[发明专利]用于检测医疗设备在患者身体内的放置的医疗设备系统和方法

说明书

本申请涉及用于检测医疗设备在患者身体内的放置的医疗设备系统和方法，其中系统包括医疗设备，该医疗设备包括具有芯纤维的光纤，一根或多根芯纤维中的每根芯纤维包括多个传感器，每个传感器配置为反射光信号，该光信号具有由于光纤经历的应变而改变的特性。系统还包括逻辑，该逻辑配置为导致以下操作：向光纤提供入射光信号，从传感器接收入射光的不同光谱宽度的反射光信号，处理反射光信号以检测光纤的部分的波动，以及基于检测到的波动而确定光纤的部分的位置。在一些情况下，患者身体的解剖学运动引起检测到的波动。

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年5月18日提交的第63/190,143号美国临时专利申请的优先权权益，其通过引用以其整体并入本申请。

技术领域

本申请大体上涉及医疗器械领域，更具体地，涉及用于检测医疗设备在患者身体内的放置的医疗设备系统、方法和计算机可读介质。

背景技术

过去，医疗设备的某些血管内引导，例如，诸如导丝和导管，已经使用荧光检查法来跟踪医疗设备的尖端，并确定远侧尖端是否适当地定位在它们的目标解剖结构中。然而，该荧光检查法使患者及其主治临床医生暴露于有害的X射线辐射。此外，在一些情况下，患者会暴露于荧光检查法所需的潜在有害造影剂。

最近，已经使用了涉及管心针的电磁跟踪系统。通常，电磁跟踪系统主要包括三个部件：场发生器、传感器单元和控制单元。场发生器使用几个线圈来产生一个变位磁场，用来建立一个坐标空间。传感器单元附接到管心针，例如邻近管心针的远端(尖端)，该传感器单元包括小线圈，其中通过磁场感应电流。基于每个线圈的电特性，可以在坐标空间内确定医疗设备的位置和方向。控制单元控制场发生器并从传感器单元采集数据。

尽管电磁跟踪系统在跟踪管心针尖端时避免了对视线的依赖，同时避免了与荧光检查法相关的辐射暴露和潜在有害的造影剂，但电磁跟踪系统容易受到干扰。更具体地说，由于电磁跟踪系统依赖于对场发生器产生的磁场的测量，因此这些系统会受到电磁场干扰，这可能是由许多不同类型的消费电子产品(诸如蜂窝电话)的存在引起的。此外，电磁跟踪系统会受到信号丢失的影响，依赖于外部传感器，并且被定义为有限的深度范围。

本文公开了一种光纤形状感测系统和由其执行的方法，其中该系统被配置为使用光纤技术检测医疗设备的位置和/或提供对子部分(例如，远侧尖端)的放置的确认。此外，该系统配置为通过一根或多根芯纤维来检测医疗设备(医疗器械)的一部分的波动，并确认患者脉管系统内的位置。在一些实施方案中，波动是患者身体的解剖学运动的结果，诸如心脏的搏动或肺的扩张和收缩。在一些实施方案中，光纤的部分可以是远侧尖端。一些实施方案将光纤形状感测功能与血管内心电图(ECG)监测、阻抗/电导感测、血流方向检测等中的一种或多种相结合。

发明内容

简言之，本文公开的实施方案涉及用于使用光纤技术提供医疗器械的远侧尖端的跟踪信息的系统、设备和方法。在一些实施方案中，医疗器械包括具有一根或多根光纤芯的光纤，其中每根光纤芯配置为具有传感器(反射光栅)阵列，该传感器阵列沿着芯纤维的规定长度在空间上分布，以通常地感测外部应变和传感器占据的那些芯纤维区域的温度。每根光纤芯配置为在推进通过患者的脉管系统期间从控制台接收光(例如，宽带)，其中宽带光沿着光纤芯的至少部分距离朝向远端传播。假定沿光纤芯定位的每个传感器配置为反射不同的特定光谱宽度的光，传感器阵列能够在医疗器械的规定长度上进行分布式测量。这些分布式测量可以包括与传感器经历的应变和/或温度相关联的波长偏移。

来自光纤芯内的传感器(反射光栅)的反射光从医疗器械返回，供控制台处理。可以基于对反射光的波长偏移的分析来确定医疗器械的物理状态。例如，由于医疗器械弯曲引起的应变以及因此光纤芯的角度改变，会导致不同程度的变形。不同程度的变形改变了位于光纤芯上的传感器(反射光栅)的形状，这可能导致来自位于光纤芯上的传感器的反射光波长发生变化(偏移)。光纤芯可以包括单根光纤，也可以包括多根光纤(在这种情况下，光纤芯称为“多芯光纤”)。