CN114246583A - 用于检测和确认的光纤血氧测定系统 - Google Patents

用于检测和确认的光纤血氧测定系统 Download PDF

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Abstract

本文公开了一种涉及将医疗器械放置到患者体内的脉管系统内的系统、设备和方法，包括具有一个或多个芯纤维的光纤。系统可以包括控制台，控制台具有存储逻辑的非暂时性计算机可读介质，当执行逻辑时，引起以下操作：向光纤提供入射光信号；接收入射光的反射光信号，其中反射光信号是从患者体内的红细胞或组织中的至少一种反射回来的；处理反射光信号，以确定患者体内靠近光纤远侧尖端的含氧量。方法还进一步包括至少基于含氧量来确定光纤远侧尖端在患者体内的位置。

Description

用于检测和确认的光纤血氧测定系统
优先权
本申请要求2020年9月25日提交的美国临时申请号63/083,457的优先权权益，其通过引用以其整体并入本申请。
技术领域
本申请涉及医疗器械领域，更具体地涉及用于检测和确认的光纤血氧测定系统。
背景技术
过去，医疗装置(比如导丝和导管)的某些脉管内引导例如已经将荧光检查方法用于跟踪医疗装置的尖端和确定远侧尖端是否被适当地定位在其目标解剖结构中。然而，这样的荧光检查方法使患者和他们的主治医生暴露于有害的X射线辐射。此外，在一些情况下，患者被暴露于荧光检查方法所需的潜在有害的造影剂。
最近，已经使用涉及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。场发生器使用多个线圈生成用于建立坐标空间的位置变化磁场。例如，附接至管心针(比如在管心针的远端(尖端)附近)，传感器单元包括小线圈，在该小线圈中经由磁场感应电流。基于每个线圈的电气特性，可以在坐标空间内确定医疗装置的位置和取向。控制单元控制场发生器并且从传感器单元捕获数据。
虽然电磁跟踪系统避免了跟踪管心针的尖端的视线依赖，同时避免了与荧光检查方法相关的辐射暴露和潜在有害的造影剂，但是电磁跟踪系统易于受干扰。更具体地，由于电磁跟踪系统依赖于由场发生器产生的磁场的测量，这些系统经历电磁场干扰，这可能由许多不同类型的消费电子设备比如蜂窝电话的存在引起。另外，电磁跟踪系统经历信号丢失，依赖于外部传感器，并且受限于有限的深度范围。
本文公开了一种包括医疗器械的系统以及由此执行的方法，该医疗器械具有布置在其中的光纤，其中系统被配置为使用光纤技术提供尖端放置的确认或跟踪信息。另外，系统被配置为检测患者的脉管系统内的血液的含氧量。一些实施方案将含氧量检测功能与光纤形状感测功能、脉管内心电图(ECG)监测、阻抗/传导感测和血流方向检测中的一种或多种结合。
发明内容
简而言之，本文公开的实施方案涉及用于在推进通过患者的脉管系统期间经由光纤芯获得与医疗器械(比如导管、导丝或管心针)的轨迹和/或形状相对应的血氧测定数据(比如含氧量)和任选地三维(3D)信息(反射光)，并且协助医疗器械在推进期间的导航的系统、设备和方法。
更具体地，在一些实施方案中，医疗器械包括一个或多个光纤芯，其中每个被配置有传感器阵列(反射光栅)，其在规定长度的芯纤维上方被空间分布，以大体上感测芯纤维的由传感器占据的那些区域上的外部应变和温度。每个光纤芯被配置为在推进通过患者的脉管系统期间从控制台接收光(例如，宽带光、红外光、近红外光等)，其中光沿着光纤芯的至少部分距离朝向远端传播。为清楚起见，术语入射光或宽带入射光可以被用于下面的描述；然而，可以替换地使用红外光和近红外光。在沿着光纤芯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的情况下，传感器阵列使得能够在遍及规定长度的医疗器械进行分布式测量。这些分布式测量可以包括与传感器经历的应变和/或温度具有相关性的波长偏移。
来自光纤芯内的传感器(反射光栅)的反射光从医疗器械返回，以便由控制台进行处理。可以基于反射光的波长偏移的分析确定医疗器械的物理状态。例如，通过医疗器械的弯曲引起的应变以及由此光纤芯的角度变化引起了不同程度的变形。不同程度的变形改变了在光纤芯上定位的传感器(反射光栅)的形状，这可能引起来自在光纤芯上定位的传感器的反射光的波长变化(偏移)。光纤芯可以包括单个光纤或多个光纤(在该情况下，光纤芯被称为“多芯光纤”)。
如本文使用的，术语“芯纤维”通常指的是布置在医疗装置内的单个光纤芯。因此，芯纤维的讨论指的是单个光纤芯，而多芯光纤的讨论指的是多个芯纤维。下面讨论的各种实施方案检测在包括(i)单个芯纤维和(ii)多个芯纤维的医疗器械的光纤芯中的每个中出现的健康状况(以及特别是损坏)。应当注意，除了改变传感器的形状的应变之外，环境温度变化也可以改变传感器的形状，从而导致来自在光纤芯上定位的传感器的反射光的波长变化(偏移)。
更具体地，布置在医疗器械内的光纤可以被配置为充当脉管系统内的脉管或位置内的氧的测量系统，以验证医疗器械的尖端在其中的放置。具体地，测量的含氧量(也称为含氧水平)可以指示脉管系统内的特定位置(例如，脉管含有比右心房更少的血液量)。在由控制台提供的入射光传播至医疗器械的远端时，光可以以被血液内的氧分子吸收的特定波长从远侧尖端发射。一部分光被每个红细胞内存在的氧分子吸收，并且一部分被红细胞反射。反射部分被光纤的远侧尖端接收，并且随后传播回控制台。控制台被配置为通过将反射光与接近远侧尖端位置的血液的含氧量进行关联而分析来自红细胞的反射光。更具体地，来自红细胞的反射光提供了关于光吸收水平的指示，这对应于含氧量。例如，含氧量越高，将使吸收水平越高，这将影响从红细胞反射的光。应当注意，氧分子的吸收和入射光的反射不限于或受限于红细胞。例如，患者体内的组织和器官也可能(经由氧分子)吸收入射光和反射入射光。
换言之，氧分子对光的吸收降低(“猝灭”)光，其中猝灭的程度由光纤的远侧尖端接收的反射光的量指示。换言之，氧分子对光的吸收(例如，光吸收)降低了发射光的强度，其中可以基于从红细胞反射的光的强度测量强度变化。
通过控制台的逻辑对由红细胞反射的光进行分析，以基于反射光与对应于脉管系统内的已知位置的数据的比较，确定光纤的远侧尖端的位置，血液中氧气的量随其在患者体内的位置变化。
特别地，反射光由控制台的光接收器接收，该光接收器被配置为将反射光信号转换为反射数据，即代表反射光信号的电信号形式的数据。控制台的逻辑被配置为确定反射数据与血氧水平之间的相关性，其中逻辑然后可以使血氧水平与脉管系统内的光纤的远侧尖端的特定位置相关。在一些实施方案中，光纤进入脉管系统的部位可以被用于确定在脉管系统内的位置。例如，当两个位置各自与确定的含氧量密切相关时，控制台的逻辑可以基于与进入部位的接近度以及可选地了解光纤的远侧尖端在脉管系统内的推进而选择特定位置。例如，控制台的逻辑可以基于含氧量基于与进入部位的接近度而选择位置选项，例如，当光纤的进入部位为患者前臂的头静脉时，可以选择肩内的位置选项而不是腿中的位置选项。下面讨论了利用反射数据的其他实施方案，这些实施方案也可以帮助临床医生导航光纤(和相应的医疗器械)的推进。
类似地，可以通过分析反射数据而监测血流方向。血液流动的方向可能影响从红细胞反射并且由光纤的远侧尖端接收的光量。例如，与当血流方向与光纤推进方向一致时检测到的反射水平相比，当血流的方向与光纤的推进方向相反时(例如，朝向光纤的远侧尖端)，可以检测到更大的反射水平。因此，反射光的强度导致确定血液流动的方向。
公开文本的具体实施方案包括使用医疗器械，比如管心针，其特征在于多芯光纤和导电介质共同操作，以跟踪管心针或另一种医疗装置(其中放置了管心针，比如导管)与患者身体的放置。可以使用导丝代替管心针。为方便起见，一般讨论光纤芯被布置在管心针内的实施方案；然而，公开文本并不旨在受到如此限制，因为可以实施本文公开的涉及检测光纤芯的健康的功能，而不管光纤芯被布置在其中的医疗器械。在一些实施方案中，光纤芯可以被直接集成入导管的壁。
在一些实施方案中，管心针的光纤芯被配置为返回信息用于识别：(i)管心针的一部分(例如，管心针的尖端、区段等)或至少包括管心针的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全部或大部分的物理状态(例如，形状长度、形状和/或形式)(下文描述为“管心针的物理状态”或“导管的物理状态”)。根据公开文本的一个实施方案，返回信息可以从不同光谱宽度的反射光信号获得，其中每个反射光信号对应于沿着多芯光纤的芯(下文称为“芯纤维”)传播的宽带入射光的一部分，该宽带入射光由位于芯纤维上的特定传感器反射回芯纤维上方。返回信息的一个说明性实施例可以涉及从传感器返回的反射光信号的信号特性变化，其中波长偏移与芯纤维上的(机械)应变或检测到的环境温度变化相关。
在一些实施方案中，芯纤维利用多个传感器并且每个传感器被配置为反射不同光谱范围的入射光(例如，不同的光频率范围)。基于在每个芯纤维上施加的应变的类型和程度，与该芯纤维相关联的传感器可以改变(偏移)反射光的波长，以传送在由传感器占据的管心针的那些位置处的该芯纤维上的应变的类型和程度。传感器被空间地分布在芯纤维的在管心针的近端与远端之间的不同位置处，使得可以基于波长偏移的分析实施管心针的形状感测。在此，形状感测功能与如下能力成对：通过包括为管心针的一部分的传导介质，同时通过相同构件(管心针)传递电信号。
类似地，传感器可以改变(偏移)反射光的波长以传达感测到的环境温度变化。从而，响应于检测到的环境温度变化，改变提供了温度感测功能。
