使用分布式光纖溫度感測的醫(yī)學(xué)設(shè)備插入和退出信息的制作方法
【專利摘要】一種系統(tǒng)、設(shè)備以及方法包含感測使能設(shè)備，所述感測使能設(shè)備具有被配置為執(zhí)行溫度誘發(fā)的應(yīng)變的分布式感測的光纖。解釋模塊被配置為從身體內(nèi)的光纖接收光學(xué)信號(hào)，并且對(duì)所述光學(xué)信號(hào)進(jìn)行解釋以確定所述設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)溫度或溫度梯度。
【專利說明】使用分布式光纖溫度感測的醫(yī)學(xué)設(shè)備插入和退出信息
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]此公開涉及醫(yī)學(xué)儀器，并且更具體地涉及用于評(píng)估和確定對(duì)于醫(yī)學(xué)設(shè)備的插入/退出或其它信息的醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的形狀感測光纖。
【背景技術(shù)】
[0002]最小侵入處置牽涉形成小切口或洞眼(keyhole)，用于插入設(shè)備以執(zhí)行處置。在許多情況下，相對(duì)于設(shè)備和患者知道插入的點(diǎn)是重要的，例如，以確定設(shè)備的當(dāng)前駐留在與身體外相對(duì)的身體內(nèi)的部分。插入的設(shè)備典型地是細(xì)長的，并且可以延伸顯著的距離至身體中。另外，在使儀器中的多少在身體內(nèi)發(fā)生變化的處置期間，長度可以動(dòng)態(tài)地發(fā)生變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)當(dāng)前原理，一種系統(tǒng)、設(shè)備以及方法包含感測使能設(shè)備，所述感測使能設(shè)備具有被配置為執(zhí)行溫度誘發(fā)的應(yīng)變的分布式感測的光纖。解釋模塊被配置為從身體內(nèi)的光纖接收光學(xué)信號(hào)，并且對(duì)所述光學(xué)信號(hào)進(jìn)行解釋以確定所述設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)溫度或溫度梯度。
[0004]工作站包含醫(yī)學(xué)儀器，所述醫(yī)學(xué)儀器包含感測設(shè)備，所述感測設(shè)備具有至少一根光纖并且被配置為執(zhí)行溫度誘發(fā)的應(yīng)變的分布式感測。提供了處理器，并且存儲(chǔ)器耦合至所述處理器并且具有解釋模塊，所述解釋模塊儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)器中并且被配置為從受試者內(nèi)的所述至少一根光纖接收光學(xué)信號(hào)并且對(duì)所述光學(xué)信號(hào)進(jìn)行解釋以確定所述設(shè)備的至少一個(gè)溫度或溫度梯度。顯示器耦合至所述處理器并且被配置為顯示相對(duì)于所述受試者的溫度和/或溫度梯度信息。
[0005]一種方法，包含:從設(shè)置在至少兩個(gè)不同溫度區(qū)域內(nèi)的光纖應(yīng)變感測設(shè)備收集應(yīng)變數(shù)據(jù)；基于所述應(yīng)變數(shù)據(jù)來確定所述至少兩個(gè)不同溫度區(qū)域之間的溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)；以及相對(duì)于醫(yī)學(xué)設(shè)備定位所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)，以找到特定的參考位置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]根據(jù)要結(jié)合附圖閱讀的其示例性的實(shí)施例的以下詳細(xì)的描述，本發(fā)明的這些和其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。
[0007]此公開將參考以下圖詳細(xì)地介紹優(yōu)選實(shí)施例的以下描述，其中:
[0008]圖1是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的采用溫度/形狀感測系統(tǒng)的系統(tǒng)和工作站的方框
/流程圖；
[0009]圖2是示出了根據(jù)當(dāng)前原理的用于指示兩個(gè)溫度區(qū)域之間的參考方位的可能的顯示的圖形圖像；
[0010]圖3是根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施例的具有示出了多根光纖的描繪的橫截面的感測設(shè)備的圖示；以及
