CN102885614A - 无线导管的同步 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法，其包括设置多个医疗探针，以从活体中同时获得生理数据。经由无线信道传输标记有相应包编号的相应数据包序列，从而从所述多个医疗探针发送所述数据。在所述探针中接收广播到所述多个探针的同步信号。响应于接收所述同步信号，将在所述探针中待分配给相应序列中后续数据包的所述包编号重置。

Description

无线导管的同步
技术领域
本发明整体涉及医疗探针，确切地说，涉及用于使无线医疗探针同步的方法和***。
背景技术
一些体内医疗探针（例如，心导管）经由无线信道来传输数据，以减少布线。本领域中已知用于控制此类探针的若干方法和***。例如，美国专利申请公开2010/0056871描述了一种用于装置控制的方法，该公开的内容以引用方式并入本文中。所述方法包括使多个医疗装置与患者身体接触。医疗装置进行连接，以通过数字接口与控制台通信。消息经由数字接口从控制台传输，由多个医疗装置同时接收。响应于接收所述消息，医疗装置与彼此同步。在一些实施例中，使用每个医疗装置中的相应内部时钟来对信号取样，且通过重置内部时钟来使医疗装置同步。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种方法，该方法包括设置多个医疗探针，以从活体中同时获得生理数据。经由无线信道传输标记有相应包编号的相应数据包序列，从而从所述多个医疗探针发送所述数据。在所述探针中接收广播到所述多个探针的同步信号。响应于接收所述同步信号，将在所述探针中待分配给相应序列中后续数据包的所述包编号重置。
在一些实施例中，设置探针包括根据可自由运行而无关于同步信号的相应内部时钟信号来获得每个探针中的数据。在一个实施例中，设置探针包括按预定循环扫描传感器，从而从给定探针的多个传感器中获得数据，且所述方法包括响应于接收所述同步信号，将该给定探针中的循环重置。
在一些所公开的实施例中，所述方法包括：响应于在探针处接收同步信号，从每个探针传输确认包；以及根据由所述探针传输的相应确认包，使从多个探针发送的数据时间同步。在一个实施例中，传输确认包包括在每个确认包中指示相对于探针产生的数据包在相应探针处接收同步信号的相应时间偏移。使数据时间同步可包括根据由探针传输的确认包中所指示的多个时间偏移来使数据同步。
在一个所公开的实施例中，使数据时间同步包括：根据由探针传输的确认包中所指示的多个时间偏移，估计出数据并不同步的时间段；以及丢弃属于所估计的时间段的数据。在另一个实施例中，传输确认包包括在每个确认包中指示在接收同步信号之前从相应探针传输的最后数据包的相应最后包编号，且使数据时间同步包括根据由探针传输的确认包中所指示的多个最后包编号来使数据同步。
在又一个实施例中，所述方法包括将时间同步的数据呈现给操作员。在再一个实施例中，所述方法包括评估预定标准，以及在满足所述标准后传输同步信号。评估所述标准可包括：根据已接收的数据包来估计多个探针之间的时间差；以及将所述时间差与阈值进行比较。在一个实施例中，传输同步信号包括以周期性间隔发送所述同步信号。在一个所公开的实施例中，探针包括心内导管，且传感器包括测量心脏中的电信号的电极。
此外，根据本发明的一个实施例，还提供一种用于在同时操作的一组多个医疗探针中使用的医疗探针。所述探针包括一个或多个传感器和电路。所述传感器被设置为从与所述探针接触的活体获得生理数据。所述电路被设置为通过经由无线信道传输标记有相应包编号的数据包序列而从所述探针发送所述数据，接收广播到多个探针的同步信号，以及响应于接收所述同步信号，将在所述探针中分配给所述序列中后续数据包的所述包编号重置。
根据本发明的一个实施例，还提供一种***，该***包括多个医疗探针以及中央控制单元。每个探针被设置为从与所述探针接触的活体中获得生理数据，通过经由无线信道传输标记有相应包编号的数据包序列而从所述探针发送所述数据，接收广播到多个探针的同步信号，以及响应于接收所述同步信号，将在所述探针中分配给所述序列中后续数据包的所述包编号重置。所述中央控制单元被设置为传输所述同步信号，从所述多个探针接收多个相应的数据包序列，使所述数据包中传输的所述数据时间同步，以及输出时间同步的数据。
