CN116019552A - 用于医疗设备放置的参考平面 - Google Patents

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CN116019552A
CN116019552A CN202211301786.1A CN202211301786A CN116019552A CN 116019552 A CN116019552 A CN 116019552A CN 202211301786 A CN202211301786 A CN 202211301786A CN 116019552 A CN116019552 A CN 116019552A
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A·K·米森纳
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Abstract

本申请涉及用于医疗设备放置的参考平面，更具体涉及针对于检测医疗设备在患者体内的放置的系统和方法，该系统包括医疗设备，该医疗设备包括具有芯纤维的光纤。一个或多个芯纤维中的每个可包括多个传感器，该多个传感器的每个配置为反射由于光纤经历的应变而具有改变特性的光信号。该系统可还包括配置为根据光纤的应变确定医疗设备的3D形状的逻辑。该逻辑可配置为限定用于3D形状的参考平面，并根据参考平面在系统的显示器上呈现3D形状的图像。

Description

用于医疗设备放置的参考平面
优先权
本申请要求2021年10月25日提交的美国临时申请第63/271,630号的优先权的权益，其全部内容通过引用结合于本申请。
技术领域
本申请涉及医疗器械领域，更具体地涉及用于医疗设备放置的参考平面。
背景技术
在过去，例如导丝和导管的医疗设备的某些血管内引导已使用荧光检查法来追踪医疗设备的尖端并确定远侧尖端是否被适当定位在其目标解剖结构中。然而，这种荧光检查法使患者及其主治临床医生暴露于有害的X射线辐射。此外，在某些情况下，患者暴露于荧光检查法所需的潜在有害的造影剂。
本文公开了一种光纤形状感测系统以及由其执行的方法，其中，该系统配置为使用光纤技术显示医疗设备的三维形状的图像。此外，该系统配置为限定用于三维形状的参考系，以使临床医生能够根据三维形状的限定取向来观看图像三维形状。
发明内容
简要总结，本文公开了一种医疗设备系统，该医疗设备系统总体包括与控制台联接的医疗设备。该医疗设备包括具有一个或多个芯纤维的光纤，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，多个传感器中的每个配置为：(i)基于接收到的入射光，反射不同光谱宽度的光信号，并且(ii)基于光纤经历的应变，改变反射光信号的特性。
控制台包括一个或多个处理器以及在其上存储有逻辑的非暂时性计算机可读介质，该逻辑在由一个或多个处理器执行时引起系统的操作的执行。该操作包括：(i)将入射光信号提供至光纤；(ii)接收通过多个传感器中的一个或多个反射的入射光的不同光谱宽度的反射光信号；(iii)处理与一个或多个芯纤维相关联的反射的光信号，以确定光纤的三维(3D)形状；(iv)检测3D形状的预定子形状；并且(v)根据预定子形状限定参考平面，其中，参考平面限定3D形状的视角(viewing perspective)。在进一步实施方案中，该操作包括：根据参考平面，在系统的显示器上呈现3D形状的图像。
在一些实施方案中，检测预定子形状包括：将3D形状的子形状与存储器中的存储的预定子形状进行比较；以及根据比较结果，将子形状标识为3D形状的预定子形状。多个存储预定子形状可被包括在存储器中，并且该操作可还包括：从存储器中的多个存储的预定子形状中选择存储的预定子形状。
该预定子形状可由医疗设备的预定路径限定。在一些实施方案中，医疗设备配置用于插入患者体内，并且预定路径包括医疗设备的预定解剖路径。该操作可包括：从临床医生接收输入，该输入限定医疗设备的解剖路径；并且根据来自临床医生的输入，选择存储预定子形状。在一些实施方案中，来自临床医生的输入包括用于医疗设备的插入位点的位置。在一些实施方案中，该预定解剖路径可沿着患者的贵要静脉、锁骨下静脉、无名静脉或上腔静脉中的一个或多个延伸。
在一些实施方案中，预定子形状是由医疗设备的在患者外部的预定路径限定的，例如由医疗设备的子形状引导件限定的预定路径，其中，在使用中，医疗设备布置在子形状引导件的路径内。在一些实施方案中，在使用该系统的过程中，临床医生可将医疗设备插入子形状引导件的路径内。
子形状引导件可包括在医疗设备的包装内，并且在一些实施方案中，子形状引导件可与包装一体形成。在使用中，子形状引导件可附接至患者，以维持预定子形状相对于患者的取向。
在一些实施方案中，限定参考平面包括：标识预定子形状的成对的形状片段，并且限定与两个形状片段平行的平面。
在一些实施方案中，该系统还包括：设备引导件，该设备引导件包括沿着设备引导件的竖直区段延伸的内腔。在使用中，医疗设备插入内腔内，并且该操作还包括根据竖直区段校准光纤。
在一些实施方案中，医疗设备是如下一种：导引器线、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。
本文还公开一种用于检测医疗设备在患者体内的放置的方法。该方法包括：由系统向包括在医疗设备内的光纤提供入射光信号，其中，该光纤包括一个或多个芯纤维，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反射光栅，并且多个反射光栅中的每个配置为：(i)基于接收到的入射光，反射不同光谱宽度的光信号，并且(ii)基于光纤经历的应变，改变反射光信号的特性。
该方法还包括：(i)接收通过多个传感器中的一个或多个反射的入射光的不同光谱宽度的反射光信号；(ii)处理与一个或多个芯纤维相关联的反射光信号，以确定光纤的三维(3D)形状；(iii)检测3D形状的预定子形状；并且(iv)根据预定子形状限定参考平面，其中，参考平面限定3D形状的视角。在进一步的实施方案中，该方法还包括：根据参考平面，在系统的显示器上呈现3D形状的图像。
在一些实施方案中，检测预定子形状包括：将3D形状的子形状与系统的存储器中的存储的预定子形状进行比较；并且根据比较结果，将子形状标识为3D形状的预定子形状。多个存储预定子形状可包括在系统的存储器中，并且该方法可还包括：从存储器中的多个存储的预定子形状中选择存储的预定子形状。
在该方法的一些实施方案中，预定子形状由医疗设备的预定路径限定，并且预定路径可包括医疗设备的预定解剖路径。
该方法可还包括：从临床医生接收输入，该输入限定用于医疗设备的解剖路径；并且根据来自临床医生的输入，选择存储的预定子形状。来自临床医生的输入可包括医疗设备的插入部位的位置。在一些实施方案中，该预定解剖路径沿着患者的贵要静脉、锁骨下静脉、无名静脉或上腔静脉中的一个或多个延伸。在该方法的其他实施方案中，该预定子形状由医疗设备的在患者外部的预定路径限定。
该方法可还包括：标识预定子形状的成对的形状片段；并且限定与两个形状片段平行的平面。
在该方法的一些实施方案中，医疗设备插入系统的医疗设备引导件的内腔内，并且该方法还包括：根据医疗设备引导件的竖直区段校准光纤。
在该方法的一些实施方案中，医疗设备是如下一种：导引器线、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。
根据附图以及以下更详细地公开这些概念的具体实施方案的说明书，本文提供的概念的这些特征和其他特征对于本领域技术人员而言将变得更加显而易见。
附图说明
在附图的各个图中，通过示例而非限制的方式示出了公开文本的实施方案，其中，相似的参考标号指示相似的元件，并且其中：
图1A是根据一些实施方案的包括具有光学形状感测能力的医疗器械的医疗器械监测系统的说明性实施方案；
图1B是根据一些实施方案的医疗器械监测系统100的可替代的说明性实施方案；
图2是根据一些实施方案的包括在图1A的管心针120内的一段多芯光纤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的支持光学信令和电信令两者的管心针的第一示例性实施方案；
