CN103140185A - 用于神经外科装置的可调节固定系统 - Google Patents

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Abstract

一种系统至少包括：将通过固定装置(4)附连到患者的支撑件(5)，所述支撑件具有外螺纹(7)，第一螺母(9)，所述第一螺母具有与所述外螺纹(7)配合的内螺纹(11)；以及锚固器，所述锚固器具有置于所述支撑件和所述螺母之间的球形底端(10)、球形头部(15)，所述球形底端和头部由柄部联接，第二螺母(16)，所述第二螺母具有内螺纹(17)并且旨在拧接到具有相应的螺纹(31)的外部装置上，例如平台(20)或外科装置(30)，由此所述螺母(9、16)中的至少一个在所述支撑件上和/或在所述外部装置上的上紧允许阻止所述锚固器的位置。

Description

用于神经外科装置的可调节固定系统
技术领域
本发明涉及神经外科并且涉及用于该领域中的装置。更具体地，本发明涉及用于神经外科装置的可去除和可调节固定系统。 
背景技术
立体定位手术也被称为立体定位术，是利用三维坐标系统来定位身体内部的靶并且对它们执行某些动作(例如消融(去除)、活检、损伤(热损伤、X射线或伽马射线诱导损伤)、注射、电刺激、植入等)的外科手术的微创形式。“立体定位(stereotactic)”在希腊语(另一个接受的拼写是“立体定位(stereotaxic)”)表示在空间中的运动。 
在神经外科中，立体定位程序指的是参考框架的使用，所述参考框架是配备有头部保持夹和杆的机械装置，其参考框架的坐标系(所谓的零点或原点)将头部置于固定位置。脑中的每个点然后可以由其在正交参考系中的三个坐标(笛卡尔坐标)(x、y和z)索引，或者替代地，在极坐标系中也用三个坐标(角、深度和前后位置)索引。在立体定位神经外科程序中限定靶点的标准方式在于由计算机断层摄影(CT)或磁共振成像(MRI)在三维(3D)中成像患者的头部，同时保持立体定位框架(或它的子组)。由于脑和框架都在图像上可见，因此靶点的坐标可以限定于框架的坐标系中，当靶清楚地可识别时可以直接位于图像上或借助于立体定位图。最后，在x、y和z方向上(或替代地，在极坐标保持器中)配备有高精度标度的导向杆允许神经外科医生在针对期望结构计算的坐标处、沿着通过颅骨中小螺旋钻获得的最佳轨迹用脑内部的探针(电极、针头、套管、X射线或伽马射线束等)达到靶。 
该程序的主要优点是它的高精度。 
而且，立体定位术是神经外科实践中的经典程序：每个神经外科医生针对该程序受过培训。 
它的主要缺点是明显的： 
-放置框架期间和之后的压力和疼痛的感觉，在成像和外科程序的过程中患者必须始终保持框架持续若干小时， 
-外科程序期间OR台处的头部的固定，这可能由于一些操作的持续时间长(若干小时)而导致不舒服并且导致框架在患者的头部上的很不适当的位移(如果他/她在操作期间试图移动的话)，导致探针放置的精度的严重损失， 
-用立体定位框架执行的MR成像中的潜在伪影，这由框架导致的MR扫描器的磁场的失真引起，可能导致靶向这样的图像的精度的损失。 
所以研究者设法提出立体定位框架的替代选择，同时作为严格要求保持高精度。 
在成像和神经外科机器人的组合中进行了主要尝试：将小基准标记物置于患者的颅骨上。进行3D成像(CT或MRI)，并且然后使用充分的校准/配准程序以使机器人臂的坐标系与由基准标记物限定的患者头部的坐标系配准。然后机器人臂可以放置在相对于患者头部限定的预定位置和取向，并且用作用于插入外科工具(针头、电极等)或在神经外科医生的控制下自身进行插入(钻孔等)的导向件/支撑件。尽管它部分地满足精度要求并且最小化患者的不舒服，但是这样的系统的主要缺陷是使用、校准和维护它们的高度复杂性，并且最重要的是它们的高昂费用，这使得世界上只有很有限数量的医院能够负担得起这样的系统。最后，独立于头部移动机器人存在固有的程序危险。由于所有这些原因，神经外科机器人系统相比于经典的立体定位框架无竞争力。 
在2000年的年初，田纳西州那什维尔(Nashville)市的范德堡大学医学中心(Vanderbilt University Medical Centre)引入StarFix技术，该技术在于针对每个患者专门实现的患者特定三脚架。该程序如下：基于预期进 入区域位置，将类似于基准标记物的锚固器拧接到患者的头部上，并且然后由CT或MRI扫描患者。然后使用手术计划软件相对于由锚固器限定的坐标系限定靶点。然后相应数据(由互联网)发送到制造商(美国缅因州Bowdoinham市的FHC公司)，所述制造商实现被称为STarFix的个体化三角架。然后使用锚固器将该三脚架固定在患者头部上。将引导工具固定到三角架以实现操作。可以在互联网上在http://www.fh-co.com/p67-69B.pdf找到更多的细节。 
该程序的优点是它的复杂性低并且患者的舒适性增加，并且它与若干引导和工具保持装置兼容。其它优点包括精确(类似于基于框架的程序)、简单和高效。 
但是存在若干重要缺点： 
对于每个外科手术必须由制造商实现新三脚架。实现耗时1至3天。而且公司位于美国，当患者在另一个国家或大陆接受手术时这可能引起将三脚架从制造商运输到用户的额外延迟。因此，在该段时间期间，锚固器不得不保持植入患者的头部上，这可能疼痛和潜在的感染。最重要的是，一旦实现三脚架，就不能修改手术计划：三脚架严格地基于术前计划，在手术期间轨迹绝对不能改变以适应意外事件。计划的任何变化将需要新三脚架的实现，即，另一个1至3天延迟以及上述缺陷，如果患者不在美国的话。 
在以下公告中描述了立体定位装置的典型例子：WO2004/058086，US2006/0192319，US6,282,437，WO2005/039386，WO95/13758，WO2007/095917，US2007/106305和WO2007/031314。 
在PCT申请第WO2009/060394号(其内容通过引用完整地被合并于本申请中)的最近发展主题中，本申请人创造了一种用于无框神经外科立体定位术的新型可调节立体定位装置和方法。该系统包括旨在附连到患者并且配备有标记物的至少三个锚固器、具有旨在附连到所述锚固器的插入导向件的插入引导装置、具有对应于所述标记物的至少三个校准标记物的外部校准装置以及计划和成像软件。外部校准装置是非患者依赖的，使得它可以再用于不同患者。计划和成像软件用于确定患者中的靶点相对于标 记物的位置，在插入引导装置安装在附连到患者的锚固器上之前，校准装置用于使用软件的测定，校准并且定向安装在所述校准标记物上的插入引导装置的插入导向件。 
应当理解，装置在患者的头部上的固定是重要的。在一个方面，锚固器用于将插入导向件附连到患者，但是它们也用作用于在成像系统中建立参考的标记物。 
所以本发明的目的是提供一种固定系统，其容易使用并且可以提供成像系统中的必要标记物。 
锚固器和标记物的使用本身在本领域中是已知的，例如从WO2009/060394获知。作为另一个例子，US2003/012043(通过引用被合并于本申请中)公开了一种用于相对于医疗装置定位患者的身体的一部分或全部的定位固定装置。根据所描述的方法，在扫描患者之前一组骨锚固器附连到患者的颅骨。锚固器变为患者的身体上的安装位置，这提供患者的头部随后将在放射疗法装置中保持就位所借助的手段。每个骨锚固器具有用于接收螺栓或其它螺纹附件的螺纹开口并且在扫描之前每个螺纹开口用于接收扫描标记物，所述扫描标记物包括附连到标记部分的螺纹部段。所述标记部分包括将导致被扫描图像中的可见图像的材料。 
其它现有技术的公告包括以下文献(按照应用领域)： 
引导装置：US4,931,056，WO2009/149398，WO2008/153975，WO2005/046451，WO01/78814，US2004/0243146，WO99/16374，WO2008/14261。 
标记物和锚固器：US2004/0030237，US2004/0030236，US5,013,316，WO00/01316，US2003/0125743，US2004/0167391，WO2004/075768，WO2004/089231。 
手术装置：EP0326768，EP0207452，US2002/0052610。 
一般锚固装置：EP1839606，WO96/08206，US2006/0217713，EP0611557，US5,269,784，US2003/0229349，US2005/0277925，WO00/40167。 
发明内容
本发明介绍一种用于将神经外科装置刚性地固定在患者上(例如患者的头部上)的新颖方式和系统。 
本发明基于使用医用螺钉或其它等效手段附连到患者的颅骨的至少三个固定系统。每个固定系统至少包括支撑件和锚固器。支撑件是用医用螺钉固定在颅骨中的部分。锚固器是在支撑件上移动的活动部分。锚固器由下部分、上部分和优选两个螺母组成，一个螺母用于在期望位置阻止锚固器。 
每个锚固器能够通过进行球形运动在空间中移动。由于每个锚固器具有这样的适应能力，它允许在不需要极高精度的情况下将固定系统放置在头部上。锚固器的多个自由度允许通过定向它们的每一个以便匹配它的平台的精确几何形状而附连神经外科装置(或另一个装置)。 
在使用锚固器螺母锁定整个系统之前，可以移动神经外科装置以便执行它的放置的精细调节。该装置具有大致三个自由度：两个平移和一个旋转。 
一旦锁定，该装置刚性地附连到颅骨。 
另外本发明能够允许去除锚固器的上部分而不损失该装置的精确定位。该性能最小化与系统上的震动关联的风险并且增加等待期患者的舒适性。 
该能力的另一个实际结果是在神经外科手术之前，新的经消毒的锚固器上部分可以通过颅骨上的剩余部分上的无菌区域安装以便为神经外科装置提供非常清洁的接口。 
通过示例性例子的以下描述将更好地理解本发明及其不同的实施例。 
附图说明
图1示出了用于将支撑件大致放置在患者的头部上的计量器的使用； 
图2A和2B在透视图中(图2A)和剖视图中(图2B)示出了一个固 定系统的不同部件； 
图3示出了用于将锚固器彼此定位在正确位置的平台； 
图4示出了当未上紧一个固定系统时它的可能运动； 
图5示出了当未上紧固定系统时平台的可能运动； 
图6示出了上部分被去除的固定系统； 
图7示出了安装有上部分的固定系统； 
图8示出了安装在固定系统上的外科装置； 
图9示出了在透视图中看到的外科装置； 
图10示出了系统的替代部分。 
具体实施方式
该装置可以至少包括计量器1，所述计量器用于至少大致在支撑件将附连到患者的位置标记患者的头部2(颅骨)。这由铅笔3示意性地示出。 
图2A和2B以更详细方式示出了元件和固定系统，其用作用于将附连到它们的平台(在定购中，例如执行外科程序)的锚固器。 
每个固定系统至少包括旨在拧接在患者中(例如在他的头部中)并且通过支撑件的开口6将底部支撑件5固定在患者上的螺钉4。支撑件5例如具有圆柱形状并且包括在其上端(远离患者)的外螺纹7和若干(例如三个)针5′，所述针5′穿透皮肤并且与患者的骨(即，颅骨)接触。所述针5′的长度大于皮肤的厚度以便避免压缩皮肤。支撑件5也包括球形腔8(或至少圆锥形腔)和具有内螺纹9′的支撑螺母9，所述腔的用途将在下文进行解释，所述内螺纹与支撑件5的外螺纹7配合。当然，支撑件可以具有另一种形状，但是仍然具有外螺纹，其使用将在下文进行解释。 
锚固器至少包括带有内螺纹11的球形的底部分10，当所述螺母通过拧接安装在支撑件5上时所述部分10保持在支撑件5(在其腔8中)和螺母9之间。当在该位置时，底部分能够旋转直到通过螺母9在支撑件5的螺纹7上的进一步上紧阻止它的运动。 
当未上紧下螺母9时，因此能够通过旋转定向锚固器并且锚固器具有旋转的三个自由度，但是仅仅使用两个(在本配置中自旋是不相关的)。锚固器然后可以在选定位置被阻止。这以示意性方式在图4中示出，箭头示出了锚固器的自由度，旋转允许在所有方向上的定向(不仅是箭头所示的两个方向)。 
另外锚固器(参见图2A和2B)包括顶部分12，所述顶部分具有带螺纹14的柄部13和球形头部15。螺纹14旨在通过将一个部分拧接到另一个部分中与底部分的螺纹11配合，因此形成具有由柄部12联接的两个球形端部的锚固器。 
固定系统还包括具有内螺纹17的底部螺母16，所述螺母16以类似于螺母9的方式用于将平台20附连到锚固器(例如如图3和5中所示)。更具体地，与本发明的锚固器组合使用的平台20包括类似于上述的支撑件5的支撑件，具有旨在与底部螺母16的内螺纹17配合的外螺纹，平台20的所述支撑件也包括球形腔18使得能够通过拧接所述螺母16将平台固定在锚固器上。 
当如先前所述的具有锚固器的三个或更多个固定系统已固定到患者的头部上时，与神经外科装置平台30(参见图8和9)兼容的平台20被安装并且拧接在锚固器的上部分上(参见图3和5)。这允许将锚固器彼此定位在正确的相对位置。在这时，当未上紧系统时，可以根据三个自由度移动平台20：两个平移和一个旋转(参见图5)(运动引起在其它方向上的小位移，但是这些是不相关的)。 
一旦上紧螺母9和16，平台和锚固器的位置被保持。 
平台优选地包括标记物，所述标记物可以在从承载固定系统和平台20的患者拍摄的(一个或多个)术前图像上看到，所述标记物限定参考系。这因此允许用户在(一个或多个)术前图像中限定由平台20的标记物形成的参考系中的患者中的靶点的位置并且然后在校准装置中精确地再现该靶点(根据在WO2009/060394中公开的原理)。 
如上所述，一旦锁定已发生(至少螺母9)，能够去除平台20而不损 失装置(更具体地，锚固器)的精确定位。仅仅解开螺母16，该动作释放平台20，而下螺母9保持拧接，使得保持锚固器的取向。该配置在图7中示出。 
平台20或另一个装置(具有相应的平台，例如外科装置)然后可以在以后阶段在适当位置再置于患者上。 
图6示出了一种配置，其中三个支撑件5已附连到患者的颅骨并且锚固器的顶部分已通过拧松球形头部15被去除。如果螺母9已被上紧，则底部分保持定向。在这样的配置中，能够例如将其它元件附连到支撑件5，例如如图10中所示并且在下文中更详细解释的标记物21。 
替代地，为了提供无菌接口，锚固器的上部分(具有柄部13和螺纹14的顶部分12和球形头部15)和螺母16可以被去除并且用无菌的替换(参见图6和7)。典型地当将要执行外科手术时就是这样。 
为了执行手术，神经外科装置30可以简单地附连到被阻止的锚固器(参见图8和9)，如上所述。更具体地，如上所述，平台20例如用于限定锚固器的位置(参见关于图5的描述)，然后通过上紧螺母9阻止锚固器。然后可以按照计划用WO2009/060394中公开的校准装置执行外科手术。 
平台然后可以被去除并且由与上述的顶部分12相同的标记物21替换，例如金属标记物或覆盖有金属层的塑料标记物(或至少在根据上面引用的并且合并在本申请中的申请WO2009/060394使用的成像系统产生的图像上可见的标记物)。标记物也可以包括其它无源或有源特征(例如二极管)以便可由例如照相机检测。由于螺母9被上紧，因此标记物的位置与部分12的位置相同。典型地这通过拧松螺纹11和14(参见图2和10)并且将标记物21的螺纹22拧接到螺纹11中实现。然后能够根据WO2009/060394中所述的原理用图10中所示的配置拍摄具有标记物的患者的图片。 
如先前所述，图8和9示出了可以与本发明的锚固器一起使用的外科装置的例子。该装置可以包括具有若干螺纹31的平台30，所述螺纹与锚 固器的螺母16配合。平台30也可以通过插入导向件33承载工具32，所述插入导向件用于朝着靶点(未示出)通过颅骨2中的开口29定向工具32。 
而且，根据本发明的支撑件可以在WO2009/060394中所述的立体定位装置中使用，在这方面该申请完整地被合并于本申请中。如所述公告中所述，所公开的系统包括非患者依赖校准装置的使用，其允许在外科装置的有效使用之前校准外科装置。 
本发明不限于上述的系统和方法并且修改是可能的，例如通过使用等效手段。 
优选地，支撑件5和螺钉4由生物相容材料制造：这些部分是与患者直接接触的唯一部分。所有其它部分由医疗领域或本主题的其它使用领域中的合适材料制造。 
另外，螺母9、16和相应的外螺纹7、31可以由等效手段替换，例如卡口连接器系统。 
而且，所给出的示例性例子涉及神经外科手术，但是当然本发明的公开装置和方法的其它外科和非外科应用也是可能的，并且该描述在这方面不应当被理解为限制。 
最后，本发明可以用作套件，所述套件包括用户可以从其进行选择的若干元件。这样的套件可以包含安装的或处于分开部分中的一个或若干个固定系统、平台、校准装置、一个或若干个标记物。当然在本发明的框架中任何变型是可能的。 
附图标记 
1计量器 
2患者的颅骨 
3铅笔 
4(锚固器的)螺钉 
5支撑件 
5′针 
6开口 
7外螺纹 
8腔 
9螺母 
10球形的底部分 
11内螺纹 
12顶部分 
13柄部 
14内螺纹 
15球形头部 
16螺母 
17内螺纹 
18腔 
19- 
20平台 
21标记物 
22螺纹 
29(颅骨的)开口 
30外科平台 
31螺纹 
32外科工具 
33插入导向件 。

Claims (11)

1.一种例如用于立体定位装置的固定系统，所述系统至少包括：
将通过固定装置(4)附连到患者的支撑件(5)，所述支撑件具有外螺纹(7)，
第一螺母(9)，所述第一螺母具有与所述外螺纹(7)配合的内螺纹(11)；
以及锚固器，所述锚固器具有置于所述支撑件和所述螺母之间的球形底端(10)、球形头部(15)，所述球形底端和头部由柄部联接，
由此所述第一螺母(9)在所述支撑件上的上紧允许阻止所述锚固器的位置。
2.根据权利要求1所述的固定系统，其中所述锚固器被制造成第一部分由内螺纹(14)形成于其中的所述底端形成，第二部分由具有柄部13的所述球形头部形成，所述柄部的端部包括外螺纹，通过将所述螺纹拧接在所述内螺纹中组装所述两个部分。
3.根据前述权利要求中的一个所述的固定系统，其中所述支撑件(5)包括用于接收所述球形底端的腔(8)。
4.根据前述权利要求中的一个所述的固定系统，其中所述支撑件包括至少三个针(5′)。
5.根据前述权利要求中的一个所述的固定系统，其中所述锚固器可由照相机检测。
6.根据前述权利要求中的一个所述的固定系统，其中该固定系统包括第二螺母(16)，所述第二螺母具有内螺纹(17)并且旨在拧接到具有相应的螺纹(31)的外部装置上，例如平台(20)或外科装置(30)，由此所述第二螺母(16)在所述外部装置上的上紧允许阻止所述锚固器头部的位置。
7.一种套件，其包括根据前述权利要求中的一个所述的至少一个固定系统。
8.根据权利要求7所述的套件，其包括平台。
9.根据权利要求8所述的套件，其中所述平台包括限定参考系的标记物。
10.根据权利要求7至9中的一个所述的套件，其中该套件还包括校准装置。
11.一种立体定位装置，其包括根据权利要求7至10中的一个所述的至少一个套件以及外科装置。
CN2010800681563A 2010-07-23 2010-07-23 用于神经外科装置的可调节固定系统 Pending CN103140185A (zh)

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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