[发明专利]使用纵向编码的设备跟踪

说明书

本发明提供了一种用于使用具有诸如布拉格光栅的光学形状感测(OSS)属性的光纤来重建纵向设备的3D形状的方法。通过将光纤附接到纵向设备，使得光纤沿循纵向设备弯曲时的3D形状，能够应用已知的OSS技术来重建光纤以及由此的诸如医学导管的纵向设备的3D形状。例如，被放置在导丝中的光纤能够被插入在纵向设备的管腔中。由此，能够使用一个OSS系统来对多个未被形状感测的导管或其他纵向设备进行3D跟踪。在纵向设备比光纤更长的情况下，可以例如基于纵向设备的已知长度并且基于光纤的端点的取向，例如使用关于纵向设备的硬度或其他属性的了解，来估计纵向设备的剩余部分的位置和形状，并为用户进行可视化。

技术领域

本发明涉及形状感测的领域，尤其涉及三维(3D)光学形状感测的领域。

背景技术

通过使用光学形状感测(OSS)，细长对象的3D形状，例如可操纵医学设备的3D形状，能够通过在这样的设备中集成具有光学形状感测元件的光纤而被重建。例如，这能够通过利用借助于纤维布拉格光栅或基于瑞利散射的元件的光学形状感测元件对光纤进行光学询问来实现。对经重建3D形状的实时可视化具有若干应用，例如医学应用，这是因为其允许针对细长介入医学设备的重要的导航引导。例如，这样的设备在医学应用内能够被以诊断和导航设备的形式使用，例如导管、导丝、内窥镜、探针或针，以及被以处置设备的形式使用，例如消融设备。

然而，OSS设备仍经受若干问题：

1)OSS传感器是昂贵的，并且因此对于医生通常仅有一个OSS系统和一个OSS使能的医学设备可用。

2)存在OSS-导管的受限变型，并且一些情况要求具有特定形状的设备，而对于这些设备没有可用的OSS使能的版本。

3)当使用两个OSS设备时，一个在另一个的里面，当它们围绕彼此旋转时，OSS设备的近端系链可能扭曲。这种扭曲使得用户难以操控两个设备，并且由于小的弯曲半径和高的应变，形状重建可能较不准确和稳定。

US 2013/188855 A1公开了一种用于在介入流程期间跟踪仪器的功能部分的系统和方法。所述系统包括至少一个仪器、用于采集解剖结构图像的系统、在固定端连接到成像系统并且在远端连接到所述仪器的系链，所述系链包括具有多个光学形状传感器的至少一条纵向光纤。光学控制台询问传感器并探测反射的光。处理器计算在每个传感器位置处的局部曲率以确定所述系链的三维形状，并且使用所述系链的局部曲率以及所述系链的固定端的位置来确定所述仪器相对于图像的位置和取向。

US 6471710 B1公开了一种探头位置感测系统，其用于准确地确定探头组件的远端的坐标系中的空间位置。所述探头组件包括铰接的臂，所述臂具有由柔性接头互连的一对分段以及至少一个元件。所述元件延伸通过所述接头并且被定位为由于分段的相对位移而经受一定程度的弯曲。元件的弯曲引起与所述元件相关联的物理属性的变化。仪器监测所述物理属性并根据物理属性的变化导出相邻分段之间的角度。

WO 2011/141830 A1公开了一种采用柔性光纤和光纤控制器的光学感测系统。所述光纤包括具有近端点和远端点的变形光学传感器阵列，并且可以与医学设备邻接，所述医学设备用于生成指示光纤响应于医学设备在定义空间内的运动的形状变化的编码光学信号。光纤控制器采用所述编码光学信号以重建在近端点与远端点之间的光纤的形状的部分或整体。为此，光纤控制器将光纤分割成锚定纤维段以及相对于锚定点的活动纤维段，所述锚定点具有由光纤控制器指定的定义空间内的固定采样位置。

WO 2012/029013 A1公开了一种光学导丝系统，其采用光学导丝、光学导丝控制器、引导接口和光学连接器。所述光学导丝包括一个或多个导丝纤维芯，以用于生成指示所述光学导丝的形状的编码光学信号。所述光学连接器便于将光学导丝与导丝接口的连接、断开并重新连接，其使得能够将导管反闭锁在光学导丝上。