用于柔性器械的递送的引导设备及使用方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年7月28日提交的题为“guideapparatusfordeliveryofflexibleinstrumentandmethodofuse”的美国临时专利申请62/029917的申请日的优先权和权益，其以引用方式被完全并入本文。

本公开涉及用于导航患者解剖体以进行微创程序的系统和方法，并且更具体涉及用于引导和支撑柔性介入性器械到患者解剖体内的递送的设备和方法。

背景技术：

微创医疗技术旨在减少介入程序期间被损伤的组织量，从而减少患者恢复时间、不适和有害的副作用。这种微创技术可以通过患者解剖体的自然孔口或通过一个或多个外科切口来执行。通过这些自然孔口或切口，临床医生可以插入介入器械(包括外科、诊断、治疗或活检器械)以到达目标组织位置。为了到达目标组织位置，微创介入器械可以在诸如肺、结肠、肠、肾、心脏、循环系统等解剖系统中导航自然的或手术创建的通路。远程操作介入系统可以被用来将介入器械插入到患者解剖体内。在现有系统中，在患者与远程操作操纵器之间延伸的介入器械的长度不被支撑，当器械被插入到患者解剖体内时，这会引起器械弯曲和屈曲。器械的变形可能损坏诸如光纤形状传感器或内窥镜设备的内部部件。需要改进的系统和方法用于在介入器械被插入到患者解剖体内时引导和支撑介入器械以防止器械变形。

技术实现要素：

本发明的实施例由随附的权利要求概括。

在一个实施例中，一种引导设备包含多个可塌缩支撑构件和多个缩回组件。多个缩回组件中的每一个耦接到多个可塌缩支撑构件中的相应一个。多个可塌缩支撑构件具有扩展配置，在所述扩展配置中，多个支撑构件被布置为形成沿着纵向轴线延伸的通道。该通道被确定尺寸以接收细长器械。多个支撑构件具有塌缩构造，在所述塌缩构造中，多个支撑构件中的每一个随着细长器械沿着纵向轴线被推进而被缩回到相应耦接的缩回组件内。

在另一实施例中，一种系统包含细长器械，该细长器械被配置为与远程操作操纵器组件耦接以便沿着纵向轴线推进。该系统还包括支撑组件和缩回系统，该支撑组件包括由多个支撑构件形成的可缩回通道，该通道被确定尺寸以接收该细长器械，该缩回系统耦接到多个支撑构件。该缩回系统可操作以随着细长器械沿着纵向轴线被推进而缩回多个支撑构件。

在另一实施例中，一种支撑细长医疗器械的方法包含：沿着纵向轴线推进细长医疗器械穿过可缩回支撑通道，以及随着细长医疗器械被推进而缩回可缩回支撑通道。该可缩回支撑通道包括可一齐缩回的多个支撑构件。该方法还包括将多个支撑构件中的每一个缩回到缩回外壳内。

根据以下详细的描述，本公开的额外的方面、特征和优点将变得明显。

附图说明

当结合附图阅读时，本公开的方面从以下详细描述中得到最好的理解。应当强调的是，根据本行业中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。事实上，为了讨论清晰起见，各种特征的尺寸可以任意增大或减小。此外，本公开可能在各种示例中重复附图标记和/或字母。这种重复是为了简单和清晰的目的且其自身不指示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。

图1是根据本公开的一个实施例的远程操作介入系统。

图2图示了利用本公开的一些方面的介入器械系统。

图3图示了根据本公开的一个实施例的器械引导设备。

图4图示了图3的器械引导设备的剖视图。

图5图示了图3的实施例的支撑构件和缩回组件。

图6图示了根据本公开的另一实施例的器械引导设备的剖视图。

图7图示了图6的实施例的支撑构件和缩回组件。

图8是根据本公开的一个实施例的缩回组件的示意剖视图。

图9图示了处于缩回配置中的图3的器械引导设备。

图10图示了耦接到医疗器械系统的图3的器械引导设备。

图11图示了根据本公开的一个实施例的在患者环境中耦接到远程操作组件的图10的介入器械和器械引导设备。

图12是描述根据本公开的一个实施例的引导介入器械的方法的流程图。

具体实施方式

在下文对本发明各个方面的详细描述中，阐明了很多具体细节以提供对本公开的实施例的充分理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，本公开的实施例的实践可以无需这些具体细节。在其他实例中，众所周知的方法、程序、部件和电路未被详细描述，以便不会不必要地使本发明实施例的方面难以理解。而且，为了避免不必要的重复描述，根据一个图示性实施例描述的一个或多个部件或动作在可适用于其他图示性实施例时可以被使用或省略。

