CN113907881A - 介入装置的定位设备、方法及计算机设备、可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种介入装置的定位设备、方法、介入手术系统及计算机设备、可读存储介质。本发明通过磁场发生单元产生穿过目标对象的磁场，通过激励控制单元在目标对象内施加多轴电场，多轴电场通过对目标对象上的至少三个电极贴片施加激励实现，通过数据采集单元在同一采样时刻采集介入装置中第一位点的磁场强度信息、在所有激励状态下第二位点间的电压信息、以及电极贴片处的磁场强度信息，通过处理器单元根据采集数据计算第一位点和第二位点的空间位置，实现对所述介入装置的定位，不需要学习或校准过程，只要开始数据采集即可立即实现持续的定位，实现了快速、实时、精确定位介入装置的目的。

Description

介入装置的定位设备、方法及计算机设备、可读存储介质

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，特别涉及一种介入装置的定位设备、方法、介入手术系统及计算机设备、可读存储介质。

背景技术

介入治疗是利用现代高科技手段进行的一种微创性治疗，在医学影像设备的引导下，将特制的导管、导丝等精密介入装置引入人体，对体内病情进行诊断和局部治疗。介入手术由于具有微创伤、安全和恢复快的特点，逐渐成为未来医学的发展趋势。例如在心律失常的消融治疗中，使用介入装置例如导管沿血管通路到达心脏后，可以在特定位置进行心电标测以及释放治疗能量。在这一过程中，一个重要的需求是，医生需要能够实时的定位和跟踪介入导管在体内的准确位置。

传统介入手术一般使用医学影像设备来跟踪介入装置在体内的运动轨迹，具有定位分辨率低和X射线暴露等缺点。上世纪九十年代以来，各种绿色的定位和导航工具逐渐被开发，定位精度也逐步提高；但相应的定位需求也在逐步提升，如在心律失常消融手术中，介入导管数目的增多和高密度标测的需求，都对定位系统的准确度和分辨率提出了越来越高的要求。

当前的定位系统一般有三种实现思路。第一种是电磁定位系统，在电磁场中使用微小的传感器线圈实现精准实时的空间三维定位，并且不会受到各种外界因素如病人心跳、呼吸等的影响；但缺点是需要在每个待定位设备上都装配有特制的传感器，成本较为昂贵。第二种是电压/电阻定位系统，即在体内产生特定的电场，利用介入装置上植入的普通电极测量电压/电流/电阻来实现实时定位；但缺点是由于体内各物质分布的不均匀性，电场分布存在非线性畸变，导致定位精度较差，且会受到心跳和呼吸的干扰。第三种思路是结合利用前两种系统的优势，同时在介入装置上装配有(少量的)磁场传感器和普通电极，先利用磁场传感器提供的准确位置对体内电场的分布模式进行一段时间的学习或校准，然后再对独立的电极完成定位；但此时仍旧难以完全避开前两种系统的缺陷，体内的各种组织如骨骼、血液、肌肉、脂肪等对电场的影响是不一致的，这种不均匀性直接导致基于电场的定位误差较大，随着手术时间的推移，病人的各种组织体征也在不断改变着，这就导致了学习或校准的稳定性较差，且学习过程也会带来时间成本的增加等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种介入装置的定位设备、方法、介入手术系统及计算机设备、可读存储介质，以快速、实时、精准的定位体内的介入装置。具体的技术方案如下：

为了实现上述目的，本发明提供一种介入装置的定位设备，用于对目标对象中目标区域内的一介入装置进行定位，所述介入装置具有多个位点，多个所述位点包括第一位点和至少两个第二位点；

所述定位设备包括：磁场发生单元、激励控制单元、数据采集单元和处理器单元；

所述磁场发生单元，用于产生穿过所述目标对象的磁场；

所述激励控制单元，用于通过对所述目标对象表面设置的至少三个电极贴片施加激励，从而实现在所述目标对象内施加N轴电场，N≥3；

所述数据采集单元，用于在每一采样时刻同步采集所述第一位点的磁场强度信息、在所有激励状态下所述第二位点间的电压信息、以及所述电极贴片处的磁场强度信息；

所述处理器单元，用于根据所述第一位点的磁场强度信息计算所述第一位点的空间位置信息和方向信息，并根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、在不同激励状态下所述第二位点间的电压信息以及所述电极贴片处的空间位置信息，结合所述第一位点与所述第二位点之间或两个所述第二位点之间的空间距离信息，计算所述第二位点的空间位置信息，实现对所述介入装置的定位，其中，所述电极贴片的空间位置根据所述电极贴片处的磁场强度信息计算。

可选的，在所述定位设备中，所述第二位点包括I型第二位点和II型第二位点；

所述处理器单元通过以下步骤计算所述第二位点的空间位置信息：

步骤S1，根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、以及所述第一位点与所述I型第二位点的空间距离信息，计算所述I型第二位点的空间位置信息，并将所述I型第二位点作为当前已知位点，以及将所述II型第二位点作为当前待求位点；

步骤S2，根据所述电极贴片的空间位置信息和所述当前已知位点的空间位置信息，使用空间点电荷模型计算不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向；

步骤S3，根据不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向以及不同激励状态下所述当前已知位点与所述当前待求位点间的电压信息，计算所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量；

步骤S4，将所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量归一化为单位方向矢量，并结合所述当前已知位点的空间位置信息以及所述当前已知位点与所述当前待求位点的空间距离信息，计算所述当前待求位点的空间位置信息。

可选的，在所述定位设备中，所述不同激励状态包括从所述所有激励状态中筛选出的M个有效激励状态，3≤M≤N；或

所述不同激励状态包括所述所有激励状态。

可选的，在所述定位设备中，还包括：

步骤S5，判断所述II型第二位点中是否还包括其他的待求位点，如果是，则将所述当前待求位点作为更新的当前已知位点、将所述其他的待求位点作为更新的当前待求位点，重复执行步骤S2-S4，直至计算出所述更新的当前待求位点的空间位置信息。

可选的，在所述定位设备中，所述处理器单元根据所述电极贴片的空间位置信息和所述当前已知位点的空间位置信息，使用空间点电荷模型计算不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向的步骤，包括：

针对每一激励状态，所述当前已知位点处响应于该激励的电势值

满足：

其中(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)分别为所述目标对象上施加该激励的两个电极贴片的空间位置坐标，(x₀，y₀，z₀)为所述当前已知位点的空间位置坐标，k为一常数；

对所述当前已知位点处响应于该激励的电势值

进行梯度计算，得到该激励状态下所述当前已知位点处的场强方向。

可选的，在所述定位设备中，所述处理器单元，用于根据以下公式计算所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量：

其中，D_a表示所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量，E_a表示不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向，U_a表示不同激励状态下所述当前已知位点与所述当前待求位点间的电压信息，

表示对括号内矩阵的求逆操作，

表示对矩阵E_a的转置操作。

可选的，在所述定位设备中，所述第一位点、所述I型第二位点和所述II型第二位点依次相邻。

可选的，在所述定位设备中，所述激励控制单元针对所述至少三个电极贴片施加激励并在所有激励状态间进行不断循环的高速切换，所述数据采集单元采集在所有激励状态下所述第二位点间的电压信息；或，

所述激励控制单元针对所述至少三个电极贴片同时施加激励，但所施加激励的频率互不相同，所述数据采集单元采集所述第二位点间的电压信息并进行滤波处理以获取所有激励状态下所述第二位点间的电压信息；或，