结合附图，通过以下对实施例的详细说明，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
图1是根据本发明实施例的使用多根导管的导管******的示意性图解；
图2是示意性地示出根据本发明实施例的使用多根导管的导管******的方框图；以及
图3是示意性地示出根据本发明实施例的用于使多根导管同步的方法的流程图。
具体实施方式
概述
下文描述的本发明实施例提供用于使多个无线医疗探针同时获得的生理数据同步的改良方法和***。在所公开的实施例中，多个探针***患者体内。每个探针使用一个或多个传感器（例如，电极）来测量数据，将所测量的数据数字化，并经由无线信道将该数据传输到中央控制单元。中央控制单元使其从不同探针接收到的数据同步，并输出同步数据。
在示例性应用中，探针包括心导管，每根心导管包括一个或多个电极，用于测量患者心脏中各个点处的电信号。所测量的电数据从多根导管进行传输，且中央控制单元将来自多个电极的数据（称为“ECG信道”）以图表形式显示给医生。
在很多应用中，重要的是使从多个探针接收的数据时间同步。在上述心内电描记图应用中，例如，多个ECG信道会彼此同步地显示给医生。另一方面，由于对来自每个探针的数据进行单独的处理和传送，因此来自不同探针的数据可用于以不同的时延显示。
在一些实施例中，每个探针在标记有相应包编号的数据包的序列中传输数据。中央控制单元通过向探针广播同步信号而使来自不同探针的数据同步。接收同步信号后，每个探针会将探针分配给后续数据包的包编号重置。当探针包括以某个预定循环进行取样和多路复用的多个电极时，该探针也响应于同步信号来重置电极取样循环。每个探针通过传输确认包来响应同步信号，且中央控制单元根据从探针接收的确认包来使来自各个探针的数据同步。
在一个实施例中，每个数据包中的数据源自探针电极的相同预定取样模式。换句话讲，每个包中的数据样本开始于预定电极，并根据预定的多路复用顺序继续循环通过电极，可能循环多次。因此，给定数据样本在包中的定位表示样本在电极取样模式中的定位，尤其是获得样本的电极。
在这些实施例中，确认包包括偏移参数，该偏移参数表示相对于当前被格式化的数据包在探针处接收的同步信号的时间偏移。从不同探针接收的偏移参数使中央控制单元将来自不同探针的数据包的序列彼此校准。在一个实施例中，中央控制单元确定最大的偏移参数值，并丢弃来自任何探针的此偏移之前的任何数据。同步之后，输出同步数据，例如，显示给医生。
本文所述的方法和***使中央控制单元将来自多个无线探针的数据同步，即使在数据可能具有不同时延的情况下也是如此。通常，使数据同步不涉及重置或以其他方式干扰用于对电极进行取样的探针的内部时钟信号。因此，所公开的技术实施起来很简单，且因为时钟同步而不会浪费取样时间。
***说明
图1是根据本发明实施例的使用多根导管的导管******20的示意性图解。在图1所示的实例中，***20包括两根导管28A和28B。但在替代实施例中，***可包括同时感测患者体内生理数据的任何其他合适数目的导管或其他医疗探针。
医生24（或其他操作员）将导管28A和28B***患者30的体内。每根导管具有由医生握住的近端，以及穿过患者身体的远端。导管28A和28B的远端分别用36A和36B表示。导管28A和28B使用无线通信与控制台44的驱动单元48进行通信。在本文所述的实施例中，导管被***患者的心脏中，且用于心内电描记图测量，以进行切除，和/或用于制作一个或多个心室的电生理学图。或者，以必要的变更，导管28可用于对心脏或其他身体器官进行其他治疗和/或诊断。
每根导管的远端包括感测远端附近的某些生理数据的一个或多个传感器，例如，感测患者心脏中的电信号的电极。虽然本文所述的实施例主要涉及电极，但是所公开的技术可与任何其他合适类型的传感器一起使用。
