CN104768491B - 针对用于光学形状感测的优化纤维集成的内腔设计 - Google Patents

Abstract

一种形状感测使能的仪器包括：柔性纵向本体(300)，其包括被保持在一起以形成内腔(205)的多个纵向构件(310)；所述纵向构件，其具有在所述纵向构件之间的摩擦接触，并且被配置为在弯曲、扭曲或外部按压期间接合相邻的纵向构件，以维持所述内腔的尺寸；形状感测光纤(302)，其被设置在所述内腔之内。

Description

针对用于光学形状感测的优化纤维集成的内腔设计

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年9月28日递交的序列号为61/706822的共同受让的临时申请的优先权，并通过引用将其整体并入本文。

技术领域

本公开涉及光学形状感测仪器，并且更具体地涉及与形状感测光纤一起使用的内腔，所述内腔保护并允许光纤的旋转。

背景技术

光学形状感测(OSS)使用沿着多芯光纤的光，以用于在外科手术介入期间的设备定位和导航。基于光纤的形状感测利用常规光纤中的固有的反向散射。其原理涉及利用在使用特性瑞利反向散射或受控光栅图案的光纤中的分布式应力测量。

将光学形状感测纤维集成到医学设备中能够提供在身体内部的导航期间用于使用的定位信息。许多介入设备具有小的横截面覆盖范围，所述横截面覆盖范围限制了可用于包括光纤的空间的量。另外，纤维被集成到设备中的方式能够影响OSS和设备二者的性能。

用于执行形状感测测量的光纤可以被集成到医学设备中，使得该设备的传统性能不被改变。在设备的覆盖范围之内有限的空间也使集成光纤具有挑战性。OSS可以使用对沿着多芯光纤的应力的计算，以重建沿着纤维的形状。正因如此，形状稳定性和重建准确性易受张力、扭曲、振动以及箍缩的变化影响。将该技术集成到在动态环境中(例如，血管导航中)使用的介入设备中能够引起OSS性能的显著降低。

发明内容

根据本发明原理，一种形状感测使能的仪器包括：柔性纵向本体，其包括被保持在一起以形成内腔的多个纵向构件；所述纵向构件，其具有在所述纵向构件之间的摩擦接触，并且被配置为在弯曲、扭曲或外部按压期间接合相邻的纵向构件，以维持内腔的尺寸；形状感测光纤，其被设置在内腔之内。

一种形状感测系统包括：形状感测使能的医学仪器，其包括柔性纵向本体，所述柔性纵向本体具有被保持在一起以形成内腔的多个纵向构件，所述纵向构件具有在所述纵向构件之间的纵向摩擦接触，并且被配置为在弯曲、扭曲或外部按压期间接合相邻的纵向构件，以维持所述内腔的尺寸；至少一根形状感测光纤，其被设置在所述内腔之内；控制台，其被配置为接收来自所述至少一根形状感测光纤的光学信号，并且解读所述光学信号以确定所述仪器的形状。

一种用于感测形状感测使能的仪器的形状的方法，所述方法包括：提供形状感测使能的医学仪器，所述形状感测使能的医学仪器包括具有被保持在一起以形成内腔的多个纵向构件的柔性纵向本体，所述纵向构件具有在所述纵向构件之间的摩擦接触，所述纵向构件被配置为在弯曲、扭曲或外部按压期间接合相邻的纵向构件，以维持所述内腔的尺寸；接收来自被设置在所述内腔中的一根或多根光纤的光学信号；并且解读所述光学信号以确定所述仪器的形状。

