CN112236097A - 一种光纤力和形状感测 - Google Patents

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Abstract

一种具有柔性轴杆和在该柔性轴杆内的多芯光纤(200)的医疗装置、系统和方法。多芯光纤包括专用于形状感测传感器的多个光纤纤芯(202、204、206)和专用于力感测传感器的多个光纤纤芯(202、204、206)。尖端组件(301)可以包括尖端电极和包括至少一个光纤支撑管中心(343)的耦合器。耦合器的远侧部分可以耦合至尖端电极的近侧部分。尖端组件还可以包括多芯光纤(200)，其包括多个纤芯和光纤支撑管(347)。光纤支撑管(347)的近侧部分可以耦合至该至少一个光纤支撑管中心(343)。

Description

一种光纤力和形状感测
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年6月8日提交的美国临时申请No.62/682,517和2018年8月20日提交的美国临时申请No.62/719,811的权益，其通过引用包含于此，如同在此全面阐述一样。
技术领域
本公开涉及医疗装置，尤其涉及能够在体内可视化并提供关于与医疗装置的远侧部分的组织接触的响应性反馈的介入和/或外科导管和其他细长医疗装置。
背景技术
在心脏周期内，人的心脏会经历从窦房结到心室的电脉冲。随着电流在心脏上扩散，心脏的收缩由极化和去极化的循环驱动。在健康的心脏中，心脏会经历被称为窦性心律的去极化波的有序发展。在不健康的心脏中，例如那些经历房性心律失常(包括例如异位性房性心动过速、心房纤颤和心房扑动)的心脏，去极化波的发展变得混乱。心律失常可能是由于疤痕组织或其他快速而均匀的去极化障碍所致。这些障碍可能导致去极化波多次电循环通过心脏的某些部位。房性心律失常可造成多种危险状况，包括心律不齐、同步房室收缩丧失和血流淤滞。所有这些状况都与包括死亡在内的各种疾病相关联。
导管用于各种诊断和/或治疗性医疗程序中，以诊断和纠正诸如房性心律失常(包括例如异位性房性心动过速、心房纤颤和心房扑动)的情况。通常，在心房纤颤治疗中，承载用于标测、消融、诊断或其他治疗的一个或多个电极的导管被操纵通过患者的脉管系统到达患者的心脏。在期望消融治疗以减轻心房纤颤症状的情况下，消融导管将消融能量传递给心脏组织以在心脏组织中创建损伤。损伤组织传导电信号的能力较弱，从而破坏了不期望的电流路径并限制或防止了导致心律失常的杂散电信号。消融导管可以利用消融能量，包括例如射频(RF)、冷冻消融、激光、化学和高强度聚焦超声。消融治疗通常需要消融导管的精确定位，以及精确地施加压力，以最佳地将消融能量传递至目标心肌组织。消融导管尖端和目标心肌组织之间的过大的力可能会导致过度消融，其可能永久性损害心肌和/或周围神经。当消融导管尖端与目标心肌组织之间的接触力低于目标力时，消融治疗的功效可能会降低或完全无效。
消融治疗通常是通过以受控方式进行多次单独的消融以形成损伤线来进行的。为了改善沿着损伤线的单独的消融的一致性，期望精确地控制实施单次消融的位置、消融周期以及消融导管尖端与目标组织之间的接触力。所有这些因素都会影响所形成损伤线的一致性。导管定位系统与标测系统相结合，极大地提高了临床医生精确定位消融导管尖端进行消融并确定治疗功效的能力。类似地，消融控制器电路已经改善了单独的消融治疗的一致性。存在试图测量在心肌组织和消融导管尖端之间施加的力的装置。现有设计利用具有可变形体的消融导管尖端，该可变形体响应于施加在消融导管尖端上的力而变形。传感器(例如，磁性的、光学的等)用于近似可变形体的变形，并向控制器电路输出信号，该控制器电路将变形与消融导管尖端施加的力相关联。然而，现有的可变形体设计既复杂又成本高昂，主要涉及将测量信号采集和输送至导管的近端。
前述讨论仅旨在说明本领域，而不应视为对权利要求范围的否认。
发明内容
本公开涉及医疗装置，尤其涉及能够在体内可视化并提供关于与医疗装置的远侧部分的组织接触的响应性反馈的介入和/或外科导管和其他细长医疗装置。
在一个实施例中，尖端组件可以包括尖端电极和包括至少一个光纤支撑管中心的耦合器。耦合器的远侧部分可以耦合至尖端电极的近侧部分。尖端组件还可以包括多芯光纤，该多芯光纤包括多个纤芯和光纤支撑管。光纤支撑管的近侧部分可以耦合至该至少一个光纤支撑管中心。
在另一个实施例中，尖端组件可以包括：多芯光纤，其包括多个纤芯和光纤支撑管；耦合器，其包括第一光纤支撑管中心；以及柔性尖端，其包括第二光纤支撑管中心。柔性尖端可以耦合至耦合器的远侧部分，并且光纤支撑管可以耦合至第一光纤支撑管中心和第二光纤支撑管中心。
在又一个实施例中，尖端组件可以包括：多芯光纤，其包括多个纤芯和光纤支撑管；耦合器，其包括第一光纤支撑管中心；流体盖，其包括中心通道和至少一个电通道，其中，流体盖耦合至耦合器的近端；耦合至流体盖的冲洗内腔；以及耦合至耦合器的远侧部分的尖端电极。多芯光纤可以设置在冲洗内腔的内部内，第一光纤支撑管和第二光纤支撑管可以设置在尖端组件的内部内，并且光纤支撑管可以耦合至第一光纤支撑管中心和第二光纤支撑管中心。
通过阅读以下描述和权利要求书以及通过阅读附图，本公开的前述和其他方面、特征、细节、效用和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是可用于执行介入医疗程序的系统的图解视图。
图2是力感测系统的一个实施例的图解视图。
图3A和图3B是多芯光纤的另一个实施例的等距视图。
图3C是图3A和图3B的多芯光纤的端视图。
图4是包括多芯光纤的尖端组件的一个实施例的等距视图。
图5是图4的尖端组件的等距横截面图。
图6是图4和图5的尖端组件的等距横截面图。
图7是尖端组件的一个实施例的等距横截面图。
图8是受力体、流体盖和多芯光纤的一个实施例的等距视图。
图9是图8的受力体和多芯光纤的等距视图。
图10是受力体的实施例的一些部件的等距视图。
图11是图10的受力体的一些部件的等距视图。
图12是图10和图11的受力体的一些部件的等距视图。
图13是流体盖的一个实施例的等距视图。
图14是包括多芯光纤的尖端组件的一个实施例的等距分解视图。
图15是多芯光纤的一个实施例的侧视图。
图16是多芯光纤的一个实施例的横截面图。
图17是受力体和多芯光纤的实施例的横截面图。
图18是多芯光纤内的三根光纤的应变的曲线图。
图19A是包括多芯光纤的柔性结构的一个实施例的等距视图。
图19B是图19A中所示的柔性结构的实施例的侧视图。
图19C是包括柔性结构的尖端组件的一个实施例的侧视图。
具体实施方式
在下面的描述中，参考描绘代表性示例的附图。应当理解，可以利用其他的实施例和实现，因为可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和/或操作上的改变。在整个公开内容中，在适当的地方使用相似的附图标记。
本公开总体上涉及医疗装置。公开了涉及能够在体内可视化、并且能够提供关于与医疗装置的远侧部分的组织接触的响应性反馈的介入和/或外科导管、导引器和其他细长医疗装置的装置和技术。
在一个实施例中，导管或其他细长医疗装置配备有远侧力感测能力和细长主体形状感测能力。在一个实施例中，远侧力感测和细长主体形状感测能力是用光学感测技术实现的。这样的光学感测技术可以涉及不同的光学感测技术，例如，光纤布拉格光栅(FBG)形状感测和光学干涉仪远侧力感测。然而，本文描述的使用光学导管(例如，光纤、纤芯等)的实施例可以利用经由这种光学导管传输光的任何光学技术，以用于力和形状感测机构中，无论所实施的力和形状感测技术是相同的还是不同的。