更具体地，在一些实施方案中，多芯光纤的每个芯纤维被配置有传感器阵列，其在芯纤维的规定长度上方被空间地分布，以大体上感测芯纤维的由传感器占据的那些区域上的外部应变或靠近那些区域的环境温度变化。在沿着相同芯纤维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的情况下，传感器阵列使得能够在多芯光纤的整个规定长度上进行分布式测量。这些分布式测量可以包括与传感器经历的应变和/或传感器检测到的温度变化具有相关性的波长偏移。
更具体地，每个传感器可以作为反射光栅操作，比如光纤Bragg光栅(FBG)，即与记入(inscribe into)芯纤维的永久性、周期性折射率变化相对应的内在(intrinsic)传感器。换句话说，传感器作为特定光谱宽度(例如，特定波长或特定波长范围)的光反射镜操作。结果，在宽带入射光由光学光源提供并且传播通过特定芯纤维时，一旦到达用于该芯纤维的分布式传感器阵列的第一传感器，与第一传感器相关联的规定光谱宽度的光被反射回控制台内的光学接收器，该控制台包括显示器和光学光源。入射光的剩余光谱继续传播通过芯纤维朝向管心针的远端。入射光的剩余光谱可能遭遇来自传感器的分布式阵列的其它传感器，其中这些传感器中的每个被制造以反射具有不同特定光谱宽度的光，进而提供分布式测量，如上文所描述。
在操作期间，多次光反射(也称为“反射光信号”)从多芯光纤的多个芯纤维中的每个返回控制台。每个反射光信号可以唯一地与不同的光谱宽度相关联。与反射光信号相关联的信息可以被用于通过应变检测和/或通过检测响应于发出的入射光的环境温度变化而进行的瞬时含氧量测量，确定管心针在患者体内的物理状态的三维表示。在此，芯纤维与多模光纤的包层(cladding)在空间上分离，并且每个芯纤维被配置为分别返回从在每个芯纤维中制造的分布式传感器阵列反射的不同光谱宽度(例如，特定光波长或光波长范围)的光。
在脉管系统插入和导管推进期间，临床医生可以依靠控制台以可视化由管心针引导的导管的当前物理状态(例如，形状)，以避免潜在的路径偏离。在外围芯纤维位于多模光纤的包层内的空间上不同位置处时，管心针的角度取向变化(比如，相对于中心芯纤维弯曲等)在每个外围芯纤维以及中心芯纤维上施加不同类型(例如，压缩或拉伸)和程度的应变。不同类型和/或程度的应变可能引起芯纤维的传感器施加不同的波长偏移，这可以被测量以推断管心针(导管)的物理状态。
公开文本的实施方案可以包括一种或多种方法的组合，以基于由在光纤的远侧尖端处布置的一个或多个传感器反射的光确定的血氧测定读数，确定实现主体(例如，导引器丝、导丝、针内的管心针、具有嵌入在插管的光纤的针、配置与导管一起使用的管心针、针与导管之间的光纤和/或集成入导管的光纤)内的光纤位于脉管系统内的指定位置。
公开文本的某些实施方案涉及利用光纤形状感测、含氧量和/或血流方向的检测，以跟踪医疗装置在患者的整个脉管系统中的推进。例如，如上所述，每个芯纤维包括多个沿着其长度布置的反射光栅，其中每个反射光栅接收宽带入射光并且反射具有特定光谱宽度(例如，特定波长或特定波长范围)的光信号，其可以基于施加至对应于反射光栅的芯纤维的长度的应变量而偏移。入射光也从芯纤维的远侧尖端发射入脉管系统，使得远侧尖端接收从红细胞反射的光，而该光传播回控制台。
在光纤被集成入针或以其他方式布置在针中的一些实施方案中，本文公开的系统和方法可以提供关于针刺穿脉管后壁的警报(比如警告或通知)或指示气胸。例如，以与上述相同的方式，针内的光纤发射入射光并且接收反射光，该反射光由控制台接收并且转换反射数据。在光纤布置于针内的实施方案中，基于与静脉或动脉的预期含氧量相关的反射数据，该反射数据可以指示针的远侧尖端在脉管中。此外，实施方案可以指示：当反射数据指示含氧量的变化，针已经刺穿脉管的后壁(例如，含氧量的急剧下降，这可以表明针的远侧尖端不再在静脉或动脉中)。
另外，布置在针内的光纤可以被用于检测气胸。在将针插入患者的躯干后，光纤可以发射光、检测任何反射光，使得反射光传播到控制台以转换为反射数据和进行分析。反射数据可以与已知的含氧量相关，以便确定靠近光纤的远侧尖端的含氧量。当针的远侧尖端(以及因此光纤，参见图11A-图11B)时，控制台的逻辑可以基于对插入部位附近的解剖区域(例如，靠近患者的肺部)的异常含氧量的确定，检测患者中的气胸。例如，确定的含氧量可能高于预期，因此表明在肺和胸壁之间的胸膜腔中存在异常的空气聚集。
另外，公开的系统和方法可以执行操作以确定针是否已经被放置在静脉或动脉内。具体地，控制台的逻辑可以确定反射数据与特定的含氧量相关，其中此类含氧量对应于静脉(例如，较低的含氧量)或动脉(例如，较高的含氧量)。
即使在血液回流极少或没有血液回流的情况下，布置在针内的光纤也可以确认进行插管的静脉。例如，在公开的系统和方法中，作为从光纤的远侧尖端发射的入射光的结果获得的反射数据可以基于确定的光纤远侧尖端的含氧量而确认针被插入静脉或动脉。
一些实施方案包括用于将医疗器械插入患者体内的医疗器械系统，其中该系统包括医疗器械，该医疗器械包括光纤，该光纤具有一个或多个芯纤维。系统还可以包括控制台，该控制台包括一个或多个处理器和其上存储有逻辑的非暂时性计算机可读介质，当由一个或多个处理器执行时，该逻辑引起包括如下的操作：向光纤提供入射光信号；接收入射光的反射光信号，其中反射光信号是从患者体内的红细胞或组织中的至少一种反射回来的；和处理反射光信号，以确定患者体内靠近光纤远端的含氧量。
在一些实施方案中，一个或多个芯纤维中的每个包括沿着对应芯纤维的纵向长度分布的多个传感器，并且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，反射不同光谱宽度的光信号；和(ii)改变反射光信号的特性，用于确定光纤的物理状态。在又一些实施方案中，光纤是单芯光纤，并且其中以脉冲形式提供入射光。
在一些实施方案中，光纤是包括多个芯纤维的多芯光纤，其中入射光沿着第一芯纤维传播，并且反射光信号沿着第二芯纤维传播。在其他实施方案中，基于含氧量和医疗器械的进入部位确定光纤的远侧尖端在患者体内的位置。
在进一步的实施方案中，逻辑在由一个或多个处理器执行时引起进一步的操作，包括生成指示光纤的远侧尖端在患者体内的位置的显示。
在一些实施方案中，医疗器械是导引器丝、导丝、管心针、针内的管心针、具有嵌入针的插管的光纤的针或具有嵌入导管的一个或多个壁的光纤的导管。
在一些实施方案中，反射光信号指示气胸。在其他实施方案中，医疗器械位于患者体内的脉管内，并且其中反射光信号指示血流方向。在其他实施方案中，医疗器械位于患者体内的脉管内，并且其中反射光信号基于含氧量的增加指示脉管与第二脉管的接合处。在一些实施方案中，医疗器械位于患者体内，并且其中反射光信号指示患者体内第一位置与患者体内第二位置之间的血液量的变化。在一些实施方案中，医疗器械是针并且已经被插入患者体内的脉管，并且其中反射光信号基于含氧量的降低指示针已经刺穿了脉管的后壁。在其他实施方案中，逻辑在由一个或多个处理器执行时引起进一步的操作，包括基于含氧量确定光纤是位于患者体内的动脉内还是静脉内。
公开内容的其他实施方案涉及一种用于将医疗器械放置在患者体内的方法。方法包括如下操作：向布置在医疗器械内的光纤提供入射光信号，其中光纤包括一个或多个芯纤维；接收入射光的反射光信号，其中反射光信号是从患者体内的红细胞或组织中的至少一种反射回来的；和处理反射光信号，以确定患者体内靠近光纤远端的含氧量。
在一些实施方案中，一个或多个芯纤维中的每个包括沿着对应芯纤维的纵向长度分布的多个传感器，并且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，反射不同光谱宽度的光信号；和(ii)改变反射光信号的特性，用于确定光纤的物理状态。在又一些实施方案中，光纤是单芯光纤，并且其中以脉冲形式提供入射光。
在一些实施方案中，光纤是包括多个芯纤维的多芯光纤，其中入射光沿着第一芯纤维传播，并且反射光信号沿着第二芯纤维传播。在其他实施方案中，基于含氧量和医疗器械的进入部位确定光纤的远侧尖端在患者体内的位置。
在进一步的实施方案中，当由一个或多个处理器执行时，逻辑引起进一步的操作，包括生成指示光纤的远侧尖端在患者体内的位置的显示。
在一些实施方案中，医疗器械是导引器丝、导丝、管心针、针内的管心针、具有嵌入针的插管的光纤的针或具有嵌入导管的一个或多个壁的光纤的导管。
在一些实施方案中，反射光信号指示气胸。在其他实施方案中，医疗器械位于患者体内的脉管内，并且其中反射光信号指示血流方向。在其他实施方案中，医疗器械位于患者体内的脉管内，并且其中反射光信号基于含氧量的增加指示脉管与第二脉管的接合处。在一些实施方案中，医疗器械位于患者体内，并且其中反射光信号指示患者体内第一位置与患者体内第二位置之间的血液量的变化。在一些实施方案中，医疗器械是针并且已经被插入患者体内的脉管，并且其中反射光信号基于含氧量的降低指示针已经刺穿了脉管的后壁。在其他实施方案中，当由一个或多个处理器执行时，逻辑引起进一步的操作，包括基于含氧量确定光纤是位于患者体内的动脉内还是静脉内。
其他实施方案包括其上存储有逻辑的非暂时性计算机可读介质，当由一个或多个处理器执行时，逻辑引起包括如下的操作：向布置在医疗器械内的光纤提供入射光信号，其中光纤包括一个或多个芯纤维；接收入射光的反射光信号，其中反射光信号是从患者体内的红细胞或组织中的至少一种反射回来的；和处理反射光信号以确定患者体内靠近光纤远侧尖端的含氧量。