根据要与附图结合阅读的本公开的图示性实施例的以下详细描述，本公开的这些和其他目的、特征以及优点将变得明显。

附图说明

本公开将参考以下附图来详细呈现对优选的实施例的以下描述，其中：

图1是示出根据一个实施例的采用用于在其中容纳纤维的绞合管的形状感测系统的方框/流程图；

图2是示出根据一个图示性实施例的螺旋绞合空心管的横截面的透视图；

图3示出了根据图示性实施例的例示性单层和双(多)层绞合管的横截面视图；

图4是示出根据一个图示性实施例的螺纹绞合空心管的横截面的透视图；

图5是示出根据一个图示性实施例的在内腔壁和纤维覆层上具有电荷以引起它们之间的排斥力的绞合管的横截面视图；

图6是示出根据一个图示性实施例的在内腔壁和纤维覆层上具有磁性特征以引起它们之间的排斥力的绞合管的横截面视图；并且

图7是示出根据图示性实施例的用于感测形状感测使能的仪器的形状的方法的方框/流程图。

具体实施方式

根据本发明原理，带有内腔的光纤被配置为通过阻尼来自外部环境的振动，提供平滑、连续且无箍缩的内腔，并且允许纤维在内腔之内自动滑动来改善形状感测性能。形状感测性能也能够通过使设备的扭转与纤维的扭曲去耦合而得以改善。

根据本发明原理，多用途内腔设备被用于介入设备，这解决了纤维集成中的至少三个挑战。这些挑战包括设备中可用的有限的横截面面积、相对于外部环境对纤维的保护和隔离，以及外部扭转与纤维扭曲的去耦合。

内腔容纳OSS纤维，并且约束和控制OSS纤维的运动。受控的运动可以包括，例如，在弯曲诱导的路径长度改变期间由于形状感测纤维与内腔壁之间的摩擦引起的纵向粘滑行为(张力)的减少，在设备的扭曲、设备的弯曲(以适应解剖结构)期间由于纤维与内腔壁之间的摩擦引起的旋转粘滑的减少(从而不再导致内腔的椭圆化)，由于设备的尖端的壁刮、临床医生对仪器的握持、设备周围的血流、心跳运动等引起的振动的减少。这些作用可以是或不是独立发生的，并且常常地，一种作用能够引起或组合另一种作用。

而且，在现有的医学设备设计中存在对于光纤可用的有限的横截面面积。这意味着，光纤被放置于其中的内腔尽可能地小而同时仍提供用于纤维相对于外部环境的缓冲区是可期望的。

根据本发明原理，一种用于OSS纤维到细长医学设备中的集成的内腔设计包括但不限于以下中的一种或多种。通过有纹理的、编织的多丝(单层或多层)或内腔的非均匀内表面来实现粘滑行为的减少。提供具有旋转各向同性的机械性能(即，无优先机械弯曲方向)的结构化圆形(编织的)或非圆形的内腔横截面(即，六边形)，其能够包括盘绕的多丝管，以用于减少弯曲期间的内腔椭圆化。通过包括具有低弹簧常数(用于吸收高频振动，例如，在对医学设备的操纵期间发现的那些)的捻丝、股或线的内腔来提供振动阻尼。

应当理解，本发明将在医学仪器方面进行描述；然而，本发明的教导要宽泛得多，并且可应用于任何光纤仪器。在一些实施例中，本发明原理用于跟踪或分析复杂的生物系统或机械系统。具体地，本发明原理可应用于生物系统的内部跟踪流程，在身体的全部区(例如，肺、胃肠道、排泄器官、血管等)中的流程。附图中描绘的元件可以被实施为硬件与软件的各种组合，并且提供可以与单个元件或多个元件组合的功能。

附图中示出的各个元件的功能能够通过使用专用硬件以及能够运行与适当的软件相关联的软件的硬件来提供。在由处理器提供时，所述功能能够由单个专用处理器，由单个共享处理器，或由多个个体处理器(它们中的一些能够被共享)来提供。此外，对术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为排他性地指代能够运行软件的硬件，而是能够隐含地包括而不限于，数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性存储器等。

