与端口放置相关联的光纤形状传感系统技术方案

本文公开了一种旨在将第一医疗器械放置在患者体内的系统和方法，其中系统包括作为可植入医疗器械的第一医疗器械、包括具有一个或多个芯纤维的光纤的第二医疗器械和其上存储有逻辑的控制台，逻辑在被执行时引起包括如下的操作：向光纤提供入射光信号、接收反射光信号、处理反射光信号和(i)确定患者体内的第二医疗器械的形状以及(ii)基于第二医疗器械的形状确定患者体内的第一医疗器械的形状。形状确定患者体内的第一医疗器械的形状。形状确定患者体内的第一医疗器械的形状。

【技术实现步骤摘要】
与端口放置相关联的光纤形状传感系统
[0001]优先权
[0002]本申请要求2021年1月26日提交的美国临时申请号63/141,882的优先权，该申请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，更具体地涉及与端口放置相关联的光纤形状传感系统。

技术介绍

[0004]过去，医疗器械(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器械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器械的位置和取向。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。

技术实现思路

[0007]简而言之，本文公开的实施方案涉及使用光纤技术提供医疗器械的远端跟踪信息的系统、设备和方法。在一些实施方案中，医疗器械包括具有一个或多个光纤芯的光纤，其中，每个光纤芯都配置有传感器阵列(反射光栅)，传感器阵列在空间上分布在芯纤维的规定长度上，以大体感测由传感器占据的芯纤维的那些区域上的外部应变和温度。每个光纤芯被配置为在推进通过患者的脉管系统期间接收来自控制台的光(例如，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。假定沿着光纤芯定位的每个传感器被配置为反射具有不同的特定光谱宽度的光，传感器阵列使得能够在医疗器械的整个规定长度进行分布式测量。这些分布式测量可以包括与传感器所经历的应变和/或温度相关的波长偏移。
[0008]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”)。
[0009]如本文所使用的，术语“芯纤维”通常指布置在医疗器械内的单个光纤芯。因此，对芯纤维的讨论是指单个光纤芯，并且对多芯光纤的讨论是指多个芯纤维。以下讨论的各种实施方案用于在包括(i)单芯纤维和(ii)多个芯纤维的医疗器械的每个光纤芯中发生的健康(特别是损伤)的检测。注意，除了应变改变传感器的形状之外，环境温度变化也可以改变传感器的形状，从而引起来自位于光纤芯上的传感器的反射光的波长的变化(偏移)。
[0010]公开文本的具体实施方案包括使用医疗器械，例如管心针，其特征在于多芯光纤和导电介质，该多芯光纤和导电介质共同操作以跟踪与管心针的患者身体的放置或布置有管心针的另一医疗器械(例如导管)的放置。可以利用导丝代替管心针。为了方便起见，总体讨论了其中光纤芯布置在管心针内的实施方案；然而，公开文本并不旨在受到如此限制，因为可以实施涉及检测本文公开的光纤芯的健康的功能，而与其中布置光纤芯的医疗器械无关。在一些实施方案中，光纤芯可以直接集成到导管的壁中。
[0011]在一些实施方案中，管心针的光纤芯被配置为返回用于识别(i)管心针的一部分(例如，尖端、管心针的段等)或包括至少一部分管心针的导管的一部分(例如，尖端、导管的段等)或(ii)患者体内的管心针或导管的全部或大部分(以下，描述为“管心针的物理状态”或“导管的物理状态”)的物理状态(例如，形状长度、形状和/或形式)的信息。根据本专利技术的一个实施方案，可以从不同光谱宽度的反射光信号获得返回的信息，其中每个反射光信号对应于沿着多芯光纤(芯纤维)的芯传播的宽带入射光的一部分，其由位于芯纤维上的特定传感器在芯纤维上反射回来。返回信息的一个说明性实施方案可以涉及从传感器返回的反射光信号的信号特征的变化，其中波长偏移与芯纤维上的(机械)应变或检测到的环境温度变化相关联。
[0012]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入射光的不同光谱范围(例如，不同的光频率范围)。基于在每个芯纤维上起作用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，以在由传感器占据的管心针的那些位置处传送该芯纤维上的应变的类型和程度。传感器在空间上分布在管心针的近端和远端之间的芯纤维的各个位置处，从而可以基于波长偏移的分析来进行管心针的形状感测。在本文中，形状感测功能与将电信号同时通过作为管心针的一部分包括的导电介质传递通过相同构件(管心针)的能力配对。
[0013]类似地，传感器可以改变(偏移)反射光的波长以传送感测到的环境温度的变化。该改变响应于检测到的环境温度变化，从而提供温度感测功能。
