用于基于磁的體內(nèi)探頭跟蹤系統(tǒng)的薄型定位墊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明整體涉及體內(nèi)位置跟蹤，并且具體涉及體內(nèi)探頭的基于磁的位置跟蹤。
【背景技術(shù)】
[0002] 使用磁位置跟蹤技術(shù)可以跟蹤體內(nèi)探頭諸如導(dǎo)管在患者身體內(nèi)的位置。例如，美 國專利申請(qǐng)2007/0265526描述了用于對(duì)患者執(zhí)行醫(yī)學(xué)規(guī)程的磁位置跟蹤系統(tǒng)，其公開內(nèi) 容以引用方式并入本文?；颊叻旁诎ǘㄎ粔|的工作臺(tái)的上表面上，該定位墊放在患者下 面的工作臺(tái)的上表面上。定位墊包括一個(gè)或多個(gè)場發(fā)生器，場發(fā)生器經(jīng)操作以生成相應(yīng)的 磁場并被布置成使得定位墊的厚度尺寸不大于3厘米。位置傳感器固定到用于插入患者身 體內(nèi)的侵入式醫(yī)療裝置，并被布置用于感測磁場，以便測量醫(yī)療裝置在身體內(nèi)的位置。
[0003] 磁共振成像（MRI)是一種用于使患者的組織，尤其是軟組織視覺化的成像技術(shù)。 該技術(shù)依靠從核（通常為氫核）的平衡狀態(tài)激發(fā)核，并測量隨著核弛豫至平衡狀態(tài)時(shí)核所 發(fā)射的共振射頻信號(hào)。所測量的共振射頻信號(hào)用于創(chuàng)建高質(zhì)量的組織圖像。執(zhí)業(yè)醫(yī)生可結(jié) 合其他醫(yī)學(xué)規(guī)程使用MRI。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了定位墊，該定位墊包括具有平坦表面的外殼和多個(gè)場發(fā)生 器。多個(gè)場發(fā)生器固定到外殼，并被配置成生成具有與平坦表面垂直的相應(yīng)軸的相應(yīng)磁場。
[0005] 在一些實(shí)施例中，平坦表面位于平面內(nèi)。在其它實(shí)施例中，平坦表面是彎曲的。在 其它實(shí)施例中，外殼具有不大于5毫米的厚度。在一些實(shí)施例中，場發(fā)生器包括具有與表面 平行的繞組的線圈。在其它實(shí)施例中，外殼包括被配置成保持場發(fā)生器并且抑制場發(fā)生器 中的共振的彈性材料。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例也提供了用于制備定位墊的方法，該方法包括提供具有平坦 表面的外殼。多個(gè)場發(fā)生器固定到外殼，使得場發(fā)生器生成具有與平坦表面垂直的相應(yīng)軸 的相應(yīng)磁場。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例另外提供了用于位置跟蹤的方法，該方法包括用多個(gè)相應(yīng)的 驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)耦合到患者身體附近的平坦表面的多個(gè)場發(fā)生器，以便使場發(fā)生器生成具 有與平坦表面垂直的相應(yīng)軸的相應(yīng)磁場。測量由位置傳感器中的磁場感應(yīng)的至少一個(gè)電信 號(hào)，該位置傳感器耦合到插入患者身體內(nèi)的體內(nèi)探頭。基于電信號(hào)來估計(jì)探頭在身體內(nèi)的 位置。
[0008] 在一些實(shí)施例中，位置傳感器包括單軸傳感器。在其它實(shí)施例中，估計(jì)探頭的位置 包括計(jì)算電信號(hào)的平均量值，以及根據(jù)平均量值來估計(jì)探頭距平坦表面的距離。
[0009] 在一些實(shí)施例中，估計(jì)探頭的位置包括計(jì)算由多個(gè)場發(fā)生器生成的磁場分別感應(yīng) 的電信號(hào)的多個(gè)分量的量值，以及根據(jù)平均量值來估計(jì)探頭相對(duì)于場發(fā)生器的側(cè)向位置。 在其它實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)場發(fā)生器包括生成具有不同的相應(yīng)頻率的多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且計(jì)算 量值包括通過在不同頻率中辨別來在電信號(hào)的分量中區(qū)分。在其它實(shí)施例中，估計(jì)探頭的 位置包括通過執(zhí)行迭代位置來估計(jì)過程來精確修正探頭的位置，迭代位置估計(jì)過程至少使 用側(cè)向位置作為初始條件。
[0010] 結(jié)合附圖，通過以下對(duì)實(shí)施例的詳細(xì)說明，將更全面地理解本發(fā)明，其中：
【附圖說明】
[0011] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的與磁共振成像（MRI)系統(tǒng)搭配的磁導(dǎo)管跟蹤系統(tǒng)的 不意性圖解；
[0012] 圖2A和圖2B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的定位墊的示意性圖解；和
[0013] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示意性地示出用于估計(jì)導(dǎo)管相對(duì)于定位墊的位置的 方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]
[0015] 體內(nèi)探頭，諸如導(dǎo)管，被用在各種治療和診斷醫(yī)學(xué)規(guī)程中。探頭被插入患者的生物 體中并且將其導(dǎo)航到體腔內(nèi)的目標(biāo)區(qū)域，以執(zhí)行醫(yī)學(xué)規(guī)程。在基于磁場的位置跟蹤系統(tǒng)中， 將外部磁場施加到患者身體。安裝在導(dǎo)管的遠(yuǎn)側(cè)末端附近的傳感器通過產(chǎn)生電信號(hào)而響應(yīng) 磁場。跟蹤系統(tǒng)使用該信號(hào)來定位導(dǎo)管在患者身體內(nèi)的位置和取向。磁場通常由多個(gè)場發(fā) 生器產(chǎn)生，例如場生成線圈。
[0016] 在本文中描述的本發(fā)明的實(shí)施例提供了小且平坦的定位墊配置。所公開的定位墊 包括安裝到表面上的多個(gè)磁場發(fā)生器（例如，平面線圈）。場發(fā)生器的軸都與該表面垂直。 當(dāng)該表面完全平坦時(shí)，場發(fā)生器的軸彼此平行。
[0017] 所得的定位墊具有薄型，并且可容易地放置在患者的下方。在一些實(shí)施例中，定位 墊表面稍微成型，即稍微偏離平面，例如以便貼合MRI掃描儀。
[0018] 在一些實(shí)施例中，在定位墊中的場發(fā)生器用具有不同頻率的交流電（AC)驅(qū)動(dòng)信 號(hào)來驅(qū)動(dòng)，使得在導(dǎo)管遠(yuǎn)側(cè)末端處的傳感器中感應(yīng)的信號(hào)可彼此區(qū)分開。具有平行軸的場 發(fā)生器的使用有助于所得的磁場的數(shù)學(xué)建模，該數(shù)學(xué)建?；趯?dǎo)管傳感器輸出簡化了導(dǎo)管 遠(yuǎn)側(cè)末端的位置和取向的計(jì)算。
[0019] 在示例具體實(shí)施中，在兩階段過程中估計(jì)探頭位置。在第一階段中，從由探頭中的 位置傳感器感測的復(fù)合信號(hào)的絕對(duì)量值來估計(jì)定位墊的平面上方的探頭高度。然后，通過 分析在復(fù)合信號(hào)中的不同頻率的相對(duì)量值可確定探頭相對(duì)于定位墊的橫向位置。該初始估 計(jì)本身可被輸出，或其可用作更準(zhǔn)確的迭代位置估計(jì)過程的起點(diǎn)。
