CN111836570A - 成像系统和方法 - Google Patents

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CN111836570A CN201980007699.5A CN201980007699A CN111836570A CN 111836570 A CN111836570 A CN 111836570A CN 201980007699 A CN201980007699 A CN 201980007699A CN 111836570 A CN111836570 A CN 111836570A
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optical fiber
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凯夫·达利沃
迈克尔·G·坦纳
罗伯特·R·汤姆森
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University of Edinburgh
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Abstract

本发明提供了一种系统，所述系统包含：医疗设备，所述医疗设备被配置成至少部分地位于散射介质内，所述医疗设备包含至少一个光纤或其他波导，所述至少一个光纤或其他波导具有沿着其长度的至少一部分布置的多个发光区域；脉冲光源，所述脉冲光源被配置成将脉冲光传输到所述至少一个光纤或其他波导的近端，使得将脉冲光沿着所述至少一个光纤或其他波导引导至发光区域并且由发光区域发射到散射介质；至少一个检测器，所述至少一个检测器被配置成接收已经穿过散射介质的脉冲光的光子；以及处理器，所述处理器被配置成：选择对应于至少一些接收的光子的信号；基于选择的信号确定每个发光区域的各自的位置；并且基于确定的位置确定医疗设备的至少一部分的路径。

Description

成像系统和方法
技术领域
本发明涉及用于确定位于散射介质内部(例如人或动物组织内部)的医疗设备的位置的系统和方法。
背景技术
基于光纤的内窥镜越来越多地用于人体内部的成像和感测。尽管通常可以通过转向机构将大体积内窥镜引导至内部器官的特定区域，但是窄光纤内窥镜可能已经被推出大体积内窥镜的工作通道之外，从而超出常规系统的范围。备选地，可以在完全不使用任何引导大体积内窥镜的情况下插入基于窄纤维的内窥镜。
在一些情形中，可以根据大体积内窥镜的插入知识、临床医生的手动感觉和/或基于纤维的内窥镜成像系统的非常有限(例如小于1mm)的视野中的可见结构来估计内窥镜的最终位置。在一些情况下，立体定向技术可以用于估计纤维内窥镜尖端的位置。X射线或电磁技术可以用于查看可以在内窥镜末端上的金属末端尖端。然而，X射线或电磁技术可能是昂贵的和/或需要大体积装置。此外，使用X射线确定内窥镜的位置可能使患者暴露于不希望的辐射下。
已知使用肠饲管例如鼻胃(NG)管向患者提供营养。通常，盲目地放置NG管。例如，NG管的插入过程可以在插入期间不进行任何成像过程的情况下进行。随后，X射线检查可以用于确认NG管的位置。
在一些情况下，可能出现肠管错位。肠管(例如鼻胃管)的错位可能引起各种问题。错位的肠管可能导致例如直接饲喂到肺中或者饲喂到食道中并且随后导致吸入性肺炎。肺部并发症可能导致死亡或残疾。
使用NG管的饲喂方案可以是连续的或间歇的。通常，在饲喂之前检查NG管的远端的位置。目前，使用流体抽吸和pH指示条。可以从NG管中抽吸流体(例如使用注射器)，并且可以使用pH指示条测试抽吸的流体以确定抽吸的流体的酸度。可以认为低pH(例如4以下的pH)表明NG管已经正确放置。然而，在一些情况下，抽吸的流体的pH可能由于同时使用抗酸剂、其他药物或测试指示剂失效而混淆不清。
胸部X射线可以用于检查NG管的位置。然而，胸部X射线通常难以解释。胸部X射线需要使用电离辐射。胸部X射线通常提供静态图像。胸部X射线可能需要将患者移动到放射科或便携式射线照相。
可以认为目前的实践是次优的。由于肠管的错位会继续出现许多死亡和并发症。
发明内容
在第一方面，提供了一种系统，所述系统包含：医疗设备，所述医疗设备被配置成至少部分地位于散射介质内，所述医疗设备包含至少一个光纤或其他波导，所述至少一个光纤或其他波导具有沿着其长度的至少一部分布置的多个发光区域；脉冲光源，所述脉冲光源被配置成将脉冲光传输到至少一个光纤或其他波导的近端，使得将脉冲光沿着至少一个光纤或其他波导引导至发光区域并且由发光区域发射到散射介质中；至少一个检测器，所述至少一个检测器被配置成接收已经穿过散射介质的脉冲光的光子；以及处理器，所述处理器被配置成：选择对应于至少一些接收的光子的信号；基于选择的信号确定每个发光区域的各自的位置；并且基于确定的位置确定医疗设备的至少一部分的路径。
散射介质可以包括身体的至少一部分，其可以是人或动物受试者(例如患者)的身体。散射介质可以包括组织和/或流体。
医疗设备可以包括内窥镜。医疗设备可以包括管。管可以包括肠管(enteraltube)，例如鼻胃管。
确定医疗设备的至少一部分的路径可以使得临床医生能够确定医疗设备的方位。例如，临床医生可以确定内窥镜或肠管在插入期间是否已经错位。可以减少错位事件，这可以降低错位后果(诸如吸入性肺炎)的发生率。
通过经由至少一个光纤或其他波导提供脉冲光来确定发光区域的位置可以允许在不使用可能将患者或其他受试者暴露于不希望的辐射的其他方法的情况下确定医疗设备的至少一部分的路径。例如，在儿童的情况下可能希望将电离辐射的使用最小化。在不反复地或连续地将患者暴露于电离辐射的情况下，可以确定医疗设备随时间的移动和/或可以检查医疗设备的定位。
通过经由至少一个光纤或其他波导提供脉冲光来确定发光区域的位置可以允许在不将患者(其可以是虚弱的)带到X射线机器或不将便携式X射线机器带到患者处的情况下确定医疗设备的至少一部分的路径。
发光区域可以是局部的。发光区域可以充当点源。确定每个发光区域的各自的位置可以包括设想发光区域是点源。
发光区域可以沿着至少一个光纤或其他波导的至少一部分的长度规则地间隔开。发光区域的间隔可以是均匀的。发光区域可以由至少一个光纤或其他波导的基本上非发光区域分隔。
发光区域可以更密集地布置在医疗设备的目标区域中。目标区域可以被认为是关键区域。目标区域可以位于医疗设备的远端处或附近。在一些情况下，与近端相比，医疗设备的远端的方位的确定性可以更低。在远端附近设置更大密度的发光区域可以允许更好地确定远端的位置。
沿着至少一个光纤或其他波导的长度的相邻发光区域之间的间隔可以为至少0.1cm，任选地至少0.5cm，进一步任选地至少1cm。沿着至少一个光纤或其他波导的长度的相邻发光区域之间的间隔可以小于5cm，任选地小于2cm，进一步任选地小于1cm。
至少一个光纤可以包括多个光纤。每个发光区域可以包括多个光纤中的各自一个光纤的尖端。
每个发光区域可以包括这样的区域，其中改变至少一个光纤或其他波导的芯和/或包层的至少一种物理性质，使得光从发光区域发射到散射介质中。
每个发光区域可以包括长周期光纤布拉格光栅、倾斜光纤布拉格光栅、芯损坏区域中的至少一个。每个发光区域可以被配置成使脉冲光的波长偏移。每个发光区域可以被配置成使脉冲光的波长偏移各自的值量，使得不同的发光区域发射具有不同波长的光。
每个发光区域可以是成角度的以将光从医疗设备向外引导。每个发光区域可以被改变为将光从医疗设备向外引导。
不同的发光区域可以被配置成传输和/或散射不同波长的光。
每个发光区域可以包括散射材料。芯和/或包层的至少一种性质可以被配置成将光散射到散射介质中。散射材料可以被配置成在基本上垂直于医疗设备的长度的方向上散射光。
医疗设备的材料的至少一种性质可以被配置成将光散射到散射介质中，例如管、护套或涂层的材料的性质。
至少一个光纤或其他波导可以由玻璃形成。至少一个光纤或其他波导可以由塑料形成。至少一个光纤或其他波导可以由二氧化硅形成。
所述或每个光纤可以具有商业上标准的尺寸。所述或每个光纤可以具有大约10μm的芯直径。所述或每个光纤可以具有大约125μm的包层直径。所述或每个光纤可以具有多个芯，每个芯具有大约50μm或大约62.5μm的芯直径和大约125μm的包层直径。所述或每个光纤可以包括芯直径为大约1mm的塑料纤维。
所述或每个光纤可以具有大于1μm、任选地大于3μm、进一步任选地大于5μm、进一步任选地大于10μm、进一步任选地大于50μm的芯直径。所述或每个光纤可以具有小于1mm、任选地小于200μm、任选地小于100μm、进一步任选地小于50μm、进一步任选地小于20μm、进一步任选地小于10μm、进一步任选地小于5μm的芯直径。所述或每个光纤可以具有大于50μm、任选地大于100μm、进一步任选地大于500μm的包层直径。所述或每个光纤可以具有小于1000μm、任选地小于500μm、进一步任选地小于200μm的包层直径。
至少一个光纤或其他波导可以包括多个光纤或其他波导。每个发光区域可以位于光纤或其他波导中的各自一个光纤或其他波导的尖端处。