所述激励控制单元针对所述至少三个电极贴片同时施加激励，但所施加激励的频率互不相同，所述数据采集单元采集所述第二位点间的电压信息，所述处理器单元对所述数据采集单元采集的所述第二位点间的电压信息进行滤波处理以获取所有激励状态下所述第二位点间的电压信息。

可选的，在所述定位设备中，所述激励为恒流激励或恒压激励。

可选的，在所述定位设备中，还包括通信控制单元，用于连接所述处理器单元和所述磁场发生单元、所述激励控制单元、所述数据采集单元，以控制所述处理器单元与所述磁场发生单元、所述激励控制单元、所述数据采集单元之间的通信和数据传输。

可选的，在所述定位设备中，还包括显示单元，与所述处理器单元通讯连接，用于显示所述介入装置在所述目标对象中的位置、方向、形状和/或运动轨迹，其中，所述介入装置在所述目标对象中的位置、方向、形状和/或所述运动轨迹是所述处理器单元根据对所述第一位点和所述第二位点的定位结果确定的。

可选的，在所述定位设备中，所述第一位点设置第一磁场传感器，所述数据采集单元通过所述第一磁场传感器采集所述第一位点的磁场强度信息；

所述第二位点设置电压传感器，所述数据采集单元通过所述电压传感器采集所述第二位点间的电压信息；

所述电极贴片处设置第二磁场传感器，所述数据采集单元通过所述第二磁场传感器采集所述电极贴片处的磁场强度信息；

所述介入装置包括介入导管。

基于同一发明构思，本发明还提供一种介入手术系统，包括如上文所述的介入装置的定位设备和所述介入装置。

可选的，在所述介入手术系统中，所述介入装置为多肢导管或环状导管。

基于同一发明构思，本发明还提供一种介入装置的定位方法，用于对目标对象中目标区域内的一介入装置进行定位，所述介入装置具有多个位点，多个所述位点包括第一位点和至少两个第二位点，所述目标对象表面设置有至少三个电极贴片；

所述方法包括：

接收在每一采样时刻下同步采集的所述第一位点的磁场强度信息、在所有激励状态下所述第二位点间的电压信息、以及所述电极贴片处的磁场强度信息；

根据所述第一位点的磁场强度信息计算所述第一位点的空间位置信息和方向信息，并根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、在不同激励状态下所述第二位点间的电压信息以及所述电极贴片处的空间位置信息，结合所述第一位点与所述第二位点之间或两个所述第二位点之间的空间距离信息，计算所述第二位点的空间位置信息，实现对所述介入装置的定位，其中，所述电极贴片的空间位置根据所述电极贴片处的磁场强度信息计算。

可选的，在所述定位方法中，所述第二位点包括I型第二位点和II型第二位点；

通过以下步骤计算所述第二位点的空间位置信息：

步骤S1，根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、以及所述第一位点与所述I型第二位点的空间距离信息，计算所述I型第二位点的空间位置信息，并将所述I型第二位点作为当前已知位点，以及将所述II型第二位点作为当前待求位点；

步骤S2，根据所述电极贴片的空间位置信息和所述当前已知位点的空间位置信息，使用空间点电荷模型计算不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向；

步骤S3，根据不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向以及不同激励状态下所述当前已知位点与所述当前待求位点间的电压信息，计算所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量；

步骤S4，将所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量归一化为单位方向矢量，并结合所述当前已知位点的空间位置信息以及所述当前已知位点与所述当前待求位点的空间距离信息，计算所述当前待求位点的空间位置信息。

可选的，在所述定位方法中，所述不同激励状态包括从所述所有激励状态中筛选出的M个有效激励状态，3≤M≤N；或

所述不同激励状态包括所述所有激励状态。

可选的，在所述定位方法中，还包括：

步骤S5，判断所述II型第二位点中是否还包括其他的待求位点，如果是，则将所述当前待求位点作为更新的当前已知位点、将所述其他的待求位点作为更新的当前待求位点，重复执行步骤S2-S4，直至计算出所述更新的当前待求位点的空间位置信息。

可选的，在所述定位方法中，所述根据所述电极贴片的空间位置信息和所述当前已知位点的空间位置信息，使用空间点电荷模型计算不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向，包括：

针对每一激励状态，所述当前已知位点处响应于该激励的电势值

满足：

其中，(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)分别为所述目标对象上施加该激励的两个电极贴片的空间位置坐标，(x₀，y₀，z₀)为所述当前已知位点的空间位置坐标，k为一常数；

对所述当前已知位点处响应于该激励的电势值

进行梯度计算，得到该激励状态下所述当前已知位点处的场强方向。

可选的，在所述定位方法中，根据以下公式计算所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量：

其中，D_a表示所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量，E_a表示不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向，U_a表示不同激励状态下所述当前已知位点与所述当前待求位点间的电压信息，

表示对括号内矩阵的求逆操作，

表示对矩阵E_a的转置操作。

可选的，在所述定位方法中，所述第一位点、所述I型第二位点和所述II型第二位点依次相邻。

可选的，在所述定位方法中，还包括：

根据对所述第一位点和所述第二位点的定位结果确定所述介入装置在所述目标对象中的位置、形状、方向和/或所述运动轨迹，并驱动一显示单元显示所述介入装置在所述目标对象中的位置、方向、形状和/或运动轨迹。

可选的，在所述定位方法中，所述第一位点设置第一磁场传感器，数据采集单元通过所述第一磁场传感器采集所述第一位点的磁场强度信息；

所述第二位点设置电压传感器，数据采集单元通过所述电压传感器采集所述第二位点间的电压信息；

所述电极贴片处设置第二磁场传感器，数据采集单元通过所述第二磁场传感器采集所述电极贴片处的磁场强度信息；

所述介入装置包括介入导管。

基于同一发明构思，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上文所述的介入装置的定位方法的步骤。

基于同一发明构思，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时如上文所述的介入装置的定位方法的步骤。

与现有技术相比，本发明提供的介入装置的定位设备、方法、介入手术系统及计算机设备、可读存储介质具有如下有益效果：

本发明在同一采样时刻采集所述介入装置中第一位点的磁场强度信息、在所有激励状态下第二位点间的电压信息、以及所述电极贴片处的磁场强度信息，并根据上述采集数据实时计算所述第一位点和所述第二位点的空间位置，实现对所述介入装置的定位，不需要学习或校准过程，只要开始数据采集即可立即实现持续的定位，实现了快速、实时定位介入装置的目的；使用同一采样时刻采集的数据进行计算，还能够排除手术过程中的稳定性问题，保证定位结果的准确性；进一步的，根据所述第一位点的空间位置和方向、在不同激励状态下所述第二位点间的电压信息以及所述电极贴片处的磁场强度信息，结合位点之间的空间距离信息，计算所述第二位点的空间位置，结合了电磁定位精准性和电压测量的便捷性，保证了第二位点定位结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种介入装置的定位设备的工作模块示意图；

图2是图1所示的介入装置的定位设备的使用流程图；

图3是定位算法实现的流程图；

图4A是一种环状导管的结构示意图；

图4B是图4A所示导管中各传感器(位点)的设置图；

图4C是某一时刻对图4A所示导管的定位结果示意图；

图5A是一种多肢导管的结构示意图；

图5B是图5A所示导管中各传感器(位点)的设置图；

图5C是某一时刻对图5A所示导管的定位结果示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的介入装置的定位设备、方法、介入手术系统及计算机设备、可读存储介质作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