本文描述的代表性实施例还涉及实现多芯光纤，以提供穿过导管或其他细长主体中的一些或全部的光学导管。
图1示出了可以在身体14上的介入医疗程序中使用的代表性系统10。尽管本文的描述可以根据特定的代表性医疗程序和/或身体14的器官来描述，但是应当认识到，本文所述的原理同样适用于其他程序和身体器官。例如，尽管可以根据心脏程序和/或根据涉及人心脏的心内膜程序来说明部分描述，但是本文描述的原理同样适用于其他介入程序，例如心外膜程序、肾脏去神经支配或涉及肾脏的其他程序、血管程序等。
参照图1，系统10包括医疗装置，例如导管19、导引器或其他介入或外科装置，其中该装置的至少一部分放置在身体14内。代表性的导管19包括在身体14内的心脏空间内所示的导管电极组件11，其中电极组件11被包括为导管19或其他医疗装置的一部分，并且可以例如用于在身体14内的组织13(例如心脏或其他组织)的诊断、可视化和/或治疗。例如，电极组件11可用于组织13的消融治疗和/或患者身体14中的标测目的。
图1还示出了整个系统10中包括的各种代表性子系统。系统10可以包括主计算系统15，主计算系统15可以包括处理系统，其在图1中被描绘为电子控制单元(E.C.U.)16，代表了任何单独或分布式处理单元。计算机系统15还可以包括数据存储装置17，例如存储器和/或其他存储装置。除了其他部件之外，计算机系统15还可以包括常规的接口部件，诸如各种用户输入/输出机构18a和显示器18b。由电极组件11获得和/或提供的信息可以由计算机系统15处理，并且可以经由输入/输出机构18a和/或显示器18b或以本文所述或本领域已知的其他方式向临床医生提供数据。
在说明性实施例中，导管19可以包括一个或多个电缆连接器或其他接口20、手柄21、具有近侧部分23和远侧部分24的细长(例如，管状)主体或轴杆22。远侧部分24不代表任何特定的长度，而是将身体14内的轴杆22的一些可用部分与轴杆22的剩余部分区分开，该剩余部分最终耦合至手柄21或其他控制机构(例如，机器人控制器)。导管19还可以包括本文未示出的其他常规部件，例如温度传感器、附加电极、相应的导体或导线等。连接器20可以为电缆(例如电缆25、26)提供机械、流体、光学和/或电连接。在冲洗导管的情况下，电缆25可以从储液器12和流体泵27以及计算机系统15延伸。如在说明性实施例中所示的，连接器20可以包括本领域已知的常规部件，并且可以设置在导管19的近端。
在手动控制的导管的情况下，手柄21为用户提供了抓握或握持导管19的部分，并且还可以提供用于在患者的身体14内操纵或引导轴杆22的机构。例如，手柄21可以包括被配置为改变延伸穿过导管19至轴杆22的远侧部分24的拉线上的张力的机构，或者可以包括一些其他的机构来操纵轴杆22。手柄21可以是本领域中常规的，并且应当理解，手柄21的配置可以变化。在实施例中，手柄21可以被配置为基于从电极组件11或沿轴杆22的其他地方接收的信息向用户提供视觉、听觉、触觉和/或其他反馈。例如，如果通过电极组件11与组织13接触，则手柄21、计算系统15、I/O 18a和/或显示器18b中的任何一个或多个可以包括图形输出、发光二极管或其他视觉指示器、音频发生器、振动机械换能器和/或其他指示器，其输出可以与在电极组件处感测到的信号成比例地变化。
图1的系统10仅仅是示例性系统，其被描述为提供代表性环境，其中可以利用本文所述的原理。基于导管的诊断和治疗系统已经广泛用于各种器官或血管的探查和治疗。这样的导管通常通过通向要探查或要治疗的器官腔的血管引入，或者可替代地，可以以其他方式引入，例如直接通过在器官壁中形成的切口引入。这种治疗避免了通常与开放手术程序相关联的创伤和恢复时间的延长。为了说明的目的，可以在使用消融导管的心脏消融程序的代表性环境中描述以下说明书。
为了提供有效的诊断或治疗，可以先标测要治疗的区域。例如，当期望选择性地消融心脏内的电流路径以治疗心房纤颤或其他心脏电传导问题时，可以执行这种标测。通常，由于在整个心动周期中心脏的周期性运动，难以定位要治疗的区域，使得标测程序变得复杂。当前的系统依靠导管的手动反馈和/或阻抗测量来确定导管何时正确地放置在血管或器官中。通过测量与血管或器官壁的接触力或检测由导管对器官或血管壁施加的可以修改真实的壁位置的接触力，可以获得更好的程序有效性。对于射频(RF)消融治疗，持续的接触力是有益的，因为较小的接触力可能会导致消融效果差，而太大的力会导致诸如刺穿器官的安全问题。因此，期望提供用于检测和监测导管与器官或血管的壁之间的接触力的设备和方法，以允许更快和更准确的诊断和治疗。
力感测技术可能很难构建。这种困难会导致制造中的成品率较低。在法布里-珀罗传感器中，低的制造成品率可能是由允许可用信号强度所需的低劈开角(cleave angle)引起的。力传感器的设计也可能受到传感器的轴向位移的限制。由系统检测到的轴向位移的量不仅很难进行测量，而且还会非常依赖于温度。此外，当前的力传感器技术可能易受湿度、IE流体进入的影响。例如，使用法布里-珀罗传感器，流体进入会导致在光纤间隙/光纤面的端部形成微气泡。
如在下面更详细描述的，一种这样的接触力技术涉及光学传感器，例如基于光纤布拉格光栅的传感器。光纤布拉格光栅(FBG)是用于测量力的理想传感器，其原因有很多，例如它不干扰电子装置并且尺寸紧凑。FBG是一种类型的分布式布拉格反射器，其由反射特定波长的光并传输所有其他波长的光的一段光纤构造。这是通过经由两个光束的干涉在光纤纤芯的折射率中创建周期性变化来实现的。所有波长的光在折射率条纹处均具有弱反射，但是只有那些满足相位匹配条件的波长将由于谐振效应而反射回去，而所有其他波长将传输通过光纤。
对于周期为Λ且纤芯有效折射率为neff的光栅，布拉格波长λB由谐振条件确定为：
λB＝2neffΛ (1)
当将应变施加到光纤光栅或环境温度改变时，光栅周期和光纤有效折射率都将相应地改变，因此布拉格波长将偏移至蓝色或红色波长侧。通过测量布拉格波长的偏移，FBG可用于力和温度感测。一个优点来自于在测量波长偏移时信息编码的绝对性，这使传感器独立于光功率波动或连接器损耗。对于施加应变ε和环境温度改变dT，通过微分的等式(1)所获得的布拉格波长的偏移为：
Figure BDA0002813774970000071
其中，
Figure BDA0002813774970000072
是光弹性常数；对于纯石英玻璃ρe＝0.22。
Figure BDA0002813774970000073
是线膨胀系数，
Figure BDA0002813774970000074
是热光系数，以及dT是温度改变。对于在1550nm波长处的光栅，波长偏移通常对于应变的数量级为～1pm/με，对于温度的数量级为～10pm/℃。
杨氏模量E定义为：
Figure BDA0002813774970000075
其中，F是力，A0是光纤横截面的面积，L0是光纤长度，以及ΔL是由于所施加的力引起的应力长度。因此，从等式(3)得出力为：
F＝EA0ε (4)
其中，ε＝ΔL/L0是应变。对于直径为125um的单模光纤，玻璃材料的杨氏模量为70×109N/m2，则相对于光纤应变所获得的力为：
F＝859ε(N) (5)
