專利名稱：快速的光纖的形狀重建的制作方法
快速的光纖的形狀重建本發(fā)明總體涉及光纖的形狀重建。本發(fā)明具體涉及用于以不同時間速率進行形狀重建的光纖的不同段的詳述。通過經(jīng)由皮膚中的小的切口或經(jīng)由自然腔或孔(例如，鼻子或嘴)經(jīng)由皮膚地插入針、導管、管、內(nèi)窺鏡或其它醫(yī)學裝置來執(zhí)行微創(chuàng)醫(yī)學處置。經(jīng)常，使用實時醫(yī)學成像裝置(例如，二維或三維超聲(“2DUS”或“3DUS”)裝置、X射線熒光裝置、磁共振成像(“MRT”)裝置以及計算機斷層攝影(“CT”)裝置)來監(jiān)視體內(nèi)的醫(yī)學裝置的位置。在特定應用中，使用非成像跟蹤技術(shù)來定位醫(yī)學裝置的位置，以減少處置時間或最小化對電離輻射的暴露。當前的跟蹤系統(tǒng)可以基于利用電磁、聲音、阻抗以及光學技術(shù)的感測，并且可以使用諸如信號強度(和/或衰減)、信號相位/頻率偏移、和/或在三維空間對傳感器作三角測量(triangulate)的飛行時間的原理。
基于光纖的定位技術(shù)涉及通過將幾何改變編碼為傳輸光來重建光纖的形狀。具體地，通過利用歸因于在光纖中引入光纖布拉格光柵或歸因于光纖的制造過程中引起的光折射的自然不均勻性而發(fā)生的光折射率的變化來執(zhí)行光纖的形狀重建。光纖布拉格光柵是反射特定波長的光且透射所有其它波長的光的短的光纖段。這通過在光纖芯中增加折射率的周期性變化來實現(xiàn)，折射率的周期性變化生成波長特定的介質(zhì)鏡。光纖布拉格光柵對應力敏感，這對光纖布拉格光柵的布拉格波長引起與應力的幅度成比例的偏移△ λΒ。使用用于分布式感測的光纖布拉格光柵的主要優(yōu)點是可以沿單個光纖的長度詢問大量變形光學傳感器。以類似方式，能夠使用瑞利散射途徑來感測光纖變形，瑞利散射途徑利用沿光纖的長度發(fā)生的光折射率的自然變化。通過沿光纖的從光纖的近端開始并在光纖的遠端結(jié)束的長度在每個感測位置測量三維(“3D”)變形實現(xiàn)了形狀感測能力。于是通過沿光纖長度詢問應變或通過使用用于解決反問題的大量估計方法中的任何方法，重建是可能的。此外，過程是一體化的，意指僅在在3D中重建了沿光纖的一點之前的所有變形光學傳感器時，才能夠計算在沿光纖的該點處的一個變形光學傳感器的3D位置。在微創(chuàng)醫(yī)學處置的背景中，外科醫(yī)生可能僅對感興趣的解剖區(qū)域附近的光纖的遠側(cè)部分感興趣。然而，為了推導光纖的遠側(cè)部分的形狀，需要重建光纖的整個近側(cè)部分的形狀，包括患者體外的光纖的部分。此途徑的缺點是形狀重建變得計算上非常昂貴。例如，I. O米的光纖具有大約25000個變形光學傳感器，每個變形光學傳感器必需將其原始數(shù)據(jù)報告回重建引擎用于處理。結(jié)果是低時間分辨率的，當前系統(tǒng)對于I. O米的光纖限于2. 5Hz。此水平的時間采樣與許多介入處置不兼容。本發(fā)明提供用于將光纖相對于錨點分割成錨光纖段和有源光纖段的光纖分割技術(shù)，錨光纖段在光纖的近端點與錨點之間延伸，且有源光纖段在光纖的錨點與遠端點之間延伸。光纖分割技術(shù)假定錨點固定于空間用于光纖形狀采樣目的，由此，在光纖的形狀采樣期間，可以測量和重建有源光纖段，而無需測量和重建錨光纖段。本發(fā)明的一個形式是采用一個或多個柔性光纖和光纖控制器的用于對身體的解剖區(qū)域進行成像的光學形狀感測系統(tǒng)。每個光纖包括具有近端點和遠端點的變形光傳感器的陣列(例如，光纖布拉格光柵陣列)。在接合至醫(yī)學裝置(例如，導管、針、管或內(nèi)窺鏡)時，光纖用于生成編碼光信號，所述編碼光信號指示所述光纖的形狀的響應于所述醫(yī)學裝置在定義的空間內(nèi)的移動的每個改變。例如，光纖可以插入導管的腔內(nèi)，由此隨導管的遠尖端在手術(shù)處置期間導航至感興趣的解剖區(qū)域，在所述腔內(nèi)和/或不具有所述腔的光纖的形狀改變。光纖控制器處理編碼光信號，來重建光纖的在近端點與遠端點之間的部分或整個形狀。為實施本發(fā)明的分割技術(shù)，光纖控制器將光纖相對于錨點分割為錨光纖段和有源光纖段，錨點在定義的空間內(nèi)具有由光纖控制器指定的采樣位置。錨光纖段在近端點與錨點之間延伸，并且有源光纖段在錨點與遠端點之間延伸。更具體地，錨光纖段包括或不包括近端點，并且包括或不包括錨點。類似地，有源光纖段包括或不包括錨點，并且包括或不包括遠端點。在低空間時間形狀米樣模式中，光纖控制器順序重建光纖的錨光纖段的形狀和有 源光纖段的形狀。在高空間時間形狀采樣模式中，光纖控制器專門重建光纖的有源光纖段的形狀。在錨點更新采樣中，光纖控制器專門重建光纖的錨光纖段的形狀。結(jié)合附圖
