[发明专利]用于将光纤传感器光学连接到光学形状感测控制台的方法和系统

说明书

本发明涉及一种用于将光纤传感器光学连接到光学形状感测控制台的方法和系统。所述光学形状感测控制台具有若干单个光学通道。所述光纤传感器具有若干单个纤维芯，其围绕所述光纤传感器的纵向中心轴相对于彼此成角度地间隔开，并且所述光纤传感器具有用于连接到与形状感测控制台连接的光耦合器的光纤传感器连接端。所述光耦合器具有用于与所述纤维芯光学连接的光学通道。指示单个光纤纤芯的个体光学性质的若干单个校准数据集被分配给所述单个光学通道。所述光纤传感器被连接端连接到光耦合器，使得所述纤维芯中的第一纤维芯与所述光学通道中的第一光学通道光学通信。

技术领域

本发明总体涉及光学形状感测的领域。具体而言，本发明涉及一种用于将光纤传感器光学连接到光学形状感测控制台的方法和系统，所述光学形状感测控制台具有若干单个光学通道，所述光纤传感器具有若干单个纤维芯，所述纤维芯围绕光纤传感器的纵向中心轴相对于彼此成角度地间隔开，并且具有用于连接到与形状感测控制台连接的光耦合器的光纤传感器连接端部。

背景技术

上述方法和系统可用于细长介入设备的光学形状感测，特别是在医学或手术应用中。虽然本说明书涉及在医学或手术领域中使用光学形状感测，但应理解，本发明不限于此。

在医学领域，存在利用微创介入来取代传统外科手术的显然和持续的趋势。在这些介入中，诸如导丝、导管、内窥镜和针的医学设备通过小切口插入体内，从而最小化疤痕形成并减少患者的并发症和副作用。医师可以使用多种可视化技术来对体内的这些医学设备进行导航。

在许多流程中，X射线成像是目前提供设备实时监控的黄金标准。然而，这种成像技术使患者和医学团队暴露于有害的电离辐射。此外，它提供单独的二维投影。该投影缺乏关于医学器械的三维形状的关键信息，例如，其相对于患者的解剖结构的方向和取向。关于设备形状的其他信息将有助于医师在身体中进行导航并且可以减少流程时间。

存在几种能够确定设备的位置和取向的非成像跟踪技术。这样的跟踪系统可以基于利用电磁、声学、阻抗和光学技术的感测，并且可以使用诸如信号强度(和衰减)、信号相位/频率偏移和/或飞行时间的原理来在三维空间对传感器进行三角测量。

光学形状感测(OSS)是这些跟踪技术中的一种。利用OSS，可以重建设备的三维形状。在OSS中，设备的几何变化被编码到光场中，所述光场传播通过集成在设备中的光纤。对该光纤的光学探询提供了在原则上实时地重建整个光纤的三维形状并且因此重建所述设备的三维形状所需的信息。给定适当的参考系，人们现在可以实时知晓整个设备的确切取向和位置。

用于确定设备形状的光纤包含多个光纤芯，特别是中心纤芯和多个外部芯，它们沿着光纤的长度围绕中心纤芯螺旋。由于制造公差，传感器的所有芯实际上具有略微不同的光学性质。因此，纤维芯在工厂中被独立地校准，并且该校准数据可对于与该设备要连接到的形状感测系统可用。为此，要么将校准数据与光纤所集成到的设备一起承载，要么以不同的方式发送校准，例如通过网络。

在光学形状感测中使用光纤传感器时，光纤传感器的纤维芯彼此独立地被探询。纤维芯以一对一的关系与光学形状感测控制台的光学通道连通。以预设的方式为每个光学通道分配纤维芯中的一个纤维芯的校准数据集。因此，对于光纤传感器的适当形状感测而言重要的是，在将光纤传感器连接到形状感测控制台时，“正确的”纤维芯与“正确的”光学通道光学通信。当将光纤传感器的连接端连接到光耦合器(所述光耦合器连接到形状感测控制台)时，其中，所述光耦合器具有被布置用于与纤维芯光学连接的光学通道，必须注意光纤传感器的连接端以关于光纤传感器的连接端的纵向中心轴关于光耦合器正确旋转取向连接到光耦合器。为了便于在将光纤传感器的连接端连接到光耦合器时找到光纤传感器的连接端的正确取向，光耦合器和光纤传感器连接端通常具有配合的键合特征。在将光纤传感器的连接端连接到与形状感应控制台连接的光耦合器上时，所述光耦合器和所述光纤传感器连接端的键合特征形成配合关系，使得光纤传感器以正确并且固定的标准取向连接到光学形状感测控制台。在该标准取向中，分配给光学通道或网络的校准数据被正确地分配给传感器的纤维芯；例如，外部纤芯“A”然后总是连接到光学通道或网络“A”等。