伸縮式活檢針的制作方法

伸縮式活檢針的制作方法
【專利摘要】所描述的是包括細長鞘管和被可滑動地布置在所述鞘管的管腔內的細長器械的微創系統。所述鞘管包括柔性管部分、鞘管元件和剛性管部段，所述柔性管部分包括多個狹槽，其中所述柔性管部分被固定地耦接到所述鞘管部件的遠端，并且所述剛性管部段被固定地耦接到所述柔性管的遠端。所述管腔延伸通過所述鞘管元件、所述柔性管部分和所述剛性管部段，并且限定所述鞘管的縱軸線。所述器械包括剛性遠側部分，所述剛性遠側部分適合在縮回構型和延伸構型之間滑動，在所述縮回構型中，所述剛性遠側部分縮回到所述剛性管部段內，在所述延伸構型中，所述剛性遠側部分至少部分地自所述剛性管部段延伸。
【專利說明】
伸縮式活檢針
技術領域
[0001]本公開涉及用于導航(navigate)患者解剖結構來進行微創程序的系統和方法，并且更具體地涉及用于使用低型面、伸縮式、柔性醫療器械來獲得目標組織活檢的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]微創醫療技術意在減少在醫療程序期間受損的組織的量，從而減少患者恢復時間、不適和有害副作用。此類微創技術可以通過在患者解剖結構中的自然孔道或通過一個或多個外科手術切口來執行。臨床醫生可以將醫療工具插入通過這些自然孔道或切口從而到達目標組織部位。醫療工具包括器械，諸如治療器械、診斷器械和外科手術器械。為了到達目標組織部位，微創醫療工具可以為在解剖系統(諸如肺、結腸、腸、腎、心臟、循環系統等)中的自然通道或外科手術創建的通道導航。
[0003]微創外科手術程序通常依靠某種器械位置監控來確保至目標組織部位的適當的可及性(access)和在目標組織部位處的行為。常規微創外科手術器械通常由大體剛性的、細長元件(例如，腹腔鏡系統或機器人系統)形成或由被設計成遵循預定的解剖路徑(例如，血管成形術球囊導管)的高度柔性的系統形成。在任一情況下，位置監控通常涉及器械的分立式部分(例如，導管的遠側尖端)的局部追蹤。剩余的導絲/導管長度不能被有效地監控，除了在尖端前進的熒光鏡檢查可視化期間感測被示出的剩余長度的程度的附帶事件中之外。
[0004]然而，為了安全和有效使用，越來越復雜的微創外科手術系統會要求增強的器械位置監控。例如，柔性可操控針的發展為在內部部位處經由直線路徑來接近將會有問題的、諸如活檢和/或治療處理(諸如消融處理或放射性粒子置入)的程序提供了機會(例如，在刺穿任何介于中間的解剖結構是不期望的情況下)。柔性可操控針能夠通過直接穿入到組織中而被遞送到目標部位，諸如例如在用于肝臟或其他內部器官的經皮活檢針的情況中。在另一些情況下，柔性可操控針能夠通過內窺鏡的管腔或導管而被遞送到目標部位，諸如例如在經皮的肺或胃活檢的情況中。
[0005]柔性針以微創方式的使用和位置追蹤能夠比常規機器人或腹腔鏡程序顯著地更加復雜。不僅在于可操控針的實際形狀的變化性要比剛性元件的聯動裝置的變化性大得多，而且還在于由于組織特征的變化，所述針柔性能夠大大地增加從目標軌跡的偏離的易感性(例如，傷疤組織，或比預期的組織密度大的組織可以導致比柔性針的預期彎曲度大)。因此，精確地導引和追蹤柔性針的位置造成獨特的困難。
[0006]因此，期望提供能夠在微創外科手術程序期間被有效導引和追蹤的可操控的柔性針系統。本文所公開的設備、系統和方法克服了現有技術的缺陷中的一個或多個。

【發明內容】

[0007]隨附說明書的權利要求書總結本發明的實施例。
[0008]在一個實施例中，本公開描述一種包括細長鞘管、細長器械和保持機構的醫療設備。所述細長鞘管限定第一管腔并且包括剛性遠側部分和柔性近側部分。所述細長器械包括剛性遠側部段，所述剛性遠側部段限定第二管腔。所述細長器械被可滑動地布置成至少部分在所述細長鞘管的所述第一管腔內。所述細長器械能夠相對于所述細長鞘管被延伸。在延伸構型中，所述細長器械的所述剛性遠側部段處于自所述細長鞘管的所述剛性遠側部分的延伸位置。保持機構操作用于維持所述剛性遠側部段處于自所述剛性遠側部分的該延伸位置。
[0009]在另一個實施例中，本公開描述一種操作醫療設備的方法。所述方法涉及將帶有剛性遠側部分的細長鞘管導航通過曲折路徑到達感興趣的解剖組織。一旦到達所述感興趣的解剖組織，帶有剛性遠側部段的細長器械自細長鞘管的管腔延伸。然后，剛性遠側部段被維持處于自剛性遠側部分的延伸位置，并且剛性遠側部段和剛性遠側部分被插入到所述感興趣的解剖組織。
[0010]在另一個實施例中。本公開描述一種包括細長鞘管和細長器械的微創系統。在一方面，細長鞘管從近端延伸到遠端并且包括柔性近側部分、剛性遠側部分和管腔。在一方面，管腔延伸通過柔性近側部分和剛性遠側部分并且限定鞘管的縱軸線。在一方面，柔性近側部分被固定地耦接到剛性遠側部分。在一方面，細長器械被可滑動地布置在鞘管的管腔內。在一方面，細長器械包括剛性遠側部段，并且細長器械在縮回狀況和延伸構型之間在鞘管內可移動，其中在所述縮回狀況下，器械的剛性遠側部段被縮回到鞘管的剛性遠側部分內，在所述延伸構型中，醫療器械的剛性遠側部段至少部分地從鞘管的剛性遠側部分延伸。
[0011]在另一個實施例中，本公開描述一種包括細長鞘管和針的微創系統。在一方面，細長鞘管從近端延伸到遠端并且包括柔性近側部分、剛性遠側部分和管腔。在一方面，柔性近側部分被固定地耦接到剛性遠側部分。在一方面，管腔延伸通過柔性近側部分和剛性遠側部分并且限定鞘管的縱軸線。在一方面，針包括柔性近側部段和剛性遠側部段。在一方面，針被可滑動地布置在鞘管的管腔內，并且針在縮回狀況和延伸構型之間在鞘管內可移動，其中在所述縮回狀況下，針的剛性遠側部段被縮回到鞘管的剛性遠側部分內，在所述延伸構型中，至少針的剛性遠側部段從鞘管的遠端延伸。
[0012]在另一個實施例中，本公開描述一種包括細長鞘管和細長器械的微創系統。在一方面，細長鞘管從近端延伸到遠端并且包括柔性管部分、鞘管元件、剛性管部段和管腔。在一方面，柔性管部分被固定地耦接到鞘管元件的遠端，并且剛性管部段被固定地耦接到柔性管的遠端，在一方面，管腔延伸通過鞘管元件、柔性管部分和剛性管部段從而限定鞘管的縱軸線。在一方面，細長器械被可滑動地布置在鞘管的管腔內，并且器械包括剛性遠側部分，所述剛性遠側部分適合在縮回構型和延伸構型之間移動，其中在所述縮回構型中，剛性遠側部分被縮回到鞘管的剛性管部段內，在所述延伸構型中，剛性遠側部分至少部分地從鞘管的剛性管部段延伸。
[0013]在另一個實施例中，本公開描述一種包括細長柔性鞘管、針和傳感器元件的微創器械系統。在一方面，鞘管從近端延伸到遠端并且包括柔性近側部分、剛性遠側部分和管腔，所述管腔延伸通過柔性遠側部分和遠側剛性部分并且限定鞘管的縱軸線。在一方面，針包括針管腔并且被可滑動地布置在鞘管的管腔內。在一方面，針包括柔性近側部段和剛性遠側部段，并且針在縮回狀況和延伸狀況之間可移動，其中在所述縮回狀況，剛性遠側部段被伸縮式地容納在鞘管的剛性遠側部分內，在所述延伸狀況，剛性遠側部段從鞘管的剛性遠側部分向遠側延伸。在一方面，傳感器元件被布置在針管腔內。在一方面，系統包括致動器，所述致動器被構造成操縱針和細長柔性鞘管。
[0014]在另一個實施例中，本公開描述一種在微創程序中從患者的目標組織獲得活檢樣本的方法，所述方法包括將柔性針系統的遠端安置成鄰近感興趣的解剖區。在一方面，柔性針系統包括被可滑動地布置在外部鞘管內的針，所述外部鞘管具有延伸通過柔性近側部分和剛性遠側部分的共同管腔，并且針包括剛性遠側部段、管腔，所述管腔與剛性遠側部段流體連通并且容納與管腔同軸對齊的傳感器系統。在一方面，所述方法包括評估針的所感測的位置，并且基于在目標組織的方向上所感測的位置將針的近端推進通過外部鞘管，直到針的剛性遠側部段出現在剛性遠側部分的遠側并且穿透目標組織。在一方面，所述方法包括隨著針被推進，在針的剛性遠側部段上方推進外部鞘管的遠端。在一方面，所述方法包括基于所感測的位置將針朝向目標組織推進。在一方面，所述方法包括通過針的剛性遠側部段獲得活檢樣本。
[0015]根據以下的【具體實施方式】，本公開的附加的方面、特征和優勢將變得明顯。
【附圖說明】
[0016]當結合附圖閱讀時，根據以下【具體實施方式】能夠最佳地理解本公開的各個方面。要強調是，根據行業的標準慣例，各種特征沒有按比例繪制。實際上，為了論述的清晰，各種特征的尺寸可以任意地增大或減小。另外，本公開可以重復各種示例中的參考數字和/或字母。這種重復是為了簡要且清晰的目的，而其本身不是為了指示所論述的各種實施例和/或配置之間的關系。
[0017]圖1圖示說明根據本公開的實施例的遙操作醫療系統。
[0018]圖2圖示說明根據本公開的實施例的包括示例性針系統的醫療系統的方框圖。
[0019]圖3A至圖3C圖示說明根據本公開的實施例的具有示例性針和示例性外部鞘管的示例性可操控的柔性針系統的遠側部分。圖3A圖示說明被安置在示例性外部鞘管內處于部分延伸狀況的示例性針。圖3B圖示說明被安置在示例性外部鞘管內處于縮回狀況的示例性針。圖3C圖是說明被安置為相對于外部鞘管處于完全延伸狀況的示例性針。
[0020]圖4圖示說明根據本公開的實施例的示例性可操控的柔性針系統的遠側部分。
[0021]圖5圖示說明根據本公開的實施例的在圖4中示出的針系統的示例性外部鞘管的圖解側視圖。
[0022]圖6圖不說明根據本公開的實施例的在圖4中不出的外部鞘管的圖解剖視圖。
[0023]圖7圖示說明根據本公開的實施例的在圖6中示出的外部鞘管的示例性線圈鞘管的圖解側視圖。
[0024]圖8圖示說明根據本公開的實施例的沿圖7中示出的線8-8的線圈鞘管的圖解剖視圖。
[0025]圖9圖示說明根據本公開的實施例的在圖6中示出的外部鞘管的示例性細長管的圖解側視圖。
[0026]圖10圖不說明在圖9中不出的細長管的放大部分的圖解側視圖。
[0027]圖11圖示說明根據本公開的實施例的在圖6中示出的外部鞘管的示例性鞘管尖端的圖解側視圖。
[0028]圖12圖示說明沿圖11中示出的線12-12的鞘管尖端的圖解剖視圖。
[0029]圖13圖示說明沿圖11中示出的線13-13的鞘管尖端的圖解剖視圖。
[0030]圖14圖示說明根據本公開的實施例的在圖4中示出的示例性可操控的柔性針系統的遠側部分的局部剖視側視圖。圖14圖示說明在示例性外部鞘管內處于非推進或非延伸位置的針系統的示例性針。
[0031]圖15圖示說明在圖14中示出的示例性可操控的柔性針系統的遠側部分的局部剖視側視圖，其中示例性針相對于示例性外部鞘管處于推進位置或延伸位置。
[0032]圖16圖示說明沿圖15中示出的線16-16的示例性鞘管尖端和示例性針的圖解剖視圖。
[0033]圖17圖示說明根據本公開的實施例的在圖14中示出的示例性針的示例性針套管的圖解側視圖。
[0034]圖18圖示說明沿圖17中示出的線18-18的示例性針套管的圖解剖視圖。
[0035]圖19A圖示說明根據本公開的實施例的導航曲折路徑(S卩，在患者的解剖結構內)的在圖14中示出的示例性針系統的圖解視圖。
[0036]圖19B圖示說明根據本公開的實施例的獲得活檢樣本(S卩，在患者的解剖結構內的目標區處)的在圖14中示出的示例性針系統的圖解視圖。
