ES2269620T3 - Etiquetas pasivas que pueden implantarse e insertar. - Google Patents

Abstract

Aparato (20) para determinar la posición de un objeto (22) dentro del cuerpo de un sujeto, que comprende: al menos un generador de ondas acústicas (11, 13, 15) adaptado para dirigir una primera onda acústica hacia el cuerpo a una primera frecuencia (f1); una etiqueta acústica (12; 50; 60) adaptada para fijarse a un objeto (22), y que responde a la incidencia sobre el mismo de la primera onda acústica, emitiendo una segunda onda acústica; uno o más detectores (34, 36, 38), adaptados para detectar la segunda onda acústica y generar señales en respuesta a las mismas; y un procesador de señal (30) acoplado para procesar las señales para determinar las coordenadas del objeto (22) en el cuerpo. caracterizado porque la etiqueta comprende una carcasa (52) que define una cavidad en el mismo y un medio (54) contenido dentro de la carcasa, de modo que la segunda onda acústica es a una segunda frecuencia (f2) diferente de la primera frecuencia (f1).

Description

Etiquetas pasivas que se pueden implantar e insertar.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a sistemas de detección de posición, y específicamente a sistemas para determinar la posición de un objeto en el interior de un cuerpo humano.

Antecedentes de la invención

En muchos procedimientos médicos, sondas, tales como endoscopios y catéteres, se insertan temporalmente dentro del cuerpo de un paciente. Hay también procedimientos en los que se insertan dispositivos, tales como implantes, dentro del cuerpo de forma permanente o durante periodos prolongados. Se conocen diversos métodos en la técnica para determinar la localización de estos dispositivos médicos insertados. La imagen de rayos X es el sistema de confirmación de localización usado más comúnmente. Los sistemas de detección de posición pueden usarse también para este propósito, y son preferibles en particular cuando la localización del dispositivo debe seguirse durante un periodo prolongado.

La detección de posición dentro de un cuerpo por ultrasonidos es bien conocida. Tales sistemas comúnmente requieren un transductor activo en el dispositivo que se inserta dentro del cuerpo, conectado por hilos a una consola en el exterior del cuerpo. El transductor o recibe ondas ultrasónicas desde emisores en el exterior del cuerpo o radia ondas ultrasónicas a los receptores en el exterior del cuerpo. Otros sistemas de ultrasonidos usan un reflector de ultrasonidos pasivo en el dispositivo insertado que da una fuerte reflexión de ondas de ultrasonidos que irradian el cuerpo sin necesidad de introducir hilos a través del catéter. Estos sistemas pasivos crean una fuerte radiación de ultrasonidos de fondo con la que puede encontrarse la posición del reflector.

Otro sistema de detección de posición usa campos electromagnéticos. Por ejemplo, la Publicación de Patente PCT WO 96/05768 de Ben-Haim et al. describe un sistema de localización para la determinación de la localización y orientación de un instrumento médico invasor por medio del cual un campo de RF aplicado exteriormente induce una corriente en tres bobinas localizadas dentro del instrumento médico invasor. Se requieren hilos o alguna otra forma de conducciones físicas para transportar esta señal inducida desde el catéter al procesador de señal en el espacio del exterior del cuerpo. El procesador analiza la señal de modo que calcula la localización y orientación del instrumento médico invasor.

En muchas aplicaciones, es ventajoso fijar un emisor pasivo sin hilos, o "etiqueta" al dispositivo que se inserta dentro del cuerpo. Tal etiqueta no contiene una fuente de energía interna, sino que más bien se acciona por un campo de energía externo. La etiqueta emite a continuación energía ultrasónica o electromagnética, que se detecta por antenas u otros sensores en el exterior del cuerpo. Las señales detectadas se usan generalmente para cerciorarse simplemente de la presencia de la etiqueta dentro de una región determinada (tal como la cavidad abdominal), aunque pueden usarse algunas etiquetas para determinar las coordenadas de posición. Los reflectores de ultrasonidos mencionados anteriormente son un simple ejemplo de tales etiquetas. Otras etiquetas pasivas reciben y retransmiten la radiación electromagnética, típicamente con un desplazamiento de frecuencia y/o fase. También son conocidas en la técnica etiquetas híbridas, que combinan interacciones ultrasónicas y electromagnéticas.

Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos Nº 6.026.818 de Blair et al. describe un método y un dispositivo para la detección de objetos no deseados en emplazamientos quirúrgicos, en base a etiquetas de detección médicamente inertes que se fijan a objetos tales como esponjas médicas u otros artículos usados en las cavidades del cuerpo durante una intervención quirúrgica. La etiqueta de detección contiene un transmisor simple de señal, tal como una ferrita en miniatura de varilla y devanado y un condensador elemental incorporado en el mismo. Alternativamente, la etiqueta incluye un hilo flexible compuesto de un simple bucle de hilo y un condensador elemental. El dispositivo de detección se utiliza para localizar la etiqueta por emisión pulsada de una señal de transmisión de banda ancha. La etiqueta resuena con la señal radiada, en respuesta a la transmisión de banda ancha, a su propia frecuencia única no predeterminada, dentro del intervalo del ancho de banda. Las señales devueltas aumentan en intensidad a una frecuencia única detectable (aunque no predefinida) sobre un ambiente ruidoso, de modo que se proporcionan señales de detección reconocibles.