閱讀本發(fā)明的各范例實施例的以下詳細描述，本發(fā)明的前述形式和其它形式以及本發(fā)明的各特征和優(yōu)點將變得更加明顯。詳細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)利要求及其等同物定義。圖I示例根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)學成像系統(tǒng)的范例實施例；圖2和3示例本領(lǐng)域已知的光纖的范例實施例；圖4示例根據(jù)本發(fā)明的光纖分割的范例實施例；圖5示例根據(jù)本發(fā)明的光纖形狀重建的范例實施例；圖6示例根據(jù)本發(fā)明的示于圖I中的醫(yī)學成像系統(tǒng)的范例實施例；圖7示例根據(jù)本發(fā)明的參數(shù)輸入選項的表格的范例實施例；圖8示例根據(jù)本發(fā)明的GUI參數(shù)輸入選項的范例實施例；圖9示例根據(jù)本發(fā)明的光纖成像參數(shù)輸入選項的范例實施例。如圖I中所示，本發(fā)明的醫(yī)學成像系統(tǒng)采用光學形狀感測系統(tǒng)10和成像系統(tǒng)50(例如，X射線系統(tǒng)、MRI系統(tǒng)、CT系統(tǒng)、US系統(tǒng)或IVUS系統(tǒng))。系統(tǒng)10采用可以接合至醫(yī)學裝置20 (例如，導管、針、管或內(nèi)窺鏡)的光纖30。為本發(fā)明的目的，光纖30于此寬泛地定義為結(jié)構(gòu)上配置為用于借助于連續(xù)內(nèi)部光反射經(jīng)由具有近端點31p和遠端點31d的變形光傳感器陣列31來傳輸光的任何物品或裝置，并且陣列31的每個變形光傳感器于此寬泛地定義為結(jié)構(gòu)上配置為用于反射特定波長的光，而透射所有其它波長的光，由此反射波長可以作為施加于光纖30的外部激勵的函數(shù)而偏移的任何物品。光纖30和變形光傳感器陣列31的范例包括，但不限于，如本領(lǐng)域已知的并入有沿光纖的長度集成的光纖布拉格光柵的陣列的柔性光學透明玻璃或塑料光纖，以及如本領(lǐng)域已知的沿光纖的長度發(fā)生光折射率的自然變化的柔性光學透明玻璃或塑料光纖。也為本發(fā)明的目的，屬于“接合”包含光纖30附接至或鄰接醫(yī)學裝置20的任何方式。接合至醫(yī)學裝置20的光纖30的范例包括，但不限于，如本領(lǐng)域已知的插入導管或內(nèi)窺鏡的腔內(nèi)的光纖30。在利用接合至醫(yī)學裝置20的光纖30的操作中，光纖30經(jīng)由變形光傳感器陣列31生成編碼光信號(“E0S”)32，光信號(“E0S”)32如本領(lǐng)域已知的指示光纖30的任何瞬時形狀采樣時光纖30的形狀，并且更具體地，在多重形狀采樣的過程中，編碼光信號32指示醫(yī)學裝置20在定義的空間內(nèi)移動時發(fā)生的光纖30的形狀的每個改變。編碼光信號32因此有助于在視覺顯示醫(yī)學裝置20在任何瞬時時間在定義的空間內(nèi)的位置和取向中以及視覺顯示醫(yī)學裝置20在定義的空間內(nèi)的移動跟蹤(tracking)中的使用光纖30。例如，編碼光信號32將指示在光纖30的任何瞬時形狀采樣處光纖30的形狀，用于視覺顯示醫(yī)學處置期間導管或內(nèi)窺鏡在患者內(nèi)的位置和取向，并且更具體地，在多重形狀采樣的過程中，編碼光信號32將指示光纖30的形狀的歸因于導管或內(nèi)窺鏡在患者內(nèi)的移動的每個改變，由此利用光纖30來視覺顯示導管或內(nèi)窺鏡在患者內(nèi)的移動跟蹤。為此目的，系統(tǒng)10還采樣并入光學接口 41、形狀重建器42和光纖分割器43的光纖控制器40，用于處理編碼光信號32，由此周期性地重建光纖30的部分或整個形狀。為本 發(fā)明的目的，光學接口 41于此寬泛地定義為結(jié)構(gòu)上配置為用于通過光纖30從近端點31p至遠端點31d發(fā)送光以接收例如經(jīng)由變形光傳感器陣列31通過發(fā)送的光的連續(xù)內(nèi)反射生成的編碼光信號32的任何裝置或系統(tǒng)。光學接口 41的范例包括，但不限于，如本領(lǐng)域已知的光耦合器、寬帶參考反射器、以及頻域反射計的布置，用于通過光纖30從近端點31p至遠端點31d發(fā)送光并用于接收例如經(jīng)由變形光傳感器陣列31通過發(fā)送的光的連續(xù)內(nèi)反射生成的編碼光信號32。為本發(fā)明的目的，形狀重建器42寬泛地定義為任何物品或裝置，該任何物品或裝置結(jié)構(gòu)上配置為用于處理編碼光信號32以部分或完全重建光纖30的形狀，并用于以使得成像系統(tǒng)50能夠視覺顯示醫(yī)學裝置20的瞬時位置和取向的合適的形式來生成光纖形狀數(shù)據(jù)44，醫(yī)學裝置20的瞬時位置和取向更具體地是醫(yī)學裝置20的移動跟蹤。形狀重建器42的范例包括，但不限于，作為軟件和/或固件安裝于任何類型的計算機上用于實施已知的形狀重建技術(shù)的重建引擎。特別是，用于將編碼光信號32關(guān)聯(lián)到集成到光纖30的形狀中的應變/彎曲測量中的已知的形狀重建技術(shù)。實踐中，重建弓I擎可以集成到成像系統(tǒng)50中，或可以未集成到成像系統(tǒng)50中。為本發(fā)明的目的，光纖分割器43于此寬泛地定義為用于實施本發(fā)明的光纖分割技術(shù)的任何物品或裝置。具體地，光纖分割器43將光纖30相對于錨點分割為錨光纖段和有源光纖段，錨光纖段在近端點31p與錨點之間延伸,且有源光纖段在錨點與遠端點31d之間延伸。實踐中，錨光纖段可以包括或不包括近端點30，且有源光纖段可以包括或不包括遠端點31d。還有，在實踐中，錨點可以與變形光傳感器的陣列位置重合或不與其重合，并且因此，錨光纖段、有源光纖段可以包括錨點，或者它們二者中的任何一個都不包括錨點。光纖分割技術(shù)假定錨點在與醫(yī)學裝置20相關(guān)的定義的空間內(nèi)具有永久或臨時固定的采樣位置，由此，在光纖30的形狀采樣期間，形狀重建器42可以測量和重建有源光纖段，無需測量和重建錨光纖段。更具體地，對于光纖30的低的空間時間形狀采樣，形狀重建器42將順序地測量和重建錨光纖段和有源光纖段的形狀，并且對于光纖30的高的空間時間形狀采樣，形狀重建器42將專門測量和重建有源光纖段的形狀。實踐中，為空間時間形狀采樣目的，不管錨點可能在或可能未在與醫(yī)學裝置20相關(guān)的定義的空間內(nèi)移動的事實，光纖分割器43可以將錨點指定為在定義的空間內(nèi)具有永久或臨時固定的采樣位置，或者替代地，光纖分割器43可以基于涉及錨光纖段的專門重建的光纖30的錨點更新采樣來周期性地更新定義的空間內(nèi)錨點的位置。例如，在光纖30插入導管的腔內(nèi)時，光纖分割器43可以在導管的主體與導管的可操縱尖端之間的邊界處建立錨點。同樣，錨光纖段在導管的主體內(nèi)，且有源光纖段在導管的可操縱尖端內(nèi)。光纖分割器43將指示形狀重建器42何時執(zhí)行涉及錨光纖段和有源光纖段的形狀的順序重建的光纖30的低空間時間形狀采樣，由此監(jiān)視并跟蹤患者內(nèi)的導管的主體和可操縱尖端。光纖分割器43也將指示形狀重建器42何時執(zhí)行涉及有源光纖段的形狀的專門重建的光纖30的高空間時間形狀采樣，由此僅監(jiān)視和跟蹤導管的可操縱的尖端。并且如果可應用的話，光纖分割器43將指示形狀重建器42何時執(zhí)行涉及錨光纖段的形狀的專門重建的光纖30的錨點更新采樣，由此更新患者內(nèi)的錨點的采樣位置。在替代實施例中，光纖分割器43可以相對于錨點和跟蹤點將光纖30分割成錨光纖段、有源光纖段和未跟蹤光纖段。在此替代實施例中，錨光纖段在近端點31p與錨點之間 延伸，有源光纖段在錨點與跟蹤點之間延伸，并且未跟蹤光纖段在跟蹤點與遠端點31d之間延伸。此實施例假定未跟蹤光纖段對定義的空間內(nèi)醫(yī)學裝置20的移動跟蹤不重要，并且因此容許光纖30的低和高空間和時間形狀采樣，無需測量和重建未跟蹤光纖段。實踐中，跟蹤點可以與或可以不與變形光傳感器的陣列位置重合，并且因此，有源光纖段可以包括或可以不包括跟蹤點。操作中，光纖分割器43利用用于規(guī)定實施本發(fā)明的光纖分割技術(shù)所需的條件的各種參數(shù)。例如，光纖分割器43可以利用規(guī)定以下各項的參數(shù)(1)沿光纖30的錨點的初始采樣位置；(2)如果可應用，用于更新沿光纖30的錨點的采樣位置的時間間隔；(3)沿光纖30從錨點起的有源光纖段的初始長度；(4)用于基于成像系統(tǒng)50規(guī)定的重建速度更新有源的長度的時間間隔；和/或(5)如果可應用，沿光纖30的跟蹤點的初始采樣位置。為此目的，在醫(yī)學處置的預操作階段和/或操作期間階段期間，光纖分割器43可以自動生成參數(shù)和/或交互地接收參數(shù)輸入。光纖分割器43的范例包括，但不限于作為軟件和/或固件安裝于任何類型的計算機上用于實施本發(fā)明的光纖分割技術(shù)的模塊。實踐中，光纖分割器43可以集成到或可以不集成到形狀重建器42和/或成像系統(tǒng)50中。現(xiàn)在將于此提供圖2-5中所示的根據(jù)本發(fā)明的光纖分割技術(shù)的范例形狀重建的描述，以有助于對本發(fā)明的進一步的理解。圖2示出了插入導管21的腔內(nèi)并具有從近端點35p至遠端點35d延伸的一個或多個光纖布拉格光柵陣列35的光纖34。實踐中，對于三維彎曲感測，光纖34可以包括任何數(shù)量的陣列35，或者如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，可以使用一個以上的光纖。例如，在圖3A中所示的一種版本中，光纖34可以包括如三維彎曲感測所需以120°間隔布置的三個(3)光纖布拉格光柵陣列35。替代地,如圖3B中所75,利用三個(3)光纖34b,每個光纖34b具有單個光纖布拉格光柵陣列35并且光纖布拉格光柵陣列35如三維彎曲感測所需地以120°間隔布置。通過進一步的范例，如圖3C中所示，光纖34可以包括四個(4)光纖布拉格光柵陣列35，在軸陣列35 (4)由以120°間隔布置的陣列35 (1)-35 (3)圍繞。在此版本中，光纖34具有永久螺旋狀扭曲(現(xiàn)在示出)以增強三維彎曲感測。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的光纖分割技術(shù)的光纖34的分割。具體地，錨點36規(guī)定為導管21 (圖2)的主體21a與可操縱尖端21b之間的邊界，由此光纖34分割為錨光纖段37和有源光纖段38。錨光纖段27在近端點35p與錨點36之間延伸，且有源光纖段38在錨點36與遠端點35d之間延伸。更具體地，錨光纖段37可以包括近端點35p或可以不包括近端點35p而具有例如端點37a，并且錨光纖段37可以包括錨點36或不包括錨點36而具有例如端點37b。類似地，有源光纖段38可以包括錨點36或可以不包括錨點36而具有例如端點38a，并且有源光纖段38可以包括遠端點35d或不包括遠端點35d而具有例如端點38b。圖5示出了根據(jù)圖4中所示的光纖分割的光纖34的范例形狀重建的狀態(tài)圖。具體地，在導管21引入到患者中時，隨整個導管21導航至患者內(nèi)感興趣的解剖區(qū)域，光纖34的錨點36在患者空間內(nèi)移動。從而，跟蹤整個導管21，并且光纖34的采樣狀態(tài)是涉及錨光纖段37和有源光纖段38的形狀的順序重建的低時空形狀采樣60。在確定63錨點36可以由光纖控制器40指定為在患者空間內(nèi)的固定采樣位置中， 由此僅導管21的可操縱尖端21b將移動以實施醫(yī)學處置的特定步驟時，光纖34的采樣狀態(tài)是涉及有源光纖段38的形狀的專門重建的高時空形狀采樣61。這將使得能夠進行用于導管21的可操縱尖端21b的專門跟蹤目的的有源光纖段38的快速重建。在高時空形狀采樣61期間，可能需要更新患者空間內(nèi)的錨點36的位置。在每次確定需要更新患者空間內(nèi)的錨點36的采樣位置時，光纖34的采樣狀態(tài)是涉及錨光纖段37的形狀的專門重建的錨點更新采樣62。在更新65患者空間內(nèi)的錨點36的采樣位置時，光纖34的采樣狀態(tài)返回仍涉及有源光纖段38的形狀的專門重建的高時空形狀采樣61。