(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光形状センシングシステムであって：
光形状センシング要素を有する第1光ファイバ；
光形状センシング要素を有する第2光ファイバ；
前記第1光ファイバの空間内の位置を表す第1座標系を登録し、前記第1座標系に対する前記第2光ファイバの位置を登録するように構成されるプロセッサ；及び
前記第1及び第2光ファイバの双方における前記光形状センシング要素にインテロゲーションを行い、それに応じて、前記第1座標系に対する前記第2光ファイバの登録された位置に基づいて、前記第1及び第2光ファイバの双方の少なくとも一部分の3次元形状の基準を決定するように構成される光コンソールシステム；
を有し、前記第1光ファイバ及び前記第2光ファイバは、前記第2光ファイバが、前記第1光ファイバの実効長を伸ばすように及び前記第1光ファイバの3次元形状の再構築の精度を改善するように、機械的に連結され、
前記プロセッサは、前記第1座標系に対する前記第2光ファイバの近接部分の方向及び空間内の位置を登録するように構成される、光形状センシングシステム。
【請求項２】
前記光コンソールシステムは、前記第1光ファイバにおける前記光形状センシング要素にインテロゲーションを行うように構成される第1光コンソールと、前記第2光ファイバにおける前記光形状センシング要素にインテロゲーションを行うように構成される第2光コンソールとを有する、請求項1に記載の光形状センシングシステム。
【請求項３】
前記第1光ファイバの遠方部分の場所又はその付近に画像ディテクタが配置され、前記画像ディテクタは前記第2光ファイバの位置の基準を検出するように構成される、請求項1に記載の光形状センシングシステム。
【請求項４】
前記画像ディテクタが、可視光カメラ、超音波センサ、無線周波数センサ及びX線装置のうちの少なくとも1つを有する、請求項3に記載の光形状センシングシステム。
【請求項５】
前記第1及び第2光ファイバの間で重複するカーブを形成するように、前記第1光ファイバの遠方部分が前記第2光ファイバの前記近接部分に隣接して機械的に配置され、前記光コンソールシステムは、前記第1及び第2光ファイバの間の前記重複するカーブの少なくとも一部分の3次元形状の基準を生成するように構成される、請求項1に記載の光形状センシングシステム。
【請求項６】
前記第1及び第2光ファイバの間の前記重複するカーブの少なくとも一部分の3次元形状の前記基準に応じて、前記第1光ファイバの3次元形状の再構築を修正するように構成される、請求項5に記載の光形状センシングシステム。
【請求項７】
当該光形状センシングシステムが補助的なオブジェクトを有し、前記プロセッサは、前記第1座標系に対する前記補助的なオブジェクトの位置を、階層的データ構造で登録するように構成される、請求項1に記載の光形状センシングシステム。
【請求項８】
当該光形状センシングシステムが複数の補助的なオブジェクトを有し、前記プロセッサは、前記第1座標系に対する前記複数の補助的なオブジェクトの位置を、階層的データ構造で登録するように構成され、前記複数のオブジェクトのうちの少なくとも1つは、前記階層的データ構造の中で上位にある少なくとも2つのオブジェクトについて登録された位置データにリンクされる、請求項7に記載の光形状センシングシステム。
【請求項９】
複数の補助的なオブジェクトのうちの少なくとも1つが光形状センシング要素を有する第3光ファイバを有し、当該光形状センシングシステムは、階層的データ構造において、前記第3光ファイバの位置データが登録される場所よりも上位に登録されるデータに応じて、前記第3光ファイバの3次元形状の再構築を修正するように構成される、請求項7に記載の光形状センシングシステム。
【請求項１０】
前記光形状センシング要素が、レイリーセンサ及びファイバーブラッググレーティングのうちの少なくとも1つを有する、請求項1に記載の光形状センシングシステム。
【請求項１１】
ある共通の3次元座標系により前記第1及び第2光ファイバの双方の部分についての3次元画像を生成するように構成される請求項1に記載の光形状センシングシステム。
【請求項１２】
光形状センシングシステムの実効長を増やすために医療装置が実行する方法であって：
光形状センシング要素を有する第1光ファイバの空間内の位置を表す第1座標系を登録するステップ；
前記第1座標系に対する第2光ファイバの位置を登録するステップであって、前記第1座標系に対する前記第2光ファイバの近接部分の方向及び空間内の位置を登録し、前記第2光ファイバは光形状センシング要素を有する、ステップ；
