CN104114121B - 用于实时导航跟踪的杆*** - Google Patents

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Abstract

一种介入仪器(60)采用杆(61)和杆***(62)，所述杆***(62)部分地或完全地环绕所述杆(61)，并且能在所述杆(61)的远端尖端与近端套筒之间沿所述杆(61)移动到首要跟踪位置。所述首要跟踪位置是根据从所述远端尖端进入解剖区域中的进入点到所述远端尖端在所述解剖区域内的目标位置的距离而推导的。所述杆***(62)包括首要位置传感器(63)，所述首要位置传感器能用于在所述首要跟踪位置处或偏离所述首要跟踪位置来相对于所述解剖区域跟踪所述杆***(62)。

Description

用于实时导航跟踪的杆***
技术领域
本发明大体涉及在微创介入与外科手术期间对介入仪器的导航的跟踪。本发明尤其涉及被集成在所述介入仪器的杆上的杆***，所述杆***用于方便对所述介入仪器的导航的跟踪。
背景技术
电磁(“EM”)跟踪和光学跟踪已证明是针对许多微创介入和外科手术的有用工具。具体地，经由EM跟踪或光学跟踪的辅助，将术中实时成像模态(例如X射线、内窥镜和超声)与术前成像模态(例如计算机断层摄影和磁共振成像)联系起来，由此可以将术前路线图用于辅助对实时成像的引导。此外，通过将跟踪EM传感器线圈或跟踪光学标记附接或嵌入到仪器自身中，动态跟踪仪器尖端，由此医师可以基于图像融合，精确地定位仪器的位置和取向，以及其与目标解剖位置的关系。
常规地，有两种使得能够进行仪器跟踪的途径。
第一种途径涉及内置于共轴引入器***的位置***，如图1中所示。具体地，被跟踪的引入器***20采用具有位置传感器22的管芯21以及管套23。套管23充当被用于容纳管芯21的通道，管芯21充当被用作在解剖区域内的套管23的引入器的跟踪针。通过与管芯21紧密配合，将套管23引导至期望的目标解剖位置，并且传感器22提供套管22的尖端位置信息。一旦套管23被置于期望解剖位置，则撤回管芯21，并相对于目标解剖位置定位套管23。通过将需要的仪器***通过套管23，将该仪器引入到目标解剖位置。缺点在于，一旦将管芯21拉出套管23，则不能再跟踪套管23的尖端。因此套管23需要被保持就位，并假定其保持在目标解剖位置处。此外，仪器并不总是与套管23相容，并且由于引入器***是一次性的，因此成本高。最后，随着套管23的引入，到解剖区域中的***的直径不可避免地增大。出于美观的原因，这种直径增大是不期望的，并且在许多临床情况中都是不推荐的。
如图2中所示，第二种途径涉及套筒***32，套筒***32具有位置传感器33，其中，套筒***32被设计为附接到仪器30的杆31的近端套筒。套筒***32可以被设计为普遍地适合典型的仪器，并且一旦被安装在仪器30上，则要求校准以确定从杆31的远端尖端到套筒***32的偏移距离，由此可以跟踪杆31的远端尖端的位置信息。
套筒***32的优点在于，其可以与许多不同仪器相容，并且不受量规尺寸和长度限制。此外，由于套筒***32在患者身体外部，套筒***32不干扰仪器的操作(例如对肿瘤的热消融)并且不增加图1的引入器***20的***尺寸。缺点在于，位置传感器33远离杆31的远端尖端，这导致因杆31的任何弯曲而造成的准确度不佳。此外，在将套筒***32附接到杆31的近端套筒之后，要求用户进行校准步骤。此外，尽管可以将套筒***32设计为适合杆31，从而消除校准步骤，但这样的设计将套筒***32束缚到杆31，由此套筒***可能不能普遍地与其他仪器一起使用。
发明内容
本发明提供一种杆***，其被集成到仪器的杆上并且充当远端尖端标记，由此消除常规设计的上述缺点。
