CN113891678A - 基于阻抗跟踪场的模型的跟踪导管 - Google Patents

基于阻抗跟踪场的模型的跟踪导管 Download PDF

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Abstract

一种用于跟踪患者体内的导管的系统。该系统包括多个表面电极和附接到患者的表面贴片，以及耦合到多个表面电极和表面贴片的处理器。处理器确定多个表面电极中的至少一个的位置；存储表面贴片和多个表面电极中的至少一个的位置；确定对应于患者的一部分的三维外壳形状；确定三维外壳形状的至少一部分中的阻抗跟踪场的模型；通过多个表面电极中的一个或多个注入电流；将来自导管的测量出的电压拟合到阻抗跟踪场的模型，以确定导管的位置；并且基于导管的位置向患者提供治疗。

Description

基于阻抗跟踪场的模型的跟踪导管
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年3月22日提交的临时专利申请号62/822,351的优先权，该专利申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及用于跟踪患者体内的导管的系统和方法，并且更特别地，涉及用于在不需要首先标测患者体内的感兴趣区域的情况下跟踪导管的系统和方法。本公开还涉及用于基于将测量出的电压拟合到患者体内的感兴趣区域中的阻抗跟踪场的模型来跟踪导管的系统和方法。
背景技术
一些标测系统提供阻抗跟踪功能，用于在患者体内导航导管。通常，在这些系统中，阻抗跟踪功能依赖于将电流注入电极，使得在患者体内生成电场。为了确定导管的位置，利用专用标测导管对感兴趣区域(例如心脏内部)中的电场分布进行标测。这个标测导管可以是测量感兴趣区域中的阻抗跟踪场的磁跟踪标测导管。导管的磁跟踪位置和由导管测量的场电压用于创建感兴趣区域的图。该系统将所收集的数据存储在图中，该图可以包括测量出的场电压的一个或多个查找表。为了在感兴趣区域中导航导管，由导管测量场电压，并将其与一个或多个查找表进行比较。
一些系统不使用所标测的阻抗跟踪场信息，而是依赖各自放置在患者的身体的相对两侧上的成对电极。电极对被定位成生成彼此近似正交的场，使得导管跟踪采用正交场。
在其他系统中，x射线透视用于在患者体内导航导管。在x射线透视中，通过使穿过身体的x射线束，产生连续的x射线图像并将其显示在监视器上。在一些程序中，荧光透视可以与阻抗跟踪方法(诸如上述阻抗跟踪方法)结合以在患者体内导航导管。
需要首先创建感兴趣区域中的阻抗跟踪场的图和/或使用x射线荧光透视呈现出缺点。一个缺点是在不太复杂的程序中在患者体内导航导管，其中不太复杂的程序不值得花费时间和金钱标测感兴趣区域。另一缺点是在透视程序中将患者暴露于过量x射线，其中医生和/或医务人员希望减少暴露于x射线。
而且，采用正交电极对的系统增加了程序和装备的成本和复杂性，因为需要附加的电极表面贴片和相对应的系统连接。而且，采用场正交性仅提供有限的精度，因为确切的电极位置仍然未知。
发明内容
在示例1中，一种用于跟踪患者体内的导管的系统包括附接到患者的多个表面电极、附接到患者的表面贴片以及耦合到多个表面电极和表面贴片的处理器。处理器被配置为：确定多个表面电极中的至少一个的位置；存储表面贴片的位置和多个表面电极中的至少一个的位置；确定对应于患者的一部分的三维外壳形状；确定三维外壳形状的至少一部分中的阻抗跟踪场的模型；通过多个表面电极中的一个或多个注入电流以在患者体内创建电场；将来自导管的测量出的电压拟合到阻抗跟踪场的模型，以确定导管在患者体内的位置；并且基于导管的位置向患者提供治疗。
在示例2中，根据示例1的系统，其中多个表面电极是附接到患者的多个心电图电极。
在示例3中，根据示例1和2中任一个的系统，其中表面贴片是包括磁跟踪系统的表面背部贴片，该磁跟踪系统提供关于附接到患者的背部的表面背部贴片的位置的位置信息。
在示例4中，根据示例1至3中任一个的系统，包括能够用于跟踪指示笔位置的指示笔，其中处理器耦合到指示笔，并且被配置为当指示笔接触电极时，通过从指示笔接收位置信息来确定多个表面电极中的至少一个的位置。
在示例5中，根据示例1至4中任一个的系统，其中处理器被配置为基于以下中的一个或多个来确定三维外壳形状：卵形形状、表面贴片的位置和多个表面电极中的至少一个的位置、患者的表面上的多个点的位置以及患者体内的解剖标志。
在示例6中，根据示例1至5中任一个的系统，其中处理器被配置为基于对患者的电磁组织性质的估计来确定阻抗跟踪场的模型，对患者的电磁组织性质的估计基于以下中的至少一个：跨患者的恒定梯度、对患者体内的器官的位置的估计和患者的电阻抗断层成像。
在示例7中，根据示例1至6中任一个的系统，其中处理器被配置为基于来自跟踪导管的测量出的电压和以磁性方式获得的跟踪导管在患者体内的位置中的至少一个来细化(refine)阻抗跟踪场的模型。
在示例8中，根据示例1至7中任一个的系统，其中处理器被配置为提供呼吸门控(respiration gating)，以将来自导管的测量出的电压拟合到阻抗跟踪场的模型，从而确定导管在患者体内的位置。
在示例9中，一种跟踪导管的方法包括：由处理器确定附接到患者的多个表面电极中的至少一个的位置；由处理器存储多个表面电极中的至少一个的位置；由处理器存储附接到患者的表面贴片的位置；由处理器确定对应于患者的一部分的三维外壳形状；由处理器确定三维外壳形状的至少一部分中的阻抗跟踪场的模型；由处理器向多个表面电极中的一个或多个注入电流，以在患者体内创建电场；由处理器将来自导管的测量出的电压拟合到阻抗跟踪场的模型，以跟踪导管在患者体内的位置；以及由处理器基于导管的位置向患者提供治疗。
在示例10中，根据示例9的方法，其中存储表面贴片的位置包括从表面背部贴片中的跟踪系统获得位置信息，并且其中确定多个表面电极中的至少一个的位置包括由处理器确定附接到患者的多个心电图电极中的至少一个的位置。
在示例11中，根据示例9和10中任一个的方法，包括在确定多个表面电极中的至少一个的位置时，从能够跟踪指示笔位置的指示笔接收位置信息。
在示例12中，根据示例11的方法，其中由处理器确定三维外壳形状包括基于以下中的一个或多个来确定三维外壳形状：表面贴片的位置和根据从指示笔接收到的位置信息确定的多个表面电极中的至少一个的位置、根据从指示笔接收到的位置信息确定的患者的表面上的多个点的位置、以及根据从指示笔接收到的位置信息确定的患者体内的解剖标志的位置。
在示例13中，根据示例9至12中任一个的方法，其中由处理器确定三维外壳形状包括基于以下中的一个或多个来确定三维外壳形状：卵形形状、表面贴片的位置和多个表面电极中的至少一个的位置、患者的表面上的多个点的位置以及患者体内的解剖标志。
