RU2627061C2 - Устройство оптического мониторинга для мониторинга значения кривизны гибкого медицинского инструмента - Google Patents

Устройство оптического мониторинга для мониторинга значения кривизны гибкого медицинского инструмента Download PDF

Info

Publication number
RU2627061C2
RU2627061C2 RU2014113846A RU2014113846A RU2627061C2 RU 2627061 C2 RU2627061 C2 RU 2627061C2 RU 2014113846 A RU2014113846 A RU 2014113846A RU 2014113846 A RU2014113846 A RU 2014113846A RU 2627061 C2 RU2627061 C2 RU 2627061C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
curvature
optical
fiber
detector
medical instrument
Prior art date
Application number
RU2014113846A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014113846A (ru
Inventor
Штеффен ВАЙСС
Original Assignee
Конинклейке Филипс Н.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Конинклейке Филипс Н.В. filed Critical Конинклейке Филипс Н.В.
Publication of RU2014113846A publication Critical patent/RU2014113846A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2627061C2 publication Critical patent/RU2627061C2/ru

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • A61B1/009—Flexible endoscopes with bending or curvature detection of the insertion part
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/09—Guide wires
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/08—Testing mechanical properties
    • G01M11/083—Testing mechanical properties by using an optical fiber in contact with the device under test [DUT]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0033—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining damage, crack or wear
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0091—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by using electromagnetic excitation or detection
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00115—Electrical control of surgical instruments with audible or visual output
    • A61B2017/00119—Electrical control of surgical instruments with audible or visual output alarm; indicating an abnormal situation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2061—Tracking techniques using shape-sensors, e.g. fiber shape sensors with Bragg gratings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/08—Testing mechanical properties

