[发明专利]在患者特定切口布置期间手术工具的定位和取向

说明书

发明领域

本发明涉及医疗器械，且更具体地讲涉及用于在医疗应用中使用以改善与患者特定切口布置的对准的装置、系统和方法。

背景技术

微创手术是使用穿过小的切口插入到患者体内的细长器械来执行的。切口的布置对手术结果起到重要作用。标准临床指南定义了相对于众所周知的解剖学标志的进入点。例如，在心脏手术中，会用到肋骨、胸骨和乳头以及距这些特征物的规定距离。这种指南并未顾及由于患者的体型或存在病态而引起的解剖学变化。在基于手术前数据集而得的切口规划中，由于在现场情况期间执行计划的挑战性而仍存在临床实施中的差距。

参照图1，例示性地示出微创心脏手术的配置10。在该实例中，将内窥镜12和两个器械14及16穿过小的切口15经过肋骨18插入体腔20内，所述切口的尺寸可介于约5mm和约100mm之间。在临床实践中，使用由专业人员协会、医院、或手术设备的制造商公布的指南来选择切口15。所述指南定义了相对于解剖学标志(例如，肋骨、胸骨、乳头、这些特征物之间的距离以及距这些特征物的距离等)的进入点。然而，总体上，这种指南并不包括解剖结构的变化、患者体型、患者疾病的特异性等。因此，更具患者特定性的切口布置可以是有益的，这会最小化与进出有关的组织创伤和手术次数，同时改善了结果。

患者特定切口规划有利于介入术，潜在地减少手术次数和并发症比率，同时会改善结果。在标准的临床实践中，外科手术进出切口是使用标准指南来选择的。缺乏患者特定的最佳方案可导致定位在次最优切口中的器械可能无法到达所有关注区域的结果。这又会延长介入时间，并且增加为了到达目标部位而执行的手术量。在手术内执行患者特定进出切口最佳化的问题仍未解决。

在将器械(例如)12、14和16插入到体腔20内之后，器械12、14和16可以按四个自由度(DOF)来移动——绕切口15(支点)枢转的两个角度以及插入和旋转。虽然旋转和插入是直观且易用的，但角度与内窥镜视图之间的映射不太直观、需长期学习，并且如研究表明，是在微创外科手术中的手眼协调方面的最大难点。

解决切口布置问题已成为关注热点。已经开发出计算机算法以基于手术前的三维医疗图像(例如，计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)等)来计算器械的最佳切口。将最佳规划后续转化到手术室中的焦点在于使用外科导航技术中已知的标准工具跟踪技术。然而，由于在内窥镜引导下的器械操作的非直观性本质，在临床实施时仍存在差距。在现有技术中基于使用手术前成像和常规跟踪技术(例如，基于近红外线光学摄像机的定位、基于计算机视觉的定位、电磁定位)的切口定位最佳化而提议的方法在标准临床实践中并不充分地可行。

一旦外科手术已开始，在外科手术之前基于手术前三维成像执行的切口布置最佳化可能就过时了。例如，在心脏手术中，由于使用心肺泵，左肺被抽气并且心脏可以是停止的，导致器官出现了不同的布置。而且，切口是相对于手术前图像而非相对于内窥镜视频来规划的，但事实上内窥镜是手术介入者(interventionalist)唯一可用的实时视觉反馈。现实的患者特定切口规划需要大量的额外时间开销，并且表明了当前的外科模拟工具的有限临床应用。另外，常规的跟踪系统通常在手术室内进行长时间的设置，并且需要仔细校正。对于其中在后期手术阶段期间不进行跟踪的情况来说，准备所需要的临床开销可能是不可接受的。虽然切口布置位置限定和约束了介入器械和内窥镜探头的插入点，但关于工具应当如何取向以到达内窥镜图像中的特定区域仍然需要直观的反馈，而这在当今的手术中是缺乏的。因此，需要改善介入手术中的器械定位和操纵。

发明内容

根据本发明原理，定位设备包括具有用于与切口进入点对准的第一开口的第一部分。第二部分能够被定位成从多个不同位置与第一开口对准。致动机构联接到第一部分和第二部分中的至少一个，以设定第一部分和第二部分的相对位置，从而容许在第一部分和第二部分之间形成的工具轴线被对准穿过第一开口，使得布置在工具轴线上的工具将具有已知的位置和取向。

另一定位设备包括：具有用于与切口进入点对准的第一开口的第一板，以及具有用于与第一开口对准的第二开口的第二板。致动机构联接到第一板和第二板中的至少一个，并被设定成容许工具轴线被对准穿过所述第一和第二开口，使得布置在工具轴线上的工具将以已知的位置和取向经过所述切口进入点。