CN107582059A - 用于跟踪***的磁场发生电路 - Google Patents

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Abstract

本发明题为用于跟踪***的磁场发生电路。所述实施方案包括设备，该设备包括信号发生器和电路。所述信号发生器被配置成提供具有第一主频率和第二主频率两者的信号。包括电抗部件的所述电路被配置成在所述信号被提供给所述电路时借助于所述电抗部件在所述第一主频率和所述第二主频率两者下同时谐振而产生具有所述第一主频率和所述第二主频率两者的磁场。本发明还描述了其它实施方案。

Description

用于跟踪***的磁场发生电路
技术领域
本发明的实施方案整体涉及医疗装置领域，并且具体涉及通过跟踪用于医疗规程的工具的位置和取向来简化医疗规程的执行。
背景技术
美国专利申请公布2007/0265526描述了用于对定位在手术台的上表面上的患者执行医疗规程的磁位置跟踪***，该专利的公开内容以引用方式并入本文。该***包括定位垫，该定位垫定位在患者下方的手术台的上表面上。定位垫包括一个或多个场发生器，场发生器经操作以生成相应的磁场并被布置成使得定位垫的厚度尺寸不大于3厘米。位置传感器固定到用于***患者体内的侵入式医疗装置，并被布置用于感测磁场，以便测量医疗装置在体内的位置。
美国专利5,425,367，描述了使用产生虚拟旋转磁场的外部探头，从外部定位导管在组织中的深度和取向的***，该专利的公开内容以引用方式并入本文。该导管包括感应线圈，该感应线圈用于使响应于虚拟旋转磁场的感生信号显影。指示装置诸如光条显示器或数字读取器指示对组织中导管深度进行定位的感生信号的强度，该定位与探头和导管的相对角度取向无关。
美国专利6,223,066，描述了具有近侧端部和远侧端部的细长医疗探头，该细长医疗探头在受治疗者体内的位置被跟踪，该专利的公开内容以引用方式并入本文。该探头包括与远侧端部相邻的磁场响应光学元件，该元件响应于外部施加的磁场调制从其中通过的光。该探头还包括光纤，所述光纤被耦合以接收来自光学元件的调制光，并且将其传送至探头的近侧端部，用于调制分析。
美国专利6,335,617描述了用于校准磁场发生器的方法，该方法包括将一个或多个磁场传感器以已知位置和取向固定到探头，以及在磁场发生器附近选择一个或多个已知位置，该专利的公开内容以引用方式并入本文。驱动所述磁场发生器以产生磁场。所述探头以预定的已知取向移动到一个或多个位置的每个处，并且在一个或多个位置的每个处接收来自一个或多个传感器的信号。处理信号以测量一个或多个传感器各自位置处的磁场振幅和方向，并确定与磁场发生器附近磁场的振幅和方向相关的校准系数。
PCT公布WO/2013/149683描述了用于一根或多根内部肺静脉(PV)壁的消融(优选透壁消融，并且优选在窦水平下消融)的***、装置和方法，其公开内容以引用方式并入本文。可将一个或多个植入装置植入血管中，并且随后可通过外部能量供给方法加热经植入的装置。
发明内容
根据本发明的一些实施方案，提供了包括信号发生器和电路的设备。该信号发生器被配置成提供具有第一主频率和第二主频率两者的信号。包括电抗部件的电路被配置成在信号被提供给电路时借助于所述电抗部件在第一主频率和第二主频率两者下同时谐振而产生具有第一主频率和第二主频率两者的磁场。
在一些实施方案中，电路包括被配置成在第一主频率下谐振的第一谐振电路和被配置成在第二主频率下谐振的第二谐振电路，并且电抗部件为第一谐振电路和第二谐振电路两者所共用。
在一些实施方案中，电抗部件是第一电感器，并且电路还包括：
与第一电感器串联连接的第一电容器；
与第一电感器并联连接的第二电感器；以及
与第一电感器并联连接且与第二电感器串联连接的第二电容器。
在一些实施方案中，
第一电容器和第一电感器被配置成共同在第一主频率下谐振，并且
第二电容器、第一电感器和第二电感器被配置成共同在第二主频率下谐振。
在一些实施方案中，第一电容器被配置成在第二主频率下具有大小小于20欧姆的阻抗，并且第二电容器被配置成在第一主频率下具有大小大于1000欧姆的阻抗。
在一些实施方案中，电路包括：
线圈；以及
分接线圈的线圈抽头，该线圈抽头包括第一电容器，
位于线圈抽头的相反两侧上、为线圈相应部分的第一电感器和第二电感器。
在一些实施方案中，第一主频率与第二主频率之间的差值为至少5kHz。