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Endoscopes (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу предсказания перегибания, разрывания или разламывания гибких медицинских инструментов, таких как проводники. Заявленное устройство и способ, для реализации заявленного устройства, содержит оптоволоконный детектор, содержащий одно или более оптических волокон, источник света для ввода света в оптические волокна, приемник света для измерения оптической характеристики отраженного света от оптических волокон. Причем оптические волокна выполнены так, чтобы оптическая характеристика отраженного света была подвержена воздействию изгиба волокон. Кроме того, процессор для анализа измеренной оптической характеристики для определения значения кривизны оптоволоконного детектора и для сравнения значения кривизны с пороговым значением кривизны. Причем процессор дополнительно выполнен с возможностью: определения местоположения вдоль оптоволоконного детектора с определенным значением кривизны, сохранения предыдущих значений кривизны и связанного с ними местоположения вдоль волоконного детектора в устройстве хранения и анализа сохраненных значений кривизны посредством подсчета или суммирования значений кривизны, определенных в заданном местоположении с течением времени, для предсказания выхода из строя гибкого медицинского инструмента. Технический результат – определение точного местоположения деформации медицинского инструмента с последующим формированием предупреждения. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к гибким медицинским инструментам и, в частности, к способу и оптическому устройству для уменьшения риска перегибания такого медицинского инструмента.
Уровень техники
Металлические проводники, применяемые для сосудистых интервенций, конфигурируют так, чтобы они были хорошо поддающимися изгибу, для того чтобы сделать возможным перемещение проводника через сосудистые органы, такие как кровеносные сосуды. Известно, что несмотря на свою способность к изгибу проводники могут перегибаться, разрываться или разламываться и посредством этого повышать риск повреждения сосудов острыми частями или потери частей проводника внутри пациента.
Соответственно, имеется необходимость в уменьшении или устранении риска выхода проводников из строя.
JP 2000005320 раскрывает проводник, сконфигурированный таким образом, что уменьшается риск необратимой деформации или разламывания даже при изгибании с небольшим радиусом. Проводник состоит из сердечника из армированной волокном пластмассы (FRP), получаемого посредством соединения множества волокон в аксиальном направлении и объединении их с помощью синтетической смолы и покрывания слоем синтетической смолы внешней поверхности проводника. В данном случае внутри проводника делается полость; тем самым оптические волокна в проводнике легко поддаются изгибанию благодаря существованию полости. Таким образом, можно не беспокоиться о необратимой деформации даже при изгибании с небольшим радиусом, и можно не беспокоиться о полном разламывании даже после перегиба.
При том, что JP 2000005320 раскрывает проводник, выполненный с возможностью уменьшения риска необратимой деформации или разламывания вследствие изгиба, изобретатель настоящего изобретения понял, что другие улучшения для избегания повреждения проводников могут приносить пользу и, в результате, разработал настоящее изобретение.
US 2011098533 раскрывает медицинский инструмент, включающий в себя зонд, детектирующий искривление, расположенный в вставляемой части, предназначенной для вставки внутрь пациента, снабженный множеством секций FBG-датчика, которые детектируют искривление вставляемой части, секцией вычисления координат, которая вычисляет первые трехмерные координаты соответствующих секций FBG-датчика в соответствии с первой трехмерной системой координат, начало которой расположено в положении, заранее определенном на основании результатов детектирования секций FBG-датчика, секцией установления системы координат, которая устанавливает вторую трехмерную систему координат на основании первых трехмерных координат соответствующих секций FBG-датчика, секцией преобразования координат, которая преобразовывает первые трехмерные координаты соответствующих секций FBG-датчика во вторые трехмерные координаты в соответствии со второй трехмерной системой координат, установленной секцией установления системы координат, и секцией отображения формы, которая отображает форму вставляемой части на основании вторых трехмерных координат, преобразованных секциями преобразования координат.
US 2002088931 раскрывает устройство измерения для предоставления данных, соответствующих геометрической конфигурации в пространстве, в форме гибкого деформируемого измерительного элемента, способного изгибаться по меньшей мере с одной степенью свободы и продолжающегося вдоль срединной оси или плоскости. Данный элемент несет размещенные через промежутки датчики изгиба, распределенные в известном местоположении на элементе и разделенные известными промежутками между датчиками, для обеспечения множества волокон, которым придают форму, т.е. вид, причем данные волокна включают в себя чувствительные волокна, имеющие чувствительные части, которые обеспечивают датчики изгиба, причем чувствительные части разных волокон расположены на различающихся расстояниях вдоль элемента так, чтобы быть расположенными в промежутках между датчиками, причем сформированные волокна находятся во взаимно поддерживающей взаимосвязи, как, например, посредством непрерывного или повторяющегося контакта друг с другом. Такие волокна могут образовывать большую часть или весь элемент.
US 2007116415 раскрывает устройство детектирования конфигурации, которое включает в себя обеспечивающее свет оптическое волокно, отражатель света, детектирующее кривизну оптическое волокно и модулятор света. Обеспечивающее свет оптическое волокно передает детектирующий свет во множестве диапазонов длин волн, которые имеют отличающиеся друг от друга длины волн. Отражатель света отражает детектирующий свет как отраженный свет. Детектирующее кривизну оптическое волокно передает отраженный свет и сгибается вместе с эндоскопом. Модулятор света модулирует по меньшей мере что-то одно из интенсивности или длины волны отраженного света для каждого из диапазонов длин волн. Конфигурация эндоскопа может быть детектирована на основании по меньшей мере чего-то одного из интенсивности или длины волны отраженного света, который является пред-модулированным и пост-модулированным, и на основании расстояния между модулятором света и выходным концом детектирующего кривизну оптического волокна.
WO 2011059888 раскрывает способы и устройства для калибровки чувствительного к форме оптического волокна. В оптическом волокне регистрируют деформацию, которая связана с кинематической цепью, и информацию, получаемую из регистрируемой деформации, используют для определения калибровочной взаимосвязи между волокном и кинематической цепью. Деформация может регистрироваться под множеством углов между двумя звеньями кинематической цепи. Деформация может регистрироваться в сегменте оптического волокна, который связан со звеньями кинематической цепи, когда звено сгибается в дугу. Деформация может регистрироваться для оптического волокна с известной заранее определенной формой изгиба. Калибровочную информацию сохраняют в памяти для последующего использования во время работы кинематической цепи, так что информация о форме от оптического волокна может использоваться для точного определения формы или ориентации кинематической цепи.
Раскрытие изобретения
Было бы полезно достичь улучшений в предотвращении разрушения медицинских гибких инструментов, таких как проводники. В общем, настоящее изобретение, предпочтительно, пытается решить вопросы, связанные с такими улучшениями, посредством формирования предупреждения до того, как произойдет выход из строя. Таким образом, целью настоящего изобретения является предоставить способ, который решает вышеупомянутые проблемы в отношении проводников или другие проблемы предшествующего уровня техники.
Для лучшего разрешения одного или более из данных вопросов в первом аспекте настоящего изобретения представлено устройство оптического мониторинга для мониторинга значения кривизны вдоль гибкого медицинского инструмента в соответствии с формулой изобретения.
Одно или более волокон, например два или более волокон, могут быть вставлены в протяженную оболочку или покрытие, чтобы волокна продолжались вдоль друг друга, не пересекаясь, и чтобы они продолжались по существу параллельно друг другу.
Источник света и/или приемник света могут быть постоянно или разъемно соединены с оптоволоконным детектором.
Посредством сравнения определенного значения кривизны с пороговым значением и, возможно, формирования какого-либо сообщения пользователю гибкого медицинского инструмента в случае, если значение кривизны становится меньше чем пороговое значение, может оказаться возможным избегать дальнейшего изгиба инструмента и, благодаря этому, избегать возможного перегибания или разрывания инструмента.
В варианте осуществления процессор дополнительно выполнен с возможностью определения местоположения вдоль оптоволоконного детектора с определенным значением кривизны. Предпочтительно, определение местоположения позволяет проинформировать пользователя медицинского инструмента, где значение кривизны инструмента стало меньше, чем пороговое значение и, посредством этого, позволить пользователю принять решение, какие действия следует предпринять, чтобы избежать возможных повреждений сосудов.
В варианте осуществления процессор дополнительно выполнен с возможностью сохранения предыдущих значений кривизны и связанного с ними местоположения вдоль волоконного детектора. Благодаря сохранению измеренных значений кривизны и местоположений в устройстве хранения, таком как электронное устройство хранения данных, история сохраненных значений может, предпочтительно, использоваться для определения риска будущего разрушения медицинского инструмента вследствие усталости материала.
В варианте осуществления процессор дополнительно выполнен с возможностью анализа сохраненных значений кривизны для предсказания выхода из строя гибкого медицинского инструмента. Анализ значений кривизны может содержать интегрирование или суммирование значений кривизны для предсказания общей нагрузки на медицинский инструмент в различных местоположениях вдоль длины инструмента.
В варианте осуществления выход из строя предсказывают посредством подсчета или суммирования значений кривизны, определенных в заданном местоположении с течением времени, для предсказания выхода из строя гибкого медицинского инструмента.
В варианте осуществления устройство дополнительно содержит устройство предупредительной сигнализации, выполненное с возможностью генерирования предупредительного сигнала, если предсказывается выход из строя, или если определенное значение кривизны превышает максимальное допустимое значение кривизны.
Предпочтительно, предупредительный сигнал может быть считан для уведомления пользователя медицинского инструмента о том, что может произойти разрыв, перегиб или разлом медицинского инструмента, если будет продолжаться использование инструмента или изгиб инструмента.
Второй аспект настоящего изобретения относится к гибкому медицинскому инструменту в соответствии с формулой изобретения.
Оптоволоконный детектор может быть скреплен с гибким медицинским инструментом различными способами; оптоволоконный детектор или его волокна могут быть объединены с оплеткой или волоконной сеткой инструмента, детектор может находиться в просвете инструмента, который продолжается продольно, например, вдоль центра инструмента, или детектор может быть прикреплен другими способами, например посредством прикрепления детектора на внешнюю поверхность инструмента. Детектор может быть постоянно прикреплен к медицинскому инструменту, или детектор может быть разъемно соединен с инструментом.
Третий аспект настоящего изобретения относится к способу в соответствии с формулой изобретения.
В общем, различные аспекты настоящего изобретения можно комбинировать и соединять любым возможным способом в пределах объема настоящего изобретения. Эти и другие аспекты, признаки и/или преимущества настоящего изобретения будут ясны и понятны из вариантов осуществления, описанных ниже в данном документе.
Таким образом, настоящее изобретение относится к способу предсказания перегибания, разрывания или разламывания гибких медицинских инструментов, таких как проводники. Известны волоконно-оптические способы определения значения кривизны. Однако, в соответствии с настоящим изобретением, такие оптические способы можно применять для определения изгиба гибких медицинских инструментов, например, посредством определения того, когда значение кривизны гибких медицинских инструментов становится меньше, чем заданное пороговое значение кривизны. Гибкие медицинские инструменты могут перегибаться, разрываться или разламываться вследствие усталости материала. Для предсказания поломки инструмента вследствие усталости можно осуществлять мониторинг перегибающих воздействий на инструмент во время всего срока службы или во время некоторых применений инструмента для определения угрозы возможного риска поломки инструмента.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны, только в качестве примера, со ссылкой на чертежи, на которых:
Фиг. 1A и B показывают проводник 101 с оптоволоконным детектором 110 для измерения значений кривизны, и
Фиг. 2 показывает устройство оптического мониторинга для мониторинга значения кривизны вдоль гибкого медицинского инструмента.
Осуществление изобретения
Фиг. 1A показывает проводник 100, применяемый, например, для сосудистых интервенций в теле пациента. Например, проводник может применяться для перемещения катетера в сосуде пациента. Проводник может быть изготовлен из металла или неметаллического материала для обеспечения возможности применения проводника в процессе визуализации с помощью MR-сканнера.
Во время перемещения проводника 100 по сосуду проводник подвергается воздействию изгиба в различных местоположениях воздействию изгиба несколько раз во время данного процесса. Даже при том, что проводник сконфигурирован так, чтобы он был очень гибким, изготовлен из материала, который очень устойчив к повторяющемуся изгибу с небольшими радиусами изгиба, и прошел тест на излом (например, тест ISO 11070), проводник может перегибаться, разрываться, или части проводника могут разламываться. В частности, армированные волокном проводники для применения в процессе MR-сканирования могут разрываться, если радиус кривизны становится слишком малым. Проводник 100 может использоваться только один раз, или проводник 100 может использоваться несколько раз с очищением проводника после каждого применения.
