專利名稱：用于力感測導管的校正系統的制作方法
技術領域：
本發明整體涉及侵入式探針，具體地講，涉及對侵入式探針內的力傳感器進行校正。
背景技術：
多種醫療手術涉及將物體，例如傳感器、管子、導管、分配裝置和植入物，放入患者體內。目前已為跟蹤此類物體開發出了位置感測系統。磁性位置感測是本領域已知的方法之一。在磁性位置感測中，通常將磁場發生器置于患者體外的已知位置處。探針遠端內的磁場傳感器在這些磁場作用下產生并處理電信號，以確定探針遠端的位置坐標。這些方法和系統在美國專利 5，391，199,6, 690，963,6, 484，118,6, 239，724,6, 618，612 和 6，332，089 中、在PCT國際專利公布WO 1996/005768中、以及在美國專利申請公布2002/006M55A1、 2003/0120150A1和2004/0068178A1中有所描述，這些專利的公開內容全部以引用方式并入本文。當將探針置于體內時，期望探針遠端頭直接接觸身體組織。通過(例如)測量遠端頭和身體組織之間的接觸壓力，可以確認接觸情況。其公開內容以引用方式并入本文中的美國專利申請公開2007/0100332和2009/0093806描述了使用嵌入導管的力傳感器感測導管遠端頭和體腔內的組織之間的接觸壓力的方法。
發明內容
本發明的一個實施例提供下述設備，其包括滾動元件，其靠在表面上；力感測裝置，其連接到該表面上，并被構造成通過壓在滾動元件上以便將滾動元件保持不動的力感測探針得到指示沿著垂直于該表面方向施加的力的第一測量值；以及校正處理器，其被構造成采集來自感測裝置的第一測量值、采集指示來自力感測探針的力的第二測量值，以及基于第一和第二測量值校正力感測探針。通常，該表面為平面。在本發明所公開的實施例中，滾動元件可以為硅橡膠球。通常，力感測裝置包括測力傳感器。處理器可被構造為通過采集來自力感測裝置的指示力的第一信號而得到第一測量值。在可供選擇的實施例中，探針包括柔性插入管、遠端頭以及將柔性插入管的遠端連接到遠端頭的接頭。通常，將力感測探針壓在滾動元件上會導致遠端頭變形。處理器可被構造為通過讀取來自探針的一個或多個指示變形的信號而得到第二測量值。所述變形可由與遠端的對稱軸平行的遠端頭軸向位移構成。作為另外一種選擇或除此之外，所述變形可由遠端頭相對于遠端對稱軸的角偏轉構成。通常，校正探針包括計算一個或多個校正系數，用于評估作為第一和第二測量值的函數的力。處理器可被構造為將校正系數存儲到與探針連接的存儲器中。存儲器可包括電可擦除可編程只讀存儲器(E2PR0M)。根據本發明的實施例，還提供了一種方法，其包括將滾動元件安置在連接到力感測裝置的表面上；將力感測探針壓在滾動元件上，以使滾動元件在表面上保持不動，同時通過滾動元件沿垂直于表面的方向將力施加在力感測裝置上；與此同時，對力感測探針施壓，從而使用力感測裝置和探針分別得到力的第一和第二測量值；以及基于第一和第二測量值校正力感測探針。
本文參照附圖，僅以舉例說明的方式描述本發明，在附圖中圖1為根據本發明的實施例用于力感測導管的校正系統的示意圖；圖2為根據本發明的實施例示意性地示出校正力感測導管的方法的流程圖；以及圖3為根據本發明的實施例示出接觸心內膜組織的力感測導管遠端頭的示意性細部圖。