La Patente de Estados Unidos Nº 5.057.095 de Fabian describe un aparato para detectar un utensilio quirúrgico en tejidos de seres humanos o animales, que comprende un detector que responde a la presencia, dentro de una zona de indagación, de un utensilio quirúrgico al que se ha fijado un marcador. El marcador está adaptado para producir una señal de identificación característica dentro de una banda de frecuencias generada en la zona de indagación. Se intentan variaciones en la fase y o dirección del campo de indagación y cambios en el acoplamiento electromagnético entre los marcadores y el receptor para optimizar el acoplamiento entre los mismos.

La Patente de Estados Unidos Nº 6.076.007 de England et al. describe un método para determinar la posición y orientación de un dispositivo médico dentro de un cuerpo humano. En una aplicación, un catéter o una prótesis se caracteriza porque lleva en una localización predeterminada, una etiqueta formada de material de alta permeabilidad y baja coercitividad magnética. La posición de la etiqueta (y por consiguiente del dispositivo quirúrgico) se percibe detectando remotamente su respuesta magnética a la señal de indagación.

La Patente de Estados Unidos Nº 5.325.873 de Hirschi et al. describe un sistema para verificar la localización de un tubo u otro objeto insertado dentro del cuerpo. El mismo incorpora un circuito eléctrico resonante fijado al objeto que resuena bajo estimulación de un transmisor/receptor manual externo al cuerpo. El campo electromagnético generado debido a la resonancia del circuito se detecta por el dispositivo manual, que posteriormente enciende una serie de LED para indicar al usuario la dirección de la etiqueta. Una pantalla visual adicional indica cuando el transmisor/receptor está directamente sobre el objeto.

En un contexto no médico, la Patente de Estados Unidos Nº 3.713.133 de Nathans et al. describe un sistema de prevención de robos en el cual un cristal piezoeléctrico que tiene una frecuencia de resonancia se incorpora dentro de un dispositivo que se fija a continuación a un artículo individual dentro de un almacén. Cuando una señal de radiofrecuencia (RF) que tiene una frecuencia igual a la frecuencia resonante del cristal golpea el cristal, se produce un gradiente de campo eléctrico oscilante a través de la cara del cristal a la frecuencia de RF radiada, y dos láminas de estaño montadas sobre el cristal vibran, emitiendo ultrasonidos. La detección de ultrasonidos bajo condiciones apropiadas produce una alarma, indicativa de un intento de retirar el artículo del almacén sin autorización. En otra realización, un pequeño, diafragma de metal delgado vibra cuando se irradia con un campo de ultrasonidos en o cerca de la frecuencia de resonancia. La vibración del diafragma inducida por el campo de ultrasonidos modula un campo de RF incidente, y la modulación se detecta por un transductor para activar la alarma. Estos sistemas no proporcionan información específica describiendo la localización del artículo, sino sólo que el artículo ha entrado en un área de detección (típicamente cerca de la salida del almacén).

Pueden también usarse sensores pasivos y repetidores, fijados a dispositivos implantados, para comunicar otra información diagnóstica a los receptores en el exterior del cuerpo. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos Nº 6.053.873 de Govari et al. describe un stent adaptado para medir el flujo de fluido en el cuerpo de un sujeto. El stent contiene una bobina, que recibe energía de un campo electromagnético que irradia el cuerpo para alimentar un transmisor que transmite una señal dependiente de la presión a un receptor en el exterior del cuerpo. En una realización, el transmisor se basa en un circuito oscilador de diodo túnel convenientemente predispuesto de modo que opera en un régimen de resistencia negativa, como es sabido en la técnica.

Como otro ejemplo, la Patente de Estados Unidos Nº 6.206.835 de Spillman et al. describe un dispositivo de implante que incluye un circuito integral de detección eléctricamente pasivo, que comunica con un circuito de indagación externo. El circuito de detección incluye un elemento inductivo y tiene un efecto de carga de impedancia variable dependiente de la frecuencia sobre el circuito de indagación, variando en relación con el parámetro detectado.

El documento US 6.198.963 describe un aparato del tipo mostrado en el preámbulo de la reivindicación 1 adjunta.

Sumario de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar etiquetas sin hilos mejoradas, que se fijen a dispositivos que se insertan o se implantan en el cuerpo de un paciente para su uso en la determinación de las coordenadas del dispositivo en el interior del cuerpo.

