如何)二者。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本文中呈現(xiàn)的方框圖表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的原理的圖示性系統(tǒng)部件和/或電路的概念圖。類似地，應(yīng)當(dāng)理解，任何流程圖表、流程圖等都表示實(shí)質(zhì)上可以被表示在計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中并由計(jì)算機(jī)或處理器如此運(yùn)行的各個(gè)處理，不論是否明確示出這樣的計(jì)算機(jī)或處理器。
[0027]此外，本發(fā)明的實(shí)施例能夠采取可從計(jì)算可用存儲介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)訪問的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，所述計(jì)算可用存儲介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)提供用于由計(jì)算機(jī)或任何指令運(yùn)行系統(tǒng)使用或與之結(jié)合使用的程序代碼。出于該描述的目的，計(jì)算機(jī)可用存儲介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)能夠是可以包括、存儲、通信、傳播或傳輸用于由指令運(yùn)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與之結(jié)合使用的程序的任何裝置。所述介質(zhì)能夠是電子、磁性、光學(xué)、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)存儲器、磁帶、可移動(dòng)計(jì)算機(jī)磁盤、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、硬磁盤以及光盤。光盤的當(dāng)前范例包括壓縮盤-只讀存儲器(⑶-ROM)、壓縮盤-讀/寫(CD-R/W)、藍(lán)光?以及DVD。
[0028]現(xiàn)在參考附圖并首先參考圖1，圖示性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于使用形狀感測使能的設(shè)備的系統(tǒng)100，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件。系統(tǒng)100可以包括工作站或控制臺112，從所述工作站或控制臺112監(jiān)督和/或管理流程。
[0029]工作站112優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)處理器114以及用于存儲程序和應(yīng)用的存儲器116。存儲器116可以存儲光學(xué)感測模塊115，所述光學(xué)感測模塊115被配置為解讀來自形狀感測傳感器或系統(tǒng)104的光學(xué)反饋信號。光學(xué)感測模塊115被配置為使用/解讀光學(xué)信號反饋(和任何其他反饋，例如，電磁(EM)跟蹤)來重建與醫(yī)學(xué)設(shè)備或光學(xué)形狀感測使能的設(shè)備102和/或其周圍區(qū)域相關(guān)聯(lián)的變形、偏斜及其他變化。醫(yī)學(xué)設(shè)備102可以包括導(dǎo)管、導(dǎo)絲、探針、內(nèi)窺鏡、機(jī)器人、電極、過濾設(shè)備、氣囊設(shè)備或其他醫(yī)學(xué)部件等。
[0030]光學(xué)傳感器104被放置在針對纖維的合適內(nèi)腔的內(nèi)部，所述內(nèi)腔將阻尼振動(dòng)，提供結(jié)構(gòu)化的支撐以防止橢圓化和纖維的箍縮，并且能夠?yàn)槔w維提供更多空間。在一些情況下，通過內(nèi)腔的多用途設(shè)計(jì)能夠?qū)⒗w維與外部扭轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)地隔離。
[0031]形狀感測使能的儀器102包括柔性縱向本體103，所述柔性縱向本體103包括封裝內(nèi)部特征的外表面。所述內(nèi)部特征包括被配置為容納用于光學(xué)形狀感測的一根或多根光纖的光纖內(nèi)腔105。柔性縱向本體103包括有紋理的、編織的多絲(單層或多層)或內(nèi)腔105的其他非均勻的內(nèi)表面。具有旋轉(zhuǎn)各向同性的機(jī)械性能(即，無優(yōu)先機(jī)械彎曲方向)的結(jié)構(gòu)化圓形(編織的)或非圓形的內(nèi)腔橫截面(例如，六邊形)能夠包括盤繞的多絲管，以用于減少彎曲期間的內(nèi)腔橢圓化。通過包括捻絲、股或線的內(nèi)腔105的振動(dòng)阻尼優(yōu)選地具有低彈簧常數(shù)，以用于吸收高頻振動(dòng)，例如，在對醫(yī)學(xué)設(shè)備的操縱期間發(fā)現(xiàn)的那些。通過使用低摩擦光纖覆層或涂覆/拋光與光纖覆層接觸的表面來減少光纖傳感器與內(nèi)腔105之間的粘滑行為。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，無源帶電的覆層或無源磁性覆層可以被采用在內(nèi)腔表面和傳感器表面二者上，其中，相同的電荷分布或磁極互相排斥，并且使兩個(gè)表面之間的相互作用最小化。纖維的直接編織或盤繞可以用于減少振動(dòng)和粘滑行為，同時(shí)也減小必要的內(nèi)腔大小。