在一些实施方案中，第一主频率小于5kHz，并且第二主频率大于15kHz。
在一些实施方案中，设备还包括：
至少一个第一传感器，该第一传感器被配置成响应于对第一主频率下的磁场的感测而产生第一信号；以及
至少一个第二传感器，该第二传感器被配置成响应于对第二主频率下的磁场的感测而产生第二信号。
在一些实施方案中，设备还包括具有第一传感器的细胞内抗体工具。
根据本发明的一些实施方案，还提供了用于产生磁场的方法。该方法包括，使用信号发生器向包括电抗部件的电路提供具有第一主频率和第二主频率两者的信号。该方法还包括，使用电路，在信号被提供给电路时借助于所述电抗部件在第一主频率和第二主频率两者下同时谐振而产生具有第一主频率和第二主频率两者的磁场。
在一些实施方案中，该方法还包括：
使用至少一个第一传感器，响应于对第一主频率下的磁场的感测而产生第一信号；
使用至少一个第二传感器，响应于对第二主频率下的磁场的感测而产生第二信号；以及
响应于第一信号和第二信号，探知第一传感器和第二传感器的相应位置。
在一些实施方案中，使用第一传感器产生第一信号包括当第一传感器在受治疗者体内时使用第一传感器产生第一信号。
在一些实施方案中，产生磁场包括从受治疗者下方产生磁场。
结合附图阅读本发明实施方案的以下详细说明，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
图1为根据本发明一些实施方案的磁跟踪***的示意图；并且
图2A-B为根据本发明一些实施方案的发生电路的示意图。
具体实施方式
概述
如前述美国专利申请公布2007/0265526中所述，磁定位跟踪***可用于执行医疗规程，该申请的公开内容以引用方式并入本文。此类***包括多个磁场发生器，每个磁场发生器被配置成在接近特定“基础频率”的相应频率下产生磁场。(例如，对于1kHz的基础频率，发生器可以分别在1kHz、1.2kHz、1.4kHz等频率下产生磁场。)因此，在规程期间，定位于受治疗者下方的发生器共同产生具有多个不同主频率的磁场。用于规程的细胞内抗体工具设置有传感器，该传感器感测磁场，并响应于磁场产生信号(以磁场在传感器上感应出的交流电压的形式)。响应于这些信号，可以探知传感器的相应位置和/或取向，并由此可以探知细胞内抗体工具的位置和/或取向。
在一些规程期间，可能期望同时跟踪不同尺寸的传感器的相应位置和/或取向。例如，用于特定规程的较大的细胞内抗体工具可配备有较大的传感器，而与较大的细胞内抗体工具一起使用的较小的细胞内抗体工具可以配备有较小的传感器。然而，一般而言，较小的传感器表现最佳所需的磁场频率高于较大的传感器表现最佳所需的磁场频率。因此可能需要以两倍数目的主频率来产生磁场：(i)对于较小的传感器，为接近较大基础频率(例如，17kHz)的第一组频率，以及(ii)对于较大的传感器，为接近较小基础频率(例如，1kHz)的第二组频率。一个假设性解决方案是将发生器数量增加一倍；然而，由于发生器占用的空间量和/或消耗的功率的增大，和/或出于成本考虑，该解决方案可能不实用。
因此，本文所述实施方案提供了更优越的解决方案，通过该解决方案，每个磁场发生器可用于在两个不同主频率下同时产生磁场。通常，每个发生器都包括电路，该电路包括与电路中其它元件连接的电抗部件(即，电感器或电容器)，使得在合适的交流信号被提供给电路时，电抗部件在第一主频率和第二主频率两者下同时谐振。借助于电抗部件的谐振，电路产生具有第一主频率和第二主频率两者的磁场。
例如，电路可包括第一电容器、与第一电容器串联连接的第一电感器、与第一电感器并联连接的第二电感器，以及与第一电感器并联连接并且与第二电感器串联连接的第二电容器。在此类实施方案中，第一电容器和第一电感器共同在第一频率下谐振，而第二电容器、第一电感器和第二电感器共同在第二频率下谐振。
因此，使用本文所述实施方案，可以跟踪较小的传感器和较大的传感器两者，无需增加发生器的数量。
***具体实施方式
首先参见图1，该图为根据本发明一些实施方案的磁跟踪***20的示意图。
图1示出内科医生34使用例如美国专利申请14/578,807中所描述的设备，对受治疗者26执行心脏消融规程，该专利申请的公开内容以引用的方式并入本文。首先，将鞘22***受治疗者26的心脏25中，并将导管40从鞘22部署到心脏内。导管40在其远侧端部处包括能够膨胀的结构，诸如球囊42，在所述能够膨胀的结构上设置有多个电极。部署导管后，使用引导件(或“套索”)44通过接合肺静脉的内壁来稳定导管，并且随后使用电极消融肺静脉。如下所详述，在规程期间，***20对鞘22远侧端部和导管40远侧端部两者的位置和/或取向进行跟踪。相似地，***20可在任何相关规程期间，用于对任何多个工具例如细胞内抗体工具的相应位置和/或取向进行跟踪。