Фиг. 1A показывает оптоволоконный детектор 110, который расположен так, что он продолжается вдоль проводника 100. Оптоволоконный детектор 110 может быть расположен так, что он находится на внешней поверхности 101 проводника. Например, оптоволоконный детектор 110 может содержаться в просвете 102 проводника, как показано на Фиг. 1B. Альтернативно, волоконный детектор 110 может быть прикреплен к внешней поверхности 101 проводника 100, хотя это является менее предпочтительным решением по сравнению с размещением оптоволоконного детектора 110 в проводнике 100.
Проводник 100 может быть изготовлен с просветом 102, которому приданы такие размеры, что оптоволоконный детектор может быть вставлен и, возможно, удален после использования. Альтернативно, проводник 100 может быть изготовлен так, что волоконный детектор 110 соединен с проводником 100 или размещен в нем во время изготовления. Соответственно, оптоволоконный детектор может быть жестко или свободно соединен с проводником 100. Таким образом, следует понимать, что оптоволоконный детектор может продаваться как детектор для последующего прикрепления или вставки в проводник 100, или волоконный детектор может составлять часть проводника 100 и, следовательно, продаваться как проводник 100 с волоконным детектором 110.
Оптоволоконный детектор сконфигурирован так, чтобы свет, который распространяется в волокне, был подвержен воздействию изгиба оптического детектора. Соответственно, введение света в волокно и измерение соответствующих оптических характеристик света, отраженного от волокна, делает возможным определение изгиба и значений кривизны волокна.
Фиг. 2 показывает пример устройства 200 оптического мониторинга для мониторинга значения кривизны вдоль проводника 100. Устройство оптического мониторинга содержит оптоволоконный детектор 110, который в данном примере имеет три оптических волокна 201. Каждое волокно 201 принимает свет от источника 202 света, который может иметь отдельные излучатели света для каждого волокна 201 или общий излучатель света, который предоставляет свет для всех волокон 201, как показано на Фиг. 2. Свет, который отражен от волокон 201, измеряют с помощью приемника 203 света. Приемник света может иметь отдельные детекторы света для каждого волокна 201 или общий детектор света для всех волокон, как показано на Фиг. 2. Излучатель 202 света и детектор 203, изображенные здесь в виде двух отдельных объектов, могут альтернативно быть реализованы в комбинированной или интегрированной форме, например, в виде интерферометра, соединенного с волокнами 201.
Волокно 201 может представлять собой специально изготовленное волокно или стандартное волокно, причем флуктуации профиля показателя преломления вдоль волокна вызывают рэлеевское рассеяние, которое может быть измерено с помощью приемника 203 света. Для заданного волокна 201 амплитуда подверженного рэлеевскому рассеянию света как функция расстояния является случайным, но статическим свойством данного волокна и может быть смоделирована длинной слабой волоконной брэгговской решеткой со случайным периодом. Изменения локального периода рэлеевского рассеивания, вызываемые изгибом (который вызывает деформацию), в свою очередь вызывают изменения в локально отраженном спектре. Затем данный спектральный сдвиг может быть откалиброван для формирования распределенного тензометрического датчика. Рассеянный по Рэлею свет считывают аналогично брэгговским решеткам в том отношении, что вначале получают комплексный коэффициент отражения волокна как функцию длины волны. Рэлеевское рассеивание как функцию длины волны получают посредством преобразования Фурье. Детектор 203 может содержать устройство хранения для хранения характеристики или профиля рэлеевского рассеивания волокна, который измерен, когда волокно находится в заданном состоянии, т.е. волокно может быть прямым. Затем профиль рассеивания измеряют, когда волокно находится в искаженном состоянии, т.е. в изогнутом состоянии. Затем профили рассеивания от двух наборов данных сравнивают вдоль всей длины волокна с приращением, равным Δx. Каждый инкрементальный сегмент сердцевины волокна представляет собой дискретный чувствительный элемент и может считаться тензометрическим датчиком. Когда сегмент волокна испытывает изменение деформации, отраженный спектр от этого сегмента пропорционально сдвигается. Для определения величины спектрального сдвига осуществляют комплексную кросс-корреляцию между эталонными данными и измеренными данными для каждого сегмента волокна. Любое изменение деформации проявляет себя как сдвиг корреляционного пика. Следовательно, для осуществления распределенного измерения деформации просто измеряют сдвиг в кросс-корреляционном пике для каждого сегмента вдоль волокна. Использование рэлеевского рассеивания от волокна для определения деформации волокна известно и описано в документе US 2008/0212082, содержимое которого включено в данный документ посредством ссылки. Из определенной деформации трех волокон может быть определен угол кривизны Θ, например, посредством использования уравнения 1 из US 2008/0212082. Также можно определять значение кривизны волоконного детектора 110 посредством использования только двух волокон 201. Альтернативно, волоконный детектор 110 может иметь четыре волокна, обычно расположенные в виде одного центрального и трех вспомогательных волокон. Данное расположение позволяет ввести коррекцию на индуцированные температурой деформации и отделить деформацию кручения от продольной.
Могут использоваться другие волоконно-оптические способы для определения изгиба волоконного детектора 110. Например, могут использоваться оптические волокна 201 с волоконными брэгговскими решетками. Аналогично рэлеевскому рассеиванию, волоконные брэгговские решетки вызывают изменение амплитудного спектра отраженного света, причем эти изменения вызываются деформацией (например, вызываются изгибом) волокна. Поскольку спектральные характеристики волоконных брэгговских решеток могут быть четко определены, может отсутствовать необходимость в устройстве хранения для хранения эталонного амплитудного спектра.
В случае волокон с брэгговской решеткой и волокон, где для измерения изгиба используется рэлеевское рассеяние, оптическая характеристика отраженного света, которая подвержена воздействию изгиба, представляет собой амплитудный спектр отраженного света, т.е. амплитуду отраженного или рассеянного света при разных длинах волн. Амплитудный спектр можно контролировать с помощью спектрометра.
Устройства 200 оптического мониторинга, основанные на волоконных брэгговских решетках или рэлеевском рассеянии, делают возможным определение значения кривизны или изгиба в заданном местоположении 210 вдоль оптоволоконного детектора. Основанное на рэлеевском рассеянии устройство 200 мониторинга делает возможным высокое разрешение менее чем 0,1 мм вдоль длины оптоволоконного детектора 110. Волокно с брэгговскими решетками делает возможным аналогичное разрешение в зависимости от расстояния между брэгговскими решетками в волокне.
Как правило, волоконный детектор 110 содержит по меньшей мере два волокна 201, расположенные так, что у них одинаковая протяженность, и по существу параллельно друг другу.
Устройство 200 оптического мониторинга может содержать процессор 220 для анализа измеренной оптической характеристики для определения значения кривизны оптоволоконного детектора. Например, процессор 220 может быть сконфигурирован для анализа спектрального состава рассеянного по Рэлею света и для определения значения кривизны в заданном местоположении 210 вдоль оптоволоконного детектора 110 посредством кросс-корреляции сохраненных эталонных спектральных данных и измеренных спектральных данных для каждого волоконного сегмента 210, как описано выше.
Процессор 220 может представлять собой вычислительное устройство, которое является частью устройства 200 оптического мониторинга, например устройство оптического мониторинга может содержать источник 202 света, приемник 203 света и процессор 220. Альтернативно, процессор может представлять собой независимый компьютер, и устройство оптического мониторинга может быть обеспечено выходным разъемом для передачи измеренных данных на компьютер.
Процессор 220 может быть дополнительно сконфигурирован для сравнения определенного значения кривизны волоконного детектора 110 с пороговым значением кривизны. Соответственно, если определено, что значение кривизны волоконного детектора выше, чем пороговое значение кривизны, то может выдаваться предупредительный сигнал посредством устройства 221 предупредительной сигнализации. Таким образом, устройство предупредительной сигнализации сконфигурировано для генерирования предупредительного сигнала, если предсказывается выход проводника из строя, или если определенное значение кривизны превышает максимальное допустимое значение кривизны.
Устройство 221 предупредительной сигнализации может быть сконфигурировано для отображения текущей формы проводника. В случае, если предсказывается выход проводника из строя, или если определенное значение кривизны превышает пороговое значение, устройство предупредительной сигнализации может быть сконфигурировано для выделения - на отображении - той части или того местоположения 210 проводника, которые имеют слишком низкое значение кривизны или подвержены риску выхода из строя. Альтернативно, устройство предупредительной сигнализации может просто генерировать звук, если где-либо вдоль волоконного детектора 110 обнаружено слишком малое значение кривизны. Оповещение пользователя проводника, например, в виде предупредительного сигнала, также может указывать на возможность выхода из строя в случае продолжения использования проводника.
Проводники подвержены усталости материала и, следовательно, могут неожиданно выходить из строя, т.е. разрываться, разламываться или перегибаться. Посредством мониторинга количества раз, которое проводник был согнут в заданном местоположении 210, и того, насколько сильно проводник был согнут в этом местоположении, можно предсказать, высока ли вероятность выхода волокна из строя. Предсказание выхода из строя или определение времени, когда проводник больше не следует использовать, может быть легко осуществлено посредством подсчета количества раз, которое проводник подвергался изгибу со значением кривизны, меньшим чем заданное пороговое значение кривизны, или посредством суммирования или интегрирования итоговых значений кривизны при изгибе в заданном местоположении 210 по времени.
Для целей предсказания выхода проводника из строя устройство 200 оптического мониторинга может включать в себя устройство 222 хранения для сохранения значений кривизны и связанных с ними местоположений 210, из которых получают измеренное значение кривизны. Устройство хранения может быть частью процессора 222 или может представлять собой отдельный компонент. Для оптических детекторов 110 многократного применения (в отличие от одноразовых детекторов) устройство хранения может быть съемным и храниться вместе с детектором во время восстановления для следующего применения. Устройство хранения может быть интегрировано в корпус детектора. Устройство хранения или корпус и сам оптический детектор 110 могут быть снабжены уникальным идентификатором. Для предсказания выхода из строя процессор 222 должен быть сконфигурирован для анализа сохраненных значений кривизны, например, посредством интегрирования сохраненных значений кривизны при изгибе.
Устройство 222 хранения может хранить данные, относящиеся ко всей эволюции форм изгиба за срок службы проводника. Благодаря этому можно прогнозировать выход проводника из строя на основе всего использования проводника.
При том, что устройство 222 хранения может использоваться для сохранения данных изгиба, решение без устройства хранения также возможно. Так, вместо сохранения данных кривизны определенные данные кривизны могут непрерывно обрабатываться в соответствии с алгоритмом для предсказания выхода из строя, например, посредством непрерывного суммирования или подсчета значений кривизны от заданного местоположения 210, которые меньше, чем заданное пороговое значение.
Определение местоположения 210 вдоль проводника может осуществляться процессором 220, например, из сравнения измеренного отраженного спектра с сохраненным эталонным профилем рэлеевского рассеивания, поскольку сохраненный профиль рэлеевского рассеивания содержит характеристики, специфичные для каждого местоположения 210. В случае, когда волокна 201 содержат брэгговские решетки, распределенные вдоль длины волокон, известны как местоположение решеток, так и их различимые спектральные амплитудные характеристики, и, следовательно, изменение отраженной амплитудной характеристики может быть соотнесено с конкретной брэгговской решеткой и, тем самым, с конкретным местоположением 210.
Устройство оптического мониторинга может также использоваться с иглами и катетерами посредством размещения или прикрепления оптоволоконного детектора к игле или катетеру. Посредством этого можно осуществлять мониторинг изгиба игл или катетеров для предсказания выхода из строя. Таким образом, следует понимать, что устройство оптического мониторинга может использоваться вместе с различными гибкими медицинскими инструментами 100, такими как проводники, иглы и катетеры. Таким образом, приведенные выше варианты осуществления, проиллюстрированные на примере проводников, равным образом применимы к иглам и катетерам, поскольку оптический детектор 110 может быть соединен с такими устройствами таким же образом, как и с проводником. То есть иглы и катетеры могут иметь просветы 102, в которые может быть вставлен оптический детектор, или оптический детектор 110 может быть соединен с такими устройствами другими способами. Например, катетеры часто оплетают для улучшения механических свойств. Оплетка представляет собой проволочную или волоконную сетку, наложенную на основную трубку катетера. Оптические волокна 101 или в равной мере оптический детектор 110 могут быть интегрированы в эту оплетку или быть ее частью.
В зависимости от применения оптоволоконного детектора, он может иметь длину, равную от 5 см (например, для игл) до 300 см (для длинных проводников).
Несмотря на то, что настоящее изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в приведенном выше описании, такое иллюстрирование и описание следует рассматривать как иллюстративное или приведенное в качестве примера и не ограничивающее; настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие разновидности раскрытых вариантов осуществления могут быть придуманы и реализованы специалистами в данной области техники при осуществлении на практике настоящего изобретения благодаря изучению чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, и единственное число не исключает множественного. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких объектов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт, что некоторые величины перечислены в попарно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что комбинация данных величин не может быть использована для получения преимущества. Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения не должны интерпретироваться как ограничивающие объем.

