專利名稱：超聲換能器和位置傳感器之間隔絕的導(dǎo)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及侵入式醫(yī)療裝置，具體地講，涉及結(jié)合成像和位置感測(cè)功能的侵 入式探針。
背景技術(shù)：
具有聲學(xué)換能器的導(dǎo)管可用于心內(nèi)膜非接觸成像。例如，美國(guó)專利6，716，166和 6，773，402描述了用于體腔、具體地講用于心臟的3D成像和幾何重構(gòu)系統(tǒng)，所述專利的公 開(kāi)內(nèi)容以引用方式并入本文中。所述系統(tǒng)使用包括多個(gè)聲學(xué)換能器的心臟導(dǎo)管。換能器發(fā) 出超聲波，所述超聲波從體腔表面反射，并且再次由換能器接收。測(cè)定從每一個(gè)換能器到與 所述換能器相對(duì)的表面上的點(diǎn)或區(qū)域的距離，并且將所述距離的測(cè)量與表面的3D形狀重 構(gòu)相結(jié)合。導(dǎo)管還包括位置傳感器，所述位置傳感器用于測(cè)定導(dǎo)管在心臟內(nèi)的位置和方向 坐標(biāo)。美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)2006/0241445描述了用于模擬解剖學(xué)結(jié)構(gòu)(例如心室)的方 法和設(shè)備，其公開(kāi)內(nèi)容以引用方式并入本文中。包括超聲換能器和位置傳感器的陣列的探 針用于將患者體內(nèi)的目標(biāo)器官或結(jié)構(gòu)成像。在一個(gè)實(shí)施例中，探針包括導(dǎo)管，所述導(dǎo)管插入 患者心臟內(nèi)。所述探針獲得目標(biāo)器官的多個(gè)2D超聲圖像，并且將所述超聲圖像發(fā)送到圖像 處理器。對(duì)于每一個(gè)圖像，使用位置傳感器測(cè)量探針的位置和方向坐標(biāo)。根據(jù)超聲圖像和 測(cè)量的位置和方向坐標(biāo)，構(gòu)造解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的三維(3-D)模型。

發(fā)明內(nèi)容
將位置感測(cè)和超聲成像功能結(jié)合在單個(gè)探針中可能會(huì)引起對(duì)安全的擔(dān)心。超聲子 系統(tǒng)可能產(chǎn)生相對(duì)高的電壓，通常保持在地電勢(shì)，并且與患者電隔絕，所述超聲子系統(tǒng)包括 包含在所述探針內(nèi)的超聲換能器和外部處理電路。另一方面，所述位置感測(cè)子系統(tǒng)可保持 在患者身體的正常工作部分的電勢(shì)，由于安全原因，所述患者身體應(yīng)保持與地隔絕，所述位 置感測(cè)子系統(tǒng)包括在所述探針內(nèi)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(shè)置在所述探針內(nèi)。這些部件或其相關(guān)線路短路可能破壞期望的隔 絕，并且對(duì)患者有危險(xiǎn)。下文描述的本發(fā)明的實(shí)施例提供了侵入式成像系統(tǒng)中位置感測(cè)和超聲子系統(tǒng)之 間的安全電隔絕。所述隔絕可通過(guò)使用隔絕電路實(shí)現(xiàn)，以將信號(hào)在所述探針內(nèi)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(dǎo) 電通路。因此根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供一種醫(yī)療設(shè)備，包括侵入式探針，用于插入活受試者體內(nèi)；超聲子系統(tǒng)，包括包含在所述探針內(nèi)的超聲換能器，和圖像處理電路，所述圖像處 理電路設(shè)置在所述探針外部，并且被耦接以與所述探針內(nèi)的所述超聲換能器通訊；以及位置感測(cè)子系統(tǒng)，包括包含在所述探針內(nèi)的位置換能器，和位置跟蹤電路，所述位置跟蹤電路設(shè)置在所述探針外部，并且被耦接以與所述位置換能器通訊，以便測(cè)定所述超 聲換能器在受試者體內(nèi)的位置坐標(biāo)， 其中所述位置感測(cè)子系統(tǒng)與所述超聲子系統(tǒng)電隔絕。 在一些實(shí)施例中，所述侵入式探針包括用于插入受試者心臟內(nèi)的導(dǎo)管。在一個(gè)實(shí) 施例中，所述超聲換能器被構(gòu)造為在所述探針在體內(nèi)的不同各位置處捕集器官的多個(gè)超聲 輸入圖像，并且所述圖像處理電路被構(gòu)造為使用所述位置坐標(biāo)將所述輸入圖像結(jié)合，以產(chǎn) 生所述器官的三維圖像。另外或者可替代地，所述位置感測(cè)子系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)發(fā) 生器，所述磁場(chǎng)發(fā)生器被構(gòu)造為在受試者體內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且所述位置換能器包括磁場(chǎng)傳 感器，所述磁場(chǎng)傳感器被構(gòu)造為響應(yīng)于所述磁場(chǎng)將位置信號(hào)輸出到所述位置跟蹤電路。通常，所述超聲換能器通過(guò)所述超聲子系統(tǒng)保持在地電勢(shì)，而所述位置感測(cè)子系 統(tǒng)保持在非地電勢(shì)。在公開(kāi)的實(shí)施例中，所述醫(yī)療設(shè)備包括隔絕電路，所述隔絕電路介于所述位置換 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(hào)，而在所述位置換能器和所述位置跟蹤電路之間不形成導(dǎo)電通路。