前記第1及び第2光ファイバの双方における前記光形状センシング要素にインテロゲーションを行うステップ；及び
前記第1座標系に対する前記第2光ファイバの登録された位置に基づいて、前記第1及び第2光ファイバの双方の少なくとも一部分の3次元形状の基準を決定するステップ；
を有し、前記第1光ファイバの実効長を増やすために前記第1光ファイバ及び前記第2光ファイバは連結されている、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は形状センシングの分野に関連し、特に、3次元(3D)的な光形状センシングに関連する。
【背景技術】
【０００２】
光形状センシングを利用することで、例えば操縦可能な医療装置のような細長い対象の形状は、そのようなデバイス内の光形状センシング要素とともに光ファイバを統合することにより再構築されることが可能である。これは、例えば、ファイバーブラッググレーティング(Fiber  Bragg  Gratings)又はレイリーベースの要素(Rayleigh  based  elements)を利用する光形状センシング要素とともに、光ファイバを光学的に調べることにより可能になる。再構築される3D形状のリアルタイムの可視化は、例えば医療用途のような多数の用途を有し、その理由は、細長い介入する医療装置に関して重要なナビゲーションガイダンスを可能にするからである。そのような装置は、例えば、カテーテル、ガイドワイヤ、内視鏡、探り針又はニードル、及び、アブレーション装置のような治療装置などのように、診断及びナビゲーション装置の形態で医療用途において使用されることが可能である。
【０００３】
実際の手段において、光形状センシングは、高々1.5-2メートルの長さで許容可能な精度をもたらすことが可能である。しかしながら、光ファイバそれ自体は何メートルもの長さになり得る。用途によっては、この長さの制限は好ましくない。この制限は、1つのX線画像における位置に関して追跡される2つの別々の光形状センシング装置を利用することにより緩和できる。しかしながら、それは余分な作業を必要とし、精度が妥協されなければならないので、これは実用的ではない。更に、用途によっては、そのような2つの光形状センシング装置が、非常に離れてしまい、その方法が使用できなくなってしまう。
【０００４】
WO  2012/168855(Al)は、治療中の変化を監視するシステムを開示し、そのシステムはそこに配置される光ファイバセンサとともに第1及び第2プロービングセグメントを含む。その第2セグメントは一般に第1プローブから離れて配置され、第1セグメントに関する空間的な基準点を提供する。第1及び第2セグメントは、第1及び第2プローブ間の基準として機能する少なくとも1つの共通位置を有する。
【０００５】
US  2011/0098533(Al)は医療機器を開示しており、その医療機器は、被験者の中に挿入される挿入部分に配置される歪みプローブであって、被験者には、挿入部分の歪みを検出する複数のFBGセンサ部が備わっている、歪みプローブ；及び、第1の3次元座標系に従って個々のFBGセンサ部の第1の3次元座標を計算する座標計算部；を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
単独の光ファイバで可能なものを超える長さにわたって高精度な3D光形状センシングを行うことが可能な光形状センシングシステム及び方法を提供することは有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第1側面において、本発明は請求項1により規定されるような光形状センシングシステムを提供する。
【０００８】
そのようなシステムは、例えば、3D形状を高精度に追跡することが望ましい細長い医療装置や細長い対象(又は客体)の中に組み込める点で有利である。本発明は、2つ以上の光形状センシングファイバが、長い客体の3D形状センシングを提供するために機械的に連結されることが可能であり、その理由は、例えば第1光ファイバの原点(近接端部)の位置及び方向により規定される座標系による第1座標(系)に関し、第2光ファイバの位置データが登録されるからである、という洞察に基づく。第2光ファイバの位置のセンシング、例えば、第2光ファイバの原点(近接端部)のセンシングは、第1光ファイバの先端(遠方端部)の位置に関して規定されることが可能である。以下の実施形態の説明で認められるように、第1座標系において第2光ファイバの位置データのセンシングを実行するための幾つかの方法が存在する。