Claims (19)

1. Устройство (200) оптического мониторинга для мониторинга значения кривизны вдоль гибкого медицинского инструмента (101), причем устройство содержит:
- оптоволоконный детектор (110), содержащий одно или более оптических волокон (201),
- источник (202) света для ввода света в оптические волокна,
- приемник (203) света для измерения оптической характеристики отраженного света от оптических волокон, причем оптические волокна выполнены так, чтобы оптическая характеристика отраженного света была подвержена воздействию изгиба волокон,
- процессор (220) для анализа измеренной оптической характеристики для определения значения кривизны оптоволоконного детектора и для сравнения значения кривизны с пороговым значением кривизны, причем процессор дополнительно выполнен с возможностью:
- определения местоположения (210) вдоль оптоволоконного детектора с определенным значением кривизны,
- сохранения предыдущих значений кривизны и связанного с ними местоположения вдоль волоконного детектора в устройстве (222) хранения и
- анализа сохраненных значений кривизны посредством подсчета или суммирования значений кривизны, определенных в заданном местоположении с течением времени, для предсказания выхода из строя гибкого медицинского инструмента.
2. Устройство оптического мониторинга по п. 1, причем устройство дополнительно содержит устройство (221) предупредительной сигнализации, выполненное с возможностью генерирования предупредительного сигнала, если предсказывается выход из строя, или если определенное значение кривизны превышает максимальное допустимое значение кривизны.
3. Гибкий медицинский инструмент (100), содержащий устройство оптического мониторинга по п. 1, в котором оптоволоконный детектор продолжается вдоль гибкого медицинского инструмента и по внешней поверхности гибкого медицинского инструмента.
4. Способ мониторинга значения кривизны вдоль гибкого медицинского инструмента (101), причем способ содержит этапы, на которых:
- располагают оптоволоконный детектор (110), содержащий одно или более оптических волокон (201), вдоль гибкого медицинского инструмента (110),
- вводят свет в одно или более оптических волокон с помощью источника (202) света,
- измеряют оптическую характеристику отраженного света от оптических волокон с помощью приемника (203) света, причем оптические волокна выполнены так, чтобы оптическая характеристика отраженного света была подвержена воздействию изгиба волокон,
- анализируют измеренную оптическую характеристику для определения значения кривизны оптоволоконного детектора,
- сравнивают определенное значение кривизны с пороговым значением кривизны,
- определяют местоположение (210) вдоль оптоволоконного детектора с определенным значением кривизны,
- сохраняют предыдущие значения кривизны и связанное с ними местоположение вдоль волоконного детектора в устройстве (222) хранения и
- анализируют сохраненные значения кривизны посредством подсчета или суммирования значений кривизны, определенных в заданном местоположении с течением времени, для предсказания выхода из строя гибкого медицинского инструмента.
RU2014113846A 2011-09-09 2012-08-28 Устройство оптического мониторинга для мониторинга значения кривизны гибкого медицинского инструмента RU2627061C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161532583P 2011-09-09 2011-09-09
US61/532,583 2011-09-09
PCT/IB2012/054397 WO2013035010A1 (en) 2011-09-09 2012-08-28 Optical monitoring device for monitoring curvature of a flexible medical instrument

