CN115066205A - 畸变检测的混合方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在混合磁和阻抗跟踪系统中区分磁场畸变和物理运动的系统可以包括被配置为在体内产生电场以定位医疗装置(106)上的电极(124)的第一驱动贴片(31)和第二驱动贴片(32)、被配置为产生磁场的磁定位系统、被配置为从磁定位系统接收信号的磁传感器(300)、以及电子控制单元，其被配置为接收来自阻抗定位系统的位置数据和来自磁定位系统的磁传感器位置数据，并且可以被配置为检测磁传感器的位置变化，并使用驱动贴片位置数据和磁传感器位置数据来确定检测到的磁传感器的位置变化是由磁场畸变还是由物理运动引起的。

Description

畸变检测的混合方法
技术领域
本公开总体上涉及医疗器械在人体内的定位。更具体地，本公开涉及在混合磁跟踪和基于阻抗的跟踪系统中检测和区分磁场畸变和位置变化畸变。
背景技术
电生理(EP)导管已用于越来越多的程序。例如，导管已用于诊断、治疗、标测和消融程序，仅举几个例子。通常，导管被操纵通过患者的脉管系统到预期部位，例如患者心脏内的部位，并携带一个或多个电极，该电极可用于诊断、标测、消融或其他治疗。为了提高程序成功率，需要导管的精确定位和临床医生对患者体内精确位置的了解。
为了将导管定位在体内所需部位，必须使用某种类型的定位系统。为了确定导管与患者解剖结构的相对位置，已开发出磁定位系统，该系统在众所周知的受控磁场内提供导管位置，并且已开发出阻抗定位系统，其使用电流提供导管在三个电极对内的位置。外部产生的磁场包括由位于磁场内的导管(例如，通过诸如线圈的元件)感测的精确磁梯度(场线)。使用算法过程分析由磁场在传感器中感应的电流，并用于确定导管在患者体内的位置。一旦根据需要将导管定位在患者体内，临床医生就可以操作导管，例如，消融组织以中断潜在的致病性心律。
然而，磁定位系统易受由磁场内的磁畸变引起的误差的影响，该磁畸变由例如侵入磁场的外来铁质或金属物体引起。这种畸变的引入会导致系统呈现出在患者体内的导管的不准确位置。
发明内容
期望提供一种用于确定医疗装置在体内的位置的系统。特别地，期望提供一种将减少位置误差的系统。
在一个实施例中，一种用于在用于在患者体内导航医疗装置的混合磁和阻抗跟踪系统中区分磁场畸变和物理运动的系统可以包括：阻抗定位系统，包括第一驱动贴片和第二驱动贴片，被配置为耦合到患者身体的外表面，第一和第二驱动贴片被配置为在体内产生电场，用于定位医疗装置上的电极；磁定位系统，被配置为产生磁场；磁传感器，耦合到第一和第二驱动贴片中的一个并被配置为接收来自磁定位系统的信号；以及电子控制单元，被配置为接收来自阻抗定位系统的驱动贴片位置数据和来自磁定位系统的磁传感器位置数据。电子控制电路可以被配置为检测磁传感器的位置变化并使用驱动贴片位置数据以及磁传感器位置数据来确定检测到的磁传感器的位置变化是由磁场畸变还是由磁传感器的物理运动引起的。
在另一个实施例中，一种用于在用于在患者体内导航医疗装置的混合磁和阻抗跟踪系统中区分磁场畸变和物理运动的系统可以包括：磁定位系统，被配置为产生磁场；磁传感器，包括第一传感器线圈、与第一传感器线圈正交定向的第二传感器线圈、以及与第一和第二传感器线圈正交定向的第三传感器线圈，并被配置为接收来自磁定位系统的信号；多个阻抗贴片，被配置为在患者体内产生电场，用于定位医疗装置上的电极；以及电子控制单元，被配置为接收来自磁传感器和多个阻抗贴片的信息。电子控制单元可以被配置为确定磁传感器矢量和阻抗矢量，电子控制电路可以被配置为检测磁传感器的位置变化，并使用磁传感器矢量和阻抗矢量来确定检测到的位置变化是由磁场畸变还是由磁传感器的物理运动引起的，并且电子控制单元可以被配置为启动校正算法，其中，所述校正算法被配置为基于所述磁场畸变或通过所述磁传感器的物理运动来校正所述医疗装置的位置变化。
在又一个实施例中，一种用于在用于在患者体内导航医疗装置的混合磁和阻抗跟踪系统中区分磁场畸变和物理运动的方法可以包括：在第一时间从磁传感器接收指示由磁传感器内的多个传感器线圈中的每一个感测到的磁场的第一组一个或多个信号；从阻抗传感器接收指示坐标系内的位置的第一组一个或多个信号；在第二时间从磁传感器接收指示由每个传感器线圈感测到的磁场的第二组一个或多个信号；从阻抗传感器接收指示坐标系内的位置的第二组一个或多个信号；确定磁传感器矢量；确定阻抗矢量；检测磁传感器的位置变化；将磁传感器矢量与第一阈值进行比较，并将阻抗矢量与第二阈值进行比较，以确定检测到的磁传感器的位置变化是由磁场畸变引起的还是由于磁传感器的物理运动已经发生。如果磁传感器矢量超过第一阈值并且阻抗矢量低于第二阈值，则检测到的位置变化可以由磁场畸变引起；以及如果磁传感器矢量超过第一阈值并且阻抗矢量超过第二阈值，则检测到的位置变化可以由磁传感器的物理运动引起。
本发明的前述和其他方面、特征、细节、效用和优点将通过阅读以下描述和权利要求以及通过查看附图而变得显而易见。通过考虑具体实施方式和附图，本公开的附加特征、优点和实施例可以被阐明或显而易见。此外，应理解，前述简要概述和以下具体实施方式、附图和附件旨在提供进一步的解释，而不限制所要求保护的本公开的范围。
附图说明
图1是与本公开的各个方面一致的混合磁和阻抗跟踪系统的示意图。
图2A是与本公开的各个方面一致的导管组件的局部等距视图，该导管组件包括配置用于在混合磁和阻抗跟踪系统中定位的导管和导引器。
图2B是与本公开的各个方面一致的图2A的导管的远侧尖端组件的放大的局部侧视图。
图3A是与本公开的各个方面一致的磁检测传感器的俯视图，其中传感器外壳的部分被分离以显示内部特征。
图3B是与本公开的各个方面一致的图3A的磁检测传感器的等距视图。
图3C是与本公开的各个方面一致的从例如图3A和3B的磁检测传感器分离出来的传感器线圈阵列配置的实施例的放大俯视图。
