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US9833168B2 Noise tolerant localization systems and methods

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US9833168B2 Noise tolerant localization systems and methods

摘要

  • 问题：阻抗式电解剖标测（EAM）系统在MRI扫描期间，梯度场切换产生的感应电压与定位激励信号处于同一频段（5–10 kHz），RF脉冲亦可饱和ADC输入；时间片边界硬性不连续与同步解调积分器复位逻辑，使前端截断和低通滤波对阻抗定位信号产生不可恢复的混叠和幅度误差，简单gating方案对阻抗定位信号无效。
  • 方案：在阻抗测量数据流中插入缓存替换逻辑（mitigation logic）：识别受污染时间片后，以缓存中同一贴片电极对（patch pair）前一激励周期的阻抗测量值原位替换，下游定位逻辑无需感知替换行为；Classic平台经「stim」输入口接收MRI系统TTL同步信号触发替换；Velocity平台无同步输入口，改用ADC饱和检测或数字阈值比较触发替换，中等噪声时辅以数字滤波。
  • 效果：未公开／无定量；专利未报告精度改善数据或任何台架、临床验证结果。
  • 形态：20条权利要求，2个平台实施例（Classic与Velocity）；关键参数：Classic时间片约830 μs（1/1200秒）、13对贴片激励、约5.68 kHz激励频率、最多64通道；Velocity时间片约500 μs、10对贴片激励、约8 kHz激励频率、132通道；附图10张（FIG. 1–11，含2张实施例流程图）。

机理与方案

失效机理

阻抗定位信号在MRI环境中无法用前端截断滤波解决，根源在于三个结构性约束。

①频带重叠：NavX系统定位激励频率约5.68 kHz（Classic）或约8 kHz（Velocity），梯度场切换感应噪声同样分布在5–10 kHz频带内，与定位信号直接重叠，频率滤波无法分离；RF激励（1.5T约64 MHz，3T约127 MHz）则直接饱和ADC输入。

②时间片硬性不连续：定位测量以时分复用方式按时间片轮询各贴片电极对；Classic平台每时间片约830 μs，Velocity平台约500 μs；每一时间片边界处信号因切换至不同贴片对而硬性不连续——对不连续信号施加低通滤波将导致相邻时间片间的混叠误差，模拟延迟线亦无法完美补偿相位偏移。

③同步解调约束：Classic平台对测量电压执行模拟域同步解调（与约5.68 kHz参考信号相乘后积分，每时间片初复位积分器）；若在积分期间截断输入信号，积分值按截断比例衰减，引入不可恢复的幅度误差；Velocity平台将同步解调移入数字域（ADC之后执行），规避了模拟积分被截断的问题，但ADC之前无法插入前端截断开关，噪声检测须在数字域完成。

技术方案

核心策略（FIG. 7 / FIG. 9）：以同一贴片对前一激励周期的阻抗测量值替换受污染时间片的测量值。每一时间片的阻抗测量在物理上与相邻时间片完全独立（不同贴片对驱动不同电场），因此同一贴片对上一周期的测量值是该时间片最近的无噪声近似；替换后数据流格式与正常测量值相同，下游position determining logic无需修改，设计影响范围最小化。

Classic平台实施（FIG. 7，系统196a）

系统228a维护时间片缓存（time-slice buffer 258），存储前一完整激励周期（13对贴片，共13个时间片）的阻抗测量值。MRI系统经「stim」输入口（input port 254）向mitigation logic 246a提供TTL电平同步信号256；同步信号时序具备灵活性（FIG. 8，检测时刻t₁–t₅）：

  • 预告式到达（早于噪声脉冲，时刻t₁/t₂）→ 立即从缓存取出替换值插入数据流；
  • 同步或滞后到达（时刻t₃–t₅）→ mitigation logic通过软件时移暂存含噪数据，确认受污染时间片后再取缓存替换值，在数据送入下游逻辑前完成替换。

Velocity平台实施（FIG. 9，系统196b）

Velocity平台无「stim」输入口，噪声检测在ADC 232输出端以软件实现，缓存存储前一完整激励周期（10对贴片，共10个时间片）的数字样本。

FIG. 10（两级检测）：步骤264判断ADC输入是否饱和，若是则步骤266以前一周期同贴片对样本替换数字信号262；若未饱和但步骤268判断超过预设阈值，则步骤270施加数字滤波降噪；若低于阈值，步骤272保留原始样本。

FIG. 11（合并判断）：步骤278将饱和与超阈值两种情况合并为单一判断——若是则步骤280直接替换为前一周期同贴片对样本；所有路径随后均经步骤284施加数字滤波。FIG. 11相对FIG. 10的变化：超阈值情况从「仅滤波」改为「直接替换」，保守度更高。

专利另指出：若Velocity平台修改为每次仅需单个无噪声时间片（而非完整10片周期），可减少对MR脉冲序列的限制、提高MR成像效率（Detailed Description末节）。

效果与证据

定量数据：无，仅为概念／分析。

专利未提供任何定量精度改善数据（如位置误差减少量、噪声抑制比、定位稳定性统计），未报告台架测试或临床试验结果。FIG. 4A–4E展示了梯度门控前后ECG波形的定性对比，但该对比针对ECG信号而非阻抗定位信号，且属示意性图示而非实测数据。

技术论据以系统架构分析为主：Background节提及梯度场在ECG导联中感应电压约为ECG真实信号幅度的1000倍，频率分布约100–10 000 Hz，以此说明软件滤波对ECG信号不可行；类比推导认为定位频段（5–10 kHz）同样受梯度噪声直接覆盖。缓存替换策略的有效性在专利中以两个隐含假设为前提：①电极位置在相邻激励周期内变化量远小于噪声引入的测量误差；②同一贴片对相邻周期间阻抗基线足够稳定以支撑替换。这两个假设的量化边界（如最大允许运动速度、最大可替换噪声时间窗口数）在专利中未作说明。

对我方产品的意义

编目级（Tier2），§对我方产品的意义 见同簇代表件深卡。

关联

关系图谱

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