多个光纤或其他波导可以是被包装在一起，例如在护套中。多个光纤可以被包装在一起以形成复合纤维束。多个光纤或其他波导可以包括至少10个、任选地至少20个、进一步任选地至少50个、进一步任选地至少100个光纤或其他波导。
医疗设备可以包括管。复合纤维束可以位于管的内腔内。复合纤维束可以被整合到管的管材料中。
多个光纤或其他波导可以具有不同的长度。多个光纤或其他波导可以布置成使得光纤的近端是对齐的。多个光纤或其他波导可以布置成使得光纤或其他波导的远端沿着医疗设备的至少一部分的长度间隔开。
每个发光区域可以包括多个光纤或其他波导中的各自一个光纤或其他波导的改变。可以在被包装在一起之前改变光纤。
可以沿着单个光纤或其他波导的长度的至少一部分设置多个发光区域。可以沿着单个光纤芯的长度设置发光区域。每个发光区域可以包括光纤芯的各自改变。
多个发光区域可以设置在多芯光纤的多个芯上。每个发光区域可以包括多芯光纤的各个芯的改变。
芯可以包括芯的多个子集，其中对于每个子集，该子集中的芯具有相应的发光区域。子集中的每个芯可以在沿着多芯光纤的长度与该子集中的其他芯相同的位置处具有发光区域。
多芯纤维的芯可以在多芯纤维的横截平面中以大于每个芯的直径的距离分隔。芯可以在多芯纤维的横截平面中以类似于每个芯的直径的分隔距离分隔。分隔距离可以小于100μm，任选地小于50μm，进一步任选地小于20μm，进一步任选地小于10μm。分隔距离可以大于1μm，任选地大于10μm，进一步任选地大于20μm，进一步任选地大于50μm。
医疗设备可以包括管。医疗设备可以包括肠管，任选地鼻胃管。至少一个光纤或其他波导可以位于管的内腔内。至少一个光纤或其他波导可以被整合到管的管材料中。
管可以包括至少两个内腔。至少一个光纤或其他波导可以位于至少两个内腔中的第一内腔中。至少两个内腔中的第二内腔可以被配置成供应液体，例如饲喂液体。内腔中的第二内腔可以被配置成将液体供应至人或动物受试者和/或从人或动物受试者获得液体。
至少一个检测器可以位于散射介质外部。信号的选择可以基于接收的光子在至少一个检测器处的到达时间。通过基于到达时间选择信号，可以选择这样的信号，所述信号代表并未经历散射或者经历比大多数光子更少量的散射的光子。可以选择这样的信号，所述信号代表已经经历一定散射程度的光子，所述散射程度不显著降低由光子提供的位置信息的量。可以选择这样的信号，所述信号代表已经经历一定散射程度的光子，所述散射程度不降低由超出可用限的光子提供的位置信息的量。位置信息可以由每个光子提供。对于每个光子，由该光子提供的位置信息可以包括关于从中发射光子的位置的信息。
位置信息可以由多个光子集合中的每一个提供。光子集合可以包括在特定检测器或检测器元件中以特定时间间隔收集的光子。对于每个光子集合，由该光子集合提供的位置信息可以包括关于从中发射光子集合的位置的信息。
该位置可以包括光纤或其他波导上的位置。该位置可以包括从中发射光子的发光区域的位置。该位置可以包括从中遗漏光子集合的发光区域的位置。由光子提供的位置信息可以包括关于多个发光区域的位置的信息。
可以选择这样的信号，所述信号代表已经基本上朝向至少一个检测器散射的光子。这样的信号相比于不基于到达时间而选择的信号可以更好地提供发光区域的位置。
基于选择的信号确定每个发光区域的位置可以包括：使用所述选择的信号形成至少一个图像，并且基于所述至少一个图像确定每个发光区域的所述位置。
至少一个图像可以包括每个发光区域的各自的图像。确定每个光传输特征的位置可以基于该光传输特征的图像。
每个位置可以自动地确定。每个位置可以手动地确定。通过使用图像处理技术处理图像或图像中的各自一个图像，可以确定每个位置。通过找到具有高强度的图像部分或图像中的各自一个图像(例如具有最大强度的图像的像素)，可以确定每个位置。
该选择可以包括选择对应于弹道光子的信号。弹道光子可以包括在散射介质中并未经历散射的光子和/或相较于大多数光子已经经历少量散射事件的光子。弹道光子可以包括脉冲光的第一光子以在至少一个检测器处被接收。弹道光子可以包括在第一时间箱内接收的光子。
该选择可以包括选择对应于蛇形光子的信号。蛇形光子可以包括相较于弹道光子更晚到达但是保留一些位置信息的光子。蛇形光子可以包括已经沿着更直接的路径朝向至少一个检测器散射的光子。
对于每个蛇形光子，由该光子提供的位置信息可以包括关于从中发射光子的位置的信息。对于每个蛇形光子集合，由该蛇形光子的蛇形集合提供的位置信息可以包括关于从中发射蛇形光子集合的位置的信息。
该位置可以包括光纤或其他波导上的位置。该位置可以包括从中发射光子的发光区域的位置。该位置可以包括从中发射光子集合的发光区域的位置。由蛇形光子提供的位置信息可以包括关于多个发光区域的位置的信息。
对于每个光子，光子的到达时间可以通过以下方式确定：测定至少一个检测器接收光子的时间与脉冲光源发射光脉冲由此触发光子从光纤或其他波导的发射的时间之间的差。
信号的选择可以包括选择到达时间低于阈值的信号。阈值可以相对于最短的检测到的到达时间进行表达。信号的选择可以包括选择在最短的检测到的到达时间之后不大于10纳秒、任选地不大于5纳秒、进一步任选地不大于2纳秒、进一步任选地不大于1纳秒到达的信号。信号的选择可以包括选择在最短的检测到的到达时间之后不大于500皮秒、任选地不大于100皮秒、进一步任选地不大于50皮秒到达的信号。
信号的选择可以包括选择到达时间在一定时间间隔内的信号。信号的选择可以包括选择在一个或多个时间箱内的信号。
信号的选择可以包括选择到达时间在第一时间箱内的第一组信号；选择到达时间在第二时间箱内的第二组信号；并且将第一组信号与第二组信号进行比较。
第一时间箱可以包括在最短的检测到的到达时间之后的头50皮秒。第二时间箱可以包括在第一时间箱之后的下一个50皮秒。
第一时间箱可以包括在最短的检测到的到达时间之后的头100皮秒。第二时间箱可以包括在第一时间箱之后的下一个100皮秒。
信号的选择可以包括选择到达时间低于第一阈值的第一组信号；选择到达时间高于第一阈值但是低于第二阈值的第二组信号；并且将第一组信号与第二组信号进行比较。信号的选择可以包括选择许多阈值之间的信号并且比较那些信号。信号的选择可以包括选择多组信号，每组信号包括到达时间在不同阈值之间的信号，并且将多组信号中的至少一些彼此进行比较。
信号的选择可以包括选择多组信号，每组信号包括具有各自时间箱内的到达时间的信号。时间箱可以包括50皮秒时间箱。时间箱可以包括100皮秒。多组信号可以包括在1纳秒到达时间总范围内的信号。多组信号可以包括在5纳秒到达时间总范围内的信号。
至少一个检测器的位置和/或光的入射位置可以是不同的以通过跨越扫描介质(例如跨越患者)扫描光来建立图像。
确定医疗设备的至少一部分的路径可以包括应用基于形状的图像处理技术。医疗设备的预期形状和/或至少一个光纤或其他波导的预期形状可以用于确定医疗设备的路径。例如，已知医疗设备可以是连续的。可以认为医疗设备将采取曲线形状。可以认为医疗设备的曲率在预定界限内。
确定医疗设备的至少一部分的路径可以包括使用发光区域的间隔的先前知识。
脉冲光可以包括窄带激光。脉冲光可以包括短脉冲激光。脉冲光可以包括长度小于1000ps、任选地小于500ps、进一步任选地小于100ps、进一步任选地小于10ps、进一步任选地小于1ps的脉冲。
脉冲光可以具有高达1000MHz、任选地高达200MHz、进一步任选地高达100MHz、进一步任选地高达10MHz的脉冲频率。脉冲光可以具有10至100MHz的脉冲频率。脉冲光可以具有大约80MHz的脉冲频率。脉冲光可以具有1至10MHz的脉冲频率。
脉冲光源可以具有小于100mW、任选地小于50mW、任选地小于20mW、任选地小于10mW、任选地小于1mW的照明功率。
系统还可以包含滤波器，所述滤波器被配置成过滤接收的光子。滤波器可以被配置成传输脉冲光波长下的光子。滤波器可以被配置成传输如被至少一个发光区域偏移的脉冲光波长下的光子。
至少一个检测器可以包括检测器阵列。至少一个检测器可以包括扫描检测器。至少一个检测器可以包括单光子检测器。单光子检测器可以包括至少一个SPAD(单光子雪崩二极管)。至少一个检测器可以包括以下各项中的至少一个：APD(雪崩光电二极管检测器)、超快扫描照相机、具有CCD检测器阵列(ICCD)的时间门增强型照相机、光电倍增管(PMT)、超导单光子检测器。
系统还可以包含至少一个聚焦组件，其中至少一个聚焦组件被配置成将接收的光子聚焦到至少一个检测器。至少一个聚焦组件可以包括至少一个透镜。
将脉冲光传输到散射介质可以包括个别地照射每个发光区域。个别地照射每个发光区域可以包括依次照射每个光传输特征。个别地照射每个发光区域可以包括使用各自不同的波长照射每个发光区域。个别地照射每个发光区域可以包括个别地照射至少一个光纤的多个芯中的每一个。个别地照射每个发光区域可以包括使用不同的波长依次照射至少一个光纤或其他波导，其中每个发光区域被配置成传输不同波长中的选择的一个波长。
将脉冲光传输到散射介质可以包括同时照射多个发光区域。将脉冲光传输到散射介质中可以包括同时照射所有发光区域。
确定发光区域的位置可以反复地进行。确定发光区域的位置可以反复地进行，同时相对于散射介质移动医疗设备的至少一部分。医疗设备的移动可以是自动的。医疗设备的移动可以以预定增量进行。
医疗设备可以包含至少一个医疗仪器或形成至少一个医疗仪器的一部分。医疗设备可以与至少一个医疗仪器共定位。
医疗仪器可以包括内窥镜、导线、导管、导管递送系统、手术刀、用于组织消融或改变的能源中的至少一个。
处理器可以被进一步配置成基于医疗设备的至少一部分的确定路径来确定医疗仪器的至少一部分的位置。
医疗设备可以至少部分地位于人或动物身体内部。确定医疗设备的至少一部分的路径可以包括确定医疗设备的至少一部分在人或动物身体内部的路径。
医疗设备和/或医疗仪器可以使用自动化程序放置在人或动物身体内部。确定医疗设备的至少一部分的路径可以包括验证自动化程序。
医疗设备的至少一部分可以位于人或动物受试者内部。散射介质可以包括肺、上消化道、下消化道、泌尿道、骨组织、器官组织中的至少一种的组织。
医疗设备的至少一部分可以位于受试者的食道内部。处理器可以被配置成使用医疗设备的至少一部分的确定路径来确定管在受试者食道内部的位置。
处理器可以被进一步配置成使用选择的光子来确定人或动物组织的至少一部分的组织类型。确定人或动物组织的至少一部分的组织类型可以包括确定组织是健康的还是患病的。确定组织类型可以包括确定对应于选择的信号的光子的散射程度，并且基于确定的散射程度来确定组织类型。
在另一个方面(其可以独立地提供)，提供了一种医疗设备，所述医疗设备被配置成至少部分地位于散射介质内，所述医疗设备包含至少一个光纤或其他波导，所述至少一个光纤或其他波导具有沿着其长度的至少一部分布置的多个发光区域，使得将传输到至少一个光纤或其他波导的近端的光沿着至少一个光纤或其他波导引导至发光区域并且由发光区域发射。
在另一个方面(其可以独立地提供)，提供了一种用于确定医疗设备的至少一部分的路径的方法，所述医疗设备包含至少一个光纤或其他波导，所述至少一个光纤或其他波导具有沿着至少一个光纤的长度的至少一部分布置的多个发光区域。该方法包括：将医疗设备至少部分地定位在散射介质内；将脉冲光传输到至少一个光纤或其他波导，使得将脉冲光沿着至少一个光纤或其他波导引导至发光区域并且由发光区域发射到散射介质中；由至少一个检测器接收已经穿过散射介质的脉冲光的光子；选择对应于至少一些接收的光子的信号；基于选择的信号确定每个发光区域的各自的位置；并且基于确定的位置确定医疗设备的至少一部分的路径。
在另一个方面(其可以独立地提供)，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包含计算机可读指令，所述计算机可读指令可通过处理器执行以选择对应于接收的已经穿过散射介质的脉冲光的光子的信号，以基于选择的信号确定多个发光区域中的每一个的各自的位置，并且以基于确定的位置确定医疗设备的路径。
散射介质可以包括人或动物受试者的身体的至少一部分。处理器可以被进一步配置成将医疗设备的确定的位置与受试者的预期解剖结构进行比较。
处理器可以被进一步配置成确定受试者的预期解剖结构。确定预期解剖结构可以包括获得受试者身体的至少一部分的至少一个医学图像。确定预期解剖结构可以包括处理至少一个医学图像以识别至少一个解剖结构。至少一个解剖结构可以包括食道。至少一个解剖结构可以包括支气管。至少一个解剖结构可以包括受试者的幽门平面。至少一个解剖结构可以包括受试者的至少一个肋间隙。至少一个解剖结构可以包括受试者的至少一个椎骨。
将医疗设备的位置与受试者的预期解剖结构进行比较可以包括确定医疗设备相对于食道和/或支气管的位置。
将医疗设备的位置与受试者的预期解剖结构进行比较可以包括将受试者的医学图像与所述或每个光传输特征的确定位置和/或医疗设备的确定位置重叠。将医疗设备的位置与受试者的预期解剖结构进行比较可以包括将至少一个解剖标记与所述或每个光传输特征的确定位置和/或医疗设备的确定位置重叠。
处理器可以被配置成识别医学图像中的至少一个解剖特征，并且将识别的至少一个解剖特征用于比较医疗设备的位置与受试者的预期解剖结构。识别至少一个解剖特征可以包括分割和/或标记至少一个解剖特征。
在另一个方面(其可以独立地提供)，提供了一种图形用户界面，所述图形用户界面被配置成基于选择的信号显示多个发光区域中的每一个的位置，显示对应于接收的已经穿过散射介质的脉冲光的光子的信号，和/或显示已经使用多个发光区域的位置确定的医疗设备的路径。
在另一个方面(其可以独立地提供)，提供了一种系统，所述系统包含：医疗设备，所述医疗设备被配置成至少部分地位于散射介质内，所述医疗设备包含至少一个光纤或其他波导，所述至少一个光纤或其他波导具有沿着其长度的至少一部分布置的多个接收光的区域；脉冲光源，所述脉冲光源在散射介质之外并且被配置成将脉冲光传输到散射介质中；至少一个检测器，所述至少一个检测器耦联至至少一个光纤或其他波导的近端，其中所述至少一个检测器被配置成接收脉冲光的光子，所述光子已经穿过散射介质并且已经通过接收光的区域接收并且沿着至少一个光纤或其他波导引导至至少一个检测器；以及处理器，所述处理器被配置成：选择对应于至少一些接收的光子的信号；基于选择的信号确定接收光的区域中的每一个的各自的位置；并且基于确定的位置确定医疗设备的至少一部分的路径。
将脉冲光传输到散射介质可以包括改变光源相对于散射介质的位置和/或改变来自光源的脉冲光在散射介质上的入射位置。
在另一个方面(其可以独立地提供)，提供了一种形成医疗设备的方法，所述方法包括提供至少一个光纤或其他波导，并且在至少一个光纤或其他波导中制造沿着至少一个光纤或其他波导的长度的至少一部分布置的多个发光区域。
制造多个发光区域可以包括使用激光，例如飞秒激光或UV激光。形成多个发光区域可以包括使用UV光。多个发光区域中的每一个可以包括长周期光纤布拉格光栅、倾斜光纤布拉格光栅、芯损坏区域中的至少一个。
可以不同发光区域以传输和/或散射不同波长的光。
至少一个光纤可以包括单芯光纤。发光区域的制造可以包括沿着单芯光纤的芯制造多个发光区域。
至少一个光纤可以包括多芯光纤。发光区域的制造可以包括在多芯光纤的多个芯上制造发光区域。
在另一个方面(其可以独立地提供)，提供了一种形成医疗设备的方法，所述方法包括提供至少一个光纤或其他波导，并且在至少一个光纤或其他波导中制造沿着至少一个光纤或其他波导的长度的至少一部分布置的多个接受光的区域。
在另一个方面，提供了一种系统，所述系统包含肠管，所述肠管被配置成至少部分地位于人或动物受试者的身体内部。肠管包含或至少部分地含有至少一个光纤或其他波导，所述至少一个光纤或其他波导包含至少一个发光区域。系统还包含脉冲光源，所述脉冲光源被配置成将脉冲光传输到至少一个光纤或其他波导的近端，使得将脉冲光沿着至少一个光纤或其他波导引导至一个或多个发光区域并且由一个或多个发光区域发射到受试者的身体。系统还包含至少一个检测器，所述至少一个检测器被配置成接收已经穿过受试者身体的脉冲光的光子；以及处理器，所述处理器被配置成：选择对应于至少一些接收的光子的信号；基于选择的信号确定所述或每个发光区域的位置；并且基于一个或多个确定的位置确定肠管的位置。
使用光发射来确定肠管的位置可以减少错位的情况。临床医生可以能够确定肠管是否被正确放置。可以在不使受试者经历辐射的情况下确定肠管的位置。
肠管可以包括鼻胃管。至少一个光纤可以被整合到肠管壁中。
至少一个光纤或其他波导可以至少部分地包含在肠管的内腔内。
确定所述或每个发光区域的位置可以反复地进行。确定所述或每个发光区域的位置可以反复地进行，同时相对于人或动物受试者的身体移动肠管的至少一部分。
确定所述或每个发光区域的位置可以反复地进行，同时相对于肠管移动至少一个光纤或其他波导。相对于肠管移动至少一个光纤或其他波导可以是自动的。相对于肠管移动至少一个光纤或其他波导可以以预定增量进行。
处理器可以被进一步配置成将肠管的确定的位置与受试者的预期解剖结构进行比较。处理器可以被配置成随时间反复地确定肠管的位置并且将肠管的确定的位置与预期解剖结构反复地进行比较，例如以确定肠管是否被正确插入。
可以提供基本上如本文中参考附图所述的方法、装置或系统。
适当地，一个方面中的特征可以作为任何其他方面中的特征提供。例如，方法的特征可以作为装置的特征提供，反之亦然。一个方面中的任何一个或多个特征可以与任何其他方面中的任何合适的一个或多个特征组合提供。
发明详述
现在通过非限制性实施例描述本发明的实施方案并且在附图中示出，其中：
图1是根据一个实施方案的纤维和检测器设置的示意图；
图2是根据一个实施方案的医疗设备的远端的示意图；
图3是根据一个实施方案的改变的纤维的剖面的示意图；
图4是根据一个实施方案的改变的多芯纤维的剖面的示意图；
图5是放置在肺中的测试探针的光子计数相对于时间的图；并且
图6是放置在胃中的测试探针的光子计数相对于时间的图。
在一些情况下，通常可以观察到光可以穿过组织。例如，可以观察到紧靠手或手指的亮白色手电筒在手或手指的相对表面上为红光。本发明的实施方案使用穿过组织(或穿过任何其他合适的散射介质)的光以确定医疗设备的位于组织(或其他散射介质)内部的路径。
图1示意性地示出了根据一个实施方案的装置。该装置包含医疗设备10、光源14、检测器16、滤波器17、透镜18和处理器20。
