TW202404542A - 針鎖定裝置及針引導系統 - Google Patents

Abstract

本文提供一種針鎖定裝置。該針鎖定裝置包括一外框架、安裝至該外框架之複數個支撐部件及複數個持針器。至少一個持針器安置在該等支撐部件中之各者上，且各持針器界定經組態以接納一針之一通道。該針鎖定裝置進一步包括一鎖定機構，該鎖定機構經組態以在一自由狀態與一鎖定狀態之間操作各持針器。在該自由狀態下，該持針器可相對於該外框架移動並允許該針平移穿過該通道。在該鎖定狀態下，該持針器相對於該外框架固定並防止該針平移穿過該通道。

Description

針鎖定裝置及針引導系統

本發明廣泛但非排他地係關於一種針鎖定裝置及針引導系統。

在微創前列腺治療程序中，多根針經會陰插入至前列腺中。此類程序可包括例如低劑量率（LDR）或高劑量率（HDR）近接治療（brachytherapy）、不可逆電穿孔（irreversible electroporation）、雷射消融（laser ablation）或冷凍消融（cryoablation）。

確保針之最小位移對於治療之安全性及有效性至關重要。此係因為針位移可導致治療實施不準確。手術程序期間患者移動、前列腺腫脹或附近之其他活動可能導致針移位。

存在各種附件以在此類治療期間將針引導並鎖定在適當位置中。US6036632A描述拋棄式模板網格，其形成複數個適於允許針通過之通道。US6508786B2描述針引導模板，其界定緊密配合通孔陣列以引導穿過其中插入之針；此鎖定插入在模板中之一或多根針之位置。然而，此等系統之一個缺點為其將針約束在有限位置及軌跡。此可能並非最佳治療組態。舉例而言，經由成角度軌跡進入前部及後部病變係一個挑戰。亦可能難以避免關鍵結構。

已嘗試在提供某一形式支撐的同時允許針軌跡具有更大靈活性。舉例而言，US-2011105823-A1描述用於將治療探針定位在目標組織處之醫療模板裝置，其包含框架及可刺穿探針引導件，該可刺穿探針引導件能夠沿著其表面在任何位置處被治療探針刺穿。然而，此等未解決將針牢固地鎖定在適當位置中的要求。

存在導航平台，該導航平台不僅實現自由放置針而且實現準確的放置方式。實例包括US20200077993A1，其描述用於活組織檢查及治療的設備及方法。

需要將針鎖定在適當位置中，以及允許自由放置針的選項，係在本質上很難同時滿足的兩個要求。

因此，需要提供能夠解決至少一些上述問題之裝置及系統。

根據本發明之第一態樣，提供一種針鎖定裝置，其包含： 一外框架； 複數個支撐部件，其安裝至該外框架； 複數個持針器，其中至少一個持針器安置在該等支撐部件中之各者上，各持針器界定經組態以接納一針之一通道；及 一鎖定機構，其經組態以在一自由狀態與一鎖定狀態之間操作各持針器，其中，在該自由狀態下，該持針器可相對於該外框架移動並允許該針平移穿過該通道，且其中，在該鎖定狀態下，該持針器相對於該外框架固定並防止該針平移穿過該通道。

持針器可為可壓縮的以在自由狀態與鎖定狀態之間使通道之大小變化。

支撐部件可包含至少一個凹形凹部，且至少一個持針器中之各者可安置在各別凹形凹部中。

該裝置可進一步包含複數個對準部件，各對準部件經組態以沿著實質上垂直於由外框架形成之平面的方向對準各別持針器之通道的縱向軸線。

該裝置可進一步包含保持構件，該保持構件經組態以將各持針器保持在各別凹部中。

在一個具體實例中，複數個支撐部件可彼此平行，且鎖定機構可包含複數個平行的鎖定部件，複數個平行的鎖定部件安裝至外框架，使得支撐部件實質上垂直於鎖定部件，支撐部件及鎖定部件可界定用於容納持針器之網格。

各鎖定部件可包含凸輪輪廓且可在第一位置與第二位置之間旋轉以在自由狀態與鎖定狀態之間操作毗鄰持針器。

各鎖定部件可經組態以沿與毗鄰鎖定部件相反之方向旋轉。

在另一具體實例中，支撐部件中之各者可包含細長桿，該細長桿之端部由外框架支撐，細長桿可繞其縱向軸線旋轉。

至少一個持針器可繞各別支撐部件滑動及回轉。

鎖定機構可包含複數個扣件，且各扣件可附接至各別持針器並經組態以在自由狀態與鎖定狀態之間操作持針器。

鎖定機構可進一步經組態以限制選定之一或多個支撐部件之旋轉。

根據本發明之第二態樣，提供一種針引導系統，其包含： 根據上文所提及之具體實例的針鎖定裝置； 一使用者介面裝置；及 一處理器； 其中該使用者介面裝置經組態以提供對應於複數個持針器之通道的複數個進入點；且 其中，基於選定目標點，處理器經組態以判定滿足一或多個參數之進入點。

一或多個參數可包含進入點與目標點之間的最短距離。

一或多個參數可包含進入點與目標點之間的關鍵結構之不存在。

一或多個參數可包含進入點與目標點之間的預設角度。

將參考圖式僅藉由實例的方式描述具體實例。圖式中相似的參考數字及字元係指相似的元件或等同物。

圖1示出根據具體實例之針鎖定系統100的示意方框圖。如在圖1中所示，針鎖定系統100之主要功能係促進針插入（如由方框102所表示），鎖定針（如由方框104所表示）及與相關元件介接（如由方框106所表示）。此等功能可藉由整合針鎖定附件或裝置108及針引導系統118來實現。針鎖定裝置108包含持針器110（亦被稱為球）、持針器陣列112（亦被稱為球陣列）及鎖定機構114。支撐結構116可提供用於支撐針鎖定裝置108之介面，其可接納由針引導系統118插入之針，如下文進一步詳細所描述。

在本揭示內容之具體實例中，持針器110用作供針穿過之通道且可含有可適應於針之大小且針可從中穿過之通道。持針器110可經組態為可壓縮的，使得當壓縮力施加至持針器110時通道之大小可變化。舉例而言，持針器110可由諸如聚氨基甲酸酯之彈性體材料製成。圖2A至圖2C示出根據替代具體實例之持針器200a、200b、200c，其可用作圖1之持針器110。各持針器200a、200b、200c分別包括通道202a、202b、202c。在一個實例中，持針器200a之外部形狀可為球形的，允許持針器200a旋轉就位以適應針插入之各種角度。另外，在通道202a之入口處可存在漏斗形結構204以促進針的進入，如在圖2A中所說明。在另一實例中，持針器200b可為如圖2B中所說明之C形。C形結構包含突出部206，該突出部可幫助將持針器200b保持在持針器陣列112內。

圖3A示出持針器300a的前視圖，該持針器類似於圖2A之持針器200a，但具有實質上彼此成對角線相對的狹槽302a、304。在此具體實例中，在持針器300a之頂側及/或底側移除材料以形成一或多個狹槽302a、304以減小壓縮持針器300a所需之力。狹槽302a、304有助於將凸輪之力集中以僅作用於壓縮材料以夾持針。移除狹槽302a、304中之材料有助於釋放不需要力之區域中之應力，因此減小鎖定機構114中之致動力。狹槽302a、304之尺寸可基於包括但不限於所需壓縮力、持針器300a之材料等因素進行最佳化。舉例而言，狹槽302a、304可為通槽或盲槽。在盲槽之狀況下，最小厚度（T）可高達0.5 mm。狹槽302a、304可具有0.2 mm至1 mm之寬度（W）。狹槽302a、304可為多種形狀，例如，如在圖3B中所說明之直槽302b或如圖3C中所說明之沙漏形狹槽302c。

在一些具體實例中，持針器110可配置成規則的持針器陣列112，按行及列對準（類似於網格）。為了將持針器110限制在網格狀組態中，持針器110由可呈複數個板形式之支撐部件400（圖4）支撐。舉例而言，可堆疊一系列平行板以形成網格佈局。此等支撐部件400可在上面及下面、在前方及後方、在側面處或以上之組合支撐持針器110。另外，各持針器110可包含在支撐部件400上之各別凹部402內，因此維持持針器110在網格上之位置。如在圖4中所說明，凹部402可為凹形且可符合持針器110之形狀，因此允許持針器110自由旋轉。凹部402可足夠深使得其防止持針器110被擠出。替代地或另外，支撐部件可在前方及後方處具有壁。如在圖5A及圖5B中所說明，壁500、502可包含孔504、506，其中針可進出持針器110之通道202。此等壁500、502可有利地提供額外強化以確保持針器110不會在針插入時被推出。

上文所描述之持針器陣列112可便於插入多根針。舉例而言，一次可插入多根針（最多30根）。網格之組態可經配置成使得針鎖定裝置108之進入點之間的間距在5至10 mm之間。此組態能夠實現針放置之平移及旋轉自由度。舉例而言，各針之旋轉自由度可高達10-30度，且對針尖之位置無限制。如此，持針器110可成角度至所需位置並鎖定在適當位置中。

