CN109475725A - 包括形状感测光纤的球囊导管 - Google Patents

包括形状感测光纤的球囊导管 Download PDF

Info

Publication number
CN109475725A
CN109475725A CN201780043851.6A CN201780043851A CN109475725A CN 109475725 A CN109475725 A CN 109475725A CN 201780043851 A CN201780043851 A CN 201780043851A CN 109475725 A CN109475725 A CN 109475725A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
flexible instruments
shape
supplement
equipment according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780043851.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109475725B (zh
Inventor
M·L·弗莱克斯曼
M·J·H·马雷尔
P·西恩帕波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of CN109475725A publication Critical patent/CN109475725A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109475725B publication Critical patent/CN109475725B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/10—Balloon catheters
    • A61M25/1018—Balloon inflating or inflation-control devices
    • A61M25/10184—Means for controlling or monitoring inflation or deflation
    • A61M25/10187—Indicators for the level of inflation or deflation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6847—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
    • A61B5/6852—Catheters
    • A61B5/6853—Catheters with a balloon
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/10—Balloon catheters
    • A61M25/104—Balloon catheters used for angioplasty
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
    • G01D5/35309—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer
    • G01D5/35316—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer using a Bragg gratings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2061—Tracking techniques using shape-sensors, e.g. fiber shape sensors with Bragg gratings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3966—Radiopaque markers visible in an X-ray image

Abstract

传感器设备包括柔性仪器(20)，所述柔性仪器包括腔(22)。多条形状或应变感测光纤(14、16、18)被集成在柔性仪器中在所述腔中并且在所述柔性仪器的长度上延伸。多条光纤被配置为测量相对于彼此的移动以感测多条光纤之间的距离的变化，从而检测所述柔性仪器的可重新配置部分(24)的状态。