Un objeto particular de algunos aspectos de la presente invención es proporcionar etiquetas que permitan determinar con precisión tanto las coordenadas de posición como de orientación del dispositivo en el interior del cuerpo.

La etiqueta sin hilos comprende un reflector ultrasónico o transductor, que tiene una respuesta no lineal y/o anisotrópica a radiaciones de ultrasonidos incidentes. La radiación de ultrasonidos se dirige hacia el área de la etiqueta por un radiador acústico en el exterior del cuerpo. La radiación reflejada desde la etiqueta está desplazada en frecuencia, de modo que los detectores acústicos en el exterior del cuerpo distinguen fácilmente la señal reflejada de la radiación de fondo generada por los radiadores acústicos. En algunas de estas realizaciones preferidas, la etiqueta no tiene simetría esférica, causando que la intensidad y, preferiblemente, el desplazamiento de frecuencia de la radiación reflejada, varíe en función del ángulo. Las diferencias en el espectro de frecuencias de la señal reflejada detectadas en las diferentes posiciones de los detectores acústicos pueden utilizarse para determinar no sólo la posición, sino también la orientación, de la etiqueta, y por consiguiente del dispositivo al que está fijada.

Se describe también, aunque no forma parte de la presente invención, una etiqueta que comprende un transductor, que emite una radiación de ultrasonidos en respuesta a la radiación electromagnética dirigida hacia la etiqueta desde el exterior del cuerpo. Algunas etiquetas de este tipo se describen en el documento EP-A-1 034 738. Otra etiqueta de este tipo comprende un transductor magneto-acústico, que se excita por el campo electromagnético incidente para vibrar a una frecuencia vibratoria resonante característica. Como se ha descrito anteriormente, el transductor está preferiblemente conformado de forma que la frecuencia varía en función del ángulo. La radiación de ultrasonidos emitida se detecta por sensores acústicos en el exterior del cuerpo, y sus variaciones espaciales se analizan para determinar la posición y orientación de la etiqueta. Puede usarse un transductor piezoeléctrico de manera similar.

Por lo tanto se proporciona, de acuerdo con la presente invención, un aparato de acuerdo con la reivindicación 1.

Preferiblemente, no hay sustancialmente conexión con hilos con la etiqueta.

En una realización preferida, la etiqueta tiene un eje y se construye de modo que responde a la incidencia sobre la misma de una primera onda acústica, la etiqueta emita la segunda onda acústica a la segunda frecuencia con un primer patrón de variación de intensidad relativo al eje, y una tercera onda acústica a la tercera frecuencia, diferente de la primera y la segunda frecuencias, con un segundo patrón de variación de intensidad relativo al eje, y que responde a la detección de la segunda y tercera ondas acústicas por uno o más detectores, el procesador de señal se adapta para determinar la orientación angular del objeto que responde a la diferencia entre el primer y segundo patrones.

Se describe además, aunque fuera del alcance de la presente invención, un aparato para determinar la posición de un objeto dentro del cuerpo de un sujeto, que incluye:

al menos un generador de ondas acústicas, adaptado para dirigir las ondas acústicas hacia el cuerpo;

un transductor adaptado para fijarse al objeto y construido para emitir radiación electromagnética en respuesta a las ondas acústicas con una respuesta que varía dependiendo del ángulo de orientación del transductor en relación con al menos un generador de ondas acústicas;

uno o más detectores, adaptados para detectar la radiación electromagnética emitida por el transductor y para generar señales que responden a las mismas; y

un procesador de señal, acoplado para procesar señales de modo que determina las coordenadas de orientación angular del objeto en el cuerpo.

El transductor puede incluir un cristal piezoeléctrico, que está polarizado de modo que responde anisotrópicamente a las ondas acústicas. El cristal piezoeléctrico puede tener múltiples caras opuestas, y el transductor puede incluir además una pluralidad de elementos de circuitos resonantes que tienen diferentes frecuencias de resonancia respectivas, los elementos del circuito están acoplados entre pares respectivos de caras del cristal de modo que emite radiación electromagnética a diferentes frecuencias de resonancia con amplitudes respectivas que varían en respuesta al ángulo de orientación del transductor. Los elementos del circuito pueden incluir bobinas que tienen diferentes valores de inductancia respectivos.

En otro aparato descrito, fuera del alcance de la invención, el transductor puede incluir un elemento magnetoestrictivo, que está conformado de modo que responde anisótrópicamente a las ondas acústicas. El elemento magnetoestrictivo puede estar modelado de modo que enfoque la radiación electromagnética que emite.

