CN113274139A - 用于输送细长设备的引导装置和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于输送细长设备的引导装置和使用方法。可变长度支撑组件包括第一端、第二端、多个支撑构件对以及被构造成接收细长柔性器械的多个孔眼。每个支撑构件对包括连接到第二支撑构件的第一支撑构件，并且多个孔眼中的每一个沿着第一端和第二端之间的纵向中心轴线被可移动地联接到多个支撑构件对中的至少一对。可变长度支撑组件被构造成沿着纵向中心轴线选择性地从压缩构造转换到展开构造，并且在沿着纵向中心轴线推进细长柔性器械时，多个孔眼适于支撑细长柔性器械。多个孔眼中的每一个包括锥形对准构件，所述锥形对准构件被构造成接触相邻孔眼的锥形对准构件，以在可变长度组件从展开构造转换到压缩构造时沿着纵向轴线使多个孔眼移动对准。

Description

用于输送细长设备的引导装置和使用方法

本申请为分案申请，原申请的申请日是2017年07月07日、申请号是“201780045618.1”、发明名称为“用于输送细长设备的引导装置和使用方法”。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2016年7月8日提交的名称为“GUIDE APPARATUS FOR DELIVERYOF AN ELONGATE DEVICE AND METHODS OF USE(用 于输送细长设备的引导装置和使用方法)”的美国临时专利申请62/359,957 的申请日的优先权和权益，该临时专利申请通过引用以其全文并入本文。

技术领域

本公开涉及用于导航患者解剖结构以进行微创手术的系统和方法，并且 更具体地涉及用于引导和支持细长设备(诸如柔性介入器械和/或可操纵介入 器械)向患者解剖结构内的输送的装置和方法。

背景技术

微创医疗技术旨在减少在介入手术期间受到损伤的组织的量，从而减少 患者的恢复时间、不适和有害的副作用。这种微创技术可以通过患者解剖结 构中的自然孔口或通过一个或更多个手术切口来进行。通过这些自然孔口或 切口，临床医生可以插入介入器械(包括手术、诊断、治疗或活检器械)以 到达目标组织定位。医生可以通过这些自然孔口或切口插入微创医疗器械(包 括手术、诊断、治疗或活检器械)以到达目标组织定位。一种这样的微创技 术是使用可被插入解剖通道并被导向患者解剖结构内的感兴趣区域的柔性和/ 或可导向的细长设备(例如，柔性导管)。为了到达目标组织定位，微创介 入器械可以导航在解剖系统(例如，肺、结肠、肠、肾、心脏、循环系统或 类似系统)中的自然通道或手术创建的通道。由医务人员对这种细长设备进 行控制涉及几个自由度的管理，至少包括对细长设备的插入和缩回以及该设 备的导向的管理。此外，还可以支持不同的操作模式。

远程操作介入系统可用于将柔性介入器械插入患者解剖结构中。几种介 入器械由允许通过患者身体的可操作性的柔性材料制成。在现有系统中，在 患者和远程操作操纵器之间延伸的介入器械的至少一部分是不受支撑的，并 且器械的柔性特性可导致其在施加力以将器械插入患者的解剖结构时在患者 身体之外的某一点处以不希望的方式弯曲、扭曲或弯折。器械的变形会损坏 诸如光纤形状传感器或内窥镜设备之类的内部部件。当介入器械被插入患者 解剖结构中以防止器械变形时，需要改进的系统和方法来引导和支撑介入器 械。

发明内容

通过随附于说明书的权利要求书概括了本发明的实施例。

根据一些实施例，一种用于引导细长柔性器械的装置包括可变长度支撑 组件。可变长度支撑组件包括第一端、第二端、多个支撑构件对以及被构造 成接收细长柔性器械的多个孔眼。每个支撑构件对包括被连接到第二支撑构 件的第一支撑构件，并且多个孔眼中的每一个沿着第一端和第二端之间的纵 向中心轴线被可移动地联接到多个支撑构件对中的至少一对。可变长度支撑 组件被构造成沿着纵向中心轴线选择性地从压缩构造转换到展开构造，并且 在沿着纵向中心轴线推进细长柔性器械时，多个孔眼适于支撑细长柔性器械。 多个孔眼中的每一个包括锥形对准构件，所述锥形对准构件被构造成接触相 邻孔眼的锥形对准构件，以在可变长度组件从展开构造转换到压缩构造时沿 着纵向轴线使所述多个孔眼移动对准。

根据一些实施例，一种用于引导细长柔性器械的装置包括可变长度支撑 组件。可变长度支撑组件包括第一端、第二端、多个支撑构件对以及被构造 成接收细长柔性器械的多个孔眼。每个支撑构件对包括被连接到第二支撑构 件的第一支撑构件，并且多个孔眼中的每一个沿着第一端和第二端之间的纵 向中心轴线被可移动地联接到多个支撑构件对中的至少一对。该装置还包括 位于可变长度支撑组件的第一端处的近侧联接器。近侧联接器被构造成将可 变长度支撑组件联接到器械接口部分，并且近侧臂同步组件稳定近侧联接器 和可变长度支撑组件之间的连接。可变长度支撑组件被构造成沿着纵向中心 轴线选择性地从压缩构造转换到展开构造。在沿着纵向中心轴线推进细长柔 性器械时，多个孔眼适于支撑细长柔性器械。

应理解，前面的一般性描述和下面的具体实施方式本质上都是示例性和 解释性的，并且旨在提供对本公开的理解而不限制本公开的范围。对此，根 据下面的具体实施方式，本公开的其他方面、特征和优点对于本领域技术人 员而言将是显而易见的。

附图说明

当结合附图阅读时，根据下面的具体实施方式，最佳地理解本公开的各 方面。需要强调的是，根据工业上的标准惯例，各种特征未按比例绘制。实 际上，为了清楚讨论，可以任意增加或减少各种特征的尺寸。另外，本公开 可以在各种示例中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的， 并且其本身并不表示所讨论的各种实施例和/或构造之间的关系。

图1是根据本公开的一些实施例的远程操作医疗系统的简化图。

图2A是根据本公开的一些实施例的医疗器械系统的简化图。

图2B是根据本公开的一些实施例的具有延伸的医疗工具的医疗器械的 简化图。

图3是根据本发明的一些实施例的远程操作操纵器组件、细长器械和器 械引导装置的侧视图的简化图。

图4示出了处于压缩构造的器械引导装置400的侧视图。

图5示出了图4中所示的器械引导装置的前视图。

图6示出了图4中所示的处于展开构造的器械引导装置的侧视图。

图7示出了图4中所示的处于展开构造的器械引导装置的俯视图。

图8示出了图4中所示的处于展开构造的器械引导装置的仰视图。

图9示出了图4中所示的处于展开构造的器械引导装置的透视图。

图10A-10E示出了图4中所示的可变长度支撑组件的近侧部分。具体地， 图10A-10D示出了被联接到可变长度支撑组件的示例性臂同步组件的透视 图，而图10E示出了根据本公开的一个实施例的示例性臂同步组件的俯视图。

图11A示出了根据本公开的一个实施例的可变长度支撑组件的中央部分 的透视图。

图11B-11D示出了根据本公开的另一实施例的示例性可变长度支撑组件 的中央部分的透视图。图11B示出了根据本公开的一个实施例的通过活动铰 链连接的处于展开构造的示例性支撑构件的特写透视图。图11C示出了根据 本公开的一个实施例的处于展开构造的可变长度支撑组件的透视图。图11D 示出了根据本公开的一个实施例的处于压缩构造的可变长度支撑组件的透视 图。

图12示出了根据本公开的一个实施例的示例性第一支撑构件和示例性孔 眼的透视图。

图13示出了根据本公开的一个实施例的示例性第二支撑构件的透视图。

图14示出了图12中所示的孔眼和根据本公开的一个实施例的示例性销 的透视图。

图15-16B示出了根据本公开的一个实施例的包括示例性对准构件的示例 性器械引导装置的部分。具体地，图15示出了示例性孔眼、示例性销和示例 性对准构件的透视图。图16A示出了被联接到处于展开构造的第一支撑构件 和第二支撑构件的图15中所示的孔眼和对准构件的顶部剖视图。图16B示出 了被联接到处于压缩构造的第一和第二支撑构件的图15中所示的孔眼和对准 构件的顶部剖视图。

图17-18B示出了根据本公开的另一实施例的包括示例性对准构件的示例 性器械引导装置的部分。具体地，图17示出了示例性孔眼和示例性对准构件 的透视图。图18A示出了被联接到处于展开构造的第一支撑构件和第二支撑 构件的图17中所示的孔眼和对准构件的俯视图。图18B示出了被联接到处于 压缩构造的第一和第二支撑构件的图17中所示的孔眼和对准构件的俯视图。

图19A-19C示出了根据本公开的一个实施例的示例性孔眼和示例性对准 构件的透视图。

图20A-20D示出了根据本公开的一个实施例的包括图19A-19C中所示的 孔眼和对准构件的示例性可变长度支撑组件的透视图。

图21示出了根据本公开的一个实施例的示例性孔眼的透视图。

图22A-22C示出了根据本公开的一个实施例的包括图21中所示的孔眼的 示例性可变长度支撑组件的透视图。

图23示出了根据本公开的一个实施例的示例性孔眼的透视图。

图24A-24C示出了根据本公开的一个实施例的包括图21中所示的孔眼的 示例性可变长度支撑组件的透视图。

图25A-25C示出了根据本公开的一个实施例的被联接到示例性臂同步组 件的示例性可变长度支撑组件的透视图。图25A示出了可变长度支撑组件的 长度。图25B示出了被联接到可变长度支撑组件的示例性近侧臂同步组件， 并且图25C示出了根据本公开的一个实施例的示例性远侧臂同步组件。

图26A-26B示出了根据本公开的另一实施例的示例性器械引导装置的透 视图。

图27A示出了根据本公开的一个实施例的近侧臂同步组件中的一组齿 轮。

图27B示出了根据本公开的另一实施例的近侧臂同步组件中的一组齿 轮。

图28示出了处于塌缩状态的可变长度支撑组件的横截面视图。

图29A和图29B分别示出了根据本公开的一个实施例的孔眼的透视图和 俯视图。

图30A和图30B分别示出了根据本公开的另一实施例的孔眼的透视图和 俯视图。

图31A示出了用于组装器械引导装置的装配夹具(assembly fixture)。

图31B示出了处于分解构造的单个支撑构件2520。

通过参考下面的具体实施方式，可以最佳理解本公开的实施例及其优点。 应当理解，同样的附图标记用于标识在一个或更多个附图中示出的同样的元 件，其中，在这些图中所示的是出于说明本公开的实施例的目的而不是为了 限制本公开的实施例。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了描述根据本公开的一些实施例的具体细节。阐述 了许多具体细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员 显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践一些 实施例。本文公开的具体实施例是说明性的而非限制性的。本领域技术人员 可以实现其他元件，尽管这里没有具体描述，但是其在本公开的范围和精神 内。另外，为了避免不必要的重复，结合一个实施例示出和描述的一个或更 多个特征可以结合到其他实施例中，除非另外特别描述或者如果一个或更多 个特征使得实施例不起作用。

在某些情况下，未详细描述公知的方法、程序、部件和电路，以免不必 要地模糊实施例的各方面。

本公开根据其在三维空间中的状态描述了各种器械和器械的部分。如这 里所使用的，术语“位置”是指物体或物体的一部分在三维空间中的定位(例 如，沿笛卡尔x、y和z坐标的三个平移自由度)。如本文所用，术语“取向” 是指物体或物体的一部分的旋转放置(三度旋转自由度——例如，滚动、俯 仰和偏航)。如本文所使用的，术语“姿势”是指物体或物体的一部分在至 少一个平移自由度中的位置以及该物体或该物体的一部分在至少一个旋转自 由度中的取向(高达六个自由度)。如本文所用，术语“形状”是指沿物体 测量的一组姿势、位置或取向。