在示例14中，根据示例9至13中任一个的方法，其中由处理器确定三维外壳形状的至少一部分中的阻抗跟踪场的模型包括基于对患者的电磁组织性质的估计来确定模型，对电磁组织性质的估计包括以下中的一个或多个：跨患者的恒定梯度、对患者体内的器官的位置的估计、患者的电阻抗断层成像(诸如基于电极之间的感测阻抗的患者的电阻抗断层成像)、来自跟踪导管的测量出的电压和以磁性方式获得的跟踪导管在患者体内的位置。
在示例15中，根据示例9至14中任一个的方法，其中由处理器将来自导管的测量出的电压拟合到阻抗跟踪场的模型包括呼吸门控。
在示例16中，一种用于跟踪患者体内的导管的系统包括附接到患者的多个表面电极、附接到患者的表面贴片以及耦合到多个表面电极和表面贴片的处理器。处理器被配置为：确定多个表面电极中的至少一个的位置；存储表面贴片的位置和多个表面电极中的至少一个的位置；确定对应于患者的一部分的三维外壳形状；确定三维外壳形状的至少一部分中的阻抗跟踪场的模型；通过多个表面电极中的一个或多个注入电流以在患者体内创建电场；将来自导管的测量出的电压拟合到阻抗跟踪场的模型，以确定导管在患者体内的位置；并且基于导管的位置向患者提供治疗。
在示例17中，根据示例16的系统，其中多个表面电极是附接到患者的多个心电图电极。
在示例18中，根据示例16的系统，其中表面贴片是包括磁跟踪系统的表面背部贴片，该磁跟踪系统提供关于附接到患者的背部的表面背部贴片的位置的位置信息。
在示例19中，根据示例16的系统，包括能够用于跟踪指示笔位置的指示笔，其中处理器耦合到指示笔，并且被配置为通过从指示笔接收位置信息来确定多个表面电极中的至少一个的位置。
在示例20中，根据示例16的系统，其中处理器被配置为基于以下中的一个或多个来确定三维外壳形状：卵形形状、表面贴片的位置和多个表面电极中的至少一个的位置、患者的表面上的多个点的位置以及患者体内的解剖标志。
在示例21中，根据示例16的系统，其中处理器被配置为基于对患者的电磁组织性质的估计来确定阻抗跟踪场的模型。
在示例22中，根据示例21的系统，其中对患者的电磁组织性质的估计基于以下中的至少一个：跨患者的恒定梯度、对患者体内的器官的位置的估计和患者的电阻抗断层成像。
在示例23中，根据示例21的系统，其中处理器被配置为基于来自跟踪导管的测量出的电压和以磁性方式获得的跟踪导管在患者体内的位置中的至少一个来细化阻抗跟踪场的模型。
在示例24中，根据示例16的系统，其中处理器被配置为接收用于从导管获得测量出的电压的系统参考电压，该系统参考电压从以下中的至少一个接收：患者体内的参考导管、附接到患者的参考贴片、多个表面电极中的一个或多个以及表面贴片。
在示例25中，根据示例16的系统，其中处理器被配置为提供呼吸门控，以将来自导管的测量出的电压拟合到阻抗跟踪场的模型，从而确定导管在患者体内的位置。
在示例26中，一种用于跟踪患者体内导管的系统，包括：多个心电图电极，该多个心电图电极附接到患者；表面背部贴片，该表面背部贴片包括磁跟踪系统，该磁跟踪系统提供关于患者的背部上的表面背部贴片的位置的位置信息；指示笔，使得该指示笔能够跟踪该指示笔的位置；以及处理器，该处理器耦合到多个表面电极、表面背部贴片和指示笔。该处理器被配置为：根据从指示笔获得的位置信息来确定多个心电图电极的位置；根据来自表面背部贴片的位置信息确定表面背部贴片的位置；存储多个心电图电极的位置和表面背部贴片的位置；基于多个心电图电极的位置和表面背部贴片的位置；基于多个心电图电极的位置和表面背部贴片的位置，确定对应于患者的一部分的三维外壳形状；确定三维壳形状的至少一部分中的阻抗跟踪场的模型；通过多个心电图电极中的一个或多个电极注入电流以在患者体内创建电场；将来自导管的测量出的电压拟合到阻抗跟踪场的模型，以确定导管在患者体内的位置；并且基于导管的位置向患者提供治疗。
在示例27中，根据示例26的系统，其中处理器被配置为基于以下中的一个或多个来确定三维外壳形状：卵形形状、患者的表面上的多个点的位置和患者体内的解剖标志。
在示例28中，根据示例26的系统，其中处理器被配置为基于对患者的电磁组织的估计来确定阻抗跟踪场的模型，对电磁组织性质的估计包括以下中的一个或多个：跨患者的恒定梯度、对患者体内的器官的位置的估计和患者的电阻抗断层成像(诸如使用利用多个表面电极和表面贴片测量的阻抗信息的患者的电阻抗断层成像)。
在示例29中，根据示例26的系统，其中处理器被配置为接收从以下中的一个或多个获得的系统参考电压：患者体内的参考导管、附接到患者的参考贴片、多个表面电极中的一个或多个以及表面贴片。
在示例30中，一种跟踪患者体内的导管的方法包括：由处理器确定附接到患者的多个表面电极中的至少一个的位置；由处理器存储多个表面电极中的至少一个的位置；由处理器存储附接到患者的表面贴片的位置；由处理器确定对应于患者的一部分的三维外壳形状；由处理器确定三维外壳形状的至少一部分中的阻抗跟踪场的模型；由处理器向多个表面电极中的一个或多个注入电流，以在患者体内创建电场；由处理器将来自导管的测量出的电压拟合到阻抗跟踪场的模型，以跟踪导管在患者体内的位置；以及由处理器基于导管的位置向患者提供治疗。
在示例31中，根据示例30的方法，其中存储表面贴片的位置包括从表面背部贴片中的跟踪系统获得位置信息，并且其中确定多个表面电极中的至少一个的位置包括由处理器确定附接到患者的多个心电图电极中的至少一个的位置。
在示例32中，根据示例30的方法，包括在确定多个表面电极中的至少一个的位置时，从能够跟踪指示笔位置的指示笔接收位置信息。
在示例33中，根据示例30的方法，其中由处理器确定三维外壳形状包括基于以下中的一个或多个来确定三维外壳形状：卵形形状、表面贴片的位置和多个表面电极中的至少一个的位置、患者的表面上的多个点的位置以及患者体内的解剖标志。
在示例34中，根据示例30的方法，其中由处理器确定三维外壳形状的至少一部分中的阻抗跟踪场的模型包括基于对患者的电磁组织性质的估计来确定模型，对电磁组织性质的估计包括以下中的一个或多个：跨患者的恒定梯度、对患者体内的器官的位置的估计、患者的电阻抗断层成像、来自跟踪导管的测量出的电压和以磁性方式获得的跟踪导管在患者体内的位置。
在示例35中，根据示例30的方法，其中处理器被配置为在从导管获得测量出的电压的同时提供呼吸门控。
虽然公开了多个实施例，但是对于本领域的技术人员来说，从下面的详细描述中本公开的其他实施例将变得显而易见，下面的详细描述示出并描述了本公开的说明性实施例。因此，附图和详细描述在本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施例的用于跟踪患者体内的导管(或多个导管)的系统的示意图。
图2是示出根据本公开的实施例的能够用于跟踪系统中的指示笔的位置的指示笔的一个示例的图。
图3A是示出根据本公开的实施例的附接到患者的多个表面电极和对应于患者的一部分的以虚线描绘的三维外壳形状的图。
图3B是示出根据本公开的实施例的附接到患者的表面贴片的图。
图4是示出根据本公开的实施例的电压和复介电常数的计算网格的图。
