用于光學(xué)形狀感測(cè)系統(tǒng)中的發(fā)起點(diǎn)識(shí)別的參考標(biāo)記本發(fā)明總體涉及光纖的形狀重建。本發(fā)明具體涉及用于光纖的精確的形狀重建的發(fā)起點(diǎn)的可靠識(shí)別。由于光學(xué)形狀感測(cè)系統(tǒng)以實(shí)時(shí)方式顯示例如內(nèi)窺鏡、導(dǎo)管或引導(dǎo)線的設(shè)備內(nèi)封裝的光纖的形狀的潛力，本領(lǐng)域已知的光學(xué)形狀感測(cè)系統(tǒng)具有使現(xiàn)今在介入場(chǎng)景(setting)中執(zhí)行的最小侵入性的外科處置發(fā)生巨大變化和轉(zhuǎn)變的能力。然而，需要從已知參考位置發(fā)起(launch)這些光纖用于精確的形狀重建。特別是，可以根據(jù)下面等式以綜合方式執(zhí)行光纖的形狀重建，其中，是至沿形狀感測(cè)光纖的第一空間元的位置矢量，且是從光纖的實(shí)際應(yīng)變測(cè)量結(jié)果推導(dǎo)的重建增量步長(zhǎng)矢量。對(duì)于形狀重建，可以假定為(0，0，0)^T。顯然，重建的增量步長(zhǎng)矢量中獲取的任何誤差，例如歸因于測(cè)量噪聲，將向前傳播并影響光纖的形狀重建精度。因此，光纖的確切的發(fā)起點(diǎn)的知識(shí)對(duì)于精確的形狀重建是關(guān)鍵的。本發(fā)明提供用于通過(guò)利用參考標(biāo)記(例如，電磁參考標(biāo)記、光學(xué)參考標(biāo)記、放射性參考標(biāo)記等)來(lái)識(shí)別一個(gè)或多個(gè)發(fā)起點(diǎn)的光學(xué)形狀感測(cè)系統(tǒng)。此外，在當(dāng)前光學(xué)形狀感測(cè)系統(tǒng)中，如果發(fā)起點(diǎn)的位置發(fā)生改變，則形狀重建將不成功。本發(fā)明的光學(xué)形狀感測(cè)系統(tǒng)首次容許探測(cè)發(fā)起點(diǎn)的位置的改變及其后續(xù)的補(bǔ)償。另外，通過(guò)組合例如光學(xué)形狀感測(cè)、電磁跟蹤和光學(xué)跟蹤的不同跟蹤技術(shù)，本發(fā)明的光學(xué)形狀感測(cè)系統(tǒng)克服了這些技術(shù)的固有限制。例如，對(duì)場(chǎng)畸變的電磁跟蹤的靈敏度、光學(xué)跟蹤的視線限制以及對(duì)基于溫度和應(yīng)變/振動(dòng)的波動(dòng)的光學(xué)形狀感測(cè)的電流靈敏度。本發(fā)明的一種形式是采用光纖和一個(gè)或多個(gè)參考標(biāo)記的光學(xué)形狀感測(cè)系統(tǒng)。每一個(gè)參考標(biāo)記具有參考坐標(biāo)系內(nèi)的能識(shí)別的參考跟蹤位置和能識(shí)別的參考跟蹤取向中的一個(gè)或二者。所述光纖具有所述參考坐標(biāo)系內(nèi)的重建發(fā)起點(diǎn)，用作用于所述參考坐標(biāo)系內(nèi)的所述光纖的形狀重建的執(zhí)行的基礎(chǔ)。所述光纖的所述重建發(fā)起點(diǎn)與每一個(gè)參考標(biāo)記具有已知空間關(guān)系，以方便對(duì)所述參考坐標(biāo)系內(nèi)的所述重建發(fā)起點(diǎn)的識(shí)別。本發(fā)明的第二形式是光學(xué)形狀感測(cè)方法，涉及：參考坐標(biāo)系內(nèi)每一個(gè)個(gè)參考標(biāo)記的能識(shí)別參考跟蹤位置和能識(shí)別參考跟蹤取向中的一個(gè)或二者的識(shí)別以及所述參考坐標(biāo)系內(nèi)光纖的重建發(fā)起點(diǎn)的識(shí)別，所述光纖的所述重建發(fā)起點(diǎn)與每一個(gè)參考標(biāo)記具有已知的空間關(guān)系，以使得能夠識(shí)別所述參考坐標(biāo)系內(nèi)的所述重建發(fā)起點(diǎn)。所述光學(xué)形狀感測(cè)方法還涉及：基于所述參考坐標(biāo)系內(nèi)的所述重建發(fā)起點(diǎn)的所述識(shí)別來(lái)執(zhí)行所述參考坐標(biāo)系內(nèi)的所述光纖的形狀重建。根據(jù)結(jié)合附圖閱讀的本發(fā)明的各種范例實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述形式和其它形式以及本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯。詳細(xì)描述和附圖僅是示例本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。圖1示例根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)形狀感測(cè)系統(tǒng)的范例實(shí)施例；圖2-5示例根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)形狀感測(cè)設(shè)備的范例實(shí)施例。如圖1中所示，本發(fā)明的光學(xué)形狀感測(cè)系統(tǒng)采用嵌入細(xì)長(zhǎng)設(shè)備20內(nèi)的光纖10。實(shí)踐中，光纖10可以是適合于對(duì)細(xì)長(zhǎng)設(shè)備20進(jìn)行光學(xué)跟蹤的任何類型的光纖。光纖10的范例包括，但不限于，并入有沿本領(lǐng)域已知的光纖的長(zhǎng)度集成的光纖布拉格光柵的陣列的柔性光學(xué)透明玻璃或塑料光纖，以及光學(xué)折射率沿本領(lǐng)域已知的光纖的長(zhǎng)度發(fā)生自然變化的柔性光學(xué)透明玻璃或塑料光纖(例如，基于瑞利散射的光纖)。光纖10可以是單芯光纖，或優(yōu)選地，是多芯光纖。實(shí)踐中，細(xì)長(zhǎng)設(shè)備20可以是適合于在其中嵌入光纖10以用于對(duì)細(xì)長(zhǎng)設(shè)備20進(jìn)行光學(xué)跟蹤的任何類型的設(shè)備。細(xì)長(zhǎng)設(shè)備20的范例包括，但不限于，內(nèi)窺鏡、導(dǎo)管和引導(dǎo)線。仍然參照?qǐng)D1，系統(tǒng)還采用光學(xué)詢問(wèn)控制臺(tái)10和參考跟蹤系統(tǒng)40。實(shí)踐中，光學(xué)詢問(wèn)控制臺(tái)10可以是結(jié)構(gòu)上配置為將光發(fā)送至光纖20并接收從光纖20反射的光的任何設(shè)備或系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)詢問(wèn)控制臺(tái)10采用光學(xué)傅里葉域反射計(jì)和本領(lǐng)域已知的其它合適的電子器件/設(shè)備。實(shí)踐中，參考跟蹤系統(tǒng)40于此寬泛地定義為采用參考標(biāo)記41的任何類型的成像引導(dǎo)系統(tǒng)，對(duì)于參考坐標(biāo)系42，每一個(gè)參考標(biāo)記41具有參考跟蹤位置和/或參考跟蹤取向。在一個(gè)實(shí)施例中，參考跟蹤系統(tǒng)40是采用電磁跟蹤控制臺(tái)的電磁跟蹤系統(tǒng)、傳感器線圈形式的場(chǎng)生成器和參考標(biāo)記41。在第二實(shí)施例中，參考跟蹤系統(tǒng)40是采用光學(xué)跟蹤控制臺(tái)的光學(xué)跟蹤系統(tǒng)和有源發(fā)光二極管或無(wú)源球形式的參考標(biāo)記41。在第三實(shí)施例中，參考跟蹤系統(tǒng)40是采用用于對(duì)參考坐標(biāo)系42內(nèi)的光纖20進(jìn)行成像的成像形態(tài)的成像跟蹤系統(tǒng)。本領(lǐng)域已知的成像跟蹤系統(tǒng)的范例包括，但不限于，X射線系統(tǒng)、MRI系統(tǒng)、CT系統(tǒng)、US系統(tǒng)、IVUS系統(tǒng)、PET系統(tǒng)、SPECT系統(tǒng)或其組合。實(shí)踐中，參考標(biāo)記41的形式取決于成像跟蹤系統(tǒng)的類型。例如，參考標(biāo)記41可以是基于碘的標(biāo)記，其在X射線圖像中是可見的。通過(guò)進(jìn)一步的范例，參考標(biāo)記41可以是放射性或無(wú)線電不透明標(biāo)識(shí)，它們?cè)诨诤说某上窀櫹到y(tǒng)(例如，PET系統(tǒng)或SPECT系統(tǒng))中是可識(shí)別的。光學(xué)詢問(wèn)控制臺(tái)10還采用如本領(lǐng)域已知的形狀重建算法來(lái)重建光纖20相對(duì)于重建發(fā)起點(diǎn)的形狀，例如圖1中所示的重建發(fā)起點(diǎn)21。重建發(fā)起點(diǎn)21(1)用作本領(lǐng)域已知的整個(gè)光纖20的形狀重建的基礎(chǔ)，而發(fā)起點(diǎn)21(2)和21(3)用作本領(lǐng)域已知的光纖20的不同段的形狀重建的基礎(chǔ)。本發(fā)明以由一個(gè)或多個(gè)參考標(biāo)記至每一個(gè)重建發(fā)起點(diǎn)21的雙向箭頭表示的已知空間關(guān)系(例如，已知距離和/或角度取向)為前提，由此參考坐標(biāo)系42內(nèi)的參考標(biāo)記41的參考跟蹤位置和/或參考跟蹤取向的識(shí)別使得能夠識(shí)別參考坐標(biāo)系42內(nèi)的重建發(fā)起點(diǎn)21。更特別地，操作中，參考跟蹤系統(tǒng)40識(shí)別參考坐標(biāo)系42內(nèi)的每一個(gè)參考標(biāo)記41的參考跟蹤位置和/或參考跟蹤取向，這用于識(shí)別用于參考坐標(biāo)系42內(nèi)的光纖20的一個(gè)或多個(gè)重建發(fā)起點(diǎn)21。其后，光學(xué)詢問(wèn)控制臺(tái)10執(zhí)行光纖20的形狀重建，直至跟蹤處置完成，或參考跟蹤系統(tǒng)40傳送參考坐標(biāo)系42內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)參考標(biāo)記41的移動(dòng)。如果為后者，則參考跟蹤系統(tǒng)重新識(shí)別參考坐標(biāo)系42內(nèi)的每一個(gè)參考標(biāo)記41的新的參考跟蹤位置和/或參考跟蹤取向，其被用來(lái)重新識(shí)別參考坐標(biāo)系42內(nèi)的光纖20的一個(gè)或多個(gè)重建發(fā)起點(diǎn)21。其后，光學(xué)詢問(wèn)控制臺(tái)10重新執(zhí)行光纖20的形狀重建，直至跟蹤處置完成了或參考跟蹤系統(tǒng)40傳送參考坐標(biāo)系42內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)參考標(biāo)記41和光纖20的另一移動(dòng)。實(shí)踐中，對(duì)于具有多個(gè)重建發(fā)起點(diǎn)的實(shí)施例，可以通過(guò)各種方式來(lái)選擇特定重建發(fā)起點(diǎn)21。例如，可以顯示重建發(fā)起點(diǎn)22，由此系統(tǒng)的用戶可以選擇重建發(fā)起點(diǎn)22中的一個(gè)重建發(fā)起點(diǎn)。圖2-5示例根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)形狀感測(cè)設(shè)備的各種實(shí)施例。如圖2中所示，光學(xué)形狀感測(cè)設(shè)備50采用細(xì)長(zhǎng)設(shè)備51和用于光學(xué)線圈20的柄52(例如，導(dǎo)管和導(dǎo)管柄)。在此實(shí)施例中，參考標(biāo)記41如所示地嵌入細(xì)長(zhǎng)設(shè)備51中，并且參考標(biāo)記41和重建發(fā)起點(diǎn)21的空間關(guān)系是已知的。如圖3中所示，光學(xué)形狀感測(cè)設(shè)備53采用細(xì)長(zhǎng)設(shè)備54和用于光學(xué)線圈20的柄55。在此實(shí)施例中，六(6)自由度標(biāo)記41嵌入于柄55中，并且參考標(biāo)記41和重建發(fā)起點(diǎn)21的空間關(guān)系是已知的。如圖4中所示，光學(xué)形狀感測(cè)設(shè)備采用平臺(tái)62，平臺(tái)62聯(lián)接至支撐患者60的操作臺(tái)61。在此實(shí)施例中，參考標(biāo)記41附加于或嵌入于平臺(tái)62內(nèi)，且光纖20在重建發(fā)起點(diǎn)21處嵌入細(xì)長(zhǎng)設(shè)備63內(nèi)。另外，參考標(biāo)記41和重建發(fā)起點(diǎn)21的空間關(guān)系是已知的。如圖5中所示，光學(xué)形狀感測(cè)設(shè)備采用耦合至X射線系統(tǒng)的C臂64的平臺(tái)65。在此實(shí)施例中，參考標(biāo)記41附加于平臺(tái)65，且光纖20在重建發(fā)起點(diǎn)21處嵌入于的細(xì)長(zhǎng)設(shè)備66內(nèi)。另外，參考標(biāo)記41和重建發(fā)起點(diǎn)21的空間關(guān)系是已知的。根據(jù)圖1-5的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將將會(huì)進(jìn)一步理解如何制造和使用根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)形狀感測(cè)系統(tǒng)以用于無(wú)數(shù)的外科處置。雖然已經(jīng)示例和描述了本發(fā)明的各種范例實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，于此描述的本發(fā)明的范例實(shí)施例是示例性的，且可以進(jìn)行各種改變和修改，并且等同物可以由其元件替代，而不脫離本發(fā)明的真實(shí)范圍。例如，雖然于此關(guān)于FBG討論了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解通常包括用于形狀感測(cè)和定位的光纖光學(xué)器件，包括，例如存在或不存在FBG或其它光學(xué)器件，根據(jù)使用背散射、光纖力感測(cè)、光纖位置傳感器或瑞利散射進(jìn)行的對(duì)光纖中的一個(gè)或多個(gè)部分的變化的探測(cè)進(jìn)行的感測(cè)或定位。另外，可以進(jìn)行許多修改，以適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)，而不脫離其中心范圍。因此，意在使不發(fā)明不限于作為設(shè)想為執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式公開的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。