Устройство обнаружения для обнаружения объекта - RU2594809C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к устройству обнаружения, способу обнаружения и компьютерной программе обнаружения для обнаружения объекта.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

WO 2010/082146 Al раскрывает устройство контроля для контроля процедуры абляции, применяемой к объекту. Устройство контроля содержит блок предоставления ультразвукового сигнала для предоставления ультразвукового сигнала, создаваемого посредством отправки ультразвуковых импульсов к объекту, приема динамической серии эхо-сигналов после того, как ультразвуковые импульсы были отражены объектом, и генерации ультразвукового сигнала в зависимости от принимаемой динамической серии эхо-сигналов. Устройство контроля дополнительно содержит блок определения глубины абляции для определения глубины абляции из предоставленного ультразвукового сигнала.

WO 2005/112775 Al раскрывает систему для позиционирования медицинского устройства и для абляции ткани в организме. Источник питания генерирует электрический ток, который подходит для того, чтобы подвергнуть абляции ткань и обеспечивает ток к устройству доставки энергии, которое выполнено с возможностью предоставлять ток к ткани для того, чтобы подвергнуть ее абляции. Навигационная система устанавливает трехмерную опорную систему координат и определяет положение устройства доставки энергии в опорной системе координат. Контроллер переключается между активацией источника питания и активацией навигационной системы так, что навигационная система работает без значительных помех от тока источника подачи питания во время абляции ткани.

WO 95/17131 раскрывает устройство сердечной абляции. Устройство сердечной абляции содержит тело катетера с электродом абляции со сборкой ультразвукового преобразователя. Тело катетера содержит два проводника для передачи высокочастотного электрического сигнала сборке ультразвукового преобразователя и наоборот, при этом один из проводников выполнен с возможностью передачи сигнала абляции на электрод абляции. Сборка ультразвукового преобразователя производит направленное акустическое ультразвуковое поле при снабжении электрическим сигналом высокой частоты и электрод абляции создает направленное электрическое поле абляции при снабжении сигналом абляции, при этом направление электрического поля абляции точно определяется относительно направления акустического ультразвукового поля.

WO 98/22179 раскрывает катетер для выполнения электрохирургической процедуры в теле, при этом катетер содержит сборку преобразователя с пьезоэлектрическим маркерным преобразователем и электродами. Внешний электрод служит для передачи и поставки энергии для выполнения электрохирургической процедуры. Электрохирургическая процедура управляется ультразвуковым сканером, который находится за пределами тела. Пьезоэлектрический маркерный преобразователь соединен с ретранслятором, который также расположен вне тела и который генерирует серию импульсов, для того, чтобы генерировать видимую отметку на экране эхоскопа ультразвукового сканера. После того, как сборка преобразователя была перемещена в положение, в котором электрохирургическая процедура должна быть выполнена, генератор энергии, который соединен с внешним электродом, активируется для предоставления энергии для электрохирургической процедуры.

CN 201194837 Y раскрывает устройство абляции, содержащее радиочастотный (РЧ) электрод абляции и ультразвуковой блок. Ультразвуковой блок используется для ультразвукового обнаружения ткани-мишени до и/или во время выполнения процедуры РЧ абляции. Если ткань-мишень обнаруживается ультразвуковым образом во время выполнения процедуры РЧ абляции, на ультразвуковое обнаружение отрицательно влияет РЧ энергия, подаваемая к ткани-мишени, в результате чего качество обнаружения ткани-мишени может снижаться.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является предоставление устройства обнаружения, способа обнаружения и компьютерной программы обнаружения для обнаружения объекта, при этом качество обнаружения может быть улучшено.

В первом аспекте настоящего изобретения представлено устройство обнаружения для обнаружения объекта, при этом устройство обнаружения содержит:

- ультразвуковой блок для ультразвукового обнаружения объекта,

- блок подачи электроэнергии для подачи электроэнергии на объект,

- экранирующий ультразвуковой блок элемент для электрического экранирования ультразвукового блока, при этом экранирующий ультразвуковой блок элемент электрически соединен с блоком подачи электроэнергии.

Так как экранирующий ультразвуковой блок элемент электрически экранирует ультразвуковой блок, на ультразвуковое обнаружение объекта оказывается меньшее влияние емкостной связью подачи электроэнергии, в частности, РЧ сигналом, используемым для подачи электроэнергии, в ультразвуковое обнаружение. Дальнейшее снижение этого влияния достигается посредством электрического соединения экранирующего ультразвуковой блок элемента с блоком подачи электроэнергии, так как это электрическое соединение предохраняет от нежелательной разности потенциалов между экранирующим ультразвуковой блок элементом и блоком подачи электроэнергии, что может привести к весьма неоднородным распределениям электрического поля между блоком подачи электроэнергии и ультразвуковым блоком, которое все еще может проникать внутрь экранирующего ультразвуковой блок элемента. Экранирующий ультразвуковой блок элемент и, дополнительно, электрическое соединение между экранирующим ультразвуковой блок элементом и блоком подачи электроэнергии уменьшают, следовательно, неблагоприятное влияние подачи электроэнергии на ультразвуковое обнаружение, тем самым улучшая качество обнаружения объекта.

Объектом предпочтительно является сердце человека или животного, в частности, сердечная ткань стенки сердца, при этом ультразвуковой блок выполнен с возможностью ультразвукового обнаружения сердечной ткани и блок подачи электроэнергии выполнен с возможностью подачи электроэнергии на сердечную ткань.

Предпочтительно, чтобы устройство обнаружения содержало катетер, в котором ультразвуковой блок, блок подачи электроэнергии и экранирующий ультразвуковой блок элемент объединены в катетере. Ультразвуковой блок, блок подачи электроэнергии и экранирующий ультразвуковой блок элемент могут быть расположены внутри или на катетере, в частности, внутри или внутри наконечника катетера. Это позволяет устройству обнаружения обнаруживать внутреннюю часть объекта, такую как внутренняя стенка сердца или внутренняя стенка другого объекта, например, другого органа, другой части человека или животного, такой как сосуд или внутренняя стенка технического объекта, такого как трубка.

Ультразвуковой блок является предпочтительно ультразвуковым преобразователем, который пригоден к работе на средней частоте (на частоте несущей) выше, чем 10 МГц. Например, ультразвуковой преобразователь может быть пригоден к работе на средней частоте около 20 МГц.

Кроме того, предпочтительно, чтобы блок подачи электроэнергии являлся электродом для подачи электроэнергии на объект, при этом электрод электрически соединен с экранирующим ультразвуковой блок элементом. Блок подачи электроэнергии преимущественно выполнен с возможностью абляции объекта, в частности, сердца человека, и электрод преимущественно является электродом абляции, расположенным на наконечнике катетера. Поэтому экранирующий ультразвуковой блок элемент предпочтительно электрически соединен с электродом абляции. Нежелательные разности потенциалов, которые могут привести к весьма неоднородным распределениям электрического поля между электродом абляции и ультразвуковым блоком, которые все еще могут проникнуть в экранирующий ультразвуковой блок элемент, тем самым могут быть уменьшены, в частности, предотвращены.

Также предпочтительно, чтобы ультразвуковой блок содержал по меньшей мере два соединительных электрода, при этом первый соединительный электрод электрически соединен с электрическим соединением управления для соединения ультразвукового блока с блоком управления ультразвуком для управления ультразвуковым блоком и второй электрод ультразвукового блока электрически соединен с экранирующим электрическое соединение элементом для экранирования электрического соединения управления. Электрическое соединение предпочтительно является коаксиальным кабелем, при этом электрическое соединение управления является сердечником коаксиального кабеля и экранирующим электрическое соединение элементом является предпочтительно экранирующая оболочка коаксиального кабеля. Ультразвуковой блок является предпочтительно ультразвуковым преобразователем, имеющим пьезоэлектрический материал, при этом предпочтительно сердечник коаксиального кабеля электрически соединен с первым электродом пьезоэлектрического материала и экранирующая оболочка коаксиального кабеля электрически соединена с экранирующей оболочкой ультразвукового преобразователя. Это дополнительно уменьшает влияние подачи электроэнергии на ультразвуковое обнаружение и, таким образом, дополнительно улучшает качество ультразвукового обнаружения объекта.

В варианте осуществления, экранирующий электрическое соединение элемент имеет сопротивление, меньшее, чем 5 Ω. Это относительно небольшое сопротивление экранирующего электрическое соединение элемента, в частности, экранирующего элемента коаксиального кабеля, может привести к относительно низкому напряжению на экранирующем электрическое соединение элементе, даже если электромагнитные помехи, вызванные приложением энергии, привносят токи через экранирующий электрическое соединение элемент.

В предпочтительном варианте осуществления ультразвуковой блок содержит по меньшей мере два соединительных электрода, при этом первый соединительный электрод электрически соединен с электрическим соединением управления для соединения ультразвукового блока с блоком управления ультразвуком для управления ультразвуковым блоком, и второй электрод ультразвукового блока электрически соединен с экранирующим ультразвуковой блок элементом.

Второй электрод ультразвукового блока и экранирующий ультразвуковой блок элемент могут быть выполнены как единое целое, т.е. второй электрод, может быть выполнен в виде экранирующего ультразвуковой блок элемента или второй электрод и экранирующий ультразвуковой блок элемент могут быть выполнены в виде электрически соединенных отдельных частей. В частности, второй электрод ультразвукового блока преимущественно соединен с экранирующим электрическое соединение элементом через экранирующий ультразвуковой блок элемент.

Электрическое соединение управления, в частности, сердечник коаксиального кабеля, преимущественно электрически не соединен с экранирующим ультразвуковой блок элементом.

Также предпочтительно, чтобы экранирующий ультразвуковой блок элемент являлся корпусом, вмещающим ультразвуковой блок для электрического экранирования ультразвукового блока. Корпус предпочтительно выполнен из электропроводного материала такого, как металл. Корпус представляет собой, например, прямоугольную или цилиндрическую коробку, вмещающую ультразвуковой блок. Корпус может содержать отверстие для обеспечения возможности электрическому соединению управления, в частности, коаксиальному кабелю, быть введенным в корпус для электрического соединения ультразвукового блока с блоком управления ультразвуком.

