CN108433824B - 具有封闭框架弧形引导件的医疗引导装置 - Google Patents

具有封闭框架弧形引导件的医疗引导装置 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种医疗引导装置，其通过经由封闭框架的弧形引导件减少在将医疗工具插入患者中时涉及的人为误差，能够改进医疗手术的精度和准确度。

Description

具有封闭框架弧形引导件的医疗引导装置
技术领域
本公开总体涉及用于医疗引导装置的设备和方法，更具体地涉及含有封闭框架弧形引导件的医疗引导装置。
背景技术
在手术过程中医疗工具的准确而精确的操作和定向是成功使用这些工具的关键因素。具体地，在经皮介入中根据基于医疗图像(例如计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI))的规划插入针状工具时，医疗工具的准确而精确的定向特别关键。
此外，医疗工具的定向的直观理解减轻了手术过程的困难。
为了实现医疗工具的准确而直观的定向，并且降低其用户依赖性，已经公开了不同的系统和方法。
举例来说，美国专利No.9,408,627(下文称作“‘627专利”)公开了一种全身立体定向针放置装置。该装置具有圆形基板、在基板上旋转的半圆形旋转弧、引导置于针定径管中的针的针引导件、针引导件罩、以及将针引导件罩锁定到针引导件上的锁定销。另外，美国专利No.9,125,676(下文称作“‘676专利”)公开了类似的全身立体定向针放置装置，其具有将垂直于圆形基板的半圆形旋转弧锁定的锁定销。
然而，现有技术存在多个缺点，限制和妨碍了医疗装置的使用。例如，在‘627专利和‘676专利中详述的装置的半圆弧引导件是具有两端的悬臂形状，并且利用这两端附接到圆形基板或者支撑环。悬臂形状在两端处顺从于引发力，并且在组装这些引导件时可能在两端处因这些引发力而发生较大的变形。因此，‘627专利和‘676专利中的半圆弧引导件在附接在圆形基板或支撑环上时可能具有组装误差和较低的位置准确度。该组装误差也包含在各个装置和不同的组装过程中的位置准确度偏差。
而且，由于这两端面对不同的零件，夹持这两端可能具有较低的刚度和错位空间。因此，半圆弧引导件在受到来自半圆弧引导件正在引导的医疗工具的力时不能精确地维持引导位置。而且，当半圆弧引导件由于制造而具有残余应力时，残余应力因为这两端的错位而能够使得引导件的位置准确度变差。
此外，通过使用锁定销将‘676专利中的半圆弧引导件锁定并保持垂直于圆形基板和支撑环。具有该锁定销的组件可能包括较大的角度误差，因为锁定销的固定位置靠近角的三角顶点，并且以小的位置误差增加了角度误差。同时，当半圆弧引导件不用锁定销解锁时半圆弧引导件自由旋转到该角度误差方向。因此，‘676专利中的半圆弧引导件可能具有较大的角度误差和在每次组装过程中较大的角度误差偏差。
此外，锁定销和固定螺钉是用户在手术区域中被迫处理的小零件。这些零件可能丢失并且可能干扰介入的流畅进展。
对于‘627专利，圆形基板使环脊露出到外部环境，环脊是用于半圆弧引导件的支承表面。在该构造中，在介入期间支承表面存在从外部环脊积累灰尘和流体的风险。
因此，特别有益的是公开一种医疗引导装置和方法，其解决现有技术的缺点并且改进技术，以获得更安全、更准确、更精确的设备和利用该设备的方法。
发明内容
本公开教导一种医疗引导装置，其通过使用具有弧形引导件和封闭框架结构的针引导件而结合有非常刚硬的引导件。因此，医疗引导装置能够以精确一致的方式将医疗工具沿着规划轨迹引导至目标位置。
在各个实施例中，即使在医疗工具插入之后，也能通过使用在第一圆周部分中的空间从可动结构拆装针引导件。通过拆卸针引导件，医生能够使用主开口对患者进行必要的治疗，并且能够避免对插入针的潜在障碍而不用移动装置的其余部分。除此之外，医疗引导装置仅仅具有一个在可动环和针引导件之间的机械接口，并且能够提供几乎最少的组装步骤来拆装针引导件。因此，医疗引导装置能够增加介入效率，并且减少由组装引起的位置误差和人为因素误差。