当环境温度保持不变时dT＝0，对于纯玻璃ρe＝0.22，将等式(5)代入等式(2)中，相对于布拉格波长的偏移所获得的施加的力为：
F≈1101dλ/λB (6)
对于在1550nm波段中0.01nm布拉格波长偏移的分辨率，由等式(6)给出的力分辨率为0.7克。
将等式(4)代入等式(2)中，相对于所施加的力和温度改变的布拉格波长的偏移表示为：
Figure BDA0002813774970000081
其中，Δλ是布拉格波长的偏移，ΔT是温度改变，F是所施加的力，E是杨氏模量，A0是光纤横截面的面积，ρe是光弹性常数，α是线膨胀系数，ξ是热光系数。
为了感测三维(3D)矢量力和温度，在一个实施例中可以使用四个独立的传感器。可以使用四个单个的FBG进行感测，但是可能需要足够的空间来安装四个FBG。另外，由于机械组装，所有四个FBG可能还涉及单独的校准，这限制了FBG的感测应用，尤其是在导管应用中，因为导管尖端的尺寸可能只有几毫米。本公开描述了一种多芯光纤，其包括在光纤的长度上延伸的多个纤芯光纤。如本文所述，多芯光纤可以帮助限制导管主体内多个独立通道所需的横截面空间。
根据一个实施例，当FBG被刻在多芯光纤(MCFBG)(例如至少四芯光纤)上时，四芯光纤上的四个FBG可以充当四个传感器，但总体尺寸仍与单模光纤的尺寸相对应。因为所有四个FBG都在同一根光纤中，所以没有单独的校准问题。如果所有纤芯被构造为基本上相同，则温度改变将相应地偏移所有四个布拉格波长，而只有光纤轴方向上的力会偏移同一安装中的四个布拉格波长。当以一定角度将力施加到MCFBG时，光纤将弯曲，因此四个FBG将分别经历不同的压缩和拉伸，而布拉格波长将根据力的幅值及其方向偏移到短波长或长波长。在一个实施例中，MCFBG的端面被熔化或以其他方式合并(例如，成球)以最小化反射。
在另一个实施例中，导管可以包括具有七个纤芯的多芯光纤，该光纤的总直径可以为155微米或
Figure BDA0002813774970000082
”，每个纤芯为6微米。在一个实施例中，光纤的所有七个纤芯可以具有光栅。在其他实施例中，光纤的少于七个纤芯可以具有光栅。外部纤芯中的三个可以被监测用于力感测，并且可以彼此隔开120°，其他三个外部纤芯可以用于形状感测。在光纤的中心的最后一个纤芯可用作温度补偿/内部应变监测。如果在横向方向上施加力，则三个纤芯中的一个可以被置于拉伸应变中，并且三个纤芯中的两个可以被置于压缩应变中。此外，如果在轴向方向上施加力，则所有三个纤芯可以被置于压缩应变中。在另一个实施例中，外部纤芯中的六个可以被监测用于力感测，并且可以彼此隔开60°。在一个实施例中，中心纤芯可用作温度补偿/内部应变监测，而六个外部纤芯用于力感测。在又一个实施例中，六个纤芯可以用于监测施加在多芯光纤的远侧部分上的力，而所有纤芯或纤芯的子集可以在力感测部分的近侧具有附加传感器，用于确定或感测多芯光纤的形状。在该实施例中，纤芯可以用于形状感测和力感测。可以使用各种配置。在一些配置中，所有纤芯都可用于形状感测和力感测。在其他配置中，纤芯的子集可以用于形状感测和力感测。在又一其他配置中，用于形状感测的纤芯可以在纤芯的不同纵向区域处包括形状感测三元组或其他传感器。
如上所示，由于等式(7)是线性等式，力和温度改变会使所有四个FBG波长线性偏移，以及然后力和温度被表示为：
Figure BDA0002813774970000091
其中，Aij，i,j＝1,2,3,4代表可以通过实验确定的与机械组装和材料强度有关的十六个系数；Δλi，i＝1,2,3,4分别指示布拉格波长的四个偏移；Fi，i＝1,2,3代表力的三个分量，F4是温度改变。力的幅值和方向角表示为：
Figure BDA0002813774970000092
其中，F1，F2和F3是力的三个分量，θ和γ分别是力的方向角。当计算机控制的光学开关从通道1到4进行扫描以获取布拉格波长偏移时，可以从等式(9)获得所施加的力和温度改变。在另一个实施例中，计算机控制的光学开关从通道1到7进行扫描，以获取布拉格波长偏移，可以从等式(9)获得所施加的力和温度改变。
图2是使用波长扫频光纤激光源100、光学开关102、3D波导104、计算机110、光探测器108、环行器112和多芯光纤布拉格光栅106的代表性力感测系统的示意图。在一个实施例中，3D波导可以包括光纤扇出。此外，在一个实施例中，计算机110可以包括微处理器。计算机可以控制波长扫频光纤激光源100发射电磁源或其他信号。在所示的实施例中，波长扫频光纤激光源100可以将源信号传输到环行器112。然后，源信号可以通过光学开关102，通过3D波导104并从多芯光纤布拉格光栅106的近端传播到更远侧部分。然后，信号的一部分可以被反射和/或折射到多芯光纤布拉格光栅106的近端，通过环行器112并到达光探测器108。在一个实施例中，光探测器108可以将信号发送到计算机110。然后，如本文所述，计算机可以处理该信号以确定在多芯光纤布拉格光栅106的远端上发生的偏转角度。在另一个实施例中，从多芯光纤布拉格光栅返回的信号可以被引导至耦合到计算机的一部分的传感器。尽管在所示实施例中单独地示出了多芯光纤布拉格光栅，但是如贯穿本申请所述的，可以将多芯光纤布拉格光栅放置在医疗装置或其他物体内。在一个实施例中，多芯光纤可包括旋转多芯光纤。在旋转多芯光纤中，多芯光纤的纤芯可以在光纤的整个长度上扭转。在一些实施例中，多芯光纤的坐标系可以与另一个二维或三维坐标系同步。同步坐标系可以允许将在多芯光纤坐标系中获取的信息叠加在附加坐标系上。
为了示例和说明的目的，现在描述使用本文描述的技术的代表性实施例和变型。具有力感测能力的医疗导管的实施例可以提供，例如，远侧诊断或治疗的尖端区域(使用力将该尖端区域针对组织并置)、中间且更近侧延伸的柔性内腔、最近侧的控制手柄(利用该手柄操纵患者身体内腔或器官内的导管内腔和尖端区域)、力传感器(当远侧尖端与患者组织(例如心脏组织)接触时，感测尖端弯曲力和尖端轴向力中的一者或两者)。在这样的实施例中，力传感器可以包括力位移校准弹簧和两个或更多个光学位移传感器的组合，所述光学位移传感器能够在力施加到尖端时报告弹簧的一个或多个偏转，其中，光学位移传感器包括在多芯光纤的两个或更多个纤芯上写入的两个或更多个布拉格光栅，并且由于弹簧是针对力与偏转校准的，且偏转是已知的，因此所检测到的弹簧偏转允许计算并报告尖端力。
在进一步的变型和替代方案中，光学位移布拉格传感器可以利用波长扫描来确定位移，其中波长扫描发生在例如导管所连接的控制台中或导管的手柄中。多芯光纤的另一个选择是在光纤外径的外围至少有两个纤芯，其中在更特定的示例中，多个纤芯围绕光纤的中心轴以大致相等的间隔成角度分布。另一个选择是使用3D光波导将多芯光纤光学地连接到单独的光纤，这可能还涉及将光连接器安装在导管所插入的支撑或控制台中或上方。在另一个实施例中，校准的弹簧包括管状多芯光纤封装构件，其弹簧刚度包括封闭的光纤。在另一个实施例中，校准的弹簧包括单独的弹簧，该弹簧平行于由光纤或其容纳装置提供的任何弹簧动作而机械地操作，总的净弹簧是两个平行的弹簧的同时组合。在又一个实施例中，校准的弹簧与光纤或其直接封装构件分离，并且该弹簧提供在力计算中使用的所有校准的弹簧动作。还有另一变型涉及在制造期间以拉伸方式预拉伸光纤或以压缩方式预压缩光纤，而不管光纤本身是否被封装。另一变型包括温度测量传感器，以校正布拉格光栅所检测到的热膨胀的位移，其中在甚至更特别的实施例中，温度传感器是以下中任一者：i)热电偶，ii)热敏电阻，iii)布拉格光栅，其热膨胀可以光学地推导出来，并且因此充当温度传感器。这种医疗装置的又一变型将两个或更多个这种布拉格光栅定位在光纤的两个或更多个纤芯上，其中，光栅具有相同的轴向光纤位置。可替代地，两个或更多个这种布拉格光栅位于光纤的单个纤芯上并且具有不同的轴向光纤位置。在另一示例中，在一个或多个纤芯上的两个或更多个布拉格光栅可以具有基本上相同的光栅周期，或者可以具有不同的光栅周期。在导管的一个实施例中，包含一个或多个布拉格光栅的多芯光纤的区域保留光纤包层，其中在另一个实施例中，从中剥去光纤包层。
