CN117241758A - 细长医疗装置的机器人致动 - Google Patents

Abstract

一种系统包括EMD并且联接到机器人驱动器。EMD包括限定内腔的外部构件和设置在内腔中并联接到外部构件的远侧部分的内部构件，以及联接到外部构件的线性和旋转可致动元件。机器人驱动器包括多个装置模块，所述多个装置模块中的每一个通过机器人驱动器可以独立地线性移动，第一盒联接到所述多个装置模块中的第一个和外部构件的线性和旋转可致动元件，并且第二盒联接到所述多个装置模块中的第二个和内部构件。

Description

细长医疗装置的机器人致动

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年10月5日提交的美国临时申请号63/262,108的优先权，其内容通过引用并入本文以用于所有目的。

技术领域

实施例总体上涉及机器人医疗手术系统的领域，并且特别地，涉及用于在机器人介入医疗手术期间机器人控制一个或多个细长医疗装置(EMD)的移动的系统、设备和方法。

背景技术

导管和其他EMD可以在用于诊断和/或治疗各种血管系统疾病的医疗手术期间使用，包括神经血管介入(NVI)、经皮冠状动脉介入(PCI)和外周血管介入(PVI)。这些手术通常包含导航导丝穿过患者脉管系统，并经由导丝推进导管、瓣膜、支架等以递送治疗。

医生可以使用成像系统来获得对比度增强的图像，以用于诊断、识别病变位置和确定导丝或导管可以通过其推进到目标位置(例如病变)的路径。当医生操纵导丝或导管的近端以将其远侧末端引导到位于到目标位置的路径上的血管中并避免推进到脉管系统的侧支中时，也可以获得对比度增强的图像，同时监测诸如穿孔的并发症和解剖。

期望导管或其他医疗装置的柔性促进通过(negotiation)脉管系统。还期望远侧末端比装置的其余部分更加可弯曲，同时仍允许装置向末端施加扭矩。一些常规的“可操纵”导管包括集成到导管壁中的多根线缆(有时称为推/拉金属丝)。通过在这种导管的近端处对缆线施加张力，导管的远侧末端可以在各个方向上弯曲，以在导管被推进时辅助导航脉管系统。

一些EMD包括外部构件和联接到外部构件的远侧部分的内部构件。通过引起外部构件和内部构件之间的相对运动，远端弯曲或以其他方式变形。这些EMD有利地呈现出比上述基于线缆的可操纵EMD更小的横截面。

远侧末端的控制需要操纵手持特征以相对于内部构件手动旋转外部构件和/或相对于外部构件手动缩回和插入内部构件。期望用于控制这种EMD的改进的系统，其可以提供外部构件和内部构件之间的相对移动的改进的精度和/或准确度，并且因此提供对远侧末端或与其联接的其它可致动装置的改进的控制。这种改进可以导致提高的手术速度和改进的安全性。

附图说明

结合随附附图，从下面的详细描述中，实施例将得到更加全面的理解，其中附图标记指代相似的部分，其中：

图1是根据一些实施例的示例性基于导管的手术系统的透视图；

图2是根据一些实施例的示例性基于导管的手术系统的示意性框图；

图3是根据一些实施例的用于基于导管的手术系统的机器人驱动器的透视图；

图4A和4B是EMD的透视图；

图5是根据一些实施例的被配置成用于机器人激活的EMD的透视图；

图6是根据一些实施例的EMD的机器人致动的示意图；

图7是根据一些实施例的EMD的机器人致动的示意图；

图8是根据一些实施例的EMD的机器人致动的示意图；

图9是根据一些实施例的EMD的机器人致动的示意图；

图10是根据一些实施例的EMD的机器人致动的示意图；

图11是根据一些实施例EMD在其机器人致动期间的完全插入位置的示意图；

图12是根据一些实施例的EMD的示意图，其中可致动元件以第一替代布置安装到EMD；

图13是根据一些实施例的EMD的示意图，其中可致动元件以第二替代布置安装到EMD；

图14是可致动元件的等轴视图，该可致动元件联接到驱动构件，并将止血阀可旋转地联接到鲁尔连接器，该鲁尔连接器联接到内部构件；以及

图15是图14的内部构件、鲁尔连接器、可致动元件和止血阀的分解图。

具体实施方式

提供以下描述以使得本领域的任何人能够制造和使用所描述的实施例。然而，各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

如本文所使用的，EMD指的是但不限于导管(例如，引导导管、微导管、球囊/支架导管)、基于金属丝的装置(例如，导丝、微金属丝、用于栓塞线圈的近侧推动器、支架取回器、自扩张支架、流动转向器等)，以及包括这些的任何组合的医疗装置。

一些实施例在机器人系统中促进EMD的操作，该EMD包括设置在由外部构件限定的外部构件内腔内的内部构件，并且其中内部构件和外部构件之间的相对运动导致EMD的远侧部分处的动作。在一些实施例中，外部构件内腔不需要延伸外部构件的全部长度。外部构件可以包括管，但是实施例不限于此。内部构件和外部构件中的任一者或两者可以包括多个部件。

在远端处所产生的动作的示例包括但不限于在EMD是导丝或导管(例如，由RapidMedical公司生产的Columbus，由Bendit公司生产的Bendit)的情况下弯曲远侧部分、扩张或压缩如可调节支架取回器(例如，由RapidMedical公司生产的Tigertriever)中的远侧部分的直径、控制支架取回器(例如，由ThrombX Medical公司生产的ThrombX取回器)或可调节重塑装置(例如，由Rapid Medical公司生产的Comaneci，由Perflow Medical公司生产的Cascade)的远侧和近侧元件。内部构件和外部构件可以包括单独的相应EMD。这种相应的单独EMD可以在其远侧部分处选择性地可操作地联接。

