CN116763285A - 医疗设备系统、医疗设备和用于监测医疗设备在患者身体内的放置的方法 - Google Patents

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CN116763285A CN202310258406.9A CN202310258406A CN116763285A CN 116763285 A CN116763285 A CN 116763285A CN 202310258406 A CN202310258406 A CN 202310258406A CN 116763285 A CN116763285 A CN 116763285A
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A·K·米森纳
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Abstract

本申请涉及医疗设备系统、医疗设备和用于监测医疗设备在患者身体内的放置的方法。医疗设备系统包括被配置用于插入患者身体的细长探针。多芯光纤沿着细长探针延伸。光纤可以包括沿着探针向远侧延伸的感测芯纤维。光纤还可以包括照明芯纤维，以便于以各种照明模式远离远端投射光。该系统包括具有处理器和存储在存储器中的逻辑的控制台。该逻辑可以便于以各种模式单独地投射照明光。该逻辑还可以从返回光提取图像，并且比较照明光和返回光之间的波长，以确定身体元素的运动。

Description

医疗设备系统、医疗设备和用于监测医疗设备在患者身体内 的放置的方法
优先权
本申请要求2022年3月16日提交的美国专利申请号17/696,675的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本申请。
技术领域
本申请涉及医疗器械领域，更具体地涉及医疗设备系统、医疗设备和用于监测医疗设备在患者身体内的放置的方法。
背景技术
在将医疗设备放置在患者体内的过程中，对医疗设备的位置监测有助于确保根据限定的治疗进行适当的放置。过去，医疗设备(例如，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设备的尖端并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，患者暴露于荧光检查方法所需的潜在有害的造影剂。
电磁跟踪系统也用于跟踪涉及管心针的医疗设备。电磁跟踪系统消除了与荧光检查方法相关的辐射暴露，并且不需要现场线。然而，电磁跟踪系统通常需要多个部件来生成磁场、感测磁场并解释磁信号。此外，电磁跟踪系统还会受到附近其他电子设备产生的电磁场干扰。此外，电磁跟踪系统受到信号丢失的影响，依赖于外部传感器，并且被限定在有限的深度范围内。
因此，需要一种系统来评估医疗设备在患者体内的位置，克服上述荧光检查方法和电磁跟踪系统的负面影响。
发明内容
简而言之，本文公开了利用光纤传感在医疗设备插入患者身体期间和之后跟踪和监测医疗设备放置的医疗设备、系统和方法。该医疗设备、系统和方法还包括邻近医疗设备远端的患者体内的照明，以进一步便于对患者体内的医疗设备进行视觉监测。
更具体地，本文公开了一种医疗设备系统，根据一些实施方案，该医疗设备系统包括与控制台联接的医疗设备。该医疗设备限定了被配置用于插入患者身体的细长探针，该细长探针包括沿着细长探针延伸的光纤，其中，该光纤包括多个照明芯纤维。光学构件布置在细长探针的远端处，其中，光学构件被配置为接收来自多个照明芯纤维的照明光，并且将照明光远离远端向远侧投射。
控制台在医疗设备的近端处与医疗设备联接，并且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，该逻辑在由一个或多个处理器执行时使医疗设备系统进行操作。
这些操作包括选择性地向多个照明芯纤维的一个或多个子集提供照明光，以使照明光以两个或更多个照明模式中的任何一个远离光学构件单独投射。
在一些实施方案中，两个或更多个照明模式包括分散模式，使得照明光远离光学构件向远侧投射，并且从光学构件跨越360°旋转角径向向外投射。在一些实施方案中，两个或更多个照明模式包括聚焦模式，使得朝向焦点径向向内投射照明光。在一些实施方案中，两个或更多个照明模式包括转向模式，使得照明光被引导为相对于细长探针的纵轴成角度并且相对于细长探针成旋转角度。
在一些实施方案中，照明光包括远离多个照明芯纤维向远侧投射的多个对应的光束，并且光学构件包括对应于该多个光束的多个光路。每个光束与对应的光路对准，并且每个光路包括多个被配置为改变对应光束的方向的折射和/或反射元件。
在一些实施方案中，多个光束的分散子集与多个光路的分散子集对准，并且多个光路的分散子集被配置为远离细长探针的远端向远侧和/或径向投射多个光束的分散子集。
在一些实施方案中，多个光束的聚焦子集与多个光路的聚焦子集对准，并且多个光路的聚焦子集被配置为朝向焦点径向向内投射多个光束的聚焦子集。
在一些实施方案中，多个光束的转向子集与多个光路的转向子集对准，并且多个光路的转向子集被配置为相对于细长探针的纵轴成角度并且相对于细长探针成旋转角度来投射多个光束的转向子集。
在一些实施方案中，操作包括将照明光选择性地提供给：(i)多个照明芯纤维的第一子集，以从远端跨越360°旋转角径向向外单独投射照明光，(ii)多个照明芯纤维的第二子集，以朝向焦点径向向内单独投射照明光，以及(iii)多个照明芯纤维的第三子集，以在转向方向上单独投射照明光，其中，转向方向包括相对于细长探针的纵轴的角度以及相对于细长探针的旋转角度。
在一些实施方案中，光纤包括多个返回芯纤维，返回芯纤维被配置为：(i)通过光学构件在细长探针的远端处接收返回光，以及(ii)将返回光沿着光纤向近侧传播至控制台。
在一些实施方案中，操作还包括：从返回光提取患者身体的图像；以及使在系统的显示器上描绘图像。
在一些实施方案中，操作还包括：(i)将返回光的波长与照明光的波长进行比较；以及(ii)作为比较的结果，确定患者身体元素的运动。
在一些实施方案中，光纤还包括沿着光纤延伸的多个感测芯纤维，其中，多个感测芯纤维中的每个包括沿着纵向长度分布的多个传感器，并且其中，多个反射光栅中的每个反射光栅被配置为(i)基于在近端处接收到的入射光反射不同光谱宽度的光信号，以及(ii)基于光纤经受的应变改变反射光信号的特性。在这样的实施方案中，操作还包括在细长探针插入患者身体期间确定细长探针的实时三维(3D)形状，其中，确定实时三维(3D)形状包括：(i)向多个感测芯纤维提供入射光信号；(ii)接收由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；以及(iii)处理与多个感测芯纤维相关联的反射光信号，以确定实时3D形状。
本文还公开了一种用于监测医疗设备在患者体内的放置的方法，其中，该方法包括通过医疗设备系统对患者身体的内部进行照明，医疗设备系统包括与控制台联接的医疗设备。该医疗设备限定了被配置用于插入患者身体的细长探针，其中，细长探针包括沿着细长探针延伸的光纤，并且光纤包括多个照明芯纤维。该医疗设备还包括布置在细长探针的远端的光学构件，其中，光学构件被配置为：接收来自多个照明芯纤维的照明光；并且以两个或更多个照明模式远离远端向远侧投射照明光。控制台在医疗设备的近端处与医疗设备联接，并且控制台包括：(i)光源，光源被配置为向多个照明芯纤维提供照明光；(ii)一个或多个处理器；以及(iii)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使系统进行操作。
