JP2023518240A - 光学センサ基準系アライメントのためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2020年3月16日に出願された「SYSTEM AND METHOD FOR OPTICAL SENSOR REFERENCE FRAME ALIGNMENT」という名称の米国仮出願第62/990,154号の利益および優先権を主張し、その内容の全体が参照により本明細書に援用される。
光学センサ606から受信されるフィードバックは、それ自体に関してのみ提供され、光学基準系(oX、oY、oZ)に対して表される。コンピュータシステム610によって実現されるレジストレーションモジュール616は、磁気センサ604から位置および向きデータ(mXi、mYi、mZi、mθi)を収集し、光学センサ606から位置、向き、および形状情報(oXi、oYi、oZi、oθi)を収集し、収集したデータを利用して、光学基準系から磁気基準系への変換データを決定する。
いくつかの実施形態では、これは、格納された基準ペアの総数を閾値と比較して、追加の基準ペアが必要であるかどうかを判断することを含む。他の実施形態では、所定数の位置が必要とされ、必要とされる位置の各々から基準ペアが収集されるまで処理が継続する。いくつかの実施形態では、(十分に異なる位置で収集された)所定の閾値数の基準ペアが収集される。例えば、測定毎に医療デバイスが約90度回転されると、データの基準ペアが4つ収集される。他の実施形態では、医療デバイスは45度回転され、8つの基準ペアが収集される。他の実施形態では、より少ないまたはより多い数の基準ペアが収集される。
以下は、本発明の考えられうる実施形態の非排他的な説明である。
本明細書の特徴を列挙する。
(特徴1)
医療デバイスであって、
近位端と、
遠位端と、
前記近位端と前記遠位端との間に延在するシャフトと、
磁気カプラと、第1の磁気センサおよび第2の磁気センサと、を含む磁気センサアセンブリであって、前記磁気カプラは、前記医療デバイスの前記遠位端に配置され、前記シャフトの内面に強固に取り付けられている、磁気センサアセンブリと、
前記シャフトの長さに沿って延びる複数のファイバコアから構成される光ファイバであって、前記複数のファイバコアのうちの1つまたは複数は、前記光ファイバの長さに沿う位置に配置される光学センサを含み、前記光ファイバは、前記光学センサに近い位置において前記シャフト内で強固に支持されている、光ファイバと、を備える医療デバイス。
(特徴2)
前記光ファイバを受け入れて前記シャフト内で支持するための中央開口を有する光ファイバ支持部をさらに備え、
前記光ファイバ支持部は、前記光学センサに近接して配置される、特徴1に記載の医療デバイス。
(特徴3)
前記光ファイバ支持部を介して前記光学センサを含む前記光ファイバの一部を前記シャフトに強固に固定するために、前記光ファイバは、前記光ファイバ支持部に接合される、特徴2に記載の医療デバイス。
(特徴4)
前記医療デバイスは、前記遠位端に配置される可撓性先端を有するカテーテルである、特徴1に記載の医療デバイス。
(特徴5)
前記光学センサは、ファイバブラッググレーティングを含み、
前記複数のファイバコアのうちの少なくともいくつかは、少なくとも1つのファイバブラッググレーティングを含む、特徴1に記載の医療デバイス。
(特徴6)
前記複数のファイバコアのうちの少なくとも1つは、前記ファイバコアの長さに沿って延在する複数のファイバブラッググレーティングを含み、
特定のファイバコアに関連するファイバブラッググレーティングの各々は、同じファイバコア上に配置された他のファイバブラッググレーティングに対して固有のグレーティング周期によって特徴づけられる、特徴5に記載の医療デバイス。
(特徴7)
位置特定システムであって、
近位端と遠位端とを有する医療デバイスであって、前記遠位端は、少なくとも第1の位置特定センサと光学センサとを含み、前記第1の位置特定センサおよび前記光学センサは、前記医療デバイスの前記遠位端内で強固に取り付けられている、医療デバイスと、
前記第1の位置特定センサからのフィードバックおよび前記光学センサからの光学フィードバックを受信するように構成されたコンピュータシステムであって、前記コンピュータシステムは、受信した前記フィードバックに基づいて第1の基準系において前記医療デバイスの前記遠位端の位置を特定し、前記光学フィードバックに基づいて第2の基準系において前記医療デバイスの前記遠位端の形状を特定し、前記コンピュータシステムは、前記医療デバイスの前記遠位端の前記位置に少なくとも部分的に基づいて、前記医療デバイスの前記遠位端の前記形状を前記第2の基準系から前記第1の基準系へ変換し、前記コンピュータシステムによって生成される出力は、前記第1の基準系で表される前記医療デバイスの前記遠位端の位置および形状を含む、コンピュータシステムと、を備える位置特定システム。
(特徴8)
前記コンピュータシステムは、前記第2の基準系を前記第1の基準系に関連付ける変換にさらに基づいて、前記医療デバイスの前記遠位端の前記形状を前記第2の基準系から前記第1の基準系へ変換する、特徴7に記載の位置特定システム。
(特徴9)
前記医療デバイスは、変換係数を格納するための不揮発性メモリを含み、
前記変換係数は、前記光学センサの位置を前記第1の位置特定センサの位置と関連付けるレジストレーション段階中に、一意に決定される、特徴7に記載の位置特定システム。
(特徴10)
前記光学センサは、前記医療デバイスの長さに沿って延びる光ファイバの一部に沿って配置された1つまたは複数のファイバブラッググレーティングを含む、特徴7に記載の位置特定システム。
(特徴11)
前記第1の位置特定センサは、前記医療デバイスの前記遠位端に強固に取り付けられた磁気カプラ内に収容された磁気センサである、特徴7に記載の位置特定システム。
(特徴12)
患者内の医療デバイスの位置を特定する方法であって、
第1の位置特定センサからフィードバックを受信することと、
光学センサから光学フィードバックを受信することと、
受信された前記フィードバックに基づいて、前記第1の位置特定センサの位置を算出することであって、前記位置は、前記第1の位置特定センサによって規定される第1の基準系に関して提供される、位置を算出することと、
前記光学センサからの前記光学フィードバックに基づいて、前記光学センサの形状を算出することであって、前記形状は、前記光学センサに関して規定された第2の基準系に関して提供される、形状を算出することと、
前記第1の位置特定センサの前記位置および格納された変換係数に基づいて、前記光学センサの前記形状を前記第2の基準系から前記第1の基準系へ変換することと、
前記第1の基準系に関して前記医療デバイスの位置および形状を表示することと、を含む、方法。
(特徴13)
前記医療デバイスの位置および形状を表示することは、前記患者の像に対して前記医療デバイスの位置および形状を表示することを含む、特徴12に記載の方法。
(特徴14)
医療デバイスの遠位端において、磁気位置特定センサで光学センサを調整する方法であって、
医療デバイスの前記遠位端を磁場内に配置することと、
前記医療デバイスの前記遠位端を第1の位置に配置することであって、前記第1の位置は、前記光学センサのディフレクションを引き起こす、第1の位置に配置することと、
前記磁気位置特定センサによって提供される第1の磁気位置データおよび前記光学センサによって提供される第1の光学データを記録し、記録された前記データを第1の基準ペアとして格納することであって、前記第1の磁気位置データは磁気基準系において提供され、前記第1の光学データは光学基準系において提供される、第1の基準ペアとして格納することと、
前記医療デバイスの前記遠位端を第2の位置に配置することであって、前記第2の位置は、前記光学センサのディフレクションを引き起こす、第2の位置に配置することと、
前記磁気位置特定センサによって提供される第2の磁気位置データおよび前記光学センサによって提供される第2の光学データを記録し、記録された前記データを第2の基準ペアとして格納することであって、磁気位置データは前記磁気基準系において提供され、前記光学データは前記光学基準系において提供される、第2の基準ペアとして記録することと、
光学形状データを前記光学基準系から前記磁気基準系へ変換するために、前記第1の基準ペアおよび前記第2の基準ペアに基づいて変換を算出することと、
算出された前記変換を格納することと、を含む方法。
(特徴15)
前記医療デバイスの前記遠位端を第1の位置に配置することは、前記遠位端にディフレクションを生じさせるように前記医療デバイスの前記遠位端に第1の力を加えることを含む、特徴14に記載の方法。
(特徴16)
前記医療デバイスの前記遠位端に前記第1の力を加えることは、前記医療デバイスの前記遠位端にウェイトを適用することを含む、特徴15に記載の方法。
(特徴17)
前記医療デバイスの前記遠位端を第2の位置に配置することは、前記医療デバイスの前記遠位端に第2の力を加えることを含み、
前記第2の力は、前記第1の力とは異なる方向に加えられる、特徴15に記載の方法。
(特徴18)
算出された変換を格納することは、前記医療デバイスに含まれる不揮発性メモリに算出された前記変換を格納することを含む、特徴14に記載の方法。
(特徴19)
医療デバイスであって、
近位端と、
遠位端と、
前記近位端に接続されたハンドルと、
