管腔内装置的智能关节运动管理的制作方法

本公开涉及导管导航领域以及用于确定工具在导管中的位置、调整导管的关节运动以允许工具通过弯曲部并且防止损坏导管的内表面的系统和方法。
背景技术：
存在几种常用的医学方法，诸如内窥镜手术或微创手术，用于治疗各种影响器官(包括肝、脑、心脏、肺、胆囊、肾和骨骼)的疾病。这些手术中的许多手术涉及将导管导航到患者体内的点。一旦到达期望点，工具(诸如活检工具或治疗工具)可穿过导管，以与患者体内该点处的组织相互作用。图8a描绘了具有位于导管102的远侧端部处的位置传感器104的导管102。在图8b中，当工具103前进通过导管102时，由例如工具103的刚性金属尖端105引起的工具103的刚性使得金属尖端105撞击导管102的内表面107，如图8c中更详细地示出。此类撞击防止工具105前进通过导管102。此外，金属尖端105可嵌入并损坏内表面107，此类损坏会阻止工具13的初始前进，并且还会引起关于未来前进的问题。除此之外，即使在工具103可被导航通过弯曲部且不撞击导管102的内表面107的情况下，由弯曲部引起的摩擦也可在某点处阻止进一步前进。类似地，因为金属尖端105可胶合或压配合到工具103的导管109上，其中导管102具有极端弯曲部，所以该弯曲部可在金属尖端105上产生足够的摩擦以将该金属尖端从工具103的导管102移除。鉴于这些挑战，特别是当导航到体内仅能沿着曲折路径到达的点时，期望对当前导管导航系统进行改进。

背景技术

技术实现思路

1、本公开的一个方面涉及一种用于将导管导航到患者体内的位置的系统，该系统包括：导管，该导管包括穿过其的管腔和位于其远侧部分上的位置传感器；关节运动机构，该关节运动机构包括用于使导管的关节运动区域进行关节运动的至少一根拉线；工具，该工具用于在目标部位处执行手术并且能够在导管的管腔内平移；接近传感器，该接近传感器在导管上用于检测工具接近关节运动区域；和应用程序，该应用程序存储在存储器中并由计算装置的处理器执行，当被执行时，该应用程序执行以下步骤：基于接收到的工具的类型的指示来确定工具的特性；记录导管的定位、关节运动和到目标的矢量；检测工具在关节运动区域附近；确定工具穿过关节运动区域所必需的脱关节运动量；调整导管的关节运动；检测工具已经通过关节运动区域并且接近导管的远侧部分；使导管进行关节运动到记录的定位；检测导管已经返回到记录的定位；以及在用户界面上显示重新对准的指示。该方面的其他实施方案包括各自被配置为执行本文描述的方法和系统的动作的对应的计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序。

2、本公开的该方面的具体实施可包括以下特征中的一个或多个特征。在该系统中，应用程序进一步执行在用户界面上呈现允许工具穿过关节运动区域所必需的脱关节运动的所需量的指示的步骤。在该系统中，关节运动机构是机动化机构。在该系统中，机动化机构是以机器人方式控制的。在该系统中，机动化机构是手动操作的。在该系统中，关节运动机构手动操作的。在该系统中，应用程序进一步执行确定是否需要脱关节运动来移除工具的步骤。在该系统中，应用程序进一步执行使导管进行脱关节运动并在用户界面上显示工具可被安全地移除的指示的步骤。所描述的技术的具体实施可包括硬件、方法或过程、或计算机可访问介质上的计算机软件，包括安装在系统上的软件、固件、硬件、或它们的组合，该软件、固件、硬件或它们的组合在操作中使系统执行动作。一个或多个计算机程序可被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，当被数据处理设备执行时，该指令使得设备执行动作。

