与图像引导系统一起使用的管心针

摘要

一种用于图像引导系统的管心针，该图像引导系统包括定位设备并且可操作用于发射电磁场，该电磁场用于定位该管心针。该管心针包括柔性细长构件、导电构件和加固构件。该加固构件被置于该导电构件内部，并且是由磁性材料制成的。该加固构件使管心针得以加固，并且提供了导电构件与定位设备之间的电连通，使得在导电构件中感应出的电流能经由该加固构件而传输到定位设备。

说明书

技术领域

本发明涉及图像引导系统，尤其涉及与图像引导系统一起使用的管心针。

背景技术

这一部分提供了与本发明有关的背景信息，这些背景信息并非必然是现有技术。

某些医疗过程涉及到在病人体内放置医疗器械(比如导管、刺激引线等)。在某些情况下，医疗专业人员依赖一种图像引导系统来放置这些医疗器械。例如，这些图像引导系统包括一种带有导电线圈的管心针，该管心针被支撑在相对于该医疗器械的已知位置处。管心针被耦合到将要通过准备好的切口插入至病人体内的医疗器械，并且在病人周围产生变化的电磁场。该电磁场在上述线圈中感应出电流，该电流与管心针的位置和矢量有关。该电流被检测到，从而确定该线圈的位置，并由此确定该医疗器械在病人体内的位置。此外，这些技术可以与成像设备(比如荧光透视检查、核磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描成像(CT)等)一起使用，使得医疗专业人员可以看见该医疗器械相对于病人的解剖结构的位置。由此，可以按让人比较满意的准确度来放置该医疗器械。

然而，对于某些医疗过程而言，常规的管心针可能是不实用的。例如，常规的管心针在使用过程中可能无法提供足够高的信噪比，从而在上述系统中导致了不准确性。更具体地讲，一些管心针的横截面面积非常小，使得可以在很小的血管等内部传送这些管心针，并且因为这些管心针尺寸紧凑，所以设置于其上的导航线圈也很小，由此减小了信噪比。此外，一些管心针是通过血管或沿着其它非线性路径进行传送的，但是某些常规管心针可能太硬以至于无法按这种方式进行传送。此外，医疗专业人员通常会推动且扭动管心针的一端以使管心针沿着非线性路径进行传送，但是某些管心针可能无法纵向地沿着管心针充分地传递这些力，这就很难将管心针放置到预期的位置。

发明内容

这一部分提供了关于本发明的一般性概述，并没有全面揭示其全部范围或全部特征。

揭示了一种用于图像引导系统的管心针。该图像引导系统包括一种定位设备，并且可操作用于发射电磁场，该电磁场用于定位该管心针。该管心针包括柔性细长构件以及导电构件，该导电构件可操作地被固定至该柔性细长构件以便包住该柔性细长构件。此外，该管心针包括加固构件，该加固构件可操作地被固定至该柔性细长构件。该加固构件被置于该导电构件内部，并且是由磁性材料制成的。此外，该加固构件使管心针得以加固，并且提供了导电构件与定位设备之间的电连通，使得因电磁场而在导电构件中感应出的电流能经由该加固构件传输到定位设备。

在另一个方面中，揭示了一种用于放置医疗器械的方法。该方法包括经由加固构件将管心针的导电构件电连接到定位设备。该加固构件是由磁性材料制成的，并且被置于该导电构件内部。该方法也包括：相对于该管心针而发射电磁场，以在该导电构件中感应出电流。此外，该方法包括：用定位设备来检测导电构件中的电流，以定位该管心针。此外，该方法包括：相对于该管心针而放置该医疗器械。