图3D示出了详细说明计算与传感器线圈相对于彼此的机械位置和定向相关联的幅度位置和定向的方法的流程图。
图4是在混合磁和阻抗跟踪系统中将磁传感器放置在阻抗贴片上的等距视图。
图5是与本公开的各个方面一致的在医疗程序期间将磁检测传感器放置在患者上的侧视图。
图6A-6C是经历畸变的系统的几个实施例的图解表示。
具体实施方式
心脏定位系统能够在心脏腔室的重叠模型或图像内显示常规电生理导管的三维(3D)位置。这些定位系统还可以将心脏电活动显示为波形轨迹和心脏腔室的模型上的动态3-D等电位标测图。这些三维模型的轮廓表面基于患者自己心脏腔室的解剖结构。这些定位系统可以使用基于阻抗和/或基于磁的定位技术来呈现导管位置和模型创建。
当使用磁定位时，从局部源产生的磁场本质上容易受到由金属或铁质物体侵入或放置在所产生的磁场附近引起的畸变的影响。这种畸变可能导致计算或确定的医疗装置位置以及相关解剖模型和其他表示的不准确。此外，当使用磁定位系统和阻抗定位系统时，患者运动可能会导致计算或确定的医疗装置位置以及相关解剖模型和其他表示中的畸变和不准确。导航系统可以使用各种传感器来监测患者的运动，以便在确定医疗装置的位置时补偿这种运动。此外，如本文所讨论的，导航系统可以将磁传感器和阻抗传感器配对以确定是否发生了磁畸变或患者运动。
嵌入心内装置内的磁传感器用于确定装置相对于一个或多个已知参考位置的位置和定向。这些装置可以包括导管、护套、导丝和本领域普通技术人员已知的其他装置。此外，嵌入心内装置内的阻抗传感器可用于确定此类装置的位置和定向。该位置和定向信息可用于导航装置，也可用于优化基于磁和阻抗的装置定位。当在空间中导航医疗装置时，装置的显示或以其他方式报告的位置可以在底层磁场变化/畸变，或者患者的位置变化(尽管装置在患者内的物理位置没有实际变化(或最小的实际变化))时明显偏移(例如，在显示装置的位置的表示的屏幕上在视觉上偏移)。可以理解，这种偏移可能会导致使用装置的报告的位置创建的模型不准确。来自装置的磁位置和定向数据也可以与基于阻抗的定位技术结合使用，并用于优化/缩放非线性阻抗场。如下文参考附图更详细描述的，本公开的实施例识别磁场内这种畸变的存在以及由于患者运动、插入患者体内的其他装置的存在以及周围环境的干扰而导致的读数的变化。本公开的实施例可以在确定存在畸变或运动之后进一步区分磁场内的这种畸变和由于患者运动而导致的读数的变化。
图1示出了用于在进行医疗程序时导航患者11的人体解剖结构(为简单起见，在图1中描绘为椭圆形)的混合磁和阻抗跟踪系统8的示意图。例如，如图1所示，系统8可用于标测患者的心脏10并导航心脏导管穿过心脏的腔室。混合磁和阻抗跟踪系统8确定物体(例如，诊断或消融导管的一部分，例如图2A和2B中描绘的电极组件112)通常在三维空间内的位置(以及，在一些实施例中，定向)，并将这些位置表示为相对于至少一个参考确定的位置信息。具体地，混合磁和阻抗跟踪系统8可用于确定心脏导管在磁和/或阻抗场内的位置，然后将其叠加在例如心脏10的图像或模型上。在其他实施例中，可以将磁共振成像数据以及其他参考数据叠加到三维空间上，以向临床医生提供虚拟工作环境，在该虚拟工作环境中参考心脏导管相对于患者心脏10的实时位置。
混合磁和阻抗跟踪系统8可以包括各种可视化、定位、标测和导航组件。例如，混合磁和阻抗跟踪系统8可以部分地包括基于磁场的系统，例如可从Biosense Webster商购的CARTOTM系统，如通常参考美国专利No.6,498,944、6,788,967和6,690,963中的一个或多个示出的，其公开内容在此通过引用整体并入，如同在此完全阐述一样。在另一个实施例中，混合磁和阻抗跟踪系统8可以部分地包括基于磁场的系统，例如可从Abbott Laboratories获得的MEDIGUIDETM技术系统，通常参考美国专利No.6,233,476；7,197,354；7,386,339；2014年3月13日提交的题为“Medical Device Navigation System”的美国专利申请No.14/208,120，2013年6月12日提交的题为“Medical Device Navigation System”的美国临时专利申请No.61/834,223，以及2014年3月13日提交的题为“Medical Device NavigationSystem”的国际申请No.PCT/IB2014/059709中的一个或多个示出的，其公开内容在此通过引用整体并入，如同在此完全阐述一样。在又一个实施例中，混合磁和阻抗跟踪系统8可以包括混合的基于电场和基于磁场的系统，例如但不限于2011年9月13日提交的题为“Catheter Navigation Using Impedance and Magnetic Field Measurements”的未决美国专利申请No.13/231,284和2011年4月14日提交的题为“System and Method forRegistration of Multiple Navigation Systems to a Common Coordinate Frame”的美国专利申请No.13/087,203中描述的系统，其每一个在此通过引用整体并入，如同在此完全阐述一样，或者可从Biosense Webster商购的CARTOTM 3系统。在一些实施例中，混合磁和阻抗跟踪系统8可以包括其他通常可用的系统或与其结合使用，例如但不限于荧光透视、计算机断层扫描(CT)和基于磁共振成像(MRI)的系统。仅出于清楚和说明的目的，定位系统8将在下文中描述为包括混合磁和阻抗跟踪系统。