在確定66醫(yī)學處置完成且導管21可以從患者去除時，光纖34的采樣狀態(tài)返回仍涉及錨光纖段37和有源光纖段38的形狀的順序重建的低時空形狀采樣60，直至該時間導管21從患者去除。根據(jù)圖2-5的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解如何根據(jù)本發(fā)明的光纖分割技術(shù)來實施任何光纖的形狀重建，用于利用適合于支承光纖30的任何類型的醫(yī)學裝置20的許多醫(yī)學處置。例如，在心房顫動消融中，光纖的部分處于心臟中并且隨醫(yī)學裝置的用戶操控以及患者心臟和呼吸運動而移動，但是光纖的其余部分處于下腔靜脈中并且相對穩(wěn)定。光纖的下腔靜脈部分提供用于在光纖的高時空形狀采樣期間定位錨點的好的候選者。也通過范例，支架(stent)充氣囊定位和部署，其中醫(yī)學裝置的遠側(cè)部分僅聚焦于支架區(qū)域周圍。在此情況下，遠離支架區(qū)域的光纖的部分提供用于在光纖的高時空形狀采樣期間定位錨點的好的候選者?，F(xiàn)在于此將提供如圖6-9中所示的根據(jù)本發(fā)明的光纖分割技術(shù)的更詳細范例形狀重建的描述，以有助于對本發(fā)明的進一步的理解。圖6示出了具有準備用于涉及支承光纖34的導管21的醫(yī)學處置的患者70和控制C臂53并在監(jiān)視器52上顯示圖像的X射線裝置51的臨床設(shè)定。光纖控制器45生成和/或接收如所示的參數(shù)46-49，用于如圖4中所示地實施光纖34的光纖分割。具體地，參數(shù)I w46規(guī)定沿光纖34的長度的錨點36的采樣位置。參數(shù)I _47規(guī)定從錨點36至遠端點35d或錨點36與遠端點35d之間的任何點的有源光纖段38的長度。參數(shù)tfS48規(guī)定用以更新錨點36的采樣位置的時間間隔，如果可應用該時間間隔的話。并且參數(shù)tWjj|48規(guī)定用以更新有源光纖段38的形狀的時間間隔。圖7示例描繪用于生成和/或接收參數(shù)46-49的四個(4)實施例的表格80。具體地，醫(yī)學處置的預操作階段期間的自動模型81涉及光纖控制器45通過基于來自類似介入的訓練數(shù)據(jù)的一個或多個先前獲取的庫和/或基于來自利用類似途徑/透視的醫(yī)生的一個或多個優(yōu)選文檔(profile)的規(guī)則來自動定義參數(shù)Iia46、參數(shù)1WII47和參數(shù)t 48。附加地，光纖控制器45基于45的最大重建速度來自動定義參數(shù)tWjj|48。在自動模式81的替代實施例中，可以以基于三個定義的參數(shù)確定的未定義的參數(shù)來定義參數(shù)45-48中的三個參數(shù)的任何其它組合。對于醫(yī)學處置的操作期間階段期間的自動模式82，光纖控制器45執(zhí)行涉及整個光纖34的形狀的數(shù)個重建的分析的錨點校準采樣。具體地，根據(jù)形狀重建，光纖控制器45從光纖34的遠尖端向后工作，以搜索光纖34的經(jīng)歷最小，如果有的話，運動的點，并將該點自動定義為用于參數(shù)I錨46的錨點?？梢曰诟郊硬僮髌陂g數(shù)據(jù)流(例如，利用X射線裝置51的熒光檢查法)的實時處理來自動定義參數(shù)47-49，并且對此模式82必需定義的附加參數(shù)包括用于選擇錨點的運動閾值和校準獲取的持續(xù)時間?！τ卺t(yī)學處置的預操作階段期間的交互模式83，可以呈現(xiàn)圖形用戶界面(“⑶I”)以容許用戶交互選擇參數(shù)46-49，以基于成像或監(jiān)視信息來定義附加定制參數(shù)，并觀看一個參數(shù)選擇對其它參數(shù)選擇的結(jié)果或形狀感測部分對任何測得數(shù)據(jù)(例如，與形狀感測光纖集成的成像)的總的影響。例如，如圖8中所示，可以呈現(xiàn)具有參數(shù)輸入95-98的彩色編碼⑶I。具體地，參數(shù)輸入1 95規(guī)定沿光纖的長度的錨點93 (例如，藍色著色點)的采樣位置，用于相對于錨點93建立錨光纖段90 (例如，黃色著色段)和有源光纖段91 (例如，綠色著色段)。更具體地，錨光纖段90包括變形光傳感器陣列(未示出)的近端點和錨點93，并且有源光纖段91不包括錨點93,而包括終止點94 (例如,藍色著色點)。