下文实施例将就其在三维空间中的状态而言描述各种器械和器械部分。如本文所用，术语“定位(position)”指代对象或对象的一部分在三维空间中的位置(location)(例如，沿笛卡儿x、y、z坐标的三个平移自由度)。如本文所用，术语“定向(orientation)”指代对象或对象的一部分的旋转布置(三个旋转自由度——例如，滚转、俯仰和偏航)。如本文所用，术语“姿态”指代对象或对象的一部分在至少一个平移自由度上的定位和对象或对象的一部分在至少一个旋转自由度上的定向(高达总共六个自由度)。如本文所用，术语“形状”指代沿对象测量的一组姿态、定位或定向。

参考附图的图1，一种用于例如外科手术、诊断、治疗或活检程序的远程操作介入系统总体上由附图标记100表示。如图1所示，远程操作系统100总体上包括用于操作介入器械104对患者p进行各种程序的介入操纵器组件102。组件102安装于操作台o或安装在操作台o附近。主控组件106允许临床医生或外科医生s观看外科部位并控制伺服操纵器组件102。

主控组件106可以位于外科医生控制台处，所述外科医生控制台通常与操作台o位于相同的房间中。然而，应理解，外科医生s可以与患者p位于不同的房间或完全不同的建筑物中。主控组件106总体上包括用于控制操纵器组件102的一个或多个控制装置112。所述控制装置可以包括任意数量的多种输入装置，如操纵杆、跟踪球、数据手套、触发枪、手动操作控制器、语音识别装置、身体动作或存在传感器或类似物。在一些实施例中，所述控制装置将被提供有与关联的介入器械104相同的自由度，以便向外科医生提供控制装置112与器械104为一体的远程呈现或感知，使得外科医生具有直接控制器械104的强烈感觉。在其他实施例中，所述控制装置可以比关联的介入器械104具有更多或更少自由度，并且仍向外科医生提供远程呈现。在一些实施例中，所述控制装置是以六个自由度运动的手动输入装置，并且还可以包括用于致动器械(例如，闭合抓爪、向电极施加电势、递送药物治疗等)的可致动手柄。

远程操作组件102支撑医疗器械系统104，并且可以包括一个或多个非伺服控制的连杆(1ink)的运动结构(例如，可以被手动定位并锁定在适当位置中的一个或多个连杆，通常被称为组建(set-up)结构)以及远程操作操纵器。远程操作组件102包括响应于来自控制系统(例如，控制系统112)的命令而驱动医疗器械系统104上的输入的多个致动器或马达。这些马达包括驱动系统，所述驱动系统在耦接到医疗器械系统104时可以将医疗器械推进到自然或手术创建的解剖孔口。其他机动化的驱动系统可以以多个自由度移动医疗器械的远端，所述多个自由度可以包括三个线性运动度(例如，沿x、y、z笛卡尔坐标轴的线性运动)和三个旋转运动度(例如，围绕x、y、z笛卡尔坐标轴的旋转)。此外，这些马达可用于致动器械的可铰接末端执行器，以便抓取活检设备或类似物的钳口(jaw)中的组织。

远程操作医疗系统100还包括具有一个或多个子系统的传感器系统108，用于接收关于远程操作组件的器械的信息。这些子系统可以包括：位置传感器系统(例如，电磁(em)传感器系统)；用于确定沿器械系统104的柔性主体的导管尖端和/或一个或多个区段的定位、定向、速度、速率、姿态和/或形状的形状传感器系统；和/或用于从导管系统的远端捕获图像的可视化系统。

该可视化系统(例如，图2的可视化系统231)可以包括观察视镜组件(在下面更详细地描述)，使得外科手术部位的并发图像或实时图像被提供给临床医生或外科医生s。该并发图像可以是例如通过位于外科手术部位内的内窥镜捕获的二维或三维图像。在该实施例中，该可视化系统包括可以被一体地或可移除地耦接到医疗器械104的内窥镜部件。然而，在可替代实施例中，被附接到独立操纵器组件的独立内窥镜可以与医疗器械一起被用来对外科手术部位进行成像。可视化系统可以被实施为与一个或多个计算机处理器相互作用或者由一个或多个计算机处理器执行的硬件、固件、软件或其组合，所述一个或多个计算机处理器可以包括控制系统112的处理器(在下面描述)。

