用于配准光学传感器参照系的系统和方法
1.与相关申请的交叉引用
2.本技术要求获得2020年3月16日提交的题为“用于配准光学传感器参照系的系统和方法”的美国临时申请62/990,154的权益和优先权，该申请的内容通过援引并入本文。
技术领域
3.本发明一般涉及一种用于将医疗装置定位在患者体内的系统，尤其涉及与一个或多个其他定位系统相结合地采用光学传感器。
背景技术：4.利用定位系统以允许外科医生/技术人员视觉观察医疗装置相对于与患者相关联的成像的位置和/或取向。例如，电生理学导管被用于各种诊断、治疗和/或标测以及消融性心脏病手术，以诊断和/或纠正如房性心律失常的情况，例如包括异位性房性心动过速、心房颤动和心房扑动。在手术期间，导管或导管鞘被部署并操作其经由患者的血管到期望部位，例如，患者心脏内的部位。为了改进整个手术过程和结果，操作人员期望知道导管在患者体内导航时其位置和取向，以最小化对所期望的器官周围组织的物理伤害，并确保装置到达期望目标。
5.用于将医疗装置定位在患者体内的的一些常用方法使用不透光的标记，如使用x-射线透视技术检测的具有一定比例的硫酸钡(bas04)的金属线圈或聚合物。然而，期望限制患者暴露至x射线，并且因此减少和/或消除对x-射线透视技术的依赖将是有益的。用于定位医疗装置的其它技术包括磁、电和/或超声技术中的一种或多种。例如，一类定位系统是基于电阻抗的系统，其包括位于患者体外的一对或多对体表电极(如贴片)、附接至患者身体的参照传感器(例如，另一个贴片)以及附接至医疗装置的一个或多个传感器(如电极)。这些成对的电极可以相邻地、线性地排列，或与用于此定位系统的参照系的对应轴杆线相关联。该系统可以通过施加跨越成对电极的电流确定位置和/或取向，测量装置在装置电极处感测的对应电压(即相对于参照传感器)，然后处理测量的电压/阻抗，以确定由外部电极限定的参照系内的装置电极的位置。
6.另一个系统已知为基于磁场的系统。这种类型的系统通常包括附接至或放置在患者床或手术环境的其他部件附近的一个或多个磁场发生器，以及与医疗装置耦合的一个或多个磁场检测线圈。发生器在目标区域(即，解剖区域)内提供受控的低强度交流磁场。响应于磁场，检测线圈生成指示感测场的一个或多个特征的信号。然后，系统处理这些信号，以生成与线圈(并因此与医疗装置)相关联的一个或多个位置和/或取向读数。位置和/或取向读数通常是相对于场发生器读取，因此场发生器用作基于磁场的定位系统的参照系的实际“原点”。
技术实现要素：7.根据一个方面，医疗装置可以包括近端、远端和在近端和远端之间延伸的轴杆。该
医疗装置还可以包括磁性传感器组件，该磁性传感器组件可以包括磁性耦合件、第一磁性传感器和第二磁性传感器，其中磁性耦合件位于医疗装置的远端并刚性地固定至轴杆的内表面。医疗装置还可以包括由沿轴杆的长度延伸的多根光纤芯组成的光纤，其中多根光纤芯中的一个或多个包括位于沿光纤长度的位置的光学传感器，其中光纤刚性地支撑在靠近光学传感器的位置的轴杆内。
8.根据另一个方面，定位系统可以包括具有近端和远端的医疗装置，其中远端可以至少包括第一定位传感器和光学传感器，其中第一定位传感器和光学传感器可以刚性地固定在医疗装置的远端内。定位系统还可以包括计算机系统，该计算机系统被配置为从第一定位传感器接收反馈并且从光学传感器接收光学反馈，其中计算机系统可以用于基于接收的反馈确定医疗装置的远端在第一参照系内的位置，并可以基于光学反馈确定第二参照系内的医疗装置的远端的形状，其中，计算机系统可以至少部分地基于医疗装置远端的位置将医疗装置的远端的形状从第二参照系变换至第一参照系。计算机系统产生的输出可以包括第一参照系内表示的医疗装置的远端的位置和形状。
9.根据另一个方面，在患者体内定位医疗装置的方法可以包括从第一定位传感器接收反馈并且从光学传感器接收光学反馈。该方法还可以包括基于接收的反馈计算第一定位传感器的位置，其中该位置相对于由第一定位传感器限定的第一参照系提供。该方法还可以包括基于来自光学传感器的光学反馈计算光学传感器的形状，其中该形状相对于关于光学传感器限定的第二参照系提供。该方法还可以包括基于第一定位传感器的位置和存储的变换系数，将光学传感器的形状从第二参照系变换至第一参照系。该方法还可以包括显示医疗装置相对于第一参照系的位置和形状。
10.根据另一个方面，用位于医疗装置的远端的磁性定位传感器校准光学传感器的方法可以包括将医疗装置的远端放置在磁场内，并且将医疗装置的远端放置在第一位置，其中第一位置引起光学传感器的偏转。该方法还可以包括记录由磁性定位传感器提供的第一磁性位置数据和由光学传感器提供的第一光学数据，并将记录的数据存储为第一基准对，其中第一磁性位置数据提供在磁性参照系内，在光学参照系内提供第一光学数据。该方法还可以包括将医疗装置的远端放置在第二位置，其中第二位置引起光学传感器的偏转，并记录由磁性定位传感器提供的第二磁性位置数据和由光学传感器提供的第二光学数据，并将记录的数据存储为第二基准对，其中磁性位置数据提供在磁性参照系内，并且在光学参照系内提供光学数据。该方法还可以包括基于第一和第二基准对计算变换，以将光学形状数据从光学参照系变换至磁性参照系，并存储计算的变换。
11.根据另一个方面，医疗装置可以包括含有近端、远端、连接至近端的手柄以及在近端和远端之间延伸的轴杆。该医疗装置还可以包括位于手柄内的第一和第二磁性传感器以及由从医疗装置的手柄延伸至远端的多根光纤芯组成的光纤。该光纤可以由一个或多根光纤芯组成，其中一个或多根光纤芯包括从医疗装置的手柄至远端大致彼此相邻布置的多个光纤布拉格光栅(fbg)传感器。
附图说明
12.图1是根据一些实施例使用第一医疗定位系统(例如，基于磁场的系统)与基于光学的系统结合的定位系统的等轴杆测视图。
13.图2是根据一些实施例具有制为透明的外轴杆的导管的远端的等轴杆测视图，以示出导管的远端内的光纤和磁性传感器的位置。
14.图3是根据一些实施例导管的远端的等轴杆测剖视图，其示出导管的远端内的光学传感器和磁性传感器的位置。
15.图4是根据一些实施例多芯光纤的等轴杆测剖视图。
16.图5是根据一些实施例光学传感器和磁性传感器以及与每个传感器相关联的参照系的等距视图。
17.图6是根据一些实施例利用第一医疗定位系统配准光学传感器的配准系统的框图。
18.图7是根据一些实施例示出用第一医疗定位系统配准光学传感器的方法的流程图。
19.图8是根据一些实施例磁性传感器的手柄组件的等轴杆测视图。
具体实施方式
