CN115279274A - 术中超声探针系统及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种术中超声成像系统及方法，该术中超声成像系统及方法能够使用超声成像来安全地将手术进入器械(例如，导丝、扩张器、插管等)穿过组织(例如，肌肉、脂肪、脑、肝、肺等)放置而不损伤附近的神经血管结构。该术中超声系统包括被配置用于发射和接收超声波的超声探针组合件以及包括处理器和显示单元的计算机系统。一旦探针处于适当位置，就执行超声成像，其中计算机从探针接收RF数据并使可见解剖结构(例如，肌肉、骨骼等)的B超图像显示在显示单元上。

Description

术中超声探针系统及相关方法
相关申请的交叉引用
本申请是要求于2019年12月3日提交的标题为“术中超声探针系统及相关方法(INTRAOPERATIVE ULTRASOUND PROBE SYSTEM AND RELATED METHODS)”的共同拥有和共同未决的美国临时申请序列号62/943,229的优先权权益的国际申请，该临时申请的全部内容通过引用结合到本公开中，如同在本文中充分阐述一样。
技术领域
本公开总体上涉及超声成像，并且更具体地涉及一种用于使用超声成像来安全地将一个或多个器械穿过组织放置而不损伤附近的神经血管结构的系统及方法。
背景技术
超声成像或超声波检查法是一种诊断医疗程序，其使用高频声波来产生体内解剖特征(包括但不限于器官、组织和血流)的视觉图像。因此，超声成像可以是用于在进入手术目标部位之前提供内在解剖构造的实时可视化的有用工具。然而，传统的超声技术不能有效地检测某些类型的组织，包括神经组织，并且因此传统的超声技术对于某些程序(例如，侧向经腰大肌入路脊柱)的内在解剖构造的可视化可能是不可靠的。
发明内容
本公开描述了一种术中超声探针系统及方法，该术中超声探针系统及方法能够使用超声成像来安全地引导一个或多个器械(例如，针、导丝、扩张器、插管等)穿过组织(例如，肌肉、脂肪、脑、肝、肺等)放置而不损伤附近的神经血管结构。根据一个实施例，并且仅作为实例，术中超声探针系统包括超声换能器探针，该超声换能器探针被配置成发射和接收超声波；计算机系统，该计算机系统包括用于处理由探针接收的数据的处理器；以及显示单元，该显示单元被配置成基于经处理的数据显示超声图像。超声换能器探针被配置成插入到手术患者的手术廊道中，使得超声换能器探针的远端可以与目标解剖构造极为靠近或接触。例如，在侧向进入脊柱手术中，超声换能器探针的远端可以放置在极为靠近腰大肌的位置。然后可以使用超声成像来定位和识别某些解剖结构，以帮助外科医生在视觉上确定导丝穿过腰大肌到达目标椎间盘间隙的安全轨迹。一旦探针位于靠近腰大肌的位置(包括但不限于直接接触)，就可以执行超声成像，其中计算机从探针接收射频(RF)数据，并使可见解剖结构(例如，肌肉、骨骼等)的B超图像显示在显示单元上。
在一些实施例中，术中超声探针系统包括探针，该探针被配置成发射和接收超声波，该探针与电子设备(例如，计算机)电子通信，该电子设备包括用于处理由探针接收的数据的计算机处理器、用于向处理器提供一组可执行指令的软件，以及显示单元(集成的或独立的)，该显示单元被配置成基于经处理的数据显示超声图像。电子设备可以是包括处理器、软件和与显示单元(集成的或独立的)通信的能力的任何固定或便携式计算机系统，包括但不限于膝上型计算机、台式计算机、工作站、个人数字助理、服务器、刀片服务器、大型机、蜂窝电话、智能电话、平板计算机、基于云的计算设备和/或其他类似的计算设备。在一些实施例中，术中超声探针系统可以包括各种器械和配件，包括但不限于换能器稳定器、稳定器管、扩张器引导件、扩张器和克氏针。
在一些实施例中，超声换能器探针包括细长外壳构件，该细长外壳构件具有细长主体部分、远端、近端、上面、下面、内部空腔和近侧孔，通信电缆穿过该近侧孔，通信电缆可以将探针连接到电源、显示设备、计算机等中的一个或多个。在一些实施例中，主体部分包括位于上面上的细长联接轨道，该细长联接轨道基本上延伸主体部分的长度并且可以被配置成与一个或多个附接件或配件可滑动地联接。在一些实施例中，主体部分包括被动锁定元件，该被动锁定元件被配置成接合一个或多个配件，包括但不限于换能器稳定器。在一些实施例中，被动锁定元件包括在联接轨道的近端附近的上面内形成的凹部。凹部的形成可以产生一对侧壁，该一对侧壁位于凹部的任一侧上并且部分地延伸凹部的长度，在侧壁的远端与凹部的远端之间留下空隙。在一些实施例中，远端具有扩大的宽度，以容纳设置在探针的远端处的内空腔内的超声换能器阵列。在一些实施例中，远端还包括大致平面的居前面，该居前面具有平滑的圆形边缘，以在探针穿过手术廊道推进和缩回时最小化对周围组织的损伤。在一些实施例中，近端包括弯曲部分，使得近端在下方向上从主体部分侧向偏移。
在一些实施例中，本公开的术中超声探针系统还包括换能器稳定器。在一些实施例中，探针的远侧区域被设置尺寸和配置成滑动地接合稳定器管。然而，(在一些实施例中)具有比远侧区域更窄宽度的近侧区域本身不接合稳定器管，并且因此在没有稳定中间结构的情况下将自由移动(并且由此在使用期间改变轨迹角度)。因此，换能器稳定器被配置成在近侧区域附近附接到换能器探针并且进一步接合稳定器管，使得当探针被插入到稳定器管中时探针的较窄近侧区域被固定在适当位置。
在一些实施例中，换能器稳定器具有主体部分，该主体部分包括上表面、下表面，以及在其中形成的中心凹部，该中心凹部向稳定器的一侧开口。在一些实施例中，上表面是大致平面的，具有平滑的圆形边缘，使得该稳定器具有大致圆形的矩形横截面形状。在一些实施例中，中心凹部被设置尺寸和配置成在其中接收探针的近侧区域的一部分。在一些实施例中，稳定器还包括第一接合元件，该第一接合元件位于凹部的封闭侧(与开口侧相对)处并且被配置成例如通过接合探针上的被动锁定元件(或类似特征)而接合探针以将稳定器联接到探针。在一些实施例中，稳定器还包括视觉指示器，该视觉指示器将指示稳定器与探针之间的强制锁定接合。
在一些实施例中，换能器稳定器还可以被配置成在联接到探针的同时牢固地接合稳定器管。为了便于这种接合，稳定器可以包括从主体部分的下表面延伸的一对下支柱。下支柱可以位于稳定器的任一端处(例如，在中心凹部的每侧上各一个)并且可以具有对应于稳定器管的内管腔的周边形状的弯曲周边形状，使得下支柱被设置尺寸和成形成紧密地接收在稳定器管的内管腔内。主体部分(包括上表面和下表面)可以具有比支柱稍大的周长，以便产生防止整个稳定器进入稳定器管的内管腔的悬垂部或唇缘。一对细长凸缘可以进一步向下延伸到内管腔中(当联接到稳定器管时)以提供进一步的稳定性。因此，在一些实施例中，换能器稳定器可以被配置成当接合到稳定器管时“坐”在稳定器管的顶部上，并且将探针的近端相对于稳定器管保持在固定定向。
在一些实施例中，换能器稳定器可以由医用级射线可透过材料制成，诸如PEEK(聚醚醚酮)、PEKK(聚醚酮酮)等，并且还可以包含射线照相标记物，该射线照相标记物被定位成在荧光透视下发信号通知扩张器引导件的引导通道中的一个或多个的位置。在一些实施例中，射线照相标记物可以是指示扩张器引导件的引导通道的顶部开口的位置的点标记物和/或指示引导通道的对准和/或角定向的线性标记物。在一些实施例中，换能器稳定器可以由阳极化铝制成。
在一些实施例中，本公开的术中超声探针系统还包括稳定器管。在一些实施例中，稳定器管包括细长插管式套筒，该细长插管式套筒具有近端、远端和从近端延伸到远端的内管腔。在一些实施例中，套筒和内管腔各自具有大致圆形的矩形横截面形状。在一些实施例中，内管腔可以被设置尺寸和配置成在近端处在其中接收稳定器支柱的至少一部分，并在其中进一步接收扩张器引导件。在一些实施例中，套筒还包括在内管腔的相应端部处的近侧孔和远侧孔，以使各种手术器械能够穿过稳定器管进出。在一些实施例中，近端还可以包括上凸缘，该上凸缘支撑探针的侧向偏移弯曲部分；以及侧向延伸凸缘，该侧向延伸凸缘被配置成与铰接臂接合，(例如)以在固定定向上将稳定器管(以及通过延伸而与其相关联的任何器械，诸如探针、扩张器引导件等)配准到床栏杆。
在一些实施例中，本公开的术中超声探针系统还包括扩张器引导件。在一些实施例中，扩张器引导件包括细长插管式套筒，该细长插管式套筒具有近端、远端和一个或多个引导通道，该一个或多个引导通道的形式为从近端延伸到远端的内管腔，并且具有近侧开口和远侧开口，以允许各种器械穿过其中进出。在一些实施例中，扩张器引导件可以具有延伸穿过其中的多个引导通道。在一些实施例中，扩张器引导件可以具有三个圆柱形引导通道，包括中心引导通道和一对侧向引导通道。在一些实施例中，引导通道可以被设置尺寸和配置成接收穿过其中的至少一个扩张器，然而直径或宽度小于引导通道的直径的任何器械均可以穿过。在一些实施例中，扩张器引导件的近端被配置成当接合到稳定器管时“坐”在稳定器管的顶部上，并且将扩张器引导件(并且重要的是，引导通道相对于稳定器管保持在固定定向。在一些实施例中，扩张器引导件的远端具有周边表面，该周边表面的尺寸和形状对应于内管腔的周边尺寸和形状(当与稳定器管联接时)，使得远端紧密地接收在内管腔内以提供进一步的稳定性。
在一些实施例中，超声换能器探针可以是插管式的，以使手术器械(例如，扩张器、克氏针)能够穿过探针推进。在一些实施例中，插管包括内廊道，该内廊道基本上延伸主体部分的长度并且被配置成允许一个或多个手术器械(例如，手术导丝)从中穿过。
在一些实施例中，手术导丝可以包括一系列回声元件，这些回声元件被配置成反射声波以使手术导丝在超声成像期间“可见”。在一些实施例中，回声元件包括凹口、脊等中的一个或多个。
在一些实施例中，探针包括具有大致沙漏形状的细长外壳构件。在一些实施例中，该细长外壳构件可以包括扩大宽度的远端，该远端包括外部表面，该外部表面具有对应于稳定器管的内管腔的周边形状的弯曲周边形状，从而促进远端与稳定器管之间的紧密相互作用，以在使用期间最小化或消除远端相对于稳定器管的非平移移动。在一些实施例中，该细长外壳构件可以包括扩大宽度的近端，该近端包括外部表面，该外部表面具有对应于稳定器管的内管腔的周边形状的弯曲周边形状，从而促进近端与稳定器管之间的紧密相互作用，以在使用期间最小化或消除近端相对于稳定器管的非平移移动。
在一些实施例中，探针还包括近侧延伸部，该近侧延伸部包括内部空腔，通信电缆穿过该内部空腔，通信电缆可以将探针(例如，包括但不限于换能器阵列)连接到电源、显示设备、计算机等中的一个或多个。在一些实施例中，近侧延伸部可以是弯曲的或成角度的，使得近端从远端侧向偏移，从而当探针例如经由稳定器管从手术廊道推进或收回时产生附加的空间来操纵器械。
在一些实施例中，电子设备包括具有计算机外壳的可移动单元(例如，包括处理器、软件、数据存储模块和被配置用于与探针进行有线和/或无线通信的通信模块)、基座单元，以及联接到竖直位移元件的显示单元。在一些实施例中，基座单元具有多个轮元件(例如，脚轮等)，其使得用户能够将可移动单元移动到房间中的任何期望位置。在一些实施例中，包括计算机外壳和显示单元的电子设备可以连接到电源，或者与电子设备集成或者经由电源线连接到A/C电源。在一些实施例中，电子设备可以用备用电池而具有A/C能力。在一些实施例中，数据存储模块可以包括内在存储或外在存储。在一些实施例中，显示单元可以具有包括触摸屏界面的屏幕，该触摸屏界面使得用户能够通过选择计算机在屏幕上呈现的按钮或图标来向计算机提供指令。
在一些实施例中，可以在移除稳定器管之前利用扩张器/克氏针放置的直接可视化。
在一些实施例中，该系统可以包括由图像引导的导航实现的三维软组织映射能力的集成。在一些实施例中，可以采用机器人自动化来提高精度和效率。
作为对下文描述的实施例的附加描述，本公开描述了以下实施例。
实施例1是一种用于引导穿过居间解剖结构进入到手术目标部位的术中超声探针系统，该术中超声探针系统包括：超声探针，该超声探针具有近端、远端、电子通信元件，以及位于远端附近的换能器阵列，该换能器阵列包括至少一个发射元件，该至少一个发射元件被配置成靠近远端并且在远离远端的方向上发射高频声波，换能器阵列还包括至少一个感测元件，该至少一个感测元件被配置成接收反射声波；通过电子通信元件与超声探针电子通信的电子设备，该电子设备具有至少一个计算机处理器和数据存储单元；与电子设备电子通信的显示单元；以及包括指令的计算机可读介质，该指令在由一个或多个处理器执行时被配置成使计算机处理器：指引超声探针以在居间解剖结构的方向上和穿过居间解剖结构中的至少一个方向从至少一个发射元件发射高频声波；将由至少一个感测元件接收的反射声波转换成射频数据；从射频数据生成靠近远端的居间解剖结构的B超图像；生成靠近远端的神经血管解剖构造的二次图像；以及在显示单元上提供以下各项的实时呈现：(i)居间解剖结构的所生成的B超图像；(ii)叠加在B超图像上的神经血管解剖构造的二次图像；以及(iii)叠加在二次图像和B超图像上的神经、肌肉和骨骼中的至少一个的高亮位置。
实施例2是实施例1的系统，其中电子元件包括通信电缆和无线传输平台中的至少一个。
实施例3是实施例1或2的系统，其还包括细长进入导管，该进入导管包括近端、远端和在近端与远端之间延伸的内管腔，该内管腔被配置成接收穿过其中的探针。
实施例4是实施例1至3中任一项的系统，其中进入导管还包括在近端处的侧向延伸凸缘，该侧向延伸凸缘被配置成与铰接臂相互作用以在固定定向上将进入导管配准。
实施例5是实施例1至4中任一项的系统，其中超声探针包括一个或多个射线照相标记物，以在荧光透视下指示穿过居间解剖结构的潜在进入路径的位置和定向中的至少一个。
实施例6是实施例1至5中任一项的系统，其中计算机可读介质包括进一步的指令，该指令在由一个或多个处理器执行时被配置成使计算机处理器在显示单元上提供以下各项的实时呈现：(iii)叠加在B超图像上的基于射线照相标记物的位置和定向的穿过居间解剖结构的一个或多个潜在进入路径。
实施例7是实施例1至6中任一项的系统，其还包括细长扩张器引导件，该细长扩张器引导件被配置成嵌套在进入导管的内管腔内，该细长扩张器引导件具有延伸穿过其中的至少一个引导通道，该至少一个引导通道被配置成在其中接收扩张器。
实施例8是实施例1至7中任一项的系统，其中扩张器具有成形端和内部管腔，成形端被配置用于推进穿过居间解剖结构，内部管腔被配置成允许导丝穿过其中。
实施例9是实施例1至8中任一项的系统，其中细长扩张器引导件包括平行延伸穿过其中的三个引导通道。
实施例10是一种引导穿过居间解剖结构进入到位于操作表面上的患者的手术目标部位的方法，该方法包括：(1)提供超声探针组合件，该探针组合件包括设置在进入导管的内管腔内的超声探针；(2)穿过患者皮肤中的切口将超声探针组合件的远端推进到患者硬脑膜与手术目标部位之间的解剖结构的浅表部分，探针具有近端、远端、电子通信元件，以及位于远端附近的换能器阵列，该换能器阵列包括至少一个发射元件，该至少一个发射元件被配置成靠近远端并且在远离远端的方向上发射高频声波，换能器阵列还包括至少一个感测元件，该至少一个感测元件被配置成接收反射声波并且将该反射声波转换成射频数据；(3)执行超声成像以从探针获得的射频数据生成居间解剖结构的B超图像；(4)在显示设备上显示居间解剖结构的B超图像；(5)显示叠加在B超图像上的靠近远端的神经血管解剖构造的二次图像；(6)显示叠加在二次图像和B超图像上的神经、肌肉和骨骼中的至少一个的高亮位置；以及(7)基于所显示的B超图像和叠加的二次图像来选择穿过居间解剖结构的进入路径。
实施例11是实施例10的方法，其还包括以下步骤：相对于操作表面在固定定向上将进入导管配准。
实施例12是实施例10或11的方法，其中探针包括一个或多个射线照相标记物，以在荧光透视下指示潜在进入路径的位置和定向中的至少一个。
实施例13是实施例10至12中任一项的方法，其还包括以下步骤：显示叠加在B超图像上的基于射线照相标记物的位置和定向的穿过居间解剖结构的一个或多个潜在进入路径的实时呈现。
实施例14是实施例10至13中任一项的方法，其还包括以下步骤：从进入导管移除探针；以及将细长扩张器引导件推进到进入导管的内管腔中，扩张器引导件被配置成嵌套在进入导管的内管腔内，细长扩张器引导件具有延伸穿过其中的至少一个引导通道，该至少一个引导通道对应于选定的进入路径并被配置成在其中接收扩张器。
实施例15是实施例10至14中任一项的方法，其还包括以下步骤：推进细长扩张器穿过对应于选定的进入路径的引导通道，并进一步沿着选定的进入路径穿过居间解剖结构，扩张器具有成形端和内部管腔，成形端被配置成便于推进穿过居间解剖结构，内部管腔被配置成允许导丝穿过其中。
实施例16是实施例10至15中任一项的方法，其还包括以下步骤：推进导丝穿过扩张器，直到导丝的远端配准到手术目标部位。
实施例17是实施例10至17中任一项的方法，其还包括以下步骤：从切口移除进入导管；以及从切口移除扩张器。
附图说明
通过结合附图阅读本说明书，本公开的许多优点对于本领域技术人员将显而易见，其中相同的附图标记应用于相同的元件，并且其中：
图1是图示根据本公开的一个实施例的术中超声探针系统的实例的框图；
图2是形成图1的术中超声探针系统的一部分的超声换能器探针的实例的透视图；
图3是图2的超声换能器探针的近端的平面图；
图4是图2的超声换能器探针的侧视平面图；
图5是图2的超声换能器探针的俯视平面图；
图6是图2的超声换能器探针的仰视平面图；
图7是形成图1的术中超声探针系统的一部分的换能器稳定器的实例的透视图；
图8是图7的换能器稳定器的正视平面图；
图9是图7的换能器稳定器的俯视平面图；
图10是图7的换能器稳定器的分解透视图；
图11是形成图1的术中超声探针系统的一部分的稳定器管的实例的透视图；
图12是图11的稳定器管的俯视平面图；
图13是图11的稳定器管的侧视平面图；
图14是沿图13中的线A-A截取的图11的稳定器管的侧视截面图；
图15是形成图1的术中超声探针系统的一部分的扩张器引导件的实例的透视图；
图16是图15的扩张器引导件的俯视平面图；
图17是图15的扩张器引导件的正视平面图；
图18是沿图16中的线B-B截取的图15的扩张器引导件的正视截面图；
图19是形成图1的超声换能器探针系统的一部分的换能器探针的另一实例的透视图；
图20是图19的换能器探针的平面图；
图21是图19的换能器探针的后视平面图；
图22是图19的换能器探针的侧视截面图；
图23至图24是形成图1的超声换能器探针系统的一部分的换能器探针的另一实例的透视图；
图25至图26是图23的换能器探针的正视平面图；
图27是图23的换能器探针的侧视平面图；
图28是形成图1的术中超声探针系统的一部分的稳定器管的另一实例的透视图；
图29是图28的稳定器管的俯视透视图；
图30是图28的稳定器管的俯视平面图；
图31是图28的稳定器管的侧视平面图；
图32是沿图29中的线C-C截取的图28的稳定器管的侧视截面图；
图33至图34是与图28的稳定器管联接的图23的换能器探针的透视图；
图35至图36分别是与图28的稳定器管联接的图15的扩张器引导件的透视图和俯视平面图；
图37是电子设备的一个实例的平面图，该电子设备包括形成图1的术中超声探针系统的一部分的计算机和显示单元；
图38是图示根据一个实施例的用于使用图1的术中超声探针系统的方法的示例性手术室设置的框图；
图39至图43是根据一个实施例的使用图1的术中超声探针系统的方法的各个步骤的透视图；
图44至图45是根据一个实施例的形成图1的术中超声探针系统的一部分的图形用户界面(GUI)屏幕的实例；
图46至图47是附加方法步骤的透视图；
图48是根据一个实施例的回声手术植入物的实例的透视图；以及
图49至图50是形成图1的术中超声探针系统的一部分的计算机系统的实例的框图。
具体实施方式
下面描述本发明的说明性实施例。为了清楚起见，在本说明书中未描述实际实施方案的所有特征。当然可以理解，在任何这样的实际实施例的开发中，必须作出多个实施方案特定的决策以达到研发者的具体目的，诸如遵循与系统相关和商业相关的约束，这些约束可随实施方案的不同而变化。此外，应当理解，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言仍然是常规任务。本文公开的术中超声探针系统及相关方法具有各种发明特征和部件，它们单独地和组合地保证专利保护。
本公开描述了一种术中超声探针系统及相关方法，该术中超声探针系统及相关方法能够使用超声成像来帮助外科医生在视觉上确定轨迹，以安全地将一个或多个器械(例如，针、导丝、扩张器、插管等)穿过组织(例如，肌肉、脂肪、脑、肝、肺等)放置而不损伤附近的神经血管结构。图1图示了根据本公开的一个实施例的术中超声探针系统10的实例。作为实例，术中超声探针系统10包括探针12，该探针12被配置成发射和接收超声波，该探针12与电子设备14(或计算机14)电子通信，该电子设备14包括用于处理由探针12接收的数据的计算机处理器16、用于向处理器提供一组可执行指令的软件18，以及显示单元20(集成的或独立的)，该显示单元20被配置成基于经处理的数据显示超声图像。电子设备14可以是包括处理器16、软件18和与显示单元20(集成的或独立的)通信的能力的任何固定或便携式计算机系统，包括但不限于膝上型计算机、台式计算机、工作站、个人数字助理、服务器、刀片服务器、大型机、蜂窝电话、智能电话、平板计算机和/或其他类似的计算设备。本公开的术中超声探针系统10还包括各种器械和配件，包括但不限于换能器稳定器22、稳定器管24、扩张器引导件26、扩张器28和导丝(例如，克氏针)30。
图2至图6图示了根据本公开的一个实施例的超声换能器探针12的实例。仅作为实例，探针12包括细长外壳构件，该细长外壳构件具有细长主体部分32、远端34、近端36、上面38、下面40、内部空腔42和近侧孔44，通信电缆46穿过该近侧孔44，仅作为实例，通信电缆46可以将探针12连接到电源、显示设备、计算机等中的一个或多个。主体部分32包括位于上面38上的细长联接轨道48，该细长联接轨道48基本上延伸主体部分32的长度。联接轨道48被配置成与一个或多个附接件或配件(未示出)可滑动地联接。作为实例，并且如图3所最佳示出的，联接轨道48包括细长中心梁50，中心梁50具有一对细长侧向凸缘52，侧向凸缘52形成悬垂部，使得联接轨道48具有大致“T”形的横截面(例如，“燕尾形”配置)。
主体部分32还包括被动锁定元件54，被动锁定元件54被配置成接合一个或多个配件，包括但不限于(并且仅作为实例)引导套筒(未示出)的悬臂锁定元件，和/或下文描述的换能器稳定器22的一部分。仅作为实例，被动锁定元件54包括在联接轨道48的近端附近的上面38内形成的凹部56。凹部56的形成产生一对侧壁58，该一对侧壁58位于凹部56的任一侧上并且部分地延伸凹部56的长度，在侧壁58的远端与凹部56的远端之间留下空隙60。
远端34具有扩大的宽度(例如)以容纳设置在探针12的远端34处的内空腔42内的超声换能器阵列62。仅作为实例，换能器阵列62包括至少一个发射元件63和至少一个感测元件65。该至少一个发射元件63可以被配置成在远离远端34的方向上发射高频声波。所发射的高频声波中的至少一些可以被身体组织之间的边界反射。至少一个感测元件65可以被配置成接收反射声波作为射频(RF)数据，然后通过通信电缆46(例如)或其他合适的电子通信方法(例如，有线、无线、WiFi、蓝牙等)将其传输到处理器16。远端34还包括居前面64。作为实例，居前面64可以是大致平面的，具有平滑的圆形边缘，以在探针12穿过手术廊道推进和缩回时最小化对周围组织的损伤。
近端36包括弯曲部分66，使得近端36在下方向上从主体部分32侧向偏移。作为实例，上面38和下面40分别是大致平面的，具有平滑的圆形边缘，以在探针12穿过手术廊道推进时最小化对周围组织的损伤。
图7至图10图示了根据本公开的一个实施例的换能器稳定器22的实例，换能器稳定器22被配置成与术中超声探针系统10一起使用并形成术中超声探针系统10的一部分。如下所述，探针12的远侧区域34被设置尺寸和配置成滑动地接合稳定器管24。然而，具有比远侧区域34更窄宽度的近侧区域36本身不接合稳定器管24，并且因此在没有稳定中间结构的情况下将自由移动(并且由此在使用期间改变轨迹角度)。换能器稳定器22被配置成在近侧区域36附近附接到换能器探针12并且进一步接合稳定器管24，使得当探针被插入到稳定器管24中时探针12的较窄近侧区域36被固定在适当位置。
仅作为实例，换能器稳定器22具有主体部分68，该主体部分68包括上表面70、下表面72、在其中形成的中心凹部74(其向稳定器22的一侧开口)，以及延伸穿过主体部分的侧向通道75。上表面70是大致平面的，具有平滑的圆形边缘，使得稳定器22具有大致圆形的矩形横截面形状(参见例如图9)。中心凹部74被设置尺寸和配置成在其中接收探针12的近侧区域36的一部分。稳定器22还包括第一接合元件76和锁定条77，其被配置成接合探针12并将稳定器22联接到探针12。作为实例，接合元件76位于凹部的封闭侧(与开口侧相对)处并且被配置成接合探针12上的被动锁定元件54(或类似特征)。锁定条77被设置尺寸和配置成接收在侧向通道75内，并包括一对锁定凹部79、一对接合凹部81和上部孔83。当锁定凹部79与在主体部分68内形成的螺纹钻孔87对准时，锁定凹部79被配置成在其中接收锁定螺钉85的远端。当换能器稳定器22与探针12联接时，接合凹部81被配置成在其中接收侧壁58的至少一部分。稳定器22还包括视觉指示器窗口78，该视觉指示器窗口78将指示稳定器22与探针12之间的强制锁定接合。更具体地，视觉指示器窗口78包括指示器销89，该指示器销89经由上部孔83联接到锁定条77。作为实例，指示销89相对于上表面70上的标记的位置可以向用户指示稳定器22是否锁定到探针12。
换能器稳定器22还被配置成在联接到探针12的同时牢固地接合稳定器管24。为了便于这种接合，稳定器22还包括从主体部分68的下表面72延伸的一对下支柱80。下支柱80位于稳定器的任一端处(例如，在中心凹部74的每侧上各一个)并且具有对应于稳定器管24的内管腔96的周边形状的弯曲周边形状，使得下支柱80被设置尺寸和成形成紧密地接收在稳定器管24的内管腔80内。主体部分68(包括上表面70和下表面74)具有比支柱80稍大的周长，以便产生防止整个稳定器22进入稳定器管24的内管腔96的悬垂部或唇缘82。一对细长凸缘84进一步向下延伸到内管腔96中(当联接到稳定器管24时)以提供进一步的稳定性。因此，换能器稳定器22被配置成当接合到稳定器管24时“坐”在稳定器管24的顶部上，并且将探针12的近端46相对于稳定器管24保持在固定定向。
换能器稳定器22可以由医用级射线可透过材料制成，诸如PEEK(聚醚醚酮)、PEKK(聚醚酮酮)等，并且还可以包含射线照相标记物86、88，射线照相标记物86、88被定位成在荧光透视下发信号通知扩张器引导件26的引导通道116中的一个或多个的位置(如下所述)，并通过延伸来通知可能的进入路径的位置。作为实例，射线照相标记物86可以是点标记物，以指示扩张器引导件26的引导通道116的顶部开口的位置。射线照相标记物88可以是指示引导通道116的对准和/或角定向的线性标记物。在一些实施例中，换能器稳定器可以由阳极化铝制成。在一些实施例中，探针10可以包括用作射线照相元件的内在金属结构，以指示一旦扩张器引导件26推进到稳定器管24中时扩张器引导件26的多个引导通道116将位于何处，从而使外科医生能够确保所有潜在引导通道116也与手术目标部位426对准。
图11至图14图示了根据本公开的一个实施例的稳定器管24的实例，该稳定器管24被配置成与术中超声探针系统10一起使用。仅作为实例，稳定器管24包括细长插管式套筒90，该细长插管式套筒90具有近端92、远端94和从近端92延伸到远端94的内管腔96。仅作为实例，套筒90和内管腔96各自具有大致圆形的矩形横截面形状。套筒90具有平滑的外部表面98，以在使用期间最小化对周围组织的损伤。内管腔96被设置尺寸和配置成在近端92处在其中接收支柱80的至少一部分，并在其中进一步接收扩张器引导件26，如下所述。近端92还包括近侧外缘100，近侧外缘100被配置成接合稳定器22的唇缘82，以防止稳定器22完全进入内管腔96。套筒90还包括在内管腔96的相应端部处的近侧孔102和远侧孔104，以使各种手术器械能够穿过稳定器管24进出。近端92还包括上凸缘106，该上凸缘106支撑探针12的侧向偏移弯曲部分66；以及侧向延伸凸缘108，该侧向延伸凸缘108被配置成与铰接臂接合，(例如)以在固定定向上将稳定器管24(以及通过延伸而与其相关联的任何器械，诸如探针12、扩张器引导件26等)配准到患者的床栏杆。
图15至图18图示了根据本公开的一个实施例的扩张器引导件26的实例，该扩张器引导件26被配置成与术中超声探针系统10一起使用。仅作为实例，扩张器引导件26包括细长插管式套筒110，该细长插管式套筒110具有近端112、远端114和一个或多个引导通道116，该一个或多个引导通道116的形式为从近端112延伸到远端114的内管腔，并且具有近侧开口118和远侧开口120，以允许各种器械穿过其中进出。本文仅作为实例所示和所述的扩张器引导件26具有三个圆柱形引导通道，包括中心引导通道116和一对侧向引导通道116’、116”。然而，应当理解，扩张器引导件26可以设置有任何数量的引导通道116，而不脱离本公开的范围。如以下将解释的，多个引导通道116允许用户同时检验多个潜在入路轨迹，同时还向用户提供选择和使用所检验的轨迹中的任一个而不移动稳定器管24(以及通过延伸而与其相关联的任何器械)的能力。插管式套筒110具有平滑的外部表面，以在使用期间最小化对周围组织的损伤。引导通道116、116’、116”中的每一个被设置尺寸和配置成接收穿过其中的至少一个扩张器，然而直径或宽度小于引导通道的直径的任何器械均可以穿过。
近端112包括上表面122、下表面124和在上表面122与下表面124之间延伸的多个侧壁126。上表面是大致平面的，具有圆形的矩形周边形状，并且包括在其中形成的多个孔118(例如，近侧引导通道孔118、118’、118”)。下表面124包括从其下延伸的下支柱128，下支柱128具有被设置尺寸和成形成对应于稳定器管24的内管腔96的周边形状的周边，使得下支柱128紧密地接收在稳定器管24的内管腔96内。下表面124具有比支柱128稍大的周长，以便产生防止扩张器引导件26的近端112进入稳定器管24的内管腔96的悬垂部或唇缘130。因此，近端112被配置成当接合到稳定器管24时“坐”在稳定器管24的顶部上，并且将扩张器引导件26(并且重要的是，引导通道116相对于稳定器管24保持在固定定向。类似地，扩张器引导件26的远端114具有周边表面132，该周边表面132的尺寸和形状对应于内管腔96的周边尺寸和形状(当与稳定器管24联接时)，使得远端114紧密地接收在内管腔96内以提供进一步的稳定性。
侧壁126形成近端112的外部周边并且包括分散在其上的多个摩擦元件134(例如，脊、凸块、表面粗糙化等)。摩擦元件134使得用户能够抓住扩张器引导件26并在扩张器引导件26上施加拉力，以在使用之后将扩张器引导件26从稳定器管24移除。
图19至图22图示了形成本公开的术中超声探针系统10的一部分的探针140的另一实例。如以下将解释的，本实例的探针140可以是插管式的，以使探针140能够沿手术导丝(例如，克氏针30)推进。作为实例，探针140包括细长外壳构件，该细长外壳构件具有细长主体部分142、远端144、近端146、上面148、下面150、内部空腔152和近侧孔154，通信电缆156穿过该近侧孔154，仅作为实例，通信电缆156可以将探针140连接到电源、显示设备、计算机等中的一个或多个。在一些实施例中，主体部分142可以包括位于上面148上的细长联接轨道158，该联接轨道158基本上延伸主体部分142的长度，联接轨道158具有与上述联接轨道48类似的结构和功能。主体部分142还包括被动锁定元件164，被动锁定元件164被配置成接合一个或多个配件，包括但不限于(并且仅作为实例)上述换能器稳定器22的一部分。仅作为实例，被动锁定元件164包括在近端146附近的上面148内形成的上凹部166。凹部166的形成产生一对侧壁168，该一对侧壁168位于凹部166的任一侧上并且部分地延伸凹部166的长度，在侧壁168的远端与凹部166的远端之间留下空隙170。
远端144具有扩大的宽度(例如)以容纳设置在远端144内的超声换能器阵列172。仅作为实例，换能器阵列172包括至少一个发射元件和至少一个感测元件。该至少一个发射元件可以被配置成在远离远端144的方向上发射高频声波。所发射的高频声波中的至少一些可以被身体组织之间的边界反射。至少一个感测元件可以被配置成接收反射声波作为射频(RF)数据，然后通过通信电缆156(例如)或其他合适的电子通信方法(例如，有线、无线、WiFi、蓝牙等)将其传输到处理器16。远端144还包括居前面174。作为实例，居前面174可以是大致平面的，具有平滑的圆形边缘，以在探针140穿过手术廊道推进和缩回时最小化对周围组织的损伤。近端146可以包括弯曲部分176，使得近端146在下方向上从主体部分142侧向偏移。作为实例，上面148和下面150分别是大致平面的，具有平滑的圆形边缘，以在探针140穿过手术廊道推进时最小化对周围组织的损伤。
作为实例，探针140可以是插管式的，使得探针140包括内廊道178，该内廊道178基本上延伸主体部分142的长度并且被配置成允许一个或多个手术器械(例如，扩张器28、克氏针30)从中穿过。探针140的远端144包括在居前面174内形成的远侧孔180，远侧孔180包括内廊道178的远侧末端，并且允许进入和/或离开内廊道178。内廊道178的近侧末端包括位于弯曲部分176远侧的近侧孔182。近侧孔182包括内廊道178的近侧末端并且允许进入和/或离开内廊道178。克氏针30可以包括一系列回声元件184(例如，凹口、脊等)，该一系列回声元件184被配置成反射声波以使克氏针30在超声成像期间“可见”。
仅作为实例，内廊道178可以占据探针140的内部空腔152内的空间，但与内部空腔152物理分离以确保没有外来材料(例如，患者组织等)可以穿透内部空腔152。因此，内在探针元件(例如，换能器阵列172、通信电缆156等)可以围绕内廊道178位于内部空腔152内。为探针140提供插管(例如，内廊道178)使得器械(例如，扩张器28、克氏针30)能够直接穿过探针140推进，而不需要单独插入廊道(例如，扩张器引导件26)，这在一些手术情况下可能是有利的，因为器械被直接穿过视场插入，而不是沿着视场插入。
图23至图27图示了探针190的另一实例，该探针190被配置成与本公开的术中超声探针系统10一起使用(并形成其一部分)。出于说明的目的，将描述本示例实施例的探针190与下文描述的稳定器管240一起使用，然而应当理解，探针190也可以与上文描述的稳定器管24一起使用。仅作为实例，探针190包括细长外壳构件192，该细长外壳构件192具有远端194、近端196、上面198、下面200，以及延伸穿过其中的内部空腔202。细长外壳构件192可以具有大致平滑的平面表面(例如，包括上面198和下面200)和平滑的圆形边缘，以在使用期间最小化对周围患者组织的损伤。作为实例，细长外壳构件192包括位于上面198上的联接轨道203，该联接轨道203基本上延伸外壳构件192的长度。联接轨道203包括被配置成与一个或多个附接件或配件可滑动地联接的细长梁元件(作为实例)，这些附接件或配件包括但不限于(并且仅作为实例)下文描述的稳定器管240(参见例如图34)。
远端194具有扩大的宽度(例如)以容纳设置在探针190的远端194处的内空腔202内的超声换能器阵列204(例如，包括至少一个发射元件和至少一个感测元件)。远端194还包括居前面206。作为实例，居前面206可以是大致平面的，具有平滑的圆形边缘，以在探针190穿过手术廊道推进和缩回时最小化对周围组织的损伤。仅作为实例，细长外壳构件192的远端194包括外部表面207，该外部表面207具有对应于稳定器管240的内管腔248(和/或稳定器管24的内管腔96)的周边形状的弯曲周边形状。该形状促进远端194与稳定器管240之间的紧密相互作用，以在使用期间最小化或消除远端194相对于稳定器管240的非平移移动。仅作为实例，细长外壳构件192的近端196也可以具有扩大的宽度，从而使细长外壳构件192具有大致沙漏形状。
探针190还包括从细长外壳构件192的近端196向近侧延伸的近侧延伸部208。近侧延伸部208包括细长体210，细长体210具有远端212、近端214和穿过其中从远端212延伸到近端214的内部空腔216。内部空腔216的远侧部分与细长外壳构件192的内部空腔202连续。近端214还包括近侧孔218，通信电缆220穿过该近侧孔218，仅作为实例，通信电缆220可以将探针190(例如，包括但不限于换能器阵列204)连接到电源(未示出)、显示设备20、计算机14等中的一个或多个。
作为实例，近侧延伸部208包括弯曲部分222，该弯曲部分222被配置成使得近端214从远端212侧向偏移并且因此在下方向上从细长外壳构件192侧向偏移。
作为实例，探针190被配置成牢固地接合稳定器管240和/或稳定器管24而不需要附加的配件。如前所述，细长外壳构件192的近端196可以具有扩大的宽度，从而使细长外壳构件192具有大致沙漏形状。更具体地，细长外壳构件192的近端196包括外部表面224，外部表面224具有对应于稳定器管240的内管腔248的周边形状的弯曲周边形状，使得近端196被设置尺寸和成形成紧密地接收在稳定器管240的内管腔248内。该形状促进近端196与稳定器管240之间的紧密相互作用，以在使用探针190期间最小化或消除近端196相对于稳定器管240的非平移移动。近侧延伸部208的远端212可以具有比细长外壳构件192的近端196稍大的周长，以便产生当近侧延伸部208接合到稳定器管240时防止近侧延伸部208进入稳定器管240的内管腔顶部的悬垂部或唇缘226，以为探针190推进穿过稳定器管240提供硬止挡，并且还将探针190的近端196相对于稳定器管240保持在固定定向。
作为实例，近侧延伸部208的远端212还可以包含射线照相标记物228、230(参见例如图34)，标记物228、230被定位成在荧光透视下发信号通知扩张器引导件26的引导通道116中的一个或多个的位置，并通过延伸来通知可能的进入路径的位置。作为实例，射线照相标记物228可以是点标记物，以指示扩张器引导件26的引导通道116的顶部开口的位置。射线照相标记物230可以是指示引导通道116的对准和/或角定向的线性标记物(或多个标记物)。在一些实施例中，近侧延伸部208的远端212还可以包括(仅作为实例)一个或多个表面标记232，该一个或多个表面标记232被配置成一旦探针190被从稳定器管240移除并用扩张器引导件26替换时就指示和识别扩张器引导件26的引导通道116的将来位置，如下所述。作为实例，表面标记232可以包括与特定引导通道116相关的数字指示(例如，“1”指示引导通道116的位置，“2”指示引导通道116’的位置，“3”指示引导通道116”的位置等)。这种关系在图33至图36中作为实例图示。
在一些实施例中，探针190可以是插管式的，使得探针190包括内廊道(未示出)，该内廊道基本上延伸细长外壳构件192的长度并且被配置成允许一个或多个手术器械(例如，克氏针30)从中穿过。
图28至图32图示了根据本公开的一个实施例的稳定器管240的实例，该稳定器管240被配置成与术中超声探针系统10一起使用。仅作为实例，稳定器管240包括细长插管式套筒242，该细长插管式套筒242具有近端244、远端246和从近端244延伸到远端246的内管腔248。仅作为实例，套筒242和内管腔248各自具有大致圆形的矩形横截面形状。套筒242具有平滑的外部表面250，以在使用期间最小化对周围组织的损伤。内管腔248被设置尺寸和配置成紧密地在其中接收探针190的扩大宽度的远端194和/或扩大宽度的近端196(和/或探针12的扩大宽度的远端34和/或换能器稳定器22的下支柱80的至少一部分)，并进一步在其中接收扩张器引导件26，例如如图35至图36所示。内管腔还包括纵向定向的细长引导凹部252，该细长引导凹部252被配置成在其中接收探针190的联接轨道203，以确保在使用期间保持探针190的定向。近端244还包括近侧外缘254，近侧外缘254被配置成接合探针190的唇缘226，以防止探针190完全进入内管腔248。套筒242还包括在内管腔248的相应端部处的近侧孔256和远侧孔258，以使各种手术器械能够穿过稳定器管240进出。近端244还包括侧向延伸凸缘260，该侧向延伸凸缘260包括一个或多个附接元件261，附接元件261被配置成与铰接臂接合，(例如)以在固定定向上将稳定器管240(以及通过延伸而与其相关联的任何器械，诸如探针190、扩张器引导件26等)配准到患者的床栏杆。
在一些实施例中，稳定器管240的近端244还可以包括(仅作为实例)一个或多个表面标记262，这些表面标记262被配置成指示和识别扩张器引导件26的引导通道116的位置，而不管与稳定器管240一起使用的器械(例如，探针190、扩张器引导件26等)如何。作为实例，表面标记262可以与探针190上的表面标记232匹配，并且包括与特定引导通道116相关的数字指示(例如，“1”指示引导通道116的位置，“2”指示引导通道116’的位置，“3”指示引导通道116”的位置等)。类似地，稳定器管240的侧向延伸凸缘260还可以包括(仅作为实例)一个或多个表面标记264，这些表面标记264被配置成指示和识别扩张器引导件26的引导通道116的位置，而不管与稳定器管240一起使用的器械(例如，探针190、扩张器引导件26等)如何。作为实例，表面标记264可以与探针190上的表面标记232和近端244上的表面标记262匹配，并且包括与特定引导通道116相关的数字指示(例如，“1”指示引导通道116的位置，“2”指示引导通道116’的位置，“3”指示引导通道116”的位置等)。这种关系在图33至图36中作为实例图示。
图37图示了根据本公开的一个实施例的适于放置在手术室(“O.R.”)中并且被配置成与术中超声探针系统10一起使用的电子设备14的一个实例。本实例的电子设备14包括具有计算机外壳302的可移动单元300(例如，包括处理器16、软件18、数据存储模块304和被配置用于与探针12进行有线和/或无线通信的通信模块306)、基座单元308，以及联接到竖直位移元件310的显示单元20。仅作为实例，基座单元308大致平行于地板，并且具有多个轮元件312(例如，脚轮等)，其使得用户能够将可移动单元300移动到房间中的任何期望位置。竖直位移元件310可以包括能够将显示单元20牢固地保持在可用高度处的任何合适的结构，包括但不限于(并且仅作为实例)立杆、柱、脚手架、梯子等。尽管未示出，但是包括计算机外壳302和显示单元20的电子设备14可以连接到电源，或者与电子设备集成或者经由电源线连接到A/C电源。在一个实施例中，电子设备14可以用备用电池而具有A/C能力(未示出)。数据存储模块304可以包括内在存储或外在存储。作为实例，显示单元20可以具有包括触摸屏界面的屏幕314，该触摸屏界面使得用户能够通过选择计算机在屏幕上呈现的按钮或图标来向计算机提供指令。
图38至图47图示了使用本公开的术中超声探针系统10来安全地确定到手术目标部位的进入轨迹的示例性方法的若干步骤。仅作为实例，本文结合建立穿过腰大肌到达包括椎间盘间隙的手术目标部位的侧向进入轨迹来描述该方法。然而，应当理解，本文所述的使用超声成像来识别和定位特定组织类型并确定到达手术目标部位的安全轨迹的方法可用于任何手术情形。
示例性方法的第一步骤是将电子设备14的显示单元20定位在O.R.内的主要用户的视野内，但在无菌区外。通常，主要用户是对患者执行手术的外科医生。图38是图示用于本文所述的方法的示例性O.R.设置400的框图。作为实例，患者402躺在手术台或手术床404上并位于他/她的侧面上。外科医生406位于患者402的后侧408上。通常，O.R.设置400还包括位于手术台404的头部处或其附近的麻醉装置和人员412、位于患者402的前侧410上的C形臂414和C形臂技术员416、C形臂显示器418、mayo托盘架420，以及一个或多个后台422。如图38所示，显示单元20(例如，Sono VisionTM)的最佳位置在患者床404的床脚处，并且也在C形臂显示器418附近，使得外科医生可以同时看到荧光透视图像(在C形臂显示器418上)和超声图像(在显示单元20上)。下一步骤是将铰接臂424(例如，Metrx柔性臂或等效物)连接到患者的手术台或手术床404(例如，在栏杆或类似结构上)。铰接臂424的附接点应位于手术目标部位426的前侧410和尾侧(例如，朝向患者的足部)。
图39图示了由手术单430覆盖的患者身体402的一部分，手术单430具有暴露患者皮肤434的区域的窗口432，必须通过该区域形成进入廊道以进入手术目标部位426。一旦设备被设置在正确的位置，下一步骤就是利用荧光透视来识别手术目标部位426(例如，椎体节)，并将标记436放置在患者皮肤434上。在标记了皮肤之后，在标记436上形成初始切口。然后，外科医生可以使用一个或多个手指和/或钝的组织切割器械来触诊患者腹膜后的组织并向下触诊到浅表腰大肌。
此时，探针12(或探针190和/或本文所述的任何探针)可以连接到电子设备14，例如通过将探针12的电缆46连接到电子设备14的通信模块306。仅作为实例，连接电缆46可以具有牢固地接收在电子设备14上的端口内的连接器元件，该端口与通信模块306进行电子通信。在一个实施例中，端口可以具有锁定特征以将连接器元件强制锁定在端口内。
一旦探针12已经连接到电子设备14，探针12和稳定器管24就可以被联接以准备穿过切口插入到患者体内。为了实现这一点，换能器稳定器22可以以上述方式联接到探针12，并且具有联接的稳定器22的探针12可以插入到稳定器管24的内管腔96中，例如使得稳定器22的支柱80接收在稳定器管24的内管腔96内。探针12的居前面64应当与远侧孔104对准(或非常接近对准)，以确保在推进穿过患者组织期间居前表面尽可能平滑。
如图40所示，探针12/稳定器22/导管24组合件(以下称为“探针组合件438”)可以平行于切口定向，并且然后小心地推进穿过切口和筋膜，直到稳定器管24的远端94和探针12的居前面64到达外斜肌的表面。此时，探针组合件438可以转动90°(顺时针或逆时针)，使得探针组合件438垂直于切口并因此平行于外斜肌的肌纤维。旋转完成后，探针组合件438进一步推进穿过外斜肌。一旦稳定器管24的远端94和探针12的居前面64离开外斜肌并且推进到腹膜后间隙中，探针组合件438就可以旋转90°回到其平行于切口并且还平行于目标椎间盘间隙的原始定向(参见例如图41)。然后定位该组合件，使得探针12的居前面64搁置在腰大肌的浅表表面上。
一旦探针64的居前面搁置在浅表腰大肌上，探针组合件438就可以经由与铰接臂424的联接而配准到手术台或手术床404。如图42所示，这可以通过将铰接臂424的远端上的连接元件428联接到稳定器管24的侧向延伸凸缘108来实现。这种连接确保稳定器管24和与其牢固关联的任何器械(例如，包括但不限于探针12、扩张器引导件26、扩张器28或克氏针30)相对于手术目标部位保持锁定在适当位置。
参考图43，下一步骤是使用C形臂414的荧光透视成像来将探针12定位在盘间隙上。位于探针10和/或稳定器22上的射线照相元件可以指示一旦扩张器引导件26推进到稳定器管24中时扩张器引导件26的多个引导通道116将位于何处，从而使外科医生能够确保所有潜在引导通道116也与手术目标部位426对准。仅作为实例，这样的射线照相元件可以包括稳定器22上的射线照相标记物86、88，探针190上的射线照相标记物228、230和/或探针10或探针190的内在金属结构。
用户现在可以使用术中超声探针系统10的软件18来确定穿过腰大肌的可用路径中的任一个(如通过将射线照相标记物86定位在稳定器22上而确定的)是否没有神经和/或脉管系统，并因此适于扩张器推进。仅作为实例，图44至图45图示了在使用根据本公开的一个实施例的术中超声探针系统10时电子设备14呈现在显示单元20上并且用户遇到的示例图形用户界面(GUI)屏幕440、442。作为实例，图44的GUI屏幕440可以具有三个主要分段。例如，标准B超超声图像444在屏幕的右侧上显示。左侧上的分段显示了当前使用的探针组合件438的俯视图446和正视平面图448，其中可见的数字(例如，1、2、3)对应于待使用的扩张器引导件26的引导通道116’、116、116”(在本实例中)。中间分段呈现腰大肌的B超覆盖图450，计算机以彩色显示该B超覆盖图450，并且该B超覆盖图450还包括基于待使用的扩张器引导件26和探针组合件438的当前定位的穿过腰大肌的粗略可用路径。在本实例中，第一所显示路径452对应于GUI 440的左侧分段上的图像上的位置“1”，其对应于扩张器引导件26的引导通道116’。第二所显示路径454对应于GUI 440的左侧分段上的图像上的位置“2”，其对应于扩张器引导件26的引导通道116。第三所显示路径456对应于GUI 440的左侧分段上的图像上的位置“3”，其对应于扩张器引导件26的引导通道116”。
此时，用户可以轻敲GUI屏幕440右下角的“圆圈-I”图标458，以指引计算机呈现弹出菜单460，如图45中的GUI屏幕442所示。弹出菜单460包括多个图标，用户可以轻敲该多个图标，以命令计算机在B超覆盖图450上显示某些信息。例如，如图45所示，用户可以选择“神经”图标462，其命令计算机在探针12的视图内显示腰大肌中任何神经的位置和靠近度信息。然后，计算机将显示任何这样的指示作为颜色编码的形状(例如，如图45所示的圆圈464)，并且还指示应当避开的神经周围的不安全区域。作为实例，所显示的神经可以达到所识别尺寸的120％或更多，以建立安全余量。也可以呈现命令计算机显示关于其他结构的类似信息的类似图标。例如，本实例的GUI 442包括“骨骼”图标466、“肌肉”图标468、“多普勒”图标470、“网格”图标472和“其他”图标474，用于附加的但可能较少使用的选项。可以显示所显示的信息直到用户通过第二次轻敲图标来取消选择信息。附加地，用户可以通过选择若干图标(例如，神经462和骨骼466等)来命令计算机同时显示多组信息。
弹出菜单460还可以包括：“关闭”图标476，当用户轻敲该图标时命令计算机开始关闭过程；“重启”图标478，当用户轻敲该图标时命令计算机重启系统；以及“报告”图标480，当用户选择该图标时命令系统生成并存储会话报告，以提供手术期间系统事件的记录。GUI屏幕440、442中的每一个(以及任何其他屏幕)还可以包括：“照相机”图标482，当用户选择该图标时命令计算机捕获并存储屏幕截图图像；和下拉菜单图标484，当用户选择该图标时命令计算机呈现下拉菜单，该下拉菜单可以为用户呈现附加选项(例如，包括但不限于登录、手术信息、患者信息等)。
如果确定所指示的潜在路径452、454、456中的一个或多个没有要避开的神经、脉管系统和/或其他结构并因此适于扩张器推进穿过腰大肌，则记录引导件编号(例如，1、2、3等)以供以后使用。如果确定没有路径合适地干净，则探针组合件438可以被重新定位，并且重复该过程直到识别出合适的路径。
此时，外科医生可以将探针12从稳定器管24(其通过铰接臂424保持在适当位置)移除，并沿导管24的内管腔96向下进行直接可视化(例如，用他/她的眼睛观察)，以确保计划的扩张路径没有例如生殖股神经(以及可能造成问题的其他任何东西)。在一些实施例中，光学源(例如，光源、照相机等)可以推进穿过稳定器管24，以帮助计划的扩张路径的直接可视化。
接下来，扩张器引导件26可以完全插入到稳定器管24中，如上所述。然后扩张器28推进穿过对应于选定的路径的引导通道116(例如，引导通道116、116’、116”)。然后扩张器28沿着选定的路径推进穿过腰大肌。然后手术导丝30可以穿过扩张器28插入到目标椎间盘间隙(参见例如图46)。
在放置扩张器28和克氏针30之后，可以将扩张器引导件26从稳定器管24移除，将稳定器管24、扩张器28和克氏针30留在适当位置。然后，稳定器管24可以与铰接臂424分离并从切口移除，将扩张器28和克氏针30留在适当位置(参见例如图47)。然后，侧向进入脊柱手术可以通过依次进行扩张和牵开器插入而继续，这在侧向进入脊柱手术领域中是公知的。
尽管本公开的术中超声探针系统10在本文中被描述为被配置成便于导航穿过组织和神经血管结构以确定到手术目标部位的手术廊道，但是在一些实施例中，系统10可以被配置成定位和识别手术植入物(例如，介体植入物、固定板、接骨螺钉、条杆等)，并且区分手术植入物与解剖结构。在这样的实施例中，手术植入物可以被修改或增加以包括一个或多个回声元件，该回声元件被配置成反射声波以使手术植入物在超声成像期间“可见”。在一些实施例中，回声元件可以包括表面特征，包括但不限于(并且仅作为实例)凹口、脊、条纹等。在一些实施例中，手术植入物可以由回声材料制造。仅作为实例，图48图示了包括一系列回声元件502(例如，凹口、脊、条纹等)的示例性介体融合植入物500，回声元件502被配置成反射声波以使植入物500在超声成像期间“可见”。
在一些实施例中，本公开的术中超声探针系统10可以被配置成接收通过其他模式(例如，肌电图(EMG))收集的数据、将该数据与超声数据集成，并且在超声图像上显示组合的数据(例如，作为附加的覆盖图或邻近图像)，以产生计划的路径和周围解剖结构的确定性多模态显示。仅作为实例，可以提供插管式探针(例如，图19至图22的插管式探针140)，其中内廊道178是电绝缘的，以便于将电刺激准确递送到目标部位而不分流。在一些实施例中，除了暴露以容纳定向电刺激的尖端的一部分之外，手术导丝(例如，克氏针30)也可以是电绝缘的，以最小化分流。作为实例，内廊道178可以被设置尺寸和配置成容纳钝尖导丝的通路，以避免透入组织(例如，神经组织)，同时能够刺穿目标椎间盘的环(例如，薄和/或窄的钝尖导丝)。然后可以使用放置的导丝进行依次扩张。该导丝可以包括可以由超声检测的标记物，该标记物实现了在导丝推进穿过组织时对其进行视觉跟踪，并且还可以指示EMG刺激被指引的方向。然后可以在显示单元20上(例如，作为图44的GUI屏幕440和/或图45的GUI屏幕442的一部分)显示在导丝推进穿过插管式探针和组织期间收集的EMG结果，以将空间协调的EMG结果提供到与超声相同的显示中，从而产生确定性多模态显示。作为实例，EMG结果可以与超声图像组合(例如，作为附加的覆盖图)或被显示为邻近超声图像的单独的图像。
图49至图50是计算机实施的电子设备600、650的示例框图，该电子设备600、650可用于实施现本文件中描述的系统及方法(作为客户机或作为服务器或多个服务器)。计算设备600旨在表示各种形式的数字计算机，诸如膝上型计算机、台式计算机、工作站、个人数字助理、服务器、刀片服务器、大型机和其他适当的计算机。计算设备650旨在表示各种形式的移动设备，诸如个人数字助理、蜂窝电话、智能电话和其他类似的计算设备。在该实例中，计算设备650可以表示手持计算设备14，而计算设备600可以表示物理上更大的系统，诸如图37的固定计算机14和/或移动电子设备300，和/或用作云服务器的计算系统。这里所示出的部件、它们的连接和关系，以及它们的功能仅意在作为实例，而不意在限制本文件中所描述和/或要求保护的实施方案。
参考图49，计算设备600包括处理器602、存储器604、存储设备606、连接到存储器604和高速扩展端口610的高速接口608，以及连接到低速总线614和存储设备606的低速接口612。部件602、604、606、608、610和612中的每一个使用各种总线互连，并且可以安装在共用母板上或以其他方式适当地安装。处理器602可以处理用于在计算设备600内执行的指令，包括存储在存储器604中或存储设备606上的指令，以在外在输入/输出设备(诸如联接到高速接口608的显示器616)上显示图形用户界面(GUI)的图形信息。在其他实施方案中，可以适当地使用多个处理器和/或多个总线以及多个存储器和存储器类型。例如，可以使用一个或多个图形处理单元(GPU)来加速用于显示的图像的产生。而且，可以连接多个计算设备600，每个设备提供必要操作的部分(例如，作为服务器库、一组刀片服务器或多处理器系统)。
存储器604存储计算设备600内的信息。仅作为实例，存储器604可以是易失性存储器单元、非易失性存储器单元或其他形式的计算机可读介质，诸如磁盘或光盘(例如)。
存储设备606能够为计算设备600提供大容量存储。在一个实施方案中，存储设备606可以是或包含非暂时性计算机可读介质(例如，除了暂时性传播信号之外的任何计算机可读介质)，诸如软盘设备、硬盘设备、光盘设备或磁带设备、闪存或其他类似的固态存储器设备，或设备阵列，包括存储区域网络或其他配置中的设备。计算机程序产品可以有形地体现在信息载体中。计算机程序产品还可以包含指令，当执行这些指令时，执行一个或多个方法，诸如上述那些指令。信息载体是计算机或机器可读介质，诸如存储器604、存储设备606或处理器602上的存储器。
高速接口608管理计算设备600的带宽密集操作，而低速接口612管理较低带宽密集操作。功能的这种分配仅作为实例。在一个实施方案中，高速接口608联接到存储器604、显示器616(例如，通过图形处理器或加速器)，并联接到可接受各种扩展卡(未示出)的高速扩展端口610。在该实施方案中，低速接口612联接到存储设备606和低速扩展端口614。低速扩展端口可以包括各种通信端口(例如，USB、蓝牙、以太网、无线以太网)，并且可以例如通过网络适配器联接到一个或多个输入/输出设备，诸如键盘618、打印机620、扫描仪622、或联网设备，诸如交换机或路由器624。
计算设备600可以以多种不同的形式实施。例如，它可以被实施为标准服务器，或者在一组这样的服务器中多次实施。它也可以被实施为机架服务器系统的一部分。另外，它可以在个人计算机(诸如膝上型计算机)中实施。替代地，来自计算设备600的部件可以与诸如设备650(图49)的移动设备中的其他部件组合。这样的设备中的每一个可以包含计算设备600、650中的一个或多个，并且整个系统可以由彼此通信的多个计算设备600、650组成。
参考图50，计算设备650包括处理器652、存储器654、诸如显示器656的输入/输出设备、通信接口658和收发器660以及其他部件。设备650还可以设置有存储设备，诸如微驱动器或其他设备，以提供附加的存储。设备650还可以包括一个或多个图形处理单元(GPU)以加速用于显示的图像的产生。部件650、652、654、656、658和660中的每一个使用各种总线互连，并且部件中的若干个可以安装在共用母板上或以其他方式适当地安装。
处理器652可以执行计算设备650内的指令，包括存储在存储器654中的指令。处理器可以实施为包括分离的和多个模拟和数字处理器的芯片的芯片组。附加地，处理器可以使用多种体系架构中的任一种来实施。例如，处理器652可以是CISC(复杂指令集计算机)处理器、RISC(精简指令集计算机)处理器或MISC(最小指令集计算机)处理器。例如，处理器可以提供设备650的其他部件的协调，诸如用户界面的控制、由设备650运行的应用，以及由设备650进行的无线通信。
处理器652可以通过联接到显示器656的控制接口662和显示接口664与用户通信。显示器656可以是例如TFT(薄膜晶体管液晶显示器)显示器或OLED(有机发光二极管)显示器，或其他适当的显示技术。显示接口664可以包括用于驱动显示器656向用户呈现图形和其他信息的适当电路。控制接口662可以接收来自用户的命令并将它们转换以提交给处理器652。另外，可以提供与处理器652通信的外在接口666，以便实现设备650与其他设备的近区通信。外在接口666可以例如在一些实施方案中提供有线通信，或者在其他实施方案中提供无线通信，并且还可以使用多个接口。
存储器654存储计算设备650内的信息。存储器654可以被实施为一个或多个非暂时性计算机可读介质(例如，如上所述)、一个或多个易失性存储器单元，或者一个或多个非易失性存储器单元中的一个或多个。扩展存储器668也可以被提供并通过扩展接口670连接到设备650，扩展接口670可以包括例如SIMM(单直插存储器模块)卡接口。这样的扩展存储器668可以为设备650提供额外的存储空间，或者还可以为设备650存储应用或其他信息。具体地，扩展存储器668可以包括执行或补充上述过程的指令，并且还可以包括安全信息。因此，例如，扩展存储器668可以被提供为设备650的安全模块，并且可以用允许安全使用设备650的指令来编程。另外，可以经由SIMM卡连同附加信息一起提供安全应用，诸如以非可破解方式在SIMM卡上放置识别信息。
存储器可以包括例如闪存和/或NVRAM存储器，如下所述。在一个实施方案中，计算机程序产品被有形地体现在信息载体中。该计算机程序产品包含指令，当执行这些指令时，引起一个或多个方法(诸如上述那些方法)的执行。信息载体是计算机或机器可读介质，诸如存储器654、扩展存储器668或处理器652上的存储器，其可以例如通过收发器660或外在接口666来接收。
设备650可以通过通信接口658进行无线通信，通信接口658在必要时可以包括数字信号处理电路。通信接口658可提供各种模式或协议(诸如GSM语音呼叫、SMS、EMS或MMS消息传送、CDMA、TDMA、PDC、WCDMA、CDMA6000或GPRS等)下的通信。这样的通信可以例如通过射频收发器660发生。另外，可以发生短程通信，诸如使用蓝牙、WiFi或其他这样的收发器(未示出)。另外，GPS(全球定位系统)接收器模块672可以向设备650提供附加的与导航和位置相关的无线数据，其可以由设备650上运行的应用适当地使用。
设备650还可以使用音频编解码器674以可听方式通信，音频编解码器674可以从用户接收口头信息并将其转换为可用数字信息。音频编解码器674可以类似地诸如通过扬声器为用户生成可听见的声音，例如在设备650的电话听筒中。这样的声音可以包括来自语音电话呼叫的声音，可以包括记录的声音(例如，语音消息、音乐文件等)，并且还可以包括由在设备650上操作的应用生成的声音。
计算设备650可以以多种不同的形式实施，其中一些在图中示出。例如，它可以实施为蜂窝电话。它也可以实施为智能电话、个人数字助理或其他类似移动设备的一部分。
附加地，计算设备600或650可以包括通用串行总线(USB)闪存驱动器。USB闪存驱动器可以存储操作系统和其他应用。USB闪存驱动器可以包括输入/输出部件，诸如可以插入到另一计算设备的USB端口中的无线发射机或USB连接器。
这里描述的系统和技术的各种实施方案可以在数字电子电路、集成电路、专门设计的ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现。这些各种实施方案可以包括在可编程系统上可执行和/或可翻译的一个或多个计算机程序中的实施方案，该可编程系统包括至少一个可编程处理器，其可以是专用或通用的，被联接以从存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备接收数据和指令以及向其发送数据和指令。
这些计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以用高阶程序和/或面向对象的编程语言和/或用汇编/机器语言来实施。如本文所用，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何计算机程序产品、装置和/或设备(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑设备(PLD))。
为了提供与用户的交互，这里描述的系统和技术可以在计算机上实施，该计算机具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)以及用户可以通过其向计算机提供输入的键盘和定点设备(例如，鼠标或跟踪球)。也可以使用其他类型的设备来提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)；并且可以以任何形式接收来自用户的输入，包括声音、言语或触觉输入。
这里描述的系统和技术可以在计算系统中实施，该计算系统包括后端部件(例如，作为数据服务器)，或包括中间件部件(例如，应用服务器)，或包括前端部件(例如，具有图形用户界面或Web浏览器的客户机计算机，通过该图形用户界面或Web浏览器用户可以与这里描述的系统和技术的实施方案交互)，或包括这样的后端、中间件或前端部件的任何组合。系统的部件可以通过任何形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)互连。通信网络的实例包括局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)、对等网络(具有自组织或静态成员)、网格计算基础设施和因特网。
计算系统可以包括客户机和服务器。客户机和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。客户机和服务器的关系是借助于在各个计算机上运行的并且彼此具有客户机-服务器关系的计算机程序而产生的。
虽然已经在用于实现目的的优选实施例方面描述了本文描述的发明特征，但是本领域技术人员应当理解，在不偏离本公开的精神或范围的情况下，可以鉴于这些教导来实现变化。尽管已经在系统方面描述了各种部件，但是应当注意，可以独立于其他部件来使用若干部件。此外，尽管本文关于特定示例示出和描述，但是应当理解，本公开的原理不限于本文描述的特定实例，并且在不脱离本公开的范围的情况下可以进行各种修改和改进。例如，在一些实施例中，可以使用牵引器来稳定探针12。在一些实施例中，可以在移除稳定器管之前利用扩张器/克氏针放置的直接可视化。在一些实施例中，该系统可以包括由图像引导的导航实现的三维软组织映射能力的集成。在一些实施例中，可以采用机器人自动化来提高精度和效率。

Claims (17)

1.一种用于引导穿过居间解剖结构进入到手术目标部位的术中超声探针系统，包括：
超声探针，所述超声探针具有近端、远端、电子通信元件，以及位于所述远端附近的换能器阵列，所述换能器阵列包括至少一个发射元件，所述至少一个发射元件被配置成靠近所述远端并且在远离所述远端的方向上发射高频声波，所述换能器阵列还包括至少一个感测元件，所述至少一个感测元件被配置成接收反射声波；
通过所述电子通信元件与所述超声探针电子通信的电子设备，所述电子设备具有至少一个计算机处理器和数据存储单元；
与所述电子设备电子通信的显示单元；以及
包括指令的计算机可读介质，所述指令在由一个或多个处理器执行时被配置成使所述计算机处理器：
指引所述超声探针以在所述居间解剖结构的方向上和穿过所述居间解剖结构中的至少一个方向从所述至少一个发射元件发射高频声波；
将由所述至少一个感测元件接收的反射声波转换成射频数据；
从所述射频数据生成靠近所述远端的所述居间解剖结构的B超图像；
生成靠近所述远端的神经血管解剖构造的二次图像；以及
在所述显示单元上提供以下各项的实时呈现：
(i)所述居间解剖结构的所生成的B超图像；
(ii)叠加在所述B超图像上的所述神经血管解剖构造的所述二次图像；以及
(iii)叠加在所述二次图像和所述B超图像上的神经、肌肉和骨骼中的至少一个的高亮位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子元件包括通信电缆和无线传输平台中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括细长进入导管，所述进入导管包括近端、远端和在所述近端与所述远端之间延伸的内管腔，所述内管腔被配置成接收穿过其中的所述探针。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述进入导管还包括在所述近端处的侧向延伸凸缘，所述侧向延伸凸缘被配置成与铰接臂相互作用以在固定定向上将所述进入导管配准。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述超声探针包括一个或多个射线照相标记物，以在荧光透视下指示穿过所述居间解剖结构的潜在进入路径的位置和定向中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述计算机可读介质包括进一步的指令，所述指令在由一个或多个处理器执行时被配置成使所述计算机处理器在所述显示单元上提供以下各项的实时呈现：
(iv)叠加在所述B超图像上的基于所述射线照相标记物的位置和定向的穿过所述居间解剖结构的一个或多个潜在进入路径。
7.根据权利要求3所述的系统，还包括细长扩张器引导件，所述细长扩张器引导件被配置成嵌套在所述进入导管的所述内管腔内，所述细长扩张器引导件具有延伸穿过其中的至少一个引导通道，所述至少一个引导通道被配置成在其中接收扩张器。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述扩张器具有成形端和内部管腔，所述成形端被配置用于推进穿过所述居间解剖结构，所述内部管腔被配置成允许导丝穿过其中。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述细长扩张器引导件包括平行延伸穿过其中的三个引导通道。
10.一种引导穿过居间解剖结构进入到位于操作表面上的患者的手术目标部位的方法，包括：
提供超声探针组合件，所述探针组合件包括设置在进入导管的内管腔内的超声探针；
穿过所述患者皮肤中的切口将所述超声探针组合件的远端推进到所述患者硬脑膜与所述手术目标部位之间的解剖结构的浅表部分，所述探针具有近端、远端、电子通信元件，以及位于所述远端附近的换能器阵列，所述换能器阵列包括至少一个发射元件，所述至少一个发射元件被配置成靠近所述远端并且在远离所述远端的方向上发射高频声波，所述换能器阵列还包括至少一个感测元件，所述至少一个感测元件被配置成接收反射声波并且将所述反射声波转换成射频数据；
执行超声成像以从所述探针获得的所述射频数据生成所述居间解剖结构的B超图像；
在显示设备上显示所述居间解剖结构的所述B超图像；
显示叠加在所述B超图像上的靠近所述远端的神经血管解剖构造的二次图像；
显示叠加在所述二次图像和所述B超图像上的神经、肌肉和骨骼中的至少一个的高亮位置；以及
基于所显示的B超图像和叠加的二次图像来选择穿过所述居间解剖结构的进入路径。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：
相对于所述操作表面在固定定向上将所述进入导管配准。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述探针包括一个或多个射线照相标记物，以在荧光透视下指示潜在进入路径的位置和定向中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：
显示叠加在所述B超图像上的基于所述射线照相标记物的位置和定向的穿过所述居间解剖结构的一个或多个潜在进入路径的实时呈现。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：
从所述进入导管移除所述探针；以及
将细长扩张器引导件推进到所述进入导管的所述内管腔中，所述扩张器引导件被配置成嵌套在所述进入导管的所述内管腔内，所述细长扩张器引导件具有延伸穿过其中的至少一个引导通道，所述至少一个引导通道对应于选定的进入路径并被配置成在其中接收扩张器。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括以下步骤：
推进细长扩张器穿过对应于所述选定的进入路径的所述引导通道，并进一步沿着所述选定的进入路径穿过所述居间解剖结构，所述扩张器具有成形端和内部管腔，所述成形端被配置成便于推进穿过所述居间解剖结构，所述内部管腔被配置成允许导丝穿过其中。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：
推进导丝穿过所述扩张器，直到所述导丝的远端配准到所述手术目标部位。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括以下步骤：
从所述切口移除进入导管；以及
从所述切口移除所述扩张器。
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