ES2210498T3

ES2210498T3 - Transductores posicionables independientemente para sistema de localizacion.

Info

Publication number: ES2210498T3
Application number: ES97906698T
Authority: ES
Inventors: David E. Acker; Robert Pacheco; Yong Zou; Joel Zilberstein
Original assignee: Biosense Inc
Current assignee: Biosense Webster Inc
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: EP0891152A1; AU2132397A; DE69726415T2; CA2246290A1; EP0891152A4; JP2000506259A; WO1997029685A1; AU729805B2; IL125761A; IL125761A0; JP4072587B2; DE69726415D1; US6618612B1; EP0891152B1; CA2246290C

Abstract

UN SISTEMA PARA DETERMINAR LA DISPOSICION DE UNA SONDA DENTRO DEL CUERPO DE UN PACIENTE, INCLUYE UNA SONDA (20) CON TRANSDUCTORES DE CAMPO PARA SONDA (30), Y UNA PLURALIDAD DE TRANSDUCTORES DE CAMPO PARA REFERENCIA (100A)-(100C). LOS TRANSDUCTORES DE CAMPO PARA REFERENCIA, SON DESPLAZABLES INDEPENDIENTEMENTE ENTRE SI HASTA POSICIONES DESEADAS Y A GUSTO DEL PACIENTE, CERCA DEL CUERPO DEL MISMO. TRANSDUCTORES DE CALIBRACION (316A)-(316C) DETERMINAN LAS POSICIONES RELATIVAS DE LOS TRANSDUCTORES DE CAMPO ENTRE SI, DESPUES DE QUE SE SITUEN EN SUS POSICIONES DESEADAS. SE EMITEN Y SE DETECTAN CAMPOS NOIONIZANTES ENTRE LA SONDA Y LOS TRASDUCTORES DE CAMPO PARA REFERENCIA. A PARTIR DE LOS CAMPOS DETECTADOS, SE DETERMINA LA DISPOSICION RELATIVA DE LA SONDA RESPECTO A LOS TRANSDUCTORES DE CAMPO PARA REFERENCIA.

Description

Transductores posicionables independientemente para sitema de localización.

Campo de la técnica

La presente invención se refiere a sistemas para diagnosis y tratamiento médico, y específicamente al uso de transductores de campo de referencia y sondas médicas con transductores de campo para detectar la posición y/o la orientación de la sonda en el interior del cuerpo de un paciente.

Técnica anterior

Existen muchos procedimientos médicos en los cuales se introducen sondas, tales como catéteres, dentro del cuerpo de un sujeto o paciente. En procedimientos tales como la cateterización cardiaca y la neurocirugía suele ser necesario que el médico o cirujano conozca la posición del extremo delantero de la sonda en el interior del cuerpo. Aunque a veces se utilizan para este propósito procedimientos de formación de imágenes tales como fluoroscopia y ultrasonidos, estos no siempre son prácticos o deseables. Por ejemplo, típicamente tales sistemas exigen estar formando contínuamente imágenes de la sonda y del paciente durante el procedimiento. Además, los sistemas fluoroscópicos suelen ser indeseables porque exponen al paciente y al médico a una radiación ionizante apreciable.

Se han propuesto diversos sistemas de localización para detectar la posición de la punta de una sonda o de un catéter en el cuerpo de un paciente sin necesidad de estar formando continuamente una imagen del paciente. Entre estos sistemas se encuentran, por ejemplo, los descritos en las Patentes Estadounidenses 5.558.091; 5.391.199; 5.443.489; y las publicaciones de Patente Internacional WO 94/04938 y WO 96/05768, cuyas descripciones se incorporan aquí como referencia. En las Patentes Estadounidenses 3.644.825; 3.868.565; 4.017.858, 4.054.881 y 4.849.692 se describen otros sistemas electromagnéticos de rastreo, no necesariamente para aplicaciones médicas.

Los sistemas tales como los que se describen en las Patentes '091, '199 y '489 y en la solicitud PCT '938 determinan la disposición (es decir, la posición, la orientación, o ambas) de una sonda utilizando uno o varios transductores de campo, tales como dispositivos de efecto Hall, dispositivos magnetorresistivos, bobinas o antenas de otro tipo, portados por la sonda. Los transductores están situados típicamente en el extremo distante de la sonda o junto al mismo, o en una posición cuya relación con el extremo distante de la sonda sea conocida con precisión. Tales sistemas utilizan además uno o varios transductores de campo de referencia situados fuera del cuerpo que proporcionan un marco de referencia externo. Los transductores de campo de referencia sirven para transmitir o detectar campos o componentes de campos no ionizantes tales como campos magnéticos, radiaciones electromagnéticas o energía acústica tal como vibración ultrasónica. Transmitiendo campos entre los transductores de campo externos de referencia y los transductores de campo de la sonda, pueden determinarse las características de la transmisión del campo entre estos dispositivos, y utilizarse después para determinar la posición y la orientación de la sonda en el marco de referencia externo.

Según se describe, por ejemplo, en la citada Patente '091, el marco de referencia de los transductores de campo externos puede hacerse coincidir con el marco de referencia de unos datos para la formación de imágenes, tales como datos para formación de imágenes por resonancia magnética, datos tomográficos axiales computerizados ("CAT"), o datos para la formación de imágenes mediante rayos X convencionales, y con ello pueden presentarse visualmente los datos de posición y/u orientación obtenidos del sistema a modo de una representación en la cual la sonda aparece superpuesta sobre una imagen del cuerpo del paciente. El médico puede usar esta información para guiar la sonda por el interior del cuerpo del paciente hasta la posición deseada, y vigilar su posición y orientación durante el tratamiento o la medición en la estructura interna del cuerpo. Este dispositivo aumenta en gran medida la capacidad del médico para hacer navegar el extremo distante de la sonda a través de las estructuras corporales, y presenta ventajas apreciables sobre los procedimientos convencionales con los cuales se hace navegar la sonda por el interior del cuerpo únicamente mediante el tacto. Al no ser necesaria la adquisición de una imagen óptica de los tejidos circundantes para el propósito de la navegación, pueden utilizarse sondas pequeñas en las cuales no podrían alojarse elementos ópticos. Estos sistemas a base de transductores evitan también las dificultades de tener que formar contínuamente durante todo el procedimiento imágenes de la sonda y del paciente para guiar la navegación de la sonda y evita, por ejemplo, la prolongada exposición a las radiaciones ionizantes inherentes a los sistemas fluoroscópicos.

Tales sistemas utilizan típicamente unos transductores de campo o bobinas de referencia situadas, formando una matriz fija e inamovible, en posiciones tales como el techo de una sala de operaciones o sujetas rígidamente a una mesa de operaciones o cateterizaciones. En aplicaciones médicas, en las cuales se utiliza el sistema para rastrear la situación de una sonda en el interior del cuerpo de un paciente, el montaje de las bobinas puede estorbar al libre acceso del médico sobre el paciente.

Por ejemplo, la citada publicación '938 describe un sistema de catéter que utiliza una pluralidad de bobinas no concéntricas adyacentes al extremo distante del catéter. Estas bobinas generan unas señales en respuesta a los campos magnéticos aplicados externamente, lo cual permite el cálculo de seis coordenadas de posición y de orientación, de manera que la disposición del catéter es conocida sin la necesidad de una formación simultánea de imágenes. Preferiblemente, al menos tres de tales bobinas o radiadores están ordenadamente situados en posiciones fijas y externas al cuerpo, adyacentes a la zona del mismo en la que se introduce el catéter. Por ejemplo, en la cateterización cardiaca, durante la cual el paciente está típicamente tumbado boca arriba, tres radiadores se encuentran típicamente situados por debajo del tórax del paciente, con una disposición fija triangular y coplanar, y con los ejes de las bobinas separados entre 2 y 40 cm. Para detectar la posición y la orientación de catéteres o sondas introducidos en el cerebro, es deseable que los transductores o bobinas radiantes de campo estén colocadas junto a la cabeza del paciente. Sin embargo, en neurocirugía el paciente suele estar sentado, erguido o boca abajo. Por lo tanto, un marco triangular que sujete los tres radiadores tal como el anteriormente descrito no puede ser colocado estable y confortablemente bajo la cabeza. Por otra parte, si se coloca el marco encima o al lado de la cabeza, generalmente interferirá con la manipulación de las sondas y herramientas quirúrgicas que realiza el cirujano.

