[发明专利]光学纤维器械感测系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及医疗器械，诸如用于最低程度侵入介入或诊断的细长的可操纵器械，且更具体地，涉及一种用于感测或测量沿该细长的可操纵医疗器械的一个或多个远端位置处的位置和/或温度的方法、系统及装置。

背景技术

目前已知的用于体格状况的诊断及治疗的最低程度侵入过程采用细长的器械(诸如导管或者更具刚性的臂或轴)来接近并致力于处理体内的各种组织结构。由于各种原因，能够确定这些细长的器械的部分相对于其他结构(诸如手术台)、其他器械、或相关组织结构的三维空间位置是非常有价值的。能够检测器械的各位置处的温度也是有价值的。可以采用传统的技术(诸如，可从诸如Johnson & Johnson公司的Biosense Webster分公司的供应者那购得的电磁位置传感器，或者可从诸如Keithley器械公司的供应者那购得的传统热电偶)来分别测量三维空间位置或温度，但由于构件几何约束、电磁活性难题等而可能局限于用在细长的医疗器械应用中。

需要可替代的技术来辅助在监测三维空间位置和/或温度的同时执行最低程度侵入介入或诊断过程。

众所周知的，通过应用布拉格方程(波长＝2×d×sinθ)来检测反射光中的波长变化，可以确定沿纤维或其他细长结构纵向地设置的衍射光栅图形的延伸率。此外，借助于对承载衍射光栅图形的纤维或其他细长结构的热膨胀特性的认识，可以计算衍射光栅位置处的温度读数。

可从诸如弗吉尼亚州布莱克斯堡镇的Luna Innovation公司、乔治亚州亚特兰大市的Micron Optics公司、加拿大魁北克省的LxSixPhotonics公司、以及丹麦的Ibsen Photonics A/S的厂商那获得的所谓“光学纤维布拉格光栅”(“FBG”)传感器或其构件已被用在各种应用中来测量结构(诸如公路桥及机翼)中的应变、以及结构(诸如供给室)中的温度。

发明内容

本发明的目的是测量可操纵的导管或其他细长医疗器械的远端部分处的应变和/或温度，以有助于执行医疗诊断或介入过程。

在一个实施例中，医疗器械系统包括：挠性的细长体；附着于该细长体的相应近端部分及远端部分的多个光学纤维芯，每个光学纤维芯均包含多个隔开的布拉格光栅；包含频域反射仪的检测器，该检测器可操作地连接至纤维芯的相应近端并被构造成用于检测光波的被相应布拉格光栅反射的部分；以及控制器，该控制器可操作地连接至检测器并被构造成用于基于对所检测到的光波的反射部分的光谱分析来确定该细长体的至少一部分的构造。每个纤维芯均具有相应的宽带基准反射器，这些宽带基准反射器以通过相应的多个布拉格光栅以可操作的方式连接至纤维芯。可选择地，多个光学纤维芯可以结合到一个光学纤维中。

附图说明

附图示出了本发明所示实施例的设计及效用，附图中，相似的元件由共同的参考标号表示。

图1示出了细长器械的实例，诸如传统的手动操作的导管。

图2示出了细长器械的另一实例，诸如机械化驱动的可操纵导管。

图3A-图3C示出了将带有布拉格光栅的光学纤维实施到细长器械(诸如可机械化操纵的导管)。

图4A-图4D示出了将带有布拉格光栅的光学纤维实施到细长器械(诸如可机械化操纵的导管)。

图5A-图5D示出了将带有布拉格光栅的光学纤维实施到细长器械(诸如可机械地操纵的导管)。

图6示出了细长器械(诸如包含带有布拉格光栅的光学纤维的导管)的横截面图。

图7示出了细长器械(诸如包含多纤维布拉格光栅构造的导管)的横截面图。

图8示出了细长器械(诸如包含多纤维布拉格光栅构造的导管)的横截面图。

图9A-图9B示出了细长器械(诸如具有带有布拉格光栅的多纤维结构的导管)的俯视图及横截面图。

图10A-图10B示出了细长器械(诸如具有带有布拉格光栅的多纤维结构的导管)的俯视图及横截面图。

图11A-图11B示出了细长器械(诸如具有带有布拉格光栅的多纤维结构的导管)的俯视图及横截面图。

图12A-图12H示出了具有各种纤维位置及构造的细长器械的横截面图。

图13示出了带有布拉格光栅的光学纤维感测系统。

图14A-图14B示出了带有布拉格光栅的光学纤维感测系统。

图15A-图15B示出了带有布拉格光栅的光学纤维感测系统构造。

图16A-图16D示出了将光学纤维感测系统结合到机械化控制的导向导管构造中。

图17A-图17G示出了将光学纤维感测系统结合到机械化控制的护套导管构造中。