适用偏心单芯光纤的医疗装置

优先权

本申请要求2022年7月12日提交的美国临时申请第17/863,211号的优先权的权益，其通过引用整体并入本申请。

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，更具体地涉及适用偏心单芯光纤的医疗装置。

背景技术

配置用于插入到患者血管系统内的细长医疗装置可以用于执行多种治疗和诊断。适用光纤的血管装置在提供血管治疗方面可以是有益的。光纤形状感测能力还可实现血管装置的适当放置。形状感测光纤通常利用多芯纤维。然而，多芯纤维导致医疗装置和相关系统的成本升高。此外，多芯纤维的增加的复杂性可负面地影响可靠性，从而导致患者的风险增加并且进一步增加健康护理提供者的成本。

本文公开了解决上述问题的医疗系统和方法。

发明内容

简要概括，本文公开了一种医疗系统。根据一些实施方案，医疗系统包括配置用于插入患者的血管内的细长医疗装置，其中医疗装置包括沿着医疗装置的纵向长度延伸至医疗装置的远端的光纤。光纤具有沿着光纤延伸的单芯纤维，其中单芯纤维布置成从光纤的中心轴线径向偏移。单芯纤维包括多个沿着纵向长度分布的传感器，其中每个传感器配置为(i)基于接收到的入射光反射不同光谱宽度的光信号，以及(ii)基于光纤的状态改变反射光信号的特性。

该系统还包括与光纤操作联接的控制台。控制台包括光源、光学接收器、一个或多个处理器，以及其上存储有逻辑的非暂时性计算机可读介质，该逻辑在由该一个或多个处理器执行时导致系统的操作，该操作包括(i)沿着光纤向远侧投射光，(ii)从光纤接收至少一个反射光信号，(iii)基于至少一个反射光信号来确定光纤的状态，以及(iv)将该状态传达给用户。

在系统的一些实施方案中，光纤的状态包括光纤的至少一个远侧部分的波动运动，并且该操作还包括(i)从至少一个反射光信号提取当前波动运动数据，(ii)将当前波动运动数据与存储在该非暂时性计算机可读介质中的一个或多个波动运动限度进行比较，其中波动运动限度涉及远侧部分响应于邻近患者的静脉房接合部(cavoatrial junction)的振荡解剖学运动而进行的运动，并且(iii)作为比较的结果，确定医疗装置的远端布置成邻近血管的静脉房接合部。

在系统的一些实施方案中，光纤的状态还包括光纤的插入部分经历的状况，并且操作还包括(i)从该多个传感器的子集接收一个或多个反射光信号，该子集沿着插入部分布置，(ii)从该一个或多个反射光信号提取当前状况数据，以及(iii)基于当前状况数据确定插入部分的长度。

在系统的一些实施方案中，光纤的状态包括在医疗装置沿着血管推进期间由施加于远端的接触力导致的光纤的压缩应变，并且操作还包括(i)从至少一个反射光信号提取当前压缩应变数据，以及(ii)从压缩应变数据识别沿着血管布置的止逆瓣膜。

在系统的一些实施方案中，光纤的状态包括由施加于光纤的远端的接触力导致的光纤的压缩应变，并且操作还包括(i)从至少一个反射光信号提取当前压缩应变数据，(ii)将当前压缩应变数据与存储在非暂时性计算机可读介质中的压缩应变安全限度进行比较，该压缩应变安全限度限定远端与解剖要素接触的安全限度，以及(iii)在当前压缩应变数据超过压缩应变安全限度时向用户提供警报。

在系统的一些实施方案中，光纤的状态包括当光纤插入到患者体内时该多个传感器中的一个或多个所经历的温度，并且操作还包括(i)从该一个或多个传感器接收一个或多个反射光信号，(ii)从该一个或多个反射光信号提取当前温度数据，以及(iii)从当前温度数据确定患者的核心温度。

在系统的一些实施方案中，光纤沿着插入到血管内的导管延伸，其中导管配置为将输注物输送至血管，并且光纤的状态包括在输注物的非输送期间由延伸超过导管的远端的光纤的一段经历的第一温度和在输注物的输送期间由该段经历的第二温度。在这种实施方案中，操作还包括(i)在输注物的非输送期间从沿着该段布置的传感器接收第一反射光信号，该第一反射光信号基于第一温度，(ii)从传感器接收第二反射光信号，该第二反射光信号基于第二温度，(iii)从第一反射光信号和第二反射光信号提取第一温度和第二温度之间的当前温度差数据，(iv)将当前温度差数据与存储在非暂时性计算机可读介质中的温度差限度进行比较。操作还包括，作为比较的结果来确定(i)输注物何时被输送和(ii)输注物何时未被输送。

在系统的一些实施方案中，输注物是用于导管的冲洗溶液，其中开始和终止输注物的输送限定冲洗事件。在这种实施方案中，操作还包括确定冲洗事件的频率和数量中的至少一个或两者。

在系统的一些实施方案中，输注物的输送速率是已知的，使得输注物的输送的开始和终止限定输注物的输注体积，并且操作还包括确定输注体积。

在系统的一些实施方案中，光纤的状态包括对光纤的损坏，并且操作还包括确定光纤的损坏，其中确定损坏包括以下中的至少一个：(i)从传感器的相应子集接收反射光信号的子集，反射光信号的子集具有超过存储在非暂时性计算机可读介质中的限度的光谱宽度范围的光谱宽度，或(ii)不从至少一个传感器接收反射光信号。