本发明的核心思想在于提供一种介入装置的定位设备、方法、介入手术系统及计算机设备、可读存储介质，以快速、实时、精准的定位目标对象内的介入装置。所述介入装置具有多个位点，多个所述位点包括第一位点和至少两个第二位点。

本发明提供的定位设备包括：磁场发生单元、激励控制单元、数据采集单元和处理器单元。

具体的，所述磁场发生单元，用于产生穿过所述目标对象的磁场；

所述激励控制单元，用于通过对所述目标对象表面上设置的至少三个电极贴片施加激励，从而实现在所述目标对象内施加N轴电场，N≥3；

所述数据采集单元，用于在每一采样时刻同步采集所述第一位点处的磁场强度信息、在所有激励状态下所述第二位点间的电压信息、以及所述电极贴片处的磁场强度信息；

所述处理器单元，用于根据所述第一位点的磁场强度信息计算所述第一位点的空间位置信息和方向信息，并根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、在不同激励状态下所述第二位点间的电压信息以及所述电极贴片处的空间位置信息，结合所述第一位点与所述第二位点之间或两个所述第二位点之间的空间距离信息，计算所述第二位点的空间位置信息，实现对所述介入装置的定位，其中，所述电极贴片的空间位置根据所述电极贴片处的磁场强度信息计算。

本发明在所述介入装置中设置多个位点，通过对这多个位点进行定位以实现对所述介入装置的定位，确定所述介入装置在所述目标对象的目标区域内的位置、方向以及形状信息。本发明的定位设备结合电磁定位和电压定位来实现所述介入装置的定位，因此，所述介入装置的多个位点分为第一位点和第二位点，具体的，所述第一位点设置第一磁场传感器，所述第二位点设置电压传感器，如此，所述数据采集单元可以通过所述第一磁场传感器采集所述第一位点处的磁场强度信息，通过所述电压传感器采集所述第二位点间的电压信息。另外，所述目标对象上的电极贴片处设置第二磁场传感器，如此，所述数据采集单元可以通过所述第二磁场传感器采集所述电极贴片处的磁场强度信息。

本发明采集同一时刻下第一位点处的磁场强度信息、在所有激励状态下第二位点间的电压信息、以及所述电极贴片处的磁场强度信息，首先根据所述第一位点的磁场强度信息计算所述第一位点的空间位置信息和方向信息，然后根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、在不同激励状态下所述第二位点间的电压信息以及所述电极贴片处的空间位置信息，结合相应的位点之间的空间距离信息，计算出所有所述第二位点的空间位置信息，从而得到所述介入装置中各个位点的空间位置信息，以实现对所述介入装置的定位。具体的，所述第二位点可根据定位方式的不同分为两种类型，即I型第二位点和II型第二位点，其中，所述I型第二位点的空间位置信息可以根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、以及所述第一位点与所述I型第二位点的空间距离信息计算得到，所述II型第二位点的空间位置可基于所述I型第二位点的空间位置信息通过如下步骤计算：

步骤S1，根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、以及所述第一位点与所述I型第二位点的空间距离信息，计算所述I型第二位点的空间位置信息，并将所述I型第二位点作为当前已知位点，以及将所述II型第二位点作为当前待求位点；

步骤S2，根据所述电极贴片的空间位置信息和所述当前已知位点的空间位置信息，使用空间点电荷模型计算不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向；

步骤S3，根据不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向以及不同激励状态下所述当前已知位点与所述当前待求位点间的电压信息，计算所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量；

步骤S4，将所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量归一化为单位方向矢量，并结合所述当前已知位点的空间位置信息以及所述当前已知位点与所述当前待求位点的空间距离信息，计算所述当前待求位点的空间位置信息。

此外，还可以执行步骤S5，判断所述II型第二位点中是否还包括其他的待求位点，如果是，则将所述当前待求位点作为更新的当前已知位点、将其他的待求位点作为更新的当前待求位点，重复执行步骤S2-S4，直至计算出所述更新的当前待求位点的空间位置信息。

需要说明的是，上述的I型第二位点和II型第二位点只是根据定位计算方式的不同对各个第二位点进行区分，在其他方面所述I型第二位点和所述II型第二位点可以完全相同也可以不同，即I型第二位点和II型第二位点处可以设置完全相同的电压传感器或不同规格的电压传感器，例如可以为相同规格的环电极也可以是不同规格的环电极和头电极。

本发明提供的介入装置的定位设备，在同一采样时刻采集所述介入装置中第一位点处的磁场强度信息、在所有激励状态下第二位点间的电压信息、以及所述电极贴片处的磁场强度信息，并根据上述采集数据实时计算所述第一位点和所述第二位点的空间位置信息，实现对所述介入装置的定位，不需要学习或校准过程，只要开始数据采集即可立即实现持续的定位，实现了快速、实时定位介入装置的目的；使用同一采样时刻采集的数据进行计算，还能够排除手术过程中的稳定性问题，保证定位结果的准确性；进一步的，根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、在不同激励状态下所述第二位点间的电压信息以及所述电极贴片处的磁场强度信息，结合位点之间的空间距离信息，计算所述第二位点的空间位置，结合了电磁定位精准性和电压测量的便捷性，保证了第二位点定位结果的准确性。

以下结合图1-5C对本发明提供的介入装置的定位设备进行详细介绍。

请参考图1，图1示意性的示出了本发明一实施例提供的一种介入装置的定位设备的工作模块示意图。

其中，目标对象100是上述定位设备的应用对象，可以是人、动物或其它合适的导体对象。目标区域101代表在目标对象100内部介入装置105所处的区域，例如为心腔。

介入装置105一般会通过血管通路到达目标区域101，如心腔中。介入装置105可以是各种医疗导管，例如电生理导管、消融或标测用的多肢导管或环状导管，也可以是其他体内植入装置。当105是电生理导管时，一般用于诊断或治疗，例如心电标测或递送消融能量等。

介入装置105末端需要装配有磁场传感器(为便于区分，将介入装置105上的磁场传感器称为第一磁场传感器103P)和电压传感器(即电极104)。第一磁场传感器103P和电压传感器感应到的信号通过介入装置105内部的导线传送到数据采集单元30。第一磁场传感器103P和电压传感器都可以有一至多个。以电生理导管为例，介入装置105末端可以是固定的，也可以是可调弯的；介入装置105遗留在体外的部分有操作手柄106，医生可以通过操作手柄106来控制介入装置105末端的形状或方位。另外，介入装置105上各传感器间的距离信息(即空间距离)，应该是固定(或变化非常微小)且已知的；所述空间距离即三维空间欧几里得距离(Euclidean Distance)。该距离数值一般不能太大，一方面是考虑到传感器间的材料可能会存在形变，控制空间距离可以将间距值的误差控制在一定范围内；另一方面是在体表施加某种激励时，尽管体内整体的电场分布是不均匀的，但是在局部一片很小的范围内，可以近似认为是呈线性分布的，即可以视作匀强电场。理论上，只要电极104间的距离固定，就可以由一个电极104的空间位置信息推导出另一个电极104的空间位置信息，优选的，推荐采用相邻电极进行空间位置推导，因为相邻电极间的空间距离近，在定位过程中间距容易保持固定，并且相邻电极间的电场线性度高，定位误差小。一般而言，相邻传感器之间的空间距离可控制在20mm内，优选在10mm内。需要说明的是，本发明所述的介入装置105上的第一位点即为所述第一磁场传感器103P所在的位置，第二位点即为所述电极104所在的位置，因此计算所述第一位点和所述第二位点的空间位置即为计算所述第一磁场传感器103P和所述电极104的空间位置。

