專利名稱：皮膚阻抗的檢測的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及檢測位于活體內(nèi)的對象的位置。本發(fā)明尤其涉及對在使用阻抗測量在活體中對探頭進行位置檢測期間所產(chǎn)生的假像的檢測和補償。
背景技術：
許多醫(yī)療手術包括在體內(nèi)布置諸如傳感器、管子、導管、給藥設備和移植物的對象。通常使用實時成像方法幫助醫(yī)生在這些手術期間觀看對象和其周圍環(huán)境。然而在多數(shù)情況中，實時三維成像不可能實現(xiàn)或不令人滿意。作為替換，通常利用用于獲得感興趣對象的實時空間坐標的系統(tǒng)。
在現(xiàn)有技術中已經(jīng)研發(fā)或預見了許多這樣的位置檢測系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包括將傳感器以換能器或天線形式貼附于體內(nèi)對象，該傳感器可以檢測體外產(chǎn)生的磁場、電場或超聲場。例如，授予Witttkampf的US專利No.5,697,377和No.5,983,126描述了一種系統(tǒng)，其中穿過患者施加三個基本垂直的交替信號的導管裝備有至少一個測量電極，在導管尖端和參考電極之間檢測電壓。電壓信號具有對應三個垂直施加的電流信號的成分，通過該成分進行計算以確定導管尖端在體內(nèi)的三維定位。這兩篇文獻的公開內(nèi)容在此引用作為參考。
授予Pfeiffer的US專利No.5,899,860；授予Panescu的US專利No.6,095,150；授予Swanson的US專利No.6,456,864；和授予Nardella的US專利No.6,050,267和No.5,944,022公開了用于檢測電極之間電壓差的同樣的方法，這些專利的公開內(nèi)容在此引用作為參考。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供了有效的用于接近實時地確定位于活體內(nèi)的探頭位置的設備和方法。在這些實施例中，在一個或多個在探頭上的電極和位于體表上的電極之間驅(qū)動電流。在這種方式中，測量探頭和每個體表電極之間的阻抗，并基于阻抗測量值確定探頭的三維位置坐標。使用新電極設計并驅(qū)動電流執(zhí)行對體表及其與電極的接觸面的局部阻抗變化的補償。這種阻抗變化可以由于例如電極脫落而突然發(fā)生，或由于皮膚濕度或皮膚溫度的變化逐漸發(fā)生。所述補償提高了尤其是諸如繪制心臟或執(zhí)行切除以治療心律不齊的醫(yī)療過程的準確性。
本發(fā)明提供了一種在活體中進行位置檢測的方法，該方法通過在多個表面位置的至少一個上定位第一電極和第二電極來實現(xiàn)，其中第二電極與第一電極電絕緣，通過將第一電流從第一電極經(jīng)由在一個表面位置的身體的表面流到第二電極來確定局部第一阻抗，將包括至少一個探頭電極的探頭插入所述身體，在探頭電極和第一電極與第二電極的至少一個之間使多個第二電流流經(jīng)在所述表面位置的每一個的身體的表面，以及確定對所述第二電流的第二阻抗。該方法還實現(xiàn)響應于第二阻抗通過補償?shù)谝蛔杩箒泶_定第二電流的體內(nèi)阻抗，以及響應于體內(nèi)阻抗確定探頭的位置坐標。
在該方法的一個方面中，定位包括將含有第一電極和第二電極的導電表面墊粘貼到一個表面位置。
在該方法的另一方面中，通過確定由在所述一個表面位置的所述墊和所述表面導致的所述第二阻抗之一的成分并從所述一個第二阻抗中減去所述成分來實現(xiàn)所述補償。
根據(jù)該方法的有一方面，第一電流和第二電流是交流電。
根據(jù)該方法的還一方面，確定第一阻抗包括將所述第一電極與所述第二電極布置在串聯(lián)電路中，確定所述第二阻抗包括將所述第一電極與所述第二電極布置在并聯(lián)電路中。
該方法的又一方面包括使在預定時間間隔確定局部第一阻抗重復進行。
根據(jù)該方法的另一方面，插入探頭包括使用探頭在身體上執(zhí)行醫(yī)學治療。
根據(jù)該方法的一個方面，探頭包括導管，執(zhí)行醫(yī)學治療包括繪制身體的心臟。
本發(fā)明提供一種用于位置檢測的設備，包括具有至少一個探頭電極的探頭，該探頭適合插入活體患者的身體。多個導電體表小片在各自表面位置被固定到體表。體表小片的每個均包括第一電極和第二電極，第二電極與第一電極電絕緣。該設備包括用于在校準操作模式中，將第一電極和第二電極布置在串聯(lián)電路中，并且用于在檢測操作模式中，將第一電極和第二電極布置在并聯(lián)電路中的電路，以及控制器，其用于控制所述電路，并且該控制器適合被連接到探頭和體表小片以使第一電信號在校準操作模式中通過其第一電極和第二電極，并將各自的第二電信號通過在探頭電極和體表小片之間的身體。該控制器可在校準操作模式中運轉(zhuǎn)以確定體表和其與體表小片的每一個的接觸面的局部電阻抗，并通過測量第二電信號的各自的阻抗特性在檢測操作模式中確定探頭的位置坐標。第二電信號的阻抗特性由控制器根據(jù)局部電阻抗的各自的實例來調(diào)節(jié)。
根據(jù)該設備的另一方面，控制器適合在每個表面位置和探頭電極之間保持恒定電壓，并適合通過測量在恒定電壓下的電流來測量各自的阻抗特性。
根據(jù)該設備的又一方面，控制器適合在每個表面位置和探頭電極之間保持恒定電流，并適合通過測量在恒定電流下的電壓來測量各自的阻抗特性。
根據(jù)該設備的還一方面，探頭適合在患者上執(zhí)行醫(yī)學治療。
根據(jù)該設備的又一方面，體表小片包括接觸體表的粘性層。
在該設備的另一方面中，控制器響應于由間隔時間定時器測量的時間間隔來交替校準操作模式和檢測操作模式。


為更好的理解本發(fā)明，結(jié)合下面的附圖，閱讀本發(fā)明的示例性的具體描述，其中相同的元件用相同附圖標記指示，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的公開實施例被構(gòu)造和運轉(zhuǎn)的位置檢測系統(tǒng)的示例；圖2是根據(jù)本發(fā)明的公開實施例被構(gòu)造和運轉(zhuǎn)的在圖1所示的系統(tǒng)中使用的導管的示意圖；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的公開實施例，圖1所示的系統(tǒng)的電路和控制的框圖；圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的公開實施例的導電體表小片和有關在檢測操作模式中構(gòu)造的電路的示意圖；
圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的公開實施例的導電體表小片和以校準操作模式構(gòu)造的圖4的電路的示意圖；圖6是示例根據(jù)本發(fā)明的公開實施例檢測活體患者的體表阻抗的方法的流程圖。
具體實施例方式
在下面的描述中，闡述了許多具體的細節(jié)以便使讀者完全理解本發(fā)明。然而，本領域普通技術人員應當清楚，本發(fā)明可以脫離這些具體細節(jié)實現(xiàn)。在其它的例子中，為了不會使本發(fā)明不必要地難以理解，沒有具體顯示用于傳統(tǒng)算法和處理的公知的電路、控制邏輯和計算機程序指令細節(jié)。
系統(tǒng)概述現(xiàn)在請看附圖，最初參考附圖1，其是根據(jù)本發(fā)明公開的實施例構(gòu)造和運轉(zhuǎn)的位置檢測系統(tǒng)20的示意圖。系統(tǒng)20用于確定諸如導管22的探頭的位置，該探頭被插入諸如患者26的心臟24的腔室的內(nèi)部體腔中。典型地，導管用于診斷或治療醫(yī)療過程，例如繪制心臟中的電勢或執(zhí)行心臟組織的切除。導管或其它體內(nèi)設備可以為其它目的獨立地或與其它醫(yī)療設備結(jié)合來替換使用。
導管22的遠端包括一個或多個如下所述的電極。這些電極由穿過導管22的插管的電線連接以驅(qū)動如下所述的控制單元28中的電路?？刂茊卧纱┻^電纜30的電線連接到體表電極，該體表電極典型結(jié)合到粘性導電體表小片32、34、36中。小片32、34、36可以位于探頭附近的體表上的任何常規(guī)位置。例如，對于心臟應用，小片32、34、36典型位于患者26的胸部周圍。
典型地，小片32、34、36位于體外表面上，但是在一些應用中，它們中的一些或全部可以位于內(nèi)表面上。關于小片相對彼此或身體坐標的方向沒有特殊要求，盡管如果小片被隔開而不是聚集在一個位置可以實現(xiàn)更高的精確度。不需要將小片沿著固定的軸布置。因此，小片的布置可以被確定以使對正進行的醫(yī)療過程的妨礙盡可能小?？刂茊卧?8基于在導管22和小片32、34、36之間測量的被調(diào)整的阻抗確定導管22在心臟24內(nèi)的位置坐標。調(diào)整的細節(jié)在下面給出。導管22可用于產(chǎn)生心臟的映像42，例如電映像，其中導管上的電極可選地用于位置檢測和測量在心臟組織中產(chǎn)生的電勢。可以將導管的位置疊加在該映像或心臟的另一圖像上。
現(xiàn)在參考圖2，其是根據(jù)本發(fā)明公開的實施例被構(gòu)造和運轉(zhuǎn)的導管22(圖1)的具體示意圖。該圖顯示了在設置在導管22和小片32、34、36上的電極44、46、48之間的相互作用。電極44、46、48可以具有任何合適的形狀和尺寸，并且也可用于其它目的，例如用于電生理檢測和切除。在所示的實施例中，電極44、46、48中的每個與所有小片32、34、36(圖1)連通。控制單元28(圖1)在每個導管電極和所有體表電極之間驅(qū)動電流，并使用電流測量導管電極和小片32、34、36之間的阻抗?；谒鶞y量的阻抗，控制單元28確定導管相對體表電極的位置。可選地，可使用更多或更少的電極。例如，控制單元28可被設定為在一個導管電極和多個體表電極之間多路傳輸電流。在另一例子中，可使用三個以上體表電極以提高準確性。
現(xiàn)在參考圖3，其是顯示根據(jù)本發(fā)明的公開實施例的系統(tǒng)20(圖1)的元件的框圖。如上所述，控制單元28包括用于驅(qū)動電流和測量阻抗的電路。三個電路50、52、54中的每個驅(qū)動一電流通過由導管電極和小片32、34、36的體表組成的閉合環(huán)路。更具體地說，電路50驅(qū)動一電流通過位于電極44和小片32、34、36之間的體組織58；電路52驅(qū)動一電流通過位于電極46和小片32、34、36之間的體組織60；電路54驅(qū)動一電流通過位于電極48和小片32、34、36之間的體組織62。可以通過將電路50、52、54設置成在不同頻率工作來區(qū)分由驅(qū)動電路產(chǎn)生的每個電流。
每個電路50、52、54測量在其各自穿過身體組織58、60、62的環(huán)路中的電阻抗。這些阻抗讀數(shù)被送到控制器或處理單元56，該控制器或處理單元用該讀數(shù)計算導管相對體表電極的位置坐標。如上所述，基于這些位置坐標，處理單元56隨后產(chǎn)生在顯示器40上顯示的實時信息。
在本發(fā)明的一個實施例中，電路50、52、54產(chǎn)生恒定電壓信號。電路50、52、54測量流過各自環(huán)路的電流以確定阻抗，該阻抗然后被用于計算位置坐標。
在本發(fā)明的第二實施例中，電路50、52、54產(chǎn)生恒定電流信號。因此能夠由處理單元56測量在電流驅(qū)動器上的電壓的測量值以確定阻抗，該阻抗用于計算位置坐標。
在上述兩個實施例的任何一個中，所測量的阻抗與電極和小片之間的距離成比例。這些距離隨后可用于使用公知的方法對導管22的尖端的位置做三角測量(triangulate)，在例如授予BenHaim等人的US專利No.5,443,489和PCT專利公開WO96/05768中描述了這些方法，上述文獻的公開內(nèi)容在此引用作為參考。通過對位于已知解剖位置(即，心臟內(nèi)的標記)的導管進行初始參考測量，或通過使用在已知位置的單獨的、參考導管校準阻抗范圍，可以進一步提高測量準度。
系統(tǒng)20(圖1)將本發(fā)明的一個實施例表現(xiàn)為它可用于對諸如心律不齊的心臟情況的診斷或治療的基于導管的過程。系統(tǒng)20也可用于血管內(nèi)疾病的診斷和治療，所述疾病包括血管成形術或atherectomy。加以必要的變更，系統(tǒng)20的原理也可用在用于診斷或治療其它身體結(jié)構(gòu)的位置檢測系統(tǒng)中，所述身體結(jié)構(gòu)例如腦、脊骨、骨關節(jié)、膀胱、胃腸道、衰竭和子宮。
體表小片現(xiàn)在參考圖4，其是顯示導電體表小片70和其相關的被構(gòu)成為檢測操作模式的電路的示意圖。體表小片70被用作一個或多個小片32、34、36(圖1)。典型地，所有小片32、34、36被認為是體表小片70的例子。為了準確執(zhí)行上述的阻抗測量，需要體表阻抗，例如皮膚阻抗穩(wěn)定基準。使用根據(jù)本發(fā)明的體表小片70減小了體表阻抗變化對導管22(圖1)的位置測量的影響。
體表小片70是粘性電極墊，其包括兩個電絕緣的體表電極72、74，這兩個體表電極通過粘性層78粘貼到體表76。電極72、74由絕緣體80隔開。如上所述，導管22(圖2)使電流穿過患者身體流到電極72、74。雙電線82、84將來自各自電極72、74的電流傳送到處理單元56和驅(qū)動器86。在電路50、52、54(圖3)的每個中驅(qū)動器86可以是AC電壓或電流源?？蛇x地，驅(qū)動器86可以是不同的源。當正檢測導管22的位置時，電線82、84由開關88電連接，從而如圖4所示，電極72、74與驅(qū)動器86平行布置?？蓮腣alleylab，5920LongbowDrive，Boulder，Colorado 80301-3299購買的REM PolyHesiveTMIIPatient Return Electroes適用作體表小片70。
由驅(qū)動器86獲得的總阻抗是體表和體表與體表小片的接觸面的局部電阻抗Zlocal以及導管22和體表76之間的體內(nèi)阻抗Zb的總和。局部電阻抗Zlocal的成分是電極72和體表76的阻抗Zs1與電極74和體表76的阻抗Zs2的并聯(lián)Zlocal=Zs1Zs2Zs1+Zs2.]]>從而，可以由如下等式估計出由處理單元56計算的總阻抗ZZ=Zb+Zs1Zs2Zs1+Zs2.]]>在這種操作模式中，體表小片70起常規(guī)、單片體表電極的作用。
現(xiàn)在參考圖5，其是體表小片和與其有關的為校準操作模式構(gòu)造的電路的示意圖。圖5類似于圖4。然而，導管22現(xiàn)在通過開關90與驅(qū)動器86斷開。開關88現(xiàn)在將在串聯(lián)電路中的電極72、74與驅(qū)動器86連接。因此驅(qū)動器86獲得其中阻抗Zs1和Zs2為串聯(lián)的校準阻抗Zcal。處理單元56以如下方式計算ZcalZcal＝Zs1+Zs2假設Zs1≈Zs2，那么Zcal≈2Zs1，并且Zs1≈Zcal/2。當開關90、88回到圖4所示的檢測配置時，處理單元56使用上述關系能夠計算如下補償體表阻抗的身體阻抗ZBZ=Zb+Zs12]]>和Zb=Z-Zcal4.]]>處理單元56包括合適的用于將開關90、88在圖4和圖5的形式之間變換的間隔時間定時電路或軟件。
可選地，如果當在連續(xù)時間間隔確定時，在校準阻抗Zcal中的變化超過了一個閥值，可以啟動報警。這種偏移可以指示電極脫落或脫開，以及能減小各自身體阻抗測量的可靠性的任何情況，即使在補償后。
操作現(xiàn)在參考圖6，其示例了根據(jù)本發(fā)明的公開實施例，在使用阻抗測量將探頭在活體患者中定位的同時檢測體表阻抗的方法。為了清楚表達，以特別的次序在圖6中顯示了處理步驟。然而，顯然它們中的多數(shù)可以并行、異步或以不同順序執(zhí)行。
在初始步驟92，如上參考圖4和圖5描述的雙電極體表墊被安置在患者體表的常規(guī)位置，通常靠近待插入或繪制(mapped)的探頭的位置。
接下來，在步驟94選擇體表墊之一。
然后，在步驟96，電流體表墊的電極被接入如圖5所示的串聯(lián)電路中。檢測電流從電極中的一個穿過患者皮膚或其它體表流到另一電極。測量和存儲基準阻抗。
現(xiàn)在，控制進行到?jīng)Q定步驟98，在該步驟中確定是否繼續(xù)評估多個墊，如果在決定步驟98的確定是肯定的，那么控制返回步驟94。
如果在決定步驟98的確定是否定的，那么控制進行到步驟100。探頭被構(gòu)造并插入到身體的手術區(qū)域，例如患者心臟的左心室。
然后，在步驟102設定時間間隔定時器。定時器的目的是建立時間間隔，該時間間隔在其通過時重復觸發(fā)在步驟94、步驟96和決定步驟98的阻抗測量。時間間隔的長度不是臨界值。然而，如果時間間隔太長，在一個或多個體表阻抗中的介入變化可以導致在定位探頭中的錯誤。如果間隔時間太短，檢測體表墊導致的系統(tǒng)開銷可以限制可以獲得探頭的位置的測量的頻率。大約1秒的時間間隔已被發(fā)現(xiàn)是可行的。
下面，在步驟104，通過構(gòu)造如圖4所示的體表墊，測量探頭和體表墊之間的阻抗并執(zhí)行如上所述的三角測量繪制探頭在體內(nèi)的位置。在確定用于三角測量計算的阻抗中，從總阻抗中減去每個體表墊的局部阻抗的所存儲的值，以便確定在探頭和體表之間的真實體內(nèi)阻抗。從而，消除了在體表阻抗中的局部變化的影響。這提高了確定探頭位置的準確性。
控制現(xiàn)在進行到?jīng)Q定步驟106，其中確定是否在步驟102設定的定時器已經(jīng)到期。如果在決定步驟106的確定是否定的，那么控制返回步驟104以更新探頭位置的確定。
如果在決定步驟106的確定是肯定的，那么將獲得新的體表阻抗測量值。控制進行到由步驟108、步驟110和決定步驟112組成的步驟序列。這些步驟分別與步驟94、步驟96和決定步驟98相同，為了簡明不重復它們的細節(jié)。當在決定步驟112的確定指示序列完成時，控制返回步驟102，其中間隔時間定時器被重置。如上所述，現(xiàn)在可以通過為更新的體表阻抗補償來確定探頭的位置坐標。
本領域普通技術人員應當理解，本發(fā)明不限于在上文中已經(jīng)被特別顯示和描述的內(nèi)容。而是，本發(fā)明的范圍包括上述各種特征的結(jié)合和局部結(jié)合，以及本領域普通技術人員在閱讀前述描述的基礎上顯而易見的，現(xiàn)有技術中未出現(xiàn)的其變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種在活體內(nèi)進行位置檢測的方法，所述活體具有表面和在其上的多個表面位置，該方法包括如下步驟將第一電極和第二電極定位在所述表面位置之一上，所述第二電極與所述第一電極電絕緣；通過將第一電流從所述第一電極經(jīng)由在所述一個表面位置的所述身體的所述表面流到所述第二電極而確定局部第一阻抗；將包括至少一個探頭電極的探頭插入所述身體；在所述探頭電極和所述第一電極與所述第二電極的至少一個之間使多個第二電流流經(jīng)在相應每個所述表面位置的所述身體的所述表面；確定對所述第二電流的第二阻抗；響應于所述第二阻抗通過補償所述第一阻抗來確定所述第二電流的體內(nèi)阻抗；以及響應于所述體內(nèi)阻抗來確定所述探頭的位置坐標。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過將含有所述第一電極和所述第二電極的導電表面墊粘貼到所述一個表面位置而實現(xiàn)所述定位的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中通過確定由在所述一個表面位置的所述墊和所述表面導致的所述第二阻抗之一的成分并從所述一個第二阻抗中減去所述成分而實現(xiàn)所述補償步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第一電流和所述第二電流是交流電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中確定所述第一阻抗包括將所述第一電極與所述第二電極布置在串聯(lián)電路中，并且確定所述第二阻抗包括將所述第一電極與所述第二電極布置在并聯(lián)電路中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括使在預定時間間隔確定局部第一阻抗的所述步驟重復執(zhí)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中插入所述探頭包括在所述身體上使用所述探頭執(zhí)行醫(yī)學治療。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述探頭包括導管，并且其中執(zhí)行所述醫(yī)學治療包括繪制所述身體的心臟。
9.一種用于位置檢測的設備，包括探頭，其包括至少一個探頭電極，該電極適合被插入到活體患者身體中，所述身體具有體表面；多個導電體表小片，該小片適合被固定在各自的表面位置的所述體表，其中所述體表小片的每個均包括第一電極和第二電極，所述第二電極與所述第一電極電絕緣；電路，用于在校準操作模式中，將所述第一電極和所述第二電極布置在串聯(lián)電路中，并且用于在檢測操作模式中，將所述第一電極和所述第二電極布置在并聯(lián)電路中；以及控制器，其用于控制所述電路，并且該控制器適合被耦合到所述探頭和所述體表小片，以使第一電信號在所述校準操作模式中通過其所述的第一電極和所述第二電極，并將各自的第二電信號通過在所述探頭電極和所述體表小片之間的身體，其中所述控制器可在所述校準操作模式中運轉(zhuǎn)以確定所述體表和其與所述體表小片的每一個的接觸面的局部電阻抗，并通過測量所述第二電信號的各自的阻抗特性在所述檢測操作模式中確定所述探頭的位置坐標，其中所述第二電信號的阻抗特性由所述控制器根據(jù)所述局部電阻抗的各自的實例來調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設備，其中所述控制器適合在每個表面位置和所述探頭電極之間保持恒定電壓，并適合通過測量在所述恒定電壓下的電流來測量各自的所述阻抗特性。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的設備，其中所述控制器適合在每個表面位置和所述探頭電極之間保持恒定電流，并適合通過測量在所述恒定電流下的電壓來測量各自的所述阻抗特性。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的設備，其中所述探頭適合在所述患者上執(zhí)行醫(yī)學治療。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的設備，其中所述體表小片包括接觸所述體表的粘性層。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的設備，還包括定時器，其中所述控制器用于響應由所述定時器測量的時間間隔來交替所述的校準操作模式和所述的檢測操作模式。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于接近實時確定位于活體內(nèi)的探頭的位置的設備和方法。在一個或多個在探頭上的電極和位于體表的電極之間驅(qū)動電流。測量探頭和每個體表電極之間的阻抗，并基于阻抗測量值確定探頭的三維位置坐標。為體表和其與電極接觸面的阻抗變化提供動態(tài)補償，這種阻抗變化由電極脫落和溫度和濕度變化引起。所述補償提高了尤其是諸如繪制心臟或執(zhí)行切除以治療心律不齊的醫(yī)療過程的準確性。
文檔編號A61B5/06GK1919139SQ20061012192
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者M·萊文 申請人:韋伯斯特生物官能公司