用于稳定的形状感测的温度控制机构的制作方法

用于稳定的形状感测的温度控制机构的制作方法
【专利摘要】一种光纤形状感测系统包括具有近端区域和远端区域的细长光纤形状感测设备(116)。所述远端区域包括第一温度，在所述第一温度上执行形状感测。温度控制设备(102、104、106)被配置为控制所述形状感测设备的所述近端区域处的第二温度，以匹配所述第一温度。所述近端区域包括用于将光发射到所述光纤形状感测设备的至少一条光纤中的发射区域(118)。
【专利说明】用于稳定的形状感测的温度控制机构

【技术领域】
[0001] 本公开涉及医学仪器，更具体而言，涉及医学应用中的形状感测光纤，其具有针对 温度梯度区域的改进温度控制。

【背景技术】
[0002] 基于光纤的形状感测利用了常规光纤中的固有反向散射。所涉及的原理通常使用 特征瑞利反向散射模式来利用光纤中的分布式应变测量。光纤的实际长度和折射率内在 地对环境参数、温度、应变敏感，并且在低得多的程度上对压力、湿度、电磁场、化学暴露等 敏感。由于温度变化ΔΤ或者沿光纤轴的应变ε的原因导致的反相散射模式的波长偏移 Δ λ或频率偏移Δ υ为：
[0003] Αλ/λ = -A = κτΔΤ+Κε ε，其中，& =1-^·(ρ.|2-υ(ρη?，12)卜
[0004] 温度系数κτ是热膨胀系数糧錄)(航/ 3Τ)和热光系数ξ=(1細)(?續Τ) 之和，其典型值为〇· 55X 10-6 °C '并且对于掺杂了氧化锗的二氧化硅芯光纤而言为 6.1x10-6°C'应变系数是分组指数n、应变光学张量的分量Pi」和泊松比μ的函数。 对于掺杂了氧化锗的二氧化硅而言，针对n、 Pl2、Pll和μ给定的典型值将得到大约0.787 的Κε值。因而，温度或应变当中的偏移只是谱频移Δ u的线性缩放（对于适中的温度和 应变范围而言）。如果应变接近了纤维的弹性极限或者温度接近了纤维的玻璃态转化温度， 那么这一线性模型自然不再适用。
[0005] 就一个芯位于截面中央的四芯或更多芯的纤维系统而言，只要不施加轴向应变 (张力），或者假设存在轴向应变但轴向应变已知可控（因此其能够被校准出），就能够分出 由于弯曲和温度效应导致的应变。
[0006] 光学形状感测（0SS)对于环境温度中的变化极为敏感。参考必须在位置和取向中 固定的初始发射（launch)点执行所有的形状感测测量。与参考测量的相关和相移的跟踪 假设固定发射点。测得相位当中的偏移是由光纤几何结构的变化而引起的。发射点附近的 即使大约2°C的环境温度提高也能够导致纤维的膨胀（或收缩），其将改变有效发射点。在 极端情况下其能够导致跟踪丢失和0SS故障。例如，对于以20微米截距的六自由度测量而 言，1. 5m长的纤维可能具有数万个数据样本。在发射点处导致多节偏移的纤维膨胀或压缩 能够造成形状跟踪的中断。


【发明内容】

[0007] 根据这些原理，一种光纤形状观测系统包括具有近端区域和远端区域的细长光纤 形状感测设备。所述远端区域包括第一温度，在所述第一温度上执行形状感测。温度控制设 备被配置为控制所述形状感测设备的所述近端区域处的第二温度，以匹配所述第一温度。 所述近端区域包括用于将光发射到所述光纤形状感测设备的至少一条光纤中的发射区域。 [000 8] 在一个实施例中，一种用于光学形状感测系统的系统包括处理器、耦合至所述处 理器的存储器以及具有近端区域和远端区域的细长光纤形状感测设备。所述远端区域包括 第一温度，在所述第一温度上执行形状感测。温度控制器被存储在所述存储器中并被配置 为监测并调整发射区域处的第二温度，所述发射区域用于将光发射到所述光纤形状感测设 备的至少一条光纤中。所述发射区域处于所述形状感测设备的所述近端区域中。至少一个 温度控制元件响应于所述温度控制器以及来自一个或多个温度传感器的反馈以将所述第 二温度与所述第一温度匹配。
[0009] 在另一实施例中，一种用于光纤形状感测的方法包括：提供具有近端区域和远端 区域的细长光纤形状感测设备以及位于所述形状感测设备的所述近端区域处的温度控制 设备，所述近端区域包括将光发射到所述光纤形状感测设备的至少一条光纤中的发射区 域；测量执行形状感测的所述远端区域处的第一温度；测量所述发射区域所处的所述近端 区域处的第二温度；以及控制所述第二温度以匹配所述第一温度，从而为光学形状感测提 供准确的发射区域参考。
[0010] 通过下文结合附图阅读的对本公开的说明性实施例的详细描述，本公开的这些以 及其他目的、特征和优点将变得显而易见。

【专利附图】

【附图说明】
[0011] 本公开将结合下面的附图详细介绍下述对优选实施例的描述，其中：
[0012] 图1是示出了根据一个实施例的采用处于发射区域的受到温度控制的区域来匹 配参考温度的形状感测系统的框图/流程图；
[0013] 图2是示出了根据一个实施例的采用工作站控制和监测发射点区域中的温度以 匹配参考温度的另一形状感测系统的框图/流程图；
[0014] 图3是示出了根据一个实施例的其中集成了温度传感器和温度控制设备的形状 感测设备的截面图；
[0015] 图4是示出了根据另一实施例的其中集成了温度传感器和温度控制设备的带护 套形状感测设备的透视图；以及
[0016] 图5是示出了根据一个实施例的用于利用受到温度控制的发射区域进行形状感 测的方法的框图/流程图。

【具体实施方式】
[0017] 根据这些原理，提供了用于控制温度梯度区域中的温度的系统和方法。在尤其有 用的实施例中，提供了一种系统以控制形状感测纤维或纤维使能仪器的发射区域周围的温 度。在一个实施例中，所述系统包括用于测量参考温度的模块和仪器、用于通过加热或冷却 来控制温度的模块和仪器以及使用温度测量作为输入以提供控制和反馈从而保持平衡温 度的处理单元。本原理包括温度控制单元的不同实施例，例如,加热和/或冷却垫/板、通 过气流的空气温度控制（与加热器或空调/致冷器类似引入暖/冷空气）、水/流体浴、由 保持温度的材料包围、可逆化学反应等等。
[0018] 可以执行对光学形状感测（0SS)系统的功率循环，以解决温度问题；然而，这一过 程需要再校准，并且在临床环境下不切实际。此外，与参考信号的重复相关需要访问在临 床环境下一般无法访问的专有数据。例如，与参考状态的动态相关假定来自参考状态的信 号是可得的，但情况并不总是这样（这一原始信号通常是专有的，并且在临床环境下不可 得）。在只有位置和取向信息可得的情况下，能够在不需要将数据相关或者不需要广泛再校 准的情况下在临床环境（例如，介入室）中实施用于控制发射区域附近的形状感测区域的 温度的所述系统和方法。
[0019] 应当理解，虽然将依据医学仪器描述本发明；但是本发明的教导范围要宽得多，并 且适用于任何光纤仪器。在一些实施例中，在复杂生物或机械系统的跟踪或分析当中采用 本原理。具体而言，本原理适用于生物系统的内部跟踪过程，即身体中的所有区域当中的过 程，例如，肺、胃肠道、排泄器官、血管等中的过程。在附图中描绘的元件可以通过各种硬件 和软件的组合来实施，并且提供可以组合到单个元件或多个元件中的功能。
[0020] 能够利用专用硬件以及与适当的软件相关联的能够执行软件的硬件来提供附图 所示的各种元件的功能。在由处理器提供时，功能能够由单个专用处理器、单个共享处理器 或者多个个体处理器（其中的一些处理器能够是共享的）来提供。此外，词语"处理器"或 "控制器"的明确使用不得被解释为排他性地指代能够执行软件的硬件，并且能够隐含地包 括但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)、非易失性存储设备等。
[0021] 此外，文中所有记载本发明的原理、方面和实施例的陈述及其具体实例都旨在既 包含其结构等价方案，又包含其功能等价方案。此外，旨在使这样的等价方案既包括当前已 知的等价方案，又包括未来开发的等价方案（即，所开发出的执行相同的功能的元件，而不 管其结构如何）。因而，例如，本领域技术人员将认识到，文中呈现的框图表示体现本发明 的原理的示范性系统部件和/或电路的概念图。类似地，应当认识到，任何流程图、流程表 等均表示实质上可以在计算机可读存储介质中表示，因而由计算机或处理器执行的各种过 程，而不管是否明确示出了这样的计算机或处理器。
[0022]此外，本发明的实施例能够采取计算机程序产品的形式，可由提供程序代码的计 算机可用或计算机可读存储介质访问所述计算机程序产品，以供计算机或者任何指令执行 系统使用，或者与计算机或者任何指令执行系统结合使用。就本说明书的目的而言，计算机 可用或计算机可读存储介质能够是可以包含、存储、通信、传播或转移程序的任何装置，所 述程序供指令执行系统、装置或设备使用或者与指令执行系统、装置或设备结合使用。所 述介质能够是电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统（或者装置或设备）或传播介质。计 算机可读介质的例子包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机软盘、随机存取存储器 (RAM)、只读存储器（ROM)、刚性磁盘和光盘。当前的光盘的例子包括压缩盘一只读存储器 (CD-ROM)、压缩盘一读 / 写（CD-R/W)、Blu-Ray? 和 DVD。
[0023]现在参考附图，其中，类似的附图标记表示相同或类似的元件，并且首先来看图l 其示出了根据一个说明性实施例的用于光纤发射区域的稳定化的系统100。系统1〇〇包括 监测介入、临床或其他手术或测试环境中的温度的控制器 1〇2。在一个实施例中，传感器 110测量环境中的环境温度。传感器112测量对象114的温度。所述对象可以包括机械系 统或患者的身体。在一个实施例中，所述对象可以包括用于训练或其他目的的身体模型。一 个或多个传感器10S测量反馈温度，所述反馈温度被用于调节光学形状感测设备 116的至 少一部分的温度。
[0024]将光学形状感测设备116耦合至光学形状感测模块120,光学形状感测模块120提 供光信号并解读反射光信号，以确定形状感测设备116的形状。形状感测设备116进入对 象114,并在设备116从对象114中出来的位置处提供外壳104。外壳104提供了受控环境， 光学形状感测设备116在操作期间被设置于该环境中，以避免光学形状感测设备116的处 于对象114中的部分和光学形状感测设备116的处于对象外的部分之间产生温度梯度。光 学形状感测设备116上的发射区域或点118包含在外壳104内。发射区域118可以包括所 述纤维的处于实际发射点和光信号的扇出区域之间的部分。这一长度能够长达例如10m，但 是预见到其他尺寸。发射区域118也可以是激光器周围的区域或者是所述激光器和参考长 度的纤维（OSS模块120)。不管是何种情况，这些区域中的任何及所有区域都可以被包含到 发射区域118中，并由针对最佳OSS性能被校准的温度控制机构来调节。
[0025] 可以使用一种或多种温度控制方法对外壳104进行主动温度控制。在一个实施例 中，采用传感器108测量以下中的一者或多者：夕卜壳104的温度、夕卜壳104内的介质的温度、 光学形状感测设备116的温度等。控制器102根据来自传感器108的反馈来控制温度控制 元件106,以对外壳104进行加热或冷却。
[0026] 发射区域118附近的环境温度的变化将导致相位跟踪的丢失，从而导致表现为随 机形状跳跃的不稳定形状感测，并递送不准确的结果。系统100将进行对环境温度的波动 不敏感的形状感测。在光学形状感测设备116的发射区域118附近的环境温度引发的光学 反向散射图案的偏移被消除，由此递送稳定的形状感测。
[0027] 在尤为有用的实施例中，传感器108、110和112可以包括热电偶、热敏电阻、光纤 等。温度控制元件106可以包括加热和/或冷却垫或板、电阻加热器、通过气流的空气温度 控制（例如，加热通气和空调（HVAC)系统）、热交换器、水或其他流体浴、光学形状感测设备 116的护套（利用能够被动地或者通过电磁手段、化学手段（吸热或放热化学反应）等主 动地保持温度的热绝缘材料）。在一个实施例中,将光学形状感测模块120包含到外壳104 内，以确保保持适当的温度。
[0028]参考图2,其示出了根据另一说明性实施例的用于使光纤发射区域稳定化的系统 200。系统2〇0可以包括工作站或控制台2〇2,由工作站或控制台202对过程进行监督和/ 或管理。工作站2〇 2优选包括一个或多个处理器214以及用于存储程序和应用的存储器 216。存储器21 6可以存储光学感测和解读模块215,光学感测和解读模块215被配置为对 来自形状感测设备或系统 2〇4的光学反馈信号进行解读。光学感测模块215被配置为使用 光信号反馈（以及任何其他反馈，例如，电磁（EM)跟踪）重构重建与医学设备或仪器和/ 或其周围区域相关联的形变、偏转和其他变化。所述医学设备可以包括导管、导丝、探头、内 窥镜、机器人、电极、过滤设备、气囊设备或其他医学部件等。
[0029]形状感测设备2〇4包括位于其中的一条或多条光纤。所述光纤连接至包括光源 2〇6的光学询问模块2〇8。光学询问模块2〇8可以是工作站202的部分或者可以独立于工 作站202。光源 2〇6向形状感测设备2〇4的光纤提供光。在一些实施例中，可以将光源206 包含到发射区域中。光学感测和解读模块21 5也可以是工作站202的部分或者可以独立于 工作站202。模块215对光学询问模块208收集的形状感测数据进行解读，并将所述数据与 已知形状进行比较，以确定形状感测设备204相对于图像图的当前位置。
[0030]具有光纤的形状感测设备204可以基于光纤布拉格光栅传感器。光纤布拉格光栅 (FBG)是一短段光纤，其反射特定波长的光并使所有其他光透射。这是通过向纤芯的折射率 中添加周期性变化实现的，这生成波长特异性的介质镜。因此，能够将光纤布拉格光栅用作 阻挡特定波长的内嵌（inline)光学滤波器或者用作波长特异性的反射器。
[0031] 光纤布拉格光栅的操作背后的基本原理是每一折射率发生变化的界面处的菲涅 耳反射。对于特定波长而言，各种周期的反射光同相，使得针对反射存在相长干涉，继而针 对透射存在相消干涉。布拉格波长对应变以及温度敏感。这意味着能够使用布拉格光栅作 为光纤传感器中的感测元件。在FBG传感器中，被测量（例如，应变）使得布拉格波长发生 偏移。
[0032] 这一技术的一个优点在于能够使各种传感器元件分布在纤维的长度上。沿嵌入到 结构当中的纤维的长度使三个或更多个芯与各种传感器（测量仪器）结合将允许准确地确 定这样的结构的三维形式，其准确度通常高于Inrn。沿光纤的长度，在各种位置上，能够定位 大量的FBG传感器（例如，3个或更多个纤维感测芯）。能够由每一 FBG的应变测量推断出 所述结构在该位置上的曲率。由大量的测得位置，确定总的三维形式。
[0033] 作为光纤布拉格光栅的替代，能够利用常规光纤中的固有反向散射。一个这样的 方案是使用标准单模通信纤维中的瑞利散射。瑞利散射是由于纤芯中的折射率的随机波动 而发生的。能够将这些随机波动建模为幅度和相位沿光栅长度随机变化的布拉格光栅。通 过使用在多芯光纤的单一长度中延伸的三个或更多个纤芯中的这一效应，能够感兴趣表面 的3D形状和动态。
[0034] 系统200包括温度控制器240,温度控制器240存储在存储器216中并且被配置 为接收来自一个或多个温度传感器或反馈控制元件的温度反馈。所述温度传感器可以包括 测量实验室、门诊或其他环境中的环境温度的传感器230、处于对象231上的传感器232、处 于外壳212中的传感器236以及处于形状感测设备204上的传感器234。可以采用这些或 其他传感器中的一些或全部的不同组合。在尤为有用的实施例中，传感器230、232、234和 236可以包括热电偶、热敏电阻、光纤等。
[0035] 传感器230、232、234和236向控制器240提供反馈。控制器240根据温度反馈控 制一个或多个温度控制元件222。温度控制元件222可以包括加热和/或冷却垫或板、电阻 加热器、通过气流的空气温度控制、热交换器、水或其他流体浴、光学形状感测设备204的 护套（利用能够被动地或者通过电磁手段、化学手段（吸热或放热化学反应）等主动地保 持温度的绝缘材料）。
[0036] 可以在过程期间采用成像系统210对对象231进行原位成像。可以通过使用接收 自形状感测设备204的数据来采用成像系统210对特定区域成像或者使图像与形状感测数 据配准。也可以采用成像系统210来收集和处理术中或术前图像，从而绘制出对象231的 感兴趣区域，由此建立用于与形状感测空间配准的图像体积。成像系统210可以包括荧光 透视系统、计算机断层摄影（CT)系统、超声系统、核成像系统（例如，正电子发射断层摄影 (PET)、单光子发射计算机断层摄影（SPECT))等。
[0037] 工作站202包括用于查看对象（患者）231的内部图像，包括形状感测图像的显示 器218。显示器218还可以允许用户与工作站202及其部件和功能或者系统200中的任何 其他元件交互。这进一步由接口 220促进，所述接口可以包括键盘、鼠标、操纵杆、触觉设备 或允许用户得到来自工作站202的反馈以及与工作站202进行交互的任何其他外围或控制 装置。
[0038]外壳212包围形状感测设备204的遭受温度梯度的部分。外壳212可以包括形状 感测设备204穿过的空间的封闭体积。外壳212可以包括在形状感测设备204之上延伸的 护套、鞘或罩。就封闭空间体积而言，可以利用诸如空气、水、生理盐水等的介质填充外壳 212。使用温度控制元件222对所述体积加热或冷却。所述体积可以在至少进入对象231 的进入点和至少光源206的连接点之间延伸。在一个实施例中，光源206表示形状感测设 备204的光纤的受到监测的发射区域。将所述发射区域包含到外壳 212的受到温度控制的 空间中。
[0039]就用于外壳2丨2的护套而言，所述护套可以被配置为具有沿形状感测设备204的 长度设置的温度传感器（234)和温度控制元件222。所述护套可以在发射区域和对象231 之间覆盖形状感测设备204。
[0040] 温度控制机构224大致包括外壳212 (例如，形状感测设备204的护套、鞘或罩）、 至少一个反馈传感器2：34、（一个或多个）温度控制元件222和控制器240。无论0SS纤维 的发射区域在哪，机构2?都需要提供恒定温度。所述温度需要与对象231的温度匹配。下 文将描述机构 224可能所处位置的一些例子。能够将温度控制机构224或其部分提供到激 光控制台（光源2〇6)内。能够将温度控制机构224或其部分插入到小的单元（外壳212) 内，所述小的单元可以被安装到手术台上/下、床头推车上、（例如，成像系统的）C臂的探 测器上或者介入室中的装置上或装置中。温度控制机构224或其部分能够被插入到诸如通 气机、ECG监测器等的设备内或者与所述设备结合，被插入到能够 0SS使能设备（204)的手 柄中，被插入到0SS使能设备的连接器中，等等。在一个实施例中，温度控制机构224或其 部分可以由对象 231佩戴，或者被固定在身体上面、下面或上方，并采用对象231的身体温 度作为温度调节机制。
[0041] 无论在哪采用OSS，都可以采用系统200。例如，本原理可以在用于心脏病的介入 X射线成套装置当中采用，或者与其他介入系统和设备一起采用，等等。
[0042] 在继续参考图2的情况下参考图3,将温度传感器302和温度控制元件304的分布 式系统集成到形状感测设备204中。在一个实施例中，将传感器302集成到形状感测设备 204内。可以采用多个传感器302,其中，使用温度测量结果作为输入以在形状感测设备204 上将温度调节并稳定在固定工作点上。在这一实施例中，外壳212可以包括形状感测设备 204的鞘或外包层310,并且传感器3〇 2连同温度控制元件304 -起被包含到鞘310内。传 感器3〇2可以包括用于监测温度的电子或光学元件，并且可以使用控制器（102或240)相 应地控制温度控制元件304。温度控制元件304可以在整个鞘上包括加热或冷却元件，所述 加热或冷却元件对应于温度传感器302的测得温度并根据测得温度受到控制。可以将（除 了形状感测光纤之外的）一条或多条专用光纤306用于形状感测设备204中的温度反馈。 注意，只有形状感测设备204的处于对象231之外的部分需要加热/冷却。通过这种方式， 可以进行外部温度测量传感器的无线询问。
[0043]由于采用了传感器302和元件304的分布集合，因而在一个实施例中，温度控制器 240访问0SS性能库或查找表格访问光学形状感测模式242,从而根据期望的质量控制量 度，例如，RMS瞄准误差，确定实现0SS系统的最佳性能的目标温度。通过这种方式,控制器 240能够根据测得温度的模式利用功率设置（或者通过简单地开启或关闭元件304)单独 地控制多个元件304中的每个，从而实现在形状感测设备204上的均匀温度。温度控制器 240采用形状感测设备204中的分布温度传感器302的测量结果使形状感测设备在整个工 作长度上的分布工作温度均衡，例如，通过使控制台或发射点温度与体内的体温匹配。
[0044] 参考图4,其说明性地示出了温度传感器410和温度控制元件406的另一分布式系 统。图4说明性地示出了安装到形状感测设备204之上或者可以制造到形状感测设备204 上面的护套404。形状感测设备2〇4可以具有很多种配置，包括按照矩阵设置的多条光纤 402。在一个实施例中，在护套404中提供与形状感测设备204接触的温度传感器410。在 形状感测设备204之上放置热传导鞘412。传导鞘412可以包括编织金属或者其他柔软的 或者弹性的传导材料。护套404包括处于传导鞘402之上的绝缘层408。
[0045] 在一个实施例中，形状感测设备204的温度由温度传感器410测量并与参考温度 (例如，对象的体温）进行比较。温度控制元件406被激活以被加热或冷却，由此辅助与处 于对象外部的形状感测设备2〇4中的对象的体温的匹配。传导鞘412由于具有高传导性， 因而确保了沿形状感测设备204的相对均匀的温度。类似地，护套404上的绝缘层408使 得加热/冷却负荷分布于较宽的面积上，并且避免了具有高温度梯度的热斑或冷斑。
[0046] 文中描述的温度控制元件（106、222、304、406)可以采取很多种形式。例如，在一 个实施例中，温度控制元件106、222可以包括调节外壳104、212中的有限空间中的加热或 冷却的气流控制设备（例如，风扇式加热器、冷却器或空调）。能够采用空气循环确保整个 区域/体积具有相似的温度。在另一实施例中，能够使用水浴或其他材料（例如，生理盐水 等）提供温度控制，其中，利用水的温度保持外壳104、212的体积的温度，其中，整个单元填 充有水。或者，温度控制元件1〇 6、222、304、406可以包括包围起来的流体冷却循环机构，该 机构能够与嵌入到护套404、鞘310或外壳1〇4、212中的冷却通道或路径一起使用。其可以 包括管系管道或通道。在一个实施例中，所述流体控制机构可以使用生理盐水或者任何其 他仍然能够调节特定区域中的温度的流体来代替水。
[0047] 在另一实施例中，温度控制元件106、222、304、406包括在恒定温度上发生的可逆 化学反应，所述化学反应能够用于在确保所述反应不影响形状感测的同时保持元件106、 222、304、4〇6处的或者外壳1〇4、212中的温度。在另一实施例中，能够使用（在特定时间 内发生的）化学反应以在介入过程的持续期间保持恒温（其可以是环境温度、体温或者在 其上执行0SS系统校准并且同时所述系统被操作以准确地运行并且保持稳定的任何其他 温度）。在另一实施例中，能够使用热致发光来控制和保持温度，例如，灯泡在空间或外壳 104、212上或中时可以发热。
[0048]参考图5,示出了根据说明性实施例的光纤形状感测方法。在框510中提供了具有 近端区域和远端区域的细长光纤形状感测设备。还提供了位于所述形状感测设备的近端区 域处的温度控制设备。所述近端区域包括将光发射到光纤形状感测设备的至少一条光纤中 的发射区域。
[0049]在框52〇中，在执行形状感测的远端区域处测量第一温度。测量所述第一温度可 以包括在框522中测量对象的体温。所述体温通常是稳定的参考点。在一个实施例中，通 过将光纤的发射点或发射区域包含到对象身体附近或上而采用所述身体来取得第二温度 以匹配所述第一温度。
[0050]在框53〇中，在所述发射区域所处的近端区域处测量第二温度。在框532中，测量 所述第二温度可以包括测量外壳中的温度，所述外壳至少将所述光学形状感测设备的近端 区域包含于其中。在框534中，通过使用冷却器、加热器、空调等中的一个或多个对所述外 壳的温度进行调整，以匹配第一温度。
[0051] 在框540中，控制第二温度，以匹配第一温度，从而为光学形状感测提供准确的发 射区域参考。所述外壳可以包括所述光学形状感测设备的外包层，并且所述第二温度可以 是在所述外包层中测量的。在框542中，可以使用所述外包层内包含的温度控制元件来控 制所述第二温度。
[0052] 在一个实施例中，所述光学形状感测设备包括温度传感器分布，并且所述温度控 制设备包括被配置为使用来自所述温度传感器分布的反馈来控制第二温度的至少一个温 度控制元件。在框544中，使所述温度传感器分布的测得温度分布的一个或多个模式与针 对所述至少一个温度控制元件的对至少一个温度控制元件供电的发电控制设置相关。在另 一实施例中，在所述形状感测设备之上提供护套，并且传感器和/或温度控制器元件的分 布被包含到所述护套中，并使用控制器和/或利用通过使用所述模式识别出的发电控制设 置而被控制。
[0053] 在解读权利要求书时，应当理解：
[0054] a) "包括"一词不排除有给定权利要求中列出的那些之外的其他元件或动作；
[0055] b)元件前的词"一"或"一个"不排除存在多个这样的元件；
[0056] c)权利要求中的任何附图标记都不限制其范围；
[0057] d)可以通过相同的项目，或者硬件或软件实施的结构或功能表示若干"器件"；以 及
[0058] e)不要求动作的任何特定序列，除非另行明确说明。
[0059] 已经描述了用于稳定的形状感测的温度控制机构的优选实施例（其旨在为说明 性的而非限制性的），应当注意，本领域技术人员在考虑上述教导的情况下能够做出修改和 变型。因此，应当理解可以对所公开的公开内容的具体实施例做出改变，所述改变处于如权 利要求书概括的文中公开的实施例的范围内。因而，已经描述了专利法要求的细节和特性， 在权利要求中阐述了所主张的以及期望由专利证书保护的内容。
【权利要求】
1· 一种光纤形状感测系统，包括： 具有近端区域和远端区域的细长光纤形状感测设备（116)，所述远端区域具有处于所 述远端区域中的第一温度；以及 温度控制设备（102、104、106)，其被配置为控制所述形状感测设备的所述近端区域处 的第二温度，以匹配所述第一温度，所述近端区域包括用于将光发射到所述光纤形状感测 设备的至少一条光纤中的发射区域。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述温度控制设备包括被配置为监测所述第二 温度的至少一个温度传感器（108)。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中,所述温度控制设备包括外壳（1〇4)，所述外壳用 于将所述光学形状感测设备容纳于其中，使得所述外壳中的温度包括所述第二温度。
4. 根据权利要求3所述的系统，其中，所述外壳（104)包括空间，并且所述空间使用冷 却器、加热器和空调中的一个或多个被温度控制。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述空间包括流体，并且所述流体包括所述第二 温度。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中，所述流体包括空气和水之一。
7. 根据权利要求3所述的系统，其中，所述外壳（104)包括所述光学形状感测设备的外 包层（310)，并且所述第二温度是在所述外包层内测量的。
8·根据权利要求7所述的系统，其中，所述第二温度使用所述外包层内包含的温度控 制元件（302)而被控制。 9_根据权利要求1所述的系统，其中，所述温度控制设备包括控制器（102)，所述控制 器被配置为测量所述第一温度和所述第二温度，并控制至少一个温度控制元件（106)，以将 所述第一温度与所述第二温度匹配。
10. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述光学形状感测设备包括温度传感器（302) 分布，并且所述温度控制设备包括被配置为使用来自所述温度传感器分布的反馈来控制所 述第二温度的至少一个温度控制元件（304)。
11. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述温度控制设备包括在所述光学形状感测设 备上提供的护套（404)，所述护套包括至少一个温度传感器（410)以及被配置为使用来自 所述至少一个温度传感器的反馈来控制所述第二温度的至少一个温度控制元件（406)。
12. 根据权利要求11所述的系统，其中，所述护套（404)包括与所述光学形状感测设备 接触的传导层（412)和形成于所述传导层之上的绝缘层（408)，并且所述至少一个温度控 制元件被设置在所述绝缘层上，并且所述至少一个温度传感器与所述光学形状感测设备接 触。
13. -种用于光学形状感测系统的系统，其包括： 处理器（214); 耦合至所述处理器的存储器（216); 具有近端区域和远端区域的细长光纤形状感测设备（204)，所述远端区域具有第一温 度，在所述第一温度上执行形状感测； 温度控制器（240)，其被存储在所述存储器中并且被配置为监测并调整发射区域处的 第二温度，所述发射区域用于将光发射到所述光纤形状感测设备的至少一条光纤中，所述 发射区域处于所述形状感测设备的所述近端区域中；以及 至少一个温度控制元件（222)，其响应于所述温度控制器和来自一个或多个温度传感 器（234)的反馈以将所述第二温度与所述第一温度匹配。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述第二温度在外壳（Μ2)内被控制，所述外 壳将所述光学形状感测设备容纳于其中。 I5·根据权利要求14所述的系统，其中，所述外壳（212)包括冷却器、加热器和空调中 的一个或多个。
16·根据权利要求14所述的系统，其中，所述外壳包括所述光学形状感测设备的外包 层（310)，并且所述第二温度是在所述外包层内测量的。
17. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述光学形状感测设备包括温度传感器（3〇2) 分布，并且所述至少一个温度控制元件（304)被配置为使用来自所述温度传感器分布的反 馈来控制所述第二温度。
18. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述存储器存储一个或多个模式（242)，所述 模式使所述温度传感器分布的测得温度分布与针对所述至少一个温度控制元件的对所述 至少一个温度控制元件供电的发电设置相关。
19. 根据权利要求13所述的系统，还包括在所述光学形状感测设备上提供的护套 (404)，所述护套包括所述一个或多个温度传感器（410)以及所述至少一个温度控制元件 (406)。
20. 根据权利要求19所述的系统，其中，所述护套包括与所述光学形状感测设备接触 的传导层（412)和形成于所述传导层之上的绝缘层（408)，并且所述至少一个温度控制元 件被设置在所述绝缘层上，并且所述一个或多个温度传感器与所述光学形状感测设备接 触。
21. -种用于光纤形状感测的方法，包括： 提供（510)具有近端区域和远端区域的细长光纤形状感测设备以及位于所述形状感 测设备的所述近端区域处的温度控制设备，所述近端区域包括将光发射到所述光纤形状感 测设备的至少一条光纤中的发射区域； 在执行形状感测的所述远端区域处测量（520)第一温度； 在所述发射区域所处的所述近端区域处测量（530)第二温度；以及 控制（540)所述第二温度，以匹配所述第一温度，从而为光学形状感测提供准确的发 射区域参考。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中，测量所述第一温度包括测量（522)对象的体 温。
23·根据权利要求21所述的方法，其中，测量所述第二温度包括测量（532)外壳中的温 度，所述外壳至少将所述光学形状感测设备的所述近端区域包含于其中。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括通过使用冷却器、加热器和空调中的一个或 多个来调整（534)所述外壳的温度，以匹配所述第一温度。 2δ·根据权利要求23所述的方法，其中，所述外壳包括所述光学形状感测设备的外包 层，并且所述第二温度是在所述外包层中测量的，所述方法还包括使用所述外包层内包含 的温度控制元件来控制（542)所述第二温度。
26. 根据权利要求21所述的方法，其中，所述光学形状感测设备包括温度传感器分布， 并且所述温度控制设备包括被配置为使用来自所述温度传感器分布的反馈来控制所述第 二温度的至少一个温度控制元件，所述方法还包括使所述温度传感器分布的测得温度分布 的一个或多个模式与针对所述至少一个温度控制元件的对至少一个温度控制元件供电的 发电控制设置相关（544)。
27. 根据权利要求21所述的方法，其中，所述温度控制设备包括在所述光学形状感测 设备上提供的护套，所述护套包括至少一个温度传感器以及被配置为使用来自所述至少一 个温度传感器的反馈来控制所述第二温度的至少一个温度控制元件。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中，所述护套包括与所述光学形状感测设备接触 的传导层和形成于所述传导层之上的绝缘层，并且所述至少一个温度控制元件被设置在所 述绝缘层上，并且所述至少一个温度传感器与所述光学形状感测设备接触。
【文档编号】A61B19/00GK104203085SQ201380017445
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月20日 优先权日:2012年3月29日
【发明者】B·拉马钱德兰, R·曼茨克, R·陈 申请人:皇家飞利浦有限公司