[发明专利]导管系统

说明书

本申请涉及导管系统。可远程操作的医疗系统使用用于测量导管的姿势的传感器以及耦合到机械系统的控制系统。控制系统具有包括保持模式的多个操作模式，在保持模式中控制系统使用传感器反馈，并操作机械系统以维持工作配置。视觉探测器可以用于操控导管并摆好导管的姿势，并且然后当执行诸如肺活检的医疗任务时，视觉探测器可以被移除并被医疗探测器取代。可以在导管和视觉探测器之间划分系统的功能。传感器可以包括测量第一区段的电磁传感器和测量第二较小区段的纤维形状传感器。

本申请是于2012年10月12日提交的名称为“导管系统”的中国专利申请2012800504765(PCT/US2012/059889)的分案申请2017103627422的分案申请。

背景技术

导航体腔的医疗装置需要实体上足够小以适合在腔内。例如，当导管导航分支通路时，可用于执行微创肺活检或其它医疗程序的肺导管可能需要在尺寸减小的气道中行进。为到达肺中的目标位置，导管可以在直径为小到3mm或更小的通路行进。制造这样的导管可能是具有挑战性的，其中该导管包括适合远程操作或机器人操作的机械机构和传感器结构并具有充分小的直径以导航这种小腔。具体地，一种远程操作导管的期望配置可提供安装在可操控部段上的工具；沿导管长度向下延伸到外部驱动系统的腱或牵引线，该外部驱动系统拉动腱以致动工具或可操控部段；用于抽吸和/或冲洗的腔；用于观察目标位置的视觉系统；以及识别器械相对于病人解剖结构的位置的传感器。容纳自动控制的并具有约3mm或更小直径的肺导管或其它装置的所有所需部件和元件可能是困难的。

发明内容

根据本发明的一方面，导管控制系统具有主动地将导管维持在医疗程序期望的工作配置中的控制模式(有时本文称为保持模式)。该保持模式有助于使用具有可互换探测器/探针的导管系统。具体地，当导管导航到工作部位时，视觉探测器可以被部署在导管内，从而观察工作部位，或在医疗任务的执行期间帮助识别导管的期望工作配置。该导管控制系统然后可以切换到保持模式，并且视觉系统可以被移除。然后医疗探测器可以取代移除的视觉探测器通过导管部署，并且该控制系统维持工作配置并允许在没有视觉探测器情况下执行医疗任务，同时固定和保持期望工作配置。在一个实施方式中，当医疗探测器通过导管插入、到达工作部位并执行医疗功能时，控制系统将导管主动保持在期望的工作配置中。在可替代的实施方案中，在执行医疗功能之前，控制系统将导管返回到记录的工作配置。由于导管只需要容纳视觉探测器或医疗探测器而非容纳两个，所以导管的直径可以小于提供类似功能的其它可能情况的系统的直径。

根据本发明的另一方面，用于自动控制的柔性装置的反馈控制方法和系统为不同应用和使用情况实施闭环装置致动或加强的多个不同模式。当设备导航通过临床空间或当设备与作为医疗程序一部分的组织相互作用时，不同的加强模式可以使该设备在外部施加力的情况下以期望方式响应，例如，组织反应力。

在一个实施例中，诸如导管的柔性装置使用来自传感器系统的实时反馈生成用于致动器的信号，该致动器附连到腱，这些腱被用于铰接该装置的远侧部分。例如，导管可以包括在其远侧末端处的柔性区段，该柔性区段可以在两个方向上弯曲(俯仰和偏转)。光纤形传感器可以测量柔性区段的弯曲，并且返回指示远侧末端相对于感测的形状基部的位置和取向的测量数据。例如，通过使用电磁传感器可以确定该基部的位置，该电磁传感器提供基部相对于可附连于病人的外部基准的位置和取向的测量。多个致动腱(例如，牵引线或线缆)附连到远侧末端，并且沿导管的长度延伸到致动器。控制致动器以拉动腱并因此以任何俯仰/偏转方向移动远侧末端的控制逻辑可以出于不同目以不同模式操作。具体地，对于保持模式，控制逻辑可以使用关于导管的目标形状的传感器数据和固定信息，以计算致动器的控制信号。