使用位置和力测量来估算组织厚度的制作方法

本发明一般地涉及侵入性探针，且具体地涉及基于从侵入性探针接收到的位置和接触力测量来估算组织厚度。

背景技术：

广泛的医疗手术涉及将物体（诸如传感器、管、导管、分配装置和植入物）放入患者体内。已经开发出了用于跟踪这样的物体的位置感测系统。磁性位置感测是本领域已知的方法之一。在磁性位置感测中，通常将磁场发生器放在患者外部的已知位置处。在探针的远端内的磁场传感器响应于这些磁场而产生电信号，所述电信号经过处理以确定探针的远端的位置坐标。这些方法和系统描述于：美国专利5,391,199、6,690,963、6,484,118、6,239,724、6,618,612和6,332,089，pct国际公开wo1996/005768，和美国专利申请公开2002/0065455a1、2003/0120150a1和2004/0068178a1，它们的公开内容都通过引用并入本文。

当将探针放入体内时，可能合乎需要的是，使所述探针的远侧末端与身体组织直接接触。所述接触可以如下验证：例如，通过测量远侧末端和身体组织之间的接触压力。美国专利申请公开2007/0100332、2009/0093806和2009/0138007（其公开内容通过引用并入本文）描述了使用嵌入导管中的力传感器感测导管的远侧末端和体腔中的组织之间的接触压力的方法。

一些探针包括力传感器和位置传感器。美国专利申请13/152,423（其公开内容也通过引用并入本文）描述了一种用于检测组织中的隆起物的方法（由于探针的远侧末端向所述组织施加的力），其中使用从包括位置传感器和力传感器的探针接收到的位置和力测量。

通过引用并入本专利申请中的文件应当视作本申请的组成部分，除了下述情况以外：在这些并入的文件中以与在本说明书中明确地或暗示地给出的定义冲突的方式定义任何术语，此时仅应当考虑在本说明书中的定义。

技术实现要素：

本发明的一个实施例提供了一种方法，所述方法包括：

将医疗探针的远端压靠在体腔的壁上；

从所述探针接收由所述远端施加在所述壁上的力的第一测量；

从所述探针接收指示所述壁响应于所述力的位移的第二测量；以及

基于所述第一测量和所述第二测量估算所述壁的厚度。

通常，所述探针包括导管。

在公开的实施例中，所述方法包括，在将所述探针的远端压靠在所述壁上之前，初始化一个或多个校准矩阵，校准矩阵中的每一个与一种组织的类型相关联。通常，所述组织的类型选自包含动脉组织和心内膜组织的列表。

初始化给定的校准矩阵可以包括：将力值、位移值和相关联的厚度值存储至所述校准矩阵的每个元素。

在另一个公开的实施例中，估算壁的厚度包括：在给定的校准矩阵中识别所述校准矩阵的给定元素，所述给定元素具有与所述第一测量对应的给定力值和与所述第二测量对应的给定位移值，以及从所识别的矩阵元素检索厚度值。

估算壁的厚度可以包括：在存储在两个校准矩阵元素中的厚度值之间内插。在一个实施例中，所述方法包括，在初始化所述一个或多个校准矩阵之后且在估算壁的厚度之前，选择与所述体腔的壁相对应的组织的类型相关联的给定的校准矩阵。在另一个实施例中，所述方法包括，在选择给定的校准矩阵之前，基于所述远端的位置来识别所述组织的类型。

在一个替代实施例中，接收指示位移的所述第二测量包括：当所述探针接合所述壁时，从所述探针接收指示所述探针的第一位置的第一位置测量，当所述远端向所述壁施加力时，接收指示所述探针的第二位置的第二位置测量，以及计算所述第一位置和所述第二位置之间的距离。