[0020] 在一些實(shí)施例中，場發(fā)生器包括嵌入外殼內(nèi)的硅氧烷中的線圈，以便抑制可由MRI 掃描儀生成的音頻共振。在其它實(shí)施例中，變壓器用于在低阻抗放大器之間的阻抗匹配，低 阻抗放大器用于將信號(hào)驅(qū)動(dòng)到高阻抗磁線圈內(nèi)。
[0021] 概括地說，本文所述的改善的定位墊配置允許當(dāng)患者在MRI掃描儀的第二磁環(huán)境 內(nèi)時(shí)來操作磁探頭跟蹤系統(tǒng)。所公開的定位墊適合與探頭中的單軸位置傳感器一起使用， 使得更簡單且更薄的探頭可在醫(yī)學(xué)規(guī)程中使用。
[0022] 系統(tǒng)描沐
[0023] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于和磁共振成像（MRI)搭配的磁導(dǎo)管跟蹤的系統(tǒng) 20的示意性圖解。系統(tǒng)20包括MRI掃描儀22、體內(nèi)探頭24諸如導(dǎo)管以及控制臺(tái)26。探頭 24包括在導(dǎo)管24的遠(yuǎn)側(cè)末端34處的傳感器（如稍后將在圖2A中所示），該傳感器用于跟 蹤導(dǎo)管24在患者32的身體內(nèi)的位置。
[0024] 例如，導(dǎo)管24可用于標(biāo)出患者32的心臟28的腔室中的電位，其中多個(gè)電極設(shè)置 在導(dǎo)管24的遠(yuǎn)側(cè)末端34附近，多個(gè)電極接觸多個(gè)點(diǎn)處的心臟腔體的組織。在另選的實(shí)施 例中，以必要的變更，導(dǎo)管24可用于心臟或其他身體器官中的其他治療和/或診斷功能。
[0025] 操作者30,諸如心臟病專家，經(jīng)由皮膚將探頭24穿過患者32的血管系統(tǒng)插入，使 得探頭的遠(yuǎn)側(cè)末端34進(jìn)入體腔，該體腔在本文中假定為心腔。相對(duì)于圖2A，其示出并更具 體地說明了遠(yuǎn)側(cè)末端34。
[0026] 控制臺(tái)26使用磁位置感測確定心臟28內(nèi)側(cè)的導(dǎo)管24的遠(yuǎn)側(cè)末端34的取向和位 置坐標(biāo)。對(duì)于感測，控制臺(tái)26操作驅(qū)動(dòng)電路36,該驅(qū)動(dòng)電路36驅(qū)動(dòng)如在插圖中以及下面 工作臺(tái)37上的患者軀干下方的橫截面中所示的定位墊38中的一個(gè)或多個(gè)磁場發(fā)生器39。 響應(yīng)于由定位墊38生成的磁場，安裝在遠(yuǎn)側(cè)末端34中的位置傳感器生成電信號(hào)，從而使得 控制臺(tái)26確定遠(yuǎn)側(cè)末端34相對(duì)于定位墊38的位置和取向，并且因此確定在患者32的心 臟內(nèi)的位置和取向。
[0027]MRI掃描儀22包括磁場線圈29,該磁場線圈包括場梯度線圈，所述磁場線圈和場 梯度線圈一起生成空間移變的磁場?？臻g移變的磁場為由掃描儀生成的射頻（RF)信號(hào)提 供了空間定位。此外，掃描儀包括發(fā)射/接收線圈31。在傳輸模式中，線圈31輻射射頻能 量至患者32,射頻能量與患者組織的核自旋相互作用并從而重新調(diào)整遠(yuǎn)離其平衡位置的核 的磁矩。在接收模式中，隨著組織核弛豫至其平衡狀態(tài)，線圈31檢測從患者組織接收的射 頻信號(hào)。
[0028] 在圖1所示的實(shí)施例中，處理器40具有雙重功能性。第一，響應(yīng)于由定位墊38生 成的磁場，處理器40具有接口電路（未示出）以接收在導(dǎo)管遠(yuǎn)側(cè)末端34處的傳感器中感 應(yīng)的電信號(hào)，并且使用所接收的電信號(hào)來定位患者身體內(nèi)的導(dǎo)管。
[0029] 第二，通過使用電路來控制MRI線圈29,包括形成要求的磁場梯度，以及使用其他 電路來操作圍繞患者32的傳輸/接收線圈31，處理器40操作MRI掃描儀22。處理器40 使用線圈31接收的信號(hào)，獲得患者32的心臟28或至少是待成像的心腔的MRI數(shù)據(jù)。處理 器40使用該數(shù)據(jù)在顯示器42上向操作者30顯示心臟28的圖像44。另選地，處理器40的 功能可劃分在兩個(gè)處理器之間，一個(gè)管理磁位置跟蹤系統(tǒng)，而一個(gè)管理MRI掃描儀。
[0030] 在一些實(shí)施例中，由磁跟蹤系統(tǒng)獲得的導(dǎo)管的位置可重疊在由MRI掃描儀22獲得 的顯示器42上的心臟28的圖像44上。在其它實(shí)施例中，操作者30可使用一個(gè)或多個(gè)輸 入裝置46調(diào)控圖像44。
[0031] 處理器40也可被配置成減少任何磁干擾或相應(yīng)的MRI系統(tǒng)和磁導(dǎo)管跟蹤系統(tǒng)的 共存效應(yīng)，其可例如降低系統(tǒng)性能。換句話說，處理器40被配置成補(bǔ)償任何耦合效應(yīng)，例 如，由在MRI掃描儀22中使用的MRI線圈29和31生成的磁場與在用于磁導(dǎo)管跟蹤系統(tǒng)的 定位墊38中的磁發(fā)生器39之間的耦合效應(yīng)。
[0032] 處理器40通常包括通用計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)用軟件來編程以執(zhí)行本文描述的功能。 例如，可經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將軟件以電子形式下載到處理器40,或者將軟件設(shè)置在非臨時(shí)性有形介質(zhì) 上，諸如光學(xué)的、磁的或電子的存儲(chǔ)介質(zhì)。另選地，可通過專用或可編程的數(shù)字硬件組件，或 通過使用硬件和軟件元件的組合來進(jìn)行處理器40的一些或全部功能。
[0033] 磁導(dǎo)管跟蹤系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)為購自BiosenseWebster有限公司（加利福尼亞州鉆石 吧市）的CARTOXPEP導(dǎo)航和消融系統(tǒng)，并經(jīng)適當(dāng)?shù)男薷囊詧?zhí)行在此描述的規(guī)程。
[0034] 圖1所示的實(shí)施例僅僅用于概念清晰目的，并且絕非限制本發(fā)明的實(shí)施例。MRI掃 描儀22和磁導(dǎo)管跟蹤系統(tǒng)可具有用于每個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立的處理器，而非如在系統(tǒng)20中所示 的實(shí)施例中進(jìn)行共享。單個(gè)或獨(dú)立的顯示器可用于MRI掃描儀和導(dǎo)管跟蹤系統(tǒng)。
[0035] MRI兼容宙位墊
[0036] 圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的定位墊38的示意性圖解。定位墊38包括多個(gè)磁 場發(fā)生器39,其以在圖2A的橫向XY平面中所示的陣列布置。在圖2A的實(shí)施例中示出了相 同大小的十二個(gè)發(fā)生器39。該陣列保持在可由任何合適的材料諸如各種塑料制成的外殼 中。X-Y-Z坐標(biāo)軸顯示在具有厚度t的定位墊39的外殼的左下側(cè)。
[0037] 每個(gè)發(fā)生器39均包括平面線圈100,其繞組與X-Y平面平行。在一些實(shí)施例中， 線圈100被溝槽105圍繞。線圈可由任何合適的材料諸如銅形成。當(dāng)將信號(hào)，通常是電流，