CN111684650A - 与柔性天线相关的系统和方法 - Google Patents

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Intuitive Surgical Operations Inc
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Abstract

一种柔性器械包括天线，该天线具有远侧尖端部分、近侧基座以及在其间的天线主体。该天线主体包括图案化柱形结构，该图案化柱形结构具有耦合到近侧基座的近端和耦合到远侧尖端部分的远端。该柔性器械被配置为从天线生成辐射图案以烧蚀组织。

Description

与柔性天线相关的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年3月29日提交的美国临时申请62/649,974的权益，其通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及通过可操纵的细长设备以微创方式利用新型天线构造来改善组织烧蚀的系统和方法。
背景技术
微创医疗技术旨在减少医疗过程中受损的组织的数量，从而减少患者恢复时间、不适和有害的副作用。这种微创技术可以通过患者解剖体中的自然孔口或通过一个或多个手术切口来执行。通过这些自然孔口或切口，操作者可以插入微创医疗器械(包括外科手术器械、诊断器械、治疗器械或活检器械)以达到目标组织位置。其中一种微创技术是使用一种柔性和/或可转向的细长设备，例如柔性导管，其可被插入解剖通道并被导航至患者解剖结构内的感兴趣区域。
目前，组织烧蚀设备在保持灵活性以导航曲折的解剖结构的同时对小形状因子具有很少的选项。提供支持用于组织烧蚀的天线的灵活导航的材料和设计将是有利的，这些材料和设计保持天线形状，提高可制造性，和/或促进组织烧蚀参数的控制，并且适于在微创医疗技术中使用。
发明内容
本发明的实施例由随附于说明书的权利要求最佳地概括。
与一些实施例一致，本发明的系统和方法包括烧蚀组件，该烧蚀组件包括图案化柱形结构，该图案化柱形结构包括近端和远端，该近端耦接到导电电缆。该图案化柱形结构还包括具有柔性塑性变形极限的第一材料，使得图案化柱形结构弯曲通过弯道时的应变保持在柔性塑性变形极限以下。此外，该图案化柱形结构包括镀覆在第一材料上的第二材料，该第二材料比第一材料更具导电性并且电耦合到导电电缆以产生用于烧蚀组织的辐射图案。
与一些实施例一致，一种柔性器械包括天线，该天线具有远侧尖端部分、近侧基座以及在其间的天线主体。该天线主体包括图案化柱形结构，该图案化柱形结构具有耦合到近侧基座的近端和耦合到远侧尖端部分的远端。该柔性器械被配置成从天线产生辐射图案以烧蚀组织。
与一些实施例一致，一种方法包括识别目标组织的期望烧蚀区。该期望烧蚀区具有至少一个烧蚀区参数。该方法还包括确定用于产生烧蚀能量以便为目标组织创建期望烧蚀区尺寸的柔性器械的物理参数。该柔性器械包括天线，该天线具有远侧尖端部分、近侧基座以及在其间的天线主体。该天线主体包括图案化柱形结构，该图案化柱形结构具有耦合到近侧基座的近端和耦合到远侧尖端部分的远端。该方法还包括确定柔性器械的至少一个烧蚀参数，以产生用于为目标组织创建期望烧蚀区的烧蚀能量。
与一些实施例一致，一种方法包括识别目标组织的期望烧蚀区，并调整柔性器械的物理参数，以产生用于为目标组织创建期望烧蚀区的烧蚀能量。该柔性器械包括天线，该天线具有远侧尖端部分、近侧基座以及在其间的天线主体。该天线主体包括图案化柱形结构，该图案化柱形结构具有耦合到近侧基座的近端和耦合到远侧尖端部分的远端。该方法还包括递送烧蚀能量以便为目标组织创建期望烧蚀区尺寸。
应当理解，上述一般性描述和以下详细描述本质上都是示例性和解释性的，并且旨在提供对本发明的理解而不限制本发明的范围。就此而言，根据下面的详细描述，本发明的附加方面、特征和优点对于本领域技术人员来说是显而易见的。
附图说明
图1是根据一些实施例的柔性天线系统的简化图。
图2是根据一些实施例的柔性天线系统的简化分解图。
图3A是根据一些实施例的柔性天线的简化图。
图3B是根据一些实施例的柔性天线系统的简化图。
图3C是根据一些实施例的柔性天线系统的简化图。
图3D是根据一些实施例的柔性天线系统的简化图。
图3E是根据一些实施例的柔性天线系统的简化图。
图4A和图4B是根据一些实施例的柔性天线尖端的简化图的侧视图。
图4C是根据一些实施例的柔性天线尖端的简化图的侧视图。
图4D是根据一些实施例的柔性天线尖端的简化图的侧视图。
图4E是根据一些实施例的柔性天线尖端的简化图的侧视图。
图5A是根据一些实施例的柔性天线系统的简化图。
图5B是根据一些实施例的柔性天线系统的简化图。
图5C是根据一些实施例的柔性天线系统的简化图。
图5D是根据一些实施例的柔性天线系统的简化图。
图6是根据一些实施例在弯曲部周围应用的柔性天线系统的简化图。
图7是根据一些实施例的用于柔性天线系统的不同烧蚀图案的简化图。
图8A是根据一些实施例的柔性可调天线系统的简化图。
图8B是根据一些实施例的柔性可调天线系统的简化图。
图9A是根据一些实施例的柔性可调天线系统的简化图。
图9B是根据一些实施例的处于第一构造的柔性可调天线系统的简化图。
图9C是根据一些实施例的处于第二构造的柔性可调天线系统的简化图。
图10A和图10B是根据一些实施例配置柔性天线系统的方法图。
图10C是根据一些实施例制造柔性天线系统的方法图。
图11是根据一些实施例的远程操作医疗系统的简化图。
图12A是根据一些实施例的医疗器械系统的简化图。
图12B是根据一些实施例的具有扩展医疗工具的医疗器械的简化图。
图13A和图13B是根据一些实施例的包括安装在插入组件上的医疗器械的患者坐标空间的侧视图的简化图。
图14是根据一些实施例的用于调整烧蚀尺寸和位置的参数的方法。
图15是根据一些实施例的用于天线部件选择的方法。
通过参考下面的详细描述可以最佳地理解本发明的实施例及其优点。应当理解的是，类似的附图标记用于识别在一个或多个附图中示出的类似元件，其中所示的目的是为了说明本发明的实施例，而不是为了限制本发明的实施例。
具体实施方式
为了促进对本发明的原理的理解，现在将参考附图中所示的实施例并且将使用特定的语言来描述该实施例。然而，应当理解的是，这并不打算限制公开的范围。在下面对本发明的各个方面的详细描述中，为了提供对所公开的实施例的透彻理解，阐述了许多具体细节。然而，如本领域技术人员所理解的，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其它实例中，公知的方法、过程、部件和电路没有被详细描述，以便不必要地模糊本发明实施例的方面。
对所描述的设备、器械、方法的任何改变和进一步的修改以及对本发明的原理的任何进一步应用都是本发明所涉及的领域的技术人员通常会想到的。特别地，完全可预期的是，关于一个实施例描述的特征、部件和/或步骤可以与关于本发明的其他实施例描述的特征、部件和/或步骤进行组合。此外，本文提供的尺寸用于具体示例，并且可以预期的是，可以利用不同的尺寸、大小和/或比率来实现本发明的概念。为了避免不必要的描述性重复，可根据其他说明性实施例的适用来使用或省略根据一个说明性实施例描述的一个或多个部件或动作。为了简洁起见，将不单独描述这些组合的多次迭代。为了简单起见，在某些情况下，在整个图纸中使用相同的附图标记来表示相同或相似的零件。
微创技术可以包括使用组织烧蚀设备。可以通过频率范围从极低频到微波甚至更高的电能来完成组织烧蚀。然而，对于依靠天线将这些频率发射到周围组织中的应用(即通过电介质加热完成烧蚀)来说可能会出现困难。例如，微波天线可以由包含相对非柔性的导电材料(例如铜)的同轴电缆形成，特别是在用于腔内应用的小尺寸中。导电材料的刚性可能会限制天线在需要穿过一个或多个管腔弯曲部以到达感兴趣区域的解剖区域中的效用。虽然天线可能在管腔中的曲线处弯曲，但材料的刚性可能会阻止天线在定位于目标组织开始烧蚀时从弯曲状态恢复。换句话说，在对目标组织进行烧蚀之前，天线可能无法重新伸直到其弯曲前的形状。另外，大多数天线都是单极子或偶极子，其中天线的长度由频率决定。可能很难控制用于组织烧蚀的烧蚀区的尺寸和这些天线的最小插入深度，因为天线的长度以及因此插入的长度(和烧蚀尺寸)由在制造时为天线选择的操作频率决定。
此外，金属丝的长度和构造会影响轴向刚度和刺穿难度。参考图1，其示出根据一些实施例的柔性天线系统100的简化图。柔性天线系统100可以适用于例如手术程序、诊断程序、治疗程序或活检程序中。虽然本文中提供了关于这些程序的一些实施例，但是对医疗或手术器械以及医疗或手术方法的任何引用都是非限制性的。本文描述的系统、器械和方法可以用于动物、人类尸体、动物尸体、人类或动物解剖结构的一些部分、非手术诊断以及工业系统和一般机器人或远程操作系统。
如图1所示，柔性天线系统100包括位于天线系统100的远端处的天线组件103和在天线系统100的近端与天线组件103之间延伸的电缆102(有时被称为导电电缆组件)。在一些实施例中，天线组件103与电缆102分开形成并且耦合到电缆102的一部分。电缆102可以采用能够传导电流/电信号的各种配置。天线组件103包括耦合到天线主体108的远端的天线尖端部分104。天线组件103的天线基座106耦合到电缆102或与电缆102整体形成。天线主体108可以由各种大致柱形或管状图案中的一种或多种形成，其包括条环图案、切口图案、开槽图案和螺旋(helical)图案，这将在下面详细描述。护套110包围电缆102，并且在一些实施例中包围天线组件103的一部分。该护套可以由例如塑料材料、弹性体或其他柔性材料形成。
图2示出沿着纵向轴线A分解的柔性天线系统100。在一些实施例中，电缆102可以是同轴电缆，其包括由介电绝缘体层122包围的内导体120。外导体124包围介电绝缘体层122。保护性塑料护套126包围外导体124。内导体120、介电绝缘体122、外导体124和护套126都可以与轴线A同轴。也可以使用具有内导体、电介质和外导体的不同构造、形状等的其他同轴电缆构造。
图3A-图3E示出用于将电缆102耦合到天线组件103的各种实施例。图3A示出根据一些实施例的天线组件300。天线组件300可以基本上类似于天线组件103，但存在如所描述的差异。天线组件300包括耦合到天线尖端部分304或与天线尖端部分304整体形成的天线主体302。天线主体302包括天线基座306和天线主体远端312。天线组件300耦合到电缆320，该电缆320可以基本上类似于电缆102。电缆320包括护套322和外导体324。在图3A的实施例中，天线组件300经由外导体324耦合到电缆320并与电缆320电连接。天线主体302与外导体324之间的耦合可以通过压接、焊接、钎焊或产生电连接的其他连接手段来实现。可替代地，外导体324可以形成为装配在天线基座306内，其中天线基座306被放置在外导体324的远端周围。在另一实施例中，天线主体可以直接从同轴电缆上切割。在这样的实施例中，电缆的内导体可以保持不连接到天线主体302，或者可以在天线尖端部分304处连接。
