[发明专利]用于光纤的自动尺寸参考系

说明书

本文公开了涉及将医疗装置放置入患者体内的系统、装置和方法，其每个执行或包括如下操作：给多芯光纤的多个芯纤维提供宽带入射光信号；接收不同光谱宽度的反射光信号；处理与多个芯纤维相关联的反射光信号，以确定(i)与包括多芯光纤的医疗装置相关的多芯光纤的物理状态和(ii)多芯光纤相对于身体的参考系的取向。其它操作包括至少基于在反射光的处理期间确定的取向生成示出多芯光纤的物理状态的显示。通常，显示是根据确定的取向的多芯光纤的二维表示。

优先权

本申请要求2020年6月29日提交的美国临时申请号63/045,667的优先权权益，其通过引用以其整体并入本申请。

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，更具体地涉及用于光纤的自动尺寸参考系。

背景技术

过去，医疗装置(比如导丝和导管)的某些脉管内引导例如已经将荧光检查方法用于跟踪医疗装置的尖端和确定远侧尖端是否被适当地定位在其目标解剖结构中。然而，这样的荧光检查方法使患者和他们的主治医生暴露于有害的X射线辐射。此外，在一些情况下，患者被暴露于荧光检查方法所需的潜在有害的造影剂。

最近，已经使用涉及管心针的电磁跟踪系统。通常，电磁跟踪系统的特征在于三个部件：场发生器、传感器单元和控制单元。场发生器使用多个线圈生成用于建立坐标空间的位置变化磁场。例如，附接至管心针(比如在管心针的远端(尖端)附近)，传感器单元包括小线圈，在该小线圈中经由磁场感应电流。基于每个线圈的电气特性，可以在坐标空间内确定医疗装置的位置和取向。控制单元控制场发生器并且从传感器单元捕获数据。

虽然电磁跟踪系统避免了跟踪管心针的尖端的视线依赖，同时避免了与荧光检查方法相关的辐射暴露和潜在有害的造影剂，但是电磁跟踪系统易于受干扰。更具体地，由于电磁跟踪系统依赖于由场发生器产生的磁场的测量，这些系统经历电磁场干扰，这可能由许多不同类型的消费电子设备比如蜂窝电话的存在引起。另外，电磁跟踪系统经历信号丢失，依赖于外部传感器，并且受限于有限的深度范围。

本文公开了一种光纤形状感测系统及其方法，其不遭受与如上所述的电磁跟踪系统相关联的缺点，并且能够以其当前形式提供尖端放置的确认或提供作为电信号传递/解译的信息。此外，公开了配置为至少部分地基于传递/解译为电信号的信息而确定在患者的脉管系统内推进的管心针的取向的本发明的系统和方法。另外，公开了这样的本发明的系统和方法，其可以执行或包括显示基于确定的取向而从光纤形状感测系统接收的信息的操作。

发明内容

简而言之，本文公开的实施方案涉及用于在推进通过患者的脉管系统期间获得与医疗器械比如导管、导丝或管心针的轨迹和/或形状相对应的三维(3D)信息(反射光)，确定医疗器械相对于患者的取向，并且根据确定的取向实时生成和呈现医疗器械的二维(2D)显示。

更具体地，在一些实施方案中，医疗器械包括多芯光纤，多芯光纤的每个芯纤维被配置有传感器阵列(反射光栅)，其在规定长度的芯纤维上方被空间分布，以大体上感测芯纤维的由传感器占据的那些区域上的外部应变。多芯光纤被配置为在推进通过患者的脉管系统期间从控制台接收宽带光，其中宽带光沿着多芯光纤的至少部分距离朝向远端传播。在沿着相同芯纤维定位的每个传感器被配置为反射不同的特定光谱宽度的光的情况下，传感器阵列使得能够在遍及规定长度的多芯光纤进行分布式测量。这些分布式测量可以包括与传感器经历的应变具有相关性的波长偏移。

来自多芯光纤的每个芯纤维内的传感器(反射光栅)的反射光从医疗器械返回，以便由控制台进行处理。可以基于反射光的波长偏移的分析确定医疗器械的物理状态。例如，通过医疗器械的弯曲引起的应变以及由此每个芯纤维的角度变化引起了不同程度的变形。不同程度的变形改变了在芯纤维上定位的传感器(反射光栅)的形状，这可能引起来自在多芯光纤内的每个芯纤维上定位的传感器的反射光的波长变化(偏移)，如图2、7和10所示。