CN116942112A - 用于确定身体属性的应变感测系统、留置医疗设备和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于确定身体属性的应变感测系统、留置医疗设备和方法。例如，应变感测系统可以包括留置医疗设备、光学询问器和控制台。医疗设备可以包括具有光纤布拉格光栅(“FBG”)传感器的光纤探针。光学询问器可以被配置为将输入光信号发送入光纤探针，并且从光纤探针接收FBG传感器反射光信号。控制台可以包括一个或多个处理器、存储器和可执行指令，该指令使得控制台执行一组操作，包括：从光学询问器接收FBG传感器反射光信号；利用光信号转换器逻辑将FBG传感器反射光信号转换为转换后的电信号；和利用身体属性确定逻辑，至少根据转换后的电信号，在实时确定中确定与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性。

Description

用于确定身体属性的应变感测系统、留置医疗设备和方法

优先权

本申请要求2022年4月25日提交的美国专利申请第17/728,802号的优先权，该申请的全部内容通过引用结合到本申请中。

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，更具体地涉及用于确定身体属性的应变感测系统、留置医疗设备和方法。

背景技术

临床医生需要能够容易和安全地监测患者的身体属性，例如与患者的心脏或肺相关联的那些属性。本文公开了用于确定这种身体属性的应变感测系统、留置医疗设备和方法。

发明内容

本文公开了一种用于确定一个或多个身体属性的应变感测系统，在一些实施方案中，该系统包括留置医疗设备、光学询问器、控制台和显示屏。该医疗设备包括集成式或可移除式光纤探针，该光纤探针沿着光纤探针的至少远侧部分具有多个光纤布拉格光栅(“FBG”)传感器。光学询问器被配置为将输入光信号发送入光纤探针以及从光纤探针接收FBG传感器反射光信号。控制台包括一个或多个处理器、存储器和存储在存储器中的可执行指令。可执行指令使得控制台在由一个或多个处理器执行指令时执行一组操作。该组操作包括从光学询问器接收FBG传感器反射光信号；利用光信号转换器逻辑将FBG传感器反射光信号转换为转换后的电信号；以及在实时确定中，利用身体属性确定逻辑至少根据转换后的电信号确定与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性。显示屏被配置为显示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性。

在一些实施方案中，与心脏相关联的一个或多个身体属性选自心率、相对中心血压、右心房压力、右心室压力、肺动脉压力、肺动脉楔压和每搏输出量。

在一些实施方案中，与肺相关联的一个或多个身体属性选自呼吸速率、肺活量、潮气量、吸气量、呼气储备量、吸气储备量和总肺活量。

在一些实施方案中，该组操作还包括利用信号处理逻辑从转换后的电信号提取一个或多个提取电信号。转换后的电信号包括指示当光纤探针布置在患者的循环系统中时光纤探针的远侧部分所经历的复杂振荡。所提取的一个或多个电信号包括指示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性的一个或多个简单振荡。

在一些实施方案中，与心脏相关联的一个或多个身体属性包括心率。身体属性确定逻辑被配置为直接根据来自一个或多个提取电信号中的一个提取电信号的简单振荡而确定心率。

在一些实施方案中，与肺相关联的一个或多个身体属性包括呼吸速率。身体属性确定逻辑被配置为直接根据来自一个或多个提取电信号中的一个提取电信号的简单振荡而确定呼吸速率。

在一些实施方案中，该组操作还包括将一个或多个测量设备针对与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性进行的一个或多个测量与指示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性的一个或多个简单振荡相关联。将一个或多个身体属性的一个或多个测量与指示一个或多个身体属性的一个或多个简单振荡相关联是在实时确定中确定与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性之前进行的。

在一些实施方案中，与心脏相关联的一个或多个身体属性选自相对中心血压、右心房压力、右心室压力、肺动脉压力和肺动脉楔压。

在一些实施方案中，与心脏相关联的一个或多个身体属性包括每搏输出量。

在一些实施方案中，与肺相关联的一个或多个身体属性选自肺活量、潮气量、吸气量、呼气储备量、吸气储备量和总肺活量。

在一些实施方案中，该组操作还包括通过一个或多个身体属性的一个或多个测量建立一个或多个身体属性基线测量；以及通过一个或多个简单振荡而监测一个或多个身体属性基线，以确定与一个或多个身体属性基线的任何偏差。

在一些实施方案中，显示屏被配置为在一个或多个身体属性绘图中显示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性，以便于主治临床医生进行历史分析。