Se describe además, aunque fuera del alcance de la presente invención, un aparato para determinar la posición de un objeto, dentro del cuerpo de un sujeto, que incluye:

al menos un generador de campo, adaptado para generar un campo electromagnético dentro del cuerpo;

un transductor adaptado para fijarse al objeto y construido para emitir ondas acústicas en respuesta al campo electromagnético;

uno o más detectores acústicos, adaptados para detectar las ondas acústicas emitidas por el transductor y para generar señales en respuesta al mismo; y

un procesador de señal, acoplado para procesar las señales de modo que determina las coordenadas del objeto en el cuerpo.

El transductor puede incluir un transductor magneto-acústico, por ejemplo incluyendo un material magnetoestrictivo. El transductor magneto-acústico puede estar modelado para que responda de forma anisotrópica al campo electromagnético, de modo que las ondas acústicas emitidas por el mismo varían en función del ángulo de orientación del transductor en relación con al menos un generador de campo, y el procesador de señal puede estar adaptado par determinar el ángulo de orientación del objeto que responde a las señales. El elemento magneto-acústico puede estar modelado para enfocar la radiación electromagnética que emite.

Se describe además, aunque fuera del alcance de la presente invención, un método para determinar la posición de un objeto dentro del cuerpo de un sujeto, que incluye:

fijar una etiqueta acústica al objeto, incluyendo la etiqueta una carcasa que define una cavidad en el mismo y un medio contenido dentro de la carcasa, de modo que en respuesta a la incidencia en el mismo de una primera onda acústica a la primera frecuencia, la etiqueta emite una segunda onda acústica a una segunda frecuencia, diferente de la primera frecuencia;

insertar el objeto dentro del cuerpo del sujeto;

dirigir la primera onda acústica hacia el cuerpo a la primera frecuencia, causando que la etiqueta emita la segunda onda acústica a la segunda frecuencia;

detectar la segunda onda acústica y generar señales de respuesta a la misma; y

procesar las señales para determinar las coordenadas del objeto en el cuerpo.

Se describe además, aunque fuera de la presente invención, un método para determinar la posición de un objeto dentro del cuerpo de un sujeto, que incluye:

fijar una etiqueta acústica al objeto, estando construida la etiqueta acústica de modo que refleja ondas acústicas a la primera frecuencia con un primer patrón espacial de variación de intensidad, y refleja las ondas acústicas a la segunda frecuencia con un segunda patrón espacial de variación de intensidad;

insertar el objeto dentro del cuerpo del sujeto;

dirigir las ondas acústicas hacia el cuerpo en un intervalo de frecuencias, que incluye al menos la primera y la segunda frecuencias;

detectar las ondas acústicas reflejadas y generar señales en respuesta a las mismas; y

procesar las señales de modo que se determinen las coordenadas de orientación angular del objeto en el cuerpo que responde a la diferencia entre la primera y la segunda tramas;

Se describe también, aunque fuera de la presente invención, un método para determinar la posición de un objeto dentro del cuerpo de un sujeto, que incluye:

fijar un transductor al objeto, estando el transductor configurado para emitir radiación electromagnética en respuesta a ondas acústicas incidentes sobre el mismo con una respuesta que varía dependiendo del ángulo de orientación de transductor respecto a la fuente de las ondas acústicas;

insertar el objeto dentro del cuerpo del sujeto;

dirigir las ondas acústicas hacia el cuerpo del sujeto;

detectar la radiación electromagnética emitida por el transductor que responde a las ondas acústicas, y generar señales en respuesta a las mismas; y

procesar las señales de modo que se determinen las coordenadas de orientación angular del objeto en el cuerpo.

Se describe adicionalmente, aunque fuera de la presente invención, un método par determinar la posición de un objeto dentro del cuerpo de un sujeto, que incluye:

fijar un transductor al objeto, estando configurado el transductor para emitir ondas acústicas en respuesta a un campo electromagnético que incide sobre el mismo;

insertar el objeto dentro del cuerpo del sujeto;

generar el campo electromagnético dentro del cuerpo;

detectar las ondas acústicas emitidas por el transductor y generar señales en respuesta a las mismas; y

procesar las señales de modo que se determinen las coordenadas del objeto en el cuerpo.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se entenderá más completamente a partir de la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferidas de la misma, tomada junto con los dibujos en los que:

La Fig. 1 es una ilustración esquemática de un sistema de seguimiento de un catéter, de acuerdo con una realización preferida de la presente invención;

La Fig. 2 es una ilustración gráfica esquemática que muestra un reflector de ultrasonidos, en una vista de un recorte, de acuerdo con una realización preferida de la presente invención;

La Fig. 3 es una ilustración gráfica esquemática que muestra otro reflector de ultrasonidos, en una vista de un recorte parcial, de acuerdo con una realización preferida de la presente invención;

La Fig. 4 es una ilustración gráfica esquemática de una etiqueta piezoeléctrica, fuera del alcance de la presente invención;

La Fig. 5A es una ilustración gráfica esquemática de una etiqueta magneto-acústica, fuera del alcance de la presente invención; y

