CN201033076Y

CN201033076Y - 心脏导管三维标测系统

Info

Publication number: CN201033076Y
Application number: CNU2007200785731U
Authority: CN
Inventors: 程煜; 薛奋; 周继勇; 李楚雅
Original assignee: Individual
Current assignee: Sichuan Jinjiang Electronic Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2017-02-14

Abstract

本实用新型公开了一种心脏导管三维标测系统，其特征在于：该系统包括有信号源，信号源产生三个不同频率相互独立的正弦信号，三个信号经过第一带通滤波和恒流源，形成三个不同频率的激励信号输出至三对体表电极。从心脏导管的定位电极和参考电极输入的信号经过第二带通滤波，再经过差分放大和抗混叠滤波器，经A/D转换，转换成的数字信号送入数字信号处理器。本实用新型的标测系统具有实时性好，准确性高，使用安全，电路结构简单的优点。

Description

心脏导管三维标测系统

技术领域

本实用新型涉及一种心脏导管三维标测系统，用于确定心脏导管在人体内的准确位置。

背景技术

三维标测系统用于心电类医疗仪器。目的是在做房颤等心脏手术时，建立心腔内壁的三维模型。现有的标测系统，使用专用导管，手术成本高。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种手术成本较低、准确率高、实时性好并且使用安全的心脏导管三维标测系统。

本实用新型的技术方案是：

一种心脏导管三维标测系统，该系统包括有信号源P1，信号源产生三个不同频率相互独立的正弦信号，三个信号17、18、19经过第一带通滤波和恒流源，形成三个不同频率的激励信号输出至三对体表电极片7、8，9、13，11、10；还包括用于定位的心脏导管15(电极20、电极21称为定位电极)和用于参考的心脏导管14(电极22称为参考电极)。从电极20和电极22、电极21和电极22输入的差分信号经过第二带通滤波，再经过差分放大和抗混叠滤波器，经A/D转换，转换成的数字信号送入数字信号处理器。

数字信号处理器输出经过滤波后的定位电极的三维坐标。

本实用新型的有益效果是：可以将三个激励信号同时施加到患者身上，实时性好，准确性高。因为同一时刻采集到的电压差，包含了三个频率分量的电压差，即同一个点的三维坐标是同一时刻产生的，避免了分时测量中三个激励信号的切换速度受电路响应时间的限制，实时性不会好，准确性不会高。在数字信号处理器(DSP)中实现数字解调，简化了采集电路，提高了电路的可靠性，并且采用数字滤波可以更好的消除心脏收缩和呼吸的干扰。用一个体表电极12来监测参考电极22的位置，当参考电极的位置发生变动时，可以及时地提醒医生重新建模，提高了手术的安全性。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是导管插入人体的示意图。

图3是体表电极片在人体上的示意图。

图4是信号源施加到电极片上的示意图。

图5是心脏导管电极的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本实用新型的具体实施例1，如图1、2、3、4、5所示，信号源P1可以用直接数字频率合成器(DDS)实现，产生频率分别为30KHz、36KHz、40KHz的正弦波，第一带通滤波P2可以用二阶有源滤波器实现，恒流源P3用电压控制电流源实现，形成正弦波激励信号17、18、19，在患者身上贴上三对输出电极片1A、1B、2A、2B、3A、3B和电极连线10、11，7、8，13、9，位置分别为前胸-后背、右腋-左腋、脖子后面-左大腿内侧。把三个激励信号分别连接到三对电极片上，同时施加到患者P4身上，这三个电流在患者的心脏部位形成一个三维电场。这个过程，我们称之为三维电场的建立(从P1到P4)。

手术时，在患者的冠状窦放一根导管(电极22)，在整个三维标测的过程中保持位置不变，用于确定测量的原点，我们称为参考电极。另外还放一根导管在心腔内，用于标测电极20的空间位置。

二者连接到的第二带通滤波P5可以用二阶有源滤波器实现，放大滤波P6可以选用差分运算放大器先实现差分放大，再用二阶有源低通滤波器实现抗混叠滤波。P7应该选用高速A/D器件，采样率应大于激励信号最高频率的2倍。P8可以选用DSP芯片实现。

