用于執行索納手術的系統和方法
【專利摘要】一種用于執行索納手術的裝置和方法可包括室坐標系統和具有定位技術的至少一個探針。可在過程期間連續地跟蹤探針的位置，使得其位置是已知的并且相對于術前MRI/CT更新其位置。
【專利說明】用于執行索納手術的系統和方法
相關申請的交叉引用
[0001 ] 本申請要求2013年10月11日提交的并且題為“APPARATUS FOR AND METHOD OFPERFORMING SONASURGERY(用于執行索納手術(SONASURGERY)的裝置和方法)”美國臨時申請N0.61 /889，863的權益，該申請的公開內容通過引用結合于此。
【發明內容】
[0002]普通外科手術和專門腹部手術的領域在過去50年中經歷了技術進步，但總體而言可以說經歷普外科實踐的變化很小。首先是開放性手術-單個大切口，在大的開放空間中采用大型儀器。然后該領域進入腹腔鏡手術的范圍-多個較小切口，并且采用減小尺寸的儀器穿過切口。緊接著是機器人手術-甚至更小的多個開口，其插入有供由外部機動化設備固定住的小定制工具穿過的端口，由此坐在患者遠處的外科醫生能夠采用模仿他的動作的外部電動機引導手術。最近單端口手術已被引入到該領域，由此外科醫生使用其中具有用于多個工具的多個小通道的單個端口。
[0003]無論技術，目前手術方法仍集中于相同的過程，具有相同的手術問題，并且也許最重要的是，具有相同的結果。采用已知方法中的每一個，外科醫生通常必須使用通過附加的端口引入的直接可視化或光纖成像技術看他或她在哪里來探測、展開、切割、蜂鳴(buzz)、以及抽吸組織。刀被用來移除成為破壞對象的組織，從而需要手術視野內的用于操縱的室。刀的使用導致出血，從而導致對室的甚至更大的需求以控制出血。外科醫生經常使用術前(“術前(preop)”)手術圖像引導她對世界的心理視圖，但不引導實際過程，正如放射治療(RT)或立體定向神經外科手術所做的那樣。在普通外科，不在從圖像導出的術前數據和手術視覺數據之間建立聯系或連接。外科醫生常常需要助手來幫助保持工具，就像采用開放性手術，需要光學成像以便看她在患者體內哪里，并且常常需要相信她將通過光學范圍實現的可視化的小窗口與患者的整個范圍相關聯的能力。雖然她可使用計算機創建手術過程的計劃，但該計劃的執行是完全在外科醫生的指導和控制下，整個過程通常基于手動移動和“一次一個步驟”態度執行。即使采用“機器人手術”，也通常沒有進行決策或甚至只靠自己移動的傳統意義上的自動化的機器人。相反，“機器人”是“沃爾多(waldo)”，其中“機器人”儀器的移動鏡像反映從實際手術視野地理移位的外科醫生的移動。
[0004]所有腹腔鏡和機器人過程共有的特征是使用二氧化碳(CO2)氣體對體腔吹氣，以便為外科醫生創建足夠的空間用以操縱執行期望過程所需的儀器。由CO2 (氣腹(pneumoperitoneum)或腹膜后腔積氣(pneumoretroperitoneum))發展的工作空間取決于呈現給患者的氣體的壓力;CO2吹氣壓力越高，手術區的視野越好但并發癥的風險越大。
[0005]伴隨CO2吹氣看到的生理效應可能是短暫的并從身體對腹內壓力的增加、由增加的腹壓導致的呼吸功能的損傷、以及對CO2吸收而言次要的身體化學的變化的反應獲得。在其他方面健康的人將會很好地容忍腹腔鏡，而具有潛在心肺或腎臟疾病的個體可能不能容忍長時間的CO2吹氣。此外，患者定位，例如在前列腺切除術中使用的陡峭的特倫德倫伯臥位(trendelenburg)，可加劇腹腔鏡中的心血管改變。無論如何，對提供吹氣的需要要求附加的設備、成本、以及可能危及受損患者的生命的潛在并發癥。
[0006]可以看出，手術方法的每個順序進步-從開放手術到腹腔鏡到機器人學到“單”端口-可被視為通過所使用的手術開口和儀器的數量與尺寸以及通過外科醫生的手的“位置”修改的開放手術;從外科醫生的手在患者內到在患者外部但毗鄰患者，到遠離患者。然而，有效地這些相同的手操縱用于切割組織的手術刀片，由此形成出血，這些相同或其他手必須隨后使該出血停止。
[0007]因此，所期望的是用于手術消除靶組織的新方法，一個通常是，消除對刀的需要以及其相關聯的出血(如果沒有完全消除)，一個是允許使用單端口來完成手術，一個是提供將術中數據與術前數據相關聯的方式，和/或一個是允許手術按在外科醫生的指導下所計劃的進行但由計算機或機器人執行。
[0008]在一個實施例中，本公開包括一系列可互換的手術探針。可針對特定目的(諸如解剖、探測、展開、抽吸、活檢、以及改變組織)設計每個探針，所有探針都通過共同的護套引入，其中每個探針包括來自列表的至少兩種技術的某種組合，該列表包括，但不限于，光學成像、診斷成像、超聲成像、組織改變、觸覺反饋、以及位置驗證/跟蹤，從而提供在組織內生成瞬時或永久變化，同時驗證被改變的組織的位置和臨床狀態和/或周圍組織的狀態的能力。探針中的每一個可尺寸不同(例如，長度、直徑等)。技術或工具可被安裝在剛性或柔性或鉸接的軸的遠端，其近端可連接至整體組電動機或連接至遠程組電動機，所述電動機被手動地或在計算機控制下激活，以調整軸的遠端的位置和/或取向，該軸的遠端的位置和/或取向與軸自身的位置和取向不同。這些電動機可控制如下所列的所有或某種組合:近側和遠側軸的彎曲、近側和遠側軸的旋轉、以及軸的遠端的延長。
[0009]具有光學成像能力的探針可用于確定探針在組織中的位置，可包括，但不限于，用于觀看的光管和透鏡。具有診斷成像能力的探針可包括，但不限于，伽馬技術、近紅外光技術、以及疑問超聲(interrogative ultrasound;US)技術。具有用于評估目標和周圍組織的內部方面的超聲成像能力的探針可包括，但不限于，包括2-D、3-D掃描、環狀、線狀、和相控陣列的任何設計的可變頻率的成像換能器。具有組織改變技術(永久地或可逆地)的探針可包括，但不限于，用于通過熱或電或其他手段(諸如，激光，RF、微波、冷沉淀、US、IRC)產生組織的改變的任何形式的技術。具有觸覺反饋的探針可包括，但不限于，觸覺反饋系統和壓力傳感器。具有用于跟蹤儀器在空間中相對于已知參考點位于何處的位置驗證技術的探針可包括，但不限于，用于標識和/或跟蹤對象在三維空間中相對于已知點的位置的任何形式的技術，諸如，光、電磁、和RF。
[0010]系統的各種自由度的計算機或手動控制的運動允許調節護套和通過護套引入的任何探針的形狀和位置，由此探針可通過患者內的單個小開口插入，并且探針的遠端沿著由治療計劃系統確定的路徑和方式遞送至目標組織，以便對組織成像、評估和潛在地改變組織。
[0011]在本公開的進一步實施例中，具有至少兩個自由度的靶向設備可被安裝在患者內的創建的或天然的開口上，由此護套和探針可通過護套引入并且至少部分地引入患者內。這可在與由治療計劃系統確定的相一致的方向中和/或沿著與由治療計劃系統確定的相一致的軌跡來完成。
[0012]在本公開的另一實施例中，用于遞送手術治療的系統和方法包括:執行術前成像和治療計劃，以基于探針的已知組織改變特性標識要治療的目標體積和到該目標體積的最佳路徑。可確定用于探針引入的最佳端口布置以到達目標體積。定位至建立室坐標系統的已知的固定地標(landmark)的非侵入形式的成像(諸如US)可用于在治療性干預時對目標體積的區域成像。手術圖像可被融合到術前圖像，由此將如在術前圖像中所見的目標配準(register)到室坐標系統。可使用定位技術(諸如電磁或光學跟蹤系統)來標識患者表面上的現有的或安裝的地標。可通過將其在如由治療計劃系統確定的術前圖像上的位置相對于室坐標系統轉移至患者來將單個端口放置在預定的位置處。具有包括光管的內部阻塞器(obturator)的護套可以由治療計劃確定的并且由定位/跟蹤設備建立的取向通過端口引入。可通過護套引入或插入一個或一系列可互換的探針以允許利用所有探針和包括的工具到達治療的點。可使用結合到探針(采用或不采用US)中的光纖可視化完成所做的所有工作，并通過將定位技術結合到探針中來實時地跟蹤并在治療屏幕上顯示探針的位置。可按需推進護套(如果需要的話)以便隨著手術進行將探針遞送至正確的位置。包括在其所結合的技術中的組織改變能力的探針可被引入至目標體積，由此允許在不出血且不需要附加端口和儀器的情況下通過單個端口訪問和改變組織。
[0013]本公開還包括用于遞送手術治療的系統和方法，其包括執行術前成像和治療計劃，以基于探針的已知組織改變特性標識要治療的目標體積和到該目標體積的最佳路徑。可確定用于探針引入的最佳端口布置以到達目標體積。定位至建立室坐標系統的已知的固定地標的非侵入形式的成像(諸如US)可用于在治療性干預時對目標體積的區域成像。手術圖像可被融合到術前圖像，由此將如在術前圖像中所見的目標配準到室坐標系統。可使用定位技術(諸如電磁或光學跟蹤系統)來標識患者表面上的現有的或安裝的地標。可通過將其在如由治療計劃系統確定的術前圖像上的位置相對于室坐標系統轉移至患者來將單個端口放置在預定的位置處。機動化的靶向系統可被安裝在端口上并且可沿著預定的且計算機控制的軌跡調整靶向系統的取向。具有包括光管的內部阻塞器的護套可通過靶向系統并且隨后通過端口插入或引入。可通過護套插入或引入一個或一系列可互換的探針以允許利用所有探針和包括的工具到達治療的點，并且在結合到探針(采用或不采用US)中的光纖可視化下完成所有工作，并通過將定位技術結合到探針中來實時地跟蹤并且在治療屏幕上顯示工具的位置。可按需推進護套(如果需要的話)以便隨著手術進行將探針遞送至正確的位置。包括在其所結合的技術中的組織改變能力的探針可被引入至目標體積，由此允許在不出血且不需要附加端口和儀器的情況下通過單個端口訪問和改變組織。
[0014]根據本公開的實施例的用于遞送手術治療的另一系統和方法包括執行術前成像和治療計劃，以基于探針的已知組織改變特性標識要治療的目標體積和到該目標體積的最佳路徑。可確定用于探針引入的最佳端口布置以到達目標體積。定位至建立室坐標系統的已知的固定地標的非侵入形式的成像(諸如US)可用于在治療性干預時對目標體積的區域成像。手術圖像可被融合到術前圖像，由此將如在術前圖像中所見的目標配準到室坐標系統。可使用定位技術(諸如電磁或光學跟蹤系統)來標識患者表面上的現有的或安裝的地標。可通過將其在如由治療計劃系統確定的術前圖像上的位置相對于室坐標系統轉移至患者來將單個端口放置在預定的位置處。具有包括光管的內部阻塞器的護套可通過靶向系統并且隨后通過端口插入或引入。可通過護套插入或引入一個或一系列可互換的探針以允許利用所有探針和包括的工具到達治療的點，并且在結合到探針(采用或不采用US)中的光纖可視化下完成所有工作，并通過將定位技術結合到探針中來實時地跟蹤并在治療屏幕上顯示工具的位置。可在計算機控制下相對于周圍的組織和其自身修改探針的各個部分的取向。可按需推進護套(如果需要的話)以便隨著手術進行將探針遞送至正確的位置。包括在其所結合的技術中的組織改變能力的探針可被引入至目標體積，由此允許在不出血且不需要附加端口和儀器的情況下通過單個端口訪問和改變組織。
[0015]根據本公開的另一實施例，遞送手術治療的系統和方法包括執行術前成像和治療計劃，以基于探針的已知組織改變特性標識要治療的目標體積和到該目標體積的最佳路徑。可確定用于探針引入的最佳端口布置以到達目標體積。定位至建立室坐標系統的已知的固定地標的非侵入形式的成像(諸如US)可用于在治療性干預時對目標體積的區域成像。手術圖像可被融合到術前圖像，由此將如在術前圖像中所見的目標配準到室坐標系統。可使用定位技術(諸如電磁或光學跟蹤系統)來標識患者表面上的現有的或安裝的地標。可通過將其在如由治療計劃系統確定的術前圖像上的位置相對于室坐標系統轉移至患者來將單個端口放置在預定的位置處。機動化的靶向系統可被布置在端口上或之上并且靶向系統的取向可被調整成對應于預定的且計算機控制的軌跡。具有包括光管的內部阻塞器的護套可通過靶向系統并且隨后通過端口引入。可通過護套引入一個或一系列可互換的探針以允許利用所有探針和包括的工具到達治療的點，并且在結合到探針(采用或不采用US)中的光纖可視化下完成所有工作，并通過將定位技術結合到探針中來實時地跟蹤并在治療屏幕上顯示工具的位置。可在計算機控制下相對于周圍的組織和其自身修改探針的各個部分的取向。可按需修改護套(如果需要的話)以便隨著手術進行將探針遞送至正確的位置。包括在其所結合的技術中的組織改變能力的探針可被引入至目標體積，由此允許在不出血且不需要附加端口和儀器的情況下通過單個端口訪問和改變組織。
[0016]如將由本領域技術人員所理解的，上述所公開的系統和方法中的一個或多個方面可組合或甚至省略(如果需要的話)。
附圖
[0017]當結合所附附圖閱讀時可以更好地理解前面的概述以及本發明的以下詳細描述。為了說明本發明的目的，在附圖中示出了各種說明性實施例。然而，應理解本發明不限于所示的精確布置和工具。
[0018]圖1(a)是根據本公開的實施例的護套的正視圖。
[0019]圖1(b)是根據本公開的實施例的探針的正視圖，其中探針的遠端包括成像和定位技術。
[0020]圖1(c)是根據本公開的實施例的探針的正視圖，其中探針的遠端包括光學和定位技術。
[0021]圖1(d)是根據本公開的實施例的探針的正視圖，其中探針的遠端包括超聲定位技術。
[0022]圖1(e)是根據本公開的實施例的探針的正視圖，其中探針的遠端包括具有光學技術的組織展延器(spreader)。
[0023]圖1(f)是根據本公開的實施例的探針的正視圖，其中探針的遠端包括活檢技術和光學技術。
[0024]圖1(g)是根據本公開的實施例的探針的正視圖，其中探針的遠端包括具有光學技術以及超聲成像和定位技術的高強度聚焦超聲。
[0025]圖2是圖1(g)中所示的探針的放大正視圖；
[0026]圖3(a)_(d)是根據本公開的實施例的各種部件的正視圖。
[0027]圖4A-B分別是根據本公開的實施例的靶向設備的俯視圖和正視圖。
[0028]圖4C-E是根據本公開的另一實施例的靶向設備的立體圖，其中靶向設備以各種配置顯示。
[0029]圖5是根據本公開的實施例的流程圖。
[0030]圖6是用于執行本文所公開的至少某些過程的示例性計算設備的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]在下文中參考附圖描述本公開的各個實施例。應當注意的是，附圖沒有按比例繪制，并且貫穿附圖，類似結構或功能的元素由相似的附圖標記表示。還應當注意，附圖僅僅旨在便于對本發明的具體實施例的描述。附圖不旨在作為本發明的窮盡描述或不旨在作為對本發明的范圍的限制。此外，結合本發明的特定實施例描述的方面不一定限于該實施例，并且可在本發明的任何其他實施例中實踐。將理解，雖然結合對腫瘤的放射治療來描述本發明的各種實施例，但所要求保護的發明具有在其它行業中的應用和對不同于癌癥的目標的應用。除非本文中特別說明，術語“一”、“一個”和“該”不限于一個元件，而是應當被解讀為“至少一個”。
[0032]本公開包括用于執行手術過程的系統，該系統包括至少一個傳感器，該至少一個傳感器被配置成利用非侵入技術提供患者的目標體積的至少一個圖像。在包含患者的治療室中建立坐標系統。在患者內并且接近于目標體積創建單個手術端口。至少一個探針被配置成至少部分地插入單個手術端口中。探針包括軸和在軸遠端的至少一個工具。軸的近端可以可操作地連接至至少一個電動機以允許操縱工具的位置和取向中的至少一個。至少一個控制器可被配置成i)將來自傳感器的至少一個圖像與坐標系統整合，ii)標識患者上的用于創建單個手術端口以提供對目標區域的訪問的位置，iii)操縱探針的至少一部分以治療目標區域，iv)實時跟蹤工具，和/或在屏幕上顯示工具的位置。
[0033]本公開還包括執行手術過程的方法，該方法可包括:拍攝、接收或獲得患者的至少一部分的術前圖像;接收標識到患者的目標體積的最佳路徑的治療計劃;確定用于將探針插入患者中以到達目標體積的最佳布置。可標識患者上的現有的或安裝的地標，并且在患者內的預定位置處創建單個端口。護套可被至少部分地插入患者內，并且至少一個探針被至少部分地插入護套。探針的至少一部分包括定位技術。利用探針的至少一個工具治療目標體積的至少一部分。
[0034]更具體地，在圖1(a)— 1(g)中描繪的一個實施例中，可基于共同平臺提供至少一個或一系列手術探針10，該至少一個或一系列手術探針10包括提供成像、診斷、定位、和/或組織改變能力的一系列技術。在至少一個實施例中，每個探針10包括軸12，該軸12可以是至少部分地或完全剛性的(參見圖3A)、至少部分地或完全鉸接的(參見圖3B)、和/或至少部分地柔性的(例如由于柔性的和/或彈性材料或一個或多個連桿機構(Iinkage))。可在軸12的遠端處部署或利用技術中的至少兩個且可能地四個或以上。
[0035]可通過手動和/或計算機控制來操縱軸12或軸12的至少一部分。每個軸12的近端可被尺寸設定成、成形成、和/或配置成與至少一個或一組電動機14配合，該至少一個或一組電動機14被設計成影響軸12的近端和/或遠端的位置和取向。電動機14可與軸12成整體(參見圖1(a) — 1(g)和3A)，或該組電動機14可在軸12的外部并且直接連接至軸12(參見圖3C)或連接至本身包含電動機14的機構，諸如手術機器人16(參見圖3D)。在一個實施例中，電動機14可用于相對于軸12的近端的位置和/或取向獨立地控制軸12的至少遠端的位置和/或取向，包括如下所有或一些組合:近側和遠側軸12的彎曲、近側和遠側軸的旋轉、近側和遠側軸12的線性平移。
[0036]在實施例中，在每個探針10的遠端處的工具18被設計成執行至少一個不同的功能(參見圖l(b)-l(g))，該至少一個不同的功能包括，但不限于，組織解剖、組織展延、組織取樣，流體抽吸、組織抽吸和組織沖洗。此外，每個探針10可包括致力于成像、診斷、定位和組織改變的上述至少兩個技術(參見圖2)。例如，如圖2所示，工具可包括定位18a、治療18b、US成像18c和/或光學成像光源18d技術。組織內US和光纖可被納入每個探針10中。US允許目標區域的內部的可視化，而光纖允許目標區域的外部的可視化。
[0037]成像包括設計成提供組織的表面或內部的圖像的任何裝置。設計成提供組織的表面的圖像的技術包括，但不限于，需要觀察諸如可視光譜或近紅外光譜或紫外光譜之類的任何波長的光學器件并且包括用于將光傳輸至組織的裝置和用于將組織的圖像發送回用戶的裝置。
[0038]設計成提供組織的診斷問診的技術包括，但不限于，γ成像、近紅外光成像、X射線、和核磁共振。設計成提供組織的內部的圖像的技術包括，但不限于，診斷超聲、各種穿透性光學頻率(諸如近紅外和紫外成像)、γ相機、和核磁共振。US技術包括任何設計(包括，但不限于，2-D掃描、3-D掃描、環狀、線性、和相控陣列)的可變頻率的換能器。
[0039]設計成提供組織改變、用于永久地或可逆地改變組織的功能或破壞組織的技術可包括用于通過熱、電或其他方式(諸如，激光、射頻(RF)、微波、冷沉淀、US、不可逆的電穿孔(IRC))改變組織的任何形式的技術。組織改變技術可用于永久破壞細胞功能和/或解剖或用于短暫破壞細胞功能和/或解剖。組織功能的可逆改變的示例是使用低強度的聚焦超聲來影響或改善組織膜滲透性，使得癌癥破壞藥物可更好地進入細胞。組織的永久改變的示例是使用高強度的聚焦超聲來通過熱消融破壞癌細胞。
[0040]具有用于跟蹤相應的探針10相對于已知參考點在空間中位于何處的位置驗證技術的一個或多個探針10可包括用于標識和/或跟蹤對象在三維空間中相對于已知點的位置的任何形式的技術，諸如，光、電磁、和射頻。
[0041]如圖1(a)所示，單個護套20可通過單個手術端口被至少部分地引入到患者中，所有探針10可穿過該單個手術端口。與許多傳統的手術過程形成對比，本實施例的過程能夠僅采用單個手術端口來完成手術。護套20可包括至少部分地或甚至完全配合在護套20內的阻塞器(參見，例如圖1(b))。該阻塞器為以上描述的探針10上的變體也就是說，阻塞器10可包括技術中的至少兩種，包括來自組織表面或組織內部成像以及定位/跟蹤技術中的至少一個。通過如治療計劃系統(以下詳細描述的)規定地定位和取向護套20，探針10可至少部分地或甚至完全地被引入或插入到護套20中并且可交換地從護套20中移除，同時維持所有探針10的取向沿著相同或基本相同的軌跡。
[0042]本公開的以上描述的實施例與傳統的單端口手術過程不同，因為這些現有技術過程擴大端口的尺寸以允許多種工具同時或并行地插入。本公開的實施例允許在手術過程期間利用較小的端口。因此，本實施例減少了由手術過程引起的切割、撕裂、出血等，并導致對患者的更少的創傷和更快的恢復時間。
[0043]為了使護套20和/或探針10在手術端口內正確地取向，本公開的至少一個實施例使用靶向設備或系統30 (參見圖4A-4E)。圖4A是靶向設備30的俯視圖。圖4B是靶向設備30的側視圖，其中靶向設備30的至少一部分處于替代位置。圖4C-4E是靶向設備30的立體圖，其顯示了靶向設備30允許的探針10的各種運動。在至少一個實施例中，靶向設備30可允許和/或實現護套20和/或探針20相對于患者的大范圍的運動(例如，向上、向下、左、右、向內、向外或它們的任何組合)。靶向設備30可以具有任意形式，所述任意形式允許通過結合電動機或其他形式的驅動系統手動地或在計算機控制下建立軌跡。例如，靶向設備30可具有與神經外科和矯形外科領域中所使用的結構類似的結構，以按照期望的方向對準探針或其他手術儀器。
[0044]靶向設備30可包括:用于通過將靶向設備30的基部或板34直接或間接地固定至患者、固定至患者可躺在其上的桌子、固定至毗鄰桌子部署的支撐結構、和/或固定至室本身來使靶向設備30的基部或板34相對于患者固定在適當的位置中的裝置。靶向設備30可包括:用于使護套20和/或探針10沿著由靶向設備30建立的軌跡至少部分地或甚至完全地穿過靶標設備30的裝置。用于穿過的裝置可以是具有圓形截面形狀的管32。管32的截面積和/或形狀可能僅比每個探針10的截面積和/或形狀稍大，使得一次僅一個探針10可被插入管32內。靶向設備30還可包括定位技術，以便標識設備的靶向方面的適當取向。
[0045]一旦被引入到靶向設備30中，則靶向設備30的各個自由度、以及給定探針10的軸12的計算機或手動控制的運動允許調整通過患者內的單個、小開口引入的探針10的形狀和/或位置，其中探針的遠端沿著由治療計劃系統確定的路徑和以由治療計劃系統確定的方式遞送至目標組織，以便成像、診斷、和/或潛在地改變組織。
[0046]在如圖5所示的實施例中，對成問題的患者的區域的術前成像可被執行、接收和/或獲得并且數據被下載到治療計劃系統(諸如計算機和傳感器)中，所述治療計劃系統用于標識在手術期間要改變或移除的患者的一部分(例如，前列腺或其一部分)的目標體積(例如，尺寸、形狀和/或位置)(步驟50)。還可在患者內創建單個、小開口之前執行成像以基于將用于改變成問題的區域的技術的已知組織改變特性來確定采用探針10的至少一部分到達患者內的目標體積的最佳路徑。在一個實施例中，可通過將傳感器放置在患者的一部分上或附近來完成成像。可手動地或通過計算機控制來操縱傳感器的定位。傳感器可與計算機間隔開但可操作地連接至計算機。治療計劃過程的一部分可包括:確定用于使探針10引入到患者內的端口布置的最佳位置以便到達目標體積(例如，脾臟或其一部分)同時最小化患者的并發癥(步驟52)。一旦確定最佳位置，其坐標就可被保存在治療計劃系統中。
[0047]在治療時，可利用定位技術在治療室中建立坐標系統(步驟54)ο坐標系統可以是用于創建在手術室、放射腫瘤科套間中、和/或圖像上使用的統一參考點。可以按本領域技術人員已知的任何數量的方式建立坐標系統。例如，可在成像之前將最少的三個參考標記放置在患者表面(例如，皮膚)上，通過紋身標記這三個參考標記的位置。可在術前圖像上標識參考標記，并且圖像上的點的位置參考這些標記。在治療時，定位探針可用于標識該最少的三個點的位置，以便重新建立在成像時所使用的參考系統。替代地，可使用患者表面上的自然出現的點，例如，肚臍。此外，可在沒有任何點的情況下發生配準。在治療時，可通過計算機連續記錄探針10位置來在患者表面上跟蹤具有定位的探針10直到計算機系統已捕獲到足夠的點來生成可與由成像數據生成的患者的輪廓融合的患者的輪廓時。
[0048]坐標系統可被加諸至非侵入形式的成像，諸如US，其用于對目標體積的區域成像(步驟56)。替代地，具有其自己的固有坐標系統的系統(諸如，磁共振成像(MRI))可被用于成像。在治療室中生成的圖像可通過計算機或控制器被融合至術前圖像或與術前圖像結合，例如，藉此將如在術前圖像中確定的目標體積的位置配準至在治療時存在的室坐標系統(步驟58)。可通過本領域技術人員已知的任意數量的方法中的一個或多個來完成融合，諸如可變形配準、固定配準等。使用配備有定位技術的指針，例如，可在患者表面上標識探針進入患者內的位置。
[0049]在標識了目標體積的尺寸、形狀、和位置之后和/或在標識了到達目標體積的路徑之后，可在患者內布置或創建小的、單個手術端口。外科醫生可通過手來進行切割。具有包括光管和定位技術的內部阻塞器的護套20例如可至少部分地或甚至完全地通過單個端口被引入(步驟62)。通過使阻塞器10配備有定位技術，護套20可與由治療計劃系統確定的取向一致地取向。換言之，一旦在手術之前建立和/或精確映射到目標體積的期望路徑，就可在手術期間實現或跟隨該路徑，因為探針10的至少遠端的位置和/或定位是已知的并且可光學地和/或采用US看到。在手術期間，本公開允許外科醫生或操作者操縱計算機鍵盤、觸摸屏和/或計算機鼠標，例如，來執行手術。
[0050]換言之，在至少一個實施例中，系統可確定最佳端口放置的位置。定位技術可用于將該點定位在患者上。具體而言，具有定位的探針10可在患者的表面上周圍移動直到系統將其標識為對應于由計算機確定為最佳的點，從而給出目標的位置和可能存在于其路徑中的任何障礙。外科醫生隨后可在該點處進行切割。
[0051]一系列探針10，各自執行特定功能，并且各自配備有來自包括成像、診斷、定位、觸覺反饋、和/或組織改變能力的列表中的至少兩種技術，可通過護套20被可交換地或串行地引入或插入，從而允許每個探針10被引導朝向治療體積(步驟64)。由于將定位技術結合到各探針10內，可實時地跟蹤并在治療計劃屏幕(諸如，計算機監視器)上顯示探針10的位置。也可在治療計劃屏幕上顯示由如此裝備的探針10生成的光學和US圖像(步驟66和68)。一旦探針10的至少一部分已到達患者的目標體積并且已使用設計成這樣做的探針10準備該區域(步驟70)，則可使用合適裝備的探針10重復對治療體積的成像(步驟72)，基于現有的解剖更新治療計劃，以及將包括在其所結合的技術中的永久或可逆組織改變能力的組織改變探針10遞送至目標體積，由此允許在不出血且無需附加的端口和儀器的情況下在光學和/或US成像下通過小的單個端口訪問并且改變組織(步驟74)。
[0052]在本公開的進一步實施例中，手動或機動化的靶向系統30可被至少部分地或完全地安裝在形成于患者中的端口上并且可用于調節和/或維持護套20和/或探針10沿著預定的并且在機動化系統的情況下，計算機控制的軌跡的取向。例如，當采用具有鉸接的或可彎曲的軸12的探針10時，計算機，通過經由隨行定位系統知道探針10的遠端的至少一部分的位置，可調節探針10的每個方面的位置以便將探針10的遠端的至少一部分帶到患者內或附近的期望位置。可建立反饋環，該反饋環認識到已經移動探針10的遠端的至少一部分、記錄和/或存儲新的位置，并且確定向哪里移動探針10的遠端的至少一部分以將探針10定位在期望位置或執行手術過程所必需的位置中。因此，可在過程期間連續地跟蹤每個手術工具的位置，使得其位置是已知的并且相對于術前MRI/CT進行更新。
[0053]在根據本公開的進一步實施例的操作的裝置中，可在計算機控制下修改每個探針10的各個部分相對于周圍的組織和相對于其自身的取向，以便改變探針10的至少一部分的形狀，從而到達更大范圍的位置，諸如角落周圍。
[0054]本文所描述的技術的主要益處是減少了手術刀的使用甚至消除了手術刀。在目前的手術實踐中，對使用刀的需要通常需要廣泛暴露將被治療的區域，此舉通常需要使用注氣技術以在封閉的解剖室中創建此類空間。出血是使用刀的常見結果，而這又常常需要甚至進一步的暴露來進行控制以及使用由附加的外科醫生通過患者內布置的附加的端口所利用的附加儀器。一般而言，所有這些干預必須在光學觀察下完成，所述光學觀察需要為用于可視化該區域的光源和光纖相機布置附加的端口。
[0055]當不使用刀來消除目標組織時，通常消除了廣泛手術暴露的主要原因和出血的主要原因，由此減少了對一次超過一個儀器的需要，因此減少了端口的數量和執行手術所花費的時間總和。當在手術之前確定了到目標的路徑時，可優化該路徑以最小化由干預引起的副作用。當在過程期間跟蹤每個手術工具的位置時，可評估過程相對于預定的優化路徑的狀態并在需要時進行修正。
[0056]以上描述的技術和/或實施例中的一個或多個可采用軟件實現或包括軟件，例如，在一個或多個計算設備210上執行的模塊(參見圖6)。當然，本文所描述的模塊示出了各種功能并且不限于限制任何實施例的結構和功能。相反，可通過根據各種設計考慮的更多或更少的模塊不同地劃分并執行各個模塊的功能。
[0057]每個計算設備210可包括一個或多個處理設備，一個或多個處理設備被設計成處理以非瞬態方式存儲在存儲設備213上的指令，例如計算機可讀指令(S卩，代碼)。通過處理指令，處理設備(多個)211可執行本文所公開的步驟和/或功能中的一個或多個。每個處理設備可以是真實的或虛擬的。在多處理系統中，多處理單元可執行計算機可執行指令以增加處理能力。存儲設備(多個)213可以是任何類型的非瞬態存儲設備(例如，光學存儲設備、磁存儲設備、固態存儲設備等)。存儲設備(多個)213可以是可移動或不可移動的，并且可包括磁盤、磁光盤、磁帶或磁帶盒、CD-ROM、⑶-RW、DVD、BD、SSD、或可用于存儲信息的任何其它介質。替代地，指令可被存儲在一個或多個遠程存儲設備中，例如，在網絡或因特網上訪問的存儲設備。
[0058]每個計算設備210附加地可具有存儲器212、一個或多個輸入控制器216、一個或多個輸出控制器215、和/或一個或多個通信連接240。存儲器212可以是易失性存儲器(例如，寄存器、緩存、RAM等)、非易失性存儲器(例如，R0M、EEPR0M、閃存等)、或它們的一些組合。在至少一個實施例中，存儲器212可存儲實現所描述的技術的軟件。
[0059]互連機構214，諸如總線、控制器或網絡，可操作地耦合計算設備210的部件，包括處理器(多個)211、存儲器212、存儲設備(多個)213、輸入控制器(多個)216、輸出控制器(多個)215、通信連接(多個)240、和任何其他設備(例如，網絡控制器、聲音控制器等)。輸出控制器(多個)215可操作地耦合至(例如，經由有線或無線連接)一個或多個輸出設備220(例如，監視器、電視機、移動設備屏幕、觸摸屏、打印機、揚聲器等)，以這種方式，輸出控制器215(多個)可轉換顯示設備220上的顯示(例如，響應于執行的模塊)。輸入控制器(多個)216可操作地耦合至(例如，有線或無線連接)輸入設備230(例如，鼠標、鍵盤、觸摸板、滾動球、觸摸顯示、筆、游戲控制器、聲音輸入設備、掃描設備、數字相機等)，以這種方式，可從用戶接收輸入。
[0060]通信連接240可在通信介質上實現到另一計算實體的通信。通信介質傳送諸如計算機可執行指令、音頻或視頻信息的信息、或在經調制的數據信號中的其他數據。經調制的數據信號是指使得以在信號中編碼信息的方式來設置或改變其特性中的一個或多個的信號。作為示例并且非限制，通信介質可包括采用電、光學、RF、紅外、聲學、或其他載體實現的有線或無線技術。
[0061]圖6將計算設備210、輸出設備220、以及輸入設備作為獨立的設備示出僅為了易于識別的目的。然而，計算設備210、顯示設備(多個)220、和/或輸入設備(多個)230可以是獨立的設備(例如，通過導線連接至監視器和鼠標的個人計算機)，可被集成在單個設備(例如，具有觸摸顯示的移動設備，諸如智能手機或平板)中，或設備的任何組合(例如，可操作地耦合至觸摸屏顯示設備的計算設備、附連至單個顯示設備和輸入設備的多個計算設備等)。計算設備210可以是一個或多個服務器，例如網絡服務器群、集群服務器環境、或在遠程計算設備上運行的云。
[0062]因此，本發明良好適應于達到所述以及原來固有的目的和優勢。雖然可由本領域的技術人員作出許多變化，但這些改變都包含在如由所附權利要求書部分地所示的本發明的精神內。
【主權項】
1.一種用于執行手術過程的系統，所述系統包括: 至少一個傳感器，被配置成使用非侵入技術提供患者的目標體積的至少一個圖像； 坐標系統，建立于包含患者的治療室中； 單個手術端口，創建于患者中并且接近所述目標體積； 至少一個探針，被配置成至少部分地插入到所述單個手術端口中，所述探針包括軸和在所述軸的遠端處的至少一個工具，所述軸的近端可操作地連接至至少一個電動機以允許操縱所述工具的位置和取向中的至少一個;以及 至少一個控制器，被配置成i)將來自所述傳感器的所述至少一個圖像與所述坐標系統整合，i i)在所述患者上標識用于創建所述單個手術端口以提供對目標區域的訪問的位置，iii)操縱所述探針的至少一部分以治療所述目標區域，iv)實時跟蹤所述工具，以及V)在屏幕上顯示所述工具的位置。2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述至少一個探針包括一系列可互換的探針，所述探針中的至少兩個被至少部分地串行插入單個手術端口。3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，進一步包括至少一個護套，所述至少一個護套在插入所述探針之前至少部分地插入所述端口中，其中通過治療計劃系統確定所述護套的位置和取向，使得所述探針能夠被插入所述護套和從所述護套移除，同時維持所有探針的期望取向沿著出入端口的相同或基本相同的軌跡。4.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述至少一個探針包括(i)用于相對于已知參考點跟蹤所述探針的至少一部分的位置驗證技術以及(ii)成像技術。5.如權利要求4所述的系統，其特征在于，進一步包括置于所述患者上的多個參考標記。6.如權利要求5所述的系統，其特征在于，所述探針的定位技術被配置成標識所述參考標記中的每一個的位置。7.如權利要求4所述的系統，其特征在于，當所述探針被插入所述端口中時由所述成像技術生成的圖像被融合至由所述傳感器提供的所述至少一個圖像，由此將如在所述至少一個圖像中確定的目標體積的位置配準至室坐標系統。8.如權利要求1所述的系統，其特征在于，進一步包括至少部分地安裝在所述單個手術端口上的靶向系統，所述靶向系統的至少一部分提供兩個或更多個運動度，其中所述探針經由所述靶向系統被插入所述端口中。9.如權利要求8所述的系統，其特征在于，所述靶向系統包括附連至所述患者的基部以及配置成在其中接收所述探針的管，所述管可相對于所述基部樞轉。10.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述探針包括在其近端處的至少一個電動機，所述電動機被配置成控制所述探針的遠端處的工具和所述工具的軸中的至少一個的操作。11.一種執行手術過程的方法，所述方法包括以下步驟: a)接收或獲得患者的至少一部分的術前圖像； b)接收標識到所述患者的目標體積的最佳路徑的治療計劃； c)確定用于將探針插入到所述患者中以到達所述目標體積的最佳布置； d)標識所述患者上的現有的或安裝的地標； e)在所述患者中的預定位置處創建單個端口； f)將護套至少部分地插入到所述端口中并插入到所述患者中； g)將至少一個探針至少部分地插入到所述護套中，所述探針的至少一部分包括定位技術；以及 h)通過利用所述探針的至少一個工具治療所述目標體積的至少一部分。12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，護套以由所述治療計劃確定的取向被引入到所述患者中。13.如權利要求11所述的系統，其特征在于，進一步包括步驟: bl)在步驟c)之前執行定位至建立室坐標系統的已知固定地標的非侵入形式的手術成像。14.如權利要求13所述的系統，其特征在于，進一步包括步驟: b2)將手術圖像與術前圖像融合以將所述目標體積配準至所述室坐標系統。15.如權利要求11所述的系統，其特征在于，還包括步驟: dl)在步驟e)之前將機動化的靶向系統安裝在所述患者上；以及d2)在步驟e)之前沿著預定的且計算機控制的軌跡調節所述靶向系統的取向。16.如權利要求11所述的系統，其特征在于，步驟g)包括:從所述護套串行地插入和移除的多個探針。17.如權利要求11所述的系統，其特征在于，所述探針包括成像技術，并且其中由所述探針獲得的一個或多個圖像被顯示在位于所述患者外部的治療屏幕上。18.如權利要求17所述的系統，其特征在于，計算機鍵盤、觸摸屏和計算機鼠標中的至少一個允許外科醫生操縱所述探針，并且其中通過所述定位技術實時地跟蹤所述探針。
【文檔編號】A61B17/00GK106061401SQ201480067377
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年10月10日
【發明人】M·卡羅爾
【申請人】松納凱爾醫療有限公司