[发明专利]用于微创手术的嵌套插管

说明书

本公开总体涉及微创手术过程和其他医疗过程。更具体而言，本公开涉及与嵌套插管设计和构造相关的系统和方法，所述嵌套插管的设计和构造是针对患者的特定解剖结构组成定制的，以便于有效的微创手术过程。

诸如导管和支气管镜的现有导航装置具有若干缺点。支气管镜应用中遇到的具体问题是支气管镜一般具有相对较大的管径，并且仅能在尖端转动或以其他方式导航。大尺寸部分是由于构建于支气管镜内的使其能够转动的控制机构。由于其尺寸和缺少灵巧性的原因，常规的支气管镜在其到达特定区域的能力上受到限制。例如，典型的支气管镜只能到达肺部三分之一的中心，那里是最大的气道。这样导致利用常规支气管镜技术全部肺癌(例如)有三分之二不能到达，因此，没有较大的物理介入就无法治疗。即使是可能区分良性结节和恶性结节的肺部活检也有高达40％的导致肺萎陷的可能。于是，可能得到治疗的疾病常常得不到治疗，直到疾病恶化到批准和/或需要手术为止。

与传统手术技术相关联的导管和导丝相对灵活，能够通过跟随脉管而到达身体内深处。然而，这些装置具有尖端形状，设计这种尖端形状是为了解决可能在解剖结构之内转向的最困难问题。特定装置仅能设法通过一种复杂转动限制了装置的适用性。导管和导丝常常用于“上游”方向，其中脉管的分支不需要特别控制，节省了针对特定位置的一次困难转动。例如，向着心脏将导管插入远端动脉，例如股动脉(用于球囊血管成形术中)中，意味着脉管沿这个方向汇合而不是分开。尽管在很多情况下这是有效的，但没有有效的机构来穿过复杂动脉或沿着静脉穿行，因为动脉在血液离开心脏流动时与血液一起行进，静脉逆着血流方向离开心脏行进。在肺中，导管和导丝在远端具有较低控制以抵达肺的特定分支，因此不适于抵达这些特定靶标。

插入诸如插管、导管、导丝或窥镜(支气管镜、内窥镜等)之类的医疗装置一般会导致摩擦问题，并且可能在行进到靶标的整个路线(path)中导致组织损伤。在将装置插入指定解剖区域中时可能会发生这种情况，尤其在试错法通过复杂解剖结构时，会导致锯切运动。此外，手术或探查过程中工具尖端的移动导致整个路线中所有组织的运动。例如，在活检、消融、烧灼、电生理学等过程中，装置尖端的移动导致装置在整个路线中运动。例如，这种摩擦可能会移去导致脑卒中风险增加的易损斑块。

出于本申请的目的，“活动插管”是指依赖于管的交互作用来产生运动，特别是远端处运动的装置。“嵌套插管”是指被构造成导致嵌套管之间最小交互作用的装置，嵌套管通常从最大到最小相继伸展。

申请人的题为“Active Cannula Configuration for Minimally Invasive Surgery”的先前共同未决申请国际公开号为WO 2008/032230，2008年3月20日，本文通过引用将其全文并入这里并构代价说明书的一部分，该申请公开了用于配置活动插管装置的系统和方法，除了其他效果以外，以实现多个嵌套管形状和强度的交互作用，以在装置远端产生特征性运动。对于预先弯曲的同心管而言，在Sears和Dupont于2007年的IEEE International Conference on Robotics and Automation(第1887-1892页)的文章“Inverse Kinematics of Concentric Tube Steerable Needles”中描述了一种逆运动学技术。不过，所公开的技术是自由空间中的计算，未考虑障碍物。在这种情况下，逆运动学需要识别每根管的具体配置(伸展和旋转)以实现尖端的具体位置和取向。不过，配置活动或嵌套插管的管以到达障碍物周围或受到穿过解剖结构的代价限制提出了很大的难题。

为了通过相继部署来使用嵌套插管，必须定义管的配置，从而能够实现所述路线和远端的最终的预定位置。

对于路线而言，找到通过脉管的中线并不够用，因为这种信息不描述如何将路线分解成可伸展的共同子组分。例如，不能简单地部署S形状作为单一连续S形状。这是因为在一端从包封的管出来时，它面对错误的方向。相反，必须要嵌套两个C形，使得第一个逆时针方向旋转，第二个与第一个成180度取向，伸展以创建顺时针方向的C。此外，如果每个形状均稍有不同，会要求定制制造出这些形状，例如通过加热。此外，管的直径必须要匹配所针对的解剖结构。