Кроме того, предпочтительно, чтобы ультразвуковой блок и корпус были скомпонованы так, что ультразвуковые волны могут испускаться и/или приниматься через ультразвуковую область корпуса. В предпочтительном варианте осуществления ультразвуковой блок пригоден к работе на частоте ультразвука, определяемой длиной волны ультразвука в ультразвуковой области корпуса, при этом, по меньшей мере, в ультразвуковой области корпус имеет стенку, толщина которой меньше, чем четверть длины волны ультразвука. Длина волны ультразвука составляет, например, около 40 мкм, при этом толщина предпочтительно меньше 10 мкм, более предпочтительно меньше 1 мкм, и еще более предпочтительно меньше 500 нм. В варианте осуществления толщина составляет приблизительно 120 нм. Это уменьшает вероятность того, что часть акустической волны, т.е. ультразвуковой волны, отражается назад и не вносится в объект. Предпочтительно, ультразвуковая область имеет достаточно маленькую толщину, чтобы предотвратить любое отражение акустической волны. Это дополнительно повышает качество ультразвукового обнаружения объекта.

Кроме того, предпочтительно, чтобы ультразвуковая область механически соединялась с ультразвуковым блоком. В частности, электрод ультразвукового блока может быть механически соединен с ультразвуковой областью корпуса. Например, электрод ультразвукового блока, который электрически соединен с экранирующим электрическое соединение элементом, может быть механически соединен с ультразвуковой областью корпуса. В варианте осуществления ультразвуковая область корпуса и электрод ультразвукового блока, электрически соединенный с экранирующим электрическое соединение элементом, могут быть выполнены в виде единого целого. Механический контакт может улучшить передачу акустических волн и, таким образом, дополнительно повысить качество ультразвукового обнаружения объекта.

Также предпочтительно, чтобы устройство обнаружения содержало блок определения влияния на объект для определения влияния подачи энергии на объект в зависимости от ультразвукового обнаружения объекта. Кроме того, предпочтительно, чтобы блок подачи энергии был выполнен с возможностью абляции объекта, при этом блок определения влияния на объект выполнен с возможностью определения глубины абляции в зависимости от ультразвукового обнаружения объекта. Например, блок определения влияния на объект может быть выполнен с возможностью определять распространение границы поражения на основе изображения, полученного в М-режиме, сгенерированного посредством ультразвукового обнаружения объекта. Поскольку на ультразвуковое распознавание лишь немного влияет подача энергии к объекту для его абляции, или так как на ультразвуковое обнаружение вообще не влияет подача энергии, распространение границы поражения можно контролировать с высоким качеством, тем самым делая возможным высококачественный контроль процедуры абляции на основе ультразвукового обнаружения.

В дополнительном аспекте представлен способ обнаружения для обнаружения объекта, при этом способ обнаружения содержит:

- ультразвуковое обнаружение объекта посредством ультразвукового блока,

- подачу электроэнергии на объект посредством блока подачи электроэнергии, при этом экранирующий ультразвуковой блок элемент, который электрически соединен с блоком подачи электроэнергии, электрически экранирует ультразвуковой блок.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлена компьютерная программа обнаружения для обнаружения объекта, при этом компьютерная программа обнаружения содержит средство программного кода для того, чтобы побуждать устройство обнаружения по п.1 формулы изобретения, к выполнению этапов способа обнаружения, когда компьютерная программа выполняется на компьютере, управляющем устройством обнаружения.

Следует понимать, что устройство обнаружения по п.1 формулы изобретения, способ обнаружения, и компьютерная программа обнаружения по п.13 формулы изобретения, имеют аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, а именно, как они определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления изобретения также может представлять собой любую комбинацию зависимых пунктов формулы изобретения с соответствующим независимым пунктом формулы изобретения.

Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны и прояснены со ссылкой на описанные ниже варианты осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На Фиг. 1 схематично и примерно представлен вариант осуществления устройства обнаружения для обнаружения объекта,

на Фиг. 2 схематично и примерно представлен вариант осуществления наконечника катетера устройства обнаружения,

на Фиг. 3 схематично и примерно представлены электрические соединения элементов наконечника катетера,

на Фиг. 4 схематично и примерно представлен другой вариант осуществления наконечника катетера устройства обнаружения,

на Фиг. 5 схематично и примерно представлена серия эхо-сигналов, выработанных отражениями ультразвукового импульса в ткани стенки сердца,

на Фиг. 6 схематично и примерно представлено двумерное представление ультразвукового сигнала, который зависит от динамической серии эхо-сигналов, и

на Фиг. 7 представлена блок-схема последовательности операций, примерно иллюстрирующая вариант осуществления способа обнаружения для обнаружения объекта.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На Фиг. 1 схематично и примерно представлено устройство 1 обнаружения для обнаружения объекта 4. В этом варианте осуществления, объект 4 представляет собой сердце человека 13, расположенного на столе 60. В частности, объектом является сердечная ткань стенки сердца 4. Устройство 1 обнаружения содержит катетер 12 с наконечником 19 катетера, который схематично и примерно представлен более подробно на Фиг. 2.

Наконечник 19 катетера содержит ультразвуковой блок 11 для ультразвукового обнаружения сердечной ткани, блок 9 подачи электроэнергии для подачи электроэнергии на сердечную ткань и экранирующий ультразвуковой блок элемент 16 для электрического экранирования ультразвукового блока 11, при этом экранирующий ультразвуковой блок элемент 16 электрически соединен с блоком 9 подачи электроэнергии через электрическое соединение 18.

