技术领域
[0001] 本公开一般涉及医疗系统和方法，并且特别地涉及用于控制引导导管的系统和相关联的方法，并且更特别地涉及引导导管，该引导导管的形状、构型和/或硬度可通过编程控制而针对患者被定制。
背景技术
[0002] 导管被常规地用于包括
冠状动脉、神经、心脏和其它血管手术的医疗手术。特别地，引导导管被初始地插入并且提供通道，通过该通道可引入合适的介入装置例如
血管成形术装置、外周或神经血管
支架递送导管、电生理学导管、金属线圈。导管也允许递送
生物活性剂，例如，栓塞材料、抗炎剂、
造影剂等。
[0003] 在使用中，引导导管典型地常常在
导丝上推进到患者的脉管系统中所需的
治疗位置，例如在神经血管系统中，在这里，导管的顶端放置成抵靠或以其它方式接近待治疗的区域。
[0004] 虽然引导导管可用于多种预成形的尺寸和形状，但常规的引导导管可能难以转向和推进通过例如可见于神经血管系统中的极其弯曲的脉管系统。因此，需要可以成形为任何合适的构型的引导导管。
发明内容
[0005] 根据本公开的一个实施方案，提供了一种导管系统。该系统包括导管，该导管具有细长的柔性主体和沿着细长的柔性主体设置的一个或多个电活性
聚合物致动器。电活性聚合物致动器适于引起细长的柔性主体的构型中的变化。该系统还包括
控制器，该控制器适于将控制
信号传输到电活性聚合物致动器。控制器包括
存储器和耦接到存储器的用户
接口，该存储器存储对应于导管的多个预定构型的多个
控制信号。用户接口被构造成响应于用户输入而从多个预定构型中选择一个或多个构型。
[0006] 根据一个方面，用户接口包括语音控
制模块。语音
控制模块可包括麦克
风和
语音识别引擎。语音识别引擎可被构造成检测语音输入并将语音输入匹配到与该构型相关联的一个或多个命令。命令可与细长的柔性主体的构型中的变化相关联，并且可以选自由下列组成的组：偏转、方向、取向、及其组合。命令可对应于解剖结构，并且构型可对应于导管的形状以适形于该解剖结构。
[0007] 根据本公开的一个实施方案，提供了一种用于控制导管以进入身体管腔内的方法。该方法包括：将用于控制导管的用户输入提供至控制器，其中，导管具有细长的柔性主体和沿着细长的柔性主体设置的一个或多个电活性聚合物致动器；响应于该用户输入而从多个预定构型中为导管选择一个或多个构型；以及将控制
信号传输至电活性聚合物致动器，以响应于该控制信号而引起细长的柔性主体的构型中的变化。用户输入可以是语音输入。
[0008] 根据另一个方面，该方法还包括检测语音输入和将语音输入匹配到与该构型相关联的命令。命令可与细长的柔性主体的构型中的变化相关联，并且可以选自由下列组成的组：偏转、方向、取向、及其组合。命令可对应于解剖结构，并且构型可对应于导管的形状以适形于该解剖结构。
[0009] 根据本公开的一个实施方案，提供了一种用于控制导管以进入身体管腔内的系统。该系统包括计算机处理器，该处理器可操作用于执行有形地嵌入计算机可读存储介质中的
计算机程序产品。计算机程序产品可操作用于引起计算机处理器：接收用于控制导管的用户输入，该导管具有细长的柔性主体和沿着细长的柔性主体设置的一个或多个电活性聚合物致动器；响应于该用户输入而从多个预定构型中为导管选择一个或多个构型；以及将控制信号传输至电活性聚合物致动器，以响应于该控制信号而引起细长的柔性主体的构型中的变化。
[0010] 根据一个方面，该系统还包括：存储器，该存储器耦接到计算机处理器且存储对应于导管的多个预定构型的多个控制信号；以及用户接口，该用户接口耦接到存储器并且被构造成响应于用户输入而从多个预定构型中选择构型。用户接口可包括语音控制模块。语音控制模块可包括麦克风和语音识别引擎。语音识别引擎可被构造成检测语音输入并将语音输入匹配到与至少一个构型相关联的至少一个命令。该命令可与细长的柔性主体的构型中的变化相关联，并且可以选自由下列组成的组：偏转、方向、取向、及其组合。该命令也可对应于解剖结构，并且构型可对应于导管的形状以适形于该解剖结构。
[0011] 通过为链接到与预定的语音输入命令相关联的具体的解剖结构的导管提供预编程的构型，根据本公开的用于控制导管的系统和方法允许比常规导管控制机构更精确的控制。特别地，本公开允许临床医生在将导管引导进弯曲的脉管系统(例如，神经血管系统)中的同时利用免手(例如，语音)输入远程控制相对长的导管，例如，从约90厘米至约180厘米的导管。其它方面、特征和/或益处将从具体实施方式、
附图和
权利要求书显而易见。
附图说明
[0012] 通过参照附图将容易理解本公开的实施方案，在附图中：
[0013] 图1是根据本公开的原理的用于控制包括电活性聚合物致动器的血管内导管的系统的透视图；
[0014] 图2是根据本公开的原理的处于第一构型的图1的导管的侧视图，其中电活性聚合物致动器处于未致动状态；
[0015] 图3是根据本公开的原理的处于第二构型的图1的导管的侧视图，其中电活性聚合物致动器处于致动状态；
[0016] 图4是根据本公开的原理的图1的导管的电活性聚合物致动器的侧剖视示意图；
[0017] 图5是根据本公开的原理的图1的系统的控制器的
框图；以及
[0018] 图6是带有设置在其中的根据本公开的原理的图1的导管的血管的侧剖视图。
具体实施方式
[0019] 在以下描述中，如本文所用，术语“近侧”和“远侧”是指系统在诸如血管(例如，在神经血管区域中)的身体管腔中的相对位置。系统的“近端”或“后端”是更靠近临床医生的部分。系统的“远端”或“前端”是从入口部位最远地置入身体管腔中的部分。
[0020] 本公开的方法和系统在神经血管手术中具有特别的应用，但可以在包括冠状血管、外周血管的任何介入、诊断和/或治疗手术中以及除了神经血管应用之外的肠胃应用中使用。
[0021] 如本文所用，术语“导管”用来表示任何血管内或非血管内导管，包括但不限于微导管、诊断导管、引导导管、粥样斑块
切除导管、支架递送导管、及其组合。在下面的附图中，未示出所公开的系统的导管的全长。导管的长度和直径可以根据特定应用而变化。在神经血管应用中，长度可以在从约90厘米至约180厘米的范围内，并且导管的内径可以在从约0.0165英寸至约0.027英寸的范围内。还可以预期其它尺寸。
[0022] 下面结合附图描述本公开的各种实施方案。应当理解，为了更好地描述本公开，附图可能未按比例绘制。此外，附图中的一些可能显示放大或扭曲的部分以示出否则将不明显的特征。在附图中，相同的数字也表示在多个附图和/或实施方案中相同的元件。
[0023] 在图1中，本公开的系统10被示出并包括耦接到控制器14的导管12，控制器14被构造成调整导管12的构型。参照图1-4，所公开的系统的导管12包括细长的柔性主体16和沿着主体的一部分或整个长度设置的一个或多个电活性聚合物(“EAP”)致动器18。控制器14被构造成通过将控制信号传输至EAP致动器18来控制导管12的构型。图2示出了处于第一构型的导管12，其中，EAP致动器18未被激励，并且导管12的柔性主体16未被
修改。一旦EAP致动器18被控制器14激励，EAP致动器18就使导管12的柔性主体16偏转，如图3所示。
[0024] 在实施方案中，导管12可包括沿着其主体设置的多个EAP致动器18，以允许导管12沿着多个点偏转，如图1所示。在另外的实施方案中，多个EAP致动器18可以被顺序地致动以收缩和伸展，从而在血管内纵向地移动(例如，回撤或推进)导管12。
[0025] 柔性主体16的偏转的程度可通过由控制器14调整供应至EAP致动器18的控制信号的幅值来控制。在实施方案中，在多个EAP致动器18设置在柔性主体16上的情况下，EAP致动器18中的每一个可以由单独的控制信号激励，以提供用于导管12的弯曲构型。
[0026] 图4示出了EAP致动器18的示意性剖视图。EAP致动器18可包括由电活性聚合物形成的一个或多个环、护套、
纤维、以及任何其它合适的结构。在实施方案中，EAP致动器18可包括EAP材料20的多个细丝或层(图4)。每个细丝或层与相邻的细丝或层
电隔离，并且包括在其外表面上或嵌入其中的导电的
电极。
[0027] EAP材料20可以是任何合适的聚合物，该聚合物的特征在于其响应于
电刺激而改
变形状的能
力。合适的电活性聚合物包括但不限于聚苯胺、聚砜、聚呲咯、聚乙炔、及其组合。在实施方案中，EAP材料20可以是生物相容的，因为EAP材料20可以在使用期间
接触患者。这些聚合物可包括共轭主链，并且可以在
氧化或还原下变得更加导电。特别地，氧化或还原导致电荷
不平衡，继而导致离子流入EAP材料20中。
[0028] 继续参照图4，EAP材料20与
电解质22接触，
电解质22供应通过EAP材料20的离子流。离子充当进入EAP材料20的掺杂物。离子的转移继而导致尺寸变化，例如，由于在聚合物链之间的离子插入和/或链间排斥导致的膨胀或收缩。
[0029] 电解质22可以接触EAP材料20的一部分或整个表面。电解质22可以是有助于离子迁移的任何导电材料，并且可以是液体、凝胶、固体、及其组合。在电解质22为固体的实施方案中，电解质22被构造成与EAP材料20一起移动，以保持接触并避免两者间的分层。在电解质22为凝胶的实施方案中，电解质22可以是琼脂或聚甲基
丙烯酸甲酯(PMMA)凝胶，并且可以任选地包含盐或任何其它合适的掺杂物。在电解质22为液体的实施方案中，电解质22可以是缓冲溶液，其包括诸如钠离子、氯离子、
磷酸根离子等的任何合适的离子。
[0030] EAP致动器18还包括耦接到EAP材料20的有源电极24和耦接到电解质22的返回电极26。有源电极24和返回电极26可以是任何电导体，包括但不限于导电聚合物、导电聚合物凝胶、诸如金或铂的金属，它可以通过电
镀、化学沉积、印刷、及其组合来形成。有源电极24和返回电极26耦接到由控制器14控制的
能量源28，电极在被激励时导致离子迁移通过EAP材料20，从而使EAP材料20收缩和/或膨胀。EAP材料20中的尺寸变化改变EAP致动器18的方向，从而使导管12的柔性主体16挠曲。特别地，如图2所示，当有源电极24和返回电极26未被激励时，EAP致动器18不影响导管12的柔性主体16的构型。如图3所示，当有源电极24和返回电极26被激励时，EAP致动器18使导管12的柔性主体16偏转。
[0031] 参照图1和图5，控制器14被构造成将一个或多个控制信号供应至EAP致动器18以改变导管12的构型，这可包括调整偏转、方向、取向、及其组合。图5示出了一种用于实现控制器14的实施方案的示例性计算装置。在实施方案中，控制器14包括至少一个处理单元32和存储器34，存储器34可以是易失性的(例如，
随机存取存储器“RAM”)、非易失性的(例如，
只读存储器“ROM”、闪存等)、或其组合。
[0032] 另外，控制器14也可包括附加的存储设备，例如可移动的存储设备38和/或存储设备40。在实施方案中，可移动的和不可移动的存储设备38和40可包括易失性和非易失性(例如，非暂时的)存储设备，并且可以通过适合存储信息的任何方法或技术来实现，信息为例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据。在实施方案中，存储器34、可移动的存储设备38和不可移动的存储设备40可包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、致密盘(“CD-ROM”)、数字通用盘(“DVD”)或其它光学存储设备、磁卡带、磁带、磁盘存储设备或其它
磁性存储装置、或任何其它介质，该介质可用来存储所需信息并可由控制器14
访问。在实施方案中，用于控制导管12的
软件可以存储在计算机可读介质上或存储器34中和/或由处理单元32执行。
[0033] 控制器14也可包括通信连接42，其允许与其它装置(即，导管12)双向或单向通信。通信连接42可以具体化为计算机可读指令、数据结构、程序模块、或呈已调制数据信号的其它数据例如载波或其它传输机制。如本文所用，术语“已调制数据信号”是指其特性中有一个或多个被以在该信号中编码信息的方式设置或改变的信号。在实施方案中，通信介质可以通过诸如有线网络或直接有线连接的有线介质和诸如声学、射频、红外线、其它无线介质的无线介质、及其组合来传输。
[0034] 计算机控制器14可使用到一个或多个远程计算机(未示出)的逻辑连接在连网环境中操作。远程计算机可以是个人计算机、
服务器计算机系统、路由器、对等装置、网络
节点，其可包括上文结合计算机控制器14描述的元件中的一些或全部。在计算机控制器14和远程计算机之间的逻辑连接可包括局域网(LAN)、广域网(WAN)或任何其它合适的网络。
[0035] 当在局域网(“LAN”)环境中使用时，计算机控制器14可以通过网络接口或适配器连接到LAN。当在广域网(“WAN”)环境中使用时，计算机控制器14可包括
调制解调器或其它合适的装置以用于通过诸如因特网的WAN建立通信。调制解调器可以是内部或外部的，可以经由通信连接42或其它合适的机制连接到计算机处理器32。在连网环境中，程序模块或其部分可存储在远程存储装置中。在实施方案中，远程应用程序可以驻留在连接到远程计算机系统的存储器装置上。应当理解，所描述的网络连接为示例性的，并且可以使用在计算机之间建立通信链路的其它装置。
[0036] 控制器14也可包括一个或多个输入装置44，例如，
键盘、
鼠标、笔、语音控制模块46、触摸输入装置等。也可包括诸如显示器、扬声器、
打印机等的输出装置48。输入装置44可以帮助形成用户接口，而输出装置48可以显示或以其它方式输出导管12的当前状况，例如，手术的
可视化。
[0037] 输出装置48可以显示其中设置有导管12的身体的一部分的内部图像。在实施方案中，输出装置48可以耦接到任何合适的成像装置，包括但不限于
X射线荧光镜、
CT扫描仪、及其组合。然后可以在输出装置48上显示图像以有助于用户在血管“v”的管腔“l”内引导导管12，如图6所示。
[0038] 语音控制模块46可包括麦克风(未示出)和可以具体化在软件和/或
硬件中的语音识别引擎。在实施方案中，语音识别引擎可以具体化在处理单元32和/或可由处理单元执行的软件中。语音识别引擎将由用户通过麦克风提供的语音命令数字化。接着处理语音命令以将口语单词转化为
电子(例如，数字)形式。通过匹配用户的言语与存储在控制器14内的命令可以生成数字化的命令。
[0039] 语音控制模块46可以执行语法过程以确定语音命令是否满足某些条件。该过程可包括多分支
决策树，其中，前进通过多个分支节点依赖于前一节点的条件的满足。特别地，如果由用户提供的语音命令满足第一条件，那么过程前进至第一状态。如果当前节点的条件被满足，那么过程前进至下一对应状态，等等。
[0040] 在实施方案中，语音命令可包括在实际命令之前讲出的限定词，以防止导管12的不利致动。限定词可以是系统识别符，例如，“
机器人”、“系统”、“导管”等。因此，当用户提供语音命令时，在分析语音命令的剩余部分之前，过程首先确定口语单词是否是限定词。某些语音命令可能不需要限定词，例如，与紧急操作(例如，导管12的停止操作)相关联的那些命令。
[0041] 在确定语音命令为正确的(即，该命令是否包括限定词)之后，语音控制模块46前进至确定提供至控制器14的实际指令的下一状态，例如，节点。特别地，该过程确定用户是否已讲出满足前进至后续状态的条件的词。这些命令包括但不限于“偏转”、“推进”、“回撤”、“旋转”、“枢转”、“
跟踪”、及其组合。
[0042] 每个命令也可包括进一步限定该命令的后续识别符。在实施方案中，“偏转”命令可以后接偏转的
角度和方向。“推进”和“回撤”命令可以后接用户希望导管12在血管内移动的距离。“旋转”和“枢转”命令可以后接所需移动的方向。“跟踪”命令可以用来响应于设置在血管“v”内的另一个器械的跟踪移动或用户头部、眼部、手部或身体的另一部分的跟踪而自动地移动导管12，使得如果用户在由输出装置48显示的图像的所需方向上观看或运动，那么导管12在相同方向上移动。
[0043] 在实施方案中，语音控制模块46也可被构造用于识别与具体的解剖结构相关联的命令。当由控制器14解释时，这些命令向导管12发送信号以适形于解剖结构。解剖命令包括但不限于具体的血管构型、神经血管形成物等。另外，该命令可以针对各种畸形物，包括但不限于
动脉瘤和其它动静脉畸形物(AVM)。
[0044] 在解析语音命令之后，来自语音控制模块46的数字化命令接着被提供至处理单元32，处理单元32比较词语或词语的组合与存储在控制器14的存储器34中的库内的预定命令。如果词语或词语的组合匹配库中的词语或词语的组合，那么处理单元32将输出命令提供至经由连接42耦接的转向控制模块50，以根据该命令调整导管12的构型。特别地，转向控制模块50接收来自控制器14的输出命令并生成对应于该输出命令的一个或多个控制信号，控制信号导致EAP致动器18的调整以使导管12适形于由语音命令指示的所需构型。
[0045] 相对于解剖结构命令，该命令的数字型式也被提供至处理单元32，处理单元32解析该命令以确定适形于所需解剖结构的导管12的构型。特别地，处理单元32确定适形于解剖结构的导管12的偏转、方向、枢转和任何其它构型。处理单元32也确定对应于输出命令的控制信号，控制信号导致EAP致动器18的调整以使导管12适形于解剖结构。
[0046] 以上描述和附图提供用于描述本公开的实施方案的目的，而并非意图以任何方式限制本公开的范围。对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的精神或范围的前提下，可以进行各种修改和变型。例如，原理可以适用于血管内导丝。因此，本公开旨在
覆盖本公开的修改和变型，只要这些修改和变型在所附权利要求书及其等效物范围内。