在又一个示例中，弹簧允许组合的尖端弯曲和尖端轴向压缩、仅尖端弯曲或仅轴向压缩中的至少一者，其中在更具体的实施例中，两个或更多个布拉格光学位移传感器检测弯曲力和轴向力中的一个或多个的至少一个分量。在又一个示例中，净力或力分量被报告为矢量。导管尖端的代表性变型包括：能够使用组织加热或冷却方法消融组织的导管尖端、能够对组织进行电起搏的导管尖端、以及能够对组织电波形进行电感测的导管尖端。在一个实施例中，力信息可以以任何数字、图标或矢量形式显示在屏幕上；指示已达到或尚未达到最小推荐力，或者已经维持或尚未维持最小推荐力，或者最小推荐力与接受治疗的时间结合使用，以使得可以报告数值乘积或力和时间的指数或力/时间积分。在其他变型中，多芯光纤被设计用于防止光纤屈曲。在一个实施例中，一个或多个光学位移传感器是以下中至少之一：(a)浸入流动的冲洗剂(例如，盐水)中并与冲洗剂/流体直接接触；(b)浸入流动的冲洗剂中，但是通过覆盖、封装或包覆构件或者涂层与冲洗剂隔离；(c)浸入流动的冲洗剂中，但是通过具有预先选择的热导率的覆盖、封装或包覆构件或者涂层与冲洗剂热隔离或热缓冲；(d)浸入空气、气体或真空中；(e)浸入可变形的凝胶中；(f)安装在凹槽或通道中；(g)浇铸或模制至周围的聚合物容纳构件。在又一个实施例中，多芯光纤还与布置在中间柔性内腔中的附加布拉格光栅一起使用，使得除了尖端力之外，还可以跟踪内腔本身的挠曲形状。在另一个实施例中，多芯光纤也被用来执行光学损伤反馈或光学组织分析。在一些实施例中，可以通过在不施加力的情况下将导管保持在血液中来测量或频繁地更新温度。另一种选择涉及使用特定纤芯的FBG(例如，中心FBG)作为参考，因为弯曲不会偏移中心FBG的波长。在一个实施例中，在三芯或更多芯上的FBG可用于测量力和温度，其中替代方案包括：(a)用与其他纤芯不同的材料掺杂纤芯中的一个或多个(例如中心纤芯)以优化参数，以将施加的力的布拉格波长偏移与温度分开，以改善力和温度灵敏度；(b)使纤芯中的一个或多个具有不同的直径(例如中心纤芯)，以优化参数，以改善力和温度灵敏度；(c)其中，多芯光纤的包层可选地设计有孔，以优化参数，以改善力和温度灵敏度；以及(d)其中，使用多芯晶体光纤上的FBG作为传感器以改善力和温度灵敏度。
除了提供力感测功能之外，这样的医疗装置可以包括其他特征，以在介入或外科医疗程序期间为医师提供更多价值。例如，从视觉上感知医疗装置的相关部分将是有益的，否则该医疗装置的相关部分(例如导管轴杆)当被导引入人体时会被患者的身体遮盖住并且不再直接可见。本公开通过提供用于在医疗程序期间(例如，在组织的基于导管的诊断和/或治疗期间)跟踪和镜像医疗装置的被遮盖部分中的一些或全部(诸如导管轴杆的近侧部分中的一些或全部以及远侧部分中的可选地一些或基本上全部)的形状的方式来提供针对这样的挑战的解决方案。
在一个实施例中，提供了光学力感测和光学形状感测。在美国专利No.8,622,935中描述了一种提供光学力和形状感测的方式，其全部内容通过引用包含于此。诸如光纤的光学导管可用于将光传输至光学力传感器，该光学力传感器检测由于导管尖端与身体组织之间的接触压力变化而影响导管尖端的力。可以使用其他光学导管沿着配备有光学传感器的导管轴杆的期望的长度传输光，以便能够对导管轴杆的感测部分的实时位置进行位置跟踪和渲染，以模拟身体内的导管轴杆。
用于感测对组织的力以及用于感测导管的形状改变的光学传感器可以利用不同的光学感测技术或者共同的光学感测技术。例如，在一个实施例中，光纤可以配备有光纤布拉格光栅或其他光学传感器，以确定导管的远侧部分的偏转，该偏转代表了在医疗程序期间当接触组织时在导管尖端上承受的力的幅度和方向。在相同的或其他光纤中，也可以沿导管轴杆的长度使用光纤布拉格光栅或其他光学传感器，在医疗程序期间当导管移动并因此改变形状时实时跟踪该导管轴杆的长度。
在下面进一步描述的实施例中，可以将用于力感测和形状感测的光纤提供为多芯光纤的多个纤芯。因此，多芯光纤为力和形状感测技术提供光路和光学传感器。
在图3A中描绘了容纳用于力感测和形状感测的传感器的多芯光纤的一个实施例。图3A描绘了多芯光纤200的等距视图。多芯光纤200可以包括多个单独的纤芯。在所示的实施例中，多芯光纤200可以包括三个纤芯以为三个相应的力传感器(未示出)提供光学导管。多芯光纤200可以包括第一光学纤芯202、第二光学纤芯204和第三光学纤芯206。多芯光纤200还可以包括第一形状感测纤芯208、第二形状感测纤芯210和第三形状感测纤芯212以为三个相应的形状感测传感器(未示出)提供光学导管。在所示的实施例中，位于光纤内任何地方的特定纤芯(其在一个实施例中是中心纤芯214)可以用于通过远侧纤芯部分处的光学传感器(例如，FBG)来感测温度改变。用中心纤芯214感测温度允许对其余的离轴纤芯202-212进行温度补偿。在其他实施例中，可以使用四根光纤来得出力分量和温度。在一个实施例中，可以以相同的梯度确定温度峰值和正常峰值。在另一个实施例中，可以以相同的梯度和相同的幅度来确定温度峰值和正常峰值。图3B描绘了图3A的多芯光纤200的等距视图，同时还示出了纤芯202-214延伸通过多芯光纤200的主体。在一个实施例中，可以将多芯光纤的远端熔化成球形以最小化反射。图3C描绘了图3A和图3B所示的多芯光纤200的端视图，并且从垂直于光纤200的纵向轴线的角度描绘了光纤200的多个纤芯202-212的代表性布置。
在一个实施例中，仅实施形状感测纤芯，使得在多芯光纤200中仅提供第一形状感测纤芯208、第二形状感测纤芯210和第三形状感测纤芯212、以及可选地附加纤芯214(位于或不位于中心)。例如，纤芯可以被配置为具有沿着光纤并且因此沿着其中封闭光纤的导管轴杆的多个光纤布拉格光栅的形状感测纤芯。光纤的一个或多个纤芯中可以包括一个或多个温度传感器。在这样的实施例中，与形状感测和力感测二者相比，仅利用多芯光纤来执行形状感测。
在另一个实施例中，形状感测和力感测均使用共同的纤芯来实现，使得每个纤芯都包括形状感测和力感测传感器。例如，光的频率在共同的纤芯中分别针对每个力和形状感测光栅可以不同，其允许区分在传感器信号处理单元处产生的反射。
图4描绘了尖端组件301的一个实施例的等距视图。尖端组件301可以包括柔性尖端309、受力体303、流体盖307和冲洗内腔305。多芯光纤可以设置在冲洗内腔305内。在其他实施例中，多芯光纤可以设置在冲洗内腔的外部。尖端组件301可包括可设置在冲洗内腔305内的多芯光纤。尖端组件301可适应远侧挠曲，至少力传感器可从该远侧挠曲感测由于对诸如心脏组织的结构的力而引起的偏转。在该实施例中，一个或多个狭槽317允许受力体303由于响应于与组织接触的力而弯曲。例如，在一个或多个光纤布拉格光栅力传感器在三个相应的纤芯内并且在受力体303内的情况下，力传感器可以响应于与组织接触的变化程度来识别受力体303的偏转。在一些实施例中，受力体可以包括耦合器。这样的基于光纤布拉格光栅的传感器可以如本文所述和/或如转让给本申请的受让人的美国专利No.8,182,433中所述来实现，其全部内容通过引用包含于此。在其他实施例中，与力感测纤芯相关联的力传感器可以利用不同的光学技术。流体盖307可进一步包括轴杆电极凹槽319、第一电通道321、第二电通道323和中心通道325。轴杆电极凹槽319可在流体盖307的外壁内包括环形空间，其被配置为允许电线穿过轴杆电极凹槽319到达设置在流体盖307远侧的电极。第一电通道321和第二电通道323可以包括与中心通道325相邻设置的间隙。第一电通道321和第二电通道323可以被配置为允许电线、热传感器、锚定线(anchor wire)和本领域普通技术人员已知的其他材料从尖端组件301的近侧位置穿过到达尖端组件301的内部。
图5描绘了图4中所示的尖端组件301的实施例的等距横截面图。尖端组件301可包括柔性尖端309、受力体303、流体盖307、冲洗内腔305和多芯光纤355。柔性尖端309可耦合至受力体303的远端。柔性尖端309可包括用于感测或消融的电极。柔性尖端309还可以被配置为输送能量。柔性尖端309可包括弹簧337、柔性尖端壁331和柔性尖端盖333。弹簧337可设置在柔性尖端309的内部，并且可被柔性尖端壁331围绕。柔性尖端盖333可以包括多个冲洗通孔335，并且可以耦合至柔性尖端壁331的远端。多个冲洗通孔335可以被配置为允许分布至柔性尖端309内部的冲洗剂穿过其中到达柔性尖端309的外部。在其他实施例中，尖端组件可包括尖端电极。尖端电极可包括如本文所述的柔性尖端电极，或本领域普通技术人员已知的其他尖端电极。尖端电极可以被配置用于感测或消融组织。受力体303可以包括受力体外壁341、至少一个受力体狭槽317、冲洗平衡板351、第一光纤支撑管中心343和第二光纤支撑管中心345。冲洗平衡板351可以耦合至受力体外壁341的远端。在所示的实施例中，冲洗平衡板351和受力体外壁341的远侧部分可设置在柔性尖端309的近侧部分内。在所示的实施例中，受力体303的远侧部分可设置在柔性尖端309的内部内，并被柔性尖端壁331周向地围绕。至少一个受力体狭槽317可以是受力体外壁341中的螺旋形狭槽。受力体狭槽317可被配置为当力被施加到受力体303时允许受力体303挠曲。在所示的实施例中，受力体狭槽317可包括穿过整个受力体外壁341的狭槽。在其他实施方式中，受力体狭槽317可包括穿过受力体的全部或部分的切口或材料的其他移除，以在压力施加到受力体时允许受力体弯曲。受力体狭槽317可以填充有顺应受力体303的柔性材料。在一个实施例中，柔性材料可以包括水密密封。第一光纤支撑管中心343和第二光纤支撑管中心345可以耦合至受力体外壁341的内表面。第一光纤支撑管中心343和第二光纤支撑管中心345可以耦合至多芯光纤355并且可以将多芯光纤355固定在受力体303内。在其他实施例中，受力体还可以包括至少一个热电偶。该至少一个热电偶可以设置在受力体的内部。在一个实施例中，该至少一个热电偶可设置在受力体内的冲洗池内。该至少一个热电偶用于确定受力体内的冲洗剂的温度。此外，冲洗剂的温度可以用于确定受力体内的多芯光纤的温度。
多芯光纤355可包括光纤支撑管347和支撑管狭槽349。支撑管狭槽349可包括在光纤支撑管347中的螺旋形狭槽。支撑管狭槽349可配置为当力施加到受力体303时，允许光纤支撑管347挠曲。在所示的实施例中，支撑管狭槽349可以包括穿过整个光纤支撑管347的狭槽。在其他实施例中，支撑管狭槽349可包括穿过光纤支撑管347的全部或部分的切口或材料的其他移除，以在压力施加到受力体303时允许受力体303弯曲和/或压缩。支撑管狭槽349可以填充有顺应光纤支撑管347的柔性材料。在一个实施例中，柔性材料可以包括水密密封。冲洗内腔305可以包括将冲洗剂输送到尖端组件301的内腔。多芯光纤355可以设置在冲洗内腔305的内部内。在一个实施例中，冲洗内腔305的远端可以耦合至流体盖307的中心通道。
流体盖307可包括第一电通道321和第二电通道323。流体盖307可耦合至受力体303的近端。第一电通道321和第二电通道323可以包括穿过流体盖307的通道。电线、支撑线、锚定构件和其他装置可以穿过第一电通道321和第二电通道323，以允许各种部件进入尖端组件301的内部。
图6示出了在图4和图5中所示的尖端组件301的实施例的等距横截面图。尖端组件301可包括柔性尖端309、受力体303、流体盖307和多芯光纤355。从图中省略了图5中所示的冲洗内腔，以允许更好地观察穿过流体盖307的多芯光纤355。如在所示的实施例中看到的，多芯光纤355可以穿过流体盖307的中心通道325的中心。多芯光纤355可以沿着受力体303的中心线。多芯光纤355可以穿过第一光纤支撑管中心343和第二光纤支撑管中心345定位并保持在受力体303的中心。
图7描绘了尖端组件357的另一个实施例的等距横截面图。尖端组件357可以包括柔性尖端361、耦合器359和多芯光纤383。柔性尖端361可以耦合至耦合器359的远端。柔性尖端361可包括用于感测或消融的电极。柔性尖端361还可以被配置为输送能量。柔性尖端361可包括弹簧369、柔性尖端壁373和柔性尖端盖363。弹簧369可设置在柔性尖端361的内部内，并且可被柔性尖端壁373围绕。柔性尖端盖363可包括多个冲洗通孔365和第二光纤支撑管中心367。柔性尖端盖363可耦合至柔性尖端壁373的远端。多个冲洗通孔365可以被配置为允许分布至柔性尖端361内部的冲洗剂穿过其中到达柔性尖端361的外部。在所示的实施例中，第二光纤支撑管中心367可以与柔性尖端盖363成一体。第二光纤支撑管中心367可包括内壁371。内壁可以被设计尺寸并且被配置为接收光纤支撑管的远端。在其他实施例中，第二光纤支撑管中心367可以被配置为接收光纤支撑管的远侧部分。第二光纤支撑管中心367可以被配置为将光纤支撑管的远端固定至柔性尖端盖363。通过固定光纤支撑管的远端，多芯光纤可如贯穿本申请所述地弯曲。在其他实施例中，尖端组件可包括尖端电极。尖端电极可包括如本文所述的柔性尖端电极、或本领域普通技术人员已知的其他尖端电极。尖端电极可以被配置用于感测或消融组织。耦合器359可包括耦合器外壁389、耦合器近端381和第一光纤支撑管中心377。在一些实施例中，耦合器可包括受力体。在所示的实施例中，耦合器359的远侧部分可被设置在柔性尖端361的内部内，并被柔性尖端壁373周向地围绕。第一光纤支撑管中心377可耦合至耦合器外壁389的内表面。第一光纤支撑管中心377和第二光纤支撑管中心367可以耦合至多芯光纤383，并且可以将多芯光纤383固定在尖端组件357内。在其他实施例中，耦合器还可以包括至少一个热电偶。该至少一个热电偶可设置在耦合器的内部内或柔性尖端内。在一个实施例中，该至少一个热电偶可设置在耦合器内的冲洗池内。该至少一个热电偶用于确定耦合器内的冲洗剂的温度。此外，冲洗剂的温度可以用于确定耦合器内的多芯光纤的温度。
多芯光纤383可包括光纤支撑管375和支撑管狭槽391。如在本申请的其余部分中所述，多芯光纤可包括多个纤芯。这些纤芯中的每一个都可以用于力感测、形状感测或温度补偿中的一个或多个。在各种实施例中，每个纤芯可被配置为同时或单独地使用力感测、形状感测或温度补偿。在所示的实施例中，光纤支撑管375可设置在柔性尖端361的内部内。在所示的实施例中，光纤支撑管375的远侧部分可耦合至第二光纤支撑管中心367。第二光纤支撑管中心367可以与柔性尖端盖363成一体。光纤支撑管375的近侧部分可以耦合至第一光纤支撑管中心377。在所示的实施例中，第一光纤支撑管中心377可设置在耦合器内，并且第二光纤支撑管中心367可与柔性尖端盖363成一体。光纤支撑管375可以设置在耦合器359的内部、柔性尖端壁373和柔性尖端盖363内。支撑管狭槽391可以包括在光纤支撑管375中的螺旋形狭槽。支撑管狭槽391可以配置为当力施加到尖端组件357时允许光纤支撑管375挠曲。在所示的实施例中，支撑管狭槽391可以包括穿过整个光纤支撑管375的狭槽。在其他实施例中，支撑管狭槽391可以包括穿过光纤支撑管375的全部或部分的切口或材料的其他移除，以在压力施加到尖端组件357时允许尖端组件357弯曲和/或压缩。支撑管狭槽391可以填充有顺应光纤支撑管375的柔性材料。在一个实施例中，柔性材料可以包括水密密封。
耦合器近端381可包括第一电通道379和第二电通道387。耦合器近端381可耦合至耦合器359的近端和/或与耦合器359的近端成一体。第一电通道379和第二电通道387可以包括穿过耦合器近端381的通道。电线、支撑线、锚定构件和其他装置可以穿过第一电通道379和第二电通道387，以允许各种部件进入尖端组件357的内部。
图8描绘了受力体403、流体盖407和多芯光纤455的实施例的等距视图。受力体403可以包括冲洗平衡板451、远侧颈部433、至少一个受力体冲洗端口435、受力体狭槽417和受力体轴杆电极环形凹槽431。冲洗平衡板451可以耦合至受力体403的远侧颈部433的远端。至少一个受力体冲洗端口435可设置在受力体403的远侧颈部433上。至少一个受力体冲洗端口435可被配置为允许冲洗剂从受力体403的内部穿过到达受力体403的外部。在所示的实施例中，至少一个受力体冲洗端口435可包括可围绕远侧颈部433的圆周均匀地分布的多个冲洗端口。在其他实施例中，至少一个受力体冲洗端口可包括可以以不均匀的配置分布的多个冲洗端口。不均匀的配置可以被配置为将更多的冲洗剂引导至尖端电极的特定区域。当与没有相邻的受力体冲洗端口的尖端电极的区域相比时，增加的冲洗剂可用于冷却尖端电极的特定部分或将附加的冲洗剂推动至尖端电极外部的区域。受力体轴杆电极环形凹槽431可以包括在受力体403的外壁内的凹陷。受力体轴杆电极环形凹槽431可以包括在受力体403内的纵向凹槽或凹陷。受力体轴杆电极环形凹槽431可以设置在受力体403的近端和更远侧位置之间。受力体轴杆电极环形凹槽431可被配置为允许电线设置在其中。受力体轴杆电极环形凹槽431还可以被配置为允许电线终止和/或耦合至邻近受力体403设置的环形电极。流体盖407可以包括中心通道425、第一电通道421、第二电通道423和盖轴杆电极环形凹槽419。盖轴杆电极环形凹槽419可包括在流体盖407的外壁内的凹陷。盖轴杆电极环形凹槽419可包括在流体盖407内的纵向凹槽或凹陷。盖轴杆电极环形凹槽419可设置在流体盖407的近端和流体盖407的远端之间。盖轴杆电极环形凹槽417可被配置为允许电线设置在其中。
图9描绘了图8中所示的受力体403和多芯光纤455的实施例的等距视图。在所示的实施例中，流体盖已被移除并且未示出。受力体403可以包括冲洗平衡板451、远侧颈部433、至少一个受力体冲洗端口435、受力体狭槽417和受力体轴杆电极环形凹槽431。
图10描绘了受力体的一些部件的等距视图。图10描绘了冲洗平衡板551、第一光纤支撑管中心543、第二光纤支撑管中心545、支撑管547、支撑管狭槽549、受力体密封件561和多芯光纤555。冲洗平衡板551可包括至少一个板冲洗通孔563。至少一个板冲洗通孔563可配置为允许冲洗剂从冲洗平衡板551的近侧穿过到达冲洗平衡板551的远侧。第一光纤支撑管中心543可包括第一中心通孔565，以及第二光纤支撑管中心545可包括第二中心通孔567。多芯光纤555可包括支撑管547和支撑管狭槽59。支撑管547可以围绕多芯光纤555的远侧部分。受力体密封件561可以包括形成为螺旋形图案的密封件，其可以安装在贯穿本申请所述的受力体狭槽内。受力体密封件561可以围绕多芯光纤555的远侧部分。支撑管547的远端可以耦合至并设置在第二光纤支撑管中心545的第二通孔567内，并且支撑管547的近端可以耦合至并设置在第一光纤支撑管中心543的第一通孔565内。
第一光纤支撑管中心543和第二光纤支撑管中心545可各自进一步包括至少一个定心突起571。至少一个定心突起571中的每一个可从光纤支撑管中心的中心在径向方向上向外延伸。至少一个定心突起571中的每一个可包括突起外表面573。突起外表面573可以被成形和配置为与受力体的内壁相互作用。突起外表面可与受力体的内壁相互作用，以使通孔在受力体中居中。在所示的实施例中，每个光纤支撑管中心可包括四个定心突起。在一个实施例中，每个定心突起可以与每个相邻的定心突起间隔90度。在所示的实施例中，定心突起被间隔开以通过其外表面创建矩形形状。在所示的实施例中，每个光纤支撑管中心还包括在至少一个定心突起571中的每一个之间的定心凹陷575。每个光纤支撑管中心可以包括多个定心凹陷575。在一个实施例中，定心凹陷中的至少一个可被配置为允许电线或导管的其他部件穿过定心凹陷并前进至尖端组件内的更远侧位置。
图11描绘了图10中所示的一些部件的等距视图。图11描绘了冲洗平衡板551、支撑管547、支撑管狭槽549、热电偶通孔559和多芯光纤555。在所示的实施例中，多芯光纤555的纵向轴线穿过冲洗平衡板551的中心部分。此外，在所示的实施例中，至少一个板冲洗通孔563包括多个板冲洗通孔。多个板冲洗通孔可围绕冲洗平衡板551的圆周均匀地分布。在其他实施例中，多个板冲洗通孔可包括在彼此之间的各种距离，如所期望的将流体引导到导管尖端中。在所示的实施例中，多个板冲洗通孔可以距冲洗板的中心点相同的距离。在其他实施例中，多个板冲洗通孔可以在距冲洗板的中心点的距离上变化。热电偶通孔559可用于将热电偶从冲洗平衡板551的近侧传递到尖端组件的更远侧部分。在另一个实施例中，热电偶通孔可以被使用和/或配置为将热传感器从冲洗平衡板551的近侧传递到尖端组件的更远侧部分。在其他实施例中，冲洗平衡板551可包括多个热电偶通孔。在又一个实施例中，热电偶通孔可以被设计尺寸和被配置为使多个热电偶或其他热传感器穿过冲洗平衡板。
图12描绘了图10和图11中所示的一些部件的等距视图。图12描绘了冲洗平衡板551、多芯光纤555、光纤密封件569、热电偶通孔559和至少一个板冲洗通孔563。光纤密封件569可围绕多芯光纤555的远侧部分。光纤密封件569可以形成为围绕多芯光纤555的螺旋形形状。光纤密封件569可以被配置为当向多芯光纤555施加横向或垂直力时允许多芯光纤555和支撑管移动。
图13描绘了流体盖601的实施例的等距视图。流体盖601可包括轴杆电极环形凹槽613、第一电通道607、第二电通道609、中心通道611、近侧面603和远侧部分605。流体盖601的远侧部分65可包括比流体盖601的更近侧部分更小的直径。远侧部分605可配置为耦合至另一部件。在一个实施例中，远侧部分605可配置为耦合至受力体。中心通道611可配置为耦合至冲洗内腔。第一电通道607和第二电通道609可各自包括从流体盖601的近侧面603延伸到流体盖601的远端的腔。第一电通道607和第二电通道609中的每一个可以配置为允许电线或导管的其他部件穿过流体盖601。
图14描绘了尖端组件601的一个实施例的等距分解视图。尖端组件601包括柔性尖端盖633、柔性尖端壁631、弹簧637、冲洗平衡板651、第二光纤支撑管中心645、支撑管647、支撑管狭槽649、支撑管密封件669、第一光纤支撑管中心643、受力体603、流体盖607和多芯光纤655。柔性尖端盖633可以配置为耦合至柔性尖端壁631的远端。弹簧637可抵靠柔性尖端壁631的内表面设置。冲洗平衡板651可耦合至受力体603的远端。冲洗平衡板651还可以设置在柔性尖端壁631的内部内。第二光纤支撑管中心645可以耦合至受力体603的内表面，并且还可以耦合至支撑管647的远端。支撑管狭槽649可包括支撑管647内的螺旋形空隙并且支撑管密封件669可设置在支撑管狭槽649内。第一光纤支撑管中心643可耦合至受力体603的内表面并且也可以耦合至支撑管647的近端。受力体603的近侧部分可耦合至柔性尖端壁631。受力体603可包括受力体狭槽。受力体狭槽可包括在受力体603的外壁内的螺旋形空隙。受力体密封件661可设置在受力体狭槽内。流体盖607可以耦合至受力体603的近端。多芯光纤655的远侧部分可以设置在支撑管647内。支撑管近侧的多芯光纤655的一部分可以穿过流体盖607的中心通道。
图15示出了多芯光纤701的一个实施例的侧视图。多芯光纤701可以包括远侧部分705。如上所述，远侧部分705可以包括多个光纤布拉格光栅703。如贯穿本申请中所述的，光纤布拉格光栅可以用于确定力并用于形状感测。
图16示出了多芯光纤711的一个实施例的横截面图。多芯光纤711可以包括多个光纤纤芯713。在所示的实施例中，多芯光纤711可以包括七个单独的光纤纤芯。在各种其他实施例中，多芯光纤可以包括两个纤芯、三个纤芯、四个纤芯、五个纤芯、六个纤芯、八个纤芯、九个纤芯、或者更多个纤芯，如本领域普通技术人员所期望的用于各种用途和医疗程序。
图17描绘了受力体751的实施例。受力体751可以包括受力体狭槽753、受力体远端757、受力体近端755和支撑管759。在力施加在受力体远端757上的情况下描绘了受力体751。如在所示的实施例中所见，受力体狭槽753允许受力体751响应于所施加的力而弯曲。虽然未示出，但是受力体狭槽内的受力体密封件当被压缩或拉伸时可以顺应狭槽。此外，当支撑管759耦合至受力体751时，受力体751的运动被传递至支撑管759。
图18描绘了当多芯光纤被转动360°时多芯光纤中的三根光纤所经历的最大主应变的曲线图。该曲线图描绘了第一光纤纤芯771、第二光纤纤芯773和第三光纤纤芯775的应变。
图19A描绘了柔性结构组件822的一个实施例的等距视图。柔性结构组件822可以包括在柔性结构816中实现的示例性多芯光纤824。在一个实施例中，柔性结构组件822可以被定位成靠近导管轴杆的远侧部分。在所示的实施例中，柔性结构816适应远侧挠曲，至少力传感器可以从该远侧挠曲感测由于对诸如心脏组织的结构的力而引起的偏转。在该实施例中，描绘为狭槽818、812的一个或多个狭槽允许柔性结构816由于响应于与组织接触的力而弯曲。例如，在一个或多个光纤布拉格光栅力传感器在三个相应的纤芯802、804、806(如图3A-3C所示)内并且在柔性结构816内的情况下，力传感器可以响应于与组织接触的变化程度来识别柔性结构816的偏转。这样的基于光纤布拉格光栅的传感器可以如本文所述和/或如转让给本申请的受让人的美国专利No.8,182,433中所述来实现，其全部内容通过引用包含于此。在其他实施例中，与力感测纤芯802、804、806(如图3A-3C所示)相关联的力传感器可以利用不同的光学技术。
图19B描绘了图19A中描绘的柔性结构816的侧视图。柔性结构816可包括多个狭槽818、820，以适应响应于与导管的远端接触的柔性结构816的弯曲。
图19C描绘了导管尖端组件840的另一实施例的侧视图。导管尖端组件840可包括柔性结构846、导管尖端852、第一狭槽848、第二狭槽850和多芯光纤830。柔性结构846可以相对于诸如消融和/或标测尖端的导管尖端852定位。导管尖端852可包括多个冲洗端口854，以使冷却流体能够在医疗程序期间从导管排出。在一个实施例中，柔性结构846可以位于导管尖端852附近。多芯光纤和柔性结构的其他示例可以在2017年1月6日提交的题为“MEDICAL DEVICE WITH MULTI-CORE FIBER FOR OPTICAL SENSING”并被转让给本申请的受让人的美国专利申请No.15/400,655中找到，其全部内容通过引用包含于此。
在光纤放置和光纤制造(如在先前的力感测导管中需要“劈开角”)期间，上述实施例可以允许导管和尖端组件的更大的轴向运动，将不受湿度的影响，并且由于不必以超紧密公差工作而可以具有更高的制造成品率。此外，上述实施例可以减少导管中的光纤数量，减少组装传感器的时间，并且仍然使用可变形体，但是它不需要具有光纤狭槽。本文描述的至少一些实施例的附加优点包括将多芯光纤放置在冲洗内腔内。冲洗内腔内的冲洗剂穿过冲洗内腔并在多芯光纤的外壁周围移动。在移动至尖端电极的内腔之前，冲洗剂从冲洗内腔移动进入尖端组件的近侧腔，并通过导管尖端离开尖端电极。结果，多芯光纤被尖端组件内的冲洗剂围绕。
结合了这种原理的医疗装置的实施例包括具有轴杆的可操纵导管，该轴杆具有相对于操纵机构的远侧部分和近侧部分。在轴杆内是多芯光纤，其具有专用于形状感测传感器的多个光学纤芯和专用于力感测传感器的多个光学纤芯。
在更特别的实施例中，多芯光纤的纤芯中的至少一个专用于温度补偿，其用于调节从形状感测传感器和/或力感测传感器获得的感测值。在一个实施例中，形状感测传感器使用一个或多个光纤布拉格光栅来实施，当偏转时，该光纤布拉格光栅以可感知的方式反射光。在另一个实施例中，力感测传感器使用一个或多个光纤布拉格光栅来实施，当偏转时，该光纤布拉格光栅也以可感知的方式反射光。其他实施例针对力感测传感器和形状感测传感器二者实施光纤布拉格光栅技术，其中在又一实施例中，温度感测纤芯也利用光纤布拉格光栅技术。
一个实施例涉及利用多芯光纤仅容纳用于检测远侧部分与组织的接触的力传感器，而在另一个实施例中，多芯光纤仅用于容纳轴杆形状传感器。
在多芯光纤容纳用于形状和力感测的纤芯的一个实施例中，形状和力感测纤芯彼此错开，使得每隔一个纤芯专用于形状传感器，而其他纤芯专用于力传感器。在一个特别的实施例中，该交错模式是基本上对称的，并且在又一个实施例中，用于容纳一个或多个温度传感器(例如，光纤布拉格光栅)的纤芯相对于周围的、对称的力和形状感测纤芯基本上位于光纤的中心。
可以利用使轴杆和导管尖端偏转的任何方式。在一个实施例中，在多芯光纤的各个纤芯中的力传感器附近提供了柔性结构，以使得导管的远侧部分以及因此所包括的光纤能够偏转。光纤布拉格光栅或其他传感器可以感知到这种偏转，以提供影响导管远侧部分的力的量的指示。
尽管已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应该理解，所附权利要求书中限定的主题不必限于上述特定特征或动作。相反，上述特定特征和动作被公开为实现权利要求的代表性形式。
