CN115886783A - 形状感测参考系 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种用于检测医疗装置在患者体内的放置的***和方法，其中***包括医疗装置，该医疗装置包括具有芯纤维的光纤。一个或多个芯纤维中的每个包括多个传感器，这些传感器可以被配置为反射由于光纤经受的应变而具有改变的特性的光信号。***还包括逻辑，该逻辑可以被配置为根据光纤的应变而确定医疗装置的3D形状。逻辑还可以被配置为(i)限定3D形状的参考系和(ii)根据该参考系在***的显示器上呈现3D形状的图像。

Description

形状感测参考系

优先权

本申请要求2021年9月30日提交的美国临时申请号63/250,727的优先权，该申请通过引用以其整体并入本申请。

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，更具体地涉及形状感测参考系。

背景技术

过去，医疗装置(比如导丝和导管)的某些脉管内引导例如已经将荧光检查方法用于跟踪医疗装置的尖端和确定远侧尖端是否被适当地定位在其目标解剖结构中。然而，这样的荧光检查方法使患者和他们的主治医生暴露于有害的X射线辐射。此外，在一些情况下，患者被暴露于荧光检查方法所需的潜在有害的造影剂。

本文公开了一种光纤形状感测***和由此执行的方法，其中，该***被配置为使用光纤技术显示医疗装置的三维形状的图像。此外，该***被配置为限定三维形状的参考系，以使得临床医生能够根据三维形状的限定的定向观察三维形状的图像。

发明内容

简而言之，本文公开了一种用于检测医疗装置在患者体内的放置的医疗装置***。该***包括医疗装置，该医疗装置包括具有一个或多个芯纤维的光纤，一个或多个芯纤维中的每个包括沿着相应芯纤维的纵向长度分布的多个传感器，并且多个传感器中的每个传感器被配置为(i)基于接收到的入射光反射不同光谱宽度的光信号，以及(ii)基于光纤经受的应变改变反射光信号的特性。该***还包括控制台，该控制台包括一个或多个处理器和其上存储有逻辑的非暂时性计算机可读介质，当由一个或多个处理器执行时，该逻辑引起***的操作。这些操作包括(i)向光纤提供入射光信号，(ii)接收通过多个传感器中的一个或多个反射的入射光的不同光谱宽度的反射光信号，(iii)处理与一个或多个芯纤维相关联的反射光信号，以确定光纤的三维(3D)形状，(iv)限定用于显示3D形状的图像的参考系，(v)在参考系内定向3D形状，以及(vi)根据参考系在***的显示器上呈现3D形状的图像。

在一些实施方案中，定向3D形状包括根据3D形状的一部分限定参考平面，将3D形状固定至参考平面，以及相对于参考系定向参考平面。3D形状的该部分可以包括沿着3D形状布置的三个或更多个点，并且这三个或更多个点可以与参考平面等距。

该***还可以包括具有沿着引导件的直线部分延伸的内腔的引导件，其中，在使用中，光纤被***内腔中，并且操作还包括根据直线部分校准光纤。在一些实施方案中，引导件***患者体内。

操作还可以包括相对于参考系定向参考平面，使得根据参考系的3D形状的正视图图像与患者的正视图对准，并且操作还包括相对于参考系固定参考平面。

在一些实施方案中，操作还包括将3D形状的弯曲部分与存储在存储器中的弯曲形状进行比较，并且作为比较的结果，当3D形状的弯曲部分与存储在存储器中的弯曲形状一致时，从弯曲部分标识三个或更多个点，以限定参考平面。在使用中，3D形状的弯曲部分可以沿着患者的贵要静脉、锁骨下静脉、无名静脉或上腔静脉布置。

该***可以包括存储在存储器中的与医疗装置的多个不同***部位相关的多个弯曲形状，并且该操作还可以包括(i)从临床医生接收限定医疗装置的***部位的输入，(ii)从多个弯曲形状选择弯曲形状，选择的弯曲形状与限定的***部位相关，以及(iii)将3D形状的弯曲部分与选择的弯曲形状进行比较。临床医生的输入还可以将***部位限定为位于患者的右侧或左侧。

该***还可以包括与医疗装置联接的参考引导件，其中，3D形状的弯曲部分沿着参考引导件的路径布置，并且参考引导件相对于患者的定向限定了3D形状相对于患者的定向。在使用中，参考引导件可以相对于患者在第一引导定向与第二引导定向之间移位，以相对于患者在第一3D形状定向与第二3D形状定向之间移动3D形状。

该***可以与患者成像***联接，并且操作可以还包括从成像***接收图像数据，并且在显示器上呈现患者的图像以及3D形状的图像。

该医疗装置可以是导引器线、导丝、管心针、针内的管心针、具有嵌入针的套管的光纤的针或具有嵌在导管的一个或多个壁中的光纤的导管中的一种。

本文还公开了一种用于检测医疗装置在患者体内的放置的方法。该方法包括向包括在医疗装置内的光纤提供入射光信号，其中，该光纤包括一个或多个芯纤维，该一个或多个芯纤维中的每个包括沿着相应芯纤维的纵向长度分布的多个反射光栅，并且该多个反射光栅中的每个被配置为(i)基于接收到的入射光反射不同光谱宽度的光信号，以及(ii)基于光纤经受的应变改变反射光信号的特性。该方法还包括(i)接收通过多个传感器中的一个或多个反射的入射光的不同光谱宽度的反射光信号，(ii)处理与一个或多个芯纤维相关联的反射光信号，以确定光纤的三维(3D)形状，(iii)限定用于显示3D形状的图像的参考系，(iv)在参考系内定向3D形状，以及(v)根据参考系在***的显示器上呈现3D形状的图像。

在该方法的一些实施方案中，定向3D形状包括根据3D形状的一部分限定参考平面，将3D形状固定至参考平面，以及相对于参考系定向参考平面。3D形状的该一部分可以包括沿着3D形状布置的三个或更多个点，并且这三个或更多个点可以与参考平面等距。

在该方法的一些实施方案中，该***包括具有沿着引导件的直线部分延伸的内腔的引导件，并且在使用中，光纤被***内腔中。该方法还包括根据直线部分校准光纤。引导件可以***患者体内。

该方法还可以包括(i)相对于参考系定向参考平面，使得根据参考系的3D形状的正视图图像与患者的正视图对准，以及(ii)相对于参考系固定参考平面。

在一些实施方案中，该方法还包括将3D形状的弯曲部分与存储在***的存储器中的弯曲形状进行比较，并且作为比较的结果，当3D形状的弯曲部分与存储在存储器中的弯曲形状一致时，从弯曲部分标识三个或更多个点，以限定参考平面。

在该方法的一些实施方案中，3D形状的弯曲部分沿着患者的贵要静脉、锁骨下静脉、无名静脉或上腔静脉布置。在该方法的一些实施方案中，该***包括存储在存储器中的与多个不同***部位相关的多个弯曲形状，该方法还包括(i)接收来自临床医生的限定医疗装置***部位的输入，(ii)从多个弯曲形状选择弯曲形状，选择的弯曲形状与限定的***部位相关，以及(iii)将3D形状的弯曲部分与选择的弯曲形状进行比较。临床医生的输入还可以将***部位限定为位于患者的右侧或左侧。

在该方法的一些实施方案中，(i)该***包括与医疗装置联接的参考引导件，(ii)3D形状的弯曲部分沿着参考引导件的路径布置，(iii)参考引导件相对于患者的定向限定了3D形状相对于患者的定向。