[0037]圖20A圖示說明根據本公開的實施例的導航曲折路徑(S卩，在患者的解剖結構內)的在圖3A至圖3C中示出的示例性針系統的圖解視圖。
[0038]圖20B圖示說明根據本公開的實施例的獲得活檢樣本(S卩，在患者的解剖結構內的目標區處)的在圖3A至圖3C中示出的示例性針系統的圖解視圖。
[0039]圖21圖示說明在圖14中示出的針系統的示例性近側部分的局部剖視側視圖。示例性針和示例性外部鞘管被示出處于非推進位置或非延伸位置。
[0040]圖22圖示說明在圖14中示出的針系統的示例性近側部分的局部剖視側視圖。示例性針被示出處于推進位置或延伸位置，并且示例性外部鞘管被示出處于非推進位置或非延伸位置。
[0041]圖23圖示說明在圖14中示出的針系統的示例性近側部分的局部剖視側視圖。示例性針和示例性外部鞘管二者都被示出處于推進位置或延伸位置。
[0042]圖24和圖25圖示說明根據本公開的實施例的包括多個伸縮式部段的示例性針系統。圖24圖示說明處于延伸構型的針系統，并且圖25圖示說明處于縮回構型的針系統。
[0043]圖26圖示說明根據本公開的一個實施例的被安置在示例性醫療器械內的示例性傳感器管芯針(stylet)。
[0044]圖27圖示說明被安置在圖3A至圖3C中示出的示例性針系統內的在圖26中示出的傳感器管芯針。
【具體實施方式】
[0045]為了增進對本公開的原理的理解，現將會參考在附圖中圖示說明的實施例，并且將使用特定的語言描述在附圖中圖示說明的實施例。不過應當理解，不意在限制本公開的范圍。在本發明的各方面的以下詳細描述中，闡述很多具體細節以便提供對所公開實施例的透徹理解。然而，對本領域技術人員將顯而易見的是可以沒有這些具體細節的情況下實踐本公開的實施例。在另一些實例中，沒有具體地描述熟知的方法、程序、部件和電路，以便于不必要地模糊本發明的實施例的各方面。
[0046]對本公開的所描述的設備、器械、方法以及原理的任何進一步應用的任何變更和進一步修改完全如本公開所涉及到的領域的技術人員通常所想到的預期那樣。
[0047]特別地，完全設想到關于一個實施例所描述的特征、部件和/或步驟可以與關于本公開的另一些實施例所描述的特征、部件和/或步驟相結合。此外，本文所提供的尺寸針對具體示例，并且設想到不同的大小、尺寸和/或比例可以被用于實施本公開的概念。為了避免不必要的描述性重復，根據一個說明性實施例所描述的一個或多個部件或動作能夠適用于其他說明性實施例或從其他說明性實施例中省略。為了簡潔起見，將不單獨地描述這些組合的若干重述。為了簡潔，在一些實例中，整個附圖使用相同的參考數字來指相同的或類似的部分。
[0048]下面的實施例將按照各種器械和器械的各部分在三維空間中的狀態來描述各種器械和器械的部分。如本文所使用的，術語“位置”指的是物體或物體的一部分在三維空間中的部位(例如，沿笛卡爾X、Y、Z坐標的三個平移自由度)。如本文所使用的，術語“取向”指的是物體或物體的一部分的旋轉位移(三個轉動自由度一一即，滾動、俯仰和偏航)。如本文所使用的，術語“姿態”指的是物體或物體的一部分在至少一個平移自由度中的位置和該物體或物體的該部分在至少一個轉動自由度中的取向(最多共六個自由度)。如本文所使用的，術語“形狀”指的是沿細長物體測量的一組姿態、位置或取向。
[0049]應當理解，本文參考臨床醫生操縱器械的末端從臨床醫生延伸到外科手術部位使用術語“近側”和“遠側”。術語“近側”指的是器械離臨床醫生較近的部分，而術語“遠側”指的是器械離臨床醫生較遠并且離外科手術部位較近的部分。為了一致性和清晰，本文可以相對于附圖使用空間術語，諸如“水平的”、“豎直的”、“上方”和“下方”。然而，手術器械被用于很多取向和位置中，并且在此的術語不意在是限制性的和絕對性的。
[0050]本公開大體涉及在微創醫療程序中使用的可操控的柔性針系統，所述微創醫療程序包括但不限于診斷、外科手術和/或治療程序。在一些實例中，本公開的實施例被構造成遙操作系統的一部分。本領域技術人員將認識到本文所公開的可操控的柔性針系統可以被使用在需要可操控的柔性針的類似應用(例如，非遙操作)中。
[0051]本文所公開的針系統包括外部鞘管和柔性針。本文所公開的柔性針和外部鞘管以伸縮式方式進行布置，以允許當針推進到組織中時或在針推進到組織之后向遠側推進外部鞘管。在一方面，本文所公開的針系統被構造成包括位置/形狀傳感器，所述位置/形狀傳感器沿針的可操控長度軸向地延伸并且接近針尖端終止。本文所公開的外部鞘管可以在插入且通過解剖組織期間使在傳感器上的彎曲應變最小化并且保護針。本文所公開的針系統的這些特征可以在微創程序的插入期間增強針的操控性、穩定性和距離/軌跡控制。因此，本文所公開的針系統可以改善可操控針的性能，并且可以為可操控針增加合適應用的范圍。例如，在一種實例中，本文所公開的柔性針系統可以使使用者能夠更加精確地到達且取樣目標活檢部位、更容易地導航繞開重要結構并且減少不精確的活檢的幾率。
[0052]根據各種實施例，可以使用遙操作系統以導引器械遞送來執行醫療程序，諸如活檢程序。參照附圖的圖1，通常用數字100指示在例如包括診斷、治療或外科手術程序的醫療程序中使用的遙操作醫療系統。如將描述的，本公開的遙操作醫療系統處于外科醫生的遙操作控制下。在替代實施例中，遙操作醫療系統可以在被編程以執行程序或子程序的計算機的部分控制下。在又一些替代實施例中，在被編程以執行程序或子程序的計算機的完全控制下，完全自動的醫療系統可以用于執行程序或子程序。如圖1所示，遙操作系統100通常包括遙操作組件102，該遙操作組件102被安裝至手術臺O或被安裝在手術臺O附近，患者P被安置在手術臺O上。醫療器械系統104可操作地耦接至遙操作組件102。操作者輸入系統106允許外科醫生或其他類型的臨床醫生S察看外科手術部位的圖像或察看表示外科手術部位的圖像以控制醫療器械系統104的操作。
[0053]操作者輸入系統106可以位于外科醫生的控制臺處，該外科醫生的控制臺通常位于與手術臺O相同的室內。然而，應當理解，外科醫生S能夠位于不同的室內或與患者P完全不同的建筑物內。操作者輸入系統106通常包括用于控制醫療器械系統104的一個或多個控制設備。(一個或多個)控制設備可以包括任何數量的各種輸入設備中的一個或多個，所述輸入設備諸如把手、操縱桿、追蹤球、數據手套、觸發槍、手操作的控制器、語音識別設備、觸摸屏、身體運動或存在性傳感器等。在一些實施例中，(一個或多個)控制設備將提供有與遙操作組件的醫療器械相同的自由度以便提供給外科醫生以臨場感、(一個或多個)控制設備與器械集成的感知，從而使得外科醫生具有好像置身在外科手術部位處的直接控制器械的強烈感覺。在另一些實施例中，(一個或多個)控制設備可以具有比相關聯的醫療器械更多或更少的自由度并且依然提供外科醫生以臨場感。在一些實施例中，(一個或多個)控制設備是手動輸入設備，其以六個自由度移動，并且其也可以包括用于致動器械(例如，用于關閉抓取鉗夾、施加電勢至電極、遞送醫療治療件，等等)的可致動手柄。
[0054]遙操作組件102支撐醫療器械系統104并且可以包括一個或多個非伺服控制的聯動裝置(例如，可以被手動安置且鎖定在合適位置的一個或多個聯動裝置，通常指的是裝設結構)的運動學結構以及遙操作操縱器。遙操作組件102包括驅動在醫療器械系統104上的輸入的多個馬達。這些馬達響應于來自控制系統(例如，控制系統112)的命令而移動。馬達包括驅動系統，當該驅動系統被耦接至醫療器械系統104時，該驅動系統可以將醫療器械推進到自然地或手術地創建的解剖孔道中。其他機動的驅動系統可以以多個自由度移動醫療器械的遠端，所述多個自由度可以包括三個線性運動自由度(例如，沿X、Y、Z笛卡爾軸線的線性運動)和在三個轉動運動自由度(即，繞X、Y、Z笛卡爾軸線的轉動)。此外，馬達能夠被用于致動器械的可鉸接的末端執行器，用于抓取在活檢設備的鉗夾等中的組織。
[0055]遙操作醫療系統100也包括帶有用于接收關于遙操作組件的器械的信息的一個或多個子系統的傳感器系統108。此類子系統可以包括位置傳感器系統(例如，電磁(EM)傳感器系統)；形狀傳感器系統，其用于確定導管尖端的和/或沿著器械系統104的柔性本體的一個或多個部段的位置、取向、速率、速度、姿態和/或形狀;和/或可視化系統，其用于捕獲來自導管系統的遠端的圖像。
[0056]遙操作醫療系統100也包括顯示系統110，其用于顯示由傳感器系統108的子系統生成的外科手術部位和(一個或多個)醫療器械系統104的圖像或表示。顯示器110和操作者輸入系統106可以被取向，因此操作者能夠利用臨場感的感知控制醫療器械系統104和操作者輸入系統106。
[0057]替代地或附加地，顯示系統110可以呈現使用成像技術(諸如計算機層析術(CT)、核磁共振成像(MRI)、熒光鏡透視屏檢查、熱像圖、超聲、光學相干斷層成像術(OTC)、熱成像、阻抗成像、激光成像、納米管X-射線成像等)術前或術中記錄的和/或成像的外科手術部位的圖像。所呈現的術前或術中圖像可以包括二維、三維或四維(包括例如，基于時間的信息或基于速度的信息)圖像和用于再現圖像的相關的圖像數據集。
[0058]在一些實施例中，顯示系統110可以顯示虛擬可視化圖像，醫療器械的實際部位在該虛擬可視化圖像中與術前或同步圖像配準(例如，動態地參照)，從而呈現給外科醫生以在醫療器械的尖端的部位處的內部外科手術部位的虛擬圖像。
[0059]在另一些實施例中，顯示系統110可以顯示虛擬可視化圖像，醫療器械的實際部位在該虛擬可視化圖像中與先前的圖像(包括術前記錄的圖像)或同步圖像配準，從而呈現給外科醫生以在外科手術部位處的醫療器械的虛擬圖像。醫療器械系統104的部分的圖像可以被疊合在虛擬圖像上從而輔助外科醫生控制醫療器械。
[0060]遙操作醫療系統100也包括控制系統112。控制系統112包括至少一個存儲器和至少一個處理器(未示出)，并且通常是多個處理器，其用于影響醫療器械系統104、操作者輸入系統106、傳感器系統108和顯示系統110之間的控制。控制系統112也包括編程的指令(例如，存儲指令的計算機可讀介質)以根據本文所公開的各方面來實施所描述的方法中的一些或全部。雖然控制系統112在圖1的簡化視圖中被示出作為單一的塊，但是系統可以包括兩個或更多個數據處理電路，其中所述處理的一部分在遙操作組件102上或鄰近遙操作組件102可選地被執行，所述處理的另一部分在操作者輸入系統106處被執行，等等。可以采用多種集中式或分布式數據處理架構中任一種。類似地，編程的指令可以被實施作為若干單獨的程序或子程序，或者他們可以被集成至本文所描述的遙操作系統的若干其他方面。在一個實施例中，控制系統112支持無線通信協議，諸如，藍牙、紅外數據通訊(IrDA)、家庭射頻(HomeRF)、IEEE 802.11、數字增強無繩通訊(DECT)和無線遙測。