本发明的一种形式为采用杆和杆***的介入仪器。所述杆在远端尖端与近端套筒之间延伸，并且所述杆***部分地或完全地环绕所述杆并且能在所述远端尖端与所述近端套筒之间沿所述杆移动到首要跟踪位置。所述首要跟踪位置是根据从所述远端尖端进入解剖区域中的进入点到所述远端尖端在所述解剖区域内的目标位置的距离而推导的。所述杆***包括首要位置传感器，所述首要位置传感器能用于在所述首要跟踪位置处或偏离所述首要跟踪位置来相对于所述解剖区域跟踪所述杆***。
本发明的第二种形式为介入***，其采用所述介入仪器和跟踪工作站，所述跟踪工作站与所述首要位置传感器交互，以相对于所述解剖区域沿所述杆来跟踪所述杆***。
本发明的第三种形式为介入方法，其涉及相对于所述解剖区域对所述介入仪器的导航，以及在相对于所述解剖区域导航所述介入仪器时，对所述杆***的跟踪。
附图说明
根据结合附图对本发明的各个实施例的以下详细描述，本发明的前述形式和其他形式，以及本发明的各个特征与优点将进一步变得显而易见。详细描述和附图仅是对本发明的说明而非限制，本发明的范围由权利要求书及其等价要件限定。
图1图示现有技术已知的共轴引入器***的示范性实施例。
图2图示现有技术已知的套筒***的示范性实施例。
图3图示根据本发明的杆跟踪***的示范性实施例。
图4图示表示根据本发明的杆跟踪方法的示范性实施例的流程。
图5图示根据本发明的杆***的第一示范性实施例。
图6-图8图示根据图3中示出的流程，在图5中示出的所述杆***的第一示范性介入实施方式。
图9图示根据本发明的杆***的第二示范性实施例。
图10-图12图示根据图3中示出的流程，在图9中示出的所述杆***的第二示范性介入实施方式。
具体实施方式
图3中示出的介入***40采用跟踪工作站50和介入仪器60。
跟踪工作站50为在结构上被配置用于经由另一跟踪工作站(例如EM跟踪工作站或光学跟踪工作站)的辅助，将术中实时成像模态(例如X射线、内窥镜或超声)与术前成像模态(例如计算机断层摄影或磁共振成像)配准的任意工作站。如本领域技术人员将认识到的，图像配准的目的是利用解剖区域的术前图像和/或术中图像作为视觉引导，以用于介入仪器60从进入解剖区域中的进入点到所述解剖区域内的目标位置的术中导航。为此，***工作站包括并入仪器60中的(一个或多个)位置传感器，如本文随后描述的。跟踪工作站50的范例包括，但不限于如由Philips市售的PERCUNAVTM图像融合与导航设备。
介入仪器60为在结构上被配置为具有杆61和杆***62的任意仪器，其中，杆61具有远端尖端61d和近端套筒61p，并且杆***62在远端尖端61d与近端套筒61p之间部分地或完全地环绕杆61。杆***62能在远端尖端61d与近端套筒61p之间沿杆61移动到首要跟踪位置，所述首要跟踪位置是由指定增量(例如1mm增量)的任选距离标尺66识别的。杆***62包括首要位置传感器63(例如，来自EM跟踪工作站的电磁线圈，或来自光学跟踪工作站的光学标记)，首要位置传感器63提供在所述首要跟踪位置处或偏离所述首要跟踪位置的相对于所述解剖区域对杆***62的跟踪。
实践中，杆61可以具有任意尺寸和形状，并且是由适合特定微创介入或外科手术的任意材料构建的(例如针、套管、导丝等)。
介入仪器60的修改版60'在结构上被配置为具有辅助***64，辅助***64在远端尖端61d与近端套筒61p之间部分地或完全地环绕杆61。辅助***64能在杆***62与近端套筒61p之间沿杆61移动到由任选的距离标尺65识别的辅助跟踪位置。或者，辅助***64可以被固定在所述辅助跟踪位置处。辅助***64包括辅助位置传感器65(例如，来自EM跟踪工作站的电磁线圈，或来自光学跟踪工作站的光学标记)，辅助位置传感器65提供在所述首要跟踪位置处或偏离所述首要跟踪位置的相对于所述解剖区域对杆***62的跟踪。
操作中，***40执行本发明的杆跟踪方法，如由图4中示出的流程70表示的。
