医疗器械后端中的光纤管理制造技术

一种柔性工具，其包括光纤，光纤包括近侧区域、远侧区域、在近侧区域和远侧区域之间的中间部分以及在近侧区域和中间部分之间的弯曲区域，其中中间部分被约束为具有基本上沿由光纤在中间部分处所限定的轴线平移的单个自由度。光纤可以用于提供柔性工具的形状感测。

Optical fiber management in the back end of medical devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】医疗器械后端中的光纤管理
本申请要求美国临时专利申请No.62/155,655的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
已知用于检测光纤的形状的各种技术及其应用。美国专利No.7,781,724(其全部内容通过引用并入本文)公开了能够确定物体的位置和形状的光纤传感器。该专利公开了一种采用光纤装置的光纤位置和形状感测设备，以及用于使用光纤位置和形状感测设备确定物体的位置和形状的方法，该光纤装置包括至少两个光纤芯并具有设置在其中的与频域反射计耦合的光纤布拉格光栅阵列。美国专利No.7,720,322(其全部内容通过引用并入本文)公开了一种具有光纤的形状感测系统，以确定运动链中的一个连杆相对于另一连杆的位置和取向。当运动链中的接头移动时，询问器感测光纤中的应变。所感测的应变用于输出笛卡尔位置和取向。美国专利No.8,460,236(其全部内容通过引用并入本文)公开了用于感测或测量可成形细长医疗器械的一个或更多个部件的形状或位置和形状的方法、系统和装置。美国专利No.8,672,837(其全部内容通过引用并入本文)也公开了用于感测或测量可成形细长医疗器械的一个或更多个部件的形状或位置和形状的方法、系统和装置。
技术实现思路
使用光纤的形状感测在需要知道工具的形状和/或位置的应用中可以是有用的。例如，医疗器械经常插入人体或动物体内，并被导引通过血管或消化道。工具的形状或位置可以为使用该工具的程序提供有用的信息。虽然本文频繁地讨论导管，但是应该理解，前面的描述可应用于弯曲和/或改变形状的任何类型的工具。实际上，本公开可以应用于关注的形状或端点位置的任何结构。例如，铰接的机械臂可以弯曲和/或改变形状。本公开可以应用于其他柔性结构，诸如变形天线、变形翼(morphingwings)、用于远程操作车辆和声纳阵列的系绳。实际上，根据本技术，可以将关注形状或端点位置的任何结构视为工具。通过在工具内使用光纤的形状感测的实际实现方式，工具的中心部分可以用于工具的功能方面。例如，图1示出被描述为导管的工具10的横截面图或端视图。导管10的中心部分是管腔12，管腔12允许另一工具或物质通过导管10。导管10可包括围绕管腔12排列的一根或多根线14，以操纵导管10的形状。管腔12和线14的位置可以指示用于感测导管10的形状的光纤100与导管10的中心或中性轴线16偏移。在一些应用中，光纤100的端部可以相对于导管10的端部固定。例如，如果需要检测导管端部的位置，则将光纤100的端部相对于导管10的端部固定可以是有利的。可以存在将光纤100的端部相对于导管10的端部固定的其他原因。例如，光纤100的端部可以是将光纤100附接到导管10的最方便的位置。如果光纤100从中性轴线16偏移，则可出现某些考虑事项。例如，图2示出导管10的侧视图，其中光纤100被示为从导管10的中心偏移的虚线。当导管10是平直的时，对应于导管10的长度的光纤100的长度与导管10的长度轴向对齐。图3示出向上弯曲或从中性轴线16朝向光纤100弯曲的导管10。在沿该方向弯曲的情况下，因为光纤100的长度不变，所以对应于导管10的端部的光纤100的位置102相对于导管10的端部被迫向外推动距离D。图4示出沿与图3所示相反的取向弯曲的导管10。