專利名稱：具有失真消除功能的場發生器貼片的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及醫療器械，并且具體而言涉及用于醫療探針的位置跟蹤的方法和系統。
背景技術：
一些磁性位置跟蹤系統通過產生已知的磁場并且使用配合在探針中的磁場傳感器對場進行測量來跟蹤患者身體中的導管或其它探針的位置。關于這類系統的描述，例如見于美國專利 5，391，199,6, 690，963,6, 484，118,6, 239，724,6, 618，612 和 6，332，089、PCT國際公布WO 96/05768以及美國專利申請公布2002/0065455、2003/0120150和2004/0068178，其全部公開內容以引用方式并入本文。美國專利6，177，792(其公開內容以引用方式并入本文)描述了一種用于產生磁`場的設備，包括多個散熱器線圈和聯接至其上的驅動電路。驅動電路對線圈進行驅動從而以多個驅動頻率產生磁場，其中多個散熱器線圈中的每一個都產生基本僅處于單一的、相應的驅動頻率的場。電路與多個散熱器線圈中的至少一個相關聯，以用于基本消除由其它線圈產生的磁場。
發明內容
下文所述的本發明的實施例提供一種磁場發生器，該磁場發生器包括基底、主發生器線圈、至少一個場傳感器、至少一個勻磁線圈、驅動電路和校正電路。主發生器線圈、場傳感器和勻磁線圈全部設置在基底上。驅動電路耦合成利用處于選定頻率的驅動電流對主發生器線圈進行驅動。校正電路耦合成接收從至少一個場傳感器處于選定頻率的信號，并且響應于該信號與預定基線的偏差，校正電路耦合成通過驅動電流驅動至少一個勻磁線圈，該驅動電流具有被配置成使該信號返回到基線的幅值。在一些實施例中，基底是柔性的并且被配置成附連至患者身體。在一個實施例中，基底包括印刷電路板(PCB)，并且主發生器線圈、至少一個場傳感器和至少一個勻磁線圈都包括印刷在PCB上的導體。在所公開的實施例中，所述至少一個勻磁線圈包括多個勻磁線圈，并且校正電路被配置成響應于從場傳感器接收到的信號而產生多個相應的驅動電流以用于驅動勻磁線圈。在另一個實施例中，多個勻磁線圈設置在基底上不同的、相互隔開的位置處。在一個實施例中，多個勻磁線圈包括包繞基底不同的、相應的子區域的導體。在示例性實施例中，主線圈包繞所述基底的區域，所述基底的區域包含所述勻磁線圈的子區域。在又一個實施例中，校正電路耦合成檢測與預定基線的偏差、估算消除所述偏差的驅動電流并且利用估算得到的驅動電流對至少一個勻磁線圈進行驅動。在又一個實施例中，校正電路耦合成在偏差未出現時通過測量由至少一個場傳感器產生的信號來估算基線，并且在偏差出現時通過對比基線與由至少一個場傳感器產生的信號來產生驅動電流。根據本發明的實施例，另外提供一種方法，該方法包括利用處于選定頻率的驅動電流對設置在基底上的主發生器線圈進行驅動。從設置在基底上的至少一個感測線圈接收處于選定頻率的信號。響應于該信號與預定基線的偏差，利用驅動電流對設置在基底上的至少一個勻磁線圈進行驅動，所述驅動電流具有被配置成使該信號返回到基線的幅值。通過對以下結合附圖的實施例的詳細說明，將更全面地理解本發明
圖I為根據本發明的實施例的用于磁性位置跟蹤的系統的示意性圖示；圖2為示意性地示出根據本發明的實施例的用于磁性位置跟蹤的系統的元件的方框圖；和圖3為示意性地示出根據本發明的實施例用于校正磁性位置跟蹤系統中的場失真的方法的流程圖。
具體實施例方式
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MM一些醫療位置跟蹤系統通過產生取決于位置的磁場并且感測探針處的磁場來測量體內探針的位置。磁場(在本文中稱作主磁場)通常由位置已知的一個或多個場發生器線圈產生。然而，在實際操作環境中，主磁場可能失真(例如由于附近出現金屬物體)。這類失真可能造成錯誤的位置測量。本文所述的本發明的實施例提供改進的用于磁性位置跟蹤的方法和系統。所公開的技術使用鄰近場發生器線圈安裝的至少一個場傳感器和至少一個勻磁線圈來校正給定的場發生器線圈的主磁場中的失真。在一些實施例中，場傳感器感測主磁場并且產生指示所感測到的場的信號。校正電路使用該信號來產生驅動電流以用于驅動勻磁線圈。驅動電流產生，從而校正主磁場相對于預定基線的偏差。通常，主磁場包括交流(AC)場。校正電路產生AC校正電流，該AC校正電流的幅值(包括大小和相位)致使勻磁線圈產生校正磁場，該校正磁場使得主磁場回到預定基線。當偏差由金屬干擾造成時，校正磁場消除該干擾并且防止其使系統的位置測量失真。在一個實施例中，校正電路以實時、自適應方式操作并且因此能夠校正隨著時間發生變化的失真。在一些實施例中，場發生線圈、場傳感器和勻磁線圈全部設置在共同的基板上，例如設置在附連至患者身體的柔性貼片上。貼片元件的極其接近以及貼片元件與所跟蹤的體內探針的極其接近使得能夠進行高度準確的失真校正。在一些實施例中，校正的準確性由于對每個場發生器線圈使用多個勻磁線圈和/或多個感測線圈而得到進一步提高。系統描述圖I為根據本發明的實施例的使用磁性位置跟蹤用于心導管插入術的系統20的不意性圖不。系統 20 可以基于例如由 Biosense-Webster Inc. (Diamond Bar, California)制造的CARTO 系統。在系統20中，醫生24 (或者其它操作者)將導管28 (或者其它探針)插入到患者30的體內。導管28具有由醫生操作的近端，以及被引導通過患者身體的遠端36。醫生通過操縱近端使導管的遠端移動。使用電纜32將導管28連接至控制臺44。在本文所述的實施例中，導管28被插入到患者的心臟中并且用于部分切除和/或用于生成一個或多個心腔的電生理圖。或者，加以必要的變通，可以將導管28用于心臟或其它身體器官中的其它治療和/或診斷用途。控制臺44利用磁性位置感測來確定心臟內的遠端36的位置坐標。為此目的，貼片40附連至患者30的身體。盡管為了清楚的目的，圖I示出了兩個貼片，但是在替代實施例中，系統20可以包括任何期望數量的貼片40。每個貼片40都包括場發生器線圈(圖2中具體示出)，以及下文所述的其它元件。貼片40通過電纜45連接至控制臺44中的驅動單元46。驅動單元46對貼片40中的場發生器線圈進行驅動，從而在患者30的體內產生磁場(稱作主磁場)。導管28的遠端36內的磁性位置傳感器(附圖中未示出)響應于這些磁場而產生電信號。控制臺44中的處理器48對這些信號進行處理，以確定遠端36的位置坐標，通常包括位置和取向坐標。上文所引用的美國專利5，391，199、6，690，963、6，484，118、6，239，724、6，618，612和6，332，089、PCT國際公布WO 96/05768以及美國專利申請公布2002/0065455,2003/0120150以及2004/0068178中對這類磁性位置跟蹤方法進行了詳細描述。
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基于從導管28接收到的信號，處理器44驅動顯示器52，以向醫生24呈現關于遠端36在患者身體中的位置的視覺反饋以及關于正在進行的手術的狀態信息和指導。圖I所示的系統20的配置是純粹為了概念清楚的目的而選擇的示例性配置。在替代實施例中，可以使用任何其它合適的系統。處理器48典型地包括具有合適的前端和接口電路的通用計算機，以用于從導管28接收信號并且對控制臺44的其它部件進行控制。處理器48可以在軟件內編程，以執行本文所述功能。例如，可經網絡將軟件以電子形式下載到處理器48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部件實現處理器48的一些或全部功能。具有失真消除功能的場發生器貼片如上所述，每個貼片40中的場發生器線圈都在患者30的身體中產生主磁場。導管28的遠端36中的位置傳感器感測這些場，并且向處理器48提供指示遠端相對于貼片的位置的信號。在許多實際情況中，主磁場例如由于附近的金屬物體而失真。除非不考慮在內，否則該失真可能造成處理器48產生錯誤的位置測量。在一些實施例中，系統20以自適應方式消除主磁場中的失真，如將在下文進行描述的。圖2為方框圖，示意性地示出根據本發明的實施例的系統20的元件。附圖示出了驅動單元46，驅動單元46通過電纜45連接至貼片40。為了概念清楚的目的，附圖中僅示出了一個貼片40。通常，驅動單元46通過電纜45連接至多個這類貼片40。貼片40包括基底60，基底60通常是柔性的，以便在附連時符合患者身體的形狀。貼片可以使用任何合適的裝置附連至身體，例如使用粘合材料或者膠帶。若干線圈設置在基底60上(在本示例中有場發生線圈64、場感測線圈68和四個勻磁線圈72)。驅動單元46包括驅動電路76和校正電路80。 驅動電路76利用處于選定頻率的AC驅動電流對場發生線圈64進行驅動。驅動電流使線圈64產生主磁場。感測線圈68感測線圈64附近的主磁場并且產生相應的信號，該信號具有主磁場的頻率。當主磁場不失真(例如，當附近沒有金屬物體)時，由線圈68感測到的磁場通常將符合預定基線。當主磁場失真時，由線圈68感測到的磁場通常將偏離基線。單元46中的校正電路80從感測線圈68接收信號。該信號通常具有與主磁場相同的頻率。使用從感測線圈68接收到的信號，校正電路80確定主磁場與預定基線的偏差。校正電路產生一個或多個校正電流并且通過校正電流驅動勻磁線圈72，所述一個或多個校正電流補償這些偏差。校正電流的幅值由電路80設定，以便使勻磁線圈產生能夠消除磁場失真的校正磁場。換句話說，由勻磁線圈72產生的校正磁場使主磁場回到預定基線。該校正的結果是，由貼片40產生的凈磁場符合預定基線。在本專利申請的背景下以及在權利要求中，術語“幅值”廣泛地用于指AC信號的復數幅值，同時包括相位和大小分量。校正電路80可以通過任何合適的方式檢測和校正主磁場中的偏差。在示例性實施例中，校正電路通過在受控環境中對場發生器線圈64進行初始操作來估算基線，該受控環境中不具有能夠使主磁場失真的元件。在這些情況下，傳感器線圈68感測磁場，并且感測線圈信號被看作基線。在正常操作期間，盡管可能出現偏差，但是校正電路80能夠通過對比基線與感測線圈信號來產生用于勻磁線圈的驅動電流。在一個實施例中，在驅動勻磁線圈72時，校正電路搜索將消除與基線場的偏差的校正電流的組合。可以例如使用基于感測線圈68的信號與基線之間的差異的模擬或數字反饋而通過試圖使該差異歸零的貪婪或窮盡搜索過程或者使用任何其它合適的方案來執行搜索。通常，校正電路80以自適應方式連續地或者周期性地執行上述校正過程。換句話說，校正電路連續地或者周期性地接收來自感測線圈68的信號并且通過適當的校正電流驅動勻磁線圈72。因此，系統20能夠校正主磁場中的時變失真。這種時變失真可能例如是由于移動如外科工具或其它儀器而造成的。在一些實施例中，基底60包括柔性的印刷電路板(PCB)材料，并且使用PCB導體設置線圈64、68和72。在圖2的示例中，場發生器線圈64和勻磁線圈72設置在基底60的一側上，并且感測線圈68設置在基底的相對側上。然而，該配置純粹是為了概念清楚的目的而選擇的。在替代實施例中，可以使用任何其它合適的配置。例如，基底60可以是剛性的而不必是柔性的。在一些實施例中，貼片40的元件可以不是附連至患者身體，而是相對于彼此剛性固定在已知位置。在一些實施例中，可以通過任何其它合適種類的場傳感器而不必通過感測線圈來感測主磁場。在圖2的示例中，多個勻磁線圈72設置在基底60上不同的、相互隔開的位置處。多個勻磁線圈包括包繞基底的不同的、相應的子區域的導體，并且場發生器線圈64包繞基底60的這樣的區域該區域包括包含勻磁線圈的子區域。然而，作為另外一種選擇，可以使用任何其它合適的配置。盡管本示例示出了單個場發生器線圈、單個感測線圈和四個勻磁線圈，但是在替代實施例中，貼片40可以包括任何其它合適數量的場發生器線圈、場傳感器和勻磁線圈。在示例性實施例中，貼片40包括單個勻磁線圈。在另一個示例性實施例中，貼片40可以包括多個場傳感器(例如，感測線圈)，每個勻磁線圈具有一個場傳感器。在該實施例中，校正電路通過基于由相應的感測線圈感測到的場所產生的相應的校正電流來驅動每個勻磁線圈。可以使用模擬電路、使用數字電路或者同時使用模擬電路和數字電路來實現校正電路80。在一些實施例中，可以在軟件中實現校正電路80的功能(例如作為處理器48的一部分)。失真消除方法描述圖3為示意性地示出根據本發明的實施例用于校正系統20中的場 失真的方法的流程圖。以下描述指的是具有單個場發生器線圈、單個感測線圈和單個勻磁線圈的單個貼片40。然而，該方法可以在其它的貼片配置中以相似方式應用。該方法以主驅動步驟90開始驅動電路76利用處于選定頻率的驅動電流對貼片40的場發生器線圈64進行驅動。響應于該驅動電流，場發生線圈64產生處于選定頻率的主磁場。在感測步驟94中，貼片40的感測線圈68感測主磁場并且產生處于選定頻率的相應信號。在校正電流產生步驟98中，校正電路80接收來自感測線圈68的信號，并且使用該信號來產生校正電流。校正電流取決于由線圈68感測到的主磁場與其預定基線的偏差。當驅動勻磁線圈72時，校正電流被配置成使主磁場回到預定基線。換句話說，校正電流被配置成補償主磁場中的偏差。在校正驅動步驟102中，校正電路80通過校正電流對勻磁線圈72進行驅動。因此，勻磁線圈產生的校正磁場對主磁場中的失真進行補償。在位置跟蹤步驟106中，系統20使用經過校正的磁場來跟蹤導管28在患者30的身體中的位置。由于系統20的位置測量基于經過校正的磁場，因此其不受主磁場的失真的影響，并且因此是準確的。因此應意識到，上述實施例均以舉例方式舉出，并且本發明不受上文特別顯示和描述的內容限制。相反，本發明的范圍包括上文所述各種特征的組合與子組合，以及本領域技術人員在閱讀上述說明時可能想到的不在現有技術范圍內的變型形式和修改形式。以引用方式并入本專利申請的文獻將視為本專利申請的整體部分，但不包括在這些并入的文獻中以與本說明書中明確或隱含地給出的定義相沖突的方式定義的任何術語，而只應考慮本說明書中的定義。
權利要求
1.一種磁場發生器，包括 基底； 主發生器線圈、至少一個場傳感器和至少一個勻磁線圈，所述主發生器線圈、所述至少一個場傳感器和所述至少一個勻磁 線圈全部設置在所述基底上； 驅動電路，所述驅動電路耦合成利用處于選定頻率的驅動電流對所述主發生器線圈進行驅動；和 校正電路，所述校正電路耦合成從所述至少一個場傳感器接收處于選定頻率的信號，并且響應于所述信號與預定基線的偏差，所述校正電路耦合成利用驅動電流對所述至少一個勻磁線圈進行驅動，所述驅動電流具有被配置成使所述信號返回到所述基線的幅值。
2.根據權利要求I所述的場發生器，其中所述基底是柔性的并且被配置成附連至患者身體。
3.根據權利要求I所述的場發生器，其中所述基底包括印刷電路板(PCB)，并且其中所述主發生器線圈、所述至少一個場傳感器和所述至少一個勻磁線圈都包括印刷在所述PCB上的導體。
4.根據權利要求I所述的場發生器，其中所述至少一個勻磁線圈包括多個勻磁線圈，并且其中所述校正電路被配置成響應于從所述場傳感器接收到的信號而產生多個相應的驅動電流以用于驅動所述勻磁線圈。