La Fig. 5B es un esquema, de una vista de la sección de corte de la etiqueta de la Fig. 5A, tomada a lo largo de la línea marcada VB-VB.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La Fig. 1 es una representación esquemática de un sistema 20 para el seguimiento de la posición de un catéter 22 en el cuerpo de un sujeto humano o no humano, de acuerdo con una realización preferida de la presente invención. En esta aplicación, el catéter 22 está insertado a través de un vaso sanguíneo 18 de un paciente usando técnicas convencionales. El catéter 22 comprende un cuerpo 14, una etiqueta de localización sin hilos 12, y una porción activa 10 en el extremo distante del catéter. La porción activa puede incluir, por ejemplo, un sensor eléctrico, una cabeza de ultrasonidos, una cabeza de visión por fibra óptica, un estimulador eléctrico, un instrumento de ablación por láser o electricidad, un sensor iónico, un sensor de oxígeno o dióxido de carbón, un acelerómetro, un sensor de la presión sanguínea o un sensor de temperatura, o una sonda criogénica, como se conoce en la técnica. En general, el catéter incluirá conductos, guías de luz, guías de ondas, etc., para energizar la porción activa en respuesta a comandos del operador, y puede incluir un mecanismo de boquilla de deflexión, para dirigir el catéter dentro del cuerpo.

La posición y/o la orientación del extremo distante del catéter se obtiene determinando la posición y/o la orientación de la etiqueta 12. En las Fig. 2, 3, 4 y 5A/5B se muestran más adelante diferentes aplicaciones posibles de la etiqueta 12 y se describen con detalle con referencia a las mismas. En algunas realizaciones, la etiqueta 12 emite una radiación de ultrasonidos cuando se somete a una irradiación ultrasónica por los generadores acústicos 11, 13 y 15. La emisión de ultrasonidos de la etiqueta se detecta por los detectores acústicos 34, 36 y 38, Los generadores acústicos y los detectores comprenden típicamente transductores de ultrasonidos, como se conoce en la técnica, y es posible usar los mismos transductores tanto para irradiación como para detección.

Es también posible, aunque fuera del alcance de la invención, que la etiqueta 12 emita radiación electromagnética cuando se somete a irradiación ultrasónica, y que esta emisión electromagnética se detecte por al menos un detector de radiofrecuencia (RF) 17. Otra posibilidad, fuera del alcance de la invención, es que la etiqueta 12 emita una radiación ultrasónica cuando se somete a una radiación electromagnética por los radiadores de RF 40, 42 y 44. Los radiadores y los detectores de RF preferiblemente comprenden bobinas, o antenas de otros tipos, como se conoce en la técnica. Por conveniencia y compactación de la ilustración, la Fig. 1 muestra la gama entera de radiadores -incluyendo ambos generadores acústicos 11, 13 y 15 y los radiadores de RF 40, 42, 44- también muestra los detectores acústicos 34, 36 y 38 y el detector de RF 17. En la práctica, sólo se usa un tipo de radiador y un tipo de detector en una realización dada, dependiendo del tipo de etiqueta 12 que se utilice. Los generadores acústicos 11, 13 y 15 y los detectores acústicos 34, 36 y 38 se colocan preferiblemente contra la superficie del cuerpo 24 del paciente, como se conoce en la técnica, mientras que los radiadores de RF y los detectores pueden colocarse a corta distancia fuera de la superficie 24.

La radiación de RF o acústica del área de la etiqueta 12 se inicia por las señales de control desde la unidad de control 32. Cuando se usa la radiación de RF, estas señales de control causan que el controlador de radiadores de RF 26 genere señales de control a los radiadores de RF 40, 42 y 44. Una representación de las señales de control de los radiadores de RF o los generadores acústicos se envía también al procesador de señal 30. Los detectores acústicos o de RF se disponen de modo que el procesador de señal 30 puede utilizar entradas que representan las señales de control y medidas desde los detectores para calcular la posición y orientación del transductor de localización 12. La medida de posición está basada preferiblemente en un algoritmo de triangulación, como se conoce en la técnica. Los detectores pueden disponerse en cualquier posición y orientación conveniente, pero es preferible que (a) se fijen con respecto a algún tramo de referencia; (b) no se solapen, es decir, que no haya dos detectores con exactamente la misma localización y orientación; (c) los detectores no se sitúen en la misma línea; y (d) dos detectores y los transductores de localización no estén todos en ningún momento en la misma línea.