通常，所述隔絕電路包 括一個(gè)或多個(gè)隔絕變壓器。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供制備所述侵入式醫(yī)療系統(tǒng)的方法，所述方法包括提供侵入式探針，所述侵入式探針用于插入活受試者體內(nèi)；通過(guò)將超聲換能器安裝在所述探針中并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(lái)裝配超聲子系統(tǒng)；通過(guò)將位置換能器安裝在所述探針內(nèi)并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(lái)裝配位置感測(cè)子系統(tǒng)，從而測(cè)定所述超聲換能器在受試者體內(nèi)的 位置坐標(biāo)；以及將所述位置感測(cè)子系統(tǒng)與所述超聲子系統(tǒng)電隔絕。通過(guò)以下結(jié)合附圖的其實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，將更全面地理解本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于心臟成像的系統(tǒng)的示意性圖示；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1的系統(tǒng)的電部件的框圖；和圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的隔絕電路細(xì)節(jié)的框圖。
具體實(shí)施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于患者22的心臟24成像的系統(tǒng)20的示意性圖示。 所述系統(tǒng)包括導(dǎo)管28，其由操作者26，例如醫(yī)生通過(guò)靜脈或動(dòng)脈插入心臟的心室內(nèi)。操作 者使用手柄36控制和操縱導(dǎo)管，所述手柄還包含一些電路，如下文進(jìn)一步描述。系統(tǒng)20包 括位置子系統(tǒng)，所述位置子系統(tǒng)測(cè)量導(dǎo)管28的位置(位置和取向)坐標(biāo)。在一個(gè)實(shí)施例 中，位置子系統(tǒng)包括磁位置跟蹤系統(tǒng)，所述磁位置跟蹤系統(tǒng)包括一組外部輻射器線圈30形 式的磁場(chǎng)發(fā)生器，所述一組外部輻射器線圈30設(shè)置在患者外部的固位置置中。線圈30在 心臟24附近產(chǎn)生電磁場(chǎng)。產(chǎn)生的磁場(chǎng)由導(dǎo)管28遠(yuǎn)端內(nèi)的位置傳感器32感測(cè)。位置傳感器32為一種類型的位置換能器。在可替代實(shí)施例中，導(dǎo)管28遠(yuǎn)端內(nèi)的位置換能器可構(gòu)造為輻射器，所述輻射器產(chǎn)生磁場(chǎng)。在這種情況下，線圈30可感測(cè)這些磁 場(chǎng)。而且可替代地，導(dǎo)管中可使用本領(lǐng)域已知的其他類型的位置換能器，例如基于電阻抗的 換能器(換能器或傳感器)。系統(tǒng)20中的位置跟蹤系統(tǒng)可按照本領(lǐng)域已知的磁位置跟蹤系統(tǒng)的原理工 作。該類系統(tǒng)在例如美國(guó)專利6，690，963，6，618，612和6，332，089以及美國(guó)專利申請(qǐng) 2002/0065455 Al, 2004/0147920 Al和2004/0068178A1中有所描述，所述專利和專利申請(qǐng) 的公開(kāi)內(nèi)容以引用的方式并入本文中。該類型的跟蹤系統(tǒng)用于CART0 系統(tǒng)中，所述CART0 系統(tǒng)由 BiosenseWebster Inc. (Diamond Bar, California)生產(chǎn)。可替代地，如上所述，本 發(fā)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)管28在其遠(yuǎn)端還包括超聲換能器34，用于形成心臟24的圖像。通常，換能器 34捕集多個(gè)心臟內(nèi)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(biāo)讀數(shù)用于記錄在導(dǎo)管的不同位置處捕集的超聲圖像，以重構(gòu)完整的3D圖像。該圖像可包 括心臟的一個(gè)或多個(gè)心室以及心臟外部附近的結(jié)構(gòu)，如血管。具備該功能(并且還包括電 解剖感測(cè)電極)的導(dǎo)管和系統(tǒng)在上述美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)2006/0241445中有所描述。另外或可替代地，導(dǎo)管28和系統(tǒng)20可適于生成其他類型的圖像，例如顯示心臟內(nèi) 的機(jī)械活動(dòng)或其他類型的生理活動(dòng)。而且，雖然本文描述的實(shí)施例特別地涉及心臟成像，但 是本發(fā)明的原理可相似地應(yīng)用于身體的其他器官的成像中。操縱臺(tái)42驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)20的元件。操縱臺(tái)42包括位置跟蹤電路46，其產(chǎn)生信 號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)輻射器線圈30，并且處理由導(dǎo)管28中的位置傳感器32輸出的位置信號(hào)。