听觉神经114连接的相关联神经纤维传播。听觉神经114将脉冲中继到脑的听觉区域(未示出)以进行处理。
通常，在耳蜗植入接受者中，耳蜗140的某部分(例如，毛细胞)受损，使得耳蜗140不能将压力变化转换成神经脉冲以中继到大脑。因此，刺激组件118的刺激元件148用于直接刺激细胞以产生神经脉冲，从而使得感知所接收的声音(例如，以诱发听力感知)。
为了将耳蜗内刺激组件118插入到耳蜗140中，通过接受者的乳突骨119(参见例如图1)形成开口(面部凹部)，以接近接受者的中耳腔106(参见例如图1)。然后，例如通过耳蜗140的圆形窗121、椭圆形窗112、岬123等，形成从中耳106到耳蜗140中的开口。然后将刺激组件118轻轻地向前推进(例如，推动)到耳蜗140中，直到刺激组件118达到植入位置。如图1和图2中所示，刺激组件118遵循耳蜗140的螺旋形状。也就是说，刺激组件118围绕蜗轴240盘旋。
刺激组件118的刺激有效性至少部分地取决于沿着递送刺激的基底膜244的位置。也就是说，耳蜗140特征性地被称为“音位配布映射(tonotopically mapped)”，因为朝向基底端的耳蜗140的区域对高频信号响应更多，而朝向顶端的耳蜗140的区域对低频信号响应更多。通过将预定频率范围内的刺激递送到对该特定频率范围最敏感的耳蜗140的区域，在耳蜗植入物中利用耳蜗140的这些音位配布特性。然而，此刺激依赖于特定的刺激元件148的最终植入位置邻近耳蜗140的对应音位配布区(例如，耳蜗140的对由刺激元件148表示的声音的频率敏感的区域)。
为了达到选定的最终植入位置，将阵列146的顶端(例如，远端/尖)部分250放置在选定角位置(例如，角插入深度)处。如本文所使用的，角位置或角插入深度是指阵列146的顶端部分250从内耳开窗122(例如，圆形窗121)的角旋转，刺激组件118通过所述内耳开窗进入耳蜗140。因此，角位置/角插入深度可以根据顶端部分250相对于内耳开窗122在耳蜗140内行进多大角度方面表达。例如，一百八十(180)度的角插入深度指示顶端部分250已经行进到耳蜗140的第一转弯的一半(1/2)左右。三百六十(360)度的角插入深度指示顶端部分250完全围绕耳蜗140的第一转弯行进。
在某些实施例中，当刺激组件118被植入时(例如，在由操作者，例如医务人员、外科医生和/或自动或机器人手术系统执行的手术程序期间)，随着阵列146推进并放入耳蜗140内的适当位置，调整阵列146相对于耳蜗140的位置和/或取向(例如，统称为阵列146的姿态)。植入的目标是完全植入的阵列146具有最佳的姿态，其中阵列146定位成使得刺激元件148邻近耳蜗140的对应的音位配布区域。为了达到最佳姿态，预期阵列146在耳蜗140中遵循某轨迹，由此(i)刺激元件148沿着耳蜗管239的轴线线性地分布，(ii)阵列146不与基底膜244接触，并且(iii)刺激元件148紧邻蜗轴壁(例如，如果阵列146是预弯曲的)或刺激元件148远离蜗轴壁(例如，如果阵列146不是预弯曲的)。
然而，在插入阵列146期间可能会违反一个或多个这些期望。例如，阵列146的顶部部分250可能勾在耳蜗管239的壁上，阵列146可能扣住、折叠和/或过度插入，和/或耳蜗140的部分(例如，鼓阶237；前庭阶238；耳蜗管239；Corti器242；基底膜244)可能脱位，造成阵列146的次优放置。期望在植入过程期间向操作者提供关于阵列146的姿态和/或状态的信息(例如，实时提供反馈信息)。例如，在植入过程期间，与阵列146的姿态有关的度量(例如，角深度；折叠的跨度；插入速度；与基底膜244的距离；在管236内的偏转)可连续地、在预定间隔和/或响应于操作者的请求来报告，并且关于与插入(例如，电极被勾住；scala错位；其它非最优条件)有关的事件的警示可提供至操作者，使得操作者可采取校正措施。
图3示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的示例性系统300。系统300包括至少一个数据输入接口310，其被配置成在医疗装置插入在接受者的身体部分上或身体部分中期间从多个换能器接收数据312。系统300还包括至少一个控制输出接口320，其被配置成将控制信号322传输至多个换能器。多个换能器通过生成数据312响应于控制信号322。系统300还包括与至少一个数据输入接口310和至少一个控制输出接口320操作通信的至少一个控制器330。至少一个控制器330被配置成访问医疗装置相对于身体部分的姿态的参数化描述的概率模型。至少一个控制器330还被配置成至少部分地响应于所接收的数据312和概率模型，生成医疗装置的当前姿态的估计。系统300还包括至少一个输出接口340，所述输出接口与至少一个控制器330操作通信，并被配置成提供关于医疗装置的估计姿态的信息342。在某些实施例中，系统300还包括至少一个用户输入接口350，其与至少一个控制器330操作通信并被配置成向至少一个控制器330提供用户输入352。
在某些实施例中，系统300包括至少一个计算装置，其被配置成与多个换能器(例如，通过至少一个数据输入接口310和至少一个控制输出接口320)操作通信，并与操作者(例如，医务人员；外科医生；自动化或机器人手术系统)操作通信(例如，通过至少一个输出接口340和至少一个用户输入接口350)。至少一个计算装置可包括但不限于：台式计算机、膝上型计算机、移动计算装置或附件；智能手机；智能平板电脑。至少一个计算装置可与由操作者使用的另一计算装置(例如，由医务人员或外科医生使用的外部装置；自动化或机器人手术系统的部件)通信(例如，通过至少一个输出接口340和/或至少一个用户输入接口350)。在某些实施例中，至少一个计算装置在可植入医疗装置的外部，而在某些其他实施例中，至少一个计算装置被并入到可植入医疗装置中。
至少一个数据输入接口310、至少一个控制输出接口320、至少一个输出接口340和/或至少一个用户输入接口350可包括有线和/或无线端口的任何组合，包括但不限于：通用串行总线(USB)端口；电气和电子工程师协会(IEEE)1394端口；PS/2端口；网络端口；以太网端口；蓝牙端口；无线网络接口。在某些实施例中，至少一个数据输入接口310和至少一个控制输出接口320彼此为整体(例如，包括彼此相同的端口)，而在某些其它实施例中，至少一个数据输入接口310和至少一个控制输出接口320彼此分开。在某些实施例中，至少一个数据输入接口310和至少一个控制输出接口320彼此与相同的换能器操作通信，同时在某些其它实施例中，至少一个数据输入接口310和至少一个控制输出接口320彼此与不同的换能器操作通信。
某些实施例的至少一个输出接口340被配置成与至少一个通信装置(例如，显示器装置；屏幕；状态指示灯；音频装置；扬声器；振动电机)操作通信，所述至少一个通信装置被配置成在植入医疗装置期间将信息传送到操作者。例如，至少一个通信装置可向操作者提供关于医疗装置的姿态和/或关于系统300的操作状态的信息、警示和/或警报。至少一个用户输入接口350可被配置成与一个或多个键盘、计算机鼠标、触摸屏、开关、按钮或其它装置操作通信，通过上述装置人类操作者(例如，医务人员；外科医生)可向系统300提供命令或数据。
在某些实施例中，至少一个控制器330被配置成在植入医疗装置期间，自动将控制信号322传输到多个换能器(例如，以预定的恒定重复率；在由控制器330的内部逻辑确定的时间)。例如，在系统300连接到医疗装置的多个换能器(例如，在植入期间将手术声音处理单元126连接到耳蜗植入系统100)时，可激活或触发多个换能器以自动执行数据采集。在某些其它实施例中，至少一个控制器330被配置成在植入医疗装置期间间断地从至少一个用户输入接口350接收触发信号。至少一个控制器330可被配置成通过将控制信号322传输到多个换能器而响应于触发信号。以此方式，多个换能器可由人类操作者(例如，通过按压与至少一个用户输入接口350操作通信的外部装置的按钮)和/或自动化或机器人手术系统选择性地激活。在某些其它实施例中，控制器300不向多个换能器发送控制信号322，且系统300不包括控制输出接口320。
在某些实施例中，至少一个控制器330包括至少一个处理器334和与至少一个处理器334可操作通信的至少一个存储装置336。至少一个存储装置336可被配置成收集和存储从多个换能器接收的数据312，至少一个处理器334可被配置成至少部分地响应于所存储的数据而生成医疗装置的姿态的估计。至少一个处理器334可包括微处理器或微控制器，所述微处理器或微控制器被配置成经由至少一个数据输入接口310接收数据312，并将所接收的数据312传输到至少一个存储装置336。至少一个处理器334还可以被配置成访问数据312(例如，存储在至少一个存储装置336上)，访问医疗装置的姿态的参数化描述的概率模型(例如，存储在至少一个存储装置336上)，以执行指令(例如，存储在至少一个存储装置336上)，生成信息(例如，关于医疗装置的估计姿态)并将其提供到至少一个输出接口340和/或至少一个存储装置336以存储和稍后检索。
在某些实施例中，至少一个处理器334被配置成过滤从多个换能器接收的数据312。例如，至少一个处理器334可以过滤(例如，在时域中；使用中值滤波器；使用指数加权的移动平均滤波器)由多个测量生成的数据312。对于另一实例，至少一个处理器334可以对更近生成的数据312施加更多加权(例如，以选择性地对可能受到在耳蜗140中存在电极148的影响的数据312施加更多加权)。在某些实施例中，至少一个处理器334被配置成聚合由换能器生成的数据312(例如，聚合由换能器进行的最近10次测量)。在某些实施例中，至少一个处理器334被配置成聚合由多个换能器生成的数据312(例如，当每个换能器在相对于正在植入医疗部装置的身体部分的预定位置处时，例如距离耳蜗140的圆形窗121在5mm处，聚合由换能器获得的最近10次测量)。
在某些实施例中，至少一个处理器334被配置成基于用于测量采集的换能器(例如，电极蒙太奇(electrode montage))的配置的先前知识将数据312与特定换能器(例如，电极触点；麦克风)相关联。例如，可使用电极阵列146的姿态的先前估计将数据312与耳蜗140中的电极148的位置相关联。在某些实施例中，至少一个处理器334被配置成使用插值(例如，反向距离加权；分段线性插值)将数据312外推到附近的位置。
至少一个存储装置336可包括至少一个有形(例如，非暂时性)计算机可读存储介质，其实例包括但不限于：只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存。至少一个存储装置336可以用包括用于指示计算机系统的计算机可执行指令的软件(例如，作为应用程序下载的计算机程序)编码(例如，待由至少一个处理器334执行的测量逻辑和/或评估逻辑)。例如，测量逻辑可由至少一个处理器334执行，以生成激活和/或以其它方式控制多个换能器的控制信号322。对于另一实例，评估逻辑可由至少一个处理器334执行，以评估从多个换能器接收的数据312，使用概率模型生成医疗装置的姿态的估计，并提供关于医疗装置的估计姿态的信息342。
在某些实施例中，植入医疗装置包括将医疗装置的至少一部分插入到接受者的身体部分中。例如，医疗装置可包括耳蜗植入听觉假体100的刺激组件118，且身体部分可包括接受者的耳蜗140。
在某些实施例中，至少一些换能器被配置成用作刺激器，以根据医疗装置的当前姿态启动生物物理现象，并且至少一些换能器被配置成用作传感器以生成指示生物物理现象的数据312。在某些此类实施例中，至少一些换能器被配置成用作刺激器和传感器两者。
在某些实施例中，医疗装置包括多个换能器中的至少一些换能器。例如，多个换能器可包括耳蜗植入听觉假体100的刺激组件118的电极阵列146的刺激元件148(例如，电极)(例如，以生成跨阻数据，其中电极148被配置成用作刺激器和传感器两者)。在某些其它实施例中，多个换能器包括至少一个不是医疗装置的一部分的换能器。例如，为了提供耳蜗电图(例如耳蜗微音器)数据，多个换能器可包括电极阵列146的电极148(其为刺激组件118的一部分，并且被配置成用作传感器)以及不是刺激组件118的一部分的一个或多个致动器(并且被配置成用作刺激器)。一个或多个致动器可以是被植入或者在外部(例如，在耳道102中)并且可以包括但不限于或者被植入或者在外部(例如，在耳道102中)的声学接收器、骨传导装置、中耳/镫骨/圆形窗振荡器。对于另一实例，为了提供镫骨肌反射数据，多个换能器可以包括电极阵列146的电极148(其为刺激组件118的一部分并且被配置成用作刺激器)以及一个或多个不是刺激组件118的一部分的麦克风(并且被配置成用作传感器)。对于又一实例，为了提供耳蜗电图校准或质量保证数据，多个换能器可包括不是刺激组件118的一部分(并且被配置成用作刺激器)的一个或多个致动器以及不是刺激组件118的一部分的一个或多个麦克风(并且被配置成用作传感器)。
图4是根据本文所描述的某些实施例的示例性方法400的流程图。在操作块410中，方法400包括在第一时间段内接收关于结构的姿态的第一信息。所述结构被配置成插入到接受者的身体部分中。所述第一信息包括在第一时间段中所述结构的姿态的第一估计和包括一个或多个第一测量值的第一测量集中的至少一者。所述一个或多个第一测量值中的至少一些是使用沿所述结构分布的多个传感器生成的。所述一个或多个第一测量值指示所述第一时间段内所述结构的姿态。在操作块420中，方法400还包括至少使用第一信息和结构和/或身体部分的概率模型来生成结构的姿态的第二估计。
在某些实施例中，第二估计对应于第二时间段内的结构的姿态。例如，第二时间段可与第一时间段相同，使得第二估计包括与第一时间段中结构的姿态的第一估计相比的细化(例如，在第一时间段内结构的姿态的更接近的近似)。对于另一实例，第二时间段可在第一时间段之后，使得第二估计包括在第二时间段中结构的姿态的新估计。
在某些实施例中，该结构包括医疗装置的被构造成植入接受者的身体上或身体内部的至少一部分。例如，所述结构可包括耳蜗植入系统100的刺激组件118的阵列146(例如，电极阵列)，并且所述结构被配置成插入的身体部分包括接受者的耳蜗140。在某些这样的实施例中，结构的姿态包括刺激组件118的阵列146相对于耳蜗140的位置和/或取向(例如，相对于蜗轴240；相对于管236；相对于耳蜗140的音位配布区)。
