CN115426968A - 用于递送靶向治疗的系统和方法 - Google Patents

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K·R·米勒
J·D·博格斯基
D·W·玛里昂
I·E·麦克道尔
T·穆什图福
D·拉宾德兰
B·J·肖特根
J·沙
赵涛
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Intuitive Surgical Operations Inc
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Abstract

计算机辅助的医疗装置被配置为并用于腔内导航至胃肠系统中的定位，并在那里治疗某些体腔壁区域，同时避开另一些体腔壁区域。实施例消融胃、十二指肠和空肠的内粘膜层和粘膜下神经丛以实现胰岛素抵抗和代谢障碍的治疗，所述代谢障碍诸如II型糖尿病(T2D)、多囊卵巢综合征(PCOS)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、非酒精性脂肪肝病(NAFLD)、充血性心力衰竭(CHF)和阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)。各种传感器用于帮助临床操作员从口腔通过幽门括约肌导航并进入和通过十二指肠和/或空肠。各种传感器用于标测和识别十二指肠和/或空肠的部分。描述了各种内腔壁消融装置和方法。描述了各种治疗后评估。

Description

用于递送靶向治疗的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年2月21日提交的美国临时申请62/979,948的权益，上述申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开的各方面涉及在医疗或外科手术期间用于护理的系统和方法，并且特别涉及在医疗或外科手术期间进入体内目标组织并向其提供治疗。
背景技术
微创医疗技术旨在减少在医疗手术期间受损组织的量，由此减少患者康复时间、不适感和有害副作用。可以通过患者解剖结构中的自然孔口或通过一个或多个外科手术切口来执行此类微创技术。通过这些自然孔口或切口，操作员可以插入微创医疗器械(诊断的、治疗的)以到达目标组织定位。期望提供一种递送系统，该系统将帮助引导用户在医疗手术期间安全且准确地将医疗装置和外科手术装置放置在目标组织附近。还期望在手术前经由口服摄入或静脉内给药途径递送试剂和分子，以便帮助解剖结构识别和标测(map)。
发明内容
本公开的各种实施例由说明书随附的权利要求概括。另一些实施例可在稍后时间要求保护。与一些实施例一致，一种用于进入和治疗患者解剖结构内的目标组织的方法由处理器执行。该方法包括通过使用来自一个或多个定位传感器和一个或多个成像传感器或在手术前递送以帮助配准和标测的试剂的信息来创建患者解剖结构的第一模型。所述一个或多个定位传感器和所述一个或多个成像传感器被耦接到医疗装置，该医疗装置通过患者解剖结构被递送到目标组织。该方法还包括接收识别患者解剖结构内的一个或多个感兴趣的解剖区域的数据，并基于第一模型和一个或多个识别的感兴趣的解剖区域来创建第二模型。该方法还包括显示第二模型，并在所述一个或多个感兴趣的解剖区域上执行医疗手术。
与一些实施例一致，一种用于进入患者解剖结构的医疗系统包括医疗装置，该医疗装置包括主内腔和定位传感器，该定位传感器从外部和内部附件以及外部和内部标记提供医疗装置的位置。该医疗系统还包括可配置为从医疗装置的远侧部分提供图像的成像传感器以及与定位传感器和成像传感器通信的处理器。该处理器被配置为使用来自定位传感器和成像传感器的信息生成第一模型，接收用于识别患者解剖结构内感兴趣的解剖特征的数据，以及更新第一模型以生成包括感兴趣的解剖特征的第二模型。该医疗系统还包括用于显示第一模型和第二模型中的至少一个的显示器。
与一些实施例一致，本公开中描述的系统和方法包括(i)导航并控制医疗装置至一个或多个目标区域；(ii)所述一个或多个目标区域的可视化和标测以及目标区域中的实时组织表征；(iii)在目标区域内进行选择性治疗，同时保护敏感区域；以及(iv)对所应用的治疗以及治疗的解剖结构的区域进行跟踪和可视化，以及可选地对治疗有效性进行测量和/或表征，包括治疗量和面积。举例来说，该系统和方法可以应用于患者的消化系统，例如在胃、十二指肠和/或空肠中进行治疗以用于治疗糖尿病和其它代谢疾病。
应当理解，上述一般描述和以下详细描述两者本质上都是说明性和解释性的，并且旨在提供对本公开的理解而不限制本公开的范围。因此，根据以下详细描述，本公开的附加方面、特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。
附图说明
图1是根据一些实施例的医疗系统的简化图。
图2A是根据一些实施例的医疗器械系统的剖视图。
图2B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3是根据一些实施例的示例医疗手术的流程图。
图4图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图5是根据一些实施例的患者解剖结构的详细视图。
图6图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图7A-7C图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图8是根据一些实施例的医疗系统的简化图。
图9是根据一些实施例的患者解剖结构的详细视图。
图10图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图11A图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图11B图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图12A图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图12B图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图13是根据一些实施例的医疗器械的简化图。
图14图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图15A-15B图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图16图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图17图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图18图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图19图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图20图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图21图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图22图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图23图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图24图示了根据一些实施例的插入患者解剖结构中的医疗系统。
图25A-25C图示了根据一些实施例的传感器反馈的简化图。
通过参考下面的详细描述，可以最好地理解本公开的实施例及其优点。应当理解，相同附图标记用于标识一幅或多幅图中所示的相同元件，这些附图说明本公开的实施例而不是进行限制。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了具体细节，描述了与本公开一致的一些实施例。为了提供对实施例的透彻理解，阐述了许多具体细节。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，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。所公开的具体实施例旨在为说明性的而非限制性的。本领域技术人员应当意识到存在其它元素，尽管未对它们进行具体描述，但这些元素在本公开的范围和精神内。此外，为了避免不必要的重复，与一个实施例联合示出和描述的一个或多个特征可以可选地并入到另一些实施例中，除非另外具体描述或者如果所述一个或多个特征将使实施例不起作用。
在一些情况下，没有详细描述众所周知的方法、程序、部件和电路，以免不必要地混淆实施例的各个方面。
本公开根据各种器械以及器械的部分在三维空间中的状态对其进行了描述。如本文所使用的，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，沿着笛卡尔X-、Y-和Z-坐标的三个平移机械自由度(DOF))。如本文所使用的，术语“定向”是指物体或物体的一部分在三维空间中的旋转放置(例如，围绕笛卡尔X-、Y-和Z-坐标的三个旋转机械DOF；有时称为相对于轴线定义的俯仰、滚动和偏航)。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DOF中的位置，以及该物体或该物体的一部分在至少一个旋转DOF(最多总共六个DOF)中的定向。如本文所使用的，术语“形状”是指沿物体测量的一组姿势、位置或定向。
微创手术通常包括通过患者解剖结构中的自然孔口或通过一个或多个外科手术切口引入微创医疗或外科手术器械，并导航该器械通过患者解剖结构以进入解剖目标组织从而进行诊断或治疗。在一个实施例中，医疗器械用于进入患者解剖结构的各个区域，例如在患者消化系统、呼吸系统、肾系统、循环系统和/或生殖系统内。在一些情况下，具有工作内腔的器械被导航通过解剖结构，定位在解剖目标处，并然后用作一个或多个附加诊断和/或治疗医疗装置的递送管道。医疗装置的示例包括内窥镜、消融装置、活检工具、外科手术工具、超声探头和/或诸如此类。微创医疗器械可选地是柔性的、半刚性的或刚性的。器械的导航可以是手动的、在计算机控制下自动的或者是手动与计算机辅助的组合。导航可选地在内窥镜引导下、在外部成像引导(例如荧光透视)下或者在这两种引导的组合下发生。
在一些情况下，根据要进行的医疗手术的类型和/或要导航的解剖结构，可能很难识别应该避免的目标组织或敏感的解剖结构。术前图像(CT、MRI、超声、基于一系列X射线的上消化道小肠全程追踪造影等)可用于创建解剖结构的模型，但是在许多情况下，可能无法使用成像技术，捕获术前成像数据可能不是规划的手术的标准做法，模型可能无法充分显示目标组织或敏感解剖结构，或者由于定位和/或身体对神经信号(副交感神经和交感神经)的反应而导致在成像时间和手术时间之间解剖结构可能会移位或解剖结构可能会发生变化。因此，对于生成解剖结构的准确模型(可用作标测图)，根据模型规划医疗手术，并显示具有规划的手术信息的模型以用于作为诊断、可视化和/或治疗不同疾病状态或状况的辅助手段的指导，这是有帮助的。尤其是在需要治疗组织的情况下，标测连续治疗区域的重叠和/或接近度以允许沿着解剖内腔进行连续治疗并具有治疗区域的期望重叠或避免治疗区域的重叠，这也可能是有帮助的。例如，如果使用射频(RF)消融，则不希望重叠，因为它可能会损害或导致解剖内腔和肠壁内的下层结构变窄，例如导致患者术后过程中的狭窄。在其它治疗中，若需要，可以可选地定义固定的重叠区域。而且，在另一些情况下，可以定义一个或多个定义的重叠和非重叠区的组合。因此，通过结合视觉确认使用位置传感器，可以生成解剖结构模型，可以规划医疗手术，并且可以基于神经信号通路、中空粘性结构的灌注、患者定位、疾病状态和目标解剖结构来更新模型。
图1是根据本公开的医疗系统100。医疗器械系统100包括细长装置102和定位传感器或定位传感器组，该细长装置具有柔性主体116和主内腔104(也称为工作内腔、主通道或工作通道)，该定位传感器或定位传感器组可选地可以集成到细长装置102的壁中。可替代地，所述一个或多个定位传感器可以可滑动地设置在主内腔104或另一个内腔(未示出)中，或者它们可以以其他方式集成到细长装置102的主体中。柔性主体116在远端118和近端117之间延伸。细长装置102可选地可以耦接到各种系统或与其通信，所述各种系统包括运动臂操纵器组件120、可视化系统131和跟踪系统130。直接地或经由操纵器组件120、可视化系统131和/或跟踪系统130中的至少一个，细长装置102可以耦接到控制系统122和显示系统110或与它们通信。
主内腔104可以用作开放的递送通道，用于递送一个或多个各种装置(下文参照图2A和图2B描述)以及用于辅助细长装置102转向的装置，例如导丝、外套管和/或类似物。所述(一个或多个)定位传感器可选地也可以集成在第二装置内，该第二装置被插入到细长装置102的主内腔104中并用作用于定位和导航的系统的一部分。第二装置可以在治疗期间被移除，尤其是在治疗装置包括(一个或多个)单独的定位传感器的情况下。定位传感器可以包括耦接到用于接收和处理传感器数据和信息的跟踪系统130的传感器(例如，单个位置传感器106、沿细长装置102的长度分布的多个位置传感器、形状传感器108和/或成像传感器)，以用于确定远端118和/或沿着柔性主体116的一个或多个长度的位置、定向、速度、速率、姿势和/或形状。跟踪系统130可以可选地被实现为硬件、固件、软件或它们的组合，其中任何一个与一个或多个计算机处理器交互或以其它方式由一个或多个计算机处理器执行。
跟踪系统130可以可选地通过使用形状传感器108来跟踪远端118和/或柔性主体116的一个或多个段124的一个或多个位置和/或定向。形状传感器108可以可选地包括与柔性主体116对准(例如，提供在内部通道(未示出)内或安装在外部)的光纤。形状传感器108的光纤形成光纤弯曲传感器，以用于确定柔性主体116的形状。在一种替代方案中，包括光纤布拉格光栅(FBG)的光纤用于提供一维或多维结构中的应变测量。在美国专利申请号11/180,389(于2005年7月13日提交)(公开了“光纤位置和形状感测装置及其相关方法(Fiberoptic position and shape sensing device and method related thereto)”)、美国专利申请号12/047,056(于2004年7月16日提交)(公开了“光纤形状和相对位置感测(Fiber-optic shape and relative position sensing)”)和美国专利号6,389,187(于1998年6月17日提交)(公开了“光纤弯曲传感器(Optical Fibre Bend Sensor)”)中描述了用于监测光纤在三维中的形状和相对位置的各种系统和方法，上述申请和专利的全部内容通过引用并入本文。一些实施例中的传感器可以采用其它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，细长装置的形状可以通过使用其它技术来确定。例如，柔性主体116的远端姿势的历史可以用于在时间间隔内重建柔性主体116的形状。在一些实施例中，跟踪系统130可以可选地和/或附加地通过使用位置传感器系统106来跟踪远端118。位置传感器系统106可以是电磁(EM)传感器系统的部件，其中位置传感器系统106包括受外部产生的电磁场影响的一个或多个导电线圈。EM传感器系统的每个线圈然后产生感应的电信号，该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定向的特性。在一些实施例中，位置传感器系统106可选地可以被配置和定位以测量各种坐标系中的DOF。例如，三个位置坐标X、Y、Z和在原点处指示俯仰、偏航和滚动的三个定向角，或者五个自由度，或者三个位置坐标X、Y、Z和在原点处指示俯仰和偏航的两个定向角。在美国专利号6,380,732(于1999年8月11日提交)(公开了“被跟踪物体上的具有被动应答器的六自由度跟踪系统(Six-Degree of Freedom Tracking System Having a Passive Transponderon the Object Being Tracked)”)中提供了位置传感器系统的进一步描述，该专利的全部内容通过引用并入本文。
在一些实施例中，跟踪系统130可以交替地和/或附加地依赖于沿交替运动(例如，由膈神经产生的呼吸以及由肠神经系统产生的膈肌收缩或小肠蠕动波)的循环针对器械系统的已知点所存储的历史姿势、位置或定向数据。该存储的数据可以用于产生关于柔性主体116的形状信息。在一些示例中，一系列位置传感器(未示出)(例如，类似于位置传感器106中的传感器的EM传感器)可以沿着柔性主体116定位，并然后用于形状感测。在一些示例中，在手术期间从这些传感器中的一个或多个获取的数据的历史可用于表示细长装置102的形状，特别是在解剖通路通常是静态的情况下。
图2A和图2B分别图示了细长装置202的另一个示例的端视图和侧视图的简化图，该细长装置202包括具有远端218、主内腔204和(一个或多个)定位或位置传感器206a和206b的柔性主体216。细长装置202通常在构造和功能上与细长装置102对等，除非在本文中有描述。在一些实施例中，位置传感器206a可以包括沿细长装置202的长度集成的光纤形状传感器。在一些实施例中，位置传感器206b包括单个位置传感器，例如EM传感器、光学编码器和/或类似物，如图所示。在一些实施例中，位置传感器206a被定位在与206b不同的周向位置，如图2A和图2B所示。在一些实施例中，位置传感器206a处于与位置传感器206b基本相似的周向位置。在一些实施例中，细长装置202包括沿细长装置202的长度和/或在细长装置202的圆周周围的不同定位处定位的多个位置传感器206b。在一些实施例中，细长装置包括多个位置传感器206a和多个位置传感器206b。在一些实施例中，细长装置202仅包括单个或多个位置传感器206a，或者细长装置202包括单个或多个位置传感器206b。
在另一个示例中，位置传感器206a沿医疗器械226的长度被包括，使得医疗器械226的位置、定向、姿势和/或形状可以被测量，并然后使用嵌入在细长装置202的壁或端部内的成像传感器230进行确认。细长装置202可以包括成像传感器230，这种工具基于用于提供术中图像的成像装置，例如内窥镜相机(单个或多个相机)、腔内或血管内超声、光学相干断层扫描(OCT)装置、共焦显微镜和/或类似物。可以基于来自成像传感器230和/或来自(一个或多个)位置传感器206a、206b的信息来确定细长装置202的位置和/或定向。