***20包括设置于受治疗者下方，或者以其它方式设置于受治疗者附近的多个发生电路27(在本文也称为“发生器”)。发生电路27被配置成共同产生具有多个不同主频率的磁场。在规程期间，控制台36中的信号发生器28向每个发生电路提供包含多个主频率的交流信号(通常为交流电流)。如下参考图2A-B的进一步描述，向发生电路施加交流信号导致发生电路在主频率下谐振，从而产生磁场。
鞘22的远侧端部包括多个传感器24，传感器24中的每一个都包括线圈。所产生的磁场在传感器24上感应出包括多个主频率的交流电压。基于感应电压的这些频率分量的相应振幅，可以探知鞘远侧端部的位置和/或取向。换句话说，传感器24响应于对磁场的感测而产生信号，该信号指示鞘远侧端部的位置和/或取向。
相似地，导管40的远侧端部包括包含线圈的传感器46。所产生的磁场在传感器46上感应出交流电压，使得基于感应电压的主频率分量的相应振幅，也可以探知导管远侧端部的位置和/或取向。
如图1所示，由于导管40相对于鞘22尺寸较小，因此传感器46比传感器24更小。因此，如上所述，与传感器24相比，传感器46需要频率较高的磁场。因此，每个发生电路27在两个频率下同时产生磁场：针对传感器24的较低的第一频率和针对传感器46的较高的第二频率。
例如，***20可包括九个发生电路，每个发生电路被配置成在(i)接近1kHz基础频率的第一频率和(ii)接近17kHz基础频率的第二频率两者下同时产生磁场。(图1对应于此类有九个发生器的实施方案，假设九个发生电路排成三行，每行具有三个发生电路，其中图1示出了三行中的最外一行。)因此，例如，发生器可被配置成借助于各个发生器在第一组频率中的一个频率和第二组频率中的一个频率两者下同时谐振而共同产生磁场，所述磁场具有(i)1kHz、1.2kHz、1.4kHz、1.6kHz、1.8kHz、2kHz、2.2kHz、2.4kHz和2.6kHz的第一组主频率，以及(ii)17kHz、17.2kHz、17.4kHz、17.6kHz、17.8kHz、18kHz、18.2kHz、18.4kHz和18.6kHz的第二组主频率。传感器24响应于对第一组频率下的磁场的感测而产生信号，使得通过分析第一组频率下的信号分量，可以探知传感器24的相应位置和/或取向，并由此可以探知鞘22的位置和/或取向。同样，传感器46响应于对第二组频率下的磁场的感测而产生信号，使得通过分析第二组频率下的信号分量，可以探知传感器46的位置和/或取向，并由此可以探知导管40的位置和/或取向。
一般来讲，每一个被跟踪的细胞内抗体工具都可包括任何合适数量的传感器。通常，虽然工具位置和取向总共只有六个自由度，但传感器和发生器的总数量大于六，即，***为“超定的”。因此，例如，鞘22包括三个传感器24，尽管鞘，严格来说只需要一个传感器。(由于导管40的尺寸较小，导管40仅包括一个传感器46。)
一般来讲，每个发生电路可被配置成在任何两个相关频率下谐振。两频率之间差值可相对较大(例如在上述示例中为至少5kHz或10kHz)，或较小(例如，小于5kHz)。
现在参见2A-B，图2A-B为根据本发明一些实施方案的发生电路27的示意图。一般来讲，图2A所示的电路在功能上等同于图2B所示的电路；两图的区别仅在于电路布局不同，如下所述。
如下所详述，发生电路27被配置成响应于信号发生器28将适当的交流信号提供给该电路，在较低的谐振频率(在下文中由符号“f1”表示)以及较高的谐振频率(在下文中由符号“f2”表示)下谐振。实际上，如下文进一步所述，电路27包括两个谐振电路；在f1下谐振的第一谐振电路，以及在f2下谐振的第二谐振电路。
在图2A-B所示的特定示例中，发生电路27包括第一电容器C1、第二电容器C2、第一电感器L1和第二电感器L2，第二电感器与第一电感器L1一样沿相同取向(即顺时针或逆时针)卷绕。第一电感器L1和第二电感器L2彼此并联连接，并且与第一电容器C1串联连接，同时第二电容器C2与第一电感器L1并联连接，并与第二电感器L2串联连接。在图2A中，该电路包括线圈L0，线圈L0由包括第一电容器的线圈抽头48分接，使得第一电感器和第二电感器构成线圈抽头48相反两侧上线圈L0的相应部分。另一方面，在图2B中，第一电感器和第二电感器各自包括相应的独立线圈，并且第二电容器和第二电感器的位置，相对于图2A而言，可互换。
