具有失真消除功能的场发生器贴片的制作方法

专利名称：具有失真消除功能的场发生器贴片的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及医疗器械，并且具体而言涉及用于医疗探针的位置跟踪的方法和系统。
背景技术：
一些磁性位置跟踪系统通过产生已知的磁场并且使用配合在探针中的磁场传感器对场进行测量来跟踪患者身体中的导管或其它探针的位置。关于这类系统的描述，例如见于美国专利 5，391，199,6, 690，963,6, 484，118,6, 239，724,6, 618，612 和 6，332，089、PCT国际公布WO 96/05768以及美国专利申请公布2002/0065455、2003/0120150和2004/0068178，其全部公开内容以引用方式并入本文。美国专利6，177，792(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种用于产生磁`场的设备，包括多个散热器线圈和联接至其上的驱动电路。驱动电路对线圈进行驱动从而以多个驱动频率产生磁场，其中多个散热器线圈中的每一个都产生基本仅处于单一的、相应的驱动频率的场。电路与多个散热器线圈中的至少一个相关联，以用于基本消除由其它线圈产生的磁场。

发明内容
下文所述的本发明的实施例提供一种磁场发生器，该磁场发生器包括基底、主发生器线圈、至少一个场传感器、至少一个匀磁线圈、驱动电路和校正电路。主发生器线圈、场传感器和匀磁线圈全部设置在基底上。驱动电路耦合成利用处于选定频率的驱动电流对主发生器线圈进行驱动。校正电路耦合成接收从至少一个场传感器处于选定频率的信号，并且响应于该信号与预定基线的偏差，校正电路耦合成通过驱动电流驱动至少一个匀磁线圈，该驱动电流具有被配置成使该信号返回到基线的幅值。在一些实施例中，基底是柔性的并且被配置成附连至患者身体。在一个实施例中，基底包括印刷电路板(PCB)，并且主发生器线圈、至少一个场传感器和至少一个匀磁线圈都包括印刷在PCB上的导体。在所公开的实施例中，所述至少一个匀磁线圈包括多个匀磁线圈，并且校正电路被配置成响应于从场传感器接收到的信号而产生多个相应的驱动电流以用于驱动匀磁线圈。在另一个实施例中，多个匀磁线圈设置在基底上不同的、相互隔开的位置处。在一个实施例中，多个匀磁线圈包括包绕基底不同的、相应的子区域的导体。在示例性实施例中，主线圈包绕所述基底的区域，所述基底的区域包含所述匀磁线圈的子区域。在又一个实施例中，校正电路耦合成检测与预定基线的偏差、估算消除所述偏差的驱动电流并且利用估算得到的驱动电流对至少一个匀磁线圈进行驱动。在又一个实施例中，校正电路耦合成在偏差未出现时通过测量由至少一个场传感器产生的信号来估算基线，并且在偏差出现时通过对比基线与由至少一个场传感器产生的信号来产生驱动电流。根据本发明的实施例，另外提供一种方法，该方法包括利用处于选定频率的驱动电流对设置在基底上的主发生器线圈进行驱动。从设置在基底上的至少一个感测线圈接收处于选定频率的信号。响应于该信号与预定基线的偏差，利用驱动电流对设置在基底上的至少一个匀磁线圈进行驱动，所述驱动电流具有被配置成使该信号返回到基线的幅值。通过对以下结合附图的实施例的详细说明，将更全面地理解本发明


图I为根据本发明的实施例的用于磁性位置跟踪的系统的示意性图示；图2为示意性地示出根据本发明的实施例的用于磁性位置跟踪的系统的元件的方框图；和图3为示意性地示出根据本发明的实施例用于校正磁性位置跟踪系统中的场失真的方法的流程图。
具体实施例方式
`
