CN111491565B

CN111491565B - 局部磁场发射器

Info

Publication number: CN111491565B
Application number: CN201980006559.6A
Authority: CN
Inventors: A·伊兹米尔里; G·赫维; A·赫尔思科维奇; Y·瓦克宁; D·雅各布斯
Original assignee: St Jude Medical International Holding SARL
Current assignee: St Jude Medical International Holding SARL
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2019-02-11
Publication date: 2024-01-23
Anticipated expiration: 2039-02-11
Also published as: JP7073512B2; JP2021513417A; US11071471B2; CN111491565A; WO2019159053A1; US20240164657A1; US11839461B2; EP3834734A1; US20210000381A1; EP3713493A1; EP3713493B1; EP3834734B1; US20210307639A1

Abstract

本公开的各方面涉及用于生成磁场以跟踪目标物体的设备。该设备可包括局部磁场发射器，该局部磁场发射器生成磁场并且当在例如荧光透视成像系统附近使用时表现出最小的X射线吸收。

Description

局部磁场发射器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年2月14日提交的美国临时申请no.62/630,390的权益，其通过引用包含于此，如同在此完全阐述一样。

本申请与2017年1月5日提交的美国临时申请no.62/442,621、现在为2018年1月5日提交的专利合作条约申请no.IB2018/050091相关，其全部内容通过引用包含于此，如同在此完全阐述一样。

本申请与2015年7月1日提交的专利合作条约申请no.IB2015/001675相关，其全部内容通过引用包含于此，如同在此完全阐述一样。

本申请与2014年12月31日提交的美国临时申请no.62/098,813相关，其全部内容通过引用包含于此，如同在此完全阐述一样。

本申请与2014年7月3日提交的美国临时申请no.62/020,881相关，其全部内容通过引用包含于此，如同在此完全阐述一样。

本申请与2013年11月6日提交的美国临时申请no.61/900,746相关，其全部内容通过引用包含于此，如同在此完全阐述一样。

技术领域

本公开涉及局部磁场发射器、相关部件、和系统。

背景技术

医疗装置、导管和/或心血管导管，诸如电生理导管，可用于各种诊断、治疗、标测和/或消融程序，以诊断和/或校正诸如房性心律失常的病症，包括例如异位房性心动过速、心房颤动和/或心房扑动。心律失常可以产生各种病症，包括不规则的心率、同步房室收缩的丧失和心脏腔室中血流的停滞，这可能导致各种有症状和无症状的疾病以及甚至死亡。

血管内导管可以穿过患者的脉管系统到达要执行诊断、治疗、标测和/或消融程序以诊断和/或校正病症的部位。为了帮助将医疗装置输送到该部位并对其进行操纵，可以将传感器(例如，电极)放置在医疗装置上，该传感器可以接收由患者附近的电磁场发射器生成的磁信号。基于所接收的信号，可以计算医疗装置的方向和/或位置。然而，这种基于磁的定位系统经常阻碍荧光透视成像系统的效能。

前面论述仅旨在示出本领域且不应该被视为对所要求保护范围的否认。

发明内容

本公开的各方面涉及用于生成磁场以跟踪目标物体的设备。在与荧光透视成像系统一起使用时，该设备可包括局部磁场发射器，其生成磁场并且是基本上X射线透明的。

本公开的一个实施方式涉及一种用于生成期望的磁场以跟踪感兴趣区域内的物体的设备。该设备包括低密度磁场发射元件，该低密度磁场发射元件在感兴趣区域中发射期望的磁场并且基本上是X射线半透明的。在更具体的实施方式中，磁场发射元件包括两个或更多个线圈，所述两个或更多个线圈在共同平面上延伸，每个线圈彼此电气并行，且围绕公共中心点周向地延伸。

本公开的各方面涉及一种医疗定位系统，该医疗定位系统包括磁场发射元件、磁场感测元件、和处理电路。磁场发射元件是基本上X射线半透明的，并发射用于跟踪感兴趣区域内的物体的磁场。磁场感测元件耦合到医疗导管，并对从磁场发射元件发射的磁场进行采样。处理电路电气地耦合到磁场感测元件和磁场发射元件。处理电路基于由磁场感测元件采样的磁场来确定医疗导管的相对位置。