导管包括无线导管，其通过无线信道来传输携载电极所感测的数据的信号。使用无线导管消除了穿过导管的至少一些布线，且因此减小了导管直径。在图1所示的实例中，导管使用无线通信专门与控制台24通信。在替代实施例中，导管仍可使用电缆连接到控制台，例如，用于将电能传输到导管远端，或者用于任何其他目的。
***20包括中央控制单元（CCU）46，用于接收从导管28A和28B传输的无线信号。单元46从所接收的信号中提取数据，并在显示器52上将该数据显示给医生24。在本实例中，显示器52示出多个ECG信道，所述信道由导管28A和28B中的多个电极获得。具体而言，中央控制单元46使用下文详述的方法来使从不同导管接收的数据同步。单元46使用显示器52将同步数据（本实例中的ECG信道）显示给医生24。
图2是示意性地示出根据本发明实施例的***20的某些元件的细节的方框图。该图示出了与中央控制单元46通信的三根无线导管的远端36A至36C。为清晰起见，更详细地示出了远端36A。其他导管的远端通常具有类似的构造。
远端36A包括多个电极。在本实例中，远端包括感测患者的ECG的三个ECG电极48A至48C。在替代实施例中，远端可包括任何所需数目的电极，或者甚至单个电极。除了使用电信号电极之外或者作为替代，可使用任何其他合适类型的电极。图2所示的电极48A至48C的位置和机械构造是纯粹以举例的方式进行选择的，且可使用任何其他合适的构造。每个电极产生一个表示所感测参数的模拟值（电压或电流）。
除电极外，导管远端还包括电路，在本实例中，所述电路包括多路复用器（MUX）52、模数转换器（ADC）56、控制器60、发射器64、接收器68和天线72。在示例性实施例中，这些元件中的一些或所有元件可在单个印刷电路板（PCB）上、单个集成电路（IC）中或者任何其他合适的构造中进行实施。
MUX52在电极之间进行交替，并多路复用所产生的模拟值。ADC56使多路复用的模拟值进行数字化，以产生数字样本。因此，ADC产生在电极之间交替的数据流。控制器60处理由ADC56产生的数据流。具体而言，控制器60对数据包序列中的数据进行格式化，并向发射器64提供数据包。发射器64产生携载数据包的射频（RF）信号，并通过天线72将RF信号传输给单元46。
中央控制单元46包括天线76、接收器80、发射器84和处理器88。接收器80通过天线76从不同导管接收RF信号。接收器80从所接收的RF信号中提取数据包，并将所述数据包提供给处理器88。处理器88从数据包中提取数据，并将从不同导管获得的数据（本实例中的ECG信道）显示在显示器52上。
单元46中的发射器80和多根导管中的接收器68用于将同步信号从单元46广播到导管，作为下文详述的同步过程的一部分。
图1和图2所示的***20、中央控制单元46和导管28A和28B的构造是纯粹为概念的简洁而选择的示例性构造。在替代实施例中，可使用任何其他合适的构造。处理器88通常包括通用处理器，其在软件中进行编程，以执行本文所述的功能。例如，可通过网络将软件以电子形式下载到处理器88中，或者可将软件提供在非临时性有形介质上，例如，光学、磁性或电子存储介质。例如，中央控制单元46可在运行Microsoft Window等合适的操作***的个人计算机（PC）上实施。或者，可通过专用或可编程数字硬件部件来执行处理器88的一些或全部功能。
使多根导管同步
在实际实施方案中，数据包在从不同导管到达处理器88的途中可经历不同的时延。导致时延不同的原因可为，例如，导管元件（例如，发射器64和控制器60）中的处理延迟不同、单元46的元件（例如，接收器80和处理器88）中的处理延迟不同，或者任何其他原因。
另一方面，在许多应用中，重要的是，使来自不同导管的数据与彼此时间同步，例如，从而将它们同步显示给医生24。在一些实施例中，***20执行同步过程，该过程会使由单元46从不同导管接收的数据同步。
通常，每根导管中的发射器64在数据包序列中将数据传输到单元46。序列中的数据包标记有相应的包编号，例如，按顺序增加的编号。每个数据包携载通过导管电极从MUX 56的一个或多个循环中获得的数据。在示例性实施例中，导管包括十个电极，且每个数据包携载源自通过电极的二十个连续多路复用循环的二百个样本。在一些实施例中，每个数据包中的数据开始于电极的取样模式中的同一点。换句话讲，每个包中的数据样本开始于预定电极，并根据预定的多路复用顺序继续循环通过电极。