在一些实施方案中，一个或多个芯纤维中的每个包括沿着相应芯纤维的纵向长度分布的多个传感器，并且多个传感器中的每个传感器被配置为：(i)基于接收的入射光，反射不同光谱宽度的光信号；和(ii)改变反射光信号的特性，用于确定光纤的物理状态。在另一些实施方案中，光纤是单芯光纤，并且其中以脉冲形式提供入射光。
在一些实施方案中，光纤是包括多个芯纤维的多芯光纤，其中入射光沿着第一芯纤维传播，并且反射光信号沿着第二芯纤维传播。在其他实施方案中，基于含氧量和医疗器械的进入部位确定光纤的远侧尖端在患者体内的位置。
在进一步的实施方案中，逻辑在由一个或多个处理器执行时引起进一步的操作，包括生成指示光纤的远侧尖端在患者体内的位置的显示。
在一些实施方案中，医疗器械是导引器丝、导丝、管心针、针内的管心针、具有嵌入针的插管的光纤的针或具有嵌入导管的一个或多个壁的光纤的导管。
在一些实施方案中，反射光信号指示气胸。在其他实施方案中，医疗器械位于患者身体的脉管内，并且其中反射光信号指示血流方向。在其他实施方案中，医疗器械位于患者体内的脉管内，并且其中反射光信号基于含氧量的增加指示脉管与第二脉管的接合处。在一些实施方案中，医疗器械位于患者体内，并且其中反射光信号指示患者体内第一位置与患者体内第二位置之间的血液量的变化。在一些实施方案中，医疗器械是针并且已经被插入患者体内的脉管，并且其中反射光信号基于含氧量的降低指示针已经刺穿了脉管的后壁。在其他实施方案中，当一个或多个处理器执行逻辑时，逻辑引起进一步的操作，包括基于含氧量确定光纤是位于患者身体的动脉内还是静脉内。
考虑到更详细地公开这些概念的特定实施方案的附图和以下描述，本文提供的概念的这些和其他特征对于本领域技术人员将变得更明显。
附图说明
在附图中通过举例而非限制的方式示出了公开文本的实施方案，其中相同的附图标记表示相似的元件，并且其中：
图1A是根据一些实施方案的医疗器械监测系统的说明性实施方案，该医疗器械监测系统包括具有光学形状感测和基于光纤的血氧测量能力的医疗器械；
图1B是根据一些实施方案的医疗器械监测系统100的可选的说明性实施方案；
图2是根据一些实施方案的包括在图1A的管心针120内的多芯光纤的一部分的结构的示例性实施方案；
图3A是根据一些实施方案的图1A的管心针的第一示例性实施方案，其支持光和电信令(signaling)二者；
图3B是根据一些实施方案的图3A的管心针的截面视图；
图4A是根据一些实施方案的图1B的管心针的第二示例性实施方案；
图4B是根据一些实施方案的图4A的管心针的截面视图；
图5A是根据一些实施方案的导管的第一说明性实施方案的正视图，该导管包括集成管材(integrated tubing)、沿着直径(diametrically)布置的隔膜和在管材与隔膜内的微内腔；
图5B是根据一些实施方案的图5A的导管的第一说明性实施方案的透视图，该导管包括安装在微内腔内的芯纤维；
图6A-6B是根据一些实施方案的由图1A-1B的医疗器械监测系统实施的实现光学3D形状感测的操作方法的流程图；
图7是根据一些实施方案的图1A的医疗器械监测系统在导管操作和插入患者期间的示例性实施方案；
图8A是根据一些实施方案的脉管系统内的脉管的截面透视图，该脉管具有在其中推进的医疗器械，其中医疗器械包括示出为从远侧尖端发射光的光纤；
图8B是根据一些实施方案的图8A的脉管的截面透视图，该脉管具有在其中推进的医疗器械，其中光纤的远侧尖端被示出为接收由红细胞反射的光；
图9是根据一些实施方案的图8A的脉管的截面透视图，该脉管示出在与分支脉管的接合处并且具有在其中推进的医疗器械，其中医疗器械包括示出为从远侧尖端发射光的光纤；
图10是根据一些实施方案的针的实施方案，该针包括布置在其中的光纤，其中光纤被示出为从远侧尖端发射光；
图11A是根据一些实施方案的包括图10的针的进入穿刺的脉管的截面透视图；
图11B是根据一些实施方案的图11A的脉管的截面透视图，包括图10的针的进入穿刺和退出穿刺；
图12是示出根据一些实施方案的由图1A-1B中的任何一个医疗器械监测系统实施的示例性操作方法的流程图，该医疗器械监测系统部署图8A-9的医疗器械和光纤。
具体实施方式
在更详细地公开一些具体实施方案之前，应当理解，本文公开的具体实施方案不限制本文提供的概念的范围。还应当理解，本文公开的特定实施方案可以具有可容易地与特定实施方案分离并且任选地与本文公开的许多其它实施方案中的任何一个特征组合或替代本文公开的许多其它实施方案中的任何一个特征的特征。
关于本文使用的术语，还应当理解，这些术语是为了描述一些特定实施方案的目的，并且这些术语不限制本文提供的概念的范围。序数(例如，第一、第二、第三等)通常用于区分或标识一组特征或步骤中的不同特征或步骤，并且不提供系列或数字限制。例如，“第一”、“第二”、“第三”特征或步骤不必按顺序出现，并且包括这些特征或步骤的特定实施方案不必限于这三个特征或步骤。为方便起见，使用标签比如“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”等，而并不旨在暗示例如任何特定的固定位置、取向或方向。相反，这样的标记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，否则单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代。
关于例如本文公开的探头的“近侧”、“近侧部分”或“近端部分”，包括当探头被用于患者时预期靠近临床医生的探头部分。同样地，例如探头的“近侧长度”包括当探头被用于患者时预期靠近临床医生的探头的长度。例如，当探头被用于患者时，探头的“近端”包括探头的靠近临床医生的一端。探头的近侧部分、近端部分或近侧长度可以包括探头的近端；然而，探头的近侧部分、近端部分或近侧长度不必包括探头的近端。即，除非上下文另有说明，探头的近侧部分、近端部分或近侧长度不是探头的末端部分或末端长度。
例如，本文公开的探头的“远侧”、“远侧部分”或“远端部分”包括当探头被用于患者时预期靠近患者或在患者中的探头部分。同样地，例如，探头的“远侧长度”包括当探头被用于患者时预期靠近患者或在患者中的探头的长度。例如，当探头被用于患者时，探头的“远端”包括探头的靠近患者或在患者中的一端。探头的远侧部分、远端部分或远侧长度可以包括探头的远端；然而，探头的远侧部分、远端部分或远侧长度不必包括探头的远端。即，除非上下文另有说明，探头的远侧部分、远侧部分或远端长度不是探头的末端部分或末端长度。
术语“逻辑”可以表示被配置为执行一个或多个功能的硬件、固件或软件。作为硬件，术语逻辑可以指或包括具有数据处理和/或存储功能的电路。这种电路的实施例可以包括但不限于硬件处理器(例如，微处理器、一个或多个处理器核、数字信号处理器、可编程门阵列、微控制器、专用集成电路“ASIC”等)、半导体存储器或组合元件。
另外或在替代方案中，术语逻辑可以指代或包括软件，例如一个或多个进程、一个或多个实例、应用程序编程接口(API)、子例程、函数、小应用程序、小服务程序、例行程序、源代码、目标代码、共享库/动态链接库(dll)或甚至一个或多个指令。软件可以被存储在任何类型的合适的非瞬态存储介质中或瞬态存储介质(例如，电、光、声或其它形式的传播信号，例如载波、红外信号或数字信号)中。非瞬态存储介质的实施例可以包括但不限于或局限于可编程电路；非持久性存储器，例如易失性存储器(例如，任何类型的随机存取存储器“RAM”)；或永久存储器，例如非易失性存储器(例如，只读存储器“ROM”、电源供电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。作为固件，逻辑可以被存储在永久存储中。
参考图1A，根据一些实施方案示出了医疗器械监测系统的说明性实施方案，该医疗器械监测系统包括具有光学形状感测和基于光纤的血氧测量能力的医疗器械。如图所示，系统100通常包括控制台110和通信地耦合至控制台110的管心针组件119。对于该实施方案，管心针组件119包括在其远端122上的细长探头(例如，管心针)120和在其近端124上的控制台连接器133，其中管心针120被配置为通过导管195或与导管195一起在患者脉管系统内推进。控制台连接器133使得管心针组件119能够经由互连件145被可操作地连接至控制台110，互连件145包括一个或多个光纤147(以下称为“光纤(一个或多个)”)和由单个光/电连接器146封端(或由双连接器封端)的传导介质。在此，连接器146被配置为与控制台连接器133接合(配合)以允许光在控制台110与管心针组件119之间传播以及电信号从管心针120传播至控制台110。
控制台110的示例性实现包括处理器160、存储器165、显示器170和光学逻辑180，但是可以理解，控制台110可以采取各种形式中的一种并且可以包括并不涉及公开文本的方面的附加部件(例如，电源、端口、接口等)。美国公开号2019/0237902中示出了控制台110的说明性实施例，其全部内容通过引用并入本文。包括处理器160以在操作期间控制控制台110的功能，处理器160能够访问存储器165(例如，非易失性存储器或非暂时性计算机可读介质)。如图所示，显示器170可以是集成入控制台110的液晶二极管(LCD)显示器，并且被用作用户接口以给临床医生显示信息，特别是在导管放置过程(例如，心脏导管插入)期间。在另一个实施方案中，显示器170可以与控制台110分开。虽然未显示，但是用户接口被配置为提供控制台110的用户控制。