图3B示出根据一些实施例的天线组件330。天线组件330可以基本上类似于天线组件103、300，但存在如所描述的差异。如前所述，天线组件330包括天线主体302、天线尖端部分304、天线基座306和天线主体远端312。天线组件330耦合到电缆340，该电缆340可以基本上类似于电缆102、320。电缆340包括护套322、外导体324和内导体326。在图3B的实施例中，天线组件330的远侧段经由内导体326耦合到电缆340并与电缆340电连接。天线主体302与内导体326之间的耦合可以通过压接、焊接、钎焊或产生电连接的其他连接手段来实现。内导体326延伸穿过天线主体302的中心管腔327，并连接到天线组件330的远端(例如在天线尖端部304处)。在该构造中，内导体326可以向天线组件350提供轴向强度。
图3C示出根据一些实施例的天线组件350和电缆360。天线组件350基本上类似于天线组件330，并且电缆360基本上类似于电缆340。电缆360包括护套322、外导体324和内导体326。在该实施例中，内导体326可以部分地延伸穿过天线主体302的中心管腔327，并且可以附接到天线主体302的内表面。天线主体302与内导体326之间的耦合可以通过压接、焊接、钎焊或产生电连接的其他连接手段来实现。在该实施例中，内导体326在天线基座306附近连接到天线主体302。如该实施例所示，内导体326可以弯曲约90度以与天线组件350连接。可替代地，内导体可以是不弯曲的。在这种构造中，如果内导体326朝向天线主体的远端连接，则它可以向天线组件350提供轴向强度。在其它实施例中，内导体326可以连接到沿着天线主体302的长度的任何位置。如关于图3A所述，外导体324可以保持不连接到天线组件350，或者可以耦合到天线组件350。在外导体没有电连接到天线主体的情况下，可能需要绝缘体来提供机械耦合而不是电耦合。
图3D示出根据一些实施例的天线组件370。天线组件370可以基本上类似于天线组件350，但存在如所描述的差异。在该实施例中，耦合支柱(strut)336从天线基座306向近侧延伸。天线组件330耦合到电缆360，该电缆360可以基本上类似于电缆340。电缆340包括护套322、外导体324、介电绝缘体层325和内导体326。在该实施例中，耦合支柱336通过焊接接头334(或者也可以是焊料、粘合剂，或者焊料、粘合剂和/或焊接(例如激光焊接)的组合)电连接到内导体326。焊接接头334被图示为对接接头，但是其他类型的接头也可能适用。
图3E示出根据一些实施例的天线组件370。在该实施例中，耦合支柱336通过套管342耦合到内导体326。套管342可以导电(即由导电材料形成)，使得内导体326与耦合支柱336隔开。在一些实施例中，内导体326与天线基座306彼此物理接触并封装在套管342内。如果内导体326与耦合支柱336保持彼此物理接触，则套管342可以是不导电的。尽管上面的图3D-图3E示出连接到内导体326的天线基座306，但是可替代地，可以应用相同的耦合机制(例如，焊接接头或套管)将天线基座306连接到外导体324。
图4A-图4E示出可以用作天线尖端部分104、304的天线尖端部分的各种实施例。在一些实施例中，天线尖端部分由与天线主体108、302相同的材料形成。在其它实施例中，天线尖端部分可以单独形成并附接到天线主体108、302。图4A示出根据一些实施例的天线尖端部分502的侧视图。天线尖端部分502包括基座部分504和多个凸舌(tab)或尖端段506。天线尖端部分502包括六个尖端段506，但是替代实施例可以包括更多或更少的尖端段。在各种实施例中，天线尖端部分可以与天线主体为一整体。例如，可以通过切除天线主体的一些区域以形成尖端段而由天线主体的远端段形成天线尖端部分。图4B示出天线尖端部分502的侧视图，其中一起绘制出了尖端段506。尖端段506可以卷曲或折叠，以便每个尖端段506的远侧部分基本上与其他尖端段506的远侧部分接触以形成锥形。在一些实施例中，尖端段506可以进一步保持为锥形，例如通过粘合剂、焊接(例如，激光焊接)、焊料或其他机构来保持锥形形状和构造。得到的天线尖端部分502可以用于例如刺穿或分离组织。天线尖端部分502可以与先前描述的任何天线主体一起使用。在各种替代方案中，天线尖端部分可以是钝的而不是尖的，例如具有圆润的或方形的尖端，以便在用针发送时穿过组织。尖端部分也可以完全由相同的材料制成或由两种材料制成。在一个示例中，非常远侧的尖端是由不锈钢或其他类型的材料形成的，这些材料可以被锐化以便于穿透组织。尖端的远端可以由塑料制成，以将其与天线主体隔离。不同的材料可以被胶合、模压、焊接、螺纹接合和拧紧等，或通过任何其他方式结合。
在天线基座106、306或支柱336处也可以使用或替代地应用凸舌段进行压接。在这些实施例中，凸舌段可以被压接，直到凸舌段与电缆的一部分接触，例如内导体或外导体。例如，在图3A的实施例中，天线近端306处的凸舌段可以被压接在外导体324上，以在至少一些压接的凸舌段与导体324之间形成电连接。该耦合件可以进一步通过例如焊点、焊料、粘合剂或其他类型的固定技术固定就位。
图4C示出根据一些实施例的天线尖端部分512的侧截面图。天线尖端部分512包括锥形段510和插入段514。插入段514可以设置在天线主体(例如，天线主体108、302)的远端517内。插入段514与接收远端517的内表面518接合。根据一些实施例，插入段514被固定以在焊接点516(例如，围绕插入段514的周界的一个或多个焊接点)处选择接收远端517的内表面的一些部分。可替代地，焊接点516可以是使用某种其他材料/固定方法的焊料点或粘合点。在一些实施例中，天线主体可以被夹在插入物和围绕天线主体的外径同心延伸的尖端的一部分之间。加热后，这两段将熔化在一起以形成良好的结合。为了允许材料流过，可能需要在天线主体中形成孔。
图4D示出根据一些实施例的天线尖端部分520的侧截面图。天线尖端部分520包括锥形段510和耦合段522。耦合段522包括围绕天线尖端部分520的内周界的内螺纹524，该内螺纹524固定到天线主体(例如，天线主体108、302)的螺纹远端527。天线主体的远端527包括围绕远端的周界的外螺纹525。通过将内螺纹524拧到外螺纹525上，可以将天线尖端部分520固定到天线主体上。螺纹连接可以在天线尖端部分与天线主体之间提供固定锁。此外，可以通过焊接、钎焊或用粘合剂粘合等方式进一步固定该耦合件。可以对该结构进行额外加热，以进一步熔化塑料并增强粘结力。
图4E示出具有可插入天线主体的接收远端538的锥形段531的天线尖端部分530。锥形段531包括附接到插入件534的凸舌532。插入件534包括从锥形段531的近端向天线主体的接收远端538延伸的两个不同的条(bar)。可替代地，插入件534可以是从锥形段531(例如，圆形“销钉”)延伸的单个块，其在插入件534的周界周围的各个点(例如，等距点等)处具有一个或多个凸舌532。
天线主体的接收远端538包括一个或多个接收槽536，这些接收槽具有与凸舌532的形状相对应的形状。例如，如果每个凸舌532是圆形的，则相应的接收槽536也是圆形的，其半径刚好大于凸舌532的半径，以允许凸舌532进入接收槽536并保持在那里。尽管被描述为圆形，但是接收槽536(和相应的凸舌532)可以采用各种形状，只要形状彼此对应即可(例如，圆形凸舌至圆形槽、方形凸舌至方形孔等)。
在使用中，插入件534被插入到接收远端538中，直到凸舌532与相应的接收槽536可释放地接合。这通过具有刚好小于相应的接收远端538的半径的尺寸(例如，半径)的插入件534而变得容易，使得一旦凸舌532到达相应的接收槽536，则它们的高度就可以使它们“卡扣”就位。在与相应的接收槽536可释放地接合后，它们可以通过粘合剂或其他一些机制(如加热和熔化塑料)进一步固定就位，或者仅通过凸舌532与相应的接收槽536的壁之间的摩擦力来保持固定。
图5A-图5C示出可以用作天线主体108、302的柱形图案化天线主体的各种实施例。天线主体是产生如图7所示的辐射图案的辐射结构。在天线主体周围没有屏蔽或对辐射图案没有其它障碍物的情况下，横贯于天线的纵向轴线的辐射图案可以比远离天线尖端的辐射图案延伸得更远。天线主体可以由钢或其他合适的导电材料形成，或者可以涂覆有导电材料。图5A示出根据一些实施例的双条环形天线主体400。天线主体400为大致柱形并且沿轴线A1轴向对准。中心管腔403纵向延伸穿过天线主体400。天线主体400可以通过从管上切割一些部分以形成纵向条402和径向环401来制造。在该实施例中，环401围绕轴线A1并沿着轴线A1布置。每个环401通过在轴线A1的相对两侧上平行布置的一对条402与另一个环401间隔开。水平L1处的成对条402可以相对于相邻水平L2处的成对条402旋转大约90度。成对条形天线主体的各种构造可以是合适的。例如，成对条的长度D1与环的高度D2相比可以更长、更短或相同。天线主体可以进一步包括额外的切口、圆角或相邻水平处的结构之间的变化，以实现期望的灵活性、天线性能或易于制造。
图5B示出根据一些实施例的单条环形天线主体405。天线主体405是大致柱形的并且沿着轴线A2轴向对齐。中心管腔413纵向延伸穿过天线主体405。天线主体405可以通过在管中切割出槽以形成纵向条415和径向环416来制造。在该实施例中，环416围绕轴线A2并沿着轴线A2布置。每个环416通过单个条415与另一个环401间隔开。水平L1处的条415可以相对于相邻水平L2处的条415旋转约180度。每个环416限定环边缘408，并且每个条415限定条边缘410。可以选择相交边缘408、410的角度以减小弯曲条件下的应力。例如，如图5B所示，每个角度可以是大约90度。在其他实施例中，该角度可以更大或更小，或者在不同的水平处该角度可以不同。在一些实施例中，边缘408、410是圆形而不是方形，以便进一步减小弯曲条件下的应力，因此增加了图案化柱形结构的材料的弹性。管道的区段也可以通过某些方式变薄或成形，以允许材料空间移动并增强柔韧性。
图5C示出根据一些实施例的螺旋天线主体420。天线主体420是大致柱形的并且沿着轴线A3轴向对齐。中心管腔423纵向延伸穿过天线主体420。天线主体420可以具有端表面422、428，这些端表面通过在管中切割出螺旋槽(helical slot)425以形成螺旋盘绕带状结构426来制造。在一些实施例中，螺旋带状结构426是通过激光切割管来形成的。可替代地，可以通过注塑成型而不是激光切割来形成螺旋带状结构。
图5D示出根据一些实施例的开槽天线主体430。天线主体430是大致柱形的并且沿着轴线A4轴向对准。天线主体430可以包括围绕主体延伸小于360度的盘旋槽(spiralslot)432。在可替代实施例中，天线主体可以由具有对称或非对称切口(包括非对称的槽图案)的管形成。
由于弯曲和轴向刚度之间的折衷，环条结构可能比其他结构更具优势。这些条具有良好的轴向刚度，而切口具有弯曲柔韧性。在螺旋体(helix)的情况下，由于没有太多的轴向支撑，这种天线可能无法轻易地刺穿组织。单条结构或任何其他开槽结构都将具有介于环条结构和螺旋体之间的性能。然而，螺旋体比环条(ring bar)和单环条构造显示出更好的辐射分布。某些机械性能的需求可能需要与辐射图案结果进行权衡。
