CN115209826A - 用于组织切除边缘测量设备的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了用于切除组织块的系统和方法。用于切除组织块的系统包括用于测量与组织块的位置和取向相对应的信号的第一传感器。第一传感器的尺寸被设计成适配在组织块内部或组织块附近。该系统还包括附接到外科手术器械的第二传感器，该第二传感器被配置成用于测量该外科手术器械的位置和取向。控制器与第一传感器和第二传感器通信，并且控制器执行存储的程序以计算第一传感器与第二传感器之间的距离。因此，向临床医生提供视觉、听觉、触觉或其他反馈以将外科手术器械引导至外科手术边缘。

Description

用于组织切除边缘测量设备的系统和方法

对未决在先专利申请的引用

本发明申请要求以下的专利申请的权益：

(1)Raphael Bueno等人的2019年10月18日提交的针对“SYSTEM AND METHOD FORA TISSUE RESECTION MARGIN MEASUREMENT DEVICE(用于组织切除边缘测量设备的系统和方法)”的未决在先美国临时专利申请序列第62/923,137号(代理人案卷号129319.00702.BWH22238)；以及

(2)Raphael Bueno等人的2020年7月22日提交的针对“SYSTEM AND METHOD FOR ATISSUE RESECTION MARGIN MEASUREMENT DEVICE(用于组织切除边缘测量设备的系统和方法)”的未决在先美国临时专利申请序列第63/054,921号(代理人案卷号129319.00734.BWH2020-564)。

在此通过引用将以上标识的两(2)项专利申请并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及外科手术，并且更具体地，涉及计算机辅助的外科手术。

背景技术

微创外科手术切除病变(lesion)包括精确切去病变，同时保留(spare)周围的健康且关键的组织。一些示例包括但不限于保乳外科手术和视频辅助胸腔镜外科手术(VATS)。外科手术切除病变需要移除病变周围的组织的边缘，以确保对病变细胞的完全移除以及提高的长期生存率。默认边缘取决于病变的类型和病变对周围组织的微侵袭。虽然这在癌症中尤其如此，因为原始病变以及与病变一起被切除的正常组织的边缘的大小与生存率相关联，但非癌症病变也是如此。由于高粘弹性、生理运动(诸如，肺塌陷、呼吸或搏动运动)、或组织操纵而引起的组织的显著变形可导致对病变进行定位和对病变的精确移除变得困难。因此，与获得足够边缘的病例相比，这可导致切除不足、病变局部复发、或转移(在癌症中)、以及较差的长期效益。下面列出了两种外科手术应用作为示例。然而，所公开的系统和方法可应用于通过微创或图像引导的方法或开放式外科手术或各方法的组合的对其他病变的切除或活检。

肺病变外科手术

移除肺组织节段的当前临床做法涉及通过切割胸骨或通过展开肋骨来打开胸部。在这些手术期间，多次使肋骨断裂，并且经常通过外科手术移除节段。骨科创伤本身就表现出相当大的疼痛，并且它会使患者的恢复过程复杂化。这种程度的胸痛也使患者从全身麻醉中恢复的任务复杂化，因为身体习惯于强制通气，并且这种疼痛可中断自然的胸部节律。患者从通过胸部小切口或端口执行而不会造成这种骨科创伤的手术中受益匪浅。

尽管众所周知，与开胸手术相比，微创或VATS技术通过使创伤最小化和加快恢复时间而为患者带来益处，但当前仍有大量开胸手术在执行。这是至少部分地由于如下事实：专门设计用于以这种方式促进胸腔手术的器械的数量有限。

然而，针对肺癌的外科手术正转向微创方法，该微创方法使用VATS和较小的解剖或非解剖肺切除(例如楔形切除术或节段切除术)，尤其是针对小的病变。然而，在执行VATS的常规方法中，肺在外科手术期间塌陷，从而导致难以精确定位病变和确定切除边缘。附加地，肺组织的触诊由于对外科手术的微创方法而并不总是可能的(尤其是在较小或早期癌症的情况下)。不精确的外科手术切除可导致不完全切除和后续的病变复发。

乳房病变外科手术

保乳手术(BCS)包括对病变的移除，同时保留病变周围的健康的乳腺实质。研究表明，BCS联合化疗具有和乳房切除术相似的长期益处，具有附加的美容优势。然而，由于乳房的高度变形性，标识和切除整个病变是一项具有挑战性的任务。由于乳房的软组织性质，在对健康实质损伤最小的情况下获得阴性外科手术边缘并非易事。事实上，研究表明，高达25％的乳房切除留下了阳性边缘，并且需要重新治疗。

因此，需要一种组织切除边缘测量设备，该设备通过提供用于精确定位病变和确定切除边缘的改进方法来克服上述限制。

发明内容

本发明涉及用于切除组织块同时补偿由于其弹性性质和生理诱发的运动而引起的组织变形的系统和方法。在非限制性示例中，本发明通过提供用于执行组织切除的设备和方法来实现微创外科手术，该设备和方法排斥(discriminate against)对关键组织造成创伤并且精确地确定切除边缘。附加地，可以向外科医生提供听觉、视觉和触觉提示，以标识和更精确地测量病变边缘和病变周围的关键结构，以确保对病变的完整和安全切除。

本发明的一些实施例提供了一种用于切除组织块的系统。该系统包括外科手术器械和用于测量第一信号的第一传感器。第一传感器的尺寸被设计成适配(fit)在目标病变/组织块内部或目标病变/组织块附近(例如，紧邻目标病变/组织块)，通常在组织块和最终切割区域边缘之间的位置处。该系统还包括用于测量第二信号的第二传感器，并且第二传感器被耦合到外科手术器械。控制器与第一传感器和第二传感器通信，并且控制器执行存储的程序以基于第一信号和第二信号计算第一传感器与第二传感器之间的距离。

在一些实施例中，该系统可以进一步包括套筒，该套筒的尺寸被设计成接合外科手术设备的壳体和第二传感器中的至少一者。第二传感器可以通过例如粘合剂耦合到外科手术器械的壳体。外科手术设备可以是例如缝合器(stapler)、Bovi铅笔(pencil)或切割设备，其被配置成用于沿着围绕目标组织块的切除边缘进行切割，目标组织块可以是病变(例如，肿瘤、结节等)。切除边缘可以被包括在第一传感器与第二传感器之间的所计算的距离内。在计算边缘时可包括其他因素，诸如块与第一传感器之间的距离，以及块的构造。

在一个实施例中，由第一传感器接收的第一信号可以实时指示组织块相对于外科手术器械的位置和取向。类似地，由第二传感器接收的第二信号可以指示外科手术器械相对于组织块的位置和取向。在一个实施例中，第二传感器指示外科手术器械在与第一传感器相同的参考框架中的位置和取向。第一传感器可以是嵌入由超弹性材料制成的锚内的基准标记(有时被称为基准传感器或基准跟踪器)，并且第二传感器可以是器械传感器(有时被称为器械跟踪器)。在一个实施例中，第一传感器可以被配置成用于测量组织块的位置和取向，并且第二传感器可以被配置成用于测量外科手术器械的位置和取向。

在一个实施例中，该系统可以进一步包括用于测量第三信号的第三传感器。第三传感器的尺寸可以被设计成适配在与第一传感器相对的位置处邻近组织块，使得由第三传感器接收的第三信号指示组织块相对于第一传感器的位置和取向。

在一个实施例中，第一传感器可以被嵌入由超弹性材料(例如，镍钛诺)制成的钩结构内。钩结构可以是T形杆或J形杆的形式，并且钩结构的尺寸可以被设计成适配在递送针和/或护套内。递送针和/或护套可以被配置成用于引导第一传感器，并且钩结构可以被配置成用于将第一传感器锚定在组织块内。在一个实施例中，嵌入钩结构内的第一传感器可以在实时图像引导下被插入组织块中。

在一个实施例中，第一传感器被嵌入在包括多个尖头的钩结构内，并且第一传感器的尺寸可以被设计成适配在递送针和/或护套内。递送针和/或护套可以被配置成用于引导第一传感器，并且多个尖头可以被配置成用于将第一传感器锚定在组织块内。钩结构可以进一步包括从钩结构的管部分延伸的多个延伸件，使得多个延伸件的尺寸可用于接收第一传感器。

该系统可以进一步包括与控制器通信的显示器。显示器可以被耦合到外科手术器械并且被配置成显示如由控制器执行的存储的程序所计算的第一传感器与第二传感器之间的距离，所述存储的程序还可以被配置成包括附加的计算。还可以显示距外科手术器械(例如，诸如缝合器之类的切割器械)的基部、中部和尖端的距离。显示器可以是但不限于OLED显示器或LCD显示器。在一个实施例中，该系统可以包括用于发出听觉信号的听觉源。听觉源可以与控制器通信，该控制器被配置成用于执行存储的程序以基于第一传感器与第二传感器之间的距离来改变听觉信号。在一个实施例中，存储的程序是导航系统。

该系统可以进一步包括耦合到外科手术器械的手柄的压电致动器。压电致动器可以被配置成用于发出触觉信号。压电致动器可以与控制器通信，该控制器被配置成用于执行存储的程序以基于第一传感器与第二传感器之间的距离来改变触觉信号。

在一些实施例中，该系统可以进一步包括用于发出视觉信号的监测器。监测器可以与控制器通信，该控制器被配置成用于执行存储的程序以基于第一传感器与第二传感器之间的距离来改变视觉信号。附加地或替代地，该系统可以包括用于显示视频叠加的监测器。监测器可以与控制器通信，该控制器被配置成用于执行存储的程序以将腹腔镜、胸腔镜或内窥镜图像(即“观测仪器(scope)图像”)与虚拟模型图像(即根据解剖的虚拟模型的计算机生成的图像)融合，以便创建观测仪器图像与虚拟模型图像的视频叠加。视频叠加可以被配置成用于标识组织块和第一传感器的位置。

在一个实施例中，本发明提供了一种用于切除患者体内的组织块的方法。该方法包括：将第一传感器插入到目标组织块内部或目标组织块附近(例如，紧邻该组织块)，以及捕获嵌入在该组织块内或该组织块附近(例如，紧邻该组织块)的第一传感器的至少一个图像。使用至少一个图像计算组织块周围的切除边缘。外科手术器械被插入患者体内，并且外科手术器械被耦合到第二传感器。相对于切除边缘跟踪第二传感器，并且使用外科手术器械在切除边缘上进行切割。外科医生将基于该块的诊断和大小来确定可能完成的最佳边缘。该信息也可用于确定所要求的确切操作。

在一些实施例中，该方法可以进一步包括将套筒的尺寸设计成接合外科手术设备的壳体和第二传感器中的至少一者。或者第二传感器可以通过例如粘合剂耦合到外科手术器械的壳体。在另一实施例中，传感器可以被嵌入在设备/器械内，或者传感器可以内置在设备/器械中。外科手术设备可以是例如缝合器、Bovi铅笔或切割设备，其被配置成用于沿着围绕组织块的切除边缘进行切割，该组织块可以是病变(例如，肿瘤、结节等)。切除边缘可以被包括在第一传感器与第二传感器之间的所计算的距离内。

在一些实施例中，由第一传感器接收的第一信号可以实时指示第一传感器(并且因此的组织块)相对于外科手术器械的位置和取向。类似地，由第二传感器接收的第二信号可以指示外科手术器械相对于组织块的位置和取向。在一个实施例中，第二传感器指示外科手术器械在与第一传感器相同的参考框架中的位置和取向。第一传感器可以是由超弹性材料制成的基准标记，并且第二传感器可以是器械传感器。在一个实施例中，第一传感器可以被配置成用于测量组织块的位置和取向，并且第二传感器可以被配置成用于测量外科手术器械的位置和取向。

在一个实施例中，该方法可以进一步包括提供用于测量第三信号的第三传感器。第三传感器的尺寸可以被设计成适配在与第一传感器相对的位置处邻近组织块，使得由第三传感器接收的第三信号指示组织块相对于第一传感器的位置和取向。

在一些实施例中，第一传感器可以被嵌入在钩结构内。钩结构可以是T形杆或J形杆的形式，并且钩结构的尺寸可以被设计成适配在递送针和/或护套内。递送针和/或护套可以被配置成用于引导第一传感器，并且钩结构可以被配置成用于将第一传感器锚定在组织块内。在一个实施例中，嵌入钩结构内的第一传感器可以在实时图像引导下或在直接视觉引导下被插入组织块中。

在一个实施例中，第一传感器被嵌入在包括多个尖头的钩结构内，并且第一传感器的尺寸可以被设计成适配在递送针和/或护套内。递送针和/或护套可以被配置成用于引导第一传感器，并且多个尖头可以被配置成用于将第一传感器锚定在组织块内。钩结构可以进一步包括从钩结构的管部分延伸的多个延伸件，使得多个延伸件的尺寸可用于接收第一传感器。

该方法可以进一步包括提供与控制器通信的显示器。显示器可以耦合到外科手术器械并且被配置成用于显示由控制器执行的存储的程序所计算的距离。显示器可以是但不限于OLED显示器或LCD显示器。显示器还可以包括关于各种传感器之间的距离以及测量的质量的信息。在一些实施例中，该方法可以包括从听觉源发出听觉信号。听觉源可以与控制器通信，该控制器被配置成用于执行存储的程序以基于第一传感器与第二传感器之间的距离来改变听觉信号。在一个实施例中，存储的程序是导航方法。

该方法可以进一步包括：从耦合到外科手术器械的手柄的压电致动器发出触觉信号。压电致动器可以与控制器通信，该控制器被配置成用于执行存储的程序以基于第一传感器与第二传感器之间的距离来改变触觉信号。