此外，尽管以上已经以一定程度的特殊性描述了几个实施例以促进对可以实践本公开的至少一些方式的理解，但是本领域技术人员可以在不脱离本公开和所附权利要求的范围的情况下对所公开的实施例进行多种改变。旨在将以上描述中包含的或附图中示出的所有内容解释为仅是说明性的而非限制性的。因此，本文的示例和实施例不应解释为限制本公开的范围。在不脱离本教导的情况下，可以进行细节或结构的改变。前面的描述和所附权利要求旨在涵盖所有这些修改和变化。
本文描述了各种设备、系统和方法的各种实施例。阐述了许多具体细节以提供对说明书中描述的和附图中示出的实施例的整体结构、功能、制造和使用的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有此类具体细节的情况下实践这些实施例。在其它情况下，可能没有详细描述公知的操作、部件和元件，以免模糊说明书中描述的实施例。本领域普通技术人员将理解，本文描述和示出的实施例是非限制性示例，并且因此可以理解，本文公开的具体结构和功能细节可以是代表性的，并不一定限制实施例的范围，其范围仅由所附权利要求限定。
除非另有明确说明，在本公开中使用的术语“包括”、“包含”及其变型意味着“包括但不限于”。除非另有明确说明，在本公开中使用的术语“一个”、“一种”和“该”意味着“一个或多个”。
在整个说明书中对“各种实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”、“实施例”等的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中的各处出现的短语“在各种实施例中”、“在一些实施例中”、“在一个实施例中”、“在实施例中”等等不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。因此，结合一个实施例示出或描述的特定特征、结构或特性可以整体或部分地与一个或多个其它实施例的特征、结构或特性组合而没有限制。
尽管可以按顺序描述过程步骤、方法步骤、算法等，但是可以将这样的过程、方法和算法配置为以替代顺序工作。换句话说，可以描述的步骤的任何顺序或次序不一定指示需要以该顺序执行该步骤。本文描述的过程、方法和算法的步骤可以以任何实际顺序执行。此外，可以同时执行一些步骤。
当在本文描述单个装置或物品时，将显而易见的是，可以使用多于一个装置或物品代替单个装置或物品。类似地，在本文描述了多于一个装置或物品的情况下，将显而易见的是，可以使用单个装置或物品代替多于一个装置或物品。装置的功能或特征可以可替代地由未明确描述为具有这种功能或特征的一个或多个其他装置来体现。
应当理解，术语“近侧”和“远侧”可以在整个说明书中参考操作用于治疗患者的器械的一端的临床医生来使用。术语“近侧”是指器械中最靠近临床医生的部分，并且术语“远侧”是指距离临床医生最远的部分。然而，手术器械可以在许多方向和位置中使用，并且这些术语不是限制性的和绝对的。所有其他方向或空间参考(例如，上、下、向上、向下、左、右、向左、向右、顶部、底部、之上、之下、垂直、水平、顺时针和逆时针)仅用于标识目的，以帮助读者理解本公开而并不产生限制，特别是对本公开的位置、方向或用途。结合参考(例如，附接、耦合、连接等)应被广义地解释，并且可以包括在元件的连接之间的中间构件以及元件之间的相对移动。这样，结合参考不必推断两个元件是直接连接的并且彼此之间具有固定关系。
被描述为通过引用包含于此的任何专利、出版物或其它公开材料仅在所包含的材料不与现有定义、陈述或本公开中阐述的其它公开材料冲突的程度全部或部分地包含于此。因此，并且在必要的程度上，本文中明确阐述的公开内容取代通过引用包含于此的任何冲突材料。被描述为通过引用包含于此但与现有定义、陈述或本文阐述的其它公开材料相冲突的任何材料或其部分仅以所包含的材料与现有公开材料之间不发生冲突的程度被包含。
基于以上讨论和说明，本领域技术人员将容易认识到，可以在不严格遵循本文中图示和描述的示例性实施例和应用的情况下，对各种实施例进行各种修改和改变。这样的修改不脱离包括权利要求中阐述的方面的本公开的各个方面的真实精神和范围。

Claims (20)

1.一种尖端组件，包括：
尖端电极；
耦合器，其包括至少一个光纤支撑管中心，其中，受力体的远侧部分耦合至所述尖端电极的近侧部分；以及
多芯光纤，其包括多个纤芯和光纤支撑管，
其中，所述光纤支撑管的近侧部分耦合至所述至少一个光纤支撑管中心。
2.根据权利要求1所述的尖端组件，其中，所述尖端电极包括柔性电极。
3.根据权利要求1所述的尖端组件，其中，所述耦合器还包括耦合至所述受力体的远端的冲洗平衡板。
4.根据权利要求3所述的尖端组件，其中，所述冲洗平衡板包括至少一个板冲洗通孔。
5.根据权利要求1所述的尖端组件，其中，所述多芯光纤包括至少四个纤芯光纤。
6.根据权利要求1所述的尖端组件，还包括耦合至所述耦合器的近端的流体盖。
7.根据权利要求6所述的尖端组件，其中，所述流体盖包括中心通道，并且其中，所述多芯光纤穿过所述中心通道。
8.根据权利要求6所述的尖端组件，还包括耦合至所述流体盖的冲洗内腔。
9.根据权利要求8所述的尖端组件，其中，所述多芯光纤被设置在所述冲洗内腔内。
10.一种尖端组件，包括：
多芯光纤，其包括多个纤芯和光纤支撑管；
耦合器，其包括第一光纤支撑管中心；以及
柔性尖端，其包括第二光纤支撑管中心，其中所述柔性尖端耦合至所述耦合器的远侧部分，
其中，所述光纤支撑管耦合至所述第一光纤支撑管中心和所述第二光纤支撑管中心。
11.根据权利要求10所述的尖端组件，其中，所述第一光纤支撑管中心包括多个定心突起。
12.根据权利要求11所述的尖端组件，其中，所述耦合器还包括内表面，其中，所述多个定心突起中的每一个包括突起外表面，并且其中，所述突起外表面被配置为与所述耦合器的内表面相互作用。
13.根据权利要求10所述的尖端组件，其中，所述光纤支撑管还包括支撑管狭槽。
14.根据权利要求13所述的尖端组件，其中，所述支撑管狭槽包括在所述支撑管中的螺旋形狭槽。
15.根据权利要求10所述的尖端组件，其中，耦合器狭槽包括在所述耦合器中的螺旋形狭槽，并且其中，所述耦合器还包括在所述耦合器狭槽内的耦合器密封件。
16.根据权利要求10所述的尖端组件，其中，所述支撑管的远端耦合至所述第二光纤支撑管中心，并且其中，所述支撑管的近端耦合至所述第一光纤支撑管中心。
17.一种尖端组件，包括：
多芯光纤，其包括多个纤芯和光纤支撑管；
耦合器，其包括第一光纤支撑管中心；
流体盖，其包括中心通道和至少一个电通道，其中，所述流体盖耦合至所述耦合器的近端；
耦合至所述流体盖的冲洗内腔；以及
耦合至所述耦合器的远侧部分的尖端电极，
其中，所述多芯光纤设置在所述冲洗内腔的内部内，其中第一光纤支撑管和第二光纤支撑管设置在所述尖端组件的内部内，并且其中所述光纤支撑管耦合至所述第一光纤支撑管中心和所述第二光纤支撑管中心。
18.根据权利要求17所述的尖端组件，其中，所述支撑管的远端耦合至所述第二光纤支撑管中心，并且其中，所述支撑管的近端耦合至所述第一光纤支撑管中心。
19.根据权利要求17所述的尖端组件，其中，所述尖端电极。
20.根据权利要求17所述的尖端组件，其中，多芯光纤设置在所述尖端电极的内部内。
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