在其它实施例中，针引导装置在基板上容纳用于可动环的支承零件。因此，支承零件能够在介入和储存期间通过避免外部环境的灰尘和液体而保持干净表面。
在本公开的其它实施例中，医疗引导装置可以利用具有中央标记的粘性层，以通过将可动环的旋转轴线位置对齐到医生规划的皮肤进入点而最小化装置的安装误差。因此，粘性层能够减少将装置施加到患者所需的动作量。因此，装置能够减少介入时间。
在其它实施例中，与将装置用胶布粘到患者上或者将装置拧到患者上的情况相比，本公开的医疗引导装置通过在底面上具有粘性层而能够减少占用空间。因此，该装置能够提供更宽的手术空间并且能改进可用性和可视性。
在其它实施例中，在粘性层中的剥离部分的实施允许医生首先利用中央标记施加装置，然后形成主开口。因此，该装置能够以最少的步骤实现精确的安装位置和用于介入的宽开口。
在本公开的不同实施例中，在第一圆周部分上或者在引导表面上包括与另一部分不同的颜色，这能够减少将引导表面与弧形引导件中的相反表面混淆的人为因素误差。
在其它实施例中，本公开的引导装置可以在弧形引导件上结合角度基准标记，以为医生提供精确的角度信息。通过将角度基准标记和引导表面相组合，医生能够在三维空间中确定医疗工具的插入轨迹。而且，角度基准标记在医生用于引导医疗工具的医疗图像中是可见的。医生能够将规划的轨迹或者插入的医疗工具与医疗图像中的角度基准标记对比，并且确定医疗图像中的目标角度标记。因此，医疗引导装置能够改进插入准确度以及在具有不同技能和经验的人员之间的偏差。
从而，通过使得引导表面在医疗图像中可见，医生能够在医疗图像中直观迅速地发现引导表面。因为规划轨迹或插入的医疗工具靠近引导表面定位，所以医生能够通过将医疗图像中的引导表面与规划轨迹或插入的医疗工具对比而在图像中评估和确定新轨迹。
在又一实施例中，医生能够直观迅速地发现包括角度基准标记的截面图像。因此，医生能够直观迅速地使用医疗图像中的角度基准标记。
在不同的实施例中，角度基准标记可以由发光体制成，使得角度基准标记在手术室的不同照明环境中增加了可见性。举例来说，当角度基准标记是LED阵列时，医疗引导装置能够仅仅点亮医生可能关注的角度基准标记。因此，医疗引导装置增加了介入效率，减少了使用医疗引导装置的人为因素误差和精神压力。
在不同的实施例中，医疗引导装置可以将可动环的实时定位与旋转编码器相结合，从而允许医生精确地定位可动环。因此，医疗引导装置能够减少将可动环调节到规划位置的人为因素误差和精神压力。
在构思的其它实施例中，通过用基板和可动环容纳旋转编码器，旋转编码器及其标尺能够保持它们之间的间隙干净而免于外部环境污染。同样，医疗引导装置能够增加鲁棒性和装置操作的稳定性。具体地，因为基板接近介入区域，所以该功能对于在介入中使用医疗引导装置很重要。
在其它实施例中，医疗引导装置包括具有微控制器的指示器，其能够交互地反应可动环的实时位置。因此，医疗引导装置能进一步减少将可动环调节到规划位置的人为因素误差和精神压力。另外，通过将控制器盒与安装在患者上的零件分离，医疗引导装置能够减少要暴露于成像场中的电子器件。因此，医疗引导装置能够减少图像质量的劣化。而且，通过从安装在患者上的零件减少电子器件，医疗引导装置能够减少需要消毒的电子器件。而且，医疗引导装置能够减少安装在患者上的零件的占用空间，并且能够为医生提供更宽的介入区域。
在结合附图和提供的段落阅读以下对本公开示例性实施例的详细描述时将清楚本公开的这些和其它目的、特征和优点。
附图说明
在结合示出本发明的示例性实施例的附图时，本发明的其它目的、特征和优点将从以下详细描述中变得更加明显。
图1(a)是根据本主题的一个或多个实施例的医疗引导装置的俯视图。
图1(b)是根据本主题的一个或多个实施例的图1(a)的线A-A处的截面图。
图1(c)是根据本主题的一个或多个实施例的图1(a)的线B-B处的截面图。
图2(a)是根据本主题的一个或多个实施例的医疗引导装置的俯视图。