20.本发明提供一种相关/显示从与第一定位系统相关联的参照系内的(多个)光学传感器接收的形状信息的系统和方法。以这种方式，医疗装置的形状可以在第一定位系统的参照系统内显示。医疗装置(如介入或手术导管、导管鞘和其他细长的医疗装置)配设有一个或多个用于第一定位系统(如基于磁性、电阻抗和/或超声波的系统)的传感器，以在患者体内定位医疗装置。此外，医疗装置配设有一种或多种光学感测技术，比如光纤布拉格光栅(fiber bragg grating，fbg)传感器和/或光学干涉仪远端力传感器，它们用于检测施加至医疗装置或医疗装置的包括光学传感器的至少一部分的形状和/或力。一般来说，位于医疗装置上的光学传感器配置为通过能够传输光信号的光纤、多芯光纤等接收光学输入，其中有关光学传感器的位置、方向和/或形状的信息由传感器反射的光确定。本发明内容提供一种相关/显示从与第一定位系统相关联的参照系内的(多个)光学传感器接收的形状信息的系统和方法。
21.图1是系统100的等轴杆视图，其用于对患者p执行医学处置过程。在图1示出的实施例中，系统100包括医疗装置，比如图1示出的导管102、导管鞘或至少一部分位于患者p体内的其他外科手术装置。导管102包括近端104、远端106和手柄108。在外科手术过程中，远端106放置在患者体内的目标区域中(例如，患者的血管内)，并且由外科医生/技术人员通过位于手柄108上的控制器导航至体内的期望位置。如下文更详细地描述，从位于导管102上(例如，位于导管102的远端106)的一个或多个传感器接收的传感器反馈允许计算机系统116确定导管102的位置、取向和/或形状，并通过显示器124向外科医生/技术人员显示该信息。在一些实施例中，导管102的位置、方向和/或形状相对于患者的患者图像(例如，核磁共振图像，从标测导管、超声导管等创建的几何图形)显示。例如，在图1示出的实施例中，示出c-arm组件126，其可以用于生成患者p的x射线图像。然而，在其他实施例中，可以不带外部成像装置例如c-arm 126地使用该导管102。
22.在一些实施例中，导管102包括磁性传感器(图2-5示出的210a、210b)，其用在基于磁性的定位系统内使用以检测患者体内的导管102的远端106的位置和/或取向。在一些实施例中，磁性传感器位于导管102的远端106(例如，如图2、3和5示出)。在其他实施例中，磁
性传感器位于手柄108内(例如，图8示出的手柄808内)。在应用基于磁性的定位系统的实施例中，必须生成磁场以与磁性传感器产生相互作用。例如，在一些实施例中，将磁性发射器组件127安装至台面129的底面，以生成与磁性传感器相互作用所需的磁场。在其中磁性传感器位于导管102的手柄108内的实施例中，手柄108必须在生成磁场的区域(即在患者附近的区域)内操作。在一些实施例中，磁性发射器组件127生成低能级的磁场。位于导管102(例如，远端106、手柄108等)内的一个或多个磁性传感器与低能级磁场相互作用，并产生响应反馈，该反馈可以用于确定磁性传感器在由磁场限定的区域内的位置和/或取向。由磁性传感器生成的反馈通过磁性传感器缆线114提供至计算机系统116，该计算机系统解读所接收的数据并显示该数据，该显示允许外科医生/技术人员能够通过显示器124观察导管102在患者身体图像内的位置和取向。在一些实施例中，外部磁场(由磁性发射器组件127生成)为将磁性传感器定位在患者成像内提供参照并将此信息提供至显示器124。在其他实施例中，可以利用其他类型的众所周知的定位系统(例如，基于电阻抗的系统、基于超声波的系统等)。
23.此外，一个或多个光学传感器通过光纤芯缆线112向计算机系统116提供反馈。如下文更详细地描述，光学反馈用于确定导管102的位置、取向、形状和/或温度。特别地，由光学传感器提供的形状信息提供了并未通过基于磁性的定位系统提供的信息。然而，从光学传感器接收的光学反馈并不参照任何外部场(只参照自身)。为了利用由光学传感器提供的形状信息，由光学反馈确定的位置、取向和/或形状信息变换为由第一定位系统(例如，基于磁性系统)采用的参照系。如下文更详细地描述，在一些实施例中，与光学传感器相关联的磁性参照系用由磁性传感器(或其他传感器类型)采用的参照系配准，允许光学反馈以利用由基于磁性的定位系统限定的参照系的优点。以这种方式，由光学传感器提供的位置、取向和/或形状信息变换(即，参照为)成能够在患者图像数据的范围内显示导管102的位置、取向、形状的参照系。
24.在一些实施例中，计算机系统116包括电子控制单元(ecu)118、存储器/贮存器120、输入/输出装置122和显示器124。存储器/贮存器120存储可以由处理器118执行的指令，以执行包括磁性定位模块130和光学定位模块132的一个或多个模块。在另一个实施例中，可以利用其他定位系统代替磁性定位系统或与之结合，其他定位系统包括基于电阻抗的系统、超声波系统以及其他众所周知的定位系统中的一种或多种。
25.磁性定位模块130从位于导管102的远端106的磁性传感器接收反馈。由磁性传感器提供的反馈是一个或多个磁性传感器与由磁发射器组件127生成的低能级磁场相互作用的结果。在一些实施例中，磁性传感器的位置被确定位于本文称作磁性参照系的三维(3d)参照系内。由磁性定位模块130提供的输出是磁性传感器在磁性坐标框架内的位置和/或取向。从位于导管102内的一个或多个光学传感器接收的光学传感器数据被提供至光学定位模块132。在一些实施例中，一个或多个光学传感器位于导管102的远端106。在其他实施例中，光学传感器可位于与导管102相关联的多个位置，并且沿导管102的长度(即从远端106朝向近端104，在某些情况下沿整个长度直至手柄108)彼此相邻或近乎相邻地定位。此外，光学定位模块132接收关于磁性传感器在磁性坐标框架内的位置的输入和所存储的变换系数。在一些实施例中，利用配准过程用磁性传感器配准光学传感器，并生成用于将位置从磁性参照系变换至磁性参照系的变换系数。基于光学传感器数据、磁性传感器在磁性参照系
内的位置以及存储的变换系数，光学定位模块132生成提供光学传感器在磁性参照系内的位置、取向和/或形状的输出。以这种方式，关于磁性传感器和光学传感器提供的定位输出均表述位于磁性参照系内，并且可以关于提供至显示器124的患者成像数据定位。如下文更详细的描述，磁性传感器的位置可以确定用于表示光学传感器相对于磁性参照系的位置、取向和/或形状所需的光学传感器的数量和位置。