对于两个实施方案，显示器170描绘的内容可以根据管心针120被配置为操作的模式(光学、TLS、ECG或另一种模态)而改变。在TLS模式中，显示器170呈现的内容可以构成管心针120的物理状态(例如，长度、形状、形式和/或取向)的二维(2D)或三维(3D)表示，这是由返回控制台110的反射光信号150的特性计算的。反射光信号150构成反射回控制台110的宽带入射光155的特定光谱宽度的光。根据公开文本的一个实施方案，反射光信号150可以涉及从光学逻辑180输送并且源自光学逻辑180的宽带入射光155的各种离散部分(例如，特定光谱宽度)，如下面描述的。
根据公开文本的一个实施方案，包括在管心针组件119上的激活控制件126可以被用于将管心针120设置为期望的操作模式，并且由临床医生选择性地改变显示器170的可操作性以帮助医疗装置放置。例如，基于管心针120的模态，控制台110的显示器170可以被用于在导管推进通过脉管系统期间或TLS模态期间进行基于光学模态的引导，以确定管心针120的物理状态(例如，长度、形式、形状、取向等)。在一个实施方案中，来自多个模式的信息，比如光学、TLS或ECG，例如可以同时显示(例如，在时间上至少部分重叠地显示)。
仍然参考图1A，光学逻辑180被配置为支持管心针组件119的可操作性并且使得能够将信息返回控制台110，这可以被用于确定与管心针120相关联的物理状态以及监测的电信号，比如经由电信令逻辑181的ECG信令，电信令逻辑181支持接收和处理来自管心针120的接收的电信号(例如，端口、模数转换逻辑等)。管心针120的物理状态可以基于在控制台110处从管心针120接收的反射光信号150的特性变化。特性可以包括由集成在位于管心针120内或作为管心针120操作的光纤芯135内的芯纤维的某些区域上的应变引起的波长偏移，如下所示。如本文所讨论的，光纤芯135可以包括芯纤维1371-137M(对于单个芯，M＝1，对于多个芯，M≥2)，其中芯纤维1371-137M可以被统称为芯纤维(一个或多个)137。除非另有说明或本实施方案需要可替换的解释，本文讨论的实施方案将指的是多芯光纤135。根据与反射光信号150相关联的信息，控制台110可以确定(通过波长偏移的计算或外推)管心针120的物理状态，以及配置为接收管心针120的导管195的物理状态。
根据公开文本的一个实施方案，如图1A所示，光学逻辑180可以包括光源182和光学接收器184。光源182被配置为输送入射光155(例如，宽带)，用于在包括在互连件145中的光纤(一个或多个)147上方进行传播，它们被光学连接至管心针120内的多芯光纤芯135。在一个实施方案中，光源182是可调谐扫频激光器，但是还可以采用除了激光器之外其他合适的光源，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，即从基于光纤的反射光栅(传感器)接收的反射光信号150，该反射光栅在部署在管心针120内的多芯光纤135的每个芯纤维内制造；和(ii)将反射光信号150转换为反射数据(来自储存库192)，即表示反射光信号的电信号形式的数据，该反射光信号包括由应变引起的波长偏移。与不同光谱宽度相关联的反射光信号150可以包括从位于多芯光纤135的中心芯纤维(参考)中的传感器提供的反射光信号151和从位于多芯光纤135的外围芯纤维中的传感器提供的反射光信号152，如下所述。在此，光学接收器184可以被实现为光电检测器，比如正-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184二者被可操作地连接至管理它们操作的处理器160。此外，光学接收器184被可操作地耦合以将反射数据(来自储存库192)提供至存储器165，用于存储和由反射数据分类逻辑190处理。反射数据分类逻辑190可以被配置为：(i)识别哪些芯纤维与(来自储存库192的)接收的反射数据中的哪些相关；和(ii)将存储在储存库192的反射数据(由与管心针120的类似区域或光谱宽度相关的反射光信号150提供)分割为分析组。每个分析组的反射数据对于形状感测逻辑194是可用的，以便进行分析。
根据公开文本的一个实施方案，形状感测逻辑194被配置为将由部署在管心针120的相同测量区域(或相同光谱宽度)处的每个外围芯纤维中的传感器测量的波长偏移与沿着中心轴定位并且作为弯曲中性轴操作的多芯光纤135的中心芯纤维处的波长偏移进行比较。根据这些分析，形状感测逻辑194可以确定芯纤维在3D空间中采取的形状，并且可以进一步确定导管195在3D空间中的当前物理状态，以便在显示器170上呈现。
根据公开文本的一个实施方案，形状感测逻辑194可以基于试探法(heuristics)或运行时间分析而生成管心针120(和潜在地导管195)的当前物理状态的呈现。例如，形状感测逻辑194可以根据机器学习技术被配置，以访问数据存储器(库)，其具有与管心针120(或导管195)的不同区域有关的预先存储的数据(例如，图像等)，在该管心针120(或导管195)的不同区域中，来自芯纤维的反射光先前已经经历了相似或相同的波长偏移。根据预先存储的数据，可以呈现管心针120(或导管195)的当前物理状态。可替代地作为另一个实施例，形状感测逻辑194可以被配置为在运行时间期间至少基于如下而确定多芯光纤135的每个区域的物理状态的变化：(i)由光纤135内的不同芯纤维经历的合成(resultant)波长偏移；和(ii)由在多芯光纤135的相同截面区域处沿着不同外围芯纤维定位的传感器生成的这些波长偏移与在相同截面区域处由中心芯纤维的传感器生成的波长偏移之间的关系。可以预期，可以执行其他过程和程序以利用由沿着多芯光纤135内的每个芯纤维的传感器测量的波长偏移而呈现管心针120(和/或导管195)的物理状态的适当变化，特别是当管心针120被定位在导管195的远侧尖端处时，使得能够实现管心针120在患者的脉管系统内和在体内的期望目的地处的引导。
控制台110可以进一步包括电信令逻辑181，其被定位以从管心针120接收一个或多个电信号。管心针120被配置为支持光连接性和电连接性二者。电信令逻辑181经由传导介质从管心针120接收电信号(例如，ECG信号)。电信号可以由电信号逻辑196处理，由处理器160执行，以确定用于显示的ECG波形。
参见图1B，示出了医疗器械监测系统100的可选示例性实施方案。在此，医疗器械监测系统100以控制台110和通信地耦合至控制台110的医疗器械130为特征。对于该实施方案，医疗器械130对应于导管，其特征在于具有在集成管材的近端131和远端132之间延伸的两个或更多内腔的集成管材。集成管材(有时称为“导管管材”)经由分叉衬套142与一个或多个延伸腿140连通。基于光学的导管连接器144可以被包括在至少一个延伸腿140的近端上，以使得导管130能够经由互连件145或另一种合适的部件可操作地连接至控制台110。在此，互连件145可以包括连接器146，当耦合至基于光学的导管连接器144时，连接器146在作为互连件145的一部分包括的一个或多个光纤147(下文，“光纤(一个或多个)”)与部署在导管130内并且集成入管材的芯纤维137之间建立光学连接性。可选地，可以使用包括一个或多个适配器的连接器的不同组合，将光纤(一个或多个)147光学连接至导管130内的芯纤维137。如图1B所示部署在导管130内的芯纤维137包括与部署在图1A的管心针120内的芯纤维137相同的特性并且执行相同的功能。
光学逻辑180被配置为基于从导管130接收的反射光信号150的特性，支持导管130(最值得注意的是，导管130的集成管材)的图形呈现。特性可以包括由集成在集成管材的壁内(或沿着集成管材的壁)的芯纤维137的某些区域上的应变引起的波长偏移，其可以被用于(通过波长偏移的计算或外推)确定导管130，特别是集成管材或集成管材的一部分(比如管材的尖端或远端)的物理状态，以读取尖端(或远端)的波动(实时移动)。
更具体地，光学逻辑180包括光源182。光源182被配置为传输宽带入射光155，以便在包括在互连件145中的光纤(一个或多个)147上方进行传播，它们被光学连接至导管管材内的多个芯纤维137。在此，光学接收器184被配置为：(i)接收返回的光信号，即从基于光纤的反射光栅(传感器)接收的反射光信号150，该反射光栅在部署在导管130内的芯纤维137的每个内制造；和(ii)将反射光信号150转换为反射数据(来自储存库192)，即表示反射光信号的电信号形式的数据，其包括由应变引起的波长偏移。与不同光谱宽度相关联的反射光信号150包括从位于导管130的中心芯纤维(参考)中的传感器提供的反射光信号151和从位于导管130的外芯纤维中的传感器提供的反射光信号152，如下所述。
如上所述，形状感测逻辑194被配置为将在导管的相同测量区域(或相同光谱宽度)处部署在每个外芯纤维中的传感器测量的波长偏移与沿着中心轴定位并且作为弯曲中性轴操作的中心芯纤维处的波长偏移进行比较。根据这些分析，形状感测逻辑190可以确定芯纤维在3D空间中采取的形状，并且可以进一步确定导管130在3D空间中的当前物理状态，以便在显示器170上呈现。