在一些实施例中，中央控制单元46的处理器88通过使用发射器84和天线76将同步信号广播到导管而使导管28同步。在每根导管中，同步信号由接收器68通过天线72进行接收。在每根导管中，接收器68通知控制器60，同步信号已被接收。例如，可使用硬件中断或任何其他合适的机制来进行通知。
接收到通知后，处理器60会执行若干操作。处理器会将分配给后续数据包的包编号重置。在示例性实施例中，处理器将包编号重置为零，即，将从零重新开始的包编号分配给后续数据包。此外，处理器88通过MUX52来重置电极的取样循环。此外，处理器60使用发射器64和天线72将确认包传输到单元46。确认包的包编号仍根据先前的编号序列（即，重置之前的编号序列）进行分配。
通常，确认包包括同步信号确实已被导管接收的指示，以及一个或多个同步参数。在一些实施例中，确认包包括偏移参数，所述偏移参数指示相对于当前被格式化的数据包的时间（例如，开始）在导管处接收同步信号的时间。
如上所述，每个数据包在取样模式的同一阶段开始，例如，在来自同一电极的数据样本处开始。因此，偏移参数指示在同步信号到达时所取样的电极。例如，通过将偏移参数除以取样模式的长度并取余数，可得到最近取样的电极。在替代实施例中，可使用任何其他合适的同步参数。
单元46的处理器88通过天线76和接收器80从不同导管接收确认包。处理器根据确认包使来自多根导管的后续数据包同步。在一些实施例中，处理器88会等到来自所有导管的确认包均被接收为止，然后，清除用于缓冲已接收数据的队列或其他数据结构。
在一个实施例中，处理器88从确认包中提取偏移参数，并使用这些参数来确定后续数据包可能无效的最终时间。在示例性实施例中，处理器88在确认包的包编号中确定最大的包编号。处理器从此确认包中提取偏移参数。处理器使用该值来确定可能无效的数据包，即，不同步的数据包。
处理器88丢弃无效的数据包，且开始只存储和显示上述时间之后的数据包。从此时起，处理器88能够使不同导管中的不同电极获得的数据校准，因为已知相对于同步信号的数据的准确时间偏移。
在一些实施例中，每根导管根据内部时钟信号使电极输出数字化。例如，每根导管可包括生成内部时钟信号的内部时钟源（附图中未示出，可实施为控制器60的一部分）。此时钟信号用于，例如，为MUX52和ADC56计时。本文所述的同步过程不涉及重置或以其他方式干扰导管的内部时钟信号。换句话讲，导管时钟信号可保持自由运行，通常与同步信号的接收或同步过程无关。此特征大大简化了导管的实施，因为它不需要复杂的时钟操纵电路。
处理器88可根据任何合适的标准来决定生成同步信号。在一些实施例中，处理器周期性地生成同步信号。连续同步信号之间的持续时间可取决于预期导管内部的时钟进行漂移的速率。又如，在检测到不同导管的数据包之间的时间漂移（timing drift）超过特定阈值后，处理器88可决定生成同步信号。例如，此检测可基于对来自不同导管的数据包的包编号进行比较。在一些实施例中，中央控制单元可将上述两个标准组合起来，即，每隔预定的持续时间，以及在导管之间的时间差超过阈值时，传输同步信号。
同步方法说明
图3是示意性地示出根据本发明实施例的用于使多根导管同步的方法的流程图。所述方法开始时，在广播步骤100处，中央控制单元（CCU）46向所有导管广播同步信号。
在同步接收步骤104处，每根导管使用接收器68来接收同步信号。在包编号重置步骤108处，响应于同步信号，导管中的控制器60将分配给后续数据包的包编号重置。此外，在循环重置步骤112处，控制器60将对导管的电极进行多路复用所处的取样循环重置。在确认格式化步骤116处，控制器60将对同步信号的确认包进行格式化。如上所述，确认包包括确认接收到同步信号的“广播指示”，以及一个或多个同步参数，例如，偏移参数。
在确认传输步骤120处，导管使用发射器64将确认包传输到中央控制单元。接收同步信号后，步骤104至120由任何导管执行。
