CN107280671B - 配置微创器械中的部件的系统和方法 - Google Patents

配置微创器械中的部件的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107280671B
CN107280671B CN201710316517.5A CN201710316517A CN107280671B CN 107280671 B CN107280671 B CN 107280671B CN 201710316517 A CN201710316517 A CN 201710316517A CN 107280671 B CN107280671 B CN 107280671B
Authority
CN
China
Prior art keywords
support structure
sensor component
alignment feature
catheter
catheter system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710316517.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107280671A (zh
Inventor
A·科维斯克
C·M·费内奇
V·多文戴姆
C·Q·登霍欧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Intuitive Surgical Operations Inc
Original Assignee
Intuitive Surgical Operations Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Intuitive Surgical Operations Inc filed Critical Intuitive Surgical Operations Inc
Publication of CN107280671A publication Critical patent/CN107280671A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107280671B publication Critical patent/CN107280671B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning
    • A61M25/0133—Tip steering devices
    • A61M25/0147—Tip steering devices with movable mechanical means, e.g. pull wires
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A61B5/065—Determining position of the probe employing exclusively positioning means located on or in the probe, e.g. using position sensors arranged on the probe
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2051—Electromagnetic tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2061—Tracking techniques using shape-sensors, e.g. fiber shape sensors with Bragg gratings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/301—Surgical robots for introducing or steering flexible instruments inserted into the body, e.g. catheters or endoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/361—Image-producing devices, e.g. surgical cameras
    • A61B2090/3614—Image-producing devices, e.g. surgical cameras using optical fibre
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning
    • A61M2025/0166—Sensors, electrodes or the like for guiding the catheter to a target zone, e.g. image guided or magnetically guided

Abstract

本申请公开一种导管系统，其包括伸长的柔性导管和被安装在导管上的支撑结构。支撑结构包括第一对准特征和第二对准特征。该系统进一步包括与第一对准特征配合的第一传感器部件和与第二对准特征配合的第二传感器部件。第一传感器部件通过第一对准特征相对于第二传感器部件以至少一个自由度固定在支撑结构处。

