用于定位可移动目标的形状传感器系统的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本公开涉及使用形状传感器系统追踪解剖目标和/或介入器械的系统和方法，并 且更具体地涉及使用冗余的形状传感器提高形状传感器系统的准确性的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 微创医疗技术意图减少在介入程序期间损伤的组织量，从而减少患者恢复时间、 不适感和有害的副作用。为了追踪解剖目标、植入设备和/或介入器械(包括手术器械、诊断 器械、治疗器械或活检器械)在患者解剖结构内的位置，微创传感器系统可以被使用。在现 有系统中，电磁(EM)导航可以用于追踪介入器械、植入设备或目标在患者解剖结构内的运 动。虽然EM导航系统对于许多程序是有用的，但是它们可能受到来自手术间中的其它装备 的磁场干扰。例如，荧光成像系统或金属器械的C型臂可以产生与EM导航系统的磁场干扰， 从而导致介入器械的追踪中的不可接受的误差。在其它现有系统中，光纤形状传感器系统 可以用于追踪患者解剖结构中的介入器械的运动。光纤形状传感器系统监测在沿单个光纤 的各个点处的应变以确定光纤的形状。根据单个光纤的形状，能够获得沿光纤的各个点的 姿态(方位和取向）。由于误差积累，所以与得到的沿单个光纤的各个点的姿态相关的误差 可以随距光纤询问器的距离而增加。需要改进的导航系统和方法以便追踪手术环境中的介 入器械、植入设备和解剖目标。
【发明内容】
[0003] 本发明的实施例由随附的权利要求概括。
[0004] 在一个实施例中，一种方法包含接收来自第一形状传感器中的第一细长光纤部段 的第一形状数据。该第一细长光纤部段延伸在参考固定装置(reference fixture)和耦连 到患者解剖结构的第一解剖学固定装置之间。该方法进一步包含根据第一形状数据确定第 一解剖学固定装置的姿态和追踪第一解剖学固定装置的姿态变化。
[0005] 在另一个实施例中，一种系统包含骨固定设备、形状传感器参考固定装置以及耦 连在形状传感器参考固定装置和骨固定设备之间的光纤形状传感器设备。该光纤形状传感 器被配置成提供第一形状数据用于确定骨固定设备的姿态。
[0006] 在另一个实施例中，一种系统包含骨固定设备、形状传感器参考固定装置以及耦 连在形状传感器参考固定装置和骨固定设备之间的形状传感器设备。该形状传感器被配置 成提供第一形状数据用于确定骨固定设备的姿态。该形状传感器设备包括多个光纤，多个 光纤耦连到细长的条带材料从而以预定的空间关系维持多个光纤。
[0007] 在另一个实施例中，一种系统包含骨固定设备、形状传感器参考固定装置以及光 纤形状传感器设备，光纤形状传感器设备在近端处耦连到形状传感器参考固定装置并且在 远端处可拆卸地耦连到骨固定设备。该光纤形状传感器被配置成提供第一形状数据用于确 定骨固定设备的姿态。该系统进一步包含用于将骨固定设备的远端可拆卸地耦连到光纤形 状传感器设备的联接器。
[0008] 在另一个实施例中，一种方法包含接收来自第一形状传感器中的第一细长光纤部 段的第一形状数据，该第一细长光纤部段延伸在参考固定装置和耦连到医疗器械的器械固 定装置之间。该方法还包含根据第一形状数据确定器械固定装置的姿态和追踪器械固定装 置的姿态变化。
[0009] 根据下面的【具体实施方式】，本公开的附加方面、特征和优点将变的显而易见。
【附图说明】
[0010] 当结合附图阅读时，根据下面的【具体实施方式】，本公开的各方面被最好地理解。特 别强调，根据行业内的标准惯例，各种特征未按比例绘制。事实上，为了清晰的讨论，各种特 征的尺寸可以被任意地增加或减少。此外，本公开可以在各种示例中重复参考数字和/或字 母。这种重复是为了简化和清晰的目的，并且其本身并不指定讨论的各种实施例和/或配置 之间的关系。
[0011]图1是根据本公开的一个实施例的传感器系统。
[0012] 图2是图1的传感器系统的多核芯光纤部件。
[0013] 图3是图2的多核芯光纤部件的横截面视图。
[0014] 图4是根据本公开的另一个实施例的具有多个光纤传感器的传感器系统。
[0015] 图5图示说明使用图4的传感器系统的方法。
[0016] 图6是根据本公开的另一个实施例的具有按顺序链接的光纤传感器的传感器系 统。
[0017] 图7是根据本公开的另一个实施例的具有多个光纤传感器的传感器系统。
[0018] 图8是根据本公开的另一个实施例的闭环传感器系统。
[0019] 图9是根据本公开的另一个实施例的并入无菌帷帘的传感器系统。
[0020] 图10是根据本公开的另一个实施例的具有多个冗余的光纤传感器的传感器系统。
[0021] 图11图示说明根据本公开的另一个实施例的条带配置中的多个冗余的光纤传感 器。
[0022] 图12图示说明根据本公开的另一个实施例的条带配置中的多个冗余的光纤传感 器。
[0023] 图13图示说明根据本公开的另一个实施例的集成到骨固定硬件(bone fixation hardware)的光纤传感器。
[0024] 图14图示说明根据本公开的另一个实施例的在骨固定硬件的联接构件处终止的 光纤传感器。
[0025] 图15图示说明根据本公开的另一个实施例的在骨固定硬件的联接器处具有应变 消除的光纤传感器。
[0026] 图16是根据本公开的一个实施例的机器人介入系统。
【具体实施方式】
[0027] 在本发明的各方面的以下【具体实施方式】中，许多具体细节被阐明，以便提供对所 公开的实施例的全面理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，在没有这些具体细节的 情况下，本公开的实施例也可以被实践。在其它情况下，熟知方法、程序、部件和电路未被详 细描述，以免不必要地模糊本发明的实施例的各方面。另外，为了避免不必要的重复描述， 根据一个说明性实施例描述的一个或多个部件或动作能够被使用或省略以适用于其它说 明性实施例。
[0028]下面的实施例将根据设备在三维空间中的状态来描述各种设备和设备的各部分。 如本文所使用的，术语"方位"指对象或部分对象在三维空间中（例如，沿笛卡尔X、Y、Z坐标 的三个平移自由度)的位置。如本文所使用的，术语"取向"指对象或部分对象的可旋转的放 置(三个旋转自由度-例如，滚动、俯仰和偏摆）。如本文所使用的，术语"姿态"指对象或部分 对象在至少一个平移自由度中的方位并且指对象或部分对象在至少一个旋转自由度中的 取向（多达总共六个自由度）。如本文所使用的，术语"形状"指沿细长对象测量的一组姿态、 方位或取向。为了说明，本文描述的方法和系统通常在矫形手术方面来描述。然而，相同的 系统和方法可以应用于在患者解剖结构的其它区域上进行的程序。
[0029] 用于微创手术程序的传统光学导航程序通常需要具有到解剖参考固定装置和工 具导引参考固定装置的直接视线的大摄像机头。若干缺点可能与传统导航途径相关。例如， 传统光学追踪系统需要摄像机和参考固定装置的追踪标记之间的连续视线。视线的中断能 够导致工作流和安全问题。在关节镜手术中，例如，堆满器械和关节镜的小手术区域可能不 允许视线光学追踪。传统光学追踪系统还采用必须通过一个或多个骨螺钉固定到患者的参 考固定装置。这些参考固定装置可能是笨重的并且限制手术入路。本公开的方法和系统可 以用作传统光学追踪系统和方法的替代或增补。通常，本公开的方法和系统涉及形状传感 器系统的使用，以定位和追踪在介入程序期间的解剖目标和器械。
[0030] 参考图1，用于例如手术、诊断、治疗、活检、医疗监测或医疗评价的传感器系统总 体由参考数字10指示。传感器系统10通常包括询问系统12、参考固定装置14、传感器设备 16、18、20、30、介入器械22、数字化探针23、控制系统24、目标固定装置26以及传感器处理和 控制系统27。在各种实施例中，传感器系统的这些部件中的一个或多个可以被省略，或者多 个相同类型的部件可以被包括。如将在下面详细描述的，传感器系统10可以包括冗余的传 感器部件，其增加系统的形状感测和姿态确定功能的准确性。冗余的传感器部件还可以识 别例如在急弯曲、高张力或显著扭曲的区域中的传感器误差的源和位置并校正那些误差。 [0031 ]询问系统12产生光并检测返回的光以确定传感器设备16、18、20、30的当前形状。 询问系统12还可以处理返回的数据以便显示给临床医生。这种信息转而能够用于确定其它 相关变量，诸如传感器设备所连接的目标或器械的姿态、速度和加速度。传感器设备16、18 分别在近端16a、18a处耦连到询问系统12。这些近端可以并置排列或可以分开已知或可测 量距离和取向。通过使用已知变换，共用基础坐标系能够被使用。传感器设备16、18还分别 具有远端16b、18b。传感器设备20在近端20a处耦连到询问系统12并且在远端20b处耦连到 介入器械22。虽然传感器设备20被示出完全地在介入器械内或沿介入器械延伸，但是在各 种替代实施例中，传感器设备可以仅部分地在介入器械内或沿介入器械延伸。介入器械22 耦连到控制系统24以接收例如电力信号和通信信号。传感器设备30在近端30a处耦连到询 问系统12并且在远端30b处耦连到数字化探针23。虽然传感器设备30被示出完全地在探针 23内或沿探针23延伸，但是在各种替代实施例中，传感器设备可以仅部分地在探针内或沿 探针延伸。数字化探针23耦连到操作的控制系统24,以接收例如电力信号和通信信号。数字 化探针23可以用于识别和记录导航界标。
[0032] 传感器设备16、18、20、30中的每一个沿其在近端和远端之间的长度在中间部分处 耦连到参考固定装置14。传感器设备16、18、20、30的耦连部分的姿态由参考固定装置14保 持和固定。另外，传感器设备16、18、20、30的耦连部分的姿态关于彼此