26.参照图2-5和8，基于从一个或多个磁性传感器(例如，图2示出的磁性传感器210a、210b、图8中示出的磁性传感器810a、810b)接收的输入和从一个或多个光学传感器(例如，图3中示出的光学传感器300a、300b、300c)接收的输入(如光纤布拉格光栅(fbg))，在磁性参照系312(图3示出)内确定医疗装置的位置、方向和形状。如下文更详细地描述，磁性参照系是基于磁性传感器210a、210b(或810a、810b，如图8示出)与外部生成磁场的相互作用。因此，磁性传感器210a、210b在磁性参照系内的位置和取向是已知的，无需额外的输入就可以定位。相反，磁性参照系314只参照至光学传感器本身，不参照至任何外部磁场(或者在基于电阻抗的定位情况，参照至放在患者上的表面电极)。为了弥补关于磁性参照系314缺乏外部参照点的不足，磁性参照系314用磁性参照系312配准。在一些实施例中，配准过程的输出是已配准的医疗装置独有的一组变换系数，其中利用该变换系数将从一个或多个光学传感器300a、300b、300c接收的反馈从磁性参照系314变换至磁性参照系312。如下文更详细地讨论，用磁性参照系312配准应用于一个或多个光学传感器300a、300b、300c的磁性参照系314包括允许由一个或多个光学传感器(例如多个光纤布拉格光栅(fbgs)300a、300b、300c)提供的位置/形状信息显示在用于将导管102定位在患者图像内的磁性参照系312内。
27.在图3示出的实施例中，多个光学传感器300a、300b、300c沿一部分多芯光纤206纵向布置，其中多芯光纤206内的一个或多个芯可以包括一个或多个光学传感器300a、300b、300c。在一些实施例中，该一个或多个光学传感器300a、300b、300c是光纤布拉格光栅(fbg)传感器，其为一种能够检测施用力、应变和/或温度变化的光学传感器。在一些实施例中，多芯光纤206中的单个芯包括多个光学传感器300a、300b、300c中的每一个。此外，一个或多个光学传感器可以用于多种不同的功能。例如，其中一个光学传感器300a可以用于形状感测，而其中另一个光学传感器可以用于温度感测。如上文所述，在一些实施例中，其他光学传感器可以沿着导管102的长度(从远端106朝向近端104，在一些情况下延伸至手柄108)定位，其中从多个传感器接收的反馈允许计算一定长度导管的形状。在其他实施例中，可应用多个光学传感器300a、300b、300c中的每一个感测形状，其中多个光学传感器从导管102的远端106延伸至导管102的近端104，或延伸至导管102的手柄108。以这种方式，可以确定消融尖端202和轴杆204的位置和/或取向。
28.如上文所述，在一些实施例中，一个或多个光学传感器300a、300b、300c是光纤布拉格光栅传感器-一种包括带有周期性变化的折射率的光纤芯的分布式布拉格反射器。折射率每次变化的界面形成入射光的反射。大多数反射是相对较弱的，处于这些波长的光大部分传输通过光纤布拉格光栅。然而，处于与周期性变化的折射率有关的某个共振波长的光由光纤布拉格光栅反射。反射光与光纤芯的折射率的周期性变化之间的关系定义为：
29.λ
β
＝2n
eff
λ
ꢀꢀꢀ
(1)
30.其中λ是光栅的周期，n
eff
是光纤芯有效折射率，λ
β
是发生共振时的布拉格波长。以这种方式，沿光纤芯传输至光纤布拉格光栅的光学信号将导致共振波长λ
β
的反射，这与
光纤布拉格光栅的周期性变化有关。施加至光纤光栅的力、应变和/或温度变化将导致光栅的周期变化，这转而引起反射光的波长的变化。通过检测光纤布拉格光栅反射的波长变化，可以检测到关于施加至传感器的力、应变和/或温度变化和/或传感器的形状(即，弯曲)的信息。在本发明中，关注点在检测施加至导管102的力和/或形状，尽管在一些实施例中，也可以利用一根或多根光纤芯检测温度的变化。力的检测可以包括沿导管轴杆线施加至消融尖端的力以及引起导管102弯曲的偏转力。根据一个或多个光纤布拉格光栅(fbg)的位置，可以采集关于导管102的特定部分(例如，由一个或多个光纤布拉格光栅(fbg)300a、300b、300c的布置示出的导管远端106)或沿导管102一定长度的形状信息。例如，多个光纤布拉格光栅(fbg)可以沿着导管102一定长度定位-从近端104或甚至从手柄108延伸至远端106。
31.当轴杆向力或偏转力施加至光纤光栅时，光栅的周期和光纤的有效折射率两者都会相应改变，因此布拉格波长(例如，反射回来的光的波长)会以一种方式或另一种方式变化。通过测量布拉格波长的偏移，光纤布拉格光栅(fbg)可以用于力和形状感测(以及温度感测)。一个优势来自测量波长变化中的信息编码的绝对本质，这使得传感器不受波动的光功率或接口损失的影响。凭借施加应变ε和环境温度变化dt，布拉格波长的偏移可以通过利用公式1的微分得到，如公式2示出：
[0032][0033]
其中，是光弹性常数，ρe＝0.22表示纯硅玻璃，是线性膨胀系数，是热光学系数，而dt是温度变化。对于1550纳米波长的光栅，波长变化对应变通常是～1pm/με级，而对温度是10pm/℃级。
[0034]
杨氏模量e定义为：
[0035][0036]
其中，f是力，a0是光纤横截面的面积，l0是光纤长度，δl是由于施加的力而产生的张紧长度。力可以从公式(3)中得出：
[0037]
f＝ea0ε
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0038]
其中ε＝δl/l0是应变。对于直径为125纳米的单模光纤，玻璃材料的杨氏模量为70
×
109n/m2，那么可以得到相对于光纤应变的力为：
[0039]
f＝859ε(n)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0040]
当环境温度保持不变dt＝0时，对于纯玻璃ρe＝0.22，根据公式5和公式2，得到对应于布拉格波长的偏移所施加的力：。
[0041]
f≈1101dλ/λbꢀꢀꢀ
(3)
[0042]
对于1550纳米(nm)波长段内的0.01纳米布拉格波长偏移的分解，由公式6给出的力的分解为0.7克。根据公式4和2，对应于施加的力和温度变化的布拉格波长的偏移表示
为：
[0043][0044]
其中，δλ是布拉格波长的偏移、δt是温度变化、f是施加的力、e是杨氏模量、a0是光纤横截面的面积、ρe是光弹性常数、α是线性膨胀系数、ξ是热光学系数。