此外，本文中记载本发明的原理、各方面和实施例以及其特定范例的所有陈述都是旨在涵盖其结构和功能上的等价物二者。额外地，这样的等价物旨在包括当前已知的等价物以及未来开发的等价物(即，所开发的执行相同功能的任何元件，不论其结构如何)二者。因此，例如，本领域技术人员应当理解，本文中呈现的方框图表示实现本发明的原理的图示性系统部件和/或电路的概念图。类似地，应当理解，任何流程图表、流程图等都表示实质上可以被表示在计算机可读存储介质中并由计算机或处理器如此运行的各个处理，不论是否明确示出这样的计算机或处理器。

此外，本发明的实施例能够采取可从计算可用存储介质或计算机可读存储介质访问的计算机程序产品的形式，所述计算可用存储介质或计算机可读存储介质提供用于由计算机或任何指令运行系统使用或与之结合使用的程序代码。出于该描述的目的，计算机可用存储介质或计算机可读存储介质能够是可以包括、存储、通信、传播或传输用于由指令运行系统、装置或设备使用或与之结合使用的程序的任何装置。所述介质能够是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或装置或设备)或传播介质。计算机可读介质的范例包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘以及光盘。光盘的当前范例包括压缩盘-只读存储器(CD-ROM)、压缩盘-读/写(CD-R/W)、蓝光^TM以及DVD。

现在参考附图并首先参考图1，图示性地示出了根据一个实施例的用于使用形状感测使能的设备的系统100，在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。系统100可以包括工作站或控制台112，从所述工作站或控制台112监督和/或管理流程。

工作站112优选地包括一个或多个处理器114以及用于存储程序和应用的存储器116。存储器116可以存储光学感测模块115，所述光学感测模块115被配置为解读来自形状感测传感器或系统104的光学反馈信号。光学感测模块115被配置为使用/解读光学信号反馈(和任何其他反馈，例如，电磁(EM)跟踪)来重建与医学设备或光学形状感测使能的设备102和/或其周围区域相关联的变形、偏斜及其他变化。医学设备102可以包括导管、导丝、探针、内窥镜、机器人、电极、过滤设备、气囊设备或其他医学部件等。

光学传感器104被放置在针对纤维的合适内腔的内部，所述内腔将阻尼振动，提供结构化的支撑以防止椭圆化和纤维的箍缩，并且能够为纤维提供更多空间。在一些情况下，通过内腔的多用途设计能够将纤维与外部扭转旋转地隔离。

形状感测使能的仪器102包括柔性纵向本体103，所述柔性纵向本体103包括封装内部特征的外表面。所述内部特征包括被配置为容纳用于光学形状感测的一根或多根光纤的光纤内腔105。柔性纵向本体103包括有纹理的、编织的多丝(单层或多层)或内腔105的其他非均匀的内表面。具有旋转各向同性的机械性能(即，无优先机械弯曲方向)的结构化圆形(编织的)或非圆形的内腔横截面(例如，六边形)能够包括盘绕的多丝管，以用于减少弯曲期间的内腔椭圆化。通过包括捻丝、股或线的内腔105的振动阻尼优选地具有低弹簧常数，以用于吸收高频振动，例如，在对医学设备的操纵期间发现的那些。通过使用低摩擦光纤覆层或涂覆/抛光与光纤覆层接触的表面来减少光纤传感器与内腔105之间的粘滑行为。

在一个实施例中，无源带电的覆层或无源磁性覆层可以被采用在内腔表面和传感器表面二者上，其中，相同的电荷分布或磁极互相排斥，并且使两个表面之间的相互作用最小化。纤维的直接编织或盘绕可以用于减少振动和粘滑行为，同时也减小必要的内腔大小。

针对给定的纤维传感器外径和给定的内腔结构配置，校准处理能够应用于计算内腔直径与传感器直径的最优比率。该校准处理的结果针对每种传感器和内腔材料类型提供一套最优几何比率，这将允许在使总体设备横截面覆盖范围最小化与使传感器与内腔之间的可用缓冲空间(用于机械隔离)最大化之间的最佳权衡。例如，在Pebax^TM内腔中，可以期望内腔内径与纤维外径之间为2:1的比率以实现与具有3:2的比率的镍钛诺内腔相同的性能。