图1的整体天线组件103可以在材料和结构上被设计为允许比传统天线中使用的刚性导电材料具有更大的柔韧性，该刚性导电材料具有用于进入目标组织的不同位置的小形状因子。例如，天线组件103可能需要弯曲通过10mm到15mm的弯曲部并且低至5mm，并且能够恢复以便笔直地插入目标组织。换言之，特定图案化柱体中的某些材料(如铜)达到了柔软塑性变形极限，并且当材料穿过组织紧密弯曲地放置时，材料发生塑性变形，使得天线组件弯曲而无法恢复。这使得天线组件很难对准目标组织。
因此，可选择用于天线组件103的结构的材料以及本文所述的任何天线组件或天线主体，以提高天线组件的塑性变形极限以及在通过特别紧密的弯曲部之后恢复其形状和重新变直的能力。这可以通过天线组件103的材料选择来实现。在一些实施例中，天线主体可以由镀覆有导电的第二材料的高弹性的第一材料构成。第一材料可以比第二材料更有弹性。第二材料可以被镀覆到天线主体的外表面上的第一材料上，即背向天线组件的纵向轴线的表面上。
第一材料可以选自相对于较低弹性材料(例如铜)具有高弹性特性的材料。例如，第一材料可以是铍铜合金(BeCu)、镍钛合金(NiTi)或其他类似的塑性材料(例如钢)。值得注意的是，第一材料不需要是导电性的以便发射任何波长的辐射。这是通过将第二材料镀覆到第一材料上实现的。第二材料可以是导电材料，以使天线组件能够作为用于烧蚀组织的辐射天线来操作。例如，第二材料可以是在选择为第一材料的材料上镀银或镀金。第二材料的镀层的相对厚度可以取决于柔性天线系统100的一个或多个工作频率。在一些示例中，该频率可以是兆赫兹到千兆赫兹的数量级，例如大约900MHz到大约8GHz。例如，可以选择在大约2.45GHz下操作。在这样的频率下，第二材料的表皮深度可能足够小，例如微米的数量级，因此镀层不必非常厚。因此，从第一材料的特性来看，天线组件103的柔韧性保持不变。
由于材料选择和适当结构图案的选择，天线组件103和本文所述的任何天线组件或天线主体保持柔性塑性变形极限，该极限超过在通过管腔中的紧密弯曲部工作时施加在天线组件的材料上的应变。因此，与由于此类材料的较低塑性变形极限而将保持变形的现有铜或其他材料相比，天线组件尤其是天线主体108能够在退出这种管腔弯曲部之后恢复其原始外形/形状。如上所述，天线尖端(例如，天线尖端部分104)可以由与天线主体108相同或不同的材料形成。
根据本文所述的不同方法在管状天线主体中形成的图案化结构也可以有助于天线主体的柔韧性。例如，在图6A的图示中示出了天线主体的弹性和柔韧性，其提供了在连续的未弯曲、弯曲和恢复状态下的柔性天线系统600(例如，类似于系统100)的简化图。
如图所示，天线组件600包括耦合到天线尖端部分604的天线主体602和耦合到具有护套612的外导体610的天线基座606。在图6中，天线组件600以沿纵向轴线A4的笔直构造(例如，其默认构造)在非弯曲状态下开始。天线组件600可以经由柔性和/或可转向的细长设备(例如柔性导管)插入患者体内的解剖通道中，并朝向患者解剖结构内的感兴趣区域导航。
在图6所示的示例中，当天线组件600朝向感兴趣区域导航时，它可能受到使其处于弯曲状态的力的作用。如图所示，天线组件600围绕半径为R 616的曲线弯曲。曲线的半径R 616可以在5mm到20mm的数量级上，或小到5mm，并且天线组件600能够围绕该半径R 616弯曲，因为它是由于其相对高的弹性特性而被选择的第一材料形成的。天线主体的图案化结构也可以有助于天线组件的弹性。
在天线组件尤其是天线主体602通过半径R 616的弯曲部后，天线组件伸直、恢复并重新拉直，使其大致恢复为天线主体的原始形状。这种恢复状态允许天线组件以可预测的轨迹接近目标组织。在一些实施例中，原始主体形状基本上是笔直的形状。在其他实施例中，原始主体形状是弯曲的形状，以允许弯曲的插入轨迹。由于将材料选择为第一材料，这同样也是可能的，并且由于导电的第二材料镀覆柔性的第一材料，天线组件能够通过天线主体602发射的能量烧蚀组织。一旦进入组织中，则以CW或脉冲模式以特定频率施加功率以执行烧蚀。
除了本发明的柔韧方面外，本发明的实施例还提供通过控制天线主体的一个或多个参数来控制组织烧蚀参数。不同的参数会影响天线的谐振频率，包括天线主体的长度、图案内的重复次数、图案中的切口角度、材料、管子直径和壁厚等。这些参数可以用于影响柔性天线系统在操作中产生的烧蚀区尺寸。例如，天线主体的长度可以被称为有效长度，并且可以包括或者由天线主体(例如，天线主体108或本文所述的任何备选方案)的图案化柱形结构的图案化区段的长度来定义。天线主体的图案化区段是用于组织烧蚀的大部分能量耗散的地方，尽管一些能量也将从天线结构的相应端部耗散。因此，改变有效长度可以改变天线组件的谐振频率，改变烧蚀能量的递送，从而改变治疗过程中的烧蚀区尺寸。作为另一示例，图案化柱形结构的图案的重复次数描述天线主体的各部分之间的间隔。这通常可以被称为天线主体元件之间的节距/螺距(pitch)，即天线主体的材料之间的切口空间(导致在整个有效长度内的天线主体元件的总数)。此外，壁厚是指从横截面端视图观察到的图案化柱形结构的第一材料和第二材料的厚度。
例如，参考如图5A所示的双条环实施例，随着条402的长度增加(例如，长度D1增加)，中心频率降低。此外，随着环401变长(即长度D2增加)，中心频率再次降低。条402的跨度是条的周长。例如，如果在垂直于轴线A1的横截面上观看该条，则跨度为90度的条将跨越围绕轴线A1的距离的四分之一。随着每个条的跨度增加，中心频率降低。最后，减小天线主体的壁厚会减小中心频率。反之则会增大每个参数的中心频率。更一般地，改变天线组件的不同参数可能会产生不同的影响，这取决于特定的天线结构，即双条环、单条环、螺旋体等。
因此，根据本发明的实施例，节距、有效电流路径长度、壁厚和切割图案是天线主体的不同相互关联的尺度，其提供额外的自由度来控制包括谐振频率、天线组件上的最大允许应变以及烧蚀尺寸在内的一个或多个参数。例如，在图5C的螺旋天线主体的情况下，有效电流路径长度440直接由选择的中心频率确定；通常将其选为四分之一波长。结构长度SL将限定烧蚀区的尺寸。就其影响有效电流路径长度440而言，节距P和切割图案也影响中心频率，并且应被选择为产生必要的电流路径长度和适当的结构长度。例如，在图5C的螺旋天线中，节距P、匝数和线匝(turn)的半径R可用于在弯曲时调整天线上的最大应变，并且还可以被设置为使得烧蚀区具有期望的尺寸。
例如，天线上的最大应变可以通过增大图案化柱形结构的直径来调整。由于递送设备工作通道(例如插入解剖通道并导航到患者解剖结构中的感兴趣区域的递送设备(如柔性和/或可转向的细长设备，如柔性导管))的尺寸限制，通常存在对直径可以增大的程度的实际限制。可替代地，可以通过减小天线主体的线匝之间的节距来减小最大应变。这也会影响烧蚀区尺寸，可以通过例如以λ/2的增量增大有效电流路径长度且同时调整节距来减轻这种影响。
图7说明了可能影响烧蚀区尺寸的模式及其参数的一些示例性效果。在图7中，柔性天线系统700包括电缆702、天线主体710(例如，基本上类似于天线主体108或本文所述的任何其他天线主体)。天线主体710的天线基座706耦合到电缆702的远端704。图中还示出天线尖端部分712，并标识了变化的节距714(通常指天线主体710的元件之间的间隔)。
为了讨论的目的，举例说明了几种不同的辐射图案716、718和720。观察与天线组件相关的各种不同参数，与其他参数相比，天线主体710的电流路径长度对天线的辐射图案的谐振频率和带宽具有相对大的影响。在螺旋构造的情况下，电流路径长度是展开盘旋的长度并且对谐振频率的影响最大。
与有效电流路径长度相比，结构长度即天线主体710的图案化部分的总长度(即在螺旋体的情况下为螺旋线长度)对谐振频率的影响相对较小。通过调整重复元件(即盘旋(spiral))的节距，可以在相同的谐振频率下实现不同的天线有效电流路径长度。
通常，天线主体710的长度越长，目标组织中的烧蚀损伤长度(例如，在与天线组件从近端到远端延伸所沿着的轴线平行的长度)越长，而烧蚀损伤宽度(在与平行于天线组件的延伸方向正交的平面中)大体上保持不变。因此，通过增大节距714，烧蚀区尺寸的长度改变。例如，在给定的起始节距714下，将得到辐射图案718(因此得到对应于辐射图案718的烧蚀区尺寸)。通过增大节距714(使其更大)，辐射图案改变为辐射图案720，该图案在平行轴线上更长并在横向轴线上通常为相同的宽度。相反，通过减小节距714(使其更小)，辐射图案改变为辐射图案716，与辐射图案718相比，辐射图案716在平行轴线上的更短(但在横向轴线上通常仍为相同的宽度)。
通过本文讨论的柔性天线系统的构造，本发明的实施例因此提供了在烧蚀期间裁量目标组织中的烧蚀区尺寸的能力。这与单极天线不同，单极天线的金属丝长度和在组织中的相应烧蚀尺寸都由工作频率设定。
下面将更详细地讨论几个不同的示例，这些示例规定调整天线的一个或多个参数，以影响烧蚀区尺寸(即裁量其尺寸)、天线上的最大应变、两者的组合和/或其他参数。
图8A是根据一些实施例的柔性可调天线系统800的简化图。图8A所示的可调天线系统800包括许多基本上类似于上文关于柔性天线系统100或本文公开的其他实施例讨论的元件，但存在如所描述的差异。在图8A中，电缆801是具有护套812、外导体814、介电绝缘体816和内导体818的同轴电缆。天线系统800包括天线基座808、天线主体802和天线尖端部分804。
推/拉元件806延伸穿过电缆801，例如穿过在介电绝缘体816中形成的通道，该通道大致平行于内导体818延伸(但不与内导体818接触)。电缆可以是用于容纳推/拉元件806的空心同轴电缆，或者可替代地，推/拉元件806可以位于从内导体818偏离中心的位置。
在所示实施例中，包括天线主体802和天线尖端部分804的天线组件可以被电附接(且机械附接)到内导体818或外导体814，而推/拉元件806延伸穿过天线主体802的中心并在天线组件的远端处与天线尖端804连接。天线尖端804处的这种机械连接允许推/拉元件806对天线尖端804施加推力和/或拉力，例如由根据本发明的实施例的柔性天线系统的使用者提供的推力和/或拉力。
在一些实施例中，推/拉元件806沿着电缆的整个长度延伸，并且与柔性和/或可转向的细长设备的其他方面一起在电缆的近端处被机械地控制(例如，手动控制或使用马达或其他致动器的机器人控制)。因此，当用户在近端处推动推/拉元件806(例如，通过在电缆的近端外部的位置上物理地推动或拉动推/拉元件806的近端)时，沿着电缆的长度将其机械地转移到天线组件的远侧部分以及天线尖端804的连接件。
在可替代的实施例中，推/拉元件806不沿着电缆的整个长度延伸。相反，可以将小型马达或其他致动器或电接口放置在靠近天线组件的远端的电缆中或电缆上的位置处，在此处推/拉元件806将其余部分延伸至天线尖端804。例如，小接口可以电耦合到电缆的近端处的控制器，并且响应于从控制器发送的命令信号来致动，从而推动推/拉元件806或拉动推/拉元件806，这取决于接收到的命令信号。在其它实施例中，推/拉元件806可以由形状记忆合金(例如镍钛诺(nitinol))形成，使得当施加电流时(例如根据来自控制器的命令信号)可以改变形状。
通过致动推/拉元件806，可以通过伸长天线主体802(当在远侧方向上推动推/拉元件806时)或压缩天线主体802(当在近侧方向上拉动推/拉元件806时)来改变天线主体802的长度。这改变了天线主体802的线匝之间的节距以及图案化柱形结构的总长度。这进而动态地改变能量的递送，从而改变烧蚀区尺寸。在改变节距长度的过程中，中心工作频率也发生变化。中心工作频率的这种变化可以通过使工作频率移位以减少由阻抗失配引起的反射功率来解决。
图8B是根据一些可替代实施例的柔性可调天线系统828的简化图。图8B所示的可调天线系统包括许多基本上类似于上面讨论的关于柔性天线系统的元件。例如，在图8B中，使用同轴电缆801。天线组件系统828包括天线基座808、天线主体810和天线尖端部分832。
该实施例还包括外部护套830。外部护套830包围电缆的其余部分以及天线组件，并且能够相对于电缆(大致平行于电缆的轴线)和天线组件纵向滑动。从从图8B中可以看出，该天线组件具有钝的天线尖端部分832(例如，具有或不具有圆润边缘的方形端部、椭圆形端部等)，其具有足够的面积以与组件的远端处的护套尖端836接触。
外部护套830可以封装电缆的整个长度，并因此从电缆的近段延伸到天线组件连同柔性和/或可转向的细长设备的其他方面所在的远端处。外部护套830可以被控制以响应于推动或拉动动作而移动。在这些实施例中，推动或拉动动作可以施加在近端处并沿电缆的长度平移，直到其被护套尖端836施加到天线尖端部分832为止。
在一些可替代实施例中，外部护套830不延伸电缆的整个长度，而是可以由放置在靠近天线组件的远端处的电缆上或电缆中的位置的小型马达或其他电接口控制。例如，该小型接口可以电耦合到电缆的近端处的控制器，并且响应于从控制器发送的命令信号而致动，从而将外部护套830推离天线尖端部分832，或者将外部护套830拉向天线尖端部分832，这取决于接收到的命令信号。
在操作中，向近侧方向拉动外部护套830将使护套尖端836压在天线尖端部分832的一些表面或大部分表面上。这进而对天线尖端部分832施加压缩力(例如，由于外部护套830的移动不会随电缆在外部护套830内的任何相应移动而发生)，该压缩力减小了螺旋天线主体802的节距，从而减小了烧蚀区尺寸(例如，较小的长度)。
在另一示例中，朝向远离天线尖端部分832的远侧方向推动外部护套830会使护套尖端836放松施加在天线尖端部分832上的力。在一些实施例中，护套尖端836和天线尖端远端832没有机械地结合在一起，而是仅依靠由护套尖端836施加的力的量彼此物理接触。因此，当护套尖端836向远侧延伸时，这减小了护套尖端836对天线尖端部分832施加的力的量，这可以允许天线主体810扩展，从而增加切口之间的节距714，并相应地改变能量递送以增大烧蚀尺寸。
在一些其它实施例中，护套尖端836和天线尖端部分832被机械地结合在一起，例如通过粘合剂结合在一起。因此，当护套尖端836向远侧延伸时，并不是仅仅释放先前施加在天线尖端部分832上的一些力，而是护套尖端836的移动在远侧方向上施加力，将天线尖端部分832拉向远侧方向。这再次增大节距902以改变节距长度，修改中心工作频率，从而修改烧蚀区尺寸。如果在与天线组件电连接的导体(内导体或外导体)之间的接口处反射了过多的功率，则可以通过使工作频率移位来解决中心工作频率的变化。
在一些实施例中，外部护套830的移动可以通过将护套耦合到沿天线系统长度定位或位于天线系统的近端处的致动器来远程操作控制。
图9A-图9C示出根据一些实施例的柔性可调天线系统900的简化图。如图9A所示，天线组件905包括远端903和天线主体905，其由两个不同部分即内管902和外管904形成。这些管902、904可相对于彼此滑动，如下面将更详细地讨论。内管802和外管804中的每一个可以由非导电的、柔性的、弹性的材料形成，该材料的塑性变形极限大于横越例如曲折路径中的5mm弯曲部时施加在材料上的应变量。例如，内管802和外管804中的一个或两者可以由例如BeCu、NiTi或钢(仅举几例)等材料形成。内管902可以包括沿内管902的外表面的导电迹线，而外管904可以包括沿外管904的内表面的相应导电迹线。因此，当内管与外管的相对定位使导电迹线对准时，在内管902和外管904之间可发生电连接。
导电迹线被描绘为在内管902的外表面上的第一图案908a，尤其是蚀刻、雕刻、印刷、粘附或以其他方式固定到内管902的外表面。第一图案908a被描绘为围绕内管902的外表面的盘旋形(spiral)，其从内管902的远端处的第一内触点906a延伸到内管902的近端处的第二内触点906b。
同样，对于外管904，导电迹线被蚀刻/雕刻/印刷/粘附等在外管904的内表面上以作为第二图案908b。第二图案908b被描绘为围绕外管904的内表面的螺旋形，其从外管904的远端处的第一外触点910a延伸到外管904的近端处的第二外触点910b，其中柔性可调天线系统900连接到电缆901。
根据一些实施例，在默认情况下，第一图案908a或第二图案908b电连接到电缆的导体以接收电能来产生用于组织烧蚀的辐射图案(图7)。因此，所连接的图案接收电能并产生辐射图案以引起由图案的节距设定的烧蚀区尺寸。例如，如果外管904上的第二图案908b是默认连接的图案，则根据第二图案908b的参数生成辐射图案。
如图9B所示，根据一些实施例，柔性可调天线系统900处于第一构造900a。图中所示的内管902位于空心外管904内，但其构造使得第一内触点906a不与第一外触点910a电接触，并且类似地第二内触点906b不与第二外触点910b电接触。因此，只有在默认情况下电连接到能量源的管才会产生辐射图案，从而通过该图案产生烧蚀区尺寸。默认连接是与外管904上的第二图案908b连接。因此，产生的辐射图案是根据第二图案908b的节距、长度等参数产生的。
如图9C所示，如果希望控制/调整烧蚀区尺寸，则用户可以将柔性可调天线系统900调整为第二构造900b。根据图9C所示的示例，内管902已经相对于外管904旋转，使得这些触点现在在某种程度上彼此重叠，从而在内管902、外管904上的相应触点之间提供电连接。在可替代实施例中，可以通过改变内管902到外管904的相对纵向定位或改变内管902到外管904的相对纵向定位与相对旋转定位的组合来改变内管902到外管904的相对定位。
当调整到第二构造900b时，第一内触点906a现在与第一外触点910a的至少一部分重叠，并且这些触点彼此足够接近，以便彼此进行电接触和物理接触。同样地，第二内触点906b现在与第二外触点910b的至少一部分重叠，并且这些触点彼此足够接近，以便彼此进行电接触和物理接触。因此，第一图案908a先前与第二图案908b的默认连接一样不与该能量源电接触，但现在也与该能量源接触。
因此，第一图案908a现在通过第一内触点906a和第二内触点906b与对应的第一外触点910a和第二外触点910b连接来传导能量。因此，电能现在可以经由第一图案908a在第一内触点906a和第二内触点906b之间流动。如图所示，由于内部图案908a和外部图案908b现在都在导电，所以这两者都对天线组件的辐射图案有贡献。由于第一图案908a和第二图案908b都对辐射图案有贡献，因此这有效地减小了辐射天线的节距并增加了辐射天线的长度。
尽管仅示出了内管和外管上的两个图案，但是本发明的实施例还适用于任何数量的不同图案和构造，使得这些管可以相对于彼此移动至两个以上的不同构造，以获得更多独特的参数组合，从而改变有助于组织烧蚀区尺寸的辐射图案。
内管902相对于外管904调整，外管904相对于内管902调整，或两个管相对于彼此调整。这些管可以从近端手动调节或由机器人致动。例如，这些管可以具有设定的轨道，在该轨道上它们可以在第一位置和第二位置之间扭转，并带有引导件(例如，通过某种形式的触觉或电子反馈)以指示已经到达第一位置或第二位置。
例如关于图8A-图9C的上述示例描述了对用于烧蚀的组织烧蚀区尺寸有贡献的参数的动态控制/调整。在其它实施例中，该控制/调整可以静态地进行，例如，根据期望的烧蚀区尺寸，可以使用并递送具有可变参数(例如天线主体长度、图案、节距、半径、线径和材料)的一组天线来用于烧蚀。
图14示出根据一些实施例的用于调整烧蚀尺寸和位置的参数的方法1400。可以理解的是，可以在方法1400的过程之前、期间和之后提供附加的过程，并且可以从方法1400中替换或消除所描述的一些过程。方法1400可以是手动的，或者可以由控制系统(例如，控制系统1112)的处理器控制。在过程1402中，例如，通过使用以下手段来确定期望的烧蚀区尺寸和/或形状：诸如MRI、CT、超声或荧光透视法的外部成像技术；诸如支气管内超声(EBUS)、血管内超声(IVUS)、光学相干断层扫描(OCT)的内部成像技术；或用户输入。在过程1404中，可以由用户手动地指导或由调节机构的控制系统1112远程操作地指导基于期望的烧蚀区尺寸和/或形状对天线系统的构造的调整以治疗组织。天线系统的构造可以通过调整以下参数来调整：一个或多个天线参数，其包括天线主体长度、图案、节距、半径、线径和材料；和/或系统参数，其包括冷却流量、烧蚀时间、功率、占空比、频率、最高温度和其他能量特性；和/或天线的位置/取向。在一些实施例中，该调整可以由控制系统1112远程操作地控制。在其它实施例中，控制系统1112可以(例如，经由显示系统或音频系统)提供指令以指导用户对天线系统进行调整，包括更换天线系统部件。在过程1406中，通过具有经调整的构造的天线系统将烧蚀能量递送到组织。在过程1408中，评估由所递送的烧蚀能量产生的烧蚀区尺寸和/或形状。可以使用外部成像技术(诸如MRI、CT、超声或荧光透视法)；或内部成像技术(诸如EBUS、IVUS或OCT)进行该评估。可替代地，可以使用所测量的组织的阻抗或其他电特性来进行该评估。在过程1410中，基于该评估来确定是否需要进一步的组织烧蚀。如果需要进一步的烧蚀，则可以根据需要在天线系统重新定位或重新定向的情况下重复过程1404-1410。如果不需要进一步的烧蚀，则可以在过程1412中不提供进一步的烧蚀能量。
在一些实施例中，在电缆和天线组件之间的接口处可能发生阻抗失配和不期望的反射。为了避免这些问题，可以应用匹配网络。例如，可以通过改变内导体或电介质的直径来形成四分之一波变压器。例如，可以使用30欧姆电缆进行阻抗匹配。四分之一波区段可以通过借助于烧蚀、缩颈或将另一段同轴电缆与不同尺寸的相应内导体326接合来削减内导体326而形成。可替代地，可以增大或减小电缆的外径以形成四分之一波变压器，尽管由于工作通道的尺寸限制，这也达到了尺寸限制。
在一些实施例中，考虑到将内导体326削减到接口处的适当直径可能存在的挑战，可以通过在护套的聚合物(例如，聚四氟乙烯或PTFE)中使用高介电常数材料(例如高掺杂二氧化钛(TiO2))来创建四分之一波变压器。