第一磁场传感器103P一般包括数个线圈，可用于感应其所在位置处的磁场强度，所述磁场由磁场发生单元10所激发。处理器单元40可以基于第一磁场传感器103P感应到的磁场强度信息计算出第一磁场传感器103P的空间位置信息和方向信息，具体的计算方法属于磁定位技术的范畴，可参考现有技术，在此不做赘述。所述空间位置，一般是指三维笛卡尔坐标系统中x、y和z三个坐标值。所述方向信息，是指磁场传感器的方向矢量，更一般的，是其单位方向矢量。

电极104(即电压传感器)为生物相容性较好的金属，如铂铱合金和黄金等。在本发明所述应用中，电压传感器的实测信号为距离已知的两个电极104间的电压，优选为距离已知的两个相邻电极104间的电压。另外，除了用于测量电压，电极104还可能用于测量电生理信号或释放消融能量等。

磁场发生单元10用于产生电磁场，一般会被固定在目标对象100附近。这样其产生的电磁场107就可以穿过目标区域101。电磁场可以被第一磁场传感器103P所感知，以定位第一磁场传感器103P在体内的空间位置和方向。

贴靠于目标对象表面的电极贴片102一般为片状(为了区分于上述的介入装置105上的电极104，以下称为“电极贴片102”)，个数一般不低于3个。激励控制单元20可以通过任意两个电极贴片102向人体施加特定的电场，也即施加激励，优选施加恒流或恒压激励；优选的，施加的电流流经所述目标区域101。激励控制单元20会选择电极贴片102中的多对电极贴片施加激励，数据采集单元30会采集同一采样时刻的所有激励状态下，介入装置105上两两相邻电极104之间的电压，用于电极104的定位计算。另外，每个电极贴片102上也都装配有磁场传感器(为便于区分，将电极贴片102上的磁场传感器称为第二磁场传感器103Q)，用于提供空间位置信息，即处理器单元可以基于每个电极贴片102上的第二磁场传感器103Q感应到的磁场强度信息计算出该第二磁场传感器103Q的空间位置信息，将该第二磁场传感器103Q的空间位置信息作为该电极贴片102的空间位置信息。所述同一采样时刻，是指磁场传感器(包括第一磁场传感器103P和第二磁场传感器103Q)采集磁场强度数据的时刻。即数据采集单元30需要在同一采样时刻采集磁场强度数据以及电压信息。所述的激励状态，是指激励控制单元20通过其中某两个电极贴片102向人体施加电流下的状态，也可称为激励轴，当激励轴的个数为N时，可以认为激励控制单元20通过对N对电极贴片施加了激励，从而实现在所述目标对象内施加N轴电场。电极贴片102在体表的贴靠位置在整个应用过程中一般是固定的。

为了能在同一采样时刻获取所有激励状态下第二位点间的电压信息，可采用以下方法：所述激励控制单元20针对所述至少三个电极贴片102施加激励并在所有激励状态间进行不断循环的高速切换，所述数据采集单元30采集在所有激励状态下所述第二位点间的电压信息；或，

所述激励控制单元20针对所述至少三个电极贴片102同时施加激励，但所施加激励的频率互不相同，所述数据采集单元30采集所述第二位点间的电压信息并进行滤波处理以获取所有激励状态下所述第二位点间的电压信息；或，

所述激励控制单元20针对所述至少三个电极贴片102同时施加激励，但所施加激励的频率互不相同，所述数据采集单元30采集所述第二位点间的电压信息，所述处理器单元40对所述数据采集单元30采集的所述第二位点间的电压信息进行滤波处理以获取所有激励状态下所述第二位点间的电压信息。

在图1展示的实施例中，有6个电极贴片102，分别位于后颈(H)、腹股沟(F)、胸部(C)、背部(B)、左腋下(L)和右腋下(R)，其中后颈(H)和背部(B)处的电极贴片102以虚线框示出。激励控制单元20可以选取每两个电极贴片分别施加激励，如此共有15种激励状态，亦可称之为15个激励轴：RL、HF、CB、CR、CL、CH、CF、RB、LB、HB、FB、RF、LF、HR和HL。需要说明的是，本发明并不限定所述激励控制单元20必须对每两个电极贴片102均施加激励，只要对N对电极贴片102施加激励，能够使得在所述目标对象的目标区域内产生N(N≥3)轴电场即可。在实际应用时，可能存在某一个或多个激励轴所施加的激励流经所述目标区域内的电流较小，导致在所述目标区域内的所述电极104测量不到这一种或多种激励状态下的电压值或者测量到的一种或多种激励状态下的电压值明显偏低，针对这种情况，所述激励控制单元20可以抛弃这一种或多种激励状态(无效激励状态)，在后续计算过程中不再使用。本发明的保护范围应该涵盖这种情况，当一种或多种激励状态被抛弃时，参与计算的不同激励状态包括从所述所有激励状态中筛选出的M个有效激励状态，M≥3，N及M皆为自然数，当经过筛选，所有激励状态皆为有效时，N也可以与M相等。当然，如果不对激励状态进行筛选，那么参与计算的不同激励状态也可以包括所述所有激励状态。

为了能在同一采样时刻获取所有激励状态下电极104间的电压信息，可采用分时或分频这两种实现方法。分时方法：即在15种激励间进行不断循环的高速切换，采集在所有激励状态下电极104间的电压值。当切换频率足够高时，可以认为在同一时刻采集到了在所有激励状态下电极104间的电压值。切换频率可以为200kHz或300kHz。分频方法：即对15种激励轴分别施加不同频率的信号，然后由数据采集单元30或处理器单元40对电极104处采集到的信号进行滤波处理以获取所有激励状态下的电压值。例如，可以分别施加10kHz、10.5kHz、11kHz、11.5kHz…等的恒流/恒压信号。优选使用分频的方法。

数据采集单元30用于对所述定位设备中的所有传感器，包括磁场传感器和电压传感器，传输过来的数据进行处理。一般会执行放大、滤波和模数转换等处理。仅就本发明中需要实现的定位功能来讲，数据采集单元30在每个采样时刻需要采集的数据有：

1、各磁场传感器(包括第一磁场传感器103P和第二磁场传感器103Q)处的磁场强度数据；

2、介入装置上在所有激励状态下电极104间的电压数据。

所述定位设备中还包括一通信控制单元50，用于连接处理器单元40和激励控制单元20、数据采集单元30、磁场发生单元10，以控制处理器单元40与磁场发生单元10、激励控制单元20、数据采集单元30之间的通信和数据传输。通信控制单元50是信号和数据传输的“中转站”，传输方式可以选择串口、串行外设接口(Serial Peripheral Interface,SPI)、I²C、网口和USB等有线方式，也可以选择wifi和蓝牙等无线方法。此外，除了用于连接所述定位设备中的各单元模块，通信控制单元50还可能用于连接其他设备，如射频消融仪、CT设备、MRI设备、心电图机等手术中的常用设备。