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014113846A RU2014113846A (ru) 2015-10-20
RU2627061C2 true RU2627061C2 (ru) 2017-08-03

Family

ID=47178773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014113846A RU2627061C2 (ru) 2011-09-09 2012-08-28 Устройство оптического мониторинга для мониторинга значения кривизны гибкого медицинского инструмента

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9841275B2 (ru)
EP (1) EP2745088A1 (ru)
JP (1) JP2014526300A (ru)
CN (1) CN103782150B (ru)
BR (1) BR112014005049A2 (ru)
RU (1) RU2627061C2 (ru)
WO (1) WO2013035010A1 (ru)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2627061C2 (ru) 2011-09-09 2017-08-03 Конинклейке Филипс Н.В. Устройство оптического мониторинга для мониторинга значения кривизны гибкого медицинского инструмента
WO2014127796A1 (en) * 2013-02-19 2014-08-28 Brainlab Ag Medical holder device or a flexible medical tooltip and method for calculating the position of the tooltip
US9439570B2 (en) * 2013-03-15 2016-09-13 Lx Medical Corporation Tissue imaging and image guidance in luminal anatomic structures and body cavities
WO2015044843A1 (en) * 2013-09-30 2015-04-02 Koninklijke Philips N.V. Sound controller for optical shape sensor
US9772180B2 (en) 2014-12-26 2017-09-26 Intel Corporation Determining device curvature in smart bendable systems
WO2018005842A1 (en) 2016-06-30 2018-01-04 Intuitive Surgical Operations, Inc. Graphical user interface for displaying guidance information in a plurality of modes during an image-guided procedure
WO2018005861A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-04 Intuitive Surgical Operations, Inc. Graphical user interface for displaying guidance information during an image-guided procedure
JP2020518326A (ja) 2017-04-18 2020-06-25 インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド 画像誘導処置を監視するためのグラフィカル・ユーザインターフェイス
US10242548B2 (en) * 2017-05-23 2019-03-26 Biosense Webster (Israel) Ltd. Medical tool puncture warning method and apparatus
EP3699701A1 (de) 2019-02-25 2020-08-26 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur bestimmung oder vorhersage einer position eines bahnabrisses, computerprogramm und industrielle anlage
CN110274838B (zh) * 2019-06-24 2024-08-30 珠海视新医用科技有限公司 一种内窥镜弯曲疲劳强度测试仪及测试方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5182779A (en) * 1990-04-05 1993-01-26 Ltv Aerospace And Defense Company Device, system and process for detecting tensile loads on a rope having an optical fiber incorporated therein
US20020088931A1 (en) * 2001-01-11 2002-07-11 Danisch Lee Allan Topological and motion measuring tool
US20070116415A1 (en) * 2005-11-24 2007-05-24 Pentax Corporation Configuration detection device for endoscope
US20110098533A1 (en) * 2008-10-28 2011-04-28 Olympus Medical Systems Corp. Medical instrument

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4761073A (en) * 1984-08-13 1988-08-02 United Technologies Corporation Distributed, spatially resolving optical fiber strain gauge
US5633494A (en) * 1991-07-31 1997-05-27 Danisch; Lee Fiber optic bending and positioning sensor with selected curved light emission surfaces
FI955511A (fi) * 1994-11-17 1996-05-18 Alcatel Cable Menetelmä fysikaalisten suureiden havaitsemiseksi ja/tai mittaamiseksi käyttäen hajautettua tunnistinta
US6458088B1 (en) 1997-03-27 2002-10-01 Cordis Corporation Glass core guidewire compatible with magnetic resonance
JP2000005320A (ja) 1998-06-19 2000-01-11 Piolax Inc カテーテル用ガイドワイヤー
US6493088B1 (en) * 1999-10-04 2002-12-10 Nortel Networks Limited Method and apparatus for high resolution monitoring of optical signals
US6832023B1 (en) * 2000-05-19 2004-12-14 Georgia Tech Research Corporation Optical fiber gratings with azimuthal refractive index perturbation, method of fabrication, and devices for tuning, attenuating, switching, and modulating optical signals
US6846286B2 (en) * 2001-05-22 2005-01-25 Pentax Corporation Endoscope system
NO315249B1 (no) * 2001-05-25 2003-08-04 Optoplan As Optisk distribuert bolgeledersensor
FR2827671A1 (fr) * 2001-07-18 2003-01-24 Osmos Sa Dispositif de surveillance d'une structure et procede associe
JP4864248B2 (ja) 2001-08-28 2012-02-01 Ｈｏｙａ株式会社 可撓性内視鏡装置
US6778279B2 (en) * 2002-02-19 2004-08-17 Honeywell International, Inc. Inline sagnac fiber optic sensor with modulation adjustment
CN1723332B (zh) * 2002-08-30 2010-10-27 高速传感器有限公司 采用纤维光学导线和传感器的测井系统
ATE521877T1 (de) * 2003-03-05 2011-09-15 Shell Int Research Gespulte optische faserbaugruppe zur messung von druck und/oder anderen physikalischen daten
FR2867561B1 (fr) 2004-03-11 2007-02-02 Commissariat Energie Atomique Systeme de mesure distribuee des courbures d'une structure
US7772541B2 (en) 2004-07-16 2010-08-10 Luna Innnovations Incorporated Fiber optic position and/or shape sensing based on rayleigh scatter
US20060013523A1 (en) * 2004-07-16 2006-01-19 Luna Innovations Incorporated Fiber optic position and shape sensing device and method relating thereto
TWI266635B (en) 2004-12-27 2006-11-21 Univ Nat Taiwan Fiber-optic sensing system for measuring curvature
DE102005030472A1 (de) 2005-06-28 2007-01-04 Joachim-Georg Pfeffer Stabförmiger Körper
US7930065B2 (en) * 2005-12-30 2011-04-19 Intuitive Surgical Operations, Inc. Robotic surgery system including position sensors using fiber bragg gratings
US20080009749A1 (en) 2006-06-22 2008-01-10 Theodore Philip Delianides Curved needle assembly for subcutaneous light delivery
CN1916583B (zh) * 2006-08-25 2010-11-17 华南理工大学 一种带有光纤测量头的反光率测量装置
MY157280A (en) * 2006-08-30 2016-05-31 Afl Telecommunications Llc Downhole cables with both fiber and copper elements
US8277119B2 (en) * 2006-12-19 2012-10-02 Vibrosystm, Inc. Fiber optic temperature sensor
JP5373632B2 (ja) * 2007-01-29 2013-12-18 インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド 侵襲を最小限にする外科システム及び該システムの作動方法
US20130167628A1 (en) * 2007-02-15 2013-07-04 Hifi Engineering Inc. Method and apparatus for detecting an acoustic event along a channel
CN101099657A (zh) * 2007-07-13 2008-01-09 上海大学 细长柔性杆的空间形状检测装置和方法
EP2626027B1 (en) * 2007-08-14 2020-04-29 Koninklijke Philips N.V. Robotic instrument systems utilizing optical fiber sensors
JP2010050526A (ja) 2008-08-19 2010-03-04 Nikon Corp 電子カメラ
US9267330B2 (en) * 2008-08-20 2016-02-23 Foro Energy, Inc. Long distance high power optical laser fiber break detection and continuity monitoring systems and methods
US8337397B2 (en) * 2009-03-26 2012-12-25 Intuitive Surgical Operations, Inc. Method and system for providing visual guidance to an operator for steering a tip of an endoscopic device toward one or more landmarks in a patient
CN102469940B (zh) 2009-07-01 2016-09-21 阿维格公司 基于导管的离轴光学相干断层扫描成像系统
US8183520B2 (en) * 2009-11-13 2012-05-22 Intuitive Surgical Operations, Inc. Optical fiber shape sensor calibration
FR2953943B1 (fr) * 2010-01-11 2013-04-05 Terre Armee Int Bande souple comprenant au moins une fibre optique pour effectuer des mesures de deformation et/ou de temperature
US20130076861A1 (en) * 2010-01-21 2013-03-28 Shmuel Sternklar Method and apparatus for probing an object, medium or optical path using noisy light
JP5586011B2 (ja) * 2010-03-18 2014-09-10 独立行政法人産業技術総合研究所 Ｆｂｇ振動検出システム、該システムを用いた装置及び振動検出方法
US9534965B2 (en) * 2011-04-26 2017-01-03 University Of New Brunswick Flexible fibre optic deformation sensor system and method
EP2620094B1 (en) * 2011-08-01 2015-10-14 Olympus Corporation Apparatus for displaying shape of insertion portion
RU2627061C2 (ru) 2011-09-09 2017-08-03 Конинклейке Филипс Н.В. Устройство оптического мониторинга для мониторинга значения кривизны гибкого медицинского инструмента
JP5628779B2 (ja) * 2011-12-01 2014-11-19 株式会社日立製作所 Ｆｂｇセンサの多点計測方法および多点計測装置
US9203122B2 (en) * 2012-09-28 2015-12-01 Palo Alto Research Center Incorporated Monitoring and management for energy storage devices
US9057600B2 (en) * 2013-03-13 2015-06-16 Hansen Medical, Inc. Reducing incremental measurement sensor error

