确定内置医疗仪器的位置与取向的系统和方法技术方案

一种用三组或更多组磁传感器探测与内置在患者体内的医疗仪器相连的磁体位置的设备。所述磁传感器的传感器元件按照已知的方式布置。每一个传感器元件感知所述磁体产生的磁场强度，提供指示磁体在三维空间中的方向的数据。该设备利用的是电学和磁学中有关磁场强度和磁场梯度测量值与磁偶极子的位置与强度之间的关系的基本方程。该设备利用迭代处理来测定所述磁体的真实位置和取向。对磁体的位置和取向进行初始估计，并由此生成预计磁场强度值。将预计的磁场强度值与由所述存储器测量的真实值相比较。基于所述预计值和测量值之间的差异，所述设备估计出磁体的新位置，并计算出新的磁场强度预计值。继续这个迭代处理过程，直到所述预计值在预定的容差范围内与所述测量值相互匹配。这时，所述估计位置就在预定的容差范围内与真实位置相吻合。用一个二维显示器来指示所述磁体相对于所述探测器的壳体的位置。所述显示器的一个深度指示区可以用来指示所述磁体在患者体内的相对深度或者绝对深度。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及一种用来探测内置医疗仪器在患者体中的位置的系统和方法，具体地，涉及一种探测仪器，由其检测与所述内置医疗仪器连在一起的磁体所产生的磁场强度。
技术介绍
对于临床医学中的许多情况，探测医疗管道在患者体内的位置是很重要的。例如，当通过患者的嘴或者鼻子设置进食管时，必须使进食管的端部进入患者的胃，而不能有卷曲而仍留在食道中。如果进食管的末端没有合适地放置到胃中，患者就有可能将喂食流体吸入肺中。除了进食管之外，还有许多其他医疗管道需要在患者体内精确定位，包括用来针对食道狭窄进行扩张的扩张管，用来测量怀疑患有食道运动紊乱症(esophageal motor disorders)的患者的胃和食道的压力波的管道，放置在患者的胃和食道中用来控制食道静脉曲张出血的森斯塔肯-布莱克莫尔管，放置在患者结肠中针对因气体造成的结肠膨胀进行减压的结肠去压管，放置在患者膀胱、输尿管或肾中的排尿管，插入心脏进行心肌间血管再造(transmyocardial revascularization)的激光管，以及插入患者心脏或肺动脉的血管内导管。目前，医疗管道在患者体内的位置通常是使用成像设备进行探测的，比如进行胸部或者腹部X射线透视。但是，这样的方法需要将患者移到X射线设备上，或者需要将X射线设备移到患者身边。这两种方式对于患者来说都不方便且花费太高，在患者反复地因为疏忽而拔掉医疗管道比如进食管从而需要反复地重插并进行X射线透视的情况下，这种方式就尤其令患者紧张。以前在探测医疗管道在患者体内的位置方面所作的努力只有有限的成功。例如，在授予Besz等人的美国专利第5 099 845号中，在一导液管中放置一个发射器，用调谐到发射器频率的外部接收器来探测导液管在患者体内的位置。但是，这种方法需要一个外部或者内部的电源来驱动发射器。外部电源有很大的风险，有可能导致电击甚至电死，并需要在将导液管向患者体内放置之前做好电路连接。如果是内部电源，比如电池，则必须较小，且仅能在有限的时间内向发射器供能。这就排除了对导液管位置进行长期探测的可能，而且，因为将电池置在患者体内，也会带来额外的风险，比如电池漏电或者绝缘击穿。另外，发射器是比较复杂的，需要有有源电子电路(在导液管内部或外部)，并且需要各种各样的导线和接头以实现其正常功能。最后，不同的身体组织和骨骼对发射器产生的信号的衰减作用各不相同。这种各不相同的衰减就需要基于导液管在患者体内的位置对发射器信号的强度和频率进行调节。在授予Grayzel的美国专利第4 809 713号中，公开了另一种探测医疗管道在患者体内的位置的方案。在该文件中，通过一个位于电动心脏整速导管(electrical cardiac-pacing catheter)末端的小磁体和一个位于(例如缝入)患者胸壁上的大磁体之间的吸引作用，将所述电动心脏整速导管固定到患者的心脏内壁上。一个标有刻度的(indexed)、以万向架固定的三维罗盘用来测定大磁体的最佳位置。罗盘的操作取决于所述小磁体和磁化的罗盘指针之间的使罗盘指向小磁体的磁力所产生的扭矩。但是，该罗盘同时也受到地球环境磁场的作用，有在该磁场中取向的趋向。因为这个原因，在大于几个厘米的距离上，所述小磁体和磁化的罗盘指针间的力就不足以使罗盘精确地指向所述小磁体。另外，尽管用罗盘来帮助大磁体的定位，但小磁体的定位，从而所述整速导管的定位，仍需要使用成像设备，比如X射线设备或者超声波设备。因为前述原因，在技术上，对于患者体内医疗管道位置的探测，就需要有能够避免现有技术所固有的问题的医疗管道、设备和方法。所述医疗管道、设备和方法应当使得能够在几厘米到几分米的距离上探测到医疗管道，不需要为医疗管道提供内部或外部电源，并且不需要用成像设备单独去核实医疗管道的定位。专利技术概述本专利技术体现在一种探测与内置医疗仪器相连的磁体的位置的系统和方法中。该系统包括一系列磁传感器，各磁传感器分别产生一组信号，所述信号是所述磁体产生的磁场强度以及从传感器到磁体的方向的函数。一处理器计算出所述磁体在三维空间中的预计位置，并计算出该磁体的磁场强度在该预计位置的预计值。所述处理器然后利用磁传感器生成的信号计算出所述磁体的磁场强度的真实值，并基于所述预计值和真实值的差异确定所述磁体在三维空间中的位置。该系统还可以包括一个神经网络，用来基于所述磁传感器产生的信号组生成磁体的估计位置。在一种实施例中，所述处理器迭代地计算所述预计位置和磁场预计值，并基于预计值和真实值之间的差异修正预计位置。上述迭代过程不断进行，直到所述预计值和真实值在预定的容差范围内相匹配。该系统还包括一个显示器，用来可视地显示磁体在三维空间中的位置数据。用上述迭代处理方法，系统必须首先进行一次初始估计。所述神经网络可以用来基于所述磁传感器生成的信号进行所述初始估计。在一种实施例中，所述显示器是一个二维显示器，用来指示磁体相对于探测仪器壳体的位置。在所述二维显示器上有一个深度指示区，用来指示磁体离探测仪器壳体的距离。显示器可以有一个可视指示器，可以帮助护理者将探测仪器壳体在磁体上方对中。在一种实施例中，所述显示器与探测仪器壳体是一体的，包括一个透明部分，以允许观察到探测仪器壳体下方的患者。或者，所述显示器可以是一个电连接到测量设备的外部显示器。使用外部显示器，磁体位置数据可以与患者内部构造的图像结合起来。所述内部构造的图像是用普通成像设备比如X射线镜荧光检查仪、X光机、MRI等生成的。所述磁传感器本身可以从下列磁传感器中选择霍尔效应传感器、感应式磁传感器、线束铁芯感应式磁传感器、超导量子干涉传感器(squid sensors)、磁阻传感器，以及核子旋转传感器(nuclear precessionsensors)。所述系统还可以包括一个设备位置检测系统，比如一条数字化臂，用来确定测量设备的位置。在该实施例中，设备可以很容易地由护理者移动，由所述设备位置检测系统提供设备的新位置。基于该位置检测系统提供的位置数据，即使在有磁体存在的情况下，校正处理器也可以对系统进行重新校正。在该实施例中，要通过计算由磁传感器在新位置测得的对实际磁场的贡献，将所述磁体产生的效应扣除。校正处理基于由所述磁传感器测得的实际磁场和磁体对实际磁场的贡献之间的差而求出地磁场在所述新位置的效应。所述位置检测系统也可以用来为使用者提供标记。在探测磁体位置之前，使用者可以用位置检测系统标出一个或多个标记位置。在随后的操作中，随着磁体插入患者体内，预定的标记连同磁体的位置数据一起显示在显示器上。这就使得使用者可以操纵导管，使之沿着由所述标记标出的路径插入患者体内。所述磁体具有一个磁偶极矩，其可以指示磁体的取向。所述传感器可以探测所述磁偶极矩并在所述显示器上可视地指示磁体的取向。在一种实施例中，每一传感器都包括第一、第二和第三传感元件，所述元件正交地设置，以在对应于正交设置的第一、第二和第三传感元件的三维方向上检测磁场强度。图面说明附图说明图1示出的是使用一种现有的探测设备对设置在人体内的医疗管道端部所固定的磁体的定位。图2示出了一种现有探测设备所使用的磁传感器x、y和z的取向。图3是本专利技术的探测器的俯视图，示出了磁传感器的一种可能的布置方案。图4示出的是，利用图3所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从患者身体表面的测量位置探测与一内置医疗仪器相连的磁体的位置的系统，该系统包括： 一个壳体； 由所述壳体支承的第一、第二和第三磁传感器，每个磁传感器包括在三个正交方向探测磁场强度的传感器元件，所述第一、第二和第三磁传感器分别生成第一、第二和第三组信号，这些信号是所述磁体产生的静磁场强度和方向的函数； 一个处理器，用来计算所述磁体在三维空间中的估计位置，并基于所述估计位置计算所述第一、第二和第三传感器的预计磁场强度，该处理器还利用所述第一、第二和第三组信号计算真实的磁场强度，并基于所述预计磁场强度和真空磁场强度之间的差异生成一个误差函数； 一个显示器，其利用所述误差函数提供与所述磁体在三维空间中的位置有关的数据的可视显示。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：戴维R亥诺，克里斯托弗P索默伊，罗伯特N格登，
申请(专利权)人：朗讯医疗系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]