[0061]在一些實施例中，控制系統112可以包括一個或多個伺服控制器，該一個或多個伺服控制器接收來自醫療器械系統104的力和/或扭矩反饋。響應于該反饋，伺服控制器將信號傳輸至操作者輸入系統106。(一個或多個)伺服控制器也可以傳輸指導遙操作組件102移動(一個或多個)醫療器械系統104的信號，該醫療器械系統104經由身體中的開口延伸進入到患者體內的內部外科手術部位處。可以使用任何合適的常規或專用的伺服控制器。伺服控制器可以與遙操作組件102分離或與遙操作組件102集成。在一些實施例中，伺服控制器和遙操作組件被提供作為鄰近患者身體安置的遙操作臂推車的一部分。
[0062]控制系統112還可以包括虛擬可視化系統以向(一個或多個)醫療器械系統104提供導航協助。使用虛擬可視化系統的虛擬導航基于參考所獲得的與解剖通道的三維結構相關的數據集。更具體地，虛擬可視化系統處理使用成像技術(諸如計算機層析術(CT)、核磁共振成像(MRI)、熒光鏡透視屏檢查、熱像圖、超聲、光學相干斷層成像術(OTC)、熱成像、阻抗成像、激光成像或納米管X-射線成像等)成像的外科手術部位的圖像。使用軟件將所記錄的圖像轉化成一部分或整個解剖器官或解剖區域的二維或三維復合表示。圖案數據集與復合表示相關聯。復合表示和圖像數據集描述通道的各種部位和形狀以及它們的連通性。用來生成復合表示的圖像可以在臨床程序期間在術前或術中被記錄。在替代實施例中，虛擬可視化系統可以使用標準表示(即，沒有患者特異性)或標準表示和患者特異性數據的合成。復合表示和通過復合表示生成的任何虛擬圖像可以呈現在運動的一個或多個階段期間(例如，在肺的吸氣/呼氣周期之間)的可變形解剖區域的靜態姿態。
[0063]在虛擬導航程序期間，傳感器系統108可用于計算器械相對于患者解剖結構的近似部位。該部位能夠用于同時產生患者解剖結構的宏觀水平追蹤圖像和患者解剖結構的虛擬內部圖像。用于使用光纖傳感器來將醫療實施(implement)配準術前記錄的手術圖像(諸如，來自虛擬可視化系統中的那些)并一起顯示醫療實施和術前記錄的手術圖像(諸如，來自虛擬可視化系統中的那些)的各種系統是已知的。例如，美國專利申請N0.13/107,562(2011年5月13日提交的)(公開“提供用于圖像導引的外科手術的解剖結構的模型的動態配準的醫療系統”)公開了一種此類系統，該美國專利申請的全部內容通過引用被并入本文。
[0064]遙操作醫療系統100可以進一步包括可選的操作和支撐系統(未示出)，諸如照明系統、操控控制系統、清洗系統和/或抽吸系統。在替代實施例中，遙操作系統可以包括不止一個遙操作組件和/或不止一個操作者輸入系統。操縱器組件的具體數量將取決于外科手術程序和在手術室內的空間限制，以及其他因素。操作者輸入系統可以被放置在一起(collocated)或它們可以被安置在分開的部位。多操作者輸入系統允許不止一個操作者來控制在各種組合中的一個或多個操縱器組件。
[0065]圖2圖示說明包括示例性針系統205、致動器210和傳感器系統108的醫療器械系統200。針系統205可以和遙操作醫療系統100的醫療器械系統104—樣。在描繪的實施例中，通過致動器210操縱(例如，機械地鉸接(articulated)或以其他方式移動)針系統205。在一些實施例中，可以通過遙操作平臺215(例如，遙操作平臺215可以將控制信號發送到致動器210)控制致動器210。遙操作平臺215可以包括在圖1中示出的遙操作醫療系統102。在程序期間，遙操作平臺215可以使機械鉸接和多種醫療器械(除了針系統205之外)的控制可行，作為非限制示例，所述多種醫療器械諸如組織抓取器、電燒灼探針、牽開器、吻合器、血管密封器、內窺鏡、解剖刀、超聲波剪切刀、以及抽吸/沖洗器械。在各種實施例中，醫療器械系統200可以包括柔性支氣管器械，諸如在肺的檢查、診斷、活檢或處理中使用的支氣管窺鏡或支氣管導管。系統也適用于經由自然地或手術創建的連接通道在包括結腸、腸、腎、大腦、心臟、循環系統等的多種解剖系統中的其他組織的導航和治療。
[0066]替代地，醫療器械系統200可以用于非遙操作探查程序或用在涉及傳統手動操作的醫療器械(諸如，內窺鏡)的程序。在此類實例中，可以通過可選的手動控制器220手動地控制致動器210。在一些實施例中，可選的手動控制器220是致動器210本身(例如，用于旋轉針的旋鈕、把手或手柄)，在另一些實施例中，可選的手動控制器220能夠是用于提供控制輸入到致動器210的(一個或多個)把手、(一個或多個)觸發器、(一個或多個)杠桿、(一個或多個)手柄或任何其他使用者接口。可選的手動控制器220可以在直接機械聯動裝置中被連接至致動器210和/或經由電子控制被連接至致動器210，并且可選的手動控制器220可以以有線的方式或無線的方式與致動器210通信。
[0067]針系統205包括細長器械225，該細長器械225包括剛性遠側部分226，并且細長器械225被外部鞘管227環繞。在描繪的實施例中，細長器械225包括可操控的柔性針，該可操控的柔性針包括剛性針尖端(在下面關于圖13進一步詳細描述)。在另一些實施例中，針系統205包括替代針的另一種類型的細長器械。能夠通過致動器210操縱針系統205。在各種實施例中，針系統205能夠包括任意數量的可操控的柔性針，如通過可選的針230所指示的(與需要附加的針的任何致動、控制、感測和/或處理元件一同)。在一個示例中，致動器210能夠通過沿著期望的外科手術軌跡到在患者內的目標部位來操控針225、改變針225的形狀和/或改變針225的取向來操縱針225。
[0068]如本文所使用的，可操控的針指的是帶有在基底處(S卩，患者身體的外側)的控制輸入柔性針的寬泛分類和用于刺穿或穿孔目標組織的遠側區域裝置。根據針的形狀和機械性質，針和患者解剖結構(即，目標組織和/或在外科手術進入點和目標組織之間的任何介于中間的解剖結構)之間的相互作用力能夠致使針偏轉，使得能夠通過簡單地施加旋轉至針的基底而提供操控。替代地或附加地，可操控針能夠包括主動致動器(例如，致動器210)以提供成形和方向性。當與具有低軸向剛度且不適合用來穿透或穿孔的導管類型設備相比較時，可操控針通常具有足夠高的軸向剛度和尖端形狀以允許它們以最小的軸向壓縮來穿孔或穿透組織。
[0069]需要注意，與可操控的針相關聯的術語“柔性”應當是寬泛的解釋。本質上，其意味著針能夠被彎曲而沒有損壞。例如，柔性可操控的針可以包括一系列類似于蛇形布置的“椎骨”的緊密間隔開的部件。在這樣的布置中，每個部件是運動鏈中的短鏈節，并且每個鏈節之間的可移動機械約束(例如，銷鉸、球窩等)可以允許在鏈節之間的相對運動的一個(例如，俯仰)自由度(DOF)或兩個(例如，俯仰和偏航)自由度(DOF)。作為另一個示例，柔性可操控的針可以是連續的，諸如封閉的可彎曲管(例如，鎳鈦合金、聚合物等)或其他可彎曲件(例如，切口 -管、螺旋線圈等)。
[0070]針系統205包括近端231和遠端232。針系統205具有從0.5mm到3.0mm范圍的外直徑。例如，在一個實施例中，針系統205具有近似1.5mm的外直徑。其他針系統外直徑可以更大或更小。在一些實施例中，針系統外直徑從近端231到遠端232逐漸變小。在另一些實施例中，近端231處的針系統外直徑大于遠端232處的針系統外直徑。在一些實施例中，針系統外直徑貫穿針225的長度基本上沒有改變。在替代實施例中，針系統外直徑貫穿針225的長度逐漸變小。在另一些實施例中，在針系統205的近側部分233的較大外直徑和針系統205的遠側部分234的較小直徑之間能夠有針系統205的突然改變或停止。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在限制。可以設想其他尺寸。
[0071]在所描繪的實施例中，針系統205還包括傳感器系統235。傳感器系統235基本上與針225的至少一部分對齊。如果針系統205是在圖1中示出的遙操作醫療系統100的醫療器械系統104，那么傳感器系統235可以是傳感器系統108的部件。如果針系統205是手動操作或以其他方式用于非機器人程序，那么傳感器系統235可以被耦接到訊問形狀傳感器且處理所接收到的形狀數據的追蹤系統。不管針225的具體操控機構，通過包含傳感器系統235，針系統205的可用性被增強。傳感器系統235能夠確定遠端232的和/或沿針225的一個或多個分立式節段的位置、取向、速率、姿態和/或形狀。通過傳感器系統235讀取的數據通過在圖1中示出的傳感器系統108和/或控制系統112被轉換成可用的形狀和/或位置信息。然后，形狀和/或位置信息能夠用于進一步導引針225的操縱。
[0072]在所描繪的實施例中，傳感器系統235是提供針225的形狀和/或位置測量值的傳感器。在所描繪的實施例中，傳感器系統235包括能夠用于點定位(S卩，位置/取向測量)的電磁(EM)傳感器系統。在一些實施例中，傳感器系統235包括在各個時間間隔累計測量的多個EM傳感器或單個EM傳感器，從而及時確定在任何給定點處的針225的形狀。EM傳感器系統235可以包括可以遭受到外部生成的電磁場的一個或多個導電線圈。EM傳感器系統235的每個線圈然后產生感應的電信號，所述電信號具有取決于線圈相對于外部生成的電磁場的位置和取向的特性。在一個實施例中，EM傳感器系統可以被構造成且被安置成測量六個自由度(“6-D0F”)，例如，三個位置坐標軸X、Y、Z和指示基點的俯仰、偏航和滾動的三個取向角度。在替代實施例中，EM傳感器系統可以被構造成且被安置成測量五個自由度(“5-D0F” )，例如，三個位置坐標軸Χ、Υ、Ζ和基點的兩個取向。例如，在一些實施例中，傳感器系統235包括5-DOF EM傳感器，所述5-DOF EM傳感器被構造成提供關于針的尖端的位置和/或取向數據(例如，允許使用者識別當針被延伸時針尖端在患者內的位置)。1999年8月11日提交的美國專利N0.6380732提供了EM傳感器系統的進一步描述，該美國專利公開了 “具有在被追蹤的物體上的被動式轉發器的六自由度追蹤系統”，其全文通過引用被并入本文。
[0073]在一些實施例中，傳感器系統235可以包括與柔性針225對齊的光纖(例如，如圖16所示，光纖可以被提供在內部傳感器管腔550內)。傳感器系統235的光纖可以形成用于確定針系統205的至少一部分的形狀的光纖彎曲傳感器。2005年7月13日提交的美國專利申請N0.11/180389(其公開了 “光纖位置和形狀感測設備及其相關方法”)、2004年7月16日提交的美國臨時專利申請N0.60/588336(其公開了 “光纖形狀和相對位置感測”)和1998年6月17日提交的美國專利N0.6389187(其公開了“光纖彎曲傳感器”)描述了用于在三個維度監控光纖的形狀和相對位置的各種系統和方法，上述專利申請的全文通過引用被并入本文。在另一些替代中，采用其他應變感測技術(諸如瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射和熒光散射)的傳感器可以是合適的。在其他替代實施例中，使用其他技術可以確定針系統205的形狀。
