利用光学形状感测光纤触发制造技术

一种触发设备，包括被配置用于光学形状感测的光纤(126)。支撑元件(104)被配置为支撑所述光纤的一部分。接口元件(106)被配置为和与所述支撑元件相关联的所述光纤相互作用，以引起所述光纤的性质的改变。感测模块(115)被配置为解读光学信号，以确定所述光纤的所述性质的改变并且相应地生成对应的触发信号。的改变并且相应地生成对应的触发信号。的改变并且相应地生成对应的触发信号。

【技术实现步骤摘要】
利用光学形状感测光纤触发
[0001]本申请是申请日为2015年9月16日、专利技术名称为“利用光学形状感测光纤触发”的专利申请201580053231.1的分案申请。


[0002]本公开涉及医学仪器并且更具体涉及用于触发医学和其他应用中的事件的形状感测光纤。

技术介绍

[0003]光学形状感测(OSS)使用沿着一条或多条光纤的反射光来重建形状。所涉及的原理利用使用特征瑞利背散射或受控的光栅图案在光纤中的分布式应变测量。沿着光纤的形状在沿着传感器的特定点(被称为发起点、原始位置或零位置)处开始，并且后续的形状位置和取向是相对于该点的。这样的光纤的实施在直径方面可以是大约200微米并且能够多达数米长，同时维持毫米级准确度。
[0004]光学形状感测光纤能够被集成到各种各样的医学设备中以提供实况引导医学流程。作为范例，可以采用导丝和导管，以用于利用叠加在术前计算机断层摄影(CT)图像上的光学形状感测测量结果在血管中的导航。
[0005]计算机辅助外科手术(CAS)提供在外科手术介入(诸如神经、脊柱和矫形流程)期间的实况导航引导。使用该技术的关键矫形流程包括膝盖置换、髋关节置换和前交叉韧带(ACL)修复。由CAS所提供的一个益处是关于置换植入物的最佳定位的实况引导以及关节生物力学的经改进的术中验证。在CAS流程中，感兴趣的骨骼或解剖结构的配准对于提供公共跟踪坐标系而言是必要的。在这样的流程中，临床医师将跟踪指针的尖端保持到解剖结构上的特定界标(例如，诸如脊线的骨质界标)并且向软件系统指示指针何时在指定位置中。一旦以该方式采集了一系列界标，则用户还可以在表面上运行指针，对解剖结构进行涂绘并且将表面数字化到跟踪坐标系中。这些点能够被用于构建解剖结构的模型、使现有模型变形、或者配准到术前或术中成像。
[0006]存在对于用户指示他们何时已经将医学仪器定位在特定位置或取向中的多个应用。例如，在针对矫形术中的计算机辅助外科手术的配准期间，临床医师将指针保持到特定骨质界标并且然后利用鼠标点击来触发对该位置的采集。这要求使用两只手或两个操作者，其两者对于工作流而言都不是理想的。使鼠标处在手术区域内对于维持无菌环境而言也不是理想的。
[0007]在血管导航中，对于操作者而言在流程期间将靶或环定位在重要的位置处是典型的。这些能够充当待返回到流程的各阶段处的值得注意的点。在形状感测导管或导丝中，当由用户触发时，可以存储这些靶形状或点。
[0008]W.O.公布No.2011/060225；美国公布No.2004/163809；欧洲专利申请No.1816432和W.O.公布No.2011/100124涉及包括光纤的系统。

技术实现思路

[0009]根据本原理，一种触发设备，包括被配置用于光学形状感测的光纤。支撑元件被配置为支撑所述光纤的一部分。接口元件被配置为和与所述支撑元件相关联的所述光纤相互作用以引起所述光纤的性质的改变。感测模块被配置为解读光学信号以确定所述光纤的所述性质的改变并且相应地生成对应的触发信号。
[0010]触发系统包括被配置用于光学形状感测的一条或多条光纤以及包括所述一条或多条光纤的医学仪器。所述医学仪器通过光学形状感测来跟踪，并且所述医学仪器形成支撑设备，所述支撑设备被配置为支撑所述一条或多条光纤的至少一部分。接口元件被配置为与所述支撑设备中的所述一条或多条光纤相互作用以引起所述一条或多条光纤的性质的改变。感测模块被配置为解读光学信号以确定所述光纤的所述性质的改变并且如果达到给定的量则相应地生成触发信号。
[0011]一种用于触发事件的方法，包括：在支撑设备中支撑光纤的至少一部分；与所述支撑设备中的所述光纤相互作用以引起所述光纤的性质的改变；解读光学信号以确定所述光纤的所述性质的所述改变；并且当所述性质改变给定的量时触发事件。
[0012]所述光纤的特定区域中的曲率或形状的改变被用作软件的输入或触发。然而，为了使所述触发工作，算法被用于监测所述光纤的特定区域。这在其中所述光纤被集成到诸如导管的设备中的一些情况下是实际的。然而，在其他情况下，所述光纤中的所述触发区域可能不是固定的。例如，如果期望实现能够在导丝的顶部上滑动的掣子(clicker)，那么需要路线以将搜索区域限制到仅所述可滑动接口元件、轮毂(hub)或其他器材的区域，以便识别所述触发。否则，在使用期间可能存在沿着整条光纤的曲率的太多改变以至于不能够从该信号挑选出触发。当查找特定形状事件时限制搜索区域是有利的。备选地，将所述形状分割为临床上有意义的区段也能够是有用的。
[0013]因此，根据本专利技术，基于模板的搜索限制可以被用于分割传感器数据并且识别与给定搜索有关的段。能够以多种方式应用基于模板的搜索限制，包括，但不限于：(1)使用轮毂模板以仅在该模板内搜索触发曲率信号；(2)使用解剖模板以选择所述形状的一部分；并且(3)对模板进行检测以便将所述形状分割为体内段和体外段。所述模板可以是能够被用于对应于所述传感器数据与部署的传感器光纤的能识别、能确定的空间关系，诸如由所述光纤的点、段、长度或部分假定的特性曲率、形状、应力、温度或其他物理性质。
[0014]本公开的这些和其他对象、特征和优点将从要结合附图阅读的其例示性实施例的以下详细说明而变得显而易见。
附图说明
[0015]本公开将参考以下附图详细呈现优选实施例的以下说明，其中：
[0016]图1是示出了根据一个实施例的包括形状感测光纤的触发设备的框图/流程图；
[0017]图2A是根据本原理的包括触发功能的指针设备的透视图；
[0018]图2B是根据本原理的覆盖物被移除以示出正常状态中的光纤的图2A的指针设备的透视图；
[0019]图2C是根据本原理的覆盖物被移除以示出弯曲或触发状态中的光纤的图2A的指针设备的透视图；
[0020]图3A是示出了根据一个实施例的被构建到包括正常或中性状态中的形状感测光纤的医学仪器中的触发设备的示图；
[0021]图3B是示出了根据一个实施例的被构建到包括偏移到触发状态中的形状感测光纤的医学仪器中的触发设备的示图；
[0022]图3C是示出了根据一个实施例的被构建到包括利用滑动按钮偏移到触发状态中的形状感测光纤的医学仪器中的触发设备的示图；
[0023]图4A是根据一个实施例的使用曲率诱发按钮的、示出正常状态和触发状态的触发设备的截面视图；
[0024]图4B是根据一个实施例的使用偏置按钮的、示出正常状态和触发状态的触发设备的截面视图；
[0025]图4C是根据一个实施例的使用滑动按钮的、示出正常状态和触发状态的触发设备的截面视图；
[0026]图5是示出了根据一个实施例的使用光纤的针对正常状态和触发状态的曲率(1/m)对节点数的曲线图；
[0027]图6是示出根据一个实施例的使用光纤的、在正常状态与触发状态之间的差异的最大曲率(1/m)对时间(帧数)的曲线图；
[0028]图7A是示出了根据一个实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种触发设备，包括：光纤(126)，其被配置用于光学形状感测；支撑元件(104)，其被配置为支撑所述光纤的至少一部分；接口元件(106)，其被配置为通过和与所述支撑元件相关联的所述光纤相互作用以引起所述光纤的性质的改变来生成用户输入，使得所述光纤被用作用户输入设备；以及感测模块(115)，其被配置为解读光学信号以确定所述光纤的所述性质的改变并且相应地生成对应的触发信号。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述接口元件(106)包括如下中的一项：机械元件、软材料、或主体部分。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述接口元件(106)包括按钮或滑动件，其被配置为与所述光纤相互作用。4.根据权利要求1所述的设备，还包括偏置元件(310)，其被配置为将所述接口元件和所述光纤恢复到正常状态。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述性质的所述改变包括所述光纤的形状改变。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述性质的所述改变包括所述光纤的轴向应变的改变。7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述触发信号被配置为激活或去激活仪器(102)或软件功能。8.根据权利要求1所述的设备，其中，事件包括根据归因于温度的轴向应变的改变来实现仪器(102)的功能。9.根据权利要求1所述的设备，还包括医学仪器，所述医学仪器包括所述光纤，所述医学仪器通过所述光纤(126)的光学形状感测来跟踪。10.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：