导管系统技术方案

可远程操作的医疗系统使用用于测量导管的姿势的传感器以及耦合到机械系统的控制系统。控制系统具有包括保持模式的多个操作模式，在保持模式中控制系统使用传感器反馈，并操作机械系统以维持工作配置。视觉探测器可以用于操控导管并摆好导管的姿势，并且然后当执行诸如肺活检的医疗任务时，视觉探测器可以被移除并被医疗探测器取代。可以在导管和视觉探测器之间划分系统的功能。传感器可以包括测量第一区段的电磁传感器和测量第二较小区段的纤维形状传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】导管系统
技术介绍
导航体腔的医疗装置需要实体上足够小以适合在腔内。例如，当导管导航分支通路时，可用于执行微创肺活检或其它医疗程序的肺导管可能需要在尺寸减小的气道中行进。为到达肺中的目标位置，导管可以在直径为小到3mm或更小的通路行进。制造这样的导管可能是具有挑战性的，其中该导管包括适合远程操作或机器人操作的机械机构和传感器结构并具有充分小的直径以导航这种小腔。具体地，一种远程操作导管的期望配置可提供安装在可操控部段上的工具；沿导管长度向下延伸到外部驱动系统的腱或牵引线，该外部驱动系统拉动腱以致动工具或可操控部段；用于抽吸和/或冲洗的腔；用于观察目标位置的视觉系统；以及识别器械相对于病人解剖结构的位置的传感器。容纳自动控制的并具有约3mm或更小直径的肺导管或其它装置的所有所需部件和元件可能是困难的。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，导管控制系统具有主动地将导管维持在医疗程序期望的工作配置中的控制模式（有时本文称为保持模式）。该保持模式有助于使用具有可互换探测器/探针的导管系统。具体地，当导管导航到工作部位时，视觉探测器可以被部署在导管内，从而观察工作部位，或在医疗任务的执行期间帮助识别导管的期望工作配置。该导管控制系统然后可以切换到保持模式，并且视觉系统可以被移除。然后医疗探测器可以取代移除的视觉探测器通过导管部署，并且该控制系统维持工作配置并允许在没有视觉探测器情况下执行医疗任务，同时固定和保持期望工作配置。在一个实施方式中，当医疗探测器通过导管插入、到达工作部位并执行医疗功能时，控制系统将导管主动保持在期望的工作配置中。在可替代的实施方案中，在执行医疗功能之前，控制系统将导管返回到记录的工作配置。由于导管只需要容纳视觉探测器或医疗探测器而非容纳两个，所以导管的直径可以小于提供类似功能的其它可能情况的系统的直径。根据本专利技术的另一方面，用于自动控制的柔性装置的反馈控制方法和系统为不同应用和使用情况实施闭环装置致动或加强的多个不同模式。当设备导航通过临床空间或当设备与作为医疗程序一部分的组织相互作用时，不同的加强模式可以使该设备在外部施加力的情况下以期望方式响应，例如，组织反应力。在一个实施例中，诸如导管的柔性装置使用来自传感器系统的实时反馈生成用于致动器的信号，该致动器附连到腱，这些腱被用于铰接该装置的远侧部分。例如，导管可以包括在其远侧末端处的柔性区段，该柔性区段可以在两个方向上弯曲（俯仰和偏转）。光纤形传感器可以测量柔性区段的弯曲，并且返回指示远侧末端相对于感测的形状基部的位置和取向的测量数据。例如，通过使用电磁传感器可以确定该基部的位置，该电磁传感器提供基部相对于可附连于病人的外部基准的位置和取向的测量。多个致动腱（例如，牵引线或线缆）附连到远侧末端，并且沿导管的长度延伸到致动器。控制致动器以拉动腱并因此以任何俯仰/偏转方向移动远侧末端的控制逻辑可以出于不同目以不同模式操作。具体地，对于保持模式，控制逻辑可以使用关于导管的目标形状的传感器数据和固定信息，以计算致动器的控制信号。