专利名称：在使用灌注导管的过程中监测组织温度的制作方法涉及心脏消融的医疗手术可用于治疗多种心律失常，并可用于控制心房颤动。这类手术是本领域已知的。利用对身体组织的消融的其他医疗手术(例如治疗静脉曲张)也是本领域已知的。用于这些手术的消融能可以是射频(RF)能形式的。在失控的情况下，向身体组织施加消融能会导致组织温度不期望的升高。因此，在进行涉及消融的任何医疗手术过程中，测量组织的温度很重要。
本发明的一个实施例提供一种方法，该方法包括在用靠近身体组织的探针进行消融手术过程中，对表征该探针的物理参数建模；在消融手术的非消融阶段测量一子组物理参数，以生成该子组的测量非消融值；在消融手术的消融阶段测量一子组物理参数，以生成该子组的测量消融值；根据模型生成非消融阶段的该子组的计算非消融值；以及生成消融阶段的该子组的计算消融值；以及比较测量非消融值与计算非消融值，并比较测量消融值与计算消融值，以生成物理参数的最优值。典型地，物理参数包括身体组织的温度矩阵。在一个公开的实施例中，子组包括温度，测量非消融值包括该温度的第一变化的第一时间常数，测量消融值包括该温度的第二变化的第二时间常数。在另一个公开的实施例中，该方法包括通过探针灌注组织，其中，子组包括在非消融阶段的第一测量灌注速率与消融阶段的第二测量灌注速率之间交替变化的灌注速率。在又一个公开的实施例中，子组包括探针提供的功率，该功率在能够在消融阶段消融组织的第一功率水平与不能在非消融阶段消融组织的第二功率水平之间交替变化。典型地，子组包括探针相对于身体组织的位置、取向和接触面积的至少一者。典型地，消融手术由射频消融身体组织组成。根据本发明的可供选择的实施例，还提供了一种方法，该方法包括根据探针与身体组织之间的电阻抗计算第一预测几何向量，该向量表示探针相对于身体组织的位置、取向和接触面积；根据与用探针在组织上进行的消融手术相关的一组热参数，计算探针的第二预测几何向量；比较第一和第二预测几何向量，以用公式表示最优几何向量；以及利用最优几何向量预测组织温度。典型地，探针包括彼此绝缘的两个或更多个电极，并且分别测量这两个或更多个电极与身体组织之间的电阻抗。第一预测几何向量可包括探针与身体组织之间的第一距离、第一角度和第一接触面积，第二预测几何向量可包括探针与身体组织之间的第二距离、第二角度和第二接触面积，最优几何向量可包括探针与身体组织之间的第三距离、第三角度和第三接触面积。在一个公开的实施例中，消融手术包括通过探针间歇地向组织供应消融功率，以使得消融功率在足以在消融阶段消融组织的第一测量消融功率水平和不足以在非消融阶段消融组织的第二测量消融功率水平之间交替变化。典型地，计算第二预测几何向量还包括根据电阻抗计算该向量。预测组织的温度可包括预测该组织的温度值的图。根据本发明的实施例，还提供了一种装置，其包括探针，该探针被构造为设置在身体组织附近；以及控制器，该控制器被构造为根据探针与身体组织之间的电阻抗计算第一预测几何向量，该向量表示探针相对于身体组织的取向和接触面积；根据与用探针在组织上进行的消融手术相关的一组热参数，计算探针的第二预测几何向量；比较第一和第二预测几何向量，以用公式表示最优几何向量；以及利用最优几何向量预测组织温度。根据本发明的可供选择的实施例，还提供了一种装置，其包括探针，该探针被构造为设置在身体组织附近；以及控制器，该控制器被构造为在用探针在身体组织上进行消融手术过程中，对表征该探针的物理参数建模；在消融手术的非消融阶段测量一子组物理参数，以生成该子组的测量非消融值；在消融手术的消融阶段测量一子组物理参数，以生成该子组的测量消融值；根据模型生成非消融阶段的该子组的计算非消融值；以及生成消融阶段的该子组的计算消融值；以及比较测量非消融值与计算非消融值，并比较测量消融值与计算消融值，以生成物理参数的最优值。根据本发明的实施例，还提供了计算机软件产品，该软件产品由内部记录着计算机程序指令的非易失性计算机可读介质组成，这些指令在被计算机读取时，会导致计算机在用靠近身体组织的探针进行消融手术过程中，对表征该探针的物理参数建模；在消融手术的非消融阶段测量一子组物理参数，以生成该子组的测量非消融值；在消融手术的消融阶段测量一子组物理参数，以生成该子组的测量消融值；根据模型生成非消融阶段的该子组的计算非消融值；以及生成消融阶段的该子组的计算消融值；以及比较测量非消融值与计算非消融值，并比较测量消融值与计算消融值，以生成物理参数的最优值。通过以下与附图结合在一起的本发明实施例的详细说明，将更全面地理解本发明。图1是根据本发明实施例的导管探针消融系统的示意性图解；图2是根据本发明实施例的系统中使用的导管探针的远端头的示意性剖视图；图3和4是示出根据本发明实施例的消融系统所用参数的示意性原理图；图5是示意性原理图，示出了根据本发明实施例的消融系统用来预测几何向量值的方法；图6是示出根据本发明实施例的分析方法的示意性流程图；图7示出了利用根据本发明实施例的消融系统生成的示意性坐标图；图8是流程图，示出了根据本发明实施例的消融系统的控制器的执行步骤。

