布拉格光栅光纤波动感测与监测系统技术方案

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。分可以是光纤的远侧尖端。分可以是光纤的远侧尖端。

【技术实现步骤摘要】
布拉格光栅光纤波动感测与监测系统
[0001]优先权
[0002]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。


[0003]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 fiber optic)波动感测与监测系统。

技术介绍

[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。

技术实现思路

[0008]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。
[0009]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。
[0010]来自光纤芯内的传感器(反射光栅)的反射光从医疗器械返回，以便由控制台进行处理。可以基于反射光的波长偏移的分析确定医疗器械的物理状态。例如，通过医疗器械的弯曲引起的应变以及由此光纤芯的角度变化引起了不同程度的变形。不同程度的变形改变了在光纤芯上定位的传感器(反射光栅)的形状，这可能引起来自在光纤芯上定位的传感器的反射光的波长变化(偏移)。光纤芯可以包括单个光纤或多个光纤(在这种情况下，光纤芯被称为“多芯光纤”)。
[0011]如本文使用的，术语“芯纤维”通常指的是布置在医疗装置内的单个光纤芯。因此，芯纤维的讨论指的是单个光纤芯，而多芯光纤的讨论指的是多个芯纤维。下面讨论的检测在医疗装置的每个光纤芯中发生的健康(并且特别是损坏)的各种实施方案，该光纤芯包括：(i)单个芯纤维和(ii)多个芯纤维。
[0012]公开文本的具体实施方案包括利用特征在于多芯光纤和传导介质的医疗器械比如管心针，多芯光纤和传导介质共同操作，以便跟踪管心针或管心针被布置在其中的另一种医疗装置(比如导管)在患者体内的放置。可以利用导丝代替管心针。为方便起见，一般讨论光纤芯被布置在管心针内的实施方案；然而，公开文本并不旨在受限于此，因为无论是光纤芯被布置在其中的哪种医疗装置，均可以实现涉及检测本文公开的光纤芯的健康的功能。
[0013]在一些实施方案中，管心针的光纤芯被配置为返回信息用于识别：(i)管心针的一部分(例如，管心针的尖端、区段等)或至少包括管心针的一部分的导管的一部分(例如，导管的尖端、区段等)；或(ii)患者体内的管心针或导管的全部或大部分的物理状态(例如，形状长度、形状和/或形式)(下文描述为“管心针的物理状态”或“导管的物理状态”)。根据公开文本的一个实施方案，返回信息可以从不同光谱宽度的反射光信号获得，其中每个反射光信号对应于沿着多芯光纤的芯(下文称为“芯纤维”)传播的宽带入射光的一部分，该宽带入射光由位于芯纤维上的特定传感器反射回芯纤维上方。返回信息的一个说明性实例可以涉及从传感器返回的反射光信号的信号特性变化，其中波长偏移与芯纤维上的(机械)应变相关。
[0014]在一些实施方案中，芯纤维利用多个传感器并且每个传感器被配置为反射不同光谱范围的入射光(例如，不同的光频率范围)。基于在每个芯纤维上施加的应变的类型和程度，与该芯纤维相关联的传感器可以改变(偏移)反射光的波长，以传送在由传感器占据的管心针的那些位置处的该芯纤维上的应变的类型和程度。传感器被空间地分布在芯纤维的在管心针的近端与远端之间的不同位置处，使得可以基于波长偏移的分析实施管心针的形
状感测。在此，形状感测功能与如下能力成对：通过包括为管心针的一部分的传导介质，同时通过相同构件(管心针)传递电信号。
[0015]更具体地，在一些实施方案中，多芯光纤的每个芯纤维被配置有传感器阵列，其在芯纤维的规定长度上方被空间地分布，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。在沿着相同芯纤维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多芯光纤的整个规定长度上进行分布式测量。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。
[0016]根据公开文本的一个实施方案，每个传感器可以作为反射光栅操作，比如光纤布拉格光栅(FBG)，即与记入(inscribe into)芯纤维的永久性、周期性折射率变化相对应的内在(intrinsic)传感器。换句话说，传感器作为特定光谱宽度(例如，特定波长或特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于使用医疗装置的光纤技术而检测波动的医疗装置系统，其特征在于，所述系统包括：所述医疗装置，其包括具有一个或多个芯纤维的光纤，所述一个或多个芯纤维中的每个包括沿着相应芯纤维的纵向长度分布的多个传感器，并且所述多个传感器中的每个传感器被配置为：(i)基于接收到的入射光，反射不同光谱宽度的光信号；和(ii)基于所述光纤经受的应变，改变反射光信号的特性；和控制台，其包括一个或多个处理器和具有在其上存储的逻辑的非暂时性计算机可读介质，当由所述一个或多个处理器执行时，所述逻辑时引起包括如下的操作：给所述光纤提供宽带入射光信号；接收由所述多个传感器中的一个或多个反射的宽带入射光的不同光谱宽度的反射光信号；处理与所述一个或多个芯纤维相关联的反射光信号，以检测所述光纤的一部分的波动；并且基于检测到的波动，确定所述光纤的所述部分的位置或确定缺陷，所述缺陷影响所述部分被布置在其中的脉管。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤的所述部分是远侧尖端。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤是包括多个芯纤维的多芯光纤。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述缺陷选自由脉管的缩窄、脉管的痉挛和脉管中的闭塞组成的组。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，确定包括：将所述反射光信号与先前获得的反射光信号相关联，以识别所述光纤的所述部分的位置或识别影响脉管的所述缺陷，并且确定关联结果是否高于第一阈值。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，通过机器学习技术执行关联。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，确定所述光纤的所述部分的位置包括：获得心电图(ECG)信号，将所述ECG信号与所述检测到的波动相关联，以识别所述检测到的波动是否包括根据所述ECG信号的节律模式的运动，并且确定关联结果是否高于第一阈值。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述医疗装置是导引丝、导丝、管心针、针内的管心针、具有嵌入针的套管的光纤的针或具有嵌入导管的一个或多个壁的光纤的导管中的一种。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个传感器中的每个是反射光栅，其中每个反射光栅通过施加波长偏移而改变其反射光信号，所述波长偏移取决于所述反射光栅经受的应变。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当由所述一个或多个处理器执行时，所述逻辑引起包括如下的进一步操作：生成指示存在所述缺陷的警告。11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述警告包括所述缺陷的位置的指示。12.一种用于将医疗装置放置入患者体内的方法，其特征在于，所述方法包括：
给包括在所述医疗装置内的光纤提供宽带入射光信号，其中所述光纤包括一个或多个芯纤维，所述一个或多个芯纤维中的每个包括沿着相应芯纤维的纵向长度分布的多个反射光栅光纤，并且所述多个反射光栅中的每个反射光栅被配置为：(i)基于接收到的入射光，反射不同光谱宽度的光信号；和(ii)基于所述光纤经受的应变，改变反射光信号的特性；接收由所述多个传感器中的一个或多个反射的宽带入射光的不同光谱宽度的反射光信号；处理与所述一个或多个芯纤维相关联的反射光信号，以检测所述光纤的一部分的波动；并且基于检测到的波动，确定所述光纤的所述部分的位置或确定缺陷，所述缺陷影响所述部分被布置在其中的脉管。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述光纤的所述部分是远侧尖端。14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述光纤是包括多个芯纤维的多芯光纤。15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述缺陷选自由脉管的缩窄、脉管的痉挛和脉管中的闭塞组成的组。16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，确定包括：将所述反射光信号与先前获得的反射光信号相关联，以识别所述光纤的所述部分的位置或识别影响脉管的所述缺陷；...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：巴德阿克塞斯系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：