用于使用光纤形状传感器减小测量误差的系统和方法技术方案

一种装置，其包括具有细长轴的仪器。该装置还包括第一形状传感器，其包括在距中性轴线第一径向距离处在细长轴内延伸的细长光纤。该装置还包括抗扭转特征，抗扭转特征经配置减少细长光纤相对于细长轴的扭转，同时允许细长光纤在细长轴内的轴向平移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用光纤形状传感器减小测量误差的系统和方法相关申请本申请要求于2014年10月17日提交的标题为“SYSTEMSANDMETHODSFORREDUCINGMEASUREMENTERRORUSINGOPTICALFIBERSHAPESENSING(用于使用光纤形状感测减小测量误差的系统和方法)”的美国临时专利申请62/065,349的提交日期的优先权和权益，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文。
本公开涉及用于减小形状感测光纤中的测量误差的系统和方法，并且更具体地涉及使用医疗仪器中的形状感测光纤来减小测量误差的系统和方法。
技术介绍
微创医学技术旨在减少在诊断或手术治疗期间损伤的组织的量，从而减少患者恢复时间、不适和有害的副作用。此类微创技术可以通过患者解剖结构中的自然孔口或通过一个或更多个手术切口来执行。通过这些自然孔口或切口，临床医生可以插入医疗仪器以到达目标组织位置。为了到达目标组织位置，微创医疗仪器可以在诸如肺、结肠、肠、肾脏、心脏、循环系统等的解剖学系统中导航自然或外科手术产生的通道。导航辅助系统帮助临床医生传送医疗仪器，并且避免损伤解剖结构。这些系统能够结合形状传感器的使用，以更准确地描述在实际空间中或相对于术前或并发图像的医疗仪器的形状、位置、取向和姿势。这些形状传感器的准确度和精密度可能受到许多因素(包括传感器的扭转、温度变化、形状传感器在仪器内的位置以及在传感器上的轴向载荷)的影响。需要改进的系统和方法来提高导航辅助系统的准确度和精密度，包括使危害形状传感器准确度的因素的影响最小化。本文公开的设备、系统和方法克服了现有技术缺点中的一个或更多个。
技术实现思路
本专利技术的实施例由下面的权利要求书概述。在一个实施例中，装置包括具有细长轴的仪器。装置还包括第一形状传感器，第一形状传感器包括在距中性轴线第一径向距离处在细长轴内延伸的细长光纤。该装置还包括抗扭转特征，抗扭转特征经配置减少细长光纤相对于细长轴的扭转，同时允许细长光纤在细长轴内的轴向平移。在另一实施例中，操作形状感测装置的方法包括提供包括沿细长轴设置的形状传感器的仪器并且从形状传感器接收形状数据。形状传感器包括在细长轴内延伸的细长光纤，并且沿细长光纤的至少一部分联接到抗扭转特征。抗扭转特征经配置限制光纤相对于细长轴的扭转。该方法还包括基于接收的形状数据生成仪器弯曲测量值。在另一实施例中，装置包括具有细长轴的仪器和第一形状传感器，第一形状传感器包括在距中性轴线间隔第一径向距离处在细长轴内延伸的细长光纤。该装置还包括经配置减少第一形状传感器的至少一部分中的轴向应变的扭转减轻特征。附图说明当与附图一起阅读时，从下面详细描述中可以最好地理解本公开的各方面。需要强调的是，根据行业的标准实践，各种特征不是按比例绘制的。实际上，为了清楚地讨论，可以任意增加或减少各种特征的尺寸。此外，本公开可以重复各种示例中的参考标号和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，本身并不表示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系图1示出根据本公开的一个实施例的示例性远程医疗系统。图2示出根据本公开的一个实施例的利用远程医疗系统的方面的医疗仪器系统。图3和图4是包括根据本公开的一个实施例的光纤形状传感器的医疗仪器的横截面图。图5示出根据本公开的实施例的包括含有光纤形状传感器的纤维腔和示例性抗扭转特征的示例性医疗仪器的横截面视图。图6A和图6B示出根据本公开的实施例的光纤形状传感器和示例性抗扭转特征。图6A是透视图并且图6B是横截面图。图7A-图7C示出根据本公开的各种实施例的光纤形状传感器和示例性抗扭转特征。图7A是透视图并且图7B和图7C是横截面图。图8A是根据本公开的实施例的光纤形状传感器和示例性键锁特征(keyingfeature)的透视图。图8B是图8A所示的光纤形状传感器和示例性键锁特征的横截面图。图8C是根据本公开的实施例的包括定位在示例性纤维腔内的光纤形状传感器和示例性键锁特征和参考传感器的示例性医疗仪器的横截面图。图9A是根据本公开的实施例的光纤形状传感器和示例性键锁特征的透视图。图9B是根据本公开的实施例的光纤形状传感器和示例性键锁特征的透视图。图10是根据本公开的实施例的包括光纤形状传感器和示例性纤维腔的示例性医疗仪器的横截面图。图11A-图11D是根据本公开的各种实施例的不同的示例性医疗仪器的横截面图，不同的示例性医疗仪器各自包括光纤形状传感器、抗扭转特征和参考传感器。图12A和图12B是根据本公开的各种实施例的不同的示例性医疗仪器的横截面图，不同的示例性医疗仪器各自包括光纤形状传感器和抗扭转特征。图13示出根据本公开的一个实施例的具有螺旋缠绕的光纤形状传感器的医疗仪器系统。图14示出根据本公开的一个实施例的具有远侧固定的光纤形状传感器的医疗仪器系统。具体实施方式为了促进对本公开原理的理解的目的，现在将参考附图中所示的实施例，并且将使用特定语言来描述本专利技术的原理。然而，应当理解，这不旨在限制本公开的范围。在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对公开的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其他情况下，还未详细描述众所周知的方法、程序、部件和电路，以免不必要地模糊本公开的实施例的方面。如本公开所涉及的领域的技术人员通常会想到的，对所描述的设备、仪器、方法以及本公开的原理的任何进一步的应用的任何改变和进一步的修改被完全设想。特别地，完全设想到关于一个实施例描述的特征、部件和/或过程可以与关于本公开的其他实施例描述的特征、部件和/或过程结合。此外，本文提供的尺寸是针对具体示例的，并且可设想可以利用不同的大小、尺寸和/或比率来实施本公开的概念。为了避免不必要的描述性重复，根据一个说明性实施例描述的一个或更多个部件或动作能够在适用于其他说明性实施例的情况下被使用或省略。为了简洁起见，这些组合的大量迭代将不会分开描述。为了简单起见，在某些情况下，贯穿附图使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分。下面的实施例将描述根据仪器在三维空间中的状态的各种仪器和仪器的部分。如本文所使用的，术语“位置”是指物体或物体的一部分在三维空间中(例如，沿笛卡尔X、Y、Z坐标的三个平移自由度)的定位。如本文所使用的，术语“取向”是指物体或物体的一部分的旋转布置(三个旋转自由度—例如滚转、俯仰和偏航)。如本文所使用的，术语“姿势”是指物体或物体的一部分在至少一个平移自由度中的位置和物体或物体的部分在至少一个旋转自由度(总共最多六个自由度)中的取向。如本文所使用的，术语“形状”是指沿细长物体测量的一组姿势、位置或取向。应当理解，术语“近侧”和“远侧”在本文中参考操纵从临床医生延伸到手术部位的仪器的端部的临床医生使用。术语“近侧”是指仪器靠近临床医生的部分，以及术语“远侧”是指仪器进一步远离临床医生并且更接近手术部位的部分。为了简明扼要，参考附图本文可以使用诸如“水平”、“竖直”、“上面”和“下面”之类的空间术语。然而，医疗仪器用于许多取向和位置中，而且术语并不旨在是限制性和绝对的。本公开一般涉及使用形状传感器系统来监测、估计和/或预测用于各种医疗程序(包括但不限于诊断、手术和/或治疗程序)中的医疗仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，其包括：仪器，其包括细长轴；第一形状传感器，其包括在距中性轴线第一径向距离处在所述细长轴内延伸的细长光纤；以及抗扭转特征，其经配置减小所述细长光纤相对于所述细长轴的扭转，同时允许所述细长光纤在所述细长轴内的轴向平移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.17 US 62/065,3491.