CN101801301B - Mri导向的医疗介入***和方法 - Google Patents

Abstract

MRI导向的介入***包括带有协作定向套管(200)的框架(100)。框架配置成固定在病人身体上，并且配置成可平移和旋转，从而可将定向套管定位在所需的进入体内轨迹上。框架可包括一个或多个MRI可见框标，其容许在MRI图像中确定框架位置/定向。多个可由用户激励的促动器(140a，140d)配置成使框架相对于病人的身体平移和旋转，从而将定向套管定位在所需的进入体内轨迹上。定向套管包括轴向延伸的导向孔，其配置成引导体内介入装置的放置。通过定向套管可***各种仪器和设备，例如刺激导线、切除导管、注入导管等等，以执行诊断和/或外科手术。

Description

MRI导向的医疗介入***和方法

相关申请

本申请要求享有于2007年6月7日提交的美国临时专利申请No.60/933,641以及于2007年9月24日提交的美国临时专利申请No.60/974,821的优先权，其公开通过引用而完整地结合在本文中。

技术领域

本发明大致涉及医疗***和方法，更具体地说涉及体内医疗***和方法。

背景技术

在对深受慢性病痛、帕金森氏症或抽搐以及其它医疗疾病苦楚的病人进行神经外科治疗中，深脑刺激(DBS)正成为一种可接受的治疗形态。目前已经执行或提出了其它利用交感神经链和/或脊髓等等的内部刺激的电刺激治疗方案。现有技术的DBS***的一个示例是来自Medtronic公司的

***。

***包括定位在病人的胸腔中的可植入的脉冲发生器刺激器，以及带有轴向间隔开的电极的导线，导线被植入使得电极设置在神经组织中。导线经皮下从脑贯通至胸腔中，其将电极和脉冲发生器连接起来。这些导线可具有多个暴露于远端的电极，其连接在导体上，导体沿着导线长度延伸并连接到放置于胸腔中的脉冲发生器上。

某些医学疗法尤其那些利用DBS的疗法的临床结果被认为可能依赖于与所感兴趣的组织相接触的电极的精确位置。例如，为了治疗帕金森氏症的震颤，目前是将DBS探针放置在神经组织中，使电极将信号传递给脑的丘脑区域。DBS刺激导线传统上是在立体定向外科手术期间基于术前MRI和CT图像而植入的。这些疗法可能延续很长的时间，并且可能降低效能，因为已经报告过在植入这些装置的大约30％的病人中，装置/疗法的临床效能不是最佳的。尽管如此，对于其它MRI导向的DBS介入工具以及其它介入医学疗法仍然存在需求。

发明内容

考虑到上面所述，本发明提供了MRI导向的介入***和方法。本发明的实施例提供了用于高度定位放置和/或输送诊断或治疗装置或物质的方法、装置和***。

根据本发明的实施例，MRI导向的介入***包括具有协作定向套管的框架。框架配置成固定在病人身体上，并且配置成可平移和旋转，从而可将定向套管定位在所需的进入体内轨迹上。框架可包括一个或多个MRI可见框标，其容许在MRI图像中确定框架位置/定向。

本发明的实施例可特别适合于将神经调节导线，例如深脑刺激(″DBS″)导线、可植入的副交感神经链或交感神经链导线和/或CNS刺激导线以及其它装置放置在脑中。

本发明的实施例可适合于体内许多位置上的许多介入手术，包括但不局限于脑、心脏、脊柱、尿道等等。本发明的实施例可适合于许多MRI导向的药物输送手术、MRI导向的切除手术等等。

多个可由用户激励的促动器可操作地连接在框架上，并且配置成可使框架相对于病人的身体平移和旋转，从而将定向套管定位在所需的进入体内轨迹上。在一些实施例中，促动器是容许其手动操作的转盘或指旋螺丝型装置。在其它实施例中，可利用远程控制和线缆来远程操纵促动器。

定向套管包括轴向延伸的导向孔，其配置成可引导介入装置放置到体内。各种仪器和设备(例如，刺激导线、切除探针或导管、注入或流体输送装置、活体检视针具、抽取工具等等)可通过定向套管***，以执行诊断和/或外科手术。

根据本发明的一些实施例，框架包括底座、可移动地安装在底座上并且可围绕翻滚轴而旋转的轭架、以及可移动地安装在轭架上并且可围绕俯仰轴而旋转的平台。该平台包括X-Y支撑台，其配置成可在X方向和Y方向上相对于平台而移动。底座具有形成于其中的病人进入孔，并且配置成可固定在病人身体上，使得该孔重叠在身体的开口上。翻滚促动器可操作地连接在轭架上，并配置成使轭架围绕翻滚轴旋转。俯仰促动器可操作地连接在平台上，并配置成使平台围绕俯仰轴旋转。X方向促动器可操作地连接在平台上，并且配置成使X-Y支撑台在X方向上移动。Y方向促动器可操作地连接在平台上，并且配置成使X-Y支撑台在Y方向上移动。

底座可包括多个位置，用于通过紧固件附连在病人身体上。在一些实施例中，一个或多个附连位置可包括多个相邻孔，其配置成可容纳紧固件。对于框架配置成可附连在病人颅骨上的实施例，可将底座配置成固定在病人的颅骨上，使得病人进入孔重叠在病人颅骨中形成的钻孔上。

根据本发明的一些实施例，轭架包括一对间隔开的弓形臂。平台与轭架弓形臂相接合并在围绕俯仰轴旋转时沿着轭架弓形臂移动。底座包括至少一个弓形臂。轭架与底座弓形臂相接合并在围绕翻滚轴旋转时沿着底座弓形臂移动。

根据本发明的一些实施例，至少一个轭架弓形臂包括形成于其表面的螺纹结构。俯仰促动器包括可旋转的蜗杆，蜗杆具有配置成与螺纹结构相接合的齿。蜗杆的旋转造成平台围绕俯仰轴旋转。类似地，至少一个底座弓形臂包括形成于其表面的螺纹结构。翻滚促动器包括可旋转的蜗杆，蜗杆具有配置成与螺纹结构相接合的齿，并且其中，蜗杆的旋转造成轭架围绕翻滚轴旋转。

在一些实施例中，促动器标有颜色，使得各个不同的促动器具有各自不同的颜色。这容许用户快速确定哪个促动器是用于框架特定的所需运动的正确的促动器。

根据本发明的一些实施例，提供了一种人机工程学远程控制单元，其容许用户远程地使框架平移和旋转，从而可将定向套管定位在所需的进入体内轨迹上。远程控制单元包括多个位置控制器。各个控制器可操作地通过相应的线缆而连接在相应的框架促动器上。一个或多个位置控制器可包括″粗调″和″微调″。

控制器的位置运动通过相应的控制线缆而操作相应的促动器。例如，远程控制单元包括翻滚调整控制器、俯仰调整控制器、X方向调整控制器和Y方向调整控制器。翻滚控制线缆可操作地连接在翻滚调整控制器和翻滚促动器上。翻滚调整控制器的运动通过翻滚控制线缆而操作翻滚促动器。俯仰控制线缆可操作地连接在俯仰调整控制器和俯仰促动器上。俯仰调整控制器的运动通过俯仰控制线缆而操作俯仰促动器。X方向控制线缆可操作地连接在X方向控制器和X方向促动器上。X方向调整控制器的运动通过X方向控制线缆而操作X方向促动器。Y方向控制线缆可操作地连接在Y方向控制器和Y方向促动器上。Y方向调整控制器的运动通过Y方向控制线缆而操作Y方向促动器。

在一些实施例中，翻滚调整控制器、俯仰调整控制器、X方向调整控制器和Y方向调整控制器都是手动操作的拇指轮，并且用户对各个拇指轮的旋转造成相应控制线缆的对应的轴向旋转和相应促动器的对应的轴向旋转。在其它实施例中，翻滚调整控制器、俯仰调整控制器、X方向调整控制器和Y方向调整控制器中的一个或多个是电动机辅助的可旋转的控制器。

在一些实施例中，锁定机构与远程单元位置控制器相关联，并配置成当处于锁定位置时防止用户操作控制器。

在一些实施例中，各个控制线缆具有几何形状刚性端，其配置成可拆卸地与相应促动器的自由端相接合。各个控制线缆的刚性端可具有与其它控制线缆刚性端不同的形状，使得各个控制线缆自由端只能可拆卸地与一个相应促动器的自由端相接合。各个控制线缆包括柔韧的弹性轴环，其配置成可包围相应的促动器自由端，并保持线缆端接合到相应的促动器自由端上。各个柔性轴环可翻滚或向后折，之后释放，以覆盖并一致地压靠促动器自由端，从而将线缆端保持在合适位置；然后可将轴环推回，以便轻易地从促动器的自由端释放出线缆。

根据一些实施例，可使用安全绳将远程控制模块连接到刚性物体例如病人支撑框架或头线圈(或甚至门架或门架外壳)上，以防止线缆的过分延长或不需要的轨迹调整。

根据一些实施例，提供了一种帷帘，其配置成可定位在MRI扫描仪的磁铁中的病人身体附近。帷帘包括容器(pocket)，其配置成可拆卸地容纳远程控制单元。帷帘还包括一个或多个孔，通过该孔线缆从远程控制单元延伸到框架上。

根据本发明的一些实施例，通过托架将摄像机和/或影像成像装置可拆卸地固定在框架上。托架包括配置成可滑动地容纳成像装置的套筒。

长的管状部件延伸通过平台和轭架并固定在框架的X-Y台上。定向套管可滑动地固定在管状部件中，并可在伸展位置和收缩位置之间移动。定向套管配置成可响应于X-Y支撑台的平移运动而平移，并响应于轭架和平台的旋转运动而旋转，从而限定了延伸通过底座的病人进入孔的不同的轴向轨迹。管状部件配置成将定向套管锁定在伸展位置和收缩位置。

限深器可拆卸地固定在管状部件的近端中。限深器容纳护鞘(sheath)，并配置成限制护鞘能够延伸到病人身体中的距离。护鞘配置成可容纳长的介入装置(例如，成像探针、刺激导线、切除装置、注入装置等等)。在一些实施例中，护鞘是可拆卸的。锁定机构可拆卸地固定在限深器上，并配置成防止延伸通过护鞘的长的介入装置的轴向运动。

根据本发明的一些实施例，MRI导向的介入***包括带有协作定向套管的框架，定向套管具有导向孔，导向孔配置成引导介入装置放置于体内。框架配置成可旋转，使得定向套管能够定位在所需的进入体内轨迹上。框架包括底座、轭架和平台，底座具有形成于其中的病人进入孔，其中底座配置成固定在病人身体上，轭架可移动地安装在底座上并可围绕翻滚轴旋转，并且平台可移动地安装在轭架上并可围绕俯仰轴旋转。多个可由用户激励的促动器可操作地连接在框架上，并且配置成可使框架相对于病人的身体旋转，从而将定向套管定位在所需的进入体内轨迹上。在一些实施例中，促动器标有颜色，使得各个促动器具有各自不同的颜色。在一些实施例中，框架包括翻滚促动器和俯仰促动器，翻滚促动器可操作地连接在轭架上，并配置成可使轭架围绕翻滚轴而旋转，俯仰促动器可操作地连接在平台上，并配置成可使平台围绕俯仰轴旋转。

在一些实施例中，该***包括远程控制单元，其包括多个长的控制装置。各个控制装置包括第一和第二长杆，其通过第一线缆而连接在相应的第一端上。第一杆的第二端可操作地通过第二线缆而连接在相应的促动器上。第二杆的第二端的旋转运动通过第二线缆来操作促动器。各个第二线缆可具有几何形状刚性端，其配置成可拆卸地与相应促动器的自由端相接合。

根据本发明的实施例，MRI导向的介入方法包括将带有协作定向套管的框架固定在病人身体上，其中框架配置成可平移和旋转，从而可将定向套管定位在所需的体内进入路径轨迹上。定向套管包括导向孔，其配置成可引导介入装置放入体内。定向套管的位置经过调整(例如围绕翻滚轴旋转，围绕俯仰轴旋转，和/或在X-Y方向上平移)，使得在病人定位在与MRI扫描仪相关联的磁场中时，定向套管与所需进入路径轨迹对准。一旦定向套管重新定位，介入装置就通过定向套管导向孔而***到病人身体中，以用于治疗和/或诊断目的。定向套管可在收缩位置和伸展位置之间移动，并在调整其进入路径轨迹之前移动到伸展位置并锁定在伸展位置上。

将定向套管重新定位在所需进入路径轨迹上所需要的必要的旋转和平移调整可通过图形化用户界面而呈现给用户。而且可显示实际的进入路径轨迹和所需的进入路径轨迹。另外，当用户调整定向套管的位置时，他/她可观察实际的轨迹变化。在一些实施例中，可为用户显示实际轨迹何时与所需轨迹对准的指示。

附图说明

图1A是根据本发明一些实施例的MRI导向的介入***的框图。

图1B显示了根据本发明一些实施例的用户接口，其显示并容许用户调整定向套管的轨迹。

图2A是病人颅骨上形成的钻孔以及重叠在钻孔上并固定在颅骨上的钻孔环的顶部透视图。

图2B是定位在图1的钻孔环上的可拆卸的对中装置(centeringdevice)的顶部透视图。

图3A是根据本发明一些实施例的MRI导向的介入***中所利用的轨迹框架的透视图。

图3B-3E是固定在病人颅骨上的轨迹框架的侧面示意图。

图4-5是图3A的框架的局部透视图，其显示了定位在病人颅骨上的框架底座，其中图2B的对中装置延伸通过病人的进入孔。

图6显示了固定在病人颅骨上的底座。

图7是根据本发明一些实施例的底座的放大的局部透视图，其显示了用于在其中容纳紧固件的一对相邻的孔的附连位置。

图8A是固定在病人身体(例如颅骨)上的图3A的框架的透视图，其中定向套管处于伸展位置。

图8B是图3A框架的剖面透视图，其显示了根据本发明一些实施例的定向套管。

图9和图10A-10C显示了根据本发明一些实施例的远程控制单元，其用于远程控制图3A的框架的定位促动器。

图11是根据本发明一些实施例的图3A的框架的底座的透视图，其显示了与之相关联的框标，并显示了弓形臂，弓形臂带有形成于其表面的螺纹结构，其配置成可与翻滚轴促动器相接合。

图12是根据本发明一些实施例的图3A框架的局部透视图，其显示了轭架弓形臂，轭架弓形臂带有形成于其表面的螺纹结构，其配置成可与俯仰轴促动器相接合。

图13A-13B显示了根据本发明一些实施例的用于安装在图3A的框架上的影像成像摄像机的光纤探针，从而观察钻孔。

图14是根据本发明一些实施例的图3A框架的放大的局部透视图，其显示了锁定在伸展位置中的定向套管。

图15是根据本发明一些实施例的图3A框架的放大的局部透视图，其显示了可拆卸地与相应促动器接合的控制线缆，并且显示了柔韧的弹性轴环，其配置成包围相应的促动器自由端，并保持线缆端接合在相应的促动器自由端上。

图16A是根据本发明其它实施例的MRI导向的介入***的框架的局部透视图，并且显示了定位在框架侧面上的促动器，而且显示了可拆卸地与相应促动器相接合的控制线缆。

图16B是根据本发明一些实施例的示范性的原型促动器的局部透视图，其显示了即将***到促动器自由端的凹槽中的远程控制线缆端。

图16C是图16B促动器的局部透视图，其中远程控制线缆端已***到促动器中，并且弹性轴环与促动器的自由端相接合，以防止无意中从促动器上除去线缆。

图16D-16E是图16C促动器的局部透视图，其显示了从促动器的自由端除去弹性轴环和线缆(图16E)。

图17显示了图3A的框架固定在病人颅骨上，并显示了介入装置的所需轨迹，并且还显示了由框架定向的介入装置的实际轨迹。

图18显示了在通过操纵一个或多个框架促动器进行重新定位，从而将实际轨迹调整成与所需轨迹对准之后的图17的框架。

图19A是根据本发明一些实施例的图3A框架的放大的局部透视图，其显示了X-Y支撑台。

图19B示意性地显示了根据本发明一些实施例的X-Y支撑台的X-Y平移以及轭架和平台的旋转运动。

图19C是根据一些实施例的X-Y支撑台的局部透视图，其中除去了元件以揭示X方向促动器和Y方向促动器的内部构件。

图20显示了根据本发明一些实施例的限深器，其中可剥护鞘(peelaway sheath)***在限深器中。

图21显示了根据本发明一些实施例的***在图20的可剥护鞘中的成像探针，其中限深器前进到可剥护鞘上的深度标记处。

图22显示了限深器和探针正***到图3A框架的定向套管中。

图23显示了从可剥护鞘和限深器除去图22的探针。

图24显示了固定在图23的限深器上的导线锁定器。

图25显示了导线***通过图24的导线锁定器和通过定向套管。

图26A是根据本发明一些实施例的图3A框架的透视图，其中图25的导线***到病人脑中，并且除去了可剥护鞘。

图26B是在除去护鞘之前的可剥护鞘的远端的放大图，其中导线的远端延伸通过它。

图27显示了***并附连在钻孔环上的夹具，其配置成当从病人颅骨除去框架时可防止从脑中收回导线。

图28A-28G是轨迹框架的侧面示意图，其显示了通过定向套管而将介入装置***到病人身体中的装置的示范性的操作。

图29显示了帷帘，其配置成定位在病人附近，并且具有容器，该容器配置成可拆卸地容纳图9和图10A-10C的远程控制单元。

图30显示了根据本发明一些实施例的安全绳，其中安全绳附连在图9和图10A-10C的远程控制单元和刚性物体上，以防止控制线缆无意中的脱离。

图31是定位在MRI扫描仪中的病人和用户的示意图，该用户利用根据本发明一些实施例的远程控制装置400及监视器来定位定向套管。

图32A-32C显示了根据本发明其它实施例的远程控制单元，其用于远程控制图3A框架的促动器的定位。

具体实施方式

现在将在后文中参照附图更完整地描述本发明，在附图中显示了本发明的一些实施例。然而，本发明可以许多不同的形式来实现，而不应该认为局限于本文所阐述的实施例，相反提供这些实施例将使本公开更为彻底和完整，并将本发明的范围完全传达给本领域中的技术人员。

全篇相同的标号表示相同的元件。在这些附图中，出于清晰性目的可能放大了某些线，层，部件，元件或特征的厚度。

本文所使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，并不意图限制本发明。除非上下文中明确指出了以外，否则如本文所用单数形式“一”、“一个”和“此”意图包括复数形式。还应该懂得词语“包括”当在本说明书中使用时，其指所述特征、步骤、操作、元件和/或构件的存在，而不排除存在或增加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、构件和/或其组合。如本文所用词语“和/或”包括一个或多个相关联的所列出的事项的任何和所有组合。

除非作了限定，否则本文所使用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有与这些本发明所属领域中的普通技术人员所知道的相同的涵义。还应该懂得，除非在本文做了明确限定，否则词语，例如通用词典中所限定的那些词语应该被理解为具有和其在本说明书的上下文以及相关领域中的意思相一致的涵义，而不应该在理想化的或过度正式意义上进行理解。出于简洁和/或清晰的目的，可能没有详细地描述众所周知的功能或结构。

应该懂得，当元件被称为“位于另一元件上”、“附连在另一元件上”、“连接在另一元件上”、“与另一元件相联接”、“与另一元件相接触”等等时，其可直接位于另一元件上、附连在另一元件上、连接在另一元件上、与另一元件相联接或与另一元件相接触，或考还可存在中间元件。相反，当元件被称为例如“直接位于另一元件上”、“直接附连在另一元件上”、“直接连接在另一元件上”、“与另一元件直接联接”或“与另一元件直接接触”时，那么就不存在中间元件。本领域中的技术人员还应该懂得，当提到与另一特征“相邻”设置的结构或特征可具有重叠在相邻特征的上面或在其下面的部分。

空间上相关的词语，例如“下”、“下面”、“以下”、“上”、“上面”等在本文中可用于简化描述，以描述如图中所示的一个元件或特征相对于另一元件或特征的关系。应该懂得空间上相关的词语意图包括除了图中所示的定向以外，装置在使用或操作时的不同定向。例如，如果将图中的装置倒转，那么所述位于其它元件或特征“下”或“下面”的元件将定向在其它元件或特征的“上面”。因而示例性的词语“下”可包括“上”和“下”的定向。该装置还可进行其它定向(旋转90度或位于其它定向)，并应相应地理解本文所使用的空间相关的描述语。类似地，除非特别指出，否则词语“向上地”、“向下地”、“垂直的”、“水平的”等等在本文只是用于解释性的目的。

术语″MRI可见″意味着装置在MRI图像中是直接或间接可见的。靠近装置(该装置可用作MRI接收天线以收集来自局部组织的信号)的MRI信号的增加的SNR可指示可见度，和/或该装置通过例如合适的氢基涂层和/或流体(通常水溶液)填充的通道或内腔而自身实际产生MRI信号。

术语″MRI兼容″意味着装置对于在MRI环境中的使用是安全的，并且/或者可如愿在MRI环境中操作，因此如果驻留在磁场的高场强区域，那么其通常由合适于驻留和/或在高磁场环境中操作的非铁磁性MRI兼容材料制成。

术语″高磁场″指大约0.5T以上，通常1.0T以上，更通常在大约1.5T至10T之间的场强。

术语″定向套管″指伸长装置，其通常具有基本管状的本体，管状本体可定向成提供与目标处理区域有关的位置数据，和/或限定了所需接近路径的定向或轨迹。由本发明实施例所设想的定向套管的至少一部分可配置成可见于MRI图像中，从而容许临床医生观察体内定向套管相对于参考点的位置和定向和/或内部组织样貌特征。因而，术语″套管″指一种伸长装置，其可与附连到病人的轨迹框架相关联，但不必进入病人身体中。

术语″成像线圈″指配置成可作为MRI接收天线而操作的装置。关于成像线圈的术语″线圈″并不局限于线圈形状，但通常用于指本领域中的技术人员所已知的无环、有环MRI天线结构等等。

术语″流体填充的″意味着构件包括一定量的流体，但不要求流体全部或基本上填充构件或与该构件相关联的空间。流体可以是水溶液、MRI对比剂或任何产生MRI信号的材料。

术语“两个自由度”意味着本文所述的轨迹框架容许在固定点上至少进行平移(回旋或倾斜)和旋转运动，固定点可被称为运动的远程中心(RCM)。

本发明的实施例可配置成可利用MRI和/或MRI扫描仪或MRI介入套件而将诊断装置或介入装置和/或治疗器件引导和/或放置在任何所需的身体或物体内部区域中。该物体可以是任何物体，并且可特别适合于动物和/或人体。一些实施例可将尺寸加工并配置成放置可植入的DBS导线用于脑刺激，通常用于深脑刺激。一些实施例可配置成输送工具或治疗器件，其刺激交感神经链的所需区域。其它在脑内部或外部的用途包括干细胞移植、基因治疗或用于治疗生理疾病的药物输送。一些实施例可用于***。一些实施例可用于RF切除、激光器切除、低温切除等等。在一些实施例中，轨迹框架和/或介入工具可配置成通过集成的体内成像线圈(接收天线)而促进高分辨率成像，并且/或者可将介入工具配置成刺激局部组织，其可通过产生生理反馈(观测到的身体反应或通过fMRI)而促进对恰当定位的确认。

一些实施例可用于将生命单元、干细胞或其它目标细胞输送到体内特定位置的区域，例如神经学上的目标位置等等。在一些实施例中，该***在心脏跳动的同时(即不需要病人在心肺机上的非搏动心脏)通过微创MRI导向手术而将干细胞和/或其它心脏重建细胞或产品输送到心脏组织，例如心脏壁中。在美国专利No.6,708,064；6,438,423；6,356,786；6,526,318；6,405,079；6,167,311；6539,263；6,609,030和6,050,992中描述了已知的刺激治疗和/或目标体区域的示例，其内容通过引用而完整地结合在本文中。

总地说来，本发明的一些实施例针对MRI介入手术，并提供介入工具和/或治疗物，其可用于利用MRI***而将介入工具或治疗物局部放置于体内特定的位置区域。介入工具可用于限定通向体内治疗位置的MRI导向的轨迹或接近路径。本发明的一些实施例提供了介入工具，其可在MRI的视觉确认下提供关于工具在3-D空间中的位置和定向的位置数据。本发明的实施例可提供一种综合***，其可容许医生精确地并比传统***更短的持续时间内放置介入装置/导线和/或治疗物(对于DBS植入手术通常在六个小时以下，例如在大约1-5个小时之间)。

在一些实施例中，MRI可用于显现(和/或定位)位于脑内或其它身***置内部的关注的治疗区，并利用MRI显现(和/或定位)介入工具，其将用于输送治疗物和/或放置可长期植入的输送治疗物的装置。然后利用由MRI***所产生的与关注的治疗区的位置和介入工具的位置相关的三维数据，***和/或医生可对介入工具做出位置调整，从而对准介入工具的轨迹，使得在***到身体中时，介入工具将与关注的治疗区相交。在介入工具现在与关注的治疗区对准的条件下，可通过例如介入工具内部的开放内腔而使介入探针前进，使得介入探针遵循介入工具的轨迹而行进至关注的治疗区。应该注意的是，介入工具和介入探针可以是相同构件或结构的一部分。护鞘可选地形成介入工具或与介入探针或工具一起使用。

在特定的实施例中，在结合局部或内部成像线圈和/或可至少部分地包含在介入探针或护鞘中和/或其上面的MRI对比材料一起使用MRI的条件下，介入探针在关注的治疗区中的位置可显现于显示器或图像上，并容许医生确认探针被正确地放置，以用于输送治疗物(和/或放置输送治疗物的可植入装置)，或确定探针处于错误或非最佳位置。假定介入探针处于恰当的所需位置，那么可输送治疗物，并且/或者可除去介入探针，并在相同位置替换永久植入的治疗装置。

在一些实施例中，在医生从可选地包含在介入探针中或介入探针上的MRI和成像线圈所产生的MRI图像中确定介入探针没有处于恰当位置的情况下，可从MRI图像中确定新的治疗目标区，并且可更新***，以标出新目标区的座标。通常(例如从脑中)除去介入探针，并可将介入工具重新定位，使其与新的目标区对准。介入探针可重新***到轨迹上，以便与新的目标区相交。虽然本文是参照脑和***深脑刺激导线进行描述和说明的，但是应该懂得，本发明的实施例可用于身体的其它部分并用于各种其它类型的手术。

以下将参照方法、设备(***和/或装置)和/或计算机程序产品的框图和/或流程图来描述示范性的实施例。应该懂得，框图和/或流程图的块图以及框图和/或流程图中的块图的组合都可通过计算机程序指令来执行。这些计算机程序指令可提供给通用的计算机、特殊用途计算机和/或其它可编程数据处理设备的处理器，以产生一种机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理设备的处理器所执行的指令可产生用于执行框图和/或流程图块中所规定的功能/作用的方法(功能性)和/或结构。

这些计算机程序指令还可存储在计算机可读存储器中，其可指示计算机或其它可编程数据处理设备以一种特殊的方式起作用，使得存储在计算机可读存储器中的指令可产生包括执行框图和/或流程图块中所规定的功能/作用的指令的制品。

计算机程序指令还可装载到计算机或其它可编程数据处理设备上，使得在计算机或其它可编程设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机执行程序，使得计算机或其它可编程设备上执行的指令可提供用于执行框图和/或流程图块中所规定的功能/作用的步骤。

因此，可在硬件和/或软件(包括固件、常驻软件、微代码等等)中执行示范性的实施例。此外，示范性的实施例可采用计算机可用或计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，其具有体现于介质中的由指令执行***使用或结合指令执行***使用的计算机可用或计算机可读程序代码。在本文的上下文中，计算机可用或计算机可读介质可以是任何可包含、存储、传递、传播或传送程序以供指令执行***、设备或装置使用或与之结合使用的介质。

计算机可用或计算机可读介质可以是，例如但并不局限于，电子介质、磁性介质、光学介质、电磁介质、红外介质或半导体***、设备、装置或传播介质。更特定的计算机可读介质的示例(非穷尽列表)将包括：具有一个或多个导线的电连接器、便携式计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪式存储器)、光导纤维和便携式只读光盘存储器(CD-ROM)。注意，计算机可用或计算机可读介质甚至可以是上面打印有程序的纸张或另一合适的介质，因为这些程序可通过例如纸张或其它介质的光学扫描而被电子地捕获到，之后以合适的方式进行编译、解析或其它处理，如果必要，之后可存储在计算机存储器中。

出于开发便利起见，本文论述的用于执行数据处理***的操作的计算机程序代码可利用高级程序设计语言，例如Java、AJAX(异步JavaScript)、C和/或C++来编写。另外，还可利用其它程序设计语言来编写用于执行示范性实施例的操作的计算机程序代码，例如但不局限于，解释语言。某些模块或例行程序可利用汇编语言或甚至微代码来编写，以增强性能和/或存储器利用率。然而，实施例并不局限于特定的程序设计语言。还应该懂得任何或所有程序模块的功能还可利用离散的硬件构件、一个或多个专用集成电路(ASIC)或程序化数字信号处理器或微型控制器来执行。

现在将在下面参照附图详细地描述本发明的实施例。图1A是根据本发明一些实施例的MRI导向介入***50的框图。所示***50包括MRI扫描仪75、附连在定位于MRI扫描仪75的磁场中的病人身体上的轨迹框架100、远程控制单元400、轨迹导向软件模块300和临床显示器500。轨迹框架100支撑定向套管，通过定向套管可将各种介入装置***到病人身体中。框架100是可调整的，使得定向套管可围绕俯仰轴，围绕翻滚轴而旋转，并且使得定向套管可在X-Y方向上平移。框架100可直接或间接地附连在病人身体上，并可配置成附连在身体各部分上。

在一些实施例中，提供了远程控制单元400以容许用户远程调整定向套管的位置。轨迹导向软件模块300容许用户通过显示器500来限定和显现延伸通过定向套管的介入装置进入病人身体中的所需轨迹(图17-18的标号D)。轨迹导向软件模块300还容许用户通过显示器500显现和显示延伸通过定向套管的介入装置进入身体内的实际轨迹(图17的标号A)。轨迹导向软件模块300为用户显示使定向套管的实际轨迹与所需轨迹路径(图1B)对准所需要的必要的位置调整(例如俯仰轴旋转、翻滚轴旋转、X-Y平移)。另外，当用户调整定向套管的位置时，他/她可通过显示器500观察实际的轨迹变化。轨迹导向软件模块300配置成指示和显示实际轨迹何时与所需轨迹对准。

图2A显示了形成于病人颅骨S中的钻孔10。钻孔环12重叠在钻孔10上，并且固定在颅骨S上。所示的钻孔环12具有一对耳部14，其各配置成容纳相应的紧固件(例如螺钉)，用于将钻孔环12固定在颅骨上。在所示的实施例中，钻孔环12通过螺钉16而固定在颅骨S上。图2B显示了定位在钻孔环12上的可拆卸的对中装置18。对中装置18包括切除部分20，其装配在钻孔环12的耳部14上。对中装置18的功能是促进轨迹框架100在钻孔10上的对中，如以下所述。在框架100附连到病人的颅骨上之后，可除去对中装置18。

参看图3A，其显示了轨迹框架100及与之相关联的定向套管200。轨迹框架100容许定向套管200和/或通过定向套管200而***的探针或工具的轨迹的可调整性(通常至少两个自由度，包括旋转和平移)和校准/修正。定向套管200包括轴向延伸的导向孔(未显示)，其配置成引导所需治疗物或诊断工具，例如在脑内放置体内刺激导线(或其它类型的装置)，如以下所述。装置的脑内放置可包括长期放置的装置和短暂放置的装置。轨迹框架100可包括框标117，其可在MRI中被检测以促进图像中的位置配准。

所示的轨迹框架100配置成安装到病人的颅骨上，围绕着钻孔环(图2A中12)并位于钻孔之上(图2A中10)，以便提供用于使外科装置、导线等等前进至脑中的稳定的平台。框架100包括底座110、轭架120、平台130和多个促动器140a-140d。如图所示，底座110具有形成于其中的病人进入孔112。底座110配置成(直接或间接地)固定在病人颅骨上，使得病人进入孔112重叠在病人颅骨中的钻孔10上。病人进入孔112通过可拆卸的对中装置18而居中于钻孔10上。轭架120可移动地安装在底座110上，并可围绕翻滚轴RA而旋转。如以下将详细所述，翻滚促动器140a可操作地连接在轭架120上，并配置成使轭架120围绕翻滚轴RA旋转。在一些实施例中，轭架120具有围绕翻滚轴RA大约七十度(70°)的运动范围。然而，其它大于和小于70°的范围也是可行的，例如通常在大约10°-90°，30°-90°等等之间的任何合适的角度。所示的平台130可移动地安装在轭架120上，并可围绕俯仰轴PA旋转。在一些实施例中，平台130具有围绕俯仰轴PA大约七十度(70°)的运动范围。然而，其它大于和小于70°的范围也是可行的，例如通常在大约10°-90°，30°-90°等等之间的任何合适的角度。

图3B-3E是固定在病人颅骨上的轨迹框架的侧面示意图。图3B显示了使用对中装置18以使框架100相对于钻孔10对准。在图3C中，框架100利用紧固件而固定在颅骨上，使得底座110中的病人进入孔112围绕对中装置18而居中。在图3D中，轭架120旋转至旁边，从而可除去对中装置18。在图3E中，定向套管200移动到伸展位置，并通过突出爪208锁定在伸展位置上。

平台130包括X-Y支撑台132，其可移动地安装在平台130上。X-Y支撑台132配置成在X方向和Y方向上相对于平台130移动。X方向促动器140c可操作地连接在平台130上，并且配置成使X-Y支撑台132在X方向上移动。Y方向促动器140d可操作地连接在平台130上，并且配置成使X-Y支撑台132在Y方向上移动。如以下将详细所述，俯仰促动器140b可操作地连接在平台130上，并配置成使平台130围绕俯仰轴PA旋转。

促动器140a-140d配置成使框架平移和/或旋转。定向套管200配置成响应于X-Y支撑台132的平移运动而平移，并响应于轭架120和平台130的旋转运动而旋转，从而限定延伸通过框架底座110中的病人进入孔112的不同的轴向进入体内轨迹。

在一些实施例中，促动器140a-140d可以是手动操作的装置，例如指旋螺丝。指旋螺丝可安装在框架100上，或者可驻留在离开框架100的位置。用户可用手旋转促动器140a-140d以调整框架100的位置，并从而调整定向套管200的轨迹。在其它实施例中，促动器140a-140d通过相应的多个非铁磁性的软驱动轴或控制线缆150a-150d而可操作地连接在远程控制单元400(图9-10)上。远程控制单元400包括多个位置控制器402a-402d，并且各个线缆150a-150d可操作地连接到相应的位置控制器402a-402d并连接到相应的促动器140a-140d上。如以下所述，位置控制器402a-402d的运动通过相应的控制线缆150a-150d来操作相应的促动器140a-140d。线缆150a-150d可延伸合适的距离(例如在大约1-4英尺之间等等)，以容许临床医生在不移动病人的条件下从与MRI扫描仪相关联的磁铁孔之外的位置(在使用这种磁铁类型的情况下)调整轨迹框架100的设置。

参看图6-7，底座110包括用于通过紧固件而将底座110附连到病人颅骨上的多个位置112。各个位置可包括两个或更多个相邻的孔114。各个孔114配置成容纳紧固件(例如螺钉、杆、销等等)，该紧固件配置成将底座110固定在病人的颅骨上。

底座110还包括MRI可见框标117，其容许在MRI导向过程期间在MRI图像中确定框架100的位置/定向。在所示的实施例中，框标117具有圆环或″油炸面圈″形状并且间隔开。然而，可利用具有各种形状且定位在框架100上的各种位置上的框标。

如图11中所示，底座110还包括一对间隔开的弓形臂116。轭架120枢轴旋转地附连在枢轴点113上，用于围绕翻滚轴RA旋转。轭架120与底座弓形臂116相接合并在围绕翻滚轴RA旋转时沿其移动。在所示的实施例中，一个底座弓形臂116包括形成(例如模压或机械加工等等)于其表面116a的螺纹结构118。然而，在其它实施例中，臂116可包括各自的螺纹结构。如图5中所示，翻滚促动器140a包括可旋转的蜗杆142，其具有配置成与螺纹结构118相接合的齿。当蜗杆142旋转时，齿沿着弓形臂表面116a的螺纹结构118而移动。因为底座110固定在病人颅骨上，所以翻滚促动器蜗杆142的旋转造成轭架120相对于固定的底座110而围绕翻滚轴RA旋转。图4-图5中显示了围绕翻滚轴RA的旋转。例如，在图5中，轭架120充分地围绕翻滚轴RA旋转，以容许除去对中装置18。

参看图12，轭架120包括一对间隔开的向上延伸的弓形臂122。平台130与轭架弓形臂122相接合并在围绕俯仰轴PA旋转时沿着轭架弓形臂移动。在所示的实施例中，一个轭架弓形臂122包括形成(例如模压或机械加工等等)于其表面122a的螺纹结构124。然而，在其它实施例中，臂122可包括各自的螺纹结构。俯仰促动器140b包括可旋转的蜗杆146，其具有配置成与螺纹结构124相接合的齿148。当蜗杆146旋转时，齿148沿着弓形臂表面122a的螺纹结构124移动。因为底座110固定在病人颅骨上，所以俯仰促动器蜗杆146的旋转造成平台130相对于固定的底座110而围绕俯仰轴PA旋转。

如图19A中所示，X-Y支撑台132包括移动板134，其可在X方向和Y方向上移动。X方向促动器140c在旋转时造成移动板134沿着X轴的平移运动。例如，X方向促动器140c的顺时针旋转造成朝着图19A中的-X方向(即左边)的运动；X方向促动器140c的逆时针旋转造成沿着图19A中的+X方向(即右边)的运动，等等。Y方向促动器140d在旋转时造成移动板134沿着Y轴的平移运动。例如，Y方向促动器140d的顺时针旋转造成沿着图19A中的-Y方向(即脱出纸面)的运动；Y方向促动器140d的顺时针旋转造成沿着图19A中的+Y方向(即进入纸面)的运动。在所示的实施例中，在平台上靠近移动板134附近提供了分度尺136，137。移动板134包括一对标记或指示器138，其提供了移动板134的X-Y运动的可见指示。图19B显示了根据本发明一些实施例的X-Y支撑台132的X-Y平移。

各种内部传动机构可用于响应于用户对X方向促动器140c和Y方向促动器140d的旋转而造成移动板134的平移运动。例如，如X-Y工作台领域中的技术人员所懂得的那样，可利用传动皮带、连杆、齿轮或蜗杆传动。本发明的实施例并不局限于任何用于使X-Y工作台132沿着X和Y方向平移的特定机构。图19C是根据一些实施例的X-Y支撑台的局部透视图，其中除去了元件以揭示X方向促动器140c和Y方向促动器140d的内部构件。

如图3A中所示，翻滚促动器140a、俯仰促动器140b、X方向促动器140c和Y方向促动器140d各从框架100沿着相同方向(例如从平台130向上)向外延伸。这种配置有利于控制线缆150a-150d至促动器140a-140d(在使用的场合)的简易连接，并且还有利于线缆150a-150d的捆扎，以降低干扰或提供操纵和设置的简易性。然而本发明的实施例并不局限于所示的实施例。促动器140a-140d可在各种方向上延伸，并且这些方向可彼此不同。另外，促动器140a-140d可从框架沿着相同方向，但不同于图3A所示的方向上延伸。例如，图16显示了促动器140a-140d从平台130的共同侧延伸的一个实施例。

参看图9和10A-10C，所示***50的远程控制单元400包括多个可手动操作的位置控制器402a-402d。具体地说，控制单元400包括翻滚调整控制器402a、俯仰调整控制器402b、X方向调整控制器402c、和Y方向调整控制器402d。翻滚控制线缆150a可操作地连接到翻滚调整控制器402a和翻滚促动器140a上，使得翻滚调整控制器402a的运动通过翻滚控制线缆150a而操作翻滚促动器140a。俯仰控制线缆150b可操作地连接到俯仰调整控制器402b和俯仰促动器140b上，使得俯仰调整控制器402b的运动通过俯仰控制线缆150b而操作俯仰促动器140b。X方向控制线缆150c可操作地连接到X方向控制器402c和X方向促动器140c上，使得X方向调整控制器402c的运动通过X方向控制线缆150c而操作X方向促动器140c。Y方向控制线缆150d可操作地连接到Y方向控制器402d和Y方向促动器140d上，使得Y方向调整控制器402d的运动通过Y方向控制线缆150d而操作Y方向促动器140d。

在所示实施例中，各个位置控制器402a-402d是拇指轮控制器，其可由用户手指以顺时针和逆时针方向旋转。用户对各个拇指轮402a-402d的旋转造成相应的控制线缆150a-150d的相应的轴向旋转和相应的促动器140a-140d的相应的轴向旋转。

图10B显示了根据本发明的另外的实施例的位置控制器，其使用两个拇指轮。一个拇指轮402a′用于″微调″；另一拇指轮402a″用于″粗调″。本领域中的技术人员应该懂得，微调和粗调的量与各个拇指轮的直径相关联。图10C显示了根据本发明的另外的实施例的位置控制器402a″′，其指示了增量式的X-Y变量标记。

在所示的实施例中，锁定机构404a-404c与拇指轮402a-402d相关联，并在锁定位置时防止用户对拇指轮进行旋转。例如，锁定机构404a可操作地与翻滚调整控制器402a相关联，并配置成当处于″锁定″位置时防止用户对402a旋转。锁定机构404b可操作地与俯仰调整控制器402b相关联，并配置成当处于″锁定″位置时防止用户对402b旋转。锁定机构404c可操作地与X方向控制器402c和Y方向控制器402d相关联，并配置成当处于″锁定″位置时防止用户旋转X方向控制器402c和Y方向控制器402d。

各个控制线缆150a-150d可具有几何形状刚性端151a-151d，其配置成可拆卸地与相应的促动器140a-140d的自由端相接合。如图16中所示，促动器140a-140d的相应的自由端141a-141d可具有形成于其上的凹槽143，该凹槽143配置成可拆卸地容纳相应的线缆端。示范性的线缆端形状包括但不局限于″L″形状、″U″形状、方形形状、矩形形状，椭圆形状/圆形形状以及其它多边形形状。各个线缆端具有足够的硬度，使得线缆的轴向旋转造成线缆自由端将旋转运动传递给相应的促动器。图15显示了根据本发明的其它实施例的线缆150b的自由端，其具有附连在它上面的带有几何形状的连接器151b，其配置成与促动器140b中的相应凹槽143相配合。

在一些实施例中，促动器140a-140d的自由端可配置成只容纳控制线缆150a-150d中的特定的一个。例如，在图15中，连接器151b可能不能装配在任何其它促动器的凹槽143中。因此，控制线缆不会无意中连接到错误的促动器上。例如，翻滚调整促动器自由端141a可配置成只容纳与翻滚控制器402a相关联的控制线缆150a的自由端151a。类似地，俯仰调整促动器自由端141b可配置成只容纳与俯仰控制器402b相关联的控制线缆150b的自由端151b。

各个控制线缆150a-150d还具有柔韧的弹性(例如硅树脂、橡胶等等)轴环154a-154d，其配置成包围相应的促动器140a-140d，并保持相应的线缆端151a-151d接合在相应的促动器中。各个弹性轴环154a-154d配置成防止用户除去线缆，其例如是由于用户粗心大意拖拉线缆，或由于远程控制单元400的运动而引起的。各个所示轴环154a-154d可翻滚或向后折，然后被释放，以覆盖和一致地压靠在促动器上，从而将相应线缆端保持在位置上。然后可将各个轴环154a-154d推回，以便从促动器中轻易地释放出线缆。在所示的实施例中，各个促动器140a-140d具有周向凹槽145，其配置成容纳与之构成配合关系的轴环154a-154d的相应的周向***156。

图16B显示了有待***到促动器自由端141a的凹槽143中的远程控制线缆端151a。线缆端151a被***到凹槽143中，然后将弹性轴环154a装配在促动器140a周围，使得周向***156与周向促动器凹槽145相接合，如图16C中所示。因为轴环154a的弹性性质，轴环贴紧地配合促动器140a，并将线缆端151a保持在凹槽143中。为了除去线缆端151a，如图16D-16E中所示，将周向***156拉出凹槽145，并使轴环154a本身回转。

本发明的实施例并不局限于所示的弹性轴环154a-154d。可以无限制地利用其它方法将线缆端151a-151d保持在相应促动器140a-140d中。

在一些实施例中，促动器140a-140d标有颜色，使得各个促动器具有容易被用户识别的不同的相应颜色。例如，翻滚促动器140a可标为红色，并且俯仰促动器140b可标为黄色，使得用户在定位框架100时可以很容易地识别这两个相应的促动器。在一些实施例中，还可将弹性轴环154a-154d标上颜色，从而匹配相应促动器140a-140d的颜色。在一些实施例中，还可将线缆端151a-154d标上颜色，从而匹配相应促动器140a-140d的颜色。

在本发明的一些实施例中，控制线缆150a-150d由NITINOL或其它MR兼容材料形成。框架100和定向套管200的一个或多个部分也可由NITINOL或其它MR兼容(非顺磁性)材料形成。

图31显示了定位在MRI扫描仪中的病人以及利用根据本发明一些实施例的远程控制装置400和监视器来调整定向套管的轨迹的用户。

图32A-32C显示了根据本发明其它实施例的远程控制单元800，其用于远程控制图3A的框架的促动器的定位。所示的远程控制单元800包括用于各个相应的促动器140a-140d的独立的多杆控制装置802a-802d。各个控制装置802a-802d在结构上可以是相同的，并因此在后文中将只详细描述其中一个。然而，各个控制装置802a-802d可能标有不同于其它控制装置802a-802d的颜色，并且出于装配和/或操作简易性的目的，各个控制装置802a-802d可具有不同的长度、形状或尺寸。此外，各个控制装置802a-802d可标有颜色，从而匹配相应的促动器140a-140d的颜色。

如图所示，各个控制装置802a-802d包括一对长杆804，806(例如实心的MRI兼容杆)，其通过柔性部件例如线缆807而连接在相应的端上。杆804，806可由木材、聚合材料或其它合适的相对较轻重量的MRI兼容材料形成。另外，杆804，806不需要是实心的。

线缆807在长度上与杆804，806的长度相比较短，并且用作万向接头，以容许这两个杆804，806在彼此横向定向时可旋转。例如，线缆807的长度可在大约1/4英寸和大约1英寸之间(0.25″-1″)。然而，对于线缆807的长度，本发明的实施例并不局限于这个范围；线缆807可具有其它长度。在一些实施例中，线缆807是MRI兼容线缆(例如NITINOL等等)。在所示的实施例中，杆804的远端804b通过线缆807而连接在杆806的近端806a上。线缆807可以任何各种方式连接在杆804，806上，包括但不局限于通过粘合剂、通过紧固件、通过螺纹连接等等。

杆804的近端804a包括固定在它上面的端盖808。端盖808可由触觉材料形成，以有利于用户对杆804的旋转。在其它实施例中，促进旋转的把手或其它装置可固定在杆804的近端以替代端盖808。在操作过程中，用户以顺时针或逆时针方向旋转杆804的近端804a，从而使促动器140a相应地旋转。

如图所示，杆806的远端806b通过柔性部件例如线缆810而连接在促动器140a上。线缆810长度与杆806的长度相比较短，并且用作万向接头，以容许杆806在相对促动器140a横向定向时可旋转。在一些实施例中，线缆810是MRI兼容线缆。例如，线缆810的长度可在大约1/2英寸和大约1.5英寸之间(0.5″-1.5″)。然而，对于线缆810的长度，本发明的实施例并不局限于这个范围；线缆810可具有其它长度。

线缆810可以任何不同方式连接在杆806上，包括但不局限于通过粘合剂、通过紧固件、通过螺纹连接等等。如上面参照线缆150a-150d的实施例所述，线缆810的自由端可具有刚性的几何形状，并且如上所述可配置成与促动器140a中的凹槽相接合。如上面参照图16A-16E所述的弹性轴环对于将线缆810的自由端保持在促动器140a中是必要的或不必要的。在所示的实施例中，没有利用弹性轴环。在使用时，还可使弹性轴环根据促动器和/或控制装置杆804，806标上颜色。

在所示的实施例中，控制装置802a-802d由一对间隔开的隔离装置812来支撑。各个隔离装置812包括多个基本上平行的间隔开的孔，其配置成容纳相应的控制装置802a-802d的各个杆804。如图所示，隔离装置812配置成将杆804保持基本平行间隔开的关系。在所示的实施例中，只有杆804穿过这两个隔离装置812。然而，本发明的实施例并不局限于隔离装置812的所示的用途、构造、位置或数量。另外，虽然显示了形成各个控制装置802a-802d的两个杆，但其可包括三个或更多个间隔开的杆(未显示)，或只有单个杆(未显示)。此外，可无限制地利用其它类型的装置。

参看图14和19，长的管状部件204延伸通过平台130和轭架120，并固定在X-Y支撑台132上。定向套管200可滑动地固定在管状部件204中，并可在伸展位置和收缩位置之间移动。图3A-3D和图4-6显示定向套管200处于钻孔10之上的收缩位置，并且图3E和图8A显示定向套管200处于伸展位置。如图14中所示，管状部件204配置成将定向套管200锁定在伸展位置和收缩位置。如图所示，管状部件204具有一对径向相对的长的轴向延伸的凹槽206。各个凹槽206的端206a，206b包括横向部分207，其配置成将定向套管200保持在相应的伸展位置和收缩位置。如图所示，定向套管200包括一对相应的径向延伸的突出爪208。各个突出爪208与相应的凹槽206协作。当定向套管200向上移动到收缩位置时，定向套管200轻微旋转(或管状部件204轻微旋转)使得突出爪208各与相应的横向部分207相接合。当如此接合时，定向套管200保持在收缩位置。当定向套管200向下移动到伸展位置时，定向套管200轻微旋转(或管状部件204轻微旋转)使得突出爪208各与相应的横向部分207相接合。当如此接合时，定向套管200保持在伸展位置。

本发明的实施例并不局限于管状部件204中的凹槽206的所示的构造或数量，或者从定向套管200延伸出的突出爪208的数量。例如，定向套管200可具有单个突出爪208，其配置成与管状部件204中的相应的单个凹槽206协作。另外，凹槽206可具有不同于所示构造的构造。

参看图20-26，其显示了限深器210，可拆卸的护鞘212***并固定在限深器210中。所示的限深器210具有大致圆柱形的构造，带有相对的近端和远端210a，210b，并且适合于可拆卸地固定在管状部件204的近端204a中。限深器210配置成当限深器***在管状部件204中时可限制护鞘212延伸到病人身体中的距离。如以下所述，护鞘212配置成容纳并引导长的介入装置穿过它。护鞘212包括相对的拉片214a，214b，其在被拉开时造成护鞘212剥去，以便从定向套管200上除去。

在***到管状部件204中之前，限深器210的远端210b定位在可拆卸的护鞘212上的标记215附近，如图21中所示。然后拧紧锁紧螺钉216，以防止护鞘212相对于限深器210的轴向运动。如图21中所示，然后将长的位置检验探针217，例如成像探针***到护鞘212中。

参看图22-23，护鞘的相对的拉片214a，214b被轻微拉开，并且将限深器210、护鞘212和成像探针217***到管状部件204的近端204a中。当如此***时，如图23中所示，护鞘212和成像探针217穿过定向套管200的轴向孔。然后利用成像探针217来检验护鞘212的远端212b是否定位在病人身体中的正确位置。在检验护鞘212被精确定位后，除去成像探针217(图23)。

延伸通过定向套管导向孔的探针217可包括至少一个位于其远侧顶端部分的电极。该电极可以是记录电极和/或刺激电极。电极可配置成输送试验电压，用于位置/效能的生理确认，该生理确认可由fMRI或由非麻醉病人的反馈来实现。因而，可用介入探针刺激病人(这种刺激可通过探针远侧顶端部分上的传感器来实现)，以帮助确认介入探针是否处于正确位置(即通过解剖学确认恰当位置以及提供生理信息和反馈)。在来自介入探针的刺激期间(并且通常基本上是立刻)，医生可监视来自病人的生理响应，其可作为身体响应而直接从病人身上观测到，或者通过fMRI可见响应观测到。

长的探针217可以是MRI可见的，并且可选地配置成限定MRI天线。***50可配置成容许在MRI下实时跟踪，以便在靠近探针或定向套管200至少5-10mm直径范围内获得SNR成像改良。

接下来，锁定机构220可拆卸地固定在限深器210的近端210a上。如图所示，锁定机构202包括相对的轴向延伸的凹槽221。如图所示，已被剥去的护鞘212的部分延伸通过这些凹槽。锁定机构220通过锁紧螺钉222而固定在限深器/管状部件上。

定向套管200现在准备容纳介入装置。如图25中所示，介入装置230例如脑刺激导线***到锁定机构中，并穿过可拆卸的护鞘212。锁紧螺钉224被拧紧，以便固定介入装置230，并防止其轴向运动。

定向套管200可以是MRI可见的。在一些特定的实施例中，套管200可选地可包括多个间隔开的微型线圈，其配置成提供数据，该数据用于提供MRI 3-D空间中的例如轨迹的3-D尺寸数据，或套管200的位置的3-D空间坐标。微型线圈可各提供能够与身体3-D空间中的三维(X，Y，Z)位置相关联的数据。微型线圈可与MRI扫描仪连通，并且可产生跟踪序列，并且可使用来自其中一个或多个MRI扫描仪通道的数据来限定其3-D位置数据和轨迹。

在一些特定的实施例中，在套管200和/或介入探针230或其它装置前进到目标区时，其进程可选地通过线圈(其类似装置还可或备选地位于探针或其它装置上或内)和/或天线而进行基本实时的跟踪。然而在一些实施例中，实时跟踪并不是需要的。

在一些实施例中，套管200可包括至少一个轴向延伸的流体填充的空腔(图8B)或封闭的带有流体的通道，该流体可产生MRI信号，该信号可被MRI扫描仪和/或被包含在套管200上和/或包含在套管200中的内部MRI天线检测到，其可提高流体的SNR，以增加其在MRI中的可见度。流体可以是水溶液(能够在质子频率下共振)。套管200可包括轴向延伸的相对较薄的区段，其产生高对比的MRI图像(用水填充的区段或填充有其它合适的对比溶液的区域/内腔)。该区段的厚度可在大约0.25-4mm之间(并且该区段可具有带有一定直径的管状形状，或者可限定另一横截面形状，例如方形截面)。套管200可包括MRI成像线圈，以增加来自高对比流体的信号。例如参见待决的美国专利申请No.12/066,862，其通过引用而完整地结合在本文中。

如图26A和26B中所示，介入装置230定位在病人身体中的所需位置。然后通过拉开相对的拉片214a，214b可完全除去可拆卸的护鞘212。在钻孔环12中***夹具240(图27)，其夹紧介入装置230以防止无意中从病人身体中除去介入装置230。夹具240固定在钻孔环12上。然后可从病人身体上除去框架100，只留下已经***到病人身体中的介入装置230。

图28A-28G是轨迹框架100的侧面示意图，其显示了通过定向套管200而将介入装置***到病人身体中的示范性的系列操作。在图28A中，锁定机构220、限深器210和可拆卸的护鞘212定位在定向套管200中。在图28B中，介入装置，例如导线230***在护鞘212中，并***到病人的脑中。锁定机构220固定导线以防轴向运动(图28C)。然后收缩定向套管200(图28D-28E)。锁定机构220被解开(图28F)，并从病人颅骨上除去框架100(图28G)。

在本发明的一些实施例中，用于观察钻孔10的影像成像装置500(例如与临床工作站中的摄像机和显示器连通的光纤探针，其带有从视觉上能看到钻孔10和/或轨迹框架100的通道)通过托架502而可拆卸地固定在框架100或定向套管的管状部件204上。例如，如图13A中所示，托架502固定在定向套管的管状部件204上。所示托架502配置成可调整地沿着管状部件204轴向滑动以进行定位。所示的托架502包括套筒504，其配置成在内部可滑动地容纳成像装置500。螺纹锁定装置506配置成将成像装置500固定在套筒504中的合适位置上，用于使成像装置500相对于病人身体进行定位。临床医生通过监视器查看影像成像装置500捕获的图像，如图13B中所示。

在图29所示的实施例中，提供了无菌帷帘600，用于保持远程控制单元400。帷帘600配置成定位在病人身体附近，并包括容器602，该容器602配置成可拆卸地容纳远程控制单元400。帷帘600还包括孔604，线缆150a-150b通过该孔而从远程控制单元400延伸至框架100。在所示的实施例中，帷帘600附连在MRI扫描仪***的磁铁外壳M上。

在一些实施例中，控制线缆150a-150d配置成具有有限的长度。因此，如图30中所示，安全绳700可附连在远程控制单元400和刚性物体上，以防止由于移动远程控制单元400使其离框架100太远而造成控制线缆150a-150d无意中脱离框架促动器140a-140d。

现在将描述根据本发明一些实施例的与采用轨迹框架100的典型的外科手术相关联的操作。这些操作涉及深脑刺激手术。然而本发明的实施例并不局限于供深脑刺激手术使用。

最初，将病人放置在MR扫描仪中，并获得病人头部的MR图像，其显现病人的颅骨、脑、框标和ROI(关注区或目标区治疗位置)。MR图像可包括脑的体积高分辨率图像。为了识别目标ROI，可使用某些已知的解剖标志，即参考AC、PC和MCP点(脑图谱给出脑中相对于这些点的不同解剖学上的位置)以及其它解剖标志。可选地，钻孔10的位置可手动地通过将框标放置在头部表面或程序化地通过将位置投射到图像中进行确定。

在轨迹的设计平面中获得图像以确认该轨迹是可行的，即不会发生解剖学上的敏感区域的并发症。病人颅骨在一个或多个所需位置用光学或手动标上记号以便钻出钻孔。钻孔10被钻出，并将钻孔环12固定在颅骨上，其重叠在钻孔上。

然后将轨迹框架100固定在病人的颅骨上，并将定向套管200恰当地装配在轨迹框架上。获得局部扫描，以便确定/对准定向套管200在轨迹框架100的直接定向中的位置。应予以调整的轨迹框架100的设置获得电子化确定，使得定向套管200处于所需的轨迹平面中。框架调整计算被提供给临床医生，其可手动地或电子地调整框架100的定向。通过对一个或多个与所需轨迹平面正交的平面进行成像可确认所需的轨迹平面。

一旦定向套管200具有所需的轨迹平面，就通过定向套管200使多用探针217和输送护鞘212前进。探针217的前进通过成像进行监视，以检验探针是否精确地达到目标位置。如果探针217和输送护鞘212处于所需目标位置，就将护鞘保留在位置上，除去探针217。护鞘212现在将用作用于可植入导线230的输送套管。

如果探针217和输送护鞘212不在所需位置/最佳位置，那么就做出关于探针217和输送护鞘212需要在什么位置的决定。轨迹框架100通过促动器140a-140d进行相应的调整，并使探针217和输送护鞘212重新前进到脑中。一旦探针217和输送护鞘212在所需位置上，就除去探针217，并将输送护鞘保留在位置上。然后利用护鞘212作为导向器使导线230前进到目标位置。通过检查图像、声音记录和/或刺激作用可确认导线的位置。然后除去护鞘212，将导线保留在位置上。

设想本发明的实施例可提供一种综合***50，其可容许医生精确地且在较短的持续时间内放置介入装置/导线。在一些实施例中，一旦钻出钻孔，并且将轨迹框架固定在颅骨上，就将轨迹框架定向，从而使利用轨迹框架而前进的介入装置沿着所需轨迹移动并到达在预操作设定成像计划中所计划的目标。如本文所述，***50可采用硬件和软件构件，以促进自动化或半自动化的操作来实现这个目的。

前面是本发明的举例说明，而不应该认为是本发明的限制。虽然已经描述了本发明的一些示例性的实施例，但是本领域中的技术人员应该懂得，在不脱离本发明的教导和优势的条件下，可在示例性的实施例中进行许多修改。因此，所有这些修改都被意图包含在如权利要求所限定的本发明范围内。本发明由权利要求限定，并且权利要求的等价物也包含在本发明中。

Claims (41)

1.一种MRI导向的介入***，包括：

框架，所述框架支撑能够沿Z方向移动的协作定向套管，其中，所述框架配置成可平移和旋转，使得所述定向套管能够定位到所需的进入体内轨迹上，并且其中，所述定向套管包括穿过它的导向孔，所述导向孔配置成引导介入装置放置到体内，其中，所述框架包括：

底座，所述底座具有形成于其中的病人进入孔，其中所述底座配置成固定到病人身体上；

轭架，所述轭架可移动地安装在所述底座上，并可围绕翻滚轴旋转；和

平台，所述平台可移动地安装在所述轭架上，并可围绕俯仰轴旋转，其中，X-Y支撑台可移动地安装在所述平台上并配置成在相对所述Z方向的X方向和Y方向上平移；和

可操作地连接在所述框架上的多个可由用户激励的促动器，所述多个可由用户激励的促动器配置成使所述框架相对于病人身体平移和旋转，从而使所述定向套管定位在所需的进入体内轨迹上。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述多个可由用户激励的促动器包括：

翻滚促动器，所述翻滚促动器可操作地连接在所述轭架上，并配置成使所述轭架围绕翻滚轴旋转；

俯仰促动器，所述俯仰促动器可操作地连接在所述平台上，并配置成使所述平台围绕俯仰轴旋转；

X方向促动器，所述X方向促动器可操作地连接在所述平台上，并且配置成使所述X-Y支撑台在X方向上移动；和

Y方向促动器，所述Y方向促动器可操作地连接在所述平台上，并且配置成使所述X-Y支撑台在Y方向上移动。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述底座包括多个位置，用于通过紧固件而将所述底座附连到病人身体上。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，各个位置包括多个相邻的孔，所述多个相邻的孔配置成容纳紧固件。

5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述底座配置成固定在病人的颅骨上，位于形成于颅骨中的钻孔附近，并且其中，所述定向套管导向孔配置成引导体内装置在脑内的放置。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述底座包括多个位置，用于通过紧固件将所述底座附连到病人的颅骨上。

7.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述轭架包括一对间隔开的弓形臂，并且其中，所述平台与所述弓形臂相接合并在围绕俯仰轴旋转时沿着所述弓形臂移动。

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，至少一个所述轭架弓形臂包括形成于其表面的螺纹结构，并且其中，所述俯仰促动器包括可旋转的蜗杆，所述蜗杆带有配置成与所述螺纹结构相接合的齿，并且其中，所述蜗杆的旋转造成所述平台围绕俯仰轴旋转。

9.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述底座包括一对间隔开的弓形臂，并且其中，所述轭架与所述弓形臂相接合并在围绕翻滚轴旋转时沿着所述弓形臂移动。

10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，至少一个所述底座弓形臂包括形成于其表面的螺纹结构，并且其中，所述翻滚促动器包括可旋转的蜗杆，所述蜗杆带有配置成与所述螺纹结构相接合的齿，并且其中，所述蜗杆的旋转造成所述轭架围绕翻滚轴旋转。

11.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述翻滚促动器、俯仰促动器、X方向促动器和Y方向促动器各具有从所述框架沿着共同方向而向外延伸的相应的自由端。

12.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述***还包括：

包括多个控制器的远程控制单元；和

多个控制线缆，各个线缆可操作地连接到相应的控制器和相应的促动器上，其中，控制器的运动通过相应的控制线缆来操作相应的促动器。

13.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述控制单元包括翻滚调整控制器、俯仰调整控制器、X方向调整控制器和Y方向调整控制器；

其中，翻滚控制线缆可操作地连接到所述翻滚调整控制器和所述翻滚促动器上，其中，所述翻滚调整控制器的运动通过所述翻滚控制线缆来操作所述翻滚促动器；

其中，俯仰控制线缆可操作地连接到所述俯仰调整控制器和所述俯仰促动器上，其中，所述俯仰调整控制器的运动通过所述俯仰控制线缆来操作所述俯仰促动器；

其中，X方向控制线缆可操作地连接到所述X方向调整控制器和所述X方向促动器上，其中，所述X方向调整控制器的运动通过所述X方向控制线缆来操作所述X方向促动器；并且

其中，Y方向控制线缆可操作地连接到所述Y方向调整控制器和所述Y方向促动器上，其中，所述Y方向调整控制器的运动通过所述Y方向控制线缆来操作所述Y方向促动器。

14.根据权利要求13所述的***，其特征在于，所述翻滚调整控制器、俯仰调整控制器、X方向调整控制器和Y方向调整控制器是手动操作的拇指轮，并且其中，用户对各个拇指轮的旋转造成相应控制线缆的对应的轴向旋转和相应促动器的对应的轴向旋转。

15.根据权利要求13所述的***，其特征在于，所述翻滚调整控制器、俯仰调整控制器、X方向调整控制器和Y方向调整控制器是电动机辅助的可旋转控制器，并且其中，各个控制器的旋转造成相应控制线缆的对应的轴向旋转和相应促动器的对应的轴向旋转。

16.根据权利要求14所述的***，其特征在于，所述***还包括与各个拇指轮相关联的锁定机构，其中，各个锁定机构配置成防止相应的拇指轮的旋转。

17.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述***还包括与各个控制器相关联的锁定机构，其中，各个锁定机构配置成防止相应控制器的操作。

18.根据权利要求12所述的***，其特征在于，各个控制线缆具有几何形状刚性端，所述刚性端配置成可拆卸地与相应促动器的自由端相接合。

19.根据权利要求12所述的***，其特征在于，各个控制线缆具有刚性端，所述刚性端具有与其它控制线缆刚性端不同的形状，使得各个控制线缆的自由端仅能可拆卸地与一个相应促动器的自由端相接合。

20.根据权利要求12所述的***，其特征在于，各个控制线缆具有柔韧的弹性轴环，所述弹性轴环配置成包围相应促动器的自由端并保持所述线缆端接合到相应促动器的自由端。

21.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述控制线缆是MRI兼容线缆。

22.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述多个可由用户激励的促动器标有颜色，使得各个促动器具有各自的不同颜色。

23.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括可拆卸地固定在所述框架上的影像成像探针。

24.根据权利要求23所述的***，其特征在于，所述影像成像探针可拆卸地通过托架而固定在所述框架上，并且其中，所述托架包括配置成可滑动地容纳所述影像成像探针的套筒。

25.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括延伸通过所述平台和所述轭架并固定在所述X-Y支撑台上的长的管状部件，其中，所述定向套管可滑动地固定在所述管状部件中并可在伸展位置和收缩位置之间移动，并且其中，所述定向套管配置成响应于所述X-Y支撑台的平移运动而平移，以及响应于所述轭架和所述平台的旋转运动而旋转，从而限定延伸通过所述病人进入孔的不同的轴向轨迹。

26.根据权利要求25所述的***，其特征在于，所述管状部件配置成将所述定向套管锁定在伸展位置和收缩位置上。

27.根据权利要求25所述的***，其特征在于，所述***还包括配置成容纳护鞘的限深器，其中，所述护鞘配置成容纳长的介入装置，其中，所述限深器可拆卸地固定在所述管状部件的近端中，并且其中，当所述限深器固定在所述管状部件的近端中时，所述限深器限制了所述护鞘可延伸到病人身体中的距离。

28.根据权利要求27所述的***，其特征在于，所述护鞘配置成当所述限深器固定在所述管状部件的近端中时可被除去。

29.根据权利要求27所述的***，其特征在于，所述***还包括可拆卸地固定在所述限深器上的锁定机构，其中，所述锁定机构配置成防止延伸通过所述护鞘的长的介入装置的轴向运动。

30.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括多个附连在所述框架上的MRI可见框标。

31.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述***还包括帷帘，所述帷帘配置成定位在病人身体附近，并包括配置成可拆卸地容纳所述远程控制单元的容器。

32.根据权利要求31所述的***，其特征在于，所述帷帘包括孔，通过所述孔，所述线缆从所述远程控制单元延伸至所述框架。

33.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述***还包括安全绳，所述安全绳将所述远程控制单元固定在刚性物体上，以防止所述控制线缆的无意中的脱离。

34.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括可拆卸的对中装置，所述对中装置与所述底座中的病人进入孔相配合地接合，以使所述病人进入孔相对于身体的开口对中。

35.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括具有显示器的工作站，以及其中，将所述定向套管定位在所需的进入路径轨迹上所需要的旋转调整和平移调整能够显示在所述工作站的显示器上。

36.根据权利要求35所述的***，其特征在于，所需的进入路径轨迹能够显示在所述工作站的显示器上。

37.根据权利要求35所述的***，其特征在于，所述定向套管的实际进入路径轨迹能够显示在所述工作站的显示器上。

38.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述多个可由用户激励的促动器各从所述框架沿着相同方向向外延伸。

39.一种MRI导向的介入***，包括：

框架，所述框架支撑协作定向套管，其中，所述框架配置成可移动，使得所述定向套管能够定位到所需的进入体内轨迹上，并且其中，所述定向套管包括穿过它的导向孔，所述导向孔配置成引导介入装置放置到体内，其中，所述框架包括：

底座，所述底座具有形成于其中的病人进入孔，其中，所述底座配置成固定在病人身体上；

轭架，所述轭架可移动地安装在所述底座上并可围绕翻滚轴旋转；和

平台，所述平台可移动地安装在所述轭架上并可围绕俯仰轴旋转；

可操作地连接在所述框架上的多个可由用户激励的促动器，所述多个可由用户激励的促动器配置成使所述框架相对于病人身体旋转，从而使所述定向套管定位在所需的进入体内轨迹上；并且

其中，所述***还包括以下中的至少一个：

标有颜色的促动器，其中，各个促动器具有各自不同的颜色；或

包括多个长的控制装置的远程控制单元，其中，各个控制装置包括通过第一线缆而轴向地连接在相应的第一端的第一和第二长杆，其中，所述第一长杆的第二端可操作地通过第二线缆连接到相应的促动器，并且其中，所述第二长杆的第二端的旋转运动通过所述第二线缆来操作所述相应的促动器。

40.根据权利要求39所述的***，其特征在于，所述多个可由用户激励的促动器包括：

翻滚促动器，所述翻滚促动器可操作地连接到所述轭架并配置成使所述轭架围绕翻滚轴旋转；和

俯仰促动器，所述俯仰促动器可操作地连接到所述平台并配置成使所述平台围绕俯仰轴旋转。

41.根据权利要求40所述的***，其特征在于，各个第二线缆具有几何形状刚性端，所述刚性端配置成可拆卸地与相应促动器的自由端相接合。

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