图3B是根据一些实施方案的图3A的管心针的截面图；
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的管心针的截面图；
图5A是根据一些实施方案的导管的第一示例性实施方案的正视图，该导管包括集成管件、布置于直径的隔片以及形成于该管件和隔片内的微内腔；
图5B是根据一些实施方案的图5A的包括安装在微内腔内的芯纤维的导管的第一说明性实施方案的透视图；
图6A至图6B是根据一些实施方案的由图1A至图1B的医疗器械监测系统执行以实现光学3D形状感测的操作的方法的流程图；
图7A是根据一些实施方案的图1A至图1B的医疗器械监测系统在手术期间以及将导管插入患者体内的示例性实施方案；
图7B示出根据一些实施方案的图7A的根据参考平面的3D形状；
图8是根据一些实施方案的图7A至图7B的3D形状的图像的示例性屏幕截图；
图9A是根据一些实施方案的图1A至图1B的系统的第二示例性实现方式的图示；
图9B至图9D示出根据一些实施方案的图9A的导管的各种实施方案，其包括导管的包装；以及
图10是根据一些实施方案的由图1A至图1B的医疗器械监测系统执行以根据参考平面显示3D形状的图像的操作的方法的流程图。
具体实施方式
在更详细地公开一些具体实施方案之前，应理解，本文公开的具体实施方案不限制本文提供的概念的范围。还应理解，本文公开的具体实施方案的特征可容易地与具体实施方案分离并且任选地与本文公开的许多其他实施方案中的任何一个的特征组合或替代本文公开的许多其他实施方案中的任何一个的特征。
关于本文使用的术语，还应理解，这些术语是出于描述一些具体实施方案的目的，并且这些术语不限制本文提供的概念的范围。序数词(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，并且不提供顺序或数字限制。例如，“第一”、“第二”和“第三”特征或步骤不必以该顺序出现，并且包括这些特征或步骤的具体实施方案不必限于这三个特征或步骤。诸如“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”等的标签是为了方便而使用的，而并非旨在暗示例如任意特定的固定位置、取向或方向。相反，这些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“一种”、“一个”和“该”的单数形式包括复数指代。
本文公开的关于例如探头的“近侧”，“近侧部分”或“近端部分”包括当探头用于患者时，探头的意在靠近临床医生的一部分。类似地，例如探头的“近侧长度”包括当探头用于患者时，探头的意在靠近临床医生的长度。例如探头的“近端”包括当探头用于患者时，探头的意在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并非必需包括探头的近端。也就是说，除非上下文另有提示，否则探头的近侧部分、近端部分或近侧长度并不是探头的末端部分或末端长度。
本文公开的关于例如探头的“远侧”，“远侧部分”或“远端部分”包括当探头用于患者时，探头的意在靠近患者或处于患者体内的一部分。类似地，例如探头的“远侧长度”包括当探头用于患者时，探头的意在靠近患者或处于患者体内的长度。例如探头的“远端”包括当探头用于患者时，探头的意在靠近患者或处于患者体内的一端。探头的远侧部分、远端部分或远侧长度可包括探头的远端；然而，探头的远侧部分、远端部分或远侧长度并非必需包括探头的远端。也就是说，除非上下文另有提示，否则探头的远侧部分、远端部分或远侧长度并不是探头的末端部分或末端长度。
术语“逻辑”可表示配置为执行一个或多个功能的硬件、固件或软件。作为硬件，术语逻辑可指代或包括具有数据处理和/或存储功能的电路。这种电路的示例可包括但不限于或局限于硬件处理器(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。
另外地或可替代地，术语逻辑可指代或包括软件，诸如一个或多个进程、一个或多个实例、应用编程接口(API)、子例程、函数、小应用程序、小服务程序、例程、源代码、目标代码、共享库/动态链接库(dll)或者甚至一个或多个指令。该软件可存储在任意类型的合适的非暂时性存储介质或暂时性存储介质(例如，电、光、声或其他形式的传播信号，诸如载波、红外信号或数字信号)中。非暂时性存储介质的示例可包括但不限于或局限于可编程电路；非永久性存储设备，诸如易失性存储器(例如，任意类型的随机存取存储器“RAM”)；或永久性存储设备，诸如非易失性存储器(例如，只读存储器“ROM”、电源支持(power-backed)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。作为固件，逻辑可存储在永久性存储设备中。
本文公开的任何方法包括用于执行所描述方法的一个或多个步骤或动作。这些方法步骤和/或动作可彼此互换。换言之，除非步骤或动作的特定顺序对实施方案的适当操作是必须的，否则可修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。此外，本文描述的子例程或者仅方法的一部分可以是在公开文本的范围内的分离方法。换句话说，一些方法可包括以更详细方法描述的步骤的仅一部分。
短语“连接至”和“与...联接”是指两个或更多个实体之间的任意形式的交互，包括机械交互、电交互、磁交互、电磁交互、流体交互和光学交互。两个部件可彼此连接或联接，即使它们彼此不直接接触。例如，两个部件可通过中间部件彼此联接。
参考图1A，示出根据一些实施方案的包括医疗器械(在本文中有时被称为医疗设备)的医疗器械监测系统的说明性实施方案，该医疗器械具有光学形状感测能力和基于光纤的血氧测定能力。如示出的，系统100总体包括控制台110和以可通信地联接至控制台110的管心针组件119的形式的医疗设备。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以及在其近端124上的控制台连接器133。控制台连接器133使得管心针组件119能够经由互连件145可操作地连接至控制台110，该互连件包括一个或多个光纤147(在下文中为“光纤”)和由单个光/电连接器146终止(或由双连接器终止)的导电介质。在此，连接器146配置为与控制台连接器133接合(匹配)，以允许光在控制台110与管心针组件119之间的传播以及电信号从管心针120到控制台110的传播。
控制台110的示例性实现方式包括处理器160、存储器165、显示器170和光学逻辑180，但是应理解，控制台110可采取多种形式之一并且可包括不针对公开文本的各方面的额外部件(例如，电源、端口、接口等)。在美国专利第10,992,078号中示出了控制台110的说明性示例，其全部内容通过引用并入本文。可访问存储器165(例如，非易失性存储器或非暂时性计算机可读介质)的处理器160被包括，以在操作过程中控制控制台110的功能。如示出的，显示器170可以是集成至控制台110并用作用户界面以向临床医生显示信息的液晶二极管(LCD)显示器，尤其是在导管放置过程(例如，心导管插入术)中。在另一个实施方案中，显示器170可与控制台110分离。尽管未示出，但是用户界面配置为提供控制台110的用户控制。
在另外实施方案中，作为显示器170的替换，控制台110可与虚拟现实或增强现实系统(未示出)联接。该系统可提供以下示出和描述的3D表示的增强可视化。
对于这两个实施方案，由显示器170描绘的内容可根据管心针120所配置操作的模式而改变：光学、TLS、ECG或另一形态。在TLS模式中，由显示器170呈现的内容可构成管心针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，该物理状态是根据返回到控制台110的反射光信号150的特性计算的。反射光信号150构成宽带入射光155反射回控制台110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可关于从光学逻辑180传输并源自光学逻辑的宽带入射光155的各个离散部分(例如，特定光谱宽度)，如下所述。