參數(shù)輸入I有源'96規(guī)定經(jīng)由終止點94的有源光纖段91的長度，終止點94可以與變形光傳感器陣列(未示出)的遠端點重合，或替代地建立不包括終止點94而包括變形光傳感器陣列的遠端點的未跟蹤光纖段92 (例如，紅色著色段)。參數(shù)輸入tfS97規(guī)定用以更新錨點93的采樣位置的時間間隔。并且，參數(shù)輸入t 98規(guī)定用以更新有源光纖段91的形狀的時間間隔。實踐中，⑶I還可以容許定義用戶規(guī)定的警報(例如，聲音和/或視覺線索)，用于指示形狀重建與用戶特定的特性(例如，基于結(jié)合實時熒光數(shù)據(jù)的光感測的歸因于空間或時間采樣不足的形狀不精確報警)的偏離。對于醫(yī)學處置的操作期間階段期間的交互模式84，可以在成像監(jiān)視器52上呈現(xiàn)光纖的成像，由此用戶能夠通過將光纖34的位置與其中顯示光纖34的形狀的醫(yī)學圖像進行視覺比較來圖形地選擇參數(shù)。例如，如圖9中所示，可以沿顯示的光纖導引錨點103 (例如，藍色著色點)，以建立錨光纖段100 (例如，黃色著色段)和有源光纖段101 (例如，綠色著色段)。類似地，可以沿顯示的光纖導引終止點104，以將有源光纖段101的長度延伸至顯示的光纖的遠端點或用于建立未跟蹤的光纖段102 (例如，紅色著色段)。更具體地，錨光纖段100包括變形光傳感器陣列(未示出)的近端點和錨點103 二者。相比而言，有源光纖段101不包括錨點103，而包括終止點104，終止點104可以與變形光傳感器陣列(未示出)的遠端點重合，或替代地建立如所示的不包括終止點104而包括變形光傳感器陣列的遠端點的未跟蹤光纖段102。返回參照圖6，不管使用哪個(那些)模式81-84來定義所有必需的參數(shù)，光纖控制器45都根據(jù)圖5的狀態(tài)圖經(jīng)由光纖34執(zhí)行導管21的移動跟蹤，或根據(jù)本發(fā)明的光纖分割技術(shù)執(zhí)行另一形狀重建。根據(jù)圖6-9的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員還理解如何根據(jù)本發(fā)明的光纖分割技術(shù)來實施任何光纖的形狀重建，用于利用適合于支承光纖30的任何類型的醫(yī)學裝置20的許多醫(yī)學處置。雖然已經(jīng)示例和描述了本發(fā)明的各種范例實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，于此描述的本發(fā)明的范例實施例是示例性的，可以不脫離本發(fā)明的真實范圍進行各種改變和修改，并且等效物可以代替器元件。例如，雖然于此關(guān)于FBG討論了本發(fā)明，但是其理解為包括用于形狀感測或定位的光纖光學器件，其通常包括例如，存在或不存在FBG或其它光學器件，根據(jù)使用背散射、光纖力感測、光纖位置傳感器或瑞利散射對光纖中的一個或多 個部分的變化的探測進行感測或定位。另外，可以不脫離本發(fā)明的中心范圍，進行許多修改，以適應本發(fā)明的教導。因此，意思是本發(fā)明不限于于此作為執(zhí)行本發(fā)明的預期最佳模式公開的特定實施例，而是本發(fā)明包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種光學感測系統(tǒng)(10)，包括 柔性光纖(30)，包括具有近端點(31p)和遠端點(31d)的變形光傳感器陣列(31)， 其中，所述光纖(30)可用于接合至醫(yī)學裝置(20)，用于生成編碼光信號(32)，所述編碼光信號(32)指示所述光纖(30)的形狀的響應于所述醫(yī)學裝置(20)在定義的空間內(nèi)的移動的改變；以及 光纖控制器(40)，響應于所述編碼光信號(32)來重建所述光纖(30)在所述近端點(31p)與所述遠端點(31d)之間的形狀的至少一部分， 其中，所述光纖控制器(40)選擇性地將所述光纖(30)相對于錨點分割成錨光纖段和有源光纖段，所述錨點在所述定義的空間內(nèi)具有由所述光纖控制器(40)指定的固定采樣位置，所述錨光纖段在所述近端點(31p)與錨點之間延伸，所述有源光纖段在所述錨點與所述遠端點(31d)之間延伸， 其中，對于所述光纖(30 )的低時空形狀采樣，所述光纖控制器(40 )順序重建所述光纖(30)的所述錨光纖段的形狀和所述有源光纖段的形狀，并且 其中，對于所述光纖(30 )的高時空形狀采樣，所述光纖控制器(40 )專門重建所述光纖(30)的所述有源光纖段的所述形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的光學形狀感測系統(tǒng)(10)，其中，所述光纖控制器(40)將所述錨點的所述固定采樣位置指定為永久固定于所述定義的空間內(nèi)，用于所述光纖(30)的多個時空形狀采樣。