Description

配置微创器械中的部件的系统和方法
本申请是于2013年8月12日提交的名称为“配置微创器械中的部件的系统和方法”的中国专利申请201380037701.6(PCT/US2013/054568)的分案申请。
技术领域
本公开涉及微创外科手术的系统和方法，并且更特别地涉及配置微创器械中的部件的系统和方法。
背景技术
微创医疗技术旨在减少在诊断或外科手术程序期间被损伤的组织量，进而减少患者恢复时间、不适以及有害副作用。这种微创技术可以通过患者解剖结构中的自然孔口或者通过一个或多个外科手术切口来执行。通过这些自然孔口或切口，临床医生可以插入外科手术器械以达到目标组织位置。为了达到目标组织位置，微创外科手术器械可以导航在解剖系统(诸如肺、结肠、肠、肾、心脏、脑、循环系统等)中的自然的或外科手术创建的连接通道中。导航辅助系统帮助临床医生为外科手术器械规定路线并且避免损伤解剖结构。这些系统能够合并传感器的使用以更加准确地描述外科手术器械在实际空间内或相对于先前记录的或同时采集的图像的形状、姿态和位置。在动态解剖系统中和/或在许多解剖通道密集的解剖区域中，准确地确定外科手术器械的形状、姿态和位置可以至少部分地取决于传感器系统、操控系统以及成像部件的相对布置的精确度。需要改进的系统和方法，以便严密地控制微创器械的系统和部件的相对布置。
发明内容
本发明的实施例被随附的权利要求书概括。
在一个实施例中，导管系统包括伸长的柔性导管和被安装在导管上的支撑结构。该支撑结构包括第一对准特征和第二对准特征。该系统进一步包括与第一对准特征配合的第一传感器部件和与第二对准特征配合的第二传感器部件。第一传感器部件通过第一对准特征相对于第二传感器部件以至少一个自由度固定在支撑结构处。
在另一实施例中，导管系统包括伸长的柔性导管和被安装在该导管上的第一支撑结构。第一支撑结构包括第一对准特征和第二对准特征。该系统进一步包括被安装在导管上的第二支撑结构。第二支撑结构包括第三对准特征和第四对准特征。该系统还包括第一传感器部件，该第一传感器部件包括与第一对准特征配合的第一部分和与第三对准特征配合的第二部分。该系统还包括与第二对准特征和第四对准特征配合的操控线。第一传感器部件通过第一对准特征和第二对准特征相对于操控线以至少一个自由度固定在第一支撑结构处。第一传感器部件通过第三对准特征和第四对准特征相对于操控线以至少一个自由度固定在第二支撑结构。
在另一实施例中，方法包括提供柔性导管。柔性导管包括第一传感器部件、第二传感器部件以及第一支撑结构。第一支撑结构包括第一对准特征和第二对准特征。第一传感器部件相对于第二传感器部件以预定的方位被固定在第一支撑结构处。该方法还包括获取来自第一传感器部件和第二传感器部件的数据。该方法也包括基于预定的方位以及来自第一传感器部件和第二传感器部件的数据确定柔性导管的至少一部分的姿态。
附图说明
当与附图一起阅读时，本公开的各方面通过以下具体描述被更好地理解。需要强调的是，根据行业内的标准惯例，各种构件可不按比例绘制。事实上，各种构件的尺寸可以被任意地增加或减少以便清晰地论述。此外，本公开可以重复各种示例中的参考编号和/或文字。这种重复是出于简化和清晰的目的并且本身不规定各实施例和/或所述配置之间的关系。
图1是根据本公开的实施例的机器人外科手术系统的概要俯视图。
图2图示了利用本公开的多方面的内窥镜检查系统。
图3a是根据本公开的实施例的分解探测器组件的图示。
图3b是图3a的导管的对准支撑结构的横截面视图。
图3c是图3a的导管的另一对准支撑结构的横截面视图。
图3d是图3c的对准支撑结构的透视图。
图3e是图3a的探测器的横截面视图。
图4是根据本公开实施例的替换近侧支撑结构的透视图。
图5是图4的近侧支撑结构的端视图。
图6是描述了用于确定三维空间中一部分探测器的姿态的方法的流程图。
图7是根据本公开实施例的探测器的透视图。
具体实施方式
在本发明的各方面的以下具体实施方式中，数个具体细节被提出以便于提供所公开实施例的彻底理解。然而，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践，这对于本领域一个技术人员来说是显而易见的。在其他情况下，熟知的方法、程序、部件和电路没有被详细地描述，以免不必要地模糊本发明实施例的各方面。并且，为了避免不必的描述性重复，在根据一个说明性实施例描述的一个或多个部件或动作由于可适用于其他的说明性实施例而能够被使用或省略。
以下实施例将按照各种器械和器械的部分在三维空间中的状态来对其进行描述。如本文使用的，术语“方位”指的是对象或对象的一部分在三维空间(如，沿着笛卡尔X、Y、Z坐标的三个平移自由度)中的位置。如本文使用的，术语“取向”指的是对象或对象的一部分的旋转布置(三个旋转自由度——例如，滚动、俯仰和偏摆)。如本文使用的，术语“姿态”指的是对象或对象的一部分在至少一个平移自由度中的方位以及对象或对象的一部分在至少一个旋转自由度中的取向(高达六个总的自由度)。如本文使用的，术语“形状”指的是沿着对象测量的一组姿态、方位或取向。
参考图1，机器人外科手术系统大体由参考标记100表示。如图1所示，机器人系统100大体包含外科操纵器组件102，其用于操作外科手术器械104对患者P执行各种程序。组件102被安装到手术台O或安装在手术台O附近。主控组件106允许外科医生S观察外科手术部位并且控制从动操纵器组件102。
主控组件106可以位于外科医生的控制台C处，所述控制台C通常位于与手术台相同的房间内。但是，应该理解的是外科医生S能够位于与患者P不同的房间中或者与患者P完全不同的建筑物中。主控组件106大体包含可选支撑件108和一个或多个控制器件112以便控制操纵器组件102。一个或多个控制器件112可以包含任何数量的各种输入器件，诸如操纵杆、跟踪球、数据手套、触发枪、徒手操作控制器、声音识别器件、身体运动或存在传感器等等。
在替换实施例中，机器人系统可以包含多于一个从动操纵器组件和/或多于一个主控组件。操纵器组件的确切数量将取决于外科手术程序和手术室内的空间约束，以及其他因素。主控组件可以被并列在一起，或者它们可以被定位在分开的位置。多个主控组件允许多于一个操作者以各种结合控制一个或多个从动操纵器组件。
可视化系统110可以包含内窥镜系统以便外科手术部位的同步(实时)图像被提供给外科医生控制台C。同步图像可以是例如由被定位在外科手术部位内的成像探测器捕获的二维或三维图像。在该实施例中，可视化系统110包含可以集成地或可移除地耦连到外科手术器械104的内窥镜部件。但是，在替换实施例中，被附连到独立的操纵器组件的独立内窥镜可以被用于对外科手术部位成像。可替换地，独立的内窥镜组件可以由用户直接操作，而无机器人控制。内窥镜组件可以导航包含主动操控器件(例如，经由遥控操控线)或被动操控器件(例如，经由引导线或直接用户指南)在内的控制器件。可视化系统110可以被实施为硬件、固件、软件或者其结合，可视化系统110可与一个或多个计算机处理器交互或者另外地由一个或多个计算机处理器执行，所述计算机处理器包含例如控制系统116的(一个或多个)处理器。
显示系统111可以显示由可视化系统110捕获的外科手术部位和外科手术器械的图像。显示系统111和(一个或多个)主控制器件112可以被定向从而使得观测组件中的成像器件和外科手术器械的相对方位类似于外科医生的眼睛和手的相对方位，以使操作者能够操纵外科手术器械104和(一个或多个)主控制器件112，好像在基本真正的现场观察工作空间一样。真正现场意味着所显示的组织图像对操作者来说看起来好像操作者物理上存在于成像器位置并且从成像器的视角直接观察组织。
可替换地或此外，显示系统111可以呈现利用成像技术在手术前所记录的和/或模拟的手术部位的图像，其中成像技术是诸如计算机控制断层扫描术(CT)、核磁共振成像(MRI)、荧光检查、温度图表法、超声波、光学相干断层成像(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像、纳米碳管X射线成像等。所呈现的手术前图像可以包含二维、三维或四维(包含，例如基于时间或基于速度的信息)图像。
在一些实施例中，显示系统111可以显示虚拟导航图像，其中将外科手术器械的实际位置与先前记录的图像或同步图像配准(例如，动态参考)，以便给外科医生S呈现外科手术器械的尖端的位置处的内部外科手术部位的虚拟图像。
在其他的实施例中，显示系统111可以显示虚拟导航图像，其中外科手术器械的实际位置与先前图像(包含手术前记录的图像)或者同步图像配准，以便给外科医生S呈现外科手术部位处的外科手术器械的虚拟图像。外科手术器械的一部分的图像可以被叠加在虚拟图像上，以便辅助外科医生控制外科手术器械。
如图1所示，控制系统116包含至少一个处理器(未示出)，并且一般为多个处理器，用于实现从动外科手术操纵器组件102、主控组件106、可视化系统101以及显示系统111之间的控制。控制系统116也包含编程指令(例如，存储指令的计算机可读介质)以实施本文所述的某些或所有方法。虽然控制系统116在图1中简化示意图中被示出为单个方块，但是该系统可以包括数个数据处理电路(例如，在从动外科手术操纵器组件102上和/或在主控组件106上)，其中至少一部分处理可选地邻近从动外科手术操纵器组件完成，一部分被完成于主控组件等。任何各种集中式或分布式数据处理架构可以被运用。类似地，编程指令可以被实施为数个分开的程序或子程序，或者它们可以被集成到本文所述的机器人系统的数个其他方面。在一个实施例中，控制系统116支持无线通讯协议，例如蓝牙、IrDA、HomeRF、IEEE802.11、DECT以及无线遥测。
在一些实施例中，控制系统116可以包含一个或多个伺服控制器以便向(一个或多个)控制器件112的一个或多个相应伺服马达提供来自外科手术器械104的力和扭矩反馈。(一个或多个)伺服控制器也可以传递指示操纵器组件102使器械移动的信号，所述器械经由患者体内的开口延伸进入患者体内的内部外科手术部位。任何合适的常规或专用伺服控制器可以被使用。伺服控制器可以与操纵器组件102分开或集成。在一些实施例中，伺服控制器和操纵器组件被提供作为邻近患者身体定位的机器人臂车的一部分。
每个操纵器组件102支撑外科手术器械104并且可以包括一个或多个非伺服受控连杆(例如，可以被手动定位并且锁定在适当位置的一个或多个连杆，通常被称为装配结构)和机器人操纵器的串联运动链。机器人操纵器组件102被一系列致动器(例如马达)驱动。这些马达响应于来自控制系统116的命令而主动移动机器人操纵器。马达被进一步耦连到外科手术器械以将外科手术器械推进到自然的或外科手术创建的解剖孔口内并且使外科手术器械的远端以多个自由度移动，其中多个自由度可以包含三个线性运动度(例如，沿着X、Y、Z笛卡尔轴线的线性运动)和三个旋转运动度(例如，围绕X、Y、Z笛卡尔轴线的旋转)。此外，马达能够被用于致动器械的可铰接的末端执行器以便用将组织抓取在活组织检查器件等的爪中。