El documento EP-A-0 419 729 describe un sistema para localizar la posición de la punta de un catéter que comprende un transductor de campo de la sonda, una pluralidad de transductores de campo de referencia situados sobre el cuerpo del paciente, un medio de transmisión para campos no ionizantes, y un medio de cálculo.

Sería por lo tanto deseable mejorar la precisión y la eficacia de los sistemas de rastreo de sondas descritos anteriormente, y otros tipos de sistemas relativos a la aplicación de campos electromagnéticos o de otra energía no ionizante sobre un cuerpo humano, mediante el ajuste y la optimización de la posición de los transductores de campo de referencia. La flexibilidad de colocación de los transductores permitiría colocar los transductores a voluntad, pudiendo ser desplazados hasta las mejores posiciones posibles para aumentar la sensibilidad del sistema localizador.

Descripción de la invención

La invención está definida en el conjunto de reivindicaciones adjuntas.

Un aspecto de la presente invención proporciona un sistema para determinar la disposición de una sonda en el interior del cuerpo de un paciente. Un sistema según este aspecto de la invención incluye deseablemente una sonda en la cual están montados uno o varios transductores de campo. También se proporcionan uno o varios transductores de campo de referencia. Según se utiliza en esta descripción, el término "transductor de campo" se refiere a un dispositivo que puede transmitir un campo no ionizante tal como un campo magnético, electromagnético, acústico u óptico, y también se refiere a un dispositivo que puede detectar uno o varios componentes de tal campo. En un sistema según este aspecto de la presente invención, los transductores de campo de referencia pueden moverse independientemente los unos respecto de los otros y pueden ser colocados por el usuario en posiciones del cuerpo del paciente personalizadas y elegidas a voluntad. Más preferiblemente, el sistema incluye medios para montar los transductores de campo de referencia sobre el cuerpo del paciente. En una disposición particularmente preferida, los transductores de campo de referencia están mecánicamente sueltos los unos de los otros, de manera que cada transductor de campo de referencia puede ser situado en cualquier disposición deseada por el usuario sin las limitaciones mecánicas impuestas por la situación de los otros transductores de campo de referencia. Se provee un medio de calibración para determinar la disposición relativa mutua de los transductores de campo cuando, por ejemplo, los transductores de campo de referencia están montados sobre el cuerpo del paciente. Según se utiliza en esta descripción cuando se hace referencia a un único objeto, el término "disposición" significa la posición del objeto, la orientación del objeto, o ambas. Cuando se usa en esta descripción haciendo referencia a cualquiera de dos objetos, el término "disposición relativa" se refiere a la dirección entre uno y otro objeto, a la distancia entre uno y otro objeto, o a ambas, y además incluye la orientación de cada objeto en el marco de referencia del otro objeto. Más preferiblemente, el medio de calibración está preparado para determinar la totalidad de los parámetros de la disposición relativa mutua de los transductores de campo, de manera que se conozca perfectamente la distancia y la dirección de un transductor de campo con respecto a cada uno de los otros transductores de campo, y la orientación de todos los transductores de campo.

El sistema incluye además un medio de transmisión para activar los transductores de campo de referencia y los transductores de campo de la sonda con objeto de transmitir uno o varios campos no ionizantes entre los transmisores de campo de referencia y el transductor o transductores de campo de la sonda y detectar cada uno de tales campos transmitidos. Por ejemplo, en un sistema en el cual el medio de transmisión activa los transductores de campo de referencia para que transmitan un campo magnético o electromagnético, el transductor de campo de la sonda detecta las propiedades del campo recibido en el transductor o transductores de campo de la sonda. También se provee un medio de cálculo para determinar la disposición de la sonda en el marco de referencia de los transductores de campo de referencia. Este cálculo opera a partir de las propiedades de los campos detectados y de las disposiciones relativas de los transductores de campo de referencia entre sí.

Puesto que los transductores de campo de referencia pueden colocarse independientemente sobre el paciente o junto al mismo, pueden ser situados con una disposición óptima para que proporcionen una buena sensibilidad y una buena relación señal-ruido en la zona de interés particular, allí donde deba colocarse la sonda durante un procedimiento particular. Además, puede elegirse la situación de los transductores de campo de referencia de modo que quede libre el acceso para los procedimientos quirúrgicos o médicos. Según se explica más adelante, el marco de referencia definido por los transductores de campo de referencia puede hacerse coincidir con el marco de referencia de una imagen previamente adquirida, y puede mostrarse visualmente una representación de la sonda superpuesta sobre la imagen previamente adquirida. En las realizaciones preferidas en las que los transductores de campo de referencia se montan sobre el cuerpo del paciente, el marco de referencia definido por los transductores de campo de referencia se desplaza con el paciente. Por lo tanto, puede mantenerse la coincidencia con una imagen previamente adquirida, aunque se mueva el paciente, sin necesidad de hacer ajustes o nuevas coincidencias. En los sistemas según otras realizaciones de la invención, el medio de calibración y el medio de cálculo están preparados para redeterminar periódicamente la disposición relativa de los transductores de campo de referencia y redeterminar la disposición de la sonda en base a la disposición relativa redeterminada de los transductores de campo de referencia. Por ejemplo, el sistema puede operar cíclicamente, de manera que cada ciclo incluya la redeterminación de la disposición relativa de los transductores de campo de referencia así como la determinación de la disposición de la sonda. Dicho de otro modo, el marco de referencia de los transductores de campo de referencia se actualiza antes de cada medida de la disposición de la sonda. Alternativamente, la disposición de los transductores de campo de referencia puede ser actualizada periódicamente. Estos sistemas permiten el montaje de los transductores de campo de referencia sobre elementos móviles del cuerpo, como por ejemplo sobre la superficie del abdomen o del tórax.

El medio de calibración puede incluir uno o varios transductores de campo de calibración montados en uno o varios de los transductores de campo de referencia. Así pues, se proveen uno o varios transductores de campo de referencia con uno o varios transductores de campo de calibración formando parte de un conjunto de referencia. El medio de calibración está preparado para determinar la disposición relativa de los transductores de campo de referencia mediante la detección de campos no ionizantes transmitidos hacia o desde los transductores de campo de calibración como, por ejemplo, el campo transmitido desde los transductores de referencia u otros conjuntos de referencia.

Otros aspectos de la presente invención proporcionan procedimientos para determinar la disposición de una sonda en el interior del cuerpo de un paciente. Los procedimientos según este aspecto de la invención incluyen deseablemente las etapas de proporcionar una sonda como la citada anteriormente que tenga uno o varios transductores de campo de la sonda y situar una pluralidad de transductores de campo de referencia que pueden colocarse independientemente los unos respecto de los otros en posiciones del cuerpo del paciente personalizadas a voluntad del usuario. Según se describió anteriormente en relación con el aparato, la disposición relativa mutua de los transductores de campo de referencia se determina mientras los transductores de campo de referencia están situados en la posición deseada. A continuación se localiza la sonda transmitiendo uno o varios campos no ionizantes entre los transductores de campo de la sonda y los transductores de campo de referencia, y detectando estos campos. La disposición relativa de la sonda con respecto a los transductores de campo de referencia se determina a partir de las propiedades de los campos detectados y a partir de la disposición relativa entre los transductores de campo de referencia. Según se describió anteriormente en relación con el aparato, es deseable redeterminar con frecuencia la disposición relativa mutua de los transductores de campo de referencia.

