MX2007010135A - Rastreo de posicion inmune a la distorsion que utiliza extrapolacion de frecuencia. - Google Patents

Abstract

Un método para rastrear la posición de un objeto incluye generar campos magnéticos de corriente alterna, CA, a dos o más frecuencias en la vecindad del objeto, usando por lo menos un generador de campo; los campos de CA son detectados usando un sensor de campo asociado con el objeto; son producidos puntos de dato de CA correspondientes que son indicativos de las amplitudes y direcciones de los campos de CA en el sensor de campo, en donde por lo menos algunos de los campos de CA detectados están sometidos a distorsión; es extrapolada una dependencia de los puntos de dato de CA en las frecuencias de los campos de CA a una frecuencia objetivo, a fin de determinar las amplitudes y direcciones de los campos de CA con un grado reducido de distorsión; coordenadas de posición del objeto con respecto al generador de campo (por lo menos uno) son calculadas en respuesta a los puntos de dato extrapolados.

Description

RASTREO DE POSICION INMUNE A LA DISTORSION QUE UTILIZA EXTRAPOLACION DE FRECUENCIA CAMPO DE LA INVENCION En términos generales, la presente invención se refiere a sistemas magnéticos de rastreo de posición, y particularmente a métodos y sistemas para realizar mediciones de posición precisas en presencia de objetos distorsionadores de campo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Se conocen varios métodos y sistemas para rastrear las coordenadas de los objetos involucrados en procedimientos médicos. Algunos de estos sistemas utilizan mediciones de campo magnético. Por ejemplo, las patentes de EE. UU. Nos. 5,391 ,199 y 5,443,489, cuyas descripciones se incorporan aquí como referencia, describen sistemas en los cuales se determinan las coordenadas de una sonda intracorporal utilizando uno o más transductores de campo. Tales sistemas se usan para generar información de localización con respecto a una sonda o catéter médico. En la sonda se coloca un sensor, tal como una bobina, que genera señales en respuesta a campos magnéticos aplicados externamente. Los campos magnéticos son generados por transductores de campo magnético, tales como bobinas de radiador, fijas a un marco de referencia externo en localizaciones mutuamente espaciadas conocidas. También, se describen métodos y sistemas adicionales que se refieren al rastreo magnético de posición, por ejemplo, en la publicación de patente de PCT WO 96/05768, las patentes de EE. UU. Nos. 6,690,693, 6,239,724, 6,618,612 y 6,332,089, y las publicaciones de solicitud de patente de EE. UU. Nos. 2002/0065455 A1 , 2003/0120150 A1 y 2004/0068178 A1 , cuyas descripciones se incorporan aquí como referencia. Estas publicaciones describen métodos y sistemas que rastrean la posición de objetos intracorporales, tales como catéteres cardiacos, implantes ortopédicos y herramientas médicas utilizadas en diferentes procedimientos médicos. Es muy conocido que la presencia de objetos metálicos, paramagnéticos o ferromagnéticos dentro del campo magnético de un sistema magnético de rastreo de posición frecuentemente distorsiona las mediciones del sistema. Algunas veces la distorsión es ocasionada por corrientes parásitas que son inducidas en dichos objetos por el campo magnético del sistema, así como también por otros efectos. Se han descrito varios métodos y sistemas para el rastreo de posición en presencia de dicha interferencia. Por ejemplo, la patente de EE. UU. No. 6,147,480, cuya descripción se incorpora aquí como referencia, describe un método en el cual primero son detectadas las señales inducidas en el objeto rastreado en ausencia de cualquier artículo que pudiera ocasionar componentes de señal parásitos. Se determinan fases de línea basal de las señales. Cuando un artículo que genera campos magnéticos parásitos es introducido en la vecindad del objeto rastreado, es detectada la desviación de fase de las señales inducidas debida a los componentes parásitos. Las desviaciones de fase medidas son utilizadas para indicar que la posición del objeto puede ser inexacta. Las desviaciones de fase también son utilizadas para analizar las señales a fin de remover por lo menos una porción de los componentes de señal parásitos. En algunas aplicaciones, la distorsión del campo magnético se mide y/o compensa realizando mediciones que utilizan varias frecuencias de campo magnético; por ejemplo, la patente de EE. UU. No. 4,829,250, cuya descripción se incorpora aquí como referencia, describe un sistema magnético para determinar la orientación relativa entre un marco de referencia fijo y un objeto no restringido. El acoplamiento mutuo entre tres bobinas transmisoras dispuestas ortogonalmente, impulsadas por una fuente de frecuencia múltiple, y tres bobinas receptoras ortogonales, produce grupos de voltajes analógicos. Los voltajes analógicos son muestreados, digitalizados y procesados utilizando un dispositivo de transformación rápida de Fouríer (FFT) para producir componentes direccionales y determinar los ángulos de cabeceo y derrape. Utilizando la fuente de frecuencia múltiple para impulsar las bobinas transmisoras y derivando mediciones de componente de coordenada por lo menos en dos frecuencias discretas, se pueden compensar los errores en los resultados debidos a las corrientes parásitas de las estructuras conductoras circundantes.

Como otro ejemplo, la patente de EE. UU. No. 6,373,240, cuya descripción se incorpora aquí como referencia, describe un método para rastrear un objeto. El método incluye producir un campo de energía no perturbado a una pluralidad de frecuencias predeterminadas en la vecindad del objeto, y determinar una característica del campo de energía de perturbación inducido en respuesta al campo no perturbado, debido a la introducción de un articulo en la vecindad del objeto. El método también incluye recibir una pluralidad de señales resultantes sensibles a los campos de energía no perturbados y perturbados generados en una localización del objeto después de la introducción del artículo; determinar una frecuencia óptima para el campo de energía no perturbado de la pluralidad de frecuencias predeterminadas sensibles a un parámetro de las señales resultantes; y determinar las coordenadas espacíales del objeto en respuesta a la señal resultante a la frecuencia óptima.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Las modalidades de la presente invención proveen métodos y sistemas mejorados para realizar mediciones de rastreo magnético de posición en presencia de objetos metálicos, paramagnéticos y/o ferromagnéticos (referidos colectivamente como objetos distorsionadores de campo), utilizando extrapolación de frecuencia. El sistema comprende dos o más generadores de campo que generan campos magnéticos en la vecindad del objeto rastreado. Los campos magnéticos son detectados por un sensor de posición asociado con el objeto, y convertidos a señales de posición que son utilizadas para calcular las coordenadas de posición (localización y orientación) del objeto. Los generadores de campo generan campos magnéticos de corriente alterna (CA) a varias frecuencias. La dependencia en la frecuencia de las fuerzas de campo medidas se ajusta y extrapola a una frecuencia objetivo, a fin de reducir el efecto de la perturbación del metal. Por ejemplo, las mediciones se pueden extrapolar a la frecuencia cero, a fin de producir una fuerza de campo de corriente directa (CD) equivalente. A diferencia de las mediciones de CA, los campos magnéticos de corriente directa (CD) generalmente no ocasionan corrientes parásitas ni otra distorsión relacionada con la CA. La fuerza de campo de CD equivalente, que está sustancialmente libre de dicha distorsión, es utilizada entonces para calcular la posición del objeto rastreado con respecto a los generadores de campo. En modalidades alternativas, las fuerzas y/o coordenadas de campo son extrapoladas a la frecuencia infinita o a cualquier otra frecuencia objetivo, para cancelar los efectos de distorsión del metal. Por lo tanto, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, se provee un método para rastrear la posición de un objeto, que incluye: utilizar por lo menos un generador de campo que genera campos magnéticos de corriente alterna (CA) a dos o más frecuencias en la vecindad del objeto; utilizar un sensor de campo asociado con el objeto que detecta los campos de CA y produce puntos de dato de CA correspondientes que son indicativos de las amplitudes y direcciones de los campos de CA en el sensor de campo, en donde por lo menos algunos de los campos de CA detectados están sometidos a distorsión; extrapolar una dependencia de los puntos de dato de CA en las frecuencias de los campos de CA, a una frecuencia objetivo, a fin de determinar las amplitudes y direcciones de los campos de CA con un grado reducido de distorsión; y calcular las coordenadas de posición del objeto con respecto al generador de campo (por lo menos uno) en respuesta a los puntos de dato extrapolados. En algunas modalidades, el método incluye insertar el objeto en el órgano de un paciente, y calcular las coordenadas de posición del objeto incluye rastrear la posición del objeto dentro del órgano. En una modalidad, el generador de campo (por lo menos uno) está asociado con el objeto, y el sensor de campo está localizado externamente al órgano. En otra modalidad, la distorsión es causada por un objeto distorsionador de campo sometido a por lo menos algunos de los campos de CA, y el objeto incluye un material seleccionado del grupo que consiste en materiales metálicos, paramagnéticos o ferromagnéticos. En otra modalidad, la frecuencia objetivo incluye una frecuencia cero. En otra modalidad, la frecuencia objetivo incluye una frecuencia infinita. La extrapolación de la dependencia puede incluir ajustar una función a los puntos de dato de CA y las frecuencias de los campos de CA, y determinar un valor de la función a la frecuencia objetivo. En una modalidad, la función se selecciona del grupo que consiste en una función polinómica y una función racional, y ajustar la función incluye asignar valores a los coeficientes de la función. Alternativa o adicionalmente, la extrapolación de la dependencia incluye definir la función basándose en mediciones de campo adquiridas previamente. La definición de la función puede incluir aplicar un método de análisis de componentes principales (PCA) para producir funciones de base de PCA basadas en las mediciones de campo adquiridas previamente, y definir la función usando las funciones de base de PCA. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, se provee adicionalmente un sistema para rastrear la posición de un objeto, que incluye: por lo menos un generador de campo que está dispuesto para generar campos magnéticos de corriente alterna (CA) a dos o más frecuencias en una vecindad del objeto; un sensor de campo asociado con el objeto, que está dispuesto para detectar los campos de CA y producir puntos de dato de CA correspondientes que son indicativos de las amplitudes y direcciones de los campos de CA en el sensor de campo, en donde por lo menos algunos de los campos de CA detectados están sometidos a una distorsión; y un procesador que está dispuesto para extrapolar una dependencia de los puntos de dato de CA en las frecuencias de los campos de CA, a una frecuencia objetivo, a fin de determinar las amplitudes y direcciones de los campos de CA con un grado reducido de distorsión, y calcular las coordenadas de posición del objeto con respecto al generador de campo (por lo menos uno), en respuesta a los puntos de dato extrapolados. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, también se provee un producto de software de computadora usado en un sistema de rastreo de posición de un objeto, el producto incluyendo un medio legible en computadora en el cual se almacenan instrucciones de programa, dichas instrucciones, cuando son leídas por la computadora, hacen que la computadora controle por lo menos un generador de campo a fin de generar campos magnéticos de corriente alterna (CA) a dos o más frecuencias en la vecindad del objeto; aceptar de un sensor de campo asociado con el objeto puntos de dato de CA indicativos de las amplitudes y direcciones de los campos de CA respectivos detectados por el sensor de campo, en donde por lo menos algunos de los campos de CA detectados están sometidos a una distorsión; extrapolar una dependencia de los puntos de dato de CA en las frecuencias de los campos de CA a una frecuencia objetivo, a fin de determinar las amplitudes y direcciones de los campos de CA con un grado reducido de distorsión; y calcular las coordenadas de posición del objeto con respecto al generador de campo (por lo menos uno), en respuesta a los puntos de dato extrapolados. La presente invención se entenderá más completamente de la siguiente descripción detallada de las modalidades de la misma, tomada en conjunto con los dibujos, en los cuales: BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una ilustración pictórica esquemática de un sistema para rastrear la posición y la dirección de objetos intracorporales, de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La figura 2 es una ilustración pictórica esquemática de un catéter de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La figura 3 es una gráfica que ilustra esquemáticamente la extrapolación de frecuencia de datos medidos de fuerza de campo, de acuerdo con una modalidad de la presente invención; y La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un método para rastrear la posición en presencia de distorsión de campo, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Descripción del sistema La figura 1 es una ilustración pictórica esquemática de un sistema 20 para rastrear la posición de objetos intracorporales y dirigirlos, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. El sistema 20 rastrea y dirige un objeto intracorporal, tal como un catéter cardiaco 24, que se inserta en un órgano, tal como el corazón 28 de un paciente. El sistema 20 también mide, rastrea y despliega la posición (esto es, la localización y orientación) del catéter 24. En algunas modalidades, la posición del catéter es registrada con un modelo tridimensional del corazón o partes del mismo. La posición del catéter con respecto al corazón es desplegada para un médico en un visualizador 30. El médico utiliza una consola de operador 31 para dirigir el catéter y observar su posición durante el procedimiento médico. El sistema 20 se puede utilizar para realizar una variedad de procedimientos quirúrgicos y diagnósticos intracardiacos, en los cuales la navegación y dirección del catéter son realizados automática o semiautomáticamente por el sistema, y no manualmente por el médico. Las funciones de dirección de catéter del sistema 20 se pueden poner en práctica utilizando por ejemplo el sistema de navegación magnética Niobe®, producido por Stereotaxis, Inc. (San Luis, Misuri). Los detalles con respecto a este sistema están disponibles en www.stereotaxis.com. También, los métodos para la navegación magnética de catéter se describen por ejemplo en las patentes de EE. UU. Nos. 5,654,864 y 6,755,816, cuyas descripciones se incorporan aquí como referencia. El sistema 20 coloca, orienta y dirige el catéter 24 aplicando un campo magnético, referido aquí como un campo de dirección, en un volumen de trabajo que incluye el catéter. En la punta distal del catéter 24 se adapta un imán interno (el catéter 24 se muestra en detalle en la figura 3). El campo de dirección dirige (es decir, gira y mueve) el imán interno, dirigiendo así la punta distal del catéter 24. El campo de dirección es generado por un par de imanes externos 36, colocados normalmente en cualquier lado del paciente. En algunas modalidades, los imanes 36 comprenden electroimanes que generan el campo de dirección en respuesta a señales de control de dirección adecuadas generadas por la consola 31. En algunas modalidades, el campo de dirección se hace girar o se controla de otra manera moviendo físicamente (por ejemplo por rotación) los imanes externos 36, o partes de los mismos. Más adelante se explicarán las dificultades que se presentan por tener muy cerca del volumen de trabajo objetos metálicos grandes cuya posición puede variar con el tiempo, tal como los imanes 36. El sistema 20 mide y rastrea la localización y orientación del catéter 24 durante el procedimiento médico. Para esta finalidad, el sistema comprende una almohadilla de localización 40. La almohadilla de localización 40 comprende generadores de campo, tales como las bobinas generadoras de campo 44. Las bobinas 44 se colocan en posiciones y orientaciones fijas conocidas en la vecindad del volumen de trabajo. En la configuración ejemplar de la figura 1 , la almohadilla de localización 40 se coloca horizontalmente debajo de la cama sobre la que descansa el paciente. La almohadilla 40, en este ejemplo, tiene una forma triangular y comprende tres bobinas 44. En modalidades alternativas, la almohadilla de localización 40 puede comprender varios generadores de campo dispuestos en cualquier configuración geométrica adecuada. La consola 31 comprende un generador de señal 46 que genera señales de impulso que impulsan las bobinas 44. En la modalidad ejemplar de la figura 1 se generan tres señales de impulso. Cada bobina 44 genera un campo magnético de corriente alterna (CA), referido aquí como un campo de rastreo, en respuesta a la señal de impulso respectiva que lo impulsa. El generador de señal 46 comprende un generador de señal de frecuencia variable que se puede ajusfar para generar señales de impulso que tienen frecuencias dentro de una escala predeterminada. El sistema 20 realiza mediciones de campo a varias frecuencias para cancelar los efectos de distorsión introducidos en los campos de rastreo, como se explicará mas abajo. Normalmente, las frecuencias de las señales de impulso generadas por el generador de señal 46 (y consecuentemente las frecuencias de los campos de rastreo respectivos) están en la escala de varios cientos de Hz a varios KHz, aunque también se pueden usar otras escalas de frecuencia. Un sensor de posición adaptado en la punta distal del catéter 24 detecta los campos de rastreo generados por las bobinas 44 y produce señales de posición respectivas, que son indicativas de la localización y orientación del sensor con respecto a las bobinas que generan el campo. Las señales de posición son enviadas a la consola 31 , normalmente a lo largo de un cable que corre a través del catéter 24 hacia la consola. La consola 31 comprende un procesador de rastreo 48, que calcula la localización y orientación del catéter 24 en respuesta a las señales de posición. El procesador 48 despliega la localización y orientación del catéter, normalmente expresadas como una coordenada hexadimensional, al médico que utiliza el visualizador 30. El procesador 48 también controla y maneja la operación del generador de señal 46. En particular, el procesador 48 fija las frecuencias apropiadas para generar las diferentes señales de impulso. En algunas modalidades, las bobinas generadoras de campo 44 son operadas secuencialmente de modo que el sensor de posición mide el campo de rastreo que se origina de una sola bobina 44 en cualquier tiempo dado. En estas modalidades, el procesador 48 alterna la operación de cada bobina 44 y asocia las señales de posición recibidas del catéter con la bobina generadora de campo apropiada. Normalmente el procesador de rastreo 48 se pone en práctica usando una computadora de uso general, cuyo software se programa para efectuar las funciones aquí descritas. El software se puede descargar a la computadora en forma electrónica, por ejemplo a través de una red, o alternativamente puede ser provisto a la computadora por medios tangibles, tales como CD-ROM. El procesador de rastreo se puede integrar con otras funciones de computación de la consola 31 . En una modalidad alternativa, los generadores de campo se adaptan en la punta distal del catéter 24. Los campos magnéticos generados por los generadores de campo son detectados por sensores de posición localizados en sitios conocidos fuera del cuerpo del paciente, por ejemplo en la almohadilla de localización 40. Los campos detectados son utilizados para determinar la posición del catéter 24. La figura 2 es una ilustración pictórica esquemática de la punta distal del catéter 24 de acuerdo con una modalidad de la presente invención. El catéter 24 comprende un imán interno 32 y un sensor de posición 52, como se describen arriba. El catéter 24 también puede comprender uno o más electrodos 56, tales como electrodos de ablación y electrodos para detectar potenciales eléctricos locales. El sensor de posición 52 comprende elementos de detección de campo, tales como las bobinas detectoras de campo 60. En algunas modalidades, el sensor de posición 52 comprende tres bobinas detectoras de campo, 60, orientadas en tres planos mutuamente ortogonales. Cada bobina 60 detecta uno de los tres componentes ortogonales del campo de rastreo de CA y produce una señal de posición respectiva en respuesta al componente detectado. Normalmente el sensor 52 y los electrodos 56 se conectan a la consola 31 por medio de cables 64 que corren a través del catéter. Es muy conocido que los objetos metálicos, paramagnéticos y ferromagnéticos (referidos aquí colectivamente como objetos distorsionadores de campo) colocados en un campo magnético de CA, ocasionan distorsión del campo en su vecindad. Por ejemplo, cuando un objeto metálico se somete a un campo magnético de CA, son inducidas corrientes parásitas en el objeto, que a su vez producen campos magnéticos parásitos que distorsionan el campo magnético de CA. Los objetos ferromagnéticos distorsionan el campo magnético atrayendo y cambiando la densidad y orientación de las líneas de campo. En el contexto de un sistema magnético de rastreo de posición, cuando un objeto distorsionador de campo está presente en la vecindad del sensor de posición 52, el campo de rastreo detectado por el sensor 52 se distorsiona, ocasionando mediciones de posición erróneas. Generalmente la severidad de la distorsión depende de la cantidad presente de material distorsionador de campo, de su proximidad al sensor de posición y a las bobinas generadoras de campo, y/o del ángulo en el que choca el campo de rastreo sobre el objeto distorsionador de campo. En el sistema de la figura 1 , por ejemplo, los imanes externos 36 normalmente contienen una masa grande de material distorsionador de campo, y están localizados muy cerca del volumen de trabajo. Por lo tanto, los ¡manes externos 36 pueden ocasionar una distorsión significativa del campo de rastreo detectado por el sensor de posición. Los métodos y sistemas que se describen mas abajo se refieren principalmente a la realización de mediciones de rastreo de posición precisas en presencia de distorsión severa del campo magnético de rastreo. El sistema de dirección de catéter de la figura 1 únicamente se describe como una aplicación ejemplar, en la cual los objetos localizados en el volumen de trabajo del sistema del sistema de rastreo de posición, o cerca del mismo, ocasionan distorsión severa del campo de rastreo. Sin embargo, las modalidades de la presente invención de ninguna manera se limitan a aplicaciones de dirección magnética. Los métodos y sistemas aquí descritos se pueden usar en cualquier otra aplicación adecuada de rastreo de posición para reducir los efectos de distorsión. Por ejemplo, los métodos y sistemas aquí descritos se pueden usar para reducir los efectos de distorsión de campo causados por objetos tales como fluoroscopios de brazo C y equipo de imagen de resonancia magnética (MRI). En modalidades alternativas, el sistema 20 se puede usar para rastrear varios tipos de objetos intracorporales, tales como endoscopios e implantes ortopédicos, así como también para rastrear sensores de posición acoplados con las herramientas e instrumentos médicos y quirúrgicos.

Reducción de la distorsión usando extrapolación de frecuencia En muchos casos, la distorsión causada por objetos distorsionadores de campo depende de la frecuencia del campo de rastreo. En algunas situaciones existe una frecuencia óptima en la cual la distorsión es mínima. Algunos métodos y sistemas, por ejemplo los que se describen en la patente de EE. UU. No. 6,373,240, anteriormente citada, exploran la escala de frecuencias del campo de rastreo y buscan la frecuencia óptima. Sin embargo, cuando está presente una perturbación metálica significativa, por ejemplo en presencia de los imanes externos 36, puede haber una distorsión severa por toda la escala de frecuencias usadas por el sistema. Además, puesto que los imanes 36 se mueven físicamente cuando se dirige el catéter, no se pueden aplicar a priori métodos conocidos de calibración y cancelación de distorsión. Para superar estos inconvenientes de la técnica anterior, las modalidades de la presente invención proveen métodos y sistemas para estimar y cancelar la distorsión del campo de rastreo causada por objetos distorsionadores de campo. El método, descrito en las figuras 3 y 4, aprovecha el hecho de que un campo magnético de corriente directa (CD), a diferencia de un campo de CA, no induce corrientes parásitas en los objetos metálicos, y por lo tanto no es distorsionado por la presencia de dichos objetos. Por otra parte, un campo magnético de CD tampoco induce corriente en las bobinas detectoras de campo 60 del sensor de posición 52, y por lo tanto no puede ser detectado ni medido por el sensor de posición. El método de la figura 4 estima una fuerza de campo magnético de CD equivalente, ajusfando y extrapolando varias mediciones de campo de CA a la frecuencia cero (CD). La fuerza de campo de CD equivalente, que está sustancialmente libre de distorsión, se usa entonces para calcular las coordenadas de posición del catéter. En una modalidad alternativa que se describe mas abajo, las mediciones de campo se extrapolan a frecuencia infinita para estimar una fuerza de campo libre de distorsión en presencia de objetos ferromagnéticos. Además, alternativamente, la dependencia en la frecuencia de las mediciones de fuerza de campo puede ser extrapolada a cualquier frecuencia objetivo deseada. La figura 3 es una gráfica que ilustra esquemáticamente la extrapolación de frecuencia de datos de fuerza de campo medida, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Los puntos de dato 68 corresponden a varias mediciones de fuerza de campo realizadas usando una bobina detectora de campo particular 60, cuando se detecta el campo de rastreo de CA generado por una bobina generadora de campo particular 44. Por lo tanto, los puntos de dato 68 son indicativos de las amplitudes y direcciones de los campos de rastreo en la vecindad del sensor de posición. En el ejemplo de la figura 3 se toman seis mediciones a seis frecuencias de campo de rastreo respectivas, denotadas como Fi F6. Una curva 72 se ajusta contra los puntos de dato 68. La curva 72 es la representación gráfica de una función denotada como X(f), que describe la fuerza de campo X en función de la frecuencia f. Los métodos para determinar la función X(f) se describen mas abajo en mayor detalle. La curva 72 intercepta el eje vertical (que corresponde a frecuencia cero o CD) en un punto de intersección 76. El valor de la fuerza de campo en el punto de intersección, o X(0), es una estimación de la fuerza de campo de CD equivalente, que está sustancialmente libre de cualquier distorsión relacionada con los campos de CA, tal como la distorsión de corriente parásita. La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un método de rastreo de posición en presencia de distorsión de campo, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. En los pasos 80-86 siguientes, el sistema 20 realiza múltiples mediciones de la fuerza de campo en el catéter 24 utilizando múltiples frecuencias seleccionadas de una escala de frecuencias predeterminada. La escala de frecuencias comprende a menudo una lista predeterminada de frecuencias, aunque también se puede usar cualquier otro método adecuado para definir la escala de frecuencias. El método empieza con el procesador 48 ajustando una frecuencia para ser utilizada para generar los campos de rastreo, en un paso de ajuste de frecuencia, 80. El procesador 48 selecciona una frecuencia de la escala y ajusta el generador de señal 46 para generar señales de impulso que tienen esta frecuencia. El generador de señal 46 genera las señales de impulso y las bobinas 44 generan los campos de rastreo de CA respectivos, en un paso de generación de campo, 82. Las bobinas de detección de campo 60 en el sensor de posición 52 del catéter 24, detectan los campos de rastreo generados por las bobinas 44, en un paso de medición, 84. Las bobinas 60 producen señales de posición en respuesta a los campos detectados, y las señales de posición son transmitidas a la consola 31 por medio de los cables 64. El procesador 48 recibe las señales de posición y registra las fuerzas de campo medidas como puntos de dato asociados con la frecuencia de campo de rastreo utilizada. Como se indicó arriba, en algunas modalidades, las bobinas 44 son operadas secuencialmente en el paso 82. En estas modalidades, la salida del paso 84 es una pluralidad de puntos de dato medidos que indican las fuerzas de campo del campo de rastreo generado por cada bobina 44, medidas por cada bobina 60 a la frecuencia particular. Por ejemplo, en la configuración del sistema de la figura 1 , la salida del paso 84 comprende 3x3=9 puntos de dato en total. El procesador 48 verifica si se han medido todas las frecuencias de la escala de frecuencias en un paso de verificación de escala, 86. Si hay frecuencias remanentes por medir, el método se regresa al paso 80 anterior. De otra manera, el procesador 48 ajusta y extrapola los puntos de dato medidos. En esta etapa, el procesador 48 retiene varios conjuntos de puntos de dato, tales como el conjunto mostrado en la figura 3. Cada conjunto de puntos de dato corresponde a un par de {bobina generadora de campo 44, bobina detectora de campo 60}. Cada conjunto comprende las fuerzas de campo generadas por la bobina particular 44, medidas por la bobina particular 60, a las frecuencias exploradas en los pasos 80-86 anteriores. Para cada conjunto de puntos de dato (es decir, para cada par de {bobina 44, bobina 60}), el procesador 48 ajusta y extrapola los datos medidos, similarmente a la descripción de la figura 3, en un paso de extrapolación, 88. En algunas modalidades, el procesador 48 ajusta una curva definida por una función X(f) a los puntos de dato (véase por ejemplo la curva 72 ajustada a los puntos de dato 68 de la figura 3). Entonces, el procesador 48 estima el valor extrapolado de esta función a la frecuencia cero, es decir, X(0). En algunas modalidades, X(f) comprende una función polinómica que tiene la forma en donde m denota el rango del polinomio X(f), y a0, ..., am son coeficientes polinomicos m+1, que son ajustados por el procesador 48 en respuesta a los puntos de dato 68. El procesador 48 puede utilizar cualquier método conocido de ajuste de polinomio para determinar los valores de los coeficientes a0, ...,am, tal como un método de mínimos cuadrados (LS). Sin embargo, en algunos casos, la estimación de X(0) usando un ajuste polinómico puede no proveer suficiente exactitud. En algunas modalidades, el procesador 48 ajusta los puntos de dato 68 con una función racional (es decir, una razón de dos polinomios) que tiene la forma: en donde el numerador y el denominador de X(f) comprenden dos funciones polinómicas que tienen los rangos m y n y los coeficientes ao, ... am y b0, ... bn, respectivamente. El procesador 48 puede aplicar cualquier método conocido adecuado para determinar los coeficientes a0) ... am y bo, ... bn. Por ejemplo, en algunas modalidades, el procesador 48 puede aplicar la muy conocida aproximación de Padé. Suponiendo que X(f) es suficientemente plana, frecuentemente es posible alcanzar una buena aproximación de X(0) con polinomios de rango relativamente bajo (es decir, valores pequeños de m y n). Sin pérdida de generalidad, mediante escalación equivalente del numerador y el denominador es posible establecer £>o=1 . Después de establecer b0=1 , el valor de la fuerza de campo de CD equivalente está dado por X(0) = a0. En modalidades alternativas, el procesador 48 puede construir la función X(f) basándose en mediciones de campo adquiridas previamente en presencia de objetos distorsionadores de campo. Normalmente las mediciones previas comprenden mediciones a frecuencias diferentes, que incluyen la frecuencia objetivo a la cual se van a extrapolar los puntos de dato. En muchos casos, la extrapolación de los datos medidos usando mediciones de campo adquiridos previamente, produce resultados de extrapolación de mayor precisión en comparación con el uso de polinomios o funciones racionales. El procesador puede utilizar diferentes métodos de entrenamiento para extrapolar los puntos de dato medidos a la frecuencia objetivo, basándose en la información llevada por las mediciones de campo adquiridas previamente. Por ejemplo, el procesador 48 puede utilizar métodos basados en redes neurales para este propósito.

En algunas modalidades, el procesador 48 utiliza las mediciones adquiridas previamente para definir un grupo de funciones de base. El procesador calcula entonces una función X(f), que es abarcada por las funciones de base y ajusta mejor los datos medidos. Por ejemplo, el procesador 48 puede calcular las funciones de base usando métodos de análisis de componentes principales (PCA). El PCA es una técnica de análisis estadístico muy conocida que describe, por ejemplo, Smith, en "A Tutorial on Principal Components Analysis", Cornell University, Ithaca, Nueva York, 26 de febrero de 2002, que se incorpora aquí como referencia. Cuando se utiliza PCA, el procesador 48 calcula un grupo de funciones de base ortogonales de PCA y ajusta una función X(f), que es abarcada por las funciones de base de PCA y ajusta mejor los datos medidos. Como se indicó arriba, el procesador 48 realiza los procesos de ajuste y extrapolación del paso 88 para cada par de {bobina 44, bobina 60}. La salida del paso 88 es una pluralidad de valores de fuerza de campo de CD equivalentes (es decir, valores de X(0)), que están sustancialmente libres de distorsión. En una modalidad alternativa, el procesador 48 puede combinar las mediciones de campo de las tres bobinas detectoras de campo 60, y las ajusta y extrapola juntas. Este enfoque puede ser preferible, por ejemplo, cuando las mediciones de campo de una de las bobinas 60 tienen una razón baja de señal a ruido. El procesador 48 calcula ahora las coordenadas de posición (localización y orientación) del sensor de posición 52, en un paso de cálculo de posición, 90. El procesador 48 utiliza las estimaciones de CD equivalentes como señales de posición corregidas para calcular las coordenadas de localización y orientación del sensor 52, y consecuentemente de la punta distal del catéter 24. En algunas situaciones, el objeto distorsionador de campo que distorsiona el campo de rastreo comprende alto contenido de material ferromagnético. Los efectos del material ferromagnético, a diferencia de los efectos relacionados con la corriente parásita, persiste a la frecuencia cero. Por otra parte, el efecto de los materiales ferromagnéticos sobre las mediciones de posición disminuye normalmente a frecuencias por arriba de una cierta frecuencia de corte. Por lo tanto, cuando objetos ferromagnéticos son una fuente de distorsión significativa en las mediciones de posición del sistema, el procesador 48 puede extrapolar la función X(f) a frecuencia infinita, en lugar de la frecuencia cero. El valor asintótico de X(f) al infinito es utilizado entonces como el valor corregido de distorsión. Alternativamente, la dependencia en la frecuencia de las mediciones de fuerza de campo, puede ser extrapolada o interpolada a cualquier otra frecuencia objetivo adecuada, usando los métodos aquí descritos. Aunque las modalidades aquí descritas se refieren principalmente a mejorar la inmunidad a la distorsión de los sistemas médicos de rastreo de posición y dirección, estos métodos y sistemas se pueden usar en aplicaciones adicionales, por ejemplo para reducir la distorsión causada por la mesa del cuarto de operaciones, el equipo de fluoroscopia, el equipo de MRI y/o cualquier otro objeto distorsionador de campo. De esta manera, se apreciará que las modalidades anteriormente descritas se citan a manera de ejemplo y que la presente invención no está limitada a lo que se ha mostrado y descrito particularmente en la presente. Más bien, el alcance de la presente invención incluye tanto combinaciones como subcombinaciones de las varias características anteriormente descritas, así como también las variaciones y modificaciones de la misma que se les pudiera ocurrir a los expertos en la materia al leer la descripción anterior, y que no se describen en la técnica anterior.

Claims (9)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1 .- Un método para rastrear la posición de un objeto, que comprende: utilizar por lo menos un generador de campo que genera campos magnéticos de corriente alterna (CA) a dos o más frecuencias en la vecindad del objeto; utilizar un sensor de campo asociado con el objeto, que detecta los campos de CA y produce puntos de dato de CA correspondientes que son indicativos de las amplitudes y direcciones de los campos de CA en el sensor de campo, en donde por lo menos algunos de los campos de CA detectados están sometidos a una distorsión; extrapolar una dependencia de los puntos de dato de CA sobre las frecuencias de los campos de CA, a una frecuencia objetivo, a fin de determinar las amplitudes y direcciones de los campos de CA con un grado reducido de distorsión; y calcular coordenadas de posición del objeto con respecto al generador de campo (por lo menos uno), en respuesta a los puntos de dato extrapolados.

2. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende insertar el objeto en un órgano de un paciente, en donde el cálculo de las coordenadas de posición del objeto comprende rastrear la posición del objeto dentro del órgano.

3. - El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el generador de campo (por lo menos uno) está asociado con el objeto, y en donde el sensor de campo está localizado externamente al órgano.

4. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la distorsión es ocasionada por un objeto distorsionador de campo sometido a por lo menos algunos de los campos de CA, en donde el objeto comprende un material seleccionado del grupo que consiste en los materiales metálicos, paramagnéticos y ferromagnéticos.

5. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la frecuencia objetivo comprende una frecuencia cero.

6. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la frecuencia objetivo comprende una frecuencia infinita. 1 - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la extrapolación de la dependencia comprende ajustar una función a los puntos de dato de CA y las frecuencias de los campos de CA, y determinar un valor de la función a la frecuencia objetivo. 8. - El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la función se selecciona de un grupo que consiste en una función polinómica y una función racional, y en donde el ajuste de la función comprende asignar valores a los coeficientes de la función. 9. - El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la extrapolación de la dependencia comprende definir la función basándose en mediciones de campo adquiridas previamente. 10. - El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la definición de la función comprende aplicar un método de análisis de componentes principales (PCA) para producir funciones de base de PCA basadas en las mediciones de campo adquiridas previamente, y definir la función usando las funciones de base de PCA. 1 1 . - Un sistema para rastrear la posición de un objeto, que comprende: por lo menos un generador de campo que está dispuesto para generar campos magnéticos de corriente alterna (CA) a dos o más frecuencias en la vecindad del objeto; un sensor de campo asociado con el objeto, que está dispuesto para detectar los campos de CA y para producir puntos de dato de CA correspondientes que son indicativos de las amplitudes y direcciones de los campos de CA en el sensor de campo, en donde por lo menos algunos de los campos de CA detectados están sometidos a una distorsión; y un procesador que está dispuesto para extrapolar una dependencia de los puntos de dato de CA en las frecuencias de los campos de CA, a una frecuencia objetivo, a fin de determinar las amplitudes y direcciones de los campos de CA con un grado reducido de la distorsión, y para calcular las coordenadas de posición del objeto con respecto al generador de campo (por lo menos uno), en respuesta a los puntos de dato extrapolados. 12. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque el objeto está adaptado para ser insertado en el órgano de un paciente, y en donde el procesador está dispuesto para rastrear la posición del objeto dentro del órgano. 13. - El sistema de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el generador de campo (por lo menos uno) está asociado con el objeto, y en donde el sensor de campo está localizado externamente al órgano. 14. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque la distorsión es causada por un objeto distorsionador de campo sometido a por lo menos alguno de los campos de CA, y en donde el objeto comprende un material seleccionado del grupo que consiste en materiales metálicos, paramagnéticos y ferromagnéticos. 15. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque la frecuencia objetivo comprende una frecuencia cero. 16. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque la frecuencia objetivo comprende una frecuencia infinita. 1

7. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque el procesador está dispuesto para ajusfar una función a los puntos de dato de CA y las frecuencias de los campos de CA, y para determinar un valor de la función a la frecuencia objetivo. 1

8. - El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque la función se selecciona de un grupo que consiste en una función polinómica y una función racional, y en donde el procesador está dispuesto para ajustar la función asignando valores a los coeficientes de la función. 1

9.- El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque el procesador está dispuesto para definir la función basándose en mediciones de campo adquiridas previamente. 20. - El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque el procesador está dispuesto para aplicar un método de análisis de componentes principales (PCA) para producir funciones de base de PCA basadas en las mediciones de campo adquiridas previamente, y para definir la función usando las funciones de base de PCA. 21 . - Un producto de software de computadora usado en un sistema para rastrear la posición de un objeto, el producto comprendiendo un medio legible en computadora en el cual se almacenan instrucciones de programa, dichas instrucciones, cuando son leídas por la computadora, hacen que la computadora: controle por lo menos un generador de campo a fin de generar campos magnéticos de corriente alterna (CA) a dos o más frecuencias en la vecindad del objeto; acepte de un sensor de campo asociado con el objeto puntos de dato de CA indicativos de las amplitudes y direcciones de los campos de CA respectivos detectados por el sensor de campo, en donde por lo menos algunos de los campos de CA detectados están sometidos a distorsión; extrapole una dependencia de los puntos de dato de CA en las frecuencias de los campos de CA a una frecuencia objetivo, a fin de determinar las amplitudes y direcciones de los campos de CA con un grado reducido de distorsión; y calcule coordenadas de posición del objeto con respecto al generador de campo (por lo menos uno) en respuesta a los puntos de dato extrapolados.