在一些实施例中，该方法可以进一步包括在监测器上发出视觉信号。监测器可以与控制器通信，该控制器被配置成用于执行存储的程序以基于第一传感器与第二传感器之间的距离来改变视觉信号。附加地或替代地，该方法可以包括在监测器上显示视频叠加。监测器可以与控制器通信，该控制器被配置成用于执行存储的程序以将腹腔镜/胸腔镜/内窥镜图像(多个)融合到虚拟模型图像，以便创建视频叠加。视频叠加可以被配置成用于标识组织块和第一传感器的位置。

在本发明的一个形式中，该系统可用于标识特定气道的位置。在本发明的这种形式中，该系统包括用于通过支气管镜将传感器定位到肺的气道中的装置。传感器在肺的气道中的这种支气管镜定位(例如，通过将传感器定位在支气管镜上或支气管镜内的导管上，并将支气管镜推进感兴趣的气道中)可用于针对外科手术(如节段切除术、肺叶切除术或楔形切除术)在实际操作期间限定肺叶、节段或亚节段支气管。该功能可以独立于病变边缘测量，并且标识支气管的传感器的位置可以与携载另一传感器的另一设备(例如，外科手术器械)的位置相关，使得外科医生可以限定正确的支气管以用于从操作的胸侧进行外科手术。因此，在本发明的这种形式中，一个传感器被定位在支气管镜上或被定位在置于支气管镜内的导管上，该支气管镜被插入到特定气道中以便限定该特定气道的位置，并且另一传感器被定位在外科手术器械上，该外科手术器械被推进以用于从操作的胸侧进行外科手术，其中系统可持续地跟踪外科手术器械上传感器的位置与支气管镜上传感器的位置，使得外科医生可以持续地跟踪外科手术器械相对于感兴趣的气道的位置(由支气管镜上的传感器标识的)，例如，以瞄准由支气管镜上的传感器标识的气道，避开由支气管镜上的传感器标识的气道等。

在本发明的一个形式中，该系统包括用于标测(map)和跟踪病变周围的气道的装置。

在本发明的一个形式中，该系统包括用于将基准传感器或另一传感器通过支气管镜部署到组织中的装置(例如，将基准传感器通过支气管镜部署到该块中或与该块相邻)。

在本发明的一个形式中，该系统包括：用于测量外科手术缝合器的铰接的装置。

在本发明的一个形式中，该系统包括：用于标记病变的切除边缘的边界并将外科手术缝合器定位成与病变的切除边缘的边界相邻的装置。

在本发明的一个形式中，提供了一种用于确定器械相对于解剖结构中的选定管腔(lumen)的位置的方法，该方法包括：

将被跟踪导管定位在解剖结构的选定管腔中，其中被跟踪导管相对于给定参考框架被跟踪；以及

确定被跟踪器械相对于被跟踪导管的位置，其中被跟踪器械相对于给定参考框架被跟踪，从而确定被跟踪器械相对于解剖结构的选定管腔的位置。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于确定器械相对于解剖结构中的选定管腔的位置的系统，该系统包括：

导管，该导管的大小被设计成在解剖结构的选定管腔中一次性使用(disposable)；

导管跟踪器，该导管跟踪器用于提供表示导管跟踪器相对于给定参考框架的位置的导管信号，导管跟踪器由导管携载；

器械；

器械跟踪器，该器械跟踪器用于提供表示器械跟踪器相对于给定参考框架的位置的器械信号，器械跟踪器由器械携载；以及

控制器，该控制器用于确定被跟踪器械相对于被跟踪导管的位置，由此，当被跟踪导管设置在解剖结构的选定管腔中时，控制器确定被跟踪器械相对于解剖结构中的选定管腔的位置。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于标测和跟踪解剖结构中的多个管腔的方法，其中该解剖结构是可变形的，该方法包括：

在解剖结构处于第一配置时提供该解剖结构的虚拟模型；

当解剖结构处于第一配置时，将被跟踪导管定位在解剖结构中的各管腔中要被标测和跟踪的一个管腔中，并确定被跟踪导管在该管腔中的位置，以便标测该管腔的位置；

针对解剖结构中的各管腔中要被标测和跟踪的每一个管腔重复前述步骤，使得这些管腔被标测；

用被标测管腔补充虚拟模型，从而提供解剖结构处于其第一配置时的解剖结构和被标测管腔的补充虚拟模型；

当解剖结构从其第一配置变形为第二配置时，将被跟踪导管维持在解剖结构的被标测管腔中的一个中；

当解剖结构处于所述第二配置时，确定被跟踪导管在解剖结构中的位置；以及

修改补充虚拟模型，以便在解剖结构处于其第二配置时表示解剖结构和被标测管腔，从而提供经修改的补充虚拟模型，其中修改是通过以下方式实现的：

当解剖结构从其第一配置变形为其第二配置时，确定被跟踪导管的空间变换；并且

将被跟踪导管的空间变换应用于补充虚拟模型的被标测管腔，以便提供解剖结构处于其第二配置时的解剖结构和被标测管腔的经修改的补充虚拟模型。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于标测和跟踪解剖结构中的选定管腔的方法，其中该解剖结构是可变形的，该方法包括：

当解剖结构处于第一配置时，将被跟踪导管定位在解剖结构的选定管腔中；

当解剖结构处于第一配置时，确定被跟踪导管的位置；

当解剖结构处于第一配置时，扫描解剖结构以及位于解剖结构的选定管腔中的被跟踪导管；

当解剖结构处于其第一配置时，创建经扫描的解剖结构和位于解剖结构的选定管腔中的被跟踪导管的虚拟模型；

当解剖结构变形为第二配置时，将被跟踪导管维持在解剖结构的选定管腔内的适当位置；

当解剖结构处于其第二配置时，确定被跟踪导管的位置和取向，从而在解剖结构处于第二配置时确定解剖结构的选定管腔的位置；

调整虚拟模型，以便在解剖结构处于其第二配置时表示解剖结构和选定管腔，从而提供经调整的虚拟模型，其中修改是通过以下方式实现的：

当解剖结构从其第一配置变形为其第二配置时，确定被跟踪导管的空间变换；并且

将被跟踪导管的空间变换应用于虚拟模型的选定管腔，以便提供解剖结构处于其第二配置时的解剖结构和选定管腔的经调整的虚拟模型。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于标测和跟踪解剖结构中的多个管腔的系统，其中该解剖结构是可变形的，该系统包括：

导管，该导管的大小被设计成设置在解剖结构的要被标测和跟踪的多个管腔中，并且该导管被配置成在解剖结构的变形期间保持在解剖结构的选定管腔中；

导管跟踪器，该导管跟踪器用于提供表示导管跟踪器的位置的导管信号，导管跟踪器由导管携载；

解剖结构的虚拟模型，该虚拟模型表示处于第一配置时的解剖结构；以及

控制器，该控制器用于：

(i)当被跟踪导管被设置在多个管腔中的每一个管腔内时确定被跟踪导管的位置，以便在解剖结构处于其第一配置时标测多个管腔；以及

(ii)用被标测管腔补充虚拟模型，从而提供解剖结构和被标测管腔的补充虚拟模型，该补充虚拟模型表示处于其第一配置时的解剖结构。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于标测和跟踪解剖结构中的选定管腔的系统，其中该解剖结构是可变形的，该系统包括：

导管，该导管的大小被设计成设置在解剖结构的选定管腔中，并且该导管被配置成在解剖结构的变形期间保持在解剖结构的选定管腔中；

导管跟踪器，该导管跟踪器用于提供表示导管跟踪器的位置的导管信号，导管跟踪器由导管携载；

解剖结构和位于解剖结构的选定管腔中的被跟踪导管的虚拟模型，其中该虚拟模型是在解剖结构处于第一配置时被创建的；以及

控制器，该控制器用于：

(i)在解剖结构呈现第二配置后确定被跟踪导管的位置；以及

(ii)调整解剖结构和被跟踪导管的虚拟模型，使得该虚拟模型在解剖结构处于其第二配置时符合被跟踪导管的位置。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于跟踪设置在解剖结构中或解剖结构上的组织块的方法，其中该解剖结构包括至少一个管腔，该方法包括：

沿着至少一个管腔推进观测仪器，直到观测仪器的远端被设置在选定组织块的附近区域中；

将基准传感器推进穿过观测仪器，进入解剖结构中，并将基准传感器固定到组织块的附近区域中的解剖结构；以及

检测解剖结构内的基准传感器的位置。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于跟踪设置在解剖结构中或解剖结构上的组织块的方法，其中该解剖结构包括至少一个管腔，该方法包括：

提供一种传感器组件，该传感器组件包括基准传感器和从基准传感器向远侧延伸的电引线，并提供一种部署组件，该部署组件包括针插管和推动器，其中传感器组件可滑动地设置在推动器远侧的针插管中；

沿着至少一个管腔推进观测仪器，直到观测仪器的远端被设置在选定组织块的附近区域中；

将针插管推进穿过观测仪器，进入解剖结构中，并穿过解剖结构的外表面；

缩回针插管，以暴露出延伸穿过解剖结构的外表面的电引线的一部分；

经由延伸穿过解剖结构的外表面的电引线向基准传感器供应电功率；

通过相对于针插管推进推动器或相对于推动器缩回针插管，将基准传感器固定到组织块的附近区域中的解剖结构；以及

检测解剖结构内的基准传感器的位置。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于确定器械相对于由解剖结构携载的组织块的位置的系统，该系统包括：

无线基准跟踪器，该无线基准跟踪器用于提供表示无线基准跟踪器的位置的基准信号，该无线基准跟踪器适于被固定在组织块的附近区域中的解剖结构中；

器械；

器械跟踪器，该器械跟踪器用于提供表示器械跟踪器的位置的器械信号，器械跟踪器由器械携载；以及

控制器，该控制器用于确定被跟踪器械相对于无线基准跟踪器的位置。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于确定器械相对于由解剖结构携载的组织块的位置的系统，该系统包括：

基准跟踪器，该基准跟踪器用于提供表示基准跟踪器的位置和取向的基准信号，该基准跟踪器适于被固定在组织块的附近区域中的解剖结构中；

电引线，该电引线用于向基准跟踪器提供电功率，电引线被可释放地连接到基准跟踪器；

器械；

器械跟踪器，该器械跟踪器用于提供表示器械跟踪器的位置的器械信号，器械跟踪器由器械携载；以及

控制器，该控制器用于确定被跟踪器械相对于基准跟踪器的位置。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于确定器械相对于设置在解剖结构中或解剖结构上的组织块的位置和取向的系统，该系统包括：

传感器组件，该传感器组件包括：

基准跟踪器，该基准跟踪器用于提供表示基准跟踪器的位置的基准信号，该基准跟踪器适于被固定在组织块的附近区域中的解剖结构中；以及

电引线，该电引线用于向基准跟踪器提供电功率，电引线从基准跟踪器向远侧延伸；

器械；

器械跟踪器，该器械跟踪器用于提供表示器械跟踪器的位置和取向的器械信号，器械跟踪器由器械携载；以及

控制器，该控制器用于确定被跟踪器械相对于基准跟踪器的位置和取向。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于确定器械相对于设置在解剖结构中或解剖结构上的组织块的位置和取向的系统，该系统包括：

传感器组件，该传感器组件包括：

基准跟踪器，该基准跟踪器用于提供表示基准跟踪器的位置的基准信号，该基准跟踪器适于被固定在组织块的附近区域中的解剖结构中；以及

电引线，该电引线用于向基准跟踪器提供电功率，电引线从基准跟踪器向远侧延伸；

部署组件，该部署组件包括针插管和推动器，其中传感器组件被可滑动地设置在推动器远侧的针插管内；

器械；

器械跟踪器，该器械跟踪器用于提供表示器械跟踪器的位置和取向的器械信号，器械跟踪器由器械携载；以及

控制器，该控制器用于确定被跟踪器械相对于基准跟踪器的位置和取向。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于确定器械的末端执行器相对于由解剖结构携载的组织块的位置的方法，其中器械包括杆和末端执行器，并且其中末端执行器相对于杆的设置是可调整的，该方法包括：

跟踪组织块的位置；

跟踪器械的杆；

确定末端执行器相对于杆的设置；以及

确定末端执行器相对于组织块的设置。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于确定器械的末端执行器相对于由解剖结构携载的组织块的位置的系统，该系统包括：

无线基准跟踪器，该无线基准跟踪器用于提供表示无线基准跟踪器的位置的基准信号，该无线基准跟踪器适于被固定在组织块的附近区域中的解剖结构中；

器械，该器械包括杆和末端执行器，其中末端执行器相对于杆的设置是可调整的；

器械跟踪器，该器械跟踪器用于提供表示器械跟踪器的位置的器械信号，器械跟踪器由器械的杆携载；

传感器，该传感器用于检测末端执行器相对于杆的设置；以及

控制器，该控制器用于确定被跟踪器械相对于无线基准跟踪器的位置。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于相对于由解剖结构携载的组织块引导器械的定位的方法，该方法包括：

确定组织块的切线；

跟踪组织块的位置；

跟踪器械的位置；

确定器械相对于切线的设置；以及

引导器械的移动，使得器械的一部分与切线对齐。

在本发明的另一形式中，提供了一种用于相对于由解剖结构携载的组织块引导器械的定位的系统，该系统包括：

基准跟踪器，该基准跟踪器用于提供表示基准跟踪器的位置的基准信号，该基准跟踪器适于被固定在组织块的附近区域中的解剖结构中；

器械；

器械跟踪器，该器械跟踪器用于提供表示器械跟踪器的位置的器械信号，器械跟踪器由器械携载；以及

控制器，该控制器用于确定组织块的切线，并用于相对于切线引导被跟踪器械的位置。

考虑到以下具体实施方式、附图和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的通过递送针部署的示例性基准传感器的透视图。

