超聲換能器和位置傳感器之間隔絕的導管的製作方法

2023-09-16 07:16:35 1

專利名稱：超聲換能器和位置傳感器之間隔絕的導管的製作方法
技術領域：
本發明整體涉及侵入式醫療裝置，具體地講，涉及結合成像和位置感測功能的侵 入式探針。
背景技術：
具有聲學換能器的導管可用於心內膜非接觸成像。例如，美國專利6，716，166和 6，773，402描述了用於體腔、具體地講用於心臟的3D成像和幾何重構系統，所述專利的公 開內容以引用方式併入本文中。所述系統使用包括多個聲學換能器的心臟導管。換能器發 出超聲波，所述超聲波從體腔表面反射，並且再次由換能器接收。測定從每一個換能器到與 所述換能器相對的表面上的點或區域的距離，並且將所述距離的測量與表面的3D形狀重 構相結合。導管還包括位置傳感器，所述位置傳感器用於測定導管在心臟內的位置和方向 坐標。美國專利申請公開2006/0241445描述了用於模擬解剖學結構(例如心室)的方 法和設備，其公開內容以引用方式併入本文中。包括超聲換能器和位置傳感器的陣列的探 針用於將患者體內的目標器官或結構成像。在一個實施例中，探針包括導管，所述導管插入 患者心臟內。所述探針獲得目標器官的多個2D超聲圖像，並且將所述超聲圖像發送到圖像 處理器。對於每一個圖像，使用位置傳感器測量探針的位置和方向坐標。根據超聲圖像和 測量的位置和方向坐標，構造解剖學結構的三維(3-D)模型。

發明內容
將位置感測和超聲成像功能結合在單個探針中可能會引起對安全的擔心。超聲子 系統可能產生相對高的電壓，通常保持在地電勢，並且與患者電隔絕，所述超聲子系統包括 包含在所述探針內的超聲換能器和外部處理電路。另一方面，所述位置感測子系統可保持 在患者身體的正常工作部分的電勢，由於安全原因，所述患者身體應保持與地隔絕，所述位 置感測子系統包括在所述探針內的位置換能器和外部位置跟蹤電路。但是位置換能器和超 聲換能器通常彼此靠近設置在所述探針內。這些部件或其相關線路短路可能破壞期望的隔 絕，並且對患者有危險。下文描述的本發明的實施例提供了侵入式成像系統中位置感測和超聲子系統之 間的安全電隔絕。所述隔絕可通過使用隔絕電路實現，以將信號在所述探針內的位置傳感 器和外部位置跟蹤電路之間傳送，而在所述位置傳感器和所述位置跟蹤電路之間不形成導 電通路。因此根據本發明的實施例提供一種醫療設備，包括侵入式探針，用於插入活受試者體內；超聲子系統，包括包含在所述探針內的超聲換能器，和圖像處理電路，所述圖像處 理電路設置在所述探針外部，並且被耦接以與所述探針內的所述超聲換能器通訊；以及位置感測子系統，包括包含在所述探針內的位置換能器，和位置跟蹤電路，所述位置跟蹤電路設置在所述探針外部，並且被耦接以與所述位置換能器通訊，以便測定所述超 聲換能器在受試者體內的位置坐標， 其中所述位置感測子系統與所述超聲子系統電隔絕。 在一些實施例中，所述侵入式探針包括用於插入受試者心臟內的導管。在一個實 施例中，所述超聲換能器被構造為在所述探針在體內的不同各位置處捕集器官的多個超聲 輸入圖像，並且所述圖像處理電路被構造為使用所述位置坐標將所述輸入圖像結合，以產 生所述器官的三維圖像。另外或者可替代地，所述位置感測子系統包括一個或多個磁場發 生器，所述磁場發生器被構造為在受試者體內產生磁場，並且所述位置換能器包括磁場傳 感器，所述磁場傳感器被構造為響應於所述磁場將位置信號輸出到所述位置跟蹤電路。通常，所述超聲換能器通過所述超聲子系統保持在地電勢，而所述位置感測子系 統保持在非地電勢。在公開的實施例中，所述醫療設備包括隔絕電路，所述隔絕電路介於所述位置換 能器和所述位置跟蹤電路之間，以在所述位置換能器和所述位置跟蹤電路之間傳送位置信 號，而在所述位置換能器和所述位置跟蹤電路之間不形成導電通路。通常，所述隔絕電路包 括一個或多個隔絕變壓器。根據本發明的實施例，還提供製備所述侵入式醫療系統的方法，所述方法包括提供侵入式探針，所述侵入式探針用於插入活受試者體內；通過將超聲換能器安裝在所述探針中並且將所述超聲換能器連接與所述探針外 部的圖像處理電路通訊來裝配超聲子系統；通過將位置換能器安裝在所述探針內並且將所述位置換能器連接與所述探針外 部的位置跟蹤電路通訊來裝配位置感測子系統，從而測定所述超聲換能器在受試者體內的 位置坐標；以及將所述位置感測子系統與所述超聲子系統電隔絕。通過以下結合附圖的其實施例的詳細說明，將更全面地理解本發明。


圖1是根據本發明實施例的用於心臟成像的系統的示意性圖示；圖2是顯示根據本發明實施例的圖1的系統的電部件的框圖；和圖3是顯示根據本發明實施例的隔絕電路細節的框圖。
具體實施例方式圖1是根據本發明實施例的用於患者22的心臟24成像的系統20的示意性圖示。 所述系統包括導管28，其由操作者26，例如醫生通過靜脈或動脈插入心臟的心室內。操作 者使用手柄36控制和操縱導管，所述手柄還包含一些電路，如下文進一步描述。系統20包 括位置子系統，所述位置子系統測量導管28的位置(位置和取向)坐標。在一個實施例 中，位置子系統包括磁位置跟蹤系統，所述磁位置跟蹤系統包括一組外部輻射器線圈30形 式的磁場發生器，所述一組外部輻射器線圈30設置在患者外部的固位置置中。線圈30在 心臟24附近產生電磁場。產生的磁場由導管28遠端內的位置傳感器32感測。位置傳感器32為一種類型的位置換能器。在可替代實施例中，導管28遠端內的位置換能器可構造為輻射器，所述輻射器產生磁場。在這種情況下，線圈30可感測這些磁 場。而且可替代地，導管中可使用本領域已知的其他類型的位置換能器，例如基於電阻抗的 換能器(換能器或傳感器)。系統20中的位置跟蹤系統可按照本領域已知的磁位置跟蹤系統的原理工 作。該類系統在例如美國專利6，690，963，6，618，612和6，332，089以及美國專利申請 2002/0065455 Al, 2004/0147920 Al和2004/0068178A1中有所描述，所述專利和專利申請 的公開內容以引用的方式併入本文中。該類型的跟蹤系統用於CART0 系統中，所述CART0 系統由 BiosenseWebster Inc. (Diamond Bar, California)生產。可替代地，如上所述，本 發明的原理可加以必要的變通使用任何其他合適的位置系統實現。導管28在其遠端還包括超聲換能器34，用於形成心臟24的圖像。通常，換能器 34捕集多個心臟內的超聲圖像(其可以是二維或三維圖像)。由位置傳感器32提供的坐 標讀數用於記錄在導管的不同位置處捕集的超聲圖像，以重構完整的3D圖像。該圖像可包 括心臟的一個或多個心室以及心臟外部附近的結構，如血管。具備該功能(並且還包括電 解剖感測電極)的導管和系統在上述美國專利申請公開2006/0241445中有所描述。另外或可替代地，導管28和系統20可適於生成其他類型的圖像，例如顯示心臟內 的機械活動或其他類型的生理活動。而且，雖然本文描述的實施例特別地涉及心臟成像，但 是本發明的原理可相似地應用於身體的其他器官的成像中。操縱臺42驅動和控制系統20的元件。操縱臺42包括位置跟蹤電路46，其產生信 號來驅動輻射器線圈30，並且處理由導管28中的位置傳感器32輸出的位置信號。來自位 置傳感器的信號從導管經由纜線40傳送到隔絕電路48，所述隔絕電路48將位置傳感器連 接到位置跟蹤電路46，而在所述傳感器和位置跟蹤電路之間不形成導電通路。因而，導管 28自身與位置跟蹤電路隔絕。隔絕電路的細節顯示在下面的圖中。由超聲換能器34輸出的圖像信號從導管28經由纜線38傳送到圖像處理電路44。 該圖像處理電路44處理圖像信號來產生如上所述的心臟24的3D超聲圖像。所述圖像呈 現在例如顯示器50的輸出裝置上。通常，電路44包括通用計算機，所述通用計算機具有合 適的接口電路和可能的硬體加速電路。所述計算機在軟體中編程來將各圖像結合為3D圖 像。使用由位置跟蹤電路46計算的位置坐標的該過程在上面引用的專利和專利申請中有 更詳細的描述。圖2是顯示根據本發明實施例的系統20的電部件的框圖。傳感器32輸出的位置 信號通過導管28的手柄36中的前端(FE)電路54放大。放大的信號經過隔絕電路48到 達電磁(EM)位置跟蹤電路46。所述電磁位置跟蹤電路46因而與接地的超聲(U/S)圖像處 理電路44隔絕。圖3中顯示了隔絕電路48的細節。導管28還可包含用於將超聲換能器 34及其相連的纜線與位置傳感器32隔絕的裝置，但是導管的這些結構超出本發明的範圍。圖3是顯示根據本發明實施例的隔絕電路48的細節的框圖。電路48包括隔 絕屏障90，所述隔絕屏障90由合適的隔絕部件構成，所述隔絕部件用於切斷導管28和 位置跟蹤電路46之間的導電通路。來自前端電路54的位置信號在到達跟蹤電路46 之前經過隔絕變壓器92。任何合適的隔絕變壓器可用於該目的，所述變壓器例如為由 Datatronics (Romoland, California)銷售的型號為 SM-502-1 的變壓器。三個信號(X，Y， Z)由構成導管28中的傳感器32的三個相互正交的傳感器線圈產生。(或者，可使用更少
6或更多數量的傳感器線圈，並且因此可由隔絕電路傳送更少或更多數量的信號)。傳感器信 號由例如Linear Technology (Milpitas，California)銷售的LT6011放大器的緩衝放大器 94和96在輸入到變壓器的輸入端處和從變壓器輸出的輸出端處緩衝。隔絕屏障90還可包括輔助部件，例如用於將工作電壓提供到手柄36中的前端電 路54的隔絕DC/DC轉化器98，以及用於傳送數字控制和數據信號的光耦合器100。在圖3 中所示的實施例中，光耦合器用於在i2C總線上傳送雙向通訊，但是可使用任何其他合適 類型的通訊總線和方案。因而，使患者22免受可能以其他方式通過導管28穿透心臟24的洩漏電流和高壓 瞬態的傷害。雖然圖3顯示了隔絕電路的一些具體結構，但是上文描述的與侵入式探針相 關的不同子系統之間的隔絕原理可相似地使用其他隔絕電路和方式來應用，並且可用於其 它類型的系統中。因此，應理解的是，上述實施例是以舉例的方式進行闡述，並且本發明不 受上文特別所示及所述內容的局限。並且，本發明的範圍包括上述各種特徵的組合和子組 合以及本領域技術人員在閱讀上述說明書時可能想到的並且現有技術中未公開的變型形 式和修改形式。
權利要求
一種醫療設備，包括侵入式探針，用於插入活受試者體內；超聲子系統，包括包含在所述探針中的超聲換能器，和圖像處理電路，所述圖像處理電路設置在所述探針外部，並且被耦接以與所述探針內的所述超聲換能器通訊；以及位置感測子系統，包括包含在所述探針內的位置換能器，和位置跟蹤電路，所述位置跟蹤電路設置在所述探針外部，並且被耦接以與所述位置換能器通訊，以便確定所述超聲換能器在所述受試者體內的位置坐標，其中所述位置感測子系統與所述超聲子系統電隔絕。
2.根據權利要求1所述的醫療設備，其中所述侵入式探針包括導管，所述導管用於插 入受試者的心臟內。
3.根據權利要求1所述的醫療設備，其中所述超聲換能器被構造為在所述探針在體內 的不同各位置處捕集器官的多個超聲輸入圖像，並且其中所述圖像處理電路被構造為使用 所述位置坐標將所述輸入圖像結合，以產生所述器官的三維圖像。
4.根據權利要求1所述的醫療設備，其中所述位置感測子系統包括一個或多個磁場 發生器，所述磁場發生器被構造為在受試者體內產生磁場，並且其中所述位置換能器包括 磁場傳感器，所述磁場傳感器被構造為響應於所述磁場將位置信號輸出到所述位置跟蹤電 路。
5.根據權利要求1所述的醫療設備，其中所述超聲換能器由所述超聲子系統保持在地 電勢，而所述位置感測子系統保持在非地電勢。
6.根據權利要求1所述的醫療設備，包括隔絕電路，所述隔絕電路介於所述位置換能 器和所述位置跟蹤電路之間，以在所述位置換能器和所述位置跟蹤電路之間傳送位置信 號，而在所述位置換能器和所述位置跟蹤電路之間不形成導電通路。
7.根據權利要求6所述的醫療設備，其中所述隔絕電路包括一個或多個隔絕變壓器。
8.一種用於製備侵入式醫療系統的方法，包括提供侵入式探針，所述侵入式探針用於插入活受試者體內；通過將超聲換能器安裝在所述探針中並且將所述超聲換能器耦接以與所述探針外部 的圖像處理電路通訊來裝配超聲子系統；通過將位置換能器安裝在所述探針內並且將所述位置換能器耦接以與所述探針外部 的位置跟蹤電路通訊來裝配位置感測子系統，以便確定所述超聲換能器在受試者體內的位 置坐標；以及將所述位置感測子系統與所述超聲子系統電隔絕。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述侵入式探針包括用於插入受試者心臟內的導管。
10.根據權利要求8所述的方法，其中所述超聲換能器被構造為在所述探針在受試者 體內的不同各位置處捕集器官的多個超聲輸入圖像，並且其中所述圖像處理電路被構造為 使用所述位置坐標將所述輸入圖像結合，以產生所述器官的三維圖像。
11.根據權利要求8所述的方法，其中所述位置感測子系統包括一個或多個磁場發生 器，所述磁場發生器被構造為在受試者體內產生磁場，並且其中所述位置換能器包括磁場 傳感器，所述磁場傳感器被構造為響應於所述磁場將位置信號輸出到所述位置跟蹤電路。
12.根據權利要求8所述的方法，其中裝配所述超聲子系統包括將所述超聲換能器保 持在地電勢，而將所述位置感測系統保持在非地電勢。
13.根據權利要求8所述的方法，其中電隔絕所述位置感測子系統包括將隔絕電路介 於所述位置換能器和所述位置跟蹤電路之間，以在所述位置換能器和所述位置跟蹤電路之 間傳送位置信號，而在所述位置換能器和所述位置跟蹤電路之間不形成導電通路。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述隔絕電路包括一個或多個隔絕變壓器。
全文摘要
本發明涉及超聲換能器和位置傳感器之間隔絕的導管。本發明公開了一種醫療設備，包括侵入式探針，所述侵入式探針用於插入活受試者體內。本發明公開了一種超聲子系統，包括包含在所述探針內的超聲換能器，和圖像處理電路，所述圖像處理電路設置在所述探針外部，並且被耦接以與所述探針內的所述超聲換能器通訊。本發明公開了一種位置感測子系統，包括包含在所述探針內的位置換能器，和位置跟蹤電路，所述位置跟蹤電路設置在所述探針外部，並且被耦接以與所述位置換能器通訊，從而測定所述超聲換能器在受試者身體內的位置坐標。所述位置感測系統與所述超聲子系統電隔絕。
文檔編號A61B8/12GK101889878SQ201010109278
公開日2010年11月24日 申請日期2010年1月22日 優先權日2009年1月23日
發明者Y·利奇滕斯坦 申請人:韋伯斯特生物官能公司