CN105025837A - 具有两个旋转引导件的针放置操纵器 - Google Patents

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Abstract

一种针放置操纵器，包括关于彼此以倾斜的角度布置的一对旋转引导件，沿针保持器轴保持针的针保持器，以及引导件在其上被支撑的基座主体。针保持器轴和旋转引导件的每个轴在位于基座主体或之下的单个点处相交。基座主体被配置为附连到患者或RF-线圈。

Description

具有两个旋转引导件的针放置操纵器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年3月15日提交的美国申请No.13/837,806的优先权，该美国申请的全部内容通过引用被结合于此。
技术领域
本申请的公开内容一般地涉及医疗设备，并且具体地涉及具有关于彼此倾斜的两个旋转引导件的针放置操纵器，以及配备针放置操纵器的针引导系统。
背景技术
诸如超声波、乳房摄影、计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)等等之类成像模式对于帮助识别和治疗患者体内异常的使用已经在医学领域获得了更多的接受。以上提到的以及其它成像模式一般而言提供身体的不同软组织之间的良好对比。因此，这些技术当中许多被用来描绘健康组织中受损组织的边界，用于准确的识别和治疗。但是，高级诊断过程需要受损组织定位的进一步验证和细化。这种进一步的验证和高级定位可以通过针活检过程来执行。为了帮助更准确地定义健康组织中受损组织的边界，已经提出了针引导系统。
Fisher等人所写的标题为“MRI Guided Needle Insertion-Comparison of Four Techniques”的非专利文献文章描述了用于针放置的四种技术：1)在患者身上投射MR图像和虚拟针引导的图像覆盖，2)具有通过交叉的横向和倾斜矢状激光来标记的针轨迹的双平面激光，3)具有预成角度的引导套的手持式量角器，以及4)徒手插入。常规而言，所有这些技术都需要为了针插入而把患者从成像模式移出去。
在医疗环境中，有必要把针头精确地定位到组织或具体器官中，用于准确的诊断或最小化侵入式治疗。活检、消融、冷冻疗法、抽吸和药物递送是需要高精度针放置的例子。在经皮切入之前，感兴趣的目标区域(例如，肿瘤、结节等)通过利用MRI、超声波或其它成像模式的非侵入性成像来确认。一旦感兴趣的靶区域被肯定地确定，临床医生就基于经验决定进入点、插入方向和针到达的深度。这个过程通常需要冗长的试错例程，它会对患者有害。因此，在过去的几十年里对于可以提高针定位准确性、最小化患者不适和缩短手术时间的针引导系统的发展存在增加的兴趣。
在具有带预成角度的引导套的手持式量角器的针引导系统领域中，由Hirdesh Sahni公开的美国申请公开2011/0190787(这里称为“Sahni”)是个例子。Sahni描述了“IMAGE GUIDED WHOLEBODY STEREOTACTIC NEEDLE PLACEMENT DEVICE withFALLING ARC”。在Sahni的系统中，设备可以与CT和MRI模式都兼容，但是患者在针穿入基于呼吸而移动的区域中时患者不得不屏住呼吸。设备可以放到患者的皮肤上或者暴露的器官附近，但是其功能会由于运动而被危及。
在模式引导的针放置系统的领域内，由Rajiv Gupta等人公开的美国专利申请公开2006/0229641(本文称为“Gupta”)是个例子。Gupta描述了“GUIDANCE AND INSERTION SYSTEM”，其中针的插入角度由两个弧形臂引导，这两个臂由分别附连在每个臂的轴的电机驱动。该设备可被配置为与成像装置(诸如CT扫描仪)一起使用，以允许设备和工具在观看关于目标手术部位定位的设备的同时被操作。该设备可以放在患者的皮肤上并且用带固定。该设备可以被动地补偿患者的运动。
在MRI引导的经皮干涉中，准确的针放置是至关重要的并且比用于其它模式(诸如CT或超声波)的针放置系统中显著更困难。不像其它模式，MRI利用核磁共振(NMR)的属性来成像体内原子的原子核。为此，在MRI扫描期间，患者被置于强大的磁体中，其中大磁场被用来对齐患者体内的原子核的磁化，并且射频(RF)脉冲被施加以改变原子核的线性磁化。这导致原子核从调谐的射频脉冲吸收能量并且当它们的激发衰变时发射射频信号。其强度根据核的丰度和分子的化学环境变化的这些信号通过使用磁场中的磁场梯度被转换成断层(选定的平面)图像的集合，这又允许信号的点源(或受损组织)的3维(3D)定位。更具体而言，检测到的信号被用来构建身体被扫描区域的2D或3D MRI图像。
因此，在MRI引导的针放置系统中，优选地是整个定位系统基本上由非磁性材料构成，使得不存在损害检查体积内磁场的均匀性的危险。此外，为了跟踪针相对于引导系统的空间定位，有必要提供标记点，诸如机械刚性连接到引导系统的MR可测量基准(fiduciary)。以这种方式，操纵器本身的位置可以经由MR测量来确定。授予Knuttel的美国专利号：6185445公开了这种系统的例子。
常规技术的缺陷包括：1.需要引导件的刚度把针以精确的位置和姿态插入。但弧形臂的刚度低，并且尤其是包括附连的电机的弧形引导件的刚度也低。2.弧形臂提供能见度，使临床医生能够看到针的进入点，但开口太小以至于不能接近该进入点。
发明内容
根据本申请的至少一种实施例，针放置操纵器包括，关于彼此以倾斜的角度布置的一对旋转引导件，沿针保持器轴保持针的针保持器，以及引导件在其上被支撑的基座主体。针保持器轴和旋转引导件的每个轴在位于基座主体或其下面的单个点处相交。基座主体被配置为附连到患者或者RF-线圈。
参考附图，从以下示例性实施例的描述，本发明的更多特征将变得清楚。
附图说明
图1示出了根据第一实施例的针放置操纵器；
图2A和2B示出了根据第一实施例的针放置操纵器的截面视图。图2C示出了旋转引导件的旋转轴与针保持器轴之间的角度关系；
图3A、3B和3C示出了对于各种插入角在单个相交点的针插入的例子；
图4A和4B示出了最大倾角θ3以及由最大倾角θ3确定的最佳旋转空间；
图5A和5B是根据第二实施例的配备电动致动器的针放置操纵器的截面视图；
图6A示出了图5A左侧的详细截面视图。图6B示出了利用光纤的图5A左侧的详细截面视图；
图7A示出了根据第二实施例的修改的包括用于在停止位置锁定旋转引导件的紧定螺钉的电动针操纵器的例子。图7B示出了根据第二实施例的另一修改的其中基座主体包括滑动部分以便调节相交点高度的电动针操纵器的例子；
图8A示出了根据第三实施例的附连到RF-线圈的针操纵器的透视视图；图8B示出了沿附连到RF-线圈的针操纵器的垂直平面H-H的截切面；
图9A示出了根据第三实施例的沿垂直平面H-H的针操纵器的截面图。图9B示出了图9A中所示的部分A的详细视图，其中第一附件30在其外表面上与第二附件31啮合。图9C示出了图9A中所示的部分A的详细视图，其中第一附件30在其内表面上与第二附件31啮合；
图10A、10B和10C示出了用于把针操纵器附连到具有用于其的附件的RF-线圈并从其分离的示例性过程；
图11示出了附连到RF-线圈的组装好的针操纵器的透视视图，其中第一和第二附件彼此啮合；
图12示出了根据第四实施例的附连到RF-线圈的电动针操纵器的截面图；及
图13示出了包括针放置操纵器的自动化图像引导针定位系统的框图。
具体实施方式
在以下描述中，参考以下附图，附图是所公开的发明可以在其中实践的实施例的说明。但是，应当理解，在不背离本公开内容的新颖性和范围的情况下，本领域技术人员可以开发出其它的结构和功能修改。
参考描述，阐述了具体的细节，以便提供对所公开的例子的透彻理解。在其它情况下，众所周知的方法、过程、部件和电路没有详细描述，从而不会不必要地加长本公开内容。本发明的一些实施例可以在计算机系统上实践，其中计算机系统一般而言包括一个或更多个用于处理信息和指令的处理器、用于存储信息和指令的随机存取(易失性)存储器(RAM)、用于存储静态信息和指令的只读(非易失性)存储器(ROM)、诸如磁或光盘的数据存储设备以及用于存储信息和指令的盘驱动器、诸如用于向计算机用户显示信息的显示设备(例如，监视器)的可选用户输出设备、用于向处理器传送信息和命令选择的包括字母数字和功能键的可选用户输入设备(例如，键盘)、以及用于向处理器传送用户输入信息和命令选择的诸如光标控制设备的可选用户输入设备(例如，鼠标)。
如本领域技术人员将认识到的，所给出的例子可以体现为系统、方法或计算机程序产品。从而，一些例子可以采取完全硬实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或者结合硬件和软件方面的实施例的形式，这些在本文一般全都可以被称为“电路”、“模块”或“系统”。另外，一些实施例可以采取体现在任何有形的表达介质中的计算机程序产品的形式，计算机可读介质中存储计算机可用的程序代码。例如，以下参考方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图说明和/或框图描述的一些实施例可以由计算机程序指令实现。计算机程序指令可以存储在可指引计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读介质中，使得存储在计算机可读介质中的指令构成包括实现流程图和/或框图中指定的功能/动作/步骤的指令和过程的制造品。
应当理解，如果元件或部分在本文被称为“在”另一元件或部分“上”、“逆着”、“连接到”或“耦接到”另一元件或部分，则它可以直接在另一元件或部分上、逆着、连接到或耦接到另一元件或部分，或者可以存在中间元件或部分。相反，如果元件被称为“直接在”另一元件或部分“上”、“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件或部分，则不存在中间元件或部分。当被使用时，如果这么提供，则术语“和/或”包括一个或更多个所关联列出的项的任何和全部组合。
空间相对术语，诸如“之下”、“下方”、“下面”、“下部”、“之上”、“上部”、“近端”、“远端”等等，可以在本文用来方便描述和/或说明，以描述各个图中一个元件或特征与(一个或更多个)另一元件或特征的关系。但是，应当理解，空间相对术语是要涵盖在使用或操作中除图中所绘出朝向之外的设备的其它不同朝向。例如，如果图中的设备反过来，则被描述为“在”其它元件或特征“之下”或“下面”的元件将定向为在所述其它元件或特征“之上”。因此，诸如“之下”的相对空间术语可以涵盖之上和之下的朝向。设备可以以别的方式定向(旋转90度或者以别的朝向)并且本文所使用的空间相对描述符应当被相应地解释。类似地，相对空间术语“近端”和“远端”在适用的时候也可以互换。
术语第一、第二、第三等可以在本文被用来描述各种元件、部件、区域、部分和/或段。应当理解，这些元件、部件、区域、部分和/或段不应当受这些术语的限制。这些术语仅仅被用来区分一个元件、部件、区域、部分或段与另一个元件、部件、区域、部分或段。因此，在不背离本文示教的情况下，以下讨论的第一元件、部件、区域、部分或段可以被称为第二元件、部件、区域、部分或段。
本文所使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例而不是要作为限制。如本文所使用的，除非上下文明确地另外指出，否则单数形式“一个”和“该”是要也包括复数形式。还应当理解，当在本说明书使用时，术语“包括”规定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但是并不排除一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其组的存在或添加。术语“位置”和“定位”应当理解为既包括空间位置又包括角度朝向。
在描述附图中所说明的示例实施例时，为了清晰，采用具体的术语。但是，本专利说明书的公开内容不是要局限于这样选定的具体术语，并且应当理解，每个具体元件都包括以相似方式操作的所有技术等同物。
以下将参考几个附图描述示例性实施例，其中相同的标号指相同的部分。
<第一实施例>
本发明的第一实施例致力于针对以上提到的问题的解决方案。图1是根据第一实施例的针放置操纵器100的透视图。图2A和2B是处于不同操作位置的针放置操纵器的截面视图。
如图1所示，根据第一实施例，针放置操纵器100包括两个圆环形旋转引导件(在下文中简称为“旋转引导件”)，这两个引导件关于彼此以倾斜的朝向布置在基座主体5上面。具体而言，第一旋转引导件1和第二旋转引导件3关于彼此以倾斜的朝向布置。这两个旋转引导件1和3由基座主体5支撑。基座主体5优选地是被配置为安放在患者皮肤8上的非磁性结构。如以下更详细讨论的，基座主体5和某些其它元件可以由诸如塑料和/或其合成物的一次性且可回收材料制造。第一旋转引导件1由基座主体5支撑并且连接到第一旋转主体2。第二旋转引导件3由第一旋转主体2支撑并且连接到第二旋转主体4。第二旋转主体4被配置为支撑针保持器6。针保持器6具有被配置为引导针7通过其的通孔6b。针保持器6约束针7与选定的角度对齐，该选定的角度是通过两个旋转引导件1和3的旋转而几何地确定的。
此实施例中的第一旋转主体2由三个支柱2a、2b和2c组成。但是它不限于这种结构。第一旋转主体2可以由其它结构形成，例如，一个支柱或多个支柱，或者壳结构或具有孔的壳结构。许多其它形状和结构可以是本领域普通技术人员容易想到的。但是，值得注意的是，当旋转主体2由一个或至多三个支柱组成时，如图1所示，有利地提供用于查看切入点的宽敞开口。类似地，第二旋转主体4由把针保持器7连接到第二旋转引导件3的一个或更多个支柱组成。
每个旋转引导件1和3分别包括一组旋转设备13和23，以及固定元件1b和3b。旋转设备促进旋转引导件到期望位置的容易旋转；并且固定元件把旋转引导件保持固定在期望的位置以防止针切入操作期间的移动。在此实施例中，固定元件1b和3b是紧定螺钉，并且旋转设备13和23是机械轴承。在准备切入操作时，临床医生或者自动化的致动器操纵两个旋转引导件当中至少一个(引导件可以彼此独立地操作)把针保持器6旋转到预定的角度。一旦到达期望的位置，旋转引导件就通过拧紧固定元件(螺钉)1b和3b来固定，使得针保持器6被指向期望的角度以到达患者皮肤8下面的目标组织8a。在此实施例中，固定装置是紧定螺钉。空气离合器也可以代替螺钉被用作固定装置。当空气压力从就像手术室中的医疗送风口或压缩气瓶的空气供给源供给时，空气离合器自由旋转；并且当空气供给切断时，空气离合器保持旋转引导件的旋转固定。
返回参考图1，标记10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g和10h是MRI可见的基准标记，它们被布置在基座主体5和第一旋转引导件1和第二旋转引导件3上的预定位置。在MRI引导介入期间，这些标记的图像被MRI扫描仪取得以获得这些部分当中每一个的空间位置和姿态。在基座主体5内提供的狭缝5a和5b是让带把操纵器紧固到患者身体的狭缝。
在图1中的此实施例中，基座主体5通过对带进行紧固而固定到患者的身体。但是紧固不仅仅限于带。操纵器可以通过经过狭缝5a和5b要固定到患者骨头的螺栓紧固到患者的身体，或者通过胶带、吸盘等粘附到患者。它还可以通过能够通过空气离合器保持其关节的被动臂固定到患者的床或地板。
如图2A所示，第一旋转引导件1绕固定旋转轴1a旋转。并且第二旋转引导件3绕固定旋转轴3a旋转。这里使用的术语“固定旋转轴”意味着旋转轴关于其对应的旋转部分是固定的。针保持器6包括通孔6b，针保持器轴6a纵向经过该通孔6b。第一旋转引导件1的轴1a、第二旋转引导件3的轴3a以及针保持器6的轴6a布置成总是在位于基座主体5的重心的单个相交点9处相交。这里使用的术语“重心”指周围所有重量都相等的点。即，它是物体处于平衡的点。
在操作中，针的方向是由旋转引导件1和3的两个角度确定的，而不改变相交点9。在图2A中，针保持器轴6a基本上与基座主体5垂直，并且因此也基本上与第一旋转引导件1垂直。因此可以说，在给定的第一位置，可以使针保持器轴6a基本上与第一旋转引导件1垂直。在这个第一位置，可以使针保持器轴6a基本上与轴1a重合。从这个给定的第一位置，针保持器轴6a并且因此针保持器6可以移动到初始垂直位置(图2A)与图2B中所示出的最大倾斜位置之间的任何位置。
图2C示出第一旋转引导件1的旋转轴1a、第二旋转引导件3的旋转轴3a与针保持器6的针保持器轴6a之间的角度关系。如图2C中所示出的，所有的轴1a、3a和6a在相交点9重合并且固定。在这里，应当理解，第一旋转引导件1的旋转轴1a和第二旋转引导件3的旋转轴3a优选地关于彼此是固定的。但是，针保持器6的针保持器轴6a不关于轴1a固定，并且因此针保持器轴6a可以关于轴1a定位在最大倾斜或者定位在与轴1a相同的位置。
在图2B和2C中所示出的位置，θ1是第一旋转引导件1的旋转轴1a与第二旋转引导件3的旋转轴3a之间的角度；并且θ2是当针保持器轴6a处于最大倾斜位置时第二旋转引导件3的旋转轴3a与针保持器6的针保持器轴6a之间的角度。但是，由于针保持器轴6a可以被移动，因此针保持器轴6a可以定位在第一位置(基本上与第一引导件1垂直)与处于最大倾斜角θ3＝θ1+θ2的最大倾斜位置之间的任何角度。针保持器6的位置可以通过针保持器轴6a绕轴3a和/或绕第一旋转引导件1的轴1a的移位来确定。
更具体而言，当第二旋转引导件3绕其旋转轴3a旋转时，针保持器轴6a绕由第二旋转引导件3的内直径和相交点9形成的圆锥移位(行进)。这个圆锥将被称为第一接受圆锥。图3B示出其中针保持器轴6a已经从图2B所示位置被移位到绕第二旋转引导件3的圆周的预定位置的位置。即，如图3B中所示，针保持器轴6a已经绕第一接受圆锥被移位。
类似地，当第一旋转引导件1绕其旋转轴1a旋转时，第二旋转引导件3的轴3a绕轴1a移位(旋进)。由于轴1a和轴3a在相交点9被固定，因此轴3a绕轴1a的旋进定义另一个圆锥，其在这里将被称为“第二接受圆锥”。当第一旋转引导件1绕其轴1a旋转时，第二接受圆锥由轴3a和相交点9关于轴1a所定义的圆周形成。
在一些实施例中，上部旋转引导件的内直径是至少30mm。内科医生常常需要在针的插入点触摸和/或感觉以及查看患者的皮肤。上部旋转引导件的内直径的这种最小值要求允许内科医生能够通过旋转引导件插入至少一根手指。在一些实施例中，上部旋转引导件的最大直径是120mm或更小。这种尺寸足以允许内科医生用双手的四根手指触摸插入点。更大的尺寸不提供任何附加的优点并且会变得不实用。在一些实施例中，上部旋转引导件的内直径在35mm和100mm之间。在还有其它实施例中，上部旋转引导件的内直径在40mm和80mm之间。为了使设备适应现有的RF线圈，这个尺寸范围特别有利。在这样的实施例中，用于下部旋转引导件的内直径的最大值是80mm。
其它实际考虑产生其中上部旋转引导件的内直径尺寸在40mm和80mm之间特别有利的实施例。这些考虑贯穿本说明书被讨论并且包括：(a)两个旋转引导件的轴与针轴在针引导机构的底面的中心相交，(b)上部旋转引导件在一个点处接触下部旋转引导件，以及(c)引导件优选地被设计为允许到底面的法线方向(垂直)针插入。因此，在一些实施例中，上部和下部环的直径遵循等式：
(Diameterupper ring)＝(Diameterlower ring)x cos(θ1)
其中θ1是上部和下部引导件之间的相对角度。
在一些实施例中，针保持器轴6a关于第二旋转引导件的旋转轴3a歪斜。例如，在一些实施例中，上部与下部旋转引导件之间的相对角度或者θ1是至少10°。这个最小角度允许针插入的足够角度范围。旋转引导件之间10°的角度允许关于法线的40°(加或减20°)总覆盖角度。在一些实施例中，θ1是45°或更小。这覆盖法线插入(垂直于底面)并且使得上部旋转引导件不实际干扰下部旋转引导件。在一些实施例中。θ1在10°和30°之间。在一些实施例中，θ1在10°和20°之间。这个范围内的角度是有利的，因为它们允许相对大的旋转引导件(并且由此允许内科医生手的活动空间)并且仍然在这里所讨论的约束之内。
在一些实施例中，上部旋转引导件的旋转轴3a与针的轴6a之间的角度θ2在10°和45°之间。在还有其它实施例中，θ2在10°和20°之间。这些实施例是有利的，因为放置在针保持器中的针指向远离旋转平面3a。因此，这些实施例是特别有利的，因为它们在设备内提供允许内科医生清楚地看到针进入点或可选地接触针进入点的观看和/或接触区域。
因此，应当认识到，针放置可以从第一接受圆锥和/或第二接受圆锥内任何地方在固定的相交点9实现。图3A、3B和3C明确详细地示出对于各种插入角度在相交点9处的针插入的一些例子。在图3A中，当第二旋转引导件3绕其自己的旋转轴3a旋转时，第一接受圆锥形成。在图4A中，假设第一旋转引导件1是固定的(不旋转)。在旋转引导件1的这个假设的固定位置，针保持器6可以移位(旋转)到第一接受圆锥上绕底部的点，而针保持器轴6a的一个点将在相交点9固定。现在假设第二旋转引导件3停止旋转。
现在转向图3B，当第一旋转引导件1绕其自己的旋转轴1a旋转时，第二接受圆锥形成。在图3B中，假设第二旋转引导件3是固定的(不旋转)。在第二旋转引导件3的假设的固定位置，由于第一旋转引导件1经由旋转主体2(支柱2a-2c)连接到第二旋转引导件3，因此针保持器6可以移位(旋转)到绕第二接受圆锥的底部的任意点，但是针保持器轴6a的一个点将仍然保持在相交点9固定。以这种方式，针保持器6可以任何角度定位在垂直位置与最大倾斜位置之间。
图3C示出第一和第二接受圆锥二者可以被用来在期望的位置和角度定位针保持器6，同时仍然维持针保持器轴6a的一个点处于相交点9。更具体而言，图3C示出第一旋转引导件1和第二旋转引导件3二者可以同时(或单独地)绕其对应的轴1a和3a旋转。以这种方式，第二旋转引导件3可以绕其轴3a旋转并且可以绕第一旋转引导件1的轴1a旋进。
因此，在皮肤8的期望针插入点布置相交点9允许临床医生从通过旋转引导件1和3的旋转被允许的接受圆锥内的任何角度插入针7。以这种方式，目标组织8a可以从不同的切入角度到达，而不改变插入点的位置。此外，由于针可以从接受圆锥内任何角度插入，因此，利用这种操纵器，临床医生可以通过患者皮肤上的仅一个插入点治疗组织的不同区域。
现在参考图4A和4B，提供最大倾角θ3以及由最大倾角θ3确定的旋转空间的最佳使用的描述。如图4A中所示出的，用于针保持器6的接受圆锥内的实际可用空间会受第二旋转引导件3在基座主体5上方关于第一旋转引导件1的倾斜朝向的布置的限制。在图4A中，T指示从接触面(例如患者皮肤8)到基座主体5的基座上方(即，针切入点或者相交点9上方)的第一旋转引导件1的上表面的近似高度；并且R指示第一旋转引导件1中自由空间的内部半径。优选地，针切入点或相交点9位于第一旋转引导件1的底部的几何中心。除了第一旋转引导件1的高度，附连到第二旋转引导件3的针保持器6占据基座主体5上方的某些空间，并且针保持器6需要关于相交点9的最小倾斜。当所有这些参数都被考虑在内时，估计针保持器轴3a可以具有由等式(1)定义的最大倾角θ3，如下：
θ1+θ2≤θ3＝π/2-tan-1(T/R)     (1)
在一些实施例中，诸如对于肝脏活检，用于θ3的优选平均角度是10°或者10°±8°并且最大角度是27°。
等式(1)提供当全部360度(完整的旋转)可以被用于第二(倾斜的)旋转引导件3时的情况。但是，为了到达等式(1)的相等极限，倾斜的第二旋转引导件3可能需要大于第一旋转引导件1，和/或倾斜的第二旋转引导件3可能需要定位在水平的第一旋转引导件1的外侧。从而，本领域普通技术人员将理解，这里所公开的实施例可以被修改为让第二旋转引导件3位于第一旋转引导件1的外侧但是仍然维持由等式(1)提供的最大倾角θ3。
参考图4B，可以认识到，沿针保持器轴6a延伸的针7将遇到水平的第一旋转引导件1中的物理障碍。这把第二旋转引导件2的旋转限定到最大可允许空间[2]中的空间[1]。具体而言，由于以上讨论的旋转引导件1和2的实际尺寸和布置，如从(图4A中所示的)观看方向A观察到的，用于操纵针保持器6的最大可允许可用空间是图4B中所示的空间[2]。但是，倾斜的第二旋转引导件3不需要使用空间[2]的全部。实际上，可以只使用空间[2]的一半，因为，通过使用水平的第一旋转引导件1的旋转，空间[2]的那一半范围内针保持器6的无论什么朝向也都可以在另一半范围内确定朝向。即，旋转第一旋转引导件1和第二旋转引导件3二者允许针保持器6在最大可允许空间[2]的任何部分的定位；这已经在图3C中以更一般化的方式示出。
<第二实施例>
图5A和5B是根据第二实施例的针放置操纵器200的截面视图。图6是图5A左侧的详细截面视图。第二实施例与第一实施例基本上类似。根据第二实施例的针放置操纵器200中的一个显著区别是操纵器200包括用于第一和第二旋转引导件1和3的旋转的电动致动器。
具体而言，在此实施例中，现在第一旋转引导件1包括旋转驱动单元210，并且第二旋转引导件2包括旋转驱动单元220。在第一旋转引导件1中，旋转驱动单元210包括压电致动器11、旋转滑块12、滚珠轴承13、螺钉部分14、加压装置15、第一电缆16、位置传感器17、旋转标尺18、第二电缆19以及外壳1.1和内壳1.2。
如图6A中所示，压电致动器11包括振动器主体11a和压电材料11b。压电材料11b利用粘合剂固定到振动器主体11a。压电材料11b嵌入向压电材料11b施加电压的多个电极(未示出)。压电致动器11通过加压装置15被支撑到旋转引导件1的内壳1.2。外壳1.1和内壳1.2通过由螺钉部分14固定的轴承13相对可旋转。旋转滑块12固定到外壳1.1。压电致动器11和旋转滑块12通过加压装置15逆着彼此加压。通过电缆16向压电材料11b的电极施加驱动电压，振动器主体11a振动并且旋转滑块12被致动器11与旋转滑块12之间的摩擦力驱动。具体而言，可以使用通过向其施加电压来膨胀或收缩体积的压电材料，诸如钛酸钡或锆钛酸铅。内壳1.2被压电致动器驱动。在本实施例中，加压装置15可以通过线圈弹簧实现，但它也可以是压盘、波形垫圈弹簧或类似的加压设备。在一些应用中，压电致动器11可以用电致伸缩致动器代替。
位置传感器17附连到内壳1.2的表面。旋转标尺18机械附连到旋转滑块12的表面。到位置传感器17的电力供给及其检测到的信号由电缆19传送。位置传感器17通过检测旋转标尺18来检测相对旋转位置。
在第二旋转引导件2中，旋转驱动单元220基本上类似于旋转驱动单元210。旋转驱动单元220包括压电致动器21、旋转滑块22、轴承23、螺钉部分24、加压装置25、第一电缆26、位置传感器27、旋转标尺28、第二电缆29以及外壳2.1和内壳2.2。
第二旋转引导件2的结构与第一旋转引导件1类似。第二旋转引导件2与第一旋转引导件1的结构差异在于外壳2.1和内壳2.2的功能互换。压电致动器21是通过加压装置25支撑到外壳2.1的。位置传感器27也固定到外壳2.1。旋转滑块22固定到内壳2.2。
在图6A所示的实施例中，为了示出的清晰，对于引导件1和3当中每一个，只示出一个位置传感器和一个致动器。多于一个的位置传感器和致动器可以安装到每个引导件。以这种方式，在操纵器的各种操作情况下，可以提供附加的位置传感器和致动器，用作第一位置传感器和致动器的备份或补充，以提高操纵器的可靠性、稳定性和精确性。
就像在第一实施例中一样，第二实施例的操纵器200被约束为在由第二旋转引导件3关于第一旋转引导件1的倾斜布置确定的最大可用空间[2]中操作针定位，如参考图4A和4B所讨论的。通过这种布置，如图5B中所示，针操纵器200被配置为在基本上垂直位置(其中θ＝0度)与由等式(1)确定的最大倾角θ3之间的任何位置定位针。
<用于旋转单元210或220的可用示例性材料>
用于旋转单元210或220的可用示例性材料的某些可用示例性材料可以被选择，如下：
振动器主体：非磁性金属、陶瓷(例如，氧化铝、氧化锆、部分稳定的氧化锆)以及其它非磁性材料；
旋转滑块：工程塑料材料，诸如聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚苯硫醚(PPS)、诸如碳填充、玻璃纤维填充或者陶瓷材料的纤维增强塑料材料；
轴承：陶瓷、塑料、空气轴承；
位置传感器：光-电类型、全光学(光纤)；
标尺：印在塑料片、模压塑料、玻璃光栅等上；
位置传感器和索引标尺可以以各种不同方式实现。例如，这些可以由微型光学编码器实现。作为替代，位置传感器可以通过利用光纤被实现为纯光学传感器。
图6B示出第二实施例的变型，其中，在第一旋转驱动单元210中，光源纤维fs1向旋转标尺18递送光，并且收集纤维fd1被用来检测从旋转标尺18反射的光。类似地，在第二旋转驱动单元220中，光源纤维fs2向旋转标尺28递送光，并且收集纤维fd2被用来检测从旋转标尺28反射的光。为了最小化MRI系统中的噪声和干扰，尤其是避免与RF-脉冲信号的干扰，光纤的使用对于避免使用电线会是特别期望的。
有利地，在第二实施例中，准确至微米级的定位可以通过使用光学旋转位置传感器和压电致动器来实现。准确的定位通过压电致动器和反馈信令可用，这可以通过利用编程算法操作的控制器来自动化。至少两个压电振动器和两个位置传感器被布置到相对不可移动的部分中。在不可移动的部分中布置压电振动器和位置传感器允许所有电缆能绑定到一束当中。因此，为了减小MRI接收的噪声而进行的电缆屏蔽可以简化。操纵器可以在不缠结电缆的情况下移动，使得电缆的布置可以简化。
常规而言，在每次针切入操作之前，针保持器6和基座主体5必须消毒，因为它们被临床医生和患者触摸。根据这里所公开的实施例，基座主体5和固定到外壳1.1的其它部分可以由一次性且可回收材料制成，诸如塑料。以这种方式，这些部分可以在一次临床过程中是一次性的。针保持器6和内壳2.2也可以由一次性材料制成。以这种方式，压电致动器的特点是稳定的，因为旋转滑块面向压电振动器的摩擦表面在每次临床过程中都是新的表面。
通过把压电致动器和旋转滑块布置成环或弧形以适合旋转引导件的圆形形状，操纵器可以加电机以便被自动化，但仍然维持小尺寸。保持压电致动器的转矩使操纵器稳定在停止状态。作为替代，如在第一实施例中所提供的那些的停止螺钉可以被布置在外壳1.1中，使得除了压电致动器停止外，临床医生还可以可选地利用螺钉固定旋转引导件。图7A示出根据第二实施例的修改例的电动操纵器200的例子。在图7A中，紧定螺钉201和203被用作用于分别把旋转引导件1和3锁定在停止位置的锁定机构。在存在非预期的电力供给或旋转力施加到旋转引导件的可能性的情况下，停止紧定螺钉会是有利的，同时压电致动器只通过例如摩擦保持在其停止位置。
图7B示出了根据第二实施例对针操纵器200的另一修改例。在图7B中，基座主体5包括适配和滑动部分5a，其中第一旋转引导件1以一定程度的容限部署(适配)，使得第一旋转引导件1在与基座主体5的底面垂直的垂直方向V上滑动。当第一旋转引导件1被允许关于基座主体5的底面在垂直方向V上(垂直地)滑动时，基座主体5的底面与第一旋转引导件1之间的距离h(高度)可以被选择性地调节。一旦旋转引导件1关于基座主体5的底面被定位在期望的距离或高度h，第一旋转引导件1就被高度锁定机构，诸如紧定螺钉51，锁定在适当位置。以这种方式，能够调节相交点9关于目标表面(例如，患者身体的皮肤8)的位置(高度或距离)。在此实施例中，即使当相交点9的位置(高度)沿第一旋转引导件1的轴1a改变时，第一旋转引导件1的旋转轴1a、第二旋转引导件3的旋转轴3a和针保持器轴6a也仍然在单个相交点9彼此相交。有利地，相交点9可以被调整到目标表面，以便例如适应患者身体部位的各种形状。在此实施例中，应当指出，当使得旋转引导件3关于基座主体5垂直滑动时，紧定螺钉201也将与旋转引导件1一起在V方向上滑动。为此，基座主体5的滑动部分5a应当被修改为包括中空的部分5b，以允许紧定螺钉201的垂直移位。
<第三实施例>
现在关于图8A、8B和9描述第三实施例。根据第三实施例的针操纵器300与第一实施例的操纵器100基本上类似，因为针的定位是通过手动旋转旋转引导件1和3来实现的。与第一实施例形成对比，第三实施例中的显著区别在于操纵器300包括附连的RF-线圈。
具体而言，图8A是根据第三实施例的操纵器300的透视视图并且图8B是示出沿平面H-H的垂直切面的操纵器300的透视视图。图9A是根据第三实施例、沿垂直平面H-H切割的操纵器300的截面视图。本实施例的针操纵器300可能特别适于在MRI引导的经皮介入中使用。在此实施例中，操纵器300包括用于在MRI扫描仪中使用的RF-线圈的附件。用于定位针7的结构基本上与在第一实施例中所描述的相同。
如图8A中所示，操纵器300包括第一附件30和第二附件31，以便把操纵器300固定到单回路的RF-线圈32。例如，第一附件30直接放置在患者身上，使得第一附件30的底面靠在患者的皮肤上。针操纵器300包括在第一旋转引导件1中的多个基准标记10a、10b、10c和10d以及在第二旋转引导件3上的基准标记10e、10f、10g至10h(10e没有示出)，如在第一实施例中所描述的。此外，至少第一附件30包括基准标记33a、33b、33c和33d(标记33c和33d在图8A中看不到)。由于第一附件30在实验中保持固定到受试者的身体，因此基准标记33a-33d充当参照，使得针的位置和朝向可以用位于一个或两个引导件上的基准标记(例如，基准标记10a-10h)来跟踪。
图8B示出安装在RF-线圈32上的操纵器300的透视图，其中执行沿垂直平面H-H的截切。图9A示出根据第三实施例、沿垂直平面H-H切割的针放置操纵器的截面视图。第一附件30包括RF-线圈32安置在其上的扁平安置部分，以及被配置为与第二附件31啮合的圆形突出部分30a。类似地，第二附件31包括RF-线圈安置在其下的扁平安置部分，以及与第一附件30的突出部分30a啮合的圆形突出部分31a。
如图9A中所示，单回路的RF-线圈32利用附件30的圆形突起30a通过RF-线圈32的开口来放置。第二附件31固定到基座主体5并且圆形突出部分31a部署在其底面。这两个附件30和31被配置为分别通过两个圆形突起30a和31a啮合(适配)，使得两个附件保持固定在相对位置，同时把RF-线圈32固定在其间。把两个附件30和31固定在相对位置可以通过一个或更多个紧定螺钉(未示出)或者通过力适配(压力)或者通过一个或更多个空气离合器(未示出)或者通过将阻止两个附件之间的非期望移动或松脱的任何其它机械手段来完成。
图9B示出图9A中所示的部分A的详细视图，其中第一附件30与第二附件31在其外表面上啮合。图9C示出图9A中所示的部分A的具体视图，其中第一附件30与第二附件31在其内表面上啮合。不论两个附件是如何接合的，这两个附件30和31都分别通过两个圆形突起30a和31a彼此啮合(适配)，使得两个附件保持固定在相对位置，同时把RF-线圈32固定在其间。值得注意的是，如图9B和9C中所示，第二附件31可以集成到基座主体5中。以这种方式，基座主体5和第二附件31作为单个机械结构一体化附连。而且，第二附件31、基座主体5和第一引导件1的不可移动部分可以作为单个机械结构一体化形成。使第二附件31成为基座主体5的组成部分或者使第二附件31连同基座主体5和第一引导件1的一部分成为一体化结构可以促进针操纵器300到RF-线圈32上的快速互连和分离。但是，如上所述，附件31可以可移除地附连到基座主体5。
一旦两个附件与操纵器300组装到一起，第一旋转引导件1的轴1a、第二旋转引导件3的轴3a和针保持器6的针保持器轴6a就布置成在单个相交点9相交。相交点9优选地位于操纵器300的重心，该重心应当位于第一附件30的底面的几何中心。圆形突起31a和30a的适配部分可以用螺钉调节代替，使得相交点9关于患者的皮肤可调节，如图7B中所示。
如果RF-线圈包括多个开口，就像体矩阵线圈，则RF-线圈附件30是根据每个开口的形状准备的。如果RF-线圈的开口是方形，则附件30也应当制成方形，并且附件31应当制成在一侧适应基座主体5的形状，并在另一侧适应附件30的形状。
现在转向图10A至10C，提供用于把操纵器300和RF-线圈32附连到目标患者的身体上并从其分离的示例性过程的描述。图10A示出具有向上突起的环(突起部分)的第一附件1001、单回路的RF-线圈1002，以及具有向下突起的环的第二附件1003。在图10A中，其突起环朝上的第一附件1001首先安置在患者(针放置的对象)身上，并且其突起环朝下的第二附件1003附连到针操纵器的基座主体5。第一附件1001的突起环被布置成与第二附件1003的突起环啮合。在图10B中，RF-线圈1002安置在第一附件1001上。RF-线圈1002的开口宽松地在第一附件1001的突起环周围适配，使得RF-线圈1002可以被旋转或移动，以调节线缆和其它部分(图中未示出)的定位。在图10C中，针操纵器单元安置在第一附件1001上。作为从针操纵单元向下突出的部分的第二附件1003与第一附件1001牢固地啮合，使得针关于患者的位置和朝向可以通过跟踪基准标记准确地知道。图11是附连到RF-线圈1002以及第一和第二附件1001和1003的组装好的针操纵器的透视视图。
第三实施例中的某些优点是使得RF-线圈的开口和操纵器的开口(针通过其插入的空间)彼此重合。以这种方式，开口可以有利地被用于让临床医生接触患者皮肤的进入点(切入点)。RF-线圈32和操纵器300可移除地组合成一个单元，使得临床过程可以是简单的。
<第四实施例>
现在参考图12描述第四实施例。根据第四实施例的针操纵器400与以上参考第二实施例描述的操纵器200基本上类似。第四实施例中的显著区别是针操纵器400包括电动的旋转引导件1和3，并且附连到RF-线圈32。
第四实施例的操纵器400中的针定位利用压电致动器和光学传感器来自动化。在本实施例中，第二附件31和基座主体5可以组合成单个主体。
以这种方式，使RF-线圈的开口和操纵器的开口彼此重合并且用于让临床医生接触患者皮肤的进入点。操纵器关于针放置的对象的定位准确性通过把第一附件直接定位到患者以及以高可重复性把操纵器附连到第一附件的能力来提高。压电致动器可以保证精确定位和稳定固定(停止)；这甚至在患者的移动发生时都防止操纵器400的移动。此外，在自动化的机器人应用中，致动器可以由具有编程算法的控制器(CPU)控制，该编程算法被设计为使得自动位置调节响应于患者移动而发生。
<第五实施例>
图13示出根据第五实施例的包括电动操纵器并且可以被编程为用于自动(例如，远程或机器人)操纵的自动化图像引导针定位系统500的框图。图13是图像引导针定位系统500的框图。根据本实施例，该框图示出由系统500中包括的每个块执行的功能。每个功能可以单纯在硬件中和/或在软件和硬件的组合中实现。
即，图像引导针定位系统500包括以下主要功能块：针放置操纵器510、MRI-系统520、图像引导系统530、操纵器控制器540以及致动器控制器550。所有功能块通过电路或网络连接互连。假定组合的块仍然执行每个块的功能，则一些块可以集成为单个块。只要致动器512和传感器514可以在操纵器中实现，针放置操纵器510就对应于这里所公开的第一或第二实施例中任一个。包括RF线圈516的针放置操纵器510对应于这里所公开的第三和第四实施例中任一个。
MRI引导系统530包括图像监视器(图像显示器)531、输入设备模块532(例如，键盘、鼠标、触控板等等)、由一个或更多个微处理器实现的中央处理单元(CPU)、硬件存储器534(易失性和非易失性存储器和存储设备，诸如硬盘驱动器可以被包括在内)以及图像引导软件模块535。除其它的之外，图像引导软件模块535还包括编程算法，以便与每个其它功能块通信并控制它们。这种图像引导软件应用的例子由2012年7月Song等人在IEEE transactions onBiomedical Engineering上发表的标题为“Biopsy Needle ArtifactLocalization in MRI-guided Robotic Transrectal ProstateIntervention”的非专利文献文章中描述。
图像引导系统530获得目标患者或者其身体部位的图像、操纵器和RF-线圈基座中基准标记的图像(见例如图8)以及针7的图像。为了针的定位，操纵器控制器540与致动器控制器550通信。致动器控制器550驱动压电致动器512或USM(超声波)电机并且在闭环控制中控制利用位置传感器514的驱动。运动学计算器542把来自图像引导系统530的信号变换成用于致动器控制器550的控制信号。致动器控制器550以硬件实现以控制致动器(例如，压电致动器或USM电机)。位置控制器552可以以软件和/或硬件实现。位置控制器552计算用于致动器512的控制量，使得针基于从位置传感器514输出的信号以目标朝向角移动。
在根据基于MR模式(MRI系统520)的磁场操作的情况下，静态磁场磁体522在成像空间中生成静态磁场。梯度线圈524在成像空间中的X轴方向生成梯度磁场、在Y轴方向生成梯度磁场并且在Z轴方向生成梯度磁场。
RF发送器526向RF线圈516输出RF脉冲(RF电流脉冲)。RF线圈516向人体发送该RF脉冲。RF线圈接收由于根据RF脉冲在人体内激励出的核自旋而产生的MR信号。RF接收器528检测MR信号。然后，检测到的数据或者基于检测到的数据的信号被输入到图像引导系统530。基于固定的参照基准(例如，部署在RF-线圈附件上的)以及部署在至少一个旋转引导件上的可移动基准，体积MRI扫描可以确认针尖端的位置和朝向。正向运动映射(FKM)可以在位置控制器552中实现，以迭代地驱动针至期望的目标位置并且甚至补偿位置误差。例如，设想其中对于每次针切入操纵器和患者的位置可以关于MRI系统的坐标被注册的布置。在针切入过程期间，针尖端的位置也关于操纵器、患者和MRI系统被注册。然后，正向运动算法执行计算，用于控制操纵器并且更新针尖端的位置和朝向。为了确保针放置的精确性，持续地补偿针假象的安全例程可以被添加到算法。
<其它实施例与修改>
在以上公开的实施例中，各种组合和修改将对本领域普通技术人员很清楚。如以上关于图4A和4B所讨论的，例如，针操纵器可以被修改为包括其直径大于第一旋转引导件1的直径的第二旋转引导件3。这种修改可以允许第二旋转引导件3放在第一旋转引导件1外部，而不是如在全部第一至第四实施例中所示出的内部。此外，虽然第三至第五实施例针对基于MRI的图像引导针操纵器，但是本文所公开的针操纵器可以适用于其它成像模式，诸如超声波、乳腺摄影、计算机断层扫描(CT)等等。当应用到其它模式时，基准标记不需要如以上所公开的那样对MRI扫描仪可读。而是，基准标记可以被修改以符合特定的成像模式或者可以被除去。
在第一至第四实施例当中每个中，第一旋转引导件1由基座主体5支撑并连接到第一旋转主体2。以关于第一旋转引导件1的倾斜角度，第二旋转引导件3由第一旋转主体2支撑。第一旋转主体2可以具有其高度可改变的固定高度，使得第二旋转引导件3可以从基本上平行于到基本上垂直于第一旋转引导件1定位。以这种方式，针通过针保持器6的定位可以应用到除以上讨论的最大旋转角和最佳旋转空间之外的其它情况。
虽然本发明已经参考示例性实施例进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围要被赋予最广泛的解释，从而涵盖所有此类修改和等同结构和功能。

Claims (30)

1.一种针放置操纵器，包括：
第一环形旋转引导件；
第一旋转主体，固定到所述第一环形旋转引导件；
第二环形旋转引导件，附连到第一旋转主体，该第二环形旋转引导件连同第一旋转主体一起可移动；
第二旋转主体，固定到所述第二环形旋转引导件；
针保持器，固定到第二旋转主体并且沿着轴保持针，针保持器连同第二旋转主体一起可移动；
其中，第一旋转引导件的旋转轴和第二旋转引导件的旋转轴关于彼此倾斜，及
其中，第一旋转引导件的旋转轴、第二旋转引导件的旋转轴和针保持器轴在一个点处彼此相交。
2.如权利要求1所述的针放置操纵器，还包括：
基座主体，固定到第一环形旋转引导件。
3.如权利要求2所述的针放置操纵器，其中，基座主体包括用于对带进行紧固的多个狭缝。
4.如权利要求2或权利要求3所述的针放置操纵器，其中，基座主体具有高度调节机构，该机构包括基座主体在其适配到旋转引导件并且能够在彼此垂直的方向上滑动的适配部分，以及把旋转引导件固定到基座主体的固定装置。
5.如前面任一项权利要求所述的针放置操纵器，还包括被配置为固定至少一个旋转引导件的旋转的固定机构。
6.如权利要求5所述的针放置操纵器，其中，固定机构包括至少紧定螺钉。
7.如权利要求5所述的针放置操纵器，其中，固定机构包括被配置为通过空气供给来释放至少一个旋转引导件的旋转的至少一个空气离合器。
8.如前面任一项权利要求所述的针放置操纵器，还包括布置在基座主体、第一旋转引导件或第二旋转引导件当中至少一个中的至少一个基准标记。
9.如前面任一项权利要求所述的针放置操纵器，还包括检测至少一个旋转引导件的旋转移位的位置传感器。
10.如权利要求9所述的针放置操纵器，其中，位置传感器包括光学传感器。
11.如权利要求10所述的针放置操纵器，其中，位置传感器包括光纤线缆。
12.如前面任一项权利要求所述的针放置操纵器，还包括布置成使至少一个旋转引导件旋转的致动器。
13.如权利要求12所述的针放置操纵器，其中，致动器通过压电材料而被致动。
14.如权利要求13所述的针放置操纵器，其中，压电致动器包括：
压电振动器，包括压电材料，
旋转滑块，接触压电振动器，
加压机构，逆着彼此给压电振动器和旋转滑块加压。
15.如权利要求14所述的针放置操纵器，其中，压电振动器和旋转滑块二者是圆环形状。
16.如权利要求14所述的针放置操纵器，其中，压电振动器包括通过向其施加电压而体积膨胀或收缩的压电材料以及压电材料固定到其的振动器主体。
17.如权利要求16所述的针放置操纵器，其中，振动器主体包括陶瓷材料，陶瓷材料包括氧化铝、氧化锆和部分稳定的氧化锆当中至少一种。
18.如权利要求14所述的针放置操纵器，其中，旋转滑块包括树脂或塑料材料。
19.如前面任一项权利要求所述的针放置操纵器，其中，第一环形旋转引导件包括相对于彼此可移动的第一部分和第二部分，并且
其中，第一旋转主体固定到第一环形旋转引导件的第一部分，
其中，第二环形旋转引导件包括相对于彼此可移动的第一部分和第二部分，
其中，该第二部分固定到第一旋转主体，并且第二旋转主体固定到第二环形旋转引导件的第一部分。
20.如权利要求19所述的针放置操纵器，还包括：
第一压电振动器，布置在第一旋转引导件的第二部分中；
第二压电振动器，布置在第二旋转引导件的第二部分中；
第一旋转滑块，与第一压电振动器摩擦接触并且布置在第一旋转引导件的第一部分中；
第二旋转滑块，与第二压电振动器摩擦接触并且布置在第二旋转引导件的第一部分中。
21.如权利要求1-18中任一项所述的针放置操纵器，
其中，第一环形旋转引导件包括相对于彼此可移动的第一部分和第二部分，并且第一旋转主体固定到第一环形旋转引导件的所述第一部分，并且第二环形旋转引导件包括相对于彼此可移动的第一部分和第二部分，并且该第二部分固定到所述第一旋转主体，并且第二旋转主体固定到第二环形旋转引导件的第一部分，
还包括：
第一光学光源和检测器，布置到第一旋转引导件的所述第二部分中；
第二光学光源和检测器，布置到第二旋转引导件的所述第二部分中；
第一光学标尺，反射所述第一光学光源的光并被检测器检测，布置到第一旋转引导件的所述第一部分中；
第二光学标尺，反射所述第二光学光源的光并被检测器检测，布置到第二旋转引导件的所述第一部分中。
22.如权利要求1-18中任一项所述的针放置操纵器，
其中，第一环形旋转引导件包括相对于彼此可移动的第一部分和第二部分，并且第一旋转主体固定到第一环形旋转引导件的所述第一部分，并且第二环形旋转引导件包括相对于彼此可移动的第一部分和第二部分，并且该第二部分固定到所述第一旋转主体，并且第二旋转主体固定到第二环形旋转引导件的第一部分，
还包括：
第一压电振动器，布置到第一旋转引导件的所述第二部分中；
第一光学光源和检测器，布置到第一旋转引导件的所述第二部分中；
第二压电振动器，布置到第二旋转引导件的所述第二部分中；
第二光学光源和检测器，布置到第二旋转引导件的所述第二部分中；
第一旋转滑块，与第一压电振动器摩擦接触，布置到第一旋转引导件的所述第一部分中；
第一光学标尺，反射所述第一光学光源的光并被检测器检测，布置到第一旋转引导件的所述第一部分中；
第二旋转滑块，与第二压电振动器摩擦接触，布置到第二旋转引导件的所述第一部分中；
第二光学标尺，反射所述第二光学光源的光并被检测器检测，布置到第二旋转引导件的所述第一部分中。
23.如前面任一项权利要求所述的针放置操纵器，其中，两个旋转引导件和旋转主体由非金属材料制成。
24.如前面任一项权利要求所述的针放置操纵器，其中，第一和第二环形旋转引导件当中一个具有小于另一个的直径。
25.如前面任一项权利要求所述的针放置操纵器，其中，第二环形旋转引导件布置在第一环形旋转引导件的内部或外部。
26.如前面任一项权利要求所述的针放置操纵器，
其中，第一环形旋转引导件的旋转轴关于第二环形旋转引导件的旋转轴倾斜角度θ1；
其中，针保持器轴关于第二环形旋转引导件的旋转轴倾斜角度θ2；及
其中，针保持器轴被配置为关于第一环形旋转引导件的旋转轴以角度θneedle定位，该角度θneedle满足以下条件：
0≤θneedle≤θ1+θ2。
27.如权利要求1-25中任一项所述的针放置操纵器，
其中，第一环形旋转引导件的旋转轴固定并且第二环形旋转引导件的旋转轴被配置为绕第一环形旋转引导件的旋转轴以角度θ1旋进，
其中，针保持器轴被配置为绕第二环形旋转引导件的旋转轴以角度θ2旋转，及
其中，针保持器轴被配置为关于第一环形旋转引导件的旋转轴以最大倾角θ3＝θ1+θ2定位。
28.一种针定位系统，包括：
如权利要求1所述的针放置操纵器；
MRI-系统，配置为取得身体的目标区域的图像、针放置操纵器的图像以及部署在针放置操纵器中的针的图像；
图像引导系统，配置为关于身体的目标区域指示针的位置和朝向；
操纵器控制器，配置为从图像引导系统接收针的位置和朝向，并且计算用于把在针放置操纵器中定位的针驱动至身体的目标区域的控制信号；及
致动器控制器，配置为从操纵器控制器接收控制信号，并且把控制信号提供给包括在旋转引导件中的旋转致动器和位置传感器，从而把在针放置操纵器中定位的针移动到身体的目标区域。
29.如权利要求28所述的针定位系统，还包括：
RF-线圈，配置为从MRI-系统向身体发送探测RF-信号，并且从身体向MRI-系统发送响应RF-信号。
30.如权利要求28所述的针定位系统，还包括：
RF-线圈附连结构，配置为把针放置操纵器附连到RF-线圈，
其中，针放置操纵器被配置为附连到身体，RF-线圈部署在其间。
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