CN105764424A - 用于将活检工具导航到靶位置以及使用活检工具获得组织样本的装置、系统和方法 - Google Patents

用于将活检工具导航到靶位置以及使用活检工具获得组织样本的装置、系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种活检工具，包括长形挠性本体、传感器组件和螺杆构件。传感器组件朝着长形挠性本体的远端布置在长形挠性本体内。传感器组件包括配置成能够检测传感器组件的位置的一个或多个位置传感器。螺杆构件联接到长形挠性本体的远端，从长形挠性本体向远侧延伸，并且定位在传感器组件的远侧。螺杆构件限定具有中空内部的螺旋配置并且配置成用于同时地相对于组织旋转和前进到组织中以获得组织样本。

Description

用于将活检工具导航到靶位置以及使用活检工具获得组织样本的装置、系统和方法
技术领域
本公开涉及活检采样，并且更特别地，涉及用于将活检工具导航到靶位置以及使用活检工具获得组织样本的装置、系统和方法。
背景技术
气管镜通过患者的鼻或口插入患者的气道中。典型的气管镜包括：长形挠性管，其具有用于照明远离气管镜的末端的区域的照明组件；用于提供来自气管镜的末端的视频图像的成像组件；以及诸如诊断器械(如活检工具)和/或治疗器械(如消融探针)这样的器械能够通过其插入的作业通道。
气管镜由于其尺寸而在其能够通过气道前进多远这方面受到限制。在气管镜过大以致于不能到达深处肺中的靶位置的情况下，由鞘包封的可定位引导件(“LG”)常常用于从气管镜的端部导航到靶位置。也就是说，当LG前进通过气道时，LG与导航系统一起使得LG的位置和取向能够被跟踪。
在使用中，LG/鞘的组合通过气管镜的作业通道插入到患者的气道中。一旦LG借助于由导航系统提供的位置和取向跟踪而导航到靶位置，LG即通过鞘缩回，将鞘留在原位。在LG缩回的情况下，鞘常常被称为延伸作业通道(“EWC”)，原因是它有效地用作气管镜的作业通道的延伸部。
一旦LG已从EWC缩回，EWC即可用作用于将作业工具(例如，活检工具、消融探针等)引导到靶位置的途径。然而，一旦LG从EWC去除，就不能再提供跟踪，并且因此，操作者只能依赖于EWC保持固定在靶位置而进行盲操作。类似地，需要在没有引导的情况下执行作业工具在靶位置处的重新定位。
发明内容
当在本文中使用时，术语“远侧”指的是所描述的更远离用户的部分，而术语“近侧”指的是所描述的更靠近用户的部分。此外，在一致的程度上，本文中详述的任何方面和特征可以与本文中详述的任何或所有的其他方面和特征结合使用。
根据本公开提供的一种活检工具包括长形挠性本体、传感器组件和螺杆构件。所述传感器组件朝着所述长形挠性本体的远端布置在所述长形挠性本体内。所述传感器组件包括配置成能够检测所述传感器组件在患者的气道内的位置的至少一个位置传感器。所述螺杆构件联接到所述长形挠性本体的远端，从所述长形挠性本体向远侧延伸，并且定位在所述传感器组件的远侧。所述螺杆构件限定具有中空内部的螺旋配置并且配置成用于同时地相对于组织旋转和前进到组织中以在所述中空内部中获得组织样本。
在一些方面，所述活检工具还包括联接到所述长形挠性本体的近端的近侧手柄部分。所述近侧手柄部分包括外壳，所述外壳具有布置在所述外壳内的驱动马达。所述驱动马达配置成用以旋转螺杆构件。
在一些方面，所述近侧手柄部分还包括配置成用于选择性地启动所述驱动马达的致动器。所述近侧手柄部分还可以包括电池，所述电池布置在所述外壳内并且配置成使得所述致动器的致动接通所述电池和所述驱动马达之间的电路以启动所述驱动马达。
在一些方面，所述近侧手柄部分配置成用于手动操作以驱动所述螺杆构件的旋转。
在一些方面，所述螺杆构件是刚性的，例如由不锈钢制造。
在一些方面，所述螺杆构件限定远侧切削末端。所述螺杆构件可以附加地或替代地包括一个或多个面向近侧的倒钩。
在一些方面，所述螺杆构件包括第一螺杆臂和第二螺杆臂。每个螺杆臂限定螺旋配置。
在一些方面，所述螺杆构件包括支撑板，所述支撑板固定到所述螺杆构件的外部并且沿着所述螺杆构件纵向地延伸。所述支撑板配置成用以保持所述螺杆构件的固定的轴向长度。
在一些方面，所述支撑板限定锐化纵向刃以便于切削组织。
在一些方面，所述支撑板固定到所述螺杆构件的至少两个不同的螺纹圈。
在一些方面，所述传感器组件包括在其中封装至少一个位置传感器的传感器外壳。所述传感器外壳可以是刚性的。