[0045]
为了三维地感测偏转力，在一个实施例中可以使用多个独立的光学传感器。例如，参照图4，多芯光纤206包括多根(例如，七根)独立的、如所示标记为402a-402g光纤芯，每根光纤芯包括至少一个光纤布拉格光栅(fbg)(图4中未示)。在一些实施例中，至少第一多根光纤芯(例如，光纤芯400a-400f)沿多芯光纤206的外周等距地设置。施加至多芯光纤的偏转力引起一些光纤伸长且一些光纤压缩，因此由其中一些光纤布拉格光栅(fbg)提供的反馈将示出与光纤布拉格光栅(fbg)的压缩(即缩短)相对应的波长的变化，而且至少其中一些光纤布拉格光栅(fbg)将示出与光纤布拉格光栅(fbg)的伸长相对应的波长的变化。根据反馈，可以确定偏转量和偏转的形状。尽管图4显示了七根单独的光纤芯，但在其他实施例中可以需要较少的单独光纤芯。例如，在一些实施例中，力和形状的感测由沿着多芯光纤206的外周定位并且彼此等距(例如，相隔120
°
)布置的三根单独的光纤芯来实现。此外，也可以考虑多芯光纤206内的多于七根的光纤芯。
[0046]
在一些实施例中，围绕外周布置的多根光纤芯400a-400f分别用于检测施加至光纤布拉格光栅(fbg)的偏转力。在其他实施例中，围绕外周布置的第一多根光纤芯(例如，光纤芯400a、400c和400e)用于形状感测，而围绕外周布置的第二多根光纤芯(例如，光纤芯400b、400d和400f)用于轴杆向力感测。一般来说，期望多个芯绕多芯光纤的外周等距分布，以提供与传感器形状有关的最大量信息。在一些实施例中，居中光纤芯400g也用于检测力-包括轴杆向力和/或偏转力。在其他实施例中，居中光纤芯400g用于温度补偿/内部应变监测。各种其他配置可以用于检测偏转力、轴杆向力和/或温度变化。
[0047]
如上文所述，在一些实施例中，不是将一个或多个光学传感器300a、300b、300c(例如，光纤布拉格光栅(fbg))布置在沿多芯光纤一定长度的特定位置-例如，作为图2和图3示出的消融尖端202的部分-一个或多根光纤芯402a-402g可以包括沿光纤芯的轴杆向长度布置的多个光纤布拉格光栅(fbg)。例如，光纤芯400a可以包括多个光纤布拉格光栅(fbg)，每个光纤布拉格光栅均由独有的光栅周期限定。在一些实施例中，多个光纤布拉格光栅(fbg)彼此相邻(例如，端对端堆叠)，相邻的多个光纤布拉格光栅(fbgs)之间很少或没有间隙。每个光纤布拉格光栅(fbg)都提供关于施加至光纤布拉格光栅(fbg)的力的反馈，其中多个光纤布拉格光栅(fbg)端对端堆叠可以为较长长度的导管102提供形状信息。在一些实施例中，通过将多个光纤布拉格光栅(fbg)背靠背放置可以收集与导管102的轴杆向长度有关的形状信息。在一些实施例中，多个光纤布拉格光栅(fbg)可以从导管102的远端106朝向手柄108延伸-在一些实施例中，从导管102的远端106一直延伸至手柄108。在一些实施例中，为了区分由沿同一光纤芯连接的多个光纤布拉格光栅(fbg)的每一个提供的反射，每个光纤布拉格光栅(fbg)必须由不同的光栅周期来表征，从而同一光纤上接收的反射可以确定地分配至多个光纤布拉格光栅(fbg)中的一个。以这种方式，光学传感器300提供用于确定光学传感器300的形状的反馈。
[0048]
图3是沿图2示出的线3-3截取的导管102的远端106的横截面图。在一些实施例中，
磁性传感器组件包括磁性耦合件208、第一磁性传感器和第二磁性传感器210a、210b。磁性耦合件208刚性地固定至轴杆204的内表面。第一和第二磁性传感器210a、210b固定至磁性耦合件208，其中磁性耦合件208将磁性传感器210a、210b保持至相对于轴杆204以及相对于彼此的固定位置内。尽管在该视图没有示出，由第一和第二磁性传感器210a、210b检测的磁信号通过磁性传感器缆线114(图1示出)通信传递至计算机系统116。基于位于导管102的远端106内的磁性传感器210a、210b的刚性连接和磁性传感器210a、210b相对于彼此的刚性定位，导管102的远端106的位置和取向相对于磁性参照系312是已知的。在图3示出的实施例中，磁性参照系312由坐标轴杆(例如，mx、my、mz)限定，绕这些轴杆的方向(例如，偏航、俯仰滚动)表示为θ。基于磁性传感器210a、210b提供的反馈，导管的远端106的绝对位置和/或取向在磁性参照系312内是已知的。
[0049]
在一些实施例中，光纤206在外部轴杆204内朝向导管102的远端106延伸。在一些实施例中，光纤206是包括多根光纤芯的多芯光纤(如图4示出)。光纤206由光纤管支撑(这里示出为第一光纤管支撑304、第二光纤管支撑306和第三光纤管支撑308)刚性地固定在导管102的远端106内。在一些实施例中，第一光纤管支撑304、第二光纤管支撑306和第三光纤管支撑是一体的(即，单个管)。在其他实施例中，第一、第二和第三光纤管支撑是相互分离的。在一些实施例中，第一光纤管支撑304、第二光纤管支撑306和第三光纤管支撑308用作将光纤206刚性地固定在导管102的远端106内。在图3示出的实施例中，第一光纤管支撑304、第二光纤管支撑306和第三光纤管支撑308用作将光纤206支撑至导管102的远端106内的大致居中位置内。在其他实施例中，光纤206可以保留在导管102的非中心位置，只要光纤206的位置相对于导管102保持固定。
[0050]
在消融尖端202内，柔性尖端壁316和弹簧302允许消融尖端202沿轴杆向受压。在一些实施例中，柔性尖端壁316和弹簧302还允许消融尖端202朝非轴杆向方向偏转(例如，弯曲)。在一些实施例中，可以不包括弹簧302地采用柔性尖端壁316。第一、第二和第三光纤管支撑304、306和308将光纤206刚性地固定至导管102，迫使光纤206、特别是光学传感器300遵循消融尖端202的取向/形状。此外，在一些实施例中，为了确保光纤206和导管102之间的刚性，光纤206结合至第一光纤管支撑304、第二光纤管支撑306和/或第三光纤管支撑308中的一个或多个，以确保轴杆204内的光学传感器的刚性连接。因此，光纤206跟随导管102的运动和形状，从而使从光学传感器300接收的光学反馈表征导管102的形状和/或几何形状。
[0051]
在一些实施例中，可以在与多个芯中的每一个相关联的一个或多个内采用多个单独的光学传感器300a、300b、300c(例如光纤布拉格光栅(fbg))。在图3示出的实施例中，光学传感器300a位于光纤206的最远端，其中光学传感器300b位于光学传感器300a附近，而光学传感器300c位于光学传感器300b附近。在一些实施例中，光学传感器300a、300b或300c中的一个或多个可以用于感测形状或感测力。例如，在一些实施例中，光学传感器300a可以用于力感测，而光学传感器300b和300c用于感测形状。在其他实施例中，光学传感器300a、300b和300c中的每一个都用于感测形状。在其中每个光学传感器300a、300b、300c均位于同一光纤芯的实施例中，多个光纤布拉格光栅(fbg)中的每一个都可以设计为在不同的波长下运行，从而其能够提供与所感测的应变/力有关的反馈。在一些实施例中，光学传感器300a-300c可以不被限制至消融尖端202内或附近的区域。例如，在一些实施例中，多个光学
传感器或多个光纤布拉格光栅(fbgs)可以沿一个或多根光纤芯从消融尖端202至磁性传感器210a、210b端对端地布置(例如，图5示出的实施例，多个光学传感器300a、300b、300c、300d和300e从导管300a的远尖端延伸至磁性传感器210a、210b附近的区域)。在其他实施例中，多个光学传感器(例如，光纤布拉格光栅(fbg)传感器)可以沿一个或多根光纤芯从消融尖端202沿导管102的长度至手柄10端对端地布置。关于图5示出的实施例，多个光纤布拉格光栅(fbg)300a-300e中的每一个(如果在同一光纤芯上操作)可以在彼此不同的波长下操作，从而使由多个光纤布拉格光栅(fbg)中的每一个感测到的应变/力提供可以与其他光纤布拉格光栅(fbg)区分的光反射。以这种方式，可利用光纤布拉格光栅(fbg)提供的反馈确定从磁性传感器210a、210b至导管尖端的形状信息。
[0052]
通过用磁性参照系312配准一个或多个光学传感器300a-300c，将从光学传感器300得出的形状和/或位置信息(相对于磁性参照系314提供的)变换为磁性参照系312。在一些实施例中，由于磁性传感器210a、210b刚性地固定至导管102的远端106，磁性传感器210a、210b以及由此磁性参照系312被迫跟随导管102的运动。因此，导管102的位置/取向(但不是形状)可以从磁性传感器210a、210b得出，并相对于磁性参照系312表示。同样地，一个或多个光学传感器300a-300c刚性地固定至导管102的远端106，光学传感器300a-300c也被迫跟随导管102的运动。将一个或多个光学传感器300a-300c相对于磁性参照系312配准允许利用磁性参照系312作为用于一个或多个光学传感器300a-300c的参照点。也就是说，一个或多个光学传感器300a-300c的位置、形状和取向相对于磁性传感器210a、210b的位置和取向是已知的。
[0053]
在图3示出的实施例中，磁性传感器210a、210b位于导管102的远端106。在其他实施例中，比如图8示出的实施例，磁性传感器810a、810b位于导管的手柄808内。在这个实施例中，磁性参照系是基于手柄808的位置。可以基于在手柄808和导管远端之间沿导管一定长度布置的已部署的多个光学传感器(例如光纤布拉格光栅(fbg))来确定导管的远端的位置和/或取向。如上文所述，每个相邻的光纤布拉格光栅(fbg)传感器将以不同的波长操作，允许每个传感器提供反馈。特别地，将由多个光学传感器提供的形状数据与位于手柄108内的磁性传感器限定的磁性参照系相参照允许获知导管102的远端106的位置和取向。
[0054]
参照图6和图7，描述了用于使磁性参照系314与磁性参照系312相关的配准过程。尽管参照磁性参照系312，但在其他实施例中，可以利用其他定位系统和相应的参照系。在一些实施例中，在制造时执行配准过程。在其他实施例中，如果在每次使用之前执行配准过程，那么可以重新用磁性参照系312校准磁性参照系314。特别是，图6是示出根据一些实施例用于配准光学传感器606的系统600的框图，并且图7是示出根据一些实施例用于配准过程中的步骤的流程图。
[0055]
系统600包括带有处理器612和存储器614的计算机系统610。存储器614配置为存储能够由处理器612执行的指令以实施为配准模块616。计算机系统610配置为从医疗装置602接收反馈，该医疗装置包括磁性传感器604、光学传感器606和非易失性存储器608。在一些实施例中，磁性传感器604响应于医疗装置602放置在磁场中地提供了用于确定医疗装置602的位置和/或取向的反馈。光学传感器606同样产生用于确定光学传感器606的位置、方向和/或形状的反馈。如上文关于图2-5的讨论，从磁性传感器604接收的反馈基于所施加的外部磁场来提供，并参照磁性参照系(mx、my、mz)表示。从光学传感器606接收的反馈只参照
其本身提供，并参照磁性参照系(ox、oy、oz)表述。由计算机系统610所实现的配准模块616从磁性传感器604收集位置和取向数据(mxi、myi、mzi、mθi)并且从光学传感器606收集位置、取向和形状信息(oxi、oyi、ozi、oθi)，并且利用收集的数据确定从磁性参照系至磁性参照系的变换数据。
[0056]
参照图7，示出光学定位/形状传感器606在由第一定位传感器604采用的参照系内配准过程。在一些实施例中，相对于第一定位传感器604(例如，磁性传感器)改变光学传感器606的位置/形状，并且将来自两个传感器的反馈存储为基准对。可采用多种方法收集该数据，尽管本讨论的目的是将医疗装置保持位于夹具内，该夹具保持第一定位传感器604的位置相对固定，并且相对于第一定位传感器604改变光学传感器606的位置/形状。在其他实施例中，光学传感器606可以保持相对固定，并且可以相对于光学传感器改变第一定位传感器604。
[0057]
在步骤702，医疗装置602放置在夹具(未示出)内，并且该夹具放置在磁场内(假设第一定位传感器包括磁性传感器)。
[0058]