根据公开文本的一个实施方案，包括在管心针组件119上的启动控件126可用于将管心针120设为期望操作模式，并且由临床医生选择性改变显示器170的可操作性以辅助医疗设备放置。例如，基于管心针120的形态，在导管通过脉管系统推进的过程中或TLS形态时，控制台110的显示器170可用于基于光学形态的引导，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，来自多种模式(诸如光学、TLS或ECG)的信息可同时显示(例如，在时间上至少部分重叠)。
仍然参考图1A，光学逻辑180配置为支持管心针组件119的可操作性，并且使可用于确定与管心针120相关联的物理状态的信息以及所监测的例如ECG信令的电信号，经由电信令逻辑181返回至控制台110，该电信令逻辑支持从管心针120接收并处理所接收的电信号(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的特性的变化。该特性可包括由集成在光纤芯135内的芯纤维的某些区域上的应变而引起的波长偏移，如下所示，该光纤芯被定位在管心针120内或者作为管心针操作。如本文所讨论的，光纤芯135可由芯纤维1371-137M(对于单芯，M＝1；对于多芯，M≥2)组成，其中，芯纤维1371-137M可统称为芯纤维137。除非另外说明或本实施方案需要替代解释，否则本文所讨论的实施方案将涉及多芯光纤135。根据与反射光信号150相关联的信息，控制台110可(通过波长偏移的计算或外推)确定管心针120的物理状态并且配置为接收管心针120的导管121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可包括光源182和光学接收器184。光源182配置为传输入射光155(例如，宽带)以用于在互连件145所包括的光纤(多个光纤)147上传播，该光纤光学连接至管心针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，尽管除了激光器外还可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配置为：(i)接收返回的光信号，即，从部署于管心针120内的多芯光纤135的每个芯纤维内制造的基于光纤的反射光栅(传感器)接收的反射光信号150，以及(ii)将反射光信号150转换为(来自储存库192的)反射数据，即，以电信号形式的、表示包括由应变引起的波长偏移的反射光信号的数据。与不同光谱宽度相关联的反射光信号150可包括从定位于多芯光纤135的中心芯纤维(参考)的传感器提供的反射光信号151，以及从定位于多芯光纤135的外围芯纤维的传感器提供的反射光信号152，如下所述。本文中，光学接收器184可被实施为光电探测器，诸如，正固有负(positive-intrinsic-negative)“PIN”光电二极管、雪崩光电二极管等。
如示出的，光源182和光学接收器184均可操作地连接至管理其操作的处理器160。此外，光学接收器184可操作地联接以将(来自储存库192的)反射数据提供至存储器165，以供反射数据分类逻辑190存储并处理。反射数据分类逻辑190可配置为：(i)标识哪些芯纤维关于(来自储存库192的)哪些接收反射数据，以及(ii)将存储于储存库192的、从关于管心针120的相似区域或光谱宽度的反射光信号150提供的反射数据分离为分析组。用于每个分析组的反射数据可用于形状感测逻辑194以用于分析。
根据公开文本的一个实施方案，形状感测逻辑194配置为将由部署在每个外围芯纤维中的传感器在管心针120的相同测量区域(或相同光谱宽度)处测量的波长偏移，与多芯光纤135的沿中心轴定位并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194可确定芯纤维在3D空间中的形状，并且可进一步确定导管121在3D空间中的当前物理状态，以用于呈现在显示器170上。
根据公开文本的一个实施方案，形状感测逻辑194可基于启发法或运行时间分析法来生成管心针120(以及可能地，导管121)的当前物理状态的呈现。例如，形状感测逻辑194可根据机器学习技术配置，以访问具有关于管心针120(或导管121)的不同区域的预存储数据(例如，图像等)的数据存储(库)，其中，来自芯纤维的反射光先前已经历过类似或相同的波长偏移。根据预存储数据，可呈现管心针120(或导管121)的当前物理状态。可替代地，作为另一示例，形状感测逻辑194可配置为在运行时间期间至少基于如下来确定多芯光纤135的每个区域的物理状态的改变：(i)光纤135内的不同芯纤维经历的合成波长偏移，以及(ii)由沿着多芯光纤135的同一截面区域处的不同外围芯纤维定位的传感器生成的这些波长偏移与由同一截面区域处的中心芯纤维的传感器生成的波长偏移的关系。设想可执行其他过程和程序以利用由沿着多芯光纤135内的芯纤维中的每个的传感器测量的波长偏移，来呈现管心针120(和/或导管121)的物理状态的适当变化，尤其是当定位在导管121的远侧尖端时，在患者的脉管系统内和身体内的期望目的地处实现管心针120的引导。
控制台110可还包括电信令逻辑181，该电信令逻辑被定位以从管心针120接收一个或多个电信号。管心针120配置为支持光连通性和电连通性两者。电信令逻辑181经由导电介质从管心针120接收电信号(例如，ECG信号)。电信号可由电信号逻辑196处理、由处理器160执行，以便确定ECG波形以用于显示。
参考图1B，示出医疗器械监测系统100的替代示例性实施方案。本文中，医疗器械监测系统100的特征在于控制台110以及可通信地联接至控制台110的医疗器械130。对于该实施方案，医疗器械130对应于导管，该导管的特征在于集成管件，该集成管件具有在集成管件的近端131与远端132之间延伸的两个或更多个内腔。集成管件(有时被称为“导管管件”)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或另一合适部件可操作地连接至控制台110。本文中，互连件145可包括连接器146，该连接器146在联接至基于光学的导管连接器144时，在被包括作为互连件145的一部分的一个或多个光纤147(以下“光纤(多个光纤)”)与部署在导管130内并集成至管件的芯纤维137之间建立光学连通性。可替代地，包括一个或多个适配器的连接器的不同组合可用于将光纤147(多个光纤)光学连接至导管130内的芯纤维137。如图1B所示的部署在导管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相同的特性并执行相同的功能。
光学逻辑180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，尤其是导管130的集成管件，的图形呈现。该特性可包括由集成在集成管件的壁内(或沿着集成管件的壁)的芯纤维137的某些区域上的应变引起的波长偏移，其可用于(通过波长偏移的计算或外推)确定导管130的物理状态，特别是导管的集成管件或集成管件的一部分，例如尖端或远端的物理状态。
更具体地，光学逻辑180包括光源182。光源182配置为传输宽带入射光155以用于在互连件145所包括的光纤(多个光纤)147上传播，该光纤光学连接至导管管件内的多个芯纤维137。在本文中，光学接收器184配置为：(i)接收返回的光信号，即，从部署于导管130内的芯纤维137中的每个内制造的基于光纤的反射光栅(传感器)接收的反射光信号150，并且(ii)将反射光信号150转换为(来自储存库192的)反射数据，即，以电信号形式的、表示包括由应变引起的波长偏移的反射光信号的数据。与不同光谱宽度相关联的反射光信号150包括从定位于导管130的中心芯纤维(参考)的传感器提供的反射光信号151，以及从定位于导管130的外芯纤维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配置为将由部署在每个外芯纤维中的传感器在导管的相同测量区域(或相同光谱宽度)处测量的波长偏移，与沿着中心轴定位并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194可确定芯纤维在3D空间中的形状，并且可进一步确定导管130在3D空间中的当前物理状态，以用于呈现在显示器170上。
