專利名稱：醫療探針中的光學接觸感測的制作方法
技術領域：
本發明整體涉及侵入式探針，更具體地講，本發明涉及驗證介于醫療探針和身體組織之間的接觸質量。
背景技術：
寬泛的醫療手術范圍涉及在體內設置諸如傳感器、管、導管、分配設備和植入物等物體。已經提出使用各種類型的傳感器來感測介于導管和身體內的組織之間的接觸。實例方法和系統在美國專利申請公布2007/0123750A1中有所描述，其公開內容以引用方式并入本文中。
發明內容
本文所述的本發明實施例提供用于接觸感測的方法，該方法包括從連接到醫療探針的遠側頂端的光學發光體傳播光學輻射，所述醫療探針設置在體腔內；從連接到所述遠側頂端的光學檢測器接收信號，所述信號表征從所述體腔中的組織的所述光學輻射的反射；以及響應所述信號評估介于所述遠側頂端和所述組織之間的接觸質量。在一些實施例中，評估接觸質量的步驟包括根據接收的所述信號估計介于所述遠側頂端和所述組織之間的距離。在另一個實施例中，評估接觸質量的步驟包括根據接收的所述信號檢測介于所述遠側頂端和所述組織之間的物理接觸。檢測物理接觸的步驟可以包括檢測接收的所述信號處于最大電平。在本發明所公開的實施例中，傳播光學輻射的步驟包括使所述光學輻射交替地閃爍，以便校準接收的所述信號的零位電平。在另一個實施例中，傳播光學輻射的步驟包括從所述光學發光體傳播第一波長的第一光學輻射，所述方法還包括從另一光學發光體傳播第二波長的第二光學輻射，所述第二波長不同于所述第一波長，接收信號的步驟包括接收與所述第一光學輻射和所述第二光學輻射的相應的反射對應的第一信號和第二信號，評估接觸質量的步驟包括通過處理所述第一信號和所述第二信號來辨別介于來自所述組織的所述反射和來自所述體腔內的血液之間的所述反射。在一些實施例中，所述方法包括利用評估的所述接觸質量校準連接到所述遠側頂端的接觸傳感器。在實施例中，傳播光學輻射的步驟包括從多個光學發光體發出輻射，接收信號的步驟包括從多個光學檢測器接收表征所述反射的多個信號，并且評估接觸質量的步驟包括根據所述多個信號來確定所述接觸質量。在另一個實施例中，發出輻射的步驟包括利用單條輸入線路啟用所述光學發光體中的至少兩個。除此之外或作為另外一種選擇，接收所述多個信號的步驟包括經由單條輸出線路接收來自所述光學發光體中的至少兩個的所述信號。根據本發明的實施例，也提供用于接觸感測的設備，所述設備包括
醫療探針，所述醫療探針用于插入體腔中，所述探針具有遠側頂端，所述遠側頂端包括光學發光體，所述光學發光體被配置成傳播光學輻射；和光學檢測器，所述光學檢測器被配置成感測從所述體腔中的組織的所述光學輻射的反射，并生成表征感測的所述反射的信號；和處理器，所述處理器被配置成接收來自所述光學檢測器的所述信號，以及響應所述信號來評估介于所述遠側頂端和所述組織之間的接觸質量。根據本發明的實施例，還提供結合用于插入體腔中的醫療探針操作的計算機軟件產品，所述醫療探針具有遠側頂端，所述遠側頂端包括光學發光體和光學檢測器，所述光學發光體傳播光學輻射，所述光學檢測器感測所述體腔中的組織的所述光學輻射的反射，以及生成表征感測的所述反射的信號，所述產品包括非臨時性計算機可讀介質，程序指令被儲存在所述介質中，所述指令在被計算機讀取時引起所述計算機接收來自所述光學檢測器的所述信號，以及響應所述信號來評估介于所述遠側頂端和所述組織之間的接觸質量。通過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1為根據本發明實施例的實現光學接觸感測的醫療系統的示意圖；圖2為示出根據本發明實施例的使用光學接觸感測的導管的示意圖；圖3為示意性地示出根據本發明實施例的用于導管的光學接觸感測的方法的流程圖；圖4為根據本發明實施例的多路復用電路的電路圖；和圖5為示出根據本發明實施例的多路復用電路中所使用的控制信號的時序圖。