属于电路27的每个电感器都可具有任何合适形状；例如，每个电感器可以为桶形，或为扁平形。另外，每个电感器都可具有任何合适的尺寸；举个纯粹的说明性示例，每个电感器可为5cm×5cm×3cm。
下文说明书中使用符号“|C1|”表示第一电容器C1的电容，“|C2|”表示第二电容器C2的电容，“|L1|”表示第一电感器L1的电感，并且“|L2|”表示第二电感器L2的电感。
一般来讲，选择|C1|、|C2|、|L1|和|L2|使得：
(i)在接近f2的频率下，第一电容器有效地起到短路的作用(即，第一电容器的阻抗大小小于20欧姆)，
(ii)其中L'＝1/(1/|L1|+1/|L2|)，
(iii)在接近f1的频率下，第二电容器有效地起到开放电路的作用(即，第二电容器的阻抗大小大于1000欧姆)，以及
(iv)
在接近f1的频率下，电路27用作“串联LC谐振电路”，其谐振频率为因此，对|L1|和|C1|进行适当选择后，第一电容器和第一电感器共同在f1下谐振。换句话说，第一电容器和第一电感器一起形成在f1下谐振的第一谐振电路。另一方面，在接近f2的频率下，由于第一电容器起到短路的作用，电路27被用作“并联LC谐振电路”，其谐振频率为因此，对|L1|、|L2|和|C2|进行适当选择后，第二电容器、第一电感器和第二电感器共同在f2下谐振。换句话讲，第二电容器、第一电感器和第二电感器一起形成在f2下谐振的第二谐振电路。(第一电感器为第一谐振电路和第二谐振电路两者所共用。)因此，只要提供给电路的信号包括f1和f2频率分量两者，那么电路27将在f1和f2两者下同时谐振。
例如，如果|C1|＝750nF，|C2|＝60nF，|L1|＝3.3mH，并且|L2|＝3.3mH，则电路27在3.2kHz和16kHz两者下谐振。具体地讲：
(i)在16kHz下，电容器C1的阻抗大小仅为13.3欧姆，即，C1有效地用作短路。
(ii)
(iii)在3.2kHz下，电容器C2的阻抗大小为828.9欧姆，即，C2有效地用作开放电路。
(iv)
如上所述，在图2A-B的实施方案中，第一电感器L1在第一主频率和第二主频率两者下同时谐振，即，L1为第一谐振电路和第二谐振电路两者所共用。在其它实施方案中，共用电抗部件是电容器，而非电感器。例如，图2A-B的实施方案可以通过交换C1和L1的位置进行修改，使得C1而非L1在第一主频率和第二主频率两者下同时谐振。
本领域的技术人员应当理解，本发明并不限于上文中具体示出和描述的内容。相反，本发明实施方案的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合两者，以及本领域的技术人员在阅读上述说明书时可能想到的未在现有技术范围内的变型和修改。以引用方式并入本专利申请的文献被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的任何术语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 (20)

1.一种设备，包括：
信号发生器，所述信号发生器被配置成提供具有第一主频率和第二主频率两者的信号；以及
包括电抗部件的电路，所述电路被配置成在所述信号被提供给所述电路时借助于所述电抗部件在所述第一主频率和所述第二主频率两者下同时谐振而产生具有所述第一主频率和所述第二主频率两者的磁场。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述电路包括被配置成在所述第一主频率下谐振的第一谐振电路和被配置成在所述第二主频率下谐振的第二谐振电路，并且其中所述电抗部件为所述第一谐振电路和所述第二谐振电路两者所共用。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述电抗部件为第一电感器，并且其中所述电路还包括：
与所述第一电感器串联连接的第一电容器；
与所述第一电感器并联连接的第二电感器；以及
与所述第一电感器并联连接且与所述第二电感器串联连接的第二电容器。
4.根据权利要求3所述的设备，
其中所述第一电容器和所述第一电感器被配置成共同在所述第一主频率下谐振，并且
