MXPA06007836A

MXPA06007836A - Medicion de impedancia relativa.

Info

Publication number: MXPA06007836A
Application number: MXPA06007836A
Authority: MX
Inventors: Daniel Osadchy
Original assignee: Johnson & Johnson
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2007-01-26
Also published as: EP2233070A1; CA2859340A1; CN1895166B; DE602006015128D1; IL176650A0; DE602006018790D1; ATE490728T1; EP1743573B1; CA2551201A1; EP1982651A1; CN1895166A; AU2006202909A1; KR20070006582A; US7848787B2; EP1974664A1; BRPI0602648A; EP1743573A3; ES2345900T3; IL176650A; US20070038078A1

Abstract

Se describe un metodo para calibrar impedancia que incluye acoplar por lo menos un primero, segundo y tercer electrodos en lugares respectivos en la superficie del cuerpo de un sujeto, se mide una primera corriente que pasa a traves del cuerpo entre el primero y segundo electrodos en la superficie del cuerpo, y se mide una segunda corriente que pasa a traves del cuerpo entre el primero y tercer electrodos en la superficie del cuerpo; a partir de la primera y segunda corrientes se deriva un factor de contacto que es indicativo de la impedancia entre por lo menos uno de los electrodos en la superficie del cuerpo y la superficie del cuerpo; tambien se describen metodos para detectar la posicion de una sonda y para detectar el contacto con tejido en base en una relacion entre las corrientes de la sonda a los electrodos en la superficie del cuerpo.

Description

MEDICION DE IMPEDANCIA RELATIVA INTERREFERENCIA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud se relaciona con la solicitud de patente de E.U.A. número 11/030,934 presentada el 7 de enero del 2005, la cual se cedió al cesionario de la presente solicitud de patente y cuya descripción se incorpora en la presente como referencia.

CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se relaciona de manera general con el seguimiento de movimiento de un objeto colocado dentro de un cuerpo vivo, y específicamente con el seguimiento del objeto utilizando mediciones de ¡mpedancia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Muchos procedimientos médicos involucran introducir un objeto dentro del cuerpo del paciente y detectar el movimiento del objeto. Para soportar estos procedimientos se han desarrollado o considerado en la técnica anterior diversos sistemas de detección de posición.

Por ejemplo, las patentes de E.U.A. números 5,697,377 y 5,983,126, para Wittkampf, cuyas descripciones se incorporan en la presente como referencia, describen un sistema en el cual se aplican a través del paciente tres señales alternantes sustancialmente ortogonales. Un catéter está equipado con un electrodo de medición el cual, para procedimientos cardíacos, está colocado en diversas posiciones ya sea contra la pared cardíaca del paciente o dentro de la vena o arterias coronarias. Se detecta un voltaje entre la punta del catéter y un electrodo de referencia, preferiblemente un electrodo de superficie en el paciente. Se utilizan tres canales de procesamiento para separar los tres componentes como señales x, y y z, a partir de las cuales se realizan cálculos para determinación de la ubicación tridimensional de la punta del catéter dentro del cuerpo. La patente de E.U.A. número 5,944,022 para Nardella, cuya descripción se incorpora en la presente como referencia, describe un sistema similar para detectar la posición de un catéter. El sistema incluye tres conjuntos de electrodos de excitación, con un conjunto colocado en cada uno de los tres ejes que se intersectan. Un procesador de señal mide un voltaje indicativo de impedancia entre un electrodo de detección colocado sobre el catéter y cada uno de los tres conjuntos de señales de excitación con el fin de determinar la coordenada x, coordenada y y coordenada z del catéter. Los métodos adicionales para detectar impedancia a lo largo de los ejes entre electrodos de excitación se describen en la patente de E.U.A. número 5,899,860 para Pfeiffer; la patente de E.U.A. número 6,095,150 para Panescu; la patente de E.U.A. número 6,456,864 para Swanson; y las patentes de E.U.A. números 6,050,267 para Nardella, la totalidad de cuyas descripciones se incorporan en la presente como referencia. Las mediciones de impedancia también se utilizan para determinar el contacto entre un electrodo y tejido dentro del cuerpo. Por ejemplo, los métodos para determinar contacto entre un electrodo de catéter y tejido interno, en base en la impedancia entre el electrodo de catéter y electrodo de retorno se describen en la patente de E.U.A. número 5,935,079 para Swanson et al., la patente de E.U.A. número 5,836,990 para Li, la patente de E.U.A. número 5,447,529 para archlinski et al., y la patente de E.U.A. número 6,569,160 para Goldin et al., la totalidad de cuyas descripciones se incorporan en la presente como referencia. La patente de E.U.A. número 5,341 ,807 para Nardella, cuya descripción se incorpora en la presente como referencia, describe un sistema para detectar en que momento el electrodo de extirpación hace contacto con el tejido del endocardio utilizando circuitos separados para determinación de posición y para determinación de contacto con tejido. Cuando el electrodo de extirpación toca el tejido interno, se incrementa la impedancia de el cuerpo-superficie al electrodo debido a que menos del electrodo está en contacto con el fluido electrolítico (es decir, sangre) que generalmente rodea a la sonda.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Las modalidades de la presente invención proporcionan un aparato y métodos eficaces para calibrar y para estabilizar sistemas basados en impedancia utilizados para el seguimiento de un objeto dentro del cuerpo. La solicitud de patente de E.U.A. 11/030,934 mencionada antes describe un sistema de seguimiento de posición en el cual las mediciones de impedancia entre una sonda dentro del cuerpo y la superficie del cuerpo de un paciente se utilizan para seguir la posición de la sonda. Estas mediciones involucran hacer pasar una corriente entre un electrodo fijo en la sonda y varios electrodos en la superficie del cuerpo. Dichas mediciones son sensibles a variaciones en el contacto eléctrico de los electrodos de la superficie del cuerpo así como a variaciones en el grado de contacto entre el electrodo de sonda y el tejido interno. El contacto de electrodo de superficie del cuerpo puede fluctuar debido a factores tales como el sudor y elevación parcial del electrodo. El movimiento de la sonda puede hacer que el electrodo de sonda tenga contacto con tejido interno por lo que se provocan cambios súbitos en la impedancia medida desde la superficie del cuerpo al electrodo de sonda. Ambos factores de contacto de electrodo de superficie y de contacto de tejido interno pueden afectar la estabilidad de las mediciones de posición. En algunas modalidades de la presente invención la calidad de contacto de electrodo de superficie del cuerpo se calibra periódicamente para corregir las fluctuaciones de contacto. En las modalidades descritas, la calibración se realiza al medir la corriente entre pares de electrodos de superficie del cuerpo. Estas corrientes son Indicativas de la impedancla total de la trayectoria de corriente a través del cuerpo entre los electrodos, que incluyen la impedancia de contacto del electrodo. Las técnicas descritas en lo siguiente se utilizan para extraer de las mediciones de corrientes múltiples un factor de calibración para el contacto de electrodo en la superficie del cuerpo de cada electrodo. El procedimiento típicamente se repite a intervalos regulares con el fin de mantener una calibración precisa. Las modalidades adicionales de la presente invención proporcionan un medio y métodos para corregir variaciones de impedancia debido a contacto de tejido interno. Para obtener esta corrección, el electrodo de sonda es seguido por una medición de impedancia relativa en vez de absoluta. La impedancia relativa se mide al comparar la impedancia del electrodo de sonda a un electrodo de superficie del cuerpo con la suma de varias impedancias medida entre el electrodo de sonda y varios electrodos de superficie de cuerpo respectivos. Cuando las impedancias medidas en varios electrodos de superficie de cuerpo cambian por la misma cantidad relativa, el cambio se atribuye a contacto de tejido interno y el cambio es desglosado del cálculo de ubicación. Por lo tanto, se proporciona, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, un método para calibrar impedancia que incluye: acoplar por lo menos un primero, segundo y tercer electrodos en ubicaciones respectivas a una superficie de un cuerpo de un sujeto; medir una primera corriente que pasa a través del cuerpo entre el primero y segundo electrodos de superficie del cuerpo; medir una segunda corriente que pasa a través del cuerpo entre el primero y tercer electrodos de superficie del cuerpo; y derivar un factor de contacto indicativo de la impedancia entre por lo menos uno de los electrodos de superficie del cuerpo y la superficie del cuerpo utilizando la primera y segunda corrientes. Típicamente, el derivado del factor de contacto incluye determinar un valor de impedancia relativa utilizando una relación entre la primera corriente y una suma de la primera y segunda corrientes. En algunas modalidades, el derivado del factor de contacto incluye determinar tres o más valores de la impedancia relativa y resolver un conjunto de ecuaciones lineales cuyos parámetros incluyen tres o más valores y distancias entre los electrodos de superficie del cuerpo. En modalidades adicionales, el método incluye: insertar una sonda que incluye un cuarto electrodo en el cuerpo, medir una tercera corriente a través del cuerpo entre el cuarto electro y por lo menos uno de los electrodos de superficie del cuerpo; y detectar una posición de la sonda en respuesta tanto al factor de contacto de por lo menos un electrodo de superficie del cuerpo como de la tercera corriente.

En algunas modalidades, la detección de la posición incluye determinar una distancia relativa entre la sonda y por lo menos un electrodo de superficie del cuerpo. Típicamente, por lo menos uno del primero, segundo y tercer electrodos de superficie del cuerpo incluye un parche conductor adhesivo. Se proporciona adicionalmente un método para detección de posición, que incluye: insertar una sonda que incluye un electrodo de sonda dentro del cuerpo de un sujeto; medir una primera corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y un primer electrodo de la superficie del cuerpo acoplado a una superficie del cuerpo; medir una segunda corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y un segundo electrodo de superficie del cuerpo acoplado a la superficie del cuerpo; calcular una relación entre la primera y segunda corrientes; y seguir el movimiento de la sonda dentro del cuerpo en respuesta a la relación. Típicamente, el cálculo de la relación incluye determinar un valor de impedancia relativa entre el electrodo de sonda y cada uno de los electrodos de superficie de) cuerpo. En algunas modalidades, la determinación del valor de la impedancia relativa incluye encontrar un cociente de la primera corriente y la suma de la primera y segunda corrientes. En las modalidades descritas, el cálculo de la relación incluye determinar por lo menos dos valores de impedancia relativa entre el electrodo de sonda y el primero y segundo electrodos de superficie corporal y resolver un conjunto de ecuaciones lineales cuyos parámetros incluyen por lo menos dos valores. En modalidades adicionales, el seguimiento de movimiento de la sonda incluye determinar que un cambio en la primera y segunda corrientes que no cambie significativamente la relación entre la primera y segunda corrientes es indicativo de contacto del electrodo de sonda con tejidos de impedancia variable dentro del cuerpo y no debido al movimiento de la sonda. En modalidades adicionales, la relación entre la primera y segunda corrientes es indicativa de una impedancia relativa entre la sonda y el primero y segundo electrodos de superficie del cuerpo. También se proporciona, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, un método para detectar contacto con tejido, que incluye: insertar una sonda que incluye un electrodo de sonda dentro del cuerpo de un sujeto, de manera tal que el electrodo de sonda establece contacto con un tejido dentro del cuerpo; medir una primera corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y un primer electrodo de superficie de cuerpo acoplado a la superficie del cuerpo; medir una segunda corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y un segundo electrodo de superficie de cuerpo acoplado a la superficie del cuerpo; calcular una relación entre la primera y segunda corrientes; y detectar, en respuesta a la relación, el contacto entre la sonda y el tejido. Típicamente, la detección de contacto entre la sonda y el tejido incluye medir un cambio en la primera y segunda corrientes que no cambie la relación entre la primera y segunda corrientes. En algunas modalidades, el método para detectar contacto con tejido incluye seguimiento de una posición de la sonda en el cuerpo en respuesta a la primera y segunda corrientes y corregir la posición en respuesta a la detección de contacto entre la sonda y el tejido. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, también se proporciona un aparato para calibrar impedancia, que incluye: por lo menos un primero, segundo y un tercer electrodos adaptados para acoplarse en ubicaciones respectivas en la superficie del cuerpo de un sujeto; y una unidad de control, adaptada para medir una primera corriente que pasa a través del cuerpo entre el primero y segundo electrodos de superficie del cuerpo, medir una segunda corriente que pasa a través del cuerpo entre el primero y tercer electrodos de superficie del cuerpo, y derivar un factor de contacto indicativo de la impedancia entre por lo menos uno de los electrodos de superficie del cuerpo y la superficie del cuerpo utilizando la primera y segunda corrientes.

Típicamente, la unidad de control está adaptada para derivar el factor de contacto al determinar un valor de impedancia relativa utilizando una relación entre la primera corriente y la suma de la primera y segunda corrientes. En algunas modalidades, la unidad de control está adaptada para determinar tres o más valores de la impedancia relativa y derivar y factor de contacto al resolver un conjunto de ecuaciones lineales cuyos parámetros incluyen tres o más valores y distancias entre los electrodos de la superficie del cuerpo. En modalidades adicionales, el aparato incluye una sonda que incluye un cuarto electrodo y el cual está adaptado para ser insertado dentro del cuerpo. La unidad de control se adapta adicionalmente para medir una tercera corriente a través del cuerpo entre el cuarto electrodo y por lo menos uno de los electrodos de superficie del cuerpo y para detectar una posición de la sonda en respuesta tanto al factor de contacto de por lo menos uno de los electrodos de superficie del cuerpo como a la tercera corriente. En algunas modalidades, la unidad de control está adaptada para detectar la posición al determinar una distancia relativa entre la sonda y por lo menos un electrodo de la superficie del cuerpo. También se proporciona, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, un aparato para detección de posición que incluye: una sonda que incluye un electrodo de sonda y que está adaptado para ser insertado dentro del cuerpo de un sujeto; un primero y segundo electrodos de superficie del cuerpo adaptados para ser acoplados en lugares de cultivos a una superficie del cuerpo de un sujeto; y una unidad de control, adaptada para medir una primera corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y el primer electrodo de superficie del cuerpo, para medir una segunda corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y el segundo electrodo de superficie del cuerpo, para calcular una relación entre la primera y segunda corrientes y para seguir el movimiento de la sonda dentro del cuerpo en respuesta a la relación. Típicamente, la unidad de control está adaptada para seguir el movimiento de la sonda al determinar un valor de impedancia relativa entre el electrodo de sonda y cada uno de los electrodos de superficie del cuerpo. En las modalidades descritas, la unidad de control está adaptada para determinar el valor de impedancia relativa al calcular un cociente de la primera corriente y la suma de la primera y segunda corrientes. En algunas modalidades, la unidad de control está adaptada para derivar por lo menos dos valores de impedancia relativa y para el movimiento de seguimiento de la sonda al resolver un conjunto de ecuaciones lineales cuyos parámetros incluyen los valores de la impedancia relativa. En modalidades adicionales, la unidad de control está adaptada para determinar que un cambio en la primera y segunda corrientes que no cambie de manera significativa la relación entre la primera y segunda corrientes es indicativo de contactos del electrodo de sonda con tejidos de impedancia variable dentro del cuerpo y no debido al movimiento de la sonda. Típicamente, la relación entre la primera y segunda corrientes es indicativa de una impedancia relativa entre la sonda y el primero y segundo electrodos de la superficie del cuerpo. También se proporciona, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, un aparato para detectar contacto de tejido, que incluye: una sonda que incluye un electrodo de sonda adaptado para ser insertado dentro del cuerpo de un sujeto y para hacer contacto con un tejido dentro del cuerpo; un primero y segundo electrodos de superficie de cuerpo adaptados para ser acoplados en lugares respectivos a una superficie de un cuerpo de un sujeto; y una unidad de control adaptada para medir una primera corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y el primer electrodo de superficie del cuerpo, para medir una segunda corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y un segundo electrodo de la superficie del cuerpo, para calcular una relación entre la primera y segunda corrientes, y para detectar, en respuesta a la relación, contacto entre la sonda y el tejido. En algunas modalidades, la unidad de control está adaptada para detectar el contacto entre la sonda y el tejido al detectar un cambio en la primera y segunda corrientes mientras determina que no hay cambio en la relación entre la primera y segunda corrientes.

De manera adicional o alternativa, la unidad de control está adaptada para seguir la posición de la sonda en el cuerpo en respuesta a la primera y segunda corrientes y para corregir la posición en respuesta a la detección de contacto entre la sonda y el tejido. La presente invención se comprenderá de manera más completa a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades de la misma, tomadas junto con los dibujos, en los cuales: BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una ilustración en perspectiva, esquemática, de un sistema de seguimiento de posición, de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la figura 2 es una vista detallada esquemática que muestra la interacción entre electrodos en un catéter y en la superficie del cuerpo, de acuerdo con una modalidad de la presente invención; y la figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente el procedimiento de calibrar la conductancia de los electrodos de la superficie del cuerpo y de seguimiento de movimiento del catéter, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La figura 1 es una ilustración en perspectiva esquemática de un sistema 20 de seguimiento de posición, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Como se describe en la solicitud de patente de E.U.A. número 1 1/030,934 mencionada antes, el seguimiento de posición basado en impedancia en el sistema 20 se realiza al insertar una sonda, tal como un catéter 22, en una cavidad interna del cuerpo, tal como una cámara de un corazón 24 de un sujeto 26. Típicamente, el catéter se utiliza para tratamiento diagnóstico o terapéutico realizado por practicantes 28 médicos, tales como mapeo de potenciales eléctricos en el corazón o realización de extirpación de tejido cardíaco. El catéter u otro dispositivo dentro del cuerpo alternativamente puede ser utilizado para otros propósitos, por si mismo o junto con otros dispositivos de tratamiento. La punta distal del catéter 22 comprende por lo menos un electrodo 48. El electrodo 48 puede tener cualquier forma y tamaño adecuados, y se puede utilizar para otros propósitos, también, tales como detección electrofisiológica o extirpación. El electrodo está conectado por un alambre a circuitos impulsores y de medición en una unidad 30 de control. Una pluralidad de electrodos en la superficie del cuerpo, tales como los parches cutáneos adhesivos 32, 34, 36 y 38 (denominados colectivamente en lo siguiente como los parches 32-38) se acoplan a la superficie del cuerpo (por ejemplo la piel) del sujeto 26. Los parches 32-38 se pueden colocar en cualquier lugar conveniente sobre la superficie del cuerpo en la vecindad del lugar en donde se va a realizar el procedimiento médico. Típicamente, los lugares de los parches de la piel están separados. Por ejemplo, para aplicaciones cardíacas, los parches 32-38 típicamente se colocan alrededor del tórax del sujeto 26. Los parches 32-38 también están conectados por alambres a la unidad 30 de control. La unidad 30 de control determina las coordenadas de posición del catéter 22 dentro del corazón 24 en base en las corrientes medidas entre el catéter y cada uno de los parches 32-38, como se describe en lo siguiente. La unidad de control impulsa un monitor 42 el cual muestra la posición del catéter dentro del cuerpo. El catéter puede ser utilizado para generar un mapa 44 del corazón, y se puede superponer la posición del catéter presentada en este mapa o sobre otra imagen del corazón. La figura 2 es una vista en detalle esquemática que muestra el catéter 22 dentro del corazón 24, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Típicamente, el catéter 22 comprende por lo menos un electrodo 48, como se describe en lo anterior. En la modalidad que se ilustra, el electrodo 48 se comunica con uno o más de los parches 32-38. La unidad 30 de control impulsa una corriente entre el electrodo 48 y uno o más de los parches 32-38. Las corrientes a través de uno o más de los parches (denominadas en lo siguiente como corrientes de parche) se miden por uno o más de los circuitos de medición de corrientes respectivos 52, 54, 56 y 58 (denominados colectivamente en lo siguiente como los circuitos 52-58).

Un circuito de medición típicamente está configurado para ser fijado al parche de la superficie del cuerpo o, alternativamente, para ser situado dentro de la unidad 30 de control. Las corrientes medidas por los circuitos 52-58 son indicativas de impedancia entre el catéter y los parches respectivos. Utilizando los métodos descritos en lo siguiente con referencia a la figura 3, las corrientes medidas se pueden utilizar para calcular parámetros de impedancia relativas, los cuales a su vez se utilizan para derivar coordenadas del catéter. La figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un método para el seguimiento del catéter 22 dentro del corazón 24, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. El método comprende una etapa 60 de calibración de parche y una etapa 66 de seguimiento. La calibración del parche típicamente se lleva a cabo inicialmente, antes de que el practicante 28 comience a manipular el catéter en el cuerpo del paciente. Los factores de calibración derivados durante la etapa 60 de calibración se pueden utilizar para corregir mediciones de posición realizadas durante la etapa 66 de seguimiento. La misma configuración de la unidad de control y electrodos se puede utilizar tanto para la etapa 60 de calibración como para la etapa 66 de seguimiento. En la etapa 62 de medición de la etapa 60 de calibración la unidad 30 de control impulsa sucesivamente corrientes entre los parches 32-38 y adquiere mediciones de corriente desde circuitos de medición respectivos. Por ejemplo, una corriente impulsora de calibración puede aplicarse primero al parche 32. Los otros parches 34, 36 y 38 actúan como cubiertas de corriente, de manera tal que la corriente impulsora desde el parche 32 se divide en tres corrientes de parche de calibración que fluyen a través de los parches 34, 36 y 38. Las tres corrientes de parche de calibración se miden utilizando circuitos de medición de corriente 54, 56 y 58 respectivamente. Subsecuentemente, el procedimiento se repite por corrientes impulsores desde cada uno de los parches 34, 36 y 38 a su vez y medición de las corrientes de los parches en los otros parches. En la etapa 64 de cálculo de la etapa 60 de calibración, las corrientes medidas en la etapa 62 de medición se utilizan para derivar factores de calibración que pueden ser utilizados subsecuentemente durante la etapa 66 de seguimiento. En general, para un circuito paralelo que comprende un conjunto de N parches, cuando una corriente I es impulsada desde un parche j a otro N-1 parches en el conjunto, la corriente medida en el parche i se puede representar como l¡j, y se relaciona con la corriente I impulsora de calibración por la ecuación: ( l ) ¾ = ? s k = i, en donde o¡¡ es la conductancia entre pares de parches i y j, y el denominador de la ecuación (1 ) representa la conductancia del circuito en paralelo completo, el cual es la suma de la conductancias entre el parche j y cada uno de los otros parches N-1 en el conjunto. La corriente del parche de calibración l¡j también se puede escribir en términos de Rg, la impedancia entre pares de parches i y j, como sigue: Para N parches, existen N(N-1 ) pares de parches ordenados (i, j) para los cuales se pueden medir los valores de l¡j. La impedancia R¡j se modela aproximadamente como: en donde C¡ es un factor de contacto para el parche i, Cj es un factor de contacto para el parche j, dg es la distancia entre parches i y j y G es una constante general que representa la resistividad del medio. Los valores para distancias, dg, se pueden determinar utilizando métodos de detección de posición o métodos de medición manual. Los factores de contacto C¡, los cuales son indicativos de la impedancia entre la piel y el parche, representan el efecto de varios fenómenos, que incluyen el área de superficie del parche, las propiedades de la piel tales como humedad y salinidad, y efectos de impedancia relacionados con circuitos 52-58 de medición de corriente no ideales. Los valores relativos de C¡, es decir, los valores que expresan cada factor de contacto en relación a la suma de la totalidad de los factores de contacto, se pueden resolver en términos de las corrientes l¡j, y las distancias dg. Los valores de C¡ posteriormente sirven como factores de calibración para la etapa 66 de seguimiento.

Un método para resolver para los valores relativos de C¡ consiste en sustituir la ecuación (3) en la ecuación (2), lo que proporciona el siguiente conjunto de ecuaciones simultáneas N(N - 1): El cálculo de los valores de C¡ se puede simplificar al calcular un valor intermedio, R¡, que representa la impedancia relativa entre el parche j y el parche i. Para una corriente impulsora i entre el parche j y los otros parches N-1, ^¡j se define como la impedancia entre el parche j y el parche i, dividido entre la suma de las impedancias entre el parche j y cada uno se los otros parches N-1. Esto es, R se define como sigue: (4) Sustituyendo la ecuación (3) en la ecuación (4), se obtiene el siguiente conjunto de ecuaciones simultáneas de N(N-1): G ¦ cl - ci - dti = Cjdjj (5) R i = ? G - ck · c, · dM ? ckdk} k'l, k'l.

Como se muestra en el apéndice, R" ¡j se puede calcular en términos de las corrientes de parche medidas para una corriente impulsora dada, como sigue: N -i De esta manera, en el conjunto de ecuaciones (5), se conoce los valores de ^ ¡j, y se conocen las distancias d¾ y por lo tanto podemos derivar los valores desconocidos restantes, C¡. Rearreglando las ecuaciones (5) se obtiene el siguiente sistema lineal de ecuaciones: Dado que d¡¡ = 0 para todo i, el parámetro k ? j de la sumatoria no se requiere. El sistema lineal final de ecuaciones de esta manera se puede escribir como: (6) ^ ? ?,?, -?,?.. = 0 en donde X¡ = C¡, que son factores de calibración de parche. El sistema de ecuaciones (6) se puede utilizar en la etapa 64 de cálculo para encontrar los valores relativos de X¡. El sistema de ecuaciones es del tipo A · ^ = 0, en donde A es una matriz N(N - 1 ) x N que depende de R ¡j y d , y en donde X es un vector que representa los valores N de X¡. Un análisis de descomposición de valor singular (SVD) de A en el análisis de vector eigen de la matriz NxN ATA proporciona una solución para X , como se conoce en la técnica. Los valores relativos de X¡ posteriormente se utilizan durante la etapa 66 de seguimiento para evitar fluctuaciones en el contacto de electrodo de superficie del cuerpo que pudieran afectar las mediciones de posición. Durante la etapa de seguimiento, la unidad de control impulsa corrientes desde los electrodos 48 a los parches. Típicamente, en ciertos intervalos durante el procedimiento, la etapa 66 de seguimiento se interrumpe y se repite la etapa 60 de calibración. La etapa 66 de seguimiento comienza con una etapa 68 de medición en la cual la unidad 30 de control impulsa una corriente entre ei electrodo 48 de catéter y dos o más de los parches 32-38 y mide las corrientes en cada parche, de acuerdo con el método descrito en lo anterior en la figura 2. · . En una modalidad de la presente invención, después de que se miden en la etapa 68 las corrientes entre el electrodo 48 de catéter y los parches 32-38 respectivos, se calculan las impedancias relativas entre el electrodo de catéter y los parches en la etapa 70 de cálculo de posición, de una manera similar a la utilizada para determinar las impedancias relativas entre los parches en la etapa 64. Las impedancias relativas entre el electrodo de catéter y los parches proporcionan una indicación de la posición del catéter, el cual la unidad 30 de control puede presentar en el monitor 42, como se muestra en la figura 1. En la etapa 60, la unidad de control típicamente aplica los factores de calibración del parche derivados durante la etapa 60 de calibración, aunque la etapa 66 de seguimiento también se puede llevar a cabo sin calibración de parche. Las impedancias medidas entre el electrodo de catéter y los parches 32-38 se utilizan (junto con los factores de calibración de parche) para calcular las distancias relativas entre el electrodo de catéter y cada uno de los parches. Estas distancias después se utilizan para determinar las coordenadas espaciales absolutas del catéter. Se determinan las distancias relativas utilizando las ecuaciones derivadas en lo siguiente. La impedancia entre el electrodo de catéter y un parche i, se pueden modular como: (7) R¡ = G · X¡ ¦ Ccath · d¡ en donde X¡ es el factor de calibración para el parche i, Ccath es una constante de contacto para el electrodo 48 de catéter, d¡ es la distancia entre el parche i y el electrodo 48 de catéter, y G es la constante general que representa la resistividad del medio. La corriente impulsada desde el electrodo de catéter y que fluye dentro de un parche i está representada como corriente de parche l¡, y se relaciona como la corriente impulsora I por la ecuación: V*.

Siguiendo una derivación similar a ia descrita en lo anterior en la etapa 64, se pueden determinar los valores relativos de distancia d¡ al generar un conjunto de ecuaciones para impedancias relativas, R la cual se define como „ R ( 8 ) R¿ » ^?— . ? ¾ Sustituyendo la ecuación (7) en la ecuación (8) se obtiene el siguiente conjunto de N ecuaciones simultáneas: 5 _ G ¦ X¿ ' Ccath · d, _ ? G ¦ ¦ Ccat/> · dA ? X,dA ^ ¡ es independiente tanto de la resistividad del medio G como del contacto de catéter Ccath, es decir, las mediciones de posición realizadas de esta manera no son sensibles a variaciones de impedancia causadas por contacto del catéter con tejidos corporales internos. Siguiendo una derivación similar a la descrita en el apéndice, se puede calcular R ,- en términos de las corrientes de parche medidas para una corriente impulsora dada, como sigue: 1 Las únicas variables desconocidas en un conjunto de ecuaciones (9) por lo tanto son los valores relativos de d¡. Rearreglando las ecuaciones (9) se obtiene el siguiente sistema lineal de ecuaciones: El sistema de ecuaciones (10) tiene N desconocidos d¡ y N ecuaciones y es del tipo A · = 0, en donde A es una matriz N x N que depende de ^ ¡ y X¡. Las soluciones para los N valores relativos de d¡ se encuentran por análisis SVD de A o análisis de vector eigen de ATA. Si se conoce una posición de catéter inicial, los valores de distancia relativos d¡ se pueden utilizar en la etapa 70 de cálculo para derivar el movimiento relativo del catéter desde la posición de catéter inicial. De manera alternativa o adicional, cuando se utilizan cuatro o más parches se pueden calcular las coordenadas absolutas del electrodo de catéter en la etapa 70 de cálculo. Se derivan cuatro parámetros desconocidos que incluyen tres coordenadas espaciales del electrodo de catéter, los cuales se pueden representar como un vector ? y una constante multiplicativa, a, la cual genera las distancias absolutas a partir de las distancias relativas, d¡, calculadas antes.

Para resolver los cuatro parámetros, la distancia absoluta entre el electrodo de catéter y el parche i, representado como a · d¡, se iguala a la diferencia absoluta entre las coordenadas espaciales del electrodo de catéter y del parche i, el cual se puede representar como ^ en donde es un vector que representa las coordenadas del parche i. La igualdad proporciona un conjunto de N ecuaciones de la forma: (? -1 ) k~ P \ = a ' dr Los valores para ^ y a en el conjunto de ecuaciones (11) se puede resolver utilizando un algoritmo de minimización, tal como el método de mínimos cuadrados el cual se puede llevar a cabo por minimización de la expresión: (12) = - p \\ - a.d i=l En una modalidad alternativa de la invención, la impedancia relativa, definida en lo anterior como la proporción de una impedancia y la suma de impedancias, se puede definir como la diferencia entre las impedancias medidas. En otra modalidad alternativa, la proporción se puede tomar entre una impedancia que se lee en cada parte de superficie del cuerpo y la suma de lecturas en los diversos parches adicionales. Cuando se mueve el catéter 22, la impedancia relativa con respecto a por lo menos uno de los parches cambia. La medición del cambio en la impedancia relativa de esta manera permite un seguimiento del catéter.

En contraste, cuando el electrodo 48 de catéter toca un tejido interno, las corrientes de parche cambiarán, pero los valores de impedancia relativa no cambiarán. En consecuencia, como se indica en lo anterior, se reducen los errores en la medición de posición debido a contacto con tejido cuando los métodos descritos en lo anterior se utilizan. Estos métodos proporcionan adicionalmente un medio para evaluar el contacto de tejido interno al detectar en que momento los cambios en la corriente no se reflejan por cambios en las impedancias relativas. Aunque los métodos descritos en lo anterior se ilustran en el contexto de un sistema basado en catéter para diagnóstico o tratamiento de condiciones del corazón, los principios de la presente invención se pueden utilizar de manera similar en sistemas de seguimiento de posición para el diagnóstico o tratamiento de otras estructuras del cuerpo tales como el cerebro, la médula espinal, las articulaciones del esqueleto, la vejiga urinaria, el tracto gastrointestinal, la próstata y el útero. Además, aunque las técnicas de seguimiento de calibración de impedancia y de posición de las etapas 60 y 66 se describen en lo anterior como dos partes complementarias de un método de seguimiento de posición único, en modalidades alternativas se pueden utilizar estas técnicas independientemente entre sí. Por ejemplo, la técnica de calibración de parche descrita en lo anterior se puede utilizar para determinar y medir cambios en las impedancias de electrodos en otros sistemas de seguimientos basados en impedancia, así como en otras técnicas de diagnóstico y terapéuticas que utilicen electrodos múltiples sobre o dentro del cuerpo. Además, el seguimiento de posición basado en impedancia relativa, como en la etapa 66 anterior, es un método útil para incrementar la precisión y la confiabilidad de las mediciones de posición incluso en ausencia de calibración específica de las impedancias de los electrodos de la superficie del cuerpo. Se apreciará de esta manera que las modalidades descritas en lo anterior se mencionan a modo de ejemplo y que la presente invención no se limita a lo que se ha mostrado y descrito particularmente en lo anterior. En vez de esto, el alcance de la presente invención incluye tanto combinaciones como subcombinaciones de las diversas características descritas en lo anterior así como variaciones y modificaciones de las mismas las cuales se le ocurrirían a personas expertas en la técnica ante la lectura de la descripción precedente y las cuales no se han descrito en la técnica anterior.

Apéndice Derivación de relación entre impedancia relativa y corrientes de parches: En general, para un circuito paralelo que comprende un conjunto de N nodos, tales como los parches de electrodo, en donde una corriente I es impulsada desde un nodo J a otro nodo N - 1 en el conjunto, la corriente medida en el nodo i se puede representar como ly, y se relaciona con las impedancias entre los nodos R¡j, por la ecuación: Al invertir ambos lados de la ecuación (A1 ) se obtiene una ecuación para el inverso de l , como sigue: (A2) — = La suma de los inversos de la totalidad de l¡¡ para una corriente impulsora dada es Al dividir ambos lados de (A2) por esta sumatoria se obtiene: Como se describe en la especificación en lo anterior, una impedancia relativa R ¡j se define como la impedancia entre el nodo j y el nodo i, dividido entre la suma de las impedancias entre el nodo j y cada uno de los otros nodos N-1 . ^ ¡j de esta manera se puede expresar como: *»J Al sustituir la ecuación (A3) en la ecuación (A4), proporciona una ecuación para R ¡¡ en términos de \¡j, como sigue:

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1. - Un método para calibrar impedancia, caracterizado porque comprende: acoplar por lo menos un primero, segundo y tercero electrodos en lugares respectivos en la superficie del cuerpo de un sujeto; medir una primera corriente que pasa a través del cuerpo entre el primero y segundo electrodos en la superficie del cuerpo; medir una segunda corriente que pasa a través del cuerpo entre el primero y tercer electrodos en la superficie del cuerpo; y derivar un factor de contacto indicativo de la impedancia entre por lo menos uno de los electrodos de superficie del cuerpo y la superficie del cuerpo utilizando la primera y segunda corrientes.

2. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la derivación del factor de contacto comprende determinar un valor de impedancia relativa utilizando una relación entre la primera corriente y una suma de la primera y segunda corrientes.

3. - El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la derivación del factor de contacto comprende determinar tres o más valores de la impedancia relativa y resolver un conjunto de ecuaciones lineales cuyos parámetros comprenden tres o más valores y distancias entre los electrodos en la superficie del cuerpo.

4. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende: insertar una sonda que incluye un cuarto electrodo en el cuerpo; medir una tercera corriente a través del cuerpo entre el cuarto electrodo y por lo menos uno de los electrodos de superficie del cuerpo; y detectar una posición de la sonda en respuesta tanto al factor de contacto de por lo menos un electrodo de superficie del cuerpo como de la tercera corriente.

5. - El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque la detección de la posición comprende determinar una distancia relativa entre la sonda y por lo menos un electrodo en la superficie del cuerpo.

6. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos uno del primero, segundo y tercero electrodos en la superficie del cuerpo comprende un parche conductor adhesivo.

7. - Un método para detectar posición, caracterizado porque comprende: insertar una sonda que comprende un electrodo de sonda dentro del cuerpo de un sujeto; medir una primera corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y un primer electrodo de la superficie del cuerpo acoplado a una superficie del cuerpo; medir una segunda corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y un segundo electrodo de superficie del cuerpo acoplado a la superficie del cuerpo; calcular una relación entre la primera y segunda corrientes; y seguir el movimiento de la sonda dentro del cuerpo en respuesta a la relación.

8. - El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque calcular la relación comprende determinar un valor de impedancia relativa entre el electrodo de sonda y cada uno de los electrodos en la superficie del cuerpo.

9. - El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque la determinación del valor de la impedancia relativa comprende encontrar un cociente de la primera corriente y la suma de la primera y segunda corrientes.

10. - El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el cálculo de la relación comprende determinar por lo menos dos valores de impedancia relativa entre el electrodo de sonda y el primero y segundo electrodos en la superficie del cuerpo y resolver un conjunto de ecuaciones lineales cuyos parámetros comprenden por lo menos dos valores.

11. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el seguimiento del movimiento de la sonda comprende determinar que un cambio en la primera y segunda corrientes que no cambie significativamente la relación entre la primera y segunda corrientes es indicativo de contacto del electrodo de sonda con tejidos de impedancia variable dentro del cuerpo, y no debido al movimiento de la sonda.

12. - El método de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque la relación entre la primera y segunda corrientes es indicativa de una impedancia relativa entre la sonda y el primero y segundo electrodos en la superficie del cuerpo.

13. Un método para detectar contacto con tejido, caracterizado porque comprende: insertar una sonda que comprende un electrodo de sonda dentro en el cuerpo de un sujeto, por lo que el electrodo de sonda hace contacto con un tejido dentro del cuerpo; medir la primera corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y un primer electrodo de superficie de cuerpo acoplado a una superficie del cuerpo; medir una segunda corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y un segundo electrodo en la superficie de cuerpo acoplado a la superficie del cuerpo; calcular una relación entre la primera y segunda corrientes; y detectar, en respuesta a la relación, el contacto entre la sonda y el tejido.

14. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la detección del contacto entre la sonda y el tejido comprende medir un cambio en la primera y segunda corrientes que no cambia la relación entre la primera y segunda corrientes.

15. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque comprende seguir una posición de la sonda en el cuerpo, en respuesta a la primera y segunda corrientes y corregir la posición, en respuesta a la detección del contacto entre la sonda y el tejido.

16. - Un aparato para calibrar impedancia, caracterizado porque comprende: por lo menos un primero, segundo y un tercer electrodos adaptados para acoplarse en ubicaciones respectivas en la superficie del cuerpo de un sujeto; y una unidad de control, adaptada para medir una primera corriente que pasa a través del cuerpo entre el primero y segundo electrodos de superficie del cuerpo, para medir una segunda corriente que pasa a través del cuerpo entre el primero y tercer electrodos en la superficie del cuerpo, y para derivar un factor de contacto indicativo de la impedancia entre por lo menos uno de los electrodos de la superficie del cuerpo y la superficie del cuerpo utilizando la primera y segunda corrientes.

17. - El aparato de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque la unidad de control está adaptada para derivar el factor de contacto al determinar un valor de impedancia relativa utilizando una relación entre la primera corriente y una suma de la primera y segunda corrientes.

18. - El aparato de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque la unidad de control está adaptada para determinar tres o más valores de la impedancia relativa y para derivar un factor de contacto al resolver un conjunto de ecuaciones lineales cuyos parámetros comprenden los tres o más valores y distancias entre los electrodos en la superficie del cuerpo.

19. - El aparato de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende una sonda adaptada para ser insertada en el cuerpo, en donde la sonda comprende un cuarto electrodo, y en donde la unidad de control se adapta adicionalmente para medir una tercera corriente a través del cuerpo entre el cuarto electrodo y por lo menos uno de los electrodos en la superficie del cuerpo, y para detectar una posición de la sonda en respuesta tanto al factor de contacto de por lo menos uno de los electrodos en la superficie del cuerpo como a la tercera corriente.

20. - El aparato de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque la unidad de control está adaptada para detectar la posición al determinar una distancia relativa entre la sonda y por lo menos un electrodo en la superficie del cuerpo.

21. - Un aparato para detección de posición, caracterizado porque comprende: una sonda que comprende un electrodo de sonda y que está adaptado para ser insertado en el cuerpo de un sujeto; un primero y segundo electrodos de superficie del cuerpo adaptados para ser acoplados en lugares respectivos a la superficie del cuerpo de un sujeto; y una unidad de control, adaptada para medir una primera corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y el primer electrodo de superficie del cuerpo, para medir una segunda corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y el segundo electrodo en la superficie del cuerpo, para calcular una relación entre la primera y segunda corrientes y para seguir el movimiento de la sonda dentro del cuerpo en respuesta a la relación.

22. - El aparato de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque la unidad de control está adaptada para seguir el movimiento de la sonda al determinar un valor de impedancia relativa entre el electrodo de sonda y cada uno de los electrodos en la superficie del cuerpo.

23. - El aparato de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque la unidad de control está adaptada para determinar el valor de la impedancia relativa al calcular un cociente de la primera corriente y la suma de la primera y segunda corrientes.

24. - El aparato de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque la unidad de control está adaptada para derivar por lo menos dos valores de impedancia relativa y para seguir el movimiento de la sonda al resolver un conjunto de ecuaciones lineales cuyos parámetros comprenden los valores de la impedancia relativa.

25. - El aparato de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque la unidad de control está adaptada para determinar que un cambio en la primera y segunda corrientes que no cambia de manera significativa la relación entre la primera y la segunda corrientes es indicativo de contacto del electrodo de sonda con tejidos de impedancia variable dentro del cuerpo y no debido al movimiento de la sonda.

26. - El aparato de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque la relación entre la primera y segunda corrientes es indicativa de una impedancia relativa entre la sonda y el primero y segundo electrodos en la superficie del cuerpo.

27. - Un aparato para detectar contacto con tejido, caracterizado porque comprende: una sonda que comprende un electrodo de sonda adaptado para ser insertado en el cuerpo de un sujeto, y para establecer contacto con un tejido dentro del cuerpo; un primero y segundo electrodos en la superficie del cuerpo adaptados para ser acoplados en lugares respectivos a una superficie de un cuerpo de un sujeto; y una unidad de control adaptada para medir una primera corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y el primer electrodo en la superficie del cuerpo, para medir una segunda corriente que pasa a través del cuerpo entre el electrodo de sonda y un segundo electrodo en la superficie del cuerpo, para calcular una relación entre la primera y segunda corrientes y para detectar, en respuesta a la relación, el contacto entre la sonda y el tejido.

28. - El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque la unidad de control está adaptada para detectar el contacto entre la sonda y el tejido al detectar un cambio en la primera y segunda corrientes mientras se detecta que no hay cambio en la relación entre la primera y segunda corrientes.

29. - El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque la unidad de control está adaptada para seguir una posición de la sonda en el cuerpo en respuesta a la primera y segunda corrientes y para corregir la posición en respuesta a la detección del contacto entre la sonda y el tejido.