CN110636814A - Oss引导和监测系统、控制器以及方法 - Google Patents

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CN110636814A CN201880032798.4A CN201880032798A CN110636814A CN 110636814 A CN110636814 A CN 110636814A CN 201880032798 A CN201880032798 A CN 201880032798A CN 110636814 A CN110636814 A CN 110636814A
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Abstract

一种OSS引导和监测系统采用介入设备(40)，所述介入设备包括OSS传感器(20)与一个或多个介入工具(30)的集成，所述OSS传感器(20)用于当所述介入设备(40)在解剖区域内被导航时生成提供有所述OSS传感器(20)的形状的信息的形状感测数据。所述OSS引导和监测系统还采用OSS引导控制器(90)和OSS监测控制器(100)，所述OSS引导控制器用于响应于由所述OSS传感器(20)对所述形状感测数据的生成而控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的形状的重建，所述OSS监测控制器用于控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的折叠的程度和扭曲的程度的监测。

Description

OSS引导和监测系统、控制器以及方法
技术领域
本公开的发明总体涉及实施用于在患者的解剖系统内引导对介入工具的导航(例如，对被集成到在患者的心血管系统、呼吸系统或消化系统内被导航的介入工具内的OSS传感器的(一个或多个)直线/曲线平移和/或(一个或多个)轴向/非轴向旋转的跟踪)的光学形状感测(OSS)技术的系统、控制器以及方法。
本公开的发明更具体涉及通过提供对在患者的解剖系统内的介入工具的导航的光学形状感测(OSS)引导的监测(例如，在介入工具在患者的心血管系统、呼吸系统或消化系统的管腔内被直线/曲线平移和/或轴向/非轴向旋转时对OSS传感器的任何折叠和/或任何扭转的监测)来改善这样的系统、控制器和方法。
背景技术
光学形状感测(OSS)使用沿着单芯或多芯光纤的光用于在外科手术介入期间的设备定位和导航。所涉及的原理利用在光纤中使用特征瑞利背向散射或受控光栅图案的分布式应变测量。沿着光纤的形状在沿着传感器的特定点处开始，被称为起始点或z＝0，并且光纤的随后的形状位置和取向是相对于该点的。
OSS光纤可以被集成到介入工具(例如，血管工具、腔内工具和矫形工具)内，以由此在微创流程期间经由介入工具的监测器来提供实况视觉引导，由此，集成的OSS光纤提供部分或整个介入工具的方位(即，位置和/或取向)。尽管对介入工具的实况视觉引导已经证明有利于促进成功的微创流程，但是介入工具的“推送性(pushability)”和“扭转性(torquability)”问题涉及介入工具的潜在“屈曲”和潜在“卷绕(whipping)”。
例如，血管导航可以通过使导管在导丝上方经过来执行，由此，导丝与导管之间的机械相互作用主要包括：(1)导丝和/或导管在脉管系统内的推进和/或缩回、和/或(2)导丝和/或导管在脉管系统内的旋转。
理想地，导丝和导管在(1)患者外部的导丝的近侧节段和/或患者外部的导管的近侧节段的操作者控制的平移和/或旋转与(2)患者内部的导丝的远侧节段和/或导管的远侧节段的对应平移和/或旋转之间具有1对1映射。
当导丝和导管的节段两者都是笔直的并且硬性的时，导丝和导管将具有上文所提到的在近侧节段与远侧节段之间的1对1映射。然而，对于微创流程，导丝和导管的远侧节段必须是足够柔性的以导航通过曲折的脉管系统。这样的柔性会使导丝和/或导管的推送性和/或扭转性退化。
更具体地，推送性涉及在(一个或多个)外部近侧节段被操作者控制或被机器人控制以在脉管系统内推进或缩回(一个或多个)远侧节段时导丝和/或导管的(一个或多个)近侧节段和(一个或多个)远侧节段之间的1对1映射的可实现程度。导丝和/或导管的推送性的退化会导致在脉管系统内的导丝和/或导管的(一个或多个)远侧节段的一定程度的折叠，由此，该折叠会消极地影响在脉管系统内的导丝和/或导管的操纵和引导和/或会在脉管系统内施加过多应力。
扭转性涉及在(一个或多个)外部近侧节段被操作者控制或被机器人控制以在脉管系统内旋转(一个或多个)远侧节段时在导丝和/或导管的(一个或多个)近侧节段与(一个或多个)远侧节段之间的1对1映射的可实现程度。导丝和/或导管的扭转性的退化会导致在脉管系统内的导丝和/或导管的(一个或多个)远侧节段的一定程度的扭转，由此，所述扭转会潜在地并且危险地卷绕脉管系统内的导丝和/或导管和/或会在脉管系统内施加过多应力。退化的扭转性也会妨碍对导丝和/或导管的最佳操纵和引导。
因此，存在对于检测患者内的介入工具的任何潜在屈曲的需要，其是所描绘的由于介入工具的折叠而造成的在患者的解剖区域内的介入工具的导航形状的不可接受程度的扭曲。
还存在对于检测患者内的介入工具的任何潜在卷绕的需要，其是所描绘的由于介入工具的扭转而造成的在患者的解剖区域内的介入工具的导航形状的不可接受程度的扭曲。
发明内容
为了改善光学形状感测(OSS)引导系统、控制器和方法，本公开提供了用于在通过介入设备在解剖区域内的直线/曲线平移和/或通过介入设备在解剖区域内的轴向/非轴向旋转而在解剖区域内对介入设备进行导航时检测介入设备(包括介入工具和OSS传感器的集成)的任何折叠和/或任何扭转的发明。
出于描述并且请求保护本公开的发明的目的：
(1)术语“解剖区域”宽泛地涵盖如在本公开的领域中已知以及在本公开中示范性描述的一个或多个解剖系统，其中，每个解剖系统具有用于在其中对介入设备进行导航的自然或外科手术结构配置。解剖区域的范例包括但不限于：外皮系统(例如，皮肤和附属物)、骨骼系统、肌肉系统、神经系统、内分泌系统(例如，腺和胰腺)、消化系统(例如，胃、肠和结肠)、呼吸系统(例如，气道和肺)、循环系统(例如，心脏和血管)、淋巴系统(例如，淋巴结)、泌尿系统(例如，肾)和生殖系统(例如，子宫)；
(2)术语“介入工具”要被宽泛地解读为在本公开的领域中已知的，包括在本公开之前已知以及在本公开之后构想的介入工具。介入工具的范例包括但不限于：血管介入工具(例如，导丝、导管、支架鞘管、球囊、粥样斑切除导管、IVUS成像探头、部署系统等)、腔内介入工具(例如，内窥镜、支气管镜等)以及矫形介入工具(例如，克氏针(K-wire)和螺丝刀)；
(3)术语“工具节点”宽泛地涵盖如在本公开的领域中已知的介入工具的单个点、多个点、节段、模板(例如，形状、曲率或应变)或者要不然任何部分，并且如“近侧工具节点”或“远侧工具节点”的工具节点的标记表征介入设备的该具体工具节点到另一工具节点的相对纵向间距，并且不表征该具体工具节点在介入工具的配置内的精确位置；
(4)术语“OSS传感器”宽泛地涵盖如在本公开的领域中已知以及在下文中构想的被结构地配置用于提取光纤的高密度应变测量结果的光纤，所述测量结果是根据发射到光纤中并且传播通过光纤并且在传播的光的相反方向在光纤内反射回来和/或在传播的光的方向上从光纤透射的光而导出的。OSS传感器的范例包括，但不限于：在光频域反射计(OFDR)的原理下结构地配置的光纤，其用于经由光纤内的受控的光栅图案(例如，光纤布拉格光栅)、光纤的特征反向散射(例如，瑞利背向散射)或者嵌入、蚀刻、压印或者以其他方式形成在光纤中的(一个或多个)反射节点元件和/或(一个或多个)透射节点元件的任何其他布置来提取光纤的高密度应变测量结果，所述测量结果是根据被发射到光纤中并且传播通过所述光纤并且在传播的光的相反方向上在所述光纤内反射回来和/或在传播的光的方向上从光纤透射的光而导出的；
(5)术语“OSS节点”宽泛地涵盖如在本公开的领域中已知的OSS传感器的任何反射节点元件或任何透射节点元件，并且如“近侧OSS节点”或“远侧OSS节点”的OSS节点的标记表征如在本公开中示范性描述的该具体OSS节点到另一OSS节点的相对纵向间距，而并不表征该具体OSS节点在OSS传感器的结构配置内的精确位置；
(6)短语“介入工具和OSS传感器的集成”宽泛地涵盖如在本公开的领域中理解和示范性描述的介入工具和OSS传感器到介入设备中的任何类型的组合、毗连、附接、安装、插入、混合或者以其他方式集成。这样的集成的范例包括但不限于OSS传感器在导管的通道内的固定插入以及包含OSS传感器的导丝；
(7)术语“设备节点”宽泛地涵盖如在本公开的领域中已知的介入设备的单个点、多个点、节段、模板(例如，形状、曲率或应变)或者要不然任何部分，并且如“近侧设备节点”或“远侧设备节点”的设备节点的标记表征介入设备的该具体设备节点到另一设备节点的相对纵向间距，而并不表征该具体设备节点在介入设备的配置内的精确位置。设备节点的范例包括但不限于OSS传感器的OSS节点以及被映射到OSS传感器的OSS节点的介入工具的工具节点。
(8)短语“介入设备的折叠”宽泛地涵盖如在本公开的领域中理解并且如在本文中示范性描述的在解剖区域外部的介入设备的近侧设备节点与在解剖区域内的介入设备的远侧设备节点之间的纵向间距的任何减小；并且
(9)短语“介入设备的扭转”宽泛地涵盖如在本公开的领域中理解并且如在本文中示范性描述的在解剖区域外部的介入设备的近侧设备节点与在解剖区域内的OSS传感器的远侧设备节点之间的角度取向的任何增大。
本公开的发明的一个实施例是采用包括FOR传感器与一个或多个介入工具的集成的介入设备的OSS引导和监测系统。所述OSS引导和监测系统还采用包括OSS引导控制器和OSS监测控制器的OSS引导和监测设备。
在操作中，当介入设备在解剖区域内被导航(例如，在解剖区域内被平移和/或被旋转)时，OSS传感器生成指示OSS传感器的形状的形状感测数据。
OSS引导控制器响应于由OSS传感器对形状感测数据的生成而控制对介入设备在解剖区域内的形状的重建。
OSS监测控制器响应于由OSS传感器对形状感测数据的生成而通过生成推送性度量和/或扭转性度量来控制对介入设备在解剖区域内的折叠的程度和/或扭曲的程度的监测。
推送性度量量化在介入设备的近侧设备节点与远侧设备节点之间的介入设备的所估计的折叠的程度。
扭转性度量量化在介入设备的所述近侧设备节点与所述远侧设备节点之间的介入设备的所估计的扭曲的程度。
本公开的发明的第二实施例是包括OSS引导控制器和OSS监测控制器的OSS引导和监测设备。
本公开的发明的第三实施例是针对包括OSS传感器与(一个或多个)介入工具的集成的介入设备的OSS引导和监测方法。