根据这样的实施方案，对内部进行照明包括选择性地以两个或更多个照明模式中的任何一个远离光学构件单独地投射照明光。
在该方法的一些实施方案中，对内部进行照明包括以分散模式从远端径向向外投射照明光。在该方法的一些实施方案中，对内部进行照明包括朝向焦点径向向内投射照明光。在该方法的一些实施方案中，对内部进行照明包括在转向方向上投射照明光，其中，转向方向包括相对于细长探针的纵轴的角度和相对于细长探针的旋转取向。
在该方法的一些实施方案中，多个照明芯纤维包括第一子集、第二子集和第三子集，并且对内部进行照明包括将照明光选择性地单独提供给：(i)第一子集，用于以分散模式从远端径向向外投射照明光，(ii)第二子集，用于朝向焦点径向向内投射照明光，以及(iii)第三子集，用于在转向方向上投射照明光，其中，转向方向包括相对于细长探针的纵轴的角度以及相对于细长探针的旋转角度。
在该方法的一些实施方案中，光纤包括多个返回的芯纤维，控制台包括光接收器，光接收器被配置用于接收来自光纤的光。根据这样的实施方案，该方法还包括：通过光学构件在细长探针的远端处接收返回光；以及将返回光沿着返回的芯纤维向近侧传播至光接收器。
在一些实施方案中，该方法还包括：从返回光提取患者身体的图像；以及在控制台的显示器上描绘图像。
在一些实施方案中，该方法还包括：(i)将返回光的波长与照明光的波长进行比较；以及(ii)作为比较的结果，确定患者身体元素的运动。
在该方法的一些实施方案中，光纤包括多个感测芯纤维，其中，多个感测芯纤维中的每个包括沿着对应感测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，以及(ii)基于光纤经受的应变改变反射光信号的特性。根据这样的实施方案，控制台包括光接收器，光接收器被配置用于接收来自光纤的光，并且该方法还包括：确定细长探针的实时三维(3D)形状，其中，确定实时三维(3D)形状包括：(i)向感测芯纤维提供入射光信号；(ii)接收由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；以及(iii)处理与一个或多个感测芯纤维相关联的反射光信号，以确定细长探针的3D形状。
本文还公开了一种医疗设备，该医疗设备包括细长探针，该细长探针被配置用于插入患者身体。细长探针包括沿着细长探针延伸的光纤，其中，光纤包括沿着光纤延伸的多个照明芯纤维。根据这样的实施方案，多个照明芯纤维被配置为：沿着光纤向远侧传播向其提供的照明光；以及远离光纤的远端向远侧投射照明光。光学构件布置在细长探针的远端处，其中，光学构件包括多个光路。多个光路被配置为：(i)以分散模式从远端径向向外单独地投射照明光；(ii)朝向焦点径向向内单独地投射照明光；以及在转向方向上单独地投射照明光，其中，转向方向包括：相对于细长探针的纵轴的角度；以及相对于细长探针的旋转角度。
在一些实施方案中，光纤还包括沿着光纤延伸的多个感测芯纤维，其中，一个或多个感测芯纤维中的每个包括沿着纵向长度分布的多个传感器。多个传感器中的每个传感器被配置为(i)基于在近端处接收到的入射光反射不同光谱宽度的光信号，以及(ii)基于光纤经受的应变改变反射光信号的特性，以便于确定细长探针的三维形状。
本文还公开了一种医疗设备，该医疗设备包括细长探针，该细长探针被配置用于插入患者身体，其中，细长探针包括沿着细长探针延伸的光纤。光纤包括沿着光纤延伸的多个照明芯纤维，其中，多个照明芯纤维被配置为：沿着光纤向远侧传播向其提供的照明光；以及远离光纤的远端向远侧投射照明光。细长探针还包括布置在细长探针的远端的半透明和/或透明远侧尖端，其中，远侧尖端被配置用于使照明光穿过其传输。
在一些实施方案中，远侧尖端还包括多个光路。多个光路被配置为：(i)以分散模式从远端径向向外投射照明光，(ii)朝向焦点径向向内投射照明光，或者(iii)在转向方向上投射照明光，其中，转向方向包括：相对于细长探针的纵轴的角度；以及相对于细长探针的旋转角度。
在一些实施方案中，多个光路被配置为：(i)以分散模式从远端径向向外单独地投射照明光，(ii)朝向焦点径向向内单独地投射照明光，以及(iii)在转向方向上单独地投射照明光，其中，转向方向包括：相对于细长探针的纵轴的角度；以及相对于细长探针的旋转角度。
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1是根据一些实施方案的包括具有光纤形状感测能力的医疗器械的医疗设备系统的所示的实施方案；
图2是根据一些实施方案的包括在图1的细长探针内的多芯光纤的一部分的结构的示例性实施方案；
图3A示出了根据一些实施方案的图1的细长探针的实施方案；
图3B是根据一些实施方案的图3A的细长探针的截面图；
图4A至图4B是根据一些实施方案的由图1的医疗设备进行的用于实现光学三维形状感测的操作方法的流程图；
图5A至图5D示出了根据一些实施方案的以各种照明模式远离其远端投射照明光的图1的细长探针；
图5E示出了根据一些实施方案的在其远端处接收光的图1的细长探针；
图6A示出了根据一些实施方案的图1的细长探针的远端部分的详细侧视图；
图6B示出了根据一些实施方案的图6A的光纤的远端面；
图7A至图7D是根据一些实施方案的图6A的细长探针的远端部分的详细图示，其示出了穿过远端部分的各种光路；以及
图8示出了根据一些实施方案的图1的细长探针的第二实施方案。
具体实施方式
在更详细地公开一些特定实施方案之前，应当理解，本文公开的特定实施方案不限制本文提供的概念的范围。还应该理解，本文公开的特定实施方案可以具有能够容易地从特定实施方案中分离出来的特征，并且可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相结合或替代。
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，使用标签诸如“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”等，并且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针的“近侧”、“近侧部分”或“近端部分”，包括当探针被用于患者时预期靠近临床医生的探针部分。同样地，例如探针的“近侧长度”包括当探针被用于患者时预期靠近临床医生的探针的长度。例如，当探针被用于患者时，探针的“近端”包括探针的靠近临床医生的一端。探针的近侧部分、近端部分或近侧长度可以包括探针的近端；然而，探针的近侧部分、近端部分或近侧长度不必包括探针的近端。即，除非上下文另有说明，否则探针的近侧部分、近端部分或近侧长度不是探针的末端部分或末端长度。
