[发明专利]用于光学形状感测和电信号传导的系统和方法

说明书

描述了一种充当管心针的医疗设备。医疗设备可以包括封装多芯光纤和导电介质两者的绝缘层(或护套)。光纤可以包括包层和在空间上被布置在包层内的多根芯光纤。芯光纤中的每一者可以包括沿着所述对应芯光纤的纵向长度分布的多个传感器，并且这些传感器中的每一者可以被配置为：(i)基于接收到的入射光反射具有不同光谱宽度的光信号，以及(ii)改变反射的光信号的特性以用于确定多芯光纤的物理状态。导电介质可以为在导电介质的远侧部分处检测到的电信号提供路径。导电介质可以与包层同心，但是可以与包层分离并对包层进行调整。

优先权

本申请要求2020年3月3日提交的美国临时申请号62/984,552的优先权权益，该临时申请的全部内容以引用的方式结合于本申请中。

背景技术

在过去，诸如导丝和导管之类的医疗设备的某些血管内引导例如已经使用荧光镜检查方法来跟踪医疗设备的尖端并确定尖端是否适当地定位在其目标解剖结构中。然而，此类荧光镜检查方法使患者及其主治医生暴露于有害的X射线辐射。此外，在一些情况下，患者暴露于荧光镜检查方法所需的潜在有害的造影剂中。

最近，已经使用了涉及多模态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。场发生器使用几个线圈来产生位置变化的磁场，所述磁场用于建立坐标空间。例如诸如在管心针的远端(尖端)附近附接到管心针的传感器单元包括小的线圈，在所述线圈中经由磁场感应出电流。基于每个线圈的电属性，可以确定医疗设备在坐标空间内的位置和取向。控制单元控制场发生器并从传感器单元捕获数据。

尽管电磁跟踪系统在跟踪管心针尖端时避免视线依赖，同时消除辐射暴露和与荧光镜检查方法相关联的潜在有害的造影剂，但是电磁跟踪系统容易受到干扰。更具体地，由于电磁跟踪系统取决于由场发生器产生的磁场的测量，因此这些系统受到电磁场干扰，这可能是由于存在许多不同类型的消费电子产品(诸如蜂窝电话)而引起的。另外，电磁跟踪系统容易掉信号，取决于外部传感器，并且被限定有限的深度范围。

本文公开了一种光纤形状感测系统及其方法，其没有与如上所述的电磁跟踪系统相关联的缺点并且能够以其当前形式提供对尖端放置的确认或作为电信号传递/解译的信息。

发明内容

简要地概述，本文公开的实施例涉及一种多模态管心针，其特征在于多芯光纤和导电介质，它们共同操作以跟踪导管或其他医疗设备在患者体内的放置。管心针在充当医疗设备时被配置为返回信息以用于识别以下各者的其物理状态(例如，形状长度、形状、形式和/或取向)：(i)管心针的一部分(例如，管心针的尖端、区段等)或包括管心针的至少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整体或相当大一部分(以下被描述为“管心针的物理状态”或“导管的物理状态”)。根据本公开的一个实施例，可以从不同光谱宽度的反射的光信号获得返回的信息，其中每个反射的光信号对应于沿着多芯光纤(下文称为“芯光纤”)的芯传播的宽带入射光的一部分，所述光通过位于芯光纤上的特定传感器在芯光纤上反射回来。返回的信息的一个说明性示例可以涉及从传感器返回的反射的光信号的信号特性的变化，其中波长移位与芯光纤上的(机械)应变相关。

在一些实施例中，管心针包括多芯光纤，其中每根芯光纤利用多个传感器，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)。基于施加在每根芯光纤上的应变的类型和程度，与所述芯光纤相关联的传感器可以改变(移位)反射光的波长，以在管心针的被传感器占用的那些位置处传达所述芯光纤上的应变的类型和程度。传感器在空间上被分布在芯光纤的介于管心针的近端与远端之间的各个位置处，使得可以基于对波长移位的分析来进行管心针的形状感测。在本文中，形状感测功能性与同时通过被包括作为管心针的部分的导电介质将电信号传递通过同一构件(管心针)的能力配对。