通过阅读下文描述和权利要求并通过参阅附图，本公开的前述和其他方面、特征、细节、用途和优点将变得显而易见。

附图说明

考虑以下结合附图的详细描述可以更充分地理解各种示例实施方式，其中：

图1描绘了与本公开的各方面一致的用于执行一个或多个诊断或治疗程序的示例性系统的示意图，其中该系统包括基于磁场的医疗定位系统。

图2描绘了与本公开的各方面一致的医疗定位系统的等距侧视图。

图3描绘了与本公开的各方面一致的图2中的医疗定位系统的局部更详细等距侧视图。

图4描绘了与本公开的各方面一致的用于医疗定位系统的磁场发射器的等距侧视图。

图5A描绘了与本公开的各方面一致的磁场发射器的等距侧视图。

图5B描绘了与本公开的各方面一致的示出隐藏线的图5A的磁场发射器的等距侧视图。

图5C描绘了与本公开的各方面一致的隐藏基板的图5A的磁场发射器的等距侧视图。

图5D描绘了与本公开的各方面一致的示出隐藏线的图5A的磁场发射器的顶视图。

图6A描绘了与本公开的各方面一致的磁场发射器的等距侧视图。

图6B描绘了与本公开的各方面一致的示出隐藏线的图6A的磁场发射器的等距侧视图。

图7A描绘了与本公开的各方面一致的磁场发射器的等距侧视图。

图7B描绘了与本公开的各方面一致的示出隐藏线的图7A的磁场发射器的等距侧视图。

图8是与本公开的各方面一致的磁场发射器的示意图。

图9是与本公开的各方面一致的磁场发射器的示意图。

图10是与本公开的各方面一致的磁场发射器的示意图。

图11是与本公开的各方面一致的磁场发射器的示意图。

图12是与本公开的各方面一致的示出隐藏线的磁场发射器的等距侧视图。

尽管本文中讨论的各个实施方式可以接受修改和替代形式，其各方面已经通过示例在附图中示出并且将被详细描述。然而应当理解的是，其意图不是将本发明限制于所描述的特定实施方式。相反，目的是覆盖落入本公开的范围内的所有修改、等效形式和替代形式，其包括权利要求书中限定的各方面。另外，贯穿本申请中使用的术语“示例”仅是示意性的，而不是限制性的。

具体实施方式

本公开的各方面适于用于非侵入性外科手术程序可视化的各种不同类型的方法、设备和系统。更具体地，公开了用于可视化患者的心血管系统内的血管内导管的磁定位系统。磁定位系统可包括局部磁场发射器，该局部磁场发射器生成用于跟踪感兴趣区域中的物体的磁场。

本公开的各个方面涉及可以与X射线成像系统(也称为荧光透视成像系统)一起使用的磁场发射器。具体地，磁场发射器可以被放置在X射线成像系统的X射线源和X射线检测器(成像器)之间并且最小地阻碍所产生的X射线图像。X射线成像将光子对准患者身体的目标组织区域，以可视化其中的细胞和组织学结构。患者的身体从X射线源吸收的光子与光子穿过的组织的电子密度(即组织密度)有关。因此，高密度结构(例如，骨头)比低密度结构(例如，组织)吸收更多的光子。密度的变化在产生的X射线图像中经由对比梯度可视化。本公开的各方面涉及具有低密度设计的磁场发射器，以减轻发射器在X射线图像(也称为荧光透视图像)中的可视化。

在与本公开一致的一个实施方式中，公开了一种用于经由磁场跟踪物体的磁定位系统，其包括局部磁场发射器，该局部磁场发射器在感兴趣的区域中生成磁场并且最小化地吸收X射线光谱中的光线。该实施方式促进了磁场发射器在荧光透视成像系统的图像框内使用发射器的应用中的使用。

在一个示例实施方式中，手术室包括用于对患者的解剖结构的目标区域进行成像的荧光透视成像系统，和用于对患者的心血管系统内的血管内导管进行可视化的磁定位系统。磁定位系统包括局部磁场发射器，该局部磁场发射器生成用于跟踪电磁传感器(例如，在导管内或导管上)的位置的磁场。由于从局部磁场发射器发射的磁场相对较小，因此必须将发射器放置在期望进行导管跟踪的患者解剖结构的目标区域附近。通常，这会将局部磁场发射器放置在荧光透视成像系统的图像框内，这会对图像的诊断效果产生负面影响。为了最小化局部磁场发射器对荧光透视成像系统功效的影响，本公开的各方面涉及具有X射线不透明(或更期望地X射线半透明)的发射器。

下面具体参考附图来描述本公开的各种实施方式的细节。尽管本发明并非必需限制于医疗装置，但可以通过使用这些情境的示例的讨论来理解本公开的各方面。

图1描绘了用于执行一个或多个诊断或治疗程序的示例外科系统100的示意图，其中外科系统包括与本公开的各方面一致的基于磁场的医疗定位系统114。

在一些实施方式中，并且参考图1，外科系统100可包括医疗装置112和医疗定位系统114。医疗装置112可包括细长的医疗装置，诸如，举例来说，导管或护套。出于说明和清楚的目的，以下描述将限于其中医疗装置112包括导管(例如，导管112)的实施方式。然而，应当理解的是，本公开并不意味着限于这种实施方式，而是在其它示例性实施方式中，医疗装置可以包括其它医疗装置，诸如，举例来说且不限于导引器护套、和其他非侵入性医疗装置。在另外的实施方式中，医疗装置112可以是其中基于实时位置的数据对于使用它的程序来说是有利的任意医疗装置。

继续参考图1，导管12可以插入到患者的身体116中，诸如经由心血管系统；并且更特别地，插入患者的心脏118中。导管112可以包括手柄120、具有近端部分124和远端部分126的轴杆122、以及安装在导管112的轴杆122中或轴杆122上的一个或多个传感器128。如本文中所使用的，根据需要并且如图1中通常所描绘的那样，“一个传感器128”或“多个传感器128”可以指代一个或多个传感器128₁、128₂、128₃、……、128_N。在一个示例性实施方式中，传感器128设置在轴杆122的远端部分126处。导管112还可包括其它传统部件，诸如，举例来说且不限于，温度传感器、附加传感器或电极、消融元件(例如，用于输送RF消融能量、高强度聚焦超声等的电极)、以及相应的导体或引线。

轴杆122可以是细长的管状柔性构件，用于在身体116内移动。轴杆122支撑，例如但不限于，安装在其上的传感器和/或电极，诸如，举例来说，传感器128、相关导体、以及可能的用于信号处理和调节的附加电子器件。轴杆122还可以允许运送、输送和/或移除流体(包括冲洗流体、低温消融流体和体液)、药物和/或手术工具或器械。轴杆122可以由诸如聚氨酯的传统材料制成，并且限定一个或多个管腔，该管腔被配置成容纳和/或运送电导体、流体或手术工具。轴杆122可以通过传统的导引器引入到身体116内的血管或其它结构中。然后可以使用本领域公知的工具将轴杆122操纵或引导穿过身体116到达期望的部位，诸如心脏118。

安装在导管112的轴杆122中或轴杆122上的传感器128可以被提供用于各种诊断和治疗目的，包括例如但不限于电生理研究、起搏、心脏标测和消融。在示例性实施方式中，提供一个或多个传感器128以执行定位或位置感测功能。更具体地，并且如下面将更详细描述的，一个或多个传感器128可以是提供与导管112的定位(例如，位置和方向)以及特别地在其轴杆122的远端部分126的定位有关的信息的位置传感器。因此，在这种实施方式中，随着导管112沿心脏118的表面和/或绕心脏的内部移动，传感器28可用于收集与心脏(或其他感兴趣结构)的表面和/或其内的其它部位相对应的位置数据点。然后，这些位置数据点可用于多种目的，诸如，举例来说且不限于，感兴趣结构的表面模型的构造或导航。出于清楚和说明的目的，以下描述将关于其中导管112的单个传感器128包括位置传感器的实施方式。然而，应当理解的是，在仍然处于本公开的精神和范围内的其它示例性实施方式中，导管112可包括多于一个位置传感器以及被配置成执行其它诊断和/或治疗功能的其它传感器或电极。在一些实施例中，一个或多个传感器128可以确定导管尖端的六个自由度。如下面将更详细描述的，传感器128可以包括从其感测元件(例如，线圈)延伸的一对引线，该对引线将传感器128电耦合到系统100的其它部件，诸如，举例来说，医疗定位系统114。

参考图1和2，现在将描述医疗定位系统114/214。可以提供医疗定位系统114/214，用于确定导管112的远端部分126处的传感器128的位置和/或方向；并由此确定导管112自身的远端部分的位置和/或方向。在一些实施方式中，医疗定位系统114/214可以包括基于磁场的系统，诸如，举例来说，来自MediGuide Ltd.的MediGuide^TM系统(现在由Abbott拥有)，并且如通常在美国专利No.6,233,476、7,197,354和7,386,339中的一个或多个所示和所描述的，它们的每一个通过引用包含于此。

在一些实施方式中，并且概括地说，医疗定位系统114/214至少部分地包括用于生成用于跟踪物体(例如，导管112的远侧部分)的磁场的磁场发射器236。磁场发射器236可以在患者的胸腔(例如，在心脏外科手术程序期间的感兴趣区域238)内和周围生成低强度磁场，如图2中所示。在这种实施方式中，并且如上面简要描述的，导管112包括一个或多个位置传感器，当一个或多个传感器128设置在感兴趣区域238内时，该位置传感器检测由磁场发射器236发射的磁场的特性。在一些示例实施方式中包括磁线圈的传感器128可以与处理电路通信地耦合。传感器生成与感测到的磁线圈所暴露的磁场的特性相对应的信号，该信号进一步传输到处理电路。处理电路响应于检测到的信号，基于所检测到的磁场特性和对磁场发射器236的输入，计算传感器128的三维位置和方向。因此，医疗定位系统114/214使得能够实时地跟踪空间中导管112的每个磁传感器128；并因此，能够实时跟踪导管112。

如图2所示，磁场发射器236可以位于X射线源240和手术台246之间、手术台246的下方或上方。例如，磁场发射器236可以耦合到手术台246。在一些实施方式中，如本文所讨论的，磁场发射器236可以是移动装置，其可以被放置在患者的胸部上并且被用来生成用于跟踪物体的磁场。在其他实施方式中，本公开的各方面可以涉及一种磁场发射器236，该磁场发射器236包括在感兴趣区域238的各侧面上的一个或多个发射器。

本公开的各方面解决了与生成用于跟踪目标区域内的物体的磁场同时还对于荧光透视成像系统来说保持目标区域内的荧光透视图像可见性的医疗定位系统214相关联的挑战。在磁场发射器236生成低强度磁场，需要将发射器靠近感兴趣区域238放置的情况下，这可能特别困难。荧光透视成像系统包括位于C形臂242的相对侧上的X射线源240和X射线检测器244。荧光透视成像系统通常与基于磁或基于阻抗的医疗定位系统214一起使用。荧光透视成像系统的X射线源240将光子穿过感兴趣区域238引导到与X射线源相对的X射线检测器(成像器)244。在X射线源和X射线检测器之间放置高密度物体的地方，光子被高密度物体吸收，并且该物体在产生的X射线图像中可见。然后，该物体可能会使患者身体的目标组织区域的细节(诸如细胞结构和组织学结构)模糊不清。因此，本公开的各方面旨在降低磁场发射器236的密度以最小化X射线吸收。

