[发明专利]用于将光学形状感测使能的设备中的光纤扭曲最小化的系统和方法

说明书

技术领域

本公开涉及医学仪器，并且更具体而言，用于降低医学应用中的形状 感测光纤中的扭曲。

背景技术

基于光纤光学的形状感测利用常规光纤中的固有背散射。使用的原理 是在具有特征瑞利散射模式的光纤中，例如在标准单模通信光纤中，的分 布式应变测量。作为纤芯中的折射率的随机波动的结果，发生瑞利散射。 这些随机波动能够利用沿长度的幅度和相位的随机变化来建模。光纤布拉 格光栅也可以被采用。通过使用延伸在多芯光纤的单个长度内的3个或更 多个芯中的这些效应，感兴趣表面的三维(3D)形状和动态能够被重建。

利用其中一个芯被定位在横截面的中央中的4个或更多个芯的光纤系 统，人们能够分离由于弯曲和温度效应的应变，只要没有施加轴向应变(拉 伸)，或者如果拉伸是已知和可控的(或能够被校准)。参考文件存储外部 芯围绕中央芯的缠绕率的值(也被称为摆动)，但当出现过度扭曲时，变得 更加难以辨别该效应，因为摆动的变化率以非线性速率增加。这常常导致 关于光纤纵轴的超过2π扭转的不准确性和超过6π扭转的不稳定性。

将光纤集成到固定端部光学形状感测(OSS)使能的设备涉及将光纤的 起始区域固定在起始固定件内，并且将光纤的端部固定在仪器的远端内。 假设起始固定件被刚性地附接到操作台或其他结构，这两个固定点当仪器 在介入期间被扭转时会导致沿光纤的长度的扭曲的累积。该扭曲值的知识 被用于测量仪器的滚动自由度。然而，OSS光纤仅能够直到关于其轴在任 一方向上的近似2π扭曲产生准确的形状重建，在接近于6π的累积扭曲失 去稳定性。

扭曲能够在操纵期间由操作者旋转仪器而引入，或者当仪器被移动时 由光纤与仪器腔之间的摩擦(粘贴-滑动)而引入。在临床使用期间，尤其 是在脉管流程中，医师常常将导丝/仪器旋转(或扭转)通过多个π转。这 样的扭转导致固定端部设备中的扭曲的累积，其尽管对于测量设备的取向 必要，但是令形状感测失去准确性，然后稳定性，并且最终导致形状重建 的故障。这种限制严重影响固定端部OSS设备的临床适用性，因为其对临 床医师施加限制。因此，以下是重要的：将由临床医师施加在光纤上的扭 曲量最小化，同时确保仪器的取向仍然已知，并且仍然能够以普通方式操 作和扭转仪器。

发明内容

根据本原理，一种用于光学形状感测使能的仪器的光纤扭曲降低系统 包括：可旋转起始固定件，其被配置为容纳光纤。光学形状感测使能的设 备包括被设置于其中的所述光纤。旋转机构被配置为响应于所述光纤的扭 曲来旋转所述光纤，以降低沿其长度的累积的扭曲。

一种用于光学形状感测使能的仪器的纤维扭曲降低系统包括：光学形 状感测使能的设备，其具有包括被设置于其中的至少一条光纤。可旋转起 始固定件被配置为容纳所述至少一条光纤，并且旋转机构被配置为旋转所 述至少一条光纤的起始区域。控制器被耦合到所述旋转机构，并且被配置 为使得所述旋转机构能够响应于所述至少一条光纤的扭曲，以至少降低所 述至少一条光纤内的累积的扭曲。

一种用于降低针对形状感测使能的设备的光纤中的累积的扭曲的方法 包括：提供被配置为容纳至少一条光纤的可旋转光纤起始固定件，包括被 设置于其中的所述至少一条光纤的光学形状感测使能的设备，以及被配置 为旋转被设置在所述可旋转光纤起始固定件中的所述光纤的旋转机构；测 量被设置在所述光学形状感测使能的设备内的所述至少一条光纤中的扭 曲；并且响应于所述扭曲，使用所述旋转机构来旋转所述光纤起始固定件， 以至少降低在所述至少一条光纤内的累积的扭曲。

根据对本公开的下面的说明性实施例的具体实施方式详细描述——要 结合附图进行阅读——本公开内容的这些及其他目标、特征和优点将变得 显而易见。

附图说明

本公开将参考以下附图来详细地呈现下面的优选实施例的描述，其中：

图1是示出根据说明性实施例的具有可旋转起始固定件和控制的形状 感测系统的方框/流程图；

图2是根据说明性实施例的可旋转起始固定件的缺省位置的透视视图；

图3是示出针对具有固定端部的光学形状感测设备的通过绘制扭曲(弧 度)对指数计数的累积扭曲的曲线图；

图4是示出针对根据本发明的原理的具有扭曲补偿的具有固定端部的 光学形状感测设备的通过绘制扭曲(弧度)对指数计数的累积扭曲的曲线 图；