电极与组织接触识别的方法和系统

技术领域

本发明涉及电生理消融与电路，具体涉及一种电极与组织接触识别的方法和系统。

背景技术

目前，医疗三维定位系统中多涉及一个或多个侵入装置定位、侵入装置与待诊疗组织相对位置确定。例如，在实践中，需要对体腔内的侵入装置进行定位，特别需要对侵入装置与体腔表面进行接触识别。一般地，需要对心腔或肾动脉内侵入装置与体腔表面的接触进行评估。更具体地说，需要验证侵入装置与组织的接触与否。

具有接触指示功能的三维定位系统能更真实地反映侵入装置与体腔内膜面的相对位置关系。医疗三维定位系统接触指示应用包括导管与心腔壁和/或与血管壁的接触指示、导管与肾动脉血管内壁的接触指示。

常见的侵入装置包括，例如，安装有一个或多个定位电极的导管、鞘管、穿刺针。导管按照外形划分可以包括，例如，网篮状导管、球囊状导管、圈状导管、花瓣型导管、栅格状导管、线状导管等。

因此，需要一种在实践中易于操作的用于判断侵入装置与待诊疗的组织的相对位置、接触程度的方法和系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体腔内侵入装置定位的系统和方法，特别涉及侵入装置与体腔表面接触识别的方法和系统，非排他性的涉及心腔或肾动脉内侵入装置与体腔表面接触的评估方法及系统。本发明设计的侵入装置非排他性的涉及采用类似原理的网篮状、球囊状、圈状、花瓣状、栅格状、线型状的侵入装置。

根据本发明的第一方面，提供一种电极与组织接触识别的方法。根据本发明第一方面的方法可以包括：在不同频率下采集体腔侵入装置上的电极之间的阻抗；根据采集到的电极之间的阻抗，确定电极之间的阻抗频率响应系数；根据阻抗频率响应系数，确定电极与体腔内组织的接触情况。

优选地，所述电极包括工作电极与参考电极。在根据本发明第一方面的方法中，所述的在不同频率下采集电极之间的阻抗可以包括：在不同频率下采集工作电极之间、参考电极之间以及工作电极和参考电极之间的阻抗。

优选地，所述工作电极可以包括消融电极。

在根据本发明第一方面的方法中，优选地，所述的确定电极与体腔内组织的接触情况可以包括：确定工作电极与体腔内组织的接触情况。

优选地，所述体腔侵入装置可以包括导管，所述电极设置在所述导管的远端。

优选地，所述导管可以包括网篮状导管、球囊状导管、圈状导管、花瓣型导管、栅格状导管、线状导管中的至少一个。

优选地，所述不同频率可以是根据不同组织阻抗对频率的反映不同程度而选择的。

优选地，所述不同频率的频率范围可以为500Hz到100kHz。

优选地，所述不同频率可以是两个不同的频率。

在根据本发明第一方面的方法中，所述的确定电极之间的阻抗频率响应系数可以包括：根据式(1)和式(2)分别计算工作电极之间的阻抗频率响应系数和参考电极之间的阻抗频率响应系数：

工作电极i和j之间的阻抗频率响应系数Coef

参考电极m和n之间的阻抗频率响应系数Coef

其中，所述的确定电极与体腔内组织的接触情况可以包括：根据式(3)计算工作电极i和j与组织的接触指数CI：

在上面的式(1)、(2)、(3)中，

优选地，所述Base

优选地，所述Base

优选地，权重系数a

在根据本发明第一方面的方法中，优选地，所述方法可以进一步包括：将电极与体腔内组织的接触情况通过颜色的差异显示出来。

根据本发明的第二方面，提供一种电极与组织接触识别的系统。所述系统可以包括：采集单元，用于在不同频率下采集体腔侵入装置上的电极之间的阻抗；阻抗频率响应系数确定单元，用于根据采集到的电极之间的阻抗，确定电极之间的阻抗频率响应系数；接触情况确定单元，用于根据阻抗频率响应系数，确定电极与体腔内组织的接触情况。

优选地，所述电极可以包括工作电极与参考电极。在根据本发明第二方面的系统中，所述采集单元可以被配置为：在不同频率下采集工作电极之间、参考电极之间以及工作电极和参考电极之间的阻抗。

优选地，所述工作电极可以包括消融电极。

在根据本发明第二方面的系统中，优选地，所述接触情况确定单元可以被配置为：确定工作电极与体腔内组织的接触情况。

优选地，所述体腔侵入装置可以包括导管，所述电极设置在所述导管的远端。

优选地，所述导管可以包括网篮状导管、球囊状导管、圈状导管、花瓣型导管、栅格状导管、线状导管中的至少一个。

优选地，所述不同频率可以是根据不同组织阻抗对频率的反映不同程度而选择的。

优选地，所述不同频率的频率范围可以为500Hz到100kHz。

优选地，所述不同频率可以是两个不同的频率。

在根据本发明第二方面的系统中，所述阻抗频率响应系数确定单元可以被配置为：根据式(1)和式(2)分别计算工作电极之间的阻抗频率响应系数和参考电极之间的阻抗频率响应系数：

工作电极i和j之间的阻抗频率响应系数Coef

参考电极m和n之间的阻抗频率响应系数Coef

其中，所述接触情况确定单元可以被配置为：根据式(3)计算工作电极i和j与组织的接触指数CI：

在上面的式(1)、(2)、(3)中，

优选地，所述Base

优选地，所述Base

优选地，权重系数a

在根据本发明第二方面的系统中，优选地，所述系统可以进一步包括显示单元，用于将电极与体腔内组织的接触情况通过颜色的差异显示出来。

根据本发明的第三方面，提供一种计算机可读介质，其上存储有可由处理器执行的指令，所述指令在被处理器执行时，使得处理器执行如本发明第一方面的电极与组织接触识别的方法。

本发明公开的是体腔内侵入装置定位领域中一种侵入装置与体腔表面接触识别的方法和系统。系统包括远端布置若干个电极的侵入导管。系统采集电极相对于参考的多个频率下的阻抗信息，基于多个频率下的阻抗信息得到电极的频率响应系数，基于频率响应系数指示得到接触指数(或称为贴靠指数)CI。CI指示电极与体腔表面的接触与否和接触程度。

附图说明

本公开包括说明书附图，其应为视为包含在说明书中并且构成说明书的一部分，且与说明书一起示出了本公开的各种示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。通过以下详细的描述并结合附图将更充分地理解本发明，其中相似的元件以相似的方式编号。其中：

图1示出血液、血管和心脏在不同频率下的相对介电常数。

图2示出血液、血管和心脏在不同频率下的电导率。

图3A是环状侵入导管示意图。

图3B是环状侵入导管的应用示意图。

图4A是花瓣状侵入导管示意图。

图4B是花瓣状侵入导管的应用示意图。

图5是根据本发明的优选实施例的电极与组织接触识别的方法的流程图。

图6是表示接触识别结果的显示的示意图。

图7是根据本发明的实施例的电极与组织接触识别的方法的流程图。

图8是根据本发明的实施例的电极与组织接触识别的系统的示意框图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明，但本发明不限于下面的实施例。

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其他实施例。

另外，为了更好地说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

总的来说，本发明提供了一种电极与组织接触识别的方法和系统。本发明的方法和系统的实现是基于不同生物组织阻抗对频率具有不同响应的原理。

由于涉及到阻抗，需要对阻抗进行采集，或称为阻抗的测量。下文中，术语“采集”和“测量”可以互换使用。采集阻抗或者测量阻抗表示获取阻抗的数值。

采集阻抗的方式可以包括，但不限于，在不同频率下采集电极之间的阻抗、电极到参考之间的阻抗或参考之间阻抗。这里，电极指的是侵入装置上的电极，例如消融电极、标测电极等等，更具体指的是发挥实际治疗或检测作用的工作电极。参考可以是接地电平，或者体腔外的基准电平。参考也可以是参考电极。下文中，为了区分电极与参考，可以将电极分成两类：工作电极与参考电极。在使用侵入装置进行治疗的情况下，侵入装置上的工作电极也可以被称为治疗电极。由此，所述的在不同频率下采集阻抗可以更详细地被解释为：在不同频率下采集工作电极之间、参考电极之间以及工作电极和参考电极之间的阻抗。

如上所述，在侵入装置为消融导管的情况下，工作电极可以是消融电极。

在体腔侵入装置是导管的实施例中，工作电极和参考电极都可以设置在导管的远端。在一些实施例中，参考电极可以设置在其他位置，例如设置在体外。

导管可以是网篮状导管、球囊状导管、圈状导管、花瓣型导管、栅格状导管、线状导管中的任何一个或至少一个。

根据本发明，采集得到的阻抗信息被用于求解电极的频率响应系数。在优选实施例中，电极的频率响应系数包括工作电极之间的频率响应系数和参考电极之间的频率响应系数。

基于电极的频率响应系数，可以确定电极与体腔内组织的接触情况。例如，可以确定电极与体腔组织壁的接触与否以及接触程度。这里所说的用于判断是否与体腔内组织相接触的电极是工作电极。

在不同频率下采集阻抗包括分时采集和分频采集。

所谓的分时采集可以是这样的流程：在有若干个(例如n个)频率下的阻抗信息采集的情况下，我们依次轮替采集第1频率下的阻抗信息、第2频率下的阻抗信息、直到第n频率下的阻抗信息。这一轮采集完后，或间隔一定时间，又从第1频率开始，依次采集第1频率、第2频率、直到第n频率下的阻抗信息。这样分时依次轮替下去。

本申请的以下描述则以分频采集为例。

采集频率可以根据两种或更多种组织阻抗对频率的反映不同的程度而选择。图1示出血液、血管和心脏在不同频率下的相对介电常数。图2示出血液、血管和心脏在不同频率下的电导率。多个阻抗采集频率例如可选择在500Hz～100kHz的范围。

可以根据实际应用场景来进行采集频率的确定。例如，根据图1和图2所示的场景为心脏心腔和血管内电极与组织的接触识别，那么根据心肌、血管壁、血液阻抗对频率的不同响应，遵照选取频率下三者的阻抗差异尽量大的原则，来选取适当的采集频率。这里，差异大可以理解为组织区分的分辨率高。

本领域技术人员应该认识到，图1和图2反映的是不同组织阻抗对频率的不同响应的原理，其实两个图要描述的是同一个原理，只是表示方式不同：图1是从相对介电常数角度描述，图2则是从电导率角度描述。

侵入装置

下面对本发明涉及的侵入装置进行讨论。

侵入装置，即体腔侵入装置，是指可以侵入到体腔内的装置。

在本发明的优选实施例中，侵入装置是侵入导管。在侵入导管的远端上设置电极。本发明的目的就是要确定侵入导管上的电极(例如消融电极)与体腔内组织(例如体腔壁或者体腔表面)的接触与否以及接触程度。

图3A是环状侵入导管示意图。图3B是环状侵入导管的应用示意图。

当侵入导管为如图3A所示的环状侵入导管时，导管300包括操作手柄301、导管近端302、导管远端303、管体304、环面电极(工作电极)305以及参考电极306和307。

如图3B所示，在环状导管侵入体腔的环境中，可能接触或邻近的组织或器官包括：左房壁308，左房腔309，右上肺静脉310，右下肺静脉311，左下肺静脉312，左上肺静脉313。

图4A是花瓣状侵入导管示意图。图4B是花瓣状侵入导管的应用示意图。

当侵入导管为如图4A所示的花瓣状侵入导管时，导管400包括：操作手柄401、导管近端402、导管远端403、花瓣边404、可缩进拉杆405、花瓣电极(工作电极)406、拉杆参考电极407。

如图4B所示，在花瓣状导管侵入体腔的环境中，可能接触或邻近的组织或器官包括：左房壁408，左房腔409，右上肺静脉410，右下肺静脉411，左下肺静脉412，左上肺静脉413。

侵入导管的设计，保证了术中参考电极在绝大部分情况下与组织处于未接触状态，从而作为其他电极(工作电极)贴靠与否的参考具有合理性。相比基于阻抗或相位数据统计分析的电极与组织接触检测方法，可靠性更高。

图5和图6更具体表现了侵入装置上的工作电极与组织的接触情况的判断过程以及显示结果。下文中将更详细解释。

接触识别方法

下面从更一般的角度来说明根据本发明的实施例的电极与组织接触识别的方法。

图7是根据本发明的实施例的电极与组织接触识别的方法的流程图。

如图7中所示，电极与组织接触识别的方法700开始于步骤S710，在此步骤，在不同频率下采集体腔侵入装置上的电极之间的阻抗。

在步骤S710中，不同的采集频率是根据不同组织阻抗对频率的反映不同程度而选择的。一般地，不同采集频率的频率范围为500Hz到100kHz。在一个优选实施例中，不同频率是指两个不同的频率。

下面以两个频率采集阻抗为例描述。以第一频率采集获得第一阻抗，以第二频率采集获得第二阻抗。实际应用过程中可采集更多个频率的阻抗信息。常见的阻抗采集过程包括分时采集和分频采集。上文已经介绍过分时采集的流程，本申请的示例实施例中则是采用分频采集的方式。

在本发明的一个优选实施例中，针对图3A所示的环状导管进行阻抗采集。根据本发明的方法，在步骤S710，采集环面相邻电极305之间的第一频率阻抗和第二频率阻抗；采集参考电极306和307之间的第一频率阻抗和第二频率阻抗。特别说明，导管设计时考虑相邻电极305之间间距与参考电极306和307之间电极间距关系，比如二者满足相等关系或比例关系，该关系可作为后续电极与组织接触识别的参数依据。参考电极不局限于专利描述的两个参考电极，可以布置超过两个参考电极，建立不同参考电极间距与阻抗的线性或非线性关系。

在本发明的另一个优选实施例中，针对图4A所示的花瓣状导管进行阻抗采集。根据本发明的方法，在步骤S710，采集环面花瓣边404上相邻电极406之间的第一频率阻抗和第二频率阻抗；采集参考电极407之间的第一频率阻抗和第二频率阻抗。特别说明，导管设计时考虑相邻电极406之间间距与参考电极407之间电极间距关系，比如二者满足相等关系或比例关系，该关系可作为后续电极与组织接触识别的参数依据。参考电极不局限于专利描述的两个参考电极，可伸缩拉杆405上可以布置超过两个参考电极，建立不同参考电极间距与阻抗的线性或非线性关系。

回到图7，接下来，在步骤S720，根据在步骤S710采集到的电极之间的阻抗，确定电极之间的阻抗频率响应系数。

然后，在图7的步骤S730，根据阻抗频率响应系数，确定电极与体腔内组织的接触情况。

在步骤S730，在优选实施例中，需要确定的是工作电极(例如图3A中所示的环面相邻电极305，或者图4A中所示的环面花瓣边404上的相邻电极406)与体腔内组织的接触情况，而非参考电极(例如图3A中所示的参考电极306、307，或者图4A中所示的拉杆参考电极407)与体腔内组织的接触情况。

下面通过图5来说明本发明的一个优选实施例是如何进行图7的步骤S720和步骤S730的操作的。

以判别在两个频率下采集阻抗对电极与组织的接触识别为例，具体流程如图5所示。

图5是根据本发明的优选实施例的电极与组织接触识别的方法的流程图。

如图5中所示，电极与组织接触识别的方法500开始于步骤502，在此步骤，采集电极之间的第一频率阻抗和第二频率阻抗，如上文描述。

然后，在步骤504，计算工作电极之间阻抗频率响应系数。在步骤506，计算参考电极之间的阻抗频率响应系数。接下来，在步骤508，计算电极与组织的接触指数。最后，在步骤510，输出显示侵入导管电极与组织的接触与否和接触程度。

更具体地说，可以通过以下的计算式来最终得到所需要的工作电极与组织的接触情况。

(1)工作电极i和j之间的阻抗频率响应系数

(2)参考电极m和n之间的阻抗频率响应系数

(3)工作电极i和j与组织的接触指数CI(Contact Index)

在上面的式(1)、(2)、(3)中，

Base参数和Dis参数二者具有相关性。即，所述Base

此外，电极参数，如宽度W和直径D，也是Base参数的影响因素。Base参数属于导管的特异性参数，作为已知输入系统，具体Base参数可通过与Dis、W、D参数做高次回归建模分析得到。也就是说，所述Base

权重系数a

在步骤510，基于接触指数(或称贴靠指数)CI，通过与预设阈值限的比较来判断电极与组织的接触与否；也可通过与预设多个阈值限的比较来判断电极与组织的接触程度。

此外，可以将电极与体腔内组织的接触情况通过颜色的差异显示出来。

图6是表示接触识别结果的显示的示意图。

如图6所示，显示器600的屏幕601中反映的是电极与组织与否的指示，电极602颜色表明电极与组织之间的接触程度；中心部分603显示当前贴靠趋势，哪些电极与组织贴靠。贴靠与未贴靠用不同醒目颜色标注，同时间接显示贴靠指数值大小，反映电极与组织的接触程度。

接触识别系统

图8是根据本发明的实施例的电极与组织接触识别的系统的示意框图。

如图8中所示，电极与组织接触识别的系统800包括采集单元810、阻抗频率响应系数确定单元820和接触情况确定单元830。

采集单元810用于在不同频率下采集体腔侵入装置上的电极之间的阻抗。

体腔侵入装置包括导管，电极就设置在导管的远端。

导管可以是网篮状导管、球囊状导管、圈状导管、花瓣型导管、栅格状导管、线状导管中的至少一个或任意一个。

这里所述的电极包括工作电极(或在治疗场景下被称为治疗电极)与参考电极。例如，工作电极可以是消融电极。由此，采集单元810可以用于在不同频率下采集工作电极之间、参考电极之间以及工作电极和参考电极之间的阻抗。

不同频率可以是根据不同组织阻抗对频率的反映不同程度而选择的。

不同频率的频率范围为500Hz到100kHz。

在一个优选实施例中，不同频率是两个不同的频率。

阻抗频率响应系数确定单元820用于根据采集单元810采集到的电极之间的阻抗，确定电极之间的阻抗频率响应系数。

阻抗频率响应系数确定单元820可以根据以上的式(1)和式(2)分别计算工作电极之间的阻抗频率响应系数和参考电极之间的阻抗频率响应系数。

接触情况确定单元830用于根据阻抗频率响应系数，确定电极与体腔内组织的接触情况。具体地说，接触情况确定单元可以用于确定工作电极与体腔内组织的接触情况。

更具体地说，接触情况确定单元830可以根据以上的式(3)计算工作电极i和j与组织的接触指数CI。

系统800可以进一步包括显示单元(未示出)，用于将电极与体腔内组织的接触情况通过颜色的差异显示出来。

本领域技术人员应该理解，上述技术手段、步骤、单元可以任意地进行组合来实现本发明的目的，除非逻辑上或物理上无法组合。

计算机程序、计算机可读介质

此外，本领域普通技术人员应该认识到，本公开的方法可以实现为计算机程序。如上结合附图所述，通过一个或多个程序执行上述实施例的方法，包括指令来使得计算机或处理器执行结合附图所述的算法。这些程序可以使用各种类型的非瞬时计算机可读介质存储并提供给计算机或处理器。非瞬时计算机可读介质包括各种类型的有形存贮介质。非瞬时计算机可读介质的示例包括磁性记录介质(诸如软盘、磁带和硬盘驱动器)、磁光记录介质(诸如磁光盘)、CD-ROM(紧凑盘只读存储器)、CD-R、CD-R/W以及半导体存储器(诸如ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦写PROM)、闪存ROM和RAM(随机存取存储器))。进一步，这些程序可以通过使用各种类型的瞬时计算机可读介质而提供给计算机。瞬时计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。瞬时计算机可读介质可以用于通过诸如电线和光纤的有线通信路径或无线通信路径提供程序给计算机。

例如，根据本公开的一个实施例，可以提供一种用于电极与组织接触识别的装置。所述装置包括处理器和存储器。所述存储器中存储有计算机程序，当所述计算机程序由所述处理器执行时，可实现如前所述的电极与组织接触识别的方法。

因此，根据本公开，还可以提议一种计算机程序或一种计算机可读介质，其上存储有可由处理器执行的指令，所述指令在被处理器执行时，使得处理器执行如前所述的电极与组织接触识别的方法。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，本发明的范围并不限于上述实施例所述。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。也就是说，本领域普通技术人员可以在形式和细节上对本发明做出各种改变和改进，而这些均被认为落入了本发明的保护范围。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的普通技术人员能理解本文披露的各实施例。