根据公开文本的一个实施方案，形状感测逻辑194可基于启发法或运行时间分析法来生成导管130，尤其是集成管件，的当前物理状态的呈现。例如，形状感测逻辑194可根据机器学习技术来配置，以访问具有关于导管130的不同区域的预存储数据(例如，图像等)的数据存储(库)，其中，芯纤维137已经历过类似或相同的波长偏移。根据预存储数据，可呈现导管130的当前物理状态。可替代地，作为另一示例，形状感测逻辑194可配置为在运行时间期间至少基于以下确定导管130(尤其是管件)的每个区域的物理状态的变化：(i)芯纤维137经历的合成波长偏移；以及(ii)由沿着导管130的同一截面区域处的不同外芯纤维定位的传感器生成的这些波长偏移与由同一截面区域处的中心芯纤维的传感器生成的波长偏移的关系。设想可执行其他过程和程序以利用由沿着每个芯纤维137的传感器测量的波长偏移，来呈现导管130的物理状态的适当变化。
参考图2，示出根据一些实施方案的包括在图1A的管心针120内的一段多芯光纤的结构的示例性实施方案。多芯光纤135的多芯光纤段200描绘了某些芯纤维1371-137M(M≥2，如参见图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，芯纤维1371-137M可被统称为“芯纤维137”。
如示出的，区段200被细分为多个截面区域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，规定长度)或者可以是动态的(例如，在区域2201...220N中，尺寸变化)。第一芯纤维1371基本上沿着中心(中性)轴230定位，而从截面的正面视角看，芯纤维1372可在多芯光纤135的包层内取向以位于第一芯纤维1371的“顶部”。在此部署中，芯纤维1373和1374可位于第一芯纤维1371的“左下”和“右下”。作为示例，图3A至图4B提供了这样的图示。
参考第一芯纤维1371作为说明性示例，当管心针120可操作时，反射光栅2201-220N中的每个反射不同光谱宽度的光。如示出的，光栅2101i-210Ni(1≤i≤M)中的每个与不同的特定光谱宽度相关联，该特定光谱宽度将由f1...fN的不同中心频率表示，其中，根据公开文本的一个实施方案，由相邻光栅反射的相邻光谱宽度不重叠。
在本文中，定位在不同芯纤维1372-1373中但沿着多芯光纤135的相同截面区域2201-220N定位的光栅21012-210N2和21013-210N3配置为以相同(或基本上类似)的中心频率反射入射光。因此，反射光返回的信息允许基于从返回的反射光测量的波长偏移来确定光纤137(和管心针120)的物理状态。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。基于不同位置，随着管心针120在患者体内推进，芯纤维1371-1374基于角路径变化而经历不同类型和程度的应变。
例如，关于图2的多芯光纤段200，响应于管心针120在左转方向上的角度(例如，径向)移动，多芯光纤135的在移动过程中具有最短半径的第四芯纤维1374(参见图3A)(例如，最接近角度变化方向的芯纤维)将展现压缩(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)将表现出拉伸(例如，增加长度的力)。由于这些力不同且不相等，所以来自与芯纤维1372和1373相关联的反射光栅210N2和210N3的反射光将表现出不同的波长变化。通过与沿多芯光纤135的中性轴230定位的参考芯纤维(例如，第一芯纤维1371)的波长相比，确定由周边光纤(例如，第二芯纤维1372和第三芯纤维1373)中的每个的压缩/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用于外推管心针120的物理配置。这些波长变化的程度可用于外推管心针120的物理状态。反射光信号150经由特定芯纤维1371-137M上的各个路径被反射回控制台110。
参考图3A，示出根据一些实施方案的图1A的支持光学信令和电信令两者的管心针的第一示例性实施方案。在此，管心针120的特征在于位于中心的多芯光纤135，该多芯光纤包括包层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)。虽然多芯光纤135被示出为在四(4)个芯纤维1371-1374内，但是可部署更多数量的芯纤维1371-137M(M≥4)以便提供多芯光纤135以及部署光纤135的管心针120的物理状态(例如，形状等)的更详细的3D感测。
对于公开文本的该实施方案，多芯光纤135被封装在定位于低摩擦系数层335上方的同心编织管件310内。编织管件310的特征可在于“网”构造，其中，交叉的导电元件之间的间距是基于管心针120所期望的刚度来选择的，因为更大的间距可提供更小的刚度，并且由此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至图3B所示，芯纤维1371-1374包括：(i)中心芯纤维1371；以及(ii)多个周边芯纤维1372-1374，该中心芯纤维和周边芯纤维维持在形成于包层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的大小可配置为大于芯纤维1371-1374的直径。通过避免芯纤维1371-1374的大部分表面面积与内腔3201-3204的壁表面的直接物理接触，入射光的波长变化由多芯光纤135中的角度偏差引起，由此减小施加于内腔3201-320M的壁而不是芯纤维1371-137M本身的压缩和拉伸力的影响。
如图3A至图3B进一步所示，芯纤维1371-1374可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，以及位于内腔3202-3204内的多个芯纤维1372-1374，这些内腔各自形成于包层300的从第一中性轴230辐射的不同区域内。通常，除中心芯纤维1371外的芯纤维1372-1374可定位在包层300的截面区域305内的不同区域处，以提供足够的间隔，以便基于通过芯纤维1372-1374传播并反射回控制台的入射光的波长的变化来实现多芯光纤135的3D感测，以用于分析。
例如，在包层300的特征为图3B所示的圆形截面区域305时，如沿着包层300的周长测量的，芯纤维1372-1374可定位成彼此基本等距，例如，如示出的“顶部”(12点钟)、“左下”(8点钟)和“右下”(4点钟)位置。因此，一般而言，芯纤维1372-1374可位于截面区域305的不同片段内。在包层300的截面区域305具有远侧尖端330并且特征在于多边形截面形状(例如，三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、八边形等)时，中心芯纤维1371可位于多边形的中心处或中心附近，而其余芯纤维1372-137M可靠近多边形的相交边之间的角度。
仍参考图3A至图3B，作为用于管心针120的导电介质操作，编织管件310为多芯光纤135提供机械完整性，并且作为用于电信号的导电路径操作。例如，编织管件310可暴露于管心针120的远侧尖端。包层300和同心地围绕包层300的圆周定位的编织管件310包含在同一绝缘层350内。绝缘层350可以是由保护性绝缘(例如，非导电)材料制成的护套或管道，如所示的，该护套或管道封装包层300和编织管件310两者。
参考图4A，示出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。现在参考图4A，示出图1B的支持光学信令和电信令两者的管心针120的第二示例性实施方案。在本文中，管心针120的特征在于上述图3A所示的多芯光纤135，该多芯光纤包括包层300以及位于对应多个内腔3201-320M内的第一多个芯纤维1371-137M(M≥3；对于该实施方案，M＝4)。对于公开文本的该实施方案，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，以及位于对应内腔3202-3204内的第二多个芯纤维1372-1374，这些内腔定位于包层300的截面区域305内的不同片段。本文中，多芯光纤135被封装在导电管件400内。导电管件400的特征可在于同心地封装多芯光纤135的“中空”导电圆柱形构件。
