CN105705110A - 用于引导器械的系统和设备 - Google Patents

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Abstract

可以提供一种用于引导器械的系统和设备，所述设备包括：主体；用于夹持器械的夹持构件，所述夹持构件耦合到主体；以及一个或更多个致动构件，所述致动构件被配置为实现夹持构件的运动以使得夹持构件的所述运动能够提供器械围绕所述设备外部的枢轴点的旋转运动。夹持构件可以优选地被配置为与顺从装置协作，所述顺从装置能够夹持器械。

Description

用于引导器械的系统和设备
技术领域
本公开概括地涉及一种用于引导器械的系统和设备。
背景技术
通过使用当前技术，微创技术/手术对于进入对象的部分是期望的。例如，经皮进入肾脏(PAK)是在肾结石移除中创建肾进入通道的微创手术。PAK通常使用空心针来刺穿对象的皮肤，并且被以基本上精确的方式插入到对象的包含肾结石目标的肾盂肾盏系统中。其后，导丝被插入通过空心针，并且该导丝引导可以破碎并且移除肾结石(一个或多个)的内窥镜外科器械的插入。通常，诸如PAK处理的技术使用放射性成像(例如，x射线等)辅助。例如，PAK处理通常在定位目标的整个处理中使用C臂荧光镜检查。
虽然已经认识到微创技术提供诸如疼痛较轻、疤痕较小、感染风险小并且恢复较快的益处，但是与敞开的切口相比，也已经认识到这样的创伤性技术通常难以执行。例如，PAK通常是由于陡峭学习曲线而掌握的明显复杂的结石移除技术。PAK中的插入处理基本上依赖于外科医生操纵并且调准针的经验。认识到，PAK手术的乏味的且耗时的部分是针的调准和操纵。
此外，使用微创技术期间的延长的手术时间通常提高了对象的术前并发症的风险。另外，延长的手术时间通常提高了由于暴露于放射性成像(例如，x射线等)而导致的外科人员的健康风险。此外，已经认识到，考虑到手术室通常处于不断的需求中，延长的手术时间对医院增添了负担。
鉴于面对诸如PAK手术的技术的挑战，机器人系统正被开发来便利这样的手术。例如，由图像引导系统和机动针插入驱动器(PAKY-RCM)辅助的全自动机器人系统当前在开发中。
然而，发明人已经认识到，存在与机器人辅助的经皮肾进入通道(PAKY)相关联的若干个限制。例如，一个限制与呼吸变化或对象运动期间腹膜后腔内的肾脏运动有关。机器人系统通常不能调整以适应由于例如呼吸动作而导致移动的目标。另一个示例性限制与针在到达目标之前通常跨越的各种组织界面有关。机器人系统通常不能调整以适应由于针在组织界面中遇到阻力而导致的针路径的微小偏差，并且微小偏差的累积可以使目标丢失，除非外科医生的干预被引入。此外，已经发现，机器人系统可以对为监视例如目标或处理的进展而执行的放射性成像引起不期望的遮蔽效应。另外，实现机器人系统的成本相当高。另外，外科医生可能较机器人系统更喜欢手动方法，因为插入期间的触觉反馈可以是关于是否已经到达目标的有用信息。因此，通常，在外科医生的控制之下的进入方法可以提供更低的成本，并且可能更受青睐。
因此，鉴于以上，存在对设法解决以上问题中的至少一个的用于引导器械的系统和设备的需要。
发明内容
根据第一方面，提供一种用于引导器械的设备，所述设备包括：主体；用于夹持器械的夹持构件，所述夹持构件耦合到主体；以及一个或更多个致动构件，所述致动构件被配置为实现夹持构件的运动以使得夹持构件的所述运动能够提供器械围绕所述设备外部的枢轴点的旋转运动。
所述设备还可以包括所述一个或更多个致动构件被配置为将所述运动实现为与相对于主体水平的平面平行的平面内的平移运动。
每个致动构件可以被提供用于实现夹持构件沿着所述平面内的相应轴的平移运动。
所述设备还可以包括耦合到主体的可延伸构件，所述可延伸构件能够使夹持构件的位置偏离主体。
夹持构件可以包括被推向另一个夹紧指的至少一个夹紧指。
所述至少一个夹紧指可以包括用于被施加力以从所述设备松开所述器械的端部分。
所述设备还可以包括用于接合夹紧指以限制所述至少一个夹紧指的运动的锁定构件。
夹持构件可以被配置为与顺从装置协作，所述顺从装置能够夹持所述器械。
顺从装置可以包括允许顺从装置顺从沿着两个垂直轴运动的两个或更多个球形联接部，并且顺从装置还可以包括用于限制所述器械的运动的柱塞组件。
顺从装置可以能够在沿着每个轴的运动中被单独地锁定。
顺从装置可以由基本上防止顺从装置在成像过程中的遮蔽效应的材料构成。
所述材料可以是从由以下材料构成的组选择的至少一个：钛、玻璃、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC、聚醚醚酮(PEEK)和纸。
夹持构件可以包括可延伸轴。
夹持构件可以被配置为与顺从装置协作，所述顺从装置能够夹持所述器械。
顺从装置可以被配置为被在所述设备的主体上提供的至少两个圆形壁接触，所述至少两个圆形壁允许顺从装置顺从沿着至少一个轴的运动。
夹持构件还可以包括能够致动可延伸轴以与顺从装置接合的插头，所述轴的延伸或缩回用于分别相对于主体松开或保持顺从装置。
顺从装置可以由基本上防止顺从装置在成像过程中的遮蔽效应的材料构成。
所述材料可以是从由以下材料构成的组选择的至少一个：钛、玻璃、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC、聚醚醚酮(PEEK)和纸。
所述设备还可以包括设置在主体上的安装底座，所述安装底座用于接触对象表面以使得夹持构件被设置在离对象表面一定距离处。
安装底座可以包括用于接触对象表面的两个或更多个安装段。
第一致动构件可以包括一个或更多个引导槽，并且第二致动构件可以能够经由引导槽相对于第一致动构件运动。
第一致动构件还可以包括行进路径，以使得提供器械围绕所述设备外部的枢轴点的旋转运动可以在所述行进路径内。
所述设备还可以包括锁定闩构件，所述锁定闩构件能够使一个或更多个锁定子构件延伸以接合行进路径的一个或更多个壁，以限制夹持构件相对于行进路径的运动。
至少一个致动构件可以设有预定弱化部分，以使得所述至少一个致动构件是可折断的以用于从夹持构件松开器械。
所述一个或更多个致动构件可以包括手可操作的滑动器机构。
所述设备还可以包括旋转构件，所述旋转构件耦合到主体以用于实现主体围绕穿过主体的中心的垂直轴的旋转。
所述设备还可以包括用于限制主体的旋转的旋转锁定构件。
所述设备还可以包括锁定构件，所述锁定构件能够限制夹持构件的运动以使得只有夹持构件沿着单个轴的进一步运动被允许。
至少夹持构件可以由基本上防止夹持构件在成像过程中的遮蔽效应的材料构成。
所述材料可以是从由以下材料构成的组选择的至少一个：钛、玻璃、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC、聚醚醚酮(PEEK)和纸。
根据第二方面，提供一种用于引导器械的系统，所述系统包括：成像装置，所述成像装置具有成像面；视觉调准模块，所述视觉调准模块包括：可见光源；折射/反射构件，所述折射/反射构件用于从可见光源接收光，所述折射/反射构件对于成像装置是基本上透明的，并且被设置在成像装置的成像路径中；并且其中可见光源被设置为偏离成像装置的成像路径以使得成像路径的且垂直于成像面的可见参考能够被折射/反射构件提供。
视觉调准模块可以是可运动的，以使得可见光源可在与成像面的平面平行的平面内调整。
所述系统还可以包括第一方面的和/或以上提及的设备，并且其中，器械可以能够根据可见参考而被引导。
根据第三方面，提供一种用于提供引导器械的可见参考的方法，所述方法包括：提供能够使目标成像的成像装置；提供视觉调准模块，所述视觉调准模块包括：可见光源；折射/反射构件，所述折射/反射构件用于从可见光源接收光，所述折射/反射构件对于成像装置是基本上透明的，并且被设置在成像装置的成像路径中；其中可见光源被设置为偏离成像装置的成像路径；使用折射/反射构件来提供成像路径的可见参考；并且基于可见参考将器械引导到成像路径中。
对于引导器械的步骤，所述方法还可以包括使用成像装置来使器械位置成像。
根据第四方面，提供一种用于引导器械的方法，所述方法包括：使用设备夹持器械；提供所述设备外部的枢轴点；致动所述设备的一个或更多个致动构件以移动所述器械以致提供器械围绕所述设备外部的枢轴点的旋转运动。
对于致动一个或更多个致动构件以移动器械的步骤，所述方法还可以包括以与相对于所述设备的主体水平的平面平行的平面内的平移的方式实现所述器械的运动。
对于致动一个或更多个致动构件以移动器械的步骤，所述方法还可以包括实现所述器械在所述平面内沿着每个致动构件的相应轴的运动。
附图说明
从以下撰写的仅作为示例并且结合附图的描述，本发明的示例实施方案对于本领域的普通技术人员来说将被更好地理解和容易明白。
图1(a)是图示说明示例实施方案中的用于引导器械的系统的示意图。