图1是根据一些实施例的远程操作医疗系统100的简化图。在一些实施 例中，远程操作医疗系统100可适用于例如外科手术、诊断、治疗或活检程 序。如图1所示，医疗系统100通常包括远程操作操纵器组件102，用于在对 患者P进行各种手术时操作医疗器械104。远程操作操纵器组件102安装到手 术台T或安装到手术台T附近。操作者输入系统106(有时被称为主组件106) 允许操作者(例如，外科医生、临床医生或如图1所示的医生O)观察介入部位并控制远程操作操纵器组件102。

主组件106可以位于医生的控制台处，该控制台通常与手术台T位于同 一个房间中，例如在患者P在其上的外科手术台旁边。然而，应该理解，医 生O可以与患者P位于不同房间或完全不同的建筑物中。主组件106通常包 括一个或更多个控制设备，用于控制远程操作操纵器组件102。控制设备可以 包括任何数量的各种输入设备，例如操纵杆、追踪球、数据手套、触发枪、 手操作的控制器、语音识别设备、人体运动或存在传感器和/或类似设备。为 了给予医生O强烈的直接控制器械104的感觉，控制设备可以具有与相关联 的医疗器械104相同的自由度。以这种方式，控制设备向医生O提供控制设 备与医疗器械104是一体的远程呈现或感知。

在一些实施例中，控制设备可以具有比相关联的医疗器械104更多或更 少的自由度，并且仍向医生O提供远程呈现。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并且还可以包括用于致动器械的可致动手柄 (例如，用于闭合抓取钳爪、向电极施加电势、提供药物治疗和/或类似用途) 的手动输入设备。

图1是根据一些实施例的远程操作医疗系统100的简化图。在一些实施 例中，远程操作医疗系统100可适用于例如外科手术、诊断、治疗或活检程 序。如图1所示，远程操作系统100通常包括远程操作操纵器组件102，用于 在对患者P进行各种手术时操作医疗器械104。组件102安装到手术台O或 安装到手术台O附近。主组件106允许操作者(例如，外科医生、临床医生 或如图1所示的医生O)观察介入部位并控制远程操作操纵器组件102。

主组件106(或主外科医生控制输入组件106)可以位于外科医生的控制 台处，该控制台通常与手术台O位于同一个房间中，例如在患者P在其上的 外科手术台旁边。然而，应该理解，医生O可以与患者P位于不同房间或完 全不同的建筑物中。主组件106通常包括一个或更多个控制设备，用于控制 操纵器组件102。控制设备可以包括任何数量的各种输入设备，例如操纵杆、 追踪球、数据手套、触发枪、手操作的控制器、语音识别设备、人体运动或 存在传感器等。为了给予医生O强烈的直接控制器械104的感觉，控制设备 可以具有与相关联的医疗器械104相同的自由度。以这种方式，控制设备向 医生O提供控制设备与医疗器械104是一体的远程呈现或感知。

在一些实施例中，控制设备可以具有比相关联的医疗器械104更多或更 少的自由度，并且仍向医生O提供远程呈现。在一些实施例中，控制设备是 以六个自由度移动并且还可以包括用于致动器械的可致动手柄(例如，用于 闭合抓取钳爪、向电极施加电势、提供药物治疗等)的手动输入设备。

远程操作组件102支撑医疗器械系统104并且可包括一个或更多个非伺 服控制的连杆(links)(例如，可以手动定位并锁定在适当位置的一个或更 多个连杆，其通常被称作装配结构(set-up structure))构成的运动学结构和 远程操作操纵器。远程操作组件102包括响应于来自控制系统(例如，控制 系统112)的命令而驱动医疗器械系统104上的输入的多个致动器或马达。马 达包括驱动系统，该驱动系统在联接到医疗器械系统104时可以将医疗器械 推进到自然创建或手术创建的解剖孔口中。另一些机动的驱动系统可以以多个自由度移动医疗器械的远端，多个自由度可以包括三个线性运动(例如， 沿X、Y、Z笛卡尔轴线的线性运动)自由度和三个旋转运动(例如，围绕X、 Y、Z笛卡尔轴线的旋转)自由度。另外，马达能够用于致动器械的可铰接末 端执行器，以用于抓取活检设备等的钳爪中的组织。诸如旋转变压器 (resolvers)、编码器、电位计和其它机构的马达位置传感器可以向远程操作 组件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用于 确定由马达操纵的物体的运动。

远程操作医疗系统100还包括传感器系统108，传感器系统108具有用于 接收关于远程操作组件的器械的信息的一个或更多个子系统。这种子系统可 以包括：位置/定位传感器系统(诸如电磁(EM)传感器系统)；形状传感器 系统，其用于确定导管尖端的和/或沿着器械系统104的柔性主体的一个或更 多个部段的位置、取向、速率、速度、姿势和/或形状；和/或可视化系统，其 用于捕获来自导管系统的远端的图像。

可视化系统(例如，图2A的可视化系统231)可以包括察看范围组件， 该察看范围组件记录手术部位的并发或实时图像并将图像提供给临床医生或 外科医生S。并发图像可以是例如由位于手术部位内的内窥镜捕获的二维或三 维图像。在本实施例中，可视化系统包括可以整体地或可拆卸地联接到医疗 器械104的内窥镜部件。然而，在替代实施例中，被附接到单独的操纵器组 件的单独的内窥镜可以与医疗器械一起使用以对手术部位成像。可视化系统 可以被实现为硬件、固件、软件或其组合，其与一个或更多个计算机处理器 交互或以其他方式由一个或更多个计算机处理器执行，所述计算机处理器可 包括控制系统112(在下面描述)的处理器。控制系统112的处理器可以执行 指令，所述指令包括对应于本文公开的过程的指令。

远程操作医疗系统100还包括显示系统110，用于显示由传感器系统108 的子系统产生的手术部位和(一个或更多个)医疗器械系统104的图像或表 示。显示系统110和操作者输入系统106可以被取向使得医生O可以借助于 远程呈现的感知来控制医疗器械系统104和操作者输入系统106。

显示系统110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。显示系统110和控制设备可以被取向，使得范围组件中的成像设备和医 疗器械的相对位置类似于外科医生的眼睛和手的相对位置，因此操作者可以 犹如基本上身临其境地查看工作空间那样操纵医疗器械104和手控件。身临 其境意味着图像的呈现是模拟正在物理地操纵器械104的操作者的视角的真 实透视图像。

替代地或附加地，显示系统110可以使用来自成像技术(诸如，计算机 断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光透视、热熔印刷、超声、光学 相干断层扫描(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像或纳米管X射线成像) 的图像数据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)图像或 呈现为来自由术前或术中图像数据集创建的模型的图像。

在一些实施例中，通常出于成像引导外科手术的目的，显示系统110可 以显示虚拟导航图像，其中医疗器械104的实际定位与术前或并发图像/模型 配准(即，动态参考)，以从器械104的尖端的定位的视角向医生O呈现内 部手术部位的虚拟图像。在一些示例中，视角可以来自医疗器械104的尖端。 器械104的尖端的图像或其他图形或字母数字指示符可以叠加在虚拟图像上 以辅助医生O控制医疗器械。替代地，器械104在虚拟图像中可以不可见。

在另一些实施例中，显示系统110可以显示虚拟导航图像，其中医疗器 械的实际定位与术前或并发图像配准，以从外部视角向医生O呈现医疗器械 在手术部位内的虚拟图像。医疗器械的一部分的图像或其他图形或字母数字 指示符可以叠加在虚拟图像上以辅助医生O控制器械104。如本文所述，可 以将数据点的视觉表示呈现给显示系统110。例如，测量的数据点、移动的数 据点、配准的数据点和本文所述的其他数据点可以以视觉表示显示在显示系 统110上。数据点可以通过显示器上的多个点或小圆点在用户界面中可视地表示，或者被表示为渲染模型，例如基于该组数据点创建的网格或线模型。 在一些示例中，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，在每个处理操作已被实施以改变数据点之后，可以在显示系统110中 刷新视觉表示。

远程操作医疗系统100还包括控制系统112。控制系统112包括至少一个 存储器和至少一个计算机处理器(未示出)，并且通常包括多个处理器，用 于实现医疗器械系统104、操作者输入系统106、传感器系统108和显示系统 110之间的控制。控制系统112还包括经编程的指令(例如，存储指令的非暂 时性机器可读介质)以实施根据本文公开的各方面描述的一些或所有方法， 经编程的指令包括用于向显示系统110提供病理信息的指令。虽然控制系统 112在图1的简化示意图中被示为单个方框，但是该系统可以包括两个或更多 个数据处理电路，其中一部分处理任选地在远程操作组件102上或附近进行， 另一部分处理在操作者输入系统106处进行，另一部分处理在主组件106处 进行，等等。控制系统112的处理器可以执行指令，所述指令包括对应于本 文公开的并且在下面更详细描述的过程的指令。可以采用各种集中式或分布 式数据处理架构中的任何一种。类似地，经编程的指令可以被实现为多个单 独的程序或子例程，或者它们可以集成到本文描述的远程操作系统的多个其 他方面中。在一个实施例中，控制系统112支持无线通信协议，诸如蓝牙、IrDA、 HomeRF、IEEE 802.11、DECT和无线遥测。

在一些实施例中，控制系统112可以从医疗器械104接收力和/或扭矩反 馈。响应于反馈，控制系统112可以向主组件106发送信号。在一些示例中， 控制系统112可以发送指示远程操作操纵器组件102的一个或更多个致动器 移动医疗器械104的信号。医疗器械104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和/或专用致 动器。在一些示例中，所述一个或更多个致动器可以与远程操作操纵器组件 102分离或集成。在一些实施例中，所述一个或更多个致动器和远程操作操纵 器组件102作为被定位在患者P和手术台T附近的远程操作推车的一部分被 提供。

控制系统112可以进一步包括虚拟可视化系统，以在图像引导的外科手 术期间在控制(一个或更多个)医疗器械系统104时向医生O提供导航辅助。 使用虚拟可视化系统的虚拟导航基于对解剖通道的获取的术前或术中数据集 的参考。虚拟可视化系统使用成像技术(例如，计算机断层扫描(CT)、磁 共振成像(MRI)、荧光透视、热熔印刷、超声、光学相干断层扫描(OCT)、 热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管X射线成像等)处理经成像的手术部位的图像。可以与手动输入结合使用的软件用于将记录的图像转换成部分或 整个解剖器官或解剖区域的分段的二维或三维复合表示。图像数据集与复合 表示相关联。复合表示和图像数据集描述了通道的各种定位和形状及其连通 性。用于产生复合表示的图像可以在临床手术期间进行术前或术中记录。在 一些实施例中，虚拟可视化系统可以使用标准表示(即，不是患者特定的) 或标准表示和患者特定数据的混合。复合表示和由复合表示生成的任何虚拟 图像可以表示在一个或更多个运动阶段期间(例如，在肺的吸气/呼气循环期间)可变形解剖区域的静态姿势。

在虚拟导航手术期间，传感器系统108可用于计算器械相对于患者P的 解剖结构的近似定位。该定位可用于产生患者P的解剖结构的宏观(外部) 跟踪图像和患者P的解剖结构的虚拟内部图像。系统可以实施一个或更多个 电磁(EM)传感器、光纤传感器和/或其他传感器以将医疗实施与术前记录的 外科手术图像(例如来自虚拟可视化系统的那些图像)配准并一起显示。例 如，美国专利申请No.13/107,562(于2011年5月13日提交)(公开了“Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an AnatomicStructure for Image-Guided Surgery(提供解剖结构的模型的动态配准用于图像引导的外科 手术的医疗系统)”)公开了一种这样的系统，其该申请通过引用整体并入 本文。

远程操作医疗系统100还可以包括可选的操作和支持系统(未示出)， 诸如照明系统、导向控制系统、冲洗系统和/或抽吸系统。在一些实施例中， 远程操作系统可包括一个以上的远程操作组件和/或一个以上的主组件。操纵 器组件的确切数量将取决于手术室内的外科手术和空间约束以及其他因素。 主组件106可以并置或者它们可以位于不同的位置。多个主组件允许一个以 上的操作者以各种组合控制一个或更多个远程操作操纵器组件。

