BR112014013387A2

BR112014013387A2 - aparelho e método para posicionamento de instrumentos

Info

Publication number: BR112014013387A2
Application number: BR112014013387A
Authority: BR
Inventors: Popovic Aleksandra; Elhawary Haytham; Chan Raymond; Manzke Robert
Original assignee: Koninklijke Philips Nv
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2020-01-07
Also published as: US20140350572A1; EP2787918A2; JP2015502814A; WO2013084107A2; WO2013084107A3; US10687911B2; JP6220345B2; CN103974672A; CN103974672B; EP2787918B1; RU2662872C2; RU2014127517A

Abstract

resumo aparelho e método para posicionamento de instrumentos um aparelho de posicionamento inclui uma primeira parte (123) tendo uma primeira abertura (125) para alinhamento com um ponto de entrada do acesso. uma segunda parte (127) é posicionável para alinhamento com a primeira abertura a partir de uma pluralidade de diferentes posições. um mecanismo de acionamento (142) acoplado a pelo menos uma da primeira parte e a segunda parte para estabelecer posições relativas da primeira e segunda partes para permitir que um eixo da ferramenta formado entre a primeira e a segunda parte seja alinhado através da primeira abertura de forma que uma ferramenta (104) provida no eixo da ferramenta incluiria uma posição e orientação conhecidas. 1/1

Description

APARELHO E MÉTODO PARA POSICIONAMENTO DE

INSTRUMENTOS [001]Esta revelação se refere a instrumentos médicos e mais particularmente a dispositivos, sistemas e métodos para uso em aplicações médicas para melhorar o alinhamento com a inserção de acesso especifico do paciente.

[002] A cirurgia minimamente invasiva é realizada usando instrumentos alongados inseridos no corpo de um paciente através de pequenos acessos. A inserção de acessos desempenha um importante papel no resultado da cirurgia. As diretrizes clinicas padrão definem pontos de entrada com relação a pontos de referência anatômicos bem conhecidos. Por exemplo, na cirurgia cardiaca, as costelas, esterno, e mamilo, e distâncias definidas a partir destes aspectos são empregados. Este tipo de orientação não considera a variação anatômica devido ao tamanho do paciente ou patologia presente. No planejamento do acesso com base nos conjuntos de dados pré-procedimento, permanece uma lacuna na implementação clinica devido ao desafio de executar planos durante casos ao vivo.

[003]Em referência a FIG. 1, uma configuração 10 para uma cirurgia cardiaca minimamente invasiva é ilustrativamente mostrada. Neste exemplo, um endoscópio 12 e dois instrumentos 14 e 16 são inseridos através das costelas 18 em uma cavidade corporal 20 através de pequenos acessos 15, que podem incluir um tamanho entre cerca de 5 mm e cerca de 100 mm. Na prática clinica os acessos 15 são selecionados usando as diretrizes publicadas por associações profissionais, hospitais, ou fabricantes de equipamento cirúrgico. As diretrizes definem pontos de entrada com

2/24 relação aos pontos de referência anatômicos, por exemplo, costelas, esterno, mamilo, distâncias entre e a partir destes aspectos etc. Geralmente, no entanto, este tipo de orientação não inclui a variabilidade na anatomia, tamanho do paciente, especificidade da doença do paciente etc. Portanto, uma inserção de acesso mais especifica do paciente pode ser benéfica, que minimiza o trauma no tecido relacionado ao acesso e tempos do procedimento enquanto melhora os resultados.

[004]0 planejamento do acesso especifico do paciente facilita intervenções, reduzindo potencialmente os tempos de procedimentos e taxas de complicação enquanto melhora os resultados. Em uma prática clinica padrão, os acessos cirúrgicos são selecionados usando as diretrizes padrão. A ausência da otimização especifica do paciente pode ter o resultado que os instrumentos posicionados em um acesso subótimo podem não ser capazes de alcançar todas as áreas de interesse. Isto por sua vez prolonga o tempo de intervenção e aumenta a quantidade de cirurgias realizadas para alcançar os locais alvos. A execução de procedimento interno da otimização do acesso especifico do paciente permanece não solucionada.

[005] Após os instrumentos, por exemplo, 12, 14 e 16 serem inseridos na cavidade do corpo 20, os instrumentos 12, 14 e 16 podem ser movidos com quatro graus de liberdade (DOF) - dois ângulos girando em torno do acesso 15 (ponto de apoio) em adição a inserção e rotação. Considerando que a rotação e a inserção são intuitivas e fáceis de usar, o mapeamento entre os ângulos e a visão do endoscópio é menos intuitivo, leva um longo tempo par aprender conforme mostra os estudos,

3/24 é a maior dificuldade na coordenação entre mão e olho na cirurgia minimamente invasiva.

[006]Tem sido colocada muita atenção na solução do problema de inserção do acesso. Algoritmos de computador têm sido desenvolvidos para computar acessos ótimos para instrumentos com base em imagens médicas tridimensionais préoperativas (por exemplo, escâneres de tomografia computadorizada (CT), obtenção de imagem por ressonância magnética (MRI) etc.). A translação subsequente dos planos ótimos em uma sala de operação tem focado no uso de tecnologias de monitoramento de ferramenta padrão conhecidas a partir da navegação cirúrgica. No entanto, permanece uma lacuna na implementação clínica devido à natureza não intuitiva da manipulação do instrumento sob orientação endoscópica. Os métodos propostos na técnica anterior com base na otimização da inserção do acesso com obtenção de imagem pré-procedimento e tecnologia convencional de monitoramento (por exemplo, câmera ótica quase infravermelha com base na localização, localização com base na visão do computador, localização eletromagnética) não são suficientemente práticas para uso na prática clínica padrão.

