OSS引导和监测系统、控制器以及方法技术方案

一种OSS引导和监测系统采用介入设备(40)，所述介入设备包括OSS传感器(20)与一个或多个介入工具(30)的集成，所述OSS传感器(20)用于当所述介入设备(40)在解剖区域内被导航时生成提供有所述OSS传感器(20)的形状的信息的形状感测数据。所述OSS引导和监测系统还采用OSS引导控制器(90)和OSS监测控制器(100)，所述OSS引导控制器用于响应于由所述OSS传感器(20)对所述形状感测数据的生成而控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的形状的重建，所述OSS监测控制器用于控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的折叠的程度和扭曲的程度的监测。

OSS guidance and monitoring system, controller and method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】OSS引导和监测系统、控制器以及方法
本公开的专利技术总体涉及实施用于在患者的解剖系统内引导对介入工具的导航(例如，对被集成到在患者的心血管系统、呼吸系统或消化系统内被导航的介入工具内的OSS传感器的(一个或多个)直线/曲线平移和/或(一个或多个)轴向/非轴向旋转的跟踪)的光学形状感测(OSS)技术的系统、控制器以及方法。本公开的专利技术更具体涉及通过提供对在患者的解剖系统内的介入工具的导航的光学形状感测(OSS)引导的监测(例如，在介入工具在患者的心血管系统、呼吸系统或消化系统的管腔内被直线/曲线平移和/或轴向/非轴向旋转时对OSS传感器的任何折叠和/或任何扭转的监测)来改善这样的系统、控制器和方法。
技术介绍
光学形状感测(OSS)使用沿着单芯或多芯光纤的光用于在外科手术介入期间的设备定位和导航。所涉及的原理利用在光纤中使用特征瑞利背向散射或受控光栅图案的分布式应变测量。沿着光纤的形状在沿着传感器的特定点处开始，被称为起始点或z＝0，并且光纤的随后的形状位置和取向是相对于该点的。OSS光纤可以被集成到介入工具(例如，血管工具、腔内工具和矫形工具)内，以由此在微创流程期间经由介入工具的监测器来提供实况视觉引导，由此，集成的OSS光纤提供部分或整个介入工具的方位(即，位置和/或取向)。尽管对介入工具的实况视觉引导已经证明有利于促进成功的微创流程，但是介入工具的“推送性(pushability)”和“扭转性(torquability)”问题涉及介入工具的潜在“屈曲”和潜在“卷绕(whipping)”。<br>例如，血管导航可以通过使导管在导丝上方经过来执行，由此，导丝与导管之间的机械相互作用主要包括：(1)导丝和/或导管在脉管系统内的推进和/或缩回、和/或(2)导丝和/或导管在脉管系统内的旋转。理想地，导丝和导管在(1)患者外部的导丝的近侧节段和/或患者外部的导管的近侧节段的操作者控制的平移和/或旋转与(2)患者内部的导丝的远侧节段和/或导管的远侧节段的对应平移和/或旋转之间具有1对1映射。当导丝和导管的节段两者都是笔直的并且硬性的时，导丝和导管将具有上文所提到的在近侧节段与远侧节段之间的1对1映射。然而，对于微创流程，导丝和导管的远侧节段必须是足够柔性的以导航通过曲折的脉管系统。这样的柔性会使导丝和/或导管的推送性和/或扭转性退化。更具体地，推送性涉及在(一个或多个)外部近侧节段被操作者控制或被机器人控制以在脉管系统内推进或缩回(一个或多个)远侧节段时导丝和/或导管的(一个或多个)近侧节段和(一个或多个)远侧节段之间的1对1映射的可实现程度。导丝和/或导管的推送性的退化会导致在脉管系统内的导丝和/或导管的(一个或多个)远侧节段的一定程度的折叠，由此，该折叠会消极地影响在脉管系统内的导丝和/或导管的操纵和引导和/或会在脉管系统内施加过多应力。扭转性涉及在(一个或多个)外部近侧节段被操作者控制或被机器人控制以在脉管系统内旋转(一个或多个)远侧节段时在导丝和/或导管的(一个或多个)近侧节段与(一个或多个)远侧节段之间的1对1映射的可实现程度。导丝和/或导管的扭转性的退化会导致在脉管系统内的导丝和/或导管的(一个或多个)远侧节段的一定程度的扭转，由此，所述扭转会潜在地并且危险地卷绕脉管系统内的导丝和/或导管和/或会在脉管系统内施加过多应力。退化的扭转性也会妨碍对导丝和/或导管的最佳操纵和引导。因此，存在对于检测患者内的介入工具的任何潜在屈曲的需要，其是所描绘的由于介入工具的折叠而造成的在患者的解剖区域内的介入工具的导航形状的不可接受程度的扭曲。还存在对于检测患者内的介入工具的任何潜在卷绕的需要，其是所描绘的由于介入工具的扭转而造成的在患者的解剖区域内的介入工具的导航形状的不可接受程度的扭曲。
技术实现思路