图2是根据本发明的一个实施例的通过递送针部署在组织块附近的图1的示例性基准传感器的透视图(注意，基准传感器可以放置成与组织块相邻，使得基准传感器与组织块接触，或者使得基准传感器与组织块略微隔开)。

图3是根据本发明一个实施例的通过递送针部署在组织块附近的附加基准传感器和图1的示例性基准传感器的透视图。

图4是根据本发明的另一实施例的嵌入钩结构内的示例性基准传感器的透视图。

图5是嵌入图2的组织块中的基准传感器的透视图，其中切除边缘围绕组织块。

图6是嵌入图2的组织块附近的基准传感器的透视图，其中切除边缘围绕组织块(请注意，基准传感器可被放置成与组织块相邻，使得基准传感器与组织块接触，或使得基准传感器与组织块略微隔开)。

图7是用于切除组织块的常规缝合器设备的局部透视图。

图8是根据本发明一个实施例的图7的具有套筒的缝合器设备的局部透视图，其中该套筒包括在缝合器设备的壳体之上的器械传感器。

图9是插入患者体内的图8的缝合器设备的透视图，并且显示了基准传感器与器械传感器之间的距离。

图10是叠加在腹腔镜视图上的组织块的虚拟内窥镜或“观测仪器”视图的示例屏幕截图。

图11是组织块的腹腔镜视图的示例屏幕截图。

图12是显示肺的气道的树状结构的示意图。

图13、图13A和图13B是显示如下内容的示意图：可以如何使用支气管镜将被跟踪导管(即，携载传感器的导管)定位在肺的特定气道中，从而标识肺的特定气道，以及可以如何相对于该气道引导携载另一传感器的外科手术器械(例如，以瞄准该气道，避开该气道等)。

图14-图35是显示可以如何使用被跟踪导管标识气道的位置的示意图。

图36和图37是显示被跟踪导管可用于标识气道的位置的另一方式的示意图。

图38是显示包含病变、基准传感器和被跟踪导管的解剖部位的示意图。

图39是显示使用经皮入口(access)部署的基准传感器的示意图。

图40和图41是显示通过支气管镜部署的无线基准传感器的示意图。

图42是显示基于丝线的基准传感器的示意图，该基于丝线的基准传感器通过支气管镜被部署，并且随后通过支气管镜在图像引导下使其丝线被推动，穿过肺实质到达皮肤的表面。

图43是显示基于丝线的基准传感器的示意图，该基于丝线的基准传感器通过支气管镜被部署，并且使其丝线此后从基准传感器上分离并沿气道向上撤回。

图44-图46是显示用于将基准传感器经支气管镜部署到组织中(例如，将基准传感器经支气管镜部署到组织块中或与组织块相邻)的另一方法的装置的示意图。

图46A和图46B是显示用于将基准传感器经支气管镜部署到组织中(例如，将基准传感器经支气管镜部署到组织块中或与组织块相邻)的另一装置的示意图。

图47-图52是显示可如何使用图44-图46的装置来将基准传感器经支气管镜部署到组织中(例如，将基准传感器经支气管镜部署到组织块中或与组织块相邻)的示意图。

图52A是显示可以如何为基准传感器提供临时近侧电连接(例如，诸如当基准传感器通过支气管镜被部署时)的示意图。

图53和图54是显示具有用于检测外科手术缝合器的头部的铰接的铰接传感器的外科手术缝合器的示意图。

图55和图56是显示(i)病变的模型和(ii)与病变的模型相组合的切除边缘的模型的示意图。

图57-图60是显示可以如何将缝合器部署成与病变的切除边缘相邻的示意图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任意实施例之前，应当理解，本发明在本其申请中不限于在下面说明书中阐述或附图中示出的构造细节和部件配置。本发明能够具有其他实施例，并且能够以其他方式实施或实现。而且，应当理解的是，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应被视为限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用意指包括其后列出的项目及其等效物以及附加项目。除非另有规定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变体广泛使用，并且包括直接安装、连接、支撑和耦合以及间接安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。

提供以下讨论以使本领域技术人员制作和使用本发明的实施例。对所示实施例的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且本文的一般原理可以应用于其他实施例和应用而不脱离本发明的范围。因此，本发明的实施例不旨在限于所示的特定实施例，而是要符合与本文公开的原理和特征一致的最宽范围。参考附图阅读以下具体实施方式，其中不同附图中的相同要素具有相同的附图标记。不一定按比例绘制的附图描绘了选定的实施例并且不旨在限制本发明的范围。本领域技术人员将认识到，本文中提供的示例具有许多有用的替代方案并且落入本发明实施例的范围内。

使用基准传感器跟踪组织块的位置

图1-图3示出了被插入穿过递送针12的示例性基准传感器10(有时也被称为基准标记或基准跟踪器)。基准传感器10可以是例如标记，其包括实时测量组织块18的位置和取向的发射器。如图1-图3所示，基准传感器10可以附接到线缆14，或者基准传感器10可以是无线的。如图1所示，基准传感器10可以被嵌入钩结构16内。基准传感器10的钩结构16可以由超弹性材料(例如，镍钛诺、或不锈钢、或任何其他合适的材料)制成。这将允许基准传感器10被插入穿过递送针12，并通过递送针12的开口22(即管腔)部署到组织块18的中心或外周处。组织块18可以是例如病变(例如肿瘤、结节等)。

如图4所示，显示了基准传感器10和钩结构16的更详细的视图。钩结构16可以包括管部分15，管部分15具有从管部分15的一端延伸的多个延伸件17以及从管部分15的相对端部延伸的多个尖头20。管部分15例如可以是镍钛诺管，其外径D1在大约0.6毫米和大约0.8毫米之间，并且钩结构16可以具有在大约8毫米和大约12毫米之间的总长度L。管部分15可以被激光微加工成圆柱形，具有从其延伸的多个延伸件17以将基准传感器10固定在适当的位置。在一些实施例中，基准传感器10可以是电磁传感器，其使用诸如AA-Bond FDA22之类的医用级环氧树脂粘合剂附接到钩结构16的近端。

如图4所示，多个尖头20可以被配置成将钩结构16(包括基准传感器10)锚定到组织块(诸如图2的组织块18)中或该组织块的外周处。多个尖头20可以由诸如镍钛诺之类的超弹性形状记忆合金构成。例如，多个尖头20可以弯曲并且从钩结构16的中心轴线Y向外延伸。例如，还可以对多个尖头20进行热处理以确保尖头20保持弯曲形状并且镍钛诺的相结构处于马氏体相。在图4所示的实施例中，钩结构16包括三个尖头20，然而，可以提供任何合适数量的尖头以便将钩结构16锚固到组织块(诸如，组织块18)或该组织块的外周处。

基准传感器10连同钩结构16可以被插入穿过递送针12的远端，递送针12可以是例如18号针。钩结构16的多个尖头20可以首先被插入递送针12的管腔22中。有利地，由于镍钛诺的超弹性性质，钩结构16可以被容易地插入递送针12的管腔22中。可以使用被插入穿过递送针12的管腔22的金属通管丝(未显示)部署钩结构16。在完全部署后，多个尖头20将重回其原始弯曲形状，并打开以将钩结构16牢固地锚定到组织块18中或组织块18的外周处。随后可以在部署钩结构16之后移除递送针12。

在一些实施例中，基准传感器10以及钩结构16可在实时图像引导下(例如CT、C臂CT、MRI、超声波等)被插入穿过递送针12，并被嵌入组织块18内，如图5所示，或嵌入组织块18附近(例如，紧邻组织块18)，如图6所示。可在外科手术之前或期间将基准传感器10嵌入在组织块18内或附近。通过使用实时图像引导，始终知道基准传感器10与组织块18在三维中的空间关系(即位置和取向)。钩结构16可以是T形杆或J形杆的形式，例如，以将基准传感器10锚定在组织块18内或附近，从而抑制迁移。有利地，由于丝线14，力位于T形杆16的中心处，从而有助于将基准传感器10锚定在组织块18内或附近。尽管存在例如由于软组织变形或生理运动(诸如肺的塌陷或呼吸)而引入的任何变形，嵌入在组织块18内或附近的基准传感器10将实时测量组织块18的位置和取向，从而容易标识通常难以确定的组织块18的位置。

在替代实施例中，如图3所示，可将第二基准传感器11(例如，以T形杆组件的形式)放置在组织块18附近的不同位置中。如图3所示，第二基准传感器11可以具有与第一基准传感器10分离的线缆14，或者第一基准传感器10和第二基准传感器11可以共享相同的线缆14。第二基准传感器11或任何其他此类设备可用于改进组织块18的定位，即使在可能存在变形的情况下也是如此。例如，第二基准传感器11可以被放置在组织块18的与第一基准传感器10相对的一侧，并通过电磁场中的畸变被第一基准传感器10识别。因此，通过了解组织块18位于这两个传感器之间，即使软组织发生变化，也可以定位组织块18。

现在参考图5和图6，一旦组织块18的位置和取向是已知的，通过在组织块18周围创建三维包络来确定围绕组织块18具有预先确定的距离D2的切除边缘24。切除边缘24可以被手动设置为期望的预先确定的距离D2(例如，两厘米)，并且取决于外科医生的偏好和病变类型。预先确定的距离D2定义了阈值，因此当下文进一步详细描述的外科手术设备26(例如，外科手术缝合器)处于小于该阈值的位置时，可以向外科医生或外科手术设备26提供听觉、视觉和/或触觉提示，以确保对组织块18的精确且完全的切除。

使用器械传感器跟踪外科手术设备的位置

现在参考图7，示出了常规外科手术设备26，诸如外科手术缝合器、Bovi铅笔、kitner、腹腔镜和/或任何合适的切割、切除或消融设备。外科手术设备26可以包括手柄30，该手柄30耦合到外科手术设备26的另一端处的紧固组件32。紧固组件32可以是可移除地连接到手柄30的一次性部件，即，紧固组件32可以是连接到手柄30并在使用后被移除的盒。紧固组件32包括壳体34，壳体34包含多个紧固件36，这些紧固件36在切除组织块18期间被固定到组织。紧固组件32还可包括刀片槽38，刀片槽38容纳刀片(未显示)，以用于沿组织块18的切除边缘24进行切割。

在优选实施例中，外科手术设备26包括套筒40，套筒40的尺寸被设计成在壳体34上滑动，例如，如图8所示。套筒40可以是任何商用套筒，例如，其被配置成越过外科手术设备26的壳体34。器械传感器28(有时被称为器械跟踪器)可通过例如缝合被附接到套筒40。替代地，器械传感器28可以经由任何合适的粘合剂直接附接到外科手术设备26的壳体34，或者集成在壳体34本身中。无论器械传感器28安装在何处，无论是套筒40还是壳体34，器械传感器28都可以在与嵌入组织块18内或附近的基准传感器10相同的成像参考框架中测量外科手术设备26的位置和器械。换言之，外科手术设备26的位置可以相对于位于组织块18内或附近的基准传感器10进行精确测量，如将在以下被进一步详细描述的。由于基准传感器10和器械传感器28两者是在相同的参考框架中被测量的，因此由于要求改变参考轴的配准和校准步骤而引入的误差可以被最小化。

套筒40还可包括显示器42，显示器42向用户显示外科手术设备26与切除边缘24的距离D3，如图9所示，如将在以下描述的。显示器42可以附接到外科手术设备26的手柄30，并且可以是任何商用有机发光二极管(OLED)显示器或液晶(LCD)显示器。在OLED显示器的情况下，可以向用户显示例如位于外科手术设备26的尖端处的组织块18的重新格式化的CT图像。

将外科手术设备引导到组织块

现在参考图9，在操作期间，使用钩结构16的多个尖头20将基准传感器10定位在组织块18附近或嵌入组织块18内，如前所述。执行例如CT/MRI/荧光镜/C臂CT检查以获取定位在组织块18附近或嵌入组织块18内的基准传感器10的图像。然后从术前诊断CT/MRI检查中分割组织块18并且生成组织块18的三维模型(未示出)。在放置基准传感器10期间获得的术中图像可以被配准到患者的诊断检查，并且可以估计基准传感器10的位置。如先前所讨论的，在监测器(未示出)上将围绕组织块18具有预先确定的距离D2的切除边缘24作为围绕组织块18的三维包络或邻近球体显示给用户。可以基于外科医生的偏好和组织块18的类型来确定切除边缘24的预先确定的距离D2。

随后将外科手术设备26插入身体44(即患者)内，如图9所示，以沿切除边缘24切割组织块18。嵌入在组织块18内或附近的基准传感器10与控制器48进行电气或无线通信。控制器48可以是可编程逻辑控制器(PLC)，并且被配置成用于解释由基准传感器10生成的信号。基准传感器10可以是电磁传感器，例如，其生成指示基准传感器10的位置和取向(例如，一个或多个空间坐标)的信号。基准传感器10生成的信号可以是例如电信号，并且控制器48可以经由存储的程序50解释该信号。存储的程序50可以包括例如与基准传感器10和器械传感器28通信的导航系统。

类似地，器械传感器28可以是电磁传感器，例如，其生成指示器械传感器28的位置和取向(例如，一个或多个空间坐标)的信号。器械传感器28生成的信号可以是例如电信号，并且控制器48可以经由存储的程序50解释该信号。基准传感器10和器械传感器28与控制器48通信，并使用导航系统转发组织块18和外科手术设备26的位置和取向。在一些实施例中，存储的程序50可被配置成用于运行校准和/或配准算法，以跟踪外科手术设备26的远侧尖端和到外科手术设备26的法向量。此后，控制器48的存储的程序50计算基准传感器10和器械传感器28之间的距离D3，如图9所示，使得当外科手术设备26低于D3的阈值时，为用户生成听觉、视觉或触觉提示。

当外科手术设备26朝向组织块18的切除边缘24导航时，由于基准传感器10和器械传感器28两者被主动跟踪，因此外科手术设备26可以切去(excise)组织块18，同时而最小化对周围组织的损害。对周围健康组织的最小损伤也可以确保正常的生理功能，例如肺功能。利用来自外科手术设备26上的基准传感器10和器械传感器28的反馈，距组织块18和外科手术设备26的距离D3可以为用户所知并且在显示器42上始终可见。结果，可以始终维持期望的切除边缘24，从而确保对组织块18的完全切除。在一个实施例中，组织块18和外科手术设备26的位置和取向数据可用于锁定或解锁外科手术设备26以抑制对组织块18的错误切除。

组织变形算法

在一些实施例中，控制器48的存储的程序50可被配置成用于包括一个或多个变形算法，所述一个或多个变形算法对如下的变化进行估计或建模：在手术期间切除边缘24由于组织块18和/或周围组织的变形而可能发生的变化。变形算法试图解释切除边缘24的任何此类变化，以在手术期间向用户提供更准确的切除边缘，这有助于对组织块18的完全切除，同时限制对健康周围组织的损伤或移除。

在一个非限制性示例中，存储的程序50包括变形算法，该变形算法假定组织块18(例如，乳房病变)是刚性的并且周围组织(例如，实质)变形。该算法假定组织块18上的每个点与基准传感器10一起移动，基准传感器10如上所述被锚定到组织块18。在另一非限制性示例中，存储的程序50包括变形算法，该变形算法假定组织块18是移动通过粘弹性或流体介质的刚性物体。在又另一非限制性示例中，可以例如经由CT/MRI/荧光镜检查测量组织块18和周围组织的患者特定属性，以预测在针对该特定患者的操作期间发生的组织块18或切除边缘24的变形。应当理解，存储的程序50的变形算法可以与存储的程序50的导航系统实时操作。

更具体地，可以从例如从CT/MRI/荧光镜检查获得的体积图像分割组织块18(例如，病变)，以创建表面模型。基于用户输入到导航系统的默认切除边缘，可以将经分割的病变标签图扩大到期望的切除边缘以创建与切除边缘相对应的表面模型。由于病变和周围组织的变形，切除边缘可例如由于患者的运动而变化。因此可以从病变的表面模型和切除边缘创建线性弹性体积有限元模型(“FEM”)网格。在给定基准传感器10的实时位置测量的情况下，使用FEM模型，可以做出对组织块18和切除边缘24的其他节点的位移的估计，对于FEM模型，刚度值可能不完全准确，并且在一个示例中，FEM模型可能受组织块18和周围组织的约束。因此，可以基于FEM网格的估计刚度值中的不确定性实时向用户提供组织块18和周围组织变形的不确定性测量。

听觉、视觉、定量和触觉提示

如上所述，可以向外科医生和/或外科手术设备26提供听觉、视觉和触觉提示，以标识切除边缘24，从而确保对组织块18的精确和完全切除。例如，听觉源52可被配置成发出听觉信号。听觉源52可以与控制器48通信，控制器48被配置成用于执行存储的程序50以基于器械传感器28与基准传感器10之间的距离D3来改变听觉信号。器械传感器28使用由基准传感器10生成的信号，以使控制器48能够执行存储的程序50，以计算基准传感器10与器械传感器28之间的距离D3(如图9所示)，使得当外科手术设备26低于D3的阈值时，生成听觉信号。听觉信号可以是，例如，音调、蜂鸣音或警报。当距离D3减小时，听觉信号的频率或占空比可增大，使得当外科手术设备26导航到离切除边缘24太近时，听觉信号的频率或占空比增大。

除了听觉提示之外，还可以在与控制器48通信的一个或多个显示器54上向用户提供视觉提示。一个或多个显示器54可包括例如在内窥镜显示器或单独监测器上提供的视觉提示。例如，内窥镜显示器或单独的监测器可被配置成用于发出视觉信号。内窥镜显示器或单独的监测器可以与控制器48通信，控制器48被配置成用于执行存储的程序50以基于器械传感器28与基准传感器10之间的距离D3来改变视觉信号。器械传感器28使用由基准传感器10生成的信号，使控制器48能够执行存储的程序50，以计算在基准传感器10与器械传感器28(例如，在外科手术设备26的尖端附近)之间和/或在器械传感器28(例如，在外科手术设备26的尖端附近)与垂直于钩结构16的向量之间的距离D3(如图9所示)，使得当外科手术设备26低于D3的阈值时，生成视觉信号。视觉信号可以是例如在一个或多个显示器54(诸如内窥镜显示器或单独的监测器)上显示的固体光或闪光灯。视觉信号的频率或亮度还可例如在距离D3减小时增大，使得当外科手术设备26导航到离切除边缘24太近时，视觉信号的频率和/或亮度增大。此外，与器械的切割表面的尖端、中部或基部的距离还可以基于存储的程序而被确定并被显示给用户。这种对距离数字的显示有时可以在本文中称为所谓的定量提示。

在一个非限制性示例中，视觉提示可以例如在显示器54之一上显示为变色球体。变色球体可以表示组织切除边缘24，例如，使得颜色基于器械传感器28与基准传感器10之间的距离D3而变化。因此，例如，当器械传感器28接近基准传感器10时，球体可以以第一颜色显示在显示器54中。同样地，当器械传感器28移动远离基准传感器10时，球体可以例如以第二颜色显示在显示器54上，从而允许外科医生在视觉上了解器械传感器28与基准传感器10之间的距离D3。

尽管定量、视觉和听觉提示可以被提供给临床医生，以标识切除边缘24与外科手术器械26的距离，但是视觉提示还可以包括在与控制器48通信的一个或多个显示器54上提供给用户的视频叠加。例如，可以实现视频叠加以融合腹腔镜图像和虚拟内窥镜图像，以确认基准传感器10和组织块18的位置，如图10的显示器54所示。基于腹腔镜56的位置，如图11的显示器54上所示的，可以生成三维解剖的虚拟内窥镜视频。可以输入焦距和视野来控制使用例如三维视图的可视化工具包相机生成的虚拟内窥镜视图。

还可以在外科手术设备26上向用户提供触觉提示。例如，压电致动器46可被附接到被配置成用于发出触觉信号的外科手术设备26的手柄30。压电致动器46可以与控制器电通信，该控制器被配置成用于执行存储的程序以基于器械传感器28与基准传感器10之间的距离D3来改变触觉信号。器械传感器28使用由基准传感器10生成的信号，以使控制器能够执行存储的程序，以计算基准传感器10与器械传感器28之间的距离D3(如图9所示)，使得当外科手术设备26低于D3的阈值时，生成触觉信号。触觉信号可以是例如施加到外科手术设备26的手柄30上的振动。触觉信号的振幅和/或频率也可例如在距离D3减小时增大，使得当外科手术设备26导航到离切除边缘24太近时，触觉信号的振幅和/或频率增大。

肺癌外科手术的应用

美国每年诊断出近230000例肺癌新病例，估计医疗护理系统的成本为121亿美元。患有肺癌的患者的1年和5年生存率分别为44％和17％。对于早期小病变的治疗，保留实质的微创楔形切除外科手术(WRS)或节段切除术正成为外科手术切除中优于肺叶切除术的优选方法。肺部生理由于过度吸烟、年老、多发病变、既往肺部外科手术、心脏伴随疾病或慢性阻塞性肺疾病(COPD)而受损时，维护健康的肺功能变得更加重要。虽然这些方法(即WRS和节段切除术)导致更好的肺功能，但病变复发率几乎是肺叶切除术的两倍，5年生存率显著降低。此外，节段切除术与显著的并发症相关联。与节段切除术相关联的局部复发和并发症可能是由于在放气的肺中难以准确定位和切除病变以及难以标识节段间平面。为了避免围手术期和术后并发症，需要仔细标识和遵循精确的解剖标志(例如，血管和支气管解剖变异)。

在前面的部分中，教导了将基准传感器10(例如T形杆或J形杆组件)放置在病变18附近，以便实时跟踪该病变。还使用器械传感器28实时跟踪外科手术缝合器(或其他外科手术设备)26，以精确引导对肺病变18的切除。更具体地说，导航软件计算外科手术缝合器到基准传感器(例如T形杆或J形杆组件)26的距离，并且因此计算外科手术缝合器26到病变18的距离，并实时向外科医生显示距离测量值，以确保病变完全切除。此外，还可以实时计算和显示基准传感器10或肿瘤表面到缝合器切割线(在本文有时也被称为切除线)的尖端、中部和基部的距离。

使用该系统标识肺中的特定气道以便帮助外科医生在从操作的胸侧进行外科手 术期间标识该气道

该系统还可用于标识肺中的特定气道，以便帮助外科医生在从操作的胸侧进行外科手术期间标识该气道。

更具体地说，肺的气道具有复杂的树状结构。参见图12。

在治疗肺中的病变时，尤其是在治疗可能涉及切除肺以便移除该病变的情况下，规划与特定气道相关的切除(即，移除特定气道，避开特定气道等)可能很重要。因此，在进行切除外科手术时，了解相关气道的位置可能是重要的。

在支气管镜检查期间，标识支气管镜相对于特定气道的位置是可能的，因为当支气管镜沿着气道的树状结构向下行进时，支气管镜遵循由特定分支表征的下降路径。然而，考虑到支气管镜的大小以及气道逐渐减小的大小，支气管镜可通常只能沿肺的气道向下穿过有限的距离。此外，在从操作的胸侧进行外科手术期间，从胸侧提供给外科医生的可视化限于直接视野，并且由于从胸侧提供给外科医生的视野有限，因此从胸侧标识特定气道可能非常困难。

本发明可用于标识肺中的特定气道，以便帮助外科医生在从操作的胸侧进行外科手术期间标识该气道。

更具体地，并且现在来看图13、图13A和图13B，在本发明的这种形式中，支气管镜60用于将携载传感器70(即“被跟踪导管”75)的导管65定位到肺的相关气道中。更具体地，在本发明的一种优选形式中，可以在支气管镜引导下或通过某种其他形式的引导(例如CT成像、C臂成像等)使支气管镜60推进穿过气道，直到支气管镜60尽可能远地朝向相关气道推进。参见图13。随后，被跟踪导管75(即，携载传感器70的导管65)沿支气管镜60向下推进，并且随后被推进到支气管镜60的末端之外，进入肺的相关气道中。参见图13A。注意，优选地是，被跟踪导管75不会推进穿过支气管镜60，直到支气管镜60被定位在肺中之后，以便维持支气管镜60的最大柔韧性。一旦被跟踪导管75被推进到支气管镜60之外并在相关气道中就位，即可撤回支气管镜60。参见图13B。此时通常期望撤回支气管镜60，因为它可能阻碍通气。

传感器在肺的相关气道中的支气管镜定位(即，通过支气管镜将被跟踪导管定位在肺的相关气道中)随后可被用于限定肺叶、节段或亚节段支气管，以用于在实际操作期间进行外科手术，诸如节段切除术、肺叶切除术或楔形切除术。更具体地，标识支气管的传感器(即被跟踪导管75上的传感器70)的位置可以与携载另一传感器85(即被跟踪器械90)的另一设备(例如外科手术器械)80的位置相关联，使得外科医生可以使用该系统标识正确的支气管以用于从操作的胸侧进行外科手术(当直接可视化受到限制并且对于特定的气道常常不明确时)。因此，在本发明的这种形式中，一个传感器70被定位在插入特定气道中的导管65上，以标识该特定气道的位置，并且另一传感器85被定位在外科手术器械80上，该外科手术器械80被推进以用于从操作的胸侧进行外科手术，并且该系统随后跟踪外科手术器械80相对于被跟踪导管75的位置(并且因此跟踪外科手术器械80相对于被跟踪导管75所在的气道的位置)。以这种方式，即使从操作的胸侧的直接可视化可受到限制，并且对于特定气道可能不明确，外科医生也可以标识外科手术器械80相对于感兴趣的气道(该感兴趣的气道由被跟踪导管75上的传感器70标识)的位置。因此，外科医生可以使用该系统来靶向由被跟踪导管75上的传感器70所标识的气道，或避开由被跟踪导管75上的传感器70所标识的气道，等等。

值得注意的是，当肺处于第一配置(例如充气配置)时，可将被跟踪导管75插入肺的相关气道中，并且当肺变换为第二配置(例如放气配置)时，可将被跟踪导管75维持在该气道内的适当位置。当在有限入口外科手术期间(例如，在通过被推进到胸部中的观测仪器提供可视化的情况下)尝试标识肺的相关气道，并且肺在第一配置和第二配置之间变换时，这可能特别有利。

注意，如果期望的话，则可在支气管镜60沿肺的气道向下推进之前，将被跟踪导管75插入支气管镜60中。然而，如上所述，通常期望在支气管镜60已被定位在肺中之后将被跟踪导管75插入支气管镜60中，因为这为支气管镜60提供了最大的灵活性。

另请注意，如果期望的话，则可在将被跟踪导管75推进相关气道中之后，将支气管镜60留在肺中的适当位置。然而，如上所述，在许多情况下，在将被跟踪导管75推进到相关气道中后，移除支气管镜60是期望的，因为这可以提供更好的肺通气。

除上述内容之外，还应了解，如果期望的话，则支气管镜60本身可以携载传感器(未示出)，使得支气管镜60本身可以在肺的气道中被跟踪。在支气管镜60能够推进到感兴趣的气道中的情况下，例如，在感兴趣的气道是可以由支气管镜60直接进入的相对大的气道的情况下，这种方法可能是有用的。