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5182779A (en) * 1990-04-05 1993-01-26 Ltv Aerospace And Defense Company Device, system and process for detecting tensile loads on a rope having an optical fiber incorporated therein
US20020088931A1 (en) * 2001-01-11 2002-07-11 Danisch Lee Allan Topological and motion measuring tool
US20070116415A1 (en) * 2005-11-24 2007-05-24 Pentax Corporation Configuration detection device for endoscope
US20110098533A1 (en) * 2008-10-28 2011-04-28 Olympus Medical Systems Corp. Medical instrument

Also Published As

Publication number Publication date
CN103782150B (zh) 2017-05-24
CN103782150A (zh) 2014-05-07
WO2013035010A1 (en) 2013-03-14
RU2014113846A (ru) 2015-10-20
BR112014005049A2 (pt) 2017-06-13
US20140211213A1 (en) 2014-07-31
EP2745088A1 (en) 2014-06-25
JP2014526300A (ja) 2014-10-06
US9841275B2 (en) 2017-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2627061C2 (ru) Устройство оптического мониторинга для мониторинга значения кривизны гибкого медицинского инструмента
US11642031B2 (en) Medical device insertion and exit information using distributed fiber optic temperature sensing
CN216675721U (zh) 布拉格光栅光纤波动感测与监测系统
CN216136534U (zh) 用于将医疗装置放置入患者身体内的医疗装置系统
EP2523593B1 (en) Flexible instrument channel insert for scope with real-time position tracking
CN216317552U (zh) 用于检测医疗装置的光纤技术的损坏和潜在损坏的医疗装置系统
EP2846691B1 (en) System and method for stabilizing optical shape sensing
EP3191800B1 (en) Detection of surface contact with optical shape sensing
CN217525118U (zh) 用于将医疗器械插入患者体内的医疗器械系统
US20130325387A1 (en) Shape sensing device-specific
JP5259340B2 (ja) 医療機器
JP2018072352A (ja) 光学形状検出システムにおける開始ポイント特定のための参照マーカー
US10405930B2 (en) System for sensing tissue deformation
US10378883B2 (en) Force sensing in a distal region of an instrument including single-core or multi-core optical fiber
US20180344204A1 (en) Features for optical shape sense enabled device identification
US10254109B2 (en) Sound controller for optical shape sensor
KR20230097437A (ko) 스트레인 변화 또는 형상 변화를 이용하여 삽입 길이를 측정하는 방법 및 이를 위한 삽입 장치

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180829