图2A是根据一些实施例的医疗器械系统200的简化图。在一些实施例中， 医疗器械系统200可以用作在利用远程操作医疗系统100执行的图像引导的 医疗手术中的医疗器械104。在一些示例中，医疗器械系统200可以用于非远 程操作的探索性手术或涉及传统手动操作的医疗器械(如内窥镜检查)的手 术。任选地，医疗器械系统200可以用于收集(即，测量)一组对应于患者 (诸如患者P)的解剖通道内的定位的数据点。

器械系统200包括联接到驱动单元204的细长设备202(诸如导管系统)。 细长设备202包括具有近端217和远端218(或尖端部分218)的细长的柔性 主体216。在一个实施例中，柔性主体216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200还包括跟踪系统230，用于使用如下面进一步详细描述 的一个或更多个传感器和/或成像设备来确定远端218的和/或沿着柔性主体 216的一个或更多个部段224的位置、取向、速率、速度、姿势和/或形状。 柔性主体216在远端218和近端217之间的整个长度可以有效地分成部段224。 如果医疗器械系统200与远程操作医疗系统100的医疗器械104一致，则跟 踪系统230。跟踪系统230可以任选地被实施为与一个或更多个计算机处理器 交互或以其他方式由一个或更多个计算机处理器执行的硬件、固件、软件或 其组合，所述计算机处理器可以包括图1中的控制系统112的处理器。

跟踪系统230可以任选地使用形状传感器222跟踪远端218和/或部段224 中的一个或更多个。形状传感器222可以任选地包括与柔性主体216对准的 光纤(例如，设置在内部通道(未示出)内或安装在外部)。在一个实施例 中，光纤具有约为200μm的直径。在另一些实施例中，尺寸可以更大或更小。 形状传感器222的光纤形成光纤弯曲传感器，用于确定柔性主体216的形状。 在一个替代方案中，包括光纤布拉格光栅(FBG)的光纤用于在一个或更多 个维度中提供结构中的应变测量值。用于监测在三个维度中的光纤的形状和 相对位置的各种系统和方法被描述在美国专利申请No.11/180,389(于2005 年7月13日提交)(公开了“Fiber optic position and shape sensing device and method relatingthereto(光纤位置和形状感测装置及其相关方法)”)和美国 专利申请No.12/047,056(于2004年7月16日提交)(公开了“Fiber-optic shape and relative position sensing(光纤形状和相对位置感测)”)以及美国专利No. 6,389,187(于1998年6月17日提交)(公开了“Optical Fibre Bend Sensor (光纤弯曲传感器)”)中，上述专利申请的公开内容通过引用全部并入本 文。一些实施例中的传感器可以采用其他合适的应变感测技术，诸如瑞利散射、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216的远端姿势的历史可用于在 时间间隔内重建柔性主体216的形状。在一些实施例中，跟踪系统230可以 任选地和/或另外地使用位置传感器系统220跟踪远端218。位置传感器系统 220可以使用任何合适的感测技术或感测技术的组合，例如：诸如使用光纤布 拉格光栅、瑞利散射或其他一些适用的反射方法的OFDR(光频域反射法)技术；通过EM(电磁)技术实现的位置传感器；由电容、光学、电阻或其他 技术支持的线性旋转编码器技术；等等。作为具体示例，位置传感器系统220 可以包括EM传感器系统或者可以是EM传感器系统的一个部件，其中位置 传感器系统220包括可以经受外部产生的电磁场的一个或更多个导电线圈。 用于实现位置传感器系统220的这种EM传感器系统的每个线圈然后产生感 应电信号，该感应电信号具有取决于线圈相对于外部产生的电磁场的位置和 取向的特性。在一些实施例中，位置传感器系统220可以构造和定位成测量 六个自由度，例如，三个位置坐标X、Y、Z和指示基点的俯仰、偏航和滚动 的三个取向角，或者五个自由度，例如，三个位置坐标X、Y、Z和指示基点 的俯仰、偏航的两个取向角。位置传感器系统的进一步的描述被提供在美国 专利No.6,380,732(于1999年8月11日提交)(公开了“Six-Degreeof Freedom Tracking System Having a Passive Transponder on the Object BeingTracked(具有 在被跟踪对象上的被动转调器的六自由度跟踪系统)”)中，该专利通过引用整体并入本文。

在一些实施例中，跟踪系统230可以替代地和/或附加地依赖于沿着交替 运动(例如呼吸)的循环为器械系统的已知点存储的历史姿势、位置或取向 数据。该存储的数据可以用于形成关于柔性主体216的形状信息。在一些示 例中，一系列位置传感器(未示出)(诸如与在位置传感器系统220的一些 实施例中使用的传感器类似的电磁(EM)传感器)可以沿着柔性主体216定 位，并且然后用于形状感测。在一些示例中，来自这些传感器中的一个或多 个的在手术期间采集的数据的历史可用于表示细长设备202的形状，特别是 如果解剖通道是大体静态的话。

柔性主体216包括通道221，通道221的尺寸和形状设定成接收医疗器械 226。图2B是根据一些实施例的具有延伸的医疗器械226的柔性主体216的 简化图。在一些实施例中，医疗器械226可用于诸如外科手术、活检、消融、 照明、冲洗或抽吸的程序。医疗器械226可以通过柔性主体216的通道221 部署并且在解剖结构内的目标定位处使用。医疗器械226可包括例如图像捕 获探针、活检器械、激光消融纤维和/或其他外科手术、诊断或治疗工具。医 疗工具可包括具有单个工作构件的末端执行器，例如手术刀、钝刀片、光纤、 电极和/或类似物。其他末端执行器可包括例如镊子、抓钳、剪刀、施夹器和/ 或类似物。其他末端执行器还可包括电激活的末端执行器，例如电外科电极、 转换器、传感器和/或类似物。在各种实施例中，医疗器械226是活检器械， 其可用于从目标解剖定位移除样品组织或细胞取样。医疗器械226也可以与 同在柔性主体216内的图像捕获探针一起使用。在各种实施例中，医疗器械 226可以是图像捕获探针，其包括具有在柔性主体216的远端218处或附近的 立体或单视场相机的远端部分，立体或单视场相机用于捕获由可视化系统231 处理的图像(包括视频图像)以供显示和/或将其提供给跟踪系统230以支持 跟踪远端218和/或一个或更多个部段224。图像捕获探针可以包括联接到相 机的缆线，用于传输捕获的图像数据。在一些示例中，图像捕获器械可以是 联接到可视化系统231的光纤束，例如纤维镜。图像捕获器械可以是单光谱 或多光谱的，例如捕获可见光谱、红外光谱和/或紫外光谱中的一个或更多个 的图像数据。替代地，医疗器械226本身可以是图像捕获探针。医疗器械226 可以从通道221的开口被推进以进行手术，并且然后当手术完成时缩回到通 道中。医疗器械226可以从柔性主体216的近端217移除或者从沿着柔性主 体216的另一个可选器械端口(未示出)移除。

医疗器械226可以附加地容纳在其近端和远端之间延伸的缆线、联动装 置或其他致动控件(未示出)，以可控制地弯曲医疗器械226的远端。可操 纵器械在美国专利No.7,316,681(于2005年10月4日提交)(公开了 “Articulated Surgical Instrument forPerforming Minimally Invasive Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity(用于执行具有增强的灵活性和灵敏度的微 创手术的铰接式外科手术器械)”)和美国专利申请No.12/286,644(于2008 年9月30日提交)(公开了“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器)”)中详细描述， 上述专利通过引用整体并入本文。

柔性主体216还可以容纳在驱动单元204和远端218之间延伸的缆线、 联动装置或其他导向控件(未示出)，以可控制地弯曲远端218，例如，如通 过远端218的虚线描绘219所示的。在一些示例中，至少四根缆线用于提供 独立的“上下”导向以控制远端218的俯仰并提供“左右”导向以控制远端 281的偏航。可导向的细长设备在美国专利申请No.13/274,208(于2011年 10月14日提交)(公开了“Catheter with Removable Vision Probe(具有可移 除视觉探针的导管)”)中有详细描述，上述申请通过引用整体并入本文。 在医疗器械系统200由远程操作组件致动的实施例中，驱动单元204可包括 驱动输入，该驱动输入可移除地联接到远程操作组件的驱动元件(例如致动 器)并从其接收动力。在一些实施例中，医疗器械系统200可包括抓握特征、 手动致动器或用于手动控制医疗器械系统200的运动的其他部件。细长设备 202可以是可导向的，或者，替代地，系统可以是不可导向的，该系统没有用 于操作者控制远端218的弯曲的集成机构。在一些示例中，医疗器械可以通 过其在目标手术定位处部署并使用的一个或更多个内腔被限定在柔性主体 216的壁中。

在一些实施例中，医疗器械系统200可包括柔性支气管器械，例如支气 管镜或支气管导管，用于肺的检查、诊断、活检或治疗。医疗器械系统200 还适用于通过自然或外科手术创建的连接通道在各种解剖系统(包括结肠、 肠、肾和肾盏、脑、心脏、包括脉管系统的循环系统和/或类似系统)中的任 一种中其他组织的导航和治疗。

来自跟踪系统230的信息可以被发送到导航系统232，在导航系统232中 该信息与来自可视化系统231和/或术前获得的模型的信息组合，以向医生或 其他操作者提供实时位置信息。在一些示例中，实时位置信息可以显示在图1 的显示系统110上用于医疗器械系统200的控制。在一些示例中，图1的控 制系统116可以利用位置信息作为用于定位医疗器械系统200的反馈。在美 国专利申请No.13/107,562(于2011年5月13日提交)(公开了“Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an AnatomicStructure for Image-Guided Surgery(提供解剖结构的模型的动态配准用于图像引导的外科 手术的医疗系统)”)中提供了用于使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200可以在图1的医疗系统100内被远程 操作。在一些实施例中，图1的远程操作操纵器组件102可以由直接操作者 控制代替。在一些示例中，直接操作者控制可以包括用于器械的手持操作的 各种手柄和操作者界面。

当使用远程操作组件将导管(或其他细长的柔性医疗器械)插入患者解 剖结构中时，患者体外的导管长度应当在其被推进患者体内时得到支撑。否 则，当导管从近端被推动并且在远端处在患者解剖结构中遇到摩擦时，导管 会翘曲或弯曲。为了防止导管的这种变形，当器械引导装置沿着插入轴线进 入患者解剖结构时，可以使用器械引导装置以规则间隔向导管提供支撑。在 将导管引入患者的解剖结构之前，导管可以穿过器械引导装置的通道或孔眼 中。在本文所述的实施例中，器械引导装置可以在压缩构造和展开构造之间转换。在本文所述的实施例中，引导装置包括对准元件，该对准元件使得引 导装置的孔眼能够在导管被引入引导装置之前沿着插入轴线自对准。通常， 导管被引入引导装置，同时装置处于压缩构造。在导管的远侧部分穿过引导 装置的孔眼之后，引导装置可以围绕导管的剩余部分展开。当导管被推进到 患者解剖结构中并且导管的暴露长度减小时，器械引导装置返回到压缩构造。 当导管进入患者解剖结构时，引导装置压缩并且对准构件引导孔眼以与插入 轴线重新对准。在一些实施例中，本文所述的器械引导装置包括增加处于展 开构造的装置的刚度和稳定性的特征。因此，本文所述的实施例在导管被引 入、横穿过患者解剖结构并从患者解剖结构移除时，有效地为导管提供稳定 的支撑。

图3示意性地示出了根据本发明的实施例的远程操作操纵器组件(例如， 远程操作操纵器组件102)的器械接口部分300和器械引导装置302。器械接 口部分300包括驱动输入304，该驱动输入可以向安装到远程操作操纵器的驱 动马达提供器械末端执行器与柔性主体导向机构的机械联接。例如，一对驱 动输入可以控制器械柔性主体的远端的俯仰运动，其中该对驱动输入的一个 适配器控制沿向上方向的运动而该对驱动输入的另一个适配器控制沿相反的 向下方向的运动。其他成对的驱动输入可以为柔性主体和/或末端执行器提供 其他自由度的相反运动。在一些实施例中，驱动输入304可以联接到或定位 在器械控制单元305内，器械控制单元305控制细长器械(例如导管310)的 定位。例如，在1999年10月15日提交的美国专利No.6,331,181(公开了 “Surgical Robotic Tools,DataArchitecture,And Use(手术机器人工具、数据架 构和使用)”)和2001年1月12日提交的美国专利No.6,491,701(公开了 “Mechanical Actuator Interface System For RoboticSurgical Tools(用于机器人 手术工具的机械致动器接口系统)”)中描述了与远程操作或机器人操纵器 接口的器械，上述专利均通过引用整体并入本文。器械接口部分300还可以通过沿着插入轴线A线性移动来控制器械插入。

在使用期间，导管310定位在器械引导装置302内，并且器械引导装置 302用于在导管310向患者解剖结构推进、保持在其内部和从其缩回时使导管 310的翘曲最小化。器械引导装置302具有近端312和远端314。在一些实施 例中，器械引导装置302的近端312可拆卸地联接到器械接口部分300的安 装板316。安装板316可以是相对于器械接口部分300的近端318和远端320 可移动的(例如，沿着插入轴线A)。近端318和远端320可以或可以不设置在器械接口部分300的物理端部处。例如，在图示的实施例中，近端318 和远端320包括远离器械接口部分300的实际端部设置的运动止动件，其被 成形并构造成停止安装板316的轴向平移。在使用期间，器械引导装置302 的远端314可以可拆卸地联接到手术野内的锚固件317。锚固件317可定位在 器械接口部分300上(例如，在柔性器械操纵器或FIM上)、手术台上、手 术框架上或患者解剖结构上。在一个示例中，锚固件317可包括由患者的牙 齿夹紧的护口器。器械引导装置302沿着位于器械引导装置302内的导管310 的长度提供纵向支撑，以在导管310被推入患者体内P时最小化导管310的 暴露长度的翘曲。

图4-9示出了根据本公开的一个实施例的示例性器械引导装置400的各种 视图。具体地，图4示出了处于压缩构造的器械引导装置400的侧视图。图5 示出了器械引导装置400的前视图。图6示出了处于展开构造的器械引导装 置400的侧视图。图7示出了处于展开构造的器械引导装置400的俯视图。

图8示出了处于展开构造的器械引导装置400的仰视图。图9示出了处于展 开构造的器械引导装置400的透视图。

器械引导装置400是图3中所示的器械引导装置302的特定示例。除非 另有说明或从说明书中显而易见，否则该具体实施例的设计、功能和用途与 参考图3所示的器械引导装置302所描述的相同。在图示的实施例中，器械 引导装置400包括近侧联接器405、从第一端412延伸到远端414的可变长度 支撑组件410、在远端414处的远侧联接器415以及诸如闩锁机构的保持组件 420。在使用中，导管310可穿过(threaded)近侧联接器405上的近侧孔422 (在图10A中示出)、穿过可变长度支撑组件410并穿过远侧孔425(图5 中所示)。近侧孔422也可以称为内腔422。最初，在一些情况下，在导管 310向远侧穿过可变长度支撑组件410之后，器械引导装置400可以从图4中 所示的压缩构造转换成图6-9中所示的展开构造。在导管310行进通过可变长 度支撑组件410并进入患者之后，当导管310沿着插入轴线A向远侧推进到 患者体内时，器械引导装置400可以从图6-9中所示的展开或延伸构造转换成图4中所示的压缩构造。器械引导装置400和可变长度支撑组件410在导管 310从患者体内抽出时延伸，并且更长长度的导管310暴露在患者体外(即， 需要支撑的导管310的暴露的长度)。

近侧联接器405经由紧固元件430a和430b(图7中所示)将可变长度支 撑组件410的第一端412可拆卸地联接到器械接口部分300和/或器械控制单 元305。在图示的实施例中，紧固元件430a、430b包括带肩螺钉或肩螺栓， 其形状和尺寸设定成与器械接口部分300内(例如，在安装板316上)和/或 图3所示的器械控制单元305内的相应螺纹孔配合。如图8所示，近侧联接 器405包括螺纹孔435a、435b，其形状和尺寸设定成分别接收紧固元件430a、 430b。在将螺纹孔435a、435b与器械接口部分300和/或器械控制单元305中 的相应螺纹孔对准之后，紧固元件430a、430b可以分别穿过螺纹孔435a、435b 插入并拧紧以将器械引导装置400牢固地附接到安装板316(或图3中所示的 器械接口部分300的另一部分)。另一些实施例可包括能够将器械引导装置 400的近侧联接器405牢固且可拆卸地联接到远程操作操纵器组件的各种紧固 元件中的任何一种，包括但不限于卡扣配合接合件、摩擦接合件、钩扣紧固 件、销、滑架螺栓和配合螺钉。近侧联接器405包括内腔422(图9和图10A 中所示)，其尺寸和形状设定成将导管310(或其他细长构件)接收入器械引 导装置400中。在一些实施例中，内腔422沿着插入轴线A与远侧联接器415 中的远侧孔425线性地对准。

如图4所示，当器械引导装置400塌缩时，保持组件420可用于选择性 地使可变长度支撑组件410保持处于压缩构造。在图示的实施例中，保持组 件420包括铰接机构，该铰接机构包括近侧部段440和远侧部段445。近侧部 段440在一端铰接地联接到近侧联接器405并且在相反端铰接地联接到远侧 部段445。远侧部段445包括远侧紧固件448，远侧紧固件448的形状和尺寸 设定成选择性地接合被设置在远侧联接器415上的附接元件450。在图示的实 施例中，如图4和图5所示，远侧紧固件448被成形为锯齿状钩，其尺寸设 定成选择性地闩锁到附接元件450上，附接元件450被成形为杆。具体地， 附接元件450被构造成卡入远侧紧固件448上的相应凹陷455中。在另一些 实施例中，远侧紧固件448和附接元件450的形状和尺寸设计为各种可拆卸 配合的紧固元件中的任何一种，包括但不限于其他卡扣配合接合件、钩扣紧 固件、螺纹接合件和摩擦接合件。在一些情况下，当器械引导装置400正在 被运输或附接到远程操作操纵器组件102时，或者当导管310最初正在穿过 器械引导装置400时，保持组件420可用于临时锁定图4所示的处于压缩构 造的可变长度支撑组件410。当把远侧紧固件448从附接元件450上卸下时， 远侧部段445可朝着近侧部段440折叠，并且这两个部段445、440都可以从 可变长度支撑组件410抬起并沿箭头A1的方向折叠。在把远侧紧固件448从 附接元件450上卸下之后，可变长度支撑组件410能够伸展成展开构造，如图6-9所示。

除了与保持组件420配合以使器械引导装置400保持处于压缩构造之外， 远侧联接器415还可用于将器械引导装置400可拆卸地联接到患者或另一设 备(例如，安装到患者或手术台上的稳定器)，以在导管310穿过可变长度 支撑组件410时稳定器械引导装置的远端。例如，在一些实施例中，远侧联 接器415的附接元件450可以在手术野中被连接到稳定器，例如，作为非限 制性示例，钩或系绳。在使用期间，稳定器可以连接到患者的身体和/或手术 台。在一些情况下，稳定器可包括在插入部位处的导引器鞘管，该导引器鞘 管被构造成接收导管310。器械引导装置400沿着导管310在稳定器和近侧联 接器405之间的长度在不连续的间隔处提供支撑。通常，远侧联接器415相 对于患者静止不动。

当近侧联接器405沿着插入轴线A沿箭头A1的方向向近侧移动时，可 变长度支撑组件410可以从图4中所示的压缩构造展开成在图6-9中所示的展 开构造。在一些情况下，导管310进出患者解剖结构的运动与近侧联接器405 的运动联接。在一些情况下，当导管310最初沿着插入轴线A向远侧推进并 进入患者解剖结构时，近侧联接器405沿箭头A2的方向与导管310一致地移 动。类似地，在一些情况下，当导管310从患者解剖结构移除时，近侧联接 器405沿着插入轴线A沿箭头A1的方向与导管310一致地移动。当图3中 所示的器械接口部分300和/或器械控制单元305将导管310进一步推进到患 者解剖结构中从而沿着轴线A沿箭头A2的方向使可变长度支撑组件410线 性移位时，可变长度支撑组件410可以塌缩或折叠回压缩构造。当导管310 完全插入患者体内时，可变长度支撑组件410处于如图4所示的压缩状态。 当导管310仅部分地插入患者体内时，可变长度支撑组件410部分地延伸， 如图6-9中所示。当导管310完全从患者体内抽出或至少缩回(例如，进入输 送器械)而不与患者解剖结构直接接触时，可变长度支撑组件410完全延伸。

如图4所示，可变长度支撑组件410设置在近侧联接器405和远侧联接 器415之间。如图6-9所示，可变长度支撑组件410包括多对相应的支撑构件 460、465，所述支撑构件彼此连接以形成可展开的支架结构。第一支撑构件 460联接到第二支撑构件465，以形成以可展开的剪刀状构造组装的成对支撑 构件460、465的支撑框架。如图7所示，当器械引导装置400处于展开构造 时，第一支撑构件460沿着中心轴线CA与第二支撑构件465交错以形成可变 长度支撑组件410。第一支撑构件460延伸穿过第二支撑构件465并且通常将 第二支撑构件465平分以形成纵横交错的、可展开的可变长度支撑组件410。

图10A-10D示出了根据本公开的一个实施例的可变长度支撑组件410的 近侧部分和近侧联接器405的透视图。图10E示出了根据本公开的一个实施 例的可变长度支撑组件410的近侧部分的俯视图。图11A示出了根据本公开 的一个实施例的可变长度支撑组件410的中央部分的透视图。如图7、8和11A 所示，可变长度支撑组件410包括两个近侧臂470a、470b，两个远侧臂472a、 472b，以及具有以下三个主要部件的重复阵列：第一支撑构件460、第二支撑 构件465和孔眼475。图12示出了本公开的一个实施例的第一支撑构件460 和孔眼475的透视图。图13示出了本公开的一个实施例的第二支撑构件465 的透视图。图14示出了根据本公开的一个实施例的孔眼475的透视图。

如图14所示，每个孔眼475包括大致中空的圆柱形或环形圈。在另一些 实施例中，孔眼475可包括具有各种尺寸和形状的各种通道中的任何一种。 例如，一些实施例可包括矩形或卵形孔眼。孔眼475被构造成在接收孔476a、 476b中接收销或其他固定元件，所述接收孔位于孔眼475的外表面477的相 反侧。在使用中，孔眼475被构造成接收细长器械，例如但不限于，导管310、 鞘管、导丝或其任何组合。在图示的实施例中，孔眼475的尺寸和形状设定 成允许导管310容易通过。如图14所示，孔眼475包括内腔478，内腔478 具有直径D1，直径D1的尺寸适于容纳导管310。直径D1可以在2mm至12mm 的范围内。在一些实施例中，直径D1为5mm。可以想到其他直径。如图12 所示，第一支撑构件460包括中央开口480，中央开口480具有直径D2，直 径D2的尺寸适于容纳单个孔眼475。直径D2可以在4mm至24mm的范围内。 在一些实施例中，直径D2为10mm。可以想到其他直径。孔眼475具有厚度 T1，并且第一支撑构件460的中央开口480具有中央厚度T2和外厚度T3。 在图示的实施例中，孔眼475的厚度T1与中央厚度T2大致相同。在另一些 实施例中，厚度T1可以大于或小于中央厚度T2。厚度T1可以在2mm至18mm 的范围内。在一些实施例中，厚度T1为6mm。中央厚度T2可以在2mm至 12mm的范围内。在一些实施例中，中央厚度T2为5mm。外厚度T3可以在 2mm至12mm的范围内。在一些实施例中，外厚度T3为5mm。可以想到其 他厚度。

在图示的实施例中，第一支撑构件460和第二支撑构件465二者均具有 大致矩形的轮廓。然而，对于支撑构件而言，也可以想到其他形状，包括但 不限于正方形、长方形、菱形和椭圆形形状。具体地，第一支撑构件460成 形为具有中央开口480的矩形板。第一支撑构件460包括位于第一支撑构件 460的中央开口480的侧面的两个凹陷484a、484b。如图12所示，第一支撑 构件460包括高度H1。高度H1可以在6mm至54mm的范围内。在一些实施 例中，高度H1为18mm。可以想到其他高度。可以想到其他高度。如图13 所示，第二支撑构件465包括上杆481、下杆482和两个壁483a、483b。壁 483a、483b具有外厚度T4。在图示的实施例中，外厚度T4与第一支撑构件460的外厚度T3大致相同。在另一些实施例中，厚度T4可以大于或小于厚 度T3。外厚度T4可以在2mm至12mm的范围内。在一些实施例中，外厚度 T4为18mm。可以想到其他厚度。第二支撑构件465的壁483a、483b分别包 括凹口486a、486b。在图示的实施例中，凹口486a、486b包括壁483a、483b 中的半椭圆形切口。如图13所示，第二支撑构件465的上杆481和下杆482 之间的空间包括高度H2。高度H2可以在6mm至54mm的范围内。在一些实 施例中，高度H2为18mm。可以想到其他高度。第二支撑构件465包括高度 H3。高度H3可以在10mm至80mm的范围内。在一些实施例中，高度H3为 30mm。可以想到其他高度。

如图10A和图11A所示，每个第一支撑构件460通过延伸穿过第二支撑 构件465的中央窗口487而与相应的第二支撑构件465相交。第一支撑构件 460在与竖直轴线VA对准的中央铰链493处联接到相交的第二支撑构件465， 竖直轴线VA平分孔眼475的质心。如图12和图13所示，中央铰链包括第一 销485a和第二销485b，所述销沿着竖直轴线VA分别穿过第一支撑构件460 和第二支撑构件465分别插入孔眼475的顶部和底部。孔眼475通过第一销485a和第二销485b在中央铰链493处被可移动地或可旋转地联接到第一支撑 构件460和第二支撑构件465。在图示的实施例中，中央铰链493包括具有第 一销485a和第二销485b的销接头，第一销485a和第二销485b穿过第一支撑 构件460和第二支撑构件465中的通道延伸到孔眼475中的接收孔476a、476b 中。例如，在图示的实施例中，第一销485a分别延伸穿过第一支撑构件460 和第二支撑构件465中的通道490a、490b，并且第二销485b分别延伸穿过第 一支撑构件460和第二支撑构件465中的通道495a、495b。因此，孔眼475 通过第一销485a和第二销485b被联接到第一支撑构件460和第二支撑构件 465二者，并且可以在第一支撑构件460的中央开口480内围绕竖直轴线VA 枢转360度。

返回到图10A、图10B和图11A，相邻的支撑构件460、465在其在外铰 链486处的端部处铰接地联接到彼此。在一些实施例中，如图11所示，外铰 链486包括具有销、螺栓或螺钉的销接头，所述销、螺栓或螺钉分别延伸穿 过第一支撑构件460和第二支撑构件465中的外周附接孔498、499。在另一 些实施例中，如图11B-11D所示，外铰链可包括活动铰链或薄柔性铰链，其 是支撑构件本身的延续部分。图11B-11D示出了根据本公开的另一实施例的示例性可变长度支撑组件的中央部分的透视图。图11B示出了根据本公开的 一个实施例的通过活动铰链连接的处于展开构造的示例性支撑构件的特写透 视图。图11C示出了根据本公开的一个实施例的处于展开构造的可变长度支 撑组件的透视图。图11D示出了根据本公开的一个实施例的处于压缩构造的 可变长度支撑组件的透视图。

具体地，图11B-11D示出了包括外铰链486'的示例性可变长度支撑组件 410'，外铰链486'包括由与两个支撑构件460'、465'相同的材料制成的活动铰 链或薄柔性铰链。除了本文所述的活动铰链之外，可变长度支撑组件410'基 本上类似于可变长度支撑组件410。例如，外铰链486'可以由部分定向的聚丙 烯、聚乙烯或超高分子量聚乙烯制成。在这样的实施例中，外铰链486'可以 是连接支撑构件460'、465'的壁的部段，其比第一支撑构件460'的外厚度T3 和第二支撑构件465'的外厚度T4薄(如图12和图13所显示的)，从而允许 以足够的弯曲和运动约束范围沿着外铰链486'的线条弯曲(flexing)。在图示 的实施例中，当可变长度支撑组件410'处于展开状态时，外铰链486'具有弧形 或半圆形横截面轮廓。这种活动铰链具有最小的摩擦和低磨损，并且低成本 和易于制造可能是有利的。在另一些实施例中，支撑构件460、465可以制造 为配合半部，使得交错的相对支撑构件可以由多对相同的模制零件或两个互 补的模制零件组装而成。例如，在一些实施例中，支撑构件460'、465'可以制 造为在中央铰链493'处连接的第一支撑构件460'和第二支撑构件465'的配合 对。在另一些实施例中，支撑构件460'、465'可以制造为在外铰链486'处连接 的第一支撑构件460'和第二支撑构件465'的两个单独的链。

返回图4，当可变长度支撑组件410以压缩构造塌缩时，支撑构件460、 465彼此相邻定位。相反，如图6-11A所示，当可变长度支撑组件410以展开 构造展开时，支撑构件460、465以剪刀状构造彼此间隔开。更具体地，支撑 构件460、465在中央铰链493和外铰链486处相对于彼此枢转，从而迫使孔 眼475以规则间隔彼此分离。

在上面参照图10A和图11A描述的图示实施例中，特别地，当导管310 穿过孔眼475时(例如，当导管310穿过图4中所示的处于压缩构造的器械 引导装置400时)，孔眼475沿着插入轴线A对准。然而，在该实施例中， 当可变长度支撑组件410返回到压缩构造时(例如，在没有导管310穿过孔 眼475并维持它们的对准的情况下)，所有孔眼475可以不对准。例如，一 个或更多个孔眼475可以沿着竖直轴线VA转动，使得导管在随后被推进到可 变长度支撑组件410中时可能遇到阻力。在这样的实施例中，用户可能需要 在推进导管310之前手动重新对准各个孔眼475或操纵导管310，以将孔眼 475轻推成适当的对准。

在另一些实施例中，器械引导装置400包括对准构件，所述对准构件确 保孔眼475自动对准以形成导管310的通路，而无需手动重新调节各个孔眼 475。例如，图15-18B描述了可变长度支撑组件的两个实施例，所述可变长 度支撑组件包括促进孔眼自对准的不同类型的对准构件。

图15示出了可变长度支撑组件500的可被包括在器械引导装置400中的 部分。具体地，图15示出了示例性孔眼505，其具有从外壁515横向延伸的 对准构件510a、510b。孔眼505基本上类似于上面参照图14描述的孔眼475， 除了本文所述的不同之处以外。孔眼505构造成分别在接收孔506a、506b中 接收销485a、485b，所述接收孔位于孔眼505的相反侧。每个对准构件510a、 510b分别包括细长杆520a、520b，该细长杆可具有圆形、矩形或其他棱柱形 或锥形形状，其任选地也可以终止于突起525a、525b。在图示的实施例中， 突起525a、525b成形为球体，但是另一些实施例可以具有不同形状的突起， 例如但不限于立方体、突片或锥体。在另一些实施例中，对准构件510a、510b 可以完全没有突起525a、525b。对准构件510a、510b沿水平取向(即，在垂 直于竖直轴线VA的水平轴线HA上)固定到孔眼505的相反侧。

图16A-16B示出了可变长度支撑组件501的可被包括在器械引导装置400 中的部分。图16A和图16B示出了第一支撑构件530、第二支撑构件535、孔 眼505和对准构件510a、510b的俯视图。第一支撑构件530和第二支撑构件 535分别基本上类似于上述第一支撑构件460和第二支撑构件465，除了本文 所述的不同之处以外。图16A示出了处于展开构造的第一支撑构件530和第 二支撑构件535的俯视图，而图16B示出了处于压缩构造的第一支撑构件530 和第二支撑构件535的俯视图。第一支撑构件530包括第一壁545上的第一 凹陷540a和第一凹槽541a以及第二壁550上的第二凹陷540b和第二凹槽 541b。相比第二壁550，包括第一壁545的内壁在第一支撑构件530的相反侧 上。第二支撑构件535包括第一壁560上的第三凹陷555a和第三凹槽556a 以及第二壁565上的第二凹陷555b和第四凹槽556b。相比第二壁565，包括 第一壁560的内壁在第二支撑构件535的相反侧上。凹槽541a、541b、556a 和556b的形状和尺寸设定成分别与细长杆520a、520b的形状互补。凹陷540a、 540b、555a和555b的形状和尺寸设定成与突起525a、525b的形状互补。例 如，在图示的实施例中，凹陷540a、540b、555a和555b具有对应于突起525a、 525b的球形形状的半球形形状。在另一些实施例中，凹陷540a、540b、555a 和555b可具有锥形形状以帮助将突起525a、525b引导到配合位置。当可变 长度支撑组件501处于压缩构造时，第一支撑构件530和第二支撑构件535 在中央铰链493上方枢转，使得突起525a、525b可插入在第一支撑构件530 和第二支撑构件535之间。具体地，突起525a分别位于第一支撑构件530和 第二支撑构件535的凹陷540a和555a内。突起525b分别位于第一支撑构件 530和第二支撑构件535的凹陷540b和555b内。在一些实施例中，第一支撑 构件530和第二支撑构件535的壁包括凹槽或细长凹陷(未示出)，所述凹 槽或细长凹陷设定成接收插入其间的细长杆520a、520b。当对准细长杆520a、 520b在支撑构件530和535的壁之间被插入支撑构件530和535的壁中的凹 槽或细长凹陷内时，或者当突起525a、525b固定在凹陷540a、540b、555a 和555b内时，孔眼505被迫使与可变长度支撑组件中的其他孔眼(即，与图 4中所示的插入轴线A)对准。

图17-18B示出了示例性可变长度支撑组件690的可被包括在器械引导装 置400中的部分。具体地，图17示出了示例性孔眼605，其具有从外壁615 横向延伸的对准构件611a、611b。孔眼605基本上类似于上述孔眼475，除了 本文所述的不同之处以外。图18A和图18B示出了第一支撑构件630、第二 支撑构件635、孔眼605和对准构件611a、611b的俯视图。第一支撑构件630 和第二支撑构件635分别基本上类似于上述第一支撑构件460和第二支撑构 件465，除了本文所述的不同之处以外。图18A示出了处于展开构造的第一 支撑构件630和第二支撑构件635的俯视图，而图18B示出了处于部分压缩 构造的第一支撑构件630和第二支撑构件635的俯视图。对准构件611a、611b 沿水平取向(即，在垂直于竖直轴线VA的水平轴线HA上)固定到孔眼605 的相反侧。每个对准构件611a、611b分别包括细长杆620a、620b，该细长杆 从孔眼605延伸并且与可伸缩地联接有附加联动装置，所述附加联动装置将 细长杆620a、620b连接到支撑构件630、635。具体地，第一细长杆杆620a 联接到第一叉状联动装置625a，并且第二细长杆620b联接到第二叉状联动装 置625b。叉状联动装置625a、625b是三叉齿联动装置。第一叉状联动装置625a包括以下三个连杆，每个连杆连接到细长杆620a：在细长杆620a上面伸 缩的中央连杆626a，将中央连杆626a和细长杆620a连接到第一支撑构件630 的第一外周连杆627a，以及将中央连杆626a和细长杆620a连接到第二支撑 构件635的第二外周连杆628a。第二叉状联动装置625b包括以下三个连杆， 每个连杆连接到细长杆620b：在细长杆620b上面伸缩的中央连杆626b，将 中央连杆626b和细长杆620b连接到第一支撑构件630的第一外周连杆627b， 以及将中央连杆626b和细长杆620b连接到第二支撑构件635的第二外周连 杆628b。另一些实施例可具有不同形状的联动装置，其被成形并构造成将细 长杆620a、620b与支撑构件630、635铰接连接，使得孔眼605在为导管310 创建通道时自对准。

当器械引导装置400转换到压缩构造时，如图18B所示，第一支撑构件 630和第二支撑构件635在中央铰链493上方枢转，使得叉状联动装置625a、 625b能够介于其间。具体地，第一叉状联动装置625a和第二叉状联动装置 625b以伸缩方式分别从细长杆620a、620b滑开，从而延长对准构件611a、611b 并允许联动装置625a、625b在支撑构件630、635之间折叠放平。在该实施 例中，对准构件611a、611b连续引导孔眼605与图4中所示的插入轴线A恒定对准，并且因此可变长度支撑组件中的具有类似对准构件的所有其他孔眼 也是如此。在一些实施例中，联动装置625a、625b包括活动铰链，并且用作 枢轴而不是传统的联动装置。

在另一个实施例中，如图19A-20D所示，对准构件可包括扭转弹簧。图 19A-19C示出了示例性孔眼705，其具有从外壁715延伸的对准构件710a、 710b。孔眼705基本上类似于上述孔眼475，除了本文所描绘和描述的不同之 处。具体地，对准构件710a、710b包括分别从附接特征722a、722b延伸的扭 转弹簧。包括对准构件710a、710b的扭转弹簧分别包括线圈部分724a、724b， 叉齿部分726a、726b和尾部分728a、728b。包括对准构件710a、710b的扭转弹簧的线圈部分724a、724b分别缠绕在附接特征722a、722b上。叉齿部分 726a、726b和尾部分728a、728b分别是从对准构件710a、710b的线圈部分 724a、724b的任一端的连续延伸部。尾部分728a、728b锚固在孔眼705内。

图20A-20D示出了根据本公开的一个实施例的包括孔眼705的示例性可 变长度支撑组件720的透视图。如图20A-20D所示，对准构件710a、710b被 成形并构造成当可变长度支撑组件720延伸并压缩时，在孔眼705与位于孔 眼705的相反侧上的第一支撑构件730和第二支撑构件735之间施加相等的 力。叉齿部分726a、726b的尺寸和形状设定成与可变长度支撑组件720的第 一支撑构件730和第二支撑构件735相互作用。在图示的实施例中，叉齿部 分726a、726b包括基本笔直的细长棒，所述细长棒的形状和尺寸设定成对第 一支撑构件730和第二支撑构件735施加偏置力，以沿着延伸通过可变长度 支撑组件720的中心轴线CA维持孔眼705与其他孔眼705对准。

在又一个实施例中，如图21和图22A-22C所示，对准构件可包括弹簧弯 曲部。图21示出了具有从外壁815延伸的对准构件810a、810b的示例性孔 眼805。孔眼805基本上类似于上述孔眼475，除了本文所述的不同之处以外。 在图示的实施例中，对准构件810a、810b包括从孔眼805的相反侧横向延伸 的弹簧弯曲部。

图22A-22C示出了根据本公开的一个实施例的包括孔眼805的示例性可 变长度支撑组件820的透视图。对准构件810a、801b的形状、尺寸和位置设 定成当可变长度支撑组件820延伸和压缩时在第一支撑构件830和第二支撑 构件835之间的打开和闭合的全范围内连续支撑在第一支撑构件830和第二 支撑构件835的面上。如图22A-22C所示，对准构件810a、810b被成形并构 造成当可变长度支撑组件820延伸和压缩时分别对位于孔眼805的相反侧上 的第一支撑构件830和第二支撑构件835施加偏置力。对准构件810a、810b 的远侧尖端826a、826b的尺寸和形状分别设定成分别与可变长度支撑组件820 的第一支撑构件830和第二支撑构件835相互作用。在图示的实施例中，对 准构件810a、810b包括弯曲的细长杆或臂，所述杆或臂的形状和尺寸设定成 对第一支撑构件830和第二支撑构件835施加偏置力，以沿着延伸通过可变 长度支撑组件820的中心轴线CA维持孔眼805与其他孔眼805对准。

在另一个实施例中，如图23和图24A-24C所示，对准构件可包括磁体。 虽然磁体可以提供孔眼沿着插入轴线的对准，但是磁体也可用于使可变长度 支撑组件920保持处于压缩构造以便收起、替换或补充诸如保持组件420的 闩锁机构。图23示出了示例性孔眼905，其具有联接到外壁915的对准构件 910a、910b。孔眼905基本上类似于上述孔眼475，除了本文所述的不同之处 以外。在图示的实施例中，对准构件910a、910b包括具有磁极轴线的磁极， 所述磁极轴线与每个孔眼905中的内腔925的纵向轴线LA对准。在图示的实 施例中，对准构件910a、910b包括位于外壁915内的圆柱形磁体。对准构件910a、910b定位成彼此间隔大约180度并沿水平轴线HA对准，水平轴线HA 延伸穿过内腔925的中央。在另一些实施例中，磁性对准构件910a、910b可 以相对于内腔和彼此以不同的布置定位。例如，磁体可以包括围绕内腔920 同心地安置的环。孔眼905可以包括位于孔眼905的远侧表面上的第一环形磁体和位于孔眼905的近侧表面上的第二环形磁体，从而允许相邻的孔眼905 在可变长度支撑组件920内，以在可变长度支撑组件处于压缩构造时配合并 磁性吸引。

图24A-24C示出了根据本公开的一个实施例的包括孔眼905的示例性可 变长度支撑组件920的透视图。对准构件910a、901b的形状、尺寸和位置设 定成沿着延伸通过内腔925的中心轴线CA维持孔眼905在可变长度支撑组件 920的延伸和压缩的全范围内连续保持对准。如图24A-24C所示，对准构件 910a、910b布置成使得当可变长度支撑组件920延伸和压缩时，相邻孔眼905 的对准构件之间的磁吸引力维持孔眼905的对准。在图示的实施例中，相邻 孔眼905的对准构件910a、910b之间的磁吸引力以维持相邻孔眼905彼此对 准，并且因此与沿着延伸通过可变长度支撑组件920的中心轴线CA串联布置 的其他孔眼905对准。

在孔眼905的相反侧上的对准构件910a、910b可以定位在孔眼905内以 具有相反的极性。换句话说，相邻孔眼905的对准构件910a可具有相反的极 性，并且相邻孔眼905的对准构件910b可具有相反的极性。因此，可变长度 支撑组件920中的相邻孔眼905的面对壁可具有相反的极性，从而使孔眼905 对准。具体地，当可变长度支撑组件920朝着完全闭合构造缩回时，交替的 极性将迫使孔眼沿中心轴线CA(和插入轴线A)对准。这确保了在没有柔性 器械通过孔眼905被插入的情况下无论何时缩回可变长度支撑组件920，当可 变长度支撑组件920到达其完全缩回构造时，孔眼905将自身对准，从而防 止未对准的孔眼905干扰可变长度支撑组件920的完全缩回。这种磁性对准 构件910a、910b还可以消除对机械闩锁(例如上述的保持组件420)的需要， 以当组件920未在两端处附接到柔性器械操纵器系统(即，器械接口部分300) 时保持组件920闭合。

如上所述，可变长度支撑组件可以在图3中所示的导管310进入或离开 患者解剖结构P(图1中所示)时沿着其变化的外部(即，位于患者解剖结构 P外面的)长度支撑导管310。当可变长度支撑组件处于压缩构造时，对准构 件迫使孔眼沿公共轴线(例如，插入轴线)自对准。当导管310穿过支撑组 件时，导管310沿插入轴线自动对准，并通过在每个孔眼处以规则间隔支撑 而防止翘曲。在支撑构件处于展开构造的情况下，当导管的远端被推进到患 者解剖结构P中时，支撑组件使导管310的弯曲或翘曲最小化。导管502的 任何显著弯曲或翘曲都可能损坏用于形状感应或内窥镜检查的光纤，或者损 坏导管本身。而且，弯曲或翘曲可能使推进导管不直观，因为即使用户正在 推进导管的近端，该用户也不会观察到任何远侧尖端移动。

图10A-10E示出了图4中所示的可变长度支撑组件的近侧部分。具体地， 图10A-10D示出了示例性近侧臂同步组件600的透视图，并且图10E示出了 根据本公开的一个实施例的近侧臂同步组件600的俯视图。近侧臂同步组件 600连接到近侧联接器405，并且用于约束可变长度支撑组件410的运动。具 体地，近侧臂同步组件600确保可变长度支撑组件410与中心轴线CA(图7-9 中所示)对准地延伸和缩回，中心轴线CA延伸通过近侧联接器405和孔眼 475。

在图示的实施例中，近侧臂同步组件600包括至少两个线轴605a和605b。 线轴605a、605b分别联接到近侧臂470a、470b。在一些实施例中，线轴605a、 605b分别是近侧臂470a、470b的整体特征。每个线轴605a、605b可包括两 个单独的线轴(即，上线轴和下线轴)，所述两个单独的线轴分别独立地联 接到上缆线610a和下缆线610b。为简单起见，每组上线轴和下线轴在本文中 称为两个单线轴605a、605b。可以理解的是，上线轴和下线轴可以彼此独立 地工作，并且可以在相反的方向上缠绕以使近侧臂470a、470b和支撑构件460、465的运动同步。线缆610a、610b以相反的S形形状缠绕在线轴605a、605b 上，以(1)使近侧臂470a、470b同步，(2)使可变长度支撑组件410的第 一支撑构件460和第二支撑构件465相对于彼此相等地致动，并且(3)稳定 并稳固近侧联接器405与可变长度支撑组件410之间的连接，以防止可变长 度支撑组件410的下垂，如果当导管穿过可变长度支撑组件410时用户释放 远侧联接器415与锚固件(诸如图3的锚固件317)的附接的话。具体地，线 缆610a分别缠绕在线轴605a、605b的上部612a、612b上，并且线缆610b 分别缠绕在线轴605a、605b的下部614b，614b上。线轴605b包括至少一个 张紧元件608，该张紧元件608联接到线缆610a的一端。在图示的实施例中， 如图10B所示，张紧元件608可绕延伸通过线轴605b的中央的竖直轴线VA 沿箭头A3、A4所示的方向旋转。张紧元件608的旋转用于增加或减小线缆 610a中的张力。例如，在图示的示例中，张紧元件608沿箭头A3的方向的 旋转用于减小线缆610a上的张力，并且张紧元件608沿箭头A4的方向(即 相反方向)的旋转用于增加线缆610a上的张力。张紧元件608包括促进张紧 元件608旋转的接合特征609。在图示的实施例中，接合特征609是张紧元件 608上的凹陷。接合特征609可选择性地与被构造成旋转张紧元件608或以其 他方式调整张紧元件608的工具联接。

因为上线缆610a和下线缆610b沿相反方向缠绕，所以这些线缆610a、 610b中的张力防止近侧臂470a、470b在相应的相反方向上的不相等运动，从 而确保近侧臂470a、470b总是打开和闭合，同时相对于可变长度支撑组件 410的中心轴线CA维持相等但相反的角度。增加线缆610a上的张力用于越 来越多地约束支撑构件的运动。因此，近侧臂同步组件600的线缆610a、610b 有效地约束可变长度支撑组件410的支撑构件460、465以沿中心轴线CA移 动。