对于沿同轴轴杆的外部传播的不必要电流，可以使用扼流圈(choke)或平衡-不平衡变换器(bulun)来衰减电场，而不燃烧不必要的组织。此类扼流圈包括bazooka平衡-不平衡变换器或与电缆的外导体同心的导电管的其他区段，这些区段在近端或远端浮动或连接到外导体。也可以使用双平衡-不平衡变换器或扼流圈；这种结构由前面描述的两种结构组成，以实现更大的电流抑制。扼流圈/平衡-不平衡变换器与外导体之间的电介质可以是塑料、水、陶瓷或任何绝缘材料。
用于衰减不必要电流的第二种选择是在外导体表面使用高电阻表面涂层。可以对外导体的各个区段进行涂漆、沉积或其他处理。此外，较低导电率的材料可以在合适的位置拼接到外导体上，以达到类似的效果，例如石墨烯或胶体石墨(aquadag)。
现在转到图10A，其示出根据一些实施例的用于设计柔性螺旋天线系统的方法图1000a。具体而言，方法1000a示出了根据本发明的一些实施例来配置(例如，包括优化)柔性天线系统100的一些方面。该讨论也适用于各种天线主体构造。可以理解的是，可以在方法1000a的步骤之前、期间和之后提供附加步骤，并且可以从方法1000a中替换或消除所描述的一些步骤。
在方框1002a处，识别或选择期望用于组织烧蚀的烧蚀区尺寸。在识别/选择了烧蚀区尺寸的情况下，选择产生辐射图案的结构长度，使其刚好低于所识别的烧蚀区尺寸。
在方框1004a处，选择工作频率，该工作频率告知合适的电流路径长度。在螺旋体的示例中，这对应于螺旋体的展开长度。例如，该长度将是四分之一波长或半波长的一些倍数，这取决于操作是在第一谐振频率还是在第二谐振频率下进行的(根据本发明的实施例，这两者中的任一个都是允许的)。
在方框1006a处，基于天线主体108(例如，图1)在使用中将穿过的工作通道的确定的机械尺寸来固定天线主体108的直径。例如，工作通道可以穿过插入解剖通道并导航到患者解剖结构内的感兴趣区域的柔性和/或可转向的细长设备(例如柔性导管)。
在方框1008a处，选择设备的其他参数以及节距和重复次数，以对应于所选择的烧蚀长度。例如，在螺旋体的情况下，将确认所选螺旋体长度的绕组不会太短，以便作为用于组织烧蚀的天线进行方便的常规操作。
在判定方框1010a处，如果节距可用且满足必要的机械应变要求，则方法1000a进入方框1014a。
在方框1014a处，将节距设置为在方框1008a处确定的值，并且固定所有的参数。
返回到判定方框1010a处，如果节距不可用(例如，对于实际目的来说太短)，则方法1000a转而进入方框1012a。在方框1012a处，在方框1004a处使用的长度被改变为先前在方框1004a处选择的工作频率的波长的倍数。
从此处，方法1000a返回到方框1006a处，并如上文所述再次进行。因此，可以根据本发明的实施例优化天线，包括通过选择用于线圈基板的柔性材料(镀覆有导电材料)，并且包括柔性天线系统100的参数的可调节性以实现不同的辐射图案(图7)。
图10B示出用于设计柔性天线系统的方法图1000b。方法1000b可以类似于方法1000a，但用于设计不同图案化的天线主体，例如环条天线主体。特别地，方法1000b示出根据本发明的一些实施例来配置(例如，包括优化)柔性天线系统100的一些方面。该讨论也适用于各种天线主体构造。可以理解的是，可以在方法1000b的步骤之前、期间和之后提供附加步骤，并且可以从方法1000b中替换或消除所描述的一些步骤。
在方框1002b处，识别或选择期望用于组织烧蚀的烧蚀区尺寸。在识别/选择了烧蚀区尺寸的情况下，选择产生辐射图案的结构长度，使其刚好低于所识别的烧蚀区尺寸。
在方框1004b处，选择工作频率，该工作频率告知合适的电流路径长度。
在方框1006b处，基于天线主体在使用中将穿过的工作通道的确定的机械尺寸来固定天线主体的最大直径。例如，工作通道可以穿过插入解剖通道并导航到患者解剖结构内的感兴趣区域的柔性和/或可转向的细长设备(例如柔性导管)。
在方框1008b处，选择环高度、半径、条高度、条宽度和管厚度，以满足工作频率下的共振。
在判定框1010b处，如果环尺度和条尺度是可用的并且满足必要的机械应变要求，则方法1000b进入方框1014b。例如，如果应变仍然低于塑性变形，则方法1006进入方框1014b；否则，调整天线的参数并重复该过程。
在方框1014b处，将尺度设置为在方框1008b处确定的值，并且固定所有的参数。
返回到判定框1010b处，如果尺度是不可用的，则方法1000b返回到方框1010b。
因此，可以根据本发明的实施例对天线进行优化，包括选择用于基板的柔性材料(在上面镀覆有导电材料)，并且包括柔性天线系统100的参数的可调节性以实现不同的辐射图案(图7)。
现在转到图10C，其示出根据一些实施例来配置柔性天线系统的方法图。特别地，方法1020示出了根据本发明的实施例制造(例如，组装)柔性天线系统100的一些方面。该讨论适用于各种天线主体构造。应当理解，可以在方法1020的步骤之前、期间和之后提供附加步骤，并且可以从方法1020中替换或消除所描述的一些步骤。
在方框1022处，图案被切割(例如被激光切割)成空心柱体。这将形成如上面介绍的那些图案化柱形结构。空心柱体可以由具有相对低导电性的材料组成，例如铍铜合金(BeCu)、镍钛合金(NiTi)或其它类似的塑性材料(例如钢)。
在方框1024处，用导电材料镀覆该图案化柱体结构，以使天线组件103能够作为用于烧蚀组织的辐射天线来操作。例如，镀层可以是银镀层或金镀层。镀层的相对厚度可取决于柔性天线系统100的一个或多个工作频率。尽管讨论了在图案被切割之后发生的情况，但在一些实施例中，对柱体进行电镀，然后再切割图案。
在方框1026处，为图案化柱形结构的远端形成尖端(可选)。例如，该尖端可以由图案化柱形结构的末端处的材料形成，例如通过将开口管的末端切割成多个尖端段，然后将其卷曲(例如，在其与柔性天线系统100的剩余材料(如天线主体108的材料)的界面处弯曲)，使得每个尖端段的远侧部分基本上与其他尖端段的远侧部分接触以形成作为天线尖端的锥形，例如关于图4A和图4B所讨论的那样。可替代地，该尖端可以是焊接到图案化柱形结构的远端的独立部件(图4C)，通过凸舌(图4E)固定在适当位置或相互拧紧(图4D)。这些只是一些示例。方框1026在方法1020中可以是任选的。
在方框1028处，将图案化柱形结构的近端(因为其被镀覆，所以也可以根据图1所介绍的实施例将其称为天线组件103)耦合到电缆的远端。作为该耦合件的一部分，天线的基座可以电耦合到电缆的内导体或外导体(在电缆102是同轴电缆的示例中)。在一些实施例中，只有一个导体耦合到天线；在其他实施例中，其中一个导体耦合到天线的近端，而另一个导体(例如内导体)也耦合到远端。
在一些实施例中，随后出现框1030(即这是方法1020的可选部分)。在方框1030处，将调整设备耦合到图案化柱形结构(其在操作中用于通过调整天线的节距和/或其它参数来改变设备的烧蚀尺寸)。这在图10B中被示为可选的，以认识到一些设备可以包括该元件，而其他设备可以不包括该元件。调整设备可以采用多种形式/方法，例如图8A-图9C中所示的示例。作为上述制造方法的结果，如关于本发明的实施例所讨论的，提供了柔性天线系统。方框1024、1026和1030以及其中描述的处理可以以不同的顺序发生。
图15示出根据一些实施例的用于天线部件选择的方法1500。可以理解的是，可以在方法1500的过程之前、期间和之后提供附加的过程，并且可以从方法1500中替换或消除所描述的一些过程。方法1500可以由控制系统(例如，控制系统1112)的处理器控制。
在过程1502中，例如通过使用外部成像技术(如MRI、CT、超声或荧光透视法)、内部成像技术(如支气管内超声(EBUS)、血管内超声(IVUS)、光学相干断层摄影(OCT))或用户输入来确定期望的烧蚀区尺寸和/或形状。该过程可以包括例如通过用户输入或通过成像技术来接收关于病变位置的信息。附加地或替代地，该过程可以包括通过用户输入或通过成像技术接收关于例如血管之类的周围解剖结构的信息。在过程1504中，接收关于待烧蚀的组织类型的信息。组织类型可以包括例如肺、胃、肠、肝、肾、肾结石、膀胱、前列腺、子宫、卵巢或其他类型的解剖组织。组织类型可以由用户提供(例如，通过输入目标器官或预期的医疗程序)作为输入，也可以使用成像技术自动识别(例如，在MRI、CT、超声、荧光透视法、OCT等扫描中自动识别器官)。
在过程1506中，可以由控制系统接收关于递送设备的类型(例如，柔性细长递送设备)的信息，以用于确定要在递送设备的工作通道内递送的天线系统的可定制部件的尺寸(例如，最大尺寸)。在一个实施例中，可以由控制系统基于要烧蚀的组织类型(例如，器官和通向器官的通道)的判断来确定递送设备信息。例如，控制系统可以基于要接近的目标器官的类型(例如肺、肝、肾等)和提供接近目标器官的通道(例如气道、直肠、食道等)的尺寸来识别递送设备的最大尺寸。然后，控制系统可以确定在递送设备的工作通道内可接收的天线系统的最大尺寸。在过程1508中，可以做出关于从多个可用天线部件中选择天线部件的判断。可以由控制系统(例如，控制系统1112)做出该判断。天线部件可以包括例如基于物理参数(例如，螺旋节距、金属丝长度和图案(例如，条高、条宽、环高和切口图案))而变化的多个天线主体108。在一些实施例中，可视或可听指示器可以向用户提供用于选择所确定的天线部件的指令。在一些实施例中，与机器人系统一样，可以自动选择天线部件。在过程1510中，做出关于治疗参数(诸如利用所选天线部件生成期望的烧蚀区尺寸和/或形状所需的烧蚀功率、时间和/或频率)的判断。该判断可以由控制系统(例如，控制系统1112)做出，并且可以基于包括组织类型和所选的天线部件的任何接收或确定的信息。在过程1512中，可选地，可以存储预测的或实际的烧蚀区的尺寸。可以在将烧蚀能量递送到解剖组织之后进行该过程。所存储的烧蚀区可以用于引导二次烧蚀。
在可替代实施例中，在使用所选天线递送功率之后，可以评估烧蚀，并且可以重复过程1508、1510、1512，并且可以在目标解剖部位进行进一步的烧蚀。
根据本发明实施例的柔性天线系统(包括柔性可调天线系统)可以以任何方式操作(包括手动和自动方式)，以烧蚀目标组织(例如，使用微波烧蚀，其仅作为这些实施例应用的一个射频示例)。对于自动化方法，机器人系统可以用于组织的精确定位和手术操作。
为此，本发明根据其在三维空间中的状态描述了各种器械和器械的一些部分。如本文所用，术语“位置”是指对象或对象的一部分在三维空间中的方位(例如，沿着笛卡尔x、y和z坐标的三个平移自由度)。如本文所用，术语“取向”是指对象或对象的一部分的旋转放置(三个旋转自由度-例如，侧倾、俯仰和偏航)。如本文所用，术语“姿势”是指对象或对象的一部分在至少一个平移自由度中的位置以及该对象或对象的一部分在至少一个旋转自由度中的取向(最多六个总自由度)。如本文所用，术语“形状”是指沿对象测量的一组姿势、位置或取向。
图11是根据一些实施例的远程操作医疗系统1100的简化图。在一些实施例中，远程操作医疗系统1100可适于用于例如手术、诊断、治疗或活检程序，包括组织烧蚀(例如肿瘤组织烧蚀)。虽然本文提供了关于这些程序的一些实施例，但是对医疗或手术器械和医疗或手术方法的任何引用都是非限制性的。本文所述的系统、器械和方法可用于动物、人类尸体、动物尸体、人体或动物解剖部分、非手术诊断，以及工业系统和一般机器人或远程操作系统。
如图11所示，医疗系统1100通常包括操纵器组件1102，用于在对患者P执行各种程序时操作医疗器械1104(例如，根据本发明的实施例，使用柔性天线系统100进行组织烧蚀)。操纵器组件1102可以是远程操作、非远程操作或混合远程操作和非远程操作组件，其具有可电动和/或远程操作的选择运动自由度和可非电动和/或非远程操作的选择运动自由度。操纵器组件1102安装在手术台T上或其附近。主控组件1106允许操作者(例如，如图11所示的外科医生、临床医生或医师)查看介入部位并控制操纵器组件1102。
主控组件1106可以位于通常与手术台T位于同一房间的操作者控制台上，例如位于患者P所在的手术台的一侧。然而，应当理解，操作者O可以位于与患者P不同的房间或完全不同的建筑物中。主控组件1106通常包括一个或多个用于控制操纵器组件1102的控制设备。控制设备可以包括任意数量的各种输入设备，例如操纵杆、轨迹球、数据手套、触发枪、手动控制器、语音识别设备、身体运动或存在传感器等。为了向操作者O提供直接控制器械1104的强烈意识，控制设备可以被提供与相关联的医疗器械1104相同的自由度。以这种方式，控制设备向操作者O提供临场感或控制设备与医疗器械1104为一整体的感觉。
在一些实施例中，控制设备可以比相关联的医疗器械1104具有更多或更少的自由度，并且仍然向操作者O提供临场感。在一些实施例中，控制设备可以任选地是以六个自由度移动的手动输入设备，并且还可以包括用于驱动器械的可致动手柄(例如，用于闭合抓紧钳口、向电极和/或天线施加电势、提供药物治疗等)。
操纵器组件1102支持医疗器械1104，并且可以包括一个或多个非伺服控制连杆(例如，可以手动定位和锁定到位的一个或多个连杆，通常被称为设置结构)和/或一个或多个伺服控制连杆(例如，可以响应于来自控制系统的命令进行控制的多个连杆)以及操纵器的运动结构。操纵器组件1102可以任选地包括多个致动器或马达，其响应于来自控制系统(例如，控制系统1112)的命令而驱动医疗器械1104上的输入。致动器可以任选地包括驱动系统，这些驱动系统在耦合到医疗器械1104时可以将医疗器械1104推进到自然的或手术创建的解剖孔中。其他驱动系统可以在多个自由度中移动医疗器械1104的远端，其可以包括三个线性运动自由度(例如，沿X、Y、Z笛卡尔轴的线性运动)和三个旋转运动自由度(例如，围绕X、Y、Z笛卡尔轴的旋转)。另外，这些致动器可以用于致动医疗器械1104的可铰接末端执行器，用于抓住活检设备和/或类似设备的钳口中的组织。致动器位置传感器(例如旋转变压器、编码器、电位器和其他机构)可以向医疗系统1100提供描述马达轴的旋转和取向的传感器数据。该位置传感器数据可以用于确定由致动器操纵的物体的运动。
远程操作医疗系统1100可以包括具有一个或多个子系统的传感器系统1108，这些子系统用于接收有关操纵器组件1102的器械的信息。此类子系统可以包括：位置/方位传感器系统(例如，电磁(EM)传感器系统)；用于确定远端和/或沿着可构成医疗器械1104的柔性体的一个或多个区段的位置、取向、速度、速率、姿势和/或形状的形状传感器系统；和/或用于从医疗器械1104的远端采集图像的可视化系统。
远程医疗系统1100还包括显示系统1110，用于显示由传感器系统1108的子系统生成的手术部位和医疗器械1104的图像或表象。显示系统1110和主控组件1106可以被定向，以便操作者O能够以临场感的感知来控制医疗器械1104(例如，包括通过RF(例如微波频率)进行的组织烧蚀)和主控组件1106。
在一些实施例中，医疗器械1104可以具有可视化系统(在下面更详细地讨论)，该可视化系统可以包括观查镜组件，该观查镜组件记录手术部位的并发或实时图像并通过医疗系统1100的一个或多个显示器(例如显示系统1110的一个或多个显示器)将图像提供给操作者或操作者O。并发图像可以是例如由位于手术部位内的内窥镜拍摄的二维或三维图像。在一些实施例中，可视化系统包括内窥镜部件，该内窥镜部件可以整体地或可移除地耦合到医疗器械1104。然而，在一些实施例中，附接到单独操纵器组件的单独内窥镜可以与医疗器械1104一起使用以对手术部位进行成像。该可视化系统可以实现为硬件、固件、软件或其组合，其与一个或多个计算机处理器交互或以其他方式由一个或多个计算机处理器执行，所述计算机处理器可以包括控制系统1112的处理器。
显示系统1110还可以显示由可视化系统捕获的手术部位和医疗器械的图像。在一些示例中，远程操作医疗系统1100可以配置医疗器械1104和主控组件1106的控件，使得医疗器械的相对位置类似于操作者O的眼睛和手的相对位置。以这种方式，操作者O可以操纵医疗器械1104和手动控制设备，就如同在实质上真实地观看工作空间一样。通过真实存在，意味着图像的表象是真实的透视图像，其模拟正在物理地操纵医疗器械1104的医生的视点。
在一些示例中，显示系统1110可以使用来自成像技术(例如计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光透视法、热影像技术、超声波、光学相干断层摄影(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管X射线成像等)的图像数据来呈现术前或术中记录的手术部位的图像。术前或术中图像数据可以被呈现为二维、三维或四维(包括例如基于时间或基于速度的信息)图像，和/或被呈现为来自根据术前或术中图像数据集产生的模型的图像。
在一些实施例中，通常为了成像引导的手术程序的目的，显示系统1110可以显示虚拟导航图像，在该虚拟导航图像中医疗器械1104的实际位置与术前或并发图像/模型配准(即动态参考)。可以这样做以从医疗器械1104的角度向操作者O呈现内部手术部位的虚拟图像。在一些示例中，视角可以是从医疗器械1104的尖端观看。医疗器械1104的尖端的图像和/或其他图形或字母数字指示符可以被叠加在虚拟图像上以帮助操作者O控制医疗器械1104。在一些示例中，医疗器械1104可以在虚拟图像中是不可见的。
在一些实施例中，显示系统1110可以显示虚拟导航图像，在该虚拟导航图像中医疗器械1104的实际方位与术前图像或并发图像配准，以从外部视角向操作者O呈现在手术部位内的医疗器械1104的虚拟图像。医疗器械1104的一部分的图像或其他图形或字母数字指示符可以被叠加在该虚拟图像上以帮助操作者O控制医疗器械1104。如本文所描述，数据点的视觉表象可以被渲染到显示系统1110。例如，可以以视觉表象将测量的数据点、移动的数据点、配准的数据点以及本文描述的其他数据点显示在显示系统1110上。可以通过显示系统1110上的多个点(point)或圆斑(dot)或作为渲染模型(例如基于一组数据点所创建的网格或金属线模型)在用户界面上可视地表示这些数据点。在一些示例中，这些数据点可以根据它们表示的数据进行颜色编码。在一些实施例中，在每个处理操作已经被实现以改变数据点之后，视觉表象可以在显示系统1110中被刷新。
远程操作医疗系统1100还可以包括控制系统1112。控制系统1112包括至少一个存储器和至少一个计算机处理器(未示出)，用于实现医疗器械1104、主控组件1106、传感器系统1108和显示系统1110之间的控制。控制系统1112还包括程序化指令(例如，存储这些指令的非临时性机器可读介质)以实施根据本文公开的各方面描述的方法的一些或全部，包括用于向显示系统1110提供信息的指令。虽然控制系统1112在图11的简化图中被示出为单个方框，但该系统可以包括两个或更多个数据处理电路，其中一部分处理可选地在操纵器组件1102上或邻近操纵器组件1102执行，另一部分处理在主控组件1106处执行和/或类似情况。控制系统1112的处理器可以执行包括与本文所公开的处理相对应的指令，例如控制根据上述实施例的动态调整天线参数。可以利用各种各样的集中式或分布式数据处理体系结构中的任何一种。类似地，程序化指令可以被实施为若干独立的程序或子程序，或者它们可以被集成到本文所描述的远程操作系统的若干其他方面中。在一个实施例中，控制系统1112支持无线通信协议，例如蓝牙、IrDA、HomeRF、IEEE802.11、DECT和无线遥测。
在一些实施例中，控制系统1112可以从医疗器械1104接收力和/或扭矩反馈。响应于该反馈，控制系统1112可以向主控组件1106传输信号。在一些示例中，控制系统1112可以传输指示操纵器组件1102的一个或多个致动器移动医疗器械1104的信号。医疗器械1104可以经由患者P的身体中的开口延伸到患者P的身体内的内部手术部位。可以使用任何合适的常规的和/或专门的致动器。在一些示例中，一个或多个致动器可以与操纵器组件1102分开，或者与操纵器组件1102集成在一起。在一些实施例中，一个或多个致动器和操纵器组件1102被提供作为邻近患者P和手术台T定位的远程操作推车的一部分。
控制系统1112可以可选地进一步包括虚拟可视化系统，以便当在图像引导的外科手术程序期间控制医疗器械1104时为操作者O提供导航帮助。使用虚拟可视化系统的虚拟导航可以基于对采集的解剖通路的术前或术中数据集的引用。虚拟可视化系统处理使用成像技术(例如计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光透视法、热影像技术、超声、光学相干断层摄影(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管X射线成像等)成像的手术部位的图像。可以与手动输入结合使用的软件被用来将记录的图像转换为局部或整体解剖器官或解剖区域的分段二维或三维复合表象(representation)。图像数据集与该复合表象相关联。复合表象和图像数据集描述通路的各种方位和形状以及它们的连接性。被用来生成复合表象的图像可以在临床程序期间在术前或术中被记录。在一些实施例中，虚拟可视化系统可以使用标准表象(即，不是患者特异性的)或者标准表象与患者特异性数据的混合体。复合表象和由该复合表象生成的任何虚拟图像可以表示可变形解剖区域在一个或多个运动阶段期间(例如，在肺的吸气/呼气循环期间)的静态姿态。
在虚拟导航程序期间，传感器系统1108可以被用来计算医疗器械1104相对于患者P的解剖结构的近似方位。该方位能够被用来产生患者P的解剖结构的宏观水平(外部)跟踪图像和患者P的解剖结构的虚拟内部图像。该系统可以实现一个或多个电磁(EM)传感器、光纤传感器和/或其他传感器，以配准并显示医疗实施和术前记录的外科手术图像，例如来自虚拟可视化系统的那些图像是已知的。例如，美国专利申请号13/107,562(2011年5月13日提交)(公开了“Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of anAnatomic Structure for Image-Guided Surgery”)公开了一种这样的系统，该申请通过引用整体并入本文。远程操作医疗系统1100可以进一步包括可选的操作和支持系统(未示出)，例如照明系统、转向(steering)控制系统、冲洗系统和/或抽吸(suction)系统。在一些实施例中，远程操作医疗系统1100可以包括一个以上的操纵器组件和/或一个以上的主控组件。除了其他因素，远程操作操纵器组件的准确数目将取决于手术程序和手术室内的空间约束。主控组件1106可以被并置(collocated)，或它们可以被定位在独立的方位中。多个主控组件允许一个以上的操作者以各种组合形式控制一个或多个远程操作操纵器组件。
图12A是根据一些实施例的医疗器械系统1200的简化图。在一些实施例中，医疗器械系统1200可以在利用远程操作医疗系统1100执行的图像引导的医疗程序中被用作医疗器械1104。在一些示例中，医疗器械系统1200可以被用于非远程操作探索性程序或用在涉及传统手动操作的医疗器械(例如内窥镜以及射频组织烧蚀)的程序中。可选地，医疗器械系统1200可以被用来收集(即测量)对应于患者(例如患者P)的解剖通路内的方位的一组数据点。
医疗器械系统1200包括被耦合到驱动单元1204的细长设备1202(例如，柔性导管)。细长设备1202包括柔性主体1216，该柔性主体1216具有近端1217和远端或尖端部分1218。在一些实施例中，柔性主体1216具有大约3mm的外径。其他柔性主体外径可以更大或更小。
医疗器械系统1200进一步包括跟踪系统1230，如下面进一步详细描述，该跟踪系统1230用于使用一个或多个传感器和/或成像设备来确定远端1218和/或沿着柔性主体1216的一个或多个区段1224的位置、取向、速度、速率、姿态和/或形状。远端1218和近端1217之间的柔性主体1216的整个长度可以被有效地划分为多个区段1224。跟踪系统1230可以被可选地实现为与一个或多个计算机处理器交互或由一个或多个计算机处理器执行的硬件、固件、软件或其组合，该计算机处理器可以包括图11中的控制系统1112的处理器。
跟踪系统1230可以可选地使用形状传感器1222来跟踪远端1218和/或一个或多个区段1224。形状传感器1222可以可选地包括与柔性主体1216对齐的光纤(例如，在内部通道(未示出)中提供或在外部安装)。在一个实施例中，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。形状传感器1222的光纤形成用于确定柔性主体1216的形状的光纤弯曲传感器。在一个替代方案中，包括光纤布拉格光栅(FBG)的光纤被用于在一个或多个维度上在结构中提供应变测量。在美国专利申请号11/180,389(2005年7月13日提交)(公开了“Fiber optic position and shape sensing device and method relatingthereto”)；美国专利申请号12/047,056(2004年7月16日提交)(公开了“Fiber-opticshape and relative position sensing”)；以及美国专利号6,389,187(1998年6月17日提交)(公开了“Optical Fiber Bend Sensor”)中描述了用于监测三维中的光纤的形状和相对位置的各种系统和方法，这些文献通过引用整体并入本文。在一些实施例中，传感器可以采用其他合适的应变感测技术，例如瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射和荧光散射。在一些实施例中，细长设备的形状可以使用其他技术来确定。例如，柔性主体1216的远端姿态的历史能够被用来重建柔性主体1216在该时段内的形状。在一些实施例中，跟踪系统1230可以可选地和/或额外地使用位置传感器系统1220来跟踪远端1218。位置传感器系统1220可以是具有位置传感器系统1220的EM传感器系统的部件，其中位置传感器系统1220包括可经受外部产生的电磁场的一个或多个导电线圈。然后，电磁传感器系统的每个线圈产生感应电信号，该信号的特征取决于线圈相对于外部产生的电磁场的位置和取向。在一些实施例中，位置传感器系统1220可以被配置并被定位为测量六个自由度(例如，三个位置坐标X、Y、Z和指示基点的俯仰、偏航和侧倾的三个取向角)或五个自由度(例如，三个位置坐标X、Y、Z和指示基点的俯仰和偏航的两个取向角)。在美国专利号6,380,732(1999年8月11日提交)(公开了“Six-Degree of Freedom Tracking System Having a Passive Transponder on theObject Being Tracked”)中提供了位置传感器系统的进一步描述，该专利通过引用整体并入本文。
在一些实施例中，跟踪系统1230可以替代地和/或额外地依赖于针对器械系统的已知点沿着交替运动(例如呼吸)的周期所存储的历史姿态、位置或取向数据。该存储的数据可以被用来发展关于柔性主体1216的形状信息。在一些示例中，一系列位置传感器(未示出)(例如与位置传感器1220中的传感器类似的电磁(EM)传感器)可以沿着柔性主体1216进行定位，然后被用于形状感测，在一些实施例中，与医疗器械1104(例如，根据实施例的柔性天线系统100)具有足够的距离。在一些示例中，在某一过程期间获取的来自这些传感器中的一个或多个传感器的数据的历史可以用来表示细长设备1202的形状，特别是在解剖通路是大致静态的情况下。
柔性主体1216包括被定尺寸且成形为接收医疗器械1226的通道(channel)1221。图12B是根据一些实施例的在医疗器械1226(诸如烧蚀工具(例如微波烧蚀))被延伸的情况下的柔性主体1216的简化图。在一些实施例中，医疗器械1226可以用于例如手术、活检、烧蚀、辐照、灌注或抽吸的程序。医疗器械1226能够通过柔性主体1216的通道1221来部署，并且在解剖结构内的目标方位处被使用。医疗器械1226可以包括例如图像采集探针(probe)、活检器械、激光烧蚀纤维和/或其他手术、诊断或治疗工具。除了例如柔性天线系统100的烧蚀天线之外，医疗工具还可以包括具有单个工作构件的末端执行器，例如解剖刀、钝刀片、光纤、电极等。医疗器械1226也可以与同样位于柔性主体1216内的图像捕获探针一起使用。在各种实施例中，医疗器械1226可以是图像捕获探针，其包括在柔性主体1216的远端1218处或附近具有用于采集图像(包括视频图像)的立体相机或单视场相机的远侧部分，该图像被可视化系统1231处理以便显示和/或提供给跟踪系统1230以支持跟踪远端1218和/或区段1224中的一个或多个。图像捕获探针可以包括耦合到照相机用于传输所采集的图像数据的电缆。在一些示例中，图像捕获器械可以是耦合到可视化系统1231的光纤束，例如纤维镜。图像捕获器械可以是单光谱的或多光谱的，例如捕获在可见光、红外和/或紫外光谱中的一个或多个光谱中的图像数据。可替代地，医疗器械1226本身可以是图像捕获探针。医疗器械1226可以从通道1221的开口被推进以执行程序，然后当该程序完成时被缩回到通道内。医疗器械1226可以从柔性主体1216的近端1217或从沿着柔性主体1216的另一可选器械端口(未示出)被移除。
医疗器械1226可以额外地容纳电缆、联动设备或其他致动控制设备(未示出)，这些设备在其近端和远端之间延伸以可控地弯曲医疗器械1226的远端。在美国专利号7,316,681(2005年10月4日提交)(公开了“Articulated Surgical Instrument for PerformingMinimally Invasive Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity”)和美国专利申请号12/286,644(2008年9月30日提交)(公开了“Passive Preload and CapstanDrive for Surgical Instruments”)中详细描述了可转向器械，该专利和专利申请通过引用整体并入本文。
柔性主体1216也可以容纳电缆、联动设备或其他转向控制设备(未示出),这些设备在驱动单元1204与远端1218之间延伸以便像例如通过远端1218的虚线描绘1219示出的那样可控地弯曲远端1218。在一些示例中，使用至少四根电缆来提供独立的“上下”转向以控制远端1218的俯仰，并提供“左右”转向以控制远端1281的偏航。美国专利申请号13/274,208(2011年10月14日提交)(公开了“Catheter with Removable Vision Probe”)中详细地描述了可转向细长设备，该专利申请通过引用整体并入本文。在医疗器械系统1200由远程操作组件致动的实施例中，驱动单元1204可以包括可移除地耦合到远程操作组件的驱动元件(例如致动器)并且从该驱动元件接收动力的驱动输入设备。在一些实施例中，医疗器械系统1200可以包括夹紧特征件、手动致动器或用于手动控制医疗器械系统1200的运动的其他部件。细长设备1202可以是可转向的，或可替代地，该系统在没有用于操作者控制远端1218的弯曲的集成机构的情况下可以是不可转向的。在一些示例中，一个或多个腔被限定在柔性主体1216的壁中，医疗器械能够通过所述一个或多个腔部署(deployed)在目标手术方位处并且被使用。
在一些实施例中，医疗器械系统1200可以包括柔性支气管器械，例如用于在肺部的检查、诊断、活检或治疗中使用的支气管镜或支气管导管。医疗器械系统1200也适用于在各种解剖系统(包括结肠、肠、肾和肾盏、大脑、心脏、包括脉管系统的循环系统等)中的任一解剖系统中经由自然的或手术建立的连接通道对其他组织进行导航和治疗。医疗器械系统1200可以向例如诊断设备和/或治疗工具(包括活检针)、烧蚀工具(包括天线系统，例如柔性天线系统100)和/或类似物提供工作腔。可替代地，医疗器械系统1200可以包括集成的活检和/或治疗工具，包括例如柔性天线系统100的集成天线系统。
来自跟踪系统1230的信息可以被发送到导航系统1232，在此处它与来自可视化系统1231的信息和/或术前获得的模型相结合，以向医生或其他操作者提供实时位置信息。在一些示例中，实时位置信息可以被显示在图11的显示系统1110上以用于医疗器械系统1200的控制。在一些示例中，图11的控制系统1112可以将位置信息用作反馈以便定位医疗器械系统1200。2011年5月13日提交的公开了“Medical System Providing DynamicRegistration of a Model of an Anatomic Structure for Image-Guided Surgery”的美国专利申请号13/107,562中提供了用于利用光纤传感器来配准和显示具有手术图像的手术器械的各种系统，该专利申请通过引用整体并入本文。
在一些示例中，医疗器械系统1200可以在图11的医疗系统1100内被远程操作。在一些实施例中，图11的操纵器组件1102可以由直接操作者控件来代替。在一些示例中，直接操作者控件可以包括用于器械的手持操作的各种手柄和操作者界面。
图13A和图13B是根据一些实施例的包括安装在插入组件上的医疗器械的患者坐标空间的侧视图的简化图。如图13A和图13B所示，手术环境1300包括患者P被定位在在图11的平台T上。患者P可能在手术环境中静止不动，因为患者的运动受到镇静、约束和/或其他手段的限制。除非患者被要求屏住呼吸以暂时中止呼吸运动，否则患者P的包括呼吸和心脏运动的循环解剖运动可以继续。因此，在一些实施例中，数据可以在呼吸中的特定相位处进行收集，并且利用该相位来进行标记和识别。在一些实施例中，在其间收集数据的相位可以根据从患者P收集的生理信息来推测。在手术环境1300内，点收集器械1304被耦接到器械托架1306。在一些实施例中，点收集器械1304可以使用EM传感器、形状传感器和/或其他传感器模态。器械托架1306被安装到固定在手术环境1300中的插入台1308。可替代地，插入台1308可以是可移动的，但是在手术环境1300中具有已知的方位(例如，经由跟踪传感器或其他跟踪设备来获知)。器械托架1306可以是操纵器组件(例如，操纵器组件1102)的部件，该部件耦合到点收集器械1304以控制插入运动(即沿着A轴线的运动)并且可选地控制细长设备1310的远端1318在多个方向上的运动(包括偏航、俯仰和侧倾)。器械托架1306或插入台1308可以包括控制器械托架1306沿着插入台1308的运动的致动器(未示出)，诸如伺服马达。
细长设备1310被耦接到器械主体1312。器械主体1312相对于器械托架1306被耦接并且被固定。在一些实施例中，光纤形状传感器1314被固定在器械主体1312上的近侧点1316处。在一些实施例中，光纤形状传感器1314的近侧点1316可以是连同器械主体1312一起可移动的，但是近侧点1316的方位可以是已知的(例如，经由跟踪传感器或其他跟踪设备来获知)。形状传感器1314测量从近侧点1316到另一点(诸如细长设备1310的远端1318)的形状。点收集器械1304可以基本上类似于医疗器械系统1200。
当器械主体1312在插入台1308上沿着插入轴线A移动时，位置测量设备1320提供关于器械主体1312的位置的信息。位置测量设备1320可以包括旋转变压器、编码器、电位计和/或确定控制器械托架1306的运动并因此控制器械主体1312的运动的致动器的旋转和/或取向的其他传感器。在一些实施例中，插入台1308是线性的。在一些实施例中，插入台1308可以是弧形的或者具有弧形和线性段的组合。
图13A示出处于沿着插入台1308的缩回位置的器械主体1312和器械托架1306。在该缩回位置处，近侧点1316在轴线A上的位置L0处。在沿着插入台1308的该位置处，近侧点1316的方位的A分量可以被设置为零和/或另一参考值，以提供描述器械托架306并因此近侧点1316在插入台1308上的位置的基本参考。通过器械主体1312和器械托架1306的该缩回位置，细长设备1310的远端1318可以被刚好定位在患者P的进入孔口内。同样在该位置处，位置测量设备1320可以被设置为零和/或另一参考值(例如，I＝0)。在图13B中，器械主体1312和器械托架1306已经沿着插入台1308的线性轨道推进，并且细长设备1310的远端1318已经被推进到患者P体内。在该推进位置处，近侧点1316在轴线A上的位置L1处。在一些示例中，来自控制器械托架1306沿着插入台1308的移动的一个或多个致动器和/或与器械托架1306和/或插入台1308相关联的一个或多个位置传感器的编码器和/或其他位置数据被用来确定近侧点1316相对于位置L0的位置Lx。在一些示例中，位置Lx可以进一步被用作细长设备1310的远端1318插入到患者P的解剖结构的通路内的距离或插入深度的指示符。
尽管已经在附图中描述和示出了本发明的某些示例性实施例，但是应当理解，这些实施例仅是示例性的，而不是限制宽泛的发明，并且本发明的实施例并不局限于示出和描述的具体结构和布置，因为本领域普通技术人员容易想到各种其他修改。

Claims (36)

1.一种柔性器械，包括：
天线，其具有远侧尖端部分、近侧基座以及在其间的天线主体，
其中所述天线主体包括图案化柱形结构，所述图案化柱形结构具有耦合到所述近侧基座的近端和耦合到所述远侧尖端部分的远端，以及
其中所述柔性器械被配置为从所述天线生成辐射图案以烧蚀组织。
2.根据权利要求1所述的柔性器械，其中所述天线包括：
具有柔性塑性变形极限的第一材料，其允许在形成为紧密弯曲件之后将所述天线主体恢复到基本初始状态；以及
镀覆在所述第一材料上的第二材料，其中所述第二材料比所述第一材料更具导电性。
3.根据权利要求2所述的柔性器械，其中所述紧密弯曲件具有小于约30mm的弯曲半径。
4.根据权利要求2所述的柔性器械，其中所述第一材料包括不锈钢和镍钛(NiTi)、BeCu中的至少一种，并且所述第二材料包括金和银中的至少一种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的柔性器械，其进一步包括导电电缆组件，所述导电电缆组件包括内导体和外导体，其中所述天线耦合到所述导电电缆组件。
6.根据权利要求5所述的柔性器械，其中所述近侧基座耦合到所述导电电缆组件的所述外导体。
7.根据权利要求5所述的柔性器械，其进一步包括间隔件，其中所述天线的所述近侧基座在所述导电电缆的所述外导体附近耦合到所述间隔件。
8.根据权利要求1所述的柔性器械，其进一步包括导电电缆，所述导电电缆包括内导体和外导体，其中所述天线是从所述导电电缆的所述外导体上切下的。
9.根据权利要求8所述的柔性器械，其中：
所述天线的所述天线主体耦合到所述导电电缆的所述内导体。
10.根据权利要求9所述的柔性器械，其中所述天线的所述近侧基座与所述内导体邻接。
11.根据权利要求9所述的柔性器械，其中管腔延伸穿过所述图案化柱形结构，并且所述内导体延伸到所述管腔中并耦合到所述天线主体。
12.根据权利要求9所述的柔性器械，其中管腔延伸穿过所述图案化柱形结构，并且所述内导体延伸穿过所述管腔并耦合到所述远侧尖端部分。
13.根据权利要求1-4或8-12中任一项所述的柔性器械，其中所述天线主体包括材料并具有从所述材料上切下的双条环构造、从所述材料上切下的单条环构造、从所述材料上切下的螺旋线圈或从所述材料上切下的非对称图案。
14.根据权利要求1-4或8-12中任一项所述的柔性器械，其中所述天线主体包括从材料上切下的槽的非对称图案。
15.根据权利要求1-4或8-12中任一项所述的柔性器械，其中所述远端包括被成形为对患者的组织进行穿孔的尖端。
16.根据权利要求15所述的柔性器械，其中所述尖端包括电绝缘材料和用于穿刺的机械锋利材料中的至少一种。
17.根据权利要求16所述的柔性器械，其中所述尖端包括塑料和金属中的至少一种。
18.根据权利要求1-4或8-12中任一项所述的柔性器械，其进一步包括耦合在导电电缆组件和所述近侧基座之间的阻抗匹配网络。
19.根据权利要求18所述的柔性器械，其中所述天线主体包括螺旋线圈，并且所述柔性器械还包括耦合到所述螺旋线圈的调整设备，所述调整设备被配置成压缩或扩展所述螺旋线圈以分别减小或增大所述螺旋线圈的节距，从而改变所生成的辐射图案的烧蚀尺寸。
20.根据权利要求19所述的柔性器械，其中所述调整设备包括耦合到所述近侧基座的金属丝，所述金属丝被配置成在近侧方向上缩回以增大所述节距并在远侧方向上伸展以减小所述节距。
21.根据权利要求19所述的柔性器械，其中所述调整设备包括耦合到所述远侧尖端部分的金属丝，所述金属丝被配置成在近侧方向上缩回以减小所述节距并在远侧方向上伸展以增大所述节距。
22.根据权利要求19所述的柔性器械，其中：
所述调整设备包括护套，所述护套被配置成围绕所述螺旋线圈并与所述远端耦合，
所述护套的缩回接合所述远端以压缩所述螺旋线圈并减小所述节距，以及
所述护套的伸展在远侧方向上拉动所述远端以增大所述节距。
23.根据权利要求19所述的柔性工具，其中：
所述调整设备包括第一管和围绕所述第一管的第二管，
所述螺旋线圈包括蚀刻在面向所述第二管的内表面的所述第一管的外表面中的第一组迹线和蚀刻在所述第二管的所述内表面中的第二组迹线的第一组合，所述第一组迹线和所述第二组迹线彼此电耦合，并且
所述第二管被配置成相对于所述第一管移动以使蚀刻在所述第二管的所述内表面中的第三组迹线电耦合到所述第一组迹线，从而改变所述螺旋线圈的所述节距。
24.一种方法，包括：
识别目标组织的期望烧蚀区，所述期望烧蚀区具有至少一个烧蚀区参数；
确定用于产生烧蚀能量以便为所述目标组织创建所述期望烧蚀区尺寸的柔性器械的物理参数，所述柔性器械包括：
天线，其具有远侧尖端部分、近侧基座以及在其间的天线主体，并且其中所述天线主体包括图案化柱形结构，所述图案化柱形结构具有耦合到所述近侧基座的近端和耦合到所述远侧尖端部分的远端；以及
确定所述柔性器械的至少一个烧蚀参数，以便产生所述烧蚀能量来为所述目标组织创建所述期望烧蚀区。
25.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括：
接收关于所述目标组织的信息，其中基于关于所述目标组织的所述信息或所述至少一个烧蚀参数来确定功率输出。
26.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括：
基于关于所述目标组织的至少一个信息或所述至少一个烧蚀参数，从多个天线部件中确定选择的天线部件。
27.根据权利要求24-26中任一项所述的方法，其中所述至少一个烧蚀参数是所述烧蚀区的尺寸或所述烧蚀区的形状。
28.根据权利要求24-26中任一项所述的方法，其进一步包括：
确定接收所述柔性器械的递送设备的类型，其中至少部分地基于对所述递送设备的类型的确定来确定所述柔性器械的所述物理参数。
29.根据权利要求24-26中任一项所述的方法，其中所述至少一个烧蚀参数包括功率输出、能量递送的持续时间或能量频率中的至少一个。
30.根据权利要求24-26中任一项所述的方法，其进一步包括存储预测烧蚀区或实际烧蚀区的尺寸。
31.一种方法，包括：
识别目标组织的期望烧蚀区；
调整用于产生烧蚀能量以便为所述目标组织创建所述期望烧蚀区的柔性器械的物理参数，所述柔性器械包括：
天线，其具有远侧尖端部分、近侧基座以及在其间的天线主体，并且其中所述天线主体包括图案化柱形结构，所述图案化柱形结构具有耦合到所述近侧基座的近端和耦合到所述远侧尖端部分的远端；以及
递送所述烧蚀能量以便为所述目标组织创建所述期望烧蚀区。
32.根据权利要求31所述的方法，其中调整所述柔性器械的所述物理参数包括改变所述柔性器械的可调机构，或提供用于改变所述柔性器械的所述可调机构的指令。
33.根据权利要求31所述的方法，其进一步包括：
评估所述目标组织的实际烧蚀区尺寸；以及
比较所述目标组织的所述实际烧蚀区尺寸和所述目标组织的期望烧蚀区尺寸。
34.根据权利要求31所述的方法，其进一步包括：
评估所述目标组织的实际烧蚀区形状；以及
比较所述目标组织的所述实际烧蚀区形状和所述目标组织的期望烧蚀区形状。
35.根据权利要求33或34中任一项所述的方法，其进一步包括：
基于所述比较，提供用于重新定位所述柔性器械的指导。
36.根据权利要求33或34中任一项所述的方法，其进一步包括：
为重新调整所述柔性器械的所述物理参数提供指导，其中所述重新调整基于所述比较。
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