图1(b)是示例实施方案中的系统当从箭头A看时的示意图。
图2(a)和(b)是用于概括地图示说明示例实施方案中的用于引导器械的设备的示意图。
图3(a)是图示说明示例实施方案中的器械引导设备的示意图。
图3(b)是图3(a)的放大视图。
图4(a)、(b)和(c)是用于图示说明不同示例实施方案中的不同顺从机构的示意图。
图5是用于图示说明示例实施方案中的用于引导器械的方法的示意性流程图；
图6是用于图示说明示例实施方案中的使用视觉调准模块的示例性器械引导的示意图。
图7(a)和(b)是用于图示说明示例实施方案中的图6的视觉调准模块的使用的示意图。
图8是用于图示说明示例实施方案中的用于提供引导器械的可见参考的方法的示意性流程图。
图9是用于图示说明示例实施方案中的用于进入目标的处理流程的示意性流程图。
图10是示例实施方案中的用于引导器械的设备的示意性透视图。
图11是示例实施方案中的用于引导器械的设备的分解图。
图12(a)是用于图示说明示例实施方案中的顺从装置的示意图。
图12(b)是图12(a)的顺从装置的分解图。
图13(a)至(g)被提供来图示说明示例实施方案中的将x顺从构件保持在不同的角度位置上。
图14是图11的设备的夹紧机构/装置的分解图。
图15(a)至(d)是用于图示说明示例实施方案中的顺从装置的接合和固位/夹持的示意图。
图16是用于图示说明示例实施方案中的用于引导器械的另一个设备的示意图。
图17是图16的设备的示意性俯视图。
图18(a)至(d)是用于图示说明示例实施方案中的器械的固位/夹持和松开的示意图。
图19是用于图示说明示例实施方案中的用于引导器械的另一个设备的示意图。
图20是图19的设备的分解图。
图21(a)是图19的设备当被组装时的示意图。
图21(b)是图21(a)的设备的示意性俯视图。
图22(a)是图19的设备的示意性俯视图，其中第二致动机构/构件在示例实施方案中在一个x轴方向上完全延伸。
图22(b)是图19的设备的示意性俯视图，其中第二致动机构/构件在示例实施方案中在另一个x轴方向上完全延伸。
图23(a)是示例实施方案中的与第二致动机构/构件接合的锁定构件的示意图。
图23(b)是示例实施方案中的与第二致动机构/构件接合的锁定构件当从箭头D看时的示意性截面图。
图24(a)是图19的设备的示意性仰视图，其中第一致动机构/构件在示例实施方案中在一个y轴方向上完全延伸。
图24(b)是图19的设备的示意性仰视图，其中第一致动机构/构件在示例实施方案中在另一个y轴方向上完全延伸。
图25是用于图示说明示例实施方案中的锁定闩构件的接合的示意图。
图26(a)和(b)是图19的设备的用于图示说明示例实施方案中的运动范围的示意性俯视图。
图27(a)和(b)是图19的设备的用于图示说明示例实施方案中的器械的松开的示意性侧视图。
具体实施方式
本文描述的示例实施方案可以提供一种用于引导器械的系统和一种用于引导器械的设备。该器械可以是但不限于针。针可以是但不限于例如空心针，该空心针例如用于将器材引入通过该空心针。所述系统和设备可以用于但不限于经皮进入肾脏(PAK)手术。所述系统和设备可以导致用于在手术过程期间辅助用户的被动(passive)PAK辅助装置(PAK-AD)。
本说明书中使用的术语“耦合的”或“连接的”意图涵盖直接连接或者通过一个或更多个中间工具连接两者，除非另有陈述。
另外，当描述一些实施方案时，本公开可能将方法和/或处理作为特定步骤序列公开。然而，除非另有要求，否则将意识到，方法或处理不应限于所公开的特定步骤序列。其他步骤序列可以是可能的。本文公开的步骤的特定次序不应被解释为过度的(undue)限制。除非另有要求，否则本文公开的方法和/或处理不应限于这些步骤按撰写的次序执行。步骤序列可以改变，并且仍保持在本公开的范围。
此外，在本文的描述中，词语“基本上”每当被使用时被理解为包括但不限于“整个地”或“完全地”等。另外，诸如“包括(comprising，comprises)”等的术语每当被使用时意图是非限制性的描述语言，因为它们除了没有明示地记载的组成部分以外还广泛地包括在这样的术语后面记载的元件/部件。此外，诸如“大约”、“大致”等的术语每当被使用时通常意指合理的变化，例如，公开的值的+/-5％的变化、或公开的值的4％的变化、或公开的值的3％的变化、公开的值的2％的变化、或公开的值的1％的变化。
此外，在本文的描述中，某些值可以被公开在一个范围内。显示范围的端点的值意图例示说明优选范围。每当范围已经被描述时，意图该范围涵盖并且教导所有的可能的子范围以及该范围内的单个的数值。也就是说，范围的端点不应被解释为不灵活的限制。例如，1％至5％的范围的描述意图具有具体公开的子范围1％至2％、1％至3％、1％至4％、2％至3％等、以及个别地，该范围内的值，诸如1％、2％、3％、4％和5％。以上特定公开的意图适用于范围的任何深度/广度。
在本文的描述中，对器械的围绕枢轴点的“倾斜”运动和“旋转的”(或旋转)运动的论述可互换地使用。意识到，器械被使得移至或被移至相对于该器械的起始位置的有坡度的/斜向的位置。
图1(a)是图示说明示例实施方案中的用于引导器械的系统102的示意图。成像结构104被提供用于便利对象106的成像。在示例实施方案中，成像结构104优选地是所谓的C臂。C臂104能够以围绕穿过箭头A的轴成基本上圆形的方式旋转。
图1(b)是示例实施方案中的系统102当从箭头A看时的示意图。C臂104包括成像装置。成像装置可以是放射性成像装置，诸如但不限于x射线成像装置。在替代的示例实施方案中，可以使用任何其他的成像装置或任何其他的成像形式，诸如但不限于磁共振成像(MRI)、计算机断层(CT)扫描等。在示例实施方案中，成像装置包括x射线发射器110和x射线接收器112。发射器110的发射表面或平面基本上平行于接收器112的接收表面或平面。
在系统102中，进一步提供了用于引导器械(例如，空心针120)的引导模块122。引导模块122包括用于引导器械，并且优选地，支撑臂126的设备124。支撑臂126可附连地耦合到设备124以供例如在PAK手术期间放置和支撑设备124。
在示例实施方案中，设备124可以附连到支撑臂126，例如，铰接臂，以用于快速设置和移除。支撑臂126在从支撑臂126附连的床/台128定位中获得参考。除了通过使用调准模块108和/或设备124而提供的对于手术的时间节省之外，这可以进一步缩短用于例如PAK手术的总时间。
在示例实施方案中，设备124可以提供例如用在PAK手术中的精细调整机构，并且可以为针偏转提供期望的校正。在示例实施方案中，调整可以小于大约2mm。
在示例实施方案中，设备124优选地整个地或部分地由使得成像期间的遮蔽效应基本上减小和/或被防止的材料构成。例如，对于放射性成像，诸如x射线成像，设备124优选地由射线透明的或射线可透过的或射线半透明的材料构成。这样的材料可以包括但不限于钛、玻璃、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC、聚醚醚酮(PEEK)、纸等。
此外，在示例实施方案中，设备124还包括可以从引导模块122拆卸器械(例如，针120)的松开机构(未示出)。松开机构可以便利引导模块122从对象106的移除，例如，以使得引导模块122不阻碍后续手术步骤。
图2(a)和(b)是用于概括地图示说明示例实施方案中的用于引导器械的设备的示意图。在示例实施方案中，设备202包括夹持构件或器械夹持器204。夹持构件可以偏离设备的主体的中心，或者夹持构件可以在主体的中心。在一些实施方案中，器械夹持器204还可以包括用于与顺从装置协作的夹具或插头轴组件。在其他实施方案中，器械夹持器204可以是在设备202上提供的固位/夹持器械206的孔径。
设备202还包括用于提供在与相对于设备202的主体水平的平面内沿着一个或更多个轴(例如，y轴和/或x轴)的平移运动的一个或更多个致动机构或构件或装置。以上提及的平面中的平移运动可以对器械引起/给予围绕枢轴点208的运动或者引起/给予器械围绕枢轴点208的旋转运动，枢轴点例如当与对象接触时在器械的尖端。器械的运动可以在双平面中(例如，在YZ平面212中和/或在XZ平面224中)。枢轴点208因此在设备202的外部。
例如，通过器械夹持器204在y轴方向上的平移运动，器械206可以被使得在YZ平面212中以角度alphaα(比较数字214、216)围绕外部枢轴点208旋转。通过器械夹持器204在x轴方向上的平移运动，器械206可以被使得在XZ平面224中以角度betaβ(比较数字220、222)围绕外部枢轴点208旋转。
对于轴运动，优选地，锁定构件(未示出)可以被提供来限制夹持构件(例如，沿着x方向)的运动以使得只有夹持构件沿着单个轴(例如，沿着y方向)的进一步运动被允许。