关于例如本文公开的探针的“远侧”、“远侧部分”或“远端部分”，包括当探针被用于患者时预期靠近患者或在患者中的探针部分。同样地，例如，探针的“远侧长度”包括当探针被用于患者时预期靠近患者或在患者中的探针的长度。例如，当探针被用于患者时，探针的“远端”包括探针的靠近患者或在患者中的一端。探针的远侧部分、远端部分或远侧长度可以包括探针的远端；然而，探针的远侧部分、远端部分或远侧长度不必包括探针的远端。即，除非上下文另有说明，否则探针的远侧部分、远侧部分或远端长度不是探针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。
短语“连接到”、“联接到”和“通信到”是指两个或更多个实体之间的任何形式的交互，包括机械、电、磁、电磁、流体和热交互。两个部件可以彼此联接，即使彼此不直接接触。例如，两个部件可以通过中间部件彼此联接。
本文公开的任何方法包括用于执行所述方法的一个或多个步骤或动作。方法步骤和/或动作可以彼此互换。换言之，除非实施方案的正确操作需要步骤或动作的特定顺序，否则可以修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。
例如，通过使用术语“基本上”，在整个说明书中可能会引用近似值。对于每个这样的引用，应该理解，在一些实施方案中，值、特征或特性可以在没有近似值的情况下指定。例如，在使用诸如“大约”和“基本上”等修饰词的情况下，这些术语在没有限定词的情况下在其范围内包括修饰词。例如，在针对特征引用术语“基本上笔直的”的情况下，应当理解，在进一步实施方案中，该特征可以具有精确的笔直配置。
在整个说明书中，对“实施方案”或“该实施方案”的引用意味着结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施方案中。因此，在整个说明书中叙述的引用的短语或其变体不一定都指同一个实施方案。
图1示出了包括医疗设备的医疗设备系统的实施方案。如图所示，医疗设备系统(系统)100通常包括控制台110和与控制台110通信联接的细长探针(探针)120。探针120包括在远端122的光学构件123以及位于近端124的控制台连接器131。探针120包括光纤130，该光纤130包括沿着探针120的长度延伸的多个纤维芯，如下面进一步描述的。控制台连接器131使得探针120能够经由互连件145可操作地连接到控制台110，互连件145包括一个或多个光纤147(以下称为“光纤”)和由单个光/电连接器146端接(或由双连接器端接)的导电介质。在本文中，连接器146被配置为与控制台连接器131接合(配合)，以允许光在控制台110和探针120之间传播以及电信号从探针120传播至控制台110。
探针120可以被配置为执行多种医疗程序中的任何一种。因而，探针120可以是各种医疗器械/设备119的部件或与其一起使用。在一些实施方式中，例如，为了在导管内使用，探针120可以采取导丝或管心针的形式。探针120可以由金属、塑料或其组合形成。探针120包括沿其延伸的内腔121，内腔121具有布置在其内的光纤130。
在一些实施方式中，探针120可以集成到脉管导管中。其他示例性实施方式包括引流导管、手术设备、支架插入和/或移除设备、活检设备、内窥镜和肾结石移除设备。简而言之，探针120可以与插入患者身体内的任何医疗设备119一起使用，或者探针120可以是其部件。
根据一个实施方案，控制台110包括一个或多个处理器160、存储器165、显示器170和光学逻辑180，尽管可以理解控制台110可以采取各种形式中的一个，并且可以包括不涉及公开文本的方面的附加部件(例如，电源、端口、接口等)。控制台110的所示的实施方案在美国专利10,992,078中示出，其全部内容通过引用并入本文。包括了可访问存储器165(例如，非易失性存储器或非暂时性计算机可读介质)的一个或多个处理器160，以在操作期间控制控制台110的功能。如图所示，显示器170可以是集成到控制台110中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，特别是在器械放置程序期间。在另一个实施方案中，显示器170可以与控制台110分离。尽管未示出，但用户界面被配置为提供控制台110的用户控制。
根据图示的实施方案，显示器170描绘的内容可以根据探针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探针120的物理状态(例如，长度、形状、形式和/或取向)的二维或三维表示，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发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，包括在探针120上的激活控制件126可以用于将探针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设备放置。例如，基于探针120的模态，控制台110的显示器170可以用于在探针通过脉管系统或TLS模态推进期间进行基于光学模态的引导，以确定探针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(诸如光学、TLS或ECG)的信息例如可以同时显示(例如，在时间上至少部分重叠地显示)。
仍然参考图1，光学逻辑180被配置为支持探针120的可操作性并且使得能够将信息返回控制台110，这可以用于确定与患者体内的探针120相关联的物理状态并且在一些实施方案中获得患者身体的内部图像。可以经由电信令逻辑181处理电信号(例如，ECG信令)，该电信令逻辑(例如，端口、模数转换逻辑等)支持接收和处理接收到的来自探针120的电信号。探针120的物理状态可以基于在控制台110处从探针120接收的反射光信号150的特性变化。该特性可以包括由集成在位于探针120内或作为探针120操作的光纤130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130可以包括芯纤维1331至133M(对于单个芯，M＝1，对于多个芯，M≥2)，其中芯纤维1331至133M可以被统称为(一个或多个)芯纤维133。除非另有说明或本实施方案需要可替换的解释，否则本文讨论的实施方案将指的是光纤130。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)探针120的物理状态。
根据公开文本的一个实施方案，如图1所示，光学逻辑180可以包括光源182和光接收器184。光源182被配置为发送入射光155(例如，宽带)，以用于在包括在互连件145中的(一个或多个)光纤147上进行传播，它们被光学连接至探针120内的光纤130。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的其他合适的光源，包括半相干光源、LED光源等。