参考图4A至图4B，在将电信号(例如，ECG信号)转移至控制台的过程中作为用于管心针120的导电介质操作，导电管件400可暴露直至管心针120的尖端410。对于公开文本的该实施方案，导电环氧树脂420(例如，基于金属的环氧树脂，如银环氧树脂)可附接至尖端410，并且类似地与在管心针120的近端430处产生的终止/连接点接合。包层300和同心地围绕包层300的圆周定位的导电管件400被包含在同一绝缘层440内。如示出的，绝缘层440可以是封装包层300和导电管件400两者的保护管道。
参考图5A，示出根据一些实施方案的导管的第一示例性实施方案的正视图，该导管包括集成管件、布置于直径的隔片以及形成于该管件和隔片内的微内腔。在本文汇总，导管130包括集成管件、布置于直径的隔片510以及多个微内腔5301-5304，对于本实施方案，这些微内腔被制造成位于导管130的集成管件的壁500内以及位于在隔片510内。具体地，隔片510将由导管130的壁500的内表面505形成的单个内腔分成多个内腔，即如示出的两个内腔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内纵向延伸的隔片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与隔片510的第二外表面560之间。
根据公开文本的一个实施方案，这两个内腔540和545具有大致相同的体积。然而，隔片510不必需将管件分成两个相等的内腔。例如，代替隔片510从管件的正面、截面视角竖直延伸(12点钟至6点钟)，隔片510可水平延伸(3点钟至9点钟)、对角线延伸(1点钟至7点钟；10点钟至4点钟)或成角度延伸(2点钟至10点钟)。在后面的配置中，导管130的内腔540和545中的每个将具有不同体积。
关于多个微内腔5301-5304，第一微内腔5301在隔片510内在集成管件的截面中心525处或截面中心附近制造。对于该实施方案，三个微内腔5302-5304被制造为位于导管130的壁500内。具体地，第二微内腔5302制造在导管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。类似地，第三微内腔5303也制造在导管130的壁500内，即在壁500的第二弧形部分555的内表面和外表面505/507之间。第四微内腔5304也制造在壁500的与隔片510对准的内表面和外表面505/507内。
根据公开文本的一个实施方案，如图5A所示，从正面、截面角度看，微内腔5302-5304根据“左上”(10点钟)、“右上”(2点钟)和“底部”(6点钟)的布局定位。当然，微内腔5302-5304可不同地定位，前提是微内腔5302-5304沿着导管130的圆周520空间分离，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，两个或更多个微内腔(例如，微内腔5302和5304)可沿着导管壁500的圆周520定位在不同的象限处。
参考图5B，示出根据一些实施方案的图5A的包括安装在微内腔内的芯纤维的导管的第一说明性实施方案的透视图。根据公开文本的一个实施方案，多个第二微内腔5302-5304的大小保留对应外芯纤维5702-5704，其中，多个第二微内腔5302-5304中的每个的直径的大小可恰好大于外芯纤维5702-5704的直径。例如，单芯纤维的直径与微内腔5301-5304中任一者的直径之间的尺寸差可在例如，0.001微米(μm)与1000μm之间的范围内。因此，外芯纤维5702-5704的横截面积将小于对应微内腔5302-5304的横截面积。“更大”微内腔(例如，微内腔5302)可更好地将施加到外芯纤维5702的外部应变与直接施加到导管130本身的应变隔开。类似地，第一微内腔5301的大小可保留中心芯纤维5701，其中，第一微内腔5301的直径的大小可恰好大于中心芯纤维5701的直径。
作为公开文本的替代性实施方案，微内腔5301-5304中的一个或多个的直径的大小可超过对应一个或多个芯纤维5701-5704的直径。然而，微内腔5301-5304中的至少一个的大小固定保留其相应芯纤维(例如，芯纤维被保留，其中，在其侧表面与其对应微内腔的内壁表面之间没有间隔)。作为公开文本的又一另外替代性实施方案，所有微内腔5301-5304的直径的大小被设定以固定保留芯纤维5701-5704。
参考图6A至图6B，示出根据一些实施方案的由图1A至图1B的医疗器械监测系统执行以实现光学3D形状感测的操作的方法的流程图。在此，导管包括至少一个隔片，该隔片横跨管件壁的直径并纵向继续以细分该管件壁。隔片的中间部分制造有第一微内腔，其中，第一微内腔与导管管件的中心轴同轴。第一微内腔配置为保留中心芯纤维。除该第一微内腔之外，两个或更多个微内腔被定位在沿着导管管件的壁圆周隔开的不同位置处。例如，多个第二微内腔中的两个或更多个可沿着导管壁的圆周被定位在不同象限处。
此外，每个芯纤维包括沿其长度空间分布在导管管件的至少近端与远端之间的多个传感器。该传感器阵列分布为定位芯纤维的不同区域处的传感器，以实现导管管件的整个长度或选择部分上的应变的分布测量。这些分布式测量可基于应变的类型和程度，通过经历某些波长偏移的、不同光谱宽度(例如，特定波长或特定波长范围)的反射光来传递。
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，提供宽带入射光以通过特定的芯纤维传播(框600)。除非被释放(discharged)，否则当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至610)。在本文中，传感器改变反射光信号的特性，以标识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至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表明反射光信号的波长相对于入射光信号的与规定光谱宽度相关联的波长的改变(偏移)。传感器返回芯纤维上的反射光信号，并且入射光的剩余光谱继续通过芯纤维朝向导管管件的远端传播(框625至630)。入射光的剩余光谱可遇到分布式传感器阵列的其他传感器，其中，这些传感器中的每个将如框605至630中所阐述的那样操作，直至分布式传感器阵列的最后一个传感器返回与其指定光谱宽度相关联的反射光信号，并且剩余光谱被释放作为照明。
现参考图6B，在操作过程中，多个反射光信号从位于形成于导管(诸如图1B的导管)内的对应多个微内腔内的多个芯纤维中的每个返回至控制台。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成反射数据，即，表示包括由应变引起的波长偏移的反射光信号的电信号(框650至655)。反射数据分类逻辑配置为标识哪些芯纤维关于哪些反射数据，并且将从关于特定测量区域(或类似光谱宽度)的反射光信号提供的反射数据分离为分析组(框660至665)。
反射数据的每个分析组被提供至形状感测逻辑以用于分析(框670)。在本文中，形状感测逻辑将每个外芯纤维处的波长偏移与沿中心轴定位并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(框675)。根据该分析，针对所有分析组(例如，来自所有或大部分芯纤维中的传感器的反射光信号)，形状感测逻辑可确定芯纤维在3D空间中的形状，形状感测逻辑可根据该形状确定导管在三维空间中的当前物理状态(框680至685)。