光源14耦联至医疗设备10的近端，并且被配置成将脉冲光递送至医疗设备10。在本实施方案中，光源14是窄带短脉冲激光。
医疗设备10被配置成将光从光源14传输到医疗设备10的远端。图1示出了位于患者肺部12内部的医疗设备10。在其他实施方案中，医疗设备10可以位于人或动物身体的不同部位(例如胃肠道或泌尿道)的内部。在另外的实施方案中，医疗设备10可以位于任何合适的散射介质内部。散射介质可以是例如组织、身体或器官。散射介质可以是气体。散射介质可以是液体，例如浑浊液体。散射介质可以被称为样品，其中至少医疗设备10的尖端位于样品内部。
检测器16(其可以被称为照相机)位于患者身体外部。检测器16被配置成接收光子并且生成对应于每个接收的光子的电信号。在本实施方案中，检测器16是包含多个检测器元件的检测器阵列。检测器16是时间分辨单光子成像系统。在这种情况下，时间分辨单光子成像系统包括SPAD(单光子雪崩二极管)的32x 32阵列。时间分辨单光子成像系统通过时间相关性单光子计数(TCSPC)进行操作。在其他实施方案中，可以使用任何合适的时间分辨检测器。时间分辨检测器可以是能够检测低水平的光(例如能够检测单光子)的时间分辨检测器。时间分辨检测器可以包括APD(雪崩光电二极管)检测器或超快扫描照相机。时间分辨检测器可以包括具有CCD检测器阵列(ICCD)的时间门增强型照相机。时间分辨检测器可以包括多个光电倍增管(PMT)或超导单光子检测器。在一些实施方案中，可以使用多个检测器16。在一些实施方案中，单元件检测器可以与光学扫描系统组合使用以产生图像。
在本实施方案中，检测器16安装在相对于患者身体可以位于任何合适位置处的臂(未示出)上。在其他实施方案中，可以使用检测器16的任何合适的安装。例如，检测器16可以安装在房间的天花板，在那里进行使医疗设备10定位于患者内部的程序，例如医院病房或手术室的天花板。在一些实施方案中，检测器16可以安装在临床医生、助手或其他使用者的头部或身体上，以向临床医生、助手或其他使用者提供直观的反馈。
透镜18位于检测器16和患者身体之间。检测器16和透镜18被布置成使得检测器16聚焦在患者身体上。在其他实施方案中，可以使用备选的聚焦组件代替透镜18，或者可以不使用聚焦组件。
滤波器17位于检测器16的前面。在本实施方案中，滤波器17位于检测器16和透镜18之间。在本实施方案中，滤波器17是窄线带通滤波器。滤波器17被配置成阻挡不在激光源14的光谱带内的任何光子。在其他实施方案中，可以使用备选的滤波器，或者可以不使用滤波器。
检测器16连接至处理器20，所述处理器20被配置成从检测器16接收信号并且分析信号。处理器20可以包括任何合适的处理设备，例如计算机设备，诸如台式PC、笔记本电脑或移动设备。尽管在本实施方案中检测器16和处理器20是分开的组件，但是在其他实施方案中，检测器16和处理器20的功能可以组合在单个组件中。被描述为由检测器16执行的功能可以由处理器20执行，反之亦然。
图2是图1的医疗设备10的远端的示意图。图2是简图并且并未按比例绘制。
图2的医疗设备10包含导管30，其也可以被称为管。多个光纤32各自在导管30的内腔内部个别地进给以形成医疗设备10。每个光纤32在沿着导管向下的不同距离处终止，使得每个光纤32的远端沿着导管30的不同点处充当点状光源。光纤32的尖端可以被描述为终止点、光发射器或发光区域。
在图2的实施方案中，光纤32的终止点之间的间隔为1cm的均匀间隔。在其他实施方案中，纤维的间隔沿着设备的长度可以是更近的。在另外的实施方案中，纤维的终止点的间隔可以不是均匀的。例如，终止点沿着设备长度的分布可以随着其接近设备尖端而变得更密集。
在图2的实施方案中，个别纤维具有标准尺寸。个别纤维具有大约10μm的芯直径和大约125μm的包层直径。在其他实施方案中，可以使用任何合适的纤维尺寸。光纤可以由玻璃或塑料形成。
对于每个光纤32，可以认为光纤的末端充当局部光源。可以认为光纤的末端充当脉冲光的单个点状源。如果光纤数量为N，则可以认为图2的方法允许生成N个点状光源。N个点状光源沿着医疗设备10的长度的至少一部分分布。在一些实施方案中，光纤数量N可以为至少10、至少20、至少50或至少100。
在图2的实施方案中，光纤32的尖端终止以便将光从医疗设备10向外引导。例如，散射元件(未示出)可以位于每个光纤32的尖端处和/或光纤32的尖端可以是成角度的以将光从医疗设备10向外引导(例如从医疗设备10的侧面引出)。
在其他实施方案中，光纤可以通过捆绑或以其他方式包含在护套中，该护套可以被称为包装护套。光纤可以涂覆有涂层。护套或涂层的材料可以是有意地高散射的以将光从医疗设备10引出。
在其他实施方案中，可以使用包含至少一个光纤的任何医疗设备。例如，下面参考图3描述了其中医疗设备包含单个光纤的实施方案，并且下面参考图4描述了其中光学设备包含多芯光纤的实施方案。
我们再次转到图1和2的实施方案。在操作中，从光纤32的每个终止点发射的光用于追踪光纤的长度。由于终止点沿着医疗设备10的长度布置，因此终止点的位置可以用于追踪光纤的长度。可以定位医疗设备10的延伸部分，而不仅仅是单个点(例如尖端)。
Tanner等人(M.G.Tanner，T.R.Choudhary，T.H.Craven，B.Mills，M.Bradley，R.K.Henderson，K.Dhaliwal，和R.R.Thomson,“Ballistic and snake photon imagingfor locating optical endomicroscopy fibres(用于定位光学显微内镜纤维的弹道和蛇形光子成像)”Biomed.Opt.Express 8,4077-4095(2017))中描述了使用时间相关性单光子计数(TCSPC)确定散射介质中光发射器的位置的方法并且总结如下。Tanner等人描述了定位在光纤尖端处的点光的方法。下述方法将Tanner等人的定位方法应用于每个终止点。
例如，L.Wang，P.P.Ho，C.Liu，G.Zhang，和R.R.Alfano,“Ballistic2-d imagingthrough scattering walls using an ultrafast optical kerr gate(使用超快光学克尔门通过散射壁进行弹道二维成像).,”Science 253,769–71(1991)；V.Ntziachristos,“Going deeper than microscopy:the optical imaging frontier in biology(比显微镜术更深入：生物学中的光学成像前沿).,”Nat.Methods 7,603–614(2010)；V.Gopal，S.Mujumdar，H.Ramachandran，和A.K.Sood,“Imaging in turbid media using quasi-ballistic photons(使用准弹道光子在混浊介质中成像),”Opt.Commun.170,331–345(1999)；和A.Lyons，A.Boccolini，F.Tonolini，A.Repetti，Z.Chen，R.Henderson，Y.Wiaux，和D.Faccio,“Computational time-of-flight diffuse optical tomography(计算飞行时间漫射光学断层照相),”arXiv:1808.01135(2018)中也讨论了光子传输时间。
例如作为内窥镜检查程序的一部分，将医疗设备10引入患者的肺部12中。在其他实施方案中，可以将医疗设备10引入任何合适的解剖结构中。例如，医疗设备可以形成肠饲管的一部分，并且可以引入食道中。
通过光源14将短脉冲(在本实施方案中，具有<500ps的脉冲长度和20MHz的脉冲频率)窄带激光注入光纤32中的第一光纤。在其他实施方案中，可以使用具有可重复前缘的任何脉冲光。在本实施方案中，激光源14的照明功率是几mW，已知这在组织中是安全的。激光源14的波长可以选择为在组织中具有低散射和吸收的波长。
在图2的实施方案中，个别光源可以从近端随意地打开和关闭。
在可能是几秒或几分钟的时间段内，将激光注入光纤32的第一光纤中。每个激光脉冲沿着光纤32的长度向下传播，并且从光纤32的远侧尖端作为大量光子发射(在图1中显示为光22)。来自光纤10的远侧尖端的光脉冲的发射时间可以指定为t＝0。从光纤32的远侧尖端发射的仅少量光子可以从身体逸出。由光纤32发射的许多光子在组织中被吸收。从身体逸出的大多数光子(并且因此可以被检测器16观察到)可以已经从身体的紊乱组织结构中经历了很多散射。每个光子行进通过组织所花费的时间可以取决于在行进通过组织时光子已经被散射了多少次。
穿过组织并且离开身体的光子可以包括弹道光子、蛇形光子和/或高散射光子。
弹道光子可以是基本上在不散射的情况下以直线行进通过散射介质的光子。可以认为这样的光子未与散射介质的原子发生碰撞，或者已经经历极少量的散射碰撞。弹道光子可以是基本上相干的。
