專利名稱：軸向外科軌道導(dǎo)引器及導(dǎo)引醫(yī)療裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與在醫(yī)療程序期間導(dǎo)引例如針或探頭等軸向醫(yī)療器械相關(guān)的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
·在醫(yī)療程序期間，通常需要外科醫(yī)生將例如針、分流器或探頭等軸向外科器械插入到患者中以到達(dá)患者體內(nèi)的預(yù)先選定的目標(biāo)。有此需要的一些示范性外科程序包含活檢程序及侵入性神經(jīng)外科程序。為了獲得軸向外科器械的相對(duì)準(zhǔn)確放置，當(dāng)前慣例是使用依賴于患者的包含目標(biāo)的一個(gè)或一個(gè)以上圖像的導(dǎo)航技術(shù)，例如，眾所周知的計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)技術(shù)，其提供患者身體的三維體積圖像信息(即，“CT圖像”或“CT數(shù)據(jù)集”)。如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)CT并不限于特定掃描技術(shù)，且囊括任何可用技術(shù)，例如X射線、2D投影X射線、C臂裝置、磁共振成像、超聲波以及能夠產(chǎn)生患者身體的可用于計(jì)劃及執(zhí)行導(dǎo)航外科程序的圖像或體積切片的其它類型的成像裝置。在獲得患者的CT圖像之后，由醫(yī)療人員在CT圖像中識(shí)別目標(biāo)及進(jìn)入點(diǎn)，且依據(jù)這些點(diǎn)識(shí)別外科器械的線性軌道。通常借助于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在適當(dāng)軟件的控制下來(lái)執(zhí)行此操作，所述軟件將計(jì)算相對(duì)于垂直重力向量以及相對(duì)于CT掃描儀的坐標(biāo)系的俯仰角及偏轉(zhuǎn)角。通過(guò)已知映射技術(shù)，例如參考在患者及CT圖像兩者上可見的網(wǎng)格或其它標(biāo)記在患者上標(biāo)記進(jìn)入點(diǎn)。依據(jù)俯仰角及偏轉(zhuǎn)角，可接著將軌道從圖像空間傳送到實(shí)際患者空間，且可相對(duì)于進(jìn)入點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)外科器械。因此，舉例來(lái)說(shuō)，在介入性放射中，在CT引導(dǎo)下的針?lè)胖檬亲钕冗M(jìn)的程序。將患者定位于CT掃描儀的門架中且在程序期間的不同時(shí)間處獲得數(shù)個(gè)CT掃描以局部化進(jìn)入點(diǎn)并將針插入到身體中的目標(biāo)點(diǎn)。一些示范性應(yīng)用包含軟組織活檢(例如，肺、肝臟、腎臟)、骨活檢、椎體成形、RF切除等。所述程序通常借助直針形器械來(lái)執(zhí)行。進(jìn)入點(diǎn)的局部化通常比患者內(nèi)部的目標(biāo)點(diǎn)的局部化問(wèn)題少。對(duì)于進(jìn)入點(diǎn)局部化，通常借助所關(guān)注區(qū)域中的網(wǎng)格來(lái)對(duì)患者進(jìn)行掃描。在CT掃描中識(shí)別出網(wǎng)格條帶且其用于使在CT圖像中識(shí)別的計(jì)劃進(jìn)入點(diǎn)與患者上的身體進(jìn)入點(diǎn)相關(guān)。對(duì)于目標(biāo)點(diǎn)局部化，醫(yī)師通常必須依據(jù)CT圖像根據(jù)計(jì)劃手動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)角度且需要進(jìn)行有規(guī)律的周期掃描以監(jiān)視及控制軌道。因此，針到目標(biāo)的引導(dǎo)為具有反復(fù)控制掃描的反復(fù)過(guò)程且在丟失目標(biāo)的情況下通常需要修正針軌道路徑。此使得所述程序耗費(fèi)時(shí)間且對(duì)患者及醫(yī)師產(chǎn)生高的X射線暴露量?，F(xiàn)代的CT掃描儀提供“CT熒光透視(CT-Fluoro) ”模式，其允許幾個(gè)切片中的恒定成像。此特征允許醫(yī)師現(xiàn)場(chǎng)顯現(xiàn)針向組織中的穿刺，但其也使患者及工作人員暴露于高劑量X射線且僅允許在CT的軸向平面中的途徑(“平面中途徑”)。然而，通常，在CT掃描的平面中到目標(biāo)的途徑是不可能的，例如當(dāng)肋骨阻擋所述途徑時(shí)或當(dāng)將必須穿刺關(guān)鍵軟組織時(shí)。用于將患者空間中的外科器械對(duì)準(zhǔn)成與CT圖像空間中的計(jì)劃定向相同的定向的其它已知方法通常較繁瑣及/或需要復(fù)雜的導(dǎo)航系統(tǒng)。一些系統(tǒng)使用外科導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)幫助外科人員導(dǎo)引針。舉例來(lái)說(shuō)，第2008/0200798號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開案揭示一種活檢針導(dǎo)引器，所述活檢針導(dǎo)引器具有兩個(gè)獨(dú)立的弓形角度導(dǎo)引器以允許導(dǎo)引管圍繞單個(gè)點(diǎn)樞轉(zhuǎn)且適于粘附地附接到患者的皮膚。所述針導(dǎo)引器特別適合于在CT掃描圖像中可見且還具有由單獨(dú)光學(xué)計(jì)算機(jī)外科導(dǎo)航系統(tǒng)以此項(xiàng)技術(shù)中已知的方式追蹤的特別適合的導(dǎo)航標(biāo)記。接著，使來(lái)自外科導(dǎo)航系統(tǒng)的圖像與CT掃描圖像配準(zhǔn)以允許外科工作人員確保針導(dǎo)引器以CT掃描圖像中界定的定向在患者上對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中，活檢針導(dǎo)引器特別設(shè)計(jì)有間隔開的標(biāo)記以幫助識(shí)別與CT掃描圖像平面的適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)。第7，876，942號(hào)美國(guó)專利中揭示基于光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的另一針導(dǎo)引系統(tǒng)，其中光學(xué)導(dǎo)航攝像機(jī)直接附接到活檢針且具有基準(zhǔn)標(biāo)記的貼片在患者上的選定進(jìn)入點(diǎn)的區(qū)中附接到患者。然而，此類系統(tǒng)除CT成像設(shè)備以外還需要復(fù)雜的光學(xué)外科導(dǎo)航系統(tǒng)，且通常需要在患者上附接追蹤標(biāo)記以便能夠使CT圖像與患者配準(zhǔn)。在其它系統(tǒng)中，在不使用光學(xué)計(jì)算機(jī)外科導(dǎo)航系統(tǒng)的情況下，活檢針相對(duì)于局部垂直重力向量對(duì)準(zhǔn)。美國(guó)專利申請(qǐng)公開案第2005/0033315號(hào)、EP 0414130及EP 0535378揭示基于此原理操作的一些代表性系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，通常，氣泡水平儀或其它機(jī)械調(diào)平裝置用于對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)引器并將對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)引器維持于水平平面中(即，垂直于局部垂直重力向量) 使得可以某一經(jīng)界定的軌道角度插入針同時(shí)使針導(dǎo)引器保持水平。然而，這些系統(tǒng)的缺陷是對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)引器通常必須維持在水平狀況中且在垂直CT掃描圖像平面的平面中對(duì)準(zhǔn)以便能夠準(zhǔn)確地界定所要軌道。EP 1977704揭示一種對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)引器，所述對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)引器使用鐘擺在兩個(gè)垂直平面中自動(dòng)地識(shí)別重力向量使得可在兩個(gè)獨(dú)立的垂直平面中對(duì)針導(dǎo)引器進(jìn)行角度調(diào)整。以此方式，將所述針圍繞偏轉(zhuǎn)角(橫向水平軸)調(diào)整一個(gè)鐘擺集合，且其具有用于圍繞俯仰角(縱向水平軸)調(diào)整針進(jìn)入角度的量角器。所述對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)引器經(jīng)設(shè)計(jì)為操作者免手持的且不附接到患者。同樣，此系統(tǒng)的缺陷是必須使所述對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)引器以至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度維持于特定水平定向中。本發(fā)明的發(fā)明人已開發(fā)出一種可通過(guò)消除對(duì)外部光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的需要或消除在能夠計(jì)算患者空間中的所要軌道之前使軸向?qū)б骶S持于特定水平平面中的需要來(lái)克服先前已知系統(tǒng)的缺陷中的至少一些缺陷的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一種用以將醫(yī)療裝置導(dǎo)引到樞軸點(diǎn)的外科軌道導(dǎo)引器包含底座，所述底座可以固定位置附接到患者。所述軌道導(dǎo)引器還包含軸向?qū)б考鲚S向?qū)б考c所述底座連接且沿著與所述底座成固定關(guān)系的第一軸及垂直于所述第一軸的第二軸與樞軸點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。所述導(dǎo)引部件具有縱向軸，且所述底座與所述軸向?qū)б考g的所述連接使得所述縱向軸始終穿過(guò)所述樞軸點(diǎn)且使得防止所述軸向?qū)б考h(huán)繞所述縱向軸旋轉(zhuǎn)。所述軌道導(dǎo)引器進(jìn)一步包含至少一個(gè)電子角度傳感器，所述至少一個(gè)電子角度傳感器與所述軸向?qū)б考嚓P(guān)聯(lián)且適于在不必調(diào)平所述底座的情況下自動(dòng)地感測(cè)所述軸向?qū)б考鄬?duì)于圍繞所述第一軸的局部重力向量的第一角度及所述軸向?qū)б考鄬?duì)于圍繞所述第二軸的局部重力向量的第二角度。本發(fā)明的第二實(shí)施例為一種在程序期間導(dǎo)引軸向醫(yī)療器械的方法，所述方法包含將具有軸向?qū)б考能壍缹?dǎo)引器放置于患者上使得所述軌道導(dǎo)引器的第一軸與成像裝置的預(yù)定軸對(duì)準(zhǔn)的步驟，其中所述軸向?qū)б考哂写┻^(guò)所述第一軸上的樞軸點(diǎn)的縱向軸，且其中防止所述軸向?qū)б考h(huán)繞所述縱向軸旋轉(zhuǎn)。所述方法還包含調(diào)整所述軸向?qū)б考沟盟隹v向軸位于所述軸向醫(yī)療器械的計(jì)劃軌道上的步驟。最后，所述方法包含將軸向外科器械放置于所述軸向?qū)б考幸詧?zhí)行醫(yī)療程序的步驟。在考慮以下詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其它方面及優(yōu)點(diǎn)將即刻變得顯而易見。


圖1是操作地定位于CT掃描儀中的患者的示意圖，其展示CT掃描儀的基本部分及坐標(biāo)框架；圖2是根據(jù)本發(fā)明的軌道導(dǎo) 引器的實(shí)施例的等距視圖，所述軌道導(dǎo)引器具有包含兩個(gè)正交對(duì)準(zhǔn)的弓形角度導(dǎo)引器的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)；圖3展示根據(jù)本發(fā)明的方面操作者將本發(fā)明的軌道導(dǎo)引器定位于CT掃描儀中的患者上；圖4展示根據(jù)本發(fā)明的方面操作者調(diào)整軌道導(dǎo)引器的對(duì)準(zhǔn)以匹配預(yù)先選定的軌道；圖5是軌道導(dǎo)引器的另一實(shí)施例的等距視圖，所述軌道導(dǎo)引器具有包含單個(gè)弓形角度導(dǎo)引器及在所述弓形角度導(dǎo)引器上獨(dú)立地滑動(dòng)的滑架的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)；圖6是軌道導(dǎo)引器的另一實(shí)施例的等距視圖，所述軌道導(dǎo)引器具有包含連接到底座的連桿及導(dǎo)套的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)；圖7a到7d為軌道導(dǎo)引器的又一實(shí)施例的視圖，所述軌道導(dǎo)引器具有呈半球形布置的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)；圖8是軌道導(dǎo)引器的再一實(shí)施例的等距視圖，所述軌道導(dǎo)引器具有防止圍繞縱向軸旋轉(zhuǎn)的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)；圖9是軌道導(dǎo)引器的額外實(shí)施例的等距視圖，所述軌道導(dǎo)引器具有呈鉸鏈節(jié)形式的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)；圖10是軌道導(dǎo)引器的又一實(shí)施例的等距視圖，所述軌道導(dǎo)引器包含用于附接包含集成式角度傳感器的便攜式顯示裝置的對(duì)接機(jī)構(gòu)；且圖11是軌道導(dǎo)引器的另一實(shí)施例的等距視圖，其中傳感器位于插入到導(dǎo)引器中的器械上。
具體實(shí)施例方式舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)借助于計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)導(dǎo)引系統(tǒng)進(jìn)行外科程序(例如活檢)時(shí)，通常可關(guān)于CT掃描儀的設(shè)置做出可輔助例如活檢針等外科工具的導(dǎo)航的一些基本假設(shè)。如圖1中所展示，CT掃描儀100通常具有與門架104相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)系102或CT坐標(biāo)空間以供在為有益地使用CT掃描儀100及相關(guān)聯(lián)CT圖像數(shù)據(jù)(未展示)而可能需要的導(dǎo)航及其它空間計(jì)算時(shí)使用。具體來(lái)說(shuō)，通常將CT掃描儀門架104設(shè)置于“水平”定向中。換句話說(shuō)，CT掃描儀100的CT坐標(biāo)空間102的垂直Y軸106平行于局部重力向量(未展示)，且CT坐標(biāo)空間的由X軸110與Z軸112形成的X-Z平面108因?yàn)槠浯怪庇诖怪盰軸而為水平的。如果Z軸112為與安裝于CT掃描儀100的門架104上的患者診察床113的縱向軸114平行的軸，那么患者橫向軸116為橫向于患者診察床113的縱向軸114的軸，且患者矢狀軸118為穿過(guò)門架104的垂直軸，那么偏轉(zhuǎn)表示相對(duì)于矢狀軸118環(huán)繞縱向軸114的旋轉(zhuǎn)(即，患者朝向患者的右側(cè)或左側(cè)的旋轉(zhuǎn))的角度，且俯仰表示相對(duì)于矢狀軸環(huán)繞橫向軸116的旋轉(zhuǎn)(即，患者朝向患者的頭或腳的旋轉(zhuǎn))的角度。在其中患者與CT掃描儀軸彼此平行的這些條件下，可自動(dòng)地使偏轉(zhuǎn)及俯仰與局部重力向量相關(guān)。在經(jīng)調(diào)平CT掃描儀100的坐標(biāo)系中給出這些角度。如圖3中所展示，典型的CT掃描儀具有標(biāo)記平行于X軸110且位于CT掃描儀100的(X-Y)平面120上的線122的激光。為方便起見，將在整個(gè)以下描述中使用這些坐標(biāo)參考，條件是本發(fā)明并不取決于所使用的特定定向或類型的坐標(biāo)系。此外，只要患者被固定化且不相對(duì)于診察床113移動(dòng)，就可在如下所描述的計(jì)算中的任一者中忽略所述患者軸。所揭示系統(tǒng)的一個(gè)方面涉及在介入性放射程序中在CT導(dǎo)引下導(dǎo)引針狀器械。也 可使用X射線斷層攝影、磁共振(MR)導(dǎo)引或產(chǎn)生可以類似方式使用的維度圖像數(shù)據(jù)輸出(2D或3D)的其它類似圖像模態(tài)裝置，且除非另有規(guī)定，否則將在通篇中使用術(shù)語(yǔ)“CT”來(lái)指代可提供必需圖像數(shù)據(jù)功能性的所有此些模態(tài)。識(shí)別并以常規(guī)方式在患者的身體上標(biāo)記進(jìn)入點(diǎn)，例如通過(guò)患者上的在由CT掃描儀獲得的CT圖像中可見的網(wǎng)格。用于界定軸向器械的軌道的導(dǎo)航式對(duì)準(zhǔn)工具或“軌道導(dǎo)引器”具有允許針與所要軌道對(duì)準(zhǔn)的傳感器。在于CT控制臺(tái)計(jì)算機(jī)上獲取第一 CT掃描(診斷掃描)之后，在計(jì)算機(jī)上界定進(jìn)入點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)并依據(jù)這些點(diǎn)界定軌道，且優(yōu)選地在顯示屏幕上展示所述點(diǎn)及軌道。在識(shí)別了進(jìn)入點(diǎn)的情況下，用于完整界定軌道的僅存自由度為兩個(gè)角度偏轉(zhuǎn)及俯仰，假定其由CT控制臺(tái)計(jì)算機(jī)以常規(guī)方式輸出。當(dāng)然，可使用不在CT掃描儀上的其它計(jì)算機(jī)，且術(shù)語(yǔ)“控制臺(tái)計(jì)算機(jī)”意在囊括任何此種計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包含具有軸向?qū)椎摹败壍缹?dǎo)引器”，其具有集成式角度傳感器，例如基于微芯片MEMS (微機(jī)電傳感器)技術(shù)的傳感器。圖2展不軌道導(dǎo)引器的第一實(shí)施例的描繪。軌道導(dǎo)引器200具有底座202，其適于在進(jìn)入點(diǎn)處抵靠患者的皮膚放置；導(dǎo)套204，其經(jīng)由樞軸點(diǎn)206圍繞兩個(gè)自由度獨(dú)立地樞轉(zhuǎn)；及集成式角度傳感器208，其測(cè)量導(dǎo)套204相對(duì)于局部垂直重力向量的角度。底座202優(yōu)選地為平坦部件、例如板或環(huán)；然而，所述底座可為能夠抵靠患者放置且優(yōu)選地使軌道導(dǎo)引器維持于如下文所論述的穩(wěn)定對(duì)準(zhǔn)位置中的其它形狀。底座202具有從中穿過(guò)且包圍樞軸點(diǎn)206的孔口(看不到)。套204具有經(jīng)定大小以允許例如活檢針、探頭或其它軸向裝置(未展示)等選定外科工具從中延伸的孔口 210。套204具有可通過(guò)圍繞X’軸的角度樞轉(zhuǎn)(即，俯仰)及圍繞Z’軸的角度樞轉(zhuǎn)(即，偏轉(zhuǎn))而以兩個(gè)自由度調(diào)整的縱向軸212，如圖式中所描繪。角度傳感器208自動(dòng)地測(cè)量軌道導(dǎo)引器200的縱向軸212相對(duì)于局部重力向量的角度并輸出表示測(cè)量值的數(shù)字角度數(shù)據(jù)。在此實(shí)施例中，角度傳感器208集成到軌道導(dǎo)引器200的導(dǎo)套204中。由于角度傳感器208測(cè)量相對(duì)于局部重力向量的角度，因此底座202不需要為水平的，且底座可相對(duì)于重力成任何角度，只要所述底座與X’軸對(duì)準(zhǔn)即可。通過(guò)測(cè)量縱向軸212相對(duì)于局部重力向量的角度且通過(guò)防止導(dǎo)套204圍繞縱向軸212旋轉(zhuǎn)，可確定導(dǎo)套204的對(duì)準(zhǔn)，即，相對(duì)于CT掃描儀100的軸向平面120的俯仰及相對(duì)于矢狀平面(Y-Z)的偏轉(zhuǎn)。角度傳感器208優(yōu)選地包含MEMS角度傳感器，所述MEMS角度傳感器數(shù)字感測(cè)傳感器208相對(duì)于局部重力的角度的改變使得單個(gè)傳感器可檢測(cè)導(dǎo)套204的俯仰及偏轉(zhuǎn)兩者的改變。如果角度傳感器208垂直于導(dǎo)套204的縱向軸212對(duì)準(zhǔn)且平行于CT裝置100的X軸110或Z軸112對(duì)準(zhǔn)，那么關(guān)于導(dǎo)套204的俯仰及偏轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)將直接與CT裝置100的坐標(biāo)系相關(guān)且因此與患者的坐標(biāo)系相關(guān)。此將使得能夠簡(jiǎn)單地且在不必不斷地取得患者的X射線或其它掃描的情況下確定到患者內(nèi)的目標(biāo)點(diǎn)的途徑，因此使患者及操作者兩者的輻射暴露最小化。軌道導(dǎo)引器200具有用以從傳感器208傳送數(shù)據(jù)的適當(dāng)數(shù)據(jù)接口 228 (例如導(dǎo)線數(shù)據(jù)端口或者無(wú)線發(fā)射器或收發(fā)器)以允許控制臺(tái)計(jì)算機(jī)獲得供在導(dǎo)航及/或計(jì)劃在其中執(zhí)行的例程時(shí)使用的數(shù)字角度數(shù)據(jù)。如稍后將論述，顯示器也可具有用以直接向操作者顯示數(shù)據(jù)的集成式角度傳感器。底座202優(yōu)選地包含與軌道導(dǎo)引器200的V軸218及V軸216中的一者或兩者對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)或一個(gè)以上標(biāo)記214，X’軸218及V軸216兩者延伸穿過(guò)樞軸點(diǎn)206，導(dǎo)套204圍繞樞軸點(diǎn)206以俯仰及偏轉(zhuǎn)自由度旋轉(zhuǎn)。樞軸點(diǎn)206相對(duì)于底座202處于固定位置中且經(jīng)設(shè)計(jì)以直接放置于患者上的進(jìn)入點(diǎn)的頂部上，使得樞軸點(diǎn)206可在軌道導(dǎo)引器200的使用期間與進(jìn)入點(diǎn)大致毗連。因此，沿著縱向軸212穿過(guò)導(dǎo)套204的導(dǎo)引路徑在導(dǎo)套204的每個(gè)角度位置處延伸穿過(guò)樞軸點(diǎn)206且在適當(dāng)放置于患者上時(shí)穿過(guò)患者上的進(jìn)入點(diǎn)。 因此，重要地，防止導(dǎo)套204圍繞其縱向軸212隨底座的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。此可以許多不同方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，關(guān)于本文中所揭示的各種實(shí)施例來(lái)描述所述方式中的幾種。舉例來(lái)說(shuō)，此允許角度傳感器208將環(huán)繞CT掃描儀的X軸110的移動(dòng)與環(huán)繞CT掃描儀的Z軸112的移動(dòng)區(qū)分開。在對(duì)導(dǎo)套204圍繞其縱向軸212的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行此限制的情況下，不需要軌道導(dǎo)引器的校準(zhǔn)(或配準(zhǔn))。角度傳感器208始終參考重力，且因此自動(dòng)地與CT掃描儀的Y軸106配準(zhǔn)。如果不防止導(dǎo)套的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，那么在不添加額外校準(zhǔn)或配準(zhǔn)步驟的情況下，簡(jiǎn)單的球窩節(jié)將是不夠的。軌道導(dǎo)引器200還包含角度調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述角度調(diào)整機(jī)構(gòu)包含彼此正交安置且分別在X’ -V RV -Y’平面中對(duì)準(zhǔn)的外角度導(dǎo)引器236及內(nèi)角度導(dǎo)引器238。導(dǎo)套204呈伸長(zhǎng)中空開口管242的形式且以允許導(dǎo)套204在穿過(guò)底座202的孔口上方相對(duì)于所述底座移動(dòng)的方式附接到底座202。底座202與導(dǎo)套204之間的連接可為任何適合節(jié)頭或連接，例如但不限于球窩節(jié)(未展示)。角度導(dǎo)引器236及238中的每一者呈一對(duì)平行間隔開的半圓形導(dǎo)軌244及246的形式，半圓形導(dǎo)軌244及246以與相應(yīng)V軸或V軸對(duì)準(zhǔn)的兩個(gè)樞軸連接248及250可樞轉(zhuǎn)地附接到底座202。內(nèi)角度導(dǎo)引器238的導(dǎo)軌246從外角度導(dǎo)引器236的導(dǎo)軌244徑向向內(nèi)安置使得內(nèi)及外角度導(dǎo)引器可跨越彼此獨(dú)立地滑動(dòng)。滑架部件252可滑動(dòng)地附接到角度導(dǎo)引器236及238中的每一者及導(dǎo)套204的頂端。滑架部件252在內(nèi)角度導(dǎo)引器236及外角度導(dǎo)引器238中的每一者之間且沿著所述每一者獨(dú)立地滑動(dòng)，使得導(dǎo)套204圍繞界定導(dǎo)套204的樞軸點(diǎn)的V軸與V軸相交點(diǎn)以俯仰及偏轉(zhuǎn)獨(dú)立地樞轉(zhuǎn)。因此，導(dǎo)套204的縱向軸212始終穿過(guò)樞軸點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，且插入到對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)引器204的孔口210中的針或其它軸向器械將始終經(jīng)對(duì)準(zhǔn)以在將樞軸點(diǎn)放置于患者上的進(jìn)入點(diǎn)的頂部上時(shí)穿過(guò)導(dǎo)套204伸到進(jìn)入點(diǎn)中?；懿考?52優(yōu)選地與導(dǎo)套固定地緊固在一起且防止導(dǎo)套圍繞其自己的縱向軸210旋轉(zhuǎn)?；懿考?52可任選地包含鎖定機(jī)構(gòu)260 (例如凸輪或螺旋型鎖)以將導(dǎo)套204鎖定于選定定向中。替代地或另外，每一角度導(dǎo)引器可具有其自己的鎖定部件以允許獨(dú)立地鎖定每一角度導(dǎo)引器。優(yōu)選地，軌道導(dǎo)引器200由操作者使用CT掃描儀的投影線122的激光投影手動(dòng)地旋轉(zhuǎn)，使得X’軸218位于CT掃描儀的X軸110上。在角度傳感器與軌道導(dǎo)引器200的X’軸218對(duì)準(zhǔn)且平行于CT掃描儀100的X軸110的情況下，傳感器208能夠測(cè)量?jī)蓚€(gè)獨(dú)立角度(即，兩個(gè)自由度)作為環(huán)繞CT掃描儀100的Z軸112的角度的偏轉(zhuǎn)及作為環(huán)繞CT掃描儀100的X軸110的角度的俯仰，所述兩個(gè)角度為在于控制臺(tái)計(jì)算機(jī)上以CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)劃期間使用的相同角度。只要軌道導(dǎo)引器200的X’軸218與CT掃描儀100的X軸110對(duì)準(zhǔn)，就不必在水平平面中調(diào)平軌道導(dǎo)引器200，即，軌道導(dǎo)引器的底座在患者上不必為“水平”的。由于患者已固定化在CT診察床113上，因此軌道導(dǎo)引器200與線122的對(duì)準(zhǔn)也將使導(dǎo)引器200與患者的軸向軸及橫向軸對(duì)準(zhǔn)。此提供勝過(guò)為了獲得所要的計(jì)劃軌道而需要使導(dǎo)引器維持于某一水平狀況中的各種軌道導(dǎo)引器的顯著益處。另外，導(dǎo)套204可容易地由具有不同直徑及/或形狀的導(dǎo)套替換以適應(yīng)不同器械或者可裝配有插入件以適應(yīng)不同形狀的器械?？刂婆_(tái)計(jì)算機(jī)可使用從軌道導(dǎo)引器200接收的角度數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算導(dǎo)套204相對(duì)于CT掃描儀的Y軸106在俯仰及偏轉(zhuǎn)自由度(即，重力或局部垂線)上的軌道，并以可用方式在顯示裝置上顯示所述軌道的表示(例如疊加在CT圖像上)或?qū)o助操作者將導(dǎo)套放置于所要軌道中有用的其它顯現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)此操作，操作者(例如外科醫(yī)生或放射科醫(yī)生)借助直接在標(biāo)記于患者上的選定進(jìn)入點(diǎn)的頂部上的樞軸點(diǎn)206定位軌道導(dǎo)引器200并旋轉(zhuǎn)地對(duì)準(zhǔn)軌道導(dǎo)引器200，使得軌道導(dǎo)引器200上的參考標(biāo)記214與水平軸(例如，CT掃描儀100的門架平面的X軸110或Z軸112)對(duì)準(zhǔn)。優(yōu)選地，如圖3中所展示，軌道導(dǎo)引器200上的對(duì)應(yīng)于X’軸的參考標(biāo)記與來(lái)自CT掃描儀100的激光束122對(duì)準(zhǔn)，激光束122在患者上投影也位于掃描儀100的軸向平面120上的線，此對(duì)于大多數(shù)CT掃描儀來(lái)說(shuō)為常見的。軌道導(dǎo)引器200在適當(dāng)位置中以此對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)固定到患者，例如借助軌道導(dǎo)引器200的底部上的不干膠(未展示)。當(dāng)然，可使用其它附接結(jié)構(gòu)，例如綁帶或鉤環(huán)構(gòu)件?；蛘?，軌道導(dǎo)引器可不包含用于將底座附加到患者的扣件，且操作者可將軌道導(dǎo)引器固持于對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)中。在任何情況中，使軌道導(dǎo)引器在患者上維持于對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)中還允許將患者在患者診察床113上移出CT門架104且允許在CT門架外部執(zhí)行程序，只要患者的定向不相對(duì)于CT掃描儀100的坐標(biāo)系改變即可。軌道導(dǎo)引器與CT掃描儀100的X軸110或Z軸112的旋轉(zhuǎn)預(yù)先對(duì)準(zhǔn)連同患者診察床113具有相對(duì)于重力(即，Y軸106)的已知對(duì)準(zhǔn)的事實(shí)實(shí)現(xiàn)CT坐標(biāo)系102與患者診察床113上的患者之間的角度配準(zhǔn)，此消除了對(duì)CT掃描儀100的坐標(biāo)系與患者的CT圖像數(shù)據(jù)及坐標(biāo)系之間的額外配準(zhǔn)的需要。在軌道導(dǎo)引器已與X軸110對(duì)準(zhǔn)之后，操作者將針或某一其它器械220插入到軌道導(dǎo)引器200的導(dǎo)套204中，如圖4中所展示。軌道導(dǎo)引器200具有與顯示單元222操作地耦合的數(shù)據(jù)接口，顯示單元222顯示針220在CT坐標(biāo)系102中的當(dāng)前角度位置，即，兩個(gè)角度偏轉(zhuǎn)及俯仰。操作者現(xiàn)在可改變針220在對(duì)準(zhǔn)單元中的角度位置以使其與CT圖像中的用于計(jì)劃的目標(biāo)角度匹配，例如，使偏轉(zhuǎn)及俯仰與計(jì)劃值匹配，借此實(shí)現(xiàn)導(dǎo)套204與由控制臺(tái)計(jì)算機(jī)計(jì)算的計(jì)劃虛擬對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)。顯示器可在視覺上輔助操作者以眾多模式中的任一者實(shí)現(xiàn)此對(duì)準(zhǔn)。舉例來(lái)說(shuō)且參考圖10，顯示器222可呈沿著計(jì)劃軌道的軸法向于垂直于計(jì)劃軌道的軸的平面的“目標(biāo)”視圖224的形式，其中計(jì)劃軌道的軸在“目標(biāo)”的中心處，且將導(dǎo)套的軸的實(shí)際軌道226顯示為與目標(biāo)軌道偏移與角度不對(duì)準(zhǔn)成比例的量。因此，當(dāng)實(shí)際軌道226與計(jì)劃軌道對(duì)準(zhǔn)時(shí)，導(dǎo)套204的軸與目標(biāo)的中心對(duì)準(zhǔn)。還預(yù)期在視覺上顯示導(dǎo)套相對(duì)于計(jì)劃軌道的實(shí)際對(duì)準(zhǔn)的其它方法。舉例來(lái)說(shuō)，可使用經(jīng)典的雙窗口視圖(一個(gè)為X-Y平面且一個(gè)為Z-Y平面)，且可以所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的方式使用其它顯示模式，包含俯仰及偏轉(zhuǎn)的數(shù)字值的顯
/Jn ο一旦導(dǎo)套204與計(jì)劃軌道對(duì)準(zhǔn)，便通過(guò)適當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)將導(dǎo)套204鎖定成選定對(duì)準(zhǔn)，且操作者可將針插入到身體中以便以任何可接受方式獲得活檢或借助類似縱向器械執(zhí)行其它程序。對(duì)于針或器械的深度控制，使用常規(guī)參考，例如，針上的校準(zhǔn)距離標(biāo)記，其允許以此項(xiàng)技術(shù)中眾所周知的方式將針插入到預(yù)先校準(zhǔn)的目標(biāo)深度。在一個(gè)實(shí)施例中，在需要控制掃描來(lái)檢驗(yàn)針在身體中的位置的情況中，軌道導(dǎo)引器還用作針固持器。舉例來(lái)說(shuō)，導(dǎo)套204可包含用于夾持或以其它方式使針在導(dǎo)套中維持 于選定深度處的機(jī)構(gòu)?；蛘?，可通過(guò)與患者的摩擦接觸使針維持于適當(dāng)位置中，且套可僅僅使針維持于選定軌道中。此功能性可克服對(duì)操作者在掃描期間握持針的需要或可防止針在未由操作者單獨(dú)地握持的情況下在其自己的重量下彎曲。軌道導(dǎo)引器還可通過(guò)將伸長(zhǎng)管狀部件用于導(dǎo)套來(lái)使在插入期間針彎曲的風(fēng)險(xiǎn)最小化，所述伸長(zhǎng)管狀部件可使針至少在套內(nèi)維持成直線。可使用較長(zhǎng)導(dǎo)套204來(lái)提供增加的抗彎性?？商峁┎煌睆降膶?dǎo)套以適應(yīng)與各種針的兼容性，因此使得軌道導(dǎo)引器為開放平臺(tái)。在數(shù)個(gè)特定實(shí)施例中，采用不同機(jī)械概念來(lái)控制俯仰及偏轉(zhuǎn)調(diào)整且防止導(dǎo)套圍繞其縱向軸的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，此確保由與導(dǎo)套相關(guān)聯(lián)的角度傳感器測(cè)量的角度為獨(dú)立的且參考CT掃描儀坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)角度Sin。此些概念可由(但并不限于)如圖式中所展示的一些特定實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述實(shí)施例包含使用以下各項(xiàng)的設(shè)計(jì)一個(gè)導(dǎo)引弧形件，其具有沿著所述弧形件移動(dòng)的導(dǎo)軌(圖5);球窩節(jié)，其具有鎖定套的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的臂(圖6及11);半球形機(jī)械件(圖7);平移載臺(tái)(圖8);及鉸鏈節(jié)(圖9及10)。下文將詳細(xì)地描述這些特定實(shí)現(xiàn)形式。參考圖5，其展示軌道導(dǎo)引器200的另一變化形式400，其大體類似于圖2的軌道導(dǎo)引器200，只不過(guò)存在使用樞轉(zhuǎn)連接414可樞轉(zhuǎn)地附接到底座402的僅一個(gè)弓形角度導(dǎo)引器404及未附接到底座402的導(dǎo)套406。此外，在此實(shí)施例中，角度傳感器408緊固到可滑動(dòng)滑架410且優(yōu)選地與其成整體。弓形角度導(dǎo)引器404經(jīng)對(duì)準(zhǔn)以圍繞X’軸樞轉(zhuǎn)，且弓形角度導(dǎo)引器404的導(dǎo)軌412具有與X’軸對(duì)準(zhǔn)的單個(gè)半徑。因此，可滑動(dòng)滑架410通過(guò)使弓形角度導(dǎo)引器圍繞到底座的樞軸連接且圍繞X’軸樞轉(zhuǎn)且通過(guò)使可滑動(dòng)滑架410圍繞Z’軸沿著弓形角度導(dǎo)引器404的導(dǎo)軌412滑動(dòng)而圍繞樞軸點(diǎn)以兩個(gè)自由度樞轉(zhuǎn)。導(dǎo)套406由可滑動(dòng)滑架410承載且例如借助管狀部件界定貫通鏜孔418，所述管狀部件與樞軸點(diǎn)416縱向?qū)?zhǔn)，借此貫通鏜孔418的軸420始終經(jīng)引導(dǎo)穿過(guò)樞軸點(diǎn)416，而不管可滑動(dòng)滑架410的位置如何。一個(gè)或一個(gè)以上角度傳感器408 (例如MEMS水平傳感器)以適于自動(dòng)地提供俯仰及偏轉(zhuǎn)角度測(cè)量數(shù)據(jù)的方式與導(dǎo)套固定地相關(guān)聯(lián)，且數(shù)據(jù)接口與角度傳感器操作地連接以允許以大致如本文中先前所描述的方式將角度測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)射到控制臺(tái)計(jì)算機(jī)。同樣，可使用適當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)422將插入到鏜孔418中的器械鎖定于選定深度處。另外，可見標(biāo)記424安置于底座上且與V軸及V軸中的一者或兩者對(duì)準(zhǔn)以便使得軌道導(dǎo)引器能夠與CT掃描儀的X軸及/或Z軸對(duì)準(zhǔn)，如先前所描述。由于導(dǎo)軌412下方的區(qū)域?yàn)殚_放的，因此此給操作者提供對(duì)已在導(dǎo)套406中插入到患者的身體中的器械的進(jìn)入點(diǎn)的直接視覺觀察。在另一實(shí)施例中，如果樞轉(zhuǎn)連接414被移除且由垂直于底座402固持導(dǎo)軌412的連接替換，那么此裝置將允許導(dǎo)套406沿著平面移動(dòng)且允許導(dǎo)套406在俯仰固定到單個(gè)平面時(shí)僅沿偏轉(zhuǎn)方向移動(dòng)。此變化形式對(duì)于其中將沿著X-Y平面120插入裝置的某些程序可為有用的。轉(zhuǎn)到圖6，在軌道導(dǎo)引器200的另一變化形式500中，導(dǎo)套504借助球窩連接506附接到底座502。為了防止導(dǎo)套504圍繞其縱向軸512旋轉(zhuǎn)，鏈接機(jī)構(gòu)508附接到導(dǎo)套504的遠(yuǎn)端510及底座502。鏈接機(jī)構(gòu)508包含足以允許導(dǎo)套504圍繞樞軸點(diǎn)以兩個(gè)自由度(即，俯仰及偏轉(zhuǎn))以所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員清晰的方式樞轉(zhuǎn)的一個(gè)或一個(gè)以上樞軸節(jié)514。軌道導(dǎo)引器500包含以如本文中先前所描述的足以提供相對(duì)于重力的自動(dòng)俯仰及偏轉(zhuǎn)角測(cè)量的任何方式與導(dǎo)套504固定地相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或一個(gè)以上角度傳感器516以及足以將角度測(cè)量提供到外部計(jì)算機(jī)的適當(dāng)數(shù)據(jù)接口?？墒褂眠m當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)以所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員清晰的方式將鏈接機(jī)構(gòu)508及導(dǎo)套504緊固于選定軌道中。另外，一個(gè)或一個(gè)以上可見標(biāo)記 518安置于底座上且與V軸及V軸中的一者或兩者對(duì)準(zhǔn)以便使得軌道導(dǎo)引器500能夠與CT掃描儀100的X軸110及/或Z軸112對(duì)準(zhǔn)，如先前所描述。圖7a到7d展示軌道導(dǎo)引器200的又一變化形式600。在此實(shí)施例中，導(dǎo)引機(jī)構(gòu)由具有一對(duì)狹槽604的一對(duì)正交定向的弓形角度導(dǎo)引器602組成。呈半球形段的形狀的滑架部件606可移動(dòng)地安裝于界定弓形導(dǎo)軌的狹槽604中?；懿考?06包含垂直于弓形角度導(dǎo)引器602的伸長(zhǎng)狹槽608。導(dǎo)套610附接到滑架部件606且可在狹槽608內(nèi)滑動(dòng)，如圖7C中所展示。角度傳感器612安裝于導(dǎo)套610上。所述對(duì)間隔開的弓形導(dǎo)引器602平行于導(dǎo)引器600的X’軸且與其對(duì)準(zhǔn)。間隔開的弓形導(dǎo)引器602中的弓形導(dǎo)軌604成形為或以其它方式界定圓弧段。滑架部件606由弓形導(dǎo)軌604承載并承載于其之間且在其上滑動(dòng)。導(dǎo)套610固定于狹槽608內(nèi)使得導(dǎo)套610可在狹槽608內(nèi)滑動(dòng)?；懿考?06的弓形形狀使導(dǎo)套的縱向軸614伸過(guò)樞軸點(diǎn)616。經(jīng)插入穿過(guò)導(dǎo)套610的針618或其它類似裝置將穿過(guò)樞軸點(diǎn)616。導(dǎo)套610與狹槽608之間的界面防止導(dǎo)套610圍繞其縱向軸614旋轉(zhuǎn)。以此方式，如圖7B中所展示使滑架部件606沿著弓形導(dǎo)軌604滑動(dòng)使導(dǎo)套610圍繞樞軸點(diǎn)616以偏轉(zhuǎn)自由度樞轉(zhuǎn)，且如圖7C及7D中所展示使導(dǎo)套610在狹槽中來(lái)回滑動(dòng)使導(dǎo)套610圍繞樞軸點(diǎn)616以俯仰自由度樞轉(zhuǎn)。角度傳感器612優(yōu)選地以如先前所描述的足以允許角度傳感器自動(dòng)地感測(cè)導(dǎo)套610的俯仰及偏轉(zhuǎn)角度測(cè)量的方式與導(dǎo)套610整體地連接，且適當(dāng)數(shù)據(jù)接口允許將角度測(cè)量引導(dǎo)到如本文中先前所論述的控制臺(tái)計(jì)算機(jī)。另外，可見標(biāo)記620安置于底座622上且與V軸及V軸中的一者或兩者對(duì)準(zhǔn)以便使得軌道導(dǎo)引器能夠與CT掃描儀的X軸及/或Z軸對(duì)準(zhǔn)，如先前所描述。如圖7B及7D中所展示，可使用粘附物624將軌道導(dǎo)引器600緊固到患者。在圖8中，展示軌道導(dǎo)引器200的另一變化形式700，其中軌道導(dǎo)引器700包含第一組平行導(dǎo)軌702及垂直于所述組導(dǎo)軌702的第二組平行導(dǎo)軌704。第一滑架706安裝于導(dǎo)軌702上且第二滑架708安裝于導(dǎo)軌704上?；?06及708可沿著相應(yīng)導(dǎo)軌702及704滑動(dòng)?；?06及708中的每一者具有以正交角度重疊的狹槽710及712。導(dǎo)套714安裝于狹槽710及712內(nèi)，使得導(dǎo)套714可在狹槽710及712內(nèi)滑動(dòng)且滑架706及708可在導(dǎo)軌702及704上滑動(dòng)。第一滑架706中的伸長(zhǎng)狹槽710與V軸平行對(duì)準(zhǔn)，且第一滑架706由附接到底座716的導(dǎo)軌702可滑動(dòng)地承載?；?06平行于V軸來(lái)回滑動(dòng)。第二滑架708中的伸長(zhǎng)狹槽712與V軸平行對(duì)準(zhǔn)。滑架708由附接到底座716的導(dǎo)軌712可滑動(dòng)地承載，導(dǎo)軌712允許滑架708平行于X’軸來(lái)回滑動(dòng)。導(dǎo)套714從安裝于底座716上的球窩節(jié)718延伸直到穿過(guò)狹槽中的每一者。在此實(shí)施例中，滑架706及708安置成平面布置且沿著X’軸及Z’軸在X’ -V平面中平移。導(dǎo)套714沿著每一狹槽滑動(dòng)，但通過(guò)導(dǎo)套與兩個(gè)狹槽的界面而被抑制圍繞其縱向軸720旋轉(zhuǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，導(dǎo)套714的外表面可為正方形且直接抵靠狹槽嚙合使得所述狹槽防止導(dǎo)套714旋轉(zhuǎn)。還可使用用于防止導(dǎo)套714圍繞其縱向軸720旋轉(zhuǎn)的其它機(jī)構(gòu)。角度傳感器722優(yōu)選地以如先前所描述的足以允許角度傳感器722自動(dòng)地感測(cè)導(dǎo)套714的俯仰及偏轉(zhuǎn)角度測(cè)量的方式與導(dǎo)套714整體地連接，且適當(dāng)數(shù)據(jù)接口允許將角度測(cè)量引導(dǎo)到如本文中先前所論述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。另外，至少一個(gè)可見標(biāo)記724安置于底座716上且與V軸及V軸中的一者或兩者對(duì)準(zhǔn)以便使得軌道導(dǎo)引器能夠與CT掃描儀的X’軸及/或Z’軸對(duì)準(zhǔn)，如先前所描述。圖9展示軌道導(dǎo)引器200的另一變化形式800，其中導(dǎo)套802以允許僅圍繞兩個(gè)正交軸樞轉(zhuǎn)的方式附接到底座804。底座804呈附接到患者的身體的粘貼板的形式。導(dǎo)套·802借助鉸鏈節(jié)806及桿808附接到底座804，桿808通過(guò)兩個(gè)部件810附接到底座804使得桿808可環(huán)繞其縱向軸旋轉(zhuǎn)。鉸鏈節(jié)806與桿808的旋轉(zhuǎn)的組合僅允許導(dǎo)套802相對(duì)于底座804的V軸及V軸沿俯仰及偏轉(zhuǎn)方向樞轉(zhuǎn)。底座804在附接到患者時(shí)禁止軌道導(dǎo)引器800圍繞患者的Y軸旋轉(zhuǎn)(即，橫滾)且禁止鉸鏈節(jié)804在包含X’軸的平面中移動(dòng)。桿808的長(zhǎng)度軸還與CT門架對(duì)準(zhǔn)以平行于CT門架104的激光線122的XY平面120。則鉸鏈節(jié)804的自由度表示相對(duì)于患者的偏轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。環(huán)繞桿808的長(zhǎng)度軸的旋轉(zhuǎn)表示相對(duì)于患者的俯仰旋轉(zhuǎn)。角度傳感器812 (優(yōu)選地為MEMS角度傳感器)以平行于桿808的長(zhǎng)度軸的定向整體地安置于導(dǎo)套802上，且因此可確定導(dǎo)套802相對(duì)于重力的絕對(duì)角度。數(shù)據(jù)接口(未展示)允許將角度測(cè)量引導(dǎo)到如本文中先前所論述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。另外，至少一個(gè)可見標(biāo)記814安置于底座804上且與V軸及V軸中的一者或兩者對(duì)準(zhǔn)以便使得軌道導(dǎo)引器能夠與CT掃描儀的X軸及/或Z軸對(duì)準(zhǔn)，如先前所描述?？蓪⑨?16插入穿過(guò)導(dǎo)套802，且使用鎖818來(lái)鎖定針的插入深度?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖10，軌道導(dǎo)引器800的變化形式包含與導(dǎo)套802連接的對(duì)接特征822，其中手持式計(jì)算機(jī)及監(jiān)視器824單元可通過(guò)與對(duì)接特征822的快速釋放接口 826附接到對(duì)接特征822。與對(duì)接特征822組合的快速釋放接口 826優(yōu)選地防止監(jiān)視器單元824相對(duì)于導(dǎo)套802旋轉(zhuǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，如圖10中所展示，對(duì)接特征822可包含正方形銷且快速釋放826可包含在其中接納正方形銷的正方形鏜孔。雖然在類似于圖9的軌道導(dǎo)引器的軌道導(dǎo)引器上展示對(duì)接特征822，但用于連接手持式計(jì)算機(jī)及監(jiān)視器單元與軌道導(dǎo)引器的特征可容易適于與本發(fā)明的任何軌道導(dǎo)引器一起使用。在一個(gè)實(shí)施例中，手持式計(jì)算機(jī)及監(jiān)視器單元包含計(jì)算導(dǎo)套的軸的俯仰及偏轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)并顯示與計(jì)劃軌道疊加的對(duì)準(zhǔn)所必需的軟件。在圖10中所展示的實(shí)施例中，顯示器在沿著計(jì)劃軌道平面的軸垂直于計(jì)劃軌道的視圖中展示對(duì)準(zhǔn)。在相對(duì)于計(jì)劃軌道的軸的相同平面中展示導(dǎo)套的軸的位置。在一個(gè)布置中，展示計(jì)劃軌道維持于十字準(zhǔn)線的相交點(diǎn)處，且將導(dǎo)套的軸的位置顯示為相對(duì)于十字準(zhǔn)線移動(dòng)。還可使用顯示導(dǎo)套的軸的實(shí)際軌道相對(duì)于計(jì)劃軌道的位置的其它方法。
預(yù)期手持式計(jì)算機(jī)及監(jiān)視器單元可適于與本文中所揭示的軌道導(dǎo)引器中的任一者(具有或不具有對(duì)接及快速釋放接口)一起使用。包含對(duì)接及快速釋放接口的益處是手持式計(jì)算機(jī)及監(jiān)視器單元隨導(dǎo)套樞轉(zhuǎn)且使顯示器維持成與其固定對(duì)準(zhǔn)。如果監(jiān)視器裝置具有內(nèi)置式慣性傳感器，那么不需要具有添加的角度傳感器裝置812。使單元與導(dǎo)套對(duì)接的益處是能夠使用具有內(nèi)置式水平傳感器的顯示單元，所述內(nèi)置式水平傳感器隨軌道導(dǎo)引器及導(dǎo)套移動(dòng)且適于感測(cè)軸向?qū)б考驅(qū)椎牡谝患暗诙嵌?。所述布置使得顯示器能夠在不使用外部數(shù)據(jù)連接的情況下向操作者呈現(xiàn)目標(biāo)信息。圖11展示圖6中所展示的導(dǎo)引器500的另一實(shí)施例。軌道導(dǎo)引器900具有底座902及導(dǎo)套904。如同在圖6中，導(dǎo)套904借助球窩連接906附接到底座902，且如同在圖6中，通過(guò)附接到導(dǎo)套904的遠(yuǎn)端910的鏈接機(jī)構(gòu)908防止導(dǎo)套104圍繞縱向軸912旋轉(zhuǎn)。鏈接機(jī)構(gòu)908的機(jī)械性質(zhì)與在圖6中相同。圖6與11之間的一個(gè)差異為導(dǎo)套904的橫截面形狀。導(dǎo)套904具有與針914的橫截面匹配的不對(duì)稱橫截面。舉例來(lái)說(shuō)，導(dǎo)套904及針914的橫截面可為任何不對(duì)稱幾何形狀，例如卵形、橢圓形、三角形、五邊形等。特定形狀并不重要，而是所述形狀必須能夠防止針914圍繞縱向軸912旋轉(zhuǎn)。針914具有安裝于其上的一個(gè)或一個(gè)以上角度傳感器916。角度傳感器916經(jīng)安裝使得其在借助CT門架104的X軸使用標(biāo)記918定向軌道導(dǎo)引器900時(shí)與V軸成固定且已知的關(guān)系。由于存在安裝于針914上的角度傳感器916，因此不需要具有安裝于導(dǎo)套904上的角度傳感器。在針914插入于導(dǎo)套904中的情況下，軌道導(dǎo)引器900將以類似于先前所描述的具有直接安裝于導(dǎo)套上的傳感器的軌道導(dǎo)引器的方式操作。圖2及5到11的軌道導(dǎo)引器中所展示的各種機(jī)械布置的主要功能是限制并導(dǎo)引導(dǎo)套相對(duì)于底座的對(duì)準(zhǔn)移動(dòng)使得可無(wú)干擾地測(cè)量所述移動(dòng)，可在不需要配準(zhǔn)或校準(zhǔn)角度傳感器的情況下測(cè)量俯仰及偏轉(zhuǎn)角，且可以受控方式調(diào)整導(dǎo)套的對(duì)準(zhǔn)。圖2及5到11中所展示的變化形式的其它方面在功能上大致與參考圖2的類屬軌道導(dǎo)引器的示意性描繪而描述的類似且在適當(dāng)時(shí)并入于對(duì)其的描述中。本文中所描述的軌道導(dǎo)引器存在許多優(yōu)點(diǎn)及有用質(zhì)量。舉例來(lái)說(shuō)，軌道導(dǎo)引器結(jié)合CT掃描儀在兩個(gè)裝置的坐標(biāo)系如先前所描述彼此對(duì)準(zhǔn)的情況下良好地起作用。軌道導(dǎo)引器使得有可能彼此獨(dú)立地測(cè)量俯仰及偏轉(zhuǎn)角。詳細(xì)地，此意味著可設(shè)定并彼此獨(dú)立地測(cè)量?jī)蓚€(gè)角度“俯仰”及“偏轉(zhuǎn)”，且不存在用以不同地調(diào)整軌道的其它方式，即，修改俯仰及偏轉(zhuǎn)為用以更改軌道的方向的僅有且明顯的方式。此外，此意味著某一俯仰及某一偏轉(zhuǎn)明確地界定某一軌道方向。此可參考圖2的雙弧形件解決方案來(lái)最直觀地解釋。首先，軌道導(dǎo)引器機(jī)械弧形件與CT門架對(duì)準(zhǔn)使得X軸重合(例如，“橫滾”角固定地設(shè)定為“零”)。接著，兩個(gè)弧形件沿偏轉(zhuǎn)(較大的外弧形件)及俯仰(較小的內(nèi)弧形件)的方向移動(dòng)，或反之亦然。兩個(gè)弧形件彼此獨(dú)立地移動(dòng)且其角度值明確地界定軌道的方向。可在每一弧形件處借助單獨(dú)的角度傳感器容易地測(cè)量此些單角度位置。然而，存在更復(fù)雜的傳感器，例如基于MEMS的角度傳感器，其能夠測(cè)量數(shù)個(gè)角度位置及向數(shù)個(gè)區(qū)分明顯的方向中的移動(dòng)。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)以適當(dāng)方式將角度傳感器附接到軌道導(dǎo)引器，可借助所述單角度傳感器測(cè)量所有所需角度位置，而不需 要任何調(diào)平或校準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)此操作，同樣需要來(lái)自角度傳感器的坐標(biāo)軸與將測(cè)量的所要移動(dòng)方向?qū)?zhǔn)，且必須禁止向無(wú)法通過(guò)角度傳感器檢測(cè)的其它方向中的任何其它移動(dòng)。此情形的實(shí)例為具有圖5中所展示的單個(gè)弧形件及導(dǎo)軌的解決方案以及圖8中所展示的矩形平移導(dǎo)引器。在具有單個(gè)弧形件的圖5中，單個(gè)弧形件的機(jī)械性質(zhì)僅允許向指示成像裝置的X及Z坐標(biāo)軸的方向的激光線的方向中的旋轉(zhuǎn)。如之前所提及，在一些實(shí)施例中，禁止導(dǎo)套在緊固到患者時(shí)以無(wú)法通過(guò)傳感器測(cè)量的自由度移動(dòng)為重要的。因此，可看出，在所有所描述的解決方案中，禁止環(huán)繞Y軸的旋轉(zhuǎn)(即，圍繞導(dǎo)套的縱向軸的旋轉(zhuǎn))。換句話說(shuō)，通過(guò)禁止沿“橫滾”方向的旋轉(zhuǎn)且維持所有所涉及組件的Z軸的對(duì)準(zhǔn)，有可能使俯仰及偏轉(zhuǎn)變?yōu)槊鞔_地界定軌道的絕對(duì)度量。工業(yè)適用性
本發(fā)明的軸向外科軌道導(dǎo)引器對(duì)于設(shè)定用于基于CT圖像獲得活檢的針的軌道及需要對(duì)軸向外科器械的導(dǎo)引的其中已知或計(jì)算患者相對(duì)于局部重力向量的位置的其它外科程序?yàn)橛杏玫?。本發(fā)明的軸向外科軌道導(dǎo)引器可克服對(duì)將需要CT圖像與來(lái)自導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)的單獨(dú)外科導(dǎo)航系統(tǒng)(例如光學(xué)或磁性系統(tǒng))的需要。此外，本發(fā)明的軸向外科軌道導(dǎo)引器消除對(duì)使導(dǎo)引器相對(duì)于水平平面或重力向量維持成預(yù)界定關(guān)系的需要。因此，本發(fā)明的軸向外科軌道導(dǎo)引器通過(guò)降低在程序或手術(shù)室中必需的設(shè)備的復(fù)雜度及/或簡(jiǎn)化在相對(duì)于患者界定選定軌道時(shí)由操作者對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)引器的實(shí)際程序而提供顯著益處。雖然本文中的軌道導(dǎo)引器是參考與CT掃描儀一起使用來(lái)描述的，但很明顯依照本文中所揭示的原理，所述軌道導(dǎo)引器可與其中可通過(guò)(舉例來(lái)說(shuō))激光線或其它可見構(gòu)件將患者的三維圖像的坐標(biāo)系直接物理轉(zhuǎn)移到軌道導(dǎo)引器的坐標(biāo)系的其它系統(tǒng)一起使用。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員鑒于前述描述將明了本發(fā)明的眾多修改形式。因此，本描述僅應(yīng)解釋為說(shuō)明性且出于使得所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作并使用本發(fā)明且教示最佳實(shí)施方式的目的而呈現(xiàn)。保留對(duì)歸屬于所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有修改形式的專有權(quán)。在此前文中所識(shí)別的所有專利、專利申請(qǐng)案及其它印刷出版物以全文引用的方式并入本文中。
權(quán)利要求
1.一種用以將醫(yī)療裝置導(dǎo)引到樞軸點(diǎn)的外科軌道導(dǎo)引器，其包括底座，所述底座可以固定位置附接到患者；軸向?qū)б考?，其與所述底座連接且沿著與所述底座成固定關(guān)系的第一軸及垂直于所述第一軸的第二軸與樞軸點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，所述導(dǎo)引部件具有縱向軸，所述底座與所述軸向?qū)б考g的所述連接使得所述縱向軸始終穿過(guò)所述樞軸點(diǎn)且使得防止所述軸向?qū)б考h(huán)繞所述縱向軸旋轉(zhuǎn) '及至少一個(gè)電子角度傳感器，其與所述軸向?qū)б考嚓P(guān)聯(lián)且適于在不必調(diào)平所述底座的情況下自動(dòng)地感測(cè)所述軸向?qū)б考鄬?duì)于圍繞所述第一軸的局部重力向量的第一角度及所述軸向?qū)б考鄬?duì)于圍繞所述第二軸的局部重力向量的第二角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科軌道導(dǎo)引器，其進(jìn)一步包含數(shù)據(jù)連接，所述數(shù)據(jù)連接適于允許將所述所感測(cè)的第一及第二角度傳送到外部系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科軌道導(dǎo)引器，其中所述至少一個(gè)電子角度傳感器選自慣性傳感器或水平傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外科軌道導(dǎo)引器，其中所述角度傳感器為微機(jī)電系統(tǒng)傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科軌道導(dǎo)引器，其中所述軸向?qū)б考ㄖ锌展軤畈考?，所述中空管狀部件界定延伸穿過(guò)所述樞軸點(diǎn)的軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科軌道導(dǎo)引器，其進(jìn)一步包含顯示單元，所述顯示單元與所述軸向?qū)б考傂赃B接且隨其移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的外科軌道導(dǎo)引器，其中所述顯示單元包括集成式傳感器，所述集成式傳感器適于感測(cè)所述軸向?qū)б考乃龅谝患八龅诙嵌取?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外科軌道導(dǎo)引器，其中數(shù)據(jù)傳送發(fā)生在所述角度傳感器與顯示所述軌道導(dǎo)引器相對(duì)于成像系統(tǒng)的坐標(biāo)系的當(dāng)前角度位置的顯示單元之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外科軌道導(dǎo)引器，其中所述數(shù)據(jù)連接包括無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射器。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外科軌道導(dǎo)引器，其中所述數(shù)據(jù)連接包括數(shù)據(jù)電纜連接端□。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科軌道導(dǎo)引器，其進(jìn)一步包括粘附物，所述粘附物安置于所述底座上以用于將所述底座附接到患者。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科軌道導(dǎo)引器，其進(jìn)一步包括與所述底座相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記， 所述標(biāo)記在視覺上界定所述第一軸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科軌道導(dǎo)引器，其中所述軸向?qū)б考傻谝还尾考休d，所述第一弓形部件與所述第一軸對(duì)準(zhǔn)地附接到所述底座，其中所述第一弓形部件可圍繞所述第一軸移動(dòng)且所述導(dǎo)引部件可圍繞所述第二軸沿著所述第一弓形部件移動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科軌道導(dǎo)引器，其中所述軸向?qū)б考谒鰳休S點(diǎn)處以球窩連接連接到所述底座，且防止所述軸向?qū)б考@穿過(guò)所述樞軸點(diǎn)的所述縱向軸旋轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科軌道導(dǎo)引器，其中所述軸向?qū)б考H可圍繞所述樞軸點(diǎn)以所述第一軸的平面中的一個(gè)自由度移動(dòng)。
16.一種在程序期間導(dǎo)引軸向醫(yī)療器械的方法，其包括以下步驟將具有軸向?qū)б考能壍缹?dǎo)引器放置于患者上，使得所述軌道導(dǎo)引器的第一軸與成像裝置的預(yù)定軸對(duì)準(zhǔn)，其中所述軸向?qū)б考哂写┻^(guò)所述第一軸上的樞軸點(diǎn)的縱向軸， 且其中防止所述軸向?qū)б考h(huán)繞所述縱向軸旋轉(zhuǎn)；調(diào)整所述軸向?qū)б考沟盟隹v向軸位于所述軸向醫(yī)療器械的計(jì)劃軌道上；及將軸向外科器械放置于所述軸向?qū)б考幸詧?zhí)行醫(yī)療程序。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中可將所述軸向?qū)б考{(diào)整為圍繞所述樞軸點(diǎn)以與所述第一及第二軸相關(guān)的兩個(gè)獨(dú)立自由度移動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中可將所述軸向?qū)б考{(diào)整為圍繞所述樞軸點(diǎn)以所述第一軸的平面中的一個(gè)自由度移動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其包含將所述軌道導(dǎo)引器緊固到所述患者的步驟。
全文摘要
一種用以將醫(yī)療裝置導(dǎo)引到樞軸點(diǎn)的外科軌道導(dǎo)引器具有底座，其可以固定位置附接到患者；軸向?qū)б考?，其與所述底座連接且沿著與所述底座成固定關(guān)系的第一軸及垂直于所述第一軸的第二軸與樞軸點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。所述導(dǎo)引部件具有縱向軸且連接到所述底座，使得所述縱向軸始終穿過(guò)所述樞軸點(diǎn)且使得防止所述軸向?qū)б考h(huán)繞所述縱向軸旋轉(zhuǎn)。所述導(dǎo)引器進(jìn)一步具有與所述軸向?qū)б考嚓P(guān)聯(lián)的至少一個(gè)電子角度傳感器，所述至少一個(gè)電子角度傳感器可在不必調(diào)平所述底座的情況下自動(dòng)地感測(cè)所述軸向?qū)б考鄬?duì)于圍繞所述第一軸的局部重力向量的第一角度及所述軸向?qū)б考鄬?duì)于圍繞所述第二軸的局部重力向量的第二角度。
文檔編號(hào)A61B19/00GK102988109SQ20121033018
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者阿米爾·薩爾維斯坦尼, 漢斯·舍普, 克勞澤·韋爾特 申請(qǐng)人:史賽克萊賓格股份有限公司