CN114173651A - 估计导管与组织之间的接触角，以及相关装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于确定导管相对于组织的接触角的系统和方法。在一个实施例中，一种系统包括具有三个或更多个电极的导管，以及与所述导管通信的处理器电路。所述处理器电路控制所述三个或更多个电极发射多个电压并测量所述多个电压。基于测量的电压，所述处理器电路计算第一电极间阻抗和第二电极间阻抗。所述处理器电路针对多个假设(即，模型)角中的每个来基于所述第一电极间阻抗和第二电极间阻抗计算第一假设(即，模型)接触力和第二假设(即，模型)接触力。所述处理器电路基于对针对所述多个模型角中的每个计算的第一模型接触力和第二模型接触力的比较来确定并输出所述导管的所述接触角。

Description

估计导管与组织之间的接触角，以及相关装置、系统和方法
技术领域
本发明，在其一些实施例中，属于基于在导管电极处进行的测量来评估阻抗的领域。一些实施例属于基于阻抗测量来估计导管与组织之间的接触力和接触角的领域。
背景技术
可为发明提供技术背景的出版物包括：发表于IEEE transcriptions onbiomedical engineering，Vol.61No 3，第765至774页的文章“measurements ofelectrical coupling between cardiac ablation catheters and tissue”；发表于Europace((2017)00，1-8的文章“novel method for electrode-tissue contactmeasurement with multi-electrode catheters”和发表为WO2016/181315的专利申请“contact quality assessment by dielectric property analysis”。
US2016/143686公开了一种用于基于电极间阻抗的测量结果来检测组织距离、电极导管取向、组织接触和接触质量的方法和系统。
发明内容
本发明由权利要求所定义。
本发明的一些实施例的一个方面包括一种评估第一导管电极与第二导管电极之间的间隙的电阻抗的方法，其中，所述第一导管电极和所述第二导管电极被承载在相同导管上。在一些实施例中，所述方法包括：接收电压的测量结果；并且基于所述电压的所述测量结果来评估所述间隙的所述电阻抗。
在一些实施例中，所述电压包括：第一电压，其是在具有第一频率并且从电源流过导体到第一导管电极的第一交流电流下测量的在参考电极与所述第一导管电极之间测量的电压差，以及第二电电压，其是在所述第一交流电流下在所述参考电极与所述第二导管电极之间测量的电压差。
在一些实施例中，所述电压还包括：第三电压，其是在从电源流过导体到所述第二导管电极的第二交流电流下测量的在所述参考电极与所述第一导管电极之间测量的电压差，以及第四电压，其是在所述第二交流电流下在所述参考电极与所述第二导管电极之间测量的电压差。
在一些实施例中，所述第一电流和所述第二电流具有不同的频率。替代地，在不同时间测量第一交流电流和第二交流电流并且具有相同的频率。在一些实施例中，一些电流具有相同的频率并且在不同的时间提供，并且一些电流具有不同的频率并且在交叠的时间段提供。在一些实施例中，所述电压还包括：第五电压，其是在第三交流电流从电源流过导体到所述第一导管电极或所述第二导管电极下测量的所述参考电极与所述第一导管电极之间测量的电压差，以及第六电压，其是在第三交流电流下在所述参考电极与两个导管电极中的另一个电极之间测得的电压差。
在一些实施例中，除了所述电压的所述测量结果之外，基于至少一个电流的测量结果来评估所述间隙的所述电阻抗。在一些实施例中，所述第一导管电极与所述第二导管电极之间的距离为20mm或更小。在一些实施例中，电势的测量结果中的每个包括复电势的测量结果。在一些实施例中，电流的测量结果中的每个包括复电流的测量结果。在一些实施例中，导管在哺乳动物(例如个体、人类、患者、人、动物)的体内。在一些这样的实施例中，参考电极被附接到个体的外皮肤表面。在一些这样的实施例中，参考电极被附接到个体的腿部的外皮肤表面。在上述实施例的每一个中，评估阻抗可以包括求解基于叠加定理或其数学等价物的方程。
本发明的一些实施例的一个方面包括一种估计个体的心脏组织与承载彼此间隔小于20mm的距离的第一导管电极和第二导管电极的导管之间的接触力的方法。所述方法包括：评估所述第一导管电极与所述第二导管电极之间的间隙的电阻抗；并且基于针对所述第一导管电极与所述第二导管电极之间的间隙评估的阻抗来估计所述接触力。在一些实施例中，基于在如上所述的方法中评估的阻抗来估计所述接触力。
本发明的一些实施例的一个方面包括一种估计个体心脏组织与承载第一导管电极和第二导管电极的导管之间的接触角的方法。所述方法包括：评估所述第一电极与参考电极之间的第一路径的第一电阻率值；评估所述第二电极与参考电极之间的第二路径的第二电阻率值；并且基于所述第一电阻率值和所述第二电阻率值来估计所述接触角。
在一些实施例中，评估所述第一电阻率值和所述第二电阻率值中的每个包括：接收电压的测量结果；并且基于电压的测量结果来评估所述第一路径和所述第二路径中的每条路径的电阻率，其中，所述电压测量包括以下测量：第一电压，其是在具有第一频率并且从电源流过导体到第一导管电极的第一交流电流下测量的在参考电极与所述第一导管电极之间测量的电压差，以及第二电电压，其是在所述第一交流电流下在所述参考电极与所述第二导管电极之间测量的电压差。
在一些实施例中，基于所述第一路径与所述第二路径的评估的电阻率之间的差异和/或所述第一路径与所述第二路径的评估电阻率之间的比率来估计所述接触角。在一些实施例中，所述第一电流和所述第二电流具有不同的频率。在一些实施例中，所述第一电流和所述第二交流电流在不同时间测量并且具有相同的频率。在一些实施例中，所述第一导管电极与所述第二导管电极之间的距离为20mm或更小。在一些实施例中，电势的测量结果中的每个包括复电势的测量结果。在一些实施例中，所述导管在个体的身体内。在一些实施例中，所述参考电极被附接到个体的外皮肤表面。在一些实施例中，所述参考电极被附接到个体的腿部的外皮肤表面。在一些实施例中，评估第一电阻率和第二电阻率包括求解基于叠加定理或其数学等价物的方程。
本发明的实施例的一个方面包括一种估计导管端部现心脏组织之间的接触力的方法，其中，所述导管端部包括至少三个电极：最远端电极、最不远端电极以及被定位于所述最远端电极与所述最不远端电极之间的中间电极，所述方法包括：估计所述最远端电极与所述中间电极之间的第一电阻抗；估计所述中间电极与所述最不远端电极之间的第二电阻抗；并且基于所述第一阻抗和第二阻抗中的每个来估计所述接触力以获得所述接触力的两个估计结果。
在一些实施例中，如果基于所述第一阻抗估计的所述接触力小于第一阈值，则仅基于所述第一阻抗估计所述接触力。在一些实施例中，如果基于所述第二阻抗估计的所述接触力高于第二阈值，则仅基于所述第二阻抗估计所述接触力。在一些实施例中，如果基于所述第一阻抗估计的所述接触力在第一阈值与第二阈值之间，则基于单独基于所述第一阻抗估计的接触力和基于所述第二阻抗估计的接触力之间的平均来估计所述接触力。在一些实施例中，所述平均是加权平均。在一些实施例中，评估所述第一阻抗是根据如上所述的评估阻抗的方法的。在一些实施例中，评估所述第二阻抗是根据如上所述的评估阻抗的方法的。
本发明的一些实施例的一个方面包括可连接到导管的装置，所述导管承载至少第一导管电极和第二导管电极。在一些实施例中，所述装置包括：第一电源被配置为当所述装置被连接到所述导管时在所述第一导管电极中产生交流电；至少一个电压计被配置为当所述装置被连接到所述导管时测量参考电极与所述第一导管电极之间的第一电压差以及所述参考电极与所述第二导管电极之间的第二电压差；以及处理器，其被配置为：从所述至少一个电压计接收读数；并且基于接收到的读数来评估所述第一导管电极与所述第二导管电极之间的间隙的电阻抗。
在一些实施例中，所述装置还包括第二电源，并且所述至少一个电压计包括第一电压计、第二电压计、第三电压计和第四电压计，其中，所述第一电源被配置为以第一频率生成交流电；所述第二电源被配置为与所述第一电源同时生成第二频率的交流电；并且当所述装置被连接到所述导管时，所述第二电源被配置为在所述第二导管电极中生成交流电；第三电压计被配置为在由所述第二电源生成的频率下测量所述参考电极与所述第一导管电极之间的第三电压差；并且所述第四电压计被配置为在由所述第二电源生成的频率下测量所述参考电极与所述第二导管电极之间的第四电压差。
在一些实施例中，除了所述电压的所述测量结果之外，基于至少一个电流的测量结果来评估所述间隙的所述电阻抗。在一些实施例中，所述装置还包括具有第一状态和第二状态的开关，并且当所述装置被连接到所述导管时：在第一状态下，所述开关将所述电源连接到所述第一电极，在第二状态下，所述开关将所述电源连接到所述第二电极，并且其中，所述处理器被配置为当所述开关处于所述第一状态时以及当所述开关处于所述第二状态时，基于从所述电压计接收的读数来评估所述阻抗。在一些实施例中，所述至少一个电压计中的每个被配置为测量复电压。在一些实施例中，所述装置还包括参考电极。任选地，所述参考电极被配置为附接到个体的外皮肤表面。在一些实施例中，所述处理器被配置为通过执行如上所述的评估阻抗的方法来评估阻抗。在一些实施例中，所述导管是消融导管。
在一些方面，用于确定导管相对于组织的接触角的装置包括被定位在所述导管的远侧部分上的多个电极，以及被配置为控制所述导管电极的处理器电路。所述处理器电路可以控制三个或更多个电极以获得电测量以计算与所述导管的两个或更多个电极对相关联的两个或更多个电极间阻抗。所述两个或更多个电极间阻抗用于计算与所述两个或更多个电极对相关联的多个模型接触力或假设接触力。所述处理器可以通过比较所述模型接触力并选择两个或多个模型接触力彼此最接近的角度来估计所述接触角。
根据本公开的一个实施例，一种确定导管与个体体内组织之间的接触角的方法包括：从所述导管的第一电极发射第一电信号，从所述导管的第二电极发射第二电信号，并且从所述导管的第三电极发射第三电信号。所述方法还包括使用第一电极、第二电极和第三电极测量与所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号相关联的多个电压；基于所述多个电压来计算第一电极间阻抗；并且基于所述多个电压来计算第二电极间阻抗。所述方法还包括：针对多个模型角中的每个模型角计算第一模型接触力和第二模型接触力，其中，分别基于所述第一电极间阻抗和所述第二电极间阻抗计算所述第一模型接触力和所述第二模型接触力。基于对针对所述多个模型角中的每个模型角计算的所述第一模型接触力和所述第二模型接触力的比较来确定所述接触角；并且例如向显示器输出指示所述接触角的表示(例如视觉表示)。
在一些实施例中，发射所述第一电信号包括以第一频率发射所述第一电信号，发射所述第二电信号包括以第二频率发射所述第二电信号，发射所述第三电信号包括以第三频率发射所述第三电信号，并且所述第一频率、所述第二频率和所述第三频率彼此不同。在一些实施例中，测量所述多个电压包括：使用所述第一电极以所述第一频率测量第一电压；并且使用所述第一电极以所述第二频率测量第二电压。此外，在一些实施例中，测量所述多个电压包括：使用所述第二电极以所述第二频率测量第三电压；并且使用所述第二电极以所述第三频率测量第四电压。