图2图示了利用本公开的多方面的微创外科手术系统200。该系统200包含微创组件202、成像系统204、跟踪系统206以及驱动系统208。微创外科手术系统200可以被合并到机器人外科手术系统，诸如系统100(例如，作为器械104的一部分)，作为可视化和显示系统的一部分。可替换地，微创外科手术系统200可以被用于非机器人探查程序或含有传统的手动操作的外科手术器械(诸如，没有机器人控制的腹腔镜检查器械(例如，其中驱动系统208包含手柄、触发器或其他接口元件以便于直接地操纵导管210的系统))的程序，或者机器人和非机器人控制都被提供和/或运用在其中的“混合”程序。
微创组件202包含具有远端212和近端214的伸长柔性导管210。导管210包含限定通过导管210的中心操作通道222的体壁211。中心轴线A1纵向延伸通过中心操作通道222。通道222的大小被设计成接收诸如柔性探测器216的操作部件。柔性探测器216可以是例如成像探测器。
柔性导管210包含被动柔性部分218和可操控柔性部分220。随着导管210被推动通过解剖腔，被动部分218响应于外部力被动地弯曲或成弧形。可操控部分220包含集成机构以便操作者控制器械弯曲，如将在下文进一步描述的。
被动部分218能够具有大于可操控部分220的外直径的外直径，例如以便容纳被动部分内的部件，所述部件不延伸进入可操控部分，如下文进一步描述的。在一个示例中，被动部分的外直径可以是大约5mm。更小直径的可操控部分200能够允许它导航到近端主体部分不可接近的更小的体腔。在另一示例中，可操控部分的外直径可以是大约3mm。
在微创外科手术程序期间，探测器(例如，成像探测器)与患者解剖结构图像(包含预录图像、示意图像或同步图像)的准确配准依靠关于传感器和与探测器及其引导导管相关联的其他部件的方位和相对运动的设想。为了使设想变得准确，传感器相对姿态的精确确定是期望的。如下所述的，引导导管和探测器的结构能够限制传感器、导管操控器件和成像部件的相对运动，以便提供关于传感器相对姿态、方位和/或取向的一致且可靠的信息。
图3a、3b、3c、3d和3e图示了包含伸长的柔性导管252与体壁254的探测器组件250，所述体壁254限定了通过导管的中心操作通道256。中心轴线A2纵向延伸通过中心操作通道256。通道256的大小被设计成接收柔性的探测器258。导管252包含被动柔性部分260、可操控柔性部分262、近侧对准支撑结构264以及远侧对准支撑结构265。在该实施例中，导管252的对准支撑结构264、265被精确地加工、模制或另外制造，以控制各种传感器和操控线的相对方位/对准，进而减少在导管252的制造和/或使用期间可能另外发生的几何变化。减少这种变化提高依靠关于传感器和操控线的相对位置的设想的姿态和形状计算的准确度。在替换实施例中，可以使用在操控部分的近端或远端处的单一支撑结构。
在该实施例中，导管252的近侧支撑结构264和部分260、262被连续地对准，其中近侧支撑结构被耦连在被动部分260和可操控部分262之间。例如，近侧支撑结构264的一端可以与被动部分260的远端邻接或重叠，而另一端可以与可操控部分262的近端邻接或重叠。在替换实施例中，近侧支撑结构264可以是在被动部分260的远侧区段上滑动并且被贴在被动部分260的远侧区段上的环形物。相对于被动部分260和可操控部分262固定近侧支撑结构264的其他构造也可以是合适的。尽管在某些具体实施例中支撑结构可以被耦连到所述的被动部分和可操控部分，但是在其他实施例中，支撑结构可以被定位在沿着导管的任何地方。在各种实施例中，支撑结构264、265可以被集成在导管210内、被贴在导管210上或者另外地安装到导管210上。
如图3b所示，近侧支撑结构264包含体壁部分267。支撑结构264包含能够被用于固定操作部件(例如，传感器和/或在支撑结构内延伸的操控线)的方位和取向的对准特征。例如，通道266纵向地延伸通过或部分地延伸通过体壁267。通道266从中心轴线A2径向偏移并且与中心轴线A2大体平行。通道266的大小被设计成与可以延伸支撑结构264的长度或其部分长度的传感器部件268配合。传感器部件268能够被胶合、压接或另外地被固定在至少一部分通道266内，进而精确地定位和定向支撑结构264内的传感器部件268。如本文使用的，术语“固定”通常被用于描述在正常的导管和探测器使用期间在有限的范围内变化的方位或取向。注意到虽然通道266被描绘和描述为传感器部件268的对准特征，但是在各种其他实施例中，这种对准特征能够包含槽口、凹槽、(一个或多个)脊、凹处或在体壁267的内表面/外表面内或其上的任何其他特征。
支撑结构264还包含诸如导航通道270的对准特征，所述导航通道270的大小被设计成接收诸如操控线272的导航控制器件。通道270与中心轴线A2径向偏移并且大体平行。在该实施例中，通道270以径向模式围绕轴线A2大体均匀地间隔。在替换实施例中，可以有更少或更多的通道270来容纳更少或更多的操控线，并且通道可以是各种对称或非对称配置，距离轴线A2相等的径向距离或变化的径向距离。操控线272在通道270内滑动地配合，通道270约束了操控线在支撑结构264内的方位和取向。注意到虽然通道270被描绘和描述为操控线272的对准特征，但是在各种其他实施例中，这种对准特征能够包含槽口、凹槽、(一个或多个)脊、凹处或在体壁267的内表面/外表面内或其上的任何其他特征。
近侧支撑结构264还能够包含通道274，其大小被设计成与传感器部件276配合。通道274与轴线A2径向偏移并且大体平行。传感器部件276可以被胶合或者另外至少部分固定在通道274内以便限制一个或多个自由度内的运动，一个或多个自由度包含传感器部件276相对于近侧支撑结构264的横向运动(例如，在X-Y坐标平面内)、纵向运动(例如在Z坐标方向内)以及滚动(例如，围绕Z坐标方向)。在另一实施例中，传感器部件276可以具有类似钥匙结构形状的横截面，该横截面匹配通道274内的钥匙孔形状以限制传感器276相对于近侧支撑结构264的滚动运动(例如，围绕Z坐标方向的旋转)。注意到虽然通道274被描绘和描述为传感器部件276的对准特征，但是在各种其他实施例中，这种对准特征能够包含槽口、凹槽、(一个或多个)脊、凹处或在体壁267的内表面/外表面内或其上的任何其他特征。
因此，通道266、270和274控制传感器部件268、操控线272以及传感器部件276相对于彼此在支撑结构264内的方位和取向。而且，通道266、270和274控制传感器部件268、操控线272和传感器部件276相对于中心轴线A2的方位和取向。因此，通过准确地制造支撑结构264，传感器部件268、操控线272和传感器部件276相对于彼此和/或中心轴线A2/中心操作通道256(在支撑结构264处)的方位和取向能够被准确地特性化并且被控制在导管210内。由于传感器部件268、操控线272和传感器部件276(相对于彼此和/或中心轴线A2)的实际方位/取向以及用在控制和/或检测导管210的方位、形状和/或姿态的算法中的预期方位/取向之间的密切相关，这种精确的方位性和取向控制反过来实现准确的传感器监测和导管控制。近侧支撑结构264可以由足够的刚性材料形成以便维持通道266、270和274的固定空间位移。合适的材料可以包含金属、刚性聚合物材料或陶瓷。近侧支撑结构264比柔性导管部分260、262大体上更加刚硬。在许多实施例中，支撑结构264相对于导管部分260、262的刚度和大体较短的长度能够允许支撑结构264采用比在导管部分260、262内可能的尺寸公差显著更严格的尺寸公差被生产，进而使导管210内的传感器部件268、操控线272和传感器部件276的布局准确度比依靠导管部分260和262内的特征的可能的布局准确度更大。
在该实施例中，远侧支撑结构265被耦连到可操控部分262的远端。例如，远侧支撑结构265的近端可以与可操控部分262的远端邻接或重叠。在替换实施例中，远侧支撑结构265可以是在可操控部分262的远侧区段上滑动或滑进可操控部分262的远侧区段内并且被贴在可操控部分262的远侧区段上的环形物。相对于可操控部分262固定远侧支撑结构265的其他构造也可以是合适的。
如图3c中所示，远侧支撑结构265包含体壁部分278。支撑结构265包含能够被用于固定操作部件(诸如，传感器和/或在支撑结构内延伸的操控线)的方位和取向的对准特征。例如，远侧支撑结构265进一步包含大小设计成配合导航控制器件(诸如操控线272)的导航通道280。通道280从中心轴线A2径向偏移并且与其大体平行。在该实施例中，通道280围绕轴线A2以径向模式大体均匀地间隔。在替换实施例中，可以有更少或更多的通道280以便容纳更少或更多的操控线，并且通道可以是各种对称或非对称配置，距轴线A2相等或变化的径向距离。操控线272被定位在通道280内，这约束了操控线在支撑结构265内的方位和取向。在一些实施例中，操控线能够被紧固在通道280内(例如，通过粘合、焊接、夹住或被附连到通道280内或周围的附连特征)。在其他实施例中，操控线能够在通道280以外的位置与支撑结构265紧固。
远侧支撑结构265也包含传感器对准特征，诸如大小设计成配合传感器部件276的通道282。通道282从轴线A2径向偏移并且与轴线A2大体平行。传感器部件276可以被胶合或者另外至少部分固定在通道282内以便限制至少一个自由度的运动，例如包含传感器部件276相对于远侧支撑结构264的横向运动(例如，在X-Y坐标平面内)、纵向运动(例如，在Z坐标方向)以及滚动(例如，围绕Z坐标方向)。
因此，通道280、282控制操控线272和传感器部件276相对于彼此在支撑结构265内的方位和取向。而且，通道280和282控制操控线272和传感器部件276相对于中心轴线A2的方位和取向。因此，通过准确地制造支撑结构265，操控线272和传感器部件276相对于彼此和/或中心轴线A2/中心操作通道265的方位和取向(在支撑结构265处)能够被准确地特性化并且被控制在导管210内。用上述关于支撑结构264的相似方式，由于操控线272和传感器部件276(相对于彼此和/或中心轴线A2)的实际方位/取向和用控制和/或检测导管210的方位、形状和/或姿态的算法中的预期方位/取向之间的密切相关，这种精确的方位性和取向控制反过来实现准确的传感器监测和导管控制。远侧支撑结构265可以由足够刚性的材料形成以便维持通道280、282的固定空间位移。合适的材料可以包含金属、刚性聚合物材料或陶瓷。远侧支撑结构265比柔性导管部分260、262大体上更加刚硬。因为支撑结构264、265比余下的导管大体更加刚硬，所以把它们设置在受限的位置中，诸如在导管252的可操控部分的近端和远端，允许导管在支撑结构之间的可操控部分的长度的更大的灵活性和可操控性。而且，在许多实施例中，支撑结构265相对于导管部分262的刚度和总体较短的长度能够允许支撑结构265采用比导管部分262内可能的尺寸公差显著更严格的尺寸公差被生产，进而使导管210内的操控线272和传感器部件276的布局准确度比依靠导管部分260和262内特征的可能的布局准确度更大。
如图3d中所示，远侧支撑结构265能够进一步包含端口338，通过该端口338，粘合材料(未显示)可以被放置以将传感器部件276附着到支撑结构265以便相对于支撑结构固定传感器部件。