具体地，流程70的阶段S71包含当要求高跟踪准确度时，相对于杆60的远端尖端61对杆***62的任选校准。在阶段S71的一个实施例中，根据需要将杆传感器62到远端尖端61d的估计偏移校准至杆传感器62到远端尖端61d的实际偏移。例如，允许在无菌条件下进行该校准的枢轴旋转工具具有简单的被跟踪表面，所述简单的被跟踪表面具有被切入其中的枢轴点。杆61的远端尖端61d被置于枢轴点中，以测量杆***62与杆60的远端尖端61d之间的感测距离。实践中，所述枢轴旋转工具为可灭菌且可重复使用的。由于杆***62可以被制成普遍地安装到不同量规尺寸的介入仪器上，因此可以利用定心机制，以通过将任意量规的杆61总是保持在杆***62的中心处，来将可能的横向偏移考虑在内。或者，可以使用编程步骤，由此用户输入仪器60的量规，然后软件则可以将得到的离轴移动考虑在内。
辅助***64，如果被介入仪器60采用的话，可以在需要时被类似地校准。
流程70的阶段S72包含相对于所述首要跟踪位置沿杆61对杆***62进行预定位，所述首要跟踪位置是根据从远端尖端61d进入解剖区域中的进入点到远端尖端61d在所述解剖区域内的目标位置的距离而推导的。例如，从远端尖端61d进入解剖区域中的进入点到远端尖端61d在所述解剖区域内的目标位置的距离可以是X mm，并且所述首要跟踪位置被确定为≥X mm。
在阶段S72的术前锁定实施例中，患者的解剖区域是经由术前图像已知的，由此已知目标位置与进入点的距离。在介入仪器60***到进入点中之前，杆***62被移动，并经由标尺66或经由来自远端尖端61d的手动测量被锁定到所述首要跟踪位置。针对该实施例，流程70的阶段S73包含介入仪器60到进入点中的导航，直到杆***62紧靠进入点或基本上毗邻进入点的时间。基于杆***62的所锁定的首要跟踪位置，一旦杆***62紧靠进入点，则杆61的远端尖端61d将已到达所述目标位置。
在阶段S72的术中移动实施例中，其中，介入仪器采用辅助***62，患者的解剖区域也经由术前图像而已知，由此已知所述目标位置与所述进入点的距离。在介入仪器60***到进入点中之前，杆***62被移动到杆61的远端尖端61d，并保持未被锁定，并且辅助***64被移动到所述辅助跟踪位置并被锁定。或者，辅助***64可以被固定在所述辅助跟踪位置。针对该实施例，流程70的阶段S73包含介入仪器60到所述进入点中的导航，由此杆***62紧靠所述进入点并且在朝向所述首要跟踪位置的方向上沿杆61移动。介入仪器60被导航，直到杆***62与辅助***64之间的距离指示杆***62已被移动到所述首要跟踪位置的时间。基于杆***62到达所述首要跟踪位置，杆61的远端尖端61d将已到达所述目标位置。
现在将在此描述如图5和图9中分别示出的介入仪器60的示范性实施例160和260，以便于对本发明的进一步理解。
如图5中所示，介入仪器160为在结构上被配置为具有杆161和杆***164的针，其中，杆161具有远端尖端162和近端套筒163，并且杆***164在远端尖端162与近端套筒163之间完全环绕杆161。杆***164能在远端尖端162与近端套筒163之间沿杆161移动到杆位置，所述杆位置是由指定增量(例如1mm增量)的距离标尺识别的。杆***164包括首要位置传感器165(例如，来自EM跟踪工作站的电磁线圈，或来自光学跟踪工作站的光学标记)，首要位置传感器165提供在所述首要跟踪位置处或偏离所述首要跟踪位置的相对于所述解剖区域对杆***164的杆位置的跟踪。
在准备中，患者的解剖区域是经由术前图像已知的，由此已知目标位置与进入点的距离。在介入仪器160***到进入点中之前，杆***164被移动并经由标尺66或经由来自远端尖端61d的手动测量被锁定到首要跟踪位置，如图6中所示。操作中，介入仪器160被导航到患者80的进入点81中，如图7中所示，直到杆***164紧靠所述进入点(如图8中所示)或基本上毗邻进入点81的时间。基于杆***164的所锁定的首要跟踪位置，一旦杆***164紧靠进入点81，则杆161的远端尖端162将已到达目标位置82。
