用于基于磁的体内探头跟踪系统的薄型定位垫的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明整体涉及体内位置跟踪，并且具体涉及体内探头的基于磁的位置跟踪。
【背景技术】
[0002] 使用磁位置跟踪技术可以跟踪体内探头诸如导管在患者身体内的位置。例如，美 国专利申请2007/0265526描述了用于对患者执行医学规程的磁位置跟踪系统，其公开内 容以引用方式并入本文。患者放在包括定位垫的工作台的上表面上，该定位垫放在患者下 面的工作台的上表面上。定位垫包括一个或多个场发生器，场发生器经操作以生成相应的 磁场并被布置成使得定位垫的厚度尺寸不大于3厘米。位置传感器固定到用于插入患者身 体内的侵入式医疗装置，并被布置用于感测磁场，以便测量医疗装置在身体内的位置。
[0003] 磁共振成像（MRI)是一种用于使患者的组织，尤其是软组织视觉化的成像技术。 该技术依靠从核（通常为氢核）的平衡状态激发核，并测量随着核弛豫至平衡状态时核所 发射的共振射频信号。所测量的共振射频信号用于创建高质量的组织图像。执业医生可结 合其他医学规程使用MRI。
【发明内容】
[0004] 本发明的实施例提供了定位垫，该定位垫包括具有平坦表面的外壳和多个场发生 器。多个场发生器固定到外壳，并被配置成生成具有与平坦表面垂直的相应轴的相应磁场。
[0005] 在一些实施例中，平坦表面位于平面内。在其它实施例中，平坦表面是弯曲的。在 其它实施例中，外壳具有不大于5毫米的厚度。在一些实施例中，场发生器包括具有与表面 平行的绕组的线圈。在其它实施例中，外壳包括被配置成保持场发生器并且抑制场发生器 中的共振的弹性材料。
[0006] 根据本发明的实施例也提供了用于制备定位垫的方法，该方法包括提供具有平坦 表面的外壳。多个场发生器固定到外壳，使得场发生器生成具有与平坦表面垂直的相应轴 的相应磁场。
[0007] 根据本发明的实施例另外提供了用于位置跟踪的方法，该方法包括用多个相应的 驱动信号来驱动耦合到患者身体附近的平坦表面的多个场发生器，以便使场发生器生成具 有与平坦表面垂直的相应轴的相应磁场。测量由位置传感器中的磁场感应的至少一个电信 号，该位置传感器耦合到插入患者身体内的体内探头。基于电信号来估计探头在身体内的 位置。
[0008] 在一些实施例中，位置传感器包括单轴传感器。在其它实施例中，估计探头的位置 包括计算电信号的平均量值，以及根据平均量值来估计探头距平坦表面的距离。
[0009] 在一些实施例中，估计探头的位置包括计算由多个场发生器生成的磁场分别感应 的电信号的多个分量的量值，以及根据平均量值来估计探头相对于场发生器的侧向位置。 在其它实施例中，驱动场发生器包括生成具有不同的相应频率的多个驱动信号，并且计算 量值包括通过在不同频率中辨别来在电信号的分量中区分。在其它实施例中，估计探头的 位置包括通过执行迭代位置来估计过程来精确修正探头的位置，迭代位置估计过程至少使 用侧向位置作为初始条件。
[0010] 结合附图，通过以下对实施例的详细说明，将更全面地理解本发明，其中：
【附图说明】
[0011] 图1是根据本发明的实施例的与磁共振成像（MRI)系统搭配的磁导管跟踪系统的 不意性图解；
[0012] 图2A和图2B是根据本发明的实施例的定位垫的示意性图解；和
[0013] 图3是根据本发明的实施例示意性地示出用于估计导管相对于定位垫的位置的 方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]
[0015] 体内探头，诸如导管，被用在各种治疗和诊断医学规程中。探头被插入患者的生物 体中并且将其导航到体腔内的目标区域，以执行医学规程。在基于磁场的位置跟踪系统中， 将外部磁场施加到患者身体。安装在导管的远侧末端附近的传感器通过产生电信号而响应 磁场。跟踪系统使用该信号来定位导管在患者身体内的位置和取向。磁场通常由多个场发 生器产生，例如场生成线圈。
[0016] 在本文中描述的本发明的实施例提供了小且平坦的定位垫配置。所公开的定位垫 包括安装到表面上的多个磁场发生器（例如，平面线圈）。场发生器的轴都与该表面垂直。 当该表面完全平坦时，场发生器的轴彼此平行。
[0017] 所得的定位垫具有薄型，并且可容易地放置在患者的下方。在一些实施例中，定位 垫表面稍微成型，即稍微偏离平面，例如以便贴合MRI扫描仪。
[0018] 在一些实施例中，在定位垫中的场发生器用具有不同频率的交流电（AC)驱动信 号来驱动，使得在导管远侧末端处的传感器中感应的信号可彼此区分开。具有平行轴的场 发生器的使用有助于所得的磁场的数学建模，该数学建模基于导管传感器输出简化了导管 远侧末端的位置和取向的计算。
[0019] 在示例具体实施中，在两阶段过程中估计探头位置。在第一阶段中，从由探头中的 位置传感器感测的复合信号的绝对量值来估计定位垫的平面上方的探头高度。然后，通过 分析在复合信号中的不同频率的相对量值可确定探头相对于定位垫的横向位置。该初始估 计本身可被输出，或其可用作更准确的迭代位置估计过程的起点。
[0020] 在一些实施例中，场发生器包括嵌入外壳内的硅氧烷中的线圈，以便抑制可由MRI 扫描仪生成的音频共振。在其它实施例中，变压器用于在低阻抗放大器之间的阻抗匹配，低 阻抗放大器用于将信号驱动到高阻抗磁线圈内。
[0021] 概括地说，本文所述的改善的定位垫配置允许当患者在MRI扫描仪的第二磁环境 内时来操作磁探头跟踪系统。所公开的定位垫适合与探头中的单轴位置传感器一起使用， 使得更简单且更薄的探头可在医学规程中使用。
[0022] 系统描沐
[0023] 图1是根据本发明的实施例的用于和磁共振成像（MRI)搭配的磁导管跟踪的系统 20的示意性图解。系统20包括MRI扫描仪22、体内探头24诸如导管以及控制台26。探头 24包括在导管24的远侧末端34处的传感器（如稍后将在图2A中所示），该传感器用于跟 踪导管24在患者32的身体内的位置。
[0024] 例如，导管24可用于标出患者32的心脏28的腔室中的电位，其中多个电极设置 在导管24的远侧末端34附近，多个电极接触多个点处的心脏腔体的组织。在另选的实施 例中，以必要的变更，导管24可用于心脏或其他身体器官中的其他治疗和/或诊断功能。
[0025] 操作者30,诸如心脏病专家，经由皮肤将探头24穿过患者32的血管系统插入，使 得探头的远侧末端34进入体腔，该体腔在本文中假定为心腔。相对于图2A，其示出并更具 体地说明了远侧末端34。
[0026] 控制台26使用磁位置感测确定心脏28内侧的导管24的远侧末端34的取向和位 置坐标。对于感测，控制台26操作驱动电路36,该驱动电路36驱动如在插图中以及下面 工作台37上的患者躯干下方的横截面中所示的定位垫38中的一个或多个磁场发生器39。 响应于由定位垫38生成的磁场，安装在远侧末端34中的位置传感器生成电信号，从而使得 控制台26确定远侧末端34相对于定位垫38的位置和取向，并且因此确定在患者32的心 脏内的位置和取向。
[0027]MRI扫描仪22包括磁场线圈29,该磁场线圈包括场梯度线圈，所述磁场线圈和场 梯度线圈一起生成空间移变的磁场。空间移变的磁场为由扫描仪生成的射频（RF)信号提 供了空间定位。此外，扫描仪包括发射/接收线圈31。在传输模式中，线圈31辐射射频能 量至患者32,射频能量与患者组织的核自旋相互作用并从而重新调整远离其平衡位置的核 的磁矩。在接收模式中，随着组织核弛豫至其平衡状态，线圈31检测从患者组织接收的射 频信号。
[0028] 在图1所示的实施例中，处理器40具有双重功能性。第一，响应于由定位垫38生 成的磁场，处理器40具有接口电路（未示出）以接收在导管远侧末端34处的传感器中感 应的电信号，并且使用所接收的电信号来定位患者身体内的导管。
[0029] 第二，通过使用电路来控制MRI线圈29,包括形成要求的磁场梯度，以及使用其他 电路来操作围绕患者32的传输/接收线圈31，处理器40操作MRI扫描仪22。处理器40 使用线圈31接收的信号，获得患者32的心脏28或至少是待成像的心腔的MRI数据。处理 器40使用该数据在显示器42上向操作者30显示心脏28的图像44。另选地，处理器40的 功能可划分在两个处理器之间，一个管理磁位置跟踪系统，而一个管理MRI扫描仪。
[0030] 在一些实施例中，由磁跟踪系统获得的导管的位置可重叠在由MRI扫描仪22获得 的显示器42上的心脏28的图像44上。在其它实施例中，操作者30可使用一个或多个输 入装置46调控图像44。
[0031] 处理器40也可被配置成减少任何磁干扰或相应的MRI系统和磁导管跟踪系统的 共存效应，其可例如降低系统性能。换句话说，处理器40被配置成补偿任何耦合效应，例 如，由在MRI扫描仪22中使用的MRI线圈29和31生成的磁场与在用于磁导管跟踪系统的 定位垫38中的磁发生器39之间的耦合效应。
[0032] 处理器40通常包括通用计算机，该计算机用软件来编程以执行本文描述的功能。 例如，可经网络将软件以电子形式下载到处理器40,或者将软件设置在非临时性有形介质 上，诸如光学的、磁的或电子的存储介质。另选地，可通过专用或可编程的数字硬件组件，或 通过使用硬件和软件元件的组合来进行处理器40的一些或全部功能。
[0033] 磁导管跟踪系统可实现为购自BiosenseWebster有限公司（加利福尼亚州钻石 吧市）的CARTOXPEP导航和消融系统，并经适当的修改以执行在此描述的规程。
[0034] 图1所示的实施例仅仅用于概念清晰目的，并且绝非限制本发明的实施例。MRI扫 描仪22和磁导管跟踪系统可具有用于每个系统的独立的处理器，而非如在系统20中所示 的实施例中进行共享。单个或独立的显示器可用于MRI扫描仪和导管跟踪系统。
[0035] MRI兼容宙位垫
[0036] 图2A是根据本发明的实施例的定位垫38的示意性图解。定位垫38包括多个磁 场发生器39,其以在图2A的横向XY平面中所示的阵列布置。在图2A的实施例中示出了相 同大小的十二个发生器39。该阵列保持在可由任何合适的材料诸如各种塑料制成的外壳 中。X-Y-Z坐标轴显示在具有厚度t的定位垫39的外壳的左下侧。
[0037] 每个发生器39均包括平面线圈100,其绕组与X-Y平面平行。在一些实施例中， 线圈100被沟槽105围绕。线圈可由任何合适的材料诸如铜形成。当将信号，通常是电流，