据一个实施例说明性地示出了用于使用形状感测启用设备的系统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监督和/或管理流程。
[0025]控制台112优选地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115，所述光学感测模块被配置为解读来自形状感测设备或系统104的光学反馈信号。光学感测模块115被配置为使用/解读光学信号反馈(以及任何其他反馈，例如电磁(EM)跟踪)，以重建变形、偏转以及与医学设备或光学形状感测启用设备102和/或其周围区域相关联的其他变化。医学设备102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。
[0026]本原理将医学设备102中的现有结构重新配置以集成用于光学形状感测的纤维。具体地，将光学传感器放置在设备内的支撑杆或牵引线内部不仅优化可用横截面的使用，而且还提供针对纤维的合适内腔，其将阻止振动、具有防止纤维的椭圆化和挤压的结构支撑，并且能够提供针对纤维的更多空间(由此增大针对包括光学传感器的内腔的直径)。在一些情况下，纤维能够通过内腔的多用途设计与外部扭矩旋转地隔离。
[0027]形状感测启用仪器104包括柔性纵向主体103，所述柔性纵向主体包括封装内部特征的外表面。内部特征包括光纤内腔105和机械构件107，其中，所述光纤内腔被配置为接收用于光学形状感测的一个或多个光纤，所述机械构件形成沿主体纵向延伸的空腔。机械构件107被配置为将光纤内腔容纳在其中以允许光纤的旋转并保护光纤。
[0028]设备102上的形状感测系统104包括一个或多个光纤126，所述一个或多个光纤以一个或多个设定图样被耦合到设备102。光纤126通过线缆127连接到工作站112。线缆127可以根据需要包括光纤、电连接、其他仪器等。
[0029]具有光纤的形状感测系统104基于光纤布拉格光栅传感器。光纤布拉格光栅(FBG)是反射特定波长的光并发射其他波长的光的一小段光纤。这通过在纤芯中加入折射率的周期性变化来实现，其生成波长特异性介质镜。因此，纤维布拉格光栅能够被用作内联光学滤波器以阻挡特定波长，或作为波长特异性反射器。
[0030]纤维布拉格光栅的操作背后的基本原理是在折射率发生改变的每个界面处的菲涅尔反射(Fresnel reflect1n)。针对一些波长，不同周期的反射光是同相的，使得相长干涉存在反射并且因此存在针对发射的相消干涉。布拉格波长对应变以及温度是敏感的。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。在FBG传感器中，被测变量(例如，应变)引起布拉格波长的位移。
[0031]该技术的一个优点在于各种传感器元件能够被分布在纤维的长度上。将三个或多个芯沿被嵌入在结构中的纤维的长度与各个传感器(应变仪)集成准许这样的结构的三维形式得到精确的确定，通常具有优于Imm的准确度。许多FBG传感器(例如，3个或更多个纤维感测芯)能够被定位在沿纤维的长度的各个位置处。根据每个FBG的应变测量结果，能够在该位置处推测结构的曲率。根据许多测得的位置，确定总体三维形式。
[0032]作为光纤布拉格光栅的备选，能够利用常规光纤中的固有背向散射。一种这样的方式是使用标准单模式通信纤维中的瑞利散射。瑞利散射由于纤芯中的折射率的随机波动而发生。这些随机波动能够被建模作为具有沿光栅长度的幅度和相位的随机变化的布拉格光栅。通过使用在多芯纤维的单个长度内行进的三个或更多个芯中的该效应，能够跟随感兴趣表面的3D形状和动力学。
[0033]在一个实施例中，工作站112接收来自形状感测设备104的反馈，并且关于感测设备104的定位、位置/旋转(形状)的位置数据被提供在体积131(例如，患者)内。空间或体积131内的形状感测设备104的图像能够被显示在显示器设备118上。工作站112包括用于观察对象(患者)或体积131的内部图像的显示器118并且可以包括所述图像作为感测设备104的叠加或其他绘制。显示器118也可以允许用户与工作站112及其部件和功能或系统100内的任何其他元件交互。这进一步通过接口 120来促进，所述接口可以包括键盘、鼠标、控制杆、触觉设备、或者允许来自工作站112的用户反馈和与所述工作站的交互的任何其他外围设备或控件。