具体实施例方式现在参见图1和图2，其中图1为导管探针消融系统20的示意解，图2是根据本发明实施例的系统中使用的导管探针22的远端头的示意性剖视图。在系统20中，探针 22被插入受试者沈的腔管23，例如心脏M的心室。探针由系统20的操作者28在手术过程中使用，该手术包括对身体组织25进行消融。系统20的工作受系统控制器30控制，该控制器包括处理单元32，处理单元32与用来存储系统20工作所用软件的存储器34通信。控制器30通常为具有通用计算机处理单元的工业标准个人计算机。然而在一些实施例中，控制器的至少一些功能使用定制设计的硬件和软件进行，例如，专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。控制器30通常由操作者观使用指点装置36和图形用户界面(GUI)38进行操作，以允许操作者设置系统20的参数。⑶I 38通常还向操作者显示程序结果。可以将存储器34内的软件通过例如网络以电子形式下载到控制器。作为另外一种选择或除此之外，软件可通过非易失性有形介质(例如光学、磁性或电子存储介质)提{共。图2示出了靠近组织25的探针22的远端头40的剖视图。假设远端头40浸入流体27，以使得组织25的表面四接触流体。(如下所述，流体27通常包括血液和盐水溶液的混合物。)以举例的方式，本文假设远端头40由绝缘基底41形成，该绝缘基底具有圆柱体45的形状，并且一端被基本平坦的表面47封闭。圆柱体45具有对称轴线51。如图2所示，弯曲段49连接平坦表面47和圆柱体45。圆柱体45的典型直径为2. 5mm，弯曲段的典型半径为0. 5mm。远端头40包括第一电极44、第二电极46和第三电极48，这些电极彼此绝缘。电极通常包括成形于绝缘基底41之上的薄金属层。典型地，远端头具有与电极44、46和48 绝缘的其他电极，为简单起见，未在图中示出。远端头电极44具有平底杯形形状，因此本文也称其为杯形电极。杯形电极44通常具有在大约0. Imm至大约0.2mm范围内的厚度。第二电极46和第三电极48通常为环形，因此本文也称其为环形电极46和48。在本公开中， 本文也将电极44、46和48以及远端头的其他电极统称为电极53。电极44、46和48通过导线(未示出)连接到系统控制器30。如下所述，电极中的至少一者用于消融组织25。在控制器30的控制下，消融模块50被构造为能够设置和测量每个电极提供的消融功率的水平。典型地，在消融过程中，消融电极和周围区域内产生热量。为了散热，系统20利用杯形电极内的多个小灌注孔52灌注该区域。灌注孔通常具有大致在0. 1-0. 2mm范围内的直径。灌注管M向灌注孔供应盐水溶液，盐水溶液流过该孔(使流体27成为血液和盐水溶液的混合物)的流量受到系统控制器内的灌注模块56的控制。盐水的流量通常在约10-20cc/min的范围内，但可以高于或低于此范围。盐水温度传感器58 (通常为热电偶)位于管M内，并向模块56提供信号，以允许模块测量进入孔52的盐水溶液的温度Ts。虽然盐水溶液可由模块56在室温(如，在大约 19-22°C的范围内)下提供，但该溶液在探针22内流动时被加热，以使得温度Ts通常大致在沈-28°〇的范围内。典型地，远端头内装有一个或多个位置传感装置61。装置61被构造为向控制器 30提供信号，以使控制器能够确定远端头40的位置和/或取向。位置和取向通常是相对于受试者沈进行测量的。一种此类位置传感装置包括由Biosense-Webster Inc (Diamond Bar, CA)制造的磁导航CARTO系统。作为另外一种选择或除此之外，位置传感装置通过测量远端头的电极53与受试者26的皮肤上的一个或多个电极之间的电流而工作。假设皮肤电极62连接到受试者26。 这种测量远端头40的位置的方法在美国专利申请2010/0079158中有所公开，该专利申请以引用方式并入本文中。因此，除了充当提供消融的电极之外，电极53也可用于其他功能， 例如，用于进行电生理感测和/或定位远端头。当用于其他功能时，必要时控制器30可通过频率多路传输来区分不同功能的电流。