混合磁和阻抗跟踪系统8可以包括各种可视化、定位、标测和导航组件。例如，混合磁和阻抗跟踪系统8可以部分地包括阻抗定位系统和/或混合磁和阻抗跟踪系统，例如EnSiteTMNavXTM电解剖标测系统、EnSiteTMVelocityTM电解剖标测系统和EnSitePrecisionTM电解剖标测系统，全部可从Abbott Laboratories商购获得，或通常通过参考美国专利No.7,263,397('397专利)，或美国专利公开No.2007/0060833A1，2005年9月15日提交的美国申请No.11/227,580('580申请)，或美国公开No.2018/0296111A1，2018年4月13日提交的美国申请No.15/953,155('155申请)所看到的。'397专利、'580申请和'155申请都通过引用并入本文，如同在此完全阐述一样。各种EnSiteTM系统基于以下原理：当电流通过胸部时，跨越内部器官(例如心脏)发生电压降，并且该电压降可以被测量并用于确定医疗装置在体内的位置。
图1可以进一步举例说明包括两个定位系统(基于阻抗的定位系统和基于磁的定位系统)的混合定位系统。一般来说，如图1所示，混合磁和阻抗跟踪系统8可以包括多个磁场发射器(例如，12、14、16、18、19和21)，它们发射跨越患者身体11的磁场。这些磁场发射器，其可以放置在患者上或附接/施加到患者，或固定到外部设备，定义三个大致正交的轴，例如x轴、y轴和z轴。磁场发射器电耦合到磁场发生器。磁场发生器产生一个或多个磁场，该磁场可以通过磁场发射器同时发射、时分复用和/或频分复用。开关13对从一个或多个接收器17、22和31(例如，导管、患者参考传感器、内部参考传感器、磁传感器等)接收的信号进行采样。
该系统可以另外包括三对贴片电极，它们放置在身体的相对表面(例如，胸部和背部、胸部的左侧和右侧以及颈部和腿部)上并且形成大致正交的x、y、和z轴，以及参考电极，该参考电极通常放置在胃附近并提供参考值并充当导航系统坐标系的原点。图1示出了这些正交定位的驱动贴片中的两对驱动贴片31、32、33、34。正弦电流可以被驱动通过每对贴片电极以创建电场并且可以获得与医疗装置相关联的一个或多个电极的电压测量。测量的电压和装置电极与贴片电极的距离成正比。将测量的电压与参考电极处的电位进行比较，并确定装置电极在导航系统坐标系内的位置。
指示从一个或多个发射器穿过患者身体11的磁场的来自接收器的接收信号、和/或来自多个驱动贴片的阻抗数据然后从模拟转换为数字信号以用于由计算机系统7进一步处理。计算机系统7对从接收器和/或驱动贴片接收的数据执行计算以确定例如心脏导管在患者心脏内的位置。在所示实施例中，计算机系统可以耦合到磁跟踪系统和阻抗跟踪系统。在其他实施例中，磁跟踪系统和阻抗跟踪系统可以耦合到单独的装置，或者附加组件可以存在于系统内。此外，实际的导管位置可能会被其他铁质/金属体引起的磁场内的磁畸变所掩盖。这些磁畸变和导管的感知位置与导管的实际位置相比的错误率相关联。计算机可以另外包括电子控制单元。如在整个申请中所描述的，计算机可以从本文描述的各种设备和系统接收、计算、确定和发送数据。
为了供临床医生在程序期间参考，磁场内导管的感知位置可以相对于已知参考点(例如，心脏腔室、动脉等)呈现在显示器6上。
在一个实施例中，诸如导管之类的医疗装置可以延伸到患者心脏10的左心室中。在其他实施例中，医疗装置可以延伸到左心房、冠状窦、肺静脉或体内的另一条动脉、静脉或管腔。在这些实施例中的一些实施例中，医疗装置可以在脉管系统之外使用。导管包括沿其长度间隔开的多个传感器线圈和电极。如本文所用，术语“传感器线圈”一般指其在磁场内的位置可由该系统测量的任何元件(例如，磁传感器)。因为每个传感器线圈都位于磁场内，所以可以同时为每个传感器线圈收集定位数据。此外，每个电极都位于由阻抗驱动贴片创建的场内，也可以同时为每个电极收集定位数据。
混合磁和阻抗跟踪系统8可以包括固定参考22以定义基于磁的定位系统的坐标系的原点。这个固定参考提供了一个相对位置，导管上的传感器线圈的位置相对于该位置被测量。这样的固定参考同样可以位于固定的内部或外部位置。同样，多个参考可用于相同或不同目的(例如，校正呼吸、患者移位、系统漂移等)。如果固定参考包括磁参考传感器，则磁参考传感器可能容易受到金属干扰以及磁参考传感器的物理运动的影响，无论是通过患者的运动、皮肤运动或拉伸、意外运动还是其他方法。此外，由于固定参考22用于定义基于磁的定位系统坐标系的原点，因此在跟踪工具位置数据中不会观察到固定参考的物理运动。磁场畸变和固定参考22的物理运动的组合可能需要能够区分误差类型的系统。本系统可以通过使用来自基于阻抗的导航系统的位置数据与来自基于磁的导航系统的磁位置数据的组合来辨别物理患者运动和由磁场畸变引起的感知运动。磁参考传感器可以物理连接到患者施加的贴片或其他允许使用混合磁和阻抗跟踪系统(即EnSite PrecisionTM)进行跟踪的装置。由于贴片和磁参考传感器的位置现在连接在一起，因此可以监测贴片与磁参考传感器的相对位置。如本文所述，如果贴片或其他阻抗装置的阻抗位置数据和磁参考传感器位置数据一起移动，则这可归因于患者(物理)运动。然而，如果参考的磁位置数据变化，而阻抗位置数据没有变化，则可以确定磁参考传感器受到干扰的扰乱。
一种计算机系统，其可以包括常规通用计算机、专用计算机、分布式计算机或任何其他类型的计算机，并且可以包括一个或多个处理器，例如单个中央处理单元(CPU)或多个处理单元，通常称为并行处理环境，可以控制混合磁和阻抗跟踪系统8和/或执行指令以实践本文描述的实施例的各个方面。
