[发明专利]光学形状传感器、光学形状感测控制台和系统、以及光学形状感测方法

说明书

本发明涉及一种光学形状传感器(OS)，包括：光纤(F2)，其具有定义纵向方向的长度，所述光纤(F2)具有沿着所述光纤(F2)的所述长度延伸的至少两个纤芯(C21、C22)；光学耦合构件(OCM2)，其被布置在所述光纤(F2)的近侧光纤端处，所述耦合构件(OCM2)具有第一远侧端面(OF2)和近侧第二端面(IF2)，所述第一远侧端面被光学地连接到所述近侧光纤端，所述近侧第二端面在所述光纤(F2)的所述纵向方向上与所述第一远侧端面(OF2)间隔开，所述光学耦合构件(OCM2)被配置为将光耦合到所述纤芯(C21、C22、C23)中的每一个内。从所述光学耦合构件(OCM2)到所述近侧光纤端的过渡处的光学界面(OI)是部分反射并且大幅度透射的，其中，所述光学界面(OI)从所述近侧第二端面(IF2)远侧以这种距离被布置并且被配置为使得光在所述光学界面(OI)处以实质上不与在所述光学耦合构件(OCM2)的所述第二端面(IF2)处反射的光的反射强度分布交叠的反射强度分布被反射。

技术领域

本发明涉及光学形状感测的领域。本发明适用于介入医学设备和介入处置程序，具体涉及使用光学探询技术的微创医学程序。

背景技术

在微创医学介入中，导丝被用于将导管推进到目标区域(例如，导丝用于在微创心血管介入期间将导管推进到心脏)。这些程序一般利用例如实时X-射线成像来引导，所述实时X-射线成像描绘导管和导丝的二维投影图像。然而，利用X-射线成像的挑战包括成像的2D性质和可能对患者和医师有害的电离辐射以及对患者的肾脏有毒的造影剂。更可行的替代方案是使用光学形状感测技术，所述光学形状感测技术可以提供医学设备的三维形状信息而无需任何有害辐射。使用光纤来实现空间敏感性弯曲和扭曲的一种方式是组合沿着其长度具有纤维布拉格光栅的多个芯。一种可能设置可以是沿着纵向纤维轴线以螺旋结构方式取向的三个或更多个纤芯，包括在螺旋中心中的额外笔直纤芯。

具体地，在微创程序中使用光学形状感测导丝，所述光学形状感测导丝具有用于便于在导丝的近端上面后加载导管的光学连接器。导丝可以在诊断或治疗导管的引入之前被推进到介入的目标区域。导丝通常是允许在导丝的近端上面加载导管并且在导丝上面推进导管以到达目标区域的细丝。

为了允许后加载后加载，需要用于导丝的光学连接器，所述光学连接器小到足以允许标准导管在重新建立形状感测使能导丝与光学形状感测控制台的光学连接之前被后加载到导丝上。

对于可后加载导丝，已经提出了包括一个或多个渐变折射率(GRIN)透镜的光学连接器，如例如在WO2016/193051A1中描述的。GRIN透镜由于其紧凑性和其固有低的表面反射是作为光学连接器中的光学耦合构件中的有希望选择。在常规透镜中，表面上的任何点处的弧形表面和透镜材料的折射率的组合引起光在给定点处沿期望方向折射。通常在透镜的玻璃材料与周围空气之间的折射率差对常规透镜的作用来说是必要的，但是作为缺点，它也引起一些入射光被反射。在GRIN透镜中，与常规透镜相反，光束由于沿径向方向改变的透镜的折射率分布而被弯折。GRIN透镜的作用因此不是关键取决于透镜材料与在GRIN透镜的输入端或输出端处的沿着光学路径的任何相邻材料之间的折射率差。当两个光学连接器之间的连接被建立时，这种性质用来通过避免任何空气到玻璃过渡而消除或至少在很大程度上抑制光学路径中的反射。当折射率在沿着光学路径的任何点处被紧密地匹配时，实现了低反射。应当使反射低，因为要不然它会在形状感测流程期间淹没来自感测光纤的每个点的相对弱的光学响应信号。

GRIN透镜的一个特性是所谓的节距。进入GRIN透镜的光束由于沿GRIN透镜的径向方向的折射率分布而被连续地折射，并且GRIN透镜内部的光学场因此沿着光传播轴线以周期长度周期性地改变。GRIN透镜的节距被定义为GRIN透镜的几何长度除以周期长度。例如，如果节距是1/4或3/4或5/4等，当光束在输入端面处从光纤的纤芯进入GRIN透镜时，一组准直光束可以在输出端面处离开GRIN透镜，并且反之亦然。当GRIN透镜应当具有预定节距时，那么GRIN透镜的几何长度基于GRIN透镜的轴向中心中的折射率和GRIN透镜的数值孔径来确定。