CN105193458A - 用于补偿自身引起的组织位移的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

用于补偿自身引起的组织位移的方法和系统。一种用于对由神经触发的或其他自身引起的动物体包括人的组织的位移进行补偿的系统，包括：设有用于固定动物体或人体或其包含该组织的身体部分的装置的基座，与基座接触的一个或多个位移装置，用于从布置在组织中或组织附近的标记物采样位置数据的装置，用于从一个或多个偏移源采样源活动数据的装置，用于将位置数据与源活动数据相关以生成预测对应的微处理器装置，用于基于该预测对应通过源活动数据控制所述一个或多个位移装置的装置。还公开了对应的方法和应用。

Description

用于补偿自身引起的组织位移的方法和系统
本申请是国际申请日为2006年12月28日、国际申请号为PCT/SE2006/001506、中国申请号为200680049454.1、发明名称为“用于补偿自身引起的组织位移的方法和系统”的专利申请的分案申请。
发明领域
本发明涉及一种用于对包括人在内的动物的由神经触发的或其他自身引起的组织位移进行补偿的方法和相应的系统。
发明背景
在外科手术、特别是显微外科手术中，在获取活检样品中，在医学成像中，在记录神经元和神经胶质细胞的电活动中，以及在对组织进行的放射治疗中，一方面受作用组织与另一方面手术器械、活检探针、成像装置或放射束之间的几何关系应当是稳定的。尽管患者能够被部分或全部地固定在支撑体上以避免他或她在外科手术等过程中发生移动，这并不能避免自主控制下的组织的移动，也不能，例如，阻止患者的呼吸或通气或动眼睛。
处理这些运动的方法在本领域是已知的。它们包括监控感兴趣的组织相对于装置改变了的位置也即其运动，比如用来对组织成像的装置，或对其放射的放射源或与组织相互作用的设备——比如一个用来做活检的设备，等等。装置或放射源或设备被马达装置相对于运动的组织以镜像的方式移位，从而保持其与组织之间的空间关系或保持其焦点始终在组织上。影响位移的马达装置通过微处理器装置根据从对组织运动的监控中获得的位置数据来控制。因此，本领域已知的方法寻求尽可能接近地跟踪组织的运动并利用从该追踪中获得的位置数据通过微处理器装置尽可能快地控制马达装置。
本领域已知方法的问题在于它们仅响应组织的运动，其通常是难以预知的。组织运动的记录与基于此由微处理器控制及由起效的马达装置执行的反测量之间的时间延迟不容许对由神经触发的或其他自身引起的位移进行可接受的补偿。
无意识的身体运动源包括心跳，呼吸，肠蠕动，以及肌肉震颤。各种器官和组织的运动多数通常是不相关的，也就是说，是不协调的，并且通常是不统一的。它们能够以合成的方式相互作用使得生理上不相关的运动彼此相加或彼此补偿。它们通常不能仅仅通过对感兴趣的组织成像预测出来。
发明目的
本发明的目的是提供一种前面提到过的方法，其不会受到本领域已知补偿方法的部分或全部缺点的影响。
本发明的另一个目的是提供一种实现该方法的系统。
本发明的其他目的将通过以下其许多优选实施例在附图中示出的发明概述和所附权利要求而变得显而易见。
发明概述
根据本发明提供了一种对由神经触发的或其他自身引起的动物体包括人体的组织的位移进行补偿的方法，其中对组织位移的补偿由来自神经触发的或其他自身引起的位移的源的电信号发起。
更具体地，根据本发明，提供了一种用于对包括人在内的动物体的组织——所述组织被以固定关系布置在与位移装置相接触的基座上的身体部分所包括——由神经触发的或其他自身引起的位移进行补偿的方法，该方法包括：从一个或几个放置在组织中或其附近的索引标记物采样位置数据；从一个或几个位移源中采样源活动数据；将位置数据和源活动数据相关生成预测响应；基于预测响应通过源活动数据控制位移装置。在本申请中，“位移的组织”是其自身引起位移将会被补偿的组织。“邻近”位移组织的组织是指与位移组织一致运动的组织。“自身引起的”表示的是位移的起源或起因位于该主题对象中，尤其是位于该主题对象的神经系统中。本发明的方法能够对组织的位移在宏观的范围内——即在毫米到厘米的范围内进行补偿，并且还可以在微观的范围内——即在<m-4-m-6以至更小的范围内进行补偿。与本领域已知的通过成像方法获得的位置数据来跟踪组织的运动的方法相比，本发明的方法根据的是从源活动数据对运动进行的预测。