一种装置，其包括：仪器，其包括细长轴；第一形状传感器，其包括在距中性轴线第一径向距离处在所述细长轴内延伸的细长光纤；以及抗扭转特征，其经配置减小所述细长光纤相对于所述细长轴的扭转，同时允许所述细长光纤在所述细长轴内的轴向平移。2.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括适于从所述第一形状传感器接收形状数据来计算所述仪器的弯曲测量值的跟踪系统。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述抗扭转特征被联接到所述细长轴。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述抗扭转特征包括在所述细长轴内延伸的纤维腔的腔壁的至少一部分上形成的涂层，其中所述纤维腔经配置可滑动地接收所述第一形状传感器。5.根据权利要求3所述的装置，其中所述抗扭转特征包括围绕所述细长光纤的至少一部分的涂层，并且所述细长光纤的所述至少一部分经配置被接收在纤维腔内，所述纤维腔在所述细长轴内延伸。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述抗扭转特征被联接到所述细长光纤的至少一部分。7.根据权利要求6所述的装置，其中所述抗扭转特征包括经配置围绕所述细长光纤的所述至少一部分的抗扭转护套。8.根据权利要求6所述的装置，其中所述抗扭转护套包括编织的护套。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述抗扭转特征包括键锁特征，所述键锁特征经配置限制被接收在纤维腔内的所述细长光纤的至少一部分的所述扭转，所述纤维腔在所述细长轴内延伸。10.根据权利要求9所述的装置，其中所述键锁特征包括在所述细长轴内延伸的纤维腔的第一横截面形状，所述第一横截面形状经配置与所述细长光纤的至少一部分的第二横截面形状相配，其中所述第一横截面形状与所述第二横截面形状接合，以限制所述细长光纤在所述纤维腔内的所述扭转。11.根据权利要求9所述的装置，其中所述键锁特征包括花键，所述花键经配置与所述细长光纤的外表面的至少一部分配合，以限制所述细长光纤在所述纤维腔内的所述旋转。12.根据权利要求11所述的装置，其中所述键锁特征包括花键护套，所述花键护套经配置包围所述花键和所述细长光纤的至少一部分，以维持它们配合的配置。13.根据权利要求12所述的装置，其中所述纤维腔包括经配置与所述花键护套的第二横截面形状相配的第一横截面形状，其中所述第一横截面形状与所述第二横截面形状接合，以限制所述细长光纤在所述纤维腔内的所述扭转。14.根据权利要求13所述的装置，其中所述第一横截面形状和所述第二横截面形状是椭圆形的。15.根据权利要求13所述的装置，其中所述第一横截面形状包括突出部，并且所述第二横截面形状包括经配置与所述突出部配合的对应的凹陷。16.根据权利要求9所述的装置，其中所述键锁特征包括串联联接到所述细长光纤的至少一部分的多个花键。17.根据权利要求16所述的装置，其中所述多个花键中的相邻的花键相对于所述细长光纤彼此偏移。18.根据权利要求17所述的装置，其中所述多个花键的第一组交替的花键以第一径向角联接到所述细长光纤，并且第二组交替的花键以第二径向角联接到所述细长光纤。19.根据权利要求17所述的装置，其进一步包括经配置以将所述多个花键维持在偏移配置中的弹性紧固件。20.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括位置传感器，所述位置传感器在距所述细长轴的远侧部分的第一轴向距离处被设置在所述细长轴内。21.根据权利要求20所述的装置，其中所述细长光纤在所述第一轴向距离处被粘附到所述轴，并且所述抗扭转特征被联...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·L·施勒辛格，T·D·苏珀尔，A·B·科威思科，S·J·布鲁门克兰兹，V·多文戴姆，C·R·卡尔森，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国,US