注意，如果期望的话，则当肺处于给定配置(例如，第一充气配置)时，被跟踪导管75(和/或被跟踪支气管镜)也可用于标测肺中的多个气道。

在本发明的一个形式中，当肺处于第一(例如充气)配置时，基准传感器10(例如T形杆或J形杆组件)被放置在肺内；当肺处于其第一(例如充气)配置时，将被跟踪导管75放置在肺的选定气道中；当肺处于其第一(例如，充气)配置时，确定基准传感器10和被跟踪导管75的相对设置；肺被变换为第二(例如，放气)配置；当肺处于其第二(例如，放气)配置时，确定基准传感器10和被跟踪导管75的相对设置；并且基准传感器10和被跟踪导管75的相对设置的变化在肺从其第一(例如充气)配置变换为其第二(例如放气)配置之后被确定，并被用于在肺处于其第二(例如放气)配置时估计肺变形的程度和肺结构的位置。

标测和跟踪周围气道

可以通过标测和跟踪周围气道(以及病变)来增强上述系统，以便确保切去肺的正确节段。这是因为在肺的放气期间，解剖结构将移位，并且外科医生可能看不到要切去的组织切片。

用于标测和跟踪肺的气道的手术可如下地进行。

首先，将患者置于仰卧位。随后，在支气管镜下，将具有板上(on-board)导管传感器70的柔性导管65放置在包含病变18的肺节段的最近/目标支气管中。这可以通过视觉标识正确的支气管或通过某种形式的引导(例如CT成像、C臂成像等)来完成。将被跟踪导管75插入病变18的块附近的目标支气管中，并且在插入导管65时，使用板上导管传感器70和电磁跟踪器系统记录导管65的轨迹，该板上导管传感器70和电磁跟踪器系统被配置成用于标识导管传感器70的位置和取向(并且因此标识导管65的位置和取向)。该轨迹标记了气道95在电磁跟踪器系统的坐标空间中的位置。参见图14-图34。当导管65沿着气道95向下推进时，导管传感器70的连续检测位置可以被连接起来，以便提供被靶向气道的中心线。参见图35。

替代地，导管65可以包括沿其长度定位的多个导管跟踪器70，使得在导管65被完全插入气道中之后，可以通过简单地记录各种导管传感器70的位置来进行气道标测。参见图36和图37。请注意，可以在支气管镜引导下或通过某种其他形式的引导(例如CT成像、C臂成像等)将导管65推进穿过气道。

随后可以对相邻的气道重复该过程，以便标测出病变周围的气道。

一旦对相关气道的标测完成，基准传感器10(例如T形杆或J形杆组件或类似跟踪器)和被标测气道的位置被记录在充气的肺中(并且最终被记录在放气的肺中)。

此后，在基准传感器10在病变18附近并且被跟踪导管75设置在病变附近的关键气道中的情况下，肺在外科手术开始之前塌陷。当肺塌陷时，实时跟踪基准传感器10(例如T形杆或J形杆组件)和被跟踪导管75。参见图38。基准传感器10(例如T形杆或J形杆组件)和关键气道(例如，包含被跟踪导管75的气道)的位置被记录在放气的肺中。使用基于有限元的粒子过滤器或FEM变形算法，估计基准传感器10(例如T形杆或J形杆组件)和关键气道从充气状况到放气状况的空间平移(translation)。关键气道周围的平滑变形场被估计。随后将变形场应用于在充气的肺中被标测的其他气道，以便估计这些其他气道在放气的肺中的位置。在导航系统中，向外科医生显示“变形”的气道(即放气的肺中的气道)以及病变，以精确地将外科手术缝合器26引导至最佳切除边缘，同时确保保留关键解剖结构。即使没有缝合器导航，这种方法也有助于限定正确的切除节段(以及作为计划操作的一部分要被切除或不被切除的正确支气管节段)。一旦在胸腔镜或胸部视角中标识了合适的支气管节段，就可以在任何外科手术切除之前，通过简单地将导管65从口、鼻或气管插管中拉出，来移除导管65。

在本发明的一个方面中，可以通过以下方式标测和跟踪可变形解剖结构中的多个管腔：

在解剖结构处于第一配置时提供该解剖结构的虚拟模型；

当解剖结构处于第一配置时，将被跟踪导管定位在解剖结构中的各管腔中要被标测和跟踪的一个管腔中，并确定被跟踪导管在该管腔中的位置，以便标测该管腔的位置；

针对解剖结构中的各管腔中要被标测和跟踪的每一个管腔重复前述步骤，使得这些管腔被标测；

用被标测管腔补充虚拟模型，从而提供解剖结构处于其第一配置时的解剖结构和被标测管腔的补充虚拟模型；

当解剖结构从其第一配置变形为第二配置时，将被跟踪导管维持在解剖结构的被标测管腔中的一个中；

当解剖结构处于第二配置时，确定被跟踪导管在解剖结构中的位置；以及

修改补充虚拟模型，以便在解剖结构处于其第二配置时表示解剖结构和被标测管腔，从而提供经修改的补充虚拟模型，其中修改是通过以下方式实现的：

当解剖结构从其第一配置变形为其第二配置时，确定被跟踪导管的空间变换；并且

将被跟踪导管的空间变换应用于补充虚拟模型的被标测管腔，以便提供解剖结构处于其第二配置时的解剖结构和被标测管腔的经修改的补充虚拟模型。

在本发明的另一方面中，可以通过以下方式标测和跟踪可变形解剖结构中的选定管腔：

当解剖结构处于第一配置时，将被跟踪导管定位在解剖结构的选定管腔中；

当解剖结构处于第一配置时，确定被跟踪导管的位置；

当解剖结构处于第一配置时，扫描解剖结构以及位于解剖结构的选定管腔中的被跟踪导管；

当解剖结构处于其第一配置时，创建经扫描的解剖结构和位于解剖结构的选定管腔中的被跟踪导管的虚拟模型；

当解剖结构变形为第二配置时，将被跟踪导管维持在解剖结构的选定管腔内的适当位置中；

当解剖结构处于其第二配置时，确定被跟踪导管的位置和取向，从而在解剖结构处于第二配置时确定解剖结构的选定管腔的位置；

调整虚拟模型，以便在解剖结构处于其第二配置时表示解剖结构和选定管腔，从而提供经调整的虚拟模型，其中修改是通过以下方式实现的：

当解剖结构从其第一配置变形为其第二配置时，确定被跟踪导管的空间变换；并且

将被跟踪导管的空间变换应用于虚拟模型的选定管腔，以便提供解剖结构处于其第二配置时的解剖结构和选定管腔的经调整的虚拟模型。

基准传感器的支气管镜部署

在上述系统中，基准传感器10(例如T形杆或J形杆组件)被描述为被经皮部署。参见图39。然而，如果期望的话，则基准传感器10(例如T形杆或J形杆组件)可以经由支气管镜途径、开胸途径或VATS途径被部署。

更具体地，基准传感器10(例如，T形杆或J形杆组件)是金属锚，该金属锚具有嵌入在钩状结构中的无线电磁传感器。金属锚可以由超弹性材料(例如镍钛诺)制成，或者它也可以由不锈钢制成。基准传感器10(例如，T形杆或J形杆组件)被放置在端部带有斜角尖端的长柔性中空管内。该中空管被插入穿过支气管镜60的工作通道。在使用导航系统的实时图像引导下，无线基准传感器10(例如T形杆或J形杆组件)使用支气管镜60而被导航穿过气道，并被放置在病变附近。参见图40。一旦基准传感器10(例如，T形杆或J形杆组件)已被部署在病变18附近，则移除支气管镜60(以及延伸穿过支气管镜的工作通道的中空管)。参见图41。此后，肺塌陷，并使用基准传感器10(例如，T形杆或J形杆组件)实时跟踪病变18。还可以使用附接到外科手术缝合器的器械传感器实时跟踪外科手术缝合器(未显示)。请注意，外科手术缝合器在与基准传感器10(例如T形杆或J形杆组件)相同的参考框架中被跟踪。随后可以使用导航系统将外科手术缝合器导航到最佳切除边缘。

替代地，如果期望的话，则基准传感器10(例如T形杆或J形杆组件)可以携载基于丝线的电磁传感器。在这种情况下，在基准传感器10(例如，T形杆或J形杆组件)已被部署之后，在图像引导下，通过支气管镜将基准传感器的丝线14推动穿过肺实质到达在离病变18最近的点(spot)处的皮肤表面，以标记病变18。参见图42。

在本发明的又另一形式中，在基准传感器10(例如T形杆或J形杆组件)携载基于丝线的电磁传感器的情况下，丝线14具有到电磁传感器的可分离连接。随后，在缝合器被用于建立切除线之后，将丝线14与电磁传感器分离并沿气道向上拉回。参见图43。

在本发明的又另一形式中，并且现在看图44-图52，提供支气管镜传感器单元100，以用于在支气管镜下将基准传感器10部署到组织块18中或组织块18附近。

更具体地，并且现在看图44-图46，支气管镜传感器单元100(图44)通常包括J形杆和电引线组件105(图45)和部署组件110(图46)。

J形杆和电引线组件105通常包括J形杆组件115和电引线120。J形杆组件115包括前述钩结构16，钩结构16携载前述基准传感器10和前述尖头20。电引线120的一端125被连接到基准传感器10，使得递送到电引线120的电功率可以为基准传感器10供电。电引线120的另一端130包括防损伤(atraumatic)尖端135。电引线120可以用疏水编织线覆盖，以允许J形杆和电引线组件105通过部署组件110的管腔150(见下文)的简单插入和缩回。

替代地，如果期望的话，则J形杆和电引线组件105的远端可以包括第二锚，而不是防损伤尖端135，该第二锚可以在一旦电引线120的远端从肺伸出时防止电引线120重新进入肺。换句话说，该第二锚将防止电引线120的远端在部署之后逆行移动。此外，在本发明的这种形式中，J形杆组件115的尖头120可以具有防止J形杆组件115从部署组件110释放后顺行移动的配置。参见例如图46A和图46B，其显示了在电引线120的远端处的尖头135A，以及在J形杆组件115的远端处的尖头20A，其中尖头135A防止电引线120的远端的部署后近侧移动，并且尖头20A防止J形杆组件115的部署后远侧移动。

部署组件110包括针插管140和推动器145。针插管140包括中空管腔150，并终止于尖锐尖端155。推动器145包括杆160。杆160的一端终止于钝的远端165。杆160的另一端终止于手柄170。推动器145的杆160的大小被设计成被可滑动地接收在针插管140的管腔150中。注意，部署组件110的针插管140的大小被设计成使其能够被插入穿过支气管镜的工作通道。

如图44所示，J形杆和电引线组件105以及推动器145的杆160最初被设置在针插管140的管腔150内，其中J形杆组件115的尖头20弹性变形为更直的配置，以便被接收在针插管140的管腔150内，并且其中弹性变形的尖头20的近端恰好位于推动器145的钝端165的远侧。还应注意，当J形杆和电引线组件105被设置在针插管140的管腔150内时，电引线120的防损伤尖端135弹性变形，使其在针插管140内处于基本笔直(注意，图44旨在是示意的，并且在实践中，电引线120具有更紧密地填充针插管140的管腔150的直径，使得电引线120的防损伤尖端135在电引线120被限制在针插管140内时处于基本笔直，并且在防损伤尖端135未被限制在针插管140内时返回到图45所示的卷曲配置)。以此方式，针插管140可以携载J形杆和电引线组件105，其中针插管140遮蔽J形杆和电引线组件105，使其不与周围结构(例如支气管镜、组织等)接触。然而，推动器145的远侧移动可使J形杆和电引线组件105从针插管140的管腔150中弹出。

在优选的使用方法中，在使用诊断或术中(intraprocedural)CT、C臂CT、MRI或其他成像模式进行在肺中的部署之前，计划J形杆和电引线组件105相对于患者的解剖结构的预期位置，即在诊断或术中CT、C臂CT、MRI或其他成像模式上提前计划J形杆组件115的预期位置以及电引线120在它从肺表面伸出时的出口点。使用本领域公知的图像配准算法将电磁(EM)跟踪坐标映射到诊断/术中成像坐标，以跟踪成像坐标中的支气管镜和J形杆和电引线组件105。J形杆组件115的位置被选择在肿瘤的附近区域中，优选地沿着连接支气管镜目标位置和电引线的出口位置的线，而电引线120从肺的出口点被选择为(i)从J形杆位置到肺表面(或裂隙表面)的最短路径，或(ii)根据外科医生的偏好。

作为示例但不限于，在优选的使用方法中，并且现在看图47-图52，支气管镜60被推进穿过患者的气道，直到支气管镜60的远侧尖端被设置在病变(即组织块)18附近。参见图47。注意，支气管镜60可以在直接可视化下被推进，并且可以使用由支气管镜60携载的一个或多个传感器180跟踪其位置。替代地，假定为J形杆组件115提供临时电连接(即，经由延伸穿过针插管140的内部的电连接，诸如通过使推动器145的一部分通电)，可以使用J形杆组件115跟踪支气管镜60的位置。可以使用本领域公知的图像配准算法将被跟踪的支气管镜60的位置映射到成像坐标(见上文)，以便将支气管镜60引导至病变18。

接下来，如果尚未完成，则目标点185在肺的外表面上被标识为期望针插管140将从肺中伸出并进入胸膜腔的点。参见图48。

随后支气管镜传感器单元100(包括部署组件110及其乘客J形杆和电引线组件105)使其远端被推进穿过支气管镜60、穿过肺、穿过目标点185并进入胸膜腔。参见图49。注意，可以经由支气管镜60和/或经由扫描仪可视化(例如，CT成像、C臂成像、超声成像等)或通过使用临时电连接的J形杆组件115(如果已通过针插管140的内部建立了临时电连接的话)来在视觉上引导支气管镜传感器单元100的远端。