Ультразвуковым блоком 11 управляют блоком 5 управления ультразвуком, при этом ультразвуковой блок 11 и блок 5 управления ультразвуком выполнены с возможностью отправлять ультразвуковые импульсы в сердечную ткань, принимать динамическую серию эхо-сигналов после того, как ультразвуковые импульсы были отражены сердечной тканью, и генерировать ультразвуковой сигнал в зависимости от принимаемой динамической серии эхо-сигналов. Ультразвуковой блок 11 соединен с блоком 5 управления ультразвуком через коаксиальный кабель 17, который также расположен внутри катетера 12. Электрическое соединение ультразвукового блока 11 с коаксиальным кабелем 17 схематически представлено более подробно на Фиг. 3.

Ультразвуковой блок 11 содержит первый соединительный электрод 14, электрически соединенный с электрическим соединением 40 управления, которое является сердечником коаксиального кабеля 17. Ультразвуковой блок 11 дополнительно содержит второй электрод 15, напротив первого электрода 14, при этом второй электрод 15 электрически соединен с экранирующим электрическое соединение элементом 42, являющимся электромагнитной экранирующей оболочкой коаксиального кабеля 17. Коаксиальный кабель 17 дополнительно содержит внутренний диэлектрический изолятор 41 между сердечником 40 и электромагнитной экранирующей оболочкой 42 и внешнее изоляционное покрытие, которое, в этом варианте осуществления, является внешним пластмассовым покрытием. Сердечник коаксиального кабеля 17 и экранирующий электрическое соединение элемент 42 коаксиального кабеля 17 преимущественно выполнены из металла, например, из меди.

Ультразвуковой блок 11 представляет собой ультразвуковой преобразователь, содержащий пьезоэлектрический материал 30, где два электрода 14 и 15 расположены на противоположных сторонах пьезоэлектрического материала 30.

Экранирующий электрическое соединение элемент 42 имеет сопротивление меньше 5 Ω.

Второй электрод 15 ультразвукового блока 11 соединен с электромагнитной экранирующей оболочкой 42 коаксиального кабеля 17 через экранирующий ультразвуковой блок элемент 16. Второй электрод 15 ультразвукового блока 11 и экранирующий ультразвуковой блок элемент 16 могут быть выполнены как единое целое, т.е. второй электрод 15 может быть выполнен в виде экранирующего ультразвуковой блок элемента 16, или второй электрод 15 и экранирующий ультразвуковой блок элемент 16 могут быть выполнены в виде электрически соединенных отдельных частей. Электрическое соединение 40 управления, т.е. сердечник коаксиального кабеля 17, электрически не соединен с экранирующим ультразвук элементом 16.

Экранирующий ультразвуковой блок элемент 16 представляет собой корпус, вмещающий ультразвуковой блок 11 для электрического экранирования ультразвукового блока 11. Корпус 16 выполнен из электропроводного материала такого, как металл. Предпочтительно, корпус 16 представляет собой прямоугольную или цилиндрическую коробку, вмещающую ультразвуковой блок 11. Корпус 16 содержит отверстие 51, в которое коаксиальный кабель 17 вводится для электрического соединения ультразвукового блока 11 с блоком 5 управления ультразвуком.

Ультразвуковой блок 11 и корпус 16 скомпонованы так, что ультразвуковые волны могут испускаться и/или приниматься через ультразвуковую область 50 корпуса 16. Ультразвуковой блок 11 пригоден к работе на частоте ультразвука, т.е. средней частоте, 20 МГц, определяемой длиной волны ультразвука в ультразвуковой области корпуса, при этом, по меньшей мере, в ультразвуковой области 50 корпус 16 имеет стенку, толщина которой меньше, чем четверть длины волны ультразвука. Толщина стенки корпуса 16 в ультразвуковой области 50 предпочтительно меньше 10 мкм, более предпочтительно меньше 1 мкм, и еще более предпочтительно меньше 500 нм. В этом варианте осуществления толщина составляет приблизительно 120 нм.

Обратимся снова к Фиг. 2, блок 9 подачи электроэнергии представляет собой электрод абляции для подачи электрической РЧ энергии на сердечную ткань, при этом электрод 9 абляции электрически соединен с корпусом 16 через электрическое соединение 18. Электрод 9 абляции представляет собой колпачковый электрод, предусмотренный на наконечнике 19 катетера 12, и содержит фронтальное, центральное отверстие 52 для того, чтобы дать возможность ультразвуковому блоку 11 обнаружить сердечную ткань через отверстие 52. Электрод 9 абляции соединен с блоком 6 вспомогательного управления для управления электродом 9 абляции через электрическое соединение 61, являющееся, например, кабелем. Блок 6 вспомогательного управления и блок 5 управления ультразвуком объединены в блок 7 управления. В других вариантах осуществления блоки управления могут быть отдельными блоками управления. Кроме того, блок 6 вспомогательного управления преимущественно дополнительно выполнен с возможностью управлять наведением наконечника 19 катетера и/или ирригацией. В этом случае, катетер дополнительно содержит элемент наведения и/или элемент ирригации, соответственно, которые не представлены на Фиг. 1 или Фиг. 2. Различные функции управления могут быть выполнены любым количеством блоков управления, например, одним блоком управления или двумя или большим количеством блоков управления.

Ультразвуковая область 50 корпуса 16 механически соединена с ультразвуковым блоком 11. В частности, ультразвуковая область 50 предпочтительно расположена на передней стороне пьезоэлектрического материала 12 и находится в непосредственном контакте со вторым электродом 15 или, если второй электрод формирует экранирующий ультразвуковой блок элемент, ультразвуковая область 50 является вторым электродом, который механически соединен с пьезоэлектрическим материалом 30. Металлический слой в ультразвуковой области 50 достаточно тонкий, так, что акустические волны не отражаются назад, но вносятся в сердечную ткань. Этот металлический слой имеет толщину, которая предпочтительно значительно ниже четверти длины волны акустических волн, как объяснено выше более подробно. Металлический слой сделан из золота. В другом варианте осуществления металлический слой может быть изготовлен из другого металла.

На Фиг. 4 схематично и примерно представлен другой вариант осуществления наконечника катетера 12. Наконечник катетера, представленный на Фиг. 4 аналогичен наконечнику катетера, описанному выше со ссылкой на Фиг. 2, за исключением зазора между вторым электродом 15 и ультразвуковой областью 50 корпуса 16. Таким образом, второй электрод 15 соединен с экранирующим электрическое соединение элементом коаксиального кабеля 17 через электрическое соединение 31. Если зазор находится между вторым электродом 15 и ультразвуковой областью 50 корпуса 16, толщина корпуса 16 в ультразвуковой области 50 преимущественно очень мала, например, меньше 1 мкм, более предпочтительно меньше 500 нм, и еще более предпочтительно меньше 100 нм.

Обратимся снова к Фиг. 1, устройство 1 обнаружения дополнительно содержит блок 103 определения влияния на объект для определения влияния подачи энергии на объект 4 в зависимости от ультразвукового обнаружения объекта 4. В частности, блок 9 подачи энергии выполнен с возможностью абляции объекта 4, при этом блок 103 определения влияния на объект выполнен с возможностью определения глубины абляции, которая также может рассматриваться как граница поражения в зависимости от ультразвукового обнаружения объекта 4. Блок 103 определения влияния на объект, следовательно, выполнен с возможностью приема ультразвукового сигнала от ультразвукового блока 5 и определения глубины абляции в зависимости от принятого ультразвукового сигнала. Определение глубины абляции будет далее описано более подробно.

Если ультразвуковой импульс отправляется на объект, ультразвуковой импульс отражается на различных глубинах вследствие чего эхо-сигналы принимаются ультразвуковым блоком 11. Эхо-сигналы, которые генерируются отражением ультразвукового импульса на различных глубинах внутри объекта, формируют серию эхо-сигналов. Серия 21 эхо-сигналов схематично и примерно представлена на Фиг. 5. Рассматривая скорость звука и время, за которое эхо-сигнал записывается после того, как ультразвуковой импульс был отправлен на объект, серия эхо-сигналов может быть преобразована в зависимость свойства отражения ультразвука объекта от глубины внутри объекта. На Фиг. 5, амплитуда a серии эхо-сигналов в условных единицах, которая соответствует свойству отражения ультразвука, показана в зависимости от глубины d в условных единицах, что соответствует времени, при котором соответствующий эхо-сигнал был принят после того, как импульс был отправлен в объект.

В этом варианте осуществления объектом является стенка сердца, при этом ультразвуковой импульс отправляется в сердечную ткань стенки. На Фиг. 5 области серии 21 эхо-сигналов, обозначенные как 22 и 23, соответствуют передней и задней поверхностям стенки сердца. Область 24, генерируется непосредственно ультразвуковым импульсом. Таким образом, в строгом смысле, серия эхо-сигналов является графиком, представленном на Фиг. 5 без области 24.

Серия 21 эхо-сигналов, представленная на Фиг. 5 позволяет определить положение передней и задней поверхностей 22, 23 относительно положения ультразвукового блока 11, который испускает ультразвуковой импульс и принимает эхо-сигналы. Первая измеренная амплитуда в области 24 отмечает положение ультразвукового блока 11. За областью 24 следует область, имеющая амплитуду, которая по существу, является нулевой и через некоторое время амплитуда снова возрастает в области 23, отмечая первое отражение от объекта, т.е. отмечая переднюю поверхность объекта. Следует область 25, имеющая меньшие амплитуды, которые соответствуют отражениям в ткани стенки сердца, и затем в области 22 амплитуда снова значительно увеличивается, тем самым отмечая заднюю поверхность стенки сердца. Таким образом, серия 21 эхо-сигналов позволяет определить положение передней и задней поверхностей на основе областей 22 и 23. Область 25 между ними используется для определения глубины абляции, как будет описано ниже.

