CN102123677B - 轨迹引导装置 - Google Patents

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Abstract

一种轨迹引导装置，用于提供沿着要求的路径通向活体的目标位置，该轨迹引导装置包括：底板，包含夹锁；引导构件，至少部分地包含在底板内并在其中具有通道；多个可调支架，每个支架包括第一端和第二端，其中第一端连接到底板；以及支架锁，连接到每个可调支架并且在解锁位置和锁紧位置之间可移动，以便设定可调支架的要求长度，其中可调支架和引导构件构造成被调整，以在三维空间中提供通过引导构件中的通道朝着目标延伸的无限数量的轨迹。

Description

轨迹引导装置
技术领域
本发明涉及外科手术工作台。更具体地，本发明涉及轨迹引导装置(trajectoryguide)和使用轨迹引导装置的方法，该轨迹引导装置有助于外科和观测仪器在患者内的调准。
背景技术
在美国每年大约200,000患者被诊断患有脑瘤。这些肿瘤中的大约17,000个为“良性的”，即指瘤块没有癌变。但是，这些肿瘤中的其他大约183,000个为“恶性的”，(即发生癌变)，即指能够导致或引起患者死亡。大约10％的癌变脑瘤是“初生”肿瘤，即指肿瘤初发于脑部中。初生肿瘤通常由带有变异DNA的脑组织构成，这些带有变异DNA的脑组织侵略性地生长并且置换或取代正常的脑组织。最常见的初生肿瘤称为神经胶质瘤，指的是脑中神经胶质细胞的癌症。在大多数情况下，初生肿瘤以单块的形式出现。不过，这些单块会经常相当大，形状不规则，呈多叶形和/或可渗透进周围的脑组织中。
初生肿瘤通常直到患者经历了诸如头疼、行为变化、感觉损伤等症状时才被诊断出。然而，到症状显示出来时，肿瘤可能已经长大并且具有侵略性。
有各种各样的脑瘤疗法，其中一些涉及进入脑部从而实现肿瘤的治疗。一种这样的治疗方法涉及通过“热”治疗肿瘤(也称为高温疗法或热疗)。具体地，众所周知，高于57℃时所有活组织通过所谓的凝固性坏死或烧蚀过程被几乎立即且不可恢复地损伤和杀死。恶性瘤，由于其高血管化作用和变异DNA，比正常组织更容易受到热导致的损伤。可使用各种类型的能源，诸如激光、微波、射频、电源和超声波源。根据应用场合和技术，热源可以是体外的(即身体之外)、质外的(extrastitial)(即肿瘤之外)或间质的(即肿瘤之内)。
肿瘤间质热疗(ITT)是设计成从肿瘤内部加热和破坏肿瘤的过程。这类疗法的一个优点是将能量直接应用于肿瘤，而不经过周围的正常组织。这类疗法的另一优点是能量沉积更可能在整个肿瘤扩展。
一个示例性的ITT疗程涉及激光的使用(LITT)，并以向肿瘤内插入光纤开始，其中，肿瘤在其“插入”末端有组元，该组元通常将来自外部源的激光的方向改变为与光纤长度通常成直角的方向。从而来自激光的能量延伸到末端或尖端周围的组织，并实现加热。能量在限定于相对低角度的光束中被传送，从而随着光纤的旋转，光束也绕着光纤的轴线旋转，以实现在光纤周围位置处对不同病变部位的加热。因此，可纵向地移动和旋转光纤来实现对整体病变部位上的病变的加热，目的是将病变加热至所需温度，而不会明显影响病变周围的组织。
为了定位需要用LITT治疗的肿瘤或其他病变，经常使用磁共振成像。尽管这些成像系统有助于协助外科医生确定需治疗的病变的位置，但仍需要仪器来确定进入脑部的光纤的轨迹，以便确保治疗肿瘤时的控制精度。使用几种传统的方法和器械来确定轨迹，使得外科和观测仪器可插入患者的脑部中。
立体定向神经外科是神经外科领域，其中基于术前图像，通过附接在头骨上的机械设备并瞄准而将探头送入头颅钻孔(burrhole)到达所关心的目标。该探头可以是活检针(biopsyneedle)或可植入装置，但它在几何意义上是刚硬的，从而通过几何计算，其尖端可被带到术前图像上所指定的所关心的目标。在过去的十年中，该领域一直在前进，从安置环绕患者整个头部的庞大的、传统的金属框架到仅放置于进入位置处的小平台的连接，以减少患者的不适，促进手术进刀，通过多个平台允许一次手术期间的多个定位，并减少手术时间，同时保持相同的精度水平。
传统的金属框架设计成，通过应用目标位于球体中心的原理，利用一个不受限制的进入点一次接近一个目标，到达深层的目标。由于长的轨迹，准确度和患者舒适度受到了对深层脑部刺激(DBS)的手术要求的挑战，在整个漫长的手术过程中(约5-8小时)患者需保持清醒。
在过去的几年中，微平台已问世，用于取代传统框架进行DBS立体定向手术。
Truwit的美国专利6,206,890公开了一种用于调准引导轨迹并引入和撤回手术探头来治疗脑瘤的设备。该设备包括整体的基部(base)，该基部具有可移动地连接到基部的球形接头构件。该球形接头构件中具有形成轨迹路径的一部分的通道。该球形接头构件还包括一个长的圆柱形的薄壁引导杆，该引导杆中具有与可移动构件中的通道完全对准的开口。球形接头构件包括用于保持定位杆的一体引导杆或可移动连接引导杆。在前者情况下，为了轨迹调准的目的，将定位杆插入到引导杆的开口中。在后者情况下，可移动连接引导杆可被移除并由定位杆取代。
然而，在几何稳定性、塔台安装后进入头颅钻孔和手术操作的空间有限、瞄准过程耗时、以及锁定目标困难等方面存在问题。为了在手术中制止从骨腔、硬脑膜、以及皮层表面出血，进入头颅钻孔至关重要。通过观看外科手术跟踪系统的屏幕上的引导图标并同时调整平台的方位，实现瞄准。当图标显示正确的轨迹时，必须用一只手将平台锁定到位，同时用另一只手将平台保持在正确的轨迹上。轨迹是二维的，意味着需要两个互相垂直的角度调整，每一个角度调整必须同时设置为正确的轨迹。通过引导图标寻找正确的轨迹是耗时的，这是因为该方法对一个角度进行微调而不改变另一角度是困难的。这种瞄准过程中的另一困难是将设备锁定到目标上的同时保持正确轨迹的两个角度。锁定步骤可能极其令人沮丧，因为如果任一角度在锁定过程中不经意地被改变，如引导图标所显示的，则必须解锁设备并从最初开始调整。通常需要多次反复，造成操作时间的浪费。
Dawant等人的美国专利7,167,760公开了一种也需要连接植入骨的基准(bone-implantedfiducials)并随后采集术前断层照片的设备，但该设备不需要外科手术光学跟踪进行瞄准。相反，该设备基于术前断层照片以及外科医生对断层照片上的进入点和目标的识别为每个患者量身定做。因此，该设备预瞄准后到达手术位置，外科手术中不需要调整。它是一体式硬质塑料块，具有容纳探头的圆柱孔，由多个支架支撑，每个支架连接到植入颅骨中的基部。在获得术前影像前将基准标记连接到这些同样的基部上，并在成像后将基准标记丢弃。该设备的形状提供了更容易地进入头颅钻孔，但不允许外科医生完全灵活地改变轨迹。此外，虽然该设备是可自由使用的，但其重大缺点是患者在采集断层照片和设备传送之间必须等待二到四天。
美国专利公开号2007/0106305通过公开一种外科手术平台而试图解决Dawant设备的不足，该外科手术平台包括环形结构和配置成容纳在环形结构中的球形接头，其中，球形接头限定了用于容纳经过其中的外科手术探头的孔。该外科手术平台包括多个可螺纹调整的支架组件。虽然可调支架给外科医生提供了进行宏观和微观调整的能力，但从机械上来说，该设备使用起来很麻烦。
因此，迄今为止没有得到解决的是，需要建立一种刚性的、可靠的装置，用于将长圆柱形医疗设备相对于患者保持在固定的三维的轨迹中，其能够承受扭矩、碰撞和在将患者从手术室转移到MRI位置过程中以及在此过程期间在MRI位置的其他潜在的推移力或偏移力(disorientingforce)。还需要给外科医生完全的机动性，以方便快捷地对轨迹进行宏观改变或微观调整，在期望和MRI需要时改变医疗设备的位置，以及显现外科手术部位。该设备必须兼容MRI，重量轻，且能够容易地固定在患者上。机动性允许外科医生钻多个孔。
发明内容
这些和其他的优点通过根据本发明的轨迹引导装置实现。本发明涉及一种兼容MRI的轨迹引导装置，其提供沿着要求的路径通向活体的目标位置。在一个实施方式中，轨迹引导装置包括：底板，含有夹锁；引导构件，至少部分地包含在底板内，并且所述引导构件中具有通道；多个可调支架，每个支架包括第一端和第二端，其中第一端连接到底板；以及支架锁，连接在每个可调支架上，且可在解锁位置和锁定位置之间移动，以便设定可调支架的要求长度，其中可调支架和引导构件构造成被调整，以在三维空间中提供通过引导构件中的通道朝着目标延伸的无限数量的轨迹。
附图说明
图1是根据本发明一个示例性实施方式的轨迹引导装置的透视图。
图2A是图1中轨迹引导装置的放大透视图，示出了接合器(adaptor)接收构件的接口装置(interfacemeans)。
图2B是中央球形接合器的透视图，示出了其接口装置。
图3A是图1中轨迹引导装置的一部分的透视图，示出了处于关闭和锁定位置的夹锁。
图3B是沿图3A中的线3B-3B截取的轨迹引导装置的一部分的横截面视图。
图4A是图1中轨迹引导装置的一部分的透视图，示出了处于打开和解锁位置的夹锁。
图4B是图4A中示出的轨迹引导装置的一部分的横截面视图。
图5A和图5B示出了轨迹引导装置的球形接头可移动构件的示例性运动范围。
图6是轨迹引导装置的侧视图，其中轨迹引导装置的伸缩式支架处于伸长位置。
图7A是轨迹引导装置的一部分的透视图，示出了支架锁的操作。
图7B是轨迹引导装置的透视图，示出了根据本发明的替换支架锁。
图8示出了印记在伸缩式支架上以协助设定支架的要求长度的一系列刻度(gradation)。
图9是图8中支架刻度的放大图，示出了连接到伸缩式支架的一对调准构件。
图10是轨迹引导装置的与一个伸缩式支架的内部部分接合的一个支脚的透视图。
图11是球形接头保持装置的横截面视图。
图12是包括基准标记的一个示例性球形接头可移动构件的横截面视图。
图13是包括基准标记的伸缩式支架的一个示例性下支架部分的横截面视图。
图14是详细示出连接到图1中轨迹引导装置的腹板组件的透视图。
图15示出了图14中腹板组件的模板中心部分的细节。
图16-18示出了一个示例性的防护罩和其连接到根据本发明的轨迹引导装置的方法。
具体实施方式
一般而言，本发明包括一种轨迹引导装置，其构造成提供坚固和刚性的平台，用于需要轨迹调准的诸如神经外科的应用场合。当未锁定时，轨迹引导装置可被操作以与大范围的轨迹调准。在一个示例性的实施方式中，轨迹引导装置的多个可调支架和可调引导构件可以构造成在三维空间中提供通过引导构件中的通道朝着目标延伸的无限数量的轨迹。当锁定时，该设备可为多个神经外科应用场合提供可靠和刚性的接口。这些应用的实例包括但不限于激光治疗、活检、导管布置、药物输送、深层脑部刺激、如用于脑室切开术的排出孔构建和头颅钻孔构建。本领域技术人员应当明白的是，在不偏离本发明的预期范围的前提下，该轨迹引导装置可用于除了神经外科应用之外的应用场合。
图1是根据本发明的轨迹引导装置10的一个示例性实施方式的透视图，其通常包括底板11、可连接到患者的颅骨或其他身体部位的多个支脚12、以及数量等于多个支脚12的多个可调的伸缩式支架14。如图1所示，轨迹引导装置10可定向成限定用于需要调准的工具或器械的轨迹线T。工具或器械可包括但不限于探头、导管、活检针、钻头等。
轨迹引导装置10的底板11包括通过铰链装置19铰接在一起的顶夹16和底夹18，该铰链装置可包括从顶夹16延伸出来的第一铰链部分20，该第一铰链部分构造成与从底夹18延伸出来的第二铰链部分22配合。第一和第二铰链部分20和22可通过任何合适的连接装置(如销24或类似的连接装置)连接在一起。此外，顶夹16和底夹18可在轨迹确定之后与夹锁25一起锁定在关闭位置。
顶夹和底夹16和18每个都包括开口，所述开口构造成允许球形接头可移动构件26可移动且可旋转地位于其间。球形接头可移动构件26可包括接合器接收构件28和中央接收腔(图1中未示出)，该中央接收腔延伸穿过接合器接收构件28和球形接头可移动构件26。球形接头可移动构件26的接合器接收构件28可构造成在其中接收中央球形接合器30，该中央球形接合器进而可构造成接收和接合各种工具。
如图1所示，中央球形接合器30从顶部穿过球形接头可移动构件26并且包括管状部分32和构造成与球形接头可移动构件26的接合器接收构件28配合的接口部分34。第一紧固装置36可连接到接合器接收构件28，可操作第一紧固装置，以在中央球形接合器30插入之后将其紧固在球形接头可移动构件26上。具体地，第一紧固装置可以是任何合适的紧固装置，包括但不限于翼形螺钉等。在将中央球形接合器30完全插入到球形接头可移动构件26的接合器接收构件28中之后，可以拧紧翼形螺钉以将其锁定在适当位置。此后，用户可仅通过松开翼形螺钉并使接合器30从接合器接收构件28中滑动来移除中央球形接合器30。
中央球形接合器30可包括延伸穿过管状部分32和接口部分34的腔38，其构造成接收手术工具。根据腔经设计和构造所接收的探头和/或器械的尺寸，各个中央球形接合器中的腔的直径可以不同。此外，中央球形接合器30可包括第二紧固装置40，可操作第二紧固装置，以便一旦工具定位于腔38中就将工具固定在适当位置。本领域技术人员应当明白的是，第二紧固装置40可以与上述的第一紧固装置36类似。
如图1所示，每个可调的伸缩式支架14可包括球形接头端42和铰接端43。如下面进一步的详细讨论，每个支架14的长度可调整，并且在轨迹确定之后，可用支架凸轮锁44将支架锁定在要求的长度。
如图1进一步所示，轨迹引导装置10可选地可包括腹板组件45，该腹板组件设计成在将轨迹引导装置10放置到患者上时协助支脚12的恰当隔开和调准。然而，对本领域技术人员显而易见的是，腹板组件45不是本发明的必需部件，轨迹引导装置10可以不使用此类装置放置在患者上。
图2A是轨迹引导装置10的放大透视图，示出了接合器接收构件28的接口装置46，而图2B是中央球形接合器30的透视图，示出了其接口装置47。在图2A和2B示出的示例性实施方式中，接口装置46在接合器接收构件28中包括一对凹槽48，而接口装置47包括构造成与一对凹槽48配合的相应的一对凸起49。本领域技术人员应当明白的是，接口装置46和47起到使得中央球形接合器30可以仅在一个特定的方位插入到接合器接收构件28中的作用。这个方向性接口允许相对于球形接头可移动构件26“标定”放置在中央球形接合器30内的工具。
本领域技术人员应当明白的是，包括一对凹槽和相应的一对凸起的接口装置仅是根据本发明的接口装置的一个实例。在一个替换实施方式中，可使用单个的凸起和凹槽。在另一个替换实施方式中，可使用多于两个的对应凹槽和凸起。在再一个替换实施方式中，凹槽和凸起的位置可颠倒，使得凹槽设置在中央球形接合器30内而凸起设置在接合器接收构件28上。除了构造成容纳匹配的凸起的凹槽之外，也可考虑各种接口装置，并且亦在本发明的预期范围内。
图3A是根据本发明的轨迹引导装置10的一部分的透视图，示出了处于关闭和锁定位置的夹锁，而图3B是沿图3A中的线3B-3B截取的轨迹引导装置10的一部分的横截面视图。如图3A和3B所示，夹紧凸轮锁25包括凸轮杆50，该凸轮杆连接到从底夹18延伸的锁紧基座52。凸轮杆50可通过任何合适的连接装置连接到锁紧基座52。例如，如图3A所示，凸轮杆50通过铰链销54铰接于锁紧基座52。当夹锁25处于如图3A和3B所示的锁定位置时，凸轮杆50的弯曲部56构造成对顶夹16的上表面58施加压力，进而对夹在顶夹16和底夹18之间的球形接头可移动构件26施加压力。换言之，关闭如图3A和3B所示的夹锁25“挤压”顶夹16和底夹18之间的球形接头可移动构件26。结果，球形接头可移动构件26被锁定并且不能相对于底板11旋转。
为了调整球形接头可移动构件26的位置，并因而调整轨迹引导装置10的轨迹线，外科医生仅仅相对于锁紧基底52将凸轮杆50旋转到如图4A和4B所示的解锁位置。具体地，图4A和4B表示轨迹引导装置10的视图，与图3A和3B所示的视图类似，但是示出的是夹锁25处于打开和解锁位置。正如图4B所示，当夹锁25完全打开时，凸轮杆50的钩部60接合并钩住从顶夹16延伸的凸缘构件62，因而稍稍地提起顶夹16。提起顶夹16的动作释放了中央球形接头可移动构件26并允许中央球形接头可移动构件26相对于底板11旋转，而不会被顶夹16或底夹18抓住。
球形接头可移动构件26的示例性运动范围在图5A和5B中示出。具体地，图5A示出了处于第一位置的球形接头可移动构件26，使得接合器接收构件28邻近夹锁25而定位。为了调整球形接头可移动构件26的位置，可将夹锁25移到如图4A和4B所示的解锁位置，以允许球形接头可移动构件26在底板11内自由地旋转和移动。图5B示出了被旋转到第二位置并且参考图3A和3B所述被锁定在适当位置之后的球形接头可移动构件26，使得接合器接收构件28现在邻近铰链装置19而定位。图5A和5B中示出的运动范围仅为了举例而不是限定性的。因为球形接头可移动构件26大概呈球形，其可旋转至许多位置而仅在接合器接收构件28和顶夹16之间接触时被限制运动。
除了通过相对于底板11旋转球形接头可移动构件26来调整轨迹引导装置10的轨迹线外，还可通过改变支撑底板11的一个或多个伸缩式支架14的长度来调整轨迹引导装置10的轨迹线。具体地，改变每个支架的长度改变了底夹18的角度，这进而改变了球形接头可移动构件26的轨迹。图6是轨迹引导装置10的侧视图，其中一个伸缩式支架14处于伸长位置。具体地，每个伸缩式支架14包括滑动地接收在外部部分66中的内部部分64，产生了直线行程L。如图6所示，外部部分66包括铰接端43，而内部部分64包括球形接头端42。然而，内部部分和外部部分64和66的位置可以颠倒，使得外部部分66包括球形接头端42，而内部部分64包括铰接端43，而不会偏离本发明的预期范围。
伸缩式支架14的外部部分66的铰接端43可包括第一铰链部分68，该第一铰链部分构造成被从底板11的底夹18延伸出来的第二铰链部分70接收，从而形成铰链装置72。如图6所示，铰链装置72可包括用来将第一铰链部分68连接到第二铰链部分70的销构件74。铰链装置72可设计成“三铰链接头”，其构造成消除或减少底夹18和伸缩式支架14之间的“活动(play)”。将第一铰链部分68、第二铰链部分70和销构件74之间的间隙降至最小可进一步减少或消除伸缩式支架14和底夹18之间的不必要运动。
每个伸缩式支架14的内部部分64的球形接头端42包括球形接头76，该球形接头构造成被相应的支脚12中的承窝接收。本领域技术人员应该明白的是，球形接头76给轨迹引导装置10提供全范围的角程(angulartravel)，从而可单独设定每个伸缩式支架14的位置。
在一个示例性的实施方式中，每个伸缩式支架14可具有大约15mm的直线行程，这提供了大约32°的运动角程(在底板11处)。然而，伸缩式支架可设计成具有任何合适数值的直线行程，而不会偏离本发明的预期范围。例如，必需的直线行程的数值可取决于轨迹引导装置的尺寸或球形接头可移动构件的运动范围。
如上所述，一旦伸缩式支架14的内部部分64相对于外部部分66被调整好，从而获得要求的支架长度，伸缩式支架14就可用支架凸轮锁44锁定。图7A是轨迹引导装置10的一部分的透视图，示出了处于打开和解锁位置的支架凸轮锁44。在一个示例性实施方式中，支架锁44在操作上可类似于夹锁25，夹锁25用于将球形接头可移动构件26锁定在底板11的顶夹16和底夹18之间。本领域技术人员应该明白的是，当支架锁44处于如图7A所示的打开和解锁位置时，允许支架14如之前参考图6所讨论的自由伸缩，以调整支架的长度。但是，当支架凸轮锁44处于关闭和锁定位置时，伸缩式支架14的内部部分64和外部部分66被锁定在适当位置，以便设定支架的要求长度。
如图7A所示，支架锁44包括凸轮杆80和一组齿82，该组齿构造成当凸轮杆80旋转至锁定位置时，与伸缩式支架14的内部部分64上的相应的一组齿84接合(如图6最佳所示)。伸缩式支架14的内部部分64上的齿84通过外支架部分66中的开口85暴露出来。在一个示例性实施方式中，两组齿82和84可以各自具有大约1mm的节距，但是可以使用任何合适的节距，这对本领域技术人员显而易见。
为了在锁定位置和解锁位置之间移动，凸轮杆80可通过任何合适的铰链构件(如一对杆构件86(仅示出了一个))铰接于外支架部分66，所述杆构件构造成被外部部分66中的孔接收。此外，可以使用支架锁44的凸轮杆80上的一个或多个凹座88或类似结构，所述凹座构造成被外部部分66中的相应的井(well)90接收，以便将支架锁44保持在关闭和锁定位置(如图6所示)。
本领域技术人员应当明白的是，根据本发明的轨迹引导装置，具有凸轮杆80和与支架上的相应一组齿84接合的一组齿82的支架锁44仅代表可使用的一种类型的支架锁紧装置。图7B中示出了支架锁87的一个示例性替换实施方式。如图7B所示，支架锁87通常可包括紧固装置89，该紧固装置可插入穿过外支架部分66A，且构造成接合内支架部分64A，以便设定伸缩式支架14A的长度。紧固装置89可以是任何合适的紧固装置，包括但不限于翼形螺钉等。例如，当内支架部分64A相对于外支架部分66A滑动以获得伸缩式支架14A的要求长度时，可以拧紧翼形螺钉，以锁定支架部分的位置。本领域技术人员应该明白的是，此后，用户可仅通过松开翼形螺钉来调整支架14A的长度。
尽管不是轨迹引导装置10的必要特征，但每个支架14可印记有如图8所示的刻度92，这可协助用户以简单和快捷的方式精确地设定支架的要求长度。在图8所示的一个示例性实施方式中，刻度92以1mm的增量被印记并且覆盖从0mm到15mm的范围。此示例性范围对应于以上参考图6所讨论的15mm的直线支架行程。
如图9所示，可在伸缩式支架14的内部部分上设置一个或多个调准构件94。调准构件94的数量可以对应于例如邻近刻度92而形成的调准窗口95的数量。在一个示例性实施方式中，每个调准构件94是“销”或“杆”的形式，并且包括可以与伸缩式支架14的外部部分66上的刻度92对准的印记线或标记。因此，通过将一个或多个调准构件94与刻度92对准，用户可看到相应的支架14已经调整的数值。
除了协助支架14的长度调整外，一个或多个调准构件94还可用作支架14的形成止挡件，以防止内部部分64和外部部分66被分离。在如图9所示的一个示例性实施方式中，调准构件94可插入穿过窗口95，使得标记的一端与外支架部分66基本上齐平。因此，当内支架部分相对于外支架部分66滑动从而达到最大支架长度时，调准构件94可设计成使得它们与相应窗口95的下端接触，从而防止支架部分的分离。本领域技术人员应当明白的是，用于支架部分的许多其他的保持装置也是可行的。例如，伸缩式支架14可在内支架部分64或外支架部分66之一上包括销轴承或球轴承构件而在内支架部分64或外支架部分66的另一个中包括接收井或孔，它们一起作为安全机构，以防止在外科医生操作来设定轨迹时支架部分滑动脱离。
如上所述，轨迹引导装置10使用数量等于伸缩式支架14数量的多个支脚12连接到颅骨。图10是与相应的伸缩式支架14的内部部分64的一个支脚12的透视图。如图10所示，每个支脚12包括承窝或套筒部分100，该套筒部分构造成容纳内支架部分64的球形接头76的下部。具有穿过其中的孔104的支脚罩构件102构造成滑过内支架部分64并且连接到套筒部分100，以便容纳球形接头76的上部。因此，套筒部分100和支脚罩构件102一起用来提供球形接头保持装置。本领域技术人员应当明白的是，支脚罩构件102可通过任何合适的连接装置连接到套筒部分100，所述连接装置包括但不限于利用压配合型连接、螺纹连接、或利用粘合剂。
如图10所示，每个支脚可包含一个或多个孔106，所述孔构造成用于接收接骨螺钉或其他紧固装置。在一个示例性实施方式中，接骨螺钉可插入孔106中并且拧入患者的颅骨，以便将每个支脚12固定在适当位置。可选地，每个支脚12可进一步包括从支脚底侧延伸的一个或多个尖突起108，所述尖突起构造成压入头皮，为轨迹引导装置10提供附加的稳定性。
图11是图10的球形接头保持装置的横截面视图。如图11所示，套筒部分100和支脚罩构件102分别包括成形内表面110和112，所述成形内表面被设计成允许球形接头76相对于支脚12滑动和旋转。假定成形内表面110和112具有与球形接头76的外表面相类的曲率，这减少了调整伸缩式支架14相对于支脚12的位置时的摩擦。此外，球形接头76与成形内表面110和112之间的间隙优选地足以允许球形接头的自由运动，但被降至最小以防止各部件之间的过度活动。
当根据本发明的轨迹引导装置与成像系统(如核磁共振成像(MRI)系统)结合使用时，将基准标记并入轨迹引导装置中可有助于为用户提供参考点。图12和图13示出了根据本发明的基准标记的两个示例性应用。
具体地，图12是一个示例性球形接头可移动构件26A的横截面视图，该构件包括位于切口122中的基准标记120，在MRI扫描时能看到。如图12所示，基准标记120可邻近球形接头可移动构件26A的底部插入切口122中，使得标记的边缘与球的中线M完全对齐。于是，基准标记120可用来提供球形接头可移动构件26A在MRI扫描中的精确位置。基准标记120可通过任何合适的连接装置保持在适当位置，所述连接装置包括但不限于粘合剂等。
图13是一个示例性内支架部分64A的横截面视图，该内支架部分包括位于切口126内的基准标记124，在MRI扫描时也能看到。本领域技术人员应当明白的是，每个下支架部分可构造成接收特定长度、宽度或形状的标记，使得用户能够区分MRI扫描中的支架。再一次，基准标记124可通过任何合适的连接装置保持在适当位置。
本领域技术人员应当明白的是，基准标记在球形接头可移动构件和下支架部分中的设置仅是为了举例而示出，而不是限制性的。因此，代替球形接头可移动构件和下支架部分或除此之外，基准标记可设置在轨迹引导装置的各种其他部件中，而不会偏离本发明的预期范围。
尽管如以上参照图1所讨论的，这里示出的轨迹引导装置10包括腹板组件45，但腹板组件45不是本发明的必要部件，并且可以在替换实施方式中移除。但是，为了公开的目的，图14中示出了腹板组件45的一个示例性应用。具体地，如图14所示，每个支脚12可连接到腹板组件45的腹板130，在放置到患者上期间，这可用来帮助确保支架14的恰当隔开和调准。每个腹板130可进而连接到单一的模板中心件132。在轨迹引导装置10初始连接到颅骨期间，模板中心件132可充当腹板130的连接件，这保持支脚12被恰当隔开和调准。每个腹板130可在第一端134上铰接于相应的支脚12，并在第二端上铰接于模板中心件132。提供这样的“双铰链式”腹板130允许支脚12在各种角度倾斜，以符合患者头部的轮廓。
如图14所示，模板中心件132还可构造成用作仪器或工具(如轨迹工具140)的“止挡件”和/或“枢转件”。这可通过模板中心件132上侧中的基本上圆形的切口142实现，如图15更清楚地示出。轨迹工具140可穿过与球形接头可移动构件26的接合器接收构件28连接的中央球形接合器30并安置于切口142内。本领域技术人员应当明白的是，切口142的结构和尺寸允许轨迹工具140作自由范围的角运动。
在本发明的另一实施方式中，一旦将轨迹引导装置10附接到患者且设定了轨迹，就可将保护罩连接于轨迹引导装置，以防止例如在将患者转送到MRI室期间意外接触轨迹引导装置。图16-18示出了一个示例性的保护罩150以及其连接方法。保护罩150可以是刚性的，且尺寸可容纳任何工具或器械，包括例如MRI棒(wand)和轨迹工具接口。此外，可提供各种尺寸的保护罩，以允许用户选择适合于当前放置在轨迹引导装置内的工具或械器的类型的罩。如图16所示，保护罩150包括主体152和与轨迹引导装置的支脚12的数量对应的多个安装凸起154(仅示出了一个)。每个安装凸起154包括开口156，所述开口可与支脚12中的孔158对准。
如图17所示，紧固件160可插入穿过开口156并进入孔158，以便将每个安装凸起154紧固于相应的支脚12。在一个示例性实施方式中，孔158可以是螺纹孔，且紧固件可以是螺纹紧固件，如塑料或金属的翼形螺钉。但是，可使用任何合适的紧固装置，而不会偏离本发明的预期范围。
图18是连接到轨迹引导装置10之后的保护罩150的透视图。如图18所示，一旦安装凸起154被紧固到支脚12上，则可提供环绕保护罩150的定制的帘162。帘162的结构和大小使得其从保护罩150上垂下且符合患者的头部。然后，帘162可通过任何合适的连接装置连接到患者的头部，以防止帘的无意移动。
基于参照各附图的以上描述，本领域技术人员应当明白的是，根据本发明的轨迹引导装置允许相对于目标区域的任何轨迹。该轨迹引导装置的灵活性可允许外科医生钻多个孔并接近这些孔，而不必移动支脚的位置。此外，提供伸缩式支架允许外科医生直接看到手术位置。
本发明的示例性实施方式的以上描述仅为了说明和描述的目的而给出，并不是为了穷举或将本发明限制在所公开的精确形式。根据以上公开，许多修改和变更是可行的。
为了解释本发明的原理及其实际应用，选择并描述了一些实施方式，以便本领域技术人员能够利用本发明和各种实施方式，本发明考虑了为适合特定应用做出的不同修改。替换实施方式对本发明所属领域的技术人员是显而易见的，而不会偏离本发明的精神和范围。因此，本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由前面的描述和这里所述的示例性实施方式限定。

Claims (24)

1.一种轨迹引导装置，包括：
具有通道的引导构件；
保持所述引导构件的底板，该底板保持所述引导构件，使得所述引导构件相对于所述底板旋转和枢转，以获得所述引导构件和所述底板之间的多个枢转和旋转调准；
连接到所述底板的夹锁，该夹锁被配置为将所述引导构件锁定在所述多个枢转和旋转调准中的特定调准中；
连接到所述底板的多个可调支架，所述支架被配置为从所述底板延伸并且将所述底板和所述引导构件定位在患者表面上方，使得所述引导构件的枢转点被设置在所述患者表面上方；其中所述多个可调支架的每个具有支架锁，每个支架锁在解锁位置和锁定位置之间可移动，以便设定所述可调支架的要求长度；以及
轨迹工具，该轨迹工具被配置为通过同时控制选择下面选项将引导构件定向在多个调准中的特定调准中：在所述引导构件和所述底板之间的多个枢转调准和旋转调准中的一个，所述底板和所述多个可调支架的至少一个的第一端之间的多个枢转点对准的一个枢转点对准，被固定到患者表面的多个支脚的每个和所述多个可调支架的每个的相应第二端之间的多个枢转调准和旋转调准中的一个，和所述多个可调支架的至少一个的可调长度的调整量。
2.根据权利要求1所述的轨迹引导装置，其中，所述底板包括圆形孔，并且所述引导构件包括在圆形孔中枢转和旋转的球形部分。
3.根据权利要求2所述的轨迹引导装置，其中，所述底板包括第一盘和第二盘，所述第一盘和所述第二盘被构造为将所述引导构件保持在它们之间并且形成所述圆形孔，并且所述夹锁被构造为将所述第一盘和所述第二盘挤压在一起，以将所述引导构件锁定在所述特定调准中。
4.根据权利要求3所述的轨迹引导装置，其中，所述底板是球形节头，其中所述引导构件大概呈球形，并且被保持在包括在所述底板中的具有第一圆形孔的第一盘和具有第二圆形孔的第二盘之间。
5.根据权利要求3所述的轨迹引导装置，其中，所述第一盘通过铰链接头连接到所述第二盘。
6.根据权利要求5所述的轨迹引导装置，其中，所述夹锁包括固定到所述第一盘的锁紧基底以及从所述锁紧基底延伸的凸轮杆，并且所述凸轮杆在锁定位置处接合所述第二盘将所述第二盘向所述第一盘挤压，所述引导构件在所述锁定位置以相对所述底板的所述特定调准被锁定，并且所述凸轮杆在解锁位置解开所述第二盘，所述引导构件在所述解锁位置关于所述底板枢转和旋转。
7.根据权利要求6所述的轨迹引导装置，其中，所述可调支架的每个通过铰链接头连接到所述第一盘并从所述第一盘延伸。
8.根据权利要求1所述的轨迹引导装置，其中，所述引导构件的所述通道延伸通过所述引导构件并且与所述特定调准一致。
9.根据权利要求8所述的轨迹引导装置，其中，所述引导构件包括位于所述通道的一端、被构造为将所述引导构件紧固到与所述特定调准一致的调准处的装置或设备的紧固件。
10.根据权利要求1所述的轨迹引导装置，其中，所述可调支架中的每个支架包括调节可调长度的可调部分。
11.根据权利要求10所述的轨迹引导装置，其中，所述可调部分被配置为通过相对彼此滑动第一支架部分和第二支架部分调节所述可调长度，所述第一支架部分和第二支架部分被包括在所述可调部分中。
12.根据权利要求11所述的轨迹引导装置，其中，所述第二支架部分包括被构造为接收所述第一支架部分的通道。
13.根据权利要求10所述的轨迹引导装置，其中所述多个可调支架中的每个的所述支架锁被配置为锁定在所述可调部分中的第一和第二支架部分之间的位置。
14.根据权利要求13所述的轨迹引导装置，其中，所述支架锁包括固定到所述第一支架部分的锁紧基底以及从所述锁紧基底延伸的凸轮杆，所述凸轮杆包括多个齿，所述凸轮杆的所述多个齿在所述凸轮杆处于锁定位置时接合所述第二支架部分的齿以锁定所述第一支架部分和所述第二支架部分之间的位置，并且所述凸轮杆的所述多个齿在所述凸轮杆处于解锁位置时解开所述第二支架部分的所述多个齿。
15.根据权利要求1所述的轨迹引导装置，其中所述多个支脚被附连到所述多个可调支架。
16.根据权利要求15所述的轨迹引导装置，其中，所述多个可调支架中的每个包括球，所述多个支脚中的每个包括接收所述球并形成球形接头的腔。
17.根据权利要求16所述的轨迹引导装置，其中，所述多个支脚的每个包括将所述球保持在所述腔中的可分离地连接的支脚罩。
18.根据权利要求1所述的轨迹引导装置，其中，所述可调支架是伸缩式支架。
19.根据权利要求1所述的轨迹引导装置，所述轨迹引导装置是核磁共振成像MRI兼容的。
20.根据权利要求19所述的轨迹引导装置，还包括：
在MRI扫描中可见的一个或多个基准标记。
21.根据权利要求20所述的轨迹引导装置，其中，所述基准标记中的第一基准标记被设置在所述引导构件中，所述第一基准标记具有预定义的形状，该预定义的形状与所述特定调准具有预定义的关系，从而可经由所述第一基准标记从所述MRI扫描辨别出所述特定调准。
22.一种轨迹引导装置，包括：
引导部件，用于沿着朝向患者表面下方的目标的特定轨迹引导仪器或设备，其中所述引导部件中具有通道；
底板部件，用于保持所述引导部件并且允许所述引导部件相对于所述底板部件在多个枢转和旋转调准中旋转和枢转，并且将所述引导部件锁定在所述特定轨迹中；
夹锁，用于将所述引导部件锁定在所述多个枢转和旋转调准中的特定调准中，所述特定调准与所述特定轨迹相关联；
多个可调支架，用于所述底板部件和所述引导部件支持在所述目标和所述患者表面上方，使得所述引导部件的枢转点被设置在所述患者表面上方，其中所述多个可调支架的每个具有支架锁，每个支架锁在解锁位置和锁定位置之间可移动，以便设定所述可调支架的要求长度；以及
轨迹工具部件，用于通过同时控制选择下面选项将引导部件定向在多个调准中的特定调准中：在所述引导部件和所述底板部件之间的多个枢转调准和旋转调准中的一个，所述底板和所述多个可调支架的至少一个的第一端之间的多个枢转点对准的一个枢转点对准，被固定到患者表面的多个支脚的每个和所述多个可调支架的每个的相应第二端之间的多个枢转调准和旋转调准中的一个，和所述多个可调支架的至少一个的可调长度的调整量。
23.一种设置轨迹引导装置的轨迹的方法，
所述轨迹引导装置包括：
具有通道的引导构件；
保持所述引导构件的底板，该底板保持所述引导构件，使得所述引导构件相对于所述底板枢转和旋转，以获得所述引导构件和所述底板之间的多个枢转和旋转调准；
连接到所述底板的夹锁，该夹锁被配置为将所述引导构件锁定在所述多个枢转和旋转调准中的特定调准中；
连接到所述底板的多个可调支架，所述可调支架被配置为从所述底板延伸并且将所述底板和所述引导构件定位在患者表面上方，使得所述引导构件的枢转点被设置在所述患者表面上方，其中所述多个可调支架的每个具有支架锁，每个支架锁在解锁位置和锁定位置之间可移动，以便设定所述可调支架的要求长度；以及
轨迹工具，该轨迹工具被配置为将所述引导构件定向在多个轨迹的特定轨迹中，
所述方法包括：
通过轨迹工具同时控制选择下面选项来获得所述特定轨迹：在所述引导构件和所述底板之间的多个枢转调准和旋转调准中的一个，所述底板和所述多个可调支架的至少一个的第一端之间的多个枢转点对准的一个枢转点对准，被固定到患者表面的多个支脚的每个和所述多个可调支架的每个的相应第二端之间的多个枢转调准和旋转调准中的一个，和所述多个可调支架的至少一个的可调长度的调整量。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括：
将设备或装置连接到所述引导构件以便所述连接的设备或装置根据所述特定轨迹在患者表面被引入到患者。
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