特表 2023-549061 光ファイバの再接続方法及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-22

(54)【発明の名称】光ファイバの再接続方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/26 20060101AFI20231115BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20231115BHJP

【ＦＩ】

G02B6/26

G02B6/02 461

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023524998

(86)(22)【出願日】2021-10-27

(85)【翻訳文提出日】2023-04-25

(86)【国際出願番号】 EP2021079862

(87)【国際公開番号】W WO2022096345

(87)【国際公開日】2022-05-12

(31)【優先権主張番号】20206132.1

(32)【優先日】2020-11-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】590000248

【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ

【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃａｍｐｕｓ ５２， ５６５６ ＡＧ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100122769

【弁理士】

【氏名又は名称】笛田 秀仙

(74)【代理人】

【識別番号】100163809

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 貴裕

(74)【代理人】

【識別番号】100145654

【弁理士】

【氏名又は名称】矢ヶ部 喜行

(72)【発明者】

【氏名】ファン プッテン エイバート ヘルヤン

(72)【発明者】

【氏名】マンク アドリアヌス ヨハネス ヘラルドゥス

【テーマコード（参考）】

2H137

2H250

【Ｆターム（参考）】

2H137AA08

2H137AA14

2H137AB01

2H137BA18

2H137CB06

2H137CB34

2H137CB35

2H250AC34

2H250AC64

2H250AC83

2H250AC93

2H250AC96

2H250AH38

(57)【要約】

本発明の第１及び第２の光ファイバを再接続する方法は、第１のファイバの第１の端部セクション及び第２のファイバの第２の端部セクションを近接して配置するステップであって、長手方向軸の周りの第１及び第２の端部セクション間の現在の相対回転角度が、以前の接続中に座標系に関して決定された位置合わせされた接続向きにおける第１及び第２の端部セクション間の相対回転角度に関して既知ではない、ステップと、外部コアからの光信号を受信するために現在の接続位置を通って第１及び第２のファイバの外部コアに光学的にインタロゲートするステップと、長手方向軸の周りの第１及び第２の端部セクション間の現在の相対回転角度を含む現在の接続向きにおける第１及び第２のファイバが座標系に対して正確に位置合わせされるように外部コアの光学的インタロゲーションから、位置合わせされた接続向きを修正するステップとを有する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の光ファイバを第２の光ファイバと再接続する方法において、前記第１のファイバ及び前記第２のファイバは、それぞれ複数の外側コアを有し、前記方法は、
（ａ）現在の接続向きを含む現在の接続位置において前記第１及び第２の端部セクションの長手方向軸に沿って互いにアラインされるように、前記第１のファイバの第１の端部セクション及び前記第２のファイバの第２の端部セクションを近接して配置するステップであって、前記長手方向軸の周りの前記第１及び第２の端部セクション間の現在の相対回転角度が、前記第１のファイバ及び前記第２のファイバの以前の接続中に座標系に関して決定された位置合わせされた接続向きにおける前記第１及び第２の端部セクション間の相対回転角度に関して既知ではない、ステップと、
（ｂ）前記外部コアからの光信号を受信するために、前記現在の接続位置を通って前記第１及び第２のファイバの前記外部コアに光学的にインタロゲートするステップと、
（ｃ）前記長手方向軸の周りの前記第１及び第２の端部セクション間の前記現在の相対回転角度を含む前記現在の接続向きにおける前記第１及び第２のファイバが前記座標系に対して正確に位置合わせされるように、前記外部コアの前記光学的インタロゲーションから、前記位置合わせされた接続向きを修正するステップと、
を有する、方法。

【請求項2】

前記受信された信号の強度を最適に増加させるために、前記第１の端部セクション及び前記第２の端部セクションが前記長手方向軸の周りで互いに対して回転されるべき方向をユーザに示すステップを更に有する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ステップ（ｃ）は、前記外側コアの前記光学的インタロゲーションから、前記第１の端部セクションと前記第２の端部セクションとの間の前記現在の相対回転角度を決定するステップと、前記決定された現在の相対回転角度で前記位置合わせされた接続向きを補正するステップとを有する、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記ステップ（ｂ）は、前記光信号から、前記外側コアの各々の前記現在の接続位置において、挿入損失、伝送、反射からなるグループから選択される光学的量を導出するステップを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

各コアについての前記光学的量から、再接続されるべき前記２つのファイバに固有の記憶された特性に基づいて、前記第１の端部セクションと前記第２の端部セクションとの間の前記現在の相対回転角度を決定するステップを更に有する、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記記憶された特性は、前記第２のファイバの前記外側コアの角度位置に対する前記第１のファイバの前記外側コアの角度位置の偏差を含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記記憶された特性は、前記以前の接続中に光通信していた前記第１のファイバの前記外側コアと前記第２のファイバの前記外側コアとの組み合わせについての、前記第１のファイバの前記外側コアの前記角度位置と前記第２のファイバの前記外側コアの前記角度位置との間の偏差を含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記記憶された特性は、前記第１のファイバの前記外側コアと前記第２のファイバの前記外側コアとの全ての可能な組み合わせについての、前記第１のファイバの前記外側コアの前記角度位置と前記第２のファイバの前記外側コアの前記角度位置との間の偏差を含む、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

前記記憶された特性は、前記第１のファイバと前記第２のファイバとの最初の又は以前の接続中の前記第１の端部セクションと前記第２の端部セクションとの間の複数の相対回転角度についての前記光学的量の光学的測定値から決定される、請求項５に記載の方法。

【請求項10】

前記第１のファイバの前記外側コアと前記第２のファイバの前記外側コアとの前記現在の組み合わせを識別するステップを更に有する、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

前記第１及び第２のファイバの同じコアが前記第１のファイバと前記第２のファイバとの前記以前の接続と同様に互いに光学的に接続されるまで、前記第１及び第２のファイバの前記端部セクションを前記長手方向軸の周りで互いに対して回転させるようにユーザに指示するステップを更に有する、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記位置合わせされた向きを含む前記位置合わせされた位置は、発射位置に対して位置合わせされ、前記第２のファイバは、直接的に前記発射位置において、又は前記発射位置から遠位方向に距離をおいて、前記第１のファイバに接続されている、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記第１及び第２のファイバのうちの１つが、装置に組み込まれ、前記方法が、前記第１及び第２のファイバの再接続時に修正された前記位置合わせされた位置を使用して、前記装置の形状を再構成するステップを更に有する、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

第１の光ファイバ及び第２の光ファイバであって、前記第１のファイバ及び前記第２のファイバは、それぞれ複数の外側コアを有し、前記第１のファイバの第１の端部セクション及び前記第２のファイバの第２の端部セクションは、前記第１のファイバの第１の端部セクション及び前記第２のファイバの第２の端部セクションが現在の接続向きを含む現在の接続位置において前記第１及び第２の端部セクションの長手方向軸に沿って互いにアラインされた状態で配置され、前記長手方向軸の周りの前記第１及び第２の端部セクション間の現在の相対回転角度が、前記第１のファイバ及び前記第２のファイバの以前の接続中に座標系に関して決定された位置合わせされた接続向きにおいて前記第１及び第２の端部セクション間の相対回転角度に対して既知ではない、前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバと、
前記外側コアから光信号を受信するための前記現在の接続位置を介して前記第１及び第２のファイバの前記外側コアをインタロゲートする光学的インタロゲータと、
前記第１及び第２のファイバが、前記長手方向軸の周りの前記第１及び第２の端部セクション間の前記現在の相対回転角度を含む前記現在の接続向きにおいて前記座標系に対して正確に位置合わせされるように、前記外部コアの前記光学的インタロゲーションから、前記位置合わせされた接続向きを修正するように構成された回路と、
を有するシステム。

【請求項15】

請求項１４に記載のシステムに、請求項１に記載の方法のステップを実行させるためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、ＦＯＲＳ（Fiber Optic Real Shape）とも称される、光ファイバセンサを使用する光学形状感知（ＯＳＳ）の分野に関する。特に、本発明は、光ファイバを互いに再接続する方法に関する。ＦＯＲＳが使用されるプロシージャでは、光ファイバを再接続することが必要な場合がある。本発明は、更に、ファイバセンサの形状を再構成するために使用されるシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