來(lái)自位 置傳感器的信號(hào)從導(dǎo)管經(jīng)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(dǎo)電通路。因而，導(dǎo)管 28自身與位置跟蹤電路隔絕。隔絕電路的細(xì)節(jié)顯示在下面的圖中。由超聲換能器34輸出的圖像信號(hào)從導(dǎo)管28經(jīng)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(hào)來(lái)產(chǎn)生如上所述的心臟24的3D超聲圖像。所述圖像呈 現(xiàn)在例如顯示器50的輸出裝置上。通常，電路44包括通用計(jì)算機(jī)，所述通用計(jì)算機(jī)具有合 適的接口電路和可能的硬件加速電路。所述計(jì)算機(jī)在軟件中編程來(lái)將各圖像結(jié)合為3D圖 像。使用由位置跟蹤電路46計(jì)算的位置坐標(biāo)的該過(guò)程在上面引用的專利和專利申請(qǐng)中有 更詳細(xì)的描述。圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)20的電部件的框圖。傳感器32輸出的位置 信號(hào)通過(guò)導(dǎo)管28的手柄36中的前端(FE)電路54放大。放大的信號(hào)經(jīng)過(guò)隔絕電路48到 達(dá)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(xì)節(jié)。導(dǎo)管28還可包含用于將超聲換能器 34及其相連的纜線與位置傳感器32隔絕的裝置，但是導(dǎo)管的這些結(jié)構(gòu)超出本發(fā)明的范圍。圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的隔絕電路48的細(xì)節(jié)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(gòu)成，所述隔絕部件用于切斷導(dǎo)管28和 位置跟蹤電路46之間的導(dǎo)電通路。來(lái)自前端電路54的位置信號(hào)在到達(dá)跟蹤電路46 之前經(jīng)過(guò)隔絕變壓器92。任何合適的隔絕變壓器可用于該目的，所述變壓器例如為由 Datatronics (Romoland, California)銷售的型號(hào)為 SM-502-1 的變壓器。三個(gè)信號(hào)(X，Y， Z)由構(gòu)成導(dǎo)管28中的傳感器32的三個(gè)相互正交的傳感器線圈產(chǎn)生。(或者，可使用更少
6或更多數(shù)量的傳感器線圈，并且因此可由隔絕電路傳送更少或更多數(shù)量的信號(hào))。傳感器信 號(hào)由例如Linear Technology (Milpitas，California)銷售的LT6011放大器的緩沖放大器 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沖。隔絕屏障90還可包括輔助部件，例如用于將工作電壓提供到手柄36中的前端電 路54的隔絕DC/DC轉(zhuǎn)化器98，以及用于傳送數(shù)字控制和數(shù)據(jù)信號(hào)的光耦合器100。在圖3 中所示的實(shí)施例中，光耦合器用于在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(guò)導(dǎo)管28穿透心臟24的泄漏電流和高壓 瞬態(tài)的傷害。雖然圖3顯示了隔絕電路的一些具體結(jié)構(gòu)，但是上文描述的與侵入式探針相 關(guān)的不同子系統(tǒng)之間的隔絕原理可相似地使用其他隔絕電路和方式來(lái)應(yīng)用，并且可用于其 它類型的系統(tǒng)中。因此，應(yīng)理解的是，上述實(shí)施例是以舉例的方式進(jìn)行闡述，并且本發(fā)明不 受上文特別所示及所述內(nèi)容的局限。并且，本發(fā)明的范圍包括上述各種特征的組合和子組 合以及本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀上述說(shuō)明書(shū)時(shí)可能想到的并且現(xiàn)有技術(shù)中未公開(kāi)的變型形 式和修改形式。
權(quán)利要求
一種醫(yī)療設(shè)備，包括侵入式探針，用于插入活受試者體內(nèi)；超聲子系統(tǒng)，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(shè)置在所述探針外部，并且被耦接以與所述探針內(nèi)的所述超聲換能器通訊；以及位置感測(cè)子系統(tǒng)，包括包含在所述探針內(nèi)的位置換能器，和位置跟蹤電路，所述位置跟蹤電路設(shè)置在所述探針外部，并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(nèi)的位置坐標(biāo)，其中所述位置感測(cè)子系統(tǒng)與所述超聲子系統(tǒng)電隔絕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述侵入式探針包括導(dǎo)管，所述導(dǎo)管用于插 入受試者的心臟內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述超聲換能器被構(gòu)造為在所述探針在體內(nèi) 的不同各位置處捕集器官的多個(gè)超聲輸入圖像，并且其中所述圖像處理電路被構(gòu)造為使用 