OSS引导和监测方法涉及当介入设备在解剖区域内被导航(例如，在解剖区域内被平移和/或被旋转)时生成指示OSS传感器的形状的形状感测数据的OSS传感器。
OSS引导和监测方法还涉及响应于由OSS传感器对形状感测数据的生成而控制对介入设备在解剖区域内的形状的重建的OSS引导控制器。
OSS引导和监测方法还涉及响应于由OSS传感器对形状感测数据的生成而通过生成推送性度量和/或扭转性度量来控制对介入设备在解剖区域内的折叠和/或扭转的监测的OSS监测控制器。
对于本公开的发明的所有实施例，OSS监测控制器可以经由形状感测数据在时间帧的基础上通过检测以下项来导出推送性度量：
1.解剖区域外部的介入设备的近侧设备节点的推进而无解剖区域内部的介入设备的远侧设备节点的对应推进；
2.当介入设备在解剖区域内被导航时在介入设备的近侧设备节点与远侧设备节点之间的介入设备的纵向曲率改变的区域；
3.当介入设备在解剖区域内被导航时介入设备上的过多的力；以及
4.当介入设备在解剖区域内被导航时介入设备的过多横向运动。
出于屈曲警告的目的，OSS监测控制器可以：响应于推送性度量具有超过描绘介入设备的折叠的折叠(非屈曲)阈值的非零量值由此介入工具能够在解剖区域内被进一步推进、和/或推送性度量具有描绘介入设备的折叠的屈曲阈值的非零量值由此介入工具不能够在解剖区域内被进一步推进，而确认介入设备的屈曲的可能性。
折叠警告和/或屈曲警告可以由OSS监测控制器通过以下方式来传送：
1.文本显示警告(例如，叠加在所显示的介入设备的形状重建上的文本折叠/屈曲消息)，
2.听觉警告(例如，用语言表达介入设备的折叠/屈曲的听觉消息)；
3.视觉显示警告(例如，所显示的介入设备的形状重建的颜色编码的折叠/屈曲警告)；
4.视觉设备警告(例如，介入设备的轮毂(hub)LED的激励)，以及
5.触觉警告(例如，介入设备的轮毂电机的振动)。
此外，对于本公开的发明的所有实施例，OSS监测控制器可以经由形状感测数据在时间帧的基础上通过检测以下项来导出扭转性度量：
1.解剖区域外部的介入设备的近侧设备节点的旋转而无解剖区域内部的介入设备的远侧设备节点的对应旋转；以及
2.当介入设备在解剖区域内被导航时在介入设备的近侧设备节点与远侧设备节点之间的介入设备的轴向旋转的区域。
出于卷绕警告的目的，OSS监测控制器可以：响应于扭转性度量具有超过描绘介入设备的扭转不受介入设备在解剖区域内的卷绕影响的扭转(非卷绕)阈值的非零量值、和/或扭转性度量具有超过指示描绘的介入设备的扭转易受介入设备在解剖区域内的卷绕影响的卷绕阈值的非零量值，而确认介入设备的卷绕的可能性。
扭曲警告和/或卷绕警告可以由OSS监测控制器通过以下方式来传送：
1.文本显示警告(例如，叠加在所显示的介入设备的形状重建上的文本扭转/卷绕消息)，
2.听觉警告(例如，用语言表达介入设备的扭转或卷绕的听觉消息)；
3.视觉显示警告(例如，所显示的介入设备的形状重建的颜色编码的扭转/警告)；
4.视觉设备警告(例如，介入设备的轮毂LED的激励)，以及
5.触觉警告(例如，介入设备的轮毂电机的振动)。
还出于描述并且请求保护本公开的发明的目的：
(1)术语“OSS引导和监测系统”宽泛地涵盖如在本公开的领域中已知并且在下文中构想的在介入流程中用于在解剖区域内导航介入设备的所有基于光学形状感测的引导系统，包含用于监测介入设备在解剖区域内的折叠和/或扭转的本公开的创造性原理；
(2)术语“OSS引导和监测方法”宽泛地涵盖如在本公开的领域中已知并且在下文中构想的在介入流程中用于在解剖区域内导航介入设备的所有基于光学形状感测的引导系统，包含用于监测介入设备在解剖区域内的折叠和/或扭转的本公开的创造性原理；
(3)术语“控制器”宽泛地涵盖用于控制与如随后在本公开中示范性描述的监测介入设备在解剖区域内的折叠和/或扭转相关的本公开的各种创造性原理的应用的专用主板或专用集成电路的所有结构配置。所述控制器的结构配置可以包括但不限于：(一个或多个)处理器、(一个或多个)计算机可用/计算机可读存储介质、操作系统、(一个或多个)应用模块、(一个或多个)外围设备控制器、(一个或多个)接口、(一个或多个)总线、(一个或多个)槽以及(一个或多个)端口。本文中用于术语“控制器”的标签“OSS引导”和“OSS监测”出于识别的目的将具体控制器与在本文中所描述和要求保护的其他控制器区分开，而不指定或暗示对术语“控制器”的任何额外限制。
(4)术语“应用模块”宽泛地涵盖包括用于执行特定应用的电路和/或可执行程序(例如，被存储在(一个或多个)非瞬态计算机可读介质上的可执行软件和/或固件)的控制器的部件。本文中用于属于“模块”的标签“形状重建”、“推送性度量”和“扭转性度量”出于识别的目的将具体模块与在本文中所描述和要求保护的其他模块区分开，而不指定或暗示对术语“应用模块”的任何额外限制；以及
(5)术语“信号”、“数据”和“命令”宽泛地涵盖如在本公开的领域中理解并且如在本公开中示范性描述的用于通信支持如随后在本公开中所描述的本公开的各种创造性原理的信息和/或指令的所有形式的可检测物理量或脉冲(例如，电压、电流或磁场强度)。本公开的各部件之间的信号/数据/命令通信可以涉及如在本公开的领域中已知并且在下文中构想的任何通信方法，包括但不限于：通过任何类型的有线或无线介质/数据链路的信号/数据/命令发射/接收以及被上传到计算机可用/计算机可读存储介质的信号/数据/命令的读取。
结合附图阅读本公开的发明的各种实施例的以下详细描述，本公开的发明的前述实施例和其他实施例以及本公开的发明的各种特征和优点将变得更加显而易见。详细描述和附图仅仅是对本公开的发明的说明而非限制，本公开的发明的范围由权利要求以及其等价方案限定。
附图说明
图1A-1C图示了如在本公开的领域中已知的OSS传感器的示范性实施例。
图2图示了如在本公开的领域中已知的介入设备的示范性实施例。
图3A和3B图示了如在本公开的领域中已知的OSS传感器到导丝内的集成的示范性实施例。
图4A和4B图示了如在本公开的领域中已知的OSS传感器到导管内的集成的示范性实施例。
图5A-5C图示了如在本公开的领域中已知的在解剖管腔内被平移的OSS传感器的示范性非折叠。
图6A-6C图示了如在本公开的领域中已知的在解剖管腔内被平移的OSS传感器的第一示范性折叠和屈曲。
图7A-7C图示了如在本公开的领域中已知的在解剖管腔内被平移的OSS传感器的第二示范性折叠和屈曲。
图8A-8C图示了如在本公开的领域中已知的在解剖管腔内被平移的OSS传感器的第一示范性扭转和卷绕。
图9A-9C图示了如在本公开的领域中已知的在解剖管腔内被平移的OSS传感器的第二示范性扭转和卷绕。
图10图示了根据本公开的创造性原理的OSS引导和监测系统的示范性实施例。
图11A-11C图示了如在本公开的领域中已知的OSS传感器的示范性引导框架。
图12图示了表示根据本公开的创造性原理的OSS监测方法的示范性实施例的流程图。
图13A图示了表示根据本公开的创造性原理的推进推送性监测方法的示范性实施例的流程图。
图13B图示了通过图13A的推进推送性监测方法的执行生成的近侧设备节点平移、远侧设备节点平移和推送性度量的示范性曲线图。
图14A和14B图示了根据本公开的创造性原理的突出OSS传感器的折叠区域的OSS传感器的引导显示的示范性曲线图。
图15图示了表示根据本公开的创造性原理的曲率推送性监测方法的示范性实施例的流程图。
图16图示了通过图15的曲率推送性监测方法的执行检测到的OSS传感器的示范性过度横向运动。
图17A图示了表示根据本公开的创造性原理的扭转性监测方法的示范性实施例的流程图。
图17B和17C图示了通过图17A的扭转性推送性监测方法的执行生成的近侧设备节点旋转、远侧设备节点旋转和扭转性度量的示范性曲线图。
具体实施方式
作为对现有的基于光学形状感测(OSS)的引导系统、方法和控制器的改进，本发明提供了当介入设备在解剖区域内通过介入设备在解剖区域内的直线/曲线平移和/或通过介入设备在解剖区域内的轴向/非轴向旋转被导航时检测包括介入工具与OSS传感器的集成的介入设备的任何折叠和/或任何扭转。
为了促进对本公开的各种发明的理解，图1A-3B的以下描述教导了如在本公开的领域中已知的具有介入工具与OSS传感器的集成的介入设备。根据该描述，本领域技术人员将意识到，根据本公开的创造性原理的可应用于对介入设备在解剖区域内的导航的OSS引导和监测的介入设备的各种和许多实施例。请注意，如在图1A-3B中示出的本公开的部件未按比例进行绘制，而是被绘制为概念地支持本公开的创造性原理。
参考图1A，可应用于本公开的发明的OSS传感器20包括作为单芯光纤(例如，如在图1B中示出的具有单个芯22的光纤21a)或多芯光纤(例如，如在图1C中示出的具有多个芯22b-22d的多芯光纤21b)的光纤21。光纤21的芯具有受控的光栅图案(例如，光纤布拉格光栅)、特征背向散射(例如，瑞利背向散射)或者在光纤21中嵌入、蚀刻、压印或者以其他方式形成的反射元件和/或透射元件的任何其他布置。在实践中，受控的光栅、特征背向散射或反射/透射元件形式的OSS节点可以沿着光纤21的任何部分或整体延伸，如由从近端21p延伸到远端21d的虚线22象征性所示的。同样地，在实践中，OSS传感器20可以包括两个(2)或更多个个体光纤21，其可以是螺旋形的或者可以不是螺旋形的。
在实践中，OSS传感器20的光纤21可以部分地或整体地由任何玻璃、二氧化硅、磷酸盐玻璃或其他玻璃制成，或者由玻璃和塑料或者由塑料制成，或者由用于制造光纤的其他材料制成。为了在经由手动或机器人插入而引入到患者解剖结构中时防止对OSS传感器20的任何损坏，OSS传感器20的光纤21可以如在本领域中已知的那样通过保护套被永久地围绕。
在实践中，所述保护套可以由具有特定硬度的任何柔性材料制成，所述材料包括，但不限于：尼龙弹性体、镍钛合金、分束管和绞合金属管。同样地，在实践中，所述保护套可以包括具有相同或不同程度的柔性和硬度的两个或更多个管状部件，这些部件具有交叠和/或顺序的布置。
OSS传感器20还可以包括用于将光纤21连接到另一光纤的光学连接器23、发射器或光源(例如，光学积分器)，如将在本公开中进一步描述的。
参考图2，本公开的发明在OSS传感器20与一个或多个介入工具30的集成41的前提下，配置介入设备40用于执行涉及对介入设备40在一个或多个解剖区域(例如，心血管系统的心脏和血管、呼吸系统的气道和肺、消化系统的胃和肠以及肌肉骨骼系统的孔膛)内的导航的介入流程。
介入工具30的范例包括但不限于：血管介入工具(例如，导丝、导管、支架鞘管、球囊、粥样斑切除导管、IVUS成像探头、部署系统等)、腔内介入工具(例如，内窥镜、支气管镜等)以及矫形介入工具(例如，克氏针(K-wire)和螺丝刀)。
在实践中，OSS传感器20与介入工具30的集成可以在适合于具体介入流程的任何配置中。
此外，在实践中，介入设备40的近侧设备节点42p可以是OSS传感器20的近侧OSS节点22p。备选地，介入设备40的近侧设备节点42p可以是经由如在本公开的领域中已知的近侧OSS节点22p与近侧工具节点32p之间的机械关系映射或基于形状模板的映射而被映射到OSS传感器20的近侧OSS节点22p的近侧工具节点32p。
类似地，在实践中，介入设备40的远侧设备节点42d可以是OSS传感器20的远侧OSS节点22d。备选地，介入设备40的远侧设备节点42d可以是经由如在本公开的领域中已知的远侧OSS节点22d与远侧工具节点32d之间的机械关系映射或基于形状模板的映射而被映射到OSS传感器20的远侧OSS节点22d的远侧工具节点32d。
例如，图3A图示了被轴向地嵌入在导丝30a内以配置如在本公开的领域中已知的OSS导丝40a形式的介入设备40的OSS传感器20，而图3B图示了被非轴向地嵌入在导丝30b内以配置如在本公开的领域中已知的OSS导丝40b形式的介入设备40的OSS传感器20。OSS导丝40a和OSS导丝40b可以被包含到涉及导丝的使用的任何介入流程中，由此，OSS导丝40a和OSS导丝40b可以根据需要在解剖区域内经由如在本公开的领域中已知的OSS传感器20的形状重建能力而被导航。
通过另外的范例，图4A图示了被暂时地或永久地插入在导管30c的通道内以配置如在本公开的领域中已知的通用导管40c形式的介入设备40的OSS传感器20，而图4B图示了被暂时地或永久地插入在导管30c的通道内以配置如在本公开的领域中已知的通用导管40d形式的介入设备40的OSS导丝40b(图3B)。通用导管40c和通用导管40d可以被包含到涉及导管30c的工作通道31c的使用的任何介入流程中，由此，通用导管40c和通用导管40d可以根据需要在(一个或多个)解剖区域内经由如在本公开的领域中已知的OSS传感器20的形状重建能力而被导航。
仍然参考图4A和4B，通用导管40c和通用导管40d可以还采用轮毂50，轮毂50用于促进如在本公开的领域中已知的通用导管40c和通用导管40d在解剖区域内的导航。如将在本公开中进一步描述的，在实践中，轮毂50可以包括发光二极管51、振动电机52和/或取向模板53，发光二极管51用于提供根据本公开的创造性原理的被附接到轮毂50的介入设备的OSS监测的视觉反馈，振动电机52用于提供根据本公开的创造性原理的被附接到轮毂50的介入设备的OSS监测的触觉反馈，取向模板53用于促进根据本公开的创造性原理的被附接到轮毂50的介入设备的扭转性度量的生成。
返回参考图2，尽管近侧OSS节点22p被示为位于OSS传感器20的近端21p内并且远侧OSS节点22d被示为位于OSS传感器20的远端21d内，但是在实践中，近侧OSS节点22p和远侧OSS节点22d可以位于OSS传感器20的配置内的任何地方，仅受近侧OSS节点22p的位置比远侧OSS节点22d的位置更靠近OSS传感器20的近端21p限制。
类似地，尽管近侧工具节点32p被示为位于介入工具30的近端31p内并且远侧工具节点32d被示为位于介入工具30的远端31d内，但是在实践中，近侧工具节点32p和远侧工具节点32d可以位于介入工具30的配置内的任何地方，仅受近侧工具节点32p的位置比远侧工具节点32d的位置更靠近介入工具30的近端31p限制。
更具体地，参考图3A和3B，介入工具40a和介入工具40b两者都具有如针对具体介入流程而制定的位于近端21p/31p与远端21d/31d之间的近侧设备节点(未示出)(例如，图2的近侧设备节点41p)和远侧设备节点(未示出)(例如，图2的远侧设备节点41)。例如，近侧设备节点可以位于介入设备40a的近侧原点处或附近，而远侧设备节点可以位于介入设备40a的远侧顶端处或附近。类似地，近侧设备节点可以位于介入设备40b的近侧原点处或附近，而远侧设备节点可以位于介入设备40b的远侧顶端处或附近。
此外，参考图4A和4B，通用导管40c和通用导管40d两者都具有如针对具体介入流程而制定的位于近端21p/31p与远端21d/31d之间的近侧设备节点(未示出)(例如，图2的近侧设备节点41p)和远侧设备节点(未示出)(例如，图2的远侧设备节点41)。例如，近侧设备节点可以位于通用导管40c的轮毂50处或附近，而远侧设备节点可以位于通用导管40c的远侧顶端处或附近。类似地，近侧设备节点可以位于通用导管40d的轮毂50处或附近，而远侧设备节点可以位于通用导管40d的远侧顶端处或附近。
为了促进对本公开的发明的进一步理解，图5A-9B的以下描述教导了如在本公开的领域中已知的介入设备40(图2)在解剖管腔AL内的折叠和扭转，支持根据本公开的创造性原理的经由相应的推送性度量和扭转性度量对介入设备40在解剖管腔AL内的这样的折叠和扭转的监测的随后的教导。尽管出于简化介入设备40在解剖管腔AL内的折叠和扭转的在本文中的讨论的目的，图5A-9B的图示是相对短的介入设备40在笔直解剖管腔AL内的折叠和扭转，但是本领域技术人员将意识到，在实践中，高度细长的介入设备40将被导航通过曲折的解剖管腔AL，这增加了介入设备40在解剖管腔AL内的折叠和/或扭转的可能性。
根据图5A-9B的该描述，本领域技术人员将意识到介入设备40在任何解剖区域内的折叠和/或扭转的众多可能性。
请注意，如在图5A-9B中示出的本公开的部件不是按比例绘制的，而是被绘制为概念地支持本公开的创造性原理。。
关于附图，图5A-5C图示了介入设备40通过解剖管腔AL经过距离D1和距离D2的示范性导航，当介入设备40的近侧节段在解剖管腔AL外部被推进时，该示范性导航既不涉及介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的任何折叠也不涉及介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的任何扭转。根据本公开的创造性原理，推送性度量将提供介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的非折叠的指示，并且扭转性度量将提供介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的非扭转的指示。
图6A-6C图示了介入设备40通过解剖管腔AL经过距离D1和距离D2的示范性折叠的非扭转导航，当介入设备40的近侧节段在解剖管腔AL外部被推进时，该示范性折叠的非扭转导航涉及介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的折叠。根据本公开的创造性原理，推送性度量将提供介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的折叠/屈曲的指示，并且扭转性度量将提供介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的非扭转的指示。
根据本公开的创造性原理，折叠(非屈曲)阈值可以被应用于推送性度量，由此，如果推送性度量超过折叠阈值，则介入设备40在解剖管腔AL内的折叠的警告可以被传送给将介入设备40导航通过解剖管腔AL的操作者或机器人，由此，警告操作者或机器人介入设备40在解剖管腔AL内的潜在屈曲(例如，图6B的介入工具折叠)。根据折叠警告，操作者或机器人因此可以在解剖管腔AL内展开介入设备40的程度上在解剖管腔AL内缩回介入设备40。
备选地或同时地，屈曲阈值可以被应用于推送性度量，由此，如果推送性度量超过屈曲阈值(例如，图6C的介入工具屈曲)，则介入设备40在解剖管腔AL内的屈曲的警告可以被传送给将介入设备40导航通过解剖管腔AL的操作者或机器人。根据屈曲警告，操作者或机器人可以理解介入设备40在解剖管腔AL内的缩回是绝对必要的，以由此松开介入设备40在解剖管腔AL内的屈曲或者替换介入设备40。
图7A-7C图示了介入设备40通过解剖管腔AL经过距离D1和距离D2的另一示范性折叠的非扭转导航，当介入设备40的近侧节段在解剖管腔AL外部被推进时，该示范性折叠的非扭转导航涉及介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的折叠。根据本公开的创造性原理，推送性度量将提供介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的折叠或屈曲的指示，并且扭转性度量将提供介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的非扭转的指示。响应于折叠警告，操作者或机器人可以在取消折叠警告的程度上从解剖管腔AL缩回介入设备40。
再次地，根据本公开的创造性原理，折叠(非屈曲)阈值可以被应用于推送性度量，由此，如果推送性度量超过折叠阈值，则介入设备40在解剖管腔AL内的折叠的警告可以被传送给将介入设备40导航通过解剖管腔AL的操作者或机器人，由此，警告操作者或机器人介入设备40在解剖管腔AL内的潜在屈曲(例如，图7B的介入工具折叠)。根据折叠警告，操作者或机器人因此可以在解剖管腔AL内展开介入设备40的程度上在解剖管腔AL内缩回介入设备40。
备选地或同时地，屈曲阈值可以被应用于推送性度量，由此，如果推送性度量超过屈曲阈值，则介入设备40在解剖管腔AL内的屈曲的警告可以被传送给将介入设备40导航通过解剖管腔AL的操作者或机器人(例如，图7C的介入工具屈曲)。根据屈曲警告，操作者或机器人可以理解介入设备40在解剖管腔AL内的缩回是绝对必要的，以由此松开介入设备40在解剖管腔AL内的屈曲或者替换介入设备40。
图8A图示了介入设备40在解剖管腔AL内的示范性非扭转旋转，该示范性非扭转旋转涉及近侧设备节点42p与远侧设备节点42d的同步旋转。
图8B和8C图示了介入设备40在解剖管腔AL内的示范性非折叠的扭转旋转，当介入设备40的近侧节段在解剖管腔AL外部被旋转时，该示范性非折叠的扭转旋转涉及介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的扭转。更具体地，图8B示出了解剖管腔AL外部的近侧设备节点42p的旋转和最终导致如在图8C中示出的解剖管腔AL内的远侧设备节点42d的卷绕的解剖管腔AL内的远侧设备节点42d的非旋转(或极小)旋转。根据本公开的创造性原理，推送性度量将提供介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的非折叠的指示，并且扭转性度量将提供介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的扭转或卷绕的指示。
根据本公开的创造性原理，扭转(非卷绕)阈值可以被应用于扭转性度量，由此，如果扭转性度量超过扭曲阈值，则介入设备40在解剖管腔AL内的扭转的警告可以被传送给将介入设备40导航通过解剖管腔AL的操作者或机器人，由此，警告操作者或机器人介入设备40在解剖管腔AL内的潜在卷绕(例如，图8B的介入工具扭转)。根据扭曲警告，操作者或机器人因此可以在解剖管腔AL外部沿相反方向在解剖管腔AL内解开介入设备40的程度上旋转介入设备40的近侧节段。
备选地或同时地，卷绕阈值可以被应用于扭转性度量，由此，如果扭转性度量超过卷绕阈值，则介入设备40在解剖管腔AL内的可能卷绕的警告可以被传送给将介入设备40导航通过解剖管腔AL的操作者或机器人(例如，图8C的介入工具卷绕)。根据卷绕警告，操作者或机器人可以理解介入设备40在解剖管腔AL内的反向旋转是绝对必要的，以由此防止介入设备40在解剖管腔AL内的任何卷绕。
图9A图示了介入设备40在解剖管腔AL内的示范性非扭转导航，该示范性非扭转导航涉及近侧设备节点42p和远侧设备节点42d的零旋转。
图9B和9C图示了介入设备40通过解剖管腔AL经过距离D1和距离D2的另一示范性非折叠的扭转导航，当介入设备40的近侧节段在解剖管腔AL外部被推进时，该示范性非折叠的扭转导航涉及介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的扭转。更具体地，图9B示出了近侧设备节点42p在解剖管腔AL外部的非旋转(或极小)旋转以及当远侧设备节点42d在解剖管腔AL内被推进时最终导致如在图8C中示出的远侧设备节点42d在解剖管腔内的卷绕的远侧设备节点42d在解剖管腔AL内的旋转(由于解剖管腔AL内的力)。根据本公开的创造性原理，推送性度量将提供介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的非折叠的指示，并且扭转性度量将提供介入设备40在近侧设备节点42p与远侧设备节点42d之间的扭转的指示。
再次地，根据本公开的创造性原理，扭转(非卷绕)阈值可以被应用于扭转性度量，由此，如果扭转性度量超过扭曲阈值，则介入设备40在解剖管腔AL内的扭转的警告可以被传送给将介入设备40导航通过解剖管腔AL的操作者或机器人，由此，警告操作者或机器人介入设备40在解剖管腔AL内的潜在卷绕(例如，图9B的介入工具扭转)。根据扭曲警告，操作者或机器人因此可以在解剖管腔AL外部沿相反方向在解剖管腔AL内解开介入设备40的程度上旋转介入设备40的近侧节段。
备选地或同时地，卷绕阈值可以被应用于扭转性度量，由此，如果扭转性度量超过卷绕阈值，则介入设备40在解剖管腔AL内的卷绕的警告可以被传送给将介入设备40导航通过解剖管腔AL的操作者或机器人(例如，图9C的介入工具卷绕)。根据卷绕警告，操作者或机器人可以理解介入设备40在解剖管腔AL内的反向旋转是绝对必要的，以由此防止介入设备40在解剖管腔AL内的任何卷绕。
对于图5A-9B，近侧设备节点42p位于介入设备40的近侧原点处，并且远侧设备节点42d位于介入设备40的远侧顶端处。然而，在根据本公开的推送性检测和扭转性检测的实践中，近侧设备节点42p和远侧设备节点42d可以位于介入工具40的配置内的任何地方，仅受近侧设备节点42p在远侧设备节点42d前方并且受远侧设备节点42d在介入工具40的被指定为在解剖管腔内被导航的节段内限制。
为了促进对本公开的发明的进一步理解，图10-12的以下描述教导了用于当通过介入设备在解剖区域内的直线/曲线平移和/或通过介入设备在解剖区域内的轴向/非轴向旋转在解剖区域内对介入设备进行导航时检测介入设备(包括介入工具与OSS传感器的集成)的任何折叠和/或任何扭转的OSS引导和监测系统、控制器和方法的基本创造性原理。根据图10-12的该描述，本领域技术人员将意识到如何应用本公开的创造性原理来实践根据本公开的创造性原理的OSS引导和监测系统、控制器和方法的许多和各种实施例。
参考图10，本公开的OSS引导和监测系统采用介入设备40(图2)、成像系统60以及OSS引导和监测设备80，OSS引导和监测设备80包括被安装在工作站110上的OSS引导控制器90和OSS监测控制器100。OSS引导和监测系统提供对介入设备40在俯卧或者要不然躺在患者床PB上的患者P的(一个或多个)解剖区域(例如，心血管系统的心脏和血管、呼吸系统的气道和肺、消化系统的胃和肠以及肌肉骨骼系统的孔膛)内的任何折叠和任何扭转的检测。
在实践中，介入设备40包括如先前在本公开中结合图1-4B所描述的OSS传感器20与一个或多个介入工具30的集成。例如，介入设备40可以是OSS导丝40a(图3A)、OSS导丝40b(图3B)、通用导管40c(图4A)以及通用导管40d(图4B)。
在实践中，成像系统60可以实施用于生成患者P的(一个或多个)解剖区域的(一幅或多幅)体积图像的任何类型的成像模态(例如，X射线系统、MRI系统、CT系统、超声系统等)。
在实践中，OSS引导控制器90和OSS监测控制器100可以包含用于根据本公开的创造性原理引导和监测对介入设备40在患者P的(一个或多个)解剖区域内的导航的硬件、软件、固件和/或电路的任何布置。
在一个实施例中，OSS引导控制器90和OSS监测控制器100可以包括经由一个或多个系统总线互相连接的处理器、存储器、用户接口、网络接口以及存储设备。
处理器可以是如在本公开的领域中已知或者在下文中构想的能够执行被存储在存储器或存储装置中的指令或者要不然处理数据的任何硬件设备。在非限制性范例中，处理器可以包括微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用电路(ASIC)或者其他类似的设备。
存储器可以包括如在本公开的领域中已知或者在下文中构想的各种存储器，包括但不限于L1、L2或L3高速缓存或系统存储器。在非限制性范例中，存储器可以包括静态随机存取存储器(SRAM)、动态RAM(DRAM)、闪烁存储器、只读存储器(ROM)或者其他类似的存储器设备。
用户接口可以包括如在本公开的领域中已知或者在下文中构想的用于实现与诸如管理员的用户进行通信的一个或多个设备。在非限制性范例中，用户接口可以包括可以经由网络接口被呈现给远程终端的命令行接口或图形用户接口。
网络接口可以包括如在本公开的领域中已知或者在下文中构想的用于实现与其他硬件设备进行通信的一个或多个设备。在非限制性范例中，网络接口可以包括被配置为根据以太网协议进行通信的网络接口卡(NIC)。另外，网络接口可以实施用于根据TCP/IP协议进行通信的TCP/IP堆栈。用于网络接口的各种备选的或额外的硬件或配置将是显而易见的。
存储装置可以包括如在本公开的领域中已知或者在下文中构想的一个或多个机器可读存储介质，包括但不限于：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪烁存储器设备或类似的存储介质。在各种非限制性实施例中，存储装置可以存储用于由处理器执行的指令或者处理器可以对其进行操作的数据。例如，存储装置可以存储用于控制硬件的各种基本操作的基本操作系统。存储装置还可以以可执行软件/固件的形式来存储一个或多个应用模块。
更具体地，仍然参考图10，OSS引导控制器90的应用模块是如在本公开的领域中已知并且在本公开中进一步示范性描述的用于响应于形状感测数据72而对介入工具40的形状进行重建的形状重建器91。
此外，OSS监测控制器100的应用模块包括推送性检测器101和/或扭转性检测器102，推送性检测器101用于根据本公开的创造性原理来检测介入设备40在患者P的(一个或多个)解剖区域内的任何折叠，如将在本公开中进一步示范性描述的，扭转性检测器102用于根据本公开的创造性原理来检测介入设备40在患者P的(一个或多个)解剖区域内的任何扭转，如将在本公开中进一步示范性描述的。
在实践中，OSS监测控制器100可以包括推送性检测器101和/或扭转性检测器102。
仍然参考图10，工作站110包括监测器111、键盘112和计算机113的已知布置。
在实践中，OSS引导和监测设备80可以被备选地或同时地安装在其他类型的处理设备(包括但不限于平板电脑或者能由工作站和平板电脑访问的服务器)上，或者可以跨支持涉及介入设备40的介入流程的执行的网络被分布。
同样地，在实践中，OSS引导控制器90和OSS监测控制器100可以是OSS引导和监测设备80的集成的部件、分离的部件或逻辑分区的部件。
仍然参考图10，在操作中，成像系统60在术前和/或术中生成体积图像数据VID61，以便显示患者P的(一个或多个)对象解剖区域的体积图像。体积图像数据VID 61被传送给OSS引导和监测设备80(例如，体积图像数据VID 61的串流或上传)，由此，OSS引导控制器90可以控制如在本公开的领域中已知的介入设备40的重建形状在患者P的(一个或多个)解剖区域的体积图像上的叠加显示。例如，图10图示了在监测器111上的介入设备40的重建形状在患者P的脉管系统的体积图像上的叠加显示。
备选地，OSS引导和监测系统可以省略成像系统60，由此，仅介入设备40的重建形状可以被显示在监测器111上。
介入设备40从起始点51向远侧延伸，起始点51邻接于患者床PB的轨道，如所示的，或者备选地邻接于患者床PB旁边的推车(未示出)，或者备选地邻接于工作站(例如，工作站100或平板电脑(未示出))。光纤50从起始点51向近侧延伸到光学积分器71。在实践中，光纤50可以是在起始点51处被连接到介入设备40的OSS传感器20的单独的光纤，或者是延伸通过起始点51的OSS传感器20的近端延伸。
如在本公开的领域中已知的，OSS控制器70控制光学询问器71经由光纤50向OSS传感器20周期性发射光，由此，光传播通过OSS传感器20到介入设备40的远侧顶端，以由此生成形状感测数据72，形状感测数据72指示介入设备40相对于用作固定参考位置的起始点51的形状。在实践中，OSS传感器20的远端可以是闭合的，特别是对于OSS传感器20的光反射实施例；或者可以是打开的，特别是对于OSS传感器20的光透射实施例。
OSS传感器控制器70控制如在本公开的领域中已知的形状感测数据72的时间帧序列到OSS引导控制器90的传输。更具体地，每个帧包括OSS传感器20的应变传感器(例如，光纤布拉格光栅或瑞利背向散射)的单个询问循环，由此，形状重建器91如在本公开的领域中已知的那样在时间帧的基础上重建OSS传感器20的形状，这提供了从OSS传感器20与(一个或多个)介入设备30的特定集成导出的介入设备40的形状的重建。
在实践中，形状重建器91可以实施如在本公开的领域中已知的用于重建介入设备40的形状的任何重建技术。
在一个重建实施例中，形状重建器91在与光学询问器71相对应的坐标系内在时间帧的基础上经由形状感测数据72执行对介入设备40的形状的姿态的描绘。
在第二重建实施例中，形状重建器91执行光学询问器71的坐标系到成像系统60的坐标系的配准，由此，形状重建器91可以在成像系统60的坐标系内在时间帧的基础上经由形状感测数据72来定位和取向介入设备40的形状的描绘。例如，图11A-11C图示了在时间帧的基础上在成像系统60的坐标系内对介入设备40的形状的重建，包括如在图6A-6C中示出的介入设备40在解剖管腔AL内的示范性导航。
返回参考图10，当OSS引导控制器90控制介入设备40的重建形状的显示时，OSS监测控制器100实施如通过在图12中示出的流程图120表示的本公开的OSS监测方法。
参考图12，流程图120的阶段S122包含实施对介入工具40的近侧设备节点和远侧设备节点的静态或动态选择的OSS监测控制器100。
在实践中，OSS引导控制器100可以实施如在本公开的领域中已知的用于选择设备节点作为单个点、多个点、节段、模板(例如，形状、曲率或应变)或者要不然介入设备40的任何部分的任何技术。
在阶段S122的一个实施例中，在介入设备40与成像系统60的配准后为工作站110的操作者提供图形用户接口，由此，操作者能够选择近侧设备节点和远侧设备节点。
在阶段S122的另一实施例中，在OSS传感器20的远侧顶端处或附近的远侧OSS节点被OSS监测控制器100指定为远侧设备节点。
在阶段S122的另一实施例中，OSS监测控制器100通过以下操作来指定近侧设备节点：(1)使用介入设备40的配准方位(例如，通用导管方位)，(2)识别操作者正在哪里保持介入设备40(例如，经由在轴向应变中测量的温度廓线或者经由由于如在本公开的领域中已知的OSS传感器20的夹紧的曲率特征)，或者(3)识别介入设备40在哪里进入患者P的身体(例如，经由如在本公开的领域中已知的引入器的温度廓线和/或形状模板)。
OSS监测控制器100为推送性检测器101提供近侧设备节点选择数据43a和远侧设备节点选择数据43b以便执行根据本公开的创造性原理的推送性检测方法130，和/或为扭转性检测器102提供近侧设备节点选择数据43a和远侧设备节点选择数据43b以便执行根据本公开的创造性原理的扭转性检测方法180。
更具体地，关于推送性检测方法130，推送性检测器101经由形状感测数据72(图10)在时间帧的基础上通过检测以下项来导出一个或多个推送性度量：
1.介入工具40的近侧设备节点在解剖区域外部的推进而无介入工具40的远侧设备节点在患者P的解剖区域内的对应推进；
2.当介入设备40在患者P的解剖区域内被导航时在介入工具40的近侧设备节点与远侧设备节点之间的介入工具40的纵向曲率改变的区域；
3.当介入设备40在患者P的解剖区域内被导航时在介入工具40的远侧设备节点上的过多力；和/或
4.当介入设备40在患者P的解剖区域内被导航时介入工具40的过多横向运动。
出于折叠/屈曲警告的目的，推送性检测器101可以：响应于推送性度量具有超过描绘介入设备40的折叠的折叠(非屈曲)阈值的非零量值由此介入工具能够在解剖区域内被进一步推进、和/或推送性度量具有描绘介入设备的折叠的屈曲阈值的非零量值由此介入设备40不能够在解剖区域内被进一步推进，而确认介入设备40的屈曲的可能性。
折叠警告和/或屈曲警告可以由推送性检测器101通过以下方式来传送：
1.文本显示警告(例如，叠加在所显示的介入设备的形状重建上的文本折叠/屈曲消息)，
2.听觉警告(例如，用语言表达介入设备的折叠/屈曲的听觉消息)；
3.视觉显示警告(例如，所显示的介入设备的形状重建的颜色编码的折叠/屈曲警告)；
4.视觉设备警告(例如，介入设备的轮毂LED的激励)，以及
5.触觉警告(例如，介入设备的轮毂电机的振动)。
更具体地，关于扭转性检测方法180，扭转性检测器101经由形状感测数据72(图10)在时间帧的基础上通过检测以下项来导出一个或多个扭转性度量：
1.OSS传感器20的近侧设备节点在患者P的解剖区域外部的旋转而无OSS传感器20的远侧设备节点在患者P的解剖区域内的对应旋转；以及
2.当介入设备40在患者P的解剖区域内被导航时在OSS传感器20的近侧设备节点与OSS传感器20的远侧设备节点之间的OSS传感器20的轴向旋转的区域。
出于扭转/卷绕警告的目的，扭转性检测器101可以：响应于扭转性度量具有非零量值或超过描绘介入设备的扭转不受解剖区域内的介入设备40的卷绕影响的扭转(非卷绕)阈值、和/或扭转性度量具有超过指示所描绘的介入设备40的扭转易受解剖区域内的介入设备的卷绕影响的卷绕阈值的非零量值，而确认介入设备40的卷绕的可能性。
扭曲警告和/或卷绕警告可以由扭转性检测器101通过以下方式来传送：
1.文本显示警告(例如，叠加在所显示的介入设备的形状重建上的文本扭转/卷绕消息)，
2.听觉警告(例如，用语言表达介入设备的扭转或卷绕的听觉消息)；
3.视觉显示警告(例如，所显示的介入设备的形状重建的颜色编码的扭转/卷绕警告)；
4.视觉设备警告(例如，介入设备的轮毂LED的激励)，以及
5.触觉警告(例如，介入设备的轮毂电机的振动)。
为了促进对本公开的发明的进一步理解，图13-16的以下描述教导了根据本发明的创造性原理的推送性检测方法和扭转性检测方法的实施例。根据图13-16的该描述，本领域技术人员将意识到如何应用本公开的创造性原理来实践根据本发明的创造性原理的推送性检测方法和扭转性检测方法的许多和各种实施例。
参考图13A，流程图130a表示当介入设备40的近侧节段(图10)正在被手动地或机器人地推进到解剖区域中时能由推送性检测器101(图10)在时间帧的基础上执行的推送性检测方法130(图12)的一个实施例。
流程图130a的阶段S132a包含响应于与如由近侧设备节点数据43a指示的近侧设备节点和如由远侧设备节点数据43b指示的远侧设备节点相对应的形状感测数据72(图10)的两(2)个或更多个帧而由推送性检测器101对推进推送性度量的初始生成。更具体地，阶段S132a涉及由推送性检测器101对近侧设备节点在相关联的坐标系(例如，询问器或成像)内的平移向量TVPSSN和远侧设备节点在相关联的坐标系(例如，询问器或成像)内的平移向量TVDSSN的确定，由此，推送性度量是根据TVPSSN-TVDSSN的两个向量的量值之间的差。
流程图130a的阶段S134a包含基于折叠阈值到推送性度量的应用的折叠警告的条件激活和/或基于屈曲阈值到推送性度量的应用的屈曲警告的条件激活。更具体地，折叠阈值描绘由此介入设备40能够在解剖区域内被进一步推进的介入设备的折叠，和/或屈曲阈值描绘由此介入工具不能够在解剖区域内被进一步推进的介入设备40的折叠。
在实践中，折叠阈值和/或屈曲阈值可以由推送性检测器101来实施。
如果折叠阈值专门由推送性检测器101来实施，那么折叠阈值可以是大于零的任何量值，由此，当推送性度量超过折叠阈值时，折叠警告将被激活。折叠警告可以由推送性检测器101经由在患者P的解剖区域内的介入设备40的所显示的重建形状的颜色编码、文本显示警告、听觉警告、视觉警告(例如，介入设备40的轮毂LED的激励)和/或触觉反馈(例如，介入设备的轮毂电机的振动40)来传送。
在实践中，折叠阈值的值可以从机器学习或经验地从多个测试场景导出。
类似地，如果屈曲阈值专门由推送性检测器101来实施，那么屈曲阈值可以是大于零的任何量值，由此，当推送性度量超过屈曲阈值时，屈曲警告将被激活。屈曲警告可以由推送性检测器101经由在患者P的解剖区域内的介入设备40的所显示的重建形状的颜色编码、文本显示警告、听觉警告、视觉警告(例如，介入设备40的轮毂LED的激励)和/或触觉反馈(例如，介入设备的轮毂电机的振动40)来传送。
在实践中，屈曲阈值的值可以从机器学习或经验地从多个测试场景导出。
否则，如果折叠阈值和屈曲阈值两者都由推送性检测器101来实施，那么折叠阈值将具有大于零并且小于屈曲阈值的量值的量值，由此，当推送性度量超过折叠阈值但小于屈曲阈值时，折叠警告将被激活，并且由此，当推送性度量超过屈曲阈值时，屈曲警告将被激活。折叠警告和屈曲警告可以如先前在本公开中所描述的那样由推送性检测器101来传送，其中，每个警告具有独有的模式。例如，激活的折叠警告可以周期性地激励轮毂LED，而激活的屈曲警告可以完全激励轮毂LED。同样地，通过范例，激活的折叠警告可以使轮毂电机周期性地振动，而激活的屈曲警告使轮毂电机连续地振动。
在图5A-5C中示出了未激活的警告场景的范例。
在图6A-6C和7A-7C中示出了激活的警告场景的范例。
仍然参考图13A，如果警告在阶段S134a期间未被激活，如由推送性检测器101在流程图130a的阶段S136a期间所确认的，那么推送性检测器101返回到阶段S132a以处理近侧设备节点和远侧设备节点的下一组帧。
否则，如果警告在阶段S134a期间被激活，如由推送性检测器101在阶段S136a期间所确认的，那么推送性检测器101前进到流程图130a的阶段S138a，包含由推送性检测器101对近侧设备节点在相关联的坐标系(例如，询问器或成像)内的平移向量TVPSSN和远侧设备节点在相关联的坐标系(例如，询问器或成像)内的平移向量TVDSSN的确定，由此，推送性度量是根据TVPSSN-TVDSSN的两个向量的量值之间的差。
如果推送性检测器101在流程图130a的阶段S140a期间确认近侧设备节点的平移向量TVPSSN的方向和量值指示所述近侧设备节点已经相对于解剖区域在超过折叠阈值或屈曲阈值(无论哪个都能应用于激活的警告)的程度上被缩回，或者如果推送性检测器101在阶段S140期间确认远侧设备节点的平移向量TVDSSN的方向和量值指示所述远侧设备节点已经在解剖区域内在超过折叠阈值或屈曲阈值(无论哪个都能应用于激活的警告)的程度上被推进，或者如果推送性检测器101在阶段S140期间确认近侧缩回和远侧推进的任何组合超过折叠阈值或屈曲阈值(无论哪个都能应用于激活的警告)，那么推送性检测器101停用激活的警告，并且返回到阶段S132a以处理近侧设备节点和远侧设备节点的下一组帧。
否则，推送性检测器101返回到阶段S138a以处理近侧设备节点和远侧设备节点的下一组帧，直至近侧感测应变节点已经被安全地缩回和/或远侧感测应变节点已经被安全地推进的这样的时间。
在图6A-6C和7A-7C中以相反顺序示出了安全近侧感测应变节点缩回的范例。
在流程图130a的备选实施例中，阶段S134a可以还涉及警告的另外的条件激活。在流程图130a的该备选实施例的一个变体中，如果推进推送性度量未超过可应用阈值(即，远侧设备节点具有与近侧设备节点相对应的推进)，那么如果包括远侧设备节点的OSS传感器20的区域的形状符合从OSS传感器20的形状、曲率或应变信息导出的OSS传感器20的折叠模板或屈曲模板(例如，C形模板或Z形模板)形式的模板推送性度量，则推送性检测器101可以激活折叠/屈曲警告。
在该备选实施例的另一变体中，如果推进推送性度量未超过可应用阈值(即，远侧设备节点具有与近侧设备节点相对应的推进)，那么如果在介入工具40的近侧设备节点与远侧设备节点之间的OSS传感器20的任何两(2)个OSS节点之间的所监测的空间定位小于从笔直对齐的OSS传感器20的相邻OSS节点的结构空间定位导出的空间阈值，则推送性检测器101可以激活折叠/屈曲警告。例如，OSS传感器20的相邻OSS节点可以具有结构空间定位X(例如，以厘米为单位的空间距离)，由此，如果OSS节点20的任何两(2)个OSS节点的所监测的空间定位Y小于空间阈值Z(例如，以毫米为单位的空间距离)，则折叠/屈曲警告被激活。
仍然参考图13A，本领域技术人员将意识到流程图130a的益处是介入设备40的潜在或可能屈曲的警告的系统性条件激活。
例如，图13B图示了在解剖区域的进入方位处的近侧设备节点的示范性平移向量TVPSSN的时间曲线图150、在OSS传感器20的远侧顶端处的远侧设备节点的示范性平移向量TVDSSN的时间曲线图显示151以及为差TVPSSN-TVDSSN的示范性推送性度量时间曲线图。示范性折叠阈值153和/或示范性屈曲阈值154可以被应用于用于介入设备40的潜在或可能屈曲的警告的条件激活的推送性度量。
返回参考图13A，在阶段S134a期间的警告激活可以涉及如通过OSS传感器20的相邻节点的曲率指示的由推送性检测器101对OSS传感器20的任何折叠或任何屈曲的位置的确定。
例如，图14A图示了从最近侧节点延伸到最远侧节点的OSS传感器20的曲率的节点曲线图155，由此，沿着OSS传感器20的远侧节段的OSS传感器20的高曲率对应于在图13B中示出的推送性度量的帧95期间的OSS传感器20的检测到的折叠和/或检测到的屈曲。该检测到的折叠和/或检测到的屈曲可以经由OSS传感器20/介入设备40的重建形状的绘图被传送给操作者，诸如，例如通过经由如在图14B中示出的OSS传感器20/介入设备40的重建形状的绘图156对潜在屈曲的示范性识别。
在实践中，通过介入设备40在其折叠和/或屈曲的区域中的形状的可视化的改变(颜色编码、闪烁、更厚的形状可视化等)，或者通过监测器屏幕的底部中的小窗口示出整个形状并且突出具有屈曲的区域(在用户视场小并且屈曲不可能发生在该区域中的情况下有用)，或者通过在屈曲的区域内自动地缩放算子(也可以在用户选择该选项后被完成)，或者通过从视图删除介入设备40的整个形状并且向用户显示警告，如由OSS传感器20感测到的介入设备40的折叠和/或屈曲的区域的位置可以被传送给操作者。
参考图15，流程图130b表示当介入设备40的近侧节段(图10)正在被手动地或机器人地推进到解剖区域内时能由推送性检测器101(图10)在时间帧的基础上执行的推送性检测方法130(图12)的一个实施例。
流程图130b的阶段S132b包含响应于与如通过近侧设备节点数据43a指示的近侧设备节点和如通过远侧设备节点数据43b指示的远侧设备节点相对应的形状感测数据72(图10)的两(2)个帧而由推送性检测器101对曲率推送性度量的初始生成。
在一个实施例中，阶段S132b涉及针对每个帧在相关联的坐标系(例如，询问器或成像)内的近侧设备节点与远侧设备节点之间的每个设备节点的曲率的通过推送性检测器101的确定，由此，针对每个节点的节点曲率推送性度量是两个帧内的具体节点的曲率之间的差。
在另一实施例中，阶段S132b涉及针对每个帧在相关联的坐标系(例如，询问器或成像)内的近侧设备节点与远侧设备节点之间的每个设备节点的应变的通过推送性检测器101的确定，由此，针对每个节点的应变曲率推送性度量是两个帧内的具体节点上的应变之间的差。
流程图130b的阶段S134b包含基于折叠阈值到推送性度量(节点曲率或应变曲率)的应用的折叠警告的条件激活和/或基于屈曲阈值到推送性度量(节点曲率或应变曲率)的应用的屈曲警告的条件激活。更具体地，折叠阈值描绘介入设备40能够在解剖区域内被进一步推进的介入设备的折叠，和/或屈曲阈值描绘介入工具不能够在解剖区域内被进一步推进的介入设备40的折叠。
在实践中，折叠阈值和/或屈曲阈值可以由推送性检测器101来实施。
如果折叠阈值专门由推送性检测器101来实施，那么折叠阈值可以是大于零的任何量值，由此，当推送性度量(节点曲率或应变曲率)超过折叠阈值时，折叠警告将被激活。折叠警告可以由推送性检测器101经由文本显示警告、听觉显示警告、视觉显示警告(例如，介入设备40的所显示的叠加的颜色编码)、视觉设备警告(例如，介入设备40的轮毂LED的激励)和/或触觉设备警告(例如，介入设备40的轮毂电机的振动)来传送，如先前在本文中所描述的。
在实践中，折叠阈值的值可以从机器学习或者经验地从多个测试场景导出。
类似地，如果屈曲阈值专门由推送性检测器101来实施，那么屈曲阈值可以是大于零的任何量值，由此，当(节点曲率或应变曲率)超过屈曲阈值时，屈曲警告将被激活。屈曲警告可以由推送性检测器101经由文本显示警告、听觉显示警告、视觉显示警告(例如，介入设备40的所显示的叠加的颜色编码)、视觉设备警告(例如，介入设备40的轮毂LED的激励)和/或触觉设备警告(例如，介入设备的轮毂电机的振动40)来传送，如先前在本文中所描述的。
在实践中，屈曲阈值的值可以从机器学习或经验地从多个测试场景导出。
否则，如果折叠阈值和屈曲阈值两者由推送性检测器101来实施，那么折叠阈值将具有大于零并且小于屈曲阈值的量值的量值，由此，当(节点曲率或应变曲率)超过折叠阈值但小于屈曲阈值时，折叠警告将被激活，并且由此，当(节点曲率或应变曲率)超过屈曲阈值时，屈曲警告将被激活。折叠警告和屈曲警告可以如先前在本公开中所描述的那样由推送性检测器101来传送，其中，每个警告具有独有的模式。例如，激活的折叠警告可以周期性地激励轮毂LED，而激活的屈曲警告可以完全激励轮毂LED。同样地，通过范例，激活的折叠警告可以使轮毂电机周期性地振动，而激活的屈曲警告使轮毂电机连续地振动。
在图5A-5C中示出了未激活的警告场景的范例。
在图6A-6C和图7A-7C中示出了激活的警告场景的范例。
在实践中，当推送性度量逐渐超过折叠阈值时或者当推送性度量接近折叠阈值时，折叠警告可以以增加的强度和增加的频率被激活。
同样地，在实践中，当推送性度量逐渐超过屈曲阈值时或者当推送性度量接近屈曲阈值时，屈曲警告可以以增加的强度和增加的频率被激活。
仍然参考图15，如果警告在阶段S134b期间未被激活，如由推送性检测器101在流程图130b的阶段S136b期间确认的，那么推送性检测器101返回到阶段S132b以处理近侧设备节点和远侧设备节点的下一组帧。
否则，如果警告在阶段S134b期间被激活，如由推送性检测器101在阶段S136b期间确认的，那么推送性检测器101前进到流程图130b的阶段S138b。
在一个实施例中，阶段S138b涉及针对每个帧在相关联的坐标系(例如，询问器或成像)内的近侧设备节点与远侧设备节点之间的每个设备节点的曲率的通过推送性检测器101的确定，由此，针对每个节点的节点曲率推送性度量是两个帧内的具体节点的曲率之间的差。
在另一实施例中，阶段S138b涉及针对每个帧在相关联的坐标系(例如，询问器或成像)内的近侧设备节点与远侧设备节点之间的每个设备节点的应变的通过推送性检测器101的确定，由此，针对每个节点的应变曲率推送性度量是两个帧内的具体节点上的应变之间的差。
如果推送性检测器101在流程图130b的阶段S140b期间确认驱动激活警告的(一个或多个)推送性度量(节点曲率或应变曲率)现在正在指示近侧设备节点已经相对于解剖区域在超过折叠阈值或屈曲阈值(无论哪个都可应用于激活的警告)的程度上被缩回，或者如果推送性检测器101在阶段S140期间确认驱动激活警告的(一个或多个)推送性度量(节点曲率或应变曲率)现在正在指示远侧设备节点已经在解剖区域内在超过折叠阈值或屈曲阈值(无论哪个都可应用于激活的警告)的程度上被推进，或者如果推送性检测器101在阶段S140期间确认近侧缩回和远侧推进的任何组合超过折叠阈值或屈曲阈值(无论哪个都可应用于激活的警告)，那么推送性检测器101停用激活的警告，并且返回到阶段S132b以处理近侧设备节点与远侧设备节点之间的设备节点的下一组帧。
否则，推送性检测器101返回到阶段S138a以处理近侧设备节点与远侧设备节点之间的设备节点的下一组帧，直至近侧感测应变节点已经被安全地缩回和/或远侧感测应变节点已经被安全地推进的这样的时间。
在图6A-6C和图7A-7C中以相反顺序示出了安全近侧感测应变节点缩回的范例。
在流程图130b的备选实施例中，阶段S134b可以还涉及警告的另外的条件激活。具体地，横向和摩擦力可以在刚性解剖区域内被应用于具有介入设备40的折叠(特别是屈曲)的解剖区域。例如，图16图示了介入设备40的自然力学路径170，自然力学路径170受限于刚性解剖管腔ALR内的约束路径171。
为了检测这样的横向和摩擦力，阶段S132b涉及推送性检测器101从配准的体积成像数据61(图10)导出路径曲率推送性度量，以由此描绘通过解剖区域的刚性路径，并且阶段S134b涉及推送性检测器1010在逐帧的基础上比较介入设备40的路径曲率推送性度量与曲率廓线。如果该比较指示解剖区域正在约束介入工具40通过解剖管腔的自然力学路径(例如，经由如在本公开的领域中已知的介入工具40的样条内插)，屈曲警告被激活。
返回参考图15，本领域技术人员将意识到流程图130b的益处是介入设备40的潜在或可能屈曲的警告的系统性条件激活。
参考图17A，流程图180a表示当介入设备40的近侧节段(图10)正在被手动地或机器人地相对于解剖区域被旋转或推进到解剖区域内时能由扭转性检测器102(图10)在时间帧的基础上执行的扭转性检测方法180(图12)的一个实施例。
流程图180a的阶段S182a包含响应于与如通过近侧设备节点数据43a指示的近侧设备节点和如通过远侧设备节点数据43b指示的远侧设备节点相对应的形状感测数据72(图10)的两(2)个帧而由扭转性检测器102对扭转性度量的初始生成。更具体地，阶段S182a涉及从当前帧的近侧设备节点和远侧设备节点的基准方位0°的通过扭转性检测器102的设定和相对于相应基准方位的近侧设备节点的旋转RPSSN和远侧设备节点的旋转RDSSN的确定，由此，扭转性度量是具有||RPSSN-RDSSN||的绝对值的节点的旋转之间的绝对差。
流程图180a的阶段S184a包含基于扭曲阈值到扭转性度量的应用的扭曲警告的条件激活和/或基于卷绕阈值到扭转性度量的应用的卷绕警告的条件激活。更具体地，描绘介入设备的扭转不受介入设备在解剖区域内的卷绕的影响、和/或扭转性度量具有超过指示所描绘的介入设备的扭转易受介入设备在解剖区域内的卷绕的影响的卷绕阈值的非零量值。
在实践中，扭曲阈值和/或卷绕阈值可以由扭转性检测器102来实施。
如果扭曲阈值专门由扭转性检测器102来实施，那么扭曲阈值可以是大于零的任何量值，由此，当扭转性度量超过扭曲阈值时，扭曲警告将被激活。扭曲警告可以由扭转性检测器102经由在患者P的解剖区域内的介入设备40的显示的重建形状的颜色编码、文本显示警告、听觉警告、视觉警告(例如，介入设备40的轮毂LED的激励)和/或触觉反馈(例如，介入设备的轮毂电机的振动40)来传送。
