[发明专利]工具定位系统

说明书

技术领域

本发明总体涉及医疗诊断成像系统，且更具体地，涉及一种适于与医疗成像系统一起使用的工具定位系统。

背景技术

为了准确地执行各种过程，通常需要相对于对象的解剖结构而适当地定位工具。在准确地定位工具时，内科医生可以将工具插入到对象中，以获得例如组织、骨骼、流体等的样本。特别地，在对潜在恶性肿瘤、癌变前状况和其他疾病或失调的诊断和治疗中使用该样本组织。典型地，在肿瘤的情况下，当内科医生怀疑存在癌症或其他疾病状况时，执行活组织检查以确定来自肿瘤的细胞事实上是否是恶性的或另外是患病的。许多活组织检查（例如经皮活组织检查）是利用用于采集组织以供分析的针状仪器来执行的。

近年来，已经使用多种成像技术（例如，x射线成像、CT扫描、连续CT（CCT）、磁共振成像（MRI）、荧光透视法、单光子发射CT（SPECT）、正电子发射断层摄像（PET）等）来增强介入医疗过程（例如针穿刺活组织检查）的性能。成像设备允许放射科医生、外科医生、内科医生或其他医疗人员在诊断和/或治疗过程期间计划和跟踪介入设备（例如活组织检查穿刺针）到对象中的经皮插入。

提出了多种外科仪器导引设备，以结合成像系统使用，以便允许用户准确地将介入工具置于患者体内。例如，美国专利No. 4,583,538提出了一种适于以各种可选择的计算角夹持（hold）针或探针的独立式活组织检查导引装置。在使用本专利中提出的设备时，找到与CT扫描上的点精确相关的患者身体上的参考点。这是利用置于在CT扫描上的横截面中可标识的患者皮肤上的本地化（localization）设备来实现的。然后，将在CT扫描上对本地化设备的测量与患者身上的设备进行相关。然后，根据这些计算来调整独立式活组织检查导引装置。本专利所教导的设备的一个劣势在于将患者身体参考点与CT扫描上所选的点进行相关所需的时间。此外，可能在点相关步骤期间以及在调整独立式导引设备的同时引入特定的不准确性。因此，将期望提供一种相对于CT扫描器设备附着在已知位置处的活组织检查或其他外科仪器导引装置，从而自动建立导引设备、患者检查台和患者图像容积（image volume）的坐标系之间的精确和自动相关。

美国专利No. 6,853,856描述了一种用于对对象进行图像导引医疗过程的医疗成像系统，该系统包括：医疗成像设备，用于获得对象的容积图像；用于使用容积图像对对象上的介入过程进行计划的装置；机械臂组件，被布置为与医疗成像设备邻近，该机械臂组件包括基座、远端、多个臂段、以及用于执行介入过程的臂段之间的多个接合部；以及末端执行器，布置在机械臂组件的远端处，该末端执行器包括用于利用夹紧力（gripping force）在介入过程期间选择性地夹紧外科仪器的夹紧装置，该夹紧力从零至防止夹紧装置与外科仪器之间的相对移动的力的范围内变化，其中，该末端执行器还包括：第一指状部分（finger portion），具有第一夹紧表面；第二指状部分，具有第二夹紧表面，第一和第二夹紧表面彼此相对，以对外科仪器施加夹紧力；第一外科仪器导引装置，布置在第一指状部分上并向第二指状部分延伸；以及第二外科仪器导引装置，布置在第二指状部分上并向第一指状部分延伸。

美国专利申请No. 20060149147描述了一种与关联的成像设备一起使用的导引设备，用于引导关联的介入器具相对于布置在成像设备上的患者的移动。导引设备包括连接器部分，该连接器部分将导引设备与关联的成像设备相耦合。连接器部分相对于关联的成像设备支承设备的主体部分。在主体部分的第一端处形成夹紧区域，该夹紧区域适于用于由关联的操作者手动夹紧的导引设备。在主体部分的第二端处形成夹持区域。夹持区域适于将关联的介入器具夹持在以下定向中：该定向适于沿所选择的线性路径相对于所述患者移动，还用于响应于由关联的操作人在所述夹紧区域处施加的手动力沿所述所选择的线性路径（P）平移关联的介入器具。机器人臂对设备进行定位，以基于虚拟计划的轨迹来相对于患者夹持活组织检查穿刺针。线性滑动接合部（slider joint）将针的移动限于路径（P），并允许针的手动插入以及伴随的触觉反馈。

上述技术具有多个缺点。例如，‘856专利中描述的技术需要在荧光透视法模式中操作该设备，以定位患者身上的入口点。此外，跟踪设备跟踪患者相对于介入工具的位置。需要修改成像设备以操作导引设备。在上述一些技术中，需要将机器人系统永久固定到地板上或固定到CT系统上。这可能妨碍针对其他非介入过程正常使用成像系统。此外，上述技术并不补偿由于呼吸和患者移动而引起的目标移动，这影响定位的准确度。