CN116669620A

CN116669620A - 跟踪介入设备的位置

Info

Publication number: CN116669620A
Application number: CN202180089575.3A
Authority: CN
Inventors: G·H·M·海斯贝斯; R·R·维尔德布尔; M·J·M·克鲁伊特曼斯; A·F·科伦; W·吕腾; J·A·J·M·卡尔曼
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2021-01-06
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2023-08-29
Also published as: WO2022148712A1; US20240050163A1; EP4026494A1; DE112021006766T5

Abstract

一种用于调节已经由位于患者上的电极的集合感应的一个或多个交叉电场的方向而不需要所述电极中的任何电极的移动的机制。这是通过使用一个或多个电极贴片来实现的，其有效地允许电场生成器控制电场的源/汇的位置，从而控制所述电场的方向。

Description

跟踪介入设备的位置

技术领域

本发明涉及介入设备领域，并且具体地涉及跟踪介入设备(的电极)的位置的领域。

背景技术

存在对用于跟踪介入设备在对象(即诸如人或动物的个体)内的位置的机制的增加的兴趣，其中，介入设备是被设计为接近对象的内部部分的任何医学设备(例如导管、手术仪器等)。

位置跟踪特别有益的一个领域是介电成像过程，有时被称为电解剖标测过程。在介电成像过程中，由位于对象外部的电极的集合(“外部电极”)(诸如在对象的表面上)感应两个或更多个交叉电场。这些电场在放置在身体内的电极(“内部电极”)中引起位置相关性响应，诸如电压响应。从而，可以通过监测电极对这些电场的响应来跟踪内部电极的位置。通过跟踪和记录(一个或多个)内部电极的位置，可以(重新)构建对象的内部解剖结构的模型。这是因为可以假设内部电极将仅位于对象的腔体内，从而允许腔体的边界被构建。

由具有公开号EP 3568068 A1的欧洲专利申请公开了用于基于内部电极对由外部电极感应的交叉电场的响应来构建对象的内部解剖结构的模型的适合机制的一个示例。

存在持续期望来促进介入设备(的电极)的位置的改进的跟踪，特别是对于介电成像过程，其中，对内部电极的位置的准确跟踪意味着可以构建内部解剖结构的更准确模型。

发明内容

本发明由权利要求定义。

根据依据本发明的方面的示例，提供了一种被配置用于与电场生成装置一起使用的电极贴片，所述电场生成装置用于在对象内感应两个或更多个交叉电场以用于跟踪介入设备在所述对象内的位置。

所述电极贴片包括两个或更多个电响应部分，其可由所述电场生成装置的电场生成器个体地寻址，使得当所述电极贴片定位在所述对象的表面上时，所述电极贴片与定位在所述对象的表面上的另一个电极之间的电场的方向可调节。

本公开的基本认识是，如果由外部电极集合/阵列生成的电场以正确/期望的取向定向，例如如果它们彼此正交，则内部电极(诸如导管上的电极)的定位被改进。本公开还认识到，定位外部电极，使得所生成的电场与期望的取向对准，例如彼此正交，是困难且耗时的任务，并且即使初始适当地定位，电场的方向也可以随时间变化(例如如果对象移动或移位，或者在对象的呼吸和/或循环周期期间)。在无菌性很重要的情况下，期望避免在对象上不必要地重新定位外部电极。还认识到，外部电极的重新定位花费时间，这可能影响对对象执行处置和/或诊断的效率(借助于交叉电场)。

本公开提出了一种电极贴片，其利用新的方法来定义所述电场的位置，以在所述外部电极已经定位在所述对象上时提供对所述电场的方向的控制水平，而不需要移除和重新定位所述外部电极。这是通过使用一个或多个这样的电极贴片来实现的，所述电极贴片允许通过使用所述电极贴片的可个体地寻址的电响应部分，在不移动所述电极贴片的情况下改变电场的源/汇的位置。

特别地，所述电场生成器能够控制所述(一个或多个)电极贴片的哪个(些)元件(例如一个或多个部分)用于生成/接收电场，从而控制所述电场的方向。

如先前所解释的，所提出的电极贴片的使用意味着可以改变所述电场中的至少一个的方向，而不需要移动电极的集合/阵列(用于生成所述交叉电场)。控制所述(一个或多个)电场的方向还允许对所述电场的正交性的控制。所述交叉电场越正交，跟踪所述内部电极的准确度越高。

在一些示例中，所述电极贴片的所有电响应部分可通过所述电场生成器以可调节的电流幅度或相位寻址，即有助于电场的生成。

在一些实施例中，每个电极贴片包括彼此电隔离的子电极阵列。任选地，每个电响应部分包括所述子电极中的一个或多个的不同集合或子集。

在一些示例中，每个电极贴片包括电响应材料片，其中，每个电响应部分能够与另一个电响应部分交叠。所述电响应材料片可以具有相对低的电导率，使得向所述片的第一部分提供电压导致(由所述片生成的)电场的原点/汇点处于与向所述片的不同的第二部分提供电压不同的位置。

还提出了用于定位在所述对象的表面上的外部电极的集合，外部电极的集合包括至少一个先前描述的电极贴片。当定位在对象上时，并且通过电场生成器的适当控制，电极贴片的集合从而促进生成多个交叉电场，其中，这些电场中的至少一个的方向可调节。

所述至少一个电极贴片优选地包括多个电极贴片，例如，至少一个电极贴片包括至少六个电极贴片。每个电极贴片被实现为先前描述的电极贴片。外部电极的集合中的电极贴片的数目越多，对所述交叉电场的方向和正交性的控制越大。

还提出了一种用于与电场生成装置一起使用的电场生成器，该电场生成装置用于在对象内感应两个或更多个交叉电场以用于跟踪介入设备在所述对象内的位置。

所述电场生成器被配置为控制提供给外部电极的集合(中的每个)的电信号，如先前所描述的，从而当外部电极的集合定位在所述对象的表面上时，在所述对象内感应至少两个交叉电场。

所述电场生成器从而被配置为控制提供给位于所述对象的表面上的外部电极的集合中的每个外部电极的电信号，从而在所述对象内感应至少两个交叉电场。此处，外部电极的集合包括至少一个电极贴片，每个电极贴片包括可个体地寻址的两个或更多个电响应部分，使得当外部电极的集合定位在所述对象的表面上时，所述电极贴片与另一个外部电极之间的电场的方向可调节。

所述电场生成器从而连同外部电极的集合一起工作以提供所述交叉电场，使得外部电极的集合和所述电场生成器是相互关联的产品的集合。

所述电场生成器可以在两个或更多个不同的控制配置中可操作，其中，每个控制配置定义每个电极贴片的电响应部分中的哪个由所述电场生成器寻址(例如提供有非零电压/电流)，使得所述至少两个交叉电场中的一个或多个的方向在不同的控制配置中不同。

换句话说，所述电场生成器被配置为控制哪些电响应部分是“活动的”，即哪些电响应部分有助于定义所述电场的位置(例如哪些部分生成和/或接收电场)。(一个或多个)电响应部分的不同集合在不同的控制配置中是活动的。

所述电场生成器还可以被配置为确定针对外部电极的集合的一个或多个不同控制配置的至少两个电场的正交性度量。正交性度量指示所述至少两个电场彼此正交的程度。例如，正交性度量可以响应于所述交叉电场之间的角度变化而变化，使得可以做出关于电场是否彼此正交的确定。

所述电场生成器可以被配置为通过以下操作确定所述至少两个电场的正交性：从响应于所述至少两个交叉电场的一个或多个电极获得所述一个或多个电极对所述至少两个交叉电场的电响应；并且基于所述一个或多个电极的电响应来确定所述至少两个交叉电场的正交性度量。

控制电场的方向的方法也可以应用于其中电极对之间仅存在一个电场的情况，其例如可以用于确定设备上一个(即单个)方向上的电极或电极的集合的位置，例如，在身体中的血管或其他管状器官中。通过控制所述电场方向，它可以与所述管的取向对准。

因此，在发明构思的一些方面中，外部电极的集合和所述电场生成器可以被配置为通过使用本文所公开的电极贴仅生成单个电场，该单个电场片具有可调节的方向。因此，术语“两个交叉电场”可以在适当的情况下用术语“单个电场”替换，以实现发明构思的另一方面。

用于基于电极对交叉电场的电响应来确定正交性度量的机制在本领域中已经建立，并且可以采用诸如在白化变换中检查或确定权重、检查或确定两个或更多个电场的记录之间的相关性、或者检查或确定每个交叉场中最大梯度的方向之间的角度或平均角度的方法。

所述电场生成器可以被配置为：为多个不同控制配置中的每个确定所述至少两个交叉电场的正交性度量；并且基于所确定的正交性度量来识别与最大正交性相关联的控制配置(例如提供最接近正交性的交叉电场)。

所述至少两个交叉电场可以包括不同频率的至少两个交叉电场。这促进容易识别所述交叉电极场内(内部)电极的相对位置和/或位置，因为所述电极对所述交叉电场的响应在距每个电场的源/汇的不同距离处将是不同的，从而允许或启用所述交叉电场内的(内部)电极的三角测量。

根据依据本发明的方面的示例，提供了一种用于在对象内感应两个或更多个交叉电场以用于跟踪介入设备在所述对象内的位置的电场生成装置。

所述电场生成装置包括如先前所描述的外部电极的集合和如先前所描述的电场生成器。

因此，所述电场生成装置包括：用于定位在所述对象的表面上的外部电极的集合；以及电场生成器，其被配置为控制提供给外部电极的集合中的每个外部电极的电信号，从而当所述外部电极的集合被定位在所述对象的表面上时，在所述对象内感应至少两个交叉电场，其中，所述外部电极的集合包括至少一个电极贴片，每个电极贴片包括可由所述电场生成器个体地寻址的两个或更多个电响应部分，使得当所述外部电极的集合被定位在所述对象的表面上时，所述电极贴片与另一个外部电极之间的电场的方向是可调节的。

优选地，所述至少两个交叉电场包括三个交叉电场。该实施例促进所述交叉电场内的电极的3D位置的识别。

还提出了一种设备跟踪装置，包括：先前描述的电场生成装置；以及设备跟踪系统，其被配置为：在第一输入部处并且从位于对象内的介入设备上的内部电极获得所述内部电极对所述至少两个交叉电场的电响应；并且基于所述内部电极的电响应来确定所述介入设备在所述对象内的相对位置。

还提出了一种用于在对象内感应两个或更多个交叉电场以用于跟踪介入设备在所述对象内的位置的计算机实施的方法，所述计算机实施的方法包括：控制提供给位于所述对象的表面上的外部电极的集合中的每个外部电极的电压，从而在所述对象内感应至少两个交叉电场，其中，所述外部电极的集合包括至少一个电极贴片，每个电极贴片包括可个体地寻址的两个或更多个电响应部分，使得当所述外部电极的集合被定位在所述对象的表面上时，所述电极贴片与另一个外部电极之间的电场的方向可调节。

该计算机实施的方法实际上是由所述电场生成器执行的过程。技术人员将容易地能够修改该方法以包括由所述电场生成器执行的步骤，并且修改所述电场生成器以执行任何本文所公开的方法的任何步骤。

还提出了一种包括计算机程序代码单元的计算机程序产品，其当在具有处理系统的计算设备上运行时使所述处理系统执行任何本文所描述的方法的所有步骤。

类似地，还提出了一种包括指令的计算机可读(存储)介质，所述指令在由计算机或处理系统运行时使所述计算机或处理系统执行任何本文所描述的方法(的步骤)。还提出了其上存储有先前描述的计算机程序(产品)的计算机可读数据载体。还提出了一种携带先前描述的计算机程序(产品)的数据载波信号。