【０００９】
「座標系(coordinate  system)」は、3次元的な位置の一意な同定を可能にする何らかのデータ表現として理解される。「空間中の第1光ファイバの位置を表す第1座標系」という言い回しは、座標系が第1光ファイバに沿って移動すること、従って、座標系の原点を規定するために選択される第1光ファイバの基準点の移動又は変化する方向は、3D空間における座標(系)を変えることを意味する。
【００１０】
第2光ファイバは第1光ファイバに直接的に固定され得ることが理解されるべきである。しかしながら、第1及び第2光ファイバの相対的な位置が既知である限り、例えば、テーブル上の2つの固定位置のような既知の形状の剛直な客体により、或いは、1つ以上の非剛直な又は剛直な客体により、第1光ファイバの遠方端部の場所又はその付近に第2光ファイバが結合されることも可能である。
【００１１】
プロセッサは、第1座標系に対する第2光ファイバの近接部分の空間内の位置及び方向の双方を登録するように構成されてもよい。従って、このようにして、第2光ファイバは、第1光ファイバの実効長を伸ばすように機能し、従って、より長い距離にわたる光形状センシングを許容する。
【００１２】
光コンソールシステムは、第1光ファイバにおける光形状センシング要素にインテロゲーションを行うように構成される第1光コンソールと、第2光ファイバにおける光形状センシング要素にインテロゲーションを行うように構成される第2光コンソールとを有してもよい。特に、各光ファイバに対するそのような別々の光コンソールは、別々の装置の部分を形成してもよく、従って本システムは別々の装置が第1座標系に対して登録される光形状センシング機能を有することを許容し、これにより、そのような別々の装置が、1つの統合される3D形状センシングの可視化をもたらすように協働することを可能にする。
【００１３】
第1光ファイバの遠方部分の場所又はその付近に画像ディテクタが配置され、画像ディテクタは第2光ファイバの位置の基準(又は尺度)を検出するように構成される。特に、そのような画像ディテクタは、可視光カメラ、超音波センサ、無線周波数センサ及びX線装置のうちの少なくとも1つを有してもよい。例えば、第1光ファイバの先端(遠方端部)付近に配置されるカメラの場合、カメラが第2光ファイバの部分を検出できるならば、第1光ファイバの空間内のその位置を、第2光ファイバの部分にリンクさせることが可能である。第2光ファイバの例えば原点(近接端部)のような3D位置に到達するように、カメラからの出力を処理するために、画像処理技術が適用されてもよい。
【００１４】
第1及び第2光ファイバの間で重複するカーブを形成するように、前記第1光ファイバの遠方部分が前記第2光ファイバの近接部分に隣接して機械的に配置され、光コンソールシステムは、第1及び第2光ファイバの間の重複するカーブの少なくとも一部分の3次元形状の基準を生成するように構成される。従って、第1光ファイバの遠方端部が第2光ファイバの近接端部と重複することにより、選択された第1座標系に対する第2光ファイバの空間位置についての信頼できる測定値が取得可能になり、これにより、たとえ多くの光ファイバが1つの長い形状センシングチェーンを構成する実施形態でさえ、高精度を保証することができる。特に、光形状センシングシステムは、第1及び第2光ファイバの間の重複するカーブの少なくとも一部分の3次元形状の基準に応答して、第1光ファイバの3次元形状の再構築を修正するように構成されてもよい。第1及び第2光ファイバは各自が伸びる限られた長さ部分において共に結合され、第1光ファイバの遠方端部の形状再構築を改善するために使用可能な重複する形状センシングデータを有する能力が存在する。これは、場合によっては、ファイバの遠方部分の形状再構築の精度を妥協(劣化)させることなく、光形状センシングファイバのよりいっそう長い部分が使用可能になることを保証するために使用される。
【００１５】
光形状センシングシステムは補助的なオブジェクトを有してもよく、プロセッサは、第1座標系に対する補助的なオブジェクトの位置を、階層的データ構造で登録するように構成される。特に、本システムは複数の補助的なオブジェクトを有してもよく、プロセッサは、第1座標系に対する複数の補助的なオブジェクトの位置を、階層的データ構造で登録するように構成され、複数のオブジェクトのうちの少なくとも1つは、階層的データ構造の中で上位にある少なくとも2つのオブジェクトについて登録された位置データにリンクされる。そのような補助的なオブジェクト又は複数のオブジェクトは、光形状センシングのために構成される光ファイバを含んでも含まなくてもよい。例えばオブジェクトはテーブル等であってもよく、例えば光形状センシング装置のような他のオブジェクトがそこに取り付けられてもよい。これは、一連の複数のオブジェクトが、オブジェクトの位置データの登録のための基礎を形成することを可能にし、たとえいくつもの中間に位置するオブジェクトが存在したとしても、非常に離れて位置する光形状センシング装置の第1座標系に対する位置及び方向を正確に追跡することを可能にする。特に、複数の補助的なオブジェクトのうちの少なくとも1つが光形状センシング要素を有する第3光ファイバを有し、光形状センシングシステムは、階層的データ構造において、第3光ファイバの位置データが登録される場所よりも上位に登録されるデータに応じて、第3光ファイバの3次元形状の再構築を修正するように構成される。この場合における「第3の光ファイバ」は、既に規定されている第1及び第2光ファイバから離れた少なくとも1つの光ファイバにすぎないものとして理解される。各々の補助的なオブジェクトは階層的データ構造において上位の少なくとも2つのオブジェクトに連結されるので、所与のオブジェクトに関して登録される位置データの何らかの不整合性を確認又は訂正することが可能であり、形状センシングが失敗に終わった場合、又は、そのようなオブジェクトについて登録された位置が信頼できないものであると考えられる場合、形状再構築に使用する一連のオブジェクトのうちの何れかのオブジェクトを完全にスキップすることさえ可能である。これにより、遠く離れて位置する光形状センシングファイバの形状及び位置についての正確な表現が可能になる。
【００１６】
光形状センシング要素は、好ましくは、当業者に知られているようなレイリーセンサ又はファイバーブラッググレーティングを含む。光形状センシング要素の光インテロゲーションのための方法及び光コンソールは、当業者により知られているような様々な方法で実行されてよい。
【００１７】
好ましい実施形態では、光形状センシングシステムは、ある共通の3次元座標系とともに、第1及び第2光ファイバ双方の部分の3次元画像を生成するように構成される。従って、本発明によるシステムでは、形状及び位置の深刻な不一致無しに、完全な画像のために形状センシングデータを生成するようにたとえ2つ以上の光ファイバが協働する場合でさえ、1つの長いセンシングされた3D形状を可視化することが可能である。
【００１８】
第2側面において、本発明は第1側面により形成される光形状センシングシステムを有する装置を提供する。特に、その装置は医療装置又はロボットであってもよい。しかしながら、一般に、本発明はトラッキング、ナビゲーション及び形状再構築のためのシステムに適用可能であることが、理解される。第1及び第2光ファイバは、装置の細長い部分を検出するように構成され、例えば、医療装置の細長い介入部分のような装置のそのような細長い部分の、中に構築されてもよいし、内部に組み込まれてもよいし、或いは、外部に取り付けられてもよい。
【００１９】
第3側面において、本発明は請求項15に規定されるような光形状センシングシステムの実効長を伸ばす方法を提供する。
【００２０】
第1側面と同じ利点及び実施形態が第2及び第3側面にも同様に当てはまることが認められる。一般に、第1、第2及び第3側面は本発明の範囲内で可能な任意の仕方で組み合わせられ及び結合されてもよい。本発明についてのこれら及びその他の側面、特徴及び/又は利点は、後述される実施形態とともに説明されかつそれらにより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
図面を参照しながら単なる例示として本発明の実施形態が説明される。
【図１】図1は一実施形態のブロック図を示す。
【図２】図2はオーバーラップするカーブを有する2つの光ファイバに関する別の実施形態を示す。
【図３】図3は、第2光ファイバの位置を登録するために、第1光ファイバの遠方部分に取り付けられるディテクタに関する実施形態を示す。
【図４】2つのオブジェクトに対する冗長的なレジスト情報に関し、5つのオブジェクトのデータレジストレーションのための階層構造の具体例を示す。
【図５】1つの長いテザーの形状センシングを行うために2つの光ファイバを有する医療装置の実施形態についてのブロック図を示す。
