專利名稱：手動器械化醫(yī)療工具系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及外科手術(shù)中使用的工具并且尤其是可用于微創(chuàng)外科手術(shù)(MIS)比如前列腺相關(guān)介入病灶消融、近距治療以及穿刺活檢的手動工具。
背景技術(shù)：
腫瘤的微創(chuàng)治療和其它醫(yī)學(xué)狀況能通過以下手段來執(zhí)行(i)病灶消融，疾病組織的凝結(jié)；和(ii)近距治療，放射性材料的植入。病灶消融用來局部地加熱組織直到其凝結(jié)，從而摧毀腫瘤細胞。放射性材料直接植入腫瘤也會導(dǎo)致腫瘤細胞的毀壞。這些類型的外科手術(shù)用于前列腺治療。另一種介入是穿刺活檢，一種診斷癌癥的方法。這些類型的外科手術(shù)的挑戰(zhàn)性是對于外科醫(yī)生，在外科手術(shù)期間，得知穿刺(外科手術(shù))針的端部相對于腫瘤的位置，也就是，與腫瘤相接觸的元件的位置，并提供其組織結(jié)構(gòu)上的變化。因此，提供一種借助于外科手術(shù)的器官或腺的圖像引導(dǎo)進行實時定位外科手術(shù)器具(穿刺針)的末端并將其位置顯示的方法是具有很大的應(yīng)用前景。這種醫(yī)學(xué)影像通過超聲或其它類型的成像處理比如MR (磁共振)來獲得。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種與具有已知參考點的腺或器官的醫(yī)學(xué)影像相結(jié)合使用的醫(yī)療設(shè)備，該醫(yī)療設(shè)備包括結(jié)構(gòu)框架，其相對于醫(yī)學(xué)影像參考點定位于預(yù)定(且可測量的)位置處；水平運動關(guān)節(jié)，其與水平位置傳感器相聯(lián)并且裝于框架上；豎直運動關(guān)節(jié)，其與豎直位置傳感器相聯(lián)并且裝于框架上；回轉(zhuǎn)運動關(guān)節(jié)，其與回轉(zhuǎn)位置傳感器相聯(lián)并且裝于框架上； 傾斜運動關(guān)節(jié)，其與傾斜位置傳感器相聯(lián)并且裝于框架上；醫(yī)療器械組件，其與醫(yī)療器械位置傳感器相聯(lián)并且與水平、豎直、回轉(zhuǎn)和傾斜運動關(guān)節(jié)相聯(lián)；控制系統(tǒng)，其可操作地連接至水平位置傳感器、豎直位置傳感器、回轉(zhuǎn)位置傳感器、傾斜位置傳感器以及醫(yī)療器械位置傳感器，由此該控制系統(tǒng)確定醫(yī)療器械組件上的相對于結(jié)構(gòu)框架的預(yù)定位置。該醫(yī)療設(shè)備還可包括相對于醫(yī)學(xué)影像參考點定位于預(yù)定位置處的移動器，其中框架可移動地附接至移動器并且還包括用于確定框架相對于移動器的位置以使得框架的位置相對于醫(yī)學(xué)影像參考點定位于預(yù)定位置處的裝置。該醫(yī)療設(shè)備的水平關(guān)節(jié)和水平位置傳感器可包括與消隙正齒輪相聯(lián)的多圈電位計，正齒輪與齒條相聯(lián)，以及與齒條相聯(lián)的鎖定機構(gòu)和用于水平移動的器件。該醫(yī)療設(shè)備的豎直關(guān)節(jié)和豎直位置傳感器可包括與消隙正齒輪相聯(lián)的多圈電位計，正齒輪與齒條相聯(lián)，以及與齒條相聯(lián)的鎖定機構(gòu)和用于豎直移動的器件。根據(jù)權(quán)利要求1至4的任何一個所述的醫(yī)療設(shè)備，其中回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和回轉(zhuǎn)位置傳感器包括旋轉(zhuǎn)電位計、與電位計相聯(lián)的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)支架、以及鎖定機構(gòu)。傾斜關(guān)節(jié)和傾斜位置傳感器可包括旋轉(zhuǎn)電位計、與電位計相聯(lián)的軸、傾斜關(guān)節(jié)支架以及鎖定機構(gòu)。
醫(yī)療器械組件可以是針組件。針組件和醫(yī)療器械組件位置傳感器可包括直線電位計、與直線電位計相聯(lián)的針穿刺針器件、引導(dǎo)軸、與引導(dǎo)軸相聯(lián)的鎖定機構(gòu)、滑動塊和連接器。醫(yī)學(xué)影像可以是超聲影像或MR影像并且其可實時地獲得。替代地，醫(yī)學(xué)影像可以是混合的實時超聲影像和手術(shù)前MR影像。在本發(fā)明的另一個方面中，提供了一種定位醫(yī)療器械組件的方法，其包括步驟獲得器官或腺的磁共振影像；獲得器官或腺的超聲影像；將磁共振影像與超聲影像融合以獲得融合的影像；確定連接至手動醫(yī)療工具系統(tǒng)的醫(yī)療器械組件上的預(yù)定點的位置；以及在融合的影像上確定預(yù)定點的位置。醫(yī)療器械的預(yù)定點的位置可被實時地連續(xù)確定，并且在醫(yī)療器械組件移動時，該點的位置可在融合的影像上移動。 超聲影像可被實時地連續(xù)獲得。該方法還可包括確定到達預(yù)定目標(biāo)的最佳路徑以移動醫(yī)療器械以及在融合的影像上顯示該最佳路徑的步驟。在本發(fā)明的又一個方面中，一種定位包括醫(yī)療器械的醫(yī)療器械組件的方法包括步驟獲得磁共振影像；確定連接至手動醫(yī)療工具系統(tǒng)的醫(yī)療器械組件上的預(yù)定點的位置；以及在磁共振影像上確定所述預(yù)定點的位置。醫(yī)療器械的預(yù)定點可被實時地連續(xù)確定，并且在醫(yī)療器械組件移動時，該點的位置可在磁共振影像上移動。在醫(yī)療器械正被移動時，磁共振影像可被更新。該方法還可包括確定移動醫(yī)療器械所基于的最佳路徑以及在磁共振影像上顯示該最佳路徑的步驟。該方法可與微創(chuàng)外科手術(shù)相結(jié)合使用并且微創(chuàng)外科手術(shù)可選自由病灶消融、近距治療以及穿刺活檢構(gòu)成的組。本發(fā)明的其它特點將在下面詳細描述的過程中描述。


現(xiàn)在將參照附圖僅以舉例的方式描述本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明的手動器械化病灶消融工具(MIFAT)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意性視圖；圖2是安裝于具有附接探頭的步進器上的手動器械化病灶消融工具的側(cè)視圖；圖3是與圖2中所示類似的側(cè)視圖，并示出患者和穿刺針組件；圖4是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的手動器械化病灶消融工具的透視圖；圖5是圖4中所示的手動器械化病灶消融工具的水平和豎直移動部分的透視圖；圖6是圖4中所示的手動器械化病灶消融工具的俯仰部件的透視圖；圖7是圖4中所示的手動器械化病灶消融工具的穿刺針組件的透視 5
圖8是圖4中所示的手動器械化病灶消融工具的步進器直線傳感器部件的透視圖；圖9是示出用于確定穿刺針位置的電路的視圖；圖10是包括視頻控制區(qū)域的顯示屏的一部分的視圖；圖11是包括傳感器區(qū)域的顯示屏的一部分的視圖；圖12是包括輪廓覆蓋區(qū)域的顯示屏的一部分的視圖；圖13是包括最佳路徑區(qū)域的顯示屏的一部分的視圖；圖14是前列腺模型的透視圖；圖15是經(jīng)直腸超聲影像，示出具有前列腺和病灶損害的輪廓的橫截圖；圖16是經(jīng)直腸超聲影像，示出融合的MRI (磁共振))/TRUS (經(jīng)直腸超聲)引導(dǎo)針介入的屏幕截圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的手動器械化病灶消融工具的替代實施例的透視圖；并且圖18是圖17中所示的替代手動器械化病灶消融工具的水平和豎直移動單元的透視圖。
具體實施例方式參照圖1和2，本發(fā)明的手動器械化病灶消融工具(MIFAT)適合與包括探頭定位步進器的TRUS (經(jīng)直腸超聲)設(shè)備結(jié)合使用，組合的MIFAT系統(tǒng)總體上以10示出。MIFAT系統(tǒng)適合與治療計劃和監(jiān)控軟件系統(tǒng)結(jié)合使用。MIFAT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在圖1中以20示出。MIFAT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括以10示出的組合的 MIFAT和具有TRUS探頭的步進器、預(yù)處理磁共振影像22、實時超聲影像M、視頻捕獲器沈以及具有圖形用戶界面的計算機觀。