Otro aspecto más de la presente invención incluye un aparato para generar o detectar campos ionizantes transmitidos hacia o desde el interior del cuerpo de un paciente. Según este aspecto de la invención se incluyen una pluralidad de transductores de campo de referencia y un medio para situar cada uno de los transductores de campo de referencia independientemente los unos de los otros y en posiciones personalizables a voluntad en las cercanías del cuerpo de un paciente. El aparato según este aspecto de la presente invención puede utilizarse con los sistemas y procedimientos descritos anteriormente. El medio de colocación puede incorporar un medio para sujetar cada transmisor de campo de referencia sobre el cuerpo del paciente, tal como, por ejemplo, un medio adhesivo u otro dispositivo de fijación que pueda sujetarse al cuerpo. Otro aspecto de la presente invención incluye un kit que incorpora una pluralidad de transductores de campo de referencia independientes y unos medios tales como adhesivos u otros dispositivos de fijación para sujetar los transductores de campo de referencia al cuerpo del paciente. Otro aspecto más de la presente invención incluye un conjunto transductor de campo de referencia que incorpora una bobina u otro transductor de campo que genera calor durante el funcionamiento y una estructura envolvente que contiene dicha bobina. El conjunto tiene una superficie delantera que apoya sobre el paciente durante el funcionamiento y una superficie trasera. Se proveen medios en la carcasa para limitar el calentamiento de la superficie delantera debido al calor generado por la bobina. Por ejemplo, la carcasa puede incluir un aislante térmico colocado entre la bobina y la superficie delantera y preferiblemente incluye además un medio para disipar el calor en el interior de la carcasa o a través de la superficie trasera. Estos y otros objetos, características y ventajas de la presente invención se apreciarán más fácilmente con la siguiente descripción detallada y los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en perspectiva de una realización preferida de la presente invención mostrando los transductores de campo de referencia sujetos al cuerpo del paciente;

la Figura 2 es una vista esquemática seccionada que representa un conjunto transductor según una realización de la invención;

la Figura 3 es una vista esquemática en perspectiva que representa un elemento del conjunto utilizado en la Figura 1;

la Figura 4 es una vista esquemática de los componentes representados en las Figuras 1-3;

la Figura 5 es una vista despiezada en perspectiva de un conjunto de transductor de campo de referencia y transductor de calibración según una realización de la invención;

la Figura 6 es una vista lateral en perspectiva de otra realización preferida de la presente invención en la cual los transductores de campo de referencia pueden moverse independiente; y

la Figura 7 es una vista frontal de otra realización preferida de la presente invención en la cual los transductores de campo de referencia pueden moverse independientemente sobre un soporte flexible de tipo lámina.

Modos para poner en práctica la invención

Se utiliza un sistema según una realización de la invención en conjunción con una sonda alargada en forma de tubo o catéter 20 que tiene un extremo próximo 22 y un extremo distante 24. Un cuerpo 28 de la sonda que incorpora un transductor de campo o sensor de posición 30 de la sonda está físicamente unido al extremo distante 24 del catéter 20. El transductor de campo 30 de la sonda tiene preferiblemente la forma de un sensor preparado para detectar campos magnéticos o electromagnéticos. Por ejemplo, el transductor de campo 30 de la sonda puede ser un sensor de posición multieje y de estado sólido del tipo descrito en la Patente Estadounidense 5.558.091 citada anteriormente. Este sensor incorpora una pluralidad de transductores sensibles a los componentes de un campo magnético en direcciones mutuamente ortogonales. Otros sensores de posición adecuados consisten en bobinas como las descritas en la Patente Estadounidense 5.391.199 y en la Publicación Internacional WO 96/05768 citadas anteriormente. Estas bobinas pueden consistir en una única bobina o en una pluralidad de bobinas ortogonales capaces de detectar componentes de campo en direcciones ortogonales.

La sonda o tubo alargado 20 está construido y preparado para que pueda navegar por el interior del cuerpo de un paciente hasta una posición deseada. Por ejemplo, el tubo 20 puede tener la estructura de un catéter convencional, de un endoscopio, de un laparoscopio o similares. El tamaño y la forma del tubo 20 dependerán también de la región del cuerpo que se pretenda tratar. La sonda puede incorporar esencialmente cualquier dispositivo que pueda introducirse en el cuerpo para realizar un procedimiento médico, tal como un tratamiento, una medida o una observación, y capturar muestras de tejidos u otros materiales en el interior del cuerpo. También puede construirse el tubo 20 para que acomode un instrumento médico intracorpóreo tal como unas tijeras o un fórceps, u otras herramientas quirúrgicas que puedan accionarse desde el extremo próximo o mango del dispositivo. Tal herramienta quirúrgica puede ser cualquier herramienta quirúrgica convencional del tipo utilizado habitualmente en procedimientos quirúrgicos endoscópicos, artroscópicos o laparoscópicos, o en un dispositivo convencional de toma de muestras para biopsias. No obstante, deberá apreciarse que prácticamente cualquier instrumento o dispositivo que pueda introducirse en el cuerpo puede funcionar como una sonda, y por lo tanto el término "sonda" no se considerará limitado a ninguna configuración específica.

El aparato incluye además un juego de conjuntos de referencia 50, en este caso tres conjuntos de referencia independientes, que se montan directamente sobre el paciente en posiciones deseadas personalizables. Según se aprecia en las Figuras 2 y 4, cada conjunto transductor de referencia 50 incluye una bobina cilíndrica 100 fabricada con hilo de poco grosor. Preferiblemente, esta bobina incluye aproximadamente 2000 vueltas de hilo para formar una bobina de diámetro igual o inferior a 7,62 ó 10,16 cm y una altura igual o inferior a 0,63 cm. Las bobinas de este tipo están habitualmente comercializadas como bobinas de calentamiento Minco, de Minneapolis, Minnesota. Cada bobina cilíndrica está formada sobre un carrete cilíndrico 300 que define un eje 302 concéntrico con la bobina. Cada conjunto de referencia 50 incluye además una carcasa que incorpora un panel delantero 304 y un panel trasero 306. Estos elementos pueden estar formados por materiales no ferromagnéticos tales como polímeros, metales no ferromagnéticos y otros materiales utilizados convencionalmente en dispositivos médicos desechables. El panel delantero 304 está provisto de una capa acolchada 308, que a su vez tiene un revestimiento adhesivo sobre su superficie delantera descubierta 310. El panel delantero 304 así como su superficie delantera 310, descubierta y revestida con un adhesivo, se extienden genéricamente transversales al eje 302 de la bobina. Sobre la superficie 310 puede colocarse una capa de una lámina despegable 311. La capa 311 protege el adhesivo de la superficie 310 durante el transporte y la manipulación, pero se retira antes de usar el conjunto. En lugar de la capa adhesiva 310, el conjunto de referencia puede estar provisto de dispositivos tales como bandas elásticas, cintas, fijaciones u otros dispositivos que permitan sujetarlo al cuerpo de un paciente. Alternativa o adicionalmente, los elementos 304 y 306 de la carcasa pueden estar provistos de dispositivos tales como orificios o puntos de atadura que cooperen con dispositivos de fijación suministrados por el usuario, tales como suturas, para mantener el conjunto en su posición. En otra variante, los dispositivos de fijación pueden estar montados directamente en el transductor de campo o bobina de referencia 100, o en el carrete 300, y pueden omitirse los elementos de carcasa.