【図６】方法の実施形態のステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図1は2つの別々の光コンソールC1，C2を有する光コンソールシステムに関する光形状センシング(optical  shape  sensing：OSS)の実施形態を示し、光コンソールにはそれぞれ光ファイバOSF1，OSF2が接続され、これらのOSF1，OSF2は何れも光形状センシング要素を有する。各々の光ファイバOSF1，OSF2は限られた形状センシング長を有する。この実施形態では、空間における或る基準点R1、すなわち第1光ファイバOSF1の近接端部(proximal  end)は、(簡明化のため図示されていない)基準座標系としてプロセッサで使用される或る共通座標系の基準点として選択されることが可能である。点R1は座標系の原点として規定されることが可能であり、3D座標系は、この点R1における第1光ファイバOSF1の向き(orientation)に基づいて、或いは、点R1の近傍における第1光ファイバOSF1の短い距離に基づいて判定される向きに基づいて、規定されることが可能である。第1光ファイバOSF1の遠方端部(distal  end  point)R2は、第2光ファイバOSF2の近接端部に空間的に共通するように選択される。第2光ファイバOSF2の形状センシングの開始点としてR2を登録(又は記録)することにより、1つのファイバ(1.5-2メートル)で可能な長さだけでなくそれを超えて2倍の長さ(すなわち、4メートルに及ぶ長さ)にわたって、形状を正確に追跡することが可能になり、この原理は何回でも反復可能であり、従って全長を更に増やすことが可能である。
【００２３】
形状センシングに使用される光ファイバの部分OSF1，OSF2を光コンソールC1，C2に接続する光ファイバの部分F1，F2は、形状センシングには使用されないことが、理解される。これらの部分F1，F2は別々の光形状センシングファイバOSF1，OSF2に光学的に接続される別個の光ファイバとすることが可能であるが、それらは、遠方の部分OSF1，OSF2のみが形状センシングに使用される長い光形状センシングファイバのうちの一部分を形成することも可能である。
【００２４】
図2は光センシング要素を有する2つの光ファイバOSF1，OSF2を示す。2つの光ファイバOSF1，OSF2は重複するカーブ(overlapping  curve：OVC)又は領域とともに配置され、すなわち、第1光ファイバOSF1の遠方端部は、第2光ファイバOSF2の近接端部に空間的に隣接して配置される。重複するカーブOVC又は領域は破線で示されている。これは、例えば、医療装置の1つの細長い部分の中で、互いに密に2つの光ファイバOSF1，OSF2を機械的に固定することにより得られる。第2光ファイバOSF2の近接端部に対する第1光ファイバOSF1の遠方カーブの空間位置を登録(記録)することにより、第2光ファイバOSF2の形状は、第1光ファイバOSF1により規定される座標系又は基準系の中の形状として取り扱われることが可能になり、従って、第2光ファイバOSF2の近接位置を、第1光ファイバOSF1の基準系又は座標系に変換される自身の位置に加え、形状センシング装置の長さを効果的に増やすことが可能になる。2つの光ファイバOSF1，OSF2は同じ医療装置の一部分であるとすることが可能である。簡明化のため、共通座標系に対する位置データを登録(記録)するプロセッサは示されておらず、好ましくは形状センシング装置の全長についての連続的な3D形状を可視化する1つの3D画像を生成できるように2つの光ファイバOSF1，OSF2を光学的にインテロゲーションする(又は調べる)ように構成される光コンソールシステムも示されていない。
【００２５】
相互のカーブOVCの情報を利用して2つのカーブ形状を登録(記録)する方法は、様々な仕方で実行可能である。好ましい方法は、第1光ファイバOSF1の形状の再構築画像における安定した曲率又はカーブ(stable  curvature)を識別すること、及び、その安定した曲率と第2光ファイバOSF2の形状の再構築画像からの曲率とを照合し、合致した曲率(又はカーブ)を整列させることを含む。例えば、安定した曲率及びカーブは、曲率半径(bend  radii)を比較し、カーブの座標についての勾配を比較することにより適合させることが可能である。特に、安定したカーブを識別するステップは、1)機器に備わる形状センシングファイバの再構築画像のカーブの中の少なくとも1つの屈曲の半径を測定すること、2)後続の再構築画像からの曲率半径を、第1光センサOSF1の先行する再構築画像とともに比較すること、3）曲率半径が所定の適合基準を充足するか否かを判断すること、及び4)適合基準が充足される場合に、屈曲部の半径及び位置を保存すること、を含んでもよい。