医疗器械226可以可滑动地设置在细长装置202的主内腔204内并从远端218延伸。在一些实施例中，医疗器械226用于诊断或治疗手术，诸如外科手术、活检、消融、成像、照明、冲洗、回缩、解剖、切除、暴露或抽吸。医疗器械226可以通过柔性主体216的主内腔204部署并且在解剖结构内的目标定位处使用。医疗器械226可以包括例如图像捕获探针、活检器械、消融元件(例如，包括消融探针、激光消融纤维或消融球囊)和/或其它诊断或治疗工具。医疗工具可以包括末端执行器，所述末端执行器具有单个工作构件，例如手术刀、钝刀片、光纤、电极、水力喷射器和/或类似物。其它末端执行器可以包括一个或多个可移动部件，例如，镊子、抓钳、牵开器、解剖器、剪刀、施夹器、超声刀、吻合器、微型吻合器、勒除器和/或类似物。又一些末端执行器还可以包括电激活末端执行器，例如电外科电极、换能器、传感器和/或类似物。在各种实施例中，医疗器械226是活检或组织探针器械，其可用于去除样本组织、实时表征组织或表征从目标解剖定位对细胞进行的采样。在各种实施例中，医疗器械226是用于影响体腔壁上的组织的器械，例如经由各种形式的消融或组织改变。
医疗器械226可以通过使用成像传感器230(例如，图像捕获探头)来可视化，该成像传感器230包括在柔性主体216的远端218处或附近具有立体或单视相机的远侧部分。相机用于捕获然后由成像系统(例如可视化系统131)处理的图像数据(包括视频图像数据)，该图像数据用于显示和/或提供给跟踪系统(例如跟踪系统130)。处理后的图像被输出给临床操作员或由系统的控制系统使用以支持沿着柔性主体的长度跟踪远端218和/或柔性主体216的一部分。成像传感器可以包括耦接到相机的线缆，用于传输捕获的图像数据。在一些示例中，成像传感器230可以是耦接到可视化系统131的光纤束，例如纤维镜。成像传感器可以是单光谱或多光谱的，例如在可见光谱、红外光谱和/或紫外光谱中的一个或多个中捕获图像数据。成像传感器230可以是任何类型的提供术中图像的微创工具，例如内窥镜探头、OCT探头或超声探头(腔内或血管内)。或者，成像传感器230可以包括任意数量的内窥镜、OCT、天线、电极、其它电磁测量装置和/或超声探头的组合。目标组织和各种解剖结构可以在内窥镜相机图像以及例如超声、共聚焦显微镜或OCT图像中被视觉地识别到。可以以各种方式将组织识别为消融或非消融组织，例如通过测量组织的阻抗、温度变化并监测阻抗变化或将阻抗测量值与预定阻抗阈值进行比较。可替代地，可以通过使用类似相机的装置(例如，使用内窥镜相机图像)或扫描型技术(例如OCT、共焦显微镜、红外温度标测、热电偶或超声或者它们的组合)进行成像来将组织识别为消融的或非消融的。
在一些实施例中，成像传感器230可以可滑动地设置成通过主内腔204，可滑动地设置在从主内腔204偏移的次内腔内，固定在次内腔内，集成到细长装置202的壁中，或设置在细长装置202外部。可替代地，医疗器械226本身可以是图像捕获探头。医疗器械226可以从主内腔204的远侧开口推进以进行手术，并然后在手术完成时缩回到通道中。医疗器械226可以从柔性主体216的近端或从沿着柔性主体216定位的另一个可选器械端口(未示出)移除。在一些实施例中，柔性主体216不是柔性的而是刚性的或半刚性的，并且它可选地在刚性状态、半刚性状态和柔性状态中的一种或多种之间转换。
在一些实施例中，可转向的或不可转向的单独的鞘被部署在细长装置202上方。在一些实施例中，该鞘是具有集成光学相机或视觉探头的被动鞘。这种具有视觉功能的鞘为装置提供了附加功能，并使主内腔204可用于其它用途。在一些实施例中，被动鞘通过使用沿着鞘和细长主体的长度或在鞘和细长主体的远侧部段键合被动鞘和细长主体的锁定机构或键合机构(诸如近侧锁定机构、远侧锁定机构)耦接到细长主体。在替代实施例中，被动鞘通过使用沿着被动鞘或细长主体的长度或在被动鞘或细长主体的远端部分处的键合接口耦接到细长主体。
在一些示例中，如下文详细描述的，成像传感器单独地或与医疗器械系统100的其它部件组合地包括一个或多个机构，用于在一个或多个镜头被成像传感器远端遇到的流体、气泡、无机材料、有机材料、肠分泌物、酶分泌物、胆汁酸和/或其他材料部分和/或完全遮蔽时对成像传感器的所述一个或多个镜头进行清洁。在一些示例中，所述一个或多个清洁机构可以可选地包括空气和/或其它气体递送系统，其可用于发射一股空气和/或其它气体以将所述一个或多个镜头吹干净。在国际公开号WO/2016/025465(于2016年8月11日提交)(公开了“用于清洁内窥镜器械的系统和方法(Systems and Methods for Cleaning anEndoscopic Instrument)”)、美国专利申请号15/508,923(于2017年3月5日提交)(公开了“使用匹配导管尖端和工具的装置、系统和方法(Devices,Systems,and Methods UsingMating Catheter Tips and Tools)”)以及美国专利申请号15/503,589(于2017年2月13日提交)(公开了“用于清洁内窥镜器械的系统和方法(Systems and Methods for Cleaningan Endoscopic Instrument)”)中更详细地讨论了所述一个或多个清洁机构的示例，上述公开和申请中的每一个都通过引用整体并入本文。成像系统可以被实现为硬件、固件、软件或它们的组合，它们与一个或多个计算机处理器交互或以其它方式由一个或多个计算机处理器执行，该计算机处理器可以包括控制系统的处理器。
在一些示例中，细长装置202用于准确地导航到目标组织。一旦存在于目标组织处，细长装置202就可以保持在静止不动的位置和定向，并且医疗器械226可以被递送通过细长装置202的主内腔204，或者医疗器械226可以耦接到细长装置202并且可控地铰接用于可视化、诊断和/或治疗。医疗器械226可以包括成像装置(内窥镜相机、超声换能器等)、诊断装置和/或治疗装置。
图3是根据本公开的示例医疗手术300的流程图。医疗手术300生成患者解剖结构的模型，并且该模型可用于规划治疗区域和/或用于治疗目标组织。在过程310，将诸如细长装置102之类的细长装置引入解剖结构中以朝向解剖目标导航。细长装置102可用于进入患者解剖结构的各个区域，例如在患者消化系统、呼吸系统、肾系统和/或生殖系统内，以可视化、诊断和/或治疗不同的疾病状态或病情。在一个实施例中，细长装置102被插入患者解剖结构中的自然孔口中或通过一个或多个外科手术切口被插入，并且被导航至解剖目标。在一个示例中，做出外科手术切口以通过更直接的路径提供直接进入目标解剖结构。
在过程320，可以创建患者解剖结构的解剖模型或标测图。在一个实施例中，模型是根据随着细长装置102朝向解剖目标被导航通过解剖路径而收集的数据生成的。该数据可以由位置传感器、定位传感器和成像传感器(例如，形状传感器108、位置传感器106和耦接到细长装置102的成像传感器230)中的一个或多个提供。这种实时感测提供柔性主体的远侧部分的实时定位、定向和/或位置以及柔性主体的形状和内腔、血管和/或器官的内表面的图像。在一些实施例中，耦接到跟踪系统130或提供有跟踪系统130的处理器可以在细长装置102被驱动通过解剖结构时收集表示细长装置102的远端118的位置和/或定位数据，从而在装置102推进时提供解剖结构的中心线。然后可以通过使用标准解剖人体数据、使用细长装置102和定位感测以触摸解剖壁来确定面积或体积和/或来自成像传感器230的数据(其中直径可以使用基于图像的方法来确定)来构建包括解剖结构的直径的模型。
在一些实施例中，细长装置102在内部区域内传送(route)，并且细长装置102的远端118定位成越过目标组织。一旦越过目标组织，形状传感器(例如，形状传感器108)或沿柔性主体116的长度向下定位的多个位置传感器106就可用于测量细长装置102的长度的部分或全部形状。然后可以基于细长装置102的部分或全部形状、细长装置102导航期间收集的数据、细长装置102导航期间采集的成像数据(例如，内窥镜数据或超声数据)或所有数据的任意组合来渲染包围目标组织的区域的模型。
在一些实施例中，模型最初是使用平均人体解剖结构的通用解剖模型生成的，平均人体解剖结构可能基于一些启发法(例如，患者体重、身高、性别和年龄)来选择。在另一个实施例中，初始模型是根据从CT、PET CT、MRI、DICOM、超声、X射线、荧光镜像或先前的小肠肠镜检查数据获得的成像数据的术前扫描生成的。在一些情况下，术前扫描是在手术前几周进行的，因此解剖结构可以改变，并且成像数据可能无法准确显示所有感兴趣的解剖区域，这取决于成像设备的质量和感兴趣的组织或解剖结构的类型。因此，在细长主体被导航通过解剖结构的同时，初始模型然后可以利用实时收集的数据进行更改、补充或合并，例如在导航期间采集的位置/定位数据、与位置数据相关的内窥镜相机数据和/或血管内或腔内超声数据，以更准确地显示如先前上面描述的患者解剖结构。
在过程330，在过程320中生成的模型内识别一个或多个特定的感兴趣的解剖目标区域。所述区域可以包括：身体内的要在装置导航期间用作标志的解剖结构；经识别要治疗的区域，例如损伤、肿瘤或病变组织；治疗期间要避免的可能非常接近于治疗区域的敏感结构或解剖结构；和/或人工识别的定位，例如组织内先前放置的真实或合成生成的标记。
在一些实施例中，标志的识别可以是用户定义的，例如通过使用实时的直接内窥镜查看或在实时荧光镜引导下视觉识别标志，并且当细长装置邻近或触摸标志时让操作员按下按钮。用户可以通过控制系统提供输入以识别标志的类型。如果相机的焦距和标志的视觉外观已知，软件可以补偿从导管/相机/内窥镜的远侧尖端到标志的距离。在一些实施例中，标志的识别可以是基于视觉的和自动化的，其中图像(例如，内窥镜图像)被自动识别，例如通过将图像与解剖特征的图像库进行比较，或者由解剖特征的大致定位和形状识别。
在一些实施例中，超声用于确定感兴趣的组织深度，例如损伤、肿瘤和/或病变组织，例如增生组织。集成到细长装置或治疗装置中或集成到被递送通过细长装置的探头中的超声换能器可用于捕获超声数据。利用提供在细长装置内的定位传感器，超声图像的定位可以与细长装置的定位相关联，并且可以确定感兴趣组织的精确定位以及深度。此外，脉冲超声波可以经由内部或外部换能器非侵入性地传输到组织，以对感兴趣的目标产生空化和组织消融。
在过程340，在过程330中识别的(一个或多个)感兴趣的目标区域然后被显示或渲染在从过程320生成的解剖结构的模型上，以便创建更新的模型。在一些实施例中，如果使用超声来识别目标组织的深度，则可以在模型内的测量定位处以及基于超声数据的检测深度处显示目标组织。在一些实施例中，模型是3D模型，并且因此组织目标的定位和深度可以准确地显示在模型上并以特定颜色、阴影、色调和/或透明度突出显示，从而明显区分目标组织和健康组织。
在过程350，更新的模型用于规划医疗手术，包括确定到解剖或消融目标的导航路径和/或创建治疗计划。然后可以将医疗手术计划保存在控制系统内和/或用于提供额外的细节或进一步更新在过程340期间生成的更新模型。
在一个实施例中，治疗计划包括治疗类型，包括活检、诊断、解剖、化学品递送、消融、超声波和/或诸如此类。治疗计划可选地包括确定治疗参数，例如治疗定位、治疗区域的大小、治疗深度、治疗次数和治疗间隔。在一些实施例中，治疗区被规划成使得它们以特定的方式或模式间隔开，例如螺旋状、盘旋状或圆周状。在一个示例中，创建治疗计划以消融解剖目标，例如肿瘤、结节或内腔壁区域。因此，治疗计划可以指定消融能量递送的定位、消融区的大小和深度、消融区的数量和/或消融模式。
在一些实施例中，治疗功率设置可以基于到敏感解剖结构的距离、被治疗的组织类型和/或治疗状态而建立在不同的水平。可以基于病变组织的深度可选地选择治疗功率设置。如果超声在一些区域识别出更深的病变组织，则治疗区域之间的功率可能会有所不同。为了针对一个或多个特定感兴趣区域定制治疗，可以在从最大功率到零的范围内缩放功率，或者如果功率设置为特定水平，则可以建立阈值治疗距离以确保安全。在一些实施例中，可以在远离要治疗的目标组织的中心区域更远的地方降低功率，以便治疗(例如，消融)目标组织周围的边缘。在一些实施例中，圆周消融可以具有交替的深度，例如，对于相邻的消融，功率被调节、增加和减少以最小化狭窄或对血管造成其它损伤的机会。在一些实施例中，功率可以随着消融继续(例如，随着组织变得更加干燥、组织被灼烧和/或组织细胞被杀死)而降低。在一些实施例中，可以创建其它类型的可变功率消融模式以经由主动反馈中继和显示最有效地治疗组织。
医疗手术的计划可以包括定位敏感区域并显示在治疗手术期间可能需要保护的定位。例如，可以确定用于部署保护装置的定位并将其保存为医疗手术计划的一部分。类似地，可以识别能够应用诸如气体、羟乙基淀粉、生理盐水或水的物质来冷却和保护敏感区域的定位。
在一些实施例中，虽然模型是根据在装置如前所述通过解剖结构传送时收集的数据生成的，但可以将装置中心线路径或体腔中心线或两者作为通向解剖目标的导航路径保存并显示在模型中。如果要使用多个治疗通道，或者如果装置从患者解剖结构中移除并且操作员需要在后续手术中进入解剖目标或通过使用不同的医疗装置，则可以使用导航路径。在随后的导航期间可选地更新解剖模型，如上所述。
在一些实施例中，治疗计划和/或更新的治疗计划可以基于模型或更新的模型自动创建，并且消融大小、深度和功率要求的经验数据与组织类型和解剖目标的类型相关联(例如，肿瘤或其它增生组织)。在另一些实施例中，治疗计划可以由操作员通过使用用于引导的模型来手动创建。在一些实施例中，可以通过查看模型并确定在某些区域是否需要更少或更多的消融或是否需要某种消融模式来手动确定用于消融的功率设置和定位。在一些实施例中，进行软件定义的确定和手动确定的组合，例如，软件设置具有功率设置的消融模式并且用户改变软件的提议计划。在替代实施例中，包括功率设置的治疗计划可以被创建为治疗参数的自动和用户输入选择的组合，以自主地执行消融。
可选地，在过程355，目标组织、治疗定位、功率设置、消融模式、标志和/或要治疗或避免的结构的一个或多个指示符被显示、包括或覆盖在过程340中生成的更新模型上/内，以创建更新的规划模型。规划解剖模型和治疗计划可以被显示为显示器上的指令、覆盖在过程340期间生成的解剖模型上的指示符和/或对解剖模型的更新。例如，使用图1所示的显示系统110，可以提供指示目标组织的定位、消融的功率电平、消融的持续时间、接近敏感解剖结构的警告等的视觉指令。指令可以是可听的、可视的或触觉提供的。指示符可以覆盖在解剖模型上，以显示病变组织的定位和深度，或指示消融损伤(施加消融能量后在组织内产生的损伤)的定位和深度。指令和/或指示符可以在当前更新的模型中通过以不同的颜色、透明度、色调、大小等显示来突出显示。
可以在过程360中通过使用在过程350中确定的手术计划来执行治疗/诊断手术。实时导航引导可选地可以在更新的解剖模型内显示。导航引导可选地可以包括在解剖模型内表示的医疗装置的渲染图像。为了在解剖模型中显示与患者解剖结构内的实际装置的实时姿势相关的医疗装置的渲染图像，装置应当配准到解剖模型。在一些实施例中，模型由使用可视化装置收集的数据、信息、基准标记或图像来构建，使得模型固有地配准到装置，因为可视化装置(或耦接到可视化装置的医疗装置)包括定位传感器。在一些实施例中，模型是根据在将装置插入解剖结构内期间收集的数据构建的，其中使用定位(例如形状感测)测量的数据点用于构建模型。因此，模型和装置被固有地配准。在一些实施例中，由术前数据(例如，从胶囊内窥镜或胶囊传感器1032(图11B)或者将纳米颗粒和显像剂直接递送到胃肠壁中而获得的数据)生成初始模型，并且装置被导航通过解剖结构，从而收集位置数据点并识别感兴趣的目标区域，例如，使用相机来识别标志。对诸如标志之类的目标区域的收集也可以与相机的位置或定向相关。因此，系统可以使用位置数据和识别的标志将装置配准到初始模型。在美国专利申请号13/107,562(于2011年5月13日提交)(公开了“提供解剖结构模型的动态配准以用于图像引导的外科手术的医疗系统(Medical System ProvidingDynamic Registration of a Model of an Anatomic Structure for Image-GuidedSurgery)”)和国际专利申请号PCT/US2016/033596(于2016年5月20日提交)(公开了“用于图像引导的外科手术的配准的系统和方法(Systems and Methods of Registration forImage Guided Surgery)”)中详细公开了此类系统的示例，上述申请的全部内容通过引用并入本文。
一旦配准，细长装置或医疗装置的渲染图像就可以随着操作员将装置导航到解剖结构中的各个点而更新。导航引导可以包括治疗计划，该治疗计划可选地包括在过程350期间确定的治疗参数，例如显示模型内治疗区的定位、大小、深度、次数、模式和数量的指示符。在一些实施例中，随着消融能量被递送到组织，指示符的颜色、透明度、色调、大小等可以改变，从而为用户提供能量递送的视觉反馈。在一些实施例中，指示符的外观变化可以基于能量递送的时间和/或能量递送的功率。在另一些实施例中，指示符的外观变化可以基于消融的预期有效性，而消融的预期有效性基于能量递送的持续时间、功率、深度和组织类型。在一些实施例中，集成到消融探针中的阻抗传感器可以测量组织的阻抗并用作消融有效性的量度，消融有效性可以通过指示符的外观变化来反映。该模型可以指示目标组织的定位和深度，可以显示指示符(例如箭头或线条)将用户从装置的当前位置引导到目标组织，指示符可以提醒操作员在装置定位在目标组织处时开始消融，随着组织在消融期间变得更加干燥，可以显示和调整功率电平和功率持续时间，可以提供指令以向组织施加更大的压力以用于更深的消融、更大或更小的表面积等。模型可以通过改变相对于健康或未消融组织的颜色、阴影、透明度或色调，在病变组织变消融时在视觉上更新其外观。
在一个实施例中，医疗手术计划可以提供指示符的显示，该指示符指示在递送消融能量或治疗之前部署保护装置或保护性物质。在一个示例中，保护装置或保护性冷却物质通过细长器械的工作通道并且在过程350期间确定的位置处部署。可以提供导航引导以帮助操作员在递送、定位和部署保护装置期间定位细长装置。
手术计划可以根据导航引导和治疗计划以手动、半手动/部分自动或全自动/自主的方式执行。例如，消融探针可以由操作员手动定位，但是因为经配准和定位的消融装置被定位在解剖结构内，所以当消融装置被定位在目标组织处时，医疗器械系统可以按照治疗计划提供的功率电平、频率和持续时间自动施加功率。在一些实施例中，如果系统检测到消融探针靠近敏感区域，则可以自动减少供电或断电。在一些实施例中，如果敏感区域仅位于目标区域的圆周的一部分中(例如，在体腔内)，则仅将功率递送到目标区域的相对侧以避免敏感区域。可以使用内窥镜可视化，以便用户可以停止消融和/或对自动手术改用手控。在一些实施例中，基于图像的辨识可用于自动识别消融装置何时到达目标组织、消融何时完成或消融探针是否太靠近敏感区域。