本发明的方法优选包括间隔或连续地对预测对应(correspondence)进行更新。
在用本发明的方法对自身引起的位移进行补偿时较优地考虑在下面被称为“人为位移”的组织位移，这是由位移装置——尤其是由它们在位移补偿运动的开始和/或结束时的突然加速和/或减速引起的。为了防止或将人为位移降到最小，可设置物理阻尼装置，如弹簧线圈或橡胶缓冲装置。作为物理阻尼装置的替换或在物理阻尼装置以外，还可提供控制位移装置的加速和/或减速的软件程序装置。
根据发明的第一个优选方面，基座的位移是线性的。
根据发明的第二个优选方面，基座的位移是在平面内。
根据发明的第三个优选方面，基座的位移是三维的。
根据第四个优选方面，基座包括保持动物体或人体或其身体部分与基座处于固定关系的装置。该保持装置优选设置在基座的上表面上；它被安装在基座上或与基座整合在一起。该保持装置可以是设有离合器、带子等的框架，人体或动物体或身体部分可被放置于其中并被固定。框架可被设置为能在基座上移动从而可将其上的人体或动物体或身体部分保持在期望位置；例如框架可通过有限数量的螺丝钉固定到基座上，比如一颗至六颗螺丝钉，其被拧入设置在基座顶部表面上的孔阵列的对应数量的螺孔中。框架也可被夹在基座顶部表面的选定位置上。对用来固定或保持其上的动物体或患者或身体部分不动的装置的选择并不是关键的。任何适于该目的的可释放式固定装置都可以使用。
根据本发明进一步的优选方面，位移装置是选自电动机装置、螺线管装置和液压装置。不同类型位移装置的组合使用是在本发明的范围之内，象使用两种位移装置在一个方向上移动基座：第一装置用于粗位移而第二装置用于精位移。优点是，进行精位移的装置可用于根据来自位置传感器的反馈进行位移修正。
如果位移的组织是粘膜组织，特别是皮肤组织，或邻近粘膜或皮肤的组织，优选用索引标记物放置在该粘膜或皮肤上。标记物可以是，例如涂于皮肤上的墨水标记。标记物的位置可通过摄影获得，比如通过视频，尤其是高速视频，位置数据由此成为视频数据。如果位移是三维的，优选从两个或多个角度对放置于粘膜，特别是皮肤上的标记物的位移进行监测。发光二极管(LED)或其他放置于粘膜，特别是皮肤上的微型光源也可以被用作索引标记物。可选地，标记物的位置可被激光多普勒位移探测仪所跟踪。
如果位移的组织所处的位置与粘膜或皮肤的距离已经让它的位移不容易通过观察放置在粘膜或皮肤上的标记物所跟踪的话，那么标记物就会各自植入到位移组织或靠近位移组织的组织中。在这种情况下，标记物可以通过适合的组织穿透性成像技术比如超声、磁共振或X-射线探测到。植入的标记物优选为金属或包括金属。可选地，植入深层组织中的标记物的运动可通过手术植入的光纤追踪到。将在位移组织上或其中、或靠近位移组织的组织上或其中的解剖结构用作植入的标记物——其位置可通过先前提及的方法中的一种追踪——也包括在本发明的范围内。植入的标记物优选可被其所植入到的组织所吸收。适合成为可吸收标记物的材料有，例如，聚酯，聚(交酯)，聚(乙交酯)，聚(交酯，乙交酯)，其基质可选择性包括不透射线的生物相容性和可吸收性材料比如碳酸钙和磷酸钙。可吸收不透射线标记物在通过引用包括于此的US2005/0036945及US6,862,470B2中公开。
优选的源活动数据包括来自骨骼肌的肌电图(EMG)数据，比如呼吸肌数据(Resp-EMG)和心电图(ECG)数据。
根据发明的第二个优选方面驱动装置能够进行基座的平面位移。
根据发明的第三个优选方面驱动装置能够进行基座的三维位移。
根据发明的另一个优选方面，用于基座线性位移的驱动装置可包括两个或多个作用在相同方向和/或相反方向上的驱动子装置。用于粗位移的驱动子装置与用于精位移的驱动子装置的组合——诸如用于厘米范围的位移的驱动装置与用于毫米范围的另一装置或者用于毫米范围的一个装置与用于微米范围的另一装置的组合是优选的。根据优选实施例，进行精移的驱动装置与进行粗移的驱动装置隔开放置，优选地尽可能接近感兴趣的组织所位于的身体部分。尤其优选由进行精细控制的驱动装置控制框架关于基座的移位。进行精细控制的驱动装置可包括电动机或液压缸。在本发明的一个实施例中，脑干的运动——比如由心跳或呼吸引起的运动，将得到补偿，进行精细控制的驱动装置被设置成对该框架或患者或动物体的头骨操作。
本发明的基座优选为充分平坦的，并且设置成在与其水平表面对应的平面内移动；在优选实施例中基座体通过球形穿插阵列位于支撑体的一个或多个平坦表面上。如果支撑体包括两个或多个表面，它们被放置在一个或多个平行平面内。基座移动的摩擦阻力应被保持得尽可能低。在支撑体上的基座的另一种优选设置是通过气流缓冲垫，将基座移动的摩擦阻力减到最小。
附图说明
本发明现在将通过引用许多在图中所示的优选实施例进行解释，其中
图1是本发明定位系统的第一实施例的立体图；
图2是图1系统的患者或动物支撑台的顶视图，动物体以固定关系被放置在台子上；
图2a是图1系统的患者或动物支撑台的顶视图，动物体以相对于安装在台子上的框架固定的关系被放置在台子上；
图3是就图1来看的图2患者或动物支撑台的基座的支撑体；
图4是本发明系统的另一个实施例的框图；
图5是本发明方法的一个实施例的框图；
图6是本发明系统的第三个实施例的框图；
图7是本发明系统的第四个实施例的框图。
优选实施例描述
患者30以仰卧位置位于本发明定位系统的第一个实施例的定位台1的患者或动物基座3上(图1；还需参见图2，2a和3)。基座3的大致形状为矩形板。患者通过多个绑带31被固定到刚性基座3上(图1)。定位系统包括位移控制单元2，其中包括操作员界面25。基座3可在由其平行的较低平面限定的水平面内移位，其较低平面在刚性支撑体4与基座3的下表面镜像的平行上表面上滑行——该平行上表面以相应的形式携带通过锁定环20固定在其轴承座中的球形阵列15(图3)。在图1中，基座3和支撑体4之间的缝隙一定程度上被放大示出。基座3可通过由放置在气压缸外壳7，8，9，10中的缸控制的活塞联动对11，12；13，14进行水平移位。每对活塞11，12；13，14可中心固定到基座3的相对边壁上。缸外壳7，8；9，10分别在轨道16，17，18，19上运动，所述轨道中心安装在支撑体4的相对边壁上并在水平方向延伸。支撑体4通过包括圆脚6的支柱5中心支撑。
在位移控制单元2通过电缆21，22，23，24的控制下，流体通过从外壳中的电动泵(未示出)提供给外壳7，8，9，10中的气压缸。控制单元2包括微处理器和存储在存储器内的位移控制软件。对微处理器的命令由操作员通过界面25的键盘27输入。操作参数和其他信息都在监视器26上显示。
患者30已被选择在受到心脏的自主运动及呼吸肌运动影响的胸部组织35进行外科手术。为了防止非自主性呼吸事件的影响，患者通常会被麻醉。组织35的运动由摄像机33监测，其聚焦于固定到与组织35距离很近的皮肤上的标记物32上。来自摄像机33的图像数据通过视频线34传送到中央单元2。代替摄像机33，可以使用例如激光多普勒探头。为了确定补偿组织35三维运动所需的标记物33空间位置，将不得不提供来自两个或多个摄像机的图像。ECG电极36，37，38连接到患者30的腋下和左腿从而监测患者的心脏活动；它们的引线通过总线39连接到控制单元2上；可选地，电极36，37，38可连接到患者的胸部。然而，放置在患者或动物体胸部上的单个电极通常就足够用于记录心脏活动的发生。为了获得更全面的信息，额外的ECG电极可被连接到适当位置并与控制单元2相连；但为了清楚起见这种情况并未表示在附图中。
在图2中，图1的定位台1的患者或动物体基座3被显示为带有一个放置其上的动物体30’。动物体30’的腿通过由在夹子40中的狭缝41延伸的螺栓42安装在基座3的螺孔中的四个夹子40被固定到基座3上。这种设置将动物体30’固定在基座3上。通过夹子的设计和安装螺丝钉42的孔阵(未示出)的设计，动物体30’可被固定到基座3的期望位置上。组织35’通过在图1中介绍的液压缸9，10，11，12防止了由神经触发的或其他自身引起的在基座3的平面中的位移的发生。
在图2A中，图1的定位台1的患者或动物体基座3被显示为带有一个放置其上的动物体30”。动物体30’的三条腿通过具有狭缝61的夹子60，63，64被固定在基座3上，其狭缝中延伸出螺栓62。螺栓62安装在设置在基座3的顶部表面中的螺孔阵列(未示出)的选定的孔中。动物体30”的第四条腿通过夹子45，46被固定到U形内框43的底板44上。内框43滑动设置在基座3上并可通过安装在U形外框47腿部上的液压缸48，50垂直于其腿部沿着相反方向移动。外框47通过螺栓52安装到基座上，并且封住内框43，液压缸48，50的活塞杆49，51对内框43工作。液压缸49，50被设计成与液压缸7，8，9，10提供的基座3的粗位移联动进行内框43的微调位移。这防止了被夹腿上的感兴趣组织44发生由神经触发的或其他自身引起的位移。
现在参见图4和5。图4的框图是本发明位移补偿系统实施例的示意性表示。哺乳动物A被固定在水平支撑SUP上。哺乳动物的组织N要在外科手术、活检，放射性治疗等过程中防止移动；由于组织N靠近主动脉，组织N在心动周期过程中会受到动脉的舒张和收缩的影响，并因而发生位移。组织N的运动可通过聚焦于布置在与组织N距离很近的皮肤上的标记物M上的摄像机监测。视频信号被传送到视频处理器，在其中分析图象以确定并更新标记物M的坐标，这存储在微处理器的存储器中。另外地并与其独立地，微处理器接收来自安装在哺乳动物A上的一组电极E(仅示出一个)的放大的ECG信号数据。该信号数据在集成于微处理器上的ECG分析单元中进行分析获得心电图。专用软件/硬件针对选定事件对心电图进行搜索，比如先于左心室的收缩并因此预示左心室的收缩的Q波。Q波的标识触发微处理器指挥X和/或Y马达开关开启对支撑SUP工作的一对马达装置X，X’和Y，Y’的一个，从而在x，y平面内使其产生适当的位移。位移的距离和方向是根据由视频记录下来的标记物M的早先位移，从而对发生位移的时间区间上的位移进行补偿。马达装置X，X’；Y，Y’可以是，例如，电动马达，但电动液泵装置和可通过流体来移位的气压缸内活塞的组合是较优的。成对的马达装置以相反方向作用。如果马达装置包括电动马达——尤其是DC步进马达，一个马达在理论上就足够进行两个方向上的线性位移，这是由于其极性很容易改变。然而，对精密和更重要的是对快速位移的需要则建议使用成对的马达装置。如果需要，垂直于x，y平面的z方向上(垂直方向上)的位移可通过由Z马达开关触发Z，Z’马达装置实现。组织N与支撑SUP一起移位。因而组织N保持了其相对于例如手术器械或放射源在空间的位置。ECG数据包括预测心脏收缩发生的信息。心肌收缩源是心脏传导系统的电活动。ECG数据因而可被称为“源活动数据”。微处理器将位置数据(视频数据)与经放大和分析的源活动数据(ECG数据)相关联以提供预测对应。位置数据和源活动数据之间的预测对应用于控制实现支撑SUP位移的马达装置X，X’；Y，Y’，Z，Z’。位置数据由监测标记物M的视频连续更新；经更新的数据与存储在微处理器的存储器中的位置数据进行比较。如果识别出来经更新的数据与所存储的数据之间有差异，则该经更新的数据就用来修正位置数据与源活动数据之间的相互关系及因此的预测对应。因此，例如微小的体积改变或呼吸干扰都可以得到解决。存储在微处理器中的软件包括控制马达装置加速和减速的算法从而将对在组织N上由相邻软组织惯性引起的位移期间的延迟影响降低到最小。
可选地，有风险会偏移组织N的呼吸肌系统的收缩可通过对相关神经的电活动进行监测而预测出来；适于为该目的可移植的电极是本领域已知的。肌内肌电图(EMG)对呼吸运动的记录可以从吸气阶段收缩的肌肉群——尤其是从胸喙突肋间肌、胸锁乳突肌和横膈肌，以及从呼气阶段收缩的腹肌群——尤其是从腹直肌、腹内斜肌、腹外斜肌、腹横肌，以及从肋间肌，尤其是三角肌获得。适合本发明使用的从参与呼吸运动的肌肉提供EMG记录的方法在2006年Grandevia等人的JPhysiol573:263-275中被公开，所述文献通过引用被包括于此。尽管对这些肌肉中的一些进行表面的记录也可被用在本发明的方法中，但它们的信噪比远低于来自肌内记录的信噪比因而不是优选的。
在患者或动物体的正常或非正常神经状态下，骨骼肌可能会发生震颤。震颤是骨骼肌周期性的收缩和放松现象，并可被传播到理应防止位移的组织上。频率在8-10Hz的生理震颤发生在生理活动或不活动的健康人中。诸如基本神经中枢和小脑等神经系统特定区域的损伤，会在人体或动物体的生理活动以及静止状态下显著地增大震颤。由所述损伤引起的震颤的发生频率可处于生理震颤的频率范围之外。为了补偿震颤，在受影响的骨骼肌中记录EMG——优选地通过一个或多个插入肌内的电极来记录。这种电极是可以买到且在临床使用的。
内部器官比如胃、肠和膀胱的运动，经常周期性发生。在这种情况下这些肌肉——通常是指平滑肌的肌肉的电活动，可通过在肌肉中插入一个或多个电极或将它们放置在靠近肌肉的地方来记录。用在骨骼肌或用在神经系统中的电极可用来对平滑肌记录。
触发肌肉活动的神经系统中的信号比该活动早数个毫秒，有时高达30-100ms。在特定情况下，记录神经系统的所述信号而不是各个肌肉发射的信号或在记录肌肉发射信号之外还记录神经系统的信号是有优势的。可通过植入到引起震颤的运动中枢的电极或从运动神经进行对神经系统的记录。合适的电极是可以买到的；它们包括或由铂、金、不锈钢或合适的合金细线组成，还可以由，例如，导电聚合物组成。电极可通过外科手术或经皮插入外围神经而植入神经系统。
图6是本发明系统的另一个实施例的框图。将仅介绍与图4中所示的系统存在差别的那些元件。被固定到支撑SUP上的哺乳动物a的深层组织m的运动不能直接或间接通过对在与邻近组织接近的皮肤表面的标记物视频监测获得。标记物m被植入到组织n内。标记物m的位置通过用超声探头扫描组织n来进行监测。反射的超声信号供给到超声图像处理器，其中它被变换成一系列数字化二维图像。能够对标记物m精确定位的三维图像由一系列不同视线的二维图像生成。与上所述由视频获取的标记物M位置数据的情形一样，由此获得的标记物m的位置数据在微处理器中被与ECG源活动信号相关。
在图7中所示的本发明系统的实施例是用于补偿其中植入有标记物m的组织n的微量位移的布置的示例。为了对已经在图4和/或图6中出现的元件进行解释，对这些附图进行引用。组织n在显微镜的放大之下被显现。标记物m在组织n中的位置数据通过安装在分裂波束显微镜上的激光多普勒振动微探头进行采样。来自激光多普勒探头的信号在激光振动计中进行解调，从其中传递位置数据到中央微处理器单元。由ECG和呼吸EMG探头(E；F)采样的源活动数据分别被传送到ECG和EMG信号放大器。放大的信号被馈送到中央微处理器单元，在那它们被分析并与标记物m位置数据相关，如上针对从视频获取的标记物M位置数据的情形所述的一样。成对马达X，X’；Y，Y’，Z，Z’通过各自的马达开关致动来使其上固定有组织n的支撑SUP移位，以补偿其由参与呼吸运动的心脏和肌肉组织引起的位移。
用于分析来自传感器和视频的输入信号以控制防止在一维或二维或三维空间内发生位移的组织的补偿性位移的软件，其一个重要性能是输入信号必须要在比如1毫秒或更短的极短时间内处理，从而使得上次接收到的在对诸如液压装置或电动马达等位移装置的指令中使用的输入数据与相应指令之间的时间差非常短，比如一或两个毫秒甚至更短。可依靠操作员进行的补偿性位移通常必须预先校准。典型的校准需要大约10分钟但也短至一分钟。通过校准，操作员确定源信号与例如由视频或超声确定的感兴趣组织的运动之间的关系。之后，基于预先校准由一个或多个致动器对组织的补偿性位移由操作员和/或软件进行优化。操作员可跟随屏幕或通过打印输出的数据或以其他任何适当的方式进行该优化过程。在第二步中，经优化的补偿性位移数据之后被存储到微处理器的存储器中。软件给一个或多个驱动器的指令是由现场输入数据和/或已经分析并修正过或未修正的存储数据预测出的组织运动的镜像图像。
跟随这两个步骤之后是确定呼气/吸气活动和室/房心脏活动的起始的可靠检测的标准。这种确定的可靠性随着采样期的长度增加，在采样期间采样位置数据和源活动数据被采样和存储在存储器中。从这些数据中能够计算出源活动数据的阈值或阈值轮廓，补偿性位移就基于此。然后阈值或阈值轮廓通过源活动数据传感器监测。由微处理器发给致动器的补偿性位移指令由已被微处理器记录下来的阈值或识别出来的阈值轮廓触发。由于感兴趣的组织运动随着时间可能会产生漂移，监测漂移以及在监测到漂移的情况下通过微处理器中的软件重新设定阈值或修正阈值轮廓对该漂移进行补偿是很重要的。也很重要的是，监测影响阈值或阈值轮廓的源活动数据的潜在漂移，以及补偿所述漂移。误差信号，也就是与由视频或其他位置数据监视装置记录的感兴趣组织的预测位移模式的偏差的信号，被用来更新预测的组织运动模式。为了获得逐渐改进的预测组织运动模式，以及从而防止在模式中出现大的摆动，对预测的运动模式的更新可以通过每个更新循环5％或更少的误差信号分多个小步进行。对预测的组织运动模式的修正在下面的补偿循环中通过软件完成。用在所述更新中的误差信号的百分比可由操作员设定或整合在软件中。对预测的运动模式的更新还可通过Kalman滤波器实现，其相对于较早确定的前摄修正模型对反馈信号的权重定标，所述反馈信号也就是，与由视频或其他位置数据监视装置记录的感兴趣组织的预测位移模式的偏差的信号。倘若在感兴趣组织产生未预料到的大运动，致动器位移可被限于在该未预料到的运动发生的时间区间的连续片段。在源活动振幅数据发生明显变化的情况下，这使得前摄修正能够逐步更新并因而能够用源活动数据来预测周期性运动的振幅。对源活动振幅数据的使用使得致动器的修正补偿性位移能够按比例定标。在采用单独的驱动器在一个或多个方向上进行精移和粗移的本发明的装置的实施例中，需要同时在精移和粗移水平上相应地更新前摄修正。
感兴趣组织的位置还可通过能够买到的探头进行测量。一个示例是探测从放置在组织上的标记物或从组织处反射回来的光的光纤探头(MTI-2100Fotonic传感器，MTI仪器公司)，通过它可以检测和监视到纳米范围内的位移。通过使用两个或三个这类的探头设置在距感兴趣的组织短距离的位置，组织在平面或空间中的移位能够被监测到。本领域已知的和在微米量级对组织位置的测量有用的方法还有激光三角测量法和激光多普勒技术。
在本发明的方法和系统中使用的频率直到20MHz并用于对产生位移的微观结构进行精密测量的激光多普勒仪是德国瓦尔特布隆(Waldbronn)的Ploytec有限公司的MSV-050手动显微镜适配器和MSV-100远程控制显微镜适配器。对宏观结构进行位移测量可使用它们的CLV-3DCompact3-D激光振动计(LaserVibrometer)和PSV-400-3D扫描振动计。
在动物体的大脑和脊髓功能进行的研究中，可使用共焦或多光子共焦显微术对神经元的活动和神经元的结构进行监控。然而心跳和呼吸的作用足以降低从这种显微术中获得的图像的分辨率。不固定下来的话，微米范围内的神经元的精细细节，例如突触，是不可能看到的。通过用本发明的方法和系统对由呼吸或心跳引起的周期性运动进行补偿，这些运动可以在很大程度上得到补偿，并且光学分辨率也相应提高。
根据本发明在一、二或三维固定组织的另一个示例是通过直径小到<10-6m的超精细的电极尖端记录神经元的活动；在这种情况下感兴趣的组织通过外科手术被暴露出来，一个或多个微电极通过连接在刚性框架上的微型机械手被插入到神经系统中。由心跳或呼吸引起的组织相对于微电极的运动将引入电噪声并甚至有可能引起神经元的损伤从而削弱或阻碍对受影响的神经元进行记录；这个风险通过本发明的方法被消除或至少是充分地降低了。
位置探测器优选地放置在靠近感兴趣组织的位置。位置检测器的小型化允许对甚至是单个神经细胞进行跟踪。放置在本发明大体上与图1和2中的实施例的患者支撑台对应的动物支撑台基座上的动物体以需要的位置用连接装置可选择地全部或部分固定在基座上，比如安装在基座顶部表面上的固定框架并且动物体的头部或脊髓部分或四肢和其他身体部分被放置在其中并通过其保持。所讨论的身体部分中感兴趣组织的位移通过包括了本发明定位系统的电力或液压致动器进行补偿。该布置使得对神经元的研究可以通过共焦或多光子共焦显微术来进行，条件是组织的图像分辨率没有因由动物体内肌肉活动引起的组织位移而削弱或削弱极轻。

Claims (37)

1.一种用于对包括人在内的动物体的组织——所述组织被以固定关系布置在与位移装置相接触的基座上的身体部分所包括——由神经触发的或其他自身引起的位移进行补偿的方法，所述方法包括：
(a)将索引标记物布置在所述组织中或附近，或者将所述组织中或附近的结构标识为索引标记物；
(b)从所述索引标记物或从所述结构采样位置数据；
(c)从一个或若干位移源采样源活动数据；
(d)将所述位置数据与所述源活动数据相关以生成预测对应；
(e)基于所述预测对应通过源活动数据控制所述位移装置从而以补偿所述由神经触发的或其他自身引起的组织位移的方式使所述基座移位；
(f)实时地更新所述预测对应；
其中所述源活动数据从来自骨骼肌的肌电图(EMG)数据和心电图(ECG)数据中选择；
其中用于分析来自传感器和视频的输入数据以控制防止在一维或二维或三维空间内发生位移的组织的补偿性位移的软件能够在比如1毫秒或更短的极短时间内处理所述输入数据，从而使得上次接收到的在对位移装置的指令中使用的输入数据与相应指令之间的时间差非常短，比如一或两个毫秒甚至更短。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，在位移补偿运动的开始和/或结束时由所述位移装置引起的位移通过物理阻尼装置抑制和/或由控制所述位移装置的加速和/或减速的软件程序装置控制，所述物理阻尼装置从弹簧线圈和橡胶缓冲中选择。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括标识所述组织中或附近的结构作为所述索引标记物。
4.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，所述基座的补偿性位移是以下任意一种：线性的、在平面内的、在三维空间内的。
5.如权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，所述基座包括保持所述动物体或人体或其身体部分与所述基座处于固定关系的固定装置。
6.如权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，所述位移装置是选自液压装置、螺线管装置和电动机装置。
7.如权利要求1到6中任一项所述的方法，其特征在于，用于所述基座和/或所述框架在一个方向上的位移的装置包括用于粗位移的装置和用于精位移的装置。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，包括基于来自位置传感器的反馈通过所述用于精位移的装置对所述基座或所述框架的位移进行修正。
9.如权利要求1到8中任一项所述的方法，其特征在于，所述位置数据来源于高速摄影机、激光多普勒位移探测仪、3-D超声装置、磁共振装置、X射线装置。
10.如权利要求1到9中任一项所述的方法，其特征在于，所述索引标记物选自于墨水标记、彩色粘性垫、金属植入物、发光二极管、组织结构。
11.如权利要求1到10中任一项所述的方法，其特征在于，包括预先校准补偿性位移，所述校准包括建立源信号与要确定的组织的运动之间的关系。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，包括基于所述校准由一个或多个致动器对所述组织的补偿性位移进行优化。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，包括在微处理器的存储器中存储经优化的补偿性位移数据。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，包括确定用于从在一时间段上采样并存储在所述存储器中的位置和源活动数据来可靠检测呼气/吸气活动和室/房心脏活动的起始的标准。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，包括计算补偿性位移所基于的源活动数据的阈值或阈值轮廓。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，包括由被所述微处理器识别出来的所述阈值或阈值轮廓触发给致动器的补偿性位移指令。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，包括感兴趣的组织的运动的漂移，并且若检测到，则通过所述微处理器中的软件重新设定所述阈值或修正所述阈值轮廓来对所述漂移进行补偿。
18.如权利要求1到17中任一项所述的方法，其特征在于，包括监视所述源活动数据的所述漂移和补偿此类漂移。
19.一种用于对由神经触发的或其他自身引起的动物体包括人的组织的位移进行补偿的系统，包括：(a)设有用于固定所述动物体或人体或其包含所述组织的身体部分的装置的基座；(b)与所述基座接触的一个或多个位移装置；(c)用于从布置在所述组织中或附近的标记物或从被标记为索引标记物的所述组织中或附近的结构采样位置数据的装置；(e)用于从一个或多个位移源采样源活动数据的装置；(f)用于将位置数据与源活动数据相关以生成预测对应的微处理器装置；(g)用于通过源活动数据控制所述一个或多个位移装置的装置，所述源活动数据从来自骨骼肌的肌电图(EMG)数据和心电图(ECG)数据中选择；(h)用于实时地更新所述预测对应的装置；其中所述系统包括用于分析来自传感器和视频的输入数据以控制防止在一维或二维或三维空间内发生位移的组织的补偿性位移的软件，所述软件能够在比如1毫秒或更短的极短时间内处理所述输入数据，从而使得上次接收到的在对位移装置的指令中使用的输入数据与相应指令之间的时间差非常短，比如一或两个毫秒甚至更短。
20.如权利要求19的系统，其特征在于，包括用于在位移补偿运动的开始和/或结束时抑制由所述位移装置引起的位移的装置。
21.如权利要求19或20所述的系统，其特征在于，包括用于抑制由所述位移装置引起的位移的软件程序装置，所述软件程序装置控制所述位移装置的加速和/或减速。
22.如权利要求19到21中任一项所述的系统，其特征在于，所述用于基座的位移的装置是一个能够进行线性、平面或三维位移的一种装置。
23.如权利要求19到22中任一项所述的系统，其特征在于，所述位移装置选自于液压装置、螺线管装置、电动机装置。
24.如权利要求19到23中任一项所述的系统，其特征在于，用于所述基座或所述框架在一个方向上的位移的装置包括用于粗位移的装置和用于精位移的装置。
25.如权利要求19到24中任一项所述的系统，其特征在于，所述位置数据采样装置包括高速摄影机、激光多普勒位移探测仪、3-D超声装置，磁共振装置、X射线装置。
26.如权利要求19到25中任一项所述的系统，其特征在于，所述索引标记物选自于墨水标记、彩色粘性垫、金属植入物、发光二极管、组织结构、生物吸收性放射不透明材料。
27.如权利要求19到26中任一项所述的系统，其特征在于，包括用于预先校准补偿性位移的装置，所述校准包括建立源信号与要确定的组织的运动之间的关系。
28.如权利要求27所述的系统，其特征在于，包括用于基于所述校准由一个或多个致动器对所述组织的补偿性位移进行优化的装置。
29.如权利要求28所述的系统，其特征在于，包括在微处理器的存储器中存储的经优化的补偿性位移数据。
30.如权利要求29所述的系统，其特征在于，包括用于确定用于从一时间段上采样并存储在所述存储器中的位置和源活动数据来可靠检测呼气/吸气活动和室/房心脏活动的起始的标准的装置。
31.如权利要求30所述的系统，其特征在于，包括用于计算补偿性位移所基于的源活动数据的阈值或阈值轮廓的装置。
32.如权利要求31所述的系统，其特征在于，包括用于由被所述微处理器识别出来的所述阈值或阈值轮廓触发给致动器的补偿性位移指令的装置。
33.如权利要求32所述的系统，其特征在于，包括用于监视感兴趣的组织的运动的漂移，并且若检测到，则通过所述微处理器中的软件重新设定所述阈值或修正所述阈值轮廓来对所述漂移进行补偿的装置。
34.如权利要求19到33中任一项所述的方法，其特征在于，包括监视所述源活动数据的所述漂移和补偿此类漂移。
35.根据图4的权利要求19的系统的实施例。
36.根据图6的权利要求19的系统的实施例。
37.根据图7的权利要求19的系统的实施例。
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