在C摇臂X射线环境中具有极小图像遮挡和对尺寸的极小影响的磁场生成器的制作方法

本发明涉及具有相对薄的磁场发射器的磁场生成器，所述磁场发射器被配置为最小地遮挡透视图像等。

背景技术：

为诊断和治疗多种身体状况，可在躯体中插入种类繁多的医疗装置。例如，导管被用于在人体和其他躯体内完成多种任务，包括药物和液体的输送、排除体液，以及运送外科工具和仪器。例如，在对房颤的诊断和治疗中，导管可被用于将电极输送至心脏用于对心脏表面的电生理学标测并向心脏表面输送消融能量。

导管通常通过躯体的血管系统选择路径到目标区域。在传统的导管插入术中，微型穿刺针(例如，赛丁格针(Seldinger needle))被用于刺穿皮肤表面以进入，例如，股动脉，并且在该针被移除之前，通过该针插入导引线。之后，沿导引线插入其内部插入了扩张器的导管鞘。随后，移除该扩张器和导引线，将导管鞘留在股动脉内。导管鞘具有比手术中使用的导管的外径大的内经。然后，将导管插入导管鞘，导管鞘和/或导管进而穿过血管到达目标区域。通常但非必要地，之后相对于导管鞘纵向移动导管以从导管鞘的远端延伸至目标区域。该纵向移动可由临床医生手动完成，或者通过使用机电驱动系统完成。

人们期望跟踪医疗设备(例如，导管)在体内移动的位置，以使得例如药物和其他形式的治疗可以被派发到适当的位置，并且可以更高效且安全地完成医疗手术。一种用以跟踪医疗设备在体内的位置的传统方法是透视成像(fluoroscopic imaging)。然而，透视是有缺陷的，因为其将患者和医师暴露于不理想的电磁辐射水平之下。故而，医疗设备引导系统被开发出来以跟踪医疗设备在体内的位置。这些系统通常依赖于电场或磁场的生成以及对在附接至医疗设备和/或躯体外部的位置传感器上的感应电压和电流的探测。随后将来源于这些系统的信息提供给医师(例如，通过视觉显示器提供给医师)。往往相对于在其中移动该医疗设备的解剖区域的计算机模型或一个或更多的图像(包括但不限于透视图像)来显示医疗设备的表示。为了在相对于模型或图像的正确位置显示医疗设备，必须在引导系统的坐标系内注册该模型或图像。

磁场发射器可以与医疗设备引导系统结合使用。可以通过多种方式安装在引导系统内的这些发射器。如果用于捕捉图像的成像系统与引导系统被物理地集成在一起，如共同受让的美国公开专利申请2008/018307A1(其全部公开内容通过引用并入本文)中所描述的，可安装这些发射器以使它们不在x射线束的路径上。前述讨论仅意在描述本技术领域，不应被视作对权利要求范围的放弃。

技术实现要素：

磁场生成器组件被配置为与支撑躯体的平台关联。该磁场生成器包括薄的(最小高度)并且对x射线辐射透明或基本透明的磁场发射器。该磁场发射器适于最小地妨碍成像系统的部件并且最小地影响图像质量。

根据本发明的一个方面，被配置为与支撑躯体的平台关联的磁场生成装置包括被布置为平面上的曲线的细长导电元件，其中该曲线围绕垂直于曲线平面延伸的中心轴缠绕，具有从中心轴至曲线外围的连续增长的距离；其中，该导电元件形成该装置的第一层；以及其中该第一层处于第一平面；该导电元件还包括形成该装置的第二层；以及其中所述第二层处于第二平面；每个导电元件的第一层和第二层通过缠绕单根导线形成。

根据本发明的被配置为与支撑躯体的平台关联的磁场生成装置包括至少三个细长导电元件。

根据本发明的被配置为与支撑躯体的平台关联的磁场生成装置包括至少九个细长导电元件。

根据本发明的被配置为与支撑躯体的平台关联的磁场生成装置，其中，对于每个导电元件，所述第一层包括第一内周长和第一外周长，所述第一外周长限定所述导电元件的第一出口点；其中，对于每个导电元件，所述第二层包括第二内周长和第二外周长，所述第二外周长限定所述导电元件的第二出口点；以及其中所述第一出口点和所述第二出口点彼此接近。