MM一些医疗位置跟踪系统通过产生取决于位置的磁场并且感测探针处的磁场来测量体内探针的位置。磁场(在本文中称作主磁场)通常由位置已知的一个或多个场发生器线圈产生。然而，在实际操作环境中，主磁场可能失真(例如由于附近出现金属物体)。这类失真可能造成错误的位置测量。本文所述的本发明的实施例提供改进的用于磁性位置跟踪的方法和系统。所公开的技术使用邻近场发生器线圈安装的至少一个场传感器和至少一个匀磁线圈来校正给定的场发生器线圈的主磁场中的失真。在一些实施例中，场传感器感测主磁场并且产生指示所感测到的场的信号。校正电路使用该信号来产生驱动电流以用于驱动匀磁线圈。驱动电流产生，从而校正主磁场相对于预定基线的偏差。通常，主磁场包括交流(AC)场。校正电路产生AC校正电流，该AC校正电流的幅值(包括大小和相位)致使匀磁线圈产生校正磁场，该校正磁场使得主磁场回到预定基线。当偏差由金属干扰造成时，校正磁场消除该干扰并且防止其使系统的位置测量失真。在一个实施例中，校正电路以实时、自适应方式操作并且因此能够校正随着时间发生变化的失真。在一些实施例中，场发生线圈、场传感器和匀磁线圈全部设置在共同的基板上，例如设置在附连至患者身体的柔性贴片上。贴片元件的极其接近以及贴片元件与所跟踪的体内探针的极其接近使得能够进行高度准确的失真校正。在一些实施例中，校正的准确性由于对每个场发生器线圈使用多个匀磁线圈和/或多个感测线圈而得到进一步提高。系统描述图I为根据本发明的实施例的使用磁性位置跟踪用于心导管插入术的系统20的不意性图不。系统 20 可以基于例如由 Biosense-Webster Inc. (Diamond Bar, California)制造的CARTO 系统。在系统20中，医生24 (或者其它操作者)将导管28 (或者其它探针)插入到患者30的体内。导管28具有由医生操作的近端，以及被引导通过患者身体的远端36。医生通过操纵近端使导管的远端移动。使用电缆32将导管28连接至控制台44。在本文所述的实施例中，导管28被插入到患者的心脏中并且用于部分切除和/或用于生成一个或多个心腔的电生理图。或者，加以必要的变通，可以将导管28用于心脏或其它身体器官中的其它治疗和/或诊断用途。控制台44利用磁性位置感测来确定心脏内的远端36的位置坐标。为此目的，贴片40附连至患者30的身体。尽管为了清楚的目的，图I示出了两个贴片，但是在替代实施例中，系统20可以包括任何期望数量的贴片40。每个贴片40都包括场发生器线圈(图2中具体示出)，以及下文所述的其它元件。贴片40通过电缆45连接至控制台44中的驱动单元46。驱动单元46对贴片40中的场发生器线圈进行驱动，从而在患者30的体内产生磁场(称作主磁场)。导管28的远端36内的磁性位置传感器(附图中未示出)响应于这些磁场而产生电信号。控制台44中的处理器48对这些信号进行处理，以确定远端36的位置坐标，通常包括位置和取向坐标。上文所引用的美国专利5，391，199、6，690，963、6，484，118、6，239，724、6，618，612和6，332，089、PCT国际公布WO 96/05768以及美国专利申请公布2002/0065455,2003/0120150以及2004/0068178中对这类磁性位置跟踪方法进行了详细描述。
`
基于从导管28接收到的信号，处理器44驱动显示器52，以向医生24呈现关于远端36在患者身体中的位置的视觉反馈以及关于正在进行的手术的状态信息和指导。图I所示的系统20的配置是纯粹为了概念清楚的目的而选择的示例性配置。在替代实施例中，可以使用任何其它合适的系统。处理器48典型地包括具有合适的前端和接口电路的通用计算机，以用于从导管28接收信号并且对控制台44的其它部件进行控制。处理器48可以在软件内编程，以执行本文所述功能。例如，可经网络将软件以电子形式下载到处理器48中，或者可将软件提供在非临时性有形介质上，例如光学、磁或电子存储介质。作为另外一种选择，可通过专用或可编程数字硬件部件实现处理器48的一些或全部功能。具有失真消除功能的场发生器贴片如上所述，每个贴片40中的场发生器线圈都在患者30的身体中产生主磁场。导管28的远端36中的位置传感器感测这些场，并且向处理器48提供指示远端相对于贴片的位置的信号。在许多实际情况中，主磁场例如由于附近的金属物体而失真。除非不考虑在内，否则该失真可能造成处理器48产生错误的位置测量。在一些实施例中，系统20以自适应方式消除主磁场中的失真，如将在下文进行描述的。图2为方框图，示意性地示出根据本发明的实施例的系统20的元件。附图示出了驱动单元46，驱动单元46通过电缆45连接至贴片40。为了概念清楚的目的，附图中仅示出了一个贴片40。通常，驱动单元46通过电缆45连接至多个这类贴片40。贴片40包括基底60，基底60通常是柔性的，以便在附连时符合患者身体的形状。贴片可以使用任何合适的装置附连至身体，例如使用粘合材料或者胶带。若干线圈设置在基底60上(在本示例中有场发生线圈64、场感测线圈68和四个匀磁线圈72)。驱动单元46包括驱动电路76和校正电路80。 驱动电路76利用处于选定频率的AC驱动电流对场发生线圈64进行驱动。驱动电流使线圈64产生主磁场。感测线圈68感测线圈64附近的主磁场并且产生相应的信号，该信号具有主磁场的频率。当主磁场不失真(例如，当附近没有金属物体)时，由线圈68感测到的磁场通常将符合预定基线。当主磁场失真时，由线圈68感测到的磁场通常将偏离基线。单元46中的校正电路80从感测线圈68接收信号。该信号通常具有与主磁场相同的频率。使用从感测线圈68接收到的信号，校正电路80确定主磁场与预定基线的偏差。校正电路产生一个或多个校正电流并且通过校正电流驱动匀磁线圈72，所述一个或多个校正电流补偿这些偏差。校正电流的幅值由电路80设定，以便使匀磁线圈产生能够消除磁场失真的校正磁场。换句话说，由匀磁线圈72产生的校正磁场使主磁场回到预定基线。该校正的结果是，由贴片40产生的净磁场符合预定基线。在本专利申请的背景下以及在权利要求中，术语“幅值”广泛地用于指AC信号的复数幅值，同时包括相位和大小分量。校正电路80可以通过任何合适的方式检测和校正主磁场中的偏差。在示例性实施例中，校正电路通过在受控环境中对场发生器线圈64进行初始操作来估算基线，该受控环境中不具有能够使主磁场失真的元件。在这些情况下，传感器线圈68感测磁场，并且感测线圈信号被看作基线。在正常操作期间，尽管可能出现偏差，但是校正电路80能够通过对比基线与感测线圈信号来产生用于匀磁线圈的驱动电流。在一个实施例中，在驱动匀磁线圈72时，校正电路搜索将消除与基线场的偏差的校正电流的组合。可以例如使用基于感测线圈68的信号与基线之间的差异的模拟或数字反馈而通过试图使该差异归零的贪婪或穷尽搜索过程或者使用任何其它合适的方案来执行搜索。通常，校正电路80以自适应方式连续地或者周期性地执行上述校正过程。换句话说，校正电路连续地或者周期性地接收来自感测线圈68的信号并且通过适当的校正电流驱动匀磁线圈72。因此，系统20能够校正主磁场中的时变失真。这种时变失真可能例如是由于移动如外科工具或其它仪器而造成的。在一些实施例中，基底60包括柔性的印刷电路板(PCB)材料，并且使用PCB导体设置线圈64、68和72。在图2的示例中，场发生器线圈64和匀磁线圈72设置在基底60的一侧上，并且感测线圈68设置在基底的相对侧上。然而，该配置纯粹是为了概念清楚的目的而选择的。在替代实施例中，可以使用任何其它合适的配置。例如，基底60可以是刚性的而不必是柔性的。在一些实施例中，贴片40的元件可以不是附连至患者身体，而是相对于彼此刚性固定在已知位置。在一些实施例中，可以通过任何其它合适种类的场传感器而不必通过感测线圈来感测主磁场。在图2的示例中，多个匀磁线圈72设置在基底60上不同的、相互隔开的位置处。多个匀磁线圈包括包绕基底的不同的、相应的子区域的导体，并且场发生器线圈64包绕基底60的这样的区域该区域包括包含匀磁线圈的子区域。