在系统的一些实施方案中，操作还包括(i)确定传感器的相应子集或至少一个传感器沿着光纤的纵向位置，以及(ii)使传感器的相应子集或至少一个传感器的纵向位置与沿着光纤的损坏的纵向位置相关。

在系统的一些实施方案中，操作还包括(i)沿着光纤向远侧传播照明光，(ii)远离光纤的远端向远侧投射照明光，(iii)经由远端接收图像光信号，(iv)沿着光纤向近侧传播图像光信号，(v)从图像光信号提取图像数据，以及(vi)在系统的显示器上以图像的形式描绘图像数据。

在系统的一些实施方案中，光纤被插入到血管内，并且操作还包括(i)远离光纤的远端将限定第一波长的光向远侧投射到血管的血液中，(ii)经由远端接收具有第二波长的反射光信号，(iii)从反射光信号提取第一波长和第二波长之间的当前波长偏移，(iv)将当前波长偏移与存储在非暂时性计算机可读介质中的一个或多个波长偏移限度进行比较，以及(v)作为比较的结果，确定血流的方向或血流的速度中的至少一个。

在系统的一些实施方案中，操作还包括(i)将光朝向医疗装置的涂层投射，其中涂层配置为基于与医疗装置接触的流体的pH来限定光特性，(ii)响应于所投射的光而从涂层接收光信号，其中光信号包括光特性，(iii)从光信号提取pH，以及(iv)将pH传达给用户。

在系统的一些实施方案中，操作还包括(i)将光投射到患者的血液中，(ii)响应于所投射的光从血液接收光信号，其中光信号包括基于血氧水平的光特性，(iii)从光信号提取血氧水平，以及(iv)将血氧水平传达给用户。

在系统的一些实施方案中，细长医疗装置包括导管、管心针、探针或导丝。

本文还公开了一种将插入到患者体内的细长医疗装置，根据一些实施方案，该细长医疗装置包括在医疗装置的近端处的光学接口和医疗装置的远端处的光学接口之间延伸的光纤，其中光纤包括沿着光纤的纵向长度延伸的单芯纤维。在这种实施方案中，单芯纤维布置成从光纤的中心轴线径向偏移，并且单芯纤维配置为经由光学接口接收入射光并且沿着纵向长度向远侧传播入射光。单芯纤维包括多个沿着纵向长度分布的传感器，其中该多个传感器中的每个传感器配置为(i)基于入射光反射不同光谱宽度的光信号，以及(ii)基于单芯纤维的状态改变反射光信号的特性，并且其中单芯纤维的状态由患者身体的状况限定。

本文还公开了一种由医疗系统执行的方法，根据一些实施方案，该方法包括沿着系统的光纤向远侧投射光，光纤布置在患者体内，其中光纤包括从光纤的中心轴线径向偏移布置的单芯纤维。单芯纤维配置为(i)经由与系统的控制台联接的光纤的光学接口接收光，并且(ii)沿着单芯纤维的纵向长度向远侧传播光。该方法还包括(i)从光纤接收光信号，该光信号沿着单芯纤维向近侧传播，(ii)从光信号提取单芯纤维所经历的多个状况；以及(iii)将该多个状况传达给用户。

在方法的一些实施方案中，单芯纤维所经历的多个状况包括对单芯纤维的损坏。

在方法的一些实施方案中，单芯纤维所经历的多个状况包括患者身体的状况，其包括血液的流速、血液的流向、血液的pH或血液的氧气水平中的一个或多个。

在方法的一些实施方案中，单芯纤维包括多个沿着纵向长度分布的传感器，该多个传感器中的每个传感器配置为(i)基于光来限定不同光谱宽度的反射光信号，以及(ii)基于单芯纤维所经历的多个状况来改变反射光信号的特性，并且单芯纤维所经历的多个状况包括以下中的一个或多个：(i)患者身体的核心温度，(ii)由血管的形状限定的单芯纤维的形状，(iii)与邻近静脉房接合部的光纤的远端的放置一致的单芯纤维的波动运动，或(iv)由光纤的远端与患者身体的解剖要素的接触导致的纵向施加于光纤的压缩力。

鉴于附图和以下描述，本文提供的概念的这些和其他特征对于本领域技术人员将变得更加明显，该附图和以下描述更详细地公开了这种概念的特定实施方案。

附图说明

在附图的各个图中，通过实施例而非限制的方式示出了公开文本的实施方案，在附图中，相同的附图标记指示相似的元件，并且在附图中：

图1是根据一些实施方案的包括具有光纤的细长医疗装置的医疗系统的说明性实施方案；

图2是根据一些实施方案的图1的细长医疗装置的一段的结构的示例性实施方案；

图3A示出了根据一些实施方案的图1的细长医疗装置的实施方案；

图3B是根据一些实施方案的图3A的细长医疗装置的横截面端视图；

图4A至图4B是根据一些实施方案的由图1的医疗系统进行的用于实现光学三维形状感测的操作的方法的流程图；

图5是根据一些实施方案的具有布置成从光纤的中心轴线偏移的单芯纤维的光纤的另一个实施方案的透视图；

图6A示出了根据一些实施方案的确定血液的pH的图5的光纤的实现方式；

图6B示出了根据一些实施方案的确定光纤与静脉的止逆瓣膜的接合的图5的光纤的实现方式；

图6C示出了根据一些实施方案的确定光纤的插入长度的图5的光纤的实现方式；

图6D至图6E示出了根据一些实施方案的确定输注物输送参数的图5的光纤的实现方式；

图6F至图6G示出了根据一些实施方案的基于投射到血液内的颗粒上的光和从血液内的颗粒反射的光之间的波长偏移来确定血管内的血流参数的图5的光纤的实现方式；

图6H示出了根据一些实施方案的确定血液的氧气水平的图5的光纤的实现方式；以及

图7示出了根据一些实施方案的由系统执行的方法的流程图。

具体实施方式

在更详细地公开一些特定实施方案之前，应理解，本文公开的特定实施方案不限制本文提供的概念的范围。还应理解，本文公开的特定实施方案可具有这样的特征，其可容易地与特定实施方案分离并且可选地与本文公开的许多其他实施方案中的任何一个的特征组合或替代本文公开的许多其他实施方案中的任何一个的特征。

关于本文使用的术语，还应理解，这些术语是为了描述一些特定的目的，并且这些术语不限制本文提供的概念的范围。序数(例如，第一、第二、第三等)通常用于区分或识别一组特征或步骤中的不同特征或步骤，并且不提供顺序的或数字的限制。例如，“第一”、“第二”和“第三”特征或步骤不需要必须以该顺序出现，并且包括这种特征或步骤的特定实施方案不需要必须限于三个特征或步骤。为了方便起见，使用诸如“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”等的标记，并且这些标记不是旨在暗示例如任何特定的固定位置，取向或方向。相反，这种标记用于反映例如相对位置，取向或方向。单数形式的“一种”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另外清楚地指明。

短语“连接到”、“联接到”和“与…通信”是指两个或更多个实体之间的任何形式的相互作用，包括但不限于机械、电、磁、电磁、流体和热相互作用。两个部件可以彼此联接，即使其彼此不直接接触。例如，两个部件可以通过中间部件彼此联接。

术语“近侧”和“远侧”是指医疗装置的相对端，包括本文公开的光纤。如本文使用的，光纤的近侧部分是在使用期间最靠近医师或至少插入到患者体内的部分，而远侧部分是在相对端处的部分。例如，光纤的近端被定义为在光纤的利用期间最靠近医师的端部。远端是沿着光纤的纵向方向与近端相对的端部，即插入到患者体内最远的端部。

术语“逻辑”可以代表配置为执行一个或多个功能的硬件、固件或软件。作为硬件，术语逻辑可以指或包括具有数据处理和/或存储功能的电路。这种电路的实施例可以包括但不限于或局限于硬件处理器(例如，微处理器、一个或多个处理器核、数字信号处理器、可编程门阵列、微控制器、专用集成电路“ASIC”等)、半导体存储器或组合元件。

另外，或者在替代方案中，术语“逻辑”可以指或包括软件，例如一个或多个进程、一个或多个实例、应用编程接口(API)、子例程、函数、小应用程序、小服务程序、例程、源代码、目标代码、共享库/动态链接库(dll)，或者甚至一个或多个指令。此软件可以存储在任何类型的合适的非暂时性存储介质或暂时性存储介质(例如，电、光、声，或诸如载波、红外信号或数字信号的其他形式的传播信号)中。非暂时性存储介质的实施例可以包括但不限于或局限于可编程电路；诸如易失性存储器(例如，任何类型的随机存取存储器“RAM”)的非永久性存储器；或者诸如非易失性存储器(例如，只读存储器“ROM”、功率支持RAM、闪存、相变存储器等)的永久性存储器、固态驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器，或便携式存储装置。作为固件，该逻辑可以存储在永久性存储器中。

本文公开的任何方法包括一个或多个用于执行所述方法的步骤或动作。该方法步骤和/或动作可以彼此互换。换句话说，除非实施方案的正确操作需要特定顺序的步骤或动作，否则可以修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。

在整个本说明书中，可以提及近似值，例如通过使用术语“基本上”。对于每个这种参考，应理解，在一些实施方案中，值、特征或特性可以在没有近似的情况下指定。例如，在使用诸如“大约”和“基本上”的修饰语的情况下，这些术语在其范围内包括在没有其修饰语的情况下的限定词。例如，在关于特征叙述术语“基本上直的”的情况下，应理解，在另外的实施方案中，特征可具有精确直的构造。

在整个本说明书中，对“一个实施方案”或“该实施方案”的参考意味着结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方案中。因此，如在整个本说明书中叙述的引用短语或其变型不是必须全部指相同的实施方案。

图1示出了包括医疗装置的医疗系统的实施方案。如图所示，医疗系统(系统)100通常包括控制台110和与控制台110通信联接的细长医疗装置(装置)120。装置120限定远端122并包括在近端124处的控制台连接器133。装置120包括光纤135，该光纤包括沿着装置120的长度延伸的多芯纤维，如下面进一步描述的。控制台连接器133使得装置120能够经由包括一个或多个光纤147(在下文中，“光纤”)的互连145可操作地连接到控制台110。在本文中，连接器146配置为与控制台连接器133接合(配合)以允许光在控制台110之间传播。