通过使用光纤覆层与纤维在其中的内腔材料之间的低摩擦系数来实现传感器与内腔之间的粘滑行为的减少。也可以通过使用在内腔表面和传感器表面二者上的无源带电的覆层来实现传感器与内腔之间的粘滑行为的减少，其中，相同的电荷分布互相排斥，并且使两个表面之间的相互作用最小化(类似于血管壁上带负电的蛋白质排斥红血球的带负电的表面)。在另一实施例中，可以通过使用在每个表面上的无源磁性覆层来实现传感器与内腔之间的粘滑行为的减少，这引起在两个部件之间的磁性推斥和摩擦最小化。

对纤维的直接编织或盘绕也可以被提供为减少振动和粘滑行为，同时也减小必要的内腔大小。在一个实施例中，内腔包括具有由不锈钢(例如，304V不锈钢)制成的单层或双层中的丝绞合的空心螺旋，所述空心螺旋具有适合用作导丝的外径并且具有容纳光学形状感测纤维126的内径。

关于对扭曲的去耦合，光学形状感测位置的准确度随着沿着传感器的长度增加的扭曲而降低。由于医学仪器的扭转在许多流程中都是常见的，因此在设计设备时从纤维传感器的扭曲去耦合或减少设备的扭转具有相当大的价值。本发明原理将仪器扭转与纤维的扭曲去耦合。

设备102上的形状感测传感器104包括一根或多根光纤126，所述光纤126以一种或多种设定模式被耦合到设备102。光纤126通过布线127连接到工作站112。布线127根据需要可以包括光纤、电气连接、其他仪器连接等。

具有一根光纤的形状感测传感器104可以基于光纤布拉格光栅传感器。光纤布拉格光栅(FBG)是光纤的反射具体波长的光并透射全部其他波长的光的短节段。这通过增加纤芯中的折射率的周期性变化来实现，其生成波长特异性的介质镜。纤维布拉格光栅因此能够被用作阻挡特定波长的内联滤光器，或者用作波长特异性的反射器。

纤维布拉格光栅的操作背后的基本原理是在折射率发生改变的界面中的每个处的菲涅尔反射。对于一些波长，各个周期的反射光是同相的，使得对于反射存在相长干涉，并且因此对于透射存在相消干涉。布拉格波长对应力以及对温度敏感。这意味着布拉格光栅能够被用作光纤传感器中的感测元件。在FBG传感器中，被测变量(例如，应力)引起布拉格波长的移位。

该技术的一个优点在于，各个传感器元件能够被分布在纤维的长度上。将三个或更多个芯与沿着被嵌入结构中的纤维的长度的各个传感器(量规)合并，允许要被精确确定的这样的结构的三维形式，通常具有优于1mm的准确度。沿着纤维的长度，在各个位置处，能够定位大量的FBG传感器(例如，3个或更多个纤维感测芯)。根据对每个FBG的应力测量结果能够推断结构在该位置处的曲度。根据大量的被测量位置来确定总的三维形式。

作为对光纤布拉格光栅的备选，能够利用常规光纤中的固有的反向散射。一种这样的途径是使用标准单模通信纤维中的瑞利散射。瑞利散射作为纤芯中的折射率的随机波动的结果而发生。这些随机波动能够被建模为具有幅度和相位沿着光栅长度的随机变化的布拉格光栅。通过使用在多芯纤维的单个长度之内延伸的三个或更多个芯中的该作用，能够跟随感兴趣表面的3D形状和动态。

在一个实施例中，工作站112接收来自形状感测传感器104的反馈，并且提供关于感测传感器104在体积131(例如，患者)之内的定位、位置/旋转(形状)的位置数据。在空间或体积131之内的形状感测传感器104的图像能够被显示在显示设备118上。工作站112包括用于观看对象(患者)或体积131的内部图像的显示器118，并且可以包括作为对感测传感器104的叠加或其他渲染的图像。显示器118也可以允许用户与在工作站112及其部件和功能或系统100之内的任何其他元件进行交互。这通过接口120得以进一步促进，所述接口120可以包括键盘、鼠标、操纵杆、触觉设备或任何其他外围设备或控制设备，以允许来自工作站112的用户反馈和与工作站112的交互。

内腔被提供在设备中，所述内腔包括其中的光纤并且减少纤维上的振动、箍缩、扭曲以及摩擦的负面作用，并且包括内腔直径以针对外部环境缓冲所述纤维。提供结构化内腔横截面，以用于减少在弯曲期间的内腔椭圆化，振动阻尼作用以及没有过渡或箍缩点的连续内腔。

参考图2，示出了根据图示性实施例的螺旋绞合空心管200的侧视图(SV)和横截面(CS)视图。管200包括内丝202和外丝204。内丝202被配置为形成内腔205，所述内腔205被配置为在其中容纳一根或多根形状感测光纤(未示出)。内腔205可以具有圆形、多边形(例如，所示出的六边形)的形状或任何其他对称形状。丝202和204关于管200的中心轴螺旋卷绕。丝202和丝204可以关于彼此相反卷绕(在相反的方向卷绕)，或者在相同的方向上以不同的螺距卷绕。丝202和丝204中的一根或多根可以被编织或纺织穿过彼此。丝202和204被描绘为包括这样的横截面形状：其归因于切通螺旋缠绕的横截面而包括比端部部分222更厚的中心部分220，并且被描绘为允许围绕内腔205更容易的缠绕或盘绕。

丝204可以具有外部覆层或外皮224。覆层224可以包括聚合物、薄金属箔或其他材料。螺距可以由丝202、204性能来控制。丝直径和丝的数目以及丝的节距控制管200的弯曲柔性以及弹簧常数和得到的振动阻尼。

丝202和204能够从它们相邻的丝产生出间隙或空隙，以允许用于在使用期间管200的旋转和扭曲的柔性。丝202和204被配置为在外部按压、扭曲、弯曲等之下在端部部分处彼此接合(例如，摩擦接合)，以抵抗因外力或按压导致的内腔205的压碎。

振动阻尼性能是通过一根或多根螺旋卷绕的股来实现的。绞合可以以一方式被配置为抑制可以在对设备的临床操纵期间出现的高频振动(例如，大于100Hz)。振动抑制可以由丝的数目、丝的大小、材料的性能等来控制。不同的应用将具有不同的振动阻尼需要，其能够由标准内腔205的性能来选择。在一个实施例中，光学形状感测系统的扫描时间确定对振动的灵敏度。在扫掠期间发生的任何运动或变化都能够使该测量数据变差。因此，设备的振动性能应当被优化到光学形状感测参数(具体为激光源的扫略时间)。

在一个实施例中，管200包括在第一层中的六根丝202和在第二层中的六根丝204。在一个范例中，每根丝202、204可以包括为约0.006”的厚度。丝202、204可以由304V不锈钢或其他合适的材料制成。管205可以包括为0.032”的外径(适合用作导丝)与为0.020”的内径，以适应光学形状感测纤维。可以采用其他尺寸和大小。

参考图3，描绘了具有圆形横截面内腔205的单层绞合结构210和多层绞合结构212。结构210和212每个形成由股232和/或234(其能够是实心的或空心的)形成的空心管。可以在内部覆层或管236与外部覆层或管238之间捕获股232、234。覆层236和238可以包括将所述股维持在它们的相对位置中的薄壁护套或管。

参考图4，提供了结构300(其可以类似于在图2和图3中描绘的那些)以控制被放置在内腔205之内的光纤的运动。结构300包括侧视图(S)和前视图(FV)。因在弯曲诱导的路径长度改变期间形状感测纤维302与内腔壁304之间的摩擦引起的纵向粘滑行为(张力)得以减小。因在设备的扭转期间纤维302与内腔壁304之间的摩擦引起的旋转粘滑也得以减小。结构300适应解剖结构的弯曲(导致内腔的可能的椭圆化)得以减少或避免。通过(由于多个纵向构件或股310产生的)结构300减少了振动(是由其尖端的壁刮、临床医生手持、结构300周围的血流、心跳运动等引起的)，所述多个纵向构件或股310提供笼状结构，所述笼状结构具有显著减少整个组件的刚度的间隙。这些作用可以是或不是独立发生的，并且常常地，一种作用能够引起或组合另一种作用。光纤302被放置于其中的内腔205优选地尽可能地小，同时仍为纤维302提供相对于外部环境的缓冲。

结构300提供内腔，所述内腔具有用于OSS纤维到细长医学设备中的集成的最优设计，包括但不限于通过有纹理的、编织的多丝(单层或多层)或内腔的非均匀内表面而使粘滑行为的减少。具有旋转各向同性机械性能(即，无优先机械弯曲方向)的结构化圆形(编织的)或非圆形的内腔横截面(例如，六边形)能够包括盘绕的多丝管，以用于减少在弯曲期间的内腔椭圆化。振动阻尼是通过包括用于吸收高频振动(例如，在对医学设备的操纵期间发现的那些)的具有低弹簧常数的扭曲的丝、股或线的内腔而得以实现的。也通过材料选择、覆层、刚度等来实现振动减小。

螺旋卷绕的股的振动阻尼性能能够以一方式被配置为抑制可以在对设备的临床操纵期间出现的高频振动(例如，>100Hz)。在有用的实施例中，振动抑制由丝的数目、丝的大小、材料的性能等控制。不同的应用将具有不同的振动阻尼需要，其能够由标准内腔的性能来选择。光学形状感测系统的扫描时间能够确定对振动的灵敏度。在扫掠期间出现的任何运动或变化都使该测量数据变差。设备的振动性能可以被优化到光学形状感测参数(具体为激光源的扫掠时间)。

针对给定的纤维传感器外径和给定的内腔结构化配置，可以应用校准处理以计算内腔直径对传感器直径的最优比率。该校准处理的结果将是针对每种传感器和内腔材料类型提供一套最优几何比率，其将允许在使总体设备横截面覆盖范围最小化与使传感器与内腔之间的可用缓冲空间(用于机械隔离)最大化之间的最佳权衡。可以通过提供低摩擦光纤覆层308来改善传感器302与内腔壁304之间的粘滑行为的减少。其他摩擦减少技术可以包括内腔205的内表面上的有纹理化的表面、光滑的内腔205表面、低摩擦覆层(内腔205和/或纤维覆层308)等。

参考图5，可以通过使用在内腔表面和传感器表面二者上的无源带电的覆层312和314来增强传感器302与内腔壁304之间的粘滑行为的减少，其中，相同的电荷分布彼此排斥，并使两个表面之间的相互作用最小化。这实际上减小了所述表面之间的相互作用，并且如果有相互作用，则因减小了法向力而减小了摩擦力。正电荷被图示性地描绘为“+”符号，但是也可以采用负电荷。可以使用材料覆层(例如，聚合物、磁性涂料等)或者通过在集成之前制备具有静电荷的纤维和内腔来提供电荷。备选地，内腔和纤维的性能和/或覆层能够被选择为使得它们保持中性，并且在相互作用期间不积累静电荷，以便使纤维与内腔之间的任何吸引力最小化。

参考图6，可以通过使用在每个表面上的无源磁性覆层316和318(其引起两个部件之间的磁推斥和摩擦最小化)来实现传感器302与内腔壁304之间的粘滑行为的减少。这实际上减少了表面之间的相互作用，并且如果有相互作用，则因减小了法向力而减小了摩擦力。北极被图示性地描绘为“N”，但是也可以采用南极。磁性材料可以被集成在内腔和传感器表面上的薄的覆层中，其引起相互推斥。这样的磁性薄膜的范例包括基于铁磁性/亚铁磁性过渡金属的合金(例如，铁、钴、其他稀土金属等)的单晶、多晶、无定形或多层原子布置，它们具有能够被操纵为控制界面之间的推斥程度的磁矩。有源电磁覆层也能够被用作对无源覆层的备选，以减少内腔与传感器之间的摩擦力。

应当理解，本实施例不限于单根感测纤维。多根感测纤维可以被包含在所描述的结构的内腔之内。多根感测纤维能够用于感测形状、应力、温度、流量等。本发明原理应用于光学形状感测到医学设备中的任何集成，所述医学设备包括手动导管、致动导管(手动和机器人二者)、导丝、通管丝、内窥镜以及支气管镜、超声探头等。

也应当理解，尽管本实施例已经被描述为使用多根股，但是股的数目可以低至单根股。可以通过盘绕单根股而采用单个绞合管，使得相邻的圈接触或者甚至可以具有在相邻的扭曲之间的间隙。

参考图7，示出了根据本发明原理的用于感测形状感测使能的仪器的形状的方法。在方框402中，提供了形状感测使能的医学仪器，其包括具有被保持在一起以形成内腔的多个纵向构件的柔性纵向本体，所述纵向构件具有在所述纵向构件之间的纵向摩擦接触，所述纵向构件被配置为在弯曲、扭曲或外部按压期间接合相邻的纵向构件，以维持所述内腔的尺寸。在方框404中，内腔壁和一根或多根光纤中的至少一个被涂覆，以减少它们之间的摩擦。这可以包括使用被配置为减少摩擦的光滑或有纹理的材料，或者可以使用例如在覆层和壁中的每个上的相同的电荷或相同的磁极性而使光纤的覆层和内腔彼此排斥。

在方框406中，接收来自被设置在内腔中的一根或多根光纤的光学信号。在方框410中，解读所述光学信号以确定仪器的形状。

在解释权利要求时，应当理解：

a)“包括”一词不排除存在给定权利要求中列出的元件或动作之外的其他元件或动作；

b)元件前的“一”或“一个”一词不排除存在多个这样的元件；

c)在权利要求中的任何参考标记不限制其范围；

d)若干“器件”可以由相同的项目或硬件或实施结构或功能的软件来表示；以及

e)并不要求动作的具体顺序，除非具体指示。

已经描述了用于针对用于光学形状感测的最优纤维集成的内腔设计的优选实施例(其旨在图示而非限制)，应当注意，按照以上教导，本领域技术人员能够做出修改和变型。因此，应当理解，在本公开的具体实施例中可以做出改变，公开的所述改变在如权利要求书概括的在本文中公开的实施例的范围之内。因此，已经描述了由专利法要求的详情和特征，在权利要求书中阐述了由专利证书权利要求和期望保护的内容。

Claims (15)

1.一种形状感测使能的仪器，包括：

柔性纵向本体(300)，其包括多个相邻的、纵向延伸的构件(310)，所述多个相邻的、纵向延伸的构件被保持在一起并且具有在所述多个相邻的、纵向延伸的构件之间的纵向摩擦接触，其中，所述多个相邻的、纵向延伸的构件被保持在一起以形成在由所述多个相邻的、纵向延伸的构件的内面包围的空间中的内腔(205)；

所述多个相邻的、纵向延伸的构件，其被配置为在弯曲、扭曲或外部按压期间接合相邻的、纵向延伸的构件，以维持所述内腔的尺寸；以及

至少一根形状感测光纤(302)，其被设置在所述内腔之内，并且被所述多个相邻的、纵向延伸的构件的所述内面包围。

2.如权利要求1所述的仪器，其中，所述多个相邻的、纵向延伸的构件(310)具有足以抑制在对所述仪器的操纵期间发生的振动的配置。

3.如权利要求1所述的仪器，其中，所述多个相邻的、纵向延伸的构件(310)包括丝和股中的至少一种。

4.如权利要求1所述的仪器，其中，所述多个相邻的、纵向延伸的构件(310)包括一根或多根关于纵向中心轴螺旋缠绕的股。

5.如权利要求1所述的仪器，其中，所述多个相邻的、纵向延伸的构件(310)形成圆形或多边形的内腔。

6.如权利要求1所述的仪器，其中，所述内腔包括被配置为减少与所述至少一根形状感测光纤的摩擦的内腔壁(304)。

7.如权利要求1所述的仪器，其中，所述至少一根形状感测光纤(302)包括被配置为减少与内腔壁的摩擦的覆层(308)。

8.如权利要求1所述的仪器，其中，所述多个相邻的、纵向延伸的构件(310)包括丝和股中的至少一种的多个层。

9.如权利要求1所述的仪器，其中，所述内腔(205)的至少内腔壁(304)包括与所述至少一根形状感测光纤(302)上的覆层(314)相同的电荷，以排斥所述至少一根形状感测光纤。

10.如权利要求1所述的仪器，其中，所述内腔(205)的至少内腔壁(304)包括与所述至少一根形状感测光纤(302)上的覆层(318)相同的磁极性，以排斥所述至少一根形状感测光纤。

11.一种形状感测系统，包括：

形状感测使能的医学仪器(102)，其包括柔性纵向本体(103)，所述柔性纵向本体具有多个相邻的、纵向延伸的构件(310)，所述多个相邻的、纵向延伸的构件被保持在一起并且具有在所述多个相邻的、纵向延伸的构件之间的纵向摩擦接触，其中，所述多个相邻的、纵向延伸的构件被保持在一起以形成在由所述多个相邻的、纵向延伸的构件的内面包围的空间中的内腔(105)，所述多个相邻的、纵向延伸的构件被配置为在弯曲、扭曲或外部按压期间接合相邻的、纵向延伸的构件，以维持所述内腔的尺寸；

至少一根形状感测光纤(126)，其被设置在所述内腔之内，并且被所述多个相邻的、纵向延伸的构件的所述内面包围；以及

控制台(112)，其被配置为接收来自所述至少一根形状感测光纤的光学信号，并且解读所述光学信号以确定所述仪器的形状。

12.如权利要求11所述的系统，其中，所述至少一根形状感测光纤(302)包括被配置为减少与内腔壁的摩擦的覆层(308)。

13.如权利要求11所述的系统，其中，所述内腔(205)的至少内腔壁(304)包括与所述至少一根形状感测光纤上的覆层(318)相同的磁极性，以排斥所述至少一根形状感测光纤。

14.一种用于感测形状感测使能的仪器的形状的方法，包括：

提供(402)形状感测使能的医学仪器，所述形状感测使能的医学仪器包括柔性纵向本体，所述柔性纵向本体具有多个相邻的、纵向延伸的构件，所述多个相邻的、纵向延伸的构件被保持在一起并且具有在所述多个相邻的、纵向延伸的构件之间的纵向摩擦接触，其中，所述多个相邻的、纵向延伸的构件被保持在一起以形成在由所述多个相邻的、纵向延伸的构件的内面包围的空间中的内腔，所述多个相邻的、纵向延伸的构件被配置为在弯曲、扭曲或外部按压期间接合相邻的、纵向延伸的构件，以维持所述内腔的尺寸；

接收(406)来自被设置在所述内腔中的一根或多根光纤的光学信号，所述光纤被所述多个相邻的、纵向延伸的构件的所述内面包围；并且

解读(408)所述光学信号以确定所述仪器的形状。

15.如权利要求14所述的方法，还包括使用所述一根或多根光纤的覆层和所述内腔的至少内腔壁中的每个上的相同的电荷和相同的磁极性中的一种，来从至少所述内腔壁排斥所述覆层。