根据公开文本的一个实施方案，形状感测逻辑194可以基于试探法或运行时间分析而生成导管130(特别是集成管材)的当前物理状态的呈现。例如，形状感测逻辑194可以根据机器学习技术被配置为访问数据存储器(库)，其具有与导管130的不同区域有关的预先存储的数据(例如，图像等)，在导管130的不同区域中，芯纤维137经历相似或相同的波长偏移。根据预先存储的数据，可以呈现导管130的当前物理状态。可替代地，作为另一个实施例，形状感测逻辑194可以被配置为在运行时间期间至少基于如下而确定导管130的每个区域的物理状态的变化：(i)由芯纤维137经历的合成波长偏移；和(ii)由在导管130的相同截面区域处沿着不同外芯纤维定位的传感器产生的这些波长偏移与在相同截面区域处由中心芯纤维的传感器产生的波长偏移之间的关系。可以设想，可以执行其他过程和程序以利用沿着每个芯纤维137的由传感器测量的波长偏移，而呈现导管130的物理状态中的适当改变。
参考图2，根据一些实施方案示出了包括在图1A的管心针120内的多芯光纤的一部分的结构的示例性实施方案。多芯光纤135的多芯光纤部分200示出了某些芯纤维1371-137M(M≥2，如图3A所示，M＝4)，以及分别存在于芯纤维1371-137M内的传感器(例如，反射光栅)21011-210NM(N≥2；M≥2)之间的空间关系。如上所述，可以将芯纤维1371-137M统称为“芯纤维137”。
如图所示，部分200被划分为多个截面区域2201-220N，其中每个截面区域2201-220N对应于反射光栅21011-21014…210N1-210N4。截面区域2201…220N中的一些或全部可以是静态的(例如，规定的长度)或可以是动态的(例如，在区域2201…220N之中变化尺寸)。第一芯纤维1371基本上沿着中心(中性)轴230定位，而芯纤维1372可以在多芯光纤135的包层内取向，从截面的面向前方的角度来看，位于第一芯纤维1371的“顶部”上。在这种部署中，纤芯1373和1374可以位于第一芯纤维1371的“左下部”和“右下部”。作为举例，图3A-4B提供了这样的说明。
参考第一芯纤维1371作为说明书实施例，当管心针120是操作性时，反射光栅2101-210N中的每个反射不同光谱宽度的光。如图所示，根据公开文本的一个实施方案，光栅2101i-210Ni(1≤i≤M)中的每个与不同的特定光谱宽度相关联，其将由不同的中心频率f1…fN表示，其中由相邻的光栅反射的相邻的光谱宽度是不重叠的。
在此，位于不同的芯纤维1372-1373中，但是沿着多芯光纤135的相同截面区域220-220N，光栅21012-210N2和21013-210N3被配置为以相同(或基本上类似的)中心频率反射入射光。结果，反射光返回允许基于从返回的反射光测量的波长偏移而确定光纤137(和管心针120)的物理状态的信息。具体地，施加至多芯光纤135(例如，至少芯纤维1372-1373)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偏移。基于不同的位置，芯纤维1371-1374经历不同类型和程度的应变(基于随着管心针120在患者中推进的角路径变化)。
例如，相对于图2的多芯光纤部分200，响应于管心针120的角运动(例如，径向运动)处于左转向方向，在移动期间具有最短半径的多芯光纤135的第四芯纤维1374(参见图3A)(例如，最靠近角度变化方向的芯纤维)将显示压缩(例如，缩短长度的力)。同时，在移动期间具有最长半径的第三芯纤维1373(例如，离角度变化方向最远的芯纤维)将呈现拉伸(例如，增大长度的力)。由于这些力不同且不相等，来自与芯纤维1372和1373相关联的反射光栅210N2和210N3的反射光将呈现不同的波长变化。通过相对于位于沿着多芯光纤135的中性轴230的参考芯纤维(例如，第一芯纤维1371)的波长，确定每个外围光纤(例如，第二芯纤维1372和第三芯纤维1373)的由压缩/拉伸引起的波长变化的程度，反射光信号150的波长偏移的差异可以被用于外推管心针120的物理配置。这些程度的波长变化可以被用于外推管心针120的物理状态。反射光信号150经由特定芯纤维1371-137M上方的单独路径被反射回控制台110。
参见图3A，根据一些实施方案示出了图1A的管心针的第一示例性实施方案，其支持光和电信令二者。在此，管心针120的特征在于位于中心的多芯光纤135，其包括包层300和位于对应的多个内腔3201-320M内的多个芯纤维1371-137M(M≥2；M＝4)。虽然在四(4)根芯纤维1371-1374内图示了多芯光纤135，但是可以部署更多数量的芯纤维1371-137M(M＞4)以提供对部署光纤135的多芯光纤135和管心针120的物理状态(例如，形状等)的更详细的三维感测。
对于公开文本的该实施方案，多芯光纤135被封装在位于低摩擦系数层335上方的同心编织管材310内。编织管材310可以以“网状”构造为特征，其中交叉的传导元件之间的间隔基于管心针120所需的刚性程度进行选择，因为较大的间隔可以提供较小的刚性，并且从而提供更柔韧的管心针120。
根据公开文本的该实施方案，如图3A-3B所示，芯纤维1371-1374包括(i)中心芯纤维1371和(ii)多个外围芯纤维1372-1374，其保持在形成于包层300中的内腔3201-3204内。根据公开文本的一个实施方案，内腔3201-3204中的一个或多个的直径可以被配置为尺寸大于芯纤维1371-1374的直径。通过避免芯纤维1371-1374的大部分表面积与内腔3201-3204的壁表面直接物理接触，由多芯光纤135中的角度偏差引起对入射光的波长变化，从而减小被施加至内腔3201-320M的壁(而非芯纤维1371-137M本身)的压力和张力的影响。
如图3A-3B进一步所示，芯纤维1371-1374可以包括位于沿着第一中性轴230形成的第一内腔3201内的中心芯纤维1371和位于内腔3202-3204内的多个芯纤维1372-1374(每个形成在从第一中性轴230发散的包层300的不同区域内)。通常，芯纤维1372-1374(不包括中心芯纤维1371)可以位于包层300的截面区域305内的不同区域，以提供足够的间隔，从而能够基于传播通过芯纤维1372-1374并且反射回控制台以便进行分析的入射光的波长变化，对多芯光纤135进行三维感测。
例如，在包层300的特征在于如图3B所示的圆形截面区域305的情况下，芯纤维1372-1374可以沿着包层300的周长测量彼此基本等距地定位，比如在所示的“顶部”(12点钟)、“左下方”(8点钟)和“右下方”(4点钟)的位置。因此，概括地说，芯纤维1372-1374可以位于截面区域305的不同区段内。在包层300的截面区域305具有远侧尖端330并且以多边形截面形状(例如，三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、八边形等)为特征的情况下，中心光纤1371可以位于多边形形状的中心处或中心附近，而其余的芯纤维1372-137M可以位于多边形形状的相交侧边之间的角附近。
仍然参考图3A-3B，作为管心针120的传导介质操作，编织管材310给多芯光纤135提供机械完整性并且作为电信号的传导路径操作。例如，编织管材310可以被暴露于管心针120的远侧尖端。包层300和编织管材310(其同心地围绕包层300的圆周定位)被容纳在相同的隔绝层350内。如图所示，隔绝层350可以是由保护性隔绝(例如，非传导)材料制成的护套或导管，其包封包层300和编织管310二者。
参见图4A，根据一些实施方案示出了图1A的管心针的第二示例性实施方案。现在参考图4A，示出了图1A的管心针120的第二示例性实施方案，其支持光信令和电信令二者。在此，管心针120的特征在于如上所述和图3A所示的多芯光纤135，其包括包层300和位于对应的多个内腔3201-320M内的第一多个芯纤维1371-137M(M≥3；对于实施方案，M＝4)。对于公开文本的实施方案，多芯光纤135包括位于沿着第一中性轴230形成的第一内腔3201内的中心芯纤维1371和位于定位于包层300的截面区域305内的不同区段中的相应内腔3202-3204内的第二多个芯纤维1372-1374。在此，多芯光纤135被封装在传导管材400内。传导管材400可以以同心地封装多芯光纤135的“中空的”传导圆柱形构件为特征。
参考图4A-4B，在电信号(例如，ECG信号)至控制台的传输中作为管心针120的传导介质操作，传导管材400可以被暴露直至管心针120的尖端410。对于公开文本的该实施方案，传导环氧树脂420(例如，基于金属的环氧树脂，比如银环氧树脂)可以被附着至尖端410并且类似地与在管心针120的近端430处产生的封端/连接点接合。包层300和传导管材400(其同心地围绕包层300的圆周定位)被容纳在相同的隔绝层440内。如图所示，隔绝层440可以是封装包层300和传导管400二者的保护导管。
参见图5A，根据一些实施方案示出了导管的第一说明性实施方案的正视图，该导管包括集成管材、沿着直径布置的隔膜和形成在管材与隔膜内的微内腔。在此，导管130包括集成管材、沿着直径布置的隔膜510和多个微内腔5301-5304，对于该实施方案，该微内腔被制造以位于导管130的集成管材的壁500内和隔膜510内。特别地，隔膜510将由导管130的壁500的内表面505形成的单个内腔分为多个内腔，即如图所示的两个内腔540和545。在此，第一内腔540形成在形成导管130的壁500的内表面505的第一弧形部分535与在导管130内纵向延伸的隔膜510的第一外表面555之间。第二内腔545形成在形成导管130的壁500的内表面505的第二弧形部分565与隔膜510的第二外表面560之间。
根据本发明的一个实施方案，两个内腔540和545具有大约相同的体积。然而，隔膜510不需要将管材分为两个相等的内腔。例如，代替从管材的面向前的截面视角竖直延伸(12点钟至6点钟)的隔膜510，隔膜510可以水平(3点钟至9点钟)、对角线(1点钟至7点钟；10点钟至4点钟)或成角度(2点钟至10点钟)延伸。在后一种配置中，导管130的内腔540和545中的每个将具有不同的体积。