在某些实施例中，多个传感器包括在完成植入之后在医疗装置工作期间使用的医疗装置的部件。例如，多个传感器可包括刺激组件118的阵列146的刺激元件148(例如，电极)。在某些其它实施例中，多个传感器包括专用于植入过程期间使用在植入完成后医疗装置工作期间不使用的一个或多个传感器(例如，电压和/或电流传感器；光学传感器；振动传感器)。
图5A-5C示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的使用刺激组件118的电极148的阵列146执行的示例性电压测量，以生成包括一个或多个测量值的测量集。可以在电极148电刺激耳蜗140(例如，在电极148之间产生电流)之前、期间和/或之后，在耳蜗140内部和/或外部在电极148之间进行电压(例如，电位差)测量。在某些实施例中，电压测量对电极148的蜗轴接近度和/或对耳蜗140中的电极148之间的线性距离敏感。
如图5A中示意性地示出的，可通过使用第一对刺激电极来刺激耳蜗组织并测量第二对测量电极之间的电压来进行四点阻抗测量。此类测量对电极148的蜗轴接近度(例如，电极148与蜗轴240之间的距离D)敏感。当该距离D减小时，电压V增加(例如，参见，C.T.Tan等人的名称为“Real-time measurement of electrode impedance duringintracochlear electrode insertion”Laryngoscope,vol..123(4),pp.1028-1032(2013)的美国第9,173,585号专利)。
如图5B中示意性地示出的，可通过使用刺激电极刺激耳蜗组织以及使用与刺激电极间隔开距离L的测量电极测量诱发复合动作电位(ECAP)响应来进行激励传播测量。较大值的L导致刺激神经元142的数目减少，所述刺激神经元对由测量电极检测的ECAP响应(在图5B中由重叠阴影区所示)有贡献，因此在信号幅值中有衰减。此类测量对电极148的蜗轴接近度(例如，电极148与蜗轴240之间的距离D)敏感。当电极148更靠近蜗轴240时(例如，D更小)，信号幅值衰减得更快，并且ECAP响应的半峰值全宽(FWHM)较小，并且当电极148离蜗轴240较远时(例如，D更大)，信号幅值衰减较慢，ECAP响应的FWHM更大。例如，参见D.Degen的文章“Effect of electrode position on electrophysiological andpsychophysical parameters in CI patients with lateral and perimodiolarelectrode arrays”在CI 2017儿科15th儿童耳蜗植入研讨会(2017年7月26日至29日)的展示。
如图5C中示意性地示出的，电压测量随测量电极与刺激电极的接近度而变化，并且这种电压测量可以用于产生跨阻矩阵(TIM)。当距离L增加时，由测量电极检测的电压V减小，因此，TIM的对应值减小。例如，TIM测量可以用于对电极姿态进行分类(例如，电极是否折叠；电极部分上的折叠位置)(例如，参见美国专利申请公开号2018/0140829)。另外，在电刺激期间使用耳蜗140中的一个或多个电极148获取的电压记录随着电极148在耳蜗管239中的浸入程度而变化，这是由于电流从电极148流动的能力(例如，参见美国专利号9,987,490)造成的。
在图5A-5C的示例性测量中，刺激组件118的电极148用作转换器，以生成刺激并测量响应(例如，电压；电位差)。在某些其它实施例中，可以使用其它类型的测量来获取测量集的一个或多个测量值，其利用与耳蜗植入系统100的刺激组件118分离的其它类型的换能器(例如，被配置成生成刺激的至少一个致动器)。某些实施例的测量集包括使用本文公开的刺激和/或测量换能器的组合获取的测量值。
在某些实施例中，至少一个声学致动器可被配置成生成声学刺激，并且可在由至少一个声学致动器(例如，耳蜗电图测量)的声学刺激之前、期间和/或之后进行电压测量(例如，使用刺激组件118的电极148)。至少一个声学致动器可以被植入或在外部(例如，在耳道102中)，并且此类声学致动器的实例包括但不限于：声学接收器；骨传导装置；中耳(例如，镫骨或圆形窗)振荡器。例如，由于对机械刺激的诱发的毛细胞响应，在声学刺激之前、期间和/或之后使用耳蜗140中的至少一个电极148进行的电压测量随着基底膜244的机械自由度而变化，因此这种测量可以指示刺激组件118撞击基底膜244。例如，参见L.Campbell等人所写的文章“Cochlear response telemetry:intracochlear electrocochleographyvia cochlear implant neural response telemetry pilot study results”Otol.Neurotol.Vol.36(3),pp.399-405(2015)。
在某些实施例中，可使用被植入的或在外部(例如，在耳道102中)的麦克风在电刺激(例如，在耳蜗140内部和/或外部的电极148之间的电流)产生之前、期间和/或之后进行声学或振动测量(例如，镫骨肌反射测量)。在某些实施例中，可使用被植入的或在外部(例如，在耳道102中)的麦克风在声学刺激(例如，对于耳蜗电图测量的校正/质量保证测量)产生之前、期间和/或之后进行声学或振动测量。声学致动器可以被植入或在外部(例如，在耳道102中)，其实例包括但不限于：声学接收器；骨传导装置；中耳(例如，镫骨或圆形窗)振荡器。
在某些实施例中，测量集指示在结构相对于身体部分的插入和/或回缩期间结构的姿态的对称变化(例如，结构的每一点处的变化彼此相同)。在某些其它实施例中，测量集指示在结构相对于身体部分的插入和/或回缩期间结构的姿态的不对称变化(例如，结构的两点或更多点处的变化彼此不同)。例如，当电极阵列的底部移动，电极阵列的顶端不移动时，在插入和/或回缩期间可能出现不对称变化。
概率模型的示例性使用
在某些实施例中，方法400提供结构的姿态的极大似然估计。在操作块410中接收的第一信息可包括第一测量集，而没有结构姿态的先前第一估计，并且在操作块420中生成姿态的第二估计可包括确定结构的估计姿态(例如，最可能姿态)，而没有结构姿态的先前估计的先前知识。例如，对于电极阵列的多个电极148，可以使用概率模型(例如，正则模型)基于电极对地的阻抗的采集测量值的测量集，无需先前知识来确定电极阵列146的估计姿态。在某些实施例中，极大似然估计可以使用各种数学技术(例如，蒙特卡洛；粒子滤波器；卡尔曼滤波器；递归贝叶斯估计)，以产生结构的估计姿态。可基于概率模型生成姿态的估计。例如，可以分析各种可能姿态的概率分布，以导出对应于概率分布和/或不确定性的平均值、中值、模式和/或质量中心(例如，标准偏差；四分位范围)的姿态的估计。