处理器单元40，一般为通用计算机，是系统控制和数据处理的核心。它可以通过通信控制单元40控制系统的运行，具体来讲有以下功能：

1、控制磁场发生单元10的启停和激励控制单元20的工作模式；

2、控制数据采集单元30同步的采集各磁场传感器的磁场强度信息以及各电压传感器的电压值；

3、基于各传感器处采集到的数据以及相邻电极104间的空间距离信息进行电极104的定位计算，具体会在后续内容进行介绍。

处理器单元40一般使用软件编程形式来执行上述功能，软件可以下载到电脑中，也可以通过网络使用。

此外，优选的，所述定位设备中还包括一显示单元108，一般为显示器，可以是CRT或LCD等。显示单元108与所述处理器单元40通讯连接，用于显示所述介入装置105在所述目标对象100中的位置、方向、形状和/或运动轨迹，其中，所述介入装置105在所述目标对象100中的位置、方向、形状和/或所述运动轨迹是所述处理器单元40根据对所述第一位点和所述第二位点的定位结果确定的。可以理解的是，在手术时可预先构建所述目标对象100的三维空间模型，如此当定位出第一位点和第二位点的空间位置后，根据各个位点的空间位置可模拟出所述介入装置105，进而确定所述介入装置105在所述目标对象100中的位置、方向、形状，进一步的，由于在每个采样时刻均确定了所述介入装置105在所述目标对象100中的位置、方向、形状，因此可进一步确定所述介入装置105在所述目标对象100中的运动轨迹。图1中显示单元108中显示了三维体腔形状109，以及基于处理器单元40的定位结果绘制出的所述介入装置105在体腔中的末端模型110。

图2示意性的示出了本发明所述的介入装置的定位设备的一种使用流程图。

手术起始时，向人体施加磁场和多轴电场。一般通过磁场发生单元10来施加磁场，通过在目标对象100表面贴靠多个电极贴片102后通过对两两贴片施加不同的电流激励来产生多轴电场，可以选择恒流激励，也可以选择恒压激励。

测量各个磁场传感器处的磁场强度用于提供各磁场传感器的位置和方向信息。所述磁场传感器包括介入装置105上的第一磁场传感器103P和电极贴片102处的第二磁场传感器103Q。测量介入装置105上两两相邻电极104间的电压，所述相邻电极104间的空间距离是固定且已知的，所述电压为响应于前述的所有激励状态下的电势差。

然后根据测量所得数据通过本发明描述的定位算法即可计算得到每个电极104的位置信息。下面再对上述的定位算法进行介绍。

向人体施加磁场和多轴电场，磁场由磁场发生单元10产生，电场通过激励控制单元20向体表的电极贴片102施加恒流激励/恒压激励产生；

已知体内位点m的空间位置坐标以及当前已知位点m到当前待求位点n的空间距离，根据当前已知位点m到当前待求位点n的方向向量，即可计算出当前待求位点n的空间位置坐标；

所述空间位置坐标一般是指三维空间坐标。所述空间距离一般是指三维空间欧几里得距离(已知且固定不变的值)；所述方向向量，是指三维空间中，从某点指向另一点的方向向量。

所述当前已知位点m的空间位置坐标，可以是由第一磁场传感器103P所提供(如果当前已知位点m为磁场传感器)，也可以是通过以下定位算法来计算得到(如果当前已知位点m为电极)；

当前已知位点m到当前待求位点n的空间距离，一般可通过物理结构信息来确定。

当前已知位点m到当前待求位点n的方向向量，如果当前已知位点m是磁场传感器，那么该方向向量由磁场传感器直接提供；如果当前已知位点m和当前待求位点n是电极，那么该方向向量通过当前已知位点m和当前待求位点n之间的电压和当前已知位点m处的场强方向计算得到。

上述电压，是指在体表施加的多个方向的激励状态下两个位点间的电势差。上述场强方向，是指在这些激励状态下位点m处的场强方向。所述场强方向的计算方法(空间点电荷模型计算方法)，是将用于施加激励的每两个电极贴片102视为一对电荷量大小未知但相等且符号相反的点电荷，在已知该对点电荷各自的空间位置信息的前提下，基于空间点电荷的电场分布模型计算体内任一空间位置处的场强方向；同时将两个空间距离较近的位点之间视为匀强电场。

图3描述了图2中定位算法的实现步骤。首先，在步骤200中，根据一个磁场传感器103P的空间位置和方向信息以及同磁场传感器103P相邻的一个电极(记为“104a”)的空间距离信息，计算电极104a的空间位置。所述空间位置一般为三维空间坐标，所述方向信息一般为单位方向矢量，朝向/背向电极104a。所述空间距离信息为三维欧几里得距离。

步骤201：根据体表用于施加激励的各电极贴片102的空间位置及电极104a的空间位置，使用空间点电荷模型计算不同激励状态下电极104a处的场强方向信息。所述电极贴片102的空间位置由每个电极贴片102上装配的第二磁场传感器103Q测得的磁场强度数据计算得到。

步骤202：根据不同激励状态下电极104a处的场强方向，以及电极104a同邻近电极(记为“104b”)之间的电压，计算电极104a到电极104b的方向矢量。

步骤203：将上述方向矢量归一化为单位方向矢量，结合电极104a同电极104b间的空间距离即可计算出电极104b的空间位置。

步骤204：接下来，如果尚有其他待定位的电极104c，那么转到步骤205。

步骤205：将已计算出位置的电极104b作为步骤201中的104a，将待定位电极104c作为步骤202中的104b，然后重复步骤201～203，即可计算出电极104c的空间位置。

接下来不断循环上述计算过程，直至所有电极位置均计算完毕，从而完成该次定位计算。

下面分别以环形和五爪导管为例进一步解释该定位算法。

如前所述，一般来说，相邻两个电极间的空间距离是固定且事先可测得的，或者说其空间距离的变化是在可接受范围内的。

图4A展示了一个环状导管，有一个杆和一个环状结构；图4B展示了其传感器分布结构。杆上分布有两个电极104a和104b以及一个磁场传感器103P，环上分布有另外10个电极，记为104c、104d……，该导管上两两相邻传感器间的距离相对固定，即104a-103P、103P-104b、104b-104c、104c-104d……间的空间距离信息都是已知的，如104a和103P间的空间距离记为d_104a-103P，103P和104b间的空间距离记为d_103P-104b，以此类推即可。

在某个采样时刻下，图4A中磁场传感器103P的空间位置和单位方向矢量可由该磁场传感器103P测得的磁场强度信息计算得到，103P的空间位置记为P_103P，单位方向矢量记为D_103P，方向由104a指向104b。

接着，可以先计算出与磁场传感器103P(第一位点)相邻的电极104a和104b(I型第二位点，当前已知位点)的位置：

电极104a的位置P_104a即为：P_104a＝P_103P-D_103P·d_104a-103P；

电极104b的位置P_104b为：P_104b＝P_103P+D_103P·d_103P-104d。

然后，将计算其它10个电极104c、104d……的空间位置。

假设施加有图1中的15种激励状态，那么根据该采样时刻下用于施加激励的电极贴片102所在的位置(由第二磁场传感器103Q提供)即可使用空间点电荷模型计算出电极104b处的场强方向。

计算方法为：将用于施加激励的一对电极贴片102视为两个电荷量大小未知但相等且符号相反的点电荷。对于其中某一种激励状态，假设用于施加激励的该对电极贴片102的空间位置分别为(x₁，y₁，z₁)和(x₂，y₂，z₂)，已知电极104b的空间位置记为(x₀，y₀，z₀)。那么该电极104b处测量到的响应于该种激励的电势值

