工具可包括例如圖像捕捉探針、活組織檢查裝置、激光消融光纖或其他外科手術(shù)、診斷或治療工具。輔助工具可包括末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器具有單個(gè)工作構(gòu)件，諸如解剖刀、刀片、光纖或電極。例如，其他末端執(zhí)行器可包括一對(duì)或多個(gè)工作構(gòu)件，諸如鑷子、抓緊器、剪刀或施加鉗。電啟動(dòng)的末端執(zhí)行器的示例包括電外科電極、換能器、傳感器等。在各種實(shí)施例中，輔助工具226可以是包括尖端部分的圖像捕捉探針，其中立體或單視場(chǎng)照相機(jī)設(shè)置在柔性導(dǎo)管主體216的遠(yuǎn)端218附近，用于捕捉被處理用于顯示的圖像(包括視頻圖像)。圖像捕捉探針可包括聯(lián)接到照相機(jī)用于傳輸所捕捉的圖像數(shù)據(jù)的纜線。另選地，圖像捕捉器械可以是聯(lián)接到成像系統(tǒng)的光纖束，諸如纖維鏡。圖像捕捉器械可以是單個(gè)或多個(gè)光譜，例如捕捉可見光譜中的圖像數(shù)據(jù)或捕捉可見光譜和紅外或紫外光譜中的圖像數(shù)據(jù)。
[0046]柔性導(dǎo)管主體216也可容納纜線、連桿或在器械主體204和遠(yuǎn)端218之間延伸的轉(zhuǎn)向控件(未示出)，以可控制地彎曲或轉(zhuǎn)動(dòng)遠(yuǎn)端218，如由例如遠(yuǎn)端的虛線型式所示。在器械系統(tǒng)200由機(jī)器人組件致動(dòng)的實(shí)施例中，器械主體204可包括聯(lián)接到機(jī)器人組件的機(jī)動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)輸入。在器械系統(tǒng)200被手動(dòng)操作的實(shí)施例中，器械主體204可包括抓持特征部、手動(dòng)致動(dòng)器和用于手動(dòng)控制器械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)的其他部件。導(dǎo)管系統(tǒng)可以是可轉(zhuǎn)向的，或另選地可以是不可轉(zhuǎn)向的，其中沒有用于器械的操作者控制的整合機(jī)構(gòu)彎曲。另外或另選地，柔性主體216能夠限定一個(gè)或多個(gè)管腔，通過所述管腔能夠部署介入器械并且能夠在目標(biāo)手術(shù)位置處使用該介入器械。
[0047]在各種實(shí)施例中，介入器械系統(tǒng)202可以是柔性支氣管器械，諸如用于檢查、診斷、活組織檢查或肺治療的支氣管鏡或支氣管導(dǎo)管。該系統(tǒng)也適合于經(jīng)由在包括結(jié)腸、腸、腎、腦、心臟、循環(huán)系統(tǒng)等的各種解剖系統(tǒng)中的任何一種中的天然或外科手術(shù)形成的連接管道進(jìn)行其他組織的導(dǎo)航和治療。
[0048]圖3示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的介入器械跟蹤系統(tǒng)250。跟蹤系統(tǒng)250包括具有柔性導(dǎo)管主體254和器械主體256的介入器械252。介入器械252可以類似于器械200，但在該實(shí)施例中，EM位置傳感器可被禁用或省略，因?yàn)樾螤罡袦y(cè)系統(tǒng)提供由臨床醫(yī)生使用的跟蹤信息，以確定介入器械穿過患者解剖結(jié)構(gòu)的路徑。光纖形狀傳感器253在介入器械252內(nèi)延伸。跟蹤系統(tǒng)250也包括傳感器裝置258。傳感器裝置258包括基準(zhǔn)設(shè)備260和參考主體262。基準(zhǔn)設(shè)備260包括表面264，該表面264使用粘合劑或其他化學(xué)或機(jī)械固定機(jī)構(gòu)可移除地附接到患者P。在一些實(shí)施例中，基準(zhǔn)設(shè)備260附接到患者解剖結(jié)構(gòu)的外表面，但在另選的實(shí)施例中，基準(zhǔn)設(shè)備例如經(jīng)鼻骨、經(jīng)直腸、經(jīng)陰道、經(jīng)食道可附接到內(nèi)部患者解剖結(jié)構(gòu)。在其他替代方案中，基準(zhǔn)設(shè)備260可附接到臨時(shí)植入物諸如支架。
[0049]基準(zhǔn)設(shè)備260能夠包括用成像技術(shù)(諸如熒光鏡透視檢查或CT)可見的至少一個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記266。基準(zhǔn)標(biāo)記設(shè)計(jì)的示例在2009年4月23日提交的公開“用于定位圖像中手術(shù)器械的基準(zhǔn)標(biāo)記設(shè)計(jì)和檢測(cè)(Fiducial Marker Design and Detect1n for LocatingSurgical Instrument in Images) ”的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.12/428，657中提供，該申請(qǐng)全文以引用方式并入本文?；鶞?zhǔn)標(biāo)記可具有足夠的細(xì)節(jié)來(lái)提供全三維姿勢(shì)配準(zhǔn)。例如，基準(zhǔn)標(biāo)記可具有“L”形狀，其具有允許三維姿勢(shì)配準(zhǔn)的不均勻鏈路長(zhǎng)度。在各種其他實(shí)施例中，基準(zhǔn)設(shè)備260能夠包括在成像技術(shù)下可見的特征部(例如，溝槽、突起或其他形狀)并且能夠充當(dāng)基準(zhǔn)。在各種其他實(shí)施例中，基準(zhǔn)設(shè)備260本身能夠充當(dāng)基準(zhǔn)，并且在一些實(shí)施例中可具有有利于三維姿勢(shì)確定的形狀。
[0050]基準(zhǔn)設(shè)備260還包括經(jīng)配置與參考主體262的配合部分270配合的傳感器對(duì)接特征部268。傳感器對(duì)接特征部268可包括一個(gè)或多個(gè)凹槽、突起、機(jī)械緊固件、粘性緊固件、磁性緊固件或用于將基準(zhǔn)設(shè)備260可移除地連接到參考主體262的其他部件。當(dāng)連接時(shí)，傳感器對(duì)接特征部268和配合部分270將基準(zhǔn)設(shè)備260和參考主體262保持處于已知的預(yù)定和固定空間關(guān)系。
[0051]圖4示出包括基準(zhǔn)設(shè)備302和參考主體304的傳感器裝置300的另選實(shí)施例。在該實(shí)施例中，基準(zhǔn)設(shè)備302的多個(gè)傳感器對(duì)接特征部306與參考主體304的配合部分308對(duì)準(zhǔn)并且附接到該配合部分308。
[0052]再次參照?qǐng)D3，參考主體262包括傳感器保持器272，該傳感器保持器272經(jīng)配置將形狀傳感器光纖253的參考部分251保持為預(yù)定參考形狀。在該實(shí)施例中，傳感器保持器272是連續(xù)蜿蜒通道，其接收形狀傳感器光纖253并且相對(duì)于參考主體262將光纖保持為預(yù)定形狀配置。在另選的實(shí)施例中，傳感器保持器可以是一系列離散的附接點(diǎn)，傳感器光纖可附接到所述離散的附接點(diǎn)以相對(duì)于參考主體保持預(yù)定形狀。參考主體262還包括傳感器連接部件274，其中傳感器光纖253終止于該傳感器連接部件274，用于到跟蹤系統(tǒng)250的其他部件的連接。
[0053]跟蹤系統(tǒng)250還包括用于生成和檢測(cè)光的詢問系統(tǒng)276，所述光用于確定形狀傳感器光纖253的當(dāng)前形狀。詢問系統(tǒng)276也可處理返回的數(shù)據(jù)以顯示給臨床醫(yī)生。詢問系統(tǒng)276包括連接器278。光纖鏈路280在連接器282、284之間延伸。在該實(shí)施例中，光纖鏈路280的光纖未被感測(cè)(即，光纖鏈路的形狀未被詢問)，并且用于將來(lái)自感測(cè)的形狀傳感器253的光學(xué)信息傳達(dá)到詢問系統(tǒng)276。在使用中，光纖鏈路280的連接器282連接到連接器274，并且連接器284連接到連接器278。
[0054]在使用中，基準(zhǔn)設(shè)備260附接到患者P。利用所附接的基準(zhǔn)設(shè)備260對(duì)患者P進(jìn)行手術(shù)前或手術(shù)中成像?；鶞?zhǔn)標(biāo)記266在圖像中是可見的，并且因此提供相對(duì)于患者P的解剖結(jié)構(gòu)和由圖像生成的患者解剖結(jié)構(gòu)的任何二維、三維或四維(即，隨時(shí)間移動(dòng))模型固定的參考幀(即，基準(zhǔn)標(biāo)記266限定與患者解剖結(jié)構(gòu)的模型數(shù)據(jù)的至少一部分具有已知關(guān)系的一組參考點(diǎn))。在各種其他實(shí)施例中，參考主體260在對(duì)患者P的手術(shù)前成像期間能夠聯(lián)接到基準(zhǔn)設(shè)備，使得可選的基準(zhǔn)標(biāo)記、元件或甚至形狀傳感器光纖253的參考部分251能夠用作基準(zhǔn)。
[0055]在任何情況下，在開始介入程序之前，參考主體262聯(lián)接到基準(zhǔn)設(shè)備260，并且由對(duì)接特征部268和配合部分270相對(duì)于基準(zhǔn)設(shè)備保持為預(yù)定配置。這樣連接之后，形狀傳感器光纖253的參考部分251相對(duì)于基準(zhǔn)設(shè)備260提供形狀傳感器光纖的近端的已知姿勢(shì)。詢問系統(tǒng)276詢問形狀傳感器光纖253以確定遠(yuǎn)側(cè)尖端的姿態(tài)和柔性導(dǎo)管主體254的形狀。導(dǎo)管主體254的這種感測(cè)的相對(duì)姿勢(shì)和形狀數(shù)據(jù)相對(duì)于形狀傳感器光纖的參考部分251是已知的，該參考部分251配準(zhǔn)到基準(zhǔn)設(shè)備260。因此，用形狀傳感器光纖的參考部分251的配準(zhǔn)信息處理導(dǎo)管主體254的相對(duì)姿勢(shì)和形狀信息提供了導(dǎo)管主體254相對(duì)于患者P的姿勢(shì)和形狀。
[0056]在替代上述參考主體和基準(zhǔn)設(shè)備的固定和預(yù)定配置的各種實(shí)施例中，參考主體和基準(zhǔn)設(shè)備的配置可以是可變的但具有可測(cè)量的變化。該配置也是已知的，但是可測(cè)量的而非預(yù)定的。例如，基準(zhǔn)設(shè)備和參考主體可以間隔開一段短的可變距離，但該段短距離可被包括電容式傳感器、壓電傳感器或光學(xué)傳感器的基于傳感器的變化跟蹤系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測(cè)和記錄。作為另一個(gè)示例，可測(cè)量的變化性可以是例如可使用馬達(dá)編碼器測(cè)量的插入方向距離。
[0057]圖5示出使用介入器械跟蹤系統(tǒng)250的方法320。在322處，處理系統(tǒng)接收患者P的解剖結(jié)構(gòu)的模型。該模型由利用所附接的基準(zhǔn)設(shè)備260拍攝的患者P的圖像生成。該模型限定圖像參考幀?；鶞?zhǔn)標(biāo)記266在該模型中是可見的。在324處，基準(zhǔn)設(shè)備260聯(lián)接到參考主體262。因此，形狀傳感器光纖253的參考部分251相對(duì)于基準(zhǔn)設(shè)備260保持為預(yù)定配置。以這種方式，參考部分251配準(zhǔn)到基準(zhǔn)設(shè)備260。在326處，接收(在形狀傳感器光纖253的參考幀中的)形狀傳感器信息用于處理。在328處，基于圖像參考幀和形狀傳感器253的參考幀之間的配準(zhǔn)在圖像參考幀中確定形狀傳感器光纖253的遠(yuǎn)端(或任何其他部分)的姿勢(shì)?？蛇x地，來(lái)自圖像參考幀的、對(duì)應(yīng)于柔性主體254的遠(yuǎn)端的姿勢(shì)的圖像被顯示。該圖像可以為疊加在來(lái)自患者模型的圖像上的柔性主體254的遠(yuǎn)端的圖像。在一些實(shí)施例中，患者模型可以基于形狀傳感器信息更新(例如，通過使患者模型符合柔性主體254的姿勢(shì))。另選地，該圖像可以是從患者模型內(nèi)部看去的視圖，其對(duì)應(yīng)于從柔性主體的遠(yuǎn)端看去的視圖。
[0058]圖6示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的介入器械跟蹤系統(tǒng)350。跟蹤系統(tǒng)350包括具有柔性導(dǎo)管主體354和器械主體356的介入器械352。光纖形狀傳感器353在介入器械352內(nèi)延伸。跟蹤系統(tǒng)350也包括傳感器裝置358。傳感器裝置358包括具有表面364的基準(zhǔn)設(shè)備360，該表面364使用粘合劑或其他化學(xué)或機(jī)械固定機(jī)構(gòu)可移除地附接到患者P。在各種實(shí)施例中，基準(zhǔn)設(shè)備360包括用成像技術(shù)(諸如熒光鏡透視檢查或CT)可見的至少一個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記366。在各種其他實(shí)施例中，基準(zhǔn)設(shè)備360能夠包括特征部，該特征部能夠是能夠用作基準(zhǔn)的物理特征部，或其本身能夠是基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)設(shè)備360也包括用于與形狀傳感器353的連接器374配合的對(duì)接特征部373。
[0059]基準(zhǔn)設(shè)備360包括經(jīng)配置對(duì)接形狀傳感器光纖353的參考部分351的傳感器保持器372，從而將部分351保持為預(yù)定參考形狀。在該實(shí)施例中，傳感器保持器372是連續(xù)蜿蜒通道，其接收形狀傳感器光纖253的參考部分351并且相對(duì)于基準(zhǔn)設(shè)備360將光纖保持為已知的預(yù)定形狀配置。傳感器連接部件274終止傳感器光纖353并且可移除地連接到配合對(duì)接特征部373。在各種另選的實(shí)施例中，已知配置可以是如先前所述的可測(cè)量變量。
[0060]跟蹤系統(tǒng)350還包括用于生成和檢測(cè)光的詢問系統(tǒng)376，所述光用于確定形狀傳感器光纖353的當(dāng)前形狀。詢問系統(tǒng)376也可處理返回的數(shù)據(jù)以顯示給臨床醫(yī)生。詢問系統(tǒng)376包括連接器378。光纖鏈路380在連接器382、384之間延伸。在該實(shí)施例中，光纖鏈路380的光纖未被感測(cè)(即，光纖鏈路的形狀未被詢問)，并且用于將來(lái)自感測(cè)的形狀傳感器353的光學(xué)信息傳達(dá)到詢問系統(tǒng)376。在使用中，光纖鏈路380的連接器382連接到連接器374，并且連接器384連接到連接器378。在該實(shí)施例中，連接器374、382連接在基準(zhǔn)設(shè)備360的一部分內(nèi)。
[0061]在使用中，基準(zhǔn)設(shè)備3