手術定位電路的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]手術過程通常依賴于精確定位，以在不干擾可能不利地影響手術結果的附近結構的情況下定位特定手術目標。開放手術(open field surgery)依賴于外科醫(yī)生不顫抖的手和敏銳的目光，從而確保專注地進行手術治療。近幾十年來，內窺鏡和腹腔鏡技術通過經由小切口而不是大的開放創(chuàng)口工作，由細長器械進行操作，執(zhí)行微創(chuàng)手術。許多手術過程涉及簡單地定位和去除有害腫塊或結構(諸如，腫瘤、囊腫或息肉)。在腎結石的情況下，例如，一旦結石被內窺鏡設備定位，就可以被打碎并且去除。

【發(fā)明內容】

[0002]手術定位器電路通過將諸如磁源的發(fā)射器設置在諸如腎結石的手術目標后方或附近，并且采用該電路識別到發(fā)射器的軸線，從而限定到手術目標的軸線或路徑，來識別手術目標。布置成等距共面布置的傳感器陣列感測指示到發(fā)射器的距離和方向的信號。在磁控電阻器傳感器的情況下，可變電阻對從磁控電阻器到發(fā)射器的距離和方向進行響應，發(fā)射器由發(fā)射磁場的磁性線圈限定。來自每個共面?zhèn)鞲衅鞯南嗟刃盘栔甘径ㄎ辉诖┻^多個傳感器中心的點并且與共面的傳感器所在的平面正交的軸線上。固定元件和信號調節(jié)器增強并且歸一化從每個傳感器接收的信號，以適應多個傳感器之間的磁阻響應的微小差異。
[0003]本文中的構造部分地基于以下觀察:手術定位器和放置裝置依賴于精確定位和相應電子電路，該相應電子電路可以區(qū)分微小電信號，以有效地中繼定位信息。不幸地，傳統方法存在以下缺陷:各個電子組件的物理特性可能具有微小變化，從而即使對于具有相同設計規(guī)范的假定相同或等效組件，也會導致信號或激勵響應的相應變化。這些微小變化雖然在很多應用中不明顯并且可能在組件的公布容限內，但是仍然可能在手術定位裝置中產生不期望的變化。因此，本文中的構造公開了結合感測元件的固定元件，用于歸一化從多個感測元件接收的傳感器信號。該固定元件提供已知響應或信號，這允許信號調節(jié)器調整來自多個傳感器中的每個傳感器的傳感器信號，使得每個傳感器生成經校準的一致信號，該信號抵消了各個傳感器信號中的任何變化。因此，從傳感器陣列中的所有傳感器接收到一致響應并且從而接收到一致定位信息。
[0004]在以下論述的示例性布置中，傳感器元件是響應于磁場而改變電阻的磁控電阻器，并且固定元件是保持恒定電阻的固定電阻器。組合的磁控電阻器和固定電阻器均限定修改后的惠斯通電橋構造中的四條支路中的一條支路。本領域中已知的惠斯通電橋具有為正方形布置的四條支路，并且連接到電壓源，使得兩條支路的電阻比等于另外兩條支路的電阻比。本文中的構造允許確定離穿過正方形的中間(因此離每條支路距離相等)的軸線的距離和方向(假設傳感器元件在正方形周圍限定相似位置)。在實現時，當對準到與由磁控電阻器(傳感器)限定的平面垂直的中心軸線上時，磁控電阻器的電阻值相等。因此，由跨每條支路的電壓的差異限定的輸出信號將是零。
【附圖說明】
[0005]本發(fā)明的以上和其它目的、特征和優(yōu)點將從如附圖中所示的本發(fā)明的特定實施方式的以下說明變得明顯，在附圖中，類似附圖標記貫穿不同圖表示相同部件。附圖不必須表示比例，而是重點在于示出本發(fā)明的原理。
[0006]圖1示出如本文中公開的定位裝置的環(huán)境圖；
[0007]圖2示出使用圖1的定位裝置定位手術目標的流程圖；
[0008]圖3是圖1的定位裝置在操作時的圖；以及
[0009]圖4A至圖4C示出定位裝置的傳感器陣列電路。
【具體實施方式】
[0010]下面的示例和論述示出所公開方法的各種構造。在示例性構造中，所提出的方法有助于經皮腎穿刺針與目標腎盞(calyx)的對準。這樣的對準是在經皮腎造瘺術期間的精確步驟，該步驟為經皮腎鏡取石術(PCNL)過程(更通常地稱為腎結石去除)做準備。在這樣的過程期間，手動實現穿刺(access)的任務要求大量的技能，并且當收集系統不擴大時會特別困難。針的不精確放置可能帶來以下風險:損害腎和鄰近器官，從而危及計劃好的經皮手術、以及患者的臨床結果。
[0011]圖1示出如本文中公開的定位裝置130的環(huán)境圖。參照圖1，在特定示例中，患者100經歷從腎112去除手術目標110(諸如，腎結石)的過程。通過外科手術將信號源120 (諸如，磁性線圈)設置在腎結石110的遠側114?？梢酝ㄟ^任何合適方法(典型地，通過內窺鏡器械)將信號源120設置到腎112的空腔116中。定位裝置130在外部設置在患者100的手術面133(即，皮膚)上或附近。通過比較距多個傳感器134-1、134-2(總稱為134)中的每個傳感器到信號源120的距離和相對定向，定位裝置130定位到信號源的軸線132。應該注意，傳感器134檢測磁場強度，該磁場強度與該距離相關但是還基于磁場定向。因此，傳感器134的定向設法通過指示與信號源120的定向和距離的場強度來定位軸線132。通過將信號源120定位在軸線132上并且在腎結石或其它手術目標110后方，定位裝置130定位插入點136和軸線132上的角度，然后可以遵循插入點136和軸線132的角度到達手術目標110。因此，定位裝置130確保了用于與手術目標110相交的在軸線132上的手術插入，從而改進具有沿著不正確路徑的不經意針插入的可能的傳統方法。因此，如以下進一步論述的，通過因沿著偏離132的軸線(例如，135)對準造成的不均衡傳感器讀數，有助于對準到軸線132上。在一個實施方式中，本發(fā)明的裝置可以與位于內窺鏡的遠端的信號源120合作。內窺鏡允許直接觀察目標并且將信號源直接放置在目標結石后方。
[0012]圖2示出使用圖1的定位裝置定位手術目標的流程圖。參照圖1和圖2，本文中公開和示出的感測手術目標的方法包括將信號源120設置在手術目標110的遠側114，如在步驟200中描述的。外科醫(yī)生或其他手術人員將定位裝置130定向到手術目標110的近偵牝使得定位裝置130對信號源120進行響應，如步驟201中所示的。定位裝置130中的傳感器電路通過定位裝置130中的多個傳感器134中的每個傳感器接收指示信號源120到傳感器134的距離和定向的信號，如步驟202中所示的。傳感器電路(以下更詳細地示出為150)限定以下更詳細論述的定位系統，用于根據接收到的強度信號確定定位裝置130何時對準到由信號源120和手術目標110限定的軸線132上，如在步驟203中公開的。在示例性布置中，信號源120是磁性線圈，并且傳感器134包括對指示從磁性線圈到傳感器134的距離的磁場進行響應的磁控電阻器。
[0013]在一般實現中，定位系統由以下組成:內部目標，諸如，腎結石110 ;外部目標，該外部目標由附接到手術針的信號源120限定；檢測系統，該檢測系統包括用于標定(localize)這些目標在患者周圍的3-D空間中的坐標的傳感器電路150 ;用于用戶的顯示系統。內部目標是由檢測系統檢測并且在3-D空間中標定的單個能源。目標針具有沿著其長度定位的兩個或更多個類似能量源。這些能量源中的每個能量源由檢測系統檢測并且被標定在3-D空間中。來自檢測系統的用于多個源在針上的空間位置信息生成在3-D空間中的矢量，同時用于內部目標的空間位置信息生成3-D空間中的點。該信息被發(fā)送到用戶界面顯示系統。
[0014]定位系統連續(xù)更新，使得外科醫(yī)生或用戶想象矢量相對于點的位置和定向。由系統提供給用戶的該連續(xù)信息流使針實時地朝向內部