相对于多个微内腔5301-5304，第一微内腔5301在集成管材的截面中心525处或附近在隔膜510内制造。对于该实施方案，三个微内腔5302-5304被制造以位于导管130的壁500内。特别地，在导管130的壁500内，即在壁500的第一弧形部分535的内表面505与外表面507之间制造第二微内腔5302。类似地，第三微内腔5303也在导管130的壁500内制造，即在壁500的第二弧形部分555的内表面505与外表面507之间。第四微内腔5304也在与隔膜510对准的壁500的内表面505与外表面507内制造。
根据公开文本的一个实施方案，如图5A所示，微内腔5302-5304是根据从面向前的截面视角的“左上部”(10点钟)、“右上部”(2点钟)和“底部”(6点钟)布局被定位的。当然，微内腔5302-5304可以被不同地定位，只要微内腔5302-5304沿着导管130的圆周520在空间上分开，以确保在安装时更稳健地收集来自外芯纤维5702-5704的反射光信号。例如，两个或更多微内腔(例如，微内腔5302和5304)可以沿着导管壁500的圆周520被定位在不同的象限处。
参见图5B，根据一些实施方案示出了图5A的导管的第一说明性实施方案的透视图，该导管包括安装在微内腔内的芯纤维。根据公开文本的一个实施方案，第二多个微内腔5302-5304的大小被确定成保持对应的外芯纤维5702-5704，其中第二多个微内腔5302-5304中的每个的直径可以被确定成刚好大于外芯纤维5702-5704的直径。例如，单个芯纤维的直径与微内腔5301-5304中的任何一个的直径之间的尺寸差异可以在0.001微米(μm)与1000μm之间的范围。结果，外芯纤维5702-5704的截面积将小于相应的微内腔5302-5304的截面积。“较大的”微内腔(例如，微内腔5302)可以更好地将施加至外芯纤维5702的外部应变与直接施加至导管130自身的应变分开。类似地，第一微内腔5301的尺寸可以被设置为保持中心芯纤维5701，其中第一微内腔5301的直径的尺寸可以被设置为刚好大于中心芯纤维5701的直径。
作为公开文本的一个替代性实施方案，微内腔5301-5304中的一个或多个的直径尺寸被确定成具有超过对应的一个或多个芯纤维5701-5704的直径。然而，微内腔5301-5304中的至少一个的尺寸被确定成固定地保持其对应的芯纤维(例如，芯纤维保持为在其侧表面与其对应的微内腔的内壁表面之间没有间隔)。作为公开文本的又另一个替代性实施方案，所有微内腔5301-5304的尺寸被确定成具有一个直径以便固定地保持芯纤维5701-5704。
参见图6A-6B，根据一些实施方案示出了由图1A-1B的医疗器械监测系统实施以实现光学3D形状感测的操作方法的流程图。在此，导管包括跨越管材壁的直径并且纵向地延续以划分管材壁的至少一个隔膜。隔膜的中间(medial)部分被制造有第一微内腔，其中第一微内腔与导管管材的中心轴线同轴。第一微内腔被配置为保持中心芯纤维。除了第一微内腔之外的两个或更多微内腔被定位在沿着导管管材的壁周向间隔开的不同位置处。例如，第二多个微内腔中的两个或更多可以被定位在沿着导管壁的周边的不同象限处。
此外，每个芯纤维包括沿着其长度在至少导管管材的近端与远端之间空间地分布的多个传感器。该传感器阵列被分布以在芯纤维的不同区域处使传感器定位，以使得能够遍及导管管材的整个长度或选定部分对应变进行分布式测量。这分布式测量可以通过不同光谱宽度(例如，特定波长或特定波长范围)的反射光被传送，该反射光基于应变的类型和程度经历某些波长偏移。
根据公开文本的一个实施方案，如图6A所示，对于每个芯纤维，提供宽带入射光以传播通过特定的芯纤维(框600)。除非排出(discharged)，否则在入射光到达测量特定芯纤维上的应变的分布式传感器阵列的传感器时，与第一传感器相关联的规定光谱宽度的光将被反射回控制台内的光学接收器(框605-610)。在此，传感器改变反射光信号的特性以识别由第一传感器测量的特定芯纤维上的应变的类型和程度(框615-620)。根据公开文本的一个实施方案，反射光信号的特性的改变可以表示反射光信号的波长相对于与规定光谱宽度相关联的入射光信号的波长的改变(偏移)。传感器通过芯纤维返回反射光信号，并且入射光的剩余光谱继续通过芯纤维朝向导管管材的远端传播(框625-630)。入射光的剩余光谱可能遭遇分布式传感器阵列的其它传感器，其中这些传感器中的每个将如框605-630中所陈述操作，直到分布式传感器阵列的最后一个传感器返回与其所指定的光谱宽度相关联的反射光信号并且剩余光谱作为照明而被放电为止。
现在参见图6B，在操作期间，多个反射光信号从位于在导管(比如图1B的导管)内形成的相应的多个微内腔内的多个芯纤维中的每个返回控制台。具体地，光学接收器从位于中心芯纤维和外芯纤维上的分布式传感器阵列接收反射光信号，并且将反射光信号转换为反射数据，即表示反射光信号的电信号，包括由应变引起的波长偏移(框650-655)。反射数据分类逻辑被配置为识别哪些芯纤维属于哪些反射数据，并且将从属于特定测量区域(或类似的光谱宽度)的反射光信号提供的反射数据划分为分析组(框660-665)。
每个分析组的反射数据被提供给形状感测逻辑进行分析(框670)。在此，形状感测逻辑将每个外芯纤维处的波长偏移与沿着中心轴定位并且作为弯曲的中性轴操作的中心芯纤维处的波长偏移进行比较(框675)。根据这些分析，对于所有分析组(例如，来自所有或大部分芯纤维中的传感器的反射光信号)，形状感测逻辑可以确定芯纤维在三维空间中采用的形状，由此形状感测逻辑可以确定导管在三维空间中的当前物理状态(框680-685)。
参考图7，根据一些实施方案示出了图1A的医疗器械监测系统在导管操作和插入患者期间的示例性实施方案。在此，导管195通常包括集成管材，该集成管材具有通常保持在患者700外部的近侧部分720和通常在放置完成后(此时导管195在插入部分710处进入脉管系统)驻留在患者脉管系统内的远侧部分730。管心针120可以被推进通过导管195至患者脉管系统内的期望位置，使得管心针120的远端(或尖端)735(并且因此导管195的远端)接近患者的心脏，比如在上腔静脉(SVC)的下三分之一(1/3)部分中。对于该实施方案，可以在管心针120和/或导管195的远端735处放置各种器械，以测量某个心脏腔室中和血管中的血压、查看血管的内部等。
控制台连接器133使得管心针120能够经由互连件145被可操作地连接至控制台110(图1A)。在此，连接器146被配置为与控制台连接器133接合(配合)以允许光在控制台110与管心针组件119(特别是管心针120)之间传播以及将电信号从管心针120传播至控制台110。
现在参考图8A，根据一些实施方案示出了脉管系统内的脉管的截面透视图，该脉管具有在其中推进的医疗器械，其中医疗器械包括示出为从远侧尖端发射光的光纤。脉管802的截面透视图示出了内部804，其含有包括红细胞812的血流。另外，图8A示出了医疗器械(例如，导管或管心针)806正在推进通过脉管802，其中医疗器械806包括布置在其中的光纤808。光纤808可以包括一个或多个芯纤维，每个芯纤维配置为从控制台(例如控制台110的光源182)接收入射光，使得入射光传播至芯纤维的远端并且在芯纤维的远侧尖端处发射。如图所示，入射光810已经传播了光纤808的芯纤维的长度并且从远侧尖端发射。一部分入射光810被红细胞812的氧分子吸收。
参考图8B，根据一些实施方案示出了图8A的脉管的截面透视图，脉管具有在其中推进的医疗器械，其中示出了光纤的远侧尖端接收由红细胞反射的光。虽然发射的入射光810的一部分被红细胞812的氧分子吸收，但是发射的入射光810的一部分被红细胞反射，这在反射光816处示出。如上所述，反射光816被光纤808的芯纤维的远侧尖端检测到并且沿着芯纤维的长度传播到控制台110。反射光816被光接收器184接收，光接收器184被配置为：i)接收返回的光信号，例如反射光信号816，以及(ii)将反射光信号816转换为反射数据，即代表反射光信号816的电信号形式的数据。
含氧量分析逻辑198随后分析反射数据，以确定在靠近光纤808的远侧尖端的位置处流经脉管802的血液内的含氧量。具体地，被氧分子吸收的入射光810的量可以影响反射光816中包括的光波。例如，红细胞812内的氧分子可以吸收特定波长范围，例如基本上550-650nm的波长范围的子集，使得含氧量分析逻辑198可以检测到缺少此类波长(或此类波长的量减少)。含氧量分析逻辑198可以根据反射数据来确定吸收水平并且将吸收水平与含氧量进行关联以确定在靠近光纤808的远侧尖端的位置处流过脉管802的血液的含氧量。在一个实施方案中，吸收水平可以对应于入射光810与反射光816的比率。在一些实施方案中，吸收水平可以与经验数据相关联，经验数据包括已知的吸收水平，每个已知的吸收水平都指示特定的含氧量。
确定的含氧量可用于确定光纤808的远侧尖端在脉管系统内的位置。例如，某些含氧量可以对应于脉管系统内的特定位置，使得基于插入部位和可选的其他位置或导航数据(例如，上面讨论的形状感测功能、血流方向的检测、ECG等))，可将光纤808的远侧尖端的位置确定或至少粗略估计在脉管系统的特定范围内。例如，所确定的含氧量可以指示光纤808的远侧尖端(并且因此医疗器械806的远侧尖端)已经偏离其预期推进路径(例如，离开SVC并进入到奇静脉中)。
除了确定含氧量之外，含氧量分析逻辑198还可以分析反射数据以确定血液流动的方向，其中图8A-图8B中的箭头814指示了流动方向。反射光816受流动方向的影响，因为当血流远离光纤808的远侧尖端时(例如，沿光纤808推进的方向)，反射到光纤808的远侧尖端的光较少，这与血流朝向光纤808的远侧尖端(例如，与光纤808推进的方向相反)进入时相反。因此，基于反射光816的强度，含氧量分析逻辑198可以确定血液流动的方向。由含氧量分析逻辑198的逻辑执行的任何确定可以经由控制台110(例如经由显示器170或经由扬声器(未显示))通过警报或通知提供给临床医生。另外，警报或通知可以被传输到网络设备，比如移动电话、平板电脑、可穿戴设备等。
参考图9，根据一些实施方案示出了图8A的脉管的截面透视图，其在具有分支脉管的接合处示出并且医疗器械在其内推进，其中医疗器械包括示出为从远侧尖端发射光的光纤。脉管802被示为沿其长度的点，其包括分支脉管902与脉管802相遇的接合处904。如图8A至图8B中，箭头814指示血液流动的方向。公开文本的实施方案可用于检测脉管802内由于血流变化(例如，血量变化)的接合点904。例如，光纤808在部分A中推进通过容器802时检测反射光(“反射光A”)，并在部分B中推进通过容器802时检测反射光(“反射光B”)。由于反射光A与反射光B不同，含氧量分析逻辑198可以注意到变化并确定光纤808的远侧尖端推进通过接合点。例如，如图9所示，从分支脉管902进入脉管802的红细胞增加了反射入射光810的红细胞的数量。因此，基于被反射的入射光810的增加，与其被吸收或传播通过脉管壁相反，可以识别接合点904。
在一些实施方案中，接合点的识别可以使临床医生能够使用接合点作为针对已知解剖结构的标记系统来跟踪光纤808(以及因此医疗器械806)通过脉管802的推进。例如，反射光可以指示在推进通过特定脉管期间含氧量的尖峰，使得每个尖峰可以被确定为对应于脉管交界处。因此，随着光纤的推进，含氧量的每个尖峰可以对应于一个标记。由含氧量分析逻辑198的逻辑执行的任何确定可以经由控制台110(例如经由显示器170或经由扬声器(未显示))通过警报或通知提供给临床医生。另外，警报或通知可以被传输到网络设备，比如移动电话、平板电脑、可穿戴设备等。
现在参考图10，根据一些实施方案示出了针的实施方案，针包括布置在其中的光纤，其中示出了光纤从远侧尖端发射光。针1000被示为包括布置在其中的光纤1002。如下文将关于图11A-图11B所讨论的，针1000的光纤10002可用于通过来自光纤1002远侧尖端的入射光的发射和来自红细胞的反射光的检测，来确定脉管的正确插管。
现在参考图11A，根据一些实施方案示出了脉管的截面透视图，脉管包括图10的针的进入穿刺。脉管系统环境1100被示为包括由图10的针1000进行插管的脉管1102。如上文关于图8A-图9所讨论的，针1000内的光纤1002可以被配置为接收来自控制台(例如控制台110的光源182)的入射光1108，使得入射光1108从光纤1002的远侧尖端发射。如图11A所示，光纤1002可用于通过以下方式确认正确的插管：发射入射光1108并接收反射光1110。反射光1110可以传播回控制台110并被转换为反射数据，然后由光纤针分析逻辑199进行分析。当反射光1110与正确插管的预期反射数据密切相关时，对反射的分析可以确认正确插管。在一些实施方案中，光纤针分析逻辑199可以基于反射数据与已知含氧量的相关性来确定含氧量。光纤针分析逻辑199然后可以确定含氧量是否对应于预期目标脉管的已知含氧量。
当含氧量对应(例如，基本匹配，或在预期的、已知的含氧量的特定阈值内)时，光纤针分析逻辑199确定正确插管已经发生。类似地，光纤针分析逻辑199可以利用确定的含氧量来确定针尖是否已经进入静脉或动脉。静脉和动脉有不同的含氧量；因此，光纤针分析逻辑199可以将所确定的含氧量与静脉和动脉中的每一个的已知或预期含氧量(或各种静脉和动脉的已知含氧量)进行比较，以确定所确定的含氧量最接近对应的哪一个。
在大多数情况下，插管的静脉将导致通过针腔返回的最小血液回流、或回到外部靠近针进入部位的最小血液回流。血液回流可以向临床医生提供针已插入静脉或动脉的指示。然而，在某些情况下，没有血液回流，或者血液回流太少，以至于临床医生没有发现。在这种情况下，临床医生可能会移除正确插入的针。然而，在所公开的系统和方法中，作为从光纤的远侧尖端发射的入射光的结果而获得的反射数据可以基于所确定的靠近光纤的远侧尖端的含氧量来确认针被插入到静脉或动脉中。
参考图11B，根据一些实施方案示出了图11A的脉管的截面透视图，包括图10的针的进入穿刺和退出穿刺。与图11A的正确插管的图示相反，图11B示出针1000已经穿过脉管1102，使得针1000的远侧尖端刺穿与进入点相对的脉管壁。如图所示，从光纤1002发射的入射光1108可能不会被反射回来(或者接收到的反射可能与从红细胞反射的光不同并且可区分，如图11A中所示)。因此，由于没有在控制台110接收到的反射光，光纤针分析逻辑199可以确定针1000已经离开脉管1102。可以生成一个或多个警报以指示不正确的插管。这些警报可以是音频或视觉通知并且可以显示在显示器170上或以其他方式由控制台110提供。
由光纤针分析逻辑199的逻辑执行的任何确定可以经由控制台110(例如经由显示器170或经由扬声器(未显示))通过警报或通知提供给临床医生。另外，警报或通知可以被传输到网络设备，比如移动电话、平板电脑、可穿戴设备等。
在以上讨论的图8A-图11B的任何实施方案中以及在以下讨论的方法1200中，光纤可以包括单芯纤维或多个芯纤维。当包括单芯纤维时，入射光可以以脉冲形式传输，使得脉冲可以从控制台传播到芯纤维的远侧尖端，可以发射脉冲，并且可以使反射光返回到控制台。当包括多个芯纤维时，入射光可以沿着远侧方向在第一芯纤维上传输并且沿着近侧方向在第二芯纤维上传输。
参考图12，根据一些实施方案示出了图1A-图1B中的任何一个的医疗器械监测系统执行的示例性操作方法的流程图，系统部署了图8A-图9的医疗器械和光纤。在方法1200开始之前，假设其中设置有光纤的医疗器械推进通过患者的脉管系统。图12中所示的每个框表示在方法1200中执行的操作，在芯纤维接收来自控制台光源的入射光时，启动操作(框1202)。入射光传播到纤芯纤维的远侧尖端(方框1204)。在一些实施方案中，入射光的至少特定波长范围传播到远端，而一些波长范围被反射光栅反射回来，如上文关于形状感测功能所讨论的。
传播到芯纤维远端的入射光从芯纤维的远侧尖端发射(方框1206)。如上所述，发射的入射光与具有特定波长的红细胞碰撞，这些波长被红细胞的氧分子吸收。应当理解，在动脉中流动的血液(富氧血液)将比在静脉中流动的血液(含氧量低的血液)吸收更多的入射光。当光从红细胞反射并被芯纤维的远侧尖端检测到时，反射光通过芯纤维返回到控制台(框1208-1210)。如上所述，存储在控制台中并由控制台处理的逻辑分析接收到的反射光，以执行与含氧量、接合点确定、位置确定或确认、血流方向检测等相关的一个或多个确定。
虽然本文已经公开了一些特定实施方案，并且虽然已经详细公开了特定实施方案，但是特定实施方案并非意图限制本文提供的概念的范围。本领域的普通技术人员可以想到另外的适应和/或修改，并且在更广泛的方面，也包括这些适应和/或修改。因此，在不脱离本文提供的概念的范围的情况下，可以偏离本文公开的具体实施方案。

Claims (41)

1.一种用于将医疗器械插入患者体内的医疗器械系统，其特征在于，所述系统包括：
所述医疗器械，其包括具有一个或多个芯纤维的光纤；和
控制台，其包括一个或多个处理器和非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质具有在其上存储的逻辑，当由所述一个或多个处理器执行时，所述逻辑引起包括如下的操作：
向所述光纤提供入射光信号，
接收所述入射光的反射光信号，其中所述反射光信号从所述患者体内的一个或多个红细胞或组织反射，以及
处理所述反射光信号，以确定所述患者体内靠近所述光纤的远侧尖端的含氧量。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一个或多个芯纤维中的每个包括沿着相应的芯纤维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)基于接收的入射光，反射不同光谱宽度的光信号；和(ii)改变所述反射光信号的特性，用于确定所述光纤的物理状态。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤是单芯光纤，并且其中所述入射光以脉冲被提供。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤是包括多个芯纤维的多芯光纤，并且其中所述入射光沿着第一芯纤维传播而所述反射光信号沿着第二芯纤维传播。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，基于所述含氧量和所述医疗器械的进入部位，确定所述光纤的远侧尖端在所述患者体内的位置。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当由所述一个或多个处理器执行时，所述逻辑引起进一步的操作，包括生成指示所述光纤的远侧尖端在所述患者体内的位置的显示。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述医疗器械是导引器丝、导丝、管心针、针内的管心针、具有嵌入针的插管的光纤的针或具有嵌入导管的一个或多个壁的光纤的导管。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反射光信号指示气胸。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述医疗器械位于所述患者体内的脉管内，并且其中所述反射光信号指示血流方向。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述医疗器械位于所述患者体内的脉管内，并且其中所述反射光信号基于所述含氧量的增加指示所述脉管与第二脉管的接合处。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述医疗器械位于所述患者体内，并且其中所述反射光信号指示所述患者体内的第一位置与所述患者体内的第二位置之间的血液量的变化。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述医疗器械是针并且已经被插入所述患者体内的脉管，并且其中所述反射光信号基于所述含氧量的降低指示所述针已经刺穿所述脉管的后壁。
13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当由所述一个或多个处理器执行时，所述逻辑引起进一步的操作，包括基于所述含氧量，确定所述光纤位于所述患者体内的动脉内还是静脉内。
14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当由所述一个或多个处理器执行时，所述逻辑引起进一步的操作，包括至少基于所述含氧量，确定所述光纤的远侧尖端在所述患者体内的位置。
15.一种用于将医疗器械放置入患者体内的方法，其特征在于，所述方法包括：
向布置在所述医疗器械内的光纤提供入射光信号，所述光纤具有一个或多个芯纤维；
接收所述入射光的反射光信号，其中所述反射光信号从所述患者体内的至少一个多个红细胞或组织反射；和
处理所述反射光信号，以确定所述患者体内靠近所述光纤的远侧尖端的含氧量。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述一个或多个芯纤维中的每个包括沿着相应的芯纤维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)基于接收的入射光，反射不同光谱宽度的光信号；和(ii)改变所述反射光信号的特性，用于确定所述光纤的物理状态。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述光纤是单芯纤维，并且其中所述入射光以脉冲被提供。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述光纤是包括多个芯纤维的多芯纤维，并且其中所述入射光沿着第一芯纤维传播而所述反射光信号沿着第二芯纤维传播。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，基于所述含氧量和所述医疗器械的进入部位，确定所述光纤的远侧尖端在所述患者体内的位置。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括产生指示所述光纤的远侧尖端在所述患者体内的位置的显示。
21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述医疗器械是导引器丝、导丝、管心针、针内的管心针、具有嵌入针的插管的光纤的针或具有嵌入导管的一个或多个壁的光纤的导管。
22.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述反射光信号指示气胸。
23.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述医疗器械位于所述患者体内的脉管内，并且其中所述反射光信号指示血流方向。
24.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述医疗器械位于所述患者体内的脉管内，并且其中所述反射光信号基于所述含氧量的增加指示所述脉管与第二脉管的接合处。
25.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述医疗器械位于所述患者体内，并且其中所述反射光信号指示所述患者体内的第一位置与所述患者体内的第二位置之间的血液量的变化。
26.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述医疗器械是针并且已经被插入所述患者体内的脉管，并且其中所述反射光信号基于所述含氧量的降低指示所述针已经刺穿所述脉管的后壁。
27.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述逻辑在由所述一个或多个处理器执行时引起进一步的操作，包括基于所述含氧量确定所述光纤位于所述患者体内的动脉内还是静脉内。
28.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括：至少基于所述含氧量，确定所述光纤的远侧尖端在所述患者体内的位置。
29.一种非暂时性计算机可读介质，其具有在其上存储于的逻辑，其特征在于，当由一个或多个处理器执行时，所述逻辑引起包括如下的操作：
向布置在所述医疗器械内的光纤提供入射光信号，所述光纤具有一个或多个芯纤维；
接收所述入射光的反射光信号，其中所述反射光信号从所述患者体内的至少一个红细胞或组织反射；和
处理所述反射光信号，以确定所述患者体内靠近所述光纤的远侧尖端的含氧量。
30.根据权利要求29所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述一个或多个芯纤维中的每个包括沿着相应的芯纤维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)基于接收的入射光，反射不同光谱宽度的光信号；和(ii)改变所述反射光信号的特性，用于确定所述光纤的物理状态。
31.根据权利要求29所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述光纤是单芯纤维，并且其中所述入射光以脉冲被提供。
32.根据权利要求29所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述光纤是包括多个芯纤维的多芯光纤，并且其中所述入射光沿着第一芯纤维传播而所述反射光信号沿着第二芯纤维传播。
33.根据权利要求29所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，基于所述含氧量和所述医疗器械的进入部位，确定所述光纤的远侧尖端在所述患者体内的位置。
34.根据权利要求29所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，当由所述一个或多个处理器执行时，所述逻辑引起进一步的操作，包括生成指示所述光纤的远侧尖端在所述患者体内的位置的显示。
35.根据权利要求29所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述医疗器械是导引器丝、导丝、管心针、针内的管心针、具有嵌入针的插管的光纤的针或具有嵌入导管的一个或多个壁的光纤的导管。
36.根据权利要求29所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述反射光信号指示气胸。
37.根据权利要求29所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述医疗器械位于所述患者体内的脉管内，并且其中所述反射光信号指示血流方向。
38.根据权利要求29所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述医疗器械位于所述患者体内的脉管内，并且其中所述反射光信号基于所述含氧量的增加指示所述脉管与第二脉管的接合处。
39.根据权利要求29所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述医疗器械位于所述患者体内，并且其中所述反射光信号指示所述患者体内的第一位置与所述患者体内的第二位置之间的血液量的变化。
40.根据权利要求29所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述医疗器械是针并且已经被插入所述患者体内的脉管，并且其中所述反射光信号基于所述含氧量的降低指示所述针已经刺穿所述脉管的后壁。
41.根据权利要求29所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，当由所述一个或多个处理器执行时，所述逻辑引起进一步操作，包括基于所述含氧量确定所述光纤位于所述患者的动脉内还是静脉内。
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