[发明专利]布拉格光栅光纤波动感测与监测系统

说明书

本文公开了涉及检测对医疗装置的光纤的损坏的系统、设备和方法。光纤包括芯纤维，其包括多个传感器，该多个传感器配置为：(i)基于接收的入射光，反射光信号；和(ii)基于经历的应变，改变反射光信号的特性。系统还包括具有存储器的控制台，该存储器存储当执行时引起如下操作的逻辑：由多个传感器中的一个或多个提供宽带入射光的不同光谱宽度的反射光信号的接收，处理反射光信号以检测光纤的一部分的波动，并且基于检测的波动确定光纤的一部分的位置或影响该部分被布置在其中的脉管的缺陷。部分可以是光纤的远侧尖端。

优先权

本申请要求2020年8月3日提交的美国临时申请号63/060,533的优先权权益，其通过引用以其整体并入本申请。

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，更具体地涉及布拉格光栅光纤(Bragg grated fiberoptic)波动感测与监测系统。

背景技术

过去，医疗装置(比如导丝和导管)的某些脉管内引导例如已经将荧光检查方法用于跟踪医疗装置的尖端和确定远侧尖端是否被适当地定位在其目标解剖结构中。然而，这样的荧光检查方法使患者和他们的主治医生暴露于有害的X射线辐射。此外，在一些情况下，患者被暴露于荧光检查方法所需的潜在有害的造影剂。

最近，已经使用涉及管心针的电磁跟踪系统。通常，电磁跟踪系统的特征在于三个部件：场发生器、传感器单元和控制单元。场发生器使用多个线圈生成用于建立坐标空间的位置变化磁场。例如，附接至管心针(比如在管心针的远端(尖端)附近)，传感器单元包括小线圈，在该小线圈中经由磁场感应电流。基于每个线圈的电气特性，可以在坐标空间内确定医疗装置的位置和取向。控制单元控制场发生器并且从传感器单元捕获数据。

虽然电磁跟踪系统避免了跟踪管心针的尖端的视线依赖，同时避免了与荧光检查方法相关的辐射暴露和潜在有害的造影剂，但是电磁跟踪系统易于受干扰。更具体地，由于电磁跟踪系统依赖于由场发生器产生的磁场的测量，这些系统经历电磁场干扰，这可能由许多不同类型的消费电子设备比如蜂窝电话的存在引起。另外，电磁跟踪系统经历信号丢失，依赖于外部传感器，并且受限于有限的深度范围。

本文公开了一种光纤形状感测系统及执行方法，其中系统配置为使用光纤技术而提供尖端放置的确认、跟踪信息和/或脉管缺陷检测。另外，系统被配置为通过一个或多个芯纤维检测实现的主体的一部分的波动，并且确认患者的脉管系统内的位置和/或检测影响血管的缺陷(例如，脉管缩窄、血管痉挛、脉管闭塞等)。在一些实施方案中，光纤的一部分可以是远侧尖端。一些实施方案将光纤形状感测功能与血管内心电图(ECG)监测、阻抗/传导感测、血流定向检测等中的一个或多个组合。

发明内容

简而言之，本文公开的实施方案涉及用于在推进通过患者的脉管系统期间经由光纤芯获得指示医疗器械(也称为实现的主体)(比如导管、导丝或管心针)的远侧尖端的波动的测量的系统、设备和方法。系统、设备和方法然后还可以包括将尖端波动测量与存储数据(例如，先前测量的尖端波动的经验知识)相关联，以便确认医疗装置的远侧尖端的位置或检测影响血管的缺陷。虽然实施方案主要讨论了获得指示医疗装置的远侧尖端的波动的测量，但是公开文本并不旨在限于医疗装置的这样的特定部分。相反，本文描述的关于远侧尖端的实施方案和方法可以适用于医疗装置的其它部分。

更具体地，在一些实施方案中，医疗器械包括光纤芯，该光纤芯配置有传感器阵列(反射光栅)，其在规定长度的芯纤维上方被空间分布，以大体上感测芯纤维的由传感器占据的那些区域上的外部应变。光纤芯被配置为在推进通过患者的脉管系统期间从控制台接收宽带光，其中宽带光沿着光纤芯的至少部分距离朝向远端传播。在沿着相同光纤芯定位的每个传感器被配置为反射不同的特定光谱宽度的光的情况下，传感器阵列使得能够在遍及规定长度的多芯光纤进行分布式测量。这些分布式测量可以包括与传感器经历的应变具有相关性的波长偏移。