该方法还可以包括相对于患者在第一引导定向与第二引导定向之间移位参考引导件，以相对于患者在第一3D形状定向与第二3D形状定向之间移动3D形状。

在该方法的一些实施方案中，该***与患者成像***联接，并且该方法还包括从成像***接收图像数据，并且在显示器上呈现患者的图像以及3D形状的图像。

考虑到更详细地公开这些概念的特定实施方案的附图和以下描述，本文提供的概念的这些和其他特征对于本领域技术人员将变得更明显。

附图说明

在附图中通过举例而非限制的方式示出了公开文本的实施方案，其中相同的附图标记表示相似的元件，并且其中：

图1A是根据一些实施方案的医疗器械监测***的说明性实施方案，该医疗器械监测***包括具有光学形状感测和基于光纤的血氧测量能力的医疗器械；

图1B是根据一些实施方案的医疗器械监测***100的可选的说明性实施方案；

图2是根据一些实施方案的包括在图1A的管心针120内的多芯光纤的一部分的结构的示例性实施方案；

图3A是根据一些实施方案的图1A的管心针的第一示例性实施方案，其支持光和电信令(signaling)二者；

图3B是根据一些实施方案的图3A的管心针的截面视图；

图4A是根据一些实施方案的图1B的管心针的第二示例性实施方案；

图4B是根据一些实施方案的图4A的管心针的截面视图；

图5A是根据一些实施方案的导管的第一说明性实施方案的正视图，该导管包括集成管材(integratedtubing)、沿着直径(diametrically)布置的隔膜和在管材与隔膜内的微内腔；

图5B是根据一些实施方案的图5A的导管的第一说明性实施方案的透视图，该导管包括安装在微内腔内的芯纤维；

图6A至6B是根据一些实施方案的由图1A至1B的医疗器械监测***实施的实现光学3D形状感测的操作方法的流程图；

图7A是根据一些实施方案的图1A至图1B的医疗器械监测***在导管操作和***患者期间的示例性实施方案；

图7B示出了根据一些实施方案的根据参考系的图7A的3D形状；

图8是根据一些实施方案的图7A和图7B的3D形状的图像的示例性截屏；

图9是根据一些实施方案的由图1A至图1B的医疗器械监测***进行的操作方法的流程图，以根据参考系显示3D形状的图像；以及

图10示出了根据一些实施方案的用于限定图7A和图7B的参考系的参考引导件的实施方案。

具体实施方式

在更详细地公开一些特定实施方案之前，应当理解，本文公开的特定实施方案不限制本文提供的概念的范围。还应该理解，本文公开的特定实施方案可以具有能够容易地从特定实施方案中分离出来的特征，并且可选地与本文公开的许多其他实施方案中的任何一个的特征相结合或替代。

关于本文使用的术语，还应当理解，这些术语是为了描述一些特定实施方案的目的，并且这些术语不限制本文提供的概念的范围。序数(例如，第一、第二、第三等)通常用于区分或标识一组特征或步骤中的不同特征或步骤，并且不提供系列或数字限制。例如，“第一”、“第二”、“第三”特征或步骤不必按顺序出现，并且包括这些特征或步骤的特定实施方案不必限于这三个特征或步骤。为方便起见，使用标签比如“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”等，并且并不旨在暗示例如任何特定的固定位置、取向或方向。相反，这样的标记用于反映例如相对位置、取向或方向。除非上下文另有明确规定，否则单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代。

关于例如本文公开的探头的“近侧”、“近侧部分”或“近端部分”，包括当探头被用于患者时预期靠近临床医生的探头部分。同样地，例如探头的“近侧长度”包括当探头被用于患者时预期靠近临床医生的探头的长度。例如，当探头被用于患者时，探头的“近端”包括探头的靠近临床医生的一端。探头的近侧部分、近端部分或近侧长度可以包括探头的近端；然而，探头的近侧部分、近端部分或近侧长度不必包括探头的近端。即，除非上下文另有说明，探头的近侧部分、近端部分或近侧长度不是探头的末端部分或末端长度。

例如，本文公开的探头的“远侧”、“远侧部分”或“远端部分”包括当探头被用于患者时预期靠近患者或在患者中的探头部分。同样地，例如，探头的“远侧长度”包括当探头被用于患者时预期靠近患者或在患者中的探头的长度。例如，当探头被用于患者时，探头的“远端”包括探头的靠近患者或在患者中的一端。探头的远侧部分、远端部分或远侧长度可以包括探头的远端；然而，探头的远侧部分、远端部分或远侧长度不必包括探头的远端。即，除非上下文另有说明，探头的远侧部分、远侧部分或远端长度不是探头的末端部分或末端长度。

术语“逻辑”可以表示被配置为执行一个或多个功能的硬件、固件或软件。作为硬件，术语逻辑可以指或包括具有数据处理和/或存储功能的电路。这种电路的实例可以包括但不限于硬件处理器(例如，微处理器、一个或多个处理器核、数字信号处理器、可编程门阵列、微控制器、专用集成电路“ASIC”等)、半导体存储器或组合元件。

另外或在替代方案中，术语逻辑可以指代或包括软件，例如一个或多个进程、一个或多个实例、应用程序编程接口(API)、子例程、函数、小应用程序、小服务程序、例行程序、源代码、目标代码、共享库/动态链接库(dll)或甚至一个或多个指令。软件可以被存储在任何类型的合适的非瞬态存储介质中或瞬态存储介质(例如，电、光、声或其它形式的传播信号，例如载波、红外信号或数字信号)中。非瞬态存储介质的实例可以包括但不限于或局限于可编程电路；非持久性存储器，例如易失性存储器(例如，任何类型的随机存取存储器“RAM”)；或永久存储器，例如非易失性存储器(例如，只读存储器“ROM”、电源供电RAM、闪存、相变存储器等)、固态驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器或便携式存储器设备。作为固件，逻辑可以被存储在永久存储中。

本文公开的任何方法包括用于执行所述方法的一个或多个步骤或动作。方法步骤和/或动作可以彼此互换。换言之，除非实施方案的正确操作需要步骤或动作的特定顺序，否则可以修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。此外，在本公开的范围内，本文描述的子程序或方法的仅仅一部分可以是单独的方法。换言之，一些方法可能只包括在更详细的方法中描述的一部分步骤。

短语“连接至”和“联接至”是指两个或多个实体之间的任何形式的交互，包括机械、电、磁、电磁、流体和热交互。两个组件可以彼此连接或联接，即使彼此不直接接触。例如，两个组件可以通过中间组件彼此联接。

参考图1A，根据一些实施方案示出了包括具有光学形状感测和基于光纤的血氧测定能力的医疗器械的医疗器械监测***的说明性实施方案。如图所示，***100大体上包括控制台110和通信地联接至控制台110的管心针组件119。对于该实施方案，管心针组件119包括在其远端122的细长探针(例如，管心针)120和在其近端124的控制台连接器133。控制台连接器133使得管心针组件119能够经由互连件145可操作地连接至控制台110，该互连件包括一个或多个光纤147(以下称为“光纤”)和由单个光/电连接器146端接(或由双连接器端接)的导电介质。这里，连接器146被配置为与控制台连接器133接合(配对)，以允许光在控制台110和管心针组件119之间传播以及电信号从管心针120传播到控制台110。

控制台110的示例性实施方式包括处理器160、存储器165、显示器170和光学逻辑180，尽管可以理解控制台110可以采取各种形式中的一个，并且可以包括不涉及公开文本的方面的附加部件(例如，电源、端口、接口等)。控制台110的说明性实施方案在美国专利10,992,078中示出，其全部内容通过引用并入本文。包括可访问存储器165(例如，非易失性存储器或非暂时性计算机可读介质)的处理器160，以在操作期间控制控制台110的功能。如图所示，显示器170可以是集成到控制台110中并用作用户界面以向临床医生显示信息的液晶二极管(LCD)显示器，特别是在导管放置程序(例如，心脏导管***术)期间。在另一实施方案中，显示器170可以与控制台110分离。尽管未示出，但用户界面被配置为提供控制台110的用户控制。

