无标定热电偶系统的制作方法

本发明整体涉及电路，并且具体地，涉及用于处理热电偶信号的电路。

背景技术：

热电偶信号通常在毫伏甚至微伏的范围内，并且热电偶本身通常具有相对较高的阻抗。低信号电平和高源阻抗这两个因素导致来自热电偶的信号很容易受到噪声影响。此外，尤其是在例如使用热电偶对患者进行关键测量的消融手术等医疗场景中，降低热电偶噪声非常重要，并且通常需要利用源自热电偶的信号得出真实的温度读数。用于补偿或降低热电偶的噪声电平以及用于确保信号有效的方法在本领域中是已知的。

例如，blewett等人的美国专利6,402,742(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种耦合至前列腺和尿道热电偶的温度测量电路。本公开还描述了一种通过交流线路电压操作的控制器，所述交流线路电压通过滤波来降低噪声。

clemow的美国专利8,644,523(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种用于环境噪声降低系统的数字电路布置。这种布置将模拟信号转换为取样速率的n位数字信号并且随后将转换的信号进行数字滤波。

mccarthy等人的美国专利9,226,791(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种接口模块，该接口模块可包括从集成导管末端接收数字热电偶信号的输入/输出(i/o)端口。数字信号由模数转换器提供。

以引用方式并入本专利申请的文档将被视为本专利申请的整体部分，但不包括在这些并入的文献中以与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突的方式定义的任何术语，而只应考虑本说明书中的定义。

技术实现要素：

本发明的实施方案提供了设备，该设备包括：

多路复用器，所述多路复用器具有第一输出端和多个第一输入端的，所述多路复用器被配置成接收多个模拟输入信号和模拟反馈信号，并且被配置成循环和交替地选择信号来以顺序信号分组传输到第一输出端；

放大电路，该放大电路具有第二输出端和连接至多路复用器的第一输出端的第二输入端，并且被配置成以所选择的增益放大与多个模拟输入信号相对应的信号分组中的信号，以便在第二输出端处生成相应的放大模拟信号；以及

处理器，该处理器具有连接至放大电路的第二输出端的第三输入端且具有耦合至多路复用器的第一输入端之一的第三输出端，并且包括控制电路，该控制电路被配置成：从初始信号分组中选择相应的放大模拟信号的预定特征；经由第三输出端反馈预定特征作为模拟反馈信号输入到多路复用器；从随后的信号分组中选择相应的放大模拟信号的随后的预定特征；以及调整放大电路的增益，使得模拟反馈信号和随后的预定特征具有相同的幅度。

在一个实施方案中，放大电路具有为1的总增益。

在一个替代实施方案中，放大电路包含放大器，该放大器具有大于1的增益并且被耦合以接收并放大顺序信号分组。放大电路可包括模数转换器，该模数转换器被耦合以接收并数字化放大的顺序信号分组。该控制电路可被配置成通过分析数字化的放大的顺序信号分组来选择相应的放大模拟信号的预定特征。

在另一个替代实施方案中，放大电路包括放大器，该放大器具有小于1的增益并且被耦合以接收与所述多个模拟输入信号相对应的信号分组中的放大信号。

在又一个替代实施方案中，该设备包括具有多个热电偶的导管，所述多个热电偶分别生成所述多个模拟输入信号。

在本发明所公开的实施方案中，预定特征包括相应的放大模拟信号的最大值、平均值和最小值中的一个。

本发明还提供了一种方法，该方法包括：

将具有第一输出端和多个第一输入端的多路复用器配置成接收多个模拟输入信号和模拟反馈信号并且循环和交替地选择信号来以顺序信号分组传输到第一输出端；

将具有第二输出端和连接至多路复用器的第一输出端的第二输入端的放大电路配置成以所选择的增益放大与所述多个模拟输入信号相对应的信号分组中的信号，以便在第二输出端处生成相应的放大模拟信号；

从初始信号分组中选择相应的放大模拟信号的预定特征；

反馈预定特征作为模拟反馈信号输入到多路复用器；

从随后的信号分组中选择相应的放大模拟信号的随后的预定特征；以及调整放大电路的增益，使得模拟反馈信号和随后的预定特征具有相同的幅度。

结合附图，通过以下对本发明实施方案的详细说明，将更全面地理解本公开，其中：

附图说明

图1是根据本发明的实施方案的侵入式医疗手术的示意图；

图2a、图2b和图2c示意性地示出根据本发明的实施方案的探头的远端；

图3为根据本发明的实施方案，用于从热电偶接收信号的自动增益电路的示意性框图；

图4为根据本发明的实施方案，由图3的电路执行的动作的流程图；并且图5为根据本发明的替代实施方案，用于从热电偶接收信号的自动增益电路的示意性框图。

具体实施方式

综述

通常，由于例如信号线中引起的噪声和沿信号线的温度变化，来自热电偶的信号可能不准确和/或不稳定。由于热电偶群组可能在物理上紧密接近并且通常处于类似温度下，这种不准确性和/或不稳定性导致在信号之间发生失配并且因此导致温度的误读。

本发明的实施方案通过经由相同电路处理通常来自热电偶群组的所有信号，克服这些问题，因而确保了所有输出信号均相匹配。

电路包括多路复用器，该多路复用器接收多个模拟输入信号和模拟反馈信号，并且该多路复用器将这些信号以信号分组的形式传输到放大电路。放大电路以所选择的增益放大与多个模拟输入相对应的信号分组中的信号，以便生成相应的放大模拟信号。

处理器被连接以接收放大的模拟信号。此外，处理器包括控制电路，该控制电路被配置成从初始信号分组中选择放大的模拟信号的最大值并将最大值作为模拟反馈信号反馈到多路复用器。控制电路还被配置成从后模拟信号分组中选择放大的模拟信号的最大值，并且调整放大电路的增益，使得模拟反馈信号和随后的最大值具有相同的幅度。

系统描述

在以下的描述中，附图中的类似元件由类似数字来标识，并且类似元件可根据需要通过在标识数字后附加字母来进行区分。

图1是根据本发明的实施方案的使用设备12的侵入式医疗手术的示意图。该手术由医疗专业人员14执行，并且以举例的方式，假设下文的说明中的手术包括人类患者18心脏的心肌16的一部分的消融。然而，应当理解，本发明的实施方案并非仅适用于该特定手术，还可以包括基本上任何针对生物组织或非生物材料的手术。

为了执行消融，专业人员14使用探头手柄21将探头20插入患者的内腔中，使得探头的远端22进入患者的心脏。远端22包括安装在远端外侧上的电极24，该电极接触心肌上相应的位置。探头20具有近端28。参考图2a、图2b和图2c，以下更详细地描述了探头的远端22。

设备12由系统处理器46来控制，该系统处理器位于设备的操作控制台48中。控制台48包括由专业人员14使用以与处理器通信的控件49。在手术期间，处理器46通常利用本领域中已知的任何方法来跟踪探头的远端22的位置和取向。例如，处理器46可使用磁跟踪方法，其中患者18体外的磁发射器在定位于远端中的线圈中产生信号。biosensewebster(diamondbar,ca)所生产的系统使用这种跟踪方法。

可将用于处理器46的软件通过例如网络以电子形式下载到处理器。另选地或除此之外，软件可通过非临时性有形介质诸如光学、磁性或电子存储介质提供。通常在屏幕62上患者18心脏的三维表示60上显示远端22的跟踪。

为了操作设备12，处理器46与存储器50通信，该存储器具有被处理器用于操作设备的多个模块。因此，存储器50包括温度模块52和消融模块54，以下描述了这些模块的功能。存储器50通常包括其它模块，诸如用于测量端部22上的力的力模块、用于由操作处理器46所使用的跟踪方法的跟踪模块，和允许处理器控制被提供用于远端22的冲洗的冲洗模块。为简单起见，在图1中并未示出可包括硬件元件以及软件元件的此类其它模块。

处理器46通常使用通过模块52采集的温度测量结果，在屏幕62上显示温度分布图64。

图2a、图2b和图2c示意性地示出根据本发明的实施方案的探头20的远端22。图2a是沿探头的长度的剖面图，图2b是沿在图2a中标出的切口iib-iib的剖面图，以及图2c是远端的节段的透视图。插入管70沿探头的长度延伸并且在其远端的终端处连接至导电顶盖电极24a，该导电顶盖电极在本文中假设用于消融。图2c是顶盖电极24a的示意透视图。顶盖电极24a在其远端处具有近似平面导电表面84，并且在其近端处具有基本上圆形的边缘86。本文中导电顶盖电极24a还被称为消融电极。邻近消融电极24a通常存在其它电极，诸如电极24b。通常，插入管70包括柔性、生物相容性的聚合物，而电极24a、电极24b包括生物相容性的金属，例如，诸如金或铂。消融电极24a通常通过一系列的冲洗孔72来打孔。

电导体74通过插入管70来将射频(rf)电能从消融模块54(图1)传送到电极24a，并且由此为电极供能，以消融与电极接触的心肌组织。模块54控制经电极24a消耗的rf功率的电平。在消融手术期间，穿过孔72流出的冷却流体可冲洗在处理中的组织。

温度传感器78，包括通常为铜-康铜热电偶并且在本文也称为热电偶78的热电偶，被安装在导电顶盖电极24a内、围绕探头的远侧末端轴向和周向地排列的位置处。在该示例中，顶盖24a包含六个传感器，其中一组三个传感器位于靠近末端的远侧位置，并且另一组三个传感器位于稍近侧的位置。这种分布仅以举例的方式示出，然而，可将更多或更少数量的传感器安装在顶盖内的任何合适位置中。热电偶78通过贯穿插入管70的长度的引线(图中未示出)进行连接，由此为温度模块52提供温度信号。

在公开的实施方案中，顶盖24a包括大约0.5mm厚的相对厚的侧壁73，以便在温度传感器78和末端的中腔75内侧的冷却流体之间提供所需的隔热系统。冷却流体穿过孔72离开腔体75。传感器78被安装在棒杆77上，该棒杆被装入侧壁73中的纵向孔眼79中。棒杆77可包括合适的塑性材料，诸如聚酰亚胺，并且可通过合适的粘合剂81(诸如环氧树脂)保持在它们的远端处的适当位置。美国专利公布2014/0171821描述了具有被安装在与上述类似的配置中的温度传感器的导管，该申请以引用方式并入本文。上述布置提供了一系列六个传感器78，但其它布置，和其它数量的传感器对于本领域技术人员而言将显而易见，并且所有此类布置和数量均包括在本发明的范围内。

在本文的具体实施方式中，假设远端22限定一组xyz正交轴，其中远端的轴线92与该组中的z轴相对应。为简单起见并且以举例的方式，在本文中假设y轴在纸平面上，xy平面与由圆86所定义的平面相对应，并且xyz轴的原点是圆心。

通常，远端22包含其它功能组件，该功能组件在本公开的范围之外，并且因此为简单起见而被省略。例如，探头的远端可包含操控线以及其他类型的传感器，诸如位置传感器和力传感器。包含这些种类的组件的探头在例如美国专利8,437,832和美国专利公布2011/0130648中进行描述，它们以引用方式并入本文。

根据本发明的实施方案，图3为用于从热电偶78接收信号的自动增益电路100的示意性框图，图4为由该电路执行的动作的流程图。

通常，由于例如信号线中引起的噪声和沿信号线的温度变化，来自热电偶78的信号可能不准确和/或不稳定。即使发生了这些影响，电路100也选择信号的预定特征，并且提供反馈机制，该反馈机制确保准确地输出特征水平。由于特征之外的信号也与特征一样通过相同的电路来处理，因此来自电路的所有输出信号均相匹配。

信号的预定特征可以是信号的任何可测量特征，诸如信号的最大值、信号的平均值或信号的最小值。为简单起见，在以下关于图4的流程图和电路100的描述中，假设预定特征包括信号的最大值，并且本领域技术人员能够调整关于最大值之外的信号特征的具体实施方式，加以必要的修改。

电路100通常被结合到控制台48中的温度模块52，但在一些实施方案中，电路被结合到探头20的手柄21。在下文的具体实施方式中，以举例的方式，假设电路100的元件处于被结合到电路中的专用处理器130的总体控制下，并且还假设该处理器具有控制电路132，该控制电路可以以硬件和/或软件实施以操作电路，使得电路能够作为独立式单元操作。然而，应当理解，这些元件可由任何处理器诸如处理器46来控制并操作，并且本领域技术人员能够在无过度实验的情况下调整本文中的具体实施方式以适应这样一种情况。

虽然在以下描述中，为清楚起见，假设电路100从六个热电偶78接收输入，但应当理解，可实施本发明的实施方案以从多于或少于六个热电偶接收输入。

如初始步骤150中所示，多路复用器102从六个热电偶78并行接收信号作为六个基带模拟电位信号。该多路复用器还接收第七基带模拟电位信号，该电位信号为电路100的组件所生成的反馈信号。多路复用器102循环并轮流选择它的7个模拟输入中的每一个，并且将所选择的输入作为信号分组串行地输出到低通滤波器104。在本发明所公开的实施方案中，滤波器104具有10hz与50hz之间的截止频率。反馈信号来源于已经通过该电路的上一个信号分组，并且下面更详细地描述反馈信号的产生。

在滤波和放大步骤152中，将模拟信号分组在经过滤波器104后输入到放大器106，该放大器将其放大的信号输出到模数(a/d)转换器108。放大器106具有预设增益，所述预设增益被选择成使得放大器的输出处于a/d转换器108的动态范围内。放大器106通常具有大约100的增益。

在数字化步骤154中，a/d转换器108生成七个数字信号，它们与该a/d转换器从放大器106接收到的七个模拟信号相对应。这七个数字信号包含来源于热电偶78的六个数字信号，以及一个数字反馈信号。

在第一分析步骤156中，电路132分析来自热电偶的六个数字信号，并且找出哪一个信号具有最大值digitalmaxtc。处理器还记录数字反馈信号digitalfb的值。分析和记录操作在图3中由虚线框110示意性地示出。

在转换步骤158中，将来自a/d转换器108的数字信号(包括与热电偶信号相对应的六个数字信号)在数模(d/a)转换器112中转换回模拟信号，并将这些模拟信号输入到输出放大器114。放大器114具有可变增益，此可变增益可由电路132设定，并且通常被配置成使得从该放大器输出的信号幅度与输入到放大器106的信号幅度具有相似值。换句话讲，虽然放大器106通常被配置成使得它的输出信号大于它的输入信号，但放大器114的情况则相反，它的输出信号小于它的输入信号。

在反馈生成步骤160中，电路132从放大器114的与热电偶信号相对应的六个输出中选择与最大模拟信号相对应的模拟输出，所述最大模拟信号来源于输入到放大器的digitalmaxtc。所选择的模拟输出在本文中称为analogmaxtc，将该模拟输出作为输入到多路复用器的反馈信号反馈到多路复用器102。选择和反馈操作在图3中由虚线框116和反馈线118示意性地示出。将输入到多路复用器的反馈信号结合到由多路复用器选择的七个模拟信号的随后的分组中。

在执行步骤160时，控制电路在比较步骤162中比较如在步骤156中所确定的digitalmaxtc和digitalfb的值。如果这两个值不同，则在增益调整步骤164中，该电路改变输出放大器114的增益以减小值的差异。如果digitalmaxtc>digitalfb，则该电路减小增益；如果digitalmaxtc<digitalfb，则该电路增大增益。通常，步骤162和164反复地进行。增益调整在图3中由增益线120示意性地示出。

如果在比较步骤162中，digitalmaxtc和digitalfb的值相同，那么在最终步骤166中，使输出放大器的增益保持不变，并且该放大器输出它的六个模拟信号。

在一些实施方案中，电路100的处于多路复用器102之后的元件，包括滤波器104、放大器106、a/d108、d/a112和放大器114中的至少一些，可作为放大电路136来实现。应当理解，由于放大器106所执行的信号放大以及由放大器114所执行的信号“去放大”，放大电路136的总增益大约等于1。

图5为根据本发明的替代实施方案的用于从热电偶78接收信号的自动增益电路200的示意性框图。除了下文所述的不同之外，电路200的操作与电路100(图3)的操作大体上相似，并且在电路100和200中由相同参考数字指示的元件在结构上和操作上大体上相似。

与电路100相比，在电路200中，每个热电偶信号均被输入到滤波器和放大器，并且放大器的输出被输入到多路复用器102。因此，对于本文中假设的六个热电偶信号来说，存在六个滤波器，之后是六个放大器。此外，在将放大器的输出提供到多路复用器之前，将反馈信号(由块116和反馈线118示出)馈送通过滤波器和放大器。滤波器中的每一个与滤波器104大体相似，并且放大器中的每一个与放大器106大体相似。为简单起见，在电路200中，仅示出了滤波器204a(之后是放大器206a)以及滤波器204f(之后是放大器206f)，它们与六个热电偶输入中的两个相对应。同样如图所示，滤波器204g(之后是放大器206g)接收反馈信号，并且放大器输出被馈送到多路复用器102。

电路200大体上作为电路100操作，并且大体如以上相对于图4的流程图所述而操作。本领域的普通技术人员能够调整图4的流程图的描述，加以必要的变更，以考虑到两个电路之间的不同。

应当理解，上述实施方案以举例的方式引用，并且本发明并不限于上文具体示出与描述的内容。相反，本发明的范围包括上述各种特征的组合和亚组合两者以及其变化形式和修改形式，本领域的技术人员在阅读上述说明时将会想到所述变化形式和修改形式，并且所述变化形式和修改形式并未在现有技术中公开。