專利名稱：定位心腔導管的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及心腔導管的定位方法和裝置，尤其是一種應用了呼吸補償技術的定位 心腔導管的方法及其裝置。
背景技術：
心腔導管定位的三維標測系統，主要用于射頻消融(RFCA)心律失常的手術中，記 錄心腔內導管的三維空間位置，利用所獲取的信息建立三維心腔的解剖幾何圖，以及進行 激動時間標測、激動傳播標測。其中導管電極位置的精度將直接影響模型的形狀及指導消 融的效果。無論采用磁場還是電場定位的系統，心腔內導管會隨呼吸和心跳的影響波動。心 跳頻率相對導管運動較快，采用濾波或特定心跳期采樣即可消除，則呼吸影響將成為造成 導管電極定位誤差的主要因素。尤其在電場定位的系統中，呼吸除了改變了心腔內導管的 本身位置外，還會由于肺中呼吸空氣，改變激勵電流的路徑，已及從肺返回心腔的血液阻 抗，從而造成更大的影響。現有技術的呼吸補償主要有兩種。其一，低通濾波。呼吸頻帶一般為0. 1-2HZ，與導管運動頻率交疊。采用較低的截 止頻率濾波，會濾除導管的移動信息，影響導管的實時運動。采用較高的截止頻率濾波，無 法完全濾除呼吸干擾，例如采用0. 25HZ截止頻率低通濾波，呼吸影響會造成導管位置波動 l-2cm。其二，United States Patent7，263，397所述呼吸補償方式。該方法不適用于磁 場原理定位的系統，而且極為復雜。其不僅將三軸電場激勵方式，改為多極電場切換方式， 而且每次計算呼吸補償系數，需要保證導管穩定10秒鐘，采集數據。由于心腔內不同部位 呼吸影響相位、幅值不同，為保證效果，需要在不同部位采集10秒數據計算。當處于不同部 位補償效果不佳時，需重新計算系數。
發明內容
本發明的目的是提供一種基于自適應濾波的呼吸補償技術，可以準確的定位心腔導管。本發明的技術方案如下一種定位心腔導管的方法，包括如下步驟A、獲取心腔導管的采集位置信號和包含呼吸信息的參考信號；B、利用自適應消噪方法處理A步驟中的呼吸信息信號，消除導管采集位置信號中 的呼吸波動。一種定位心腔導管的裝置，包括心腔導管采集位置信號輸入和數據處理單元，其 特征在于還包括包含呼吸信息的參考信號輸入，采集位置信號和參考信號輸入數據處理 單元后，數據處理單元應用自適應消噪方法處理參考信號中的呼吸信息，消除導管采集位置信號中的呼吸波動。本發明的附加技術方案如下優選地，引入的參考信號包含呼吸信息，參考信號采用電場、磁場、超聲方式中的 一種或幾種在體表或心內的某處獲取。優選地，在對參考信號進行自適應消噪前，先濾除參考信號中包含本身固定位置 信息的直流偏移信號，得到僅包含呼吸相關信息的信號。優選地，在自適應消噪處理中，利用權系數Wl追蹤定位導管的呼吸運動，利用權 系數W2追蹤定位導管的位移，其中，權系數Wl或W2的調整方法，采用可變步長的LMS (最 小均方算法)自適應算法。優選的，在自適應消噪處理中，利用權系數Wl追蹤定位導管的呼吸運動，利用權 系數W2追蹤定位導管的位移，其中，權系數Wl或W2的調整方法，采用LMS自適應消噪算法。本發明的有益效果是由于同一呼吸對在心臟中不同位置導管的影響是相關的， 利用自適應消噪原理，引入包含呼吸信息的參考信號，用于抵消心腔內定位導管的呼吸位 移，而對其它信號不產生畸變。可避免利用低通濾波，降低導管運動的實時性，且效果不佳 影響，由于是實時跟蹤濾波，不會存在不同部位，效果不同的問題，并且采用電場、磁場、超 聲定位的系統均適用。
本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中圖1是本發明實施例的原理框圖。圖2是導管位于心腔內的示意圖。圖3是呼吸補償的實際效果圖。圖4是自適應補償算法的流程圖。
具體實施例方式本發明如圖1、圖2所示，一種定位心腔導管的方法，包括以下步驟A、獲取心腔導管的采集位置信號和包含呼吸信息的參考信號；B、利用自適應消噪方法處理A步驟中的呼吸信息信號，消除導管采集位置信號中 的呼吸波動。上述位置信號和包含呼吸信息的參考信號獲取方法如下如圖2所示，用導管7在心臟6中采集位置信號，目前其處于左心室8處。位置信 號的獲得，可以采用如電場、磁場、超聲等任何方式。采集的位置信號，一般包含x、y、z三個 方向的定位信息，三個方向應分別進行圖1所示的補償運算，現以Y方向的信號D(n)作為 定位信號1舉例說明，其他方向類似。當選用心內導管采集參考信號時，采用一根放置在心臟的冠狀竇內的導管9采集 參考信號，因為該導管在手術中通常不會被移動，僅會隨呼吸和心跳波動。參考信號中包含 的心跳信息，不影響呼吸補償的效果。也可選用體表電極采集參考信號，只需將其貼于胸部 即可。參考輸入信號2的獲得，同樣可以采用如電場、磁場、超聲等任何方式，一般也包含x、y、z三個方向的信息。但需與定位輸入信號1的實現方式相同，方向可任選其一，現以 Y方向的信號X (η)作為定位輸入信號1舉例說明，其他方向類似。
為了進一步優化參考信號的評價效果，可以在對參考信號進行自適應消噪前，先 濾除參考信號中包含本身固定位置信息的直流偏移信號，得到僅包含呼吸相關信息的信 號。如圖1所示，濾除直流偏移3的作用是濾除信號Χ(η)中的直流成分，使參考信號中僅 包含呼吸信息，通過高通濾波或采用減去移動均值的方式均可實現。在濾除直流偏移信號過程中，由于參考信號中包含較少的移動，因此采用減去移 動均值的方式實現運算量小，易于實現，移動時間窗的選取應至少包含一個呼吸間期，考慮 0. IHZ頻率的呼吸，應至少選取IOS的數據為移動時間窗，當采樣周期為16mS時，需625點， 則Xl (η) = X (η) - (Χ (η) +X (η_1) +X (η_2)…+X (η-624)) /625本例中引入直流輸入4的作用是引入與導管位移信號相關的低頻參考，利用其追 蹤定位導管的位移。可選取固定的直流輸入B = 1。對上述信號進行自適應消噪，圖中虛框部分為自適應消噪部分，自適應濾波器實 質上是一種能夠自動調整本身參數的特殊維納濾波器，在設計時不需要事先知道關于輸入 信號和噪聲的統計特性的知識，它能在自己工作過程中逐漸“了解”或估計出所需的統計特 性，并以此為依據自動調整自己的參數，以達到最佳濾波效果。一旦輸入信號的統計特性發 生變化，它又能夠夠跟蹤這種變化，自動調整參數使濾波器性能重新達到最佳。以下舉例說明兩種自適應算法第一種，采用可變步長LMS算法本發明中利用權系數W1，追蹤定位導管的呼吸運動；利用權系數W2，追蹤定位導 管的位移。具體采用的迭代公式如下Y (n) = Xl (η) Wl (η) +BW2 (η)E (η) = D (η)-Y (η)
(1) (2)Wl (η+1) = W1 (η) + μ 1 (η) E (η) Xl (η) (3)μ 1 (η+1) = α 1μ 1(η) +γ IPl (η) (4)并且If μ 1 (η+1) > μ Imaxμ 1 (η+1) = μ Imaxif μ 1 (η+1) < μ Iminμ 1 (η+1) = μ Iminelse μ 1 (η+1) = μ 1 (η+1)(5)式中，0 < α 1 < 1，γ 1 > 0.式(5)中為步長設定了上下邊界μ Imax和 μ lmin, μ Imax限定了最大可能的收斂速度，μ Imin保證了較小的穩態誤差。算法的步長 實際上由α 、Y1控制。α 為步長的遺傳因子，主要決定算法收斂時的步長值。算法深 度收斂時，Y IPl (η) — 0，步長基本上按指數α In減小，直到μ 1 (η) — μ lmin。γ 1決定 步長受能量Pl (η)的影響程度，主要控制了算法的啟動、跟蹤速度。Pl (η) = β 1Ρ1(η-1) + (1 ？ β 1) E (η) E (η_1) (6)
(6)式中，0 < β 1 < 1。W2 (n+1) = W2 (η) + μ 2 (η) E (η) B(7)μ2(η+1) = α 2 μ 2 (η) + γ 2Ρ2 (η) (8)并且If μ 2(η+1) > μ 2maxμ 2 (η+1) = μ 2maxif μ 2 (η+1) < μ 2minμ 2 (η+1) = μ 2minelse μ 2 (η+1) = μ 2 (η+1)(9)Ρ2(η) = β 2Ρ2(η-1) + (1 ？ β 2) E (η) E (η_1) (10)OUT (η) = BW2 (η)(11)式(8)、(9)、(10)中α 2, γ 2, μ 2max、μ 2min、β 2 含義與上述 α 1、γ 1、μ Imax, μ lmin、β 1 類似。圖4是本算法的軟件流程圖，既是對上述公式的具體實現，由于采用迭代、遞推方 式實現，算法計算量小，實時性好，占用資源少。可采用上層計算機或底層DSP、單片機、可編 程芯片等器件實現。圖3為采用本算法后的實際補償效果圖，其中，Sigl為含呼吸運動的定位導管y方 向移動軌跡。Sig2為包含呼吸運動的參考導管y方向軌跡。Sig3為呼吸補償后的定位導 管y方向移動軌跡。T為一個呼吸周期。可見信號Sig3不僅濾除了呼吸的影響，而且未影 響對導管實時運動的跟蹤。第二種，LMS自適應消噪算法利用權系數W1，追蹤定位導管的呼吸運動；利用權系數W2，追蹤定位導管的位移。這里Wl的調整，具體為M階濾波器，其權重系數為Wli具體采用的迭代公式如下
M-I
權利要求
1.一種定位心腔導管的方法，包括如下步驟A、獲取心腔導管的采集位置信號和包含呼吸信息的參考信號；B、利用自適應消噪方法處理A步驟中的呼吸信息信號，消除導管采集位置信號中的呼 吸波動。
2.根據權利要求1所述的定位心腔導管的方法，其特征在于引入的參考信號包含呼 吸信息，參考信號采用電場、磁場、超聲方式中的一種或幾種在體表或心內的某處獲取。
3.根據權利要求1或2所述的定位心腔導管的方法，其特征在于在對參考信號進行 自適應消噪前，先濾除參考信號中包含本身固定位置信息的直流偏移信號，得到僅包含呼 吸相關信息的信號。
4.根據權利要求1或2所述的定位心腔導管的方法，其特征在于在自適應消噪處理 中，利用權系數Wl追蹤定位導管的呼吸運動，利用權系數W2追蹤定位導管的位移，其中，權 系數Wl或W2的調整方法，采用可變步長的LMS自適應算法。
5.根據權利要求3所述的定位心腔導管的方法，其特征在于在自適應消噪處理中，利 用權系數Wl追蹤定位導管的呼吸運動，利用權系數W2追蹤定位導管的位移，其中，權系數 Wl或W2的調整方法，采用可變步長的LMS自適應算法。
6.根據權利要求3所述的定位心腔導管的方法，其特征在于在自適應消噪處理中，利 用權系數Wl追蹤定位導管的呼吸運動，利用權系數W2追蹤定位導管的位移，其中，權系數 Wl或W2的調整方法，采用LMS自適應消噪算法。
7.—種定位心腔導管的裝置，包括心腔導管采集位置信號輸入和數據處理單元，其特 征在于還包括包含呼吸信息的參考信號輸入，采集位置信號和參考信號輸入數據處理單 元后，數據處理單元應用自適應消噪方法處理參考信號中的呼吸信息，消除導管采集位置 信號中的呼吸波動。
全文摘要
本發明公開了一種定位心腔導管的方法，包括如下步驟A、獲取心腔導管的采集位置信號和包含呼吸信息的參考信號；B、利用自適應消噪方法處理A步驟中的呼吸信息信號，消除導管采集位置信號中的呼吸波動。由于同一呼吸對在心臟中不同位置導管的影響是相關的，本發明利用自適應消噪原理，引入包含呼吸信息的參考信號，用于抵消心腔內定位導管的呼吸位移，而對其它信號不產生畸變。可避免利用低通濾波，降低導管運動的實時性，且效果不佳影響，由于是實時跟蹤濾波，不會存在不同部位，效果不同的問題，并且采用電場、磁場、超聲定位的系統均適用。
文檔編號A61B5/06GK102090892SQ20091031149
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者李斌, 李楚文, 薛奮 申請人:四川錦江電子科技有限公司