[发明专利]一种用于将细长工具与闭塞目标相对齐的系统和方法

说明书

本公开了用于将细长工具与闭塞目标相对齐、以及用于使用细长工具来瞄准闭塞目标的系统和方法。该用于将细长工具与闭塞目标相对齐的系统包括：调整机构，配置为调整所述细长工具相对于由所述目标隔开的枢轴点的角度取向；三维（3D）成像设备，配置为捕获所述细长工具和所述闭塞目标的三维图像；以及处理器，与所述调整机构和所述三维成像设备通信地耦合。所述处理器配置为：处理从所述三维成像设备接收的三维图像，以获得所述目标和所述枢轴点的位置数据；并且基于所述目标和所述枢轴点的位置数据，来控制所述调整机构以调整所述细长工具相对于所述枢轴点的所述角度取向，以便将所述细长工具的纵向轴线与所述目标和所述枢轴点相对齐。

技术领域

本发明宽泛地涉及一种用于将细长工具与闭塞目标相对齐的系统和方法。

背景技术

许多临床实践包括通过将针的尖端安全地并准确地放置在病变、器官或血管中，而经皮插入针用于活组织检查和药物递送。要求针插入的治疗的示例包括接种疫苗、血液/流体取样、局部麻醉、组织活检、导管插入、冷冻消融、电解消融、短距离放射治疗、神经外科、深部脑刺激、以及各种微创外科。传统地，这些外科手术操作通过手中持有套管针的外科医生来实施，其中套管针的一端停留在患者的皮肤上。套管针的另一端被倾斜若干次以建立套管针和目标区域之间的准确对齐。套管针的对齐通常借助于医学成像系统（诸如X射线放射线照相术、磁共振成像（MRI）、医学超声波检查法或超声波、计算机断层成像（CT）等）来确定。一旦确信准确对齐，则外科医生必须通过使其手稳定来维持套管针的对齐。套管针随后被推入到患者身体中，以到达目标区域。目标的准确度是重要的，这是因为在活组织检查期间套管针放置较差会导致假阴性。短距离放射治疗期间的不准确的种子放置会毁坏健康的组织，而不是癌症组织，有时候会有灾难性的结果。

这些外科手术操作的示例是经皮肾脏外科手术。经皮肾脏外科手术是微创性的程序用于建立经皮肾镜取石术（PCNL）中的锁孔进入（keyhole access）以移除肾脏结石。在该程序中，套管针穿过患者的皮肤通过身体层进入到肾脏中以达到结石目标。外科手术仪器（诸如导丝、超声探头和真空装置）随后会穿过套管针中的孔以实施结石移除过程。

套管针插入程序的持续时间通常范围在10分钟到1.5小时，并且贯穿该程序，C臂荧光检查仪必须在运行中。因此，患者和外科手术工作者都会受到X射线的长期暴露，并且这会在长期来看是潜在的健康威胁。此外，由于该精心的程序，可能会存在套管针必须撤回以及整个程序需要被重复的实例。这会加重患者的病情，因为对肾脏的多次穿刺可能会增加对患者的风险（诸如严重流血、形成血肿、以及感染）。该程序可能必须取消或重新安排，因此导致对患者的很多苦恼以及损失医疗保健专业人员的宝贵时间。

为了解决以上问题，机械臂被用来执行套管针插入程序。例如，当前的途径利用机械臂外科手术系统，其会模仿标准的手动程序。换言之，这些系统被外科医生手动控制，例如使用操纵器（诸如操纵杆）来将套管针与目前区域对齐。还有，这些传统的系统是笨重的，并且在处理中很慢。而且，制作这些系统以及使用这些系统来实施套管针插入程序会很昂贵。

备选地，外科手术程序可以使用机械系统来实施，该机械系统控制柔性针，其具有在图像反馈以到达患者的身体中的目标下的在表面下组织中的转向能力。各种机构可以用于转向柔性针，例如基于尖端的转向、针基部的横向操纵、以及随着针被插入的组织操纵。柔性针可以用于在硬的或敏感的组织（诸如血管和骨头）周围转向，以允许通过针到达由直线路径可以接近的目标。表面下针转向还可以允许针的轨迹被操纵，因此避免需要重复整个外科手术程序。然而，该技术仍然是耗时的，并且需要迭代地获得和处理图像。

因此，存在这样的需求：提供一种试图解决至少一些以上问题的用于对齐外科手术工具的系统。

发明内容