[0074]更具體地，穿過光纖的光被處理以探測針系統205的形狀并且用于利用該信息來輔助醫療程序。傳感器系統(例如，如在圖3中所描述的傳感器系統108或另一種類型的追蹤系統)可以包括用于生成且探測用于確定針系統205的形狀的光的訊問系統。進而，該信息能夠用于確定其他相關的變量，諸如醫療器械的部分的速度和加速度。
[0075]傳感器系統235可以包括在針系統205的長度上方的單個連續感測區域或沿針系統205的長度分布的多個感測區域。在另一些實施例中，傳感器系統235包括細長傳感器，所述細長傳感器提供沿針225的長度的形狀測量值。與分立式位置傳感器相比，細長傳感器能夠利用單個傳感器進行沿針225的長度的形狀測量。單個細長形狀傳感器的集成性質提供針225的更精確的形狀測量，從而實現更加準確的控制和/或增強的誤差校正，從而確保針225精確地穿過期望的手術軌跡。
[0076]注意，盡管為了解釋性目的傳感器系統235被描繪且被描述為單個細長傳感器，但是在另一些實施例中，傳感器系統235能夠包括多個分立式形狀傳感器。在一個此類實施例中，每個形狀傳感器可以測量針225的總體長度的連續部分的形狀。多個形狀傳感器可以提供更高的形狀建模精確度或者可以用于補償能夠影響傳感器的環境因素(例如，沿針225的長度的溫度變量)。
[0077]針系統205也可以容納電纜、聯動裝置或在致動器210和遠端232之間延伸以可控制地彎曲或翻轉針225的近側部分233和/或遠側部分234的其他操控控制件(圖2中未示出)。在一些實施例中，針225能夠限定其他醫療器械、電纜、聯動裝置和/或其他操控控制件可以延伸通過的一個或多個附加的管腔。
[0078]在通過遙操作組件來致動器械系統200的實施例中，致動器210可以包括耦接至遙操作組件的機動化驅動元件的驅動輸入。在手動操作器械系統200的實施例中，致動器210可以包括抓取特征、手動致動器和用于手動控制器械系統的運動的其他部件。在一些實施例中，近側部分233被構造成響應于作用在柔性本體上的力而被被動地偏轉，而遠側部分234被構造成響應于遙操作組件和/或來自致動器210的控制信號而被主動地鉸接。
[0079]圖3A至圖3C圖示說明根據本公開的實施例的示例性可操控的柔性針系統250的側視圖。特別地，圖3A至圖3C圖示說明針系統250的遠側部分255。針系統250可以和以上關于圖2描述的針系統205相同。在所描繪的實施例中，針系統250的遠側部分255包括外部鞘管260，外部鞘管260和以上關于圖2描述的外部鞘管227相同。
[0080]圖3A圖示說明被安置在外部鞘管內處于部分延伸狀況的針265。如圖3A中所示，夕卜部鞘管260包括至少部分地環繞針265的大體圓柱形的中空管。針265具有剛性遠側部段270(例如，針265可以和以上關于圖2描述的針225相同)。針265的形狀和尺寸被設計成被可滑動地容納在外部鞘管260的管腔272內。在一些實施例中，針265具有沿其長度變化的柔性度。例如，在所描繪的實施例中，針265包括柔性近側部段273，該柔性近側部段273顯著地比剛性遠側部段270更加柔性。在一些實施例中，柔性近側部段273包括盤繞式中空管。柔性近側部段273和剛性遠側部段270共用共同的針管腔274。
[0081]在一些實施例中，外部鞘管260具有沿其長度變化的柔性度。在所描繪的實施例中，外部鞘管260包括柔性近側部分275和剛性遠側部分280。在一些實施例中，柔性近側部分275和剛性遠側部分280具有沿其長度變化的柔性度和/或可操控性。在所描繪的實施例中，外部鞘管260的剛性遠側部分280和針265的剛性遠側部段270二者顯著地比外部鞘管260的柔性近側部分275的柔性低。如圖所示，針265能夠從外部鞘管260的遠端276向遠側延伸。特別地，柔性近側部段273和剛性遠側部段270 二者都能夠從外部鞘管260的遠端276向遠側延伸(例如，如圖3C中所進一步描述的)。
[0082]柔性近側部分275和剛性遠側部分280通過多種已知方法中的任何一種而彼此固定地附接，作為非限制的示例，所述已知方法包括粘合、焊接(例如，激光焊接)和/或機械緊固件。例如，在所描繪的實施例中，柔性近側部分275的遠端281通過激光焊接被附接至剛性遠側部分280的近端282。然而，在一些實施例中，柔性近側部分275能夠在剛性遠側部分280上方延伸并且在沿剛性遠側部分280的長度的更遠側的部位處附接至剛性遠側部分280。在一些實施例中，剛性遠側部分280是柔性近側部分275的整體延伸。
[0083]在圖3B中，針265被示出為處于非延伸狀況，其中針265的剛性遠側部段270(即，針265的針尖端)被安置成完全在外部鞘管260的遠側剛性部分270內，并且針265的遠端或針尖端283被安置成接近外部鞘管260的遠端276。特別地，針尖端283被安置成完全在外部鞘管260的剛性遠側部分280內。在所描繪的實施例中，當針265被完全地套在外部鞘管260內，其中剛性遠側部段270在剛性遠側部分280內，外部鞘管260的剛性遠側部分280形成具有長度Lr的針系統250的剛性部段或剛性管部段284。外部鞘管260的剩余部分(S卩，柔性近側部分275)形成針系統300的柔性部段285。
[0084]如圖3B所示，通過使針尖端283縮進剛性部段284中，當與具有非可伸縮式針尖端的針系統相比較時，針系統250的遠側部分255的剛性部段284的總體長度Lr減小。如圖3A所示，當剛性遠側部段270延伸到外部鞘管260的剛性遠側部分280外面時，剛性部段284的長度Lr包括外部鞘管260的剛性遠側部分280的長度和針265的剛性遠側部段270的長度。當針265的剛性遠側部段270延伸到外部鞘管260外面時，剛性部段284的長度Lr的范圍可以從1mm至20mm。如圖3B所示，當剛性遠側部段270被套在外部鞘管260內時，剛性部段284的長度Lr包括外部鞘管260的剛性遠側部分280的長度Ld。因此，當針265的剛性遠側部段270被套在外部鞘管260內時，剛性部段284的長度Lr的范圍可以從5mm至10mm。例如，在一個實施例中，當剛性遠側部段270被套在外部鞘管260內時，長度Lr測量為8mm。提供以上尺寸僅為示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0085]在圖3C中，針265被示出處于延伸狀況，其中相比于圖3A中示出的，針265的遠端283被安置在鞘管尖端325的遠端276的更遠的遠處。在所描繪的實施例中，遠端283被成形為有斜面的鋒利的尖端(例如，貝克(Baker)針尖端)。在替代實施例中，針265的遠端設計能夠采用如用于醫療程序的特定程序需求所需求的任何形式或形狀(例如，圓形尖端，諸如圖伊(Tuohy)針尖端，或固體尖端，諸如施普羅特(Sprotte)針尖端)。各種其他針尖端設計對于本領域技術人員將非常明顯。柔性近側部段273和剛性遠側部段270通過多種已知方法中的任一種被彼此固定地附接，作為非限制示例，所述已知方法粘合、焊接(例如，激光焊接)和/或機械緊固件。例如，在所描繪的實施例中，柔性近側部段273通過激光焊接被附接到剛性遠側部段270。
[0086]鞘管260的剛性遠側部分280包括長度Ld，長度Ld的范圍可以從7_至9mm。例如，在一個實施例中，長度Ld測量為8_。針265的剛性遠側部段270包括長度Ln，長度Ln的范圍可以從7mm至9mm。例如，在一個實施例中，長度Ln測量為8mm。剛性遠側部段270的長度Ln等于或小于在圖3C中示出的剛性遠側部分280的長度Ld。提供以上尺寸僅為示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。長度Ln代表遠側剛性部段286在針系統250的遠端處的長度。
[0087]在圖3C中，當針265處于完全延伸位置時，長度Lf代表針系統250的遠側柔性部段287的長度。特別地，當柔性近側部段273向遠側延伸越過外部鞘管260的遠端276時，針265的柔性近側部段273形成遠側柔性部段287。長度Lf的范圍可以從1mm至15mm。在一個實施例中，長度Lf是15mm。更近側剛性部段284包括外部鞘管260的剛性管部分280，并且更近側柔性部段285包括外部鞘管260的柔性近側部分275。長度Lt代表剛性部段284、柔性部段287和剛性部段286的總長度(S卩，當針265處于完全延伸狀況時)。長度Lt的范圍可以從20mm至45mm。例如，在一個實施例中，長度Lt測量為30mm。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0088]圖4圖示說明根據本公開的實施例的示例性可操控的柔性針系統300的側視圖。特別地，圖4圖示說明針系統300的遠側部分305。針系統300可以和以上關于圖2所描述的針系統205相同。在所描繪的實施例中，針系統300的遠側部分305包括外部鞘管310，外部鞘管310可以和以上關于圖2描述的外部鞘管227相同。
[0089]如圖4所示，外部鞘管310包括被構造成在微創程序期間至少部分地環繞針(例如，以上關于圖2描述的針225和/或如參照圖14在下面進一步詳細描述的針500)的大體圓柱形中空管。在一些實施例中，外部鞘管310具有沿其長度變化的柔性度。在所描繪的實施例中，外部鞘管310包括鞘管元件315、細長管320和鞘管尖端325。在一些實施例中，鞘管元件315、細長管320和鞘管尖端325具有變化的柔性度和/或可操控性。例如，在一方面，鞘管尖端325顯著地比細長管320和鞘管元件315的柔性低。關于圖4，鞘管元件315和細長管320—起可以相當于在圖3A中示出的外部鞘管260的柔性近側部分275，并且鞘管尖端325可以相當于在圖3A中示出的剛性遠側部分280，并且以下的描述可以應用到在圖3A至圖3C中示出的實施例。
[0090]圖5是在圖4中示出的外部鞘管310的側視圖的圖解圖示。鞘管元件315具有從近端330延伸到遠端335的長度LI。鞘管元件315的長度LI的范圍可以從20英寸到50英寸。例如，在一個實施例中，鞘管315具有40英寸(101.6cm)的長度LI。細長管320具有從近端340延伸到遠端345的長度L2。細長管320的長度L2的范圍可以從0.1英寸到3.0英寸。例如，在一個實施例中，細長管320具有0.90英寸(2.286cm)的長度L2。鞘管尖端325具有從近端350延伸到遠端355的長度L3。鞘管尖端325的長度L3的范圍可以從0.02英寸到0.2英寸。例如，在一個實施例中，鞘管尖端325具有0.10英寸(0.254cm)的長度L3。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0091]鞘管元件315和細長管320通過各種已知方法中的任一種而彼此固定地附接，作為非限制示例，所述已知方法包括粘合、焊接(例如，激光焊接)和/或機械緊固件。例如，在所描繪的實施例中，鞘管元件315的遠端335通過激光焊接被附接到細長管320的近端340。然而，在一些實施例中，鞘管元件315能夠在細長管320上方延伸并且在沿細長管320的長度的更遠側部位處附接到細長管320。在一些實施例中，細長管320是鞘管元件315的整體延伸。