3.如權(quán)利要求1所述的光學形狀感測系統(tǒng)(10)，其中，所述光纖控制器(40)將所述錨點的所述固定采樣位置指定為臨時固定于所述定義的空間內(nèi)，用于所述光纖(30)的多個時空形狀采樣。
4.如權(quán)利要求3所述的光學形狀感測系統(tǒng)(10)，其中，對于所述光纖(30)的時空形狀采樣之間的錨點更新采樣，所述光纖控制器(40)專門重建所述光纖(30)的所述錨光纖段的所述形狀并且更新所述定義的空間內(nèi)所述錨點的所述固定采樣位置。
5.如權(quán)利要求1所述的光學形狀感測方法，其中，基于與所述醫(yī)學裝置(20)相關(guān)的至少一個預操作規(guī)則，所述光纖控制器(40)推導以下至少之一所述錨點的所述固定采樣位置、所述有源光纖段的長度、用于更新所述錨點的所述固定采樣位置的時間間隔、以及用于更新所述有源光纖段的所述長度的時間間隔。
6.如權(quán)利要求1所述的光學形狀感測方法，其中，所述光纖控制器(40)包括圖形用戶界面，用于推導以下至少之一所述錨點的所述固定采樣位置、所述有源光纖段的長度、用于更新所述錨點的所述固定采樣位置的時間間隔、以及用于更新所述有源光纖段的所述長度的時間間隔。
7.如權(quán)利要求1所述的光學形狀感測方法，其中，所述光纖控制器(40)將所述錨點的所述固定采樣位置指定為在所述光纖控制器(40)對所述光纖(30)的所述形狀進行的多個重建中經(jīng)歷最小運動的點。
8.如權(quán)利要求1所述的光學形狀感測方法，其中，所述光纖控制器(40)包括所述光纖(30)的圖像疊合，用于推導以下至少之一所述錨點的所述固定采樣位置、以及所述有源光纖段的長度。
9.一種醫(yī)學成像系統(tǒng)，包括醫(yī)學裝置(20)； 柔性光纖(30)，包括具有近端點(31p)和遠端點(31d)的變形光傳感器陣列(31)， 其中，所述光纖(30)接合至所述醫(yī)學裝置(20)，用于生成編碼光信號(32)，所述編碼光信號(32)指示所述光纖(30)的形狀的響應于所述醫(yī)學裝置(20)在定義的空間內(nèi)的移動的改變；以及 光纖控制器(40)，響應于所述編碼光信號(32)來重建所述光纖(30)在所述近端點(31p)與所述遠端點(31d)之間的形狀的至少一部分， 其中，所述光纖控制器(40)選擇性地將所述光纖(30)相對于錨點分割成錨光纖段和有源光纖段，所述錨點在所述定義的空間內(nèi)具有由所述光纖控制器(40)指定的固定采樣位置，所述錨光纖段在所述近端點(31p)與錨點之間延伸，所述有源光纖段在所述錨點與所述遠端點(31d)之間延伸， 其中，對于所述光纖(30 )的低時空形狀采樣，所述光纖控制器(40 )順序重建所述光纖(30)的所述錨光纖段的形狀和所述有源光纖段的形狀，并且 其中，對于所述光纖(30 )的高時空形狀采樣，所述光纖控制器(40 )專門重建所述光纖(30)的所述有源光纖段的所述形狀；以及 成像系統(tǒng)，用于顯示從所述光纖(30)的在所述近端點(31p)與所述遠端點(31d)之間的所述形狀的所述至少一部分的多個重建而推導的所述醫(yī)學裝置(20)的移動跟蹤。
10.如權(quán)利要求9所述的醫(yī)學成像系統(tǒng)，其中，所述光纖控制器(40)將所述錨點的所述固定采樣位置指定為永久固定于所述定義的空間內(nèi)，用于所述光纖(30)的多個時空形狀采樣。
11.如權(quán)利要求9所述的醫(yī)學成像系統(tǒng)，其中，所述光纖控制器(40)將所述錨點的所述固定采樣位置指定為臨時固定于所述定義的空間內(nèi)，用于所述光纖(30)的多個時空形狀采樣。
12.如權(quán)利要求11所述的醫(yī)學成像系統(tǒng)，其中，對于所述光纖(30)的時空形狀采樣之間的錨點更新采樣，所述光纖控制器(40)專門重建所述光纖(30)的所述錨光纖段的所述形狀并且更新所述定義的空間內(nèi)所述錨點的所述固定采樣位置。
13.如權(quán)利要求9所述的醫(yī)學成像系統(tǒng)，其中，基于與所述醫(yī)學裝置(20)相關(guān)的至少一個預操作規(guī)則，所述光纖控制器(40)推導以下至少之一所述錨點的所述固定采樣位置、所述有源光纖段的長度、用于更新所述錨點的所述固定采樣位置的時間間隔、以及用于更新所述有源光纖段的所述長度的時間間隔。
14.如權(quán)利要求9所述的醫(yī)學成像系統(tǒng)，其中，所述光纖控制器(40)包括圖形用戶界面，用于推導以下至少之一所述錨點的所述固定采樣位置、所述有源光纖段的長度、用于更新所述錨點的所述固定采樣位置的時間間隔、以及用于更新所述有源光纖段的所述長度的時間間隔。
15.如權(quán)利要求9所述的醫(yī)學成像系統(tǒng)，其中，所述光纖控制器(40)將所述錨點的所述固定采樣位置指定為在所述光纖控制器(40)對所述光纖(30)的所述形狀進行的多個重建中經(jīng)歷最小運動的點。
16.如權(quán)利要求9所述的醫(yī)學成像系統(tǒng)，其中，所述光纖控制器(40)包括所述光纖(30)的圖像疊合，用于推導以下至少之一所述錨點的所述固定采樣位置、以及所述有源光纖段的長度。
17.一種利用與醫(yī)學裝置(20)接合的光纖(30)來生成編碼光信號(32)的方法，所述編碼光信號(32)指示所述光纖(30)的形狀的響應于所述醫(yī)學裝置(20)在定義的空間內(nèi)的移動的每個改變，所述光纖(30)包括具有近端點(31p)和遠端點(31d)的變形光傳感器陣列(31)，所述方法包括 將所述光纖(30)相對于錨點分割成錨光纖段和有源光纖段，所述錨點在所述定義的空間內(nèi)具有固定采樣位置，所述錨光纖段在所述近端點(31p)與錨點之間延伸，所述有源光纖段在所述錨點與所述遠端點(31d)之間延伸； 對于所述光纖(30)的低時空形狀采樣，順序重建所述光纖(30)的所述錨光纖段的形狀和所述有源光纖段的形狀；以及 對于所述光纖(30)的高時空形狀采樣，專門重建所述光纖(30)的所述有源光纖段的所述形狀。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，將所述錨點的所述固定采樣位置指定為永久固定于所述定義的空間內(nèi)，用于所述光纖(30)的多個時空形狀采樣。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，將所述錨點的所述固定采樣位置指定為臨時固定于所述定義的空間內(nèi)，用于所述光纖(30)的多個時空形狀采樣。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括 對于所述光纖(30)的時空形狀采樣之間的錨點更新采樣，專門重建所述光纖(30)的所述錨光纖段的所述形狀并且更新所述定義的空間內(nèi)所述錨點的所述固定采樣位置。
全文摘要
一種采用柔性光纖(30)和光纖控制器(40)的光學感測系統(tǒng)(10)。所述柔性光纖(30)包括具有近端點(31p)和遠端點(31d)的變形光傳感器陣列(31)，并且可以接合至醫(yī)學裝置(20)，用于生成編碼光信號(32)，所述編碼光信號(32)指示所述光纖(30)的形狀的響應于所述醫(yī)學裝置(20)在定義的空間內(nèi)的移動的改變。所述光纖控制器(40)利用所述編碼光信號(32)來重建所述光纖(30)在所述近端點(31p)與所述遠端點(31d)之間的形狀的一部分或全部。為此目的，所述光纖控制器(40)將所述光纖(30)相對于錨點分割成錨光纖段和有源光纖段，所述錨點在所述定義的空間內(nèi)具有由所述光纖控制器(40)指定的固定采樣位置。
文檔編號A61B5/06GK102892347SQ201180023547
公開日2013年1月23日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者L·F·古鐵雷斯, R·陳 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司