具體實施例方式MM各種診斷和治療手術(諸如心內電標測和心臟消融)使用侵入式探針，該探針的遠側頂端配有至少一個電極。電極通常在探針被壓帖在身體內組織上時操作。在這些手術中，通常重要的是確定探針與體腔表面的接近度，并且確定探針的遠側頂端何時接觸體腔表面。醫療探針有時以套環(也稱為“套索”)構型來實現，其中探針的遠側頂端包括配有多個電極的可調式套環。套環導管的構型使得能夠同時對周邊區域(諸如如肺靜脈)進行標測或消融。然而，為了有效地進行手術，電極應該與靜脈的內表面同時物理接觸。本發明的實施例提供用于精確和有效地評估導管-組織接觸質量的方法和系統。 評估接觸質量的步驟可以涉及感測介于導管和組織之間的實際物理接觸和/或接近度。在一些實施例中，一個或多個光學接觸傳感器連接到導管的遠側頂端。每一個光學傳感器都包括至少一個光學發光體(諸如發光二極管(LED))和接近該發光體的至少一個相應的光學檢測器(諸如光電二極管或光電晶體管)的組合。在距組織較小距離處，光學檢測器感測由光學發光體發出并被組織反射的光學輻射。光學檢測器生成表征感測的反射的信號。當光學接觸傳感器與組織物理接觸時，該信號將增大到最大電平。光學檢測器所生成的信號被處理，以便評估介于組織和導管遠端之間的接觸質量。在一個示例實施例中，沿著導管的套環配備多個光學接觸傳感器。這些傳感器產生的信號在介于套環和組織之間的接觸質量提供高質量評估。本文所述的傳感器構型提供緊湊和有效的方法來精確且可靠地評估物理接觸和接近度兩者。此外，利用這些方法生成的接觸質量測量值通常不需要對各個導管進行校正。
具體實施例方式圖1為根據本發明所公開實施例的實現光學接近度感測的醫療系統20的示意圖。 系統20包括探針22(在本實例中為導管)和控制臺24。在下文所述實施例中，假設探針22 用于診斷或治療處理，諸如在心臟26的肺靜脈中周向標測電勢，或進行靜脈組織的消融。 作為另外一種選擇，加以必要的變通，探針22可以用于心臟中或其他身體器官中的其他治療和/或診斷用途。操作者觀(諸如心臟病學家)將探針22穿過患者30的血管系統插入，以使得探針22的遠端32進入患者心臟沈的心室(如左心房)。操作者28使探針22前進，以使得遠側頂端34(這里以“套環”構型示出)接合在所需位置處的身體組織(如左上肺靜脈中的靜脈組織)。遠側頂端34包括多個電極和光學接觸傳感器。在下面的圖2中更詳細地示出了遠側頂端34的構型。探針22通常由在其近端處的合適的連接器連接到控制臺M。利用來自探針22中所配備的光學接觸傳感器的信號，控制臺對確定在介于遠側頂端34和靜脈組織之間的接觸質量。如上所述，術語“接觸質量”是指介于遠側頂端和組織之間的實際物理接觸，以及遠側頂端與組織的接近度。在圖1的實例中，控制臺對也通過電纜36連接到身體表面電極，該電極通常包括粘合劑皮膚貼片38。控制臺M根據測量的介于探針和貼片38之間的阻抗來確定探針22在心臟沈內部的位置坐標。盡管系統20使用基于阻抗的傳感器來測量位置，但也可以使用其他位置跟蹤技術(如基于磁性的傳感器)。 磁性位置跟蹤技術在(例如)美國專禾U 5，391，199,5, 443, 489,6, 788, 967,6, 690, 963, 5,558,091,6, 172,499,6, 177，792中有所描述，其公開內容以引用方式并入本文中。