在一些实施例中，计算所述第一模型接触力和所述第二模型接触力包括使用包括所述多个模型角、所述第一电极间阻抗和第二所述电极间阻抗以及电极间间距的关系来计算所述第一模型接触力和所述第二模型接触力。在一些实施例中，确定所述接触角包括对两个或更多个模型角进行内插。在一些实施例中，对所述两个或更多个模型角进行内插包括基于所述第一模型接触力和所述第二模型接触力的比较来将权重函数应用于所述模型角中的每个。在一些实施例中，所述导管包括心内电生理导管，并且所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极被定位在所述导管的远端部分。
根据本公开的另一个实施例，一种装置包括：与导管通信的处理器电路，所述导管被配置为以接触角接触个体的身体内的组织。所述处理器电路被配置为：控制所述导管的第一电极发射第一电信号，控制所述导管的第二电极发射第二电信号，并且控制所述导管的第三电极发射第三电信号。其中，所述处理器还被配置为：控制所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极来测量与所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号相关联的多个电压；基于所述多个电压来计算第一极间阻抗；基于所述多个电压来计算不同的第二电极间阻抗；针对多个模型角中的每个模型角来计算第一模型接触力和第二模型接触力，其中，分别基于所述第一电极间阻抗和所述第二电极间阻抗计算所述第一模型接触力和所述第二模型接触力。基于对针对所述多个模型角中的每个模型角计算的所述第一模型接触力和所述第二模型接触力的比较来确定所述接触角；并且例如向与处理器电路通信的显示器输出指示所述接触角的表示(例如视觉表示)。
在一些实施例中，所述处理器电路被配置为：控制所述第一电极以第一频率发射所述第一电信号，控制所述第二电极以第二频率发射所述第二电信号，并且控制所述第三电极以发射所述第三电信号。在一些方面，所述第一频率、所述第二频率和所述第三频率彼此不同。在一些实施例中，所述处理器电路被配置为：控制所述第一电极以所述第一频率测量第一电压，并且控制所述第一电极以所述第二频率测量第二电压。在一些实施例中，所述处理器电路被配置为控制所述第二电极以所述第二频率测量第三电压，并且控制所述第二电极以所述第三频率测量第四电压。
在一些实施例中，所述处理器电路被配置为使用包括所述多个模型角、所述第一电极间阻抗和所述第二电极间阻抗以及电极间间距的关系来计算所述第一模型接触力和所述第二模型接触力。在一些实施例中，所述处理器电路被配置为通过对两个或更多个模型角进行内插来确定接触角。在一些实施例中，所述处理器电路被配置为通过基于所述第一模型接触力和所述第二模型接触力的比较来将权重函数应用于所述模型角中的每个来对所述两个或更多个模型角进行内插。在一些实施例中，所述导管包括心脏内电生理导管，并且其中，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极被定位于所述导管的远端部分。在一个实施例中，一种系统包括根据以上描述的实施例中的一个或多个所述的装置，并且还包括导管，所述导管包括被定位于所述导管远侧部分的第一电极、第二电极和第三电极。
根据本公开的另一实施例，一种计算机程序产品包括：非瞬态计算机可读介质，其上记录有程序代码。所述程序代码包括：代码，其使与导管通信的处理器电路：控制所述导管的第一电极发射第一电信号，控制所述导管的第二电极发射第二电信号，并且控制所述导管的第三电极发射第三电信号。所述程序代码还包括用于使所述处理器电路控制第一电极、第二电极和第三电极以测量与第一、第二和第三电信号相关联的多个电压的代码。所述程序代码还包括用于使所述处理器电路基于所述多个电压来计算第一电极间阻抗的代码。所述程序代码还包括用于使所述处理器电路基于所述多个电压来计算不同的第二电极间阻抗的代码。所述程序代码还包括用于使处理器电路针对多个模型角中的每个来计算第一模型接触力和第二模型接触力的代码，其中，所述第一模型接触力和所述第二模型接触力分别基于所述第一电极间阻抗和所述第二电极间阻抗计算。所述程序代码还包括用于使所述处理器电路基于对针对多个模型角中的每个模型角计算的第一模型接触力和第二模型接触力的比较来确定导管与组织之间的接触角的代码。所述程序代码还包括用于使所述处理器电路向与所述处理器电路通信的显示器输出指示所述接触角的视觉表示的代码。
根据前述实施例所述的计算机程序产品，其中，所述程序代码还包括用于使所述处理器电路进行以下控制的代码：(i)控制所述第一电极以第一频率发射所述第一电信号；(ii)控制所述第二电极以第二频率发射所述第二电信号；(iii)控制所述第三电极以第三频率发射所述第三电信号，其中，所述第一频率、所述第二频率和所述第三频率彼此不同。
根据前述实施例所述的计算机程序产品，其中，所述程序代码还包括用于使所述处理器电路进行以下控制的代码：(i)控制所述第一电极以所述第一频率测量第一电压，并且(i)控制所述第一电极以所述第二频率测量第二电压。
根据前述实施例所述的计算机程序产品，其中，所述程序代码还包括用于使所述处理器电路进行以下控制的代码：(i)控制所述第二电极以所述第二频率测量第三电压，并且(ii)控制所述第二电极以所述第三频率测量第四电压。
根据前述实施例所述的计算机程序产品，其中，所述程序代码还包括用于使所述处理器电路使用包括所述多个模型角、所述第一电极间阻抗和所述第二电极间阻抗以及电极间间距的关系来计算所述第一模型接触力和所述第二模型接触力的代码。
根据前述实施例所述的计算机程序产品，其中，所述程序代码还包括用于使所述处理器电路通过对两个或更多个模型角进行内插来确定接触角的代码。
根据前述实施例所述的计算机程序产品，其中，所述程序代码还包括用于通过基于对所述第一模型接触力和所述第二模型接触力的比较将权重函数应用到每个模型角来使所述处理器电路控制两个或更多个模型角的代码。
在一些实施例中，程序代码还包括用于使所述处理器电路进行以下控制的代码：控制所述第一电极以第一频率发射所述第一电信号；控制所述第二电极以第二频率发射所述第二电信号；并且控制所述第三电极以第三频率发射所述第三电信号，其中，所述第一频率、所述第二频率和所述第三频率彼此不同。在一些实施例中，程序代码还包括用于使所述处理器电路进行以下控制的代码：控制所述第一电极以所述第一频率测量第一电压，并且控制所述第一电极以所述第二频率测量第二电压。在一些实施例中，程序代码还包括用于使所述处理器电路进行以下控制的代码：控制所述第二电极以所述第二频率测量第三电压，以及控制所述第二电极以所述第三频率测量第四电压。
在一些实施例中，所述程序代码还包括用于使所述处理器电路使用包括所述多个模型角、所述第一电极间阻抗和所述第二电极间阻抗以及电极间间距的关系来计算所述第一模型接触力和所述第二模型接触力的代码。在一些实施例中，所述程序代码还包括用于使所述处理器电路通过对两个或更多个模型角进行内插来确定接触角的代码。在一些实施例中，所述程序代码还包括用于通过基于对所述第一模型接触力和所述第二模型接触力的比较将权重函数应用到每个模型角来使所述处理器电路控制两个或更多个模型角的代码。
除非另有定义，本文使用的所有技术和/或科学术语与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。尽管在本发明的实施例的实践或测试中可以使用与本文所述的那些方法和装置相似或等效的方法和装置，但以下仅描述示例性方法和/或装置。此外，这些装置、方法和示例仅是说明性的，并不旨在进行必要的限制。
如本领域技术人员将认识到的，本发明的若干方面可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可采取完全硬件实施例，完全软件实施例(包括固件，驻留软件，微代码等)，或者组合了软件和硬件方面的实施例的形式，其可以在本文统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的一些实施例可以采取实现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有实现在其上的计算机可读程序代码。本发明的一些实施例的方法和/或系统的实现可以涉及手动、自动或其组合来执行和/或完成所选择的任务。此外，根据本发明的方法和/或系统的一些实施例的实际仪器和装备，可以通过硬件、软件或固件和/或它们的组合，例如使用操作系统，来实现若干选择的任务。
例如，根据本发明的一些实施例的用于执行选择的任务的硬件可以被实现为芯片或电路。作为软件，根据本发明的一些实施例的所选任务可以被实现为由计算机使用任何合适的操作系统执行的多个软件指令。在本发明的示例性实施例中，根据本文所述的方法和/或系统的一些示例性实施例的一个或多个任务由数据处理器执行，例如用于执行多个指令的计算平台。任选地，数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器和/或用于存储指令和/或数据的非易失性存储器，例如磁硬盘和/或可移动介质。任选地，还提供网络连接。还任选地提供显示器和/或用户输入设备，例如键盘或鼠标。
一种或多种计算机可读介质的任何组合可以用于本发明的一些实施例。所述计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、装置或设备，或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非详尽列表)将包括以下项：具有一条或多条电线的电气连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备，或以上的任意合适组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形介质，其可以包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序。
计算机可读信号介质可以包括具有实现在其中的例如在基带内或者作为载波的一部分的计算机可读程序代码的传播的数据信号。这样的传播信号可以采取多种形式中的任一种，包括但不限于，电磁的、光学的、或者它们的任意合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其不是计算机可读存储介质并且其能够传送、传播或传输程序用于由指令运行系统、装置或设备使用或者与其结合使用。
可以使用任何适当的介质来传送实现在计算机可读介质上的程序代码和/或由其他用的数据，包括但不限于：无线、有线、光纤线缆、RF等，或者前述的任何适合的组合。
用于执行针对本发明的一些实施例的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言(包括诸如Java、Smalltalk、C++等的面向对象的编程语言以及诸如“C”编程语言或类似编程语言的常规过程编程语言)的任何组合来编写并且被编译为机器可执行指令。所述计算机程序代码可以作为单机软件包全部地在所述用户的计算机上、部分地在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上、或者全部地在所述远程计算机或服务器上运行。在后者的场景中，所述远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))或者可以对外部计算机做出的连接(例如，使用因特网服务提供商通过因特网)而被连接到用户的计算机。