根据本发明的一个实施例，还提供了医疗设备，其包括：

探针，其具有被配置成插入具有壁的体腔中的远端，所述探针包括：

在所述远端中的力传感器，其被配置成产生第一信号，所述第一信号指示由所述远端施加在所述壁上的力；和

在所述远端中的位置传感器，其被配置成产生第二信号，所述第二信号指示所述远端在所述体腔内的位置；和

处理器，联接处理器以接收和处理来自所述探针的所述第一信号和所述第二信号，以便估算所述壁的厚度。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种计算机软件产品，其与探针结合地运行，所述探针被配置成插入患者体腔中，且包括：位置传感器，其用于测量所述探针的远端在所述体腔内的位置；和力传感器，其用于测量所述远端和所述体腔的壁之间的力，所述产品包括非瞬时性计算机可读介质，在所述介质中存储了程序指令，当被计算机读取时，所述指令导致计算机在将所述远端压靠在所述壁上的同时从所述探针接收由所述远端施加在所述壁上的力的第一测量，从所述探针接收指示所述壁响应于所述力的位移的第二测量，以及基于所述第一测量和所述第二测量估算所述壁的厚度。

附图说明

在本文中仅仅作为示例参考附图描述了公开内容，其中：

图1是根据本发明的一个实施例，被配置成估算组织厚度的医疗系统的示意图示；

图2是根据本发明的一个实施例，显示压敏导管的远侧部分的细节的示意侧视图；

图3是根据本发明的一个实施例，示意地示出校准导管的方法的流程图；

图4a和4b是根据本发明的一个实施例，由导管的远侧部分向组织施加的力引起的组织位移的示意细节图示；并且

图5是根据本发明的一个实施例，示意地示出基于从导管接收到的位置和力测量来估算组织厚度的方法的流程图。

具体实施方式

概述

多种诊断和治疗操作（诸如心脏消融和心内电标测）使用侵入性探针（诸如导管），其远侧末端配有至少一个电极。当将所述探针压靠在体腔的壁（在本文中也称作组织）上时，所述电极通常运行。在这些操作中，经常重要的是，确定所述探针在体腔中的精确位置，和所述远侧末端在体腔壁上施加的力。因此，一些导管包含位置传感器和力传感器，所述位置传感器用于确定所述远侧末端的位置，所述力传感器用于测量由所述探针在体内组织（诸如心内膜）上施加的力。

在消融操作过程中，在本发明的实施例中，监测要消融的组织的厚度。向薄组织施加（通过远侧末端）过大的力可能导致穿孔，且另一方面，向较厚的组织施加过小的力在通过电来分离组织区域时可能是无效的。

由于操作员将探针的远侧末端压靠在体腔壁上，本发明的实施例提供了基于从所述探针内的传感器接收到的位置和力测量来估算体腔壁的厚度的方法和系统。所述接收到的力测量指示由远侧末端在体腔壁上施加的力，且所述位置测量指示所述壁响应于施加的力的位移。如在下文中详细解释的，可以如下估算组织厚度：用力和位移值定位校准矩阵中的项目，所述力和位移值与从探针接收到的力和位移测量相对应。医疗系统可以使用并入本发明实施例的组织厚度测量替代或补充组织厚度测量的其它已知方法，诸如磁共振成像（mri）或计算机化断层摄影（ct）。

系统描述

图1是根据本发明的一个实施例，被配置成估算组织厚度的医疗系统20的示意图示。系统20可以基于例如由biosensewebsterinc.(diamondbar,california)生产的carto^™系统。系统20包括探针22（诸如导管）和控制台24。在下文所描述的实施例中，假定探针22用于诊断性或治疗性处理，诸如对心脏26中的电势进行标测或执行心脏组织的消融。可替换地，在细节上做必要的修正后，探针22可以用于在心脏中或在其它身体器官中的其它治疗和/或诊断目的。

操作员28（诸如心脏病专家）将探针22插入患者30的血管系统中，使得探针22的远端32进入心脏26的室中。操作员28使探针22前进，使得探针22的远侧末端34接合心内膜组织的一个或多个期望的位置。探针22通常在它的近端处通过合适的连接件连接至控制台24。

