CN105473098A - 用于医疗程序确认的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括朝向目标组织推进手术器械。所述手术器械包括沉积在目标组织处或目标组织附近的位置处的标记。在沉积标记之后，手术器械从目标组织取出。在取出手术器械之后，沉积的标记的位置用于确定手术器械的远侧端部在目标组织处或目标组织附近的轨迹。

Description

用于医疗程序确认的系统和方法
技术领域
本公开涉及用于进行微创外科手术程序的系统和方法，并且更具体地，涉及用于确认是否已经实现微创外科手术程序的目标的系统和方法。
背景技术
微创医疗技术意图在侵入式医疗程序期间减少被损害的组织量，从而减少患者的康复时间、不适感和有害的副作用。通过患者解剖结构中的天然孔口或通过一个或多个手术切口可执行此类微创技术。通过这些天然孔口或切口，临床医生插入医疗装置，以到达目标组织位置。医疗装置包括手术器械，诸如治疗器械和诊断器械，以及可暂时或永久地植入身体内的其他装置。对于某些程序，为了到达目标组织位置，微创医疗装置可在解剖系统中导航天然或外科手术形成的管道。例如，微创医疗装置可以在肺、结肠、肠、肾、心脏、循环系统等中导航天然管道。一些微创医疗装置可以远程操作或在计算机辅助下以其他方式操作。
微创医疗程序往往需要极限精度，但用于确认程序是否已经成功完成的传统方法可能是不足的。例如，当对亚厘米大小的结节进行活检时，临床医生可能无法迅速且准确地确定诊断器械(例如，活检器械)是否成功活检目标组织。需要确认微创医疗程序诸如活检是否已成功执行的系统和方法。
发明内容
各种实施例由随附权利要求概括。
在一个实施例中，一种方法包括朝向目标组织推进手术器械。该手术器械包括沉积在目标组织处或目标组织附近的位置处的标记。在沉积标记之后，手术器械从目标组织取出。在取出手术器械之后，沉积的标记的位置用于确定手术器械的远侧端部在目标组织处或目标组织附近的轨迹。
在另一个实施例中，一种系统包括细长器械和轨迹指示装置。该轨迹指示装置被配置成指示细长器械的远侧端部在患者解剖结构中的目标组织处或目标组织附近的轨迹。轨迹指示装置包括可从细长器械移除用于沉积在目标组织处或目标组织附近的位置中的标记。
本公开的附加方面、特征和优点将从以下具体描述中变得显而易见。
附图说明
通过结合附图阅读下面的具体实施方式，将最好地理解本公开的各方面。强调的是，根据本行业的标准实践，各种特征都未按比例绘制。实际上，为了讨论清楚起见，可以任意地增大或减小各种特征部的尺寸。此外，本公开在各种示例中可重复附图标号和/或字母。这种重复是为了简化和清楚起见，而其本身并不表示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。
图1是根据本公开的实施例的远程操作医疗系统。
图2示出使用本公开的各方面的医疗器械系统。
图3示出根据本公开的实施例的用于确认医疗程序的方法。
图4至图5示出根据本公开的实施例的活检程序。
图6至图10示出根据本公开的各种实施例的轨迹指示装置的使用。
图11示出根据本公开的另一个实施例的包括轨迹指示装置的器械系统。
具体实施方式
在本发明的各方面的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所公开的实施例的全面理解。然而，对本领域的技术人员而言将显而易见的是，本公开的实施例可在没有这些具体细节的情况下实践。在另一些示例中，并未详细描述众所周知的方法、程序、部件和电路，以免不必要地混淆本发明的实施例的各方面。而且，为避免不必要的描述性重复，根据一个例示性实施例描述的一个或多个部件或动作能够被使用或如果可适用从其他例示性实施例省略。
下面的实施例将依据各种器械在三维空间内的状态描述各种器械和器械的各部分。如本文所用，术语“位置”是指三维空间内对象或对象的一部分的位置(例如，沿笛卡尔X、Y、Z坐标的三个平移自由度(即，横移、起伏和纵移))。如本文所用，术语“取向”是指对象或对象的一部分在三维空间内的旋转放置(例如，围绕笛卡尔X、Y、Z坐标的三个旋转自由度(即，侧倾、俯仰和偏航))。如本文所用，术语“姿势”是指在至少一个平移自由度内的对象或对象的一部分的位置以及在至少一个旋转自由度内的所述对象或对象的一部分的取向(多至总共六个自由度)。如本文所用，术语“形状”是指沿细长对象测量的姿势、位置或取向的集合。并且如本文所用，自由度是指改变对象的位置和取向的机械自由度——其他机械自由度，诸如围绕支点的夹持动作或按压按钮的运动将在必要时进行具体讨论。
在微创医疗程序诸如活检期间，准确度可以通过估计活检器械的轨迹评估。如在本公开中将详细描述的，一个或多个标记在所述程序期间可以沉积在活检组织的区域中。所述标记可以被成像或以其他方式被感测，以将器械轨迹信息传达给临床医生，从而确认活检器械是否成功触及目标组织。
根据各种实施例，医疗程序诸如活检程序可以使用远程操作系统引导器械递送来执行。参照附图的图1，用在(例如)包括诊断程序、治疗程序或外科手术程序的医疗程序中的远程操作医疗系统总体由参考标号100表示。如将描述的，本公开的远程操作医疗系统受外科医生的远程操作控制。在另选的实施例中，远程操作医疗系统可以受经编程以执行所述程序或子程序的计算机的部分控制。在又一另选的实施例中，受经编程以执行所述程序或子程序的计算机的完全控制的完全自动的医疗系统可用于执行程序或子程序。
如图1所示，远程操作医疗系统100大体包括安装到其上定位有患者P的手术台O或安装在该手术台O附近的远程操作组件102。医疗器械系统104可操作地联接到远程操作组件102。操作者输入系统106允许外科医生或其他类型的临床医生S观看手术部位的图像或手术部位的表示并且控制医疗器械系统104的操作。
操作者输入系统106可位于通常与手术台O位于相同房间内的外科医生的操纵台处。然而，应当理解，外科医生S能够位于与患者P不同的房间或与患者P完全不同的建筑物内。操作者输入系统106一般包括用于控制医疗器械系统104的一个或多个控制装置。(一个或多个)控制装置可包括任何数量的多种输入装置，诸如手柄、操纵杆、跟踪球、数据手套、触发枪、手动操作的控制器、声音识别装置、触摸屏、身体运动或存在传感器(presencesensors)等中的一个或多个。在一些实施例中，(一个或多个)控制装置将与远程操作组件的医疗器械设有至少相同的自由度，以为外科医生提供远程呈现或(一个或多个)控制装置与器械整合的感知度，使得外科医生具有直接控制器械的强烈感觉，就好像存在于手术部位处一样。在另一些实施例中，(一个或多个)控制装置可具有比相关联的医疗器械更多或更少的自由度，并且仍为外科医生提供远程呈现。在一些实施例中，(一个或多个)控制装置是手动输入装置，该手动输入装置以六个自由度移动，并且也可包括用于致动器械(例如，用于关闭抓持夹钳、向电极施加电势、递送药物治疗等)的可致动把手。
远程操作组件102支撑医疗器械系统104并且可包括一个或多个非伺服控制链路的运动结构(例如，可手动定位并锁定在适当位置的一个或多个链路，一般被称为调定结构(set-upstructure))和远程操作操纵器。远程操作组件102包括驱动医疗器械系统104上的输入的多个马达。这些马达响应于来自控制系统(例如，控制系统112)的命令移动。马达包括驱动系统，该驱动系统当联接到医疗器械系统104时可将医疗器械推进到天然或外科手术形成的解剖孔口中。其他机动驱动系统可以以多个自由度移动医疗器械的远侧端部，所述多个自由度可包括三个线性运动(例如，沿X、Y、Z笛卡尔坐标轴的线性运动)自由度和三个旋转运动(例如，围绕X、Y、Z笛卡尔坐标轴的旋转)自由度。另外，马达能够用于致动器械的可铰接的端部执行器，用于抓持活检装置的夹钳等中的组织。
远程操作医疗系统100还包括传感器系统108，该传感器系统108具有用于接收关于远程操作组件的器械的信息的一个或多个子系统。此类子系统可包括位置传感器系统(例如，电磁(EM)传感器系统)；形状传感器系统，其用于沿器械系统104的柔性主体确定导管顶端和/或一个或多个节段的位置、取向、速度、速率、姿势和/或形状；和/或可视化系统，其用于从导管系统的远侧端部捕捉图像。
远程操作医疗系统100也包括显示系统110，该显示系统110用于显示由传感器系统108的子系统生成的手术部位和(一个或多个)医疗器械104的图像或表示。显示器110和操作者输入系统106可被取向，因而操作者能够利用远程呈现的感知度控制医疗器械系统104和操作者输入系统106。
另选地或附加地，通过使用成像技术诸如计算机断层摄影术(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光镜透视检查、温度记录法、超声波、光学相干断层摄影术(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管X射线成像等，显示系统110可呈现手术前或手术中记录和/或成像的手术部位的图像。所呈现的手术前或手术中图像可包括二维、三维或四维(包括例如基于时间或基于速率的信息)图像和用于重现所述图像的相关联的图像数据集。
在一些实施例中，显示系统110可显示虚拟可视化图像，其中医疗器械的实际位置与手术前图像或并发图像配准(例如，动态地参考)，以在医疗器械的顶端位置处向外科医生呈现内部手术部位的虚拟图像。
在另一些实施例中，显示系统110可显示虚拟可视化图像，其中医疗器械的实际位置与先前图像(包括手术前记录的图像)或并发图像配准，以在手术部位处向外科医生呈现医疗器械的虚拟图像。医疗器械系统104的一部分的图像可以叠加在虚拟图像上，以帮助外科医生控制医疗器械。
远程操作医疗系统100还包括控制系统112。控制系统112包括至少一个存储器和至少一个处理器(未示出)，并且通常包括多个处理器，用于实现医疗器械系统104、操作者输入系统106、传感器系统108和显示系统110之间的控制。控制系统112还包括程序指令(例如，存储指令的计算机可读介质)，以实施根据本文所公开的各方面的所述的方法中的一些或全部。虽然控制系统112在图1的简化示意图中被示为单块，但该系统可包括两个或更多个数据处理电路，其中处理的一部分任选地在远程操作组件102上或邻近其执行，处理的另一部分在操作者输入系统106处执行等。可以采用多种多样的集中式或分布式数据处理架构中的任何一种。类似地，程序指令可实施为多个单独的程序或子程序，或者它们可以整合到本文所述的远程操作系统的多个其他方面。在一个实施例中，控制系统112支持无线通信协议，诸如蓝牙、IrDA、HomeRF、IEEE802.11、DECT和无线遥测。
在一些实施例中，控制系统112可包括一个或多个伺服控制器，其接收来自医疗器械系统104的力和/或扭矩反馈。响应于该反馈，伺服控制器将信号传输到操作者输入系统106。(一个或多个)伺服控制器也可传输指示远程操作组件102移动(一个或多个)医疗器械系统104的信号，所述医疗器械系统104经由体内开口延伸到患者身体内的内部手术部位中。可以使用任何合适的常规或专门的伺服控制器。伺服控制器可与远程操作组件102分开或整合。在一些实施例中，伺服控制器和远程操作组件被提供作为邻近患者身体定位的远程操作臂推车。
控制系统112还可包括虚拟可视化系统，以为(一个或多个)医疗器械系统104提供导航帮助。使用虚拟可视化系统的虚拟导航是基于对获得的与解剖管道的三维结构相关联的数据集的参考。更具体地，虚拟可视化系统处理使用成像技术诸如计算机断层摄影术(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光镜透视检查、温度记录法、超声波、光学相干断层摄影术(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管X射线成像等处理成像的手术部位的图像。软件用于将记录的图像转换成局部或整个解剖器官或解剖区域的二维或三维复合表示。图像数据集与该复合表示相关。该复合表示和图像数据集描述通道的各种位置和形状以及它们的连通性。在临床程序期间可在手术前或手术中记录用于生成复合表示的图像。在另选的实施例中，虚拟可视化系统可使用标准表示(即，不是患者特定的)或标准表示和患者特定数据的混合体。复合表示和由该复合表示生成的任何虚拟图像可表示在一个或多个运动阶段期间(例如，在肺的吸气和呼气循环期间)的可变形解剖区域的静态姿态。
在虚拟导航程序期间，传感器系统108可用于计算器械相对于患者解剖结构的大致位置。该位置能够用于产生患者解剖结构的宏观水平的跟踪图像和患者解剖结构的虚拟内部图像两者。使用光纤传感器来配准和显示医疗器具与手术前记录的手术图像(诸如来自虚拟可视化系统的图像)的各种系统是已知的。例如，(2011年5月13日提交的)美国专利申请No.13/107,562(公开“提供图像导向手术的解剖结构模型的动态配准的医疗系统(MedicalSystemProvidingDynamicRegistrationofaModelofanAnatomicalStructureforImage-GuidedSurgery)”)公开了一种此类系统，该申请以引用方式全文并入本文。
远程操作医疗系统100还可包括可选操作和支撑系统(未示出)，诸如为内部成像提供照明的照明系统、用于插入的医疗装置的一个或多个部分的转向控制系统、以及在手术部位处使用的吸入和/或灌溉系统。在另选的实施例中，远程操作系统可包括一个以上远程操作组件和/或一个以上操作者输入系统。除了其他因素之外，操纵器组件的确切数量将取决于手术程序和手术室内的空间限制。多个操作者输入系统可并置排列，或者它们可以定位在分开的位置中。多个操作者输入系统允许一个以上操作者控制呈各种组合的一个或多个操纵器组件。
图2示出医疗器械系统200，其可用作远程操作医疗系统100的医疗器械系统104。另选地，医疗器械系统200可用于非远程操作探查程序或用在涉及传统手动操作的医疗器械的程序，诸如手动内窥镜检查。
器械系统200包括联接到器械主体204的导管系统202。导管系统202包括具有近侧端部217和远侧端部或顶端部分218的细长的柔性导管主体216。在一个实施例中，柔性主体216具有约3mm的外径。其他柔性主体的外径可以更大或更小，适合于插入各种解剖管道中。导管系统202可任选地包括形状传感器222，其用于沿主体216确定远侧端部218处的导管顶端和/或一个或多个节段224的位置、取向、速度、速率、姿势和/或形状。远侧端部218和近侧端部217之间的主体216的整个长度可有效地分成节段224。如果器械系统200是远程操作医疗系统100的医疗器械系统104，则形状传感器222可以是传感器系统108的部件。如果器械系统200手动地操作或以其他方式用于非远程操作程序，则形状传感器222可联接到跟踪系统，其询问形状传感器并且处理所接收的形状数据以产生主体216的全部或一部分的形状的指示。
形状传感器系统222可包括与柔性导管主体216对准的光纤(例如，提供在内部通道(未示出)内或安装在外部)。在一个实施例中，光纤具有约200μm的直径。在另一些实施例中，所述尺寸可以更大或更小。
形状传感器系统222的光纤形成用于确定导管系统202的形状的光纤弯曲传感器。在一个替代方案中，包括布拉格光纤光栅(FBG)的光纤用于在一个或多个维度上在结构中提供应变测量。用于监测三维上光纤的形状和相对位置的各种系统和方法在(2005年7月13日提交的)(公开“光纤位置和形状感测装置以及与其相关的方法(Fiberopticpositionandshapesensingdeviceandmethodrelatingthereto)”)美国专利申请No.11/180,389、(2004年7月16日提交的)(公开“光纤形状和相对位置感测(Fiber-opticshapeandrelativepositionsensing)”)美国专利申请No.12/047,056、以及(1998年6月17日提交的)(公开“光纤弯曲传感器(OpticalFiberBendSensor)”)美国专利No.6,389,187中进行描述，这些专利以引用方式全文并入本文。在另选实施例中的传感器可采用其他合适的应变感测技术，诸如瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射和荧光散射。在其他另选实施例中，使用其他技术可以确定导管的形状。例如，导管的远侧顶端姿势的历史能够用于在时间间隔内重建所述装置的形状。作为另一个示例，可沿交替运动的循环诸如呼吸针对器械系统的已知点存储历史姿势、位置或取向数据。该存储的数据可用于开发关于导管的形状信息。另选地，沿导管定位的一系列位置传感器(诸如EM传感器)能够用于形状感测。另选地，在程序期间来自器械系统上的位置传感器(诸如EM传感器)的数据历史可用于表示器械的形状，尤其是在解剖管道一般为静态的情况下。另选地，位置或取向由外部磁场控制的无线装置可用于形状感测。无线装置的位置的历史可用于确定导航管道的形状。
在该实施例中，光纤可包括在单个包层内的多个芯。每个芯可以是具有足够距离和将芯分开的包层的单模，使得每个芯中的光不与其他芯中携带的光显著地相互作用。在另一些实施例中，芯的数量可改变，或者每个芯可被包含在单独光纤中。
在一些实施例中，在每个芯内提供FBG阵列。每个FBG包括芯折射率的一系列调制，以便生成折射率的空间周期性。间距可被选择成使得来自每个折射率变化的部分反射针对窄频带波长相干地增加，并且因此仅反射该窄频带波长，同时穿过更宽广的频带。在FBG制造期间，调制可被间隔一段已知距离，从而引起已知频带波长的反射。然而，当在光纤芯上引起应变时，调制的间距将变化，这取决于芯中的应变量。另选地，随光纤弯曲而改变的反向散射或其他光学现象能够用于确定每个芯内的应变。
因此，为测量应变，光向下发送到光纤，并且测量返回光的特性。例如，FBG产生反射波长，其为光纤上的应变和光纤温度的函数。这种FBG技术可从多种来源商购获得，诸如英国布拉克内尔的智能光纤有限公司(SmartFibresLtd.ofBracknell，England)。用于远程操作手术的位置传感器中的FBG技术的使用在(2006年7月20日提交的)(公开“包括使用布拉格光纤光栅的位置传感器的机器人手术系统(RoboticSurgerySystemIncludingPositionSensorsUsingFiberBraggGratings)”)美国专利No.7,930,065中进行描述，该专利以引用方式全文并入本文。光纤可用于监测导管系统202的至少一部分的形状。更具体地，穿过光纤的光经处理以检测导管系统202的形状，并且利用该形状信息来辅助手术程序。传感器系统(例如，传感器系统108)可包括用于生成和检测光的询问系统，用于确定导管系统202的形状。继而，该信息能够用于确定其他相关的变量，诸如医疗器械系统的各部分的速率和加速度。感测可仅限于由远程操作系统致动的自由度，或可施加到被动自由度(例如，接头之间的刚性构件的未致动弯曲)和主动自由度(例如，器械的致动移动)两者。
医疗器械系统可任选地包括位置传感器系统220。位置传感器系统220可以是具有传感器220的EM传感器系统的部件，其包括可受到外部生成的电磁场的一个或多个导电线圈。然后，EM传感器系统220的每个线圈产生感应的电信号，所述感应的电信号具有取决于线圈相对于外部生成的电磁场的位置和取向的特性。在一个实施例中，EM传感器系统可经配置和定位以测量六个自由度，例如，三个位置坐标X、Y、Z和指示基点的俯仰、偏航和侧倾的三个取向角，或五个自由度，例如三个位置坐标X、Y、Z和指示基点的俯仰和偏航的两个取向角。(1999年8月11日提交的)(公开“在被跟踪的对象上具有被动式转发器的六个自由度的跟踪系统(Six-DegreeofFreedomTrackingSystemHavingaPassiveTransponderontheObjectBeingTracked)”)美国专利No.6,380,732中提供了EM传感器系统的进一步描述，该专利以引用方式全文并入本文。
柔性导管主体216包括大小和形状设定成接收辅助器械226的通道。辅助器械可包括(例如)图像捕捉探针、活检器械、激光消融光纤或其他外科手术、诊断或治疗工具。辅助器械可包括端部执行器，该端部执行器具有单个工作构件，诸如解剖刀、钝刀片、光纤或电极。其他端部执行器可包括(例如)镊子、抓紧器、剪刀或施加钳。电致动的端部执行器的示例包括电外科电极、转换器、传感器等。在各种实施例中，辅助器械226可以是包括远侧部分的图像捕捉探针，其中立体或单视场照相机在柔性导管主体216的远侧端部218处或附近，用于捕捉被处理用于显示的图像(包括视频图像)。图像捕捉探针可包括联接到照相机用于传输所捕捉的图像数据的缆线。另选地，图像捕捉器械可以是联接到成像系统的光纤束诸如纤维镜。图像捕捉器械可以是单个或多个光谱，例如捕捉可见光谱、红外光谱或紫外光谱中一个或多个的图像数据。
柔性导管主体216也可容纳缆线、连杆或在器械主体204和远侧端部218之间延伸的其他转向控制(未示出)，以可控制地弯曲远侧端部218，如由(例如)远侧端部的虚线图示219所示。在器械系统200由远程操作组件致动的实施例中，器械主体204可包括可移除地联接到远程操作组件的机动驱动元件并且从所述机动驱动元件接收动力的驱动输入。在器械系统200被手动操作的实施例中，器械主体204可包括抓持特征部、手动致动器和用于手动控制器械系统的运动的其他部件。导管系统可以是可转向的，或另选地，该系统可以是不可转向的，其中没有用于操作者控制器械弯曲的整合机构。另外或另选地，一个或多个管腔可限定在柔性主体216中，医疗器械能够通过所述管腔部署并用在目标手术位置处。
在各种实施例中，医疗器械系统200可包括柔性支气管器械，诸如用于肺的检查、诊断、活检或治疗的支气管镜或支气管导管。系统200也适合于经由在包括结肠、肠、肾、脑、心脏、循环系统等的各种解剖系统中的任何一种中的天然或外科手术形成的连接管道进行其他组织的导航和治疗。
导管系统202或其他已知的医疗系统，包括其他活检系统、治疗递送系统和植入系统可用于在触及小(例如，亚厘米)目标组织时需要极限准确度的程序中。图3示出根据本公开的一个实施例的用于确认医疗程序的方法300。方法300一般描述用在活检程序中的确认技术，但本文所述的确认技术可用在多种程序中的任何一种中，包括治疗递送程序和植入程序。图4至图6也示出例示性活检程序的各方面。
在302处，方法300包括朝向目标组织推进导管。图4示出在解剖管道404内延伸并且朝向目标组织406推进的导管402。细长的活检器械408可从导管402朝向目标组织406延伸。标记410可移除地联接到器械408。如图5所示，器械408从导管402推进并且触及目标组织406。器械408可延伸到目标组织406中或穿过目标组织406取回组织的样本。器械40g可具有本领域中已知的任何活检收集配置，包括远侧端部收集孔、侧开口收集孔、组织切断机构或其他已知的活检工具特征部。
再次参照图3，在303处，器械40g推进到被估计为在目标组织406中或被估计为足以在目标组织中的位置，以获得合适的目标组织的样本。
在304处，标记从器械沉积在目标组织中或附近。如图6所示，标记410从器械408沉积在目标组织406中。在该实施例中，标记410可以为单个晶粒或以其他方式的点状基准标记。该标记可用作指示活检器械的最深穿透深度的基准特征部。当被成像或以其他方式被感测时，标记的位置可指示活检器械是否有效地对目标组织进行采样、没能到达目标组织或延伸超出目标组织以获得样本。
在308处，沉积的标记也用于确定活检器械的远侧端部在目标组织处或目标组织附近的轨迹。下面描述用于确定轨迹并且使用该轨迹确认活检程序的成功的各种技术。在310处，任选地，轨迹可用于确定是否需要另一次活检尝试。如果需要附加的活检，则步骤302-310被重复直到成功的活检被确认。在312处，然后该程序完成。
多种技术可用于确定器械40g在目标组织406中和附近的轨迹。再次参照图6，标记410可以沉积在器械408的远侧端部的最远侧延伸部处或附近。近侧标记412可以位于导管402的远侧顶端处。当器械40g推进到目标组织中时，在导管402的远侧顶端处的近侧标记412用作器械408的轨迹414上的另一个点的近似。两个标记410、412可以被成像或以其他方式被感测。两个标记410、412用作轨迹指示装置，因为两个标记之间的线性路径可以估计推进的活检器械的轨迹414。下面将详细地提供对标记和用于感测标记的技术的进一步描述。因为活检组织沿轨迹或紧邻轨迹从解剖结构移除，所以器械轨迹的知识向临床医生指示活检是否成功。如果轨迹延伸到目标组织中，则临床医生将高度自信目标组织被成功进行活检。如果轨迹绕过目标组织，未到达目标组织或者基本上延伸超过目标组织，则临床医生能够快速地确定可需要附加的活检。
图7示出用于确定活检器械408的轨迹的另选技术。在该实施例中，远侧标记416从活检器械408沿器械轨迹418沉积在远侧位置处。近侧标记420从活检器械408沿器械轨迹418沉积在另一个位置处。两个标记416、420可以被成像或以其他方式被感测，以估计推进的器械的轨迹418。标记416、420因此用作轨迹指示装置，用于确定活检是成功的(即，轨迹穿入或穿过以活检为目标的组织，或轨迹与以活检为目标的组织的中心距离多近)还是应当被重复。附加的标记也可以沿轨迹沉积。此类附加的标记可用于(例如)估计弯曲的活检器械的轨迹或器械遵循非线性三维路径的任何其他活检程序。
图8示出用于确定器械408的轨迹的另选技术。在该实施例中，标记是从器械408沿器械轨迹424沉积的细长标记422。与标记410比较，标记422更长并且当被成像或以其他方式被感测时在二维中是可见的。标记422具有与近侧部分428线性对准的远侧部分426。因此，单个细长标记422独自地可用于估计推进的器械的轨迹414。标记422因此用作轨迹指示装置，用于确定活检是成功的还是应当被重复。
图9示出用于确定器械408的轨迹的另选技术。在该实施例中，标记为护套标记430，其包括通道431，当器械朝向目标组织406推进时，器械408的至少一部分延伸穿过该通道431。当器械408在活检程序期间或之后回缩到导管402中时，护套标记430滑动远离该器械并且沿器械的轨迹432沉积。护套标记430当被成像或以其他方式被感测时在二维中是可见的。因此，护套标记430的取向可用于估计器械的轨迹。因此，标记430用作轨迹指示装置，用于确定活检是成功的还是应当被重复。
图10示出用于确定器械408的轨迹的另选技术。在该实施例中，标记是从器械408沿轨迹442沉积的拖尾材料(trailingmaterial)440。拖尾材料440当被成像或以其他方式被感测时在二维中是可见的。因此，拖尾材料440的取向可用于估计器械的轨迹和所述程序的成功。拖尾材料可以为(例如)从器械沿轨迹展开的柔性丝状体或线。在另一个替代方案中，拖尾材料可以为从器械沿轨迹沉积的液体标记剂，诸如染料。
图11示出用于被动地递送标记剂的配置。在该实施例中，器械450包括用于保持标记剂454的一个或多个材料保持器452。标记剂可以为(例如)液体(例如，荧光染料)、固体(例如，粉笔状物质)或凝胶。材料保持器452可以为沟槽、一系列缺口、吸收剂条或用于包含标记剂或将标记剂粘附到器械450的任何其他装置。当器械450和标记剂454移动穿过组织时，标记剂从材料保持器452摩擦地移开并且沿器械的轨迹沉积在该组织上。在另选的实施例中，标记剂可以由主动递送系统诸如泵分布。
根据本发明的方面的标记以各种形成或形式的组合存在。标记中的任何一种，包括标记剂可以是主动的——意味着它们发射可由成像系统检测的能量。主动标记的示例包括放射性标记或超声波标记。类似地，单个标记的一个或多个部分可以是主动的，使得具有两个或更多个主动特征部的单个标记能够用于指示器械的轨迹。另选地，标记中的任何一种，包括标记剂可以为被动的——意味着它们需要外部能量用于成像或感测。例如，射线不可透的标记是当利用X射线技术(诸如CT成像)来成像时可被检测的被动标记。另一种类型的被动标记可包括EM传感器。被动标记的又一示例为具有一个或多个射线可透的特征部或标志的标记，使得在任一端部具有射线可透的特征部的单个射线不可透的细长标记将用以指示例如器械的轨迹。标记可包括聚合物材料、金属、陶瓷材料或用于创建固体、液体、凝胶或其他可检测物质的其他合适的生物相容性材料。标记可包括主动或被动缺口433或其他标志图案，如图9所示，其可由外部成像或感测系统检测并且用以识别标记和/或示出其取向。各自具有独特缺口的两个或更多个标记能够彼此区分开来。
在各种实施例中，标记可以是永久的——意味着其随时间推移(例如，一年或更多年)在解剖结构上基本上保持不变。在另一些实施例中，标记可以是暂时的——意味着其可以被吸收、消除或以其他方式短暂地存在于患者体内。例如，标记可基于其接收的辐射量是可吸收的。因此，标记的存在或大小可以指示由标记和周围组织接收的辐射剂量。在该示例中，被完全吸收的标记可指示足够的总辐射剂量在多个治疗时间段期间已被接收。另选地，标记可以是永久的但可以以外部可检测的方式被改变以指示所接收的辐射量。
在各种实施例中，标记可以为响应于所接收的能量(诸如辐射)而变化或响应于邻近组织的化学过程而变化的生物标记。例如，标记可以以可检测的方式对癌组织进行反应。利用生物标记，变化指示器可以为可见的(例如，荧光)、放射的(例如，射线不透性)或生理的(例如，温度或密度)。另选地，生物标记可响应于周围组织，使得当检测到周围组织的预定特性时，生物标记可经历治疗周围组织或致使其可由传感器(包括成像系统)检测的物理或化学变化。
在各种实施例中，标记可以锚固到周围组织，使得标记在植入或活检确认之间不移动。标记的锚固可以足够稳健以通过随后的治疗计划诸如放射疗法保持标记的位置。锚固的标记可因此用作指引放射疗法的位置的引导件。
在各种实施例中，标记可作为传感器起作用。例如，如果小的亚厘米损伤利用成像系统是不能清楚地看到的，植入的标记可感测关于周围组织的信息并且将所感测的数据无线地发送到外部接收器用于处理并诊断。例如，标记可通过使用可见光成像或OCT类成像提供微观感测。利用这些技术可以执行光学活检。
在各种实施例中，标记可以被外部操纵(例如，通过磁或无线远程控制)以横贯组织的区域，从而到达目标位置。在标记移动到目标位置之后，检测到的标记能够用作目标组织位置的指示，使得治疗诸如放射或手术可以指向标记。
在各种实施例中，标记可包括能够提供定位信号的微型x射线源(例如，基于碳纳米管的场发射x射线源)。此类标记的阵列可用于将所述局部放射线照相地成像到内部或外部定位的x射线检测器上。
在示例性实施例中，感兴趣的若干亚厘米直径的组织可以使用(例如)CT成像在肺组织中被识别。主动引导的活检探针(例如，导管系统202)可以引导到其中可采集组织样本的感兴趣的每个组织的位置。探针沉积如前所述的标记。当针对感兴趣的每个组织的活检程序完成时，所有的活检位置被成像。标记和/或标记的轨迹被识别。如果活检后图像指示在任何位置处的活检没能收集适当的样本，则可以在该位置处尝试第二活检。第二标记可用于指示第二活检位置和轨迹。如果在初始尝试之后不久确定活检失败，则在单个患者活检手术程序的情况下可以进行第二尝试，使得可以最大化临床资源并且最小化患者的不适感。
在另一个示例性实施例中，标记的轨迹可用于重新导航原始轨迹，以向目标组织递送治疗。例如，如果确认程序确认目标组织被触及，并且如果活检分析指示治疗被指示，则(一个或多个)沉积的标记可以向临床医生提供引导以利用治疗器械返回到目标组织的位置，从而指导治疗。作为一个示例，治疗器械可以被引导到原始标记的位置，以递送放射性晶粒用于目标组织的治疗。
在另一个示例性实施例中，可以使用初始侦查器械将标记携带到目标组织。初始侦查器械沉积标记，并且该侦查器械被移除。在标记和/或侦查器械的轨迹经评估以确定目标组织已被标记之后，单独的活检器械可被推进到标记的位置以进行活检程序。在该实施例中，探查器械和活检器械可以被推进穿过导管，在探查器械已被移除之后，该导管可以保持在解剖结构中并且随后可以接收活检器械。
在另一个示例性实施例中，导管引导件可以省略。活检针或另一类型的治疗工具可以将标记携带到目标位置并且进行活检或其他类型的治疗而无需使用导管引导件。例如，患者的天然解剖管道可以对位于解剖管道中或邻近解剖管道处的目标组织的提供必要的引导。
所描述的实施例中的一个或多个元件可以在软件中实施，以在计算机系统诸如控制系统112的处理器上执行。当在软件中实施时，本发明的实施例的元件基本上为执行必要任务的代码段。程序或代码段能够被存储在处理器可读存储介质或装置中，其使用在载波中呈现的计算机数据信号经由传输介质或通信链路下载。处理器可读存储装置可包括能够存储信息的任何介质，包括光学介质、半导体介质和磁性介质。处理器可读存储装置示例包括电子电路；半导体装置、半导体存储器装置、只读存储器(ROM)、快闪式存储器、可擦可编程只读存储器(EPROM)；软盘，CD-ROM、光盘、硬盘或其他存储装置。代码段可经由计算机网络诸如互联网、内联网等下载。
本文所描述的过程和显示并不固有地与任何特定计算机或其他设备相关。多种这些系统的所需结构将在权利要求书中表现为元件。此外，本发明的实施例没有参考任何特定的编程语言进行描述。应当认识到，可以使用多种编程语言来实现本文所述的创造性方面的教导。
虽然已经描述了并且在附图中示出了本发明的某些示例性实施例，但是应当理解，此类实施例在宽范围的创造性方面仅仅是说明性的而非限制性的，并且本发明的实施例不限于所示出和描述的具体构造和布置，因为本领域的普通技术人员可想到各种其他修改。

Claims (30)

1.一种方法，其包括：
朝向目标组织推进手术器械，所述手术器械包括标记；
使所述标记沉积在所述目标组织处或所述目标组织附近的位置处；
在所述标记的所述沉积之后，从所述目标组织取出所述手术器械；以及
在所述手术器械的所述取出之后，使用所述沉积的标记的所述位置确定所述手术器械的远侧端部在所述目标组织处或所述目标组织附近的轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其中推进所述手术器械包括朝向所述目标组织推进所述手术器械穿过解剖管道。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述目标组织移除活检样本。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述标记包括能量发射部件。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述标记包括射线不可透的部件。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述标记包括如果所述位置处的组织是病态的则经历物理替换的部件。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述标记包括锚固部件。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述标记包括传感器和无线发射器。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述标记是可吸收的。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述手术器械包括具有所述标记的可移除护套。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述标记是远侧标记，并且其中使用所述沉积的标记的所述位置确定所述手术器械的远侧端部的轨迹包括确定所述手术器械的所述远侧端部在所述患者解剖结构中的近侧标记和所述远侧标记之间的所述轨迹。
12.根据权利要求11所述的方法，其中朝向目标组织推进所述手术器械包括推进所述手术器械穿过导管，并且其中所述近侧标记包括定位在所述导管的远侧端部上的传感器。
13.根据权利要求11所述的方法，其中沉积所述标记包括沉积丝状体，所述丝状体包括所述近侧标记和所述远侧标记。
14.根据权利要求11所述的方法，其中沉积所述标记包括分配液体标记剂，所述分配的液体标记剂能够分配以形成包括所述近侧标记和所述远侧标记的踪迹。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述手术器械包括用于保持所述液体标记剂的至少一个材料保持器。
16.一种系统，其包括：
细长器械，以及
轨迹指示装置，其被配置成指示所述细长器械的远侧端部在患者解剖结构中的目标组织处或所述目标组织附近的轨迹，所述轨迹指示装置包括能够从所述细长器械移除用于沉积在所述目标组织处或所述目标组织附近的位置中的标记。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述标记为远侧标记，其指示所述细长器械在所述患者解剖结构内的最远推进点，并且其中所述轨迹指示装置还包括近侧标记。
18.根据权利要求17所述的系统，还包括导管，所述导管经设定大小以可滑动地接收所述细长器械。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述近侧标记包括定位在所述导管的远侧端部上的传感器。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述近侧标记能够从所述细长器械移除以用于沉积在所述患者解剖结构中的第二位置中。
21.根据权利要求17所述的系统，其中所述轨迹指示装置包括具有所述近侧标记和所述远侧标记的丝状体。
22.根据权利要求17所述的系统，其中所述轨迹指示装置包括液体标记剂，其能够分配以形成包括所述近侧标记和所述远侧标记的踪迹。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述手术器械包括用于保持所述液体标记剂的至少一个材料保持器。
24.根据权利要求16所述的系统，其中所述远侧标记包括能量发射部件。
25.根据权利要求16所述的系统，其中所述远侧标记包括射线不可透的部件。
26.根据权利要求16所述的系统，其中所述远侧标记包括如果所述患者解剖结构中的所述目标组织是病态的则经历物理替换的部件。
27.根据权利要求16所述的系统，其中所述远侧标记包括锚固部件。
28.根据权利要求16所述的系统，其中所述远侧标记包括传感器和无线发射器。
29.根据权利要求16所述的系统，其中所述远侧标记是可吸收的。
30.根据权利要求16所述的系统，其中所述细长器械包括具有所述轨迹指示装置的可移除护套。
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