[0011]圖4是示出了根據(jù)另一個(gè)示例性的實(shí)施例的用于搜集和采用用于確定作為參考方位的溫度轉(zhuǎn)變的感測的應(yīng)變數(shù)據(jù)的系統(tǒng)/方法的方框/流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]根據(jù)當(dāng)前的原理，提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于確定醫(yī)學(xué)儀器的插入/退出方位并且用于確定儀器的多少在與在患者的外部相對(duì)的患者內(nèi)部。根據(jù)一個(gè)特別有用的實(shí)施例，與醫(yī)學(xué)儀器一起采用光纖應(yīng)變感測設(shè)備?；诠饫w的形狀感測利用常規(guī)的光纖中的固有的反向散射。牽涉的原理使用光纖中的分布式應(yīng)變測量，該分布式應(yīng)變測量使用了特性瑞利反向散射圖案或其它的反射特征。將光纖應(yīng)變感測設(shè)備安裝在醫(yī)學(xué)儀器上或集成到醫(yī)學(xué)儀器中，使得光纖感測設(shè)備能夠示出對(duì)于醫(yī)學(xué)儀器的形狀和空間分辨的溫度分布。在一個(gè)實(shí)施例中，采用溫度來測量身體內(nèi)光纖使能設(shè)備的進(jìn)入/退出的方位。當(dāng)以實(shí)時(shí)的方式將設(shè)備插入身體內(nèi)并對(duì)設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的操縱時(shí)，能夠采用此信息來計(jì)算身體內(nèi)的儀器的長度。
[0013]在一個(gè)范例中，可以米用四芯或更多芯的光纖,其中一個(gè)芯定位于橫截面的中心，在該布置中，人們能夠分開歸因于背離溫度效應(yīng)(例如，當(dāng)軸向應(yīng)變(張力)不存在時(shí)，或如果張力是已知的并且是可控的(或能夠被校準(zhǔn)))的應(yīng)變。在一個(gè)實(shí)施例中，可以提供組合的形狀和溫度感測。在其它實(shí)施例中，可以利用少到一根光纖僅僅測量溫度效應(yīng)。
[0014]在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，系統(tǒng)執(zhí)行應(yīng)變和溫度的分布式光纖感測，并且能夠重建細(xì)長的醫(yī)學(xué)設(shè)備的形狀，其中，空間分辨的溫度測量用于識(shí)別由身體內(nèi)和身體外的位置之間的轉(zhuǎn)變引起的溫度梯度?？梢圆捎脩?yīng)變測量來確定設(shè)備形狀并且使用溫度梯度來確定沿著設(shè)備的特定位置。系統(tǒng)能夠確定設(shè)備的駐留在不同的溫度域內(nèi)，例如，與人體外相對(duì)的人體內(nèi)、與熱處理區(qū)(例如，消融區(qū))外相對(duì)的熱處理區(qū)內(nèi)等，的部分。
[0015]此外，固定的插入點(diǎn)的檢測能夠用于指定在患者的參考坐標(biāo)系中，而不是實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中，移動(dòng)的患者特定的參考激勵(lì)(launch)區(qū)域。為了準(zhǔn)確的形狀感測，采用形狀感測設(shè)備周圍的周圍溫度來校準(zhǔn)設(shè)備，用于術(shù)中使用，例如，在身體外在室溫下操作的形狀感測組件和在活體內(nèi)在體溫下操作的第二組件。兩段中的形狀感測準(zhǔn)確度都是必需的，并且因此，段特定的溫度校準(zhǔn)是優(yōu)選的。
[0016]應(yīng)當(dāng)理解的是，將依據(jù)醫(yī)學(xué)儀器來描述當(dāng)前發(fā)明；然而，本發(fā)明的教導(dǎo)寬廣得多并且可應(yīng)用于任何光纖儀器。在一些實(shí)施例中，在跟蹤或分析復(fù)雜的生物或機(jī)械系統(tǒng)(例如，管道系統(tǒng)等)中采用當(dāng)前原理。特別是，當(dāng)前原理可應(yīng)用于生物系統(tǒng)的內(nèi)部跟蹤處置，身體的諸如肺、胃腸道、排泄器官、血管等的所有區(qū)域中的處置?？梢砸杂布蛙浖母鞣N組合來實(shí)施描繪于圖中的元件，并且該元件提供可以組合于單個(gè)元件或多個(gè)元件中的功能。
[0017]能夠通過使用專用硬件以及能夠運(yùn)行與合適的軟件有關(guān)聯(lián)的軟件的硬件來提供圖中所示的各種元件的功能。當(dāng)由處理器提供時(shí)，該功能能夠由單個(gè)專用處理器、單個(gè)共享處理器、或多個(gè)單獨(dú)的處理器來提供，該多個(gè)單獨(dú)的處理器中的一些能夠是共享的。此外，術(shù)語“處理器”或“控制器”的明確使用不應(yīng)視為排它地指能夠運(yùn)行軟件的硬件，并且能夠暗指包括，但不限制于，數(shù)字信號(hào)處理器(“DSP”)硬件、用于儲(chǔ)存軟件的只讀存儲(chǔ)器(“ROM”)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“RAM”)、非易失性儲(chǔ)存器等。
[0018]此外，于此記載本發(fā)明的原理、方面、和實(shí)施例及其特定范例的所有陳述意在涵蓋其結(jié)構(gòu)和功能等同物。附加地，其意圖該等同物包括當(dāng)前已知的等同物以及將來研發(fā)的等同物(即研發(fā)的執(zhí)行相同功能的任何元件，而不管其結(jié)構(gòu))。從而，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，于此介紹的方框圖表示具體化本發(fā)明的原理的示例性系統(tǒng)組件和/或電路的概念視圖。類似地，應(yīng)當(dāng)理解，任何流程圖表、流程圖等表示基本上可以表示于計(jì)算機(jī)可讀儲(chǔ)存介質(zhì)中并且從而由計(jì)算機(jī)或處理器運(yùn)行的各種過程，而不管是否明確示出了該計(jì)算機(jī)或處理器。
[0019]此外，本發(fā)明的實(shí)施例能夠采取從計(jì)算機(jī)可使用或計(jì)算機(jī)可讀儲(chǔ)存介質(zhì)可存取的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品提供由計(jì)算機(jī)或任何指令運(yùn)行系統(tǒng)，或結(jié)合計(jì)算機(jī)或任何指令運(yùn)行系統(tǒng)，使用的程序代碼。對(duì)于此描述來說，計(jì)算機(jī)可使用或計(jì)算機(jī)可讀儲(chǔ)存介質(zhì)能夠是可以包括、儲(chǔ)存、傳輸、傳播、或傳送由指令運(yùn)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或結(jié)合指令運(yùn)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用的程序的任何裝置。介質(zhì)能夠是電子、磁、光、電磁、紅外、或半導(dǎo)體系統(tǒng)(或裝置或設(shè)備)或傳播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范例包括半導(dǎo)體或固態(tài)存儲(chǔ)器、磁帶、可拆卸計(jì)算機(jī)軟盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、剛性磁盤和光盤。光盤的當(dāng)前范例包括高密盤-只讀存儲(chǔ)器(⑶-ROM)、高密盤-讀/寫(⑶-R/W)、藍(lán)光(Blu-Ray?)和 DVD。
[0020]現(xiàn)在參照圖樣，其中，相似的數(shù)字表示相同或類似元件，并且最初參照圖1，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，示例性地示出了一種用于使用溫度感測使能(enabled)設(shè)備來執(zhí)行醫(yī)學(xué)處置的系統(tǒng)100?？梢圆捎孟到y(tǒng)100并且系統(tǒng)100可應(yīng)用于用于采用光纖形狀感測的介入和手術(shù)處置的所有應(yīng)用。可以采用對(duì)應(yīng)變和溫度的分布式光纖感測，來重建細(xì)長的醫(yī)學(xué)設(shè)備102的形狀和/或溫度?？臻g分辨的溫度測量用于識(shí)別由身體131內(nèi)和/或外的位置之間的轉(zhuǎn)變引起的溫度梯度?？梢圆捎脩?yīng)變測量來確定設(shè)備形狀并且確定沿著具有溫度梯度的設(shè)備的特定位置。可以確定駐留在不同的溫度域內(nèi)，例如，與人體外相對(duì)的人體內(nèi)或與熱處理區(qū)外相對(duì)的熱處理區(qū)內(nèi)，的設(shè)備102的部分。
[0021]系統(tǒng)100可以包含工作站或控制臺(tái)112，從該工作站或控制臺(tái)112監(jiān)督和/或管理處置。工作站112優(yōu)選地包含一個(gè)或多個(gè)處理器114和用于儲(chǔ)存程序和應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器116。存儲(chǔ)器116可以儲(chǔ)存被配置為對(duì)來自形狀和/或溫度感測設(shè)備或系統(tǒng)104的光學(xué)反饋信號(hào)進(jìn)行解釋的光學(xué)感測和解釋模塊115。光學(xué)感測模塊115可以被配置為使用光學(xué)信號(hào)反饋(和任何其它的反饋，例如，電磁(EM)跟蹤、實(shí)時(shí)(live)多模態(tài)成像數(shù)據(jù)、或在臨床環(huán)境內(nèi)可得到的其它監(jiān)視數(shù)據(jù))，來重建變形、偏轉(zhuǎn)以及與醫(yī)學(xué)設(shè)備或儀器102和/或其圍繞的區(qū)域相關(guān)聯(lián)的其它變化。醫(yī)學(xué)設(shè)備102可以包含導(dǎo)管、導(dǎo)絲、探頭、內(nèi)窺鏡、機(jī)器人、電極、過濾器設(shè)備、充氣囊設(shè)備、或其它醫(yī)學(xué)組件等。在特別有用的實(shí)施例中，感測設(shè)備104包含可以與醫(yī)學(xué)設(shè)備102 —起采用的或獨(dú)立于醫(yī)學(xué)設(shè)備102采用的溫度感測配置。
[0022]溫度感測系統(tǒng)包含模塊115和安裝在設(shè)備102上或集成至設(shè)備102中的形狀/溫度感測設(shè)備104。感測系統(tǒng)包含提供選擇的信號(hào)并接收光學(xué)響應(yīng)的光學(xué)詢問器108?？梢宰鳛樵儐柶?08的部分或作為用于向感測設(shè)備104提供光信號(hào)的獨(dú)立的單元來提供光源106。感測設(shè)備104包含以設(shè)定的一個(gè)模式或多個(gè)模式耦合至設(shè)備102的一根或多根光纖126。通過布線(cabling) 127將光纖126連接至工作站112。布線127可以包含光纖、電連接、需要的其它儀表(instrumentation)等。
[0023]具有光纖的感測設(shè)備104可以基于光纖布拉格光柵傳感器。光纖布拉格光柵(FBG)是反射特別波長的光并且傳輸所有其它波長的光的短的光纖段。這通過在纖芯中添加折射率的周期變化來實(shí)現(xiàn)，折射率的周期變化生成了波長特定的電介質(zhì)鏡。因此能夠使用光纖布拉格光柵作為內(nèi)聯(lián)的光學(xué)濾光器以阻擋某些波長，或作為波長特定的反射器。
[0024]光纖布拉格光柵的操作背后的基本原理是在折射率發(fā)生改變的界面中的每一個(gè)界面處的菲涅耳反射。對(duì)于一些波長，各個(gè)周期的反射光是同相的，使得對(duì)于反射，存在相長干涉，并且因此對(duì)于透射，存在相消干涉。布拉格波長對(duì)應(yīng)變和溫度敏感。這意味著能夠使用布拉格光柵作為光纖傳感器中的感測元件。在FBG傳感器中，被測量(例如，溫度或應(yīng)變)引起布拉格波長偏移。
[0025]此技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是各個(gè)傳感器元件能夠分布在光纖的長度上。并入具有沿著嵌入于結(jié)構(gòu)中的光纖的長度的各個(gè)傳感器(儀表)的三個(gè)或更多芯允許精確(典型地以好于Imm的準(zhǔn)確度)確定該結(jié)構(gòu)的三維形式。沿著光纖的長度，在各個(gè)方位，能夠定位大量的FBG傳感器(例如，三個(gè)或更多光纖感測芯)。根據(jù)每一個(gè)FBG的應(yīng)變測量，能夠推斷結(jié)構(gòu)在該位置處的溫度和曲率。根據(jù)大量的測量的方位，確定了總的三維形式并且能夠確定溫度差。
[0026]作為光纖布拉格光柵的替代品，能夠利用常規(guī)光纖中的固有的反向散射。一個(gè)該途徑是在標(biāo)準(zhǔn)的單模通信光纖中使用瑞利散射。由于纖芯中折射率的隨機(jī)波動(dòng)，發(fā)生瑞利散射。能夠?qū)⑦@些隨機(jī)波動(dòng)建模為沿著光柵長度具有幅度和相位的隨機(jī)變化的布拉格光柵。通過使用在單一長度的多芯光纖內(nèi)延伸的三個(gè)或更多芯中的此效應(yīng)，能夠?qū)Ω信d趣的表面的3D形狀、溫度和動(dòng)態(tài)進(jìn)行追蹤。
[0027]可以采用成像系統(tǒng)110用于處置期間的受試者131的原位(in-situ)成像。成像系統(tǒng)110可以并入有設(shè)備102 (例如，靜脈內(nèi)超聲(IVUS)等)或可以在受試者131外部采用成像系統(tǒng)110。也可以米用成像系統(tǒng)110來收集和整理標(biāo)出受試者中感興趣的區(qū)域的手術(shù)前圖像(例如，圖像體130)，以創(chuàng)建用于配準(zhǔn)并且具有形狀/溫度感測空間的圖像體。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，工作站112包含圖像生成模塊148，該圖像生成模塊148被配置為接收設(shè)備102的至少一個(gè)溫度梯度并且將圖像與至少一個(gè)溫度梯度配準(zhǔn)或另外地顯示來自感測設(shè)備104的結(jié)果。工作站112包含用于觀察受試者(患者)131的內(nèi)部圖像的顯示器118，并且可以包含覆蓋層或示出了設(shè)備102 (和/或感測設(shè)備104)的進(jìn)入/退出點(diǎn)的其它圖像。圖2示出了示例性的顯示圖像。成像系統(tǒng)110可以包含熒光透視系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)系統(tǒng)、超聲波系統(tǒng)等。顯示器118也可以允許用戶與工作站112和其組件和功能或者系統(tǒng)100內(nèi)的任何其它元件進(jìn)行互動(dòng)。這由可以包含鍵盤、鼠標(biāo)、操作桿、觸覺設(shè)備、或者任何其它外部設(shè)備或控制裝置(control)以允許用戶從工作站112中反饋并與工作站112進(jìn)行互動(dòng)的接口 120進(jìn)一步地促進(jìn)。
[0029]在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100包含計(jì)算形狀/溫度感測使能設(shè)備102在身體131內(nèi)的進(jìn)入點(diǎn)140的方法，該方法無需采用任何其它的成像或跟蹤方案或依賴任何外部的技術(shù)或用戶的觀測/介入。系統(tǒng)100實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地計(jì)算進(jìn)入點(diǎn)140，并且知道進(jìn)入身體131的感測設(shè)備104的確切部分。對(duì)于光纖形狀感測系統(tǒng)，能夠采用固定插入點(diǎn)140的檢測來指定患者的參考坐標(biāo)系中，而不是環(huán)境的(例如，實(shí)驗(yàn)室或操作室)參考系中，移動(dòng)的患者特定的參考激勵(lì)區(qū)域。為了準(zhǔn)確的形狀/溫度感測性能，需要將光纖126周圍的周圍溫度作為校準(zhǔn)用于術(shù)中使用的設(shè)備104的因子。例如，周圍室溫支配感測設(shè)備104的在身體外的第一部分142，而活體中的第二部分144以體溫操作。兩段中的形狀感測準(zhǔn)確度都是需要的，并且因此，段特定的溫度校準(zhǔn)是優(yōu)選的。[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，光纖126的N段152中的每一個(gè)段可以包含溫度參考組件154，以為每一個(gè)相應(yīng)的段152提供校準(zhǔn)溫度?？梢栽谔幹闷陂g或者作為校準(zhǔn)步驟在處置之前或之后采用這個(gè)。結(jié)合例如熱敏電阻讀數(shù)或來自于在校準(zhǔn)步驟中將光纖暴露于已知的溫度和溫度變化的獨(dú)立的溫度參考154，通過使用已知的光纖形狀和張力，能夠?qū)⒂煞植际焦饫w傳感器104記錄的光學(xué)測量校準(zhǔn)為準(zhǔn)確的溫度值。
[0031]參考圖2，示例性地描繪了示出了可能的顯示(例如，在顯示器118上)的圖形或圖像200。患者202的繪制可以包含通用輪廓或可以包含患者或患者的部分的實(shí)際的實(shí)時(shí)的或預(yù)記錄的圖像。圖像200可以包含感測設(shè)備104的繪制206并且可以示出相對(duì)于進(jìn)入點(diǎn)208的不同的紋理(texture)或顏色(溫度變化)。例如，感測設(shè)備104的第一部分242在身體131外，并且第二部分244在身體131內(nèi)。
[0032]圖形200包含提供計(jì)算身體131內(nèi)的形狀感測使能設(shè)備102的長度的實(shí)時(shí)裝置的圖表210，該實(shí)時(shí)裝置是對(duì)于例如診斷和治療的腔內(nèi)應(yīng)用從期望的目標(biāo)病變，而不是由于設(shè)備插入的過多/不足而從錯(cuò)誤區(qū)域執(zhí)行活組織檢查需要的。這樣做，在介入處置期間可以實(shí)現(xiàn)診斷率(diagnostic yield)的提高。圖形210示出了外部溫度區(qū)域212和內(nèi)部溫度區(qū)域216和轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域214。轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域214提供了至身體131中的轉(zhuǎn)變，采用轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域214來確定進(jìn)入點(diǎn)208。另外，可以顯示示出了插入的長度222和外部長度224的運(yùn)轉(zhuǎn)的計(jì)算220。也預(yù)期并且可以采用其它圖形和可視化工具。
[0033]處于37攝氏度的人體的溫度高于手術(shù)室或介入套件中的周圍溫度(大約20攝氏度，例如利用空調(diào)等)。結(jié)果，在光纖設(shè)備進(jìn)入身體時(shí)的點(diǎn)，光纖將經(jīng)歷溫度從20至37攝氏度(假定正常的人體溫度)的梯度或漸進(jìn)(gradual)變化。在設(shè)備104的前進(jìn)期間能夠動(dòng)態(tài)地檢測此方位。然而，由圍繞光纖的材料引入的熱容量可以導(dǎo)致影響系統(tǒng)對(duì)溫度變化的響應(yīng)時(shí)間的較大的時(shí)間常數(shù)。例如可以在設(shè)計(jì)中或在計(jì)算中對(duì)這些進(jìn)行說明(account for)。
[0034]在替代的實(shí)施例中，可以將形狀/溫度感測數(shù)據(jù)與手術(shù)前和手術(shù)中成像數(shù)據(jù)匹配，只要進(jìn)入點(diǎn)208在成像空間中是可見的就行。例如，可以一起顯示身體131的圖像和感測設(shè)備104的繪制。進(jìn)入點(diǎn)208可以提供配準(zhǔn)兩個(gè)空間的共同的參考。這處理了當(dāng)光纖126自身在視場中不可見或如果存在的光纖段152缺乏足夠的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)以容許清晰的融合(例如光纖設(shè)備顯現(xiàn)為延伸通過視場的單根線)時(shí)，配準(zhǔn)中面對(duì)的問題。
[0035]參考圖3，以橫截面視圖示例性地示出了形狀/溫度感測設(shè)備104?？梢圆捎霉饫w來測量應(yīng)變，并且該光纖也對(duì)溫度敏感。在一個(gè)實(shí)施例中，三個(gè)外部纖芯302設(shè)置在第四中心芯304周圍。利用此組合，可以獲得應(yīng)變的獨(dú)立測量，導(dǎo)致形狀(芯302)和空間分辨的溫度(沿著長度K芯304)。如果沒有軸向應(yīng)變存在，則該配置最好地工作。在大多數(shù)場景中，因?yàn)樵O(shè)備不沿著其長度延展，所以設(shè)備104的軸向應(yīng)變是可以忽略的，并且因此假定中心芯304中的主要影響是歸因于溫度是合理的。也可以采用其它配置對(duì)軸向應(yīng)變(如果存在)進(jìn)行歸零或進(jìn)行說明。例如，可以提供與第一芯具有不同屬性的第二中心芯(未示出)，使得可以區(qū)別物理應(yīng)變和溫度應(yīng)變?？梢越o第二中心芯提供不同屬性或不同摻雜材料，以給出不同折射率和/或膨脹系數(shù)。也能夠?qū)⑦@些相同的特征或差異應(yīng)用至其中每一個(gè)芯本應(yīng)具有不同屬性的外部芯(不僅僅中心的一個(gè)或多個(gè)中心芯)，使得測量差異將允許多個(gè)解決方案來解決軸向應(yīng)變、溫度值等。
[0036]監(jiān)視沿著設(shè)備104的長度的溫度變化，以動(dòng)態(tài)地確定插入點(diǎn)(208)或更普遍地確定不同溫度域內(nèi)的方位。如提到的，這能夠與手術(shù)前成像相結(jié)合，以預(yù)測是否正在接近目標(biāo)。其也能夠用于在進(jìn)入點(diǎn)在成像模式中也是可見時(shí)，將手術(shù)前成像與形狀感測系統(tǒng)匹配和配準(zhǔn)。
[0037]利用四芯(302，304)的配置，能夠容易地將來自溫度的應(yīng)變與幾何應(yīng)變區(qū)別開來。由于相對(duì)于從中心芯304收集的信息，由芯302指示的幾何結(jié)構(gòu)將提供方位信息，所以可以采用芯302中的應(yīng)變來分辨(resolve)沿著光纖的溫度區(qū)域。另外，光纖傳感器104可以提供諸如反向散射等的附加的光學(xué)測量，通過從光學(xué)反向散射中變形誘發(fā)的變化中梳理出(tease apart)溫度，該附加的光學(xué)測量能夠用于更準(zhǔn)確地解決不適定估計(jì)問題。
[0038]然而應(yīng)當(dāng)理解的是，可以采用單個(gè)纖芯作為溫度傳感器。這在已知單根光纖中的其它應(yīng)變的情況下是特別有用的。在具有甚至更多芯(例如說，多達(dá)7芯)的光纖配置中，芯優(yōu)選地均勻地或?qū)ΨQ地分布在中心芯周圍。在一個(gè)實(shí)施例中，可以采用七個(gè)芯，其中，6個(gè)外部芯在六邊形中，且一個(gè)芯在中心。其它的配置也是預(yù)期的。
[0039]光纖的物理長度和折射率內(nèi)在地對(duì)溫度和應(yīng)變的環(huán)境參數(shù)敏感，并且在小得多的程度上，對(duì)壓力、濕度、電磁場、化學(xué)暴露等敏感。歸因于溫度變化ΛΤ或沿著光纖軸的應(yīng)變?chǔ)?，反向散射圖案的波長偏移Λ λ或頻率偏移Λ V為:
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 感測使能設(shè)備(102)，所述感測使能設(shè)備(102)具有至少一根光纖(126)，所述至少一根光纖(126)被配置為執(zhí)行溫度誘發(fā)的應(yīng)變的分布式感測；以及 解釋模塊(115)，所述解釋模塊(115)被配置為從身體內(nèi)的所述至少一根光纖接收光學(xué)信號(hào)，并且對(duì)所述光學(xué)信號(hào)進(jìn)行解釋以確定所述設(shè)備的至少一個(gè)溫度或溫度梯度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述感測使能設(shè)備(102)被配置為執(zhí)行所述設(shè)備的形狀感測并且感測溫度誘發(fā)的應(yīng)變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述形狀感測使能設(shè)備(102)包含細(xì)長的醫(yī)學(xué)設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述感測使能設(shè)備(102)包含具有第一溫度的第一部分和具有第二溫度的第二部分，所述解釋模塊(115)被配置為確定所述第一部分和所述第二部分之間的轉(zhuǎn)變點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述第一部分(244)在身體內(nèi)部而所述第二部分(242)在所述身體外部，并且所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)(208)包含所述身體中的進(jìn)入點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述解釋模塊(115)被配置為確定所述第一部分(244)的長度和所述第二部分(242)的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述第一部分是溫度處理區(qū)，而所述第二部分是參考溫度區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述感測使能設(shè)備(102)包含四根或更多光纖，所述四根或更多光纖被配置為以三根或更多光纖(302)圍繞中心光纖(304)，使得所述圍繞的光纖測量幾何應(yīng)變，而所述中心光纖測量所述溫度誘發(fā)的應(yīng)變。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括圖像生成模塊(148)，所述圖像生成模塊(148)被配置為接收所述設(shè)備的所述至少一個(gè)溫度或溫度梯度，并且將圖像與所述至少一個(gè)溫度或溫度梯度配準(zhǔn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述感測使能設(shè)備(102)包含用于測量溫度的三個(gè)或更多段。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括溫度參考組件(154)，所述溫度參考組件(154)被配置為獨(dú)立地為所述至少一根光纖的至少一個(gè)段校準(zhǔn)溫度。
12.—種工作站，包括: 醫(yī)學(xué)儀器(102)，所述醫(yī)學(xué)儀器(102)包含感測設(shè)備(104)，所述感測設(shè)備(104)具有至少一根光纖(126)并且被配置為執(zhí)行溫度誘發(fā)的應(yīng)變的分布式感測； 處理器(114); 存儲(chǔ)器(116)，所述存儲(chǔ)器(116)耦合至所述處理器并且具有解釋模塊(115)，所述解釋模塊(115)儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)器(116)中并且被配置為從受試者內(nèi)的所述至少一根光纖接收光學(xué)信號(hào)并且對(duì)所述光學(xué)信號(hào)進(jìn)行解釋以確定所述設(shè)備的至少一個(gè)溫度或溫度梯度；以及 顯示器(118)，所述顯示器(118)耦合至所述處理器并且被配置為顯示相對(duì)于所述受試者的溫度和/或溫度梯度信息。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工作站，其中，所述感測設(shè)備(104)被配置為執(zhí)行所述醫(yī)學(xué)儀器的形狀感測并且感測溫度誘發(fā)的應(yīng)變。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工作站，其中，所述醫(yī)學(xué)設(shè)備(102)包含細(xì)長的設(shè)備。