CN120916686A - 具有接近度传感器的自引导导管 - Google Patents

Abstract

本技术涉及一种导管导航系统，所述导管导航系统包括导管，所述导管包括可操纵的远侧端头，所述可操纵的远侧端头包括接近度传感器。所述系统还包括导管控制器。所述导管控制器包括：处理器；以及存储指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时使所述导管控制器执行操作。所述操作可以包括：从所述导管接收由所述接近度传感器生成的接近度信号；基于所述接近度信号识别操纵目标；以及生成操纵信号以操纵所述可操纵的远侧端头朝向操纵目标。

Description

具有接近度传感器的自引导导管

相关申请的交叉引用

本申请要求于2023年3月29日提交的美国临时申请号63/492,866和于2024年3月8日提交的美国临时申请号18/600,292的权益，这些美国临时申请通过援引以其全文并入本文。

背景技术

导管、导入器和内窥镜通常是长的柔性器械，这些器械可以在各种情况下在医疗手术期间被导入患者的腔或内腔中，以促进腔内的可视化和/或医疗手术。此类医疗器械可以插入患者的嘴、喉咙、气管、食道中，或插入其他腔(比如血管)中。所述医疗器械(比如导管)可以包括可操纵的远侧端头，所述可操纵的远侧端头可以被主动控制，以使远侧端头在期望的方向上弯曲或转动，以导航穿过解剖结构。

气道通道或其他腔或内腔的位置和布置在患者之间是可变的。因此，为了辅助导管、内窥镜或导入器的导航，可以在手术之前使用外部成像模态(比如计算机断层扫描(CT)或磁共振成像(MRI))为个体患者创建患者解剖结构的模型或估计。

发明内容

下文概述了与最初要求保护的主题的范围相称的某些实施例。这些实施例并不旨在限制本披露内容的范围。实际上，本披露内容可以涵盖可以与下文阐述的实施例类似或不同的各种形式。

在一方面，本技术涉及一种导管导航系统，所述导管导航系统包括：导管，所述导管包括可操纵的远侧端头，所述可操纵的远侧端头包括接近度传感器；以及导管控制器，所述导管控制器联接到所述导管。所述导管控制器包括：处理器；以及存储指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时使所述导管控制器执行操作。所述操作包括：从所述导管接收由所述接近度传感器生成的接近度信号；基于所述接近度信号来识别操纵目标；以及生成操纵信号以操纵所述可操纵的远侧端头朝向所述操纵目标。

在示例中，所述接近度传感器包括红外传感器、声学传感器或温度传感器中的至少一个。在另一示例中，所述接近度传感器包括至少一个接近度接收器，所述至少一个接近度接收器至少部分地围绕所述远侧端头的圆周定位。在又一示例中，识别所述操纵信号进一步基于由外部成像模态生成的解剖模型。在又另一示例中，所述可操纵的远侧端头进一步包括位置传感器，并且生成所述操纵信号进一步基于从所述位置传感器接收的取向数据。在再又另一示例中，识别所述操纵目标包括将所述接近度信号作为输入提供到经训练的机器学习(ML)模型中；以及接收所述操纵目标作为来自所述ML模型的输出。在进一步的示例中，通过识别内腔的接近度信号特性的特征并选择所述内腔的中心作为所述操纵目标来识别所述操纵目标。

在另一方面，本技术涉及一种导管导航系统，所述导管导航系统包括：导管，所述导管包括可操纵的远侧端头，所述可操纵的远侧端头包括接近度传感器；以及导管控制器，所述导管控制器联接到所述导管。所述导管控制器包括：处理器；以及存储指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时使所述导管控制器执行操作。所述操作包括：从所述导管接收由所述接近度传感器生成的接近度信号；基于所述接近度信号，确定所述可操纵的远侧端头相对于内腔的内腔壁的接近度；以及基于所确定的可操纵的远侧端头相对于所述内腔壁，生成操纵信号以操纵所述可操纵的远侧端头远离所述内腔壁并朝向所述内腔的中心。

在示例中，确定所述可操纵的远侧端头相对于所述一个或多个内腔壁的所述接近度包括确定所述远侧端头的第一侧到第一内腔壁的第一距离；以及确定所述远侧端头的第二侧到第二内腔壁的第二距离，其中，所述第二距离大于所述第一距离；并且其中，所述操纵信号用于操纵所述远侧端头朝向所述远侧端头的所述第二侧。在另一示例中，所述操作进一步包括基于所确定的接近度来识别所述内腔的中心。在又另一示例中，所述操纵信号是第一操纵信号，并且所述操作进一步包括：基于所述接近度信号，识别患者的第一内腔和第二内腔的分叉处；基于所述患者的解剖学模型，将第一内腔识别为提供通向所述解剖学模型中的导航目标的路径；以及生成第二操纵信号以操纵所述远侧端头进入到所述第一内腔中。在又一示例中，所述接近度传感器包括：接近度发射器；以及至少一个接近度接收器，所述至少一个接近度接收器至少部分地围绕所述远侧端头的圆周定位。

在另一方面，本技术涉及一种用于当导管在内腔内推进时导航所述导管的方法。所述方法包括：在导管控制器处从所述导管的可操纵的远侧端头中的接近度传感器接收接近度信号，所述接近度传感器是红外传感器、声学传感器或温度传感器中的至少一个；将所述接近度信号提供给经训练的机器学习(ML)模型；响应于所述接近度信号而接收来自所述ML模型的输出；基于来自所述ML模型的所述输出来识别操纵目标；以及通过所述导管控制器将所述远侧端头朝向所述操纵目标自动弯曲。

在示例中，所述操纵目标是所述内腔的中心轴线。在另一示例中，所述内腔是第一内腔，所述导管定位在第二内腔和第三内腔的分叉处，并且所述操纵目标是第二内腔或所述第三内腔中的一个。

在另一方面，本技术涉及一种导管导航系统，所述导管导航系统包括：导管，所述导管包括可操纵的远侧端头，所述可操纵的远侧端头包括接近度传感器；以及导管控制器，所述导管控制器联接到所述导管。所述导管控制器包括：处理器；以及存储指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时使所述导管控制器执行操作。所述操作包括：从所述导管接收由所述接近度传感器生成的接近度信号；基于所述接近度信号，检测所述远侧端头附近的解剖结构；以及生成操纵信号以操纵所述可操纵的远侧端头远离所检测到的解剖结构。在示例中，所述解剖结构是内腔壁。在另一示例中，所述解剖结构是在交界处分隔两个内腔的组织。

一个方面或实施例中的特征可以作为任何其他方面或实施例中的特征以任何适当的组合应用。例如，系统、手柄、控制器、处理器、观测仪器、方法或部件的特征可以在一个或多个其他系统、手柄、控制器、处理器、窥镜、方法或部件中实施。

附图说明

通过阅读以下具体实施方式并参考附图，所披露的技术的优点可以变得显而易见，在附图中：

图1描绘了包括具有接近度传感器的导管的导管导航系统的视图。

图2A至图2F描绘了在导管的远侧端头处的示例接近度传感器配置。

图3描绘了导管处于第一位置时的导航系统。

图4描绘了导管处于第二位置时的导航系统。

图5A至5B描绘了自动操纵导管以跟踪与通道的中心的对准的示意图。

图6是示出了在患者解剖结构内操纵期间获取的接近度数据的位置的视图。

图7是导航系统的示意性框图。

图8描绘了用于基于接近度数据自动操纵导管的示例方法。

图9描绘了用于基于接近度数据自动操纵导管的另一示例方法。

具体实施方式

导管、内窥镜和导入器是可以插入体腔中以进行探查、成像、活检或其他临床治疗的薄的、细长的柔性器械。虽然以下描述主要涉及导管，但如本文所使用的，导管通常旨在包括其他类型的细长医疗器械，比如内窥镜、导入器等。导管可以形成为由各种材料(比如硅树脂、橡胶或塑料)制成的管，并且取决于其预期用途，直径范围可以从几毫米到几厘米。导管通常具有允许流体或气体通过的中空中心，并且它们可以用于多种医疗目的，比如将造影剂注射到血管中或从肺中去除流体。

导管可以经由将远侧端头推进到期望位置，并且在某些实施例中，经由主动操纵导管的远侧端头，而被导航到体腔(比如患者的气道、胃肠道、口腔或鼻腔、或其他腔或开口)中。在经皮导管插入手术中，导管也可以穿过皮肤插入血管或身体的其他内腔中。

将导管推进到患者腔中通常经由从设备的近侧部分(患者腔外部)传递的力来实现，所述力导致远侧端头在患者腔内推进。如本文所使用的，“近侧”是指离开患者腔、朝向设备的手柄端返回的方向，并且“远侧”是指向前进入患者腔、远离医生或护理人员、朝向设备的探针或端头端的方向。例如，医生或其他护理人员握住位于患者腔外部的导管近侧部分向下或向前推动，并且所产生的运动被传递到导管的远侧端头，从而致使端头在腔内向前(向远侧)移动。类似地，由护理人员在近侧部分处施加的拉力可以导致远侧端头退回或沿相反的(近侧)方向移出患者腔。导管或导管控制器还可以包括操纵控制件，以基于操作者输入来改变远侧端头处的取向，从而使导管在期望的方向上导航或指向。

因为患者腔的形状或大小不是规则的，所以导管插入手术可以包括导航通过不可预测且曲折的路径以到达解剖结构中的特定点(比如伸入肺的分支中)。虽然一些导管(比如内窥镜)可以在远侧端头处具有相机以在内窥镜推进时提供图像，但是许多其他导管不具有相机。除非使用附加的实况或实时外部图像源(例如，X射线设备、荧光镜、MRI等)来跟踪导管的位置，否则将这种导管插入体内时，将无法确切了解其位置。必须使用外部成像设备增加了对附加大规模设备的需要，并且持续使用电离辐射通常是不期望的。

即使在导管包括远侧相机(例如，内窥镜)的示例中，在一些腔(例如，较小的血管)中获取图像也可能是不可能的，并且单独的图像无法指示远侧端头在体内的绝对位置。此外，随着导管穿过体内，比如粘液、血液等体液或其他组织可能聚集在远侧端头上，这遮挡了相机的视野。

除其他事项外，本申请的技术通过在导管的远侧端头处结合接近度传感器来解决上述限制。接近度传感器的一些示例可以包括红外传感器、声学传感器(例如，超声波传感器)和热传感器等。取决于示例，接近度传感器可以附加地或替代性地与相机结合。接近度传感器能够感测导管的远端所插入的内腔或腔的结构(例如，内腔壁、分叉处)。然后，导管的操纵可以基于对导管的远侧端头相对于内腔结构的接近度的跟踪。例如，基于远侧端头与内腔壁的接近度，可以自动操纵远侧端头远离该壁并且更加朝向内腔的中心。通过避开内腔的壁，可以避免对患者造成伤害的可能性，并且可以实现更平滑的插入过程。

除了操纵导管之外，接近度数据还可以用于确定远侧端头在患者的解剖结构内的位置。例如，患者特定的模型(例如，通过外部成像生成)或代表患者解剖结构的通用患者模型(其可以基于患者人口统计、体型、年龄、性别等从可用的模型集合中选择)可以用于帮助定位患者体内的导管。随着导管在患者体内前进，可以基于接近度数据来识别内腔的交界或交叉处。然后可以在解剖学模型中识别与交界相对应的位置，并且可以将导管的远侧端头的位置与解剖学模型中的对应位置进行关联。这种识别可以实时执行，并且可以在手术期间生成和呈现导管的位置指示符。另外，解剖学模型可以提供附加导航信息，导管的自动操纵可以基于所述附加导航信息。

图1描绘了细长器械导航系统10的视图。下文关于细长器械是导管的示例来描述细长器械导航系统10，但是应当理解，系统10可以与其他类型的细长器械一起使用。

导航系统10包括插入患者40的体内的导管30。导管30可以由临床医生手动推进到患者40体内。导管30包括处于导管30的远端(例如，导管30的插入患者40体内的端部)的远侧端头52。远侧端头52包括接近度传感器50，并且还可以包括其他类型的传感器，比如位置传感器70(例如，惯性测量单元(IMU))。远侧端头52可以经由弯曲或铰接而可操纵。远侧端头52的操纵可以经由引起远侧端头52沿期望方向弯曲的各种操纵系统来控制。作为一个示例，远侧端头52的弯曲可以经由沿导管30的长度延伸的拉线来控制。

远侧端头52的弯曲经由导管控制器34来控制。导管30的近端连接至导管控制器34。然后，由导管控制器34生成的操纵信号可以由导管30的操纵致动器使用，以使远侧端头52按照由操纵信号指示的方向和幅度弯曲。在导管30被插入患者40的气道中的一些示例中，导管控制器34可以是视频喉镜。

在一些示例中，操作导管30的临床医生用他或她的左手60握住导管控制器34的手柄44，并用他或她的右手62抓握或捏持导管30。操作者可以用右手62将导管30向近侧或向远侧移动。

导管控制器34还可以包括显示图像的显示屏46。图像可以是从导管的相机(如果存在)和/或视频喉镜的相机(在导管控制器34是喉镜的示例中)捕获的图像。在实施例中，显示屏46是触摸屏，并且操作者可以(比如用操作者的左拇指)在屏幕46上输入触摸输入，以操纵导管30的远端，比如使其向右、向左、向上或向下弯曲。这样，利用本技术，远侧端头52的手动操纵(例如，基于临床医生输入)和远侧端头52的自动操纵都是可能的。当导管30被自动操纵时，显示屏上还可以显示自动操纵指示符，以向操作者指示正在进行自动操纵。在一些示例中，自动操纵可以仅在导管控制器34的自动操纵模式被激活或选择时发生。

示例导航系统10还可以包括解剖学模型12。解剖学模型12可以以各种不同的方式创建，比如使用先前获取的图像18或来自患者的解剖学数据。在实施例中，模型12是在导管插入手术之前根据患者的外部成像扫描创建的。扫描可以是CT(计算机断层扫描)、MRI(磁共振成像)、x射线或其他诊断或成像扫描。这些扫描可以用于构建个体患者的实际解剖结构的三维模型。例如，基于CT扫描的计算可以用于构建患者气道的三维模型(例如，基于CT扫描的用于解剖结构分割的基于计算机的方法)。所得到的三维模型示出了该个体患者的实际独特气道分支，因为气道在左支气管和右支气管下方分裂并分支。

在图1中，模型12的解剖结构是患者的气道，但是应当理解，在其他手术和上下文中可以使用其他解剖学模型，包括例如血管结构、骨骼特征、软组织和/或胃肠结构等的模型。解剖学模型12可以显示为从丰富的图像数据生成的简化模型。也就是说，解剖学模型12的整体显示可以是动画视图、线图、三维模型或气道的截面视图。可以渲染解剖学模型12以示出内腔(例如，气道通道42)和周围组织壁(比如气管壁或支气管壁)的近似位置和尺寸。例如，使用包括密度信息的CT扫描数据，可以基于密度规则生成解剖学模型12，以将密度较小的区域指定为可能是开放气道通道，并且将密度较高的区域指定为可能是组织。解剖学模型的气道壁是基于位于开放气道通道边界处的组织区域来渲染的。在这样的示例中，可以在解剖学模型12中以具有或不具有精细特征分辨率或纹理的方式指定组织壁。解剖学模型12可以由如本文提供的系统10生成或更新。

解剖学模型12可以在导管手术期间作为计算机生成的图形20显示在显示屏68上。计算机生成的图形20还可以包括实时跟踪真实导管30的前进的模拟导管24。模拟导管24是计算机生成的动画，其表示正在患者40体内移动的实际导管30。

模拟导管24跟踪由操作者的操纵引起的导管30在远侧或近侧方向上的真实移动和/或由操作者对导管控制器34的操纵输入所介导的取向变化。图形控制器14在解剖学模型12内渲染模拟导管24，并与真实导管30的移动相协调地在模型12内移动模拟导管24。模拟导管24在解剖学模型12内的位置表示展示导管30在患者40体内的实际位置，该实际位置可以包括取向或姿态。因此，当操作者在患者体内向远侧推进导管30时，图形控制器14调整模拟导管24的渲染，以使模拟导管24在模型12内移动对应的距离。模拟的模拟导管24 24可以是标记，该标记示出了导管30在模型12的全局图内的实况实时移动位置。

导管30的实时位置是基于来自位置传感器70的位置数据和/或由位于远侧端头52处的接近度传感器50捕获的接近度数据来提供的。接近度传感器50和位置传感器70在导管手术期间捕获实况信号，这些实况信号经由导管30与控制器14之间的通信(该通信可以经由导管控制器34进行)基本上实时地提供给图形控制器14。在一些示例中，图形控制器14的功能被结合到导管控制器34中。

随着远侧端头52的真实位置改变，位置传感器70基于远侧端头52的移动生成更新的位置信号。接近度传感器50还基于远侧端头52相对于解剖结构(例如，内腔壁)的相对位置来生成接近度数据。然后可以使用接近度数据和/或位置数据来操纵导管30的远侧端头52和/或更新模型12中模拟导管24的位置。在导管还包括相机的一些示例中，远侧端头52的操纵和/或模拟导管24的渲染也可以基于相机捕获的图像，如标题为“Endoscope withAutomatic Steering[具有自动操纵的内窥镜]”的美国申请号18/050,013和标题为“Endoscope Navigation System with Updating Anatomy Model[具有更新的解剖学模型的内窥镜导航系统]”的美国申请号17/719,007中所讨论的，这两个美国申请均通过援引以其全文并入。若本申请中的讨论与这些参考文献中的任一个发生冲突，则以本申请的讨论为准。

然而，解剖学模型12可能不完全与实况患者解剖结构对准。在一些实例中，这种不准确性可能导致真实解剖结构(例如，气道通道42)相对于模型12中的对应位置略微偏移、拉伸或改变。即使最初与患者40正确对准的模型12也可能由于患者移动、位置偏移或健康状况的变化而在临床手术的过程中变得不太准确。进一步地，所生成的模型12可以包括解剖特征的大小、比例或存在/不存在方面的固有不准确性，这些固有不准确性基于成像技术的分辨率限制或影响图像质量的患者特定的变量。在另一示例中，解剖学模型12中的不准确性可能基于在扫描时与进行导管手术时使用的患者位置差异。例如，用于生成解剖学模型12的CT图像可能是在患者的手臂定位在其头部上方并且患者完全屏住呼吸的情况下获取的。相比之下，接受导管手术的患者通常可能被安排为其手臂置于他们的体侧，并且自主呼吸或经由插管和机械通气进行呼吸。这种患者体位和呼吸的差异可能导致气道通道42中的相关联位置偏移，从而使得解剖学模型12至少部分地不准确。虽然这些不准确性可能在毫米尺度上，并且可能仅存在于模型12的离散区域内，但是当操作者使用解剖学模型12进行导航时，这种差异可能导致操纵困难。

如本文所提供的，导航系统10结合来自接近度传感器50和/或位置传感器70的实时信号，以更新解剖学模型12和/或模型内模拟导管24的位置。这些实时信号可以与解剖学模型12结合使用，以生成用于导管30的远侧端头的操纵信号。例如，基于接近度数据，可以识别两个内腔的交界或分叉处。然后可以识别解剖学模型12中的对应分叉处。基于最终目标或导航计划，可以自动操纵导管30的远侧端头52进入正确的或期望的内腔中。

在一些示例中，实时接近度信号和/或位置信号也可以用于更新和/或确认解剖学模型12的部分。举例来说，更新可以包括校正解剖学模型12的部分、调整解剖学模型12的比例、改变解剖学模型12的特征之间的关系(比如拉伸或压缩模型的部分)、调整模型中结构的取向、和/或调整解剖学模型12内模拟导管24的渲染。例如，接近度数据可以指示内腔的直径，并且这种数据可以用于调整或更新解剖学模型12。

更新还可以包括基于更新的解剖学模型12将建议的导航路线从模拟导管24重新导引到期望的导航目标。在实施例中，在解剖学模型12中更新模拟导管24的渲染，而不改变模型本身的尺寸或特性。例如，如果解剖学模型12以特定方式与实况患者生理状况不同(使得实际导管30已经到达患者体内的特定特征，但是模拟导管24尚未到达模型12中的对应特征)，则模拟导管24可以在解剖学模型12内移动，以对应于导管30在患者体内的位置(比如通过将解剖学模型12内的模拟导管24移动到该特征)。以这种方式，为用户提供准确的导航，可以移动模拟导管24以跟踪实况导管30，而无需实际改变模型12本身。因此，在示例中，更新模型包括更新模拟导管24在解剖学模型12内的放置、取向或移动。

随着导管30在气道通道42内推进，从接近度传感器50获取的接近度数据和/或从位置传感器70获取的位置数据用于操纵导管30的远侧端头52和/或更新解剖学模型12。因此，在一些示例中，导管30可以被推进到患者40体内，并且被自动地导引至或操纵至患者40体内的最终目的地。这种操纵不仅可以包括将远侧端头52维持在内腔的中心部分内(例如，以避免接触内腔壁)，而且操纵还可以包括导航穿过交界或分叉处以到达患者40体内的期望目标。这样，临床医生可能只需要继续将导管30推进到患者40中体内，并且本技术的自动操纵在几乎没有临床医生输入的情况下将导管30引导到导航目标。

图2A至图2F描绘了在导管的远侧端头52处的示例接近度传感器配置。接近度传感器50可以定位在远侧端头52处的各种位置，以提供不同的感测能力。在一些示例中，接近度传感器50可以定位在远侧端头52的末端处，从而允许光信号或声信号从接近度传感器主要沿远侧方向发射。在其他示例中，接近度传感器50可以被定位成偏离远侧端头52的末端，并且可以围绕(或部分地围绕)远侧端头52定位。接近度传感器50和位置传感器70可以安装在同一电路板(例如，柔性电路)上，并且经由延伸穿过导管的长度的导线电连接到导管控制器。

图2A描绘了示例导管的侧视图，其中接近度传感器50围绕或至少部分地围绕远侧端头52的圆周定位。通过将接近度传感器50围绕圆周定位，接近度传感器50能够更直接地感测远侧端头52的外壁或表面相对于内腔的解剖壁或结构的接近度。虽然接近度传感器50围绕圆周定位，但是接近度传感器50不必位于远侧端头52的外表面上。相反，接近度传感器50可以在远侧端头52的外表面下方(或内部)，并且接近度传感器50围绕远侧端头52的中心轴线(在从近侧到远侧的方向上延伸)径向分布。

在一些示例中，接近度传感器50包括接近度发射器54和接近度接收器56。发射器54发射光信号和/或声信号，然后在光信号和/或声信号从患者的解剖结构(例如，内腔壁、交界结构)反射(或以其他方式受到影响)之后由接收器56检测到这些光信号和/或声信号。例如，接收器56可以是换能器，该换能器将接收器56周围的环境的物理能量转换成可以如本文所讨论的那样进行处理和分析的电信号。

例如，在接近度传感器50是红外传感器的情况下，发射器54是发射红外或近红外光谱中的光的光发射器(例如，发光二极管)。在这样的红外示例中，接收器56是红外光接收器，该红外光接收器可以呈红外图像检测器和/或一个或多个光电二极管、光电传感器等的形式，这些器件被配置为检测光发射器54发射的红外光的红外波段中的光。当使用红外光时，发射的红外光的特定频段也可以基于特定应用来选择。例如，当导管手术是在血管内进行并且远侧端头52被血液包围时，一些频率可能不太可能被血液本身吸收。在导管插入气道中并且远侧端头52可能被粘液覆盖的其他示例中，一些红外频率可能比其他频率更好地穿透粘液。因此，可以选择所利用的红外频率来产生光子，这些光子：(1)穿透可能覆盖远侧端头52的流体或材料；以及(2)从关注的解剖壁(例如，内腔壁)反射。

在一些示例中，发射的光的特定频率可以经由导管控制器来选择或调整。例如，可以选择特定应用或解剖结构，使得对应频率的光被选择并由发射器54发射。这可以通过使用各自具有对应频段的多个LED来实现。当选择特定频段时，对应的LED被激活或用于生成光。在其他示例中，可以不调整单独导管的光频率。相反，可以提供多个导管，并针对不同的解剖结构或应用进行调整。例如，每个不同的导管可以具有发射不同频段中的光的不同LED。

在一些示例中，红外传感器50可以利用结构光图案来确定远侧端头52周围或前方的深度变化。替代性地或附加地，飞行时间(ToF)可以用于确定从远侧端头52到解剖结构的深度或距离。在一些示例中，还可以使用立体视觉技术。

作为另一示例，接近度传感器50可以是声学传感器(例如，超声波传感器)。在一些示例中，声学传感器包括发射器54和接收器56。例如，声学发射器54发射声学脉冲，并且声学接收器56检测从解剖结构反射的声学脉冲。然后，声波从发射到被检测到的飞行时间可以用于确定远侧端头到不同解剖结构(比如内腔壁或交界结构)的距离。

在其他示例中，声学传感器可以仅包括声学接收器56而不包括声学发射器54。在这样的示例中，流过声学接收器56的流体(例如，空气、血液)的速率可以由声学接收器(其可以实际上是压力传感器)检测。因为与内腔的中心相比，流体流在内腔壁附近具有不同的属性，所以流体的流速指示相对于内腔壁的接近度。因此，使用一个或多个声学接收器可以用于确定远侧端头52相对于内腔壁的接近度。不需要确定流体的实际速率(例如，每时间度量的距离)。而是，可以测量并保留由接收器56测量的与流体流相关的相对值。然后可以使用该值的相对差来估计接近度。

在另一示例中，接近度传感器50可以是温度传感器或热传感器。在这样的示例中，接近度传感器50可以仅包括接近度接收器56而不包括接近度发射器54。例如，多个温度传感器(例如，热敏电阻、热电偶、热电堆等)可以围绕远侧端头52径向分布。然后，温度传感器测量温度传感器的相应位置处的温度。温度可以与相对于内腔壁的接近度具有某种关系。例如，内腔壁附近的温度可能高于内腔中心的温度。因此，如果由第一温度传感器检测到的温度高于由第二温度传感器检测到的温度，则远侧端头52可能未被定位在解剖学内腔(例如，气道、血管)的中心内。然后，可以生成操纵信号以使远侧端头朝第二温度传感器(即，具有较低温度测量值的温度传感器)的方向转动。

图2B描绘了示例导管的侧视图，其中接近度发射器54定位在远侧端头52的中心轴线附近，并且接近度接收器56定位成比接近度发射器更远离中心轴线。在这样的示例中，接近度发射器54能够发射向远侧行进到内腔中的信号，并且接收器56能够以允许生成指向一个或多个接收器的方向的操纵信号的方式解析所发射信号的空间反射。

图2C至图2F描绘了远侧端头52沿着垂直于远侧端头52的中心轴线的平面的截面。图2C描绘了示例远侧端头52，其中发射器54和接收器56围绕远侧端头52的圆周分布(或径向分布)。

图2D描绘了示例远侧端头52，该远侧端头具有靠近远侧端头52的中心轴线的发射器54和围绕远侧端头52的圆周的接收器56。接收器56可以是多个离散接收器，和/或以其他方式被配置为确定空间信号强度。例如，接收器56可以被配置为确定不同径向位置处的反射信号的信号强度，这些不同径向位置可以对应于离散像素或声学换能器元件。

图2E描绘了示例远侧端头52，该远侧端头包括径向分布的接收器56，但不包括接近度接收器54。与图2D中的接收器类似，接收器56可以是多个离散接收器，和/或以其他方式被配置为确定空间信号强度。

图2F描绘了示例远侧端头52，该远侧端头包括靠近远侧端头52的中心轴线的发射器54和接收器56。在这样的示例中，发射器54可以发射锥形光束或声波，这些光束或声波从远侧端头52周围和/或前方的解剖结构反射。接收器56检测反射信号，并跟踪信号被反射的位置，以指派坐标或位置信号强度。例如，接收器56可以将信号强度指派给接收器的视场内的不同像素。基于像素的不同信号强度，可以生成操纵信号以操纵远侧端头52。

图3是包括解剖模型12的示例实况视图的系统视图，其中模拟导管24表示真实导管30的位置。在图3中，真实导管30定位在患者解剖结构中的第一区域90a处，该第一区域对应于模型12中的区域90b。

模型12内模拟导管24的渲染可以基于实况接近度数据流和/或位置数据流，并且实时更新。例如，实况数据流可以用于校正任何相对位置的不准确性，并对手术过程中的患者位置偏移进行补偿。对模型12的这种校正可以在不依赖手术室内的患者位置传感器的情况下完成。模型12会根据来自导管30的实际实况接近度数据进行更新和同步，而不管患者在手术室中的定向如何。可以基于患者40与模型12之间的同步来补偿患者移动，而不是使用有源外部患者感测设备，比如患者40下方的电磁感测垫。

在实施例中，系统10可以通过使模拟导管24和真实导管30的位置同步来执行解剖学模型12与患者40的初始配准，比如通过当真实导管30经过患者的唇部时，在模型12的唇部处配准模拟导管24。在示例中，解剖学模型12至少部分地相对于一个或多个可检测的患者外部特征(比如检测到的患者的鼻孔、唇部或肩部)进行配准。初始配准提供了用于根据导管30在患者40体内的实际位置在模型12内渲染模拟导管24的起点。

当导管的远侧端头52处于第一区域90a中时，根据模型12，内腔以连续的方式延伸(例如，不发生分支)。因此，基于模型112，用于远侧端头的操纵指令可以是沿着内腔的中心轴线继续移动。内腔在第一区域90a处不发生分支的确定还可以基于来自接近度传感器50的接近度数据来进行，或由来自接近度传感器的接近度数据进行确认。例如，接近度传感器50可以指示，在远侧端头52远侧的一定距离内，不会被指示内腔的分支或交界的其他解剖结构遮挡。

在图4中，导管已经向远侧推进，从而将导管30进一步向前移动到患者气道中，到达第二区域110a，朝向内腔的交界或分支处。在所描绘的示例中，交界是隆突100，其是气管末端处的组织，气管在此处分成左支气管102L和右支气管102R。如图4中的解剖学模型12所示，模拟导管24已经在解剖学模型12内向远侧朝向隆突100向前移动，并且被表示为处于模型12的对应区域110b中。

远侧端头52的更新位置可以基于接近度传感器50的接近度数据和/或来自位置传感器70的位置数据来确定。例如，可以基于来自位置传感器70(例如，加速度计)的测量结果来测量或估计远侧端头52的向前/远侧移动。当解剖学模型12然后可以指示交界应存在于当前位置时。还可以或替代性地根据来自接近度传感器50的接近度数据来检测交界或分支。例如，可以从接近度数据中识别分叉处或交界的模式。解剖学模型12然后可以用于确定导管30应该沿分叉处的哪个内腔行进。

图5A至图5B描绘了自动操纵导管的远侧端头52以跟踪与内腔91的中心的对准的示意图。图5A示出了由于远侧端头的自动操纵，导管的远侧端头52在内腔91内的取向的对应变化。从图5A的左侧开始，远侧端头32不朝向目标(内腔91的中心轴线94上的点)定向。而是，在该示例中，远端52朝向内腔91的壁96定向，而不是笔直的或总体上朝向中心定向(例如，朝向沿着中心轴线94的点)。在这个取向上，进一步的远侧移动可能导致远侧端头52与通道的壁96碰撞，这可能阻碍进一步的远侧移动和/或对患者造成伤害。例如，远端52的这种不期望的取向可能是由操作者无意中过度操纵、操作者有意地暂停向远侧移动并操纵相机以查看壁96或解剖结构的某个其他部分、或者由于内腔91的自然曲线而引起的。

当远侧端头52处于这个位置时，来自接近度传感器50的接近度数据指示远侧端头52未与内腔的中心轴线94对准。例如，接近度传感器50可以指示远侧端头52的一侧比远侧端头52的另一侧更靠近内腔壁96。作为示例，远侧端头52的第一侧与内腔壁96之间的距离D1可以小于远侧端头52的第二侧与内腔壁96之间的距离D2。然后可以生成自动操纵信号或指令，以操纵远侧端头52回到朝向中心轴线94。例如，自动操纵信号沿着朝向距内腔壁96具有最大距离的一侧的方向操纵远侧端头52。

作为另一示例，使用接近度数据作为输入，特征识别模型识别内腔91(例如，经由识别壁96和/或识别指示内腔91的负空间)，并且在实施例中，导管控制器可以估计内腔91的中心的位置。操纵控制器然后生成操纵指令，以使远端52指向内腔91的中心。执行操纵指令会使远端52朝向中心弯曲、移动或旋转。在执行这些指令之后，远端52总体上沿着中心轴线94定向并且指向与内腔91的中心相对应的位置。

图5B类似地描绘了由于远侧端头52的自动操纵，导管的远侧端头52在内腔91内的取向的对应变化。从左侧开始，远侧端头52同样不沿着中心轴线94指向。在该示例中，接近度传感器50的发射器从远侧端头52向远侧发射光或声信号53。被反射的光或声信号53然后由接近度传感器50的接收器检测。在这样的示例中，接收到的信号53形成接近度数据的基础。然后，接近度数据可以用于确定远侧端头52是否指向目标和/或操纵远侧端头52朝向目标。

接近度数据的分析可以通过一系列或规则或启发式方法和/或通过使用经训练的模型来执行。例如，检测到的反射信号的具有最弱信号(例如，幅值)的一部分可以对应于内腔91的中心，因为内腔91的中心最不可能反射光或声信号。因此，可以生成操纵指令以操纵远侧端头52朝向接近度数据中具有最弱或最低幅值的区域。最弱或最低幅值的确定可以是接近度数据中的一组位置或像素的平均幅值。例如，具有最低平均幅值的一组N个相邻像素或位置可以被认为是内腔91的中心，并且因此是操纵目标。幅值的梯度也可以用于确定接近度数据中的操纵目标。例如，梯度的使用对于数据噪声相对较大的二维平面可能是有用的。替代性地或附加地，接近度数据可以被提供到识别内腔91的中心的特征识别模型中。

特征识别模型可以是使用监督、半监督或无监督方式训练的机器学习(ML)或人工智能(AI)模型。在实施例中，可以使用一组接近度数据和标识操纵目标和/或内腔91的中心的相关联的标签来训练特征识别模型。训练数据的标记可以手动执行以生成训练数据。然后，该训练数据连同相关联的标签用于训练ML模型。特征识别模型可以使用Haar级联、梯度直方图结合支持向量机(HOG+SVM)或深度学习模型(例如，卷积神经网络)以及其他类型的ML模型。可以选择在接近度数据集合中最准确地识别并正确地标记内腔的最佳性能模型。

特征识别可以是识别特征的实际操纵目标的两步过程。例如，第一模型可以识别特定特征(例如，内腔)。然后，可以通过使用第二模型或一组规则/启发式方法来识别或选择特征内的特定操纵目标。例如，所识别的特征可以是内腔，并且操纵目标可以是内腔的中心。作为另一示例，可以在分叉处识别多个内腔，并且操纵目标可以是这些内腔之一的中心。

除了自动操纵导管以保持在内腔内居中之外，本技术还可以帮助操纵远侧端头52进入多内腔分支中的特定内腔中。图6示出了基于从接近度数据130和/或位置数据中的界标识别的导管导航的示例。界标识别可以涉及处理接近度数据以识别存在于接近度数据130中的特征，比如声带、内腔的分叉处/交界、心脏特征或其他解剖学界标。例如，当导管处于左支气管开口136L和右支气管开口136R位于远侧端头52远侧的位置时，可以获取接近度数据130a，但是接近度数据130a仍能捕获到这些支气管开口的存在。支气管开口和隆突140可以根据对接近度数据103a的基于规则的处理来识别。例如，隆突140位于声带远侧的支气管树的最近侧分叉处。基于远侧端头52与解剖学模型12的配准，位置数据可以用于确定远侧端头52在体内推进的距离。基于该估计和解剖学模型的测量结果，可以预测何时会遇到隆突140。例如，隆突140可能位于声带远侧的第一个分叉点。分叉处的接近度数据通常包括两个低幅值区域(指示距远侧端头52的深度较大)，这两个低幅值区域由连接低幅值区域的高幅值区域(指示距远侧端头52的深度较浅)分隔。还可以使用一个或多个ML模型来处理接近度数据，以识别分叉处或其他特征。

左支气管通道和右支气管通道内的开口或分叉处140、142、144、146可以遵循类似的基于规则的识别，这种识别基于接近度数据中由较高幅值区域分隔的低幅值区域。内腔开口可以由具有较高幅值周界的低幅值区域指定。例如，当远侧端头52处于左支气管开口136L中时，可以获取并处理第二接近度数据130b，以识别内腔140、142。类似地，当远侧端头52处于右支气管开口136R中时，可以获取并处理第三接近度数据130c，以识别内腔144、146。

在一些示例中，解剖学模型可以包括导航目标122，该导航目标可以是关注的解剖点，比如息肉或手术部位。通过使用解剖学模型，可以更容易地实现到目标122的导航。例如，当到达每个分叉处时，查看更新模型的临床医生可以提供操纵输入，以操纵远侧端头52通过通向导航目标122的正确内腔。在其他示例中，当到达每个分叉处时，操纵系统可以自动操纵远侧端头52进入通向导航目标122的正确内腔中。例如，在所描绘的示例中，当远侧端头52到达第一分叉处时，自动操纵远侧端头52进入内腔136L中。当远侧端头52然后到达第二分叉处时，操纵远侧端头进入内腔140中。

图7示出了导航系统700的框图。如图所示，系统包括导管712、导管控制器714、图形控制器718以及单独的显示器716。导管712包括接近度传感器760(其可以包括一个或多个发射器和/或接收器)、操纵致动器768(联接到导管的远侧可操纵的端头，用于使远侧端头弯曲或解除弯曲)、以及位置传感器756。

导管712通过有线(已示出)或无线连接而连接到导管控制器714，该导管控制器包括处理器770、硬件存储器772、操纵控制器774(比如用于操作致动器768的马达或其他驱动器)、显示屏724以及无线收发器776。导管控制器714通过有线或无线(已示出)连接而连接到图形控制器718，该图形控制器还包括处理器780、硬件存储器782、无线收发器786以及所存储的解剖学模型734。图形控制器718可以是例如运行存储在存储器782上的软件的膝上型计算机或台式计算机。图形控制器718通过有线或无线(已示出)连接而连接到显示器716。在实施例中，显示器716是固定地或可便携式地安装在患者的环境中的硬件显示屏。在一个实施例中，显示器716可以是增强现实查看器，比如护目镜或眼镜，其包括将解剖学模型734叠加显示在患者上的硬件部件。

在示例中，导管712包括形成远侧端头的一个、两个或更多个可操纵的段。每个可操纵的段可以独立于其他段进行铰接。每个可操纵的段可以在三维上弯曲和弯折(不仅仅在单个平面中，比如上/下或右/左弯曲)，可弯折到所有方向的点，直至其运动范围的极限。例如，在实施例中，每个段可以在任何方向上弯曲至90度，使得其能够在半径等于该段的长度的半球内移动。每个段由其自身的致动系统操纵，该致动系统包括一个或多个致动器(比如带套筒的拉线或下文描述的其他致动器)，该一个或多个致动器移动以使段弯曲成弯折或弯曲形状或从中解除弯曲。

导管远端处的每个铰接段由操纵系统(比如操纵控制器774)操纵，该操纵系统操作联接到该段的致动器(比如操纵致动器768)，以弯曲或拉直该段。操纵系统可以包括基于电输入改变形状的一个或多个记忆金属部件(例如，记忆线、镍钛诺线)、压电致动器(比如来自纽约州维克托的新尺度技术公司(New Scale Technologies，Victor NY)的SQUIGGLE马达)、可伸缩护套(可伸缩以释放预成型的弯折部件，比如当从护套释放时恢复其弯折形状的弹簧钢)、机械控制线(拉线)、液压致动器、伺服马达、或其他用于弯曲、旋转或转动导管远端或导管远端处部件的装置。

图7的框图还示出了各个设备之间的信号流。在实施例中，导管712向导管控制器714发送实况接近度信号(来自接近度传感器760)和实况位置信号(来自位置传感器756)。导管控制器714还可以将接近度信号和位置信号转发到控制器718，比如通过两个设备上的无线收发器、和/或通过有线连接和/或中间设备。

控制器718接收接近度信号和位置信号，并使用该信息来调整解剖学模型以及解剖学模型中模拟导管的渲染。控制器718还可以生成可以提供给导管控制器714的导航数据。操纵控制器774可以使用导航数据来操纵导管朝向解剖模型734中所识别的目标。例如，在分叉处或交界处，导航数据可以用于操纵导管712进入通向目标的特定内腔中。

位置传感器756是感测导管的远侧端头的位置和取向(比如相对于重力的取向)和/或移动(加速度)的电子部件。位置传感器756包含用于实现这一点的传感器或传感器组合，比如加速度计、磁力计和陀螺仪。位置传感器756可以生成导管远侧端头的绝对位置数据或相对于固定参考点的位置数据。位置传感器756可以是惯性测量单元(IMU)。位置传感器756检测导管的远侧端头的静态取向和动态移动，并且提供指示导管取向和/或导管运动的变化的信号。位置传感器756将该信号发送到导管控制器714。位置传感器756位于导管712的管状壳体内部。如图1至图2所示，在实施例中，位置传感器756位于非常靠近导管的远侧端头的末端，以使得位置传感器756能够捕获远侧端头和接近度传感器760的全部移动范围的大部分。在实施例中，位置传感器756放置在第一可操纵的部分的远端处、远离该可操纵的部分的近端，以将位置传感器756放置成远离移动支点。

在实施例中，位置传感器756生成具有导管712的远侧端头的位置坐标和朝向的位置信号。控制器718使用该坐标和朝向信息来调整解剖学模型734和模拟导管24。例如，当真实导管712在患者体内向远侧移动1mm的距离时，位置传感器756通过位置信号报告这种位置变化。控制器718接收新的位置坐标，并且模拟导管24在解剖学模型734中向前(向远侧)移动相同或成比例的量。然后在显示器716中以图形方式渲染新位置。来自位置传感器756的数据信号可以被称为取向信号、移动信号或位置信号。

处理器(比如770、780)可以是芯片、处理芯片、处理板、芯片组、微处理器、或类似设备。控制器714、718和显示器716还可以包括用户输入(触摸屏、按钮、开关)。控制器714、718还可以包括向控制器、导管或查看器的一个或多个部件提供电力的电源(例如，一体式电池或可移除电池)，以及用于促进与其他设备的有线或无线通信的通信电路系统。在一个实施例中，通信电路系统可以包括促进与远程医疗设备或全屏监视器的握手通信的收发器。通信电路系统可以将接收到的图像实时提供给附加监视器。

处理器可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个通用处理器、一个或多个控制器、FPGA、GPU、TPU、一个或多个可编程电路、或其任何组合。例如，处理器还可以包括或指用于显示屏的控制电路系统。存储器可以包括比如随机存取存储器(RAM)等易失性存储器，和/或比如只读存储器(ROM)等非易失性存储器。

图8描绘了用于基于接近度数据自动操纵导管的示例方法800。在操作802处，由定位在导管的远侧端头中的接近度传感器接收接近度数据。接近度传感器可以包括红外传感器、声学传感器和/或温度传感器中的至少一个。

在操作804处，识别操纵目标。操纵目标可以是内腔的中心或中心轴线，或者是分叉处的另一内腔，或者其他可能的解剖目标。操纵目标的识别可以根据实施例以不同的方式执行。例如，在一些示例中，可以执行操作806和808。在其他示例中，可以执行操作810至814。在又其他示例中，可以执行操作806至814的组合。在一些示例中，识别操纵目标还可以或替代性地包括基于接近度数据识别解剖结构(例如，内腔壁、在交界处的内腔之间的组织)。操纵目标和/或操纵信号然后操纵远离检测到的解剖结构。

在操作806处，确定远侧端头相对于内腔壁的接近度。这种确定可以包括确定从远侧端头的多个侧面到与远侧端头的相应侧面最近的近侧壁的距离。例如，所确定的相对于壁的距离或接近度可以沿着基本上正交于远侧端头的外表面的路径(distance)进行测量。作为示例，操作806可以包括确定远侧端头的第一侧到第一内腔壁(例如，内腔壁的最靠近第一侧的第一部分)的第一距离，以及确定远侧端头的第二侧到第二内腔壁(例如，内腔壁的最靠近第二侧的部分)的第二距离。

在操作808处，操纵目标被确定为朝向离内腔壁最远的一侧。例如，如果远侧端头的所有侧面与内腔壁等距，则远侧端头可能在内腔内居中，这可能是自动导航或操纵导管的目的或目标。因此，通过操纵导管朝向离内腔壁最远的一侧，远侧端头将开始朝向内腔的中心转动。

在操作810处，将接近度信号作为输入提供到经训练的ML模型中。ML模型可以是识别接近度数据内的特征的特征识别模型。例如，特征识别模型识别接近度数据中的解剖特征，比如内腔。特征识别模型可以通过识别接近度数据内的模式来识别特征。例如，接近度数据中被高幅值部分包围的低幅值部分可以指示内腔，其中，低幅值部分对应于内腔的中心。在操作812处，响应于接近度信号的输入而接收来自ML模型的输出。在一些示例中，输出包括对操纵目标的识别。在其他示例中，输出仅包括对一个或多个特征(比如内腔)的识别。在操作814处，基于ML模型的输出来识别操纵目标。在一个内腔被识别为特征的情况下，内腔的中心或近似中心可以被识别为操纵目标。

在一些情况下，在来自ML模型的输出中识别多个特征。例如，特征识别模型可以识别通道分支为至少两个可能的前向内腔。因此，操作814可以包括选择一个特征作为操纵目标。多个特征中的特定特征的选择可以基于患者的解剖模型，如本文和下文图9中进一步讨论的。

在操作816处，从导管的远侧端头中的位置传感器接收位置信号。位置信号可以提供导管的取向(例如，滚转)的信息，以及关于导管在远侧或近侧方向上的移动的信息。在操作818处，可以确定导管的远侧端头是否朝向操纵目标定向。远侧端头的取向也可以或替代性地基于接近度数据来确定。在远侧端头的取向不指向操纵目标的情况下，可以确定远侧端头的当前取向与使远侧端头朝向操纵目标定向所需的取向之间的差异。该差异可以包括方向和/或幅度。

在操作820处，生成操纵指令，这些操纵指令在执行时使远侧端头朝向操纵目标定向。操纵指令可以基于在操作818中确定的当前取向与目标取向之间的差异。例如，操纵指令可以包括用于弯曲远侧端头的方向和远侧端头应弯曲的幅度两者。在操作822处，基于操纵指令自动操纵(例如，弯曲)远端。然后，随着导管在患者体内继续推进，可以使用新的接近度数据重复执行方法800。

图9描绘了用于基于接近度数据自动操纵导管的另一示例方法900。在操作902处，从导管的远侧端头中的接近度传感器接收接近度信号。还可以从导管的远侧端头中的位置传感器接收位置信号。

在操作904处，基于接近度数据来检测分叉为至少两个内腔(例如，第一内腔和第二内腔)的交界。可以使用如上所讨论的ML模型基于模式识别或特征识别来确定这种分叉处。

在操作906处，确定远侧端头在患者的解剖学模型内的位置。远侧端头在解剖学模型内的位置可以基于位置信号以及导管位置与解剖学模型的初始配准。解剖学模型还可以包括患者体内的最终导航目标。

在操作908处，将分叉处的内腔(例如，第一内腔或第二内腔)识别为操纵目标。在一些示例中，将所选内腔的中心识别为操纵目标。内腔的选择可以基于解剖学模型、远侧端头在解剖学模型中的当前位置、以及导航目标在解剖学模型中的位置。例如，将导管从其当前位置引导到导航目标的内腔是所选择的内腔。在操作910处，生成操纵指令以操纵远侧端头朝向操纵目标，并且在操作912处，根据操纵指令操纵远侧端头。操纵指令的生成还可以考虑远侧端头的当前取向，比如上文关于方法800的操作816至818所讨论的。

虽然主要在气道通道内的导管导航的上下文中讨论了本技术，但是应当理解，所披露的技术也可以用于其他类型的气道管理或临床手术。例如，所披露的技术可以与在气道内放置其他设备、气道分泌物清除、关节镜手术、经声带支气管可视化(支气管镜检查)、管更换、肺活检、鼻腔或鼻气管插管、血管导管插入手术等结合使用。所披露的导管还可以用于可视化组织的抽吸、药物递送、消融或其他治疗或与之结合使用，并且还可以与内窥镜、探条、导入器、窥镜或探针结合使用。进一步地，所披露的技术还可以应用于使用其他临床技术和/或器械(比如患者导管插入技术)进行的导航和/或患者可视化。举例来说，所设想的技术包括膀胱镜检查、心脏导管插入术、导管消融、导管药物递送或基于导管的微创手术。

虽然本披露内容可以容许各种修改和替代形式，但是附图中已经以示例的方式示出了特定实施例，并且已经在本文中对其进行了详细描述。然而，应当理解，本文提供的实施例并非旨在限于所披露的特定形式。相反，各种实施例可以覆盖落入如所附权利要求限定的本披露内容的精神和范围内的所有修改、等效物和替代方案。

Claims (18)

1.一种导管导航系统，包括：

导管，所述导管包括可操纵的远侧端头，所述可操纵的远侧端头包括接近度传感器；以及

导管控制器，所述导管控制器联接到所述导管，所述导管控制器包括：

处理器；以及

存储指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时使所述导管控制器执行包括以下各项的操作：

从所述导管接收由所述接近度传感器生成的接近度信号；

基于所述接近度信号来识别操纵目标；以及

生成操纵信号以操纵所述可操纵的远侧端头朝向所述操纵目标。

2.如权利要求1所述的导管导航系统，其中，所述接近度传感器包括红外传感器、声学传感器或温度传感器中的至少一个。

3.如权利要求1所述的导管导航系统，其中，所述接近度传感器包括至少一个接近度接收器，所述至少一个接近度接收器至少部分地围绕所述远侧端头的圆周定位。

4.如权利要求1所述的导管导航系统，其中，识别所述操纵信号进一步基于由外部成像模态生成的解剖模型。

5.如权利要求1所述的导管导航系统，其中，所述可操纵的远侧端头进一步包括位置传感器，并且生成所述操纵信号进一步基于从所述位置传感器接收的取向数据。

6.如权利要求1所述的导管导航系统，其中，识别所述操纵目标包括：

将所述接近度信号作为输入提供到经训练的机器学习(ML)模型中；以及

接收所述操纵目标作为来自所述ML模型的输出。

7.如权利要求1所述的导管导航系统，其中，通过识别内腔的接近度信号特性的特征并选择所述内腔的中心作为所述操纵目标来识别所述操纵目标。

8.一种导管导航系统，包括：

导管，所述导管包括可操纵的远侧端头，所述可操纵的远侧端头包括接近度传感器；以及

导管控制器，所述导管控制器联接到所述导管，所述导管控制器包括：

处理器；以及

存储指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时使所述导管控制器执行包括以下各项的操作：

从所述导管接收由所述接近度传感器生成的接近度信号；

基于所述接近度信号，确定所述可操纵的远侧端头相对于内腔的内腔壁的接近度；以及

基于所确定的所述可操纵的远侧端头相对于所述内腔壁，生成操纵信号以操纵所述可操纵的远侧端头远离所述内腔壁并朝向所述内腔的中心。

9.如权利要求8所述的导管导航系统，其中，确定所述可操纵的远侧端头相对于一个或多个内腔壁的所述接近度包括：

确定所述远侧端头的第一侧到第一内腔壁的第一距离；以及

确定所述远侧端头的第二侧到第二内腔壁的第二距离，其中，所述第二距离大于所述第一距离；并且

其中，所述操纵信号用于操纵所述远侧端头朝向所述远侧端头的所述第二侧。

10.如权利要求8所述的导管导航系统，其中，所述操作进一步包括基于所确定的接近度来识别所述内腔的中心。

11.如权利要求8所述的导管导航系统，其中，所述操纵信号是第一操纵信号，并且所述操作进一步包括：

基于所述接近度信号，识别患者的第一内腔和第二内腔的分叉处；

基于所述患者的解剖学模型，将所述第一内腔识别为提供通向所述解剖学模型中的导航目标的路径；以及

生成第二操纵信号以操纵所述远侧端头进入到所述第一内腔中。

12.如权利要求8所述的导管导航系统，其中，所述接近度传感器包括：

接近度发射器；以及

至少一个接近度接收器，所述至少一个接近度接收器至少部分地围绕所述远侧端头的圆周定位。

13.一种用于当导管在内腔内推进时导航所述导管的方法，所述方法包括：

在导管控制器处从所述导管的可操纵的远侧端头中的接近度传感器接收接近度信号，所述接近度传感器是红外传感器、声学传感器或温度传感器中的至少一个；

将所述接近度信号提供给经训练的机器学习(ML)模型；

响应于所述接近度信号而接收来自所述ML模型的输出；

基于来自所述ML模型的所述输出来识别操纵目标；以及

通过所述导管控制器将所述远侧端头朝向所述操纵目标自动弯曲。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述操纵目标是所述内腔的中心轴线。

15.如权利要求13所述的方法，其中，所述内腔是第一内腔，所述导管定位在第二内腔和第三内腔的分叉处，并且所述操纵目标是所述第二内腔或所述第三内腔中的一个。

16.一种导管导航系统，包括：

导管，所述导管包括可操纵的远侧端头，所述可操纵的远侧端头包括接近度传感器；以及

导管控制器，所述导管控制器联接到所述导管，所述导管控制器包括：

处理器；以及

存储指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时使所述导管控制器执行包括以下各项的操作：

从所述导管接收由所述接近度传感器生成的接近度信号；

基于所述接近度信号，检测所述远侧端头附近的解剖结构；以及

生成操纵信号以操纵所述可操纵的远侧端头远离所检测到的解剖结构。

17.如权利要求16所述的导管导航系统，其中，所述解剖结构是内腔壁。

18.如权利要求16所述的导管导航系统，其中，所述解剖结构是在交界处分隔两个内腔的组织。