El número y las posiciones de los diferentes tipos de radiadores y detectores mostrados en la figura se han elegido sólo para ilustración, pudiendo usarse mayor o menor número de cada objeto, dependiendo de las necesidades de la aplicación específica. En la práctica, el extremo activo del catéter puede usarse par recoger información, tal como información de eco de ultrasonidos, información de actividad eléctrica, etc., y opcionalmente para realizar ciertos procedimientos sobre las arterias (o venas) u otro tejido dentro de la cámara del órgano 16 al que conduce la arteria (o vena). Ejemplos particulares de cámaras de órganos son las cámaras del corazón, cerebro, o tracto gastrointestinal. Dependiendo de la aplicación, el sistema 20 puede configurarse para proporcionar un conocimiento preciso de la orientación del catéter 22 (por ejemplo, para una ablación láser en el corazón), o proporcionar sólo conocimiento de la posición del catéter u otra sonda (por ejemplo, la colocación del tubo en el tracto gastrointestinal). Aunque la realización de la Fig. 1 muestra específicamente el uso de la etiqueta 12 en un catéter intra-vascular 22, la etiqueta que se muestra y describe más adelante en este documento puede usarse asimismo en sondas médicas de otros tipos, así como en dispositivos que puedan implantarse.

En respuesta a la radiación de ultrasonidos o electromagnética emitida por la etiqueta 12, los detectores acústicos 34, 36 y 38 o el detector de RF 17 produce señales eléctricas que pasan al procesador de señal 30, en forma analógica o digital. El procesador de señal 30 procesa las salidas de los detectores para calcular la posición y/o la orientación de la etiqueta 12, y transmite esta información al monitor de pantalla 28 y/o a la unidad de control 32. Los métodos de cálculo de las coordenadas del catéter 22 que usa el sistema 20 se describen con detalle en el documento EP-A-1 034 738.

La Fig. 2 es una ilustración esquemática, gráfica de un recorte parcial de una etiqueta reflectora de ultrasonidos 50, de acuerdo con la realización preferida de la presente invención. La etiqueta 50 comprende una carcasa 52 que se golpea por las ondas de ultrasonidos generadas por uno o más generadores acústicos 11, 13, 15 en el exterior del cuerpo del paciente. Las ondas inducen a la etiqueta a resonar y a emitir un eco de ultrasonidos detectable. Si la carcasa 52 es esférica (como se muestra), entonces el eco transmitido es generalmente isotrópico, y la triangulación del eco obtiene la localización de la etiqueta en el cuerpo.

La carcasa 52 contiene un medio 54, y la carcasa y el medio se configuran de modo que la etiqueta 50 tiene una respuesta de vibración no lineal a la radiación de los ultrasonidos incidentes. Las ondas de ultrasonidos que tienen una frecuencia f1, emitida por los generadores acústicos en el exterior del cuerpo del paciente, golpean la carcasa, impartiendo energía a la carcasa y/o al medio contenido. La carcasa entonces emite ondas de ultrasonidos a su frecuencia de resonancia f2, que es diferente de f1. La frecuencia de resonancia se determina por parámetros tales como el radio de la carcasa, el módulo de Young y el espesor como es bien conocido en la técnica. La potencia de la señal emitida por la etiqueta a la frecuencia f2 se mide preferiblemente por los detectores 34, 36, 38 en tres o más sitios fuera del cuerpo del paciente, para permitir la determinación de la localización de la etiqueta por triangulación. Preferiblemente, el material de la carcasa se selecciona de modo que es claramente visible usando técnicas de imagen convencionales.

La Fig. 3 es una vista esquemática, gráfica de un recorte parcial de una etiqueta 60, que refleja las ondas de ultrasonidos incidentes, de acuerdo con otra realización preferida de la presente invención. Como en la realización precedente, la etiqueta 60 comprende una carcasa que contiene un medio 54. En este caso, sin embargo, la etiqueta tiene la forma de un prisma rectangular con caras diferentes 62, 64 y 66, formando la carcasa. Alternativamente, la etiqueta puede ser cilíndrica o tener alguna otra forma no esférica. Debido a la asimetría de la etiqueta 69, la radiación de ultrasonidos emitida por la etiqueta 60 es típicamente anisotrópica. Si se usan múltiples generadores acústicos 11, 13, y 15 en alternancia para irradiar la etiqueta 60 desde diferentes ángulos, y los detectores 34, 36 y 38 miden a continuación la fuerza de las ondas reflejadas a estos diferentes ángulos, el procesador de señal 30 puede determinar las coordenadas tanto de posición como de orientación de la etiqueta en el interior del cuerpo del paciente. Como se ha indicado anteriormente, se describen métodos de cálculo para este propósito en el documento EP-A-1 034 738.

Además, debido a las diferentes dimensiones de las caras 62, 64 y 66, cada eje de la etiqueta 60 típicamente tiene su propia frecuencia resonante característica o desplazamiento de frecuencia. Como resultado, las ondas de ultrasonidos reflejadas recibidas por los detectores 34, 35 y 38 varía en función de la posición y orientación del detector no sólo en intensidad sino también en desplazamiento de fase. Preferiblemente se miden los desplazamientos de fase y se usan para determinar el ángulo de orientación de la eti-
queta.

La Fig. 4 es una ilustración esquemática de una etiqueta 70, que no forma parte de la invención, que comprende un cristal piezoeléctrico polarizado 72. Los inductores (o bobinas) 74 y 78 y 82 se conectan a través del cristal 72, cada inductor contacta con la cara respectiva 76, 80 84 y su cara opuesta sobre el otro lado del cristal. Cuando se irradia la etiqueta 70 con ondas de ultrasonidos por cualquiera de los generadores acústicos 11, 13 y 15, el cristal 72 vibra, y el voltaje creado entonces entre caras opuestas causa corrientes que fluyen a través de los inductores respectivos. Como resultado, los inductores radian campos electromagnéticos, que se detectan por el detector de RF 17.

La etiqueta 70 puede configurarse de modo que su respuesta a las ondas de ultrasonidos incidentes sea anisotrópica. El cristal 72 puede polarizarse en el instante de su fabricación, de modo que su respuesta de voltaje al estímulo mecánico de las ondas difiera para cada uno de sus ejes. Cada uno de los inductores 76, 80 y 84 pueden formar parte de un circuito resonante, cada uno con una frecuencia de resonancia diferente. (Típicamente, cada inductor se selecciona para tener una inductancia diferente). Entonces, en respuesta a la irradiación de ultrasonidos incidente, cada inductor emite una radiación electromagnética a su frecuencia en particular, con una magnitud que varía en función de la orientación angular relativa de la etiqueta con respecto a la fuente de la radiación de ultrasonidos. A continuación, el procesador de señal 30 puede analizar las ondas electromagnéticas emitidas por la etiqueta 70 para obtener tanto la localización como la orientación angular completa de la etiqueta.

Alternativamente, la etiqueta 70 puede irradiarse por ondas electromagnéticas generadas por los radiadores de RF 40, 42, 44. Las ondas inducen corrientes que fluyen en los inductores 74 78 y 82, causando voltajes a desarrollar entre las caras respectivas del cristal 72. Como resultado, el cristal vibra, emitiendo ondas ultrasónicas, que se detectan por los detectores acústicos 34, 36, 38. Los inductores pueden comprender bobinas con un gran número de vueltas, de modo que el voltaje suficientemente elevado aplicado a las caras del cristal cause vibraciones sustanciales. También puede usarse un circuito doblador de tensión, como se conoce en la técnica. Si cada uno de los inductores tiene diferente respuesta de frecuencia, como se ha descrito anteriormente, la variación de las ondas de ultrasonidos emitidas como una función de la frecuencia de excitación puede usarse por el procesador 30 para determinar tanto la posición como la orientación de la etiqueta 70.

Las Fig. 5A y 5B ilustran esquemáticamente una etiqueta 90, que no forma parte de la invención, que comprende un transductor magneto-acústico. La Fig. 5A es una ilustración gráfica, mientras que la Fig. 5B es una ilustración de una sección de corte, tomada a lo largo de la línea VB-VB de la Fig. 5A. La etiqueta 90 puede comprender un material magneto-estrictivo, como se conoce en la técnica, tal como el Terfenol-D.

Los radiadores de RF 40, 42, 44 transmiten una radiación electromagnética hacia la etiqueta 90, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 100-1000 kHz. El campo magnético variable con el tiempo de la radiación en la etiqueta causa que la etiqueta se expanda o se contraiga, de modo que parte de la energía electromagnética se convierte en vibraciones mecánicas. Como resultado, la etiqueta 90 emite ondas de ultrasonidos, típicamente a la frecuencia del campo magnético excitador. Estas ondas de ultrasonidos se detectan por los detectores acústicos 34, 36 y 38, y las señales resultantes se analizan por el procesador de señal 30 para determinar la localización de la etiqueta por triangulación.

Alternativa o adicionalmente, los generadores acústicos 11, 13, 15 transmiten ondas de ultrasonidos a la etiqueta 90, causando que la etiqueta vibre. Como resultado de la vibración, la etiqueta 90 genera una onda electromagnética que tiene una frecuencia determinada por las propiedades del transductor y por la frecuencia de las ondas de ultrasonidos que excitan. Las ondas electromagnéticas emitidas se detectan por el detector de RF 17.

La etiqueta 90 puede ser asimétrica y conformada de modo que su respuesta de frecuencia a la vibración sea anisotrópica. Como resultado, tanto la respuesta de la etiqueta a ondas de ultrasonidos incidentes (cuando la etiqueta se excita por una irradiación acústica) como el patrón de ondas de ultrasonidos emitidos (cuando la etiqueta se excita por una irradiación de RF) varían como una función del ángulo de orientación de la etiqueta. La variación espacial detectada por los detectores de RF o acústicos puede usarse entonces para determinar tanto la posición como la orientación de la etiqueta 90, como se ha descrito anteriormente.

Opcionalmente, la etiqueta 90 se conforma de modo que concentre los ultrasonidos emitidos o la radiación electromagnética en una dirección en particular, o en una localización particular con respecto a la etiqueta. Por ejemplo, la etiqueta puede ser plano-cóncava (como se muestra) causando que la radiación emitida se enfoque generalmente en un punto fuera del cuerpo del paciente. Puede usarse una serie de detectores, colocados adecuadamente, para determinar la localización del punto focal y, por consiguiente, la localización y orientación de la etiqueta dentro del cuerpo del paciente. Como una opción adicional, pueden incluirse en una simple etiqueta varios de tales transductores conformados. Las ondas de ultrasonidos emitidas por la etiqueta 90 pueden también utilizarse para reflejar o para analizar las propiedades de un tejido en el que se ha situado la etiqueta.

Serán evidentes para los especialistas en la técnica formas útiles alternativas par la etiqueta 90, adecuadas para permitir la identificación de la orientación de la etiqueta. Son particularmente útiles formas cilíndricas y en disco para generar pulsos ultrasónicos direccionales.

Se describe además, aunque no forma parte de la presente invención, y no se muestra en las figuras, una etiqueta pasiva que comprende un diodo túnel acoplado a un circuito resonante. Circuitos de este tipo y su uso como repetidores pasivos se describen con detalle en la Patente de Estados Unidos 6.053.873 mencionada anteriormente. El circuito se excita por una onda electromagnética generada por uno o más radiadores 40, 42, 44 a una primera frecuencia (f1) y emite una onda electromagnética de otra frecuencia (f2). Los diodos túnel se adaptan particularmente bien para este propósito, porque la curva característica I-V de un diodo túnel incluye una porción en la que el diodo muestra una resistencia "negativa", es decir, cuando el voltaje aplicado a través del diodo decrece, la corriente a través del diodo aumenta, causando que ocurran oscilaciones en el circuito. La frecuencia de oscilación (f2) difiere de la frecuencia de resonancia normal del circuito debido a la capacitancia efectiva del diodo túnel. Típicamente, la frecuencia f2 difiere de la frecuencia de excitación f1 en aproximadamente el 10% - 40%. Por ejemplo, una frecuencia de excitación f1 de 88 MHz puede producir una forma de onda (detectable por un aparato externo) que tiene una frecuencia f2 de 120 MHz.

La triangulación de la potencia de las ondas electromagnéticas emitidas por el circuito produce la localización de la etiqueta. Típicamente, se usan tres o más detectores de RF en sitios respectivos para este propósito. La posición angular de la etiqueta también puede determinarse, al menos en parte, en base a la posición angular del inductor en el circuito resonante. Opcionalmente, la etiqueta comprende múltiples circuitos resonantes con inductores mutuamente ortogonales, para permitir una determinación más precisa de la orientación angular de la etiqueta.

Se apreciará que las realizaciones que se han descrito anteriormente se han citado a modo de ejemplo, y que la presente invención no está limitada a lo que se ha mostrado particularmente y se ha descrito anteriormente en este documento.

Claims (3)

1. Aparato (20) para determinar la posición de un objeto (22) dentro del cuerpo de un sujeto, que comprende:

al menos un generador de ondas acústicas (11, 13, 15) adaptado para dirigir una primera onda acústica hacia el cuerpo a una primera frecuencia (f1);

una etiqueta acústica (12; 50; 60) adaptada para fijarse a un objeto (22), y que responde a la incidencia sobre el mismo de la primera onda acústica, emitiendo una segunda onda acústica;

uno o más detectores (34, 36, 38), adaptados para detectar la segunda onda acústica y generar señales en respuesta a las mismas; y

un procesador de señal (30) acoplado para procesar las señales para determinar las coordenadas del objeto (22) en el cuerpo.

caracterizado porque la etiqueta comprende una carcasa (52) que define una cavidad en el mismo y un medio (54) contenido dentro de la carcasa, de modo que la segunda onda acústica es a una segunda frecuencia (f2) diferente de la primera frecuencia (f1).

2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que no hay sustancialmente conexión de hilos con la etiqueta (12; 50; 60).

3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etiqueta (60) tiene un eje y se construye de modo que en respuesta a la incidencia sobre la misma de la primera onda acústica, la etiqueta emite la segunda onda acústica a la segunda frecuencia (f2) con un primer patrón de variación de intensidad relativo al eje, y una tercera onda acústica a la tercera frecuencia, diferente de la primera y la segunda frecuencias, con un segundo patrón de variación de intensidad relativo al eje, y en el que en respuesta a la detección de la segunda y la tercera ondas acústicas por uno o más detectores (34, 36, 38), el procesador de señal (30) se adapta para determinar la orientación angular del objeto que responde a una diferencia entre el primer y segundo patrones.