通过此类弯曲，光纤100的位置102被拉入导管10距离D。如这些附图所示，当导管10改变形状时，光纤100沿其长度相对于导管10移动。因此，光纤的形状可不完全对应于导管10的形状(例如，因为弯曲半径可不同并且光纤100的一部分可以从导管10延伸或被拉入导管10中)，并且相关性可以用于说明任何差异。然而，光纤100被约束到导管10的方式可影响相关性。例如，如图5所示，如果光纤长一米，并且光纤100的位置102与导管10错位十分之一度，则导管10的端部的任何感测位置将偏离1.75毫米。如果导管10和光纤100具有任何弯曲部(bend)，则误差可以被放大。另外，限制施加到光纤100上的应变可以是重要的。例如，如在上面引用的专利中的一个或更多个中所解释的，光纤100中的应变用于确定光纤100的形状。如果光纤100由于被固定到导管10而被拉伸(取代或补充弯曲以适形于导管10的形状)，则来自拉伸的应变可引起影响用于计算光纤100的形状的信号的应变。而且，从机械角度来看，放置在光纤100上的过多应变可导致光纤断裂。本技术的一个方面解决了现有技术的一个或更多个问题。本技术的一个方面包括一种柔性工具，该柔性工具包括：光纤，其包括近侧端部、远侧端部、在近侧端部和远侧端部之间的中间部分以及在近侧端部和中间部分之间的可调节弯曲部，其中该中间部分被约束为具有基本上沿由光纤在中间部分处限定的轴线平移的单个自由度。在示例中，(a)柔性工具进一步包括具有柔性部分和自由端部的主体，其中光纤的一部分位于主体内，并且远侧端部在自由端部处或自由端部附近相对于主体固定；(b)主体包括中性轴线，并且光纤设置在主体内，其中光纤从中性轴线偏移并且至少在柔性部分处基本上平行于中性轴线；(c)远侧端部可相对于近侧端部以三个平移自由度移动；(d)远侧端部可相对于近侧端部以两个旋转自由度移动；(e)远侧端部可相对于近侧端部以三个平移自由度和两个旋转自由度移动；(f)柔性部分包括柔性接头；(g)柔性工具进一步包括刚性构件，其中中间部分固定在刚性构件内；(h)刚性构件基本上是沿圆柱体的轴向长度具有平坦表面的圆柱体；(i)柔性工具进一步包括：两个圆柱形销，该两个圆柱形销具有基本上彼此平行的中心轴线并且一起限定第一平面；第三圆柱形销，其具有基本上平行于两个圆柱形销的中心轴线并从两个圆柱形销的中心轴线偏移并且基本上竖直于第一平面的在第二平面中的中心轴线；球和弹簧，其中第三销和球沿平坦表面接触刚性构件，两个圆柱形销沿圆柱体的轴向长度与刚性构件接触，但不在平坦表面上与其接触，并且弹簧接触刚性构件以推动刚性构件与两个圆柱体、第三圆柱体和球接触；(j)刚性构件包括具有由第一平面限定的第一平坦表面和由第二平面限定的第二平坦表面的块，所述第二平面沿与单个自由度基本上平行的线与第一平面相交；(k)柔性工具进一步包括支撑构件和推动构件，支撑构件具有与第一平坦表面接触的三个球形接触点，与第二平坦表面接触的两个球形接触点，推动构件推动第一平坦表面和第二平坦表面分别与三个球形接触点和两个球形接触点接触；(l)刚性构件包括基本上平行于所述第一平坦表面的第三平坦表面和基本平行于第二平坦表面的第四平坦表面，并且推动构件包括第一构件和第二构件，第一构件接触第三平坦表面以推动刚性构件朝向三个球形接触点，第二构件接触第四平坦表面以朝向两个球形接触点推动刚性构件；(m)柔性工具进一步包括返回机构，返回机构被配置为朝向预定起始位置推动中间部分；(n)返回机构是可调节弯曲部且该可调节弯曲部包括环；(o)返回机构包括电磁体；(p)光纤在近侧端部处连接到电子设备，电子设备通过经由光纤传输的光来检测光纤的形状；以及/或者(q)柔性工具进一步包括壳体，壳体包封可调节弯曲部并且在壳体内提供空间用于调节可调节弯曲部。本技术的一个方面包括一种用于检测柔性工具的形状的方法，该方法包括：沿柔性工具的至少一部分设置光纤，将光纤的第一端部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性工具，其包括：光纤，其包括近侧端部，远侧端部，在所述近侧端部和所述远侧端部之间的中间部分，在所述近侧端部和所述中间部分之间的可调节弯曲部，其中所述中间部分被约束为具有基本上沿由所述光纤在所述中间部分处所限定的轴线平移的单个自由度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.01 US 62/155,6551.一种柔性工具，其包括：光纤，其包括近侧端部，远侧端部，在所述近侧端部和所述远侧端部之间的中间部分，在所述近侧端部和所述中间部分之间的可调节弯曲部，其中所述中间部分被约束为具有基本上沿由所述光纤在所述中间部分处所限定的轴线平移的单个自由度。2.根据权利要求1所述的柔性工具，其进一步包括主体，所述主体包括柔性部分和自由端部，其中所述光纤的一部分位于所述主体内，并且所述远侧端部在所述自由端部处或附近相对于所述主体固定。3.根据权利要求2所述的柔性工具，其中所述主体包括中性轴线，并且所述光纤置在所述主体内从所述中性轴线偏移并且至少在所述柔性部分处基本上平行于所述中性轴线。4.根据权利要求2所述的柔性工具，其中所述远侧端部可相对于所述近侧端部以三个平移自由度移动。5.根据权利要求2所述的柔性工具，其中所述远侧端部可相对于所述近侧端部以两个旋转自由度移动。6.根据权利要求2所述的柔性工具，其中所述远侧端部可相对于所述近侧端部以三个平移自由度和两个旋转自由度移动。7.根据权利要求2所述的柔性工具，其中所述柔性部分包括柔性接头。8.根据权利要求1所述的柔性工具，其进一步包括刚性构件，其中所述中间部分固定在所述刚性构件内。9.根据权利要求8所述的柔性工具，其中所述刚性构件基本上为沿圆柱体的轴向长度具有平坦表面的所述圆柱体。10.根据权利要求9所述的柔性工具，其进一步包括：两个圆柱形销，其具有基本上彼此平行并一起限定第一平面的中心轴线，第三圆柱形销，其具有基本上平行于所述两个圆柱形销的所述中心轴线并且从所述两个圆柱形销的所述中心轴线偏移的并且基本上竖直于所述第一平面的在第二平面中的中心轴线，球，以及弹簧，其中所述第三圆柱形销和所述球沿所述平坦表面接触所述刚性构件，所述两个圆柱形销沿所述圆柱体的所述轴向长度与所述刚性构件接触，而不是在所述平坦表面上与所述刚性构件接触，以及所述弹簧接触所述刚性构件以推动所述刚性构件与所述两个圆柱形销、所述第三圆柱形销以及所述球接触。11.根据权利要求8所述的柔性工具，其中所述刚性构件包括具有由第一平面限定的第一平坦表面和由第二平面限定的第二平坦表面的块，所述第二平面沿基本上平行于所述单个自由度的线与所述第一平面相交。12.根据权利要求11所述的柔性工具，其进一步包括支撑构件和推动构件，所述支撑构件具有与所述第一平坦表面接触的三个球形接触点、与所述第二平坦表面接触的两个球形接触点，所述推动构件推动所述第一平坦表面和所述第二平坦表面分别与所述三个球形接触点和所述两个球形接触点接触。13.根据权利要求12所述的柔性工具，其中所述刚性构件包括基本上平行于所述第一平坦表面的第三平坦表面以及基本上平行于所述第二平坦表面的第四平坦表面，并且所述推动构件包括接触所述第三平坦表面以推动所述刚性构件朝向所述三个球形接触点的第一构件，以及接触所述第四平坦表面以推动所述刚性构件朝向所述两个球形接触点的第二构件。14.根据权利要求1所述的柔性工具，其进一步包括被配置为推动所述中间部分朝向预定起始位置的返回...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·J·布鲁门克兰兹，V·多文戴姆，M·弗罗格特，E·桑伯恩，
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