本发明的一些实施例可以以下参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图得以描述。将理解的是，流程图图示和/或框图的每个框以及流程图图示和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供到通用计算机、专用计算机的处理器或者其他可编程数据处理装置以生产机器，使得经由计算机的处理器或其他可编程数据处理装置运行的指令创建用于实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的单元。
这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质中，其能够引导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定的方式工作，使得被存储在所述计算机可读介质中的所述指令产生包括实施在流程图和/或一个或多个框图框中所指定的功能/动作的指令的制品。
所述计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上以令一系列操作步骤在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行以产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上运行的指令提供用于实施在流程图和/或一个或多个框图框中所指定的功能/动作的过程。
附图说明
这里仅通过示例的方式，参考附图描述了本发明的一些实施例。现在详细地具体参考附图，要强调的是，所示出的细节是作为示例并且出于对本发明的实施例的说明性讨论的目的。就这一点而言，结合附图进行的描述对于本领域技术人员而言显而易见的是可以如何实践本发明的实施例。
在附图中：
图1A、图1B和图1C描述了以不同角度压靠在组织上的消融导管的远端。
图2A是根据本发明一些实施例的基于电压测量来评估两个导管电极之间(和/或两个导管电极中的每个与接地贴片电极之间)的阻抗的模型的一般图示；
图2B、图2C、图2D和图2E是根据本发明的一些实施例的电生成器/测量器的示意图；
图3是根据本发明的一些实施例的评估承载在导管上的第一导管电极和承载在同一导管上的第二导管电极之间的间隙的电阻抗的方法的流程图；
图4是根据本发明的一些实施例的估计个体心脏组织与携带第一导管电极和第二导管电极的导管之间的接触力的方法的流程图；
图5是用于确定表征阻抗测量系统的参数的实验装置的示意图；
图6是根据本发明一些实施例的用于评估阻抗的装置的示意图；
图7是根据本发明的一些实施例的用于基于电压的测量结果使用三个导管电极来估计导管的接触角的电路的电路图；
图8是根据本发明的一些实施例的使用三个电极来估计个体心脏组织与导管之间的接触力的方法的流程图；
图9是根据本发明的一些实施例的以接触角压靠组织的导管的远端的示意图；
图10是图示根据本公开的一些实施例的电极间阻抗与压靠组织的电极的接触力之间的关系的曲线图；
图11是根据本公开实施例的处理器电路的示意图。
具体实施方式
概；述
本发明的一些实施例提供了一种评估两个导管电极之间的间隙的电阻抗的方法。本发明的其他实施例提供了利用这种阻抗值的方法，尤其是当其间测量阻抗的电极在体内组织附近或压靠在个体的体内组织上时。例如，一些实施例提供了基于阻抗评估来估计导管和导管被压靠到的组织之间的接触力的方法。一些实施例提供了基于这样的阻抗评估来评估将导管压向个体体内组织的角度的方法；并且一些实施例提供了基于这样的阻抗来确定组织本身的特性的方法。例如，如果导管电极在心脏的左心房中，则阻抗可以指示电极附近的心房壁的厚度。在另一个示例中，电极附近的组织可以表征为血液、心房壁、疤痕心房壁或瓣膜。
除了上述方法之外，本发明在其一些实施例中还提供了用于执行这些方法的装置。
虽然本发明的一个方面包括评估两个电极之间的间隙的阻抗的特定方法，但是设想的是，利用所获得的阻抗的值的方法也可以利用评估相同阻抗的其他方法执行(当这样的方法变得可用时)。据本发明人所知，目前没有公开可用的仅使用将电极连接到电源和/或仪表的标准导线来测量两个导管电极之间的阻抗的方法。
本发明的一些实施例的一个方面包括一种评估由同一导管承载的两个导管电极之间的间隙的电阻抗的方法。在不同的实施例中，阻抗值可以以不同的准确度水平进行评估，并且有时可能只是粗略的估计。评估的阻抗可能受测量时导管电极所处的环境的影响。因此，所获得的值不仅指示沿着导管主体的导管电极之间的间隙，而且还指示导管主体周围的环境。
在一些实施例中，为了评估阻抗，生成交流电流以沿着导管流向两个电极中的一个，并且在电极中的每个电极处测量响应于该电流产生的电势差。电势差(在本文中也称为电压)中的每个是在导管电极中的相应一个与接地参考电极之间测量的，所述参考电极可为两个导管电极所共有。参考电极可以是连接到个人皮肤的外表面(例如连接到其腿部)的片状电极。
基于这些电压测量结果来评估电极之间间隙的阻抗。在一些实施例中，额外的信息或假设用于基于那些测量结果来评估阻抗。例如，所述额外的信息可以是对将电源连接到电极的导线的自阻抗的估计。额外的信息的另一个示例是假设从一个导管电极到参考电极的路径的阻抗等于从另一个导管电极到参考电极的路径的阻抗。额外的信息的另一个示例可以是交流电流的测量结果，电压是在所述交流电流下测量的。下面提供了基于电压的测量结果来评估电极之间的阻抗的具体方法。
除了上面提到的第一交流电之外，在一些实施例中，所述方法包括生成第二交流电，以沿着导管流向另一电极。因此，在这样的实施例中，一个电流流向第一电极，而第二个电流流向第二电极。每个电流可以由不同的电源生成：第一电源，其被连接到第一导管电极；以及第二电源，其被连接到第二导管电极。额外的电流允许进行三个额外的测量：一个是电流本身，并且两个是两个电极上的电压。这些额外的测量结果可以全部或部分地用作评估电极之间的阻抗的额外信息。这些电流中的每个的频率在1kHz与100kHz之间，例如在5kHz与25kHz之间，并且幅度为1mA或更小。
类似地，可以添加第三、第四或任何其他数量的不同电流，允许进行额外的测量，并且由此允许使用较少数量的近似和假设，并获得更精确的阻抗评估，和/或系统中的额外阻抗的评估。
当涉及两个(或多个)交流电时，基本上有两种实施方式：两种电流具有不同频率的那些(在本文中称为谱方法)，以及在不同时间生成两种电流的那些(在本文中称为分时方法)。在谱方法中，这两个频率可能同时或者在不同时间生成，并且以任何方式分析，就好像它们不相互作用一样。同时生成两种电流通常更加方便。此外，在分时方法中可以使用不同的频率，但使用相同(或相似)的频率通常更方便。然而，在一些实施例中，当使用多于两个电流时，可以在它们中的一些之间使用谱分离，并且在其他之间使用分时。下面将详细讨论谱方法，相信技术人员能够使用本说明书来实施分时方法而无需过度实验或应用创造性技能。
如本文所使用的术语“电源”是指被配置为供应交流电的任何电气设备。电源可以体现在电流源中，即它被设计为输出相同的电流而不管其两端的电压差如何。在其他实施例中，电源可以是提供恒定功率的电源。在一些实施例中，电源可以是非调制电源。
附图的详细说明
本发明，在其一些实施例中，属于评估导管电极阻抗的领域。一些实施例属于基于阻抗测量来估计导管与组织之间的接触力的领域。
在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明的应用并不一定限于以下说明中阐述和/或附图中图示的部件和/或方法的构造细节和布置。本发明能够具有其他实施例，或者能够以各种方式被实践或执行。
图1A至1C描述了以不同角度压靠组织4的消融导管2的远端。在图1A中，导管的远端被示出为包括四个导管电极：端部电极(10)，其是最远端的电极，以及三个环形电极12、14和16。四个电极通过间隙11、13和15彼此间隔开。电极16是最不远的电极，电极12和14是中间电极，被定位于最远的电极与最不远的电极之间。在具有类似于图1A的电极布置的一些市售导管中，端部电极10与最远端电极16之间的距离为大约20mm。在图中，每个电极被示为具有可连接到电气设备(例如，电源、电压计等)的相应的导线(20、22、24、26)。在图1A所示的位置中，端部电极10高度受组织4的影响，组织4几乎完全包围端部电极。导管电极12距组织约5mm，并且受组织影响的程度要小得多，如果有的话。导管电极14和16距组织约10mm和15mm，并且可以被认为位于血池(6)中。组织与导管之间的角度约为90度。
在图1B中，示出了相同的导管2(但为了简单起见，没有画出导线)。这里，端部电极10部分地与组织4接触并且部分地在血池6中，电极12非常靠近组织4，即使不接触它，并且导管电极14和16比导管电极12离组织更远，但是针对图1A中的组织比相同的电极更接近。
在图1C中，所有电极都与组织4和血池6紧密接触。
尽管仅示出了在其远端具有四个电极的消融导管，但是如本文所述的方法可用于其他类型的导管，例如具有10个电极的套索导管。
图2A是根据本发明一些实施例的基于电压测量来评估两个导管电极之间(和/或两个导管电极中的每个与接地贴片电极之间)的阻抗的模型的一般图示；两个导管电极(标记为201和202)可以是彼此间隔达20mm的任意两个导管电极。导管电极之间的距离将决定将评估阻抗归因于特定位置的能力：导管电极彼此之间的距离越远，由评估的阻抗表征的区域就越大。因此，在对特定位置的阻抗感兴趣的实施例中，优选的是，两个电极在测量时位于该特定位置内。例如，在图1A中图示的导管中，两个导管电极可以是电极10、12、14或16中的任意两个。在本段的其余部分中，描述集中在以下实施例上，其中，导管电极201代表端部电极10，导管电极202代表电极12，然而，所描述的方法和装置不限于任何特定种类的导管或导管上的任何特定电极对，除非明确提供了对特定实施例的适用性的限制。特别地，术语“第一电极”和“第二电极”可用于指代任何电极，并且端部电极被命名为“第一”而其他电极以其沿导管的确切顺序命名的约定并未在本公开中使用。图2A中所示的模型以实线显示了导线，并模拟了作为承载负载的导体传播的电场的介质，其中，导体用虚线标记，并且负载用空矩形标记。每个这样的负载(203、205和207)与相应的阻抗(分别为Z、X和Y)相关联。特别地，电极201和202之间的路径由阻抗Z建模，并且在前述实施例中包括端部电极10、环形电极12以及它们之间的介质，其包括组织4的部分、血池6中的血液、和导管的主体的部分2。导管201与参考电极230之间的路径由阻抗X建模。该路径主要包括端部电极10和电流从端部电极10通过身体部分流向参考电极的所述身体部分，这在图1A中未示出。导管电极202和参考电极230之间的路径由阻抗Y建模。该路径主要包括导管电极12和电流从导管电极12通过身体部分流向参考电极的所述身体部分。此外，所述模型出示了将导管电极201和202(10、12)连接到在导线250与260中的至少一条中生成电流的电场生成器/测量器270的导线250和260(对应于在前述实施例中的线20和22)；并测量电极201和202处的电压。电场生成器/测量器270在本文中也被称为电生成器/测量器270。电生成器/测量器270包括至少一个电源和至少一个电压计，如结合图2B至2D更详细地描述的。导线250和260从电生成器/测量器270通过导管本身到达导管电极，并且因此可能受到身体环境的影响，导管从体外进入心脏(或要通过导管被监测和/或处置的其他组织)。因此，这些导体在模型中也被标记为负载有与阻抗R1和R2相关的负载(209和211)。图2A还示出了每个导管电极经由个体的身体连接到接地的贴片电极230。电生成器/测量器270中的(一个或多个)测量设备的读数从电生成器/测量器输出到处理器280，处理器280处理测量结果以提供针对阻抗Z、X、Y、R1和/或R2的阻抗值的评估。在一些实施例中，处理器280还基于对一个或多个阻抗的评估来估计其他参数(例如，接触力)。处理器做出的评估和/或估计可以被输出到输出设备，例如视觉显示器、听觉显示器等。在实践中，处理器可以驻留在电生成器/测量器内部，但在一些实施例中，它是通过数据通信连接到电生成器/测量器的单独设备，数据通信可以是有线的或无线的，并且在一些实施例中可以通过互联网进行。
图2B是根据本发明的一些实施例的电生成器/测量器270的示意图。在该实施例中，电生成器/测量器包括输入/输出端口252和262，用于将电生成器/测量器内部的装置连接到导向电极201和202的电线。可以提供额外的端口(未示出)以允许将其他导管电极连接到电生成器/测量器。例如，在一些实施例中，两对或更多对导管电极之间的阻抗测量可以同时进行，并且电生成器/测量器270可以从这两对或更多对导管电极的导管电极构件中的每个导管电极构件发送和/或接收信号。本说明书提供了关于测量两个电极之间的阻抗的充分细节，并且经过必要修改后，这同样适用于同时或不同时测量其他和/或额外的导管电极对之间的阻抗。
电生成器/测量器270包括电源210，其可以包括电压源或电流源(其可以是连接到大的电阻器(例如100千欧电阻器)的电压源)。在一些实施例中，电源210还可以包括被配置为测量由电源提供的电流的安培计(未示出)。安培计没有明确示出，因为它通常是市售电流源的组成部分。由电源210生成的电流通过导管的导线250流向导管电极201(见图2A)。
导管电极201与接地贴片电极230之间的电压差至少在电源激活时(换句话说，在电源210生成的电流下)由电压计212测量，因此电压差主要是由电源210提供的电流的结果。
电压计222在由电源210生成的电流下测量导管电极202与参考电极230之间的电势差。需要注意的是，两个电极上的电压是在相同电流下测量的。在一些实施例中，可以省略电压计222，并且替代地，开关(未示出)可以将电压计212一次连接到导管电极201并且一次连接到导管电极202，以获得两个电压值。
导管电极201和202处的电压读数被传送到处理器280，处理器280被预编程以基于接收的读数来评估阻抗Z。为此，处理器280可以运行程序来求解在所提供的电流、测量的电压和各种阻抗之间提供联系的方程。方程可以提供各种测量结果、未知项与额外的信息项之间的确定性关系。在一些实施例中，可以通过分析、数值或机器学习方法来求解方程。方程优选地基于物理模型，例如，它们可以基于基尔霍夫定律或叠加定理，或者可以是由叠加定理得到的方程的任何数学等价物。如果标准数学方法可以将一组方程转换为另一组方程，或者如果两组方程在相同的假设下解决相同的物理问题，则两组方程被认为是彼此的数学等价物。方程可以描述将第一和第二电极连接到电生成器/测量器270的导线之间的电流分布、两个电极之间的路径以及每个电极和接地电极之间的路径。使用由图2B所示实施例中的电生成器/测量器270提供的测量结果，此类方程中的未知数为6(电流和5个阻抗：R1、R2、X、Y和Z)，并且测量的次数仅为2(电极201、202的电压)。在一些实施例中，电流也被测量，因此未知数的数量是5并且测量的数量是3。无论是否测量电流，都使用额外的信息来求解方程。在一些实施例中，所述额外的信息包含由电源210提供的电流、R1和R2的假设值以及X＝Y的近似假设。
该额外的信息的来源如下。由电源210提供的电流可以是已知的，因为电源在制造中被控制和校准，并且理想地提供相同的电流而与电路的其余部分无关。替代地或另外地，可以测量电流。
考虑到电极201和202之间的小距离，相对于从导管电极到参考电极可能存在的长距离，X＝Y的近似看起来是合理的。例如，在前述实施例中，其中电极201和202对应于图1A的电极10和12，电极之间的距离可以在1mm与3mm之间。在其他实施例中，(例如，其中电极201和202对应于图1A的电极10和16)，所述距离可以大到20mm。另一方面，到参考电极的距离可能在半米左右。例如，在一些实施例中，组织4在个体的心脏处，并且参考电极被附接到个体的腿。在这样的实施例中，导管电极与参考电极之间的距离可以在大约40与大约60cm之间(尤其取决于个体的尺寸)。因此，两个导管电极之间的距离可以比导管电极与参考电极之间的距离短100倍，并且X和Y大致相同的假设可能是合理的。
阻抗R1和R2可以完全忽略，考虑到它们主要是导线的阻抗。然而，发明人发现考虑它们可能显著增加结果的准确性。关于它们的信息可以从其他测量中获得，例如，在下面图2C的上下文中讨论的那种类型，或者从电磁模拟获得。不管假设R1和R2的某些值的基础如何，R1等于R2的近似可能是合理的，因为两条线穿过基本上相同的介质并且沿着导管沿着基本上相同的路径。
因此，用于基于由图2B中描绘的其配置中的电生成器/测量器270提供的测量来求解方程的额外的信息是可用的，并且可以基于参考电极与电极201和202之间的电压差来评估电极201和202之间的间隙的阻抗。
图2C是根据本发明一些实施例的电生成器/测量器270的示意图。图2C中所示的电生成器/测量器270的配置允许使用具有相同频率但是在不同时间流向不同导管电极的两个电流来评估阻抗Z。为此，连接电源210取决于开关215的状态而被连接到导管电极201(通过导线250)或导管电极202(通过导线260)。开关215有两种状态：在其中一个(用虚线标记)中，电源被连接到线250，并且在另一个(用实线标记)中被连接到线260。类似地，电压计212根据开关225的状态而被连接到导管电极201或202。开关225有两种状态：在其中一个(用虚线标记)中，电压计被连接到线250，并且在另一个(用实线标记)中被连接到线260。在操作中，两个开关被同步(例如，通过处理器280)为使得开关215保持在一种状态而开关225在其两种状态之间移动一次，然后开关215改变状态。
图2D是根据本发明一些实施例的电生成器/测量器270的示意图。图2D中所示的电生成器/测量器270的配置，类似于图2C中所示，允许使用具有相同频率但在不同时间流向不同导管电极的两个电流来评估阻抗Z。然而，在图2D中，测量可能更快，代价是在生成器/测量器上增加了电压计。特别地，电源210的输出被永久地连接到电压计212。电源210也被连接到开关215，在电极201和电极202之间切换电源，类似于图2C中的开关215。类似地，电压计222根据开关225的状态而被连接到导管电极201或202。在操作中，两个开关是同步的，使得在每个偶数步中，开关如图所示地连接(即，电源和电压计212被连接到电极202，并且电压计222被连接到电极201)，并且在每个奇数步中，两个开关都改变状态(即，电源和电压计212被连接到电极201，并且电压计222被连接到电极202)。这样，在每一步，电流源被连接到不同的电极，并且在两个电极上测量电压。
图2E是根据本发明的一些实施例的电生成器/测量器270的示意图。类似于图2C和2D中所示的电生成器测量器270的配置，图2E中所示的配置允许使用两个电流来评估阻抗Z。然而，在图2E中，两个电流可以同时流动，(即，在交叠的时间段)，并且两个电流的频率互不相同。因此，在图2E的配置中，第二电源220被提供，并且被连接到第二导管电极202，使得每个导管电极连接到对应的电源。由电源210和220生成的电流可以具有不同的频率，并且每个电压计可以被配置为仅测量这些频率中的一个频率的电压。例如，每个电压计可以经由解复用器(例如相关器)而被连接到相应的导管电极。解复用器在图中用字母D标记，编号为232、234、242和244)。解复用器接收组合两个频率的信号作为输入，并且主要输出具有一个频率的信号分量。因此，在一个示例中，电压计212以电源210生成的电流的频率测量导管电极201处的电压(例如，因为多路复用器232将输入信号乘以具有与电源210生成的频率相同的频率的信号)电压计214以电源220生成的电流的频率测量导管电极201处的电压(例如，因为多路复用器234将输入信号乘以与电源220生成的频率相同的信号)。在同一示例中，电压计222以电源220生成的电流的频率测量导管电极202处的电压，并且电压计224以电源210生成的电流的频率测量导管电极202处的电压。每个解复用器传输到与连接到其的电压计的频率在图中标出。可以看出，每个电极都被连接到测量每个频率下的电压的电压计。在一些实施例中，可以有更多的频率。例如，可以提供四个频率，例如，由连接到相应四个电极的四个电源提供。然后可以针对四个频率中的每个来评估两个电极之间的阻抗。在一些实施例中，电源可以是可变频率的，并且即使对于仅具有两个电极的导管也可以使用多于两个的频率。
在一些实施例中，在图2E的配置中使用的两个频率(或在使用不同频率的其他实施例中)可以彼此相对接近，因此可以忽略各种阻抗的频率相关性。在一些实施例中，两个频率彼此不同，并且在求解方程时可以考虑各种阻抗的频率依赖性。例如，阻抗的实部可以被假设为与频率无关，每个阻抗的虚部可以被描述为频率的倍数，例如，
Im(Z)＝CZf,
其中，CZ是通过求解方程得到的实系数，并且f是频率。对于阻抗R1、R2、X和Y的虚部，可以写出类似的表达式。
图2D和2E中所示的每个配置都向图2B中所示配置可用的测量添加了至少两个测量结果：在由电源220生成的电流下的导管电极201和202处的电压。因此，用于从测量结果中找到Z的额外的信息的量减少了。在一些实施例中，由电源220提供的电流是已知的，X和Y被允许不同，并且R1和R2的值(假设它们相同，如上所述)从测量结果中找到。
在一些实施例中，每个处于不同频率(或时隙)的附加电流可用于添加更多测量结果并减少对额外的信息或假设的需要。如果测量的数量大于未知数的数量，则可以使用测量结果的不同子集求解方程以获得关于所获得的针对各种阻抗的值的准确度的信息。
虽然图2B、2C、2D和2E示出了用于评估两个电极之间的阻抗的电生成器/测量器270的配置，但在一些实施例中，电生成器/测量器270被配置为测量电压以用于评估不同的更多对电极之间的阻抗。例如，对于图1A中所示的导管电极，电生成器/测量器270可以被配置为评估以下导管电极对中的一个或多个之间的阻抗：10和12、10和14、10和16、12和14、12和16、14和16。
