光学导管和回拉和旋转系统和方法

专利名称：光学导管和回拉和旋转系统和方法
光学导管和回拉和旋转系统和方法
相关申请
本申请依照35 U.S.C. 119 (e)要求2006年10月20日提交的美 国临时申请No. 60/862， 309的优先权，该申请在此整体引为参考。
背景技术：
基于导管(catheter)的光学系统可用于多种诊断和治疗医疗应 用。光学X线断层摄影术，通常是光学相干X线断层摄影术(0CT)，用 于提供空间分辨率，能够成像内部结构。频谱学用于表征结构的组成， 能够通过在癌性的、畸形的、和正常的组织结构之间进行区分来诊断医 疗状况，例如。反射分析是光谱学的一种简化形式，其分析结构的光学 属性，通常是在特定波长段中。荧光和拉曼光谱分析包括以一个波长来 激发组织，并且然后分析由于非弹性光子散射过程处于荧光波长或者拉 曼频移波长的光。它们都共有某些导管要求，包括需要将光信号传送到 感兴趣的内部结构，并且然后检测返回的光，通常将该返回的光沿着导 管的长度传送回来。
例如，在一个特定的光谱应用中，光源，例如可调谐激光器，用 于利用(access)或者扫描感兴趣的光谱带，例如接近红外波长或者 750纳米(nni)到2. 5微米(戶)中的扫描带，或者一个或多个部分波 段。所产生的光用于利用导管照射体内的目标区域中的组织。由于照射 而产生的漫反射光然后被收集，并且传送到检测系统，在其处，分辨出 光谱响应。该响应用于评价组织的成分以及因此的状态。
这个系统可用于诊断主动脉粥样硬化，并且尤其用于识别主动脉 粥样硬化病变或者斑块。这是动脉异常，涉及到中等或者大尺寸动脉的 内膜(intimae)，通常包括主动脉、颈动脉、冠状动脉和大脑动脉。
包括拉曼和基于荧光的方案的诊断系统已经被提出。其它的波长，例如可见的或者紫外线的，也可以使用。
在OCT应用中，相干光源用于照射目标区域中的组织。通过分析 来自目标区域返回的光和从基准臂返回的光之间的干涉，产生深度信 息，提供了表面拓扑(topology)和底层结构的信息。
其它的非光学技术同样存在。例如，血管内超声波(IVUS)使用 心脏超声波(超声心动图)和心导管插入法的组合。这个应用中，超声 波导管插入到动脉中，并且移动到目标区域。它然后产生和接收到超声 波，该超声波然后可以被构建成图像，显示出目标区域处的表面拓扑和 内部结构。
用于这些应用的探头或导管通常具有小的横向尺寸。这个特征允 许它们插入到切口或者管腔中，例如血管，同时对病人具有小的影响和 损伤。探头的主要功能是将光传送到病人中感兴趣的目标区域或者区域 或者从目标区域或者区域接收光，用于基于光学的技术。在动脉粥样硬 化的诊断情况中，例如，目标区域是病人动脉中这样的区域，该区域会 显示出或者处于产生动脉粥样硬化病变的风险。
在每个这些应用中，目标区域或者感兴趣的区域通常位于导管头 的横向。也就是，在管腔的实例中，探头穿过管腔推进，直到它到达感 兴趣的区域，该区域通常会是靠近探头的管腔壁，即平行于探头推进方 向延伸。"侧面发光"导管头沿着探头横向侧发出或者接收光或超声信 号。在用于基于光学应用的导管的实例中，光通过探头传播，直到它到 达探头或者导管头。光然后被重新引导从而被径向发射或者沿着与探头 的推进方向或者纵向轴线正交的方向发射。在光采集的实例中，来自探 头横向侧的光被采集并且然后传播通过探头到达分析器，在其处，在动 脉粥样硬化的诊断的光谱分析的实例中，返回的光的光谱被分辨从而确 定血管或者管腔壁的组成。
为了完全的表征目标区域，组织的相对长的区域，例如血管，必 须被扫描，并且在血管的情况中，血管的整个360度圆周必须被记录。 为了执行纵向和旋转运动的组合，导管通常由称为回拉和旋转(PBR) 系统的装置驱动。
回拉和旋转系统连接到导管的近端。它们通常保持着固定的外部护套或者夹套，同时包括导管头的内部导管扫描主体被旋转，并且被回退穿过一段血管。这个扫描，与驱动导管头相结合，产生了螺线扫描，这种扫描用于产生了血管内壁的光栅扫描图像。

发明内容
通常，根据一个方面，本发明特征是一种导管系统，包括腔内
导管，用于插入病人中；和手柄部分。腔内导管包括外部护套(jacket)和内部扫描主体，该扫描主体在外部衬套内旋转和纵向移动。手柄部分包括外部壳体，该外部壳体机械连接到外部内护套；和内部托架，机械的连接到内部扫描主体。
这个组合提供了当内部托架被抽取并且被回拉和旋转系统驱动时的回拉和旋转扫描，但是确保该系统在运输过程中或者当另外不使用时很坚固。
这个基本的结构可用于光学导管或者利用其它分析特征的导管，例如IVUS。在光学导管的实例中，利用例如光谱的、光学X线断层摄影术、拉曼和荧光分析特征的系统，与这个基本设计相匹配。
在优选实施例中，内部扫描主体包括光纤束，该光纤束包括至少一个光纤，用于在腔内导管的头部和内部托架之间传递光信号。在这种情况中，内部托架优选包括一个或多个光学连接器，用于提供到光纤束的光学连接。
扭矩缆索优选设置用于从内部托架通过内部扫描主体向腔内导管的头部传递旋转。
通常，外部壳体用作手柄，用于将导管系统连接到回拉和旋转系统。为了有助于对齐，内部托架设置有插杆构件，该构件从内部托架的近侧轴向突出，用于在连接到回拉和旋转系统过程中旋转地对齐内部托架。
至少在运输过程中或者当没有使用时，导管托架互锁系统优选用于将内部托架固定在外部壳体内。这个导管托架互锁系统防止内部托架在外部壳体内旋转和内部托架从外部壳体抽取出。
在优选实施例中，回拉和旋转系统上的释放构件使得导管托架互锁系统脱开，从而内部托架能够相对于外部壳体旋转和移动。
通常，根据另一个方面，本发明特征是一种导管托架互锁系统，用于光学导管系统，包括腔内导管，该导管给病人提供光学信号，并且承载来自病人的光学信号；外部壳体；和内部托架，在操作过程中，当导管系统被回拉和旋转系统驱动时，该内部托架相对于外部壳体纵向移动，并且相对于外部壳体旋转。互锁系统包括托架锁定系统，该系统防止内部托架在外部壳体中的旋转和纵向移动。当导管系统连接到回拉和旋转系统时，回拉和旋转系统上的解锁系统使得托架锁定系统解锁，从而使得内部托架在外部壳体中自由旋转和纵向移动。
通常，根据另一个方面，本发明特征是一种托架互锁方法，包括防止内部托架在外部壳体中旋转和纵向移动，至少在光学导管系统的运输过程中，并且当光学导管系统连接到回拉和旋转系统时，使得内部托架解锁从而使得内部托架在外部壳体中自由旋转和纵向移动。
通常，根据一个方面，本发明特征是一种回拉和旋转系统。该系统包括框架和导管系统接口，该接口连接到框架，包括腔内导管的导管系统连接到该接口。还设置有托架驱动系统，其相对于框架纵向移动和
旋转，从而为导管系统提供旋转和纵向驱动。纵向驱动系统具有驱动电动机，用于推进和/或回退托架驱动系统；和手动驱动输入装置，使得使用者能够手动地推进或者回退所述托架驱动系统。
一个优选实施例中，离合器用于选择性地接合纵向驱动系统的驱动电动机。当托架驱动系统被驱动电动机驱动时和当驱动托架系统被手动驱动输入装置驱动时，编码器也适用于跟踪托架驱动系统的推进和回退。理想的，手动驱动输入装置机械连接到编码器，并且离合器选择性地将驱动电动机连接到编码器。
一个实施形式中，正时带系统用于将驱动电动机和手动驱动输入装置连接到托架驱动系统。
优选实施例中，托架驱动系统还包括驱动框架和转鼓，转鼓在框架上旋转。该转鼓承载着光学耦合器，用于提供到导管系统的光学连接。旋转电动机编码器用于旋转驱动框架上的转鼓并监测转鼓的旋转。
光学旋转连接器的设置使得光学信号能够在旋转转鼓和框架之间传递。转鼓上的检测器用于检测从导管系统返回的光学信号。
通常根据另一个方面，本发明特征是一种方法，用于导管系统的 回拉和旋转驱动。该方法包括将导管系统连接到接口，纵向地和旋转地 驱动导管系统，并且通过设得手动控制由使用者来纵向推进或者回退导 管系统。
通常，根据另一个方面，本发明特征是一种回拉和旋转系统，用 于光学导管系统。该系统包括框架和导管系统接口，接口连接到框架， 包括腔内光学导管的导管系统被连接到其上。还设置有托架驱动系统， 该系统相对于框架纵向移动和旋转，从而为导管系统提供旋转和纵向驱 动。纵向驱动系统，包括驱动电动机，推进和/或回退托架驱动系统。
通常，根据一个方面，本发明特征是一种回拉托架互锁系统，用 于导管回拉系统。回拉系统包括框架；导管系统接口，其连接到框架， 包括腔内导管的导管系统连接到该接口；回拉托架驱动系统，相对于框 架纵向移动从而给导管系统提供纵向驱动。回拉托架互锁系统包括闭锁 系统，用于当导管系统连接到回拉系统时保持回拉托架驱动系统。
优选实施例中，当将导管系统连接到回拉系统时，释放系统用于 解锁所述闭锁系统从而使得回拉托架驱动系统能够相对于框架纵向移 动。这个闭锁系统包括至少一个闭锁臂，当朝着托架系统接口充分推进 时，其接合回拉托架驱动系统的托架驱动框架。
另外，当导管系统连接到回拉系统时，释放系统优选解锁所述闭 锁系统，释放系统通过导管系统连接到导管系统接口而被接合。
通常，根据另一个方面，本发明特征是一种用于导管回拉系统的 互锁方法。该方法包括防止回拉托架驱动系统的纵向运动，将导管系统 连接到导管系统接口，同时防止纵向运动，并且在连接导管系统之后释 放回拉托架驱动系统。
通常，根据一个方面，本发明特征是一种腔内光学分析系统，包 括腔内光学导管，其为病人提供光学信号，并且承载来自病人的光学信 号，以使得能够对病人体内的组织进行光学分析。它还具有旋转系统， 包括框架和托架驱动系统，该系统相对于框架旋转从而为光学导管提供 旋转驱动。腔内光谱分析系统包括光源，例如可调谐激光器，用于产生光 学信号；和输送通道，用于将光学信号通过托架驱动系统利用旋转光学 接头传递到腔内光学导管。托架驱动系统上或者外的输送通道检测器监 测在输送通道上传送的光学信号，并且托架驱动系统上的采集通道检测 器检测来自病人的光学信号。
优选实施例中，系统具有旋转接头和/或激光噪声抑制系统，其使 用共模抑制参照输送通道检测器和采集通道检测器从而降低来自病人 的光信号通过旋转光学接头和/或激光器引入的噪声。目前的实现形式 中，分接器被用于将一部分光学信号转向到输送通道检测器。
在响应于输送通道检测器而噪声抑制之后，电滑环组件优选用于 从输送通道检测器从旋转托架驱动系统传递电信号。
通常，根据另一个方面，本发明特征是一种用于腔内光谱分析系 统的方法。该系统包括腔内光学导管，其向病人提供光学信号，并且 承载来自病人的光学信号，从而能够对病人体内的组织进行光谱分析。 旋转系统，包括框架和相对于框架旋转的托架驱动系统，向光学导管提 供旋转驱动。该方法包括产生光学信号并且将光学信号通过托架驱动系 统通过旋转光学接头传递到腔内光学导管。输送通道上传送的光学信号 在托架驱动系统上或者外被检测。同样，来自病人的光学信号在托架驱 动系统上被检测。
本发明的上述和其它特征，包括各种新颖的结构细节和部件组合， 以及其它优点，将特别参考附图描述，并且在权利要求中指出。应当理 解，实现本发明的特定方法和装置通过说明示出，并且并不限制本发明。 本发明的原理和特征可用于各种多个实施例中，而不脱离本发明的范 围。


附图中，附图标记在不同的附图中表示相同部件。附图并不是成
比例的，实际上，在示出本发明原理的同时，已经强调了重点。附图中 图1是根据本发明的导管系统的侧视图； 图2是导管系统的侧部剖视图；图3是导管系统的侧面剖视图，示出了处于开启状态的托架互锁
