CN118687497B 基于直角纤芯三联体的介入手术导管形状监测方法及装置 （华中科技大学）

基于直角纤芯三联体的介入手术导管形状本发明提供了一种基于直角构型纤芯三联光频域反射计用于重构术中光纤及导管的实时芯测量温度和拉压应变信息补偿术中如血液压2辅助干涉仪包括第三耦合器、延迟光纤和第四耦合器，第三耦合主干涉仪包括偏振控制器、第五耦合器和第一偏振分束器和和第分束器和第二偏振分束器输出与第二光电探测器和第三光电探测器连接；第一光电探测2.根据权利要求1所述的基于直角构型纤芯三联体的介入手术导管形状监测装置，其3.根据权利要求2所述的基于直角构型纤芯三联体的介入手术导管形状监测装置，其(1)使医疗导管在平面内保持平直且不受外应力的状态，采集拍频信息作为参考组信(2)采用相位解调算法和应变导致单元错位的校准算法准确解调纤芯三联体的应变信并对后续所有段的光频域信号依次乘以一个与当前目标段的差分相位线性相关的相移因(4)采用齐次变换矩阵框架和位置偏移校正方法，对介入手术中导管的形状进行实时4.基于直角构型纤芯三联体的介入手术导管形状监测方法，采用权利要求1所述的基3角为θ1=θ+Δφ,将θ1和κ作为补偿扭转效应后的传递参数，进行样条插值将沿光纤路径上的离散传递参数插值为连续的传递参数曲线，结合齐次变换矩阵框架获得各点的空间坐5.根据权利要求4所述的基于直角构型纤芯三联体的介入手术导管形状监测方法，其4其中，为弧长切线旋转角，Aq=AZ,Pi为与补偿扭转后的多芯光纤弯曲方向角6.根据权利要求4所述的基于直角构型纤芯三联体的介入手术导管形状监测方法，其5心血管等疾病中的应用越来越成熟。例如肝动脉化疗栓塞术(TACE：Transarterial上述实际应用中，对扭转效应的准确解调和有效补偿是实现介入手术导管形状监测的关6形状感知，实现不限定于任何人体位置器官内的介入手术导管形状监测。其与核磁共振[0006]本发明的技术方案是：基于直角构型纤芯三联体的介入手术导管形状监测装置，器输出与主干涉仪和环形器输入端口1连接，环形器输出端口3和2分别与主干涉仪的第五[0008]主干涉仪包括偏振控制器、第五耦合器和第一偏振分束[0011](1)使医疗导管在平面内保持平直且不受外应力的状态，采集拍频信息作为参考[0012](2)采用相位解调算法和应变导致单元错位的校准算法准确解调纤芯三联体的应7[0014](4)采用齐次变换矩阵框架和位置偏移校正方法，对介入手术中导管的形状进行1′z1为扭转前的截面位8方向角为θ1=θ+Δφ,将θ1和ĸ作为补偿扭转效应后的传递数量，进行样条插值将沿光纤路向角θ1i[0031]本发明的有益效果是：(1)本专利创新性地提出基于多芯光纤直角构型纤芯三联9介入手术导管形状监测装置与核磁共振成像设备(MRI:NuclearMagneticResonance输出与第二耦合器和辅助干涉仪连接，第二耦合器输出与主干涉仪和环形器输入端口1连二光电探测器和第三光电探测器与采集处理显示形状重构算法与本专利中七芯直芯光纤的不同)。多芯光纤也可以由三根单模光纤按直角环形器3端口输出。探测光与参考光一同进入第五耦合器，第五耦合器两路光输出分别为分束器和和第二偏振分束器输出的P光和S光分别在第二光电探测器和第三光电探测器中解调算法解析出多芯光纤中各传感纤芯的应变分布。由于该介入手术导管形状监测装置尾端对齐校正(粗校正)和余弦相似度校正(精确校正)方法有效降低纤芯间传感点整体偏图2为无外加扭转时七芯光纤的截面示意图，r＝42μm为外围纤芯到光纤几何中心的距离。记为z1和z1′[0061]由各纤芯间的角度和轴对称关系，建立基于多芯光纤直角构型纤芯三联体的弯τ得扭转应变ετ及扭转后纤芯各位置的弯曲方向角θ和弯曲曲率值κ。z1为扭转前的截面位横截面上相对旋转了角度Δφ。联立式1和式3解耦出沿多芯光纤的扭转偏转角度Δφ,则补偿后真实的弯曲方向角为θ1=θ+Δφ,将θ1和ĸ作为补偿扭转效应后的传递参量，对沿光___第i个传感点的坐标乘以Mi+1Mi+2即为第i+2个传感点的坐标。由式4可以依次求得光纤各传型中将第三根纤芯相对于前两根纤芯依次偏移1_10个传感点(对应0.1～1mm的纤芯间位置[0079](1)纤芯尾端对齐校正方法(粗校正)：对于新的直角构型或传统的等边三角构型纤芯三联体，在其距离域_强度信息中通过纤芯尾端的菲涅尔反射峰初步获得每根纤芯的[0083]余弦相似度(CosineSimilarity)方法忽略了两根曲线的振幅差异，只关注其各纤3D环面螺旋线形状的真实坐标与重构坐标间的平中将多芯光纤贴附或嵌入于导管外侧，通过重构多芯光纤的3D形状来跟踪导管的位姿状中切口或自然腔道穿入到达目标靶向位置。术中可实现对介入手术导管形状的实时监测，[0090](2)采用相位解调算法和应变导致单元错位的校准算法准确解调纤芯三联体的应ε3′[0092](4)采用齐次变换矩阵框架和位置偏移校正方法，对介入手术中导管的形状进行