医疗手术300的流程图中所示的过程可以包括附加过程或以任何需要的顺序进行。例如，在一些实施例中，可以在过程320中创建解剖结构模型之前在过程330中识别感兴趣的目标区域。在一些实施例中，在过程320中，初始模型由人体解剖结构的通用模型或诸如CT扫描之类的数据制成，然后在过程330中感兴趣的目标区域在实时手术中随着解剖结构被探查而被识别出，并且然后初始模型在单独的过程中被更新。在一些实施例中，过程320中的模型是在过程330中识别感兴趣的目标区域的同时制作的。另外，在一些实施例中，进行附加过程。在一些实施例中，所进行的医疗手术用于更新模型。例如，可以用消融的、部分消融的或未消融的目标组织的定位来更新模型。因此，在过程360中进行的初始治疗之后，手术可以返回至过程340，其中消融的、部分消融的或未消融的组织的定位、大小和深度显示在当前解剖模型上以创建更新模型，该更新模型可用于创建需要额外消融的更新治疗计划。
在一个示例中，上述关于医疗手术300的系统和方法可以应用于患者的胃肠道的标测和治疗。图5图示了患者的消化系统的一部分的表示图，包括通向小肠的胃。胃中含有称为Cajal肠肌层间质细胞(myenteric interstitial cells of Cajal,ICC-MY)的细胞，它们充当产生导致上消化道平滑肌收缩的生物电慢波电位的起搏器。小肠包括三个部分——十二指肠、空肠和回肠。十二指肠包括几层组织，其中包括覆盖粘膜下层的最内粘膜层和位于十二指肠壁较深处的肌肉层。十二指肠粘膜层内的细胞产生一种或多种影响胰岛素产生的激素。当粘膜细胞增生时，会产生过多的激素，从而影响胰岛素的分泌。由此产生的对胰岛素分泌的影响可能导致称为胰岛素抵抗和II型糖尿病的病症。可以治疗胃中的cajal细胞、近侧肠中的肠神经丛和小肠内的增生粘膜细胞来治疗这些疾病。例如，十二指肠和空肠粘膜组织的全部或部分可以被消融以使增生的粘膜细胞脱落。消融后，粘膜下层可产生不受增生影响的替代粘膜细胞，从而恢复正常的胰岛素分泌和机体反应。
在一些当前的医疗手术中，球囊导管消融装置通过导丝经由患者食道和胃腔内递送到十二指肠中，以消融沿着十二指肠的长度的增生组织、肿瘤组织、发育异常组织、病变组织或其它组织。然而，目前的手术存在缺陷和挑战。由于内部通道和中空内脏结构的衬里(lining)是柔软且可胀大的，因此诸如食道、胃和小肠(例如十二指肠、胆管、胰管、结肠和直肠)的衬里之类的区域可能会被导丝的尖端或器械损伤或穿孔。同样，在诸如鼻窦(例如额窦、上颌窦、蝶窦和筛窦)的其它身体区域中的类似治疗也存在缺陷和挑战。此外，装置在目标组织附近的定位通常在荧光透视下进行，这通常不会显示增生组织，从而消融是盲目进行的，同时将临床操作员和患者暴露在辐射下。虽然一些手术可以在能够看到增生组织的内窥镜可视化下进行，但操作员必须避开敏感区域，例如胰管和胆总管结合处附近的区域，例如，如图6中可见的法特氏壶腹(肝胰壶腹)和法特氏乳头(十二指肠大乳头)，这些区域可能难以可视化，尤其是当内窥镜查看受到碎屑的影响时。
参考图3和图4，提供了将医疗手术300应用于患者消化系统的示例，包括生成患者解剖结构的胃肠道模型。该模型可用于规划治疗区域，和/或用于治疗十二指肠内的增生组织。例如，细长装置102可用于进入和创建小肠的部分(例如，十二指肠、空肠和/或回肠)的模型。在一个示例中，细长装置102可以被导航到十二指肠和/或空肠，如图4所示。在过程310，细长装置102可以插入患者口腔，并被导航通过患者消化道，包括通过食道、通过胃食管交界处、通过胃并通过小肠到达解剖目标。在替代实施例(未示出)中，可以做出外部的外科手术切口以提供直接进入胃，并且可以将细长装置从胃插入到十二指肠和/或空肠中。直接从胃进入的更直接的方法将允许在手术期间使用更短的细长装置。
参考过程320，可以创建胃肠道的解剖模型或标测图。如前所述，可以由当细长装置102被导航通过消化道时使用耦接到细长装置102的定位传感器(例如，光纤形状传感器和/或多个EM传感器)收集的数据以及来自通过细长装置102或在细长装置102的远端附近设置的成像传感器230的信息生成胃肠模型。在一些实施例中，诸如控制系统122的处理器可以收集表示细长装置102的远端118的位置和/或定位数据，从而提供胃肠道的中心线。在一些实施例中，中心线表示通过食道、通过胃并进入小肠的路径。在一些实施例中，一旦细长装置102被导航到目标增生组织，测量细长装置102的完整形状的形状传感器数据就被用于生成整个胃肠道的即时中心线或者补充在收集表示细长装置102的远端118的点期间生成的中心线模型。然后可以通过使用标准解剖人体数据或通过使用细长装置102和定位感测以触摸解剖壁以确定体积和/或来自成像传感器230的数据(其中可以使用基于图像的方法确定直径)将模型构建为包括食道的直径、胃壁、十二指肠壁和空肠壁。
图5-6图示了包括食道、胃、十二指肠和空肠的患者解剖结构的表示图。在十二指肠内，法特氏乳头形成邻近法特氏壶腹的突起，如图所示连接胰管和胆总管。如图6所示，增生组织600可以位于诸如法特氏乳头/法特氏壶腹的结构附近。在对组织进行消融期间，对法特氏乳头和法特氏壶腹的损伤可能对患者的健康有害，从而导致胰腺炎等疾病。因此，在消融治疗期间将结构识别为敏感解剖结构(例如，法特氏壶腹)从而避免是很重要的。因此，再次参考过程330，识别感兴趣的目标区域可以包括：识别解剖目标区域，例如被识别用于治疗的区域，诸如增生组织；识别治疗期间要避免的结构或解剖结构，诸如可能极接近于治疗区域的法特氏壶腹(如图6所示)；和/或识别人工定位，诸如组织内先前放置的真实或合成标记。增生组织、肥大组织、神经、肠内分泌细胞、杯状细胞、cajal细胞或其它目标组织和各种解剖结构(法特氏乳头、法特氏壶腹等)可以在内窥镜相机图像中以及在例如超声波或OCT图像或制定成图像的扫描的OCT数据中可视化地识别出。在一些实施例中，这样的标志可以是用户识别的。当细长装置邻近或触摸标志时，临床操作员可以通过按下按钮来用信号通知标志的定位。在一些实施例中，超声可用于确定增生或肥大组织的深度。利用在细长装置内提供的定位传感器，可以确定与组织深度相关的增生组织、肥大组织、神经、肠内分泌细胞、杯状细胞、cajal细胞或其它组织的精确定位。
重新参考过程340，如前所述，然后可以在过程320中生成的解剖结构模型上显示或渲染在过程330中识别的感兴趣的目标区域。感兴趣的目标区域可以包括增生或肥大组织、神经、肠内分泌细胞、杯状细胞、cajal(胃)细胞、法特氏乳头和法特氏壶腹。在一些实施例中，如果超声用于识别增生组织的深度，则增生组织可以显示在模型内的测量定位处，在基于超声数据的检测到的深度处，并且以与正常组织不同的颜色、阴影、色调或透明度。
参考过程350，该模型可用于规划用于治疗增生组织、肥大组织、神经、肠内分泌细胞、杯状细胞、cajal(胃)细胞或异常组织的医疗手术，包括确定到增生组织的导航路径和/或创建治疗计划。导航路径可由用户在模型内建立，方法是手动识别通过患者口腔、通过食道、通过胃食管交界处、通过胃以识别cajal起搏细胞、通过幽门括约肌并进入小肠的十二指肠和空肠部分。在另一些实施例中，计算机处理器可以自动生成通过解剖结构到小肠内的增生组织的类似路径。如前所述，可以自动或手动创建治疗计划以识别治疗参数，例如治疗定位、治疗区域的大小、治疗深度、治疗次数和治疗间隔。可以自动或手动识别解剖结构内要避开的敏感区域，例如法特氏乳头/法特氏壶腹，并且可以在手术计划内自动或手动设置和保存功率电平，以减少敏感解剖结构附近的供电并提高有增生组织的定位处的功率电平。此外，敏感区域可以被识别为保护装置和/或保护性物质的部署定位。
使用在过程350中确定的医疗手术计划，可以在过程360中进行针对增生组织、肥大组织、胃肠(肠)神经、胃中的cajal细胞或其它异常组织的治疗手术。图7A至图7C图示了患者小肠的一部分，包括十二指肠、法特氏乳头/法特氏壶腹和增生的目标组织。在一个示例中，过程360的治疗手术开始于如图7A所示定位在目标解剖结构内的细长装置702(例如装置102、202)，使得细长装置702定位在目标增生或肥大组织附近。细长装置可以包括用于递送医疗手术所需的工具和装置的工作内腔。在一些示例中，医疗手术计划包括部署保护装置或保护性物质。例如，工作内腔或可通过工作内腔部署的单独递送装置可用于递送生理盐水或水以冷却目标消融区域周围的区域。在另一个示例中，鞘704可以通过细长装置的工作内腔部署在法特氏乳头和法特氏壶腹上方。然后治疗装置可以通过该鞘部署，从而在递送治疗能量时保护法特氏乳头和法特氏壶腹。
治疗方法可以包括例如通过流体注射使其变平并使用填充有热空气、水或其组合的球囊706来扩张粘膜下层，从而消融如图7B所示的组织。接触球囊治疗也可以通过使用射频(RF)、超声或微波与充满流体的球囊进行。第二类治疗(未示出)依赖于堵塞要治疗的十二指肠和/或空肠节段，并然后应用治疗方法，例如流动的气体、加热的蒸汽，或者应用化学物质(例如酒精)。第三类治疗是由如图7C所示的消融医疗器械708递送的更靶向的消融疗法，包括RF、微波、超声、直接加热、激光消融、超声波、等离子能量、电穿孔、冷冻消融等，可用于靶向增生或肥大组织的特定区域。激光和喷雾等治疗可用于浅穿透，因此无需通过首先将流体注入粘膜下层来保护粘膜层下的层。最后，可以使用机械装置，例如水力喷射器、物理刮刀或切除装置。
治疗计划不仅可以包括增生和肥大组织的定位、表面积、大小和深度，还可以包括增生组织周围的边缘，其深度小于在识别阶段期间最初明显识别出增生和/或肥大组织的地方。在消融能量的递送过程中，可以在内窥镜相机图像以及在例如超声或OCT图像中视觉识别出增生、肥大、异常或其它目标组织和各种解剖结构。通过测量组织的阻抗并监测阻抗的变化或将阻抗测量值与预定阻抗阈值进行比较，可以将组织识别为消融的、部分消融的或非消融的组织。操作员可以偏离在过程350期间保存的医疗计划，并且还可以偏离基于实时内窥镜图像的定位和功率递送。在一些实施例中，可以基于与医疗计划内建立的敏感区域的接近度来自动减少供电和/或断电。在一些实施例中，如果敏感区域仅设置在目标区域的圆周的一部分中，例如在法特氏乳头和法特氏壶腹中，则可以仅将功率递送到目标区域的相对侧以避开敏感区域。可选地，例如来自CEM43的利用热建模的算法可用于优化能量递送。
在医疗手术的一些示例中，在诸如胃肠道的体腔内，医疗装置可以用作胰岛素抵抗的诊断或治疗装置，如下文将详细描述的。在另一个示例中，可以将医疗装置传送至食道以消融各种疾病，例如食道癌。在另一个示例中，医疗装置可以被传送通过患者气管进入患者气道分支，以对患者肺建模来进行粘膜表面重修或消融，用于治疗肺病。在导航过程中可以在视觉上标记各个气道分支，并且可以在例如用于治疗慢性阻塞性支气管炎或哮喘(例如，使用RF消融、冷冻喷雾、等离子能量、超声波、微波、电穿孔等)的手术期间确定治疗重叠。在又一个示例中，该医疗装置可用于泌尿外科病例以对肾脏腔室进行实时标测。首先，该医疗装置可用于探查肾脏的所有腔室，包括通过内窥镜视觉确定肾结石的定位和大小的探查。然后肾脏的模型可以被创建为包括肾结石的定位和大小的标测。然后，医疗手术可以包括使用医疗装置，或通过医疗装置递送工具，以手动或在钬激光的帮助下破碎肾结石。碎石后，用户可以将医疗装置递送到不同的肾盏，以视觉检查碎石手术中剩余的结石碎片。然后可以使用剩余的结石碎片的定位和大小来更新肾脏的模型，并使得能够跟踪所有肾脏腔室和剩余结石。标测和建模特别有用，因为并非所有肾结石患者都进行了CT检查，也并非所有肾结石患者都有术前图像/标测图。因此，在医疗手术期间创建的标测图可能是提供给用户的唯一导航指南。
在一些实施例中，医疗器械226可以是消融探针并且可以至少部分地在计算机辅助下进行控制，因此可以根据治疗计划自动或自主地创建消融模式。在一些实施例中，消融探针的导航可以从首次进入患者解剖结构、在消融探针导航到目标组织期间以及根据导航计划和治疗计划进行消融期间完全自动化。图8是计算机控制的远程操作医疗系统800的简化图，该系统可用于控制器械804，例如消融探针、医疗器械、细长装置和/或诸如此类。在一些实施例中，远程操作医疗系统800可适用于本文所述的诊断手术和治疗手术。
如图8所示，医疗系统800通常包括用于操作医疗器械804以对患者P进行各种手术的操纵器组件802。操纵器组件802可以在至少部分计算机辅助下远程操作、手动操作或作为混合计算机和手动组件(其具有可以是机动的精选运动自由度和/或可以是手动操作的精选运动自由度)操作。主组件806允许操作员O(例如，如图8所示的临床用户)控制操纵器组件802。显示系统810(例如，显示系统110)允许操作员通过显示实时图像和/或由传感器系统808的子系统生成的治疗部位和医疗器械804的表示图并显示用于导航引导的图像和指令来查看治疗部位。传感器系统808可以包括用于接收关于操纵器组件802的器械的信息的一个或多个子系统。例如，传感器系统808可以包括传感器106、108。这样的子系统可以包括：位置/定位传感器系统(例如，EM传感器系统)；用于确定远端和/或沿着可构成医疗器械804的柔性主体的一段或多段的位置、定向、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804的远端捕获图像的可视化系统。远程操作医疗系统800还可以包括控制系统812(例如，控制系统122)。控制系统812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804、主组件806、传感器系统808和显示系统810之间的控制。控制系统812还包括编程指令(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，包括用于向显示系统810提供信息的指令。在一些实施例中，控制系统812可以从医疗器械804中的力传感器接收力和/或扭矩反馈。
本公开中描述的系统和方法的各方面包括(i)将医疗装置导航和控制到一个或多个目标区域；(ii)所述一个或多个目标区域的可视化和标测以及目标区域中的实时组织表征；(iii)在目标区域内进行选择性治疗，同时保护敏感区域；以及(iv)对所应用的治疗和经治疗的解剖结构的区域进行跟踪和可视化，并且可选地测量和/或表征治疗效果。举例来说，该系统和方法可以应用于患者的消化系统，例如在胃、十二指肠和/或空肠中进行治疗以治疗糖尿病和其它代谢疾病。虽然本文提供了关于胃、十二指肠和/或空肠的一些实施例，但所描述的系统和方法不限于在这些区域中的治疗，并且本公开可以针对在其它体腔中的治疗，例如在消化系统的其它部分(食道、直肠、结肠)或体内的其它封闭空间中。
如上所述，选择性去除(例如，经由消融)胃内的cajal细胞以及十二指肠和/或空肠内的增生性肠内分泌粘膜细胞、肥大性粘膜细胞和肠神经可以用于治疗与II型糖尿病相关的胰岛素抵抗，以便恢复正常的胰岛素分泌。可以去除十二指肠和/或空肠的一些或全部粘膜组织层以消除增生和肥大的粘膜细胞和肠神经，然后随着时间的推移，身体会用不受肠内分泌增生影响的粘膜细胞代替它们。这种治疗的长期益处是剂量依赖性的，并受所治疗的组织表面积的量的影响。图9图示了在十二指肠中导航和治疗可能遇到的潜在问题区域。沿内腔的圆周和长度治疗十二指肠和/或空肠粘膜衬里的更大表面积与更好的结果相关。为此，可通过选择性去除十二指肠的近侧区域(图9中的区域D1和D2，靠近法特氏壶腹)的粘膜层、通过选择性去除十二指肠的远侧区域(图9中的区域D4，其在法特氏壶腹的远侧)并且/或者通过选择性去除至少在空肠的近侧区域中的粘膜层来改善治疗。在一些实施例中，可以通过单独地选择性去除十二指肠中的部分粘膜层来提供治疗。在另一些实施例中，可以通过单独地选择性去除空肠中的部分粘膜层来提供治疗。并且在又一些实施例中，可以通过选择性去除十二指肠和空肠中的每一个的至少一部分中的部分粘膜层来提供治疗。为了治疗，粘膜层具有浅部和深部。干细胞存在于深部中和下面的粘膜下层中，并且去除粘膜层和粘膜下层中的大部分所述细胞将留下一小部分能够再生肠道粘膜衬里的干细胞。十二指肠长约25-40厘米(cm)、直径约25毫米(mm)，并且十二指肠壁厚约2-3mm。因此，可以使用去除内腔壁内侧的亚毫米到毫米深度范围来实现充分的治疗。也可以治疗和去除部分粘膜下层，但应尽量减少、避免或不触及或损害下面的肌肉层，以避免潜在的有害创伤。
此外，十二指肠的粘膜下层包含一束称为粘膜下丛和肠神经的神经。在一些实施例中，可以靶向并去除部分粘膜下丛以恢复胰岛素功能，如下文进一步详细描述的。
本公开描述了远程操作治疗装置的导航和控制的各方面，例如插入口腔并通过消化道以进行治疗，用于十二指肠和/或空肠中的治疗。远程操作的治疗装置可以被实现为如上所述的远程操作医疗系统800的一部分，并且使用控制系统122/812进行控制。所描述的各方面克服了与手动控制的治疗装置的导航和控制相关的若干挑战。
从胃通过幽门括约肌并进入幽门通道进行对准和导航
从胃通过幽门括约肌并进入十二指肠的导航提供了对准的示例应用，以导航通过内部体腔限制。当手动控制的治疗装置被手动导航到胃中时，可能难以将装置的远侧尖端与幽门括约肌开口正确对准，以便将尖端插入通过幽门括约肌并进入十二指肠。不仅必须识别幽门括约肌，内窥镜的远端必须与十二指肠的第一部分对准，以便内窥镜轻松进入十二指肠，避免损坏肠道周围的衬里。由于胃的大的中空粘性性质，幽门通道的开口周围有多个皱褶塌陷，因此也可能难以使幽门括约肌开口可视化。内窥镜医师已经开发出许多手动技术来克服这些挑战。一种技术包括使柔性治疗装置在胃中以360度的环成环以使装置的远侧尖端与幽门括约肌对准，以及然后在尖端穿过了幽门后操纵装置以去除环。但是，这种成环是不可取的，因为尽管有轻度至中度的镇静，它仍可能对患者造成不适。随着装置被推进，这样的成环还可能在治疗装置上引起额外的摩擦，从而当横穿患者解剖结构时，装置不能以恒定的1:1的近侧推动与远侧推进的比率可靠地推进。这种不确定的推动与推进的比率使导航手术复杂化。吹气也用于使幽门窦侧壁变平，以便使幽门更好地可视化。内窥镜医师常常需要长时间的培训和练习，才能学会有效地手动导航十二指肠内窥镜通过幽门通道并进入十二指肠以进行观察和治疗。
在一些实施例中，计算机辅助的远程操作系统和方法为难以横穿的通路提供改进的对准和导航，例如从胃、通过幽门括约肌和幽门通道并进入和通过十二指肠。图10和图11B图示了位于幽门附近的胃中的细长装置1002的简化图。细长装置1002在构造和功能上与上述细长装置102和202相似，除了本文描述的不同之处之外。细长装置1002包括柔性主体1016，该柔性主体具有远端部分1018、主内腔1004、主内腔中的一个或多个器械1026(例如导管1022)、一个或多个导航传感器1006和一个或多个成像传感器1030。细长装置1002可以被实现为如上所述的计算机辅助的远程操作医疗系统800的一部分，并且使用控制系统122/812进行控制。本文所述的各种成像传感器1030、导航传感器1006和成像分析可单独使用或组合使用，以帮助使用计算机辅助的远程操作医疗系统800手动或自动导航细长装置1002通过幽门并进入幽门通道，作为反馈以使细长装置1002与幽门括约肌和幽门通道对准并导航细长装置1002。例如，经由计算机辅助的远程操作医疗系统800，远端部分1018相对于幽门的姿势可以基于来自传感器和成像分析的反馈而手动或自动调整。
所述一个或多个成像传感器1030可以基本上类似于上述成像传感器230，并且可选地它们可以被包括在任何类型的用于提供术中图像的微创工具中。在各种实施例中，成像传感器1030可以可滑动地设置成通过主内腔1004，可滑动地设置在从主内腔1004偏移的次级腔内，固定在主内腔或次级腔内，集成到细长装置1002的壁中，固定到器械1026，或设置在细长装置1002外部。所述一个或多个成像传感器1030可包括立体或单视内窥镜相机、腔内或血管内超声装置、诸如纤维镜的光纤束、光学相干断层扫描(OCT)装置和/或类似装置。成像传感器1030可以包括任何数量的内窥镜、OCT和/或超声探头的任何组合。与成像传感器230一样，成像传感器1030可以包括位于柔性主体1016的远端部分1018处或附近的用于捕获图像的远侧部分以及耦接到成像传感器1030的用于传输所捕获的图像数据的线缆。所捕获的图像数据由诸如可视化系统131之类的成像系统处理，用于显示和/或用于在诸如跟踪系统130之类的跟踪系统中使用，以支持沿着柔性主体1016的长度对柔性主体的远端部分1018和/或一部分进行跟踪。
所述一个或多个导航传感器1006用于帮助将治疗装置的远端与幽门括约肌对准。因此，在一些示例中，导航传感器1006可以被称为对准传感器。导航传感器1006可以包括位于细长装置1002的远端部分1018处或附近的一个或多个传感器。导航传感器1006可以进一步包括位于远端部分1018近侧的一个或多个传感器。在一些实施例中，导航传感器1006包括沿着细长装置1002的长度(例如，沿着柔性主体1016的长度)分布的单个传感器或多个传感器。在一些实施例中，所述一个或多个导航传感器1006固定到器械1026。导航传感器1006用于捕获导航传感器信息，该信息然后被提供给跟踪系统(例如跟踪系统130)，以支持沿着柔性主体1016的长度对远端部分1018和/或柔性主体的一部分进行跟踪。在一些实施例中，成像传感器1030和导航传感器1006用于确定例如远端部分1018和/或沿着柔性主体1016的一个或多个长度的位置、定向、姿势、形状、速度和/或速率中的一项或多项。
导航传感器1006可以包括一个或多个流动传感器以确定通过幽门的流体(液体、气体或液体和气体两者)流动方向，以帮助对准细长装置1002以便容易地穿过幽门括约肌并经由幽门通道进入十二指肠以进行跟踪(例如，跟踪胃输出流通过幽门括约肌的速率)。这样的流体或气体流动传感器可以包括超声波传感器、磁性传感器、质量传感器、涡流传感器、热传感器和/或超声传感器中的一种或多种，或者它们的任何组合。导航传感器1006可用于跟踪流体或气体的流动，使得用户能够将远端部分1018朝向流体流动的方向定向，以识别和横穿幽门括约肌。流体和气体的流动梯度可用于将远端部分1018改向朝向最大流动方向，该最大流动方向可与幽门通道的中心对准。在一些示例中，所述一个或多个导航传感器1006还可以包括一个或多个声学传感器。
导航传感器1006可以进一步包括应变传感器(包括电容式应变传感器)，或其它力传感器以向用户提供关于将装置1002通过内腔插入(例如插入到幽门中(参见例如图11A))的最小摩擦路径的反馈。如下文进一步详细描述的，导航传感器1006可以附加地或替代地用于向用户提供关于使装置1002横穿通过十二指肠和/或空肠的最小摩擦路径的反馈。应变传感器可以位于细长装置1002的远端部分1018处或附近，位于装置1002的一个或多个近侧部分处，或两者皆可。这样的应变传感器可以包括一个或多个电子(例如，电容)应变仪、光学(例如，光纤布拉格光栅)应变仪和半导体应变仪，或它们的组合。应变传感器可以围绕装置1002的圆周分布以检测应变的周向方向。在一些实施例中，应变传感器可用于感测用于向用户提供触觉反馈的应变信息，其中较大的反馈值指示远端部分1018和幽门之间可能的错位。经由计算机辅助的远程操作医疗系统800，远端部分1018相对于幽门的姿势可以手动、自动或在机器人辅助控制下进行调整，以减少感测的力并从而减少装置1002上的摩擦，例如，当装置1002导航幽门并进入十二指肠时。此外，在一些实施例中，如下文更详细描述的，可以手动或自动调整远端部分1018的姿势以减小感测的力，例如，当装置1002行进通过十二指肠时。在一些实施例中，例如在靶向空肠中的治疗的情况下，当装置1002导航经过十二指肠过渡到空肠的特里茨韧带时，这种反馈也可以用于手动或自动调整远端部分1018的姿势。在一些实施例中，装置1002和体壁之间的接触方向可以被检测并自动校正，例如，以在远离接触的方向上移动装置1002(例如，通过将装置1002移动一段距离以远离接触)，或者可以提供导航反馈(例如视觉地、听觉地、触觉地)以提供校正指导。移动距离可以基于感测到的应变反馈的幅度。如下文进一步详细描述的，在一些实施例中，重新居中机构可用于手动地、在导航引导辅助下机器人地或者自动地把装置1002在内腔内居中，并且在更多实施例中，装置1002的部分可以是刚性化的以使与内腔壁的阻力或接触最小化。这种刚性化可以独立于居中或者可以与居中结合使用。在装置尖端具有选择性顺应性的一些实施例中，应变可以在用户推进装置时通过软件/固件/硬件来测量。在一些实施例中，可以实施基于阻抗或导纳的控制以使用应变(或等效的力/扭矩)或组织接触测量作为反馈信号，以在用户推进装置时在装置尖端处施加由软件配置的选择性顺应性。例如，装置尖端可被编程为基于检测到的组织接触而变得具有或多或少的顺应性(例如，自动改变用于在弯曲中铰接装置的拉线中的张力、自动激活变硬机构等)。在一些示例中，这种选择性顺应性可以取决于时间、手术阶段、来自用户的输入和其它变量。
所述一个或多个导航传感器1006可进一步包括一个或多个定位传感器以提供描述细长装置1002的远端部分1018的位置和/或定向数据，细长装置1002包括形状传感器和/或一个或多个天线、电极和电磁传感器，所述形状传感器可以与上述形状传感器108基本相似，例如各种光纤弯曲传感器中的一种(例如，光纤布拉格光栅传感器)。形状传感器数据可用于确定装置形状的意外变化。例如，基于装置运动学和命令的装置位置(例如，致动的拉线张力)，可以将装置的经计算的预期形状与测量的形状进行比较，以确定装置正在与组织接触。基于预期形状和测量形状之间的预定阈值差异，装置可以自动重新定位或自动降低顺应性，直到差异减小到可接受的量。
所述一个或多个导航传感器1006可以可选地进一步包括酸/碱(pH)传感器和/或压力传感器以帮助导航。这样的传感器可用于感测从消化系统的一个部分到下一个部分的转变，这些转变与pH值和压力变化相关联。例如，在实施例中，pH传感器阵列位于细长装置1002的远端部分1018处或附近。该阵列可以布置成基本上垂直于胃肠道中的流动方向。当装置在胃肠道的不同区域内移动时，该阵列测量pH梯度，其中较高的pH密度梯度与期望的流动方向相关，并且远端部分1018的姿势可以基于期望的流动方向手动或自动调整。在胃中时，pH传感器可以检测在幽门括约肌方向上的pH梯度(例如，流向并通过幽门括约肌的pH梯度)。而且，在胃中时，压力传感器可以检测在幽门括约肌方向上的压力梯度(例如，流向并通过幽门括约肌的压力梯度)或在十二指肠与特里茨韧带处的空肠之间的过渡方向上的压力梯度。所述一个或多个导航传感器1006可以可选地进一步包括温度传感器，以基于胃肠道的各个区域(例如，在胃中与肠中)中的不同温度来检测流动。
如图10至图12A进一步所示，所述一个或多个导航传感器1006还可以包括一个或多个重力场传感器，例如惯性测量单元(IMU)或加速计或倾角计，以帮助正确地对准细长装置1002的远侧尖端，以便横穿幽门。在细长装置1002处(例如，在装置1002的远端部分1018处)提供至少一个重力场传感器。在一些示例中，患者参考重力场传感器可以刚性地附接到患者身体的外部部分，该外部部分靠近在患者定位期间相对于幽门具有最小相对运动的骨突起(例如胸骨)。患者参考重力场传感器提供用于对准的患者身体参考系，以指示患者的姿势。基于患者参考重力场传感器的放置和幽门相对于所述骨突起的估计对准(例如，使用骨嵌入的解剖参考系)，确定了在装置的远端处的重力场传感器相对于参考传感器的目标对准。然后，控制系统可以确定当装置需要与幽门或特里茨韧带对准时的手术阶段(基于事件)，并激活装置尖端伺服的定向控制模式以最大限度地减少其姿态和所述目标对准之间的误差。在一些示例中，当只有重力方向可用时，可以将姿态定义为具有朝任意指定的指向方向的滚动的方向矢量。在又一些示例中，当完整坐标系可用时，例如在IMU的情况下，可以将姿态定义为一组三个欧拉角或四元数或其它等效表示。在一些示例中，多个重力场传感器可以在外部并在多个段上沿着装置被附接到患者。在一些示例中，当基于患者定位(例如侧卧位)相对于重力的幽门定向相对众所周知时，参考传感器可能不是必需的。在一些示例中，定向控制器可以由响应于另一个传感器(例如视觉)而行动以提供平移命令以接近幽门的位置控制器来补充。在一些示例中，来自沿细长装置定位的一个或多个重力场传感器的数据可以通过使用该数据来计算沿着细长装置的每个重力场传感器的瞬时位置和姿势而在控制系统中使用。控制系统可以使用该系列的位置信息和姿势信息来实现装置相对于解剖结构的定位。该数据可用于补充从图像中获得的数据，例如SLAM类型的相机姿势信息。
在一些实施例中，通过使用图像分析进一步增强了通过幽门的导航。成像传感器1030结合可视化系统131和显示系统110被用于跟踪细长装置1002相对于幽门和/或特里茨韧带的对准并提供导航引导。可以向用户提供诸如视觉、听觉和/或振动的反馈以用于导航引导。例如，可见箭头或其它方向型视觉模拟信息可以覆盖在由成像传感器1030提供的实时外科手术视图(例如，内窥镜视图)上，以识别远端部分1018的预期推进轴线和通过幽门和/或特里茨韧带的期望推进轴线之间的错位。方向型视觉信息可以向用户指示建议的校正措施以校正远端部分1018与幽门和/或特里茨韧带之间的错位，并从而帮助增强导航对准(例如，通过保持中心线对准以防止或最小化细长装置1002与幽门远侧的内腔侧壁的不希望的接触)。
在一些实施例中，实时图像中的流体检测可用于辅助导航。例如，重力会将液体沉淀在胃的底部部分，并且此信息可用于帮助将用户的导航朝向幽门定向。图像分析识别沉淀的液体并因此确定相对于远端部分1018的重力场方向和相关联的内窥镜图像。
在一些实施例中，依赖于神经网络模型的算法可以基于幽门或从十二指肠至特里茨韧带处的空肠的过渡的多个图像来训练。这种算法可以有助于识别幽门或十二指肠向空肠的过渡的开口，以便轻松地朝向开口横穿装置并经过特里茨韧带处的悬挂点。在一些示例中，该装置可以沿着胃的较小曲线接近幽门开口以减少其路径长度。在一些实施例中，神经网络分类器可以被训练以分割与由装置管理的手术相关的其它解剖标志。这些标志可以包括上食道括约肌、胃下弯、幽门括约肌、十二指肠球部、胰腺括约肌、十二指肠、空肠、特里茨韧带、环褶和其它类似标志。在一些示例中，除了应用任何合适的黑盒机器学习分类器来检测或辅助检测幽门外，传统的图像处理技术(例如对比度增强和边缘检测)可用于特殊情况，例如需要识别双幽门与单幽门。在一些示例中，单幽门可以被检测为处理后的图像中的连续封闭区域，并且双幽门可以被检测为分割区域。在一些示例中，控制系统可以使用与幽门一致的检测区域的时间和空间变化率来确定进入幽门的理想定位和时间。
在一些实施例中，音频场测量用于通过检测独特或特征声音或声音梯度来检测幽门通道和特里茨韧带。音频场测量可以由安装在例如远端部分1018处或附近的内腔内麦克风提供。这样的检测器可以像之前的传感器一样用于检测其它内腔限制，例如胰腺括约肌、环形皱襞或回盲瓣。在一些示例中，音频场测量可以基于流体的流动方向、括约肌的打开及关闭和蠕动运动、以及感兴趣的解剖结构的其它相关方面为装置的期望运动提供提示。
通过十二指肠和空肠进行对准和导航
当手动控制的治疗装置被导航通过十二指肠时，当装置通过十二指肠的近侧球部时，存在使十二指肠壁损坏或穿孔的危险，该近侧球部通常被识别为十二指肠的四个区域中的前三个区域(图9中的D1、D2和D3)。十二指肠的这一部分有一条难以导航的C形路径，这种情况有时还会因小部分患者体内的迂回曲折而加剧。上部和下部十二指肠区域是在用内窥镜获得适当角度的同时导航以便使十二指肠中的粘膜表面可视化以同时进行可能的治疗和关键解剖的问题区域。导航通过十二指肠也很困难，因为对十二指肠壁施加过大量的力会损坏十二指肠周围区域和结构(例如特里茨韧带)。此外，导航到十二指肠的远侧部分(例如，D3和D4)中变得更具挑战性，因为从口腔到空肠所需的治疗路径长度约为100-150厘米，其中经由器械中的通道工作的工具所需的更长的路径长度要求200-260厘米的路径长度。因此，尽管通过使装置的主体更靠近胃的较小曲线，来减少该路径长度是合乎期望且有利的，但保持靠近较小曲线是困难的，因为胃通常在小弯附近具有急弯曲线，与大弯附近的更开放、更平缓的曲线形成对比。
参考图12A-12B，本公开的各方面提供了计算机辅助的远程操作治疗装置通过十二指肠的部分或全部(包括区域D1-D4)并且可选地至少通过空肠的近侧部分的导航和控制。如本文所述，远程操作系统能够使细长装置1002在十二指肠内腔和/或空肠内腔的中心内重新居中，以防止或最小化与内腔壁的接触并因此减少诸如穿孔的意外创伤，同时减少沿着胃的较小曲线的路径长度。此外，远程操作系统能够通过保持更靠近胃的较小曲线来减少治疗装置到达目标区域所需的路径长度。附加地或替代地，治疗装置的部分可以被变硬或刚性化以最小化与内腔壁的阻力或接触。这种刚性化可以独立于居中或者可以与居中结合使用。
在一些实施例中，上述导航传感器1006和成像传感器1030用于检测细长装置1002是否靠近或接触内腔侧壁。在一些实施例中，感测可以基于通过感测(例如，测量)细长装置1002与胃、十二指肠和/或空肠的侧壁之间的应变或摩擦来检测组织接触。这种应变感测可以包括上述应变仪或其它力传感器。在一些实施例中，导航传感器1006和成像传感器1030可以通过使用基于成像的方法来检测与内腔侧壁的接近度。例如，成像传感器1030可用于感测(例如，检测或测量)装置1002在内腔内的位置或定向。可选地，在一些实施例中，成像传感器1030可以感测期望的推进定向和装置1002(例如内腔的大致中心，举例来说)之间的错位。在各种实施例中，导航传感器1006和成像传感器1030可以包括超声探头(例如，径向超声探头)、视觉探头(例如，经由相机或内窥镜)、激光探头、红外线探头、OCT传感器、使用定位和/或形状传感器的GPS类数据或其它距离传感器(例如，飞行时间传感器)中的一种或多种。在一些实施例中，如上所述的重力传感器(例如，传感器1006)可以在内腔中同时用于帮助针对装置来定向外科医生或计算机控制系统(参见图12A)。例如，细长装置1002上的IMU或加速度计可以与患者和/或检查台上的一个或多个外部传感器(例如，IMU/加速度计)结合使用，以确认装置或装置远端的姿势。参考IMU/倾斜仪可以被提供在进入身体的进入点处，或者可以以其它方式附接到患者。作为另一示例，可以基于检测内腔中的流体弯月面(meniscus)相对于患者的定位(对于上内窥镜检查最常见的是侧卧位)结合患者和/或检查台上的所述一个或多个外部传感器来提供如上所述的视觉感测。在一些实施例中，上述各种传感器可以单独使用或组合使用。在一些实施例中，视觉、听觉和/或振动反馈中的一种或多种可以被提供给用户以识别与内腔壁的接近或接触，并且/或者可以检测相对于内腔内的期望的推进定向(例如内腔的大致中心)的错位。为了帮助定向，诸如矢量、箭头、十字准线或其它视觉定向标记的指示符1036可以被覆盖或结合到图形用户界面中，以帮助将细长装置在内腔内居中或以其它方式引导装置的推进和定向。在一些实施例中，可以通过超声探头(例如，径向超声探头)、视觉探头(例如，经由相机或内窥镜)、激光探头、红外线探头、GPS类数据或其它距离传感器(例如，飞行时间传感器)中的一种或多种来检测与内腔侧壁的接近或接触和/或与期望的推进定向的错位。例如，这样的传感器可以基于装置1002和内腔壁之间的相对距离来检测装置1002的位置。例如，传感器可以检测到装置1002的一部分更靠近内腔壁的第一部分并且更远离内腔壁的其它部分，这可能超过基于一段检测到的内腔的直径的预定阈值或错位比率。
导航传感器1006和成像传感器1030可用于例如基于检测到的与内腔壁的接近或接触和/或基于与期望的推进定向的错位来手动或自动将细长装置1002在内腔内重新居中(例如内腔的大致中心)。这种重新居中可选地可应用于远端部分1018、细长装置1002的靠近远端部分1018的一个或多个部段、或远端部分1018和一个或多个近侧部段两者。
在一些实施例中，临床操作员可以基于指示细长装置1002的一个或多个部分接近或接触内腔壁的视觉、听觉和/或振动反馈和/或基于与期望的推进定向的错位来应用手动重新居中。例如，可以经由对用户控制的触觉反馈向用户提供反馈，或者可以向显示系统110提供视觉反馈(例如，经由图形用户界面)。这种反馈可以指示例如装置上的增加的应变和将装置在内腔内重新居中的需要。这种反馈可以包括例如推进接近内腔壁或推进正移动得更靠近内腔壁的视觉信息。这种反馈可以包括例如装置1002和内腔壁之间的错位。用户然后可以基于该反馈手动地使细长装置1002在内腔内重新居中。同样，临床用户可以使用所提供的反馈来使装置沿着任何定义的期望的推进或抽出线居中。在一些示例中，如果解剖模型可用(例如，基于随着钡以标测解剖结构的上消化道内窥镜检查，基于CT成像，或基于其它调查或内窥镜检查数据)，则装置1002的校正可以利用该模型。在一些示例中，可以提供目标GUI，其显示覆盖在内腔的前视视图上的目标图标，并且可以使用上述传感器中的任何一种来确定装置1002的中心的当前位置。目标图标(例如，十字准线)可以基于最佳驱动路径(例如，如果路径围绕曲线，则十字准线将被示为更靠近侧壁)进行定位。如果路径在敏感解剖结构区域附近，则十字准线可以居中。
在一些实施例中，通过超声探头(例如，径向超声探头)、视觉探头(例如，经由相机或内窥镜)、激光探头、红外线探头、GPS类数据或其它距离传感器(例如，飞行时间传感器)中的一种或多种，基于检测到的与内腔侧壁的接近或接触或基于与期望的推进定向(例如，相对于内腔的大致中心)的错位，可以应用自动或自主地重新居中。
在一些实施例中，可以独立于检测到与内腔侧壁接近或接触来应用手动或自动地重新居中。例如，可以基于手术的时间或阶段或细长装置1002的插入量来手动或自动地重新居中。例如，当细长装置1002的远端部分1018已达到一定的间隔，例如进入十二指肠的区D1、D2、D3或D4或特雷茨韧带处的近侧空肠时，可以发生手动或自动重新居中。在一些实施例中，可以以规则或不规则的间隔发生手动或自动重新对中。
参考图12B，在一些示例实施例中，重新居中机构基于从细长装置1002径向向外扩张以接触内腔侧壁的一个或多个可扩张构件1020。重新居中机构可以允许装置重新居中，并且然后可以在重新居中后继续导航通过内腔。可扩张构件1020可以具有大致均匀的径向扩张，使得细长装置1002将在可扩张构件1020内居中(例如，重新居中)。可扩张构件1020可位于远端部分1018附近或在远端部分1018近侧。此外，可沿细长装置1002的长度设置两个、三个或更多个可扩张构件1020中的多个。可扩张构件1020可用于使细长装置1002在体腔内居中的近侧部分、中间部分和/或远侧部分。在一些实施例中，可扩张构件1020可以沿着柔性主体1016的长度定位和/或可以固定到器械1026。在一些实施例中，可扩张构件1020可以是在内腔或装置本身中扩张的可膨胀球囊(例如，气体和/或液体(例如，生理盐水)填充)。在一些其它示例实施例中，可扩张构件1020可包括可扩张网格构件或可扩张支架构件。可扩张构件1020还可用于为目标区域提供治疗性处理，如下文进一步详细描述的。
在一些实施例中，重新居中机构可以基于部分柔性主体1016的线缆、连杆或其它转向控制机构。例如，柔性主体1016可以包括嵌入在柔性主体1016的壁中的多个控制线缆或连杆。所述多个控制线缆或连杆沿柔性主体的长度周向延伸，并且通过张力和释放选择性地控制以调整柔性主体1016在十二指肠内腔内的姿势。
在一些实施例中，随着细长装置1002在十二指肠或空肠中被推进或抽出，细长装置1002和肠侧壁之间的摩擦被最小化以降低在装置被推进或抽出时组织损伤的可能性。在一些实施例中，可以应用抖动运动(例如，向前/向后运动和/或振动运动)来减少创伤。在一个方面，这种抖动包括尺蠖状运动，其中装置在期望的方向上推进/抽出第一距离，然后在相反方向上抽出/推进小于第一距离的第二距离，并然后再一次在所述期望的方向上推进/抽出第一距离。在一些实施例中，可以应用其它小振幅机械振动来减少摩擦，例如沿着柔性主体1016的长度的轴向振动、径向振动或轴向振动和径向振动的组合。
在一些实施例中，细长装置1002可以沿着身体的一个或多个曲线(例如，胃、十二指肠和/或空肠)选择性地变硬或刚性化，以在体内空间中的各个定位处保持期望的居中。装置1002的部分可以被变硬或刚性化以最小化与内腔壁的阻力或接触和/或保持内腔内的相对定位或对准。这种变硬或刚性化可以可选地与本文所述的重新居中机构结合使用。例如，可以使用重新居中机构来使装置1002在内腔内居中。在使装置1002在内腔内居中之后，装置1002的部分(例如，近侧部分和/或远侧部分)可以被选择性地变硬或刚性化。可以手动或自动接合重新居中之后进行选择性变硬或刚性化的顺序，例如，通过用户经由输入装置选择该顺序的操作，并且该顺序在计算机控制下发生(例如经由控制系统812)。用户可以选择一个或多个定位用于重新居中(例如，基于可扩张构件1020的可用定位)，或者可以基于检测到与内腔侧壁接近或接触或基于与期望的推进定向错位来自动选择定位。用户可以另外选择在重新居中之后是否使装置刚性化或变硬，并且用户可以选择用于刚性化的定位。附加地或替代地，控制系统可以应用刚性化系统，包括在重新居中之后自动地应用选择性刚性化(例如，通过在可扩张构件1020或任何其它部分的定位处或附近选择性地刚性化)。在一些实施例中，用户可以选择重新居中，并且控制系统自动部署重新居中并自动在重新居中部署后进行选择性变硬或刚性化。在一些实施例中，当远端在胃或十二指肠中时，细长装置1002可以选择性地变硬以帮助导航。在2019年6月19日提交的PCT专利申请PCT/US/2019/037954(公开了“用于将柔性细长装置保持姿势的系统和方法(Systems and Methodsfor Hold a Flexible Elongate Device in a Pose)”)中提供了变硬机构的示例，该申请通过引用整体并入本文。例如，一个或多个变硬机构可以包括可扩张构件，其扩张以接合柔性主体1016中的支撑结构，从而将支撑结构保持在期望的姿势。例如，一个或多个变硬机构可以包括如上所述嵌入柔性主体1016的壁中的多根控制线或线缆(例如，可选地镍钛诺线)。所述多根线可以选择性地接合或铰接以保持姿势。在一些实施例中，当装置推进或抽出时，装置中的一个或多个曲线沿装置的长度散播。而且，当装置推进或抽出时，一个或多个变硬部分可以类似地沿着装置的长度散播。在一些实施例中，该机构可以与缠绕的光纤组合以提供应变变硬反馈。如图12B所示并且如下文更详细描述的，可选地，身体空间的弯部可以被标测以表征用于导航的弯部并且识别用于治疗的目标区域。可以使用例如从传感器1006接收到的信息来执行组织标测和表征。然后可以基于与身体空间的弯部对应的装置1002插入深度来提供细长装置1002的选择性控制。
在一些示例中，将细长装置1002定位成比另一个更靠近一个壁可能比使装置1002居中更可取。可以确定行进路径以最小化细长装置1002和解剖内腔的壁之间的长度和/或接触力。例如，驱动细长装置1002更靠近内部路径可以减少行进的总路径长度。可以确定装置在内腔内的什么位置，并然后将细长装置定位在阈值距离内靠近壁的位置，以例如提供偏移从而避免组织损伤。在一些示例中，可以确定装置的形状以检测解剖结构中的相应弯曲部，并然后可以将行进路径调整为更靠近内部弯曲部。可以使用各种接近、力、成像或其它感测系统中的任何一种来确保细长装置不会太靠近壁。
参考图13A至图13C，细长装置1002可以包括多个弯曲部段1040以提供选择性变硬。在一些实施例中，如图13A和图13C所示，柔性主体1016可以包括具有预配置(例如，预定义)形状的多个邻接的铰接部段(例如，两个部段、三个部段或更多)以横穿十二指肠的C形路径。邻接的铰接部段可以具有彼此不同的弯曲半径。在一些实施例中，如图13B所示，细长装置1002可以包括多个伸缩导管1022、1022a、1022b、1022c(例如，导向管)(例如，两个、三个或更多个导管)。伸缩导管1022可以同心地布置。在一个示例中，具有相对较小直径的内导管1022a从具有较大直径的外导管1022b的远端向远侧延伸。在另一示例中，具有相对较小直径的最内导管1022a从具有较大直径的中间导管1022b的远端以及从具有比导管1022a、1022b更大直径的最外导管1022b的远端向远侧延伸。在一些实施例中，同心导管可以包括可以具有彼此不同的弯曲半径并且可以选择性地推进通过十二指肠的弯曲部的部段。同心部段可以具有与十二指肠、空肠和/或胃的较小曲线的不同弯曲部相对应的不同的预定义变硬形状。在另一些实施例中，每个同心导管可以具有不同的硬度。例如，最外导管1022c可以由比内导管1022a、1022b更硬的材料构成，使得最外导管1022c可以充当稳定的递送平台以减少对周围组织的潜在损伤。在另一些实施例中，内导管(例如，1022a和/或1022b)可以比外导管(例如，1022c)更硬。可选地，术前成像可用于帮助识别要使用的适当弯曲部段形状。例如，同心部段可以具有基于先前内窥镜测量的神经网络评估和患者身高的各种预定义形状，其中弯曲部在从口腔到食道、胃底、胃窦、幽门、十二指肠第一部分、十二指肠第二部分、十二指肠第三部分、十二指肠第四部分、特里茨韧带和空肠近侧部分的解剖结构中的每个预期过渡处被优化。在另一个示例中，可以使用基于术前成像或基于术中、术前标测的模型来自动或由用户定义地识别胃的较小曲线。
在一些实施例中，导管1022可以与一个或多个可扩张构件(例如上述可扩张构件1020)结合使用，以允许装置1002在内腔中居中并推进装置1002。在一个示例中，柔性主体1016可以具有至少一个导管1022和至少一个可扩张构件，该可扩张构件可以从柔性主体1016扩张以接触内腔壁。可扩张构件可以扩张以使装置1002在内腔中居中，并且导管1022可以被推进同时可扩张构件将装置1002保持在内腔内居中。在导管1022被推进之后，可扩张构件可以塌缩以去除与壁的接触，并且柔性主体1016被推进经过导管1022的远端。导管1022可以具有硬的结构，或者以其它方式经由如本文所述的一种或多种变硬机构被选择性地变硬，以向装置1002提供刚性，使得当可扩张构件被压缩并且柔性主体1016被推进时，装置1002可以基本上保持在内腔中居中。在将柔性主体1016推进到新位置之后，可以重复该过程。在一些实施例中，该推进过程可以通过用户经由输入装置选择推进顺序的操作而自动发生，并且该顺序在计算机控制下发生(例如经由控制系统812)。可选地，在一些实施例中，用户可以选择手动或自动推进顺序，例如经由主组件806处的“向前移动”命令。一旦选择，推进过程可以在计算机控制下通过一系列步骤进行，包括以下一项或多项：使装置1002在内腔中居中、自动变硬和推进装置1002，并重复该过程。在一些实施例中，可以通过使装置1002居中然后推进装置1002而不自动变硬来进行通过内腔的一些部分的推进过程。在一些实施例中，可以通过使装置变硬然后推进装置1002而不使装置1002居中来进行通过内腔的一些部分的推进过程。在一些实施例中，可以通过使装置居中、使装置变硬然后推进装置1002来进行通过内腔的一些部分的推进过程。在一些实施例中，使装置居中和/或使装置变硬可以定期发生和/或可以基于检测到的与内腔侧壁的接近或接触和/或基于与期望的推进定向的错位。在另一个示例中，柔性主体1016可以具有两个或更多个同心导管，例如具有相对较小直径的内导管1022a和具有较大直径的外导管1022b。外导管1022b可具有可扩张构件，而内导管1022可具有硬的结构或选择性地变硬。
进一步参考图13A和图13C，在一些实施例中，多个导管1022可以并排布置在柔性主体1016内(例如，两个、三个或更多个导管)。所述多个导管1022可以包括主导管或前导导管以及多个尾随导管。主导管可以具有环以选择性地接合和驱动跟随前导导管的尾随导管。前导导管可以小而灵活，具有大量的柔性。所述多个尾随导管可以比前导导管更硬，并且可以选择性地与前导导管接合(例如，以为前导导管提供硬度)。在一些实施例中，前导导管具有受控的铰接，而尾随导管是被动的。尾随导管可以携带末端执行器机构以在内腔内执行各种任务，包括导航、感测、组织表征、解剖结构的标测、能量递送和治疗后组织变化的确认。尾随导管可以被优化用于快速更换(即，用第二尾随导管更换第一尾随导管)以及用于连接到前导导管。在一些实施例中，所有受控铰接都提供在前导柔性导管中，并且尾随的较硬的导管提供刚性。应注意的是，刚性方面不一定是不可弯曲的，相反，刚性装置可以足够硬以提供足够的刚性来执行临床任务。在一些方面，可能期望小程度的柔性以在软组织环境内提供一些弹性。基于中空粘性结构内的几何形状并基于传感器反馈，尾随导管可以跟随前导导管并且被激活(例如，选择性地与前导导管接合)以获得最佳路径长度。在替代布置中，可以使用包含形状感测或电磁成形元件的导丝来使前导导管转向，以帮助转向和引导插入内腔中或集成在前导导管内的导丝。所述多个导管1022和柔性主体1016可以包括一个或多个感测元件，例如导航传感器1006，以帮助导航。这样的感测元件可以设置在每个导管1022上，并且可以包括例如pH(酸/碱)传感器、压力传感器、OCT传感器、超声传感器、光纤传感器、应变仪等。可以设置这样的传感器以使导管1022的近侧部分、中间部分和远侧部分或端部能够在体腔内居中。例如，OCT传感器可以提供在导管1022的远端或侧面上以用于标测，可以更近侧地在导管1022上提供电容接近感测以确定导管1022与内腔壁的接近程度，和/或可以甚至更近侧地在导管1022上提供形状或应变感测传感器以测量对内腔壁的力。然后可以如上所述应用重新居中。例如，来自倾斜仪的近侧电容感测和定向及对准提示可用于帮助自动符合胃肠道的期望曲线中的一条或多条。
在提供治疗时考虑患者解剖结构的运动
当治疗装置被导航通过消化系统时，患者横膈膜的移动、中空粘性结构的胀大以及通过胃肠道的蠕动波可能会导致难以提供所需的精确治疗。蠕动是位于食道、胃和肠的壁内的纵向和圆形肌肉的不自主移动(由位于胃肠壁内的运动神经元激活，运动神经元也称为肠内或内在神经系统(ENS))。由肠道局部ENS驱动的蠕动会产生传播内容物通道向前的波，以便帮助机械消化，同时优化与从法特氏壶腹分泌的胆汁酸和胰酶的接触并因此优化与肠道粘膜衬里的营养接触。在进行内窥镜检查或放置装置时，蠕动是有问题的，因为它会导致治疗器械的迁移，进而影响器械在治疗区中的放置精度。如果蠕动破坏了正在进行的治疗，可能会无意中损伤关键结构，包括食道、十二指肠球部、法特氏壶腹、肠壁或由特里茨韧带锚定的肠段。
蠕动波由肠道的局部内在神经(位于胃肠壁的肠神经丛内的运动神经元)触发。交感神经输出使波的频率减慢，而副交感神经输出使波的频率增加。因此，尝试使治疗与这些波同步以提高治疗应用和准确性是有益的。
参考图14，在一些实施例中，通过使用细长装置1002上的传感器1006来感测波型并然后自动延迟治疗或以其它方式预测治疗窗来预期蠕动波。这样的蠕动波传感器可以包括拉伸传感器、应变仪换能器、压力计(测压法)、加速度计或通过使用多点光学记录技术(例如，电压传感器、电压敏感染料)或肌电图监测器监测膜电位来进行肠神经监测中的一种或多种。监测的波可以显示在图形显示器1042上。蠕动波监测也可以通过使用放置在细长装置1002的远端处和/或整个外部主体处的多个压力(例如，绝对压力、表压差)传感器(例如，压电、光学、MEMS、电阻、电容)经由压力(梯度)变化来提供。另外，pH(酸/碱)传感器可用于测量在蠕动期间分泌到肠中的胆汁酸和胰酶的量。在一些实施例中，具有嵌入式的拉伸、力或加速度计传感器的锚定的可扩张弹性元件(例如，球囊)可用于感测蠕动波并由此估计蠕动波模式。在一些实施例中，基于本文所述的感测，治疗或推进可在蠕动波期间停止。在一些实施例中，可以基于使用本文描述的感测估计蠕动波模式来估计用于治疗和/或推进装置的时间窗口(例如，基于感测多个波和估计波之间的时间窗口)。在窗口内识别安全时间余量，并且随后在时间余量边界内应用治疗。可选地，在一些实施例中，深度神经网络(DNN)模型基于传感器输入在蠕动运动预测上进行训练，以更准确地识别治疗窗口。例如，DNN接收传感器输入，使用传感器输入预测下一个蠕动波之前的第一持续时间的安静时间窗口，并且然后定义在第一持续时间内的第二持续时间的统计意义上安全的治疗余量时间窗口。然后在统计意义上很好地保证它不会被下一个蠕动波中断的安全治疗余量时间窗口期间应用治疗(自动地或向用户提供指示符以启动消融能量递送)。在一些实施例中，治疗是作为单一事件递送的。在替代实施例中，治疗可以以与周期性蠕动波相反的逆周期性波来递送，从而以变化的幅度递送消融能量，其中在安全治疗窗口的中心内提供最高能量递送。DNN不断接收传感器输入并相应地修改时间窗口预测，以便考虑个体患者的变化、环境变化引起的蠕动等。
在一些实施例中，来自细长装置1002的电刺激1041可用于诱导肠内平滑肌收缩的蠕动波，从而在诱导波之后立即提供治疗时间窗口。时间窗口基于统计意义上安全的预测。在肠道中使用气体(例如，空气或二氧化碳)也可用于经由内腔胀大或诱导的平滑肌收缩来触发蠕动波，这随后提供了大约15秒的时间窗口来进行治疗。可以在时间窗口期间自动应用治疗达时间窗口的持续时间或时间窗口的限制与蠕动运动重叠的一部分。例如，对于15秒窗口而言，在3秒过去之后，可以提供治疗达9秒窗口，从而在15秒治疗窗口的开始和结束时提供3秒缓冲。在一些实施例中，治疗可以按比例缩放，使得它在治疗窗口的第一部分期间从零增加，在治疗窗口的中心达到最大值，并且在治疗窗口的第二部分期间朝向零减小。
在一些实施例中，感测到蠕动的开始，并且然后系统自动暂停治疗。例如，位于装置近侧的一个或多个传感器感测治疗部位近侧的蠕动开始，并且然后在装置的远端处暂停治疗，直到在蠕动波通过后的安全治疗时间窗口开始在装置的远端处传递治疗功能。在一些实施例中，形状传感器数据可用于确定沿着装置的蠕动，方法是确定装置在导航通过解剖结构时沿着装置的组织接触。测量的蠕动波可用于预测在治疗部位处没有解剖学运动的情况下消融目标部位处何时会经历运动以建立治疗窗口。
在一些实施例中，十二指肠壁内的神经丛的刺激/激发用于达到暂停蠕动活动的阈值。神经刺激传感器(例如，电极)可以沿细长装置1002的长度被包括，被包括在导管1022中，或经由单独的装置递送。
提供目标区域的实时组织表征和标测以进行治疗，并在保护敏感区域的同时在目标区域内选择性地提供治疗；为更长的治疗路径提供治疗
当向胃、十二指肠和/或空肠提供治疗装置时，各种治疗可以提供选择性地靶向某些结构同时保护相邻结构。一种治疗包括靶向粘膜层以进行治疗，同时经由其中将流体(例如生理盐水)或气体(例如二氧化碳)和/或流体和气体的组合注入粘膜下层以使内粘膜层远离粘膜下层的提起(lift)程序来保护肠道的外层(即粘膜下层或肌肉组织(强度)层)，从而防止对器官的相邻外粘膜下层造成损伤。另一种治疗包括选择性地靶向下面的肠神经丛以进行治疗(例如，去除粘膜下层中的部分神经丛)。需要另一个约束以避免对法特氏壶腹或任何通向十二指肠的异常小导管应用治疗，以使肝胰腺括约肌(Oddi括约肌)保持功能，并且患者不会因胰腺炎、十二指肠出血、胆管扩张/胆管渗漏、肝损伤、脾损伤或胰腺损伤而遭受医源性损伤。
此外，一些患者的十二指肠会出现曲折或螺旋形的形状，而不是明显的C形。这种异常的解剖结构阻止了手动内窥镜医师成功地导航十二指肠的初始部分并在近侧肠道内完成评估和治疗，因为这种解剖结构在程序之前对用户来说并不明显。此外，术前成像，例如上消化道跟踪研究、CT扫描或腹部超声，通常不会在这些类型的程序之前进行常规检查，并且螺旋形形状的额外曲折使得手动导航通过十二指肠非常困难。
此外，手动技术仅针对十二指肠的超过十二指肠乳头的远侧第四区的有限量的粘膜层，第四区传统上用放射线夹或由氩等离子体能量源标记，并且手动技术通常不针对十二指肠的近侧区。然而，众所周知，治疗有效性对于治疗区域的大小呈剂量依赖性。通过对要靶向的组织区域进行可视化和/或标测，可以进入最适合治疗的近侧肠道内的另外区域(包括近侧十二指肠、远侧十二指肠中的一个或多个区域、超过特里茨韧带的区域和/或空肠的近侧部分中的区域)，在各种实施例中，这些区域可以提供大于10厘米的治疗长度、10-20厘米的治疗长度或在一些情况下高达20-30厘米的治疗长度，并且可以显著改善治疗有效性。
对于如上所述的治疗，最佳的方法是去除或破坏(例如消融)内腔壁中亚毫米到毫米的组织深度范围，以便实现充分的治疗，例如在一些实施例中，通过去除大部分粘膜层，并且在更多实施例中，通过去除可能高达75-95％的粘膜层。如果没有到达和损害下面的肌肉层，也可以接受粘膜下层的治疗。
在一些实施例中，提供了用于治疗的多阶段过程，包括初始标测步骤、治疗步骤和治疗后评估。在初始标测步骤期间，提供十二指肠和/或空肠的术前和术中(实时)表征，以表征和识别要治疗的区域，特别是含有相对较高密度或量的肥大粘膜的粘膜层和/或肠内分泌增生和/或神经细胞的区域。在治疗步骤期间，如本文进一步描述的那样治疗所识别的肥大和增生区域。在治疗后评估步骤(其可以可选地在程序过程中、程序后立即或程序后数天或数周内实时进行)期间，进行评估以确定治疗有效性。
