阅读说明：本技术 由补偿引线进行的磁性拾取消除 (Magnetic pickup cancellation by compensation leads ) 是由 S.B.舒山 E.基迪什曼 V.格里纳 于 2019-06-26 设计创作，主要内容包括：本发明题为“由补偿引线进行的磁性拾取消除”。本发明公开了一种布线组件,该布线组件包括差分输入端口、差分输出端口以及第一对电引线和第二对电引线。差分输入端口被构造成在布线组件的第一端部处接收来自传感器的差分信号。差分输出端口被构造成在布线组件的第二端部处输出差分信号。第一对电引线和第二对电引线将差分信号从第一端部传送到第二端部,并以由布线组件消除周围磁场的拾取的构型在第一端部和第二端部处彼此连接。(The invention provides magnetic pickup cancellation by compensation leads. A wiring assembly includes a differential input port, a differential output port, and first and second pairs of electrical leads. The differential input port is configured to receive a differential signal from the sensor at the first end of the wiring assembly. The differential output port is configured to output a differential signal at the second end of the wiring assembly. The first and second pairs of electrical leads carry differential signals from the first end to the second end and are connected to each other at the first and second ends in a configuration in which pick-up of ambient magnetic fields is cancelled by the wiring assembly.)

由补偿引线进行的磁性拾取消除

技术领域

本发明整体涉及传感器布线方案的改进，并且具体地涉及用于减轻磁位置跟踪系统中的磁性拾取的布线方案。

背景技术

提出了用于改进体内磁位置传感器及其集成的各种技术。例如，PCT国际专利申请公布WO 2017/136599描述了用于在磁环境中使用的医疗设备组件，该医疗设备组件包括医疗设备，所述医疗设备包括具有近端部分和远端部分的轴。该设备还包括位于轴的远端部分处的位置传感器，该位置传感器包括从其延伸到轴的近端部分的第一引线和第二引线。该设备还包括机电连接器，该机电连接器在其第一端部上具有多个连接点。这些连接点中的第一连接点和第二连接点分别电连接到第一传感器引线和第二传感器引线。连接器还包括电联接到第三连接点和第四连接点的误差回路区段。误差回路区段有助于形成可用于针对磁噪声进行校正的补偿回路。

又如，美国专利6,073,043描述了用于确定远程对象相对于参考坐标系的位置和取向的方法和装置。该装置可用于定位导管或内窥镜的端部、针对计算机数据库将对象数字化、虚拟现实以及运动跟踪。该装置包括：多个场产生元件，用于产生电磁场；驱动器，用于向产生元件施加产生彼此可区分的多个电磁场的信号；远程传感器，具有一个或多个场感测元件，用于感测所产生的场；以及处理器，用于将该一个或多个感测元件的输出处理成远程对象相对于产生元件参考坐标系的位置和取向。此处提出的方法也可作为最终的“修正”阶段应用于其它磁跟踪技术，以提高其位置和取向解的准确性。

在另一个领域中，美国专利6,263,229描述了制作磁共振导管线圈的方法的若干实施方案。在柔性电绝缘的基底构件上图案化电连接到彼此的至少一对基本上平行的导电线圈元件。在线圈组件之上设置导管。在一个实施方案中，提供第二对基本上平行的导电线圈元件以便形成正交线圈。在一些实施方案中，可提供调谐和匹配电路以及去耦合电路。还公开了通过这些方法产生的(a)线圈、(b)线圈组件以及(c)包含线圈组件的导管线圈。线圈可以是小型化的，以便于容易地***合适的护套(诸如探针或导管)内以进入患者体内，包括进入体窍中、或进入血管中、或进入身体的内部区域中。

发明内容

本发明的实施方案提供了一种布线组件，该布线组件包括差分输入端口、差分输出端口、以及第一对电引线和第二对电引线。差分输入端口被构造成在该布线组件的第一端部处接收来自传感器的差分信号。差分输出端口被构造成在该布线组件的第二端部处输出该差分信号。第一对电引线和第二对电引线将该差分信号从该第一端部传送到该第二端部，并以由该布线组件消除周围磁场的拾取的构型在该第一端部和该第二端部处彼此连接。