本发明的这些和其他方面将根据在下文中所描述的(一个或多个)实施例而显而易见，并且将参考在下文中所描述的(一个或多个)实施例得到阐述。

附图说明

为了更好地理解本发明并且更清楚地示出其可以如何实现，现在将仅通过示例对附图进行参考，其中：

图1图示了针对位于对象上的外部电极的集合的位置；

图2图示了用于定义由外部电极生成的电场的方向的坐标系；

图3图示了设备跟踪装置；

图4图示了用于从点云重建解剖模型的方法；

图5图示了用于在实施例中/作为实施例使用的电极贴片；

图6图示了针对电极贴片的集合的用例场景；

图7图示了用于在另一实施例中/作为另一实施例使用的电极贴片；

图8图示了用于在又一实施例中/作为又一实施例使用的电极贴片；

图9图示了用于在另一实施例中/作为另一实施例使用的电极贴片；

图10图示了用于在实施例中使用的方法；并且

图11图示了用于在另一实施例中使用的方法。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明。

应该理解，详细描述和特定示例在指示装置、系统和方法的示例性实施例时旨在仅出于图示的目的并且不旨在限制本发明的范围。本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点将从以下描述、权利要求书和附图变得更好理解。应当理解，附图仅仅是示意性的并且不按比例绘制。还应当理解，相同的附图标记贯穿附图用于指示相同或相似的部分。

本发明提供了一种用于调节由位于患者上的电极的集合感应的一个或多个交叉电场的方向而不需要电极中的任何电极的移动的机制。这是通过使用一个或多个电极贴片来实现的，其有效地允许电场生成器控制电场的源/汇的位置，从而控制电场的方向。

实施例基于以下认识：电场的方向和/或取向可以通过控制电极贴片的多个电响应部分中的哪一个有助于电场的生成来改变。这意味着电场的方向可以动态地改变，并且不需要在患者/对象上的任何电极的移动。

所提出的概念可以采用在任何适合的设备跟踪系统中，该系统利用在对象中感应的电场来跟踪电极和/或介入设备在对象内的位置。一个示例系统是用于执行对象的解剖腔体的成像的Philips的KODEX-EPD系统。

出于上下文理解的目的，下文将描述在对象内感应电场的原理和目的。

图1图示了针对位于对象190上的外部电极的集合的位置。外部电极是位于对象外部的电极，并且与可定位在对象内的内部电极形成对比。

所图示的外部电极的集合包括第一外部电极101、第二外部电极102、第三外部电极103、第四外部电极104、第五外部电极105和第六外部电极106。所图示的集合还包括参考电极107，参考电极107可以充当用于定义对象中的电场活动的基本/背景水平的“接地”。

控制提供给每个外部电极的电信号，从而定义电极之间的交叉电场。特别地，第一外部电极101和第二外部电极102形成第一对电极(“电极对”)，并且可以控制提供给第一电极对的信号以在它们之间感应第一电场。第三电极103和第四电极104形成第二对电极，并且可以控制提供给第二电极对的信号以在它们之间感应第二电场。第五电极105和第六电极106形成第三对电极，并且可以控制提供给第三电极对的信号以在它们之间感应第三电场。

提供给每个外部电极并且特别地提供给每个电极对的电信号可以控制交叉电场的频率和/或幅度/强度。供应给电极的电信号可以由电场生成器控制(在图1中未图示)。

交叉电场可用于跟踪或识别定位在交叉电场内的电极的位置。特别地，电极对每个电场的响应将随着电场内的位置变化而变化(例如，与电场的源/汇的距离变化)。电极对交叉电场的响应可以被映射或与电场内的特定位置相关联。

换句话说，可以处理内部电极对交叉电场的电响应，以确定内部电极(例如并因此包括内部电极的任何介入设备)在对象内的相对位置。

特别地，每个电场可以被控制为具有特定/不同的频率。这促进通过评估电极对电场的特定频率的响应来确定电极相对于每个电场的相对位置。该信息可以用于有效地对电极相对于由电场定义的坐标系的位置进行三角测量/三边测量(trilaterate)。

可以省略电极对中的一个，例如，如果仅期望两个交叉电场(例如用于执行二维跟踪过程)。

图2示意性地图示了用于定义由外部电极生成的电场的方向的坐标系。坐标系定义了三个基本平面210、220、230。例如，当每个电场的方向平行于相应的基本地点210、220、230时，交叉电场可以被最佳地定位。

交叉电场(例如诸如使用图1所示的集合生成的交叉电场)的意图是促进识别电极(或电极组)相对于坐标系的位置，诸如图2所示的坐标系。

出于改进的上下文理解的目的，下文描述了如何跟踪内部电极相对于交叉电场(即在对象内)的位置以及任选地如何进一步利用该信息(例如用于构建对象的解剖腔体的解剖模型)的更完整的示例。

图3概念性地图示了用于跟踪介入设备在对象305内的位置的设备跟踪装置300。

设备跟踪装置300还可以被配置为使用例如介电成像过程或电解剖标测过程来生成(诸如血管和/或心室的解剖腔体的)解剖模型。当前公开的解决方案可以对这样的过程具有有利的效果，但是这样的过程对于本解决方案具有其有利效果不是必需的。

设备跟踪装置300包括电场生成装置310和设备跟踪系统390。电场生成装置本身是本发明的实施例。电场生成器可以是与设备跟踪系统分离的单元，但也可以是其一部分和/或集成在其中。

电场生成装置310包括外部电极331、332、333、324、325、327的集合，以用于相对于对象305在外部定位(例如作为提供在对象的皮肤上的电极贴片)。外部电极的集合310可以包括由于该对电极在身体上的定位而相对于彼此成角度的多个电极对(例如连接对中的电极的假想线彼此正交地取向)，使得由电极对生成的任何电场相对于彼此成角度。这些电极对可以包括第一电极对(由第一外部电极321和第二外部电极322形成)、第二电极对(由第三外部电极323和第四外部电极324形成)和第三电极对(由第五外部电极325和第六外部电极(不可见)形成)。可以省略这些电极对中的一个或多个。外部电极的集合还可以包括参考电极327。这可以是例如腿部电极或其他肢体电极。