治療規(guī)劃和監(jiān)控軟件系統(tǒng)由多個模塊構(gòu)成，即1)MRI融合；2)實時超聲影像捕獲器和輪廓覆蓋顯示；3)治療計劃(用于針插入的最佳路徑優(yōu)化)；4)影像配準(zhǔn)介入；5)在實時超聲影像上的期望針插入覆蓋；6)用戶圖形界面(⑶I)。為了介入，將患者放置于標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)(OR)臺上。將MIFAT設(shè)備和TRUS探頭緊固至精密步進器的移動器，其附接于安裝在手術(shù)臺上的精密穩(wěn)定器上。精密步進器和穩(wěn)定器可從輻射治療產(chǎn)品(RTP)獲得。圖3示出患者前列腺30的位置、MIFAT設(shè)備32、以及具有TRUS 探頭35的步進器34和這里示出為組件36的醫(yī)療器械組件。器械化病灶消融工具(MIFAT) 32用來通過在覆蓋于手術(shù)前MR影像上的經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)之下手動地控制針的放置來導(dǎo)航手動醫(yī)療工具(針)。參照圖4，MIFAT設(shè)備32由框架40、兩個直線運動關(guān)節(jié)42 (水平的和豎直的)、兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)44 (回轉(zhuǎn)和俯仰)、以及醫(yī)療器械組件36構(gòu)成。關(guān)節(jié)被電子編碼(位移測量通過電位計實施并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器反饋回計算機)，因此每個關(guān)節(jié)的位置始終由計算機得知。 圖4提供工具設(shè)備的示意性概圖。MIFAT設(shè)備32具有兩個分開的直線關(guān)節(jié)42，以分別手動地實施水平和豎直運動。 圖5示出工具直線運動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)以及MIFAT工具32的框架40。水平關(guān)節(jié)由消隙正齒輪， 齒條52和多圈電位計60構(gòu)成。直線導(dǎo)向件M與齒條相聯(lián)并且與用于鎖定的翼形螺釘56和操作件按鈕連接。由多圈電位計(SMT 10/5) 50構(gòu)成的豎直關(guān)節(jié)連接至消隙正齒輪和齒條64，并與用于鎖定的翼形螺釘66和操作按鈕連接。MIFAT設(shè)備32還具有兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)44 回轉(zhuǎn)(在水平面中旋轉(zhuǎn))和傾斜(在豎直平面中旋轉(zhuǎn))，在圖6中示出?；剞D(zhuǎn)關(guān)節(jié)單元由回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)支架72的旋轉(zhuǎn)電位計70構(gòu)成，并且與鎖定翼形螺釘74連接。傾斜關(guān)節(jié)由軸78和旋轉(zhuǎn)電位計76構(gòu)成。傾斜關(guān)節(jié)支架80和鎖定翼形螺釘82相連接。醫(yī)療器械組件36在圖7中示出。組件36包括與直線電位計86相聯(lián)的手動醫(yī)療工具(針)84。本體88具有用于接收在其中滑動的針工具84的導(dǎo)向空心軸90。兩個鎖定翼形螺釘92分開地連接至滑動塊94和連接器96。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的手動器械化病灶消融工具的替代實施例在圖17和圖18中以 158示出。將僅討論與MIFAT設(shè)備32不同的那些特征。剩余的特征對于兩個實施例是共用的。如圖17中所示，替代的MIFAT 158用來與器械組件36結(jié)合使用。替代的MIFAT設(shè)備158類似地包括水平平移單元、豎直平移單元、回轉(zhuǎn)單元、傾斜單元以及針穿刺單元?；剞D(zhuǎn)單元和傾斜單元是上述兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)44。上述器械組件36包括針穿刺單元。圖18示出水平平移單元和豎直平移單元。替代的MIFAT設(shè)備158包括框架160、161。水平平移單元 162實質(zhì)上與直線運動關(guān)節(jié)42的水平部分相同。豎直平移單元或關(guān)節(jié)由齒條163、兩個消隙正齒輪和電位計164、附接于框架上的兩個直線引導(dǎo)單元165、以及用于鎖定的翼形螺釘 166，還有可操作地連接至關(guān)節(jié)的按鈕167所構(gòu)成。為了在手術(shù)過程期間跟蹤超聲探頭插入深度，直線傳感器98和線性刻度100如圖 8所示安裝于步進器34上。由于MIFAT機械地安裝于步進器34上(參見圖3)，并且步進器被電子編碼，相對于步進器基部和MIFAT框架40的探頭插入深度一直由計算機上識別。因而，針能直接對于 TRUS影像進行校準(zhǔn)。MIFAT和TRUS探針緊固于精密步進器中，所述步進器接口至存儲覆蓋至超聲影像的前列腺和腫瘤影像的計算機。如在標(biāo)準(zhǔn)前列腺近距治療過程中所使用的，它們附接于安裝在手術(shù)(OR)臺上的精密穩(wěn)定器上。手動醫(yī)療工具在空間上配準(zhǔn)于超聲影像。實時超聲影像傳輸?shù)轿挥诓僮魇抑械挠嬎銠C上。MIFAT的軟件實施以下功能1.軟件顯示由用來對手動醫(yī)療工具布置成像的經(jīng)直腸超聲設(shè)備所產(chǎn)生的實況影像。2.軟件將處理目標(biāo)的輪廓疊加于超聲影像上，處理目標(biāo)的輪廓將由前列腺和腫瘤的3D體積構(gòu)成，這將已經(jīng)在預(yù)處理MRI掃描圖上得到識別。3.軟件計算和顯示用于給定目標(biāo)體積的最佳插入路徑。4.軟件規(guī)定醫(yī)療器械組件設(shè)置以獲得為該目標(biāo)計算的最佳插入路徑。在正插入手動醫(yī)療工具時，軟件提供實際工具插入路徑與最佳工具插入路徑誤差的度量。軟件給臨床醫(yī)生指示工具何時已經(jīng)到達期望位置。電位計102用來測量針在x、y、回轉(zhuǎn)和傾斜上的每個位置并且還有針的穿透。視圖在圖9中示出。電位計102連接至模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器104。A/D轉(zhuǎn)換器擬采用USB6008A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)備。通過測量電位計102的輸出電壓，軟件106將獲得針和針尖相對于MIFAT的框架的位置。為了顯示來自超聲機器的實時超聲視頻，MIFAT軟件使用510-USB視頻捕獲器來捕獲從機器輸出的視頻。為了實施視頻捕獲，使用Direc^how 技術(shù)。構(gòu)建名稱為 ⑶SControl 的類。在這個類中有超過30個功能來實施視頻的捕獲、過濾、覆蓋以及顯示。為了輪廓顯示，一起使用VTK 和 DirectShow。Visualization Toolkit0 (VTK) 是世界上數(shù)千研發(fā)人員使用的用于3D計算機圖像、圖像處理和視覺化的可自由使用的開放源碼軟件系統(tǒng)。VTK可用來產(chǎn)生前列腺和腫瘤的輪廓。首先，使用vtkSTLReader 來讀取來自STL文件的腫瘤和前列腺的3D模型(注意“ stl ”源自單詞“Stereolithograhpy”。Stl文件是由Stereolithograhpy軟件使用以產(chǎn)生在Mereolithograhpy機器上產(chǎn)生3D模型所需信息的格式)。其次，使用vtkPlane 來基于該測量限定當(dāng)前圖像平面。然后vtkcutter 將3D模型切割為限定前列腺和腫瘤的輪廓的一組點。最后，這兩個輪廓使用Directalow 覆蓋于實時視頻上。最佳路徑指的是針應(yīng)當(dāng)穿過其中并且獲得最佳處理結(jié)果的路徑。這要求用戶輸入 PTV (規(guī)劃目標(biāo)體積)作為二維掩碼，還有初始角度，以優(yōu)化和限制該角度。算法將確定從給定角度處的路徑(PTV的矩心是該線路上的點)至PTV中的每個點的距離。然后最小化這個距離的最小平方和。這在獲取初始插入角度的功能中實施?？筛鶕?jù)外科醫(yī)生希望避免的特定內(nèi)部(解剖)結(jié)構(gòu)而確定最佳路徑。而且或另外， 可根據(jù)腫瘤的體積以及激光對腫瘤的最有效路徑來確定最佳路徑。優(yōu)選地，影像區(qū)域在屏幕的左上部。