在本公开的各种实施方式中，导管可包括一个或多个磁传感器。导管还可包括电极传感器，该电极传感器与基于阻抗的跟踪系统一起使用。因此，这样的实施方式依赖于混合定位系统(即，基于阻抗和基于磁的跟踪的组合)。

在某些应用中，医疗定位系统214的磁场发射器236可位于荧光透视成像系统的像场之外，而在非侵入性血管内外科手术程序期间，临床医生通常会在该程序期间重新定向荧光透视成像系统以实现期望的像场。例如，X射线源240、C形臂242、X射线检测器244以及手术台246都可以相对于磁场发射器236重新定向。因此，将磁场发射器放置在目标区域238附近的必要性产生了发射器在荧光透视成像系统的至少某些方向上在图像框内的高可能性。通过降低发射器的密度，可以使发射器在由荧光透视成像系统拍摄的图像中呈现基本透明。

在一些示例实施方式中，磁场发射器236可以耦合至C形臂242，以允许磁场相对于患者检查台246和患者216的移动。这些方面仍会要求发射器使用低密度材料。

在一个示例实施方式中，医疗定位系统214还可包括用于确定导管的位置和/或方向的基于阻抗的系统。然而，在一些先前的方法中，基于阻抗的系统会遭受通过基于阻抗的系统确定的坐标的偏移和/或漂移。另外，当使用基于阻抗的系统时，可以生成心脏的几何结构的扭曲表征。例如，基于阻抗的系统中使用的电流可以沿着最小电阻的路径三维地行进。这样，部分电流可以例如通过阻抗转移而随血流离开横向平面—这会导致心脏的几何结构的扭曲表征。如本文中所公开的，当基于阻抗的系统与磁跟踪系统一起使用时，可以校正上述问题。由于磁跟踪系统的准确性，磁跟踪系统可用于校正与通过基于阻抗的系统确定的坐标相关联的偏移和/或漂移。

在与本公开的各方面一致的一个示例实施方式中，磁场发射器236产生衰减的磁场并且被定位在感兴趣区域238附近。在这样的实施方式中，减小了由磁场发射器236在感兴趣区域238外部产生的磁场的大小。感兴趣区域外部的减小磁场将位于感兴趣区域238外部的铁质/导电物体引起的磁场干扰的可能性最小化，该磁场干扰会干扰感兴趣区域内的磁场。

在一些方法中，当确定导管212的位置时，可以排除由导电物体(例如，C形臂242)在感兴趣区域238附近引起的涡流。具体地，可以对医疗定位系统214进行校准，以解决由感兴趣区域附近的导电物体所引起的对感兴趣区域238内的磁场的影响。例如，当确定位于感兴趣区域中的物体的位置时，可以排除经由涡流对磁场造成的干扰；然而，这种校准技术仅对静电导电物体(例如，手术室内的大型固定设备)有效。可替代地，或者与这样的校准技术结合，本公开的各实施方式可以避免产生由导电物体总共引起的涡流，从而避免需要校准医疗定位系统以补偿这种磁畸变。这样的实施方式可以减少安装时间并降低安装复杂度。

在一个实施方式中，在将局部磁场发射器236组装到手术台(非移动配置)上或上方的孔上时，包括局部磁场发射器236的各种磁线圈的间隔与移动配置相比明显更大。在这样的实施方式中，感兴趣区域238可以是方形、圆柱形、棱锥形等(基于磁线圈的定位)，并且感兴趣区域的大小可以根据应用而变化。例如，在期望跟踪从插入腿内的股静脉内到患者心脏内的位置的导管的情况下，感兴趣区域238可以是一米宽、一米长和至少三分之一米深。

在其他更具体的实施方式中，用于在患者内医疗装置的定位和可视化的感兴趣区域238可以包括多个区段，其可以基于医疗装置在患者内的相对位置被激活和去激活。在一个示例实施方式中，期望的是从插入腿内股静脉内到患者心脏内位置来跟踪导管。为了减轻调节荧光透视成像系统和局部磁场发射器236两者的需要，可沿着导管的预测路径来定位多个发射器。这样，临床医生和/或磁场控制器可以在导管定位于另一区段时去激活磁场发射器的区段。作为一个特定示例，在导管包括定位在患者216的下肢附近的一个或多个磁传感器的情况下，可以去激活磁场的其他区段(例如，使与患者的上肢和胸部相关联的各区段中的磁线圈断电)。随着导管向基于磁场的标测系统的另一区段移动，多个区段可以同时操作(至少暂时地直到导管中的磁传感器仅通过与胸腔区段相关联的磁线圈能准确地定位)。

图3描绘了与本公开的各方面一致的图2中的医疗定位系统的局部详细等距视图。如本文中所讨论的，医疗定位系统可包括局部磁场发射器376。局部磁场发射器376可位于患者检查台378和磁场干扰部件(例如，X射线源386、C形臂388)之间。局部磁场发射器376可以包括多个磁发射元件396^1-3。在一些实施方式中，多个磁发射元件396^1-3可以位于患者检查台378的下方。在其他实施方式中，多个磁传输元件396^1-3可以位于手术室内的任何位置，只要多个磁发射元件396^1-3靠近感兴趣区域238(如图2所示)。