基于阻抗的位置跟蹤技術在(例如)美國專禾U 5，983，126,6, 456，864和5，944，022中有所描述， 其公開內容以引用方式并入本文中。控制臺M包括處理器40，該處理器在軟件中進行編程，以進行下文所述功能。處理器40通常包括通用計算機，該計算機具有合適的前端和接口電路，用于接收來自探針22 的信號，并控制控制臺M的其他組件。例如，可以經網絡將所述軟件以電子形式下載到處理器40中，或可以將軟件提供在計算機可讀的非臨時性有形介質上，諸如光學、磁或電子存儲介質。作為另外一種選擇，可以通過專用或可編程數字硬件組件、或利用硬件和軟件元件的組合進行處理器40的一些或全部功能。輸入/輸出(I/O)通信接口 42使控制器M能夠與探針22和貼片38相互作用。 根據從探針22以及從貼片38接收的信號，處理器40生成并顯示標測圖46，該標測圖示出遠側頂端34在患者體內的位置、介于套環和身體組織之間的距離和/或接觸指示、以及有關正在進行的手術的狀態信息和指導。利用顯示器44將標測圖46顯示給操作者觀。可以將探針22的位置添加在標測圖46上或心臟沈的另一圖像上。作為另外一種選擇或除此之外，系統20可以包括用于在患者30體內操縱和操作探針22的自動化機構(未示出)。此類機構通常能夠控制探針22的縱向運動(前進/后退)和遠端32的橫向運動(偏轉/轉向)兩者。在此類實施例中，處理器40根據由探針和貼片提供的信號產生用于控制探針22的運動的控制輸入，如下文進一步所述。圖2為示出根據本發明實施例的探針22的遠側頂端34的功能元件的示意圖。遠側頂端34包括一個或多個電極50和一個或多個光學接觸傳感器52。光學接觸傳感器52 將信號傳輸到控制臺24，從而使處理器40能夠精確地測量導管-組織接觸和導管-組織接近度兩者。電極50可以包括消融電極(一旦套環與組織良好接觸，該消融電極就進行消融)或電標測電極(一旦套環與組織良好接觸，該電標測電極就感測組織中的電勢)。在本實例中，電極50也用于測量遠側頂端34的位置坐標。在此實施例中，控制臺M根據測量的介于電極50和貼片38之間的阻抗來確定遠側頂端34的位置坐標。每一個光學接觸傳感器52都包括光學發光體54A和54B (諸如LED)和光學檢測器56 (諸如光電二極管或光電晶體管)。在本實例中，每一個光學接觸傳感器都包括兩個 LED和一個光電二極管。在可供選擇的實施例中，每一個光學接觸傳感器52都可以包括至少一個光學發光體和至少一個光學檢測器。當給定的光學接觸傳感器52處于距組織57較小距離處時，該傳感器中的檢測器56感測從組織反射的LED輻射，并因此輸出信號。該信號通常表征介于傳感器和組織之間的距離。當光學接觸傳感器與組織物理接觸時，來自檢測器56的信號增大到最大電平。LED 54A和54B可以發出不同波長(如紅光和/或紅外光波長范圍)的光學輻射。 例如，在圖2的實施例中，LED 54A可以具有某一波長，LED54B可以具有不同的波長，光電二極管56可以感測由這兩個LED引起的反射。通過處理不同波長的反射，處理器40可辨別介于來自靜脈組織和來自心臟26中的血細胞之間的反射。因此，處理器可在很少或沒有由血液或其他反射源引起的失真的情況下評估與組織的接觸質量。除此之外或作為另外一種選擇，控制臺M可以使LED 54A和54A閃爍，以便于處理器40找到接收的信號的準確零位電平。盡管圖2示出探針在遠側頂端34中具有兩個光學接觸傳感器52，但如上所述，本發明的實施例可以采用在遠側頂端中具有任何數量的光學接觸傳感器的探針。檢測器的數量無需不可避免地等于發光體的數量。此外，盡管圖2示出了配有兩個光學接觸傳感器的套環導管，但本發明的實施例可以將任何所需數量的光學接觸傳感器裝備到具有任何合適的構型的醫療探針上。此外，類似地，實施下文所述方法時，不僅可以使用套環導管，而且可以使用其他類型的導管和探針在心臟中和在其他身體器官及區域中進行醫療手術和測量應用。利用光學接觸傳感器的接觸質量感測如上所述，本發明的實施例對導管-組織物理接觸以及導管-組織接近度提供精確和有效的測量。然后，根據標測圖46所提供的視覺反饋，操作者觀可對探針22進行定位，以使得電極50與適當的身體表面同時接觸，以用于醫療手術。在一些實施例中，LED 54A和54B發出光學輻射，光電二極管56向處理器40傳輸表征從靜脈組織反射的光學輻射的信號。根據接收的信號，處理器40確定介于遠側頂端34和組織之間的距離，或驗證兩者間的接觸。在一些實施例中，光學傳感器52可以結合另一類型的接觸傳感器(如壓力傳感器/力傳感器)使用，以便校準所述另一類型的接觸傳感器的零位電平或其他讀數。
圖3為示意性地示出根據本發明實施例的用于導管的光學接觸感測的方法的流程圖。當操作者28將探針22定位在心臟沈中時(步驟60)，LED 54A和54B沿著遠側頂端；34從其相應的點發出光學輻射(步驟62)。如上所述，LED 54A和54B可以發出相同或不同波長的光學輻射，并且這些LED可以在使用過程中恒定地照明或閃爍。光電二極管56感測反射的LED輻射，并生成表征感測的反射光學輻射強度的信號。控制臺M中的處理器40接收來自光電二極管56的信號(步驟64)。如果光電二極管56感測到來自LED的最大電平的反射的輻射，則遠側頂端34的對應部分最有可能與靜脈組織直接物理接觸(因為信號的強度)。另一方面，如果光電二極管56感測到來自LED 的小于最大電平的反射的輻射，則遠側頂端34的相關部分最有可能與組織沒有接觸，信號將具有表征介于遠側頂端該部分和組織之間的接近度或距離的某一非零值。由于介于檢測到的反射與接近度之間的關系，介于光電二極管56和組織之間可能存在這樣的距離其中光電二極管沒有檢測到從組織射出的任何反射，并產生對應的零位信號。該零位信號可指示默認最小距離，超過該最小距離就無法檢測到反射。處理器40根據接收的信號檢查是否檢測到最大電平的反射的光學輻射(步驟 66)。如果沒有檢測到最大反射，則處理器40計算套環導管與靜脈組織的接近度(步驟68)。 由于遠側頂端34通常將包括多個光學接觸傳感器52，所以處理器40將接收來自這些傳感器中的每一個的信號，因此能夠確定介于套環導管的每一個部分和靜脈組織之間的距離 (以及確定套環導管的哪些部分與組織良好接觸)。然后，處理器40用接近度信息更新顯示器44上的標測圖46，提示操作者觀重新定位探針22(步驟70)，所述方法繼續步驟60。 返回步驟66，如果檢測到最大反射，則套環導管被正確地定位，以進行醫療手術(步驟72)。信號復用在一些實施例中，如在上述套環導管構型中，導管遠側頂端配有多個光學接觸傳感器。由于穿過導管的控制線路和電源線路的數量，除了電極50之外，使導管配有多個傳感器還可以充分利用探針的物理尺寸。在本發明的一些實施例中，往返于光學接觸傳感器的信號被復用到數量相對少的線路上，從而減少穿過導管的控制線路和信號線路的數量。圖4為根據本發明實施例的多路復用電路80的電路圖。電路80包括LED 82A. · · 82H(八個)。LED 82A. · · 82H所發出的光學輻射分別被光電晶體管84A. · · 84H感測。 利用總共六條線路來控制電路80-兩條輸入線路、兩條輸出線路、一條電源電壓線路和一條接地線路。通過兩條輸入線路85和86使八個LED交替打開和關閉。經兩條輸出線路87 和88來接收八個光電晶體管所生成的信號。另外，電源電壓(VCC)線路和接地線路穿過導管。電路80也包括電阻器90。輸入線路85控制LED 82C、82D、82G和82H。向輸入線路85施加正電壓將啟用LED 82D和82H，并引起光電晶體管84D和84H的輸出分別出現在輸出線路87和88上。向輸入線路85施加負電壓將啟用LED 82C和82G，并引起光電晶體管84C和84G的輸出分別出現在輸出線路87和88上。向輸入線路85施加OV將停用所有四個LED 82C、82D、82G和82H。輸入線路86控制LED 82A、82B、82E和82F。向輸入線路86施加正電壓將啟用LED 82B和82F，并引起光電晶體管84B和84F的輸出分別出現在輸出線路87和88上。向輸入線路86施加負電壓將啟用LED 82A和82E，并引起光電晶體管84A和84E的輸出分別出現在輸出線路87和88上。向輸入線路86施加OV將停用所有四個LED 82A、82B、82E和82F。
圖5為示出根據本發明實施例的用于控制多路復用電路80的信號相位的時序圖 100。利用具有四個相位的周期性圖形來控制輸入線路85和86。在每一個相位中，用-5V、 OV或+5V來驅動每一條輸入線路。每一個相位中的控制電壓的組合都確定將在該相位期間啟用的一對LED(以及對應的一對光電晶體管，其信號將在輸出線路87和88上輸出)。圖102和104分別表示施加到輸入線路85和86的電壓(+5V、0V、_5V)。下表示出了每一個相位期間都施加到輸入線路的電壓和啟用的LED
權利要求
1.一種用于接觸感測的方法，包括從耦合到醫療探針的遠側頂端的光學發光體傳播光學輻射，所述醫療探針設置在體腔內；從耦合到所述遠側頂端的光學檢測器接收信號，所述信號表征從所述體腔中的組織的所述光學輻射的反射；以及響應所述信號評估介于所述遠側頂端和所述組織之間的接觸質量。
2.根據權利要求1所述的方法，其中評估所述接觸質量的步驟包括根據接收的所述信號估計介于所述遠側頂端和所述組織之間的距離。
3.根據權利要求1所述的方法，其中評估所述接觸質量的步驟包括根據接收的所述信號檢測介于所述遠側頂端和所述組織之間的物理接觸。
4.根據權利要求3所述的方法，其中檢測所述物理接觸的步驟包括檢測接收的所述信號處于最大電平。
5.根據權利要求1所述的方法，其中傳播所述光學輻射的步驟包括使所述光學輻射交替地閃爍，以便校準接收的所述信號的零位電平。
6.根據權利要求1所述的方法，其中傳播所述光學輻射的步驟包括從所述光學發光體傳播第一波長的第一光學輻射，并且包括從另一光學發光體傳播第二波長的第二光學輻射，所述第二波長不同于所述第一波長，其中接收所述信號的步驟包括接收與所述第一光學輻射和所述第二光學輻射的相應的反射對應的第一信號和第二信號，并且其中評估所述接觸質量的步驟包括通過處理所述第一信號和所述第二信號來在來自所述組織的所述反射和來自所述腔內的血液的所述反射之間進行辨別。
7.根據權利要求1所述的方法，還包括利用評估的所述接觸質量校準耦合到所述遠側頂端的接觸傳感器。
8.根據權利要求1所述的方法，其中傳播所述光學輻射的步驟包括從多個光學發光體傳播所述輻射，其中接收所述信號的步驟包括從多個光學檢測器接收表征所述反射的多個信號，并且其中評估所述接觸質量的步驟包括根據所述多個信號來確定所述接觸質量。
9.根據權利要求8所述的方法，其中傳播所述輻射的步驟包括利用單條輸入線路啟用所述光學發光體中的至少兩個。
10.根據權利要求8所述的方法，其中接收所述多個信號的步驟包括經由單條輸出線路接收來自所述光學發光體中的至少兩個的所述信號。
11.一種用于接觸感測的設備，包括醫療探針，所述醫療探針用于插入體腔中，所述探針具有遠側頂端，所述遠側頂端包括光學發光體，所述光學發光體被配置成傳播光學輻射；和光學檢測器，所述光學檢測器被配置成感測從所述體腔中的組織的所述光學輻射的反射，并生成表征感測的所述反射的信號；和處理器，所述處理器被配置成接收來自所述光學檢測器的所述信號，以及響應所述信號來評估介于所述遠側頂端和所述組織之間的接觸質量。
12.根據權利要求11所述的設備，其中所述處理器被配置成通過根據接收的所述信號估計介于所述遠側頂端和所述組織之間的距離來評估所述接觸質量。
13.根據權利要求11所述的設備，其中所述處理器被配置成通過根據接收的所述信號檢測介于所述遠側頂端和所述組織之間的物理接觸來評估所述接觸質量。
14.根據權利要求13所述的設備，其中所述處理器被配置成通過檢測接收的所述信號處于最大電平來檢測所述物理接觸。
15.根據權利要求11所述的設備，其中所述光學發光體被配置成使所述光學輻射交替地閃爍，并且其中所述處理器被配置成響應閃爍的所述輻射來校準接收的所述信號的零位電平。
16.根據權利要求11所述的設備，還包括附加的光學發光體，其中所述光學發光體被配置成傳播第一波長的第一光學輻射，其中所述另一光學發光體被配置成傳播第二波長的第二光學輻射，所述第二波長不同于所述第一波長，并且其中所述處理器被配置成接收與所述第一光學輻射和所述第二光學輻射的相應的反射對應的第一信號和第二信號，并且通過處理所述第一信號和所述第二信號來在來自所述組織的所述反射和來自所述腔內的血液的所述反射之間進行辨別。
17.根據權利要求11所述的設備，還包括耦合到所述遠側頂端的接觸傳感器，其中所述處理器被配置成利用評估的所述接觸質量來校準所述接觸傳感器。
18.根據權利要求11所述的設備，還包括被配置成傳播所述光學輻射的多個光學發光體以及被配置成感測所述反射的多個光學檢測器，其中所述處理器被配置成從所述多個光學檢測器接收表征所述反射的相應的多個信號，并且根據所述多個信號來評估所述接觸質量。
19.根據權利要求18所述的設備，還包括多路復用電路，所述多路復用電路被配置成利用單條輸入線路啟用所述光學發光體中的至少兩個。
20.根據權利要求18所述的設備，還包括多路復用電路，所述多路復用電路被配置成經由單條輸出線路復用來自所述光學發光體中的至少兩個的所述信號。
21.—種結合用于插入體腔中的醫療探針操作的計算機軟件產品，所述醫療探針具有遠側頂端，所述遠側頂端包括光學發光體和光學檢測器，所述光學發光體傳播光學輻射，所述光學檢測器感測所述體腔中的組織的所述光學輻射的反射，以及生成表征感測的所述反射的信號，所述產品包括非臨時性計算機可讀介質，程序指令被儲存在所述介質中，所述指令在被計算機讀取時引起所述計算機接收來自所述光學檢測器的所述信號，以及響應所述信號來評估介于所述遠側頂端和所述組織之間的接觸質量。
全文摘要
本發明提供用于接觸感測的方法，所述方法包括從光學發光體傳播光學輻射，所述光學發光體連接到醫療探針的遠側頂端，所述醫療探針設置在體腔內。從連接到所述遠側頂端的光學檢測器接收信號，所述信號表征從所述體腔中的組織的所述光學輻射的反射。響應所述信號評估介于所述遠側頂端和所述組織之間的接觸質量。
文檔編號A61B1/00GK102309314SQ20111017987
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月16日 優先權日2010年6月16日
發明者A·C·阿爾特曼, A·戈瓦里, Y·埃夫拉思 申請人:韋伯斯特生物官能(以色列)有限公司