如图9中所示，介入仪器260为在结构上被配置为具有杆261、杆***264，其中，杆261具有远端尖端262和近端套筒263，杆***264在远端尖端262与辅助***266之间完全环绕杆261，所述辅助***266在杆***264与近端套筒263之间完全环绕杆261。杆***264能在远端尖端262与辅助***266之间沿杆261移动到杆位置，所述杆位置是由指定增量(例如1mm增量)的距离标尺识别的。杆***264包括首要位置传感器265(例如，来自EM跟踪工作站的电磁线圈，或来自光学跟踪工作站的光学标记)，首要位置传感器265提供在所述首要跟踪位置处或偏离所述首要跟踪位置的相对于所述解剖区域对杆***264的跟踪。
辅助***266能在杆***264与近端套筒263之间沿杆261移动到由所述距离标尺识别的辅助跟踪位置。或者，如图10中所示，辅助***266沿杆261被固定为毗邻近端套筒263。如图9中所示，辅助***266包括辅助位置传感器267(例如，来自EM跟踪工作站的电磁线圈，或来自光学跟踪工作站的光学标记)，辅助位置传感器267提供在所述辅助跟踪位置处或偏离所述辅助跟踪位置的相对于所述解剖区域对辅助***266的跟踪。
在准备中，患者的解剖区域是经由术前图像已知的，由此已知目标位置与进入点的距离。在介入仪器260***到进入点83之前(如图10中所示)，杆***264(图9)被移动到杆261的远端尖端262，并被保持为未锁定，并且辅助***266被移动到所述辅助跟踪位置并被锁定。或者，可以将辅助***266固定在所述辅助跟踪位置。操作中，介入仪器260被导航到进入点83中(图11、12)，由此杆***264紧靠进入点83并在朝向所述首要跟踪位置的方向上沿杆261被移动，所述首要跟踪位置是根据目标位置84(图12)与进入点83的距离而推导的。介入仪器260被导航直到杆***264与辅助***266之间的距离指示杆***264已被移动到所述首要跟踪位置的时间。基于杆***264到达所述首要跟踪位置，杆261的远端尖端262将已到达目标位置84。
从本文中对图1-图12的描述，本领域普通技术人员将认识到本发明的诸多益处。
一个示范性益处为校准阶段的省略，除非要求非常高的精确度和准确度。具体地，由于***远端尖端是预定的，并且所述杆***在术前或术中被移动至所述首要跟踪位置，因此这固有地提供跟踪尖端位置所要求的尖端偏移距离，而无需所述杆***到所述远端尖端的任何校准。
第二个示范性益处为，所述杆***将不干扰所述介入仪器的操作，因为所述杆***保留在患者身体的外部，并且也不增大所述介入仪器的***孔的尺寸。结果，所述杆跟踪将不带来沿仪器杆的癌症播种的任何问题。
第三个示范性益处为，增加的准确度和最小化的不准确，就涉及所述杆***被定位为与所述近端套筒相比更接近所述远端尖端的程序而言，所述不准确是由所述仪器的弯曲造成的。
第四个示范性益处为杆***在不同量规尺寸的介入仪器上的普遍适用性，以及独立于所述杆***地对仪器把手的设计。
尽管已参考示范性方面、特征和实施方式描述了本发明，但所公开的***和方法不限于这样的示范性方面、特征和/或实施方式。而是，如本领域技术人员根据本文提供的描述将显而易见的，能容易地修改、变化和增强所公开的***和方法，而不偏离本发明的精神或范围。相应地，本发明明确涵盖在其范围内的这种修改、变化和增强。

Claims (15)

1.一种介入仪器(60)，包括：
杆(61)，其在远端尖端与近端套筒之间延伸；以及
杆***(62)，其至少部分地环绕所述杆(61)并且能在所述远端尖端与所述近端套筒之间沿所述杆(61)移动到首要跟踪位置，
其中，所述首要跟踪位置是根据从所述远端尖端进入解剖区域中的进入点到所述远端尖端在所述解剖区域内的目标位置的距离而推导的，并且