远程操作医疗系统100还包括显示系统110，用于显示由传感器系统108的子系统生成的外科手术部位和(多个)医疗器械系统104的图像和表征。显示器110和操作者输入系统106可以被定向，从而操作者能够在感知远程呈现的情况下控制医疗器械系统104和操作者输入系统106。

显示系统110还可以显示由可视化系统捕获的外科手术部位和医疗器械的图像。显示器110和控制装置可以被定向为使得视镜组件中的成像装置和医疗器械的相对位置类似于外科医生的眼睛和手的相对位置，从而操作者能够如同在基本上真实存在(truepresence)中观察工作空间那样操作医疗器械104和手动控件。就真实存在而言，它意味着图像的呈现是模拟物理地操纵器械104的操作者的视角的真实透视图像。

可替代地或额外地，显示器110可以使用来自成像技术(诸如计算机断层摄影(ct)、磁共振成像(mri)、荧光镜检查、热敏成像(thermography)、超声、光学相干断层摄影(oct)、热导成像(thermalimaging)、阻抗成像、激光成像或纳米管x射线成像)的数据来呈现术前记录和/或建模的外科手术部位的图像。所呈现的术前图像可以包括二维、三维或四维图像。所呈现的术前或术中图像可以包括二维、三维或四维图像(包括例如基于时间或基于速度的信息)和用于重现这些图像的相关联的图像数据组。

在一些实施例中，显示器110可以显示虚拟的导航图像，在其中医疗器械104的实际位置与术前图像或并发图像配准(即动态参考)，以从器械104的尖端位置的视角向临床医生或外科医生s呈现内部外科手术部位的虚拟图像。器械104的尖端的图像或其他图形或字母数字指示符可以叠加在虚拟图像上以帮助外科医生控制医疗器械。可替代地，器械104可以在虚拟图像中不可见。

在其他实施例中，显示器110可以显示虚拟的导航图像，在其中医疗器械的实际位置与术前图像或并发图像配准，以从外部视角向临床医生或外科医生s呈现在外科手术部位内的医疗器械的虚拟图像。医疗器械的一部分的图像或其他图形或字母数字指示符可以叠加在虚拟图像上以帮助外科医生控制器械104。

远程操作医疗系统100还包括控制系统112。控制系统112包括至少一个存储器和至少一个处理器(未示出)并且通常包括多个处理器，用于实现医疗器械系统104、操作者输入系统106、传感器系统108和显示器系统110之间的控制。控制系统112还包括程序化指令(例如，储存指令的计算机可读介质)以实施根据本文中公开的一些方面描述的一些或全部方法。虽然控制系统112在图1的简化示意图中被示出为单个方框，但该系统可以包括两个或更多个数据处理电路，其中一部分处理可选地在远程操作组件102上或邻近远程操作组件102执行、另一部分处理在操作者输入系统106处执行等。可以采用各种各样的集中式或分布式数据处理体系架构中的任何一种。类似地，程序化指令可被实施为若干独立的程序或子程序，或者它们可以被集成到本文所描述的远程操作系统的若干其他方面中。在一个实施例中，控制系统112支持无线通信协议，诸如蓝牙、irda、homerf、ieee802.11、dect和无线遥测。

在一些实施例中，控制系统112可以包括从医疗器械系统104接收力和/或扭矩反馈的一个或多个伺服控制器。响应于该反馈，伺服控制器将信号传输给操作者输入系统106。(多个)伺服控制器还可以传输指导远程操作组件102的信号以移动经由身体中的开口延伸到患者身体内的内部外科手术部位的(多个)医疗器械系统104。可以使用任何合适的常规的或专门的伺服控制器。伺服控制器可以与远程操作组件102分开或与远程操作组件102集成。在一些实施例中，伺服控制器和远程操作组件被提供为邻近患者身体定位的远程操作臂推车的一部分。