因此，外部电极能以与图1所示的外部电极的集合类似的方式放置。

电场生成装置310还包括电场生成器330，电场生成器330适于控制供应给每个外部电极的电信号(例如电压和/或电流)(的特性)。

电场生成装置310被配置为使用外部电极生成多个(此处：三个)交叉(体内)电场。这是使用对提供给每个外部电极的电信号的适当控制来执行的。

特别地，可以适当地控制每个电极对以在每个电极对之间感应电场。因此，在存在三个电极对的情况下，可以生成三个电场。优选地，每个生成的电场的频率被控制为不同，以促进增加容易地识别电极定位在交叉电场内的相对位置。

所生成的电场可以用于定义或建立位于交叉电场内的(内部)电极的相对位置。特别地，如先前所解释的，内部电极对电场的(电)响应随着内部电极的相对位置关于对象(在对象内)移动而改变。这至少部分地因为由于被询问组织的不同介电性质和吸收率(与电导率有关)，感应电场的分布固有地是不均匀的。交叉电场的原理从而促进使用设备跟踪系统390来跟踪内部电极的相对位置，设备跟踪系统390例如通过将电极的(电)响应映射到对象内的相对位置来监测任何内部电极对交叉电场的响应。

通过进一步解释，出于改进的概念理解的目的，如果交叉电场被控制为相对于彼此具有不同的频率，那么内部电极对每个频率的响应可以用于确定与对应电场的每个源/汇之间的相对距离。该原理可以用于有效地三角测量内部电极在交叉电场内的相对位置。

例如，如果存在被定位为发射不同频率(E₁、E₂、E₃)的电场的三个外部电极对(所述电场相对于彼此成角度(例如接近正交))，则内部电极的电压响应(V₁、V₂、V₃)(识别在这三个频率中的每个处的电压(例如在电极与参考电极之间或在电极与生成电场的电极之间))将取决于解剖腔体内的位置而不同。

针对内部电极的其他形式的响应(例如阻抗响应或电容，其例如指示内部电极与外部电极之间的阻抗/电容的变化)对技术人员而言将显而易见。

电场生成器可以被配置为控制使用外部电极的集合生成的电场，以在例如30-100kHz的频率范围内操作。该频率范围对于确保对象的穿透特别有用，同时提供在人体组织中衰减而不对组织造成显著损害/损伤的频率范围。参考电极用作针对由电极进行的所有测量的电参考，例如用作针对内部电极的响应的参考。

如先前所解释的，内部电极的响应可以用于跟踪内部电极(和/或在其上安装内部电极的介入设备)的位置。该信息可以用于构建解剖腔体(即介入设备能够在其中移动的腔体)的解剖模型。

此后描述用于执行构造解剖腔体的解剖模型的过程的设备跟踪系统390的操作。欧洲专利申请EP 0775466A2、EP 3568068A1和EP 3607879A1公开了该成像过程的其他描述和/或实施例。

广泛地，设备跟踪系统390可以通过测量由定位在对象内的内部电极(其在相对位置中被变换)引起的交叉电场的电势(即电场对内部电极的影响)来构建对象内的解剖腔体395(例如腔室、血管或空隙)的解剖模型。这允许标测解剖腔体的界限、边界或周缘，从而构建解剖腔体的点云。

因此，设备跟踪系统利用将定位在解剖腔体内的多个内部电极331、332、333(例如定位在要插入到解剖腔体中的介入设备335上的电极)。内部电极中的每个之间的距离可以是预定的和/或已知的。

设备跟踪系统390被配置为从内部电极331、332、333接收信号(并且任选地向内部电极331、332、333提供信号)以确定内部电极对交叉电场的响应。

特别地，为了执行成像过程，迭代记录内部电极的响应(例如对由外部电极外部施加的电场的)。成像处理器重复定义/更新并应用传递函数(“V2R函数”)，该传递函数将每个记录的响应转换为欧几里得坐标(R空间)，同时确保维持内部电极和/或介入设备335的已知性质(例如电极间距和电重长度)以及其他约束的集合。通过将已知的电极间距离作为参考，传递函数可以有效地学习和线性化测量响应与三维实际位置之间的失真关系。仅通过示例，如果内部电极具有与先前测量的响应相匹配的响应，那么可以确定与由其他内部电极测量的响应的相对距离，并将其用于改进传递函数。

以这种方式，当内部电极在解剖腔体内移动时，可以建立并更新R空间点云(已知的欧几里得坐标)。使用经更新的R空间点云，重建算法生成解剖腔体的解剖模型。解剖模型可以例如是描绘或建模解剖腔体(边界)的3D表面。

从点云重建解剖模型的过程在概念上如图4所示，图4说明了过程450，其中，R空间点云410(“点云”)被转换为解剖模型420。在所示的示例中，这是通过根据点云数据创建(3D)表面来执行的，其方法对于技术人员来说将是容易显而易见的。

例如，可以使用表面重建方法将点云转换为多边形网格或三角形网格模型(或其他表面模型)。在Berger、Matthew等人的“A survey of surface reconstruction frompoint clouds.”(Computer Graphics Forum、第26卷、第1号、2017年)中讨论了各种适合的方法，并且另外的机制对技术人员来说将是容易显而易见的。

以这种方式，“全局场”测量(即由外部电极生成的电场对内部电极的效应)可以用于生成解剖腔体的(近似)解剖模型。

返回参考图3，可以通过监测内部电极331、332、333对局部电场(例如由其他内部电极生成的场)的响应来执行对解剖模型的边界和性质的更精确识别。因此，在一些实施例中，设备跟踪系统390还可以控制内部电极331、332、333以生成电场(其可以由其他内部电极检测到)。与内部电极对外部感应电场的响应(其可以标记为“全局场测量”)相比较，内部电极对局部电场的响应可以标记为“局部场测量”。

例如，局部电场(是在两个内部电极331、332、333之间感应的电场)的变化可以指示在两个内部电极之间的组织的存在或不存在。因此，内部电极对局部电场的响应可以用于识别组织的存在或不存在，从而促进解剖模型的调谐或更新。

在一些示例中，可以执行全局场测量的额外处理(即内部电极对由外部电极感应的电场的响应)，以改进解剖模型的边界和特征的精度。

例如，可以识别电场响应中具有固有标记的陡峭梯度的区域。应认识到，这样的区域指示解剖腔体的边界和/或其他信息，例如血管流入或流出心腔以及心腔的瓣膜。从而，这些特征可以由系统唯一地识别并且成像，即使不利用介入设备335物理地访问它们。

组合的全局和局部场测量使能对不一致性和异常值、电极屏蔽/覆盖水平(例如通过测量位置互相相关)、起搏(饱和度)以及生理漂移进行复杂的检测和有效处理。例如，漂移可以随时间使用移动窗口来检测并连续校正，由此内部电极位置贯穿整个流程保持准确，从而使系统对漂移具有弹性。

以上提供的对成像过程的描述仅是示例，并且技术人员将容易地能够适当地修改所描述的过程。

技术人员将意识到，传递函数(“V2R算法”)也可以用于跟踪内部电极相对于构建的解剖模型的位置。这促进生成和显示解剖模型以及安装内部电极331、332、333的介入设备335相对于解剖模型的当前定位/位置的指示符。

当然，任何生成的解剖模型和/或确定的位置的视觉表示可以在用户接口399处生成和提供。

本公开依赖于以下认识：当由外部电极的集合感应的电场彼此日益正交时，内部电极的定位/跟踪，即确定内部电极的相对位置，是更准确/精确的。换句话说，场越正交(即越接近正交性)，跟踪或建模可能变得越精确。

然而，在本文中应认识到，将电极放置在对象上以产生完全正交的电场并不总是可能的，例如由于解剖约束或准确(和手动)放置电极的困难。此外，内部电极定位的位置的电场正交性(例如当要分析或处理心脏的一个或多个部分时在心脏处)可能由电极之间组织的变化的介电性质而失真。因此，在电极的放置期间实现的最佳几何正交性因此不一定也导致通过这样的放置实现的最佳电正交性。

尽管克服这些问题的简单方法可以是简单地重新定位电极，但是这可能引入显著的无菌问题(例如对于导管患者)，并且为临床医师引入不便和压力，以及归因于漫长的电极放置优化流程的时间低效的处理。

本公开提出将一个或多个电极贴片用于外部电极，其中，至少一个但优选地多于一个且最优选地每个电极贴片包括可由电场生成器个体地寻址的两个或更多个电响应部分。这通过控制电响应部分中的哪些有助于电场而促进使用这样的多部分电极贴片生成的电场的方向的修改。

因此，可以通过选择哪个元件/部分有助于特定电场的生成来调节电场中的一个或多个的取向。调节电场的取向/方向促进和/或实现对交叉电场的正交性的控制，所述正交性是交叉电场彼此正交的程度的度量。因此，正交性度量随着交叉电场收敛于正交性和偏离正交性而变化。

有助于(交叉电场的)电场的生成的电响应部分被标记为“有源部分”，其中，未使用的电响应部分被标记为“非有源部分”。

图5图示了用于在本发明的实施例中/作为本发明的实施例使用的示例性电极贴片500。

电极贴片500包括彼此电隔离的多个个体子电极501-516，因此形成“阵列贴片”。每个子电极充当电极贴片的不同电响应部分，并且可以由电场生成器(未示出)可个体地寻址。

特别地，电极贴片中的每个电极与其他电极电隔离，并且通过单个隔离电线连接到电场生成器。电极贴片中的所有电极的接线优选地分组在单个线缆内。

然而，基本上并不是每个(子)电极通过相应的接线连接到电场生成器。相反，每个(子)电极可以使用相同的接线可连接到电场生成器，例如在临床医师或用户的控制下，其可以可控地从一个子电极断开并连接到另一个子电极。因此，电极贴片的子电极是“可个体地寻址的”，其中，个体地与每个子电极通信是可能的。

电极贴片500由N×M个分离且电隔离的(子)电极的阵列形成。在图示的示例中，电极贴片由4x 4(子)电极的阵列形成。在图5的该示例中，示出了具有16个(子)电极的贴片。然而，贴片可以具有大于或等于2的任何数目的(子)电极，诸如例如：3、4、5、6、7、8、9、10、15或20。尽管示出了4乘4电极的正方形布置(即N×N)阵列，但是也可以使用其他正方形布置(例如3乘3或5乘5)或非正方形布置(1乘2、2乘4、2乘8等)阵列或配置。贴片上的子电极的二维阵列是有利的，因为它允许在多个方向上可调节场方向。例如，在图5中，水平方向可以被定义为沿着子电极512、514、515和516延伸，并且在图7中(在下文中更详细地描述)从臂到臂延伸。然后，可以通过在一行中寻址贴片的不同子电极来“水平地”中继场的方向，并且通过在一列中寻址不同的子电极来垂直地中继场的方向。沿着成角方向(诸如对角线)的中继也是可能的，并且可以包括涉及行和列数改变的电极的改变，例如其中，从512到510或甚至504等等。

(在电极贴片中使用的)电极的真实形状可以不同，并且对于所有或一些子电极可以不同。例如，一个或多个电极可以是矩形、正方形、三角形、圆形或任何其他形状。优选的形状是能够在基本上平坦的表面上紧密堆积的形状，诸如三角形形状、四边形形状、六角形形状等。这样的实施例对于表面积使用可能是有利的，并且在具有良好的场的角度依赖性时更/最有效地和/或均匀地生成电场。

在使用中，外部电极的集合中的电极中的至少一个包括电极贴片(诸如图5所示的电极贴片500)。(使用电极贴片生成的)电场的取向/方向可以通过控制电极贴片的电响应部分中的哪些由电场生成器控制以限定电场来控制。这促进对电场的方向进行一定程度的控制，并且从而促进对交叉电场(例如交叉电场的正交性)的调节，而不需要外部电极的移动。

因此，电场生成器可以在多个不同的控制配置中操作。每个控制配置定义每个电极贴片的电响应部分中的哪一个在电场的生成中是活动的。

控制配置可以例如自动地改变，例如如果每个电响应部分经由相应的专用接线连接到电场生成器，使得每个电响应部分可以同时分离地寻址。

在其他实施例中，控制配置被手动地改变，例如通过临床医师或其他用户机械地调节电极贴片的哪些电响应部分连接到电场生成器。

将意识到，任何给定电极贴片的超过一个电响应部分同时是活动的。例如，两个或更多个电响应部分的集合可以用于一起充当用于生成电场的单个电极(例如充当源极和/或漏极)。这允许对电极贴片的有效电中心的位置进行更大水平的控制，从而为使用电极贴片生成的电场提供更多数目的可能取向。

利用电极贴片的多个电响应部分的控制配置还提供了更大的耦合面积(与仅使用单个电响应部分相比较)，并且因此提供了比仅使用单个电极更低的进入身体的耦合电阻。

每个(子)电极可以通过导电胶(诸如通常用于其他身体表面电极(诸如ECG电极)的导电胶)个体地可附接到对象的皮肤。

(子)电极可以附接到电极贴片的载体衬底上。载体衬底和/或贴片本身可以是刚性的，但优选地是柔性的，以能够符合对象的身体的一部分。为此，载体材料可以包括塑料材料或布，例如，以片或编织形式。优选地，载体材料是非导电材料，使得其与电极的干扰减少。

图6图示了用于电极贴片的用例场景，其中，外部电极的集合600(用于电场生成装置)包括六个电极，其中每个是电极贴片，诸如参考图5所描述的电极贴片500。

该提出的方法促进对至少三个电场(例如分别在由六个外部电极形成的三个电极对之间)的取向/方向的控制。

然而，技术人员将意识到，可以使用电极贴片和非基于贴片的电极的任何适合的组合。例如，在一些示例中，每个电极对的电极中的仅一个需要包括电极贴片，以促进对每个感应电场的方向的控制。在其他示例中，电场中的一个可以是不可调节的(例如形成在包括两个电极的电极对之间)，其中，其他电场使用包括至少一个电极贴片的相应电极对来生成。

图7和图8图示了用于电极贴片的备选配置的非详尽示例。

图7图示了由多个可个体地寻址(且电隔离)的子电极形成的电极贴片700，所述子电极以十字或加号(即“+”)的形状布置。因此，子电极形成在围绕中心的多个“臂”中。

图8图示了由多个可个体地寻址(且电隔离)的子电极形成的电极贴片800，所述子电极布置在长方形/矩形形状的边界周围。

这样的形状可能有利于减少朝向电极贴片的接线/布线量，同时仍然维持对使用哪个区域的高水平控制，或者使电极贴片适于身体的特定解剖形状。

子电极的其他布置可以是三角形或圆形，即子电极可以被定位为形成三角形或圆形。

尽管电极贴片的上文所描述的示例由电隔离的子电极的阵列形成，但是这不是本发明的基本特征。

例如，代替于使用多个分立的(即电隔离的)子电极，可以使用单片电响应材料。在该场景中，(一个或多个)到片材的(单个)接线连接的位置确定了通过身体的电流瓣的重心的方向和位置，即片材的电响应部分的位置。(一个或多个)接线的机械连接可以是与贴片材料的针头/螺钉/推动连接。

图9图示了由电响应材料(即部分导电材料)的单片905形成的电极贴片900的示例。(单个)接线920连接到片材905的位置910定义片材905的电响应部分915的位置。为了改进理解，示意性地图示了所示的电响应部分，但是技术人员将意识到，电响应部分的大小和/或形状将取决于片材905的性质/材料/结构。

图9还图示了用于接线920的多个备选连接位置，其中，连接的位置定义片材905的电响应部分的位置。这些是使用描绘针对接线的潜在连接点的圆形来说明的。

在电极贴片由单片形成的情况下，电极贴片的不同电响应部分能够与另一电响应部分交叠，并且不同之处在于接线与片材的机械连接的不同位置。

优选地，该片仅具有有限的电导率以能够平衡电流。例如，片材可以被配置为使得片材的边缘与片材的中心之间的电阻大约是贴片-主体-贴片总电阻的幅度，例如大约50Ω。

该方法添加了一些额外的电阻，但是由于使用电流激励和使用内部电极的高阻抗(电压)感测，对设备跟踪系统的准确度具有有限(即非常小)的效应。

以上描述阐述了所提出的电场生成装置如何可以用于控制一个或多个交叉电场的取向和/或方向，例如以改进交叉电场的正交性(是电场确切正交的程度的度量)。

特别地，可以使用针对电场生成器的不同控制配置，每个控制配置定义一个或多个电极贴片的哪些电响应部分由电场生成器用于生成交叉电场的不同组合。因此，不同的控制配置与电极的集合中的不同“活动”电极相关联。

如果可以(自动)选择最适当的控制配置，例如以提供具有最佳可能正交性度量的交叉电场，则将是有利的。

图10图示了确定在哪种控制配置中操作电场生成器的一个示例。这从而证明了根据实施例的(计算机实施的)方法1000，其可以由电场生成器和/或设备跟踪装置来执行。

方法1000包括使用电场生成器的电流控制配置生成交叉电场的步骤1010。

如先前所描述的，通过电场生成器控制提供给位于对象的表面上的电极的集合中的多个电极中的每个的电流来执行该步骤。控制配置定义每个电极贴片的电响应部分中的哪个由电场生成器寻址(即提供有非零电流和/或电压)。如先前所述，至少两个交叉电场中一个或多个的方向在不同的控制配置中不同。