在一些方面，鞘围绕所述长形挠性本体可滑动地布置并且能够在延伸位置和缩回位置之间移动，在所述延伸位置，所述鞘向远侧至少延伸到所述螺杆构件的远端，在所述缩回位置，所述鞘定位在所述螺杆构件的近侧以暴露所述螺杆构件。
在一些方面，所述至少一个位置传感器包括配置成能够检测所述传感器组件的在六个自由度上的位置的多个传感器部件，但是也可以设想其他的传感器配置。
在一些方面，所述长形挠性本体包括外部构件和布置在所述外部构件内的内部构件。所述外部构件能够围绕所述内部构件且相对于所述内部构件旋转并且限定延伸超出所述内部构件的远端的远端。在这样的方面，所述传感器组件接合到所述内部构件的远端，从所述内部构件向远侧延伸，并且布置在所述外部构件内。此外，在这样的方面，所述螺杆构件接合到所述外部构件的远端并且从所述外部构件向远侧延伸，以使得所述外部构件的旋转实现所述螺杆构件相对于所述内部构件和所述传感器组件的旋转。
附图说明
在下文中参考附图描述本公开的各种方面和特征，其中：
图1是根据本公开提供的配置成用于将活检工具导航到靶位置并且使用活检工具获得组织样本的系统的透视图；
图2是图1的活检工具的远端的侧视图，其中鞘布置在缩回位置；
图3是图1的活检工具的远端的侧视、横截面图，其中已从活检工具去除鞘；
图4A是图1的活检工具的近端的侧视图，示出其近侧手柄部分；
图4B是图1的活检工具的近端的侧视图，包括与之联接的近侧手柄部分的另一实施例；
图5A-5D逐步示出将图1的活检工具用于获得组织样本的用法；
图6是配置成用于与图1的活检工具一起使用的传感器的透视图；
图7是配置成用于与图1的活检工具一起使用的另一传感器的透视图；
图8是配置成用于与图1的活检工具一起使用的另一传感器的透视图；
图9是用于跟踪通过患者的气道的活检工具的、配置成用于与图1的系统一起使用的发射垫的分解、透视图；
图10A是配置成用于与图1的活检工具一起使用的螺杆构件的另一实施例的第一侧视图；
图10B是图10A的螺杆构件的第二侧视图，其中，螺杆构件示出为从图10A的位置旋转90度；以及
图11是配置成用于与图1的活检工具一起使用的螺杆构件的另一实施例的侧视图。
具体实施方式
根据本公开提供了用于将活检工具导航到靶位置以及使用活检工具获得组织样本的装置、系统和方法，并且在下文进行详述。例如，本公开的活检工具通常包括挠性本体、布置在挠性本体的远端处的螺杆、以及集成到活检工具中并且邻近螺杆定位在近侧的传感器组件。螺杆限定具有中空内部的螺旋配置并且配置成用于同时地相对于组织旋转和前进到组织中以获得组织样本。传感器组件能够确定螺杆的当前位置，因此便于将螺杆导航到靶组织和/或相对于靶组织操纵螺杆。这样的装置、包含这样的装置的系统及其使用方法的详细实施例正如下文所述。然而，这些详述的实施例仅仅是本公开的能够以各种形式实施的示例。所以，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础和用于允许本领域技术人员在实质上任何合适的详细结构中以各种方式实施本公开的代表性基础。
参考图1，根据本公开提供并且配置用于规划到达靶组织的路径(规划阶段)、将定位组件导航到靶组织(导航阶段)、以及将活检工具导航到靶组织以使用活检工具从靶组织获得组织样本(活检阶段)的系统大体上如图所示由附图标记10表示。系统10大体上包括：配置成支撑患者“P”的操作台40；配置用于通过患者的口插入患者的气道中的气管镜50；用于显示从气管镜50接收的视频图像的、联接到气管镜50的监视设备60；跟踪系统70，其包括跟踪模块72、多个参考传感器74和发射垫76；计算机80，其包括用于协助进行路径规划、靶组织的识别和到达靶组织的导航的软件和/或硬件；定位组件90，其包括LG92和EWC96；以及活检工具100，其可操作用以获得例如用于随后的诊断测试的组织样本。首先将在下文详述规划和导航阶段，接下来是根据本公开提供的活检工具以及在执行活检阶段中与系统10结合使用这样的活检工具的详细描述。
关于规划阶段，计算机80使用计算机断层扫描(CT)图像数据以用于生成和查看患者的气道的三维模型，能够(自动地、半自动地或手动地)识别三维模型上的靶组织，并且允许选择通过患者的气道到达靶组织的路径。更具体地，CT扫描被处理并且组合为随后用于生成患者的气道的三维模型的三维CT体积。三维模型可以在与计算机80关联的显示监视器上显示或以任何其他合适的方式显示。使用计算机80，三维模型的各种视图可以被提供和/或三维模型可以被处理以便于识别三维模型上的靶组织以及选择通过患者的气道接近靶组织的合适路径。一旦选中，就保存路径以供在(一个或多个)导航阶段期间使用。
继续参考图1，患者“P”被示出为躺在操作台40上，气管镜50通过患者的口插入患者的气道中。气管镜50包括照明光源和视频成像系统(未明确地示出)并且联接到用于显示从气管镜50的视频成像系统接收的视频图像的监视设备60例如视频显示器。
关于导航阶段，例如类似于在美国专利US6188355以及公告的PCT申请WO00/10456和WO01/67035(上述专利文献的每一个的完整内容通过引用合并于本文中)中公开的六自由度电磁跟踪系统70或者其他合适的定位测量系统被用于执行校准和导航，但是也可以设想其他的配置。跟踪系统70包括跟踪模块72、多个参考传感器74、以及发射垫76。跟踪系统70配置用于与定位组件90和活检工具100一起使用，如下文详述。定位组件90包括LG92(其具有包含传感器94的可转向远侧末端93)、EWC96、以及手柄98。LG92和EWC96配置用于通过气管镜50的作业通道插入患者的气道中(但是可以替代地使用LG92和EWC96且没有气管镜50)并且能够经由锁定机构99相对于彼此选择性地锁定。LG92的可转向远侧末端93可以配置用于以任何合适的方式例如使用联接在手柄98和远侧末端93之间的多个转向线(未示出)进行转向，从而便于操纵LG92的远侧末端93和EWC96通过患者的气道。LG92的远侧末端93可以根据特定目的进一步限定静止、线性、弯曲或成角度的配置。传感器94与LG92的远侧末端93相集成并且允许监视远侧末端93相对于参考坐标系在六个自由度上的位置和取向。LG92的传感器94可以类似于下文参照活检工具100详述的任何传感器(参见图6-8)进行配置。
如图1所示，发射垫76定位在患者“P”下方。下文将参考图9详述发射垫76的内部配置。发射垫76和多个参考传感器74与跟踪模块72互连，所述跟踪模块导出每个传感器74在六个自由度上的位置。参考传感器74中的一个或多个附连到患者“P”的胸部。参考传感器74的六自由度坐标被发送到计算机80(包括合适的软件)，在此将其用于计算患者的参考坐标框架。如下文详述，大体上通过识别在三维模型和患者的气道两者中的位置并且测量在这两个系统中的坐标来执行校准。这样的校准技术的更多细节可以在美国专利申请公告US2011/0085720中找到，上述专利文献的完整内容通过引用合并于本文中，但是也可以设想其他合适的校准技术。下文详述发射垫76及其用于确定位置数据的用法的示范性实施例。
在使用中，关于导航阶段，LG92被插入EWC96中以使得传感器94从EWC96的远端突出。LG92和EWC96随后经由锁定机构99锁定在一起。LG92随后与EWC96一起通过气管镜50插入患者“P”的气道中，并且LG92和EWC96彼此协同地通过气管镜50移动到患者“P”的气道中。通过将LG92移动通过患者“P”的气道而执行自动校准。更具体地，使用发射垫76、参考传感器74和跟踪模块72来记录当LG92正在移动通过气道时与传感器94的位置相关的数据。将由该位置数据得到的形状与在规划阶段中生成的三维模型的通道的内部几何形状进行比较，并且例如使用计算机80上的软件基于该比较来确定所述形状和三维模型之间的位置相关性。另外，用软件识别三维模型中的非组织空间(例如，空气填充的腔)。软件基于记录的位置数据以及LG92保持位于患者的气道中的非组织空间中的假设而将表示LG92的传感器94的位置的图像与三维模型的图像对准或校准。这样就完成了导航阶段的校准部分。
仍然参考图1，一旦已完成规划阶段，例如已识别出靶组织并且已选定到达靶组织的路径，并且已完成校准，就可以使用系统10将LG92导航通过患者的气道到达靶组织。为了便于这样的导航，计算机80、监视设备60和/或任何其他合适的显示器可以配置成显示三维模型(其中包括从LG92的传感器94的当前位置到靶组织的选定路径)。使用跟踪系统70将LG92导航到靶组织类似于下文关于将活检工具100导航到靶组织详述的内容，并且因此为了简洁起见在这里不再赘述。
一旦LG92已成功地导航到靶组织，完成了导航阶段，LG92就可以从EWC96解锁并且去除，将EWC96留在原位作为用于将活检工具100引导到靶组织的引导通道。下文描述活检工具100及其在活检阶段中的用法的细节。
现在参考图2-4A，结合图1，如上所述，根据本公开提供用于从靶组织获得组织样本的活检工具100。如下文详述，活检工具100还配置成用于与跟踪系统70结合使用以便于将活检工具100导航到靶组织和/或当相对于靶组织操纵活检工具以获得组织样本时跟踪活检工具100。尽管上文参照定位组件90的LG92详述了配准和导航，但是也可以设想LG92被去除并且将活检工具100自身类似于上文关于LG92详述的那样用于校准和导航。活检工具100大体上包括活检组件110和围绕活检组件110可滑动地布置的鞘组件150。然而，在一些实施例中，不需要提供鞘组件150，而是EWC96(图1)可以起到鞘组件150的作用。活检组件110包括近侧手柄部分120、长形挠性本体部分130、和刚性远端部分140。如图4所示，近侧手柄部分120包括封装活检组件110的内部操作部件(例如，电池123和驱动马达124)的外壳122。外壳122还可以配置成容纳存储关于活检工具100的各种信息的存储器(例如，EEPROM)。例如，存储器可以包括识别信息，譬如在近侧手柄部分120能够从长形挠性本体部分130和/或刚性远端部分140拆卸的实施例中，所述识别信息可以由驱动马达124使用以保证只有正确识别的活检工具100才能与其连接。另外，存储器可以存储活检工具100的操作参数，例如功率、时间、RPM极限以及关于活检工具100的使用的信息。使用监视装置可以允许限制活检工具100的重复使用超出一定的启动次数、启动时间量或者可以将活检工具100限制为一次性使用。正如本领域中众所周知地，这样的使用限制可以可选地经由再处理重设。
致动器125在外壳的近端处可操作地联接到外壳122并且能够选择性地致动以例如通过接通包括电池123和驱动马达124的电路来启动驱动马达124，驱动活检组件110的旋转，正如下文详述。替代地，活检组件110可以配置成连接到远程驱动装置和/或电源，或者可以被手动地驱动。可操作地联接到驱动马达124的选择开关(未示出)也可以被提供用于允许用户选择活检组件110的旋转方向，例如实现活检组件110的顺时针旋转或逆时针旋转。
活检组件110的本体部分130联接到近侧手柄部分120并且从其向远侧延伸。更具体地，本体部分130包括联接到驱动马达124并且可旋转地接合到外壳122的外部构件132、以及延伸通过外部构件132并且接合到外壳122的内部构件134。外部构件和内部构件132、134两者是挠性的，从而允许本体部分130通过患者的气道插入，并且相对于彼此可旋转，例如，当启动驱动马达124时外部构件132能够围绕内部构件134相对于外壳122旋转。如图3所示，外部构件132的远端向远侧延伸超出内部构件134的远端。替代地，不需要提供内部构件134，或者内部构件134可以配置成相对于外壳122旋转，而外部构件132相对于外壳122固定。
参考图2和图3，活检组件110的远端部分140布置在长形挠性本体部分130的远端处并且包括螺杆构件142和传感器组件145。螺杆构件142固定地接合到外部构件132的远端，以使得外部构件132的旋转实现螺杆构件142的类似旋转。螺杆构件142由不锈钢或其他合适的材料刚性地形成并且限定具有中空内部143的螺旋配置，所述中空内部配置成接收和保持组织样本，如下文详述。螺杆构件142还限定尖的远侧末端144a和多个面向近侧的倒钩144b。远侧末端144a便于螺杆构件142通过组织和围绕组织样本前进，而面向近侧的倒钩144b便于围绕组织样本对组织取芯。
如图3所示，传感器组件145包括接合到内部构件134的远端的传感器外壳146。由于外部构件132的远端向远侧延伸超出内部构件134的远端，因此传感器外壳146布置在外部构件132内，在螺杆构件142的近侧。在不提供内部构件134的实施例中，传感器组件145可以朝着外部构件的远端并且在螺杆构件142的近侧接合在外部构件132内。传感器外壳146在其中封装传感器148并且由不干扰传感器148的操作的任何合适的材料刚性地形成。当远端部分140前进通过患者的气道时，传感器148与跟踪系统70(图1)相结合能够跟踪活检组件110的远端部分140，如下文详述。因此，附加地参考图1，计算机80、监视设备60和/或任何其他合适的显示器可以配置成将三维模型和选择的路径(两者在规划阶段期间生成)与远端部分140的传感器148的当前位置一起显示以便于将远端部分140导航到靶组织和/或相对于靶组织操纵远端部分140。为了该目的而适合与活检组件110一起使用的各种传感器148在下文详述(参见图6-8)。
如图2和图4A清楚地所示，鞘组件150包括长形鞘160和在鞘160的近端处接合到鞘160的滑动件170。鞘160围绕活检组件110的远端部分140和本体部分130可滑动地布置并且可以尺寸确定成大体上接近于活检组件110的远端部分140的外部径向尺寸，以使得活检组件110限定低型面配置。鞘160能够相对于活检组件110在延伸位置(图1和图5A)和缩回位置(图2和图5B-5D)之间移动，在所述延伸位置，鞘160延伸到或者超出活检组件110的远端以在活检工具100通过气管镜50、EWC96和/或患者的气道插入到靶组织期间保护活检组件110并且防止远端部分140的损坏，在所述缩回位置，鞘160缩回以暴露活检组件110的远端部分140的螺杆构件142。作为延伸和缩回的替代，鞘组件150可以配置成一旦活检组件110按照要求被定位就从活检组件110周围完全收回。
参考图4A，滑动件170围绕活检组件110的近侧手柄部分120的外壳122可滑动地布置，并且如上所述地接合到鞘160的近端。滑动件170能够围绕外壳122选择性地滑动以在延伸位置和缩回位置之间移动鞘160。锁定机构(未示出)也可以被提供用于将滑动件170选择性地锁定在延伸位置和/或缩回位置。
现在参考图4B，作为电动或马达驱动的替代，活检组件110可以附加地或替代地配置成用于与手动驱动的近侧手柄部分120’一起使用。近侧手柄部分120’包括具有手动可操纵元件124’的外壳122’，所述手动可操纵元件可旋转地联接到外壳122’并且可操作地接合到外部构件132以便手动地驱动活检组件110的旋转。更具体地，当相对于外壳122’手动旋转元件124’时，外部构件132类似地旋转，由此实现螺杆构件142(图2-3)的类似旋转以通过组织和围绕组织样本推进螺杆构件142(图2-3)。
现在参考图5A-5D，结合图1，描述使用活检工具100来获得组织样本(活检阶段)。一旦已完成规划阶段和导航阶段，并且LG92已从EWC96去除，将鞘160布置在延伸位置的活检工具100就可以通过气管镜50和EWC96插入到靶组织。如上所述，当前进通过患者的气道时，活检工具100的传感器148与跟踪系统70相结合就能够跟踪传感器148。由此，即使在远端部分140从EWC96向远侧延伸之后，也可以跟踪远端部分140的位置，因此允许螺杆构件142导航到靶组织和/或相对于靶组织操纵螺杆构件142以保证螺杆构件142相对于靶组织的正确定位并且允许避开邻近靶组织的某些组织结构。在各种实施例的描述之后，下文将更详细地描述使用传感器148和跟踪系统70进行跟踪和导航。
参考图5A，一旦活检组件110的远端部分140根据要求被定位，鞘160就可以例如经由滑动件170围绕外壳122(图4A)朝近侧滑动而从延伸位置移动到缩回位置，从而暴露螺杆构件142。参考图5B-5D，在螺杆构件142暴露并且邻近靶组织定位的情况下，可以启动螺杆构件142，例如通过致动器125的致动以启动驱动马达124从而驱动外部构件132和因此驱动螺杆构件142的旋转。更具体地，螺杆构件142可以被启动以在第一方向上旋转，使得在前进到组织中期间螺杆构件142由远侧末端144a引导。接合到内部构件134的传感器组件145(图3)不随着螺杆构件142一起旋转，而是如上所述，螺杆构件142和外部构件132围绕和相对于内部构件134且因此围绕和相对于传感器组件145旋转。因而，即使当螺杆构件142正在主动旋转时，传感器148(图3)的取向和位置仍然可以容易地确定并且向操作者显示。替代地，如上所述，不需要提供内部构件134，并且传感器组件145可以接合在外部构件132内以使得传感器组件145与之一起旋转。
继续参考图5B-5D，在螺杆构件142启动(例如，相对于靶组织在第一方向上旋转)的情况下，螺杆构件142可以前进到靶组织中，以使得组织样本被接收在螺杆构件142的中空内部143中，同时远侧末端144a和面向近侧的倒钩144b便于围绕组织样本对组织取芯。传感器148(图3)能够在组织取样期间跟踪螺杆构件142，以使得外科医生可以容易地确定螺杆构件142相对于组织的深度、插入角度等，因此有助于确保以最小的组织损伤获得合适的组织样本。尽管传感器148(图3)从螺杆构件142移位，但是活检组件110的远端部分140的构造能够精确地确定螺杆构件142在患者的气道内和相对于靶组织的定位。实际上，尽管螺杆构件142相对于传感器148(图3)的旋转取向是可变的，但是当螺杆构件142相对于传感器148(图3)以固定的距离和角度布置时，计算机80(图1)的软件可以配置成基于从跟踪系统70(图1)接收的传感器148(图3)的位置数据来提供螺杆构件142的显示。
一旦足够的组织样本已被接收并且保持在螺杆构件142的中空内部143中，致动器125(图4A)就可以被释放(或以另外方式返回到非致动位置)，从而停用驱动马达124(图4A)并且停止外部构件132和螺杆构件142的旋转。另外，在有利的情况下，驱动马达124(图4A)可以在这时被启动以在相反的第二方向上旋转，以便于用倒钩144b围绕组织样本剪切或取芯，从而保证组织样本从靶位置完全分离并且将组织样本保持在中空内部143中。其后，可以从患者的气道、EWC96和气管镜50(图1)收回活检工具100并且从中取回组织样本以用于诊断测试或其他目的。鞘160可以在收回之前返回到延伸位置，或者可以在活检工具100的收回期间留在缩回位置。
现在参考图6-8，结合图1，描述配置用作活检工具100(参见图3)的传感器组件145的传感器148的各种不同传感器248、348、448(分别参见图6-8)，和/或LG92的传感器94。参考图6，示出了传感器248。传感器248包括多个场分量传感器元件251a、251b、252a、252b、253。每个传感器元件251a、251b、252a、252b、253形成为线圈并且布置用于感测由发射垫76(图9)生成的电磁场的不同分量。更具体地，第一对和第二对传感器元件251a、251b和252a、252b布置在传感器外壳246内，以使得每对相应的元件251a、251b和252a、252b离共同参考点254等距离，而传感器元件253以参考点254为中心。尽管在图6中显示为共线地布置，但是也可以设想传感器元件251a、251b、252a、252b、253的其他配置。此外，不同于提供五个传感器元件251a、251b、252a、252b、253且其中传感器元件253以参考点254为中心，例如可以提供六个传感器，其中传感器元件253设置为离参考点254等距离布置的一对元件。传感器248的上述配置能够使发射垫76和多个参考传感器74(图1)与跟踪模块72和计算机80(图1)一起导出传感器248在六个自由度上的位置，正如下文详述，并且如先前通过引用合并于本文中的美国专利US6188355以及公告的PCT申请WO00/10456和WO01/67035中进一步详述。
参考图7，传感器348示出为包括布置在传感器外壳346内的两个传感器部件351、353，每个部件351、353分别包括三个传感器元件352a、352b、352c和354a、354b、354c。每个传感器元件352a、352b、352c和354a、354b、354c配置为例如包括多匝导线的扁平矩形线圈，其弯曲以限定弓形。因而，元件352a、352b、352c和354a、354b、354c组合以限定第一和第二大体圆柱形部件351、353。部件351、353以参考轴线356为中心并且定位成使得元件352a、352b、352c和354a、354b、354c中的每一个离参考轴线356等距离并且使得部件351的元件352a、352b、352c中的每一个相比于部件353的对应元件354a、354b、354c分别偏移180度定向。因此，与传感器248(图6)类似地，传感器348能够使发射垫76和多个参考传感器74(图1)与跟踪模块72和计算机80(图1)一起导出传感器348的在六个自由度上的位置。
参考图8，传感器448包括三个线圈451、452、453。线圈451和452、453相对于外壳446成角度，同时线圈453沿周向布置在外壳446内。线圈451、452、453定向成位于彼此相互垂直的平面中并且共用共同的中心参考点454。通过共用共同的中心参考点454，每个线圈451、452、453的每个部分离中心参考点454等距离。此外，例如线圈共用共同的中心参考点454而不是相对于彼此纵向移位的这种配置允许传感器448的纵向尺寸最小化。然而，这样的配置仍然能够使发射垫76和多个参考传感器74(图1)与跟踪模块72和计算机80(图1)一起导出传感器448的在六个自由度上的位置。
参考图9，结合图1，示出了跟踪系统70(图1)的发射垫76的内部配置的实施例，但是也可以设想其他合适的配置。发射垫76是电磁辐射的发射器并且包括配置成连接到驱动电路(未示出)的三个大致平面的矩形环状天线77a、77b、77c的堆叠。
天线77a在第一水平方向上偏斜(当发射垫76为水平时)，以使得在天线77a的一侧上的环比在相对侧上的环更加靠拢。因此，天线77a产生的磁场在环靠拢的侧比在相对侧更强。通过测量在传感器组件(例如，活检工具100的传感器组件145(图3)或LG92的传感器94(图1))中由天线77a感生的电流的强度，就可以确定传感器组件在天线77a上方沿第一方向位于何处。
天线77b类似于天线77a，区别在于天线77b在垂直于第一方向的第二水平方向上偏斜。通过测量在传感器组件中由天线77b感生的电流的强度，就可以确定传感器组件在天线77b上方沿第二方向位于何处。
天线77c限定均匀(即，非偏斜)的配置。因此，天线77c产生均匀场，当发射垫76为水平时，所述均匀场在竖直方向上的强度自然地减小。通过测量在传感器组件中感生的场的强度，就可以确定传感器组件位于天线77c上方多远的位置。
为了将一个磁场与另一个磁场区分开，使用独立频率生成天线77a、77b、77c的场。例如，天线77a可以被供应以2.5kHz振荡的交流电流，天线77b可以被供应以3.0kHz振荡的交流电流，并且天线77c可以被供应以3.5kHz振荡的交流电流，但是也可以设想其他的配置。由于使用独立频率，因此传感器组件中的每一个传感器部件(例如，参见图6-8)将具有在其线圈中感生的不同的交流电流信号。
附加地参考图1，在使用中，与跟踪系统70关联的驱动电路(未示出)的信号发生器和放大器用于以其相应频率驱动发射垫76的天线77a、77b、77c中的每一个。由发射垫76生成的电磁波由传感器组件的各种传感器元件、例如配置成用于与活检工具100(图3)的传感器组件145一起使用的传感器248、348、448(分别参见图6-8)或LG92的传感器94的传感器元件接收，并且转换成经由参考传感器74感测的电信号。跟踪系统70还包括接收电路(未示出)，其具有用于接收来自参考传感器74的电信号并且处理这些信号以确定和记录传感器组件的位置数据的合适的放大器和A/D转换器。计算机80可以配置成接收来自跟踪系统70的位置数据并且例如在计算机80、监视设备60或其他合适的显示器上以三维模型显示并且相对于在规划阶段期间生成的选定路径显示传感器组件的当前位置。因此，能够容易地实现将活检工具100(图3)和/或LG92导航到靶组织和/或相对于靶组织操纵活检工具100(图3)，正如上文详述。
图10A-10B示出配置成用于与活检组件110(图1-5D)一起使用的螺杆构件1142的另一实施例。螺杆构件1142类似于螺杆构件142(图2-3)，并且因此为了简洁起见下文将仅详细地描述两者间的区别。
螺杆构件1142配置成用于固定接合到外部构件132(图2-3)的远端，以使得外部构件132(图2-3)的旋转实现螺杆构件1142的类似旋转。螺杆构件1142限定螺旋配置，所述螺旋配置具有配置成接收和保持组织样本的中空内部1143、尖的远侧末端1144a、和多个面向近侧的倒钩1144b。螺杆构件1142还包括支撑板1146，所述支撑板例如经由焊接和其他合适的方法固定到螺杆构件1142的外表面并且沿其纵向地延伸。更具体地，支撑板1146固定到螺旋形螺杆构件1142的多个“螺纹圈”从而抑制例如在螺杆构件1142的插入期间的螺杆构件1142的轴向收缩、以及例如在螺杆构件1142的收回期间的螺杆构件1142的轴向膨胀。支撑板1146还包括锐化纵向刃1147，当螺杆构件1142前进到组织中时，所述锐化纵向刃配置成便于围绕组织样本对组织取芯。螺杆构件1142能够以另外的方式类似地配置或者包括螺杆构件142(图2-3)的任何特征，反之亦然。
参考图11，示出了配置成用于与活检组件110(图1-5D)一起使用的螺杆构件2142的另一实施例。螺杆构件2142类似于螺杆构件142(图2-3)，区别在于螺杆构件2142限定了具有第一螺杆臂和第二螺杆臂2144、2146的双螺旋配置。每个螺杆臂2144、2146包括尖的远端2145、2147并且可以包括螺杆构件142(图2-3)和/或螺杆构件1142(图10A-10B)的任何特征。螺杆构件2142的双螺旋配置提供例如分别在臂2144、2146的尖的远端2145、2147处的两个“起点”，从而当螺杆构件2142初始前进到组织中时便于启动组织取芯。该配置也提供了增大的切削表面区域(原因是有两个臂而不是一个)，以便于在螺杆构件2142前进通过组织期间对组织取芯并且使每个臂能够具有相对更大的节距长度，同时仍然提供充分的切削效果。
尽管已在图中示出了本公开的若干实施例，但是本公开不应受限于此，原因是本公开应当在范围上与本领域所允许的一样宽并且应当类似地阅读说明书。因此，以上描述不应当被理解为限制性的，而仅仅是特定实施例的举例说明。本领域技术人员能够在所附权利要求的范围和精神内得到其他的变型方案。

Claims (18)

1.一种活检工具，其包括：
限定远端的长形挠性本体；
传感器组件，所述传感器组件朝着所述长形挠性本体的远端布置在所述长形挠性本体内并且包括配置成能够检测所述传感器组件在患者的气道内的位置的至少一个位置传感器；以及
螺杆构件，所述螺杆构件联接到所述长形挠性本体的远端并且从所述长形挠性本体向远侧延伸，所述螺杆构件定位在所述传感器组件的远侧，所述螺杆构件限定具有中空内部的螺旋配置并且配置成用于同时地相对于组织旋转和前进到组织中以在所述中空内部中获得组织样本。
2.根据权利要求1所述的活检工具，其还包括联接到所述长形挠性本体的近端的近侧手柄部分，所述近侧手柄部分包括外壳，所述外壳具有布置在所述外壳内的驱动马达，所述驱动马达配置成用以旋转所述螺杆构件。
3.根据权利要求2所述的活检工具，其中，所述近侧手柄部分还包括配置成用于选择性地启动所述驱动马达的致动器。
4.根据权利要求3所述的活检工具，其中，所述近侧手柄部分还包括布置在所述外壳内的电池，并且所述致动器的致动接通所述电池和所述驱动马达之间的电路以启动所述驱动马达。
5.根据权利要求1所述的活检工具，其还包括联接到所述长形挠性本体的近端的近侧手柄部分，所述近侧手柄部分配置成用于手动操作以驱动所述螺杆构件的旋转。
6.根据权利要求1所述的活检工具，其中，所述螺杆构件是刚性的。
7.根据权利要求6所述的活检工具，其中，所述螺杆构件由不锈钢制造。
8.根据权利要求1所述的活检工具，其中，所述螺杆构件限定远侧切削末端。
9.根据权利要求1所述的活检工具，其中，所述螺杆构件包括至少一个面向近侧的倒钩。
10.根据权利要求1所述的活检工具，其中，所述螺杆构件包括第一螺杆臂和第二螺杆臂，每个螺杆臂限定螺旋配置。
11.根据权利要求1所述的活检工具，其中，所述螺杆构件包括支撑板，所述支撑板固定到所述螺杆构件的外部并且沿着所述螺杆构件纵向地延伸，所述支撑板配置成用以保持所述螺杆构件的固定的轴向长度。
12.根据权利要求11所述的活检工具，其中，所述支撑板限定锐化纵向刃以便于切削组织。
13.根据权利要求11所述的活检工具，其中，所述支撑板固定到所述螺杆构件的至少两个不同的螺纹圈。
14.根据权利要求1所述的活检工具，其中，所述传感器组件包括传感器外壳，所述传感器外壳在其中封装所述至少一个位置传感器。
15.根据权利要求14所述的活检工具，其中，所述传感器外壳是刚性的。
16.根据权利要求1所述的活检工具，其还包括鞘，所述鞘围绕所述长形挠性本体能滑动地布置并且能够在延伸位置和缩回位置之间移动，在所述延伸位置，所述鞘向远侧至少延伸到所述螺杆构件的远端，在所述缩回位置，所述鞘定位在所述螺杆构件的近侧以暴露所述螺杆构件。
17.根据权利要求1所述的活检工具，其中，所述至少一个位置传感器包括配置成能够检测所述传感器组件的在六个自由度上的位置的多个传感器部件。
18.根据权利要求1所述的活检工具，
其中，所述长形挠性本体包括外部构件和布置在所述外部构件内的内部构件，所述外部构件能够围绕所述内部构件且相对于所述内部构件旋转并且限定延伸超出所述内部构件的远端的远端，
其中，所述传感器组件接合到所述内部构件的远端，从所述内部构件向远侧延伸，并且布置在所述外部构件内，并且
其中，所述螺杆构件接合到所述外部构件的远端并且从所述外部构件向远侧延伸，以使得所述外部构件的旋转实现所述螺杆构件相对于所述内部构件和所述传感器组件的旋转。
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