参考图7A，示出根据一些实施方案的图1B的医疗器械监测系统在手术期间以及将导管插入患者体内的示例性实施方案。为了说明性目的，图7A包括具有指向右的水平x轴752A、指向上的垂直y轴752B以及指向页面中的z轴752C的3D坐标系752，以示出患者700周围的3D空间。在此，导管130总体包括导管130的集成管件。在放置完成后，近侧部分721通常保持在患者700的外部，并且远侧部分722通常位于患者700体内。导管130的(集成)导管管件可被推进到患者脉管系统704内的期望位置，使得导管130的导管管件的远端(或尖端)734靠近患者的心脏，例如在上腔静脉(“SVC”)的下三分之一(1/3)部分。在一些实施方案中，各种器械可布置在导管130的远端734处，以测量某个心室和血管中的血压、观察血管内部等。在替代实施方案中，诸如利用图1A的管心针组件以及导管121的那些器械可布置在管心针120的远端处。
在通过患者脉管系统704推进的过程中，导管130的导管管件经由互连件145内的光纤(多个光纤)147从控制台110接收宽带入射光155，其中，入射光155沿着导管130的导管管件内的多芯光纤135的芯纤维137传播。根据公开文本的一个实施方案，端接光纤(多个光纤)147的互连件145的连接器146可联接至基于光学的导管连接器144，该光纤可配置为端接部署在导管130内的芯纤维137。这种联接将导管130的芯纤维137与互连件145内的光纤(多个光纤)147光学连接。需要光连通性以将入射光155传播至芯纤维137，并通过互连件145将反射光信号150返回至控制台110内的光学逻辑180。如下文详细描述的，可基于对反射光信号150的波长偏移的分析来确认导管130的物理状态，其中，物理状态包括光纤135的3D形状735。3D形状735通常包括3D空间中的、与导管130的3D形状一致的曲线。
在一些实施方案中，系统100可包括具有竖直区段731的引导件730。引导件730可由具有内腔的导引器形成，导管130通过该内腔插入。在使用中，引导件730的远端部分可布置在患者700内部，而近端部分保持在患者700外部。在一些实现方式中，引导件730，或更具体地竖直区段731可便于光纤135的校准。例如，当光纤135的区段733布置在竖直区段731内时，形状制定逻辑(shape framing logic)195可将关于区段733的形状733A的形状数据解释为限定直线。
形状制定逻辑195可根据子形状740限定参考平面750，其中，子形状740是3D形状735的一部分。形状制定逻辑195可将参考平面750取向在如坐标系752所表示的3D空间中，并且形状制定逻辑195可利用参考平面750在显示器170上呈现3D形状735的图像。
形状制定逻辑195分析子形状740以确定子形状740的形状是否与可被存储在数据储存库192中的预定子形状一致。如本文所使用的，术语“形状一致”可以是第一子形状与第二子形状至少在两个子形状的很大百分比的公差范围内匹配。检测预定形状可包括：将子形状740与从存储器(例如，数据储存库192)中的多个存储预定子形状中选择的一个相比较，以确定子形状740是否与存储预定子形状中所选择的一个有效一致。在确定子形状740与存储器中的预定子形状一致的情况下，则可以将子形状740限定为3D形状735的预定子形状741。
多个存储预定子形状可包括与通过患者700的身体的解剖路径有关的存储预定子形状的子集。例如，存储预定子形状可关于患者脉管系统704的解剖路径，包括贵要静脉、锁骨下静脉、无名静脉或上腔静脉中的一个或多个。
从存储在存储器中的多个预定子形状中选择存储预定子形状可包括从临床医生接收输入，其中，该输入限定解剖路径。例如，该输入可包括用于医疗器械的插入点位。
根据公开文本的一个实施方案，形状制定逻辑195可基于启发法或运行时间分析法，生成导管130的当前位置和取向的呈现。例如，形状制定逻辑195可根据机器学习(ML)技术配置，以访问数据储存库192中的、关于导管130的不同解剖路径的存储预定形状。例如，可使用存储预定形状作为训练数据来训练机器学习模型，以生成导管130的沿着各种解剖路径(例如，不同身材的患者的解剖路径)布置的预定子形状的分数，其中，该分数表示3D形状的特定预定子形状对应于数据储存库192中的存储预定子形状的概率。ML模型可配置为接收预定子形状数据，并且为预定子形状提供分数。
在一些实施方案中，形状制定逻辑195可根据预定子形状741的两个或更多个点或片段来限定参考平面750。根据一个实施方案，形状制定逻辑195可标识预定子形状741的用于限定参考平面750的两个片段745、746。片段745、746可各自有效地限定线段，其中，片段745、746不共线。在一些实施方案中，形状制定逻辑195可利用叉积几何技术来限定垂直于片段745、746两者的法线，并且然后将参考平面750限定为垂直于该法线。在其他实施方案中，形状制定逻辑195可根据几何技术利用由两个片段745、746中的一个和沿另一片段布置的点限定的线，来限定参考平面750。在又一些实施方案中，形状制定逻辑195可根据几何技术利用由两个片段745、746中的一个的限定的线和由另一片段限定的方向，来限定参考平面750。如本领域普通技术人员所理解的，可利用其他几何技术来根据3D形状735限定平面750。
进一步参考图7A，根据患者700的前视图示出导管130，其中，患者700的前侧可与坐标系752的x-y平面平行。如此，根据患者700的前视图类似地示出了3D形状735。在一些情况下，参考平面750可基本平行于患者700的前侧。因此，3D形状735的前视图图像可以与以垂直于参考平面750的角度观看3D形状735基本一致。
图7B示出3D空间中的3D形状735，其中，3D空间被再次示出为3D坐标系752。形状制定逻辑195可限定参考平面750以在显示器170上建立3D形状735的图像的观看参考。为了说明性目的，根据3D坐标系752示出参考平面750，该坐标系具有指向右的水平x轴752A、指向上的垂直y轴752B以及指向页面中的z轴752C。在所示实施方案中，参考平面750被取向为使得参考平面750与x-y平面平行。如此，3D形状735的前视图由沿z轴752C的观看参考来限定。
在一些实施方案中，形状制定逻辑195可将参考平面750的取向锁定至3D空间，即锁定至所示的3D坐标系752。换言之，一旦参考平面750被限定，则3D形状735在3D空间中的如可能由患者700的移动引起的移动/重新取向可导致3D形状735相对于参考平面750的对应移动/重新取向。
在进一步实施方案中，形状制定逻辑195可将参考平面750锁定至预定子形状741。如此，形状制定逻辑195可配置为从任意观看参考呈现3D形状735的图像。换言之，响应于来自临床医生的输入，形状制定逻辑195可重新取向参考平面750，以从不同的观看参考(例如，从顶部、右侧等)呈现3D形状735的图像。从相对于参考系750的、如可由操作者经由输入设备限定的任意角度观看3D形状735。在又一另外实施方案中，形状制定逻辑195可根据来自临床医生的输入，选择性地将参考平面750锁定至3D空间或预定子形状741。在又一其他实施方案中，形状制定逻辑195可在系统100的使用期间，根据预定子形状741连续限定参考平面750。
图8示出示例性屏幕截图800，其示出根据参考平面750呈现的图7A、图7B的3D形状735的图像。在一些实施方案中，屏幕截图800可包括患者身体的包括导管插入位点803的表示801。例如，在所示实施方案中，该表示801包括可从正面观看以指示3D形状735的取向的典型患者身体的轮廓。在一些实施方案中，表示801可包括其他身体部位(诸如所示出的心脏)的表示。在又一其他实施方案中，屏幕截图800可包括指示如由参考系751(例如坐标系)限定的3D形状735的取向的标记801。在屏幕截图800中，3D形状735的图像与平行于限定3D形状735的前视图的、显示器170的屏幕的参考平面750一致。然而，3D形状735的图像不限于前视图。虽然未示出，但是形状制定逻辑195可经由如上讨论的来自临床医生的输入，促进以任意取向(来自任意观看参考)呈现3D形状735的图像。如此，形状制定逻辑195可转换表示801和/或标记802的取向，以向临床医生提供关于3D形状735的呈现取向的指示。