本文还公开了一种用于确定一个或多个身体属性的应变感测系统的方法。在一些实施方案中，该方法包括发送步骤、第一接收步骤、第二接收步骤、转换步骤和确定步骤。发送步骤包括将输入光信号从光学询问器发送入与留置医疗设备集成或可移除地布置在留置医疗设备中的光纤探针，光纤探针沿着光纤探针的至少远侧部分具有多个光纤布拉格光栅(“FBG”)传感器。第一接收步骤包括由光学询问器光纤探针的FBG传感器反射光信号。第二接收步骤包括由控制台接收来自光学询问器的FBG传感器反射光信号。控制台包括一个或多个处理器、存储器和存储在存储器中的可执行指令，该可执行指令使得控制台在一个或多个处理器执行指令时执行方法的各种操作。转换步骤包括利用光信号转换器逻辑将FBG传感器反射光信号转换为转换后的电信号。确定步骤包括在实时确定中，利用身体属性确定逻辑至少根据转换后的电信号确定与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性。

在一些实施方案中，该方法还包括提取步骤。提取步骤包括利用信号处理逻辑从转换后的电信号提取一个或多个提取电信号。转换后的电信号包括指示当光纤探针布置在患者的循环系统中时光纤探针的远侧部分所经历的复杂振荡。所提取的一个或多个电信号包括指示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性的一个或多个简单振荡。

在一些实施方案中，与心脏相关联的一个或多个身体属性包括心率。身体属性确定逻辑被配置为直接根据来自一个或多个提取电信号中的一个提取电信号的简单振荡而确定心率。

在一些实施方案中，与肺相关联的一个或多个身体属性包括呼吸速率。身体属性确定逻辑被配置为直接根据来自一个或多个提取电信号中的一个提取电信号的简单振荡而确定呼吸速率。

在一些实施方案中，该方法还包括关联步骤。关联步骤包括将一个或多个测量设备针对与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性进行的一个或多个测量与指示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性的一个或多个简单振荡相关联。将一个或多个身体属性的一个或多个测量与指示一个或多个身体属性的一个或多个简单振荡相关联的关联步骤是在实时确定中确定与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性的确定步骤之前进行的。

在一些实施方案中，与心脏相关联的一个或多个身体属性选自相对中心血压、右心房压力、右心室压力、肺动脉压力和肺动脉楔压。

在一些实施方案中，与心脏相关联的一个或多个身体属性包括每搏输出量。

在一些实施方案中，与肺相关联的一个或多个身体属性选自肺活量、潮气量、吸气量、呼气储备量、吸气储备量和总肺活量。

在一些实施方案中，该方法还包括建立步骤和监测步骤。建立步骤包括通过一个或多个身体属性的一个或多个测量而建立一个或多个身体属性基线测量。监测步骤包括通过一个或多个简单振荡而监测一个或多个身体属性基线，以确定与一个或多个身体属性基线的任何偏差。

在一些实施方案中，该方法还包括显示步骤。显示步骤包括在显示屏上，可选地在一个或多个身体属性绘图中显示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的身体属性，以便于主治临床医生进行历史分析。

考虑到更详细地描述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

图1示出了根据一些实施方案的在患者身上使用的应变感测系统。

图2示出了根据一些实施方案的应变感测系统的详细视图。

图3示出了根据一些实施方案的包括控制台、独立光学询问器和独立显示器的应变感测系统的框图。

图4示出了根据一些实施方案的包括具有集成光学询问器和集成显示屏的控制台的应变感测系统的框图。

图5示出了根据一些实施方案的包括集成光纤探针的导管的导管管件的横向截面。

图6示出了根据一些实施方案的导管管件的纵向截面。

图7提供了根据一些实施方案的应变感测系统的显示屏上的多个不同的绘图。

图8提供了作为图7的绘图之一的光纤探针的至少远侧部分的曲率对弧长和扭力对弧长的详细绘图。

图9提供了作为图7的绘图之一的光纤探针的至少远侧部分的角度对弧长的详细绘图。

图10提供了作为图7的绘图之一的光纤探针的至少远侧部分的位置对时间的详细绘图。

图11提供了根据一些实施方案的光纤探针的至少远侧部分的可显示形状。

图12提供了作为图7的一些绘图的从光纤探针的多个FBG传感器中选择的每个FBG传感器的曲率对时间的详细绘图。

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，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)通常用于区分或识别一组特征或步骤中的不同特征或步骤，并且不提供序列或数字限制。例如，“第一”、“第二”和“第三”特征或步骤不必以该顺序出现，并且包括这种特征或步骤的特定实施方案不必限于这三个特征或步骤。诸如“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”等标签是为了方便而使用的，并不意味着例如任何特定的固定位置、方位或方向。相反，这种标签用于反映例如相对位置、方位或方向。单数形式“一种”、“一个”和“该”包括复数形式，除非上下文另有明确规定。

关于“近侧”，例如，本文公开的导管的“近侧部分”或“近端部分”包括当导管用于患者时旨在靠近临床医生的导管的部分。类似地，例如，导管的“近侧长度”包括当导管用于患者时旨在靠近临床医生的导管长度。例如，导管的“近端”包括当导管用于患者时旨在靠近临床医生的导管端部。导管的近侧部分、近端部分或近侧长度可以包括导管的近端；然而，导管的近侧部分、近端部分或近侧长度不需要包括导管的近端。也就是说，除非上下文另有说明，否则导管的近侧部分、近端部分或近侧长度不是导管的末端部分或末端长度。

关于“远侧”，例如，本文公开的导管的“远侧部分”或“远端部分”包括当导管用于患者时旨在靠近患者或在患者体内的导管的部分。类似地，例如，导管的“远侧长度”包括当导管用于患者时旨在靠近患者或在患者体内的导管长度。例如，导管的“远端”包括当导管用于患者时旨在靠近患者或在患者体内的导管端部。导管的远侧部分、远端部分或远侧长度可以包括导管的远端；然而，导管的远侧部分、远端部分或远侧长度不需要包括导管的远端。也就是说，除非上下文另有说明，否则导管的远侧部分、远端部分或远侧长度不是导管的末端部分或末端长度。

术语“逻辑”可以代表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，逻辑可以包括具有数据处理或数据存储功能的电路。这种电路的实施方案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[“DSP”]、可编程门阵列[“PGA”]、微控制器、专用集成电路[“ASIC”]等)或半导体存储器。作为固件，逻辑可以存储在持久存储器中。作为软件，逻辑可以包括一个或多个进程、实例、应用编程接口(“API”)、子例程、函数、小程序、服务器或例程。逻辑还可以包括源代码、目标代码、共享库、动态链接库(“DLL”)，或甚至一个或多个指令。这样的软件可以存储在任何类型的合适的非暂时性存储介质或暂时性存储介质中(例如，电、光、声或任何其他形式的传播信号，包括载波、红外信号或数字信号)。非暂时性存储介质的实施例可以包括但不限于可编程电路；非持久存储，例如易失性存储器(例如，任何类型的随机存取存储器[“RAM”])；或诸如非易失性存储器(例如，只读存储器[“ROM”]、带电源的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的持久存储器。

除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。

如上所述，临床医生需要能够容易和安全地监测患者的身体属性，例如与患者的心脏或肺相关联的那些属性。本文公开了用于确定这种身体属性的应变感测系统、留置医疗设备和方法。

例如，用于确定一个或多个身体属性的应变感测系统可以包括留置医疗设备、光学询问器、控制台和显示器。医疗设备可以包括光纤探针，该光纤探针沿着光纤探针的至少远侧部分具有多个光纤布拉格光栅(“FBG”)传感器。光学询问器可以被配置为将输入光信号发送入光纤探针以及从光纤探针接收FBG传感器反射光信号。控制台可以包括一个或多个处理器、存储器和存储在存储器中的可执行指令。可执行指令可以使得控制台在由一个或多个处理器执行指令时执行一组操作。该组操作可以包括从光学询问器接收FBG传感器反射光信号；利用光信号转换器逻辑将FBG传感器反射光信号转换为转换后的电信号；以及在实时确定中，利用身体属性确定逻辑至少根据转换后的电信号确定与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性。显示屏可以被配置为显示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性。

参考附图和下面的描述，本文提供的应变感测系统和方法的这些和其他特征将变得更加明显，附图和下面的描述更详细地提供了用于确定一个或多个身体属性的应变感测系统、留置医疗设备和方法的特定实施方案。

应变感测系统

图1示出了根据一些实施方案的在患者P身上使用的应变感测系统100。图2示出了根据一些实施方案的应变感测系统100的详细视图。图3和图4示出了根据其不同实施方案的应变感测系统100的框图。

应变感测系统100被配置用于确定患者P的一个或多个身体属性，例如与患者P的心脏、肺或心脏和肺二者相关联的任何一个或多个身体属性。因此，如图3中所示,应变感测系统100可以至少包括留置医疗设备102、可移除地布置在医疗设备102中的光纤探针106、控制台104、被配置为独立的光学询问器108、以及包括显示屏112的监测器110。可替代地，如图4中所示，应变感测系统100可以至少包括医疗设备102和控制台104，其中，医疗设备102包括集成在医疗设备102中的光纤探针106，并且控制台104包括集成在控制台104中的光学询问器108和显示屏112二者。值得注意的是，图3的应变感测系统100在应变感测系统100的部件方面大部分是分离的。相反，图4的应变感测系统100在应变感测系统100的部件方面大部分是集成的。然而，应当理解，在应变感测系统100的至少前述分离和集成实施方案之间，额外的应变感测系统是可能的。例如，应变感测系统100可以包括医疗设备102、可移除式光纤探针106和具有集成显示屏112但没有集成光学询问器108的控制台104。实际上，这种应变感测系统可以包括独立的光学询问器108。虽然未示出，但应变感测系统100可以还包括光纤连接器模块，该光纤连接器模块被配置用于将光纤探针106(应变感测系统100的一次性部件)连接到应变感测系统100的剩余部分，例如独立光学询问器108或包括集成光学询问器108的控制台104，其是应变感测系统100的多用途基本部件。

在其自身的部分中在下文中阐述医疗设备102，其中提供了医疗设备102的特定实施方案，例如外周插入中心导管(“PICC”)132的实施方案。

控制台104包括一个或多个处理器114、存储器116和存储在存储器116中的可执行指令118，在由一个或多个处理器114执行指令118时，该指令使得控制台104执行支持确定患者P的一个或多个身体属性的一组操作。实际上，该组操作可以包括：从光学询问器108接收FBG传感器反射光信号；利用光信号转换器逻辑将FBG传感器反射光信号转换为转换后的电信号，其中，转换后的电信号包括指示当光纤探针106布置在患者P的循环系统中时光纤探针106的远侧部分所经历的复杂振荡；利用信号处理逻辑从转换后的电信号提取一个或多个提取电信号，其中，一个或多个提取电信号包括指示患者P的一个或多个身体属性的一个或多个简单振荡或一个或多个复合振荡(例如，两个或多个简单振荡相加在一起)；将一个或多个测量设备针对患者P的一个或多个身体属性进行的一个或多个测量与指示患者P的一个或多个身体属性的一个或多个简单或复合振荡相关联；以及在实时确定中，利用身体属性确定逻辑根据前述信号确定患者P的一个或多个身体属性。

如上所述，控制台104还包括逻辑120，例如光信号转换器逻辑、信号处理逻辑和身体属性确定逻辑。光信号转换器逻辑被配置为将来自光纤探针106的FBG传感器反射光信号转换为可绘制数据，以在对应于其中集成或可移除地布置光纤探针106的医疗设备102的显示屏112上显示形状。光信号转换器逻辑还被配置为将来自光纤探针106的FBG传感器反射光信号转换为用于显示屏112上的可绘制数据的多个其他绘图的可绘制数据。光信号转换器逻辑还被配置为将从光学询问器108接收的FBG传感器反射光信号转换为转换后的电信号。信号处理逻辑被配置为从转换后的电信号提取一个或多个提取电信号。值得注意的是，转换后的电信号包括指示当光纤探针106布置在患者P的循环系统中时光纤探针106的远侧部分所经历的复杂振荡，并且一个或多个提取电信号包括指示患者P的一个或多个身体属性的一个或多个简单或复合振荡。身体属性确定逻辑被配置为根据一个或多个提取电信号实时确定患者P的一个或多个身体属性。在一个实施例中，身体属性确定逻辑被配置为直接根据来自一个或多个提取电信号中的一个提取电信号的简单或复合振荡而确定心率，其中简单或复合振荡具有与心脏跳动的周期相对应的周期。在另一个实施例中，身体属性确定逻辑被配置为直接根据来自一个或多个提取电信号中的一个提取电信号的简单或复合振荡来直接确定呼吸速率，其中简单或复合振荡具有与肺呼吸的周期相对应的周期。

