导管手柄的屏蔽 【相关申请的交叉引用】
本申请是2006年2月9日提交并且被公开为US 2007/0185397A1的美国专利申请11/351,135的部分继续申请案，其公开的内容引用于此作为参考
【技术领域】
本发明总体上涉及用于医疗诊断和治疗的系统，并且尤其涉及在抵抗磁干扰的这样的系统中使用的探头和传感器的屏蔽(shielding)。
背景技术
在许多医疗过程中需要跟踪体内探头的位置。例如，已研制出用于基于磁场感应确定体内物体的位置坐标的各种系统。这些系统采用附着到物体上的传感器来测量外部产生的磁场的相对强度并从这些测量得出物体的位置。例如，在授予Ben-Haim的美国专利5,391,199，5,443,489和6,788,967中，在授予Ben-Haim等人的美国专利6,690,963中，在授予Acker等人的美国专利5,558,091中，在授予Ashe的美国专利6,172,499中和授予Govari的美国专利6,177,792中公开基于磁的位置感应方法。
上面提到的US 2007/0185397描述了产生、存储和计算关于有创(invasive)医疗探头(例如导管(catheter))的校准信息的方法。探头经由合适的配合连接器连接到适配器，该适配器进而经由另一个配合连接器连接到控制台。探头包括传感器(例如磁位置传感器)和探头微电路，该探头微电路存储传感器校准数据。适配器包括用于处理由传感器输出的信号的信号处理电路。适配器还包括其自身的微电路，该微电路存储关于信号处理电路的校准数据。适配器内的微控制器基于来自这两个微电路的数据计算综合(combined)校准数据。控制台内的信号分析电路接收经处理的信号并采用由探头适配器提供的综合校准数据分析该信号。
授予Fowler等人的美国专利4,290,663描述了互连屏蔽电缆的方法。该专利指出，在互连区域中的屏蔽的内表面和外表面之间的磁路径的磁阻(magnetic reluctance)的减少会降低到屏蔽电缆的外部干扰。可以采用Mu金属来减少磁阻。
【发明内容】
一些类型的电子设备必须在强磁场下运行，例如用于上面提到的磁位置感应系统的磁场。必须注意在这样的设备中的电线设计和处理以避免引起来自磁场的干扰。
为了这个目的，在上面提到的US 2007/0185397所描述的实施例中，导管和适配器的配合连接器包括例如使用Mu金属的磁屏蔽，从而减少对连接器引脚上的微弱信号的磁干扰。此外，发明人已发现，对于抵抗干扰的有效保护，对磁干扰敏感的电路元件(例如连接器中暴露地引脚和相关的导线)被完全包含在屏蔽所包围的体积(volume)中，并没有会泄露磁场的开缝(open seam)，是有益。
因此，根据本发明的实施例提供了一种电子装置，其包括：
具有近端和远端的探头，该探头包括：传感器，其输出传感器信号；和位于探头近端的第一连接器，其至少电耦合至所述传感器；
探头适配器，包括第二连接器，其被设置成与所述第一连接器配合，以及第三连接器，用于耦合至控制台；以及
包括高导磁率材料的屏蔽体，其被配置成在所述探头被连接到所述探头适配器时包围包含所述第一和第二连接器的内体积(internalvolume)。
在一个公开的实施例中，所述材料是Mu金属，并且所述屏蔽体具有限定内体积的整体管状形式。
在一些实施例中，所述探头适配器包括至少一个放大器，其被包含在内体积中并且被耦合以处理所述传感器信号，从而经由所述第三连接器将放大的信号输出到控制台。
在一个实施例中，所述传感器包括位置传感器，其可操作用来响应于从外部施加于身体的磁场来产生传感器信号。探头可以包括导管，其远端被配置成插入对象的心脏。
在一些实施例中，探头包括双绞线，其被耦合以将来自所述传感器的传感器信号传送到第一连接器，并且仅在所述屏蔽体的内体积中双绞线中的导线被分开，以连接到所述第一连接器的相应引脚。
在一个公开的实施例中，该装置包括手柄，其包含第二连接器和屏蔽体，并且所述探头的近端被配置成插入到手柄中以及从手柄移开。
根据本发明的实施例，还提供了用于生产电子设备的方法，包括：
提供具有近端和远端的探头，该探头包括传感器，其输出传感器信号，以及位于探头近端的第一连接器，其至少电耦合至该传感器；
提供第二连接器，用于探头适配器中以与所述第一连接器配合；
耦合第三连接器以将所述探头适配器连接到控制台；以及
配置包括高导磁率材料的屏蔽体，从而在所述探头被连接到所述探头适配器时包围包含第一和第二连接器的内体积。
【附图说明】
结合附图，通过对下面本发明实施例的详细描述，将会完全理解本发明，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的基于导管的医疗系统的示意性图解；
图2是根据本发明实施例的导管的示意性侧视图；
图3是根据本发明实施例的用于将导管连接到控制台的适配器的示意性侧视图；
图4是根据本发明实施例示出连接器组件部分的分解视图的示意性图解；
图5是根据本发明实施例示出连接器组件的内部部件的示意性图解；
图6是根据本发明实施例的在生产阶段的适配器的示意性侧视图；以及
图7是根据本发明实施例示意性示出导管和适配器的电子部件的框图。
【具体实施方式】
图1是根据本发明的一个实施例的心导管插入(cardiaccatheterization)系统20的示意性图解。系统20可以是例如基于由Biosense Webster Inc.(Diamond Bar，California)公司生产的CARTOTM系统。该系统包括以导管(catheter)22的形式存在的有创探头和控制台24。
导管22通常作为一次性(disposable)单元提供给用户，其经由连接器组件28与可重复使用的适配器26配合，下面将详细描述。(连接器组件还可以用作手柄，医生(practitioner)使用该手柄将导管插入到病人体内并且操纵在病人体内的该导管。)适配器26终止于连接器30中，其典型地为插头，与控制台24上的相应连接器32(例如接收器)配合。在本专利申请的上下文中和权利要求书中，术语“连接器”用作常规含义，意味着任何类型的电插头或类似设备，这些设备在使用时无需如焊接或压接(scrimping)的技术性操作，就可容易地连接或断开。
导管22包括插入管，该插入管的远端34被设计成可通过血管系统并进入心脏房室。导管包含位置传感器36，其用于确定远端34的位置坐标。在CARTO系统中，位置传感器包括三个线圈(在下面的图7中示出)，其响应于场发生器线圈38所施加的磁场来输出信号。这些场通常在几百赫兹到几千赫兹的范围内，尽管也可以使用较低或较高的频率。由位置传感器输出的信号通常由连接器组件28中的放大器放大，将在下文中进行描述。控制台24处理经过放大的信号以确定导管远端的坐标。在本发明的背景技术所引用的专利中公开这种类型的磁位置感应系统的理论和操作的更多细节。
导管22的远端34还可以包括实行治疗和/或诊断功能的一个或多个功能元件(在图中未示出)例如，功能元件可以包括电极或超声换能器(transducer)。
在设计系统20(以及必须操作在强磁场环境中的其它相似类型的医疗探头)的过程中，应该注意避免引起导线(该导线携带从位于导管22的远端34的传感器到控制台24和/或连接器组件28中的放大器电路的信号)中的干扰。场发生器线圈38辐射强磁场，以通过导管中很小的传感器线圈来使位置跟踪系统获得充足的信噪比，从而提供精确的位置测量。从传感器线圈通到导管近端的长导线穿过这些强磁场，导线中的任何环路(1oop)都会引起干扰。为了最小化这一干扰，线圈通常通过穿过导管且具有高缠度(twist rate)的细双绞线连接到放大器电路。未缠绕且分开的导线尽可能地接近放大器的输入引脚，以最小化可能引起电磁场的区域。
然而，对于由传感器36输出的微弱信号和磁场强度，甚至在放大器输入端产生的最小磁场也可以导致远端34的位置坐标的严重误差。本发明的实施例通过在连接器组件28中结合具有高导磁率的材料(即具有1000或更高的相对导磁率)来解决这一问题，这将在下文中详细描述。发明人已发现就这点来说Mu金属能带来良好的结果。这种类型的屏蔽对于防止位置信号受到磁干扰来说尤其重要，但附加地或可选地它也被用来保护与其它类型的功能元件相关联的信号。此外，尽管本实施例尤其涉及心导管，但是本发明的原理可以类似地用于其它类型的医疗探头。
现在参考图2到图4来进行说明，图2到图4示意性示出了根据本发明的实施例的尤其关于连接器组件28的导管22和适配器26的细节。图2和图3分别是导管和适配器的侧视图，而图4是示出连接器组件的各部件的分解图。如这些图所示，导管22包括在其近端的连接器40，其被插入到连接器组件28的接收器(receptacle)44中。该接收器经由电缆42连接到连接器30，如上面提到的，该连接器30被插入到控制台24。Mu金属屏蔽体46滑到接收器44上并包围接收器44，壳48滑到屏蔽体上并覆盖屏蔽体，从而产生图3所示的外观。壳48包括适当的绝缘材料，通常是塑料，例如聚碳酸脂(PBT)。
本领域公知，Mu金属是一种镍铁合金，它经历了特殊的退火过程从而产生了很高的导磁率(μ)。屏蔽体46被制成管的形式，并且具有重叠焊接接缝，以使该管表现为沿着其长度没有任何中断(电磁场可以通过这些中断泄露)的整体鞘(sheath)。这种类型的Mu金属部件可以从许多供应商订购或得到，供应商包括Mushield(Londonderry，NewHampshire)。屏蔽体46限定并包围包含在该管中的内体积，在该内体积中外部磁场急剧衰减，从而使导线和其它电部件免于磁场干扰。发明人还发现在该免于磁场干扰的体积中，磁场相对于该体积外的场强降低三个数量级。尽管该管的端部是打开的，但是边界条件约束场使其从管的端部向定位连接器本身的中心急剧下降。
图5和图6示意性示出了根据本发明实施例的适配器26的生产的更多细节。图5是示出处于一个生产阶段的连接器组件28的内部部件的图解，而图6是处于随后的生产阶段的适配器26的侧视图。在这些图中，屏蔽体46已滑到接收器44的后侧(与插入连接器40的开口相反的一侧，在图4和图5的左侧)上，并且例如使用合适的胶已固定在适当的位置。
在将接收器插入到屏蔽体之前，通常通过焊接将微型印刷电路板50连接到接收器44的引脚。印刷电路板具有用于容纳某些电路部件的焊盘(pad)以及用于连接引脚和部件的迹线(trace)，如图7所示。电缆42被焊接到板50上的适当迹线。盖48然后从图6所示的位置在电缆上向前滑动，从而覆盖屏蔽体46。应变消除螺母(strain re1ief nut)52在盖48的近端紧固在螺纹上，从而将盖固定在适当的位置。
在将连接器40插入到接收器44中之后，连接器组件28的盖48可以通过系统20的操作员被方便地用作导管22的手柄。当程序结束时，操作员简单地从手柄上拔出导管并且通常去掉导管。另一方面，适配器28可以在随后的程序中重复使用，并且典型地不需要各程序之间的消毒，因为只有(一次性)的导管与病人接触。
图7是根据本发明实施例示意性示出导管22和适配器26的电部件的框图。该图特别示出了传感器36的细节以及包含在由连接器组件28中的屏蔽体46限定并包围的屏蔽体积中的部件和连接的细节。
传感器36包括沿着互相正交的轴排列的三个非同心(nonconcentric)线圈60，缠绕成紧密的双绞线的绕线62经由穿过导管22的电缆64连接到连接器40的引脚66。(为了简化，在图7中仅有单个引脚被连接到每个电缆，但是实际上相应的引脚对可以被连接到每个电缆中的双绞线对(the pair of twisted wires))。通常，双绞线仅在包含在屏蔽体46的屏蔽体积中的连接器40中没有缠绕。引脚66与接收器44的插口(socket)68配合。通常，电缆64包括屏蔽体70，其经由连接器40的接地引脚72连接到接收器44中的接地线74。
插口68将线圈60的输出连接到相应的放大器80，如上所述该放大器可以被安装在板50上。放大器80通常包括低噪声低失真仪表放大器，例如由Burr-Brown(Tucson，Arizona)生产的INA103放大器。对于比如在系统20中的磁位置感应中的应用，设置并校准放大器以获得高增益，通常在2000的范围内。放大器80和通到它们的输入端的迹线同样被屏蔽体46保护。放大器80产生的放大信号通过导体82传递到电缆42，该电缆42经由连接器30将信号传送到控制台24。因为这些放大的信号比从线圈60输出的信号大得多，所以它们更不易受到磁干扰。可选地，在其它配置中，放大器可以被定位在其它地方(例如在控制台24中)，并且仅将连接器40和接收器44包含在屏蔽体46中。控制台通常滤波、数字化并处理信号以计算导管22远端34的位置和方位坐标。
导管22可以包括存储关于导管的识别和校准信息的数字部件76，例如存储器部件。来自部件76的数字信息可以经由总线84和电缆42传送到控制台24。可选地或可附加地，连接器组件28可以包括数字部分(未示出)，其接收并处理数字部件76存储的信息，还有可能连同存储在该数字部分中的其它信息一起接收并处理，然后将结果传递到控制台。在上面提到的US 2007/0185397中描述了这种类型的设置。
尽管上面描述的实施例尤其涉及磁位置传感器和系统但是本发明的原理可以类似地应用于防止必须运行在强磁场中的其它类型传感器输出的信号受到磁干扰。这样的传感器的实例可以包括(但不限于)基于阻抗和超声位置传感器以及感应电极、化学传感器、温度传感器、压力传感器或超声换能器，此外，尽管这些实施例尤其涉及心导管，但是上面描述的屏蔽的方法同样可以用于将其它类型的感应探头连接到相应的控制台。
因此，应该理解，上述实施例以实例的方式提出，并且本发明并不限于上文中特别示出并描述的实施例。相反，本发明的范围包括上文中描述的各种特征的结合和变形，以及本领域技术人员阅读了前面的描述之后将会想到的以及现有技术中没有公开的实施例变化和修改。