[发明专利]心脏介入式磁导航系统的导管防颤控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种医疗器械的控制方法，特别涉及一种用于心脏介入式磁导航系统的控制方法。

背景技术

心脏介入手术因效果好、创伤小、康复快，目前在临床上已得到了广泛应用。目前能实施心脏介入手术的医院多采用手动式插管技术。其工作原理是医生站在病人身边在X光机成像的引导下手工操作导管实现的，在插管的过程中是通过回拉导丝使导管的头端实现一定的转向或弯曲而进入目标。采用手动插管式心脏介入手术可以诊治大部分心血管疾病，但是对于一些复杂病例，手动插管式心脏介入手术就难以解决。例如，在插管的过程中碰到一些形状复杂的血管，导管就很难到达目标区域。此外，由于心脏的搏动加之心脏内腔表面光滑，导管端部定位也会非常困难。由于介入医生位于导管床旁间断或者连续地在X线照射下工作，虽然有防辐射衣服，身体也难免受到小剂量X射线的损伤，加之防辐射服非常笨重，会使介入医生在手术过程中十分不适。

介入式心脏磁导航系统克服了手动式磁导航系统的弊端，可以实现远程控制。通过手柄实现导管的方向控制，使介入医生能在无X射线辐射条件下完成大部分心血管介入手术。其核心部件是布置在病人外围的可产生导航磁场的永磁铁或者电磁铁。导管端部内装有永磁铁块，介入医生通过改变病人心脏部位磁场的方向就可以调整导管端部的方向，通过推/拉导管，控制导管在心血管内位置。有源式心脏磁导航的磁场方向改变是通过改变电磁铁中电流来实现的，在导管换向的过程中导管的当前姿态和目标姿态是已知的，但是导管中间姿态是未知的，且姿态转化速度是不可控的，这在心脏介入式手术中是必须要避免的，否则导管姿态无序变换引起的导管颤动会降低导航定位精度，甚至可能会造成心脏损伤。

发明内容

本发明的目的是克服有源式心脏磁导航在磁场换向过程中产生的导管颤动，提出一种用于有源式心脏磁导航的能严格控制导管姿态的控制方法。

本发明的技术方案如下：根据导管当前姿态和下一目标姿态之间的角差值，找到一条适合导管改变姿态遵循的轨迹，使得导管在姿态变换过程中始终处于可控状态。所述的控制方法包括二维平面导航控制方法和三维球面坐标空间内立体导航控制方法。

具体步骤如下：

一、二维平面导航控制方法

(1)在二维平面坐标系内，定义导管端部的软管中心位置为原点O，导管端部方向与X轴的夹角沿顺时针方向增大，与X轴方向平行方向的磁场方向角度为零度，方位角的取值范围为[0，2π)；

(2)通过输送装置将导管送入到导航区域内，即心脏内部，通过三维心脏标测系统测量导管端部的当前姿态

(3)根据手术需要，确定导管的下一位置姿态及方位角跟随步长

(4)计算所述的下一位置姿态和当前姿态的角度差，根据角度差的范围，确定导管位置姿态在和之间的各个时刻姿态从而确定导管从变换到之间的轨迹为便可以通过控制电磁铁的磁场方向轨迹为

二、三维立体导航控制方法

(1)在球坐标系内，定义导管端部的软管中心位置为原点O，导管端部方向与X轴的夹角沿顺时针方向增大，与X轴方向同向的磁场方向角度为零度，方位角的取值范围为(0，2π)，定义磁场方向与Z轴的夹角为θ，与Z轴方向同向的磁场方向角度为零度，天顶角θ的取值范围为[0，π]；

(2)将导管送入到导航区域内，即心脏内部，通过三维心脏标测系统测量导管端部的当前姿态

(3)根据手术需要，确定导管的下一位置姿态及方位角跟随步长和天顶角跟随步长Δθ；

(4)计算所述的下一位置姿态和当前姿态的角度差，根据角度差的范围，选择合适的角度步长，从而确定导管位置姿态在和之间的各个时刻姿态从而确定导管从变换到之间的轨迹为便可以通过控制电磁铁的磁场方向轨迹为

本发明的有益效果是：通过控制导管从当前姿态到下一位置姿态之间若干时刻的姿态，使得导管在换向过程中保持状态可控，降低由于导管姿态无序变换所造成的医疗损伤，也提高了导管的导航定位精度，进而也提高了心脏介入手术的成功率。本发明适用于二维平面导航控制方法和三维立体导航。

附图说明

图1为导管在导航区域3内；

图2为二维平面导航示意图；

图3为三维立体导航示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。