[007] A otimização da inserção do acesso realizada para cirurgia com base na obtenção de imagem 3D préoperacional pode estar desatualizada uma vez que a cirurgia começa. Por exemplo, na cirurgia cardíaca, o pulmão esquerdo é esvaziado e o coração pode ser parado usando uma bomba cardiopulmonar, causando diferentes arranjos de órgãos. Também, os acessos são planejados com relação às imagens préoperativas e não relacionadas a um vídeo de endoscópio apesar do fato de que a endoscopia é somente o feedback visual em

4/24 tempo real disponível para um intervencionista. 0 planejamento realista do acesso específico do paciente requer um avanço significante em tempo e é indicativo da aplicação clínica limitada das ferramentas de simulação cirúrgica para atualização. Também os sistemas de monitoramento convencionais ficam sujeitos a longos tempos de configuração na sala de operação e necessitam de calibração cuidadosa. Para casos nos quais o monitoramento não é usado durante as fases posteriores da cirurgia, o avanço clínico necessário para preparação pode não ser aceitável. Enquanto os locais de inserção do acesso definem e comprimem os pontos de inserção para instrumentos intervencionais e as sondas endoscópicas. Ainda existe uma necessidade do feedback intuitivo com relação a como as ferramentas devem ser orientadas para alcançar as áreas específicas nas imagens endoscópicas, o que está faltando nos atuais procedimentos. Portanto, existe uma necessidade para localização melhorada e manipulação de instrumentos nos procedimentos intervencionais.

[008]0 documento de patente WO 2006/081409, intitulado guidance and insertion system, se refere à orientação e inserção de uma ferramenta em um objeto, tal como um tecido. O pedido de patente norte-americana No. 2009/112082, intitulado imaging device for mri-guided medical interventional systems, se refere a um sistema intervencional orientado por MRI. O documento de patente norte-americana No. 2002/156369, intitulado simplified stereotactic apparatus and methods, se refere a um sistema estereotáxico. O pedido de patente WO 2010/017641, intitulado trajectory guide, se refere a um guia de trajetória para prover acesso pra um local alvo de um objeto vivo ao longo de

5/24 uma via desejada. 0 pedido de patente norte-americano No. 2004/122446, intitulado Organ access device and method, se refere a um guia de inserção. O pedido de patente WO 2006/048097, intitulado support for steadying a surgical tool, se refere a um suporte ou micro manipulador para uma ferramenta cirúrgica. O pedido de patente DE 102009012987, intitulado positioning device for laboratory and medical devices, has carrier with positioning field, where actuator is coupled with laboratory and medical devices, se refere a um dispositivo de posicionamento. O pedido de patente norteamericano No. 2010/160771, intitulado method and apparatus for performing a navigated procedure, se refere a um sistema para navegar ou orientar um instrumento ou dispositivo em uma anatomia de um paciente.

[009]De acordo com os presentes principles, um aparelho de posicionamento inclui uma primeira parte tendo uma primeira abertura para alinhamento com um ponto de entrada do acesso. Uma segunda parte é posicionável para alinhamento com a primeira abertura a partir de uma pluralidade de diferentes posições. Um mecanismo de acionamento é acoplado a pelo menos uma da primeira parte e a segunda parte para estabelecer posições relativas da primeira e segunda partes para permitir que um eixo da ferramenta formado entre a primeira e a segunda parte seja alinhado através da primeira abertura de forma que uma ferramenta provida no eixo da ferramenta incluiria uma posição e orientação conhecidas.

[010]Outro aparelho de posicionamento inclui uma primeira placa tendo uma primeira abertura para alinhamento com um ponto de entrada do acesso, e uma segunda placa tendo

6/24 uma segunda abertura para alinhamento com a primeira abertura. Um mecanismo de acionamento é acoplado a pelo menos uma da primeira placa e a segunda placa e estabelecida para permitir que um eixo de ferramenta seja alinhado través da primeira e segunda aberturas de forma que uma ferramenta provida no eixo de ferramenta passasse através do ponto de entrada do acesso com uma posição e orientação conhecidas.

[011]Ainda outro aparelho de posicionamento inclui um primeiro arco ranhurado acoplado articuladamente a uma base e um segundo arco ranhurado articuladamente acoplado a base e disposto ortogonalmente com relação ao primeiro arco ranhurado. Um canal passa através de uma ranhura no primeiro arco ranhurado e uma ranhura do segundo arco ranhurado do segundo arco ranhurado para alinhamento do canal com um centro de rotação correspondente a um ponto de entrada do acesso de forma que a rotação do eixo da ferramenta seja controlada pelas rotações do primeiro e segundo arcos ranhurados para prover alinhamento para uma posição e orientação conhecidas do eixo de ferramenta.

[012]Um método para posicionar instrumentos inclui a inserção de um escopo em um primeiro acesso em um indivíduo; determinação de uma posição para um segundo acesso para um instrumento; montagem de um aparelho de orientação e posicionamento para o indivíduo, o aparelho de orientação e posicionamento incluindo pelo menos duas aberturas com posições ajustáveis para alinhar um eixo da ferramenta com relação ao segundo acesso; e posicionamento de uma ferramenta ao longo do eixo da ferramenta através de pelo menos duas aberturas de acordo com um campo de visão do escopo.

7/24 [013]Estes e outros objetivos, aspectos e vantagens da presente revelação se tornarão aparentes a partir da descrição detalhada a seguir da realização ilustrativa deste, que deve ser lida em conexão com os desenhos acompanhantes.

[014]Esta revelação apresentará a descrição a seguir das realizações preferidas com referência às figuras a seguir em que:

[015] A FIG. 1 é um diagrama mostrando uma configuração para uma cirurgia cardiaca minimamente invasiva de acordo com a técnica anterior;

[016] A FIG. 2 é um diagrama mostrando uma configuração para uma cirurgia cardiaca minimamente invasiva empregando um aparelho de posicionamento e orientação de acordo com os presentes principles;

[017] A FIG. 3 é um diagrama em fluxo mostrando o fluxo de trabalho clinico de acordo com uma realização;

[018] A FIG. 4A é uma vista perspectiva de um aparelho de posicionamento e orientação de acordo com uma realização;

[019]

A

FIG.

4B

é

uma

vista

superior

do

aparelho

da

FIG.

4A;

[020]

A

FIG.

4C

é

uma

vista

lateral

do

aparelho

da

FIG.

4A;

[021]

A

FIG.

4D

é

uma

vista

traseira

do

aparelho

da

FIG. 4A;

[022] A FIG. 5A é uma vista perspectiva de outro aparelho de posicionamento e orientação de acordo com outra realização;

[023] A FIG. 5B é uma vista superior do aparelho da

FIG. 5A;

8/24

	[024]A	FIG.	5C	é uma vista lateral	do	aparelho	da
FIG. 5A;
	[025]A	FIG.	5D	é uma vista traseira	do	aparelho	da
FIG. 5A;
	[026] A	FIG.	6A	é uma vista perspectiva de ainda
outro aparelho de posicionamento e orientação	de	acordo	com

outra realização;

[027]A FIG. 6B é outra vista perspectiva mostrando uma primeira rotação de uma placa superior do aparelho da FIG. 6A;

[028] A FIG. 6C é outra vista perspectiva mostrando uma primeira rotação de uma placa superior do aparelho da FIG. 6A;

[029] A FIG. 7A é uma vista perspectiva de ainda

outro	aparelho de posicionamento e orientação	de	acordo	com
outra	realização;
	[030]A	FIG.	7B é	uma vista superior	do	aparelho	da
FIG.	7A;
	[031]A	FIG.	7C é	uma vista lateral	do	aparelho	da
FIG.	7A;
	[032]A	FIG.	7D é	outra vista lateral	do	aparelho	da
FIG.	7A; e
	[033]A	FIG	8	é um diagrama em	bloco/fluxo

mostrando um método de posicionar os instrumentos de acordo com uma realização ilustrativa.

[034]De acordo com os presentes princípios, arranjos para o posicionamento e orientação de uma ferramenta cirúrgica com relação a um dispositivo endoscópico, dispositivo de obtenção de imagem ou outro instrumento são providos. O planejamento do acesso específico do paciente

9/24 requer conhecimento e controle do instrumento intervencional em relação ao endoscópio, em adição a visualização da posição e via da ferramenta cirúrgica sobrepostas na visão endoscópica. 0 plano do acesso especifico do paciente também pode ser realizado com conhecimento e controle do instrumento intervencional em relação a um dispositivo externo de monitoramento registrado do paciente, incluindo, entre outro outros, métodos de monitoramento eletromagnético, métodos de monitoramento com base óptica, métodos de monitoramento com base em câmera, detecção do formato óptico etc., ou para um dispositivo de obtenção de imagem intra operacional.

[035]Deve ser entendido que a presente invenção será descrita em termos de instrumentos médicos; no entanto, os ensinamentos da presente invenção são muito mais amplos e são aplicáveis a quaisquer instrumentos. Em algumas realizações, os presentes principles são usados no monitoramento ou análise de sistemas mecânicos ou biológicos complexos. Em particular, os presentes princípios são aplicáveis a procedimentos internos com relação a sistemas biológicos, procedimentos em todas as áreas do corpo, tal como os pulmões, trato gastrointestinal, órgãos excretores, vasos sanguíneos etc. Os elementos representados nas FIGS, podem ser implementados em diversas combinações de hardware e software e proverem funções que podem ser combinadas em um único elemento ou múltiplos elementos.

[036] As funções dos diversos elementos mostrados nas FIGS, podem ser providas por meio do uso de hardware dedicado, bem como hardware capaz de executar o software em associação com software apropriado. Quando provido por um processador, as funções podem ser providas por um único

10/24 processador dedicado, por um processador único compartilhado, ou por uma pluralidade de processadores individuais, alguns dos quais podem ser compartilhados. Além disso, o uso explicito do termo processador ou controlador não deve ser construído para se referir exclusivamente a hardware capaz de executar o software, e pode incluir implicitamente, sem limitação, hardware processador de sinal digital (DSP) , memória de somente leitura (ROM) para armazenamento de software, memória de acesso aleatório (RAM), armazenamento não volátil etc.

[037]Além disso, todas as presentes afirmações recitando princípios, aspectos e realizações da invenção, bem como exemplos específicos destes, são destinados a englobar ambas equivalentes estruturais e funcionais destes. Adicionalmente, é pretendido que tais equivalentes incluem ambas equivalentes atualmente conhecidas, bem como equivalentes desenvolvidas no futuro (isto é, quaisquer elementos desenvolvidos que realizam a mesma função, independente da estrutura). Desta forma, por exemplo, será percebido pelos técnicos no assunto que os diagramas em bloco apresentados aqui representam vistas conceituais dos componentes ilustrativos do sistema e/ou circuito incorporando os princípios da invenção. Similarmente, será percebido que quaisquer fluxogramas, diagramas de fluxo e similares representam diversos processos que podem ser substancialmente representados em mídia de armazenamento legível em computador e assim executada por um computador ou processador, se tal computador ou processador é explicitamente mostrado ou não.

11/24 [038] Além disso, as realizações da presente invenção podem assumir a forma de um produto de programa de computador acessível a partir de um meio de armazenamento legivel em computador ou utilizável em computador provendo código de programa para uso por meio da conexão ou em conexão com um computador ou qualquer sistema de execução de instrução. Para os propósitos desta descrição, um meio de armazenamento legivel em computador ou utilizável em computador pode de ser qualquer aparelho que pode incluir, armazenar, comunicar propagar, ou transportar o programa para uso por meio da conexão ou em conexão com o sistema de execução de instrução, aparelho ou dispositivo. O meio pode ser um sistema eletrônico, magnético, óptico, eletromagnético, infravermelho ou semicondutor (ou aparelho ou dispositivo) ou um meio de propagação. Exemplos de um meio legível em computador incluem uma memória de estado sólido ou semicondutor, fita magnética, um disquete removível de computador, uma memória de acesso aleatório (RAM), uma memória de somente leitura (ROM), um disco rígido magnético e um disco óptico. Exemplos atuais de discos ópticos incluem disco compacto - memória de somente leitura (CD-ROM), disco compacto - leitura/gravação (CD-R/W), Blu-Ray™ e DVD.

[039] Agora em referência aos desenhos nos quais numerais similares representam os mesmos elementos ou similares e inicialmente a FIG. 2, uma configuração 100 para uma cirurgia cardíaca minimamente invasiva é ilustrativamente mostrada de acordo com uma realização. Neste exemplo, uma cirurgia guiada endoscopicamente inclui o uso de um sistema de localização de inserção em tempo real 120 com software e hardware que permite o planejamento, previsão e medição de

12/24 uma posição de uma ferramenta cirúrgica em relação a uma imagem endoscópica ou fluxo de dados. 0 sistema de localização do acesso 120 é mostrado separado de um computador 132, mas pode ser incluido ou empregado com o computador 132. O sistema de localização do acesso 120 pode empregar métodos conhecidos de alocar uma posição(ões) do acesso 124, 126 e, portanto, uma posição e orientação de uma ferramenta cirúrgica tal como um endoscópio 102 ou outras ferramentas 104. De acordo com os presentes principles, um aparelho de orientação e posição 130 (mostrado genericamente) é ligado de uma maneira calibrada a ferramenta 104 (ou ao endoscópio 102) para permitir a manipulação em tempo real da ferramenta cirúrgica 104 (ou 102) em relação a um fluxo de dados endoscópico ao vivo ou outro método de obtenção de imagem intra operacional ou de monitoramento externo. O dispositivo ou aparelho 130 tal como este permite o posicionamento da ferramenta cirúrgica 102 de tal maneira a assim alocar a ferramenta cirúrgica 104 em uma região selecionada por um cirurgião em uma imagem endoscópica. Um mecanismo ou posição de montagem 128 é indicado ou inserido no indivíduo 140 para identificar uma posição para fixar o aparelho 130.

[040] O aparelho de posicionamento 130 inclui uma primeira parte 123 tendo uma primeira abertura 125 para alinhamento com o ponto de entrada do acesso 124. Uma segunda parte 127 tem uma guia para alinhamento com a primeira abertura 125. Um mecanismo de acionamento 142 é acoplado a pelo menos uma da primeira parte 123 e/ou a segunda parte 127 e configurado para permitir que um eixo da ferramenta seja alinhado por meio da primeira abertura 125 de forma que uma

13/24 ferramenta 104 provida no eixo da ferramenta passe por meio de um local específico do paciente de acordo com um plano

121. O plano 121 pode ser criado e armazenado usando software e dados específicos do paciente adquiridos por meio de imagens médicas, medições ou similares.

[041] Por meio da provisão de um aparelho de posicionamento 130, uma localização mais confiável de um instrumento médico pode ser realizada dentro de um campo de visão de um escopo ou câmera. Desta maneira, os ajustes específicos do paciente podem ser consistentemente e repetidamente feitos em tempo real, melhorando a inserção do instrumento e sucesso geral de um procedimento intervencional. As realizações exemplares para o posicionamento da ferramenta e orientando o arranjo/aparelho 130 será descrito em maiores detalhes abaixo.

[042] Em referência a FIG. 3 com referência continuada a FIG. 2, um fluxo de trabalho clínico é ilustrativamente mostrado de acordo com uma realização. No bloco 202, o fluxo de trabalho começa com uma inserção do endoscópio dentro de um acesso padrão. No bloco 204, um sistema de localização do acesso 12 é empregado para identificar e criar um acesso ótimo para o instrumento intervencional. No bloco 206, um aparelho de posicionamento e orientação 130 de acordo com os presentes princípios é empregado antes ou após a criação do acesso ótimo para ligação e manipulação do instrumento cirúrgico no local do acesso ótimo. No bloco 208, o procedimento cirúrgico então procede ou continua seguindo o desenvolvimento da ferramenta dentro do corpo com feedback ao vivo sobre um ou mais de: local da ferramenta intervencional, orientação da ferramenta,

14/24 informações da via (prevista e/ou real), em adição a qualquer outra informação auxiliar do monitoramento fisiológico ou informação pré procedimento. Os dados podem ser sobrepostos sobre as imagens do fluxo de dados da endoscopia.

[043]Durante a cirurgia, as ferramentas intervencionais assumem diferentes orientações. Portanto, é benéfico prover um cirurgião com a capacidade de planejar e manipular a posição/orientação de uma ferramenta com relação a quaisquer orientações potenciais. O cirurgião também é capacitado para planejar e manipular a posição/orientação de um instrumento uma vez que os acessos são selecionados, para simplificar as tarefas de coordenação da mão e do olho.

[044] Em referência novamente a FIG. 2, a manipulação do aparelho 130 nas realizações abaixo pode ser realizada manualmente, semi automaticamente ou automaticamente. O sistema de computador 132 tendo um processador 134, memória 136, um display 137 e uma interface de usuário 138 pode ser empregado para controlar o movimento do aparelho 130, assistir na localização ou inserção do aparelho 130 em relação a uma alocação do acesso ou pontos de referência anatômicos sejam empregados para desenvolver um plano ou prover de outra maneira orientação para um usuário. Estas realizações são preferencialmente combinadas com os arranjos de localização ótima do acesso para facilitar os procedimentos guiados por endoscópio minimamente invasivos.

[045]O aparelho 130 pode incluir dispositivos de acionamento eletro-opto-mecânico, (semi) automáticos eletromecânicos 142 com base nas curvas de controle do feedback entre os sensores 144 e os dispositivos/mecanismos do acionador 142. A presente descrição não é destinada a ser

15/24 uma lista exaustiva de todos os arranjos possíveis, mas ao invés disso, ilustrar por meio de um exemplo, recursos úteis de acordo com os presentes princípios. Realizações, arranjos, configurações alternativas etc., também podem ser empregadas e são contempladas.

[046]Em referência as FIGS. 4A-4D, um aparelho de orientação e posicionamento 400 é mostrado para um acesso do endoscópio ou outro dispositivo cirúrgico de acordo com uma realização. A FIG. 4A mostra uma vista perspectiva do aparelho 400. A FIG. 4B mostra uma vista superior do aparelho 400. A FIG. 4C mostra uma vista lateral do aparelho 400. A FIG. 4D mostra uma vista traseira do aparelho 400. O aparelho 400 inclui duas etapas lineares, uma etapa X 412 e uma etapa Y 414, conectado a um suporte cilíndrico 402. Em uma parte inferior do suporte cilíndrico 402, uma base 404 se conecta a um corpo de um indivíduo ou a um mecanismo de montagem (não mostrado) para tal propósito. A base 404 e uma plataforma 410 cada inclui uma placa ou feixe 406 e 408, respectivamente, se estendendo a partir destas. O feixe 408 mantém um ponto fixo de rotação em torno de uma abertura do local de entrada do acesso 426 provê uma configuração espacial conhecida em relação a uma vista endoscópica. O feixe 408 segura um segundo ponto 424, que junto com o ponto fixo de rotação da abertura 426 do feixe 406 na base 404 do cilindro 402 define um eixo 420 através do qual uma ferramenta ou agulha pode ser inserido em uma orientação específica no acesso. Os dois pontos 424 e 42 6 são configurados para fixar um canal oco rígido (por exemplo, uma guia etc.) através da qual a ferramenta (não mostrada) pode ser inserida. Cada um dos dois

16/24 pontos 424 e 426 podem incluir um suporte esférico para permitir o posicionamento correto da ferramenta.

[047]Por meio da mudança da posição das duas etapas lineares (etapa X 412 e etapa Y 414), os ângulos de inclinação e rotação (Θ e φ) da ferramenta com relação a um ponto de rotação podem ser modificados. As etapas X e Y 412, 414 podem ser controladas manualmente usando um parafuso de avanço com uma alavanca manual, uma roda decodificadora ou escala de movimento, ou as etapas 412, 414 podem ser controladas usando um sistema servo motor ou de passo com parafusos de avanço e codificadores ou potenciômetros (vida também a FIG. 2 acima).

[048] Em referência as FIGS. 5A-5D, um aparelho de orientação e posicionamento 500 é mostrado para um acesso do endoscópio ou outro dispositivo cirúrgico de acordo com outra realização. A FIG. 5A mostra uma vista perspectiva do aparelho 500. A FIG. 5B mostra uma vista superior do aparelho 500. A FIG. 5C mostra uma vista lateral do aparelho 500. A FIG. 5D mostra uma vista traseira do aparelho 500. O aparelho 500 inclui quatro etapas lineares, uma etapa X 412 e uma etapa Y 414, conectada a um topo do suporte cilíndrico 402, e uma etapa X 506 e uma etapa Y 504 conectada a uma base 404 do suporte cilíndrico 402. Em uma parte inferior do suporte cilíndrico 402, uma base 502 se conecta a um corpo de um indivíduo ou a um mecanismo de montagem (não mostrado) para tal propósito.

[049]No fundo do suporte cilíndrico 402, um feixe 510 mantém um ponto fixo 426 de rotação em uma localização de um local de entrada do acesso. Duas etapas lineares inferiores etapa X 1 e etapa Y 1 505 são colocadas em uma

17/24 posição conhecida em relação ao local de acesso do acesso. As etapas lineares no topo do suporte cilíndrico 402, etapa X 2 e etapa Y 2 41 são configuradas para mudar os ângulos de inclinação e rotação (Θ e φ) da ferramenta com relação a um ponto de rotação. As etapas XY podem ser controladas ou manualmente usando um parafuso de avanço com uma alavanca manual em combinação com uma roda codificadora ou escala de movimento (para feedback), ou usando um sistema servo motor ou de passo com parafusos de avanço, e codificadores ou potenciômetros que formam uma curva de controle de feedback (semi) automática, conforme descrito acima. Uma vantagem de incluir dois conjuntos de etapas lineares nesta realização inclui prover uma capacidade para mover o ponto de rotação (XI, Yl) definido pelas etapas lineares de fundo 506, 504. Isto pode ser útil ao alinhar a ferramenta com o local do acesso.

[050] Em referência as FIGS. 6A-6C, outra realização pode incluir uma composição de plataforma Stewart 600 que provê cinemática para uma plataforma de três graus de liberdade (DOF). A composição 600 inclui uma plataforma de base 602, que se conecta a um corpo de um indivíduo ou a um mecanismo de montagem (não mostrado) para ser montado sobre o indivíduo. Uma plataforma superior 604 é acoplada a plataforma de base 602 por meio de uma pluralidade de acionadores 606, preferencialmente acionadores lineares. Os acionadores 606 podem ser agrupados em pares e podem ter uma configuração em formato de V. Os acionadores 606 podem ser acionados manualmente, ou os acionadores 606 podem incluir cilindros pneumáticos ou hidráulicos, mecanismos eletromecânicos etc. Os acionadores 606 podem ser controlados

18/24 para prover rotação de um canal de ferramenta entre as plataformas 602 e 604 e entre os acionadores 606. Uma parte da plataforma de base 604 pode incluir um passante 610 em um centro de rotação, que pode ser alinhado com um ponto de entrada do acesso. Uma parte similar da plataforma superior 604 pode incluir um passante 612 para permitir a passagem do canal da ferramenta. Os passantes 610 e 612 podem ter articulações esféricas para permitir o alinhamento em configuração diferente dos passantes 610 e 612.

[051]Por meio da movimentação dos pares de acionadores 606 entre as plataformas 602 e 604, os ângulos de rotação e inclinação (Θ e φ) (FIGS. 6B e 60, respectivamente) de uma via da ferramenta 616 com relação ao centro de rotação são modificados. Os acionadores 606 podem ser movidos usando servo motores ou motores de passo usando sensores de posição (não mostrados). Os acionadores 606 podem incluir parafusos de avanço simples que podem ser movidos manualmente ou sob controle eletro-opto-mecânico, contanto que exista alguma propriocepção da distância para avaliar a distância movida em cada eixo.

[052] Em referência as FIGS. 7A-7D, um aparelho de orientação e posicionamento 700 é mostrado para um acesso do endoscópio ou outro dispositivo cirúrgico de acordo com outra realização. A FIG. 7A mostra uma vista perspectiva do aparelho 700. A FIG. 7B mostra uma primeira vista lateral do aparelho 700. A FIG. 7C mostra uma vista superior do aparelho 700. A FIG. 7D mostra uma segunda vista lateral do aparelho 700. O aparelho 700 inclui dois arcos ranhurados 704 e 706, cada tendo uma fenda disposta centralmente 714 e 716, respectivamente. Os arcos 704 e 706 são conectados

19/24 articuladamente a uma base 7 02, que serve como um invólucro para as dobradiças dos eixos 708 e 710. Os eixos 708 e 710 formam conexões articuladas e são conectados ou integralmente formados com seus respectivos arcos 704 e 706 para permitir a rotação dos arcos 704 e 706 em torno dos eixos 708 e 710. A base 7 02 se conecta a um corpo de um indivíduo ou a um mecanismo de montagem (não mostrado) para conduzir um procedimento usando o aparelho para posicionar ou orientar um canal de trabalho para um endoscópio ou outro instrumento.

[053]Os arcos 704, 706 proveem um sistema de dois eixos que podem alocar um eixo da ferramenta 720 com dois graus angulares de liberdade (rotação e inclinação - Θ e φ) com relação a um centro de rotação 722 localizado o mais próximo possível ao ponto de entrada do acesso. O centro de rotação 722 está em alinhamento com um tubo ou canal (por exemplo, uma guia) 712 e um eixo de rotação 720 passam através do canal 712 e através do centro de rotação para inserir um objeto através de um acesso que é posicionado no centro de rotação 722 ou em torno deste. O aparelho 700 pode ser ligado a um sistema de orientação do endoscópio em uma geometria conhecida em relação ao local de entrada do acesso e fluxo de dados de obtenção de imagem.

[054]O aparelho 700 pode inclui muitas variações possíveis, exemplos dos quais serão descritos abaixo em uma lista não exaustiva. O aparelho 700 pode prover movimento manual de cada um dos dois arcos 704 e 706 para alocar a ferramenta (eixo da ferramenta 720) em um ângulo desejado. O aparelho 700 pode prover movimento manual de cada um dos dois arcos 704 e 706 para alocar a ferramenta (eixo da ferramenta 720) e um freio (mostrado somente na FIG. 7C) pode ser

20/24 colocado nos pontos A para imobilizar (por exemplo, prever a rotação) dos arcos 704 e 706, conforme necessário. O aparelho 700 pode incluir uma roda codificadora 742 (mostrada somente na FIG. 7C) sem um sensor nos pontos B para permitir o alinhamento dos arcos 704, 706 a uma escala marcada na roda codificadora 742, permitindo o feedback visual direto da posição de cada arco. O aparelho 700 pode incluir um codificador óptico ou potenciômetro para cada um dos dois eixos correspondentes aos eixos 708 e 710 nos pontos B. Isto pode prover feedback posicionai para a posição de cada um dos dois arcos 704 e 706 como um sinal elétrico (ou óptico) . A posição atual pode ser exibida em uma tela ou monitor (display 137) bem como para referência.

[055]O aparelho 700 pode incluir a combinação de um sistema (ou potenciômetro) codificador óptico 742 com um display de diodo emissor de luz (LED) nos pontos B em que o display de LED indicaria uma posição desejada de cada arco 704, 706 usando uma linha ou indicador similar. Desta maneira, um usuário pode configurar manualmente ou automaticamente as posições dos arcos 704, 706, e o codificador óptico (ou potenciômetro) mostraria em um display 137 a posição atual de cada arco dos arcos 704, 706. O usuário poderia alinhar o arco com a linha de LED exibida.

[056]O aparelho 700 pode incluir um motor de passo (não mostrado) em cada um dos pontos A. Isto permitiria o controle motorizado do posicionamento da ferramenta. O motor de passo nos pontos A pode ser ampliado com um codificador óptico (ou potenciômetro) ou colocados nos pontos B ou incluido na unidade do motor de passo para prover feedback posicionai bem como controle motorizado. O aparelho 700 pode

21/24 incluir um sistema servo motor em cada ponto A, que pode incluir um motor ou codificador óptico (ou potenciômetro) para prover controle motorizado do posicionamento da ferramenta.

[057]Enquanto as presentes realizações focam no controle dos graus angulares de liberdade, avanço e rotação das ferramentas ou canais da ferramenta também é contemplado. O avanço e rotação também podem ser realizados manualmente, semiautomaticamente ou automaticamente. O avanço e rotação automáticos podem incluir o uso de motores, freios etc.

[058] As presentes realizações podem ser usadas em muitas aplicações diferentes, e são particularmente úteis para cirurgias minimamente invasivas guiadas endoscopicamente. Por exemplo, cirurgia cardíaca, enxerto de by-pass de artéria coronária minimamente invasivo, fechamento do defeito do canal atrioventricular, reparo/substituição de válvula, cirurgia laparoscópica, histerectomia, prostatectomia, cirurgia da vesícula biliar, Cirurgia endoscópica transluminal por orifício natural (NOTES), cirurgia pulmonar/broncoscópica, intervenções neurocirúrgicas etc.

[059] Em referência a FIG. 8, outro método para posicionar instrumentos é ilustrativamente mostrado. No bloco 802, um escopo (por exemplo, um endoscópio) é colocado em um primeiro acesso em um indivíduo. O acesso de escopo pode ser inserido usando técnicas de localização do acesso incluindo a inserção padrão, inserção específica do paciente, inserção de otimização do acesso etc. No bloco 804, uma posição para uma segunda parte para um instrumento é determinado. Isto inclui preferencialmente empregar um sistema de localização do

22/24 acesso para determinar uma posição de montagem no individuo para o aparelho de posicionamento e orientação. Tal sistema usa dados especificos do paciente para selecionar uma posição ótima para inserção do aparelho de posicionamento e orientação.

[060]No bloco 806, o aparelho de posicionamento e orientação é montado sobre o individuo. O aparelho de posicionamento e orientação inclui dois orificios com posições ajustáveis para alinhamento com um eixo de ferramenta com relação ao segundo acesso. O aparelho de orientação e posicionamento pode incluir uma primeira placa tendo uma primeira abertura para alinhamento com um ponto de entrada do acesso, uma segunda placa tendo uma segunda abertura para alinhamento com a primeira abertura; e um mecanismo de acionamento acoplado ou entre a primeira placa e a segunda placa e configuração para permitir que o eixo da ferramenta seja alinhado através da primeira e segunda aberturas de forma que uma ferramenta provida sobre o eixo da ferramenta passe através de um local especifico do paciente de acordo com um plano. O aparelho de posicionamento e orientação pode incluir um primeiro arco ranhurado acoplado articuladamente a uma base, um segundo arco ranhurado articuladamente acoplado a base e disposto ortogonalmente com relação ao primeiro arco ranhurado e um canal disposto e passando através de uma ranhura no primeiro arco ranhurado e uma ranhura do segundo arco ranhurado para alinhamento do canal com um centro de rotação correspondente com um ponto de entrada do acesso de forma que a rotação do eixo da ferramenta seja controlado por rotações do primeiro e segundo arcos ranhurados para controlar o alinhamento com um local

23/24 específico do paciente de acordo com um plano. Outras configurações também podem ser empregadas para o aparelho de posicionamento e orientação, por exemplo, mais de duas placas ou pontos de posicionamento podem ser empregados. Isto pode incluir combinações dos elementos descritos aqui ou ferramentas especialmente projetadas com ou sem mecanismos de ajustes para apoiar o posicionamento e orientação dos instrumentos incluindo endoscópios, dispositivos cirúrgicos, agulhas etc.

[061]No bloco 808, uma ferramenta ou ferramentas são posicionadas ao longo do eixo da ferramenta através de dois orifícios de acordo com um campo de visão do escopo. Múltiplos acessos e múltiplos aparelhos de posicionamento e orientação são contemplados. As ferramentas são preferencialmente mantidas no campo de visão de uma câmera ou dispositivo de obtenção de imagem ou em um local conhecido ou previsível para simplificar as funções do usuário. O posicionamento e orientação da ferramenta podem ser controlados usando o feedback de uma posição e/ou orientação do escopo. Por exemplo, o escopo no primeiro acesso pode estar em um plano paralelo com o instrumento, mas enviesado de forma que o instrumento e o escopo estejam voltados um para o outro. Alternativamente, o escopo e o instrumento podem ser paralelos, mas voltados para a mesma área do tecido. Outras configurações também são contempladas. No bloco 810, um procedimento é continuado ou realizado usando o instrumento em uma posição estabelecida do aparelho de posicionamento e orientação. Esta posição estabelecida pode ser ajustada ou movida conforme necessário (manualmente ou automaticamente) antes, durante ou após o procedimento.

24/24 [062]Na interpretação das reivindicações anexas, deve ser entendido que:

a) a palavra compreendendo não exclui a presença de outros elementos ou atos além daqueles listados em uma dada reivindicação;

b) a palavra um ou uma antecedendo um elemento não exclui a presença de uma pluralidade de tais elementos;

c) quaisquer sinais de referência nas reivindicações não limitam seu escopo;

d) diversos meios podem ser representados pelo mesmo item ou estrutura ou função de hardware ou software implementados; e

e) nenhuma sequência específica de atos é destinada a ser necessária exceto se indicado especificamente.

[063]Tendo descrito as realizações preferidos par posicionamento e orientação de ferramentas cirúrgicas durante a inserção de acesso específico do paciente (que são destinadas a serem ilustrativas e não limitativas), é percebido que modificações e variações podem ser feitas por técnicos no assunto à luz dos ensinamentos acima. É, portanto, entendido que mudanças podem ser feitas nas realizações particulares da revelação revelada que estão dentro do escopo das realizações reveladas aqui conforme definido pelas reivindicações pendentes. Tendo assim descrito os detalhes e particularidade necessários pelas leis de patentes, o que é reivindicado e desejado protegido pelas Cartas de Concessão de Patente é estabelecido nas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. APARELHO DE POSICIONAMENTO, caracterizado por compreender:

uma primeira parte (123) tendo uma primeira abertura (125) para alinhamento com um ponto de entrada do acesso;

uma segunda parte (127) sendo posicionável para alinhamento com a primeira abertura a partir de uma pluralidade de diferentes posições; e um mecanismo de acionamento (142) acoplado a pelo menos uma da primeira parte e a segunda parte para estabelecer posições relativas da primeira e segunda partes para permitir que um eixo da ferramenta formado entre a primeira e a segunda parte seja alinhado através da primeira abertura de forma que uma ferramenta (104) provida no eixo da ferramenta incluiria uma posição e orientação conhecidas.
2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo mecanismo de acionamento (144) incluir pelo menos uma etapa para acionar a segunda parte em relação à primeira abertura.
3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo mecanismo de acionamento (144) incluir duas etapas ortogonais para ajuste da segunda parte em relação à primeira abertura.
4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira abertura (125) ser formada em uma placa que é acoplada a uma base por um segundo mecanismo de acionamento (540, 506) e o segundo mecanismo de acionamento inclui pelo menos uma etapa para acionar a base em relação à placa.

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5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo mecanismo de acionamento (142) incluir uma pluralidade de acionadores pistão-cilindro (606) .
6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira abertura (125) ser formada em uma placa que encaixa uma posição de montagem (128) em um individuo de forma que a primeira abertura corresponde com um ponto de entrada do acesso no individuo.
7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender uma ferramenta (104) passando através da primeira abertura e segunda abertura na segunda parte e entrando no acesso de entrada no individuo ao longo do eixo de ferramenta de forma que a ferramenta seja mantida em uma posição visivel por um escopo dentro do individuo.
8. APARELHO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo mecanismo de acionamento (142) ser controlado por computador e estabelecido em uma posição com base no feedback de uma posição ou vista do escopo.
9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo aparelho de posicionamento (130) ser colocado em um individuo por um sistema de localização do acesso (120) .
10 . APARELHO DE POSICIONAMENTO, caracterizado por compreender:

uma primeira placa (406) tendo uma primeira abertura para alinhamento com um ponto de entrada do acesso;

uma segunda placa (408) tendo uma segunda abertura para alinhamento com a primeira abertura; e um mecanismo de acionamento (412, 414) acoplado a pelo menos uma da primeira placa e a segunda placa e

3/4 estabelecida para permitir que um eixo de ferramenta seja alinhado através da primeira e segunda aberturas de forma que uma ferramenta provida no eixo de ferramenta passasse através do ponto de entrada do acesso com uma posição e orientação conhecidas.
11. APARELHO DE POSICIONAMENTO, caracterizado por compreender:

um primeiro arco ranhurado (704) acoplado articuladamente a uma base (702);

um segundo arco ranhurado (706) acoplado articuladamente a base e disposto ortogonalmente com relação ao primeiro arco ranhurado; e um canal (712) passando através de uma ranhura no primeiro arco ranhurado e uma ranhura do segundo arco ranhurado do segundo arco ranhurado para alinhamento do canal com um centro de rotação correspondente a um ponto de entrada do acesso de forma que a rotação do eixo da ferramenta seja controlado pelas rotações do primeiro e segundo arcos ranhurados para prover alinhamento para uma posição e orientação conhecidas do eixo de ferramenta.
12. APARELHO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por pelo menos um do primeiro e segundo arcos ranhurados incluirem um freio para manter uma posição.
13. APARELHO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela base (702) encaixar uma posição de montagem em um individuo de forma que o centro de rotação corresponda a um ponto de entrada do acesso no individuo.
14. APARELHO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender uma ferramenta (104) passando através do canal e entrando no acesso de entrada no individuo

4/4 ao longo do eixo de ferramenta de forma que a ferramenta seja mantida em uma posição visível por um escopo dentro do indivíduo.
15. MÉTODO PARA POSICIONAMENTO DE INSTRUMENTOS, caracterizado por compreender:

inserção (802) de um escopo em um primeiro acesso em um indivíduo;

determinação (804) de uma posição para uma segunda parte para um instrumento;

montagem (806) de um aparelho de posicionamento e orientação para o indivíduo, o aparelho de posicionamento e orientação incluindo pelo menos duas aberturas com posições ajustáveis para alinhar com um eixo da ferramenta com relação ao segundo acesso; e posicionamento (808) de uma ferramenta ao longo do eixo da ferramenta através de pelo menos duas aberturas de acordo com um campo de visão do escopo.