装置120可以配置为执行多种医疗程序中的任何一种。这样，装置120可以是各种医疗器械/装置119的部件或与其一起使用。在一些实现方式中，装置120可以采取例如导丝、管心针或导管的形式。装置120可以由金属、塑料或其组合形成。在一些实施方案中，装置120可以包括沿着其延伸的内腔，该内腔具有布置在其中的光纤135。

在一些实现方式中，装置120可以集成到血管导管中。其他示例性实现方式包括引流导管、手术装置、支架插入和/或移除装置、活检装置、内窥镜和肾结石移除装置。简而言之，装置120可以与插入到患者体内的任何医疗装置119一起使用，或者装置120可以是该医疗装置的部件。

根据一个实施方案，控制台110包括一个或多个处理器160、存储器165、显示器170和光学逻辑180，但是应理解，控制台110可采取各种形式中的一种，并且可以包括不涉及公开文本的各方面的附加部件(例如，电源、端口、接口等)。在美国公开号2019/0237902中示出了控制台110的说明性实施例，其全部内容通过引用结合于此。包括该一个或多个可访问存储器165(例如，非易失性存储器或非暂时性计算机可读介质)的处理器160以在操作期间控制控制台110的功能。如图所示，显示器170可以是集成到控制台110中的液晶二极管(LCD)显示器，并且用作用户界面以向临床医生显示信息，特别是在器械放置过程期间。在另一个实施方案中，显示器170可以与控制台110分离。尽管未示出，但是用户界面配置为提供控制台110的用户控制。

仍然参考图1，光学逻辑180配置为支持装置120的可操作性，并且使得能够向控制台110返回信息，该信息可以用于确定与装置120相关联的物体状态或患者身体的图像。装置120的物理状态可以基于在控制台110处从装置120接收到的反射光信号150的特性的变化。该特性可以包括由集成在光纤135内的芯纤维的某些区域上的应变导致的波长偏移，该光纤定位在装置120内或作为其操作，如下所示。如本文讨论的，光纤135可以由多个(例如，1个、2个、3个、4个或更多个)芯纤维137

根据公开文本的一个实施方案，如图1所示，光学逻辑180可以包括光源182和光学接收器184。光源182配置为发射入射光155(例如，宽带)以便在包括在互连145中的光纤147上传播，该光纤光学地连接到装置120内的光纤135。在一个实施方案中，光源182是可调谐扫频激光器，尽管除了激光器之外还可采用其他合适的光源，包括半相干光源、LED光源等。

光学接收器184配置为：(i)接收返回的光信号，即从部署在装置120内的光纤135的每个芯纤维内制造的基于光纤的反射光栅(传感器)接收的反射光信号150，以及(ii)将反射光信号150转换成反射数据(来自数据仓库190)，即代表反射光信号的电信号的形式的数据，该反射光信号包括由应变导致的波长偏移。与不同的光谱宽度相关联的反射光信号150可以包括从定位在光纤135的中心芯纤维(参考)中的传感器提供的反射光信号151和/或从定位在光纤135的外围芯纤维中的传感器提供的反射光信号152，如下所述。在本文中，光学接收器184可以被实现为光电检测器，例如正-本征-负“PIN”光电二极管、雪崩光电二极管等。

如图所示，光源182和光学接收器184都可操作地连接到该一个或多个管理其操作的处理器160。而且，光学接收器184可操作地联接以便将反射数据(来自数据仓库190)提供给存储器165以由反射数据分类逻辑192存储和处理。反射数据分类逻辑192可以配置为：(i)识别哪些芯纤维与接收到的反射数据(来自数据仓库190)中的哪些有关，以及(ii)将从与装置120的类似区域或光谱宽度有关的反射光信号150提供的存储在数据仓库190内的反射数据分离到分析组中。使用于每个分析组的反射数据可用于状态感测逻辑194以进行分析。

根据公开文本的一个实施方案，状态感测逻辑194配置为将由部署在装置120的相同测量区域(或相同光谱宽度)处的每个外围芯纤维中的传感器测量的波长偏移与沿着中心轴线定位并作为弯曲的中性轴线操作的光纤135的中心芯纤维处的波长偏移进行比较。从这些分析中，状态感测逻辑194可以确定芯纤维在三维空间中已经采取的形状，并且可以进一步确定装置120在三维空间中的当前物理状态以用于在显示器170上呈现。

根据公开文本的一个实施方案，状态感测逻辑194可以基于试探法或运行时间分析法来生成装置120的当前物理状态的呈现。例如，状态感测逻辑194可以根据机器学习技术配置为利用与装置120的不同区域有关的预存储数据(例如，图像等)来访问数据仓库190，在该不同区域中来自芯纤维的反射光先前已经经历了相似或相同的波长偏移。从预存储的数据中，可以呈现装置120的当前物理状态。或者，作为另一个实施例，状态感测逻辑194可以配置为在运行时间期间至少基于以下各项来确定光纤135的每个区域的物理状态的变化：(i)光纤135内的不同芯纤维所经历的合成波长偏移，以及(ii)由在光纤135的相同横截面区域处沿着不同外围芯纤维定位的传感器生成的这些波长偏移与由在相同横截面区域处的中心芯纤维的传感器生成的波长偏移的关系。可以设想，可以执行其他过程和程序以利用由传感器沿着光纤135内的每个芯纤维测量的波长偏移来呈现装置120的物理状态的适当变化，特别是使得当装置120定位在患者体内并且在身体内的期望目的地时能够引导该装置。

可以设想，可以执行其他过程和程序以利用由传感器沿着光纤135内的每个芯纤维测量的波长偏移来呈现探针120的物理状态的适当变化，特别是使得当探针120定位在患者体内并且在身体内的期望目的地时能够引导该探针。例如，由传感器沿着一个或多个芯纤维测量的波长偏移可以基于除了或除了由装置120经历的纵向应变之外的探针120的物理状态或状况。替代的或附加的物理状态可以包括扭转应变、温度、运动、振荡、压力或邻近细长医疗装置的流体流中的一个或多个。

参考图2，根据一些实施方案示出了图1的光纤的一段的结构的示例性实施方案。光纤135的光纤段200分别描绘了某些芯纤维137

如图所示，段200被细分为多个横截面区域220

以第一芯纤维137

在本文中，定位在不同的芯纤维137

例如，关于图2的多芯纤维段200，响应于装置120在左转向方向上的角度(例如，径向)运动，在运动期间具有最短半径的光纤135的第四芯纤维137

参考图3A，根据一些实施方案示出了支持光信号和电信号的图1的探针的第一示例性实施方案。在本文中，探针120的特征在于位于中心的多芯纤维135，其包括包层300和多个位于对应的多个内腔320

在一些实施方案中，多芯纤维135被封装在定位在低摩擦系数层335上方的同心编织管件310内。编织管件310的特征可以在于“网状”结构，其中相交导电元件之间的间隔基于探针120所需的刚性程度来选择，因为更大的间隔可以提供更小的刚性，从而提供更柔韧的探针120。

根据公开文本的这个实施方案，如图3A至图3B所示，芯纤维137

如图3A至图3B中进一步示出的，芯纤维137

例如，在包层300的特征在于如图3B所示的圆形横截面区域305的情况下，芯纤维137

仍参考图3A至图3B，作为用于探针120的导电介质操作，编织管件310可以为多芯纤维135提供机械完整性，并且还可以作为用于电信号的导电路径操作。包层300和同心地包围包层300的圆周定位的编织管件310，包含在相同的绝缘层350内。绝缘层350可以是由保护性的绝缘(例如，非导电)材料制成的护套或导管，其封装包层300和编织管件310两者，如图所示。

参考图4A至图4B，示出了根据一些实施方案的由图1的医学装置系统进行的用于实现光学三维形状感测的操作的方法的流程图。第一微内腔与探针的中心轴线同轴。第一微内腔配置为保持中心芯纤维。除了第一微内腔之外的两个或更多个微内腔定位在沿着探针的圆周边缘周向地间隔开的不同位置处。例如，第二多个微内腔中的两个或更多个可以沿着探针的圆周边缘定位在不同的象限处。

此外，每个芯纤维包括多个传感器，该多个传感器在空间上沿着其长度在探针的至少近端和远端之间分布。这个传感器阵列被分布为将传感器定位在芯纤维的不同区域处，以使得能够在探针的整个长度或选定部分上对应变进行分布式测量。这些分布式测量可以通过不同光谱宽度(例如，特定波长或特定波长范围)的反射光来传送，该反射光基于应变的类型和程度经历某些波长偏移，包括应变的振荡。

根据公开文本的一个实施方案，如图4A所示，对于每个芯纤维，宽带入射光被供应为传播通过特定芯纤维(方框400)。除非被释放，否则在入射光到达测量特定芯纤维上的应变的分布式传感器阵列的传感器时，与第一传感器相关联的规定光谱宽度的光将被反射回到控制台内的光学接收器(方框405-410)。在本文中，传感器改变反射光信号的特性，以识别由第一传感器测量的特定芯纤维上的应变的类型和程度(方框415-420)。根据公开文本的一个实施方案，反射光信号的特性的改变可以表示反射光信号的波长从与规定光谱宽度相关联的入射光信号的波长的改变(偏移)。传感器在芯纤维上方返回反射光信号，并且入射光的其余光谱继续朝向探针的远端传播通过芯纤维(方框425-430)。入射光的其余光谱可能遇到分布式传感器阵列的其他传感器，其中这些传感器中的每个将如方框405-430中所阐述的那样操作，直到分布式传感器阵列中的最后一个传感器返回与其所分配的光谱宽度相关联的反射光信号并且其余光谱作为照明被释放为止。

现在参考图4B，在操作期间，多个反射光信号从位于在探针内形成的对应多个微内腔中的多个芯纤维中的每个返回到控制台。特别地，光学接收器接收来自位于中心芯纤维和外芯纤维上的分布式传感器阵列的反射光信号，并且将反射光信号转换成反射数据，即代表反射光信号的电信号，包括由应变导致的波长偏移(方框450-455)。反射数据分类逻辑配置为识别哪些芯纤维与哪些反射数据有关，并且将从与特定测量区域(或类似光谱宽度)有关的反射光信号提供的反射数据分离到分析组中(方框460-465)。

反射数据的每个分析组被提供给感测逻辑以用于分析(方框470)。在本文中，感测逻辑将每个外芯纤维处的波长偏移与沿着中心轴线定位并作为弯曲的中性轴线操作的中心芯纤维处的波长偏移进行比较(方框475)。从此分析中，在所有分析组(例如，来自所有或大多数芯纤维中的传感器的反射光信号)上，感测逻辑可以确定芯纤维在三维空间中已经采取的形状，感测逻辑可从该形状确定探针在三维空间中的当前物理状态(方框480-485)。