在示例实施方案中，设备202可以另外围绕相对于设备202的主体垂直的轴(例如，z轴)并且在与相对于设备202的主体水平的平面平行的平面内旋转。例如，设备202可以在XY平面中以角度thetaθ(比较数字226、228)旋转。旋转锁定构件(未示出)可以被提供来限制旋转。
在示例实施方案中，例如，在PAK处理期间，设备202被带至对象上的第二标记处(例如，枢轴点208处)的位置上。设备202围绕z轴旋转以随着对象上的第一标记210定向或者与对象上的第一标记210调准。在调准之后，围绕z轴的旋转可以被锁定。器械206然后可以被插入到器械夹持器204中，并且被致使与对象接触。枢轴点208然后可以被提供在与对象接触的器械的尖端处，例如，插入到对象中大约3mm的插入处。设备202对器械206引起/给予/提供双平面运动(例如，在XZ和YZ平面中)以用于将器械206引导到与对象内的目标调准。器械然后可以被插入，并且器械的调整仍可以经由平移运动来实现。
将意识到，枢轴点208不限于在第二标记处。相反，枢轴点208可以例如是沿着在第一标记210和第二标记208之间绘制的线(第一标记和第二标记本身包括在内)的任何点。
在替代的示例实施方案中，夹持构件可以在与相对于设备的主体水平的平面平行的第二平面中，例如，从主体向上或向下偏移固定距离处。致动机构/构件被配置为将夹持构件的运动实现为第二平面内的平移运动。
图3(a)是图示说明示例实施方案中的器械引导设备的示意图。器械引导设备302是图1(b)的设备124的实施方案。器械引导设备302可拆卸地耦合或安装在台304的轨道(未示出)上。对象306可以被放置在台/床304上，并且器械引导设备302被定位在对象306的顶部或上方。
图3(b)是图3(a)的放大视图。器械308被示为被器械引导设备302夹持/固位。器械308接触对象306的插入表面。器械308的尖端或接触点(未示出)是器械308的枢轴点(比较图2(a)和(b)的208)。因此，枢轴点在器械引导设备302的外部。致动机构(未示出)被提供以供器械引导设备302引起/给予器械308围绕外部枢轴点(比较图2(a)和(b)的数字214、216)的倾斜或者器械308围绕外部枢轴点(比较图2(a)和(b)的数字214、216)的旋转运动。例如，致动机构310被配置为沿着如所示的Y轴312运动。在该情况下，常规的Z轴是垂直于对象306的轴(未示出)。沿着Y轴的运动使器械308围绕枢轴点在YZ平面中枢转。比较箭头314。在示例实施方案中，第二致动机构(未示出)也可以被提供用于X轴运动。
优选地，器械引导设备302还被配置为可以围绕Z轴旋转(比较图2(a)和(b)的数字226、228)，即，垂直于Y轴并且垂直于对象206的轴。
在另一个示例实施方案中，通过另外例如使用第二致动机构316来提供垂直于运动轴(例如，Y轴)的另一个轴(例如，X轴)上的平移运动，针引导设备可以给予/引起器械在XZ平面(比较图2(a)和(b)的224)中围绕保持在针尖端处的枢轴点(比较图2(a)和(b)的208)的旋转运动。
在示例实施方案中，X轴(和/或Y轴)平移运动可以用“精细”和“粗略”调整来提供。粗略调整可以是大尺度运动，例如，通过拉动和推动致动机构来滑动。精细调整可以通过旋转精细螺纹(例如，小于大约2mm螺距)来提供。针引导设备可以设有锁定构件/装置，该锁定构件/装置例如在针插入期间锁定用于粗略(或大尺度)运动的致动，但是仍允许进行精细(或微尺度)调整。在调整期间，枢轴点保持在针的尖端处，以使得在插入期间可以实现更精确的轨迹。优选地，针引导设备被配置为在例如XZ运动期间顺从针的倾斜。例如，可以提供顺从机构。在插入期间，当针遇到对象的身体提供的阻力时，顺从可以是有利的。针引导设备还被配置为具有用于从针引导设备拆卸针的松开机构。例如，松开可以用两个或更少的步骤来实现。
图4(a)、(b)和(c)是用于图示说明不同示例实施方案中的不同顺从机构的示意图。
在一个示例实施方案中，图4(a)(i)至(iii)示出侧面是半球形壁(例如，404、406)的孔/孔径402。孔径402起到夹持构件或器械夹持器(比较图2(a)和(b)的204)的作用。针408可以被插入到孔/孔径402中。在中性位置上，如图4(a)(ii)所示，针408在接触点处(例如，在对象的表面处)具有外部枢轴410。在示例实施方案中，为了夹持构件在沿着轴(例如，y轴)的方向上的平移运动，针408围绕枢轴点的旋转运动被给予/引起。如图4(a)(i)中示例性地示出的，在负y轴方向运动中，针408被使得围绕枢轴点410与半球形壁(例如，404、406)成负角度alpha412旋转。如图4(a)(iii)中示例性地示出的，在正y轴方向运动中，针408被使得围绕枢轴点410与半球形壁(例如，404、406)成正角度alpha414旋转。参照图4(a)(i)至4(a)(iii)描述的顺从机构基本上类似于稍后参照图17、18、19(a)至(b)、20(a)至(b)、22和24(a)至(b)描述的顺从机构。
在一个示例实施方案中，图4(b)(i)至(iii)示出顺从装置416。顺从装置416包括容纳针418的空心轴。顺从装置416的侧面是半球形壁，例如，420、422。在中性位置上，如图4(b)(ii)所示，针418在接触点处(例如，在对象的表面处)具有外部枢轴424。在示例实施方案中，为了夹持构件在沿着轴(例如，y轴)的方向上的平移运动，针418围绕枢轴点的旋转运动被给予/引起。如图4(b)(i)中示例性地示出的，在负y轴方向运动中，针418被使得围绕枢轴点424与半球形壁(例如，420、422)成负角度alpha426旋转。如图4(b)(iii)中示例性地示出的，在正y轴方向运动中，针418被使得围绕枢轴点424与半球形壁(例如，420、422)成正角度alpha428旋转。参照图4(b)(i)至4(b)(iii)描述的顺从机构基本上类似于稍后参照图16、17和18(a)至(d)描述的顺从机构。
在一个示例实施方案中，图4(c)(i)至(iv)示出顺从装置430。图4(c)(iv)示出图4(c)(ii)的线A-A的截面图。顺从装置430包括用于与在夹持构件436上提供的对应的插口/夹持器接合的球形旋转联接部，例如，432、434。顺从装置430还包括容纳针438的轴。在中性位置上，如图4(c)(ii)所示，针438在接触点处(例如，在对象的表面处)具有外部枢轴440。在示例实施方案中，为了夹持构件在沿着轴(例如，y轴)的方向上的平移运动，针438围绕枢轴点的旋转运动被给予/引起。如图4(c)(i)中示例性地示出的，在负y轴方向运动中，针438被使得围绕枢轴点440与球形旋转联接部(例如，432、434)成负角度alpha442旋转，所述球形旋转联接部与在夹持构件436上提供的对应的插口/夹持器相互作用。如图4(c)(iii)中示例性地示出的，在正y轴方向运动中，针438被使得围绕枢轴点440与球形旋转联接部(例如，432、434)成正角度alpha444旋转，所述球形旋转联接部与在夹持构件436上提供的对应的插口/夹持器相互作用。参照图4(c)(i)至4(c)(iv)描述的顺从机构基本上类似于稍后参照图12(a)至(b)、13(a)至(g)和15(a)至(d)描述的顺从机构。
图5是用于图示说明示例实施方案中的用于引导器械的方法的示意性流程图500。在步骤502，使用设备夹持器械。在步骤504，在设备的外部提供枢轴点。在步骤506，致动设备的一个或更多个致动构件以移动器械以致提供器械围绕设备外部的枢轴点的旋转运动。
优选地，在器械围绕设备外部的枢轴点的旋转运动期间，在其中可以使用(例如，如参照图4(a)至(c)描述的)顺从装置以向器械提供更平滑的枢转动作。
所述方法还可以包括：为了致动一个或更多个致动构件以移动器械的步骤，以与相对于设备的主体水平的平面平行的平面内的平移的方式实现器械的运动。
在示例实施方案中，优选地，枢轴点在对象或对象的组织内。
在示例实施方案中，所述方法还可以包括：将器械插入到对象中，与对象内的目标调准，并且使用设备的所述一个或更多个致动构件。
所述方法可以被用在PAK手术中。
在另一个示例实施方案中，发明人已经认识到系统102可以通过视觉调准模块而被进一步增强以使得精度更好。
图6是用于图示说明示例实施方案中的使用视觉调准模块的示例性器械引导的示意图。相似的部件的功能基本上类似于参照图1(b)描述的部件。为了容易图示说明，相似的数字被用于相似部件的描述。
在系统602中，调准模块604被提供，并且包括可见光源608和折射/反射构件610。光源608可以是，但不限于，激光指针/源。折射/反射构件610可以是，但不限于，棱镜。夹持脊柱612被提供来固位和定位棱镜610。在示例实施方案中，对象106上的可见参考基本上垂直于发射器110的发射表面或平面。这可以通过棱镜610的定位来调整。因此，所述可见参考可以有利地提供对于x射线平面的垂直参考。
在示例实施方案中，光源608被设置为偏离x射线发射器110的发射路径。棱镜610被设置在x射线发射器110的发射/成像路径中。已经认识到，棱镜610对于放射性成像是基本上透明的。夹持脊柱612优选地由对于放射性成像透明的材料制成，并且因为棱镜610在x射线发射器110的发射/成像路径中是基本上透明的，所以光源608偏离x射线发射器110的发射/成像路径的设置因此可以有利地使得在接收器112处获得的x射线图像基本上没有阴影。
在示例实施方案中，可见调准模块604可以提高插入精度。微机构或可移动夹持器614可以被提供为耦合到激光指针608。可移动夹持器614可以被用来提供沿着接收器112的平面运动以使得可见光参考可以被投射到例如对象106上。可见光参考在调整之后保持垂直于接收器成像面。在示例实施方案中，在调整中提供两个运动。虽然激光指针608和棱镜610之间的距离优选地是固定的，但是两个部件608、610都可以沿着C臂接收器112的中心轴旋转，并且它们离中心的距离是可调整的。也就是说，机构或可移动夹持器614被设计为使用极坐标系将棱镜610(径向地和/或旋转地)放置在接收器平面上的任何点上。因此，可见光源在与成像面的平面平行的平面内是可调整的。
图7(a)和(b)是用于图示说明示例实施方案中的图6的视觉调准模块的使用的示意图。在图7(a)中，激光束使用棱镜610而被投射在对象702上的第二标记706处。C臂成像装置被倾斜到例如第一标记704，以获得用于确定目标信息(例如，深度)的图像。激光束因此被投射到第二标记706，并且针710可以被引导到用于进入目标的位置。针710在激光束处接触对象702。针710的引导基于如基于图2(a)和(b)描述的双平面(例如，XZ和YZ平面)运动。引导可以基于针710的图像。例如，如果针710与激光束调准，并且因此，x射线成像的发射/成像路径，则图像可以显示针的端，而不显示针的干。
在图7(b)中，激光束被投射到针710的端712。插入精度通过使目标、针的尖端和接口(hub)/端与x射线成像的平面调准而有利地得到改进。
图8是用于图示说明示例实施方案中的用于提供引导器械的可见参考的方法的示意性流程图800。在步骤802，提供能够使目标成像的成像装置。在步骤804，提供视觉调准模块。视觉调准模块包括：可见光源；用于从可见光源接收光的折射/反射构件，该折射/反射构件对于成像装置是基本上透明的，并且被设置在成像装置的成像路径中；并且其中，可见光源被设置为偏离成像装置的成像路径。在步骤806，使用折射/反射构件来提供成像路径的可见参考。在步骤808，基于可见参考将器械引导到成像路径中。
图9是用于图示说明示例实施方案中的用于进入目标的处理流程的示意性流程图900。使用用于引导器械的系统和设备。在示例实施方案中，器械是空心针。所用的成像是x射线成像。该系统和设备基本上类似于参照图6、7(a)和7(b)描述的系统602以及参照图2(a)和2(b)描述的设备。对于调准模块，使用激光指针和棱镜。
在步骤902，在对象的身体上标记第一标记。作为参考，这可以是标记器、笔或铅笔标记等。一个或更多个x射线图像在该起始位置处被获取。
在步骤904，旋转C臂以获取另外的一个或更多个x射线图像。C臂的旋转可以从起始位置大约20-30度。从获得的图像，确定目标信息，例如，深度。第二标记被标记在对象的身体上以指定针的入口点。
在步骤906，切断x射线成像装置以用于引导针。发明人已经认识到，x射线成像装置在这个阶段的切断可以缩短用户等到可能对健康有害的放射性成像的暴露。
在步骤908，接通激光指针，并且将激光束投射到第二标记。
在步骤910，将针引导设备定位在第二标记处。在步骤912，将针插入到夹持/固位针的引导设备中。
在步骤914，将针插入到对象的身体中大约3mm以获得针的枢轴点。将意识到，枢轴点也可以在不插入的情况下获得，例如，当表面与对象身体接触时。然后接通x射线成像装置。
在步骤916，在例如XZ和YZ平面运动中使用引导设备引导针以使其与激光束调准。调准从在该步骤获取的一个或更多个x射线图像确认。粗略或相对较大尺度的运动可以被用于调准。
在步骤918，将针递增地插入到对象中。在步骤920，可以使用x射线成像来确定针的位置。这可以包括C臂的旋转。
在步骤922，可以执行针的调整，例如，针的精细调整，以供插入针。这可能由于针由于受到对象的身体的阻力而微小地偏转而导致被执行。
在步骤924，使用x射线成像来确定针是否已经进入目标。优选地，用户也可以使用针上的触觉反馈来确定针是否已经进入目标。如果目标尚未被进入，则处理循环到步骤918。
在步骤926，在目标被进入之后，结束插入。针引导设备或针被松开。
图10是示例实施方案中的用于引导器械的设备的示意性透视图。设备1002可以为诸如空心针1004的器械提供例如XZ和YZ平面运动。比较用于围绕针1004的尖端处的枢轴点1006的x轴运动的旋转/倾斜角度betaβ和用于围绕针1004的尖端处的枢轴点1006的y轴运动的旋转/倾斜角度alphaα。枢轴点因此在设备1002的外部。x棒1008被提供作为致动x轴运动的致动构件/机构。y棒1010被提供作为致动y轴运动的第二致动构件/机构。手柄1012被提供作为致动设备1002围绕z轴(即，垂直穿过设备1002的中心的轴)的旋转的第三致动构件/机构。比较角度θ1014。也就是说，手柄1012可以起着用于设备1002的旋转构件的作用。连接到手柄1012的弹簧夹头和狭缝夹紧组件(未示出)可以起着用于限制设备1002的旋转的旋转锁定构件的作用。
在示例实施方案中，例如枢轴点1006处的针插入点偏离设备1002的主体1016。一个优点是，偏移可以最大化用户对对象上的针插入点的可见性。此外，偏移可以消除例如设备1002在放射性成像期间在对象的目标上方的投影的可能性。就这一点而言，设备1002也优选地整个地或部分地由使得成像期间的遮蔽效应基本上减小和/或被防止的材料构成。例如，设备1002的至少夹持构件可以由这样的材料构成。例如，对于诸如x射线成像的放射性成像，设备124优选地由射线透明的或射线可透过的或射线半透明的材料构成。这样的材料可以包括但不限于钛、玻璃、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC、聚醚醚酮(PEEK)、纸等。
在示例实施方案中，提供例如用于夹持器械的夹紧装置/机构的形式的夹持构件。包括夹紧构件/指1018、1020的夹紧装置/机构可以固位/夹持针1004。夹紧指1018、1020也可以允许通过用户向夹紧指1018、1020的夹紧松开端部分1022、1024施加压力来“快速地”、简单地从设备1002松开针1004。
在示例实施方案中，凸轮旋钮1026被提供用于在粗略或大尺度调整之后锁定y棒1010，同时仍允许通过y棒1010的旋转来进行精细或小尺度调整。
优选地，在示例实施方案中，锁定构件在x方向上被提供以限制x方向上的运动以使得只有沿着单个轴(y轴)的进一步运动被允许。
因此，设备1002可以使用针1004本身来提供针插入平面和成像平面(例如，x射线平面)的调准。也就是说，在实际使用期间，设备1002可以夹持针1004以调准平行的、优选地正上方的连接对象上的第一标记和第二标记的线。在该位置上，针1004可以基本上相对于对象的表面水平。针1004然后可以被设备1002渐进地朝向沿着调准或连接线的右上或垂直位置拖曳以用于开始进入对象内的目标的处理。
图11是示例实施方案中的用于引导器械的设备的分解图。设备1102基本上与参照图10描述的设备1002相同。
y棒1104被提供用于经由锯齿状轴1108耦合到U形块1106。在示例实施方案中，U形块1106是可以耦合到主体1124的可延伸构件，并且U形块1106能够使夹紧指的位置(比较图10的1018、1020)偏离主体1124。该耦合被容纳在引导壳体1110中。y轴运动可以通过施加例如推动或拉动y棒904、继而移动该耦合的平移力来实现。认识到，这样的运动可以对器械(例如，空心针1112)给予粗略或大尺度调整。
锁定/锁杆1114在引导壳体1110上被提供。凸轮旋钮1116被提供来接合锁杆1114。凸轮旋钮1116可以围绕凸轮轴1118旋转。通过在y轴方向上旋转或“翻转”凸轮旋钮，凸轮旋钮可以接合锁杆1114的钳口部分1120以接触锯齿状轴1108的锯齿。这可以锁定y方向上的耦合。当锁被接合时，粗略调整被防止。y棒1104仍可以经由锯齿状轴1108内的精细螺纹(未示出)进一步接合锯齿状轴1108以使得能够在y方向上对针1112进行精细或小尺度调整。
x棒1122被提供用于经由设备1102的主体1124内的精细螺纹(未示出)耦合到引导壳体1110。提供弹性构件，诸如弹簧装置1126(比较图10的数字1028)。弹簧装置1126可以沿着引导壳体1110滑动以使主体1124的相对端邻接引导壳体1110的端止位器1128。这允许一个自由度，并且可以提供x方向上的引导。x棒1122可以顺时针或逆时针(分别对于向前或相反方向)旋转，以在x方向上调整针1112。
主体1124被设置在狭槽夹具1130上，或者可以搁放/坐置在斜槽夹具1130上。狭槽夹具1130继而可以被安装到弹簧夹头1132。该布置可以为设备1102提供thetaθ角度调整/旋转(比较图10的1014)。具有螺纹端的手柄1134被提供用于在大约角度θ的期望旋转之后将设备1102锁定到位。为了锁定设备1102的旋转运动，手柄1134被用来拧紧狭缝夹具1130，或者使狭缝夹具的圆周围绕弹簧夹头1132变小。当弹簧夹头1132的运动自由度被限制时，旋转运动被锁定或限制。
图12(a)是用于图示说明示例实施方案中的顺从装置的示意图。顺从装置1202可以与分别参照图10和11描述的设备1002或1102一起使用或者与它们协作。顺从装置1202可以被用来夹持/固位器械，诸如空心针1204。还示出了用于围绕针1204的尖端处的枢轴点的x轴运动的旋转/倾斜角度betaβ以及用于围绕针1204的尖端处的枢轴点的y轴运动的旋转/倾斜角度alphaα。
在一些实施方案中，顺从装置1202优选地基本上由使得成像期间的遮蔽效应基本上减小和/或被防止的材料构成。例如，对于放射性成像，诸如x射线成像，顺从装置1202优选地由射线透明的或射线可透过的或射线半透明的材料构成。这样的材料可以包括但不限于钛、玻璃、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC、聚醚醚酮(PEEK)、纸等。
图12(b)是图12(a)的顺从装置的分解图。顺从装置1202包括x顺从构件1206，其具有在x顺从构件1206的相对侧的一对球形的球联接部1208、1210。顺从装置1202还包括y顺从构件1212。球联接部1208、1210可以搁放在对应的插口/夹持器(例如，在y顺从构件1212上提供的1214)上/内。因此，x顺从构件1206能够相对于y顺从构件1212枢转/旋转。x顺从构件1206也设有用于锁定目的的沟槽，例如，1228。
顺从盖1216被提供用于将x顺从构件1206在y顺从构件1212内固定到位，并且有效地允许针1204在XZ平面中的旋转或运动。在示例实施方案中，y顺从构件1212包括一对球联接部1218、1220，这些球联接部1218、1220彼此相对地安置以供与在夹紧装置/机构的夹紧构件/指(比较图10的1018、1020，图12(b)中未示出)上提供的对应的插口/夹持器接合。因此，y顺从构件1212能够提供针1204在YZ平面中的旋转或运动。
在示例实施方案中，多组球联接部1208、1210、1218、1220按垂直关系布置以提供针1204在统一方向上的顺从。
顺从装置1202还包括套筒锁1222、柱塞1224和凸轮1226。这些部件1222、1224和1226可以组合工作以将x顺从构件1206锁定在不同的角度位置上。
图13(a)至(g)被提供用于图示说明将x顺从构件1206(图12(b))保持在不同的角度位置上。为了易于描述，相似的数字被用来指代来自图12(a)和(b)的类似部件。
图13(a)是顺从装置1202(图12(a))的示意性截面图。x顺从构件1206可以通过朝向或远离(比较数字1302)x顺从构件1206移位/移动套筒锁1222而被保持在三个不同的接合位置(用位置A、B和C表示)上。套筒锁1222的移动/移位可以是由于用户施加力或压力而导致的。
图13(b)是顺从装置1202的用于图示说明位置A的示意性侧视图。图13(c)是沿着顺从装置1202的线AA截取的在位置A上的示意性截面俯视图。朝向x顺从构件1206(参见位置A)移动套筒锁1222使套筒锁1222的环形端1304、1306与x顺从构件1206的沟槽(比较图12(b)的1228)接合。这将x顺从构件1206锁定在垂直位置上(即，平行于z轴)。
图13(d)是顺从装置1202的用于图示说明位置B的示意性侧视图。图13(e)是沿着顺从装置1202的线AA截取的在位置B上的示意性截面俯视图。将套筒锁1222移至中间位置(即，位置B)使套筒锁1222的环形端1304、1306与x顺从构件1206的沟槽(比较图12(b)的1228)脱离。因此，x顺从构件1206被允许自由地旋转。
图13(f)是顺从装置1202的用于图示说明位置C的示意性侧视图。图13(g)是沿着顺从装置1202的线AA截取的在位置C上的示意性截面俯视图。将套筒锁1222进一步远离x顺从构件1206移位(即，位置C)具有启动柱塞组件(例如，凸轮1226和柱塞1224)的效果。参照图13(a)，止位端1308接合凸轮1226，凸轮1226继而围绕凸轮轴1310旋转。凸轮1226的旋转引起柱塞1224的接合。在接合中，柱塞1224被移向x顺从构件1206，并且接合x顺从构件1206。压缩力因此被柱塞1224施加到x顺从构件1206上。这继而将x顺从构件1206锁定在最后调整的角度位置处。
三个接合位置A、B和C可以允许在用作围绕xz平面的旋转顺从或用作固定引导之间的灵活性。
因此，例如，在PAK手术期间，针轴(例如，1312)被插入通过x顺从构件1206的孔通道。针尖端被插入到对象的顶表面(例如，皮肤表面)中。在针尖端起枢轴的作用并且x顺从构件1206起针引导的作用的情况下，仅存在供针被进一步插入到对象中、直到目标被进入为止的单个DOF(自由度)。这有利地降低了例如针插入期间的错误的可能性。
图14是图11的设备的夹紧机构/装置的分解图。U形块1106可以在主体1124内滑动或者可以从主体1124延伸以提供沿着y轴的运动。U形块1106的附连端1402被提供用于夹持夹紧构件/指1404、1406和顺从装置1408(比较图12(a)的1202)。因此，U形块1106便利器械(例如，针1410)的固位/夹持和操纵/运动。
指1404、1406可以被夹持在一起，并且用销1412固定到位，销1412可以穿过U形块1106。片簧1414的形式的弹性构件被提供来继而提供夹持由球联接部(例如，1416)和对应的插口(例如，1418)夹持的顺从装置1408的固位力。片簧1414在端1420、1422处提供抵靠指1404、1406的对应狭槽(例如，1424)的对接/弹性/推动力，以将指1404、1406推向彼此。
安全锁1426被提供用于经由锁定柱/干1428、1430固定指1404、1406以防止顺从装置1408例如在针调整和/或插入处理期间无意地从指1404、1406松开。也就是说，当安全锁1426被接合时，顺从装置1408被指1404、1406夹持，并且基本上被防止松动。因此，安全锁1426起着指锁定构件的作用。将意识到，安全锁1426可以采取其他形式，诸如，但不限于，包括而是用于接合在指1404、1406上提供的对应狭槽或者在指1404、1406内提供的沟槽等的干的锁1426。球锁杆或锁定杆(例如，1432)被提供用于增大/拧紧由指1404、1406施加于顺从装置1408的球联接部(例如，1416)上的握力以防止从顺从装置1408的最后顺从位置旋转。
图15(a)至(d)是用于图示说明示例实施方案中的顺从装置的接合和固位/夹持的示意图。为了易于描述，相似的数字被用来指代来自图14的类似部件。
参照图15(a)，为了接合顺从装置1408，下压力被施加于夹紧指1404、1406的夹紧松开端部分1502、1504处。因此，指1404、1406被推开，并且允许顺从装置1408使用球联接部(例如，1416)和对应的插口联接部(例如，1418)而被固定/附连到指1404、1406的内表面上。夹紧松开端部分1502、1504处的下压力然后被移除。
参照图15(b)，安全锁1426被旋转以接合锁定柱/干1428、1430。因此，安全锁1426将夹紧指1404、1406固位/夹持到位以防止指1404、1406例如在针调准和插入处理期间向外打开。在安全锁1426被接合的情况下，顺从装置1408能够仅围绕一个轴自由地旋转，该自由度由顺从装置1408的内部x顺从构件提供。旋转运动用实线箭头线示出。x顺从构件的运动的锁定可以用参照图13(g)描述的柱塞组件来实现。
参照图15(c)，顺从装置1408可以为了调准和插入的目的而旋转不同的角度。如图15(c)所示，针1410平行于U形块1106(因此设备)旋转，例如以使表面上的第一标记和第二标记与捕捉的x射线图像调准。针图像在目标图像上方的重叠可以确认插入路径，因此，可以便利用户对入口点的决策。
参照图15(d)，球锁杆(例如，1432)向内或朝向彼此旋转以提供使插口(例如，1418)抵靠球联接部(例如，1416)压缩的拧紧力，因此，将顺从装置1408固定成任何期望的最终角度。
在示例实施方案中，为了松开顺从装置1408，球锁杆(例如，1432)可以向外或按松动布置旋转，安全锁1426打开，并且下压力施加于夹紧松开端部分1502、1504上。也就是说，顺从装置1408的松开是使用以上接合步骤的逆序。
在替代的示例实施方案中，夹紧机构可以被修改为具有一个可移动夹紧指。也就是说，一个其他的夹紧指可以是固定壁或固定构件。可移动夹紧指可以被推向该固定构件以夹紧顺从装置。
图16是用于图示说明示例实施方案中的用于引导器械的另一个设备的示意图。设备1602可以接合顺从装置1604或与顺从装置1604协作以用于引导器械，诸如空心针1606。设备1602包括y棒1608和x棒1610，y棒1608被提供作为致动顺从装置1604的y轴运动的致动构件/机构，x棒1610被提供作为致动顺从装置1604的x轴运动的第二致动构件/机构。顺从装置1604包括具有用于接收器械的轴的本体。顺从机构基本上类似于参照图4(b)(i)至(iii)描述的机构。
在示例实施方案中，精细调谐和粗略调谐都被提供用于针1606的YZ平面运动。对于针1606的XZ平面运动，提供精细调谐调整。精细调谐调整被提供用于调整/改变针1606的插入角度。
提供锁定机构/构件1612。锁定构件1612是在设备1602的主体1614上提供的螺丝构件。为了锁定x棒1610的运动，锁定构件1612使用主体1614的螺纹(未示出)而被用螺丝拧紧，并且在x棒1610上施加压缩力。因此，x方向上的运动可以被限制，只留下y方向上的运动。
图17是图16的设备的示意性俯视图。旋转机构/构件1702被提供作为中心环。旋转锁定构件1704是在设备1602的旋转机构/构件1702上提供的螺丝构件。旋转锁定构件1704可以被用来限制主体1614的旋转。主体1614可以围绕z轴或进入到纸中的轴旋转大约360度旋转角度。比较thetaθ。在示例实施方案中，设备1602在使用期间被定位在对象上方。就这一点而言，设备1602优选地整个地或部分地由使得成像期间的遮蔽效应基本上减小和/或被防止的材料构成。例如，设备1602的至少夹持构件可以由这样的材料构成。例如，对于放射性成像，诸如x射线成像，设备1602优选地由射线透明的或射线可透过的或射线半透明的材料构成。这样的材料可以包括但不限于钛、玻璃、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC、聚醚醚酮(PEEK)、纸等。因此，由设备造成的遮蔽效应可以在x射线或放射性图像上被防止。这是防止x射线图像上的遮蔽。
在一些实施方案中，顺从装置1604优选地基本上由使得成像期间的遮蔽效应基本上减小和/或被防止的材料构成。例如，对于放射性成像，诸如x射线成像，顺从装置1604优选地由射线透明的或射线可透过的或射线半透明的材料构成。这样的材料可以包括但不限于钛、玻璃、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC、聚醚醚酮(PEEK)、纸等。
图18(a)至(d)是用于图示说明示例实施方案中的器械的固位/夹持和松开的示意图。
参照图18(a)，插头1802在x棒1610内被提供。图18(a)示出在接合位置上的插头。
图18(b)图示说明当插头在接合位置上时x棒1610的另一个端。顺从装置1604被x棒1610的延伸的夹持轴1804接触。夹持轴1804接触顺从装置1604的对应的凹陷/孔1806，从而将顺从装置1604固定/锁定到位。因此，夹持轴1804起着设备1602的夹持构件的作用，并且经由x棒1610耦合到主体1614。
参照图18(c)，力例如通过拉动插头1802而被施加于插头1802，以将插头1802移至脱离位置。夹持轴1804从凹陷/孔1806脱离/缩回。因此，顺从装置1604从位置松开，并且可以离开设备1602，同时仍使针1810保持在顺从装置1604的轴(未示出)内。
参照图18(d)，在顺从装置1604到达对象的插入表面之后，开口1808因此在针1810周围是可用的。随后，设备1602可以通过使针1810保留在开口1808内而被移除，例如，在用例如支撑臂(比较图1(b)的126)松开设备1602上的锁定之后。
图19是用于图示说明示例实施方案中的用于引导器械的另一个设备的示意图。设备1902可以接合器械，诸如空心针1904。
在一些实施方案中，设备1902优选地整个地或部分地由使得成像期间的遮蔽效应基本上减小和/或被防止的材料构成。例如，设备1902的至少夹持构件可以由这样的材料构成。例如，对于放射性成像，诸如x射线成像，设备1902优选地由射线透明的或射线可透过的或射线半透明的材料构成。这样的材料可以包括但不限于钛、玻璃、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC、聚醚醚酮(PEEK)、纸等。因此，由设备造成的遮蔽效应可以在x射线或放射性图像上被防止。这是防止x射线图像上的遮蔽。
在示例实施方案中，设备1902没有任何支撑臂(比较图1(b)的126)，并且可以是双平面(例如，XZ平面和YZ平面)身体安装设备。设备1902可以用安装底座直接安装在对象身体上。在示例实施方案中，安装底座包括邻接对象的一个或更多个安装段/腿1906、1908。为了旋转设备1902，用户可以在(例如，主体的)边缘处夹持设备1902，并且自由地旋转设备1902。为了安装，设备1902可以通过涂覆到对象或安装底座(例如，安装段/腿1906、1908)的胶带或凝胶而被临时粘附到对象。胶带或凝胶的这样的手段也可以起旋转锁定的作用。因此，XZ平面和YZ平面机构1910高架在安装表面上方的并且平行于安装表面的恒定的/固定的Z轴高度(比较1912)处。
因为设备1902可以被直接安装，所以设备1902可以被调准到安装表面上的任何角度，因此，有利地提供不受例如手术台/床的相对位置和大小的限制的灵活性。此外，因为设备1902可以被直接安装在对象上，所以设备1902可以与例如对象的呼吸模式和频率一致地运动。有利地，组织和器官破裂的可能性可以最小化，因为设备1902随对象一起运动。
图20是图19的设备1902的分解图。参照图20，设备1902包括主体2002、第一致动机构/构件2004、第二致动机构/构件2006以及锁定构件2008。第一致动机构/构件2004和第二致动机构/构件2006提供XZ平面和YZ平面机构1910。主体2002包括安装底座，安装底座例如又包括用于粘附到对象的安装段/腿1906、1908。主体2002也将XZ平面和YZ平面机构1910高架到离安装段/腿1906、1908的固定Z轴高度。
第一致动机构/构件2004可以是用于提供例如主体2002上的y轴运动的滑动器的形式。第二致动机构/构件2006也可以是用于提供例如主体2002上的x轴运动的滑动器的形式。第一致动机构/构件2004包括用于容纳锁定闩构件2010的腔体，锁定闩构件2010用于锁定y轴上的运动或进一步的延伸。锁定构件2008被提供用于锁定x轴上的运动。锁定构件2008可以是用于起螺丝旋转锁的作用的螺丝型构件。
第二致动机构/构件2006还包括用于供器械(诸如针)能够自由地跨越的行进路径2012。如所示，对应的行进路径2014在主体2002处被提供。器械围绕设备外部的枢轴点的旋转运动优选地在行进路径2012内。
第二致动机构/构件2006还包括在优选地行进路径2012的两个壁上提供的锯齿，例如，2016。锯齿的功能是与设置在第一致动机构/构件2004内的柔性臂(未示出)协作，该柔性臂可以被锁定闩构件2010移动，用于当需要时锁定y轴上的运动或进一步的延伸。
孔径2020在第一致动机构/构件2004上被提供作为用于夹持/固位器械的夹持构件。第一致动机构/构件2004还包括预先弱化部分/线2018。
图21(a)是设备1902当被组装时的示意图。图21(b)是设备1902的示意性俯视图。为了易于描述，相似的数字被用于指代来自图19和20的类似部件。
参照图21(a)，第一致动机构/构件2004(即，在y方向上)的顶表面与主体2002平齐地提供。也就是说，第一致动机构/构件2004的顶表面优选地不在主体2002上方突出。
参照图21(b)，器械夹持器2102被提供用于固位/夹持器械，诸如空心针(比较图19的1904)。器械夹持器2102在XZ平面和YZ平面机构1910上被提供。针可以被插入通过在器械夹持器2102中提供的孔径2104。恒定高度高架的XZ平面和YZ平面机构1910允许用位于对象上的插入点处的或针的尖端处的枢轴点来引导针尖端位置。因此，枢轴点在设备1902的外部。针尖端运动的分辨率基于标高高度(elevationheight)。孔径2104允许针沿着对象的插入平面或插入表面自由地滑动。针的运动基于由X轴和Y轴上的运动提供的XZ平面和YZ平面动作(比较参照图2(a)和(b)的描述)。
X轴和Y轴上的运动或运动组合可以例如在对象内调整/移位针尖端位置。第二致动机构/构件2006(即，x轴方向上的滑动器)能够在相对于主体2002平行的方向上滑动，例如，通过在衬垫2106、2108中的任何一个上施加x方向上的推力或拉力。
x方向上的运动受到组装在第二致动机构/构件2006上的第一致动机构/构件2004(即，y方向上的滑动器)的约束。也就是说，第二致动机构/构件2006被保持在主体2002的端壁2110、2112内。这里也参照图22(a)和(b)。图22(a)是设备1902在第二致动机构/构件2006于一个x轴方向(例如，+x方向)上完全延伸时的示意性俯视图。图22(b)是设备1902在第二致动机构/构件2006于另一个x轴方向(例如，-x方向)上完全延伸时的示意性俯视图。
返回到图21(b)，锁定构件2008可以经由主体2002内的螺纹(未示出)接合第二致动机构/构件2006。当锁定构件2008被接合或被用螺丝拧到接合时，锁定构件2008在第二致动机构/构件2006上施加抵靠主体2002的压缩摩擦力以限制x轴方向上的运动。锁定构件2008可以限制x方向上的运动，以使得只有沿着单个轴(y方向)的进一步运动被允许。锁定构件2008可以是螺丝锁定螺母。这里也参照图23(a)和(b)。图23(a)是锁定构件2008与第二致动机构/构件2006接合的示意图。图23(b)是当从箭头D看时的锁定构件2008与第二致动机构/构件2006接合的示意性截面图。
返回到图21(b)，第一致动机构/构件2004能够在相对于第二致动机构/构件2006的垂直方向上滑动，例如，通过在设置于第一致动机构/构件2004的一部分上的衬垫2114上施加y方向上的推力或拉力，所述部分延伸到主体2002的外部。第一致动机构/构件2004沿着在第二致动机构/构件2006上提供的滑行狭槽2116、2118在y轴方向上行进。第一致动机构/构件2004可以沿着狭槽2116、2118滑动。如所示，狭槽2116、2118是封闭式的。第一致动机构/构件2004的运动的限制由滑行狭槽2116、2118的端提供。这里也参照图24(a)和(b)。图24(a)是设备1902在第一致动机构/构件2004于一个y轴方向(例如，+y方向)上完全延伸时的示意性仰视图。图24(b)是设备1902在第一致动机构/构件2004于另一个y轴方向(例如，-y方向)上完全延伸时的示意性仰视图。
返回到图21(b)，y轴方向上的运动可以通过从第一致动机构/构件2004的腔体内拉动锁定闩构件2010或者使锁定闩构件2010在第一致动机构/构件2004的腔体内延伸而被锁定。
图25是用于图示说明示例实施方案中的锁定闩构件的接合的示意图。锁定闩构件2010粘附到设置在第一致动机构/构件2004内的柔性构件，例如，2502、2504。当锁定闩构件2010从第一致动机构/构件(未示出)的腔体内延伸(比较2506)时，锁定闩构件2010的端2508、2510用于向外推或者延伸柔性构件(例如，2502、2504)的部分作为锁定子构件。柔性臂(例如，2502、2504)的延伸的部分2512、2514或锁定子构件可以接合在第二致动机构/构件(未示出)的行进路径(比较图20的2012)的壁上提供的锯齿或轮齿，例如，2016。接合因此可以限制沿着y轴方向的运动。
图26(a)和(b)是设备1902的用于图示说明示例实施方案中的运动范围的示意性俯视图。图26(a)示出在-x方向和+y方向上完全延伸的设备1902。图26(b)示出在+x方向和-y方向上完全延伸的设备1902。
参照图20，预先弱化部分/线2018可以跨第一致动机构/构件2004提供。将意识到，预先弱化部分可以可替代地在设备1902的任何部件上(例如，在主体和/或第二致动机构/构件等上)提供。
图27(a)和(b)是设备1902的用于图示说明示例实施方案中的器械的松开的示意性侧视图。图27(a)示出用于引导器械的设备例如在将针插入到对象中之后的最后位置。
参照图27(b)，第一致动机构/构件2004被提升(比较2702)以沿着预先弱化部分/线(比较图20的2018)折断第一致动机构/构件2004。在折断之后，为插入的针创建了腔体或自由通道。安装的设备(比较图19的1902)可以被从针移除。例如，主体和第二致动机构/构件可以在数字2704表示的方向上被移除。因此，器械松开可以在没有任何接触插入的器械的部件的情况下执行。在示例实施方案中，折断是破坏性地致使设备不可再用。
因此，在所描述的示例实施方案中，可以提供用于器械或针的一部分的平移运动以使得针可以倾斜到一个角度的设备。倾斜/旋转角度可以围绕保持在例如针尖端处的枢轴点。该设备可以实现针在单个平面中的平移运动，以使得针以双平面(例如，XZ和YZ平面)的方式运动，这使得针在相应平面内倾斜/旋转到2个角度。该设备可以为XZ和YZ平面运动提供精细调整和粗略调整。在示例实施方案中，XZ和YZ平面运动/调整的范围在0至大约200mm的范围内。针的夹持可以是拨动(例如，通过使用插头)或裁剪(通过使用夹紧机构)。在示例实施方案中，用于构造所述设备的材料优选地可以是硬塑料，诸如聚碳酸酯(PC)、PEEK、钛和/或丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)等。此外，用于构造所述设备的材料优选地可以是射线透明的或半透明的材料以最小化或防止x射线图像中的遮蔽。
在一些示例实施方案中，激光源可以被安装在C臂接收器上并且远离x射线成像。激光束(由棱镜产生)可以垂直于C臂接收器平面。激光可以使用棱镜而被引到对象。激光的可见参考或点可以使用安装在C臂接收器上的可移动机构来调整。
在所描述的示例实施方案中，具有在用于引导器械的设备外部的枢轴点可以提供优于其他设备的允许器械自由旋转的确定性，例如，旋转点可以在这样的设备的主体内。发明人已经认识到，提供太多旋转或动作自由度可能导致在手术期间不精确。此外，示例实施方案中的设备与机器人装置相比可能是相对便宜的并且易于使用的。另外，示例实施方案中的设备可以允许用户在器械插入期间直接具有触觉反馈。另外，如果存在由于对象运动(例如，呼吸)而导致的任何偏差，则器械可以使用示例实施方案中的设备而被引导回到路径。此外，示例实施方案中的系统和设备可以减小手术期间的x射线曝光，因为x射线可以在针引导/插入期间被切断。另外，发明人已经认识到，示例实施方案中的设备还可以简化技术，以使得可以针对新用户缩短用于手术的学习曲线。还已经认识到，由于引导和参考更加容易，所以可以获得更短的用于手术的时间。
因此，示例实施方案可以有利地提供被动PAK辅助装置(PAK-AD)，被动PAK辅助装置(PAK-AD)可以将精确调整和引导技术与用户的技能和灵巧性组合来管理针调准和插入处理。示例实施方案中的设备可以提供，针可以被参考以供在一个平面内进行调整，而在其他平面中不实现调准。示例实施方案中的设备可以使得针能够被物理地锁定到位，并且允许只有一个用于将针插入到对象中的DOF。示例实施方案还可以提供铰接支撑臂，该铰接支撑臂与若干个引导和锁定模块耦合以辅助实现针相对于目标的高调准精度，同时仍为用户提供调整针并且将针插入到目标中的完全控制。
在所描述的示例实施方案中，尽管x轴和y轴已经被描述，但是将意识到示例实施方案不限于此。例如，x轴和y轴是任意的，并且可以互换。另外，其他轴(甚至非垂直轴)可以被使用。类似地，尽管XZ和YZ平面已经被描述，但是其他平面可以被使用。
另外，在所描述的示例实施方案中，为了易于例示说明，描述了诸如针的器械。将意识到，所述设备和系统可以独立于器械提供。
此外，将意识到，导致围绕示例实施方案的设备外部的枢轴点的倾斜/旋转运动的XZ和YZ平面运动不限于仅被用在PAK手术中。示例实施方案的设备可以被用于不同的生物系统和其他手术，诸如肾结石移除手术、用于结肠、胃、肺等的手术。示例实施方案的设备也可以被用于美容手术。示例实施方案的设备也可以被用于利用相对于嵌入目标的器械的引导(优选地通过成像系统(诸如X射线成像等)的辅助)的非外科手术。
此外，将意识到，所描述的具有与夹持构件协作的顺从装置的示例实施方案不限于此。也就是说，这些示例实施方案可以被修改，以致夹持构件直接固位/夹持器械，即，没有分开的顺从装置。
在所描述的示例实施方案中，对象可以是人类或动物对象。目标可以是组织、生长物、结石等。
此外，将意识到，示例实施方案可以被修改，以致成像和/或调准步骤可以由自动化系统实现或辅助。也就是说，示例实施方案可以被修改为提供部分被动PAK辅助装置，并且这样的示例实施方案不仅限于被动PAK辅助装置。
本领域技术人员将意识到，在不脱离如广泛地描述的本发明的范围的情况下，可以对特定实施方案进行其他改变和/或修改。目前的实施方案因此在所有方面上都被认为是例示性的，而非限制性的。

Claims (38)

1.一种用于引导器械的设备，所述设备包括：
主体；
用于夹持器械的夹持构件，所述夹持构件耦合到所述主体；以及
一个或更多个致动构件，所述致动构件被配置为实现所述夹持构件的运动以使得所述夹持构件的所述运动能够提供器械围绕所述设备外部的枢轴点的旋转运动。
2.如权利要求1所述的设备，还包括所述一个或更多个致动构件被配置为将所述运动实现为与相对于所述主体水平的平面平行的平面内的平移运动。
3.如权利要求2所述的设备，其中每个致动构件被提供用于实现所述夹持构件沿着所述平面内的相应轴的平移运动。
4.如权利要求1至3中的任何一个所述的设备，还包括耦合到所述主体的可延伸构件，所述可延伸构件能够使所述夹持构件的位置偏离所述主体。
5.如权利要求4所述的设备，其中所述夹持构件包括被推向另一个夹紧指的至少一个夹紧指。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述至少一个夹紧指包括用于被施加力以从所述设备松开所述器械的端部分。
7.如权利要求5或6所述的设备，还包括用于接合所述夹紧指以限制所述至少一个夹紧指的运动的锁定构件。
8.如权利要求4至7中的任何一个所述的设备，其中所述夹持构件被配置为与顺从装置协作，所述顺从装置能够夹持所述器械。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述顺从装置包括允许所述顺从装置顺从沿着两个垂直轴的运动的两个或更多个球形联接部，并且所述顺从装置还包括用于限制所述器械的运动的柱塞组件。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述顺从装置能够在沿着每个轴的运动中被单独地锁定。
11.如权利要求8至10中的任何一个所述的设备，其中所述顺从装置由基本上防止所述顺从装置在成像过程中的遮蔽效应的材料构成。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述材料是从由以下材料构成的组选择的至少一个：钛、玻璃、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC、聚醚醚酮(PEEK)和纸。
13.如权利要求1至3中的任何一个所述的设备，其中所述夹持构件包括可延伸轴。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述夹持构件被配置为与顺从装置协作，所述顺从装置能够夹持所述器械。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述顺从装置被配置为被在所述设备的所述主体上提供的至少两个圆形壁接触，所述至少两个圆形壁允许所述顺从装置顺从沿着至少一个轴的运动。
16.如权利要求13至15中的任何一个所述的设备，其中所述夹持构件还包括能够致动所述可延伸轴以与所述顺从装置接合的插头，所述轴的延伸或缩回用于分别相对于所述主体松开或保持所述顺从装置。
17.如权利要求14至16中的任何一个所述的设备，其中所述顺从装置由基本上防止所述顺从装置在成像过程中的遮蔽效应的材料构成。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述材料是从由以下材料构成的组选择的至少一个：钛、玻璃、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC、聚醚醚酮(PEEK)和纸。
19.如权利要求1至3中的任何一个所述的设备，还包括设置在所述主体上的安装底座，所述安装底座用于接触对象表面以使得所述夹持构件被设置在离所述对象表面一定距离处。
20.如权利要求19所述的设备，其中所述安装底座包括用于接触所述对象表面的两个或更多个安装段。
21.如权利要求19或20所述的设备，其中第一致动构件包括一个或更多个引导槽，并且第二致动构件能够经由所述引导槽相对于所述第一致动构件运动。
22.如权利要求21所述的设备，其中所述第一致动构件还包括行进路径，以使得所述提供器械围绕所述设备外部的枢轴点的旋转运动在所述行进路径内。
23.如权利要求22所述的设备，还包括锁定闩构件，所述锁定闩构件能够使一个或更多个锁定子构件延伸以接合所述行进路径的一个或更多个壁，以限制所述夹持构件相对于所述行进路径的运动。
24.如权利要求19至23中的任何一个所述的设备，其中至少一个致动构件设有预定弱化部分，以使得所述至少一个致动构件是可折断的以用于从所述夹持构件松开器械。
25.如权利要求19至24中的任何一个所述的设备，其中所述一个或更多个致动构件包括手可操作的滑动器机构。
26.如权利要求1至25中的任何一个所述的设备，还包括旋转构件，所述旋转构件耦合到所述主体以用于实现所述主体围绕穿过所述主体的中心的垂直轴的旋转。
27.如权利要求26所述的设备，还包括用于限制所述主体的旋转的旋转锁定构件。
28.如权利要求1至27中的任何一个所述的设备，还包括锁定构件，所述锁定构件能够限制所述夹持构件的运动以使得只有所述夹持构件沿着单个轴的进一步运动被允许。
29.如权利要求1至28中的任何一个所述的设备，其中至少所述夹持构件由基本上防止所述夹持构件在成像过程中的遮蔽效应的材料构成。
30.如权利要求29所述的设备，其中所述材料是从由以下材料构成的组选择的至少一个：钛、玻璃、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC、聚醚醚酮(PEEK)和纸。
31.一种用于引导器械的系统，所述系统包括：
成像装置，所述成像装置具有成像面；
视觉调准模块，所述视觉调准模块包括：
可见光源；
折射/反射构件，所述折射/反射构件用于从所述可见光源接收光，所述折射/反射构件对于所述成像装置是基本上透明的，并且被设置在所述成像装置的成像路径中；并且
其中所述可见光源被设置为偏离所述成像装置的所述成像路径以使得所述成像路径的且垂直于所述成像面的可见参考能够被所述折射/反射构件提供。
32.如权利要求31所述的系统，其中所述视觉调准模块是可运动的，以使得所述可见光源可在与所述成像面的平面平行的平面内调整。
33.如权利要求31或32所述的系统，还包括如权利要求1至30中的任何一个所述的设备，并且其中，器械能够根据所述可见参考而被引导。
34.一种用于提供引导器械的可见参考的方法，所述方法包括：
提供能够使目标成像的成像装置；
提供视觉调准模块，所述视觉调准模块包括：
可见光源；
折射/反射构件，所述折射/反射构件用于从所述可见光源接收光，所述折射/反射构件对于所述成像装置是基本上透明的，并且被设置在所述成像装置的成像路径中；并且
其中所述可见光源被设置为偏离所述成像装置的所述成像路径；
使用所述折射/反射构件来提供所述成像路径的可见参考；以及
基于所述可见参考将所述器械引导到所述成像路径中。
35.如权利要求34所述的方法，对于引导所述器械的步骤，所述方法还包括使用所述成像装置来使所述器械位置成像。
36.一种用于引导器械的方法，所述方法包括：
使用设备夹持器械；
提供所述设备外部的枢轴点；
致动所述设备的一个或更多个致动构件以移动所述器械以致提供所述器械围绕所述设备外部的所述枢轴点的旋转运动。
37.如权利要求36所述的方法，其中对于致动一个或更多个致动构件以移动所述器械的步骤，所述方法还包括以与相对于所述设备的主体水平的平面平行的平面内的平移的方式实现所述器械的运动。
38.如权利要求37所述的方法，其中对于致动一个或更多个致动构件以移动所述器械的步骤，所述方法还包括实现所述器械在所述平面内沿着每个致动构件的相应轴的运动。
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Assignee: Yingwei Medical Co., Ltd

Assignor: INST OF TECHNICAL EDUCATION|NATIONAL University Hospital|NATIONAL University OF SINGAPORE

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Denomination of invention: Systems and equipment for guiding devices

Granted publication date: 20181113

License type: Exclusive License

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