CN113332561A - 用于光学形状感测和电信号传导的系统和方法 - Google Patents

用于光学形状感测和电信号传导的系统和方法 Download PDF

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Abstract

描述了一种充当管心针的医疗设备。医疗设备可以包括封装多芯光纤和导电介质两者的绝缘层(或护套)。光纤可以包括包层和在空间上被布置在包层内的多根芯光纤。芯光纤中的每一者可以包括沿着所述对应芯光纤的纵向长度分布的多个传感器，并且这些传感器中的每一者可以被配置为：(i)基于接收到的入射光反射具有不同光谱宽度的光信号，以及(ii)改变反射的光信号的特性以用于确定多芯光纤的物理状态。导电介质可以为在导电介质的远侧部分处检测到的电信号提供路径。导电介质可以与包层同心，但是可以与包层分离并对包层进行调整。

Description

用于光学形状感测和电信号传导的系统和方法
优先权
本申请要求2020年3月3日提交的美国临时申请号62/984,552的优先权权益，该临时申请的全部内容以引用的方式结合于本申请中。
背景技术
在过去，诸如导丝和导管之类的医疗设备的某些血管内引导例如已经使用荧光镜检查方法来跟踪医疗设备的尖端并确定尖端是否适当地定位在其目标解剖结构中。然而，此类荧光镜检查方法使患者及其主治医生暴露于有害的X射线辐射。此外，在一些情况下，患者暴露于荧光镜检查方法所需的潜在有害的造影剂中。
最近，已经使用了涉及多模态管心针的电磁跟踪系统。通常，电磁跟踪系统的特征在于三个部件：场发生器、传感器单元和控制单元。场发生器使用几个线圈来产生位置变化的磁场，所述磁场用于建立坐标空间。例如诸如在管心针的远端(尖端)附近附接到管心针的传感器单元包括小的线圈，在所述线圈中经由磁场感应出电流。基于每个线圈的电属性，可以确定医疗设备在坐标空间内的位置和取向。控制单元控制场发生器并从传感器单元捕获数据。
尽管电磁跟踪系统在跟踪管心针尖端时避免视线依赖，同时消除辐射暴露和与荧光镜检查方法相关联的潜在有害的造影剂，但是电磁跟踪系统容易受到干扰。更具体地，由于电磁跟踪系统取决于由场发生器产生的磁场的测量，因此这些系统受到电磁场干扰，这可能是由于存在许多不同类型的消费电子产品(诸如蜂窝电话)而引起的。另外，电磁跟踪系统容易掉信号，取决于外部传感器，并且被限定有限的深度范围。
本文公开了一种光纤形状感测系统及其方法，其没有与如上所述的电磁跟踪系统相关联的缺点并且能够以其当前形式提供对尖端放置的确认或作为电信号传递/解译的信息。
发明内容
简要地概述，本文公开的实施例涉及一种多模态管心针，其特征在于多芯光纤和导电介质，它们共同操作以跟踪导管或其他医疗设备在患者体内的放置。管心针在充当医疗设备时被配置为返回信息以用于识别以下各者的其物理状态(例如，形状长度、形状、形式和/或取向)：(i)管心针的一部分(例如，管心针的尖端、区段等)或包括管心针的至少一部分的导管的一部分(例如，导管的尖端、区段等)，或(ii)患者体内的管心针或导管的整体或相当大一部分(以下被描述为“管心针的物理状态”或“导管的物理状态”)。根据本公开的一个实施例，可以从不同光谱宽度的反射的光信号获得返回的信息，其中每个反射的光信号对应于沿着多芯光纤(下文称为“芯光纤”)的芯传播的宽带入射光的一部分，所述光通过位于芯光纤上的特定传感器在芯光纤上反射回来。返回的信息的一个说明性示例可以涉及从传感器返回的反射的光信号的信号特性的变化，其中波长移位与芯光纤上的(机械)应变相关。
在一些实施例中，管心针包括多芯光纤，其中每根芯光纤利用多个传感器，并且每个传感器被配置为反射入射光的不同光谱范围(例如，不同的光频率范围)。基于施加在每根芯光纤上的应变的类型和程度，与所述芯光纤相关联的传感器可以改变(移位)反射光的波长，以在管心针的被传感器占用的那些位置处传达所述芯光纤上的应变的类型和程度。传感器在空间上被分布在芯光纤的介于管心针的近端与远端之间的各个位置处，使得可以基于对波长移位的分析来进行管心针的形状感测。在本文中，形状感测功能性与同时通过被包括作为管心针的部分的导电介质将电信号传递通过同一构件(管心针)的能力配对。
更具体地，在一些实施例中，多芯光纤中的每根芯光纤被配置有传感器阵列，所述传感器阵列在空间上被分布在芯光纤的规定长度上以大致感测芯光纤的被传感器占用的那些区域的外部应变。鉴于沿着同一芯光纤定位的每个传感器被配置为反射不同的特定光谱宽度的光，传感器阵列在多芯光纤的整个规定长度中实现分布式测量。这些分布式测量可以包括与传感器所经历的应变相关的波长移位。
根据本公开的一个实施例，每个传感器可以充当诸如光纤布拉格光栅(FBG)之类的反射光栅，即，与内接到(inscribed into)芯光纤中的永久性周期折射率变化相对应的本征传感器。换句话说，对于特定的光谱宽度(例如，特定的波长或特定的波长范围)，传感器充当反光镜。结果，随着宽带入射光通过光学光源供应并传播通过特定的芯光纤，在到达所述芯光纤的传感器分布式阵列中的第一传感器时，与所述第一传感器相关联的具有规定光谱宽度的光被反射回到控制台内的光学接收器，所述控制台包括显示器和光学光源。其余光谱的入射光继续传播通过芯光纤到达管心针的远端。入射光的其余光谱可能会遇到传感器分布式阵列中的其他传感器，其中如上所述，这些传感器中的每一者被制造为反射具有不同的特定光谱宽度的光以提供分布式测量。
在操作期间，多次光反射(也称为“反射的光信号”)从多芯光纤中的多根芯光纤中的每一者返回到控制台。每个反射的光信号可以唯一地与不同的光谱宽度相关联。与反射的光信号相关联的信息可以用于确定患者体内的管心针的物理状态的三维表示。在本文中，芯光纤与多模光纤的包层在空间上分离，并且每根芯光纤被配置为分开地返回从制造在芯光纤中的每一者中的分布式传感器阵列反射的具有不同光谱宽度(例如，特定光波长或光波长范围)的光。由中心芯光纤(充当参考)返回的反射光的检测到的波长中的移位与周围的外围芯光纤的比较可以用于确定管心针的物理状态。
更具体地，在脉管系统插入期间，临床医生可以依靠控制台来可视化由管心针引导的导管的当前物理状态(例如，形状、取向等)，以避免可能由于导管取向变化引起的潜在路径偏移。由于外围芯光纤驻留在多模光纤的包层内的空间上不同的位置处，因此管心针的取向变化(例如，诸如弯曲等角度取向变化)在外围芯光纤中的每一者以及中心芯光纤上施加不同的类型(例如，压缩或拉伸)和程度的应变。不同类型和/或不同程度的应变可能导致芯光纤的传感器施加不同的波长移位，所述波长移位可以被测量以外推管心针(和导管)的物理状态。
作为说明性示例，在血管通路区域中，多模态管心针将允许经由电信号传送的附加信息(例如，心电图“ECG”)经由导电介质传送以及经由光纤从管心针传送形状感测信息。在中心通路的情况下，这将允许将ECG确认技术与对管心针(以及光纤和/或导电介质)的形状和位置的可靠解译配对使用。如下面详细描述的，具有多芯光纤和导电介质的多模态管心针可以根据许多配置中的任一者来构造，所述许多配置诸如编织配置、并联配置、柔性电路配置、导电管配置或通过考虑期望的管心针刚度和属性选择的任何其他配置。
本发明的实施例的这些和其他特征根据以下描述和所附权利要求书将变得更加显而易见，或者可以通过以下所述的本发明的实施例的实践来获知。
附图说明
将通过参考在附图中所示的本公开的特定实施例来呈现对本公开的更具体的描述。应当理解，这些附图仅描绘了本发明的典型实施例，并且因此不应被视为限制本发明的范围。通过使用附图，将通过附加的特征和细节来描述和解释本发明的示例性实施例，在附图中：
图1是医疗设备监视系统的说明性实施例；
图2是图1的管心针总成(assembly)的示例性实施例；
图3是用于放置在图1的导管内的管心针的实施例；
图4是图1至3的插入患者的脉管系统中的管心针的实施例；
图5是包括在图1至3的管心针130内的多芯光纤的一部分的结构的示例性实施例；
图6A是图1的支持光学和电信令(electrical signaling)两者的多模态管心针的第一示例性实施例；
图6B是图6A的多模态管心针的横截面视图；
图7A是图1的多模态管心针的第二示例性实施例；
图7B是图7A的多模态管心针的第一横截面视图；
图7C是图7A的多模态管心针的第二横截面视图；
图8A是图1的多模态管心针的第三示例性实施例；
图8B是图8A的多模态管心针的横截面视图；
图9A是图1的多模态管心针的第四示例性实施例；
图9B是图9A的多模态管心针的横截面视图；
图10A是图1的多模态管心针的第五示例性实施例；
图10B是图10A的多模态管心针的第一实施例的横截面视图，其中导电介质部分地封装光纤的一部分；
图10C是图10B的多模态管心针的第二实施例的横截面视图，其中导电介质部分地封装光纤的较大部分；
图10D是图10A的多模态管心针的第三实施例的横截面视图，其中导电介质封装光纤的相当大一部分；
图11A是图1的多模态管心针的第六示例性实施例；并且
图11B是图11A的多模态管心针的横截面视图。
具体实施方式
现在将参考附图，其中相似的结构将被提供相似的附图标记。应当理解，附图是本发明的示例性实施例的图解和示意性表示，并且既不是限制性的也不一定按比例绘制。
关于在本文使用的术语，应当理解，所述术语是出于描述一些特定实施例的目的，并且所述术语不限制在本文提供的概念的范围。序数(例如，第一、第二、第三等)通常用于区分或识别不同的部件或操作，并且不供应序列或数字限制。例如，“第一”、“第二”和“第三”部件或操作不一定按所述顺序出现，并且包括此类部件或操作的特定实施例不必限于这三个部件或操作。类似地，诸如“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“前”、“后”等标签的使用是为了方便起见，而不是意图暗示例如任何特定的固定位置、取向或方向。相反，此类标签用于反映例如相对位置、取向或方向。除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一(a、an)”和“该”包括复数参考形式。
在以下描述中，如本文所使用的术语“或”以及“和/或”将被解译为包括性的或表示任何一个或任何组合。作为示例，“A、B或C”或“A、B和/或C”表示“以下任一项：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、部件、功能、步骤或动作的组合以某种方式固有地相互排斥时，才会出现该定义的例外情况。
术语“逻辑”表示被配置为执行一个或多个功能的硬件和/或软件。作为硬件，逻辑可以包括具有数据处理和/或存储功能性的电路。此电路的示例可以包括但不限于处理器、可编程门阵列、微控制器、专用集成电路、组合电路等。替代地或者与上述硬件电路组合，逻辑可以是呈一个或多个软件模块的形式的软件，其可以被配置为充当其对应电路。软件模块可以包括例如可执行应用程序、守护进程应用程序、应用程序编程接口(API)、子例程、函数、程序、例程、源代码，或者甚至一个或多个指令。软件模块可以被存储在任何类型的合适的非暂时性存储介质中，诸如可编程电路、半导体存储器、非永久性存储设备(诸如易失性存储器(例如，任何类型的随机存取存储器“RAM”))、永久性存储设备(诸如非易失性存储器(例如，只读存储器“ROM”、有电源支持的RAM、闪存、相变存储器等))、固态驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器或便携式存储器设备。
为了清楚起见，应当理解，词语“近侧”是指离使用本文所述的设备的临床医生相对更近的方向，而词语“远侧”是指相对远离临床医生的方向。在本文中，例如，本文公开的管心针的“近侧部分”包括当管心针用于患者时意图靠近临床医生的管心针的一部分。同样，管心针的“近端”例如包括在使用管心针时意图靠近临床医生的一端。管心针的近侧部分可以包括管心针的近端；然而，管心针的近侧部分不需要包括管心针的近端。
类似地，管心针的“远侧部分”包括当管心针用于患者时意图靠近患者或在患者体内的管心针的一部分。同样地，管心针的“远端”包括在使用管心针时意图靠近患者或在患者体内的管心针的一端。管心针的远侧部分可以包括管心针的远端；然而，管心针的远侧部分不需要包括管心针的远端。而且，本文(包括权利要求书)中所使用的词语“包括(including)”和“具有”应与词语“包括(comprising)”具有相同的含义。
本公开的实施例通常涉及一种多模态管心针，所述多模态管心针辅助放置插入患者体内的医疗设备。此医疗设备的示例是导管总成，所述导管总成插入患者的静脉或其他血管中，以通过由导管为患者限定的一个或多个管腔注入或抽吸流体。在一个实施例中，所述系统利用具有反射光栅的多芯光纤来确认在插入患者体内期间和/或之后关于光纤的信息以用于呈现管心针的形状和取向。
除非另有定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语均具有与本领域普通技术人员通常理解的相同含义。
在一个实施例中，反射光栅可以包括沿着被设置在管心针(或另一类似探针)中/管心针上的芯光纤分布的光纤布拉格光栅(“FBG”)。由光源产生的输出光信号沿着芯光纤入射到FBG中的每一者上，其中每个光栅反射规定光谱宽度的光以向控制台产生返回光信号。根据本公开的一个实施例，由芯光纤中的每一者返回的反射的光信号的波长的移位可以基于与管心针的相同横截面区域(或特定光谱宽度)相关联的FBG来进行合计(aggregated)，并且控制台的处理器可以执行形状感测分析逻辑以执行与波长移位相关联的分析(例如，程度分析、外围芯光纤与中心芯光纤之间或外围芯光纤之间的波长移位之间的比较等)，以识别管心针的物理状态。数据被传送到控制台的用户以识别(并渲染)其在体内的位置、管心针沿着其长度、形式和形状(例如，弯曲、扭转)的二维(2-D)和三维(3-D)形状以及取向(包括错位或医疗设备扭结)等。控制台将此信息实时呈现给用户以根据患者体内的要求辅助引导和放置医疗设备(例如，导管)连同指针。另外，可以通过控制台进行测量(例如，通过与多芯光纤共存的导电介质的ECG信令)以确保在患者体内的正确部署。在下文中给出关于这些和其他实施例的进一步细节。
注意，尽管以下讨论强调使用管心针将导管放置到患者体内，但是本文所述的管心针可以用于在患者体内的各个位置放置各种医疗设备，尤其是其他细长的医疗设备。这样，不应认为本公开的原理限于本文明确描述的内容。可以从本公开中受益的导管总成和医疗设备的示例可以包括外围插入的中心导管(“PICC”)、中心静脉导管(“CVC”)、导尿管、中线导管、外围导管等。
鉴于上述情况，与用于电信号监视的导电介质配对的多芯光纤因此具有多种模态。第一模态构成具有形状感测功能性以确定管心针的物理状态的光学模态。管心针的物理状态提供信息以辅助临床医生将导管总成引导到脉管系统内的期望位置。第二模态构成尖端位置/导航系统(“TLS”)模态，其中带导电介质的管心针被推进以检测并避免在此推进过程中任何尖端错位。最后，第三模态构成ECG模态，其中基于ECG信号的导管尖端引导用于使得能够跟踪管心针/导管尖端并将其相对于产生ECG信号的患者心脏的结(node)引导到期望位置。
作为替代实施例，导电介质可以被配置有通道或凹槽，多芯光纤可以驻留在所述通道或凹槽中或者与多芯光纤分离的一根或多根芯光纤可以驻留在所述通道或凹槽中。而且，代替位于管心针的远端处的导电介质，可以设想，导电介质可以从控制台延伸并略微从管心针柄部向远侧终止，与盐水流体路径接触，而多芯光纤延长导管的长度。因此，另一种导电介质(例如，盐水或通过鲁尔接头340的另一种导电流体)可以提供导电路径。
参考图1，示出了医疗设备监视系统100的说明性实施例。如图所示，系统100通常包括控制台110和通信地耦接到控制台110的手持式医疗设备120(以下称为“管心针总成”)。对于该实施例，管心针总成120包括在其远端122上的细长探针(例如，管心针)130和在其近端124上的控制台连接器132。控制台连接器132使得管心针总成120能够经由互连件140可操作地连接到控制台110，所述互连件包括一根或多根光纤142(以下称为“光纤”)和由单个光纤/电连接器146端接(或者由双连接器端接)的导电介质144。在本文中，连接器146被配置为与控制台连接器132接合(配合)以允许光在控制台110与管心针总成120之间传播以及电信号从管心针130传播到控制台110。
尽管控制台110的示例性实施方式包括处理器160、存储器165、显示器170和光学逻辑180，但是应当理解，控制台110可以采用多种形式中的一种，并且可以包括不针对本公开的各方面的附加部件(例如，电源、端口、接口等)。控制台110的说明性示例在美国公开号2019/0237902中示出，所述公开号的全部内容通过引用结合在本文中。包括用于访问存储器165(例如，非易失性存储器)的处理器160，以在操作期间控制控制台110的功能性。如图所示，显示器165可以是液晶二极管(LCD)显示器，所述液晶二极管显示器被集成到控制台110中并且用作用户界面以尤其在导管放置程序(例如，心导管插入术)期间向临床医生显示信息。在另一个实施例中，显示器165可以与控制台110分离。尽管未示出，但是用户界面被配置为提供用户对控制台110的控制。
对于这两个实施例，由显示器165描绘的内容可以根据管心针130被配置为进行操作的模式而改变：光学、TLS、ECG或其他模态。在TLS模式中，由显示器165渲染的内容可以构成对管心针130的根据返回到控制台110的反射的光信号150的特性计算出的物理状态(例如，长度、形状、形式和/或取向)的二维(2-D)或三维(3-D)表示。反射的光信号150构成反射回到控制台110的宽带入射光155的特定光谱宽度的光。根据本公开的一个实施例，如下所述，反射的光信号150可以与从光学逻辑180传输和由光学逻辑发出的宽带入射光155的各个离散部分(例如，特定光谱宽度)有关。
根据本公开的一个实施例，在管心针总成120上所包括的激活控件126可以用于将管心针130设定为期望的操作模式，并由临床医生选择性地改变显示器165的可操作性以辅助医疗设备放置。例如，基于管心针130的模态，控制台110的显示器165可以用于导管推进通过脉管系统期间基于光学模态的引导或者TLS模态，以确定管心针130的物理状态(例如，长度、形式、形状、取向等)。在一个实施例中，可以同时(例如，至少在时间上部分重叠)显示来自多种模式(诸如例如光学、TLS或ECG)的信息。在一个实施例中，显示器165是液晶二极管(LCD)设备。
仍然参考图1，光学逻辑180被配置为支持管心针总成120的可操作性并使得信息能够返回到控制台110，所述信息可以用于经由电信令逻辑181(例如，端口、模数转换逻辑等)确定与管心针130相关联的物理状态连同诸如ECG信令之类的受监视电信号，所述电信令逻辑支持从管心针130接收的电信号的接收和处理。管心针130的物理状态可以基于从管心针130接收的反射的光信号150的特性变化。所述特性可以包括波长移位，所述波长移位由被集成在位于管心针130内或充当管心针的多芯光纤135内的芯光纤的某些区域上的应变引起的，如下所示。根据与反射的光信号150相关联的信息，控制台110可以(通过波长移位的计算或外推(extrapolation))确定管心针130、特别是被配置为接收管心针130的导管195的物理状态。
根据本公开的一个实施例，如图1所示，光学逻辑180可以包括光源182和光学接收器184。光源182被配置为传输宽带入射光155以在互连件140中所包括的光纤142上传播，所述光纤光学地连接到管心针130内的多芯光纤135。在一个实施例中，尽管光源182是可调谐扫频激光器，但是除了激光器之外还可以采用其他合适的光源，包括半相干光源、LED光源等。
光学接收器184被配置为：(i)接收返回的光信号，即，从被制造在部署于管心针130内的多芯光纤135中的每根芯光纤内的基于光纤的反射光栅(传感器)接收的反射的光信号150(参见图2)，并且(ii)将反射的光信号150转译成反射数据185，即，呈电信号形式的数据，所述电信号表示包括由应变引起的波长移位的反射的光信号。与不同光谱宽度相关联的反射的光信号150可以包括从位于多芯光纤135的中心芯光纤(参考)中的传感器提供的反射的光信号151和从位于多芯光纤135中的外围芯光纤中的传感器提供的反射的光信号152，如下所述。在本文中，光学接收器184可以被实施为光电检测器，诸如正-本征-负“PIN”光电二极管、雪崩光电二极管等。
如图所示，光源182和光学接收器184两者可操作地连接到处理器160，所述处理器控制它们的操作。而且，光学接收器184可操作地耦接以将反射数据185提供给存储器165，以通过反射数据分类逻辑190进行存储和处理。反射数据分类逻辑190可以被配置为：(i)识别哪根芯光纤与接收到的反射数据185中的哪些数据有关，并且(ii)将从与管心针130的类似区域或光谱宽度有关的反射的光信号150提供的反射数据185分离成分析组。使每个分析组的反射数据可用于形状感测分析逻辑192以进行分析。
根据本公开的一个实施例，形状感测分析逻辑192被配置为将在管心针130的相同测量区域(或相同光谱宽度)处部署在每根外围芯光纤中的传感器所测量的波长移位与沿着中心轴线定位并且充当中性弯曲轴线的多芯光纤135的中心芯光纤处的波长移位进行比较。根据这些分析，形状感测分析逻辑192可以确定芯光纤在3D空间中所采取的形状，并且可以进一步确定3D空间中导管195的当前物理状态以供渲染在显示器170上。
根据本公开的一个实施例，形状感测分析逻辑192可以基于试探法或运行时分析来生成对管心针130(以及可能的导管195)的当前物理状态的渲染。例如，可以根据机器学习技术来配置形状感测分析逻辑192，以访问具有与管心针130(或导管195)的不同区域有关的预存储数据(例如，图像等)的数据存储区(库)，其中来自芯光纤的反射光先前已经经历了类似或相同的波长移位。根据预存储数据，可以渲染管心针130(或导管195)的当前物理状态。替代地，作为另一个示例，形状感测分析逻辑192可以被配置为在运行时期间至少基于以下各项来确定多芯光纤135的每个区域的物理状态的变化：(i)光纤135内的不同芯光纤经历的所得波长移位(resultant wavelength shifts)，以及(ii)由在多芯光纤135的相同横截面区域处沿着不同的外围芯光纤定位的传感器生成的这些波长移位与由中心芯光纤的在相同的横截面区域处的传感器生成的波长移位的关系。可以设想，可以执行其他过程和程序以利用由沿着多芯光纤135内的芯光纤中的每一者的传感器测量的波长移位来渲染管心针130(和/或导管195)的物理状态的适当改变，特别是在管心针130位于导管195的远侧尖端处、患者的脉管系统内和在体内的期望目的地处时实现管心针的引导。
控制台110还可以包括电信号接收器逻辑186，其被定位成从管心针130接收一个或多个电信号。管心针130被配置为支持光学连接性以及电连接性两者。电信号接收器逻辑186经由导电介质144从管心针130接收电信号(例如，ECG信号)。电信号可以由电信号分析逻辑194处理(所述电信号分析逻辑由处理器160执行)以确定ECG波形以供显示。
现在参考图2，示出了可操作地连接到图1的导管195的管心针总成120的示例性实施例。在本文中，管心针总成120的特征在于管心针130，所述管心针包括绝缘层210，所述绝缘层包封多芯光纤135和/或导电介质230，如图6A至9B中所示并且在下面进行描述。管心针130从柄部240向远侧延伸，而互连件(例如，系绳)250从柄部240向近侧延伸并且由控制台连接器132端接以耦接到控制台110的互连件140，如图1所示。柄部240包括在第二互连件(例如，系绳)250中，以辅助用户在操作期间操纵管心针130，并且可以被配置为包括如图1所示的激活控件126。
如图所示，管心针130和互连件250为由光学逻辑180的光源182产生的输出光学信号和由多芯光纤135中的芯光纤内的光栅产生的返回的光信号提供路径，以供光电检测器184接收(参见图1)。与管心针130和互连件250相关联的绝缘层可以在密度和材料方面变化以控制其刚性和机械属性。
此外，根据本公开的一个实施例，管心针总成120还包括导管连接器270，所述导管连接器可以带有螺纹以附接到导管的延伸腿的连接器(参见图3)。如图3所示，可以在将管心针130插入导管195的管腔的程序期间使用连接器270与延伸腿的连接器之间的这种连接性。在被部署时，多芯光纤135的远端不需要与导管的远侧尖端基本上共终端。如将看到的，来自多芯光纤135中所包括的每根芯光纤内的传感器(反射光栅)的返回的光学信号(反射光150)可以在多芯光纤推进通过患者脉管系统期间进行分析。
应进一步注意，应当理解，如本文所使用的术语“管心针”可以包括被配置用于可移除地放置在导管(或医疗设备的其他部分)的管腔内以辅助将导管的远端放置在患者脉管系统内的期望位置中的各种设备中的任一者。而且，请注意，管心针130与控制台110之间的其他连接方案也可以不受限制地使用。
参考图3，示出了用于放置在导管195内的管心针130的实施例。在本文中，导管195包括细长导管管子300，所述细长导管管子限定在导管管子300的近端与远端之间延伸的一个或多个管腔310。导管管子300经由分叉毂330与对应的延伸腿320连通。鲁尔接头340被包括在延伸腿320的近端上。
如图所示，管心针总成120在其近端350上包括控制台连接器132，以使得管心针130能够可操作地与控制台110连接(参见图1)。互连件250将连通从控制台110向远侧延伸到导管连接器270，所述导管连接器被配置为与导管195的延伸腿320中的一者的鲁尔连接器340螺纹接合(或以其他方式连接)。管心针130从导管连接器270向远侧延伸，直至管心针130的远端280。管心针130的远端280可以在脉管系统内与导管195的远侧尖端360基本共终端。
现在参考图4，示出了管心针130的实施例，其示出了当管心195通过皮肤插入部位410插入患者400的脉管系统中时管心针在导管195内的放置。如图4中所示，导管195通常包括通常保留在患者400外部的近侧部分420和在放置完成之后通常驻留在患者脉管系统内的远侧部分430。管心针130用于辅助将导管195的远侧尖端360定位在患者脉管系统内的期望位置中。在一个实施例中，导管远侧尖端360的期望位置靠近患者的心脏，诸如对于该实施例，在上腔静脉(“SVC”)的下部三分之一(1/3)部分中。当然，管心针130可以用于将导管远侧尖端360放置在其他位置中。
在导管195的推进期间，管心针130经由互连件140从控制台110接收宽带光155，所述互连件包括用于耦接到管心针总成120的控制台连接器132的连接器146。来自多芯光纤135中的每根芯光纤内的传感器(反射光栅)的反射光150从管心针130通过互连件140返回，以供控制台120处理。可以基于对反射光150的波长移位的分析来确定管心针130的物理状态。例如，由管心针130的弯曲引起的应变以及由此每根芯光纤的角度修改引起不同程度的变形。不同程度的变形会改变位于芯光纤上的传感器(反射光栅)的形状，这可能导致来自位于多芯光纤135内的每根芯光纤上的传感器的反射光的波长变化(移位)，如图5所示。根据该波长移位，控制台110(参见图1)内的形状感测分析逻辑192可以确定管心针130的物理状态(例如，形状、取向等)。
参考图5，示出了管心针130内所包括的多芯光纤135的截面500的右侧纵向视图的示例性实施例。多芯光纤截面500描绘了某些芯光纤5101至510M(M≥2，M＝4，如图所示)连同分别存在于芯光纤5101至510M内的传感器(例如，反射光栅)52011-520NM(N≥2；M≥2)之间的空间关系。如图所示，截面500被细分为多个横截面区域5301至530N，其中每个横截面区域5301至530N对应于反射光栅52011至52014...520N1至520N4。横截面区域5301...530N中的一些或全部可以是静态的(例如，规定长度)或者可以是动态的(例如，在区域5301...530N当中大小变化)。第一芯光纤5101基本上沿着中心(中性)轴线550定位，而芯光纤5102可以从横截面的正面角度被取向在多芯光纤130的包层内以定位在“顶部”第一芯光纤5101上。在该部署中，芯光纤5103和5104可以被定位在第一芯光纤5101的“左下方”和“右下方”。
参考第一芯光纤5101作为说明性示例，当管心针130工作时，反射光栅5201至520N中的每一者反射不同光谱宽度的光。如图所示，光栅5201i至520Ni(1≤i≤M)中的每一者与不同的特定光谱宽度相关联，所述光谱宽度将由f1...fN的不同中心频率表示，其中由相邻光栅反射的相邻光谱宽度根据本公开的一个实施例是不重叠的。
在本文中，位于不同的芯光纤5102至5103中但是沿着多芯光纤135的相同的横截面区域530至530N的光栅52012至520N2和52013至520N3被配置为反射相同(或基本类似)的中心频率的入射光。结果，反射光返回信息，所述信息允许基于从返回的反射光测量的波长移位来确定光纤135(和管心针130)的物理状态。具体地，施加到多芯光纤135(例如，至少芯光纤5102至5103)的应变(例如，压缩或拉伸)导致与返回的反射光相关联的波长移位。基于不同的位置，芯光纤5101至5104随着管心针130在患者体内的推进而基于角度路径的变化经历不同类型和程度的应变。
例如，关于图5的多芯光纤截面500，响应于管心针130的角(例如，径向)运动沿左转方向(left-veering)，多芯光纤135的在移动期间具有最短半径的第四芯光纤5104(参见图6A)(例如，最接近角变化方向的芯光纤)将表现出压缩(例如，受力而缩短长度)。同时，在移动期间具有最长半径的第三芯光纤5103(例如，离角变化方向最远的芯光纤)将表现出拉伸(例如，受力而增大长度)。由于这些力是不同且不相等的，因此来自与芯光纤5102和5103相关联的反射光栅520N2和520N3的反射光将表现出不同的波长变化。反射的光信号152的波长移位与沿着多芯光纤135的中性轴线550定位的参考芯光纤(例如，第一芯光纤5101)的波长相比的差异可以用于通过确定由外围纤维(例如，第二芯光纤5102和第二芯光纤5103)中的每一者的压缩/拉伸引起的波长变化的程度来外推管心针130的物理配置。这些程度的波长变化可以用于外推管心针130的物理状态。
现在参考图6A，示出了图1的支持光学和电信令两者的多模态管心针130的第一示例性实施例。在本文中，管心针130的特征在于居中的多芯光纤135，所述多芯光纤包括包层600和驻留在对应的多个管腔6201至620M内的多根芯光纤5101至510M(M≥2；M＝4)。尽管在四(4)根芯光纤5101至5104中示出了多芯光纤135，但是可以部署更多数量的芯光纤5101至510M(M>4)，以提供多芯光纤135和部署光纤135的管心针130的物理状态(例如，形状、取向等)的更详细的三维感测，并且可以部署更多数量的芯光纤5101至510M(M＞4)。
对于本公开的该实施例，多芯光纤135被封装在位于低摩擦系数层635上方的同心编织管610内。编织管610的特征可以在于“网状(mesh)”配置，其中基于管心针130所需的刚性程度来选择相交的导电元件之间的间隔，因为较大的间隔可以提供较小的刚性，由此可以提供更柔软的管心针130。
根据本公开的该实施例，如图6A至6B所示，芯光纤5101至5104包括(i)中心芯光纤5101和(ii)多根外围芯光纤5102至5104，它们维持在形成于包层600中的管腔6201至6204内。根据本公开的一个实施例，可以将管腔6201至6204中的一者或多者配置有大小被设计成大于芯光纤5101至5104的直径的直径。通过避免芯光纤5101至5104的大部分表面区域与管腔6201至6204的壁表面直接物理接触，入射光的波长变化是由多芯光纤135中的角度偏移引起的，由此降低施加到管腔6201至620M的壁上而不是芯光纤5101至510M本身的压缩和拉伸的影响。
如图6A至6B进一步所示，芯光纤5101至5104可以包括：中心芯光纤5101，其驻留在沿着第一中性轴线550形成的中心或第一管腔6201内；以及驻留在管腔6202至6204中的多根芯光纤5102至5104，它们各自形成在包层600的从第一中性轴线550辐射的不同区域内。通常，除了中心芯光纤5101之外，芯光纤5102至5104可以基于传播通过芯光纤5102至5104并反射回到控制台以供分析的入射光的波长变化而位于包层600的横截面区域605内的不同区域处，以提供足够的间距以实现多芯光纤135的三维感测。
例如，在其中包层600的特征在于如图6B所示的圆形横截面区域605的情况下，如沿着包层600的周边测量的，芯光纤5102至5104可以被定位成彼此基本上等距，诸如位于“顶部”(12点)、“左下部”(8点)和“右下部”(4点)位置，如图所示。因此，一般而言，芯光纤5102至5104可以位于横截面区域605的不同区段内。在其中包层600的横截面605的特征在于多边形横截面形状(例如，三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、八边形等)的情况下，中心芯光纤5101可以位于多边形的中心或附近，而其余的芯光纤5102至510M可以位于多边形的相交边之间的角度附近。
仍参考图6A至6B，在充当通管针130的导电介质时，编织管610为多芯光纤135提供机械完整性，并充当电信号的导电路径。例如，编织管610可以暴露于管心针130的远侧尖端630。包层600和同心地围绕包层600的圆周定位的编织管610包含在同一绝缘层650内。绝缘层650可以是由保护性的绝缘(例如，非导电)材料制成的护套或管道，所述护套或管道封装包层600和编织管610两者，如图所示。
对于本公开的一个实施例，诸如导电环氧树脂640之类的导电材料可以被固定到尖端630，其中编织管610和/或导电环氧树脂640可以类似地与在管心针130的近侧部分上产生的端接/连接点(termination/connection point)接合。可以设想，柄部240可以包括压接/焊接接头，以辅助在管心针130内的编织管610与系绳250中的电线之间提供电过渡(电连接)，所述电过渡提供控制台110的互连件140的连接性。可以设想，可以部署系绳250与编织管610之间的其他电连接机构，诸如通过编织管610与位于管心针130的近侧部分(或近端)的导电元件(网格、垫圈或环)的邻接(与系绳250的连接性)、通过将编织管610与被集成在柄部240中的导电突片/棒邻接以布线穿过系绳250或通过螺纹作用接口来部署连接性。
现在参考图7A，示出了图1的支持光学和电信令两者的多模态管心针130的第二示例性实施例。在本文中，管心针130的特征在于图6A所示的多芯光纤135，所述多芯光纤包括包层600和驻留在对应的多个管腔6201至620M内的第一多根芯光纤5101至510M(对于实施例，M≥3；M＝4)。对于本公开的该实施例，多芯光纤135包括：中心芯光纤5101，其驻留在沿着第一中性轴线550形成的中心或第一管腔6201内；以及第二多根芯光纤5102至5104，其驻留在位于包层600的横截面区域605内的不同区段中的对应管腔6202至6204内。在本文中，可以通过与上文描述的和在图6A至6B所示的部署类似的方式部署芯光纤5101至510M。
与图6A至6B所示的编织管610的使用相比，多模态管心针130的多芯光纤135可以与诸如电线之类的导电介质700配对。根据本公开的该实施例，如图7A所示，导电介质700被配置为在将管心针130放置在患者体内之后传播由管心针130接收的电(例如，ECG)信号。对于该实施例，在不与多芯光纤135隔离的情况下定位导电介质700，其中导电介质700在长度上邻近包层600的外表面710延伸。
对于本公开的一个实施例，柄部240可以包括压接/焊接接头，以在系绳250内的电线内的导电介质700之间提供电连接性。可以设想，如上所述，可以部署到导电介质的其他电连接机构。
如图7B至7C中的管心针130的横截面视图所示，多芯光纤135和导电介质700可以平行放置，其中光纤135和导电介质700被封装在同一绝缘层720内。对于本公开的该实施例，绝缘层720充当用于多芯光纤135和导电介质700两者的保护壳体，其中导电介质700可以与包层600直接物理接触。如图7B所示，绝缘层720充当单个壳体，其中导电介质700没有与多芯光纤135的包层600屏蔽(绝缘)。相比之下，如图7C所示，绝缘层720充当双壳体，其中导电介质700与多芯光纤135的包层600屏蔽(绝缘)。
参考图8A，示出了图1的支持光学和电信令两者的多模态管心针130的第三示例性实施例。在本文中，多模态管心针130的特征在于图6A所示的多芯光纤135，所述多芯光纤包括包层600和驻留在对应的多个管腔6201至620M内的第一多根芯光纤5101至510M(对于实施例，M≥3；M＝4)。对于本公开的该实施例，多芯光纤135包括：中心芯光纤5101，其驻留在沿着第一中性轴线550形成的中心或第一管腔6201内；以及第二多根芯光纤5102至5104，其驻留在位于包层600的横截面区域605内的不同区段中的对应管腔6202至6204内。在本文中，多芯光纤135可以与柔性电路800(即，沿着多芯光纤135的长度延伸的柔性印刷电路)配对。
如图8A至8B所示，柔性电路800被配置为传播由管心针130检测到的任何电(例如，ECG)信号。柔性电路800沿着包层600的外表面810驻留，并且可以被包封在绝缘层(管道)820内。根据本公开的一个实施例，柔性电路800可以通过一个或多个电附接构件820附接到多芯光纤135的包层600，所述一个或多个电附接构件可以与多芯光纤135电隔离。电附接构件820的特征可以在于压接机构、一个或多个焊接接头等。例如，图1的附接到管心针130的管心针总成120的柄部240可以用作压接机构，以在柔性电路与经由管心针总成120的系绳250提供的电线之间建立连接性。
现在参考图9A，示出了图1的支持光学和电信令两者的多模态管心针130的第四示例性实施例。在本文中，多模态管心针130的特征在于上文描述的且在图6A中所示的多芯光纤135，所述多芯光纤包括包层600和驻留在对应的多个管腔6201至620M内的第一多根芯光纤5101至510M(对于实施例，M≥3；M＝4)。对于本公开的该实施例，多芯光纤135包括：中心芯光纤5101，其驻留在沿着第一中性轴线550形成的中心或第一管腔6201内；以及第二多根芯光纤5102至5104，其驻留在位于包层600的横截面区域605内的不同区段中的对应管腔6202至6204内。在本文中，多芯光纤135被封装在导电管900内。导电管900的特征可以在于同心地封装多芯光纤135的“空心”导电圆柱形构件。此导电管900可以由金属或包括诸如镍钛诺之类的形状记忆合金的合金形成。
参考图9A至9B，在将电信号(例如，ECG信号)传送到控制台时充当管心针130的导电介质的导电管900可以一直暴露到管心针130的尖端910。对于本公开的该实施例，导电环氧树脂920(例如，基于金属的环氧树脂，诸如银环氧树脂)可以固定到尖端910，并且类似地与在管心针130的近端930处产生的端接/连接点接合。如图1所示，电路径可以继续穿过柄部240到达位于管心针总成120的互连件144的近端124上的连接器132。替代地，柄部240可以在导电管900与电线之间提供电耦接，所述电线被包括作为与多芯光纤330的互连件144的一部分。包层600和同心地围绕包层600的圆周定位的导电管900包含在同一绝缘层940内。如图所示，绝缘层940可以是封装包层600和导电管900两者的保护性管道。
现在参考图10A，示出了图1的支持光学和电信令两者的多模态管心针130的第五示例性实施例。在本文中，管心针130的特征在于图6A所示的多芯光纤135，所述多芯光纤包括包层600和驻留在对应的多个管腔6201至620M内的第一多根芯光纤5101至510M(对于实施例，M≥3；M＝4)。对于本公开的该实施例，多芯光纤135包括：中心芯光纤5101，其驻留在沿着第一中性(例如，中心)轴线550形成的中心或第一管腔6201内；以及第二多根芯光纤5102至5104，其驻留在位于包层600的横截面区域605内的不同区段中的对应管腔6202至6204内。在本文中，可以通过与上文描述的和在图7A至7C所示的部署类似的方式部署芯光纤5101至510M。
与图7A的成对光缆部署相比，导电介质1000包含在通道1010中，多芯光纤135的一部分驻留在所述通道中，其中导电介质1000可以在长度方向上延伸并且保持与包层600的表面区域的区段1020相邻。包含程度可以包括将多芯光纤135至少部分地封装(参见图10C)或基本上封装(参见图10D)在导电介质1000的通道1010内。如图10C所示，多芯光纤135的圆周的一部分(例如，在圆周的百分之四十至百分之六十之间变化)可以被保持在通道1010内，其中第一通道边缘1030至第二通道边缘1040可以稍微延伸超过导电介质1000的横截面区域605的直径等分线。在图10D中，多芯光纤135的圆周的较大部分(例如，大于圆周的百分之六十)可以被保持在通道1010内，从而使光纤135被“捕捉(snapped)”到通道1000中，因为通道1010的开口1060的宽度可以小于光纤135保持在其中的通道1065的宽度以及通道1010的开口1070(如图10C所示)的宽度(但是当护套由柔性材料制成时，略大于、等于或略小于光纤护套的宽度)。
如管心针130的第一实施例的横截面视图所示，在图10B中，多芯光纤135和导电介质1000可以平行放置，其中光纤135驻留在被形成为导电介质(例如，导线)1000上的凹部或凹槽部分的通道1010内，并且被封装在任选的绝缘层1050内。对于本公开的该实施例，绝缘层1050充当用于多芯光纤135和导电介质1000两者的保护壳体，其中导电介质1000可以与包层600如所示直接物理接触或者可以与包层600绝缘(屏蔽)。在图10C至10D中示出了管心针130的其他实施例的横截面视图，其中将光纤135更多地封装在通道1010内。
现在参考图11A和11B，示出了图1的支持光学和电信令两者的多模态管心针130的第六示例性实施例。在本文中，管心针130的特征在于图6A所示的多芯光纤135，所述多芯光纤包括包层600和驻留在对应的多个管腔6201至620M内的第一多根芯光纤5101至510M(对于实施例，M≥3；M＝4)，如上文在对图9A和9B的多模态管心针130的第四示例性实施例的描述中陈述的，所述描述被结合于本文中以免加重本公开的负担。然而，与图9A和9B的多模态管心针130不同，多芯光纤135仅被封装在导电管900内，并且任选地用导电环氧树脂920固定到其上；不包括图9A和9B所示的绝缘层940。导电管900的特征可以在于同心地封装多芯光纤135的“空心”导电圆柱形构件。此导电管900可以由金属或包括诸如镍钛诺之类的形状记忆合金的合金形成。
本发明的实施例可以在不偏离本公开的精神的情况下以其他具体形式实施。所描述的实施例在所有方面都应被视为仅是说明性的而非限制性的。因此，实施例的范围由所附权利要求指示而不是前面的描述指示。在权利要求的等效物的意义和范围内的所有变化都包含在本权利要求的范围内。

Claims (54)

1.一种医疗设备，其包括：
多芯光纤，所述多芯光纤包括包层和在空间上被布置在所述包层内的一根或多根芯光纤，所述一根或多根芯光纤中的每根芯光纤包括沿着所述芯光纤的纵向长度分布的多个传感器，并且所述多个传感器中的每个传感器被配置为：
(i)基于接收到的入射光将光信号反射为具有不同光谱宽度的反射光，并且
(ii)改变反射的光信号的特性以用于确定所述多芯光纤的物理状态；以及
导电介质，所述导电介质被配置为给在所述导电介质的远侧部分处检测到的电信号提供路径。
2.根据权利要求1所述的医疗设备，其还包括：
绝缘层，其中所述多芯光纤被封装在所述绝缘层中，并且所述导电介质被封装在所述绝缘层中。
3.根据权利要求1所述的医疗设备，其中所述医疗设备对应于多模态管心针。
4.根据权利要求1所述的医疗设备，其中所述多个传感器中的每个传感器构成位于沿着所述芯光纤的所述纵向长度的不同区域处的反射光栅。
5.根据权利要求1所述的医疗设备，其中所述反射光的所述特性变化包括施加到所述反射的光信号以识别至少应变的类型的波长中的移位。
6.根据权利要求5所述的医疗设备，其中所述应变的类型是压缩或拉伸。
7.根据权利要求1所述的医疗设备，其中所述电信号包括心电图(ECG)信号。
8.根据权利要求1所述的医疗设备，其中所述导电介质对应于与所述多芯光纤的所述包层同心定位的编织管。
9.根据权利要求8所述的医疗设备，其中所述编织管的远端和所述一根或多根芯光纤中的每根芯光纤的远端在所述医疗设备的远端处暴露。
10.根据权利要求9所述的医疗设备，其还包括：
导电材料，所述导电材料至少定位在所述编织管的所述远端处，并且被定位成将所述编织管的所述远端电耦接到位于所述医疗设备的近端处的电端接点。
11.根据权利要求1所述的医疗设备，其中所述导电介质对应于与所述多芯光纤的所述包层同心定位的导电管。
12.根据权利要求11所述的医疗设备，其中所述导电管是镍钛诺管。
13.根据权利要求11所述的医疗设备，其中所述导电管没有被封装在绝缘层中。
14.根据权利要求2所述的医疗设备，其中所述导电介质包括位于由所述绝缘层形成的第一绝缘层管腔内的一根或多根电线，而所述多芯光纤的所述包层位于由所述绝缘层形成的第二绝缘层管腔内。
15.根据权利要求14所述的医疗设备，其中所述一根或多根电线和所述多芯光纤通过所述第一绝缘层管腔的部分、所述第二绝缘层管腔的部分或所述第一绝缘层管腔和所述第二绝缘层管腔的部分电隔离。
16.根据权利要求1所述的医疗设备，其中所述导电介质包括柔性电路，所述柔性电路沿着所述包层的外表面驻留并且沿着所述多芯光纤的长度分布。
17.根据权利要求1所述的医疗设备，其中所述一根或多根芯光纤包括：中心芯光纤，所述中心芯光纤驻留在沿着第一轴线形成的中心包层管腔内；以及两根或更多根芯光纤，所述两根或更多根芯光纤各自驻留在平行于所述第一轴线形成于所述包层的不同区域内的两个或更多个相应的包层管腔内。
18.根据权利要求17所述的医疗设备，其中所述第一轴线是具有圆形横截面区域的所述多芯光纤的中心轴线，所述两根或更多根芯光纤包括：
第一芯光纤，所述第一芯光纤从所述中心包层管腔沿第一径向方向驻留在位于所述圆形横截面区域的第一弧形区段内的第一包层管腔内，
第二芯光纤，所述第二芯光纤从所述第一包层管腔沿第二径向方向驻留在位于所述圆形横截面区域的与所述第一弧形区段分离的第二弧形区段内的第二包层管腔内，以及
第三芯光纤，所述第三芯光纤从所述第一包层管腔沿第三径向方向驻留在位于所述圆形横截面区域的与所述第一弧形区段和所述第二弧形区段两者分离的第三弧形区段内的第三包层管腔内。
19.根据权利要求1所述的医疗设备，其中所述一根或多根芯光纤包括：中心芯光纤，所述中心芯光纤驻留在沿着所述包层的中心轴线形成的中心包层管腔内；以及两根或更多根芯光纤中的每根芯光纤，所述每根芯光纤驻留在平行于所述中心轴线的管腔内，使得每根芯光纤在径向上被定位成比所述中心芯光纤更靠近所述包层的边缘。
20.根据权利要求19所述的医疗设备，其中所述两根或更多根芯光纤包括：第一芯光纤，所述第一芯光纤驻留在与所述中心包层管腔共面形成的第一包层管腔内；第二芯光纤，所述第二芯光纤驻留在从所述中心包层管腔径向地定位的第二包层管腔内，在所述第一包层管腔与所述第二包层管腔之间形成第一钝角；以及第三芯光纤，所述第三芯光纤驻留在从所述中心包层管腔径向地定位的第三包层管腔内，在所述第一包层管腔与所述第三包层管腔之间形成第二钝角并且在所述第二包层管腔与所述第三包层管腔之间形成第三钝角。
21.根据权利要求1所述的医疗设备，其中所述多芯光纤的所述物理状态包括以下一者或多者：所述多芯光纤或所述多芯光纤的部分即时拥有的长度、形状、形式或取向。
22.根据权利要求21所述的医疗设备，其中在管心针内实施的所述多芯光纤的所述物理状态表示导管的即时物理状态，在将所述管心针推进到患者体内期间所述管心针插入所述导管中。
23.根据权利要求1所述的医疗设备，其中所述多芯光纤被定位成驻留在所述导电介质的通道内。
24.根据权利要求23所述的医疗设备，其中所述导电介质是电线，所述电线包括沿着所述电线的表面以形成所述通道的凹槽。
25.根据权利要求1所述的医疗设备，其中所述导电介质包括沿着所述导电介质的表面的一个或多个通道以及用于保持所述一根或多根芯光纤中的至少一根芯光纤的所述一个或多个通道中的每个通道。
26.一种医疗设备监视系统，其包括：
控制台，所述控制台至少包括：
(i)处理器，
(ii)存储器，以及
(iii)光学逻辑，所述光学逻辑包括光源和光电检测器；以及
与所述控制台光学和电耦接的多模态管心针，所述多模态管心针包括被封装在绝缘护套内的多芯光纤和与所述多芯光纤分离的导电介质，
其中所述多芯光纤包括包层和在空间上被布置在所述包层内的一根或多根芯光纤，所述一根或多根芯光纤中的每根芯光纤包括沿着所述芯光纤的纵向长度分布的多个传感器，并且所述多个传感器中的每个传感器被配置为：
(i)将光信号反射为具有不同光谱宽度的反射光，以基于从所述光源接收的宽带入射光返回到所述光电检测器，以及
(ii)改变反射的光信号的特性以用于确定所述多芯光纤的物理状态。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述管心针的所述导电介质为在所述导电介质的远侧部分处检测到的一个或多个电信号提供朝向所述控制台的路径。
28.根据权利要求27所述的系统，其中所述一个或多个电信号包括心电图(ECG)信号。
29.根据权利要求26所述的系统，其中所述多个传感器中的每个传感器是反射光栅，所述反射光栅被形成为内接在其相应芯光纤中的永久性周期折射率变化。
30.根据权利要求29所述的系统，其中所述多个传感器中的每个传感器位于沿着其对应芯光纤的所述纵向长度的不同区域处。
31.根据权利要求26所述的系统，其中所述管心针可移除地设置在医疗设备内。
32.根据权利要求31所述的系统，其中所述医疗设备是导管。
33.根据权利要求26所述的系统，其中所述反射光的所述特性变化包括施加到所述反射的光信号以识别至少应变的类型的波长中的移位。
34.根据权利要求26所述的系统，其中所述多模态管心针的所述导电介质包括与所述多芯光纤的所述包层同心定位的编织管。
35.根据权利要求34所述的系统，其中所述编织管的远端和芯光纤中的所述一根或多根中的每根芯光纤的远端在所述多模态管心针的远端处暴露。
36.根据权利要求35所述的系统，其还包括：
导电材料，所述导电材料至少定位在所述编织管的所述远端处，并且被定位成将所述编织管的所述远端电耦接到位于所述多模态管心针的近端处的电端接点。
37.根据权利要求26所述的系统，其中所述多模态管心针的所述导电介质包括与所述多芯光纤的所述包层同心定位的导电管。
38.根据权利要求37所述的系统，其中所述导电管是镍钛诺管。
39.根据权利要求37所述的系统，其中所述导电管没有被封装在绝缘层中。
40.根据权利要求26所述的系统，其中所述多模态管心针的所述导电介质包括位于由所述绝缘护套形成的第一绝缘层管腔内的一根或多根电线，而所述多芯光纤的所述包层位于由所述绝缘护套形成的第二绝缘层管腔内。
41.根据权利要求40所述的系统，其中所述一根或多根电线和所述多模态管心针的所述多芯光纤通过所述第一绝缘层管腔的部分、所述第二绝缘层管腔的部分或所述第一绝缘层管腔和所述第二绝缘层管腔的部分电隔离。
42.根据权利要求26所述的系统，其中所述多模态管心针的所述导电介质包括柔性电路，所述柔性电路沿着所述包层的外表面驻留并且沿着所述多芯光纤的长度分布。
43.根据权利要求26所述的系统，其中所述多模态管心针中所包括的所述多芯光纤中的芯光纤中的所述一根或多根包括：中心芯光纤，所述中心芯光纤驻留在沿着第一轴线形成的中心包层管腔内；以及两根或更多根芯光纤，所述两根或更多根芯光纤驻留在平行于所述第一轴线形成于所述包层的不同区域内的两个或更多个相应的包层管腔内。
44.根据权利要求43所述的系统，其中所述第一轴线是具有圆形横截面区域的所述多芯光纤的中心轴线，所述两根或更多根芯光纤包括：
第一芯光纤，所述第一芯光纤从所述中心包层管腔沿第一径向方向驻留在位于所述圆形横截面区域的第一弧形区段内的第一包层管腔内，
第二芯光纤，所述第二芯光纤从所述第一包层管腔沿第二径向方向驻留在位于所述圆形横截面区域的与所述第一弧形区段分离的第二弧形区段内的第二包层管腔内，以及
第三芯光纤，所述第三芯光纤从所述第一包层管腔沿第三径向方向驻留在位于所述圆形横截面区域的与所述第一弧形区段和所述第二弧形区段两者分离的第三弧形区段内的第三包层管腔内。
45.根据权利要求26所述的系统，其中所述多模态管心针中所包括的所述多芯光纤中的所述一根或多根芯光纤包括：中心芯光纤，所述中心芯光纤驻留在沿着所述包层的中心轴线形成的中心包层管腔内；以及两根或更多根芯光纤，它们各自驻留在平行于所述中心轴线的管腔内，其中每根芯光纤在径向上被定位成比所述第一芯光纤更靠近所述包层的边缘。
46.根据权利要求45所述的系统，其中所述两根或更多根芯光纤包括：第一芯光纤，所述第一芯光纤驻留在与所述中心包层管腔共面形成的第一包层管腔内；第二芯光纤，所述第二芯光纤驻留在从所述中心包层管腔径向地定位的第二包层管腔内，在所述第一包层管腔与所述第二包层管腔之间形成第一钝角；以及第三芯光纤，所述第三芯光纤驻留在从所述中心包层管腔径向地定位的第三包层管腔内，在所述第一包层管腔与所述第三包层管腔之间形成第二钝角并且在所述第二包层管腔与所述第三包层管腔之间形成第三钝角。
47.根据权利要求26所述的系统，其中所述多芯光纤的所述物理状态包括以下一者或多者：所述多芯光纤或导管即时拥有的长度、形状、形式或取向，在将所述管心针推进到患者体内期间所述多模态管心针插入所述导管中。
48.一种用于将医疗设备放置在患者体内的方法，所述方法包括：
通过沿着多芯光纤中的多根纤维中的每根芯光纤的长度分布的多个反射光栅中的每个反射光栅接收宽带入射光信号，所述多根芯光纤在空间上被分布成经历不同程度的应变并且所述多根芯光纤中的至少两根芯光纤在空间上被分布成响应于所述多芯光纤的取向变化而经历不同类型的应变；
通过所述多个反射光栅中的每个反射光栅反射所述宽带入射光的不同光谱宽度的光信号，其中所述多个反射光栅中的每个反射光栅通过施加波长移位来改变其反射的光信号，所述波长移位取决于所述反射光栅经历的应变；以及
处理从与所述多根芯光纤相关联的所述多个反射光栅中的每个反射光栅接收的所述反射的光信号，以确定所述多芯光纤的与包括所述多芯光纤的所述医疗设备有关的至少物理状态。
49.根据权利要求48所述的方法，其还包括：
由位于所述多芯光纤的绝缘护套中的导电介质监视电信号；以及
处理来自所述导电介质的所述电信号以生成心电图(ECG)信号以供显示。
50.根据权利要求48所述的方法，其中所述多芯光纤的与所述医疗设备有关的所述物理状态包括以下一者或多者：所述多芯光纤即时拥有的长度、形状、形式或取向。
51.根据权利要求48所述的方法，其中所述不同类型的应变包括压缩和拉伸。
52.根据权利要求48所述的方法，其还包括：
在所述接收所述宽带入射光之前，通过控制台的光学逻辑内的可调谐激光器传播所述宽带入射光，所述控制台光学和电耦接到所述医疗设备。
53.根据权利要求48所述的方法，其中所述医疗设备包括细长形状，并且被插入患者体内的脉管系统中。
54.根据权利要求53所述的方法，其中所述医疗设备是管心针，所述管心针可移除地插入导管总成的管腔中以用于将所述导管总成的远侧尖端放置在所述脉管系统的上腔静脉内。
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