5.根據權利要求4所述的場發生器，其中所述多個勻磁線圈設置在所述基底上不同的、相互隔開的位置處。
6.根據權利要求5所述的場發生器，其中所述多個勻磁線圈包括導體，所述導體包繞所述基底的不同的、相應的子區域。
7.根據權利要求6所述的場發生器，其中所述主線圈包繞所述基底的區域，所述基底的區域包含所述勻磁線圈的子區域。
8.根據權利要求I所述的場發生器，其中所述校正電路耦合成檢測與所述預定基線的偏差、估算消除所述偏差的驅動電流并且利用估算得到的驅動電流來驅動所述至少一個勻磁線圈。
9.根據權利要求I所述的場發生器，其中所述校正電路耦合成在所述偏差未出現時通過測量由所述至少一個場傳感器產生的信號來估算所述基線，并且在所述偏差出現時通過對比所述基線與由所述至少一個場傳感器產生的信號來產生驅動電流。
10.一種方法，包括 利用處于選定頻率的驅動電流對設置在基底上的主發生器線圈進行驅動； 從設置在所述基底上的至少一個感測線圈接收處于選定頻率的信號；知 響應于所述信號與預定基線的偏差，利用驅動電流對設置在所述基底上的至少一個勻磁線圈進行驅動，所述驅動電流具有被配置成使所述信號返回到所述基線的幅值。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述基底是柔性的并且被配置成附連至患者身體。
12.根據權利要求10所述的方法，其中所述基底包括印刷電路板(PCB)，并且其中所述主發生器線圈、所述至少一個場傳感器和所述至少一個勻磁線圈都包括印刷在所述PCB上的導體。
13.根據權利要求10所述的方法，其中所述至少一個勻磁線圈包括多個勻磁線圈，并且其中對所述至少一個勻磁線圈進行驅動包括響應于從所述場傳感器接收到的信號而產生多個相應的驅動電流以用于驅動所述勻磁線圈。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述多個勻磁線圈設置在所述基底上不同的、相互隔開的位置處。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述多個勻磁線圈包括導體，所述導體包繞所述基底的不同的、相應的子區域。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述主線圈包繞所述基底的區域，所述基底的區域包含所述勻磁線圈的子區域。
17.根據權利要求10所述的方法，其中對所述至少一個勻磁線圈進行驅動包括檢測與所述預定基線的偏差、估算消除所述偏差的驅動電流并且利用估算得到的驅動電流對所述至少一個勻磁線圈進行驅動。
18.根據權利要求10所述的方法，其中對所述至少一個勻磁線圈進行驅動包括在所述偏差未出現時通過測量由所述至少一個場傳感器產生的信號來估算所述基線，并且在所述偏差出現時通過對比所述基線與由所述至少一個場傳感器產生的信號來產生驅動電流。
全文摘要
本發明涉及一種磁場發生器，包括基底、主發生器線圈、至少一個場傳感器、至少一個勻磁線圈、驅動電路和校正電路。主發生器線圈、場傳感器和勻磁線圈全部設置在基底上。驅動電路耦合成利用處于選定頻率的驅動電流對主發生器線圈進行驅動。校正電路耦合成從至少一個場傳感器接收處于選定頻率的信號，并且響應于該信號與預定基線的偏差，校正電路耦合成利用驅動電流對至少一個勻磁線圈進行驅動，該驅動電流具有被配置成使該信號返回到基線的幅值。
文檔編號A61B5/06GK102871662SQ201210242199
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月12日 優先權日2011年7月13日
發明者A.戈瓦里, A.C.阿爾特曼, Y.埃夫拉思 申請人:韋伯斯特生物官能(以色列)有限公司