对于这两个实施方案，显示器170描绘的内容可以根据管心针120被配置为操作的模式(光学、TLS、ECG或另一种模态)而改变。在TLS模式中，显示器170呈现的内容可以构成管心针120的物理状态(例如，长度、形状、形式和/或取向)的二维(2D)或三维(3D)表示，这是由返回控制台110的反射光信号150的特性计算的。反射光信号150构成反射回控制台110的宽带入射光155的特定光谱宽度的光。根据公开文本的一个实施方案，反射光信号150可以涉及从光学逻辑180输送并且源自光学逻辑180的宽带入射光155的各种离散部分(例如，特定光谱宽度)，如下面描述的。

根据公开文本的一个实施方案，包括在管心针组件119上的激活控制件126可以被用于将管心针120布置为期望的操作模式，并且由临床医生选择性地改变显示器170的可操作性以帮助医疗装置放置。例如，基于管心针120的模态，控制台110的显示器170可以被用于在导管推进通过脉管***期间或TLS模态期间进行基于光学模态的引导，以确定管心针120的物理状态(例如，长度、形式、形状、取向等)。在一个实施方案中，来自多个模式的信息，比如光学、TLS或ECG，例如可以同时显示(例如，在时间上至少部分重叠地显示)。

仍然参考图1A，光学逻辑180被配置为支持管心针组件119的可操作性并且使得能够将信息返回控制台110，这可以被用于确定与管心针120相关联的物理状态以及监测的电信号，比如经由电信令逻辑181的ECG信令，电信令逻辑181支持接收和处理来自管心针120的接收的电信号(例如，端口、模数转换逻辑等)。管心针120的物理状态可以基于在控制台110处从管心针120接收的反射光信号150的特性变化。特性可以包括由集成在位于管心针120内或作为管心针120操作的光纤芯135内的芯纤维的某些区域上的应变引起的波长偏移，如下所示。如本文所讨论的，光纤芯135可以包括芯纤维137₁至137_M(对于单个芯，M＝1，对于多个芯，M≥2)，其中芯纤维137₁至137_M可以被统称为芯纤维(一个或多个)137。除非另有说明或本实施方案需要可替换的解释，本文讨论的实施方案将指的是多芯光纤135。根据与反射光信号150相关联的信息，控制台110可以确定(通过波长偏移的计算或外推)管心针120的物理状态以及配置为接收管心针120的导管121的物理状态。

根据公开文本的一个实施方案，如图1A所示，光学逻辑180可以包括光源182和光学接收器184。光源182被配置为输送入射光155(例如，宽带)，用于在包括在互连件145中的光纤(一个或多个)147上方进行传播，光纤147被光学连接至管心针120内的多芯光纤芯135。在一个实施方案中，光源182是可调谐扫频激光器，但是还可以采用除了激光器之外其他合适的光源，包括半相干光源、LED光源等。

光学接收器184被配置为：(i)接收返回的光信号，即从基于光纤的反射光栅(传感器)接收的反射光信号150，该反射光栅在部署在管心针120内的多芯光纤135的每个芯纤维内制造；和(ii)将反射光信号150转换为反射数据(来自储存库192)，即表示反射光信号的电信号形式的数据，该反射光信号包括由应变引起的波长偏移。与不同光谱宽度相关联的反射光信号150可以包括从位于多芯光纤135的中心芯纤维(参考)中的传感器提供的反射光信号151和从位于多芯光纤135的***芯纤维中的传感器提供的反射光信号152，如下所述。在此，光学接收器184可以被实现为光电检测器，比如正-本征-负“PIN”光电二极管、雪崩光电二极管等。

如图所示，光源182和光学接收器184二者被可操作地连接至管理它们操作的处理器160。此外，光学接收器184被可操作地联接以将反射数据(来自储存库192)提供至存储器165，用于存储和由反射数据分类逻辑190处理。反射数据分类逻辑190可以被配置为：(i)标识哪些芯纤维与接收的反射数据(来自储存库192)中的哪些相关；和(ii)将用储存库192储存的反射数据(由与管心针120的类似区域或光谱宽度相关的反射光信号150提供)划分为分析组。每个分析组的反射数据对于形状传感逻辑194是可用的，以便进行分析。

根据公开文本的一个实施方案，形状传感逻辑194被配置为将由部署在管心针120的相同测量区域(或相同光谱宽度)处的每个***芯纤维中的传感器测量的波长偏移与沿着中心轴定位并且作为弯曲中性轴操作的多芯光纤135的中心芯纤维处的波长偏移进行比较。根据这些分析，形状传感逻辑194可以确定芯纤维在3D空间中采取的形状，并且可以进一步确定导管121在3D空间中的当前物理状态，以便在显示器170上呈现。

根据公开文本的一个实施方案，形状传感逻辑194可以基于试探法或运行时间分析而生成管心针120(和潜在地导管121)的当前物理状态的呈现。例如，形状传感逻辑194可以根据机器学习技术被配置，以访问数据存储器(库)，数据存储器(库)具有与管心针120(或导管121)的不同区域有关的预先存储的数据(例如，图像等)，在该管心针120(或导管121)的不同区域中，来自芯纤维的反射光先前已经经受了相似或相同的波长偏移。根据预先存储的数据，可以呈现管心针120(或导管121)的当前物理状态。可替代地作为另一个实施方案，形状传感逻辑194可以被配置为在运行时间期间至少基于如下而确定多芯光纤135的每个区域的物理状态的变化：(i)由光纤135内的不同芯纤维经受的合成(resultant)波长偏移；和(ii)由在多芯光纤135的相同截面区域处沿着不同***芯纤维定位的传感器生成的这些波长偏移与在相同截面区域处由中心芯纤维的传感器生成的波长偏移之间的关系。可以预期，可以执行其他过程和程序以利用由沿着多芯光纤135内的每个芯纤维的传感器测量的波长偏移而呈现管心针120(和/或导管121)的物理状态的适当变化，特别是当管心针120被定位在导管121的远侧尖端处时，使得能够实现管心针120在患者的脉管***内和在体内的期望目的地处的引导。

控制台110可以还包括电信令逻辑181，其被定位以从管心针120接收一个或多个电信号。管心针120被配置为支持光连接性和电连接性二者。电信令逻辑181经由传导介质从管心针120接收电信号(例如，ECG信号)。电信号可以由电信号逻辑196处理，由处理器160执行，以确定用于显示的ECG波形。

参见图1B，示出了医疗器械监测***100的可选示例性实施方案。在此，医疗器械监测***100以控制台110和通信地联接至控制台110的医疗器械130为特征。对于该实施方案，医疗器械130对应于导管，其特征在于具有在集成管材的近端131和远端132之间延伸的两个或更多内腔的集成管材。集成管材(有时称为“导管管材”)经由分叉衬套142与一个或多个延伸腿140连通。基于光学的导管连接器144可以被包括在至少一个延伸腿140的近端上，以使得导管130能够经由互连件145或另一种合适的部件可操作地连接至控制台110。在此，互连件145可以包括连接器146，当联接至基于光学的导管连接器144时，连接器146在作为互连件145的一部分包括的一个或多个光纤147(下文，“光纤(一个或多个)”)与部署在导管130内并且集成入管材的芯纤维137之间建立光学连接性。可选地，可以使用包括一个或多个适配器的连接器的不同组合，将光纤(一个或多个)147光学连接至导管130内的芯纤维137。如图1B所示部署在导管130内的芯纤维137包括与部署在图1A的管心针120内的芯纤维137相同的特性并且执行相同的功能。

光学逻辑180被配置为基于从导管130接收的反射光信号150的特性，支持导管130(最值得注意的是，导管130的集成管材)的图形呈现。特性可以包括由集成在集成管材的壁内(或沿着集成管材的壁)的芯纤维137的某些区域上的应变引起的波长偏移，其可以被用于(通过波长偏移的计算或外推)确定导管130，特别是集成管材或集成管材的一部分(比如尖端或远端)的物理状态。

更具体地，光学逻辑180包括光源182。光源182被配置为传输宽带入射光155，以便在包括在互连件145中的光纤(一个或多个)147上方进行传播，光纤147被光学连接至导管管材内的多个芯纤维137。在此，光学接收器184被配置为：(i)接收返回的光信号，即从基于光纤的反射光栅(传感器)接收的反射光信号150，该反射光栅在部署在导管130内的芯纤维137的每个内制造；和(ii)将反射光信号150转换为反射数据(来自储存库192)，即表示反射光信号的电信号形式的数据，其包括由应变引起的波长偏移。与不同光谱宽度相关联的反射光信号150包括从位于导管130的中心芯纤维(参考)中的传感器提供的反射光信号151和从位于导管130的外芯纤维中的传感器提供的反射光信号152，如下所述。

如上所述，形状传感逻辑194被配置为将在导管的相同测量区域(或相同光谱宽度)处部署在每个外芯纤维中的传感器测量的波长偏移与沿着中心轴定位并且作为弯曲中性轴操作的中心芯纤维处的波长偏移进行比较。根据这些分析，形状传感逻辑190可以确定芯纤维在3D空间中采取的形状，并且可以进一步确定导管130在3D空间中的当前物理状态，以便在显示器170上呈现。

根据公开文本的一个实施方案，形状传感逻辑194可以基于试探法或运行时间分析而生成导管130(特别是集成管材)的当前物理状态的呈现。例如，形状传感逻辑194可以根据机器学习技术被配置为访问数据存储器(库)，其具有与导管130的不同区域有关的预先存储的数据(例如，图像等)，在导管130的不同区域中，芯纤维137经受相似或相同的波长偏移。根据预先存储的数据，可以呈现导管130的当前物理状态。可替代地，作为另一个实施方案，形状传感逻辑194可以被配置为在运行时间期间至少基于如下而确定导管130的每个区域的物理状态的变化：(i)由芯纤维137经受的合成波长偏移；和(ii)由在导管130的相同截面区域处沿着不同外芯纤维定位的传感器产生的这些波长偏移与在相同截面区域处由中心芯纤维的传感器产生的波长偏移之间的关系。可以设想，可以执行其他过程和程序以利用由沿着每个芯纤维137的传感器测量的波长偏移，而呈现导管130的物理状态中的适当改变。

参考图2，根据一些实施方案示出了包括在图1A的管心针120内的多芯光纤的一部分的结构的示例性实施方案。多芯光纤135的多芯光纤部分200示出了某些芯纤维137₁至137_M(M≥2，如图3A所示，M＝4)，以及分别存在于芯纤维137₁至137_M内的传感器(例如，反射光栅)210₁₁至210_NM(N≥2；M≥2)之间的空间关系。如上所述，可以将芯纤维137₁至137_M统称为“芯纤维137”。

如图所示，部分200被划分为多个截面区域220₁至220_N，其中每个截面区域220₁至220_N对应于反射光栅210₁₁至210₁₄…210_N1至210_N4。截面区域220₁…220_N中的一些或全部可以是静态的(例如，规定的长度)或可以是动态的(例如，在区域220₁…220_N之中变化尺寸)。第一芯纤维137₁基本上沿着中心(中性)轴230定位，而芯纤维137₂可以在多芯光纤135的包层内取向，从截面的面向前方的角度来看，位于第一芯纤维137₁的“顶部”上。在这种部署中，芯纤维137₃和137₄可以位于第一芯纤维137₁的“左下部”和“右下部”。作为举例，图3A-图4B提供了这样的说明。

参考第一芯纤维137₁作为说明书实施方案，当管心针120是操作性时，反射光栅210₁至210_N中的每个反射不同光谱宽度的光。如图所示，根据公开文本的一个实施方案，光栅210_1i至210_Ni(1≤i≤M)中的每个与不同的特定光谱宽度相关联，其将由不同的中心频率f₁…f_N表示，其中由相邻的光栅反射的相邻的光谱宽度是不重叠的。

在此，位于不同的芯纤维137₂至137₃中，但是沿着多芯光纤135的相同截面区域220至220_N，光栅210₁₂至210_N2和210₁₃至210_N3被配置为以相同(或基本上类似的)中心频率反射入射光。结果，反射光返回允许基于从返回的反射光测量的波长偏移而确定光纤137(和管心针120)的物理状态的信息。具体地，施加至多芯光纤135(例如，至少芯纤维137₂至137₃)的应变(例如，压缩或拉伸)导致与返回的反射光相关联的波长偏移。基于不同的位置，芯纤维137₁至137₄经受不同类型和程度的应变(基于随着管心针120在患者中推进的角路径变化)。

例如，相对于图2的多芯光纤部分200，响应于管心针120的角运动(例如，径向运动)处于左转向方向，在移动期间多芯光纤135的具有最短半径的第四芯纤维137₄(参见图3A)(例如，最靠近角度变化方向的芯纤维)将显示压缩(例如，缩短长度的力)。同时，在移动期间具有最长半径的第三芯纤维137₃(例如，离角度变化方向最远的芯纤维)将呈现拉伸(例如，增大长度的力)。由于这些力不同且不相等，来自与芯纤维137₂和137₃相关联的反射光栅210_N2和210_N3的反射光将呈现不同的波长变化。通过相对于位于沿着多芯光纤135的中性轴230的参考芯纤维(例如，第一芯纤维137₁)的波长，确定每个***光纤(例如，第二芯纤维137₂和第三芯纤维137₃)的由压缩/拉伸引起的波长变化的程度，反射光信号150的波长偏移的差异可以被用于外推管心针120的物理配置。这些程度的波长变化可以被用于外推管心针120的物理状态。反射光信号150经由特定芯纤维137₁至137_M上方的单独路径被反射回控制台110。

参见图3A，根据一些实施方案示出了图1A的管心针的第一示例性实施方案，其支持光和电信令二者。在此，管心针120的特征在于位于中心的多芯光纤135，其包括包层300和位于对应的多个内腔320₁至320_M内的多个芯纤维137₁至137_M(M≥2；M＝4)。虽然在四(4)根芯纤维137₁至137₄内图示了多芯光纤135，但是可以部署更多数量的芯纤维137₁至137_M(M＞4)以提供对部署光纤135的管心针120和多芯光纤135的物理状态(例如，形状等)的更详细的3D感测。

对于公开文本的该实施方案，多芯光纤135被封装在位于低摩擦系数层335上方的同心编织管材310内。编织管材310可以以“网状”构造为特征，其中交叉的传导元件之间的间隔基于管心针120所需的刚性程度进行选择，因为较大的间隔可以提供较小的刚性，并且从而提供更柔韧的管心针120。

根据公开文本的该实施方案，如图3A至图3B所示，芯纤维137₁至137₄包括(i)中心芯纤维137₁和(ii)多个***芯纤维137₂至137₄，其保持在形成于包层300中的内腔320₁至320₄内。根据公开文本的一个实施方案，内腔320₁至320₄中的一个或多个的直径可以被配置为尺寸大于芯纤维137₁至137₄的直径。通过避免芯纤维137₁至137₄的大部分表面积与内腔320₁至320₄的壁表面直接物理接触，由多芯光纤135中的角度偏差引起对入射光的波长变化，从而减小被施加至内腔320₁至320_M的壁(而非芯纤维137₁至137_M本身)的压力和张力的影响。

如图3A至图3B进一步所示，芯纤维137₁至137₄可以包括位于沿着第一中性轴230形成的第一内腔320₁内的中心芯纤维137₁和位于内腔320₂至320₄内的多个芯纤维137₂至137₄(每个形成在从第一中性轴230发散的包层300的不同区域内)。通常，芯纤维137₂至137₄(不包括中心芯纤维137₁)可以位于包层300的截面区域305内的不同区域，以提供足够的间隔，从而能够基于传播通过芯纤维137₂至137₄并且反射回控制台以便进行分析的入射光的波长变化，对多芯光纤135进行3D感测。

例如，在包层300的特征在于如图3B所示的圆形截面区域305的情况下，芯纤维137₂至137₄可以沿着包层300的周长测量彼此基本等距地定位，比如在所示的“顶部”(12点钟)、“左下方”(8点钟)和“右下方”(4点钟)的位置。因此，概括地说，芯纤维137₂至137₄可以位于截面区域305的不同区段内。在包层300的截面区域305具有远侧尖端330并且以多边形截面形状(例如，三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、八边形等)为特征的情况下，中心光纤137₁可以位于多边形形状的中心处或中心附近，而其余的芯纤维137₂至137_M可以位于多边形形状的相交侧边之间的角附近。

仍然参考图3A至图3B，作为管心针120的传导介质操作，编织管材310给多芯光纤135提供机械完整性并且作为电信号的传导路径操作。例如，编织管材310可以被暴露于管心针120的远侧尖端。包层300和编织管材310(其同心地围绕包层300的圆周定位)被容纳在相同的绝缘层350内。如图所示，绝缘层350可以是由保护性绝缘(例如，非传导)材料制成的护套或导管，其包封包层300和编织管310二者。

参见图4A，根据一些实施方案示出了图1A的管心针的第二示例性实施方案。现在参考图4A，示出了图1A的管心针120的第二示例性实施方案，其支持光信令和电信令二者。在此，管心针120的特征在于如上所述和图3A所示的多芯光纤135，其包括包层300和位于对应的多个内腔320₁至320_M内的第一多个芯纤维137₁至137_M(M≥3；对于实施方案，M＝4)。对于公开文本的实施方案，多芯光纤135包括位于沿着第一中性轴230形成的第一内腔320₁内的中心芯纤维137₁和位于定位于包层300的截面区域305内的不同区段中的相应内腔320₂至320₄内的第二多个芯纤维137₂至137₄。在此，多芯光纤135被封装在传导管材400内。传导管材400可以以同心地封装多芯光纤135的“中空的”传导圆柱形构件为特征。

参考图4A至图4B，在电信号(例如，ECG信号)至控制台的传输中作为管心针120的传导介质操作，传导管材400可以被暴露直至管心针120的尖端410。对于公开文本的该实施方案，传导环氧树脂420(例如，基于金属的环氧树脂，比如银环氧树脂)可以被附着至尖端410并且类似地与在管心针120的近端430处产生的封端/连接点接合。包层300和传导管材400(其同心地围绕包层300的圆周定位)被容纳在相同的绝缘层440内。如图所示，绝缘层440可以是封装包层300和传导管材400二者的保护导管。

参见图5A，根据一些实施方案示出了导管的第一说明实施方案的正视图，该导管包括集成管材、沿着直径布置的隔膜和形成在管材与隔膜内的微内腔。在此，导管130包括集成管材、沿着直径布置的隔膜510和多个微内腔530₁至530₄，对于该实施方案，该微内腔被制造以位于导管130的集成管材的壁500内和隔膜510内。特别地，隔膜510将由导管130的壁500的内表面505形成的单个内腔分为多个内腔，即如图所示的两个内腔540和545。在此，第一内腔540形成在形成导管130的壁500的内表面505的第一弧形部分535与在导管130内纵向延伸的隔膜510的第一外表面555之间。第二内腔545形成在形成导管130的壁500的内表面505的第二弧形部分565与隔膜510的第二外表面560之间。

根据本发明的一个实施方案，两个内腔540和545具有大约相同的容积。然而，隔膜510不需要将管材分为两个相等的内腔。例如，代替从管材的面向前的截面视角竖直延伸(12点钟至6点钟)的隔膜510，隔膜510可以水平(3点钟至9点钟)、对角线(1点钟至7点钟；10点钟至4点钟)或成角度(2点钟至10点钟)延伸。在后一种配置中，导管130的内腔540和545中的每个将具有不同的体积。

相对于多个微内腔530₁至530₄，第一微内腔530₁在集成管材的截面中心525处或附近在隔膜510内制造。对于该实施方案，三个微内腔530₂至530₄被制造以位于导管130的壁500内。特别地，在导管130的壁500内，即在壁500的第一弧形部分535的内表面505与外表面507之间制造第二微内腔530₂。类似地，第三微内腔530₃也在导管130的壁500内制造，即在壁500的第二弧形部分555的内表面505与外表面507之间。第四微内腔530₄也在与隔膜510对准的壁500的内表面505与外表面507内制造。

根据公开文本的一个实施方案，如图5A所示，微内腔530₂至530₄是根据从面向前的截面视角的“左上部”(10点钟)、“右上部”(2点钟)和“底部”(6点钟)布局被定位的。当然，微内腔530₂至530₄可以被不同地定位，只要微内腔530₂至530₄沿着导管130的圆周520在空间上分开，以确保在安装时更稳健地收集来自外芯纤维570₂至570₄的反射光信号。例如，两个或更多微内腔(例如，微内腔530₂和530₄)可以沿着导管壁500的圆周520被定位在不同的象限处。

参见图5B，根据一些实施方案示出了图5A的导管的第一说明性实施方案的透视图，该导管包括安装在微内腔内的芯纤维。根据公开文本的一个实施方案，第二多个微内腔530₂至530₄的大小被确定成保持对应的外芯纤维570₂至570₄，其中第二多个微内腔530₂至530₄中的每个的直径可以被确定成刚好大于外芯纤维570₂至570₄的直径。例如，单个芯纤维的直径与微内腔530₁至530₄中的任何一个的直径之间的尺寸差异可以在0.001微米(μm)与1000μm之间的范围。结果，外芯纤维570₂至570₄的截面积将小于相应的微内腔530₂至530₄的截面积。“较大的”微内腔(例如，微内腔530₂)可以更好地将施加至外芯纤维570₂的外部应变与直接施加至导管130自身的应变分开。类似地，第一微内腔530₁的尺寸可以被布置为保持中心芯纤维570₁，其中第一微内腔530₁的直径的尺寸可以被布置为刚好大于中心芯纤维570₁的直径。

作为公开文本的一个替代性实施方案，微内腔530₁至530₄中的一个或多个的直径尺寸被确定成具有超过对应的一个或多个芯纤维570₁至570₄的直径。然而，微内腔530₁至530₄中的至少一个的尺寸被确定成固定地保持其对应的芯纤维(例如，芯纤维保持为在其侧表面与其对应的微内腔的内壁表面之间没有间隔)。作为公开文本的又另一个替代性实施方案，所有微内腔530₁至530₄的尺寸被确定成具有一个直径以便固定地保持芯纤维570₁至570₄。

参见图6A至图6B，根据一些实施方案示出了由图1A至图1B的医疗器械监测***实施以实现光学3D形状感测的操作方法的流程图。在此，导管包括跨越管材壁的直径并且纵向地延续以划分管材壁的至少一个隔膜。隔膜的中间(medial)部分被制造有第一微内腔，其中第一微内腔与导管管材的中心轴线同轴。第一微内腔被配置为保持中心芯纤维。除了第一微内腔之外的两个或更多微内腔被定位在沿着导管管材的壁周向间隔开的不同位置处。例如，第二多个微内腔中的两个或更多可以被定位在沿着导管壁的周边的不同象限处。

此外，每个芯纤维包括沿着其长度在至少导管管材的近端与远端之间空间地分布的多个传感器。该传感器阵列被分布以在芯纤维的不同区域处使传感器定位，以使得能够遍及导管管材的整个长度或选定部分对应变进行分布式测量。这分布式测量可以通过不同光谱宽度(例如，特定波长或特定波长范围)的反射光被传送，该反射光基于应变的类型和程度经受某些波长偏移。

根据公开文本的一个实施方案，如图6A所示，对于每个芯纤维，提供宽带入射光以传播通过特定的芯纤维(方框600)。除非出射(discharged)，否则在入射光到达测量特定芯纤维上的应变的分布式传感器阵列的传感器时，与第一传感器相关联的规定光谱宽度的光将被反射回控制台内的光学接收器(方框605至610)。在此，传感器改变反射光信号的特性以标识由第一传感器测量的特定芯纤维上的应变的类型和程度(方框615至620)。根据公开文本的一个实施方案，反射光信号的特性的改变可以表示反射光信号的波长相对于与规定光谱宽度相关联的入射光信号的波长的改变(偏移)。传感器通过芯纤维返回反射光信号，并且入射光的剩余光谱继续通过芯纤维朝向导管管材的远端传播(方框625至630)。入射光的剩余光谱可能遭遇分布式传感器阵列的其它传感器，其中这些传感器中的每个将如框605-630中所陈述操作，直到分布式传感器阵列的最后一个传感器返回与其所指定的光谱宽度相关联的反射光信号并且剩余光谱作为照明而被出射为止。

现在参见图6B，在操作期间，多个反射光信号从位于在导管(比如图1B的导管)内形成的相应的多个微内腔内的多个芯纤维中的每个返回控制台。具体地，光学接收器从位于中心芯纤维和外芯纤维上的分布式传感器阵列接收反射光信号，并且将反射光信号转换为反射数据，即表示反射光信号的电信号，包括由应变引起的波长偏移(方框650至655)。反射数据分类逻辑被配置为标识哪些芯纤维与哪些反射数据相关，并且将从与特定测量区域(或类似的光谱宽度)相关的反射光信号提供的反射数据划分为分析组(方框660至665)。

每个分析组的反射数据被提供给形状传感逻辑进行分析(方框670)。在此，形状传感逻辑将每个外芯纤维处的波长偏移与沿着中心轴定位并且作为弯曲的中性轴操作的中心芯纤维处的波长偏移进行比较(方框675)。根据这些分析，对于所有分析组(例如，来自所有或大部分芯纤维中的传感器的反射光信号)，形状传感逻辑可以确定芯纤维在3D空间中采用的形状，由此形状传感逻辑可以确定导管在三维空间中的当前物理状态(方框680至685)。

参考图7A，根据一些实施方案示出了在导管操作和***患者体内期间图1B的医疗器械监测***的示例性实施方案。在本文中，导管130通常包括导管130的集成管，其具有通常保持在患者700外部的近端部分721和在放置完成后通常位于患者脉管***内的远端部分722。导管130的(集成的)导管管道可以前进到患者脉管***内的期望位置，使得导管130的导管管道的远端(或尖端)734接近患者的心脏，例如，在上腔静脉(“SVC”)的下三分之一(1/3)部分。在一些实施方案中，各种仪器可以布置在导管130的远端734，以测量特定心腔和血管中的血压，观察血管内部等。在替代实施方案中，例如，利用图1A的管心针组件和导管121的实施方案中，这种器械可以布置在管心针120的远端。

在前进通过患者脉管***期间，导管130的导管管道经由互连145内的光纤147从控制台110接收宽带入射光155，其中，入射光155沿着导管130的导管管道内的多芯光纤135的芯纤维137传播。根据本公开的一个实施方案，终止光纤147的互连145的连接器146可以联接至基于光学的导管连接器144，其可以被配置为终止部署在导管130内的芯纤维137。这种联接将导管130的芯纤维137与互连145内的光纤147光学连接。需要光学连通性来将入射光155传播到芯纤维137，并将反射光信号150通过互连145返回到控制台110内的光学逻辑180。如下文详细描述的，可以基于反射光信号150的波长偏移的分析来确定导管130的物理状态，其中，物理状态包括光纤135的3D形状735。

在一些实施方案中，***100可以包括具有直段731的引导件730。引导件730可以由具有内腔的导引器形成，导管130通过该内腔***。在使用中，引导件730的远端部分可以布置在患者700体内，而近端部分保持在患者700体外。

在一些实施方式中，引导件730(或者更具体地说直段731)可以有助于光纤135的校准。例如，当光纤135的段733布置在直段731内时，形状成帧逻辑195可以将与段733的形状733A相关的形状数据解释为限定直线。

形状成帧逻辑195可以根据3D形状735的一个或多个部分来限定参考平面750，并且参考平面750可以限定用于显示3D形状735的图像的参考系751。例如，根据一种实施方式，光纤135/导管130的弯曲段740可以限定参考平面750。换言之，形状成帧逻辑195可以处理弯曲段740的形状，以限定由弯曲段740估计的平面。举例来说，导管130可以是外周***的中心导管(PICC)，当PICC***时，其沿着贵要静脉704和锁骨下静脉705之间的弯曲过渡定位。这样，形状成帧逻辑195可以将贵要静脉704和锁骨下静脉705之间的弯曲过渡标识为弯曲段740。

根据替代实施方式，形状成帧逻辑195可以根据沿着3D形状735布置的三个或更多个点(例如，741A、741B和741C)来限定参考平面750。在一些实施方案中，可以沿着3D形状735预限定三个点741A、741B、741C，例如，近端点、中心点和远端点。在其他实施方案中，临床医生可以经由输入装置(例如，计算机鼠标)选择3D形状735的图像上的三个点。在其他实施方案中，形状成帧逻辑195可以自动标识与曲线段740相关的三个点。在一些实施方案中，参考平面750可以被限定为使得三个点741A、741B、741C与参考平面750等距。如普通技术人员可以理解的，可以利用其他几何技术来限定平面750。

进一步参考图7A，根据患者700的正视图示出了导管130。这样，所示的3D形状735可以是与患者700的正视图一致的3D形状735的正视图。在一些情况下，参考平面750可以基本平行于患者700的正面。因此，3D形状735的正视图可以与在垂直于参考平面750的角度观看3D形状735基本一致。

图7B示出了根据一些实施方案的可以相对于参考系定向的3D形状735。形状成帧逻辑195可以限定用于在显示器170上观看3D形状735的图像的参考系751。例如，参考系751可以限定3D形状735的各种视图(例如，正视图、俯视图、右侧视图等)。为了说明的目的，根据3D坐标轴***752示出了参考系751，该坐标轴***具有指向右侧的水平x轴752A、指向上方的垂直y轴752B和指向页面内的z轴752C。3D形状735与参考平面750一起示出。在图示的实施方案中，参考平面750相对于参考系751定向，使得参考平面750平行于x-y平面。这样，3D形状735的正视图由z轴752C方向上的视角限定，3D形状735的底视图由y轴752B方向上的视角限定，左侧视图由x轴752A方向上的视角限定。类似地，3D形状735的后视图由z轴752C的相反方向上的视角限定，3D形状735的顶视图由y轴752B的相反方向上的视角限定，右侧视图由x轴752A的相反方向上的视角限定。

形状成帧逻辑195被配置为以上述任何视角呈现3D形状735的图像。形状成帧逻辑195还可以便于以相对于参考系751的任何角度呈现3D形状735的图像，如操作者经由输入装置限定的。换言之，临床医生可以操纵3D形状735的方向，以从任何角度观察图像3D形状735。在一些实施方案中，形状成帧逻辑195可以固定3D形状735和/或参考平面750相对于参考系751的方向。

图8示出了示例性屏幕截图800，其示出了根据参考系751呈现的图7A、7B的3D形状735的图像。在一些实施方案中，屏幕截图800可以包括患者身体的表示801。例如，在图示的实施方案中，表示801包括可以从前面观察的典型患者身体的轮廓，以指示3D形状735的方向。在一些实施方案中，表示801可以包括其他身体部分的表示，例如，所示的心脏。在其他实施方案中，屏幕截图800可以包括标记802，以指示由参考系751(例如，坐标轴***)限定的3D形状735的方向。3D形状735的图像不限于如图8所示的正视图。虽然未示出，但是形状成帧逻辑195可以经由来自临床医生的输入来促进在任何方向呈现3D形状735的图像。在这样的实施方案中，表示801和/或标记802可以向临床医生提供关于3D形状735的呈现的方向的指示。

在一些实施方案中，***100可以与成像***(例如，未示出的超声波、MRI、X射线等)通信联接，并且形状成帧逻辑195可以便于呈现3D形状735的图像以及患者的图像。在一些情况下，临床医生可以对3D形状735的图像进行定向和/或定位，以将3D形状735的一部分(例如，导管尖端)定位在相对于患者图像的特定位置。由于成像***可以直接包括医疗装置的图像，这样的图像可以便于3D形状735和医疗装置的图像之间的视觉比较。

在进一步的实施方案中，其他装置位置或跟踪模态可以与***100联接，并用于指示导管130的位置。这种模态可以包括如上所述的ECG信号监测和磁场感测，例如，如在题为“Medical Instrument Location Means”的美国专利号5,099,845中描述，其全部内容通过引用结合于此。这样，***100可以结合3D形状735的图像在显示器170上呈现与装置位置或跟踪数据相关的图像或信息。

参考图9，根据一些实施方案，示出了由图1A-1B的医疗器械监测***进行的在显示器上呈现3D形状735的图像的操作方法的流程图。方法900可以由形状成帧逻辑195执行。在其他实施方案中，形状成帧逻辑195可以包含到形状感测逻辑194中，这样，方法900可以由形状感测逻辑194执行。方法900通常处理形状数据，以在显示器上呈现3D形状的图像。根据本公开的一个实施方案，如图9所示，形状成帧逻辑195从形状感测逻辑194接收与导管的3D形状有关的3D形状数据(框910)。

形状成帧逻辑195然后标识3D形状的一部分，用于限定参考平面(框920)。该标识可以包括将3D形状的部分与存储器中的一个或多个预限定形状进行比较。存储器中的预限定形状可以与患者体内解剖成分在其已知位置的形状相关联。在一些实施方式中，可以根据基于群体中典型解剖结构的边界条件，建立存储器中的预限定形状。

例如，存储器中的预限定形状可以包括弯曲部分，并且形状成帧逻辑195搜索3D形状，以标识与存储器中的弯曲形状一致的3D形状的一部分。作为标识与存储器中的弯曲形状一致的3D形状的一部分的结果，形状成帧逻辑915可以沿着3D形状的标识部分选择三个或更多个点来限定参考平面。根据一个实施方案，存储器中的预限定形状可以与由患者的脉管***(例如，在贵要静脉和锁骨下静脉之间延伸的脉管***)限定的3D形状的曲线一致。

在一些实施方案中，该***可以在存储器中包括与多个医疗过程相关的多个弯曲形状。在这样的实施方案中，形状成帧逻辑195可以从临床医生接收与医疗过程相关的输入，包括医疗装置的***部位。来自临床医生的输入可以包括(i)医疗装置的***部位的位置，包括患者的右侧和左侧，(ii)医疗装置的类型(例如，中心静脉导管、输注端口或PICC)，(iii)患者的定向，或(iv)身体部分(例如，手臂)的方向。形状成帧逻辑195可以根据来自临床医生的输入从存储器中的多个弯曲形状选择弯曲形状，并且将3D形状的弯曲部分与选择的弯曲形状进行比较。

形状成帧逻辑195然后可以从3D形状的标识部分限定3D图像的参考系(框930)。根据一个实施方案，形状成帧逻辑195可以最初根据上文关于(框920)描述的标识的部分来限定平面。如普通技术人员可以理解的，可以根据各种几何技术来限定该平面，例如，三个点、一条线和一个点、或者一条线和一个方向。例如，形状成帧逻辑195可以根据沿着3D形状的标识部分布置的三个点来限定参考平面，然后限定指示3D形状的方向(例如，从前到后、从上到下、从左侧到右侧)的参考系。在一些情况下，参考系可以被限定为使得参考系的前侧与平面平行。

形状成帧逻辑195然后可以根据参考系限定3D形状的图像(框940)。换言之，形状成帧逻辑195可以限定3D形状的图像，可以在显示器上相对于参考系从一个或多个视点观看该图像，即，从正面、顶部、右侧等观看。在一些实施方案中，形状成帧逻辑195可以限定相对于参考系从任何方向可见的3D形状的图像。形状成帧逻辑195然后可以在显示器上呈现3D形状的图像(框950)。

图10示出了用于限定3D形状1035的参考平面的参考引导件1030的实施方案，该3D形状可以由形状感测逻辑194以类似于图7A和7B的3D形状735的方式限定。参考引导件1030被配置为限定平面1050和结果参考系1051。在图示的实施方案中，参考引导件1030包括限定平面的板1031。板1031包括沿着限定导轨的板1031的顶表面布置的凹槽1032，并且凹槽1032被配置为接收导管130的段。布置在患者700体外的导管130的近端部分1021放置在凹槽1032内，以限定导管130的弯曲段1040(即，光纤135)。

类似于图7A的弯曲段740，弯曲段1040可以限定平面1050。换言之，形状成帧逻辑195可以处理弯曲段1040的形状数据，以限定由弯曲段1040几何估计的平面1050。在限定了参考平面1050的情况下，形状成帧逻辑195然后可以限定参考系1051，其在某些方面可以类似于图7A和7B的参考系751，用于在显示器170上观看3D形状1035的图像。在图示的实施方案中，当弯曲段1040布置在凹槽1032内时，平面1050平行于板1031。参考引导件1040的形式不限于平板，即，参考引导件1030可以采取适于限定弯曲形状1040的任何形式。

在使用中，临床医生将导管130***患者700体内。临床医生将导管130的近端部分1021与凹槽1032放置在一起，以限定弯曲段1040。形状感测逻辑194确定导管130的3D形状1035，并且形状成帧逻辑195根据弯曲段1040(即，沿着弯曲段1040延伸的3D形状1035的部分)确定平面1050。形状成帧逻辑195根据平面1050限定参考系1051，并在显示器170上呈现3D形状1035的图像。

临床医生可以经由参考引导件1030的方向来定向参考系1051。由于参考引导件1030以及相关的弯曲段1040布置在患者700体外，所以临床医生可以定向参考引导件1030，以限定3D形状1035的视点。例如，临床医生可以将参考引导件1030定向为与患者700的前侧平行，以限定3D形状1035的正视图。简而言之，临床医生可以通过调整参考引导件1030的方向来定向参考引导件1030，以便于从任何角度观看显示器170上的3D形状1035的图像。

虽然本文已经公开了一些特定的实施方案，并且已经详细公开了特定的实施方案，但是特定的实施方案并不意图限制本文提供的概念的范围。对于本领域普通技术人员来说，可以出现额外的适应和/或修改，并且在更广泛的方面，这些适应和/或修改也包括在内。因此，在不脱离本文提供的概念的范围的情况下，可以偏离本文公开的特定实施方案。

Claims (30)

1.一种医疗装置***，包括：

医疗装置，其包括具有一个或多个芯纤维的光纤，所述一个或多个芯纤维中的每个包括沿着相应芯纤维的纵向长度分布的多个传感器，所述多个传感器中的每个传感器配置为：

(i)基于接收到的入射光，反射不同光谱宽度的光信号，并且

(ii)基于所述光纤经受的应变，改变反射光信号的特性；和

控制台，其包括一个或多个处理器和其上存储有逻辑的非暂时性计算机可读介质，当由所述一个或多个处理器执行时，所述逻辑引起包括如下的操作：

向所述光纤提供入射光信号；

接收通过所述多个传感器中的一个或多个反射的所述入射光的不同光谱宽度的反射光信号；

处理与所述一个或多个芯纤维相关联的反射光信号，以确定所述光纤的三维形状；

限定用于显示三维形状的图像的参考系；

在所述参考系内定向所述三维形状；和

根据所述参考系，在所述***的显示器上呈现所述三维形状的图像。

2.根据权利要求1所述的***，其中定向所述三维形状包括：

根据所述三维形状的一部分限定参考平面；

将所述三维形状固定至所述参考平面；和

相对于所述参考系定向所述参考平面。

3.根据权利要求2所述的***，其中：

所述三维形状的所述一部分包括沿着所述三维形状布置的三个或更多个点，并且

所述三个或更多个点与所述参考平面等距。

4.根据权利要求1所述的***，还包括：

引导件，其包括沿着所述引导件的直线部分延伸的内腔，其中：

在使用中，所述光纤被***所述内腔内，并且

所述操作还包括根据所述直线部分校准所述光纤。

5.根据权利要求2所述的***，其中所述操作还包括：相对于所述参考系定向所述参考平面，使得所述三维形状的根据所述参考平面的正视图图像与根据所述参考系的正视图对准。

6.根据权利要求2所述的***，其中所述操作还包括相对于所述参考系固定所述参考平面。

7.根据权利要求2所述的***，其中所述操作还包括：

将所述三维形状的弯曲部分与存储在存储器中的弯曲形状进行比较；和

作为比较的结果，当所述三维形状的所述弯曲部分与存储在存储器中的所述弯曲形状一致时，从所述弯曲部分标识三个或更多个点，以限定所述参考平面。

8.根据权利要求7所述的***，其中在使用中，所述三维形状的所述弯曲部分沿着患者的贵要静脉、锁骨下静脉、无名静脉或上腔静脉布置。

9.根据权利要求7所述的***，还包括：

存储在存储器中的多个弯曲形状，所述多个弯曲形状与所述医疗装置的多个不同***部位相关，其中所述操作还包括：

接收来自临床医生的输入，所述输入限定了所述医疗装置的***部位；

从所述多个弯曲形状选择弯曲形状，选择的弯曲形状与限定的***部位相关；和

将所述三维形状的所述弯曲部分与选择的弯曲形状进行比较。

10.根据权利要求9所述的***，其中所述输入还将所述***部位限定为位于所述患者的右侧或左侧。

11.根据权利要求7所述的***，还包括与所述医疗装置联接的参考引导件，其中所述三维形状的所述弯曲部分沿着所述参考引导件的路径布置。

12.根据权利要求11所述的***，其中所述参考引导件相对于所述患者的定向限定了所述三维形状相对于所述患者的定向。

13.根据权利要求12所述的***，其中在使用中，所述参考引导件相对于所述患者在第一引导定向与第二引导定向之间移位，以相对于所述患者在第一三维形状定向与第二三维形状定向之间移动所述三维形状。

14.根据权利要求1所述的***，其中：

所述***与患者成像***联接，并且

所述操作还包括：

从所述患者成像***接收图像数据；和

在所述显示器上呈现患者的图像以及所述三维形状的图像。

15.根据权利要求1所述的***，其中所述医疗装置是导引器线、导丝、管心针、针内的管心针、具有嵌入针的套管的光纤的针或具有嵌入导管的一个或多个壁的光纤的导管中的一种。

16.一种用于检测医疗装置在患者体内的放置的方法，所述方法包括：

向包括在所述医疗装置内的光纤提供入射光信号，其中所述光纤包括一个或多个芯纤维，所述一个或多个芯纤维中的每个包括沿着相应芯纤维的纵向长度分布的多个反射光栅，并且所述多个反射光栅中的每个被配置为：(i)基于接收到的入射光，反射不同光谱宽度的光信号；和(ii)基于所述光纤经受的应变，改变反射光信号的特性；

接收通过多个传感器中的一个或多个反射的入射光的不同光谱宽度的反射光信号；

处理与所述一个或多个芯纤维相关联的反射光信号，以确定所述光纤的三维形状；

限定用于显示所述三维形状的图像的参考系；

在所述参考系内定向所述三维形状；和

根据所述参考系，在***的显示器上呈现所述三维形状的图像。

17.根据权利要求16所述的方法，其中定向所述三维形状包括：

根据所述三维形状的一部分限定参考平面；

将所述三维形状固定至所述参考平面；和

相对于所述参考系定向所述参考平面。

18.根据权利要求17所述的方法，其中：

所述三维形状的所述一部分包括沿着所述三维形状布置的三个或更多个点，并且

所述三个或更多个点与所述参考平面等距。

19.根据权利要求16所述的方法，其中：

所述***包括引导件，其具有沿着所述引导件的直线部分延伸的内腔，

在使用中，所述光纤被***所述内腔内，并且

所述方法还包括根据所述直线部分校准所述光纤。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括将所述引导件***所述患者体内。

21.根据权利要求17所述的方法，还包括：

相对于所述参考系定向所述参考平面，使得所述三维形状的根据所述参考平面的正视图图像与根据所述参考系的正视图对准。

22.根据权利要求17所述的方法，还包括相对于所述参考系固定所述参考平面。

23.根据权利要求17所述的方法，还包括：

将所述三维形状的弯曲部分与存储在所述***的存储器中的弯曲形状进行比较；和

作为比较的结果，当所述三维形状的所述弯曲部分与存储在存储器中的所述弯曲形状一致时，从所述弯曲部分标识三个或更多个点，以限定所述参考平面。

24.根据权利要求23所述的方法，其中在使用中，所述三维形状的所述弯曲部分沿着所述患者的贵要静脉、锁骨下静脉、无名静脉或上腔静脉布置。

25.根据权利要求23所述的方法，其中所述***包括存储在存储器中的多个弯曲形状，所述多个弯曲形状与多个不同的***部位相关，其中所述方法还包括：

接收来自临床医生的输入，所述输入限定了所述医疗装置的***部位；

从所述多个弯曲形状选择弯曲形状，选择的弯曲形状与限定的***部位相关；和

将所述三维形状的所述弯曲部分与选择的弯曲形状进行比较。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述输入还将所述***部位定为位于所述患者的右侧或左侧。

27.根据权利要求23所述的方法，其中：

所述***还包括与所述医疗装置联接的参考引导件，并且

所述三维形状的所述弯曲部分沿着所述参考引导件的路径布置。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述参考引导件相对于所述患者的定向限定了所述三维形状相对于所述患者的定向。

29.根据权利要求28所述的方法，还包括：

相对于所述患者在第一引导定向与第二引导定向之间移位所述参考引导件，以相对于所述患者在第一三维形状定向与第二三维形状定向之间移动所述三维形状。

30.根据权利要求16所述的方法，其中所述***被联接至患者成像***，所述方法还包括：

从所述患者成像***接收图像数据，并且

在所述显示器上呈现所述患者的图像以及所述三维形状的图像。

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