例如，消融模块50通常在约几百kHz的频率下产生消融能，而位置感测频率则可以为约 IkHz。典型地，远端头40包括其他元件，为简明起见，图2中未示出这些元件。一种此类元件包括力传感器，该传感器被构造为测量远端头40施加到组织42上的力。远端头40包括一个或多个大体相同的温度传感器82，它们通过绝缘体固定连接到杯形电极44的外表面，以便伸出表面。传感器82具有大约0. 3mm的典型直径和大约 1.5mm 的长度。在一个实施例中，传感器 82 为 General Electric Company (Schenectady, New York)制造的AB6型NTC热敏电阻器。以举例的方式，以下描述假设存在三个传感器 82(图中仅示出两个)，这些传感器相对于轴线51对称分布，并且设置在杯形电极的弯曲段 86上。杯形电极的弯曲段86覆盖远端头的弯曲段49。图2的放大部分88更详细地示出了传感器82中的一者。如放大部分88中所示， 绝缘体84将传感器82与杯形电极的弯曲段86隔开。绝缘体84经过选择，可以提供良好的绝热和电绝缘性能，并且在一些实施例中，绝缘体84可包括将传感器82粘合到弯曲段86 的粘合剂。线90将传感器82连接到控制器30。通过使传感器82从杯形电极44的外表面伸出，传感器能够紧密接触组织25。因此，控制器30能够利用来自传感器的信号提供直接的组织温度测量值。图3和4是示出根据本发明实施例的系统20所用参数的示意性原理图。图3示出了远端头40位于组织25的表面四上方时的情形，图4示出了远端头40接触组织时的情形。在消融手术过程中，通过让控制器30测量和分析与消融手术相关的热参数(如图所示)，系统20预测组织25的温度。分析考虑了在流体27的小空间100内的能量传递速率，该空间围绕杯形电极44 并与组织25的表面四交界。分析还考虑在邻近空间100的组织内的小空间102中的能量传递速率。通常，与远端头40的面积相关的方程为
A(t) = A(b)+A(c)(1)其中，A(t)为远端头40与空间100接触的总面积，A(b)为面积A(t)暴露于流体中的部分，并且A(C)为远端头和组织之间的接触面积。在图3所示情况下，A (c) = 0，因此A(b) = A(t)。在图4所示情况下，A (c) > 0， 因此 A(b) <A(t)。假设，进入空间100的功率由液体(血液和盐水溶液)内消耗的电磁射频(RF)消融功率QKF』和由组织25的空间102传递至空间100内的热功率％引起，其中后者是由于组织温度相比血液温度Tb更高所导致。(典型地，较高的组织温度可达到大约90-100°C。)空间100的血液和盐水溶液内消耗的消融功率Qkf』的值是暴露于流体的远端头面积A(b)、血液的电导率σΒ(Τ)和盐水溶液的电导率Qs(T)的函数。(由于都具有电解特性，这两个电导率很大程度上取决于温度T。典型地，电导率变化幅度为约2%/°C。)Qkf L 可写成Qef l = Qrf ( ο s (T)，σ s (T)，A (b)) (2)组织的空间102内消耗的消融功率(下文将详细讨论)使得组织温度升高至标准体温(假定为37°C)以上。因此，存在组织的空间102内的组织温度的阵列或图。组织的温度图可表示为矩阵[T]，其中矩阵的每个元素为该区域内相应空间元素的温度。从空间 102传递至空间100的热功率A是温度图[T]和Tb的函数。图4示意性地示出了矩阵[T]，其中线104表示100°C的等温线，线106表示50°C 的等温线。温度50°C或以上的区域通常对应于坏死的消融灶。进入空间100的功率Pin由方程(3)给出Pin = Qkf ( σ B (T)，σ s (T), A (b)) +Qt ([Ττ]，ΤΒ) (3)其中，Qt([Tt]，Tb)是因血液温度Tb与温度[TT](通常包括组织最热部分的温度， 例如线104内的温度)之间的差值而导致的向空间100传递的热功率。离开空间100的功率由血液质量流和灌注盐水溶液质量流传递。流体消耗的功率 Pout的表达式为


本发明提供了一种方法，所述方法由以下步骤组成在用靠近身体组织的探针进行消融手术的过程中，对表征所述探针的物理参数建模。所述方法还包括在所述消融手术的非消融阶段测量一子组所述物理参数，以生成所述子组的测量非消融值，并且在所述消融手术的消融阶段测量所述子组的所述物理参数，以生成所述子组的测量消融值。根据所述建模，所述方法包括生成所述非消融阶段的所述子组的计算非消融值，并生成所述消融阶段的所述子组的计算消融值。所述方法比较所述测量非消融值与所述计算非消融值，并且比较所述测量消融值与所述计算消融值，以生成所述物理参数的最优值。