[0034]图2、图3和图4示出了例如在剖面线A-A处获取的不同仪器104的横截面视图。图2、图3和图4示出了被提供用于比较的一些说明性尺寸。本文描述的仪器和设备不应当被解读为受这些尺寸限制。
[0035]参考图2，根据一个实施例说明性地图示了具有光纤通道152和导丝支撑杆154的导丝150的横截面视图。在导丝150的光纤通道152中能够包括光学感测纤维，所述光纤通道位于导丝150内的支撑杆154的内部。在这样的设备中，支撑杆154的目的是将由操作者施加的扭矩从导丝150的近端传送到远端尖端。代替为设备的每个部件提供分隔开的内腔，支撑杆154能够被用作针对光纤的内腔。利用这样的设计实现许多优点。
[0036]例如，该设计为支撑杆154和光纤通道或内腔152两者提供更多空间。另外，纤维通道152中的纤维现在被包围在支撑杆154的中空杆内，所述支撑杆可以包括例如NiT1、钢合金、或类似材料。支撑杆154提供能够抵抗挤压和扭结的保护环境。在一些设计考虑的情况下，该杆154还能够被制成为阻止振动，并且能够被制造为使其内表面上的摩擦最小化。这样的考虑可以包括在支撑杆154的内直径上增加涂层。这些涂层可以包括Teflon?、PTEE、MDX、Pebax?、或其他物质以减小摩擦。支撑杆154或机械构件可以包括以下中的至少一个:被配置为提供振动阻尼特征的线、编织带、阻尼材料等。支撑杆154或机械构件可以通过盘绕、编织、由具有阻尼性质的材料制成等而被振动阻止。
[0037]多用途设计的另一益处在于，光纤现在位于沿设备150的中心(中性轴)，这意味着在设备的弯曲期间将存在沿纤维的最小路径长度变化(由此减小在弯曲期间纤维经历的运动、摩擦和应变的量)。另外，由于纤维位于设备的扭矩元件内并且沿中心轴，所以其无旋转地在支撑杆154的内腔中滑动并且将与外部扭矩隔离，不同于纤维偏离轴的情况，其中由于纤维偏离旋转轴，设备的扭矩将必然导致纤维扭转。
[0038]一个实施例可以仅利用针对光纤的支撑杆154和内腔152来实现。在另一实施例中，可以在支撑杆154上采用覆盖物156 (例如，Pebax?覆盖物)。
[0039]参考图3，另一范例以横截面示出了针对在导管210的支撑杆214内的光学形状感测纤维的光纤通道或内腔212。导管210包括被用于通过其传递工具或仪器的工作通道218。代替为设备的每个部件提供分隔开的内腔，支撑杆214能够被用作针对光纤的内腔212。该设计的优点包括以下内容。所述设计为支撑杆214和光纤通道212提供更多空间。另外，纤维现在被包围在中空杆(支撑杆214)内，所述中空杆包括例如NiT1、钢合金或类似材料。中空支撑杆214提供能够抵抗挤压和扭结的最佳环境。支撑杆214也能够被制成以阻止振动并且能够被制造以使其内表面上的摩擦最小化(例如，通过在支撑杆214的内部直径中增加一个或多个涂层)。
[0040]在一些设计考虑的情况下，支撑杆214还能够被制成以阻止振动，并且能够被制造以使其内表面上的摩擦最小化。这样的考虑可以包括在支撑杆214的内直径上增加涂层。这些涂层可以包括TeflonTM、PTEE、MDX、Pebax?、或用于减小摩擦的其他物质。支撑杆214或机械构件可以包括以下中的至少一个:被配置为提供振动阻尼特征的线、编织带、阻尼材料等。支撑杆214或机械构件可以通过盘绕、编织、由具有阻尼性质的材料制成等而被振动阻止。
[0041]图3的多用途设计的增加的益处在于光纤现在主要位于沿设备的扭矩中心轴，使得现在能够将设备的扭矩从光纤的扭转去耦。这是相关的，因为形状感测纤维中的扭转的积累能够导致性能的下降。覆盖或填充材料216(例如，Pebax?)可以被采用在支撑杆214上并且被采用以形成工作通道218。
[0042]参考图4，针对光学形状感测纤维的内腔或纤维通道312的范例被包含在导管310的牵引线320内。代替为设备310的每个部件提供分隔开的通道，牵引线320也可以被用