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工作站，其中，所述感測設(shè)備(104)包含具有第一溫度的第一部分和具有第二溫度的第二部分，并且所述解釋模塊(115)被配置為確定所述第一部分和所述第二部分之間的轉(zhuǎn)變點(diǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工作站，其中，所述第一部分(244)在身體內(nèi)部，而所述第二部分(242)在所述身體外部，并且所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)(208)包含所述身體中的進(jìn)入點(diǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工作站，其中，所述解釋模塊(115)被配置為確定所述第一部分的長度和所述第二部分的長度。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工作站，其中，所述第一部分包含溫度處理區(qū)，而所述第二部分包括參考溫度區(qū)。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工作站，其中，所述感測設(shè)備(104)包含四根或更多光纖，所述四根或更多光纖被配置為以三根或更多光纖(302)圍繞中心光纖(304)，使得所述圍繞的光纖測量幾何應(yīng)變，而所述中心光纖測量所述溫度誘發(fā)的應(yīng)變。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工作站，還包括圖像生成模塊(148)，所述圖像生成模塊(148)被配置為接收所述設(shè)備的所述至少一個(gè)溫度或溫度梯度，并且將圖像與所述至少一個(gè)溫度或溫度梯度配準(zhǔn) 。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工作站，其中，所述感測設(shè)備(104)包含用于測量溫度的三個(gè)或更多段。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工作站，還包括溫度參考組件(154)，所述溫度參考組件(154)被配置為獨(dú)立地為所述至少一根光纖的至少一個(gè)段校準(zhǔn)溫度。
23.—種方法,包括: 從設(shè)置在至少兩個(gè)不同溫度區(qū)域內(nèi)的光纖應(yīng)變感測設(shè)備收集(402)應(yīng)變數(shù)據(jù)； 基于所述應(yīng)變數(shù)據(jù)來確定(406)所述至少兩個(gè)不同溫度區(qū)域之間的溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)；以及 相對(duì)于醫(yī)學(xué)設(shè)備定位(408)所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)，以找到特定的參考位置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述感測設(shè)備包含具有第一溫度的第一部分(244)和具有第二溫度的第二部分(242)，并且所述第一部分在身體內(nèi)部，而所述第二部分在所述身體外部，并且所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)(208 )包含所述身體中的進(jìn)入點(diǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，確定(406)包含確定(410)所述第一部分的長度和所述第二部分的長度。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述第一部分包含溫度處理區(qū)，并且所述第二部分包含參考溫度區(qū)。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，還包括測量(404)幾何應(yīng)變和溫度誘發(fā)的應(yīng)變。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括使用溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)作為參考來配準(zhǔn)所述身體的圖像。
【文檔編號(hào)】G01K3/14GK103765176SQ201280042668
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月2日
【發(fā)明者】B·拉馬錢德蘭, R·曼茨克, R·陳 申請人:皇家飛利浦有限公司