图2(b)是根据本主题的一个或多个实施例的图2(a)的线A-A处的截面图。
图2(c)是根据本主题的一个或多个实施例的图2(a)的线B-B处的截面图。
图3(a)是根据本主题的一个或多个实施例的组装的医疗引导装置的透视图。
图3(b)是根据本主题的一个或多个实施例的在图3(a)中提供的组装的医疗引导装置的分解图。
图3(c)是根据本主题的一个或多个实施例的在图3(a)中提供的组装的医疗引导装置的一部分的详视图。
图4(a)至图4(d)提供了根据本主题的一个或多个实施例的医疗引导装置的一个或多个部件的各种设计。
图5提供了根据本主题的一个或多个实施例的包括控制器盒的医疗引导装置的系统示意图。
在附图中，除非另外说明，否则相同的附图标记用于表示所示实施例的相似的特征、元件、部件或部分。此外，包括标号“’”的附图标记(例如12’或24’)表示同一特性和/或类型的元件和/或参考。而且，虽然现在将参照附图详细描述本公开，但是是与示例性实施例相关进行描述。能够对所述实施例进行改变和修改而不脱离由所附段落限定的本公开的真实范围和精神。
具体实施方式
本公开详细描述能够被操纵以用于引导通过通道的医疗装置。更具体地，本医疗装置具有用于接收医疗工具和装置的腔体以及引导或操纵医疗工具或装置通过通道的能力，医疗工具和装置包括内窥镜、摄像机和导管。
图1(a)至1(c)提供了根据本主题的一个或多个实施例的医疗引导装置1的视图，包括图1(b)和1(c)中详述的截面图。医疗引导装置1包括基板2、可动环11、可拆卸引导件3、弧形引导件4和主开口8。基板2在安装表面10处安装在患者上。基板2也具有环状并且与可动环11(图1(b)和1(c))接合。可动环11能够利用基板2上的支承12而围绕轴线E旋转。轴线E经过安装表面10上的点C。而且，基板2和可动环11具有密封结构13，密封结构13保护支承12免于外部环境的污染。
可动环11还包括机械接口18(图1中未示出)。利用机械接口18，环形框架3与可动环11接合。环形框架3与弧形引导件4一体制成，并且包括空间7以释放医疗工具22(图1中未示出)。弧形引导件4一体附接在环形框架3上，并且在主开口8上方桥接在环形框架3上。弧形引导件4还包括引导表面5和角度基准标记9。引导表面5包括轴线E并且具有从引导表面5朝向箭头G产生引导区域的厚度D。角度基准标记9是线标记以表示在引导表面5上围绕点C的角度。通过围绕轴线E旋转可动环11，角度基准标记9也能够与引导表面5一起围绕轴线E旋转。通过使用角度基准标记9和可动环11，医疗引导装置1能够用点C定位远程操作中心的细网格，细网格是锥形网格，母线F沿着作为枢轴的点C。远程操作中心是医生操纵医疗工具的模型。点C能够对齐到医疗工具的皮肤进入点，皮肤进入点通过考虑接近皮肤的障碍而限定。利用固定的点C，医生能够通过使用可动环11和角度基准标记9的适当位置而选择通向目标的预期轨迹。在确定可动环11和角度基准标记9的位置之后，医生能够在目标角度基准标记9处利用引导表面5的引导而插入医疗工具。
当引导表面5引导医疗工具时，弧形引导件4将受到箭头H的力。箭头H的力被封闭框架6支撑。封闭框架6包括弧形引导件4和环形框架3的在引导区域的相反侧的一半。与悬臂形状(即，开口框架)相比，封闭框架6具有较大的刚度并且能够以较小的偏转应付箭头H方向的力。而且封闭框架6的刚度能够通过在保持引导区域中的开口的同时增加厚度D而增加。
在医疗工具插入后，环形框架3和弧形引导件4能够从可动环11拆卸。医疗工具能够穿过空间7。因此，即使在医疗工具(例如皮下消融探针)被束缚时也能拆卸环形框架3和弧形引导件4。
图2(a)至2(c)提供了根据本主题的一个或多个实施例的医疗引导装置1的各种视图，包括图2(b)和2(c)中详述的截面图。与图1(a)至1(c)中详述类似的部件由相同的附图标记表示，因此在上面提供的描述被引用结合而不再重复。
与图1(a)至1(c)所示的实施例不同的各种特征包括粘性层25。粘性层25是透明的，附接在基板2上并且在粘性层25的底面上包括安装表面10。该底面是粘性表面26并且能够将基板2固定在患者上。在粘性层25上印有中央标记27，中央标记27用十字符号表示点C。通过使用中央标记27，医生能够容易地将点C对齐到患者上的皮肤进入点。在安装医疗引导装置1之后，剥离部分31被移除并且产生主开口8。在移除剥离部分31之后，其余的粘性层25保持将基板10固定在患者上。
图3(a)至3(c)提供了根据本主题的一个或多个实施例的组装的医疗引导装置的视图，包括图3(b)中的分解图、以及在图3(a)中提供的组装的医疗引导装置的一部分的详视图(图3(c))。
如前所述，与前述实施例类似的部件由相同的附图标记表示，因此在上面提供的描述被引用结合而不再重复。
如图3(a)所提供的，基板2具有80mm的外径。主开口8的直径是60mm。60mm的主开口8为医生提供了足够的介入空间。具体地，在通过弧形引导件4引导第一医疗工具之后，医生能够将弧形引导件4与环形框架3分离，并且能够将第二医疗工具插入主开口8中而不用拆卸基板2。机械接口18A和18B是渐缩的。该渐缩特征能够对齐以将环形框架3以同心构造匹配至基板2。而且，该渐缩特征将角度基准标记9中的角度范围增加到浅角。而且，该渐缩特征增加了弧形引导件4的夹紧部分的宽度并且使得弧形引导件4对于来自医疗工具的力(图1中的力H)刚硬。
机械接口18A和18B包括键15A、15B和键槽16A、16B。在附接弧形引导件4的情况中键15A、15B中的一个面对齐到引导表面5的平面位置。而且，键槽16A、16B包括引导表面5的一部分(图3(c))。因此，通过将键15A、15B和键槽16A、16B接合，弧形引导件4能够准确而精确地对齐到设计位置。弧形引导件4具有仅仅位于引导表面5的相反侧上的圆角17。该圆角能够在医疗工具插入期间增加对于来自医疗工具的力(图1中的力H)的刚度并且增加引导表面5的位置准确度。
基板2还包括把手14。把手14在医疗工具插入期间为医生提供持握位置并且能够增加基板的稳定性。而且，把手14能够包括用于诸如CT和MRI的医疗图像的电子器件和可见标记，同时使得基板2的占用空间最小。在本实施例中的角度基准标记9由不透射线材料制成。因此，角度基准标记9是视觉可见的，而且在CT和X射线图像中可见。不透射线材料可以是塑料，包括硫酸钡、次碳酸铋、氯氧化铋、钨的填料。而且，引导表面5能够利用对照的不透射线塑料而在CT和X射线图像中可见。
现在将参照图4(a)至4(d)描述其它实施例，图4(a)至4(c)提供了根据本主题的一个或多个实施例的医疗引导装置的一个或多个部件的各种设计。同样，与前述实施例类似的部件由相同的附图标记表示，因此其描述被引用结合。
图4(a)中的弧形引导件4包括两个弧形引导件4A和4B。而且，引导表面5是在弧形引导件4A和4B之间的中间平面。而且，弧形引导件4B包括空间7B。在弧形引导件4A和4B之间的间隙略大于要使用的医疗工具的直径。通过参考朝向弧形引导件4A和4B的两侧的空间，能够容易地用眼睛发现中间平面。角度基准标记9印在两个弧形引导件4A和4B的顶面上。
通过用弧形引导件4A和4B的两个分离的物理表面来表示引导表面5，医疗工具不需要接触零件。因此，医生能够利用较好的触觉反馈来插入医疗工具。而且，利用指向两个弧形引导件4A、4B的调节空间，医生能够容易地将医疗工具调节到位于引导表面5上。
图4(b)中的弧形引导件4还包括弧形轨20、针引导件21。针引导件21能够沿着弧形轨20朝向箭头J滑动。针引导件21具有半筒形槽并且能够配合医疗工具22。针引导件21为医疗工具22提供了受限的引导。针引导件21通过将半筒形槽导向目标轨迹而能够准确地引导医疗工具22。具体地，当目标位置更确定时，针引导件21能够有效地增加准确度并且能够减少介入时间。
图4(c)中提供的医疗引导装置包括沿着基板2和弧形引导件4的周边的指示器19A和19B。指示器19A和19B是LED阵列并且由把手14中的电子器件电驱动。指示器19A和19B能够通过点亮最接近目标位置的LED而告知用户目标位置。因为医生不需要读取角度基准标记9，所以指示器19A和19B能够减少介入时间和医生的精神压力。
图4(d)中的弧形引导件4包括针保持件23。针保持件23在引导表面5的相反侧上具有类似的弧形轨结构并且能够沿着弧形引导件4滑动。而且，针保持件23能够从引导区域收回，并且能够沿着图4(d)中的箭头K附接到引导区域。针保持件23包括通孔和狭缝24。通孔足够大以较松地保持医疗工具22。在医疗工具22插入之后，针保持件23能够在该通孔处接收穿过狭缝24的医疗工具22。利用针保持件23，医疗工具22能够在通孔内自由地移动，而不会倒下。因此，针保持件23能够改进插入的医疗工具22的操纵管理，直到医疗工具22结束介入。
图5提供了根据本主题的一个或多个实施例的包括控制器盒的医疗引导装置的系统示意图。如前所述，与前述实施例类似的部件由相同的附图标记表示，同样其在先描述全部被引用结合。
图5是包括控制器盒28的医疗引导装置1的系统示意图。医疗引导装置1包括旋转编码器(图中未示出)及其传感器电路板。旋转编码器安装在基板2上并且由基板2和可动环11容纳。可动环11包括用于旋转编码器的标尺。旋转编码器能够测量可动环11的旋转位置。控制器盒28包括指示器29、微控制器和电池(图5中未示出)，并且通过电缆30电连接到医疗引导装置1。微控制器与传感器电路板通信。电池为指示器29、旋转编码器、传感器电路板和微控制器供电。指示器29能够利用数字指示器反应可动环11的实时旋转位置。

Claims (9)

1.一种医疗引导装置，用于引导医疗器械，包括：
基板，其包括基板开口和安装到患者的底面；
可动环，其可旋转地附接到基板，包括可动环开口，可动环开口对齐到基板开口以形成进入患者的主开口；
针引导件，其包括环形框架和弧形引导件，其中弧形引导件在其两端处附接到环形框架并包括引导表面，以提供引导医疗器械的基准平面，环形框架以同心方式可拆卸地附接到可动环，使得引导表面能够与可动环一起相对于基板旋转，其中：
环形框架包括由弧形引导件的两端分开的第一圆周部分和第二圆周部分；
第一圆周部分面向引导表面并且包括释放医疗器械的空间；
第二圆周部分与弧形引导件一起形成机械闭环，并且
所述弧形引导件包括两个弧形引导件，其中一个弧形引导件在与所述环形框架的第一圆周部分相同的一侧上包括构造成用于移除医疗器械的空间，其中所述弧形引导表面是在所述两个弧形引导件之间的中间平面。
2.根据权利要求1所述的医疗引导装置，其中，安装到患者的底面包括粘性层，粘性层具有面向患者方向的粘性表面，其中粘性层在底面上包括中央标记以表示可动环的旋转轴线的位置。
3.根据权利要求2所述的医疗引导装置，其中，粘性层包括剥离部分以在剥离部分被剥离时形成主开口。
4.根据权利要求1所述的医疗引导装置，其中，第一圆周部分或引导表面具有不同于另一部分的颜色。
5.根据权利要求1所述的医疗引导装置，还包括：
位于弧形引导件上的角度基准标记，其中角度基准标记表示在包括引导表面的平面上围绕在底面处的可动环的旋转轴线的位置的角度，其中角度基准标记是不透射线的或者在MRI图像中可见。
6.根据权利要求5所述的医疗引导装置，其中，引导表面是不透射线的或者在MRI图像中可见。
7.根据权利要求5所述的医疗引导装置，其中，角度基准标记是发光体。
8.根据权利要求1所述的医疗引导装置，还包括：
旋转编码器，其交互地测量可动环的位置；以及
电路板，其处理来自旋转编码器的信号，其中旋转编码器和电路板位于基板上并且被可动环至少局部覆盖。
9.根据权利要求8所述的医疗引导装置，还包括：
指示器，其指示装置的实时状态；
微控制器，其处理来自旋转编码器的信息和指示器和赋予旋转编码器的指令；以及
控制器盒，其包括微控制器，其中微控制器电连接到指示器和旋转编码器，并且控制器盒独立于基板、可动环和针引导件。
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