光接收器184被尤其配置为：(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探针120内的光纤130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(来自数据储存库190)，反射数据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可以包括从位于光纤130的中心芯纤维(参考)中的传感器提供的反射光信号151和从位于光纤130的外围芯纤维中的传感器提供的反射光信号152，如下所述。在本文中，光接收器184可以被实现为光电检测器，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和光接收器184二者被可操作地连接至管理它们操作的一个或多个处理器160。此外，光接收器184被可操作地联接以将反射数据(来自数据储存库190)提供至存储器165，以用于存储和由反射数据分类逻辑192处理。反射数据分类逻辑190可以被配置为：(i)识别哪些芯纤维与接收的反射数据(来自数据储存库190)中的哪些相关；和(ii)将数据储存库190内储存的反射数据(由与探针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探针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光纤130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可以确定芯纤维在三维空间中采取的形状，并且可以进一步确定探针120在三维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探针120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，以访问数据储存库190，数据储存库190具有与探针120的不同区域有关的预先存储的数据(例如，图像等)，在该探针120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，可以呈现探针120(或导管121)的当前物理状态。可替代地，作为另一个实施方案，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项来确定光纤130的每个区域的物理状态的变化：(i)由光纤130内的不同芯纤维经历的合成波长偏移；和(ii)由在光纤130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。
可以设想，可以执行其他过程和程序，以利用由传感器沿着光纤130内的每个芯纤维测量的波长偏移，来呈现探针120的物理状态的适当变化，特别是使得当探针120被多芯定位在患者体内并定位在体内的期望目的地时，能够引导探针120。例如，由传感器沿着一个或多个芯纤维测量的波长偏移可以基于探针120的物理状态或状况，而不是或附加于探针120经历的纵向应变。替代的或附加的物理状态可以包括扭转应变、温度、运动、振荡、压力和邻近细长探针的流体流量中的一项或多项。
光源182和光接收器184也可以被配置为向光纤130提供照明光和从光纤130接收返回光。照明逻辑195可以包括限定远离探针120投射的照明光和/或处理由探针120接收的光，如下面进一步描述的。
控制台110还可以包括电信令逻辑181，其被配置为从探针120接收一个或多个电信号。探针120被配置为支持光学连接性以及电连接性。电信令逻辑181经由导电介质从探针120接收电信号(例如，ECG信号)。电信号逻辑196可以进行处理，以从电信号提取ECG信号。电信号逻辑196可以进一步使得在显示器170上描绘ECG波形。
参考图2，根据一些实施方案示出了包括在图1的探针120内的多芯光纤的一部分的结构的示例性实施方案。光纤130的多芯光纤部分200示出了某些芯纤维1331至133M(M≥2，M＝4，如图3A所示)，以及分别存在于芯纤维1331至133M内的传感器(例如，反射光栅)21011至210NM(N≥2；M≥2)之间的空间关系。如上所述，可以将芯纤维1331至133M统称为“芯纤维133”。
如图所示，部分200被划分为多个截面区域2201至220N，其中每个截面区域2201至220N对应于反射光栅21011至21014…210N1至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，尺寸在区域2201…220N之中变化)。第一芯纤维1331基本上沿着中心(中性)轴230定位，而芯纤维1332可以在光纤130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1331的“顶部”上。在这种部署中，芯纤维1333和1334可以位于第一芯纤维1331的“左下部”和“右下部”。作为举例，图3A至图4B提供了这样的说明。
参考第一芯纤维1331作为所示实施例，当探针120是操作性时，反射光栅2101至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至210Ni(1≤i≤M)中的每个与不同的特定光谱宽度相关联，该光谱宽度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。
在本文中，位于不同的芯纤维1332至1333中但是沿着光纤130的相同截面区域2201至220N，光栅21012至210N2和21013至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来确定光纤133(和探针120)的物理状态的信息。具体地，施加至光纤130(例如，至少芯纤维1332至1333)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1331至1334经历不同类型和程度的应变，该应变基于随着探针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，响应于探针120的角(例如，径向)运动处于左转方向，在移动期间具有最短半径的光纤130的第四芯纤维1334(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1333(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，因此来自与芯纤维1332和1333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。通过确定与沿着光纤130的中性轴230定位的参考芯纤维(例如，第一芯纤维1331)的波长相比，每个外围光纤(例如，第二芯纤维1332和第三芯纤维1333)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用于外推探针120的物理配置。这些波长变化程度可以用于外推探针120的物理状态。反射光信号150经由特定芯纤维1331至133M上的单独路径被反射回控制台110。
参考图3A，根据一些实施方案示出了支持光和电信令二者的图1的探针120的第一示例性实施方案。在此，探针120的特征在于位于中心的多芯光纤130，其包括包层300和位于对应的多个内腔3201至320M内的多个芯纤维1331至133M(M≥2；M＝4)。虽然在四(4)根芯纤维1331至1334内示出了光纤130，但是可以部署更多数量的芯纤维1331至133M(M＞4)以提供对光纤130和部署光纤130的探针120的物理状态(例如，形状等)的更详细的三维感测。
光纤130被封装在位于低摩擦系数层335上的同心管件310(例如，示出的编织管件)内。在一些实施方案中，管件310可以以“网状”构造为特征，在该构造中，交叉的元件之间的间隔可以基于探针120所需的刚性/柔性程度进行选择，因为较大的间隔可以提供较小的刚性，并且从而提供更柔性的探针120。
根据公开文本的该实施方案，如图3A至图3B所示，芯纤维1331至1334包括(i)中心芯纤维1331和(ii)多个外围芯纤维1332至1334，它们保持在形成于包层300中的内腔3201至3204内。根据公开文本的一个实施方案，内腔3201至3204中的一个或多个的直径可以被配置为尺寸大于芯纤维1331至1334的直径。通过避免芯纤维1331至1334的大部分表面积与内腔3201至3204的壁表面直接物理接触，由光纤130中的角度偏差引起入射光的波长变化，从而减小施加至内腔3201至320M的壁(而非芯纤维1331至133M本身)的压力和张力的影响。
如图3A至图3B进一步所示，芯纤维1331至1334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1331和位于内腔3202至3204内的多个芯纤维1332至1334(每个形成在从第一中性轴230辐射的包层300的不同区域内)。通常，芯纤维1332至1334(不包括中心芯纤维1331)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，从而能够基于通过芯纤维1332至1334传播并且反射回控制台以便进行分析的入射光的波长变化，对光纤130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，如沿包层300的外缘所测量的，芯纤维1332至1334可以彼此基本等距地定位，诸如在所示的“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1332至1334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1331可以位于该多边形形状的中心处或中心附近，而其余的芯纤维1332至133M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至图3B，探针120可以可选地作为导电介质操作。在一些实施方案中，管件310给光纤130提供机械完整性并且作为电信号的传导路径操作。例如，管件310可以与探针120的远侧尖端部分联接。包层300和管件310(其围绕包层300的圆周同心地定位)被容纳在相同的绝缘层350内。如图所示，绝缘层350可以是由保护性绝缘(例如，非传导)材料制成的护套或导管，其包封包层300和编织管件310二者。
参考图4A至图4B，根据一些实施方案示出了由图1的医疗设备系统实施以实现光学三维形状感测的操作方法的流程图。第一微内腔与探针的中心轴线同轴。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个微内腔被定位在沿着探针的周向边缘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个可以被定位在沿着探针的周向边缘的不同象限处。
此外，每个芯纤维包括沿着其长度在至少探针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使传感器在芯纤维的不同区域处定位，使得能够遍及探针的整个长度或选定部分对应变进行分布式测量。这些分布式测量结果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4A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(方框400)。除非释放，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接收器(方框405至410)。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(方框415至420)。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探针的远端传播(方框425至430)。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，这些传感器中的每个将如框405-430中所陈述进行操作，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释放为止。
现在参考图4B，在操作期间，多个反射光信号从驻留在探针内形成的对应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，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(方框450至455)。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(方框460至465)。
每个分析组的反射数据被提供给形状感测逻辑进行分析(方框470)。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(方框475)。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取的形状，由此形状感测逻辑可以确定探针在三维空间中的当前物理状态(方框480至485)。
图5A至图5D是向患者身体的内部(例如，血管560)提供照明光的探针120的各种图示。探针120被配置为根据多个方向和/或模式远离光学构件123投射照明光，如下面进一步描述的。探针120还被配置为通过光学构件123接收光。
图5A示出了探针120的侧视图，该探针以分散模式投射照明光，以限定远离光学构件123延伸的分散光510。分散光510远离光学构件123向远侧投射。分散光510还从光学构件123跨越360°旋转径向向外投射，以便对邻近探针120的远端122的患者身体的宽阔部分(例如，血管560的宽阔部分)进行照明。
图5B示出了探针120的侧视图，该探针以聚焦模式投射照明光，以限定远离光学构件123延伸的聚焦光520。聚焦光520远离光学构件123向远侧投射。聚焦光520也朝向焦点521径向向内投射。焦点521可以位于远离光学构件123的任何位置。换句话说，焦点521可以如图所示位于探针120的纵轴532上，或者横向偏离纵轴532。
图5C和图5D示出了探针120在转向方向上投射照明光，以限定远离光学构件123延伸的转向光530。图5C示出了以相对于探针120的纵轴532的角度531投射转向光530的探针120的侧视图。图5D示出了以相对于探针120(例如，相对于旋转基准534)的旋转角度533远离纵轴532径向投射转向光530的探针120的端视图。在一些实施方案中，旋转基准534可由探针120的特征(未示出)限定，例如，布置在患者体外的探针120的手柄。在使用时，临床医生可以通过围绕纵轴532旋转探针120来将转向光530定向在期望的旋转方向上。在所示实施方案中，探针120被配置为投射单个转向光510，即，转向光530以单个限定的角度531和单个限定的旋转角度533远离光学构件123投射。在其他实施方案中，探针120可以被配置为以多个角度531和/或多个旋转角度533选择性地单独地或同时投射转向光510。
图5E示出了从身体元素561接收光的探针120的侧视图。探针120被配置为在远端122接收返回光540。返回光540可以从身体元素561发出。在一些实施方案中，返回光540可以包括投射到身体元素561上的照明光的反射。身体元素561可以包括患者体内的组织、异物或流体。在一些情况下，身体元素561可以相对于探针120运动，例如，血液在血管560内流动。
图6A至图7D示出了根据一些实施方案的图1至图5E的探针120的示例性实现方式，以便于如图5A至图5E所示和随后描述的探针120的功能。注意，图6A至图7D的示例性实现方式是与图5A至图5E的功能一致的普通技术人员可以想到的多个实现方式中的一个。因而，与图5A至图5E的功能一致的任何和所有其他实现方式都包括在公开文本中。
图6A示出了探针120的远端部分的侧视图，其示出了布置在内腔121内的光纤130。光纤130的远端面601被显示为邻近光学构件123布置。光纤130包括穿过其中延伸的芯纤维133，如图3A至图3B所示。光纤130还包括芯纤维635、636、637和638，如下面进一步描述的。
在所示实施方案中，光纤130的远端面601被显示为与光学构件123间隔开。在其他实施方案中，远端面601可以紧邻光学构件123布置和/或可以直接附接到光学构件123。光学构件123被配置为允许光向远侧和/或近侧穿过其中。光学构件123可以包括光学构件，以改变穿过其中的光的状况(例如，方向)，其中，光学构件包括反射和/或折射穿过其中的光的构件。在一些实施方案中，光学构件123可以包括圆顶形外表面602，以便于探针120在患者体内推进，例如，沿着体腔推进。
图6B示出了远端面601的端视图。除了芯纤维133(图3B中未示出)，光纤130还包括被配置为限定分散光510、聚焦光520和转向光530的多个芯纤维(见图5A至图5D)。更具体地，光纤130可以包括将光从控制台110传播至光学构件123的芯纤维，该光作为分散光510、聚焦光520和转向光530远离光学构件123投射，如下面进一步描述的。
光纤130可以包括多个芯纤维635，芯纤维被配置为便于投射分散光510(参见图5A)。在所示实施方案中，芯纤维635的数量是四个。然而，芯纤维635的数量可以包括1、2、3、5或更多芯纤维。芯纤维635可以位于穿过远端面601的任何位置。类似地，芯纤维635可以单独或成束设置。此外，芯纤维635的设置可以是对称的或不对称的。
以类似于芯纤维635的方式，光纤130可以包括多个芯纤维636和多个芯纤维637，这些芯纤维被配置为分别便于投射聚焦光520(见图5B)和转向光530(见图5C至图5D)。在一些实施方案中，芯纤维635、636和637中的任何一个或全部可以被配置为远离远端面601朝向光学构件123向远侧投射准直光。如图所示，芯纤维636可以包括4个芯纤维，或者芯纤维636可以包括1、2、3、5或更多个芯纤维。如图所示，芯纤维637可以包括1个芯纤维，或者芯纤维637可以包括2、3、4、5或更多个芯纤维。
光纤130还可以包括多个芯纤维638，这些芯纤维被配置为接收来自光学构件123的返回光540(参见图5E)并将返回光540传输到控制台110。在图示的实施方案中，芯纤维638的数量是四个。然而，芯纤维635的数量可以包括1、2、3、5或更多个芯纤维。芯纤维638可以位于穿过远端面610的任何位置。类似地，芯纤维635可以单独或成束设置。
图7A示出了探针120的远端部分，其中，探针120的一部分被切除，以描绘代表性的芯纤维6351(即，多个芯纤维635中的一个)。芯纤维635可以限定光735，光735可以包括多个光束，其中，光束7351是代表性的。光学构件123的一部分也被切除以描绘光路7451，其中，光路7451表示穿过光学构件123延伸的多个光路745中的一个。光路7451与光纤芯6351对准，以便于光束7351从光纤芯6351传输到光路7451。类似地，多个光路745中的每个都与对应的光纤芯635对准，以便于光735从多个芯纤维635传输到多个光路745。每个光路745包括光学构件745A(即，反射和/或折射元件)，该光学构件被配置为将光735转换成分散光510。在使用时，照明逻辑195可以使光源182向多个芯纤维635提供光735，以便远离光学构件123投射分散光510。
图7B示出了探针120的远端部分，其中，探针120的一部分被切除，以描绘代表性的芯纤维6361(即，多个芯纤维636中的一个)。芯纤维636可以限定光736，光736可以包括光束7361代表的多个光束。光学构件123的一部分也被切除，以描绘光路7461，其中，光路7461表示延伸穿过光学构件123的多个光路746中的一个。光路7461与光纤芯6361对准，以便于光束7361从光纤芯6361传输到光路7461。类似地，多个光路746中的每个都与对应的光纤芯636对准，以便于光736从多个芯纤维636传输到多个光路746。每个光路745包括被配置为将光736转换成聚焦光520的光学构件746A(即，反射和/或折射元件。在使用时，照明逻辑195可以使光源182向多个芯纤维636提供光736，以便远离光学构件123投射聚焦光520。
图7C示出了探针120的远端部分，其中，探针120的一部分被切除，以描绘芯纤维637(或芯纤维束)。芯纤维637可以限定光737(或光束)。光学构件123的一部分也被切除，以描绘穿过光学构件123延伸的光路747。光路747与光纤芯637对准，以便于光737从光纤芯637传输到对应的光路747。光路747包括光学构件747A，光学构件747A包括反射和/或折射元件，被配置为将光(或光束)737转换成转向光530。在使用时，照明逻辑195可以使光源182向芯纤维637提供光737，以便远离光学构件123投射转向光530。
图7D示出了探针120的远端部分，其中，探针120的一部分被切除，以描绘代表性的光纤芯6381(即，多个芯纤维638中的一个)。光学构件123的一部分也被切除，以描绘光路7481，其中，光路7481表示穿过光学构件123延伸的多个光路748中的一个。光路7481与光纤芯6381对准，以便于光束7381从光路7481传输到光纤芯6381。类似地，多个光路748中的每个都与对应的芯纤维638对准，以便于光738从多个光路748传输到多个芯纤维638。每个光路748包括光学构件748A，光学构件748A包括反射和/或折射元件，被配置为接收返回光540并将返回光540转换成光738，以由多个芯纤维638接收。在使用时，返回光540被多个光路748接收，并被光学构件123转换成光738，然后该光沿着多个芯纤维638传输到控制台110，以供照明逻辑195处理。
在一些实施方案中，照明逻辑195可以从返回光540提取患者体内的图像。照明逻辑195还可以使得在系统100的显示器170上描绘图像。
在一些实施方案中，照明逻辑195可以将光735、736或737中的一个或多个的波长与光738的波长进行比较。该比较可以包括确定光735、736或737中的一个或多个与光738之间的波长差。由于光738可以是从身体元素561发出的、光735、736或737中的一个或多个的反射，所以波长差可以对应于身体元素561相对于细长探针120的运动。这样，照明逻辑195可以确定身体元素561的运动。换句话说，照明逻辑195可以确定光735、736或737中的一个或多个与光738之间的波长偏移，以确定波长偏移是朝向蓝色光谱还是朝向红色光谱，从而分别将身体元素561的运动识别为朝向或远离细长探针120。
图8示出了细长探针820的另一个实施方案，在某些方面，该细长探针可以类似于结合图1至图7D描述的细长探针120的部件。将会理解，所有示出的实施方案可以具有类似的特征。因此，在下文中不再重复上述关于类似标识的特征的相关公开内容。此外，图1至图7D所示的细长探针120和相关部件的具体特征可能没有在附图中用附图标记示出或标识，或者没有在下面的书面描述中具体讨论。然而，这些特征显然可以与其他实施方案和/或关于这些实施方案描述的特征相同或基本上相同。因此，对这些特征的相关描述同样适用于图8的细长探针820的特征。关于图1至图7D所示的细长探针120和部件描述的特征及其变型的任何合适的组合可以用于图8的细长探针820和部件，反之亦然。
探针820通常被配置为远离探针820的远端822向远侧投射照明光805。探针820包括光纤830，该光纤在某些方面类似于图1至图3B和图6A至图6B的以及上面描述的光纤130的部件和功能。因而，光纤830被配置为远离光纤830的远端面801朝向布置在远端822的远侧尖端823向远侧投射照明光805。远侧尖端823由半透明或透明材料形成，以便于照明光805穿过远侧尖端823传输。
在一些实施方案中，远侧尖端823可以包括分别在图7A、图7B和图7C中示出的光路745、746或747中的任何一个或全部。这样，细长探针820可以被配置为：(i)以分散模式从远端径向向外投射照明光805，(ii)朝向焦点径向向内投射照明光805，和/或(iii)在转向方向上投射照明光805，其中，转向方向包括相对于细长探针的纵轴的角度和相对于细长探针820的旋转角度，如上面关于图5A至图5D和图7A至图7C所述。
在进一步的实施方案中，多个光路可以被配置为单独地：(i)以分散模式从远端径向向外投射照明光805，(ii)朝向焦点径向向内投射照明光805，以及(iii)在转向方向上投射照明光805，其中，转向方向包括相对于细长探针的纵轴的角度和相对于细长探针的旋转角度。
虽然本文已经公开了一些特定的实施方案，并且已经详细公开了特定的实施方案，但是特定的实施方案并不意图限制本文提供的概念的范围。对于本领域普通技术人员来说，可以出现额外的适应和/或修改，并且在更广泛的方面，这些适应和/或修改也包括在内。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特定实施方案。

Claims (30)

1.一种医疗设备系统，其特征在于，包括：
医疗设备，其限定了配置用于插入患者身体的细长探针，所述细长探针包括：
光纤，其沿着所述细长探针延伸，所述光纤包括多个照明芯纤维；
光学构件，其布置在所述细长探针的远端处，所述光学构件配置为接收来自所述多个照明芯纤维的照明光并且远离所述远端向远侧投射所述照明光；和
控制台，其在所述医疗设备的近端处与所述医疗设备联接，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，所述逻辑引起操作，所述操作包括选择性地向所述多个照明芯纤维的一个或多个子集提供所述照明光，以使所述照明光以两个或更多个照明模式中的任何一个远离所述光学构件单独地投射。
2.根据权利要求1所述的医疗设备系统，其特征在于，所述两个或更多个照明模式包括分散模式，使得：
远离所述光学构件向远侧投射所述照明光，以及
从所述光学构件跨越360°旋转角径向向外投射所述照明光。
3.根据前述权利要求中任一项所述的医疗设备系统，其特征在于，所述两个或更多个照明模式包括聚焦模式，使得朝向焦点径向向内投射所述照明光。
4.根据前述权利要求中任一项所述的医疗设备系统，其特征在于，所述两个或更多个照明模式包括转向模式，使得所述照明光被引导为：
相对于所述细长探针的纵轴成角度，以及
相对于所述细长探针成旋转角度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的医疗设备系统，其特征在于，所述光学构件是半透明和/或透明的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的医疗设备系统，其特征在于：
所述照明光包括远离所述多个照明芯纤维向远侧投射的多个对应的光束，
所述光学构件包括对应于所述多个光束的多个光路，
每个光束与对应的光路对准，并且
每个光路包括多个折射和/或反射元件，其配置为改变对应光束的方向。
7.根据权利要求6所述的医疗设备系统，其特征在于：
所述多个光束的分散子集与所述多个光路的分散子集对准，并且
所述多个光路的所述分散子集被配置为远离所述细长探针的远端向远侧和/或径向投射所述多个光束的所述分散子集。
8.根据权利要求6或7所述的医疗设备系统，其特征在于：
所述多个光束的聚焦子集与所述多个光路的聚焦子集对准，并且
所述多个光路的聚焦子集被配置为朝向焦点径向向内投射所述多个光束的所述聚焦子集。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的医疗设备系统，其特征在于：
所述多个光束的转向子集与所述多个光路的转向子集对准，并且
所述多个光路的所述转向子集被配置为：
相对于所述细长探针的纵轴成角度地投射所述多个光束的所述转向子集，以及
相对于所述细长探针成旋转角度地投射所述多个光束的所述转向子集。
10.根据前述权利要求中任一项所述的医疗设备系统，其特征在于，所述操作包括选择性地将所述照明光提供给：
所述多个照明芯纤维的第一子集，以从所述远端跨越360°旋转角径向向外单独地投射所述照明光，
所述多个照明芯纤维的第二子集，以朝向焦点径向向内单独地投射所述照明光，以及
所述多个照明芯纤维的第三子集，以在转向方向上单独地投射所述照明光，所述转向方向包括：
相对于所述细长探针的纵轴的角度；和
相对于所述细长探针的旋转角度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的医疗设备系统，其特征在于，所述光纤包括多个返回芯纤维，其配置为：
通过所述光学构件在所述细长探针的远端处接收返回光，并且
将所述返回光沿着所述光纤向近侧传播至所述控制台。
12.根据权利要求11所述的医疗设备系统，其特征在于，所述操作还包括：
从所述返回光提取所述患者身体的图像；和
使在所述医疗设备系统的显示器上描绘所述图像。
13.根据权利要求11或12所述的医疗设备系统，其特征在于，所述操作还包括：
将所述返回光的波长与所述照明光的波长进行比较；和
作为比较的结果，确定患者身体元素的运动。
14.根据前述权利要求中任一项所述的医疗设备系统，其特征在于：
所述光纤还包括沿着所述光纤延伸的多个感测芯纤维，所述多个感测芯纤维中的每个包括沿着纵向长度分布的多个传感器，并且多个反射光栅中的每个反射光栅被配置为：(i)基于在近端处接收到的入射光，反射不同光谱宽度的光信号；和(ii)基于所述光纤经受的状况，改变反射光信号的特性，并且
所述操作还包括在所述细长探针插入患者身体内期间，确定所述细长探针的物理状态，其中确定包括：
向所述多个感测芯纤维提供入射光信号；
接收由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；和
处理与所述多个感测芯纤维相关联的反射光信号，以确定所述物理状态。
15.根据权利要求14所述的医疗设备系统，其特征在于：
所述光纤经受的所述状况是应变，并且
所述物理状态是实时三维形状。
16.一种用于监测医疗设备在患者身体内的放置的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过医疗设备系统对患者身体的内部进行照明，所述医疗设备系统包括：
医疗设备，其限定了配置用于插入所述患者身体的细长探针，所述细长探针包括：
光纤，其沿着所述细长探针延伸，所述光纤包括多个照明芯纤维；
光学构件，其布置在所述细长探针的远端处，所述光学构件被配置为：
接收来自所述多个照明芯纤维的照明光，
以两个或更多个照明模式远离所述远端向远侧投射所述照明光；和
控制台，其在所述医疗设备的近端处与所述医疗设备联接，所述控制台包括：
光源，其配置为向所述多个照明芯纤维提供所述照明光；
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，所述逻辑引起所述医疗设备系统的操作，其中照明包括选择性地以所述两个或更多个照明模式中的任何一个远离所述光学构件单独地投射所述照明光。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，照明包括以分散模式从所述远端径向向外投射所述照明光。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，照明包括朝向焦点径向向内投射所述照明光。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，其特征在于，照明包括在转向方向上投射所述照明光，所述转向方向包括：
相对于所述细长探针的纵轴的角度；和
相对于所述细长探针的旋转角度。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的方法，其特征在于：
所述多个照明芯纤维包括第一子集、第二子集和第三子集，并且
照明包括选择性地将所述照明光单独地提供给：
所述第一子集，用于以分散模式从所述远端径向向外投射所述照明光，
所述第二子集，用于朝向焦点径向向内投射所述照明光，以及
所述第三子集，用于在转向方向上投射所述照明光，所述转向方向包括：
相对于所述细长探针的纵轴的角度；和
相对于所述细长探针的旋转角度。
21.根据权利要求16-20中任一项所述的方法，其特征在于：
所述光纤包括多个返回芯纤维，
所述控制台包括光接收器，其配置用于接收来自所述光纤的光，并且
所述方法还包括：
通过所述光学构件在所述细长探针的远端处接收返回光；和
将所述返回光沿着所述返回芯纤维向近侧传播至所述光接收器。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括：
从所述返回光提取所述患者身体的图像；和
在所述控制台的显示器上描绘所述图像。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述返回光的波长与所述照明光的波长进行比较；和
作为比较的结果，确定患者身体元素的运动。
24.根据权利要求16-23中任一项所述的方法，其特征在于：
所述光纤包括多个感测芯纤维，多个所述感测芯纤维中的每个包括沿着对应感测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)基于所述光纤经受的状况，改变反射光信号的特性；
所述控制台包括光接收器，其配置用于接收来自所述光纤的光；并且
所述方法还包括：
确定所述细长探针的物理状态，其中确定包括：
向所述感测芯纤维提供入射光信号；
接收由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；和
处理与所述一个或多个感测芯纤维相关联的反射光信号，以确定所述细长探针的物理状态。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：
所述光纤经受的所述状况是应变，并且
所述物理状态是实时三维形状。
26.一种医疗设备，其特征在于，包括：
细长探针，其配置用于插入患者身体，所述细长探针包括：
光纤，其沿着所述细长探针延伸，所述光纤具有沿着所述光纤延伸的多个照明芯纤维，所述多个照明芯纤维配置为：
沿着所述光纤向远侧传播提供给所述照明芯纤维的照明光，以及
远离所述光纤的远端向远侧投射所述照明光；和
光学构件，其布置在所述细长探针的远端处，所述光学构件包括多个光路，
其中所述多个光路被配置为：
以分散模式从所述远端径向向外单独地投射所述照明光，
朝向焦点径向向内单独地投射所述照明光，以及
在转向方向上单独地投射所述照明光，所述转向方向包括：
相对于所述细长探针的纵轴的角度；和
相对于所述细长探针的旋转角度。
27.根据权利要求26所述的医疗设备，其特征在于，所述光纤包括沿着所述光纤延伸的多个感测芯纤维，一个或多个感测芯纤维中的每个包括沿着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)基于在近端处接收到的入射光，反射不同光谱宽度的光信号；和(ii)基于所述光纤经受的状况，改变反射光信号的特性，以便于确定所述细长探针的物理状态。
28.一种医疗设备，其特征在于，包括：
细长探针，其配置用于插入患者身体，所述细长探针包括：
光纤，其沿着所述细长探针延伸，所述光纤具有沿着所述光纤延伸的多个照明芯纤维，所述多个照明芯纤维配置为：
沿着所述光纤向远侧传播提供给所述照明芯纤维的照明光，以及
远离所述光纤的远端向远侧投射所述照明光；和
半透明和/或透明远侧尖端，其布置在所述细长探针的远端处，所述远侧尖端配置用于使所述照明光穿过其传输。
29.根据权利要求28所述的医疗设备，其特征在于：
所述远侧尖端包括多个光路，并且
所述多个光路被配置为：
以分散模式从所述远端径向向外投射所述照明光，
朝向焦点径向向内投射所述照明光，或
在转向方向上投射所述照明光，所述转向方向包括：
相对于所述细长探针的纵轴的角度；和
相对于所述细长探针的旋转角度。
30.根据权利要求29所述的医疗设备，其特征在于，所述多个光路被配置为：
以分散模式从所述远端径向向外单独地投射照明光，
朝向焦点径向向内单独地投射照明光，以及
在转向方向上单独地投射照明光，所述转向方向包括：
相对于所述细长探针的纵轴的角度；和
相对于所述细长探针的旋转角度。
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