为了改善光学形状感测(OSS)引导系统、控制器和方法，本公开提供了用于在通过介入设备在解剖区域内的直线/曲线平移和/或通过介入设备在解剖区域内的轴向/非轴向旋转而在解剖区域内对介入设备进行导航时检测介入设备(包括介入工具和OSS传感器的集成)的任何折叠和/或任何扭转的专利技术。出于描述并且请求保护本公开的专利技术的目的：(1)术语“解剖区域”宽泛地涵盖如在本公开的领域中已知以及在本公开中示范性描述的一个或多个解剖系统，其中，每个解剖系统具有用于在其中对介入设备进行导航的自然或外科手术结构配置。解剖区域的范例包括但不限于：外皮系统(例如，皮肤和附属物)、骨骼系统、肌肉系统、神经系统、内分泌系统(例如，腺和胰腺)、消化系统(例如，胃、肠和结肠)、呼吸系统(例如，气道和肺)、循环系统(例如，心脏和血管)、淋巴系统(例如，淋巴结)、泌尿系统(例如，肾)和生殖系统(例如，子宫)；(2)术语“介入工具”要被宽泛地解读为在本公开的领域中已知的，包括在本公开之前已知以及在本公开之后构想的介入工具。介入工具的范例包括但不限于：血管介入工具(例如，导丝、导管、支架鞘管、球囊、粥样斑切除导管、IVUS成像探头、部署系统等)、腔内介入工具(例如，内窥镜、支气管镜等)以及矫形介入工具(例如，克氏针(K-wire)和螺丝刀)；(3)术语“工具节点”宽泛地涵盖如在本公开的领域中已知的介入工具的单个点、多个点、节段、模板(例如，形状、曲率或应变)或者要不然任何部分，并且如“近侧工具节点”或“远侧工具节点”的工具节点的标记表征介入设备的该具体工具节点到另一工具节点的相对纵向间距，并且不表征该具体工具节点在介入工具的配置内的精确位置；(4)术语“OSS传感器”宽泛地涵盖如在本公开的领域中已知以及在下文中构想的被结构地配置用于提取光纤的高密度应变测量结果的光纤，所述测量结果是根据发射到光纤中并且传播通过光纤并且在传播的光的相反方向在光纤内反射回来和/或在传播的光的方向上从光纤透射的光而导出的。OSS传感器的范例包括，但不限于：在光频域反射计(OFDR)的原理下结构地配置的光纤，其用于经由光纤内的受控的光栅图案(例如，光纤布拉格光栅)、光纤的特征反向散射(例如，瑞利背向散射)或者嵌入、蚀刻、压印或者以其他方式形成在光纤中的(一个或多个)反射节点元件和/或(一个或多个)透射节点元件的任何其他布置来提取光纤的高密度应变测量结果，所述测量结果是根据被发射到光纤中并且传播通过所述光纤并且在传播的光的相反方向上在所述光纤内反射回来和/或在传播的光的方向上从光纤透射的光而导出的；(5)术语“OSS节点”宽泛地涵盖如在本公开的领域中已知的OSS传感器的任何反射节点元件或任何透射节点元件，并且如“近侧OSS节点”或“远侧OSS节点”的OSS节点的标记表征如在本公开中示范性描述的该具体OSS节点到另一OSS节点的相对纵向间距，而并不表征该具体OSS节点在OSS传感器的结构配置内的精确位置；(6)短语“介入工具和OSS传感器的集成”宽泛地涵盖如在本公开的领域中理解和示范性描述的介入工具和OSS传感器到介入设备中的任何类型的组合、毗连、附接、安装、插入、混合或者以其他方式集成。这样的集成的范例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种OSS引导和监测系统，包括：/n介入设备(40)，其包括OSS传感器(20)与至少一个介入工具(30)的集成，/n其中，所述OSS传感器(20)被结构地配置为当所述介入设备(40)在解剖区域内被导航时生成提供有所述OSS传感器(20)的形状的信息的形状感测数据；以及/nOSS引导和监测设备(80)，其包括：/nOSS引导控制器(90)，其被结构地配置为响应于由所述OSS传感器(20)对所述形状感测数据的生成而控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的形状的重建；以及/nOSS监测控制器(100)，其被结构地配置为控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的折叠的程度和扭曲的程度的监测，包括所述OSS监测控制器(100)响应于由所述OSS传感器(20)对所述形状感测数据的生成而生成推送性度量和扭转性度量中的至少一项，/n其中，所述推送性度量量化在所述介入设备(40)的近侧设备节点与远侧设备节点之间的所述介入设备(40)的所估计的折叠的程度，并且/n其中，所述扭转性度量量化在所述介入设备(40)的近侧设备节点与远侧设备节点之间的所述介入设备(40)的所估计的扭曲的程度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170321 US 62/4741181.一种OSS引导和监测系统，包括：
介入设备(40)，其包括OSS传感器(20)与至少一个介入工具(30)的集成，
其中，所述OSS传感器(20)被结构地配置为当所述介入设备(40)在解剖区域内被导航时生成提供有所述OSS传感器(20)的形状的信息的形状感测数据；以及
OSS引导和监测设备(80)，其包括：
OSS引导控制器(90)，其被结构地配置为响应于由所述OSS传感器(20)对所述形状感测数据的生成而控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的形状的重建；以及
OSS监测控制器(100)，其被结构地配置为控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的折叠的程度和扭曲的程度的监测，包括所述OSS监测控制器(100)响应于由所述OSS传感器(20)对所述形状感测数据的生成而生成推送性度量和扭转性度量中的至少一项，
其中，所述推送性度量量化在所述介入设备(40)的近侧设备节点与远侧设备节点之间的所述介入设备(40)的所估计的折叠的程度，并且
其中，所述扭转性度量量化在所述介入设备(40)的近侧设备节点与远侧设备节点之间的所述介入设备(40)的所估计的扭曲的程度。