所述位置坐標(biāo)將所述輸入圖像結(jié)合，以產(chǎn)生所述器官的三維圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述位置感測(cè)子系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng) 發(fā)生器，所述磁場(chǎng)發(fā)生器被構(gòu)造為在受試者體內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且其中所述位置換能器包括 磁場(chǎng)傳感器，所述磁場(chǎng)傳感器被構(gòu)造為響應(yīng)于所述磁場(chǎng)將位置信號(hào)輸出到所述位置跟蹤電 路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述超聲換能器由所述超聲子系統(tǒng)保持在地 電勢(shì)，而所述位置感測(cè)子系統(tǒng)保持在非地電勢(shì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，包括隔絕電路，所述隔絕電路介于所述位置換能 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(hào)，而在所述位置換能器和所述位置跟蹤電路之間不形成導(dǎo)電通路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述隔絕電路包括一個(gè)或多個(gè)隔絕變壓器。
8.一種用于制備侵入式醫(yī)療系統(tǒng)的方法，包括提供侵入式探針，所述侵入式探針用于插入活受試者體內(nèi)；通過(guò)將超聲換能器安裝在所述探針中并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(lái)裝配超聲子系統(tǒng)；通過(guò)將位置換能器安裝在所述探針內(nèi)并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(lái)裝配位置感測(cè)子系統(tǒng)，以便確定所述超聲換能器在受試者體內(nèi)的位 置坐標(biāo)；以及將所述位置感測(cè)子系統(tǒng)與所述超聲子系統(tǒng)電隔絕。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述侵入式探針包括用于插入受試者心臟內(nèi)的導(dǎo)管。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述超聲換能器被構(gòu)造為在所述探針在受試者 體內(nèi)的不同各位置處捕集器官的多個(gè)超聲輸入圖像，并且其中所述圖像處理電路被構(gòu)造為 使用所述位置坐標(biāo)將所述輸入圖像結(jié)合，以產(chǎn)生所述器官的三維圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述位置感測(cè)子系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生 器，所述磁場(chǎng)發(fā)生器被構(gòu)造為在受試者體內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且其中所述位置換能器包括磁場(chǎng) 傳感器，所述磁場(chǎng)傳感器被構(gòu)造為響應(yīng)于所述磁場(chǎng)將位置信號(hào)輸出到所述位置跟蹤電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中裝配所述超聲子系統(tǒng)包括將所述超聲換能器保 持在地電勢(shì)，而將所述位置感測(cè)系統(tǒng)保持在非地電勢(shì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中電隔絕所述位置感測(cè)子系統(tǒng)包括將隔絕電路介 于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(hào)，而在所述位置換能器和所述位置跟蹤電路之間不形成導(dǎo)電通路。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述隔絕電路包括一個(gè)或多個(gè)隔絕變壓器。
全文摘要
本發(fā)明涉及超聲換能器和位置傳感器之間隔絕的導(dǎo)管。本發(fā)明公開(kāi)了一種醫(yī)療設(shè)備，包括侵入式探針，所述侵入式探針用于插入活受試者體內(nèi)。本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲子系統(tǒng)，包括包含在所述探針內(nèi)的超聲換能器，和圖像處理電路，所述圖像處理電路設(shè)置在所述探針外部，并且被耦接以與所述探針內(nèi)的所述超聲換能器通訊。本發(fā)明公開(kāi)了一種位置感測(cè)子系統(tǒng)，包括包含在所述探針內(nèi)的位置換能器，和位置跟蹤電路，所述位置跟蹤電路設(shè)置在所述探針外部，并且被耦接以與所述位置換能器通訊，從而測(cè)定所述超聲換能器在受試者身體內(nèi)的位置坐標(biāo)。所述位置感測(cè)系統(tǒng)與所述超聲子系統(tǒng)電隔絕。
文檔編號(hào)A61B8/12GK101889878SQ201010109278
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者Y·利奇滕斯坦 申請(qǐng)人:韋伯斯特生物官能公司