参考图15A-B，对于治疗区域的术前和术中组织表征，一个或多个组织表征传感器可用于识别和表征待治疗区域以及要避免以防止意外损伤的区域。组织表征传感器可以包括导航传感器1006和成像传感器1030以及如下文进一步描述的其它传感器。组织表征传感器可以包括沿细长装置1002的长度(例如，沿柔性主体1016的长度)分布的单个传感器或多个传感器。组织表征传感器可以固定到器械1026(例如，导管1022)。然后可以确定治疗近侧肠内肥大粘膜和/或内分泌增生的最佳区域，重点是治疗十二指肠的远侧部分和空肠的近侧部分中与胆汁酸和胰酶接触的肠道部分。肠促胰岛素激素是摄入营养后分泌的肠道肽，并且它们与高血糖一起刺激胰岛素分泌。葡萄糖依赖性促胰岛素多肽(GIP)和胰高血糖素样肽-1(GLP-1)是来自上(GIP(K细胞))和下(GLP-1(L细胞))肠道的已知肠促胰岛素激素。
可以执行初始标测以通过使用所述一个或多个传感器生成期望的治疗表面区域的2D或3D模型。来自传感器的更多数据被处理以创建与模型相关联的2D或3D马赛克，并被标测以帮助优化治疗区。例如，可选地，平面图像可以被拍摄并一起使用以将组织分类为待治疗区域或未治疗区域。可选地，在检查近侧肠的内部衬里期间肠衬里(环形皱襞)的内部褶皱的软件标记(自动或手动)可以与有或没有外部基准和传感器确定患者定位的计算机生成的分段式(手动或自动)肠道三维重建结合使用。通过使用内部解剖标志的软件标记结合十二指肠的表面区域标测(关键结构、用于治疗的表面区域)，外部视图与外部放置的基准标记相结合地被创建。这种外部视图允许将解剖结构从外部覆盖到患者身上，从而经由屏幕或平视显示器上的图形用户界面增强用户对中继治疗的理解和规划。在生成初始深度标测图之后，可以在治疗时使用径向超声传感器或其它传感器，从而可以使用深度标测图来定位治疗。
在一些实施例中，组织表征感测可以感测肽和激素读数，以识别导致肠促胰岛素激素的下调/抑制并因此减少肠促胰岛素激素的量的粘膜过度生长、肠神经系统活动和/或肠内分泌发育异常的区域。传感器可以包括GLP-1和GIP肽传感器(例如，荧光、电化学、蛋白质和基于肽的生物传感器)。在一些实施例中，可以提供多个这样的传感器来检测浓度并因此标测肠的粘膜衬里或脉管系统内的K和L细胞。在一些实施例中，可在术前施用粘附于肠脉管系统内的肠促胰岛素肽的荧光剂，并然后在程序期间用荧光内窥镜进行可视化。在一些实施例中，肠的内腔内的分泌激素(GLP-1和GIP)和肠神经活动的测量可以经由程序前摄入的瞬时胶囊提供。可生物降解的传感器微阵列可以设置在可生物降解的胶囊(例如，图11B的胶囊1032)内并且可以与肠壁接触。然后可以经由优化以进入肠的粘膜、粘膜下层和平滑肌的小针将传感器直接注射到肠壁的脉管系统中。这些留下的可生物降解传感器然后将信号无线传输到外部装置1034(例如，任何合适的外部接收器，例如执行适当应用的改装后的智能手机)，以在一段时间内经由多种通信途径(蓝牙、红外线等)来帮助在治疗期间对靶向的区域进行标测来提供对来自脉管系统的肠促胰岛素、胰岛素和葡萄糖水平的测量。在一些实施例中，这些信号是用集成在形状感测导管内的接收器检测的，因此有助于实时标测以帮助进行靶向治疗。这些信号可选地可以与若干传感器任意组合使用，以帮助对肠内的肠内分泌细胞或神经细胞进行体积及三维的标测。可选地，传感器在程序后被重新注射，以便跟踪治疗的成功或失败。在一些实施例中，可生物降解的可摄取胶囊可在程序后摄取以在治疗后的一段时间内检测肠促胰岛素、胰岛素和葡萄糖水平。
在一些实施例中，感测可以包括带有CT的术前标测和用计算机辅助的远程外科手术系统原位进行的术中标测(参见图3)。
在一些实施例中，用白光、NBI、荧光和/或加速度计传感器在程序前使得能够施用胶囊内窥镜或胶囊传感器1032(参见图11B)，以便标测近侧肠道的地形图和识别肥大粘膜、内分泌增生、肠粘膜下神经以及L和K细胞浓度的区域。
在一些实施例中，可以使用通过使用特定染料的窄带成像(NBI)(例如，光的蓝色和绿色波长)来识别特定的细胞类型，否则用肉眼观察不明显。
在一些实施例中，感测可以进一步包括分子水平成像、共焦显微成像、高光谱/光谱成像、用于显微视图的光声成像以及旋转光纤尖端。在一些实施例中，可以通过使用光偏振或通过使用激光来对神经进行成像以识别粘膜下丛中的神经。
在一些实施例中，环形皱襞的内脊可以用作物理编码器，因为它们不会移动太多(对于脊而言，粗略来说，0.5mm)。例如，当成像装置通过内腔推进或抽出时，机器视觉用于识别各个环形皱襞的定位，并且然后将各个定位用作可见的物理标记，用于在内腔内推进和抽出期间进行后续导航。如上所述，各个定位与解剖模型一起存储。临床用户可以使用这些定位以及与这些定位相关联的生成的可视标签来进行导航。同样，计算机辅助系统可以在其导航或协助用户导航时通过使用机器视觉再次识别这些定位。
在一些实施例中，神经网络用于基于对历史数据的监督学习来识别近侧肠内的增生异常粘膜细胞。
在一些实施例中，OCT传感器可用于识别特定细胞类型，包括增生、肥大和异常的粘膜细胞。在一些实施例中，二次取样的OCT方法用于允许用户使解剖结构的层可视化，并且因此(i)通过观察粘膜的浅层来区分细胞层，以及(ii)使肠的下面的层(1-3mm深)可视化以经由图形继电器提供组织和光密度的图像。在一些方面，包含在与相机图像相同形状中的体积数据用于向用户提供显示此类信息的三维输出。二次采样的OCT方法可以探测组织的光密度，并且通过使用包含在组织层中的细胞的极化，在一些情况下可以具有从周围组织中区分和识别神经的能力。特别是，二次采样的OCT方法可以利用存在不同极化特征的粘膜绒毛内的间隙，从而允许识别肠壁每一层中包含的神经和各种细胞类型。此外，肥大的细胞层和内分泌增生区域的厚度将沿十二指肠的长度(从胃到空肠方向)变化，因此当装置移动通过器官时，了解装置远端附近的细胞层深度有助于确定正确的治疗深度。在一些实施例中，可以螺旋状或盘旋状地执行扫描，并然后对所得图像进行数字展开以提供整个扫描区域的2D视图。2D视图可以向操作员提供关于哪些区域要靶向或不被靶向以进行治疗的信息。此外，在治疗之后，可以使用后续扫描来表征治疗的有效性。二次采样OCT的纯光学方法是有利的，因为治疗(例如，消融——组织去除)和成像可以在直接可视化下实时发生，而不会产生OCT信号干扰。在一些实施例中，神经的直接可视化可以通过后光谱处理来提供以避免使用对比染料。在一些实施例中，传感器包括被包含在球囊内的一个或多个旋转OCT纤维尖端，该球囊在形状感测或电磁导管上具有已知距离、被自动或手动操纵以使肠壁可视化。
在一些实施例中，表征传感器可以包括非破坏性质谱探针，以实时采样并基于被开发用于检测增生过度活跃的内分泌细胞的分子足迹(独特的荷质比)的分类器数据库来区分期望去除的细胞类型。
在一些实施例中，表征传感器可以包括位于细长装置1002的尖端或侧面或器械1026上的径向超声，并且它可以用于提供与关键结构相关的近侧肠的可视断层扫描/关键结构的识别，所述关键结构诸如法特氏壶腹、特里茨韧带、附属导管或肠的组成部分或处于危险中的部分(例如，肠的血流不畅/抗肠系膜表面)。
在一些实施例中，表征传感器可以包括酶传感器以检测来自法特氏壶腹的胆汁酸或胰酶的存在(例如，经由质谱探针)。
在一些实施例中，表征传感器可以包括pH传感器，用于检测胃肠道内酸/碱变化，例如跟踪从胃到十二指肠的pH梯度变化。
在一些实施例中，作为独立机制或与被优化以检测乳头的机器学习系统相结合，吲哚菁绿(ICG)在术前或术中静脉内给药或直接注射到局部胃肠道组织中，以确定主要的(和次要的，如果适用)十二指肠乳头(例如，法特氏壶腹)的(一个或多个)定位。
在一些实施例中，超过已知身体定位(例如幽门括约肌)的内窥镜插入距离用于支持组织表征。
在一些实施例中，形状传感器被用作表征传感器之一。可选地，可以结合深度传感器(例如，OCT或超声)获得用于体腔整个圆周的形状传感器数据，以在沿内腔长度的不同测量值处连续获得通过组织厚度的信息。深度传感器可以连续旋转以获得完整的圆周信息。
在一些实施例中，可以经由光学传感器获得的立体视觉被用作表征传感器之一。在一些实施例中，细长装置1002可以包括两个并排的相机，每个相机能够进行单视视觉和立体视觉。相机可以具有例如3mm直径的物镜，其瞳孔间距为3mm或更大，以提供足够的立体深度信息。在一些实施例中，通过在执行立体成像的同时使细长装置1002第一次通过十二指肠，然后通过单视成像进行第二次通过以细化标测图来创建十二指肠的两级视觉标测图。
该区域的胆汁和其它流体会使操作员难以看到治疗并使其可视化。因此，在一些实施例中，流体在初始标测阶段被清除。例如，在一些实施例中，提供具有抽吸或吹气或两者的相机来清除液体，以便得到可能的最佳图像并可选地构建可能的最佳的基于视觉的标测。在一些实施例中，细长装置1002执行第一次通过治疗区域以清除液体。在第一次通过后，细长装置被移除并在改善的视野下重新插入。根据需要，可选地向被用于清除液体(或以其它方式吹入相机前面的体积)的气体提供加湿以防止组织干燥，或者替代地使用低湿度气体来帮助使组织变干或干燥。组织表面水分可以被感测并随后根据需要在期望的治疗下进行调整。此外，某些成像方法可用于识别组织表面水分特征。在一些实施例中，细长装置1002可以自动组合成像、吹气或抽吸。例如，可以提供这样的顺序，其中将液体向外喷射以灌溉表面区域，然后通过吹气清除，并然后对表面区域进行成像并推进装置。一旦该区域已经被清理并且可选地成像，就可以插入治疗装置并提供治疗。
在保护敏感区域的同时，选择性地在目标区域内提供治疗；为更长的路径长度提供治疗
本公开提供了多种治疗，用于选择性地识别和去除(例如，消融)胃肠道中的目标区域，同时保护敏感区域并同时提供更长的治疗路径长度以提高有效性。
在一些实施例中，水热消融可用于消融肠的内粘膜衬里，其中加热的流体填充经由器械工作通道递送的球囊1044(参见图16)。球囊可以扩张以与内腔壁接触，从而用加热的温度消融粘膜表面。可以经由热电偶或光纤温度传感器提供反馈回路。在一些示例中，装置1022和/或球囊1044在解剖内腔内的全部或一部分的轴向旋转R可用于进行部署并用于优化表面区域接触。然而，通过水热消融的热应用控制可能会受到限制。在一些实施例中，来自工作通道的直接从球囊延伸或与球囊相邻的多个物理/机械、能量、化学或经粘膜注射递送装置(例如，激光、针、用于经粘膜递送和摄取的局部药剂/化学品或微针应用)可以被用于注射悬浮材料(例如胶体、羟淀粉、生理盐水、气体、它们的组合等)，以便在消融之前但在组织标测和表征之后从下面的粘膜下层提起粘膜层。
在一些实施例中，射频(RF)消融用于提供治疗，该治疗提供比热消融更好的能量控制。RF消融能量可以经由细长装置1002与在上述标测步骤期间识别的区域处的内腔壁表面的接触来施加。这样的消融能量可以直接提供给粘膜层，而不需要应用如上文和下文所述的从粘膜下层提起的程序。可以提供临床反馈以测量消融治疗的有效性，例如，使用OCT进行可视化以确定消融深度。在一些实施例中，使用单极电外科手术的RF能量可以被使用，但其易于横向扩散和跟随血管。相反，可以通过使用双极电外科手术来获得对热扩散的改进控制，该电外科手术提供选择性地施加到定位在正电极和负电极之间的治疗区域的RF能量。例如，电极或一组电极1045可以由处于塌缩构造并然后在体腔内扩张以接触内粘膜层表面的细长装置1002递送到治疗部位，其中电极被部署用于直接能量施加(参见图17-19)。当细长装置1002横穿体腔时，电极可以安装到可由细长装置1002选择性地部署的可扩张构件。在一些实施例中，如图18所示，多组电极对(例如，间隔开的弧形、半圆形或环形对)可以由细长装置1002选择性地部署在体腔内部，以部分周向地向内粘膜层表面施加能量。电极对中的至少一部分可以具有弓形形状以接触内腔圆周的选定部分并向其施加能量(参见图19)。然后，弧形或半圆形电极对可以由内腔内的细长装置1002旋转和/或平移，以接触内腔圆周的另一个选定部分并向其施加能量，从而产生比单次消融跨越更大圆周的损伤或提供了粘膜层较长表面的消融(即更高的治疗剂量)的几个间隔开的非周向损伤，同时避免了可能导致内腔狭窄的全周向损伤。在一些实施例中，当狭窄不是问题时，电极对中的每一个可以具有如图18所示的环(例如圆)的形状，以接触整个内腔圆周并向其施加能量。在一些实施例中，电极可以位于可扩张构件(例如，球囊或球囊导管)的外侧，并且电极可以以多种模式位于可扩张构件的外侧(例如，均匀分布、螺旋分布、径向、纵向等)。
在一些实施例中，如图20-22所示，提供了递送消融能量的可扩张/可塌缩构件(例如，网格构件、球囊等)，其中可扩张/可塌缩构件径向扩张以接触粘膜层以进行消融，并且径向收缩以远离粘膜层移动从而推进可扩张/可塌缩构件。可扩张/可塌缩构件允许在径向方向上选择性地靶向组织，并且可以在旋转方向上移动以提供围绕内腔圆周的治疗。例如，可以使用钻石形、梯形、菱形、五边形、六边形、八边形或十边形的网格构件。在治疗期间远离移动方向定位的可扩张/可塌缩构件上(例如，网格构件上)的一个或多个传感器可以被应用以感测消融的完成度。此外，可以使用多种形状(例如，菱形、梯形、五边形、六边形、八边形、十边形、钻石形、手风琴状等)以便在部署期间增加表面区域从而更充分地接触粘膜。为了保护粘膜下层，可扩张/可塌缩构件可选地可以具有用于将流体和/或气体注入粘膜下层以分离粘膜和粘膜下层的短微针，如下文更详细描述的。控制系统可选地使用如上所述的粘膜层深度信息来测量物理/机械、能量、化学或经粘膜注射剂递送(激光、针、局部药剂/化学品或微针插入深度(例如，气动的、液压的或在正负一毫米量级的激光、针、局部药剂/化学品或微针长度的机械控制下的))。
可以使用的另外的消融机制包括等离子(冷和热两种)和声束超声(与外部换能器相结合的焦点超声治疗)。可以使用多种等离子体治疗，包括将冷氦气与射频能量结合的J等离子体、非热(冷)等离子体(一种或多种部分电离的气体，包含离子、电子、紫外光子和反应性中性物质(例如自由基、激发的和基态分子)、氩等离子体凝固和射频脉冲等离子体(沿内部喷射，然后施加单极能量)。等离子体可以作为点或针点来递送，并且可以通过推进细长装置1002同时应用亚毫米深度靶向疗法的治疗来应用等离子体的自动递送。
在一些实施例中，十二指肠衬里的非侵入性、非热、组织声波(音波超声束消融)可以经由部署在十二指肠长度上的球囊来应用，其中在标测肠内分泌细胞浓度和表面区域后在实时可视化下经由外部换能器激活。
在一些实施例中，冷冻消融、冷冻外科手术或冷冻疗法的使用可用于消融肠的内粘膜衬里，其中冷气体填充经由器械工作通道递送的球囊(参见图23)。球囊可以扩张以与内腔壁接触，从而在冰冻温度下消融粘膜表面。可以经由热电偶或光纤温度传感器提供反馈回路。
可以选择性地向十二指肠内腔壁周围的区域提供治疗。例如，治疗可以仅应用于十二指肠内部圆周的部分，或仅沿着十二指肠弓的外弯部，并远离敏感区域。例如，在一个实施例中，沿着十二指肠的C形曲线部段的外部的十二指肠侧壁的大约180度圆周区域被治疗，非常好地远离所识别的敏感结构。在十二指肠的C形曲线部段中，其它圆周角度范围是可能的(例如，90度、120度、150度、210度、240度等)。更大或更小的圆周区域可以在该区域中可选地与敏感结构一起治疗。较大的圆周区域(例如，高达并包括360度)可以可选地在幽门通道的远侧和/或十二指肠的D1/D2部分或C曲线的远侧立即进行治疗，以进一步增加治疗区域。
在一些实施例中，治疗可以选择性地应用于内腔壁圆周的第一部分(例如，在十二指肠和/或空肠中)，而不治疗圆周的第二部分。这种选择性的圆周治疗可用于将圆周的一部分排除在治疗之外，并可用于保护敏感区域免于治疗。例如，可以在十二指肠的围绕法特氏壶腹和法特氏乳头的圆周区域中提供治疗，同时避免对这些结构进行治疗。例如，在一些实施例中，电极(例如图17-24中的一个或多个电极)可以允许对部分圆周进行选择性通电，同时防止敏感区域中的通电。作为另一个示例，可轴向旋转以进行部分或全圆周治疗的可扩张构件(参见图17-19)可被控制以限制敏感区域中的旋转。作为另一个示例，具有电极的可扩张构件可以具有将部分圆周排除在治疗之外的电极间距。例如，在一些实施例中，应用新月形(例如，弧形)消融以选择性地消融十二指肠壁衬里的一侧。例如，新月形器械远侧尖端可以在一面壁(例如，十二指肠外弯的壁，使用45度弧、90度弧、100度弧或任何合适的和期望的替代弧角)上进行治疗，并且然后可以将尖端朝向另一面壁旋转以进行治疗(例如，十二指肠内弯上的壁)。以这种方式，新月形消融可用于消融十二指肠壁圆周在法特氏壶腹近侧的全部或很大一部分，仅消融十二指肠壁圆周的与法特氏壶腹相对的部分，以及消融十二指肠壁圆周在法特氏壶腹远侧的全部或很大一部分。结果，十二指肠壁衬里的很大一部分被消融，并且十二指肠壁的敏感区域被避开。具有如本文所述的计算机辅助的远程操作系统的装置导航和控制用于该方面。
在一些实施例中，电穿孔可用于治疗(参见图24)。通过使用多个电压、多次重复、多个脉冲和多个持续时间，同时避免对干细胞的损伤，使用电穿孔或受控电场可用于靶向肠粘膜层内的特定细胞，包括肠上皮细胞(退化细胞)、肠促胰岛素激素/内分泌细胞(L/K肠内分泌细胞)、胃内含有的cajal细胞、杯状细胞和更深的潘氏细胞(paneth cell)等)。
在一些实施例中，光动力疗法可用于治疗。例如，可以如上所述标记用于治疗的区域(或者可以选择性地掩蔽不希望治疗的区域)，然后使用光纤选择性地去除要治疗的区域。
在一些实施例中，使用受控电场可用来防止对含有梭形肌细胞的肠肌肉层的损伤。使用电场，可以识别收缩性平滑肌肌细胞，从而经由检测胃和肠内发现的基础或基本电节律(BER)或电控制活动(ECA)将能量引导离开该组织层。
在一些实施例中，可以使用基于氦的氩凝固剂进行治疗。这种治疗可以包括内腔中的一圈电极，其中气体从喷嘴中喷出。气体被点燃以治疗与点燃气体相邻的区域。
在一些实施例中，引起粘膜坏死的可喷雾水凝胶可用于经由器械工作通道递送的治疗。
在一些实施例中，机械方法可用于治疗。在一些实施例中，可以提取整个粘膜衬里，然后用多种药剂止血。在一些实施例中，可以使用相对于细长装置1002向外延伸的刀片切割或刮擦设定厚度的粘膜。刀片可以具有设定的切割深度，使得仅切割一定的粘膜深度。在一些实施例中，可以施加真空以提起粘膜，并然后通过使用机械刀片切割粘膜的绒毛(villa)表面的顶部。刀片可以在圆周方向、纵向方向或这两个方向上依次或同时移动。冲洗和抽吸可用于保持该区域清洁并防止组织积聚。可以对发生机械消融的体积进行吹气，以将内腔壁拉伸至合理平坦的状态，从而提高机械消融的有效性。这种吹气可发生在内腔内的两个可扩张球囊之间，从而机械消融发生在这两个球囊之间的经吹气的体腔圆柱体的内表面上，这两个球囊密封以防止气体泄漏到体腔的近侧部分或远侧部分。如果需要，可以在机械消融后立即使用凝结剂，例如通过喷涂。在一些实施例中，利用水或流体的水力喷射可用于经由集中的流体压力在有或没有加热的情况下机械地分离内粘膜衬里，以帮助凝固和止血。
参考图15B，在一些实施例中，可以经由粘膜下提起程序来增强治疗。在一些实施例中，对粘膜施加部分或圆周真空以提起粘膜层，然后消融粘膜衬里。在另一些实施例中，可通过在细长装置1002中使用多个周向定位的针来提供粘膜下层提起，以便注入流体1043(例如，液体和/或气体)以解剖内部的粘膜层并将其与粘膜下层分离。将液体和/或气体注入粘膜下层区域。一旦粘膜层已与粘膜下层分离，可以安全地去除较大深度的粘膜区域(例如，经由上文和下文所述的切割或消融)，同时保护粘膜下层不被去除。在一些实施例中，选定的或所有针的尖端上的传感器(例如，电阻换能器)可用于测量组织深度并向临床用户提供处于正确组织平面以进行注射的反馈。自动反馈和控制可以基于传感器输出可选地调整针深度。此外，可以单独控制各个针的深度以实现更有效的解剖。在一些实施例中，可将电绝缘液体和/或气体注入粘膜下层以增强基于能量的消融方法。绝缘液体和/或气体可用作进一步的保护层或区域，其允许靶向粘膜层中的治疗区以经由能量施加(例如，消融能量)进行去除，而绝缘层阻碍或防止能量渗透到粘膜层下中。电绝缘液体和/或气体可以包括纯净水、去离子水和/或脂质。
在一些实施例中，可以在多次通过中应用治疗。在一些实施例中，治疗可以重叠(例如，在同一区域上治疗不止一次)。在一些实施例中，重叠的治疗区域可以与非热能量施加一起使用。在一些实施例中，可以应用非重叠的治疗以防止过度治疗。例如，为了应用非重叠的治疗，可以应用治疗，并且然后将细长装置1002插入或抽出略大于治疗区域长度的距离，使得沿着体腔长度在相邻治疗区域之间保留小的未治疗区域。
在一些实施例中，当细长装置1002在胃肠道内推进时应用治疗。在另一些实施例中，当细长装置1002缩回胃肠道内时应用治疗。在又一些实施例中，当细长装置1002推进时应用治疗的一个或多个部分，并且当细长装置1002缩回时应用治疗的一个或多个部分。例如，可以通过将细长装置1002移动到治疗的期望远侧极限并然后将细长装置1002向近侧缩回以给予治疗来应用治疗，这与在一些情况下的插入相比更容易在抽出期间调节恒定速度和/或距离。
在一些实施例中，经由细长装置1002在内腔中的旋转和/或平移来应用治疗。例如，在一些实施例中，经由装置的治疗部分的同时旋转和平移来应用治疗。在一些实施例中，整个装置旋转和/或平移。在一些实施例中，只有给予治疗或以其它方式提供如本文所述的一种或多种感测功能的装置的远侧部分旋转和/或平移。
在一些实施例中，为了进一步保护敏感区域免于治疗，可以标记胃/十二指肠/空肠的区域。例如，可以通过使用诸如染料/视觉标记或在外科手术期间植入的可植入的、留下的可生物降解的传感器等选项在十二指肠指定要治疗的区域中标记起点和终点。可以使用如上所述的传感器来识别要治疗的区域。在一些实施例中，可以提供对肽(例如，GLP-1和GIP肽传感器；荧光、电化学、蛋白质和肽基生物传感器)的感测并因此提供激素读数以识别导致肠促胰岛素激素的下调/抑制以及因此减少的肠促胰岛素激素的量的粘膜肥大过度生长和/或肠内分泌发育异常的区域。可以提供多个传感器(例如，荧光、电化学、蛋白质和肽基生物传感器)来检测浓度以及因此提供在肠的粘膜衬里或脉管系统内的K和L细胞的标测。这种标记可以由标记系统生成并由控制系统(例如，控制系统812)使用以自动防止对敏感区域的治疗。例如，当使用如上所述的基于电极的治疗时，控制系统可以使用标记来选择性地为围绕圆周的部分通电，同时防止敏感区域中的通电，和/或限制电极的旋转以防止在敏感区域中的治疗。更详细地说，一旦识别了敏感区域，就可以保存装置定位数据。然后，当在将装置移走并返回后再次遇到该定位(例如，使用定位数据辨认出)时，当处于或靠近先前识别的敏感区域时，可以通知用户(例如，通过听觉和/或触觉警告)。可替代地，在自动回避系统中，控制系统不允许用户将装置移向标记的敏感区域，并且会停止装置的运动。
在一些实施例中，激光散斑对比成像可应用于对治疗区域中的血液或其它物质灌注进行成像，以对未治疗区域进行划分和可视化。激光散斑成像提供实时图像以使用红光或近红外光评估运动，并且可以提供关于血流以及因此组织灌注程度的亚表面信息。还可以通过增加帧速率或通过基于来自其它传感器的光流评估来校正运动伪影来校正来自蠕动和相机移动的运动。这可以与数字测量工具相结合，以量化剂量和治疗准确性。在一些示例中，数字测量工具可以基于由激光散斑对比成像检测到的边缘测量沿十二指肠消融的组织的长度。在一些示例中，这些测量可以使用覆盖来可视化，以在消融部段之前警告用户关于治疗区域的潜在重叠。
还可以通过使用一种或多种方法在避开法特壶腹的同时提供治疗。例如，可以通过使用上述成像方法实时地向临床用户提供视觉指示。例如，可以手动或自动标记或覆盖法特氏壶腹，以便不对其进行治疗。例如，用户可以通过使用成像传感器的视觉检查来识别法特壶腹。可选地，用户可以在结构本身和/或系统的用户显示器上手动标记法特氏壶腹。可选地，使用人工智能(AI)/机器学习可以被应用于识别和标记法特壶腹。此外，可以应用通过静脉内(术前或术中)施用的吲哚菁绿(ICG)来识别壶腹，从而能够实时识别十二指肠乳头。此外，酶传感器可用于检测来自法特氏壶腹的胆汁酸或胰酶的存在(例如，如上所述的质谱探针)。
由生物相容性聚合物组成的预定位柔性十二指肠套管可用于防止对某些区域(例如，围绕法特氏壶腹)的消融。该套管靠着十二指肠的内壁定位，使得不能在套管所在的地方进行消融。套管可以是实心的，或者套管可以仅在一侧是实心的(例如，蜘蛛网格的或网格状的)，例如以使与法特氏壶腹相对的内腔壁能够被消融同时保护法特氏壶腹。
在一些实施例中，可以提供围绕十二指肠和/或空肠的外部套管(例如，经由经腹端口插入)以在提供治疗时提供更好的电接触。经腹定位辅助装置与经由腹壁内端口部署的计算机辅助的远程操作器械的结合允许将此类器械定位在十二指肠和空肠的外衬里周围，从而有助于定位和测量(例如，组合的内窥镜和计算机辅助的腹腔镜十二指肠疗法)。
对应用的治疗、治疗的解剖结构的区域进行跟踪和/或可视化，以及可选地测量和/或表征有效性
在程序期间和治疗后，可能难以确认治疗已被应用到目标区域并且期望的非治疗区域仍未治疗。此外，可能难以确定在程序期间是否已经去除了足够的材料。可能希望知道已治疗和未治疗的解剖结构的应用区域、提供的治疗量和/或在程序期间何时停止治疗。可能进一步希望知道第二次治疗是否以及何时有益(例如，在以后的日期)。本公开提供了用于提供这种信息的系统和多种方法。
在一些实施例中，可以在治疗程序期间使用各种传感器来对治疗的解剖结构的区域和/或应用的治疗量进行跟踪和/或可视化。可选地，在一些实施例中，传感器可以附加地或替代地在治疗期间用于检查治疗的有效性。成像传感器(例如上面的成像传感器1030)可用于对所治疗的解剖结构的消融指示符(例如，组织颜色变化、来自已经历治疗的细胞的生化标记或者消融的其它产品或副产品)进行跟踪和/或可视化。在一些实施例中，为了对已经治疗的区域进行跟踪和可视化，可以通过上述方法应用消融，并且可以对消融区域进行轻微标记或评分(例如，由同一个消融治疗装置)以指示消融已经发生。在一些实施例中，跟踪和/或可视化可以包括在组织本身上标记消融定位或标记基于已经治疗的消融定位的视觉显示。上述成像传感器1030可用于对所治疗的解剖结构的区域、应用的治疗量进行跟踪和可视化，和/或可选地表征治疗有效性。这样的传感器也可以称为功效传感器并且可以包括质谱、光谱、雷达、神经毒剂(荧光化合物)/ICG、荧光内窥镜检查、高光谱/光谱成像、OCT、径向超声、温度传感器、用以识别治疗区域(例如，当尖端移动到目标定位时，使用存储的运动学远侧尖端位置)的胶囊定位(留下)可生物降解的传感器、电流传感器、阻抗传感器、使用粘膜和粘膜下层之间的组织阻抗来检测组织的变性(肠层的凝固性坏死)以及使用消融后的pH变化来表明消融已完成并防止双重消融。来自这些传感器中的一个或多个的传感器数据可用于提供反馈以手动或自动停止治疗。参考图25A-25B，阻抗和温度随着消融深度的增加而升高，对于粘膜层、粘膜下层和肌肉层，阻抗水平和温度水平不同。相反，电流随着消融深度的增加而减小(参见图25C)。来自温度、阻抗或电流传感器的传感器数据可用于预测所应用的消融的深度。基于测量阻抗、温度和/或电流的阈值水平，可以手动或自动停止消融。对于温度，应将粘膜组织的温度加热到50-55℃以上，以引起粘膜层的细胞死亡。测量的温度可以用作控制系统122的反馈控制以将组织温度保持在预定水平以确保适当的消融深度。在使用消融进行治疗的一些实施例中，治疗装置(例如，电极、球囊等)和组织壁之间的接近度可以基于阻抗或温度读数、来自上述导航传感器1006和成像传感器1030的读数或来自术前标测而自动改变。可以应用与组织壁的更大接触以进行更深的消融。
在一些实施例中，HBE荧光标记物与胶囊内窥镜或胶囊传感器的一起使用作为后续研究提供，以检查手术后特定时间(例如，6周后)的再生程度。
本公开的实施例中的一个或多个元件可以以软件实现以在诸如控制系统122/812的计算机系统的处理器上执行。当以软件实现时，本公开的实施例的元素本质上是执行必要任务的代码段。可能已经通过传输介质或通信链路上体现在载波中的计算机数据信号下载的程序或代码段可以存储在处理器可读存储介质或装置中。处理器可读存储装置可以包括能够存储信息的任何介质，包括光学介质、半导体介质和磁介质。处理器可读存储装置示例包括：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、硬盘或其它存储装置。代码段可以经由互联网、内联网等计算机网络下载。
请注意，所呈现的过程和显示可能与任何特定的计算机或其它设备不相关。各种这些系统所需的结构将作为权利要求中的元素出现。此外，本公开的实施例并未参考任何特定的编程语言进行描述。应当理解，可以使用多种编程语言来实现如本文所述的本公开的教导。
虽然本公开的某些示例性实施例已在附图中进行了描述和显示，但应理解，这些实施例仅是对广义发明概念的说明而非限制性的，并且由于本领域普通技术人员可以想到各种其它修改，本公开的实施例不限于所示出和描述的特定构造和布置。
在以下编号的示例中阐述了本文所述主题的各个方面。
组织标记示例
示例1.一种治疗方法，包括：
对体腔的粘膜层中的组织进行表征，包括将所述组织表征为肥大粘膜细胞、增生粘膜细胞或粘膜下神经细胞；
至少部分地基于所述表征识别所述组织内的目标细胞目标细胞；
消融所述组织内的所述目标细胞目标细胞；和
基于所述消融标记所述组织。
示例2.根据示例1的方法，进一步包括基于所述目标细胞的识别来标记所述组织。
示例3.根据示例1或2所述的方法，其中标记所述组织包括注入染料、植入可生物降解的传感器或进一步递送消融能量中的至少一种。
示例4.根据示例1-8中任一项所述的方法，进一步包括：
确定对所述目标细胞进行消融的有效性。
示例5.根据示例1-4中任一项所述的方法，进一步包括：
创建所述体腔的标测图；和
显示所述标测图，其包括在所述体腔的壁内的所述目标细胞的指示符。
示例6.根据示例5所述的方法，其中所述目标细胞的所述指示符代表识别的目标细胞或消融的目标细胞。
示例7.根据示例5或6所述的方法，其中：
所述目标细胞的识别包括确定所述目标细胞的第一定位；
所述第一定位沿着所述体腔的长度；并且
所述指示符基于所述第一定位显示。
示例8.根据示例5或6所述的方法，进一步包括：
确定消融的目标细胞的第二定位，其中所述第二定位沿着所述体腔的长度并且其中所述指示符基于所述第二定位。
示例9.根据示例1-8中任一项所述的方法，其中所述识别包括确定所述目标细胞在所述粘膜层内的深度。
示例10.根据示例9所述的方法，其中所确定的深度在大约250-1500微米的范围内。
示例11.根据示例1-10中任一项所述的方法，其中所述目标细胞的识别包括检测肠促胰岛素激素的增加的量。
示例12.根据示例1-11中任一项所述的方法，进一步包括：
至少部分地基于所述表征识别沿着所述体腔的敏感解剖结构，其中所述敏感解剖结构位于沿着所述体腔的第三定位。
示例13.根据示例1-12中任一项所述的方法，进一步包括：
将装置定位在所述体腔内的所述目标细胞处，其中所述装置包括用于组织的表征、所述目标细胞的识别、所述目标细胞的消融或所述组织的标记中的至少一项的传感器系统，并且其中所述装置的定位至少部分地基于所述目标细胞的识别。
装置解剖对准示例
示例1.一种医疗方法，包括：
经由至少一个导航传感器确定医疗装置的第一部分与解剖结构的接近度，其中所述医疗装置被定位在体腔内；
基于检测，使可扩张构件扩张以接触所述体腔的壁，以使所述医疗装置的所述第一部分与所述体腔的纵向中心线对准；
至少使所述医疗装置的所述第一部分刚性化；
使所述可扩张构件塌缩；和
接收指令以将所述医疗装置推进总插入距离。
示例2.根据示例1所述的医疗方法，其中用于推进所述医疗装置的所述指令包括插入固定距离，所述固定距离是所述总插入距离的增量距离。
示例3.根据示例2所述的医疗方法，进一步包括：
在所述医疗装置被插入所述固定距离后，放松所述医疗装置的所述第一部分；
在放松所述第一部分之后，重复确定所述医疗装置的所述第一部分与所述解剖结构的接近度、扩张所述可扩张元件、使所述医疗装置的所述第一部分刚性化、使所述可扩张构件塌缩以及将所述医疗装置推进所述增量距离直到所述医疗装置推进了所述总插入距离。
示例4.根据示例1-3中任一项所述的医疗方法，其中确定所述医疗装置的所述第一部分与所述解剖结构的接近度包括检测与所述解剖结构的错位。
示例5.根据示例1-4中任一项所述的医疗方法，其中所述解剖结构是所述体腔的壁。
示例6.根据示例5所述的医疗方法，进一步包括：
检测流体弯月面以确定所述医疗装置的所述第一部分与所述体腔的所述壁的接近度。
示例7.根据示例1-4中任一项所述的医疗方法，其中所述解剖结构是身体括约肌。
示例8.根据示例7所述的医疗方法，其中用于将所述医疗装置推进总插入距离的所述指令包括将所述医疗装置插入通过所述身体括约肌。
示例9.根据示例7或8所述的医疗方法，其中确定所述医疗装置的所述第一部分与所述解剖结构的接近度包括进一步检测在所述身体括约肌的方向上的pH梯度或压力梯度。
示例10.根据示例9所述的方法，其中用于推进所述医疗装置的远端的所述指令包括使所述远端朝着所述pH梯度的方向或所述压力梯度的方向移动。
示例11.根据权利要求4-10中任一项所述的方法，其中检测与所述解剖结构的错位包括：
从至少一个重力传感器接收数据；和
计算所述医疗装置相对于所述解剖结构的姿势信息。
示例12.根据示例1-11中任一项所述的医疗方法，其中确定所述医疗装置的所述第一部分的接近度包括：
检测所述医疗装置的所述第一部分的定向；和
确定所述医疗装置的推进偏离所述体腔的所述纵向中心线阈值量。
示例13.根据示例4-12中任一项所述的医疗方法，其中基于确定检测到所述医疗装置与所述解剖结构的错位来自动触发所述可扩张构件的扩张。
示例14.根据权利要求4-13中任一项所述的医疗方法，进一步包括基于检测到所述医疗装置与所述解剖结构的错位来提供用户指导，其中所述用户指导是视觉指导、听觉指导或触觉指导中的至少一种。
示例15.一种医疗方法，包括：
检测流体弯月面以确定医疗装置的第一部分与体腔的壁的接近度；和
将所述医疗装置的所述第一部分与所述体腔的纵向中心线对准。
示例16.一种医疗方法，包括：
确定器械的远端与身体括约肌之间的对准，其中所述器械的所述远端被定位在靠近所述身体括约肌的体腔内；
提供用于将所述器械的所述远端与所述身体括约肌对准的指令；和
提供用于将所述器械的所述远端插入通过所述身体括约肌的指令。
示例17.根据示例16所述的方法，其中：
确定所述对准包括检测所述身体括约肌两端的pH梯度或压力梯度；并且
用于插入所述器械的所述远端的所述指令包括将所述远端朝向所述pH梯度的方向或所述压力梯度的方向移动。
示例18.根据示例16或17所述的方法，其中确定所述对准包括：
从至少一个重力传感器接收数据；和
计算所述医疗装置相对于所述身体括约肌的姿势信息。
示例1-18所述的方法可以由包括处理器和其上存储有计算机可读指令的存储器的系统来执行。计算机可读指令在由处理器执行时使系统执行该方法。
蠕动示例
示例1.一种用于递送消融能量的系统，包括：
包括远端部分的医疗装置；
消融装置；
至少一个解剖运动传感器；和
可操作地耦接到所述医疗装置、所述消融装置和所述至少一个解剖运动传感器的控制系统，
所述控制系统包括处理系统和可操作地耦接到所述处理系统的存储器系统，其中所述存储器系统包括适于使所述处理系统执行操作的编程指令，所述操作包括：
检测体腔内的解剖运动，其中所述运动发生在至少一个波中；
确定对应于所述至少一个波的至少一个窗口；和
在所述至少一个窗口期间，使用所述消融装置将所述消融能量施加到所述体腔的壁。
示例2.根据示例1所述的系统，其中所述消融装置被耦接到所述医疗装置的所述远端部分。
示例3.根据示例1或2所述的系统，其中所述消融装置包括RF电极、微波换能器、超声换能器、热元件、激光器、等离子体能量递送装置、电穿孔电极、用于递送光动力疗法的光敏剂、凝血剂或水凝胶递送机构中的至少一个。
示例4.根据示例1-3中任一项所述的系统，其中可扩张元件是球囊。
示例5.根据示例1-4中任一项所述的系统，其中所述操作进一步包括：
基于检测到所述体腔内的所述运动来扩张可扩张装置。
示例6.根据示例1-5中任一项所述的系统，其中所述解剖运动传感器被耦接到所述医疗装置的所述远端部分。
示例7.根据示例1-6中任一项所述的系统，其中所述解剖运动传感器包括拉伸传感器、应变仪换能器、压力计、加速度计、肠神经监测器或肌电图监测器中的一个或多个。
示例8.根据示例1-7中任一项所述的系统，进一步包括电刺激装置，用于将电刺激施加到所述体腔的所述壁以启动所述体腔内的所述解剖运动。
示例9.根据示例8所述的系统，其中所述电刺激装置被耦接到所述医疗装置的所述远端部分。
示例10.根据示例8或9所述的系统，其中所述电刺激装置是所述消融装置。
示例11.根据示例1-10中任一项所述的系统，进一步包括：
用户界面，其包括表示在所述体腔内检测到的解剖运动的指示符。
示例12.根据示例11所述的系统，其中所述用户界面包括用于提供所述指示符的显示器。
示例13.根据示例11或12所述的系统，其中所述用户界面包括输入装置，其中所述指示符是通过所述输入装置提供的触觉反馈。
示例14.根据示例11-13中任一项所述的系统，其中所述指示符是听觉指示符。
示例15.根据示例11所述的系统，其中所述运动发生在第一波和第二波中，并且其中所述窗口发生在所述第一波和所述第二波之间。
示例16.根据示例11所述的系统，其中所述窗口发生在所述至少一个波期间。
示例17.根据示例11所述的系统，其中所述操作进一步包括：
暂停所述至少一个波中的所述运动，其中至少一个窗口发生在所述暂停期间。
示例18.根据示例1-17中任一项所述的系统，其中所述至少一个窗口发生在所述至少一个波之后并且其中所述窗口包括在施加所述消融能量之前的延迟。
示例19.根据示例18中任一项所述的系统，其中所述体腔内的所述解剖运动由蠕动引起并且所述至少一个波是蠕动波。
选择性消融示例
示例1.一种用于选择性消融的方法，所述方法包括：
基于来自至少一个组织表征传感器的数据识别组织壁内的目标细胞以用于消融；和
使用治疗装置选择性地消融所述目标细胞。
示例2.根据示例1所述的方法，其中用于消融的所述目标细胞沿着体腔的圆周的第一部分定位并且敏感细胞沿着所述体腔的所述圆周的第二部分定位。
示例3.根据示例2所述的方法，进一步包括：
确定所述目标细胞的第一定位；和
确定所述敏感细胞的第二定位。
示例4.根据示例2或3所述的方法，其中选择性消融所述目标细胞包括保护所述敏感细胞。
示例5.根据示例2-4中任一项所述的方法，其中所述选择性消融包括：
扩张可扩张构件以提供所述可扩张构件和所述组织壁之间的接触，其中所述可扩张构件被耦接到所述治疗装置，并且其中所述可扩张构件包括耦接到所述可扩张构件的至少一个电极；
使用所述至少一个电极提供消融能量以选择性地消融所述目标细胞；和
绕所述治疗装置的纵向轴线旋转所述治疗装置，其中所述旋转包括限制旋转以防止敏感细胞的消融。
示例6.根据示例1-5中任一项所述的方法，进一步包括：
从至少一个消融反馈传感器接收数据，其中所述消融反馈传感器至少包括温度传感器、阻抗传感器或电流传感器。
示例7.根据示例6所述的方法，进一步包括基于阻抗升高、温度升高或电流降低中的至少一种来确定所述组织壁中的消融深度。
示例8.根据示例1-6中任一项所述的方法，其中所述目标细胞包括肥大性粘膜细胞、增生性粘膜细胞或粘膜下神经细胞中的至少一种。
示例9.根据示例1-6中任一项所述的方法，其中所述目标细胞在患者肠内的十二指肠的远侧区域或空肠的近侧区域内。
示例10.根据示例1-9中任一项所述的方法，其中所述至少一个组织表征传感器包括GLP-1肽传感器、GIP肽传感器、窄带成像传感器、分子水平成像传感器、共焦成像传感器、高光谱成像传感器、光谱成像传感器或光声成像传感器中的至少一个。
示例11.根据示例1-9中任一项所述的方法，进一步包括部署被配置为接触所述体腔的内粘膜层的可生物降解的胶囊，所述胶囊包括GLP-1肽传感器和GIP肽传感器中的一个或多个。
示例12.根据示例11所述的方法，进一步包括将至少一根针从所述可生物降解的胶囊延伸到围绕内粘膜层的粘膜下层中。
用控制系统进行选择性消融的示例
示例1.一种用于选择性消融的医疗系统，所述系统包括：
医疗器械，其包括治疗装置和至少一个组织表征传感器；和
可操作地耦接到所述医疗器械的控制系统，其中所述控制系统包括处理系统和可操作地耦接到所述处理系统的存储器系统，所述存储器系统包括适于使所述处理系统执行操作的编程指令，所述操作包括：
基于来自所述至少一个组织表征传感器的数据识别组织壁内的目标细胞以用于消融；和
使用所述治疗装置选择性地消融所述目标细胞。
示例2.根据示例1所述的医疗系统，其中用于消融的所述目标细胞沿着体腔的圆周的第一部分定位并且敏感细胞沿着所述体腔的所述圆周的第二部分定位。
示例3.根据示例1所述的医疗系统，其中所述操作进一步包括：
确定所述目标细胞的第一定位；和
确定所述敏感细胞的第二定位。
示例4.根据示例3所述的医疗系统，其中选择性地消融所述目标细胞包括保护所述敏感细胞。
示例5.根据示例1-4中任一项所述的医疗系统，其中所述治疗装置包括可扩张构件和耦接到所述可扩张构件的至少一个电极，其中所述可扩张构件被配置用于绕所述医疗器械的纵向轴线旋转。
示例6.根据示例5所述的医疗系统，其中所述可扩张构件是六边形网格或八边形网格。
示例7.根据示例5所述的医疗系统，其中：
所述可扩张构件为具有弧形、半圆形或环形形状的线圈；并且
所述至少一个电极包括沿所述线圈的长度间隔开的RF电极。
示例8.根据示例1-4中任一项所述的医疗系统，其中所述治疗装置包括新月形远侧尖端，所述尖端可旋转以接触所述体腔的所述圆周的所述第一部分。
示例9.根据示例1-4中任一项所述的医疗系统，进一步包括至少一个消融反馈传感器，其中所述消融反馈传感器至少包括温度传感器、阻抗传感器或电流传感器。
示例10.根据示例9所述的医疗系统，其中所述操作进一步包括基于阻抗升高、温度升高或电流降低中的至少一种来确定所述组织壁中的消融深度。
示例11.根据示例1-4中任一项所述的医疗系统，其中所述目标细胞包括肥大性粘膜细胞、增生性粘膜细胞或粘膜下神经细胞中的至少一种。
示例12.根据示例1-4中任一项所述的医疗系统，其中所述至少一个组织表征传感器包括肽传感器或成像传感器。
示例13.根据示例12所述的医疗系统，其中所述至少一个组织表征传感器包括GLP-1肽传感器、GIP肽传感器、窄带成像传感器、分子水平成像传感器、共焦成像传感器、高光谱成像传感器、光谱成像传感器或光声成像传感器中的至少一个。
示例14.根据示例12所述的医疗系统，其中所述至少一个组织表征传感器包括被配置为接触所述体腔的内粘膜层的可生物降解的胶囊，所述胶囊包括GLP-1肽传感器和GIP肽传感器中的一个或多个。
示例15.根据示例14所述的医疗系统，其中所述可生物降解的胶囊包括针，所述针被配置为进入围绕所述粘膜层的粘膜下层。

Claims (37)

1.一种医疗系统，包括：
至少一个表征传感器，用于提供数据以检测在体腔壁中的组织内识别的目标细胞，其中所述体腔壁包括细胞层；
细长装置，其包括近端部分、远端部分和耦接到所述远端部分的至少一个消融元件，所述至少一个消融元件被配置为消融在所述组织内的所述识别的目标细胞；和
标记系统，其被配置为标记所述体腔壁中的所述组织，其中所述组织包括消融的目标细胞。
2.根据权利要求1所述的医疗系统，其中，所述表征传感器进一步提供数据以检测所述细胞层内的肥大性粘膜细胞、增生性粘膜细胞或粘膜下神经细胞。
3.根据权利要求1所述的医疗系统，其中，所述标记系统进一步被配置为标记由所述至少一个表征传感器识别的所述体腔壁中的所述组织。
4.根据权利要求1所述的医疗系统，其中，所述标记系统包括用于注入染料或可植入传感器的递送机构。
5.根据权利要求1所述的医疗系统，其中，所述标记系统包括至少一个消融元件，并且其中所述至少一个消融元件递送用于消融所述组织的第一量的能量和用于标记所述组织的第二量的能量。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的医疗系统，其中，所述至少一个表征传感器包括提供数据以确定所述消融的有效性的功效传感器。
7.根据权利要求6所述的医疗系统，其中，所述功效传感器包括选自由成像传感器、温度传感器、电流传感器、阻抗传感器、pH传感器或肽传感器组成的组中的至少一个。
8.根据权利要求6所述的医疗系统，其中，所述功效传感器是用于识别所述组织的颜色变化的相机。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的医疗系统，进一步包括：
显示器；和
控制系统，其包括处理系统和可操作地耦接到所述处理系统的存储器系统，所述存储器系统包括适于使所述处理系统执行操作的编程指令，所述操作包括：
创建所述体腔壁的标测图；
确定所述目标细胞在所述体腔壁内的定位；和
在所述显示器上显示所述标测图，所述标测图包括在所述定位处的所述目标细胞的至少一个指示符。
10.根据权利要求9所述的医疗系统，其中，所述目标细胞的所述至少一个指示符表示识别的目标细胞或消融的目标细胞。
11.根据权利要求1-5中任一项所述的医疗系统，其中，所述至少一个表征传感器包括深度传感器，用于确定在所述层内的所述识别的目标细胞的深度。
12.根据权利要求11所述的医疗系统，其中，所述深度传感器包括OCT传感器或超声传感器。
13.根据权利要求1-5中任一项所述的医疗系统，其中，用于检测所述识别的目标细胞的所述至少一个表征传感器包括用于检测肠促胰岛素激素的肽传感器。
14.根据权利要求1-5中任一项所述的医疗系统，其中，用于检测所述识别的目标细胞的所述至少一个表征传感器包括成像传感器。
15.根据权利要求14所述的医疗系统，其中，所述成像传感器是窄带成像传感器、分子水平成像传感器、共焦成像传感器、高光谱成像传感器、光谱成像传感器或光声成像传感器。
16.根据权利要求1-5中任一项所述的医疗系统，其中，所述至少一个表征传感器用于提供进一步检测沿着所述体腔壁的敏感解剖结构的数据。
17.根据权利要求1-5中任一项所述的医疗系统，其中，所述体腔壁围绕体腔，所述医疗系统进一步包括：
器械操纵器，用于将所述细长装置定位在所述体腔内的所述识别的目标细胞处。
18.一种用于将医疗装置定位在体腔内的医疗系统，所述医疗系统包括：
所述医疗装置，其包括远端部分、可扩张构件；
至少一个对准传感器；和
可操作地耦接到所述医疗装置和所述至少一个对准传感器的控制系统，其中所述控制系统包括处理系统和可操作地耦接到所述处理系统的存储器系统，所述存储器系统包括适于使所述处理系统执行操作的编程指令，所述操作包括：
经由所述至少一个对准传感器检测所述医疗装置的所述远端部分与解剖结构的对准；
使所述可扩张构件扩张以接触所述体腔的壁以将所述医疗装置的所述远端部分与所述体腔的纵向中心线对准；以及
将所述医疗装置推进总插入距离。
19.根据权利要求18所述的医疗系统，进一步包括刚性化系统，其中所述控制系统进一步可操作地耦接到所述刚性化系统，并且其中所述操作进一步包括：
使用所述刚性化系统使所述医疗装置的所述远端部分刚性化。
20.根据权利要求19所述的医疗系统，其中，所述操作进一步包括在使所述医疗装置的所述远端部分刚性化之后使所述可扩张构件塌缩。
21.根据权利要求18所述的医疗系统，其中推进所述医疗装置包括插入固定距离，所述固定距离是所述总插入距离的增量距离。
22.根据权利要求21所述的医疗系统，其中，所述操作还包括：
在所述医疗装置被插入所述固定距离后，放松所述医疗装置的所述远端部分；以及
在放松所述远端部分之后，重复检测所述医疗装置的所述远端部分与所述解剖结构的所述对准、扩张所述可扩张元件以及将所述医疗装置推进所述增量距离直到所述医疗装置推进了所述总插入距离。
23.根据权利要求18所述的医疗系统，其中，所述至少一个对准传感器包括至少一个导航传感器，所述至少一个导航传感器被配置为检测所述医疗装置的所述远端部分与所述解剖结构的接近度、所述医疗装置与所述解剖结构之间的力或沿着所述体腔内的期望路径与期望定向的错位中的至少一项。
24.根据权利要求23所述的医疗系统，其中，所述导航传感器包括电容式应变仪、光纤布拉格传感器、半导体、电磁传感器、重力传感器、声学传感器或加速度计。
25.根据权利要求18所述的医疗系统，其中，所述至少一个对准传感器包括至少一个成像传感器，所述至少一个成像传感器被配置为检测所述医疗装置的所述远端部分与所述解剖结构的接近度。
26.根据权利要求25所述的医疗系统，其中，所述成像传感器包括内窥镜相机、超声装置、纤维镜或光学相干断层扫描装置。
27.根据权利要求18-26中任一项所述的医疗系统，其中，所述解剖结构是所述体腔，并且所述至少一个对准传感器被配置为检测流体弯月面以确定所述医疗装置的所述远端部分与所述体腔的接近度。
28.根据权利要求18-26中任一项所述的医疗系统，其中，所述解剖结构是身体括约肌，并且所述至少一个对准传感器包括用于检测所述身体括约肌两端的pH梯度的pH传感器。
29.根据权利要求28所述的医疗系统，其中所述医疗装置的推进包括将所述医疗装置的所述远端部分朝向所述pH梯度的方向插入。
30.根据权利要求18-26中任一项所述的医疗系统，其中，所述解剖结构是身体括约肌，并且所述至少一个对准传感器包括用于检测所述身体括约肌两端的压力梯度的压力传感器。
31.根据权利要求30所述的医疗系统，其中，所述医疗装置的推进包括将所述医疗装置的所述远端部分朝向所述压力梯度的方向插入。
32.根据权利要求18-26中任一项所述的医疗系统，其中，所述可扩张构件包括至少一个球囊，并且其中所述球囊的扩张基于检测到所述医疗装置与所述解剖结构的错位而自动触发。
33.根据权利要求19-26中任一项所述的医疗系统，其中，被刚性化的所述医疗装置的所述远端部分靠近所述可扩张构件。
34.根据权利要求18-26中任一项所述的医疗系统，其中，所述医疗装置进一步包括用于消融所述体腔的壁的至少一个消融元件。
35.根据权利要求18-26中任一项所述的医疗系统，进一步包括耦接到所述控制系统的转向机构，其中所述操作进一步包括将所述医疗装置的所述远端部分定位在所述体腔内以使所述远侧部分与所述解剖结构对准。
36.根据权利要求18-26中任一项所述的医疗系统，进一步包括耦接到所述控制系统的用户输入装置，其中所述总插入距离基于通过所述用户输入装置提供的输入。
37.根据权利要求18-26中任一项所述的医疗系统，进一步包括用于基于检测到所述医疗装置与所述解剖结构的错位来提供用户指导的用户界面，其中所述用户指导是视觉指导、听觉指导或触觉指导中的至少一种。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210307839A1 (en) * 2020-04-02 2021-10-07 Covidien Lp System and method for minimally invasive lower esophageal sphincter stimulation
WO2022026584A1 (en) * 2020-07-29 2022-02-03 Intuitive Surgical Operations, Inc. Systems and methods for training a user to operate a teleoperated system
WO2023052943A1 (en) * 2021-09-29 2023-04-06 Cilag Gmbh International Surgical devices, systems, and methods for control of one visualization with another
AU2022419348A1 (en) * 2021-12-22 2024-06-06 Fractyl Health, Inc. Methods and systems for treating mucosal dysfunction and other medical conditions of a patient
WO2023183806A1 (en) 2022-03-24 2023-09-28 Intuitive Surgical Operations, Inc. Systems for planning and providing navigation guidance for anatomic lumen treatment
WO2024006852A1 (en) * 2022-06-29 2024-01-04 Intuitive Surgical Operations, Inc. Systems and methods for determining a deployment location of a medical instrument
WO2024039611A1 (en) * 2022-08-15 2024-02-22 Bard Access Systems, Inc. Shape-sensing systems with vibration-assisted torsion management and methods thereof
US20240074725A1 (en) * 2022-09-01 2024-03-07 Biosense Webster (Israel) Ltd. Safety alert based on 4d intracardiac echo (ice) catheter tracking
EP4335401A1 (de) * 2022-09-07 2024-03-13 Erbe Elektromedizin GmbH Behandlungseinrichtung zur erstellung einer behandlungsplankarte
WO2024086668A1 (en) * 2022-10-19 2024-04-25 The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology Apparatus for in situ measurement of electrical impedance of lung tissue

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2567149B1 (fr) 1984-07-06 1986-12-05 Solvay Procede pour l'extraction de poly-beta-hydroxybutyrates au moyen d'un solvant a partir d'une suspension aqueuse de micro-organismes
WO1998036236A1 (en) 1997-02-13 1998-08-20 Super Dimension Ltd. Six-degree tracking system
GB9713018D0 (en) 1997-06-20 1997-08-27 Secr Defence Optical fibre bend sensor
US7703459B2 (en) * 2004-03-09 2010-04-27 Usgi Medical, Inc. Apparatus and methods for mapping out endoluminal gastrointestinal surgery
US9757535B2 (en) * 2014-07-16 2017-09-12 Fractyl Laboratories, Inc. Systems, devices and methods for performing medical procedures in the intestine
EP3179898B1 (en) 2014-08-14 2021-10-06 Intuitive Surgical Operations, Inc. Systems and methods for cleaning an endoscopic instrument
US20190298451A1 (en) * 2018-03-27 2019-10-03 Intuitive Surgical Operations, Inc. Systems and methods for delivering targeted therapy

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