Блок 103 определения влияния на объект, предпочтительно выполнен с возможностью определения положения увеличения амплитуды в области 23 после области, имеющей, по существу, нулевое значение амплитуды, в качестве положения передней поверхности объекта. Затем амплитуда существенно уменьшается в области 25 и положение следующего значительного увеличения амплитуды (область 22) определяется в качестве положения задней поверхности стенки сердца. Другими словами, после затухания преобразователя ультразвукового блока в области 24 следует "тихий период". Этот тихий период впоследствии прекращается отражением в области 23, которое связано с передней поверхностью. После этого отражения в области 23 возникает период 25, который отмечается быстрыми и небольшими изменениями температуры в интенсивности ультразвука. В частности, огибающая сигнала в периоде 25 обычно имеет экспоненциальное уменьшение интенсивности. В конце периода 25 снова наблюдается сильное отражение в области 22, которое связано с задней поверхностью. Пороговые значения могут быть предопределены, в частности относительные значения порога могут быть предопределены, при этом обнаруживается передняя поверхность, если отражение после "тихого периода" превышает соответствующий предопределенный порог и при этом обнаруживается задняя поверхность, если в конце периода 25 сигнал превышает соответствующий порог. Пороги могут быть предопределены посредством калибровочных измерений со стенками, для которых известны положения передней поверхности и задней поверхности.

Серия 21 эхо-сигналов примерно представленная на Фиг. 5 была сгенерирована ультразвуковым импульсом, который был отправлен в объект в некоторый момент времени. Некоторые из этих ультразвуковых импульсов отправляются в объект в разные моменты времени, генерируя, таким образом, серию эхо-сигналов в разные моменты времени. Эти серии эхо-сигналов, которые получают из различных ультразвуковых импульсов в разные моменты времени, и, таким образом, которые относятся к различным моментам времени, формируют динамическую серию эхо-сигналов. Ультразвуковой сигнал, который зависит от принятой динамической серии эхо-сигналов, представляет, таким образом, свойства отражения ультразвука объекта на различных глубинах и в разные моменты времени. Такой ультразвуковой сигнал схематично и примерно представлен на Фиг. 6.

На Фиг. 6, различные амплитуды ультразвукового сигнала обозначены различной яркостью, при этом повышенная яркость соответствует большей амплитуде. Амплитуда показана в зависимости от глубины d и времени t, когда соответствующая серия эхо-сигналов была сгенерирована. Ультразвуковой сигнал, представленный на Фиг. 6, формирует изображение, которое можно рассматривать как изображение в M-режиме.

При выполнении процедуры абляции, поражение генерируется в стенке сердца, при этом глубина абляции определяется границей поражения в ткани стенки сердца.

Блок определения влияния на объект выполнен с возможностью определения прерываний в ультразвуковом сигнале и определения глубины абляции в качестве глубины ультразвукового сигнала, при которой возникают прерывания. Например, на Фиг. 6 в первом эллипсе 26 присутствуют только непрерывные изменения ультразвукового сигнала, указывая макроскопическое расширение ткани из ткани стенки сердца, при применении энергии абляции к ткани. Во втором эллипсе 27 можно наблюдать прерывания при изменении ультразвукового сигнала, что указывает на глубину абляции. Таким образом, на Фиг. 6 во втором эллипсе 27 представлено распространение поражения, т.е. увеличение глубины абляции. На основании наблюдаемых прерываний, глубина абляции определяется как указанная примерно для некоторого момента времени второй двойной стрелкой 29, в то время как первая двойная стрелка 28 указывает на толщину стенки сердца для некоторого момента времени. Также толщина стенки сердца изменяется со временем в процессе выполнения процедуры абляции благодаря макроскопическому расширению ткани, как можно видеть на Фиг. 6. Для более подробной информации об определении глубины абляции дается ссылка на WO 2010/082146 Al, которая включена в данный документ посредством упомянутой ссылки.

Блок 6 вспомогательного управления преимущественно выполнен с возможностью управления электродом 9 абляции в зависимости от глубины абляции, определяемой блоком 103 определения влияния на объект. Например, мощность и/или продолжительность подачи энергии абляции на объект 4 управляются в зависимости от определяемой глубины абляции. Блок 103 определения влияния на объект может быть выполнен с возможностью определения положения передней поверхности и задней поверхности стенки сердца из ультразвукового сигнала и для определения толщины стенки сердца в зависимости от этих положений, т.е. соответствующие положения глубины вычитают друг из друга для того, чтобы определить толщину стенки сердца. Блок 6 вспомогательного управления кроме того может быть выполнен с возможностью управления электродом 9 абляции в зависимости от этой определенной толщины и определенной глубины абляции. Предпочтительно, блок 6 вспомогательного управления выполнен с возможностью абляции ткани стенки сердца до тех пор, пока не будет достигнута желаемая степень трансмуральности ткани стенки сердца, в частности, пока результирующее поражение не станет трансмуральным.

Предпочтительно, устройство 1 обнаружения выполнено с возможностью определения толщины стенки сердца и глубины абляции неоднократно, при этом блок 103 определения глубины абляции выполнен с возможностью неоднократно определять степень трансмуральности абляции из определяемой толщины и определяемой глубины абляции. В частности, устройство 1 обнаружения выполнено с возможностью прерывания процедуры абляции, если предопределенная степень трансмуральности абляции была достигнута.

Устройство 1 обнаружения дополнительно содержит блок 20 визуализации для визуализации глубины абляции. В частности, блок 20 визуализации выполнен с возможностью визуализации распространения границы поражения. Визуализация предпочтительно выполняется в режиме реального времени. Блок 20 визуализации предпочтительно выполнен с возможностью показывать ультразвуковой сигнал, распространение абляции, т.е. границу поражения, и положения передней и задней поверхностей.

