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CN109475405B - 用于微创过程的可操纵引入器的图像引导 - Google Patents

用于微创过程的可操纵引入器的图像引导 Download PDF

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CN109475405B
CN109475405B CN201780020757.9A CN201780020757A CN109475405B CN 109475405 B CN109475405 B CN 109475405B CN 201780020757 A CN201780020757 A CN 201780020757A CN 109475405 B CN109475405 B CN 109475405B
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Abstract

一种可操纵引入系统，其用于在解剖对象(例如心脏)内部署介入工具(例如，置换瓣)。所述可操纵引入系统采用可操纵引入器(20)，其包括杆、运动控制器和可定位于所述解剖对象内用于在所述解剖对象内定位所述介入工具的端部效应器。可操纵引入系统还采用图像引导工作站(120)，其响应于示出所述端部效应器在所述解剖对象内的位置的手术图像数据(例如，示出所述端部效应器在心脏内的手术位置的超声或X射线图像数据)来控制由所述运动控制器对端部效应器在解剖对象内相对于所述杆的平移、枢转和/或旋转的致动。通过图像引导工作站(120)的端部效应器的运动致动便于介入工具和解剖对象的结构(例如，心脏的患病的主动脉瓣)的同轴对准和/或共面对准。

Description

用于微创过程的可操纵引入器的图像引导
技术领域
本公开总体上涉及一种用于在任何类型的微创过程(例如，微创手术瓣置换)期间部署介入工具的可操纵引入器。本公开具体地涉及用于部署介入工具的新颖的且具有创造性的可操纵引入器。
背景技术
主动脉瓣置换是一种医学过程，其中，用人造瓣置换患病的主动脉瓣。更具体地，微创主动脉瓣置换总体上涉及在图像X射线或超声引导下的经由患者身体内的小切口在跳动的心脏中部署人造瓣。
存在用于执行微创主动脉瓣置换的多种方法。
第一个范例是经心尖方法，其总体上涉及患者的胸部下部的小切口，以及患者的跳动的心脏的左心室中的小穿刺。经由导丝将引入器护套引导通过小切口和小穿刺进入左心室，并且经由引入器护套将支撑人造瓣的球囊导管引入左心室，以将人造瓣部署在患病的主动脉瓣部位处。
第二个范例是经主动脉方法，其总体上涉及患者的胸部上部的小切口，以及患者的跳动的心脏的主动脉中的小穿刺。经由导丝将引入器护套引导通过小切口和小穿刺进入主动脉，并且经由引入器护套将支撑人造瓣的球囊导管引入主动脉，以将人造瓣部署在患病的主动脉瓣部位处。
为了成功进行主动脉瓣置换，在左心室或主动脉中引入球囊导管需要人造瓣与患病的主动脉瓣的同轴对准和共面对准二者。然而，人工瓣和患病的主动脉瓣的同轴对准和共面对准二者已被证明由于心脏的复杂运动(例如，心脏跳动和患病的主动脉瓣的拍打)引起的各种原因而具有挑战性的。
一个主要原因是患者切口的点、心脏穿刺的点和主动脉瓣环很少是共线的，并且因此将球囊导管直线引入左心室或主动脉是不合适的。
为了解决直线引入器护套的这种直线限制，本领域已知的引入器护套已经配备有偏转筋腱来致动引入器护套的远端的俯仰运动和/或偏航(yaw)运动，目的是实现人工瓣和患病的主动脉瓣的同轴对准和共面对准。
但是，偏转筋腱的传输长度从引入器护套的远端延伸到近端，并且通常无法提供引入器护套的远端所需要的俯仰运动和/或偏航运动的精确致动以实现人造瓣和患病的主动脉瓣的同轴对准和共面对准，特别是考虑到患者的解剖结构(例如，肋骨、心肌、心脏内的小梁)限制了引入器护套的这种致动。
此外，偏转筋腱不提供对于人造瓣和患病的主动脉瓣的同轴对准和共面对准都是必需的引入器护套的平移运动。
发明内容
本公开的发明通过提供可操纵引入器在解剖对象内的图像引导来改善可操纵引入器，以由此实现介入工具与解剖对象(即，任何解剖器官和任何血管)的结构的精确的同轴对准和/或精确的共面对准。
为了本公开的发明的目的，术语“微创手术”和“介入工具”将被广义地解释为在本公开的领域中并且如本文中范例性描述的理解。
微创手术的范例包括，但不限于，心脏瓣手术(主动脉、肺动脉、二尖瓣)修补和置换、心房隔膜缺损或卵圆孔未封闭、从心脏取出异物或血栓、血管过程、视频辅助的胸手术和腹部手术(肝、肾、前列腺)。
介入工具的范例包括但不限于人造心脏设备、闭合设备、抽吸设备、冲头、导管、球囊导管、消融导管、支架和移植物。
为了本公开内容的发明的目的，术语“可操纵引入器”广泛地涵盖如在本领域中所公知的引入器护套、手术引入器之类的所有结构配置，其包含用于被动引导或主动操纵介入工具在解剖对象内的位置的端部效应器的可操纵致动，如在本公开的领域中所理解的及如在本文范例性描述的那样，并且术语“可操纵引入设备”广泛地涵盖在堆叠装置中的两个(2)或多个可操纵引入器的组合，如在本公开的领域中所理解的及如本文范例性描述的那样。
本公开内容的发明的一种形式是用于在解剖对象(例如心脏)内部署介入工具(例如，置换瓣)的可操纵引入系统，其中，所述可操纵引入系统采用包括端部效应器的可操纵引入器，其用于在解剖对象内定位介入工具(例如，端部效应器被动引导或主动操纵解剖对象内的介入工具)。
可操纵引入系统还采用图像引导工作站，其响应于示出端部效应器在解剖对象内的位置的手术图像数据(例如，示出端部效应器在心脏内的手术位置的超声或X射线图像数据)来控制对端部效应器在解剖对象内的平移、枢转和/或旋转的致动。
通过端部效应器的图像引导工作站的运动致动便于介入工具和解剖对象的结构(例如，心脏的患病的主动脉瓣)的同轴对准和/或共面对准。
对于可操纵引入系统的第一种形式，可操纵引入器可以采用耦合杆和端部效应器的运动耦合器。
所述杆在结构上被配置为将介入工具引入解剖对象内(例如，介入工具穿过或穿越所述杆进入解剖对象)。端部效应器在结构上被配置为与解剖对象内的介入工具相互作用(例如，端部效应器可移动以在解剖对象内定位介入工具)。
运动耦合器可以包括一个或多个线性致动器，以可控制地致动端部效应器相对于所述杆的平移、枢转和/或旋转。线性致动器的致动提供端部效应器的平移运动、俯仰运动和/或偏航运动，以实现介入工具与解剖对象的结构的同轴对准和/或共面对准(例如，人造瓣与心脏的患病的主动脉瓣的同轴对准和/或共面对准)。
运动耦合器还可以包括在所述杆和端部效应器之间可平移的一个或多个线性滑动器和/或在所述杆和端部效应器之间延伸的一个或多个柱。如果包括的话，所述线性滑动器和/或所述柱响应于线性致动器的致动来支撑端部效应器在解剖对象内的平移、枢转和/或旋转。
运动耦合器还可以包括可控制为致动端部效应器围绕端部效应器的旋转轴的旋转的旋转致动器和/或可操纵引入器还采用可控制为致动端部效应器围绕所述杆的旋转轴的旋转的旋转致动器。旋转致动器的致动提供端部效应器的滚动运动和/或端部效应器围绕所述杆的循环旋转运动，以进一步实现介入工具与解剖对象的结构的同轴对准和/或共面对准。
为了本公开的发明的目的，结构术语“杆”和“端部效应器”将被广义地解释为在本公开的领域中理解并且如本文范例性描述的那样。
为了本公开的发明的目的，结构术语“运动耦合器”广泛地涵盖可致动为将一个或多个移动力(例如，线性和/或角度)施加至被连接到耦合器(例如，端部效应器)的主体上的耦合器的所有结构配置。
为了本公开的发明的目的，结构术语“线性致动器”、“线性滑动器”、“柱”和“旋转致动器”将被广义地解释为在本公开的领域中所理解的并且如本文范例性描述的那样。
线性致动器的非限制性范例是结合压电电机或气动电机的电动棱柱形接头。
线性滑动器的非限制性范例是结合气动滑动器的非电动棱柱形接头。
柱的非限制性范例是端部效应器围绕其枢转和/或旋转的支轴。
旋转致动器的非限制性范例是结合压电电机的电动旋转接头。
为了本公开的发明的目的，描述性术语“引入”、“相互作用”、“致动”、“平移”、“枢转”、“旋转”、“俯仰”、“偏航”、“滚动”、“循环旋转”、“同轴”、“共面”、“对准”和“轴”，以及其任何时态将被广义地解释为在本公开的领域中所理解的并且如本文范例性描述的那样。
更具体地，与端部效应器和介入设备相关的术语“相互作用”广泛地涵盖影响介入设备在解剖对象内的物理布置的端部效应器。一个非限制性范例是在位置和/或取向上引导介入设备在解剖对象内的定位的端部效应器。另一个非限制性范例是在位置和/或取向上操纵介入设备在解剖对象内的定位的端部效应器。
本公开的本发明的第二种形式是用于在解剖对象(例如，心脏)内部署介入工具(例如，置换瓣)的可操纵引入系统，其中，所述可操纵引入系统采用包括用于在解剖对象内定位介入工具的取向端部效应器和平移端部效应器的可操纵引入设备。
可操纵引入系统还采用图像引导工作站，其响应于示出平移端部效应器在解剖对象内的手术取向的手术图像数据来控制对取向端部效应器在解剖对象内的枢转和/或旋转的致动，并且还响应于示出平移端部效应器在解剖对象内的手术位置的手术图像数据来控制对平移端部效应器在解剖对象内的平移的致动。
通过取向端部效应器和平移端部效应器的图像引导工作站的运动致动便于介入工具和解剖对象(例如，患病的心脏的主动脉瓣)的结构的同轴对准和/或共面对准。
对于可操纵引入系统的第二种形式，可操纵引入设备可以采用取向可操纵引入器和平移可操纵引入器，其中，平移可操纵引入器的杆邻接于取向可操纵引入器的端部效应器。取向可操纵引入器的运动耦合器可以包括一个或多个线性致动器，其可控制为致动可操纵引入器的端部效应器相对于取向可操纵引入器的杆的枢转和/或旋转。平移可操纵引入器的运动耦合器还可以包括一个或多个线性致动器，其可控制为驱动平移可操纵引入器的端部效应器相对于平移可操纵引入器的杆的平移。
为了本公开的发明的目的，术语“邻接”及其任何时态广泛地涵盖部件的固定的或可分离的耦合、连接、固定、夹紧、安装等。
为了本公开的目的，用于术语“可操纵引入器”及其部件的本文中所使用的标签“取向”和“平移”为了识别目的区分具体的可操纵引入器及其部件与本文所描述的和要求保护的其他可操纵引入器，并非指定或暗示对术语“可操纵引入器”的任何附加的限制。
对于两种形式的可操纵引入系统，图像引导工作站可以采用控制网络，所述控制网络包括如本文中范例性描述的图像控制器、引入器控制器和应用模块。
为了本公开的发明的目的，术语“工作站”将被广义地解释为如在本公开的领域中所理解的并且如本文范例性描述的那样。“工作站”的范例包括但不限于一个或多个计算设备的组件、显示器/监视器、以及独立计算系统形式的一个或多个输入设备(例如，键盘、操纵杆和鼠标)、客户端计算机、台式机或平板电脑。
为了本公开的目的，术语“控制器”广泛地涵盖如本文后续所描述的用于控制本公开的各种发明原理的应用的容纳在工作站内或链接到工作站的专用主板或专用集成电路的所有结构配置。控制器的结构配置可以包括但不限于处理器、计算机可用/计算机可读存储介质、操作系统、应用模块、外围设备控制器、插槽和端口。
为了本公开的目的，用于术语“控制器”的本文所使用的标签“引入器”、“电机”、“图像”、“X射线”和“超声”为了识别目的区分具体的控制器与本文所描述的和要求保护的其他控制器，并非指定或暗示对术语“控制器”的任何附加限制。
为了本公开的目的，术语“应用模块”广泛地涵盖结合在控制器内或可由控制器访问的模块，所述控制器包括电子器件电路和/或用于执行特定应用的可执行程序(例如，存储在非暂时性计算机可读介质上的可执行软件和/固件)。
本公开的发明的第三种形式是一种介入方法，其结合可操纵引入器，所述可操纵引入器包括杆、运动耦合器和用于在解剖对象内定位介入工具的端部效应器。介入方法涉及将所述杆、所述运动耦合器和所述端部效应器定位在解剖对象中。
介入方法还涉及操纵端部效应器到解剖对象内的位置的图像引导工作站，其包括响应于示出端部效应器在解剖对象内的位置的手术图像数据来来控制对端部效应器在解剖对象内相对于所述杆的平移、枢转和旋转中的至少一个的致动的图像引导工作站。
从以下结合附图阅读的本公开的发明的各种实施例的详细描述，本公开的发明的前述形式和其他形式以及本公开的发明的各种结构和优点将变得更加显而易见。详细描述和附图仅仅是示出本公开的发明而不是限制，本公开的发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
附图说明
图1A-1E图示了根据本公开的发明原理的通过可操纵引入器的置换瓣的范例性部署。
图2图示了根据本公开的发明原理的介入系统的范例性实施例。
图3图示了根据本公开的发明原理的范例性的总体上的实施例的可操纵引入器。
图4图示了根据本公开的发明原理的图3中所示的可操纵引入器的范例性的未组装实施例。
图5图示了根据本公开的发明原理的图3中所示的可操纵引入器的范例性的已组装实施例。
图6A-6E图示了根据本公开的发明原理的图5中所示的可操纵引入器的范例性运动。
图7A和7B图示了根据本公开的发明原理的线性致动器平台的额外范例性实施例。
图8A和8B图示了根据本公开的发明原理的球囊导管和端部效应器之间的范例性相互作用。
图9A和9B图示了根据本公开的发明原理的图3中所示的可操纵引入器的额外范例性的已组装实施例。
图10图示了根据本公开的发明原理的可操纵引入设备的范例性的总体实施例。
图11图示了根据本公开的发明原理的图10中所示的可操纵引入器的范例性的已组装实施例。
图12图示了根据本公开的发明原理的介入方法的范例性实施例的流程图表示。
图13A图示了根据本公开的发明原理的可操纵引入器和经食道超声心动图(TEE)探头的范例性配准。
图13B图示了根据本公开的发明原理的图13A的已配准的可操纵引入器和TEE探头的范例性控制回路。
图14A图示了根据本公开的发明原理的可操纵引入设备和经食道超声心动图(TEE)探头的范例性配准。
图14B和14C图示了根据本公开的发明原理的图14A的已配准可操纵引入设备和TEE探头的范例性控制回路。
具体实施方式
作为对现有可偏转引入器护套的改进，本公开的发明提出了一种可操纵引入器，其采用用于定位端部效应器的必要自由度一个或多个线性致动器，以由此实现介入工具与解剖对象(即，任何解剖器官和任何血管)的结构的精确的同轴对准和/或精确的共面对准。
例如，如图1A所示的跳动的心脏H的主动脉A、左心房LA和左心室LV涉及微创主动脉瓣置换，其需要置换人造瓣与患病的主动脉瓣AV的瓣环轴VAA的精确的同轴对准以及置换人造瓣与患病的主动脉瓣AV的瓣环平面VAP(或由外科医生决定的垂直于患病的主动脉瓣的任何其他平面)的精确的共面对准。微创手术主动脉瓣置换的经心尖方法总体上涉及胸部下部的小切口(未示出)，以及跳动的心脏H的左心室LV中的小穿刺。更具体地，对于这种经心尖方法，不存在置换人工瓣进入左心室LV到主动脉瓣AV的直线引入，并且左心室LV内与主动脉瓣AV相邻的空间受到限制。
根据本公开的经心尖方法的执行可以涉及本公开的可操纵引入器20，其在有或没有导丝的情况下被引导通过胸部中的小切口和小刺穿进入左心室LV。因此，可操纵引入器20的端部效应器的位置与瓣环轴VAA和患病的主动脉瓣AV的瓣环平面VAP未对准，如图1B中所示。
如本文将进一步描述的，本公开的可操纵引入器20可被致动为根据需要平移、枢转和/或旋转可操纵引入器20的端部效应器，以将端部效应器定位成与瓣环轴VAA精确地同轴对准，并且与患病的主动脉瓣AV的瓣环平面VAP精确地共面对准，如图1C中所示。同样地，支撑置换人造瓣RV的球囊导管BC可以经由本公开的可操纵引入器20引入左心室LV内，如图1D中所示，其中，置换人工瓣RV与患病的主动脉瓣AV的瓣环轴VAA精确地同轴对准，并且置换人工瓣RV与患病的主动脉瓣AV的瓣环平面VAP精确地共面对准。结果是如图1E所示的置换人造瓣RV的正确的部署。
为了便于理解本公开的各种发明，图2的以下描述教导与本公开的介入系统相关联的基本发明原理。从该描述中，本领域普通技术人员将理解如何将本公开的发明原理应用于制造和使用本公开的介入系统的额外实施例。请注意，如图2中所示的本公开的部件未按比例绘制，而是绘制为概念上可视化本公开的发明原理。
参考图2，本公开的介入系统采用可操纵引入器20或可操纵引入设备21、电机控制器22、荧光透视成像器100(例如，如图所示的移动式C臂)和/或超声探头110、图像引导工作站120和控制网络130，其用于在任何类型的微创过程期间在俯卧躺在操作台OT上的患者P的解剖对象内部署介入工具。
如本领域中已知的，荧光透视成像器100总体上包括X射线发生器101、图像增强器102和用于旋转荧光透视成像器100的轴环103。在本领域中已知的操作中，X射线控制器104控制通过荧光透视成像器100生成示出患者P的解剖对象(例如，在微创主动脉瓣置换期间的患者P的心脏)的荧光透视图像的成像数据105。
在实践中，X射线控制器104可以被安装在X射线成像工作站(未示出)内，或者备选地被安装在图像引导工作站120内。
超声探头110是适用于具体微创过程的任何类型的探头110(例如，如图所示的用于微创主动脉瓣置换的经食管超声心动图(TEE)探头)。在本领域已知的操作中，超声控制器111控制通过超声探头110生成示出患者P的解剖对象(例如，在微创主动脉瓣置换期间的患者P的心脏)的超声图像的成像数据112。
在实践中，超声控制器111可以被安装在超声成像工作站(未示出)内，或者备选地被安装在图像引导工作站120内。
工作站120被组装在采用监视器121、键盘122和计算机123的独立计算系统的已知布置中。
控制网络130被安装在计算机123上，并采用包括图像规划模块132和图像操纵模块133的应用模块131。控制网络130还包括图像控制器134和引入器控制器135。
图像控制器134总体上处理用于在显示器121上示出图像的本领域已知的图像数据。例如，图像控制器134可以处理用于在显示器121上示出X射线图像的X射线图像数据105，和/或处理用于在显示器121上示出超声图像的超声图像数据112。
为了支持微创过程，图像控制器134执行或访问图像规划模块132，以便于用户描绘介入工具与患者P的解剖对象(例如，患者P的心脏的主动脉瓣AV)的结构的同轴对准和/或共面对准。为此，图像控制器134控制解剖对象的结构的X射线图像和/或超声图像在显示器121上的示出，或者同时地或者备选地控制对象的结构的已配准术前图像(例如，计算机断层摄影图像或磁共振图像)在显示器121上的示出。工作站120的操作者在图像内描绘可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器的目标位置，以实现介入工具与所显示的图像内的患者P的解剖对象的结构的同轴对准和/或共面对准。
例如，工作站120的操作者可以基于如图1A中所示的患病的主动脉瓣AV的瓣环轴VAA和瓣环平面VAP的交叉点在图像内描绘可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器的目标位置。
在微创过程期间，图像控制器134执行或访问图像操纵模块133，以在所显示的图像内识别可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器，由此引入器控制器135可以确定要到达用于实现介入工具与患者P的解剖对象的结构的同轴对准和/或共面对准的目标位置所需的可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器的任何必要的平移、枢转和/或旋转。
例如，图像控制器134可以在图像内识别相对于如图1B所示的患病的主动脉瓣AV的已描绘的瓣环轴VAA和瓣环平面VAP的可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器，由此，引入器控制器135确定要达到用于实现如图1C所示的与瓣环轴VAA的同轴对准和与瓣环平面VAP的共面对准的目标位置所需的可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器的任何必要的平移、枢转和/或旋转。
在实践中，为了实施可操纵引入器20的或可操纵引入设备21的运动学，创建图像操纵模块133。通过实施可操纵引入器20或可操纵引入设备21的在本领域中已知的运动学模型，通过引入器控制器135执行图像操纵模块133使得引入器控制器135能够确定为了达到如本文将进一步说明的目标位置的用于可操纵引入器20的线性致动器的或者用于可操纵引入设备21的线性致动器的线性运动参数。引入器控制器135生成告知用于线性致动器的所需线性运动参数的信息的致动数据136，并将致动数据136通信至电机控制器22，以通过可操纵引入器20的端部效应器或可操纵引入设备21的端部效应器的线性致动器致动平移、枢转和/或旋转，以到达用于实现介入工具与患者P的解剖对象的结构的同轴对准和/或共面对准的目标位置。
例如，工作站120的操作者可以操纵工作站120的用户输入设备，通过可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器的线性致动器致动平移、枢转和/或旋转，以到达用于实现如图1C所示的与瓣环轴VAA的同轴对准和瓣环平面VAP的共面对准的目标位置。
在实践中，电机控制器22可以是独立控制器或被安装在图像引导工作站120内。
为了便于理解本公开的各种发明，以下对图3的描述教导了与本公开的可操纵引入器的制造相关联的本公开的基本发明原理。从该描述中，本领域普通技术人员将理解如何将本公开的发明原理应用于制造本公开的可操纵引入器的众多的和各种实施例。请注意，如图3所示的本公开的部件未按比例绘制，而是绘制为概念上可视化本公开的发明原理。
参考图3，本公开的可操纵引入器20采用杆30、运动耦合器40、端部效应器50和可选的旋转致动器60。
所述杆30的结构配置在形状和尺寸方面被指定为将介入工具引入解剖对象中。在实践中，如本领域技术人员将理解的，杆30的具体结构设计和具体材料成分取决于利用可操纵引入器20的具体微创过程。
在第一实施例中，如本文将进一步描述的，杆30被指定为刚性或半刚性杆，其具有用于使介入工具通过杆30到达端部效应器50的中空的中芯，并且还具有用于使电线通过杆30到达运动耦合器40的一个或多个管腔。
在第二实施例中，杆30被指定为刚性或半刚性杆，其具有用于使介入工具穿越杆30到达端部效应器50的实心的中芯，并且还具有用于使电线通过杆30到达运动耦合器40的一个或多个管腔。
当介入工具由杆30引入解剖对象时，端部效应器50的结构配置在形状和尺寸方面被指定为用于端部效应器50与介入工具的相互作用。在实践中，如本领域技术人员将理解的，端部效应器50的具体结构设计和具体材料成分取决于利用可操纵引入器20的具体微创过程。
在一个实施例中，如本领域技术人员将理解的，端部效应器50的形状和尺寸为圆柱体，用于被动引导或主动操纵介入工具在解剖对象内的定位。对于该实施例，介入工具在端部效应器50在解剖对象内的期望定位之后穿过杆30和端部效应器50，或者备选地，在可操纵引入器20被放置到解剖对象中之前，介入工具穿过杆30并且邻接至端部效应器50。
在另一个实施例中，如本领域技术人员将理解的，端部效应器50的形状和尺寸为板，用于主动操纵介入工具在解剖对象内的定位。对于该实施例，在可操纵引入器20放置到解剖对象中之前，介入工具穿过或越过杆30并邻接至端部效应器50。
运动耦合器40的结构配置在一个或多个线性致动器(未示出)方面来指定，所述线性致动器用作以便于线性致动器可控制地致动为使端部效应器50相对于杆30平移、枢转和/或旋转的方式耦合杆30和端部效应器50的电动棱柱形接头，如从端部效应器50延伸的箭头所符号化的。
在一个实施例中，如本文将进一步描述的，线性致动器包括被耦合至杆30的压电电机(未示出)，用于在正向方向或反向方向上平移被耦合至端部效应器50的棒(未示出)。
运动耦合器40的结构配置还可以在一个或多个线性滑动器(未示出)方面来指定，所述线性滑动器用作在杆30和端部效应器50之间可平移的非电动棱柱形接头，以便于端部效应器50相对于杆30的枢转和/或旋转。
在一个实施例中，如本文将进一步描述的，线性滑动器是气动滑动器，其包括被耦合至杆30的不可平移构件(未示出)和被耦合至端部效应器50的可平移构件，由此可平移构件可在正向方向或反向方向上平移。
运动耦合器40的结构配置还可以在一个或多个柱(未示出)的方面来指定，所述柱用作被耦合至杆30和端部效应器50的刚性接头。
在一个实施例中，如本文将进一步描述的，柱是用于增强端部效应器50相对于杆30的枢转和/或旋转的支轴。
如果被采用，旋转致动器60如图所示以便于旋转致动器60的可控制的致动为使杆30围绕杆30的旋转轴(例如，杆30的纵向轴)旋转的形式被耦合至杆30，或者备选地以便于旋转致动器60可控制的致动为使端部效应器50围绕端部效应器50的旋转轴(例如，端部效应器50的中心轴)旋转的方式结合在运动耦合器40内。
在本文如前所述的操作中，引入器控制器135响应于用户输入设备(例如，操纵杆、键盘或图形用户界面)，用于将用户输入设备的已编码运动参数(例如，平移、俯仰和偏航运动参数)解读为用于线性致动器的线性运动参数，并且如果适用的话，解读为用于旋转致动器60的旋转运动参数。引入器控制器135生成告知用于线性致动器的所需的线性运动参数的信息的致动数据136，如果适用，告知用于旋转致动器60的所需的旋转运动参数的信息的致动数据。
致动数据135被通信至电机控制器22，所述电机控制器22将所需的线性运动参数转换为被传输到一个或多个线性致动器的线性驱动信号23，由此每个致动的线性致动器将在正向方向或反向方向上将线性力施加至端部效应器50。如本文将进一步描述的，线性力的施加致动端部效应器50相对于杆30的平移、枢转或旋转。
如果适用，电机控制器22将所需的旋转运动参数转换为被传输至旋转致动器60的旋转驱动信号24，由此旋转致动器60将在顺时针方向或逆时针方向上将旋转力施加到杆30或端部效应器50。
在实践中，电机控制器22可以在可操纵引入器20的外部，如图所示，或者备选地如本文进一步描述的，每个线性致动器40和旋转致动器60(如果适用的话)可以采用单独的电机控制器22。
为了便于理解本公开的各种发明，下面对图4-9B的描述教导了本公开的可操纵引入器的各种实施例。从该描述中，本领域普通技术人员将理解如何将本公开的发明原理应用于使用本公开的可操纵引入器的众多的和各种实施例。请注意，如图4-9B所示的本公开的部件未按比例绘制，而是绘制为概念上可视化本公开的发明原理。
图4示出了可操纵引入器20(图3)的实施例的未组装视图，所述可操纵引入器20采用杆31、一对线性致动器41a和41b、端部效应器51和可选的旋转致动器61。
参考图3，杆31在结构上设计为刚性或半刚性轴，其具有用于使介入工具穿过杆31到达端部效应器51的中空的中芯32，并且还具有用于使电线穿过杆31到达线性致动器41以被容纳在槽34a和34b内的一个或多个管腔33a和33b。
端部效应器51的形状和尺寸为圆柱体，其用于被动引导或主动操纵介入工具在解剖对象内的定位。在实践中，端部效应器51可以由用于超声成像目的的如本领域已知的回声材料和/或如用于X射线成像目的的如本领域已知的成像剂组成。
对于端部效应器51，备选地，端部效应器52的形状和尺寸为板，用于主动操纵介入工具在解剖对象内的定位。在实践中，端部效应器52还可以由用于超声成像目的的本领域已知的回声材料和/或用于X射线成像目的的本领域已知的成像剂组成。
每个线性致动器41包括用于在正向方向F或反向方向R上平移棒43的电机42。每个线性致动器41a还包括用于控制电机42的电机控制器44。在实践中，电机42可以是电动的(DC、无刷直流、交流电)、压电的或气动的。
另外，线性滑动器45或柱48可以替代线性致动器41中的一个。
线性滑动器45可以包括套管式元件46和47，或气动或弹簧底座47，用于根据被施加到棒46的向下压力的程度在正向方向F或反向方向R上平移棒46。
柱48用作支轴，端部效应器51围绕所述支轴相对于杆31枢转和/或旋转。
如果被采用，旋转致动器61包括用于在顺时针方向C或逆时针方向CW上旋转棒63的电机62。平台65与棒63啮合，由此与棒63同步旋转。旋转致动器61还包括用于分别控制电机42的电机控制器64。在实践中，电机62可以是电动的(DC、无刷DC、AC)、压电的或气动的。
图5示出了采用杆31、线性致动器41a和41b和端部效应器51的可操纵引入器20(图3)的已组装视图。
参考图5，线性致动器41a的电机42a和电机控制器44a被容纳在杆31内，并且电机42a经由旋转接头81a被刚性地耦合至杆31。棒43a从杆31延伸并且经由旋转接头80a被可旋转地耦合至端部效应器51。
类似地，线性致动器41b的电机42b和电机控制器44b被容纳在杆31内，并且电机42b经由旋转接头81b被刚性地耦合至杆31。棒43b从杆31延伸并且经由旋转接头80b被可旋转地耦合至端部效应器51。
如图6A所示，棒43a和43b在正向方向或反向方向上的平移使端部效应器51相对于杆31平移。
如图6B所示，棒43a在正向方向或反向方向上的专有平移使端部效应器51相对于杆31枢转。类似地，棒43b在正向方向或反向方向上的专有平移使端部效应器51相对于杆31逆向枢转。
如图6C所示，棒43a在反向方向上的平移和棒43b在正向方向上的平移使端部效应器51相对于杆31旋转。相反，棒43a在正向方向上的平移和棒43b在反向方向上的平移使端部效应器51相对于杆31逆向旋转。
如图6D所示，在线性滑动器45代替线性致动器41b的情况下，棒43a在正向方向或反向方向上的平移使端部效应器51相对于杆31旋转。
如图6E所示，在柱48代替线性致动器41b的情况下，棒43a在正向方向或反向方向上的平移使端部效应器51相对于杆31枢转。
在实践中，本领域普通技术人员将理解如图6A-6E所示的端部效应器51的可控制的平移、枢转和旋转提供端部效应器51的平移运动和俯仰运动。
同样在实践中，采用运动耦合器40的附加的线性致动器41提供端部效应器51的偏航运动。
例如，图7A图示了三(3)个线性致动器43的线性致动器平台49a。三(3)个线性致动器43在如图所示的三(3)个自由度中提供端部效应器51的平移运动、俯仰运动和偏航运动。
还是通过范例，图7B示出了六(6)个线性致动器43的斯图尔特(Stewart)平台49b。六(6)个线性致动器43在如图所示的六(6)个自由度上提供端部效应器51的平移运动、俯仰运动和偏航运动。
在实践中，如本文之前所述的，端部效应器51可以被动引导或主动操纵介入工具在解剖对象内的定位。
例如，图8A图示了支撑置换主动脉瓣RV的球囊导管BC通过杆31的通道。球囊导管BC可以在端部效应器51目标定位在解剖对象内之后被动地被引导通过端部效应器51到达解剖对象内的位置，或者备选地可以可分离地邻接于端部效应器51，由此端部效应器51在解剖对象内的目标定位主动操纵在解剖对象内的球囊导管BC与主动脉瓣的同轴对准和共面对准。
通过其他范例，图8B图示了针对小型化可操纵引入器20m的支撑置换主动脉瓣RV的球囊导管BC越过杆31的通道。球囊导管BC可分离地邻接于端部效应器51，由此端部效应器51在解剖对象内的目标定位主动操纵解剖对象内的球囊导管BC与主动脉瓣同轴对准和共面对准。
在实践中，如本文之前所述的，旋转致动器可以与可操纵引入器20一起采用。
例如，图9A图示了可操纵引入器20的杆31的近端邻接到旋转致动器61的圆柱形平台65。旋转棒63可控制以致动端部效应器51围绕杆31的纵向轴的旋转。
通过其他范例，图9B图示了可操纵引入器20b的杆31内的旋转致动器61的壳体，其中线性致动器41的电机42和电机控制器44邻接于旋转致动器61的圆柱形平台65。棒63可控制以致动端部效应器51围绕端部效应器51的纵向轴的旋转。
为了便于理解本公开的各种发明，以下对图10的描述教导了与本公开的可操纵引入设备的制造相关联的本公开的基本发明原理。从该描述中，本领域普通技术人员将理解如何将本公开的发明原理应用于制造本公开的可操纵引入设备的众多的和各种实施例。请注意，如图10中所示的本公开的部件未按比例绘制，而是绘制为概念上可视化本公开的发明原理。
总体上，本公开的可操纵引入设备采用堆叠布置的两个(2)或多个可操纵引入器。对于一对相邻的可操纵引入器，其中一个可操纵引入器的杆邻接于另一个可操纵引入器的端部效应器。
参考图10，可操纵引入设备21采用堆叠布置的取向可操纵引入器20(O)和平移可操纵引入器20(T)，其涉及可操纵引入器20(T)的杆30(T)邻接于可操纵引入器20(O)的端部效应器50(O)。对于该实施例，引入器控制器137生成用于顺序地或同时地致动运动耦合器40(O)和运动耦合器40(T)的不同的相应的致动数据136o和136t。
在操作中，运动耦合器40(O)的线性致动器可由引入器控制器135控制，以致动端部效应器50(O)和端部效应器50(T)相对于杆30(O)的平移、枢转和/或旋转，并且线性致动器40(T)可由引入器控制器135控制，以致动端部效应器50(T)相对于杆30(T)的平移、枢转和/或旋转。在这种情况下，运动耦合器40(O)的线性致动器可以专门用于取向端部效应器50(T)，并且运动耦合器40(T)的线性致动器可以专门用于平移端部效应器50(T)。
在实践中，可操纵引入器20的杆30(T)与可操纵引入器20的端部效应器50(O)的邻接可以是固定的或可分离的，由此可操纵引入器20可以脱离并单独使用。
另外在实践中，电机控制器22可以在如图所示的可操纵引入器20(O)和20(T)的外部，或者备选地如本文进一步描述的，运动耦合器40(O)和40(T)的每个线性致动器，以及旋转致动器60(如果适用)可以采用单独的电机控制器22。
图11图示了可操纵引入设备21(图10)的实施例21a，其采用堆叠布置的取向可操纵引入器20(O)和平移可操纵引入器20(T)，涉及可操纵引入器20(T)的杆31(T)邻接于可操纵引入器20(O)的端部效应器51(O)。在操作中，棒43a(O)和43b(O)是可控制的，以致动端部效应器51(O)和端部效应器51(T)相对于杆31(O)的平移、枢转和/或旋转，并且棒43a(T)和43b(T)是可控制的，以致动端部效应器51(T)相对于杆31(T)的平移、枢转和/或旋转。在这种情况下，取向操纵引入器20(O)的线性致动器可以专门用于取向端部效应器51(T)，并且平移可操纵引入器20(T)的线性致动器可以专门用于平移端部效应器50(T)。
为了便于进一步理解本公开的各种发明，以下对图12的描述教导了在微创主动脉瓣置换的情况下与本公开的介入方法相关联的基本发明原理。从该描述中，本领域普通技术人员将理解如何针对适用于本公开的可操纵引入器/引入设备的任何类型的微创过程将本公开的发明原理应用于制造和使用本公开的介入方法的附加的实施例。请注意，如图12所示的本公开的部件未按比例绘制，而是绘制为概念上可视化本公开的发明原理。
参考图12，流程图140的阶段S142涵盖用户经由环绕患者的胸腔的荧光透视成像器100(图2)或者经由放置在患者食道中的TEE探头110(图2)将可操纵引入器20(图2)或可操纵引入设备21(图2)放置到在手术图像中所示的患者的心脏中。
阶段S142的经心尖方法涉及胸部下部的小切口和跳动的心脏的左心室中的小穿刺。将可操纵引入器20或可操纵引入设备21放置到心脏中可以经由荧光透视成像器100或TEE探头110将可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器定位在如手术图像中所示的左心室内的任何位置。
例如，场景150a是可操纵引入器20的端部效应器与心脏的主动脉瓣AV的范例性的同轴对准和共面未对准。
通过其他范例，场景151a是可操纵引入器20的端部效应器与心脏的主动脉瓣AV的范例性同轴未对准和共面未对准。
通过其他范例，场景152a是可操纵引入设备21的端部效应器与心脏的主动脉瓣AV的范例性同轴未对准和共面未对准。
阶段S142的经主动脉方法涉及患者的胸部上部的小切口，以及患者的跳动的心脏的主动脉中的小穿刺。将可操纵引入器20或可操纵引入设备21放置到心脏中可以经由TEE探头110或备选的荧光透视成像器100将可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器定位(即，位置和取向)在如在手术图像中所示的主动脉内的任何位置。
本领域普通技术人员将理解类似于场景150a-152a的经主动脉方法的范例性经心尖场景。
流程图140的阶段S144涵盖图像控制器134(图2)，其便于将可操纵引入器20或可操纵引入设备21配准到适用的成像模态，荧光透视成像器100或TEE探头110。
在实践中，可以通过本领域中的任何已知技术来执行配准，以生成在可操纵引入器20或可操纵引入设备21的致动坐标系与可适用的成像模态的图像坐标系之间的转换矩阵。
可操纵引入器20或可操纵引入设备21的致动坐标系限定用于跟踪可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器在致动坐标系内的位置的参考点，具体地是根据端部效应器的指定点(例如，中心点)的位置和端部效应器关于端部效应器的指定点的位置的取向。
适用的成像模态的图像坐标系定义用于识别解剖结构和可操纵引入器20或可操纵引入设备21在解剖对象的实况图像内的位置的参考点。
同样在实践中，考虑到可操纵引入器20或可操纵引入设备21的杆被锚固在心肌中，可操纵引入器20或可操纵引入设备21的致动坐标系被认为是静态的。相比之下，考虑到适用的成像模态的固定定位，图像坐标系可以是静态的，由此在流程图140的执行上保持初始配准。相反，考虑到适用的成像模态的改变的定位，图像坐标系可以是动态的，由此在流程图140的执行上根据需要更新初始配准。
流程图140的阶段S144还涵盖图像控制器134，其便于外科医生描绘或图像描绘可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器在解剖对象的实况图像内的目标位置。
在一个实施例中，外科医生可以概述可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器在解剖对象的实况图像内的所需目标位置。
在第二实施例中，图像控制器134如本领域中已知的那样执行目标结构在解剖对象的实况图像内的自动分割，并确定可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器相对于经分割结构的所需目标位置。
在实践中，所描绘的目标位置可以被描述为由中心和法向于平面的单位矢量定义的平面。
流程图140的阶段S146涵盖由引入器控制器135致动可操纵引入器20或可操纵引入设备21，以将其端部效应器操纵到所描绘的目标位置，以实现可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器与如在心脏的实况图像(例如，X射线或超声)中所示的心脏的主动脉瓣AV的同轴对准和/或共面对准。
例如，场景150b是端部效应器的范例性平移运动，由此实现可操纵引入器20的端部效应器与心脏的主动脉瓣AV的同轴对准和共面对准。
通过其他范例，场景151b是端部效应器的范例性平移运动和俯仰运动，由此实现可操纵引入设备21的端部效应器与心脏的主动脉瓣AV的同轴对准和共面对准。
通过其他范例，场景152b是端部效应器的范例性平移运动和俯仰运动，由此实现可操纵引入设备21的端部效应器与心脏的主动脉瓣AV的同轴对准和共面对准。
本领域普通技术人员将理解类似于经心尖场景150b-152b的经主动脉方法的范例性场景。
流程图140的阶段S148涵盖通过使支撑人造瓣的球囊导管穿过引导支撑人造瓣的球囊导管的定位的可操纵引入器20或可操纵引入设备21及其端部效应器来部署人造瓣。备选地，在阶段S142和S144期间，球囊导管可以固定地或可分离地邻接至可操纵引入器20或可操纵引入设备21的端部效应器，由此引入器控制器135经由实况图像在阶段S142的可操纵引入器20或可操纵引入设备21的放置期间以及在阶段S146期间的端部效应器的定位期间识别并考虑球囊导管。
在部署人造瓣的情况下，流程图140终止。
为了便于进一步理解本公开的各种发明，下面对图13和14的描述教导了与本公开的介入方法的图像配准、目标位置描绘和图像引导相关联的基本发明原理。从该描述中，本领域普通技术人员将进一步理解如何将本公开的发明原理应用于针对适用于本公开的可操纵引入器/可操纵引入设备的任何类型的微创过程的制造和使用本公开的介入方法的附加实施例。请注意，如图13和14中所示的部件未按比例绘制，而是绘制为概念上可视化本公开的发明原理。
参考图13A，经心尖方法160涉及将可操纵引入器20放置在心脏的左心室LV内，由此可操纵引入器20被锚固在心肌中以定义致动坐标系CSSI。TEE探头110被定位在食道(未示出)内，以对相对于心脏的主动脉瓣AV的可操纵引入器20的端部效应器51进行成像。TEE探头110具有成像坐标系CSTEE，其可以是静态的，由此需要坐标系CSSI/CSTEE之间的单一配准，或者可以是动态的，由此坐标系CSSI/CSTEE之间的配准是偶发的或连续更新的。
经心尖方法160还涉及目标位置TP的描绘，所述目标位置TP被描述为表示端部效应器51在经配准的成像坐标系CSTEE内的目标位置的由中心cv定义的平面，以及表示端部效应器51在经配准的成像坐标系CSTEE内的目标取向的法向于平面的单位矢量
Figure GDA0002709104320000191
可选地，可以在左心室LV内描绘一个或多个安全区。例如，对安全区SZ1的粘附防止对心脏的心室间隔的任何潜在损害，并且对安全区SZ2的粘附防止对心脏的二尖瓣的任何潜在损害。
参见图13A和13B，针对图13的经心尖方法160的控制回路161是基于端部效应器在由手术图像数据所示的解剖对象内的目标位置的描绘与由手术图像数据所示的解剖对象内的端部效应器的位置的识别之间的定位误差差异。
具体地，控制回路161包括图像控制器134，其处理根据阶段S144(图12)用于实况超声图像内的目标位置137的描绘并且根据阶段S146(图12)用于端部效应器51在实况超声图像内的设备位置138的后续检测的超声图像数据112。
控制回路161还包括数字减法器139，其用于根据下面的等式[1]确认位置距离误差信号ed，作为目标位置的中心cv与端部效应器的中心cd之间的点差：
ed＝||cv-cd|| [1]
数字减法器139还根据下面的等式[2]生成对准误差信号ea，作为指示角度误差的两个平面法线的点积：
Figure GDA0002709104320000201
可以包括附加的数字减法器(未示出)，以根据下面的等式[3]生成安全误差信号es，作为检测到的端部效应器51的中心cv与最接近端部效应器51的解剖对象的点位置cs之间的点差：
ed＝||cs-cd|| [3]
控制回路161还包括引入器控制器135，其将作为输入的适用的误差信号处理为图像配准的可操纵引入器20的逆运动学计算，以确认可操纵引入器20的线性致动器43的所需线性运动。告知这种线性运动的信息的致动数据136从引入器控制器135通信到电机控制器22，所述电机控制器22继而将线性驱动信号23施加到可操纵引入器20的线性致动器43，以致动端部效应器51到目标位置TP的必要的运动。
控制回路161是循环的，直到端部效应器51到达目标位置TP。本领域普通技术人员将理解控制回路161的经主动脉方法。
参考图14A，经心尖方法162涉及将可操纵引入设备21放置在心脏的左心室LV内，由此可操纵引入设备21被锚定在心肌中以定义致动坐标系CSSID。如前所述，TEE探头110定位在食道(未示出)内，以对相对于心脏的主动脉瓣AV的可操纵引入设备21的端部效应器51(T)进行成像。TEE探头110作为成像坐标系CSTEE，其可以是静态的，由此需要坐标系之间的单一配准，或者是动态的，由此坐标系之间的配准是偶发的或连续更新的。
经心尖方法162还涉及目标位置TP的描绘，所述目标位置TP被描述为表示端部效应器51(T)在经配准的成像坐标系CSTEE内的目标位置的由中心cv定义的平面，以及表示端部效应器51(T)在经配准成像坐标系CSTEE内的目标取向的法向于平面的单位矢量
Figure GDA0002709104320000212
如前所述，可以在左心室LV内描绘一个或多个安全区。例如，对安全区SZ1的粘附防止对心脏的心室间隔的任何潜在损害，并且对安全区SZ2的粘附防止对心脏的二尖瓣瓣的任何潜在损害。
参见图14A和14B，针对图14A的经心尖方法162的控制回路163a是基于端部效应器在解剖对象内的平移的目标取向与由手术图像数据所示端部效应器在解剖对象内的平移的手术取向之间的取向误差差异。
具体地，控制回路163a包括图像控制器134，其处理根据阶段S144(图12)用于实况超声图像内的目标取向137o的描绘并且根据阶段S146(图12)用于端部效应器51(T)在实况超声图像内的设备定向138o的后续检测的超声图像数据112。
控制回路163a包括数字减法器139，其根据下面的等式[4]生成对准误差信号ea，作为指示角度误差的两个平面法线的加权点积：
Figure GDA0002709104320000211
控制回路163a还包括引入器控制器135，其将作为输入的对准误差信号处理为图像配准的可操纵引入设备21的逆运动学计算，以确认端部效应器51(O)的线性致动器43的所需线性运动。告知这种线性运动的致动数据136o从引入器控制器135通信至电机控制器22，电机控制器22继而将线性驱动信号23o施加到可操纵引入设备21的线性致动器43，以致动端部效应器51(T)到目标位置TP的必要的运动。
控制回路163a是循环的，直到端部效应器51(T)达到目标位置TP的目标取向。本领域普通技术人员将理解控制回路163a的经心尖方法。
参考图14A和14C，针对图14A的经心尖方法162的控制回路163b是基于端部效应器在解剖对象内的平移的目标位置与在由手术图像数据所示的端部效应器在解剖对象内的平移的手术位置之间的位置误差差异。
具体地，控制回路163b包括图像控制器134，其处理根据阶段S144(图12)用于对实况超声图像内的目标位置1371的描绘并且用于根据阶段S146(图12)对端部效应器51(T)在实况超声图像内的设备位置1381的后续检测的超声图像数据112。
控制回路161还包括数字减法器139，其用于根据下面的等式[5]生成加权距离误差信号ed，作为目标位置的中心cv和端部效应器的中心cd之间的点差：
ed＝n·||cv-cd|| [5]
控制回路163b还包括引入器控制器135，其将作为输入的距离误差信号处理为图像配准的可操纵引入设备21的逆运动学计算，以确认端部效应器51(T)的线性致动器43的所需的线性运动。告知这种线性运动的信息的致动数据136t从引入器控制器135通信至电机控制器22，电机控制器22继而将线性驱动信号23f施加到可操纵引入设备21的线性致动器43，以致动端部效应器51(T)到目标位置TP的必要的运动。
控制回路163b是循环的，直到端部效应器51(T)到达目标位置TP的目标位置。本领域普通技术人员将理解到控制回路163b的经心尖方法。
参考图1-14C，本领域普通技术人员将理解本公开的发明的众多益处，包括但不限于在微创手术过程，用于根据需要的介入工具与支撑介入工具的部署的解剖对象的结构的精确同轴对准和/或精确共面对准的图像引导。
此外，考虑到本文提供的教导，本领域普通技术人员将理解，本公开/说明书中描述的和/或附图中描绘的结构、元件、部件等可以以硬件和软件的各种组合来实施，并且提供可以组合在单个元件或多个元件中的功能。例如，能够通过使用用于增加的功能性的能够执行与适当的软件相关联的软件的专用硬件以及软件来提供附图中显示/示出/描绘的各种结构、元件、部件等的功能。当由处理器提供时，所述功能能够由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供，其中一些处理器能够使共享的和/或多路复用的。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为专指能够执行软件的硬件，而是能够隐含地包括但不限于数字信号处理器(“DSP”)硬件、存储器(例如，用于存储软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性存储器等)、以及实质上能够(和/或可配置为)执行和/或控制过程的任何装置和/或机器(包括硬件、软件、固件、及其组合等)。
此外，叙述本发明的原理、方面和实施例、及其具体范例的本文的所有陈述旨在涵盖其结构和功能的等同物。另外，其旨在，这样的等同物包括当前已知的等同物以及将来开发的等同物(例如，能够执行相同或基本相似的功能的所开发的任何元件，而不管结构如何)。因此，例如，考虑到本文提供的教导，本领域普通技术人员将理解，本文呈现的任何框图能够表示体现本发明原理的示意性系统部件和/或电路的概念视图。类似地，考虑到本文提供的教导，本领域普通技术人员应当理解，任何流程图、流程图形等能够表示能够基本上在计算机可读存储介质中表示并且由计算机、处理器或者具有处理能力的其他设备上执行的各种过程，无论是否明确地示出了这样的计算机或处理器。
已经描述了可操纵引入器的新颖的和创造性的图像引导的优选的和范例性的实施例，以及结合这种可操纵引入器的图像引导的系统和方法，(这些实施例旨在是示意性而非限制性的)，应当注意，能够由本领域技术人员根据本文提供的教导，包括附图做出修改和变化。因此，应当理解，能够在本文所公开的实施例的范围内，对本公开的优选的和范例性的实施例中/对本公开的优选的和范例性的实施例做出改变。
此外，设想结合和/或实施设备/系统的相应的和/或相关的系统，或者诸如可以在根据本公开的设备中使用/实施的/利用本公开的设备的相应和/或相关系统也被设备并且被认为是在本公开的范围内。此外，用于制造和/或使用根据本公开的设备和/或系统的相应的和/或相关的方法也被设想并且被认为是在本公开的范围内。

Claims (14)

1.一种用于在解剖对象内部署介入工具的可操纵引入系统，所述可操纵引入系统包括：
可操纵引入器(20)，其包括杆(30)、运动耦合器(40)和端部效应器(50)，
其中，所述杆(30)被配置为将所述介入工具引入所述解剖对象，
其中，所述运动耦合器(40)被配置为将所述杆(30)和所述端部效应器(50)进行耦合，
其中，所述端部效应器(50)被配置为定位所述解剖对象内的所述介入工具并且与所述解剖对象内的所述介入工具相互作用；以及
图像引导工作站(120)，
其中，与所述运动耦合器(40)通信的所述图像引导工作站(120)被配置为响应于示出所述端部效应器(50)在所述解剖对象内的目标位置的手术图像数据来控制由所述运动耦合器(40)对所述端部效应器(50)在所述解剖对象内相对于所述杆(30)的平移、枢转和旋转中的至少一个的致动，
其中，所述运动耦合器(40)包括至少一个线性致动器，所述至少一个线性致动器能够由所述图像引导工作站(120)控制，以致动所述端部效应器(50)在所述解剖对象内相对于所述杆(30)的所述平移、所述枢转和所述旋转中的所述至少一个。
2.根据权利要求1所述的可操纵引入系统，
其中，通过所述图像引导工作站(120)对所述端部效应器(50)在所述解剖对象内相对于所述杆(30)的所述平移、所述枢转和所述旋转中的所述至少一个的所述致动的所述控制是根据由所述手术图像数据所示的所述端部效应器(50)在所述解剖对象内的所述目标位置的描绘与由所述手术图像数据所示的所述端部效应器(50)在所述解剖对象内的所述目标位置的识别之间的定位误差差异导出的。
3.根据权利要求2所述的可操纵引入系统，
其中，与成像模态通信的所述图像引导工作站(120)还被配置为执行以下中的至少一个：控制对在所述手术图像数据内所示的所述端部效应器(50)在所述解剖对象内的所述目标位置的描绘；以及控制对由所述手术图像数据所示的所述端部效应器(50)在所述解剖对象内的所述目标位置的识别。
4.根据权利要求2所述的可操纵引入系统，
其中，通过所述图像引导工作站(120)对所述端部效应器(50)在所述解剖对象内相对于所述杆(30)的所述平移、所述枢转和所述旋转中的所述至少一个的所述致动的所述控制是根据由所述手术图像数据所示的所述端部效应器(50)在所述解剖对象内的所述目标位置的所述识别与由所述手术图像数据所示的所述解剖对象的敏感结构的解剖位置的识别之间的安全区域导出的。
5.根据权利要求4所述的可操纵引入系统，
其中，与成像模态通信的所述图像引导工作站(120)还被配置为执行以下中的至少一个：控制对由所述手术图像数据所示的所述端部效应器(50)在所述解剖对象内的所述目标位置的识别；以及，控制对由所述手术图像数据所示的所述解剖对象的所述敏感结构的所述解剖位置的识别。
6.根据权利要求1所述的可操纵引入系统，其中，所述运动耦合器(40)还包括：
至少一个线性滑动器，其响应于通过所述图像引导工作站(120)对所述至少一个线性致动器的致动能够在所述杆(30)与所述端部效应器(50)之间平移。
7.根据权利要求1所述的可操纵导入系统，其中，所述运动耦合器(40)还包括：
至少一个柱，其在所述杆(30)与所述端部效应器(50)之间延伸。
8.根据权利要求1所述的可操纵引入系统，其中，所述运动耦合器(40)还包括：
旋转致动器，其能够由所述图像引导工作站(120)控制，以对所述端部效应器围绕所述端部效应器(50)的旋转轴的旋转进行致动。
9.根据权利要求1所述的可操纵引入系统，还包括：
被耦合至所述杆(30)的旋转致动器，
其中，所述图像引导工作站(120)还被配置为控制由所述旋转致动器对所述杆(30)围绕所述杆(30)的旋转轴的旋转的致动。
10.一种用于在解剖对象内部署介入工具的可操纵引入系统，所述可操纵引入系统包括：
可操纵引入设备(21)，包括用于将所述介入工具定位在所述解剖对象内的取向可操纵引入器(20(O))和平移可操纵引入器(20(T))，以及
图像引导工作站(120)，
其中，所述取向可操纵引入器(20(O))包括杆(30(O))、运动耦合器(40(O))和取向端部效应器(50(O))，其中，所述取向可操纵引入器(20(O))的所述运动耦合器(40(O))被配置为将所述取向可操纵引入器(20(O))的所述杆(30(O))和所述取向端部效应器(50(O))进行耦合，
其中，所述平移可操纵引入器(20(T))包括杆(30(T))、运动耦合器(40(T))和平移端部效应器(50(T))，其中，所述平移可操纵引入器(20(T))的所述运动耦合器(40(T))被配置为将所述平移可操纵引入器(20(T))的所述杆(30(T))和所述平移端部效应器(50(T))进行耦合，
其中，所述取向可操纵引入器(20(O))和所述平移可操纵引入器(20(T))被配置为堆叠布置，使得所述平移可操纵引入器(20(T))的所述杆(30(T))邻接所述取向可操纵引入器(20(O))的所述取向端部效应器(50(O))，
其中，所述取向可操纵引入器(20(O))的所述运动耦合器(40(O))包括至少一个线性致动器，其能够由所述图像引导工作站(120)控制，以致动所述取向可操纵引入器(20(O))的所述取向端部效应器(50(O))在所述解剖对象内相对于所述取向可操纵引入器(20(O))的所述杆(30(O))的平移、枢转和旋转中的至少一个；
其中，所述平移可操纵引入器(20(T))的所述运动耦合器(40(T))包括至少一个线性致动器，其能够由所述图像引导工作站(120)控制，以致动所述平移可操纵引入器(20(T))的所述平移端部效应器(50(T))在所述解剖对象内相对于所述平移可操纵引入器(20(T))的所述杆(30(T))的平移、枢转和旋转中的至少一个；并且
其中，与所述取向可操纵引入器(20(O))通信的所述图像引导工作站(120)被配置为响应于示出所述取向可操纵引入器(20(O))的所述取向端部效应器(50(O))在所述解剖对象内的取向的手术图像数据来控制对所述取向可操纵引入器(20(O))的所述取向端部效应器(50(O))在所述解剖对象内的所述平移、所述枢转和所述旋转中的至少一个的致动；并且
其中，与所述平移可操纵引入器(20(T))通信的所述图像引导工作站(120)还被配置为响应于示出所述平移可操纵引入器(20(T))的所述平移端部效应器(50(T))在所述解剖对象内的位置的手术图像数据来控制对所述平移可操纵引入器(20(T))的所述平移端部效应器(50(T))在所述解剖对象内的所述平移、所述枢转和所述旋转中的至少一个的致动。
11.根据权利要求10所述的可操纵引入系统，其中，通过所述图像引导工作站(120)对所述平移端部效应器(50(T))在所述解剖对象内的所述枢转和所述旋转中的至少一个的所述致动的所述控制是根据所述平移可操纵引入器(20(T))的所述平移端部效应器(50(T))在所述解剖对象内的目标取向与由所述手术图像数据所示的所述平移可操纵引入器(20(T))的所述平移端部效应器(50(T))在所述解剖对象内的手术取向之间的取向误差差异导出的。
12.根据权利要求11所述的可操纵引入系统，
其中，与成像模态通信的所述图像引导工作站(120)还被配置为执行以下中的至少一个：控制对在所述手术图像数据内所示的所述平移可操纵引入器(20(T))的所述平移端部效应器(50(T))在所述解剖对象内的所述目标取向的描绘；以及，控制对由所述手术图像数据所示的所述平移可操纵引入器(20(T))的所述平移端部效应器(50(T))在所述解剖对象内的所述手术取向的识别。
13.根据权利要求10所述的可操纵引入系统，其中，通过所述图像引导工作站(120)对所述平移可操纵引入器(20(T))的所述平移端部效应器(50(T))在所述解剖对象内的所述平移的所述致动的所述控制是根据所述平移可操纵引入器(20(T))的所述平移端部效应器(50(T))在所述解剖对象内的目标位置与由所述手术图像数据所示的所述平移可操纵引入器(20(T))的所述平移端部效应器(50(T))在所述解剖对象内的手术位置之间的位置误差差异导出的。
14.根据权利要求13所述的可操纵引入系统，
其中，与成像模态通信的所述图像引导工作站(120)还被配置为执行以下中的至少一个：控制对在所述手术图像数据内所示的所述平移可操纵引入器(20(T))的所述平移端部效应器(50(T))在所述解剖对象内的所述目标位置的描绘；以及控制对由所述手术图像数据所示的所述平移可操纵引入器(20(T))的所述平移端部效应器(50(T))在所述解剖对象内的所述手术位置的识别。
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