接下来，部署组件110的推动器145可用于向远侧推动J形杆和电引线组件105，使得(i)电引线120的一部分和防损伤尖端135从针插管140出来并进入胸膜腔，并且(ii)J形杆组件115被设置成与病变18相邻(然而请注意，此时电引线120的一部分和J形杆组件115保持在针插管140内)。参见图50。

接下来，针插管140向近侧缩回，同时将推动器145维持在适当位置，从而暴露(i)电引线120的从目标点185延伸到J形杆组件115的部分，以及(ii)J形杆组件115。当针插管140越过J形杆组件115的尖头20缩回时，尖头20不再被限制在针插管140的管腔150内，并且可以自由地向外弹起并设置到组织中，从而将J形杆组件115(并且因此将基准传感器10)锚定成与病变18相邻。参见图51。此时，如果J形杆组件115通过针插管140的内部临时被连接到电源，则J形杆的丝线断开并缩回到针插管140内。注意，穿过针插管140的电引线的这种断开和缩回是期望的，因为它将它们从预期的切除线移除。随后电源夹持工具190被推进到胸膜腔中并被夹持到电引线120的延伸出肺的部分上，从而为电引线120提供电功率，并且因此为J形杆组件115的基准传感器10提供电功率。参见图52。请注意，通过经由从身体外部的点(而不是通过被推进穿过支气管的针插管140和支气管镜60)被推进到胸膜腔中的电源夹持工具190向J形杆组件115供应电功率，电引线不会越过预期的切除线。

电源夹持工具190可以采取各种形式。本质上，它是一种细长的工具，其被配置成从身体外延伸到胸膜腔中，并与电引线120的延伸出肺并进入胸膜腔中的部分进行电连接，从而向J形杆组件115递送功率。作为示例而非限制，电源夹持工具190可以包括一对电连接的钳口，该对电连接的钳口可以围绕电引线120的延伸出肺并进入胸膜腔中的部分闭合。注意，可以通过延伸穿过皮肤的针或通过在皮肤表面上创建的端口来部署电源夹持工具190。由电源夹持工具190供应给电引线120的功率使J形杆组件115能够连接到EM跟踪系统。

一旦通电，基准传感器10与电磁(EM)跟踪系统通信，并且可以由控制器48确定基准传感器10的位置(以及因此病变18的位置)。

此时，外科手术器械80(携载器械传感器85)可用于在肺中实现所期望的切除线，从而从肺的其余部分切去病变18。注意，J形杆和电引线组件105从病变18延伸到胸膜腔，并且因此被包含在正被切去的组织内，并且不越过(cross)切除线。换言之，J形杆和电引线组件105总是在病变18的外侧(outboard)。结果，J形杆组件115的基准传感器10可以在整个切除手术中保持供电，不干扰切除手术，并且在切除完成之后，J形杆和电引线组件105与切除的组织一起被带走。

如上所述，在本发明的一种形式中，将支气管镜60推进穿过患者的气道，直到将支气管镜60的远侧尖端设置在病变(即，组织块)18附近。还如上所述，支气管镜60可以在直接可视化下被推进，并且可以使用由支气管镜60携载的一个或多个传感器180跟踪其位置。替代地，假定为J形杆组件115提供临时电连接(即，经由延伸穿过针插管140的内部的电连接，诸如通过使推动器145的一部分通电)，可以使用J形杆组件115跟踪支气管镜60的位置。因此，可能期望的是，为J形杆组件115提供临时电连接(即，经由延伸穿过针插管140的内部的电连接，例如通过使推动器145的一部分通电)，使得J形杆组件115可以在J形杆组件在针插管140中时被供电。

还可能期望的是，为J形杆组件115提供临时电连接(即，经由延伸穿过针插管140的内部的电连接，例如通过使推动器145的一部分通电)，使得J形杆组件115可以在将电源夹持工具190连接到电引线120的延伸出肺的部分之前被通电。

在本发明的一种优选形式中，并且现在看图52A，可以如下提供用于J形杆组件115的临时电连接。J形杆组件115的基准传感器10包括近侧电连接器200(以及从基准传感器10向远侧延伸的电引线120)。推动器145是插管的并且包括远侧电连接器205。通过延伸穿过推动器145(并且推动器145连接到电源，未示出)的丝线210向推动器145的远侧电连接器205提供电功率。当J形杆组件115位于针插管140中时，J形杆组件115的近侧电连接器200被连接到推动器145的远侧电连接器205，从而为基准传感器10供电。在J形杆组件115已部署在患者的解剖结构中之后(并且在尖头20已设置在组织中之后)，推动器145缩回，将推动器145的远侧电连接器205与J形杆组件115的近侧电连接器200分离，从而将J形杆组件115与由延伸穿过推动器145的丝线210供应的功率断开。然而，应当理解，仍然可以经由电引线120和电源夹持工具190(连接到电引线120)将功率递送到J形杆组件115。

缝合器铰接测量

外科手术缝合器头部可以围绕枢轴点220铰接，以在切除病变时提供期望的取向。虽然器械传感器28可以放置在外科手术缝合器26的铰接头部上(例如，诸如图8和图9中所示)，但这可导致来自缝合器头部上的铁磁材料的干扰。因此，在实践中，器械传感器28通常被定位在外科手术缝合器26的杆上，紧接在铰接点近侧，例如距缝合器尖端约10cm，以便避免来自缝合器头部上的铁磁材料的干扰。在该位置中，器械传感器28在外科手术缝合器26上的枢轴点220近侧，使得器械传感器28位于缝合器26的非铰接部分上。参见图53。结果，放置在外科手术缝合器26的非铰接部分上的器械传感器28不捕获外科手术缝合器26的铰接运动。

因此，在本发明的另一种形式中，外科手术缝合器26被配置成用于测量缝合器头部的铰接角度。更具体地，提供了优选地包括两个部分的铰接传感器225。铰接传感器225的第一部分230放置在缝合器杆上。铰接传感器225的第二部分235放置在铰接缝合器头部上。铰接传感器225的第一部分230和第二部分235之间的连接是通过测量缝合器头部的铰接端的角度的柔性编码器电路。编码器电路优选地是用于测量缝合器头部的角度的改进的圆形电位器。参见图54。惠斯登电桥电路测量编码器电路上产生的可变电阻，以便估计缝合器铰接角度。此外，外科手术缝合器26还可以包括在缝合器杆上的LED指示器(未示出)，以确认铰接传感器225在外科手术缝合器26上的放置。一旦铰接传感器225被放置在外科手术缝合器26上，电路就完成点亮LED指示器。

如果期望的话，铰接传感器225可使用电阻以外的方案来测量缝合器头部铰接，例如，光学编码器可用于测量缝合器头部铰接，或磁性编码器可用于测量缝合器头部铰接等。铰接传感器225也可以内化到缝合器设备26的特定工作内部。替代地，可以将第二传感器(未示出)放置在从套筒朝向尖端并经过铰接的弹性延伸件上，以允许直接测量缝合器铰接角度。可以用胶带或其他粘合剂固定该延伸件。

标记切除边缘和缝合器定位的边界

在本发明的一种形式中，将从诊断CT成像中分割出病变，以便创建将被输入到导航系统的病变240的3D模型。在本发明的另一形式中，可以在有或没有来自放射学发现的输入的情况下，基于外科医生对病变的直接可视化来分割病变。基于来自外科医生的输入或机器学习算法，将确定切除边缘。通过以期望的切除边缘扩展病变标签图来生成切除边缘的分割模型245。参见图55和图56。在了解基准传感器(例如，T形杆或J形杆组件)和病变模型240的位置的情况下，可以相对于病变模型240和估计的切除边缘模型245精确地估计被跟踪的外科手术缝合器的位置。

除了前述之外，在本发明的一种形式中，导航软件可以基于如下的距离来引导外科医生精确地围绕病变进行切除：该距离用于获得(secure)由外科医生基于块大小和假定的诊断所定义的足够边缘。参见图57-图59。更具体地，在本发明的一种形式中，并且现在看图60，导航软件计算在建模切除边缘245的外周处的切线250，并且随后引导外科医生将缝合器255恰好放置在那些切线250之外，使得缝合器255沿着估计的切除边缘模型245周围的切线路径。

尽管上述用于切除组织块的系统和方法被描述用于涉及肺的外科手术，但它也适用于切除身体的任何其他器官或结构中的病变，例如，用于保乳外科手术的切除术、肝脏切除术、肉瘤切除术、部分肾切除术或肺楔形切除术。此外，上述用于切除组织块的系统和方法不限于VATS或微创外科手术。

Claims (105)

1.一种用于确定器械相对于解剖结构中的选定管腔的位置的方法，所述方法包括：

将被跟踪导管定位在所述解剖结构的所述选定管腔中，其中所述被跟踪导管相对于给定参考框架被跟踪；以及

确定被跟踪器械相对于所述被跟踪导管的位置，其中所述被跟踪器械相对于所述给定参考框架被跟踪，从而确定所述被跟踪器械相对于所述解剖结构的所述选定管腔的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制器通过以下方式确定所述被跟踪器械相对于所述被跟踪导管的位置：

确定所述被跟踪导管在所述给定参考框架中的位置；

确定所述被跟踪器械在所述给定参考框架中的位置；以及

确定所述被跟踪器械在所述给定参考框架中的位置与所述被跟踪导管在所述给定参考框架中的位置之间的差异。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述被跟踪器械在所述给定参考框架中的位置与所述被跟踪导管在所述给定参考框架中的位置之间的所述差异通过由以下各项组成的组中的至少一项传送给用户：

听觉提示；

视觉提示；

定量提示；以及

触觉提示。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述视觉提示包括所述被跟踪导管的虚拟模型和所述被跟踪器械的虚拟模型，并且进一步其中，所述被跟踪导管的虚拟模型与所述被跟踪器械的虚拟模型之间的空间关系与所述被跟踪导管与所述被跟踪器械在所述给定参考框架中的特殊关系相同。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述解剖结构包括肺，并且进一步其中，所述选定管腔包括所述肺中的气道。

6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

使用所述被跟踪器械切除所述解剖结构的一部分。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，确定所述被跟踪器械相对于所述解剖结构的所述选定管腔的位置被用于在切除期间保留所述解剖结构的所述选定管腔。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，确定所述被跟踪器械相对于所述解剖结构的所述选定管腔的位置被用于在切除期间切去所述解剖结构的所述选定管腔。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解剖结构包括布置成树状结构的多个管腔，并且进一步其中，所述选定管腔包括所述多个管腔中的一者。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述被跟踪导管定位在所述解剖结构的所述选定管腔中包括：

在观测仪器的视觉引导下将所述观测仪器推进穿过所述多个管腔中的至少一个；以及

将所述被跟踪导管推进穿过所述观测仪器到达所述选定管腔。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述观测仪器被推进到所述选定管腔。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述观测仪器停止在未到达所述选定管腔处，并且所述被跟踪导管被推进到所述观测仪器之外到达所述选定管腔。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述被跟踪导管定位在所述解剖结构的所述选定管腔中包括：

将所述被跟踪导管定位在观测仪器中；以及

在所述观测仪器的视觉引导下将所述观测仪器推进穿过所述多个管腔中的至少一个。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述观测仪器被推进到所述选定管腔。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述观测仪器停止在未到达所述选定管腔处，并且所述被跟踪导管被推进到所述观测仪器之外到达所述选定管腔。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述解剖结构是能变形的；

当所述解剖结构处于第一配置时，所述被跟踪导管被定位在所述解剖结构的所述选定管腔中；

当所述解剖结构从所述第一配置变换为第二配置时，所述被跟踪导管被维持在所述解剖结构的所述选定管腔内的适当位置；并且

当所述解剖结构处于其第二配置时，确定所述被跟踪器械相对于所述被跟踪导管的位置。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述被跟踪导管用于在所述解剖结构处于第一配置时标测所述解剖结构的多个管腔。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于：

当所述解剖结构处于第一配置时，基准传感器被放置在所述解剖结构内；

当所述解剖结构处于其第一配置时，被跟踪导管被放置在所述解剖结构的选定管腔中；

当所述解剖结构处于其第一配置时，所述基准传感器和所述被跟踪导管的相对设置被确定；

所述解剖结构被变换为第二配置；

当所述解剖结构处于其第二配置时，所述基准传感器和所述被跟踪导管的相对设置被确定；并且

所述基准传感器和所述被跟踪导管的相对设置的变化在所述解剖结构从其第一配置变换为其第二配置之后被确定，并被用于在所述解剖结构处于其第二配置时估计所述解剖结构变形的程度和解剖的位置。

19.一种用于确定器械相对于解剖结构中的选定管腔的位置的系统，所述系统包括：

导管，所述导管的大小被设计成在所述解剖结构的所述选定管腔中一次性使用；

导管跟踪器，所述导管跟踪器用于提供表示所述导管跟踪器相对于给定参考框架的位置的导管信号，所述导管跟踪器由所述导管携载；

器械；

器械跟踪器，所述器械跟踪器用于提供表示所述器械跟踪器相对于所述给定参考框架的位置的器械信号，所述器械跟踪器由所述器械携载；以及

控制器，所述控制器用于确定所述被跟踪器械相对于所述被跟踪导管的位置，由此，当所述被跟踪导管设置在所述解剖结构的所述选定管腔中时，所述控制器确定所述被跟踪器械相对于所述解剖结构中的所述选定管腔的位置。

20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成用于通过以下方式确定所述被跟踪器械相对于所述被跟踪导管的位置：

确定所述导管跟踪器在所述给定参考框架中的位置；

确定所述器械跟踪器在所述给定参考框架中的位置；以及

确定所述器械跟踪器在所述给定参考框架中的位置与所述导管跟踪器在所述给定参考框架中的位置之间的差异。

21.如权利要求19所述的系统，进一步包括用户接口，并且进一步其中，所述用户接口被配置成用于向用户传送所述器械跟踪器在所述给定参考框架中的位置与所述导管跟踪器在所述给定参考框架中的位置之间的差异，并且进一步其中，所述用户接口通过使用由以下各项组成的组中的至少一项与所述用户通信：