图3是评估承载在导管上的第一导管电极(例如，10)和承载在同一导管上的第二导管电极(例如，导管2的导管10和12)之间的间隙的电阻抗的方法300的流程图。评估的阻抗(即，与间隙相关联的阻抗)可以是连接在两个电极之间的假设负载的阻抗，例如，假设负载203。然而，两个电极不一定是相邻的电极。例如，在图1A所示的实施例中，两个电极可以是相邻电极10和12或12和14或12和16，或非相邻电极10和14、10和16，或12和16。注意，间隙不是导体，但是在某些情况下它可以包括导电部分。例如，电极12可以导电并且可以形成电极10和14之间的间隙的一部分，但是在间隙中流动的电流不在导体中流动。术语“评估”在本文中用于指对值进行关联的动作。虽然期望相关值尽可能接近阻抗的实际值，但不能保证实际值与相关联的值之间的差异。例如，不同的实施例可以提供不同质量的评估。
方法300包括接收电压测量结果的步骤325；以及基于接收到的电压测量结果来评估间隙的电阻抗的步骤375。在一些实施例中，接收到的测量结果包括当电源210生成电流时在电极201和202处读取的电压。在一些实施例中，接收到的测量结果包括当电源220生成电流时在电极201和202处读取的电压。电源可以同时(以不同频率)或以不同的、非交叠的时间段生成电流。
关于步骤325
例如，可以通过电压计210和220进行测量。在一些实施例中，数据在步骤325中由处理器接收，所述处理器被配置为接收指示测量的结果的数据。在一些实施例中，处理器形成电生成器/测量器270的部分。在其他实施例中，处理器是处理器280。在一些实施例中，可以例如从在方法300开始之前执行的导管插入操作的日志文件离线接收测量结果。在一些实施例中，实时接收测量结果，即，当导管在个体的身体内时。如本文中所使用的术语“处理器”用于描述对一个或多个输入执行逻辑操作的任何电路。例如，处理器可以包括一个或多个集成电路、微芯片、微控制器、微处理器、中央处理单元(CPU)的全部或部分、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他适合执行指令或执行逻辑运算的电路。处理器执行的指令例如可以预先加载到与处理器集成或嵌入处理器的存储单元中，也可以存储在单独的存储单元中，例如RAM、ROM、硬盘、光盘、磁介质、闪存、其他永久、固定或易失性存储器，或任何其他能够为控制器存储指令的机制。单独的存储器单元可以是也可以不是处理器的一部分。处理器可以针对特定用途进行定制，也可以针对通用用途进行配置，并且可以通过运行不同的软件来执行不同的功能。
术语“处理器”包括一个或多个处理器。如果采用一个以上的处理器，则所有处理器都可能具有相似的结构，或者它们可能具有彼此电连接或断开的不同结构。它们可以是单独的电路或集成在单个电路中。当使用一个以上的处理器时，它们可以被配置为独立运行或协同运行。它们可以电耦合、磁耦合、光学耦合、声耦合、机械耦合或通过其他允许它们相互作用的方式耦合。
如本文所使用的，如果机器(例如，处理器)被描述为“被配置为”执行特定任务(例如，被配置为执行特定方法的步骤)，则该机器包括使得机器能够执行特定任务的部件、分件或方面(例如，软件)。在一些实施例中，机器可以在操作期间执行该任务。类似地，当任务被描述为“为了”建立目标结果而完成时，至少在一些实施例中，执行所述任务完成目标结果。
除非另有说明，本文中所指的电压和电流都是交变的，所以它们可以用复数数学表示，具有实部和虚部，或者等价地，具有绝对值和相位。然而，在一些实施例中，测量结果不一定测量被测量的量的所有特性。例如，测量结果可以是仅实部的、仅绝对值的或全复值的，例如绝对值和相位。在本说明书和权利要求中，当提及测量是复数(例如，电压或电流)时，所述叙述旨在强调被测量的所有特性(即，实部和虚部或绝对值和相位)进行测量。
在步骤325中接收其测量结果的第一电压是参考电极(例如，230)和第一导管电极(例如，10)之间的电压差。在交流电下，即当交流电流过第一导管电极时测量第一电压。交流电由交流电源生成。在一些实施例中，所述源是电流源，就其被设计成输出相同电流而不管其两端的电压差如何而言。在其他实施例中，所述源可以是提供恒定功率的电源。在这样的实施例中，难以在不测量的情况下提供对源提供的电流的良好估计，因此该电流的实时测量可能比在源是电流源的实施例中更重要。
第一交流电源通过沿着导管并在导管内部延伸的导体(例如，导体20)连接到第一导管电极，使得电流直接流向第一导管电极，并且然后可能分流使得其一部分通过间隙流向第二导管电极。另一部分交流电流通过个体的身体流向参考电极(例如，230)。个体的身体对电流后半部分的影响在图2A中被建模为负载205，具有阻抗X。身体对从源通过导体到电极的电流的影响在图2A中被建模为负载207，具有阻抗R1。
根据方法300用于评估负载203的阻抗Z的第二电压是在相同交流电流下测量的参考电极(例如，230)与第二导管电极(12)之间的电压差，在该交流电流下，第一电压差被测量。
关于步骤375
如本文中所使用术语“基于X进行评估”意味着在依赖于与X相关联的值的过程中进行评估。然而，应注意，评估过程可能依赖于额外的值。例如，在步骤375中，基于第一和第二电压的测量来评估间隙203的电阻抗。在一些实施例中，进行这样的评估可以包括找到函数的值，f
Z＝f(V1，V2，其他信息)
其中，V1是在第一个导管电极处测得的电压，V2是在第二导管电极处测得的电压，其他信息可能包括参数的值、假定表示可接受的近似的方程等。与X相关联的值不一定是X的“真实”值，但可以是被测量或近似为表示X的真实值的任何值，无论该表示是否准确。例如，函数f可以是参数函数，其中R1、R2的值是参数，并且所述其他信息可以包括与这些参数相关联的值。额外地或替代地，其他信息可以包括X和Y彼此相等的等式等。
如上所述，两个电极之间的阻抗可用于估计各种参数。下面详细介绍基于物理模型来估计接触力和接触角的方法。
接触力
图4是估计个体的心脏组织(例如，组织4)与承载第一导管电极(例如，导管电极10)和第二导管电极10(例如，导管电极12)的导管(例如，导管2)之间的接触力的方法400的流程图。方法400可以由连接到导管插入系统的处理器执行，所述导管插入系统包括导管(例如，导管2)、参考电极(例如，230)电源(例如，210、220)和电压计(例如，212、214、222和/或224)。
方法400包括评估第一导管电极与第二导管电极之间的间隙的电阻抗的步骤425。该阻抗评估任选地根据上述方法。然而，如果评估所述间隙的阻抗的其他方法变得可用，则方法400也可以利用通过这些其他方法获得的评估。
方法400还包括步骤475，基于针对所述第一导管电极与所述第二导管电极之间的间隙评估的阻抗来估计接触力。
在一些实施例中，步骤475可以依赖于表征进行阻抗测量的系统的参数，例如所使用的导管、为测量生成的电流等。这些参数可以预先测量，例如在系统制造期间，并作为输入提供给执行方法400的处理器。在一些实施例中，用户提供指示要使用的导管种类的输入(例如Biosense-Webster的Smart-touch)，并且处理器可访问的存储器包括为每个导管提供其自己的一组参数的查找表。
图5是用于确定表征阻抗测量系统的参数的实验装置的示意图。实验设置包括接触组织504的导管502(其可以类似于图1A的导管10)，组织504可以是猪的组织、人造组织替代物(例如开孔海绵)或用于表征所述系统的任何其他参考组织。组织504在容器505中，充满模拟图1A的血池6的盐水溶液506。导管502经由线570连接到电生成器/测量器270。电生成器/测量器提供要分析和显示的测量结果。任选地，电生成器/测量器270包括如图2B至2D中的任一项所示的电源和电压计，以及处理器，其用于基于由上述电压计进行的测量和存储器中可访问处理器可用的额外的信息来执行方法300。电生成器/测量器还被连接到接地参考电极530，容器505位于重物550上，重物550位于承重件560上。降低承重件560会减少导管502与组织504之间的接触力，而提升承重件会增加接触力。重量对接触力进行度量。可以在承重件降低的情况下将重量归零，使得导管不接触组织。
为了获得表征系统的参数，将承重件移动到不同的高度水平，并且在每个高度水平，重量和阻抗读数(例如，显示在显示器580中)被记录。使用例如标准拟合程序获得在绝对阻抗读数和接触力读数之间最佳拟合的参数函数，并且将最佳拟合参数记录为表征系统的参数。
发明人发现，对于他们使用的系统，接触力读数通过以下参数函数最佳地拟合到阻抗读数：
CF＝b|(‖Z‖-‖B‖)|a
其中，CF是接触力(例如，以克为单位)，‖Z‖是导管502的两个电极之间的阻抗的绝对值，‖B‖是当导管在盐水中但未接触组织时导管502的相同两个电极之间的阻抗的绝对值，并且a和b是表征系统的参数。
在一些实施例中，为了评估导管与组织之间的接触力，在接触和没有接触期间，评估电极间的阻抗的绝对值，并且上述参数函数被使用(与在图5的实验装置中找到的针对a和b的值一起)以评估接触力。
在其他示例中，系统的参数是使用不同的实验设置找到的。例如，在用于对个体进行处置的导管插入过程中，接触力是用可商购的接触力传感器(例如，由Biosense-Wester出售的SmarttouchTM导管或由St.JudeMedical提供的TactiCath提供的)测量的，并且同时，测量阻抗。在测量的接触力值和评估的阻抗值之间提供最佳拟合的函数用于在没有市售接触力传感器的情况下执行的其他导管插入过程中根据阻抗值来估计接触力。
在一些实施例中，导管还用于组织消融，通过经由端部电极将RF能量传输到组织。在评估端部电极和任何其他导管电极之间的阻抗时，这种RF传输可能产生大量噪声。因此，在一些这样的实施例中，基于针对两个非尖端导管电极之间的间隙评估的阻抗来估计消融期间的接触力。以此方式，由为消融传输的RF引入的噪声对接触力测量的影响较小。
组织与塌陷导管之间的接触力
一些导管被设计为在一些接触力下塌陷，以省略导管尖端对组织过度按压而刺穿组织。在一些这样的导管中，只要导管不塌陷，端部电极和与其相邻的电极(例如，图1A中的电极10和12)之间的阻抗对接触力敏感，但是这种敏感度在塌陷(例如，塌陷到图1C中所示的配置)后急剧降低。在这样的实施例中，在塌陷之后，可以通过两个非端部电极(例如，图1A中的电极12和14)之间的阻抗来提供接触力的良好测量。因此，在一些实施例中，可以将接触力评估为针对一对导管电极之间的间隙评估的接触力与针对另一对导管电极之间的间隙评估的接触力之间的加权平均值。
例如，在一些实施例中，如果基于F23计算的接触力自身小于第一阈值，则基于Z12自身评估导管和组织之间的接触力。在一些这样的实施例中，如果基于F23计算的接触力自身高于第二阈值，则基于Z23自身计算接触力。在两个阈值之间，使用基于Z12和Z23计算的接触力的加权平均值。
在这样的实施例中，可以使用以下公式来评估接触力：
Figure BDA0003466589150000141
其中，CF代表接触力；CF(Zij)是基于Zij自身计算的接触力，T1和T2是阈值。Z12是针对电极1(即端部电极)和电极2(即与端部电极相邻的电极)之间的间隙评估的阻抗，并且Z23是针对电极2和电极3之间的间隙评估的阻抗，电极3是与电极2相邻的电极(除了电极1)。可以基于电压读数和如上所述的额外的信息来评估阻抗；并且可以使用如上所述的预定参数函数基于阻抗来估计接触力。
接触角
在一些实施例中，可以基于将不同导管电极(201和202)连接到参考电极(230)的路径的电阻率来粗略估计接触角。虽然端部电极10接触组织而不管导管和组织之间的角度如何(参见图1A-1C)，但其他电极与组织的连接取决于接触角。例如，在图1A中，只有尖端导管10接触组织4，而在图1C中，所有导管电极都接触组织4。在图1B中，电极12不接触组织4，但受组织的影响比图1A中的多(并且比图1C中的少)。因此，将非端部电极(例如，电极12)连接到参考电极的路径的电阻率可以用作接触角的指标。在图2A的命名法中，所述路径具有阻抗Y，因此其电阻率为Re(Y)。因此，在一些实施例中，非端部电极的电阻率可用作接触角的指标。
在一些实施例中，接触角的指标可以是Re(Y)和Re(X)之间的差值或比值，使得CAI＝Re(Y)-Re(X)或者CAI＝Re(Y)/Re(X)，其中，CAI代表接触角指示器。在各种接触角下测量X和Y可以揭示CAI值的范围，在该范围内接触角属于图1A中所示的类型(例如，接触角为0±45°)或图1C中所示的类型(例如，接触角为90°±45°)。
在一些实施例中，可以基于在上述实施例中用于评估阻抗Z的相同测量来评估阻抗X和Y，所述实施例不使用X和Y的值或它们之间的等式作为额外的信息。用于计算Z的待求解方程也适用于计算X和Y。
组织成像和组织特性
在一些实施例中，阻抗测量可以被解释为指示组织特性和/或用于组织成像。例如，阻抗测量可以指示组织特性，例如壁厚、消融透壁性和/或连续性、心室壁后面的空气体积(或其他特性)(或测量阻抗的其他体积)、电极附近的血流、电导的方向性、组织种类等。组织种类可以包括例如疤痕、纤维化、炎症、肌肉、脂肪、软骨、肌腱等。这些特性中的任何一个或多个的知识可以帮助组织成像和/或被并入组织图像中，例如，作为所测量特性的表示。
为了给出组织特性，可以进行实验并测量阻抗，任选地在多个频率下。在实验中，当电极接触具有一个特性的不同值的组织时，可以测量阻抗，而控制其他属性。例如，不同厚度或种类的组织的阻抗可以在恒定接触力或几个受控接触力水平下测量。在每个实验中可以测量几个阻抗：不同电极对之间的阻抗，以及不同频率下的阻抗。以此方式，对于给定的组织特性(例如，厚度)，对于每个特性值可以有不同的阻抗向量(例如，针对1mm厚度的一个阻抗向量，针对2mm厚度的第二阻抗向量等)。阻抗向量是本文中用于在不同电极之间和不同频率下进行一系列阻抗测量的术语。可以使用机器学习算法、物理模型或物理模型与机器学习的组合来揭示特性值与测量阻抗向量之间的关系。
例如，组织可以建模为多个堆叠层，并且每个层可以通过串联连接到电容器的电阻器建模。这些层可以彼此并联连接。假设每一层的特征在于相同的阻抗，整个层的阻抗可能是堆叠在一起的层数的函数，并且因此也是厚度的函数。基于该模型，可以使用测量的阻抗来编写和求解连接阻抗和组织厚度的基本物理(例如，叠加定理)方程以找到组织厚度。组织透壁性可以通过比较病变中心和其外围的组织厚度来评估。
在另一个示例中，当电场通过肺到达参考表面电极时，由于呼吸引起的肺体积变化可能改变阻抗X和Y求解的值(参见图2A)。因此，监测X和Y可以提供呼吸速率和深度。
血液与空气之间阻抗的巨大差异还可以允许在气柱与阻抗正在被测量的心腔壁相邻时进行感测。这可以允许识别食道何时在由导管测量的点处靠近壁。
在一个示例中，机器被训练以使用针对不同种类的组织测量的阻抗向量来识别组织种类(或其他组织特性)，同时保持其他特性和接触力恒定。即使没有物理模型，训练也可以区分不同种类的组织。然而，粗略的物理模型可以改进不同组织之间的区分，提供具有给定噪声水平的经训练的测量结果。训练产生将每个阻抗向量与属性类型相关联的算法。然后，所述算法可用于从测量的阻抗向量来推断(未知组织的)组织类型。
在一些实施例中，使用其中两个或更多个组织特性未知的测量结果进行训练，并且算法可以找到特性对，例如，根据阻抗向量给出给定组织的种类和厚度。
在一些实施例中，导管可以接触大面积的心室壁，例如，左心房的整个内壁，并提供关于电极的不同位置处的组织种类和/或厚度的数据。在一些实施例中，这可以通过消融导管、诊断导管或具有两个或更多个电极并且可以移动以接触心室的不同壁部分的任何其他导管来实现。移动期间电极的位置可以通过用于引导导航的方法提供，例如，如在2018年1月12日提交的国际专利申请PCT/IB2018/050192中所描述。
在一些实施例中，导管可以同时接触大的面积。例如，导管可以是多电极篮式导管并且包括20个或更多个电极，例如20、30、40、50、60、120、240或任何中间数量的电极。篮可以在心室中打开，使得所有(或许多)电极接触心室的内壁。在这些电极的相邻对之间以多个频率测量的阻抗数据可以重建心腔内壁的图像，显示具有不同视觉特征(例如，颜色和/或纹理)的不同组织类型，3D状绘制的组织厚度等。
用于评估接触力的装置
本发明的一些实施例的一个方面包括可连接到承载至少两个导管电极的导管的装置。该设备允许评估导管与组织的接触力。在一些实施例中，所述装置包括电场生成器/测量器270，例如，如图2B至2D中的任一个所示，以及被配置为执行方法300和400的处理器(例如，图2A的处理器280)。
图6是根据本发明的一些实施例的可连接到至少承载第一导管电极和第二导管电极的导管的装置600的示意图。
装置600包括电生成器/测量器270，其被配置为生成一个或多个电流并测量至少两个电压以允许评估两个导管电极之间的阻抗。在一些实施例中，电生成器/测量器被配置为如图2B至2E之一所示。
设备600被示为被配置为经由连接器252和262连接至两个电极，但是可以类似地连接至附加电极，例如连接至三个电极，这可以允许测量三个电极对之间的阻抗。
装置600还包括处理器280。在一些实施例中，处理器280可以被配置为控制电生成器/测量器270的部件。例如，在使用分时(例如，如图2C和2D所示)的实施例中，处理器280可以控制管理分时的开关(例如，开关215和225)。在一些实施例中，处理器280可以被配置为控制(一个或多个)电源。
处理器280被配置为从包括在电生成器/测量器270中的电压计接收电压读数；例如，通过执行关于图3描述的方法，基于接收的读数来评估所述第一导管电极与所述第二导管电极之间的间隙的电阻抗。在一些实施例中，例如，分时实施例，除了电压计的读数之外，处理器还接收指示开关状态和每个读数何时被读取的数据。
在一些实施例中，处理器280还基于所评估的阻抗来估计另一个量。另一个实体可以是，例如，导管和组织之间的接触力、它们之间的接触角、组织特性等。
在一些实施例中，处理器280将评估的阻抗值和/或其他量的值输出到输出设备290，其可以包括例如屏幕和/或扬声器。屏幕可以提供对评估的阻抗和/或基于评估的阻抗估计的量的值的视觉指示(例如，数字或图形)。在一些实施例中，当阻抗和/或其他量处于预定范围内时(例如，当接触力高于某个安全极限时)，扬声器可以提供进行警报的可听信号。
处理器280被配置为从包括在电生成器/测量器270中的电压计接收读数；例如，通过执行关于图3描述的方法，基于接收的读数来评估所述第一导管电极与所述第二导管电极之间的间隙的电阻抗。在可连接到多于两个电极的一些实施例中，处理器可以被配置为评估每两个电极之间的间隙的阻抗，例如，当电极的数量是4时，阻抗的数量可以是6。在一些实施例中，仅评估一些对之间的阻抗。
在一些实施例中，处理器280还基于所评估的阻抗来估计另一个量。另一个实体可以是，例如，导管和组织之间的接触力、它们之间的接触角等。应注意，将评估的阻抗值连接到另一量的参数函数中的参数(例如，将评估的阻抗连接到接触力的参数a和b，如上所述)对于每对导管电极可能不同。
在一些实施例中，处理器280将评估的阻抗值输出到输出设备290，其可以包括例如屏幕和/或扬声器。屏幕可以提供对评估的阻抗和/或基于评估的阻抗估计的量的值的视觉指示(例如，数字或图形)。在一些实施例中，当阻抗和/或其他量处于预定范围内时(例如，当接触力高于某个安全极限时)，扬声器可以提供进行警报的可听信号。
在一些实施例中，设备600还可以包括用户接口295，其允许医师确定处理器280应该如何操作，例如，在什么接触力下发出警报，什么其他属性要显示在输出上设备290。在一些实施例中，用户接口295还可以向处理器提供额外的信息，例如所使用的导管的种类等。
使用三个或更多电极的接触角
如上所述，在一些实施例中，多个导管电极中的每个都传输到放置在个体右腿上的中央接地贴片电极。在各自的导管电极和接地贴片电极之间测量的阻抗值X和Y(图2A)被减去或以比率使用以确定接触角指标CAI。因此，所述方法依赖于阻抗值X和Y之间的差异。此外，在该方法中，用于确定CAI的解决方案可能基于六个变量或值的关系，包括：I1、I2、V(1,1)、V(1,2)、V(2,1)和V(2,2)，其中，I1和I2分别是针对第一导管电极201和第二导管电极202生成的电流，V(i，j)表示导管电极i在导管电极j的频率下测得的电压。
但是，通过对电路的电压、电流和阻抗进行假设，可以使用不同的方法来确定接触角，所述方法不依赖于X和Y之间的差异，也不依赖于六个变量。例如，在一些实施例中，假设X＝Y，并且X和Y都远大于Z。这些假设可以被认为是有效的，因为例如导管电极(例如，201、202)之间的距离远小于在导管电极201、202与放置在个体右腿上的接地贴片电极230之间测得的距离X、Y。此外，可以假设I1和I2是稳定的，并且因此不用于确定Z。
基于上述假设并通过从每个电极发射不同频率的电信号，可以使用两个电压确定电极间阻抗Z，而不是上述六个变量。例如可以使用V(1，1)和V(1，2)，其中，V(1，1)是第一电极201在第一电极201的频率下测量的电压，并且V(1，1，2)是由第一电极201在由第二电极202传输的频率下测得的电压。由电极201、202发射的电信号(例如，电压)可由电场生成器270生成。通过使用这些电压来计算电极间阻抗Z，可以使用不同的方法来确定使用三个电极而不是两个电极的接触角。就此而言，并且如下文进一步描述的，可以计算与不同电极对相关联的多个电极间阻抗(例如，Z12、Z23)以估计接触角。
图7是显示使用三个电极通过计算两个接触力值CF1和CF2来确定接触力的电路的电路图。例如，可以使用来自位于个体的身体内的导管的三个电极201、202、208的信息来估计接触角。图7中所示的电路可以类似于图2A中所示和上述的电路，但另外包括第三电极208和与第三电极208和参考电极230之间的路径相关联的额外阻抗W。图7中的电路可用于确定接触力和接触角，但使用三个导管电极并假设X＝Y＝W，并且X、Y、W>>Z。
参考图7，可以使用电压值V(1，1)和V(1，2)来确定针对电极对201-202的第一电极间阻抗Z12，其可以使用电场生成器/测量器270来生成和/或测量。类似地，可以使用电压值V(2,2)和V(2,3)来确定针对电极对202-208的第二电极间阻抗Z23，其中，V(2,2)是在电极202的频率下在电极202处测量的电压，V(2，3)是在电极208的频率下在电极202处测得的电压。如下文进一步描述的，通过基于Z12和Z23计算和比较模型接触力值，电极间阻抗Z12和Z23可用于确定导管相对于组织的接触角。
图8是说明使用三个电极计算导管接触角的方法700的流程图。将理解，方法700的步骤中的一个或所有步骤可以使用处理器电路来执行，所述处理器电路可以包括例如图2A、6和7中所示的处理器280和电场生成器/测量器270。此外，处理器电路可以包括图11中所示并在下面描述的处理器电路150的一个或多个部件。