本明細書は、医学又は手術分野におけるＦＯＲＳの使用に言及するが、本発明は、これらに限定されないことを理解されたい。

【0003】

医療分野では、従来の外科的処置を低侵襲的介入に置き換える明確で継続的な傾向がある。これらの介入では、例えばガイドワイヤ、カテーテル、内視鏡、及び針などの医療装置が、小さな切開部を通して体内に挿入され、それによって瘢痕を最小化し、患者の合併症及び副作用を低減する。医師は、いくつかの視覚化技術を使用して、体内でこれらの医療装置をナビゲートすることができる。

【0004】

多くの処置において、Ｘ線撮像は、現在、装置のリアルタイムモニタリングを提供するゴールデンスタンダードである。しかしながら、この撮像技術は、患者及び医療チームを有害な電離放射線に曝露する。更に、それは、単なる２次元投影を提供する。この投影は、患者の解剖学的構造に対するその方向及び配向などの医療器具の３次元形状に関する重要な情報を欠いている。装置の形状に関する追加情報は、医師が身体を通してナビゲートする際に非常に役立ち、処置時間を短縮することができる。

【0005】

装置の位置及び向きを決定することができるいくつかの非撮像追跡技術がある。そのような追跡システムは、電磁、音響、インピーダンス、及び光学技術を用いた感知に基づくことができ、信号強度（及び減衰）、信号位相／周波数シフト、及び／又は飛行時間などの原理を使用して、３次元空間内のセンサを三角測量し得る。

【0006】

ＦＯＲＳ（Fiber Optic Real Shape）は、これらの追跡技術の１つである。ＦＯＲＳでは、装置の幾何学的変化が、装置に組み込まれた特殊なタイプの光ファイバを通って伝搬する光場に符号化される。このファイバの光インタロゲーションは、原理的には、光ファイバ全体の３次元形状（したがって装置のもの）をリアルタイムで再構成するために必要とされる情報を与える。適切な基準系（座標系）が与えられると、完全な医療機器の正確な向き及び位置をリアルタイムで知る。

【0007】

装置（ＦＯＲＳセンサ）の形状を決定するために使用される光ファイバは、典型的には、複数の光学的コア、例えば、中央コアと、光ファイバの長さに沿って中央コアの周りでらせんを描いてもよい複数の外側コアとを有する。例えば、光ファイバは、４つのコア、すなわち、１つの中心コアと、中心コアから固定された距離で互いから公称１２０°に配置され得る３つの外側コアとを有し得る。本発明では、外側コアの数は、２以上であるべきである。

【0008】

第１の光ファイバ、例えば、医療装置に組み込まれた光ファイバと、第２の光ファイバ、例えば、光インタロゲータに接続されたパッチコードに組み込まれた光ファイバとの間の機能的接続を行うために、両方のファイバの外側コアをアライン（align）することが重要である。そのようなアライメントを達成するための一般的な方法は、両方のファイバをファイバコネクタに組み立て、それらを嵌合スリーブに嵌合させることである。セラミックフェルールなどのコネクタ内の低公差要素は、嵌合スリーブ内の２つのファイバのセンタリングを保証する。コネクタキーは、２つの光ファイバ間の角度アライメントを規定する。

【0009】

医療装置、例えばガイドワイヤ、特に、外径が典型的にはミリメートルの数分の１よりも大きくないバックロード可能なガイドワイヤの特定の設計では、ロバストコネクタキーは、製造することが困難である。その場合、代替のアライメント方法が、２つの光ファイバの外側コア間の適切にアラインされた接続を保証するために必要とされる。

【0010】

ＦＯＲＳでは、ファイバセンサ（したがって、ファイバセンサが組み込まれる医療装置）の再構成された形状は、典型的には、ＦＯＲＳが使用される手術室にマッチするもののような、関連する座標系、例えば、固定手術台、又はＸ線システムにリンクされる座標系で表示される。この目的のために、ＦＯＲＳセンサは、典型的には、例えば１つ以上のＸ線画像を使用して、セットアップ中に関連する座標系に位置合わせされる。この位置合わせは、時間のかかる面倒なプロセスであることができる。したがって、この位置合わせが外科的処置全体の間に１回行われるように維持することが望ましい。しかしながら、医療処置中に、ＦＯＲＳガイドワイヤは、数回、光インタロゲータから切断され、再接続される必要がある場合がある。これは、特に、医療装置の外径に厳しい制限があるために、ローンチ位置（形状再構成が開始するファイバセンサの位置）を固定する従来の方法が使用されることができないバックロード可能なＦＯＲＳガイドワイヤに当てはまる。このような装置、例えばガイドワイヤが、ガイドワイヤの近位端上で治療装置をスライドさせるために切断されるとき、ファイバセンサを、インタロゲータに接続された光パッチコードに再接続した後、再位置合わせを必要とすることは、これが処置において遅延を引き起こすので、望ましくない。

【0011】

２つの光ファイバ、例えば、装置に組み込まれた光ファイバ及びパッチコードに組み込まれた光ファイバを再接続する際に、２つの光ファイバのコアは、高精度でアラインされる必要がある。米国特許出願公開第２０１９／０３９１３４１号明細書に記載されているように、このような良好なアライメントを保証するために反射率を測定することが知られている。また、国際公開第２０１７／１８２５３５ Ａ１号に開示されるように、それぞれのインタロゲートされたファイバコアの測定された光応答とパッチコードのそれぞれのファイバコアの較正データセットとの比較を含む、良好な再接続を保証するために、各外側コアのための再較正可能／再割り当て可能な較正データセットを使用することも知られている。

【0012】

それにもかかわらず、ユーザが２つの光ファイバを再接続するのを支援し、必要な位置合わせステップの量を最小化し、例えば手術室におけるワークフローを改善する方法が依然として必要とされている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明の目的は、第１の光ファイバを第２の光ファイバと再接続する改善された方法を提供することである。

【0014】

本発明の更なる目的は、関連する座標系におけるファイバの再位置合わせを必要としない、光ファイバを互いに再接続する方法を提供することである。

【0015】

本発明の更なる目的は、一体化された光ファイバを有するバックロード可能なガイドワイヤに非常に適した光ファイバを再接続する方法を提供することである。

【0016】

本発明の更なる目的は、本発明による方法を利用し得るシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本発明の第１の態様によれば、第１の光ファイバを第２の光ファイバと再接続する方法が、提供され、第１のファイバ及び第２のファイバはそれぞれ複数の外側コアを有し、方法は、
（ａ）第１のファイバの第１の端部セクションと第２のファイバの第２の端部セクションとの間の現在の相対回転角度が、第１のファイバと第２のファイバとの以前の接続中に座標系に関して決定された位置合わせされた接続向きにおいて第１の端部セクションと第２の端部セクションとの間の現在の相対回転角度に関して知られていない、現在の接続向きを含む、現在の接続位置において第１の端部セクション及び第２の端部セクションの長手方向軸に沿って互いにアラインされるように、第１の端部セクション及び第２の端部セクションを近くに配置するステップと、
（ｂ）外側コアから光信号を受信するように現在の接続位置を通して第１及び第２のファイバの外側コアを光学的にインタロゲートするステップと、
（ｃ）長手方向軸の周りの第１及び第２の端部セクションの間の現在の相対回転角度を含む現在の接続向きにおける第１及び第２のファイバが座標系に対して正確に位置合わせされるように、外側コアの光学的インタロゲーションから、位置合わせされた接続向きを修正するステップと、
を有する。

【0018】

本発明による方法は、２つの光ファイバの再接続を容易にする。特に、本発明による方法は、関連する座標系に対するファイバの再位置合わせの必要性を排除する。第１のファイバを第２のファイバと再接続するとき、第１及び第２のファイバの相互の端部セクションは、互いに近接して配置される。長手方向軸に沿った、及び長手方向軸に垂直な２つの方向におけるファイバの位置、及び長手方向軸に垂直な２つの軸の周りの配向は、高い精度で機械的に規定され得るが、残りの自由度、すなわち、長手方向軸の周りの第１及び第２の端部セクション間の現在の相対回転角度は、少なくとも必要な精度では、知られていない。本発明による方法は、外部コアから光信号を受信するために、現在の接続位置を通して第１及び第２のファイバの外部コアに光学的にインタロゲートすることによって、現在の接続向きにおける第１及び第２の端部セクション間の相対回転角度を決定することを可能にする。したがって、本発明による方法は、現在の接続位置を通る２つのファイバの光学的測定を利用する。次に、この測定値の結果は、例えばシステムのセットアップ中に、ファイバの以前の接続時の座標系に対して、以前に決定された位置合わせされた接続向きを修正するのに使用され、その結果、長手方向軸の周りの第１の端部セクションと第２の端部セクションとの間の現在の相対回転角度を含む、現在の接続向きにおける第１のファイバ及び第２のファイバが、この座標系に対して正確に位置合わせされる。第１及び第２のファイバの外側コアの光インタロゲーションの間、２つのファイバは、外側コアから受信された光信号が最適になるまで、（例えば、近位ファイバに対して遠位ファイバを回転させることによって）互いに対して回転され得る。しかしながら、そのような回転は、典型的には、ファイバ端部セクション間の相対回転角度が、位置合わせの基礎であった以前の接続におけるものと同じになるほど正確ではない。２つのファイバの外側コアを光学的にインタロゲートすることによって光学的測定を実行することは、２つのファイバの端部セクション間の相対回転角度が導出され得る、はるかに正確な結果を得ることを可能にする。これらの測定結果は、関連する座標系との以前の接続及び位置合わせから得られた、長手方向軸の周りの２つのファイバの位置合わせされた接続向きを修正するために使用されることができる。後続の形状再構成プロセスでは、以前の、例えば最初の位置合わせが、更に使用されることができるが、この位置合わせは、ここで、光学インタロゲーションから得られる現在の実際の相対回転角度で補正される。これは、関連する座標系におけるファイバの再位置合わせの必要性を排除する。

【0019】

本発明による方法の実施のために、コネクタキーを有するコネクタを使用して、長手方向軸の周りの２つのファイバの回転アライメントを規定する必要はない。したがって、本発明による方法は、一体化された光ファイバを有するバックロード可能なガイドワイヤに非常に適している。

【0020】

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に規定され、本開示に記載されている。

【0021】

一実施形態では、本方法は、第１及び第２の端部セクションが、受信された信号の強度を最適に増加させるために長手方向軸の周りで互いに対して回転される方向をユーザに示すことを更に含んでもよい。

【0022】

ユーザが、より良い信号を得るために長手方向軸の周りの２つのファイバの相対的な回転位置を改良しようとするとき、ユーザは、現在のアライメントが最適なもののどちら側にあるかを知らない。第１及び第２のセクションが長手方向軸の周りで互いに対して回転される方向をユーザに示すことによって、単純に向きの関数として信号の強度を見る場合と比較して、再接続中に外側コアをアラインするためのより直観的で、したがってより速いフィードバックを可能にする。したがって、介入の持続時間及び複雑な処置に必要とされる装置交換の数の観点から有利である、より速いアライメントが、達成され得る。

【0023】

指標は、ディスプレイ又はグラフィカルユーザインタフェース上の視覚的指標としてユーザに提供され得る。指標は、また、音響指標、例えば、ファイバが互いに対して回転される方向を示す、変化する音の大きさ又は変化する周波数を有する音として提供されてもよい。

【0024】

第１及び第２の端部セクションの互いに対する回転は、第１の端部セクションのみを回転させることと、第２の端部セクションのみを回転させることと、第１及び第２の端部セクションの両方を回転させることとを含むと理解されたい。

【0025】

一実施形態では、ステップ（ｃ）は、外側コアの光学インタロゲーションから、第１の端部セクションと第２の端部セクションとの間の現在の相対回転角度を決定するステップと、決定された現在の相対回転角度で位置合わせされた接続向きを補正するステップとを有してもよい。

【0026】

２つのファイバの外側コアの光インタロゲーションから得られる光測定結果を用いて、ファイバの端部セクション間の現在の相対回転角度が、非常に正確に決定されることができる。現在の相対回転角度を知ることは、位置合わせされた接続向きの修正を単純化する。修正は、現在の回転角度と以前の接続における回転角度との差を使用することによって実行され得る。

【0027】

一実施形態では、ステップ（ｂ）は、光信号から、外側コアの各々の現在の接続位置において、挿入損失、伝送、反射からなるグループから選択される光学的量を導出することを含み得る。

【0028】

上記の光学的量は、ファイバの外側コアの光学的インタロゲーションから、非常に高い精度で測定されることができる。挿入損失は、接続位置における光信号パワーの損失の尺度であり、ｄＢ(デシベル）で表されてもよい。挿入損失は、長手方向軸を中心とする第１の端部セクションと第２の端部セクションとの間の相対回転角度に関連する。現在の接続位置での挿入損失を測定することから、相対回転角度は、本明細書でより詳細に説明するように、単純な方法で決定されることができる。

【0029】

前の実施形態に関連して、方法は、各コアについての光学的量から、再接続される２つのファイバに特有の記憶された特性に基づいて、第１の端部セクションと第２の端部セクションとの間の現在の相対回転角度を決定するステップを更に有してもよい。

【0030】

好ましくは、記憶された特性が、第１のファイバと第２のファイバとの以前の接続中に、第１の端部セクションと第２の端部セクションとの間の複数の相対回転角度についての光学的量の光学的測定値から取得され得る。

【0031】

最初の（又は以前の）接続中（かつ位置合わせ前）に、２つのファイバは、互いに対して回転されてもよく、外側コア内の光学的量、例えば挿入損失が、連続的に決定される。これらのデータ点を使用して、第２のファイバの外側コアの角度位置に対する第１のファイバの外側コアの角度位置が、推定されてもよく、これらの相対角度位置は、記憶された特性として使用されることができる。ファイバが十分にアラインされると、ファイバは、その向きに残されることができ、次いで、位置合わせステップが、実行されてもよい。再接続フェーズの間、以前に記憶された特性が、使用されてもよく、光学的量（例えば、挿入損失）が、相対的向き（相対回転角度）を決定するように再接続の間に測定される。再接続フェーズ中に２つのファイバを互いに対して再び回転させ、それから再び外側コアの相対角度位置を決定するか、又はこれらの測定値を初期接続中の測定値と組み合わせて、相対角度位置を精緻化することができる。

【0032】

代わりに、記憶された特性は、ファイバ、例えば、パッチコード及びファイバを備えたセンサの製造工程としてあらかじめ測定から得られてもよい。

【0033】

関連する座標系におけるファイバ接続の以前の、例えば初期の位置合わせを使用できるようにするためには、位置合わせに対して使用された以前の接続位置に対する現在の接続位置における現在の相対回転角度を知ることが重要である。したがって、現在の相対回転角度の決定、例えば計算を、ファイバの以前の接続中に（同じ）光学的量の測定値から得られた記憶された特性に基づかせることは、（初期）位置合わせが基づいたファイバのアライメントに完全に合わせられる。

【0034】

更に、２つの特定のファイバの実際の組み合わせに特有である記憶された特性を使用することは、２つのファイバの再接続中にこの特性を新たに決定することと比較して、現在の相対回転角度を決定する際の計算時間及び費用を低減する。また、現在のアライメントと以前のアライメントとの差分を決定する精度も、高められる。

【0035】

記憶された特性は、第２のファイバの外側コアの角度位置に対する第１のファイバの外側コアの角度位置の偏差を含んでもよい。

【0036】

２つのファイバ間の外側コアの角度位置のそのような偏差は、光ファイバを製造するプロセスにおける公差によって引き起こされ得る。これらの偏差は、処置において接続され、再接続されるべき実際の２つのファイバに特有のものである。ファイバ間の相対回転角度を決定する際にこれらの偏差を考慮することは、相対回転角度が決定される光学的量の測定の精度を高める。

【0037】

各々がＮ個の外側コアを有する２つの光ファイバを考慮すると、２つのファイバを再接続する際に、コア-コア構成のＮ個の可能な組み合わせが存在する。例えば、２つのファイバがそれぞれ３つの外側コアを有する場合、第１のファイバの外側コアと第２のファイバの外側コアとの３つの可能な組み合わせが存在する。以前の接続では、ファイバは、１つのコア-コア構成で接続されていた。このコア-コア構成が、２つのファイバの再接続にも使用される場合、この特定のコア-コア構成のために、第１のファイバの外側コアの角度位置と第２のファイバの外側コアの角度位置との間の偏差を知ることで十分である。したがって、この実施形態では、計算費用及び計算時間が、低減され得る。

【0038】

しかしながら、記憶された特性は、第１のファイバの外側コアと第２のファイバの外側コアとのすべての可能な組み合わせについて、第１のファイバの外側コアの角度位置と第２のファイバの外側コアの角度位置との間の偏差を含むことも可能である。

【0039】

この場合、記憶される特性は、Ｎ個のパラメータを含む。この実施形態の利点は、２つのファイバを再接続する際に、再接続のコア-コア構成が、以前の接続と同じであることが必須ではないことである。ユーザは、第１のファイバの同じコアが以前の接続と同じコアとアラインされることに注意する必要がないので、２つのファイバの再接続及びアライメントは、更に単純化される。

【0040】

前述の２つの実施形態のいずれにおいても、方法が、第１のファイバの外側コアと第２のファイバの外側コアとの現在の組み合わせを識別するステップを更に含む場合に有利である。

【0041】

２つのファイバの外側コアの現在の組み合わせの識別は、インタロゲートされたファイバコアの測定された光学的応答と、他のファイバのそれぞれのコアの較正データセットとの比較によって、コア-コア構成を識別することを開示する国際公開第２０１７／１８２５３５Ａ１号に記載されているように実行されうる。

【0042】

一実施形態では、本方法は、第１及び第２のファイバの同じコアが第１のファイバと第２のファイバとの以前の接続と同様に互いに光学的に接続されるまで、第１及び第２のファイバを長手方向軸の周りで互いに対して回転させるようにユーザに指示するステップを更に有しうる。

【0043】

この実施形態は、特に、記憶された特性が、以前の接続の間に光通信していた外側コアのその組み合わせに対する２つのファイバの外側コアの角度位置間の偏差のみを含む、上記の実施形態との関連で、有利である。以前の接続のコア-コア構成に達するために、長手方向軸の周りで第１及び第２のファイバを互いにどのくらい回転させるかをユーザに標示することは、可能な限り迅速に「正しい」（以前の）コア-コア構成を見つけるのにユーザを更に支援する。

【0044】

再び、標示は、ディスプレイ又はグラフィカルユーザインタフェース上の視覚的標示として提供され得る。標示は、また、音響標示、例えば、ファイバが互いに対して回転される方向を示す、変化する音の大きさ又は変化する周波数を有する音として提供されてもよい。

【0045】

上述のように、記憶された特性が、すべての可能な組み合わせ又はコア-コア構成に対する２つのファイバの外側コアの角度位置間の偏差を含む場合、ユーザは、以前の接続のコア-コア構成に到達することに注意する必要がなく、これは、また、アライメント手順を高速化し、更に、２つのファイバの一方又は両方の大きな回転運動を回避し、したがって、２つのファイバを接続するために使用されるコネクタを摩耗させるリスクを低減する。

【0046】

一実施形態では、位置合わせされた接続位置は、発射位置に対して位置合わせされてもよく、第２のファイバは、発射位置において直接的に、又は発射位置から遠位方向に距離をおいて第１のファイバと接続されている。

【0047】

ＦＯＲＳシステムの発射位置は、ＦＯＲＳシステムの形状再構成が開始する位置である。従来、発射位置は、任意の光接続から遠位に機械的に固定される。このような構成では、ファイバは、発射位置が機械的に安定した発射装置（launch fixture）に留まる間に、接続及び切断されることができる。しかしながら、このような構成は、ファイバと一体化されたバックロード可能なガイドワイヤが使用される場合には不可能である。２つのファイバ間の接続が、直接的に発射位置の遠位側にある又は発射位置から遠位に距離をおいている、本実施形態は、代わりに、バックロード可能なガイドワイヤの使用を可能にする。この実施形態の更なる利点は、２つのファイバを接続、切断、再接続する手順が、患者のより近くで実行され得ることであり、これは、外科的処置、特に、接続、切断及び再接続が繰り返し実行されなければならない複雑な外科的処置の改善である。

【0048】

一実施形態では、第１及び第２のファイバのうちの１つは、装置内に組み込まれ、本方法は、第１及び第２のファイバの再接続時に修正された位置合わせ位置を使用して、装置の形状を再構成することを更に含み得る。

【0049】

装置の再位置合わせは、２つのファイバの以前の接続で実行された位置合わせが、ファイバの再接続後に更に使用されることができ、一方、位置合わせが、２つのファイバ間の現在の相対回転角度によって修正されるので、必要とされない。装置に組み込まれるのは、ファイバが装置の内部を通って延在する場合と、ファイバが装置の外側に沿って延在する場合とを含む。

【0050】

本発明の第２の態様によれば、システムが提供され、システムは、
第１の光ファイバ及び第２の光ファイバであって、第１の光ファイバ及び第２の光ファイバは、それぞれ複数の外側コアを有し、第１のファイバの第１の端部セクション及び第２のファイバの第２の端部セクションは、第１のファイバの第１の端部セクション及び第２のファイバの第２の端部セクションが、現在の接続向きを含む現在の接続位置において、第１及び第２の端部セクションの長手方向軸に沿って互いにアラインされる状態で配置され、長手方向軸の周りの第１及び第２の端部セクションの間の現在の相対回転角度は、第２のファイバに対する第１のファイバの以前の接続中の座標系に対して決定された位置合わせされた接続向きにおける第１及び第２の端部セクションの間の相対回転角度に対して既知ではない、第１の光ファイバ及び第２の光ファイバと、
外側コアから光学的信号を受信するように現在の接続位置を通る第１及び第２のファイバの外側コアをインタロゲートするように構成される光学的インタロゲータと、
外側コアの光学的インタロゲーションから、長手方向軸の周りの第１及び第２の端部セクションの間の現在の相対回転角度を含む現在の接続向きにおける第１のファイバ及び第２のファイバが、座標系に対して正確に位置合わせされるように、位置合わせされた接続向きを修正するように構成される回路と、
を有する。

【0051】

本発明の更なる態様では、第２の態様のシステムに、第１の態様による方法のステップを実行させるためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムが提供される。

【0052】

特許請求されるシステム及びコンピュータプログラムは、特に従属請求項に規定され、本明細書に開示されるように、特許請求される方法と類似の及び／又は同一の好ましい実施形態を有することを理解されたい。

【0053】

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかになり、それらを参照して説明される。

【図面の簡単な説明】

【0054】

【図1】ＦＯＲＳに適したシステムの一実施形態を示す。

【図2】光ファイバの一例の長さの一部を示す。

【図3】典型的なＦＯＲＳセンサのマルチコア光ファイバのコア形状を、ファイバの機械的中心に配置された原点を有する座標系で示す。

【図4】図１のシステムの簡略化された略図を、その詳細を拡大して示す。

【図5】接続位置における第１のファイバと第２のファイバとの間の相対回転角度の関数として、ファイバの各コアについての第１のファイバから第２のファイバへの光伝送の挿入損失曲線を示す。

【図6】ベクトルに組み合わされ、３Ｄプロットでプロットされた、図５の挿入-損失曲線を示す。

【図7】第１の実施形態による、２つのファイバを別のファイバと再接続する方法の実施形態のフローチャートを示す。

【図8】第１のファイバから第１のファイバに接続された第２のファイバへの光伝送の挿入損失曲線のシミュレーションを、２つのファイバ間の相対回転角度の関数として示し、ここで、２つのファイバのコアのすべての可能なコア-コア構成が考慮される。

【図9】第２の実施形態による、２つの光ファイバを互いに再接続する方法のフローチャートを示す。

【図10】本発明の実装の有り無し両方で、互いに対する２つの光ファイバのアライメントの異なる段階における、ユーザへの可能なフィードバックの例の略図を示す。

【図11】インタロゲータ、マルチコア光ファイバを備えたパッチコード、マルチコアファイバを備えたセンサ、及び発射領域を含むＦＯＲＳセットアップの３つの可能な構成の略図を示し、図１１ａ）は、従来のセットアップを示し、図１１ｂ）及び図１１ｃ）は、本発明を使用するセットアップの実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0055】

本発明を詳細に説明する前に、本発明の理解を容易にするＦＯＲＳのいくつかの導入説明が、与えられる。

【0056】

図１は、光ファイバセンサ１２の形状を感知し、再構成するように構成されたシステム１０の部分を概略的に示す。システム１０は、ＦＯＲＳシステム１０と称されることもある。

【0057】

システム１０は、ファイバセンサ１２をインタロゲートし、光ファイバ１２の形状を再構成するための、マルチチャネル光周波数領域反射率測定（ＯＦＤＲ）に基づく分散歪感知システムとして構成され得る。光ファイバ１２は、複数のファイバコア１４、１６、１８、２０、本例では１つの中心コア１６及び３つの外側コア１４、１８、２０を有する４つのコアをその中に埋め込まれてもよい。本発明は、４コア光ファイバの使用に限定されるものではなく、４コアよりも少ない又は多いコアを有する光ファイバにも使用されることができることを理解されたい。

【0058】

図２は、中心コアの周りに螺旋状に巻かれた外側コア１４、１８、２０を有するファイバコア１４、１６、１８、２０の一部の長さを示す。外側コアは、光ファイバ１２の長手方向中心軸の周りで互いに対して角度的に離間される。中心コア１６は、ファイバ製造プロセスに起因するいくつかの公差を伴って、長手方向中心軸上に配置されてもよい。本例における３つの外側コアを有する４つのコアの数によれば、隣接するコア間の角度間隔は、典型的には１２０°である。

【0059】

再び図１を参照すると、ＦＯＲＳシステム１０は、光学形状感知コンソール２１を有してもよい。光学形状感知コンソール２１は、本明細書では、光ファイバ１２に光学的にインタロゲートするためのインタロゲータとも称される。システム１０は、以下に説明される本開示の原理による方法を実行するように構成され得る。

【0060】

形状感知コンソール２１は、ある範囲の光周波数にわたって掃引されることができるチューナブル光源２２を有してもよい。光源２２によって放出された光は、光チャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを有する光干渉ネットワーク２４に結合される。光学形状感知システム１０の使用において、単一ファイバコア１４、１６、１８、２０の各々は、光チャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄのうちの１つと接続される。

【0061】

チューナブル光源２２がある範囲の光周波数（又は波長）にわたって掃引されると、各チャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、したがって、光ファイバ１２の各ファイバコア１４、１６、１８、２０は、同時に、しかしながら独立して、光学的にインタロゲートされ、ファイバコア２４、２６、２８、２０の各々からの反射光及び参照光からの結果として生じる干渉パターンは、それぞれの光検出器２５を介して処理ユニット２６にルーティングされる。各チャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは、他のチャネルとは独立して処理され得る。コア１４、１６、１８、２０からの複数チャネルＯＦＤＲシステムを使用して記録された分布歪み測定値は、その後、更なる処理のために、特にファイバセンサ１２の３次元形状再構成のために、及び再構成された３次元センサファイバ形状の視覚的表示のためにエクスポートされ得、これらの処理は、プロセッサ又は回路２７によって実行され得る。

【0062】

光ファイバ１２は、装置（図示せず）に組み込まれてもよい。このような装置は、例えば、ガイドワイヤ、カテーテル、内視鏡などであってもよい。

【0063】

ＯＳＳでは、光ファイバ１２の幾何学的変化が、ファイバ１２を通って伝搬する光フィールドに符号化される。光ファイバ１２の光学的インタロゲーションは、原則として、ファイバ１２全体の、したがってファイバ１２を有する装置の３次元形状をリアルタイムで再構成するために必要とされる情報を与える。適切な座標系又は基準フレームが与えられると、完全なファイバ１２の正確な向き及び位置をリアルタイムで知ることが可能である。

【0064】

光学的形状感知の原理についてのより詳細な概要は、ＵＳ２０１２／００６９３４７Ａ１及びＵＳ ８，７７３，６５０Ｂ２から得られることができる。

【0065】

図３は、ＦＯＲＳセンサとして又はＦＯＲＳセンサ内で、ファイバの幾何学的中心上に配置された原点を持つ座標系で、使用され得る４コア光ファイバのコア幾何学形状を示す。図５において、数字０は、中心コアを例示的に示し、数字１、２、３は、外側コアを例示的に示す。コアは、選択された座標系の原点に対して、角φ_i及び距離ａ_i（i = ０、１、２、３）にある。コア１に対する相対角度ｃ_i（concen）及び相対距離ｒ_i（ラジアル、図示せず）が、図５において定義されている。したがって、より一般的には、ｃ_i＝φ_i-φ₁及びｒ_i＝ａ_i／ａ₁であり、i＝１，２，．．．，Ｎであり、Ｎは、ファイバの外側コアの個数である。この定義において、ｃ_iは、基準コア、ここではコア１の角度位置に対する相対角である。同様に、ｒ_iは、ファイバの中心からのコア１の半径方向の距離について正規化される。

【0066】

外側コアのｃ_iの公称値は、すべての外側コアがコア１と同じファイバ中心からの半径方向の距離を有する場合に、ｃ_i=（ｉ-１）３６０／Ｎ，ｉ＝１，２，．．．，Ｎ、及びｒ_i＝１である。実際には、製造公差は、ｃ_i及びｒ_iのこれらの公称値の小さな変動をもたらす。

【0067】

図４は、従来のＦＯＲＳセットアップを示し、図１の要素に対応する要素が、図１と同じ参照番号を付されている。したがって、図４は、形状感知コンソール又はインタロゲータ２１と、形状感知コンソール２１に接続された光ファイバ１２とを簡略化された形で示す。光ファイバ１２は、光ファイバ１２と同じ数のファイバコアを有する光ファイバ３４も備えたパッチコードを介して形状感知コンソール２１に接続されてもよい。パッチコードは、必ずしも存在する必要はないが、光ファイバ１２は、形状感知コンソール２１に直接的に接続されることができる。図４において、光ファイバ１２のファイバコアは、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４で示され、パッチコードの光ファイバ３４のファイバコアは、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４で示される。Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は、インタロゲータ（形状感知コンソール２１）から出てくる光ファイバのコアを示す。

【0068】

システム１０の使用において、コネクタ３０を備えた光ファイバ１２の端部セクションは、コネクタ３２を備えたパッチコードの光ファイバ３４の端部セクションに接続される。同様に、コネクタ３６を備えたパッチコードのファイバ３４の近位端部セクションは、光チャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを組み込まれたコアとして有するファイバの端部セクションに接続されてもよい。パッチコードが使用されない場合、光ファイバ１２を有するコネクタ３０は、インタロゲータ又は形状感知コンソール２１のファイバに直接的に接続される。

【0069】

光ファイバ１２と光学的インタロゲータ２１との間の機能的な光接続を行うために（オプションとして光パッチコード３４を介して）、光ファイバ１２の外側コア及び中心コアを、接続位置においてパッチコード又はインタロゲーションコンソール２１のファイバ３４の外側コア及び中心コアとアラインすることが重要である。そのようなアライメントを達成するための一般的な方法は、両方の光ファイバをキットファイバコネクタ３０、３２（又は３６、及び３８）に組み立てることであり、キットファイバコネクタは、回転的に固定された標準的な向きで光ファイバ間の接続をロックするために嵌合するように構成される、キー４８、５０、又は４４、４６を各々有する。セラミックフェルールのような、コネクタ３０、３２（又は３６、３８）内の低公差要素（図示せず）は、嵌合スリーブ内の２つのファイバのセンタリングを保証する。コネクタキー４８、５０（又は４４、４６）は、角度アライメントを規定する。

【0070】

外径が典型的には１ｍｍの一部分よりも大きくできない、バックロード可能なガイドワイヤなどのガイドワイヤの特定の設計では、キー５０のようなロバストなコネクタは、製造するのが非常に困難である。この場合、接続された２つの光ファイバの外側コア間の適切な光接続を保証するために、アクティブアライメント方法が、必要とされ得る。そのようなアライメント方法の実施形態が、本明細書で説明される。

【0071】

ＦＯＲＳでは、再構成アルゴリズムは、ＦＯＲＳセンサファイバ上の特定の位置において開始する形状を作成し、その位置（開始位置）は、再構成された形状の発射（又は単に発射）と称される。センサの開始位置が、位置（ｘ、ｙ、及びｚ）又は方向（Ｒ_x、Ｒ_y、及びＲ_z）のいずれかに移動する場合、再構成された形状全体が、それと共に並進又は回転する。再構成された形状が安定した形で表示されることを保証するために、関連する座標系に対するこの開始点の位置及び方向を常に知ることが重要である。これは、センサのこの部分が、機械的な発射装置を使用して座標系に対して移動することができないこと（回転なし、並進なし）を保証することによって、又は開始点の回転及び並進を絶えず測定し、任意の移動について形状を補正することによって、行われることができる。

【0072】

次いで、再構成された形状は、例えば手術台に連結された、ＦＯＲＳが使用される手術室とマッチするもののような関連する座標系において表示されることができる。追加の位置合わせステップが形状を所望の位置及び向きに正確に並進及び回転させるために必要とされることが可能である。そのような位置合わせステップは、形状を、例えばＸ線画像のグランドトゥルースと比較することによって行われることができる。一度この位置合わせが行われ、発射位置及び向きが安定している（又は任意の移動を補正することができるように連続的に既知である）限り、光ファイバの再構成された形状は、それがマッチされた所望の座標系において正確に示される。

【0073】

医療処置中、ＦＯＲＳガイドワイヤは、数回、接続され、切断され、再接続される必要があり得る。これは、装置の外径に厳しい制限があるので、発射領域を固定する従来の方法が使用されることができないバックロード可能なＦＯＲＳガイドワイヤに特に当てはまる。そのようなガイドワイヤが治療装置をガイドワイヤの近位端の上にスライドさせるために切断されるとき、これは処置において遅延を生じないので、ＦＯＲＳガイドワイヤの光ファイバをパッチコード（又はインタロゲータと直接）に再接続する間、再位置合わせを必要としない。

【0074】

再位置合わせの必要性を回避するために、光ファイバがパッチコード又はインタロゲータの光ファイバに接続される接続位置におけるＦＯＲＳセンサの光ファイバの向き及び位置は、各再接続後に高精度で知られる必要がある。自由度（ｘ、ｙ、ｚ、Ｒ_x、Ｒ_y）のほとんどに対して、機械的解決策は、ガイドワイヤが再現可能な方法で再接続されることを保証することができるが、（相対ロールとも称される）長手方向軸の周りの接続位置で接続された２つのファイバ端部セクション間の相対回転角度、すなわち、Ｒ_z, は、機械的解決策が必要な精度を提供することができない困難な問題である。例えば、３５ミクロンの外側コアを有する２つのマルチコアＦＯＲＳファイバ間の良好な光接続のためには、２つのファイバの対応する外側コアが１ミクロンの一部内で重なるように、２つのファイバ間の相対ロールを１度（１７．５ ｍｒａｄ）以内にアラインさせることで十分である。この精度の量は、また、嵌合スリーブなどの従来の嵌合方法が提供することができる量である。しかしながら、組み込まれたファイバを有する装置の形状を関連する座標系に正確にマッピングするために、相対ロールは、少なくとも１桁高い精度で知られていなければならない。１ ｍｒａｄの誤差は、装置の再構成された形状の１ｍにわたる１ｍｍの誤差を既に与えることができる。したがって、一旦、２つのファイバを再接続する際に良好な光接続が行われると、相対ロールも、位置合わせが基づいていた以前の接続中の値と十分に等しいという事実に依拠することは、不可能である。

【0075】

本開示の原理によれば、（図４の光ファイバ１２のような）第１の光ファイバを（図４のパッチコード３４の光ファイバのような）第２の光ファイバと再接続する方法は、２つのファイバの以前の接続中に関連する座標系に関して決定された位置合わせされた接続位置が２つのファイバ間の以前の又は最初の接続に関して現在の相対ロールによって修正され得るという点で、２つのファイバの現在の接続位置の再位置合わせを回避する。本方法は、ファイバが再接続される現在の接続位置における光学的量の光学的測定を利用してもよい。

【0076】

１つのファイバから別のファイバへの光の結合は、通常、２つのファイバ内のファイバコアのモードがどの程度重なり合うかに応じて、いくらかの損失をもたらす。挿入損失と称されるこの損失は、送信電力Ｔの観点から表されることができる。２つの公称的に等価なコア間の空間モード重複が、それらの相対的アライメントによって決定される。光ファイバが、それらの間にギャップがないように直接的に結合され、角度不整合が小さく、両ファイバが自由空間波長において同じモードフィールド半径ω₀（強度が１／ｅ²に低下する半径）を有すると仮定すると、デシベルで、第１のファイバにおけるコアｉと第２のファイバにおけるコアｊとの間の動力伝達Ｔ_ijは、以下のように表されることができる。
Ｔ_ij ^dB＝10・log10(T_ij)＝-(10ｄ_ij ²)／(ω₀ ²ln(10))＝-((20ａ²)／(ω₀ ²ln(10)))(１-cos(δij-θ)) （１）

【0077】

式（１）において、ω₀は、モードフィールド半径であり、ａは、ファイバ中心からのコア距離であり、これはここでは計算を簡略化するために、すべての外側コアについて同じであると考えられ、δ_ij＝ｃ_i ¹-ｃ_j ²は、第１のファイバにおけるコアｉのConcenと第２のファイバにおけるコアｊのConcenとの間の差であり、θは、ファイバを再接続する際の第１のファイバと第２のファイバとの間の長手方向軸の周りの（未知の）相対回転角度（ロール）である。

【0078】

差δ_ijは、第２のファイバの外側コアの角度位置に対する第１のファイバの外側コアの角度位置のずれの尺度である特定の特性であり、このずれは、２つの光ファイバの製造工程における公差によって引き起こされ得る。δ_ijは、例えば、以下に説明されるような測定値によって決定されることができる。

【0079】

式（１）は、δ_ij-θ＝０付近のテイラー展開によって更に簡略化されることができるが、それは、これが、２つのファイバを再接続する際に光インタロゲーションから受信される光信号が使用されるであろう関連する範囲であるからである。
Ｔ_ij ^dB≒-((20ａ²)／(ω₀ ²ln(10)))(δ_ij-θ)² （２）

【0080】

第１のファイバのコアｉと第２のファイバのコアｊとの間の挿入損失Ｔ_ij ^dBは、２つのファイバを光学的にインタロゲートすることによって、相対回転角度θに応じて測定されることができる。挿入損失を測定するために異なる光学技術が、使用されることができるが、ＯＦＤＲのような技術を使用することが最も容易であり得る。図１のシステム１０のようなＯＦＤＲシステムは、高い空間分解能で位置の関数としてファイバ内の反射を測定することを可能にする。ＦＯＲＳは、光ファイバの各コアにおける反射パターンを別々にインタロゲートするためにＯＦＤＲに依存しており、したがって、２つの光ファイバ間の光接続にわたる挿入損失を測定することも可能である。

【0081】

図５は、N = ３の外側コアを有するマルチコアファイバの相対回転角度θの関数として、接続位置を通る２つの光ファイバ間の挿入損失の曲線を示す。図５の曲線は、シミュレーションから得られた。外側コアの数が、本発明が適用可能であるために２以上である必要があることが、再び言及される。本シミュレーションでは、ファイバ中心からのファイバコアの半径方向距離が、３５μｍと仮定され、外側コアは、コア１に対して-１２０°及び＋１２０°の公称方位角で配置されると仮定される。更に、製造公差をシミュレートするために、第１のファイバのコアと第２のファイバのコアとの間のコア角度偏差が、考慮されている。δ₁₁＝０、δ₂₂＝０．０１４、δ₃₃＝０．０１６ｒａｄであると仮定された。フィールドモード半径ω₀は、２．８μｍに設定される。
全ての外側コアの挿入損失は、図６に示されるように、ベクトルに結合され得る。このベクトルは、相対回転角度θの関数として３次元空間内の曲線をトレースする。第１のファイバと第２のファイバの幾何学的形状の違いは、外側コアの挿入損失の間に明確な関係を与える。３つの外側コアの例では、ベクトルは３次元である。解析的には、ベクトルは、次のように記述されてもよい。

【0082】

所与のファイバ設計について、ω₀及びａが既知であると仮定することが可能である。唯一の未知のパラメータは、第２の光ファイバと比較して第１の光ファイバの正確な幾何学的形状に依存するδ₁₁、δ₂₂、及びδ₃₃である。これらの値は、平面に対する法線ベクトルが次式に比例するため、例えば、平面を点にフィッティングすることによって測定から求められることができる。

【0083】

本実施形態では、２つのファイバを再接続する際の現在の接続位置において、２つの光ファイバ間の角度回転角θが未知であると仮定される。更に、本実施形態では、２つのファイバの再接続後、同じコアが、以前の接続と同様に互いに接続される、すなわち、第１のファイバのコア１が、第２のファイバのコア１に接続され、第１のファイバのコア２が、第２のファイバのコア２に接続され、第１のファイバのコア３が、第２のファイバのコア３に接続されると仮定される。ファイバの同じコアが再接続の前と同様に再接続の後に互いに接続されるこの特定のコア-コア構成は、いくつかの方法で達成されることができる。例えば、このアライメントは、Ｎ個の外側コアに対して３６０／Ｎ度以内のアライメントを保証するのに十分に良好である粗いキーイング機構によって達成されることができる。このアライメントを達成する別の方法は、例えば国際公開第２０１７／１８２５３５号パンフレットに記載されているように、アライメント中に、光フィンガープリントを使用して、第１のファイバのどのコアが第２のファイバのどのコアに接続されているかを識別し、間違ったコアが接続されているときに回転し続けるためのフィードバック信号を提供することである。これは、２つのファイバが互いに対して完全に３６０°回転されることができることを必要とする。

【0084】

２つのファイバ端面が互いに近接しているとき、中心コアの光信号を常に測定することが期待されるが、原理的には、２つのファイバ間の相対的な角度向きに依存しないので、外側コア上では、２つのファイバ間の第１の接触における光信号がいかなる追加のアクティブ回転アライメントもなしには得られない大きな機会がある。

【0085】

現在の相対回転角度が未知である現在の接続向きを含む現在の接続位置において、端部セクションの長手方向軸に沿って互いにアラインされるように、２つのファイバの端部セクションを近接して配置した後、２つのファイバ（すなわち、２つのファイバの一方又は両方のファイバ）が、互いに対して回転される。回転中、外側コアにおける挿入損失は、変化する。式（２）から、デシベルでの挿入損失は、嵌合されるコアの対の間の角度不整合δ_ij-θにほぼ二次的に依存することが分かる。図５の曲線の幅、すなわち、特定の回転に伴って伝送がどれだけ速く低下するかは、中心からの公称コア距離、ａ、及びモードフィールド半径ω₀によってのみ与えられる。互いに対する図６の曲線の相対的な位置は、δ_ijに依存する。

【0086】

図７は、本実施形態による方法の可能な実施を説明するフローチャートを示す。図８の左側では、フローチャートが、２つのファイバの初期又は以前の接続におけるステップを説明し、右側は、切断後の２つのファイバの再接続のステップを説明する。

【0087】

ステップ６０では、２つのファイバの端部セクションが、ファイバの長手方向にアラインされるように、最初に接続位置に近接して（例えば、図４のコネクタ３０及び３２を介して、しかし少なくともコネクタ３０上にコネクタキーなしで）配置される。ステップ６２において、端部セクションは、互いに対して回転される。例えば、ＦＯＲＳセンサに含まれる光ファイバの端部のみが、例えばパッチコードの、他の光ファイバの固定された端部セクションに対して回転される。回転中、挿入損失は、すべての外側コア上で絶えず測定される。ステップ６４において、外側コアの挿入損失が最小ではないと決定された場合、回転が、継続される。ステップ６４において、挿入損失が最小に到達する場合、方法は、ステップ６６に進み、第１のファイバのどのコアが第２のファイバのどのコアに接続されているかが、検出される。ステップ６４における挿入損失の測定値中に、δ₁₁、δ₂₂、及びδ₃₃を特定のコア-コア構成のためのデータから導出するのに十分な測定値点が、得られる。δ₁₁、δ₂₂、及びδ₃₃は、システム１０のようなシステムのメモリに記憶される。メモリは、システム１０の回路２７によって含まれることができる。また、アライメントが停止する曲線（図６）上の点が、記憶される。

【0088】

図６は、θ = -２．０、及び２°に対応して示される曲線上の例示的な点を示す。

【0089】

この方法は、関連する座標系、例えば医療用途における手術台において、接続位置を含む第１及び第２のファイバをマッチさせるための位置合わせステップであるステップ６８に進む。そのような位置合わせステップは、Ｘ線撮像を使用することによって行われることができるが、他の撮像モダリティによっても行われることができる。位置合わせステップから、回転行列が、当技術分野で知られているように得られ、次いで、メモリに記憶される。このように、接続向きを含む位置合わせされた接続位置は、初期又は以前の接続時に関連する座標系に対して位置合わせされる接続向きを含む接続位置である。

【0090】

形状感知は、ここで、ステップ７０において、ファイバが位置合わせされる関連する座標系にマッピングされて実行されることができる。

【0091】

手順の特定の時点で、ＦＯＲＳセンサ、例えばガイドワイヤは、ステップ７２に示されるように、例えば装置交換が必要とされるときに、パッチコード又はインタロゲータから切断され、再接続されなければならない。

【0092】

装置交換後、２つの光ファイバが、再接続されなければならない。２つのファイバの端部セクションは、現在の接続向きを含む現在の接続位置において、長手方向において互いに対してアラインされるように、再び近接して配置される。現在の接続向きでは、光ファイバの第１及び第２の端部セクションの間の相対的な回転角度が、未知であるか、又はよくても不十分な精度で知られている。ステップ８２では、ステップ８４に示すように、外側コアの挿入損失まで、外側コアの光学的インタロゲーション中に外側コアから受信される光信号を最適化するために長手方向軸の周りで互いに対して回転されたファイバの端部セクションは、十分に低い。ステップ８６では、第１及び第２のファイバの同じコアが以前の接続位置と同様に接続されているかどうかが、検出される。そうではない場合、システム１０は、ステップ６６で検出されるように、第１のファイバの同じコアが第２のファイバの同じコアに接続されるまで、第１の光ファイバの端部セクションを第２の光ファイバの端部セクションに対して更に回転させるようにユーザに指示してもよい。次いで、外側コア上の挿入損失が、再び決定される。ステップ８８において図６の曲線のような曲線を作成するのに十分な点が収集された場合、ステップ９０において、図６の曲線のような多次元伝送曲線が、データから作成され得る。パラメータδ₁₁、δ₂₂、及びδ₃₃の形式の記憶された特性を、コア距離ａ及びモードフィールド半径ω₀の既知の値と共に使用して、２つのファイバの最初の又は以前の接続によって得られた位置合わせされたアライメントに対して現在のアライメントにおける長手方向軸の周りの第１及び第２のファイバ間の相対回転角度を決定するのに（フィッティング又は関数を反転させることのいずれかによって）式（２）を利用することができる。したがって、相対ロールの差は、ステップ９２で計算されることができる。外側コアの各々の挿入損失が十分な精度で測定されることができる場合、１ ｍｒａｄの精度でロール差を見つけることが可能である。センサの光ファイバの再構成された形状は、以前に決定された回転行列（ステップ６８）を使用して再び回転されるが、その上に、２つの光ファイバ間の計算された相対回転角度に基づく角度補正が、最初の接続と再接続との間のロール差を補正するように回転行列に含まれる。

【0093】

以前の実施形態では、２つのファイバを再接続することは、２つのファイバを再接続した後のコア-コア構成が以前の又は最初の接続におけるコア-コア構成と同じであることを含む。この場合では、この単一のコア-コア構成（例えば、１-１、２-２、３-３）についてのみパラメータδ_ijを記憶すれば十分である。しかしながら、例えば、アライメントに必要とされる時間を最小化する又は第１のファイバ又は第２のファイバの端部セクションに配置されたファイバコネクタに損傷を与えるリスクを低減するために、２つのファイバの互いに対する回転を制限することが望ましい場合がある。したがって、現在の接続位置における端部セクションを近接して配置すると、２つのファイバの他のコアが以前の接続よりも嵌合されることが、起こり得る。例えば、再接続時に、第１のファイバのコア１は、第２のファイバのコア２に接続されることができる。外側コア上の測定された挿入損失によって生成されるデータ点は、ここで、切断前の状況と比較して異なる曲線上にあり、相対回転角度を見つけるための直接的な比較を不可能にするか又は少なくとも困難にする。異なるコア-コア構成に属する異なる伝送曲線をリンクするために、より多数の挿入損失曲線が、考慮されるべきである。Ｎ＝３の外側コアを各々有する２つの光ファイバに対して、外側コアの３つの可能なコア-コア構成が存在する。図６のような１つの挿入損失曲線の代わりに、３つの異なる曲線が存在する。

【0094】

この原理は、任意の数の外側コア≧２に一般化されることができることに再度留意されたい。

【0095】

上で示された３つのベクトルは、全て、２つの接続された光ファイバ間の幾何学的差異に依存する。これは、δ_ijが、ｉ及びｊの任意の組み合わせについて既知であるべきであることを意味する。δ_ijが公称外側コア距離ａ及びモードフィールド半径ω₀と同様に、すべての可能な組み合わせについて既知である場合、すべての可能なコア-コア構成に対する曲線が、予測されることができる。これらの曲線は、図８に示される。

【0096】

すべてのコア-コア構成についてのδ_ijの測定は、製造工程として前もって行われることができ、例えば、パッチコード及びセンサは、各々特定のファイバを有する。

【0097】

図９は、本実施形態の可能な実施を説明するフローチャートである。ステップ６０乃至６６は、図７のフローチャートと同じであってもよい。ステップ９４に示されるように、２つの光ファイバのコネクタにおける幾何学的情報δ_ijを用いて、伝送曲線が、ステップ９６においてコア-コアアライメントの全ての順列について計算されることができる。確立された伝送曲線は、２つのファイバの再接続に使用される。

【0098】

ステップ９８では、２つのファイバの最初の接続時又は第１の接続時のコア-コア構成が、決定される。

【0099】

ステップ６８及び７２は、図７のフローチャートと同じである。

【0100】

再接続中、ステップ８０、８２、８４が実行された後、ステップ１００によって示されるように、第１のファイバのどのコアが現在の接続位置において第２のファイバのどのコアに接続されているかが、検出される。ここで、ステップ９６で得られた伝送曲線を使用して、これらの曲線をすべて知ることは、再接続の前後でこれらの曲線上の位置を決定することを可能にする。その知識を用いて、図８に示されるように、相対回転角度θは、０°と３６０°との間のθの値ごとに見つけられることができる。新しいコア-コア構成は、ステップ１０２において決定されることができる。

【0101】

それから、かつ図８の曲線のような伝送曲線を使用して、θの値が、見つけられることができ、次いで、θのこの値は、位置合わせステップ６８で得られた回転行列を補正するのにステップ１０４において使用されることができる。

【0102】

上記の実施形態に関して説明されたように、ＦＯＲＳセンサの光ファイバ内の外側コアの挿入損失は、例えば図６及び図８に示されるように、Ｎ次元空間内の曲線をトレースするベクトルに結合されることができ、ここでＮは外側コアの数である。ここで、２つのファイバを再接続する際のフィードバック信号として、曲線上の実際の位置又は現在の位置をとることが可能であり、この信号は、現在のアライメントが最適（例えば、最大伝送）のどちら側であるかに関する情報を有する。したがって、アライメント中にユーザに方向情報を与えることが可能になる。

【0103】

これが、図１０に示される。図１０は、ＦＯＲＳセンサの光ファイバのアライメント中のいくつかのステップ（ａ）乃至（ｅ）を示す。各ステップ（ａ）乃至（ｅ）について、従来のフィードバック信号がどのように見えるか、及び本開示の原理を使用してどのように見えるかが、図１１に示される。センサの光ファイバの中心コアを検査することによって、システムは、センサが接続されているかどうか（のみ）を決定することができる（ステップ（ａ）及び（ｂ））。次いで、回転アライメントが、外側コアをアラインさせるために行われる（ステップ（ｃ）、（ｄ）、（ｅ））。本開示の原理なしでは、長手方向軸の周りの回転アライメントが最適の前か後かを見ることが可能ではなく、一方、本発明では、インジケータ１０８によって示されるように、これらのアライメントを区別することが可能である。インジケータ１０８は、システムによって、例えばグラフィカルユーザインタフェース上に視覚的に表示され得る。視覚的インジケータの代わりに、オーディオ信号がインジケータとして出力されることも実現可能であり、方向が、特定の周波数及び／又は音の大きさによって示されてもよい。

【0104】

図１１を参照して、システム１０のようなＦＯＲＳシステムにおける本開示の原理の実施が、更に説明される。

【0105】

図１１ａ）は、従来のセットアップを示す。従来のセットアップでは、機械的発射装置１２０と、センサ１２４の光ファイバの光接続１２２からパッチコード１２６の光ファイバまで（又は直接的にインタロゲータ２１まで）遠位の形状再構成の開始とが、図１１ａ）に示されるように、光接続１２２から遠位に規定される。したがって、センサ１２４の完全に再構成された形状にわたって、ねじれは、連続的である。このような構成では、センサ１２４を接続及び切断することが可能であり、一方、発射装置１２０は、機械的に安定した発射装置に留まることができる。

【0106】

センサ１２４としてバックロード可能なガイドワイヤを使用する場合、図１１ａ）のセットアップは、実行不可能である。これは、ガイドワイヤの外径に対する厳密な寸法要件が、パッチコード１２６の光ファイバの端部セクションに対するセンサ１２４の光ファイバの端部セクション間の相対回転角度を正確に再現することができるロバストな機械的発射装置を妨げるからである。ｘ、ｙ、及びｚ位置、ならびにｘ及びｙ軸に関するコネクタの向きは、依然として機械的に規定されることができる。

【0107】

図１１ｂ）及びｃ）において、可能なセットアップの２つの実施形態は、本開示の原理を実施するとき、センサ１２４としてバックロード可能なＦＯＲＳガイドワイヤと共に使用するために示されている。図１１ｂ）及びｃ）において、位置合わせに対するロール（長手方向軸の周りの回転角度）は、光接続１２２から近位に固定され、これは、組み込まれた光ファイバを有するバックロード可能なＦＯＲＳガイドワイヤをシステムの残りの部分から自由に切断することを可能にする。ここで、発射装置１２０が、センサ１２４とパッチコード１２６との間の光接続１２２から近位に配置されるので、（発射装置１２０を介した）初期位置合わせに対するセンサ１２４の回転向き（ロール）は、センサ１２４の再接続後に先験的に未知である。この時点で、本明細書に記載される本開示の原理は、長手方向軸の周りのセンサ１２４とパッチコード１２６との間の相対回転角度（Ｒ_z）を見つけることを可能にする。この相対回転角度が既知である場合、形状は、センサの２つのファイバとパッチコードとの再接続の前に行われた元の位置合わせに対して再構成されることができる。

【0108】

図１１ｂ）及びｃ）のセットアップの違いは、図１１ｂ）では、光接続１２２が、直接的に、ロールが固定される点（機械的発射）にあることである。図１１ｃ）では、光接続１２２が、固定部１２０から遠位にある距離に配置される。後者のセットアップは、発射部１２０から光接続１２２に至るパッチコード１２６の一部の形状も、接続点１２２におけるパッチコード１２６の向きを知るために再構成されることを必要とする。

【0109】

本発明は、図面及び前述の説明において詳細に図示及び説明されてきたが、そのような図示及び説明は、説明的又は例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態に対する他の変形は、図面、開示、及び添付の請求項の検討から、請求項に記載された発明を実施する際に当業者によって理解され、及び実施されることができる。

【0110】

請求項において、単語「有する」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数性を排除するものではない。単一の要素又は他のユニットが、請求項に列挙されるいくつかの項目の機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。

【0111】

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又はその一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体などの適切な非一時的媒体上に記憶／配布されてもよいが、インターネット又は他の有線もしくは無線通信システムなどを介してのような、他の形態で配布されてもよい。

【0112】

全ての位置合わせデータ、初期データもしくは修正データ、又は任意の他の光学ベースの、幾何学的データもしくは位置決めデータは、例えばメモリ又は別の記憶媒体に記憶されることができる。

【0113】

請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【国際調査報告】