磁定位系统中的磁场变形检测和校正技术方案

本公开的各方面涉及用于检测和校正用于医疗磁定位系统的磁场内的磁场变形的系统、装置和方法。

Detection and correction of magnetic field deformation in magnetic positioning system

Various aspects of the disclosure relate to systems, devices and methods for detecting and correcting magnetic field distortion in a magnetic field used in a medical magnetic positioning system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁定位系统中的磁场变形检测和校正相关申请的交叉引用本申请要求于2016年1月26日提交的美国临时申请no.62/287,383的权益，其通过引用包含于此，如同在本文中完全阐述一样。本申请要求于2016年5月3日提交的美国临时申请no.62/331,294的权益，其通过引用包含于此，如同在本文中完全阐述一样。本申请要求于2016年5月3日提交的美国临时申请no.62/331,338的权益，其通过引用包含于此，如同在本文中完全阐述一样。
本公开总地涉及医疗器械在人体内的磁定位。更具体地，本公开涉及检测用于这种磁定位系统的磁场内的磁场变形。
技术介绍
电生理(EP)导管已被用于越来越多的手术。仅举几例，例如，导管已被用于诊断、治疗、标测和消融手术。通常，导管被操纵通过患者的脉管系统至预期部位，例如患者心脏内的部位，并且携带一个或多个电极，其可用于诊断、标测、消融或其它治疗。导管的准确定位和临床医生对患者体内精确位置的了解被期望用于改善手术成功率。为了将导管定位在体内的期望部位，必须使用一些类型的定位。为了确定导管相对于患者解剖结构的相对位置，已经开发了磁定位系统，其提供导管在众所周知和受控的磁场内的位置。外部生成的磁场包括由位于磁场内的导管(例如，通过诸如线圈的元件)感测的精确的磁梯度(场线)。由传感器中的磁场感应的电流使用算法过程进行分析并且用于确定导管在患者体内的位置。根据需要，一旦导管被定位在患者体内，临床医生可操作导管例如以消融组织，从而中断潜在的致病性心律。然而，磁定位系统易受由例如外来的含铁或金属物体侵入磁场引起的磁场内的磁变形所引起的误差的影响。引入这种变形可能会导致系统在患者体内呈现不准确的导管位置。这种不准确的导管位置数据可限制医疗手术的功效。前面的讨论仅旨在作为本领域的示例性说明，并不旨在限制权利要求的范围。
技术实现思路
本公开的各种实施例识别和校正与金属物体在用于医疗设备的定位的磁场中的侵入相关联的磁场变形。本公开的各种实施例涉及用于检测用于定位患者体内的导管的磁场中的磁变形的系统。在一个示例性实施例中，该系统包括一个或多个金属变形夹具和处理器电路。金属变形夹具包括相对于彼此以固定的距离和方向定位的多于一个传感器线圈。传感器线圈中的每一个感测与传感器的方向对准的磁场并输出指示所感测的磁场的电信号。处理器电路可通信地耦合到金属变形夹具，并且接收来自传感器线圈中的每一个传感器线圈的电信号，计算接收信号中的每一个接收信号的时间相关的磁场幅度值，以及检测磁变形。在另外更具体的实施例中，通过比较两个幅度值并且确定幅度值随时间推移的变化，处理器电路计算在第一时间的第一幅度值与在晚于第一时间的第二时间的第二幅度值之间的磁场中的磁偏移。然后将计算出的偏移与指示将会妨碍患者体内的导管定位的功效的变形的阈值偏移量进行比较。本公开的各种实施例涉及用于检测指示用于导管在患者体内的定位的磁场中的磁变形的电信号的装置。在一个示例性实施例中，该装置包括第一传感器线圈，与第一传感器线圈正交地定向并且相对于第一传感器线圈固定地定位的第二传感器线圈，以及与第一和第二传感器线圈正交地定向并且相对于第一和第二传感器线圈固定地定位的第三传感器线圈。第一、第二和第三传感器线圈接收指示与接收传感器线圈基本上同轴的磁场强度和磁场方向的能量。在另外更具体的实施例中，线圈中的每一个将来自磁场的能量转换为电信号，并且传感器线圈的电信号输出随时间推移的变化可以指示与含铁物体引入磁场相关联的磁场中的变化。本公开的各种实施例涉及用于检测磁场中的磁变形以用于导管在患者体内的定位的方法。在一个示例性实施例中，该方法包括：从金属变形传感器接收指示由金属变形传感器内的传感器线圈中的每一个在第一时间感测的磁场的第一组一个或多个信号。基于第一组信号，确定指示第一时间的磁场的组合信号的第一幅度值。在一段时间之后，从金属变形传感器接收第二组一个或多个信号，该第二组一个或多个信号指示在第二时间由传感器线圈中的每一个感测的磁场，并且确定指示另一磁场在第二时间的组合信号的第二幅度值。基于第一和第二幅度值，确定磁偏移并与指示磁场中的磁变形的阈值偏移量进行比较，该阈值偏移量导致导管在患者内的感知位置与在给定的时间患者体内的实际位置之间的实质性变化。考虑到详细描述和附图，本公开的另外的特征、优点和实施例可以被阐明或显而易见。此外，应该理解的是，前面的简要概述和下面的详细描述、附图和附件是示例性的，并且旨在提供进一步的解释而不限制所要求保护的本公开的范围。附图说明被包括以提供对本公开的进一步理解的附图被合并在本说明书中并构成本说明书的一部分，示出本公开的实施例并且与详细描述一起用于解释本公开的原理。图1是与本公开的各个方面一致的磁定位系统的示意图。图2A是与本公开的各个方面一致的包括被配置用于定位在磁定位系统和导引器中的导管的导管组件的局部等距视图。图2B是与本公开的各个方面一致的图2A的导管的远侧尖端组件的放大的局部侧视图。图3A是与本公开的各个方面一致的磁检测传感器的顶视图，其中传感器壳体的部分被拆掉以显露出内部特征。图3B是与本公开的各个方面一致的图3A的磁检测传感器的等距视图。图3C是与本公开的各个方面一致的从例如图3A和图3B的磁检测传感器拆出的传感器线圈阵列配置的实施例的放大顶视图。图4是与本公开的各个方面一致的医疗手术期间磁检测传感器在患者身上的示例性放置的侧视图。图5是与本公开的各个方面一致的患者模拟物上的磁变形检测胸部夹具的等距视图。图6是与本公开的各个方面一致的包括基于磁性的定位系统的各种手术室套件配置和用于每个配置的示例定位结果的图。图7是与本公开的各个方面一致的患者模拟物上的磁变形检测胸部夹具的等距视图。虽然本文讨论的各种实施例可适合进行修改和替代形式，但其方面已经通过示例在附图中示出并且将进一步详细描述。然而，应该理解的是，本专利技术的意图不是将本公开限制于所描述的特定实施例。相反，意图是覆盖落入包括权利要求中限定的方面的本公开的范围内的所有修改、等同和替代。具体实施方式心脏定位系统能够在心腔的重叠模型或图像内显示传统电生理导管的三维(3D)位置。这些定位系统还可以显示心脏电活动作为波形轨迹并且作为心腔模型上的动态3D等势图。这些三维模型的轮廓表面基于患者自身心腔的解剖结构。这些定位系统可以使用基于阻抗和/或基于磁性的定位技术来呈现导管位置和模型创建。当使用磁定位时，从局部源生成的磁场固有地易受由金属或含铁物体侵入所生成的磁场或放置在所生成的磁场附近引起的变形。这种变形可导致所计算或确定的医疗设备位置以及相关的解剖模型和其它表示中的不准确性。嵌入在心内导管内的磁传感器用于确定导管相对于一个或多个已知参考位置的位置和方向。该磁位置和方向信息可用于导航导管，并且也可用于优化基于阻抗的导管定位。当在磁空间中导航导管时，尽管在导管的物理位置中没有实际变化(或最小的实际变化)，但在下面的磁场被改变/变形时，导管的显示或以其它方式报告的位置可显著偏移(例如，在显示导管位置的表示的屏幕上视觉偏移)。可以理解的是，该偏移可导致使用报告的导管位置创建的模型的不准确性。来自导管的磁位置和方向数据也可以与基于阻抗的定位技术结合使用，并用于优化/缩放非线性阻抗场。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测磁场中的磁变形以用于导管在患者体内的定位的系统，所述系统包括：一个或多个金属变形夹具，所述夹具中的每一个包括多于一个传感器线圈，所述传感器线圈以相对于彼此固定的距离和方向定位，所述传感器线圈中的每一个被配置和布置为感测与所述传感器线圈的方向对准的磁场，以及输出指示所感测的磁场的电信号；处理器电路，其通信地耦合到所述金属变形夹具，并且被配置和布置为接收来自所述传感器线圈中的每一个传感器线圈的电信号，计算所接收信号中的每一个接收信号的时间相关的磁场幅度值，以及检测磁变形。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.26 US 62/287383;2016.05.03 US 62/331294;201.一种用于检测磁场中的磁变形以用于导管在患者体内的定位的系统，所述系统包括：一个或多个金属变形夹具，所述夹具中的每一个包括多于一个传感器线圈，所述传感器线圈以相对于彼此固定的距离和方向定位，所述传感器线圈中的每一个被配置和布置为感测与所述传感器线圈的方向对准的磁场，以及输出指示所感测的磁场的电信号；处理器电路，其通信地耦合到所述金属变形夹具，并且被配置和布置为接收来自所述传感器线圈中的每一个传感器线圈的电信号，计算所接收信号中的每一个接收信号的时间相关的磁场幅度值，以及检测磁变形。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器电路进一步被配置和布置为通过比较两个幅度值并且确定幅度值随时间推移的变化，来计算在第一时间的第一幅度值与在晚于所述第一时间的第二时间的第二幅度值之间的所述磁场中的磁偏移，确定所述第一幅度值和所述第二幅度值之间的所述磁偏移是否大于指示将会妨碍所述患者体内的所述导管定位的功效的变形的阈值偏移量。3.根据权利要求2所述的系统，其中响应于所述磁偏移超过所述阈值偏移量，所述处理器电路被配置和布置为忽略在以上阈值偏移条件期间计算的导管位置坐标。4.根据权利要求2所述的系统，其中响应于所述磁偏移超过所述阈值偏移量，所述处理器电路向临床医生输出所述磁变形的感官指示。5.根据权利要求2所述的系统，其中所述金属变形夹具的位置固定在所述磁场内，并且所述磁偏移大于阈值偏移量，所述磁偏移指示所述磁场内的含铁物体。6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括被配置和布置为位于所述患者胸腔前面的另一金属变形夹具，并且其中所述金属变形夹具被配置和布置为位于所述患者胸腔后面。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述金属变形夹具进一步被配置和布置为响应于指示所述磁场内的含铁物体的所述磁场的偏移而改变到所述处理器电路的输出。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述幅度值与所述金属变形夹具方向无关，并且指示所述导管在所述患者体内的所计算位置的误差。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述多于一个传感器线圈包括三个正交地定向的传感器线圈，并且所述幅度值指示所述三个线圈传感器之间的感知矢量距离。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述多于一个传感器线圈包括三个传感器线圈，并且所述传感器线圈的幅度值由以下方程确定：MDS1＝AB+BC+CA其中MDS1是所述幅度值，AB是所述第一传感器线圈和所述第二传感器线圈之间的矢量距离，BC是所述第二传感器线圈和所述第三传感器线圈之间的矢量距离，以及CA是所述第一传感器线圈和所述第三传感器线圈之间的矢量距离。11.根据权利要求2所述的系统，其中随时间推移的所述磁偏移由以下方程确定：其中x1、y1、z1是第一时间帧内所述传感器线圈的位置和方向数据，以及x2、y2、z2是第二时间帧内所述传感器线圈的位置和方向数据，并且所述磁偏移与由于所述磁偏移而导致的所述患者体内的磁导管位置的所感知变化直接相关。12.根据权利要求1所述的系统，其中使用从所述第一、第二和第三线圈接收的指示所述磁变形传感器的五个自由度的数据来计算所述传感器线圈的幅度值。13.根据权利要求1所述的系统，其中所述多于一个传感器线圈包括三个传感器线圈，并且所述传感器线圈的幅度值由以下方程确定：以及使用下式计算指数k1、k2、k3、k4、k5、k6：f2[Ddp，Dref]＝{<ADdp，BDdp>-<ADref，BDref>，<ADdp，CDdp>-<ADref，CDref>，<BDdp，CDdp>-<BDref，CDref>}g1[x，y，z]＝(x2+y2+z2)1/2g2[x，y，z]＝Abs[xy+xz+yz]g3[x，y，z]＝Abs[xyz]g4[x，m，n]＝(1+(Abs[x])1/m)-nA1＝f1[Tdp，Tref]，A2＝f2[Tdp，Tref]，b12＝g2[A1]，b13＝g3[A1]，b22＝g2[A2]k1＝g4[b13，2，2]，k2＝g4[b22，2，2]，k3＝g4[b12，2，2]，k4＝g1[A2]，k5＝f3[Ddp，Dref，2，2]，k6＝f3[Ddp，Dref，4，4]MDS2＝Abs[w1*k1+w2*k2+w3*k3+w4*k4+w5*k5+w6*k6]其中P&O_ref是第一时间测量的数据，P&O_dp是第二时间测...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·奥伦，A·伊兹米尔里，A·菲施巴赫，C·伯德，E·贝茨勒，S·迈耶森，G·赫维，A·赫尔思科维奇，R·施罗莫维茨，S·李维，N·本多，
申请(专利权)人：圣犹达医疗用品国际控股有限公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡,LU