在实践中，扭曲阈值的值可以从机器学习或经验地从多个测试场景导出。
类似地，如果卷绕阈值专门由扭转性检测器102来实施，那么卷绕阈值可以是大于零的任何量值，由此，当扭转性度量超过卷绕阈值时，卷绕警告将被激活。卷绕警告可以由扭转性检测器102经由在患者P的解剖区域内的介入设备40的所显示的重建形状的颜色编码、文本显示警告、听觉警告、视觉警告(例如，介入设备40的轮毂LED的激励)和/或触觉反馈(例如，介入设备的轮毂电机的振动40)来传送。
在实践中，卷绕阈值的值可以从机器学习或经验地从多个测试场景导出。
否则，如果扭曲阈值和卷绕阈值两者由扭转性检测器102来实施，那么扭曲阈值将具有大于零并且小于卷绕阈值的量值的量值，由此，当扭转性度量超过扭曲阈值但小于卷绕阈值时，扭曲警告将被激活，由此，当扭转性度量超过卷绕阈值时，卷绕警告将被激活。扭曲警告和卷绕警告可以如先前在本公开中所描述的那样由扭转性检测器102来通信，其中，每个警告具有独有的模式。例如，激活的扭曲警告可以周期性地激励轮毂LED，而激活的卷绕警告可以完全激励轮毂LED。同样地，通过范例，激活的扭曲警告可以使轮毂电机周期性地振动，而激活的卷绕警告使轮毂电机连续地振动。
在图8A和图9A中示出了未激活的警告场景的范例。
在图8B和图9B中示出了激活的警告场景的范例。
在实践中，当扭转性度量逐渐超过扭曲阈值时或者当扭转性度量接近扭曲阈值时，扭曲警告可以以增加的强度和增加的频率被激活。
同样地，在实践中，当扭转性度量逐渐超过卷绕阈值时或者当扭转性度量接近卷绕阈值时，卷绕警告可以以增加的强度和增加的频率被激活。
返回参考图17A，如果警告在阶段S184a期间未被激活，如由扭转性检测器102在流程图180a的阶段S186a期间所确认的，那么扭转性检测器102返回到阶段S182a以相对于基准旋转方位来处理近侧设备节点和远侧设备节点的下一组帧。
否则，如果警告在阶段S184a期间被激活，如由扭转性检测器102在阶段S186a期间所确认的，那么扭转性检测器102前进到流程图180a的阶段S188a，包含扭转性检测器102处理下一帧，以继续相对于相应基准方位的近侧设备节点的旋转RPSSN和远侧设备节点的旋转RDSSN的确定，由此，扭转性度量是具有||RPSSN-RDSSN||的绝对值的节点的旋转之间的绝对差。
如果扭转性检测器102在程图180a的阶段S190a期间确认近侧设备节点和/或远侧设备节点已经在超过扭曲阈值或卷绕阈值(无论哪个都可应用于激活的警告)的程度上被摊开，那么扭转性检测器102停用激活的警告，并且返回到阶段S182a以相对于基准旋转方位处理近侧设备节点和远侧设备节点的下一帧。
否则，扭转性检测器102返回到阶段S188a，以处理近侧设备节点和远侧设备节点的(一个或多个)下一帧，直至近侧设备节点和/或远侧设备节点已经在超过扭曲阈值或卷绕阈值(无论哪个都可应用于激活的警告)的程度上或者在介入设备40在解剖区域内的卷绕的通过扭转性检测器102的检测后被摊开。
如果近侧设备节点和/或远侧设备节点已经被摊开，那么扭转性检测器102返回到阶段S182a，并且继续使用当前基准方位用于生成扭转性度量。
如果扭转性检测器102检测到介入设备40的卷绕，那么扭转性检测器102返回到阶段S182a，并且重置用于生成扭转性度量的基准方位。
在图8C和图9C中示出了卷绕场景的范例。
仍然参考图17A，本领域技术人员将意识到流程图180a的益处是介入设备40的潜在或可能卷绕的警告的系统性条件激活。
例如，图17B和图17C图示了介入设备40的示范性扭转的曲线图200、与近侧设备节点相关联的相对于基准方位的介入设备40的轮毂的示范性旋转的曲线图201、与远侧设备节点相关联的相对于基准方位的介入设备40的远侧顶端的示范性旋转的曲线图202、具有扭曲阈值204和卷绕阈值205(图17B)的示范性扭转性度量的曲线图203以及示范性卷绕指标的曲线图206。
对于该范例，卷绕发生在帧200与帧250之间，由此，扭转性指标102重置基准方位。
参考图1-17，本领域技术人员将意识到本公开的许多益处，包括但不限于通过本公开的发明对OSS引导系统、控制器和方法的改进，当介入设备在解剖区域内被直线/曲线平移和/或被轴向/非轴向旋转时提供对介入设备(包含介入工具和OSS传感器的集成)的任何折叠和/或任何扭转的检测。
此外，如本领域普通技术人员鉴于本文提供的教导将意识到的，在本公开/说明书中描述的、和/或在图中描绘的特征、元件、部件等，均可以被实施为电子部件/电路、硬件、可执行软件与可执行固件的各种组合，并且提供可以被组合在单一元件或多重元件中的功能。例如，可以通过使用专用硬件以及能够与运行合适的软件相关联的软件的硬件，提供在图中示出/图示/描绘的各个特征、元件、部件等的功能。当由处理器提供时，所述功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器或者由多个各自的处理器(其中的一些可以是共享和/或复用的)提供。同样地，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应当被解释为专指能够运行软件的硬件，并且能暗含地包括但不限于：数字信号处理器(“DSP”)硬件、存储器(例如用于储存软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性储存器，等等)，以及实质上能够(和/或可配置为)执行和/或控制过程的任意手段和/或机器(包括硬件、软件、固件、电路、其组合，等等)。
此外，在本文中详述本发明的原理、方面及实施例，以及其具体范例的所有记载，均意图涵盖其结构性和功能性的等同。另外地，目的是这样的等同包括目前已知的等同以及未来发展的等同两者(例如所开发的能够执行相同或基本相似的功能的任意元件，而无论其结构)。因此，例如鉴于本文提供的教导，本领域普通技术人员将意识到，在本文中所提供的任意框图均可以表示实现本发明的发明原理的示范性系统部件和/或电路的概念性视图。类似地，鉴于本文提供的教导，本领域普通技术人员应当意识到，任意流程图、作业图等等均能表示各种过程，所述过程基本上能被表示在计算机可读储存介质中，并由具有处理能力的计算机、处理器或其他设备如此运行，而无论是否明确示出这样的计算机或处理器。
此外，本公开的示范性实施例可以采取可从计算机可用和/或计算机可读储存介质访问的计算机程序产品和应用模块的形式，所述储存介质提供由例如计算机或任意指令执行系统使用或与所述计算机或任意指令执行系统连接的程序代码和/或指令。根据本公开，计算机可用或计算机可读储存介质可以为任意这样的设备，所述设备能够(例如)包括、储存、传送、传播或输送由指令运行系统、设备或设备使用或与所述指令运行系统、设备或设备连接的程序。这样的示范性介质可以为，例如电子、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，例如半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存(驱动)、刚性磁盘和光盘。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)和DVD。进一步地，应当理解，以后可能发展出的任何新的计算机可读介质也均应当被视为根据本公开和公开内容的示范性实施例可以使用或涉及到的计算机可读介质。
已经描述了新颖性并且创造性OSS引导和监测系统、控制器和方法的优选的且示范性的实施例(这些实施例意图为图示性而非限制性的)，值得注意的是，本领域技术人员在本文提供的教导(包括图)的启示下，可以进行修改和变型。因此要理解，可以对公开的所述优选的且为示范性实施例进行改动，所述改动在本文公开的实施例的范围内。
此外，应当设想到，合并和/或实现所述设备或诸如可以在根据本公开的设备中使用/实现的相应的和/或相关的系统也被设想到和认为是在本公开的保护范围内。此外，用于制造和/或使用根据本公开的设备和/或系统的相应的和/或相关的方法也被设想到并被认为在本公开的保护范围内。

Claims (20)

1.一种OSS引导和监测系统，包括：
介入设备(40)，其包括OSS传感器(20)与至少一个介入工具(30)的集成，
其中，所述OSS传感器(20)被结构地配置为当所述介入设备(40)在解剖区域内被导航时生成提供有所述OSS传感器(20)的形状的信息的形状感测数据；以及
OSS引导和监测设备(80)，其包括：
OSS引导控制器(90)，其被结构地配置为响应于由所述OSS传感器(20)对所述形状感测数据的生成而控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的形状的重建；以及
OSS监测控制器(100)，其被结构地配置为控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的折叠的程度和扭曲的程度的监测，包括所述OSS监测控制器(100)响应于由所述OSS传感器(20)对所述形状感测数据的生成而生成推送性度量和扭转性度量中的至少一项，
其中，所述推送性度量量化在所述介入设备(40)的近侧设备节点与远侧设备节点之间的所述介入设备(40)的所估计的折叠的程度，并且
其中，所述扭转性度量量化在所述介入设备(40)的近侧设备节点与远侧设备节点之间的所述介入设备(40)的所估计的扭曲的程度。
2.根据权利要求1所述的OSS引导和监测系统，
其中，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为指定所述OSS传感器(20)的近侧OSS节点和远侧OSS节点；并且
其中，所述OSS监测控制器(100)控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内相对于所述近侧OSS节点和所述远侧OSS节点的所述折叠的程度和所述扭曲的程度中的所述至少一项的所述监测。
3.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为将折叠阈值和屈曲阈值中的至少一项应用于所述推送性矩阵；
其中，所述折叠阈值描绘所述介入设备(40)能够在所述解剖区域内被进一步推进的折叠；并且
其中，所述屈曲阈值描绘所述介入设备(40)不能够在所述解剖区域内被进一步推进的折叠。
4.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为将扭曲阈值和卷绕阈值中的至少一项应用于所述推送性矩阵；
其中，所述扭曲阈值描绘所述介入设备(40)的扭转不受所述介入设备(40)在所述解剖区域内的卷绕的影响；并且
其中，所述卷绕阈值描绘所述介入设备(40)的扭转受所述介入设备(40)在所述解剖区域内的卷绕的影响。