参考图5，示出了光纤535的第二示例性实施方案，在某些方面中类似于结合图1至图3B描述的光纤135的部件。将理解，所有示出的实施方案可以具有类似的特征。因此，相同的特征用相同的附图标记表示，其中前位数字为“5”。例如，芯纤维在图1至图3B中表示为“137”，并且类似的芯纤维在图5中表示为“537”。因此，以上关于类似识别的特征所阐述的相关公开内容在下文中可以不再重复。此外，图1至图3B所示的光纤135和相关部件的具体特征可以不在附图中示出或由附图中的附图标记标识，或者不在以下书面描述中具体讨论。然而，这些特征显然可以与在其他实施方案中描绘的和/或关于这些实施方案描述的特征相同或基本上相同。因此，这些特征的相关描述同样适用于图5的光纤535的特征。关于图1至图3B所示的光纤135和部件描述的特征的任何适当组合及其变化可与图5的光纤和部件一起使用，反之亦然。

光纤535包括单芯纤维537，具有多个(例如，至少1个、5个、10个、20个、40个或更多个)沿着光纤535的长度布置的传感器(例如，反射光栅)510。单芯纤维537布置成从光纤535的中心轴线523径向偏移。光纤535配置用于插入到患者的血管系统内，例如与装置120一起或作为其一部分。在一些实施方案中，光纤535可以布置在导管的内腔内，并且在一些实施方案中，光纤535可以嵌入在导管的壁内或沿着导管的壁延伸。

光纤535通常配置为确定光纤535或其部分的形状或运动(即，改变形状)，该光纤或光纤部分通过关联可以包括装置120或其部分。单芯纤维537布置成从光纤535的中心轴线523径向偏移。这样，弯曲光纤535(或以其他方式改变其曲率)可以生成芯纤维537的应变，其中该应变可经由沿着芯纤维537的长度布置的传感器510检测。

芯纤维537还可以配置为(i)远离光纤535的远端522向远侧投射激发光551，并且(ii)经由远端522接收激发光信号555。在一些实施方案中，激发光551可以是照明光，并且激发光信号555可以包括患者身体或邻近远端522的其他对象的解剖要素的图像。

传感器510或其子集可以配置为确定沿着光纤535的一部分的纵向压缩应变。例如，邻近远侧尖端522的传感器的子集可以配置为检测例如(i)与静脉的止逆瓣膜的接合/接触或者(ii)与其他解剖要素(例如血管壁)的邻接。

在一些实施方案中，芯纤维537的取向(即，角位置)可以是已知的。例如，装置120可以包括指示芯纤维537的角位置的特征(例如，标记)。例如，装置120可以配置为使得当标记竖直地定向时，芯纤维537定向在12点钟位置。这样，在使用期间，临床医生可以使装置120围绕其纵向轴线旋转，从而使单芯纤维537在期望方向上定向。

图6A示出了光纤535与确定溶液的pH的状态感测逻辑194相结合的第一实现方式。图6A示出了布置在血管610内的光纤535，使得远端522与血液611接触。在一些实施方案中，光纤535可以包括穿过光纤535的远侧面布置的涂层627。涂层627可以配置为基于与涂层627接触的溶液(例如，血液611)的pH来限定激发光信号555的特性。在一些实施方案中，激发光信号555的特性可以是颜色。作为一个实施例，涂层627可以配置为类似于石蕊试纸作用，其根据与石蕊试纸接触的溶液的pH而改变颜色。在一些实施方案中，涂层627可以施加于装置120的表面而不是直接施加于光纤535。

在一些实施方案中，系统可以确定与涂层627接触的溶液的pH。在一些使用的实施方案中，溶液可以是血液611，而在其他实施方案中，溶液可以是一些其他溶液，例如输注物或尿液。在一些实施方案中，状态逻辑194可以沿着单芯纤维537向远侧投射激发光555，以便光学地激发(例如，照射)涂层627。状态逻辑194可以接收包括基于pH的激发光信号555的特性的激发光信号555。状态逻辑194可以进一步从激发光信号555提取pH数据，并且例如经由显示器170将pH传达给用户。

图6B示出了光纤535与识别沿着血管的止逆瓣膜(例如沿着静脉存在的止逆瓣膜)的状态感测逻辑194相结合的第二实现方式。图6B示出了静脉650，其具有流过止逆瓣膜655的静脉血651。光纤535示出为在静脉血651的流动方向上插入到静脉650中。光纤535进一步示出为插入通过止逆瓣膜655中的一个插入。

在光纤535沿着静脉650推进期间，光纤535可以接合/接触止逆瓣膜655，使得止逆瓣膜655将力656施加于光纤535上。光纤535由于所施加的力656而经受纵向定向的压缩应变。传感器510进而可以基于由所施加的力656引起的光纤535的压缩应变来限定变化的反射光信号。

状态感测逻辑194可以在光纤535的插入过程期间接收与反射光信号相关的电信号。当光纤535在插入期间接合止逆瓣膜655时，电信号可以基于由光纤535与止逆瓣膜655的接合引起的压缩应变指示反射光信号的变化，并且从其限定当前接合数据。例如，在插入期间，状态感测逻辑194可以确定光纤在相邻止逆瓣膜655之间推进时的第一压缩应变水平，然后确定光纤535接合/接触每个止逆瓣膜655时的增加的第二压缩应变水平(例如，峰值)。在一些实施方案中，状态感测逻辑194将第二压缩应变水平和第一压缩应变水平之间的当前量值差与存储在存储器中的量值差进行比较。作为比较的结果，状态感测逻辑194可以识别沿着血管的止逆瓣膜655。

根据类似的实现方式，在一些情况下，在插入光纤535期间，远端522可以邻接其他解剖要素，例如血管壁。在一些情况下，继续插入可能对患者造成伤害。这样，状态感测逻辑194可以识别邻接并警告用户以防止伤害。状态感测逻辑194可以在光纤535的插入过程期间接收与反射光信号相关的电信号。当光纤535在插入期间邻接解剖要素时，电信号可以基于由邻接产生的压缩应变来指示反射光信号的变化，并且从其限定当前邻接数据。例如，在插入期间，状态感测逻辑194可以确定当光纤535邻接解剖要素时增加的压缩应变水平(例如，峰值)。在一些实施方案中，状态感测逻辑194将当前增加的压缩应变水平与存储在存储器中的安全限度进行比较。作为比较的结果，状态感测逻辑194可以识别邻接并且向用户提供警报。

图6C示出了光纤535与状态感测逻辑194相结合的第三实现方式，该状态感测逻辑确定患者的静脉房接合部(CAJ)相对于导管(例如，外周插入式中心导管(PICC))的插入部位的位置。换句话说，状态感测逻辑194与光纤535相组合可以确定从插入部位到CAJ的血管路径的长度。图6C示出了在插入部位609和心脏601之间延伸的血管路径613。还示出了布置在上腔静脉605和右心房603之间的CAJ 607。具有衬套626的PICC 624插入到血管路径613中。PICC 624的多余长度628也示出为在插入部位609和衬套626之间延伸。光纤535也插入有血管路径613，使得远端522布置成邻近CAJ 607。

在一些情况下，缩短/修剪PICC 624以便使多余长度628最小化可以是有益的。根据一个示例性实现方式，可以结合到导丝中的光纤535可以插入到血管路径613中，直到光纤535的波动运动被位于远端622附近的光纤535的传感器510检测到。波动运动可以由邻近CAJ 607的解剖要素的振荡运动导致，例如波动的血压或血流，或者心脏组织或邻近心脏的组织的振荡运动。换句话说，状态感测逻辑194可以配置为当光纤535被充分插入以将远端522定位在CAJ 607附近时向用户提供通知。

状态感测逻辑194然后可以确定布置在血管通路613内的光纤535的插入长度。根据一个示例性实现方式，状态感测逻辑194可以经由沿着插入长度感测的血液温度相对于沿着布置在血管路径613外部的光纤535的多余长度感测的室温来确定插入长度。在一些实施方案中，状态感测逻辑194可以经由显示器170向用户传达插入长度。然后，用户可以根据所确定的插入长度来修剪PICC。用户还可以沿着光纤535穿过PICC 624以将PICC 624推进到CAJ 607。如本领域普通技术人员可以理解的，状态感测逻辑194可以利用上述光纤535的任何其他感测能力来将远端522定位在CAJ 607附近和/或确定插入长度。

图6D至图6E示出了与确定输注物输送参数的状态感测逻辑194相结合的光纤535的第四实现方式。当输注物经由导管输送至血管时，输注物通常在输注点(例如导管的远端)的下游与血液混合。由于输注物可以具有与血液不同的温度，所以输注物与其混合的血液部分(即，输注点下游的血液部分)的温度可能与未与输注物混合的血液部分(即，输注点上游的血液部分)的温度显著不同。这样，可以确定输注物的输送参数，例如输送的开始和停止。

在所示的实施方案中，光纤535的传感器510的至少一个子集配置为检测温度，例如确定在相应传感器510的位置处邻近光纤535的物质(例如血液608)的温度。在一些实施方案中，确定温度可以包括传感器510检测由于热膨胀/收缩而导致的光纤535的温度引起的应变。

图6D示出了将输注物621输送至血管607的导管620，并且图6E示出了不将输注物621输送至血管607的导管620。光纤535沿着导管620延伸(例如，插入在导管620的内腔内)，使得光纤535的一段635与传感器510的子集510A一起延伸超过导管620。子集510A的每个传感器510配置为确定温度。这样，传感器510的子集510A在输注物的输送期间感测输注物621和血液608的混合物的温度(图6C)。类似地，传感器510的子集510A仅在输注物的未输送期间感测血液608的温度(图6D)。

在一些实施方案中，状态感测逻辑194可以在输注物621的未输送期间从子集510A接收第一反射光信号，该第一反射光信号基于血液608的第一当前温度。状态感测逻辑194可以在输注物621的输送期间从子集510A接收第二反射光信号，该第二反射光信号基于与输注物621混合的血液608的第二当前温度。在一些实施方案中，状态感测逻辑194可以将第一当前温度和第二当前温度与存储在非暂时性计算机可读存储介质中的温度限度进行比较，并且作为比较的结果，确定输注物621何时被输送还是未被输送。

类似地，状态感测逻辑194可以确定输送何时开始和终止，其中开始和终止输注物的输送限定了冲洗事件。在这种实施方案中，状态感测逻辑194可以确定冲洗事件的数量和/或频率。以类似的方式，由于输注物的输送速率可以是已知的，所以状态检测逻辑194可以确定输注物的输送体积。在一个替代实现方式中，输注物的输送可以包括单独输注的已知体积(例如，由多个注射器输送的体积)。在这种实现方式中，状态感测逻辑194可以对单独输注的已知体积的数量进行计数，并且从其确定输注物的总输注体积。

图6F至图6G示出了光纤535与状态感测逻辑194相结合的第五实现方式，该状态感测逻辑基于入射光的朝向红色或蓝色光谱偏移的反射来确定血流参数。光纤535可以在与血流相同的方向上或者在与血流相反的方向上沿着血管推进。根据多普勒效应，当血液从光源流出时，投射到血液内的颗粒上的入射光的反射可以朝向红色光谱(即，更长的波长)偏移。相反，当血液从光源流动时，投射到血液内的颗粒上的入射光的反射可以朝向蓝色光谱(即，更短的波长)偏移。这样，对反射光的分析可以指示血流的方向。以类似的方式(即，经由多普勒效应)，状态感测逻辑194还可以确定血液608在相对于光纤535的远侧方向或近侧方向上的流动速度。

图6F和图6G示出了插入到血管607内的光纤535，使得光纤535的远端522布置于在血管607内流动的血液608内。入射光641沿着光纤535向远侧传播，并且远离远端522向远侧投射到血液608中，即投射到血液608内的颗粒上。入射光641从血液608内的颗粒反射走，以生成反射光，该反射光由光纤535接收并且沿着光纤535向近侧传播回来。

图6F示出了第一种情况，其中血液608相对于光纤535在远侧方向上流动。这样，入射光641投射到远离远端522移动的血液颗粒上，从而生成已经相对于入射光641朝向红色光谱偏移的反射光642。

图6G示出了第二种情况，其中血液608相对于光纤535在近侧方向上流动。这样，入射光641投射到朝向远端522移动的血液颗粒上，从而生成已经相对于入射光641朝向蓝色光谱偏移的反射光643。

状态感测逻辑194可以接收与沿着光纤535向近侧传播的反射光相关的电信号，其中电信号指示反射光的波长。在一些实施方案中，状态感测逻辑194可以将反射光的当前波长与入射光641的波长进行比较。作为比较的结果，状态感测逻辑194可以确定(i)血液608相对于光纤535在远侧方向上流动，或者(ii)血液608相对于光纤535在近侧方向上流动。在一些实施方案中，状态感测逻辑194可以将反射光的当前波长与入射光641的波长进行比较，并且从其确定血流速度。

图6H示出了光纤535与确定血液的氧气水平的状态感测逻辑194相结合的第六实现方式。图6H示出了布置在血管610内的光纤535，使得远端522与血液611接触。激发光661远离光纤535的远端522投射到血液611中。激发光661可以包括与生成与血液611的氧气水平(氧饱和度)一致的返回光信号662一致的波长。状态感测逻辑194可以从返回光信号662提取血液611的氧气水平。状态感测逻辑194可以例如经由显示器170将血液611的氧气水平传达给用户。

图7示出了由医疗系统100执行的方法700的流程图，根据一些实施方案，该方法可以包括流动步骤或过程的全部或子集。方法700包括沿着系统的光纤向远侧投射光(方框710)。投射光可以包括将光投射远离布置在血管内的光纤的远端。在一些实施方案中，投射的光可以包括宽带光或特定波长。

方法700还包括从光纤接收光信号(方框720)。接收光信号可以包括经由光纤的远端将光信号接收到光纤中。接收光信号还可以包括接收由沿着光纤布置的传感器响应于投射光而限定的反射光信号。在一些实施方案中，接收光信号可以包括接收多个光信号。

方法700还包括从光信号提取光纤所经历的多个状况(方框730)。在一些实施方案中，光纤所经历的多个状况可以包括对光纤的损坏。该状况还可以包括由光纤的远端与患者身体的解剖要素的接触引起的纵向施加于光纤的压缩力。例如，该状况还可以包括光纤的形状，其可以由例如血管的形状限定。

在一些实施方案中，光纤所经历的多个状况包括患者身体的状况，该状况包括血流相对于光纤的速度和/或方向中的一个或多个。患者身体的状况还可以包括身体内的流体的pH，该流体例如是血液、尿液、输注物或任何其他体液。患者身体的状况还可以包括血液的氧气水平。患者身体的状况还可以包括由血管系统内的波动的血流或压力导致的光纤的波动运动。患者身体的状况还可以包括患者的核心温度。

方法700还包括将所提取的状况传达给用户(方框740)。通信可以包括在显示器上呈现的信息，例如数据、警报、图像等。

虽然本文已经公开了一些特定实施方案，并且虽然已经相当详细地公开了特定实施方案，但是这些特定实施方案并非旨在限制本文所提供的概念的范围。本领域普通技术人员可以想到另外的适应和/或修改，并且在更广泛的方面中，这些适应和/或修改也被涵盖。因此，在不脱离本文提供的概念的范围的情况下，可以对本文公开的特定实施方案作出变更。