当定位导管位于心腔内时，在定位电极和参考电极之间会产生一个电压差，这个电压差是三个频率成分的合成。每个频率成分的电压差分量在对应的电场方向上，与定位电极和参考电极之间在该方向的距离成正比。通过三个电压差分量，可以计算出在三个电场方向上，定位电极和参考电极之间的距离，即定位电极相对于参考电极的三维坐标。当定位电极接触心腔内壁时，就可以确定心腔内壁接触点相对于参考电极的三维坐标。当有足够多的点时，就可建立心腔内壁的三维模型。

从P5到P8描述了定位电极相对于参考电极的三维坐标产生过程。从定位电极和参考电极输入的信号经过带通滤波P5，再经过差分放大和抗混叠滤波P6后，经A/D转换P7，转换成数字信号送入DSP处理P8。在DSP中先进行带通数字滤波，再经过数字解调，获得定位电极相对于参考电极的三维坐标。此时得到的三维坐标含有心脏收缩和呼吸的干扰，再进行一次低通数字滤波，就可以得到消除了心脏收缩和呼吸干扰的三维坐标。在DSP中实现数字解调、数字滤波，简化了采集电路，提高了电路的可靠性。并且，用数字解调方式获得的数据精度比用模拟解调方式获得的数据精度高。

上述数字解调为正交序列解调法，原理如下：

假设激励信号含有n个频率成分，角频率为K_iω，测得的电压信号经每周期N点的均匀采样(N＞2max(K₀，K₁，…，K_n-1))后可得序列：

S_{n} (j) = Σ_{i = 0}^{n - 1} UiSin (\frac{2 Kiπ}{N} j + Φi)

式中U_i对应着第i个频率成分时电压的模，Φ_i对应该频率下的相角，j为0到N-1的整数.

考虑三角函数的正交特性，分别构造正弦序列

S₁：Sin(2K_iπj/N)和S₂：Cos(2K_iπj/N)，则Sn与S1

和S2的内积分别为：

A_{i 1} = Σ_{j = 0}^{N - 1} Sn (j) \cdot Si 1 (j) = N U_{i} Cos (Φ_{i}) / 2 - - - (1);

A_{i 2} = Σ_{j = 0}^{N - 1} Sn (j) \cdot Si 2 (j) = N U_{i} Sin (Φ_{i}) / 2 - - - (2);

由于N为已知量，S_n(j)测得的电压信号，故A_i1与A_i2分别对应

相应频率下电压的实部和虚部.

由tg(Φ_i)＝A_i2/A_i1，即可求出Φ_i，代入(1)式求出U_i，即相应频率下电压的模。

本实用新型的具体实施例2，上述方案中的参考电极在手术过程中，需要保持位置不变，才能完成心腔内壁的三维模型建模。因此有必要监测参考电极的位置。本方案增加一个体表电极作为第二参考电极来监测参考电极22的位置，体表电极由电极片16和电极连线12组成。即获得参考电极相对于体表的第二参考电极的三维坐标，方法同上面描述的完全一样。如果参考电极的位置发生变动，则提醒医生需要重新建模。

本实用新型的具体实施例3，在实施例1的基础上，增加电极21作为辅助测量电极，测量方式与电极20的测量方式相同，用于确定电极20和电极21之间的相对位置，以确定导管的方向。

Claims

1.一种心脏导管三维标测系统，其特征在于：该系统包括有信号源，信号源产生三个不同频率相互独立的正弦信号，三个信号经过第一带通滤波和恒流源，形成三个不同频率的激励信号输出至三对体表电极片；还包括用于定位的心脏导管(15)，作为定位电极的电极(20)、电极(21)安装在心脏导管(15)上，和用于参考的心脏导管(14)和作为参考电极的电极(22)；从电极(20)和电极(22)、电极(21)和电极(22)输入的差分信号经过第二带通滤波，再经过差分放大和抗混叠滤波器，经A/D转换，转换成的数字信号送入数字信号处理器。

2.根据权利要求1所述心脏导管三维标测系统，其特征在于，还设有成对的参考电极和定位电极连接至第二带通滤波。

3.根据权利要求1所述心脏导管三维标测系统，其特征在于，还设有第二参考电极连接至第二带通滤波。

4.根据权利要求1所述心脏导管三维标测系统，其特征在于，用数字信号处理器输出经过滤波和解调后的定位电极的三维坐标。