5.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为控制所述介入设备(40)在所述解剖区域内的折叠和扭转中的至少一项的条件警告；并且
其中，所述条件警告包括以下中的至少一种：
文本显示警告，其与对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的所述形状的所述重建的显示相关联，
听觉显示警告，其与对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的所述形状的所述重建的所述显示相关联，
视觉显示警告，其与对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的所述形状的所述重建的所述显示相关联，
视觉设备警告，其由所述介入设备(40)生成，以及
触觉警告，其由所述介入设备(40)生成。
6.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，由所述形状感测数据指示的，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为相对于所述介入设备(40)的远侧设备节点的任何平移从所述介入设备(40)在所述解剖区域外部的近侧设备节点的推进导出所述推送性度量。
7.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，由所述形状感测数据指示的，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为从当所述介入设备(40)在所述解剖区域内被导航时在所述介入设备(40)的所述近侧设备节点与所述远侧设备节点之间的所述介入设备(40)的曲率导出所述推送性度量。
8.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，由所述形状感测数据指示的，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为从当所述介入设备(40)在所述解剖区域内被导航时被施加到所述介入设备(40)的力导出所述推送性度量。
9.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，由所述形状感测数据指示的，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为相对于所述介入设备(40)的所述远侧设备节点在所述解剖区域内的任何旋转从所述介入设备(40)的所述近侧设备节点在所述解剖区域外部的任何旋转导出所述扭转性度量。
10.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，由所述形状感测数据指示的，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为从当所述介入设备(40)在所述解剖区域内被导航时所述介入设备(40)的所述远侧设备节点的任何旋转导出所述扭转性度量。
11.一种用于介入设备(40)的OSS引导和监测设备(80)，所述介入设备包括OSS传感器(20)与至少一个介入工具(30)的集成，所述OSS传感器(20)用于当所述介入设备(40)在解剖区域内被导航时生成提供有所述OSS传感器(20)的形状的信息的形状感测数据，所述OSS引导和监测设备(80)包括：
OSS引导控制器(90)，其被结构地配置为响应于由所述OSS传感器(20)对所述形状感测数据的生成而控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的形状的重建；以及
OSS监测控制器(100)，其被结构地配置为控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的折叠的程度和扭曲的程度中的至少一项的监测，包括所述OSS监测控制器(100)响应于由所述OSS传感器(20)对所述形状感测数据的生成而生成推送性度量和扭转性度量中的至少一项，
其中，所述推送性度量量化在所述介入设备(40)的近侧设备节点与远侧设备节点之间的所述介入设备(40)的所估计的折叠的程度，并且
其中，所述扭转性度量量化在所述介入设备(40)的近侧设备节点与远侧设备节点之间的所述介入设备(40)的所估计的扭曲的程度。
12.根据权利要求11所述的OSS引导和监测设备(80)，
其中，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为指定所述OSS传感器(20)的近侧OSS节点和远侧OSS节点；并且
其中，所述OSS监测控制器(100)控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内在所述近侧OSS节点与所述远侧OSS节点之间的所述折叠的程度和所述扭曲的程度中的所述至少一项的所述监测。
13.根据权利要求11所述的OSS引导和监测设备(80)，
其中，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为将折叠阈值和屈曲阈值中的至少一项应用于所述推送性矩阵；
其中，所述折叠阈值描绘所述介入设备(40)能够在所述解剖区域内被进一步推进的折叠；并且
其中，所述屈曲阈值描绘所述介入设备(40)不能够在所述解剖区域内被进一步推进的折叠。
14.根据权利要求11所述的OSS引导和监测设备(80)，
其中，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为将扭曲阈值和卷绕阈值中的至少一项应用于所述推送性矩阵；
其中，所述扭曲阈值描绘所述介入设备(40)的扭转不受所述介入设备(40)在所述解剖区域内的卷绕的影响；并且
其中，所述卷绕阈值描绘所述介入设备(40)的扭转受所述介入设备(40)在所述解剖区域内的卷绕的影响。
15.根据权利要求11所述的OSS引导和监测设备(80)，
其中，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为控制所述介入设备(40)在所述解剖区域内的折叠和扭转中的至少一项的条件警告；并且
其中，所述条件警告包括以下中的至少一种：
文本显示警告，其与对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的所述形状的所述重建的显示相关联，
听觉显示警告，其与对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的所述形状的所述重建的所述显示相关联，
视觉显示警告，其与对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的所述形状的所述重建的所述显示相关联，
视觉设备警告，其由所述介入设备(40)生成，以及
触觉警告，其由所述介入设备(40)生成。
16.一种用于介入设备(40)的OSS引导和监测方法，所述介入设备包括OSS传感器(20)与至少一个介入工具(30)的集成，所述OSS引导和监测方法包括：
所述OSS传感器(20)当所述介入设备(40)在解剖区域内被导航时生成提供有所述OSS传感器(20)的形状的信息的形状感测数据；
OSS引导控制器(90)响应于由所述OSS传感器(20)对所述形状感测数据的所述生成而控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的形状的重建；并且
OSS监测控制器(100)控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的折叠的程度和扭曲的程度中的至少一项的监测，
其中，所述OSS监测控制器(100)响应于由所述OSS传感器(20)对所述形状感测数据的所述生成而生成推送性度量和扭转性度量中的至少一项，
其中，所述推送性度量量化在所述介入设备(40)的近侧设备节点与远侧设备节点之间的所述介入设备(40)的所估计的折叠的程度，并且
其中，所述扭转性度量量化在所述介入设备(40)的所述近侧设备节点与所述远侧设备节点之间的所述介入设备(40)的所估计的扭曲的程度。
17.根据权利要求16所述的OSS引导和监测方法，还包括：
所述OSS监测控制器(100)指定所述OSS传感器(20)的近侧OSS节点和远侧OSS节点，
其中，所述OSS监测控制器(100)控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内相对于所述近侧OSS节点和所述远侧OSS节点的所述折叠的程度和所述扭曲的程度中的所述至少一项的所述监测。
18.根据权利要求16所述的OSS引导和监测方法，还包括：
所述OSS监测控制器(100)将折叠阈值和屈曲阈值中的至少一项应用于所述推送性矩阵，
其中，所述折叠阈值描绘所述介入设备(40)能够在所述解剖区域内被进一步推进的折叠，并且
其中，所述屈曲阈值描绘所述介入设备(40)不能够在所述解剖区域内被进一步推进的折叠。
19.根据权利要求16所述的OSS引导和监测方法，还包括：
所述OSS监测控制器(100)将扭曲阈值和卷绕阈值中的至少一项应用于所述推送性矩阵，
其中，所述扭曲阈值描绘所述介入设备(40)的扭转不受所述介入设备(40)在所述解剖区域内的卷绕的影响，并且
其中，所述卷绕阈值描绘所述介入设备(40)的扭转受所述介入设备(40)在所述解剖区域内的卷绕的影响。
20.根据权利要求16所述的OSS引导和监测方法，还包括：
其中，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为控制所述介入设备(40)在所述解剖区域内的折叠和扭转中的至少一项的条件警告；并且
其中，所述条件警告包括以下中的至少一种：
文本显示警告，其与对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的所述形状的所述重建的显示相关联，
听觉警告，其与对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的所述形状的所述重建的所述显示相关联，
视觉显示警告，其与对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的所述形状的所述重建的所述显示相关联，
视觉设备警告，其由所述介入设备(40)生成，以及
触觉警告，其由所述介入设备(40)生成。
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