在一些实施方案中，该布线组件还包括读出电路，该读出电路被联接以接收在该布线组件的该第二端部处输出的该差分信号。

在一些实施方案中，该第一对引线和该第二对引线在预设公差内涵盖相同面积。

在一个实施方案中，该第二对引线反向并联连接到该第一对引线。

在另一个实施方案中，该第二对引线串联连接到该第一对引线。

在一些实施方案中，该第一对引线和该第二对引线被图案化在柔性印刷电路板(PCB)上。

在一些实施方案中，该传感器包括磁传感器。

根据本发明的实施方案，另外提供了一种组件布线方法，该组件布线方法包括：提供差分输入端口，该差分输入端口被构造成在该布线组件的第一端部处接收来自传感器的差分信号。还提供差分输出端口，该差分输出端口被构造成在该布线组件的第二端部处输出该差分信号。对第一对电引线和第二对电引线进行布线以形成该布线组件，使得该第一对引线和该第二对引线以一定构型布线到彼此，该构型消除由该第一对和该第二对拾取的由于周围磁场造成的干扰信号。

结合附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：

附图说明

图1为根据本发明实施方案的基于导管的磁位置跟踪和消融系统的示意性图解；

图2A和图2B是根据本发明实施方案的被构造成消除磁性拾取噪声的布线组件的示意性框图；

图3是根据本发明实施方案的在柔性印刷电路板(PCB)上实现的布线组件的示意性图示；以及

图4A和图4B是将在具有和不具有根据图2A所示实施方案的噪声消除布线组件的情况下的磁性拾取噪声进行比较的曲线图。

具体实施方式

概述

本文所述的本发明的实施方案提供了用于减轻因电气布线在磁场中而拾取的干扰的改进的组件布线方法和布线组件。本文所述的实施方案主要指穿过导管从导管的远端处的传感器延伸到近端处的读出电路的布线。然而，所公开的组件布线技术适用于各种其它系统和应用。

在一些实施方案中，基于导管的位置跟踪系统中所包括的线圈传感器响应于交变磁场而产生差分信号。这些信号被传输到布线组件的第一端部处的差分输入端口，然后由布线组件传送到布线组件的第二端部处的差分输出端口。在一些实施方案中，放大器被联接以用于接收在布线组件的第二端部处的所输出的差分信号。

一般来讲，布线组件可例如响应于遍布该组件中所包括的一对引线(基本上充当具有非零面积的单个绕组线圈的一对)所涵盖的区域的交变磁场而产生干扰电位。干扰信号可使传感器信号失真并降低使用信号的系统的总体性能，诸如在使用由磁传感器产生的位置信号的基于导管的位置跟踪系统中。

下文所述的本发明的实施方案提供了布线构型，其中第一对电引线和第二对电引线将差分信号从第一端部传送到第二端部，并以通过布线组件消除周围磁场的拾取的构型在第一端部处和第二端部处彼此连接。如上所述，这种布线组件可用于例如将传感器连接到读出电路。

在一些实施方案中，布线组件包括连接到磁传感器的线圈的第一对引线。第一对引线可从遍布引线所涵盖区域的周围磁场拾取干扰信号。布线组件的与第一对引线具有类似几何布置(例如，在预设公差内涵盖相同面积)的第二对引线以反向并联构型连接到第一对引线，以便针对由第一引线对产生的干扰信号进行补偿。

在所公开的反向并联连接构型中，这两对引线并联连接，但它们的极性反向，如下文进一步所述。由第二引线对产生的干扰信号与由第一引线对产生的干扰信号基本上相同，但具有反向极性，因此可用于消除输入到读出电路的干扰信号。所公开的布线构型将这两对引线(即，四根引线)减少成两根引线，这两根引线将传感器信号馈送到读出电路，诸如包括单个放大器，其中干扰信号已经在放大器的输入端处被消除。

在一些实施方案中，布线组件包括第一引线对和第二引线对，该第一引线对和第二引线对串联连接以向单个放大器馈送。为了针对由第一对引线产生的干扰信号进行补偿，串联地并入与第一引线对具有类似几何布置的第二对引线，其方式为在放大器的输入端处消除掉所诱发的干扰信号。同样，在第二引线对中产生的干扰型号与由第一引线对产生的干扰信号基本上相同，但具有反向极性，因此这两对引线的串联互连消除干扰信号。

启发式地，所公开的反向并联连接构型可被视为消除干扰电压，并且串联连接构型可被视为消除干扰电流。对这两个连接方案之一的特定选择可取决于读出电路的细节，诸如放大器类型。

在一些实施方案中，将柔性印刷电路板(PCB)图案化成具有这两对引线。这两对引线被图案化成使得第一引线对和第二引线对以反向并联构型或串联构型连接，以向单个放大器馈送。在其它实施方案中，所公开的连接方案用于将一个或多个传感器联接到包括多个放大器的读出电路。这种多放大器电路通常被馈送需要所公开的拾取噪声消除方案的许多信号，如本领域技术人员将会想到的。

当与使用大体积解决方案、诸如“双绞”绝缘线相比时，用于消除磁性拾取噪声以避免输入到读出电路的所公开的布线构型拾取信号中的噪声，从而使从读出电路输出的信号具有更高质量。通过在PCB上图案化引线，所公开的技术对于紧凑的电气布局可为有利的，如将多个传感器装配在导管的远端处所需的。所公开的引线架构和图案化技术因此可实现诸如导管的器械的更好的小型化以及成本效益。

所公开的技术还优于较不紧凑的解决方案(例如，双绞线)，因为所公开的实施方案尤其适于其中线的“扭绞节距”必须足够紧密以确保低拾取噪声的高频交变磁场，。充分地扭绞引线因此成为苛刻且昂贵的工艺，而所公开的图案化技术更易于符合此类要求。

系统说明

图1为根据本发明实施方案的基于导管的磁位置跟踪和消融系统20的示意性图解。系统20包括导管21，该导管21具有轴远端22，该轴远端22由内科医师30经由血管系统导航到患者28的心脏26中。在图示的示例中，内科医生30将轴远端22穿过护套23***，同时使用接近导管近端的操纵器32操纵轴远端22的远端。如插图25所示，轴远端22包括容纳在轴远端22内的磁传感器51以及消融导管50。

在本文所述的实施方案中，导管21用于心脏26中的组织的消融。虽然图示实施方案具体地涉及使用消融导管50来对心脏组织进行消融，但是系统20的元件和本文所述的方法可另选地应用于对其它导管类型(诸如电生理标测导管)进行位置跟踪。此外，所公开的组件布线技术可用于提高从装配在远端22处的其它传感器(诸如接触力传感器和电生理活动传感器)接收的信号质量。

导管21的近端连接到控制台24。控制台24包括处理器39(通常为通用计算机)，该处理器具有用于接收来自导管21的信号以及用于通过导管21施加能量以消融心脏26中的组织并且用于控制系统20的其他部件的合适的前端和接口电路38。控制台24还包括被构造成驱动磁场发生器36的驱动电路34。

在轴远端22在心脏26中的导航期间，控制台24响应于来自外部场发生器36的磁场而从磁传感器51接收信号，例如，用于测量消融导管50在心脏中的位置，并且任选地，将跟踪位置呈现在显示器27上。磁场发生器36放置在患者28外部的已知位置处，例如，在患者工作台29下方。这些位置信号指示消融导管50在位置跟踪系统的坐标系中的位置。在一些实施方案中，将信号从传感器51传送到控制台24的布线组件(未示出)根据所公开的组件布线方法之一被构造成消除由于从发生器36辐射的磁场造成的拾取噪声。

这种使用外部磁场的位置感测方法在各种医疗应用中实现，例如在由BiosenseWebster Inc.(Diamond Bar,Calif.)生产的CARTO^TM系统中实现，并且详细地描述于美国专利5,391,199、6,690,963、6,484,118、6,239,724、6,618,612和6,332,089、PCT专利公布WO96/05768、以及美国专利申请公布2002/0065455 A1、2003/0120150 A1和2004/0068178 A1中，这些专利的公开内容均以引用方式并入本文。

处理器39通常包括通用计算机，该通用计算机用软件进行编程，以执行本文所述的功能。该软件可通过网络以电子形式被下载到计算机，例如或者其可另选地或另外地设置和/或存储在非临时性有形介质(诸如磁学、光学或电子存储器)上。

由补偿引线进行的磁性拾取消除

图2A和图2B是根据本发明实施方案的被构造成消除磁性拾取噪声的布线组件111和222的示意性框图。所示布线构型中的每一者包括以消除磁性拾取噪声的方式彼此连接的两对引线。

在图2A和图2B所示的两个实施方案中，第一引线对54和第二引线对55(它们均可被视为单个绕组线圈)在预设公差内涵盖相同面积。因此，周围交变磁场线48在两个引线对中感应出非常相似的干扰信号。需注意，在图2A中，与所涵盖的总面积相比，引线对55的交叉区涵盖非常小的面积，因此对感应拾取信号的值的影响可忽略不计。