用于机器人导管或其它柔性系统的控制逻辑可以具有多个操作模式，这些操作模式包括下列的一个或多个：1）位置加强模式，其中控制系统控制致动器，以最小化导管或探测器的远侧末端的期望位置和测量位置之间的差异；2）取向加强模式，其中控制系统控制致动器，以最小化远侧末端的期望指向方向和测量指向方向之间的差异；3）目标位置加强模式，其中控制系统使用测量末端位置和指向方向的组合，以控制远侧末端总是指向特定的目标点；以及4）目标轴向运动加强模式，其中控制系统使用测量的末端位置和指向方向的组合，连同来自装置其它部分的传感器测量，并且控制致动器，以确保远侧末端设置在空间特定线上并且也沿该线具有指向方向。根据使用的探测器的类型（例如夹钳、照相机、激光器、刷或针），或根据导管执行的动作（例如，导航或执行活检），控制系统使用哪一种可用模式的选择可以通过用户选择进行。通过固定期望位置、方向、目标点或线，这些模式中的任何一个可以用于保持医疗程序的导管。根据本专利技术的一方面，导管系统具有可被活检探测器或其它医疗探测器取代的可移除的视觉探测器。视觉探测器可以被用于到工作部位的导航，然后被移除并且由取出组织样品的活检探测器取代。因此，导管系统能够以较小直径提供高水平视觉功能和机械功能。用于导管自动致动的控制逻辑为以下问题进行调节，该问题可能出现在当工具和探测器交换时导管移动或者病人移动的情况下。具体地，当移除视觉探测器时，为使用活检探测器，反馈控制和远侧传感器（诸如光纤形传感器）可以用于维持或返回到期望位置或工作配置。因此，来自传感器的反馈信息可以用于控制致动器腱，使得由于工具移除或解剖结构移动，即使在干扰下，也能维持导管远侧末端的工作配置。这样，导管系统的准确度被维持，并且活检产率得到提高。作为维持恒定的工作配置的代替，期望工作配置的参数可以被记录，并且导管可以被拉直或松弛以更容易移除或插入探测器，随后在已插入新的探测器之后或根据用户指示，返回到期望工作配置。本专利技术的一个特定实施例是包括导管和控制逻辑的医疗系统。导管包括主腔和机械系统。主腔容纳视觉探测器或医疗探测器，并且该主腔太窄而不能同时引导视觉探测器和医疗探测器两者到远侧末端。控制逻辑操作机械系统，以控制导管远侧末端的姿势。具体地，当部署视觉探测器时，控制逻辑可以识别远侧末端的期望工作配置，当视觉探测器已从导管移除并且医疗探测器部署在主腔内时，控制逻辑可以将导管保持在或返回到期望工作配置。本专利技术的另一特定实施例是包括可移除的视觉探测器和导管的医疗系统。导管具有尺寸适于引导视觉系统或医疗工具到该导管远侧末端的腔。进一步，导管具有小于约3mm的宽度，并且该导管太窄而不能同时引导视觉探测器和医疗探测器两者到远侧末端。本专利技术的又一特定实施例是这样的过程，其包括：当识别导管远侧末端的工作配置时，使用部署在导管中的视觉探测器；从导管移除视觉探测器；部署取代移除的视觉探测器的医疗探测器；以及当医疗探测器取代视觉探测器被部署在导管中时，致动导管以维持或返回到远侧末端的工作配置。根据本专利技术的一方面，在导管和可移除的视觉探测器之间划分导管系统的功能。特殊布置可以最大化整个系统的小横截面的有用性，该横截面可以适合在例如小直径的肺腔内。具体地，可移除的视觉探测器可以提供在部署活检探测器或治疗探测器之前可以采用的成像、照明、冲洗和抽吸实用性。导管可以包括对视觉探测器和医疗探测器有用的或必要的致动结构和感测结构。因此，导管可以最大化可互换探测器的可用空间，并且仍提供当视觉探测器移除时用于使用诸如医疗探测器的探测器的所有必要功能。在一个特定实施例中，用于医疗系统的视觉探测器包括多个通道，诸如主通道、用于冲洗和抽吸的一个或多个椭圆形通道以及一个或多个辅助通道。成像系统通过主通道延伸到管的远端，并且一个或多个照明光纤延伸通过管内各自辅助通道。管可以可选地实施为包括多个通道的压制品，并且在一个特定实施例中，成像系统包括安装在视觉探测器远端处的照相机。根据本专利技术的又一方面，医疗系统可以还包括具有腔的导管，在腔中视觉探测器可以在医疗程序期间被部署并移除。导管可以包括操控系统和传感器系统，其可用与视觉探测器或取代导管中的视觉探测器的探测器一起本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种医疗系统，其包括：具有主腔和机械系统的导管，其中所述医疗系统被连接以控制所述导管的可操控远侧末端的姿势，所述姿势包括所述导管的所述可操控远侧末端的位置和取向；传感器系统，其被耦合到所述导管以产生与所述导管关联的测量信号；和控制系统，其被耦合到所述传感器系统以接收所述测量信号，并且被耦合到所述机械系统以控制所述导管，其中所述控制系统可操作用于当成像设备部署在所述主腔内用于获取图像并且将获取的图像提供给操作员接口时，识别所述远侧末端的期望工作配置，其中所述期望工作配置包括所述导管的所述远侧末端的期望姿势，所述期望姿势包括所述远侧末端的期望位置和期望取向，并且所述控制系统被进一步可操作用于当所述成像设备已经从所述导管移除时，从所述传感器系统产生的测量信号接收关于所述远侧末端的取向信息，并且当所述成像设备已从所述导管移除并且医疗探测器部署在所述主腔内时，将所述导管的所述远侧末端保持在或返回到所述期望工作配置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.14 US 13/274,198;2011.10.14 US 13/274,237;1.一种医疗系统，其包括：具有主腔和机械系统的导管，其中所述医疗系统被连接以控制所述导管的可操控远侧末端的姿势，所述姿势包括所述导管的所述可操控远侧末端的位置和取向；传感器系统，其被耦合到所述导管以产生与所述导管关联的测量信号；和控制系统，其被耦合到所述传感器系统以接收所述测量信号，并且被耦合到所述机械系统以控制所述导管，其中所述控制系统可操作用于当成像设备部署在所述主腔内用于获取图像并且将获取的图像提供给操作员接口时，识别所述远侧末端的期望工作配置，其中所述期望工作配置包括所述导管的所述远侧末端的期望姿势，所述期望姿势包括所述远侧末端的期望位置和期望取向，并且所述控制系统被进一步可操作用于当所述成像设备已经从所述导管移除时，从所述传感器系统产生的测量信号接收关于所述远侧末端的取向信息，并且当所述成像设备已从所述导管移除并且医疗探测器部署在所述主腔内时，将所述导管的所述远侧末端保持在或返回到所述期望工作配置。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述导管的远侧区段具有小于3mm的宽度。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述取向信息由所述传感器系统产生，并且包括所述远侧末端的至少一个取向角。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制系统可操作在多个模式中，用于将所述导管保持在或返回到所述期望工作配置。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述多个模式包括位置模式，在所述位置模式中所述控制系统操作所述机械系统以将所述远侧末端保持在或返回到目标位置。6.根据权利要求4所述的系统，其中所述多个模式包括取向模式，在所述取向模式中所述控制系统操作所述机械系统以将所述远侧末端保持在或返回到目标取向。7.根据权利要求4所述的系统，其中所述多个模式包括目标模式，在所述目标模式中所述控制系统操作所述机械系统以控制所述远侧末端的位置和取向的组合，从而将所述远侧末端指向目标位置。8.根据权利要求4所述的系统，其中所述多个模式包括目标轴向模式，在所述目标轴向模式中所述控制系统操作所述机械系统以控制所述远侧末端的位置和取向的组合，使得所述远侧末端维持在目标线上或返回到目标线。9.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·K·W·奥，C·Q·登霍欧，V·多文戴姆，C·费内奇，C·J·莫尔，G·M·普里斯科，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国,US