在一些实施方案中，系统100可与成像系统(例如，超声波、MRI、X射线等，未示出)通信联接，并且形状制定逻辑195可便于呈现3D形状735的图像以及患者700的图像。在一些情况下，临床医生可取向和/或定位3D形状735的图像，以将3D形状735的一部分(诸如导管尖端735)定位在相对于患者700的图像的特定位置处。由于成像系统可直接包括医疗设备的图像，所以图像可便于3D形状735与医疗设备的图像之间的视觉比较。在一些实施方案中，形状制定逻辑195可将3D形状735的一部分与医疗设备在患者700的图像内的对应部分对准。
在进一步实施方式中，其他设备位置或追踪形态可与系统100联接，并且用于指示导管130的位置。此类形态可包括如上所述的ECG信号监测以及如在名为“医疗器械定位方式”的美国专利第5,099,845号中所描述的磁场感测，其全部内容通过引用并入本文。如此，系统100可结合3D形状735的图像，在显示器170上呈现与设备位置或追踪数据有关的图像或信息。
图9A示出图1A至图1B的系统100的第二示例性实现方式。在某些方面，导管930可类似于图1A、图1B、图5A、图5B和图7A的导管130。如此，导管930的特征和功能可与导管130的特征和功能相同或相似。图9A的实现方式与图7A的实现方式的不同之处在于：预定子形状关于光纤的布置在患者外部的一部分。为了说明性目的，图9A包括具有指向右的水平x轴952A、指向上的垂直y轴952B以及指向页面中的z轴952C的3D坐标系952，以示出患者700周围的3D空间。
如图9A所示，子形状940沿着导管930的布置在患者700外部的一部分延伸。形状制定逻辑195可根据3D形状935的子形状940限定参考平面950。类似于图7A的实现方式，形状制定逻辑195分析子形状940以确定子形状940的形状是否与可被存储在数据储存库192中的预定子形状一致。检测预定形状可包括：将子形状940与从存储器(例如，数据储存库192)中的多个存储预定子形状中选择的一个相比较，以确定子形状940是否与存储预定子形状中所选择的一个有效一致。在确定子形状940与存储器中的预定子形状一致的情况下，则可以将子形状940限定为3D形状935的预定子形状941。
多个存储预定子形状可包括关于导管930在患者700外部的近侧部分921的存储预定子形状的子集。从存储器中多个存储的预定中选择存储的预定子形状可包括从临床医生接收输入。例如，在一些实施方案中，导管930可包括用于限定用于导管930的路径的引导件，其中，引导件限定子形状940。在一些实施方案中，临床医生可沿着近侧部分921在导管930中形成弯曲部943，其中，该弯曲部限定子形状940。
相对于以上图7A的限定参考平面750，形状制定逻辑195可经由如上所述的几何技术，利用片段945、946限定参考平面950。
在一些实施方案中，临床医生可相对于患者700定位/取向近侧部分921。更具体地，临床医生可将子形状940取向为平行于患者700，使得参考平面950平行于患者700。
图9B示出包含导管930的包装960的第一实施方案。包装960可由袋、小袋或硬边容器形成。包装960包括用于导管930的管状引导件965。管状引导件965配置为限定预定子形状941。在一些实施方案中，如示出的，导管930在包装960的闭合状态时预穿过管状引导件965。在其他实施方案中，导管930可以不预穿过管状引导件965，并且临床医生可在打开包装960之后使管状引导件965穿到导管930上。在一些实施方案中，由管状引导件965限定的预定子形状941可与导管930的零件号(或其他标识信息)相关联，并且形状制定逻辑195可根据临床医生输入零件号而从存储器中选择存储预定形状。在一些实施方案中，管状引导件965可与包装960成一体，例如形成于包装960的侧壁中。在一些实施方案中，包装960或其一部分可配置用于附接至患者，使得管状引导件965的取向相对于患者是稳定的。
图9C示出包含导管930的包装961的第二实施方案。包装961可由袋、小袋或硬边容器形成。包装961包括用于导管930的引导板966。引导板966包括配置为限定预定子形状941的凹槽967。在一些实施方案中，导管930预附接至引导板966，使得如示出的，导管930在包装961的闭合状态时加载到凹槽967内。在其他实施方案中，导管930可不被预加载在凹槽967内，在这种情况下，临床医生可在打开包装961之后将导管930放置在凹槽967内。在一些实施方案中，由引导板966限定的预定子形状941可与导管930的零件号(或其他标识信息)相关联，并且形状制定逻辑195可根据临床医生输入零件号而从存储器中选择存储预定形状。在一些实施方案中，引导板966可与包装961成一体，例如形成在包装960的侧壁上。在一些实施方案中，引导板966可与包装961分离，并且可配置用于附接至患者，使得引导板966的取向相对于患者是稳定的。
图9D示出包含导管930的包装962的第三实施方案。包装962可由袋、小袋或硬边容器形成。在所示实施方案中，导管930的一部分933附接至包装962，以限定预定子形状941。在一些实施方案中，导管930可连续附接至包装962的壁，或者导管930可在多个附接点969处附接。附接机构可包括配置为将导管930的部分933保持在预定子形状941处的粘合剂或结构部件(例如，夹具)。
图9B至图9D的包装实施方案中的每个可包括包装标记970。包装标记970可包括与预定子形状941相关的信息。例如，包装标记970可包括导管930的零件号/型号或任意其他标识信息。包装标记970可包括机器可读介质，例如条形码、矩阵码、RFID等。在使用中，临床医生可将来自包装标记970的信息输入至系统100，并且形状制定逻辑195可根据来自包装标记970的信息选择存储器中的存储预限定形状。
参考图10，示出根据一些实施方案的由图1A至图1B的医疗器械监测系统执行以在显示器上呈现3D形状的图像的操作的方法的流程图。方法1000可由形状制定逻辑195执行。在一些实施方案中，方法1000的部分可由形状感测逻辑194执行。方法1000通常处理从形状感测逻辑194接收的形状数据，以限定从沿着医疗设备或其部分延伸的光纤确定的3D形状的图像。根据本发明的一个实施方案，如图10所示，形状制定逻辑195从形状感测逻辑194接收与导管的3D形状有关的3D形状数据(框1010)。
形状制定逻辑195可标识沿着医疗设备的3D形状(即，沿着医疗设备延伸的光纤)布置的预定子形状，该预定子形状适于限定要用于在显示器上呈现3D形状的图像的参考平面(框1020)。3D形状可总体包括适合用作预定子形状的一个或多个子形状(3D形状的部分)，并且形状制定逻辑195从一个或多个子形状中标识预定子形状。标识预定子形状可包括将预定子形状与存储器中的存储预定子形状进行比较。在3D形状的子形状与存储预定子形状匹配(即，完全一致)的情况下，形状制定逻辑195可将子形状限定为用于3D形状的预定子形状。
存储器可包括多个存储预定子形状。当医疗设备在使用中时，可根据用于医疗设备的不同路径限定存储预定子形状。例如，可沿着患者的解剖路径(诸如患者的预限定脉管系统)推进医疗设备。如此，当医疗设备布置在预限定脉管系统内时，存储预定子形状可与医疗设备的子形状一致。通过进一步示例，医疗设备可沿着患者外部的引导件的路径布置。如此，当医疗设备布置在引导件的路径内时，存储预定子形状可与医疗设备的子形状一致。
在一些实施方案中，形状制定逻辑195可分析3D形状的形状数据以确定与存储预定子形状中的至少一个一致的子形状，然后选择存储预定子形状中的一个，以用于比较。在一些实施方案中，形状制定逻辑195可从临床医生接收输入以辅助确定与存储预定子形状中的至少一个一致的子形状。该输入可包括与预限定解剖路径或引导件的路径有关的信息。
一旦用于3D形状的预定子形状被限定，则形状制定逻辑195可根据预定子形状限定参考平面(框1030)。限定参考平面可包括标识预定子形状的形状片段(即，部分)。形状制定逻辑195可利用几何技术利用两个或更多个形状片段(诸如沿着预定子形状延伸的线或点)来限定参考平面。根据一个实施方案，形状制定逻辑195可标识基本上线性且彼此不共线的两个形状片段。形状制定逻辑195可利用叉积几何技术来限定垂直于两个形状片段的法线，并且然后限定垂直于该法线的参考平面。如本领域普通技术人员可理解的，可使用其他几何技术来从预定子形状的部分限定平面。