控制系统112可以进一步包括虚拟可视化系统以便为(多个)医疗器械系统104提供导航帮助。使用虚拟可视化系统的虚拟导航基于参考与解剖通路的三维结构相关联的所采集的数据集。更具体地，虚拟可视化系统处理使用成像技术(诸如计算机化断层摄影(ct)、磁共振成像(mri)、荧光镜检查、热敏成像、超声、光学相干断层摄影(oct)、热导成像、阻抗成像、激光成像、纳米管x射线成像等)成像的外科手术部位的图像。软件单独或与手动输入结合被用来将记录的图像转换为部分或整个解剖器官或解剖区域的分段的二维或三维复合表征。图像数据组与复合表征相关联。复合表征和图像数据组描述通路的各种位置和形状以及它们的连接性。被用来生成复合表征的图像可以在临床程序期间在术前或术中被记录。在可替代的实施例中，虚拟可视化系统可以使用标准表征(即非患者特异性的表征)或者标准表征与患者特异性数据的混合。复合表征和由该复合表征生成的任何虚拟图像可以表示可变形的解剖区域在运动的一个或多个阶段期间(例如，在肺的吸气/呼气循环期间)的静态姿态。

在虚拟导航程序期间，传感器系统108可以被用来计算器械相对于患者解剖体的近似位置。该位置可用于产生患者解剖体的宏观尺度的跟踪图像和患者解剖结构的虚拟内部图像两者。用于使用光纤传感器配准并显示医疗实施和术前记录的外科手术图像(诸如来自虚拟可视化系统的那些图像)的各种系统是已知的。例如，美国专利申请号13/107,562(2011年5月13日提交)(公开“medicalsystemprovidingdynamicregistrationofamodelofananatomicalstructureforimage-guidedsurgery”)公开了一种这样的系统，该申请通过引用整体合并于此。

远程操作医疗系统100可以进一步包括可选的操作和支撑系统(未示出)，诸如照明系统、转向(steering)控制系统、冲洗系统和/或抽吸(suction)系统。在可替代的实施例中，远程操作系统可以包括一个以上的远程操作组件和/或一个以上的操作者输入系统。除了其他因素，操纵器组件的准确数目将取决于外科手术程序和手术室内的空间约束。操作者输入系统可被并置(collocated)，或者它们可被定位在独立的位置中。多个操作者输入系统允许一个以上的操作者控制各种组合中的一个或多个操纵器组件。

图2图示了医疗器械系统200，其可被用作远程操作医疗系统100的医疗器械系统104。可替代地，医疗器械系统200可以被用于非远程操作探索性程序或用在涉及传统手动操作的医疗器械(诸如内窥镜)的程序中。

器械系统200包括耦接到器械主体204的导管系统202。导管系统202包括细长的柔性导管主体216，该导管主体具有近端217和远端或尖端部分218。在一个实施例中，柔性主体216具有约3mm的外直径。其他柔性主体外直径可以更大或更小。导管系统202可以可选地包括形状传感器222，用于确定导管尖端在远端218处的和/或一个或多个区段224沿主体216的定位、定向、速度、速率、姿态和/或形状。远端218与近端217之间的主体216的整个长度可以被有效地划分为多个区段224。如果器械系统200是远程操作医疗系统100的医疗器械系统104，则形状传感器222可以是传感器系统108的部件。如果器械系统200被手动操作或以其他方式被用于非远程操作程序，则形状传感器222可以耦接到询问形状传感器并处理所接收的形状数据的跟踪系统230。

形状传感器222可以包括与柔性导管主体216对齐的光纤(例如，被提供在内部通道(未示出)内或被外部安装)。在一个实施例中，光纤具有大约200μm的直径。在其他实施例中，该尺寸可以更大或更小。该医疗器械系统可以可选地包括定位传感器系统220。定位传感器系统220可以是em传感器系统的部件，其中传感器220包括可以经受外部生成的电磁场的一个或多个传导线圈。

柔性导管主体216可以包括被确定尺寸并成形以接收医疗器械226的工作通道(channel)。介入器械可以包括例如图像捕获探头(probe)、活检器械、激光烧蚀纤维或其他外科手术的、诊断的或治疗的工具。介入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，诸如解剖刀、钝刀片、光纤或电极。其他末端执行器可以包括例如镊子、抓紧器、剪刀或施夹器。电激活的末端执行器的示例包括电外科电极、换能器、传感器等。在各种实施例中，介入工具可以是图像捕获探头，所述图像捕获探头包括在柔性导管主体216的远端218处或附近具有用于捕获被处理以便显示的图像(包括视频图像)的立体摄像机或单视场摄像机的远端部分。介入器械226可以容纳缆绳、联动装置或其他致动控制装置(未示出)，这些装置在器械的近端和远端之间延伸以可控地弯曲器械的远端。在美国专利号7,316,681(2005年10月4日提交)(公开“articulatedsurgicalinstrumentforperformingminimallyinvasivesurgerywithenhanceddexterityandsensitivity”)和美国专利申请号12/286,644(2008年9月30日提交)(公开“passivepreloadandcapstandriveforsurgicalinstruments”)中详细描述了可转向器械，这些专利和专利申请通过引用整体合并于此。

柔性导管主体216也可以容纳缆绳、联动装置或其他转向控制装置(未示出)，这些装置在外壳204与远端218之间延伸以如例如通过远端的虚线描绘219示出的那样可控地弯曲远端218。在美国专利申请号13/274,208(2011年10月14日提交)(公开“catheterwithremovablevisionprobe”)中详细地描述了可转向导管，该申请通过引用整体合并于此。在器械系统200由远程操作组件致动的实施例中，外壳204可以包括可移动地耦接到远程操作组件的机动化驱动构件并且从远程操作组件的机动化驱动构件接收动力的驱动输入装置。在器械系统200被手动操作的实施例中，外壳204可包括夹紧特征件、手动致动器或用于手动控制器械系统的运动的其他部件。导管系统可以是可转向的，或可替代地，该系统在没有用于操作者控制器械弯曲的集成机构的情况下可以是不可转向的。而且或可替代地，一个或多个腔被限定在柔性主体216的壁中，其中医疗器械能够通过所述一个或多个腔在目标外科手术位置处被部署(deployed)并且被使用。

在各种实施例中，医疗器械系统200可以包括柔性支气管器械，诸如用于在肺的检查、诊断、活检或治疗中使用的支气管镜或支气管导管。系统200也适用于在包括结肠、肠、肾、大脑、心脏、循环系统等的各种解剖系统中的任一者中经由自然或外科手术创建立的连接通路来导航和治疗其他组织。

在图2的实施例中，器械200在远程操作医疗系统100中被远程操作。在可替代的实施例中，远程操作组件102可以由直接操作者控件来代替。在直接操作的可替代选择中，可以包括各种手柄和操作者界面以用于器械的手持操作。

在使用远程操作组件将器械导管插入患者解剖体内时，随着导管被推进到患者体内，向外伸出的导管应当被支撑。否者，随着导管被从近端推动并且在远端处遇到患者解剖体中的摩擦时，导管会屈曲或弯曲。为了防止导管的这种变形，如在本文中描述的器械引导设备可以被用来向导管提供刚性支撑直至它进入患者解剖体。随着导管进入患者解剖体，引导设备缩回远离导管并且移动到不妨碍的位置。

图3示出了根据本公开的一个实施例的器械引导设备300。器械引导设备300具有远端301和近端303。器械引导设备300包括由多个支撑构件304、306、308形成的可缩回通道组件302。如在图4的剖视图中更清楚地示出，支撑构件304、306、308被布置为形成大致三角形的通道通路314，该通道通路314被确定尺寸以接收并纵向支撑器械导管主体216。通路314和器械导管主体216大致沿着纵向轴线a延伸。在该实施例中，可缩回通道组件302由三个支撑构件形成，但是在可替代的实施例中，更少或更多的支撑构件可以被用来形成通道通路。在该实施例中，支撑构件304具有细长凸表面304a和细长凹表面304b(参见图5)。支撑构件306具有细长凸表面306a和细长凹表面306b。支撑构件308具有细长凸表面308a和细长凹表面308b。通道通路314以细长凸表面304a、306a、308a为边界。如图5所示，每个支撑构件304、306、308的弧形轮廓允许它们与假定它们形成为具有大致扁平轮廓的情况相比更能抵抗弯曲力f。支撑构件可以具有有用的长度标记309(例如，以英寸或厘米间隔的方式)，以便允许临床医生在可缩回通道延伸或缩回时计量可缩回通道的变化长度。因此，标记309对计量已进入或退出患者解剖体的导管的长度是有用的。

再次参照图3，器械引导设备300进一步包括保持构件320、322、324、326，支撑构件304、306、308延伸通过这些保持构件320、322、324、326。保持构件可沿着支撑构件滑动。保持构件用来以通道形式保持支撑构件并且防止导管主体216从支撑构件之间滑出。在该实施例中，保持构件是在沿着纵向轴线a的离散位置处围绕支撑构件的环。当可缩回通道组件302被缩回时，保持构件被移动得靠近在一起(参见图9)，并且当通道组件被延伸时，保持构件通过沿着支撑构件滑动而变得分开。在可替代的实施例中，保持构件可以是夹子、带子、磁体或用于以通道形式保持支撑构件的其他连接构件。可以使用比图3中示出的更多或更少的保持构件。终端保持构件326将支撑构件304、306、308的近端耦接在一起以维持通道形式。终端保持构件326进一步包括耦接构件327，该耦接构件327被确定尺寸并被成形为如图10所示那样与器械主体204耦接。在该实施例中，保持构件320、322、324和终端保持构件326被系绳330串联耦接。系绳330限制构件320、322、324、326之间的间距距离。例如，在当前实施例中，系绳可以将保持构件之间的间距限制为大约6英寸。每个系绳330在相邻的保持构件之间延伸并且终止于相邻的保持构件。在可替代的实施例中，细长鞘或无菌帷帘布单可以在保持构件之间延伸。这些鞘或布单可以充当系绳，从而在相邻的保持构件之间提供预定间距。在可替代的实施例中，通道形式可以通过具有互锁的拉链状齿的支撑构件来维持。

器械引导设备300还包括缩回系统310，该缩回系统310包括外壳312，支撑构件304、306、308可以被缩回到该外壳312内。在该实施例中，缩回系统310包括缩回组件334、336、338。缩回组件334缩回支撑构件304。缩回组件336缩回支撑构件306。缩回组件338缩回支撑构件308。在支撑构件被终端保持构件326耦接在一起的情况下，缩回组件334、336、338可以大致一齐操作以便以相同速率缩回支撑构件，其中每个支撑构件的大约相等长度仍然从缩回组件延伸出。

图6示出了根据本公开的另一实施例的器械引导设备400的剖视图。器械引导设备400包括由两个支撑构件404、406形成的可缩回通道组件402。支撑构件404、406被布置为形成具有大致椭圆形或杏仁形横截面形状的通道通路408。通路408被确定尺寸以接收并纵向支撑器械导管主体216。在该实施例中，支撑构件404具有细长的凸表面404a和凹表面404b。支撑构件406具有细长的凸表面406a和凹表面406b。通道通路304以细长的凹表面404b、406b为边界。器械引导设备400可以进一步包括如之前描述的保持构件，以便以通道形式保持支撑构件并且防止导管主体216在支撑构件之间滑动。器械引导设备400还包括与上面描述的那些类似的缩回组件410、412。缩回组件410缩回支撑构件404。缩回组件412缩回支撑构件406。图7示出了从缩回组件410延伸的支撑构件404。

在上面描述的各种实施例中，每对缩回组件和支撑构件可以大致充当可缩回带手段。支撑构件可以由金属、聚合物、玻璃纤维或复合材料带形成。图8提供了缩回组件334和支撑构件304的示意剖视图。缩回组件336、338、410、412可以与缩回组件334类似地操作。支撑构件306、308、404、406可以与支撑构件304类似地操作。缩回组件334包括具有开口342的外壳340，其中支撑构件304延伸通过所述开口342。开口342可以成弧形以适应弧形支撑构件的经过，或者可以具有足够大的开口高度以适应弯曲部分的经过。在外壳340内部，支撑构件304被缠绕在卷盘344周围，所述卷盘344被可旋转地耦接在外壳内。卷盘344耦接到卷曲的回位弹簧346。支撑构件304具有如图3所示的扩展配置和如图8和图9所示的塌缩配置。在扩展配置中，支撑构件304的末端348可以被牵拉远离外壳340，从而促使支撑构件克服弹簧346的偏置并且从卷盘344展开。在缩回或塌缩配置中，回位弹簧346偏置卷盘344以使支撑构件返回到缠绕配置。制动机构350可以限制重绕动作以便逆着弹簧的偏置将支撑构件304维持在扩展配置中。在可替代的实施例中，卷盘可以被取消，并且支撑构件可以被直接耦接到回位弹簧。

在各种实施例中，支撑构件朝向笔直的扩展配置被偏置。回位弹簧的偏置可以大于、小于或近似等于支撑构件的偏置。如果回位弹簧具有比支撑构件更大的偏置，则支撑构件将会趋向于缩回到外壳内。制动机构可以被用来保持支撑构件被延伸。如果支撑构件具有比回位弹簧更大的偏置，则支撑构件将会趋向于朝向扩展配置。外力可以被用来将支撑构件缩回到外壳内。如果支撑构件偏置和回位弹簧偏置近似相等，则支撑构件将会趋向于平衡在任何延伸的长度处。相等偏置可以导致最低的操作力。

在另一可替代的实施例中，弹簧可以被取消，并且支撑构件可以通过将纵向力施加于末端348以重绕支撑构件而返回到缩回配置。与传统的可缩回带手段装置相关联的其他弹簧机构、制动机构、外壳配置和特征也可以适合于使用。润滑剂或其他摩擦减少材料可以被用来减少塌缩通道组件302所需的力。在可替代的实施例中，支撑构件可以通过在缩回组件内塌缩成“之”字形层积、圆柱形线圈或其他低轮廓塌缩配置而缩回。

图9示出了支撑构件304、306、308处于塌缩或缩回配置中的缩回系统310。由终端保持构件326耦接的支撑构件304、306、308一齐缩回，使得对于任何长度的通道通路314，从外壳312延伸的支撑构件的长度近似相等。在图9的完全缩回配置中，保持构件320、322、324、326被牵拉在一起。在该实施例中，容纳个体缩回组件334、336、338的外壳(包括外壳340)形成外壳312。耦接构件350和支架352将缩回组件334、336、338耦接在一起。在可替代的实施例中，缩回组件的功能可以被组合。例如，公用弹簧机构可以被用来控制所有支撑构件的缩回。在可替代的实施例中，外壳312可以是包围个体缩回组件334、336、338的公用罩壳。

图10示出了耦接到器械主体360(例如，器械主体204)的器械引导设备300，该器械主体360包括操纵器接口部分362。器械主体360还包括耦接构件364。导管系统366(例如，导管系统202)耦接到器械主体360。器械368延伸通过导管366。操纵器接口部分362包括驱动输入装置，以提供导管转向机构和/或器械368至被安装到操纵器组件的驱动马达的机械耦接。例如，一对驱动输入装置可以控制导管366的柔性主体的远端的俯仰运动，其中该对装置中的一个适配器控制沿向上方向的运动而该对装置中的另一个控制沿相反的向下方向的运动。其他成对的驱动输入装置可以为柔性主体和/或末端执行器提供在其他自由度上的相反运动。例如在1999年10月15日提交的公开“surgicalrobotictools,dataarchitecture,anduse”的美国专利号6,331,181和2001年1月12日提交的公开“mechanicalactuatorinterfacesystemforroboticsurgicaltools”的美国专利号6,491,701中描述了与远程操作操纵器以接口连接的器械，这些专利通过引用整体合并于此。操纵器接口部分362也可以通过沿着纵向插入轴线a线性地移动来控制器械插入。

如图10中所示，为了将器械引导设备300耦接到器械主体360，支撑构件304、306、308可以被从外壳312牵拉出以形成通道通路314,该通道通路314足够长以支撑导管366的长度。例如，支撑构件可以延伸达大约三英尺。导管366被插入到器械引导设备300的近端303内，其中导管部分的远端从器械引导设备的近端301退出。耦接件327在耦接构件364处例如经由弹簧加载的夹持连接件、螺纹耦接件、固定螺钉或任何其他类型的连接器将可缩回通道组件302刚性耦接到器械主体360。

图11示出了器械主体360和器械引导设备300，该器械引导设备300耦接到远程操作操纵器组件550的臂500并且与患者解剖体p一起被定位在外科手术环境中。臂500具有近端510和远端512。器械主体360可沿着插入轴线a相对于臂500移动。缩回系统310耦接到臂500的远端512。将缩回系统310固定在臂500的远端将防止或限制导管在支撑构件之间滑动，并且限制必须由与器械主体附接的移动承载组件所承载的质量。在器械引导设备300耦接到器械主体360的情况下，当器械主体被移动至臂500的远端512附近时，通道通路314和支撑构件304、306、308处于塌缩配置或缩回配置中。随着器械主体沿着轴线a朝向臂500的近端510移动，通道通路314和支撑构件304、306、308延伸成扩展配置。通道通路314的最大扩展配置可以由器械主体360的最近侧位置来确定。当器械主体360经由接口部分362耦接到操纵器组件臂500时，细长柔性导管366大致沿着插入轴线a延伸。为了在插入到患者解剖体p内期间支撑导管366的纵向长度，临床医生将导管插入通道通路314内并且延伸可缩回通道组件302以支撑导管的整个长度或至少支撑导管的充分重要部分，从而防止导管的下垂、屈曲或其他变形。随着支撑构件304、306、308被延伸，保持构件320、322、324、326变得分开直至进一步的分开被系绳330限制。在最大分开处，保持构件可以是例如分开大约6英寸。保持构件之间的更短或更长的间距也可能是合适的。当支撑构件处于其缩回配置、其扩展配置中或二者之间的任何阶段时，器械368可以被插入导管366内。

随着器械主体360在临床医生的控制下沿着插入轴线a被向远侧推进，它也向远侧移动导管366和器械引导设备300的近端303。当导管正在沿着轴线a向远侧移动时，在器械引导设备300的远端301处，支撑构件分开并且被缩回到缩回系统310内。支撑构件的缩回大致一齐发生，使得支撑构件的其余延伸而未缩回的长度大致等长。缩回系统310中的弹簧可以被选择为抵消器械主体和通道的重量，因此提供支撑构件的受控缩回。随着支撑构件被缠绕到缩回组件内，导管366继续向远侧推进越过器械引导设备300的远端301以便插入到患者解剖体p内。因此，通道组件302支撑仍然在患者解剖体p之外的导管366的长度，但是随着导管被插入到患者体内而塌缩以使笨重的支撑结构最小化。随着导管被从患者解剖体p内移除，支撑构件304、306、308再次变得扩展，从而重新组装到可缩回通道组件302内以支撑撤回的导管。

可缩回通道组件302可以沿着其全部或部分长度支撑导管366。通道组件302可以单独或与保持构件结合来大致抵抗垂直于插入轴线a的力，并且因此随着导管的远端被推进到患者解剖体p内，可缩回通道组件302使导管366的弯曲或屈曲最小化。导管366的任何显著的弯曲或屈曲都会损坏被用于形状感测或内窥镜的光纤。而且，弯曲或屈曲会使推进导管不直观，因为即使用户正在推进导管的近端，其也将观察不到远端尖端运动。

图12提供了使用器械引导设备300引导医疗器械(例如，器械368)的方法600。在602处，方法600包括将医疗器械系统的导管部分接收到支撑组件(诸如器械引导设备)内。在604处，方法600包括在远程操作控制系统处接收医疗器械系统耦接到远程操作操纵器的指示。在606处，方法600包括沿着插入轴线a推进医疗器械系统。在608处，方法600包括将通道组件的远端分成分开的支撑构件。随着通道组件被逐渐分开，介入器械的远端导管部分被向远侧推进到患者解剖体内。导管的近端部分保持被通道组件支撑。支撑组件被分开的位置可以被定位为尽可能靠近患者解剖体的入口，以限制在支撑组件与患者解剖体的入口之间未被支撑的导管的长度。在610处，方法600包括将分开的支撑构件缩回到其相应的缩回组件内。

尽管已描述本公开的系统和方法用于连通的肺支气管，但其也适用于通过自然或外科手术创建的连通通道导航和处理多种解剖学系统(包括结肠、肠、肾、脑、心脏、循环系统或类似系统)中的任一种中的其他组织。本公开的方法和实施例也适于非介入型应用。

本发明的实施例中的一个或多个元件可以以软件实施，以在计算机系统(诸如控制系统112)的处理器上执行。当以软件实施时，本发明的实施例的元件基本上是用于执行必要任务的代码段。程序或代码段可以储存在处理器可读存储介质或设备中，所述程序或代码段可能通过在传输介质或通信链路上的载波中实施的计算机数据信号的方式已经被下载。处理器可读存储设备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。处理器可读存储设备示例包括：电子电路；半导体器件、半导体存储器设备、只读存储器(rom)、闪速存储器、可擦可编程只读存储器(eprom)；软盘、cd-rom、光盘、硬盘或其他存储设备。代码段可以经由计算机网络(诸如因特网、内联网等)而被下载。

注意，所展示的过程和显示可以不与任一特定的计算机和其他装置内在地相关。各种这些系统的所需结构将作为权利要求中的元件出现。此外，本发明的实施例没有参考任何特定的编程语言来描述。应当认识到，各种编程语言可用于实施如本文所述的本发明的教导。

虽然本发明的特定示例性实施例已被描述并在附图中被示出，应该理解的是，这些实施例仅是对广泛的本发明的解释并非限制，并且本发明的实施例不限于所示和所述的特定结构和布置，因为本领域普通技术人员可想到各种其他修改。