【００２６】
図3は、第1光形状センシングファイバOSF1の一部に画像ディテクタが取り付けられる実施形態の概略を示し、好ましくは、画像ディテクタは第1光形状センシングファイバOSF1の遠方端部に取り付けられる。このディテクタは、第2光形状センシングファイバOSF2の画像を提供し、その第2光形状センシングファイバOSF2の空間中の少なくとも1点を識別するために使用される。原理的には、第2光形状センシングファイバOSF2は別個のOSS装置に所属していてもよいが、例えば近接端部のような空間中の点(又は位置)を検出することが可能であり、その位置は第1光形状センシングファイバOSF1により規定される座標系に関して登録(記録)されることが可能である。例えば、X線、(可視光)カメラ、超音波、無線周波数技術などのような使用される技術に依存して、イメージングデバイスと第2光形状センシングファイバOSF2との間の距離は数センチメートルから何メートルにも及び得る。
【００２７】
電磁センサ、光マーカー、加速度計などのような追跡する技術を追加することにより、OSS追跡装置の位置及び方向が、他のOSS対応装置に関連して知られることが可能である。
【００２８】
図4は、5つの装置D1，D2，D3，D4，D5についての位置及び方向のデータ登録に関する階層的データ構造の一例を示し、それらの装置の全部又は一部分のみが光形状センシング機能を有する。OSS装置を連結し、新たなオブジェクト又は装置を先行する装置の遠方端部に追加する上記のステップを反復することにより、登録(記録)についてのツリー又はチェーンによる階層的なデータ構造が(矢印で示されるように)作成されることが可能であり、各々の装置の位置及び方向は、親元の座標系(すなわち、親の親の座標系)で知られている。登録チェーンは、各々の装置が1つの子の登録のみを有する簡易なツリーである。図示されるように、装置D3及びD4に関し、冗長的な登録データが存在する。装置D3の位置の判定は、D1及びD2からのデータ、又は、D1及びD4からのデータに基づくことが可能である。
【００２９】
このソリューションは形状センシングに基づかない中間の登録(記録)を利用することも可能であり、例えば、装置がテーブルに対して登録され、イメージングデバイスに対するテーブルの基準座標(系)が既知であり、イメージングデバイスがOSS対応装置を追跡するために使用されるならば、追跡されるOSS対応装置に対して登録される何れの別の装置も、元のOSS装置の基準座標系の中で知られる。
【００３０】
更に、形状センシングにおける誤り訂正及び精度改善のために登録の冗長性を利用することも可能である。いくつものOSS装置を組み合わせるこの方法に付随する潜在的な問題は、登録ツリーの下方につながる各装置の精度が、形状再構築及び登録の精度とともに劣化してしまうことである。ツリー階層の上位にある装置から1つの下方の装置へのコネクションを導入することにより、1つの登録の精度を評価することが可能である：
-  形状再構築に失敗する場合、それは無視されることが可能であり、適切な形状が使用可能である。
【００３１】
-  これは、閾値の適応的な修正により、異常値棄却アルゴリズムを改善するために使用されることも可能である。
【００３２】
-  それが既知である場合、1つの形状及び/又は登録は(内的な尺度(internal  metrics)を使用することにより)更に正確になり、より良い形状及び/又は登録が使用されることが可能である。
【００３３】
-  これは、不正確な又は精度不足の形状を修正するために使用されることが可能である。例えば、(誤差は長さとともに増えることに起因して)形状再構築が第1テザー(tether)に関して精度不足である場合、第2OSS対応装置の近接端部の重複領域による形状は、先行する形状を改善するために使用されることが可能である。
【００３４】
-  より適切なものが不明である場合、平均又は重み付け平均が使用されてもよい。
【００３５】
OSSに関わる原理に起因して、誤差は、光ファイバの長さとともに統合及び累積される。ファイバの精度は、ファイバの厚みを増やすことによって増進され得ることも知られている。その結果、例えば神経系の処置のような精度が非常に重要であるアプリケーションの場合、精度不足の長いファイバではなく、より短く及びおそらくは厚いファイバが使用されることが可能である。これらの短いファイバは、より長い長さを達成するために本願で説明されるステップを利用して共に結ばれ、依然として高い精度をもたらす。
