[发明专利]用于控制导管移动以及用于导管定位的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种用于控制导管穿过目标移动以及用于将导管定位在目标内的设备和方法，所述导管包括位于其末端或者在末端附近的磁性元件。此外，本发明涉及一种用于在计算机上执行所述方法以及用于控制这种设备的计算机程序。

背景技术

磁微粒成像(MPI)是一种新兴的医疗成像模式。MPI的第一个版本是两维的，因为它们生成两维图像。将来版本将是三维的(3D)。如果目标在单个3D图像的数据获取期间没有明显地改变，通过将3D图像的时间序列与画面结合，那么能够生成非静态目标的时间相依或者4D图像。

MPI是一种重建的成像方法，类似于计算断层照相法(CT)或者磁共振成像(MRI)。由此，所关注的目标空间的MP图像在两个步骤内产生。第一步骤称为数据获取，是通过MPI扫描器而完成的。MPI扫描器具有产生静态磁性梯度场的装置，该梯度场被称为“选择场”，其在扫描器的等深点具有单个无场点(FFP)。此外，扫描器具有产生时间相依、空间上基本均质磁场的装置。实际上，这个场是通过使具有较小幅值而快速变化的场(称为“驱动场”)与具有较大幅值而缓慢改变的场(称为“聚焦场”)相叠加而获得的。通过将时间相依的驱动场和聚焦场增加到静态选择场，则FFP可以沿着预先确定的FFP轨迹移动穿过围绕等深点的扫描空间。扫描器还具有一个或多个(例如三个)接收线圈的设置，并且能够记录在这些线圈中感应的任意电压。为了数据获取，被成像的目标被放置在扫描器中，从而使得所关注的目标空间被扫描器的视场所围绕，这是扫描空间的子集。

目标必须包含有磁性纳米微粒；如果目标是动物或者病人的话，包含有这种微粒的对比剂必须在扫描之前让动物或者病人服用。在图像获取期间，MPI扫描器操纵FFP沿着特意选定的轨迹，该轨迹沿循着扫描空间或者至少沿循着视场。目标内部的磁性纳米微粒经历着变化的磁场并且通过改变它们的磁化而做出响应。纳米微粒的变化磁化在各个接收线圈中产生时间相依电压。这个电压在与接收线圈相联系的接收器中进行取样。接收器输出的样本被记录下来并且构成所获取的数据。控制数据获取细节的参数组成了扫描协议。

在图像生成的第二步骤(被称作图像重建)中，图像通过第一步骤中获取的数据而被计算或者重建。图像是离散的3D数据阵列，其代表视场中磁性纳米微粒位置相依的浓度的取样近似值。重建基本上通过计算机来完成，该计算机执行适当的计算机程序。计算机和计算机程序实现重建算法。重建算法是基于数据获取的数学模型。对于所有重建成像方法，这个模型都是作用于所获取数据的积分算子，因此重建算法试图在一定程度上破坏模型的行为。

这种MPI设备和方法的优点在于，它们能够被用于，以非破坏性的方式检查任意的检查目标(例如人体)并且不会导致任何损伤以及具有较高的空间分辨率，无论是靠近检查目标的表面还是远离检查目标的表面。这种设备和方法大体在DE10151778A1中以及在Gleich，B和Weizenecker，J(2005)，“利用磁微粒的非线性响应的X线断层扫描成像”vol.435，pp1214-1217中为人所知并且首次描述。这些出版物中描述的用于磁微粒成像(MPI)的设备和方法利用了小的磁微粒的非线性磁化曲线。

对于导管在病人体内的移动，有许多机械式导管系统。机械式导管操纵具有两个优点。对于训练很少的操作者，他们能够极大地提高导管流程的速度和精度。对于较长流程，如电生理学常规(EP)，他们降低了对于病人的X射线剂量。系统或者以机械方式操作或者通过磁场进行操作，如同在立体定位系统中那样，其中均质磁场使得导管弯曲。

这种系统通过US2003/0125752A1而为人所知。导管穿过介质(可以是活组织、例如人脑)的移动在这种系统中是通过机械地推动柔性导管而得到控制，导管具有穿过介质的磁性末端并且施加磁场，该磁场的大小和方向能够沿循着期望路径逐步地引导机械推动的导管末端。磁场在磁性立体定位系统中通过借助PID(比例、积分和微分)反馈方法自适应的处理器而得到控制。磁场是通过超导线圈来施加，以及穿过线圈施加的电流被选择成使得电流度量达到最小。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于控制导管穿过目标移动的改进设备和方法，其还能够使导管在目标内定位。

在本发明的第一个方面，提供一种设备，所述设备包括：

-选择装置，所述选择装置包括选择场信号发生器单元以及选择场元件，特别是选择场磁体或线圈，用于产生磁性选择场，所述选择场具有在其磁场强度空间的图案，使得具有低磁场强度的第一子区域以及具有较高磁场强度的第二子区域形成在视场中；