在另一些实施例中，如图25A-25C所示，具有相等齿数的齿轮组可代替 线轴605a、605b，并对近侧臂470a、470b的运动提供相同的约束。具体地， 图25A-25C示出了根据本公开的一个实施例的示例性可变长度支撑组件950 的透视图，该可变长度支撑组件950联接到近侧臂同步组件955和远侧臂同 步组件960。图25A示出了可变长度支撑组件950的长度。图25B示出了联 接到可变长度支撑组件950的近侧臂同步组件955，并且图25C示出了根据本公开的一个实施例的远侧臂同步组件960。在图示的实施例中，可变长度支 撑组件950包括联接到第二支撑构件964的多个第一支撑构件962。近侧臂同 步组件955连接到近侧联接器405，并用于约束可变长度支撑组件950的运动。 具体地，近侧臂同步组件955确保可变长度支撑组件950与中心轴线CA对准 地延伸和缩回，中心轴线CA延伸通过近侧联接器405、孔眼475和远侧联接 器415。

在图示的实施例中，近侧臂同步组件955包括四个齿轮元件965a、965b、 965c和965d。齿轮965a和965c包括近侧臂同步组件955的一侧，而齿轮965b 和965d包括近侧臂同步组件955的另一侧。近侧臂同步组件955的齿轮965a 和965c联接到近侧臂470a，而近侧臂同步组件955的齿轮965b和965d联接 到近侧臂470b。在一些实施例中，齿轮965a-d是近侧臂470a、470b的整体 特征。可以理解的是，上齿轮965a、965b和下齿轮965c、965d沿相反方向转 动，以使近侧臂470a、470b和支撑构件962、964的运动同步。齿轮965a-d 工作以(1)使近侧臂470a、470b同步，(2)使可变长度支撑组件950的第 一支撑构件962和第二支撑构件964相对于彼此相等地致动，并且(3)稳定 并稳固近侧联接器405与可变长度支撑组件950之间的连接。齿轮965a-d的 旋转用于约束近侧臂470a、470b的运动以移动穿过相等且相反的角度。

远侧臂同步组件960在结构和功能上与近侧臂同步组件955基本类似， 包括四个齿轮元件970a、970b、970c和970d。齿轮970a和970c包括远侧臂 同步组件960的一侧，而齿轮970b和970d包括远侧臂同步组件960的另一 侧。远侧臂同步组件960的齿轮970a和970c联接到远侧臂472a，而远侧臂 同步组件960的齿轮970b和970d联接到远侧臂472b。在一些实施例中，齿 轮970a-d是远侧臂472a、472b的整体特征。

尽管单组齿轮可以在两个相反的横向方向上提供对运动的约束，但是应 注意，多组齿轮可以分担负载，从而允许臂同步组件承受比单组齿轮更高的 侧向负载。

图26A-2B示出了根据本公开的另一实施例的示例性器械引导装置1000 的透视图。器械引导装置1000可包括可变长度支撑组件1010和臂同步组件， 该臂同步组件可包括近侧臂同步组件1020和远侧臂同步组件1030。器械引导 装置1000、可变长度支撑组件1010、近侧臂同步组件1020和远侧臂同步组 件1030可分别基本上类似于成像引导装置400、可变长度支撑组件410、近 侧臂同步组件955和远侧臂同步组件960，除了本文所述的不同之处以外。图 26A由顶部透视图显示了器械引导装置1000，而图26B由底部透视图显示了 器械引导装置1000。

近侧臂同步组件1020可包括位于可变长度支撑组件1010的近端处的第 一齿轮对1025a/1025b和第二齿轮对1025c/1025d。齿轮1025a-1025d在结构 和功能上可与齿轮965a-965d基本类似，除了本文所述的不同之处以外。在所 示的实施例中，齿轮1025a-1025d需要小于360度的旋转，以在可变长度支撑 组件1010的完全延伸和塌缩期间提供齿的啮合。因此，齿轮1025b和1025d 可以成形为部分圆周具有齿的圆形齿轮，如图26A、图26B和图27A所示。 齿轮1025a和1025c也可以包括部分圆周的齿，但是，如图26A、图26B和 图27A所示，齿轮1025a和1025c每个都可以成形为楔形物而不是圆形齿轮。 在图27B中所示的替代实施例中，两个齿轮可以成形为具有用于部分圆周的 齿的弯曲表面的楔形物。在又一个实施例(未示出)中，两个齿轮可以成形 为具有部分圆周的齿的圆形齿轮。

在一些实施例中，齿轮可为操作者提供潜在夹点，从而引起安全考虑。 如图27A所示，齿轮1025a可包括防护装置1035a，防护装置1035a提供保护 以防范齿轮对1025a/1025b中的啮合齿之间的夹点。在齿轮对1025a/1025b上 面延伸的单个防护装置1035a允许防护装置在可变长度支撑组件1010的展开 和压缩期间自由旋转运动。在图27B所示的替代实施例中，齿轮1025a'可以 与齿轮1025a相同但是以镜像方式定向，从而允许防护装置1035a'在与防护装 置1035a不同的平面中旋转，从而避免防护装置之间的干扰。齿轮对 1025c/1025d在结构和功能上可与齿轮对1025a/2015b基本类似。返回参考图 26A和图26B，可以提供外壳3000，其将在下面进一步详细描述。在替代实 施例(未示出)中，外壳可以延伸以覆盖齿轮对1025a/1025b和1025c/1025d， 代替防护装置1035a和1035c，并提供保护以防范潜在夹点。

远侧臂同步组件1030在结构和功能上与近侧臂同步组件1020基本类似。 应当理解，远侧同步臂1030和近侧臂同步组件1020还可包括与关于包括线 轴605a和605b和/或齿轮元件965a、965b、965c和965d的同步臂组件600 所描述的组件基本类似的组件。近侧臂同步组件1020和远侧臂同步组件1030 可以使用线轴和齿轮组件的任何组合，包括本文所述的齿轮实施例的任何变 型。

图28示出了处于塌缩状态的可变长度支撑组件1010的横截面视图，其 中孔眼1040使用销2020可旋转地联接到支撑构件2010。孔眼1040基本上类 似于上面公开的孔眼475和孔眼905，除了本文所述的不同之处以外。在图 29A所示的图示实施例中，孔眼1040包括主体1042，主体1042包括矩形形 状的远侧表面1045、相应的近侧表面1055以及在它们之间延伸的内腔1065。 内腔1065可以包括倒角边缘，内腔1065在倒角边缘处终止于表面1045、1055 以允许诸如导管310的器械容易通过，如上面针对孔眼705、孔眼805和孔眼 905所描述的那样。应该理解的是，虽然孔眼475、孔眼505和孔眼605未示 出具有倒角内腔，但是每个孔眼均可包括倒角以便导管310容易通过。主体 1042还包括上表面1043a和底表面1043b。

如图29A和图29B所示，孔眼1040还可包括对准构件1075a-1075d。在 该实施例中，对准构件1075a-1075d是远离主体1042横向延伸的突起。每个 对准构件1075a-1075d的边缘可以朝着侧向尖端1076a-1076d远离远侧表面 1045并远离近侧表面1045弯曲，从而形成锥形轮廓。在图29A的实施例中， 尖端1076a-1076d是圆角的并且关于穿过主体1042的旋转轴线R对称。在一 些实施例中，尖端1076a的曲率半径与对准构件1075a的曲面的弧长的比率可 以在0.0250-0.500的范围内。在一个实施例中，例如，尖端1076a的曲率半径 可以是0.200mm，而对准构件1075a的曲面的弧长可以是大约5.100mm。尖 端1076a-1076d可以是连续弯曲的，或者可以具有由具有曲率半径的表面界定 的非弯曲长度。对准构件1075a-1075d的外边缘可以朝着尖端1076a-1076d远 离上表面1043a或底表面1043b弯曲。当可变长度组件1010处于展开或未塌 缩构造而没有细长柔性构件延伸通过孔眼1040时，孔眼可以自由(例如，在 0°和360°之间)旋转。当支撑组件1010塌缩时，对准构件1075a-1075d的形状允许与相邻孔眼1040自对准，这导致相邻孔眼1040的对准堆叠，使得一 个孔眼1040的远侧表面1045面对相邻孔眼1040的近侧表面1055。当相邻孔 眼对准构件随着组件塌缩彼此接触时，对准构件的弯曲边缘和锥形轮廓使一 系列孔眼1040沿着穿过内腔1065的纵向轴线向着对准偏置。一旦相邻孔眼 1040的对准构件1075a-1075d彼此接触，对准构件的形状就将孔眼1040推动 成堆叠构造，使得每个孔眼1040的内腔1065对准。从图29B中的顶部透视 图中可以看出，孔眼1040的上表面1043a可包括矩形轮廓，其中对准构件 1075a和1075c朝着尖椭圆形端部远离上表面1043a延伸。

图30A和图30B示出了具有锥形对准构件2005a-2005d的孔眼1050的替 代实施例。对准构件2005a从远侧表面1085朝着近侧表面1095弯曲以形成 侧向尖端2006a，而对准构件2005c从近侧表面1095朝着远侧表面1085弯曲 以形成侧向尖端2006c。图30B中示出了孔眼1050的俯视图，图30B显示锥 形对准构件2005a-2005d的弯曲形状包括具有尖端2006a和2006c的弯曲平行 四边形顶部轮廓。在一些实施例中，平行四边形的弯曲侧向表面可以由主曲 线形成，并且尖端可以形成有小曲线。次曲线的曲率半径与主曲线的曲率半 径的比率可以约为0.050-0.100。在一个实施例中，例如，形成尖端的次曲线 可具有约0.600mm的曲率半径，而形成平行四边形的侧向弯曲表面的主曲线 可为约8.0mm。在图30A和图30B的实施例中，尖端2006a和2006c是圆角 的，并且对准构件和尖端关于穿过孔眼1050的旋转轴线R不对称。

孔眼1040和1050的形状可以允许比其他形状更可靠的自对准。根据初 始未对准，非弯曲对准构件可能相对于彼此塌缩到正交未对准的位置中。例 如，如果正方形或矩形孔眼未对准达90度(即，围绕诸如销2020的销的纵 向轴线旋转90度)，则当器械引导装置塌缩时，未对准的孔眼将保持处于正 交未对准的构造。椭圆形轮廓可以帮助避免90度不对准，但仍然可能易于锁 定在正交未对准构造中。孔眼1040和孔眼1050的形状包括会聚到弯曲点的 弯曲边缘，该弯曲点帮助避免锁定在任何初始未对准构造中。

返回参考图26A和图26B，外壳3000可以提供用于电子器件(例如，印 刷电路板(PCB)和与器械引导装置1000相关联的传感器)和/或机械紧固件 (包括闩锁、安装螺钉、磁性连接件等)的壳体，用于将器械引导装置1000 固定到远程操作医疗系统100内的组件(诸如远程操作操纵器组件102)。在 一个示例中，器械引导装置PCB 3020可以设置有电垫3025，电垫3025被构 造成与设置在远程操作操纵器组件102上的系统PCB(未示出)上的相应弹 簧针(pogo pin)配合。远程操作医疗系统100内的控制器可以对弹簧针与系 统PCB连接和断开的频率进行监视和计数，以便确定可变长度支撑组件1010 被安装到远程操作操纵器组件102的次数。在替代实施例中，PCB可以用存 在传感器代替，存在传感器指示器械引导装置1000的安装和/或移除。在一些 实施例中，如果器械引导装置1000具有有限数量的寿命周期，则存在传感器 可以是生命周期指示器。控制器可以节省器械引导装置1000的连接数量，并 在必须将新的器械引导装置1000用于下一个医疗程序时向用户提供指示。在一个示例中，支撑组件PCB可以包括识别信息，并且控制器可以记录器械引 导装置1000的与表示具体器械引导装置1000的具体识别零件号相关的使用 次数。外壳3000还可以包括用于将器械引导装置1000的一端可拆卸地联接 到远程操作操纵器组件102(未示出)的联接机构。在图26A和图26B的图 示的实施例中，壳体可包括一对闩锁3015，所述闩锁可通过定位在外壳3000 的外表面上的按钮3010致动。可按下按钮以压缩闩锁以与远程操作操纵器组 件102上的相应附接元件(未示出)配合。在替代实施例中，联接机构可包 括任何类型的紧固元件，例如卡扣配合接合件、摩擦接合件、钩扣紧固件、 销、磁性紧固件、螺栓(诸如滑架螺栓)、螺钉(诸如配合螺钉、翼形螺钉) 和/或类似物。

如图26A和图26B所示，还可以提供远侧联接器2050，以将器械引导装 置1000的远端可拆卸地联接到远程操作操纵器组件102的一部分，例如包括 在远程操作操纵器组件102(未示出)内的支撑臂。远侧联接器2050可包括 由柔性材料构成的C形夹钳(clamp)，该夹钳可以通过压力弯曲打开以安装 到支撑臂上并返回到原始形状以锁定到支撑臂上。支撑臂可以包括可与远侧 联接器2050上的突起2055配合的狭槽(未示出)。

在替代实施例中，外壳3000可以仅包括在器械引导装置1000的远端上 或者包括在器械引导装置1000的远端和近端两者上。替代地，诸如如图26A 所示的联接器可以包括在器械引导装置1000的远端和/或近端上。另外，虽然 外壳3000在图26A和图26B中相对于器械引导装置1000被示出，应当理解， 外壳3000、电子器件、机械紧固件和用于对可变长度支撑组件寿命周期进行 计数的控制器可以在包括但不限于器械引导装置400的器械引导装置的任何 实施例中实现。

器械引导装置的组装可能需要复杂且耗时的组装过程。图31A示出了用 于组装器械引导装置2500的装配夹具3500的示例，该装配夹具能够通过提 供允许器械引导装置2500被组装在单独的子组件层中的保持结构来促进组装 过程。通过以模块化方式提供单独的子层，可以减少零件数量，从而降低成 本和组装时间。图31A示出了完全组装在装配夹具3500内的器械引导装置 2500。器械引导装置2500可包括近侧联接器2505、远侧联接器2515和包括 支撑构件2520和孔眼2530的可变长度支撑组件2510。如图31B所示，每个 支撑构件2520可包括下支撑构件2525、上支撑构件2545和内支撑构件2535。 虽然装配夹具3500示出为具有器械引导装置2500，但应理解，可以以与本文 所述的具有器械引导装置400、960和1000的装配夹具类似的方式使用装配 夹具3500，器械引导装置400、960和1000在结构和功能上类似于器械引导 装置2500。

图31B示出了处于分解构造的单个支撑构件2520以用于说明。在组装器 械引导装置2500期间，第一子组件层可包括下支撑构件2525，下支撑构件 2525可装入装配夹具3500内的狭槽3510中，装配夹具3500提供允许将器械 引导装置2500组装在单独的子组件层中的稳定的支撑结构。第二子组件层包 括孔眼2530、内支撑构件2535、用于将孔眼2530可旋转地联接到内支撑构 件2535和下支撑构件2525的销2550以及用于将下支撑构件2525联接到内 支撑构件2535的销2540。然后，远侧联接器2515和近侧联接器2505可以装 配在可变长度支撑组件2500的端部处。第三子组件层可以包括上支撑构件 2545，上支撑构件2545可以使用机械卡扣保持器卡扣到下支撑构件中。组装 过程允许简单的组装方法，而无需使用需要使用工具的粘合剂、螺钉和其他 紧固件。

本公开的系统和方法适用于肺的连接支气管通道，并且适用于在各种解 剖系统(包括结肠、肠、肾、脑、心脏、循环系统、生殖系统或类似系统) 中的任何一种解剖系统中通过自然连接通道或手术创建的连接通道导航和治 疗其他组织。本公开的方法和实施例也适用于非介入性应用。

本发明的实施例中的一个或更多个元素可以用软件实现，以在诸如控制 系统112的计算机系统的处理器上执行。当以软件实现时，本发明的实施例 的元素基本上是用以执行必要任务的代码段。程序或代码段可以存储在处理 器可读存储介质或设备中，可以通过传输介质或通信链路上的载波中包含的 计算机数据信号下载程序或代码段。处理器可读存储设备可包括可以存储信 息的任何介质，包括光学介质、半导体介质和磁介质。处理器可读存储设备 示例包括：电子电路；半导体器件、半导体存储器件、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 或其他存储设备。可以通过诸如因特网、内联网等计算机网络下载代码段。

注意，所呈现的过程和显示可能不固有地与任何特定计算机或其他装置 相关。种种这样的系统所需的结构将作为权利要求中的元素出现。另外，不 参考任何特定编程语言描述实施例。应认识到，可以使用各种编程语言来实 施如本文所述的本发明的教导。

虽然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，这些实施例仅仅是对广义发明的说明而非限制，并且本发明的实施例 不限于所示和所述的具体结构和布置，因为本领域普通技术人员可以想到各 种其他修改。

Claims (33)

1.一种用于引导细长柔性器械的装置，所述装置包括：

可变长度支撑组件，其包括：

第一端；

第二端，其中纵纵中纵轴纵在所述第一端和所述第二端之间延伸；

多个支撑构件对，所述多个支撑构件对包括第一支撑构件对，所述第一支撑构件对包括被连接到第二支撑构件的第一支撑构件，其中所述第一支撑构件与所述第二支撑构件相交并通过沿所述纵纵中纵轴纵设置的中央铰链连接至所述第二支撑构件；和

被构造成接收所述细长柔性器械的多个孔眼，所述多个孔眼中的第一孔眼在所述中央铰链处可移动地联接到所述第一支撑构件对；和

被构造成沿着所述纵纵中纵轴纵对准所述多个孔眼的多个对准构件，其中所述多个对准构件中的第一对准构件具有近端和远端，并且关于所述第一孔眼在所述近端固定，

其中所述可变长度支撑组件被构造成沿着所述纵纵中纵轴纵选择性地从压缩构造转换到展开构造，并且其中在沿着所述纵纵中纵轴纵推进所述细长柔性器械时所述多个孔眼适于支撑所述细长柔性器械。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述中央铰链包括销接头。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一孔眼通过所述中央铰链可旋转地联接至所述第一支撑构件和所述第二支撑构件。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一孔眼定位在所述第一支撑构件内并且围绕延伸通过所述中央铰链的竖直纵纵可旋转。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述支撑构件对中每个的支撑构件相对于彼此枢转，从而迫使所述多个孔眼以规则间隔分离。

6.根据权利要求1所述的装置，其中相邻支撑构件对通过外铰链连接至彼此。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述外铰链包括销接头。

8.根据权利要求6所述的装置，其中所述外铰链包括在相邻支撑构件之间延伸的活动铰链。

9.根据权利要求1所述的装置，还包括在所述可变长度支撑组件的所述第一端处的近侧联接器，所述近侧联接器被构造成将所述可变长度支撑组件联接到器械接口部分。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述近侧联接器包括近侧孔口，所述近侧孔口的尺寸被设定成接收所述细长柔性器械，其中所述近侧孔口沿着所述纵纵中纵轴纵与所述多个孔眼对准。

11.根据权利要求9所述的装置，还包括联接到所述近侧联接器和所述可变长度支撑组件的近侧臂同步组件，所述近侧臂同步组件被构造成增加所述近侧联接器和所述可变长度支撑组件之间的连接的稳定性。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述近侧臂同步组件被构造成使所述第一支撑构件和所述第二支撑构件相对于所述纵纵中纵轴纵且相对于彼此被相等地致动。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述近侧臂同步组件约束可变长度支撑组件，使得在所述可变长度支撑组件延伸和缩回时所述支撑构件对相对于所述纵纵中纵轴纵保持相等并相反的角度。

14.根据权利要求11所述的装置，所述近侧臂同步组件包括一对纵纵和以相反的S形形状缠绕在所述一对纵纵上的一组纵缆。

15.根据权利要求11所述的装置，所述近侧臂同步组件包括一对齿轮。

16.根据权利要求9所述的装置，还包括联接到所述近侧联接器的闩锁机构，所述闩锁机构被构造成选择性地使所述可变长度支撑组件保持处于所述压缩构造。

17.根据权利要求16所述的装置，还包括在所述可变长度支撑组件的远端处的附接元件，其中所述闩锁机构选择性地接合所述附接元件以使所述可变长度支撑组件保持处于所述压缩构造。

18.根据权利要求1所述的装置，还包括在所述可变长度支撑组件的所述第二端处的远侧联接器，所述远侧联接器被构造成将所述可变长度支撑组件联接到手术野中的锚固件。

19.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一对准构件包括从所述第一孔眼横纵延伸的细长杆。

20.根据权利要求19所述的装置，其中所述第一支撑构件和所述第二支撑构件包括具有与所述细长杆相对应的形状的凹陷，其中当所述可变长度支撑组件采取所述压缩构造时所述细长杆夹在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件的所述凹陷之间。

21.根据权利要求19所述的装置，其中所述第一对准构件终止于突起。

22.根据权利要求21所述的装置，其中所述第一支撑构件和所述第二支撑构件包括具有与所述突起相对应的形状的凹陷，其中当所述可变长度支撑组件采取所述压缩构造时所述突起夹在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件的所述凹陷之间。

23.根据权利要求19所述的装置，其中所述第一对准构件包括在所述第一孔眼和所述第一和第二支撑构件之间延伸的叉状联动装置。

24.根据权利要求23所述的装置，其中所述叉状联动装置包括所述细长杆和可伸缩地连接至所述细长杆的三叉齿联动装置。

25.根据权利要求24所述的装置，其中所述三叉齿联动装置包括联接至所述第一支撑构件和所述第二支撑构件的外周叉齿。

26.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一对准构件包括在所述第一孔眼和所述第一和第二支撑构件之间延伸的扭转弹簧。

27.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一对准构件包括在所述第一孔眼和所述第一和第二支撑构件之间延伸的弹簧弯曲部。

28.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个对准构件中的两个对准构件被固定至所述多个孔眼中的每个孔眼。

29.一种用于引导细长柔性器械的装置，所述装置包括：

可变长度支撑组件，其包括：

第一端；

第二端，其中纵纵中纵轴纵在所述第一端和所述第二端之间延伸；

多个支撑构件对，所述多个支撑构件对包括第一支撑构件对，所述第一支撑构件对包括被连接到第二支撑构件的第一支撑构件，其中所述第一支撑构件与所述第二支撑构件相交并通过沿所述纵纵中纵轴纵设置的中央铰链连接至所述第二支撑构件；

被构造成接收所述细长柔性器械的多个孔眼，所述多个孔眼中的第一孔眼在所述中央铰链处可移动地联接到所述第一支撑构件对；和

被构造成沿着所述纵纵中纵轴纵对准所述多个孔眼的多个对准构件，其中所述多个对准构件中的第一对准构件包括磁体；

其中所述可变长度支撑组件被构造成沿着所述纵纵中纵轴纵选择性地从压缩构造转换到展开构造，并且其中在沿着所述纵纵中纵轴纵推进所述细长柔性器械时所述多个孔眼适于支撑所述细长柔性器械。

30.根据权利要求29所述的装置，其中所述多个对准构件的第二对准构件包括第二磁体，和其中所述磁体联接至所述第一孔眼和所述第二磁体联接至第二孔眼，所述第二孔眼与所述第一孔眼相邻。

31.根据权利要求30所述的装置，其中所述磁体和所述第二磁体经布置，使得所述磁体面纵所述第二磁体的部分具有与所述第二磁体面纵所述磁体的部分相反的极性。

32.根据权利要求29所述的装置，其中所述第一对准构件包括联接至一组相邻孔眼的一对磁体。

33.根据权利要求29所述的装置，其中所述多个对准构件包括多个磁体，和其中当所述可变长度支撑组件处于所述压缩构造时，所述多个磁体吸引以保持所述可变长度支撑组件处于所述压缩构造。

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