血管内介入治疗，已成为传统开放手术治疗许多血管疾病的首选替代方法。然而，严重依赖透视和多变、复杂的解剖结构，经常给微创技术带来导航上的挑战。这些挑战往往导致精确度降低、手术时间延长、辐射暴露增加、术后并发症，在最坏的情况下，还需要继续依赖开放手术。例如，在腹主动脉瘤（Abdominal Aortic Aneurysm, AAA）修复过程中，对内脏血管进行插管通常是具有挑战性的。它可能需要多次尝试，暴露在强辐射下，频繁切换导管护套和导丝，最终导致更高的风险和不理想的手术结果。这些挑战突出了外科手术导航的重大进步的必要性，使外科医生能够高效可靠地导航，即使是最曲折的解剖结构，也能轻松地减少对x射线成像的依赖。
光纤形状传感（FOSS）技术为解决这些挑战提供了一个很有前途的解决方案。通过提供血管解剖中器械的形状、方向和位置的实时3D可视化，可以简化血管内器械的导航和放置。本白皮书提供了一个介绍性的例子，并检验了FOSS如何解决血管内导航中的当前挑战，潜在地缩短手术时间，最大限度地减少辐射暴露，并改善总体手术结果。
TSSC公司的FOSS解决方案，使用多芯光纤传感器和光频域反射计(OFDR)测量系统。该系统处理由光纤传感器反射光产生的信号，并产生传感器形状的实时三维测量结果。这进一步，可使集成光纤传感器的医疗器械的整个长度可视化。光纤传感器的独特特性在医疗应用中提供了几个优势，它们紧凑而灵活，允许集成到各种医疗设备中，而不会影响其尺寸或可操作性。与传统的导航方法不同，FOSS不需要直接瞄准线，并且不受电磁干扰，使其成为导航复杂解剖结构的理想选择，并确保在手术环境中的可靠性。此外，它沿着传感器的整个长度提供连续的实时三维形状信息，增强了视觉反馈和设备操作的精度。
虽然光纤形状传感的基本概念已经存在了一段时间，但它在医疗环境中的广泛采用受到几个因素的阻碍。这些挑战包括准确感知扭曲、空间分辨率的限制，以及在一次性医疗设备的高昂成本。然而，TSSC已经克服了这些限制，正如我们之前在形状和方向精度白皮书中所展示的那样。为了进一步验证TSSC的FOSS技术，本白皮书展示了在刚性解剖模型中精确和可重复的腹腔干插管。这项研究证明了该技术在更具挑战性和需要大量透视检查的血管手术中的价值，并为FOSS在复杂手术干预中的广泛应用铺平了道路。
图1. 用铜管模拟腹腔干血管路径的解剖模型
在本研究中，TSSC展示了使用FOSS作为导航和可视化工具，在刚性解剖模型中成功插管腹腔干。该模型来源于CT扫描，并经过修改，使流体能够在体温（99°F）下流动，使用3D打印制造（如图1）。测试设置（如图2）包括循环和温度控制流量，以及出口管道上的热电偶。在模型中的铜管，提供一条从左股动脉到腹腔干的可控、可重复的路径。在铜管中插入分布式光纤温度传感器，验证了人体温度沿整个路径的均匀分布。温度沿此路径的平均值和标准差分别约为99.8°F和2°F。测试包括将TSSC的3D光纤形状传感器插入铜管中，沿着大约32厘米的路径穿过解剖结构。该设置允许对插管过程进行台式模拟，从而能够在受控环境中评估FOSS作为导航和可视化工具。
图2. 实验设置
腹腔分支插管成功与否采用定性、目测验证方法。由于铜管迫使传感器沿着已知的路径从远端进入腹腔干，因此当测量和可视化的光纤传感器远端与腹腔干口相交时，试验被认为是成功的，这是由后前位（PA）和侧位（LAT）视图所证实的。图3提供了一个成功试验的可视化表示。如图3所示，在PA和LAT视图中，传感器都通过口。这个测试过程重复了30多次连续试验。其中成功29例，成功率96.67%。这些结果证明了TSSC系统作为导航工具的可靠性，可以在没有透视的情况下对腹主动脉侧分支进行插管。该技术使外科医生能够在不使用透视的情况下，实时、3D地清晰地看到他们的设备进入目标分支。
图3. 可视化显示腹腔干插管成功
使用TSSC的FOSS技术，在刚性解剖模型中成功可视化腹腔干插管，证明了其解决与血管导航相关的长期挑战的能力。由于二维透视和复杂、曲折的解剖结构的限制，这些手术受到阻碍。在我们之前亚毫米形状精度和精确定向测量的基础上，这些结果进一步强调了TSSC光纤形状传感技术，在减少辐射暴露和改善血管内干预患者整体预后方面的潜力。接下来的步骤，包括进行柔性模型研究和动物实验研究。这项未来的工作，将进一步证明形状传感技术，相对于当前导航技术和技术的优势，并推动其在血管和许多微创手术中的应用。TSSC公司的定位，是在血管内介入和手术导航方面产生有意义的影响。
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