其中所述第二电容器、所述第一电感器和所述第二电感器被配置成共同在所述第二主频率下谐振。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述第一电容器被配置成在所述第二主频率下具有大小小于20欧姆的阻抗，并且所述第二电容器被配置成在所述第一主频率下具有大小大于1000欧姆的阻抗。
6.根据权利要求3所述的设备，其中所述电路包括：
线圈；以及
分接所述线圈的线圈抽头，所述线圈抽头包括所述第一电容器，
位于所述线圈抽头的相反两侧上、为所述线圈的相应部分的所述第一电感器和所述第二电感器。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一主频率与所述第二主频率之间的差值为至少5kHz。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述第一主频率小于5kHz，并且所述第二主频率大于15kHz。
9.根据权利要求1所述的设备，还包括：
至少一个第一传感器，所述第一传感器被配置成响应于对所述第一主频率下的所述磁场的感测而产生第一信号；以及
至少一个第二传感器，所述第二传感器被配置成响应于对所述第二主频率下的所述磁场的感测而产生第二信号。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括细胞内抗体工具，所述细胞内抗体工具包括所述第一传感器。
11.一种方法，包括：
使用信号发生器向包括电抗部件的电路提供具有第一主频率和第二主频率两者的信号；以及
使用所述电路，在所述信号被提供给所述电路时，借助于所述电抗部件在所述第一主频率和所述第二主频率两者下同时谐振而产生具有所述第一主频率和所述第二主频率两者的磁场。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
使用至少一个第一传感器，响应于对所述第一主频率下的所述磁场的感测而产生第一信号；
使用至少一个第二传感器，响应于对所述第二主频率下的所述磁场的感测而产生第二信号；以及
响应于所述第一信号和所述第二信号，探知所述第一传感器和所述第二传感器的相应位置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中使用所述第一传感器产生所述第一信号包括当所述第一传感器在受治疗者体内时使用所述第一传感器产生所述第一信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中产生所述磁场包括从所述受治疗者下方产生所述磁场。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述电路包括被配置成在所述第一主频率下谐振的第一谐振电路和被配置成在所述第二主频率下谐振的第二谐振电路，并且其中所述电抗部件为所述第一谐振电路和所述第二谐振电路两者所共用。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述电抗部件为第一电感器，并且其中所述电路还包括：
与所述第一电感器串联连接的第一电容器，
与所述第一电感器并联连接的第二电感器，以及
与所述第一电感器并联连接且与所述第二电感器串联连接的第二电容器。
17.根据权利要求16所述的方法，
其中所述第一电容器和所述第一电感器被配置成共同在所述第一主频率下谐振，并且
其中所述第二电容器、所述第一电感器和所述第二电感器被配置成共同在所述第二主频率下谐振。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述电路包括：
线圈，以及
分接所述线圈的线圈抽头，所述线圈抽头包括所述第一电容器，
位于所述线圈抽头的相反两侧上、为所述线圈的相应部分的所述第一电感器和所述第二电感器。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一主频率与所述第二主频率之间的差值为至少5kHz。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一主频率小于5kHz，并且所述第二主频率大于15kHz。
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