随后，形状制定逻辑195可根据参考平面限定3D形状的图像(框1040)。换言之，形状制定逻辑195可限定可在显示器上从相对于参考平面的一个或多个视点(即，从前侧、顶侧、右侧等)观看的3D形状的图像。在一些实施方案中，形状制定逻辑195可限定可从相对于参考平面的任意方向观看的3D形状的图像。
然后，形状制定逻辑195可在显示器上呈现3D形状的图像(框1050)。在一些实施方案中，形状制定逻辑195可锁定3D空间中的参考平面的取向，使得3D形状的如可由患者700的移动引起的移动/重新取向可导致图像内的3D形状的对应移动/重新取向。
在其他实施方案中，形状制定逻辑195可将参考平面锁定为预定子形状，使得3D形状的观看参考在患者移动的事件中保持恒定。在其他实施方案中，形状制定逻辑195可在系统的使用过程中，根据预定子形状连续限定参考平面。在一些实施方案中，形状制定逻辑195可响应于来自临床医生的输入，而选择性地锁定3D空间中的参考平面或预定子形状741。
尽管本文已公开了一些具体实施方案，并且虽然已详细公开了具体实施方案，但是这些具体实施方案并非旨在限制本文提供的概念的范围。本领域普通技术人员可想到另外的调整和/或修改，并且在更广泛的方面中，这些调整和/或修改也被涵盖。因此，在不背离本文提供的概念的范围的情况下，可偏离本文公开的具体实施方案。

Claims (31)

1.一种医疗设备系统，包括：
医疗设备，所述医疗设备包括具有一个或多个芯纤维的光纤，所述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，所述多个传感器中的每个传感器配置为：
(i)基于接收到的入射光，反射不同光谱宽度的光信号，并且
(ii)基于所述光纤经历的应变，改变反射光信号的特性；和
控制台，所述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：
将入射光信号提供至所述光纤；
接收通过所述多个传感器中的一个或多个反射的所述入射光的不同光谱宽度的反射光信号；
处理与所述一个或多个芯纤维相关联的反射光信号，以确定所述光纤的三维形状；
检测所述三维形状的预定子形状；和
根据所述预定子形状限定参考平面，其中所述参考平面限定所述三维形状的视角。
2.根据权利要求1所述的系统，其中检测所述预定子形状包括：
将所述三维形状的子形状与存储器中存储的预定子形状进行比较；和
根据比较结果，将所述子形状标识为所述三维形状的预定子形状。
3.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述存储器包括多个存储的预定子形状，并且
所述操作还包括：
从存储器中的所述多个存储的预定子形状选择所述存储的预定子形状。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定子形状由所述医疗设备的预定路径限定。
5.根据权利要求4所述的系统，其中：
所述医疗设备被配置用于插入患者体内，并且
所述预定路径包括所述医疗设备的预定解剖路径。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述操作还包括：
从临床医生接收限定所述医疗设备的所述解剖路径的输入；和
根据来自所述临床医生的输入，选择所述存储的预定子形状。
7.根据权利要求6所述的系统，其中来自所述临床医生的输入包括所述医疗设备的插入部位的位置。
8.根据权利要求7所述的系统，其中在使用中，所述临床医生将所述医疗设备插入子形状引导件的路径内。
9.根据权利要求5所述的系统，其中所述预定解剖路径沿着所述患者的贵要静脉、锁骨下静脉、无名静脉、颈内静脉、颈外静脉或上腔静脉中的一个或多个延伸。
10.根据权利要求4所述的系统，其中所述预定路径在患者的外部。
11.根据权利要求10所述的系统，其中：
所述预定路径由所述医疗设备的子形状引导件限定，并且
在使用中，所述医疗设备被布置在所述子形状引导件的路径内。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述子形状引导件被包括在所述医疗设备的包装内。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述子形状引导件与所述包装一体形成。
14.根据权利要求10所述的系统，其中在使用中，所述子形状引导件被附接至所述患者，以维持所述预定子形状相对于所述患者的取向。
15.根据权利要求1所述的系统，其中限定所述参考平面包括：
标识所述预定子形状的成对的形状片段，并且
限定与两个形状片段平行的平面。
16.根据权利要求1所述的系统，还包括：
设备引导件，所述设备引导件包括沿着所述设备引导件的竖直区段延伸的内腔，其中：
在使用中，所述医疗设备插入所述内腔内，并且
所述操作还包括根据所述竖直区段校准所述光纤。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述医疗设备是如下一种：导引器线、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。
18.根据权利要求1所述的系统，其中所述操作还包括：根据所述参考平面，在所述系统的显示器上呈现所述三维形状的图像。
19.一种用于检测医疗设备在患者体内的放置的方法，所述方法包括：
由系统向所述医疗设备内包括的光纤提供入射光信号，其中所述光纤包括一个或多个芯纤维，所述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反射光栅，并且所述多个反射光栅中的每个被配置为：(i)基于接收到的入射光，反射不同光谱宽度的光信号；和(ii)基于所述光纤经历的应变，改变反射光信号的特性；
接收通过所述多个传感器中的一个或多个反射的所述入射光的不同光谱宽度的反射光信号；
处理与所述一个或多个芯纤维相关联的反射光信号，以确定所述光纤的三维形状；
检测所述三维形状的预定子形状；和
根据所述预定子形状限定参考平面，
其中所述参考平面限定所述三维形状的视角。
20.根据权利要求19所述的方法，其中检测所述预定子形状包括：
将所述三维形状的子形状与所述系统的存储器中存储的预定子形状进行比较；和
根据比较结果，将所述子形状标识为所述三维形状的预定子形状。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：从所述存储器中的多个存储的预定子形状选择所述存储的预定子形状。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述预定子形状由所述医疗设备的预定路径限定。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述预定路径包括所述医疗设备的预定解剖路径。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括：
从临床医生接收限定所述医疗设备的所述解剖路径的输入；和
根据来自所述临床医生的输入，选择所述存储的预定子形状。
25.根据权利要求24所述的方法，其中来自所述临床医生的输入包括所述医疗设备的插入部位的位置。
26.根据权利要求23所述的方法，其中所述预定解剖路径沿着所述患者的贵要静脉、锁骨下静脉、无名静脉、颈内静脉、颈外静脉或上腔静脉中的一个或多个延伸。
27.根据权利要求23所述的方法，其中所述预定路径在所述患者的外部。
28.根据权利要求19所述的方法，还包括：
标识所述预定子形状的成对的形状片段，并且
限定与两个形状片段平行的平面。
29.根据权利要求19所述的方法，其中在使用中，所述医疗设备插入所述系统的医疗设备引导件的内腔内，所述方法还包括：根据所述医疗设备引导件的竖直区段校准所述光纤。
30.根据权利要求19所述的方法，其中所述医疗设备是如下一种：导引器线、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。
31.根据权利要求19所述的方法，还包括：根据所述参考平面，在所述系统的显示器上呈现所述三维形状的图像。
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