根据本发明的被配置为与支撑躯体的平台关联的磁场生成装置，其中所述第一层和所述第二层被配置为在所述第一和第二出口点的外围位置形成双绞线。

根据本发明的另一方面，医学设备引导系统包括：被配置为生成接近正接受治疗的躯体的至少10^-10特斯拉的磁场的磁场生成器组件，其中该磁场生成器组件包括：(i)被排列为平面曲线的细长导电元件；(ii)将该导电元件连接至电源的导线；(iii)能够控制供给至导电元件的电流的控制单元；以及(iv)包围该导电元件的壳体；以及其中该磁场生成器组件还被配置为可操作地与以下耦合：(a)支撑躯体的平台；(b)包括相对于躯体可移动的结构的成像系统；以及(c)显示器。

根据本发明的医学设备引导系统，其中，被配置为生成接近正接受治疗的躯体的至少10^-10特斯拉的磁场的磁场生成器组件包括至少三个细长导电元件。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的医疗设备引导系统的示意图；

图2是图1中的系统的磁场生成器组件的示意图；

图3是磁场发射器的示意图；

图4是多层磁场发射器的示意图；

图5是磁场生成器组件及其线路连接的示意图。

具体实施方式

参照附图，其中使用类似的编号标识各个视图中的相同部件。图1示出了根据本发明的一个实施例的电生理学实验室，包括成像系统10和用于相对于并在患者躯体16内的目标区域(诸如心脏18)引导医疗设备14的系统12。设备14可包括，例如，电生理学的(EP)标测导管、心内超声心动描记(ICE)导管，或消融导管。然而，应当理解，所发明的系统可被用于引导用于治疗躯体16内的多种目标区域的多种诊断和治疗设备。

在所示实施例中，提供成像系统10以获取心脏18或其他目标解剖区域的图像，且成像系统10包括透视成像系统。系统10具有相对于系统12的多个部件以及相对于躯体16和支撑躯体16的平台20可移动的结构。系统10可包括多个结构性部件，在所示实施例中，结构性部件包括支撑件22、摇臂24、辐射发射极26以及辐射探测器28。系统10还可包括用于控制系统10运行的电子控制单元(未示出)和一个或多个输入设备(诸如控制踏板30)和输出设备(诸如显示器32)。

支撑件22提供了用于支撑摇臂24和相对于躯体16移动摇臂24、发射极26和探测器28的装置。在所示实施例中，支撑件22悬挂于EP实验室的天花板。支撑件22可固定于导轨(未示出)或相似结构，并可被机械设备、电气设备或机电设备(未示出)移动。支撑件22可被配置为与摇臂24、发射极26和探测器28一起关于轴34旋转以相对于躯体16定位摇臂24、发射极26和探测器28。

摇臂24提供了用于相对于躯体16支撑发射极26和探测器28的装置。摇臂24可基本为C形(即，“C臂”)以提供相对于躯体16和平台20的足够间隙。摇臂24被配置为相对于支撑件22关于轴36在任一方向上旋转以引起发射极26和探测器28的相应的运动，并相对于躯体16定位发射极26和探测器28以允许从多种角度或方向获取图像。

提供发射极26以在发射极26和探测器28之间的视野范围(包括躯体16内的目标解剖区域)内发射电磁辐射(例如，x射线)。发射极26被置于摇臂24的一端。

探测器28获取通过躯体16内的目标解剖区域的电磁辐射，并生成用于创建目标区域的图像的信号。在一个实施例中，探测器28可包括平板探测器，并且探测器28可被配置为相对于摇臂24关于轴34旋转，以及探测器28还可以相对于摇臂24沿轴40移动以改变发射极26和探测器28之间的距离(即，“源至图像”距离或“SID”)。探测器28被置于相对于发射极26的摇臂24的相对端。

成像系统10和电生理学实验室中的其他对象的相对移动带来了在医师引导设备14时系统12需要实现的多种自由度。摇臂24关于轴34、36以及38旋转，并沿轴40移动。平台20可相对于成像系统10(反之亦然)在沿三个正交轴的任一方向上移动，导致了多达7个自由度。

控制踏板30为医师提供了控制成像系统10的装置。例如，医师可以压下踏板30以激活辐射发射极26。踏板30可经由有线或无线连接与成像系统10的电子控制单元(未示出)通信。

提供显示器32以将信息传送给医师以协助诊断和治疗。显示器32可包括一个或多个计算机监视器或其他显示设备。显示器32可向医师展示透视图像和图形用户界面(GUI)。GUI可传送多种信息，包括，例如，心脏18的几何结构的图像、与心脏18关联的电生理学数据、显示医疗设备14上的各个电极经一段时间的电压水平的图形，以及医疗设备14的图像及指示设备14和其他设备相对于心脏18的位置的相关信息的图像。

系统12可被用于确定设备14在躯体16内且在坐标系42内的位置，以及在躯体16内引导设备14。系统12还可被用于确定EP实验室内的其他可移动对象在坐标系42内的位置，包括躯体16和平台20。

根据本发明的一个实施例，系统12还被用于确定成像系统10(尤其是，成像系统10的各个部件)在坐标系42内的位置。系统12利用磁场，并且可包括可由圣犹达医疗公司提供的具有商标MediGuide^TM的系统，该系统通常示出并描述于，例如，被共同拥有的美国专利7386339和美国专利申请61/787542(其全部公开内容通过引用并入本文)中。系统12可包括磁场生成器组件44(图2中更好地示出)、用于生成关于设备14在躯体16内的位置以及在EP实验室中的各个对象(诸如，成像系统10、躯体16和平台20)的位置的信息的装置(诸如，位置传感器46和52)。系统12还可包括电子控制单元(ECU)56和显示器(诸如，显示器32)。

生成器组件44生成磁场，该磁场引起传感器46和52中指示传感器46和52在磁场中以及在坐标系42中的位置和方向的响应。生成器组件44可刚好位于平台20下面，如图1所示。可选地，生成器组件44可以位于平台20上面，使得生成器组件44在垫子21和平台之间(如图2所示)和/或在躯体16和平台20之间。生成器组件44还可以位于平台20和/或垫子21内。在另一个实施例中，类似于组件44的生成器组件可使用一个或多个贴片(例如，诸如类似于圣犹达医疗公司出售的EnSite^TMNavX^TM表面电极贴片的贴片)直接位于患者躯体上。生成器组件44还可以使其不会显著遮挡x射线束的路径的方式安装在引导系统和成像系统物理地分开的系统中，如在共同受让的美国专利申请61/787542中所描述的。

参考图2，生成器组件44可包括置于壳体45内(或者，可选地，可置于壳体上)的磁场发射器(诸如，发射器57A)。每个发射器57A可包括以螺旋形式(诸如，线圈)布置的细长导电元件(诸如，导线)。用于制作发射器57A的螺旋线圈的线径可为约1盎司(厚度)0.7毫米(宽度)。导线的典型长度可为约20米。发射器57A的线圈的邻近匝之间的分隔距离可为约0.3毫米。如图2所示，发射器57A的螺旋线圈的形状可为矩形以占据生成器组件44的大部分而留下非常少的未被占据的空间。可选地，如图3和图4中57B和57C处分别所示，发射器的形状可以是圆形。无论如何，在至少一个实施例中，发射器可为薄且平，以使得它们能被容易地集成入平台20或与平台20关联。在一个实施例中，每个发射器的高度可通常为从约10微米到约0.25毫米的范围。此外，发射器与形成生成器组件的外部的壳体45之间的距离是极小的，为从约0.2毫米到2厘米的范围，并且壳体45可为总高度约0.2毫米到2厘米、总宽度约10厘米到50厘米，且总长度约10厘米。因此，生成器组件44可为薄且大致平。由此，生成器组件44可被置于垫子21或平台20之下，对摇臂24的几何结构和手术中摇臂24可相对于床20移动的路径具有极小的影响或没有影响。

由于根据本发明的发射器大体上薄且平，因此它们对x射线透明或几乎透明，这减少了投射干扰的可能性。如在本说明书中使用的，“几乎透明”可意为在透视图像中对人眼具有极小的遮蔽性(例如，形成极小的和/或均匀的背景伪影)，或大致不可见。在一个实施例中，透明或几乎透明的发射器不应需要比缺少发射器的情况下需要在系统10中使用的辐射更多的辐射。由此，发射器被配置为极小地遮挡透视图像。在一个实施例中，发射器由铜或其它导电材料的薄层制成。另外，发射器可被封装入x射线透明材料中，例如，碳纤维。

图4示出了发射器57C的示例，其中，线圈有两个分开的层。每层处于一个单独的平面。在根据本发明的一个实施例中，在发射极26和探测器28如图1中所示的朝向(即，发射极26在躯体16的正下方，且探测器28在躯体16的正上方)时，相对于发射极26和探测器28之间的路径，这些层是“堆叠的”,一个在另一个之上。发射器可具有多个(例如，两个或更多的)层而仍然相对薄，并且因此，对从发射极26至探测器28通过的x射线相对透明。图4中示出的线圈的两个层均以相同方向旋转，进而在单一方向上传播磁场。而且，线圈端点58A和58B位于同一或几乎同一外围位置58。因此，一根“线”起始于端点58A并形成第一层，然后在中心开始沿第一层的路径返回的第二层，并最终止于端点58B。在同一外围位置具有线圈端点58A和58B有助于减少来自电源的寄生电气传输，该电气传输会干扰磁场。

图5示出了与图2中示出的组件44相似的磁场生成器组件44’的另一个实施例和最终连接至电源(未示出)的线圈端点58C和58D。在该实施例中，例如，可使用导电印刷油墨或印刷电路将发射器57D印刷在基板上或者壳体45’上。发射器57D可被印刷。每个发射器57D包括起始于端点58C并终止于端点58D(反之亦然)的线圈。发射器57D的布线可以相对薄且平，允许其对x射线透明或几乎透明。这减少了可归因于发射器57D的透视干扰的可能性。通常，在线圈端点58C和58D离开磁场生成器组件44’的位置的点，它们彼此靠近或者处于双绞线配置。线对之间仅具有非常小的距离和/或缠绕线对有助于减少来自于线圈的会干扰磁场的寄生电气传输，

回头参考图2，线缆62提供将组件44连接至ECU 56的装置。附属电子器件64可布置于线缆62上，并与线缆62通信。例如，附属电子器件64可被用于过滤去往/来自发射器和共振电路的电磁信号。

再次参考图1，位置传感器46和52提供了用于生成关于坐标系42内的各种对象的位置的信息的装置。随着传感器46和52在由生成器组件44生成的磁场内移动，每个传感器46和52的电流输出会变化，从而指示出在磁场内及坐标系42内的传感器46和传感器52的位置。位置传感器46和52可包括线圈。例如，传感器46可在设备14的远端缠绕设备14或在设备14的远端附近缠绕设备14，内嵌于设备14的壁或设备14的腔内。传感器46和52还可以具有适当的隔离和/或屏蔽(例如，导电箔或金属丝网)以消除来自躯体16附近的其他设备的可能的干扰。

在另一个实施例中，传感器46和52可包括任何用于探测磁场的变化的位置传感器，包括，例如，霍尔效应传感器、磁阻传感器，以及用磁阻材料和压电材料制作的传感器等。传感器46和52还可以是能够在一个或多个(例如，1到6个)自由度中相对于场生成器感测位置的一类传感器。传感器46和52可使用线缆或其他导体或无线的方式通过接口(未示出)向ECU56传递位置信号。

根据本发明的另一个实施例，可基于向成像系统10的输入或来自成像系统10的输出获得关于成像系统10的位置的信息。在一个实施例中，输出至显示器32或另一目的地的图像数据可被ECU56捕获并读取，并且基于图像中的基准点或者通过使用用于读取印在图像上并指示成像系统10或其中的部件相对于该部件的前一位置或者成像系统10的另一个部件的位置的字符数据的光学字符识别或其他技术确定成像系统10的位置。特别的，所述基准点可被嵌入磁场生成器组件44中。

根据本发明的另一个实施例，可通过感知成像系统10的激活，尤其是来自发射极26的辐射的发射，获得关于成像系统10的位置的信息和/或与成像系统10相关的其他信息。可通过使用辐射探测传感器(诸如，由X-Scan成像公司供应销售的XB8816系列传感器)探测辐射的发射。这些传感器可被嵌入到磁场生成器组件44内。ECU56可被配置为响应于由辐射探测器传感器生成的信号确定与辐射的发射相关的时间并进而同步由其他传感器(诸如，位置传感器46和52)生成的信号。

根据本发明的另一个实施例，可通过探测由系统10在图像中生成的并具有在坐标系42内的已知位置的诸如解剖或人工基准的对象来获取关于成像系统10的位置的信息。特别的，这些对象可被嵌入在磁场生成器组件44内。为了限制对医师的解剖视野的干扰，这些对象可通过在一些图像中可见而在其他的图像中不可见，或者通常对于人眼不可探测而通过如在编号为WO2012/090148A1的PCT国际公开(其全部公开内容通过引用纳入本文)中详细描述的图像处理可探测，而具有多个状态。在一些配置中，缠绕在磁场生成器组件44中的发射器对人眼不可探测，但通过图像处理可被探测。

上述虽然描述了获取关于成像系统10的位置信息的多种实施例，但应当理解多个实施例的元件可被组合使用。再次参考图1，ECU56提供用于确定在坐标系42内的传感器46和52——以及传感器46和52所附接到的对象的位置——的装置。如下述描述的，ECU56可进一步提供用于在坐标系42中注册由成像系统10生成的图像并将设备14的图像叠加在这类图像上的装置、用于比较在EP实验室中的多个对象(诸如，成像系统10和生成器组件44或躯体16或平台20)的位置以确定潜在的物理干扰的装置，和/或用于向医师或系统12的其他使用者提供关于多种对象的位置的信息的装置。ECU56还提供用于控制系统12的多种部件(包括磁场生成器组件44)的运行的装置。在医学设备14包括电生理学或消融导管的实施例中，ECU56还可提供用于控制设备14和用于确定心脏18的几何结构、心脏18的电生理学特性以及设备14相对于心脏18和躯体16的位置和方向的装置。ECU56还可提供用于生成用于控制诸如显示器32的显示器的显示信号的装置。ECU56可包括一个或多个可编程微处理器或微控制器，或可包括一个或多个专用集成电路(ASIC)。ECU56可包括中央处理单元(CPU)和输入/输出(I/O)接口，ECU56通过该输入/输出接口可接收包括由传感器46和52生成的信号在内的多个输入信号并生成包括用于控制磁场生成器组件44和显示器32和/或向磁场生成器组件44和显示器32提供数据的信号在内的多个输出信号。

根据本发明，可使用来自计算机程序(诸如软件)的编程指令来配置ECU56以实施用于在躯体16内引导医学设备14的方法。该程序可被存储于内置于ECU56或置于ECU56外部的计算机存储介质(诸如，存储器(未示出))中，并且可预装于存储器内或从外置于ECU56的计算机存储介质中获取，包括多种便携介质(例如光盘、闪存驱动器等)，或文件服务器或可通过电信网络访问的其他计算设备。

上述虽然一定程度具体描述了根据本发明的系统的几个实施例，本领域技术人员可在不脱离本发明的范围的情况下完成多个对已公开的实施例的多个替换。所有对方向的说明(例如，上部、下部、向上、向下、左、右、向左、向右、顶部、底部、以上、以下、垂直的、水平的、顺时针以及逆时针)仅用于识别目的以帮助读者对于所公开的实施例的理解，并未制造限制，尤其是对于所公开的实施例的位置、方向或使用的限制。对连接的说明(例如，附接、耦合、连接等)应被宽泛的解释并包括元件的连接之间的中介部件以及元件之间的相对移动。同样的，对连接的说明并不一定意味着两个元件直接连接并彼此处于固定的相对位置。应理解，包含在上述说明书或附图中示出的所有内容应被解释为仅为示意性的，并非限制。可在不脱离由所附权利要求中限定的本发明的情况下，在细节或结构上做出变化。

所述通过引用并入本文的、全文或部分的任何专利、公开文本，或其他公开材料仅在所引入的材料不与本发明所述的现有定义、声明或其他公开材料冲突的范围内并入本文。同样的，在必要的范围内，本文中明确地说明的公开内容排斥任何通过引用并入本文的冲突材料。任何与本文中的现有定义、声明，或其他公开材料冲突的所述通过引用并入本文的材料或其部分仅在其与现有的公开材料不产生冲突的范围内被并入本文。