Description

包括形状感测光纤的球囊导管
技术领域
本公开涉及光学形状感测，并且更具体地涉及用于利用多个传感器的集成进行光学形状感测的设备、系统和方法。
背景技术
光学真实形状TM(FORSTM)使用沿着多芯光纤的光来重建沿着该光纤的形状。所涉及的一个原理利用使用特征瑞利背散射或受控光栅图案的光纤中的分布式应变测量。沿着光纤的形状开始于沿着传感器的特定点，称为开始或零位置，随后的形状位置和方向是相对于该点的。光纤在直径中通常为200微米，并且可以达到几米长，同时保持毫米水平准确度。
FORSTM光纤可以被集成到宽范围的医学设备中，以提供实况引导医学流程。作为范例，导丝和导管可以被用于心脏的导航，其中，光学形状感测测量结果叠加在术前计算机断层摄影(CT)图像上。
球囊血管成形术是一种辐射和对比密集型流程，其主要被执行以增加已经变得由斑块或收缩狭窄部分地阻塞的血管的腔直径。球囊导管首先被导航到阻塞的部位。导丝被用于跨越阻塞，并且然后跟随球囊导管。盐水和对比剂的混合物被注射到球囊中以对其充气，在此期间仔细监测球囊中的压力以避免使身体内的球囊破裂。球囊被保持在其充气状态中(在几秒到几分钟内)并且多次重新充气以实现成功的重新打开。
在处置之后，将球囊放气并从身体移除。荧光透视被用于将导丝和导管导航到正确的位置中，并且还用于在充气、加压、减压和放气期间监测球囊。荧光透视被用于查看球囊的表面轮廓，以确认其正跨潜在地锐利和坚硬的钙化和堵塞适当地扩张。荧光透视检测球囊破裂。球囊导管也用于血管流程，包括瓣膜成形术、将内移植物(endograft)密封就位的对内移植物的充气、用于针对血管的局部药物递送的球囊部署，使血管保持打开的支架放置(正常或药物洗脱)等。
发明内容
根据本原理，一种传感器设备，包括：柔性仪器，其包括腔。多条形状或应变感测光纤集成在柔性仪器中在腔中并且在所述柔性仪器的长度上延伸。多条光纤被配置为测量相对于彼此的移动以感测多条光纤之间的距离的变化，从而检测所述柔性仪器的可重新配置部分的状态。
另一传感器设备包括：柔性仪器，其包括至少一个腔。多条形状或应变感测光纤集成在所述柔性仪器中在至少一个腔中并且在所述柔性仪器的长度上延伸。多条光纤被配置为测量相对于彼此的移动以感测多条光纤之间的距离的变化，从而检测所述柔性仪器的可重新配置部分的状态。多条光纤包括：主要光纤，其延伸所述柔性仪器的整个长度，以测量沿长度的形状或应变变化；以及至少一条补充光纤(16、18)，其延伸所述柔性仪器的整个长度，并且被配置为提供形状或应变感测以测量所述柔性仪器的可重新配置部分。
一种用于感测柔性仪器的可重新配置部分中的弯曲的方法，包括：将多条形状或应变感测光纤配置在所述柔性仪器中在至少一个腔中，多条光纤延伸所述柔性仪器的长度；并且测量所述多条光纤相对于彼此的移动，以感测所述多条光纤之间的距离的变化，从而检测所述柔性仪器的可重新配置部分的状态。
本发明的这些和其他目的、特征和优点将根据要结合附图阅读的对其说明性实施例的以下详细描述而变得显而易见。
附图说明
本公开将参考以下附图详细地呈现优选实施例的以下描述，其中：
图1是示出根据一个实施例的三光纤形状感测系统的透视视图，其中，光纤被集成到球囊导管中。
图2是示出根据一个实施例的三光纤形状感测系统的透视视图，其中，主要光纤和补充光纤沿着球囊的部分延伸并具有第二开始位置。
图3是示出根据一个实施例的三光纤形状感测系统的透视视图，其中，主要光纤和补充光纤具有沿着球囊的部分延伸的光纤布拉格光栅并且具有第二开始位置。
图4是示出根据一个实施例的被显示为解剖图像上的交叠的球囊导管中的形状感测系统的图像；
图5是示出根据说明性实施例的用于使用形状或应变感测数据显示设备的方法的流程图；
图6是示出根据说明性实施例的用于集成和使用多条形状感测光纤以监测一个或多个设备的系统的框图；并且
图7是示出根据说明性实施例的用于集成和使用多条形状感测光纤以监测一个或多个设备的方法的流程图。
具体实施方式
根据本原理，多个光学传感器(例如，光纤)被集成在一起，以用于重建球囊的表面或其他柔性表面或膜。球囊导管是这样的设备的范例，但是本原理可以应用于任何其他设备，例如支架、内移植物、瓣膜、夹子、假肢等。在一个实施例中，所有传感器重建从设备的外部(例如，从固定开始位置)到设备的尖端的全长。在另一实施例中，单条光纤重建设备的全长，而其他光纤仅重建覆盖球囊或其他柔性仪器的光纤的部分。光纤在球囊或其他柔性仪器附近的区域中一起被配准。
球囊导管和其他治疗设备(例如，支架、内移植物、夹子等)通常用于许多血管内流程中。这些设备被导航到位置中并在荧光透视引导下被部署。光学形状感测(OSS)或光学真实形状TM(FORSTM)可以集成到设备中，以提供沿着整个设备(包括球囊、移植物等)的3D形状信息，而无需荧光透视。这可以减少患者和操作室工作人员暴露于辐射中，并且与经由2D荧光透视成像可以看到的相比可以提供关于设备的更细微的3D信息。机械考虑能够使得难以使用单条光学形状感测光纤来感测3D设备。多个传感器可以集成到设备中，并且一起用于推断设备的3D表面。使用多条完全形状感测光纤包括沿着设备的大部分的显著冗余信息。本原理提供了一种机制，通过所述机制补充光纤可以被简化或智能地与主要光纤组合。这降低了测量系统的复杂性(因此也降低了成本)。
应该理解，将根据医学仪器描述本原理；然而，本发明的教导要广泛得多，并且适用于任何光纤仪器。在一些实施例中，本原理用于跟踪或分析复杂的生物或机械系统。具体地，本原理适用于生物系统的内部跟踪流程和身体的所有区域中的流程，诸如心血管系统、肺、胃肠道、排泄器官等。附图中描绘的元件可以以硬件和软件的各种组合实施，并且提供可以组合在单个元件或多个元件中的功能。本原理可用于机械系统，诸如管道应用、汽车应用等。
能够通过使用专用硬件以及能够运行与合适的软件相关联的软件的硬件来提供附图中示出的各种元件的功能。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，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为唯一地指代能够运行软件的硬件，并且能够暗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”)、非易失性存储设备等。