参考图7和图8，在步骤710中，第一电极201以第一频率f1发射第一电信号，第二电极202以第二频率f2发射第二电信号，并且第三电极208以第三频率f3发射第三电信号。在示例性实施例中，频率f1、f2和f3彼此不同，使得处理器电路可以识别和/或区分每个电极的信号。以不同频率发射第一、第二和第三电信号中的每个有利地允许同时发射和检测所有信号，而无需切换或多路复用。然而，在其他实施例中，频率f1、f2、f3中的两个或更多个是相同的。例如，在一些实施例中，使用时间切换或复用来区分每个电信号。在一些实施例中，第一电极201、第二电极202和第三电极208被定位在导管的远端部分，导管的尺寸、形状和其他结构布置为定位在个体的身体内。在一些实施例中，导管包括心脏内电生理学导管。在一些实施例中，电极201、202、208由处理器电路控制，处理器电路可以包括电场生成器270，以发射第一、第二和第三电信号。
在步骤720中，处理器电路控制第一、第二和第三电极来测量多个电压。在一些实施例中，处理器电路控制第一电极201以在第一频率f1下测量第一电压并且在第二频率f2下测量第二电压。类似地，处理器电路可以控制第二电极202在第二频率f2下测量第三电压并且在第三频率f3下测量第四电压。此外，在一些实施例中，处理器电路可以控制第三电极208测量与第一频率f1、第二频率f2和第三频率f3相关联的电压。然而，在一些实施例中，每个电极可用于测量或检测电压的不同组合，例如与所有三个频率f1、f2、f3相关联的电压。在一些实施例中，仅来自三个电极201、202、208中的两个电极的电压测量结果被用于确定接触角，例如来自第一电极201和第二电极202的电压测量结果。在一些实施例中，测量第一、第二和第三电信号的其他参数。例如，在一些实施例中，在步骤720中检测或测量电信号的电流，而不是电压。在一些实施例中，测量电信号的电流和电压两者。
参考图8和图9，在步骤730中，计算第一假设负载203a的第一电极间阻抗Z12。第一电极间阻抗Z12与第一导管电极201与第二导管电极202之间的路径或距离d1相关联。在步骤740中，计算第二假设负载203b的第二电极间阻抗Z23。第二电极间阻抗Z23与第二导管电极202与第三导管电极208之间的路径或距离d2相关联。可以基于相应的电压对来计算电极间阻抗Z12、Z23。例如，Z12可以基于V(1，1)和V(1，2)来计算，并且Z23可以基于V(2，2)和V(2，3)来计算。电极间阻抗可以是导管电极(例如，Z12、Z13、Z23)的任何组合之间的阻抗。可以使用电极间阻抗的任何合适的组合来确定接触角(例如，Z12和Z23、Z12和Z13)。
与各自的电极间阻抗Z12和Z23相关联的路径d1和d2在下面的图9中示出，其中d1在第一电极10与第二电极12之间延伸，并且d2在第二电极12与第三电极14之间延伸。在一些方面中，基于路径d1和d2的介质，阻抗Z12和Z23的值可以显著不同。例如，对于Z12，第一导管电极10可以与组织接触，而对于Z23，第二和第三电极12、14都在血流区域6中。通过基于各个电极间阻抗Z12和Z23计算和比较成对的接触力值，可以确定接触角。在一些实施例中，可以在例如第三电极14与第四电极16之间计算额外的电极间阻抗。
参考图7和8，在步骤750中，处理器使用计算的阻抗Z12和Z23来计算多对模型接触力，其中，每对模型接触力与模型接触角或模型角相关联，并且包括第一模型接触力CF1和第二模型接触力CF2。如下文中进一步描述的，在示例性实施例中，基于Z12计算每个第一模型接触力CF1，并且基于Z23计算每个第二模型接触力CF2。阻抗Z与接触力CF之间的关系可用于在阻抗(以欧姆为单位)和接触力(以克为单位)之间进行转换。在一些方面，阻抗Z可以被描述为具有组织阻抗分量和血液阻抗分量。例如，阻抗Z与接触力CF的关系可表示为：
Figure BDA0003466589150000191
其中，
P＝1-e-CFT表示导管-组织阻抗并与组织类型(肌肉、软骨、瓣膜、隔膜等)相关联，B表示组织周围血液的阻抗，在两个电极之间测量，并且P是与随着接触力的增加，导管下沉到组织中的量。对于P＝0，导管在血池中，不接触组织，而对于P＝1，导管完全被组织包裹(CF在最大水平)。
通过针对不同的CF值绘制1/Zvs.1/B的多个图，并使用线性回归，可以确定这些图的斜率和交点，并用于基于Z计算CF。例如，CF与Z之间的关系可以描述为：
CF＝bZa
其中，a是给定接触力的曲线斜率(以克为单位)，并且b是曲线的y轴截距。通过使用上述关于两个力(例如，5克和10克)的关系，可以确定a和b。一旦确定了a和b，就可以使用上述CF与Z之间的关系来计算CF。
在一些方面中，导管-组织阻抗可以表示为：
Z＝βe-α(CF)
其中，α基于接触角，并且β表示描述系统的结构的参数，例如电极之间的距离和导管的厚度。在一些实施例中，α或者β中的一项或两者使用Z和CF的已知值根据上述关系预先确定。在导管-组织阻抗关系中，可以理解，随着接触力的增加，导管与组织之间的阻抗减小。然而，在实践中，Z与CF之间的关系还可能包括血液-导管阻抗。在一些方面，随着接触力的增加，导管周围的血液越来越少，因为导管越来越多地包裹在组织中。因此，随着接触力的增加，血液-导管阻抗增加。在一些实施例中，电极间阻抗Z与接触力CF之间的关系可以通过对关系使用对数回归来求解接触力CF。
图10是针对与血液和组织接触的导管电极的阻抗Z与接触力CF之间关系的图示。在这方面，图10中所示的关系图示了接触力增加对导管-组织阻抗和血液-导管阻抗的累积影响。当电极的接触力较小时，阻抗值呈线性上升。然而，随着接触力的增加，组织开始围绕或缠绕在电极周围，并且阻抗随接触力的斜率或变化开始减小。最终，导管电极基本上被组织包裹，使得阻抗值不会随着接触力的增加而显著改变。
参考图8和图9，基于电极间阻抗和接触力之间的关系，可以使用Z12、Z23和多个模型接触角中的每个(例如0°,45°,60°,或90°)作为输入来计算多对模型接触力CF1和CF2(上式中的参数a)。然而，可以使用任何合适数量的模型接触角，包括两个、三个、四个、五个、六个、八个和/或其他更大和更小的值。此外，任何合适的角度组合都可以用作输入，包括0°与90°之间的值，例如10°,20°,30°,50°,70°,80°，和/或任何其他合适的角度。术语模型用于区分基于假设角计算的假设接触力与接触力测量结果和表示导管实际位置和方向的接触角。在这方面，用于识别接触角的模型可以包括多个(例如，四个)模型角，这些模型角不一定反映导管相对于组织的实际角取向。因此，虽然许多模型接触力CF1、CF2可以基于Z12和Z23计算，但部分或全部模型接触力可能不表示导管施加到组织的实际力，而是在估计实际接触角的中间步骤。在一些实施例中，可以使用包括多个模型角、第一电极间阻抗和第二电极间阻抗以及电极间间距的关系来计算第一模型接触力和第二模型接触力。
再次参考图9，示出了以接触角θ压靠组织4的消融导管2的远端。下表包括使用四种不同的假设或模型接触角(0°,45°,60°,和90°)针对图9中所示的导管配置计算的CF1和CF2的若干示例性值。
Figure BDA0003466589150000192
Figure BDA0003466589150000201
如图9中所示的角度θ由组织4的顶面和导管2的轴线118限定。线112、114、116和119分别表示导管在90°,60°,45°,和0°度处的替代方向。
再次参考图8，在步骤760中，通过针对每个模型接触角将计算的CF1和CF2值相互比较并选择计算的CF1和CF2彼此最接近的模型接触角来选择或确定估计的接触角。换句话说，假设在计算CF1和CF2时用作输入的正确或最接近的模型角将产生相同或接近彼此的CF1和CF2值。如上表中所示，比较针对每个角度的CF1和CF2值表明|CF10°-CF20°|＝0.6,|CF145°-CF245°|＝0.7,|CF160°-CF260°|＝3.5，并且|CF190°-CF290°|＝5.0。因此，0°是CF1和CF2彼此最接近的角度，其中，45°是产生针对CF1和CF2的下一个最接近值的角度。因此，在一些实施例中，0°由处理器电路输出作为估计的接触角。
此外，在一些实施例中，可以通过在两个、三个、四个或更多个模型角之间内插来实现更精细的角分辨率。例如，在一些实施例中，处理器电路使用权重函数并且针对每个接触角基于针对所述关系的值|CF1θ-CF2θ|向每个接触角θ应用权重因子，来在模型角之间进行内插。例如，如果|CF10°-CF20°|产生最小值，并且|CF145°-CF245°|产生下一个最小值，可以基于针对|CF1θ-CF2θ|的相应值对角度应用相应的权重，其可能导致0°与45°之间的角度(例如，20°)。例如，可以将较大的权重分配给模型接触力之间具有较小差异的(一个或多个)角度，并且可以将较小的权重分配给模型接触力之间具有较大差异的(一个或多个)角度。在一个实施例中，应用于每个模型角的权重函数可以被定义为：
Figure BDA0003466589150000202
应当理解，在一些实施例中，可以将加权函数归一化以确定每个角度的相应加权因子。在一些实施例中，处理器电路可以首先确定具有模型接触力之间的最小差异的两个模型角，并且然后在两个模型角之间进行插值以确定导管的实际接触角。在步骤770中，指示所确定或估计的接触角的视觉表示被输出到显示器。例如，估计的接触角可以由处理器280输出到显示器290(图6)。在一些实施例中，所述视觉表示包括所述接触角的数值。在一些实施例中，所述视觉表示包括所述接触角的图解表示，例如导管以接触角接触组织的图示或图标。在一些实施例中，所述视觉表示包括指示接触角的文本。在其他实施例中，所述视觉表示基于颜色、阴影或任何其他合适类型的视觉表示来指示接触角。
应当理解，可以对以上关于图8描述的方法进行各种修改。例如，在一些实施例中，使用多于三个的电极，例如四个、五个、六个、八个、十个、二十个、三十个、六十个和/或更大和更小的其他值。可以计算任何合适数量的电极间阻抗，包括两个、三个、四个、五个、六个、八个、十个、二十个、三十个、六十个和/或其他更大和更小的值。此外，可以使用不同于上述那些的电压测量的替代或附加组合来确定电极间阻抗。例如，在一些实施例中，此外，可以使用电极间阻抗Z和接触力CF之间的替代关系来确定每个角度的接触力值。此外，上表中所示的接触力值仅用于说明目的，可能不反映通常由系统确定的值。
图11是根据本公开实施例的处理器电路150的示意图。处理器电路150可以在图6中描述的系统和/或图8中描述的方法700中实现。如图所示，处理器电路150可以包括处理器160、存储器164和通信模块168。这些元件可以彼此直接或间接通信，例如，经由一条或多条总线。
处理器160可以包括被配置为执行本文中所描述的操作的中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、ASIC、控制器、FPGA、另一硬件设备、固件设备或其任何组合。处理器160也可以被实施为计算设备的组合，例如，DSP与微处理器的组合，多个微处理器，与DSP结合一个或多个微处理器内核，或者任何其它这样的配置。