[0092]鞘管尖端325和細長管320通過各種已知方法中的任一種而彼此固定地附接，作為非限制示例，所述已知方法包括粘合、焊接(例如，激光焊接)和/或機械緊固件。例如，在所描繪的實施例中，鞘管尖端325的遠端350通過激光焊接被附接到細長管320的遠端345。在一些實施例中，鞘管尖端325是細長管320的整體延伸。
[0093]圖6是通過圖5中示出的線6-6的針300的剖視圖的圖解圖示。在所描繪的實施例中，外部鞘管310具有沿其長度變化的外直徑。特別地，外部鞘管310從鞘管元件315到鞘管尖端325的遠端355略有逐漸變細。在另一些實施例中，外部鞘管310具有從鞘管元件315到鞘管尖端325大體上一致的外直徑。鞘管元件315的外直徑Dl的范圍從0.035英寸到0.10英寸。例如，在一個實施例中，鞘管元件315具有0.07英寸(0.178cm)的外直徑Dl。鞘管元件315的內直徑D2的范圍從0.025英寸到0.075英寸。例如，在一個實施例中，鞘管元件315具有0.054英寸(0.137cm)的內直徑D2。細長管320的外直徑D3的范圍從0.036英寸到0.065英寸。例如，在一個實施例中，細長管320具有0.059英寸(0.15cm)的外直徑D3。鞘管尖端325的外直徑D4的范圍從0.036英寸到0.065英寸。例如，在一個實施例中，鞘管尖端325具有0.059英寸(0.15cm)的外直徑D4。如下面關于圖12進一步所描述的，在所描繪的實施例中，鞘管尖端325朝向遠端355逐漸變細。在另一些實施例中，鞘管尖端325不逐漸變細。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0094]圖7圖示說明鞘管元件315的圖解側視圖。在所描繪的實施例中，鞘管尖端315包括繞成螺旋形構型或盤繞構型以形成有彈性的柔性管狀本體360的一段柔性材料。在一些實施例中，鞘管元件315被構造成可彎曲以及可壓縮。在另一些實施例中，鞘管元件315可以包括任何類型的柔性管或柔性鞘管，作為非限制示例，所述柔性管或柔性鞘管包括連續的、帶壁的固體彈性體管。在所描繪的實施例中，材料的每個螺旋圈(helical turn)362具有長度L4，該長度L4的范圍從0.006英寸到0.06英寸。例如，在一個實施例中，螺旋圈362具有0.020英寸的長度L4。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0095]圖8圖示說明通過圖7中示出的線8-8的鞘管元件315的圖解剖視圖。特別地，圖7圖示說明鞘管元件315的單個螺旋圈362的圖解視圖。鞘管元件315的本體360限定管腔365。鞘管元件315的本體360具有從內腔面370延伸到外表面375的壁厚Tl。鞘管元件315的壁厚Tl被構造成在可行范圍內盡可能薄，以便使鞘管元件315能夠穿透患者的組織并且在患者的組織內彎曲，同時依然足夠堅固以保護且導引容納在鞘管線圈內的針(例如，如在下面關于圖14所詳細描述的針500)。壁厚Tl的范圍可以從0.004英寸到0.016英寸。例如，在一個實施例中，壁厚Tl為0.008英寸(0.02cm)。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0096]在所描繪的實施例中，鞘管元件315包括由不銹鋼形成的柔性線圈。在各種實施例中，鞘管元件315可以由提供必要的拉伸和彎曲性質的任何合適的生物相容性材料制成。作為非限制示例，合適的材料可以包括形狀記憶材料，諸如鎳鈦锘、不銹鋼和塑料。在一些實施例中，整個鞘管元件315由相同的材料制成(例如，從近端330到遠端335由不銹鋼制成)。在另一些實施例中，鞘管元件315可以由兩種或更多種不同的材料制成(例如，在較差柔性區由不銹鋼制成，而在更加柔性區由鎳鈦锘制成)。
[0097]在一些實施例中，柔性套管379可以環繞鞘管元件315。隨著針300變彎或彎曲，柔性套管379可以提供鞘管元件315的附加的抗延伸阻力。在一些實施例中，柔性套管由塑料制成。在另一些實施例中，柔性套管379以由提供必要的拉伸和彎曲性質的任何合適的生物相容性材料制成。
[0098]圖9圖不說明細長管320的圖解側視圖，并且圖10圖不說明細長管320的放大部分380的圖解側視圖。細長管320包括被布置在鞘管元件315和鞘管尖端325之間的外部鞘管310的分立式部分。細長管320限定管腔382。隨著針系統300被推進到組織中，細長管320提供增大的抗屈曲。在一些實施例中，細長管320比鞘管元件315屈曲的可能性更小。
[0099]細長管320包括多個狹槽385。狹槽385從細長管320的內表面386(如圖14所示)延伸到細長管的外表面387(如圖14所示)。狹槽385形成有平衡軸向、彎曲、和扭轉剛度的圖案。在所描繪的實施例中，狹槽385形成為大體上垂直于縱軸線AA并且圍繞細長管320的圓周延伸大約170度。在所描繪的實施例中，狹槽385相對于它們在細長管320上的圓周位置交替。狹槽385允許細長管320在多個維度中彎曲。在一些實施例中，狹槽385是激光切割的。在一些實施例中，在細長管320的任何給定部分中的切口的頻率和圖案可以確定該部分的柔性。細長管320可以彎曲或變彎，直到狹槽側壁387a鄰接鄰近的狹槽側壁387b(在圖10中示出)并且防止細長管320的進一步彎曲。在一些實施例中，切口的較高空間頻率可以對應于較高的柔性。在附圖中圖示說明的狹槽385僅僅是示例性的，而不意作為在數量、類型、布置或形狀方面的限制。在各種實施例中，細長管320可以具有任何數量、類型、形狀和布置的狹槽385。
[0100]如圖9和圖10所示，每個狹槽385包括寬度Wl。寬度Wl的范圍可以從0.001英寸到0.005英寸。例如，在一個實施例中，每個狹槽385的寬度Wl是一致的且測量為0.002英寸(0.005cm)。在一些實施例中，不同狹槽的寬度變化。在所描繪的實施例中，在每個狹槽385之間的長度L6是一致的并且測量為0.020英寸(0.051cm)。在另一些實施例中，在不同的鄰近狹槽之間的長度L6能夠變化。
[0101]在所描繪的實施例中，狹槽385僅沿細長管320的長度的一部分延伸。如圖9所示，細長管320包括剛性管部分390，該剛性管部分390缺少狹槽且具有長度L5。剛性管部分390可以比細長管320的柔性管部分395(即，包括多個狹槽385的部分)的柔性差。在一些實施例中，剛性管部分390包括和細長管320具有相同材料的剛性長度。細長管320的剛性管部分390的長度L5的范圍可以從0.1英寸到0.5英寸。例如，在一個實施例中，細長管320的剛性管部分390具有0.27英寸(7mm)的長度L5。在另一些實施例中，狹槽可以延伸細長管320的整個長度(例如，長度L2)，或沿細長管320的不同部分延伸。
[0102]在所描繪的實施例中，細長管320包括由不銹鋼形成的局部柔性海波管(hypotube)。在各種實施例中，細長管320可以由提供必要的拉伸和彎曲性質的任何合適的生物相容性材料制成。作為非限制示例，合適的材料可以包括形狀記憶材料，諸如鎳鈦锘、不銹鋼和塑料。在一些實施例中，整個細長管320由相同的材料制成(例如，從近端340到遠端345由鎳鈦锘制成)。在另一些實施例中，細長管320可以由兩種或更多種不同的材料制成(例如，在較差柔性區由不銹鋼制成，而在更加柔性區由鎳鈦锘制成)。
[0103]在一些實施例中，柔性套管391可以環繞細長管320。當針300變彎或彎曲時，柔性套管391可以提供細長管320的附加的抗延伸阻力。在一些實施例中，柔性套管391由塑料形成。在另一些實施例中，柔性套管391可以由提供必要的拉伸和彎曲性質的任何合適的生物相容性材料制成。在一些實施例中，柔性套管391和環繞鞘管315的柔性套管379(在圖8中示出)相同。在一些實施例中，柔性套管391在細長管320的整個長度L2上方延伸。在另一些實施例中，柔性套管391僅在細長管320的一部分長度上方延伸。
[0104]用于細長管320的構建的一種技術是激光切割技術，該激光切割技術可以以自動的方式(例如，通過計算機數字控制的切割)產生細長管320。細長管320的尺寸的精細變化可以使用激光切割技術來自動的編程和生成。作為非限制示例。其他合適的制造方法可以包括水射流切割、電化學腐蝕、電火花加工和金剛石切割。在一些實施例中，創建狹槽385后接著是合適的表面處理(作為非限制示例，諸如刻蝕或電解拋光)以清理不規則表面或鈍的銳利邊緣。
[0105]圖11圖示說明鞘管尖端325的圖解側視圖。鞘管尖端325包括被布置在細長管320遠側的外部鞘管310的分立式部分。當針的尖端被推進到組織中時，鞘管尖端325能夠保護針(例如，在圖2中示出的針225)的尖端。如圖11所圖示的，鞘管尖端325包括在近端350處的外直徑D4和在遠端35處小于外直徑D4的外直徑D5。在所描繪的實施例中，鞘管尖端325的外直徑從鞘管尖端325的中間部段393到遠端355逐漸變小。在另一些實施例中，鞘管尖端325可以不逐漸變細。在另一些實施例中，鞘管尖端325可以從近端350到遠端355連續逐漸變細。
[0106]鞘管尖端325的外直徑D5的范圍可以從0.036英寸到0.065英寸。例如，在一個實施例中，鞘管尖端325在遠端355處的外直徑D5為0.0445英寸(0.113cm)。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0107]圖12圖示說明沿圖11中示出的線12-12的鞘管尖端325的圖解剖視圖，并且圖13圖示說明沿圖11中示出的線13-13的在中間部段393處的鞘管尖端325的圖解剖視圖。如圖12所示，鞘管尖端325包括限定管腔400的中空管狀本體395。本體395包括近側部分405、遠側部分410和在近側部分405與遠側部分410之間延伸的中間部分415。鞘管尖端325的腔直徑從近側部分405到遠側部分410減小。特別地，近側部分405包括內直徑D6，遠側部分410包括內直徑D7，并且內直徑D7小于內直徑D6 ο鞘管尖端325的本體395包括從腔內表面420延伸到外表面425的壁厚。在所描繪的實施例中，內表面420以角度Al向內傾斜，從而在鞘管尖端325內的中間部分415處創建肩部430。
[0108]此外，鞘管尖端325的壁厚從近側部分405到遠側部分410增大，由此允許從近端350延伸到遠端355的光滑且連續的外表面425。特別地，近側部分405包括從內表面420延伸到外表面425的壁厚T2。遠側部分410包括從內表面420延伸到外表面425的壁厚T3。本體395的壁厚從壁厚T2到壁厚T3通過中間部分415逐漸增大。在所描繪的實施例中，壁厚T3從中間部段393朝向遠端355逐漸減小。
[0109]鞘管尖端325的內直徑D6的范圍可以從0.025英寸到0.075英寸。例如，在一個實施例中，鞘管尖端325的內直徑D6為0.0445英寸(0.113cm)。鞘管尖端325的內直徑D7的范圍可以從0.02英寸到0.08英寸。例如，在一個實施例中，鞘管尖端325的內直徑D7為0.0445英寸(0.113cm)。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0110]鞘管尖端325包括長度L3(如圖5和圖12所示)，并且遠側部分包括長度L6。鞘管尖端325的長度L6的范圍可以從0.02英寸到0.08英寸。例如，在一個實施例中，鞘管尖端的長度L6測量為0.050英寸(0.127cm)。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0111]鞘管尖端325可以由提供必要的拉伸和彎曲性質的任何合適的生物相容性材料制成。作為非限制示例，合適的材料可以包括形狀記憶材料，諸如鎳鈦锘、不銹鋼和塑料。在一些實施例中，整個鞘管尖端325由相同的材料制成(例如，從近端350到遠端355由不銹鋼制成)。在另一些實施例中，鞘管尖端325可以由兩種或更多種不同的材料制成。在一些實施例中，鞘管尖端325可以涂有生物相容性潤滑劑。
[0112]圖14和圖15圖示說明根據本公開的實施例的示例性可操控的柔性針系統300的剖視圖。特別地，圖14和圖15圖示說明針系統300的遠側部分305的剖視圖。如圖14所示，鞘管線圈的管腔365、細長管320的管腔382和鞘管尖端325的管腔400是彼此連通的。鞘管線圈的管腔365、細長管320的管腔382和鞘管尖端325的管腔400共同形成了外部鞘管310的管腔450。針系統300包括針500，針500被可滑動地安置在外部鞘管310的管腔450內。針500和外部鞘管310相對于彼此以伸縮式方式進行布置。因此，針500能夠從外部鞘管310向遠側延伸(即，同時遠側鞘管310保持靜止)。在一些實施例中，針500和外部鞘管310能夠對應于在圖3A中示出的針265和外部鞘管260。
[0113]在一些實施例中，外部鞘管310包括用來限制針500的遠側延伸(S卩，延伸超過外部鞘管310的鞘管尖端325)的機械停止元件502。在所描繪的實施例中，機械停止元件502被定位在管腔450內并且被構造成與針500物理地相互作用從而限制針的遠側運動。例如，在一些實施例中，針500可以包括被構造成與機械停止元件502互相作用以限制針500在外部鞘管310內的遠側推進的機械停止元件。在另一些實施例中，機械停止元件502可以被定位在針系統300上的任何地方。
[0114]在圖14中，針500被描繪成處于非延伸狀況，其中針500被布置成完全在外部鞘管310內。在圖15中，針500被描繪成處于延伸狀況，其中針500的針尖端505已經部分地從外部鞘管310中顯露。
[0115]針500包括針尖端、遠側部段或遠側部分505和針套管510。在所描繪的實施例中，針尖端505包括中空剛性管，所述中空剛性管具有從近端515延伸到遠端520的針尖端管腔512(如圖16所示)。在一些實施例中，針尖端505對應于在圖3A-3C中示出的針265的剛性遠側部分270。在一個實施例中，針500是22計量針(22gauge needle)。針尖端505在近端515處被耦接到針套管510。在所描繪的實施例中，針尖端505包括鄰近近端515的多個孔525，并且針套管510耦接到孔525(例如，通過擠壓到針尖端管腔515中并且擠壓到孔525中)。孔525和和耦接到孔525的針套管510的特征(例如，進入管腔512的一個或多個擠壓部)是接合特征，所述接合特征一起操作為保持機構。在一個方面，孔525與(例如將針套管510進入針尖端管腔512的)一個或多個擠壓部的耦接操作為保持機構，以用于維持針尖端505相對于針套管510處于延伸位置。在另一些實施例中，針尖端505和針套管510可以以不同的方式被耦接。
[0116]在圖14中，針500被示出處于非延伸狀況，其中針500的針尖端505(即，針500的剛性部分)被安置成完全在細長管320和鞘管尖端325內，并且針500的遠端520被安置在鞘管尖端325的遠端355的近側。特別地，針尖端505被安置成完全在細長管320的剛性管部分390和鞘管尖端325內。當針尖端505被套在或被縮進細長管320和鞘管尖端325內時，細長管320的剛性管部分390和鞘管尖端325—起形成針系統300的剛性部段或剛性管部段507。外部鞘管310的剩余部分(S卩，柔性管部分395和鞘管元件315)形成針系統300的柔性部段508。
[0117]如圖14所示，通過使針尖端縮進剛性部段507中，當與具有非伸縮式針尖端的針系統相比較時，針系統300的遠側部分305的剛性部段507的總體長度L7被減小。當針尖端被套在外部鞘管310內時，剛性部段507的長度L8除了包括鞘管尖端325的長度L3外，還包括細長管320的剛性管部分390的長度L5。因此，當針尖端被套在外部鞘管310內時，剛性部段507的長度L7的范圍可以從0.2英寸到0.5英寸。例如，在一個實施例中，當針尖端505被套在外部鞘管310內時，長度L7測量為0.35英寸(0.9cm)。提供以上尺寸僅為示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0118]在圖15中，針500被示出處于延伸狀況，其中針500的遠端520被安置在鞘管尖端325的遠端355的遠側。在所描繪的實施例中，針尖端505的遠端520被成形為有斜面的鋒利的尖端(例如，貝克針尖端)。在替代實施例中，針尖端505的遠端設計能夠采用如用于醫療程序的特定程序需求所需要的任何形式或形狀(例如，圓形尖端，諸如圖伊針尖端，或固體尖端，諸如施普羅特針尖端)。各種其他針尖端設計對于本領域技術人員將非常明顯。
[0119]針尖端505包括外直徑D8。針尖端505的外直徑D8的范圍可以從0.025英寸到0.065英寸。例如，在一個實施例中，針尖端505的外直徑D8為0.042英寸(0.107cm)。在一些實施例中，針尖端505的外直徑D8被構造成可滑動地容納在導管工具通道內，所述導管工具通道具有其中最小中心線彎曲半徑為11.5mm的2.1mm的直徑。針尖端505包括長度LN，該長度LN的范圍可以從0.20英寸到0.50英寸。例如，在一個實施例中，長度LN測量為0.36英寸(0.914cm)。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0120]如圖16所描繪的，其圖示說明通過圖15中示出的線16-16的針500的剖視圖，針尖端505的形狀和尺寸被設計成被容納在鞘管尖端325內部。特別地，針尖端505的形狀和尺寸被設計成被緊密地容納在鞘管尖端325的遠側部分410內部。在所描繪的實施例中，鞘管尖端325的遠側部分410的內直徑D7的尺寸被設計成僅稍大于針尖端505的外直徑D8，由此允許針尖端505被牢固地支撐在鞘管尖端325內。針尖端505包括內直徑D9。針尖端505的內直徑D9的范圍可以從0.20英寸到0.055英寸。例如，在一個實施例中，針尖端505的內直徑D9為0.035英寸(0.098cm)。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0121]在圖15中，當針500處于延伸位置時，長度L8代表針系統300的遠側部分305的剛性部段507的長度。特別地，剛性部段507包括細長管320的剛性管部分390、鞘管尖端325、和針尖端505的未被套的遠側部分530。當針尖端505處于外部鞘管310外面的延伸狀況時，剛性部段507的長度L8除了包括鞘管尖端325的長度L3和針500的未被套部分530的長度LlO以夕卜，還包括細長管320的剛性管部分390的長度L5。因此，當針尖端505從外部鞘管310未被套時，剛性部段507的長度L8的范圍可以從0.20英寸到0.70英寸。例如，在一個實施例中，當針尖端505從外部鞘管310向遠側延伸時，長度L8測量為15mm。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。在所描繪的實施例中，當針500處于延伸構型時，針尖端505的近側部分531依然在外部鞘管310內。特別地，近側部分531依然在剛性管部分390內。
[0122]長度L9代表細長管320、鞘管尖端325和針500的未被套的部分530的總長度。長度L9的范圍可以從0.3英寸到1.5英寸。例如，在一個實施例中，長度L9測量為30mm。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0123]如圖14、圖17和圖18所示，針套管510包括雙管腔柔性管。在所描繪的實施例中，針套管包括傳感器管腔550和針管腔555。傳感器管腔550被構造成攜帶圖2所示的傳感器系統235。傳感器管腔550通過堵頭元件560被阻塞(例如，堵)在其遠端處。因此，傳感器管腔550與針尖端管腔512(在圖16中示出)不是流體地連通，并且傳感器系統235免受來自針管腔555的內容物。堵頭元件560可以被安置成盡可能接近針尖端505，由此使傳感器系統235相對于針的感測范圍最大化。在一些實施例中，針套管510、堵頭元件560和傳感器系統235被構造成使得傳感器系統235包括被安置成盡可能接近針尖端505從而更精確地指示針尖端505的位置的位置/取向傳感器(例如，5-D0F傳感器)。在一個方面，傳感器管腔550被成形且被構造成使在傳感器系統235上的彎曲應變最小化(例如，使在5-D0F傳感器上的彎曲應變最小化)。在一個方面，針套管510被成形且被構造成維持傳感器系統235的軸向位置在Imm內(相對于針管腔)。
[0124]針管腔555被構造成與針尖端管腔512流體地連通。在各種實例中，針管腔555可以操作為抽吸管腔、流動管腔(例如，沖洗管腔或藥物遞送管腔)和/或工具遞送管腔。針管腔555具有截面樣本面積Al。針管腔555的截面樣本面積Al的范圍可以從0.1mm2到0.5mm2。例如，在一個實施例中，針管腔555的截面樣本面積Al為0.25mm2。針套管510可以由具有所需求的柔性和耐久性的各種柔性材料中的任一種形成，作為非限制示例，所述柔性材料諸如聚酰亞胺、聚乙烯、聚氨酯和聚全氟乙丙烯。
[0125]針套管510包括外直徑DlO。針套管510的外直徑DlO的范圍可以從0.031英寸到0.07英寸。例如，在一個實施例中，針套管510的外直徑DlO為0.050英寸(0.127cm)。針套管510包括厚度T2。針套管510的厚度T2的范圍可以從0.02英寸到0.010英寸。例如，在一個實施例中，針套管510的厚度T2為0.0030英寸(0.0076cm)。提供以上尺寸僅用于示例性目的，而不意在是限制性的。其他尺寸被設想。
[0126]如圖19A和圖19B所示，通過使針尖端505縮進剛性部段507中來減小針系統300的剛性部段507的長度L8的能力允許針系統300導航曲折路徑560 (例如，具有狹窄的轉彎半徑)，其中針500處于被套狀況，同時依然允許需要穿透在患者體內的目標區或病變區565的針尖端505的結構特性(例如，長度和直徑)。