值得注意的是，应变感测系统100被配置为确定的患者P的一个或多个身体属性包括与患者P的心脏、肺或心脏和肺二者相关联的那些。在一个实施例中，与心脏相关联的一个或多个身体属性选自心率、相对中心血压、右心房压力、右心室压力、肺动脉压力、肺动脉楔压和每搏输出量，每搏输出量是由舒张末期容积和收缩末期容积的相对差确定的每次跳动从心脏左心室泵出的血液量。在另一个实施例中，与肺相关联的一个或多个身体属性选自呼吸速率、肺活量、潮气量、吸气量、呼气储备量、吸气储备量和总肺活量。虽然身体属性确定逻辑被配置为直接根据所提取的指示患者P的心脏跳动或患者P的肺呼吸的电信号的简单或复合振荡而确定患者P的心率或呼吸速率，但是身体属性确定逻辑还被配置为根据与一个或多个测量设备针对患者P的一个或多个身体属性进行的一个或多个测量相关联的简单或复合振荡而确定心脏的前述压力和容积以及肺的容量和容积。实际上，在实时确定中确定患者P的一个或多个身体属性之前，执行将一个或多个身体属性的一个或多个测量与指示一个或多个身体属性的一个或多个简单或复合振荡相关联。此外，上述一组操作可以还包括通过一个或多个身体属性的一个或多个测量建立一个或多个身体属性基线测量；以及通过一个或多个简单振荡而监测一个或多个身体属性基线，以确定与一个或多个身体属性基线的任何偏差。

光学询问器108被配置为将输入光信号(例如，通过可调谐激光器的1460-1620nm激光)发送入光纤探针件106，并从光纤探针106接收FBG传感器反射光信号。当光纤连接器模块存在于应变感测系统100中时，光学询问器108被配置为通过光纤连接器模块将输入光信号发送入医疗设备102的光纤探针106，并通过光纤连接器模块从光纤探针106接收FBG传感器反射光信号。

显示屏112被配置为显示与患者P的心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性。显示屏112还被配置为在一个或多个身体属性绘图中显示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性，以便于主治临床医生进行历史分析。(例如，见图1的控制台104的显示屏112上的呼吸速率的绘图。)显示屏112还被配置为在显示屏112上显示与其中集成或可移除地布置光纤探针106的医疗设备102相对应的形状以及在显示屏112上提到的可绘制数据的多个其他绘图。

图7提供了根据一些实施方案的应变感测系统100的显示屏112。图8至图12提供了图7的显示屏112上多个不同绘图的详细绘图。

对于至少光纤探针106的远侧部分，多个其它绘图可以包括如图8中所示的曲率对弧长122的绘图、也如图8中所示的扭力对弧长124的绘图、如图9中所示的角度对弧长126的绘图、或如图10中所示的位置对时间128的绘图。多个其它绘图可以还包括三维网格129上的医疗设备102的形状。对于光纤探针106的远侧部分中的FBG传感器(例如FBG传感器146a、146b和146c)的选择，多个其它绘图甚至可以还包括如图12中所示的曲率对时间130a、130b和130c的绘图。用于光纤探针106的远侧部分中的FBG传感器146a、146b和146c的选择的曲率对时间130a、130b和130c的任何一个或多个绘图可以用于借助于在医疗设备102的尖端推进到患者P的上腔静脉中(“SVC”)的时刻所绘制的光纤探针106的曲率的显著变化(例如，在大约860秒处曲率的增加随后减小)来手动识别光纤探针106的曲率的显著变化。然而，图7和图12中所示的曲率对时间130a、130b和130c的三个绘图是针对光纤探针106的远侧部分中的至少三个FBG传感器的那些，即FBG传感器146a、146b和146c。在光纤探针106的远侧部分中的最后三个FBG传感器146a、146b和146c在识别光纤探针106的绘制曲率的显著变化方面特别有用，因为当医疗设备102的尖端推进到患者P的SVC中时，前述FBG传感器146a、146b和146c直接经历由光纤探针106的拉伸应变和压缩应变引起的曲率的身体变化。如图12中曲率对时间130a、130b和130c的每个绘图所示，在大约860秒处，光纤探针106的绘制曲率的显著变化示例为绘制曲率的瞬时增加，随后绘制曲率的瞬间减少，其幅度约为绘制曲率瞬时增加的两倍。

除了能够使用曲率对时间130a、130b和130c的任何一个或多个绘图来手动识别在医疗设备102的尖端推进到患者P的SVC中的时刻光纤探针106的曲率的显著变化之外，用于光纤探针106的远侧部分中的FBG传感器(即，FBG传感器146a、146b和146c)的选择的曲率对时间130a、130b和130c的任何一个或多个绘图可以用于借助于光纤探针106的尖端中的振荡来手动确认医疗设备102的尖端在SVC中。通过FBG传感器146a、146b和146c的选择感测到的光纤探针106的绘制曲率证明了光纤探针106尖端的振荡。(见图7和图12中曲率对时间130a、130b和130c的三个绘图，当将光纤探针106的远侧部分保持在SVC中的位置时，在大约860s和1175s之间，如位置对时间的绘图所示。)光纤探针106的尖端中的振荡是由于在患者P的心脏跳动时通过FBG传感器146a、146b和146c的选择感测到的SVC内的血流变化引起的。

当存在时，光纤连接器模块包括壳体、布置在壳体中的插座、从壳体延伸的电缆、在电缆的自由端部中的插头、以及在电缆内从插座延伸到插头的光纤。光纤连接器模块被配置为在光纤探针106和光纤连接器模块的光纤之间建立第一光学连接。实际上，插座包括光接收器，该光接收器被配置为接受光纤探针106的插头的光学端子的插入，以在将插头插入插座时在光纤连接器模块和医疗设备102的光纤探针106之间建立光学连接。类似地，光纤连接器模块被配置为在光纤连接器模块的光纤和光学询问器108之间建立第二光学连接。光纤连接器模块的光纤被配置为将来自光学询问器108的输入光信号传送到光纤探针106，并且将来自光纤探针106的FBG传感器反射光信号传送到光学询问器108。

光纤连接器模块可以还包括一个或多个传感器，其至少选自布置在壳体内的陀螺仪、加速度计和磁强计。一个或多个传感器被配置为向控制台104提供传感器数据，或者通过至少电缆内的一个或多个数据线来提供传感器数据，以用于利用光纤探针106进行应变感测的逻辑120的基准面确定器逻辑来确定基准面。

光纤连接模块被配置为位于邻近用于医疗设备102的经皮插入部位的外科手术盖布的开窗内。由于光纤连接模块被配置为位于外科手术盖布的开窗内，所以光纤连接模块易于消毒或灭菌。例如，光纤连接模块的壳体可以是无孔的或化学上耐氧化剂的。光纤连接模块可以被配置为使用BD公司(Franklin Lakes，NJ)的产品进行手动消毒，或者光纤连接模块可以被配置为通过Nanosonics Inc.(Indianapolis，IN)的/>使用蒸发的H₂O₂进行自动高水平消毒或灭菌。

医疗设备

图2示出了根据一些实施方案的作为应变感测系统100的医疗设备102的PICC132。图5示出了根据一些实施方案的包括集成光纤探针106的PICC 132的导管管件134的横向截面。图6示出了根据一些实施方案的包括集成光纤探针106的PICC 132的导管管件134的纵向截面。

如图所示，PICC 132包括按前述顺序可操作地连接的导管管件134、分叉衬套136、两个延伸腿138和两个鲁尔连接器140。导管管件134包括两个导管管件内腔141和光纤探针106，光纤探针106被布置在导管管件134的纵向珠142中，例如在挤出的两个导管管件内腔141之间。可选地，在导管管件134的相同或不同的纵向珠中，PICC 132可以还包括心电图(“ECG”)管心针，其可以提供与FBG传感器数据互补的ECG数据，用于确定患者P的一个或多个身体属性。分叉衬套136具有两个衬套内腔，其相对应地流体连接到两个导管管件内腔。两个延伸腿138中的每一个延伸腿具有流体连接到两个衬套内腔中的衬套内腔的延伸腿内腔。PICC 132还包括从分叉衬套136延伸的管心针延伸管144。管心针延伸管144可以是包括光纤探针106的导管管件134的削皮部分或布置在另一管中的导管管件134的削皮部分，其中任何一个可以终止于用于在光纤连接器模块的光纤和PICC 132的光纤探针106之间建立光学连接的插头中。

值得注意的是，当光纤探针106可移除时，PICC 132至少包括三分叉衬套，并且导管管件134包括三个导管管件内腔。如图2中所示，三分叉衬套具有三个衬套内腔，其相对应地流体连接到三个导管管件内腔，其中光纤探针106可移除地布置在前述内腔的内腔中。然而，前述PICC 132可以还包括第三延伸腿，该第三延伸腿具有流体连接到三个衬套内腔中的衬套内腔的延伸腿内腔。当PICC 132包括第三延伸腿时，光纤可以进一步布置在其中。

光纤探针106(其可以包括单芯或多芯)包括沿着光纤探针106的至少远侧部分的多个FBG传感器146a、146b、146c、…、146n，光纤探针106被配置用于利用应变感测系统100进行应变感测。FBG传感器146a、146b、146c、…、146n包括光纤探针106的光纤148的折射率的变化，从而形成FBG传感器146a、146b、146c、…、146n的波长特定反射器，该反射器被配置为反射由光学询问器108发送入光纤探针106的输入光信号。图6特别示出了在光纤探针106的远侧部分中的最后三个FBG传感器146a、146b和146c，这些FBG传感器146a、146b和146c在识别如上所述的光纤探针106的绘制曲率的显著变化方面特别有用。这是因为在这种情况下，当PICC 132的尖端推进到患者P的SVC中时，最后三个FBG传感器146a、146b和146c直接经历光纤探针106的曲率的身体变化。

尽管PICC 132被设置为应变感测系统100的医疗设备102的特定实施方案，但是应当理解，包括导管的许多医疗设备中的任何医疗设备，例如CVC，都可以包括光纤探针106。

方法

方法包括应变感测系统100确定患者P的一个或多个身体属性的方法。这种方法包括从发送步骤、第一接收步骤、第二接收步骤、转换步骤、提取步骤、关联步骤、建立步骤、确定步骤、监测步骤和显示步骤中选择的一个或多个步骤。

发送步骤包括将输入光信号从光学询问器108发送入与留置医疗设备102集成或可移除地布置在留置医疗设备102中的光纤探针106。如上所述，光纤探针106沿着光纤探针106的至少远侧部分具有多个FBG传感器146a、146b、146c、…、146n。

第一接收步骤包括由光学询问器108接收来自光纤探针106的FBG传感器反射光信号。

第二接收步骤包括由控制台104接收来自光学询问器108的FBG传感器反射光信号。控制台104包括一个或多个处理器114、存储器116和存储在存储器116中的可执行指令118，可执行指令118使得控制台104在由一个或多个处理器114执行指令118时执行上面阐述的一组操作。

转换步骤包括利用光信号转换器逻辑将FBG传感器反射光信号转换为转换后的电信号。

提取步骤包括利用信号处理逻辑从转换后的电信号提取一个或多个提取电信号。转换后的电信号包括指示当光纤探针106布置在患者P的循环系统中时光纤探针106的远侧部分所经历的复杂振荡。一个或多个提取电信号包括指示与患者P的心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性的一个或多个简单或复合振荡。

关联步骤包括将由一个或多个测量设备针对与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性进行的一个或多个测量与指示与患者P的心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性的一个或多个简单或复合振荡相关联。在实时确定中确定步骤之前执行关联步骤。

建立步骤包括通过一个或多个身体属性的一个或多个测量而建立一个或多个身体属性基线测量。

确定步骤包括在实时确定中，利用身体属性确定逻辑至少根据转换后的电信号确定与患者P的心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性。

监测步骤包括通过一个或多个简单振荡而监测一个或多个身体属性基线，以确定与一个或多个身体属性基线的任何偏差。

显示步骤包括在显示屏112上，可选地在一个或多个身体属性绘图中显示与患者P的心脏、肺或心脏和肺二者相关联的身体属性，以便于主治临床医生进行历史分析。

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 (22)

1.一种用于确定一个或多个身体属性的应变感测系统，包括：

留置医疗设备，其包括集成式或可移除式光纤探针，所述光纤探针沿着所述光纤探针的至少远侧部分具有多个光纤布拉格光栅传感器；

光学询问器，其配置为将输入光信号发送入所述光纤探针以及从所述光纤探针接收光纤布拉格光栅传感器反射光信号；

控制台，其包括一个或多个处理器、存储器和存储在所述存储器中的可执行指令，在由所述一个或多个处理器执行所述指令时，所述指令使得所述控制台执行一组操作，所述一组操作包括：

从所述光学询问器接收所述光纤布拉格光栅传感器反射光信号；

利用光信号转换器逻辑，将所述光纤布拉格光栅传感器反射光信号转换为转换后的电信号；和

利用身体属性确定逻辑，至少根据所述转换后的电信号，在实时确定中确定与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性；和

显示屏，其配置为显示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的所述一个或多个身体属性。

2.根据权利要求1所述的应变感测系统，其中与心脏相关联的所述一个或多个身体属性选自心率、相对中心血压、右心房压力、右心室压力、肺动脉压力、肺动脉楔压和每搏输出量。

3.根据权利要求1或2所述的应变感测系统，其中与肺相关联的所述一个或多个身体属性选自呼吸速率、肺活量、潮气量、吸气量、呼气储备量、吸气储备量和总肺活量。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的应变感测系统，所述一组操作还包括：利用信号处理逻辑，从所述转换后的电信号提取一个或多个提取电信号，所述转换后的电信号包括指示当所述光纤探针布置在患者的循环系统中时所述光纤探针的远侧部分所经历的复杂振荡，并且所述一个或多个提取电信号包括指示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的所述一个或多个身体属性的一个或多个简单振荡。

5.根据权利要求4所述的应变感测系统，其中与心脏相关联的所述一个或多个身体属性包括心率，所述身体属性确定逻辑配置为直接根据来自所述一个或多个提取电信号中的一个提取电信号的简单振荡而确定心率。

6.根据权利要求4或5所述的应变感测系统，其中与肺相关联的所述一个或多个身体属性包括呼吸速率，所述身体属性确定逻辑配置为直接根据来自所述一个或多个提取电信号中的一个提取电信号的简单振荡而确定呼吸速率。

7.根据权利要求6所述的应变感测系统，所述一组操作还包括：在所述实时确定中确定与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的所述一个或多个身体属性之前，将一个或多个测量设备针对与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的所述一个或多个身体属性进行的一个或多个测量与指示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的所述一个或多个身体属性的所述一个或多个简单振荡相关。

8.根据权利要求7所述的应变感测系统，其中与心脏相关联的所述一个或多个身体属性选自相对中心血压、右心房压力、右心室压力、肺动脉压力和肺动脉楔压。

9.根据权利要求7或8所述的应变感测系统，其中与心脏相关联的所述一个或多个身体属性包括每搏输出量。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的应变感测系统，其中与肺相关联的所述一个或多个身体属性选自肺活量、潮气量、吸气量、呼气储备量、吸气储备量和总肺活量。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的应变感测系统，所述一组操作还包括：

通过所述一个或多个身体属性的所述一个或多个测量而建立一个或多个身体属性基线测量；和

通过所述一个或多个简单振荡而监测一个或多个身体属性基线，以确定与所述一个或多个身体属性基线的任何偏差。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的应变感测系统，其中所述显示屏被配置为在一个或多个身体属性绘图中显示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的所述一个或多个身体属性，以便于主治临床医生进行历史分析。

13.一种用于确定一个或多个身体属性的应变感测系统的方法，包括：

将输入光信号从光学询问器发送入与留置医疗设备集成或可移除地布置在留置医疗设备中的光纤探针，所述光纤探针沿着所述光纤探针的至少远侧部分具有多个光纤布拉格光栅传感器；

由所述光学询问器接收来自所述光纤探针的光纤布拉格光栅传感器反射光信号；

由控制台接收来自所述光学询问器的所述光纤布拉格光栅传感器反射光信号，所述控制台包括一个或多个处理器、存储器和存储在所述存储器中的可执行指令，在由所述一个或多个处理器执行所述指令时，所述指令使得所述控制台执行所述方法的各种操作；

利用光信号转换器逻辑，将所述光纤布拉格光栅传感器反射光信号转换为转换后的电信号；和

利用身体属性确定逻辑，至少根据所述转换后的电信号，在实时确定中确定与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的一个或多个身体属性。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：利用信号处理逻辑，从所述转换后的电信号提取一个或多个提取电信号，所述转换后的电信号包括指示当所述光纤探针布置在患者的循环系统中时所述光纤探针的远侧部分所经历的复杂振荡，并且所述一个或多个提取电信号包括指示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的所述一个或多个身体属性的一个或多个简单振荡。

15.根据权利要求14所述的方法，其中与心脏相关联的所述一个或多个身体属性包括心率，所述身体属性确定逻辑配置为直接根据来自所述一个或多个提取电信号中的一个提取电信号的简单振荡而确定心率。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中与肺相关联的所述一个或多个身体属性包括呼吸速率，所述身体属性确定逻辑配置为直接根据来自所述一个或多个提取电信号中的一个提取电信号的简单振荡而确定呼吸速率。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：在所述实时确定中确定与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的所述一个或多个身体属性之前，将一个或多个测量设备针对与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的所述一个或多个身体属性进行的一个或多个测量与指示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的所述一个或多个身体属性的所述一个或多个简单振荡相关。

18.根据权利要求17所述的方法，其中与心脏相关联的所述一个或多个身体属性选自相对中心血压、右心房压力、右心室压力、肺动脉压力和肺动脉楔压。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中与心脏相关联的所述一个或多个身体属性包括每搏输出量。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其中与肺相关联的所述一个或多个身体属性选自肺活量、潮气量、吸气量、呼气储备量、吸气储备量和总肺活量。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，还包括：

通过所述一个或多个身体属性的所述一个或多个测量而建立一个或多个身体属性基线测量；和

通过所述一个或多个简单振荡而监测一个或多个身体属性基线，以确定与所述一个或多个身体属性基线的任何偏差。

22.根据权利要求16至21中任一项所述的方法，还包括：在显示屏上，可选地在一个或多个身体属性绘图中，显示与心脏、肺或心脏和肺二者相关联的所述身体属性，以便于主治临床医生进行历史分析。