在又一个方面中，揭示了一种图像引导系统。该系统包括：定位设备；场发生器，可操作用于发射电磁场并使电磁场振荡；以及医疗器械，用于在其中限定一通道。该系统还包括：管心针，可移除地将该管心针置于该通道之内。该管心针包括加固构件，该加固构件具有第一构件和第二构件，这两个构件彼此电绝缘并且都是由磁性材料制成的。柔性细长构件覆盖了该加固构件，并且线圈围着该柔性细长构件和加固构件缠绕。外鞘基本上包住了该线圈、柔性细长构件和加固构件。该加固构件使该管心针得以加固。此外，第一构件电连接到线圈的正引线和定位设备，第二构件电连接到线圈的负引线和定位设备，使得因振荡的电磁场而在线圈中感应出的电流能经由加固构件而传输到定位设备。该定位设备可操作用于基于在线圈中感应出的电流来检测该医疗器械的位置。

从本文所提供的描述中，将会明显看到更进一步的应用领域。本发明内容部分的描述和具体示例仅仅用于示出而非用于限定本发明的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅仅用于示出选定的示例性实施例而非所有可能的实现方式，并不旨在限定本发明的范围。

图1是示出了根据本发明教导的图像引导系统的示意图；

图2是用在图1所示图像引导系统中的管心针和医疗器械的截面图；

图3是图2的管心针的透视图；

图4是根据另一个示例性实施例的管心针的透视图；以及

图5是根据又一个示例性实施例的管心针的透视图。

在附图的若干视图中，相应的标号指示相应的部件。

具体实施方式

现在将结合附图更全面地描述示例性实施例。

先参照图1、2，示意性地示出了一种图像引导系统10。如下文将会讨论的那样，图像引导系统10可以被用于将医疗器械12(比如导管、刺激医疗引线等)放置到病人体内。在图2所代表的一些示例性实施例中，医疗器械12是细长的、管状的，并且包括第一部分14和第二末端16。第一部分14可以与第二末端16间隔开，并且第一部分14可以被安排在与第二末端16相反的一端处。此外，医疗器械12可以是中空的，以限定一个沿着其X轴纵向地延伸的通道17。如下文将会讨论的那样，图像引导系统10可以被用于在病人30体内定位并放置医疗器械12(图1)。例如，图像引导系统10可以被用于在病人30的心脏里放置并可操作地附接起搏器引线(例如，左心室引线布置)。此外，图像引导系统10可以与下列系统组合起来使用：CARTO XP EP导航与消融系统，该系统可从新泽西州New Brunswick市的Johnson & Johnson公司购买到；FLUOROMERGE或AXIEM电磁跟踪系统，这些系统可从明尼苏达州Minneapolis市的Medtronic公司购买到。然而，应该理解，图像引导系统10可以被用于放置任何合适的医疗器械12，而并不背离本发明的范围。

图像引导系统10可以包括管心针18，比如图2详细示出的示例性实施例的管心针18。如图所示，管心针18可以是细长的，且具有第一末端20(即远端)和第二末端22(即近端)。如图3所示，管心针18可以具有大致圆形的横截面(比如环形横截面)。如图2所示，管心针18被可移除地固定至医疗器械12。例如，在一些示例性实施例中，管心针18被可移除地置于医疗器械12的通道17之中，使得管心针18与该医疗器械共用上述X轴。

如图2、3所示，管心针18可以包括在第一末端20附近的线圈24。线圈24可以是由任何合适的导电材料制成的，比如涂有绝缘材料的铜导线。线圈24可以螺旋地缠绕在管心针18的第一末端20附近。在一些示例性实施例中，线圈24是50规格导线(即0.001″直径导线)，在其它示例性实施例中，线圈24是由52规格导线(即0.0008″直径导线)制成的。此外，线圈24可以包括任何合适长度的导线，比如约0.1”那么长的导线，并且线圈24可以包括多层，下文将会讨论。应该理解，管心针18可以包括任何合适数目的线圈24，也应该理解，管心针18可以包括任何其它任意形状的合适的导电构件，而并不背离本发明的范围。

线圈24可以电连接到定位设备25(图2)。定位设备25可以是具有微处理器、存储器和其它已知的计算机部件的计算机，并且定位设备25可以依赖于某些算法来定位该管心针18，下文将会更详细地描述。此外，定位设备25可以包括显示器27(比如计算机监视器、LCD显示器等)，以提供与管心针18的位置、医疗器械12的位置、和/或病人30的解剖结构有关的可视化的反馈。

此外，图像引导系统10可以包括场发生器26(图2)。场发生器26可以在病人30周围产生电磁场。在一些示例性实施例中，场发生器26包括多个线圈28a、28b...28n。应该理解，场发生器26可以包括任何合适数目的线圈28a、28b...28n，每一个线圈用于产生独特的电磁场。在操作过程中，场发生器26使正工作的线圈28a、28b...28n发生振荡，并且线圈28a、28b...28n中的每一个是在不同的时刻工作。由此，根据任一时刻哪个线圈28a、28b...28n正在工作，由线圈28a、28b...28n所产生的净的电磁场会有所不同。

相应地，一旦管心针18被耦合到医疗器械12并且通过准备好的切口(未示出)插入到病人30体内，场发生器26就可以产生振荡的电磁场。这种电磁场在线圈24中感应出电流，并且感应出的电流被传输到定位设备25。感应出的电流可能与管心针18的位置和矢量(即移动的取向和/或方向)有关。由此，定位设备25可以根据已知的方法通过三角测量得到线圈24相对于场发生器26的线圈28a、28b、28n的位置。利用这种数据，定位设备25就可以检测出管心针18的位置。更具体地讲，在一些示例性的实施例中，定位设备25可以在图1所示的笛卡尔坐标系(X，Y，Z)上定位出管心针18，并且定位设备25也可以检测出矢量(即管心针18的移动的取向和/或方向)。定位设备25可以在任何合适的坐标系(二维、三维、笛卡尔、极坐标等)上定位出管心针18。在一些示例性实施例中，管心针18的机械性质(比如硬度)是已知的，并且管心针18相对于医疗器械12的位置也是已知的。这样，定位设备25可以在显示器27上产生在医疗器械12中的管心针18的图像。

此外，在一些示例性实施例中，图像引导系统10可以包括成像设备32，用于对病人30的解剖特征进行成像。在一些示例性实施例中，成像设备32是已知的荧光透视检查(即X射线)设备，用于产生二维的解剖图像。在其它示例性实施例中，成像设备32是核磁共振成像(MRI)设备或计算机断层扫描成像(CT)设备，用于产生三维解剖图像。然而，应该理解，成像设备32可以是任何合适的类型。由此，成像设备32可以被用于产生病人30的解剖图像，并且这些解剖图像可以与定位设备25所产生的管心针18和医疗器械12的图像组合起来。相应地，医疗专业人员可以使用这些图像高度精准地将管心针18和医疗器械12传送到病人30体内预期的位置。一旦医疗器械12处于预期的位置处，就可以沿着X轴将管心针18从通道17中拉出来以便从医疗器械12中移除管心针18，这样就把医疗器械12留在了它预期的位置处。

此外，医疗专业人员可以使用这些图像可视化地检测医疗器械12在病人30体内松弛的量。例如，如果医疗器械12是起搏器引线，则该引线通常被放置得足够松弛，使得在心脏跳动时该引线不可能拉到心室壁上或完全移开。由此，在从医疗器械12中拉出管心针18之前，管心针18允许医疗专业人员检测松弛的量。

现在参照图2、3，更详细地描述管心针18。管心针18可以包括柔性细长构件34。在一些示例性实施例中，柔性细长构件34是中空的管子，一般是柔性的，以允许沿着非线性路径传送管心针18。柔性细长构件34可以是由任何合适的材料制成的，比如聚酰亚胺。如图2、3所示，线圈24可操作地被固定到细长构件34。例如，在一些示例性实施例中，线圈24可以围着细长构件34缠绕，使得线圈24将细长构件34收容到其内部。在一些示例性实施例中，线圈24可以包括多个螺旋的层，其中有第一层35a和第二层35b。第一层35a可以直接缠绕在细长构件34上，第二层35b可以缠绕在第一层35a上。应该理解，线圈24可以包括任何合适数目的层35a、35b(比如2到4层)。由此，当如上文所述在线圈24中感应出电流时，多个层35a、35b可以改善信噪比。

此外，在一些示例性实施例中，第一层35a包括从中延伸出来的引线37，第二层35b也包括从中延伸出来的引线39(图2)。应该理解，引线37、39具有相反的极性，并且引线37、39能够在线圈24和定位设备25之间实现电连接，下文会更详细地讨论。

此外，管心针18可以包括如图2所示的外鞘36，图3用幻影示出了该外鞘36。在一些示例性实施例中，外鞘36是中空的管子。外鞘36一般可以是柔性的，以允许管心针18沿着非线性路径传送。如图2所示，细长构件34可以被收容在外鞘36之内，使得外鞘36基本上包住该细长构件34。外鞘36可以是由任何合适的材料制成的，比如聚酯，外鞘36的壁厚度是0.0005″。在一些示例性实施例中，外鞘36可以充当一个屏障，从而保护病人30不受线圈24和/或管心针18的其它部件的影响。

另外，管心针18可以包括如图2、3详细示出的加固构件38。在一些示例性实施例中，加固构件38是细长的，以包括第一末端40和第二末端42。此外，加固构件38可以是由比细长构件34和外鞘36更硬的材料制成的，使得加固构件38可以使管心针18得到充分加固。然而，在一些示例性实施例中，加固构件38可以允许有一定的柔软度，使得可以沿着非线性路径传送管心针18。另外，因为加固构件38相对较硬，所以加固构件38传递轴向力、扭转力和其它合适的力，使得医疗专业人员可以在第二末端22处施加力(比如沿着X轴线性地指向的力和/或绕着X轴旋转地指向的力)，并且那些力被有效地朝着第一末端20传递从而能够按期望传送管心针18。

加固构件38可以是由任何合适的材料制成的，比如磁性材料和导电材料。在一些示例性实施例中，例如，加固构件38可以是由不锈钢制成的。

如图2、3所示，加固构件38可以被收容在柔性细长构件34之内以便可操作地固定到其中。这样，柔性细长构件34被置于线圈24和加固构件38之间。加固构件38可以与细长构件34基本上一样长或者更长一点，以便基本上填满通道17并且在管心针18的第一和第二末端20、22之间延伸。此外，加固构件38被收容且放置在线圈24之内，正如图2、3所示那样。应该理解，因为加固构件38可以由磁性材料制成并且被置于线圈24之内，所以在线圈24中感应出电流时加固构件38可以增大信噪比，正如上文所述那样。如此一来，就可以用增大的准确度来检测管心针18的位置。

此外，加固构件38可以提供在线圈24和定位设备25之间的电连通。例如，在一些示例性实施例中，线圈24的引线37、39延伸并穿过细长构件34的孔径43(图2)，并且引线37、39电连接到加固构件38。此外，在一些示例性实施例中，用粘合剂45(图2)将引线37、39固定到加固构件38。应该理解，可以通过任何合适的手段(比如点焊等)将引线37、39固定到加固构件38。另外，在一些示例性实施例中，电连接器44(图2)将加固构件38的第二末端22电连接到定位设备25。例如，在一些示例性实施例中，细长构件34和外鞘36一起协作来限定一个孔径47，孔径47穿过细长构件34和外鞘36，并且电连接器44延伸并穿过孔径47以便电连接到加固构件38的第二末端42。此外，电连接器44电连接到定位设备25。在一些示例性实施例中，电连接器44是柔性印刷电路板。由此，在线圈24中感应出的电流可以经由引线37、39并通过加固构件38和电连接器44而传输到定位设备25。

相应地，在图像引导系统10的操作期间，加固构件38改善了信噪比，使得可以更准确地定位该管心针18。此外，加固构件38为管心针18提供了足够的加固，使得各种力都可以从管心针18的第二末端22传递到管心针18的第一末端20，从而允许医疗专业人员更容易地使管心针沿着非线性路径(比如穿过血管)进行传送。然而，管心针18可以足够柔软，以允许管心针18在沿着非线性路径传送时发生弯曲。由此，可以更准确地定位管心针18，并且医疗专业人员可以更容易地传送管心针18。

现在参照图3，将更详细地讨论加固构件38。在一些示例性实施例中，加固构件38可以包括第一构件46和第二构件48。每个构件46、48都是细长的，并且沿着X轴延伸。在一些示例性实施例中，构件46、48具有大致D-形的横截面。这样，构件46、48分别包括平面50a、50b。构件46、48被大致对称地置于X轴的相对侧上，使得平面50a、50b彼此相对着。此外，构件46、48彼此电绝缘。例如，在图3所代表的示例性实施例中，分隔壁52被置于构件46、48之间。在一些示例性实施例中，分隔壁52被整体地连接到细长构件34。更具体地讲，在一些示例性实施例中，细长构件34是用压挤成型法制成的，从而产生了分隔壁52。

线圈24的引线37可以被连接到第一构件46，线圈24的引线39可以被电连接到第二构件48。相应地，第一和第二构件46、48可以具有相反极性，以恰当地传输线圈24的电流。

现在参照图4，示出了管心针118的另一个示例性实施例。与图3所示示例性实施例相似的那些部件是用相似的标号再加100来表示的。

正如图4的示例性实施例所示的那样，加固构件138的第一和第二构件146、148通过置于两者之间的电绝缘涂层154而彼此电绝缘。涂层154可以是由任何合适的材料制成的，比如聚对二甲苯。由此，涂层154可以提供一种使第一和第二构件146、148电绝缘的方便的手段。

现在参照图5，示出了管心针218的另一个示例性实施例。应该理解，与图3所示示例性实施例相似的那些部件是用相似的标号再加200来表示的。

在所示的示例性实施例中，在细长构件234和/或加固构件248之内限定一个凹陷256。在一些示例性实施例中，凹陷256是管状的，径向地向内且绕着X轴环向地延伸，并且凹陷256沿着X轴的长度约等于线圈224的纵向长度。如图所示，线圈224被置于凹陷256之内。在一些示例性实施例中，凹陷256足够深，使得线圈224的外表面260基本上与细长构件234的外表面262齐平。这样，线圈224可以包括绕着管心针218的非常多的匝数，并且凹陷256允许线圈224具有相对低的轮廓。这样，管心针218可以具有高信噪比，且具有相对低的轮廓(即宽度)。

管心针18、118、218的其它示例性实施例也是预想得到的。例如，如上所述，管心针18、118、218可以包括多个线圈24、124、224。此外，每个线圈24、124、224可以包括相应的多对加固构件38、138、238，这些加固构件将各个线圈24、124、224电连接到定位设备25。加固构件38、138、238中的每一个可以沿着管心针18、118、218纵向地延伸，并且可以按本文所讨论的任何方式实现彼此电绝缘。更具体地讲，在具有两个线圈24、124、224的示例性实施例中，可以有四个加固构件38、138、238围着X轴对称地放置。加固构件38、138、238可以具有楔形或大致三角形的横截面，并且在横截面中观察时这些加固构件被放置在分开的象限中。加固构件38、138、238中的两个可以具有相反的极性并且可以电连接到线圈24、124、224中的一个，并且加固构件38、138、238中的另外一对可以具有相反的极性并且可以电连接到其它的线圈24、124、224。

由此，在操作过程中，管心针18、118、218可以可操作地耦合到医疗器械12并且被插入到病人30体内的准备好的切口之中。然后，场发生器26可以产生电磁场，正如上文所述的那样，该电磁场在线圈24、124、224中感应出电流。感应出的电流经由加固构件48、148、248而被传输到定位设备25。相应地，定位设备25使用这种数据来准确地定位管心针18、118、218，并由此准确地定位医疗器械12。因此，医疗专业人员可以高度准确地定位该管心针18和医疗器械12。一旦位于预期的位置处，就可以从医疗器械12中收回该管心针18。

应该理解，管心针18、118、218提供了相当准确的医疗器械12的位置信息。在使用期间，加固构件48、148、248改善了信噪比，因为它是由磁性材料制成的并且还因为它位于线圈24、124、224之内。此外，管心针18、118、218足够柔软以至于能沿着非线性路径进行传送，然而还提供了足够的硬度以在第一和第二末端20、22之间传递各种力从而更容易进行传送。此外，线圈24、124、224可以包括相对大数目的匝数，而并不显著地增大管心针18、118、218的轮廓(即宽度)。由此，管心针18、118、218可以应用于很多医疗过程中，这包括心脏方面的医疗过程。另外，可以很容易地从病人30体内收回管心针18、118、218，而不必切开线圈24、124、224，由此减小了使病人30暴露于有害材料的风险。

上文关于各示例性实施例的描述都是为了说明和描述的目的。并非旨在穷尽或限定本发明。特定示例性实施例的单独的元件或特征一般并不限于该特定示例性实施例，而是在适用的情况下可以互换并可用在选定的示例性实施例中，即使未具体示出或描述。同一元件或特征也可以按许多方式进行改变。这种改变并不被视为偏离本发明，所有这种修改都旨在被包括在本发明的范围之内。

本文提供了各种示例实施例，使得本发明是详尽的且能全面地向本领域技术人员传达本发明的范围。大量具体的细节得以阐明，比如具体的部件、设备和方法，以透彻理解本发明的实施例。本领域技术人员将会明显看到，具体的细节不一定要使用，示例实施例也可以按许多不同的形式来具体实施，这都不应该被解释为限定本发明的范围。在一些示例实施例中，没有详细地描述公知的处理过程、公知的设备结构和公知的技术。

本文所使用的术语目的仅仅在于描述特定的示例实施例，而没有限定之意。如本文中所用，单数形式的“一”、“一个”以及“该”也可以旨在包括复数形式，除非上下文明确地另作规定。术语“包括”、“包含”和“具有”都是包含性的，因此指明了存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件，但并不排除还存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。本文所描述的方法步骤、处理过程和操作不应该被解释为必然要求它们按所讨论或示出的特定顺序来执行，除非特别标明一种执行顺序。也应该理解，可以使用额外的或备选的步骤。

当提到一个元件或层位于另一个元件或层“上”、“啮合于”另一个元件或层、“连接到”另一个元件或层、或者“耦合到”另一个元件或层时，它可能直接地位于其它元件或层上、啮合于其它元件或层、连接或耦合到其它元件或层，或者有可能存在介于中间的元件或层。相反，当提到一个元件直接地位于另一个元件或层“上”、“直接地啮合于”另一个元件或层、“直接地连接到”或“直接地耦合到”另一个元件或层时，可能就不存在介于中间的元件或层。用于描述多个元件之间的关系的其它单词应该按相似的方式来解释(比如“在……之间”对“直接地在……之间”、“相邻”对“直接地相邻”等)。本文中使用的术语“和/或”包括一个或多个相关罗列项目的任何与所有组合。

虽然本文中的术语第一、第二、第三等可用来描述多个元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开。本文中所使用的术语“第一”、“第二”和其它数字方面的术语并不暗指一种序列或顺序，除非上下文清晰地指明。因此，在不背离各示例实施例的情况下，下文所讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可被称为第二元件、部件、区域、层或部分。

诸如“内”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“之上”、“上方”等空间相关术语可在本文中使用，以易于描述如附图所示的一个元件或特征与另一(诸)元件或(诸)特征的关系。除了附图中所描绘的取向之外，空间相关术语可以旨在包括在使用或操作期间该设备的不同取向。例如，如果在附图中该设备被颠倒，被描述为在其它元件或特征“之下”或“下方”的元件则被取向为在其它元件或特征“之上”或“上方”。因此，示例性术语“下方”可包含上方和下方的取向这两者。该设备可以按其它方式取向(旋转90度或具有其它取向)，并且本文所使用的空间相关描述语可以作相应地解释。