在本公开的各种实施方式中，可以沿着例如穿过感兴趣区域的垂直轴创建清晰的路径的方式定位局部磁场发射器376的磁发射元件396^1-3。在这样的实施方式中，来自X射线源386的X射线可以在磁发射元件之间穿过、通过患者检查台378、到达X射线检测器398，而(基本上)不被磁发射元件的高密度部件吸收。如上所述，X射线光路内的高密度部件吸收光子，并且可能使所产生的X射线图像中的感兴趣区域模糊不清。

在一些实施方式中，如本文中所讨论的，磁发射元件396^1-3可以被安装在相对于从X射线源386到X射线检测器398的X射线路径的不同位置。例如，磁发射元件396^1-3可以安装在路径周围。在一些实施方式中，可以相对于X射线路径的不同定向来安装磁发射元件396¹ ^-3。例如，磁发射元件396^1-3可以相对于X射线路径成一定角度安装。在一些实施方式中，磁发射元件396^1-3可以将磁场引向特定点。在一个示例中，该特定点可以在感兴趣区域238内(如图2所示)。另外，磁发射元件396^1-3可以关于彼此旋转。例如，磁发射元件396^1-3可以相同的角度安装并且可以关于彼此旋转，以使得它们指向X射线路径的中心轴。

在与本公开一致的各种实施方式中，磁发射元件396^1-3可以是分裂中心发射器，并且可以创建具有同步的磁场输出的磁发射元件的阵列。在其他实施方式中，磁发射元件396^1-3可以独立地并且彼此并行地操作。在需要对感兴趣区域进行精确控制的应用中，本公开的各方面涉及将所有磁发射元件定位到空间中的单个焦点。本公开的又一实施方式涉及作为扁平线圈的磁发射元件396^1-3。此外，在一些实施方式中，这些扁平线圈还可以集成并联绕组以减小电阻并使磁发射元件的z高度最小化。并联绕组减小了磁发射元件在z方向上的密度。如本文中所公开的，这些基本扁平线圈的磁发射元件设计中的一些可以是“侧发射”磁线圈(即，产生的磁场在垂直于磁发射元件的顶面的方向上传播磁场)。这些侧发射磁发射元件可包括长度为1厘米或更长的通孔。可替代地，线圈可以是包装的线圈区段以利于X射线半透明。为了进一步改善X射线衰减，磁发射元件可以具有相对于X射线图像平面来说具有有限的线性上升/下降角的线圈。此外，相对于X射线图像平面，磁发射元件的线圈可具有高达30厘米的宽度，以进一步提高线圈的密度。在又一些更具体的实施方式中，多个绕组可以被配置成跨各个轴，以利于跨各个平面的X射线成像。

在一些实施方式中，侧发射磁发射元件可与扁平线圈磁发射元件集成。

在本公开的各种实施方式中，磁发射元件396包括一个或多个线圈，这些线圈响应于穿过其中的电流的流动而创建磁场。驱动线圈的电流的变化可以控制所产生的磁场。例如，通过线圈的减小的电流导致减小的磁场强度。类似地，通过线圈的增大的电流导致磁场强度增加。当彼此靠近放置时，磁发射元件396^1-3产生放大的磁场或快速衰减的磁场(取决于每个磁发射元件产生的场的相对极性)。

在一些实施方式中，磁发射元件396^1-3的线圈可以由各种厚度的导线(或迹线)和各种数量的绕组形成。在一些示例中，随着导线厚度和磁发射元件线圈的绕组的各个数量的变化，磁场的范围和/或强度会变化。这样，可以选择线圈的绕组的数量以创建大小适合于期望应用的磁场。重要的是，期望限制磁场的大小，以使手术室内的铁质物体不会进入磁场，并在其中引起磁场畸变(例如，涡流)。

基于磁的定位系统可包括耦合至导管的远侧尖端的磁场传感器和一个或多个磁发射元件，两者均经由一根或多根电缆或无线通信手段可通信地耦合至医疗定位控制器电路。传感器将电信号提供给控制器，以确定传感器(以及导管的远侧尖端)的三维位置和/或方向。在更具体的实施方式中，医疗定位控制器电路可产生图像，并将其传输到显示器，该显示器将导管位置和方向叠加在磁共振图像、X射线图像或其他图像类型数据(诸如超声)上以帮助临床医生了解导管在患者体内的位置。

为了阻止通过医疗装置的导管轴杆发射的信号受到磁干扰，可以对电缆进行磁屏蔽和/或可以使用双绞线配置，以防止来自磁场干扰部件或发射的磁场本身的干扰。在其他实施方式中，传感器可包括无线收发器电路，以利于将导管的位置和方向数据无线传送到医疗定位控制器电路。