如图2A所示，引线对54将磁传感器51联接到读出电路52，该读出电路52本质上为单个放大器。第二对引线(引线对55)以反向并联构型在放大器的输入端60a和60b之间连接到引线对54。所公开的联接使用相应地布线组件111的第一端部处的差分输入端口100和布线组件111的第二端部处的差分输出端口101来实现。

在第二端部处，引线对55在传感器51的输出点60c和60d处电短接到相应的引线对54。因此，在引线对55中产生的干扰信号与在引线对54中产生的干扰信号基本上相同，但具有反向极性。以这种方式，得以将输入端60a和60b之间的干扰信号(即，电压)消除掉。

图2B示出了一个实施方案，其中第二引线对55在点60e处串联连接到引线对54，并且两对引线串联地在传感器51与读出电路52的输入端60a和60b之间形成互连。在引线对55中感应出的干扰电流与在引线对54中感应出的干扰电流基本上相同，但具有反向极性，因此消除掉相反的干扰电流，从而在放大器输入端60a和60b之间产生零干扰信号。所公开的联接分别使用相应地布线组件222的第一端部处的差分输入端口200和布线组件222的第二端部处的差分输出端口201来实现。

图2A和图2B所示的示意图完全是为了概念清晰而选择的。以举例的方式引出旨在通过涵盖类似的有效面积来实现干扰信号的消除的连接引线对的示意性几何方案。其它设计也是可能的，例如，包括将一对引线上覆在另一对的顶部之上的设计。可使用各种类型的磁传感器，诸如利用法拉第效应的基于线圈的传感器、利用洛伦兹力的基于微机电装置的传感器等。

图3是根据本发明实施方案的在柔性印刷电路板(PCB)53上实现的布线组件的示意性图示。PCB 53被图案化成具有两对引线。磁传感器的线圈51连接到第一图案化引线对54。如图所示，引线对54和引线对55都涵盖由周围磁场线48穿过的区域。第二对引线(即，引线对55)在PCB 53上图案化，其方式为使得引线对54和引线对55在预设公差内涵盖相同面积。

在一个实施方案中，读出电路52在PCB 53上连接到呈反向并联构型的引线对54和55，以便从传感器51接收不受可在其他方面由两对引线产生的磁性拾取噪声干扰的信号。在另一个实施方案中，读出电路52由串联构型的引线对54和55连接在PCB 53上，从而在读出电路52的输入端处消除掉可由两对引线产生的磁性拾取噪声。在一些实施方案中，PCB53装配在用于位置跟踪的导管21的远端中。

图3所示的示例完全是为了概念清晰而选择的。在另选的实施方案中，在PCB 53上图案化的或放置在PCB 53上的元件的布置、特性和数量可变化。PCB 53的形状和引线对54和55的形状可以是不同的，如本领域技术人员将会想到的。例如，两对引线可将一对在另一对的顶部上图案化，它们之间图案化有绝缘层，以防止两对引线短路。

图4A和图4B是将在具有和不具有根据图2A所示实施方案的噪声消除布线组件的情况下的磁性拾取噪声进行比较的曲线图。具体地，附图示出了在不具有和具有以反向并联构型连接到第一对引线的第二对引线的情况下的拾取噪声。

图4A示出了由引线对54产生的输入噪声的频谱。如图所示，输入噪声主要是白噪声。在约18kHz的频率处观察到拾取噪声峰值。如图4A所示，当未补偿时(例如，通过图2A所示的实施方案)，18kHz处的拾取噪声振幅70a具有-35dBV的值，比白噪声高约40dBV。图4B示出了由引线对54和55产生的输入噪声的频谱，引线对54和55以反向并联构型彼此连接。图4B示出了由反向并联连接方案造成的拾取噪声的振幅70b。如图所示，拾取噪声振幅70b具有-54dBV的值，该值比未补偿的拾取噪声振幅70a低约20dBV。

图4A和图4B所示的曲线图以举例方式引出，以根据经验证明反向并联连接方案的拾取消除效应。可以进行其它测量并且可应用其它分析方法来证明图2A和图2B所示的两种连接方案中的任一种的功效。

虽然本文所述的实施方案主要涉及心脏导管，但本文所述的方法和系统也可以用于其它应用，诸如神经病学和耳鼻喉科学。一般来讲，本文所述的方法和方案也可与利用磁传感器的任何系统、并且特别是与导航系统一起使用。

因此应当理解，上面描述的实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文特定示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述描述时将会想到所述变型和修改，并且所述变型和修改并未在现有技术中公开。以引用方式并入本专利申请的文献被视为本申请的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中限定的任何术语与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应仅考虑本说明书中的定义。