3、本公开的另一方面涉及一种将工具放置在目标附近的方法，该方法包括接收患者的图像数据集，从图像数据集生成管腔网络的3d模型。该放置方法还包括生成到管腔网络的3d模型内的目标位置的路径。该放置方法还包括检测包括位置传感器的导管已经被导航到接近目标位置的管腔网络内的定位。该放置方法还包括接收正被插入到导管中的工具的类型的指示。该放置方法还包括确定与正被插入到导管中的工具的类型相关的规格数据。该放置方法还包括记录从导管的远侧端部到目标位置的定位、关节运动和到目标位置的矢量。该放置方法还包括检测接近导管的关节运动区域的工具的定位。该放置方法还包括确定导管穿过关节运动区域所必需的脱关节运动量。该放置方法还包括调整导管的关节运动。该放置方法还包括检测工具穿过关节运动区域。该放置方法还包括使导管进行关节运动到记录的定位、关节运动和到目标的矢量。该放置方法还包括在用户界面上显示导管与目标位置重新对准的指示。该方面的其他实施方案包括各自被配置为执行本文描述的方法和系统的动作的对应的计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序。

4、本公开的该方面的具体实施可包括以下特征中的一个或多个特征。在该方法中，确定规格数据包括查询其中记录了规格数据的查找表。在该方法中，该方法进一步包括在用户界面上呈现允许工具穿过导管所必需的脱关节运动量的指示。在该方法中，该方法进一步包括手动操纵马达驱动的拉线系统以使导管进行脱关节运动，从而实现所呈现的脱关节运动量。在该方法中，该方法进一步包括手动调整拉线以实现所呈现的脱关节运动量。在该方法中，该方法进一步包括以机器人方式驱动马达驱动的拉线系统以使导管进行脱关节运动。在该方法中，该方法进一步包括确定是否需要脱关节运动来移除工具。在该方法中，该方法进一步包括使导管进行脱关节运动并在用户界面上显示工具可被安全地移除的指示。在该方法中，基于与被插入到导管中的工具的类型相关的所确定的规格数据来确定所必需的脱关节运动量。所描述的技术的具体实施可包括硬件、方法或过程、或计算机可访问介质上的计算机软件，包括安装在系统上的软件、固件、硬件、或它们的组合，该软件、固件、硬件或它们的组合在操作中使系统执行动作。一个或多个计算机程序可被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，当被数据处理设备执行时，该指令使得设备执行动作。

5、本公开的又另一方面涉及一种导管系统，该导管系统包括：导管，该导管具有穿过其的管腔、位于远侧端部处的位置传感器以及至少一根拉线，该至少一根拉线被配置为使导管进行关节运动。该导管系统还包括工具，该工具包括在远侧端部处的金属尖端。该导管系统还包括接近传感器，该接近传感器与导管相关联，该接近传感器被配置为检测接近目标上的关节运动区域的工具的存在。该导管系统还包括关节运动机构，该关节运动机构被配置为向拉线施加压力以使导管进行关节运动和脱关节运动；以及计算装置，该计算装置在存储器中存储能够由处理器执行的应用程序，当被执行时，该应用程序确定以下步骤：基于导管的关节运动和工具的特性来确定工具不能穿过关节运动区域；使导管进行脱关节运动以允许工具穿过关节运动区域；以及在脱关节运动之前使导管进行重新关节运动到导管的定位和取向。该方面的其他实施方案包括各自被配置为执行本文描述的方法和系统的动作的对应的计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序。

6、本公开的该方面的具体实施可包括以下特征中的一个或多个特征。在该导管系统中，接近传感器是被配置为读取工具上的标记的光学传感器。在该导管系统中，接近传感器是电磁场传感器，该电磁场传感器被配置为当金属尖端前进到接近传感器附近时检测电磁场中的干扰。所描述的技术的具体实施可包括硬件、方法或过程、或计算机可访问介质上的计算机软件，包括安装在系统上的软件、固件、硬件、或它们的组合，该软件、固件、硬件或它们的组合在操作中使系统执行动作。一个或多个计算机程序可被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，当被数据处理设备执行时，该指令使得设备执行动作。