本公开的一些实施方式可与诸如Ensite Velocity^TM心脏标测系统的心脏标测系统兼容。

图4描绘了与本公开的各方面一致的磁场发射元件400的等距侧视图。

与本公开的各方面一致，磁场发射元件生成用于跟踪物体的磁场。磁场发射元件400可以包括一个或多个线圈410_1-N，其可以由电流驱动以产生穿过发射元件400的中心点411延伸的磁场。根据电流的极性，磁场线向上穿过中心点411或向下穿过中心点延伸。对于给定电流，磁场的强度取决于绕组的数量。磁场发射器可以经由一根或多根引线420_l-2耦合到电源。引线经由焊料421_1-2或其他等效电气耦合技术在焊盘处耦合至发射元件。发射元件的输入/输出迹线405_1-2耦合到多个线圈410_1-N，所述多个线圈410_1-N在圆周上绕中心点411延伸大约一圈。各个线圈中的每一个放大垂直于基板401的顶面延伸的所产生磁场。通过在单平面中利用同心线圈(即，没有线圈沿磁场发射器的中心轴纵向缠绕)，可使发射器的z深度最小化。此外，由于本实施方式的多个线圈410_1-N彼此并联而不是串联放置，因此发射器内的一个或多个线圈的损坏将不会导致发射器的完全故障。取而代之，对于给定的驱动电流，对线圈的损坏将仅仅减少所产生的磁场。使用这种方法还可以允许使用低阻抗线圈，从而获得与串联绕组线圈相同的磁场强度。

在发射元件耦合到基板401并且电源也耦合到同一基板的情况下，可使用印刷电子迹线将电源电气地耦合到发射元件。

与本公开的各方面一致，图5A描绘了磁场发射器500的等距侧视图，图5B是示出隐藏线的磁场发射器的等距侧视图，图5C示出了基板501隐藏的磁场发射器，以及图5D是示出隐藏线的图5A的磁场发射器的顶视图。磁场发射器500包括多层基板501。多层基板与已知的印刷电路板制造技术兼容。第一电迹线502_1-5可被印刷到基板的第一层511。第二电迹线503_1-4可被印刷到基板的第二层512。第一和第二电迹线经由通孔504_1-9彼此电气耦合，通孔504_1-9延伸穿过第一和第二层之间的基板501。电迹线和通孔形成线圈，该线圈相对于基板的顶面平行延伸，同时使磁场发射器500的z高度最小化。所产生线圈的两侧可经由引线520_1-2电气地耦合到电源。

当暴露于X射线图像框中时，其中X射线源和X射线检测器与磁场发射器500的顶面和底面对齐，通孔504_1-9是发射器中X射线最可见部分(例如参见图5D)。然而，基板的第一层和第二层上的偏移迹线减轻了迹线的X射线可见性。图6A-7B中公开的实施方式涉及进一步减小这种侧发射磁场发射器的X射线可见度。

与本公开的各方面一致，图6A描绘了磁场发射器600的等距侧视图，以及图6B描绘了示出隐藏线的图6A的磁场发射器的等距侧视图。磁场发射器包括基板601，导线602围绕基板601缠绕以形成发射器。所产生线圈的两侧可以经由引线620_1-2(其被焊接621_1-2，或者以其他方式耦合至线圈的任一端)电气地耦合至电源。

类似于图5A-D，图6A-B的基板601是薄的以最小化磁场发射器的z高度，从而允许将发射器放置在例如患者和手术台之间。期望的是减小的z高度，这是因为发射器可以产生有限范围的磁场，这需要将在距导管远侧尖端上的磁传感器一定距离内的放置，以准确监测患者体内导管的位置。

在图6A-B中所公开的发射器实施方式中，基板601包括圆形边缘613_1-2，这利于将导线602围绕基板缠绕。此外，围绕圆形边缘的导线的半径减小了从上方和下方暴露于X射线图像框的导线的垂直密度。因此，与图5的磁场发射器500相比，发射器600表现出改进的X射线透明度。

与本公开的各方面一致，图7A描绘了磁场发射器700的等距侧视图，以及图7B描绘了示出隐藏线的图7A的磁场发射器的等距侧视图。磁场发射器包括基板701，导线702围绕基板701缠绕以形成发射器。所产生线圈的两侧可以经由引线720_1-2(其被焊接721_1-2，或者以其他方式耦合至线圈的任一端)电气地耦合至电源。

薄的菱形基板701使磁场发射器700的整体z高度最小化，同时还优化了用于X射线成像的基板的各个侧面。

在图7A-B中公开的发射器实施方式中，导线702在边缘713_1-2处围绕基板701缠绕。边缘减小了与垂直于发射器顶面的X射线图像框垂直对齐并暴露在其下的导线的密度。磁场发射器700表现出对多个小平面的改进的X射线透明度。

在本公开的一些实施方式中，磁场发射器的基板可包括硬质泡沫或其他低密度材料(例如，聚酰胺(尼龙)、聚碳酸酯和低密度聚乙烯)。

与本公开的各种实施方式一致，图7A-B的磁场发射器700也可以使用多层印刷电路板设计来制造。

图8是与本公开的各方面一致的磁场发射器800的示意图。磁场发射器包括两个线圈801和802，它们以相反的方向缠绕，并经由桥803彼此耦合。当电源耦合到输入/输出804和805时，两个线圈产生相反极性的磁场，从而创建快速衰减的磁场。在一个实施方式中，发射器800以平面方式盘绕。也就是说，发射器可以被印刷到电路板上，或者以其他方式耦合到基板的表面，以利于相对较小的z尺寸。在其他实施方式中，两个线圈801和802沿相同方向缠绕并且经由桥803彼此耦合。因此，当电源耦合到输入/输出804和805时，两个线圈产生单极性的放大磁场。

如图8中所示，通过使用具有相反极性的这种双线圈阵列配置来产生磁场，产生的磁场强度快速减小。这种类型的磁场可以称为快速衰减磁场。

在双线圈阵列的另一实施方式中，通过每个线圈的变化的电流和极性可以成形磁场的方向。因此，双线圈阵列配置不仅可以形成具有变化的衰减率的磁场，也可以在空间中形成变化的磁力线方向。

申请人需要指出的是图8-11描绘了与本公开的各方面一致的用于生成用于跟踪目标物体的磁场的磁场发射器的表示。应当理解的是，在图8-11中呈现的磁场发射器的表示并非必须反映磁场发射器的实际形状。也就是说，磁场发射器并非必需是平面的。而是，磁场发射器可包括沿空气磁心纵向缠绕的线圈。磁场发射器的其他示例在美国专利公开2016/0287133中公开，其全部内容通过引用包含于此，就如同在此完全阐述一样。

图9是与本公开的各方面一致的磁场发射器900的示意图。磁场发射器包括三个线圈901、902、903，它们经由中间迹线/导线906_1-N彼此耦合，并且相对于彼此共面。在本实施方式中，每个线圈串联布置并且具有相同的缠绕方向。当跨越输入/输出904和905施加电压时，这三个线圈产生单极性的放大磁场。

图10是与本公开的各方面一致的磁场发射器1000的示意图。磁场发射器包括三个线圈1001、1002和1003，这三个线圈1001、1002和1003经由中间迹线/导线1006_1-N彼此耦合，并且相对于彼此共面。在本实施方式中，每个线圈串联布置；然而，线圈1001和1003具有与线圈1002相反的缠绕方向。为了在沿着单个连续迹线/导线串联放置的线圈之间实现相反的绕线方向，两个或更多个中间迹线/导线1006_1-N具有双绞线1007_1-2。可使用多层印刷电路板来实现双绞线，其中两个中间迹线1006_1-N彼此相交，并且其中一条迹线经由一对通孔暂时延伸至另一层。当跨越输入/输出1004和1005施加电压时，线圈1001和1003产生第一极性的放大磁场，而线圈1002产生第二极性的另一个磁场。第一和第二磁场极性引起具有快速衰减特性的合成磁场。

还应当理解的是，申请人不仅已经预想到根据上面呈现的附图的磁场发射器，而且还预想到它们的组合，并且例如在图11-12中进一步呈现的。

图11是与本公开的各方面一致的磁场发射器1100的示意图。磁场发射器包括三个线圈1101、1102和1103，这三个线圈经由中间迹线/导线1106_1-N彼此耦合，并且相对于彼此共面。在本实施方式中，每个线圈被串联布置并且具有相同的缠绕方向。当跨越输入/输出1104和1105施加电压时，三个线圈产生单极性的放大磁场。

磁场发射器1100的第一线圈1103包括一个或多个绕组1110_1-N，其可以由电流驱动以产生延伸通过第一线圈的中心点的磁场。绕组1110_1-N中的每一个相对于彼此并联放置，并且围绕第一线圈的中心点周向地延伸。各个线圈中的每一个放大所产生的磁场。通过在单个平面中利用同心线圈，可以最小化发射器的z深度。此外，由于本实施方式的多个线圈1110_1-N彼此并联而不是串联放置，因此对发射器内的一个或多个线圈的损坏不会导致发射器的故障。第一线圈也具有减小的电阻特性。

图12描绘了与本公开的各方面一致的示出隐藏线的磁场发射器1200的等距侧视图。磁场发射器1200包括多层基板1201。多层基板可以与已知的印刷电路板(“PCB”)制造技术兼容。可以在PCB基板的第一层上印刷电迹线以分别形成第一绕组1202和第二绕组1203。第一绕组和第二绕组中的每一个的端部电气地耦合至通孔1206_1-2，该通孔1206_1-2在PCB基板的第一层和第二层之间延伸并且将第一绕组和第二绕组分别耦合至第三绕组1204和第四绕组1205。第三绕组和第四绕组也可由印刷到PCB基板的第二层的电迹线形成。

在本实施方式中，第一绕组1202和第四绕组1205具有第一缠绕方向，以及第二绕组1203和第三绕组1204具有与第一缠绕方向相反的第二缠绕方向。因此，第四绕组放大了由第一绕组发射的第一磁场，以及第三绕组放大了第二绕组的第二磁场。第一和第二磁场具有相反的磁场，它们创建快速衰减的磁场。

磁场发射器1200可以在焊垫1221_1-2处耦合到引线1202_1-2。引线可以电气地耦合至例如电源和/或控制器电路。

当暴露于X射线图像框中时，其中X射线源和X射线检测器与磁场发射器1200的顶面和底面对齐，通孔1206_1-2是发射器的X射线最可见部分。然而，可以使用参考图6A-7B讨论的一个或多个教导来进一步减小这种X射线可见性。由于形成在基板的第一层和第二层上的线圈具有变化的直径(和/或中心点)，因此线圈呈现出减小的X射线可见度。线圈还可具有减小的厚度和扩展的宽度，以进一步促进X射线半透明度。

应当理解的是，基于本公开，发射器线圈阵列的各种其他配置和数量是可以想到且容易实现的。这样，基于给定的应用(或磁场需求)，可以将另外的线圈添加到阵列中，或可替代地，将更复杂的线圈添加到阵列中，以产生更高的磁矩，诸如通过添加改进效能的其他绕组或绕组形状。

在至少一个实施方式中，发射器的线圈可以是薄且扁平的，使得它们可以容易地集成到手术台中或与手术台相关联。相对较薄且扁平的发射器利于发射器的X射线透明度。发射器也可以集成到柔性电路中。在一个实施方式中，每个发射器的高度通常可以在约10微米至约0.25毫米的范围内。因此，发射器可以是薄的且基本上扁平的，从而利于将发射器放置在床垫或手术台下面。

尽管上面已经以一定程度的特殊性描述了若干实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本公开的精神的情况下对所公开的实施方式进行多种改变。旨在将以上描述中包含的或附图中示出的所有内容解释为仅是说明性的而非限制性的。在不脱离本教导的情况下，可以进行细节或结构的改变。前面的描述和所附权利要求旨在涵盖所有这些修改和变化。

本文描述了各种设备、系统和方法的各种实施方式。阐述了许多具体细节以提供对说明书中描述的和附图中示出的实施方式的整体结构、功能、制造和使用的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些实施方式。在其它情况下，没有详细描述公知的操作、部件和元件，以免模糊说明书中描述的实施方式。本领域普通技术人员将理解的是，本文描述和示出的实施方式是非限制性示例，并且因此可以理解，本文公开的具体结构和功能细节可以是代表性的，并且不一定限制实施方式的范围，其范围仅由所附权利要求书限定。

贯穿说明书对“各个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施方式”、“实施方式”等的引用意味着将结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施方式中。因此，在整个说明书中的各个地方出现的短语“在各个实施方式中”、“在一些实施方式中”、“在一个实施方式中”、“在实施方式中”等不一定都指代相同的实施方式。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方式中以任何合适的方式组合。因此，结合一个实施方式示出或描述的特定特征、结构或特性可以整体或部分地与一个或多个其它实施方式的特征、结构或特性没有限制地组合。

应当理解的是，术语“近侧”和“远侧”可以在整个说明书中参考操纵用于治疗患者的器械的一端的临床医生来使用。术语“近侧”指代器械的最靠近临床医生的部分，以及术语“远侧”指代距离临床医生最远的部分。还将理解的是，为了简洁和清楚起见，本文可以相对于所示出的实施方式使用诸如“垂直”、“水平”、“向上”和“向下”的空间术语。然而，外科手术器械可以在许多方向和位置中使用，并且这些术语不是限制性的和绝对的。

被描述为通过引用包含于此的任何专利、出版物或其它公开材料仅在所包含的材料不与现有定义、陈述或本公开中阐述的其它公开材料冲突的程度全部或部分地包含于此。因此，并且在必要的程度上，本文中明确阐述的公开内容取代通过引用包含于此的任何冲突材料。被描述为通过引用包含于此但与现有定义、陈述或本文阐述的其它公开材料相冲突的任何材料或其部分仅以所包含的材料与现有公开材料之间不发生冲突的程度被包含。

Claims

1.一种医疗定位系统，包括：

磁场发射元件(400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200)，其是X射线半透明的，并且被配置和布置成发射磁场以跟踪感兴趣区域内的医疗导管(212)；

磁场感测元件，其耦合到所述医疗导管(212)，并且被配置和布置成对从所述磁场发射元件(400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200)发射的磁场进行采样；以及

处理电路，其电气地耦合到所述磁场感测元件和所述磁场发射元件(400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200)，并且被配置和布置成基于由所述磁场感测元件采样的磁场来确定所述医疗导管(212)的相对位置；

其中所述磁场发射元件(400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200)包括两个或更多个在共同平面上延伸的局部绕组，所述局部绕组中的每一个彼此电气地并联并且围绕共同的中心点(411)周向地延伸。

2.根据权利要求1所述的医疗定位系统，其中所述系统包括两个或更多个磁场发射元件(400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200)，所述两个或更多个磁场发射元件(400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200)被配置和布置成以互补的极性操作以放大所述磁场的磁场强度，或者以相反的极性操作以使得所述磁场快速衰减。

3.根据权利要求2所述的医疗定位系统，其中所述两个或更多个磁场发射元件(400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200)串联地电气耦合。

4.根据权利要求2所述的医疗定位系统，其中：

所述磁场发射元件(400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200)还被配置和布置成附接到患者检查台；以及

所述感兴趣区域位于所述患者检查台上方。

5.根据权利要求2所述的医疗定位系统，其中所述磁场发射元件(400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200)还被配置和布置成置于患者的胸部上，所述感兴趣区域是心肌。

6.根据权利要求2所述的医疗定位系统，其中所述磁场发射元件(400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200)还被配置和布置成耦合至患者检查台，所述感兴趣区域是心肌，以及所跟踪的物体是血管内导管。

7.根据权利要求2所述的医疗定位系统，其中所述磁场发射元件(400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200)包括低密度材料、和薄的高密度材料，并且被配置和布置成减轻X射线吸收。