近侧支撑结构264具有外直径D1，并且远侧支撑结构265具有外直径D2。直径D1大体大于直径D2以容纳延伸在近侧支撑结构264内的传感器268。通道280、282跟近侧支撑结构264内的各自通道270、274一样，与轴线A2有相同径向间距地延伸通过体壁部分265。可替换地，远侧支撑结构265内的通道280、282可以距与轴线A2不同的预确距离被间隔。例如，它们可以更接近轴线A2地间隔以容纳可操控部分265的较小直径。
导管252的全部长度可以是大约60到80cm，尽管更长或更短的导管也可以是合适的。可操控体部分262可以具有大约10到20cm的长度。在各种实施例中，导管252的可操控部分和被动部分的长度可以更长或更短。
导管252的被动柔性部分260可以具有带有用于操作通道256、操控线272和/或传感器268、276的通路的挤压构造。相似地，导管252的远侧柔性部分262可以具有带有用于操作通道256、操控线272和/或传感器276的通路的挤压构造。可替换地，柔性部分260、262可以具有多层构造(例如，夹在管中以导向操控线或传感器的一组同轴导管)。
操控线272延伸通过导管252的被动部分260、通过近侧支撑结构264的通道270并且通过导管252的可操控部分262。操控线272可以终止于远侧支撑结构265的通道280或者终止于延伸在支撑结构265远侧的一部分导管252(未示出)。相似地，传感器部件276延伸通过导管252的被动部分260、通过近侧支撑结构264的通道274并且通过导管252的可操控部分262。传感器276可以终止于远侧支撑结构265的通道282或者终止于延伸在支撑结构265远侧的一部分导管252(未示出)。传感器部件268延伸通过近侧支撑结构264的通道266，但是可以被终止在可操控部分262的近侧以允许可操控部分导航更小的解剖体通道。
操控线272被驱动系统(例如驱动系统208)控制。驱动系统208可以被合并作为操纵器102的一部分。驱动系统和带有远程控制操控机构的柔性外科手术器械的示例被描述在2007年6月13日提交的标题为“Surgical Instrument With Parallel MotionMechanism(带有平行运动机构的外科手术器械)”的美国专利第7942868号中；2009年6月30日提交的标题为“Compliant Surgical Device(柔顺的外科手术器件)”的美国专利申请公开第2010/0331820号中；2008年9月30日提交的标题为“(Passive Preload and CapstanDrive for Surgical Instruments)用于外科手术器械的被动预载和绞盘驱动”的美国专利申请公开第2010/0082041号中，这些文件的全部公开内容以其整体通过引用而被并入本文。在各替换实施例中，导管252可以是不可操控的，并且不具有用于操作者控制器械弯曲的集成机构，在这种情况下，操控线272和它们相关联的通道可以被省略。
在该实施例中，传感器部件268能够是电磁(EM)传感器部件，该电磁传感器部件包含可以经受外部生成的电磁场的一个或多个导电线圈。EM传感器部件268的每个线圈于是产生具有取决于线圈相对于外部生成电磁场的方位和取向的特性的感应电信号。在一个实施例中，EM传感器系统可以被配置并且被定位以测量六个自由度，例如三个方位坐标X、Y、Z和指示基准点的俯仰、偏摆和滚动的三个取向角。这些测量结果被跟踪系统(例如，跟踪系统206)采集。可替换地，EM传感器系统可以感测较少的自由度。EM传感器系统的进一步描述被提供在1999年8月11日提交的公开了“Six-Degree of Freedom Tracking SystemHaving a Passive Transponder on the Object Being Tracked(在跟踪物体上具有被动应答器的六自由度跟踪系统)”的美国专利第6380732号中，该文件通过引用以其整体内容被并入本文。如果被实施为六自由度EM传感器，则大小约束可以限制传感器部件268与导管252的被动部分260的布局(例如，在近侧支撑结构264内或邻近近侧支撑结构264)以使可操控部分262的直径被最小化以便进入更小的体腔。
传感器部件276能够包含至少部分地在通道274、282内延伸的光纤。跟踪系统206被耦连到传感器部件276的近端。在该实施例中，光纤具有大约200μm的直径。在其他实施例中，该尺寸可以更大或更小。
传感器部件276的光纤形成了用于确定可操控导管部分262的形状的光纤弯曲传感器。在一个替换示例中，包含光纤布拉格光栅(FBG)的光纤被用于提供结构在一个或多个维度中的应变测量。监测光纤在三维内的形状和相对方位的各系统和方法被描述在2005年7月13日提交的公开了“Fiber optic position and shape sensing device and methodrelating thereto(光纤方位和形状感测器件及其相关的方法)”的美国专利申请第11/180389号；2008年3月12日提交的公开了“Fiber optic position and/or shape sensingbased on Raleigh scatter(基于雷利散射的光纤方位和/或形状感测)”的美国专利申请第12/047056号；1998年6月17日提交的公开了“Optical Fibre Bend Sensor(光纤弯曲传感器)”的美国专利第6389187号，这些文件通过引用以其全部内容并入本文。在其他替换示例中，运用其他应变感测技术(诸如，雷利散射、拉曼散射、布里渊散射以及荧光散射)的传感器可以是合适的。
在该实施例中，形状传感器276的光纤可以在单个包层内包含多个纤芯。每个纤芯可以是有足够距离和包层的单模，所述包层使纤芯分开以便每个纤芯中的光与其他纤芯所携带的光不会显著地相互作用。在其他实施例中，纤芯的数量可以变化或者每个纤芯可以被包含在单独的光纤内。
在一些实施例中，FBG的阵列被提供在每个纤芯内。每个FBG包括纤芯折射指数的一系列调制以便生成折射指数的空间周期性。间距可以被选择，以便对于窄带波长，由于每个指数变化引起的部分反射相干地添加，并且因此仅仅反射这种窄带波长同时经过更宽的带。在FBG的制造期间，调制间隔已知的距离，进而导致已知波长带的反射。但是，当在光纤芯上的应变被感生时，调制的间距将根据在纤芯中的应变量改变。可替换地，反向散射或随着光纤的弯曲而变化的其他光学现象能够被用于确定每个纤芯内的应变。
因此，为了测量应变，光被沿着纤维发射，并且返回光的特性被测量。例如，FBG产生反射波长，该反射波长为纤维上的应变和其温度的函数。这种FBG技术商业上可向多种来源购买，诸如英国布拉克内尔的Smart Fibers Ltd.公司。FBG技术在机器人外科方位传感器中的使用被描述在2006年7月20日提交的公开了“Robotic Surgery System IncludingPosition Sensors Using Fiber Bragg Gratings(包含使用光纤布拉格光栅的方位传感器的机器人外科系统)”的美国专利第7930065号，该专利通过引用以其全部内容合并本文。
当被应用到多芯纤维时，光纤的弯曲感生出纤芯上的应变，该应变能够通过监测每个纤芯内的波长漂移被测量。由于有两个或多个纤芯被离轴地设置在纤维中，所以纤维的弯曲在每个纤芯上感生出不同的应变。这些应变是局部的纤维弯曲度的函数。例如，包含FBG的纤芯区域，如果位于纤维弯曲的点处，则因此能够被用于确定在这些点处的弯曲量。这些数据与FBG区域的已知间距结合，能够被用于重建纤维的形状。
如所描述的，形状传感器276的光纤被用于监测导管252的可操控部分262的形状。更具体地说，经过光纤的光被跟踪系统206处理，以检测部分262的形状并且利用该信息来辅助外科手术程序。跟踪系统206可以包含检测系统以便生成并且检测确定导管部分262的形状所使用的光。该信息又能够被用于确定其他的相关变量，诸如外科手术器械的部分的速度和加速度。通过获得这些变量中的一个或多个变量的实时的准确测量，控制器能够提高机器人外科手术系统的准确度并且补偿在驱动部件部分的过程中引入的误差。感测可以仅仅局限于被机器人系统致动的自由度，或者可以被应用到被动(例如，关节之间的刚性结构的非致动弯曲)自由度和主动(例如，器械的致动移动)自由度。
探测器258大小被设计成延伸通过导管252的通道256以便捕获导管的远端患者解剖结构的图像。探测器258包含具有近端286和远端288的伸长柔性主体284，远端288包含远侧尖端。在一个实施例中，柔性主体284具有大约2mm的外直径。在其他实施例中，柔性主体284外直径可以更大或更小。柔性主体284可以由透明的、半透明的或者不透明材料形成。柔性主体284包含沿着柔性主体长度的至少一部分纵向延伸的通路290。图像捕获器械292延伸在通路290内。传感器部件294也延伸通过通路290。如图3e所示，探测器258可选地包含诸如刚性对准框架296的对准支撑结构，传感器部件294延伸通过所述对准支撑结构。对准框架296可以延伸在一部分通路290内并且由主体284支撑。与对准支撑结构相似，刚性框架296控制传感器部件294相对于主体284并且相对于图像捕获器械292的布置。在该实施例中，传感器部件294沿着主体284的中心轴线A2与图像捕获器械292大体上轴向对准，并且被定位在图像捕获器械的近侧。传感器部件294可以被附着到框架296以防止移动。可选地，其他操作部件，诸如照明器件或者离散流体管道(未示出)，可以延伸在通路290内。在一个方面，通路290的未被器械292或任何其他操作部件占用的剩余部分可以是流动通路以便输送流体到探测器258的远端288或者从探测器258的远端288输送流体。探测器的各种实施例的进一步描述被描述在2012年6月11日提交的标题为“Systems and Methods for Cleaninga Minimally Invasive Instrument(用于清洁微创器械的系统和方法)”的美国临时申请第61/658305号中，该文件通过引用以其全部内容被并入本文。
图像捕获器械292包含被设置在柔性主体284的远端288附近的立体或单视场摄像机以便捕获图像，该图像被传递到成像系统(例如，成像系统204)并且被成像系统处理以便显示。成像系统204可以被合并作为可视化系统110和显示系统111的一部分。图像捕获器械292包含电缆布线和各种机械的、光学的以及电气的耦合(未示出)以便与成像系统204接口连接。可替换地，图像捕获器械可以是与成像系统耦合的相干的光纤束，诸如纤维镜。图像捕获器械可以是单光谱或多个光谱的，例如在可视光谱中捕获图像数据或者在可视的和红外或紫外线光谱中捕获图像数据。在其他各种替换示例中，图像捕获器械292可以将图像数据无线地传送到成像系统204。
传感器部件294能够是包含一个或多个导电线圈的EM传感器部件，该导电线圈可以经受外部生成的电磁场。EM传感器部件294的每个线圈然后产生具有取决于线圈相对于外部生成的电磁场的方位和取向的特性的感应电信号。在一个实施例中，EM传感器系统可以被配置并且被定位以便测量基准点的五个自由度。这些测量结果被跟踪系统206采集。可替换地，EM传感器系统可以感测更少或更多的自由度。EM传感器系统的进一步描述被提供在前面通过引用并入的美国专利第6380732号。五个自由度的EM传感器部件294可以小于六个自由度的EM传感器268，进而许可探测器258具有足够小的直径以便延伸通过导管252的通道256。
在确定导管252的可操控部分262、图像捕获器械292、探测器258的远侧尖端和/或导管252的其他部件或部分的方位、取向、速度、姿态和/或形状的过程中，跟踪系统206能够使用从导管EM传感器部件268、形状传感器部件276以及可选地探测器传感器部件294接收的信息。跟踪系统206可以被实施为与一个或多个计算机处理器交互或者由一个或多个计算机处理器另外执行的硬件、固件、软件或其结合，计算机处理器可以包含控制系统116的处理器。
来自跟踪系统206的信息可以与来自可视化系统110和/或先前记录的患者图像的同步信息结合，以在显示系统111上给外科医生或其他操作者提供实时方位信息，以用于控制该系统250。控制系统116可以利用方位信息作为反馈以定位导管252。使用光纤传感器来配准和显示外科手术器械与外科手术图像的各系统被提供在2011年5月13日提交的公开了“Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an AnatomicalStructure for Image-Guided Surgery(为图像引导外科手术提供解剖结构模型的动态配准的医疗系统)”的美国专利申请第13/107562号中，该文件通过引用以其全部内容并入本文。
各种传感器之间或传感器和操控线之间的相对分开的任何几何变化性影响使用来自EM传感器和形状传感器的结合数据所计算的姿态和形状信息的准确度。姿态和形状信息的不准确可能导致随后被提供以移动操控线的控制信号的误差。这些不准确可能进一步导致将导管和探测器配准到患者的解剖图像的误差。导管252的近侧支撑结构264和远侧支撑结构265中的通道和探测器258的框架296紧密地控制传感器268、276、294和操控线272的相对几何布置。控制传感器和操控线的相对对准减少了当导管和探测器被操纵通过曲折的解剖腔时可能会另外发生的几何变化性。减少这种变化性可以提高依靠关于传感器和操控线的相对位置的设想的姿态和形状计算的准确度。
导管252和探测器258与患者解剖结构图像(包含预录图像、示意图像或同步图像)的准确配准是基于关于传感器268、276、294的方位和传感器的相对运动的设想。为了使设想变得准确，相对传感器姿态应被准确地确定。如上述的，带有专用通道的支撑结构264、265和带有框架的探测器258的构造用来提供关于相对传感器姿态、方位和/或取向的可靠信息。
在上述实施例中，为了提供可靠的信息，形状传感器部件276可以相对于导管252被保持在固定的横向方位。而且，形状传感器部件276可以相对于传感器部件268被维持在固定姿态，尽管纵向滑动可以被许可。此外，形状传感器部件276可以相对于导管252的远端和特别是远侧尖端被维持在固定姿态。而且，传感器部件294可以相对于探测器258的远侧尖端被维持在固定姿态并且与探测器的中心轴线大体共线地对准(当探测器258被插入到操作通道256时该探测器的中心轴线与轴线A2共线)。可替换地，传感器部件294可以以不同的已知配置(诸如平行于探测器的中心轴线)设置在探测器258内。在可替换实施例中，探测器或导管的传感器部件可以相对于导管、探测器或者导管或探测器的具体操作部件上的各位置被保持在固定方位、取向或姿态。而且，传感器部件可以被保持与导管或探测器的各种其他操作部件对准。
用于支撑结构的通道和探测器的框架的机械公差可以根据所需的准确度变化。在各种具体实施例中，合适的公差被描述在下文中。例如，在各种实施例中，形状传感器部件276可以在形状传感器部件最接近EM传感器部件268的点处被维持在固定的方位(例如，小于大约1mm变化)和固定的取向(例如，小于大约1度的旋转变化)。在各种实施例中，形状传感器部件276相对于在导管250的远端区域处的操控线272的相同方位/取向能够被支撑结构265维持。在各种实施例中，形状传感器部件276相对于EM传感器部件268可以被维持在固定的横向方位(例如，小于大约0.5mm变化)和俯仰/偏摆取向(例如，小于大约0.5度的旋转变化)。在各种实施例中，在EM传感器部件268和导管252的尖端之间的形状传感器部件276上感应的滚动量在铰接期间可以被维持在小于大约5度。例如，传感器部件276可以具有形状像钥匙结构的横截面，该钥匙结构匹配通道274/282中的钥匙孔形状以限制传感器276的滚动运动(例如，围绕Z坐标方向的旋转)。在各种实施例中，形状传感器部件276的远端可以被维持在距导管的远侧尖端大约2mm或不到2mm的固定方位(例如，大约小于0.5mm的变化)。在各种实施例中，EM传感器部件294相对于探测器258的远端可以被维持在固定方位(例如，小于大约1mm的变化)和固定取向(例如，小于大约10度的变化)。在各种实施例中，EM传感器部件294的纵向轴线可以与探测器的中心轴线共线地(例如，在大约小于0.5mm并且大约小于5度的变化内)固定。在各种实施例中，形状传感器部件276可以具有相对于操控线的变化小于大约1mm的横向方位。在各种实施例中，形状传感器部件276可以具有相对于EM传感器部件268的变化小于大约1mm的横向距离。在各种实施例中，形状传感器部件276可以具有相对于导管252的远侧尖端的变化小于大约1mm的横向方位。
在各种可替换实施例中，对准支撑结构可以与导管集成。例如，在可操控部分附近(例如，就在可操控部分的远侧或近侧)的导管区段可以被精确挤压或被精确加工，以在导管中形成严格的公差通道。可替换地，刚性支撑结构可以被插入导管内以便固定传感器部件。被插入的支撑结构可以通过粘合剂、摩擦配合或其他已知的附着方法被保持在适当的位置。
近侧支撑结构的可替换实施例被说明在图4和图5中。在该实施例中，近侧支撑结构300具有通道304延伸通过其中的体壁302。通道304包含圆周边界306并且大小被设计成通过探测器(例如，探测器258)并且围绕轴线A3中心地对准。通道308延伸通过体壁302并且从轴线A3径向偏移并且大体平行于轴线A3。通道308大小被设计成与传感器部件(诸如，传感器部件268)配合。支撑结构300进一步包含大小被设计成与传感器部件276配合的凹槽310。凹槽310可以将传感器部件276大体保留在圆周边界306附近，进而限制或制约传感器部件在通道304内的横向运动(X-Y坐标方向)。传感器部件276可以在凹槽310内滑动或转动。支撑结构300进一步包含大小被设计成接收操控线272的凹槽312。凹槽312可以将操控线272大体保留在圆周边界306附近，进而限制或制约传感器部件在通道304内的朝向轴线A3或者径向地围绕轴线A3的横向运动。操控线272可以在凹槽312内滑动或旋转。支撑结构300可以进一步包含端口314，通过该端口314，粘合剂材料(未示出)可以被放置以便将传感器部件268附着到支撑结构300以防止或限制传感器部件相对于支撑结构的运动。注意到虽然不同的凹槽(310、312)和通道(304)为了示例性目的被描绘并且描述为对准特征，但是在各种其他实施例中，这种对准特征能够包含(一个或多个)通道、(一个或多个)槽口、(一个或多个)凹槽、(一个或多个)脊、(一个或多个)凹处或在体壁267的内表面/外表面内或其上的任何其他(一个或多个)特征的任何结合。
现在参考图6，操作内窥镜系统的方法400包含在402处提供带有对准支撑结构的导管。该方法也包含在404处提供第一传感器部件，所述第一传感器部件延伸在支撑结构内并且相对于该支撑结构被横向地固定。可选地，在406处，诸如操控线的操控部件被提供以便延伸在支撑结构内。操控线相对于支撑结构被横向地固定。在408处，探测器被提供。第二传感器部件延伸在探测器内并且具有相对于探测器尖端的固定姿态。该方法400包含在410处从第一传感器部件中获取数据。在412处，从第二传感器部件中获取数据。在414处，采用来自第一和第二传感器部件的数据，确定三维空间中的探测器的远侧尖端的姿态。在一些实施例中，使用由支撑结构限定的第一和第二传感器(相对于彼此和/或相对于导管的中心轴线)的相对方位和/或取向，执行414中的确定。探测器的远侧尖端的姿态能够与患者解剖结构的图像配准，以给外科医生提供准确的导航信息以便于在患者解剖结构内移动导管和探测器。
图7图示说明了根据本公开实施例的探测器500的远端。探测器500可以被用作探测器258的替换示例以便用在系统250内。探测器500相似于探测器258，下面将描述不同点。在该实施例中，探测器500包含伸长的柔性主体502。柔性主体502包含图像捕获器械506延伸在其中的纵向通路504。传感器部件508也延伸通过通路504。传感器部件508被示意性图示并且可以以任何各种方式被定位在通路504内。
探测器500可选地包含通路内的支撑结构以支撑图像捕获器械和/或通路内在固定横向方位的传感器部件508。支撑结构可以被构造成以相对于彼此或主体502的不同的空间关系，包含共轴、非共轴、平行对准或成角度关系，保持传感器部件508和图像捕获器械506。可选地，其他的操作部件，诸如照明器件或离散流体管道(未示出)，可以延伸在通路504内。探测器的各种部件和实施例的进一步描述被描述在之前通过引用并入本文的美国临时申请第61/658305号中。
尽管该系统和方法在本文中已经关于腔内探测器描述，但是该系统和方法也适于体内清洁器械是有利的其他应用。例如，所描述的流体输送和清洁系统及方法可以适于与消融导管、激光纤维、其他的微创器械或其他类型的内窥镜器件一起使用。
本发明的实施例的一个或多个元件可以以软件实现，以在计算机系统(诸如控制系统116)的处理器上执行。当以软件实现时，本发明的实施例的元件本质上是执行必要任务的代码段。程序或代码段能够被存储在处理器可读存储介质或器件上，所述程序或代码段可以通过计算机数据信号的方式被下载，所述计算机数据信号通过传递介质或通信链路被编入载波。处理器可读存储器件可以包含能够存储信息的任何介质，包含光学介质、半导体介质以及磁介质。处理器可读存储器件示例包含电子电路；半导体器件、半导体存储器器件、只读存储器(ROM)、闪存、可擦除可编程只读存储器(EPROM)；软盘、CD-ROM、光盘、硬盘或其他存储器件。代码段可以通过计算机网络(诸如英特网、内联网等)被下载。
注意到该过程和所呈现的显示可以不固有地与任何特定计算机或其他装置相关。各种这些系统的要求的结构将表现为权利要求书中的元素。此外，本发明的实施例不参考任何特定编程语言描述。将意识到的是各种编程语言可以被用于实现本文所描述的发明的教导。
虽然本发明的某些示例性实施例已经被描述并且被示出在附图中，但是应理解到这种实施例仅是说明性的并且不限制宽泛的发明，并且本发明的这些实施例不局限于所示出和描述的具体构造和布置，因为本领域技术人员可以想到各种其他的修改。

Claims (16)

1.一种导管系统，其包括：
伸长的柔性导管，所述伸长的柔性导管限定具有第一纵向轴线的中心腔；
支撑结构，其被安装在所述伸长的柔性导管的近侧部分，从而使得所述支撑结构的近侧表面耦连到所述伸长的柔性导管的所述近侧部分的远侧表面，其中所述支撑结构比所述伸长的柔性导管更刚硬；
第一对准特征，其被配置为与第一传感器部件配合；和
第二对准特征，其被配置为与第二传感器部件配合，其中所述第一对准特征与所述第二对准特征从所述支撑结构的中心纵向轴线偏移并且平行于所述支撑结构的中心纵向轴线延伸，并且其中所述第一对准特征被配置为使所述第一传感器部件相对于所述第二对准特征以至少一个自由度固定在所述支撑结构处。
2.根据权利要求1所述的导管系统，其进一步包括：
所述第一传感器部件与所述第一对准特征配合；并且
所述第二传感器部件与所述第二对准特征配合，
其中所述第一传感器部件通过所述第一对准特征相对于所述第二传感器部件以至少一个自由度被固定在所述支撑结构处。
3.根据权利要求1所述的导管系统，其中所述支撑结构进一步包括限定了具有第二纵向轴线的工作腔的壁，并且其中所述第二纵向轴线平行于所述第一纵向轴线。
4.根据权利要求3所述的导管系统，其中所述工作腔与所述中心腔同轴地对准并且所述伸长的柔性导管在所述工作腔内延伸。
5.根据权利要求1所述的导管系统，其中所述第一传感器部件包含形状传感器，并且所述第二传感器部件包含电磁方位传感器。
6.根据权利要求1所述的导管系统，其中所述第二对准特征是形成在所述支撑结构的内部通道壁中的凹槽，所述凹槽的大小被设计成与所述第一传感器部件配合。
7.根据权利要求1所述的导管系统，其中所述第一对准特征是延伸通过所述支撑结构的壁的通道，所述支撑结构进一步包括端口，所述端口将所述支撑结构的外表面耦连到所述通道的内表面。
8.根据权利要求1所述的导管系统，其进一步包括额外的支撑结构，所述额外的支撑结构包括第三对准特征并且具有比所述支撑结构的外直径更小的外直径。
9.根据权利要求8所述的导管系统，其中所述支撑结构通过所述伸长的柔性导管的远侧部分耦连到所述额外的支撑结构，其中所述第一传感器部件延伸通过所述伸长的柔性导管的所述远侧部分，以与所述第三对准特征配合。
10.根据权利要求1所述的导管系统，其进一步包括伸长的柔性探测器，所述伸长的柔性探测器的大小被设计成延伸在所述伸长的柔性导管和所述支撑结构内。
11.一种导管系统，其包括：
伸长的柔性导管，所述伸长的柔性导管限定具有第一纵向轴线的中心腔；
第一支撑结构，其被安装在所述伸长的柔性导管的近侧部分，从而使得所述第一支撑结构的近侧表面耦连到所述伸长的柔性导管的所述近侧部分的远侧表面，其中所述第一支撑结构比所述伸长的柔性导管更刚硬；
第一对准特征，其被形成在所述第一支撑结构中并且被配置为与第一传感器部件配合；
第二对准特征，其被形成在所述第一支撑结构中并且被配置为与第二传感器部件配合，其中所述第一对准特征与所述第二对准特征从所述第一支撑结构的中心纵向轴线偏移并且平行于所述第一支撑结构的中心纵向轴线延伸；
第二支撑结构，其被安装在所述伸长的柔性导管的远侧部分；
第三对准特征，其被形成在所述第二支撑结构中并且被配置为与所述第一传感器部件配合；和
一组操控线，其延伸通过所述第一支撑结构并且进入所述第二支撑结构。
12.根据权利要求11所述的导管系统，其进一步包括：
所述第一传感器部件与所述第一对准特征配合；并且
所述第二传感器部件与所述第二对准特征配合，
其中所述第一传感器部件通过所述第一对准特征相对于所述第二传感器部件以至少一个自由度被固定在所述第一支撑结构处。
13.根据权利要求11所述的导管系统，其中所述操控线延伸通过形成在所述第一支撑结构中的第一组操控线通道。
14.根据权利要求11所述的导管系统，其中所述第一对准特征包括形成在所述第一支撑结构的内部通道壁中的凹槽，并且所述第二对准特征包括延伸在所述第一支撑结构的壁内的通路。
15.根据权利要求14所述的导管系统，其进一步包括形成在所述第一支撑结构中的至少一个端口，所述端口将所述第一支撑结构的外表面连接到所述通路的内表面。
16.根据权利要求1所述的导管系统，其中所述支撑结构包括所述第一对准特征和所述第二对准特征。
CN201710316517.5A 2012-08-14 2013-08-12 配置微创器械中的部件的系统和方法 Active CN107280671B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261682976P 2012-08-14 2012-08-14
US61/682,976 2012-08-14
CN201380037701.6A CN104470575B (zh) 2012-08-14 2013-08-12 配置微创器械中的部件的系统和方法

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380037701.6A Division CN104470575B (zh) 2012-08-14 2013-08-12 配置微创器械中的部件的系统和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107280671A CN107280671A (zh) 2017-10-24
CN107280671B true CN107280671B (zh) 2020-04-17

Family

ID=50100527

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380037701.6A Active CN104470575B (zh) 2012-08-14 2013-08-12 配置微创器械中的部件的系统和方法
CN201710316517.5A Active CN107280671B (zh) 2012-08-14 2013-08-12 配置微创器械中的部件的系统和方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380037701.6A Active CN104470575B (zh) 2012-08-14 2013-08-12 配置微创器械中的部件的系统和方法

Country Status (6)

Country Link
US (5) US9730611B2 (zh)
EP (1) EP2879752B1 (zh)
JP (1) JP6441797B2 (zh)
KR (1) KR102218413B1 (zh)
CN (2) CN104470575B (zh)
WO (1) WO2014028400A1 (zh)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7728868B2 (en) 2006-08-02 2010-06-01 Inneroptic Technology, Inc. System and method of providing real-time dynamic imagery of a medical procedure site using multiple modalities
US11464578B2 (en) 2009-02-17 2022-10-11 Inneroptic Technology, Inc. Systems, methods, apparatuses, and computer-readable media for image management in image-guided medical procedures
US8690776B2 (en) 2009-02-17 2014-04-08 Inneroptic Technology, Inc. Systems, methods, apparatuses, and computer-readable media for image guided surgery
US8641621B2 (en) 2009-02-17 2014-02-04 Inneroptic Technology, Inc. Systems, methods, apparatuses, and computer-readable media for image management in image-guided medical procedures
CN111481291B (zh) 2012-06-01 2023-10-20 直观外科手术操作公司 硬件受限的远程中心机器人操纵器的冗余轴线和自由度
CN104470575B (zh) 2012-08-14 2017-06-06 直观外科手术操作公司 配置微创器械中的部件的系统和方法
US20140257095A1 (en) * 2013-03-11 2014-09-11 Volcano Corporation Shape sensing interventional catheters and methods of use
US10314559B2 (en) 2013-03-14 2019-06-11 Inneroptic Technology, Inc. Medical device guidance
US20140275810A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Inneroptic Technology, Inc. Sensor mount
WO2014146120A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Intuitive Surgical Operations, Inc. Systems and methods for using the null space to emphasize anipulator joint motion anisotropically
US9901406B2 (en) 2014-10-02 2018-02-27 Inneroptic Technology, Inc. Affected region display associated with a medical device
US10188467B2 (en) 2014-12-12 2019-01-29 Inneroptic Technology, Inc. Surgical guidance intersection display
US11534579B2 (en) * 2015-01-02 2022-12-27 510 Kardiac Devices, Inc. Steerable introducer sheath assembly
WO2016164824A1 (en) * 2015-04-09 2016-10-13 Auris Surgical Robotics, Inc. Surgical system with configurable rail-mounted mechanical arms
US9949700B2 (en) 2015-07-22 2018-04-24 Inneroptic Technology, Inc. Medical device approaches
JP6960923B2 (ja) * 2015-12-28 2021-11-05 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. 光学形状感知用の細長介入デバイス
CN108472082B (zh) * 2015-12-29 2021-08-10 皇家飞利浦有限公司 用于医学导航的配准系统以及其操作方法
US9675319B1 (en) 2016-02-17 2017-06-13 Inneroptic Technology, Inc. Loupe display
US10478254B2 (en) 2016-05-16 2019-11-19 Covidien Lp System and method to access lung tissue
CN106217345B (zh) * 2016-08-31 2018-04-24 北京术锐技术有限公司 可实现姿态反馈的柔性连续体结构
US11219490B2 (en) 2016-09-30 2022-01-11 Intuitive Surgical Operations, Inc. Systems and methods for entry point localization
DE102016119579B4 (de) * 2016-10-13 2023-08-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Positionsbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen einer Position eines Instruments innerhalb einer röhrenförmigen Struktur
US10278778B2 (en) 2016-10-27 2019-05-07 Inneroptic Technology, Inc. Medical device navigation using a virtual 3D space
US11547489B2 (en) 2016-11-28 2023-01-10 Koninklijke Philips N.V. Shape sensing of multiple over-the-wire devices
JP7213830B2 (ja) * 2017-02-01 2023-01-27 インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド 画像誘導処置のためのレジストレーションシステム及び方法
US11259879B2 (en) 2017-08-01 2022-03-01 Inneroptic Technology, Inc. Selective transparency to assist medical device navigation
US11219489B2 (en) 2017-10-31 2022-01-11 Covidien Lp Devices and systems for providing sensors in parallel with medical tools
CN111885980B (zh) 2018-01-17 2023-03-28 奥瑞斯健康公司 具有可调式臂支撑件的外科平台
US11484365B2 (en) 2018-01-23 2022-11-01 Inneroptic Technology, Inc. Medical image guidance
US10872449B2 (en) 2018-05-02 2020-12-22 Covidien Lp System and method for constructing virtual radial ultrasound images from CT data and performing a surgical navigation procedure using virtual ultrasound images
US11906376B2 (en) 2018-05-22 2024-02-20 Nanyang Technological University Force sensor for tendon-actuated mechanisms
JP7091453B2 (ja) * 2018-06-11 2022-06-27 オリンパス株式会社 内視鏡用光接続モジュール、内視鏡、および、内視鏡システム
CA3157362A1 (en) 2019-10-15 2021-04-22 Imperative Care, Inc. Systems and methods for multivariate stroke detection
WO2021205370A1 (en) * 2020-04-09 2021-10-14 Baylis Medical Company Inc. Medical assemblies having sensor devices
US11701492B2 (en) 2020-06-04 2023-07-18 Covidien Lp Active distal tip drive
CN113384347B (zh) * 2021-06-16 2022-07-08 瑞龙诺赋(上海)医疗科技有限公司 一种机器人标定方法、装置、设备及存储介质
KR102636818B1 (ko) * 2021-12-30 2024-02-16 주식회사 에어스 직경 크기가 감소된 구조의 의료용 엔드 이펙터

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7048716B1 (en) * 1997-05-15 2006-05-23 Stanford University MR-compatible devices
CN101106952A (zh) * 2005-01-24 2008-01-16 直观外科手术公司 机器人手术的模块化机械手支架
CN101227870A (zh) * 2005-05-19 2008-07-23 直观外科手术公司 用于外科手术及其它应用的软件中心和高度可配置的机器人系统
CN101340850A (zh) * 2005-12-30 2009-01-07 直观外科手术公司 外科器械的力和扭矩检测
CN101500470A (zh) * 2006-06-13 2009-08-05 直观外科手术公司 微创手术系统
CN102448399A (zh) * 2009-03-31 2012-05-09 直观外科手术操作公司 用于力感测器械的光纤连接

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3441593A1 (de) 1984-11-14 1986-05-22 Ferd. Rüesch AG, St. Gallen Verfahren und vorrichtung zum herstellen von siebdruckgeweben fuer siebdruckzylinder
CA1330285C (en) * 1987-12-22 1994-06-21 Geoffrey S. Martin Triple lumen catheter
AU1616497A (en) * 1997-02-13 1998-09-08 Super Dimension Ltd. Six-degree tracking system
GB9713018D0 (en) 1997-06-20 1997-08-27 Secr Defence Optical fibre bend sensor
KR20020030483A (ko) 2000-10-18 2002-04-25 방정선 어학교육 및 시험을 위한 통신 네트워크 시스템
US20050027195A1 (en) * 2003-08-01 2005-02-03 Assaf Govari Calibration data compression
US7998112B2 (en) 2003-09-30 2011-08-16 Abbott Cardiovascular Systems Inc. Deflectable catheter assembly and method of making same
WO2005058137A2 (en) * 2003-12-12 2005-06-30 University Of Washington Catheterscope 3d guidance and interface system
US7772541B2 (en) 2004-07-16 2010-08-10 Luna Innnovations Incorporated Fiber optic position and/or shape sensing based on rayleigh scatter
US20060013523A1 (en) 2004-07-16 2006-01-19 Luna Innovations Incorporated Fiber optic position and shape sensing device and method relating thereto
US7930065B2 (en) 2005-12-30 2011-04-19 Intuitive Surgical Operations, Inc. Robotic surgery system including position sensors using fiber bragg gratings
US8016749B2 (en) * 2006-03-21 2011-09-13 Boston Scientific Scimed, Inc. Vision catheter having electromechanical navigation
US8155728B2 (en) 2007-08-22 2012-04-10 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Medical system, method, and storage medium concerning a natural orifice transluminal medical procedure
EP2628460B1 (en) * 2007-08-14 2021-08-11 Koninklijke Philips N.V. Robotic instrument systems utilizing optical fiber sensors
US7720322B2 (en) * 2008-06-30 2010-05-18 Intuitive Surgical, Inc. Fiber optic shape sensor
US9259274B2 (en) 2008-09-30 2016-02-16 Intuitive Surgical Operations, Inc. Passive preload and capstan drive for surgical instruments
US10080482B2 (en) 2009-06-30 2018-09-25 Intuitive Surgical Operations, Inc. Compliant surgical device
US9101733B2 (en) 2009-09-29 2015-08-11 Biosense Webster, Inc. Catheter with biased planar deflection
JP5952736B2 (ja) * 2009-10-23 2016-07-13 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 生物物理学的なパラメータの迅速な分散測定のための光検知可能な介入器具
US8488130B2 (en) 2009-11-13 2013-07-16 Intuitive Surgical Operations, Inc. Method and system to sense relative partial-pose information using a shape sensor
KR20110077498A (ko) 2009-12-30 2011-07-07 주식회사 하이닉스반도체 Ｓｏｉ 기판의 제조 방법
DE102010004669A1 (de) 2010-01-14 2011-07-21 WINCOR NIXDORF International GmbH, 33106 System zum Zuführen von Wertscheinen zu der Wertscheintransporteinheit mit Hilfe einer Dockingstation
KR101124198B1 (ko) 2010-04-26 2012-03-27 영신산업 주식회사 수직거치식 자전거 주차장치
US9055960B2 (en) 2010-11-15 2015-06-16 Intuitive Surgical Operations, Inc. Flexible surgical devices
CN104470575B (zh) 2012-08-14 2017-06-06 直观外科手术操作公司 配置微创器械中的部件的系统和方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7048716B1 (en) * 1997-05-15 2006-05-23 Stanford University MR-compatible devices
CN101106952A (zh) * 2005-01-24 2008-01-16 直观外科手术公司 机器人手术的模块化机械手支架
CN101227870A (zh) * 2005-05-19 2008-07-23 直观外科手术公司 用于外科手术及其它应用的软件中心和高度可配置的机器人系统
CN101340850A (zh) * 2005-12-30 2009-01-07 直观外科手术公司 外科器械的力和扭矩检测
CN101500470A (zh) * 2006-06-13 2009-08-05 直观外科手术公司 微创手术系统
CN102448399A (zh) * 2009-03-31 2012-05-09 直观外科手术操作公司 用于力感测器械的光纤连接

Also Published As

Publication number Publication date
EP2879752B1 (en) 2021-10-06
US10022067B2 (en) 2018-07-17
JP6441797B2 (ja) 2018-12-19
KR20150044850A (ko) 2015-04-27
WO2014028400A1 (en) 2014-02-20
EP2879752A4 (en) 2016-04-13
US11471066B2 (en) 2022-10-18
US9730611B2 (en) 2017-08-15
EP2879752A1 (en) 2015-06-10
US10568539B2 (en) 2020-02-25
CN104470575A (zh) 2015-03-25
US20200163581A1 (en) 2020-05-28
JP2015529104A (ja) 2015-10-05
CN104470575B (zh) 2017-06-06
US20180325417A1 (en) 2018-11-15
KR102218413B1 (ko) 2021-02-22
US20140051987A1 (en) 2014-02-20
US20170347912A1 (en) 2017-12-07
CN107280671A (zh) 2017-10-24
US20220400975A1 (en) 2022-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11471066B2 (en) Systems and methods for configuring components in a minimally invasive instrument
US11426141B2 (en) Systems and methods for interventional procedure planning
US11666243B2 (en) Systems and methods for reducing measurement error using optical fiber shape sensors
CN108024693B (zh) 在图像引导医疗程序中利用跟踪的系统和方法
US20180325419A1 (en) Systems and methods for navigation based on ordered sensor records
JP2020022865A (ja) 介入器具を追跡するための形状センサーシステム及びこのシステムの使用方法
KR20220065894A (ko) 수술중 세그먼트화를 위한 시스템 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant