用于利用光学形状感测的导丝来放置设备的衬套的制作方法

本公开内容涉及医学器械，并且更具体地涉及导丝中的形状感测光纤，所述形状感测光纤被配置为在医学应用中感测丝线上部件。

背景技术：

诸如导管、部署系统或护套的医学能够可以通过将(一条或多条)光纤嵌入设备而实现形状感测。这需要定制设备的机械设计以为纤维增加额外的腔体。增加纤维也增加了设备的成本，并且需要使用额外的形状感测系统。这样的设备被称为“丝线上”设备，这是因为它们通常与行进通过设备中的腔体的导丝结合使用。

光学形状感测(OSS)或光纤真实形状^TM(也被称为“光学形状感测”、“纤维形状感测”、“光纤3D形状感测”、“光纤形状感测和定位”等)在手术介入期间采用沿着多芯光纤的光来进行设备定位和导航。所涉及的一个原理是利用使用特征瑞利反向散射或受控光栅样式在光纤中进行的分布式应变测量。能够一起使用多条光纤来重建3D形状，或者也可以使用具有多条芯的单条光纤(其也可以被螺旋成较小轮廓的传感器)。沿着光纤的形状开始于沿着传感器的特定点(己知为起始点或者z＝0)，并且随后的形状位置和取向是相对于该点的。光学形状感测纤维能够被集成到医学设备中，以在微创流程中提供对设备的实况引导。

在要使用形状感测对具有行进通过设备中的腔体的导丝的设备进行定位和取向的情况下，必须具有旋转信息。然而，导丝和丝线上设备不是以旋转方式被耦合在体内的。结果，未能解决确定丝线上设备的取向的问题。

技术实现要素：

根据本发明原理，一种用于对设备进行部署的系统包括细长的柔性器械和被耦合到所述柔性器械的形状感测系统。衬套包括形状轮廓，所述衬套被配置为在其中接收并保持所述柔性器械和所述形状感测系统。所述形状轮廓包括这样的形状：所述形状使用所述形状感测系统来跟踪所述衬套相对于参考位置的位置或旋转。所述衬套被配置为被耦合到可部署设备，使得所述衬套的所述位置或所述旋转的变化指示所述可部署设备的对应变化。

另一种用于对设备进行部署的系统包括：形状感测使能的导丝以及包括轮廓的衬套，所述衬套被配置为在其中接收并保持所述形状感测使能的导丝。所述轮廓包括这样的形状：所述形状允许使用形状感测来识别所述衬套相对于参考位置的位置或旋转中的至少一个。丝线上设备在部署期间能连接到所述衬套。配准模块将解剖图像与所述衬套进行配准，以根据所述衬套的位置或旋转中的所述至少一个来推断所述设备的位置或旋转。

一种用于对设备进行部署的方法包括：将衬套附接在细长的柔性器械上，所述细长的柔性器械具有被耦合到所述柔性器械的形状感测系统，所述衬套包括形状轮廓，所述衬套被配置为在其中接收并保持所述柔性器械和所述形状感测系统；将部署的器械上的目标特征配准到所述衬套；使用由所述形状感测系统提供的所述衬套相对于图像的位置或旋转中的至少一个来在所述图像上显示所部署的器械的表示，在所述图像中，所述衬套的位置或旋转中的所述至少一个的变化指示所部署的器械的对应变化；并且细化所述图像中的所述表示的位置或旋转中的所述至少一个。

结合附图阅读本公开内容的说明性实施例，根据下文中对本公开内容的说明性实施例的详细描述，本公开内容的这些和其他目标、特征和优点将变得明显。

附图说明

参考以下附图，本公开内容将详细呈现对优选实施例的如下描述，其中：

图1是示出根据一个实施例的用于推断可部署设备的位置/取向的形状感测衬套的框图/流程图；

图2是示出根据一个实施例的远端配准的示意图；

图3是示出根据一个实施例对包括导管端部的回环的端部和长度进行配准的示意图；

图4是示出根据一个实施例使用配准固定件进行配准的示意图；

图5示出了根据说明性实施例的、具有用于配准的不透射线的标记物的未部署的支架的图像和部署的支架的图像；

图6是示出根据一个实施例的丝线上设备的可视化的虚拟图像，该虚拟图像以特定颜色和厚度示出被叠加在成像模型图上的设备的长度；

图7是示出根据一个实施例的丝线上设备特征模型和物理模型的可视化的虚拟图像；

图8是示出根据一个实施例将丝线上设备可视化为球囊的虚拟图像，其中，该球囊包括多个节点以映射扩展；

图9是示出根据一个实施例的用于使用由衬套定义的平面进行跟踪的丝线上设备的旋转的示意图；

图10是示出根据一个实施例的、针对丝线上设备的与图9的旋转相对应的虚拟模型的示意图；并且

图11是示出根据一个实施例的、用于使用衬套来部署器械以用于跟踪的方法的框图/流程图。

具体实施方式

根据本发明原理，提供了一种用于在腔体中使用的形状感测的导丝，其也感测任何商用的丝线上设备或部件的位置。如果在形状感测的导丝(或其他柔性细长设备)上采用导管(或其他可部署设备)，那么导丝形状还定义了针对导管与导丝交叠的长度的导管形状。为了正确定义导管的位置，需要知道导管与导丝之间的关系。这能够通过使用衬套设备来使导丝在沿着导管的特定位置处呈现出特定形状、弯曲或应变轮廓(形状轮廓)来完成。一种引起这种形状、弯曲或应变轮廓的方法是采用具有已知轮廓的“衬套”，其能够被存储为模板。

当形状感测的设备在非形状感测的设备内部时，来自感测的设备的形状信息能够用于推断关于未感测的设备的形状和位置的信息。所需的配准可能包括两个设备之间的纵向平移。该配准能够通过使用感测的设备在沿着未被感测的设备的特定位置处的已知形状变形来执行。能够通过弯曲检测、(因加热或张力引起的)轴向应变、2D或3D形状匹配等来检测形状变形。

可以采用多种不同版本的衬套设计。在使用形状变形(与例如因温度引起的应变变形不同)的衬套的情况下，形状变形也将定义平面。相同的衬套设备能够用于跟踪设备的取向(例如，围绕设备的纵轴滚动)。设备的近侧部分中的衬套的取向可以1对1地映射到位于远侧部分中的治疗器件(例如、球囊、瓣膜、腔内移植物、支架等)。

衬套可以被定义为能够在形状感测的设备(例如，导丝)中创建形状或弯曲变形的部件。这样的部件应当能够在临床环境中的各种各样的可用的商用医学设备中工作。能够在多种设备设计中采用衬套设计。多种不同版本的衬套设计能够用于使导丝变形并执行纵向编码。

一旦知晓了丝线上设备的位置和取向，就可以将其用于显示治疗器件(例如，球囊、瓣膜、腔内移植物、支架等)的模型。在脉管内动脉瘤修复术(EVAR)中，需要知晓腔内移植物的位置，使得能够相对于原始腔内移植物对其他导管和腔内移植物进行导航。这需要大量的荧光透视和造影剂。如果腔内移植物未被正确地定位，那么可能会出现许多问题。

EVAR取代了开放性手术作为修复腹主动脉瘤(AAA)的最常用技术。该流程通常在X射线荧光透视引导下进行，并且使用大量造影剂来正确定位和部署支架移植物。在EVAR流程中平均使用50-100mL的造影剂，其中在～7％的情况下可能导致急性肾衰竭。来自EVAR的一个并发症是因支架移植物对主动脉的密封不足造成的内漏。内漏涉及支架周围的不正确流动(例如，在近侧附接部位或远侧附接部位处的支架周围流动，流过移植物壁，从分支逆流等)。EVAR周围的另一种并发症涉及主动脉侧分支(例如，结肠动脉、肾动脉和盆腔动脉)的缺血。这可能是由于支架移植物的错位放置而导致支架部分或完全覆盖侧支脉管中的一条，并且这与缺乏高质量成像技术以及脉管内团队的经验积累相关联。

在EVAR中，支架移植物被包含在支架部署系统内，所述支架部署系统被用于将支架导航到脉管系统的正确部分。所述部署系统倾向于是相对较大且坚硬的脉管内设备。它们通常涉及在近端处的手柄或一组旋钮和刻度盘以控制支架部署周围的各个步骤。支架位于设备的远侧部分内，并且只有在设备已经被导航到适当位置时才被释放。在一些情况下，支架在一个步骤中被完全部署，而在其他情况下，支架能够被部分部署以允许在(通常通过扣环/密封圈)将支架牢固地附接到脉管系统的最终部署步骤之前校正定位和取向。

脉管内支架植入物在其能够使其密封圈降落处需要足够量的健康脉管系统。如果在肾动脉下面不是这种情况，那么支架将覆盖这些动脉，并且需要创建保持流向这些脉管的一些替代方式。这能够用被称为开窗式脉管内动脉瘤修复术(FEVAR)的流程中的开窗式支架(例如，具有用于侧枝的窗口的支架)来完成。在这种情况下，支架具有与侧分支正确地排列成行的开窗，并且放置额外的支架以将侧支脉管连接到主支架。

在X射线引导下，能够通过位于支架上的关键位置中的X射线可见标记物对支架进行可视化。在开窗式支架中，标记物识别开窗的位置并且能够用于对支架进行定向以将开窗与侧支脉管正确地对齐。

根据本发明原理，设备和方法包括将衬套配准到丝线上设备的目标节点并且对丝线上设备和丝线上设备中的目标节点处的模型进行可视化。这允许使用形状感测的导丝来导航任何商用导管、部署系统、护套或其他这样的设备。在有用的实施例中，设备和方法利用近侧衬套来确定设备的远侧部分的取向，例如被适配在形状感测导丝上的可商业获得的导管、部署系统或护套。衬套可以包括这样的形状轮廓：所述形状轮廓将穿过衬套的导丝偏转成已知形状。能够沿着光纤检测该形状以知晓导丝与丝线上设备之间的纵向配准。由于衬套被耦合到丝线上设备，因此也能够使用衬套形状来跟踪被施加到丝线上设备的近侧部分的旋转。

在一个实施例中，能够通过将平面拟合到衬套内部的已知形状轮廓并随时间跟踪该平面的取向来测量衬套的旋转(以及因此整个设备的旋转)。在一个实施例中，旋转开窗式腔内移植物的模型以将腔内移植物上的开窗与解剖模型更好地对齐。衬套形状围绕其自身的旋转被用于对被容纳在设备的远侧部分内的腔内移植物的旋转进行映射。这允许使用形状感测的导丝来(手动或自动)导航任何商用导管、部署系统、护套或其他这样的设备。这能够被应用到许多应用，例如，脉管应用(导管、护套、部署系统等)、腔内应用(内窥镜)、整形外科应用(K线和螺丝刀)以及非医学应用。

为了提供更有效的配准，可以采用利用光纤真实形状^TM(FORS^TM，也被称为“光学形状感测”、“纤维形状感测”、“光纤3D形状感测”、“光纤形状感测和定位”等)的可变形配准设备。光纤真实形状^TM系统是由皇家飞利浦有限公司开发的系统的商业名称。如本文所使用的，术语FORS^TM系统和FORS^TM系统不限于皇家飞利浦有限公司的产品和系统，而是通常指光纤形状感测和光纤形状感测系统、光纤3D形状感测、光纤3D形状感测系统、光纤形状感测和定位以及类似技术。

应当理解，本发明将在医学器械方面进行描述；然而，本发明的教导要宽泛得多并且适用于任何光纤器械。在一些实施例中，在跟踪或分析复杂生物或机械系统中采用本发明原理。具体地，本发明原理适用于生物系统的内部跟踪流程以及身体的所有区(例如，肺、胃肠道、排泄器官、血管等)中的流程。附图中描绘的元件可以以硬件和软件的各种组合的方式来实施，并且可以提供可以在单个元件或多个元件中组合的功能。

能够通过使用专用硬件以及能够运行与适当的软件相关联的软件的硬件来提供附图中示出的各种元件的功能。当由处理器提供时，所述功能能够由单个专用处理器、由单个共享处理器或由多个个体处理器(它们中的一些能够被共享)来提供。此外，对术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为专指能够运行软件的硬件，并且能够隐含地包括而不限于数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性存储器等。

此外，本文中记载本发明的原理、各方面和实施例以及其特定范例的所有陈述，旨在涵盖其结构和功能上的等价物。额外地，这样的等价物旨在包括当前已知的等价物以及未来发展的等价物(即，执行相同功能的所发展的任何元件而无论其结构如何)。因此，例如，本领域技术人员应当理解，本文中呈现的方框图表示实施本发明的原理的图示性系统部件和/或电路的概念视图。类似地，应当理解，任何流程图表、流程图等表示基本上可以被表示在计算机可读存储媒介中并且因此可以由计算机或处理器来运行的各种过程，无论这样的计算机或处理器是否被明确示出。

此外，本发明的实施例能够采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品可从计算机可用存储介质或计算机可读存储介质存取，所述计算机可用存储介质或计算机可读存储介质提供用于由计算机或任何指令运行系统使用或者与计算机或任何指令运行系统结合使用的程序代码。出于本说明书的目的，计算机可用存储介质或计算机可读存储介质能够是可以包括、存储、通信、传播或输送用于由指令运行系统、装置或设备使用或与指令运行系统、装置或设备结合使用的程序的任何装置。所述介质能够是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或装置或设备)或传播介质。计算机可读介质的范例包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘以及光盘。光盘的当前范例包括压缩盘-只读存储器(CD-ROM)、压缩盘-读/写(CD-R/W)、Blu-Ray^TM以及DVD。

在说明书中对本发明原理的“一个实施例”或“实施例”及其变型的引用意指结合实施例描述的特定特征、结构、特性等被包括在本发明原理的至少一个实施例中。因此，在说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”及任何其他变型不一定全部参考相同的实施例。

应当意识到，下文中使用的“/”、“和/或”以及“……中的至少一个”(例如，在“A/B”、“A和/或B”以及“A和B中的至少一个”的情况下)中的任一个旨在涵盖：仅选择第一列出项(A)，或者仅选择第二列出项(B)，或者选择这两项(A和B)。作为另外的范例，在“A、B和/或C”和“A、B和C中的至少一个”的情况下，这样的短语旨在涵盖：仅选择第一列出项(A)，或者仅选择第二列出项(B)，或者仅选择第三列出项(C)，或者仅选择第一列出项和第二列出项(A和B)，或者仅选择第一列出项和第三列出项(A和C)，或者仅选择第二列出项和第三列出项(B和C)，或者选择所有三项(A和B和C)。如对于本领域和相关领域中的普通技术人员容易意识到的，这可以对如所列出的许多项进行扩展。

还将理解，当诸如层、区域或材料的元件被称为在另一元件“上”或“之上”时，其能够直接在另一元件上或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接在另一元件之上”时，不存在中间元件。还将理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其能够直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接到另一元件”或“直接耦合到另一元件”时，不存在中间元件。

现在参考附图，在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件，并且首先参考图1，说明性地示出了根据一个实施例的用于监测形状感测使能的设备和其他设备的系统100。系统100可以包括工作站或控制台112，从所述工作站或控制台112监督和/或管理流程。工作站112优选包括一个或多个处理器114以及用于存储程序和应用的存储器116。存储器116可以存储光学感测模块122，所述光学感测模块122被配置为解读来自形状感测设备或系统104(FORS^TM)的光学反馈信号。光学感测模块122被配置为使用光学信号反馈(以及任何其他反馈)来重建与形状感测的设备相关联的变形，偏转和其他变化。根据本发明原理，医学设备或器械102包括腔体103，所述腔体103在其中接收导丝或其他细长的柔性器械108。导丝108被配置为接收通过其的系统104。医学设备102可以包括导管、护套、探头、内窥镜、机器人、电极、过滤设备、球囊设备、移植物、支架或具有腔体的其他医学部件等。医学设备102被认为是丝线上设备或部件。医学设备102包括衬套106，所述衬套106可以被配置在设备102内，被应用(被连接/被耦合)到设备102或者被配置为适配在设备102内。

形状感测系统104包括一条或多条光纤，所述一条或多条光纤可以以设定的一种或多种样式进行布置。光纤126通过线缆而连接到工作站112。根据需要，所述线缆可以根据需要而包括光纤、电连接、其他器械安装等。

具有光纤的系统104可以基于光纤布拉格光栅传感器、瑞利散射或其他类型的散射。能够利用常规的光纤中的固有反向散射，例如，瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射或荧光散射。一种这样的方法是在标准单模式通信纤维中使用瑞利散射。纤维芯中的折射率随机波动使得发生瑞利散射。这些随机波动能够被建模为具有沿着光栅长度的幅度和相位的随机变化的布拉格光栅。通过在多芯纤维的单个长度内延伸的三条或更多条芯中使用这种效应或者在被布置在一起的多条单芯纤维中使用这种效应，能够跟随感兴趣表面的3D形状和动态。

也可以对系统104采用光纤布拉格光栅(FBG)系统。FBG是光纤的反射特定波长的光并透射所有其他光的短节段。这通过在纤芯中添加折射率的周期性变化来实现，所述折射率的周期性变化生成波长特异性介质镜。纤维布拉格光栅因此能够被用作线内光纤以阻挡某些波长，或者被用作波长特异性反射器。

测量折射率变化的每个界面处的菲涅耳反射。对于一些波长，多个周期的反射光同相，使得存在用于反射的相长干涉并且因此存在用于透射的相消干涉。布拉格波长对应变和温度敏感。这意味着布拉格光栅能够被用作光纤传感器中的感测元件。

并入三条或更多条芯允许精确确定这种结构的三维形式。根据应变测量结果，能够推断在那个位置处的结构的弯曲。根据多个测量的位置能够确定出完整的三维形式。对于以已知结构或几何结构配置的多条单芯纤维，能够采用类似的技术。

在一个实施例中，工作站112被配置为接收来自形状感测设备104的反馈，并且记录关于感测设备104已经处于体积130内的位置的累积位置数据。空间或体积130内的形状感测信息能够被显示在显示设备118上。工作站112包括用于查看对象(患者)或体积130的内部图像的显示器118，并且可以包括形状图像134作为医学图像136(例如，X射线图像、计算机断层摄影(CT)图像、磁共振图像(MRI)、实时内部视频图像或由成像系统110提前或并行收集的其他图像)上的叠加图。显示器118也可以允许用户与工作站112及其部件和功能或者系统100内的任何其他元件交互。通过接口120进一步促进这种交互，接口120可以包括键盘、鼠标、操纵杆、触觉设备或任何其他外围设备而或控制设备以允许用户从工作站112得到反馈以及与工作站112交互。

配准设备144被存储在存储器116中并且被配置为将衬套106配准到丝线上设备102中的(一个或多个)目标节点124。目标节点124可以包括设备102上的能够被用作针对衬套106的参考的任何识别特征。优选在一幅或多幅图像136中对设备102和目标节点124进行可视化。另外，可以通过使用目标节点124作为参考而在丝线上设备102中进行可视化来绘制丝线上设备102的虚拟模型146。

在一个实施例中，通过将衬套106附接到丝线上设备102的近侧部分而将衬套配准到丝线上设备102中的目标节点124以使得能够进行形状感测的导丝108与丝线上设备102之间的(例如纵向)配准。为了创建对丝线上设备102的有意义的可视化，衬套位置可以被映射到其他设备节点。节点124被认为是临床医师感兴趣的设备特征。范例可以包括设备端部、开窗的位置、球囊的起点和终点、超声换能器的位置等。

在一个实施例中，目标节点124可以包括设备102的端部位置。可以使用该节点来定位许多设备，并且可以出于安全原因(例如确保端部不会突出到某些脉管中并且设备的端部保持在脉管内等等)而采用该节点。当衬套106被附接到丝线上设备102时，在知晓设备102的端部与衬套106之间的映射之前，不可能在空间中正确地看到设备102。

能够以多种方式来完成这种映射。例如，设备102的长度可以被输入到图像处理模块148，图像处理模块148使用可视化软件来绘制设备的位置和(一个或多个)尺寸。这可以通过以下操作来提供：扫描设备102的条形码并在数据库中查找条形码的属性，用户直接录入值或从设备包中读取值，手动测量等。在另一实施例中，设备102可以是由图像处理模块148使用X射线图像并从数据库中自动查找信息来识别的。对于诸如导航导管的非独特设备来说，这将是困难的，但是对于移植物和更复杂的设备来说，这较为容易。在另一实施例中，可以在X射线视场(FOV)中放置设备102并将设备102附接到衬套106，并且使得根据所得到的图像来自动检测设备102的长度/尺寸。对于一些设备(102)来说，这可能是有挑战性的；然而，能够盘绕导航导管以适配在FOV内。

参考图2，说明性地示出了用于将丝线上设备102的端部与衬套106进行对齐和配准的技术。导丝108与设备102(例如，导管)的对齐包括将导丝108的远侧端部与设备102对齐以测量丝线上设备102的长度。一旦手动对齐，就可以由光学感测模块122(图1)启动测量以测量设备102的尺寸。

参考图3，设备102的端部和长度的配准可以包括导管端部的回环。这里，导丝108完全延伸通过丝线上设备102。设备102(例如，导管)进行回环，使设备102的端部接触设备102自身的更近侧部分。一旦手动对齐，就可以由光学感测模块122(图1)启动测量以测量设备102的尺寸。

参考图4，针对FORS^TM系统104(图1)，通过采用与起始固定件152共同定位的测量固定件150来示出设备102的端部和长度的配准的范例。在该实施例中，导丝108完全延伸通过丝线上设备102。将丝线上设备102插入具有相对于导丝108的已知位置的测量固定件150。计算设备102(例如，导管)的端部的位置。测量固定件/特征150可以被集成到形状感测的导丝108的起始夹具或起始基座中。

所描述的技术适合用于识别设备102的端部。在许多情形中，例如在导航导管的情况下，该信息充分捕捉必要的信息以向操作者显示设备102的在临床上有意义的可视化。然而，有许多设备的长度不能完全捕捉临床相关的节点。这些设备包括例如球囊导管、腔内移植物部署系统、瓣膜部署系统、二尖瓣夹部署系统、支架导管、成像导管和测量导管(冠状动脉内温度(ICT)、脉管内超声(IVUS)、血流储备分数(FFR)测量等)等。在这种情况下，端部位置是有用的，但是丝线上设备102上的其他特征/节点位置可能具有更高的重要性。例如，在针对EVAR的腔内移植物部署中，部署设备在导丝上被导航并在主动脉中被对齐。腔内移植物的扣环需要被定位为使得其不会阻塞到肾动脉的分叉。在腔内移植物具有开窗的其他情况下，也可能需要对腔内移植物进行旋转，使得开窗与分支脉管正确地对齐。在该范例中，部署系统的端部仅在安全性方面相关——它不包括关于腔内移植物本身的位置和取向的任何相关信息。这样，二次配准或不同的配准变得相关，例如，衬套106与临床相关节点(124)之间的配准。

有多种方法来执行这种配准。在一个范例中，节点(124)的位置可以被直接输入到可视化软件(图像处理模块148，图1)。这适合用于节点非常可重现的某些设备(球囊导管)。在其他设备(例如，腔内移植物)中，在每一个设备中可能没有腔内移植物的受控的位置。在另一范例中，可以采用设备在X射线下的位置。节点(124)可以用不透射线的标记物来指代。不透射线的标记物能够由临床医师手动识别，能够被自动识别，或者能够以两者的组合方式而被识别。形状感测的导丝需要被配准到X射线图像。到X射线(x，y)位置的最近的形状节点能够被用作相关节点(124)。这能够在流程之前或流程期间完成。在又一范例中，可以采用替代性术中成像模态。这些模态可以包括例如计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、超声等，作为对X射线的替代方案。还能够执行配准以测量设备102的宽度或其他相关特征。

参考图5，示出了根据一个实施例的未部署的支架202和部署的支架204，其中，箭头206指示(不透射线的)标记物208，标记物208能够用于识别在丝线上设备102(图1)上的相关节点(例如，图1中的节点124)。

参考图6，能够使用FORS^TM系统对丝线上设备102进行可视化。丝线上设备102的可视化能够通过以被叠加在例如血管/心脏232的成像模型上的特定颜色和厚度来显示设备的长度来完成。说明性地描绘了形状感测的导丝224离开起始固定件226并然后穿过衬套弯曲228的样本图像222。导管102被示为比导丝224更粗的线并且从衬套230的起点延伸至其已知长度。导丝224略微延伸超过导管102的端部。可以以不同的颜色或纹理描绘每个部件以在显示器118(图1)上提供导管102的可视化。衬套230的模型(圆圈)也能够沿着导管102进行显示，以给操作者一个参照系。

参考图7，说明性地示出了腔内移植物的虚拟表示。模型250、252的位置和取向被绑定到沿着丝线上部署系统的目标节点(未示出)。其位置和取向通过使用具有形状感测的导丝108的衬套而被知晓。一旦目标节点被配准并被识别，它们能够被显示给用户以在定位被表示为模型250、252的丝线上设备期间给予用户引导。图7示出了两个实例。实例240示出了特征模型250，并且实例242示出了腔内移植物的物理模型252。模型250示出了腔内移植物的相关特征，例如，顶部扣环254的位置、开窗256的位置以及腔内移植物的末端/底部258的位置。部署的腔内移植物的物理模型252被可视化，从而允许医生看到在该位置和取向上执行部署时腔内移植物将占据什么位置。如在配准步骤期间所确定的，模型250、252的位置和取向被映射到虚拟导管260上的任何相关和选定的目标节点。

参考图8，根据另一范例，在脉管272中说明性地示出了球囊导管270的虚拟表示。气球位置被绑定到沿着丝线上部署系统的目标节点。该位置通过使用具有形状感测的导丝的衬套而被知晓。球囊导管270的模型不是被映射到单个形状节点，而是被映射到沿着纤维的一系列形状节点。这允许模型(在这种情况下为球囊)根据设备的当前形状而变形。

针对设备可视化描述的模型能够采取多种形式。这些形式可以包括设备的预测模型，所述预测模型可以包括相关特征，例如，锚定点、开窗或不透射线的标记物的位置。设备的模型可以取自数据库，用户能够调整所选择的模型(未部署的模型、部分部署的模型、完全部署的模型等)。通过术中成像(例如，荧光透视、XPER CT^TM、双平面荧光透视、超声等)生成的设备的2D或3D表示。能够随时使用可用的实况解剖成像来更新模型。虽然已经使用在形状感测的导丝上延伸的设备描述了本发明原理，但是本发明原理不限于导丝作为形状感测的设备。本发明原理能够被更广义地表述为在其内具有形状感测的纤维以用于推断另一工具的形状的任何工具。使用可附接衬套能通过不是形状感测使能的但与形状感测的工具一起使用的设备的视觉形状表示来得到形状感测的导丝或工具的形状变形。这允许使用形状感测的导丝(或其他工具)来导航任何(手动的或自动的)商用导管、部署系统、护套或其他这样的设备。这可以应用于多种有用的应用，例如，脉管应用(导管、护套、部署系统等)、腔内应用(内窥镜)、整形外科应用(k线和螺丝刀)以及非医学应用，并且也适用于这些设备的手动和自动操纵。

参考图9，示出了用于确定设备(未示出)的远侧部分的取向的近侧衬套附接件306。衬套306包括形状轮廓308，形状轮廓308将穿过其的形状感测的导丝304偏转成已知形状。能够沿着形状感测的导丝304的光纤检测该形状，以确定导丝304与丝线上设备(例如，导管、腔内移植物部署系统等，其可以被耦合到衬套306)之间的纵向配准。由于衬套306被耦合到丝线上设备，因此也能够使用衬套形状来跟踪被施加到丝线上设备的近侧部分的旋转。

在一个实施例中，能够通过将平面310拟合到衬套306内部的已知形状轮廓308并随时间跟踪该平面310的取向来测量衬套306的旋转(以及因此整个设备的旋转)。形状轮廓308可以包括优选相对于纵轴偏轴的2D或3D形状。视觉参考点312可以用于图像中的可视化和/或相对于丝线上设备定位衬套306。

参考图10，开窗式腔内移植物的模型350正在被旋转以将腔内移植物上的开窗与解剖模型352更好地对齐。衬套形状围绕其自身的旋转被用于映射腔内移植物模型350的旋转，其包括在远侧部分内的衬套306。

参考图9和图10，图10中的远侧虚拟模型350的取向遵循图9中示出的衬套306的逆时针旋转356。能够通过将平面310拟合到已知形状并随时间跟踪平面310的取向来测量衬套306的相同的逆时针旋转。在替代实施例中，衬套306内的形状是三维的而不是平面的，如图9中所示。在这样的实施例中，将用本领域已知的配准技术来随时间跟踪3D形状的取向。

能够采用丝线上设备(腔内移植物等)的扭转性质将衬套306的扭转映射到设备的远侧节点或部分的扭转。在许多治疗设备(例如，腔内移植物部署系统)中，这将是接近1比1的关系。在其他设备(例如，导航导管)中，这可能不是1比1的关系，并且扭转性质将在很大程度上取决于设备的形状和设备的性质。在这种情形中，能够通过使用设备形状、衬套取向和设备属性的已知信息来使用模型以预测近侧节段的预期取向。

能够使用成像作为该技术的补充。能够使用利用X射线、超声、CT、MRI等基于图像的配准来执行设备的近侧部分的取向与衬套的取向之间的初步配准。能够使用对设备的远侧部分的周期性成像来更新设备的模型或预测的取向。可以使用一个或多个投影。也能够使用用户输入来更新预测的取向。替代地，衬套306可以以可重复的方式附接到设备，使得一旦衬套306被附接就会知晓配准。

在复杂的解剖结构中，用户通过脑力劳动将近侧衬套旋转方向映射到期望的远侧旋转可能具有挑战性。在一个实施例中，用户能够将目标放置在(例如通过术前或术中成像生成的)解剖结构的模型上。这些目标被映射到要被部署或要被定向的设备的特定特征。图像处理模块148(图1)的可视化软件能够确定设备的当前位置与设备的目标位置之间的旋转角度，然后通知用户将衬套306旋转多远以及在哪个方向上旋转。该计算还能够在不是1比1的情况下考虑已知的扭转映射。该特征对需要本能驱动的可操控导管和自动导管特别有用。

参考图11，框图/流程图示出了根据一个实施例的用于在丝线上设备部署期间使用来自衬套的取向的工作流程。在框402中，衬套被附接到丝线上设备。衬套可以被直接连接到丝线上设备或者可以被一体地形成在丝线上设备中。衬套应当与丝线上设备一起平移和旋转。在一个实施例中，当采用Luer锁紧套口型的衬套时，衬套可具有额外的特征以用扭转坚硬的方式耦合到丝线上设备，由此避免在不期望松开Luer连接时发生这样的动作。

在框404中，衬套取向被配准到丝线上设备上的(一个或多个)目标特征。衬套上的参考点或特征与丝线上设备上的节点或特征相匹配或对齐。这针对不同的丝线上设备可能包括不同的物理特征。例如，能够添加被动特征来辅助通过使用衬套对丝线上设备的旋转对齐，所述被动特征可以包括衬套上的点或抬升的凹槽以识别独特的旋转位置。所述特征可以包括例如腔内移植物旋转、导管远侧部分、沿着远侧部分的特定节点等，或者与例如腔内移植物旋转、导管远侧部分、沿着远侧部分的特定节点等相关联。

在框406中，通过形状感测的导丝对丝线上设备进行导航。形状感测的导丝或其他工具穿过衬套并由衬套整形。衬套继而被耦合到丝线上设备。在框408中，目标特征的运动被显示在解剖图上。在框408中，通过使用用户输入，进行成像(例如，术中成像)，使用模型等来细化目标特征的位置。路径返回到框406进行循环，直到对丝线上设备实现了期望的位置。对于非治疗测量设备，测量时的已知取向能够辅助将旋转图像或测量结果拼贴在一起。

在解读权利要求时，应当理解：

a)词语“包括”不排除在给定的权利要求中列出的元件或动作之外的其他元件或动作；

b)元件前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件；

c)权利要求中的任何附图标记不限制其范围；

d)若干“单元”可以由相同的项目或硬件或实施结构或功能的软件来表示；并且

e)除非明确指示，否则并不旨在要求动作的特定顺序。

已经描述了用于对用于利用光学形状感测的导丝得到设备取向的衬套的优选实施例(所述优选实施例旨在是说明性的而不是限制性的)，应当注意，本领域技术人员在以上教导的启示下能够做出修改和变型。因此应当理解，可以在本文中如权利要求书概括的那样的公开的实施例的范围内，对所公开的公开内容的特定实施例做出改变。因此已经描述了专利法所要求的细节和特性，在权利要求书中阐述了由专利证书所要求并期望保护的内容。