TWI463964B - 手術影像導引定位裝置及其系統 - Google Patents

Description

手術影像導引定位裝置及其系統

本發明是有關於一種探針裝置及其系統，且特別是有關於結合影像掃瞄及導航技術之一種手術影像導引裝置及其系統。

現今人類腦部常見疾病有腦瘤、帕金森氏症、癲癇等疾病。而這些疾病常易造成病患身體不由自主顫抖、頭痛、嘔吐、視覺障礙、神智不清或肢體動作能力喪失等症狀。因此會導致病患的生活機能品質大幅降低，更甚者亦會直接危害到病患的生命。但是此類病患在經過保守性治療，像是藥物或復健等後，通常不易改善時，最終常見的治療方式即是以侵入式的外科手術方式來進行治療。醫生必須從腦部神經中選取一極小的施作位置，再以手術探針進行昇溫熱消融治療施作，例如我國發明專利I353239的中空解剖結構的處理裝置。

再就第1圖所繪示之習知探針系統示意，以前述侵入式腦部外科手術方式來看，於手術前採核磁共振取得一MRI影像700(磁振造影影像)，再以此MRI影像700建立一虛擬路徑規劃，並且利用此虛擬路徑規劃定位一定位架701，再將一手術探針702搭配定位架701接近作業部位，此時手術探針702會不斷回傳3D定位(三維定位位置)給一3D定位設備703，3D定位位置傳輸至3D定位設備703的主控電腦運算，以運算推估病患頭顱施作位置與電腦斷層MRI影像700對位，且當此項對位完成後，醫師即可進行後續之電腦輔助的導引手術。此3D定位將提供醫師進行施術位置、角度之判斷，再依醫師經驗細微調整手術探針702。

舉例先前技術來說，第一種定位探針技術是，係設計成具有三角形外型之主體，且於此主體之三個頂點位置處，各放置一組感測器，再以其形心位置處作為三維計算軸心，進而產生一虛擬三維空間。另放置有多個影像定位鏡頭，再於探針上安裝若干定位受測點，而利用影像定位鏡頭獲得的探針三維數據跟虛擬三維空間進行導航及運算。然而，這裡探針定位及導航方式，雖說能夠導航定位，但醫師進行取點操作時，由於不同施作人體的頭部形狀大小不一，常因虛擬三維空間跟真實手術位置仍有差距而產生誤差，且經由醫師獲得的探針三維位置訊號同樣是透過運算獲得的可能施作部位。

另舉例來說，Medtronic公司(Minnesota,USA)開發枝狀型光球定位探針，其原理係利用五顆光球所圍成之空間面積來生成虛擬三維空間，同樣進行三維位置之計算，位置確認操作上同樣存在運算誤差。且因光球為被動式訊號方式的取點，亦易受使用者本身的差異性或週遭環境遮蔽干擾。

對此複雜的操作步驟，再有一種無線式連續取點之定位探針裝置及其定位方法出現(我國發明專利：I314448)，提出先利用一具有快拆特性之探針連接構件，藉以固定或拆卸不同形式之探針，且可提供醫師依手術需要使用，將取下之探針進行高溫高壓消毒減少感染機率。此外，其探針連接構件亦不需額外工具即可輕易拆卸與組裝探針，並可進行角度對位，在使用上相當便利。而其定位探針裝置可利用一具壓縮式連續取點之功能組件來進行連續選取特徵點(特徵係指三維訊號或神經介面回聲)，此舉得免除由醫師或需助理協助進行按鍵式遙控取點。此種主動式感測之無線發射組件可方便醫師任意於施作空間內活動探針傳回三維數據。

綜上所述之習知設計，採用虛擬三維空間的技術來運算探針位置，仍然是間接取得施作部位的推估位置，其準確性確實不容易提高。而採用定位探針裝置多次選取特徵點(特徵係指三維定位位置或神經介面回聲)的模式，則同樣是用運算推論的施作位置來進行手術。此外，就算探針不需額外工具即可輕易拆卸組裝，但對於精確定位沒有幫助。故習用的導航探針設計對於施術幫助有限，現今人體內部施術仍然像盲眼施作一般，會有運算三維數據無法完全符合施作需求的問題。

因此，本發明之一態樣是在提供一種手術影像導引裝置。利用具有一細長狀且可撓曲的工作端，且可進行組織表面影像、3維結構影像或是4維動態結構影像之影像擷取系統，配合手術導管及手術探針，能讓影像擷取系統的工作端協助手術導管到達正確手術位置後，即可以手術導管輔助手術探針直接到達最佳作業位置進行手術。

依照本態樣之一實施方式為一種手術影像導引裝置，包括有：一定位架、一手術導管、一影像擷取系統及一手術探針。一手術導管具有兩端開放且可控制彎曲之中空導軌，手術導管安裝定位於定位架上。而影像擷取系統具有相連接之工作端及本體，工作端具有細長狀且可撓曲特性，對應自由穿伸於手術導管之中空導軌內，且可以供使用者取得即時影像。前述手術探針具有相連接之施術端及針體，且針體與施術端對應自由穿伸於手術導管之中空導軌內，藉以直接到達最佳作業位置進行手術。

本實施方式中，手術探針之施術端可以是具熱消融功能，以進行作業部位之消除；可以是具量測功能，以進行作業部位之生理量測；可以是具刺激功能，以進行作業部位之生理刺激；可以是具釋放或夾取功能，以進行植入物之釋放或取出功能；亦或是前述功能之組合作業。

此外，本實施方式之影像擷取系統的工作端為一影像擷取單元，影像擷取單元具有激發源及接收單元，可攫取作業部位組織之表面影像、3維結構影像或4維動態結構影像，進而產生出真實的作業部位影像。

本發明之另一態樣是在提供一種探針手術影像導引系統，其利用影像掃瞄儀、導航儀、手術導管、影像擷取系統及手術探針的配合，能進行精確定位的手術。

依照此態樣之一實施方式為一種探針手術影像導引系統，探針手術影像導引系統係配合定位架進行作業，包括有：一影像掃瞄儀、一手術導管、一影像擷取系統、一手術探針及一導航儀。前述影像掃瞄儀係取得作業部位之基礎影像，並生成一路徑規劃。手術導管則具有兩端開放之一中空導軌，將手術導管安裝定位於定位架上，且手術導管的一端依照路徑規劃往作業部位前進。影像擷取系統具有相連接之工作端及本體，工作端係供取得前端組織表面影像、3維結構影像或4維動態結構影像，且對應自由穿伸於手術導管之中空導軌內、前述手術探針具有相連接之施術端及針體，且針體與施術端對應自由穿伸於手術導管之中空導軌內。另以導航儀連接影像擷取系統，且導航儀可顯示即時影像，藉此讓影像擷取系統在手術導管前進時可確認手術導管正確依循影像掃瞄儀所規劃之路徑到達最佳作業位置，固定手術導管後，再以手術探針穿過手術導管直接到達最佳作業位置，最後以導航儀配合手術探針進行精確定位的手術。

值得一提的是，前述態樣中的影像掃瞄儀可以採用核磁共振(MR)、X光、CT斷層掃瞄或超音波等非侵入式組織造影設備取得一組織影像，以供後續路徑規劃之用。此外，前述影像擷取系統具有一激發源及一接收單元。激發源提供可見光、不可見光、電磁波或超音波。而接收單元轉換工作端前端組織反射或繞射之可見光、不可見光、電磁波或超音波訊號，成為一即時影像。

請參照第2圖，其繪示依照本發明系統態樣之一實施方式示意圖。另請參閱第3圖之本發明一實施方式之部份分解立體圖與第4圖之依照本發明進行作業之狀態示意圖。

本創作的手術影像導引裝置及其系統之一實施例係運用在常見帕金森氏症疾病的侵入式外科手術中，醫生必須放置電極片至視丘下核，採用電刺激的方式來刺激大腦深部的結構，或是針對蒼白球或是視丘部位進行昇溫熱消融施作，手術影像導引裝置及其系統包含有：一定位架100，架設在預設位置。

一影像掃瞄儀200，於手術前取得一基礎影像(例如：磁振造影影像(MRI)，再以此基礎影像建立一前往作業部位A的虛擬路徑規劃，並且讓醫生利用此虛擬路徑規劃固定前述定位架100於一預設的位置及角度。

一手術導管300，手術導管300則具有兩端開放且可控制彎曲之一中空導軌301，且手術導管300被安裝定位於定位架100上，且手術導管300的一端依照影像掃瞄儀200的路徑規劃到達作業部位A旁。

一影像擷取系統400，具有相連接之針狀工作端410及本體420，工作端410呈針狀且具可撓曲性，且工作端410對應自由穿伸於手術導管300之中空導軌301內，工作端410具有一激發源411及接收單元412組合成的影像擷取單元，利用接收單元412攫取激發源411朝作業部位A發射後反射或繞射的一回傳訊號，回傳到本體420，進而產生出真實的作業部位A的組織表面影像、3維結構影像或是4維動態結構影像。激發源411朝作業部位A發射的激發訊號B可以是光波、超音波、電磁波或複數種能量，回傳訊號亦可以是光波、超音波、電磁波、熱輻射或複數種能量。激發源411發射的訊號與接收單元412所接收的訊號可以是不一樣的型態，如激發源411發射光波，接收單元412接收超音波。若激發源411發射的訊號與接收單元412接收的訊號皆為光波，基於光可以在同一光路內傳遞而不互相干擾，激發源411與接收單元412可為同一光纖。激發源411與接收單元412更可以包含掃瞄機構，以對工作端410前向或側向進行3維掃瞄，以形成組織3維結構影像或是四維動態結構影像。

一手術探針500，前述手術探針500具有相連接之施術端510及針體520，施術端510可具熱消融功能、量測功能、刺激功能、釋放或夾取功能手術作業，功能可能為單一或是複數種功能，且針體520與施術端510對應自由穿伸於手術導管300之中空導軌301內。

一導航儀600，連接影像擷取系統400取得即時影像(組織表面影像、3維結構影像或4維動態結構影像)，另具有一顯示器(未圖示)可同時顯示或疊合顯示即時影像與掃瞄儀200所得基礎影像及其路徑規劃。藉此即時影像輔助醫生判斷手術探針500到達位置且進行精確定位的施術。

藉由本創作之手術影像導引裝置，本創作進行作業時，手術導管300被安裝定位於定位架100上，且配合影像掃瞄儀200的磁振造影影像(MRI)，讓手術導管300前端朝向虛擬路徑規劃中的作業部位A前方前進，前進過程中可依據路徑規劃之檢查點，於每一個檢查點停止前進，並首先將影像擷取系統400的工作端410穿伸於手術導管300之中空導軌301內，使影像擷取系統400的工作端410可以擷取現階段檢查點位置組織2維表面影像、3維結構影像或4維動態結構影像，確認路徑規劃正確性，若有所偏差，可藉由即時調整手術導管300，直到手術導管300前端抵達作業部位A前端，再次以激發源411及接收單元412配合攫取前端組織即時2維表面影像、3維結構影像或4維動態結構影像，確認抵達作業部位A的即時影像。故本創作的校準完全是精確依照即時組織造影影像進行，可發揮依據實際組織狀況正確定位的效果。隨後，一旦確認到達作業部位A定位，再將手術探針500的施術端510穿伸於手術導管300之中空導軌301內，並且手術探針500的施術端510可以直達正確的作業部位A進行各種手術作業。

由上述本發明實施方式可知，應用本發明具有下列優點：

1.以影像擷取系統可即時發現手術前影像掃瞄儀所拍攝組織影像與手術當下實際組織形變或是位移的差異，確認手術導管所行路徑在正確的組織位置，以符合規劃路徑，直接到達最佳作業位置，最後以導航儀配合手術探針進行精確定位的手術。

2.以影像擷取系統取得即時組織表面影像、3維結構影像或4維動態結構影像，且手術導管可以讓影像擷取系統的定位位置快速轉由手術探針續行作業。

3.　探針狀且具有可撓性的影像擷取系統工作端可以配合具有可控制彎曲的中空手術導管，以配合規劃路徑或是前進方向調整的需求。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．定位架

200．．．影像掃瞄儀

300．．．手術導管

301．．．中空導軌

400．．．影像擷取系統

410．．．工作端

411．．．激發源

412．．．接收單元

420．．．本體

500．．．手術探針

510．．．施術端

520．．．針體

600．．．導航儀

701．．．定位架

A．．．作業部位

B．．．激發訊號

700．．．MRI影像

702．．．手術探針

703．．．3D定位設備

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖是習知探針系統示意圖；

第2圖係繪示依照本發明一實施方式的示意圖；

第3圖係繪示依照本發明一實施方式之部份分解立體圖；以及

第4圖係繪示依照本發明進行作業之狀態示意圖。

100．．．定位架

300．．．手術導管

301．．．中空導軌

400．．．影像擷取系統

410．．．工作端

411．．．激發源

412．．．接收單元

420．．．本體

500．．．手術探針

510．．．施術端

520．．．針體

Claims (9)

1. 一種手術影像導引裝置，包括有：一定位架；一手術導管，具有兩端開放且可控制彎曲之一中空導軌，該手術導管安裝定位於該定位架上；一影像擷取系統，具有相連接之一工作端及一本體，該工作端呈針狀且具可撓曲性，係供取得一即時影像，且該工作端對應自由穿伸於該手術導管之該中空導軌內，以輔助該手術導管到達一手術正確位置，其中該手術導管到達該手術正確位置後透過該中空導軌置換該影像擷取系統為一手術探針。
2. 如請求項1所述之手術影像導引裝置，其中該影像擷取系統之工作端為一即時影像擷取單元，且該即時影像擷取單元可攫取一表面影像、一3維結構影像或一4維動態結構影像。
3. 如請求項1所述之手術影像導引裝置，其中該影像擷取系統應用光纖技術生成一表面影像、一3維結構影像或一4維動態結構影像。
4. 一種探針手術影像導引系統，係配合一定位架，包括有：一影像掃瞄儀，係取得一作業部位之至少一基礎影像，並生成一路徑規劃； 一手術導管，具有兩端開放且可控制彎曲之一中空導軌，該手術導管安裝定位於該定位架上，且該手術導管的一端依照該路徑規劃到達該作業部位旁；一影像擷取系統，具有相連接之一工作端及一本體，該工作端具有針狀與可撓曲性，係供取得該手術導管前端一即時影像，且該工作端對應自由穿伸於該手術導管之該中空導軌內，以輔助該手術導管到達一手術正確位置，其中該手術導管到達該手術正確位置後透過該中空導軌置換該影像擷取系統為一手術探針；以及一導航儀，連接該影像擷取系統，且該導航儀可同時顯示或疊合顯示該即時影像與影像掃瞄儀所得基礎影像及其路徑規劃。
5. 如請求項4所述之探針手術影像導引系統，其中，該影像擷取系統之工作端為一即時影像擷取單元，且該即時影像擷取單元攫取一表面影像、一3維結構影像或一4維動態結構影像。
6. 如請求項5所述之探針手術影像導引系統，其中該即時影像擷取單元具有一激發源及一接收單元。
7. 如請求項6所述之探針手術影像導引系統，其中該激發源可發射可見光、不可見光、電磁波或超音波。
8. 如請求項6所述之探針手術影像導引系統，其中 該接收單元接收經由該作業部位組織反射或繞射之可見光、不可見光、電磁波或超音波訊號。
9. 如請求項6所述之探針手術影像導引系統，該影像擷取系統的該本體可產生一激發訊號予該激發源，並將該接收單元接受到的訊號轉換成為一前端組織表面影像、一3維結構影像或是一4維動態結構影像。