具體實施例方式一些侵入式探針(例如導管)包括用于測量導管和體內組織間的力的力傳感器。 例如，力傳感器位于探針的遠端頭內，并且該遠端頭在由其施加到心內膜組織上的力的作用下變形。遠端頭的變形提供接觸力的指示。然而在許多實際情況中，實際接觸力與變形測量值之間的關系因導管而異。為了確保準確的力測量，本發明的實施例提供了用于校正配有力傳感器的探針 (如導管)的方法和系統。在一些實施例中，校正設備包括柔性、有回彈力的滾動元件，例如硅橡膠球，其靠在連接到感測裝置的水平平坦表面上。在校正過程中，力感測導管的遠端頭以可引起球滾動的給定角度壓在球上。由于遠端頭施加在球上的力不僅產生了扭矩(其引起球滾動)還產生了向下(即，垂直)的力， 因此球發生滾動。如果球沒有滾動(或者在改變導管與球之間的接合角度后球停止滾動時)，那么所有由遠端頭施加到球的力定向為可通過感測裝置進行測量的向下力。將遠端頭壓在球上還可在遠端頭與球之間的力作用下引起遠端頭變形。當遠端頭變形時，導管中的力傳感器產生對遠端頭的變形測量。在一些實施例中，當由遠端頭施加到球的力重新定向為向下力時(即，當球靜止不動時)，校正處理器接收來自力傳感器的變形測量值和來自感測裝置的力測量值。在這種情況下，校正處理器可以計算用于評估由導管施加的力(作為變形的函數)的校正系數。本發明的實施例提供簡便、低成本的方式，對以多種角度接觸組織的力傳感器進行精確校正。在一些實施例中，將校正系數保存在連接到導管的非易失性存儲器中。當隨后在醫療系統中使用導管時，可使用校正過程中計算的校正系數以高精度由變形測量值導出導管遠端頭施加到身體組織上的實際力。系統說明
圖1為根據本發明實施例的力感測導管校正系統20的圖示。系統20包括連接到校正單元M的校正設備22。在下文所述的實施例中，利用系統20校正探針沈，在本發明的例子中，探針包括用于心臟或其他身體器官的治療和/或診斷目的的導管。探針沈包括在醫療手術中用于插入患者體腔的遠端28。遠端28包括柔性的插入管四，其通過接頭32連接到遠端頭30。插入管四的遠端被柔韌的絕緣材料34覆蓋。同樣，接頭32的區域也被柔韌的絕緣材料覆蓋，該絕緣材料可與材料34相同，或可特別適合讓接頭無阻礙地彎曲和壓縮。在圖1中，材料34以切除的方式示出，以便露出導管的內部結構。與柔性的插入管四相比較，遠端頭30通常相對剛硬。遠端頭30通過有回彈力的構件36連接到柔性插入管四。在圖1中，有回彈力的構件的形式為卷簧，但其他類型的有回彈力的元件也可用于此目的。有回彈力的構件36允許在施加到遠端頭的力的作用下在遠端頭30與柔性插入管四的遠端之間作有限范圍的相對移動。遠端頭30容納有磁性位置傳感器38。傳感器38可包括一個或多個微型線圈，并通常包括多個沿不同的軸取向的線圈。(傳感器38通常用于在醫療手術中通過測量由外部發生器產生的磁場而追蹤遠端頭30的位置。)柔性插入管四的遠端容納有微型磁場發生器40，其靠近有回彈力的構件36。通常，磁場發生器40包括線圈，線圈由校正單元M發出的經導管傳輸的電流驅動。通常，驅動該磁場發生器，使得其磁場在時間和/或頻率方面有別于在醫療手術中運行的外部發生器的磁場。作為另外一種選擇，位置傳感器38可包括另一類型的磁性傳感器、充當位置檢測器的電極或其他類型的位置檢測器，例如基于阻抗的位置傳感器或超聲位置傳感器。雖然圖1示出了具有單個位置傳感器的探針，但本發明的實施例可以采用具有不止一個位置傳感器的探針。磁場發生器40產生的磁場使得傳感器38內的線圈產生具有磁場發生器的驅動頻率的電信號。這些信號的振幅將根據遠端頭30相對于柔性插入管四遠端的位置和取向而改變。校正單元M中的校正處理器42對這些信號進行處理，以便確定軸向位移(即，沿著或平行于導管的軸43的橫向移動)，以及遠端頭相對于導管軸的角偏轉量。軸43為柔性插入管四遠端的對稱軸。在本文中，將遠端頭30的位移和偏轉統稱為遠端頭的變形。(由于由線圈產生的磁場具備軸對稱性，因此使用磁場發生器40中的單個線圈只能檢測偏轉的大小，而不能檢測偏轉的方向。任選地，磁場發生器40可包括兩個或更多個線圈，在這種情況下，還可以確定偏轉的方向。)位移量和偏轉量可通過向量加法合并，以得到遠端頭30 相對于柔性插入管四遠端的移動的總量值。遠端頭30相對于柔性插入管四遠端的移動提供有回彈力構件36的變形的度量。 因此，磁場發生器40與傳感器38的組合充當力感測系統。借助對位移和偏轉的組合式感測，并且在本文所述的校正之后，該力感測系統給出對力的正確度量，而不管力是正面施加還是成角度地施加到遠端頭30上。此類探針和位置傳感器的更多細節在上文引用的美國專利申請公開2009/0093806和2009/0138007中有所描述。探針42還包括非易失性存儲器44，例如電可擦除可編程只讀存儲器(E2PROM)，其被構造為存儲校正過程中計算出的校正系數。如上所述，當隨后在醫療系統中使用導管時， 可使用存儲器44中存儲的校正系數以高精度由位移和偏轉測量值導出導管遠端頭施加到身體組織上的實際力。
校正設備20包括硅橡膠球46和表面48。以舉例的方式，假設表面48為平面和水平的狀態。在圖1的實施例中，當遠端頭30壓在球46上時，球可以在表面48上自由滾動。 在一些實施例中，遠端頭30壓在球46上可在遠端頭壓住球的位置產生凹陷47和/或在球壓住平表面48的位置產生變形49 (即，壓扁)。除了球46和表面48之外，校正設備22還包括連接到平表面的測力傳感器50。測力傳感器測量由遠端頭施加到表面48上的向下力52，并產生指示該向下力的電信號。另夕卜，當遠端頭30壓在球46上時，可存在扭矩M，該扭矩導致球在表面48上滾動。雖然圖1 所示的系統使用測力傳感器50測量向下力，但系統20可使用任何其他合適類型的傳感器測量向下力，并且此類傳感器也因此被視為在本發明的精神和范圍之內。測力傳感器50和探針沈都通過合適的連接裝置(如電纜和連接器)連接到校正單元對。校正單元M包括校正處理器42、存儲器56、顯示器58和輸入裝置60 (例如鍵盤)。處理器42通常包括通用計算機，其具有合適的前端和接口電路，用于從位置傳感器38 和測力傳感器50接收信號，并用于控制校正單元M的其他元件。處理器42可以在軟件內編程，以執行本文所述的功能。例如，可經網絡將軟件以電子形式下載到處理器42中，或者可將軟件提供在非臨時性有形介質上，例如光學、磁或電子存儲介質。作為另外一種選擇， 可通過專用或可編程數字硬件元件執行處理器42的一些或全部功能。使用單軸測力傳感器講行導管校ιΗ圖2為根據本發明實施例示意性地示出校正力感測導管的方法的流程圖。在初始步驟70中，操作員(未示出)將遠端頭30壓在球46上。將遠端頭30壓在球46上使得導管沈在接頭32處彎曲，從而使遠端頭變形。遠端頭30內的位置傳感器38輸出指示變形 (即，遠端頭的位移和偏轉)的信號。同時，測力傳感器50輸出測量值，它指示遠端頭30施加在球46上的向下力。變形和向下力的測量值均被傳輸到校正單元24。應注意的是，在校正程序開始之前，操作員通常(通過鍵盤60)將測力傳感器50歸零，以便說明球的重量。將遠端頭30壓在球46上還可使球發生輕微變形(例如，凹陷47和/或變形49)。 由遠端頭30壓在球46上產生的任何足夠大的扭矩M均可使球發生滾動。在第一比較步驟72中，如果球46在移動(即，滾動)，則在重新定位步驟74中，操作員將改變探針沈與球之間的接合角度，方法回到步驟70。轉到步驟72，如果球46靜止不動(即，沒有滾動)， 則遠端頭30僅向球施加向下力52(即，沿垂直于表面48的方向)，從而使球保持不動。當球46靜止不動時，由測力傳感器50測得的向下力等于遠端頭與球之間的力。在遠端頭30壓在球46上的同時，在第一采集步驟76中，校正單元M采集來自傳感器38的第一信號，該信號指示變形測量值。在第二采集步驟78中，校正單元M還采集來自測力傳感器50的第二信號，該信號指示向下力的測量值。在校正步驟80中，處理器42使用采集到的變形和向下力的測量值計算校正系數。 通過將來自位置傳感器38的變形測量值相對來自測力傳感器50的力測量值繪圖，校正系數根據位置傳感器的測量值確定施加到遠端頭30的力，從而校正探針沈。換句話講，給定的校正系數(例如，包括指示偏轉和位移測量值的有序對數字)將遠端頭30的變形測量值轉變為實際的力讀數。在第二比較步驟82中，如果需要另外校正，則方法返回到上方的步驟74。否則，在存儲步驟84中，處理器42將校正矩陣保存到探針上的存儲器44中，至此方法結束。
要保存校正矩陣，處理器42可基于計算出的系數將解析計算保存到存儲器44中。 作為另外一種選擇，處理器42可以將具有測量值間內插值的查找表保存到存儲器44中。圖3為根據本發明實施例示出接觸心臟92的心內膜組織90的遠端頭30的示意性細部圖。在本例中，遠端頭30包括電極94。在一些電生理診斷和治療方法(例如心內電標測)中，電極94和組織90之間保持適當水平的力非常重要。當醫療專業人員(未示出)將遠端頭30壓到心內膜組織90上時，導管在接頭32處彎曲。需要足夠的力來確保遠端頭與組織之間具有良好的電極接觸。電接觸不良會導致讀數不準確。在另一方面，過大的力會使組織變形，從而使映圖失真。當遠端頭30壓在組織90上時，傳感器38生成指示遠端頭30相對于柔性插入管四遠端的變形的測量值。醫療成像系統(如標測系統，未示出)使用保存在探針的存儲器 44內的校正系數將這些測量值轉化成準確的力讀數。因此，使用本發明實施例的侵入式探針校正將確保醫療專業人員可以準確地控制探針施加到組織上的力。應當理解上述實施例僅是舉例方式的援引，本發明并不限于上文具體示出和描述的內容。更確切地說，本發明的范圍包括上述各種特征的組合和子組合、以及本領域技術人員在閱讀上述說明書時可能想到的并且現有技術中未公開的變型形式和修改形式。
權利要求
1.一種設備，包括滾動元件，所述滾動元件靠在表面上；力感測裝置，所述力感測裝置連接到所述表面，并被構造為通過壓在所述滾動元件上以將所述滾動元件保持不動的力感測探針得到指示沿垂直于所述表面方向施加的力的第一測量值；以及校正處理器，所述校正處理器被構造為采集來自所述感測裝置的第一測量值、采集指示來自所述力感測探針的力的第二測量值，以及基于所述第一和第二測量值校正所述力感測探針。
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述表面為平面。
3.根據權利要求1所述的設備，其中所述滾動元件包括硅橡膠球。
4.根據權利要求1所述的設備，其中所述力感測裝置包括測力傳感器。
5.根據權利要求1所述的設備，其中所述處理器被構造為通過采集來自所述力感測裝置的指示所述力的第一信號而得到所述第一測量值。
6.根據權利要求1所述的設備，其中所述探針包括柔性插入管、遠端頭、以及將所述柔性插入管的遠端連到所述遠端頭的接頭。
7.根據權利要求6所述的設備，其中將所述力感測探針壓在所述滾動元件上導致所述遠端頭變形。
8.根據權利要求7所述的設備，其中所述處理器被構造為通過讀取來自所述探針的一個或多個指示所述變形的信號而得到所述第二測量值。
9.根據權利要求7所述的設備，其中所述變形包括與所述遠端的對稱軸平行的所述遠端頭軸向位移。
10.根據權利要求7所述的設備，其中所述變形包括所述遠端頭相對于所述遠端的對稱軸的角偏轉。
11.根據權利要求1所述的設備，其中校正所述探針包括計算一個或多個校正系數，所述校正系數用于評估作為所述第一和第二測量值的函數的力。
12.根據權利要求11所述的設備，其中所述處理器被構造成將所述校正系數保存在連接到所述探針上的存儲器中。
13.根據權利要求12所述的設備，其中所述存儲器包括電可擦除可編程只讀存儲器 (E2PROM)。
14.一種方法，包括將滾動元件安置在與力感測裝置連接的表面上；將力感測探針壓在所述滾動元件上，以使所述滾動元件在所述表面上保持不動，同時通過所述滾動元件沿垂直于所述表面的方向將力施加到所述力感測裝置上；與此同時，對所述力感測探針施壓，從而使用所述力感測裝置和所述探針分別得到所述力的第一和第二測量值；以及基于所述第一和第二測量值校正所述力感測探針。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述表面為平面。
16.根據權利要求14所述的方法，其中所述滾動元件包括硅橡膠球。
17.根據權利要求14所述的方法，其中所述力感測裝置包括測力傳感器。
18.根據權利要求14所述的方法，其中得到所述第一測量值包括采集來自所述力感測裝置的指示所述施加力的第一信號。
19.根據權利要求14所述的方法，其中所述探針包括柔性插入管、遠端頭、以及將所述柔性插入管的遠端連接到所述遠端頭的接頭。
20.根據權利要求19所述的方法，其中將所述力感測探針壓在所述滾動元件上導致所述遠端頭變形。
21.根據權利要求20所述的方法，其中得到所述第二測量值包括讀取來自所述探針的一個或多個指示所述變形的信號。
22.根據權利要求20所述的方法，其中所述變形包括與所述遠端的對稱軸平行的所述遠端頭軸向位移。
23.根據權利要求20所述的方法，其中所述變形包括所述遠端頭相對于所述遠端的對稱軸的角偏轉。
24.根據權利要求14所述的方法，其中校正所述探針包括計算一個或多個校正系數， 所述校正系數用于評估作為所述第一和第二測量值的函數的力。
25.根據權利要求M所述的方法，該方法還包括將所述校正系數保存在連接到所述探針的存儲器內。
26.根據權利要求25所述的方法，其中所述存儲器包括電可擦除可編程只讀存儲器 (E2PROM)。
全文摘要
本發明公開了一種設備，涉及用于力感測導管的校正系統，其由靠在表面上的滾動元件和連接到所述表面的力感測裝置組成。所述力感測裝置被構造為得到指示沿垂直于所述表面方向施加的力的第一測量值。所述力通過力感測探針壓在所述滾動元件上而施加，以便將所述滾動元件保持不動。所述設備還包括校正處理器，所述校正處理器被構造為采集來自所述感測裝置的第一測量值、采集指示來自所述力感測探針的力的第二測量值，以及基于所述第一和第二測量值校正所述力感測探針。
文檔編號A61N1/05GK102551890SQ20111031780
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月9日 優先權日2010年10月7日
發明者D·S·萊維, D·路德溫, Y·邦亞克 申請人:韋伯斯特生物官能(以色列)有限公司