[0033]針對給定的纖維傳感器外徑和給定的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)配置，校準(zhǔn)處理能夠應(yīng)用于計(jì)算內(nèi)腔直徑與傳感器直徑的最優(yōu)比率。該校準(zhǔn)處理的結(jié)果針對每種傳感器和內(nèi)腔材料類型提供一套最優(yōu)幾何比率，這將允許在使總體設(shè)備橫截面覆蓋范圍最小化與使傳感器與內(nèi)腔之間的可用緩沖空間(用于機(jī)械隔離)最大化之間的最佳權(quán)衡。例如，在Pebax?內(nèi)腔中，可以期望內(nèi)腔內(nèi)徑與纖維外徑之間為2:1的比率以實(shí)現(xiàn)與具有3:2的比率的鎳鈦諾內(nèi)腔相同的性能。
[0034]通過使用光纖覆層與纖維在其中的內(nèi)腔材料之間的低摩擦系數(shù)來實(shí)現(xiàn)傳感器與內(nèi)腔之間的粘滑行為的減少。也可以通過使用在內(nèi)腔表面和傳感器表面二者上的無源帶電的覆層來實(shí)現(xiàn)傳感器與內(nèi)腔之間的粘滑行為的減少，其中，相同的電荷分布互相排斥，并且使兩個(gè)表面之間的相互作用最小化(類似于血管壁上帶負(fù)電的蛋白質(zhì)排斥紅血球的帶負(fù)電的表面)。在另一實(shí)施例中，可以通過使用在每個(gè)表面上的無源磁性覆層來實(shí)現(xiàn)傳感器與內(nèi)腔之間的粘滑行為的減少，這引起在兩個(gè)部件之間的磁性推斥和摩擦最小化。
[0035]對纖維的直接編織或盤繞也可以被提供為減少振動(dòng)和粘滑行為，同時(shí)也減小必要的內(nèi)腔大小。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)腔包括具有由不銹鋼(例如，304V不銹鋼)制成的單層或雙層中的絲絞合的空心螺旋，所述空心螺旋具有適合用作導(dǎo)絲的外徑并且具有容納光學(xué)形狀感測纖維126的內(nèi)徑。
[0036]關(guān)于對扭曲的去耦合，光學(xué)形狀感測位置的準(zhǔn)確度隨著沿著傳感器的長度增加的扭曲而降低。由于醫(yī)學(xué)儀器的扭轉(zhuǎn)在許多流程中都是常見的，因此在設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)從纖維傳感器的扭曲去耦合或減少設(shè)備的扭轉(zhuǎn)具有相當(dāng)大的價(jià)值。本發(fā)明原理將儀器扭轉(zhuǎn)與纖維的扭曲去耦合。
[0037]設(shè)備102上的形狀感測傳感器104包括一根或多根光纖126，所述光纖126以一種或多種設(shè)定模式被耦合到設(shè)備102。光纖126通過布線127連接到工作站112。布線127根據(jù)需要可以包括光纖、電氣連接、其他儀器連接等。
[0038]具有一根光纖的形狀感測傳感器104可以基于光纖布拉格光柵傳感器。光纖布拉格光柵(FBG)是光纖的反射具體波長的光并透射全部其他波長的光的短節(jié)段。這通過增加纖芯中的折射率的周期性變化來實(shí)現(xiàn)，其生成波長特異性的介質(zhì)鏡。纖維布拉格光柵因此能夠被用作阻擋特定波長的內(nèi)聯(lián)濾光器，或者用作波長特異性的反射器。
[0039]纖維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個(gè)處的菲涅爾反射。對于一些波長，各個(gè)周期的反射光是同相的，使得對于反射存在相長干涉，并且因此對于透射存在相消干涉。布拉格波長對應(yīng)力以及對溫度敏感。這意味著布拉格光柵能夠被用作光纖傳感器中的感測元件。在FBG傳感器中，被測變量(例如，應(yīng)力)引起布拉格波長的移位。
[0040]該技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，各個(gè)傳感器元件能夠被分布在纖維的長度上。將三個(gè)或更多個(gè)芯與沿著被嵌入結(jié)構(gòu)中的纖維的長度的各個(gè)傳感器(量規(guī))合并，允許要被精確確定的這樣的結(jié)構(gòu)的三維形式，通常具有優(yōu)于Imm的準(zhǔn)確度。沿著纖維的長度，在各個(gè)位置處，能夠定位大量的FBG傳感器(例如，3個(gè)或更多個(gè)纖維感測芯)。根據(jù)對每個(gè)FBG的應(yīng)力測量結(jié)果能夠推斷結(jié)構(gòu)在該位置處的曲度。根據(jù)大量的被測量位置來確定總的三維形式。
[0041]作為對光纖布拉格光柵的備選，能夠利用常規(guī)光纖中的固有的反向散射。一種這樣的途徑是使用標(biāo)準(zhǔn)單模通信纖維中的瑞利散射。瑞利散射作為纖芯中的折射率的隨機(jī)波動(dòng)的結(jié)果而發(fā)生。這些隨機(jī)波動(dòng)能夠被建模為具有幅度和相位沿著光柵長度的隨機(jī)變化的布拉格光柵。通過使用在多芯纖維的單個(gè)長度之內(nèi)延伸的三個(gè)或更多個(gè)芯中的該作用，能夠跟隨感興趣表面的3D形狀和動(dòng)態(tài)。
[0042]在一個(gè)實(shí)施例中，工作站112接收來自形狀感測傳感器104的反饋，并且提供關(guān)于感測傳感器104在體積131 (例如，患者)之內(nèi)的定位、位置/旋轉(zhuǎn)(形狀)的位置數(shù)據(jù)。在空間或體積131之內(nèi)的形狀感測傳感器104的圖