然而，作为另外一种选择，可以使用任何其它合适的配置。尽管本示例示出了单个场发生器线圈、单个感测线圈和四个匀磁线圈，但是在替代实施例中，贴片40可以包括任何其它合适数量的场发生器线圈、场传感器和匀磁线圈。在示例性实施例中，贴片40包括单个匀磁线圈。在另一个示例性实施例中，贴片40可以包括多个场传感器(例如，感测线圈)，每个匀磁线圈具有一个场传感器。在该实施例中，校正电路通过基于由相应的感测线圈感测到的场所产生的相应的校正电流来驱动每个匀磁线圈。可以使用模拟电路、使用数字电路或者同时使用模拟电路和数字电路来实现校正电路80。在一些实施例中，可以在软件中实现校正电路80的功能(例如作为处理器48的一部分)。失真消除方法描述图3为示意性地示出根据本发明的实施例用于校正系统20中的场 失真的方法的流程图。以下描述指的是具有单个场发生器线圈、单个感测线圈和单个匀磁线圈的单个贴片40。然而，该方法可以在其它的贴片配置中以相似方式应用。该方法以主驱动步骤90开始驱动电路76利用处于选定频率的驱动电流对贴片40的场发生器线圈64进行驱动。响应于该驱动电流，场发生线圈64产生处于选定频率的主磁场。在感测步骤94中，贴片40的感测线圈68感测主磁场并且产生处于选定频率的相应信号。在校正电流产生步骤98中，校正电路80接收来自感测线圈68的信号，并且使用该信号来产生校正电流。校正电流取决于由线圈68感测到的主磁场与其预定基线的偏差。当驱动匀磁线圈72时，校正电流被配置成使主磁场回到预定基线。换句话说，校正电流被配置成补偿主磁场中的偏差。在校正驱动步骤102中，校正电路80通过校正电流对匀磁线圈72进行驱动。因此，匀磁线圈产生的校正磁场对主磁场中的失真进行补偿。在位置跟踪步骤106中，系统20使用经过校正的磁场来跟踪导管28在患者30的身体中的位置。由于系统20的位置测量基于经过校正的磁场，因此其不受主磁场的失真的影响，并且因此是准确的。因此应意识到，上述实施例均以举例方式举出，并且本发明不受上文特别显示和描述的内容限制。相反，本发明的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合，以及本领域技术人员在阅读上述说明时可能想到的不在现有技术范围内的变型形式和修改形式。以引用方式并入本专利申请的文献将视为本专利申请的整体部分，但不包括在这些并入的文献中以与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突的方式定义的任何术语，而只应考虑本说明书中的定义。
权利要求
1.一种磁场发生器，包括 基底； 主发生器线圈、至少一个场传感器和至少一个匀磁线圈，所述主发生器线圈、所述至少一个场传感器和所述至少一个匀磁 线圈全部设置在所述基底上； 驱动电路，所述驱动电路耦合成利用处于选定频率的驱动电流对所述主发生器线圈进行驱动；和 校正电路，所述校正电路耦合成从所述至少一个场传感器接收处于选定频率的信号，并且响应于所述信号与预定基线的偏差，所述校正电路耦合成利用驱动电流对所述至少一个匀磁线圈进行驱动，所述驱动电流具有被配置成使所述信号返回到所述基线的幅值。
2.根据权利要求I所述的场发生器，其中所述基底是柔性的并且被配置成附连至患者身体。
3.根据权利要求I所述的场发生器，其中所述基底包括印刷电路板(PCB)，并且其中所述主发生器线圈、所述至少一个场传感器和所述至少一个匀磁线圈都包括印刷在所述PCB上的导体。
4.根据权利要求I所述的场发生器，其中所述至少一个匀磁线圈包括多个匀磁线圈，并且其中所述校正电路被配置成响应于从所述场传感器接收到的信号而产生多个相应的驱动电流以用于驱动所述匀磁线圈。
5.根据权利要求4所述的场发生器，其中所述多个匀磁线圈设置在所述基底上不同的、相互隔开的位置处。