系统；
图4是根据本发明的回拉和旋转系统的侧面透视图5的部分侧面透视图示出了用于回拉和旋转系统的轴向驱动系
统；
图5A的示意图示出了用于托架驱动系统的轴向驱动系统；
图6是回拉和旋转系统的托架驱动系统的部分正面透视图7是用于回拉和旋转系统的托架驱动系统的部分反向角度透视
图7A的示意图示出了用于本发明导管和回拉和旋转系统的光学路
径；
图8是回拉和旋转系统的部分侧面透视图，示出了托架驱动锁定
系统；
图9是本发明托架驱动锁定系统的部分侧面透视图10是示出导管锁定系统的正面视图；禾口
图11是根据本发明的导管锁定系统的正面透视图。
具体实施例方式
图1示出了连接到回拉和旋转系统200的导管系统100，其已经根 据本发明的原理构造。
通常，导管系统100包括腔内(intraluminal)导管110。这通常
插入到病人内的管腔中，例如血管，特别是动脉。它被移动穿过病人的 动脉网络，直到导管头130靠近或者接近感兴趣的区域，例如冠状动脉 或者颈动脉内的可能的病变区域。
图1A示出了腔内导管IIO包括外部护套(jacket) 82和包括导管 头130的内部导管扫描主体sb。操作中，光学信号，例如可调谐信号， 被传送到内部导管扫描主体sb的光纤束ofb的输送光纤74上的头部， 所述信号是在一个光谱扫猫带上被光谱扫描或者调谐的，或者是宽带光 学信号。输送光纤的光学信号被角形反射器78引导从而通过窗口 76从 头部130的侧部离开。返回的光例如从内腔壁2的感兴趣的区域散射和
17漫射的反射光，被采集反射器80捕获，从而在采集光纤72中传递。
其它实例中，输送光纤传送用于拉曼或者荧光分析的激发光信号。 窄带光学信号通常用在反射分析系统中。
为了能够扫描内腔壁2，内部导管扫描主体sb，包括头部130，在 保护护套或者外鞘82内旋转，见箭头84，同时通常在护套82内纵向 移动，见箭头86。扫描主体通常包括外部扭矩缆线85，用于向头部130 传递旋转。目前的实施例中，扭矩缆线85包括反螺旋巻绕的线层，从 而能够沿着腔内导管110的长度小间隙(backlash)地传递扭矩。护套 82确保管腔没有被内部导管扫描主体sb的旋转运动84和纵向移动运 动86所破坏。
回到图1，导管系统100的近端具有导管手柄壳体112。该壳体112 通常是导管系统IOO的由医疗人员在一些操作中握持的部分，例如当把 导管系统100连接到回拉和旋转系统200时。
回拉和旋转系统200控制着内部导管扫描主体sb和导管头130的 在旋转运动84和纵向运动86方面的运动，从而通常螺旋地光栅扫描冠 状动脉的内壁2，例如用于评价和表征这些内壁2中和上的任何组织、 病变或者其它问题。
另一个实例中，导管和头部构造用于OCT分析。另一个实 例中， 导管和头部用于IVUS应用。这样，光学部件例如被头部130中的超声
换能器代替或者补充。
图2示出了导管系统100的近端。它包括手柄壳体112，提供了围 绕导管系统100内部部件的消毒区域。手柄壳体112还包括壳体挡板 (apron) 112a，该挡板向着近处向外张开(flare)，从而保护壳体112 内容纳的连接部件。相反，向远处移动，壳体还包括护套固定块112b。 导管护套82刚性接合到护套固定块112b，从而护套82相对于壳体112 固定，确保内部导管扫描主体sb相对于护套82移动。最后，壳体的远 端包括柔性鼻端部112c，从而防止导管的巻曲(crimping)。
导管托架(carriage) 118位于壳体112内。光纤束ofb固定到托 架118，从而托架的旋转运动52或者纵向运动50被传递到导管头130。 一个实施例中，光纤束ofb包括输送光纤74，其在一个实例中是单spatial mode)光纤，传递光谱信号例如通过可调 谐激光器产生的可调谐信号到导管头130;和采集光纤72，通常是多模 式光纤，将通过导管头130收集的任何光传递穿过导管系统100的长度。导管系统100具有一系列部件，它们形成了导管托架互锁系统180， 当导管系统100没有机械连接到回拉和旋转系统200时，该互锁系统防 止托架118在壳体主体112内旋转和纵向移动运动50。然而，当导管 系统100连接到回拉和旋转系统200时，回拉和旋转系统200上的解锁 或者钥匙系统将托架互锁系统180解锁，从而使得内部托架118能在壳 体112中自由旋转和纵向移动。互锁系统180包括一系列导管锁定杆116，当导管系统100没有连 接到回拉和旋转系统200时，其防止托架118进行旋转运动52和从壳 体112被抽取出(extract),但当导管系统100连接到回拉和旋转系统 200时，允许托架118在壳体主体112内旋转和轴向移动到主体112夕卜。 具体的， 一个实例中，两个以上的锁定杆被使用，例如在一个实现方式 中为四个。每个导管锁定杆包括杆枢转部116p、环接合鼻116n和杆臂116a。 当导管系统100没有连接到回拉和旋转系统200时，导管锁定杆116的 杆臂U6a与托架118的外周118p相接合。因为杆臂116a和托架118 的托架旋转凸肩118之间的干涉，这防止托架118在壳体主体内旋转。 具体的，当托架118完全插入到主体中时，杆臂116a在区域118p处被 弹性偏压紧靠导管托架118，并且落在相邻的轴向延伸托架旋转凸肩 118s之间，从而防止导管托架118在壳体主体112内旋转。杆臂116的弹性偏压通过柔性环形带116b提供，该带在杆臂116 的阵列的外周周围延伸。目前的实施例中，带116b利用人造橡胶材料 制造，例如EPDM橡胶(三元乙丙橡胶)。这是低蠕变(cre印)、抗菌的 材料。另一种形式中，弹性偏压通过弹簧元件执行，例如片簧，其与杆 臂116整体形成。杆臂116a紧靠导管托架118的区域118p的接合同样防止导管托 架118从壳体主体112被抽取出来。具体的，如果抽取力相对于壳体主 体112施加到导管托架118，杆臂116a沿着导管托架118的部分118p19滑动，从而与抽取凸肩118e相接合。当导管系统IOO没有连接到回拉 和旋转系统200时，这种机械干涉因此防止了导管托架118从壳体主体 112被抽取或者掉落出来。
图3示出了导管系统100连接到回拉和旋转系统200，并且具体的， 示出了它与接口释放环210的相互作用。环凸肩210s与导管锁定杆116 的环接合鼻116n相接合。这使得锁定杆116在相应的杆枢转部116p上 枢转，抵抗带116b的轴向向内的偏压力，其中锁定杆116的杆臂部116a 向外旋转，从而使得杆臂116a脱离与导管托架118的区域118p的接合。 因为杆臂116a不再与托架旋转凸肩118s干涉，这允许导管托架118现 在在壳体112内旋转。另外，杆臂116a现在被拉离托架抽取凸肩118e， 从而允许托架沿着箭头10的方向移动和相对于壳体主体112沿着箭头 50'的方向旋转。
图4示出了回拉和旋转系统200。它通常包括回拉和旋转框架212。 框架212的前部构件212f保持着接口释放环210，该环形成了导管系 统IOO连接到其处的导管接口 205的部分。中间构件212b从前部构件 212f向后部构件212c横向延伸。
回拉和旋转系统200还包括托架驱动系统300，该系统连接到导管 托架118。这个托架驱动系统300通常通过导管托架118驱动导管系统 100的所述内部导管扫描主体sb和导管头130旋转，并且还驱动所述 内部导管扫描主体sb和导管头130在导管系统100中纵向运动。该纵 向运动通过托架驱动系统300的运动而沿着箭头50的方向来回提供， 并且旋转通过托架驱动系统300的转鼓(drum)系统325的沿着箭头 52方向的旋转而实现。
更详细的，托架驱动系统300在回拉和旋转框架212上在框架导 轨212r上纵向行进，该导轨形成在中央构件212b的任一侧上。具体的， 托架滚动件330在导轨212r上滚动，从而允许托架驱动系统300在框 架212上横向移动。托架滚动件30轴颈连接到(journaled)滚动盘 331，该盘分别连接到前部托架框架板333f和后部托架框架板333b。
托架转鼓系统325安装成在前部托架框架板333f和后部托架框架 板333b上旋转。具体的，托架转鼓系统325包括前部托架转鼓滚动件200780042875. 6 和转鼓滚 动件314之间延伸，并且容纳旋转的转鼓系统325的电子、光学和光电 部件。前部托架转鼓滚动件314支撑着托架连接安装件310。托架连接 安装件310保持着凸的光学双向(duplex)耦合器312，该耦合器连接 到导管系统100的凹的双向光学耦合器120。具体的，这提供了输送光 纤74提供的输送通道和光纤束of b的采集光纤72提供的采集通道之间 的光学连接。导管对齐插杆(bayonet) 114从凹的双向光学耦合器120 附近突出。
托架连接安装件310还具有插杆鞘(scabbard) 310s，其是用于 接纳导管对齐插杆114的孔。因此，当导管系统IOO插入到回拉和旋转 系统200中时，导管对齐插杆114延伸到插杆鞘310s中，从而确保导 管系统100以及具体的导管托架118旋转地对齐到托架系统300的转鼓 系统325,因此确保凹入的双向光学耦合器120和凸出的光学双向耦合 器312之间的对齐。
另外，托架连接安装件310还包括插杆存在检测器310d，当导管 系统100被正确地连接到PBR系统时，其检测导管对齐插杆114的存在 从而向PBR系统200发送信号。
在托架电动机编码器320的驱动下，转鼓系统325相对于托架框 架板333f、 333b旋转。具体的，托架电动机编码器320驱动所述滚动 件323，该滚动件与前部转鼓314的外周上的齿相接合。因此，电动机 编码器320驱动所述转鼓系统323从而在它的编码器的角度控制作用下 进行旋转运动52。三个托架滚动件327，均具有凹的V形轮廓，通过在 三个分布的接触点处接合前部转鼓314的V形外周边314p，为转鼓325 提供支撑，允许它的旋转。
托架驱动系统200还包括转鼓角度位置检测系统。具体的，角度 位置检测器324连接到托架框架的后部托架框架333b。转鼓基部330 还包括标记332，其靠近角度位置检测器324经过，并且这样，托架驱 动系统300中的转鼓系统325的角度位置被检测，并且具体的，它的正 确定向，从而接纳导管系统100，并且可替换地用于将电动机编码器320 的编码器校准到己知的基准。图5示出了用于托架驱动系统300的纵向驱动系统。纵向驱动系 统在直接操作者控制下或者在电动机控制下提供了运动。托架驱动系统 300的手动操作，即纵向运动，如箭头50所示，通过使用者旋转手动 轮214而实现。这驱动了手动驱动带216，该带转动手动带轮218。这 个运动使得托架驱动系统300沿着箭头50的方向来回运动，取决于手 动轮214被操作者旋转的方向。更具体的，正时带驱动带246在手动带 轮218下面的带轮和第二正时带轮(图4中见219)之间拉伸。正时带 246还连接到托架驱动系统300。纵向驱动装置或者正时带驱动电动机 240，悬挂在后部构件212c上，同样可替换地用于沿着箭头50的方向 来回驱动托架驱动系统300。具体的，纵向驱动电动机240通过离合器 242与正时带246相接合。因此，当离合器242接合时，驱动电动机240 连接以纵向驱动所述托架驱动系统300。编码器244，连接到后部构件 212c，同样设置在驱动路径上，具体的，编码器244通过编码器带轮 247与正时带246相接合，具体的，接合所述正时带246的外周从而监 测导轨212r上托架系统300的轴向位置。
图5A示意性示出了机械系统，用于驱动托架驱动系统300。具体 的，它允许编码器244通过正时带246监测托架系统300的轴向位置， 与对于托架驱动系统300的线性驱动是手动提供还是通过操作者利用 手动轮214提供、或者在纵向驱动电动机240的控制下提供无关。具体 的，手动轮214以及可能的驱动电动机240都驱动正时带246，该带246 到达编码器244。因此，与离合器242的状态无关，无论开启或者闭合， 编码器244持续监测托架驱动系统300的位置。
图6的近视图示出了凸的双向光学耦合器312。具体的，耦合器容 纳在托架连接安装件310内。两个光学凸的适配器被设置， 一个用于多 模式采集光纤(312c)， 一个用于单模式输送光纤(312d)。每个适配器 具有前部防尘盖312d，当连接器没有接合时，该防尘盖闭合，从而保 护耦合器内敏感的光纤端面。目前，使用Diamond牌F-3000Backplane 适配器，其提供了主动的推拉保持。
图7是反向角度的更详细的视图，更好的示出了用于托架驱动系 统300的光学和电连接。具体的，输送通道的输入光纤361通过输入光
22纤旋转连接器360连接到旋转的托架转鼓325。这允许输入光纤361保 持静止，即保持不旋转。在目前的实现形式中，可调谐的激光器提供输 入光纤361上的可调谐光学信号。其它应用中，窄带光源用于反射分析。 其它系统中，使用宽带源。
电滑环系统363将电功率和信号传递到旋转转鼓和从旋转转鼓传 递。具体的，光谱分析系统22在一个实施例中设置成从滑环系统363 接收光谱数据，从而能够分析目标组织。稳定支架365防止旋转连接件 的名义上的静止侧由于通过联接件从旋转转鼓325的扭矩传递而旋转。
图7A示出了光学和电子系统，示出了它们与旋转转鼓325的关系。
输送可调谐光信号，例如可调谐激光器20产生的光信号，在光纤 361上传递，通过输入光纤旋转连接器360传递到旋转转鼓325。转鼓 325中的输入光纤361d连接到分接器(tap) 368。这个分接器368将 通过输入光纤361d、输入通道传递的光信号的一部分引导到转鼓325 上的输送信号检测器364。剩余信号在导管系统100的输送光纤74的 光纤361e上通过双向耦合器312/120传递。从导管头110采集的任何 采集的光学信号通过导管系统100的采集光纤72被传递，并且接收在 采集通道的采集光纤370上。这个光纤终止于采集光学检测器366上。
通常，输送通道将光学信号通过旋转转鼓325利用旋转接头360 传递到腔内导管100，并且旋转托架上的输送通道检测器364监测着在 输送通道上传递的光学信号。采集通道检测器366检测来自病人的光学 信号。噪声抑制系统使用输送通道检测器364来降低来自病人的光学信 号中由于旋转接头360和/或激光器噪声引入的噪声。
通常，光学旋转耦合器360会发出噪声。另一个噪声源是激光器 本身，是因为光学功率输出的瞬时波动造成的。分接器368将这些输送 光学信号的一部分包括任何噪声提供给输送光学信号检测器364。然而， 当从导管头100返回的光学信号被采集检测器366接收和检测时，由旋 转接头360和任何激光器噪声增加的噪声被分离器(divider) 368进 行的处理而去除。具体的，该系统提供共模抑制，其将去除由旋转接头 360引入的噪声和激光器噪声。因此，不具有噪声的输出光信号然后被 进一步提供给光谱分析机22，其分辨所述病人组织的光谱响应，这允许它的分析。例如，确定组织的状态。其它实例中，OCT分析被执行以 确定组织的拓扑。
其它实施例中，输送光学信号检测器没有位于旋转转鼓325上， 而是位于转鼓325和激光器20之间。这用在这样的情况中，其中，来 自旋转耦合器360的任何噪声最小，或者在信号带外部。
将光学检测器364、 366结合在旋转转鼓325上提供了多个优点。 首先因为采集光学检测器366位于转鼓325上，第二光学旋转耦合器不 需要。光学信号中的信息从旋转转鼓325通过电滑环系统363被电传递。 当使用光学旋转联接件时产生的一个问题是可能产生光学噪声，这是由 于联接件360的旋转运动造成的。这在本系统中通过将输送检测器364 结合在旋转转鼓325上来解决。
图8和9示出了托架驱动互锁系统。该互锁系统确保了托架驱动 系统300处于并被保持在回拉和旋转框架的近端处或者附近，靠近前部 构件212f ，尤其是在导管系统100连接到回拉和旋转系统200的过程 中。
通常，托架驱动互锁是闭锁系统252，当托架系统IOO连接到回拉 和旋转系统200时，用于保持回拉和旋转系统200的托架驱动系统300 防止移动。它还具有释放系统，用于解锁所述闭锁系统252,以使得当 导管系统100连接到回拉和旋转系统200时，托架驱动系统300能够相 对于框架212纵向运动。互锁闭锁系统252确保了托架驱动系统300不 会自由移动，尤其是响应于操作者提供的任何连接力，从而将导管系统 IOO连接到回拉和旋转系统200上的接口 205。
具体的，两个托架闭锁件250锁定并且接合两个对置的托架闭锁 板370，所述板370从前部托架框架件333f的前表面延伸。具体的， 每个托架闭锁件250与相对应的托架闭锁板371相接合(例如见图8)， 从而将托架驱动系统300锁定在它的向前位置。框架212上的前部位置 传感器290检测标志臂390的存在，从而确认托架驱动系统300处于它 的最靠前的位置。在这个位置，托架连接安装件310突出穿过框架212 的前部构件212f中的孔212p，使得导管系统100的托架118能够机械 地并且光学地与托架驱动系统300相配合。每个托架闭锁件250被偏压
24弹簧偏压与板371相接合。
仅当导管系统100完全插入到回拉和旋转系统200上时，托架驱 动系统300通过释放系统的作用变得解锁。具体的，托架系统100的完 全插入和连接使得导管检测销256沿着箭头25的方向移动。这个运动 使得托架闭锁件250沿着箭头26的方向枢转，从而从托架闭锁板371 脱开，从而使得托架驱动系统300能够在框架导轨212r上自由纵向移 动。
图10示出了导管壳体互锁系统270，该系统确保了导管系统100 尤其是导管壳体112不会意外地从回拉和旋转系统200脱离。导管壳体 互锁系统270包括四个导管壳体锁定机构272，用于将导管壳体112固 定到回拉和旋转系统200的前部框架构件212f 。
具体的，导管壳体互锁系统270包括导管锁定机架(rack frame) 158。当这个导管锁定机架158被操作者通过在翼片266上施加向下的 力沿着箭头32的方向压下时，它使得锁定凸轮齿轮260沿着箭头34的 方向旋转。更详细的，连接到前部构件212f的引导销螺栓410引导所 述机架抵抗偏压导轨弹簧159的力竖直滑动。机架158的齿条158r(见 图11)接合所述锁定凸轮齿轮260的外周上的齿。当区域260cl移动 远离滚动件262并且区域260c2与滚动件262接触时，凸轮齿轮的旋转 使得导管凸轮齿轮260的内表面上的凸轮面260c接合并且沿着径向向 内方向推动四个锁定滚动件262。这使得锁定滚动件262和闭锁件264 抵抗弹簧元件267而移动。
图11示出了导管互锁系统270的前侧。接口环110被移除以暴露 出闭锁件264，该闭锁件通常延伸穿过接口环210的孔210p，见图4。 凸轮齿轮260的旋转使得闭锁件264相对于中央孔212p径向向外枢转。 参见图11。闭锁件264的向外枢转使得闭锁凸肩265从导管系统100 的壳体锁定凸肩112s牵拉离开。见图3。因此仅当操作者在翼片266 上施加向下的力时，抵抗着偏压弹簧159移动机架158，将使得导管系 统100自由脱离回拉和旋转系统200。这确保了导管壳体112不会以不 可控的方式与操作者意愿相反地脱离回拉和旋转系统200。
虽然已经参考特定实施例描述和示出了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以 对形式和详细结构做出多种变化。
权利要求
1.一种导管系统，包括腔内导管，用于插入病人体内，包括外部护套，和内部扫描主体，在外部护套内转动和纵向移动；和手柄部分，包括外部壳体，机械连接到外部护套，和内部托架，至少部分地位于外部壳体内，并且机械地连接到内部扫描主体。
2. 如权利要求l所述的导管系统，其特征在于，内部扫描主体包 括光纤束，所述光纤束包括至少一根光纤，用于在腔内导管的头部和内 部托架之间传递光学信号。
3. 如权利要求2所述的导管系统，其特征在于，内部托架包括一个或多个光学连接器，用于提供到光纤束的光学连接。
4. 如权利要求l所述的导管系统，其特征在于，内部扫描主体包 括扭矩缆索，用于从内部托架通过内部扫描主体向腔内导管的头部传递 旋转。
5. 如权利要求l所述的导管系统，其特征在于，外部壳体用作把 手，用于将导管系统连接到一回拉和旋转系统。
6. 如权利要求l所述的导管系统，其特征在于，内部托架包括插 杆元件，该插杆元件从内部托架的近侧轴向突出，用于在连接到回拉和 旋转系统过程中旋转地对齐所述内部托架。
7. 如权利要求l所述的导管系统，其特征在于，还包括导管托架 互锁系统，其至少在运输过程中将内部托架固定在外部壳体内。
8. 如权利要求7所述的导管系统，其特征在于，导管托架互锁系 统防止内部托架在外部壳体内旋转。
9. 如权利要求7所述的导管系统，其特征在于，导管托架互锁系 统防止内部托架从外部壳体被抽取出。
10. 如权利要求9所述的导管系统，其特征在于，导管托架互锁 系统防止内部托架在外部壳体内旋转。
11. 如权利要求7所述的导管系统，其特征在于，还包括位于回 拉和旋转系统上的释放构件，用于使得导管托架互锁系统脱开，从而内 部托架能够相对于外部壳体旋转和移动。
12. 如权利要求7所述的导管系统，其特征在于，导管托架互锁 系统包括至少一个杆臂，该杆臂枢转以接合内部托架，从而防止内部托 架旋转和/或从外部壳体被抽出。
13. —种用于光学导管系统的导管托架互锁系统，所述光学导管 系统包括腔内导管，其为病人提供光学信号，并且传送来自病人的光 学信号；外部壳体；和内部托架，在操作过程中当导管系统被一回拉和 旋转系统驱动时，所述内部托架相对于外部壳体纵向移动，并且相对于 外部壳体旋转，所述互锁系统包括托架锁定系统，防止内部托架在外部壳体中旋转和纵向运动；和 位于回拉和旋转系统上的解锁系统，当导管系统连接到回拉和旋转系统时，所述解锁系统将托架锁定系统解锁以使得内部托架相对于外部壳体自由旋转和纵向移动。
14. 如权利要求13所述的互锁系统，其特征在于，导管锁定系统 包括至少一个杆臂，该杆臂枢转以接合内部托架，从而防止内部托架旋 转和/或从外部壳体被抽出。
15. 如权利要求14所述的互锁系统，其特征在于，所述至少一个 杆臂与内部托架上的抽取凸肩机械干涉，从而防止托架从外部壳体抽 出。
16. 如权利要求14所述的互锁系统，其特征在于，所述至少一个 杆臂与内部托架上的旋转凸肩机械干涉，从而防止托架在外部壳体中旋转。
17. 如权利要求16所述的互锁系统，其特征在于，所述至少一个 杆臂与内部托架上的抽取凸肩机械干涉，从而防止托架从外部壳体抽 出。
18. 如权利要求14所述的互锁系统，其特征在于，解锁系统包括 环，该环与所述至少一个杠杆臂接合以使所述至少一个杆臂枢转脱离与 内部托架的接合。
19. 一种用于光学导管系统的导管托架互锁方法，所述光学导管 系统包括腔内导管，其为病人提供光学信号，并且输送来自病人的光 学信号；外部壳体；和内部托架，在操作过程中当导管系统被一回拉和 旋转系统驱动时，所述内部托架相对于外部壳体纵向移动，并且相对于 外部壳体旋转，所述互锁方法包括至少在光学导管系统的运输过程中，防止内部托架在外部壳体中 旋转和纵向移动；和当光学导管系统连接到回拉和旋转系统时，解锁所述内部托架从 而使得内部托架能相对于外部壳体自由旋转和纵向移动。
20. —种导管系统，包括 腔内导管，用于插入病人体内，包括外部护套，和内部扫描主体，在操作过程中在外部护套内转动和纵向移动；和手柄部分，包括外部壳体，机械地连接到外部护套，和 导管壳体锁定机构，用于将手柄部分固定到一回拉和旋转系统的 框架，直到被使用者解锁。
21. 如权利要求20所述的导管系统，其特征在于，导管壳体锁定机构由使用者致动从而将手柄部分从框架释放。
22. —种回拉和旋转系统，包括框架；导管系统接口，连接到框架，包括腔内导管的导管系统连接到所述导管系统接口；托架驱动系统，相对于框架纵向移动和旋转，从而为导管系统提 供旋转和纵向驱动；和纵向驱动系统，包括驱动电动机和手动驱动输入装置，驱动电动 机用于推进和/或回退所述托架驱动系统，手动驱动输入装置使得使用 者能够手动地推进和/或回退所述托架驱动系统。
23. 如权利要求22所述的回拉和旋转系统，其特征在于，还包括 离合器，用于选择性地接合所述纵向驱动系统的驱动电动机。
24. 如权利要求22所述的回拉和旋转系统，其特征在于，还包括 编码器，用于当托架驱动系统被驱动电动机驱动时以及当托架驱动系统 被手动驱动输入装置驱动时追踪托架驱动系统的推进和回退。
25. 如权利要求22所述的回拉和旋转系统，其特征在于，还包括 离合器，用于选择性地接合所述纵向驱动系统的驱动电动机；和 编码器，用于当托架驱动系统被驱动电动机驱动时以及当托架驱动系统被手动驱动输入装置驱动时追踪托架驱动系统的推进和回退；其中所述手动驱动输入装置机械地连接到编码器，并且离合器选 择性地将驱动电动机连接到编码器。
26. 如权利要求22所述的回拉和旋转系统，其特征在于，还包括 正时带系统，用于将驱动电动机和手动驱动输入装置连接到托架驱动系 统。
27. 如权利要求22所述的回拉和旋转系统，其特征在于，托架驱 动系统还包括驱动框架和在所述框架上旋转的转鼓。
28. 如权利要求27所述的回拉和旋转系统，其特征在于，所述转 鼓承载着光学连接器，用于为导管系统提供光学连接。
29. 如权利要求27所述的回拉和旋转系统，其特征在于，还包括 转鼓旋转电动机编码器，用于在驱动框架上旋转所述转鼓，并且监测所述转鼓的旋转。
30. 如权利要求27所述的回拉和旋转系统，其特征在于，还包括角度位置检测器，用于确定转鼓的角度位置。
31. 如权利要求27所述的回拉和旋转系统，其特征在于，所述转鼓包括光学旋转耦合器，使得能够在旋转转鼓和框架之间传递光学信号。
32. 如权利要求27所述的回拉和旋转系统，其特征在于，所述转鼓包括检测器，用于检测从导管系统返回的光学信号。
33. 如权利要求27所述的回拉和旋转系统，其特征在于，所述转鼓包括电滑环组件，用于向旋转的转鼓传递电信号。
34. —种用于导管系统的回拉和旋转驱动的方法，该方法包括将导管系统连接到接口；纵向地和旋转地驱动所述导管系统；和使得手动驱动装置能由使用者手动地纵向推进或者回退所述导管系统。
35. —种用于光学导管系统的回拉和旋转系统，包括框架，导管系统接口，连接到框架，包括腔内光学导管的导管系统连接到所述导管系统接口；托架驱动系统，相对于框架纵向地移动和旋转，从而向导管系统提供旋转和纵向驱动；和纵向驱动系统，包括驱动电动机，用于推进和/或回退所述托架驱动系统。
36. 如权利要求35所述的回拉和旋转系统，其特征在于，还包括离合器，用于选择性地接合所述纵向驱动系统的驱动电动机。
37. 如权利要求35所述的回拉和旋转系统，其特征在于，还包括编码器，用于追踪托架驱动系统的推进和回退。
38. 如权利要求35所述的回拉和旋转系统，其特征在于，还包括正时带系统，用于将驱动电动机连接到托架驱动系统。
39. 如权利要求35所述的回拉和旋转系统，其特征在于，托架驱动系统还包括驱动框架和在框架上旋转的转鼓。
40. 如权利要求39所述的回拉和旋转系统，其特征在于，所述转鼓承载着光学连接器，用于为导管系统提供光学连接。
41. 如权利要求39所述的回拉和旋转系统，其特征在于，还包括转鼓旋转电动机编码器，用于在所述驱动框架上旋转所述转鼓，并且监测转鼓的旋转。
42. 如权利要求41所述的回拉和旋转系统，其特征在于，还包括角度位置检测器，用于确定转鼓的角度位置。
43. 如权利要求41所述的回拉和旋转系统，其特征在于，所述转鼓包括光学旋转耦合器，能够使得光学信号在旋转的转鼓和框架之间传递。
44. 如权利要求41所述的回拉和旋转系统，其特征在于，所述转鼓包括检测器，用于检测从导管系统返回的光学信号。
45. 如权利要求41所述的回拉和旋转系统，其特征在于，所述转鼓包括电滑环组件，用于向旋转的转鼓传递电信号。
46. —种用于导管回拉系统的回拉托架互锁系统，所述导管回拉系统包括框架；导管系统接口，连接到框架，包括腔内导管的导管系统连接到导管系统接口；回拉托架驱动系统，相对于框架纵向移动，从而向导管系统提供纵向驱动，所述回拉托架互锁系统包括闭锁系统，用于当导管系统连接到回拉系统时保持所述回拉托架驱动系统。
47. 如权利要求46所述的回拉托架互锁系统，其特征在于，还包括释放系统，当导管系统连接到回拉系统时，所述释放系统用于解锁所述闭锁系统从而使得回拉托架驱动系统能够相对于框架纵向移动。
48. 如权利要求46所述的回拉托架互锁系统，其特征在于，闭锁系统包括至少一个闭锁臂，其与回拉托架驱动系统的托架驱动框架相接合。
49. 如权利要求46所述的回拉托架互锁系统，其特征在于，闭锁系统包括至少一个闭锁臂，当朝着导管系统接口充分推进时，所述闭锁臂接合回拉托架驱动系统的托架驱动框架。
50. 如权利要求46所述的回拉托架互锁系统，其特征在于，还包括释放系统，当导管系统连接到回拉系统时，所述释放系统用于解锁所述闭锁系统从而使得回拉托架驱动系统能够相对于框架纵向移动，通过将导管系统连接到导管系统接口，释放系统被接合。
51. 如权利要求50所述的回拉托架互锁系统，其特征在于，释放系统包括销，所述销将闭锁臂旋转脱离与回拉托架驱动系统的接合。
52. 如权利要求46所述的回拉托架互锁系统，其特征在于，还包括检测器，用于检测回拉托架驱动系统在用于连接到导管系统的位置中的存在。
53. —种用于导管回拉系统的互锁方法，所述导管回拉系统包括:框架；导管系统接口，连接到框架，包括腔内导管的导管系统连接到所述导管系统接口；回拉托架驱动系统，相对于框架纵向移动，从而向导管系统提供纵向驱动，该方法包括防止回拉托架驱动系统的纵向运动；将导管系统连接到导管系统接口，同时防止纵向运动。
54. 如权利要求53所述的方法，其特征在于，还包括在连接导管系统之后释放回拉托架驱动系统。
55. 如权利要求53所述的方法，其特征在于，还包括检测回拉托架驱动系统在用于连接到导管系统的位置中的存在。
56. —种腔内光学分析系统，包括-腔内光学导管，为病人提供光学信号，并且传送来自病人的光学信号，从而使得能够分析病人体内的组织；旋转系统，包括框架和托架驱动系统，该托架驱动系统相对于框架旋转，从而为光学导管提供旋转驱动；光源，用于产生光学信号；和输送通道，用于通过托架驱动系统穿过旋转光学接头将光学信号传递到腔内光学导管。
57. 如权利要求l所述的腔内分析系统，其特征在于，还包括-输送通道检测器，用于检测在输送通道上传递的光学信号；和采集通道检测器，位于托架驱动系统上，用于检测来自病人的光学信号。
58. 如权利要求58所述的腔内分析系统，其特征在于，输送通道检测器位于托架驱动系统上。
59. 如权利要求58所述的腔内分析系统，其特征在于，还包括旋转接头噪声抑制系统，其参照输送通道检测器和采集通道检测器使用共模抑制来降低来自病人的光学信号由于旋转光学接头而引入的噪声。
60. 如权利要求58所述的腔内分析系统，其特征在于，还包括激光器噪声抑制系统，其参照输送通道检测器和采集通道检测器使用共模抑制来降低来自病人的光学信号由于产生光学信号的激光器而引入的噪声。
61. 如权利要求58所述的腔内分析系统，其特征在于，还包括分接器，用于将一部分光学信号转移到输送通道检测器。
62. 如权利要求58所述的腔内分析系统，其特征在于，光源是可调谐激光器。
63. 如权利要求58所述的腔内分析系统，其特征在于，还包括分离电路，用于分离输送通道检测器和采集通道检测器的响应。
64. 如权利要求58所述的腔内分析系统，其特征在于，还包括电滑环组件，用于在响应于输送通道检测器噪声抑制之后，从输送通道检测器从旋转的托架驱动系统传递电信号。
65. —种用于腔内光学分析系统的方法，所述腔内光学分析系统包括腔内光学导管，为病人提供光学信号，并且传送来自病人的光学信号，从而使得能够分析病人体内的组织；旋转系统，包括框架和托架驱动系统，托架驱动系统相对于框架旋转，从而为光学导管提供旋转驱动，所述方法包括产生光学信号；将光学信号通过托架驱动系统经由旋转光学接头传递给腔内光学导管；监测在输送通道上传递的光学信号；和检测托架驱动系统上来自病人的光学信号。
66. 如权利要求65所述的方法，其特征在于，还包括参照输送通道检测器和采集通道检测器使用共模抑制来降低来自病人的光信号中通过旋转光学接头引入的噪声。
67. 如权利要求65所述的方法，其特征在于，还包括参照输送通道检测器和采集通道检测器使用共模抑制来降低来自病人的光信号中通过产生光学信号的激光器引入的噪声。
68. 如权利要求65所述的方法，其特征在于，还包括将一部分光学信号分接到输送通道检测器。
69. 如权利要求65所述的方法，其特征在于，还包括将输送通道检测器设置在旋转的托架驱动系统上。
70. 如权利要求65所述的方法，其特征在于，产生光学信号的步骤包括利用可调谐激光器产生光学信号。
全文摘要
一种光学导管系统，包括腔内导管，向病人提供光学信号，并且承载来自病人的光学信号；外部壳体；和内部托架，在操作过程中当导管系统被回拉和旋转系统驱动时，相对于外部壳体纵向移动，并且相对于外部壳体旋转。光学导管系统具有互锁系统，防止内部托架在外部壳体中纵向移动和旋转，直到连接到回拉和旋转系统。回拉和旋转系统包括框架和导管系统接口，该接口连接到框架，导管系统连接到其处。托架驱动系统另外设置，其相对于框架纵向移动和旋转，从而为导管系统提供旋转和纵向驱动。
文档编号A61B5/00GK101662981SQ200780042875
公开日2010年3月3日 申请日期2007年10月19日 优先权日2006年10月20日
发明者C·埃波利, J·D·卡普兰, J·墨菲, P·斯特里克勒 申请人:英弗拉雷德克斯公司