[发明专利]用于检测组织以及纤维束变形的系统与方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2013年3月15日提交、题为“用于检测组织以及纤维束变形的系统与方法(SYSTEMANDMETHODFORDETECTINGTISSUEANDFIBRETRACTDEFORMATION)”的美国临时申请号61/799,921的优先权，所述美国临时申请的全部内容以引用方式并入本文中。

本申请要求2013年3月15日提交、题为“偏振光成像装置(POLARIZEDLIGHTIMAGINGDEVICE)”的美国临时申请号61/800,787的优先权，所述美国临时申请的全部内容以引用方式并入本文中。

本申请要求2013年3月15日提交、题为“用于微创疗法的规划、导航以及模拟系统与方法(PLANNING,NAVIGATIONANDSIMULATIONSYSTEMSANDMETHODSFORMINIMALLYINVASIVETHERAPY)”的美国临时申请号61/800,155的优先权，所述美国临时申请的全部内容以引用方式并入本文中。

本申请要求2014年1月8日提交、题为“用于微创疗法的规划、导航以及模拟系统与方法(PLANNING,NAVIGATIONANDSIMULATIONSYSTEMSANDMETHODSFORMINIMALLYINVASIVETHERAPY)”的美国临时申请号61/924,993的优先权，所述美国临时申请的全部内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及用于微创疗法和图像引导医疗程序的导航系统与方法。

背景技术

施加压力于组织和器官或更改组织和器官的组成的手术程序可能有产生组织变形的趋向。举例来说，脑组织的变形可能在以下情况下出现：当进行开颅术且脑中的压力被释放时，当例如手术端口或导管的手术装置被引入到脑中时，或当组织在手术期间(例如在肿瘤切除中)被移除时。组织变形以及其对手术程序的准确度和精确度的影响是一个正在调查和研究的领域，并且需要有效手段用以检测此变形以用于手术规划、导航以及分析。尽管以下讨论的大部分使用脑中的手术程序作为实例，但是类似问题出现在对脊柱的手术和其它矫形应用中并且所述技术通常可适用的。

与手术期间出现的组织移位相关联的复杂性通过目前可用的系统和方法无法得到良好解决。举例来说，在开颅术期间，当患者的颅骨的大部分被移除而允许接近脑时，脑由于脑与手术室之间的压力差而趋向于肿胀到包住脑的剩余颅骨外。由重力引起的这种脑肿胀和脑下陷可趋向于引起脑组织的显著移位，经常为约1到2cm。另外，当肿瘤自脑切除时，由于减小的体积，剩余组织的位置趋向于相对于术前图像移位。脑肿胀、下陷以及移位的这些机制可导致术前脑位置与术中脑位置之间的显著变化。因此需要用以检测由各种原因(包含组织切除、肿胀以及手术工具插入)引起的组织变形的有效手段以允许经改善的手术规划、导航以及分析。

脑组织的变形由于物理和生理现象而在手术过程中出现。由于这种脑移位，术前获取的图像不再对应于脑组织的定位。为此，任何基于术前的神经导航规划被术中脑变形削弱。根据Buick等人的用于补偿“脑移位”变形的术前图像引导神经导航器的脑生物力学模型(Bio-MechanicalModeloftheBrainforaPer-OperativeImage-GuidedNeuronavigatorCompensatingfor“Brain-Shift”Deformations)，数学计算机模拟模型(例如，连续机械线性且小变形的模型)可用来以互动方式对手术交互作用(即，组织切除)创建模型。

不同的组织类型拥有不同的变形特性，因此检测组织变形的当前方法常常将身体分割成多种组织类型。举例来说，针对关于脑手术的变形，脑组织趋向于基于组织类型(例如，灰质、白质以及脑脊髓液)来进行分析。这些方法提供基于每个组织类型的扭曲特性的变形模型。然而，这些当前方法不会基于关于有向组织结构(例如，神经或肌肉纤维方向)或下层结构的连接性的知识来调整模型。更确切地说，这些系统与方法趋向于同等地看待所有类型组织类型。因此，需要基于关于有向组织结构或下层结构的连接性的知识(而非简单的组织类型)来检测组织变形的系统与方法。此外，如果正引入到组织的装置与其入口在几何上具有类似形状和大小且足够硬，那么所述装置将趋向于约束组织的移动并且将维持与已知位置和形状的组织的接口，且因此对组织的平衡定位有意义。

发明内容