图5是示出根据本公开的实施例的身体表面(二维)处的有限差分模型的图。
图6是示出根据本公开的实施例的患者心脏中的导管和附加在患者上的三维外壳形状的图。
图7是根据本公开的实施例的跟踪患者体内的导管的方法。
具体实施方式
图1是示出根据本公开的实施例的用于跟踪患者24体内的导管22(或多个导管22)的系统20的图。系统20被配置为在不需要首先标测感兴趣区域的情况下跟踪患者24体内的感兴趣区域(例如心脏)中的导管22。系统20被配置为基于利用导管22测量患者24体内的场电压并且将测量出的场电压拟合到患者24的感兴趣区域中的阻抗跟踪场的模型来跟踪导管22。在实施例中，系统20用于将导管(诸如导管22)插入患者24的心脏或心脏腔室。
系统20包括处理器26、指示器或指示笔28、多个表面电极30、表面贴片32、导管22以及在至少一些实施例中的磁体34。在实施例中，多个表面电极30是附接到患者24的多个心电图(ECG)电极。在一些实施例中，表面贴片32是附接到患者24的背部的表面背部贴片。
多个表面电极30和表面贴片32附接到患者24，并通过导电路径(为清楚起见未示出)耦合到处理器26。指示笔28通过导电路径38耦合到处理器26，并且磁体34通过导电路径40耦合到处理器26。导管22通过导电路径42耦合到处理器26。在实施例中，处理器26、指示笔28、多个表面电极30、表面贴片32、导管22和磁体34中的一个或多个可以通过无线通信耦合到处理器26。
使得指示笔28能够用于跟踪系统20中的指示笔28的位置。在实施例中，使得指示笔28能够用于跟踪指示笔28相对于以下中的一个或多个的位置：患者24躺在其上的桌子和磁体34或系统20的另一部分。在一些实施例中，指示笔28包括磁场跟踪系统，使得指示笔28能够用于以磁性方式跟踪指示笔28在磁体34的磁场中的位置。在一些实施例中，磁体34是电磁体，并且在一些实施例中，磁体34由处理器26控制。
处理器26被配置为从指示笔28接收位置信息，以确定多个表面电极30的位置。在实施例中，处理器26被配置为激活磁体34，并且指示笔28被配置为向处理器26提供位置信息。在一些实施例中，多个表面电极30中的每个被指示笔28接触，并且当使指示笔28接触到多个表面电极30中的每个时，指示笔28向处理器提供指示笔28的位置信息。在实施例中，处理器26确定指示笔28和所接触的表面电极30的位置，并存储所接触的表面电极30的位置。
处理器26还被配置为存储表面贴片32的位置。在实施例中，使得表面贴片32能够用于跟踪系统20中的表面贴片32的位置。在实施例中，使得表面贴片32能够用于跟踪表面贴片32相对于以下中的一个或多个的位置：患者24躺在其上的桌子和磁体34或系统20的另一部分。在一些实施例中，表面贴片32包括磁场跟踪系统，使得表面贴片32能够用于以磁性方式跟踪表面贴片32在磁体34的磁场中的位置。在实施例中，处理器26被配置为激活磁体34，并且表面贴片32被配置为向处理器26提供位置信息。在一些实施例中，表面贴片32是包括磁跟踪系统的表面背部贴片，该磁跟踪系统向处理器26提供关于附接到患者24的背部的表面背部贴片的位置的位置信息。
在一些实施例中，如上关于多个表面电极30所述，使用指示笔28来获得表面贴片32的位置。在实施例中，指示笔28接触表面贴片32，并且在指示笔接触表面贴片32时，处理器26从指示笔28接收位置信息，其中处理器26确定并存储表面贴片32的位置。
处理器26确定对应于患者24的一部分的三维外壳形状。在一些实施例中，处理器26确定对应于患者24体内的感兴趣区域的三维外壳形状。在一些实施例中，处理器26确定对应于患者24体内的胸部区域的三维外壳形状。在实施例中，处理器26被配置为基于卵形形状、患者24上的表面贴片32和多个表面电极30的位置、患者24的表面上的多个其他点的位置以及患者24体内的解剖标志中的一个或多个来确定三维外壳形状。
处理器26基于对患者24的电磁组织性质的估计，确定这个三维外壳形状的至少一部分中的阻抗跟踪场的模型。在实施例中，对患者24的电磁组织性质的估计基于以下中的至少一个：跨患者24的恒定梯度、对患者24体内的器官的位置的估计和患者24的电阻抗断层(EIT)成像。
在一些实施例中，处理器26被配置为基于从患者24体内的跟踪导管接收到的位置信息和测量出的场电压来细化阻抗跟踪场的模型。跟踪导管测量在患者24体内生成的阻抗跟踪场的场电压，诸如通过多个表面电极30和患者24向表面贴片32注入电流。处理器32将阻抗跟踪场的模型拟合到测量出的电压，以细化模型。在一些实施例中，跟踪导管是导管22。在一些实施例中，跟踪导管包括磁跟踪系统，该磁跟踪系统向处理器26提供关于跟踪导管位置的位置信息以及测量出的场电压。
为了跟踪患者24体内的感兴趣区域中的导管(诸如导管22)，处理器26被配置为通过多个表面电极30中的一个或多个注入电流，以在患者24中创建电场。这个电场是用于跟踪导管22的位置的阻抗跟踪场。在操作中，导管22测量阻抗跟踪场的场电压，并且处理器26将来自导管22的测量出的场电压拟合到阻抗跟踪场的模型，并且确定患者24中的导管22的位置。
而且，处理器26接收用于从导管22获得测量出的场电压的系统参考电压。在实施例中，从患者24体内的参考导管、附接到患者24的参考贴片、多个表面电极30中的一个或多个以及表面贴片32中的至少一个接收系统参考电压。而且，在一些实施例中，处理器26被配置为提供呼吸门控，以将来自导管22的测量出的场电压拟合到阻抗跟踪场的模型，从而确定导管22在患者24体内的位置。
导管22是具有一个或多个空间分布电极的可移动导管22。导管22可以用于执行各种医疗程序，在诸如心脏标测和/或包括消融(诸如射频(RF)消融和/或低温消融)的医疗治疗。由医务人员和/或医生基于由处理器26确定的导管22在患者24体内的位置来使用导管22。
在一些实施例中，导管22装配有被配置为执行各种功能的各种类型的电极。例如，导管22可以包括被配置为将电流注入导管22设置在其中的介质中的至少一对电流注入电极(current injection electrode，CIE)。导管22还可以包括被配置为测量由电流注入电极注入的电流产生的电势的多个电势测量电极(potential measuring electrode，PEM)。在一些实施例中，PME用于心脏标测。在一些实施例中，设置在患者24的心脏或心脏的心腔中的多个导管22的相对位置基于由导管22上的PME获得的测量出的场电压来确定。在一些实施例中，导管22的位置可以相对于器官(诸如患者24的心脏)的表面来确定。
进一步，关于系统20，处理器26被配置为提供和实际提供系统20的功能。处理器26是基于处理器的设备，其包括一个或多个计算机、微处理器和/或适用于多种应用的其他类型的基于处理器的设备。处理器26可以包括易失性和/或非易失性存储器元件44以及外围设备，以实现输入/输出功能。外围设备可以包括例如CD-ROM驱动器、软盘驱动器和/或用于将相关内容下载到处理器26的网络连接。这种外围设备也可以用于下载包含计算机指令的软件以实现处理器26的操作，以及用于下载软件实施的程序以执行系统20的操作。处理器26可以在能够执行系统20的功能的单个或多个基于处理器的平台上实施。附加地，由处理器26执行的过程中的一个或多个可以使用处理硬件来实施，诸如数字信号处理器(digitalsignal processor，DSP)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)、混合信号集成电路和专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)。
在实施例中，处理器26包括耦合到指示笔28、多个表面电极30、表面贴片32和导管22中的一个或多个，以从指示笔28、多个表面电极30、表面贴片32和导管22中的一个或多个接收信号并向其提供信号的电子模块46。电子模块46可以包括信号生成模块，用于通过表面电极30将电流注入感兴趣区域，诸如心脏腔室。电子模块46还可以包括信号采集模块，用于通过表面电极30和/或通过导管22的电极(例如PME)测量电势。电子模块46还可以包括信号采集模块，用于从指示笔28接收位置信息和/或从表面贴片32接收位置信息。在实施例中，电子模块46用于采样、感测、滤波和放大接收到的信号中的一个或多个。
电子模块46可以使用模拟或数字电子器件或两者的组合来实施。在一些实施例中，电子模块46通过使用专用印刷电路板上的集成组件来实施。在一些实施例中，信号调节任务中的至少一些由中央处理器(CPU)、FPGA和DSP中的一个或多个来实施。在一些实施例中，电子模块46使用利用由CPU、FPGA和DSP设备提供的信号处理能力增强的模拟硬件来实施。
如图1所示，系统20还包括输入/输出设备48，诸如鼠标和键盘、打印机50、以及可以包括接触屏的显示设备52。而且，系统20包括用于存储由处理器26采集的数据的存储设备54。输入/输出设备48、打印机50、显示设备52和存储设备54各自通信地耦合到处理器26，诸如通过有线连接或无线地连接。
处理器26可以访问用于获得输入数据的一个或多个输入设备，以及通信传送输出数据的一个或多个输出设备。在实施例中，输入/输出设备48包括以下中的一个或多个：随机存取存储器(random access memory，RAM)、独立磁盘冗余阵列(redundant array ofindependent disk，RAID)、软盘驱动器、光盘(compact disc，CD)驱动器、DVD驱动器、磁盘、内部硬盘驱动器、外部硬盘驱动器、记忆棒以及能够被处理器26访问的其他存储设备，其中此类前述示例不是穷尽的，并且是为了说明而不是限制。
本文描述的系统和方法不限于一种硬件/软件配置。该系统和方法可以以硬件或硬件和软件的组合来实施，和/或可以由商业上可获得的模块、应用和设备来实施。在本文描述的系统和方法至少部分基于计算机、微处理器和/或其他计算设备的使用的情况下，系统和方法可以以一个或多个计算机程序实施，其中计算机程序可以被理解为包括一个或多个处理器可执行指令。计算机程序可以在处理器26上执行，并且可以存储在可由处理器26读取的一个或多个存储介质上，诸如存储器元件44和存储设备54。
此外，计算机程序可以使用一种或多种高级过程或面向对象的编程语言来实施，以与计算机系统通信，和/或计算机程序可以以汇编或机器语言实施。语言可以被编译或解释。与处理器26集成的设备和/或计算机系统可以包括例如个人计算机、工作站(例如Sun、HP)、个人数字助理(PDA)、诸如蜂窝电话、膝上型电脑、手持设备的手持设备或能够与处理器集成的另一设备。因此，本文提供的设备不是穷举性的，并且是为了说明而不是限制而提供的。
而且，贯穿本公开，对“微处理器”和“处理器”或“该微处理器”和“该处理器”的引用可以理解为包括可以在独立和/或分布式环境中通信并且因此可以被配置为经由有线或无线通信与其他处理器通信的一个或多个微处理器和/或处理器。另外，除非另外指定，否则对存储器的引用可以包括可以在处理器设备内部、和/或处理器设备外部、并且可以使用各种通信协议经由有线或无线网络来访问、并且除非另外指定，否则可以被布置为包括外部和内部存储器设备的组合的一个或多个处理器可读和可访问的存储器元件和/或组件，其中这种存储器可以是连续的和/或基于应用来划分的。因此，对数据库的引用可以被理解为包括一个或多个存储器关联性，其中这种引用可以包括商业上可获得的数据库产品(例如，SQL、Informix、Oracle)和/或专有数据库，并且还可以包括用于将关联诸如链接、队列、图形、树的存储器的其他结构，其中提供这种结构是用于说明而非限制。
图2是示出根据本公开的实施例的能够用于跟踪系统20中的指示笔28的位置的指示笔28的一个示例的图。在实施例中，指示笔28被配置用于确定六自由度电磁跟踪系统中的六个自由度。而且，在实施例中，指示笔28是非无菌的和可重复使用的中的至少一种。
在本文描述的示例实施例中，指示笔28包括三个磁跟踪线圈60a-60c，用于确定指示笔28在由磁体34生成的磁跟踪场中的位置。在其他示例实施例中，指示笔28仅包括用于确定六个自由度的两个磁线圈。在一些示例实施例中，指示笔28仅包括用于确定六个自由度的两个磁线圈，其中这两个磁线圈彼此不正交或不平行。
在本示例中，三个磁线圈60a-60c被安置在指示笔28的远端62或朝向指示笔28的远端62。三个磁线圈60a-60c彼此正交定向，使得一个线圈安置在三个x-y-z轴方向中的每个上。三个磁跟踪线圈60a-60c中的每个在导电路径38中诸如通过单独的线电耦合到处理器26。指示笔28和连接导电路径38足够长以到达表面电极30中的每个，同时磁跟踪线圈60a-60c保持在由磁体34创建的磁跟踪场内部。在一些实施例中，三个磁线圈60a-60c不是彼此正交定向的。而且，在其他实施例中，指示笔28包括少于三个磁线圈60a-60c或多于三个磁线圈60a-60c，其中少于三个磁线圈和多于三个磁线圈可以彼此正交或不正交。
在操作中，处理器26激活磁体34以生成(一个或多个)磁跟踪场，并且三个磁跟踪线圈60a-60c中的每个将对应于(一个或多个)磁跟踪场的信号传输回处理器26。处理器26接收信号并确定指示笔28在磁跟踪场中的位置以及相对于系统20的位置，诸如相对于以下中的一个或多个的位置：患者24躺在其上的桌子和磁体34或系统20的另一部分。
在一些实施例中，指示笔28包括可以诸如通过接触电极被按压的远侧尖端64，并且指示笔28响应于远侧尖端64被按压而向处理器26传输信号。可以由处理器26使用该信号来指示当前由磁跟踪线圈60a-60c传输的信号将被用于确定指示笔28的位置。而且，在一些实施例中，指示笔28的远侧尖端64可以被按压，并且指示笔28响应于远侧尖端64被按压和来自磁跟踪线圈60a-60c的将用于确定指示笔28的位置的信号，向处理器26传输一个或多个单独的信号。在其他实施例中，指示笔28可以诸如通过使用电容或电感以其他方式配置为指示已经使指示笔28接触到诸如电极的物体。
图3A和图3B是示出根据本公开的实施例的附接到患者24的多个表面电极30和表面贴片32的图。
图3A是示出根据本公开的实施例的附接到患者24的多个表面电极30和对应于患者24的一部分的以虚线描绘的三维外壳形状66的图。在这个示例中，多个表面电极30是附接到患者24的多个ECG电极30。在实施例中，多个ECG电极30包括10个电极。在其他实施例中，多个ECG电极30包括多于10个电极，诸如12个或更多个电极。在一些实施例中，多个ECG电极30包括少于10个电极。
为了获得附接到患者24的多个ECG电极30的位置，多个ECG电极30中的至少一个被指示笔28接触，并且指示笔28将来自三个磁跟踪线圈60a-60c的信号提供给处理器26。由一个或多个医务人员(诸如医生、护士和/或标测专科医师)将指示笔28接触到多个ECG电极30中的至少一个。在实施例中，指示笔28还向多个ECG电极30中的一个提供指示指示笔28已被接触的单独的信号，并且处理器26使用这个信号来指示由磁跟踪线圈60a-60c传输的信号将被用于确定指示笔28的位置。在一些实施例中，多个ECG电极30中的其他电极的位置是根据如上确定的多个ECG电极30中的至少一个的位置来计算或确定的。
在实施例中，为了获得附接到患者24的多个ECG电极30中的每个的位置，多个ECG电极30中的每个被指示笔28接触，并且在多个ECG电极30中的每个被接触时，指示笔28将来自三个磁跟踪线圈60a-60c的信号提供给处理器26。在实施例中，在多个ECG电极30中的每个被接触时，指示笔28向多个ECG电极30中的一个提供指示指示笔28正在被接触的单独的信号。
处理器26接收来自指示笔28的信号，并确定指示笔28和所接触的ECG电极30的位置。处理器26然后存储指示笔28和所接触的ECG电极30的位置。
图3B是示出根据本公开的实施例的附接到患者24的表面贴片32的图。在这个示例中，表面贴片32是附接到患者24的背部的背部贴片32。背部贴片32被配置为用于以磁性方式跟踪背部贴片32在磁体34的磁跟踪场中的位置。在实施例中，背部贴片32被配置为用于在磁体34的磁跟踪场中以磁性方式跟踪5或6个自由度。在一些实施例中，背部贴片32包括用于确定五个自由度的一个磁跟踪线圈。在一些实施例中，背部贴片32包括用于确定六个自由度的两个磁跟踪线圈。在一些实施例中，背部贴片32包括用于确定六个自由度的三个磁跟踪线圈。在一些实施例中，背部贴片32包括用于确定六个自由度的两个磁线圈，其中这两个磁线圈彼此不正交或不平行。在一些实施例中，背部贴片32包括类似于上面针对指示笔28描述的三个磁跟踪线圈60a-60c的三个磁跟踪线圈。
使得背部贴片32能够用于跟踪背部贴片32相对于以下中的一个或多个的位置：患者24躺在其上的桌子和磁体34或系统20的另一部分。在一些实施例中，两个或三个磁线圈不是彼此正交定向的。而且，在其他实施例中，背部贴片32包括少于三个磁线圈或多于三个磁线圈。
为了获得背部贴片32的位置，处理器26激活磁体34，并且背部贴片32提供来自磁线圈的信号，以向处理器26提供位置信息。处理器26接收来自背部贴片32的信号，并确定背部贴片32的位置。处理器26然后存储背部贴片32的位置。
而且，在一些实施例中，背部贴片32的位置和/或取向方面的变化代表患者24的位置方面移位。使用背部贴片32检测患者24的位置方面的这些移位，并由处理器26将其用于补偿例如导管22的所跟踪位置或方位。其中，背部贴片32被用作阻抗跟踪空间参考。因此，如果患者24相对于磁跟踪参考系移动，则检测到该移动，并且应用数学校正，使得阻抗跟踪的和/或以磁性方式跟踪的导管22保持在相同的坐标系中。
在一些实施例中，如上关于多个ECG电极30所述，使用指示笔28来获得背部贴片32的位置。在实施例中，使指示笔28接触到背板32，并且在指示笔接触背板32时，处理器26从指示笔28接收位置信息。处理器26然后确定指示笔28和背部贴片32的位置，并存储指示笔28和背部贴片32的位置。
在多个ECG电极30和背部贴片32中的至少一个或全部的位置已知并被记录之后，处理器26确定三维外壳形状66和穿过三维外壳形状66的电场的数学模型。在当前示例中，三维外壳形状66对应于患者24体内的胸部区域，其包括患者24的心脏。
处理器26确定三维外壳形状66。在一些实施例中，处理器26确定三维外壳形状66为简单的卵形形状，该卵形形状具有很少缩放或没有缩放。在一些实施例中，处理器26使用优化算法来确定三维外壳形状66，以将卵形形状缩放到多个ECG电极30中的至少一个或全部和背部贴片32的位置内部的最佳拟合。
在一些实施例中，处理器26将三维外壳形状66拟合到多个ECG电极30和背部贴片32中的至少一个或全部的位置。在一些实施例中，处理器26使用优化算法来确定三维外壳形状66，以获得与多个ECG电极30中的至少一个或全部和背部贴片32的位置的最佳拟合。在一些实施例中，处理器26使用三维拟合算法来确定三维外壳形状66，以将三维外壳形状66拟合到多个ECG电极30中的至少一个或全部和背部贴片32的位置。
在一些实施例中，指示笔28用于沿着患者24的表面划线点，其中处理器26记录划线点的位置，并将三维外壳形状66拟合到划线点的位置以及多个ECG电极30中的至少一个或全部和背部贴片32的位置。在一些实施例中，处理器26使用用于获得最佳拟合的优化算法和三维拟合算法中的一个或多个，将三维外壳形状66拟合到划线点的位置以及多个ECG电极30中的至少一个或全部和背部贴片32的位置。
在一些实施例中，在患者24中或患者24上标识解剖标志，诸如通过EIT或使用指示笔28，并且处理器26将三维外壳形状66拟合到解剖标志以及多个ECG电极30中的至少一个或全部和背部贴片32的位置。在一些实施例中，指示笔28用于标识患者24体内的解剖标志，其中处理器26记录解剖标志的位置并将三维外壳形状66拟合到解剖标志的位置以及多个ECG电极30中的至少一个或全部和背部贴片32的位置。在一些实施例中，处理器26使用用于获得最佳拟合的优化算法和三维拟合算法中的一个或多个，将三维外壳形状66拟合到解剖标志以及多个ECG电极30中的至少一个或全部和背部贴片32的位置。
接下来，处理器26记录多个ECG电极30的位置作为电流注入点，并确定三维外壳形状66(其对应于患者24的胸部区域，包括患者24的心脏)中的阻抗跟踪场的模型。处理器26基于对患者24的感兴趣区域(在这个示例中为胸部)中的电磁组织性质的估计来确定阻抗跟踪场的模型。
电磁组织性质对身体内部的电压分布有影响。诸如电导率σ(r)和介电常数∈(r)的参数在组织类型之间是不同的，见表1。
表1：13027Hz下的电磁组织性质[4].
Figure BDA0003366694740000171
根据跟踪场模型精度需要，可以使用均匀组织性质的假设。可替选地，模型可以包含基于常见人体解剖数据的形状图谱的不同的组织区域。然后基于近似的胸部形状对该图谱进行缩放。在另外的限制中，可用表面电极30的专用驱动模式可以以类似于EIT的方法向优化例程提供输入数据，以调节组织类型分布。
而且，要包括在模型中的相关参数是电极-皮肤界面的阻抗。这个阻抗可以通过驱动来自一个ECG电极30的电流并将其吸收到相邻的ECG电极30来确定。分析所得到的电压降可以提供对皮肤-电极界面和下层组织阻抗的估计。
在实施例中，对患者24的电磁组织性质的估计基于跨患者24的胸部的恒定梯度，而不考虑不同的组织性质。在一些实施例中，对患者24的电磁组织性质的估计基于对患者24的胸部中的器官(诸如心脏和肺)的位置的估计，其中随着三维外壳形状66在外部缩放，器官在内部缩放。在一些实施例中，对患者24的电磁组织性质的估计基于患者24的EIT成像。
在实施例中，指示笔28的远侧尖端64包括与患者24的皮肤电接触的指示笔尖端电极。指示笔尖端电极被配置为电压感测和电流驱动电极。在实施例中，响应于指示笔尖端电极接触患者24的皮肤，指示笔28向处理器26传输一个或多个单独的信号。这些信号用于确定指示笔28的位置。
在实施例中，用户接触感兴趣解剖区域周围的患者24的多个皮肤表面点，并且系统记录指示笔尖端电极的位置以及指示笔尖端电极和各个电极(诸如ECG电极30和/或背部贴片32)之间的阻抗。指示笔尖端电极位置信息和阻抗信息补充了电极(诸如ECG电极30和背部贴片32)的位置和阻抗信息。当求解非均匀复介电常数的解剖分布时，诸如当使用EIT算法时，这导致了更好适定的数学问题。
在实施例中，为了便于指示笔尖端电极和患者24的皮肤之间的电接触，指示笔尖端电极配置有浸透导电凝胶的吸收材料。而且，在一些实施例中，附加表面电极在有利于通过例如EIT算法解决不均匀复介电常数的解剖分布的位置附接到患者24。附加的表面电极没有永久连接到系统。相反，利用这些附加电极进行的阻抗测量仅在它们被指示笔28接触时执行，使得当被接触时，系统基于指示笔28的以磁性方式跟踪的位置获取附加电极位置，并且同时获取电阻抗测量结果。
处理器26确定三维外壳形状66中的阻抗跟踪场的模型，其对应于患者24的胸部区域，如下所示：
泊松方程建立了局部电压(V(r))和电荷密度之间的关系。由于阻抗跟踪场频率足够低从而假设准静态模型行为，因此磁感应效应被忽略。在这些假设下，呈广义形式的泊松方程给出如下：
Figure BDA0003366694740000181
其中ρ表示复值电荷密度并且∈c是根据以下复介电常数：
Figure BDA0003366694740000182
由于我们预计介电常数和电流密度在整个胸腔内是不均匀的，因此Ec(r)是位置r的函数。
可替选地，如果模型精度要求不那么严格，更简单的近似是Ec(r)的均匀分布。在这种情况下，广义泊松方程简化为：
Figure BDA0003366694740000191
在前向解中，求解(1)和(3)的相对简单的方法是有限差分方法。顾名思义，其在离散化模型中通过有限差分近似了导数。
使用均匀组织性质，为了实施(3)，V(r)相对于x坐标的二阶导数的三点近似为：
Figure BDA0003366694740000192
其中n、m和k是离散化计算域的索引，以及h是网格间距。应用于等式(3)并假设所有三个方向上的相等的网格间距提供了：
Figure BDA0003366694740000193
求解V(n,m,k)得到
Figure BDA0003366694740000194
使用大量相邻点的近似也是可用的。
在广义泊松方程中，在变化的电磁组织性质的情况下，方程(6)的表示必须考虑局部∈c(r)分布。在这种场景下，该解评估了电压样本之间的以它们之间的平均复介电常数加权的有限差。根据类似于二维情况的数学推导，用于V(r)的广义泊松分布的三维有限差分解为(与图4相比)：
Figure BDA0003366694740000201
其中
Figure BDA0003366694740000202
Figure BDA0003366694740000203
Figure BDA0003366694740000204
Figure BDA0003366694740000205
Figure BDA0003366694740000206
Figure BDA0003366694740000207
Figure BDA0003366694740000208
注意，∈c和V的网格偏移网格间距的一半(图4)，即∈c(n,m,k)＝∈c(xn+h/2,zm+h/2,zk+h/2)。这个偏移简化了数学解，并允许计算沿∈c的边界的电场。
数值优化问题的边界条件是在ECG电极30和背部贴片32处测量的电压，以及体外电导率为零的事实。这些标量测量结果和值被称为Dirichlet边界条件(见图5)。
如果使用下腔静脉(IVC)导管，则可以对其测量结果应用进一步的边界条件。然而，IVC导管位置不是先验已知的。为了将其测量结果应用为边界条件，可以将导管位置固定到基于图谱的解剖模型中的某个点。这种方法是可以接受的，只要理解阻抗场近似提供了严格来说只关于其基于图谱的模型有效的跟踪信息。
在一些实施例中，处理器26被配置为基于从患者24体内的跟踪导管接收到的位置信息和测量出的场电压来细化阻抗跟踪场的模型。通过多个ECG电极30将电流注入到背部贴片32，在患者24中生成阻抗跟踪场。跟踪导管测量阻抗跟踪场的场电压，并将测量出的电压提供给处理器26。处理器26将阻抗跟踪场的模型拟合到测量出的电压，以细化模型。在一些实施例中，跟踪导管是导管22。在一些实施例中，跟踪导管被插入到IVC和上腔静脉(SVC)中的一个。在一些实施例中，跟踪导管包括磁跟踪系统，该磁跟踪系统向处理器26提供关于跟踪导管位置的位置信息以及测量出的场电压。
图6是示出根据本公开的实施例的患者24的心脏68中的导管22和附加在患者24上的三维外壳形状66的图。如图3A和图3B所示，ECG电极30和背部贴片32(为了清楚起见，在图6中未示出)附接到患者24。而且，参考贴片70附接到患者24，以提供参考电压，用于利用导管22上的电极72进行患者24体内的阻抗跟踪场的测量。
导管22是在导管22的远端或远端附近具有一个或多个空间分布的电极72的可移动导管。在一些实施例中，导管22用于执行治疗。在一些实施例中，导管22用于执行消融，诸如RF消融和/或低温消融。在一些实施例中，导管22用于执行诊断。在一些实施例中，导管22用于执行心脏标测。在一些实施例中，导管22被插入到患者24的冠状窦中。在一些实施例中，导管22用于基于导管22的位置和从导管22的电极72接收到的测量出的场电压来细化阻抗跟踪场的模型。
导管22可以装配有各种类型的电极72。在一些实施例中，导管22包括用于执行消融的一个或多个消融电极72。在一些实施例中，导管22包括被配置为将电流注入导管22设置于其中的介质中的至少一对CIE。在一些实施例中，导管22包括用于测量患者24体内的阻抗跟踪场的电压或电势的PME。在一些实施例中，导管22包括用于测量由CIE注入的电流产生的电压或电势的PME。在一些实施例中，PME用于心脏标测。
参考贴片70向处理器26提供参考电压，由处理器26使用该参考电压作为来自导管22的测量出的电压的参考。在其他实施例中，处理器26从另一源接收参考电压。在一些实施例中，处理器26从患者24体内的参考导管(诸如安置在IVC或SVC中的参考导管)接收系统参考电压。在一些实施例中，处理器26从多个表面电极30中的一个或多个接收系统参考电压。在一些实施例中，处理器26从表面贴片32接收系统参考电压。
在操作中，处理器26通过多个ECG电极30中的一个或多个将电流注入到背部贴片32。这在患者24中创建电场，该电场是用于跟踪导管22位置的阻抗跟踪场。在导管22插入患者24体内(诸如插入心脏68中)的情况下，导管22上的电极72测量阻抗跟踪场的场电压，并将测量出的电压或电势提供给处理器26。处理器26从参考贴片70接收以参考电压为参考的测量出的场电压，并根据需要对测量出的电压进行信号调节。
在一些实施例中，处理器26对测量出的电压信号执行预处理，其中预处理包括降噪和滤波中的一个或多个。
处理器26然后将来自导管22的测量出的场电压拟合到阻抗跟踪场的模型。在实施例中，处理器26将测量出的场电压与阻抗跟踪场的模型相匹配。在一些实施例中，处理器26使用优化算法来将测量出的场电压与阻抗跟踪场的模型相匹配，并且处理器26获得测量出的场电压与模型的最佳拟合。
在将来自导管22的测量出的场电压拟合到阻抗跟踪场的模型之后，处理器26确定导管22在患者24体内的位置，诸如在患者24的心脏68中的位置。基于由处理器26确定的导管22在患者24体内的位置，医务人员和/或医生使用导管26来执行程序，诸如诊断、标测或治疗程序，包括消融。
在实施例中，处理器26被配置为检测伪像并减少测量出的场电压中的伪像。在一些实施例中，处理器26被配置为对测量出的场电压提供降噪。在一些实施例中，处理器26被配置为提供呼吸门控以获得测量出的场电压。在呼吸门控中，在患者24吸入和呼出空气时，处理器26在呼吸循环的相同时段期间使用导管22测量阻抗跟踪场的场电压。在一些实施例中，当空气离开患者时，处理器26测量场电压，因为当空气离开患者24时，有更多的时间进行测量。
图7是根据本公开的实施例的跟踪患者24体内的导管(诸如导管22)的方法。该方法由系统20执行。在其他实施例中，该方法可以由或者由不同的系统执行。
该方法包括在100处由处理器26确定附接到患者24的多个表面电极30中的至少一个的位置。其中，在一些实施例中，多个表面电极30是多个ECG电极30。此外，在一些实施例中，该方法包括由处理器26确定附接到患者24的多个表面电极30中的每个的位置。在一些实施例中，处理器26基于多个表面电极30中的至少一个的一个或多个位置来确定多个表面电极30中的其他电极的位置。
进一步，在一些实施例中，该方法包括从诸如指示笔28的指示笔接收位置信息。使得指示笔能够用于跟踪指示笔的位置，并且当使指示笔接触到多个表面电极30的电极、表面贴片32和/或患者24上的另一点时，向处理器26提供位置信息。
该方法包括在102处由处理器26存储多个表面电极30中的至少一个的位置，并且该方法包括在104处由处理器26存储附接到患者24的表面贴片32的位置。这些位置可以存储在处理器26的内部存储器中或处理器26外部的存储器中。在一些实施例中，该方法包括由处理器26存储多个表面电极30中的每个的位置。在一些实施例中，该方法包括由处理器26存储多个ECG电极30中的每个的位置。而且，在一些实施例中，该方法包括存储背部贴片32的位置。
接下来，该方法包括在106处由处理器26确定对应于患者26的一部分的三维外壳形状66。在一些实施例中，确定三维外壳形状66包括基于卵形形状确定三维外壳形状66，这可以包括缩放卵形形状以拟合表面电极30和背部贴片32的位置。在一些实施例中，确定三维外壳形状66包括基于表面贴片32的位置和多个表面电极30中的一个或多个的位置来确定三维外壳形状66。在一些实施例中，确定三维外壳形状66包括基于患者24上其他点的位置来确定三维外壳形状66。在一些实施例中，确定三维外壳形状66包括基于患者24体内的解剖标志(诸如从图谱模型或从成像(诸如EIT成像等)获得的解剖标志)确定三维外壳形状66。
该方法包括在108处由处理器26确定三维外壳形状66的一部分中的阻抗跟踪场的模型。在一些实施例中，该方法包括基于对患者24的电磁组织性质的估计来确定模型。在一些实施例中，该方法包括基于对患者24的电磁组织性质的估计来确定模型，这些估计包括跨患者24的恒定梯度。在一些实施例中，该方法包括对基于患者24的电磁组织性质的估计来确定模型，这些估计包括对患者24中的器官的位置的估计。在一些实施例中，该方法包括基于对患者24的电磁组织性质的估计来确定模型，这些估计基于EIT成像等。在一些实施例中，该方法包括基于对患者24的电磁组织性质的估计来确定模型，这些估计包括来自跟踪导管的测量出的场电压和跟踪导管在患者24体内的以磁方式获得的位置。
在跟踪导管时，在110，该方法包括由处理器26通过多个表面电极30中的一个或多个将电流注入到表面贴片32，以在患者24体内创建电场。这个电场是阻抗跟踪场，其随后被插入到患者24体内的导管上的电极(诸如导管22上的电极72)检测和测量。
在112，该方法包括由处理器26将由导管测量的场电压拟合到阻抗跟踪场的模型，以跟踪导管在患者24体内的位置。在一些实施例中，处理器26将测量出的场电压与阻抗跟踪场的模型相匹配。在一些实施例中，处理器26使用优化算法来将测量出的场电压与阻抗跟踪场的模型相匹配，并且处理器26获得测量出的场电压与模型的最佳拟合。
在实施例中，在将来自导管的测量出的场电压拟合到阻抗跟踪场的模型之后，处理器26确定导管在患者24体内的位置，诸如在患者24的心脏68中的位置。基于导管在患者24体内的位置，医务人员和/或医生使用导管来执行程序，诸如诊断、标测和/或治疗程序，诸如包括消融的治疗程序。
在114，该方法包括由处理器26基于由处理器26确定的导管位置向患者提供治疗。
而且，在一些实施例中，该方法包括检测和减少测量出的电压中的伪影，诸如通过对测量出的场电压提供降噪和/或在获得测量出的场电压的同时提供呼吸门控。
本文描述的系统和方法减少或消除了首先在患者24体内的感兴趣区域中创建阻抗跟踪场的图的需要。这降低了执行程序的成本，使得可以执行不需要标测感兴趣区域需要的时间或金钱的不太复杂的过程。而且，本文描述的系统和方法不使用荧光透视，使得减少了暴露于过量x射线。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所讨论的示例性实施例进行各种修改和添加。例如，尽管上述实施例涉及特定特征，但是本公开的范围还包括具有特征的不同组合的实施例和不包括所有以上描述的特征的实施例。

Claims (15)

1.一种用于跟踪患者体内的导管的系统，包括：
多个表面电极，其附接到所述患者；
表面贴片，其附接到所述患者；以及
处理器，其耦合到所述多个表面电极和所述表面贴片，所述处理器被配置为：
确定所述多个表面电极中的至少一个表面电极的位置；
存储所述表面贴片的位置和所述多个表面电极中的至少一个表面电极的位置；
确定对应于所述患者的一部分的三维外壳形状；
确定所述三维外壳形状的至少一部分中的阻抗跟踪场的模型；
通过所述多个表面电极中的一个或多个表面电极注入电流以在所述患者体内创建电场；
将来自所述导管的测量出的电压拟合到所述阻抗跟踪场的模型，以确定所述导管在所述患者体内的位置；以及
基于所述导管的位置向所述患者提供治疗。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个表面电极是附接到所述患者的多个心电图电极。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中所述表面贴片是包括磁跟踪系统的表面背部贴片，所述磁跟踪系统提供关于附接到所述患者的背部的所述表面背部贴片的位置的位置信息。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，包括：
指示笔，其能够用于跟踪所述指示笔位置，其中所述处理器耦合到所述指示笔，并且被配置为通过从所述指示笔接收位置信息来确定所述多个表面电极中的至少一个表面电极的位置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中所述处理器被配置为基于以下中的一个或多个来确定所述三维外壳形状：卵形形状、所述表面贴片的位置和所述多个表面电极中的至少一个表面电极的位置、所述患者的表面上的多个点的位置以及所述患者体内的解剖标志。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述处理器被配置为基于对所述患者的电磁组织性质的估计来确定所述阻抗跟踪场的模型，所述对所述患者的电磁组织性质的估计基于以下中的至少一个：跨所述患者的恒定梯度、对所述患者体内的器官的位置的估计和所述患者的电阻抗断层成像。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中所述处理器被配置为基于来自跟踪导管的测量出的电压和以磁性方式获得的所述跟踪导管在所述患者体内的位置中的至少一个来细化所述阻抗跟踪场的模型。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中所述处理器被配置为提供呼吸门控，以将来自所述导管的测量出的电压拟合到所述阻抗跟踪场的模型，从而确定所述导管在所述患者体内的位置。
9.一种跟踪导管的方法，包括：
由处理器确定附接到患者的多个表面电极中的至少一个表面电极的位置；
由所述处理器存储所述多个表面电极中的至少一个表面电极的位置；
由所述处理器存储附接到所述患者的表面贴片的位置；
由所述处理器确定对应于所述患者的一部分的三维外壳形状；
由所述处理器确定所述三维外壳形状的至少一部分中的阻抗跟踪场的模型；
由所述处理器向所述多个表面电极中的一个或多个表面电极注入电流，以在所述患者体内创建电场；
由所述处理器将来自所述导管的测量出的电压拟合到所述阻抗跟踪场的模型，以跟踪所述导管在所述患者体内的位置；以及
由所述处理器基于所述导管的位置向所述患者提供治疗。
10.根据权利要求9所述的方法，其中存储所述表面贴片的位置包括从所述表面背部贴片中的跟踪系统获得位置信息，并且其中确定所述多个表面电极中的至少一个表面电极的位置包括由所述处理器确定附接到所述患者的多个心电图电极中的至少一个心电图电极的位置。
11.根据权利要求9和10中任一项所述的方法，包括在确定所述多个表面电极中的至少一个表面电极的位置时，从能够跟踪指示笔位置的指示笔接收位置信息。
12.根据权利要求11所述的方法，其中由所述处理器确定所述三维外壳形状包括基于以下中的一个或多个来确定所述三维外壳形状：所述表面贴片的位置和根据从所述指示笔接收到的位置信息确定的所述多个表面电极中的至少一个表面电极的位置、根据从所述指示笔接收到的位置信息确定的所述患者的表面上的多个点的位置、以及根据从所述指示笔接收到的位置信息确定的所述患者体内的解剖标志的位置。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中由所述处理器确定所述三维外壳形状包括基于以下中的一个或多个来确定所述三维外壳形状：卵形形状、所述表面贴片的位置和所述多个表面电极中的至少一个表面电极的位置、所述患者的表面上的多个点的位置以及所述患者体内的解剖标志。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中由所述处理器确定所述三维外壳形状的至少一部分中的所述阻抗跟踪场的模型包括基于对所述患者的电磁组织性质的估计来确定所述模型，所述对所述患者的电磁组织性质的估计包括以下中的一个或多个：跨所述患者的恒定梯度、对所述患者体内的器官的位置的估计、所述患者的电阻抗断层成像、来自跟踪导管的测量出的电压和以磁性方式获得的所述跟踪导管在所述患者体内的位置。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中由所述处理器将来自所述导管的测量出的电压拟合到所述阻抗跟踪场的模型包括呼吸门控。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114041877A (zh) * 2022-01-06 2022-02-15 南京惠积信息科技有限公司 基于阻抗信息的三维导管定位系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112190335B (zh) * 2020-10-22 2022-01-18 北京唯迈医疗设备有限公司 一种介入辅助手术机器人
CN115721291A (zh) * 2021-08-31 2023-03-03 上海微创电生理医疗科技股份有限公司 定位系统、方法、介入手术系统、电子设备和存储介质

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001087154A1 (en) * 2000-05-18 2001-11-22 Nuvasive, Inc. Tissue discrimination and applications in medical procedures
EP2029012A2 (en) * 2006-05-26 2009-03-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Improved calibration method for catheter tracking system using medical imaging data
US8849382B2 (en) * 2007-11-26 2014-09-30 C. R. Bard, Inc. Apparatus and display methods relating to intravascular placement of a catheter
US20100030061A1 (en) * 2008-07-31 2010-02-04 Canfield Monte R Navigation system for cardiac therapies using gating
US8456182B2 (en) 2008-09-30 2013-06-04 Biosense Webster, Inc. Current localization tracker
US8903510B2 (en) 2010-01-28 2014-12-02 Pacesetter, Inc. Electrode configurations for leads or catheters to enhance localization using a localization system
US9820677B2 (en) 2013-01-03 2017-11-21 St. Jude Medical, Atrial Fibrillation Division, Inc. Cointegration filter for a catheter navigation system
US9186212B2 (en) * 2013-03-15 2015-11-17 St. Jude Medical, Cardiology Division, Inc. Feedback systems and methods utilizing two or more sites along denervation catheter
US9629570B2 (en) * 2013-11-21 2017-04-25 Biosense Webster (Israel) Ltd. Tracking of catheter from insertion point to heart using impedance measurements
US11006853B2 (en) * 2015-09-04 2021-05-18 Biosense Webster (Israel) Ltd. Field-based location coordinate correction

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114041877A (zh) * 2022-01-06 2022-02-15 南京惠积信息科技有限公司 基于阻抗信息的三维导管定位系统
CN114041877B (zh) * 2022-01-06 2022-04-01 南京惠积信息科技有限公司 基于阻抗信息的三维导管定位系统

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