6.根据权利要求5所述的场发生器，其中所述多个匀磁线圈包括导体，所述导体包绕所述基底的不同的、相应的子区域。
7.根据权利要求6所述的场发生器，其中所述主线圈包绕所述基底的区域，所述基底的区域包含所述匀磁线圈的子区域。
8.根据权利要求I所述的场发生器，其中所述校正电路耦合成检测与所述预定基线的偏差、估算消除所述偏差的驱动电流并且利用估算得到的驱动电流来驱动所述至少一个匀磁线圈。
9.根据权利要求I所述的场发生器，其中所述校正电路耦合成在所述偏差未出现时通过测量由所述至少一个场传感器产生的信号来估算所述基线，并且在所述偏差出现时通过对比所述基线与由所述至少一个场传感器产生的信号来产生驱动电流。
10.一种方法，包括 利用处于选定频率的驱动电流对设置在基底上的主发生器线圈进行驱动； 从设置在所述基底上的至少一个感测线圈接收处于选定频率的信号；知 响应于所述信号与预定基线的偏差，利用驱动电流对设置在所述基底上的至少一个匀磁线圈进行驱动，所述驱动电流具有被配置成使所述信号返回到所述基线的幅值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述基底是柔性的并且被配置成附连至患者身体。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述基底包括印刷电路板(PCB)，并且其中所述主发生器线圈、所述至少一个场传感器和所述至少一个匀磁线圈都包括印刷在所述PCB上的导体。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一个匀磁线圈包括多个匀磁线圈，并且其中对所述至少一个匀磁线圈进行驱动包括响应于从所述场传感器接收到的信号而产生多个相应的驱动电流以用于驱动所述匀磁线圈。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个匀磁线圈设置在所述基底上不同的、相互隔开的位置处。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个匀磁线圈包括导体，所述导体包绕所述基底的不同的、相应的子区域。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述主线圈包绕所述基底的区域，所述基底的区域包含所述匀磁线圈的子区域。
17.根据权利要求10所述的方法，其中对所述至少一个匀磁线圈进行驱动包括检测与所述预定基线的偏差、估算消除所述偏差的驱动电流并且利用估算得到的驱动电流对所述至少一个匀磁线圈进行驱动。
18.根据权利要求10所述的方法，其中对所述至少一个匀磁线圈进行驱动包括在所述偏差未出现时通过测量由所述至少一个场传感器产生的信号来估算所述基线，并且在所述偏差出现时通过对比所述基线与由所述至少一个场传感器产生的信号来产生驱动电流。
全文摘要
本发明涉及一种磁场发生器，包括基底、主发生器线圈、至少一个场传感器、至少一个匀磁线圈、驱动电路和校正电路。主发生器线圈、场传感器和匀磁线圈全部设置在基底上。驱动电路耦合成利用处于选定频率的驱动电流对主发生器线圈进行驱动。校正电路耦合成从至少一个场传感器接收处于选定频率的信号，并且响应于该信号与预定基线的偏差，校正电路耦合成利用驱动电流对至少一个匀磁线圈进行驱动，该驱动电流具有被配置成使该信号返回到基线的幅值。
文档编号A61B5/06GK102871662SQ201210242199
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月12日 优先权日2011年7月13日
发明者A.戈瓦里, A.C.阿尔特曼, Y.埃夫拉思 申请人:韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司