快速的光纤的形状重建制造技术

一种采用柔性光纤（30）和光纤控制器（40）的光学感测系统（10）。所述柔性光纤（30）包括具有近端点（31p）和远端点（31d）的变形光传感器阵列（31），并且可以接合至医学装置（20），用于生成编码光信号（32），所述编码光信号（32）指示所述光纤（30）的形状的响应于所述医学装置（20）在定义的空间内的移动的改变。所述光纤控制器（40）利用所述编码光信号（32）来重建所述光纤（30）在所述近端点（31p）与所述远端点（31d）之间的形状的一部分或全部。为此目的，所述光纤控制器（40）将所述光纤（30）相对于锚点分割成锚光纤段和有源光纤段，所述锚点在所述定义的空间内具有由所述光纤控制器（40）指定的固定采样位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】快速的光纤的形状重建本专利技术总体涉及光纤的形状重建。本专利技术具体涉及用于以不同时间速率进行形状重建的光纤的不同段的详述。通过经由皮肤中的小的切口或经由自然腔或孔(例如，鼻子或嘴)经由皮肤地插入针、导管、管、内窥镜或其它医学装置来执行微创医学处置。经常，使用实时医学成像装置(例如，二维或三维超声(“2DUS”或“3DUS”)装置、X射线荧光装置、磁共振成像(“MRT”)装置以及计算机断层摄影(“CT”)装置)来监视体内的医学装置的位置。在特定应用中，使用非成像跟踪技术来定位医学装置的位置，以减少处置时间或最小化对电离辐射的暴露。当前的跟踪系统可以基于利用电磁、声音、阻抗以及光学技术的感测，并且可以使用诸如信号强度(和/或衰减)、信号相位/频率偏移、和/或在三维空间对传感器作三角测量(triangulate)的飞行时间的原理。 基于光纤的定位技术涉及通过将几何改变编码为传输光来重建光纤的形状。具体地，通过利用归因于在光纤中引入光纤布拉格光栅或归因于光纤的制造过程中引起的光折射的自然不均匀性而发生的光折射率的变化来执行光纤的形状重建。光纤布拉格光栅是反射特定波长的光且透射所有其它波长的光的短的光纤段。这通过在光纤芯中增加折射率的周期性变化来实现，折射率的周期性变化生成波长特定的介质镜。光纤布拉格光栅对应力敏感，这对光纤布拉格光栅的布拉格波长引起与应力的幅度成比例的偏移△ λΒ。使用用于分布式感测的光纤布拉格光栅的主要优点是可以沿单个光纤的长度询问大量变形光学传感器。以类似方式，能够使用瑞利散射途径来感测光纤变形，瑞利散射途径利用沿光纤的长度发生的光折射率的自然变化。通过沿光纤的从光纤的近端开始并在光纤的远端结束的长度在每个感测位置测量三维(“3D”)变形实现了形状感测能力。于是通过沿光纤长度询问应变或通过使用用于解决反问题的大量估计方法中的任何方法，重建是可能的。此外，过程是一体化的，意指仅在在3D中重建了沿光纤的一点之前的所有变形光学传感器时，才能够计算在沿光纤的该点处的一个变形光学传感器的3D位置。在微创医学处置的背景中，外科医生可能仅对感兴趣的解剖区域附近的光纤的远侧部分感兴趣。然而，为了推导光纤的远侧部分的形状，需要重建光纤的整个近侧部分的形状，包括患者体外的光纤的部分。此途径的缺点是形状重建变得计算上非常昂贵。例如，I. O米的光纤具有大约25000个变形光学传感器，每个变形光学传感器必需将其原始数据报告回重建引擎用于处理。结果是低时间分辨率的，当前系统对于I. O米的光纤限于2. 5Hz。此水平的时间采样与许多介入处置不兼容。本专利技术提供用于将光纤相对于锚点分割成锚光纤段和有源光纤段的光纤分割技术，锚光纤段在光纤的近端点与锚点之间延伸，且有源光纤段在光纤的锚点与远端点之间延伸。光纤分割技术假定锚点固定于空间用于光纤形状采样目的，由此，在光纤的形状采样期间，可以测量和重建有源光纤段，而无需测量和重建锚光纤段。本专利技术的一个形式是采用一个或多个柔性光纤和光纤控制器的用于对身体的解剖区域进行成像的光学形状感测系统。每个光纤包括具有近端点和远端点的变形光传感器的阵列(例如，光纤布拉格光栅阵列)。在接合至医学装置(例如，导管、针、管或内窥镜)时，光纤用于生成编码光信号，所述编码光信号指示所述光纤的形状的响应于所述医学装置在定义的空间内的移动的每个改变。例如，光纤可以插入导管的腔内，由此随导管的远尖端在手术处置期间导航至感兴趣的解剖区域，在所述腔内和/或不具有所述腔的光纤的形状改变。光纤控制器处理编码光信号，来重建光纤的在近端点与远端点之间的部分或整个形状。为实施本专利技术的分割技术，光纤控制器将光纤相对于锚点分割为锚光纤段和有源光纤段，锚点在定义的空间内具有由光纤控制器指定的采样位置。锚光纤段在近端点与锚点之间延伸，并且有源光纤段在锚点与远端点之间延伸。更具体地，锚光纤段包括或不包括近端点，并且包括或不包括锚点。类似地，有源光纤段包括或不包括锚点，并且包括或不包括远端点。在低空间时间形状米样模式中，光纤控制器顺序重建光纤的锚光纤段的形状和有 源光纤段的形状。在高空间时间形状采样模式中，光纤控制器专门重建光纤的有源光纤段的形状。在锚点更新采样中，光纤控制器专门重建光纤的锚光纤段的形状。结合附图阅读本专利技术的各范例实施例的以下详细描述，本专利技术的前述形式和其它形式以及本专利技术的各特征和优点将变得更加明显。详细描述和附图仅是示例本专利技术，而不是限制本专利技术，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同物定义。图I示例根据本专利技术的医学成像系统的范例实施例；图2和3示例本领域已知的光纤的范例实施例；图4示例根据本专利技术的光纤分割的范例实施例；图5示例根据本专利技术的光纤形状重建的范例实施例；图6示例根据本专利技术的示于图I中的医学成像系统的范例实施例；图7示例根据本专利技术的参数输入选项的表格的范例实施例；图8示例根据本专利技术的GUI参数输入选项的范例实施例；图9示例根据本专利技术的光纤成像参数输入选项的范例实施例。如图I中所示，本专利技术的医学成像系统采用光学形状感测系统10和成像系统50(例如，X射线系统、MRI系统、CT系统、US系统或IVUS系统)。系统10采用可以接合至医学装置20 (例如，导管、针、管或内窥镜)的光纤30。为本专利技术的目的，光纤30于此宽泛地定义为结构上配置为用于借助于连续内部光反射经由具有近端点31p和远端点31d的变形光传感器阵列31来传输光的任何物品或装置，并且阵列31的每个变形光传感器于此宽泛地定义为结构上配置为用于反射特定波长的光，而透射所有其它波长的光，由此反射波长可以作为施加于光纤30的外部激励的函数而偏移的任何物品。光纤30和变形光传感器阵列31的范例包括，但不限于，如本领域已知的并入有沿光纤的长度集成的光纤布拉格光栅的阵列的柔性光学透明玻璃或塑料光纤，以及如本领域已知的沿光纤的长度发生光折射率的自然变化的柔性光学透明玻璃或塑料光纤。也为本专利技术的目的，属于“接合”包含光纤30附接至或邻接医学装置20的任何方式。接合至医学装置20的光纤30的范例包括，但不限于，如本领域已知的插入导管或内窥镜的腔内的光纤30。在利用接合至医学装置20的光纤30的操作中，光纤30经由变形光传感器阵列31生成编码光信号(“E0S”)32，光信号(“E0S”)32如本领域已知的指示光纤30的任何瞬时形状采样时光纤30的形状，并且更具体地，在多重形状采样的过程中，编码光信号32指示医学装置20在定义的空间内移动时发生的光纤30的形状的每个改变。编码光信号32因此有助于在视觉显示医学装置20在任何瞬时时间在定义的空间内的位置和取向中以及视觉显示医学装置20在定义的空间内的移动跟踪(tracking)中的使用光纤30。例如，编码光信号32将指示在光纤30的任何瞬时形状采样处光纤30的形状，用于视觉显示医学处置期间导管或内窥镜在患者内的位置和取向，并且更具体地，在多重形状采样的过程中，编码光信号32将指示光纤30的形状的归因于导管或内窥镜在患者内的移动的每个改变，由此利用光纤30来视觉显示导管或内窥镜在患者内的移动跟踪。为此目的，系统10还采样并入光学接口 41、形状重建器42和光纤分割器43的光纤控制器40，用于处理编码光信号32，由此周期性地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·F·古铁雷斯，R·陈，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：
国别省市：