在确认接收步骤124处，中央控制单元46从不同导管接收确认包。在一个实施例中，中央控制单元中的处理器88会等到来自所有导管的确认包均被接收为止，然后继续操作。在队列清除步骤128处，在接收确认包后，处理器88清除用于存储从导管接收的数据包的队列和/或其他数据结构。
在一些实施例中，如上所述，处理器88使用包编号和偏移参数来估计导管之间的最大相对延迟。根据此最大延迟，处理器88确定到达的数据包可能并不同步的时间段，并丢弃此类临时包。
在同步步骤132处，从此阶段开始，处理器88从不同导管接收数据、将该数据同步并输出。通常，处理器88从不同导管接收数据包，根据包编号和偏移参数使不同导管的数据包同步为共同时基，并将数据同步显示给医生24。
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文具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合，以及本领域技术人员在阅读上述说明时可能想到且未在现有技术范围内公开的变化形式和修改形式。以引用方式并入本专利申请的文献将视为本专利申请的整体部分，但是，如果这些并入的文献中定义任何术语的方式与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应只考虑本说明书中的定义。

Claims (31)

1.一种方法，包括：
设置多个医疗探针，以从活体中同时获得生理数据；
通过经由无线信道传输标记有相应包编号的相应数据包序列，
从所述多个医疗探针发送所述数据；
在所述探针中接收广播到多个探针的同步信号；以及
响应于接收所述同步信号，将在所述探针中待分配给相应序列中后续数据包的所述包编号重置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中设置所述探针包括根据无关于所述同步信号而自由运行的相应内部时钟信号，获得每个探针中的所述数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其中设置所述探针包括按预定循环扫描传感器，从而从给定探针的多个传感器中获得所述数据，并且所述方法包括响应于接收所述同步信号，将所述给定探针中的所述循环重置。
4.根据权利要求1所述的方法，包括：响应于在所述探针处接收所述同步信号，从每个探针传输确认包；以及根据由所述探针传输的相应确认包，使从所述多个探针发送的数据时间同步。
5.根据权利要求4所述的方法，其中传输所述确认包包括在每个确认包中指示相对于所述探针产生的数据包在相应探针处接收所述同步信号的相应时间偏移。
6.根据权利要求5所述的方法，其中使所述数据时间同步包括根据由所述探针传输的所述确认包中所指示的多个时间偏移，使所述数据同步。
7.根据权利要求5所述的方法，其中使所述数据时间同步包括：根据由所述探针传输的所述确认包中所指示的多个时间偏移，估计出所述数据并不同步的时间段；以及丢弃属于所估计的时间段的所述数据。
8.根据权利要求4所述的方法，其中传输所述确认包包括在每个确认包中指示在接收所述同步信号之前从所述相应探针传输的最后数据包的相应最后包编号，并且其中使所述数据时间同步包括根据由所述探针传输的所述确认包中所指示的多个最后包编号，使所述数据同步。
9.根据权利要求4所述的方法，包括向操作员呈现时间同步的数据。
10.根据权利要求1所述的方法，包括评估预定标准，以及在满足所述标准后传输所述同步信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其中评估所述标准包括：根据已接收的数据包来估计所述多个探针之间的时间差；以及将所述时间差与阈值进行比较。
12.根据权利要求10所述的方法，其中传输所述同步信号包括以周期性间隔发送所述同步信号。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述探针包括心内导管，并且其中所述传感器包括测量心脏中的电信号的电极。
14.一种用于在同时操作的一组多个医疗探针中使用的医疗探针，所述探针包括：
一个或多个传感器，其被设置为从与所述探针接触的活体中获得生理数据；以及
电路，其被设置为通过经由无线信道传输标记有相应包编号的数据包序列而从所述探针发送所述数据，接收广播到多个探针的同步信号，以及响应于接收所述同步信号，将在所述探针中分配给所述序列中后续数据包的所述包编号重置。
15.根据权利要求14所述的探针，其中所述电路被设置为根据无关于所述同步信号而自由运行的内部时钟信号，对来自所述传感器的所述数据进行取样。
16.根据权利要求14所述的探针，其中所述一个或多个传感器包括多个传感器，并且其中所述电路被设置为通过按照预定循环扫描所述传感器而从所述传感器获得所述数据，并且包括响应于接收所述同步信号，重置所述循环。
17.根据权利要求14所述的探针，其中所述电路被设置为响应于接收所述同步信号来传输确认包，以便根据由所述探针传输的相应确认包，使从所述多个探针发送的所述数据时间同步。
18.根据权利要求17所述的探针，其中所述电路被设置为在所述确认包中指示相对于所述探针产生的数据包在相应探针处接收所述同步信号的时间偏移，以便根据由所述探针传输的所述确认包中所指示的多个时间偏移，使所述数据时间同步。
19.根据权利要求17所述的探针，其中所述电路被设置为在所述确认包中指示在接收所述同步信号之前从所述相应探针传输的最后数据包的最后包编号，以便根据由所述探针传输的所述确认包中所指示的多个最后包编号，使所述数据时间同步。
20.根据权利要求14所述的探针，其中所述探针包括心内导管，并且其中所述传感器包括测量心脏中的电信号的电极。
21.一种***，包括：
多个医疗探针，所述探针中的每个探针被设置为从与所述探针接触的活体中获得生理数据，通过经由无线信道传输标记有相应包编号的数据包序列而从所述探针发送所述数据，接收广播到多个探针的同步信号，以及响应于接收所述同步信号，将在所述探针中分配给所述序列中后续数据包的所述包编号重置；以及
中央控制单元，其被设置为传输所述同步信号，从所述多个探针接收多个相应的所述数据包序列，使所述数据包中传输的所述数据时间同步，以及输出时间同步的数据。
22.根据权利要求21所述的***，其中每个探针被设置为响应于在所述探针处接收所述同步信号来传输相应确认包，并且其中所述中央控制单元被设置为接收由所述探针传输的相应确认包，并根据已接收的确认包，使所述数据时间同步。
23.根据权利要求22所述的***，其中每个探针被设置为在所述相应确认包中指示相对于所述探针产生的数据包在所述探针处接收所述同步信号的相应时间偏移。
24.根据权利要求23所述的***，其中所述中央控制单元被设置为根据由所述探针传输的所述确认包中所指示的多个时间偏移，使所述数据时间同步。
25.根据权利要求23所述的***，其中所述中央控制单元被设置为根据由所述探针传输的所述确认包中所指示的多个时间偏移，估计出所述数据并不同步的时间段，以及丢弃属于所估计的时间段的所述数据。
26.根据权利要求22所述的***，其中每个探针被设置为在所述相应确认包中指示在接收所述同步信号之前从所述探针传输的最后数据包的相应最后包编号，并且其中所述中央控制单元被设置为根据由所述探针传输的所述确认包中所指示的多个最后包编号，使所述数据时间同步。
27.根据权利要求22所述的***，其中所述中央控制单元被设置为将时间同步的数据呈现给操作员。
28.根据权利要求21所述的***，其中所述中央控制单元被设置为评估预定标准，以及在满足所述标准后传输所述同步信号。
29.根据权利要求28所述的***，其中所述中央控制单元被设置为通过根据已接收的数据包来估计所述多个探针之间的时间差，以及将所述时间差与阈值进行比较，从而评估所述标准。
30.根据权利要求28所述的***，其中所述中央控制单元被设置为以周期性间隔传输所述同步信号。
31.根据权利要求21所述的***，其中所述探针包括心内导管，并且其中所述传感器包括测量心脏中的电信号的电极。
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