【００３６】
図5は本発明についての医療用途の具体例を示し、医療装置は遠方端部を有するテザーTを有し、本発明に従って2つの光形状センシングファイバOSF1，OSF2が配置及び結合され、例えば図2に示される重複カーブ原理を利用してテザーTについての増進された光形状センシング長を提供する。2つのファイバOSF1，OSF2は、テザーのルーメン(lumen)の内部に形成され、テザーの外表面に取り付けられ、或いは、細長いテザーTの形状に続く他の形態で配置されることが可能である。2つのセンシングファイバOSF1，OSF2は、2つのファイバOSF1，OSF2を光学的にインテロゲーションするように構成される光コンソールCに接続される。プロセッサPは、形状センシングされるテザーTの一部分に近接して配置される第1ファイバOSF1に基づいて、ある共通の座標系における双方の光ファイバOSF1，OSF2についての位置データを登録するように応対する。プロセッサP及び光コンソールCは、テザーTの全体の形状センシングされた部分の3D形状を1つの連続的なカーブとして示す画像Iを生成するように協働する。
【００３７】
本発明は非常に長い長さのOSSが使用可能である多数の他のアプリケーションにおいて有利である。具体例は、ロボット工学アプリケーションにおけるものだけでなく、テーブルの屈曲部分又はCアームの動きを追跡するためのものであってもよい。別の例は、1つのOSS装置を利用し及び第1装置の遠方端部から複数の分岐を延ばすロボット装置のアームを追跡することであり、ロボットのリンク同士の間で変換(各自自身の軸の周りの回転を含む6つの自由度全てに関する変換)は既知である。
【００３８】
要するに、本発明は、双方が光形状センシング要素を有する少なくとも2つの光ファイバOSF1，OSF2とともに、光形状センシングシステム及び方法を提供する。プロセッサPは、一方の光ファイバOSF1の空間内の位置を表す座標系を登録(記録)し、及び、その座標系に対する他の光ファイバOSF2の位置R2を登録(記録)するように構成される。双方の光ファイバOSF1，OSF2における光形状センシング要素をインテロゲートし、上記の座標系に関する第2光ファイバOSF2の登録された位置R2に基づいて、双方の光ファイバOSF1、OSF2の3次元形状Iの測定(又は尺度)をそれに応じて決定するように、光コンソールシステムC，C1，C2は応対する。これは、双方の光ファイバOSF1，OSF2の長さについての3D光形状センシングを提供し、従って、例えば何メートルもの長さの長い医療装置の3D形状再構築を可能にする能力をもたらす。例えば別個の装置に組み込まれる2つより多い数の形状センシング光ファイバが、階層データ構造におけるこの方法で登録されることが可能であり、従って、非常に長い機器の形状センシングが可能になる。
【００３９】
以上、本発明は上記の記述及び図面において詳細に記述及び図示されてきたが、そのような図示及び記述は例示又は具体例であり、限定ではないように考えられ；本発明は開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変形は、本開示、添付の特許請求の範囲及び図面を学ぶことにより、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され実現され得る。特許請求の範囲において、「有する」という言葉は、他の要素やステップを排除しておらず、「ある」又は「或る」のような不定冠詞的な語は複数個存在することを排除していない。特許請求の範囲に記載される複数の事項についての機能を、単独のプロセッサ又は他のユニットが実現してもよい。ある複数の事項が相互に異なる従属請求項で引用されているというただそれだけの事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示してはいない。コンピュータプログラムは適切な媒体で保存/配布されてもよく、媒体は、例えば、他のハードウェアとともに又はそれらの一部として提供される光ストレージ媒体又はソリッドステート媒体であってもよいが、インターネット又は他の有線又は無線の通信システムを介する場合のような他の形態で配布されてもよい。特許請求の範囲における何らかの参照符号(存在する場合)は、発明の範囲を限定するように解釈されるべきない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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