Устройство 1 обнаружения предпочтительно используют в сочетании с системой для определения положения и/или ориентации катетера 12, в частности, внутри объекта 4, предпочтительно, внутри сердца человека или животного. В этом варианте осуществления, система формирования изображения, такая как система магнитно-резонансного изображения или система рентгеноскопии используется для определения положения и/или ориентации катетера. Эта система формирования изображения указана пунктирной линией 8, показанной на Фиг. 1. Катетер 12, в частности, наконечник катетера может содержать элементы для облегчения определения ориентации и/или положения катетера с помощью системы 8 формирования изображения. Например, наконечник катетера может содержать катушку слежения, если наконечник катетера используется в системе магнитно-резонансного формирования изображения или элементы, которые могут быть идентифицированы на рентгеновском изображении и которые принимают такую форму, что возможно определение положения и/или ориентации катетера с помощью системы рентгеноскопии. Наконечник катетера может также содержать датчик для определения положения и/или ориентации катетера 12, в частности, наконечника катетера внутри объекта 4.

Системы позиционирования позволяют пользователю расположить катетер 12 внутри сердца пациента, или более конкретно, в левом предсердии. Пользователь может расположить катетер 12 в правильном положении по отношению к стенке сердца для измерения толщины стенки с помощью ультразвукового сигнала, генерируемого ультразвуковым блоком 11 и блока 103 определения влияния на объект. Используя определенное положения катетера можно отображать толщину стенки сердца в изображении сердца. После того, как собрано достаточного измерений, т.е. после определения толщины стенки сердца в разных местах на стенке сердца, пользователь может затем установить стратегию абляции, в том числе требуемую мощность и продолжительность в зависимости от определенной толщины стенки сердца. Кроме того, можно использовать наконечник катетера для отслеживания выполненной ранее абляции поражений, в целях проверки. Может быть определена непрерывность и глубина поражений, которые были созданы.

В нижеследующем примерный вариант осуществления способа обнаружения для обнаружения объекта примерно описывается по отношению к блок-схеме последовательности операций, представленной на Фиг. 7.

Наконечник 19 катетера содержащий ультразвуковой блок 11 и блок 9 подачи энергии был введен в сердце 4 человека или животного для абляции ткани стенки сердца, при этом положение наконечника 19 катетера было определено. На этапе 201 ультразвуковой блок 11 отправляет ультразвуковые импульсы в ткань стенки сердца, принимает динамическую серию эхо-сигналов, после того как ультразвуковые импульсы были отражены тканью стенки сердца, и генерирует ультразвуковой сигнал в зависимости от принятой динамической серии эхо-сигналов.

На этапе 202 блок 103 определения влияния на объект определяет толщину ткани стенки сердца в положении наконечника 19 катетера, и на этапе 203 определяются параметры абляции на основе определенной толщины ткани стенки сердца. Это определение параметров абляции может выполняться автоматически, например, с использованием заданных параметров абляции, которые хранятся в блоке хранения, и которые назначены различным толщинам ткани стенки сердца и могут быть некоторые дополнительные параметры, влияющие на выбор параметров абляции, например, требуемая форма поражения, местонахождение требуемого поражения в сердце, возраст пациента и так далее. Параметрами абляции являются, например, мощность и/или продолжительность подачи энергии абляции. Кроме того, как параметр абляции степень трансмуральности определяется пользователем или определяется автоматически, например, с помощью справочной таблицы, хранящейся блоком хранения. Определение параметров абляции может быть выполнено, например, блоком 6 вспомогательного управления или блоком 103 определения влияния на объект.

На этапе 204 начинается процедура абляции и, в то время как ткань стенки сердца подвергается абляции, ультразвуковой блок 11, который экранируется экранирующим ультразвуковой блок элементом 16, электрически соединенным с блоком 9 подачи энергии, вырабатывает ультразвуковые сигналы, которые используются блоком 103 определения влияния на объект для определения глубины абляции и толщины ткани стенки сердца. Кроме того на этапе 204 глубина абляции и толщина ткани стенки сердца визуализируются на блоке 20 визуализации. Во время процедуры абляции, блок определения влияния на объект вычисляет степень трансмуральности и проверяет на этапе 205, достигнута ли степень трансмуральности, заданная на этапе 203. Если это так, то процедура абляции и предпочтительно также ультразвуковой контроль останавливаются на этапе 206. Если заданная степень трансмуральности не была достигнута, то продолжаются процедура абляции и определение глубины абляции и толщины ткани стенки сердца.

Этапы 201 до 203 могут быть опущены, т.е. наконечник 12 катетера может уже быть расположен в нужном месте и энергия может быть подана к объекту блоком подачи электроэнергии, в частности, электродом абляции, в то время как ультразвуковой блок, который экранируется посредством экранирующего ультразвуковой блок элемента, электрически соединенного с блоком подачи электроэнергии, ультразвуковым образом обнаруживает объект.