听觉提示；

视觉提示；

定量提示；以及

触觉提示。

22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述视觉提示包括所述被跟踪导管的虚拟模型和所述被跟踪器械的虚拟模型，并且进一步其中，所述被跟踪导管的虚拟模型与所述被跟踪器械的虚拟模型之间的空间关系与所述被跟踪导管与所述被跟踪器械在所述给定参考框架中的空间关系相同。

23.如权利要求19所述的系统，进一步包括观测仪器，所述观测仪器的大小被设计成接收所述被跟踪导管。

24.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述解剖结构是能变形的，并且其中，当所述被跟踪导管在所述解剖结构处于第一配置中时被设置在所述解剖结构的所述选定管腔中，并且所述解剖结构此后变形为第二配置时，所述被跟踪导管被配置成在所述解剖结构呈现所述第二配置时，保持在所述解剖结构的所述选定管腔中。

25.一种用于标测和跟踪解剖结构中的多个管腔的方法，其中所述解剖结构是能变形的，所述方法包括：

当所述解剖结构处于第一配置时提供所述解剖结构的虚拟模型；

当所述解剖结构处于所述第一配置时，将所述被跟踪导管定位在所述解剖结构中的各管腔中要被标测和跟踪的一个管腔中，并确定所述被跟踪导管在所述管腔中的位置，以便标测所述管腔的位置；

针对所述解剖结构中的所述各管腔中要被标测和跟踪的每一个管腔重复前述步骤，使得这些管腔被标测；

用所述被标测管腔补充所述虚拟模型，从而提供所述解剖结构处于其第一配置时的所述解剖结构和所述被标测管腔的补充虚拟模型；

当所述解剖结构从其第一配置变形为第二配置时，将所述被跟踪导管维持在所述解剖结构的所述被标测管腔中的一个中；

当所述解剖结构处于所述第二配置时，确定所述被跟踪导管在所述解剖结构中的位置；以及

修改所述补充虚拟模型，以便在所述解剖结构处于其第二配置时表示所述解剖结构和所述被标测管腔，从而提供经修改的补充虚拟模型，其中修改是通过以下方式实现的：

当所述解剖结构从其第一配置变形为其第二配置时，确定所述被跟踪导管的空间变换；并且

将所述被跟踪导管的所述空间变换应用于所述补充虚拟模型的所述被标测管腔，以便提供所述解剖结构处于其第二配置时的所述解剖结构和所述被标测管腔的所述经修改的补充虚拟模型。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述空间变换包括由以下各项组成的组中的至少一项：平移、旋转和变形。

27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述被跟踪导管包括至少一个跟踪器，并且进一步其中，通过在所述被跟踪导管沿着管腔移动时确定所述至少一个跟踪器的位置来标测所述管腔。

28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述被跟踪导管包括多个跟踪器，并且进一步其中，通过将所述被跟踪导管定位在管腔内并且在保持所述被跟踪导管固定到位时确定所述多个跟踪器的位置，来标测所述管腔。

29.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述解剖结构包括肺，并且进一步其中所述身体管腔包括气道。

30.一种用于标测和跟踪解剖结构中的选定管腔的方法，其中所述解剖结构是能变形的，所述方法包括：

当所述解剖结构处于第一配置时，将被跟踪导管定位在所述解剖结构的所述选定管腔中；

当所述解剖结构处于所述第一配置时，确定所述被跟踪导管的位置；

当所述解剖结构处于所述第一配置时，扫描所述解剖结构以及位于所述解剖结构的所述选定管腔中的所述被跟踪导管；

当所述解剖结构处于其第一配置时，创建经扫描的解剖结构和位于所述解剖结构的所述选定管腔中的所述被跟踪导管的虚拟模型；

当所述解剖结构变形为第二配置时，将所述被跟踪导管维持在所述解剖结构的所述选定管腔内的适当位置；

当所述解剖结构处于其第二配置时，确定所述被跟踪导管的位置和取向，从而在所述解剖结构处于所述第二配置时确定所述解剖结构的所述选定管腔的位置；

调整所述虚拟模型，以便在所述解剖结构处于其第二配置时表示所述解剖结构和所述选定管腔，从而提供经调整的虚拟模型，其中修改是通过以下方式实现的：

当所述解剖结构从其第一配置变形为其第二配置时，确定所述被跟踪导管的空间变换；并且

将所述被跟踪导管的所述空间变换应用于所述虚拟模型的所述选定管腔，以便提供所述解剖结构处于其第二配置时的所述解剖结构和所述选定管腔的经调整的虚拟模型。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述空间变换包括由以下各项组成的组中的至少一项：平移、旋转和变形。

32.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述解剖结构包括肺，并且进一步其中所述身体管腔包括气道。

33.如权利要求30所述的方法，进一步包括：

在当所述解剖结构处于所述第一配置时扫描所述解剖结构和位于所述解剖结构的所述选定管腔中的所述被跟踪导管之后，确认所述被跟踪导管在所述解剖结构的所述选定管腔中的正确放置。

34.一种用于标测和跟踪解剖结构中的多个管腔的系统，其中所述解剖结构是能变形的，所述系统包括：

导管，所述导管的大小被设计成设置在所述解剖结构的要被标测和跟踪的所述多个管腔中，并且所述导管被配置成在所述解剖结构的变形期间保持在所述解剖结构的所述选定管腔中；

导管跟踪器，所述导管跟踪器用于提供表示所述导管跟踪器的位置的导管信号，所述导管跟踪器由所述导管携载；

所述解剖结构的虚拟模型，所述虚拟模型表示处于第一配置时的解剖结构；以及

控制器，所述控制器用于：

(i)当所述被跟踪导管被设置在所述多个管腔中的每一个管腔内时确定所述被跟踪导管的位置，以便在所述解剖结构处于其第一配置时标测所述多个管腔；以及

(ii)用被标测管腔补充所述虚拟模型，从而提供所述解剖结构和所述被标测管腔的补充虚拟模型，所述补充虚拟模型表示处于其第一配置时的解剖结构。

35.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述控制器被进一步配置成用于：

在所述被跟踪导管被维持在所述解剖结构的所述被标测管腔中的一个中并且所述解剖结构从其第一配置变形为第二配置时，确定所述被跟踪导管的位置；并且

修改所述补充虚拟模型，以便在所述解剖结构处于其第二配置时表示所述解剖结构和所述被标测管腔，从而提供经修改的补充虚拟模型，其中修改是通过以下方式实现的：

当所述解剖结构从其第一配置变形为其第二配置时，确定所述被跟踪导管的空间变换；并且

将所述被跟踪导管的所述空间变换应用于所述补充虚拟模型的所述被标测管腔，以便提供所述解剖结构处于其第二配置时的所述解剖结构和所述被标测管腔的所述经修改的补充虚拟模型。

36.如权利要求35所述的系统，其特征在于，所述空间变换包括由以下各项组成的组中的至少一项：平移、旋转和变形。

37.如权利要求35所述的系统，其特征在于，所述被跟踪导管包括至少一个跟踪器，并且进一步其中，所述控制器被配置成用于：通过在所述被跟踪导管沿着管腔移动时确定所述至少一个跟踪器的位置来标测所述管腔。

38.如权利要求35所述的系统，其特征在于，所述被跟踪导管包括多个跟踪器，并且进一步其中，所述控制器被配置成用于：通过将所述被跟踪导管定位在管腔内并且在保持所述被跟踪导管固定到位时确定所述多个跟踪器的位置，来标测所述管腔。

39.一种用于标测和跟踪解剖结构中的选定管腔的系统，其中所述解剖结构是能变形的，所述系统包括：

导管，所述导管的大小被设计成设置在所述解剖结构的所述选定管腔中，并且所述导管被配置成在所述解剖结构的变形期间保持在所述解剖结构的所述选定管腔中；

导管跟踪器，所述导管跟踪器用于提供表示所述导管跟踪器的位置的导管信号，所述导管跟踪器由所述导管携载；

所述解剖结构和位于所述解剖结构的所述选定管腔中的被跟踪导管的虚拟模型，其中所述虚拟模型是在所述解剖结构处于第一配置时被创建的；以及

控制器，所述控制器用于：

(i)在所述解剖结构呈现第二配置后确定所述被跟踪导管的位置；以及

(ii)调整所述解剖结构和所述被跟踪导管的所述虚拟模型，使得所述虚拟模型在所述解剖结构处于其第二配置时符合所述被跟踪导管的位置。

40.一种用于跟踪设置在解剖结构中或解剖结构上的组织块的方法，其中所述解剖结构包括至少一个管腔，所述方法包括：

沿着所述至少一个管腔推进观测仪器，直到所述观测仪器的远端被设置在选定组织块的附近区域中；

将基准传感器推进穿过所述观测仪器，进入所述解剖结构中，并将所述基准传感器固定到所述组织块的附近区域中的解剖结构；以及

检测所述解剖结构内的所述基准传感器的位置。

41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，所述基准传感器是无线的。

42.如权利要求40所述的方法，其特征在于，所述基准传感器经由电引线被供电，其中在所述基准传感器被推进穿过所述观测仪器并被固定到所述组织块的附近区域中的解剖结构时，所述电引线延伸穿过所述观测仪器，并且进一步其中，所述方法进一步包括，在所述基准传感器被固定到所述解剖结构之后，从所述观测仪器中移除所述电引线并推进所述电引线，使其穿过所述解剖结构设置在切除线的远侧。

43.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括如下步骤：在所述电引线被设置在所述切除线的远侧之后向所述电引线供电。

44.如权利要求40所述的方法，其特征在于，所述基准传感器经由电引线被供电，其中在所述基准传感器被推进穿过所述观测仪器并被固定到所述组织块的附近区域中的解剖结构时，所述电引线延伸穿过所述观测仪器，并且其中，所述方法进一步包括，在所述基准传感器被固定到所述解剖结构之后，使所述电引线与所述基准传感器分离并沿着所述观测仪器的路径撤回所述电引线。

45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，所述电引线通过所述观测仪器被撤回。

46.如权利要求44所述的方法，其特征在于，所述观测仪器在所述电引线就位时被撤回，并且随后所述电引线沿着所述观测仪器的路径被撤回。

47.如权利要求44所述的方法，其特征在于，在所述切除线中的部分但并非全部切除线被实现后，所述电引线与所述基准传感器分离并且沿着所述观测仪器的路径被撤回。

48.如权利要求40所述的方法，其特征在于，所述基准传感器是传感器组件的一部分，并且进一步其中，所述传感器组件包括所述基准传感器和从所述基准传感器向远侧延伸的电引线，其中在所述基准传感器推进穿过所述观测仪器时，所述电引线位于所述基准传感器之前。

49.如权利要求48所述的方法，其特征在于，使用包括针插管和推动器的部署组件，所述传感器组件被推进穿过所述观测仪器并且进入所述解剖结构中。

50.如权利要求49所述的方法，其特征在于，所述传感器组件被能滑动地设置在所述针插管内，所述针插管被推进穿过所述观测仪器以便将所述传感器组件推进穿过所述观测仪器，并且通过相对于所述针插管推进所述推动器或者通过相对于所述推动器缩回所述针插管，所述传感器组件被部署到所述针插管之外并且进入所述解剖结构中。

51.如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述电引线穿过所述解剖结构的外表面。

52.如权利要求51所述的方法，其特征在于，在所述传感器组件被部署到所述针插管之外并且进入所述解剖结构之前，所述电引线穿过所述解剖结构的外表面。

53.如权利要求52所述的方法，其特征在于，当所述电引线被设置在所述针插管内时，所述针插管延伸穿过所述解剖结构的外表面。

54.如权利要求53所述的方法，其特征在于，在所述电引线的所述远侧部分通过所述解剖结构的外表面携载之后，所述针插管被缩回以暴露所述电引线的延伸穿过所述解剖结构的外表面的所述远侧部分。

55.如权利要求54所述的方法，其特征在于，在所述电引线的所述远侧部分延伸穿过所述解剖结构的外表面之后，所述传感器组件从所述针插管中释放并接合所述解剖结构。

56.如权利要求51所述的方法，其特征在于，外科手术导航系统用于确定所述电引线延伸穿过解剖结构的外表面的位置。

57.如权利要求56所述的方法，其特征在于，所述外科手术导航系统使用所述基准传感器的跟踪来确定所述电引线将延伸穿过解剖结构的外表面的位置。

58.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述电引线包括疏水编织线。

59.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述电引线包括防损伤尖端。

60.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述电引线包括至少一个倒钩，所述至少一个倒钩限制所述电引线的近侧移动。

61.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述基准传感器包括至少一个倒钩，所述至少一个倒钩限制所述基准传感器的远侧移动。

62.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述电引线包括限制所述电引线的近侧移动的至少一个倒钩，并且其中所述基准传感器包括限制所述基准传感器的远侧移动的至少一个倒钩。

63.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述传感器组件进一步包括用于为所述基准传感器供电的近侧电引线，其中当所述基准传感器被推进穿过所述观测仪器并被固定到所述组织块的附近区域中的解剖结构时，所述近侧电引线延伸穿过所述观测仪器。

64.如权利要求63所述的方法，其特征在于，当所述观测仪器沿着所述至少一个管腔被插入时，跟踪所述基准传感器。

65.如权利要求63所述的方法，其特征在于，当所述基准传感器被推进穿过所述观测仪器，进入所述解剖结构中并被固定到所述组织块的附近区域中的解剖结构时，跟踪所述基准传感器。

66.如权利要求63所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括，在所述基准传感器被固定到所述解剖结构之后，在所述传感器组件被部署在所述解剖结构中之后，使所述近侧电引线与所述传感器组件分离。

67.如权利要求63所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括，在所述基准传感器被固定到所述解剖结构之后，通过从所述基准传感器向远侧延伸的所述电引线为所述基准传感器供电。

68.一种用于跟踪设置在解剖结构中或解剖结构上的组织块的方法，其中所述解剖结构包括至少一个管腔，所述方法包括：

提供传感器组件，所述传感器组件包括基准传感器和从所述基准传感器向远侧延伸的电引线，并提供部署组件，所述部署组件包括针插管和推动器，其中所述传感器组件被能滑动地设置在所述推动器远侧的所述针插管中；

沿着所述至少一个管腔推进观测仪器，直到所述观测仪器的远端被设置在选定组织块的附近区域中；

将所述针插管推进穿过所述观测仪器，进入所述解剖结构中，并穿过所述解剖结构的外表面；

缩回所述针插管，以暴露所述电引线的延伸穿过所述解剖结构的所述外表面的一部分；

经由延伸穿过所述解剖结构的所述外表面的所述电引线向所述基准传感器供应电功率；

通过相对于所述针插管推进所述推动器或相对于所述推动器缩回所述针插管，将所述基准传感器固定到所述组织块的附近区域中的解剖结构；以及

检测所述解剖结构内的所述基准传感器的位置。

69.如权利要求68所述的方法，其特征在于，所述传感器组件进一步包括用于为所述基准传感器供电的近侧电引线，其中所述近侧电引线被可释放地附接到所述基准传感器，并在所述基准传感器设置在所述针插管中时延伸穿过所述推动器，并且进一步其中，当所述基准传感器被设置在所述针插管中时，所述近侧电引线为所述基准传感器供电。

70.如权利要求69所述的方法，其特征在于，在经由所述远侧电引线向所述基准传感器供应电功率之后，使所述近侧电引线与所述基准传感器分离。

71.一种用于确定器械相对于由解剖结构携载的组织块的位置的系统，所述系统包括：

无线基准跟踪器，所述无线基准跟踪器用于提供表示所述无线基准跟踪器的位置的基准信号，所述无线基准跟踪器适于被固定在所述组织块的附近区域中的解剖结构中；

器械；

器械跟踪器，所述器械跟踪器用于提供表示所述器械跟踪器的位置的器械信号，所述器械跟踪器由所述器械携载；以及

控制器，所述控制器用于确定被跟踪器械相对于所述无线基准跟踪器的位置。

72.如权利要求71所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成用于通过以下方式确定所述被跟踪器械相对于所述无线基准跟踪器的位置：

确定所述无线基准跟踪器的位置；

确定所述器械跟踪器的位置；以及

确定所述器械跟踪器的位置与所述无线基准跟踪器的位置之间的差异。

73.如权利要求71所述的系统，进一步包括用户接口，并且进一步其中，所述用户接口被配置成用于向用户传送所述器械跟踪器的位置与所述无线基准跟踪器的位置之间的差异，并且进一步其中，所述用户接口通过使用由以下各项组成的组中的至少一项与所述用户通信：

听觉提示；

视觉提示；

定量提示；以及

触觉提示。

74.如权利要求73所述的系统，其特征在于，所述视觉提示包括所述无线基准跟踪器的虚拟模型和所述被跟踪器械的虚拟模型，并且进一步其中，所述无线基准跟踪器的虚拟模型和所述被跟踪器械的虚拟模型之间的空间关系与所述无线基准跟踪器和所述被跟踪器械之间的空间关系相同。

75.一种用于确定器械相对于由解剖结构携载的组织块的位置的系统，所述系统包括：

基准跟踪器，所述基准跟踪器用于提供表示所述基准跟踪器的位置和取向的基准信号，所述基准跟踪器适于被固定在所述组织块的附近区域中的解剖结构中；

电引线，所述电引线用于向所述基准跟踪器提供电功率，所述电引线被能释放地连接到所述基准跟踪器；

器械；

器械跟踪器，所述器械跟踪器用于提供表示所述器械跟踪器的位置的器械信号，所述器械跟踪器由所述器械携载；以及

控制器，所述控制器用于确定被跟踪器械相对于所述基准跟踪器的位置。

76.如权利要求75所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成用于通过以下方式确定所述被跟踪器械相对于所述基准跟踪器的位置和取向：

确定所述基准跟踪器的位置和取向；

确定所述器械跟踪器的位置和取向；以及

确定所述器械跟踪器的位置和取向与所述基准跟踪器的位置之间的差异。

77.如权利要求75所述的系统，进一步包括用户接口，并且进一步其中，所述用户接口被配置成用于向用户传送所述器械跟踪器的位置与所述基准跟踪器的位置之间的差异，并且进一步其中，所述用户接口通过使用由以下各项组成的组中的至少一项与所述用户通信：

听觉提示；

视觉提示；

定量提示；以及

触觉提示。

78.如权利要求77所述的系统，其特征在于，所述视觉提示包括所述基准跟踪器的虚拟模型和所述被跟踪器械的虚拟模型，并且进一步其中，所述基准跟踪器的虚拟模型和所述被跟踪器械的虚拟模型之间的空间关系与所述基准跟踪器和所述被跟踪器械之间的空间关系相同。

79.一种用于确定器械相对于设置在解剖结构中或解剖结构上的组织块的位置和取向的系统，所述系统包括：

传感器组件，所述传感器组件包括：

基准跟踪器，所述基准跟踪器用于提供表示所述基准跟踪器的位置的基准信号，所述基准跟踪器适于被固定在所述组织块的附近区域中的解剖结构中；以及

电引线，所述电引线用于向所述基准跟踪器提供电功率，所述电引线从所述基准跟踪器向远侧延伸；

器械；

器械跟踪器，所述器械跟踪器用于提供表示所述器械跟踪器的位置和取向的器械信号，所述器械跟踪器由所述器械携载；以及

控制器，所述控制器用于确定被跟踪器械相对于所述基准跟踪器的位置和取向。

80.如权利要求79所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括部署组件，所述部署组件用于将所述传感器组件推进穿过所述观测仪器并进入所述解剖结构中，所述部署组件包括针插管和推动器。

81.如权利要求80所述的系统，其特征在于，所述针插管被配置用于能滑动设置在观测仪器内和观测仪器外，其中所述传感器组件被能滑动地设置在所述针插管内，并且其中所述推动器被能滑动地设置在所述针插管内，使得在所述针插管内推进所述推动器将所述传感器组件部署到所述针插管之外。

82.如权利要求79所述的系统，其特征在于，所述电引线的大小被设计成使得当所述基准跟踪器被设置在所述组织块的附近区域中时，所述电引线能够延伸穿过所述解剖结构的外表面。

83.如权利要求82所述的系统，进一步包括外科手术导航系统，所述外科手术导航系统用于确定所述电引线延伸穿过解剖结构的外表面的位置。

84.如权利要求83所述的系统，其特征在于，所述外科手术导航系统使用所述基准跟踪器的跟踪来确定所述电引线延伸穿过解剖结构的外表面的位置。

85.如权利要求79所述的系统，其特征在于，所述电引线包括疏水编织线。

86.如权利要求79所述的系统，其特征在于，所述电引线包括防损伤尖端。

87.如权利要求79所述的系统，其特征在于，所述电引线包括至少一个倒钩，所述至少一个倒钩限制所述电引线的近侧移动。

88.如权利要求79所述的系统，其特征在于，所述基准跟踪器包括至少一个倒钩，所述至少一个倒钩限制所述基准跟踪器的远侧移动。

89.如权利要求79所述的系统，其特征在于，所述电引线包括限制所述电引线的近侧移动的至少一个倒钩，并且其中所述基准跟踪器包括限制所述基准跟踪器的远侧移动的至少一个倒钩。

90.如权利要求79所述的系统，其特征在于，所述传感器组件进一步包括用于为所述基准跟踪器供电的近侧电引线，其中所述近侧电引线向近侧延伸离开所述基准跟踪器。

91.如权利要求90所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成用于：在所述基准跟踪器被推进穿过所述观测仪器，进入所述解剖结构中并被固定到所述组织块的附近区域中的解剖结构时，跟踪所述基准跟踪器。

92.如权利要求90所述的系统，其特征在于，所述近侧电引线是与所述传感器组件能分离的。

93.如权利要求92所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成用于：通过向远侧延伸穿过所述基准跟踪器的电引线向所述基准跟踪器供电。

94.如权利要求79所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成用于通过以下方式确定所述被跟踪器械相对于所述基准跟踪器的位置：

确定所述基准跟踪器的位置和取向；

确定所述器械跟踪器的位置和取向；以及

确定所述器械跟踪器的位置和取向与所述基准跟踪器的位置和取向之间的差异。

95.如权利要求94所述的系统，进一步包括用户接口，并且进一步其中，所述用户接口被配置成用于向用户传送所述器械跟踪器的位置和取向与所述基准跟踪器的位置和取向之间的差异，并且进一步其中，所述用户接口通过使用由以下各项组成的组中的至少一项与所述用户通信：

听觉提示；

视觉提示；

定量提示；以及

触觉提示。

96.如权利要求95所述的系统，其特征在于，所述视觉提示包括所述基准跟踪器的虚拟模型和所述被跟踪器械的虚拟模型，并且进一步其中，所述基准跟踪器的虚拟模型和所述被跟踪器械的虚拟模型之间的空间关系与所述基准跟踪器和所述被跟踪器械之间的空间关系相同。

97.一种用于确定器械相对于设置在解剖结构中或解剖结构上的组织块的位置和取向的系统，所述系统包括：

传感器组件，所述传感器组件包括：

基准跟踪器，所述基准跟踪器用于提供表示所述基准跟踪器的位置的基准信号，所述基准跟踪器适于被固定在所述组织块的附近区域中的解剖结构中；以及

电引线，所述电引线用于向所述基准跟踪器提供电功率，所述电引线从所述基准跟踪器向远侧延伸；

部署组件，所述部署组件包括针插管和推动器，其中所述传感器组件被能滑动地设置在所述推动器远侧的所述针插管内；

器械；

器械跟踪器，所述器械跟踪器用于提供表示所述器械跟踪器的位置和取向的器械信号，所述器械跟踪器由所述器械携载；以及

控制器，所述控制器用于确定被跟踪器械相对于所述基准跟踪器的位置和取向。

98.如权利要求97所述的系统，其特征在于，所述传感器组件进一步包括用于为所述基准跟踪器供电的近侧电引线，其中所述近侧电引线被可释放地附接到所述基准跟踪器，并在所述基准跟踪器设置在所述针插管中时延伸穿过所述推动器，并且进一步其中，当所述基准跟踪器被设置在所述针插管中时，所述近侧电引线为所述基准跟踪器供电。

99.一种用于确定器械的末端执行器相对于由解剖结构携载的组织块的位置的方法，其中所述器械包括杆和所述末端执行器，并且其中所述末端执行器相对于所述杆的设置是能调整的，所述方法包括：

跟踪所述组织块的位置；

跟踪所述器械的所述杆；

确定所述末端执行器相对于所述杆的设置；以及

确定所述末端执行器相对于所述组织块的设置。

100.一种用于确定器械的末端执行器相对于由解剖结构携载的组织块的位置的系统，所述系统包括：

无线基准跟踪器，所述无线基准跟踪器用于提供表示所述无线基准跟踪器的位置的基准信号，所述无线基准跟踪器适于被固定在所述组织块的附近区域中的解剖结构中；

器械，所述器械包括杆和末端执行器，其中所述末端执行器相对于所述杆的设置是能调整的；

器械跟踪器，所述器械跟踪器用于提供表示所述器械跟踪器的位置的器械信号，所述器械跟踪器由所述器械的所述杆携载；

传感器，所述传感器用于检测所述末端执行器相对于所述杆的设置；以及

控制器，所述控制器用于确定被跟踪器械相对于所述无线基准跟踪器的位置。

101.如权利要求100所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成用于通过以下方式确定所述被跟踪器械相对于所述无线基准跟踪器的位置：

确定所述无线基准跟踪器的位置；

确定所述器械跟踪器的位置；以及

确定所述器械跟踪器的位置与所述无线基准跟踪器的位置之间的差异。

102.如权利要求101所述的系统，进一步包括用户接口，并且进一步其中，所述用户接口被配置成用于向用户传送所述器械跟踪器的位置与所述无线基准跟踪器的位置之间的差异，并且进一步其中，所述用户接口通过使用由以下各项组成的组中的至少一项与所述用户通信：

听觉提示；

视觉提示；

定量提示；以及

触觉提示。

103.如权利要求102所述的系统，其特征在于，所述视觉提示包括所述无线基准跟踪器的虚拟模型和所述被跟踪器械的虚拟模型，并且进一步其中，所述无线基准跟踪器的虚拟模型和所述被跟踪器械的虚拟模型之间的空间关系与所述无线基准跟踪器和所述被跟踪器械的空间关系相同。

104.一种用于相对于由解剖结构携载的组织块引导器械的定位的方法，所述方法包括：

确定所述组织块的切线；

跟踪所述组织块的位置；

跟踪所述器械的位置；

确定所述器械相对于所述切线的设置；以及

引导所述器械的移动，使得所述器械的一部分与所述切线对齐。

105.一种用于相对于由解剖结构携载的组织块引导器械的定位的系统，所述系统包括：

基准跟踪器，所述基准跟踪器用于提供表示基准跟踪器的位置的基准信号，所述基准跟踪器适于被固定在所述组织块的附近区域中的解剖结构中；

器械；

器械跟踪器，所述器械跟踪器用于提供表示所述器械跟踪器的位置的器械信号，所述器械跟踪器由所述器械携载；以及

控制器，所述控制器用于确定所述组织块的切线，并用于相对于所述切线引导被跟踪器械的位置。

Images