一些实施例在机器人系统中促进外部构件和设置在外部构件内的内部构件之间的这种相对运动的应用。内部构件可以部分地设置在外部构件中，使得内部构件的一部分从外部构件的一端或两端延伸。相对运动可以是线性的、旋转的或两者兼有。在一些实施例中，通过在不同方向上和/或以不同速度旋转外部构件的近端和/或内部构件的近侧部分来实现相对旋转运动。相对线性运动通过在不同方向上和/或以不同速度推进或缩回外部构件和/或内部构件的近侧部分来实现。不引起相对旋转运动的整个EMD的旋转通过以相同的角速率在相同方向上(即顺时针或逆时针)旋转外部构件和内部构件两者的近端来实现。通过在相同方向上以相同速度移动外部构件和内部构件两者的近端，实现整个EMD的推进或缩回，而不会引起相对线性运动。

根据一些实施例，通过在外部构件和内部构件中的一者或两者的外表面上附接旋转可致动元件(诸如但不限于齿轮)，来促进相对旋转移动。旋转可致动元件可以在导致与盒的驱动机构接合的位置处附接到外表面，外部构件或内部构件装载到该盒中。

相对线性移动可以通过将带有前后支承表面的定位特征附接到外部构件和内部构件中的一者或两者来促进。定位特征可以附接到导致与外部构件或内部构件装载到其中的盒的特征接合的位置，使得该特征与支承表面接合，以作为盒的线性移动的结果而前后移动外部构件或内部构件。在一些实施例中，支承表面与旋转可致动元件是一体的或者以其他方式联接到旋转可致动元件。

根据一些实施例，当内部构件不处于张力下以在EMD的远侧部分处引起动作时，内部构件从外部构件突出的长度可以不同于用于手持操作的长度。特别地，并且根据一些实施例，可以确定内部构件的长度，使得其近端和外部构件的近端之间的距离至少与其中装载有外部构件和内部构件的相邻盒的相应安装特征之间的最小操作距离一样长。

经由以相同或不同的速率同时操纵这种EMD的外部构件和内部构件，远侧部分处的动作(例如弯曲、扩张、压缩)可比其在内部构件固定时移动外部构件或在外部构件固定时移动内部构件所导致的动作更快。

机器人系统可以校准至输入装置，以准确地控制EMD的末端。例如，将输入装置上的旋钮旋转60度可引起60度弯曲，或者移动输入装置以准确地对应于EMD远侧末端的期望曲率半径。可以利用特定的曲率半径来匹配血管曲率半径，以将装置维持在特定位置(例如，当部署可能移动其他装置的治疗时)。

通过成像系统(例如，荧光透视系统)跟踪EMD的远侧部分可允许自动控制以推进EMD并弯曲远侧部分，以便在没有人为干预的情况下将EMD导航到目标。如果到达目标的期望血管路径的三维中心线是已知的，那么机器人系统就可以在EMD被推进以遵循血管路径到达目标时以编程方式弯曲EMD远侧末端。

EMD的机器人致动通常可允许协调多个相继的和/或同时的插入、弯曲和/或旋转运动，以导航EMD来选择血管、推进通过曲折或狭窄的血管、或停留在期望的路径上(即，避免移动到不期望的侧支中)。根据一些实施例的机器人致动可导致EMD远侧末端波动(有或没有旋转、往复旋转或往复推进)以减少血管壁上的摩擦，以便促进EMD和/或另一相邻或同轴EMD通过曲折或狭窄的血管部段的推进或缩回。

根据一些实施例，如本文所述的EMD的远侧末端的机器人致动的运动可与其它EMD协调。例如，EMD可与抽吸导管的内腔一起设置，并如本文所述进行控制，以辅助抽吸导管推进至凝块，而不需要抽吸导管穿过凝块并冒着凝块破碎的风险。

如本文所述弯曲EMD的远侧末端可用于避免血管损伤，如当导丝远侧末端弯曲成J形构型时，使得在推进时，防止末端进入侧支和穿透动脉，这在NVI中可能无法通过血管造影可视化。J形构型也可以用作关节以执行内膜下解剖，以便在冠状动脉手术中移动通过CTO(慢性完全闭塞)。

由一些实施例促进的相对运动可以被机械地和/或经由软件限制，以防止或者血管损伤或者损坏EMD本身。在一些实施例中，安装在EMD上或旋转和/或线性运动致动器中的传感器用于测量力，并且该测量用于限制施加在血管或装置上的力的量。传感器可以比如利用集成到EMD或致动器中的应变仪或光纤布拉格光栅测量应变。

图1是根据一些实施例的示例性基于导管的手术系统10的透视图。基于导管的手术系统10可用于执行基于导管的医疗手术，例如经皮介入手术，诸如PCI(例如，用以治疗STEMI)、NVI(例如，用以治疗紧急大血管闭塞(ELVO))、PVI(例如，用于严重肢体缺血(CLI))等)。基于导管的医疗手术可包括诊断导管插入手术，在该手术期间，使用一个或多个导管或其他EMD来帮助诊断患者的疾病。例如，在基于导管的诊断手术的一个实施例期间，通过导管将造影剂注射到一个或多个动脉中，并且在造影剂驻留于其中的整个过程中获取患者脉管系统的图像。

基于导管的医疗手术还可以包括基于导管的治疗手术(例如，血管成形术、支架放置、外周血管疾病的治疗、凝块去除、动脉静脉畸形治疗、动脉瘤治疗等)，在此期间，使用导管(或其他EMD)来治疗疾病。治疗手术可以通过包括附属装置54(如图2所示)来增强，诸如，例如血管内超声(IVUS)、光学相干断层扫描(OCT)、血流储备分数(FFR)等。然而，应注意的是，本领域技术人员将认识到，某些特定的经皮介入装置或部件(例如，导丝的类型、导管的类型等)可以基于要执行的手术的类型来选择。基于导管的手术系统10可以执行任何数量的基于导管的医疗手术，只需进行微小的调整，以适应要在该手术中使用的特定的经皮介入装置。

基于导管的手术系统10包括床边单元20和控制站26(未示出)以及其他元件。床边单元20包括邻近于患者12定位的机器人驱动器24和定位系统22。患者12被支撑在患者台18上。定位系统22被用于定位和支撑机器人驱动器24。定位系统22可以是例如机器人臂、铰接臂、保持器等。定位系统22可以在一端处附接到例如患者台18上的轨道(如图1所示)、底座或推车。定位系统22的另一端附接到机器人驱动器24。定位系统22可以移开(与机器人驱动器24一起)，以允许将患者12放置在患者台18上。一旦患者12被定位在患者台18上，定位系统22就可以用于使机器人驱动器24相对于患者12坐落或相对于患者12定位机器人驱动器24以进行手术。在一些实施例中，患者台18由固定到地板和/或地面的基座17可操作地支撑。患者台18能够相对于基座17以多个自由度移动，例如侧倾、俯仰和横摆。床边单元20还可以包括控件和显示器46(图2中所示)。例如，控件和显示器可以位于机器人驱动器24的外壳上。

术语“前”将指的是机器人驱动器24面向患者12并远离定位系统22的一侧，而术语“后”指的是机器人驱动器24最靠近定位系统22的一侧。术语“顶”、“向上”和“上”指的是远离重力方向的大致方向，并且术语“底”、“向下”和“下”指的是沿重力方向的大致方向。

通常，机器人驱动器24可以配备有适当的经皮介入装置和附件48(图2中所示)(例如，包括如本文所述的内部构件和外部构件的EMD、导丝、各种类型的导管，包括但不限于球囊导管、支架递送系统、支架取回器、栓塞线圈、液体栓塞剂、抽吸泵、递送造影剂的装置、药物、止血阀适配器、注射器、旋塞、膨胀装置等)以允许用户或操作者11通过操作如本文描述的控制系统的各种控件(诸如位于控制站26处的控件和输入模块)、经由机器人系统执行基于导管的医疗手术。床边单元20、以及特别是机器人驱动器24可以包括任何数量的部件和/或部件的组合，以向床边单元20提供本文描述的功能。控制站26处的用户或操作者11在本文中被称为控制站用户、控制站操作者、用户或操作者。床边单元20处的用户或操作者被称为床边单元用户或床边单元操作者。

机器人驱动器24包括安装到轨道或线性构件的多个装置模块32a-d。轨道或线性构件60引导并支撑装置模块。每个装置模块32a-d可用于驱动EMD，诸如导管或导丝。例如，机器人驱动器24可用于将导丝自动馈送到患者12动脉中的诊断导管中和引导导管中。一个或多个装置(诸如EMD)在插入点16处经由例如导引器护套进入患者12的身体(例如血管)。

床边单元20与控制站26(未示出)通信，允许由控制站26的控件生成的信号无线地或经由硬接线传输到床边单元20，以控制床边单元20的各种功能，包括机器人驱动器24的功能。如下文所讨论的，控制站26可以包括控制计算系统34(如图2所示)，或者通过控制计算系统34联接到床边单元20。床边单元20还可以向控制站26、控制计算系统34(如图2所示)或两者提供反馈信号(例如，负载、速度、操作条件、警告信号、错误代码等)。控制计算系统34和基于导管的手术系统10的各种部件之间的通信可以经由通信链路来提供，该通信链路可以是无线连接、线缆连接或能够允许部件之间发生通信的任何其他手段。

术语“本地”用于指代患者12和床边单元20的位置。导管手术系统10可以由本地站点处的控制站26、远程站点处的控制站26或者本地控制站26和远程控制站26两者同时操作。在本地站点处，用户或操作者11和控制站26位于与患者12和床边单元20相同的房间中或邻近于患者12和床边单元20的房间中。如本文所使用的，本地站点是床边单元20和患者12或对象(例如，动物或尸体)的位置，并且远程站点是用户或操作者11以及用于远程控制床边单元20的控制站26的位置。术语“远程”用于指代不能物理访问本地站点处的床边单元20和/或患者12的位置。

在一些实施例中，远程站点和本地(患者)站点彼此远离，例如，在同一建筑物的不同房间中，在同一城市的不同建筑物中，在不同城市中，或者在远程站点不能物理访问本地站点处的床边单元20和/或患者12的其他不同位置。

控制站26包括输入模块28，输入模块28包括根据一些实施例配置以接收用于控制机器人驱动器24和/或基于导管的手术系统10的各种其他部件或系统的用户操纵的控件。在所示的实施例中，控制站26允许用户或操作者11控制床边单元20来执行基于导管的医疗手术。例如，输入模块28可以被配置成使用与机器人驱动器24对接的经皮介入装置(例如，EMD)使床边单元20执行各种任务(例如，推进、缩回或旋转导丝，推进、缩回或旋转导管，膨胀或收缩位于导管上的球囊，定位和/或展开支架，定位和/或展开支架取回器，定位和/或展开线圈，将造影剂注射到导管中，将液体栓塞剂注射到导管中，将药物或盐水注射到导管中，在导管上进行抽吸，或者执行可以作为基于导管的医疗手术的一部分来执行的任何其他功能)。机器人驱动器24包括各种驱动机构，以响应于用户对输入模块28的控件的操纵，引起床边单元20的包括经皮介入装置的部件的移动(例如，线性和旋转移动)。

输入模块28可以包括如下所述的装置选择按钮，以允许操作者11选择装载到机器人驱动器24中的哪些经皮介入装置经由用户操纵输入控件来控制。可以使用自动移动按钮来实现基于导管的手术系统10可以在经皮介入装置上执行的算法移动，而无需来自用户或操作者11的直接命令。

输入模块28还可以包括球囊或支架控件，其被配置成指示膨胀或收缩球囊和/或展开支架。输入模块28可以包括一个或多个按钮、滚轮、操纵杆、触摸屏等，其专用于指示对一个或多个特定部件的控制。另外，一个或多个触摸屏可以显示呈现输入模块28的相对位置或基于导管的手术系统10的各种部件的一个或多个图标(未示出)。这样的一个或多个触摸屏可以呈现用户界面，用于指定和/或呈现输入模块28的控件的配置和一个或多个功能，包括但不限于线性和/或旋转锁定功能。

控制站26可以包括显示器30。在一些实施例中，控制站26可以包括两个或更多个显示器30。显示器30可以被配置成向位于控制站26处的用户或操作者11显示信息或患者特定数据。例如，显示器30可以被配置成显示图像数据(例如，X射线图像、MRI图像、CT图像、超声图像等)、血液动力学数据(例如，血压、心率等)、患者记录信息(例如，病史、年龄、体重等)、病变或治疗评估数据(例如，IVUS、OCT、FFR等)。另外，显示器30可以被配置成显示手术特定信息(例如，手术清单、建议、手术持续时间、导管或导丝位置、递送药物或造影剂的体积等)。此外，显示器30可配置成显示信息以提供与控制计算系统34(图2所示)相关联的功能。显示器30可以包括触摸屏能力，以提供系统的一些用户输入能力。

基于导管的手术系统10还包括成像系统14。成像系统14可以是可以与基于导管的医疗手术(例如，非数字X射线、数字X射线、CT、MRI、超声等)结合使用的任何医疗成像系统。在示例性实施例中，成像系统14是与控制站26通信的数字X射线成像装置。在一个实施例中，成像系统14可以包括C形臂(如图1所示)，该C形臂允许成像系统14部分或完全围绕患者12旋转，以便获得相对于患者12的不同角度位置处的图像(例如，矢状视图、尾部视图、前后视图等)。在一个实施例中，成像系统14是荧光透视系统，包括具有X射线源13和检测器15的C形臂，也称为图像增强器。

成像系统14可以被配置成在手术期间获取患者12的适当区域的X射线图像。例如，成像系统14可以被配置成获取头部的一个或多个X射线图像，以诊断神经血管状况。成像系统14还可以被配置成在基于导管的医疗手术期间拍摄一个或多个X射线图像(例如，实时图像)，以辅助控制站26的操作者11在手术期间正确定位导丝、引导导管、微导管、支架取回器、线圈、支架、球囊等。一个或多个图像可以显示在显示器30上。例如，图像可以显示在显示器上，以允许用户或操作者11将引导导管或导丝准确地移动到适当位置中。

为了明确方向，引入具有X、Y和Z轴线的直角坐标系。正X轴线沿纵向(轴向)远侧方向(即沿从近端到远端的方向(换句话说，从近侧到远侧方向))定向。Y轴线和Z轴线位于X轴线的横向平面中，其中正Z轴线向上定向，即沿与重力方向相反的方向，并且Y轴线由右手定则自动确定。

图2是根据示例性实施例的基于导管的手术系统10的框图。导管手术系统10可以包括控制计算系统34。控制计算系统34在物理上可以是例如控制站26的一部分(图1中所示)。控制计算系统34通常可以包括适合于为基于导管的手术系统10提供本文描述的各种功能的计算机处理单元。例如，控制计算系统34可以是嵌入式系统、专用电路、编程有本文所述功能的通用系统等。控制计算系统34与床边单元20、控制站38、附加的通信系统40(例如，远程呈现系统)和患者传感器56(例如，心电图(ECG)装置、脑电图(EEG)装置、血压监视器、温度监视器、心率监视器、呼吸监视器等)通信。

控制计算系统还与成像系统14、患者台18、附加医疗系统50、造影剂注射系统52和附属装置54(例如，IVUS、OCT、FFR等)通信。床边单元20包括机器人驱动器24、定位系统22，并且可以包括附加的控件和显示器46。如上所述，附加的控件和显示器可以位于机器人驱动器24的外壳上。介入装置和附件48(例如，导丝、导管等)与床边单元20对接。在一些实施例中，介入装置和附件48可以包括专用装置(例如，如本文所述的包括内部构件和外部构件的EMD、IVUS导管、OCT导管、FFR金属丝、用于造影的诊断导管等)，它们对接到它们相应的附属装置54，即IVUS系统、OCT系统和FFR系统等。

在各种实施例中，控制计算系统34被配置成基于控制站26的输入模块28的控件的用户操纵和/或基于控制计算系统34可访问的信息来接收和生成控制信号，使得可以使用基于导管的手术系统10来执行医疗手术。

基于导管的手术系统10可被连接或配置成包括未明确示出的任何其他系统和/或装置。例如，基于导管的手术系统10可以包括图像处理引擎、数据存储和存档系统、自动球囊和/或支架膨胀系统、药物注射系统、药物跟踪和/或记录系统、用户日志、加密系统、限制访问或使用基于导管的手术系统10的系统等。

图3是根据一些实施例的用于基于导管的手术系统10的机器人驱动器24的透视图。实施例不限于图3的机器人驱动器24。图3的机器人驱动器24包括联接到线性构件60的多个装置模块32a-d。每个装置模块32a-d经由可移动地安装到线性构件60的平台62a-d联接到线性构件60。装置模块32a-d可以使用诸如偏移支架78a-d的连接器连接到平台62a-d。在另一个实施例中，装置模块32a-d直接安装到平台62a-d。

每个平台62a-d可以被独立地致动以沿着线性构件60线性地移动。因此，每个平台62a-d(以及联接到平台62a-d的对应装置模块32a-d)可以相对于彼此和线性构件60独立地移动。驱动机构用于致动每个平台62a-d。在图3所示的实施例中，驱动机构包括联接到每个平台62a-d的独立平台平移马达64a-d和平台驱动机构76，例如，经由旋转螺母的导螺杆、经由小齿轮的齿条、经由小齿轮或滑轮的带、经由链轮的链条，或者平台平移马达64a-d自身可以是线性马达。在一些实施例中，平台驱动机构76可以是这些机构的组合，例如，每个平台62a-d可以采用不同类型的平台驱动机构。在平台驱动机构是导螺杆和旋转螺母的一些实施例中，导螺杆可以旋转，并且每个平台62a-d可以与导螺杆接合和脱离以移动，例如推进或缩回。在图3所示的实施例中，平台62a-d和装置模块32a-d处于串行驱动配置中。

每个装置模块32a-d包括装置模块68a-d和安装在装置模块68a-d上并联接到装置模块68a-d的盒66a-d。在图3所示的实施例中，每个盒66a-d以竖直取向安装到装置模块68a-d。在其他实施例中，每个盒66a-d可以以其他安装取向安装到装置模块68a-d。每个盒66a-d被配置成与EMD(未示出)的近侧部分对接并支撑该近侧部分。另外，每个盒66a-d可以包括这样的元件，其用以提供除了由对应平台62a-d的致动提供的线性运动以沿着线性构件60线性移动之外的一个或多个自由度。例如，盒66a-d可以包括当盒联接到装置模块68a-d时可以用来旋转EMD的元件。

每个装置模块68a-d包括至少一个联接器，以向每个盒66a-d中的机构提供驱动接口，从而提供附加的自由度。每个盒66a-d还包括通道，装置支撑件79a-d定位在该通道中，并且每个装置支撑件79a-d用于防止EMD屈曲。支撑臂77a、77b和77c分别附接到每个装置模块32a、32b和32c，以分别提供用于支撑装置支撑件79b、79c和79d的近端的固定点。机器人驱动器24还可以包括连接到装置支撑件79、远侧支撑臂70和支撑臂77₀的装置支撑件连接件72。支撑臂77₀用于为容纳在最远侧装置模块32a中的最远侧支撑臂79a的近端的支撑提供固定点。另外，导引器接口支撑件(转向器)74可连接到装置支撑件连接件72和EMD(例如，导引器护套)。机器人驱动器24的构型具有通过在单个线性构件上使用致动器来减小驱动机器人驱动器24的体积和重量的好处。

为了防止病原体污染患者，医护人员在容纳床边单元20和患者12或对象(如图1所示)的房间中使用无菌技术。容纳床边单元20和患者12的房间可以是例如导管检查实验室或血管套间。无菌技术包括使用无菌屏障、无菌装备、适当的患者准备、环境控制和接触指南。因此，所有EMD和介入附件都经过灭菌，并且只能与无菌屏障抑或无菌装备接触。在一些实施例中，无菌盖布(未示出)放置在非无菌机器人驱动器24上。每个盒68-74都被灭菌，并充当盖有盖布的机器人驱动器24和至少一个EMD之间的无菌接口。每个盒68-74可以被设计成无菌的，以供一次性使用，或者被整体或部分地再灭菌，使得盒68-74或其部件可以在多个手术中使用。

如本文所使用的，术语盒通常指机器人驱动系统的部件，包括支撑和移动(例如，旋转和/或平移)至少一个EMD的部件。装置模块通常指的是机器人驱动系统的部件，其包括一个或多个具有驱动联接器的马达，该驱动联接器与盒的EMD移动元件对接。盒可以直接或通过装置适配器在至少一个EMD和装置模块之间提供无菌接口。术语“驱动模块”指的是装置模块和盒的组合。

在一些实施例中，EMD是一种导管，其具有在导管近端处的毂和从毂朝向导管远端延伸的柔性轴，其中轴比毂更有柔性。在一个实施例中，导管包括在毂和轴之间过渡的中间部分，该中间部分具有比毂刚性更小且比轴刚性更大的中间柔性。在一些实施例中，中间部分是应变消除件。

构件(例如，基于导管的手术系统中的EMD或其他元件)的纵向轴线是沿着构件长度的线或轴线，其在从构件的近侧部分到构件的远侧部分的方向上穿过构件的横向横截面的中心。例如，导丝的纵向轴线是在从导丝的近侧部分朝向导丝的远侧部分的方向上的中心轴线，即使导丝在相关部分中可能是非线性的。

构件的线性移动指的是构件沿该构件的纵向轴线的平移。当EMD的远端沿其纵向轴线在远侧方向上线性移动进入或进一步进入患者体内时，EMD被推进。当EMD的远端沿其纵向轴线在近侧方向上轴向移动到患者体外或进一步移出患者体外时，EMD被抽出。

在这点上，线性插入指的是沿着第二构件的纵向轴线将第一构件插入第二构件中。例如，线性装载在夹头中的EMD被线性插入夹头中。线性插入的示例可以被称为将导管背装到导丝的近端上。侧向插入指的是将第一构件沿着垂直于第二构件纵向轴线的平面中的方向插入第二构件中。侧向插入也可称为径向装载或侧向装载。

构件的旋转运动指的是构件绕该构件的局部纵向轴线的角度取向的变化。例如，EMD的旋转移动对应于由于施加的扭矩而导致的EMD绕其纵向轴线的顺时针或逆时针旋转。连续运动指的是不需要复位且不中断的运动，而离散运动是指需要复位且被中断的运动。

术语“远侧”和“近侧”限定两个不同特征的相对位置。关于机器人驱动器，术语“远侧”和“近侧”由机器人驱动器在其预期用途中相对于患者的位置来限定。

当用于限定相对位置时，远侧特征是当机器人驱动器处于其预期使用位置时，比近侧特征更靠近患者的机器人驱动器的特征。在患者体内，沿着路径更远离接入点的任何脉管系统标志被认为比更靠近接入点的标志在更远侧，其中接入点是EMD在其处进入患者体内的点。类似地，近侧特征是当机器人驱动器处于其预期使用位置时，比远侧特征离患者更远的特征。

当用于限定方向时，远侧方向指的是当机器人驱动器处于其预期使用位置时，某物在其上正在移动或旨在移动或某物沿其从近侧特征朝向远侧特征和/或患者指向或面向的路径。近侧方向是与远侧方向相反的方向。例如，参考图1，从操作者的面向患者的视角示出了机器人装置。在这种布置中，远侧方向沿着正X坐标轴线，并且近侧方向沿着负X坐标轴线。