即为：

其中k为一取决于该对点电荷的电荷量大小的量，由于在后续计算中将通过算式被抵消，因此本发明对其不做限定。如此，该电极104b处的场强E为：

其中，

为电势

的梯度。

对电势值

式进行梯度计算，即可得到电极104b处的场强E在(x，y，z)三个方向的分量。需要注意的是，由于实际施加激励的电荷量是未知的，因此这里求取出的场强只有方向属性，不具备强度信息。如此，依据所有电极贴片102的位置即可求取出该电极104b所在位置处在不同激励状态下的场强方向信息。

至此，对于电极104b和104c，有以下2种已知量：

1、不同激励状态下，电极104b处的场强方向数据E_104b，E_104b是一个15×3的矩阵，其中15对应15种激励状态，3代表不同激励状态下的场强在(x，y，z)3个方向的分量；

2、不同激励状态下，电极104b同104c之间的电压数据U_104b，U_104b是一个15×1的向量，同样这里的15代表15种激励状态下的电压数值。

需要通过以上两个已知量，求得从电极104b指向电极104c的方向矢量D_104b，D_104b是一个3×1的向量，同样这里的3代表该方向矢量在(x，y，z)3个方向的分量。该方向矢量在该采样时刻下是(近似)保持不变的。

按之前所述，电极104b和104c之间区域在不同激励状态下都可以视为局部的匀强电场。那么根据匀强电场的特性，有如下公式：

U_104b＝E_104b·D_104b

在上式中，电压数据U_104b为已知的测量值，场强数据E_104b按之前所述方法只能求取出方向属性。因此同样的，根据上式只能求取出D_104b的方向属性。即，电极104b指向104c的方向矢量D_104b(只包含方向属性)为：

其中，

代表对括号内矩阵的求逆操作，一般可使用Moore-Penrose逆矩阵。

代表对矩阵E_104b的转置操作。

对该方向矢量进行归一化操作，得到单位方向矢量|D_104b|。那么电极104c的空间位置P_104c即为：P_104c＝P_104b+|D_104b|·d_104b-104c。

同理，接下来再使用空间点电荷模型计算不同激励状态下电极104c(II型第二位点，当前待求位点)处的场强方向，然后根据电极104c处的场强方向、电极104c同104d(另一个II型第二位点，其他当前待求位点)间的电压计算电极104c到104d间的方向矢量，再结合电极104c和104d的空间距离信息计算电极104d的空间位置。

如此类推，即可逐步计算出每个采样时刻下各个电极的空间位置信息。图4C即展示了某时刻下应用此种方法计算出的环状导管在显示单元108上的形态。

图5A展示了一个多肢导管，有一条杆和五条“手臂”M1～M5。杆上分布有电极104a以及磁场传感器103P，每条手臂上分布有2～3个电极；图5B展示了其传感器分布结构。在导管移动或形变过程中,杆上的电极104a到各条“手臂”的底部电极104b、104e、104f、104g和104h的距离近似保持不变，每条“手臂”上的相邻电极间的距离也近似保持不变；图5C展示了某时刻下应用此种方法计算出的多肢导管在显示单元108上的形态。

类似环状导管的定位方法，对于图5A中的多肢导管而言，由磁场传感器103P(第一位点)的空间位置和方向信息以及磁场传感器103P同电极104a(I型第二位点，也即当前待求位点)的空间距离信息可以求取电极104a的空间位置，然后可对每条“手臂”分别进行定位计算。以“手臂”M1为例，根据电极104a处的场强方向和电极104a同电极104b(II型第二位点，也即当前待求位点)的空间距离及电压信息可以计算出电极104b的空间位置，根据电极104b处的场强方向和104b同104c的空间距离及电压信息可以计算出电极104c(II型第二位点，也即其他的待求位点)的空间位置，根据电极104c处的场强方向和电极104c同104d的空间距离及电压信息可以计算出电极104d的空间位置。其他“手臂”的定位过程也类似。不同“手臂”间可以顺序计算，也可以通过计算机程序的多线程方式进行并行计算。

当前的三维心电标测领域，高密度标测分析是越来越重要的发展趋势。而高密度标测的实现离不开高精度的导管定位。目前的导管定位需要在“高精度”和“实用性”之间找到一个平衡，经常需要为了某方面特性牺牲另一方面特性。由上述两种导管可知，采用本发明的方案进行定位，每个导管上只需要装配一个磁场传感器，大大降低了成本；通过测量位于同一组织内相邻电极(间距较小)间的电压信号，一来可以消除不同组织间不均匀性的影响，二来也可以将本发明中施加的电场在局部小范围内视为匀强电场；用于施加激励的两个电极贴片视为一对电荷量大小未知但相等且符号相反的点电荷，以此来求取体内某位置处的场强方向，能够在保证实用性的同时，保证足够高的定位精度。同时，不依赖于学习和校准模式的定位机制能够进一步保证系统的稳定性。

需要注意的是，图4A和图5A中绘制的导管仅仅是为了描述清晰所用，事实上，本系统、设备和方法不局限于图4A或图5A中的形状，也可以应用于多种多电极导管如球囊或篮状等。

另外，尽管文中所描述的实施例大部分都是应用于心腔内的电极定位，但其实也可以应用于其他场景下，如神经科手术、肿瘤消融、肺动脉血管成形术等需要介入或植入设备进行侵入诊断或治疗的手术场景。

由以上描述可知，本发明将空间点电荷模型推广应用到体内定位，结合电磁定位的精准性和电压测量的便捷性，有如下优势：

1、测量位于同一组织内的短间距电极间的电压以尽量消除不同组织均匀性的影响；

2、仅使用同一时刻下，由电磁定位提供的位置信息和电压测量各电极间的电压信息，以排除手术过程中的稳定性问题；

3、不需要学习或校准过程，只要开始数据采集，立即可以实现持续的定位；

4、抗干扰能力强，即使由于病人翻动身体等导致用于施加激励的贴片发生了移位，也不会影响到定位计算；

5、每个导管上只需要装配一个磁场传感器，大大降低了成本。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种介入手术系统，包括如上文所述的介入装置的定位设备和所述介入装置。其中，所述介入装置可以为多肢导管或环状导管。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种介入装置的定位方法，用于对目标对象中目标区域内的一介入装置进行定位，所述介入装置具有多个位点，多个所述位点包括第一位点和至少两个第二位点，所述目标对象表面设置有至少三个电极贴片；

所述方法包括：

接收在每一采样时刻下同步采集的所述第一位点的磁场强度信息、在所有激励状态下所述第二位点间的电压信息、以及所述电极贴片处的磁场强度信息；

根据所述第一位点的磁场强度信息计算所述第一位点的空间位置信息和方向信息，并根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、在不同激励状态下所述第二位点间的电压信息以及所述电极贴片处的空间位置信息，结合所述第一位点与所述第二位点之间或两个所述第二位点之间的空间距离信息，计算所述第二位点的空间位置信息，实现对所述介入装置的定位，其中，所述电极贴片的空间位置根据所述电极贴片处的磁场强度信息计算。

优选的，在所述定位方法中，所述第二位点包括I型第二位点和II型第二位点；

通过以下步骤计算所述第二位点的空间位置信息：

步骤S1，根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、以及所述第一位点与所述I型第二位点的空间距离信息，计算所述I型第二位点的空间位置信息，并将所述I型第二位点作为当前已知位点，以及将所述II型第二位点作为当前待求位点；

步骤S2，根据所述电极贴片的空间位置信息和所述当前已知位点的空间位置信息，使用空间点电荷模型计算不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向；

步骤S3，根据不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向以及不同激励状态下所述当前已知位点与所述当前待求位点间的电压信息，计算所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量；

步骤S4，将所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量归一化为单位方向矢量，并结合所述当前已知位点的空间位置以及所述当前已知位点与所述当前待求位点的空间距离信息，计算所述当前待求位点的空间位置信息。

优选的，在所述定位方法中，所述不同激励状态包括从所述所有激励状态中筛选出的M个有效激励状态，3≤M≤N；或

所述不同激励状态包括所述所有激励状态。

优选的，在所述定位方法中，还包括：

步骤S5，判断所述II型第二位点中是否还包括其他的待求位点，如果是，则将所述当前待求位点作为更新的当前已知位点、将所述其他的待求位点作为更新的当前待求位点，重复执行步骤S2-S4，直至计算出所述更新的当前待求位点的空间位置信息。

优选的，在所述定位方法中，所述根据所述电极贴片的空间位置信息和所述当前已知位点的空间位置信息，使用空间点电荷模型计算不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向，包括：

针对每一激励状态，所述当前已知位点处响应于该激励的电势值

满足：

其中，(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)分别为所述目标对象上施加该激励的两个电极贴片的空间位置坐标，(x₀，y₀，z₀)为所述当前已知位点的空间位置坐标，k为一常数；

对所述当前已知位点处响应于该激励的电势值

进行梯度计算，得到该激励状态下所述当前已知位点处的场强方向。

优选的，在所述定位方法中，根据以下公式计算所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量：

其中，D_a表示所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量，E_a表示不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向，U_a表示不同激励状态下所述当前已知位点与所述当前待求位点间的电压信息，

表示对括号内矩阵的求逆操作，

表示对矩阵E_a的转置操作。

优选的，在所述定位方法中，所述第一位点、所述I型第二位点和所述II型第二位点依次相邻。

优选的，在所述定位方法中，还包括：

根据对所述第一位点和所述第二位点的定位结果确定所述介入装置在所述目标对象中的位置、形状、方向和/或所述运动轨迹，并驱动一显示单元显示所述介入装置在所述目标对象中的位置、方向、形状和/或运动轨迹。

优选的，在所述定位方法中，所述第一位点设置第一磁场传感器，数据采集单元通过所述第一磁场传感器采集所述第一位点的磁场强度信息；

所述第二位点和设置电压传感器，数据采集单元通过所述电压传感器采集所述第二位点间的电压信息；

所述电极贴片处设置第二磁场传感器，数据采集单元通过所述第二磁场传感器采集所述电极贴片处的磁场强度信息；

所述介入装置包括介入导管。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上文所述的一种介入装置的定位方法。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上文所述的介入装置的定位方法。

综上所述，本发明在同一采样时刻采集所述介入装置中第一位点的磁场强度信息、在所有激励状态下第二位点间的电压信息、以及所述电极贴片处的磁场强度信息，并根据上述采集数据实时计算所述第一位点和所述第二位点的空间位置，实现对所述介入装置的定位，不需要学习或校准过程，只要开始数据采集即可立即实现持续的定位，实现了快速、实时定位介入装置的目的；使用同一采样时刻采集的数据进行计算，还能够排除手术过程中的稳定性问题，保证定位结果的准确性；进一步的，根据所述第一位点的空间位置和方向、在不同激励状态下所述第二位点间的电压信息以及所述电极贴片处的磁场强度信息，结合位点之间的空间距离信息，计算所述第二位点的空间位置，结合了电磁定位精准性和电压测量的便捷性，保证了第二位点定位结果的准确性。

具体地，在本发明实施例中，所述处理器可以为中央处理单元(centralprocessing unit，简称CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signalprocessor，简称DSP)、专用集成电路(applicationspecificintegrated circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(field programmable gatearray，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

还应理解，本发明实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory，简称ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，简称PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，简称EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electricallyEPROM，简称EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(randomaccessmemory，简称RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的随机存取存储器(random access memory，简称RAM)可用，例如静态随机存取存储器(staticRAM，简称SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronousDRAM，简称SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(doubledatarate SDRAM，简称DDR SDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced SDRAM，简称ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink DRAM，简称SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambus RAM，简称DR RAM)。

在本文中，诸如第一类和第二类等关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (25)

1.一种介入装置的定位设备，其特征在于，用于对目标对象中目标区域内的一介入装置进行定位，所述介入装置具有多个位点，多个所述位点包括第一位点和至少两个第二位点；

所述定位设备包括：磁场发生单元、激励控制单元、数据采集单元和处理器单元；

所述磁场发生单元，用于产生穿过所述目标对象的磁场；

所述激励控制单元，用于通过对所述目标对象表面设置的至少三个电极贴片施加激励，从而实现在所述目标对象内施加N轴电场，N≥3；

所述数据采集单元，用于在每一采样时刻同步采集所述第一位点的磁场强度信息、在所有激励状态下所述第二位点间的电压信息、以及所述电极贴片处的磁场强度信息；

所述处理器单元，用于根据所述第一位点的磁场强度信息计算所述第一位点的空间位置信息和方向信息，并根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、在不同激励状态下所述第二位点间的电压信息以及所述电极贴片处的空间位置信息，结合所述第一位点与所述第二位点之间或两个所述第二位点之间的空间距离信息，计算所述第二位点的空间位置信息，实现对所述介入装置的定位，其中，所述电极贴片的空间位置根据所述电极贴片处的磁场强度信息计算。

2.如权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述第二位点包括I型第二位点和II型第二位点；

所述处理器单元通过以下步骤计算所述第二位点的空间位置信息：

步骤S1，根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、以及所述第一位点与所述I型第二位点的空间距离信息，计算所述I型第二位点的空间位置信息，并将所述I型第二位点作为当前已知位点，以及将所述II型第二位点作为当前待求位点；

步骤S2，根据所述电极贴片的空间位置信息和所述当前已知位点的空间位置信息，使用空间点电荷模型计算不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向；

步骤S3，根据不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向以及不同激励状态下所述当前已知位点与所述当前待求位点间的电压信息，计算所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量；

步骤S4，将所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量归一化为单位方向矢量，并结合所述当前已知位点的空间位置信息以及所述当前已知位点与所述当前待求位点的空间距离信息，计算所述当前待求位点的空间位置信息。

3.如权利要求2所述的定位设备，其特征在于，

所述不同激励状态包括从所述所有激励状态中筛选出的M个有效激励状态，3≤M≤N；或

所述不同激励状态包括所述所有激励状态。

4.如权利要求2所述的定位设备，其特征在于，包括：

步骤S5，判断所述II型第二位点中是否还包括其他的待求位点，如果是，则将所述当前待求位点作为更新的当前已知位点、将所述其他的待求位点作为更新的当前待求位点，重复执行步骤S2-S4，直至计算出所述更新的当前待求位点的空间位置信息。

5.如权利要求2所述的定位设备，其特征在于，所述处理器单元根据所述电极贴片的空间位置信息和所述当前已知位点的空间位置信息，使用空间点电荷模型计算不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向的步骤，包括：

针对每一激励状态，所述当前已知位点处响应于该激励的电势值

满足：

其中(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)分别为所述目标对象上施加该激励的两个电极贴片的空间位置坐标，(x₀，y₀，z₀)为所述当前已知位点的空间位置坐标，k为一常数；

对所述当前已知位点处响应于该激励的电势值

进行梯度计算，得到该激励状态下所述当前已知位点处的场强方向。

6.如权利要求2所述的定位设备，其特征在于，所述处理器单元，用于根据以下公式计算所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量：

其中，D_a表示所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量，E_a表示不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向，U_a表示不同激励状态下所述当前已知位点与所述当前待求位点间的电压信息，

表示对括号内矩阵的求逆操作，

表示对矩阵E_a的转置操作。

7.如权利要求2所述的定位设备，其特征在于，所述第一位点、所述I型第二位点和所述II型第二位点依次相邻。

8.如权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述激励控制单元针对所述至少三个电极贴片施加激励并在所有激励状态间进行不断循环的高速切换，所述数据采集单元采集在所有激励状态下所述第二位点间的电压信息；或，

所述激励控制单元针对所述至少三个电极贴片同时施加激励，但所施加激励的频率互不相同，所述数据采集单元采集所述第二位点间的电压信息并进行滤波处理以获取所有激励状态下所述第二位点间的电压信息；或，

所述激励控制单元针对所述至少三个电极贴片同时施加激励，但所施加激励的频率互不相同，所述数据采集单元采集所述第二位点间的电压信息，所述处理器单元对所述数据采集单元采集的所述第二位点间的电压信息进行滤波处理以获取所有激励状态下所述第二位点间的电压信息。

9.如权利要求1-8任一项所述的定位设备，其特征在于，所述激励为恒流激励或恒压激励。

10.如权利要求1-8任一项所述的定位设备，其特征在于，还包括通信控制单元，用于连接所述处理器单元和所述磁场发生单元、所述激励控制单元、所述数据采集单元，以控制所述处理器单元与所述磁场发生单元、所述激励控制单元、所述数据采集单元之间的通信和数据传输。

11.如权利要求1-8任一项所述的定位设备，其特征在于，还包括显示单元，与所述处理器单元通讯连接，用于显示所述介入装置在所述目标对象中的位置、方向、形状和/或运动轨迹，其中，所述介入装置在所述目标对象中的位置、方向、形状和/或所述运动轨迹是所述处理器单元根据对所述第一位点和所述第二位点的定位结果确定的。

12.如权利要求1-8任一项所述的定位设备，其特征在于，所述第一位点设置第一磁场传感器，所述数据采集单元通过所述第一磁场传感器采集所述第一位点的磁场强度信息；

所述第二位点设置电压传感器，所述数据采集单元通过所述电压传感器采集所述第二位点间的电压信息；

所述电极贴片处设置第二磁场传感器，所述数据采集单元通过所述第二磁场传感器采集所述电极贴片处的磁场强度信息；

所述介入装置包括介入导管。

13.一种介入手术系统，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的介入装置的定位设备和所述介入装置。

14.如权利要求13所述的介入手术系统，其特征在于，所述介入装置为多肢导管或环状导管。

15.一种介入装置的定位方法，其特征在于，用于对目标对象中目标区域内的一介入装置进行定位，所述介入装置具有多个位点，多个所述位点包括第一位点和至少两个第二位点，所述目标对象表面设置有至少三个电极贴片；

所述方法包括：

接收在每一采样时刻下同步采集的所述第一位点的磁场强度信息、在所有激励状态下所述第二位点间的电压信息、以及所述电极贴片处的磁场强度信息；

根据所述第一位点的磁场强度信息计算所述第一位点的空间位置信息和方向信息，并根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、在不同激励状态下所述第二位点间的电压信息以及所述电极贴片处的空间位置信息，结合所述第一位点与所述第二位点之间或两个所述第二位点之间的空间距离信息，计算所述第二位点的空间位置信息，实现对所述介入装置的定位，其中，所述电极贴片的空间位置根据所述电极贴片处的磁场强度信息计算。

16.根据权利要求15所述的定位方法，其特征在于，所述第二位点包括I型第二位点和II型第二位点；

通过以下步骤计算所述第二位点的空间位置信息：

步骤S1，根据所述第一位点的空间位置信息和方向信息、以及所述第一位点与所述I型第二位点的空间距离信息，计算所述I型第二位点的空间位置信息，并将所述I型第二位点作为当前已知位点，以及将所述II型第二位点作为当前待求位点；

步骤S2，根据所述电极贴片的空间位置信息和所述当前已知位点的空间位置信息，使用空间点电荷模型计算不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向；

步骤S3，根据不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向以及不同激励状态下所述当前已知位点与所述当前待求位点间的电压信息，计算所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量；

步骤S4，将所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量归一化为单位方向矢量，并结合所述当前已知位点的空间位置信息以及所述当前已知位点与所述当前待求位点的空间距离信息，计算所述当前待求位点的空间位置信息。

17.如权利要求16所述的定位方法，其特征在于，

所述不同激励状态包括从所述所有激励状态中筛选出的M个有效激励状态，3≤M≤N；或

所述不同激励状态包括所述所有激励状态。

18.如权利要求16所述的定位方法，其特征在于，还包括：

步骤S5，判断所述II型第二位点中是否还包括其他的待求位点，如果是，则将所述当前待求位点作为更新的当前已知位点、将所述其他的待求位点作为更新的当前待求位点，重复执行步骤S2-S4，直至计算出所述更新的当前待求位点的空间位置信息。

19.如权利要求16所述的定位方法，其特征在于，所述根据所述电极贴片的空间位置信息和所述当前已知位点的空间位置信息，使用空间点电荷模型计算不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向，包括：

针对每一激励状态，所述当前已知位点处响应于该激励的电势值

满足：

其中，(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)分别为所述目标对象上施加该激励的两个电极贴片的空间位置坐标，(x₀，y₀，z₀)为所述当前已知位点的空间位置坐标，k为一常数；

对所述当前已知位点处响应于该激励的电势值

进行梯度计算，得到该激励状态下所述当前已知位点处的场强方向。

20.如权利要求16所述的定位方法，其特征在于，根据以下公式计算所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量：

其中，D_a表示所述当前已知位点到所述当前待求位点的方向矢量，E_a表示不同激励状态下所述当前已知位点处的场强方向，U_a表示不同激励状态下所述当前已知位点与所述当前待求位点间的电压信息，

表示对括号内矩阵的求逆操作，

表示对矩阵E_a的转置操作。

21.如权利要求16所述的定位方法，其特征在于，所述第一位点、所述I型第二位点和所述II型第二位点依次相邻。

22.如权利要求15-21任一项所述的定位方法，其特征在于，还包括：

根据对所述第一位点和所述第二位点的定位结果确定所述介入装置在所述目标对象中的位置、形状、方向和/或所述运动轨迹，并驱动一显示单元显示所述介入装置在所述目标对象中的位置、方向、形状和/或运动轨迹。

23.如权利要求15-21任一项所述的定位方法，其特征在于，所述第一位点设置第一磁场传感器，数据采集单元通过所述第一磁场传感器采集所述第一位点的磁场强度信息；

所述第二位点设置电压传感器，数据采集单元通过所述电压传感器采集所述第二位点间的电压信息；

所述电极贴片处设置第二磁场传感器，数据采集单元通过所述第二磁场传感器采集所述电极贴片处的磁场强度信息；

所述介入装置包括介入导管。

24.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求15-23任一项所述的方法的步骤。

25.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求15-23中任一项所述的方法的步骤。

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