图2A是导管组件100的简化等距视图，包括导管106，导管106在远端部分包括导管尖端组件(或电极组件或远侧尖端组件)112并且可操作地适于在临床医生的控制下进行诊断或治疗程序。导管106的近端部分104可以包括操纵手柄或其他机构(未示出)。在本实施例中，导管106是标测导管。导管106包括在近端部分104和导管尖端组件112之间延伸的柔性轴杆102。导管组件100还包括电连接器(未示出)，其被配置为在导管尖端组件112和外部电子组件(未示出)之间建立电连接以执行例如定位、标测、消融和/或起搏程序。图2还示出了包括导管组件100的一部分的导引器114。导管尖端组件112可以包括多个传感器线圈(或定位线圈或传感器)，诸如在例如本申请的图3A、3B和3C中示意性地示出的那些，或美国专利No.6,690,963中示出的传感器(参见，例如，图2和3中描绘的传感器30、32、34)，其已通过引用并入本文，如同在本文中完全阐述一样。例如，这些定位线圈可以位于图2B中的虚线框122所示的区域中。
图2B更详细地示出尖端组件112的放大侧视图。尖端组件112包括尖端电极124(在图2B中示意性地示出)；多个环形电极128R-2、128R-3和128R-4；和多个电导体120(例如，电连接到三个环形电极中的每一个的一个导体和电连接到尖端电极124的单独导体)。如果定位线圈位于例如由虚线框122描绘的区域中，则附加的电连接器可以从尖端组件112向近侧延伸。
图3A和3B是包括分别电耦合到第一传感器线圈315、第二传感器线圈320和第三传感器线圈325的电路板310的磁传感器300的一个实施例的视图。在一些实施例中，磁传感器可以包括固定参考以定义基于磁的定位系统的坐标系的原点。在其他实施例中，磁传感器可以包括比图3A和3B中使用的更多或更少的传感器线圈。在一个实施例中，磁传感器可以包括5个传感器线圈。在另一个实施例中，磁传感器可以包括6个传感器线圈。每个传感器线圈都相对于磁传感器外壳305和电路板310固定，在所示实施例中，传感器线圈相对于彼此以正交定向固定。在另外的实施例中，传感器线圈可以固定在不同的定向上。在一些实施例中，传感器线圈可以包括平行的、偏移的或附加的定向。在操作期间，磁传感器300被放置在所产生的磁场内，并且各个传感器线圈中的每一个接收指示磁场强度和定向的能量。在一个特定实施例中，计算接收到的能量的矢量和以确定传感器线圈相对于彼此的位置的感知变化。感知到的变化指示磁传感器附近的磁场中的磁畸变。在医学磁定位应用中(如上文更详细讨论的)，这种磁畸变影响系统准确定位例如导管在患者体内的位置的能力。
在分别将来自第一传感器线圈315、第二传感器线圈320和第三传感器线圈325的接收信号传输到用于处理和确定磁场畸变量的计算电路之前，电路板310内的电路可以进行许多信号处理功能，包括例如模数转换、前置放大和信号噪声滤波。在信号处理之后，所述接收信号通过电缆330传输到磁定位系统处理器电路，电缆330通过焊盘335耦合到电路板310。在进一步的实施例中，磁传感器可以使用本领域技术人员已知的无线数据传输协议将来自每个传感器线圈的接收信号无线传输到磁定位系统的处理器电路。
图3C示出了传感器线圈阵列370(分别包括第一传感器线圈315、第二传感器线圈320和第三传感器线圈325)的实施例，其从外壳305、电路板310和图3A和3B所示的其他部件分解。如图3C所示，传感器线圈彼此正交定向并以精确的距离彼此固定。如上所述，虽然传感器线圈的所示实施例被定向为彼此正交，但附加定向是可能的。在磁场中磁传感器的操作期间，传感器线圈阵列的输出用于计算与传感器线圈相对于彼此的机械位置和定向相关联的幅度位置和定向。
图3D示出了计算与传感器线圈相对于彼此的机械位置和定向相关联的幅度位置和定向的一种方法。
在步骤381中，在第一时间计算三个传感器线圈的纵轴的中心之间的距离的矢量和。矢量和也可以被认为是初始指标值。响应于磁场中的畸变，这些传感器线圈中的一个(或多个)的感知位置可以从其相对于其他传感器线圈的已知/固定位置移位。结果，相应的矢量和会受到相应的影响。
在步骤383中，在第二时间计算三个传感器线圈的纵轴的中心之间的距离的更新矢量和。更新矢量和也可以被认为是当前指标值。
在步骤385中，可以确定初始矢量和与更新矢量和之间的变化。
在步骤387中，可以将初始矢量和与更新矢量和之间的变化与确定的阈值进行比较。确定的阈值可以指示所产生的磁场的畸变。这种畸变可以使来自产生的磁场的读数不可靠。
在步骤389中，确定所产生的磁场是否存在畸变。
在另外的实施例中，在确定初始指标值(其中磁场没有畸变)之后，后续的幅度位置和定向可以在时间上相关。如上所述，由于磁场内的局部磁畸变，这些后来的幅度值可能与初始指标值不同，从而导致传感器线圈相对于彼此的位置和定向的感知偏移(即使传感器线圈相对于彼此的定向和位置是固定的)。可以将初始指标值与后续指标值进行比较，以确定何时超过医疗程序期间可接受的磁场畸变水平。该增量值(初始指标值和后续指标值之间的值变化)与导管定位中的畸变相关的漂移相关联。
在一个实施例中，可以由临床医生确定可接受的磁畸变增量值(例如，软阈值)和/或由处理器电路确定可接受的磁畸变增量值(例如，硬阈值)。在另一个实施例中，可以在系统内预设可接受的磁畸变增量值。在又一实施例中，系统可以基于供临床医生选择的各种因素来建议一个或多个可接受的磁畸变增量值。在一个这样的实施例中，磁定位系统可以在超过软阈值时指示畸变正在影响导管在患者内的感知位置，但继续在显示器上显示导管的感知位置。在另一个实施例中，当指标值的增量值超过硬阈值时，由于位置信息的感知不准确，磁定位系统不能再用新计算的导管的感知位置更新显示。该信息可以通过使用听觉、视觉、触觉或其他感官反馈传达给临床医生。在一些实施例中，该操作可以称为磁模式。磁模式可以包括停止显示医疗装置的位置或提供显示该位置不再准确的视觉指示器。在一些实施例中，视觉指示器可以包括重影图像或闪烁的电极以说明该位置不再准确。在其他实施例中，只有当系统检测到增量值超过硬阈值并且磁定位系统无法更新显示时，混合磁和阻抗跟踪系统才能将位置感测恢复或限制为阻抗位置数据。在一个实施例中，当系统确定磁畸变正在影响系统时，混合磁和阻抗跟踪系统可以将医疗装置的位置感测自动改变为仅依赖于阻抗位置感测。在其他实施例中，混合磁和阻抗跟踪系统可以向用户发出存在磁畸变的信号，然后用户可以通过仅感测医疗装置的阻抗位置数据来选择继续进行的选项。在一些实施例中，该操作可以称为阻抗模式。在各种实施例中，阻抗位置感测模式可以继续，直到磁畸变不再影响系统，此时，系统可以自动切换回使用与存在磁畸变之前相同的磁跟踪系统。在其他实施例中，阻抗位置感测模式可以继续，直到磁畸变不再影响系统，此时，系统可以向用户发信号通知他们是否想要切换回使用与存在磁畸变之前相同的磁跟踪系统。在不发生切换到仅阻抗模式的其他实施例中，一旦计算出的指标值回落到硬阈值以下，磁定位系统就可以使用导管在患者内的感知位置来恢复更新显示器。在其他实施例中，当指标值的增量值超过硬阈值时，系统可以继续在显示器上显示导管的感知位置。在各种实施例中，系统可以将其显示给临床医生，如本文所述。
如图3C所示，呈现了传感器线圈阵列370的具体实验/详细配置。第一传感器线圈315被定向为与第二传感器线圈320和第三传感器线圈325两者正交。因此，每个传感器线圈被定向为与三维轴中的一个轴在一个平面，并且接收与传感器线圈基本同轴的磁场能量。在所示实施例中，第一线圈的中心点可以与第二传感器线圈的中心点间隔5.596毫米(mm)，并且第一和第二传感器线圈之间的中心点距离与第三和第二传感器线圈之间的中心点距离可以是3.006mm，第二和第三传感器线圈相对于第一传感器线圈的角偏移是22度，并且第一和第三传感器线圈相对于第二传感器线圈的角偏移也是22度。在其他实施例中，也可以使用传感器线圈阵列的其他相对位置和定向。
在利用传感器线圈阵列370(如图3C所示)的磁定位系统的操作期间，所计算的感测磁场的幅度值依赖于传感器线圈的固定间距，以确定磁场中的磁畸变何时导致导管位置数据过度偏移。
虽然如本文所述的磁传感器本身可用于检测磁场畸变，但可能存在畸变会导致磁传感器内的所有线圈沿相同方向移动的情况。结果，无法正确检测到畸变。为了减轻这些情况，至少一个磁传感器可以放置在至少一个阻抗贴片上。
图4示出了在混合磁和阻抗跟踪系统401中的多个阻抗贴片上设置的多个磁传感器的等距视图。在所示实施例中，第一磁传感器403可以放置在第一阻抗贴片405上，第二磁传感器407可以放置在第二阻抗贴片409上，并且第三磁传感器411和第四磁传感器413可以放置在第三阻抗贴片415上。在所示实施例中，第三阻抗贴片415可以包括参考贴片。此外，如图所示，第三阻抗贴片415可以包括耦合到其上的两个磁传感器。在各种实施例中，磁传感器可以设置在正交贴片系统内的不同贴片上。在一个实施例中，第一磁传感器可以设置在颈部贴片上，第二磁传感器可以设置在右侧贴片上，并且第三和第四磁传感器可以设置在参考电极上。在另一个实施例中，第一磁传感器可以设置在胸部贴片上，第二磁传感器可以设置在背部贴片上，第三磁传感器可以设置在右侧贴片上，并且第四磁传感器可以设置在参考电极上。在其他实施例中，可以在阻抗传感器上放置附加的布置和数量的磁传感器。阻抗贴片可以如在整个申请中所描述的那样放置在患者上。
图5示出了混合畸变检测系统501的实施例。所示的系统描绘了在利用患者内医疗装置的磁定位的医疗程序期间，磁传感器相对于患者513在阻抗贴片上的放置。所示实施例描绘了前阻抗贴片503、后阻抗贴片505和参考阻抗贴片507的一种可能放置。所示实施例还包括耦合到前阻抗贴片503的第一磁传感器519、耦合到后阻抗贴片505的第二磁传感器521、以及耦合到参考阻抗贴片507的第三磁传感器523。在本实施例中，前阻抗贴片503放置在患者513的前面(例如，在患者的胸部上)，而后阻抗贴片505放置在患者的后面(例如，在患者的背部和手术台517之间)。如本文所述，阻抗系统还可以包括附加的正交定向的贴片(未示出)。在一个实施例中，第一磁传感器和第二磁传感器理想地定位成与正在执行程序的患者的解剖结构相邻(并且彼此相对)。如图5所示，第一和第二磁传感器相对于心脏515彼此相对，心脏515通过延伸进入心脏的导管511接受治疗。
如本文所述，围绕患者的磁场发射器发射用于确定导管位置的磁场。具体而言，导管，包括在其尖端区域中的线圈，感测线圈附近的磁场。然后，处理电路可以基于在导管尖端处感测到的磁场来确定线圈在磁场中的位置，从而确定导管尖端的位置。此外，阻抗贴片可用于确定导管上的至少一个电极的位置。然而，其他铁质物体进入磁场会在场内创建磁畸变，从而影响导管在场内的定位。患者的额外运动也会影响导管在场内的定位。因此，第一磁传感器519检测患者前部附近的磁畸变(例如，医疗器械和仪器)，而第二磁传感器521检测患者后部附近的磁畸变(例如，与手术室桌子相关联的铁质物体、或下方磁场中的其他物体)。在这样的配置中，可以识别磁畸变并且可以确定磁畸变对导管的影响(例如，导管附近的磁场是否受到磁畸变的过度影响)。由于至少一个磁传感器设置在阻抗贴片上，因此还可以确定关于磁场畸变和患者运动的附加信息。
在医疗程序期间，可以将多个阻抗贴片和多个传感器线圈放置在磁场内。每个相应的磁场畸变传感器中的每个相应的传感器线圈可以接收指示磁场强度和定向的能量。正交定位的阻抗贴片可以与包括多个传感器线圈的至少一个磁传感器耦合，可以将其放置在由混合定位系统产生的磁场内，用于检测患者内的医疗装置附近的磁畸变或物理运动。混合定位系统利用基于阻抗和基于磁场的定位方法来更准确地确定医疗装置的位置。在每个相应的磁场畸变传感器中，每个相应的传感器线圈可以接收指示磁场强度和定向的能量。在观察到阻抗位置没有变化的情况下，所接收的能量随时间的感知变化指示磁传感器附近的磁场中的磁畸变。可替代地，同时还观察阻抗位置的变化的情况下，所接收的能量随时间的感知变化指示阻抗贴片和附接到其的磁传感器的物理运动。
这种系统的一个示例是可从Abbott Laboratories商购的EnSite PrecisionTM标测系统。EnSite PrecisionTM标测系统可以利用基于阻抗和基于磁场的定位方法(例如，混合系统)。阻抗测量贴片可以电耦合到患者。在EnSite PrecisionTM标测系统的一些实施方式中，阻抗测量贴片可以放置在患者的胸部、患者胸部的任一侧以及患者的至少一条腿上。基于由阻抗测量贴片检测到的变化的阻抗值，可以确定医疗装置的基于阻抗的位置。
在一个实施例中，计算接收到的能量的矢量和以确定传感器线圈相对于彼此的位置的感知变化(和/或磁场畸变传感器相对于彼此的位置的感知变化)。感知变化指示与阻抗贴片和传感器线圈相邻的磁场中的磁畸变。
在磁场中的磁传感器的操作期间，每个磁畸变传感器的输出可用于计算与磁畸变传感器相对于彼此的机械位置和定向相关联的幅度位置和定向。在一个具体实施例中，例如，计算磁畸变传感器之间的距离的矢量和。响应于磁场中的畸变，一个(或多个)磁畸变传感器的感知位置可以从其相对于其他磁畸变传感器的已知/固定位置移位。结果，相应的矢量和会受到相应的影响。矢量和从初始指标值的变化，高于确定的阈值，指示所产生的磁场的畸变。在确定初始指标值(其中磁场没有畸变)之后，后续的幅度位置和定向可以在时间上相关。由于磁场内的局部磁畸变，这些后来的幅度值可能与初始指标值不同，从而导致磁畸变传感器相对于彼此的位置和定向的错误报告(即使磁畸变传感器相对于彼此的定向和位置是固定的)。可以将初始指标值与后续指标值进行比较，以确定何时超过医疗程序期间可接受的磁场畸变水平。增量值(初始指标值和后续指标值之间的值变化)与导管定位中的畸变相关的漂移相关联。
此外，在阻抗贴片的操作期间，至少一个阻抗位置的输出可用于计算阻抗位置的运动。响应于阻抗贴片的运动，可以改变一个(或多个)阻抗装置的感知位置。结果，可以得到这种位置变化的矢量。高于确定阈值的矢量变化可以指示贴片的物理运动。在一个实施例中，可以由临床医生确定阻抗运动的可接受矢量值(例如，软阈值)和/或由处理器电路确定阻抗运动的可接受矢量值(例如，硬阈值)。在另一个实施例中，可以在系统内预设阻抗运动的可接受矢量值。在又一实施例中，系统可以基于供临床医生选择的各种因素建议一个或多个可接受的阻抗运动的矢量值。
图6A-6C示出了可以在不同情况下发生的运动检测。图6A描绘了当存在磁场畸变时将发生的运动。图6A包括阻抗贴片位置603、第一磁传感器位置605、第二磁传感器位置607和磁传感器矢量609。当系统检测到至少一个磁传感器的位置变化并且没有检测到贴片阻抗的变化时，可以发现磁场畸变。图6B描绘了当存在患者运动时将发生的运动。图6B包括第一阻抗贴片位置621、第二阻抗路径位置623、第一磁传感器位置625、第二磁传感器位置627、磁传感器矢量631和阻抗贴片矢量629。当系统检测到至少一个磁传感器的位置变化并且还检测到阻抗的变化时，系统可以确定贴片和磁传感器的患者或其他物理运动已经发生。图6C包括第一阻抗贴片位置641、第一磁传感器位置643、第一导管位置645、第一导管尖端电极位置649、第一导管环电极位置647、第二磁传感器位置651、第二导管位置653、第二导管尖端电极位置657、第二导管环电极位置655、磁传感器矢量659和导管矢量661。当系统检测到至少一个磁传感器的位置变化并且还检测到导管矢量的变化时，系统可以确定导管电极和磁传感器的患者或其他物理运动已经发生。阻抗贴片矢量和导管矢量都会受到阻抗读数变化的影响。这些矢量也可以称为阻抗矢量。
在一个实施例中，导管矢量可以包括与在单个电极中观察到的运动相关联的矢量。在另一个实施例中，导管矢量可以包括与导管上存在的多个电极的运动相关联的矢量。在又一个实施例中，导管矢量可以包括与从多个导管上的多个电极观察到的运动相关联的矢量。在一个实施例中，导管可以包括参考导管。参考导管可以由医生放置在心脏内在程序期间不太可能脱落的区域。在一个实施例中，参考导管可以放置在冠状窦内。在其他实施例中，参考导管可以设置在患者心脏或其他器官中或周围的其他位置内。在另一个实施例中，导管可以包括在心房、心室或心脏的其他部分中的导管。在一些实施例中，导管可以包括标测导管或消融导管。
标测系统可以使用上述信息确定系统中存在的错误类型。如上所述，如果系统记录了磁传感器的检测位置的位置变化和/或运动，但没有记录阻抗系统的位置变化，则确定存在磁畸变。可替代地，如果系统记录磁传感器的检测位置的位置变化和/或运动并且还记录阻抗系统的位置变化，则确定存在物理运动。通过确定系统内存在的畸变和/或运动的量，以及运动的类型，系统可以确定是否存在磁畸变或物理运动。如上所述，在一个实施例中，系统可以使用阈值来确定系统感知的运动量是否大到足以检测到。如果检测到磁畸变或物理运动，在一个实施例中，系统可以提醒医生或医师注意该错误状态。该信息可以通过使用听觉、视觉、触觉或其他感官反馈传达给临床医生。在另一个实施例中，系统可以通知医生并且医生可以物理地纠正运动。在另一个实施例中，系统可以通知医生并且系统可以通过算法纠正系统内发生的任何偏移或运动。
如本文所述的标测系统可以检测以毫秒时间长度发生的运动。在一个实施例中，标测系统可以检查在这些毫秒时间长度的值的变化，并且如果发生运动和/或畸变，则提醒医生。在其他实施例中，标测系统可以在一秒到多秒的时间长度上寻找变化。此外，标测系统可以检测正常的、有节奏的运动，例如患者的呼吸。在一些实施例中，在患者呼吸期间位置的运动量可以大于阈值。在一些实施例中，系统可以被配置为补偿这种呼吸运动。在一个实施例中，系统可以使用补偿算法来补偿呼吸期间的运动。
在其他实施例中，系统可以忽略周期性运动，例如呼吸，而是检查永久变化的数据。在一个实施例中，系统可以检查低于一秒的时间段的永久变化。在另一个实施例中，系统可以检查1-5秒的时间段的永久变化。在又一个实施例中，系统可以检查1-10秒的时间段的永久变化。
作为响应，标测系统可以忽略来自系统的基于磁场的部分的位置数据，或者校正畸变。例如，来自一个或多个磁畸变传感器的数据可用于确定实际位置(基于系统内磁畸变传感器的已知/固定位置)和感知位置(基于在磁场畸变传感器接收到的磁场和后处理确定的位置)之间的差异。所确定的差异可以指示由于铁质/金属物体进入磁场或传感器的物理运动而导致的整个磁场的磁畸变或物理运动。基于每个磁畸变传感器位置处的差异，可以计算变换以校正磁场内所有位置处的畸变或运动，包括被磁定位的医疗装置所经历的磁畸变或运动。在其他实施例中，当系统确定磁畸变正在影响系统时，混合磁和阻抗跟踪系统可以自动改变医疗装置的位置感测以仅依赖阻抗位置感测。在其他实施例中，混合磁和阻抗跟踪系统可以向用户发出存在磁畸变的信号，然后用户可以通过仅感测医疗装置的阻抗位置数据来选择继续进行的选项。在一些实施例中，该操作可以称为阻抗模式。在各种实施例中，阻抗位置感测模式可以继续，直到磁畸变不再影响系统，此时，系统可以自动切换回使用与存在磁畸变之前相同的磁跟踪系统。在其他实施例中，阻抗位置感测模式可以继续，直到磁畸变不再影响系统，此时，系统可以向用户发信号通知他们是否想要切换回使用与存在磁畸变之前相同的磁跟踪系统。
在本文所述的实施例中，磁畸变传感器通常可以以患者身体的将要进行医疗装置定位的部分为中心。例如，在与心脏相关的手术中，磁畸变传感器可以定位在患者心脏附近，以改进对影响其中医疗装置的磁畸变的检测。
应当注意，附图中所示的特征不一定按比例绘制，并且一个实施例的特征可以与本领域技术人员将认识到的其他实施例一起使用，即使本文没有明确说明。可以省略对众所周知的组件和处理技术的描述，以免不必要地模糊本公开的实施例。本文所使用的示例仅旨在促进对可以实施本公开的方式的理解，并进一步使本领域技术人员能够实施本公开的实施例。因此，本文中的示例和实施例不应被解释为限制本公开的范围。
在本公开中使用的术语“包括”、“包含”及其变体表示“包括但不限于”，除非另有明确规定。
在本公开中使用的术语“一”、“一个”和“该”是指“一个或多个”，除非另有明确规定。
尽管可以按顺序描述过程步骤、方法步骤、算法等，但是可以将这样的过程、方法和算法配置为以替代顺序工作。换句话说，可以描述的步骤的任何顺序或次序不一定指示需要以该顺序执行该步骤。本文描述的过程、方法和算法的步骤可以以任何实际顺序执行。此外，可以同时执行一些步骤。
当在本文描述单个装置或物品时，将显而易见的是，可以使用多于一个装置或物品代替单个装置或物品。类似地，在本文描述了多于一个装置或物品的情况下，将显而易见的是，可以使用单个装置或物品代替多于一个装置或物品。装置的功能或特征可以可替代地由未明确描述为具有这种功能或特征的一个或多个其他装置来体现。
本文描述了各种设备、系统和/或方法的各种实施例。阐述了许多具体细节以提供对说明书中描述的和附图中示出的实施例的整体结构、功能、制造和使用的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有此类具体细节的情况下实践这些实施例。在其它情况下，没有详细描述公知的操作、组件和元件，以免模糊说明书中描述的实施例。本领域普通技术人员将理解，本文描述和示出的实施例是非限制性示例，并且因此可以理解，本文公开的具体结构和功能细节可以是代表性的，并不一定限制实施例的范围，其范围仅由所附权利要求限定。
在整个说明书中对“各种实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”、“实施例”等的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中的各处出现的短语“在各种实施例中”、“在一些实施例中”、“在一个实施例中”、“在实施例中”等等不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。因此，结合一个实施例示出或描述的特定特征、结构或特性可以整体或部分地与一个或多个其它实施例的特征、结构或特性组合而没有限制，只要这种组合不是不合逻辑或无功能。
应当理解，术语“近侧”和“远侧”可以在整个说明书中参考操作用于治疗患者的器械的一端的临床医生来使用。术语“近侧”是指器械中最靠近临床医生的部分，并且术语“远侧”是指距离临床医生最远的部分。还应理解，为了简明和清楚，在本文中可以相对于所示实施例使用诸如“垂直”、“水平”、“向上”和“向下”的空间术语。然而，手术器械可以在许多定向和位置上使用，并且这些术语并非旨在限制和绝对。

Claims (20)

1.一种用于在用于在患者体内导航医疗装置的混合磁和阻抗跟踪系统中区分磁场畸变和物理运动的系统，所述系统包括：
阻抗定位系统，包括第一驱动贴片和第二驱动贴片，被配置为耦合到患者身体的外表面，所述第一驱动贴片和所述第二驱动贴片被配置为在体内产生电场，用于定位所述医疗装置上的电极；
磁定位系统，被配置为产生磁场；
磁传感器，耦合到所述第一驱动贴片和所述第二驱动贴片中的一个并被配置为接收来自所述磁定位系统的信号；以及
电子控制单元，被配置为接收来自所述阻抗定位系统的驱动贴片位置数据和来自所述磁定位系统的磁传感器位置数据，其中电子控制电路被配置为检测所述磁传感器的位置变化并使用所述驱动贴片位置数据以及所述磁传感器位置数据来确定检测到的磁传感器的位置变化是由磁场畸变还是由所述磁传感器的物理运动引起的。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述磁传感器还包括输出参考信号，所述参考信号建立坐标系的原点。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述磁传感器包括多个传感器线圈，所述多个传感器线圈相对于彼此以固定距离和定向定位，所述传感器线圈中的每一个被配置和布置成感测与传感器线圈的定向共面的磁场并输出指示感测磁场的电信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电子控制单元在确定磁场畸变或所述磁传感器的物理运动是否已经发生时确定第一磁传感器位置、第二磁传感器位置和磁场畸变传感器矢量。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电子控制单元在确定磁场畸变或所述磁传感器的物理运动是否已经发生时确定阻抗矢量。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电子控制单元在确定磁场畸变是否已经发生时确定原始磁传感器位置、测量磁传感器位置、原始驱动贴片位置和测量驱动贴片位置。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电子控制单元在确定所述磁传感器的物理运动是否已经发生时确定原始磁传感器位置、测量传感器位置、原始驱动贴片位置和测量驱动贴片位置。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述磁传感器包括第一磁传感器，并且其中，所述系统还包括第三驱动贴片和耦合到所述第三驱动贴片的第二磁传感器。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阻抗定位系统被配置为确定所述医疗装置的测量位置，并且其中，所述电子控制单元被配置为校正由于所述磁场畸变或所述磁传感器的物理运动导致的所述医疗装置的测量位置。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电子控制单元被配置为在检测到磁场畸变时输出所述医疗装置上的电极的位置，同时忽略来自所述磁定位系统的信息。
11.一种用于在用于在患者体内导航医疗装置的混合磁和阻抗跟踪系统中区分磁场畸变和物理运动的系统，所述系统包括：
磁定位系统，被配置为产生磁场；
磁传感器，包括第一传感器线圈、与所述第一传感器线圈正交定向的第二传感器线圈、以及与所述第一传感器线圈和所述第二传感器线圈正交定向的第三传感器线圈，并被配置为接收来自所述磁定位系统的信号；
多个阻抗贴片，被配置为在患者体内产生电场，用于定位医疗装置上的电极；以及
电子控制单元，被配置为接收来自所述磁传感器和所述多个阻抗贴片的信息，其中所述电子控制单元被配置为确定磁传感器矢量和阻抗矢量，其中电子控制电路被配置为检测所述磁传感器的位置变化，并使用所述磁传感器矢量和所述阻抗矢量来确定检测到的位置变化是由磁场畸变还是由所述磁传感器的物理运动引起的，并且其中所述电子控制单元被配置为启动校正算法，其中，所述校正算法被配置为基于所述磁场畸变或通过所述磁传感器的物理运动来校正所述医疗装置的位置变化。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一传感器线圈、所述第二传感器线圈和所述第三传感器线圈被配置和布置成接收与接收传感器线圈基本同轴的指示磁场强度和磁场定向的能量。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述磁传感器耦合到所述多个阻抗贴片之一。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述电子控制单元被配置为在磁场畸变或所述磁传感器的物理运动的阈值已经发生时发出通知。
15.一种用于在用于在患者体内导航医疗装置的混合磁和阻抗跟踪系统中区分磁场畸变和物理运动的方法，所述方法包括：
在第一时间从磁传感器接收指示由所述磁传感器内的多个传感器线圈中的每一个感测到的磁场的第一组一个或多个信号；
从阻抗传感器接收指示坐标系内的位置的第一组一个或多个信号；
在第二时间从所述磁传感器接收指示由每个传感器线圈感测到的磁场的第二组一个或多个信号；
从所述阻抗传感器接收指示所述坐标系内的位置的第二组一个或多个信号；
确定磁传感器矢量；
确定阻抗矢量；
检测所述磁传感器的位置变化；
将所述磁传感器矢量与第一阈值进行比较，并将所述阻抗矢量与第二阈值进行比较，以确定检测到的所述磁传感器的位置变化是由磁场畸变引起的还是由于所述磁传感器的物理运动已经发生；
其中，如果所述磁传感器矢量超过所述第一阈值并且所述阻抗矢量低于所述第二阈值，则检测到的位置变化是由磁场畸变引起的；以及
其中，如果所述磁传感器矢量超过所述第一阈值并且所述阻抗矢量超过所述第二阈值，则检测到的位置变化是由所述磁传感器的物理运动引起的。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括在磁场畸变或所述磁传感器的物理运动已经发生时通知医生。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述阻抗传感器包括贴片。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述磁传感器耦合到所述阻抗传感器。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述阻抗传感器包括医疗装置上的电极。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括运行校正算法，其中所述校正算法被配置为基于所述磁场畸变或通过所述磁传感器的物理运动来校正所述医疗装置的位置变化。
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