组合的有功电流定位(ACL)和组织接近度指示(TPI)系统
[0002] 本
专利申请涉及与本文同一天提交的名称为“ELECTRODES ON DOUBLE-SIDED PRINTED CIRCUIT BOARD(PCB)TO CANCEL FAR-FIELD SIGNAL”的美国专利申请(
代理人案卷号1002-1807)和名称为“BALLOON CATHETER WITH DIAGNOSTIC ELECTRODES,FAR FIELD DETECTION ELECTRODES,AND GUIDEWIRE”的美国临时专利申请(代理人案卷号1002-1833)，这些专利申请的公开内容以引用方式并入本文。
技术领域
[0003] 本
发明整体涉及用于
跟踪患者的身体内的医疗
探头的系统和方法，并且具体地涉及基于阻抗的心脏
位置跟踪系统和方法。
背景技术
[0004] 提出了用于跟踪患者的心脏内的
导管位置的各种方法。例如，美国专利申请公布2012/0130267描述了利用篮形导管确定和表示腔室解剖结构的方法和系统。在一些实施方案中，针对特定导管位置生成局部表面。该系统检测并且标记局部参数化表面的有效区域。
局部表面的有效区域为预期位于真实腔室边界上的一个或多个区域。然后将导管移动到另一个位置，并且重复构建局部解剖结构和检测有效贴片的过程。
[0005] 又如，美国专利5,983,126描述了一种用于导管位置标测的系统和方法及相关规程。通过患者施加三个基本
正交的交替
信号，其基本上指向待标测的感兴趣区域(诸如患者的心脏)。导管至少配备有测量
电极，该
测量电极对于心脏规程而言被定位在抵靠患者的心脏壁或者冠状静脉或动脉内的不同位置处。在导管尖端与参考电极(优选地患者上的表面电极)之间感测
电压，其电压信号具有与三个正交施加的电流信号相对应的分量。三个处理信道用于分离出三个分量作为x、y和z信号，根据其进行计算以确定导管尖端在体内的三维位置。
[0006] 美国专利申请公布2016/0287137描述了一种用于在递送
消融能量之前评估电极-组织
接触的方法和系统。该方法可通常包括：确定给定电极在低频下的最大阻抗量值与所有电极在低频下的绝对最小阻抗量值之间的差值；确定给定电极在高频下的最大阻抗量值与所有电极在高频下的绝对最小阻抗量值之间的差值；以及确定给定电极在高频下的最大阻抗
相位与所有电极在高频下的绝对最小阻抗相位之间的差值。可以使用线性模型来使这些差值彼此相关联，该线性模型的结果确定给定电极是与组织接触还是不与组织接触。
发明内容
[0007] 本发明的实施方案提供了一种方法，该方法包括在附接到患者的身体的一对或多对体表电极之间传输
电信号。由插入患者的器官中的医疗探头的面向外的电极和面向内的电极采集由传输的电信号产生的电势。基于由面向外的电极采集的电势来估计医疗探头与器官的表面组织的接近度。基于由面向内的电极采集的电势来估计医疗探头在器官内的位置。
[0008] 在一些实施方案中，估计探头的位置包括基于(i)面向内的电极的估计的位置以及(ii)探头中的面向外的电极与面向内的电极之间的已知几何关系来计算面向外的电极的位置。
[0009] 在一些实施方案中，传输电信号包括传输具有第一
频率的第一信号与具有高于第一频率的第二频率的第二信号的
叠加信号。
[0010] 在一个实施方案中，估计组织接近度包括计算分别从第一频率和第二频率下的采集的电势导出的第一阻抗与第二阻抗之间的比率，以及基于该比率来计算组织接近度。
[0011] 在另一个实施方案中，估计探头的位置包括计算从由面向内的电极在第一频率下采集的电势导出的阻抗，以及基于阻抗来计算探头的位置。
[0012] 在一些实施方案中，面向外的电极和面向内的电极被设置成彼此正好相反。
[0013] 在一些实施方案中，采集电势包括采集在血液中传播的电势。
[0014] 在一个实施方案中，采集电势包括采集在与面向外的电极接触的组织中传播的电势。
[0015] 根据本发明的实施方案，还提供了一种包括一对或多对体表电极和处理器的系统。该一对或多对体表电极被配置成附接到患者的身体并将电
信号传输到身体中。处理器被配置成接收指示由插入患者的器官中的医疗探头的面向外的电极和面向内的电极采集的由传输的电信号产生的电势的信号。处理器还被配置成基于指示由面向外的电极采集的电势的信号来估计医疗探头与器官的表面组织的接近度，以及基于指示由面向内的电极采集的电势的信号来估计医疗探头在器官内的位置。
[0016] 结合
附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
[0017] 图1为根据本发明的实施方案的基于导管的
电解剖(EA)标测系统的示意性图解；
[0018] 图2为根据本发明的实施方案的由图1的EA系统使用的篮形导管的示意性图解；并且
[0019] 图3为示意性地示出根据本发明的实施方案的通过组合有功电流定位(ACL)和组织接近度指示(TPI)来进行EA标测的方法的
流程图。
具体实施方式
[0020] 概述
[0021] 本文所述的本发明的实施方案提供了用于跟踪导管在患者的器官(诸如心脏)的腔体内的位置并且同时指示腔体组织与导管的接近度的方法和系统。本发明所公开的方法和系统可应用于装配有两种远侧电极的各种类型的导管，第一电极为可接触心脏组织的“面向外的”电极，并且第二电极为不能与组织物理接触但仅与心脏血液接触的“面向内的”电极。这两种远侧电极彼此
电隔离。通常但并非必要的是，两种此类远侧电极以彼此正好相反的方式放置在导管的同一脊上，如下所述。
[0022] 在一些实施方案中，基于电导管的电解剖(EA)标测系统的处理器基于利用面向外的电极采集的电生理(EP)信号来估计医疗探头(例如，探头的面向外的电极)与器官的表面组织的接近度。基于利用面向内的电极采集的EP信号，处理器导出对应的面向外的电极的位置。通常，处理器利用探头的已知几何形状来从对应的面向内的电极的位置导出面向外的电极的位置。同时采集的位置和组织接近度指示使得EA系统能够仅利用电信号来准确且快速地标测器官的腔体，诸如心脏的心腔。
[0023] 为了生成信号，在一些实施方案中，本发明所公开的基于导管的EA标测系统包括三对大致相互正交的体表电极。例如，具有此类三对大致相互正交的体表电极的
位置跟踪系统在例如2018年4月30日提交的名称为“Improved Active Voltage Location(AVL)Resolution”的美国专利申请15/966,514中有所描述，该专利申请被转让给本专利申请的受让人并且其公开内容以引用方式并入本文。
[0024] 在一个实施方案中，EA系统在每对体表电极之间施加两个调制电压的叠加信号。第一电压在第一频率下调制，并且第二电压在高于第一频率的第二频率下调制。第一调制频率在下文中被称为“低频”，并且第二调制频率在下文中被称为“高频”。心脏中分别感应的高频电势和低频电势由导管的面向外的电极和面向内的电极两者采集，并且被传输到EA系统的读出
电路和处理器。通常，低频在几千赫兹(kHz)的范围内，并且高频在几十千赫兹的范围内。
[0025] 基于从由面向外的电极采集的高频电势和低频电势计算出的
电阻抗，处理器提供对应的面向外的电极的组织接近度指示(TPI)。在一个实施方案中，基于低频阻抗与高频阻抗之间的计算比率来导出TPI。通常，该比率在血液中为约1，但在面向外的电极接触组织时显著增加(例如，在心脏组织中增加高达三倍)。
[0026] 用于通过比较导管电极与一个或多个体表电极之间的低频和高频测量阻抗来确定导管的电极是否与器官的组织物理接触的示例性方法在2018年5月29日提交的名称为“Touch Detection Based on Frequency Response of Tissue”的美国专利申请15/991,291中有所描述，该专利申请被转让给本专利申请的受让人并且其公开内容以引用方式并入本文。
[0027] 基于从由面向内的电极测量的电势计算出的电阻抗，处理器计算(即，估计)面向内的电极的位置(即，利用ACL或AVL)。在一些实施方案中，包括含有脊的可膨胀
框架的篮形导管用于心腔的EA标测。面向外的电极和面向内的电极设置在脊上，并且由EA标测系统操作以通过组合ACL和TPI来进行EA标测，如下所述。
[0028] 通常，处理器利用包含特定
算法的
软件进行编程，该算法使得处理器能够执行上文列出的处理器相关步骤和功能中的每一者。
[0029] 本发明所公开的组合分别使用面向内的电极和面向外的电极的ACL和TPI的方法可利用简单的电装置来提供心腔的快速且准确的EA标测。因此，本发明所公开的技术可为简便的并因此还可增加微创诊断和
治疗解决方案的可用性。
[0030] 系统说明
[0031] 图1为根据本发明的实施方案的基于导管的电解剖标测系统30的示意性图解。系统30组合ACL和TPI以利用装配在轴22的远侧端部处的篮形导管40(如在插图25中所见)来进行电解剖标测。
[0032] 导管40由医师56插入内部体腔，诸如患者35的心脏38的腔室中。导管40包括一个或多个面向外的电极32和面向内的电极33，如在插图25中进一步所见。电极32和33彼此电隔离，并因此分别通过穿过轴22的
导线连接到驱动电路44，该驱动电路连接到包括在控制台24中的处理器46。驱动电路44按照处理器46的指示来驱动电极32和33。为清晰和简单起见，下文描述了使用单个面向外的电极32和与面向外的电极32正好相反的单个面向内的电极33的实施方案。
[0033] 处理器46通常包括通用计算机，其具有合适的前端、用于传输和接收来自三对大致相互正交的表面电极60P的信号的
接口电路、以及适当的
信号处理电路。这是通过使用通过穿过
电缆39的导线连接到与患者的
皮肤附接的六个表面电极的驱动电路44来实现的，这些表面电极在下文中称为贴片60、62、64、66、68和70或者在下文中统称为“贴片60P”。
[0034] 如在插图45中所见，贴片60P分布在患者35的身体上。举例来说，贴片60位于大腿上，贴片62位于颈背上，贴片64和66位于胸部两侧(臂下)，而贴片68和70分别位于胸部和背部上位于心脏38附近。
[0035] 在一个实施方案中，将在低频和高频下调制的电压的叠加信号施加在三对正交表面电极60P中的每对之间。第一相对较高频率在12-100kHz的范围内，并且第二相对较低频率在1-5kHz的范围内。
[0036] 总体而言，通常存在六个不同的信号：三对体表电极中的每对各有两种频率。因此，电极32和33测量在心脏38处感应的六个所得电压，这些电压通常被转换成阻抗(即，利用前述AVL或ACL方法)。
[0037] 低频下的ACL或AVL采集结果比高频下产生的采集结果更准确。然而，低频位置信号对组织接触敏感。因此，为了在面向外的电极与组织物理接触时获得导管的精确位置，由正好相反的面向内的电极33采集低频位置信号。
[0038] 位置测量系统30可用于其他体腔中。可使用其他探头，该探头具有可包括面向内的电极的限定体积。具有类似限定体积的导管几何形状的示例为均由Biosense-Webster制造的 和
[0039] 通常，系统30包括其他元件，出于简单起见，这些元件未在附图中示出并且在以下描述中会视需要而提及。例如，系统30可包括ECG监控器，其被耦接以用于接收来自一个或多个体表ECG电极的信号，以便为控制台24提供ECG
同步信号。作为另一个示例，系统30可包括一个或多个附加导管，诸如消融导管和/或附加的
标测导管。因此，图1的配置为示例性配置，仅仅是出于概念清晰目的而选择。在另选的实施方案中，也可使用任何其他合适的配置。
[0040] 利用体表电极来进行导管的电极的位置感测的另一种方法为有功电流定位(ACL)，其在各种医疗应用中实现，例如在由Biosense-Webster Inc.(Irvine,California)生产的CARTOTM系统中实现，并且在美国专利7,756,576、7,869,865、7,848,787和8,456,182中有详细描述，这些专利的公开内容均以引用方式并入本文。
[0041] 处理器46通常包括通用处理器，该通用处理器通过软件编程来执行本文所述的功能。例如，该软件可以
电子形式通过网络下载到处理器，或者作为另选地或除此之外，该软件可被提供和/或存储在有形介质上，诸如，磁
存储器、光学存储器或电子存储器。
[0042] 具体地，处理器46运行使得处理器46能够执行本发明所公开的步骤的专用算法，该专用算法包括位置和相应接近度的计算。
[0043] 组合的有功电流定位(ACL)和组织接近度指示(TPI)系统
[0044] 图2为根据本发明的实施方案的由图1的EA系统使用的篮形导管的示意性图解。如图所见，联接到轴22的远侧端部的导管40包括多个可膨胀脊49。
[0045] 每个脊49在其外部上承载多个面向外的电极32。因此，当导管40被定位在心脏38的腔体内以采集诊断性EP信号时，面向外的电极32中的一些重复地接触组织。相应的多个面向内的电极33以正好相反的面向外的电极32的方式由脊49承载，并且可被辨识为面向由围绕脊49所限定的轴22的旋转表面限定的内部体积。与相应的面向外的电极32相对的每个面向内的电极33仅与血液接触。
[0046] 如上所述，面向外的电极32和正好相反的面向内的电极33两者中的每一者采集高频电信号和低频电信号的叠加信号。在一些实施方案中，基于从由面向外的电极32采集的高频信号和低频信号计算出的电阻抗，处理器提供导管的组织接近度指示(TPI)。基于从由面向内的电极33采集的低频信号计算出的电阻抗，处理器在指示TPI的同时(即，利用前述ACL或AVL)计算导管的位置。
[0047] 图2所示的例证完全是为了概念清晰而选择的。图2仅示出了与本发明的实施方案相关的部件。例如，为了清晰起见，省略了导管40的其他可能元件，诸如消融电极和
温度传感器。
[0048] 图3为示意性地示出根据本发明的实施方案的通过组合有功电流定位(ACL)和组织接近度指示(TPI)来进行EA标测的方法的流程图。该过程开始于在导管定位步骤72处医师56将导管40放置在器官的腔体内诸如心腔内的给定位置处。接下来，将调制电压的叠加信号传输到体表电极对60P之间的EA标测系统30在接近度采集步骤74处利用面向外的电极32采集接近度信号，并且基本上同时地在位置采集步骤76处利用面向内的电极33来采集位置信号。基于基本上同时采集的接近度和位置信号，处理器46在位置和接近度计算步骤78处利用专用算法提供导管40在腔体内的TPI和ACL。当医师56在位置改变步骤80处重复地改变导管40在腔体内的位置(例如，N次)时，步骤74-78的过程自身重复进行。基于由处理器46计算的2N个TPI和ACL指示，处理器46在解剖标测图导出步骤82处导出腔体(例如，心腔)的解剖标测图。
[0049] 图3所示的流程图完全是为了概念清晰而选择的。例如，在另选的实施方案中，在导管40的每个位置处，系统30还获得心内
心电图。
[0050] 在一个实施方案中，基于从由低频测量信号计算出的电阻抗，处理器计算面向内的电极的位置(即，利用ACL或AVL)。使用低频信号，因为一般来讲，低频位置信号比高频信号更准确。
[0051] 在一个另选的实施方案中，将也由面向外的电极采集的高频信号用作额外的位置信号例如以去除利用面向内的电极测量的位置上的任何模糊度。高频信号有时可以这种方式使用，因为其在很大程度上对组织接触不敏感。在另一个实施方案中，利用以面向外的电极和相对的面向内的电极测量的低频阻抗的比率来建立TPI。可使用面向内的电极，因为其仅与血液接触。
[0052] 虽然本文描述的实施方案主要涉及心脏应用，但本文描述的方法和系统也可用于其他应用，诸如体内不同位置处的大血管的解剖标测。
[0053] 因此应当理解，上面描述的实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文特定示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及它们的变型和
修改，本领域的技术人员在阅读上述描述时将会想到该变型和修改，并且该变型和修改并未在
现有技术中公开。以引用方式并入本专利申请的文献被视为本申请的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中限定的任何术语与本
说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应仅考虑本说明书中的定义。