2.根据权利要求1所述的OSS引导和监测系统，
其中，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为指定所述OSS传感器(20)的近侧OSS节点和远侧OSS节点；并且
其中，所述OSS监测控制器(100)控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内相对于所述近侧OSS节点和所述远侧OSS节点的所述折叠的程度和所述扭曲的程度中的所述至少一项的所述监测。


3.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为将折叠阈值和屈曲阈值中的至少一项应用于所述推送性矩阵；
其中，所述折叠阈值描绘所述介入设备(40)能够在所述解剖区域内被进一步推进的折叠；并且
其中，所述屈曲阈值描绘所述介入设备(40)不能够在所述解剖区域内被进一步推进的折叠。


4.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为将扭曲阈值和卷绕阈值中的至少一项应用于所述推送性矩阵；
其中，所述扭曲阈值描绘所述介入设备(40)的扭转不受所述介入设备(40)在所述解剖区域内的卷绕的影响；并且
其中，所述卷绕阈值描绘所述介入设备(40)的扭转受所述介入设备(40)在所述解剖区域内的卷绕的影响。


5.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为控制所述介入设备(40)在所述解剖区域内的折叠和扭转中的至少一项的条件警告；并且
其中，所述条件警告包括以下中的至少一种：
文本显示警告，其与对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的所述形状的所述重建的显示相关联，
听觉显示警告，其与对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的所述形状的所述重建的所述显示相关联，
视觉显示警告，其与对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的所述形状的所述重建的所述显示相关联，
视觉设备警告，其由所述介入设备(40)生成，以及
触觉警告，其由所述介入设备(40)生成。


6.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，由所述形状感测数据指示的，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为相对于所述介入设备(40)的远侧设备节点的任何平移从所述介入设备(40)在所述解剖区域外部的近侧设备节点的推进导出所述推送性度量。


7.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，由所述形状感测数据指示的，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为从当所述介入设备(40)在所述解剖区域内被导航时在所述介入设备(40)的所述近侧设备节点与所述远侧设备节点之间的所述介入设备(40)的曲率导出所述推送性度量。


8.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，由所述形状感测数据指示的，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为从当所述介入设备(40)在所述解剖区域内被导航时被施加到所述介入设备(40)的力导出所述推送性度量。


9.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，由所述形状感测数据指示的，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为相对于所述介入设备(40)的所述远侧设备节点在所述解剖区域内的任何旋转从所述介入设备(40)的所述近侧设备节点在所述解剖区域外部的任何旋转导出所述扭转性度量。


10.根据权利要求1所述的OSS引导系统，
其中，由所述形状感测数据指示的，所述OSS监测控制器(100)还被结构地配置为从当所述介入设备(40)在所述解剖区域内被导航时所述介入设备(40)的所述远侧设备节点的任何旋转导出所述扭转性度量。


11.一种用于介入设备(40)的OSS引导和监测设备(80)，所述介入设备包括OSS传感器(20)与至少一个介入工具(30)的集成，所述OSS传感器(20)用于当所述介入设备(40)在解剖区域内被导航时生成提供有所述OSS传感器(20)的形状的信息的形状感测数据，所述OSS引导和监测设备(80)包括：
OSS引导控制器(90)，其被结构地配置为响应于由所述OSS传感器(20)对所述形状感测数据的生成而控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的形状的重建；以及
OSS监测控制器(100)，其被结构地配置为控制对所述介入设备(40)在所述解剖区域内的折叠的程度和扭曲的程度中的至少一项的监测，包括所述OSS监测控制器(100)响应于由所述OSS传感器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·L·弗莱克斯曼，P·西恩帕波，T·M·比德隆，A·帕特里丘，A·潘斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL