CN109068993B - 可调节托架组件 - Google Patents

Abstract

在说明性的实施例中，一种用于相对于患者平台调节患者的头部位置的可调节托架组件包括底座部分和托架部分，底座部分具有一对竖直支撑构件。竖直支撑构件可以各自包括用于设置托架部分相对于底座部分的竖直高度的至少一个定位孔。托架部分可以包括用于容纳头部固定环的通道。托架部分可以包括用于与每一个竖直支撑构件的定位孔对准的至少一组调节连接点。托架可以枢转地连接到竖直支撑构件，使得可以调节固定在头部固定装置中的患者的头部位置的俯仰角。一组调节机构可以在选择的横向和/或俯仰位置处将托架可释放地固定到底座。

Description

可调节托架组件

相关申请

本申请要求2016年4月15日递交的题为“Adjustable Cradle Assembly”的序列号为62/323,327的美国临时专利申请的优先权。

本申请通过引用将Andrews等人的涉及组织的图像引导治疗的以下在先专利整体包含在内：2015年3月18日递交的题为“Image-Guided Therapy of a Tissue”的美国专利9,433,383，以及Tyc等人的涉及轨迹规划的以下在先专利：2014年12月1日递交的题为“Probe Driver”的美国专利No.9,211,157。所有以上确定的申请均通过引用整体并入本文。

背景技术

用于癌性脑肿瘤的一种众所周知的治疗方法是手术。具体地，手术涉及开颅术(即，移除颅骨的一部分)、剥离以及全部或部分肿瘤切除。手术的目的包括移除脑内活性恶性细胞或减少其数量，以及减少由于肿瘤对邻近脑结构的影响而导致的疼痛或功能障碍。然而，就其本质而言，手术具有高度侵入性和风险。此外，对于某些肿瘤，手术时常仅部分地有效。在其他肿瘤中，手术本身可能是不可行的，它可能具有对患者造成损害的风险，患者可能无法忍受，和/或可能涉及显著的成本和恢复。

用于癌性脑肿瘤的另一种众所周知的治疗方法是立体定向放射外科(SRS)。具体地，SRS是一种治疗方法，通过该方法，多个交叉的放射束指向肿瘤，使得束的交叉点接收致命剂量的放射，而任何单个束的路径中的组织保持完好。SRS是非侵入性的并且通常作为单个门诊手术进行。然而，时常在治疗后数月内无法确认肿瘤已被杀死或中和。此外，在可能需要高剂量放射来杀死肿瘤的情况下(例如在多发性或复发性肿瘤的情况下)，患者在杀死所有肿瘤之前达到“中毒阈值”是常见的，在这种情况下进一步放射是不可取的。

最近，已经研究了通过“热”(也称为发热疗法或热疗法)来治疗肿瘤。具体地，已知在高于57℃时，所有活组织几乎立即且不可修复地受损并且通过称为凝固性坏死或消融的过程而被杀死。恶性肿瘤由于其高血管化和改变的DNA而比正常组织更容易受到热引起的损伤。可以使用各种类型的能量源，例如激光、微波、射频、电和超声源。根据应用和技术，热源可以是体外的(即，在人体的外部)、外膜的(即，在肿瘤的外部)或间质的(即，在肿瘤的内部)。

已知可以使用磁共振成像系统确定待切除的肿瘤和其他病变的位置。尽管这些成像系统有助于帮助外科医生确定待切除肿瘤的位置，但是一旦为外科医生绘制出肿瘤的位置，则成像系统的用途就结束了。特别地，先前的切除手术需要在开始治疗之前将患者从成像系统中移除。然而，患者的移动以及一些组织的部分切除或凝固可能显着地改变待切除肿瘤的位置。因此，消除了在切除中提供受控精度的任何可能性。

需要一种装置，其允许医生精确地固定患者头部的位置，同时避免干扰通常用于将治疗探针引导到肿瘤块中的轨迹引导器械。因此，存在迄今为止尚未解决的需求来建立一种头部固定装置，该头部固定装置无论进入点位于何处都能够精确地固定患者头部的位置以允许无阻碍地接近进入患者头部的进入点。

发明内容

前述说明性实施方式的一般描述及其以下详细描述仅是本发明的教导的示例性方面而不是限制性的。

在某些实施例中，用于相对于患者平台调节头部固定装置的可调节托架组件可以包括具有一对突片的底座，每个突片包括用于设置相对于平台的竖直高度的定位槽。托架可以在这对突片之间对准，并且包括容纳头部固定环的通道。托架还可以包括至少一组调节连接点，调节连接点可以与相应突片的至少一个定位槽对准。一组调节机构可以通过相应突片的选择的定位槽可释放地连接到托架的相应调节连接点，以将托架在选择的锁紧位置处锁紧到底座。固定在头部固定环中的患者的头部位置的俯仰角可以基于选择的锁紧位置相对于平台来调节。可调节托架组件可以与用于立体定向手术和医学成像的平台一起使用，并且允许固定在头部固定环中的患者的角度头部位置相对于平台的多个调节自由度。

在某些实施例中，在患者镇静并且完成轨迹规划过程之后，可以将微型框架和/或头部固定环附接到患者的头部。在进行轨迹规划过程的手术室中，头部固定环可以固定到固定到患者平台的可调节托架组件。

本文描述的实施例的益处包括允许患者头部的位置精确地固定在平台上的特定位置处并且在托架组件内的特定俯仰角和侧倾角处，同时避免干扰可以用于将治疗探针引导至治疗空间(例如，肿瘤块)的轨迹仪器。

本文描述的实施例的益处还包括通过包括控制器的计算系统提供远程调节可调节托架组件的托架的俯仰角并且因此远程调节连接到托架组件的患者头部的俯仰角的能力，该控制器被配置为向设置在托架组件的调节机构上或附近的致动器发出控制信号。另外，各种传感器可以设置在托架组件的部件上或内，这些传感器允许控制器基于由传感器获得的位置和角度方向数据自动确定托架组件的托架的位置和/或角度方向，并且控制器可以向致动器发出控制信号以便调节机构基于接收的传感器数据调节底座的横向位置或托架的俯仰角。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了一个或多个实施例，并与说明书一起解释了这些实施例。附图未必按比例绘制。所附图表和图片中所示的任何数值尺寸仅用于说明目的，并且可能代表也可能不代表实际或优选的数值或尺寸。在适用的情况下，可能未示出一些或所有特征以帮助描述根本特征。在附图中：

图1A示出了附接到平台、头部线圈支撑件和头部固定环的托架组件的立体图；

图1B示出了包括底座、托架和一组调节机构的托架组件；

图1C示出了包括两件式底座、托架和一组调节机构的托架组件；

图1D示出了用于托架组件的不同类型的调节机构；

图2A和2B示出了用于托架组件的底座的立体图；

图2C和2D示出了用于托架组件的两件式底座的立体图；

图2E示出了用于托架组件的底座的突片的侧视图；

图2F示出了用于托架组件的底座的突片的侧视图；

图2G和2H示出了可伸展底座的立体图；

图3A示出了包括一对突起部的托架的立体图；

图3B示出了托架的另一个立体图，该托架包括构造为将头部固定环锁紧到托架的通道中的一对柱和旋钮；

图3C示出了可伸展托架的立体图；

图4A是附接到平台上、头部线圈支撑件和头部固定环的托架组件的立体图；

图4B是附接到平台上、头部线圈支撑件和头部固定环的托架组件的立体图；

图5A-5C示出了y平面中的一系列图，阐释了托架组件相对于平台和头部线圈支撑件的俯仰调节；

图6是使用托架组件的示例性方法的流程图；

图7是具有钻孔的患者颅骨以及展开进入患者颅骨的感兴趣区域中的治疗装置的横截面图；

图8是用于控制托架组件的远程调节的示例性电路的框图；和

图9示出了用于控制托架组件的远程调节的方法的示例性流程图。

具体实施方式

以下结合附图阐述的描述旨在描述所公开主题的各种说明性实施例。结合每个说明性实施例描述了具体的特征和功能；然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体特征和功能每一者的情况下实施所公开的实施例。

在整个说明书中提及“一个实施例”或“实施例”是指结合实施例描述的具体特征、结构或特性包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定是指相同的实施例。此外，具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。此外，所公开的主题的实施例旨在涵盖其修改和变化。

必须注意，如说明书和所附权利要求中所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数对象。即，除非另有明确说明，否则如本文所用，词语“一”、“一种”、“该”等具有“一个或多个”的含义。另外，应理解诸如“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“侧”、“高度”、“长度”、“宽度、“上”、“下”、“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”等本文中可能使用的术语仅仅描述参考点而不一定将本公开的实施例限制为任何特定的方向或配置。

此外，诸如“第一”、“第二”、“第三”等术语仅仅表示如本文所公开的多个部分、部件、步骤、操作、功能和/或参考点中的一个，并且同样地不一定将本公开的实施例限制于任何特定的配置或方向。

此外，术语“近似”、“大约”、“接近”、“微小变化”和类似术语通常是指包括在20％、10％或在某些实施例中优选5％的限度内的确定值的范围以及它们之间的任何值。

除非明确说明或者其中特征或功能与另外的实施例不兼容，否则结合一个实施例描述的所有功能旨在适用于下面描述的另外的实施例。例如，在结合一个实施例明确描述给定特征或功能但未明确提及结合替代实施例的情况下，除非特征或功能与替代实施例不相容，否则应该理解发明人旨在可以结合替代实施例展开、利用或实现该特征或功能。

本公开的方面可以涉及一种可调节托架组件，其用于允许多自由度地调节固定在头部固定环中的患者相对于平台的角度头部位置。使用托架组件的调节机构可以调节患者头部的侧倾角和俯仰角中的至少一个，从而产生调节位置。在一个示例中，托架组件包括底座、具有配置成容纳头部固定环的通道的托架、和允许调节头部固定环相对于平台的侧倾、俯仰角、横向位置、纵向位置以及竖直位置的一组调节机构。可调节托架组件可以配置成与立体定向手术(例如放射外科手术)和医学成像(例如磁共振成像(MRI))中使用的平台一起使用。

转到附图，图1A是根据示例的附接到平台102并且可释放地保持头部固定环106的托架组件100的立体图。根据示例，一组调节机构130和140被配置成在一组增量角度调节中将头部固定环106在托架组件100中锁紧。在一个示例中，托架组件100可以使用图4A和图4B中示出的一组调节机构440附接到平台102或头部线圈支撑件104。在另一个示例中，托架组件100可以使用该组调节机构440附接到平台102和头部线圈支撑件104两者。在另一个示例中，平台102可以被认为包括头部线圈支撑件104和一组手柄108。平台102可以被配置为适配和连接到各种不同的台，例如包括具有不同MRI机器的变化MRI台的手术台和诊断台。例如，患者可以定位在平台102上并且被托架组件100部分地约束，用轮子移动到外科手术室或成像室，然后使用手柄108转移到手术台或诊断台。或者，患者可以定位在连接到或包括托架组件100的床或台上。

在一些实施例中，托架组件100用于执行医学成像，例如MRI。诸如MRI线圈的头部线圈(未示出)可以固定到头部固定环106和/或头部线圈支撑件104上。图5A-图5C提供说明性示例，该示例示出了在托架组件100的y平面中的俯仰调节，根据示例，其在头部固定环106相对于平台102和头部线圈支撑件104之间产生不同的俯仰角。下面提供描述托架组件100的不同示例的其他细节。

在一些实施方式中，根据一个示例，托架组件100包括底座110、托架120和一组调节机构130和140。在一些示例中，调节机构140构造成调节头部固定环106在托架120内的定位并将头部固定环106在托架120内锁紧。此外，调节机构130可用于调节托架120在底座110内的竖直位置以及托架120在底座110内的角度方向，其可以对应于托架组件100内的患者头部的俯仰角。底座110可以是单件或如图1B、图2A，图2B和图4A所示的底座110'。或者，底座110可以分成多于一个的部件或如图1C、图2C、图2D和图4B所示的支架部分110″。

图1B示出了包括如图2A所示的底座110'、如图3A所示的托架120和根据一个示例的一组调节机构130和140的托架组件100'。图1C示出了包括如图2C所示的底座110″、如图3A所示的托架120和根据一个示例的一组调节机构130和140的托架组件100″。根据一个示例，底座110″可以与具有不同宽度的托架组件100一起使用。底座110″可以是两个相同的部件而无法反向安装。

调节机构130构造成将底座110和托架120以选定的俯仰角可释放地锁紧在一起。调节机构130可以是一组旋钮，例如旋钮130a、130b。其他示例性调节机构在图1D中示出。如图所示，在底座110的每一侧，旋钮130a、130b可以选择性地插入竖直的一系列定位槽222中的一个中。通过将旋钮130a、130b沿着具体定位槽222(图2A、图2C和图2E中所示的各种类型的定位槽)定位在选定的水平位置处，可以调节患者头部的俯仰角(例如，图5A的朝向平台；图5B的居中；或图5C的远离平台)，从而产生调节位置。例如，选择具体定位槽222设定托架120相对于底座110的高度。在一些实施方式中，每个定位槽222与另一定位槽222分开特定的距离(例如，5mm、10mm等)使得操作者在调节托架组件100'时可以精确地调节托架120的竖直位置。

根据如图4A和图4B所示的示例，一组调节机构140被配置成将头部固定环106在托架120中锁紧。如图所示，根据示例，调节机构140可以包括在如图3A和图3B所示的通道310的一端处的一对旋钮140a(从该立体图仅示出一个)和在通道310的另一端处的一对旋钮140b以将头部固定环106在托架120中锁紧。尽管图1B和图1C使用具体类型的调节机构示出，但是在另外的实施例中，其他调节机构可以与所示的底座110'或替代底座110″(例如，与图2C和2D关联地描述的)一起使用。

在示例中，回到图1A，托架组件100可包括各种传感器，这些传感器配置成检测托架组件100的部件的定向角度、并且实际上检测头部固定环106相对于底座110和/或平台102的定向角度。传感器可以是电传感器、光学传感器(例如日晷传感器)和/或机械传感器(例如具有在流体中的气泡的水平仪)。传感器还可以包括一种或多种类型的传感器的组合，例如，机械传感器的光学检测。在一些示例中，传感器还可以包括设置在托架组件100和头部固定环106的各种部件上或内的加速度传感器和/或位置传感器，这些传感器构造成检测托架组件100相对于平台102的调节角度以及托架120和头部固定环106的角度定向之间的差异，该差异可以指示头部固定环106未正确地安置在托架120内。例如，当患者的头部正确地位于托架120内时，托架120和头部固定环106相对于底座110和/或平台102的角度定向会是基本相等的，并且托架120和头部固定环106的角度定向的差异超过阈值量可以指示头部固定环106未正确地安置在托架120内并且可能需要重新安置。

在一些实施方式中，加速度传感器和/或位置传感器可以包括多轴加速度计、陀螺仪和磁力计的任何组合。在一些实施方式中，加速度计可以被配置为测量具体方向上的加速度量，陀螺仪可以被配置为测量定向或相对速度的变化，而磁力计测量磁场的变化，磁场的变化可以用于确定磁力计连接到的构件的绝对取向。因为加速度计、陀螺仪和磁力计可以用于测量惯性运动的不同特征，所以传感器可以组合成单个惯性测量单元(IMU)。在一个示例中，陀螺仪传感器可以设置在托架120和/或固定环106上或内的一个或多个位置处，陀螺仪传感器检测由于调节机构130、140在托架组件100内的不正确紧固导致可能在患者被放置在平台102上时发生的托架120和/或固定环106的定向角度的变化。

在一些示例中，(一个或多个)位置传感器可以是柔性传感器或电位计，其提供与枢接位置相关的电阻。例如，柔性传感器或电位计的信号可以对应于基于托架相对于底座的当前状态的传感器偏转量或弯曲量。例如，柔性传感器可以安装在托架120和底座110之间使得其在托架相对于底座110成角度时像一块橡皮一样弯曲。在其最下方位置(例如，通过支架120可实现的最接近水平定位的位置)，柔性传感器中的电阻将处于最大值，从而发出最强的位置信号。在其他示例中，位置传感器可以是构建在定位旋钮130中并且被配置为识别托架120的相对旋转定位的旋转编码器。例如，旋转编码器可以是识别与托架120和底座110之间的角度对应的具体角度的绝对编码器。

在图5A-5C中所示的说明性示例中，设置在平台102、底座110、托架120和/或头部固定环106上或内的传感器可以用于确定头部固定环106和/或托架102相对于平台102和/或底座110的俯仰角。例如，图5A示出头部固定环106/托架120与平台102的上端(例如，平台102的延伸远离患者头部和身体的一端或平台102的其上配置有托架组件100的一端)之间的钝角俯仰角510，使得患者的头部朝向患者的胸部倾斜。图5B示出了头部固定环106/托架120与平台102的上端之间的俯仰角511，该俯仰角大致成直角使得托架120和/或头部固定环106基本垂直于平台102。另外，图5C示出了头部固定环106/托架120与平台102的上端之间的锐角俯仰角512使得患者的头部远离患者的胸部而倾斜。

再次转到图1A-1C，在一些示例中，传感器检测到的俯仰角可以用于托架组件100内的托架120和/或头部固定环106的手动的或远程自动的角度调节。例如，在手动调节俯仰角期间，计算系统的计算机工作站可以被配置为向用户(例如在平台102上配置托架组件100的医师)输出听觉的和/或视觉的通知，使得用户可以以预定的俯仰(定向)角固定托架102。通知的示例包括托架102和/或头部固定环106的定向角度的听觉或视觉的读出和/或定向角度已经达到预定定向角度设定点的听觉或视觉的指示。

在一些示例中，托架组件100可包括设置在底座110、托架120和/或头部固定环106的一个或多个表面上的基准标记，该基准标记可以与一个或多个成像装置(例如相机或MRI成像系统)组合使用以确定托架120和/或头部固定环106相对于底座110和/或平台100的定向角度。例如，基准标记可以设置在托架120的底表面上，使得靠近或附接到底座110并且向上朝向托架120指向的成像装置可以能够检测所拍摄的图像内的基准标记。在一些实施方式中，可以基于由成像装置拍摄的图像中的基准标记的可见度和/或检测到的特征来确定托架120相对于底座110的相对定向角度。

在一些实施方式中，传感器中的一个或多个可在操作之前移除以减少对MRI成像的潜在干扰。例如，在移动MRI孔内的患者之前，可以移除用于确保将底座定位在基准标记或其他可识别标记上的相机系统。

在一些示例中，设置在平台102、底座110、托架120和/或头部固定环106上或内的传感器可以通信地耦合到包括控制器820(图8)的计算系统，该计算系统可以用于基于从托架组件100的传感器接收的传感器数据来自动地确定托架120和/或头部固定环106的定向角度。传感器可以通过有线和无线通信网络的组合通信地耦合到远离托架组件100的控制器820。例如，计算系统可以包括MRI或手术室中的计算机工作站，该计算机工作站可以用于基于所接收的传感器数据远程地调节托架组件120内的托架120和/或固定环106的定向。

在一些示例中，控制器820可以基于托架120和头部固定环106的角度定向的差值超过阈值量而确定头部固定环106没有正确地安置在托架120内并且可能需要重新安置。在一些实施方式中，除了配置成对具有基准标记的托架组件100拍摄图像的成像装置之外，托架组件100 100可以包括设置在底座110、托架120和/或头部固定环106的一个或多个表面上的基准标记，成像装置可以通信地耦合到控制器820，控制器820可以使用拍摄的图像基于图像中的基准标记的检测特征来确定托架120和/或头部固定环106的定向角度。另外，在可以经由计算机工作站处的接口远程地和/或自动地对调节机构130、140进行调节的实施方式中，从设置在平台102、底座110、托架120和/或头部固定环106上或内的传感器接收的定向角传感器数据可以用于确定调节机构130、140的调节量。在一些实施方式中，可以基于所接收的传感器数据远程地调节托架120的定向角度，同时患者的头部是通过头部固定环106附接到托架组件100。

在一些实施方式中，无线通信网络可以包括短距离无线通信网络(例如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee或超宽带(UWB)网络)。例如，传感器和控制器820各自均可以包括无线通信电路(例如，无线电、收发器和其他相关电路)，该无线通信电路允许传感器和控制器820经由无线通信网络进行通信。用于本文描述的实施方式的无线通信技术的类型可以基于各种因素，这些因素可以包括电池寿命、数据使用、安全性和/或视线限制以及其他问题。在一些实施例中，ZigBee或蓝牙无线通信可以用在链路安全性优先的应用中。在具有频率干扰的问题的其他实施例中，可以使用蓝牙或UWB通信，这是因为这两种技术都使用自适应跳频来避免信道冲突。在总频率信道优先的实施例中，可以使用蓝牙无线通信。

转到图1D，示出了可以在托架组件100中实施的不同类型的调节机构。在一个示例中，每个调节机构130和140可以具有用于与互补的孔、槽、突片和/或突起部固定或锁紧的相同或不同的机构。在示例中，每个调节机构130和140可以是旋钮类型“A”、“B”和“C”中的任何一种以与相应的孔或槽锁紧并固定。在示例中，相应的孔可以是无螺纹的、带螺纹的或部分带螺纹的。在一些示例中，图1D中示出的各种类型的调节机构包括还可以用作固定机构440(图4A-4B)，该固定机构用于将托架组件100的底座110固定到平台104。

在一些实施方式中，所使用的调节机构130、140的类型可以基于由调节机构130、140施加的扭矩量或者在托架组件100的部件中的意外运动的公差，这可以基于对其头部连接到托架组件100的患者实施的手术的类型或患者的状况。例如，包括具有螺纹的螺钉的调节机构130、140(例如，旋钮A和D)可以用于具有用于托架组件100的意外运动的低公差的实施方式中，这可能需要由调节机构130、140施加的更大的扭矩量。另外，图1D中所示的任何类型的旋钮的任何特征都可以与任何其他类型的旋钮中显示的任何特征组合。在一些示例中，图1D所示的实现为调节机构130、140的旋钮可以用于将托架120固定在底座110内、将头固定环106固定在托架120内和/或调节托架120和/或头部固定环106的角度定向。

在第一示例中，旋钮类型A可以具有连接到拇指旋钮的带螺纹螺钉以进行转动。拇指旋钮可以具有一个或多个抓握特征以施加扭矩。这里显示了一个抓握特征以帮助旋转拇指旋钮。在示例中，螺钉可被配置为补足相应孔或固定位置(例如突片220中的定位槽222或224或底座110的固定位置211(图2A-2F)或托架120的孔320(图3A-3B))上的螺纹。在一个方面，旋钮A的螺钉可以具有一个或多个锁紧螺纹，该锁紧螺纹构造成将旋钮A固定在相应的孔、槽或固定位置内。在另一个示例中，螺钉可以在相应的孔、槽或固定位置的相对侧上具有机器类型的螺纹和相应的螺母。

在第二示例中，旋钮类型B可具有销和连接到拇指旋钮的弹簧。在一些实施方式中，弹簧可被配置成响应于施加到旋钮B的压力而帮助将销从其相应的孔或槽中插入或撤出。在一个示例中，在插入相应的孔或槽之前，弹簧可以保持在拇指旋钮的凹陷部内的盘绕位置。当旋钮B插入相应的孔或槽中并且压力施加到拇指旋钮的顶部时，弹簧可以从拇指旋钮的凹陷部中释放并且延展以帮助将销插入相应的孔或槽中。在其他示例中，在插入相应的孔或槽之前，弹簧可以处于延展的展开位置。当旋钮B插入相应的孔或槽中并且压力施加到拇指旋钮的顶部时，弹簧可被压缩成卷绕位置，使得当通过拉动拇指旋钮从相应的槽或凹陷部移除旋钮B时，弹簧展开以帮助从相应的孔或槽中移除旋钮B。在示例中，弹簧可用于帮助将销和相应的孔或槽对准。这里示出了具有唇部的抓握特征，该唇部有助于抵抗弹簧拉动拇指旋钮。这里相应的孔或槽可以是无螺纹的以容纳销。

在第三示例中，旋钮类型C可以具有销、弹簧、螺钉和连接到拇指旋钮的杠杆臂的组合。在一些示例中，销、弹簧和螺钉如上文关于旋钮类型A和B的描述一样操作。这里，拇指旋钮包括杠杆臂，该杠杆臂作为用于向旋钮施加额外扭矩的抓握特征。在一个方面，拇指旋钮可以包括可调节杆，该可调节杆具有提供棘轮特征的夹紧部件，该棘轮特征可用于在将托架组件100处于狭窄空间并且托架组件100周围具有低间隙区域(例如，在MRI室中)的实施方式中，将旋钮C固定在相应的孔或槽内。在一些示例中，旋钮C插入的相应的孔或槽(例如，突片220中的定位槽222或224或底座110的固定位置211(图2A-2F)、或托架120的孔320(图3A-3B))可以具有与销和螺钉的部分无螺纹部分和部分有螺纹部分互补的部分无螺纹部分和部分有螺纹部分。

在第四示例中，旋钮类型D可以具有与每个其他类型的旋钮组合的齿轮或一组嵌齿，其中齿轮允许通过互补的孔、槽、突片和/或突起部进行精确的空间和/或旋转调节。在一些实施方式中，嵌齿之间的间隔量可以基于通过旋钮类型D调节机构130连接到底座110的托架120的角度调节的最小增量。例如，基于所确定的患者的头部在托架组件中的俯仰角度，旋钮D的旋转量可以通过多个嵌齿旋转来调节，嵌齿旋转对应于托架120在托架组件100内沿任一方向的预定旋转量。另外，其中插入旋钮D的相应的孔或槽(例如，突片220中的定位槽222或224或底座110的固定位置211(图2A-2F)、或托架120的孔320的(图3A-3B))可以具有被配置为容纳旋钮D的互补的凹槽或嵌齿。

在第五示例中，旋钮类型E可以具有与每个其他类型的旋钮组合的致动器，其中，致动器允许远程控制调节机构的位置。例如，致动器通过如上所述的有线和无线通信网络的组合可通信地耦合到远离托架组件100的控制器820(图8)。在一些实施方式中，致动器可以是旋转致动器，其引起旋钮的旋转调节(例如，当旋钮在互补的凹槽、狭槽或孔内被拧紧或松开时)。在一些实施方式中，当旋钮E用作将托架120连接到底座110的调节机构130时，旋转致动器可被配置为在连接到插入托架120的头部固定环106时使旋钮E旋转对应于患者头部的俯仰角的量。旋转致动器可以是步进电机或伺服电机，以便以受控的速度或角度量旋转旋钮。

在一些实施方式中，旋转致动器也可以被包括为上述任何其他类型的旋钮A-D的一部分。例如，旋转致动器可以作为旋钮类型D的一部分被包括在内，该旋钮类型D具有带有一组嵌齿的齿轮以允许旋钮的精确旋转调节。在一些实施方式中，旋转致动器可以被配置为使旋钮D在任一方向上旋转预定数量的嵌齿，以实现托架组件100内的托架102和/或头部固定环106的预定定向角度。在可以通过计算系统的控制器820远程调节托架120的定向角度的一些实施方式中，控制器820可以向致动器输出控制信号以使旋钮旋转与具体的角度方向调节量对应的预定数量的嵌齿。

在其他示例中，作为旋转致动器的替代或补充，旋钮类型E可以包括线性致动器，该线性致动器可以配置成在互补的凹槽、狭槽或孔内延伸或撤出旋钮。在一些实施方式中，线性致动器可以是液压致动器、气动致动器、伺服电机或闭环步进电机致动器。在一些实施方式中，气动致动器可以用在附近存在气动空气源的示例中，例如，在手术室或病房中。伺服电机致动器可以用于可能需要高度精确性和/或运动精度的示例中。在一些实施方式中，线性致动器也可以被包括为上述任何其他类型的旋钮A-D的一部分。例如，如果线性致动器被包括为旋钮类型B或C的一部分，则当从相应的孔或槽插入或撤出旋钮时，线性致动器可以用于抵抗或者辅助弹簧的运动。

转到图2A-2B，示出了用于托架组件100的底座110'的立体图。例如，图2A示出了包括框架210'的底座110'的立体图，框架210'具有位于x-y平面中的上部面和下部面以及在y方向上的平面周围的左端和右端。在y方向的中点处，底座110'可以关于x-y平面对称。在一些实施方式中，底座110'的对称设计可以消除将底座110'后向安装在平台102上的可能。框架210'的每个端部可以具有从上表面突起的突片220。在一些示例中，每个突片220可以具有销槽221以及一个或多个定位槽222，其配置成容纳将托架120连接到底座110'的固定机构130。在一些方面，每个销槽221可以是突片220的内侧面上的竖直开口，该开口延伸突片220的整个高度。在其他示例中，销槽221可以仅延伸突片220的高度的一部分，例如，沿着突片220的与一个或多个定位槽222相交的高度。

在一些实施方式中，框架210'可以具有穿过上表面和下表面的一个或多个固定位置211'，该固定位置配置成容纳配置为将底座110固定到平台102的固定机构440(图4A-4B)。在一些示例中，固定位置211'可以是一组孔，该组孔可以沿着突片220之间的y方向围绕框架210'的周边布置。在一些示例中，框架210'可以包括围绕框架210'的周边设置的多组孔。例如，框架210'可以包括四组孔，使得在框架210'的每一侧上和每个突片220的任一侧上设置两组孔。在其他示例中，固定位置211'的孔还可以包括比图2A中示出的更多组或更少组的孔。在示例中，每个孔可以不包括螺纹，而是通向平台102或头部线圈支撑件104上的螺纹孔的平滑通孔。在另一个示例中，每个孔可以具有螺纹，其被配置为容纳具有螺钉的固定机构。每个孔显示为具有圆形形状，但可以替代地具有其他形状(例如，泪珠形状以及凸起部分和凹痕)以帮助对准和固定。

在示例中，每个定位槽222可以具有与托架120的一组增量角度调节对应的一系列凹槽或嵌齿(未示出)，托架120在定位槽222处通过调节机构130连接到底座110'。每个凹槽或嵌齿可以对应于角度调节的精度值。在一些实施方式中，精度嵌齿的凹槽或嵌齿可以配置成容纳可具有互补齿轮齿部或嵌齿的D型旋钮。另外，旋钮D可以包括旋转致动器，该旋转致动器提供用于远程地引起旋钮D在定位槽222内旋转预定量，该预定量对应于托架120的预定角度定向。在示例中，每个定位槽222可以具有与每个增量角度调节或每个位置设置相对应的基准标记(未示出)。

图2B示出了根据另一个示例的底座110'的立体图。在一些实施方式中，底座110'可以包括具有一组固定位置211'的框架210″。每个固定位置211″可以是穿过框架210″的上表面和下表面的槽或开口。每个固定位置211″的槽可以具有允许销或螺钉穿过而不允许固定机构440的旋钮穿过的形状，使得固定机构440的旋钮在插入穿过固定位置211″时邻近底座110'的上表面。在一些示例中，框架210″可以包括围绕框架210″的周边布置的多组槽。例如，框架210″可以包括四组槽，使得在框架210″的每一侧上和每个突片220的任一侧上布置两组槽。在其他示例中，固定位置211″的孔还可以包括比图2B中所示的孔更多组或更少组的孔。

转到图2C-2D，示出了用于托架组件100的底座110的实施方式。例如，图2C示出了两件式底座110″的支架部分的立体图。在一些实施方式中，底座110″可以包括框架230'，框架230'具有在x-y平面中的上表面和下表面和围绕沿y方向的平面的左端和右端。框架230'的左端具有从上表面突起的突片220。在一个示例中，突片220可以具有销槽221和一个或多个定位槽222。每个销槽221可以是突片220的内表面上的竖直开口，该竖直开口延伸突片的整个高度或部分高度。每个定位槽222可以是水平开口，该水平开口穿过每个突片220并延伸至突片220的部分或全部宽度。在一些实施方式中，每个定位槽222的水平开口可以具有弯曲形状。在示例中，每个定位槽222的水平开口的弯曲形状可以被配置为在俯仰调节期间补偿患者头部相对于平台102的竖直位移。在其他示例中，每个定位槽222可以具有基本笔直的形状，使得定位槽222水平地延伸横跨突片220的宽度或者竖直地延伸横跨突片220的长度。

在一些实施方式中，设置在底座110的突片230上的每个定位槽222可以以预定的竖直间隔布置在突片220上。在一些示例中，突片230可以包括沿着z轴在竖直方向上等距间隔开或不等距间隔开的定位槽。如上所述，框架230'可以具有固定位置211'(也称为孔211')，例如穿过上表面和下表面的一组孔。固定位置211'可以沿着y方向从突片220朝向框架230'的右端布置。

图2D示出了根据另一个示例的局部底座110″的立体图。底座110″类似于底座110'，其中底座110″包括具有一组固定位置211″的框架230″。每一个固定位置211″(也称为槽211″)可以是穿过框架230″的上表面和下表面的槽或开口。每个固定位置211″的槽可以具有允许销或螺钉穿过而不允许固定机构440的旋钮穿过的形状。在一些实施方式中，槽211″通过在槽211″内滑动固定机构440而提供对将托架组件100连接到平台104的固定机构440的位置进行调节的能力，而不必将固定机构440从固定位置(例如，孔211'(图2A))完全移除且随后将固定机构440重新插入到另一个孔211'中。

在一些实施方式中，槽211″可以提供对槽211″内的固定机构440的远程调节。例如，固定机构440可以包括致动器(例如，图1D中所示的旋钮E)，该致动器被配置为响应于从控制器820(图8)接收的致动信号而引起固定机构440在槽内的平移，控制器820可以远离托架组件100。在一些实施方式中，用于固定机构440的致动器可以包括允许远程操作的线性致动器，例如，液压致动器、气动致动器、弹簧致动器、伺服电机或闭环步进电机。在一些在实施方式中，气动致动器可以用于附近存在气动空气源的示例中，例如在手术室或病房中。伺服电机致动器可以用于可能需要高度精确性和/或运动精度的示例中。在一些示例中，用于固定机构440的致动器可以设置在槽211″附近，使得致动器在插入槽211″时接合固定机构440。

图2E-2F示出了用于托架组件100的底座110的突片220的示例性侧视图。例如，图2E示出了包括定位槽222的突片220的侧视图，该定位槽222可以是穿过突片220并且延伸突片220的部分宽度的水平开口。在一些实施方式中，定位槽222的水平开口可以具有弯曲形状。另外，多个定位槽222可以以预定的竖直间隔布置在突片220上。在一些示例中，突片230可包括在沿着z轴的竖直方向上等距间隔开或不等距地间隔开的定位槽222。突片220可以包括一系列凹槽223以防止在锁紧到托架120时移动。在一个示例中，这一系列凹槽223可配置成将托架120锁紧在一组增量角度调节中。

图2F是根据另一个示例的突片220的侧视图，其中，定位槽224可以是竖直开口，其根据示例穿过突片220并延伸至突片220的部分高度。突片220可以包括一系列凹槽223以防止在锁紧到托架120时移动。在一个示例中，这一系列凹槽223可以配置成将托架120锁紧在与当患者头部连接到托架组件100时的预定俯仰角度对应的一组增量角度调节中。

转到图2G-2H，示出了具有框架210'的底座110'的实施方式，框架210'具有可调节的长度或宽度。在一些示例中，底座110'的尺寸可以基于平台102、头部线圈支撑件104、托架120或头部固定环106的尺寸特性的变化来调节。例如，如图2G所示，底座110'的框架210'可以包括在框架210'的每一侧上的延伸条250，该延伸条250连接在突片220下方的下表面并且允许在突片210的任一侧上调节框架210的长度(例如，在箭头256所示的方向上)。在一些实施方式中，延伸条250的上表面可以包括为第一框架构件252和第二框架构件254提供平移通过延伸条250的上表面的平移路径的凹槽或导轨。此外，当框架210'处于所需长度时，第一框架构件252和第二框架构件254可以通过紧固件(未示出)固定到延伸条250上。

另外，图2H示出了具有可调节宽度的底座110'的示例，其可以基于平台102、头部线圈支撑件104、托架120或头部固定环106的尺寸特性的变化而被修改(例如，在箭头258所示的方向上)。例如，底座110'的宽度可以延伸以容纳具有延伸宽度的托架120，其针对被配置用于具有更大头部尺寸的患者的更宽的头部固定环106。在一些实施方式中，图2H所示的底座110'的框架210'可以包括第一框架部分262，第一框架部分262配置成沿着第二框架部分264的内表面平移以调节框架210'的宽度。在一些示例中，第一框架部分262具有与第二框架部分264的尺寸相对应的尺寸，第二框架部分264的该尺寸使第一框架部分262在第二框架部分264的镂空区域内平滑地平移。此外，当框架210'处于所需宽度时，第一框架部分262可以通过一个或多个紧固件(未示出)固定到第二框架部分264。

转到图3A-3C，示出了用于托架组件100的托架120的示例性视图。图3A示出了根据示例的包括一对突起部340的托架120的立体图。另外，图3B示出了根据另一个示例的托架120的另一个立体图，托架120包括配置成将头部固定环106锁紧到托架120的通道310中的一对柱360和调节机构140。

在一些实施方式中，托架120可以在y方向上关于平行于托架120的左面和右面的平面对称并且在x方向上围绕平行于托架120的前面和后面的平面对称。在一些实施方式中，托架120的对称设计可以消除将托架120反向安装到托架组件100的平台底座110的可能。

根据一个示例，托架120可以具有基本上等于或略小于底座110上的突片220之间的距离的宽度，使得托架120可以插入底座的突片220之间，同时仍然能够围绕由底座110和托架120之间的连接产生的轴线平滑地旋转而突片220而不阻碍托架120的旋转运动。在一些实施方式中，托架120的沿z方向的顶面具有接收头部固定装置106的通道310，该通道从托架120的左侧面延伸到右侧面。在一些实施方式中，通道310的宽度对应于头部固定装置106的宽度，使得头部固定装置106被配置成紧贴地配合在通道310中而头部固定装置106插入通道310时没有任何意外移动(例如，摇动、晃动)。

在一些实施方式中，一对突起部340可以从托架120的左侧面和右侧面正交地延伸，突起部配置成配合到底座110的销槽221中，以提供在托架120通过调节机构130连接到底座110时保持托架120在突片220的定位槽222内的对准。在一些示例中，每个突起部340可以具有圆柱形状，其可允许当连接到托架组件120时托架120旋转经过与患者头部的俯仰角相关联的定向角度范围的情况下，在底座110的每个销槽221内的旋转。在一些方面，突起部340可以配置成缩回到托架120的左面和右面，这可以在压力施加到突起部340的外表面从而引起突起部340被推入托架120的左右面时发生。在一些示例中，突起部340的缩回可能例如在突起部340的外表面与另一个表面(例如，底座110的突片220的内表面)接触的情况下发生。

在一些实施方式中，托架120可以包括在托架120的左面和右面上的一对孔330，当将托架120连接到托架组件100的底座110时，调节机构130插入该孔。在示例中，每个孔330可以基于插入孔330中的固定机构130的类型来配置。例如，每个孔330的内表面的至少一部分可以是带螺纹的或具有带螺纹的插入件以容纳螺纹调节机构130，例如旋钮类型A和D(图1D)。在另一个示例中，孔330可以包括被配置为容纳旋钮类型D的互补的凹槽或嵌齿，以提供将托架120的定向角度调节与多个齿轮旋转对应的量。

在一些示例中，每个孔330可以定位在托架120的左面和右面上，使得孔330被配置为当托架120连接到底座110时与突片220上的定位槽222对准。在一些实施方式中，一对固定机构(例如，旋钮类型A-E(图1D))可以从每个突片220的外表面穿过并拧入孔330中，从而将托架120联接到底座110或将托架120和底座110"锁紧在一起。在一些示例中，可以通过将托架120的左面和右面的孔330与底座110的突片220上的替换组定位槽222对准来改变托架120的竖直位置。

在一些实施方式中，插入调节机构130的一对孔330定位在托架120的左面和右面上的每个突起部340的正上方。在一些示例中，根据示例，托架120的左面和右面还可以包括一个或多个凸块380，凸块380可以被配置为在托架120连接到底座110时防止托架120的意外移动。一个或多个凸块380可以配置成与每个凸片220上的一系列凹槽互补。在一些方面，凸块380可以配置成与突起部340的缩回类似地缩回到托架120的右表面和左表面中。

在某些实施例中，托架120还可以包括设置在托架120的前表面和后表面上的一组孔320，孔320基本上正交于托架120的前表面和后表面穿过通道310，当将头部固定环106固定在托架120的通道310内时，调节机构140插入该孔中。在示例中，每个孔320的内表面可以基于插入孔320中的固定机构140的类型来配置。例如，每个孔320的内表面的至少一部分可以是带螺纹的或者具有带螺纹的插入件以容纳带螺纹的调节机构140，例如旋钮类型A和D(图1D)。在另一个示例中，孔320可以包括被配置为容纳旋钮类型D的互补的凹槽或嵌齿以提供将托架120内的头部固定环106的侧倾角调节与多个嵌齿旋转对应的量。在一些实施方式中，该组固定机构140配置成拧入该组孔320中并将头部固定环106锁紧在托架120的通道310中。患者头部在托架组件100中的侧倾角可以通过在托架120的通道310内旋转头部固定环106来调节。

在一些实施方式中，托架120可以包括可以用于将各种类型的装备安装到托架组件100的一个或多个安装位置350和一个或多个柱360。在一个示例中，托架120可以具有邻近托架120的左面和右面的一对安装位置350，该安装位置350配置成容纳从托架120的上表面延伸并通过紧固件(例如，旋钮370)连接到托架120的一对柱360。例如，安装位置350可以设置在托架120的上表面上并且从通道310水平地向外延伸，并且可以定位在托架120的左面和右面的上方。

在一些实施方式中，每个安装位置350可以是托架120的凹入切口，该切口的尺寸适合于以最小间隙配合柱360，并且在凹入切口内具有穿过上表面托架120的孔，该孔配置为容纳旋钮370以用于将柱360固定到托架120。例如，每个柱360还可以具有设置在柱360的底表面上的互补孔，该互补孔可以被配置为通过从托架120的底面插入并进入柱360的旋钮370而将柱360固定到安装位置350。在一些示例中，旋钮370可以是任何类型的紧固件，例如，上述旋钮A-E(图1D)。

在一些实施方式中，托架120上的每个安装位置350可以被配置为具有与托架的底表面的形状互补的形状，以便将柱360牢固地在安装位置350内对准。例如，安装位置350可以具有正方形、矩形、圆形或椭圆形的形状。在示例中，托架120的形成安装位置350的凹入切口可以具有正方形形状，使得当安装柱360时，柱360可以以90°的间隔安装在任何方向上。在示例中，柱360可以具有在柱360的一个或多个侧表面中机加工出的一组成角度的凹槽，以使柱360具有“楔形”横截面，其提供与可以安装到柱360的某些类型的图像引导系统(IGS)夹具更好的配合。在一个示例中，柱360可以由具有高强度和相对低延展性的材料(例如，黄铜材料)制成。

在一些示例中，每个柱360可以被配置为提供用于IGS参考阵列夹具的刚性安装位置。柱360可以在轨迹规划阶段中用于安装参考阵列，例如图像引导手术系统的参考引导。具体地，跟踪仪器可以附接到柱360以将头部固定环106(并且因此手术系统的其他部件，包括头部线圈等)定位在实施空间中。在图像引导手术中使用的参考阵列可以与柱360一起使用。在示例中，每个柱360可以包括传感器，该传感器被配置为检测托架120、以及实际上头部固定环106相对于底座110、托架组件100和平台102的角度。在一些实施方式中，可以使用设置在柱360上或柱360内的传感器来代替或者增加到上述传感器以确定托架组件100内的托架120和/或头部固定环106的角度取向。

转到图3C，示出了具有可调节宽度的托架120的实施方式。在一些示例中，可以基于平台102、头部线圈支撑件104、底座110或头部固定环106的尺寸特性的变化来调节托架120的宽度。例如，托架120的宽度可以延伸到容纳用于头部尺寸较大的患者的更宽的头部固定环106。类似地，可以减小托架120的宽度以容纳用于头部尺寸较小的患者的较窄的头部固定环106。在一些实施方式中，托架120可以包括延伸条342，第一托架部分346和第二托架部分348可以安装到延伸条342。在一些示例中，第一托架部分346和第二支架部分348可以平移横跨延伸条342的上表面以调节托架120的宽度。在一个示例中，延伸条342的上表面可以包括凹槽或导轨，该凹槽或导轨为第一托架部分346和第二托架部分348提供平移路径以平移横跨延伸条342的上表面。在一些示例中，随着托架120的宽度增加，在第一托架部分346和第二托架部分348之间可能存在间隙344。另外，当托架120处于所需宽度时，第一托架部分346和第二托架部分348可以通过紧固件(未示出)固定到延伸条342。

转到图4A-4B，示出了附接到平台102、头部线圈支撑件104和头部固定环106的托架组件100的立体图。例如，图4A示出了附接到平台102、头部线圈支撑件104和头部固定环106的托架组件100'的示例。如图2A-2D所示的一组固定位置211可以允许托架组件100'利用一组固定机构440固定在各种横向位置。在一些示例中，固定机构440可以是上述任何类型的旋钮A-E(图1D)。在一些示例中，可以通过调节一组固定位置211'内的固定机构440相对于平台102或头部线圈支撑件104的位置来调节托架组件100'在平台102上的横向位置。在一个示例中，底座110与平台102或头部线圈支撑件104的横向调节可以包括±25mm和0mm。

图4B是根据示例的附接到平台102、头部线圈支撑件104和头部固定环106的托架组件100″的立体图。底座110″上的一组固定位置211'允许托架组件100″以与一组旋钮440的变化的横向位置进行固定。在一些示例中，可以通过调节在一组固定位置211'中的固定机构440相对于平台102或头部线圈支撑件104的位置来调节托架组件100'在平台102上的横向位置。在一个示例中，横向调节可以包括±25mm和0mm。

在一些实施方式中，槽211″(图2B和图2D)可以提供槽211″内的固定机构440的远程调节，这允许对在平台102或头部线圈支撑件104上的托架组件100的底座110″进行远程横向调节。例如，固定机构440可以包括致动器(例如，图1D中所示的旋钮E)，该致动器被配置为响应于从控制器820(图8)接收到的致动信号而引起固定机构440在槽内的平移，这转而又引起底座110″沿着平台102或头部线圈支撑件104的上表面的横向平移。在一些实施方式中，用于固定机构440的致动器可以包括允许远程操作的线性致动器，例如，液压致动器、气动致动器、弹簧致动器、伺服电机或闭环步进电机致动器。在一些实施方式中，气动致动器可以用在附近存在气动空气源的示例中，例如，在手术室或病房中。伺服电机致动器可以用于可能需要高度精确性和/或运动精度的示例中。在一些示例中，用于固定机构440的致动器可以设置在槽211″附近，使得致动器在插入槽211″时接合固定机构440。

转到图5A-5C，示出了y平面中的一系列图，其阐释了托架组件100的俯仰调节产生头部固定环106相对于平台102和头部线圈支撑件104之间的俯仰角。在一些实施方式中，可以通过沿着底座110的定位槽222在不同位置处拧紧调节机构130来调节俯仰角。该动作示出了托架组件100的调节机制。在一个示例中，俯仰角可以调节到一个或多个角度调节，包括0°、±6.6°、±13°、±19.1°、±24.7°和±29.9°。

在一个示例中，每个调节机构130可以独立于其他调节机构130进行控制或调节。或者，两个调节机构130可以配置成同时调节或旋转。在一个示例中，至少一个调节机构130可以被配置为旋钮类型“D”，使得可以用齿轮调节俯仰角并且同时其他调节机构130被解锁。在一个示例中，一个调节机构130可以配置成控制调节，而另一个调节机构130可以在定位槽222内具有一系列测量的静止点，使得嵌齿可以在两个测量的静止点之间的离散测量位置处“咔哒”。在一个示例中，将一个调节机构130锁紧在离散的测量位置处可以引起其他调节机构130的锁紧。

在一个方面，托架120的俯仰角的调节还可以导致托架120相对于平台102的纵向位置的调节。托架120的纵向位置的调节可以配置为在俯仰角调节期间补偿患者头部相对于平台102的纵向位移。类似地，在一个方面，俯仰调节还可以调节托架120相对于平台102的竖直位置。托架120的竖直位置的这种调节可以被配置为在俯仰角调节期间补偿患者头部相对于平台102的竖直位移。在示例中，配置为用于俯仰角调节的调节机构130可以同时调节托架120相对于平台102的纵向位置和竖直位置。

在一些实施方式中，除了在托架120的孔330内拧紧调节机构130之外，将底座110连接到托架120的调节机构130的旋转还可以引起托架120的角度旋转，这可能导致调节托架120和/或头部固定环相对于底座110和/或平台102的俯仰角或定向角的调节。在一些实施方式中，当旋钮类型D(图1D)用作调节机构130时，嵌齿之间的间隔量可以基于通过旋钮类型D调节机构130连接到底座110的托架120的角度调节的最小增量。例如，基于确定的患者头部在托架组件中的俯仰角度，可以通过与托架120在托架组件100内的预定旋转量对应的嵌齿在任一方向上的若干旋转来调节旋钮D的旋转量。

在调节机构130的旋转引起托架120的角度调节的实施方式中，调节机构130可以响应于手动致动或由控制器通过有线或无线通信网络进行自动致动，而由用户手动操作或由计算系统的控制器820远程操纵。在一些实施方式中，例如当旋钮在互补凹槽、槽或孔内拧紧或松开时，致动器可以是引起旋钮的旋转调节的旋转致动器。在一些实施方式中，当旋钮E用作将托架120连接到底座110的调节机构130时或者当旋钮D包括致动器时，旋转致动器可以被配置为使旋钮E旋转与患者头部在连接到插入托架120的头部固定环106时的俯仰角对应的量。旋转致动器可以是步进电机或伺服电机，从而以受控速度或角度量旋转旋钮。

在如下示例中，即旋转致动器可以被包括作为旋钮类型D的一部分，旋钮致动器具有带有一组嵌齿的齿轮以允许旋钮的精确旋转调节，旋转致动器可以被配置为使旋转旋钮D在任一方向上旋转预定数量的嵌齿以实现在托架组件100内的托架102和/或头部固定环106的预定定向角度。在托架120的定向角度可以由计算系统中的控制器820远程调节的一些实施方式中，控制器820可以向致动器输出控制信号以使旋钮旋转与具体的角度定向调节量对应的预定数量的嵌齿。

在一些实施方式中，控制器820可以被配置为基于从设置在托架组件100的部件(例如，底座110、托架120和/或头部固定环106)上或内的一个或多个传感器接收的传感器数据自动调节托架组件100内的托架120的俯仰角。例如，当轨迹规划过程完成时，一个或多个轨迹数据点可以经由输入/输出装置(例如计算机工作站)输入到计算系统，并且控制器820可以将控制信号输出到与调节机构130相关联的致动器以调节托架120的俯仰角。在一些示例中，患者的头部可以在托架120的自动角度调节期间连接或不连接到托架组件100。另外，控制器820可以配置成通过一系列角度调节(例如图5A-5C中示出的调节)来控制托架的俯仰角。

例如，图5A是根据示例的托架组件100在头部固定环106相对于平台102和头部线圈支撑件104之间产生第一俯仰角510的图。第一俯仰角被示出为在x方向上的相对于平台102和/或底座110的上端(例如，平台102的远离患者的头部和身体延伸的一端或者平台102的配置有托架组件100的一端)的钝角。

在患者镇静并且完成轨迹规划过程之后，可以将微型框架和/或头部固定环106附接到患者的头部。头部固定环106可以固定到托架120中，例如，在进行轨迹规划过程的手术室中进行上述固定。患者的头部可以通过一组固定销520固定到头部固定环106。在一些实施方式中，当患者的头部正确地安置在托架120内时，托架120和头部固定环106相对于底座110和/或平台102的角度定向可以基本相等，而超过阈值量的托架120和头部固定环106的角度定向的差值可以指示头部固定环106没有正确地安置在托架内120并且可能需要重新安置。

图5B是根据示例的托架组件100在头部固定环106相对于平台102和头部线圈支撑件104之间产生第二俯仰角511的图。第二俯仰角在x方向上显示为相对于平台102的直角。类似地，图5C是根据示例的托架组件100在头部固定环106相对于平台102和头部线圈支撑件104之间产生第三俯仰角512的图。第三俯仰角示出为相对于平台102的上端和/或底座110和/或底座110在x方向上的锐角。

图6示出了用于使用托架组件100的示例方法600的示例性流程图，而图7是在患者的头部连接到托架组件100时患者颅骨的横截面的附图，其具有展开进入在患者颅骨中的感兴趣区域(ROI)706中钻孔710和治疗装置700和/或探针引入装备。

在预先规划的治疗中，在某些实施例中，可以加载和共同记录预处理图像数据(例如，医学数字成像和通信(DICOM)数据)。使用预处理图像数据，可以确定和设置一个或多个ROI 706和/或目标组织区域或空间以及一个或多个初始轨迹(602)。在确定了治疗空间或已经确定了几个空间之后，可以规划用于影响(一个或多个)空间的治疗的轨迹。建议的头部位置设置可以包括在轨迹规划中，例如，如题为“Probe Driver”的美国专利9,211,157中所描述的，其内容通过引用整体并入本文。在一些实施方式中，建议的头部位置设置可以包括托架120的俯仰角、定位在托架的通道310内的头部固定环106的侧倾角以及底座110在平台102或头部线圈支撑件104上的横向位置中的至少一者。

在一些实施方式中，患者可以定位在台、床或平台上(例如图1A和图1B的平台102)(604)，并且可以使用头部固定环106固定患者的头部。在一些示例中，通过将头部固定环106定位在托架120的通道310内，可以将患者的头部布置在托架组件100中(606)。根据一些实施方式，使用调节机构140，患者的头部可以固定在托架组件100中(608)。

在一些示例中，使用托架组件100的调节机构(例如，如图1B和图1C所示的调节机构130和140)，可以分别调节患者头部的俯仰角和侧倾中的至少一个，从而产生调节位置(610)。在一些示例中，可以通过如下面进一步讨论的计算系统手动或自动执行调节。在某些实施例中，患者定位在托架组件100上，同时定位在成像装备内(例如，MRI舱)，并且执行成像以获得DICOM数据并规划与治疗设备700和/或探针引入装备相关联的轨迹，如图7所示。在示例中，DICOM数据可用于提示操作者建议的头部位置设置。在示例中，由设置在托架组件的部件上或内的传感器所提供的测量可以用于确认托架组件100的调节位置处于建议的头部位置设置。

建议的头部位置设置或调节可以基于用于基于探针引入装备在患者颅骨上的初始位置和定向来确定轨迹调节的方法中的一个或多个步骤，如2015年3月18日递交的题为“Image-Guided Therapy of a Tissue”的美国专利申请14/661,310中描述的，其内容通过引用整体并入本文。

在一些示例中，使用托架组件100的调节机构(例如，图4A和图4B中所示的调节机构130和440)，可以分别调节患者头部的俯仰角和侧倾中的至少一个，从而产生调节位置(610)。

在一些实施方式中，使用一个或多个调节机构130，托架组件100可以锁紧在不同的建议头部位置设置或调节位置(612)，如图5A、图5B和图5C所示。在准备治疗时，在某些实施例中，头部线圈和固定或稳定系统可以使用一组固定销520(如图5A所示)附接到患者(614)，例如通过将头部线圈和稳定系统定位在平台102或头部线圈支撑件104上进行上述附接。

在一些示例中，在将治疗应用于ROI 706之前，可以识别进入患者颅骨的探针进入位置(616)。在某些实施例中，在颅骨中钻出钻孔710(618)。可以将刚性护套704插入到钻孔710中。可以在附接探针引入装备(例如，微型框架、锚固装置、引导杆、器械护套等)之前钻出钻孔710。在某些实施例中，可以在探针引入装备的轨迹对准之后创建麻花钻孔。

治疗装置700和/或探针引入装备可以通过钻孔710引入患者的大脑(620)。在某些实施例中，治疗装置700和/或探针引入设备包括可以在范围708内移动的端部702。在示例中，端部702可以是被动的或预成形的。在另一个示例中，端部702可以是主动的或者改变形状。根据示例，端部702可以是主动的或基于传感器测量来改变形状。

在某些实施例中，实时引入和监测治疗装置700和/或探针引入装备。在某些实施例中，患者被定位在成像装备(例如，MRI舱)中，并且执行成像以确认与治疗装置700和/或探针引入设备相关联的轨迹(622)。例如，MRI轨迹棒可以插入探针引入装备中以用于确认其轨迹。例如，探针引入装备的轨迹可以在将探针插入脑中之前使用MRI成像来评估。可以拍摄立体成像或立体可视化以包括整个头部和探针引入装备的全部范围。

在一些示例中，在轨迹确认的同时，还可以执行射束基准标记检测。例如，拍摄的图像还可以显示位于探针引入装备的一部分中的射束基准标记的位置。可以通过MRI成像系统和方法检测和识别该射束基准标记，以存储探针的物理方向的定向。在预处理图像数据不可用的实施方式中，拍摄的图像可以用于规划治疗过程。

在某些实施例中，探针致动和引导装置(例如，从动件)和测试工具可以附接到探针引入装备，以提供用于自测功能的位置反馈。例如，自测功能可以用于确认探头致动和引导装置的输入准确地和/或精确地驱动探针致动和引导装置或治疗装置700和/或探针引入装备。

在一些示例中，通过设置在托架组件100的部件上或内并且远程自动地控制托架组件100的俯仰角和位置的传感器获得的传感器数据的处理可以由控制电路(例如，可编程逻辑控制器(PLC)或中央处理单元(CPU))来执行，该控制电路执行一个或多个软件程序并将位置信息输出到其他控制器和/或电子激活的组件。图8提供了托架组件控制系统800的控制电路820的简化硬件框图。控制电路820的描述不意味着限制，并且可以包括除了这里描述的部件之外的其他组件。对控制电路820的参考涉及一个或多个处理电路的电路，其也可以互换地称为处理电路。控制电路820可以包括中央处理单元(CPU)806，其执行与系统800相关联的一个或多个软件程序。用于程序的软件指令可以存储在存储器802中。

在一些示例中，存储器802可以包括易失性和非易失性存储器，并且可以存储与执行与从传感器830a到830n收集传感器数据、处理传感器数据和控制托架组件控制系统800的制动器840a有关的程序相关联的各种类型的数据，传感器830a到830n可以包括布置在托架组件100的部件(例如，底座110、托架120或头部固定环106)内或上的传感器，处理传感器数据以确定托架120和/或头部固定环106的当前位置、俯仰角和/或侧倾角并且控制托架组件控制系统800的致动器840a以调节托架组件100的位置和/或俯仰角。

控制电路820包括用于与各种装置840通信的输入接口804，该接口向控制电路820(例如，致动器840a和计算机工作站840b)以及与系统800相关联的任何其他装置提供配置和设置输入。控制电路820还包括输出接口808，该输出接口808用于连接到与控制电路820通信的装置840并向其提供信息，该装置840包括致动器840a和(一个或多个)计算机工作站840b以及与控制电路820通信的任何其他装置。控制电路820还包括电源810，例如，连接或有线连接到手术室或MRI室内的电源的电池。此外，控制电路820包括一个或多个通信接口812，该接口可以包括无线通信接口并且使得控制电路820能够收集由传感器830提供的传感器信号。在一些示例中，传感器830还可以通过与控制电路820的有线连接而与系统800连接。

在一些实施方式中，控制电路820的存储器802包括用于执行一个或多个引擎或模块的指令，该指令执行与收集和解释由传感器830提供的消息相关联的程序并将关于传感器系统的信息传送到装置840。在一些实施方式中，用于托架组件100的建议头部设置和对应配置参数可以存储在存储器802中。

在一些实施方式中，通过蓝牙无线通信技术提供短程无线通信。在其他实施例中，可以使用超宽带(UWB)或ZigBee无线通信。用于本文描述的实施方式的无线通信技术的类型可以基于各种因素，这些因素可以包括电池寿命、数据使用、安全性和/或视线限制以及其他问题。在一些实施例中，ZigBee或蓝牙无线通信可以用在链路安全性优先的应用中。在具有频率干扰问题的其他实施例中可以使用蓝牙或UWB通信，这是因为两种技术都使用自适应跳频来避免信道碰撞。在总频率信道优先的实施例中，可以使用蓝牙无线通信。

尽管流程图示出了方法800的步骤或模块的排序，但是可以理解，与方法800相关联的各种步骤和过程可以以任何顺序、串行或并行执行。在一些实施方式中，可以代替或增加到方法600(图6)的托架组件100的手动调节(610)来执行方法800。另外，方法800可以在医学成像过程和/或立体定向放射外科手术之前或之后执行。

在一些实施方式中，如上所述，基于预处理图像数据(例如，DICOM数据)来确定建议的头部位置设置，该建议的头部位置设置可以在计算系统的计算机工作站处加载和共同记录(902)。在一些示例中，使用预处理图像数据可以确定和设置一个或多个ROF 706和/或目标组织区域或空间以及一个或多个初始轨迹。在确定了治疗量或已经确定了几个空间之后，可以规划用于影响对(一个或多个)空间的治疗的轨迹。在一些实施方式中，建议的头部位置设置可以包括托架120的俯仰角、定位在托架120的通道310内的头部固定环106的侧倾角和底座110在平台102或头部线圈支撑件104上的横向位置中的至少一个，并且可以基于用于影响对(一个或多个)目标空间的治疗的一个或多个初始轨迹。在一些实施例中，托架120的定位至少部分地通过由致动器或齿轮和连杆系统执行的自动调节来实现。例如，可以自动地抬高横向高度，或者可以自动旋转倾斜角度。在一些实施例中，托架120的定位可以手动完成。例如，俯仰、侧倾和/或横向位置设置可以提供给操作者以手动设置托架组件的位置。在一些实施例中，托架组件可以在引入患者头部之前至少部分地定位。

在某些实施例中，当患者的头部被布置并固定在托架组件中时，可以确定当前头部位置，这可以基于从设置在托架组件100的部件(包括底座110、托架120和/或头部固定环106中的至少一个)上或内的传感器接收的传感器数据(904)。在一些示例中，当前头部位置可以包括托架120的当前俯仰角、定位在托架120的通道310内的头部固定环106的侧倾角和底座110在平台102或头部线圈支撑件104上的横向位置中的至少一个。

在其他实施例中，可以确定当前电流探针设备的安装位置，而不是确定当前头部位置。例如，头部的定位可以在将患者置于MRI中时为探针设备的移动和/或接近探针设备提供更大的间隙。在某些情况下，例如，由于在患者颅骨中形成钻孔时的错误计算，探针设备的定位可能会从预期的定位改变。例如，可以通过MRI分析(例如，识别基准标记或测试工具定位)来确定探针装备的定位。如果探针装备偏移超过阈值公差，则系统可以重新计算托架组件的定位，以提供所需的探针设备的可用性和/或操作范围。

在一些示例中，如果底座110的建议横向位置与底座110的当前横向位置之间的差值在允许的公差内，使得建议横向位置和当前横向位置近似相等(906)，则计算系统900可以向计算机工作站输出警报，通知用户托架组件100处于建议横向位置(908)。然而，在一些示例中，如果底座110的建议前横向位置和当前横向位置之间的差值在允许的公差之外，则控制器820可以向致动器输出控制信号以用于将底座110固定到平台102或头部线圈支撑件104的固定机构440修改托架组件100的横向位置(910)。

例如，固定机构440可以包括致动器，该致动器被配置为响应于从控制器820接收的致动信号而使得固定机构440在槽211"(图2B和2D)内平移。在一些示例中，用于固定机构440的致动器可以设置在槽211"附近，使得致动器在插入槽211"时与固定机构440接合。在一些实施方式中，当底座110'到达建议的横向位置时，控制器820可以向计算机工作站输出警报以通知用户托架组件100处于建议的横向位置。

在其他实施例中，系统可以输出用于操作者手动调节横向定位的指令。例如，指令可以设置在用于探针设备的控制器上或在配置成控制医疗过程的各方面的工作站的显示器上。

在一些实施方式中，如果托架120的建议俯仰角与托架120的当前俯仰角之间的差值在允许的公差内，使得建议俯仰角和当前俯仰角大致相等(912)，则计算系统900可以向计算机工作站输出警报，以通知用户托架组件100处于建议的俯仰角(914)。然而，在一些示例中，如果底座110的建议横向位置和当前横向位置之间的差值在允许的公差之外，则控制器820可以将控制信号输出到用于将托架120连接到底座110的的调节机构130的致动器以用于调节托架120的俯仰角(916)。

在其他实施例中，系统可以向操作者输出指令以手动调节俯仰角定位。例如，指令可以设置在用于探针设备的控制器上或在配置成控制医疗过程的各方面的工作站的显示器上。

例如，用于调节机构130的致动器可以是旋转致动器，其例如当旋钮在互补的凹槽、槽或孔内被拧紧或松开时引起旋钮的旋转调节。在一些实施方式中，当旋钮E用作将托架120连接到底座110的调节机构130时或者当旋钮D包括致动器时，旋转致动器可被配置为使旋钮E旋转与患者头部连接到插入托架120中的头部固定环106时的俯仰角对应的量。在一些实施方式中，当托架120达到建议的俯仰角时，控制器820可以向计算机工作站输出警报以通知用户托架120处于建议俯仰角。

在一些示例中，如果托架120和头部固定环106的俯仰角之间的差值大于阈值量(918)，则控制器820可以向计算机工作站输出警报以通知用户头部固定环106可能未正确地安置在托架120的通道310中(920)。在一些实施方式中，当患者的头部正确地安置在托架120内时，托架120和头部固定环106相对于底座110和/或平台102的角度定向(俯仰角)可以基本相等，并且在托架120和头部固定环106的角度定向超过阈值量可以指示头部固定环106没有正确地安置在托架120内并且可能需要重新安置。

虽然已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅作为示例呈现而不旨在限制本公开的范围。实际上，本文描述的新颖方法、设备和系统可以以各种其他形式体现；此外，在不脱离本公开的精神的情况下，可以对本文描述的方法、设备和系统的形式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同旨在涵盖落入本公开的范围和精神内的这些形式或修改。

Claims (15)

1.一种用于相对于患者平台调节头部固定装置的可调节托架组件，所述可调节托架组件包括：

底座，其包括

锁紧机构，其用于将所述底座可释放地锁紧到所述患者平台，和

一对竖直支撑构件，每个竖直支撑构件具有用于设置相对于所述平台的竖直高度的至少一个定位孔；

托架，其包括

弯曲通道，其配置成可释放地容纳头部固定环，其中，所述托架配置成跨越所述底座的所述竖直支撑构件，使得所述通道在所述竖直支撑构件之间对准，和

至少一个调节连接点，其中，所述至少一个调节连接点中的每个调节连接点配置为与所述一对竖直支撑构件中相应的竖直支撑构件的至少一个定位槽对准；和

至少一个调节机构，其中，所述至少一个调节机构中的每个调节机构配置成通过所述一对竖直支撑构件中相应的竖直支撑构件的至少一个定位孔中选择的定位孔可释放地连接到所述托架的所述至少一个调节连接点中相应的调节连接点，以在选择的锁紧位置处将所述托架锁紧到所述底座；

其中，在锁紧在所述选择的锁紧位置时，所述托架在所述患者平台上方的选择的竖直位置处并且相对于垂直于所述患者平台的平面以选择的俯仰角对准。

2.根据权利要求1所述的可调节托架组件，其中，所述一对竖直支撑构件中的给定竖直支撑构件的至少一个孔中的第一定位孔在大致水平方向上延伸穿过所述给定竖直支撑构件的宽度的一部分，其中，所述患者的头部位置的俯仰角能够通过将一组所述调节机构对准在沿着所述第一定位孔的一系列可能位置中的一者处来调节。

3.根据权利要求2所述的可调节托架组件，其中，所述第一定位孔包括弯曲开口。

4.根据权利要求1所述的可调节托架组件，其中，所述一对竖直支撑构件中的每个竖直支撑构件包括在相应的竖直支撑构件上以竖直间隔布置的两个或更多个定位孔。

5.根据权利要求1所述的可调节托架组件，其中，所述托架包括至少一个突起，所述突起配置成与所述至少一个竖直支撑构件的相应孔枢转地配合以设置所述俯仰角。

6.根据权利要求1所述的可调节托架组件，其中，所述至少一个调节机构中的每个调节机构包括用于识别所述俯仰角的基准标记。

7.根据权利要求1所述的可调节托架组件，还包括传感器，所述传感器用于测量患者的头部位置相对于所述平台的角度。

8.根据权利要求1所述的可调节托架组件，还包括一组附接机构，所述附接机构配置成将所述头部固定环在固定位置处可释放地锁紧在所述托架中。

9.根据权利要求1所述的可调节托架组件，其中，所述底座的所述锁紧机构包括一组固定位置，所述固定位置配置成可释放地容纳一组对准机构以在选择的位置处将所述底座可拆卸地锁紧到所述平台。

10.根据权利要求1所述的可调节托架组件，其中，所述底座包括一对支架，使得所述托架穿过所述一对支架之间的间隙在所述底座的所述一对竖直支撑构件之间跨越。

11.一种用于调节头部固定装置相对于患者平台的位置的方法，所述方法包括：

提供具有托架组件的患者平台，其中，所述托架组件包括

托架部分和底座部分，其中，

所述底座部分包括一对竖直支撑构件，每个竖直支撑构件具有用于设置相对于所述平台的竖直高度的至少一个定位孔；所述底座部分固定到所述患者平台，使得所述托架部分安装到所述底座部分以在所述患者平台的患者表面和所述托架部分之间形成竖直间隙，并且

所述托架部分包括配置成容纳头部固定环的通道；

使用所述托架组件的调节机构调节所述托架相对于来自所述患者表面的垂直轴线的俯仰角；

通过在所述至少一个定位孔中选择的定位孔并且使用所述调节机构调节所述托架部分相对于所述患者平台的竖直位置；

使用所述调节机构将所述托架组件锁紧在调节位置处；

将所述头部固定环安装在所述托架部分的所述通道中；

调节所述头部固定环在所述通道内的侧倾角；和

使用至少一个固定机构将所述通道中的所述头部固定环在所述侧倾角的位置处锁紧。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

将所述患者定位在所述平台上；

将所述患者的头部布置在所述头部固定环中；和

将所述患者的头部固定在所述头部固定环中。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括，在将所述患者定位在所述平台上之前：

使用预处理数据确定感兴趣的治疗区域和初始轨迹；和

至少部分地基于所述初始轨迹确定所述俯仰角和所述侧倾角。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述俯仰角和所述侧倾角的步骤包括：

通过处理电路计算建议俯仰角和建议侧倾角；和

通过所述处理电路示出所述建议俯仰角和所述建议侧倾角以供操作者查看。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括：在调节所述俯仰角之前，将所述底座可释放地连接到所述患者平台。

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