La superficie trasera 306 está provista de unos orificios de ventilación 312 que permiten la disipación del calor generado durante el funcionamiento de la bobina 100. El panel trasero puede estar provisto de otros dispositivos conocidos para facilitar la conducción y la disipación del calor. Por ejemplo, el panel trasero puede estar equipado con aletas, y puede estar fabricado con un material no magnético y altamente conductor del calor como es el aluminio. Alternativa o adicionalmente, la región del interior de la carcasa que rodea a la bobina 100 puede rellenarse con un material que tenga un calor específico elevado o con un material fundible preparado para que se funda y absorba el calor latente de fusión, preferiblemente a una temperatura ligeramente superior a la temperatura normal del cuerpo, tal como 40-50ºC aproximadamente. Pueden proveerse otros dispositivos conocidos para enfriar conjuntos eléctricos tales como, por ejemplo, serpentines mediante los cuales circule un medio refrigerante tal como agua o aire por el interior del conjunto, o un dispositivo exterior de transferencia térmica. También pueden utilizarse dispositivos de refrigeración termoeléctricos. Estos dispositivos disipadores de calor y absorbentes de calor pretenden limitar el aumento de la temperatura de la superficie delantera 310 del panel delantero. Según se describirá más adelante, durante la operación el panel delantero se encontrará apoyado sobre el paciente. El panel delantero 304 y la capa acolchada 308 pueden tener propiedades sustanciales de aislamiento térmico, lo cual también ayuda a limitar el aumento de temperatura de la superficie delantera 310.

Existe una pluralidad de encastres 314 para transductores de calibración formando parte integral de la carcasa y en posiciones fijas con respecto a la bobina 100. Según se aprecia en la Figura 4, cada conjunto transductor 50 tiene tres encastres 314 situados alrededor de la periferia de la bobina 100. En la configuración particular que se ilustra, los encastres están situados deseablemente en posiciones espaciadas alrededor del eje 302 de la bobina, y forman por lo tanto los vértices de un triángulo situado en un plano perpendicular al eje 302 de la bobina. Cada encastre 304 está preparado para alojar un transductor de campo de calibración 316 y mantener el transductor de campo de calibración en una posición y una orientación predeterminadas con respecto a la bobina 100 del mismo conjunto de referencia 50. Según se aprecia en la Figura 3, cada transductor de campo de calibración 316 incluye deseablemente un juego de tres elementos transductores ortogonales 318, 320 y 322 preparados para detectar componentes de campos magnéticos en tres direcciones mutuamente ortogonales. Los elementos transductores activos pueden ser transductores de estado sólido tales como transductores de efecto Hall o magnetorresistivos. Alternativamente, los elementos activos pueden ser bobinas enrolladas sobre unos ejes que se corten mutuamente. Los elementos activos 318, 320 y 322 están alojados en una envolvente exterior o carcasa 324. Cada uno de los encastres 314 y/o carcasas 324 de los transductores de campo de calibración puede incluir elementos convencionales tales como cierres de resorte, pasadores, presillas y otros elementos de fijación mecánica. Alternativa o adicionalmente, la carcasa 324 de los transductores de calibración puede estar preparada para que ajuste con precisión dentro de los encastres 314, de manera que cada carcasa quede sujeta en una posición precisa y repetible con respecto a la bobina 100. En otra alternativa, las carcasas 324 de los transductores de calibración 316 pueden formar parte integral de los elementos 304 y 306 de la carcasa de la bobina, pueden formar parte integral del carrete 300 de la bobina o pueden estar unidas permanentemente de algún otro modo al carrete o a la carcasa de la bobina.

Los transductores de campo o bobinas de referencia 100, y los transductores de campo de calibración 316 de los diversos conjuntos de referencia 50 están conectados mediante unos conductores 51 a un dispositivo 80 transmisor y receptor de campo. Preferiblemente los conjuntos de referencia 50 pueden soltarse y separarse de los conductores 51 para ser sustituidos fácilmente y/o desechados después de su uso. El hecho de proporcionar conjuntos de referencia desechables es ventajoso ya que así puede evitarse la reesterilización de los transductores, lo cual puede causar daño a los delicados transductores. Además, al proveerse transductores desmontables se permite una mayor personalización al poderse intercambiar conjuntos de referencia de distintos tamaños según los distintos procedimientos médicos y las tallas de los pacientes. Como alternativa a los conductores 51, los diversos transductores de cada conjunto de referencia pueden estar conectados al dispositivo 80 transmisor y receptor mediante telemetría sin hilos, como puede ser telemetría por radiofrecuencia o rayos infrarrojos. En este caso, cada conjunto de referencia 50 puede incluir una fuente de suministro de energía interna tal como una batería.

El dispositivo 80 transmisor y receptor de campo está conectado a un ordenador 85, que puede consistir en un microordenador, una estación de operador, un ordenador central u otro dispositivo similar, que a su vez está conectado a un dispositivo de visualización, tal como un monitor 95 de tubo de rayos catódicos. El dispositivo 80 transmisor y receptor de campo y el ordenador 85 están preparados para cooperar con los transductores de campo 30 de la sonda y los transductores de campo de referencia para transmitir y recibir campos no ionizantes, preferiblemente campos electromagnéticos, para determinar la disposición de la sonda 28 en el marco de referencia de los transductores de campo de referencia 100. Según se aprecia en las Figuras 1 y 4, los conjuntos de referencia 50 se montan sobre el paciente con una disposición arbitraria, elegida por el usuario, adhiriendo las superficies delanteras 310 sobre el paciente. Es decir, la disposición de los conjuntos de referencia 50, y por lo tanto la disposición de los transductores de campo de referencia 100 puede ser elegida a voluntad por el médico u otra persona que monte los conjuntos de referencia. Preferiblemente, los conjuntos de referencia se montan de manera que las diversas bobinas o transductores de referencia 100 queden próximos a la región interna del paciente que sea de interés, es decir en las proximidades de una región en la que vaya a ser empleada la punta distante de la sonda 28. Las disposiciones particulares ilustradas en las Figuras 1 y 4 son simplemente ilustrativas y no deben tomarse como limitación de las posiciones en las que pueden colocarse los transductores de campo de referencia. Por ejemplo, los conjuntos de referencia pueden colocarse con una disposición genéricamente coplanar sobre la espalda del paciente, con los ejes 302 de las bobinas extendiéndose genéricamente paralelos entre sí de manera que los ejes de las bobinas rodeen el centro de la región de interés. Alternativamente, los diversos transductores de campo pueden situarse según una disposición genéricamente en forma de U, según se representa en la Figura 4, de manera que los ejes 302 de los transductores de referencia o bobinas 100 de todos los conjuntos de referencia converjan en la región de interés.

Una vez colocados sobre el paciente, los transductores de campo de referencia 100 definen un marco de referencia externo. Pueden transmitirse campos electromagnéticos o magnéticos entre los transductores de campo de referencia 100 y el transductor 30 situado en la sonda, y la disposición del transductor de campo de la sonda, y por tanto de la sonda 28, puede ser calculada por las características de los campos, tales como la fuerza y la dirección, detectadas por el transductor de campo de la sonda. Así pues, los transductores de campo de referencia 100 y el transductor de campo 30 de la sonda definen cooperativamente una pluralidad de parejas de transmisor y receptor. Cada una de dichas parejas incluye un transmisor y un receptor que son los elementos de la pareja. Un elemento de cada una de tales parejas está situado en la sonda, y el otro elemento de cada una de tales parejas está situado en el marco de referencia definido por los transductores de campo de referencia 100. Típicamente, al menos un elemento de cada pareja de transmisor y receptor está situado en una posición u orientación diferente a la del correspondiente elemento de las otras parejas. Detectando las características de las transmisiones de campo entre los elementos de las diversas parejas, el sistema puede deducir una información relativa a la disposición de la sonda dentro del marco de referencia externo definido por los transductores de campo de referencia. La información sobre la disposición puede incluir la posición de la sonda, la orientación de la sonda, o ambas. No obstante, el cálculo se basa en que sean conocidas la posición y la orientación mutuas de los transductores de campo de referencia.

En el sistema de las Figuras 1 a 4, debido a que los transductores de campo de referencia 100 pueden colocarse en cualquier posición y con cualquier orientación los unos respecto a los otros, es necesario calcular su posición relativa mutua. Los transductores de campo de calibración 316 cooperan con los transductores de campo o bobinas de referencia 100 para proporcionar la información necesaria para calcular la posición y la orientación respectiva de los conjuntos de referencia. La bobina 100 de cada conjunto de referencia 50 constituye un transductor de campo de un sólo eje, mientras que los transductores de campo de calibración 316 de cada conjunto de referencia 50 representan un sistema de tres transductores en tres ejes situados en posiciones respectivas conocidas. Por ejemplo, los tres transductores de calibración 316B, 316B2, y 316B3 del conjunto de referencia 50B se encuentran en posiciones respectivas conocidas. Según se describe, por ejemplo, en la publicación de Patente Internacional WO 94/04938, es posible deducir perfectamente la posición y la orientación de un transductor de campo de un sólo eje, tal como la bobina 100A, activando la bobina 100A para que produzca un campo magnético y detectando las componentes del campo magnético en cada una de tres direcciones mutuamente ortogonales en cada uno de los tres transductores de calibración 316B1, 316B2 y 316B3. El algoritmo utilizado en la publicación 94/04938 citada anteriormente se utiliza aquí con un propósito totalmente diferente, concretamente la localización de una sonda con respecto a múltiples transductores de referencia que ya se encuentran en una posición respectiva conocida. No obstante, este algoritmo puede aplicarse directamente al problema de hallar la posición y la orientación de la bobina 100A con respecto a los sensores de calibración del conjunto de referencia 50B. En una etapa inicial, el algoritmo considera la bobina transductora de campo de referencia 100A como si fuera un radiador uniforme, ignorando el efecto que tiene la orientación de la bobina 100A sobre las magnitudes de las componentes del campo determinadas por los transductores de calibración 316B. Dicho de otro modo, en esta etapa inicial se considera la bobina 100A como si radiase un campo esférico. Utilizando esta suposición, y mediante las magnitudes de las componentes de campo detectadas por los transductores de calibración 316B, el sistema obtiene una estimación inicial de la posición de la bobina 100A con respecto al conjunto de referencia 50B. A continuación, utilizando esa estimación inicial de la posición, así como las magnitudes de las componentes de campo detectadas por los transductores de calibración 316B, el sistema calcula los ángulos de orientación de la bobina 100A. Utilizando los ángulos de orientación recién calculados, el sistema calcula una estimación mejor de la posición. Las dos últimas etapas se repiten hasta que la nueva estimación de posición coincida con la última estimación de posición dentro de una tolerancia prefijada. Dicho de otro modo, el sistema converge hacia la posición y los ángulos de orientación correctos. En la publicación '938 se facilitan más detalles del algoritmo. Puede utilizarse el mismo algoritmo para hallar la situación de la bobina 100C con respecto al conjunto de referencia 50C. De igual modo, activando la bobina 100B del conjunto de referencia 50B y monitorizando las señales procedentes de los tres transductores de campo de calibración 316, en tres ejes, situados en el conjunto de referencia 50C, puede determinarse la posición y la orientación de la bobina 100B con respecto al conjunto 50C. La situación de la bobina 100B con respecto al conjunto de referencia 50A puede determinarse por medio de las señales generadas por los transductores de campo de calibración 316A del conjunto de referencia 50A mientras la bobina 100B se encuentra activa. Similarmente, cuando se activa la bobina 100C, puede determinarse la disposición de la bobina 100C con respecto a los conjuntos 50A y 50B. El sistema proporciona una información redundante que incluye dos juegos de parámetros de posición y de orientación, hallados independientemente, que definen la disposición relativa de cada pareja de conjuntos de referencia. Esta información redundante puede ser utilizada para comprobar los valores obtenidos y para obtener una estimación de los valores verdaderos que minimice el error total del sistema. Por ejemplo, comparando los dos valores de la disposición relativa de una pareja de conjuntos determinados independientemente, puede obtenerse una estimación del error para esa pareja. Pueden obtenerse estimaciones similares del error de la disposición relativa de otras parejas de conjuntos de referencia. Mediante un proceso de iteración, el ordenador puede seleccionar estimaciones de las disposiciones verdaderas de los diversos conjuntos de referencia que presenten el mínimo error total. Alternativamente, es posible promediar simplemente las dos estimaciones de la disposición relativa de cada pareja de conjuntos de referencia.

En otra realización alternativa, puede modificarse el sistema para utilizar menos transductores de calibración y con ello eliminar parte de la información redundante. Así, con el sistema representado en las Figuras 1-4, en el cual se muestran tres transductores de campo de referencia 100, no es preciso que haya tres transductores de campo de calibración 316 en cada conjunto de referencia para calibrar o determinar la posición relativa mutua de los transductores de campo de referencia después de que hayan sido colocados. Concretamente, sólo es preciso que entre los transductores de campo de calibración y de referencia existan suficientes parejas de transmisor y receptor para determinar la localización relativa de los conjuntos de referencia. Por ejemplo, con el sistema de las Figuras 1-4, en el cual los transductores de campo de referencia consisten en unas bobinas de transmisión de campo en un sólo eje, un sistema que sólo utilice tres transductores de calibración, receptores de campos en tres dimensiones, situados en un único conjunto de referencia, permitirá determinar la posición y orientación relativa de cada una de las tres bobinas transmisoras con respecto a las otras. Alternativa o adicionalmente, los transductores de campo de referencia pueden funcionar como transductores de calibración. Por ejemplo, si se energiza la bobina 100A con una corriente alterna, el campo alterno puede ser detectado por los transductores de campo de referencia 100B y 100C de los otros conjuntos de referencia. Estas señales proporcionan una información adicional que puede utilizarse en el proceso de calibración.

En otra realización preferida, se provee una matriz fija de transductores de campo de calibración, tal como la matriz de calibración 55 (Figura 1) que incluye una pluralidad de transductores de campo de calibración 56 unidos a un dispositivo 80 de transmisión y recepción de campo a través de unos conductores 57. Debido a que los transductores 56 de la matriz de calibración están situados con una relación mutua conocida, la posición individual de cada uno de los transductores de campo de referencia con respecto a los transductores de la matriz puede ser determinada mediante los algoritmos que se describen, por ejemplo, en la Publicación Internacional 938 citada anteriormente. Una vez determinadas las posiciones de los transductores de campo de referencia 100 en el marco de referencia de la matriz de calibración 55, puede calcularse directamente la disposición relativa de los transductores de campo de referencia. Con este dispositivo, es posible omitir los transductores de campo de calibración en los conjuntos de referencia 50.

Una vez completada la calibración de los transductores de campo de referencia, puede determinarse la disposición de la sonda dentro del marco de referencia externo definido por los transductores de campo de referencia según se indica, por ejemplo, en la Patente '091 transmitiendo y recibiendo campos no ionizantes entre los transductores de campo de referencia y los transductores de campo de la sonda.

En un procedimiento según una realización de la invención, el paciente está colocado sobre una cama y los conjuntos de referencia 50 se colocan independientemente sobre el paciente o junto al mismo según una disposición deseada. A continuación se determina el marco de referencia externo mediante el uso de las parejas de transductores de campo de calibración y de referencia. Concretamente, el aparato 80 transmisor y receptor de campo y el ordenador 85 activan los transductores de campo de referencia o los transductores de campo de calibración para transmitir y recibir campos según se describió anteriormente. Utilizando el procedimiento anteriormente descrito, el ordenador 85 calcula la disposición relativa mutua de los transductores de campo de referencia 100 para determinar el marco de referencia externo.