Основным недостатком известных процедур катетерной абляции при сердечных аритмиях является отсутствие достоверной информации о качестве поражения во время создания поражения. Терапевт часто полагается на свой собственный опыт, чтобы определить оптимальные параметры абляции, такие как мощность, температура и продолжительность подачи мощности. Оптимальные параметры для абляции очень широки, например, благодаря различиям у одного и того же и у разных пациентов, например, толщины локальной стенки сердца, локального охлаждения потоком крови, контакта между катетером и сердечной тканью, и так далее. Поэтому желательно более адекватное управление процедурами катетерной абляции, в частности, РЧ катетерами. Описанное выше устройство обнаружения может быть выполнено с возможностью предоставить обратную связь в реальном времени о развитии поражения в сердечной ткани, и может обеспечить информацию в реальном времени о глубине поражения относительно толщины сердечной ткани в месте обработки. Это может предотвратить травму и смерть от недогрева и/или перегрева при процедурах катетерной абляции. Высокочастотные ультразвуковые колебания можно использовать для контроля распространения границы поражения в М-режиме формирования изображения.

Если РЧ абляция выполняется одновременно с ультразвуковым формированием изображения с использованием ультразвукового преобразователя, встроенного в наконечник РЧ абляционного катетера, может, как правило, возникать емкостная связь РЧ сигнала в ультразвуковом сигнале. РЧ сигнал может создавать помехи для ультразвукового сигнала так, что отражения ткани практически не видны в изображениях М-режима, сгенерированных из ультразвукового сигнала, подвергшегося влиянию помех, так как амплитуды изменений ультразвукового сигнала, вызванные вмешательством РЧ сигнала, как правило, гораздо больше, чем амплитуды ультразвукового сигнала, вызванные отражениями ультразвуковых волн сердечной тканью. Устройство обнаружения согласно настоящему изобретению может быть выполнено с возможностью содержать ультразвуковой преобразователь и электрод абляции внутри абляционного катетера так, что эффект РЧ помех уменьшается, без неблагоприятного воздействия на ультразвуковой сигнал.

Частота РЧ сигнал катетерной абляции может быть приблизительно 450 кГц. Ультразвуковой контроль поражения в режиме реального времени осуществляется предпочтительно со средними частотами, больше, чем 10 МГц. Например, средняя частота составляет приблизительно 20 МГц. Однако, генераторы РЧ сигнала могут генерировать высокочастотные гармоники, которые могут существенно влиять на ультразвуковой сигнал в пределах ширины полосы пропускания ультразвукового преобразователя, используемого для оценки поражения в реальном времени. Устройство обнаружения поэтому предпочтительно выполнено таким образом, что влияние сигнала РЧ абляции на ультразвуковой сигнал является насколько возможно небольшим и предпочтительно в пределах уровня шума ультразвукового сигнала. Соответствующий катетер, содержащий электрод абляции и ультразвуковой преобразователь, может работать в сочетании со многими генераторами РЧ сигнала. Кроме того, при желании цифровую фильтрацию можно использовать для отфильтровывания оставшихся воздействий РЧ сигнала на ультразвуковой сигнал из ультразвукового сигнала, без неблагоприятного влияния на процедуру РЧ абляции.

Устройство обнаружения может быть выполнено, как катетер контроля сердечной абляции, который можно использовать в сочетании с генератором РЧ сигналов. Однако устройство обнаружения также может быть выполнено с возможностью обнаруживать другие объекты, такие как другие части человека или животного, такие как другой орган или сосуды, или технический объект, как трубка. Кроме того, вместо подачи РЧ энергии, блок подачи электроэнергии также может быть выполнен с возможностью подачи другой электроэнергии к объекту.

Хотя в варианте осуществления, описанном выше со ссылкой на Фиг. 2, катетер содержит только блок подачи энергии и ультразвуковой блок, катетер может также содержать дополнительные элементы, такие как дополнительные элементы обнаружения и/или дополнительные элементы подачи энергии, элементы ирригации, и так далее.

Изучив чертежи, раскрытие, и приложенную формулу изобретения, специалисты в данной области смогут понять и осуществить при практической реализации заявленного изобретения другие вариации раскрытых вариантов осуществления.

В формуле изобретения слово «содержит» не исключает других элементов или этапов, и формы единственного числа не исключают множественного числа.

Один блок или устройства могут выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт того, что некоторые меры перечислены во взаимно отличных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих мер нельзя использовать с пользой.

Определения, такие как определение глубины абляции или толщины стенки сердца, выполненные одним или несколькими блоками или устройствами, могут быть выполнены любым другим количеством блоков или устройств. Например, определение глубины абляции или толщины стенки сердца могут быть выполнены одним блоком из любого другого количества различных блоков. Определения и/или управление устройства обнаружения в соответствии с описанным выше способом обнаружения могут быть реализованы в качестве средства программного кода компьютерной программы, и/или в качестве специализированного аппаратного обеспечения.

Компьютерная программа может сохраняться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных или твердотельный носитель, поставляемые вместе с или как часть другого аппаратного обеспечения, но также могут распространяться в других формах, как через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.

Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться в качестве ограничения объема.

Реферат

Изобретение относится к средствам обнаружения объекта. Устройство содержит ультразвуковой блок, сконфигурированный для ультразвукового обнаружения объекта, блок подачи электроэнергии на объект, экранирующий ультразвуковой блок элемент электрического экранирования, который электрически соединен с блоком подачи электроэнергии и выполнен из электропроводного материала. Считываемый компьютером носитель, хранящий компьютерную программу обнаружения объекта, содержит средство программного кода для побуждения устройства обнаружения к выполнению этапов ультразвукового обнаружения объекта и подачи электроэнергии на объект. Использование изобретения позволяет повысить качество обнаружения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула