DE112018006466T5

DE112018006466T5 - Bildgebungssysteme und Verwendungsverfahren

Info

Publication number: DE112018006466T5
Application number: DE112018006466.2T
Authority: DE
Inventors: Andrew J. Hazelton; Lucas S. Gordon; Candice Murray; Randall L. Schlesinger
Original assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Current assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2020-08-27
Also published as: CN111432709B; US20200323424A1; CN118161116A; CN111432709A; WO2019125581A1; US11478138B2; US20230000326A1

Abstract

Ein Bildgebungsinstrument umfasst einen länglichen flexiblen Schaft, eine Kamera, die an einem distalen Ende des länglichen flexiblen Schafts angeordnet ist, und ein Gehäuse, das an ein proximales Ende des länglichen flexiblen Schafts gekoppelt ist. Das Instrument beinhaltet ebenfalls eine lichtemittierende Diode (LED) innerhalb des Gehäuses und ein Wärmeableitungssystem in thermischer Verbindung mit der LED zum Übertragen von Wärme, die durch die LED erzeugt wird, weg von dem Gehäuse.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung 62/607,769 , eingereicht am 19. Dezember 2017, die durch Bezugnahme hier in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung ist auf minimalinvasive Bildgebungssysteme und Verwendungsverfahren gerichtet.
HINTERGRUND
Minimalinvasive medizinische Techniken sollen die Gewebemenge, die während medizinischen Eingriffen beschädigt wird, verringern und dadurch Patientengenesungszeit, Beschwerden und schädliche Nebenwirkungen verringern. Solche minimalinvasiven Techniken können durch natürliche Öffnungen in einer Patientenanatomie oder durch einen oder mehrere chirurgische Schnitte durchgeführt werden. Durch diese natürlichen Öffnungen oder Schnitte kann ein Bediener medizinische Werkzeuge minimalinvasiv einführen, um einen Zielgewebeort zu erreichen. Minimalinvasive medizinische Werkzeuge beinhalten Instrumente wie z. B. therapeutische, diagnostische, Biopsie- und chirurgische Instrumente. Minimalinvasive medizinische Werkzeuge können ebenfalls Bildgebungsinstrumente wie z. B. endoskopische Instrumente beinhalten. Bildgebungsinstrumente stellen einem Benutzer ein Sichtfeld innerhalb der Patientenanatomie bereit. Manche minimalinvasiven medizinischen Werkzeuge und Bildgebungsinstrumente können teleoperiert oder anderweitig computergestützt werden. Verschiedene Merkmale können die Effektivität von minimalinvasiven Bildgebungsinstrumenten verbessern, einschließlich Instrumentenorientierungshinweise, Wärmeableitungsmerkmale und Dichtheitsprüfungsmerkmale.
KURZDARSTELLUNG
Die Ausführungsformen der Erfindung sind am besten von den Patentansprüchen, die der Beschreibung folgen, zusammengefasst.
Im Einklang mit manchen Ausführungsformen umfasst ein Bildgebungsinstrument einen länglichen flexiblen Schaft, eine Kamera, die an einem distalen Ende des länglichen flexiblen Schafts angeordnet ist, und ein Gehäuse, das an ein proximales Ende des länglichen flexiblen Schafts gekoppelt ist. Das Instrument beinhaltet ebenfalls eine lichtemittierende Diode (LED) innerhalb des Gehäuses und ein Wärmeableitungssystem in thermischer Verbindung mit der LED zum Übertragen von Wärme, die durch die LED erzeugt wird, weg von dem Gehäuse.
Im Einklang mit manchen Ausführungsformen umfasst ein System einen Katheter, der eine Wand mit einer Innenfläche, die ein Hauptlumen definiert, beinhaltet, und eine Vorrichtung, die einen länglichen flexiblen Schaft beinhaltet, der konfiguriert ist, innerhalb des Katheterhauptlumens verschiebbar eingeführt zu sein. Eine Struktur ist um eine Außenfläche des länglichen flexiblen Schafts angeordnet. Die Struktur ist konfiguriert, in eine Vielzahl von flachen Oberflächen, die einen Abschnitt der Innenfläche umfassen, einzugreifen, um Drehung der Vorrichtung innerhalb des Hauptlumens zu verhindern.
Im Einklang mit manchen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren Einführen einer Vorrichtung in ein Hauptlumen eines Katheters. Die Vorrichtung beinhaltet einen flexiblen Schaft und eine erste Struktur, die um eine Außenfläche des flexiblen Schafts angeordnet ist. Das Verfahren beinhaltet ebenfalls ein Zusammenfügen einer Form eines Abschnitts einer Innenwand des Hauptlumens des Katheters mit der ersten Struktur, die um die Außenfläche des flexiblen Schafts angeordnet ist, um Drehung des flexiblen Schafts relativ zum Katheter zu verhindern.
Es ist zu verstehen, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaften und erläuternden Charakter haben und ein Verständnis der vorliegenden Offenbarung bereitstellen sollen, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung zu beschränken. In dieser Hinsicht werden einem Fachmann zusätzliche Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich sein.
Figurenliste

1 ist ein vereinfachtes Diagramm eines teleoperierten medizinischen Systems gemäß manchen Ausführungsformen.
2A ist ein vereinfachtes Diagramm eines medizinischen Instrumentensystems gemäß manchen Ausführungsformen.
2B ist ein vereinfachtes Diagramm eines medizinischen Instruments mit einem erweiterten medizinischen Werkzeug gemäß manchen Ausführungsformen.
3 veranschaulicht ein Bildgebungssystem gemäß manchen Ausführungsformen.
4A veranschaulicht ein Bildgebungssystem gemäß manchen Ausführungsformen.
4B veranschaulicht einen Bildgebungskoppler von 4A.
5 veranschaulicht eine distale Spitze eines Bildgebungssystems gemäß manchen Ausführungsformen.
6 veranschaulicht eine Schnittstelle zwischen einem Bildgebungssystem und einem Kathetersystem gemäß manchen Ausführungsformen.
7A ist eine Querschnittsansicht eines länglichen Elements eines Bildgebungssystems gemäß manchen Ausführungsformen.
7B veranschaulicht eine Keilstruktur zur Verwendung mit dem länglichen Element von 7A.
7C veranschaulicht eine Querschnittsansicht der Keilstruktur von 7B.
8A ist eine Querschnittsansicht eines länglichen Elements eines Bildgebungssystems gemäß manchen Ausführungsformen.
8B veranschaulicht einen Keil zur Verwendung mit dem länglichen Element von 8A.
8C veranschaulicht eine Querschnittsansicht der Keilstruktur von 8B.
9 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Bildgebungssystemadapters gemäß manchen Ausführungsformen.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und ihre Vorteile werden am besten durch Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung, die folgt, verstanden. Es sollte verstanden werden, dass gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente, die in einer oder mehreren der Figuren veranschaulicht sind, zu identifizieren, wobei Darstellungen darin Zwecken der Veranschaulichung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und nicht Zwecken der Beschränkung derselben dienen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung sind spezifische Details dargelegt, die manche Ausführungsformen, die im Einklang mit der vorliegenden Offenbarung sind, beschreiben. Zahlreiche spezifische Details sind dargelegt, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen bereitzustellen. Einem Fachmann wird jedoch klar sein, dass manche Ausführungsformen ohne manche oder alle dieser spezifischen Details umgesetzt werden können. Die hier offenbarten spezifischen Ausführungsformen sollen veranschaulichend, jedoch nicht beschränkend sein. Ein Fachmann kann andere Elemente realisieren, die, obwohl sie hier nicht spezifisch beschrieben sind, innerhalb des Geltungsbereichs und des Wesen dieser Offenbarung liegen. Zusätzlich können zum Vermeiden unnötiger Wiederholung ein oder mehrere Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform gezeigt und beschrieben sind, in andere Ausführungsformen aufgenommen sein, insofern nicht anderweitig spezifisch beschrieben oder wenn das eine oder die mehreren Merkmale eine Ausführungsform nichtfunktionell machen würden.
In manchen Fällen wurden bekannte Verfahren, Eingriffe, Komponenten und Schaltungen nicht detailliert beschrieben, um Aspekte der Ausführungsformen nicht unnötig zu verbergen.
Diese Offenbarung beschreibt verschiedene Instrumente und Abschnitte von Instrumenten in Bezug auf ihren Zustand im dreidimensionalen Raum. Wie hier verwendet, betrifft der Begriff „Position“ den Ort eines Objekts oder eines Abschnitts eines Objekts in einem dreidimensionalen Raum (z. B. drei Translationsfreiheitsgrade entlang kartesischer x-, y- und z-Koordinaten). Wie hier verwendet, betrifft der Begriff „Orientierung“ die Drehplatzierung eines Objekts oder eines Abschnitts eines Objekts (drei Rotationsfreiheitsgrade - z. B. Rollen, Nicken und Gieren). Wie hier verwendet, betrifft der Begriff „Pose“ die Position eines Objekts oder eines Abschnitts eines Objekts in mindestens einem Translationsfreiheitsgrad und die Orientierung dieses Objekts oder Abschnitts des Objekts in mindestens einem Rotationsfreiheitsgrad (bis zu sechs gesamten Freiheitsgraden). Wie hier verwendet, betrifft der Begriff „Form“ einen Satz von Posen, Positionen oder Orientierungen, die entlang eines Objekts gemessen werden.
1 ist ein vereinfachtes Diagramm eines teleoperierten medizinischen Systems 100 gemäß manchen Ausführungsformen. In manchen Ausführungsformen kann das teleoperierte medizinische System 100 zur Verwendung bei zum Beispiel chirurgischen, diagnostischen, therapeutischen oder Biopsie-Eingriffen geeignet sein. Während manche Ausführungsformen hier in Bezug auf solche Eingriffe bereitgestellt sind, ist jegliche Bezugnahme auf medizinische oder chirurgische Instrumente und medizinische oder chirurgische Verfahren nichtbeschränkend. Die Systeme, Instrumente und Verfahren, die hier beschrieben sind, können für Tiere, menschliche Leichen, Tierkadaver, Teile von menschlicher oder tierischer Anatomie, nicht-chirurgische Diagnose sowie für industrielle Systeme und allgemeine Roboter- oder Teleoperationssysteme verwendet werden.
Wie in 1 gezeigt, beinhaltet das medizinische System 100 allgemein eine Manipulatoranordnung 102 zum Bedienen eines medizinischen Instruments 104 beim Durchführen verschiedener Eingriffe an einem Patienten P, der auf einem Tisch T positioniert ist. Die Manipulatoranordnung 102 kann teleoperiert, nicht-teleoperiert oder eine hybride teleoperierte und nicht-teleoperierte Anordnung mit Auswahlfreiheitsgraden der Bewegung, die motorisiert und/oder teleoperiert sein können, und Auswahlfreiheitsgraden der Bewegung, die nicht-motorisiert und/oder nicht-teleoperiert sein können, sein. Die Master-Anordnung 106 beinhaltet allgemein eine oder mehrere Steuervorrichtungen zum Steuern der Manipulatoranordnung 102. Die Manipulatoranordnung 102 stützt das medizinische Instrument 104 und kann optional eine Vielzahl von Aktoren oder Motoren, die Eingänge am medizinischen Instrument 104 als Reaktion auf Befehle von einem Steuersystem 112 antreiben, beinhalten. Die Aktoren können optional Antriebssysteme beinhalten, die bei Kopplung an das medizinische Instrument 104 das medizinische Instrument 104 in eine natürlich oder chirurgisch erzeugte anatomische Öffnung vorschieben können. Andere Antriebssysteme können das distale Ende des medizinischen Instruments 104 in mehreren Freiheitsgraden, die drei Grade der Linearbewegung beinhalten können (z. B. Linearbewegung entlang der kartesischen X-, Y-, Z-Achsen), und in drei Graden der Rotationsbewegung (z. B. Drehung um die kartesischen X-, Y- Z-Achsen) bewegen. Zusätzlich können die Aktoren verwendet werden, um einen gelenkigen Endeffektor des medizinischen Instruments 104 zum Greifen von Gewebe in den Backen einer Biopsievorrichtung und/oder dergleichen zu betätigen. Aktorpositionssensoren wie z. B. Resolver, Encoder, Potenziometer und andere Mechanismen können dem medizinischen System 100 Sensordaten bereitstellen, die die Drehung und Orientierung der Motorwellen beschreiben. Diese Positionssensordaten können verwendet werden, um eine Bewegung der Objekte, die durch die Aktoren manipuliert werden, zu bestimmen.
Das teleoperierte medizinische System 100 beinhaltet ebenfalls ein Anzeigesystem 110 zum Anzeigen eines Bilds oder einer Darstellung der chirurgischen Stelle und des medizinischen Systems 104, das/die durch Subsysteme des Sensorsystems 108 erzeugt wird. Das Anzeigesystem 110 und die Master-Anordnung 106 können so ausgerichtet sein, dass Bediener O das medizinische Instrument 104 und die Master-Anordnung 106 mit dem Telepräsenzempfinden steuern kann.
In manchen Ausführungsformen kann das medizinische Instrument 104 Komponenten eines Bildgebungssystems beinhalten (detaillierter unten erörtert), die eine Bildgebungsumfangsanordnung oder ein Bildgebungsinstrument beinhalten können, die/das ein gleichzeitiges Bild oder Echtzeit-Bild einer chirurgischen Stelle aufzeichnet und dem Bediener oder Bediener O das Bild durch eine oder mehrere Anzeigen des medizinischen Systems 100, wie z. B. eine oder mehrere Anzeigen des Anzeigesystems 110, bereitstellt. Das gleichzeitige Bild kann zum Beispiel ein zwei- oder dreidimensionales Bild sein, das durch ein Bildgebungsinstrument aufgenommen wird, das innerhalb der chirurgischen Stelle positioniert ist. In manchen Ausführungsformen beinhaltet das Bildgebungssystem endoskopische Bildgebungsinstrumentenkomponenten, die einstückig oder entfernbar an das medizinische Instrument 104 gekoppelt sein können. In manchen Ausführungsformen kann jedoch ein separates Endoskop, das an einer separaten Manipulatoranordnung angebracht ist, mit dem medizinischen Instrument 104 verwendet werden, um die chirurgische Stelle abzubilden. In manchen Beispielen, wie detailliert unten beschrieben, kann das Bildgebungsinstrument allein oder in Kombination mit anderen Komponenten des medizinischen Instruments 104 einen oder mehrere Mechanismen zum Reinigen einer oder mehrerer Linsen des Bildgebungsinstruments beinhalten, wenn die eine oder mehreren Linsen teilweise und/oder vollständig durch Fluide und/oder andere Materialien, auf die das distale Ende des Bildgebungsinstruments trifft, verdeckt werden. In manchen Beispielen können der eine oder die mehreren Reinigungsmechanismen optional ein Luft- und/oder anderes Gasabgabesystem beinhalten, das verwendbar ist, um einen Stoß von Luft und/oder anderen Gasen zu emittieren, um die eine oder mehreren Linsen sauber zu blasen. Beispiele des einen oder der mehreren Reinigungsmechanismen sind detaillierter erörtert in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO/2016/025465 , eingereicht am 11. August 2016, die „Systems and Methods for Cleaning an Endoscopic Instrument“ offenbart; US-Patentanmeldung Nr. 15/508,923 , eingereicht am 5. März 2017, die „Devices, Systems, and Methods Using Mating Catheter Tips and Tools“ offenbart; und US-Patentanmeldung Nr. 15/503,589 , eingereicht am 13. Februar 2017, die „Systems and Methods for Cleaning an Endoscopic Instrument“ offenbart, von denen jede durch Bezugnahme hier in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. Das Bildgebungsinstrument kann als Hardware, Firmware, Software oder eine Kombination davon implementiert werden, die mit einem oder mehreren Computerprozessoren, die die Prozessoren des Steuersystems 112 beinhalten können, interagieren oder anderweitig durch diese ausgeführt werden.
Das teleoperierte medizinische System 100 kann ebenfalls das Steuersystem 112 beinhalten. Das Steuersystem 112 beinhaltet mindestens einen Speicher und mindestens einen Computerprozessor (nicht gezeigt) zum Bewirken von Steuerung zwischen dem medizinischen Instrument 104, der Master-Anordnung 106, dem Sensorsystem 108 und dem Anzeigesystem 110. Das Steuersystem 112 beinhaltet ebenfalls programmierte Anweisungen (z. B. ein nichtflüchtiges maschinenlesbares Medium, das die Anweisungen speichert), um manche oder alle der Verfahren, die in Übereinstimmung mit hier offenbarten Aspekten beschrieben sind, zu implementieren, einschließlich Anweisungen zum Bereitstellen von Informationen für das Anzeigesystem 110.
Das Steuersystem 112 kann optional ferner ein virtuelles Visualisierungssystem beinhalten, um Bediener O bei der Steuerung des medizinischen Instruments 104 während eines bildgeführten chirurgischen Eingriffs Navigationshilfe bereitzustellen. Virtuelle Navigation unter Verwendung des virtuellen Visualisierungssystems kann auf Bezugnahme auf einen erlangten präoperativen oder intraoperativen Datensatz anatomischer Durchgänge basieren. Das virtuelle Visualisierungssystem verarbeitet Bilder der chirurgischen Stelle, die unter Verwendung von Bildgebungstechnologie wie z. B. Computertomografie (CT), Magnetresonanzbildgebung (MRI), Fluoroskopie, Thermografie, Ultraschall, optischer Kohärenztomografie (OCT), Wärmebildgebung, Impedanzbildgebung, Laserbildgebung, Nanoröhren-Röntgenbildgebung und/oder dergleichen abgebildet wurden.
2A ist ein vereinfachtes Diagramm eines medizinischen Instrumentensystems 200 gemäß manchen Ausführungsformen. Das medizinische Instrumentensystem 200 beinhaltet eine längliche Vorrichtung 202, wie z. B. einen flexiblen Katheter, die an eine Antriebseinheit 204 gekoppelt ist. Die längliche Vorrichtung 202 beinhaltet einen flexiblen Körper 216 mit einem proximalen Ende 217 und distalen Ende oder Spitzenabschnitt 218. Das medizinische Instrumentensystem 200 beinhaltet ferner ein Verfolgungssystem 230 zum Bestimmen der Position, der Orientierung, des Tempos, der Geschwindigkeit, der Pose und/oder der Form des distalen Endes 218 und/oder von einem oder mehreren Segmenten 224 entlang des flexiblen Körpers 216 unter Verwendung eines oder mehrerer Sensoren und/oder Bildgebungsvorrichtungen wie detaillierter unten beschrieben.
Das Verfolgungssystem 230 kann optional das distale Ende 218 und/oder eines oder mehrere der Segmente 224 unter Verwendung eines Formsensors 222 verfolgen. Der Formsensor 222 kann optional eine optische Faser beinhalten, die auf den flexiblen Körper 216 ausgerichtet ist (z. B. bereitgestellt innerhalb eines Innenkanals (nicht gezeigt) oder extern montiert). Die optische Faser des Formsensors 222 bildet einen faseroptischen Biegesensor zum Bestimmen der Form des flexiblen Körpers 216. In einer Alternative werden optische Fasern, einschließlich Faser-Bragg-Gitter (FBGs), verwendet, um Dehnungsmessungen in Strukturen in einer oder mehreren Dimensionen bereitzustellen. Verschiedene Systeme und Verfahren zum Überwachen der Form und relativen Position einer optischen Faser in drei Dimensionen sind beschrieben in US-Patentanmeldung Nr. 11/180,389 (eingereicht am 13. Juli 2005) (die „Fiber optic position and shape sensing device and method relating thereto“ offenbart); US-Patentanmeldung Nr. 12/047,056 (eingereicht am 16. Juli 2004) (die „Fiber-optic shape and relative position sensing“ offenbart); und US-Patent Nr. 6,389,187 (eingereicht am 17. Juni 1998) (das „Optical Fibre Bend Sensor“ offenbart), die alle durch Bezugnahme hier in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind. Sensoren in manchen Ausführungsformen können andere geeignete Dehnungserfassungstechniken einsetzen, wie z. B. Rayleigh-Streuung, Raman-Streuung, Brillouin-Streuung und Fluoreszenzstreuung. In manchen Ausführungsformen kann die Form der länglichen Vorrichtung unter Verwendung anderer Techniken bestimmt werden. Zum Beispiel kann ein Verlauf der distalen Endpose des flexiblen Körpers 216 verwendet werden, um die Form des flexiblen Körpers 216 über das Zeitintervall zu rekonstruieren. In manchen Ausführungsformen kann das Verfolgungssystem 230 optional und/oder zusätzlich das distale Ende 218 unter Verwendung eines Positionssensorsystems 220 verfolgen. Das Positionssensorsystem 220 kann eine Komponente eines EM-Sensorsystems mit Positionssensorsystem 220 sein, das eine oder mehrere leitfähige Spulen beinhaltet, die einem extern erzeugten elektromagnetischen Feld ausgesetzt werden können. Jede Spule des EM-Sensorsystems erzeugt dann ein induziertes elektrisches Signal mit Charakteristiken, die von der Position und Orientierung der Spule relativ zum extern erzeugten elektromagnetischen Feld abhängen. In manchen Ausführungsformen kann das Positionssensorsystem 220 konfiguriert und positioniert sein, um sechs Freiheitsgrade, z. B. drei Positionskoordinaten X, Y, Z und drei Orientierungswinkel, die Nicken, Gieren und Rollen eines Basispunkts angeben, oder fünf Freiheitsgrade, z. B. drei Positionskoordinaten X, Y, Z und zwei Orientierungswinkel, die Nicken und Gieren eines Basispunkts angeben, zu messen. Eine weitere Beschreibung eines Positionssensorsystems ist bereitgestellt in US-Patent Nr. 6,380,732 (eingereicht am 11. August 1999) (das „Six-Degree of Freedom Tracking System Having a Passive Transponder on the Object Being Tracked“ offenbart), das durch Bezugnahme hier in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
Der flexible Körper 216 beinhaltet einen Kanal 221, der bemessen und geformt ist, um ein medizinisches Instrument 226 aufzunehmen. 2B ist ein vereinfachtes Diagramm des flexiblen Körpers 216 mit dem erweiterten medizinischen Instrument 226 gemäß manchen Ausführungsformen. In manchen Ausführungsformen kann das medizinische Instrument 226 für Eingriffe wie z. B. Operation, Biopsie, Ablation, Beleuchtung, Spülung oder Absaugen verwendet werden. Das medizinische Instrument 226 kann durch den Kanal 221 des flexiblen Körpers 216 eingesetzt und an einem Zielort innerhalb der Anatomie verwendet werden. Das medizinische Instrument 226 kann zum Beispiel Bildaufnahmesonden, Biopsieinstrumente, Laserablationsfasern und/oder andere chirurgische, diagnostische oder therapeutische Werkzeuge beinhalten. Das medizinische Instrument 226 kann mit einem Bildgebungsinstrument (z. B. einer Bildaufnahmesonde) ebenfalls innerhalb des flexiblen Körpers 216 verwendet werden. Das Bildgebungsinstrument kann ein Kabel, das an die Kamera gekoppelt ist, zum Übertragen der aufgenommenen Bilddaten beinhalten. In manchen Beispielen kann das Bildgebungsinstrument ein faseroptisches Bündel wie z. B. ein Fiberskop sein, das sich an das Bildverarbeitungssystem 231 koppelt. Das Bildgebungsinstrument kann mono- oder multispektral sein, zum Beispiel Bilddaten in einem oder mehreren der sichtbaren, infraroten und/oder ultravioletten Spektren aufnehmen. Das medizinische Instrument 226 kann von der Öffnung des Kanals 221 vorgeschoben werden, um den Eingriff durchzuführen, und dann in den Kanal zurückgezogen werden, wenn der Eingriff abgeschlossen ist. Das medizinische Instrument 226 kann aus dem proximalen Ende 217 des flexiblen Körpers 216 oder aus einem anderen optionalen Instrumentenanschluss (nicht gezeigt) entlang des flexiblen Körpers 216 entfernt werden.
Der flexible Körper 216 kann ebenfalls Kabel, Verbindungen oder andere Lenksteuerungen (nicht gezeigt) beherbergen, die sich zwischen der Antriebseinheit 204 und dem distalen Ende 218 erstrecken, um das distale Ende 218 wie gezeigt, zum Beispiel durch unterbrochene, gestrichelte Liniendarstellungen 219 des distalen Endes 218, steuerbar zu biegen. In manchen Beispielen werden mindestens vier Kabel verwendet, um unabhängig „Hoch-Runter“-Lenkung zum Steuern eines Nickens des distalen Endes 218 und „Links-Rechts“-Lenkung zum Steuern eines Gierens des distalen Endes 281 bereitzustellen. Lenkbare längliche Vorrichtungen sind detailliert beschrieben in US-Patentanmeldung Nr. 13/274,208 (eingereicht am 14. Okt. 2011) (die „Catheter with Removable Vision Probe“ offenbart), die durch Bezugnahme hier in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Die Informationen vom Verfolgungssystem 230 können an ein Navigationssystem 232 gesendet werden, wo sie mit Informationen vom Bildverarbeitungssystem 231 und/oder den präoperativ erhaltenen Modellen kombiniert werden, um dem Bediener Echtzeit-Positionsinformationen bereitzustellen. In manchen Beispielen können die Echtzeit-Positionsinformationen auf dem Anzeigesystem 110 von 1 zur Verwendung bei der Steuerung des medizinischen Instrumentensystems 200 angezeigt werden. In manchen Beispielen kann das Steuersystem 116 von 1 die Positionsinformationen als Feedback zum Positionieren des medizinischen Instrumentensystems 200 nutzen. Verschiedene Systeme zum Verwenden von faseroptischen Sensoren zum Registrieren und Anzeigen eines chirurgischen Instruments mit chirurgischen Bildern sind bereitgestellt in US-Patentanmeldung Nr. 13/107,562 , eingereicht am 13. Mai 2011, die „Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an Anatomie Structure for Image-Guided Surgery“ offenbart, die durch Bezugnahme hier in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
In manchen Beispielen kann das medizinische Instrumentensystem 200 innerhalb des medizinischen Systems 100 von 1 teleoperiert werden. In manchen Ausführungsformen kann die Manipulatoranordnung 102 von 1 durch direkte Bedienersteuerung ersetzt werden. In manchen Beispielen kann die direkte Bedienersteuerung verschiedene Griffe und Bedienerschnittstellen für einen handgeführten Betrieb des Instruments beinhalten.
3 veranschaulicht ein Beispiel eines Bildgebungsinstruments 400, das in eine Anatomie durch einen Katheter (z. B. längliche Vorrichtung 202) eingebracht werden kann. Das Instrument 400 beinhaltet einen länglichen flexiblen Schaft 402, der an einem distalen Ende an einen starren oder halbstarren schlauchförmigen Abschnitt 404 gekoppelt ist. Der längliche flexible Schaft 402 kann einen langen, hohlen Schlauch beinhalten, der mit Stahldrahtgeflecht verstärkt und in Kunststoff eingeschlossen ist, das durch einen Reflow-Prozess behandelt werden kann. Ein proximales Ende des länglichen flexiblen Schafts 402 ist an einen Bildgebungskoppler 430 gekoppelt, der ebenfalls als ein Sichtsonden-Adapter (Vision Probe Adapter) bekannt sein kann. Ein Kabel 432 verbindet den Bildgebungskoppler 430 mit einem Bildgebungssystemadapter 434. Der Bildgebungssystemadapter 434 koppelt sich an das Bildverarbeitungssystem 436 (z. B. Bildverarbeitungssystem 231), wie gezeigt in 6. Ein Fluidsystemadapter 438 ist an den Bildgebungskoppler 430 durch den Schlauch 440 gekoppelt. Der Fluidsystemadapter 438 koppelt sich an ein Fluidabgabesystem 442, das zur Kamerareinigung verwendet werden kann, wie gezeigt in 6. In einer Ausführungsform beinhaltet das Fluidabgabesystem ein System von Pumpen und Ventilen und stellt automatische, halbautomatisierte oder benutzerbetätigte für Kamerareinigung bereit. In einer alternativen Ausführungsform beinhaltet das Fluidabgabesystem eine manuell bediente Fluidvorrichtung (z. B. Spritze), die durch den Fluidsystemadapter 438 und den Schlauch 440 zur Kamerareinigung eingeführt wird. Der Fluidsystemadapter 438, Schlauch 440 und/oder Bildgebungskoppler 430 können einen Satz von Dichtungen oder ein Luer-aktiviertes Ventil beinhalten, um Fluidstrom distal bereitzustellen und Austreten von Fluid aus dem Fluidsystemadapter zu verhindern. Verschiedene Kamerareinigungssysteme sind offenbart, zum Beispiel in PCT-Veröffentlichung WO2016/025465 , veröffentlicht am 18. Februar 2016, die „Systems and Methods for Cleaning an Endoscopic Instrument“ offenbart, PCT-Veröffentlichung WO2016/040128 , veröffentlicht am 17. März 2016, die „Devices, Systems, and Methods Using Mating Catheter Tips and Tools“ offenbart, und vorläufiger US-Anmeldung 62/585,922 , die „Systems and Methods for Cleaning Endoscopic Instruments“ offenbart, die alle durch Bezugnahme hier in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind. Eine Keilstruktur 444 ist an den länglichen flexiblen Schaft 402 gekoppelt. In einer Ausführungsform kann die Keilstruktur 444 entlang eines distalen Abschnitts des Schafts 402 angeordnet sein, zum Beispiel proximal eines distalen lenkbaren Abschnitts des Schafts.
4A und 4B veranschaulichen ein alternatives Beispiel des Bildgebungsinstruments 450, das im Wesentlichen ähnlich in Struktur und Funktion wie Bildgebungsinstrument 400 sein kann, insofern nicht unten beschrieben. Auf ähnliche Weise wie Bildgebungsinstrument 400 kann das Bildgebungsinstrument 450 einen länglichen flexiblen Schaft 452 beinhalten, der über ein Kabel 456 an einen Bildgebungssystemadapter 454 gekoppelt ist und über Schlauch 460 an einen Fluidsystemadapter 458 gekoppelt ist. In der Ausführungsform von 3 kann es jedoch schwierig sein, Komponenten des Bildgebungsinstruments 400, wie z. B. den Bildgebungskoppler 430, den Schlauch 440 und/oder den Fluidsystemadapter 438, zu reinigen oder zu sterilisieren. Daher kann der Bildgebungskoppler 430 für Reinigung, Sterilisation oder Entsorgung und Austausch entfernbar sein. Alternativ, wie in 4A und 4B veranschaulicht, kann das Bildgebungsinstrument 450 einen Bildgebungskoppler 470 beinhalten. Der Bildgebungskoppler 470 beinhaltet einen Kabeladapter 474, der an das Kabel 456 gekoppelt ist. Der Bildgebungskoppler 470 beinhaltet ebenfalls einen Bildgebungssondenadapter, der einen Körper 476, einen Verbinder 472, einen Schlauchverbinder 478, einen Schlauch 460 und einen Fluidsystemadapter 458 beinhaltet, wie unten beschrieben.
Ein distales Ende des Bildgebungskopplers 470 kann einen Verbinder 472 beinhalten, der schnelle und leichte entfernbare Kopplung des Kabeladapters 474 an eine medizinische Vorrichtung (z. B. flexible längliche Vorrichtung 202) ermöglicht, wie detaillierter unten beschrieben wird. Der Bildgebungskoppler 470 kann mit Schlauch 460 auf eine Y-Typ-Weise verbunden sein. Der Fluidsystemadapter 458, Schlauch 460 und/oder Bildgebungskoppler 470 können einen Satz von Dichtungen oder ein Luer-aktiviertes Ventil beinhalten, um Fluidstrom distal bereitzustellen und Austreten von Fluid aus dem Fluidsystemadapter 458 zu verhindern. Ein Körper 476 des Bildgebungskopplers 470 kann von dem Kabeladapter 474 unter Verwendung eines Gewindeansatzes, einer entfernbaren Presspassung, einer magnetischen Kopplung und/oder dergleichen abnehmbar sein. In einer Ausführungsform sind der Kabeladapter 474 und/oder Bildgebungskoppler 470 von dem Bildgebungsinstrument 450 entfernbar, was dem Kabeladapter 474 oder Bildgebungskoppler 470 ermöglicht, für Reinigung, Sterilisation oder Entsorgung und Austausch durch eine saubere und/oder sterile Komponente separat entfernbar zu sein. In manchen Ausführungsformen kann der Kabeladapter 474 oder der Bildgebungssondenadapter eine einzelne Verwendungskomponente sein. In einer alternativen Ausführungsform sind der Schlauch 460 und Fluidsystemadapter 458 von dem Körper 476 am Schlauchverbinder 478 entfernbar, was dem Schlauch 460 und Fluidsystemadapter 458 ermöglicht, zusätzlich oder alternativ für Reinigung, Sterilisation, Entsorgung und Austausch entfernbar zu sein.
5 veranschaulicht eine distale Endansicht des starren schlauchförmigen Abschnitts 404. Der starre schlauchförmige Abschnitt 404 beinhaltet eine distale Oberfläche 406, die eine Öffnung 408 beinhaltet, die quadratisch, rechteckig oder eine andere Form, die zur Verwendung mit einer Kamera 410 geeignet ist, sein kann. Die distale Oberfläche 406 beinhaltet ebenfalls Lumen 412, die kreisförmig oder eine andere Form, die zum Leiten von Licht von Beleuchtungsfasern 414 geeignet ist, sein kann. Die Kamera 410 kann in die Öffnung 408 gebunden sein und die Fasern 414 können in die Lumen 412 gebunden sein. Der starre schlauchförmige Abschnitt 404 kann an das distale Ende des länglichen flexiblen Schafts 402 durch thermische Verbindung gekoppelt sein und kann Schlitze, Flansche oder andere physische Merkmale beinhalten, an denen das geschmolzene Verbindungsmaterial haften und härten kann, um eine starke thermische Verbindung zu erzeugen. In alternativen Ausführungsformen kann ein Klebstoff zur Verbindung verwendet werden. Der starre schlauchförmige Abschnitt 404 kann aus Metall oder aus einem Kunststoff, der starrer als der längliche flexible Schaft ist, gebildet sein. In manchen Ausführungsformen kann die Länge des starren schlauchförmigen Abschnitts ungefähr 8-9 mm sein, eine kürzere Länge von ungefähr 5-6 mm kann jedoch besonders geeignet zum Navigieren von engen Katheterbiegungen und Verringern von Verschleiß an der Innenfläche des Katheters sein. Verschiedene Systeme zum Beibehalten einer klaren Sicht auf die Patientenanatomie beinhalten die Verwendung von hydrophoben Beschichtungen auf dem Sensor 410 oder anderen Kamerareinigungssystemen.
6 veranschaulicht ein Beispiel einer Schnittstelle, die das Bildgebungsinstrument 400 an das Bildverarbeitungssystem 436 und an einen Katheter 500 (z. B. längliche Vorrichtung 202) gemäß manchen Ausführungsformen koppelt. Das Bildverarbeitungssystem 436 (z. B. Bildverarbeitungssystem 231) kann an das Bildgebungsinstrument 400 über den Bildgebungssystemadapter 434 gekoppelt sein, wie gezeigt in 6. Der Katheter 500 kann an einem proximalen Katheterabschnitt an ein Kathetergehäuse 422 gekoppelt sein, das einen Katheteranschluss 420 beinhalten kann. Der flexible längliche Schaft 402 des Bildgebungsinstruments 400 kann zuerst durch ein Anschlusslumen im Katheteranschluss 420 erweitert werden, dann durch ein Katheterlumen im Katheter 500, bis der Bildgebungskoppler 430 fest an einen Katheteranschluss 420 gekoppelt ist. Der längliche flexible Schaft 402, der sich durch den Katheter 500 erstreckt, kann kommunikativ an Prozessoren des Bildverarbeitungssystems 436 durch die Verkabelung 432 gekoppelt sein, die Strom, Bilddaten, Anweisungssignale oder dergleichen übermittelt. Der Bildgebungskoppler 430 kann ebenfalls das Fluidabgabesystem 442 an das proximale Ende des Katheters 500 durch den Koppler 430 und Katheteranschluss 420 koppeln. In alternativen Ausführungsformen, veranschaulicht in 4A und 4B, kann das Bildverarbeitungssystem 436 an das Bildgebungsinstrument 450 über den Kabeladapter 474 und Bildgebungskoppler 470 gekoppelt sein. Der Bildgebungskoppler 470 kann einen Verbinder 472 (z. B. einen Key mit Schnellverbindung) beinhalten, der in den Katheteranschluss 420 eingreift und diesen löst.
7A veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Katheters 500 gemäß einer Ausführungsform. Der Katheter 500 beinhaltet einen Katheterkörper 502 mit einer Wand mit einer Außenfläche 501 und einer Innenfläche 503, wobei die Innenfläche ein Hauptlumen oder einen Kanal 506 definiert. Der Katheterkörper 502 kann eine geflochtene Schicht 504 beinhalten, die sich längs der Länge des Katheters nach erstreckt, um zusätzliche Festigkeit bereitzustellen. Die geflochtene Schicht 504 kann aus verschiedenen Metallen gebildet sein, zum Beispiel geflochtener Edelstahldraht und/oder Polymermaterialien. Zusätzliche Verstärkungsschichten können das Hauptlumen 506, das sich längs durch den Katheter 500 erstreckt, umgeben. Eine Vielzahl von sekundären Lumen kann Lumen 508, die sich durch den Katheterkörper 502 erstrecken, um Durchgänge für Lenkelemente wie z. B. Steuerdrähte zu definieren, und das Lumen 510, das sich durch den Katheterkörper 502 erstreckt, um einen Durchgang für einen Sensor wie z. B. einen optischen Faserformsensor zu definieren, beinhalten. In der Ausführungsform von 7A umgibt die geflochtene Schicht 504 die Kanäle 508, 510, aber in anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere geflochtene Schichten einwärts, zur Innenfläche 503 hin, angeordnet sein. In dieser Ausführungsform hat ein Abschnitt der Innenfläche 503 ein Profil, das eine Form für einen Abschnitt des Hauptlumens definiert, wobei die Form drei flache Oberflächen 512 und eine gekrümmte Oberfläche 514 hat und eine „Brotscheiben“-Form bildet. Die verbleibende Länge der Innenfläche der Katheterwand kann eine im Wesentlichen kreisförmige Form haben, die ein im Wesentlichen kreisförmiges Hauptlumen entlang der verbleibenden Länge des Katheters definiert. In alternativen Ausführungsformen kann die volle Länge der Innenfläche des Katheters und somit die volle Länge des Hauptlumens das Profil von 7A beinhalten.
7B veranschaulicht eine Keilstruktur 520, die fest an den länglichen flexiblen Schaft 402 gekoppelt ist, zur Verwendung mit dem Katheter 500, um eine feste Orientierung (um eine Längsachse L) des länglichen flexiblen Schafts 402 relativ zum Katheter 500 beizubehalten und spezifischer eine feste Orientierung der Kamera 410 relativ zum Katheter beizubehalten. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Keilstruktur 520 einen Keilabschnitt 522, der von einem Keilabschnitt 524 längs beabstandet ist, wobei beide Keilabschnitte mit der Außenwand des Schafts 402 verbunden sind. Beide Keilabschnitte sind im Wesentlichen identisch in der Form, aber die Redundanz kann nützlich sein, um größere Beständigkeit gegen Verdrehen bereitzustellen, und kann nützlich sein, wenn sich einer der Keilabschnitte lockert und nicht länger in der Lage ist, die Funktion des Beibehaltens einer Orientierung des Schafts relativ zum Katheter durchzuführen. In alternativen Ausführungsformen kann jegliche Anzahl von Keilabschnitten entlang einer Länge des länglichen flexiblen Schafts 402 bereitgestellt sein. In alternativen Ausführungsformen kann ein einzelner langer Keilabschnitt (nicht gezeigt) bereitgestellt sein, um erforderliche Rollorientierung des Schafts 402 relativ zum Katheter 500 bereitzustellen. Der lange einzelne Keilabschnitt kann aus einem sehr flexiblen Material wie z. B. einem Polymermaterial geringer Durometer-Härte konstruiert sein, das dem Schaft 402 Flexibilität bereitstellen würde, die wünschenswert sein könnte, wenn ein Katheter 500 und ein Schaft 402 durch gewundene Anatomie mit mehreren kleinen Biegungen gelenkt werden. In manchen Ausführungsformen könnten Polymere geringer Durometer-Härte einen hohen Reibungskoeffizienten haben, der Widerstand zwischen dem Keilabschnitt und der Innenfläche 503 des Katheters 500 verursachen würde. Somit würde eine Vielzahl von Keilabschnitten kurzer Länge, die der Länge des Schafts nach beabstandet sind, in manchen Ausführungsformen erforderliche Rollorientierung des Schafts relativ zum Katheter, erforderliche Flexibilität und geringe Reibung zwischen den Keilabschnitten und der Innenfläche 503 des Katheters 500 bereitstellen.
7C veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Keilabschnitts 524, der identisch in der Konstruktion zu Keilabschnitt 522 sein kann. Der Keilabschnitt 524 kann ein Polymer- oder Metallhülsenelement mit einer Innenwand 526, die einem Profil einer Außenfläche des länglichen flexiblen Schafts 402 entspricht, sein. In dieser Ausführungsform ist die Innenwand 526 allgemein kreisförmig, aber in alternativen Ausführungsformen kann die Innenwand U-förmig sein. Ein Außenprofil 528 des Keilabschnitts 524 ist bemessen und geformt, um (z. B. gleitend) durch das Hauptlumen 506 des Katheters 500 zu verlaufen, während es in den Abschnitt der Innenfläche 503 mit einem Profil, das in 7A veranschaulicht ist, eingreift, was axiale Drehung des Schafts 402 und des Keilabschnitts 524 relativ zum Katheter verhindert. Das Außenprofil 528 beinhaltet Oberflächen 530, die in die Innenflächen 512, 514 des Katheters eingreifen, um Drehung zu verhindern. Das Außenprofil 528 beinhaltet ebenfalls vertiefte Oberflächen 532, die von den Innenflächen 512, 514 des Katheters versetzt sind und Kanäle bilden, durch die ein Fluid, wie z. B. ein Reinigungsfluid, zwischen dem Katheter und dem Keilabschnitt 524 verlaufen kann. In dieser Ausführungsform kann der Schaft eine einzelne korrekte Orientierung der Einführung relativ zum Katheter haben.
In einer anderen Ausführungsform veranschaulicht 8A eine Querschnittsansicht eines Katheters 550 (z. B. längliche Vorrichtung 202) ähnlich in der Funktion und Struktur wie Katheter 500 von 7A mit der Ausnahme einer Form eines Abschnitts der Innenfläche 553, die das Hauptlumen 556 definiert. In dieser Ausführungsform hat ein Abschnitt der Katheterinnenfläche 553 ein Profil einschließlich vier flachen Oberflächen 562 und bildet ein quadratisches oder rechteckiges Profil mit abgerundeten oder verjüngten Kanten, das die Form des Hauptlumens 556 definiert. Die verbleibende Länge der Innenfläche der Katheterwand kann eine im Wesentlichen kreisförmige Form haben, die ein im Wesentlichen kreisförmiges Hauptlumen entlang der verbleibenden Länge des Katheters definiert. In alternativen Ausführungsformen kann die volle Länge der Innenfläche des Katheters und somit die volle Länge des Hauptlumens das Profil von 8A beinhalten. In alternativen Ausführungsformen kann die Anzahl von flachen Oberflächen größer sein, was zum Beispiel ein fünfeckiges, sechseckiges oder achteckiges Profil erzeugt. Die ausgewählte Form und Anzahl von flachen Oberflächen (und die entsprechende Keilform) können gewählt werden, um zu gewährleisten, dass die Sonde sich während der Verwendung nicht dreht und verwendet werden kann, um eine Orientierung (oder eine begrenzte Anzahl von potenziellen Orientierungen) der Sonde relativ zum Katheter zu bestimmen. Die „Brotscheiben“-Form von 7A stellt eine einzelne Orientierung der Sonde und des Katheters bereit. Während die einzige Option für Orientierung der Sonde relativ zum Katheter eindeutige Orientierungsbestimmung ermöglicht, kann sie schwieriger während der Installation anzuordnen sein. Ein quadratischer Keil und entsprechendes Katheterlumen stellt vier verschiedene Orientierungen bereit, was bedeutet, dass zusätzliche Informationen bereitgestellt werden müssen, um eine Anfangsorientierung der Sonde zum Katheter zu bestimmen, mit 4 verschiedenen möglichen Orientierungen kann die Installation jedoch viel leichter werden. Andere Formen können dieselben Kompromisse bereitstellen, d. h. mehr Wände stellen mehr Installationsorientierungen für einfachere Installation bereit, fügen jedoch mehr mögliche relative Orientierungen hinzu.
8B veranschaulicht eine Keilstruktur 570, die fest an den länglichen flexiblen Schaft 402 gekoppelt ist, zur Verwendung mit dem Katheter 550, um eine feste Orientierung (um eine Längsachse L) des Schafts 402 relativ zum Katheter 550 beizubehalten und spezifischer eine feste Orientierung der Kamera relativ zum Katheter beizubehalten. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Keilstruktur 570 einen Keilabschnitt 572, der von einem Keilabschnitt 574 längs beabstandet ist, wobei beide Keilabschnitte mit der Außenwand des Schafts 402 verbunden sind. Beide Keilabschnitte sind im Wesentlichen identisch in der Form, aber die Redundanz kann nützlich sein, um größere Beständigkeit gegen Verdrehen bereitzustellen, und kann nützlich sein, wenn sich einer der Keilabschnitte lockert und nicht länger in der Lage ist, die Funktion des Beibehaltens einer Orientierung des Schafts relativ zum Katheter durchzuführen. In alternativen Ausführungsformen kann ein einzelner langer Keilabschnitt (nicht gezeigt) bereitgestellt sein, um erforderliche Rollorientierung des Schafts 402 relativ zum Katheter 500 bereitzustellen. Der lange einzelne Keilabschnitt kann aus einem sehr flexiblen Material wie z. B. einem Polymermaterial geringer Durometer-Härte konstruiert sein, das dem Schaft 402 Flexibilität bereitstellen würde, die wünschenswert sein könnte, wenn ein Katheter 500 und ein Schaft 402 durch gewundene Anatomie mit mehreren kleinen Biegungen gelenkt werden. In manchen Ausführungsformen könnten Polymere geringer Durometer-Härte einen hohen Reibungskoeffizienten haben, der Widerstand zwischen dem Keilabschnitt und der Innenfläche 503 des Katheters 500 verursachen würde. Somit würde eine Vielzahl von Keilabschnitten kurzer Länge, die der Länge des Schafts nach beabstandet sind, in manchen Ausführungsformen erforderliche Rollorientierung des Schafts relativ zum Katheter, erforderliche Flexibilität und geringe Reibung zwischen den Keilabschnitten und der Innenfläche 503 des Katheters 500 bereitstellen.
8C veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Keilabschnitts 574. Der Keilabschnitt 574 kann ein Polymer- oder Metallhülsenelement mit einer Innenwand 576, die einem Profil der Außenfläche des länglichen flexiblen Schafts 402 entspricht, sein. In dieser Ausführungsform ist die Keilabschnitt-Innenwand 576 allgemein kreisförmig, aber in alternativen Ausführungsformen kann die Innenwand U-förmig sein. Das Außenprofil 578 des Keilabschnitts 574 ist bemessen und geformt, um (z. B. gleitend) durch das Hauptlumen 556 des Katheters 550 zu verlaufen. In manchen Ausführungsformen ist das Außenprofil 578 des Keilabschnitts 574 konfiguriert, durch den Abschnitt des Hauptlumens 556 zu verlaufen, der mit einem Profil geformt ist, das in 8A veranschaulicht ist, um axiale Drehung des Schafts 402 und Keilabschnitts 574 relativ zum Katheter zu verhindern. Das Außenprofil 578 beinhaltet Oberflächen 580, die in einen Abschnitt der Innenfläche 553 des Katheters eingreifen, um Drehung zu verhindern. Insbesondere können die Oberflächen 580 in die verjüngten Kanten der Innenfläche 553 eingreifen. Das Außenprofil 578 beinhaltet vertiefte Oberflächen 582, die von den Innenflächen 562 des Katheters versetzt sind und Kanäle bilden, durch die ein Fluid, wie z. B. ein Reinigungsfluid, zwischen dem Katheter und dem Keilabschnitt 574 verlaufen kann. In alternativen Ausführungsformen können die Eingriffsflächen 580 des Außenprofils 578 in die flachen Oberflächen 562 eingreifen und daran entlang gleiten. In dieser Ausführungsform kann der Schaft vier korrekte Orientierungen der Einführung relativ zum Katheter haben.
9 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Beispiels des Bildgebungssystemadapters 434 gemäß manchen Ausführungsformen. Der Bildgebungssystemadapter 434 koppelt sich mit einem Verbinder 600, der eine Schnittstelle zum Bildverarbeitungssystem 436 und/oder Teleoperation-Manipulatorschlitten sein kann. Der Bildgebungssystemadapter 434 beinhaltet ein Gehäuse 602, das eine Kammer 604 definiert und das ein Komponentenfach 606 beinhaltet. Das Komponentenfach 606 beherbergt eine Leiterplatte 608, an die verschiedene elektrische Komponenten angebracht sind, einschließlich einer Beleuchtungsvorrichtung, wie z. B. eine lichtemittierende Diode (LED) 610, Speichervorrichtungen, Stromanschlüsse, Widerstände, Kondensatoren, Dioden und anderen elektrischen Komponenten, die Verbindung mit dem Bildgebungssystem bereitstellen. Die elektrischen Komponenten können zum Beispiel Strom zur LED steuern, Daten von den Speicherchips lesen und auf die Speicherchips schreiben, und Daten von der Kamera lesen und auf die Kamera schreiben. Die Komponenten im Adapter 434 können dem Bildgebungssystem und/oder dem Teleoperationssystem ebenfalls Identifizierungsinformationen bereitstellen, die verwendet werden, um das Bildgebungsinstrument 400 zu authentifizieren. Die Komponenten im Adapter 434 können ebenfalls einen Verwendungszähler beinhalten, der Informationen über die Anzahl von Eingriffen verfolgt, bei denen das Bildgebungsinstrument verwendet wurde.
Eine optische Faser 612 ist an einem distalen Ende an die Spitze des Schafts 402 gekoppelt. Das proximale Ende der optischen Faser 612 erstreckt sich in die Kammer 604 des Gehäuses 602, um sich optisch mit der LED 610 zu koppeln. Die optische Kopplung beinhaltet einen Faserständer 614 und eine Ferrulenanordnung 616. Die Ferrulenanordnung kann ein Stativ beinhalten, um den Faserständer 614 an Ort und Stelle über der LED 610 zu halten. Die Ferrulenanordnung 616 kann auf die LED ausgerichtet sein, sodass die LED und die Faser 612 stumpfgekoppelt sind. In alternativen Ausführungsformen können die Faser und die LED an Ort und Stelle mit einem Klebstoff verbunden werden. Verschiedene optische Komponenten können verwendet werden, um das Licht von der LED zur optischen Faser 612 zu lenken. Geeignete optische Komponenten können Linsen oder Filter beinhalten. Eine Kugellinse kann zum Beispiel verwendet werden, um Licht von der LED zu sammeln und es zur optischen Faser 612 zu lenken. Das Komponentenfach 606 kann gegen die Kammer 604 abgedichtet sein.
Rückbezug nehmend auf 4A, 5 und 9 kann die Kamera 410 mit der distalen Oberfläche 406 verbunden sein, die nahe einem distalen Ende des länglichen flexiblen Schafts 452 positioniert ist. Elektrische Kabel können von der Kamera 410, durch ein Arbeitslumen (nicht gezeigt) im länglichen flexiblen Schaft 452, durch einen Hohlraum des Kabeladapters 474 laufen und am Bildgebungssystemadapter 454/434 innerhalb der Kammer 604 enden. Das Arbeitslumen, der Hohlraum des Kabeladapters 474 und die Kammer 604 können in Fluidverbindung entlang eines Fluidwegs sein und gegen Leckage außerhalb des Bildgebungsinstruments 450 abgedichtet sein. Daher kann ein Anschluss, der für Dichtheitsprüfung verwendet wird, an einem beliebigen Ort entlang des Fluidwegs des Bildgebungsinstruments 450 positioniert sein. Der Anschluss kann bereitgestellt sein, um einen geschlossenen Bereich (z. B. die Kammer 604, den Hohlraum des Kabeladapters 474 oder ein Lumen des Kabels 456 oder länglichen flexiblen Schafts 452) unter Druck zu setzen und auf Undichtigkeit zu prüfen, zum Beispiel kann ein Bildgebungsinstrument wie z. B. Bildgebungsinstrument 400 in ein Fluid eingetaucht werden und kann der Anschluss verwendet werden, um das Bildgebungsinstrument mit Luft derart zu spülen, dass jegliches Leck in der Auskleidung des Bildgebungsinstruments durch Entweichen von Luft als Blasen im Fluid zu erkennen wäre.
In einem Beispiel kann der Bildgebungssystemadapter 434 einen Dichtheitsprüfanschluss (wie z. B. Dichtheitsprüfanschluss 618 von 9) beinhalten, der integriert sein kann, z. B. geformt, geklebt oder anderweitig fest angebracht. In einem anderen Beispiel kann der Kabeladapter 474 den Dichtheitsprüfanschluss 618 beinhalten, der integriert sein kann, z. B. geformt, geklebt oder anderweitig fest angebracht, wie veranschaulicht in 4A und 4B.
Durch die LED 610 erzeugte Wärme kann abgeleitet werden oder thermisch durch eine Vielzahl von Wärmeableitungssystemen und -techniken kommuniziert werden. Das Komponentenfach 606 kann ein Wärmeleitpad wie z. B ein Wärmeübertragungspad 620 beinhalten, das eine Schnittstelle mit einem Wärmeübertragungspad 622 im Verbinder 600 bildet. Von der LED 610 erzeugte Wärme kann durch das Wärmeübertragungspad 620, in das Wärmeübertragungspad 622 strömen und kann über das Bildgebungssystem, den Teleoperation-Manipulatorschlitten oder jegliches System, an das der Verbinder 600 gekoppelt ist, abgeleitet werden. Die Wärmeübertragungspads 620, 622 können aus Aluminiumblöcken gebildet sein. Das Wärmeübertragungspad 620 kann thermisch an die LED 610 und Platte 608 mit Wärmeleitpaste gekoppelt sein. Ein Wärmeableitungssystem kann ebenfalls ein Kühlsystem 624 beinhalten. Ein Kühlsystem 624 kann passive Kühlelemente wie z. B. Lamellen oder aktive Kühlelemente beinhalten, um Kühlfluidstrom bereitzustellen. Aktive Kühlelemente können ein Fluidzirkulationssystem, einschließlich Rohren, Rohrleitungssystemen, Pumpen und Steuerungen zum Zirkulieren eines fluiden Kühlmittels; Lüfter; Kühlkörper; oder Kombinationen mehrerer Kühlelemente beinhalten. Ein Temperatursensor 626 kann nahe der Platte 608 positioniert sein, um die Temperatur zu überwachen. Die gemessene Temperatur von dem Sensor 626 kann verwendet werden, um den Strom zur LED 610 zu steuern. Wenn zum Beispiel die gemessene Temperatur einen Schwellenwert überschreitet, kann der Strom zur LED verringert werden. In manchen Ausführungsformen, die ein Kühlsystem 624 beinhalten, kann das Wärmeübertragungspad 622 weggelassen werden, zusammen mit Magneten oder anderen Komponenten, die zum Herstellen von gutem thermischem Kontakt mit dem Pad 620 genutzt werden.
Der Verbinder 600 kann zum Kontakt mit dem Adapter 434 mit Vorspannelementen vorgespannt werden. Zum Beispiel können Magnete 628 ein Typ von Vorspannelement sein, das die Pads 622, 620 zusammenzieht, um direkte Wärmeübertragung zu fördern. Abwechselnd kann ein Magnet auf einer Seite und ein Stück von ferromagnetischem Material wie z. B. ein Stahlstecker auf der anderen Seite sein. Magneten können entweder Permanentmagneten oder Elektromagneten sein. Ein anderer Typ von Vorspannelement kann ein oder mehrere federbelastete Stifte 630 sein, die eine Kraft auf den Adapter 434 ausüben, um Wärmeübertragung zu fördern und das Bildgebungsinstrument 400 zum distalen Ende des Katheters 500 zu drängen.
In verschiedenen alternativen Ausführungsformen können mehrere Beleuchtungsvorrichtungen verwendet werden, einschließlich mehreren LEDs. Mehrere LEDs können an einer gemeinsamen Leiterplatte befestigt sein. In verschiedenen alternativen Ausführungsformen können mehrere optische Fasern Licht und Informationen zwischen dem Bildgebungssystem und der Kamera übermitteln. Zum Beispiel können zwei Fasern nebeneinander an eine einzelne LED gekoppelt sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann Durchhang in der optischen Faser 612 oder in den Faserkopplungskomponenten Biegen und Strecken der Faser während eines Eingriffs ermöglichen. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine blaue LED mit einer Phosphorbeschichtung verwendet werden, um eine weiße LED zu erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine der optischen Komponenten, die mit der optischen Faser verwendet wird, ein Polarisator sein, um heiße Punkte zu minimieren.
Ein oder mehrere Elemente in Ausführungsformen der Erfindung können in Software zum Ausführen auf einem Prozessor eines Computersystems wie z. B. einem Steuerverarbeitungssystem implementiert sein. Wenn sie in Software implementiert sind, sind die Elemente der Ausführungsformen der Erfindung im Grunde die Codesegmente, um die notwendigen Aufgaben durchzuführen. Das Programm oder die Codesegmente können in einem prozessorlesbaren Speichermedium oder einer prozessorlesbaren Speichervorrichtung gespeichert werden, das/die mittels eines Computerdatensignals, das in einer Trägerwelle enthalten ist, über ein Übertragungsmedium oder eine Kommunikationsverbindung heruntergeladen werden konnte. Die prozessorlesbare Speichervorrichtung kann jedes Medium beinhalten, das Informationen speichern kann, einschließlich eines optischen Mediums, Halbleitermediums und magnetischen Mediums. Prozessorlesbare Speichervorrichtungsbeispiele beinhalten eine elektronische Schaltung; eine Halbleitervorrichtung, eine Halbleiterspeichervorrichtung, einen Festwertspeicher (ROM), einen Flashspeicher, einen löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EPROM); eine Diskette, eine CD-ROM, eine optische Platte, eine Festplatte oder andere Speichervorrichtung. Die Codesegmente können über Computernetzwerke wie z. B. das Internet, Intranet usw. heruntergeladen werden.
Beachten Sie, dass die präsentierten Prozesse und Anzeigen nicht inhärent mit einem bestimmten Computer oder einer bestimmten anderen Vorrichtung verbunden sein müssen. Verschiedene Allzwecksysteme können mit Programmen in Übereinstimmung mit den Lehren hier verwendet werden oder es kann sich als praktisch herausstellen, eine spezialisiertere Vorrichtung zu konstruieren, um die beschriebenen Vorgänge durchzuführen. Die erforderliche Struktur für eine Vielzahl dieser Systeme wird als Elemente in den Ansprüchen erscheinen. Zusätzlich sind die Ausführungsformen der Erfindung nicht unter Bezugnahme auf eine bestimmte Programmiersprache beschrieben. Es wird verstanden, dass eine Vielzahl von Programmiersprachen verwendet werden kann, um die Lehren der Erfindung wie hier beschrieben zu implementieren.
Während gewisse Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden und in den begleitenden Zeichnungen gezeigt wurden, ist zu verstehen, dass solche Ausführungsformen lediglich veranschaulichend für und nicht einschränkend in Bezug auf die breite Erfindung sind und dass die Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die spezifischen Konstruktionen und Anordnungen, die gezeigt und beschrieben sind, beschränkt sind, da den Durchschnittsfachleuten verschiedene andere Modifikationen auffallen können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62607769 [0001]
WO 2016/025465 [0016, 0025]
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WO 2016/040128 [0025]
US 62585922 [0025]

Claims

Bildgebungsinstrument, umfassend: einen länglichen flexiblen Schaft; eine Kamera, die an einem distalen Ende des länglichen flexiblen Schafts angeordnet ist; ein Gehäuse, das an ein proximales Ende des länglichen flexiblen Schafts gekoppelt ist; eine lichtemittierende Diode (LED) innerhalb des Gehäuses; und ein Wärmeableitungssystem in thermischer Verbindung mit der LED zum Übertragen von Wärme, die durch die LED erzeugt wird, weg von dem Gehäuse.
Bildgebungsinstrument nach Anspruch 1, wobei das Wärmeableitungssystem ein erstes Wärmeleitpad, das thermisch an die LED durch Wärmeleitpaste gekoppelt ist, beinhaltet.
Bildgebungsinstrument nach Anspruch 2, wobei das erste Wärmeleitpad eine Schnittstelle mit einem zweiten Wärmeleitpad, das an eine Manipulatoranordnung gekoppelt ist, bildet.
Bildgebungsinstrument nach Anspruch 3, ferner umfassend ein Vorspannelement, das konfiguriert ist, eine Kraft auszuüben, um das erste Wärmeleitpad in Kontakt mit dem zweiten Wärmeleitpad vorzuspannen.
Bildgebungsinstrument nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Vorspannelement ein Permanentmagnet ist.
Bildgebungsinstrument nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Gehäuse Folgendes beinhaltet: eine Kammer und einen Dichtheitsprüfanschluss in Fluidverbindung mit der Kammer.
Bildgebungsinstrument nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Gehäuse eine Kopplung zum optischen Koppeln einer länglichen optischen Faser an die LED beinhaltet.
Bildgebungsinstrument nach Anspruch 7, wobei: die längliche optische Faser an die Kamera gekoppelt ist; die Kopplung eine Ferrule beinhaltet, die konfiguriert ist, einen Faserständer an ein proximales Ende der optischen Faser zu koppeln; und der Faserständer in optischer Kommunikation mit der LED ist.
Bildgebungsinstrument nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Gehäuse eine Linse beinhaltet, die zwischen der LED und einem proximalen Ende einer länglichen optischen Faser, die an einem distalen Ende an die Kamera gekoppelt ist, angeordnet ist.
Bildgebungsinstrument nach einem der Ansprüche 1-4, ferner umfassend eine Speichervorrichtung innerhalb des Gehäuses, wobei die Speichervorrichtung konfiguriert ist, Authentifizierungsinformationen oder Verwendungszählungsinformationen zu speichern.
Bildgebungsinstrument nach Anspruch 1, wobei das Wärmeableitungssystem ein Rohrleitungssystem zum Zirkulieren eines fluiden Kühlmittels beinhaltet.
Bildgebungsinstrument nach Anspruch 1, wobei das Wärmeableitungssystem einen Lüfter beinhaltet.
Bildgebungsinstrument nach Anspruch 1, wobei das Wärmeableitungssystem ein Temperatursteuersystem zum Überwachen der Temperatur nahe der LED und Steuern eines Stroms zur LED als Reaktion auf die überwachte Temperatur beinhaltet.
Bildgebungsinstrument nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der längliche flexible Schaft an einem distalen Ende an einen starren, distalen, schlauchförmigen Abschnitt gekoppelt ist.
Bildgebungsinstrument nach Anspruch 14, wobei die Kamera mit dem starren, distalen, schlauchförmigen Abschnitt verbunden ist.
Bildgebungsinstrument nach Anspruch 14, wobei der starre, distale, schlauchförmige Abschnitt thermisch mit dem länglichen flexiblen Schaft verbunden ist.
System, umfassend: einen Katheter, der eine Wand mit einer Innenfläche, die ein Hauptlumen definiert, beinhaltet; und eine Vorrichtung, die beinhaltet: einen länglichen flexiblen Schaft, der konfiguriert ist, innerhalb des Katheterhauptlumens verschiebbar eingeführt zu sein; und eine Struktur, die um eine Außenfläche des länglichen flexiblen Schafts angeordnet ist, wobei die Struktur konfiguriert ist, in eine Vielzahl von flachen Oberflächen, die einen Abschnitt der Innenfläche umfassen, einzugreifen, um Drehung der Vorrichtung innerhalb des Hauptlumens zu verhindern.
System nach Anspruch 17, wobei die Vorrichtung eine Bildgebungsvorrichtung ist.
System nach Anspruch 17, wobei die Struktur einen ersten Keilabschnitt und einen zweiten Keilabschnitt umfasst, wobei der zweite Keilabschnitt vom ersten Keilabschnitt entlang einer Längsachse des länglichen flexiblen Schafts beabstandet ist.
System nach Anspruch 17, wobei der Abschnitt der Innenfläche mindestens drei flache Oberflächen beinhaltet und ein Außenprofil der Struktur zwei nicht-benachbarte Oberflächen beinhaltet, die konfiguriert sind, entlang zweier der mindestens drei flachen Oberflächen des Abschnitts der Innenfläche zu gleiten.
System nach Anspruch 20, wobei das Außenprofil der Struktur eine vertiefte Oberfläche zwischen den zwei nicht-benachbarten Oberflächen beinhaltet, wobei die vertiefte Oberfläche des Außenprofils der Struktur und die Innenfläche des Katheters einen Fluidkanal bilden.
System nach Anspruch 17, wobei: der Abschnitt der Innenfläche der Katheterwand vier flache Oberflächen beinhaltet und; und ein Außenprofil der Struktur mindestens vier Oberflächen einschließlich zweier nichtbenachbarter Oberflächen beinhaltet, die konfiguriert sind, entlang der vier flachen Oberflächen des Abschnitts von Innenfläche zu gleiten und in diese einzugreifen.
System nach Anspruch 17, wobei: der Abschnitt der Innenfläche eine erste gekrümmte Oberfläche, die sich zwischen zwei von mindestens drei flachen Oberflächen erstreckt, beinhaltet; und ein Außenprofil der Struktur eine zweite gekrümmte Oberfläche, die zwischen zwei nicht-benachbarten Oberflächen angeordnet ist, beinhaltet.
System nach Anspruch 17, ferner umfassend: einen Bildgebungskoppler, der an den länglichen flexiblen Schaft gekoppelt ist, zum Koppeln der Vorrichtung an den Katheter, wobei der Bildgebungskoppler von dem länglichen flexiblen Schaft entfernbar ist.
System nach Anspruch 24, wobei der Bildgebungskoppler nach einem einmaligen Gebrauch wegwerfbar ist.
System nach Anspruch 24, wobei der Bildgebungskoppler einen Kabeladapter zum Koppeln des Bildgebungskopplers an ein Bildgebungskabel beinhaltet.
System nach Anspruch 26, wobei der Kabeladapter einen Dichtheitsprüfanschluss beinhaltet.
Verfahren, umfassend: Einführen einer Vorrichtung in ein Hauptlumen eines Katheters, wobei die Vorrichtung einen flexiblen Schaft und eine erste Struktur, die um eine Außenfläche des flexiblen Schafts angeordnet ist, beinhaltet, und Zusammenfügen einer Form eines Abschnitts einer Innenwand des Hauptlumens des Katheters mit der ersten Struktur, die um die Außenfläche des flexiblen Schafts angeordnet ist, um Drehung des flexiblen Schafts relativ zum Katheter zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei Zusammenfügen der Form Gleiten einer flachen Oberfläche der ersten Struktur entlang einer flachen Oberfläche des Abschnitts der Innenwand beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei Einführen der Vorrichtung Einführen der Vorrichtung durch eine Längslänge des Hauptlumens beinhaltet, wobei die Längslänge länger als eine Länge der ersten Struktur ist.
Verfahren nach Anspruch 28, ferner umfassend: Zusammenfügen einer Form des Abschnitts der Innenwand des Hauptlumens des Katheters mit einer zweiten Struktur, die um die Außenfläche des flexiblen Schafts angeordnet ist, um Drehung des flexiblen Schafts relativ zum Katheter zu verhindern, wobei die erste und zweite Struktur entlang einer Längslänge des flexiblen Schafts beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 28, ferner umfassend: Abgeben eines Fluids durch das Hauptlumen des Katheters und zwischen einer Oberfläche der ersten Struktur und dem Abschnitt der Innenwand des Hauptlumens des Katheters.