其中，所述杆***(62)包括首要位置传感器(63)，所述首要位置传感器能用于相对于所述解剖区域来跟踪所述杆***(62)。
2.如权利要求1所述的介入仪器(60)，其中，所述首要位置传感器(63)选自包括电磁线圈和光学标记的组。
3.如权利要求1所述的介入仪器(60)，其中，所述杆(61)包括远端尖端标尺(66)，所述远端尖端标尺表示所述远端尖端与所述近端套筒之间的递增距离。
4.如权利要求1所述的介入仪器(60)，还包括：
辅助***(64)，其至少部分地环绕所述杆(61)并且被固定在所述杆***(62)与所述近端套筒之间沿所述杆(61)的辅助跟踪位置，
其中，所述辅助***(64)包括辅助位置传感器(65)，所述辅助位置传感器能用于相对于所述解剖区域跟踪所述辅助***(64)。
5.如权利要求4所述的介入仪器(60)，其中，所述辅助位置传感器(65)选自包括电磁线圈和光学标记的组。
6.如权利要求1所述的介入仪器(60)，还包括：
辅助***(64)，其至少部分地环绕所述杆(61)并且能在所述杆***(62)与所述近端套筒之间沿所述杆(61)移动到辅助跟踪位置，
其中，所述辅助***(64)包括辅助位置传感器(65)，所述辅助位置传感器能用于相对于所述解剖区域跟踪所述辅助***(64)。
7.如权利要求6所述的介入仪器(60)，其中，所述辅助位置传感器(65)选自包括电磁线圈和光学标记的组。
8.一种介入***(40)，包括：
介入仪器(60)，其包括：
杆(61)，其在远端尖端与近端套筒之间延伸；以及
杆***(62)，其至少部分地环绕所述杆(61)并且能在所述远端尖端与所述近端套筒之间沿所述杆(61)移动到首要跟踪位置，
其中，所述首要跟踪位置是根据从所述远端尖端进入解剖区域中的进入点到所述远端尖端在所述解剖区域内的目标位置的距离而推导的；
其中，所述杆***(62)包括首要位置传感器(63)；以及跟踪工作站(50)，其能用于相对于所述解剖区域跟踪所述首要位置传感器(63)。
9.如权利要求8所述的介入***(40)，其中，所述首要位置传感器(63)选自包括电磁线圈和光学标记的组。
10.如权利要求8所述的介入***(40)，其中，所述杆(61)包括远端尖端标尺(66)，所述远端尖端标尺表示所述远端尖端与所述近端套筒之间的递增距离。
11.如权利要求8所述的介入***(40)，还包括：
辅助***(64)，其至少部分地环绕所述杆(61)并且被固定在所述杆***(62)与所述近端套筒之间沿所述杆(61)的辅助跟踪位置，
其中，所述辅助***(64)包括辅助位置传感器(65)，所述辅助位置传感器能用于相对于所述解剖区域来跟踪所述辅助***(64)。
12.如权利要求11所述的介入***(40)，其中，所述辅助位置传感器(65)选自包括电磁线圈和光学标记的组。
13.如权利要求8所述的介入***(40)，还包括：
辅助***(64)，其至少部分地环绕所述杆(61)并且能在所述杆***(62)与所述近端套筒之间沿所述杆(61)移动到辅助跟踪位置，
其中，所述辅助***(64)包括辅助位置传感器(65)，所述辅助位置传感器能用于相对于所述解剖区域来跟踪所述辅助***(64)。
14.如权利要求13所述的介入***(40)，其中，所述辅助位置传感器(65)选自包括电磁线圈和光学标记的组。
15.如权利要求8所述的介入***(40)，其中，响应于相对于所述解剖区域跟踪所述杆***(62)，所述跟踪工作站(50)能用于监测在所述解剖区域的图像内图示的、杆(61)的所述远端尖端从进入所述解剖区域中的所述进入点到所述解剖区域内的所述目标位置的导航。
CN201380008613.3A 2012-02-09 2013-02-08 用于实时导航跟踪的杆*** Active CN104114121B (zh)

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