在步骤704，包括光学传感器606的医疗装置的部分(例如，图2-5示出的导管102的远端106)相对于第一定位传感器604放置在第一位置。在随后的步骤中，相对于第一定位传感器604改变包括光学传感器606的医疗装置602的部分的位置，以便收集描述磁性参照系和磁性参照系之间关系的另外的数据点。这可以由改变光学传感器602的位置时保持第一定位传感器604大致地静止不动的来实现。在一个实施例中，将力施加至容置一个或多个光学传感器606的医疗装置602的部分(例如，在图2-5示出的示例中，导管102的远端106)，以引起医疗装置的这部分相对于第一定位传感器发生偏转。例如，在一个实施例中，可以将重量附接至医疗装置的远端来产生所需的力。在其他实施例中，可利用其他方式使医疗装置602的所需部分偏转。期望的是使医疗装置602偏转，从而使光学传感器606受到压缩/应变，以有助于使磁性参照系参照第一参照系。
[0059]
在步骤706，利用从第一定位传感器604接收的反馈确定第一参照系(例如磁性参照系)内的第一定位传感器604的位置和/或取向(mx1、my1、mz1、mθ1)。另外地，在步骤706，利用从光学传感器606接收的反馈确定磁性参照系内的光学传感器606的位置、方向和/或形状(ox、oy1、oz1、oθ1)。如上文关于图2-5所述，在一些实施例中，利用了多根光纤芯，其中，通过位于多根光纤芯中每一个内的光学传感器(例如，光纤布拉格光栅)的压缩/应变检测施加至光纤芯的力。磁性参照系可以沿着多根光纤芯的一个居中，例如图4中示出的居中光纤芯400g。在其他实施例中，磁性参照系相对于位于光学导管的外周的多根光纤芯中的一个(例如，光纤芯400a)居中。
[0060]
在步骤707，将位置数据(mx1、my1、mz1、mθ1)和基于光学的形状/位置数据(ox1、oy1、oz1、oθ1)存储为基准对。
[0061]
在步骤708，确定是否已经收集足够数量的基准对。在一些实施例中，这可能包括将存储的基准对的数量与阈值进行比较，以确定是否需要额外的基准对。在其他实施例中，需要设定数量的多个位置，而且该过程继续进行，直到已经从所需的每个位置收集到基准对。在一些实施例中，收集预先确定的阈值数量的基准对(在足够不同的位置收集)。例如，如果医疗装置在每次测量之间旋转大约90度，那么就收集了数据的四个基准对。在其他实施例中，医疗装置旋转45度，收集8个基准对。在其他实施例中，收集更少或更多数量的基准
对。
[0062]
如果已经收集了足够数量的基准对，那么该方法继续进行步骤712，其中利用多个基准对计算从磁性参照系至第一参照系(例如，磁性参照系)的变换。如果没有收集到足够数量的基准对，那么该方法将继续进行步骤710。
[0063]
在步骤710，相对于第一定位传感器604(例如，磁性传感器)的位置改变包括光学传感器(例如，图2-5示出的实施例中的远端106)的医疗装置602的部分的位置。在一些实施例中，位置的改变包括将医疗装置602的位置旋转一个已知的量(例如，90度)，这引起光学传感器606和第一定位传感器604两者的旋转。在一些实施例中，医疗装置602在夹具内旋转，而在其他实施例中，保持医疗装置602的整个夹具旋转。再次将力施加至包括光学传感器606的医疗装置602的部分，以在光学传感器606内引起相对于第一定位传感器604的偏转。在一些实施例中，在这个位置上施加与前一个位置相同的力，造成医疗装置606在每个位置大致相等的偏转。例如，在其中将重量附至医疗装置606的远端以提供所需的偏转力的实施例中，在第一位置施加的相同重量被施加至第二位置。在其他实施例中，施加的力可以不同，只要施加一些力以实现光学传感器606相对于第一定位传感器604的至少一些偏转。在另一些实施例中，包括光学传感器606的医疗装置602的部分相对于第一定位传感器604移动至新的位置。
[0064]
在在步骤710改变医疗装置的位置之后，在步骤706利用从第一定位传感器604接收的反馈确定第一定位传感器604的位置和/或取向(例如，mx2、my2、mz2、mθ2)，并且同样地，利用从光学传感器606接收的反馈确定光学传感器606的位置、方向和/或形状(例如，ox2、oy2、oz2、oθ2)，它们被存储为另一个基准对。改变光学传感器相对于磁性传感器的位置并测量每个光学传感器的位置的过程一直持续至收集到若干个基准点对。
[0065]
在步骤712，基于多个基准对确定表述从第一参照系(例如，mx、my、mz)内的光学传感器606收集的位置、方向和/或形状信息所需的变换。在一些实施例中，除了多个基准对之外，可以利用其他信息确定从磁性参照系(例如，ox、oy、oz)至第一参照系(例如，mx、my、mz)的变换。例如，在一些实施例中，在变换中利用磁性传感器(210a、210b)和光学传感器之间的距离d(在图5示出)以确定光学传感器相对于磁性参照系的位置。以这种方式，由光学传感器606收集的位置/形状信息可以表述在第一参照系(例如，磁性参照系)内。
[0066]
在步骤714，基于多个基准对计算出的变换存储至医疗装置602。在一些实施例中，医疗装置602包括用于存储该变换的非易失性存储器608。在医疗装置602的操作使用期间，存储至非易失性存储器608的变换数据可以被下载或以其他方式提供至计算机系统(例如，图1中示出的计算机系统116)，以由计算机系统用于将由光学传感器606提供的位置/形状信息变换至第一参照系(例如，磁性参照系)，从而使光学传感器的位置、方向和/或形状准确地显示在第一参照系内。
[0067]
参照图8，示出包括根据一些实施例的磁性传感器810a、810b的手柄组件808。如上文简要所述，在一些实施例中，磁性传感器810a、810b可以位于用于引导导管(未示出)的远端的手柄组件808内。在该实施例中，手柄组件808必须位于磁场内-例如位于由图1示出的磁性发射器组件127生成的磁场内。基于由磁性传感器810a、810b提供的反馈，可以在磁场内(即，磁性参照系内)确定手柄808的位置和/或取向。在其他实施例中，可以利用一种或多种其他类型的定位系统(而非磁性传感器)确定手柄组件808的位置。
[0068]
在一些实施例中，光纤芯806从手柄808起沿轴杆的长度从近端延伸至远端(如图1示出)。在一些实施例中，多芯光纤806包括多根光纤芯，其中一个或多根光纤芯可以包括一个或多个光学传感器。例如，在一个实施例中，光纤布拉格光栅(fbg)传感器沿着轴杆的长度从手柄808至导管远端彼此相邻布置。从多个布拉格光栅(fbg)传感器接收的反馈允许计算从手柄808至远端的轴杆的形状。如上文所述，由多个布拉格光栅(fbg)提供的位置和形状信息可以从布拉格光栅(fbg)的参照系(即磁性参照系)变换至手柄组件808的磁性参照系。以这种方式，导管从手柄至远端的位置、形状和/或方向可知并在磁性参照系内显示。
[0069]
对可能的实施例的讨论
[0070]
以下是本发明的可能实施例的非排他性描述。
[0071]
根据一个方面，包括的医疗装置可以包括近端、远端和在近端和远端之间延伸的轴杆。该医疗装置还可以包括磁性传感器组件，该磁性传感器组件可以包括磁性耦合件、第一磁性传感器和第二磁性传感器，其中磁性耦合件位于医疗装置的远端，并刚性地固定至轴杆的内表面。医疗装置还可以包括由沿轴杆的长度方向延伸的多根光纤芯组成的光纤，其中多根光纤芯中的一根或多根包括位于沿光纤一定长度的位置处的光学传感器，其中光纤在靠近光学传感器的位置处刚性地支撑在轴杆内。
[0072]
前一段落的医疗装置可以选择性地包括(另外地和/或替代性)以下特征、配置和/或其它部件中的任何一个或多个。
[0073]
例如，在一些方面，该医疗装置还可包括具有用于将光纤收纳和支撑在轴杆内的光纤的中心开口的光纤支撑件，其中光纤支撑件紧邻光学传感器。
[0074]
在一些方面，光纤可以被结合至光纤支撑件，以通过光纤支撑件将包括光学传感器的光纤的一部分刚性地固定至该轴杆。
[0075]
在一些方面，医疗装置可以是具有位于远端的柔性尖端的导管。
[0076]
在一些方面，光学传感器可以包括光纤布拉格光栅，其中多根光纤芯中的至少一些包括至少一个光纤布拉格光栅。
[0077]
在一些方面，多个光纤芯中的至少一个可以包括沿光纤芯一定长度延伸的多个光纤布拉格光栅，其中与特定的光纤芯相关联的每个光纤布拉格光栅相对于位于同一光纤芯的其他光纤布拉格光栅由独有的光栅周期限定。
[0078]
根据另一个方面，定位系统可以包括具有近端和远端的医疗装置，其中远端可以至少包括第一定位传感器和光学传感器，其中第一定位传感器和光学传感器可以刚性地固定在医疗装置的远端内。定位系统还可以包括计算机系统，该计算机系统配置为从第一定位传感器的接收反馈和从光学传感器接收光学反馈，其中计算机系统可以用于基于接收的反馈确定第一参照系内的医疗装置的远端的位置，并可以基于光学反馈确定第二参照系内的医疗装置的远端的形状。其中计算机系统可以至少部分地基于医疗装置的远端的位置，将医疗装置的远端的形状从第二参照系变换至第一参照系。由计算机系统产生的输出包括在第一参照系内表示的医疗装置的远端的位置和形状。
[0079]
前一段落的医疗装置可以选择性地包括(另外地和/或替代性)以下特征、配置和/或其它部件中的任何一个或多个。
[0080]
例如，在一个方面，计算机系统可以另外地基于将第二参照系与第一参照系关联的变换，将医疗装置的远端的形状从第二参照系变换至第一参照系。
[0081]
在另一个方面，定位系统可以包括用于存储变换系数的非易失性存储器，其中变换系数在配准阶段被特别确定，以使光学传感器的位置与第一定位传感器的位置相关。
[0082]
在另一个方面，光学传感器可以包括一个或多个光纤布拉格光栅，该光栅光纤沿着光纤的沿医疗装置一定长度延伸的一部分布置。
[0083]
在另一个方面，第一定位传感器可以是容置在刚性地固定至医疗装置的远端的磁性耦合件内的磁性传感器。
[0084]
根据另一个方面，将医疗装置放在患者体内的方法可以包括从第一定位传感器接收反馈并从光学传感器接收光学反馈。该方法可以还包括基于接收的反馈计算第一定位传感器的位置，其中该位置参照由第一定位传感器限定的第一参照系提供。该方法还可以包括基于来自光学传感器的光学反馈计算光学传感器的形状，其中该形状参照关于光学传感器限定的第二参照系提供。该方法还可以包括基于第一定位传感器的位置和存储的变换系数，将光学传感器的形状从第二参照系变换至第一参照系。该方法还可以包括关于第一参照系显示医疗装置的位置和形状。
[0085]
前一段落的医疗装置可以选择性地包括(另外地和/或替代性)以下特征、配置和/或其它部件中的任何一个或多个。
[0086]
例如，在一个方面，显示医疗装置的位置和形状的步骤可以包括显示医疗装置关于患者图像的位置和形状。
[0087]
根据另一个方面，用医疗装置的远端内的磁性定位传感器校准光学传感器的方法可以包括将医疗装置的远端放置在磁场内，并且将医疗装置的远端放置在第一位置，其中第一位置引起光学传感器的偏转。该方法还可以包括记录由磁性定位传感器提供的第一磁性位置数据和由光学传感器提供的第一光学数据，并将记录的数据存储为第一基准对，其中在磁性参照系中提供第一磁性位置数据，在光学参照系中提供第一光学数据。该方法还可以包括将医疗装置的远端放在第二位置，其中第二位置引起光学传感器的偏转，并记录由磁性定位传感器提供的第二磁性位置数据和由光学传感器提供的第二光学数据，并将记录的数据存储为第二基准对，其中磁性位置数据提供在磁性参照系内，在光学参照系提供光学数据。该方法还可以包括基于第一和第二基准对计算变换，以将光学形状数据从光学参照系变换至磁性参照系，并存储计算出的变换。
[0088]
前一段落的医疗装置可以选择性地包括(另外地和/或替代性)以下特征、配置和/或其它部件中的任何一个或多个。
[0089]
例如，在一个方面，将医疗装置的远端布置至第一位置可以包括将第一力施加至医疗装置的远端，以引起远端内的偏移。
[0090]
在另一个方面，将第一力施加至医疗装置的远端可以包括将重量施加至医疗装置的远端。
[0091]
在另一个方面，将医疗装置的远端置于第二位置可以包括将第二力施加至医疗装置的远端，其中第二力的施加方向不同于第一力。
[0092]
在另一个方面，存储计算的变换可以包括将计算的变换存储至包括在医疗装置上的非易失性存储器。
[0093]
根据另一个方面，医疗装置可以包括近端、远端、连接至近端的手柄和在近端和远端之间延伸的轴杆。该医疗装置还可以包括位于手柄内的第一和第二磁性传感器以及由从
手柄延伸至医疗装置的远端的多根光纤芯组成的光纤。光纤可以由一个或多根光纤芯组成，其中一个或多根光纤芯包括多个光纤布拉格光栅(fbg)传感器，这些传感器从手柄至医疗装置的远端彼此近乎相邻。
[0094]
前一段落的医疗装置可以选择性地包括(另外地和/或替代性)以下特征、配置和/或其它部件中的任何一个或多个。
[0095]
例如，一方面，位于沿同一光纤芯的多个fbg传感器的每一个是由相对于位于同一光纤芯的其他光纤布拉格光栅的特有的光栅周期所限定的。
技术特征：1.一种医疗装置，包括：近端；远端；在所述近端和所述远端之间延伸的轴杆；磁性传感器组件，所述磁性传感器组件包括磁性耦合件、第一磁性传感器和第二磁性传感器，其中所述磁性耦合件位于所述医疗装置的远端并且刚性地固定至所述轴杆的内表面；和光纤，其包括沿所述轴杆的长度延伸的多根光纤芯，其中多根所述光纤芯中的一根或多根包括位于沿所述光纤一定长度的位置的光学传感器，其中所述光纤刚性地支撑在所述轴杆内的邻近所述光学传感器的位置。2.根据权利要求1所述的医疗装置，还包括：光纤支撑件，其具有用于将所述光纤收纳和支撑在所述轴杆内的中心开口，其中所述光纤支撑件布置为紧邻所述光学传感器。3.根据权利要求2所述的医疗装置，其中所述光学传感器结合至所述光纤支撑件，以通过所述光纤支撑件将包括所述光学传感器的光纤的一部分刚性地固定至所述轴杆。4.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述医疗装置是带有位于所述远端的柔性尖部的导管。5.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述光学传感器包括光纤布拉格光栅，其中多根光纤芯中的至少一些包括至少一个光纤布拉格光栅。6.根据权利要求5所述的医疗装置，其中所述多根光纤芯中的至少一根包括沿所述光纤芯一定长度延伸的多个光纤布拉格光栅，其中与特定的光纤芯相关联的每个光纤布拉格光栅相对于位于同一光纤芯上的其他光纤布拉格光栅由独有的光栅周期限定。7.一种定位系统，包括：医疗装置，其具有近端和远端，其中所述远端至少包括第一定位传感器和光学传感器，其中所述第一定位传感器和所述光学传感器刚性地固定在所述医疗装置的远端内；和计算机系统，其配置为自所述第一定位传感器接收反馈并且自所述光学传感器接收光学反馈，其中所述计算机系统基于接收的反馈确定所述医疗装置的远端在所第一参照系内的位置，并且基于所述光学反馈确定所述医疗装置的远端在第二参照系内的形状，其中所述计算机系统至少部分基于所述医疗装置的远端的位置地将所述医疗装置的远端的形状从所述第二参照系变换至所述第一参照系，其中由计算机系统产生的输出包括在第一参照系内表述所述医疗装置的远端的位置和形状。8.根据权利要求7所述的定位系统，其中所述计算机系统还基于使所述第二参照系与所述第一参照系相关的变换，将所述医疗装置的远端的形状自所述第二参照系变换至所述第一参照系。9.根据权利要求7所述的定位系统，其中所述医疗装置包括用于存储变换系数的非易失性存储器，其中在配准阶段唯一地确定所述变换系数，以使所述光学传感器的位置与所述第一定位传感器的位置相关。10.根据权利要求7所述的定位系统，其中所述光学传感器包括一个或多个光纤布拉格光栅，所述光纤布拉格光栅沿着沿所述医疗装置一定长度延伸的光纤的一部分布置。
11.根据权利要求7所述的定位系统，其中所述第一定位传感器是磁性传感器，该磁性传感器容置在刚性地固定至所述医疗装置的远端的磁性耦合件内。12.一种在患者体内定位医疗装置的方法，所述方法包括：自第一定位传感器接收反馈；自光学传感器接收光学反馈；基于接收的反馈计算所述第一定位传感器的位置，其中关于由所述第一定位传感器限定的第一参照系提供该位置；基于来自光学传感器的光学反馈计算所述光学传感器的形状，其中关于由所述光学传感器限定的第二参照系提供该形状；基于所述第一定位传感器的位置和存储的变换系数将所述光学传感器的形状自所述第二参照系变换至所述第一参照系；和关于所述第一参照系显示所述医疗装置的位置和形状。13.根据权利要求12所述的方法，其中显示所述医疗装置的位置和形状包括显示所述医疗装置相对于患者图像的位置和形状。14.一种用位于医疗装置的远端内的磁性定位传感器校准光学传感器的方法，所述方法包括：将所述医疗装置的远端放置在磁场内；将所述医疗装置的远端放置在第一位置，其中所述第一位置引起所述光学传感器的偏转；记录由所述磁性定位传感器提供的第一磁性位置数据和由所述光学传感器提供的第一光学数据，并且将记录的数据存储为第一基准对，其中在磁性参照系内提供所述第一磁性位置数据并且在光学参照系内提供所述第一光学数据；将所述医疗装置的远端放置在第二位置，其中所述第二位置引起所述光学传感器的偏转；记录由所述磁性定位传感器提供的第二磁性位置数据和由所述光学传感器提供的第二光学数据，并且将记录的数据存储为第二基准对，其中在所述磁性参照系内提供磁性位置数据并且在所述光学参照系内提供所述光学数据；基于所述第一基准对和所述第二基准对计算出将光学形状数据从所述光学参照系变换至所述磁性参照系的变换；和存储所计算出的变换。15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述医疗装置的远端放置在第一位置包括将第一力施加至所述医疗装置的远端以引起所述远端偏转。16.根据权利要求15所述的方法，其中将所述第一力施加至所述医疗装置的远端包括将重量施加至所述医疗装置的远端。17.根据权利要求15所述的方法，其中将所述医疗装置的远端放置在第二位置包括将第二力施加至所述医疗装置的远端，其中所述第二力的施加方向不同于所述第一力。18.根据权利要求14所述的方法，其中存储所计算出的变换包括将计算出的变换存储至包括于医疗装置的非易失性存储器。19.一种医疗装置，包括：
近端；远端；连接至所述近端的手柄；所述近端和所述远端之间延伸的轴杆；位于所述手柄内的第一磁性传感器和第二磁性传感器；和光纤，所述光纤包括从所述医疗装置的所述手柄延伸至所述医疗装置的远端的多根光纤芯，其中所述光纤由一根或多根光纤芯组成，并且其中一根或多根所述光纤芯包括从所述手柄至所述医疗装置的远端彼此近乎相邻布置的多个光纤布拉格光栅(fbg)传感器。20.根据权利要求19所述的医疗装置，其中沿同一光纤芯布置的多个光纤布拉格光栅传感器中的每一个均相对于位于所述同一光纤芯的其他光纤布拉格光栅由独有的光栅周期限定。
技术总结根据一方面，医疗装置可以包括近端、远端和所述近端与所述远端之间延伸的轴杆。所述医疗装置还包括磁性传感器组件，所述传感器组件可以包括磁性耦合件、第一磁性传感器和第二磁性传感器，其中所述磁性耦合件位于所述医疗装置的远端并且刚性地固定至所述轴杆的内表面。所述医疗装置还可以包括由沿所述轴杆一定长度延伸的多根光纤芯组成的光纤，其中多根光纤芯中的一根或多根包括位于沿光纤一定长度的位置处的光学传感器，其中所述光纤刚性地支撑至所述轴杆内靠近所述光学传感器的位置。至所述轴杆内靠近所述光学传感器的位置。至所述轴杆内靠近所述光学传感器的位置。
技术研发人员：T
受保护的技术使用者：圣犹达医疗用品国际控股有限公司
技术研发日：2021.03.15
技术公布日：2022/11/1