方法然后执行确定电场的正交性的步骤1020。特别地，步骤1020可以包括确定交叉电场的正交性度量。

设想了用于确定电场的正交性(即多接近正交)的各种机制。

在一个示例中，可以如下执行两个电场之间的正交性度量。首先，确定外部电极的两个电响应部分(或电响应部分的集合)对相同电场(“第一电场”)、另一电场(“第二电场”)贡献的响应。然后，确定这些响应之间的差异。该差异表示第一电场与第二电场之间的正交性度量。特别地，差异越小，第一电场将越接近于与第二电场正交。该方法不需要生成第一电场，并且因此可以用于预测潜在电场与现有电场之间的正交性。

当然，差异(例如每个差异表示第一电场与不同的其他电场之间的正交性)的组合可以用于确定多个电场的正交性。该组合可以是平均值和/或和。

在一些示例中，正交性度量是通过从响应于至少两个交叉电场的一个或多个电极获得一个或多个电极对至少两个交叉电场的电响应并基于一个或多个电极的电响应确定至少两个交叉电场的正交性度量来获得的。

出于步骤1020的目的，这些一个或多个电极可以包括可个体地寻址的内部电极和/或外部电极(的电响应部分)中的任何。

确定正交性度量可以通过生成白化或去相关变换来执行。特别地，白化变换的权重可以被处理和/或用作正交性度量，因为权重的值随着交叉电场收敛到正交性和偏离正交性而变化。

技术人员将意识到，白化变换可以从一个或多个电极的响应的零相位分量分析ZCA导出。特别地，白化变换包括利用适当的矩阵“白化矩阵”对数据执行的乘法步骤。作为一般规则，白化矩阵(其与协方差矩阵相关)的非对角权重越接近于零，数据可以被认为是越接近于正交。由于白化可能已经是用于处理内部电极的响应的处理链的一部分(例如在映射函数的生成期间)，因此该方法可以利用已经可用的数据来减少处理时间/复杂性。白化矩阵中的这些非对角权重可以反映由于非正交电场而对内部电极的响应的正交化付出了多少“努力”。这些权重的(平均或累积)大小越小，电场越接近于正交。

用于确定正交性度量的另一方法是获得一个或多个电极对至少两个交叉电场中的每个的多个响应并且例如使用任何已知相关技术(诸如互相关)来确定对每个交叉电场的响应之间的相关性。所确定的相关性越大，电场越远离彼此正交。

为了改进上文所描述的方法的准确度，将优选的是，如果在(一个或多个)电极(和/或在其上安装它们的介入设备)的随机或伪随机取向和/或位置处获得多个响应。例如，这可以通过(在显示器处)向电极的操作者提供适当的指令和/或通过仅在检测到足够移动时(例如通过加速度计或通过跟踪电极的预测位置)生成正交性度量来实现。

又一方法可以是获得两个或更多个电极对至少两个交叉电场中的每个的多个响应，并且确定所述两个或更多个电极对交叉电场中的每个的电响应之间的差异。在另一个场的差异最大的响应的子集中，这些响应之间的差异越接近于零，交叉场越接近于正交性。

该方法然后执行确定正交性是否满足某种预定准则的步骤1030，例如正交性度量是否已经(或尚未)达到/突破某个预定阈值，特别是指示可接受的相关性水平(例如“最小相关性”)的阈值。

响应于正交性不满足预定准则，然后该方法执行改变电场生成器的控制配置的步骤1040，并且然后返回步骤1010。对控制配置的改变可以是将控制配置改变为先前未使用的控制配置和/或根据控制配置的一些预定序列。

步骤1040可以自动地(例如通过电场生成器)和/或手动地执行。

因此，迭代重复改变电场生成器的控制配置的过程，直到电场的正交性满足特定预定阈值。

步骤1010-1040的多个实例可以同时执行，例如通过在频率或时间上多路复用以用于快速评估不同的控制配置。

在一些示例中，方法1000然后执行在第一输入部处并且从位于对象内的介入设备上的内部电极获得内部电极对至少两个交叉电场的电响应的步骤1050；以及基于内部电极的电响应来确定介入设备和/或内部电极在对象内的相对位置的步骤1060。

因此，可以执行基于(介入设备的)内部电极对所生成的交叉电场的电响应来跟踪介入设备的(位置)的步骤1050和1060。

方法1000还可以包括步骤1070：例如使用任何先前描述的成像方法，基于所跟踪的介入设备的位置来生成解剖腔体的解剖模型。

图11图示了确定在哪种控制配置中操作电场生成器的另一示例。这从而说明了根据实施例的(计算机实施的)方法1100，其可以由电场生成器和/或设备跟踪装置来执行。

方法1100包括使用电场生成器的电流控制配置生成交叉电场的步骤1110。该步骤可以有效地与先前描述的步骤1010相同。

方法1100然后执行步骤1120：确定并记录交叉电场的正交性，例如使用先前描述的方法，诸如在步骤1020中公开的方法。该记录的正交性可以与导致记录的正交性的(用于电场生成器的)控制配置的指示符一起存储。

方法1100然后将改变电场生成器的控制配置，例如以与先前描述的步骤1040类似的方式。方法然后返回到步骤1110。

重复步骤1110至1130的迭代序列，直到测试所有控制配置(例如在控制配置的预定序列和/或所有可能控制配置中)。这由在步骤1120与1130之间发生的决策步骤1140来说明。

步骤1110至1140的多个实例可以同时执行，例如通过在频率或时间上多路复用以用于快速评估不同的控制配置。

该方法然后执行步骤1150：例如通过识别指示最接近于正交电场布置的记录的正交性来选择最接近于正交交叉电场的控制配置，并且控制电场生成器以在所选择的控制配置中操作。

该方法然后可以执行步骤1155：使用所选择的用于电场生成器的控制配置来生成电场。

在一些示例中，方法1100然后执行在第一输入部处并且从位于对象内的介入设备上的内部电极获得内部电极对至少两个交叉电场的电响应的步骤1160；以及基于内部电极的电响应来确定介入设备和/或内部电极在对象内的相对位置的步骤1170。

因此，可以执行基于(介入设备的)内部电极对所生成的交叉电场的电响应来跟踪介入设备的(位置)的步骤1160和1170。

方法1100还可以包括步骤1180：例如使用任何先前描述的成像方法，基于所跟踪的介入设备的位置来生成解剖腔体的解剖模型。

方法1000和1100可以由电场生成器和/或另一处理系统(例如处理器)来执行。

通过研究附图、说明书和随附的权利要求书，本领域的技术人员在实践请求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且量词“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

所公开的方法优选地是计算机实施的方法，并且可以由适合的处理系统执行。本文中所描述的任何处理系统可以适当地适于执行本文中所描述的任何方法，正如任何本文所描述的方法可以适于执行由任何本文所描述的处理系统执行的过程一样。

还提供了一种包括计算机程序代码单元的计算机程序产品，其当在具有处理系统的计算设备上运行时使所述处理系统执行任何本文所描述的方法的所有步骤。

单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。计算机程序可以被存储/被分布在适合的介质(诸如连同其他硬件一起或作为其一部分供应的光学存储介质或固态介质)上，但计算机程序也可以以其他形式分布，诸如经由因特网或其他有线或无线电信系统分布。

尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。如果术语“适于”被使用在权利要求或说明书中，则应注意，术语“适于”旨在等效于术语“被配置为”。权利要求中的任何附图标记不应解释为对范围的限制。

Claims

1.一种电极贴片(500、700、800、900)，其被配置用于与电场生成装置(310)一起使用，所述电场生成装置用于在对象(190、305)内感应两个或更多个交叉电场以用于跟踪介入设备(335)在所述对象内的位置，所述电极贴片包括：

两个或更多个电响应部分(501、502、503、504、505、506、507、508、509、510、511、512、513、514、515、516、915)，其能够由所述电场生成装置的电场生成器(330)个体地寻址，使得当所述电极贴片被定位在所述对象的表面上时，所述电极贴片与被定位在所述对象的所述表面上的另一个电极之间的电场的方向是能调节的。

2.根据权利要求1所述的电极贴片(500、700、800)，其中，所述电极贴片包括彼此电隔离的子电极的阵列。

3.根据权利要求2所述的电极贴片(500、700、800)，其中，每个电响应部分包括所述子电极中的一个或多个子电极的不同集合。

4.根据权利要求1所述的电极贴片(900)，其中，所述电极贴片包括电响应材料片，其中，每个电响应部分能够与另一个电响应部分交叠。

5.一种用于定位在对象的表面上的外部电极(321、322、323、324、325、327)的集合(600)，所述外部电极的集合包括至少一个根据权利要求1至4中的任一项所述的电极贴片(500、700、800、900)。

6.根据权利要求5所述的外部电极的集合(600)，其中，所述至少一个电极贴片包括多个电极贴片。

7.一种电场生成器(330)，其用于与电场生成装置(310)一起使用，所述电场生成装置用于在对象(190、305)内感应两个或更多个交叉电场以用于跟踪介入设备(335)在所述对象内的位置，所述电场生成器被配置为控制被提供给根据权利要求5或6中的任一项所述的外部电极的集合的电信号，从而当所述外部电极的集合被定位在所述对象的所述表面上时，在所述对象内感应至少两个交叉电场。

8.根据权利要求7所述的电场生成器，其中，所述至少两个交叉电场包括三个交叉电场。

9.根据权利要求7或8中的任一项所述的电场生成器(330)，其中，所述电场生成器(330)还被配置为为所述外部电极的集合的一个或多个不同控制配置确定至少两个电场的正交性度量。

10.根据权利要求9所述的电场生成器(330)，其中，所述电场生成器被配置为通过以下操作来确定所述至少两个电场的正交性：

从响应于所述至少两个交叉电场的一个或多个电极获得所述一个或多个电极对所述至少两个交叉电场的电响应；并且

基于所述一个或多个电极的所述电响应来确定所述至少两个交叉电场的正交性度量。

11.根据权利要求9或10所述的电场生成器(330)，其中，所述电场生成器被配置为：

为多个不同控制配置中的每个控制配置确定所述至少两个交叉电场的正交性度量；并且

基于所确定的正交性度量来识别与最大正交性相关联的所述控制配置。

12.一种电场生成装置(310)，包括：

根据权利要求5或6中的任一项所述的电极的集合；以及

根据权利要求7至11中的任一项所述的电场生成器。

13.一种设备跟踪装置(300)，包括：

根据权利要求12所述的电场生成装置(310)；以及

设备跟踪系统(390)，其被配置为：

在第一输入部处并且从被定位在所述对象(305)内的介入设备(325)上的内部电极(331、332、333)获得所述内部电极对所述至少两个交叉电场的电响应；并且

基于所述内部电极的所述电响应来确定所述介入设备在所述对象内的相对位置。

14.一种用于在对象(305)内感应两个或更多个交叉电场以用于跟踪介入设备(335)在所述对象内的位置的计算机实施的方法(1000、1100)，所述计算机实施的方法包括：

控制(1010、1110、1155)被提供给被定位在所述对象的表面上的外部电极(321、322、323、324、325、327)的集合(600)中的每个外部电极的电信号，从而在所述对象内感应至少两个交叉电场，

其中，所述外部电极的集合包括至少一个电极贴片(500、700、800、900)，每个电极贴片包括能够个体地寻址的两个或更多个电响应部分(501、502、503、504、505、506、507、508、509、510、511、512、513、514、515、516、915)，使得当所述外部电极的集合被定位在所述对象的所述表面上时，所述电极贴片与另一个外部电极之间的电场的方向是能调节的。

15.一种包括计算机程序代码单元的计算机程序产品，所述计算机程序代码单元当在具有处理系统的计算设备上被运行时使所述处理系统执行根据权利要求14所述的方法(1000、1100)的所有步骤。