前記近位端と前記遠位端との間に延在するシャフトと、
前記ハンドル内に配置された第1の磁気センサおよび第2の磁気センサと、
前記ハンドルから前記医療デバイスの前記遠位端まで延びる複数のファイバコアから構成される光ファイバと、を備え、
前記光ファイバは、1つまたは複数のファイバコアから構成され、
前記ファイバコアのうちの1つまたは複数は、前記ハンドルから前記医療デバイスの前記遠位端まで互いにほぼ隣接して配置された複数のファイバブラッググレーティング(FBG)センサを含む、医療デバイス。
(特徴20)
同じファイバコアに沿って配置された前記複数のFBGセンサの各々は、前記同じファイバコア上に配置された他のファイバブラッググレーティングに対して固有のグレーティング周期によって特徴づけられる、特徴19に記載の医療デバイス。
Claims (20)
- 医療デバイスであって、
近位端と、
遠位端と、
前記近位端と前記遠位端との間に延在するシャフトと、
磁気カプラと、第1の磁気センサおよび第2の磁気センサと、を含む磁気センサアセンブリであって、前記磁気カプラは、前記医療デバイスの前記遠位端に配置され、前記シャフトの内面に強固に取り付けられている、磁気センサアセンブリと、
前記シャフトの長さに沿って延びる複数のファイバコアから構成される光ファイバであって、前記複数のファイバコアのうちの1つまたは複数は、前記光ファイバの長さに沿う位置に配置される光学センサを含み、前記光ファイバは、前記光学センサに近い位置において前記シャフト内で強固に支持されている、光ファイバと、を備える医療デバイス。 - 前記光ファイバを受け入れて前記シャフト内で支持するための中央開口を有する光ファイバ支持部をさらに備え、
前記光ファイバ支持部は、前記光学センサに近接して配置される、請求項1に記載の医療デバイス。 - 前記光ファイバ支持部を介して前記光学センサを含む前記光ファイバの一部を前記シャフトに強固に固定するために、前記光ファイバは、前記光ファイバ支持部に接合される、請求項2に記載の医療デバイス。
- 前記医療デバイスは、前記遠位端に配置される可撓性先端を有するカテーテルである、請求項1に記載の医療デバイス。
- 前記光学センサは、ファイバブラッググレーティングを含み、
前記複数のファイバコアのうちの少なくともいくつかは、少なくとも1つのファイバブラッググレーティングを含む、請求項1に記載の医療デバイス。 - 前記複数のファイバコアのうちの少なくとも1つは、前記ファイバコアの長さに沿って延在する複数のファイバブラッググレーティングを含み、
特定のファイバコアに関連するファイバブラッググレーティングの各々は、同じファイバコア上に配置された他のファイバブラッググレーティングに対して固有のグレーティング周期によって特徴づけられる、請求項5に記載の医療デバイス。 - 位置特定システムであって、
近位端と遠位端とを有する医療デバイスであって、前記遠位端は、少なくとも第1の位置特定センサと光学センサとを含み、前記第1の位置特定センサおよび前記光学センサは、前記医療デバイスの前記遠位端内で強固に取り付けられている、医療デバイスと、
前記第1の位置特定センサからのフィードバックおよび前記光学センサからの光学フィードバックを受信するように構成されたコンピュータシステムであって、前記コンピュータシステムは、受信した前記フィードバックに基づいて第1の基準系において前記医療デバイスの前記遠位端の位置を特定し、前記光学フィードバックに基づいて第2の基準系において前記医療デバイスの前記遠位端の形状を特定し、前記コンピュータシステムは、前記医療デバイスの前記遠位端の前記位置に少なくとも部分的に基づいて、前記医療デバイスの前記遠位端の前記形状を前記第2の基準系から前記第1の基準系へ変換し、前記コンピュータシステムによって生成される出力は、前記第1の基準系で表される前記医療デバイスの前記遠位端の位置および形状を含む、コンピュータシステムと、を備える位置特定システム。 - 前記コンピュータシステムは、前記第2の基準系を前記第1の基準系に関連付ける変換にさらに基づいて、前記医療デバイスの前記遠位端の前記形状を前記第2の基準系から前記第1の基準系へ変換する、請求項7に記載の位置特定システム。
- 前記医療デバイスは、変換係数を格納するための不揮発性メモリを含み、
前記変換係数は、前記光学センサの位置を前記第1の位置特定センサの位置と関連付けるレジストレーション段階中に、一意に決定される、請求項7に記載の位置特定システム。 - 前記光学センサは、前記医療デバイスの長さに沿って延びる光ファイバの一部に沿って配置された1つまたは複数のファイバブラッググレーティングを含む、請求項7に記載の位置特定システム。
- 前記第1の位置特定センサは、前記医療デバイスの前記遠位端に強固に取り付けられた磁気カプラ内に収容された磁気センサである、請求項7に記載の位置特定システム。
- 患者内の医療デバイスの位置を特定する方法であって、
第1の位置特定センサからフィードバックを受信することと、
光学センサから光学フィードバックを受信することと、
受信された前記フィードバックに基づいて、前記第1の位置特定センサの位置を算出することであって、前記位置は、前記第1の位置特定センサによって規定される第1の基準系に関して提供される、位置を算出することと、
前記光学センサからの前記光学フィードバックに基づいて、前記光学センサの形状を算出することであって、前記形状は、前記光学センサに関して規定された第2の基準系に関して提供される、形状を算出することと、
前記第1の位置特定センサの前記位置および格納された変換係数に基づいて、前記光学センサの前記形状を前記第2の基準系から前記第1の基準系へ変換することと、
前記第1の基準系に関して前記医療デバイスの位置および形状を表示することと、を含む、方法。 - 前記医療デバイスの位置および形状を表示することは、前記患者の像に対して前記医療デバイスの位置および形状を表示することを含む、請求項12に記載の方法。
- 医療デバイスの遠位端において、磁気位置特定センサで光学センサを調整する方法であって、
医療デバイスの前記遠位端を磁場内に配置することと、
前記医療デバイスの前記遠位端を第1の位置に配置することであって、前記第1の位置は、前記光学センサのディフレクションを引き起こす、第1の位置に配置することと、
前記磁気位置特定センサによって提供される第1の磁気位置データおよび前記光学センサによって提供される第1の光学データを記録し、記録された前記データを第1の基準ペアとして格納することであって、前記第1の磁気位置データは磁気基準系において提供され、前記第1の光学データは光学基準系において提供される、第1の基準ペアとして格納することと、
前記医療デバイスの前記遠位端を第2の位置に配置することであって、前記第2の位置は、前記光学センサのディフレクションを引き起こす、第2の位置に配置することと、
前記磁気位置特定センサによって提供される第2の磁気位置データおよび前記光学センサによって提供される第2の光学データを記録し、記録された前記データを第2の基準ペアとして格納することであって、磁気位置データは前記磁気基準系において提供され、前記光学データは前記光学基準系において提供される、第2の基準ペアとして記録することと、
光学形状データを前記光学基準系から前記磁気基準系へ変換するために、前記第1の基準ペアおよび前記第2の基準ペアに基づいて変換を算出することと、
算出された前記変換を格納することと、を含む方法。 - 前記医療デバイスの前記遠位端を第1の位置に配置することは、前記遠位端にディフレクションを生じさせるように前記医療デバイスの前記遠位端に第1の力を加えることを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記医療デバイスの前記遠位端に前記第1の力を加えることは、前記医療デバイスの前記遠位端にウェイトを適用することを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記医療デバイスの前記遠位端を第2の位置に配置することは、前記医療デバイスの前記遠位端に第2の力を加えることを含み、
前記第2の力は、前記第1の力とは異なる方向に加えられる、請求項15に記載の方法。 - 算出された変換を格納することは、前記医療デバイスに含まれる不揮発性メモリに算出された前記変換を格納することを含む、請求項14に記載の方法。
- 医療デバイスであって、
近位端と、
遠位端と、
前記近位端に接続されたハンドルと、
前記近位端と前記遠位端との間に延在するシャフトと、
前記ハンドル内に配置された第1の磁気センサおよび第2の磁気センサと、
前記ハンドルから前記医療デバイスの前記遠位端まで延びる複数のファイバコアから構成される光ファイバと、を備え、
前記光ファイバは、1つまたは複数のファイバコアから構成され、
前記ファイバコアのうちの1つまたは複数は、前記ハンドルから前記医療デバイスの前記遠位端まで互いにほぼ隣接して配置された複数のファイバブラッググレーティング(FBG)センサを含む、医療デバイス。 - 同じファイバコアに沿って配置された前記複数のFBGセンサの各々は、前記同じファイバコア上に配置された他のファイバブラッググレーティングに対して固有のグレーティング周期によって特徴づけられる、請求項19に記載の医療デバイス。
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