图6A-6J示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的结构和/或身体部分的正则模型的示例性使用。图6A示意性地示出了根据本文所述的某些实施例的正则模型(例如，概率模型)，其中，刺激元件148的细长阵列146(例如，电极的电极阵列)通过中耳105插入到耳蜗140中。在某些实施例中，耳蜗140被建模为含有导电液体的管，并且中耳105被建模为含有绝缘气体的腔。电极148沿着阵列146的长度分布，并且可以由其与阵列146的顶端150的距离Delectrode-apex表征。阵列146的姿态可以由阵列146的顶端150和开口152(例如，穿过圆形窗121、椭圆形窗112、岬123或通过耳蜗140的顶回147形成的内耳开窗122)之间的距离Dapex-opening描述，阵列146通过所述开口进入耳蜗140。可基于阵列146的姿态预测每个电极148与远程地电位之间的阻抗。可预测耳蜗140内部的电极148通过对应于预测的低阻抗的导电路径连接到远程地电位，且在耳蜗140外部的电极148对应于预测的高阻抗。
在某些实施例中，阻抗的预测测量值从身体部分(例如，耳蜗管239)的解剖结构图导出。例如，可以通过阵列146的顶端150和耳蜗140的开口152之间的距离Dapex-opening描述阵列146在耳蜗管239中的姿态。可基于电极148与阵列146的顶端150之间的距离Delectrode-apex来计算每个电极148在耳蜗管239内的位置。可预测电极148与远程地电位之间的阻抗(例如，通过在远程地电位的预测阻抗图中查找电极148的位置)。
在某些实施例中，观察(例如，测量)每一电极148与远程地电位之间的阻抗。图6B示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的此类观察结果的示例性图形(例如，根据Delectrode-apex测量的阻抗)。从多个电极148测量的图6B的阻抗看起来符合图6A的概率模型的期望，其中在耳蜗140外部的电极148与耳蜗140内部的电极148之间的分界线在从顶端150起的第六和第七电极148之间(例如，第一至第六电极148位于耳蜗140内，第七个至第“n-1”个电极148在耳蜗140外部)。可以使用各种度量将这些观察结果与预测进行比较，所述各种度量包括但不限于：差值的均方根、算术平均值和最大绝对差。在某些实施例中，在进行这样的比较之前，预测值和观察值被转换。例如，阻抗可以在落入预定阈值阻抗Zthreshold以下时被编码为0，否则被编码为1。
然而，其它物理因素可能会影响电极148的接地阻抗测量值和阵列146的估计姿态。图6C示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的图6A的结构的正则模型(例如，概率模型)，其中示出此类物理因素的实例。例如，如图6C中所示，耳蜗140外部的电极148可以短路到地电位(例如，经由流体珠154或经由用于将阵列146插入到耳蜗140中的手术器具，例如镊子)。对于另一实例，如图6C中所示，耳蜗140内部的电极148可从地电位开路(例如，由于电极148与耳蜗管239的周围结构之间的气泡156或电极148与听觉假体100的内部部件144之间的电线损坏)，由此提供高接地阻抗测量值。如图6C中所示，阵列146在耳蜗140内部有六个电极148，其中从顶端150起的第二电极148上有气泡156，在耳蜗140外部有四个电极148，其中从顶端150起的第九电极148上有流体珠154。
图6D示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例从图6C的阵列146测量的根据Delectrode-apex的阻抗的示例性图形。由于由图6C示意性地示出的物理因素引起的畸变(例如，伪影)，所测量的至少一些电极148的阻抗不符合图6A的概率模型的期望。例如，在图6D中，从顶端150起的第二电极148的测量阻抗受到气泡156的影响，并且从顶端150起的第九电极148的测量阻抗受到液体珠154的影响。由于此类物理因素的可能影响，仅检查测量阻抗，可能并不清楚阵列146的姿态(例如，在耳蜗140外部和内部的电极148之间的分界位置)。例如，在图6D中，鉴于存在畸变(例如，伪影)，仅检查测量阻抗不能够以所需水平的精度(例如，比在多个姿态范围内的某一处更精确，例如分界在第六电极148至第十电极148的范围内)确定姿态(例如，分界的位置)。
图6E示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的针对阵列146的姿态的第一组观察阻抗值(例如，不受图6C所示的物理因素的影响)与一组预测阻抗值相比较的图形，其中第八电极148在耳蜗140内部且第九电极148位于耳蜗140外部(例如，开口152在第八和第九电极148之间)。图6F示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的针对阵列146的姿态的图6E的第一组观察阻抗值与一组预测阻抗值相比较的图形，其中第六电极148在耳蜗140内部且第七电极148在耳蜗140外部(例如，开口152在第六和第七电极148之间)。
图6E和6F是根据正则模型在插入到耳蜗140中期间阵列146的不同姿态的预测阻抗值的两个实例，其中取决于阵列146的n-1个电极148中有多少在耳蜗140内，阵列146被视为n个状态中的一个。例如，第一状态对应于耳蜗140内没有电极148，第二状态对应于只有一个电极148最靠近耳蜗140内的顶端150，第三状态对应于两个电极148最靠近耳蜗140内的顶端150，……，第n个状态对应于所有n-1个电极148在耳蜗140内。每个状态对应于预期从多个电极148获得的一组接地阻抗测量值Z1……Zn-1。例如，对于每个状态，预期在耳蜗140内部的电极148提供等于共同值Zin的接地阻抗测量值(例如，小于第一预定接地阻抗阈值Zthreshold-1)，预期在耳蜗140外部的电极148提供等于共同值Zout的接地阻抗测量值(例如，大于第二预定接地阻抗阈值Zthreshold-2)。在某些实施例中，第一预定接地阻抗阈值Zthreshold-1和第二预定接地阻抗阈值彼此相等，而在某些其它实施例中，第一预定接地阻抗阈值和第二预定接地阻抗阈值彼此不同。
图6G示意性地示出了第二组观察阻抗值(例如，受图6C所示的物理因素的影响)与图6E相同的一组预测阻抗值相比较的图形。图6H示意性地示出了图6G的第二组观察阻抗值与图6F相同的一组预测阻抗值相比较的图形。
在某些实施例中，可能姿态的集合用于生成可能测量的预测，并将每组预测与一组可能的测量值进行比较。例如，由每次比较产生的误差度量可用于估计姿态(例如，通过直接计算)的似然性。在某些实施例中，似然性与误差度量有反向关系(例如，似然性估计为
Figure BDA0002506668460000171
或e-error)。
图6I和6J示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的可能姿态范围的计算似然性的两个实例。图6I对应于针对阵列146的各种姿态(例如，如图6E和6F中所示)图6E和6F的第一组观察阻抗值(例如，不受图6C中所示的物理因素的影响)与各组预测阻抗值的比较。图6I示出了对于将第六电极148放置在耳蜗140内部和将第七电极148放置在耳蜗140外部(例如，第六与第七电极148之间的开口152)的姿态的似然性的明显峰值，其中随着深度移动离开该范围，似然性单调下降。
图6J对应于针对阵列146的各种姿态(例如，如图6G和6H中所示)图6G和6H的第二组观察阻抗值(例如，受图6C中所示的物理因素的影响)与各组预测阻抗值的比较。图6J示出了对于将第六电极148放置在耳蜗140内部和将第七电极148放置在耳蜗140外部的姿态，峰值仍存在，但峰值较不明显，并且在第二电极148和第九电极148附近存在微小的似然性的峰值，这两者都受图6C的伪影的影响。由于如果第二电极148在耳蜗140外部，在耳蜗140外部必然有四个低阻抗电极148，靠近第二电极148的峰值明显低于靠近第九电极148的峰值。
在某些实施例中，可以基于计算的似然性计算阵列146的估计姿态。例如，可以选择具有最高似然性的姿态(例如，可以使用极大似然估计)，或者可以将具有数值度量的姿态(例如，深度，以毫米为单位)组合以产生估计(例如，计算平均值或中值姿态)。
在某些实施例中，阵列146的姿态的计算似然性与阵列146的姿态的先前计算概率组合以计算阵列146的姿态的后验概率。例如，在初始化时，阵列146的所有姿态或者所有姿态的子集可被视为具有同等可能。基于计算的后验概率，可以计算阵列146的估计姿态。例如，可以选择具有最高似然性的姿态(例如，极大后验估计)或者具有数值度量(例如，深度，以毫米为单位)的姿态可以组合以产生估计(例如，计算平均值或中值姿态)。
在某些实施例中，方法400提供结构的姿态的极大后验估计。在操作块410中接收的第一信息可包括在第一时间段中结构的姿态的第一估计和第一测量集，且在操作块420中生成结构姿态的第二估计可包括响应于第一测量集更新第一估计。例如，对于电极阵列的多个电极148，可以基于电极对地阻抗的所采集测量值的测量集，使用概率模型(例如，正则模型)和电极阵列146的至少一个先前估计姿态，确定电极阵列146的估计姿态(例如，最可能姿态)。每种可能状态的概率可按其分界位置与先前估计姿态的分界位置的距离D比例缩放(例如，概率可乘以因子1/(1+D)，其中，D是距离紧接前一估计姿态的分界位置的距离，单位为毫米)。在某些此类实施例中，极大后验估计可以使用各种数学技术(例如，蒙特卡洛；粒子滤波器；卡尔曼滤波器；递归贝叶斯估计)，以生成结构的姿态的第二估计。
在某些实施例中，基于在植入过程期间生成的其它信息，概率模型可以被调整(例如，不同状态相对于彼此被不同地加权)。例如，概率模型可至少部分地基于由响应于结构的姿态的至少一个传感器生成的测量值而调整。此传感器的实例包括但不限于以机械方式联接到结构的加速度计、以机械方式联接到结构的护套或口针，用于操纵结构的工具(例如镊子)和/或由医务人员使用的虚拟现实系统。
对于另一实例，概率模型可以至少部分地基于已知已被发送到直接或间接地操纵电极阵列146的植入致动器(例如，手术机器人)的操纵控制信号来调整。例如，对于对应于电极阵列146向前进行到耳蜗140中的操纵控制信号，已发生前向推进的状态的概率将认为比电极阵列146已经向后移动的状态的概率可能性更大。在某些实施例中，概率模型可包括考虑装置故障(例如，开路或短路电极148)的似然性。
在某些实施例中，可使用姿态的累积估计和/或收集到的测量结果来绘制身体部分(例如，耳蜗管)的解剖结构和/或细化(例如，更新)现有图。可以基于术前图像(例如，来自磁共振成像)初始化该图。例如，基于估计姿态，测量值(例如，观察的远程接地阻抗)可与解剖结构的图结合(例如，添加到该图)。在某些实施例中，使用姿态的累积估计和/或收集的测量结果来细化在计算姿态似然性期间应用的逻辑。例如，如果估计在耳蜗140内部的所有电极148具有大于Zthreshold-1+dZ的阻抗，则阈值Zthreshold-1可以增加固定步长dZ。
图7A-7C示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的结构和/或身体部分的正则模型的另一示例性使用。图7A-7C的实例适用于检测电极阵列146的顶端部分250的折叠状态。图7A示出了对于插入到耳蜗140中的电极阵列146(例如，预弯曲电极阵列146)的两个状态的示例性状态图。在“展开”状态(例如，替代性地称为“蜗轴近侧”或“紧靠蜗轴”状态，如图7B示意性地所示)，电极阵列146沿着管236在单个方向上延伸(例如，相对于电极底部或蜗轴240最佳地定位)。在由图7C示意性地示出的“折叠”状态下，电极阵列146的至少一部分远离电极底部延伸，且顶端部分250朝向蜗轴240延伸，两个部分之间为锐角(例如，弯曲；纽结)。在某些其它实施例中，正则模型可包括在“展开”状态与“折叠”状态之间的电极阵列146的第三状态，其中电极阵列146的一部分远离电极底部延伸，且顶端部分250朝向蜗轴240延伸，两个部分(例如，被称作“勾住”状态)之间为钝角(例如，弯曲；纽结)。
如图7A中所示，电极阵列146的姿态可以在插入到耳蜗140中期间在正则模型的状态间过渡(例如，从时间t1到时间t2>t1)(例如，将电极阵列146顶端推进到耳蜗140中和/或将电极阵列146底部从耳蜗140退出)。例如，对于图7A中的两状态正则模型，从“展开”状态，电极阵列146可保持在“展开”状态(例如，更深地插入到耳蜗140中)或可过渡到“折叠”状态。从“折叠”状态，电极阵列146可保持在“折叠”状态或可过渡到“展开”状态。对于在“展开”状态与“折叠”状态之间还包括“勾住”状态的正则模型，在“展开”状态下的电极阵列146可保持在“展开”状态或者可过渡到“勾住”状态，在“勾住”状态下的电极阵列146可保持在“勾住”状态，过渡到“折叠”状态或过渡到“展开”状态，在“折叠”状态下的电极阵列146可保持在“折叠”状态，或可过渡到“勾住”状态。
在某些实施例中，正则模型的每一个状态描述影响测量值(例如，从电极148)的电极阵列146的姿态的集合。指示电极之间的距离的测量值包括但不限于跨阻测量值。例如，参考图7B，“展开”状态可描述电极18与电极22之间的距离D18-22大于电极18与电极21之间的距离D18-21的姿态的集合，电极18与电极22之间的跨阻Z18-22预期比电极18与电极21之间的跨阻Z18-21小。相反，参考图7C，“展开”状态可描述电极18与电极21之间的距离D18-21大于电极18与电极22之间的距离D18-22的姿态的集合，电极18与电极22之间的跨阻Z18-22预期比电极18与电极21之间的跨阻Z18-21大。
这些状态中的每一个状态的概率可通过比较正则模型的期望值与由电极148生成的测量值来估计。通过将各自具有自己的期望测量值的姿态与其它可能的姿态的概率进行比较，可基于最可能的姿态，估计或部分估计电极阵列146的姿态。
图8是根据本文所描述的某些实施例的示例性方法500的流程图，其将测量值与使用结构的概率模型生成的可能姿态的集合进行比较。图9示意性地示出了根据本文所描述的某些实施例的正插入到耳蜗140中的阵列146的姿态演变的示例性评估。图9的姿态演变对应于根据本文所描述的某些实施例的从第一状态(例如，先前状态；在≤t1的第一时间段内的状态)到第二状态(例如，新状态；在>t1的第二时间段内的状态)的演变。
在操作块510中，方法500包括在第一时间段内接收关于结构相对于接受者的身体部分的姿态的第一信息(例如，在≤t1的时间的姿态)。第一信息包括第一时间段中的结构姿态的第一估计和第一测量集(例如，包括在第一时间段内通过沿着结构分布的多个传感器生成的测量值)中的至少一者。如图9中示意性地示出的，第一状态由黑叉表示，黑叉对应于在第一时间段中从TIM、四点阻抗和/或耳蜗电图测量导出的度量。
在操作块520中，方法500还包括在第二时间段内生成结构姿态的第二估计(例如，在>t1的时间的姿态)。例如，生成第二估计可包括在操作块522中，使用结构和/或身体部分的概率(例如正则)模型在第二时间段内生成结构的第一可能姿态集合。在图9中示意性地示出的实例中，阵列146的第一状态是“展开”(例如，“蜗轴近侧”)状态，并且对应于在第一时间段(例如，在≤t1的时间)中生成的一个或多个测量(例如，TIM测量，其实例包括TIM梯度测量；电压测量；阻抗测量；四点阻抗测量；耳蜗电图测量)的特定观察结果(例如，测量值)。使用图7A-7C的概率(例如，正则)模型生成的第一可能姿态集合可包括：(i)阵列146保持在“展开”状态并且向前平移(例如，进一步进入)耳蜗140的可能姿态，(ii)阵列146保持在“展开”状态中并且向后平移(例如，进一步退出)耳蜗140的可能姿态；以及(iii)阵列146过渡到“折叠”状态的可能姿态。在某些实施例中，第一集合还可包括阵列146保持未移动(例如，仍在第一状态)的可能姿态。在某些实施例中，生成第一可能姿态集合还包括生成(例如，计算)对应于第一集合的可能姿态的期望测量值(在图9中由黑圈表示)。
在某些实施例中，在操作块520中生成第二估计还可包括在操作块530中从第一可能姿态集合选择姿态的第二估计。例如，如图8中所示，在操作块530中选择第二估计可包括在操作块532中接收包括一个或多个第二测量值的第二测量集。使用多个传感器生成一个或多个第二测量值中的至少一些，并且所述一个或多个第二测量值中的至少一些指示在第一时间段之后的第二时间段(例如，>t1的时间)内结构的姿态。在操作块530中选择第二估计还可包括在操作块534中比较第二测量集与对应于第一集合的可能姿态的期望测量值，且在操作块536中，基于所述比较选择第一集合的可能姿态作为第二估计姿态。
例如，在图9中由白叉表示，在时间t2>t1生成的新观察结果(例如，测量值)对应于阵列146的新状态，并且可与针对第一可能姿态集合的各种姿态的期望测量值进行比较。参考图9，可将新观察结果与以下各项进行比较：(i)在向前平移进入耳蜗140时仍在“展开”状态的阵列146的期望测量值，(ii)在已向后平移退出耳蜗140时仍在“展开”状态的电极阵列146的期望测量值；以及(iii)过渡到“展开”状态的电极阵列146的期望测量值。在某些实施例中，新观察结果也可以与阵列146未移动(例如，仍在第一状态)的期望测量值进行比较。在图9的实例中，新观察结果更接近于阵列146过渡到“折叠”状态的期望测量值，因此第二状态可被视为“折叠”状态。
在某些实施例中，随后使用姿态的第二估计作为姿态(例如，如图8中的箭头540所示)的第一估计，用于姿态的后续估计(例如，以在植入过程期间连续地估计结构的姿态)。例如，方法500可包括在第二时间段之后的第三时间段中生成结构的第二可能姿态集合，所述第二集合是使用概率模型生成的，且从第二可能姿态集合选择姿态的第三估计(例如，通过比较指示第三时间段中的姿态的第三测量集与对应于第二集合的可能姿态的期望测量值，并选择可能姿态为姿态的第三估计)。
在某些实施例中，使用在结构植入身体部分中和/或从身体部分回缩期间生成的测量集生成的姿态的估计，以促进结构的植入和/或回缩。可以由图3的系统300使用姿态的估计来生成至少一个状态报告信号(例如，关于估计姿态的信息342、姿态的对称变化和/或姿态的不对称变化)。在某些实施例中，在操作者正在将结构插入身体部分中和/或从身体部分回缩结构时的结构插入身体部分中和/或从身体部分回缩期间，结构的状态(例如，姿态；姿态变化)被传送到插入系统(例如，手动插入系统；自动化或机器人插入系统)的操作者(例如，医务人员；外科医生)，使得操作者能够采取正确的行动(例如，继续植入；采取校正动作以避免次优姿态)。例如，至少一个状态报告信号可被配置成由与至少一个输出接口340操作通信的状态通信装置(例如，显示器装置；屏幕；状态指示灯；音频装置；扬声器；振动马达)接收，所述状态通信装置被配置成通过将指示结构的状态(例如，姿态；姿态变化)的状态信号(例如，警报；警示；消息；关于姿态和/或姿态变化的信息)传送到系统300的操作者来对至少一个状态报告信号进行响应。在某些实施例中，至少一个状态报告信号被配置成由自动化插入系统(例如，与图3的系统300的至少一个输出接口340操作通信的自动化或机器人插入系统的致动器)接收，自动化插入系统被配置成通过操纵结构对至少一个状态报告信号自动且实时地进行响应(例如，继续植入；采取校正动作以避免次优姿态)。在某些此类实施例中，至少一个状态报告信号包括至少一个操纵控制信号。
图10是根据本文所描述的某些实施例的示例性方法600的流程图。在操作块610中，方法600包括访问表征至少部分地插入到接受者的身体部分中的结构的状态和状态之间的过渡的信息。在某些实施例中，访问期望测量值或值的范围包括使用结构和/或身体部分的参数化模型(例如，参数化描述的概率模型或正则模型)计算期望测量值或值的范围。
图7A-7C示出了对于包括耳蜗植入系统100的电极阵列146和包括接受者的耳蜗140的身体部分的结构，这些状态和状态之间的过渡的实例。如图7A-7C所示，阵列146的状态至少包括以下各项：(i)折叠状态，其中，阵列146的在耳蜗140内的端部部分折叠；以及(ii)展开(例如，蜗轴近侧)状态，其中，阵列146的在耳蜗140内的端部部分250不折叠(例如，不弯曲)。在某些实施例中，阵列146的状态还包括“弯曲”状态(例如，在“折叠”状态与“展开”状态之间，其中阵列146的在耳蜗140内的端部部分250弯曲(例如，超过预定量))。
在操作块620中，方法600还包括访问预期由结构的至少一个传感器生成的期望测量值或值的范围。例如，至少一个传感器可包括电极阵列146的至少一个电极148，其对阵列146的状态(例如，姿态)进行响应，且期望测量值或值的范围可对应于预期在电极阵列146处于每个状态中时生成的测量(例如，图7A到7C中所示)。如由图9示意性地示出的，期望测量值可包括当阵列146在每个状态中时预期由至少一个电极148生成的测量值。
在操作块630中，方法600还包括在对应时间段从至少一个传感器获得至少一个第一测量值。至少一个第一测量值可选自：跨阻测量(例如，跨阻梯度测量)；电压测量；阻抗测量；四点阻抗测量；耳蜗电图测量；电诱发复合动作电位(ECAP)测量。
在操作块640中，方法600还包括响应于至少一个第一测量值与期望测量值或值的范围的比较，确定在第一时间段期间的结构的第一状态。例如，参考图9，可以将至少一个第一测量值(由标记为“新观察结果”的白叉表示)与期望测量值(由黑圈表示)进行比较。对应于最接近地匹配至少一个第一测量值的期望测量值的状态可被视为在该时间段期间结构的状态。
在某些实施例中，方法600还包括响应于至少一个第一测量值而调整期望测量值或值的范围。例如，如果预期测量(例如，四点阻抗)在展开状态提供为4的第一期望值，在折叠状态提供为1的第二期望值，且第一测量值为3，则认为阵列146处于展开状态，展开状态和折叠状态的期望测量值可基于预定义逻辑被调节到较低(例如，相应地3.6和0.9)，使得期望测量值更密切地反映由电极148生成的实际测量值。以此方式，某些实施例可用于估计和校正由电极148提供的测量值的偏差。
在某些实施例中，方法600可以用于在植入过程期间实时监测状态(例如，姿态)。例如，方法600还可包括在第一时间段之后的第二时间段从所述至少一个传感器获得至少一个第二测量值，并响应于至少一个第二测量值与期望测量值或值的范围的比较确定在第二时间段期间结构的第二状态。可以在植入过程期间连续地、以预定间隔和/或响应于操作者的请求而从至少一个传感器获得测量值，并且与期望测量值或值的范围的比较可以以足够的速度进行以向操作者提供实时反馈。
应了解，本文公开的实施例不相互排斥，且可以各种布置彼此组合。另外，尽管公开的方法和设备大部分在常规耳蜗植入物的背景下描述，但本文所描述的各种实施例可并入于多种其它合适的装置、方法和环境中，包括但不限于完全可植入的耳蜗植入物(“TICI”)和/或大部分可植入耳蜗植入物(“MICI”)。例如，TICI可利用电池和麦克风，其两者都植入到接受者(例如，作为整体系统的部件或作为联接在一起的模块的集合)的身体内，其至少在某时间段内能够操作，不需要外部装置，且无需任何经皮传输信号。对于另一示例，MICI可以利用植入接受者的身体内的电池，所有或一些声音处理可以由植入物执行，并且较小(或非常小)的外部处理器可以包含麦克风和通过RF信号(如在当前的耳蜗植入系统中进行的)或者任何其他无线数据和/或音频传输方案将信息无线传输给植入物的能力。
更一般地，如可了解，虽然本文参考说明性医疗装置，即耳蜗植入系统描述了某些实施例，但是某些其它实施例可用于多种其它情境。例如，本文所述的某些实施例可以用于其他可植入医疗装置，其在向接受者、患者或其他使用者提供广泛范围的治疗益处的同时可以受益于改善的医疗装置的定位。例如，本文描述的系统和方法可以用于其他听力假体、视觉假体、传感器、支架和/或被插入动脉中的电极支架(stentrode)、插入到心脏的腔室中的起搏器引线、药物递送系统、除颤器、功能性电刺激装置、导管或其他监测情境中，以便在涉及细长结构的手术干预的程序中提供不可见腔的实时反馈。其他非医疗背景可包括但不限于：水下或另外条件恶劣的电缆(例如，通过自动化或机器人系统)、勘探挖掘中的钻孔(例如，以绘制矿床)。
本文描述和要求保护的发明在范围上不受本文公开的具体示例性实施例的限制，原因是这些实施例旨在作为举例说明，而不是限制本发明的几个方面。任何等同的实施例都意图在本发明的范围内。实际上，除了本文中示出和描述的那些之外，根据前述描述，本发明在形式和细节上的各种修改对于本领域技术人员将变得显而易见。这些修改也意图落入权利要求的范围内。本发明的广度和范围不应受本文所公开的示例性实施例中的任一个的限制，而是应仅根据权利要求书及其等效物限定。

Claims (37)

1.一种方法，包括：
在第一时间段内接收关于结构的姿态的第一信息，所述结构被配置成插入到接受者的身体部分中，所述第一信息包括以下各项中的至少一者：
所述结构的姿态在所述第一时间段内的第一估计；以及
第一测量集，所述第一测量集包括一个或多个第一测量值，所述一个或多个第一测量值中的至少一些是使用沿所述结构分布的多个传感器生成的，所述一个或多个第一测量值指示所述第一时间段内所述结构的姿态；以及
至少使用所述第一信息和所述结构和/或所述身体部分的概率模型来生成所述结构的姿态的第二估计。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一信息包括所述结构的姿态的所述第一估计和所述第一测量集，并且所述生成所述结构的姿态的第二估计包括响应于所述第一测量集更新所述姿态的所述第一估计。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述生成所述姿态的所述第二估计包括：
生成所述结构的可能姿态的第一集合，所述第一集合是使用所述结构和/或所述身体部分的所述概率模型生成的；以及
从可能姿态的所述第一集合选择所述姿态的所述第二估计。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述生成可能姿态的所述第一集合还包括生成与所述第一集合的可能姿态对应的期望测量值，所述方法还包括：
接收包括一个或多个第二测量值的第二测量集，所述一个或多个第二测量值中的至少一些是使用所述多个传感器生成的，所述一个或多个第二测量值指示在所述第二时间段内所述结构的姿态；以及
将所述第二测量集与对应于所述第一集合的可能姿态的所述期望测量值进行比较。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中，所述第二时间段在所述第一时间段之后。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，还包括：
在第三时间段内生成所述结构的可能姿态的第二集合，所述第二集合是使用所述概率模型生成的；以及
从可能姿态的所述第二集合选择所述姿态的第三估计。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第三时间段在所述第二时间段之后。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述结构包括耳蜗植入系统的电极阵列，所述多个传感器包括所述电极阵列，并且所述身体部分包括所述接受者的耳蜗。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，还包括至少部分地响应于所述第二估计并且在所述结构插入到所述身体部分和/或所述结构从所述身体部分回缩期间，生成至少一个状态报告信号，所述至少一个状态报告信号被配置成由以下各项中的至少一者接收：
状态通信装置，所述状态通信装置被配置成通过将状态信号传送到所述状态通信装置的用户，来响应所述至少一个状态报告信号，所述状态信号指示所述结构的状态；以及
自动致动器，所述自动致动器被配置成通过操纵所述结构来响应所述至少一个状态报告信号。
10.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，还包括将关于所述第二估计的信息传送到插入系统的操作者，所述插入系统用于将所述结构插入到所述身体部分中和/或从所述身体部分回缩所述结构。
11.一种方法，包括：
访问表征至少部分地插入到接受者的身体部分中的结构的状态和状态之间的过渡的信息；
访问预期由所述结构的至少一个传感器生成的期望测量值或值的范围；
在第一时间段从所述至少一个传感器获得至少一个第一测量值；以及
响应于所述至少一个第一测量值与所述期望测量值或值的范围的比较，确定在所述第一时间段中所述结构的第一状态。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述访问期望测量值或值的范围包括使用所述结构和/或所述身体部分的参数化模型计算所述期望测量值或值的范围。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其中，所述至少一个传感器响应于所述结构的状态。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，所述结构包括耳蜗植入系统的电极阵列，所述至少一个传感器包括所述电极阵列的至少一个电极，并且所述身体部分包括所述接受者的耳蜗。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述结构的状态至少包括：
折叠状态，在所述折叠状态中所述结构在所述耳蜗内的端部部分折叠；以及
展开状态，在所述展开状态中所述结构在所述耳蜗内的所述端部部分不折叠。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述结构的状态还包括弯曲状态，在所述弯曲状态中所述结构在所述耳蜗内的所述端部部分弯曲超过预定量。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中，所述至少一个第一测量值选自：跨阻测量；耳蜗电图测量；电压测量；阻抗测量；四点阻抗测量；电诱发复合动作电位(ECAP)测量。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，还包括响应于所述至少一个第一测量值来调整所述期望测量值或值的范围。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，还包括：
在所述第一时间段之后的第二时间段从所述至少一个传感器获得至少一个第二测量值；以及
响应于所述至少一个第二测量值与所述期望测量值或值的范围的比较，确定在所述第二时间段中所述结构的第二状态。
20.一种系统，包括：
至少一个数据输入接口，所述至少一个数据输入接口被配置成在医疗装置植入在接受者上或接受者中期间从多个换能器接收数据；
至少一个控制器，所述至少一个控制器与所述至少一个数据输入接口操作通信，所述至少一个控制器被配置成访问所述医疗装置相对于所述身体部分的姿态的参数化描述的概率模型，并且至少部分地响应于所述数据和所述概率模型生成所述医疗装置的当前姿态的估计；以及
至少一个输出接口，所述至少一个输出接口与所述至少一个控制器操作通信，所述至少一个输出接口被配置成提供关于所述医疗装置的估计姿态的信息。
21.根据权利要求20所述的系统，还包括至少一个控制输出接口，所述至少一个控制输出接口与所述至少一个控制器操作通信，所述至少一个控制输出接口被配置成将控制信号传输至所述多个换能器，所述多个换能器通过生成数据响应于所述控制信号。
22.根据权利要求20或权利要求21所述的系统，其中，所述至少一个控制器包括至少一个处理器和至少一个存储装置，所述至少一个存储装置与所述至少一个处理器操作通信。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述至少一个存储装置被配置成收集和存储所述数据。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的系统，其中，所述医疗装置包括耳蜗植入听觉假体的刺激组件，并且所述身体部分包括所述接受者的耳蜗。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的系统，其中，所述医疗装置包括所述多个换能器中的至少一些换能器。
26.根据权利要求21至25中任一项所述的系统，其中，所述至少一个控制器被配置成在植入所述医疗装置期间自动将所述控制信号传输至所述多个换能器。
27.根据权利要求21至26中任一项所述的系统，还包括至少一个用户输入接口，所述至少一个用户输入接口与所述至少一个控制器操作通信，所述至少一个控制器被配置成在植入所述医疗装置期间从所述至少一个用户输入接口间断地接收触发信号，其中所述至少一个控制器被配置成通过将所述控制信号传输至所述多个换能器来响应所述触发信号。
28.根据权利要求20至27中任一项所述的系统，其中，所述至少一个输出接口被配置成与至少一个状态通信装置操作通信，所述至少一个状态通信装置被配置成通过传送指示所述医疗装置的姿态的状态信号来响应所述信息。
29.根据权利要求27或权利要求28所述的系统，其中，所述至少一个用户输入接口和所述至少一个输出接口被配置成与计算装置操作通信，所述计算装置被配置成由医务人员使用。
30.根据权利要求20至27中任一项所述的系统，其中，所述至少一个输出接口被配置成与自动化插入系统操作通信，所述自动化插入系统被配置成通过操纵所述医疗装置，自动地且实时地响应所述信息。
31.一种其上存储有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质，所述计算机程序在结构被插入到区域中和/或从区域中缩回时通过至少以下各项指示计算机系统提供关于所述结构的实时信息：
在所述结构被插入到所述区域中和/或从所述区域回缩时接收关于所述结构的信息；
访问所述结构和/或所述区域的参数化描述；以及
使用至少一个处理器基于所述信息和所述参数化描述来生成所述结构相对于所述区域的估计姿态。
32.根据权利要求31所述的非暂时性计算机存储介质，其中，所述结构包括多个传感器，并且所述信息由所述多个传感器生成。
33.根据权利要求32所述的非暂时性计算机存储介质，其中，所述结构包括耳蜗植入系统的刺激组件，所述多个传感器包括所述刺激组件的电极阵列，并且所述区域包括所述接受者的耳蜗。
34.根据权利要求33所述的非暂时性计算机存储介质，其中，还被配置成在所述刺激组件被医务人员和自动化插入系统中的至少一者插入所述耳蜗中和/或从所述耳蜗回缩时，指示所述计算机系统生成对所述医务人员和所述自动化插入系统中的所述至少一者指示估计姿态的状态信号。
35.根据权利要求34所述的非暂时性计算机存储介质，其中，所述状态信号包括以下各项中的至少一者：警报；警示；消息；关于所述估计姿态的信息。
36.根据权利要求31至34中任一项所述的非暂时性计算机存储介质，所述生成所述估计姿态包括使用所述结构相对于所述区域的参数化描述计算各种可能姿态的概率分布，并使用所述概率分布来推导所述估计姿态。
37.根据权利要求36所述的非暂时性计算机存储介质，其中，所述估计姿态对应于以下各项中的至少一者：所述概率分布的平均值、所述概率分布的中值、所述概率分布的模式、所述概率分布的质量中心、所述概率分布的标准偏差和所述概率分布的四分位范围。
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