[0014]更具体地，在一些实施方案中，多芯光纤的每个芯纤维配置有传感器阵列，传感器阵列在空间上分布在芯纤维的规定长度上，以总体感测由传感器占据的芯纤维的那些区域附近的外部应变或环境温度的变化。假定沿着相同芯纤维的每个传感器被配置为反射具有不同的特定光谱宽度的光，传感器阵列使得能够在多芯光纤的整个规定长度进行分布式测量。这些分布式测量可以包括与传感器所经历的应变和/或检测到的温度变化相关的波长偏移。
[0015]更详细地说，每个传感器可以作为反射光栅操作，例如光纤布拉格光栅(FBG)，即对应于刻到芯纤维中的永久、周期性折射率变化的本征传感器。换句话说，传感器作为特定光谱宽度(例如，特定波长或特定波长范围)的光反射镜操作。因此，当宽带入射光由光学光源提供并传播通过特定芯纤维时，在到达用于该芯纤维的分布式传感器阵列的第一传感器时，与第一传感器相关联的规定光谱宽度的光被反射回控制台(包括显示器和光学光源)内的光接收器。入射光的剩余光谱继续通过芯纤维朝向管心针的远端传播。入射光的剩余光谱可遇到来自分布式传感器阵列的其他传感器，其中这些传感器中的每一个被制造成反射具有不同特定光谱宽度的光以提供分布式测量，如上所述。
[0016]在操作期间，多个光反射(也称为“反射光信号”)从多芯光纤的多个芯纤维中的每一个返回到控制台。每个反射光信号可以唯一地与不同的光谱宽度相关联。与反射光信号相关联的信息可用于通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于将第一医疗器械插入患者体内的医疗器械系统，其特征在于，所述系统包括：所述第一医疗器械，其中所述第一医疗器械是可植入医疗器械；第二医疗器械，其包括具有一个或多个芯纤维的光纤；和控制台，其包括一个或多个处理器和在其上存储有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，所述逻辑引起包括如下的操作：向所述光纤提供入射光信号，接收所述光纤反射的入射光的不同光谱宽度的反射光信号，处理与所述光纤相关联的所述反射光信号，以及(i)确定所述患者体内的所述第二医疗器械的形状；和(ii)基于所述第二医疗器械的形状，确定所述患者体内的所述第一医疗器械的形状，以及使得呈现在所述患者体内的所述第一医疗器械或所述第二医疗器械的形状中的至少一种的图形显示。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，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)基于接收的入射光，反射不同光谱宽度的光信号；和(ii)改变所述反射光信号的特性，用于确定所述光纤的物理状态。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤是单芯光纤，并且其中以脉冲提供所述入射光。4.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。5.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：接收用户输入，所述用户输入对应于所述第一医疗器械在所述患者体内的期望放置的选择。6.根据权利要求5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：使得呈现所述第一医疗器械在所述患者体内的选择的期望放置的图形表示。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一医疗器械或所述第二医疗器械在所述患者体内的远侧尖端的位置中的至少一个的图形显示被呈现为在所述第一医疗器械的选择的期望放置的图形表示的呈现上的叠加。8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一医疗器械的选择的期望放置的图形表示被显示为模板患者体内的图形表示的叠加。9.根据权利要求6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：使得呈现额外图形，所述额外图形显示如下一种：鉴于选择的期望位置，插入所述第一医疗器械的完成进度，鉴于选择的期望位置，插入所述第一医疗器械的插入精度，或布置在所述患者体内的所述第一医疗器械的长度。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，通过机器学习确定所述完成进度。11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，通过机器学习确定所述插入精度。12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二医疗器械是导引线、导丝、管心
针或导管中的一种，所述导管具有嵌入所述导管的一个或多个壁的光纤。13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一医疗器械是配置为与可植入端口联接的可植入导管。14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当...

【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：