此外，本文记载本发明的原理、方面和实施例的所有陈述，以及其具体范例，旨在涵盖其结构及功能的等价物。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发展的等价物(即，无论其结构执行相同功能的所发展的任何元件)。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本文呈现的框图表示实现本发明的原理的说明性系统部件和/或电路的概念视图。类似地，将认识到，任何流程表、流程图等表示基本上可以被表示在计算机可读存储介质中并因此可以由计算机或处理器来运行的各种过程，而无论这样的计算机或处理器是否被明确示出。
此外，本发明的实施例能够采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品可从计算机可用或计算机可读存储介质存取，所述计算机可用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者与计算机或任何指令运行系统结合来使用的程序代码。出于该描述目的，计算机可用或计算机可读存储介质能够是可以包括、存储、通信、传播或运输用于由指令运行系统、装置或设备使用或与其结合来使用的程序的任何装置。所述介质能够是电子的、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或者装置或设备)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、可移除计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘以及光盘。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)、Blu-RayTM以及DVD。
说明书中对本原理的“一个实施例”或“实施例”以及其变型的引用意指结合实施例描述的特定特征、结构、特性等被包括在本原理的至少一个实施例中。因此，出现在贯穿说明书的各个地方的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”以及任何其他变型的出现不一定全部指的是相同实施例。
应意识到，以下“/”、“和/或”和“……中的至少一个”(例如，在“A/B”、“A和/或B”和“A和B中的至少一个”的情况下)中的任一个的使用旨在涵盖仅第一列出项(A)的选择、仅第二列出项(B)的选择或这两项(A和B)的选择。作为另一范例，在“A、B和/或C”和“A、B和C中的至少一个”的情况下，这样的短语旨在涵盖仅第一列出项(A)的选择、或者仅第二列出项(B)的选择、或仅第三列出项(C)的选择、或仅第一列出项和第二列出项(A和B)的选择、或仅第一列出项和第三列出项(A和C)的选择、或仅第二列出项和第三列出项(B和C)的选择、或所有三个项(A和B和C)的选择。如本领域和相关领域中的普通技术人员容易显而易见的，这可以针对如所列出的许多项扩展。
还将理解，当元件(诸如层、区域或材料)被称为在另一元件“上”或“之上”时，其可以直接在另一元件上或还可以存在中介元件。相比之下，在元件被称为“直接在另一元件上”或“直接在另一元件之上”时，不存在中介元件。还将理解到，在元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以直接连接或耦合到另一元件或可以存在中介元件。相比之下，在元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中介元件。
现在参考其中相似附图标记表示相同或者相似元件的附图并且首先参考图1，球囊导管10包括球囊或球囊部分24，球囊或球囊部分24具有设置在其上的多条光学形状感测光纤14、16、18。多条形状感测光纤14、16、18集成在设备10(包括球囊24)内。集成在设备10内可以包括穿过腔和/或在设备10内制造时永久固定。在一个实施例中，将N条(其中，N大于1)形状感测光纤14、16、18集成到设备10中包括将光纤穿入设备10和球囊24的材料中(例如，到腔中)。光纤14、16、18需要在部分26中包括松弛以允许球囊24的扩张，或者松弛可以从光纤14、16和18在设备10的导管部分20的腔22中松散的近端部分形成。
在一种配置中，存在集成到设备10中的N>1条光纤14、16、18。在设备10的近端部分处，每条光纤返回到其自己的开始位置或开始部12a、12b、12c(也称为0、0、0)。这些开始部12a-12c可以全部物理地位于房间中的相同固定装置或位置中。配准各光纤14、16、18的开始位置12a-12c之间的关系(例如，经由本领域已知的技术，包括机械配准、形状到形状配准等)。在导管20的杆中，每条光纤可具有其自己的腔，或者它们可使用公共腔22。在球囊24中，光纤14、16、18跨表面分布，每条在其自身或共享的腔或路径中。腔或路径优选地被提供在球囊24的壁内。
从开始位置12a-12c到尖端(部分26)的每条光纤14、16、18的整个长度使用FORSTM重建，并且因此形状是已知的。结果，存在沿着导管20的杆的冗余信息。可以采用该冗余来通过采取光纤位置的平均或基于形状置信度的度量(例如，扭曲上的噪声、扭曲量、弯曲量等)采取加权平均来改进准确度。
在另一实施例中，光纤的集成包括一条主要形状感测光纤14以及N条支撑光纤(其中，N大于或等于一)。这有助于消除形状感测测量结果中的大量冗余。导管20的长度可以是例如1-2m，而球囊长度可以是约1cm至约4cm。在单条主要光纤方法中，采用单条形状感测光纤14来感测导管20的整个长度。该单条形状感测光纤14具有在房间中的固定位置中的开始部12a。N条补充光纤(例如光纤16和18)在导管体20的整个长度上延伸，但仅主动地对球囊部分24进行形状感测。光纤14、16和18的坐标系需要一起配准。
参考图2，对于单条主要光纤方法，在紧接球囊部分24之前的导管杆中采用次级开始区域32的范例。次级开始区域32在其光学反射中提供足够的唯一性，使得可以在光学测量内准确地识别其。例如，次级开始区域32处的光纤过渡或几何特征可以提供准确的识别位置。次级开始区域32还在该区域中提供N+1条光纤(14、16、18)之间的已知关系。这可以是机械上已知的关系或在制造过程期间或在使用之前立即校准的关系。已知次级开始部32的位置，可以过滤或简单地从测量中消除来自补充光纤的额外或冗余数据。
在一个实施例中，可以采用用于基于图像的配准的辐射不透明的或类似的标记。这能够与设备设计特别相关，其中，设备没有机械地耦合到导管体(例如，内移植物)。在这种情况下，在支撑光纤(集成到内移植物中)和主要光纤(集成到部署设备杆中)之间的配准可以在设备部署之前的干预或操作期间执行。在一个实施例中，开始区域32可以包括在图像中可识别的特定形式。该特定形式可以包括2D或3D特征，例如直线部分和弯曲部分。特定形式可以被定位于除了开始区域32之外的区域中。
利用仅感测球囊24的N条补充光纤，可以以与主要光纤不同的方式测量光纤。这些补充光纤具有可以简化其设计的许多技术规范。例如，补充光纤在长度中可以显著更短，并且在一些情况下可以提供更低(或更高)的分辨率测量结果。额外的技术实施方式可以包括可以将补充光纤推入核心或主要测量光纤外部的测量频率范围中。然后可以使用多个频率/波长的光利用相同的询问器(光源)测量所有光纤。
参考图3，在另一实施例中，代替于采用完全形状感测光纤，可以实施基于单芯光纤布拉格光栅(FBG)的应变传感器40。尽管单个FBG不提供关于其本身的形状信息，但是来自FBG 40的信息可以与球囊或其他设备的机械性质的知识组合，以提供沿球囊表面的变形的近似。
光纤布拉格光栅(FBG)是反射特定波长的光并透射所有其他光的短片段光纤。这是通过在纤芯中增加折射率的周期变化来实现的，折射率的周期变化生成波长特异性电介质镜。因此光纤布拉格光栅能够用作阻碍某些波长的线内滤光器，或者用作波长特异性反射器。
光纤布拉格光栅操作背后的基本原理是折射率发生变化的界面中的每个处的菲涅耳反射。对于一些波长，各个周期的反射光同相，使得对反射存在相长干涉，并且因此对于透射存在相消干涉。布拉格波长对于应变以及温度敏感。这意味着布拉格光栅能够用作光纤传感器中的感测元件。在FBG传感器中，应变引起布拉格波长的移位。
该技术的一个优点是各种传感器元件40可以分布在光纤的长度上。沿着光纤的长度，在各个位置处，可以定位多个FBG传感器。在有用的实施方式中，FBG 40连续地位于沿传感器的位置(FBG 40被级联)。在其他实施方式中，FBG 40被定位于分立位置处(具有较低准确度)。根据每个FBG40的应变测量结果，可以在该位置处推断结构的曲率。根据多个测量位置，可以确定总的三维形式。
FBG 40也可以用在支撑光纤上，所述支撑光纤移出由主要光纤14使用的波长范围。通过在支撑光纤16、18中使用较低分辨率的测量，由系统测量的总波长范围仅增加小的量。
还可以采用FBG 40的使用的组合。例如，在诸如内移植物的更复杂的设备中，采用混合方法(例如，具有和不具有FBG的光纤)能够是有利的。混合方法可以包括使用来自FBG40的反馈来对变形近似并且对波长移位以实现较少的数据(更低的波长范围)。混合方法还可用于在复杂性、冗余和成本之间进行平衡，以实现期望的精度水平。
在其他实施例中，可以经由在时间和/或空间中复用信号，利用单个物理光纤模拟多条光纤的功能。在一个实施例中，已经穿过球囊部分的光纤可以从球囊部分撤回，切换到N个腔中的另一个并且通过另一腔中的球囊重新插入以跟踪球囊的不同侧面的形状。该过程可以重复多次，以通过一个或多个其他可用腔获得形状数据。该方法可以采用插入/缩回机构以在光纤穿过的腔之间切换，或者可以手动执行。所需的插入/缩回的程度可以经由系统显示器上的视觉交叠来传递，例如使用形状感测数据。与过程的计算机化耦合的通过插入/缩回机构的机械致动可以被实施以与从业者共享任务负担。
参考图4，根据本原理，用户可以看到交叠在血管54的解剖模型或图像50上的设备24的3D表示。可以根据传感器测量结果以及由用户提供的额外的信息，根据关于设备部署的先验信息、材料特性等，和/或根据术中成像，构造形状数据52的表示。
参考图5，流程图示出了根据一个说明性实施例的根据传感器测量结果对形状数据的视觉表示的构建。在框60中，主要光纤沿其整个长度测量设备的形状或应变。在框62中，使用次级开始部将额外或补充光纤配准到主要光纤。这些补充光纤在小于设备的整个长度上捕获形状数据，并且可以用于沿着设备的部分的特定区域或取向中。在框64中，使用主要光纤和补充光纤对设备或设备的特定区进行测量(应变或形状)。在一个实施例中，补充光纤覆盖球囊部分，而主要光纤覆盖具有球囊部分的整个导管设备。
在框66中，形状/应变测量结果与已知设备(例如，球囊)性质集成，或通过已知设备(例如，球囊)性质对进行修改。这些性质从框70输入，并且可以包括关于球囊的维度或特性的信息。例如，可以在充气/放气的各个阶段处采用具有球囊形状和维度的查找表。其他信息可以包括球囊材料的机械性质、用户输入、来自术中成像的数据(X射线、超声、MRI等)。
在框68中，可以向用户显示球囊、其位置和充气/放气状态。显示器可以包括显示设备，并且可以包括在术前或术中图像上的形状/应变数据的交叠。可根据需要更新显示器。显示器可以示出从以下中的一项或每项中检测到的数据：FORSTM使能设备或在其中集成有多于一个形状感测或应变感测光纤的每个设备中的个体光纤。
应该理解，所描述的实施例可以包括使用多条光纤来感测设备的表面并且应用于瑞利散射(增强和规则)以及其他类型的散射，形状感测光纤的光纤布拉格光栅实施方式等。实施例应用于设备的手动和机器人部署。尽管在球囊的背景下被描述，但是本原理适用于其他设备，例如内移植物、瓣膜等。
参考图6，根据一个实施例说明性地示出了用于集成和使用多条形状感测光纤以监测一个或多个设备的系统100。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和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或解释器115，光学感测模块或解释器115被配置为解释来自一个或多个形状或应变传感光纤104的光学反馈信号。光学感测模块115被配置为使用光学信号反馈(和任何其他反馈)来重建与医学设备或仪器102和/或其周围区域相关联的变形、偏转和其他变化。医学设备102可包括导管、导丝、探头、内窥镜、机器人、电极、过滤器设备、球囊设备或其他医学部件等。
设备102上的光纤104包括一条或多条光纤，它们通过用于光纤104的光学询问器或数据采集盒122以一个或多个设置模式耦合到设备102。光学询问器122生成并数字化所有种类的信号，包括去往光纤104或来自光纤104的光学信号。光学询问器122连接到工作站112，工作站112使用光学感测模块115处理数字化信号。开始位置108沿光纤104定位并且提供参考位置。
光纤104可以采用光纤布拉格光栅传感器、瑞利散射或其组合。在一些实施例中，可以采用瑞利、拉曼、布里渊或荧光散射。可以采用标准单模通信光纤中的瑞利散射。瑞利散射作为光纤芯中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沿光栅长度具有幅度和相位的随机变化的布拉格光栅。通过使用在多芯光纤的长度内的该效应，能够观察感兴趣的表面的3D形状和动态。
在一个实施例中，工作站112包括图像生成模块148，图像生成模块148被配置为从光纤104接收反馈并记录关于一条或多条光纤104被定位于体积131的什么地方的形状或应变数据。在空间或体积131内的(一条或多条)光纤104的图像134可以在显示设备118上显示。可以使用成像系统110捕获一幅或多幅图像134。成像系统110可以包括超声系统、X射线系统、MRI系统、CT系统等。
工作站112包括用于查看对象(患者)或体积131的内部图像的显示器118，并且可以包括作为光纤104和设备102的交叠或其他绘制的图像134。显示器118还可以允许用户与工作站112及其部件和功能，或系统100内的任何其他元件交互。这还由接口120促进，接口120可包括键盘、鼠标、操纵杆、触觉设备或任何其他外围设备或控件，以允许来自工作站112的用户反馈和与工作站112的交互。
光纤104可以包括集成在设备102中的多个传感器(光纤)，以用于重建球囊或设备102的其他部分105的表面。在一个实施例中，所有传感器104重建设备的完全长度(从固定开始位置108或到公共坐标系138)到设备102的尖端109。在备选实施例中，主要光纤(104)重建设备102的完全长度，而其他光纤仅重建覆盖球囊或其它部分105的光纤的部分。在球囊或其他部分105近端的区域中将光纤一起配准到公共坐标系138，例如，在球囊或其它部分106处或附近的第二开始位置111(任选的)。
参考图7，说明性地示出了用于感测柔性仪器的可重新配置部分中的弯曲的方法。在框202中，多条形状或应变感测光纤被配置或集成在至少一个腔内的柔性仪器中。多条光纤延伸柔性仪器的长度。在一个实施例中，光纤被馈送到相同的腔中。在另一实施例中，针对每条光纤提供单独的腔。可以首先执行光纤的配置以确保光纤之间的已知相对起始位置(例如，在部署之前或期间设置仪器的大小或配置)。光纤可以由制造商集成在设备内，或者可以由用户根据需要来重新配置和集成。
在一个实施例中，多条光纤可以包括用于测量柔性仪器的整个长度的主要光纤和用于测量柔性仪器的可重新配置部分的至少一条补充光纤。至少一条补充光纤可以包括多条补充光纤，并且在所述柔性仪器的可重新配置部分处或附近具有用于多条补充光纤的第二开始位置。第二开始位置可以包括用于确定图像中第二开始位置的位置的形状。在框204中，第二开始位置，如果被采用，则被定位于图像中以移除多条补充光纤的冗余应变/形状数据。在框206中，至少一条补充光纤可以包括至少一个FBG。
在框208中，可以配准多条光纤中的每条光纤的坐标系。这对于具有不同开始位置的光纤尤其有用。可以使用已知技术来实现配准。
在一些实施例中，设想和优选的是，框202、204、206和208由制造商在仪器的制造期间执行。然而，框202、204、206和208的这些活动中的一些或全部可以由用户执行。
在框210中，测量多条光纤相对于彼此的移动，以感测多条光纤之间的距离的变化，从而检测柔性仪器的可重新配置部分的状态。柔性仪器可以包括球囊导管，并且可重新配置部分可包括球囊或球囊部分。在框212中，移动测量可以包括测量球囊的充气或放气、支架或内移植物的扩张/收缩等。也可以采用其他设备类型。在框214中，可以采用第二开始位置，其包括用于确定图像中的第二开始位置的位置的形状。第二开始位置被定位于图像中以移除针对多条补充光纤的冗余应变/形状数据。
在框216中，可以使用来自多条光纤的应变或形状数据来显示柔性仪器的可重新配置部分。流程可以继续并完全根据应用进行。
在解释权利要求时，应理解：
a)词语“包括”不排除除了在给定的权利要求中列出的元件或动作以外的其他元件或动作的存在；
b)元件前面的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在；
c)权利要求中的任何附图标记不限制其范围；
d)若干“单元”可以由相同项或者硬件或软件实施的结构或功能来表示；并且
e)除非明确地指示，否则并不旨在要求动作的具体顺序。
已经描述了用于治疗设备的多传感器集成的优选实施例(其旨在是说明性的而非限制性的)，应注意，本领域技术人员可以根据上述教导进行修改和变化。因此，应当理解，可以在所公开的本公开的具体实施例中进行改变，这些改变在由权利要求概述的本文公开的实施例的范围内。因而已经描述了专利法所要求的细节和特性，由专利证书所主张并期望保护的内容在权利要求书中得到阐述。

Claims (23)

1.一种传感器设备，包括：
柔性仪器(20)，其包括至少一个腔(22)；以及
多条形状或应变感测光纤(14、16、18)，其被集成在所述柔性仪器中在所述至少一个腔中并且在所述柔性仪器的长度上延伸，所述多条光纤被配置为测量相对于彼此的移动，以感测所述多条光纤之间的距离的变化，从而检测所述柔性仪器的可重新配置部分(24)的状态。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述柔性仪器(20)包括球囊导管，并且所述可重新配置部分包括球囊。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个腔(22)包括与所述多条光纤中的每条光纤相关联的腔。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多条光纤(14、16、18)具有经配准的坐标系，并且所述多条光纤中的每条光纤包括单独的开始位置(12a、12b、12c)。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多条光纤(14、16、18)包括用于测量所述柔性仪器的整个长度的主要光纤以及用于测量所述柔性仪器的所述可重新配置部分的至少一条补充光纤。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述至少一条补充光纤包括多条补充光纤，并且还包括所述柔性仪器的所述可重新配置部分处或附近的针对所述多条补充光纤的第二开始位置(32)。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第二开始位置(32)包括用于确定所述第二开始位置在图像中的位置的形状。
8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述至少一条补充光纤包括至少一个光纤布拉格光栅(40)。
9.一种传感器设备，包括：
柔性仪器(20)，其包括至少一个腔(22)；以及
多条形状或应变感测光纤(14、16、18)，其被集成在所述柔性仪器中在所述至少一个腔中并且在所述柔性仪器的长度上延伸，所述多条光纤被配置为测量相对于彼此的移动，以感测所述多条光纤之间的距离的变化，从而检测所述柔性仪器的可重新配置部分(24)的状态，所述多条光纤包括：
主要光纤(14)，其延伸所述柔性仪器的整个长度，以测量沿着所述长度的形状或应变变化；以及
至少一条补充光纤(16、18)，其延伸所述柔性仪器的所述整个长度，并且被配置为提供形状或应变感测，以测量所述柔性仪器的所述可重新配置部分。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述柔性仪器(20)包括球囊导管，并且所述可重新配置部分包括球囊。
11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述至少一个腔(22)包括与所述多条光纤中的每条光纤相关联的腔。
12.根据权利要求9所述的设备，其中，所述多条光纤(14、16、18)具有经配准的坐标系。
13.根据权利要求9所述的设备，其中，所述至少一条补充光纤(16、18)包括多条补充光纤，并且还包括所述柔性仪器的所述可重新配置部分处或附近的针对所述多条补充光纤的第二开始位置(32)。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述第二开始位置(32)包括用于确定所述第二开始位置在图像中的位置的形状。
15.根据权利要求13所述的设备，其中，所述至少一条补充光纤包括至少一个光纤布拉格光栅(40)。
16.一种用于感测柔性仪器的可重新配置部分中的弯曲的方法，包括：
将多条形状或应变感测光纤配置(202)在所述柔性仪器中在至少一个腔内，所述多条光纤延伸所述柔性仪器的长度；并且
测量(210)所述多条光纤相对于彼此的移动，以感测所述多条光纤之间的距离的变化，从而检测所述柔性仪器的可重新配置部分的状态。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述柔性仪器包括球囊导管，并且所述可重新配置部分包括球囊，并且测量移动包括测量(212)所述球囊的充气或放气。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括配准(208)所述多条光纤中的每条光纤的坐标系。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述多条光纤包括用于测量所述柔性仪器的整个长度的主要光纤以及用于测量所述柔性仪器的所述可重新配置部分的至少一条补充光纤。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述至少一条补充光纤包括多条补充光纤，并且还包括所述柔性仪器的所述可重新配置部分处或附近的针对所述多条补充光纤的第二开始位置(32)。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第二开始位置包括用于确定所述第二开始位置在图像中的位置的形状，并且所述方法还包括将所述第二开始位置定位214在图像中，以移除针对所述多条补充光纤的冗余应变/形状数据。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述至少一条补充光纤包括至少一个光纤布拉格光栅(40)。
23.根据权利要求16所述的方法，还包括使用来自所述多条光纤的应变或形状数据来显示(216)所述柔性仪器的所述可重新配置部分。
CN201780043851.6A 2016-07-15 2017-07-11 包括形状感测光纤的球囊导管 Active CN109475725B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662362724P 2016-07-15 2016-07-15
US62/362,724 2016-07-15
PCT/EP2017/067312 WO2018011158A1 (en) 2016-07-15 2017-07-11 Balloon catheter comprising shape sensing optical fibers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109475725A true CN109475725A (zh) 2019-03-15
CN109475725B CN109475725B (zh) 2022-07-08

Family

ID=59416657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780043851.6A Active CN109475725B (zh) 2016-07-15 2017-07-11 包括形状感测光纤的球囊导管

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11730931B2 (zh)
EP (1) EP3484572B1 (zh)
JP (1) JP7059247B6 (zh)
CN (1) CN109475725B (zh)
WO (1) WO2018011158A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114939223A (zh) * 2022-05-12 2022-08-26 上海百心安生物技术股份有限公司 一种防爆脉冲球囊扩张导管

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3705020A1 (en) * 2019-03-05 2020-09-09 FBGS Technologies GmbH Methods and systems for shape sensing
EP4204063A1 (en) * 2020-08-25 2023-07-05 Edwards Lifesciences Corporation Medical balloon sensing assembly
KR102560443B1 (ko) * 2021-05-04 2023-07-26 인제대학교 산학협력단 고정력 가늠이 가능한 유치 도뇨관

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120271339A1 (en) * 2011-04-21 2012-10-25 Medtronic Vascular, Inc. Balloon Catheter With Integrated Optical Sensor For Determining Balloon Diameter
CN103347461A (zh) * 2011-01-28 2013-10-09 皇家飞利浦有限公司 用于医学仪器的尖端和形状特征化的光学形状感测光纤
CN105592790A (zh) * 2013-10-02 2016-05-18 皇家飞利浦有限公司 用于光学形状感测配准的集线器设计和方法
CN105593731A (zh) * 2013-09-30 2016-05-18 皇家飞利浦有限公司 用于光学形状感测的起始固定器

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7297154B2 (en) * 2003-02-24 2007-11-20 Maxwell Sensors Inc. Optical apparatus for detecting and treating vulnerable plaque
WO2006020896A2 (en) 2004-08-13 2006-02-23 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for animal positioning in imaging systems
US20080077225A1 (en) * 2006-09-22 2008-03-27 Carlin Donald B Accuracy lumen sizing and stent expansion
US20100030063A1 (en) * 2008-07-31 2010-02-04 Medtronic, Inc. System and method for tracking an instrument
JP4759654B2 (ja) * 2008-10-28 2011-08-31 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 医療機器
WO2011086432A2 (en) 2010-01-14 2011-07-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Flexible instrument channel insert for scope with real-time position tracking
CN102883655B (zh) * 2010-05-07 2015-07-08 皇家飞利浦电子股份有限公司 医学成像系统中的运动补偿和患者反馈
US10463259B2 (en) * 2011-10-28 2019-11-05 Three Rivers Cardiovascular Systems Inc. System and apparatus comprising a multi-sensor catheter for right heart and pulmonary artery catheterization
WO2013182953A1 (en) 2012-06-08 2013-12-12 Koninklijke Philips N.V. Distributed sensing device for referencing of physiological features
EP2903517A1 (en) 2012-10-02 2015-08-12 Koninklijke Philips N.V. Volume mapping using optical shape sensors
WO2015017270A1 (en) 2013-07-29 2015-02-05 Intuitive Surgical Operations, Inc. Shape sensor systems with redundant sensing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103347461A (zh) * 2011-01-28 2013-10-09 皇家飞利浦有限公司 用于医学仪器的尖端和形状特征化的光学形状感测光纤
US20120271339A1 (en) * 2011-04-21 2012-10-25 Medtronic Vascular, Inc. Balloon Catheter With Integrated Optical Sensor For Determining Balloon Diameter
CN105593731A (zh) * 2013-09-30 2016-05-18 皇家飞利浦有限公司 用于光学形状感测的起始固定器
CN105592790A (zh) * 2013-10-02 2016-05-18 皇家飞利浦有限公司 用于光学形状感测配准的集线器设计和方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114939223A (zh) * 2022-05-12 2022-08-26 上海百心安生物技术股份有限公司 一种防爆脉冲球囊扩张导管

Also Published As

Publication number Publication date
EP3484572A1 (en) 2019-05-22
US20190307995A1 (en) 2019-10-10
WO2018011158A1 (en) 2018-01-18
JP7059247B2 (ja) 2022-04-25
EP3484572B1 (en) 2022-04-06
US11730931B2 (en) 2023-08-22
JP7059247B6 (ja) 2022-06-03
JP2019524241A (ja) 2019-09-05
CN109475725B (zh) 2022-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN216455277U (zh) 用于将医疗器械插入患者体内的医疗器械系统
US7822464B2 (en) Guidewire for vascular catheters
JP6902533B2 (ja) 形状検出システムによる装置の配置のためのハブ
CN104427927B (zh) 用于血管可视化和监测的由光纤传感器引导的导航
CN217040287U (zh) 用于将医疗器械插入患者体内的医疗器械系统
CN109475725A (zh) 包括形状感测光纤的球囊导管
CN105792768B (zh) 使用纵向编码的设备跟踪
EP2830502B1 (en) Artifact removal using shape sensing
US20060173299A1 (en) Systems and methods for improved three-dimensional imaging of a body lumen
JP2013534433A (ja) 光ファイバの形状再構成
CN105979879A (zh) 具有光学形状感测设备视角的虚拟图像
CN107205810B (zh) 通过导丝的光学形状感测的装置可视化
RU2666580C2 (ru) Отображение объема с использованием оптических датчиков формы
JP2003515104A (ja) 光ファイバ・ナビゲーション・システム
CN105828721B (zh) 用于微创介入的形状感测的机器人超声
JP7237440B2 (ja) Ｘ線／血管内画像コロケーションの方法およびシステム
US10267624B2 (en) System and method for reconstructing a trajectory of an optical fiber
CN106687061A (zh) 用于矫形术中的软组织平衡的光学形状感测
US20210186648A1 (en) Surgical shape sensing fiber optic apparatus and method thereof
CN109937021B (zh) 引导系统和相关联的方法
CN109715054A (zh) 与体外图像中的仪器相关的图像对象的可视化
JP7319248B2 (ja) 位置追跡型インターベンショナルデバイスの自動視野更新
AU735977B2 (en) Guided deployment of stents
CN115363524A (zh) 布置在检查对象内的医学目标物和检测医学目标物的系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant