医疗导管及其定位方法和三维磁定位系统
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种医疗导管及其定位方法和三维磁定位系统。
背景技术
心血管疾病是一种严重威胁人类健康的疾病，患病率、致残率和死亡率都较高。目前，微创伤介入手术已成为临床上诊疗心血管疾病比较有效的方法，通常需要借助各种不同结构、形状和尺寸的导引鞘管来建立患者体内病变部位与外界操作端的通道，以导入消融导管、药物等至患者病变部位，从而达到对人体内病变进行诊断和局部治疗的目的。导引鞘管通常由管体和手柄主体组成，管体较长并有一个用作通道的内腔，管体具有远端和近端，远端可方便进入人体管腔(如血管)，近端连接手柄主体供专业医生操作。
在导引鞘管设计制造过程中，会根据其预期用途不同，将远端预塑成不同的弯型，使其与特定病变部位的解剖学形态相适应，便于导引鞘管远端对准人体内的病变部位。近年来，各种形状和角度的远端预塑形导引鞘管被陆续开发并投入临床使用，这就要求医院必须备齐所有规格型号的导引鞘管，增加了医院的成本。而当人体生理解剖结构出现个体差异时，即使是根据特定人体生理解剖结构设计的远端预塑形导引鞘管，也无法与个体化的生理解剖结构相适应，手术过程中通常需要更换其它形状的预塑形导引鞘管，增加了患者的手术负担。因此，近年来开发了导引鞘管远端可调弯技术，通过体外调节使导引鞘管的远端反复在不同角度间变化，以适应不同的生理解剖学形态。
传统的电生理介入手术是在二维模式下进行的，专业医生只能在X光机的引导下，结合X射线成像和操作方法在人体内建立通道，操作时间较长，准确度较低，风险较高。而且即便具有良好电生理介入手术经验的医生，仍需多次使用X射线来显示心脏形状和判断导引鞘管的位置，这对患者和医生造成了大量的辐射。因此，目前，在人体内建立引导电生理导管的通道，还处在结合X 射线成像的二维模式，不仅容易使医患双方暴露在高辐射环境，而且定位精度低，不便于医生精确掌握电生理导管相对于病人的位置，降低了介入手术的精度和安全性。另一方面，在现有的其它医疗导管中，虽然已通过设置磁定位传感器对导管的位置进行定位和显示，避免了患者和医生遭受过量的X射线辐射，但存在磁定位传感器仅设置于导管的一侧或磁定位位置设置不合理，从而无法准确显示导管的位置。
发明内容
本发明的目的是提供一种医疗导管及其定位方法和三维磁定位系统，旨在解决背景技术中存在的一个或多个问题，通过磁传感器精确定位并显示医疗导管之头端管段的位置和方向，提高医疗导管的控制精度，提高介入手术的精确性，同时使医患双方尽可能地免受射线辐射，提高介入手术的安全性。
为实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供一种医疗导管，包括导管本体、第一磁传感器和第二磁传感器；所述导管本体包括轴向依次连接的头端管段、可调弯段和非可调弯段；所述第一磁传感器和所述第二磁传感器均固定设置于所述可调弯段的内部。
可选地，所述第一磁传感器和所述第二磁传感器对称设置在所述可调弯段的内部。
可选地，所述第一磁传感器和所述第二磁传感器平行或不平行设置。
可选地，所述第一磁传感器和所述第二磁传感器呈夹角设置，所述夹角为5°～175°。
可选地，所述夹角为90°。
可选地，所述医疗导管还包括牵引环和牵引丝，所述牵引环设置于所述可调弯段的远端内部，所述牵引丝可活动地穿设在所述导管本体内，所述牵引丝的一端连接所述牵引环，且所述牵引丝和所述牵引环相配合控制所述可调弯段的控弯方向；
其中，所述第一磁传感器和所述第二磁传感器设置于所述牵引环和所述头端管段与所述可调弯段的分界线之间，或者，所述第一磁传感器的至少一部分和所述第二磁传感器的至少一部分设置于所述牵引环上。
可选地，所述第一磁传感器和所述第二磁传感器均具有相对的连接端和自由端，且所述第一磁传感器的自由度和/或所述第二磁传感器的自由端位于所述分界线处，或者，在所述导管本体沿所述分界线的径向截面处，所述第一磁传感器的自由端和/或所述第二磁传感器的自由端与所述分界线对齐。
可选地，所述导管本体包括内层管和外层管，所述牵引环套设于所述内层管上；所述医疗导管还包括安装部件，位于所述可调弯段的内部并固定设置于所述内层管上；
所述安装部件上设置有第一定位凹槽和第二定位凹槽；所述第一磁传感器的一部分设置于所述第一定位凹槽，另一部分设置于所述内层管上，所述第二磁传感器的一部分设置于所述第二定位凹槽，另一部分设置于所述内层管上；或者，所述第一磁传感器整个设置于所述第一定位凹槽，所述第二磁传感器整个设置于所述第二定位凹槽。
可选地，所述安装部件由显影材料制成，或者，所述安装部件的外表面涂覆有显影材料。
可选地，所述安装部件包括结构件，设置于所述牵引环的远端。
可选地，所述结构件包括第一定位块和第二定位块，所述第一定位块和所述第二定位块均为三角块并对称设置在所述内层管上，所述第一定位凹槽设置于所述第一定位块上，所述第二定位凹槽设置于所述第二定位块上；或者，所述结构件为中空柱状体并套设在所述内层管上，所述第一定位凹槽和所述第二定位凹槽设均置于所述中空柱状体的外周面上。
可选地，所述牵引环被作为所述安装部件。
可选地，所述第一磁传感器和所述第二磁传感器位于所述可调弯段的相对两侧，或者，所述第一磁传感器和所述第二磁传感器位于所述可调弯段的同一侧并沿轴向分布。
可选地，所述第一磁传感器和第二磁传感器均为五自由度传感器。
可选地，所述医疗导管为导引鞘管或电生理导管。
当所述医疗导管为导引鞘管时，其可用于方便地在体内快速建立通道，将医疗导管准确地导引至病变部位。
为实现上述目的，根据本发明的第二个方面，提供一种三维磁定位系统，包括任一项所述的医疗导管以及定位装置。
所述定位装置包括定位处理单元及显示单元；所述第一磁传感器和第二磁传感器分别与所述定位处理单元通信连接；
所述定位处理单元被配置为获取所述第一磁传感器的位姿信息及所述第二磁传感器的位姿信息，并根据获取的所述第一磁传感器的位姿信息及所述第二磁传感器的位姿信息，获取所述头端管段的位姿信息；
所述显示单元与所述定位处理单元通信连接，并被配置为接收所述头端管段的位姿信息并进行显示。
可选地，所述第一磁传感器和所述第二磁传感器对称设置在所述可调弯段的内部并位于相对两侧；
所述定位处理单元被配置为根据获取的所述第一磁传感器的位姿信息及第二磁传感器的位姿信息，获取所述头端管段的中间位置信息，并通过所述头端管段的中间位置信息模拟得到一图像模型；
所述图像模型用于表示所述头端管段的位姿，且所述图像模型通过所述显示单元进行显示。
可选地，所述第一磁传感器和第二磁传感器均为五自由度传感器；
所述定位处理单元被配置为根据两个所述五自由度传感器的位姿信息，合成一个六自由传感器的位姿信息，并利用所述六自由度传感器的位姿信息获取所述头端管段的中间位置信息。
可选地，所述定位处理单元还被配置为对所述头端管段的位姿信息进行图形化处理；所述显示单元被配置为接收所述经图形化处理的位姿信息并进行显示。
为实现上述目的，根据本发明的第三个方面，提供一种医疗导管的定位方法，所述医疗导管包括导管本体、第一磁传感器和第二磁传感器，所述导管本体包括轴向依次连接的头端管段、可调弯段和非可调弯段，所述第一磁传感器和所述第二磁传感器固定设置于所述可调弯段的内部，所述定位方法包括：
获取所述第一磁传感器的位姿信息及所述第二磁传感器的位姿信息；
根据获取的所述第一磁传感器的位姿信息及第二磁传感器的位姿信息，获取所述头端远端的位姿信息并进行显示。
可选地，所述第一磁传感器和所述第二磁传感器对称设置在所述可调弯段的内部并位于相对两侧，且获取所述头端管段的位姿信息的方法包括：
根据获取的所述第一磁传感器的位姿信息及第二磁传感器的位姿信息，获取所述头端管段的中间位置信息；
通过所述头端管段的中间信息模拟得到一图像模型，所述图像模型用于表示所述头端管段的位姿；
显示所述图像模型。
可选地，所述第一磁传感器和第二磁传感器均为五自由度传感器，且所述获取所述头端管段的中间位置信息的步骤包括：
根据两个所述五自由度传感器的位姿信息，合成一个六自由度传感器的位姿信息，并利用所述六自由度传感器的位姿信息获取所述头端管段的中间位置信息。
本发明提供的医疗导管及其定位方法和三维磁定位系统具有如下优点：
在介入手术中，通过上述医疗导管和定位装置的配合，能够精确定位医疗导管之头端管段在体内的位置和方向，并在图像指导下，操作者可精确地控制头端管段的控弯方向，例如当所述医疗导管为导引鞘管时，其可用于方便地在体内快速建立通道，将医疗导管准确地导引至病变部位，同时也能使医患双方免受射线辐射，从而提高介入手术的精确性和安全性。尤其地，两个磁传感器设置于牵引环和头端管段与可调弯段的分界线之间或者设置于牵引环上，使得两个磁传感器邻近头端管段布置，便于更准确判断头端管段的位置，并且在进行控弯时，两个磁传感器不会受到控弯的影响，降低了磁传感器断裂的风险，保证了磁定位的可靠性。
上述医疗导管优选通过安装部件安装两个磁传感器，一方面可保证磁传感器的安装精度，另一方面可降低安装磁传感器的工艺难度，降低制造成本。此外，上述安装部件优选能够显影，更优选牵引环作为安装部件，避免额外引入一个结构件，并可将定位、显影和牵拉的功能集成于一体，在保证精准定位两个磁传感器的同时，又起到术前对两个磁传感器的位置的确认作用，并避免了加大头端管段硬段的长度，降低在进行调弯控制时头端管段的硬段划伤心肌或血管的风险，进一步提高介入手术的安全性。
上述医疗导管的两个磁定位传感器优选设置在牵引环上，由于牵引环的位置最接近头端管段，因此，根据牵引环上的两个磁定位传感器的位姿信息所获取的头端管段的中间位置信息，可以更准确判断头端管段的位置，进一步提高医疗导管的控制精度。
附图说明
本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1是本发明优选实施例中三维磁定位系统的应用场景图；
图2是本发明优选实施例中导引鞘管的结构示意图，其中显示了可调弯段处于未弯曲状态、向一侧弯曲状态和向另一侧弯曲状态；
图3是本发明优选实施例中导引鞘管的结构示意图，其中可调弯段处于未弯曲状态；
图4是沿图3所示导引鞘管的A-A连线剖切得到的剖面图；
图5是图4所示导引鞘管于I位置处的局部放大图，其中为了解释说明，还利用引线B1和B2额外示出了两个磁传感器在可调弯段内部放置的局部放大图，以便于更清楚地显示这些位置的结构；
图6是本发明实施例中六自由度传感器的旋转坐标图；
图7是本发明实施例一中导引鞘管的结构示意图；
图8是沿图7所示导引鞘管的B-B连线剖切得到的剖面图；
图9是本发明实施例一中磁传感器在导引鞘管上放置位置的三维示意图，也即在图8所示导引鞘管于II位置处的局部放大图；
图10是图9所示磁传感器在导引鞘管上放置位置的俯视图；
图11是沿图10所示导引鞘管的C-C连线进行剖切得到的剖面图；
图12是本发明实施例二中磁传感器在导引鞘管上放置位置的三维示意图；
图13是图12所示磁传感器在导引鞘管上放置位置的俯视图；
图14是沿图13所示导引鞘管的的D-D连线进行剖切得到的剖面图；
图15是本发明实施例三中磁传感器在导引鞘管上放置位置的三维示意图；
图16是图15所示磁传感器在导引鞘管上放置位置的俯视图；
图17是沿图16所示导引鞘管的E-E连线进行剖切得到的剖面图；
图18是本发明实施例四中导引鞘管的结构示意图；
图19是沿图18所示导引鞘管的F-F连线剖切得到的剖面图；
图20是图19所示导引鞘管于III位置处的局部放大图，其中为了解释说明，还利用引线C1和C2额外示出了两个磁传感器在定位块上放置的局部放大图，以便于更清楚地显示这些位置的结构；
图21是本发明实施例五中磁传感器在导引鞘管上放置位置的三维示意图；
图22是图21所示磁传感器在导引鞘管上放置位置的俯视图；
图23是沿图22所示导引鞘管的H-H连线进行剖切得到的剖面图；
附图标记说明如下：
导引鞘管-10；头端管段-11；可调弯段-12；手柄主体-13；侧支-14；非可调弯段-15；磁定位结构-16；第一磁传感器-161；第二磁传感器-162；连接尾线-17；牵引环-18；牵引丝-191；内层管-192；电生理导管-20；定位装置-30；定位处理单元-31；显示单元-32；设备连接器-33；结构件-41、42、43、44；第一定位块 -411；第二定位块-412；第一分界线-S1；第二分界线-S2。
具体实施方式
本发明的核心思想是提供一种三维磁定位系统，包括定位装置和医疗导管。所述定位装置包括定位处理单元和显示单元。
所述医疗导管包括导管本体、第一磁传感器和第二磁传感器。所述导管本体包括轴向依次连接的头端管段、可调弯段和非可调弯段。所述第一磁传感器和所述第二磁传感器均固定设置于所述可调弯段的内部。
所述第一磁传感器和所述第二磁传感器分别与所述定位处理单元通信连接。所述定位处理单元被配置为获取所述第一磁传感器的位姿信息以及所述第二磁传感器的位姿信息。所述定位处理单元还被配置为根据获取的所述第一磁传感器的位姿信息以及所述第二磁传感器的位姿信息，获取所述头端管段的位姿信息。所述显示单元与所述定位处理单元通信连接，并被配置为接收所述头端管段的位姿信息并进行显示。进一步的，所述定位处理单元可以对头端管段的位姿信息进行图形化处理，所述显示单元接收所述经图形化处理的位姿信息并进行显示。本发明对所述定位处理单元对所述头端管段的位姿信息进行图形化处理的方式不加限定，例如进行图形化处理的方式可以包括采用矢量线表示头端管段的位姿信息，或者是采用与头端管段的形状类似或相同的图形表示头端管段的位姿信息。应知晓，位姿信息包括空间位置信息和方向信息。此外，所述医疗导管可以是导引鞘管或电生理导管，电生理导管可以是射频消融导管或标测导管。
如此配置，在执行介入手术时，可实时通过两个磁传感器跟踪医疗导管之头端管段在腔内的位置和方向，并通过显示单元实时显示头端管段的位置和方向，这样做，提高了医疗导管的控制精度，例如当医疗导管为导引鞘管时，方便在体内快速建立通道，将医疗导管精准地导引至病变部位，同时还可使医患双方免受射线辐射，从而提高介入手术的精确性和安全性。特别的，考虑到磁传感器比较脆弱，为了避免其在使用过程中出现断裂的问题，两个磁传感器设置于牵引环和头端管段与可调弯段的分界线之间或者牵引环上，也即，本发明将两个磁传感器邻近头端管段布置，便于更准确判断头端管段的位置，提高导管定位精度，但不会加大头端管段的硬度。而且对可调弯段进行控弯时，两个磁传感器不会受到控弯的影响，从而降低磁传感器断裂的风险，保证磁定位的可靠性。
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外，术语“近端”通常是靠近操作者的一端，术语“远端”通常是靠近患者(即靠近病灶)的一端。
以下描述中，以医疗导管为导引鞘管作为示意，对本发明的三维磁定位系统的结构和使用方式作进一步的说明，但本发明的医疗导管还可以是射频消融导管或标测导管。
如图1所示，本实施例涉及一种三维磁定位系统，所述三维磁定位系统包括导引鞘管10、电生理导管20和定位装置30。所述定位装置30包括定位处理单元31和显示单元32。所述电生理导管20可以是标测导管或射频消融导管。所述导引鞘管10包括相连接的导管本体和操控手柄，所述导管本体包括近端部分和远端部分。
如图2所示，所述远端部分包括头端管段11和与其连接的可调弯段12。所述头端管段11位于可调弯段12的远端，其材料通常为软质高分子材料，作用是避免在血管内或心脏内划伤血管或心肌。通常的，所述头端管段11的侧壁上设置有至少一个排气孔，有助于抽吸操作，减少空洞和气泡。所述近端部分包括非可调弯段15，所述可调弯段12的近端连接非可调弯段15。所述操控手柄包括手柄主体13和侧支14。所述侧支14提供一个输入输出接口，可用于抽吸、补液、血液采样、压力监控等手术操作，此为现有技术，不作详细描述。所述非可调弯段15的近端连接手柄主体13。进一步的，为了更清楚地了解可调弯段 12和非可调弯段15的分界位置，例如在图2至图4或其他附图中标出了可调弯段12和非可调弯段15的分界位置，并用第一分界线S1表示。在第一分界线S1 以远的位置为可调弯段12，在第一分界线S1以近的位置为非可调弯段15。并且还标出了头端管段11和可调弯段12的分界位置，且用第二分界线S2表示。应理解，所述头端管段11、可调弯段12和非可调弯段15的材料硬度不同，头端管段11的材料较软，可调弯段12的材料硬度低于非可调弯段15的材料硬度且高于头端管段11的材料硬度，使可调弯段12在牵拉下容易弯曲，而非可调弯段15(或称直管段)不可弯曲。
如图3至图5所示，所述导引鞘管10还包括磁定位结构16，用于定位头端管段11的位置和方向(即位姿)。所述磁定位结构16设置在可调弯段12的内部并远离第一分界线S1设置。较佳的，所述磁定位结构16设置于牵引环18和第二分界线S2之间或者设置于牵引环18上，优点是，使磁定位结构16邻近头端管段11布置，便于更准确定位头端管段11的位置，并且在对可调弯段12进行控弯时，磁定位结构16(包括两个磁传感器)不会受到控弯的影响，降低了磁传感器断裂的风险，保证了磁定位的可靠性。
所述磁定位结构16具体包括第一磁传感器161和第二磁传感器162，均固定设置于可调弯段13的内部，并优选邻近头端管段11布置。本实施例中，每个磁传感器具有相对的连接端A和自由端B，其中，每个磁传感器连接导线的一端为连接端A，另一端为自由端B。较佳的，两个磁传感器中的至少一个的自由端B位于所述第二分界线S2处，或者，在所述导管本体沿所述第二分界线 S2的径向截面处，两个磁传感器中的至少一个的自由端B与所述第二分界线S2 对齐。例如在一些实施例中，两个磁传感器在可调弯段12的周向上分布并位于可调弯段12内部的相对两侧，此时，两个磁传感器的自由端B均较佳地位于所述第二分界线S2处或与所述第二分界线S2对齐。在另一些实施例中，两个磁传感器在可调弯段12的轴向上分布并位于可调弯段12内部的同一侧，也即，两个磁传感器在与导管本体的中心轴线平行的圆周面上的一条直线上，此时，其中一个磁传感器的自由端B较佳地位于所述第二分界线S2处或与所述第二分界线S2对齐。
此外，两个磁传感器在导管本体上呈夹角布置，所述夹角为0°～180°(包括0°和180°)，优选的，所述夹角为5°～175°，更优选的，所述夹角为90°。应理解，两个磁传感器的夹角指的是两条射线的夹角，即两个磁传感器上的两条AB方向射线的夹角即为两个磁传感器的夹角。较佳的，所述第一磁传感器 161和所述第二磁传感器162对称设置在所述可调弯段12的内部。对称设置的两个磁传感器有助于提高定位精度，而且也可简化定位处理单元31的计算工作量，提高处理效率。进一步的，所述第一磁传感器161和第二磁传感器162可以平行设置也可以不平行设置。另外，所述第一磁传感器161和第二磁传感器 162均与定位处理单元31通信连接，例如通过连接尾线17与定位处理单元31 通信连接。可选的，所述连接尾线17与定位处理单元31的设备连接器33连接。所述显示单元32与定位处理单元31通信连接。
在实际使用时，所述定位处理单元31用于获取第一磁传感器161的位姿信息和第二磁传感器162的位姿信息，然后，根据获取的所述第一磁传感器161 的位姿信息和所述第二磁传感器162的位姿信息，获取所述头端管段11的位姿信息，进一步的，所述显示单元32接收所述头端管段11的位姿信息并进行显示。进一步的，所述第一磁传感器161和第二磁传感器162对称设置在所述可调弯段12的内部并位于相对两侧，优选的，所述定位处理单元31被配置为根据获取的所述第一磁传感器161的位姿信息及第二磁传感器162的位姿信息，获取所述头端管段11的中间位置信息(即导管主体的中心轴线的位置)，并通过所述头端管段11的中间位置信息模拟得到一图像模型，所述图像模型可以是一段直线(如长度5mm～6mm)，或者所述图像模型为与头端管段11形状和/或大小类似的三维模型，并通过所述显示单元32显示所述图像模型。以此构造，即可通过所述图像模型简化表示所述头端管段11，且所述图像模型通过所述显示单元32进行显示。因此，在进行控弯时，操作者可以更准确地根据图像的显示判断头端管段11的位置和方向。
所述第一磁传感器161和第二磁传感器162优选为五自由度传感器，并利用两个五自由度传感器合成一个六自由度传感器，等同于通过一个六自由度传感器跟踪头端管段11的位置和方向，定位效果好。进一步的，所述定位处理单元31利用所述六自由度传感器的位姿信息获取所述头端管段11的中间位置信息。进一步的，所述定位处理单元31可以直接将未经过校正的所述六自由度传感器的位姿信息作为所述头端管段11的中间位置信息，所述定位处理单元31 也可以将经过校正后的所述六自由度传感器的位姿信息作为所述头端管段11的中间位置信息。本发明中，如何利用两个五自由度传感器合成一个六自由度传感器为现有技术，因此，本发明对此合成方式不作详细描述。本发明采用两个五自由度传感器跟踪头端管段11的位置和方向，相比于直接使用一个六自由度传感器，成本更低，占用空间也小，既减小了导引鞘管(或其他医疗导管)的尺寸，也降低了导引鞘管(或其他医疗导管)的制造成本，同时两个磁传感器设置于导管本体的相对两侧，能够更准确判断导引鞘管10(或其他医疗导管) 的位置。应理解，合成的六自由度传感器可以在空间内自由旋转和移动，而六自由度传感器的位置、旋转和移动即对应于头端管段11的位置、旋转和移动。如此设置，可通过六自由度传感器精确判断头端管段11的位置和方向，方便操作者根据六自由度传感器的位置和方向精确控制可调弯段12的弯曲方向，从而提高导引鞘管10(或其他医疗导管)的控制精度，方便在体内快速建立通道，使电生理导管20在消融或标测时能够更准确的定位至病变部位。
更详细地说，所述头端管段11的方向信息主要是获得头端管段11的角度信息，也即六自由度传感器的角度信息。一般的，可以用旋转矩阵、旋转向量、四元数或欧拉角表示，且这些量也可以互相转换，其中，欧拉角使用更为广泛。在一些实施例中，可以用旋转矩阵表示头端管段11的方向信息。以直角坐标系 xyz为例，已知四元数q＝(θx y z)T；其中θ为轴角；(x y z)为向量；x为x轴的坐标值；y为y轴的坐标值；z为z轴的坐标值。当单位向量ω＝(x y z)旋转θ角度后，根据四元数可求得旋转矩阵R：
上述旋转矩阵R也可以用欧拉角表示，即围绕一个坐标系的各轴的一系列旋转，在空间中描述从一个固定的、已知方向的参考系，经过一系列基本旋转得到另一个新参考系的方式。如图6所示，原始参考系xyz的坐标轴被定义为x、 y、z，旋转后的新参考系XYZ的坐标轴被定义为X、Y、Z；N被称作交轨线，是xy和XY坐标平面相交处的一条线。
当用欧拉角表示头端管段11的姿态时，首先用以下矩阵进行描述：
式(1-1)等同于
其中：r11＝cosθ+x2(1-cosθ)；r12＝-zsinθ+xy(1-cosθ)； r13＝ysinθ+xz(1-cosθ)；r21＝zsinθ+xy(1-cosθ)；r22＝cosθ+y2(1-cosθ)； r23＝-xsinθ+yz(1-cosθ)；r31＝-ysinθ+xz(1-cosθ)；r32＝xsinθ+yz(1-cosθ)； r33＝cosθ+z2(1-cosθ)。α为x轴和N轴之间的角度，代表绕z轴的旋转；β为 z轴和Z轴之间的角度，代表绕N轴的旋转；γ为N轴和X轴之间的角度，代表绕Z轴的旋转。
然后，通过旋转矩阵R可以得到相应的欧拉角：
其中：θx、θy和θz分别为绕x轴、y轴和z轴的旋转角度。通过欧拉角即可确定六自由度传感器的姿态，也即确定了头端管段11的姿态。
本领域的技术人员应当可以理解，当两个磁传感器的相对位置保持固定并具有一定夹角，每个磁传感器的空间位置都可以确定，例如在磁传感器外部设置磁场发生器，磁传感器受到磁场作用而产生感应电流，通过连接尾线17反馈至定位处理单元31，定位处理单元31进行处理得到磁传感器在磁场的位置，最终确定磁传感器在空间上的具体位置，当两个磁传感器相对固定设置且夹角固定时，当导引鞘管10转动时，根据两个磁传感器的空间坐标，即可获取头端管段11的空间位置，由此达到实时跟踪头端管段11的目的。
本实施例中，所述导管本体优选包括内层管192((参阅图9至图23)和包覆在内层管192外的外层管(未图示)，即导管本体为双层管结构。此外，两个磁传感器设置在内层管192和外层管之间。例如两个磁传感器固定设置在内层管192上，或者固定设置在外层管上。本实施例中，优选两个磁传感器固定设置在内层管192上，不仅便于安装，而且也可降低在成型外层管时对磁传感器的影响，确保磁传感器不会发生移位，保证磁传感器的定位精度。
参阅图5，所述导引鞘管10还包括牵引环18和牵引丝191。所述牵引环18 设置在可调弯段12的内部并套设在内层管192上，且所述牵引环18邻近头端管段11设置，也即，所述牵引环18邻近第二分界线S2设置。较佳的，所述磁定位结构16设置在牵引环18上，以使磁定位结构16邻近头端管段11布置。由于牵引环18的位置较接近头端管段11，因此，在牵引环18上设置两个磁定位传感器，可准确定位头端管段11的位置，提高导引鞘管10的控制精度，而且无需额外的结构件来安装磁定位结构16，避免增加可调弯段12的硬度和长度。在其他实施例中，磁定位结构16也可不与牵引环18设置在一起，而是通过额外的结构件来安装磁定位结构16，结构件固定设置于内层管192上并位于牵引环18的远端，较佳的，所述结构件与牵引环18紧贴着。此外，所述牵引丝191 穿设在导管本体内，且一端连接牵引环18，另一端连接手柄主体13。所述牵引丝191能够在导管本体内移动，且通过牵引丝191的移动可以改变可调弯段12 的弯曲角度，也即通过牵引环18和牵引丝191的配合控制可调弯段12的控弯方向。
如前所述，两个磁传感器可以平行地设置，也可以不平行地设置。例如在一些实施例中，如图5所示，第一磁传感器161和第二磁传感器162对称地固定设置在内层管192上，且沿周向位于内层管192的相对两侧，同时两个磁传感器不仅平行设置，而且也平行于导引鞘管10的中心轴线，此时，两个磁传感器的夹角为0°，并据此可以得到头端管段11的中间位置信息，进而得到图像模型并在显示单元32上显示。在其他实施例中，当两个磁传感器位于内层管192 的相对两侧时，两者也可不平行地设置。在这些方式中，均可通过不同侧且优选对称设置的两个磁传感器获取头端管段11的中间位置信息，从而在显示单元 32上显示用于表示头端管段11的中间位置的图像模型，便于操作者更准确地判断导引鞘管10的位置，提高导引鞘管10的控制精度。
进一步的，为了保证磁传感器的安装精度，同时降低安装磁传感器的工艺难度，降低制造成本，所述导引鞘管10还包括安装部件，固定设置在所述内层管192上，具体设置在可调弯段12的内层管192上，并用于安装两个磁传感器。其中，所述第一磁传感器161的至少部分和所述第二磁传感器162的至少部分设置在所述安装部件上。也即，可以是，每个磁传感器的一部分设置在安装部件上，另一部分设置在内层管192上，或者，每个磁传感器的整个设置在安装部件上。本实施例中，所述安装部件上设置有第一定位凹槽和第二定位凹槽，第一定位凹槽放置第一磁传感器，第二定位凹槽放置第二磁传感器。例如在一些实施例中，所述第一磁传感器161的一部分设置于所述第一定位凹槽，另一部分设置于所述内层管192上，所述第二磁传感器162的一部分设置于所述第二定位凹槽，另一部分设置于所述内层管192上，这样设计，可以减小安装部件的长度和硬度，降低对可调弯段12弯曲性能的影响。在另一些实施例中，所述第一磁传感器161整个设置于所述第一定位凹槽，所述第二磁传感器162整个设置于所述第二定位凹槽。通过定位凹槽的设置，便于在狭小的空间内安装磁传感器，同时也便于通过定位凹槽的开槽方向设定两个磁传感器间的夹角并对磁传感器进行精准定位。
本实施例中，所述安装部件可包括一个结构件，所述结构件固定设置于所述内层管192上并位于所述牵引环18的远端，并在所述结构件上设置所述第一定位凹槽和所述第二定位凹槽。也即，通过额外引入一个结构件来安装两个磁传感器，以确保磁传感器的定位精度。优选地，在另一种实施方式中，所述牵引环18被作为所述安装部件，从而在牵引环18上设置所述第一定位凹槽和所述第二定位凹槽。通过这种设计，避免了额外引入一个结构件，也避免了增加可调弯段12的硬度，结构更简单，安全性更好。
进一步优选的，所述安装部件被配置为能够显影，也即，使显影部件和安装部件集成在一起。通过该设计，在手术之前或利用该磁传感器进行定位之初，术者能够通过安装部件在X射线下的显影来校核磁传感器的位置，利用两者的优势确保头端管段11的定位精度。而且也无需在头端管段11上设置额外的显影部件(如显影环或环电极)，从而减短头端管段11硬段的长度，降低在进行调弯控制时头端管段11的硬段划伤心肌或血管的风险，进一步提高介入手术的安全性。进一步的，所述安装部件可以是具有显影性的环电极。
尤其当所述牵引环18作为所述安装部件时，可将定位、显影和牵拉的功能集成于一体，在保证精准定位第一磁传感器161和第二磁传感器162的同时，又起到术前对第一磁传感器161和第二磁传感器162的位置的确认作用，并避免了加大头端管段11硬段的长度，以及避免加大可调弯段12的硬度。应知晓，在手术过程中，既可通过安装部件的显影性能跟踪头端管段11的位置，也可通过两个磁传感器跟踪头端管段11的位置，术者可采用任一方式，尤其是，当手术过程中不具备三维成像条件时，可利用安装部件的显影性能跟踪头端管段11，或者，当手术过程中不具备X射线成像条件时，可利用两个磁传感器跟踪头端管段11。如此设计，使导引鞘管10的使用更为灵活方便，能够更好地满足各种使用要求。
本发明对制备安装部件可显影的方式不加限定，既可以是通过显影材料制备安装部件，也可以是在安装部件的外表面涂覆显影材料。例如，对于牵引环 18而言，优选在牵引环18的表面涂覆显影材料，使其具备显影性，以避免牵引环18整体采用显影材料制备时容易使牵引环18受拉变形。例如，对于结构件而言，优选由显影材料制备结构件，使其具备显影性。
接下去结合若干优选实施例对磁传感器在导管本体上的安装方式作进一步更详细的说明，但应理解，以下安装方式不作为对本发明的限定。
实施例一
图7是本发明实施例一中导引鞘管的结构示意图，图8是沿图7所示导引鞘管的B-B连线剖切得到的剖面图。图9是本发明实施例一中磁传感器的放置位置的三维示意图，图10是图9所示结构的俯视图，图11是沿图10所示C-C 连线进行剖切的剖面图。应理解，图9至图11所示的结构即是图8中导引鞘管 10于II位置处的结构。
如图7至图11所示，所述安装部件包括结构件41，由两个定位块组成，分别是第一定位块411和第二定位块412。所述结构件41设置在牵引环18(参考图5)的远端，并较佳地紧贴牵引环18布置。其中，两个定位块均设置在内层管192上并位于内层管192的相对两侧。优选的，两个定位块对称设置在内层管192上。且两个定位块均为三角块，也即，如图11所示，在轴向截面上，两个定位块均具有一条直角边(未标号)，直角边与内层管192的外表面贴合，且两个定位块还具有与直角边成夹角的斜边(未标号)，并在斜边上开设有定位凹槽，定位凹槽的底面与对应的斜边平行。其中，第一磁传感器161整个设置在第一定位块411的第一定位凹槽内，第二磁传感器162整个设置在第二定位块 412的第二定位凹槽内。由于两个定位块上的定位凹槽成角度α，故而两个磁传感器的夹角也为α，α优选为5°～175°，更优选为90°。此外，在临床应用时，可配置多种具有不同夹角α的导引鞘管10，以满足不同的定位需求。另外，两个磁传感器优选对称设置，且可以平行设置或不平行设置。
本实施例中，通过将安装部件设置成两个三角块，并设置在内层管192的相对两侧，有利于减小可调弯段12的硬度，减小对可调弯段12弯曲性能的影响。此外，所述结构件41的材料可以是显影材料或非显影材料。如果所述结构件41为非显影材料，则在结构件41远离牵引环18的一侧设置显影部件，如显影环或环电极。所述显影部件设置在可调弯段12的远端，主要设置在第二分界线S2处，或者设置在第二分界线S2与结构件之间。如果所述结构件41为显影材料，则可取消在结构件41一侧设置的显影部件，从而有效减短头端管段11硬度的长度，降低调弯时头端管段11硬段划伤血管或心肌的风险，提升介入手术的安全性。而且通过结构件41的显影，不仅可以节约材料成本，而且还可以在术前通过结构件41在X射线下的显影来校核磁传感器的位置，利用两者的优势确保头端管段11的定位精度。
实施例二
图12为本发明实施例二中磁传感器的放置位置的三维示意图，图13是图 12所示结构的俯视图，图14是沿图13所示D-D连线进行剖切的剖面图。
如图12至图14所示，所述安装部件包括结构件42，与实施例一不同的是，所述结构件42为中空的圆柱体并套设在内层管192上，并在所述圆柱体的外周面上设置第一定位凹槽和第二定位凹槽，两个定位凹槽在内层管192的相对两侧。其中，第一磁传感器161的一部分设置在第一定位凹槽内，另一部分直接设置在内层管192上。第二磁传感器162的一部分设置在第二定位凹槽内，另一部分直接设置在内层管192上。因此，两个磁传感器倾斜设置在内层管192 上，且两者的夹角为α，α优选为5°～175°。同理，如果需要改变角度α，只需要调整定位凹槽的开槽方向和磁传感器的另一部分在内层管192上的位置即可。
本实施例中，所述结构件42的材料为非显影材料，此时，额外在结构件42 远离牵引环18的一侧设置显影部件(未图示)，所述显影部件可以是显影环或环电极。可替代地，所述结构件42的材料还可以是显影材料。当所述结构件42 可显影时，可取消在结构件42一侧设置的显影部件，从而有效减短头端管段11 硬度的长度，降低调弯时头端管段11的硬段划伤血管或心肌的风险，提升介入手术的安全性。而且通过结构件42的显影，不仅可以节约材料成本，而且还可以在术前通过结构件42在X射线下的显影来校核磁传感器的位置，利用两者的优势确保头端管段11的定位精度。
实施例二中的设计方案与实施例一中的设计方案相比，可以进一步缩短结构件在轴向上的长度，减小可调弯段12的长度和硬度。
实施例三
图15为本发明实施例三中磁传感器的放置位置的三维示意图，图16是图 15所示结构的俯视图，图17是沿图16所示E-E连线进行剖切的剖面图，其中，图15至图17均未示出牵引环18。
如图15至图17所示，所述安装部件包括结构件43，与实施例一不同的是，所述结构件43为中空的圆锥体并套设在内层管192上，且在所述圆锥体的外周面上设置第一定位凹槽和第二定位凹槽，两个定位凹槽设置在内层管192的相对两侧。每个定位凹槽的底面与圆锥体的斜面平行。其中，第一磁传感器161 整个设置在第一定位凹槽内，第二磁传感器162整个设置在第二定位凹槽内。由于两个定位凹槽成角度α，故而两个磁传感器间的夹角也为α，α优选为5°～175°。同理，本实施例中，所述结构件43的材料可以是非显影材料，并在结构件43远离牵引环18的一侧设置显影部件(未图示)，显影部件可以是显影环或环电极。可替代地，所述结构件43的材料还可以是显影材料。当所述结构件 43可显影时，可取消在结构件43一侧设置的显影部件，优点同实施例二相同，不再赘述。
实施例四
图18是本发明实施例四中导引鞘管的结构图，19是图18所示导引鞘管沿 F-F连线剖切得到的轴向剖面图，图20是图19中的局部剖面放大图。其中，为了解释说明，在图20中利用引线C1和C2额外示出了两个磁传感器在定位块上放置的局部放大图，以便于更清楚地显示这些位置的结构。
如图18至图20所示，所述安装部件包括与实施例一中相同结构的结构件 41。与实施例一不同的是，所述第一磁传感器161和第二磁传感器162位于内层管192的同一侧并沿导管本体轴向分布，此时，两个定位块(411和412)可以对称设置或不对称设置。进一步的，两个磁传感器可以对称设置或不对称设置，且两个磁传感器可以平行或不平行，较佳的，两个磁传感器在与导管本体的中心轴线平行的圆周面上的一条直线上。此外，两个磁传感器可以如图20所示相邻设置，也可以是不相邻设置。
实施例四中的设计方案与上述实施例中的设计方案相比，可以通过两个磁传感器的位姿信息，获取头端管段11的一侧的位置信息。
实施例五
图21为本发明实施例五中磁传感器的放置位置的三维示意图，图22是图 21所示结构的俯视图，图23是沿图22所示H-H连线进行剖切的剖面图。
如图21至图23所示，所述安装部件包括牵引环18，并通过牵引环18来安装磁传感器。牵引环18为中空的圆柱体，其直径大于导管本体的内层管192的外径，因此，在牵引环18上设置两个定位凹槽，两个磁传感器的一部分分别设置在对应的定位凹槽内，另一部分设置在内层管192上。优选的，所述牵引环 18上喷涂显影材料，用于显影。
与实施例一、二、三相比，通过牵引环18的显影，可使头端管段11的硬段进一步减短，以及可调弯段12的硬度也不会被加大，优于在牵引环18的远端设置可显影的结构件，以及优于在结构件的一侧设置显影部件。
实施例六
本实施例提供一种医疗导管的定位方法，所述医疗导管可以是导引鞘管或电生理导管，所述定位方法包括：
获取所述第一磁传感器161的位姿信息及所述第二磁传感器162的位姿信息；
根据获取的所述第一磁传感器161的位姿信息及第二磁传感器162的位姿信息，获取头端管段11的位姿信息并进行显示。
进一步地，所述第一磁传感器161和所述第二磁传感器162对称设置在所述可调弯段12的内部并位于相对两侧，且获取所述头端管段11的位姿信息的方法包括：
根据获取的所述第一磁传感器161的位姿信息及第二磁传感器162的位姿信息，获取所述头端管段11的中间位置信息；
通过所述头端管段的中间信息模拟得到一图像模型，所述图像模型用于表示所述头端管段的位姿；
显示所述图像模型。
进一步地，所述第一磁传感器161和所述第二磁传感器162对称设置在所述可调弯段12的内部并位于同一侧，且获取所述头端管段11的位姿信息的方法包括：
根据获取的所述第一磁传感器161的位姿信息及第二磁传感器162的位姿信息，获取所述头端管段11的一侧位置信息；
通过所述头端管段的一侧位置信息模拟得到一图像模型，所述图像模型用于表示所述头端管段的位姿；
显示所述图像模型。
进一步的，当所述第一磁传感器161和第二磁传感器162均为五自由度传感器时，所述获取所述头端管段的中间位置信息的步骤包括：
根据两个所述五自由度传感器的位姿信息，合成一个六自由度传感器的位姿信息，并利用所述六自由度传感器的位姿信息获取所述头端管段的中间位置信息或一侧位置信息。
应理解，本发明对定位处理单元31的种类没有特别的限制，可以是执行逻辑运算的硬件，例如，单片机、微处理器、可编程逻辑控制器(PLC，Programmable LogicController)或者现场可编程逻辑门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)，或者是在硬件基础上的实现上述功能的软件程序、功能模块、函数、目标库(Object Libraries)或动态链接库(Dynamic-Link Libraries)。或者，是以上两者的结合。本领域技术人在本申请公开的内容基础上，应当知晓如何具体实现定位处理单元的功能。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明的保护范围。