轻微散射的光子可以被称为蛇形光子。蛇形光子可以是在组织中已经经历少量散射事件(比指定为弹道的那些光子多)但是仍可以提供有用的位置信息的那些光子。蛇形光子可以保持一定程度的相干性。蛇形光子可以比弹道光子稍微延迟到达。
经历更大程度的散射的光子可以被称为高散射光子、非常散射的光子或随机散射的光子。
穿出身体的光子可以包括弹道光子、蛇形光子和高散射光子。穿出身体的一些光子沿着检测器16的方向行进，并且由透镜18聚焦到检测器16上。不在激光源14的光谱带内的任何光子可以被检测器16前面的窄线带通滤波器17阻挡。弹道光子首先到达，随后是蛇形光子，随后是高散射光子。
实际上，来自每个脉冲的到达检测器16的光子数量可以是非常小的。特别地，从每个脉冲中仅可以获得少量的弹道和/或蛇形光子。因此，来自大量脉冲的光子被检测器16收集，并且如下所述总结结果。
检测器16将每个检测到的光子转换成电信号。在本实施方案中，检测器16以起停模式通过时间相关性单光子计数(TCSPC)进行操作。经由电连接在光源14和检测器16之间存在同步。当激光源14产生光脉冲时，它还将电脉冲发送到检测器16。当检测器16接收到电脉冲时，其开始计时。当检测器16观察到光子时(例如当检测器阵列的检测器元件观察到光子时)，检测器停止计时。代表检测到的光子的电信号包括到达时间，该到达时间代表脉冲的传输时间与光子到达检测器16的时间之间的差。
在其他实施方案中，检测器16在其检测到光子时开始计时，并且在其接收到下一个电脉冲时停止计时(反向起停模式)。由于脉冲之间的时间是已知的，因此可以确定到达时间。在其他实施方案中，可以使用确定到达时间的任何合适的方法。
在本实施方案中，代表检测到的光子的电信号还包括位置。基于32x32阵列中哪个/哪些阵列元件检测到光子来确定位置。
在其他实施方案中，可以使用确定每个检测到的光子的到达时间和/或位置的任何合适的方法。每个光子的到达时间和/或位置可以由任何合适的信号或信号组合表示。
电信号被传递到处理器20。由于相对于其各自脉冲的传输时间来确定每个光子的到达时间，因此可以在多个脉冲之间组合结果。处理器20通过直方图组合电信号。在其他实施方案中，处理器20可以以任何合适的方式组合电信号。在另外的实施方案中，可以在检测器16的电路中组合电信号。
处理器20将光子到达记录在时间箱中，在该实施方案中所述时间箱为50ps时间箱。在其他实施方案中，可以使用任何合适的时间箱大小。处理器20选择了确定的到达时间在所需时间箱内(例如在第一50ps时间箱内)的电信号。在其他实施方案中，处理器可以根据任何合适的一个或多个时间阈值来选择电信号。选择的电信号可以仅对应于弹道光子，或者对应于弹道光子和蛇形光子二者，或者对应于比更加散射的光子更早到达检测器的任何光子。
在一些实施方案中，处理器20可以选择确定的到达时间不大于100ps、不大于200ps或不大于500ps的电信号。在其他实施方案中，处理器20可以选择确定的到达时间不大于1ns或不大于5ns的电信号。在其他实施方案中，处理器20可以比较不同时间箱中的信号。例如，处理器20可以将第一50ps时间箱中的信号与第二50ps时间箱中的信号进行比较。处理器20可以将第一100ps时间箱中的信号与第二100ps时间箱中的信号进行比较。处理器20可以比较多个时间箱中的信号，例如通过在1ns或5ns间隔中比较每50ps时间箱中的信号。在一些实施方案中，可以使用多个或不同的定时窗口。
处理器20从选择的信号形成图像，在该实施方案所述信号是落入选择的时间箱内的信号。在本实施方案中，对于检测器阵列16的每个元件，图像包含一个像素。检测器阵列16包含32x 32个元件，所以形成的图像为32x 32像素图像。图像中每个像素的强度代表到达时间在选择的时间箱内的光子数量，其在该时间箱期间由相应的阵列元件接收。检测器阵列的每个检测器元件可以检测相对于检测器阵列具有不同角度原点的光。
处理器20通过处理由选择的信号形成的图像来确定光纤32的尖端的位置。在本实施方案中，处理器20使用每个图像的像素的强度来自动地确定光纤32的尖端的位置，所述强度代表检测器阵列的每个元件接收的光子数量。
每个接收的光子提供了与发射它的终止点有关的信息。在本实施方案中，在确定位置信息时考虑光子到达的集合。光子集合可以是落入同一时间箱和/或像素内的一组光子。接收的光子集合中的每一个可以提供与发射光子集合中的光子的终止点有关的位置信息。
从图像确定的位置是由检测器阵列16的取向限定的平面中的位置，所述平面可以被指定为xy平面。在一些实施方案中，还通过使用检测器16接收的光子的飞行时间(例如弹道光子的飞行时间)确定检测器16和医疗设备10的尖端之间的距离来确定医疗设备10在z中的位置。
然后，将激光注入光纤32的第二光纤中，并且如上所述确定第二光纤32的尖端的位置。重复进行激光向光纤32中的注入以及该光纤32的尖端的位置的确定，直到已经为每个光纤终止点确定了各自的位置。
在本实施方案中，个别地照射光纤32，其中一次仅照射一个光纤32。在其他实施方案中，可以照射多于一个光纤32。在一些实施方案中，立即照射所有光纤32。
终止点的确定位置用于确定医疗设备10的路径。确定医疗设备10的路径可以包括确定遵循医疗设备10的纵向尺寸的线或其他细长几何结构。可以针对医疗设备10的一部分(例如位于患者身体内部的一部分)来确定路径。
通过确定医疗设备的路径，临床医生可以获得有关医疗设备是否已经被正确放置(例如在肺或胃肠道中)的信息。下面进一步描述各种医疗应用。
可以使用任何自动或半自动方法来确定医疗设备10的路径。在一些实施方案中，关于终止点之间的间隔和/或终止点的均匀的间隔的知识用于确定路径。例如，对从透射光获得的一个或多个图像的处理可以考虑光发射器之间的预期间隔。
在一些实施方案中，医疗设备10是具有平缓弯曲的细长设备的现有知识可以允许采用先进的图像处理技术来重构纤维长度的位置的精确图像。例如，图像处理技术可以包括基于概率图谱的的方法和/或受限曲线拟合的优化。
在一些实施方案中，将计算机程序安装在处理器20上，所述处理器20可以包括或形成任何合适的计算设备的一部分。计算机程序被配置成确定终止点的位置，并且由此确定将医疗设备10安装在处理器20上的路径。计算机程序被配置成使用代表接收的光子的电信号来确定终止点的位置。
计算机程序可以被配置成显示图形用户界面。图形用户界面可以显示在显示屏上。图形用户界面可以允许使用者(例如临床医生)查看终止点的确定位置和/或医疗设备10的确定路径。通过查看终止点和/或路径，使用者可以获得关于医疗设备10的位置的信息。图形用户界面可以允许使用者输入信息，例如关于受试者、医疗设备10或执行的程序的信息。图形用户界面可以允许使用者控制或调整用于确定终止点的位置和/或设备的路径的方法。
在以上参考图2描述的实施方案中，纤维32被个别地插入导管30中。在其他实施方案中，纤维被共同包装在管或护套内。然后，将管或护套插入医疗仪器(例如肠管或内窥镜)中。在另外的实施方案中，在适当的位置向医疗仪器供应包装的纤维，然后在定位之后将其抽出。例如，在一些实施方案中，包装的纤维最初位于导管的工作通道内。如果留在原处，则包装的纤维可能阻碍正常使用。因此，在将导管放置在受试者体内之后并且在使用导管之前，将包装的纤维从导管的工作通道中抽出。类似的考虑可以适用于其中至少一个光纤最初位于医疗仪器内并且然后被抽出的任何实施方案。
在一些实施方案中，导管的医用管道由塑料制成，并且在制造期间将光纤整合到医用管道的塑料中。在其他实施方案中，将纤维以受控的尖端间隔捆绑在一起并且涂覆以形成单个复合纤维束。然后，将单个复合纤维束放置在医疗设备或管道内。在一些实施方案中，在制造期间将复合纤维束整合到医用管道或医疗设备的塑料中。
在一些实施方案中，医用管道含有两个通道。一个通道容纳光纤。另一个通道用于正常操作(例如，饲喂、药物递送和/或样品抽吸)。
在图2的实施方案中，顺序地照射个别光纤。在一些实施方案中，通过使用光学开关顺序地照射个别纤维。光学开关可以是使得光纤中的信号能够选择性地从一个纤维切换到另一个纤维的开关，例如如Federal Standard 1037C,Telecommunications:Glossaryof Telecommunication Terms,1996年8月7日中描述的。
在一些实施方案中，光纤被捆绑在一起并且被顺序地照射。可以由数字微镜设备通过受控照射模式顺序地照射捆绑的纤维。
在一些实施方案中，同时照射图2的医疗设备10的所有光纤32。同时照射近端导致在光纤32的远端处的发射，该发射从最短的光纤32至最长的光纤32依次发生，由于沿着纤维长度的传播而延迟。
上面参考图2概述的方法使用了N个纤维。图2中的N个纤维是共同包装的，并且小心地放置在临床上认可的包装中。
在图3所示的另一个实施方案中，使用单个光纤40。光纤40具有单芯42。光纤40的芯42被改变为特定长度以耦合离开芯、进入包层并且离开纤维的光。芯的改变可以被称为发光区域。
在图3的实施方案中，改变的间隔为大约1cm。
图3示意性地示出了来自一组改变46的离开纤维的光44的耦合。
在图3的实施方案中，改变46包括具有不同光谱性质的结构。在沿着纤维的不同点处制造具有不同光谱性质的结构。因此，离开芯42的光44的耦合是波长依赖性的。
在图3的实施方案中，以纤维制造的结构46是长周期光纤布拉格光栅(LPG)。在其他实施方案中，结构46是倾斜光纤布拉格光栅。在另外的实施方案中，结构46是将光耦合到光纤的包层中的损坏线。在其他实施方案中，可以使用任何合适的纤维改变。
可以使用激光(例如飞秒激光或UV激光)对纤维进行改变。可以根据例如Reviewof femtosecond infrared laser-induced fibre Bragg grating sensors made with aphase mask(飞秒红外激光的综述-使用相位掩模制备的诱导纤维布拉格光栅传感器)Stephen J.Mihailov，Dan Grobnic，Christopher W.Smelser，Robert B.Walker，Ping Lu，和Huimin Ding Sensor Review 201131:4,321-327；Donko，Y.Jung，Y.Wang，J.Hayes，S.Alam，G.Brambilla，D.Richardson，和M.Beresna,“Multicore Optical FibreComponents Fabricated Using a Femtosecond Laser Direct Writing(使用飞秒激光直写制造的多芯光纤组件),”于Frontiers in Optics 2017,OSA Technical Digest(在线)(美国光学学会，2017年)，文件FW6A.3；或H.S.Roufael，A.Quintela，M.Lomer，和J.Lopez-Higuera,“Stable at High Temperatures LPG’s Inscribed by a Femtosecond FiberLaser(由飞秒纤维激光雕刻的在高温下稳定的LPG),”于Workshop on Specialty OpticalFibers and Their Applications,OSA Technical Digest(在线)(Optical Society ofAmerica,2015),文件WT4A.19所述的方法对纤维进行改变。在其他实施方案中，任何合适的方法可以用于改变纤维芯。
激光方法可以涉及使激光照射通过纤维包层聚焦以聚焦在纤维芯上，以改变芯。可以通过芯材料的非线性光吸收过程来进行改变。改变可以具有波长依赖性散射性质(例如，长周期光纤布拉格光栅(LPG)或倾斜光纤布拉格光栅)。
布拉格光栅可以被成形为在特定方向上引导光。然而，检测器16相对于布拉格光栅的方向可以是未知的。散射材料可以与布拉格光栅组合使用。散射材料的使用可以导致光在宽角度范围内发射。
在一些实施方案中，有意地使纤维的包层为高散射的以进一步将光从纤维包层中散射出朝向检测器16。
在使用中，光纤40的近端处的光源14的波长被调谐以在沿着纤维的不同位置处生成点状光源。光源14可以包括任何可调光源，例如可调脉冲激光或具有滤波器的脉冲白光源(例如超连续谱激光)。
注入不同波长的光导致由不同的改变46的发射的光。如上参考图1和2所述的，从改变46发射的光可以用于确定每个改变46的各自位置。
使用单个光纤可以减少或消除对纤维的共同包装和仔细定位的需求。通过在单个光纤上提供多个发光区域可以简化医疗设备的制造。
图4示出了另一个实施方案。在图4的实施方案中，医疗设备包含具有多个芯52的光纤50。选择性地改变多芯光纤50的个别芯52。在沿着纤维向下的不同点处改变不同芯。可以在纤维上的一个或多个点处改变每个芯。
通过激发近端处的不同芯，可以在沿着纤维向下的不同位置处生成点状光源，由此通过不同的改变输出光。改变可以被称为发光区域。
每个芯的改变可以通过任何合适的方法进行。例如，每个改变可以包括LPG、倾斜FBG或芯特异性损坏。可以使用激光(例如飞秒或UV)进行对纤维的改变。飞秒激光可以提供在纤维的整个横截面上随意改变特定的芯的可能性。
也可以有意地使纤维的包层为高散射的以进一步将光从纤维包层中散射出朝向检测器。
使用多个芯可以避免使用调谐光源波长。相同的光源波长可以用于照射所有芯。
在一些实施方案中，多芯纤维50包含芯52，所述芯52被大于芯直径的间隔隔开。在其他实施方案中，多芯纤维50包括高密度的紧密间隔的芯52，例如具有与芯直径相当的间距的芯52。
在一些实施方案中，改变针对一个芯52。在其他实施方案中，改变针对芯52的区域。在一些实施方案中，通过在激光改变系统下穿过光纤50的同时扫描激光焦点跨越芯52来进行改变。
如果使用许多芯纤维，则改变可以得到沿着纤维长度的大量改变位置。在一些情况下，可以认为大量改变位置形成改变位置的连续区域。
特定的芯的近端处的照射可以导致在沿着纤维长度的任何点处光的发射。
如上参考图1和2的实施方案所述，可以形成并且处理从改变位置发射的光形成的图像。
在以上参照图1至4所述的实施方案中，光从位于患者身体内部的医疗设备发射并且由位于患者外部的检测器接收。然而，存在备选的实施方案，其中光由患者外部的光源发射并且由患者内部的医疗设备接收。
在一个这样的实施方案中，跨越患者身体扫描来自短脉冲激光源的光。例如，可以跨越患者躯干的二维区域扫描光。医疗设备位于患者肺部内部。来自光源的一些光穿过患者的组织，并且通过多个接收光的区域到达医疗设备。如上所述，接收光的区域可以包括光纤尖端和/或光纤改变。
将检测器耦联至医疗设备的近端(患者外部的端部)。检测器可以是例如单光子检测器。到达医疗设备的光子由检测器检测并且转变为电信号。记录它们的到达时间。也可以根据传输光子时扫描光源的位置来确定每个光子的位置。从不同的发光区域接收的光子可以通过例如接收光子的光纤和/或接收的光的波长来区分。
可以选择对应于弹道光子和/或蛇形光子和/或在大多数散射光子之前到达的光子的信号，例如通过时间选通或选择一个或多个时间箱中的信号。选择的信号可以用于形成一个或多个图像，所述图像用于使用传输到医疗设备中的光来确定医疗设备的路径。在一些情况下，在黑暗中(即患者内部)接收光子可以是有益的。在一些情况下，通过将光从患者外部传输到内部而不是将光从患者内部传输到外部，可以降低噪声水平。
在上述实施方案中，确定医疗设备在人类患者肺部中的路径。然而，可能的应用范围可能更广。在任何合适的医疗或兽医应用中，医疗设备可以位于任何人或动物组织内。例如，医疗设备可以是递送至人或动物受试者的肺、上消化道、下消化道或泌尿道的内窥镜的一部分。医疗设备可以位于任何合适的器官或其他组织内部。在其他实施方案中，医疗设备可以位于不包括人或动物组织的散射材料的内部。
在一些实施方案中，使用从该光纤发射的光(或通过光纤接收的光)来定位光纤的方法可以用于在多种多样的医疗应用中的任何一种中确定医疗仪器的位置。
位置要确定的光纤可以是任何合适的医疗仪器(例如内窥镜或导管递送系统)的一部分。在一些情况下，光纤可以不是医疗仪器的一部分，但是可以与医疗仪器的一部分共置。例如，可以将光纤放置在导管中或沿着导线放置。光纤可以与任何可放置的设备(例如待植入的或以其他方式递送到身体的任何设备)相关联。通过确定光纤的位置，还可以确定医疗仪器的位置。在一个实施方案中，医疗仪器包含用于消融或改变组织的能源。
存在许多医疗应用，其中可以确定位于体内的医疗仪器的位置。上述方法可以用于任何适当的医疗应用中，例如用于训练、内窥镜检查程序、支架放置或导管放置。例如，在训练中，使用从内窥镜的纤维发射的光来确定内窥镜的位置的方法可以用于确定内窥镜是否已经被正在训练的人正确地放置。
在当前的临床实践中，重复的X射线可以用于确定待放置在身体内部的设备(诸如导管)的位置。设备可以涂覆有不透射线的材料，以便在X射线上可见。重复的X射线使患者暴露于X射线辐射。通过替代地使用基于光的方法来确定设备的位置，可以减少辐射暴露。在一些实施方案中，使用光发射确定的设备路径可以与患者的X射线图像重叠。
在一些情况下，检测器16可以用于获得医疗设备的实时视频，该实时视频可以显示医疗设备在患者身体内移动时的运动。实时视频可以允许即时进给被展现医疗设备所在的位置。可以在不辐射患者的情况下获得实时视频。
使用发射的光获得位置可以增加体内进行的自动程序(例如机器人程序)的把握。其可以用于确定已经到达所需位置。在采集组织样品的程序中，其可以用于确保从所需样品位置采集样品。在要采集多个样品的程序中，其可以用于确保多个样品的间隔是所需的。
医疗设备10的确定路径和/或发光区域的确定位置可以与医疗设备10所插入的组织区域的医学图像重叠。例如，可以显示从X射线或CT扫描获得的图像，并且可以使确定的路径或位置与X射线或CT扫描图像重叠。在其他实施方案中，可以使用其他类型的医学图像，例如从其他模态获得的图像。
确定的路径和/或位置所重叠的医学图像可以包括解剖学信息。例如，可以在医学图像中识别和/或分割解剖结构。
上面参考图1至图4所述的装置和方法或者如Tanner等人所述的装置和方法可以用于鼻胃管和肠饲管的情况。在一些实施方案中，动态时间相关性单光子成像可以适用于现有NG管和肠饲管。
在一些实施方案中，时间相关性单光子成像用于观察导管在遵循个别受试者的食道的预期解剖结构的路径中的动态移动。