[0127]圖19A圖示說明在曲折通路560中導航突轉、狹窄彎曲部的針系統300。因為針尖端505處于縮進或縮回構型，在該縮進或縮回構型中，針尖端505被縮回到外部鞘管310的剛性部段507內，所以剛性部段507的長度L8被最小化(S卩，如圖14所示，并且如當針尖端505處于延伸構型時與在圖15和圖19A中示出的長度L8相比較)。剛性部段507的縮短的長度L8允許針系統300在曲折路徑560中導航狹窄的或急轉彎曲部，而不會有意地損傷鄰近組織。
[0128]圖19B圖示說明延伸出外部鞘管310并且穿透目標區565(例如，以從目標區565獲得或吸入活檢樣本)的針尖端505。在一些實施例中，針系統300將目標區565的活檢樣本吸入到在圖14和圖15中示出的針管腔555中。在另一些實施例中，針系統300取目標區565的活檢樣本到針尖端505中。當針系統獲得活檢樣本時，堵頭元件502防止周圍流體(例如，組織和/或血液)接觸被容納在如圖14和圖15所示的傳感器管腔550內的傳感器系統235。
[0129]當針尖端505延伸超過鞘管尖端325的遠端355時，剛性管部分390和鞘管尖端325協作來環繞、支撐和有效地加固針尖端505從而使針500能夠穿透目標區565。在所描繪的實施例中，當針尖端505被縮回，但是被縮回的短到足夠在曲折路徑560中導航急轉彎曲部時(如圖19A所示)，剛性管部分390的長度L5和鞘管尖端325的長度L3的結合足夠長以套針尖端505。因此，外部鞘管310的剛性部段507的長度L8至少和針尖端505的長度LN(在圖14中示出)一樣長。換句話說，針尖端505的長度LN等于或短于剛性管部分390的長度L5和鞘管尖端325的長度L3的結合。因此，在當針尖端505從外部鞘管310中顯露，在維持提供足夠的遠側剛性以便提供穩定性、距離控制、目標精確度和可預測的針路徑的能力的同時，針系統300能夠在其自身上向內縮進到足以充分減小剛性部分507的長度L8(如圖14所示)從而導航急轉彎曲部半徑。
[0130]類似地，如圖20A和圖20B所示，通過使針265的剛性遠側部段270縮進外部鞘管260的剛性遠側部分280中來減小針系統250的剛性部段284的長度Lr的能力允許針系統250導航曲折路徑560，其中針265處于被套狀況，同時依然允許需要穿透在患者體內的病變區565的剛性遠側部段270的結構特性(例如，長度和直徑)。
[0131]圖20A圖示說明在曲折通路560中導航突轉、狹窄彎曲部的針系統250。因為剛性遠側部段270處于縮進或縮回構型，在該縮進或縮回構型中，剛性遠側部段270被縮回到外部鞘管260的剛性遠側部分280內，所以剛性部段284的長度Lr被最小化(S卩，如圖3B所示，并且如當針尖端505處于延伸構型時與在圖3A中示出的長度Lr相比較)。剛性部段284的縮短的長度Lr允許針系統250在曲折路徑560中導航狹窄的或急轉彎曲部，而不會有意地損傷鄰近組織。
[0132]圖20B圖示說明延伸出外部鞘管260并且穿透目標區565(例如，以從目標區565獲得或吸入活檢樣本)的剛性遠側部段270。在所描繪的實施例中，針265的剛性遠側部段270和柔性近側部段273 二者都延伸到外部鞘管260的外部。在這種方式中，針系統250允許針265的剛性部段和柔性部段二者都穿透病變區565。在一些實施例中，針系統250將目標區565的活檢樣本吸入到針管腔274中。在另一些實施例中，針系統250取目標區565的活檢樣本到遠側剛性部段270中。
[0133]當只有遠側剛性部段270延伸超過鞘管260的遠端276時，剛性遠側部分280環繞、支撐且有效地加固遠側剛性部段270從而使針265能夠穿透目標區565。在所描繪的實施例中，當針265被縮回，但是被縮回的短到足夠在曲折路徑560中導航急轉彎曲部時(如圖20A所示)，剛性遠側部分280的長度Ld足夠長以套剛性遠側部段270。因此，外部鞘管260的剛性遠側部分280的長度Ld至少和針265的剛性遠側部段270的長度Ln(如圖3C所示)一樣長。因此，在當針265從外部鞘管310中顯露，在維持提供足夠的遠側剛度以便提供穩定性、距離控制、目標精確度和可預測的針路徑的能力的同時，針系統250能夠在其自身上向內縮進到足以充分減小剛性部段284(如圖3B所示)的長度Lr從而導航急轉彎曲部半徑。
[0134]圖21至圖23圖示說明根據本公開的一個實施例的針系統300的近側部分600的局部剖視側視圖。在一些實施例中，近側部分600可以和在圖2中描繪的近側部分233相同。圖21圖示說明當針500和外部鞘管310 二者都處于非延伸或非推進狀況時的針系統300的近側部分600。近側部分600包括針把手605、鞘管把手610和穩定器管把手615。穩定器管620可以包括耦接到另一個醫療器械(例如，導管或支氣管窺鏡)的短薄壁海波管。針把手605、鞘管把手610和穩定器管把手615分別被耦接到針500的近端、外部鞘管310和穩定器管620。針500、外部鞘管310和穩定器管620相對于彼此以伸縮式方式進行布置。特別地，針500被構造成可滑動地容納在鞘管把手610和外部鞘管310內，并且外部鞘管310被構造成被容納在穩定器管把手615和穩定器管620內。因此，在所描繪的實施例中，針500被可滑動地容納在外部鞘管310內，并且外部鞘管310(即，攜帶針500)被可滑動地容納在穩定器管620內。
[0135]在所描繪的實施例中，針把手605包括主端口625和次端口 630。在替代實施例中，針把手605可以具有不同的構型和/或不同數量的端口。主端口 625可以用作抽吸管腔(例如，用于活檢取回)和/或用作遞送管腔(例如，用于遞送藥物或沖洗流體)。次端口630可以攜帶來自在圖2中示出的傳感器系統108、致動器210和/或遙操作平臺215的線或其他連接元件。在一個實施例中，次端口 630攜帶來自在圖2中示出的傳感器系統235的連接元件。
[0136]可以用遞增的測量標記在針把手605和/或鞘管把手610的近側部分處用油墨(或墨水)或其他方式標記針把手605和/或鞘管把手610以用來指示其推進的距離或深度(例如，相對于穩定器管620和/或在圖5中示出的鞘管尖端325的遠端355)。在所描繪的實施例中，針把手605和鞘管把手610包括標志物632。標志物632可以延伸針把手605和/或鞘管把手610的長度。標志物632可以起可視插入距離指示符的作用。在一些實施例中，標志物632可以是不透射線的(例如，熒光標志物)。
[0137]在所描繪的實施例中，鞘管把手610和穩定器管把手615分別包括鎖定元件635a、鎖定元件635b。鎖定元件635a、鎖定元件635b使使用者能夠選擇性地停止針500、外部鞘管310或者二者的推進或延伸。在所描繪的實施例中，鎖定元件635a、鎖定元件635b是鎖定螺釘的形式。例如，一旦擰緊鎖定螺釘635a，使用者能夠停止針500到鞘管把手610和外部鞘管310中的遠側推進。通過擰緊鎖定螺釘635a、鎖定螺釘635b，使用者能夠暫時將針500和外部鞘管310的相對位置鎖定在期望的布置中(例如，取決于醫療發明的實時需求)。鎖定元件635a、鎖定元件635b只是可操作用來將可移動元件的相對位置鎖定在期望位置中的手動鎖定機構中的一種示例。在另一些實施例中，可移動元件的相對位置能夠以不同的方式被鎖定。鎖定元件635a是維持針500相對于外部鞘管310的位置的保持機構的一個示例。在一方面，鎖定元件635a將針500維持在相對于外部鞘管310的延伸位置中。在另一些實施例中，針500和外部鞘管310的相對位置可以以不同的方式被維持。
[0138]圖22圖示說明當針500處于延伸或推進狀況并且外部鞘管310處于非延伸或非推進狀況時的針系統300的近側部分600。針把手605被示出為被向遠側推動或推進，使得針把手605部分地縮進鞘管把手610中。當針把手605被向遠側推進時，針500同時向遠側推進到外部鞘管310中。當針500向遠側推進通過外部鞘管310時，針500的針尖端505能夠從鞘管尖端325中顯露(也如在圖15中所示)。在一個示例中，針500被插入最小值30mm。
[0139]圖23圖示說明當針500和外部鞘管310二者都處于延伸或推進狀況時的針系統300的近側部分600。如圖23所示，針把手605被示出為被向遠側推動或推進，使得針把手605部分地縮進鞘管把手610中。此外，鞘管把手610被示出為被向遠側推動或推進，使得鞘管把手610部分地縮進穩定器管把手615中。當鞘管把手605被向遠側推進時，外部鞘管310同時向遠側推進(例如，通過穩定器管620)。當外部鞘管310在針500上方向遠側推進時，鞘管尖端325和外部鞘管310的細長管320環繞針500的針尖端505并且套針500的針尖端505(也如圖14中所示)。
[0140]在一種實例中，當針500被套在外部鞘管310內時，使用者可以推進針系統300(如圖14所示)通過穩定器管620和朝向在患者內的感興趣的解剖區的任何介于中間的醫療器械。在該起始推進期間，針系統300的近側部分600可以顯現如圖22所示。在一個方面，使用者能夠利用傳感器系統235(在圖2中示出)來精確地將鞘管尖端325的遠端355安置成鄰近感興趣的解剖區(例如，在患者內)。在將鞘管尖端325的遠端355安置成鄰近感興趣的解剖區后，使用者可以在遠側將針把手605推進到鞘管把手610中，由此致使針500的針尖端505從外部鞘管310中顯露，如圖14所示(例如，并且穿透外部鞘管310的組織遠側)。當使用者將針500推進到組織中時或在使用者將針500推進到組織中之后，使用者可以向遠側推進鞘管把手610，從而在針尖端505上方滑動外部鞘管310。外部鞘管310能夠保護針尖端505，并且當針尖端505前進通過組織時進一步導引針500的軌跡(如圖20所示)。
[0141]在另一種實例中，例如在活檢程序期間，在獲得活檢(例如，在針尖端505和/或針管腔555內)之后將針500從外部鞘管310收回，同時將外部鞘管310(例如，鞘管尖端325)留在鄰近感興趣的解剖區的位置中(例如，在圖18和圖19中示出的病變區565)。因此，使用者能夠檢查是否已經獲得期望的活檢樣本，而不用移除外部鞘管310并且不用失去第一活檢的部位。如果使用者期望來自相同活檢部位或鄰近該活檢部位的另一活檢樣本，那么如圖22所示，使用者能夠簡單地將針500重新插入到外部鞘管310中并且向遠側推進針把手605來獲得另一活檢樣本。
[0142]在另一些實施例中，針系統可以包括關于針500以伸縮式方式進行布置的多個鞘管或剛性部段。此類鞘管在設計上可以大體上類似于外部鞘管310，并且此類剛性部段在設計上可以大體類似上述的剛性部段507。圖24和圖25圖示說明針系統700，該針系統700包括彼此以伸縮式方式進行布置的剛性部段705和剛性部段710、剛性部段715以及針500。特別地，針500被構造成可滑動地被縮回到且被容納在剛性部段715內，剛性部段715被構造成可滑動地被縮回到且被容納在剛性部段710內，并且剛性部段710被構造成可滑動地被縮回到且被容納在剛性部段705內。在圖24中，針500和剛性部段715和剛性部段710被示出處于延伸或部分延伸狀況，其中針系統700的總剛性長度為Lll。然而，如圖25所示，針500、剛性部段715和/或剛性部段710能夠沿箭頭725的方向(一起或獨立地)向內伸縮以將針系統的剛性長度LU縮短到剛性部段705的長度L12。在一些實施例中，針系統包括具有柔性部分和剛性部分二者的多個伸縮式部分。
[0143]圖26圖示說明根據本公開的一個實施例的示例性針系統790。特別地，根據本公開的一個實施例，示例性針系統790包括被安置在示例性醫療器械805內的示例性傳感器管芯針800。在所描繪的實施例中，醫療器械805包括帶有斜面尖端810的針。然而，在另一些實施例中，醫療器械805可以包括包括管腔815的各種中空醫療器械中的任一個，作為非限制示例，所述中空醫療器械包括內窺鏡、導管、活檢工具和遞送器械。在一些實施例中，醫療器械805可以和在圖3A至圖3C中示出的針265相同，如在下面參照圖27所述的。
[0144]傳感器管芯針800是可移除管芯針，所述可移除管芯針的形狀和尺寸被設計成被可滑動地容納在醫療器械805的管腔815內。傳感器管芯針800包括細長構件，所述細長構件包括比醫療器械805的管腔815的內腔直徑Di小的外直徑Ds。在一些實施例中，外直徑Ds測量為僅稍小于腔直徑Di，從而使得傳感器管芯針800平齊地適配在醫療器械805內。
[0145]傳感器管芯針800包括傳感器系統820，傳感器系統820被構造成提供關于醫療器械805的形狀和/或位置數據。在一些實施例中，傳感器系統820可以和上述的傳感器系統235相同。傳感器系統235大體上與傳感器管芯針800的至少一部分對齊。如果針系統790是在圖1中示出的遙操作醫療系統100的醫療器械系統104，那么傳感器系統235可以是傳感器系統108的部件。如果針系統790是手動操作的或其他方式用于非機器人程序，那么傳感器系統235可以被耦接到追蹤系統，所述追蹤系統訊問形狀傳感器并處理所接收的形狀數據。不管醫療器械805的具體操控機構如何，通過包含傳感器系統235增強針系統790的可用性。
[0146]傳感器系統235能夠測量或探測醫療器械805的特性。例如，傳感器系統235能夠確定醫療器械805的和/或沿醫療器械805的一個或多個分立式部段的位置、取向、速率、姿態和/或形狀。由傳感器系統235讀取的數據能夠被轉換成通過在圖1中示出的傳感器系統108和/或控制系統112的可用形狀和/或位置信息。然后，形狀和/或位置信息能夠用于導引醫療器械805的進一步操縱。在所描繪的實施例中，傳感器系統235在傳感器管芯針800的遠端822附近終止。在另一些實施例中，傳感器系統235可以延伸到傳感器管芯針800的遠端822。
[0147]在某些實施例中，傳感器管芯針800可以包括不透射線標志物。例如，在圖26中示出的實施例中，傳感器管芯針800包括耦接傳感器管芯針800的遠側部分830的不透射線標志物825。不透射線標志物825包括圓周地環繞傳感器管芯針800的管狀標志物。在另一些實施例中，不透射線標志物可以被成形且被構造成各種合適形狀中的任一種，作為非限制示例，所述形狀包括矩形、三角形、卵形、線性和非圓周形狀。
[0148]不透射線標志物825準許使用者使在患者內的傳感器管芯針800(以及如果傳感器管芯針800被安置在管腔815內時，則醫療器械805)的部位和取向熒光可視化。不透射線標志物825可以由在熒光透視下足夠可視化從而來輔助涉及醫療器械805的醫療程序的多種生物相容性的不透射線的材料的任一種形成。作為非限制示例，此類不透射線的材料可以由白金、金、銀、鉑/銥合金、鎢來制作。例如，在所描繪的實施例中，不透射線標志物825可以由鎢形成。
[0149]使用各種已知的方法來將標志物825附接至傳感器管芯針800，例如，所述已知的方法諸如粘合劑粘合、兩層聚合物之間的層壓、或氣相淀積。在一些實施例中，不透射線標志物825由鉑涂層或覆層形成。雖然所描繪的實施例包括布置成鄰近傳感器800的遠端822的單個不透射線標志物825，但是，另一些實施例可以包括任何數量和布置的不透射線標志物。在一些實施例中，傳感器管芯針800缺少不透射線標志物。
[0150]醫療器械805可以由各種金屬、合金、復合材料或塑料等形成。例如，醫療器械805可以由醫用鋼材、生物相容性塑料或其組合等形成。傳感器管芯針800也可以由各種金屬、合金、復合材料、塑料或它們的組合等形成。例如，傳感器管芯針800可以由醫用鋼材或生物相容性塑料等形成。此外，醫療器械805和傳感器管芯針800可以具有帶有各種形狀的截面，在一個示例性實施例中，醫療器械805可以由醫用鋼材形成，并且傳感器管芯針800可以包括醫用鋼材尖端和線圈。在該示例性實施例中，醫療器械805和傳感器管芯針800具有圓柱形形狀和圓形截面。
[0151]當使用者期望采用該管芯針時，傳感器管芯針800可以被選擇性地插入到醫療器械805的管腔815中(例如，通過醫療器械805的近端(未示出))，當不再需要用傳感器管芯針800來允許管腔815的使用(例如，用于吸入或遞送)時，傳感器管芯針800可以可移除，并且如果再次需要傳感器管芯針800時，傳感器管芯針800可以被重新插入到管腔815中。在所描繪的實施例中，當傳感器管芯針800被安置在管腔815內時，傳感器管芯針800的至少一部分與醫療器械805的縱軸線LA對齊。傳感器管芯針800沿其長度可以具有變化程度的柔性。在一個實施例中，例如，傳感器管芯針800在其遠端處的剛性可以比在其近端處的剛性更大。在另一些實施例中，傳感器管芯針800沿其長度可以柔性一致。
[0152]圖27圖示說明被安置在圖3A至圖3C中示出的示例性針系統250內的在圖26中示出的傳感器管芯針800。特別地，傳感器管芯針800被示出為被安置在針265的管腔274內。因此，當針265穿過患者解剖結構時，通過提供關于針265的形狀和/或位置數據，傳感器管芯針800可以協助導引針系統250通過如圖20A和圖20B中示出的患者解剖結構。
[0153]本發明的實施例中的一個或多個元件可以在軟件中實施以在計算機系統(諸如，控制系統112)的處理器上執行。當在軟件中實施時，本發明的實施例的元件本質上為執行所需任務的代碼段。程序或代碼段能夠被存儲在處理器可讀存儲介質中或可以通過在傳輸介質或通信鏈接上體現在載波中的計算機數據信號已經被下載的設備。處理器可讀存儲設備可以包括能夠存儲包括光學介質、半導體介質和磁介質的信息的任何介質。處理器可讀存儲設備示例包括電子電路;半導體設備、半導體儲存設備、只讀存儲器(R0M)、閃速存儲器、可擦除程序只讀存儲器(EPROM)軟盤、CD-ROM、光盤、硬盤或其他存儲設備。代碼段可以經由計算機網絡，諸如互聯網、局域網等被下載。
[0154]要注意的是，處理和所呈現的顯示可以不固有地涉及任何特定的計算機或其他裝置。用于各種這些系統的所需結構將作為元件出現在權利要求中。此外，沒有參照任何特定的程序語言來描述本發明的實施例。應當理解，各種程序語言可以用于實施如本文所描述的本發明的教導。
[0155]雖然本發明的特定示例性實施例已經被描述并且在附圖中示出。但是應當理解，由于本領域技術人員可以想到各種其他修改，所以此類實施例僅僅是廣義發明的說明而不是限制性的，并且本發明的實施例不意限制所示出和所描述的具體構造和布置。
【主權項】
1.一種醫療設備，其包括: 細長鞘管，所述細長鞘管包括剛性遠側部分和柔性近側部分，所述細長鞘管限定第一管腔； 細長器械，所述細長器械被可滑動地布置成至少部分在所述第一管腔內，所述細長器械包括限定第二管腔的剛性遠側部段;以及 保持機構，所述保持機構用于將所述剛性遠側部段可釋放地維持處于自所述剛性遠側部分的延伸位置。2.根據權利要求1所述的醫療設備，其中所述剛性遠側部段完全可縮回到所述細長鞘管中。3.根據權利要求2所述的醫療設備，其中所述剛性遠側部段的長度小于所述剛性遠側部分的長度。4.根據權利要求1所述的醫療設備，其中所述保持機構包括在所述剛性遠側部段和所述剛性遠側部分之間的至少一個接合特征。5.根據權利要求1所述的醫療設備，其中所述保持機構包括手動鎖定機構。6.根據權利要求1所述的醫療設備，其中所述細長器械還包括柔性近側部段，所述柔性近側部段被固定地耦接到所述剛性遠側部段。7.根據權利要求6所述的醫療設備: 其中所述柔性近側部分限定針管腔和傳感器管腔； 其中所述針管腔與所述第二管腔流體連通;并且 所述傳感器管腔不與所述第二管腔流體連通。8.根據權利要求7所述的醫療設備，其中所述傳感器管腔被構造成維持傳感器系統的軸向位置與在所述細長器械的近端和所述細長器械的遠端之間延伸的所述細長器械的縱軸線大體上平行對齊。9.根據權利要求7所述的醫療設備，還包括堵頭元件，所述堵頭元件被布置在鄰近所述細長器械的所述剛性遠側部段的所述傳感器管腔內，所述堵頭元件被構造成阻止所述第二管腔和所述傳感器管腔之間的流體連通。10.根據權利要求1所述的醫療設備，還包括與在所述細長鞘管的近端和所述細長鞘管的遠端之間延伸的所述細長鞘管的縱軸線大體上平行對齊的傳感器系統。11.根據權利要求10所述的醫療設備，其中所述傳感器系統被構造成測量所述細長器械的形狀。12.根據權利要求10所述的醫療設備，其中所述傳感器系統被構造成測量所述細長器械的位置。13.根據權利要求1所述的醫療設備，還包括可移除的傳感器管芯針，所述可移除的傳感器管芯針包括傳感器系統并且被構造成可滑動地容納在所述細長器械內。14.根據權利要求1所述的醫療設備，還包括限定第三管腔的第二細長鞘管，其中所述細長鞘管被可滑動地布置成至少部分在所述第三管腔內。15.根據權利要求1所述的醫療設備，其中所述剛性遠側部段包括外直徑，所述外直徑近似所述剛性遠側部分的內直徑。16.一種方法，其包括: 導航包括剛性遠側部分的細長鞘管通過曲折路徑到達感興趣的解剖組織； 從所述細長鞘管的管腔延伸包括剛性遠側部段的細長器械； 將所述剛性遠側部段維持處于自所述剛性遠側部分的延伸位置;并且 將所述剛性遠側部段和所述剛性遠側部分插入到所述感興趣的解剖組織。17.根據權利要求16所述的方法，還包括抽吸所述感興趣的解剖組織的活檢樣本。18.根據權利要求16所述的方法，其中將所述剛性遠側部段維持處于自所述剛性遠側部分的延伸位置包括接合所述剛性遠側部段和所述剛性遠側部分之間的接合特征。19.根據權利要求16所述的方法，其中將所述剛性遠側部段維持處于自所述剛性遠側部分的延伸位置包括致動手動鎖定機構。20.根據權利要求16所述的方法，其中導航所述細長鞘管包括接收來自形狀傳感器的?目息O21.根據權利要求16所述的方法，其中導航所述細長鞘管包括接收來自位置傳感器的?目息O
【文檔編號】A61B10/02GK105979880SQ201480074860
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年12月12日
【發明人】L·戈登
【申請人】直觀外科手術操作公司