关于模块的移动，且参照图3，EMD在朝向患者的路径上沿远侧方向移动，穿过限定机器人驱动器24的远端的导引器接口支撑件74。机器人驱动器24的近端是沿着负X轴线离远端最远的点。

关于各个模块的位置，并且还参考图3，最远侧装置模块是最靠近机器人驱动器24的远端的装置模块32a。最近侧装置模块是沿着负X轴线最远离机器人驱动器24的远端定位的装置模块32d。装置模块的相对位置由它们与机器人驱动器远端的相对位置决定。例如，装置模块32b在装置模块32c远侧。

关于EMD或机器人驱动器的远端/近侧部分、部段或末端，盒66a和装置模块68a的部分由它们与机器人驱动器远端的相对位置来限定。例如，当盒处于装置模块68a上的使用位置时，盒66a的远端是盒的最靠近机器人驱动器远端的部分，并且盒66a的近端是盒的沿着负X轴线最远离机器人驱动器远端的部分。换句话说，盒66a的远端是盒的一部分，在使用位置中，EMD通过该部分最接近通向患者的路径。

如先前所讨论的，控制站26的实施例可以包括用于控制床边单元20的各种不同的输入模块。输入模块可以包括各种不同的输入控件(例如，按钮、滚轮、操纵杆等)，其可以由用户操纵来控制(或指示)机器人驱动器24的操作。这些输入控件可以在输入模块上以不同的布局或模式布置，以促进其期望的功能及协作排序，从而执行期望的任务，该任务需要多个EMD的独立(且有时同时)移动和/或同一EMD的不同部分的独立(且可能同时)移动，如本文所述。

图4A和4B是可结合一些实施例使用的EMD 400的透视图。实施例不限于EMD 400。EMD 400包括设置在外部构件420内部的内部构件410。内部构件410的远侧部分412联接到外部构件420的远侧部分422。术语“联接”涵盖任何附接方法，包括但不限于焊接、超声波焊接、热结合、粘合剂结合、模制等。联接可以发生在朝向内部构件410和外部构件420的远端设置的任何表面处。尽管内部构件的远侧部分412被示出为基本上与外部构件420的远端齐平，但是在一些实施例中，内部构件410的远侧部分可以延伸超过外部构件420的远端。在一些实施例中，内部构件410的近侧部分可以延伸超过外部构件420的近端。内部构件410的部分可以可操作地联接到延伸超过外部构件420的近端的可致动元件。

内部构件410和外部构件420中的每一者可以在近侧方向和远侧方向上线性地移动，并且顺时针和逆时针旋转。线性移动允许它们之间在纵向方向上的相对运动。这种相对运动及其远侧部分的联接导致远端弯曲，如本领域中已知的。根据一些实施例，内部构件410和外部构件420还或替代地被配置成用于相对旋转移动。这种旋转移动可导致其远端的弯曲或其他变形。

如本领域已知的，内部构件410和外部构件420中的至少一者可以开槽有槽，以增加朝向其远端的柔性，以便提高可操纵性。柔性的程度可以由槽的数量、槽之间的间距、槽的形状、槽所对向的角度、材料的厚度以及其他因素来决定。一些实施例使用柔性材料用于代替上述开槽部分和使用刚性加强件代替非开槽部分来实现期望的柔性。

在一些实施例中，内部构件410和外部构件420由合适的柔性、适当的生物相容性材料构成，包括但不限于不锈钢(例如，AISI 316)、镍钛诺、钴铬合金、镍钛合金和其它、塑料(例如，尼龙、聚丙烯等)或其组合。内部构件410的组成可以不同于外部构件420的组成。内部构件410和外部构件420中的任一者或两者可以包括机加工特征和/或部件组件。

在一些实施例中，内部构件410贯穿其整个长度限定内腔，这可以在EMD的整个长度上限定内腔。在手术期间，流体可以从内部构件410的近端注入到内腔中。流体和物质也可以经由内腔从脉管系统中提取(例如，抽吸)。诸如鲁尔连接器的连接器可以联接到内部构件410的近端。这种连接器可促进内腔和注射/吸入/其它系统之间的合适的不透流体的连接，所述系统诸如但不限于注射器、止血阀、管或其它装置。

图5是根据一些实施例的被配置成用于机器人激活的EMD 500的透视图。如关于EMD 400所述，EMD 500包括设置在外部构件520内部的内部构件510，并且其远侧部分被联接以有促进响应于相对移动而弯曲。EMD 500的内部构件510和外部构件520可表现出上文关于图4A和4B的EMD 400所述的任何特性。

内部构件510和外部构件520在纵向方向上可相对于彼此移动。根据一些实施例，内部构件510和外部构件520还或替代地被配置成用于相对旋转移动。其远侧部分的相对移动和联接导致远端的弯曲和/或其他变形。

可致动元件515和525分别联接到内部构件510和外部构件520。在一些实施例中，可致动元件515和525中的每一者都可以被独立驱动，以旋转其所联接到的相应构件/管。这种旋转可导致内部构件510和外部构件520之间的相对旋转移动。

有利地，假设相同的旋转速度，内部构件510和外部构件520在相反方向上的旋转可以导致比内部构件510和外部构件520中仅一者的旋转更快的特定幅度的相对旋转。然而，如将在下文中描述的，一些实施例可以包括内部构件510和外部构件520中的一者的旋转，而另一个被固定以防止其旋转。这样的实施例可以省略从旋转地保持相对固定的内部构件/外部构件致动旋转移动的元件。

尽管可致动元件515和525的旋转可致动特征被描绘为齿轮齿，但是实施例不限于此。在一个非穷尽的实施例中，可致动元件515和525中的一者或两者包括滑轮或O形环，该滑轮或O形环包括由诸如带的驱动器摩擦地接合的表面。在一些实施例中，没有旋转可致动元件被联接到内部构件510和外部构件520，而是驱动元件被用于经由与内部构件510和/或外部构件520的表面接触来将旋转赋予给内部构件510和/或外部构件520。实施例不限于每个构件/管一个旋转可致动元件。

可致动元件515和525中的每一者包括线性可致动特征516、517和526、527，以促进相应的内部构件510和外部构件520的线性移动。例如，假设外部构件520的纵向位置保持固定，当盒在近侧方向上移动时，其中安装有内部构件510的盒的特征可以接合抵靠特征516，从而导致内部构件510从外部构件520缩回。相反，再次假设外部构件520的纵向位置保持固定，当盒在远侧方向上移动时，其中安装有内部构件510的盒的特征可以接合抵靠特征517，从而导致内部构件510推进到外部构件520中。

当盒在近侧方向上移动时，其中安装有外部构件520的盒的特征可以接合抵靠特征526，从而导致内部构件510在近侧方向上的移动，而当盒在远侧方向上移动时，盒的特征可以接合抵靠特征527，从而导致外部构件520在远侧方向上移动。任何上述线性移动可用于改变内部构件510和外部构件520之间的相对纵向关系。

在一些实施例中，固定到内部构件510的导丝扭矩器(销钳)或夹头被用作线性和/或旋转可致动元件，以促进内部构件510的线性和/或旋转运动。在一些实施例中，这种线性和/或旋转可致动元件联接到被固定到内部构件510的这种导丝扭矩器(销钳)或夹头。

实施例不限于包括提供旋转和线性运动的特征的单个可致动元件。实施例也不限于内部构件510和外部构件520两者的旋转和线性运动。例如，内部构件510和外部构件520中的每一者都可以联接到相应的零个或更多个可由机器人驱动以使其旋转的可致动元件，并且联接到相应的零个或更多个可由机器人驱动以使其线性移动的可致动元件。如下文将说明的，旋转和/或线性可致动元件可以联接到内部构件510和/或外部构件520的任何合适的位置。

图6是根据一些实施例的EMD的机器人致动的示意图。外部构件520被装载到机器人导管系统的盒620中，如上文关于机器人驱动器24的盒66a-66d所述。如所描述的，盒620中的机构由驱动模块驱动。这种机构的驱动可以驱动可致动元件525以相对于内部构件510旋转外部构件520。在图6的实施例中，盒620可以线性地移动，以相对于内部构件510线性地移动外部构件520。

图7是根据一些实施例的EMD的机器人致动的示意图。内部构件510被装载到机器人导管系统的盒710中，使得盒710的这种机构可以驱动可致动元件515以相对于外部构件525旋转内部构件510。盒710可以线性地移动，以相对于外部构件520线性地移动内部构件510。

图8是根据一些实施例的EMD的机器人致动的示意图。外部构件520被装载到机器人导管系统的盒820中，并且盒820中的机构可以被驱动来驱动可致动元件525，以相对于内部构件510旋转外部构件520。在图8的实施例中，盒810可以线性地移动，以相对于外部构件520线性地移动内部构件510。

如图9所示，内部构件510可以装载到机器人导管系统的盒910中，使得盒910的这种机构可以驱动可致动元件515以相对于外部构件520旋转内部构件510。盒920可以线性地移动，以相对于内部构件510线性地移动外部构件520。

图10图示了装载到盒1010中的内部构件510和装载到盒1020中的外部构件520。盒1010和1020中的每一者都包括驱动相应的可致动元件515和525的机构，如上文关于图5所述。盒1010和1020中的每一者可以在近侧和远侧方向上线性地移动，以使内部构件510和外部构件520相对于彼此移动。如本文所述的这种线性移动可以通过盒的接合线性可致动元件的对应特征的特征来促进，所述线性可致动元件联接到相应的内部构件510或外部构件520，如上文关于图5所述。在一些实施例中，盒特征可包括当盒线性地移动时保持内部构件510或外部构件520相对于盒固定的特征。

如上所述，EMD的内部构件和外部构件的相对线性和/或旋转运动可在其远侧部分处引起期望的动作。一些实施例操作以接收单个操作者命令来执行期望的动作(例如，将末端弯曲一定的量，展开凝块取回器)，并且作为响应，控制与支撑内部构件和外部构件的相应两个盒中的每一者相关联的马达，以线性和/或旋转地移动内部构件和外部构件，从而在内部构件和外部构件之间引起所需的相对运动，这导致期望的动作。

图11图示了机器人驱动器的盒1110和1120，它们被定位成如机器人驱动器所允许的那样彼此靠近。这种位置决定了从外部构件520延伸的内部构件510的近侧部分的最小长度。该长度应该足以允许在盒1110内装载内部构件。相对于包括内部构件和外部构件的常规可获得的可操纵导管，这种要求可能需要增加内部构件510的长度。

图12和13图示了根据一些实施例的旋转可致动元件515和525在其处可以联接到内部构件510和外部构件520的不同位置。如上所述，零个或多个可致动元件可以联接到内部构件510和/或外部构件520的任何位置。可致动元件被联接以促进与盒1210、1220、1310和1320的对应驱动元件接合。

图14是根据一些实施例的联接到包括内腔的内部构件122的可致动元件组件158的等轴视图，并且图15是其分解视图。可致动元件组件158的齿轮齿160接合盒的驱动构件58，并将组件158可旋转地联接到内部构件122。这种布置与旋转元件40的公鲁尔41形成不透流体的旋转密封，并产生从止血阀176到内部构件122的内腔的连续流体路径。在内部构件122不包括内腔的情况下，止血阀176和鲁尔连接器可以省略。

可致动元件组件150的齿轮齿160由驱动齿轮58驱动，以赋予内部构件122旋转，同时隔离止血阀176的主体的旋转运动，使得当内部构件122旋转时，阀176的第二腿178的位置不旋转。当组件158旋转时，支架190与凹槽182相互作用以支撑组件158，并且支架190自身固定到底座32或壁74。止血阀176由支架192支撑，支架192自身固定到底座32或壁74。支架190和192为阀176的纵向轴线50提供稳定性，并且还用作当其中设置有支架190和192的盒线性的移动时引起内部构件122线性移动的特征。

如本文所述的用于控制基于导管的手术系统或呈现用户界面的计算机可执行程序代码可以存储在非暂时性计算机可读介质上。计算机可读介质包括以用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机可读介质包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存或其他存储技术、压缩盘ROM(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)或其他光存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置，或者可以用于存储所期望的指令并且可以由系统10(图1所示)访问的任何其他介质，包括通过互联网或其他计算机网络访问形式。

Claims (20)

1.一种系统，包括：

EMD，其包括限定内腔的外部构件和设置在所述内腔中并联接到所述外部构件的远侧部分的内部构件；

联接到所述外部构件和所述内部构件中的一者的线性可致动元件；和

第一盒，其用于支撑所述外部构件和所述内部构件中的所述一者，并响应于第一命令线性地移动，

其中，所述第一盒的线性移动导致所述第一盒的特征与所述线性可致动元件接合，以引起所述外部构件和内部构件之间的相对线性移动。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

联接到所述外部构件和所述内部构件中的另一者的第二线性可致动元件；和

第二盒，其用于支撑所述外部构件和所述内部构件中的所述另一者，并响应于第二命令线性地移动，

其中，所述第二盒的线性移动导致所述第二盒的特征与所述第二线性可致动元件接合，以引起所述外部构件和所述内部构件之间的第二相对线性移动。

3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括：

联接到所述外部构件和所述内部构件中的所述一者的旋转可致动元件；并且

所述第一盒包括第一驱动元件，以响应于第三命令驱动所述旋转可致动元件，从而引起所述外部构件和所述内部构件之间的相对旋转移动。

4.根据权利要求3所述的系统，进一步包括：

联接到所述外部构件和所述内部构件中的所述另一者的第二旋转可致动元件；并且

所述第二盒包括第二驱动元件，以响应于第四命令驱动所述第二旋转可致动元件，从而引起所述外部构件和所述内部构件之间的第二相对旋转移动。

5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述线性可致动元件和所述旋转可致动元件包括单个元件，所述单个元件包括线性可致动特征和旋转可致动特征。

6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

联接到所述外部构件和所述内部构件中的所述另一者的旋转可致动元件；和

第二盒，其用于支撑所述外部构件和所述内部构件中的所述另一者，并且包括驱动元件，以响应于第二命令来驱动所述旋转可致动元件，从而引起所述外部构件和所述内部构件之间的相对旋转移动。

7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括：

联接到所述外部构件和所述内部构件中的所述一者的第二旋转可致动元件，

所述第一盒包括第二驱动元件，以响应于第三命令驱动所述第二旋转可致动元件，从而引起所述外部构件和所述内部构件之间的相对旋转移动。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述线性可致动元件和所述第二旋转可致动元件包括单个元件，所述单个元件包括线性可致动特征和旋转可致动特征。

9.一种方法，包括：

接收控制EMD的末端的命令，所述EMD包括限定内腔的外部构件和设置在所述内腔中并联接到所述外部构件的远侧部分的内部构件；和

响应于所述命令，控制机器人驱动器来线性地移动支撑所述外部构件和所述内部构件中的一者的第一盒，以引起所述第一盒的特征与联接到所述外部构件和所述内部构件中的所述一者的线性可致动元件接合，从而引起所述外部构件和所述内部构件之间的相对线性移动。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

响应于所述命令，控制所述机器人驱动器来驱动联接到所述外部构件和所述内部构件中的所述另一者的旋转可致动元件，以引起所述外部构件和所述内部构件之间的相对旋转移动。

11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

响应于所述命令，控制所述机器人驱动器来驱动联接到所述外部构件和所述内部构件中的所述一者的旋转可致动元件，以引起所述外部构件和所述内部构件之间的相对旋转移动。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述线性可致动元件和所述旋转可致动元件包括单个元件，所述单个元件包括线性可致动特征和旋转可致动特征。

13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

响应于所述命令，控制所述机器人驱动器来驱动联接到所述外部构件和所述内部构件中的所述另一者的第二旋转可致动元件，以引起所述外部构件和所述内部构件之间的相对旋转移动。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

响应于所述命令，控制第二机器人驱动器来线性地移动支撑所述外部构件和所述内部构件中的所述另一者的第二盒，以引起所述第二盒的特征与联接到所述外部构件和所述内部构件中的所述另一者的第二线性可致动元件接合，从而引起所述外部构件和所述内部构件之间的相对线性移动。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述线性可致动元件和所述旋转可致动元件包括第一单个元件，所述第一单个元件包括线性可致动特征和旋转可致动特征，并且其中，所述第二线性可致动元件和所述第二旋转可致动元件包括第二单个元件，所述第二单个元件包括第二线性可致动特征和第二旋转可致动特征。

16.一种用于控制EMD的末端的系统，包括：

EMD，包括：

限定内腔的外部构件和设置在所述内腔中并联接到外部构件的远侧部分的内部构件；和

联接到所述内部构件的线性和旋转可致动元件；以及

机器人驱动器，包括：

多个装置模块，所述多个装置模块中的每一个通过所述机器人驱动器能够独立地线性移动；

第一盒，其联接到所述多个装置模块中的第一个，并且联接到所述内部构件的线性和旋转可致动元件；和

第二盒，其联接到所述多个装置模块中的第二个，并且联接到所述外部构件。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述线性和旋转可致动元件包括线性可致动特征和旋转可致动特征。

18.根据权利要求16所述的系统，所述EMD还包括：

联接到所述外部构件的第二线性和旋转可致动元件，

其中，所述第二盒联接到所述外部构件的第二线性和旋转可致动元件。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述线性和旋转可致动元件包括线性可致动特征和旋转可致动特征，并且

其中，所述第二线性和旋转可致动元件包括第二线性可致动特征和第二旋转可致动特征。

20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述第一盒被配置成驱动所述线性和旋转可致动元件旋转，并且

其中，所述第二盒被配置成驱动所述第二线性和旋转可致动元件独立于所述线性和旋转可致动元件的旋转而旋转。