开始将导管(例如鼻胃管)插入受试者。将脉冲光注入插入导管或形成导管一部分的至少一个光纤中。脉冲光的检测用于确定导管的位置。在进行导管插入时反复地确定位置。
例如，在简单的实施方案中，光仅从导管内的光纤的尖端发射。确定发射光的点的位置，并且将其用于确定导管尖端的位置。当将导管插入受试者中时，导管的尖端进一步移动到受试者中。
在其他实施方案中，光从导管内的至少一个光纤的多个发光区域发射，并且将多个发光区域的位置用于确定导管的路径。
可以通过确定沿着导管的多个发光区域的位置和/或通过在插入导管时随时间反复地确定导管的一个或多个发光区域的位置来确定导管的路径。
导管的确定位置可以与受试者的预期解剖结构进行比较。例如，受试者可以先前已经使用任何合适的成像方法进行成像。食道在受试者中的路径可以已经从先前的成像中获得。
如上所述，医疗设备10的确定路径可以重叠在医学图像上，例如显示解剖特征的摄影图像。可以在医学图像中识别解剖学界标。可以在医学图像中分隔解剖结构。通过将确定的路径与图像中的解剖结构进行比较，可以确定导管是否被正确地放置。
如果导管的确定位置与食道的预期路径匹配，则可以确定导管被正确地插入。导管的反复确定可以允许使用者观察导管的动态移动。
在大多数个体中，可以预期食道的路径将与口咽垂直。食道的一小部分位于胸骨后面。当光发射器位于食道的位于胸骨后面的部分时，由于存在高密度的骨骼，则可以预期可以发生另外的散射。当光发射器位于食道的位于胸骨后面的部分时，检测器接收的光的散射特性可以与当光发射器位于食道中的其他位置时不同。
可以预期导管的尖端应在上腹部区域离开食道。可以认为，导管的尖端应离开食道的理想位置将低于幽门平面。
因此，可以预期光发射器在光纤的尖端处的最终确定位置(或者在其他实施方案中为确定的路径长度的末端)可以在上腹部区域内并且理想地低于幽门平面。
可以预期食道的路径(并且因此插入食道的导管的路径)不应涉及第4肋间隙周围的显著横向轴向位移。在一些情况中，可以将显著的横向轴向位移定义为大于10度的位移。
第4肋间隙周围的显著横向轴向偏移可以表明气管隆突和导管进入右主支气管或左主支气管(通常在第4胸椎的水平，其与胸骨角成一条直线，但是在呼吸时可以升高到上下两个椎骨)。
..定位插入的导管(例如插入的鼻胃管)的路径可以避免歧义。如果在打算将导管放置在胃中时将其错误地放置在肺中，则未正确放置的导管的最终尖端位置可以非常接近胃中的正确位置。然而，确定路径可以显示出导管通过错误的路径插入，例如通过气道插入肺部。如果导管的路径基本上是直的，则可以清楚地看到，肺中的左主支气管或右主支气管并未发生转弯，并且导管已直下食道。
在上述实施方案中，光从导管尖端发射以动态地观察路径。
在其他实施方案中，沿着导管长度的点与从沿着导管长度的多个离散点发射的光同时成像(例如，在如上参照图1至4所述的多个发光区域处)。在另外的实施方案中，光沿着导管的长度均匀地发射。
在一些实施方案中，将内置光纤(或一组光纤)包裹在导管的壁中。光纤可以由玻璃或塑料形成。
在其他实施方案中，一个或多个光纤沿着导管向下进给。一个或多个光纤可以由玻璃或塑料形成。
在一些实施方案中，以特定的已知增量步阶将光纤沿着导管向下进给，以绘制导管的路径。当导管在原位时，例如在患者的食道中时，可以沿着导管向下进给光纤。可以使用例如放置在导管顶部的带刻度的电动夹具来实现以已知步阶进给光纤。
在每个步骤中，使用从光纤尖端发射的光来确定光纤尖端的位置。如上所述，使用各种确定的尖端位置来确定导管的路径。
成像可以是动态的。可以捕获成像，使得可以将外部解剖标记数字地重叠在肠饲管的路径和尖端上。外部解剖学标记可以包括例如乳头、肚脐、躯干、胸骨、上腹部区域中的至少一者。
解剖学三角剖分可以用于数字产生的图像。可以使用有限数量的已知解剖特征(例如解剖学界标或外部解剖标记)来标记图像内的解剖结构。
一个或多个光点的成像以及导管的位置的确定可以在所需的许多情况下进行。上述方法的使用可以允许放置的导管的近侧抽出并且原位重新定位。例如，可以将脉冲光注入导管的一个或多个光纤中，其中导管被抽出和/或重新定位。一些当前使用的方法可能无法在抽出和/或重新定位期间确定导管位置。例如，在重新定位期间可能无法通过X射线连续或反复地进行常规医疗设备定位，因为由此产生的暴露于电离辐射可能是不可接受的。
上述实施例可以描述用于NG管插入和监测的方法，例如在每天饲喂之前的监测。可以在插入期间检查NG管的位置。可以在每次进行饲喂之前检查管的位置。
在其他实施方案中，可以采用定制的解剖学考虑和外部重叠物，对任何肠饲喂或导管溶液采取类似的方法。例如，该方法可以用于放入气管内的管并且确保气管内的管不移动。该方法可以用于在新生儿中放置脐静脉导管。该方法可以用于放置中心静脉线。
上述方法和系统可以有助于减少错位的肠饲管，特别是鼻胃(NG)管。
所述方法在例如虚弱的患者中可以是特别有意义的。虚弱的患者的X射线可能是困难的。放置病人可能是困难的。当要避免使用电离辐射时，例如在儿童中，所述方法可以是有意义的。
在一些情况下，例如由于插入困难，可能不希望重新插入鼻胃管。所述方法可以用于例如在胃肠道手术后确保NG管的位置不发生变化。
在上述实施方案中，至少一个光纤的至少一个发光区域用于确定医疗设备的位置或路径。在其他实施方案中，所述或每个光纤可以替换为任何合适的波导。波导可以包括被配置成引导光的任何合适的细长结构。波导可以是柔性的。例如，波导可以被配置为使得随着医疗设备的弯曲而弯曲和/或导航通过医疗设备的通道。
现在参考图5和6讨论相关尺寸模型中来自肺和胃的光子传输的实例。图5和6是示出了从放置在整个猪尸体(猪尸体)中的设备传输的光的时间分辨光子检测的图。
将光纤集成测试探针放在猪尸体中。光纤集成测试探针包括具有如上所述的一个或多个发光区域的光纤设备。在所示的实例中，光纤集成测试探针包括包装为单个设备的一个或多个个别光纤。1mm塑料护套含有一个或多个200微米芯纤维。将高达5个纤维放在一个护套中。塑料护套可以由PTFE或Pebax(聚醚嵌段酰胺)形成。预期在实施方案中可以使用小得多的纤维。
每个光纤的远端都涂覆有涂层，以在所有方向上产生基本上均匀的光发射。在本实例中，涂层包括与环氧胶混合的氧化钛粉末。
可以放置多个纤维，使得光纤末端的位置沿着测试探针的长度以1cm的间隔隔开。在其他实例中，纤维可以以高达4cm的间隔放置。
光纤集成测试探针通过支气管镜有意地放置在猪尸体的肺中。将光纤集成测试探针放置在肺中，以模拟饲管的错位。如上所述，如果饲管在插入期间错位，则它可能进入肺部。
CT扫描仪用于在光纤集成测试探针就位的情况下提供猪尸体的图像，以确认设备定位在肺中。
将脉冲光传输到光纤集成测试探针的近端。在所示的实例中，脉冲光源是激光源。使用80Mhz的激光器重复频率，提供12.5纳秒的测量窗口。使用的脉冲具有小于1纳秒或小于100皮秒的持续时间。功率小于10mW或小于1mW。
通过依次个别地照射每个离散纤维，从一个或多个发光区域顺序地发射光。观察到光子离开猪尸体的组织。检测并且分析离开组织的光子，以提供光纤集成测试探针的位置。
图5示出了从位于肺部的光纤集成测试探针发射的光的时间分辨光子检测，所述光子已经穿过猪尸体的组织结构传输到尸体的外部。图5示出了多个图像像素中的每一个的归一化光子计数(图5的图中的多条灰线60)。可以认为图5上的每条线60代表各个图像像素上的光子到达时间的记录。检测器的一个图像像素上光子到达时间的实例以黑色突出显示，如图5的线62。
光纤集成测试探针也可以通过鼻胃管有意地放置在猪尸体的胃中。将光纤集成测试探针放置在胃中，以模拟饲管的正确定位。
CT扫描仪用于在光纤集成测试探针就位的情况下提供猪尸体的图像，以确认设备定位在胃中。使用如上所述的光源和参数将脉冲光传输到光纤集成测试探针的近端，例如其中光纤集成测试探针位于肺中。通过依次个别地照射每个离散纤维，从一个或多个发光区域顺序地发射光。观察到光子离开组织。检测并且分析离开组织的光子，以提供光纤集成测试探针的位置。
图6示出了从位于胃部的光纤集成测试探针发射的光的时间分辨光子检测，所述光子已经穿过猪尸体的组织结构传输到尸体的外部。图6示出了多个图像像素中的每一个的归一化光子计数(图6的图中的多条灰线70)。可以认为图5上的每条线70代表各个图像像素上的光子到达时间的记录。检测器的一个图像像素上的光子到达时间的实例以黑色突出显示，如图6的线72。
可以看出，当将光纤集成测试探针放置在胃中时跨越检测器像素的光子到达时间(图6)不同于当将光纤集成测试探针放置在肺中时跨越检测器像素的光子到达时间(图5)。光子到达时间可以用于区分光纤集成测试探针的不同方位。
尽管上面描述了具体实施方案，但是任何实施方案的特征可以与任何其他实施方案的特征组合。例如，其中从医疗设备传输光的实施方案的特征可以与其中由医疗设备接收光的实施方案的特征组合。可以将任何不同的所述医疗设备的特征进行组合。在肠管的背景下描述的特征可以应用于任何其他解剖结构(并且反之亦然)。
可以理解，以上仅通过示例的方式描述了本发明，并且可以在本发明的范围内进行细节的改变。
在说明书以及(在适当时)权利要求书和附图中公开的每个特征可以独立地提供或以任何适当的组合提供。

Claims (30)

1.一种系统，所述系统包含：
医疗设备，所述医疗设备被配置成至少部分地位于散射介质内，所述医疗设备包含至少一个光纤或其他波导，所述至少一个光纤或其他波导具有沿着其长度的至少一部分布置的多个发光区域；
脉冲光源，所述脉冲光源被配置成将脉冲光传输到所述至少一个光纤或其他波导的近端，使得将所述脉冲光沿着所述至少一个光纤或其他波导引导至所述发光区域并且由所述发光区域发射到所述散射介质中；
至少一个检测器，所述至少一个检测器被配置成接收已经穿过所述散射介质的所述脉冲光的光子；以及
处理器，所述处理器被配置成：
选择对应于至少一些接收的光子的信号；
基于选择的信号确定每个发光区域的各自的位置；并且
基于确定的位置确定所述医疗设备的至少一部分的路径。
2.根据权利要求1所述的系统，其中选择所述信号是基于所述接收的光子在所述至少一个检测器处的到达时间。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中选择所述信号包括选择到达时间在一定时间间隔内的信号。
4.根据任一前述权利要求所述的系统，其中选择所述信号包括：
选择具有在第一时间间隔内的到达时间的第一组信号；
选择具有在第二时间间隔内的到达时间的第二组信号；和
将所述第一组信号与所述第二组信号进行比较。
5.根据任一前述权利要求所述的系统，其中基于选择的信号确定每个发光区域的位置包括：使用所述选择的信号形成至少一个图像，和基于所述至少一个图像确定每个发光区域的位置。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述至少一个图像包括每个发光区域的各自的图像，并且确定每个发光区域的位置是基于该发光区域的图像。
7.根据任一前述权利要求所述的系统，其中确定所述医疗设备的至少一部分的路径包括使用所述医疗设备的预期形状和/或所述至少一个光纤或其他波导的预期形状来应用基于形状的图像处理技术。
8.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述散射介质包括人或动物受试者的身体的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成将所述医疗设备的确定的位置与所述人或动物受试者的预期解剖结构进行比较。
10.根据权利要求9所述的系统，其中将所述医疗设备的位置与所述受试者的预期解剖结构进行比较包括确定相对于以下中的至少一者的所述医疗设备的位置：所述受试者的食道，所述受试者的支气管，所述受试者的幽门平面，所述受试者的肋间隙，所述受试者的椎骨。
11.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述发光区域沿着所述至少一个光纤或其他波导的至少一部分的长度规则地间隔开。
12.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述至少一个光纤包括多个光纤，并且每个发光区域包括所述多个光纤中的各自一个光纤的尖端。
13.根据任一前述权利要求所述的系统，其中每个发光区域被配置成传输和/或散射不同波长的光。
14.根据任一前述权利要求所述的系统，其中每个发光区域包括长周期光纤布拉格光栅、倾斜光纤布拉格光栅、芯损坏区域中的至少一个。
15.根据任一前述权利要求所述的系统，其中将所述脉冲光传输到所述散射介质包括依次个别地照射每个发光区域。
16.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述医疗设备包括内窥镜。
17.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述医疗设备包括管。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述光纤或其他波导位于所述管的内腔中。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述光纤或其他波导被整合到所述管的管材料中。
20.一种医疗设备，所述医疗设备被配置成至少部分地位于散射介质内，所述医疗设备包含至少一个光纤或其他波导，所述至少一个光纤或其他波导具有沿着其长度的至少一部分布置的多个发光区域，使得将传输到所述至少一个光纤或其他波导的近端的光沿着所述至少一个光纤或其他波导引导至所述发光区域并且由所述发光区域发射。
21.一种用于确定医疗设备的至少一部分的路径的方法，所述医疗设备包含至少一个光纤或其他波导，所述至少一个光纤或其他波导具有沿着所述至少一个光纤的长度的至少一部分布置的多个发光区域，并且所述方法包括：
将所述医疗设备至少部分地定位在散射介质内；将脉冲光传输到所述至少一个光纤或其他波导，使得将所述脉冲光沿着所述至少一个光纤或其他波导引导至所述发光区域并且由所述发光区域发射到所述散射介质中；
通过至少一个检测器接收已经穿过所述散射介质的所述脉冲光的光子；
选择对应于至少一些接收的光子的信号；基于选择的信号确定每个发光区域的各自的位置；和
基于确定的位置确定所述医疗设备的至少一部分的路径。
22.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包含计算机可读指令，所述计算机可读指令可通过处理器执行以选择对应于接收的已经穿过散射介质的脉冲光的光子的信号，以基于选择的信号确定多个发光区域中的每一个的各自的位置，并且以基于确定的位置确定医疗设备的路径。
23.一种系统，所述系统包含：
医疗设备，所述医疗设备被配置成至少部分地位于散射介质内，所述医疗设备包含至少一个光纤或其他波导，所述至少一个光纤或其他波导具有沿着其长度的至少一部分布置的多个接收光的区域；
脉冲光源，所述脉冲光源被配置成位于所述散射介质之外并且将脉冲光传输到所述散射介质中；
至少一个检测器，所述至少一个检测器耦联至所述至少一个光纤或其他波导的近端，其中所述至少一个检测器被配置成接收所述脉冲光的光子，所述光子已经穿过所述散射介质并且已经通过接收光的区域接收并且沿着所述至少一个光纤或其他波导被引导至所述至少一个检测器；以及
处理器，所述处理器被配置成：选择对应于至少一些接收的光子的信号；基于选择的信号确定接收光的区域中的每一个的各自的位置；并且基于确定的位置确定所述医疗设备的至少一部分的路径。
24.根据权利要求23所述的系统，其中将所述脉冲光传输到所述散射介质包括改变所述光源相对于所述散射介质的位置和/或改变来自所述光源的所述脉冲光在所述散射介质上的入射位置。
25.一种医疗设备，所述医疗设备被配置成至少部分地位于散射介质内，所述医疗设备包含至少一个光纤或其他波导，所述至少一个光纤或其他波导具有沿着其长度的至少一部分布置的多个接收光的区域，使得将在所述接受光的区域处接收的光沿着所述至少一个光纤或其他波导引导至所述光纤或其他波导的近端。
26.一种方法，所述方法包括：
将医疗设备至少部分地定位在散射介质内，所述医疗设备包含至少一个光纤或其他波导，所述至少一个光纤或其他波导具有沿着其长度的至少一部分布置的多个接收光的区域；
将脉冲光源定位在所述散射介质之外；
将来自所述脉冲光源的脉冲光传输到所述散射介质中；
通过耦联至所述至少一个光纤或其他波导的近端的至少一个检测器接收所述脉冲光的光子，所述光子已经穿过所述散射介质并且已经通过接收光的区域接收并且沿着所述至少一个光纤或其他波导引导至所述至少一个检测器；
选择对应于至少一些接收的光子的信号；
基于选择的信号确定所述接收光的区域中的每一个的各自的位置；并且
基于确定的位置确定所述医疗设备的至少一部分的路径。
27.一种形成医疗设备的方法，所述方法包括提供至少一个光纤或其他波导，并且在所述至少一个光纤或其他波导中制造沿着所述至少一个光纤或其他波导的长度的至少一部分布置的多个发光区域。
28.根据权利要求27所述的方法，其中形成所述多个发光区域包括使用激光。
29.一种形成医疗设备的方法，所述方法包括提供至少一个光纤或其他波导，并且在所述至少一个光纤或其他波导中制造沿着所述至少一个光纤或其他波导的长度的至少一部分布置的多个接收光的区域。
30.一种系统，所述系统包含：
肠管，所述肠管被配置成至少部分地位于人或动物受试者的身体内部，其中肠管包含或至少部分地含有至少一个光纤或其他波导，所述至少一个光纤或其他波导包含至少一个发光区域；
脉冲光源，所述脉冲光源被配置成将脉冲光传输到所述至少一个光纤或其他波导的近端，使得将所述脉冲光沿着所述至少一个光纤或其他波导引导至一个或多个所述发光区域并且由所述一个或多个所述发光区域发射到所述受试者的身体内；
至少一个检测器，所述至少一个检测器被配置成接收已经穿过所述受试者的身体的所述脉冲光的光子；以及
处理器，所述处理器被配置成：
选择对应于至少一些接收的光子的信号；
基于选择的信号确定所述或每个发光区域的位置；并且
基于确定的一个或多个位置确定所述肠管的位置。
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