用于机器人图像引导的针插入的夹持器制造技术

一种用于根据预先计划或持续监控的插入步骤序列确保将针安全且可忍受地插入到受治者体内的系统和方法。所述系统包括夹持装置，所述夹持装置用于夹持所述针以便执行机器人插入步骤，但在这些插入步骤之间释放夹持，直至下一插入步骤起始为止。借此，机器人在插入步骤期间具有对针的完全控制，但在插入步骤之间不约束针，使得受治者的移动不造成任何损伤或不适。所述夹持和插入步骤可被协调以与受治者的呼吸周期保持同步，使得所述插入步骤可在受治者胸部的每次运动周期的同一部分执行。所述夹持器可与所述针完全断开连接，或者可以部分断开连接但将运动约束在限制内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机器人图像引导的针插入的夹持器专利
本专利技术涉及用于图像引导的针插入(尤其是利用机器人插入)的针固持装置领域。
技术介绍
现代临床实践中采用的诸多常规治疗涉及针和导管经由皮肤的插入，诸如用于活检或送药。针插入手术的目的是为了将适当的针的末端安全地且准确地放置到病灶、器官或血管中。需要针插入的治疗示例包含疫苗、血液/体液取样、局部麻醉、组织活检、导管插入、低温消融、电解质消融、近距离放射治疗、神经外科、脑部深层刺激术和各种微创手术。借助离线或术中图像引导来执行针插入已呈逐渐增长的趋势。基于离线图像来引导针具有缺陷，因为患者不断呼吸且离线图像随之实际上成为历史。另外，由于重力，腹腔软组织随时间而变形。图像扫描因此仅在数秒内有效。即使实时将针插入，但针插入手术的荧光透视检查视图并不简单且需要熟练的操作。此外，如名称为“柔性针的受控转向”的PCT公开申请WO2007/141784(该专利申请与本申请具有共有的共同专利技术人)中所示，针可以通过许多方式插入，即使在需要针的末端沿循同一轨迹时亦如此。为了克服这些困难并改善针放置的准确性，如上文引用的PCT申请中所述，使用适于柔性针在软组织中转向和控制的模型。如其中所示，针的基部上所需的操纵太过复杂而难以手动执行。因此，针的插入是利用机器人来执行的。在典型的机器人图像引导的针插入手术中，针的插入将逐步完成。出于安全的原因，针并非在单次重复中插入。通常的手术流程如下：1.拍摄包含针和目标的图像。2.操作员分析图像并决定是否需要对移动进行校正。3.机器人随之接受命令以通过下一步骤来移动针。拍摄图像并决定如何进行可能花费数秒到数分钟的时间。在此期间，患者保持呼吸，同时针位于其体内，使得针的位置不断改变(尽管是准周期性地)。即使在并无操作人员反馈的情况下仅基于图像数据执行该手术，但除了准周期性呼吸运动外，患者也可能由于疼痛或咳嗽而移动其身体。如果针的基部由插入机器人刚性地固持，则被固定的针可能对患者造成损伤，或至少造成不适或疼痛。因此，需要一种自动针插入系统，该系统减少或消除插入手术的危险，且减少受治者的不适。本说明书的此节和其他节中提及的每个出版物的公开内容皆以全文引用的方式并入本文中。
技术实现思路
本专利技术描述了一种用于根据预先计划的或持续监控的插入步骤序列确保将针安全地且可忍受地插入到受治者体内的新颖系统和方法。所述系统包括用于夹持针的装置，以便执行机器人插入步骤，但在这些插入步骤之间断开刚性的机械接触，直到下一插入步骤起始为止。通过该装置，机器人在每次插入步骤期间具有对针的完全控制，但在插入步骤之间完全不约束针，使得受治者的移动不应引起任何损伤或不适。所述夹持动作和插入步骤可有利地通过组合的机器人/夹持器控制系统来协调，以保持与受治者呼吸周期同步，使得所述插入步骤大体在受治者胸部以及随胸部一起运动的任何器官的每次运动周期的同一部分内执行。假设每个插入步骤的时间明显短于受治者呼吸周期的时间，则这种装置还具有以下优势：机器人可在与在前的一个或多个呼吸周期中释放夹持的位置大致相同的位置处拾取在针上的夹持。所述方法包含完全断开连接，其中断开连接的针在插入步骤之间在空间内自由移动，或包含部分断开连接，其中断开连接的针与夹持器保留部分有限的链接，从而允许针以一或多个有限的自由度自由移动。所述连接机构可采用磁性、静电或其他吸引力，或者可包含机械连接件。它应当在仅占呼吸周期时间的一小部分的时间内操作，以便使呼吸运动对插入步骤的任何干涉最小。所述夹持器必须能够牢固地夹持针，使得将针插入到受治者体内所需的力可被传递到针上。出于此原因，由于大部分针的细小直径，直接夹持针通常是不实际的，且针通常是被固持在相应设计的针固持器中。所述针固持器则适于由夹持器来夹持或释放，且也可包含感测元件以能够确定其相对于夹持器的位置。使用在执行夹持的位置具有加厚的杆区段的针也是可行的，且应当理解，本专利技术并非旨在限于针本身被夹持的方式的物理本质。在由与本申请相同的申请人提交的、主张享有美国临时专利申请61/887,634的优先权、名称为“通过杆操纵实现的针转向”的共同待决PCT专利申请中，描述了一种用于将针夹持并插入到患者体内的专用机器人系统和针夹持器，且这种针夹持器也可以用作本申请的功能性元件。在下文中提到针的夹持时，应当理解，其意指夹持针本身或(更通常地)夹持针固持器。同样地，根据上下文，针的位置可意指针的位置本身或针固持器的位置。所述装置也可以包含光学、磁性、超声或其他追踪装置，其追踪针或针固持器在空间中相对于夹持器的位置，其中夹持器的位置已从机器人的控制系统获知。在需要连接时，机器人使用追踪信息将夹持器移动到靠近针的位置，然后使用其捕获机构抓取针或其固持器。由于患者的呼吸或诸如咳嗽等的偶发性移动或由于疼痛，针的移动可以是准周期性的。由于在此类情况下针在空间中的确切位置不可预测，通常难以使机器人确切找到针以便抓取它。因此，抓取装置应具有即使夹持器并未完全与针一致也能够夹持所述针的能力。在这种情况下，对针的连接应优选地在前一次留下针的空间中的同一区域内完成，所述前一次至少由于呼吸同步过程而大致对应于呼吸周期的同一阶段。机器人将到达在前留下针的位置处并将在那里等待针。可以使用追踪针的运动的追踪装置来同样追踪患者的呼吸运动。另外，对于使用呼吸机的患者而言，可以使用来自呼吸机的信号以便确定在患者呼吸周期中的预定夹持点并与其同步。因此，根据本专利技术公开描述的装置的示例性实施方案，提供了一种用于针插入到受治者体内的系统，所述系统包括：(i)捕获单元，所述捕获单元包括用于交替地夹持和释放所述针或结合所述针的固持器的机构，及(ii)可控的驱动机构，所述驱动机构适于在一系列单独的步骤中将所述针插入到所述受治者体内，其中，所述可控的驱动机构与所述捕获单元的机构同步，使得所述捕获单元在插入步骤期间夹持所述固持器，并在插入步骤之间释放所述固持器。这种系统可进一步包括用于确定所述针或所述固持器相对于所述捕获单元的位置的追踪系统。所述追踪系统可包括多套成套的发射器和传感器，其中所述成套的发射器和传感器中的任一个可设置于所述针或所述固持器上，且所述成套的发射器和传感器中的另一个可设置于所述捕获单元上。在任何上述系统中，所述可控的驱动机构可适于使插入步骤与所述受治者的呼吸周期同步，使得所述捕获单元可接受命令以在所述受治者的呼吸周期的预定时间点夹持所述针或所述固持器。对于这种情况，所述系统可进一步包括至少一个追踪传感器以监控所述受治者的呼吸周期。随后，所述追踪传感器确定所述受治者的身体的靠近所述针的插入点的位置。此外，所述至少一个追踪传感器可以是外部追踪系统的一部分，或者是在所述可控的驱动机构和所述捕获单元中的至少一个与所述受治者的靠近所述针插入点的身体之间起作用的感测系统的一部分。在这些实施方案中，所述受治者的呼吸周期中的预定时间点可从得自呼吸机的信号获得。此外，所述捕获单元可接受命令以在所述受治者的呼吸周期中的与所述固持器在所述呼吸周期中在前的释放时间点大体相同的时间点夹持所述针或所述固持器。如果是这样，则以机器人方式引导的捕获单元可通过所述针或所述固持器在在前的插入步骤之后的释放位置来预见所述针或所述固持器在后续插入步骤之间的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于针插入到受治者体内的系统，所述系统包括：捕获单元，所述捕获单元包括用于交替地夹持和释放所述针或结合所述针的固持器的机构；及可控的驱动机构，所述可控的驱动机构适于在一系列单独的步骤中将所述针插入到所述受治者体内，其中，所述可控的驱动机构与所述捕获单元的机构同步，使得所述捕获单元在插入步骤期间夹持所述固持器，且在插入步骤之间释放所述固持器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.07 US 61/887,6341.一种用于将针插入到受治者体内的机器人系统，所述机器人系统包括：捕获单元，所述捕获单元包括被构造成用于交替地夹持和释放所述针或被配置成用于固持所述针的固持器的捕获机构；可控的驱动机构，所述可控的驱动机构适于在一系列单独的插入步骤中将所述针插入到所述受治者体内；及追踪系统，所述追踪系统被配置成确定所述针或所述固持器与所述捕获机构之间的相对位置；其中，所述可控的驱动机构与所述捕获机构同步，使得所述捕获机构在插入步骤期间夹持所述针或所述固持器，且在插入步骤之间释放所述针或所述固持器；以及其中，所述机器人系统被配置成基于由所述追踪系统确定的所述相对位置使所述捕获单元朝向所述针或所述固持器移动。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述追踪系统包括一套发射器和一套传感器，其中所述成套的发射器和传感器中的任一个设置于所述针或所述固持器上，且所述成套的发射器和传感器中的另一个设置于所述捕获单元上。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述可控的驱动机构适于使所述插入步骤与所述受治者的呼吸周期同步，使得所述捕获单元能接受命令以在所述受治者的呼吸周期中的预定时间点夹持所述针或所述固持器。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括至少一个呼吸追踪传感器以监控所述受治者的呼吸周期。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述至少一个呼吸追踪传感器是外部追踪系统的一部分。6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述受治者的呼吸周期中的所述预定时间点是从得自呼吸机的信号获得的。7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述捕获单元接受命令以在所述受治者的呼吸周期中的与所述针或所述固持器在所述呼吸周期中的在前的释放时间点大体相同的时间点夹持所述针或所述固持器。8.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述可控的驱动机构是附接到所述捕获单元的机器人致动器，或者是适于相对于所述捕获单元移动所述针或所述固持器的运动机构。9.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·格洛兹曼，G·扎斯卡尔，M·肖哈姆，M·阿拉德，Y·平斯基，
申请(专利权)人：泰克尼恩研究和发展基金有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL