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CN103976787B - 操作者控制的混合模态反馈 - Google Patents

操作者控制的混合模态反馈 Download PDF

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CN103976787B CN201410045151.9A CN201410045151A CN103976787B CN 103976787 B CN103976787 B CN 103976787B CN 201410045151 A CN201410045151 A CN 201410045151A CN 103976787 B CN103976787 B CN 103976787B
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Abstract

本发明名称为“操作者控制的混合模态反馈”。本发明公开了设备，所述设备包括具有用于插入到体腔中的远端的柔性插入管、位于所述远端中的配置成在医疗手术期间从所述腔体采集第一信号的第一传感器、以及位于所述远端中的配置成在所述医疗手术期间从所述腔体采集第二信号的第二传感器。所述设备还包括显示器和处理器，所述处理器配置成在所述显示器上呈现对应于所述第一信号和第二信号的第一测量和第二测量，并且接受选择所呈现的测量中的一者的输入以便产生选择的测量。所述设备还包括柄部和触觉反馈装置，所述柄部联接至所述管的近端，所述触觉反馈装置附接到所述柄部并且配置成在所述处理器的指导下响应于所述选择的测量来提供触觉反馈同时不再强调所述选择的测量的呈现。

Description

操作者控制的混合模态反馈
技术领域
本发明一般涉及侵入式探针，并且具体地涉及在医疗手术期间传送操作者控制的视觉和触觉反馈的系统。
背景技术
多种医疗手术涉及将物体(例如传感器、管、导管、分配装置和植入物)置于患者的身体内。已开发了方位感测系统用于跟踪此类物体。磁性方位感测是本领域已知的方法之一。在磁性方位感测中，通常将磁场发生器置于患者体外的已知方位。探针远端内的磁场传感器响应于这些磁场产生电信号，所述电信号被处理以便确定探针远端的方位坐标。这些方法和系统在美国专利5,391,199、6,690,963、6,484,118、6,239,724、6,618,612和6,332,089中、在PCT国际专利公布WO1996／005768中、以及在美国专利申请公布2002／0065455A1、2003／0120150A1和2004／0068178A1中有所描述，这些专利的公开内容全部以引用方式并入本文。
将探针置于身体内时，可能需要使探针的远侧末端与身体组织直接接触。例如通过测量远侧末端与身体组织之间的接触压力可确认接触情况。其公开内容以引用方式并入本文的美国专利申请公布2007／0100332、2009／0093806和2009／0138007描述了使用嵌入导管中的力传感器感测导管的远侧末端与身体腔室中的组织之间的接触压力的方法。
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，但不包括在这些并入的文献中以与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突的方式定义的任何术语，而只应考虑本说明书中的定义。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种设备，所述设备包括具有用于插入到体腔中的远端的柔性插入管、安装在所述远端中并且配置成在医疗手术期间从体腔采集第一信号的第一内部传感器、以及安装在所述远端中并且配置成在医疗手术期间从体腔采集第二信号的第二内部传感器。所述设备还包括显示器和处理器，所述处理器配置成在显示器上呈现对应于第一信号和第二信号的第一测量和第二测量，并且接受选择所呈现的测量中的一者的输入以便产生选择的测量。所述设备还包括柄部和触觉反馈装置，所述柄部联接至柔性插入管的近端，所述触觉反馈装置固定地附接到所述柄部并且配置成在处理器的指导下响应于选择的测量来提供触觉反馈，同时在显示器上不再强调选择的测量的呈现。
在一些实施例中，第一传感器和第二传感器选自包含以下各项的列表：方位传感器、力传感器、温度传感器和配置成测量电势的电极。在另外的实施例中，触觉反馈包括振动，并且触觉反馈装置配置成改变振动的频率和振幅中的一个。
在其它实施例中，处理器配置成接受选择所呈现的测量中的另外一者的另外输入以便产生另外的选择的测量，并且在显示器上不再强调另外的选择的测量的另外呈现。在一些实施例中，另外的触觉反馈装置可附连到柄部并且配置成在处理器的指导下响应于另外的选择的测量来提供另外的触觉反馈。
在补充的实施例中，处理器配置成通过应用如下属性来不再强调选择的测量，所述属性选自从显示器移除选择的测量、利用预定字体大小来呈现选择的测量、利用预定颜色来呈现选择的测量、以及利用预定亮度来呈现测量。
在另外的实施例中，处理器配置成从柔性插入管外部的装置接收第三信号，并且将对应于第三信号的第三测量呈现在显示器上，其中所述输入选择第三测量。在一些实施例中，所述装置选自血压模块、冲洗模块、消融模块、心电图模块和定时器模块。
根据本发明的一个实施例，还提供了一种方法，所述方法包括在医疗手术期间产生对应于从安装在配置用于插入到体腔中的柔性插入管的远端上的第一传感器和第二传感器接收的第一信号和第二信号的第一测量和第二测量、将第一测量和第二测量呈现在显示器上、接受选择所呈现的测量中的一者的输入以便产生选择的测量、以及通过固定地附接到联接至柔性插入管的近端的柄部的触觉反馈装置响应于选择的测量来提供触觉反馈，同时在显示器上不再强调选择的测量的呈现。
根据本发明的一个实施例，还提供了一种计算机软件产品，所述计算机软件产品包括其中存储程序指令的非瞬时性计算机可读介质，所述指令在通过计算机读取时导致计算机在医疗手术期间产生对应于从安装在配置用于插入到体腔中的柔性插入管的远端上的第一传感器和第二传感器接收的第一信号和第二信号的第一测量和第二测量、将第一测量和第二测量呈现在显示器上、接受选择所呈现的测量中的一者的输入以便产生选择的测量、以及通过固定地附接到联接至柔性插入管的近端的柄部的触觉反馈装置响应于选择的测量来提供触觉反馈，同时在显示器上不再强调选择的测量的呈现。
附图说明
本文参照附图，仅以举例的方式描述本公开，在附图中：
图1为根据本发明的一个实施例的实现操作者控制的混合模态反馈的医疗系统的示意性立体说明图；
图2为根据本发明的一个实施例的配置成产生触觉反馈的医疗探针的示意性截面图；
图3为根据本发明的一个实施例的示意性地示出医疗手术期间的操作者控制的混合模态反馈的方法的流程图；并且
图4为根据本发明的一个实施例的示出接触心内膜组织的医疗探针的远侧末端的示意性细部图。
具体实施方式
综述
在其中将导管置于患者的身体内的医疗手术期间，操纵导管的操作者通常关注多个参数(在本文中也称为测量)。可通过不同的传感器(位于导管内部和外部)来跟踪参数，并且通常将参数的值在一个或多个显示器上呈现给操作者。
可进行跟踪的参数的例子包括导管的远侧末端的位置和取向、由导管记录的温度和／或力、由远侧末端上的一个或多个电极测量的电势、以及由一个或多个电极耗散的功率。根据正被跟踪的参数的数量(如，医疗手术可利用多个导管)，可将参数呈现在一个大屏幕或多个较小屏幕上，并且跟踪参数可随着参数数量的增加而变得困难。
本发明的实施例提供了如下方法和系统，所述方法和系统用于将参数中的至少一个参数的值以触觉方式提供给操作者，由此允许操作者跟踪显示器上的较少参数。在一些实施例中，将触觉反馈系统并入操作者用于操纵导管的导管柄部内，并且该系统为操作者提供能够根据正被跟踪的参数中的一个参数的量值而改变的触觉反馈。操作者可选择将被用于提供触觉反馈的参数。
例如，可选择力参数，触觉反馈可配置成提供具有随力的变化而变化的频率的振动，并且呈现在显示器上的力测量随后可从显示器不再强调或甚至移除。可按照类似方式进行跟踪的可供选择的参数包括由操作者选择的结构的温度或者由操作者选择的结构附近的温度。
在一些实施例中，可将多个触觉反馈系统并入柄部内，并且可为触觉反馈系统中的每一个指定不同的参数。通过增加显示器上不再强调的参数的数量，本发明的实施例提供了操作者控制的混合模态反馈，其能够较容易地跟踪多个参数，同时使操作者能够以较高的精确度和效率来执行医疗手术。
系统描述
图1为根据本发明的一个实施例的实现操作者控制的混合模态反馈的医疗系统20的示意性立体说明图。系统20可为基于例如由Biosense Webster Inc.(Diamond Bar，California)制造的CARTOTM系统。系统20包括探针22(诸如导管)和控制台24。在下述的实施例中，假设探针22用于诊断或治疗处理，例如对心脏26中的电势进行标测或进行心脏组织的消融。作为另外一种选择，加以必要的变通，可将探针22用于心脏或其他身体器官中的其他治疗和／或诊断用途。
探针22包括柔性插入管28、和联接至该插入管的近端的柄部30。通过操纵柄部30，操作者32可通过患者34的血管系统插入探针22，以使得探针22的远端36进入心脏26的腔室并且在所需一个或多个位置处接合心内膜组织。探针22通常由其近端处的合适连接器连接到控制台24。
系统20通常利用磁性方位感测来确定心脏26内部的远端36的方位坐标。为了确定方位坐标，控制台24中的驱动电路40驱动磁场发生器42，以在患者34的身体内产生磁场。通常，磁场发生器42包括线圈，所述线圈在患者34体外的已知方位被置于患者的躯干下方。这些线圈在包含心脏26的预定工作空间内产生磁场。探针22的远端36内的磁场传感器44(也称为方位传感器并且更详细地示于图2中)响应于来自线圈的这些磁场产生电信号，从而使控制台24能够确定远端36在腔室内的方位。
虽然在本例子中，系统20利用基于磁的传感器来测量远端36的方位，但是可使用其他的方位跟踪技术(如，基于阻抗的传感器)。磁定位跟踪技术在例如上文参考的美国专利5,391,199和6,690,963中和美国专利5,443,489、6,788,967、5,558,091、6,172,499和6,177,792中描述，所述专利的公开内容以引用方式并入本文。基于阻抗的方位跟踪技术在例如美国专利5,983,126、6,456,864和5,944,022中有所描述，它们的公开内容以引用方式并入本文中。
信号处理器46处理来自传感器44的信号，以便确定远端36的方位坐标，所述方位坐标通常包括位置坐标和取向坐标。上述方位感测的方法在上述CARTOTM系统中实现，并且在上文引用的专利和专利申请中有详细描述。
信号处理器46通常包括通用计算机，其具有合适的前端和接口电路，用于从探针22接收信号并控制控制台24的其他部件。处理器46可在软件内编程，以执行本文所述的功能。例如，可经网络将软件以电子形式下载到控制台24中，或可将软件保存在非瞬时性有形介质(诸如光学、磁或电子存储介质)上。作为另外一种选择，可通过专用或可编程数字硬件部件实现处理器46的一些或全部功能。
输入／输出(I／O)接口48使控制台24能够与探针22交互。基于从探针22(经由接口48和系统20的其他元件)接收的信号，处理器46驱动显示器50，以向操作者32呈现示出远端36在患者的身体内的方位的图像52、以及关于正在进行的手术的状态信息和指导。
除了呈现图像52，处理器46可在显示器上呈现操作者32可在手术期间监视的测量的列表60。测量可基于探针22从心脏26采集并且传输到控制台24的信号。由探针22采集的测量的例子包括但不限于电势、力、温度、距一个或多个预定义位置的距离(如，距标测图上的点的距离和／或距解剖结构(例如，食道)的距离)、以及特定位置处(通常在远侧末端38相对静止时)的时间。
除此之外或作为另外一种选择，测量可基于控制台24从探针22外部的装置接收的信号。此类外部装置的例子包括但不限于其中测量指示血压的血压监视模块、其中测量指示冲洗流速的冲洗模块、其中测量指示消融功率和／或执行消融的时间间期的消融模块、其中测量指示心脏26的电活动的心电图(ECG)模块、以及定时器模块。其他类型的模块对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的，并且所有的这些类型均被假定为涵盖在本发明的范围内。
在一些实施例中，处理器46在据信将导管压贴在心脏26的心内膜组织上的间期内监视从远端36内的方位传感器44和力传感器54(力传感器54更详细地示于图2中)接收的测量。处理器46将表示数据的图像52存储在存储器56中。在一些实施例中，操作者32可利用一个或多个输入装置58来处理图像52和／或从列表60中选择给定的测量。
作为另外一种选择或除此之外，系统20可包括用于演练和操作患者34的身体内的探针22的自动机构(未示出)。该机构通常能够控制探针22的纵向运动(前进／后退)和探针的远端36的横向运动(偏转／转向)。在此类实施例中，处理器46基于探针内的磁场传感器所提供的信号产生用于控制探针22的运动的控制输入。
尽管图1示出了具体的系统构造，但也可以采用其他系统构造来实现本发明的实施例，并因而被认为是在本发明的实质和范围内。例如，可通过利用除上述磁场传感器之外的类型的定位转换器(例如基于阻抗的定位传感器或超声定位传感器)来应用下文描述的方法。如本文所用，术语“方位传感器”指安装在探针22上的元件，该元件引发控制台24能接收指示元件坐标的信号。因而该方位传感器可包括探针上的接收器，其基于传感器接收到的能量产生方位信号至控制器；或传感器可以包括发射器，发射出探针外部的接收器可感测的能量。此外，类似地，实施下文描述的方法时，不仅可使用导管，而且可使用其他类型的探针在心脏和其他身体器官及区域进行治疗和诊断应用。
图2为根据本发明的一个实施例的探针22的示意性截面图。具体地讲，图2示出了探针的功能元件。探针的远侧末端38处的消融电极70通常由金属材料(例如铂／铱合金)或另一种合适的材料制成。作为另外一种选择，可沿探针的长度布置多个电极(未示出)。
方位传感器44将指示远端36的方位坐标的信号传输到控制台24。方位传感器44可包括一个或多个微型线圈，并且通常包括多个沿不同的轴取向的线圈。作为另外一种选择，方位传感器44可包括另一种类型的磁传感器、充当方位传感器的电极或其他类型的方位传感器，例如基于阻抗的方位传感器或超声方位传感器。
在可供选择的实施例中，方位传感器44和磁场发生器42的作用可互换。换句话讲，驱动电路40可驱动远端36内的磁场发生器，以产生一个或多个磁场。发生器42中的线圈可配置成感测场并且产生指示这些磁场的分量的幅度的信号。处理器46接收并处理这些信号，以便确定心脏26内的远端36的方位坐标。
力传感器54通过向控制台传输指示远侧末端施加于身体内组织上的力的信号来测量由远侧末端38施加到心脏26的心内膜组织的力。在一个实施例中，力传感器可包括通过远端36中的弹簧连接的磁场发射器和接收器，并且可基于对弹簧挠度的测量产生力的指示。此类探针和力传感器的更多细节在上文引用的美国专利申请公开2009／0093806和2009／0138007中有所描述。作为另外一种选择，远端36可包括另一种类型的力传感器。
柄部30配置成由操作者32抓握，并且联接至插入管28的近端72及缆线76的远端74。缆线76的近端78联接至I／O接口48。缆线76的远端经由容纳在插入管28和柄部30内的连接缆线80联接至方位传感器44、力传感器54和电极70。尽管(出于示例性目的)图2示出了将电极和传感器联接至缆线76的单个连接缆线80，但通常存在容纳在插入管和柄部内的多个连接缆线。连接缆线80通常包括金属导体和／或光纤。
在本发明的实施例中，一个或多个触觉反馈装置(HFD)82固定地附接到柄部30并且配置成在手术期间为操作者32提供触觉反馈。触觉反馈可包括不同振幅(即，振动强度)和／或频率(即，每分钟的振动／搏动次数)的振动。触觉反馈装置82可基于电活性聚合物(EAP)，例如，用于由Artificial Muscle Inc.(Sunnyvale，California)生产的ViviTouchTM系统中的那些。
通常，由特定HFD82提供的触觉反馈基于上文所述的测量中的一个。例如，处理器46可基于远侧末端38与体腔(如，心脏26)中的组织之间的接触压力来配置HFD82以设定振动的振幅。作为另外一种选择，处理器46可基于远侧末端正施加压力的时间长度来配置特定HFD以产生振动的频率。
在图2所示的实施例中，柄部30包括两个触觉反馈装置82。例如，第一触觉反馈装置82可定位在柄部的近端处以将触觉反馈传送到操作者的手掌，并且第二触觉反馈装置82(在本文中也称为另外的触觉反馈装置82)可定位在柄部的远端处以将触觉反馈传送到操作者的手指。
在一些实施例中，两个触觉反馈装置中的每一个可配置成基于从控制台24接收的第一信号和第二信号来传送触觉反馈。例如，处理器46可将力选择为第一测量，并且将消融功率选择为第二测量。在这种情况下，处理器46可基于控制台24从力传感器54(对应于第一传感器)接收的第一信号来配置第一触觉反馈装置82以传送触觉反馈，并且可基于控制台24经由电极70(对应于第二传感器)递送的消融功率来配置第二触觉反馈装置82以传送触觉反馈。
尽管图2示出了具有单个方位传感器44的探针22，但本发明的实施例可使用具有多于一个的方位传感器的探针。除此之外或作为另外一种选择，探针22可包括另外的传感器(例如，温度传感器)和装置(例如，冲洗递送系统)。
操作者控制的视觉和触觉反馈
图3为示意性地示出在医疗手术期间提供操作者控制的混合模态反馈的方法的流程图，并且图4为根据本发明的一个实施例的示出与心脏26的心内膜组织110接触的远侧末端38的示意性细部图。在下文所述的流程图中，步骤98—104与步骤94-96同时进行。
在呈现步骤90中，处理器46将测量的列表60呈现在显示器50上。在本文所述的例子中，列表60包括对应于从两个不同装置(如，方位传感器44和力传感器54)接收的第一信号和第二信号的第一测量和第二测量。在输入步骤92中，操作者32操纵输入装置58以选择将被用于施加触觉反馈的所呈现测量中的一个，并且处理器46接受选择测量的输入。例如，操作者32可选择用于触觉反馈的力测量。
在定位步骤94中，操作者32定位探针22，并且在递送步骤中，探针将治疗递送到心脏26。在图4所示的例子中，操作者32推进探针22以使得探针的远侧末端38接合心内膜组织110，远侧末端将力F施加在心内膜组织上。在接合心内膜组织110时，远侧末端38可递送治疗(如，心内膜组织的消融)。
如上文所述，当操作者定位探针并且递送治疗时，同时地进行下述步骤98—104。在采集步骤98中，处理器46从方位传感器44采集第一信号并且从力传感器54采集指示力F的第二信号。在产生步骤100中，处理器由第一信号和第二信号产生第一测量和第二测量(即，方位和力测量)，并且在呈现步骤102中，处理器46将第一测量和第二测量呈现在显示器50上。
在本发明的实施例中，处理器46不再强调在步骤92中选择的测量。例如，如果第一测量和第二测量包括方位和力测量并且操作者32在步骤92中选择力测量，则处理器46可在显示器50上通过应用下述属性中的一个或多个而不再强调力测量：
·处理器46可利用比用于呈现力测量的亮度更高的预定亮度来呈现方位测量。
·处理器46可将显示器上的力测量的亮度降低预定的量、或者可从显示器移除力测量。
·处理器46可以预定颜色(例如，黄色)来呈现方位测量，并且以不同的预定颜色(例如，绿色)来呈现力测量。
·处理器46可利用比用于呈现方位测量的字体大小更小的预定字体大小来呈现力测量。
不再强调的其他类型对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的，并且所有的这些类型均被假定为涵盖在本发明的范围内。
在反馈步骤104中，当在显示器50上不再强调力测量时，处理器46将基于力测量(即，选择的测量)的反馈信号传送到触觉反馈装置82，并且触觉反馈装置基于所接收的信号产生触觉反馈。如上文所述，触觉反馈可包括具有不同振幅和／或频率的振动。
在其中柄部30包括另外的触觉反馈装置82的实施例中，处理器46可在步骤92中接受指示另外的选择的测量的另外输入。在接收另外输入时，处理器46可在显示器上不再强调另外的选择的测量，并且响应于另外的选择的测量来指导另外的触觉反馈装置以提供另外的触觉反馈。
除此之外或作为另外一种选择，在其中处理器46从探针22外部的装置(如，血压监视模块)接收信号的实施例中，处理器可从所述装置接收第三信号，并且可在显示器上呈现对应于第三信号的第三测量。在步骤92中，所接收的输入可指示第三测量作为选择的测量。
应当理解，上述实施例仅以举例的方式进行引用，并且本发明并不限于上面具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上述各种特征的组合和亚组合以及它们的变化形式和修改形式，本领域技术人员在阅读上述说明时将会想到所述变化形式和修改形式，并且所述变化形式和修改形式并未在现有技术中公开。

Claims (9)

1.一种设备，包括：
柔性插入管，所述柔性插入管包括用于插入到体腔中的远端；
第一内部传感器，所述第一内部传感器安装在所述远端中并且配置成在医疗手术期间从所述体腔采集第一信号；
第二内部传感器，所述第二内部传感器安装在所述远端中并且配置成在所述医疗手术期间从所述体腔采集第二信号；
显示器；
处理器，所述处理器配置成在所述显示器上呈现对应于所述第一信号和第二信号的第一测量和第二测量，并且接受用于选择所呈现的测量中的一者的输入以便产生选择的测量；
柄部，所述柄部联接至所述柔性插入管的近端；以及
触觉反馈装置，所述触觉反馈装置固定地附接到所述柄部并且配置成在所述处理器的指导下响应于所述选择的测量来提供触觉反馈，同时在所述显示器上不再强调所述选择的测量的呈现。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一内部传感器和第二内部传感器选自包含下列项的列表：方位传感器、力传感器、温度传感器和配置成测量电势的电极。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述触觉反馈包括振动，并且其中所述触觉反馈装置配置成改变所述振动的频率和振幅中的一者。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器配置成接受用于选择所呈现的测量中的另外一者的另外的输入以便产生另外的选择的测量，并且在所述显示器上不再强调所述另外的选择的测量的呈现。
5.根据权利要求4所述的设备，并且包括另外的触觉反馈装置，所述另外的触觉反馈装置附连到所述柄部并且配置成在所述处理器的指导下响应于所述另外的选择的测量来提供另外的触觉反馈。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器配置成通过应用如下属性来不再强调所述选择的测量，所述属性选自包含下列项的列表：从所述显示器移除所述选择的测量、利用预定字体大小来呈现所述选择的测量、利用预定颜色来呈现所述选择的测量、以及利用预定亮度来呈现所述测量。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器配置成从所述柔性插入管外部的装置接收第三信号，并且将对应于所述第三信号的第三测量呈现在所述显示器上，并且其中所述输入选择所述第三测量。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述柔性插入管外部的装置选自包含下列项的列表：血压模块、冲洗模块、消融模块、心电图模块和定时器模块。
9.一种计算机软件产品，所述产品包括其中存储程序指令的非瞬时性计算机可读介质，所述指令在通过计算机读取时导致所述计算机在医疗手术期间产生与从第一内部传感器和第二内部传感器接收的第一信号和第二信号相对应的第一测量和第二测量、将所述第一测量和第二测量呈现在显示器上、接受用于选择所呈现的测量中的一者的输入以便产生选择的测量、以及通过触觉反馈装置响应于所述选择的测量来提供触觉反馈，同时在所述显示器上不再强调所述选择的测量的呈现，其中所述第一内部传感器和第二内部传感器被安装在配置用于插入到体腔中的柔性插入管的远端上并且所述触觉反馈装置固定地附接到联接至所述柔性插入管的近端的柄部。
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