A continuación se introduce en el paciente el extremo distante de la sonda 28, que lleva el transductor de campo 30 de la sonda, y se avanza hacia el área de interés. El aparato 80 transmisor y receptor de campo y el ordenador 85 activan entonces los transductores de campo externos 100 y el transductor de campo 30 de la sonda para que transmitan y reciban campos. Por ejemplo, cuando los transductores de campo de referencia 100 son transmisores de campo, los transductores de campo de la sonda enviarán señales que representan los campos detectados en la sonda hacia el aparato transmisor y receptor de campo. Inversamente, cuando los transductores de campo de la sonda se utilizan como transmisores, se envían señales de activación a los transductores de campo de la sonda. El ordenador 85 deduce entonces la disposición del transductor de campo 30 de la sonda y con ello deduce la disposición de la propia sonda dentro del marco de referencia externo definido por los transductores de campo de referencia 100. Puesto que ahora ya se conoce la disposición relativa mutua de los transductores de campo de referencia 100, la etapa de hallar la disposición del transductor de campo 30 de la sonda puede efectuarse mediante técnicas conocidas, tales como las descritas en la Patente '091 y en la Publicación '938.

En algunos procedimientos es deseable representar visualmente en un indicador visual 95 la posición de la sonda superpuesta sobre unas imágenes del paciente adquiridas anteriormente, por ejemplo imágenes MRI, CT o de rayos X. Para ello, es necesario definir un marco de referencia del paciente y después trasladar sobre el marco de referencia del paciente la posición de la sonda en el marco de referencia externo definido por los transductores 100. Dicho de otro modo, el marco de referencia de los conjuntos de referencia 50 y de los transductores de campo de referencia 100 debe hacerse coincidir con el marco de referencia de la imagen. Esto puede efectuarse de diversas maneras. Con una de las técnicas, la sonda 28 y por lo tanto el transductor de campo 30 se lleva hasta varios puntos prominentes del paciente que sean fácilmente identificables en la imagen, tales como, por ejemplo, estructuras óseas fácilmente identificables que aparezcan en los datos de la imagen. Para facilitar este proceso, pueden fijarse sobre el cuerpo del paciente unos marcadores fiduciales 71 antes de la adquisición de la imagen, de manera que los marcadores fiduciales queden representados en la imagen y sean accesibles para la sonda. Los datos que definen cada punto prominente o cada marcador son suministrados al ordenador como si se colocara un cursor sobre la representación del punto en la pantalla de visualización 95. Cuando el médico coloca la sonda 28 en contacto con cada punto prominente o marcador fiducial, proporciona una entrada al ordenador, con la cual el ordenador registra la posición actual de la sonda 28 dentro del marco de referencia de los transductores de campo 100 como la posición del punto prominente o marcador en ese marco de referencia. Los datos que definen la posición de cada uno de tales puntos o marcadores dentro del marco de referencia de la imagen se combinan con los datos que definen el mismo punto dentro del marco de referencia de los transductores de campo 100 para llegar a un vector de transposición que relaciona los dos marcos de referencia entre sí. Alternativamente, puede trazarse con la punta de la sonda el contorno de un elemento rígido del cuerpo del paciente como, por ejemplo, la cara del paciente, y hacerse coincidir con el mismo contorno en el marco de referencia de la imagen. En otra aproximación, pueden proveerse unos transductores de campo de coincidencia 70 en los marcadores fiduciales que se sujetan al paciente antes de formar la imagen. El sistema rastrea la disposición de los transductores de campo de coincidencia dentro del marco de referencia de los transductores de campo 100 de la misma manera que rastrea la disposición del transductor 30 de la sonda, con lo cual se conoce la posición de los marcadores fiduciales dentro del marco de referencia de los transductores de campo.

Una ventaja principal proporcionada por las realizaciones de la presente invención, en las que los transductores de campo de referencia se montan directamente sobre el paciente, es que los transductores definen un marco de referencia fijo con respecto al paciente. En muchos casos, como cuando se montan los transductores de campo de referencia en partes rígidas del cuerpo del paciente (tales como la cabeza), se elimina la necesidad de que el paciente esté rígidamente sujeto en una posición determinada de la cama. Esto es debido a que ya no es necesario impedir el movimiento relativo entre el paciente y el marco de referencia definido por unos transductores de campo de referencia montados típicamente sobre la cama del paciente o sujetos a una pared o al techo. Por ejemplo, si los transductores de campo de referencia se montan sobre la cabeza, el movimiento de la cabeza del paciente no provocará un movimiento relativo de la cabeza con respecto a los transductores de campo de referencia, ya que estos están colocados en la cabeza. Dicho de otro modo, el marco de referencia definido por los conjuntos de referencia 50 y los transductores de campo de referencia 100 se encuentra fijo sobre el paciente y se desplaza a la vez que el paciente. No existe la necesidad de recalibrar o hacer coincidir de nuevo este marco de referencia con cualquier marco de referencia fijo.

Cuando los transductores de referencia no están fijos unos respecto a otros, o cuando los transductores de referencia se montan sobre partes flexibles o móviles de la anatomía de un paciente, el sistema debe recalibrar la posición relativa mutua de los conjuntos de referencia. Esta recalibración se efectúa repitiendo las etapas de calibración descritas anteriormente, incluyendo la activación de los transductores de campo de calibración y el cálculo de las disposiciones relativas de los conjuntos de referencia. La recalibración puede realizarse periódicamente durante la operación, por ejemplo cada pocos segundos. Más preferiblemente, la recalibración se realiza cada vez que se determine la disposición de la sonda 28. De este modo, el sistema puede operar cíclicamente. Cada ciclo incluye una etapa de calibración, en la cual se establecen las disposiciones relativas de los conjuntos de referencia y de los transductores de campo, y una etapa de medición, en la cual se determina la posición y/o la orientación de la sonda 28 dentro del marco de referencia de los conjuntos de referencia y los transductores de campo 100. El ciclo puede incluir también la recalibración de la información sobre la coincidencia, como por ejemplo la localización de uno o varios transductores de coincidencia 70 que actúan como marcadores fiduciales. Incluso cuando los conjuntos de referencia están montados sobre una parte rígida del cuerpo, es deseable una recalibración periódica para prevenir movimientos inadvertidos de los conjuntos de referencia.

En las realizaciones descritas anteriormente, los diversos transductores están multiplexados en el tiempo. Por ejemplo, los diversos transductores de campo de referencia son activados en diferentes momentos de cada ciclo de calibración. También pueden utilizarse otros esquemas de multiplexación, tales como esquemas de multiplexación por división de frecuencias y división de códigos. Además, en los dispositivos descritos anteriormente, todos los transductores de campo de referencia están preparados para transmitir campos magnéticos, mientras que los transductores de campo de calibración y el transductor de campo de la sonda están preparados para detectar tales campos. También puede emplearse la disposición inversa, en la cual los transductores de campo de la sonda y los de calibración son transmisores, y los transductores de campo de referencia son detectores. En otras disposiciones posibles, los transductores de campo de calibración incluyen varios transmisores y varios detectores, de manera que la posición relativa de los diversos conjuntos de referencia 50 puede determinarse transmitiendo campos entre transmisores de calibración de diferentes conjuntos de transductores. También puede utilizarse una disposición mixta, en la cual los transductores de referencia y los de la sonda emplean un tipo de campo, y los transductores de calibración emplean otro tipo de campo. Por ejemplo, en un sistema que utilice transductores de referencia magnéticos o electromagnéticos, los transductores de campo de calibración pueden ser transductores acústicos u ópticos. Además, los diversos transductores de campo pueden tener más o menos ejes de sensibilidad que los descritos anteriormente. Por ejemplo, los transductores de campo de referencia pueden ser transductores de campo multiaxiales, mientras que el transductor de campo de la sonda puede ser un transductor de campo monoaxial. Particularmente cuando los transductores de campo de referencia son transductores de campo multiaxiales, tales como bobinas multiaxiales, los transductores de campo de referencia pueden servir también como transductores de calibración. Es decir, la disposición relativa de los conjuntos de referencia puede deducirse simplemente por la detección de las señales transmitidas entre los transductores de campo de referencia de diferentes conjuntos.

En otra alternativa más, se utiliza el transductor de campo de la sonda, u otro transductor de campo móvil, en lugar de los transductores de calibración. Durante la etapa de calibración, el transductor de campo móvil se introduce sucesivamente en los diversos encastres 314 para sondas de calibración de cada conjunto de campo mientras se activa cada bobina de referencia. Por ejemplo, puede desplazarse la punta 28 de la sonda entre uno y otro encastre. Siempre que los encastres de la sonda sitúen al transductor móvil en posiciones conocidas de cada conjunto de referencia, y a condición de que los conjuntos de referencia no se muevan relativamente entre sí durante la etapa de calibración, este procedimiento presenta la misma información que la adquisición simultánea de múltiples señales de calibración de las realizaciones descritas anteriormente.

Según se muestra en la Figura 5, un conjunto transductor de referencia puede incluir una bobina o transductor de referencia 100' montado entre una capa flexible 102, superior o trasera, y una capa flexible 104, inferior o delantera. Sobre la superficie inferior de la capa inferior 104 puede fijarse una cinta adhesiva 106 de doble cara para poder sujetar fácilmente sobre el paciente la totalidad del conjunto de bobina. Pueden montarse uno o varios transductores de referencia 52 sobre este conjunto, por ejemplo sobre la capa superior 102.

En las realizaciones descritas anteriormente, los transductores de referencia se montan sobre el paciente. Sin embargo, los transductores de referencia de colocación independiente también pueden montarse en otras posiciones cercanas al paciente. Pasando a la Figura 6, se presenta otra realización de la presente invención en la cual los transductores de campo de referencia están unidos a una estructura común, aunque aún pueden moverse independientemente los unos con respecto a los otros. En este caso, se provee un brazo soporte común 200 al cual están unidos varios brazos flexibles 205, en forma de cuello de ganso, a los cuales están unidos los transductores de campo de referencia 210. Se provee un mecanismo de montaje ajustable 215 para la sujeción de la estructura portabobinas sobre la cama del paciente o en cualquier otra posición deseable. La posición relativa mutua de los transductores de campo puede ser determinada, una vez colocados, según se describió anteriormente. Se apreciará que existen otras diversas maneras de sujetar eficazmente los transductores de campo de referencia sobre una estructura soporte común que permita el desplazamiento independiente de los transductores, por ejemplo utilizando brazos de alambre flexible, brazos con mecanismos articulados ajustables, u otros bastidores ajustables. En la Figura 7 se muestra otra realización más de la presente invención, en la cual se provee un único soporte 220 en forma de lámina al cual están unidos los transductores de campo de referencia 225. En esta realización puede colocarse la lámina encima o debajo del paciente, y puede desplazarse cada uno de los transductores hasta la posición deseada frunciendo el material sobrante de la lámina. Alternativamente, la lámina flexible puede estar formada por un material rígido, aunque suficientemente flexible para que permita curvar la lámina hasta cualquier posición deseada que permita el ajuste de la posición de los transductores de campo.

La disposición de las bobinas o transductores de la presente invención resuelve diversos problemas relativos a los sistemas de bobinas fijas inamovibles. Por ejemplo, los sistemas de bobinas inamovibles pueden estorbar el acceso del cirujano. Los sistemas de bobinas inamovibles genéricamente no pueden ser colocados encima del paciente ya que taparían la luz, y no pueden colocarse debajo del paciente allí donde un metal pudiera provocar interferencias, y no todas las camas pueden ser sustituidas o rehabilitadas para eliminar este problema. Además, con las bobinas inamovibles, los volúmenes de mapeo de alta precisión son demasiados pequeños para tener utilidad si las bobinas no pueden ser desplazadas a cada momento.

La presente invención resuelve estos problemas puesto que los transductores de campo de referencia pueden colocarse de manera que estorben menos e incluso pueden ser apartadas o recolocadas en el curso del procedimiento. Además los transductores pueden colocarse más cerca de la zona de interés, obteniéndose una mayor concentración de los campos y mejores lecturas. La presente invención permite además el uso de transductores de referencia aún más pequeños, ya que no es necesario utilizar grandes bobinas para generar campos sobre una zona grande que asegure una cobertura amplia. En las realizaciones preferidas los transductores pueden ser desechables, lo cual permite una sustitución fácil de los transductores estropeados o contaminados y el uso de transductores de diferentes tipos y tamaños para diferentes aplicaciones. Además, el médico puede disponer de un juego de transductores de campo de referencia, con o sin transductores de campo de calibración, que puede contener transductores idénticos o transductores de diferentes tamaños para diferentes aplicaciones.

La presente invención puede usarse también junto con el sistema descrito en la Solicitud Estadounidense Serie Nº 08/476.380. En la Solicitud '380 se utiliza una realimentación para ajustar la corriente suministrada a los transductores o bobinas de campo de referencia con el fin de asegurar que el sensor de la sonda reciba campos de una magnitud comprendida dentro de un margen preseleccionado, con independencia de la situación de la sonda. Esto asegura que el sensor opere dentro de su margen óptimo y permite el uso de transmisores y sensores compactos. Así pues, con la presente invención pueden utilizarse las técnicas de realimentación descritas en la Solicitud '380 para ajustar la fuerza de los campos no ionizantes generados por los transductores de campo de referencia y/o el transductor de campo de la sonda.

La presente invención puede usarse también con el sistema de sondas múltiples descrito en la Solicitud PCT presentada en la misma fecha que la presente y titulada "Medical Procedures And Apparatus Using Intrabody Probes" que reivindica el beneficio de las Solicitudes Provisionales Estadounidenses Nº 60/012.275, presentada el 26 de Febrero de 1996; 60/011.721, presentada el 15 de Febrero de 1996; y 60/031.824, presentada el 26 de Noviembre de 1996 y que está cedida comúnmente al cesionario de la presente invención. En las realizaciones preferidas de este sistema, una sonda médica tal como un catéter es guiada por el interior del cuerpo del paciente, determinando la disposición relativa de la sonda con respecto a otra sonda, y transmitiendo una radiación no ionizante hacia o desde unos transductores de campo montados en ambas sondas. En particular, puede fijarse una sonda local sobre una lesión del interior del cuerpo, y puede guiarse hasta la lesión una sonda con el instrumento para tratar la lesión monitorizando la posición relativa de las sondas. En muchas realizaciones de este sistema, no es necesario hacer coincidir la posición de las sondas con unos datos de imágenes, ni superponer la situación de las sondas sobre las imágenes. Por lo tanto, los dispositivos de transductores de campo de referencia independientemente móviles de la presente invención pueden ser utilizados con el sistema de sonda local y sonda del instrumento, con o sin una formación simultánea de imágenes del paciente, para localizar la disposición de las sondas en el marco de referencia definido por los transductores de campo de referencia. Siempre que ambas sondas se encuentren dentro del mismo marco de referencia, puede determinarse la disposición relativa de las dos sondas. Por ejemplo, aunque los transductores de campo de referencia se muevan uno respecto al otro (tal como sucede cuando los transductores de campo están montados sobre un tejido blando), puede determinarse con propiedad la disposición relativa a condición de que el sistema sea recalibrado para actualizar la disposición relativa mutua de los transductores de campo, ya sea a cada ciclo o siempre que se produzca un movimiento. En otra variante, cuando los transductores de campo de referencia se montan sobre partes del cuerpo sometidas a un movimiento natural repetitivo, tales como el pecho u otra zona que se mueva repetitivamente durante el ciclo respiratorio, el sistema puede ser calibrado en un punto particular del ciclo natural del movimiento (por ejemplo, al final de la inspiración o al final de la expiración) y puede ser activado para determinar la localización de una sonda en el mismo punto del ciclo del movimiento natural. Este sistema puede utilizarse también cuando se desea superponer la representación de la sonda sobre una imagen previamente adquirida, por ejemplo cuando la imagen es una imagen adquirida en el mismo punto del ciclo de movimiento natural.

Con los transductores de campo de referencia independientemente posicionables de la presente invención se consigue también una mejor relación señal-ruido. En general, cuando se usan uno o varios transductores de campo de referencia en un sistema localizador de sondas, existe una región de volumen asociada a los transductores de campo en la cual la relación señal-ruido del conjunto está optimizada (la denominada "región óptima"), y en la cual pueden efectuarse mediciones de campo de alta precisión con un transductor de sonda. Sin embargo, con los anteriores sistemas de localización de sondas, en los cuales los transductores de referencia se montan en posiciones fijas alrededor de la cama del paciente, esta región óptima tiene que cubrir típicamente una zona extensa en la que quepan todas las posibles zonas de interés. Por ejemplo, un sistema que utilice transductores montados sobre una cama puede tener que localizar la sonda en el tórax de un paciente y en la cabeza de otro paciente. Sin embargo, cuanto mayor sea la región óptima, más difícil será conseguir una buena relación señal-ruido en la totalidad de dicha región. Con los conjuntos transductores independientemente posicionables de la presente invención, puede hacerse que el área óptima sea más pequeña y muy concentrada. En cada procedimiento, puede configurarse el área óptima para que coincida con la región en la cual debe rastrearse la sonda. En consecuencia, las realizaciones preferidas de la presente invención pueden proporcionar una mejor relación señal-ruido en comparación con un conjunto transductor fijo que utilice los mismos transductores en una gran matriz fija. La relación señal-ruido del sistema depende también de las propiedades del transductor de la sonda. La superior prestación que proporcionan las realizaciones preferidas de la presente invención puede proporcionar una relación señal-ruido aceptable con un transductor de la sonda menos sensible, lo cual a su vez facilita la miniaturización del transductor y de la sonda.

Alternativamente, el beneficio obtenido con el conjunto transductor móvil puede permitir el uso de transductores de referencia más pequeños, más económicos y menos obstruyentes, manteniendo a la vez unas prestaciones satisfactorias. Además, los transductores de campo de referencia pueden estar situados en una región de manera que proporcionen una prestación óptima sin obstruir el acceso del médico sobre el paciente. Meramente a título de ejemplo, cuando el cirujano opera a través de una craneotomía en el lado izquierdo de la cabeza, los conjuntos de referencia pueden estar colocados en el lado posterior, superior y derecho de la cabeza.

Otra ventaja más de las realizaciones aquí descritas es la capacidad de ajustar los transductores de campo de referencia en caso de que se muevan o si la colocación inicial de los transductores de campo de referencia produce malas lecturas. Así pues, el cirujano puede recolocar los conjuntos de referencia, o incluso añadir conjuntos de referencia adicionales, en el curso de un procedimiento.

Se apreciará también que aunque los aspectos de las citadas realizaciones preferidas han sido descritos con referencia a un sistema para determinar posiciones basado en campos magnéticos, la presente invención es igualmente aplicable a otros tipos de sistemas para determinar posiciones conocidos en la técnica, tales como los sistemas que utilicen otras formas de transductores de campo, tales como los que irradian y detectan campos electromagnéticos, magnéticos, acústicos, ópticos, ultrasónicos u otros campos no ionizantes.

El procedimiento de usar transductores de campo de calibración para calibrar la posición relativa mutua de los transductores de referencia según la presente invención puede ser utilizado también para sustituir o mejorar la manera de determinar las posiciones relativas de los transductores de campo de referencia enlazados que se describen en la solicitud titulada "Movable Transmit Or Receive Coils For Location System" presentada en la misma fecha que la presente y cedida al cesionario de la presente solicitud. Concretamente, en lugar de incluir un dispositivo medidor de la rotación, tal como un dispositivo codificador óptico, que permite determinar con precisión el ángulo que forman unos brazos portatransductores para conocer la posición relativa de los transductores de campo de referencia, pueden utilizarse transductores de campo de calibración según aquí se describe.

Dado que pueden utilizarse estas y otras variaciones y combinaciones de las características descritas anteriormente sin por ello apartarse de la presente invención, la anterior descripción de las realizaciones preferidas deberá tomarse a título de ilustración más que a título de limitación de la invención que se define en las reivindicaciones.

Claims

1. Un sistema para determinar la disposición de una sonda en el interior del cuerpo de un paciente, que comprende:

(a): una sonda que tiene montados unos o varios transductores de campo de la sonda;

(b): una pluralidad de transductores de campo de referencia que pueden moverse independientemente los unos con respecto a los otros y pueden situarse en posiciones deseadas personalizables con respecto al cuerpo del paciente;

(c): un medio de calibración para determinar la disposición relativa mutua de dichos transductores de campo de referencia mientras dicho transductores de campo de referencia están situados en su posición deseada;

(d): un medio de transmisión para activar dichos transductores de campo de referencia y dichos uno o varios transductores de campo de la sonda para transmitir uno o varios campos no ionizantes y detectar el campo transmitido, de manera que cada uno de dichos campos es transmitido por uno de los elementos de una pareja de transmisor y receptor que incluye un transductor de campo de referencia y un transductor de campo de la sonda, y es detectado por el otro elemento de dicha pareja; y

(e): un medio de cálculo para determinar la disposición relativa de la sonda con respecto a dichos transductores de campo de referencia a partir de las propiedades de los campos detectados y a partir de la disposición relativa mutua de dichos transductores de campo de referencia.

2. Un sistema según se reivindica en la reivindicación 1, en el cual dicho medio de calibración y dicho medio de cálculo pueden redeterminar una disposición relativa mutua de dichos transductores de campo que haya cambiado, y pueden redeterminar la disposición de dicha sonda en base a dicha disposición redeterminada de dichos transductores de campo de referencia.

3. Un sistema según se reivindica en la reivindicación 1, en el cual dicha pluralidad de transductores de campo de referencia están mecánicamente sueltos los unos de los otros.

4. Un sistema según se reivindica en la reivindicación 1, en el cual dicha pluralidad de transductores de campo de referencia están conectados flexiblemente los unos a los otros de manera que cada uno de dichos transductores de campo de referencia pueda moverse independientemente de los otros.

5. Un sistema según se reivindica en la reivindicación 1, en el cual dicho medio de transmisión sirve para transmitir los campos desde dichos transductores de campo de referencia, y dicho medio de detección detecta los campos transmitidos por medio de uno o varios de dichos transductores de campo de la sonda.

6. Un sistema según se reivindica en la reivindicación 1, en el cual dicho medio de transmisión sirve para transmitir los campos desde uno o varios de dichos transductores de campo de la sonda, y dicho medio de detección detecta los campos transmitidos por medio de dichos transductores de campo de referencia.

7. Un sistema según se reivindica en la reivindicación 1, que comprende además un medio para trasladar la disposición de dicha sonda con respecto a dichos transductores de campo de referencia hasta una disposición conocida en relación con el cuerpo del paciente.

8. Un sistema según se reivindica en la reivindicación 7, que comprende además un medio de representación visual para presentar visualmente la disposición de la sonda superpuesta sobre una imagen que representa una parte del paciente.

9. Un sistema según se reivindica en la reivindicación 8, que comprende además un medio para mantener la coincidencia entre el marco de referencia de los transductores de campo de referencia y dicha imagen a pesar de los cambios en la disposición de dichos transductores de campo de referencia con respecto al cuerpo del paciente.

10. Un sistema según se reivindica en la reivindicación 1, en el cual dicho medio de calibración comprende uno o varios transductores de campo de calibración unidos al menos a uno de dichos transductores de campo de referencia y dicho medio de calibración determina la disposición relativa mutua de dichos transductores de campo de referencia detectando los campos no ionizantes transmitidos hacia o desde dichos transductores de campo de calibración.