這個區(qū)域中的影像從TRUS單元的實時視屏輸出捕獲，并且腫瘤和癌變的虛擬輪廓覆蓋于影像上。用于“瞄準(zhǔn)”目標(biāo)的標(biāo)記覆蓋于影像上。這能幫助醫(yī)生在基于來自傳感器的反饋進行針刺穿之前將針瞄準(zhǔn)目標(biāo)。該標(biāo)記指示針尖穿過目標(biāo)到達橫向平面時的預(yù)定位置。為了提醒醫(yī)生針尖的相對位置，影像上示出三個狀況之一·在針尖接近該平面時，標(biāo)記的顏色是綠色并且標(biāo)記的形狀是正方形；·在針尖位于該平面的士2毫米內(nèi)時，標(biāo)記的顏色是黃色并且形狀是星形；并且·在針尖穿過該平面時，標(biāo)記的顏色是紅色并且形狀是三角形。優(yōu)選地，視頻控制區(qū)域110在屏幕的右邊。在圖10中示出樣品視頻控制區(qū)域110。 優(yōu)選地，該區(qū)域中具有五個按鈕，具體地· ‘顯示視頻’按鈕112 開始視頻捕獲；· ‘顯示針尖’按鈕114和‘清除針尖’按鈕116 使得“瞄準(zhǔn)”標(biāo)記可見或不可見；· ‘+亮度’按鈕118和‘_亮度’按鈕120 使視頻影像亮度增加或降低3%優(yōu)選地，傳感器信息區(qū)域122能控制和顯示來自傳感器的信息，如圖11中所示。 ‘開始測量’按鈕IM和‘停止測量’按鈕1 控制感測過程。結(jié)果顯示在文本框中。文本框是來自傳感器的電壓信號；其供儀器工程師維護時參考。文本框以毫米或度數(shù)顯示度量， 它們分別是探針的X、y、回轉(zhuǎn)、傾斜、穿透的運動。為醫(yī)生顯示針尖的位置和方位。其它按鈕用于校準(zhǔn)目的；通常醫(yī)生不使用它們。優(yōu)選地，如圖12中所示，輪廓覆蓋區(qū)域130讀取3D模型并且啟動/取消覆蓋“顯示輪廓”按鈕132讀取腫瘤和目標(biāo)的預(yù)定3D模型并且啟動覆蓋?！扒宄喞卑粹o134能取消覆蓋并且清除屏幕上的輪廓?！霸O(shè)置參數(shù)”按鈕136用于調(diào)試目的。優(yōu)選地，如圖13中所示，最佳路徑區(qū)域140提供來自預(yù)定“掩碼”文件的用于最佳路徑的角度?！白罴崖窂健边@里指的是從入口(針將從這里開始穿透至目標(biāo)的點)伸展通過至目標(biāo)的空間中的路徑。針路徑要遵循這個路徑。在MIFAT中，最佳路徑指的是位置和方位一入口處的一組X、Y、回轉(zhuǎn)和傾斜?！矮@得最佳路徑”按鈕調(diào)用背景中的Matlab環(huán)境以運行最佳路徑軟件從而獲得最佳路徑的方位(即，Ρ、Τ)。然后點擊“獲取X Y”按鈕會產(chǎn)生入口的(Χ、Υ)。利用前列腺訓(xùn)練模型設(shè)計仿真試驗以示范MIFAT系統(tǒng)。試驗的三個主要問題如下所述。商用前列腺訓(xùn)練模型150 (圖14中示出的CIRS模型053Α)是顯示屏的包括最佳路徑區(qū)域的一部分的視圖。前列腺152 (4厘米Χ4. 5厘米Χ4厘米)連同模擬直腸壁、精囊以及尿道的結(jié)構(gòu)一起包含于11. 5厘米Χ7. 0厘米Χ9. 5厘米的透明丙烯酸容器內(nèi)。三個0. 5立方厘米的病灶嵌入前列腺中。3毫米的模擬會陰膜IM使得各種探針和手術(shù)針能插入前列腺。在容器的一個壁中，具有一個30毫米直徑的孔以插入TRUS探頭，并且具有一個50毫米直徑的孔以插入針。針插入的可能位置和角度受限于幻圖的壁上的圓孔156。模型的前列腺和病灶在手術(shù)前MR影像上追蹤并且作為3D結(jié)構(gòu)提供給MIFAT軟件用于MRI/ TRUS融合，3D結(jié)構(gòu)使用標(biāo)準(zhǔn)化Mereolithography (STL)格式來限定。為了仿真試驗，前列腺模型150、步進器以及工具設(shè)備剛性地附接至基部支架。由于工具設(shè)備機械地安裝于TRUS步進器上，并且步進器被電子編碼，相對于步進器基部和工具框架的探頭插入深度一直由計算機上識別。因而，針能直接校準(zhǔn)至TRUS影像。針插入和追蹤目標(biāo)是展示針在模型中的位置以及與手術(shù)實施路徑的剩余部分 (尤其是與實時超聲追蹤)的集成。在每個針插入試驗中實施以下順序1.設(shè)立并且校準(zhǔn)系統(tǒng)；2.計算機屏幕上的MRI-TRUS影像手動融合、輪廓覆蓋顯示；3.建立針插入的最佳路徑；4.定位和定向針保持器并且鎖住針；5.通過使用工具設(shè)備手動地將針穿入選擇目標(biāo)；6.將針定位于實時超聲和計算機顯示中；以及7.估算針插入之后的位置誤差。校準(zhǔn)的目的是確定參數(shù)，所述參數(shù)限定一個坐標(biāo)系統(tǒng)中的點(即，影像)轉(zhuǎn)換至另一個坐標(biāo)系統(tǒng)。對于MIFAT系統(tǒng)，實時(或手術(shù)中)TRUS影像必須與手術(shù)前MR影像匹配，以使得針尖能根據(jù)最佳路徑計劃準(zhǔn)確地定位。并且針尖必須轉(zhuǎn)換至固定的基部框架。校準(zhǔn)過程具有以下組成部分手動地定位TRUS探頭以使得在基于計算機的用戶界面上顯示的實時(或手術(shù)中)影像與相應(yīng)的2D輪廓覆蓋(其在用手術(shù)前MR (或TRUS，僅用于模型試驗)影像創(chuàng)建的前列腺和病灶3D模型上切片)相類似；通過調(diào)節(jié)模型和工具設(shè)備的安裝位置來將TRUS影像配準(zhǔn)至針導(dǎo)向件。計算機在其屏幕的左上部上顯示實時2D前列腺影像。影像從TRUS機器的實時視頻輸出捕獲，并且前列腺的基于MRI的虛擬輪廓以綠色疊加并且將病灶的輪廓覆蓋于影像上。圖15示出基于計算機的影像，用于顯示融合的MRI-TRUS數(shù)據(jù)組。其示出具有前列腺輪廓以及病灶輪廓的實時2D-TRUS影像(橫向視圖)。優(yōu)選地，這些以不同的顏色示出。融合的MRI/TRUS導(dǎo)向針介入追蹤測試執(zhí)行數(shù)次。在手動地將工具的水平(X)、豎直(Y)、回轉(zhuǎn)和傾斜關(guān)節(jié)移動至由最佳路徑計劃軟件創(chuàng)建的相應(yīng)入口坐標(biāo)之后，(在移動每個關(guān)節(jié)時，其位移反饋至計算機并且在基于計算機的用戶界面的相應(yīng)文本框中示出；而且，綠色方形“瞄準(zhǔn)”標(biāo)記在影像區(qū)域上示出，如圖16 中所示)，將針手動地插入模型，(針尖插入的視覺反饋在TRUS影像以及基于計算機的用戶界面上示出)，直到針尖顯示為目標(biāo)附近的高亮度閃光，并且同時，覆蓋于“目標(biāo)”上的“瞄準(zhǔn)”標(biāo)記的顏色變成黃色。若干的模型試驗已經(jīng)顯示MIFAT能以幾毫米的精度到達其目標(biāo)。用于在模型上仿真TRUS導(dǎo)向介入的試驗已經(jīng)證明了 MIFAT概念的可行性，并且手術(shù)前MR影像融合至手術(shù)中TRUS影像并且產(chǎn)生在幾毫米的可接受范圍內(nèi)估算的針介入精度。這將可能提高未來工作中的目標(biāo)精確度。對于臨床實踐(尤其是在早期前列腺癌癥階段)，前列腺和腫瘤的3D模型應(yīng)當(dāng)用手術(shù)前MR影像來創(chuàng)建。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，MIFAT能用于其它微創(chuàng)外科手術(shù)，比如近距治療、穿刺活檢和消融。而且，該設(shè)備在其它手術(shù)過程中能與其它醫(yī)療器械組件相結(jié)合使用。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，MIFAT也能與磁共振成像器(MRI)相結(jié)合使用。如果MIFAT與MRI 一起使用，當(dāng)醫(yī)療器械定位于患者中時，醫(yī)療器械組件的位置和最佳路徑將示出在MR影像上?？傮w而言，這里所述的系統(tǒng)針對MIFAT設(shè)備。按照要求，在這里公開本發(fā)明的實施例。然而，所公開的實施例僅是示例性的，并且應(yīng)當(dāng)理解到，本發(fā)明能以很多不同和替代形式具體化。附圖不是按比例的并且一些特征可放大或縮小以顯示特定元件的細節(jié)，而相關(guān)元件可能已經(jīng)取消以防止使得新穎的方面不清楚。因此，這里公開的特定結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應(yīng)解釋為限制性的，而僅是作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以不同方式利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。為了教導(dǎo)而非限制的目的，所示出的實施例針對MIFAT設(shè)備和MIFAT系統(tǒng)。如這里使用的，詞語“包括”將構(gòu)造為包含性的和開放式的，而非排除性的。具體地，當(dāng)在本說明書(包括權(quán)利要求)中使用時，詞語“包括”及其變型指的是含有所述特點、步驟和部件。這些詞語不應(yīng)解釋為排除其它特點、步驟或部件的存在。
權(quán)利要求
1.一種用于與具有已知參考點的腺/器官的醫(yī)學(xué)影像相結(jié)合使用的醫(yī)療設(shè)備，該醫(yī)療設(shè)備包括機械框架，其相對于醫(yī)學(xué)影像參考點定位于預(yù)定位置處； 水平關(guān)節(jié)，其可操作地連接至水平位置傳感器并且可操作地連接至框架； 豎直關(guān)節(jié)，其可操作地連接至豎直位置傳感器并且可操作地連接至框架； 回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其可操作地連接至回轉(zhuǎn)位置傳感器并且可操作地連接至框架； 傾斜關(guān)節(jié)，其可操作地連接至傾斜位置傳感器并且可操作地連接至框架； 醫(yī)療器械組件，其可操作地連接至醫(yī)療器械位置傳感器并且可操作地連接至水平關(guān)節(jié)、豎直關(guān)節(jié)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和傾斜關(guān)節(jié)；以及控制系統(tǒng)，其可操作地連接至水平位置傳感器、豎直位置傳感器、回轉(zhuǎn)位置傳感器、傾斜位置傳感器以及醫(yī)療器械位置傳感器，由此該控制系統(tǒng)確定醫(yī)療器械組件上的預(yù)定位置相對于框架的實際位置。
2.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，還包括相對于醫(yī)學(xué)影像參考點定位于預(yù)定位置處的移動器，其中框架可移動地附接至移動器，并且還包括用于確定框架相對于移動器的位置的裝置，以使得框架的位置相對于醫(yī)學(xué)影像參考點定位于預(yù)定位置處。
3.如權(quán)利要求1或2的任何一個所述的醫(yī)療設(shè)備，其中水平關(guān)節(jié)和水平位置傳感器包括可操作地連接至消隙正齒輪和齒條的多圈電位計、可操作地連接至齒條的直線引導(dǎo)單元、可操作地連接至齒條的鎖定機構(gòu)以及可操作地連接至齒條的用于移動齒條的裝置。
4.如權(quán)利要求1至3的任何一個所述的醫(yī)療設(shè)備，其中豎直關(guān)節(jié)和豎直位置傳感器包括可操作地連接至消隙正齒輪和齒條的多圈電位計、可操作地連接至齒條的鎖定機構(gòu)、以及可操作地連接至齒條的用于移動齒條的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任何一個所述的醫(yī)療設(shè)備，其中回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和回轉(zhuǎn)位置傳感器包括旋轉(zhuǎn)電位計、可操作地連接至電位計的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)支架、以及可操作地連接至電位計的鎖定機構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1至5的任何一個所述的醫(yī)療設(shè)備，其中傾斜關(guān)節(jié)和傾斜位置傳感器包括旋轉(zhuǎn)電位計、可操作地連接至電位計的軸、可操作地連接至電位計的傾斜關(guān)節(jié)支架、以及鎖定機構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1至6的任何一個所述的醫(yī)療設(shè)備，其中醫(yī)療器械組件是針組件。
8.如權(quán)利要求7所述的醫(yī)療設(shè)備，其中針組件和醫(yī)療器械組件位置傳感器包括線性電位計、可操作地連接至線性電位計的針工具、用于接收針工具的引導(dǎo)軸、可操作地連接至引導(dǎo)軸的鎖、可操作地連接至引導(dǎo)軸的滑動塊、以及連接器。
9.如權(quán)利要求1至8的任何一個所述的醫(yī)療設(shè)備，其中醫(yī)學(xué)影像是超聲影像。
10.如權(quán)利要求1至8的任何一個所述的醫(yī)療設(shè)備，其中醫(yī)學(xué)影像是MR影像。
11.如權(quán)利要求1至10的任何一個所述的醫(yī)療設(shè)備，其中醫(yī)學(xué)影像被實時地獲得。
12.如權(quán)利要求1至8的任何一個所述的醫(yī)療設(shè)備，其中醫(yī)學(xué)影像是混合的實時超聲影像和手術(shù)前MR影像。
13.一種定位包括醫(yī)療器械的醫(yī)療器械組件的方法，其包括步驟 獲得磁共振影像；獲得超聲影像；將磁共振影像與超聲影像融合以獲得融合的影像； 確定醫(yī)療器械組件上的預(yù)定點的位置；以及在融合的影像上定位所述預(yù)定點的位置。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中醫(yī)療器械的預(yù)定點的位置被實時地連續(xù)確定，并且在醫(yī)療器械組件移動時，該點的位置在融合的影像上移動。
15.如權(quán)利要求13和14之一所述的方法，其中超聲影像被實時地連續(xù)獲得。
16.如權(quán)利要求13至15的任何一個所述的方法，還包括確定到達預(yù)定目標(biāo)的最佳路徑以移動醫(yī)療器械以及在融合的影像上顯示該最佳路徑的步驟。
17.一種定位包括醫(yī)療器械的醫(yī)療器械組件的方法，其包括步驟 獲得磁共振影像；確定連接至手動醫(yī)療工具系統(tǒng)的醫(yī)療器械組件上的預(yù)定點的位置；以及在磁共振影像上定位所述預(yù)定點的位置。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中醫(yī)療器械的預(yù)定點的位置被實時地連續(xù)確定，并且在醫(yī)療器械組件移動時，該點的位置在磁共振影像上移動。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中在醫(yī)療器械被移動時，磁共振影像被更新。
20.如權(quán)利要求17至19的任何一個所述的方法，還包括確定移動醫(yī)療器械所基于的最佳路徑以及在磁共振影像上顯示最佳路徑的步驟。
21.如權(quán)利要求13至20的任何一個所述的方法，其中該方法與微創(chuàng)外科手術(shù)相結(jié)合使 用。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中微創(chuàng)外科手術(shù)選自由病灶消融、近距治療以及穿刺活檢構(gòu)成的組。
全文摘要
一種用于與具有已知參考點的腺/器官的醫(yī)學(xué)影像相結(jié)合使用的醫(yī)療設(shè)備。該醫(yī)療設(shè)備包括結(jié)構(gòu)框架、水平關(guān)節(jié)、豎直關(guān)節(jié)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、傾斜關(guān)節(jié)、醫(yī)療器械組件以及控制系統(tǒng)。醫(yī)療設(shè)備相對于醫(yī)學(xué)影像參考點定位于預(yù)定位置處。水平關(guān)節(jié)、豎直關(guān)節(jié)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和傾斜關(guān)節(jié)的每個具有位置傳感器并且可操作地連接至框架。醫(yī)療器械組件可操作地連接至傳感器以及水平關(guān)節(jié)、豎直關(guān)節(jié)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和傾斜關(guān)節(jié)。控制系統(tǒng)可操作地連接至其它元件，由此該控制系統(tǒng)確定醫(yī)療器械組件上的預(yù)定位置相對于結(jié)構(gòu)框架的位置。
文檔編號A61B5/055GK102596084SQ201080050440
公開日2012年7月18日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者A·A·戈登堡, J·特拉亨伯格, 楊毅, 麻亮 申請人:大學(xué)健康網(wǎng)絡(luò), 工程服務(wù)公司