控制台24通常使用磁性位置感测来确定远端32在心脏26中的位置坐标。为了确定位置坐标，控制台24中的驱动电路36驱动场发生器38在患者30的体内产生磁场。通常，场发生器38包括线圈，所述线圈置于患者躯干下面在患者30外部的已知位置处。这些线圈以预定义的工作体积产生磁场，所述工作体积包含心脏26。在探针22的远端32内的磁场传感器62（传感器62在图2中更详细地显示）响应于这些磁场而产生电信号。信号处理器40处理这些信号以确定远端32的位置坐标，通常包括位置和取向坐标。在上文中描述的位置感测方法在上述carto^™系统中实现，并且详细地描述于上面引用的专利和专利申请中。

信号处理器40通常包括通用计算机，其具有合适的前端和接口电路，用于接收来自所述探针22的信号和控制所述控制台24的其它部件。处理器40可以在软件中程序化以实现本文中描述的功能。例如，所述软件可以以电子形式从网络下载至控制台24，或者它可以提供在非临时性有形介质（诸如光、磁或电子存储介质）上。可替换地，处理器40的一些或全部功能可以由专用的或可编程的数字硬件部件实现。

输入/输出（i/o）接口42使控制台24能够与探针22相互作用。基于从探针22接收到的信号（经由接口42和系统20的其它部件），处理器40驱动显示器44给操作员30呈现图像46，所述图像46显示了远端32在患者体内的位置以及关于在进行中的操作的状态信息和指导。

在本实施例中，在认为导管压靠在心脏26的心内膜组织上的阶段中，处理器40监测从远端32内的位置传感器62和力传感器64（力传感器64更详细地显示在图2中）接收到的测量。如在下文中解释的，当远侧末端34压靠心内膜组织时，处理器40可以基于从探针的位置和力传感器接收到的测量确定所述组织的厚度。

处理器40将代表图像46的数据存储在存储器48中。在一些实施例中，操作员28可以使用一个或多个输入装置50操作图像46。

可替换地或额外地，系统20可以包括自动化机构（未示出），用于调遣和操作在患者30体内的探针22。这样的机构通常能够控制探针22的纵向运动（前进/后退）和所述探针的远端32的横向运动（偏转/转向）。在这样的实施例中，处理器40基于由探针中的磁场传感器提供的信号而产生用于控制探针22的运动的控制输入。

尽管图1显示了一种特定系统构型，还可以采用其它系统构型来实现本发明的实施例，并且因而被视作在本发明的实质和范围内。例如，使用除了上述磁场传感器以外的类型的位置转换器，诸如基于阻抗的位置传感器或超声位置传感器，可以应用下文所述的方法。本文中使用的术语“位置转换器”表示安装在探针22上的元件，其导致控制台24接收指示该元件的坐标的信号。所述位置转换器因而可以包括在探针上的接收器，所述接收器基于所述转换器接收到的能量而给控制单元产生位置信号；或者它可以包括变送器，所述变送器发送由在所述探针外部的接收器感测的能量。此外，下文所述的方法可以类似地用于治疗和诊断应用，其中不仅使用导管，而且使用其它类型的探针，二者均用于心脏和其它身体器官和区域中。

图2是根据本发明的一个实施例，探针22的远端32的示意剖视图。具体地，图2显示了用于治疗和/或诊断活动的远端32的功能元件。在所述探针的远侧末端34处的电极60（例如，消融电极）通常由金属材料（诸如铂/铱合金或其它合适的材料）制成。可替换地，沿着探针长度的多个电极（未示出）可以用于此目的。

位置传感器62将信号传送至控制台24，所述信号指示远端32的位置坐标。位置传感器62可以包括一个或多个微型线圈，且通常包括多个沿着不同轴线定向的线圈。可替换地，位置传感器62可以包括另一类磁性传感器（即充当位置转换器的电极）或其它类型的位置转换器（诸如基于阻抗的位置传感器或超声位置传感器）。尽管图2显示了具有单个位置传感器的探针，本发明的实施例可以利用具有超过一个位置传感器的探针。

在一个替代实施例中，位置传感器62和磁场发生器38的作用可以颠倒。换而言之，驱动电路36可以驱动在远端32中的磁场发生器产生一个或多个磁场。发生器38中的线圈可以被配置成感测所述磁场并产生指示这些磁场的分量的振幅的信号。处理器40接收和处理这些信号，以确定远端32在心脏26内的位置坐标。

力传感器64如下测量由远侧末端34向心脏26的心内膜组织施加的力：将信号传送至控制台，所述信号指示由远侧末端在体内组织上施加的力。在一个实施例中，所述力传感器可以包括通过远端32中的弹簧连接的磁场变送器和接收器，且可以基于测量的弹簧偏转而产生所述力的指示。这类探针和力传感器的其它细节描述于美国专利申请公开2009/0093806和2009/0138007中，其公开内容通过引用并入本文。可替换地，远端32可以包括另一类力传感器。

组织厚度估算

在执行医疗手术（诸如心脏消融）之前，通常使用在下文中描述的实施例校准探针22。在医疗手术过程中，处理器40可以利用校准数据，以便基于从探针22接收到的力和位移测量（即，当所述探针压靠在体腔的壁上时）估算组织厚度。

图3是示意地示出校准探针22的方法的流程图，且图4a和4b是根据本发明的一个实施例，由远侧末端34施加的力引起的体腔壁90中的位移92的示意详图。在本文的描述中，不同的体腔壁90和不同的位移92可以分别通过向标识数字附加字母来识别，使得体腔壁90包括体腔壁90a和体腔壁90b，且位移92包括位移92a（在图4a中也用δx1指示）和位移92b（在图4b中也用δx2指示）。在下文中详细描述了计算δx1和δx2。

在第一步70中，操作员28选择具有第一已知厚度的第一体腔壁90。在力施加步骤72中，操作员首先定位探针22，使得远侧末端34接合选择的体腔壁，然后将所述远侧末端压靠在所述壁上。将远侧末端34压靠在体腔壁90上会导致壁90响应于由远侧末端在壁上施加的力的位移92。

随着操作员28定位探针22，位置传感器62输出指示远侧末端34的位置的信号。另外，随着操作员将远侧末端34压靠在选择的体腔壁上，力传感器64输出指示由远侧末端在所述壁上施加的力的信号。所述位置和力信号（分别提供位置和力测量）被传送至医疗系统20。

当操作员28将远侧末端34压靠在选择的体腔壁上时，处理器40在第一收集步骤74中收集来自传感器64的第一信号，其指示由远侧末端在所述壁上施加的力。处理器40还在第二收集步骤76中收集来自传感器62的第二信号，其指示远侧末端34的位置。由所述信号指示的位置包括第一位置和第二位置，所述第一位置包括远侧末端34最初与选择的体腔壁接合的地方，所述第二位置包括在操作员将远侧末端压靠在壁上以后所述远侧末端的位置。位移92包括所述第一位置和所述第二位置之间的距离。

在校准步骤78中，处理器42基于收集的位置和力测量而产生校准矩阵项目。为了建立所述校准矩阵元素，处理器42针对从位置传感器62接收的位置测量和从力传感器64接收的力测量来标测体腔壁90的已知厚度。因此，每个校准矩阵元素通常包括力值、位移值和相关联的厚度值。可替换地，所述厚度、力和位移值可以存储为值范围。例如，就1.8-2.0之间的范围而言，可以将所述值范围在校准矩阵中存储为该范围的下阈值和上阈值（例如，1.8,2.2），或者存储为该范围的中点并从该中点添加和减去所述值（2.0,0.2）。

在第一对比步骤80中，如果需要选择的体腔壁的额外校准来校准选择的体腔壁，那么在提示步骤82中，控制台24会提示操作员28改变由远侧末端34在选择的体腔壁上施加的力（即，施加更小或更大的力），并且所述方法继续进行步骤72。例如，为了准确地校准给定体腔壁，处理器40可能需要至少收集确定数目的力（和位移）值，所述值在给定医疗手术常用的范围内。如果不需要针对选择的体腔壁的额外校准，那么在第二对比步骤84中，控制台24提示操作员28以确定是否存在要校准的额外体腔壁。

通过需要额外体腔壁来校准探针22，那么在选择步骤86中，控制台24提示操作员28以选择具有不同已知厚度的不同体腔壁90，并且所述方法继续进行步骤72。当不需要额外体腔壁来校准探针22时，该方法结束。

在一些实施例中，操作员28可以决定在上述的对比步骤中是否需要额外校准（即，在步骤80和84中）。在替代实施例中，在处理器40上运行的软件应用程序可以确定是否需要进一步校准。

在校准过程中，操作员28可以选择多种不同类型的体腔壁90，因为不同类型的组织可能产生不同的校准表。例如，心内膜的特定部位产生的校准矩阵可能不同于动脉的校准矩阵，通常因为不同组织的不同弹性。使用在上文中描述的步骤，可以建立不同类型的组织的校准矩阵集合，其中给定的校准矩阵与给定组织类型相关联。在一些实施例中，所述校准矩阵集合可以存储至存储器48。可替换地，所述校准矩阵可以存储至联接到探针22（未示出）的存储器。

在图4a和4b所示的实例中，操作员28施加相同的力向量f（如通过力传感器64所测得），所述力向量f与具有不同厚度（分别是t1和t2）的壁90a和90b正交。如上所述，处理器40可以如下测量组织中的位移：识别当远侧末端首先接合给定组织时远侧末端34的第一位置；和识别当由远侧末端在给定组织上施加的力为f时的第二位置。第一位置和第二位置之间的差异（即，位移）是δx1（在图4a中）和δx2（在图4b中）。如在图中所示的实例所示出的，在组织厚度和组织位移之间存在关联。换而言之，如果由远侧末端34施加相同的力向量f，在薄体腔壁90a中产生的位移δx1通常大于在厚体腔壁90b中的位移δx2。

图5是根据本发明的一个实施例，示意地示出基于由探针22传递的位置和力测量来估算组织厚度的方法的示意流程图。在第一步100中，操作员28将远端32放入给定体腔（例如，心脏26）内，并将远侧末端34压靠在给定体腔壁90上。如上面解释的，存在多个校准矩阵，它们为在医疗手术中可以遇到的不同类型的组织而定义。因此，在将远侧末端34压靠在给定体腔壁90上之前，操作员28可以使用输入装置50识别体腔中的组织的类型。响应于操作员对组织的类型的识别，处理器40可以选择与识别的组织相关联的给定的校准矩阵。在一个替代实施例中，处理器40可以基于远侧末端34的位置而识别所述组织的类型。

当操作员28将远侧末端34压靠在给定体腔壁上时，处理器40在第一收集步骤102中收集来自传感器64的第一信号，其指示由远侧末端在所述壁上施加的力。处理器40还在第二收集步骤104中收集来自传感器62的第二信号，其指示远侧末端34的位置。由所述信号指示的位置包括第一位置和第二位置，所述第一位置包括远侧末端34最初与给定体腔壁接合的地方，所述第二位置包括在操作员将远侧末端压靠在壁上以后所述远侧末端的位置。如上面所解释的，位移92（响应于施加的力）包括所述第一位置和所述第二位置之间的距离。

在估算步骤106中，处理器40识别校准矩阵中具有与所述收集的力和所述位移测量对应的力和位移值的元素，并从所识别的校准矩阵元素检索厚度值，所述方法结束。在收集的力和位移测量的对应值没有在校准矩阵中明确发现的情况下，处理器40可以如下估算厚度：基于在所述校准矩阵中发现的两个力和/或位移值之间的内插，计算厚度。

应当理解，上述实施例仅以举例的方式进行引用，且本发明并不限于上面具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括在上文中描述的多个特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，所述变型和修改在本领域技术人员阅读前述描述以后会得出，并且没有公开在现有技术中。