CN103025378B - 用于术中心脏组织注射的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于在精确位置处将治疗剂注入身体组织中的装置。该装置包括通过把手上的移动控制器引导到精确位置处的末端执行器。在精确位置处，末端执行器经由真空附接到心脏组织。柔性针前进通过在所述末端执行器中的偏转通道到期望的深度。治疗剂然后经由柔性针引入到心脏组织中。所有这些操作都可以通过一只手控制并且可以经由成像方法观察。

Description

用于术中心脏组织注射的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请是国际申请并且要求2010年7月13日提交的名称为“Method andApparatus for Intraoperative Cardiac Tissure Injection”的美国临时申请序列No.61/363,998的优先权。

技术领域

本发明通常涉及微创手术领域并且，更具体地说，涉及经由直接注射将药物或组织工程材料传送到心脏。

背景技术

由于医学和技术知识的进步，下述情形的数量越来越多：具有将药物或组织工程材料直接注入病人的心外膜上的精确位置中的能力可以具有重要的治疗价值。一个这种情形的实例是灌输诸如放射性化合物的治疗剂，以便治疗肿瘤。相对于组织工程材料，干细胞和生物聚合物已经被注入到心脏中以便治疗，例如，心肌梗塞病变。然而，直到相对最近，由于心脏极端良好地受到保护并且很难接近的事实，这些物质的传送使得病人的肋骨架的裂开成为必要以直接地接近心脏。出于包括感染概率和长的恢复时间的多种原因，优选的是从剑突下面接近心脏的微创手术。

尽管对于特定手术来说接近问题已经被解决，但是不仅因为外科医生在手术过程中不能直接看到心脏，而且也因为在手术过程中心脏继续运动，对心脏上执行外科手术仍然是一个技术难题。当使用现有技术的微创现有技术装置时，通过泵送致使的移动使得特别难以实现注射的任何准确的定位。

一种现有技术装置，PerDUCER心包接近装置，当前用于微创接近心包空间，无论是当指示时插入引导线、注射药物或抽出一些心包积液。如在现有技术中公开的，装置包括容纳在约20cm长的12-法国不锈钢护套管内部的21号针。护套管的远端结合到具有锥形端部与半月形横截面形状的塑料管。塑料管的锥形端部具有手术过程中压住心包膜的半球侧孔。然后真空抽吸被施加到侧孔，这促使心包膜的一部分被拉入到侧孔中并且形成小包体。引导线或其他锋利装置然后被引入到小包体中以允许直接进入到心包空间中的直接注射或者允许将来进入。然而该装置的缺点在于由于通过小包体的形成造成的心包膜的扭曲，其不允许在精确的、预定位置和深度处注射或进入心包膜。此外，该装置不允许注射到心外膜中。

鉴于上述内容，已经认识到关于改进当前系统和方法的不足与弊端的需要，以便将注射物或其它治疗剂传送到心包内的精确位置或进入到心外膜自身。

为了更好地理解本发明以及本发明的其它和另外的特点和优点，将结合附图对说明书进行描述，并且本发明的范围将在所附权利要求中指出。

附图说明

图1a是根据本发明的特征的用于术中注射到心脏组织的系统的立体图。

图1b是本发明的细长导管的沿着图1a的线A-A所取的横截面视图。

图2a是展示细长导管的横向可操作性的本发明的系统的平面视图。

图2b是展示细长导管的竖直可操作性的本发明的系统的侧视图。

图3是本发明的系统的末端执行器的放大俯视等轴视图。

图4a是本发明的系统的末端执行器的第一优选实施方式的放大仰视等轴视图。

图4b是本发明的系统的末端执行器的第二优选实施方式的放大仰视等轴视图。

图5是本发明的系统的图4a中示出的末端执行器的放大侧视图。

图6是当本发明的系统用于外科手术时的图解说明。

具体实施方式

本发明提供了一种用于术中心脏注射的改进的系统和装置。图1示出了用于将注射或其它治疗剂传送到心包内的精确位置或者心外膜自身中的系统10的组件。具体地说，系统包括具有近端30与远端40的控制把手20。远端40附接到具有近端60和远端70的柔性导管50。当导管50的近端优选地经由如本领域中已知的插管器(未示出)附接到把手20时，本发明的末端执行器80布置在远端70上。

把手

在一个优选实施方式中，外科医生仅利用一只手便可以控制全部操作。把手20包括附接到如图1a所示的真空管200的真空孔开关100并且允许外科医生选择性地施加抽吸以便当末端执行器80处于靠近心脏的期望位置时将末端执行器80固定到心脏组织。在一个另选的实施方式中，外科医生可以通过作用在真空孔开关上的脚踏板机构致动真空。

现在，参照图1、图1a、图2a、图2b和图3，把手20还具有刚性地连接到左引导线210和右引导线220的平面移动控制器110，左引导线210和右引导线220二者均布置在末端执行器80上使得当平面移动控制器110沿着逆时针方向转动时，左引导线210将在左引导线附接点410处拉动末端执行器80并且横向地引导它到左边。同样地，沿着顺时针方向转动平面移动控制器110将致使右引导线220在右引导线附接点420拉动末端执行器80并且横向地将它引导到右边。图2a展示了该横向移动。

把手20还包括连接到下引导线230的竖直移动触发器120。下引导线230也连接到下引导线附接点430使得当外科医生拉动触发器120时，下引导线230致使末端执行器80沿着与由左引导线210或右引导220引起的偏转大致正交的方向竖直向下地偏转。通过图2b展示了竖直移动。在优选的实施方式中，摩擦元件被用于将末端执行器保持在偏转的竖直或横向位置中。当外科医生期望时他们可以然后手动地使末端执行器返回到其初始位置。在另选的实施方式中，平面移动控制器110和竖直移动触发器120是弹簧加载的，因此当控制器110或触发器120未被致动时，末端执行器80将自动地返回到中间的未偏转位置。

把手20的近端30包括连接到柔性针240的针注射器控制器130，使得控制器130的轴向前进导致针240的轴向前进。还可以利用本技术领域中已知的诸如电动计算机控制的机构的自动延伸机构以使针轴向地前进预定的距离。另选地，控制器130可以构造为使得经由控制器130以类似螺钉式样的顺时针旋转、经由脚踏板机构(未示出)或者经由如本领域中公知的棘轮机构(未示出)手动地完成针240的轴向前进。在使用棘轮机构的情况下，优选的是每个前进增量都在0.25mm与0.75mm的范围内。不考虑用于针240的前进的方法，针注射器控制器130还包括使外科医生了解在手术过程中针240前进多远的前进测量指示器135。具有在本领域中公知的多种这样的前进测量指示器。该前进测量指示器的状态可以手动地或者自动地确定并且可以输入到计算机导航系统中，在一个优选实施方式中，所述计算机导航系统可以图表地显示沿着计算机导航系统的用户界面屏幕的侧面或者覆盖到计算机导航系统的用户界面屏幕上的针前进状态。显示器，例如，可以是具有从末端执行器延伸出测量的距离并且优选地进入到心脏或其它组织中的针的装置的简单的数字读取或逼真计算机呈现。

在一些实施方式中，针锁定机构140包括在把手20上以便一旦针240插入到心脏中的期望位置处便将针240固定在适当的位置中。一旦针240处于期望的位置处，治疗剂便可以经由注射孔(未示出)注射。在使用棘轮机构的实施方式中，该机构将针保持在适当的位置处直到使用者期望将其移除，在该点处，弹簧加载释放机构使针收回。

导管

在一个优选的实施方式中，本发明的导管50承载真空管200、柔性注射针240、引导线210、220、230以方便末端执行器80和传感器线250在两个维度上进行期望的移动。导管50的远端部分包括可操纵部分55并且还保持引导线接近针240以提供能够进行平衡移动的平衡分配，可操纵部分55包括当末端执行器80被操纵时确保平稳弯曲的一系列圆盘57。

末端执行器

参照图3-图5，本发明的末端执行器80具有前面600、后面610以及工作面620。末端执行器可以由本领域中已知的大致刚性的任何生物兼容塑料或金属材料制成。例如，大密度的硅比较硬但仍是柔性材料而有利于真空粘附。尽管末端执行器80，作为整体，在平行于后面610的平面中大致是长方形的，但是前面600大致是圆形的以方便插入到病人的身体中。对于本领域中的技术人员来说其他可能的形状将是显而易见的。

除了先前讨论的引导线附接点410、430、420以外，后面610还包括注射针孔440、真空孔450以及传感器腔体460。

传感器腔体460容纳电磁传感器线圈(未示出)以便在手术期间电磁跟踪末端执行器80的精确6自由度(6DOF)位置。结合传感器在末端执行器80内的位置而了解传感器相对于病人身体的位置，可以提供关于用于注射的末端执行器80的导航与定位的非常精确的实时信息。

在一个优选的实施方式中，真空孔450容纳在与真空管200滑动地连接的突出部445中以便选择性地为心脏表面提供抽吸并且使末端执行器80相对于心脏固定。真空孔450提供进入到在工作表面620上形成抽吸穿孔660的内部真空室650。抽吸穿孔660的横截面面积与整个工作表面620的横截面面积相比很大。当期望时该相对大的穿孔660使末端执行器80能够牢固固定在心脏上。对于本领域的技术人员来说将抽吸提供到组织表面的其它方法也是公知的。

在图4a中，注射针孔440接纳进入包括在后面与工作面620之间的弧形通道的偏转通道640的针240。在该优选的实施方式中，通道640将使经过其的针240以约四十五度角偏转。针240从大致平行于病人心脏的表面的平面到与心脏的表面正交或接近正交的平面的偏转消除了如在现有技术系统中的对于产生小包体的需要并且允许到心外膜或心包的注射位置的更好的准确性。偏转通道640从真空室650内朝向工作表面620上的抽吸穿孔660出现。这允许真空围绕工作表面孔670以形成紧密密封并且防止当针延伸时工作面620剥落并且损害抽吸。针240从在工作表面孔670处的偏转通道640出现，当在使用中时其按压抵靠心包膜。通过这种方式，针240进入心脏组织。在图5中，从不同的角度示出了图4a中示出的末端执行器实施方式的放大的侧视图。本领域中的技术人员将会容易地认识到偏转通道可以在适当的范围内改变，这将导致从该角度的略微修改的示图。

在一个另选的优选实施方式中，如图4b中所见到的，偏转通道700使针偏转大致九十度角。可以看到的是多个不同的偏转角度是可能的，并且在本发明的范围内。然而，一个限制因素可以是在本发明的装置内针可以弯曲到什么程度仍然正常起作用的限制。

在另一个实施方式中，末端执行器80还包括一对传感器800，其提供关于它们接触的心脏组织的关注的近场特性的重要信息。例如坏死组织将具有与健康组织不同的传导性。尽管可以使用在本领域中已知的任何适当的传感器系统，可以使用的电解剖绘图传感器系统的一个实例是通过生物传感的CARTO系统。还可能的是，通过布置在末端执行器上的这些或其它传感器，以获得由健康保健提供者所期望的关于任何电、电磁、化学或生物特性的信息。如对于图1b中的其它传感器展示的，将用于这些传感器的线延伸通过导管50是一个简单的事情。

本发明的系统的使用

如图6中所示，末端执行器80与导管50经由公知的子剑突进入点插入到病人中。末端执行器80然后被外科医生引导到心包膜的通常区域。为了将末端执行器80操作到期望的位置处，外科医生观察经由荧光学或一些其它成像方法获得的在监控器上成像的心脏并且将其与通过在末端执行器80中的电磁传感器线圈供给的被绘图到成像的心脏上的实时数据进行比较，因此外科医生了解末端执行器80随时相对于跳动的心脏在哪里以及在哪个方向。此外，如通过上述前进测量指示器所确定的针的位置和延伸也可以绘图于心脏图像上。在电磁跟踪系统的坐标与任何预操作性或手术期间的心脏图像的坐标系之间的坐标绘图可以通过通过多个发明和公开很好地展示的并且对于计算机协助外科手术技术中的技术人员来说是显而易见的所谓的“注册”技术建立。

当外科医生使用把手20上的平面移动控制器110与竖直移动触发器120以操纵末端执行器80进入到预定位置中时，传感器800提供关于心包组织的有价值的信息，外科医生可以通过其作出另外的最后决定。

一旦外科医生满意末端执行器80处于期望的位置中时，真空可以经由在把手20上的孔开关100或者，另选地，经由足部踏板机构致动，这致使抽吸在工作表面孔670处施加到心包，由此临时地将末端执行器80固定地附接到心脏组织并且使得外科医生能够对注射的精确位置具有完全的信心。接着外科医生将使针前进。这可以经由自动计算机系统、脚踏板系统、或者利用诸如针注射器控制器130的优选的实施方式手动地完成以使针240通过通道640前进并且进入到组织中，利用针锁定机构140将其锁定在合适的位置处，并且注射期望的治疗剂。

如果在这里没有相反的表述，那么设想这里提及与引用的全部专利、专利申请、专利公开和其它公开(包括网络为基础的公开)通过就像以它们的全部内容在这里阐述一样的引用的方式全部包含于此。

尽管这里已经参照附图描述了本发明的说明性实施方式，但是应该理解的是本发明不限于那些精确的实施方式，并且在不偏离本发明的范围或精神的情况下，本领域的技术人员可以产生多种其它改变或修改。相应地，附图和描述在性质上被视为是描述性的而不是限制性的。

Claims (13)

1.一种用于将治疗剂在精确位置注入到心脏组织中的改进的装置，其中，所述装置包括把手、导管、末端执行器以及柔性针；

所述把手包括一组移动控制器、用于使所述柔性针前进的装置；并且

所述导管包括用于承载真空管、所述柔性针以及一组引导线的装置；

其中，所述移动控制器操纵该组引导线以将所述末端执行器引导到所述精确位置处；

所述末端执行器包括：

本体，所述本体至少具有前面、后面以及工作面，所述前面为装置插入端，所述后面为所述导管的近端，并且所述工作面为所述前面和所述后面之间；

抽吸穿孔，所述抽吸穿孔在所述工作面中以便选择性地将所述本体固定到所述组织，其包括进入所述后面中的真空孔的真空室；所述真空孔与承载在所述导管中的所述真空管适合地连接；

偏转针通道，所述偏转针通道从所述后面上的注射针孔延伸到从在所述工作面上的所述真空室出现的工作表面孔；从而所述柔性针通过所述通道的前进致使所述柔性针以一个角度偏转。

2.根据权利要求1所述的改进的装置，其中，所述柔性针通过所述通道的前进致使所述柔性针以45度到90度的范围内的角度偏转。

3.根据权利要求1所述的改进的装置，其中，所述末端执行器还包括位置跟踪装置以能够进行实时跟踪和导航。

4.根据权利要求3所述的改进的装置，其中，所述位置跟踪装置是电磁传感器线圈。

5.根据权利要求1所述的改进的装置，还包括用于将所述柔性针锁定在合适的位置中的装置。

6.根据权利要求1所述的改进的装置，其中，所述末端执行器还包括用于提供关于组织的信息的多个传感器。

7.根据权利要求1所述的改进的装置，其中，所述末端执行器可以有意地指向至少一个维度。

8.根据权利要求1所述的改进的装置，还包括用于确定所述柔性针已经前 进多远的前进测量指示器。

9.根据权利要求8所述的改进的装置，其中，来自所述前进测量指示器的数据可以与计算机导航系统数据相关以提供关于所述柔性针的实时位置信息。

10.根据权利要求1所述的改进的装置，其中，所述柔性针的前进和所述引导线的操纵可以由外科医生以一只手通过对所述把手上的所述装置的操纵而被执行。

11.根据权利要求1所述的改进的装置，其中，所述导管还包括具有一系列圆盘的远端可操纵部分以使得当操纵所述末端执行器时能够平稳弯曲。

12.根据权利要求1所述的改进的装置，其中，所述工作表面孔距离所述抽吸穿孔足够的距离以确保接近工作表面孔的组织不因真空而变形。

13.根据权利要求1所述的改进的装置，其中，所述把手还包括用于将所述治疗剂注入到所述组织中的装置。