存储器164可以包括高速缓存存储器(例如，处理器160的高速缓存存储器)、随机存取存储器(RAM)、磁阻RAM(MRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、固态存储设备、硬盘驱动器、其他形式的易失性和非易失性存储器，或不同类型存储器的组合。在一个实施例中，存储器164包括非瞬态计算机可读介质。非瞬态计算机可读介质可以存储指令。例如，存储器164或非瞬态计算机可读介质可具有记录在其上的程序代码，所述程序代码包括用于使处理器电路150或处理器电路150的一个或多个部件执行本文中描述的操作的指令。例如，处理器电路150可以执行参考图1A-10描述的操作，包括参考方法300、400和700描述的操作。指令166也可称为代码或程序代码。术语“指令”和“代码”应被广义地解读为包括任何类型的(一个或多个)计算机可读语句。例如，术语“指令”和“代码”可以指一个或多个程序、例程、子例程、函数、过程等。“指令”和“代码”可以包括单个计算机可读语句或多个计算机可读语句。记录有代码的存储器164可以被称为计算机程序产品。
通信模块168可以包括任何电子电路和/或逻辑电路以使于处理器电路150、电场测量器270和/或显示器290之间的数据的直接或间接通信。在这方面，通信模块168可以是输入/输出(I/O)设备。在一些情况下，通信模块168便于处理器电路150和/或系统600(图6)的各种元件之间的直接或间接通信。
预期的是，在此申请到期的专利有效期内，将开发出许多相关的经导管处置。术语“疾病处置的经导管递送”的范围旨在预先包括所有此类新技术。
如本文所使用的关于数量或值的术语“约”是指“在±10％以内”。
术语“包括”、“包括有”、“包含”、“包含有”、“具有”及其变体是指：“包括但不仅限于”。
术语“由……组成”是指：“包括并限于”。
术语“基本上由……组成”是指所述组合、方法或结构可以包括另外的成分、步骤和/或部分，但前提是所述另外的成分、步骤和/或部分不会实质上改变所要求保护的组成、方法或结构的基础和新颖特征。
本文中使用的单数形式的“一”、“一个”以及“该”包括多个指代物，除非上下文中明确地另行规定。例如，术语“一种化合物”或“至少一种化合物”可以包括多种化合物，包括其混合物。
词语“范例”和“示范性”在本文中意指“用作范例，实例或说明”。被描述为“范例”或“示范性”的任何实施例不一定被解释为优选于或优于其他实施例和/或排除并入来自其他实施例的特征。
词语“任选地”在本文中用于表示“在一些实施例中提供而在其他实施例中不提供”。本发明的任何特定实施例可以包括多个“任选的”特征，除非这些特征发生冲突。
如本文所用，术语“方法”是指用于完成给定任务的方式、手段、技术和过程，包括但不限于已知的方式、手段或易于由化学，由药理、生物学、生化和医学领域的从业人员从已知的方式、手段、技术和过程开发出的那些方式、手段、技术和过程。
如本文所用，术语“处置”包括去除、基本上抑制、减慢或逆转病情的进展，基本上改善病情的临床或美学症状或基本上防止病情的临床或美学症状的出现。
在整个本申请中，可以参考范围格式来呈现本发明的实施例。应当理解，范围格式的描述仅是为了方便和简洁，而不应被解释为对本发明范围的不灵活的限制。因此，应该将范围的描述视为已具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，对诸如“从1到6”的范围的描述应被认为具有具体公开的子范围，例如“从1到3”，“从1到4”，“从1到5”，“从2到4”，“从2到6”，“从3到6”等；以及该范围内的单个数字，例如1、2、3、4、5和6。无论范围的广度如何，这都适用。
无论何时在本文中指出数值范围(例如“10-15”，“10至15”或由这些其他这样的范围指示所链接的任何数字对)，都意味着包括在指示的范围限制内的任何数字(分数或整数)，包括范围限制，除非上下文另有明确说明。短语第一指示数字和第二指示数字的“范围/在其范围内/之间的范围”，以及第一个指示数字“至”，“上至”，“直到”或“到”第二指示数字的“范围/在其范围内/从……开始的范围”在本文中可互换使用，并且包括第一和第二指示数字以及它们之间的所有分数和整数。
尽管已经结合本发明的特定实施例描述了本发明，但是显然，许多替代、修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和广泛范围内的所有这样的替代、修改和变化。
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用整体并入本说明书中，其程度就如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体地和单独地指示为通过引用并入本文中一样。此外，本申请中任何参考文献的引用或识别不应被解释为承认此类参考文献可用作本发明的现有技术。就使用的章节标题而言，它们不应被解释为一定是限制性的。
应当理解，为了清楚起见在单独的实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征，也可以单独地或以任何合适的子组合或在本发明的任何其他所述的实施例中合适地提供。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不应被认为是那些实施例的必要特征，除非该实施例没有那些要素就不能工作。

Claims (15)

1.一种确定导管与身体内的组织之间接触角的方法，所述方法包括：
(710)：
从所述导管的第一电极发射第一电信号，
从所述导管的第二电极发射第二电信号，并且
从所述导管的第三电极发射第三电信号；
(720)使用所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极来测量与所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号相关联的多个电压；
(730)基于所述多个电压计算第一电极间阻抗(Z12)；
(740)基于所述多个电压计算第二电极间阻抗(Z23)；
(750)针对多个假设角中的每个假设角计算第一假设接触力和第二假设接触力，其中，所述第一假设接触力和所述第二假设接触力分别基于所述第一电极间阻抗和所述第二电极间阻抗计算；
(760)基于针对所述多个假设角中的每个假设角计算的所述第一假设接触力与所述第二假设接触力的比较来确定所述接触角；并且
(770)输出指示所述接触角的表示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
发射所述第一电信号包括以第一频率发射所述第一电信号，
发射所述第二电信号包括以第二频率发射所述第二电信号，
发射所述第三电信号包括以第三频率发射所述第三电信号，并且
所述第一频率、所述第二频率和所述第三频率彼此不同。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，测量所述多个电压包括：
使用所述第一电极以所述第一频率测量第一电压；并且
使用所述第一电极以所述第二频率测量第二电压。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，测量所述多个电压包括：
使用所述第二电极以所述第二频率测量第三电压；并且
使用所述第二电极以所述第三频率测量第四电压。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，计算所述第一假设接触力和所述第二假设接触力包括使用包括所述多个假设角、所述第一电极间阻抗和第二所述电极间阻抗以及电极间间距的关系来计算所述第一假设接触力和所述第二假设接触力。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，确定所述接触角包括对两个或更多个假设角进行内插，例如通过基于对所述第一假设接触力与所述第二假设接触力的比较来对所述假设角中的每个假设角应用权重函数。
7.一种装置，包括：
电生成器和测量器(270)；
与导管通信的处理器电路(280)，所述导管被配置为以接触角接触身体内的组织，其中，所述处理器电路被配置为：
控制所述电生成器和测量器以：
从所述导管的第一电极发射第一电信号，
从所述导管的第二电极发射第二电信号，
从所述导管的第三电极发射第三电信号；并且
使用所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极来测量与所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号相关联的多个电压；
基于所述多个电压来计算第一极间阻抗(Z12)；
基于所述多个电压来计算不同的第二电极间阻抗(Z23)；
针对多个假设角中的每个假设角计算第一假设接触力和第二假设接触力，其中，所述第一假设接触力和所述第二假设接触力分别基于所述第一电极间阻抗和所述第二电极间阻抗计算；
基于针对所述多个假设角中的每个假设角计算的所述第一假设接触力和所述第二假设接触力的比较来确定所述接触角；并且
与所述处理器电路通信地输出指示所述接触角的表示。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述处理器电路被配置为控制所述电生成器和测量器：
从所述第一电极以第一频率发射所述第一电信号；
从所述第二电极以第二频率发射所述第二电信号；并且
从所述第三电极以第三频率发射所述第三电信号，
其中，所述第一频率、所述第二频率和所述第三频率彼此不同。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述处理器电路被配置为控制所述电生成器和测量器：
使用所述第一电极以所述第一频率测量第一电压，并且
使用所述第一电极以所述第二频率测量第二电压。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述处理器电路被配置为控制所述电生成器和测量器：
使用所述第二电极以所述第二频率测量第三电压，并且
使用所述第二电极以所述第三频率测量第四电压。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的装置，其中，所述处理器电路被配置为使用包括所述多个假设角、所述第一电极间阻抗和所述第二电极间阻抗以及电极间间距的关系来计算所述第一假设接触力和所述第二假设接触力。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的装置，其中，所述处理器电路被配置为通过对两个或更多个假设角进行内插来确定所述接触角。
13.根据权利要求7至12中的任一项所述的装置，其中，所述导管包括心脏内电生理导管，并且其中，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极被定位于所述导管的远端部分。
14.一种系统，包括：
根据权利要求7至13中的任一项所述的装置，以及
所述导管，其包括被定位于所述导管的远端部分的所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极。
15.一种包括计算机程序代码模块的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，所述代码模块适于实现根据权利要求1至6中的任一项所述的方法。
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