磁定位系统中的磁场畸变检测和校正技术方案

本公开的各种实施方式识别和校正磁场中的磁场畸变以用于医疗设备在患者内的定位。这种磁场畸变，其通常与金属物体侵入磁场内相关联，可能导致不可接受的定位误差水平，本公开的各方面将对其校正。

Detection and correction of magnetic field distortion in magnetic positioning system

Various embodiments of the present disclosure identify and correct magnetic field distortion in a magnetic field for positioning medical devices in patients. Such magnetic field distortion, which is usually associated with the intrusion of metal objects into the magnetic field, may lead to an unacceptable level of positioning error, which will be corrected in various aspects of the present disclosure.

【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畸变检测和校正相关申请的交叉引用本申请要求于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。
本公开总体上涉及医疗器械在患者内的磁定位。更具体地，本公开涉及检测并校正用于磁定位的磁场内的磁场畸变。
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期望部位，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。导管的精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疗效。为了将导管定位在体内的期望部位，必须使用一些类型的导航，诸如使用合并在导管内的(和/或导引器鞘内)的机械转向特征。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，其提供导管在人工创建的磁场内的位置。外部生成的磁场包括在场内每个位置处特有的精确磁梯度(场线)。导管在位于磁场内时感测其所在位置处的特有磁场(例如，通过诸如线圈的元件)。由导管检测到的磁场然后使用算法处理以确定导管在磁场内并进而在患者体内的位置。一旦导管如所期望地被定位在患者体内，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畸变所引起的误差的影响。引入这种畸变可能会导致系统呈现导管在患者体内的不准确的位置。这种不准确的导管位置数据可限制医疗手术的疗效。前面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
本公开的各种实施方式识别和校正磁场内的磁场畸变以用于医疗设备在患者内的定位。磁场畸变，其通常与金属物体侵入磁场内相关联，可能导致在患者内定位医疗设备时不可接受的误差水平。特别地，本公开涉及用于这种磁畸变的检测和校正的各种系统、装置、和计算机程序，其允许医疗设备在患者内的精确定位而不管磁场内的磁畸变。在本公开的一个实施方式中，公开了一种用于检测和校正磁场中的磁畸变以用于定位位于磁场内的患者内的医疗设备的系统。该系统包括磁场发射器，其具有系统内已知位置和方向处的一个或多个发射器线圈。每个发射器线圈发射相对于磁场发射器内其他发射线圈来说特有的磁场。该系统还包括一个或多个医疗设备传感器线圈，其感测它附近的磁场，并输出指示医疗设备处所感测磁场的第一电信号。磁畸变传感器的阵列定位在系统内的已知位置和方向处。每个磁畸变传感器感测它附近的磁场，并输出指示磁畸变传感器处所感测磁场的第二电信号。处理器电路，其通信地耦合至磁畸变传感器和医疗设备传感器线圈中的每一个，接收第一和第二电信号，并基于第一和第二电信号以及磁畸变传感器的已知位置和方向来确定医疗设备在系统内的磁畸变校正位置。在其他更具体的实施方式中，处理器电路通过基于每个磁畸变传感器处所感测磁场确定阵列中每个磁畸变传感器的感知位置来确定医疗设备的磁畸变校正位置。然后确定每个磁畸变传感器的感知位置和已知位置之间的定位误差。基于定位误差的确定，计算针对每个磁畸变传感器将感知位置转换为已知位置的变换。通过使用所计算的变换，确定了医疗设备在系统内的校正位置，这补偿了医疗设备附近的磁畸变。在另一实施方式中，公开了一种用于检测磁场内的磁畸变的传感器阵列装置。传感器阵列装置包括多个传感器线圈，每个传感器线圈采集指示传感器线圈处磁场强度和方向的能量。非铁框架耦合至多个传感器线圈中的每一个，并且将传感器线圈中的每一个关于彼此和磁场发射器定位和定向。处理电路，其电气地耦合至多个传感器线圈，从每个传感器线圈接收信号并调节和处理所接收的信号。例如，调节和处理可包括下述中的一个或多个：前置放大、模数转换、噪声滤波、和信号隔离。所处理的信号可指示由于含铁物体侵入磁场中引起的磁场内磁畸变的存在。在又一实施方式中，公开了一种用于校正磁场中的磁畸变以用于医疗设备在患者内的定位的计算机程序。计算机程序包括基于传感器线圈处指示传感器线圈附近的磁场的所接收信号来计算传感器阵列中多个传感器线圈中的每一个的感知位置的步骤。基于传感器线圈的已知位置和传感器线圈的感知位置之间的偏差，确定针对多个传感器线圈中的每一个的位置误差。位置误差指示传感器线圈处磁场的磁畸变。基于每个传感器线圈的已知和感知位置之间的偏差，计算针对多个传感器线圈中的每一个将感知位置转换为已知位置的变换。基于医疗设备处指示医疗设备附近的磁场的所接收信号，计算医疗设备的感知位置。通过将医疗设备的感知位置输入到所计算的变换中来确定医疗设备的实际位置。上面论述/
技术实现思路
并非旨在描述本公开的每个实施方式或每个实现方式。下面的附图和详细描述同样示例各个实施方式。附图说明考虑下面结合附图的详细描述可以更完全地理解各个示例实施方式。图1A是与本公开的各个方面一致的磁畸变检测和校正系统的等距视图。图1B是与本公开的各个方面一致的图1A的磁畸变检测和校正系统的侧视图，其具有用于荧光透视成像和磁场发射的C形臂。图2是与本公开的各个方面一致的磁畸变检测和校正系统的示意图。图3是示出与本公开的各个方面一致的确定已知端点之间的磁畸变(变形)的影响的各种方法的结果的曲线图。图4是与本公开的各个方面一致的磁畸变检测和校正系统的等距视图。图5是与本公开的各个方面一致的磁畸变检测和校正系统的等距视图。图6是与本公开的各个方面一致的各种手术室套件配置的图，其包括医疗设备定位系统和针对每种配置的示例性定位结果。图7A是与本公开的各个方面一致的磁畸变检测和校正系统的等距视图。图7B是与本公开的各个方面一致的图7A的磁畸变检测和校正系统的侧视图，其具有用于荧光透视成像和磁场发射的C形臂。图8A是与本公开的各个方面一致的磁畸变检测和校正系统的等距视图。图8B是图8A的磁畸变检测和校正系统的扩展等距视图。图9是与本公开的各个方面一致的磁畸变检测和校正系统的等距视图。图10A是与本公开的各个方面一致的磁畸变检测和校正系统的等距视图。图10B是图10A的磁畸变检测和校正系统的扩展等距视图。图11是与本公开的各个方面一致的磁畸变检测和校正系统的等距视图。虽然本文讨论的各种实施方式可适合进行修改和可替代形式，但其各方面已经通过示例在附图中示出并且将详细描述。然而，应该理解的是，本专利技术的意图不是将范围限制于所描述的特定实施方式。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。另外，贯穿该申请所使用的术语“示例”仅是以示意方式，而不是限制方式。具体实施方式本公开的各种实施方式识别和校正磁场中的磁场畸变以用于医疗设备在患者内的定位。这种磁场畸变，其通常与金属物体侵入磁场内相关联，可能导致医疗设备在患者内的定位的不可接受的误差水平。本公开的各个实施方式的细节在下文中将特别参照附图进行描述。心脏标测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。这些标测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等电位标测图。这些三维模型的轮廓表面基于患者自身心腔的解剖结构。这些标测系统可使用基于磁性的定位技术来呈现导管位置和辅助模型创建。当使用磁定位时，从定位源生成的磁场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测和校正磁场中的磁畸变以定位位于该磁场内的医疗设备的系统，所述系统包括：磁场发射器，其包括处于系统内已知位置和方向处的一个或多个发射器线圈，每个发射器线圈被配置和布置以发射磁场；一个或多个传感器线圈，每个传感器线圈被配置和布置以感测所述磁场，并输出指示所述医疗设备处所感测磁场的第一电信号；磁畸变传感器阵列，其定位在所述系统内的已知位置和方向处，所述阵列中的每个磁畸变传感器被配置和布置以感测所述磁场，并输出指示所述磁畸变传感器处所感测磁场的第二电信号；以及处理器电路，其通信地耦合至所述磁畸变传感器和所述传感器线圈中的每一个，并被配置和布置以接收所述第一和第二电信号，并基于所述第一和第二电信号以及所述磁畸变传感器的已知位置和方向来确定所述医疗设备在所述系统内的磁畸变校正位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.03 US 62/3313381.一种用于检测和校正磁场中的磁畸变以定位位于该磁场内的医疗设备的系统，所述系统包括：磁场发射器，其包括处于系统内已知位置和方向处的一个或多个发射器线圈，每个发射器线圈被配置和布置以发射磁场；一个或多个传感器线圈，每个传感器线圈被配置和布置以感测所述磁场，并输出指示所述医疗设备处所感测磁场的第一电信号；磁畸变传感器阵列，其定位在所述系统内的已知位置和方向处，所述阵列中的每个磁畸变传感器被配置和布置以感测所述磁场，并输出指示所述磁畸变传感器处所感测磁场的第二电信号；以及处理器电路，其通信地耦合至所述磁畸变传感器和所述传感器线圈中的每一个，并被配置和布置以接收所述第一和第二电信号，并基于所述第一和第二电信号以及所述磁畸变传感器的已知位置和方向来确定所述医疗设备在所述系统内的磁畸变校正位置。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器电路还被配置和布置以通过以下来确定所述医疗设备的磁畸变校正位置：基于每个磁畸变传感器处所感测磁场确定阵列中每个磁畸变传感器的感知位置；确定每个磁畸变传感器的感知位置和已知位置之间的定位误差；基于定位误差确定来计算变换，所述变换针对每个磁畸变传感器将所述感知位置转换为所述已知位置；以及使用所计算的变换来确定所述医疗设备在所述系统中补偿了所述磁畸变的校正位置。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述处理器电路还被配置和布置为：对所述磁畸变传感器的感知位置进行分组并确定针对所述分组的变形梯度；基于针对所述组的定位误差和确定的变形梯度，计算具有样条平滑的增强变换；以及使用所述增强变换来确定所述医疗设备在所述系统中具有改进插值精度的校正位置。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述增强变换至少部分地基于针对所述分组的所确定变形梯度来补偿所述分组的已知位置之间的非线性变形。5.根据权利要求2所述的系统，其中使用下述算法中的一个来计算所述变换：薄板样条、均值坐标、以及径向基函数网络。6.根据权利要求2所述的系统，其中响应于超出阈值量的定位误差，所述处理器电路被配置和布置以丢弃上述阈值定位误差条件期间计算的感知医疗设备位置。7.根据权利要求2所述的系统，其中响应于超出阈值量的定位误差，所述处理器电路对临床医生输出所述磁畸变的感知指示。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述磁畸变传感器的阵列以下述配置中的一种布置：圆弧、椎体、以及立方体。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述磁畸变传感器的阵列基本环绕所述患者的胸腔定位。10.根据权利要求2所述的系统，其中针对所述阵列中每个磁畸变传感器的感知位置和已知位置之间的定位误差指示所述医疗设备在所述系统内的感知位置的误差。11.根据权利要求1所述的系统，其中第一磁畸变传感器的已知位置是所述第一磁畸变传感器在时间T0时的感知位置，以及确定所述第一磁畸变传感器在T0时的已知位置和所述第一磁畸变传感器在不同于所述时间T0的时间T1时的感知位置之间的定位误差。12.根据权利要求1所述的系统，其中所述磁场发射器...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·S·奥尔森，A·伊兹米尔里，G·赫维，
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