圖6A及圖6B示出針鎖定裝置108之正視圖及透視圖，其中通道202面向前方。典型地，持針器110中之通道202應面向前方以藉由確保精確的針進入點來促進針插入。如此，持針器110應直接面向前方，或至多在限制範圍內旋轉，以使得通道202仍可自前方進入。為此，對準部件可經實施為沿著實質上垂直於由外框架600形成之平面的方向對準各別持針器110之通道202之縱向軸線。圖6C說明藉由銷602約束使得通道202面向前方之持針器110的特寫前視圖。如在圖6D中所說明，銷602可自支撐部件400中之各別凹部402突出。舉例而言，銷602可位於持針器110之狹槽302或304（圖3）內，使得持針器110在不使用時與通道202實質上面向前方的方向對準。替代地，持針器110可具有自前方504及後方506處之壁500、502之孔突出的隆脊（未示出）。替代地，可使用插入至所有持針器110中之夾具來將持針器110保持在適當位置中。此夾具可剛好在醫療程序之前被移除。

在使用中，當針處於各別所期望位置處時，針應牢固地鎖定在適當位置中，使得其在任何方向上之位移小於3 mm。為實現上述情形，實施下文進一步描述之鎖定機構114。

在一個具體實例中，支撐部件400經配置成彼此平行。在此具體實例中，鎖定機構114包含安裝至外框架600之複數個平行鎖定部件700（圖7A、圖7B）。鎖定部件700實質上垂直於支撐部件400。支撐部件400及鎖定部件700界定用於容納持針器110之網格。各鎖定部件700可具有凸輪輪廓且經組態以在第一位置與第二位置之間旋轉以在自由狀態702（圖7A）與鎖定狀態704（圖7B）之間操作毗鄰持針器110。

圖7A及圖7B說明處於自由狀態702及鎖定狀態704之持針器110。在自由狀態702中，與各持針器110毗鄰之鎖定部件700處於第一位置中且不對持針器110施加任何力。處於此狀態之持針器110可相對於外框架600自由旋轉或移動，且允許針平移穿過通道202。在鎖定狀態704，鎖定部件700旋轉至第二位置。此導致持針器110之壓縮，限制其移動，並有效地致使其夾緊針，使得可防止針平移穿過通道202。此外，在一些實施方案中，在插入針之前，鎖定部件可對持針器110施加適當的壓縮力（亦即，預緊力），使得當持針器110處於自由狀態時通道202大體面向前方。

視情況，兩側上之鎖定部件700可沿相反方向旋轉，使得力矩平衡。如此，當鎖定部件700旋轉時，持針器110不會側向旋轉。

可藉由轉動旋鈕或槓桿來執行鎖定動作。扭矩由鎖定鎖定部件700之機構傳遞。鎖定部件700亦可個別或共同控制。舉例而言，轉動旋鈕或槓桿可在第一位置與第二位置之間移動所有鎖定部件700。此類組態可提供針鎖定裝置108之簡單構造。在另一實例中，至少兩個毗鄰鎖定部件700可由旋鈕或槓桿單獨控制。如此做可允許在網格內選擇性地鎖定目標行之持針器110，同時提供其他持針器110之旋轉自由度。此組態在需要插入多根針之醫療程序中很有用。

鎖定持針器110之替代方法係可能的，例如，安置向上拉動之楔子以將持針器110壓靠支撐部件400。另外，基於上述具體實例之持針器110的鎖定可藉由包括在任一側上確認至持針器110的剛性外殼來增強。

在另一具體實例中，持針器800可螺紋連接在各支撐部件802上，如在圖8A及圖8B中所說明。各支撐部件802可呈細長桿之形式，其端部由外框架804支撐且可沿著其縱向軸線旋轉。可平行配置一系列支撐部件802以允許持針器800在法線方向上之空間分佈。持針器800可沿著支撐部件802自由滑動，且可繞持針器800螺紋連接至之各別支撐部件802回轉。支撐部件802可安裝在偏移軸線上（亦即，其並非全部安置在同一平面上）以提供定位針之更多自由度。在此具體實例中，鎖定機構114包含複數個扣件（clasp）900（圖9A、圖9B）。各扣件900可附接至各別持針器800。扣件900經組態以在自由狀態902（圖9A）與鎖定狀態904（圖9B）之間操作持針器800。

圖9A及圖9B說明處於自由狀態902及鎖定狀態904之持針器800。在自由狀態902，由扣件900施加在持針器800上之壓縮力最小，且持針器800可自由旋轉。在鎖定狀態904，扣件900經壓在一起，夾持支撐部件802並限制沿著支撐部件802之水平移動。夾持動作亦將持針器800壓縮在適當位置中，限制其旋轉，有效地使其夾緊針。此外，鎖定機構114亦可鎖定支撐部件802（例如藉由將支撐部件802一次一個地或一次全部地夾緊至外框架804）以確保其不再旋轉。此防止持針器800之豎直運動。

所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，持針器110、800或支撐部件802之鎖定不限於上述具體實例，而是例如亦可囊括藉由液壓或氣動構件的鎖定而不脫離本揭示內容之範圍。

此外，針鎖定裝置108可具有兩個在底部突出之圓柱形桿，其裝配至超音波探針步進系統中之對應孔中以協助安裝針鎖定裝置108。因此，用於針鎖定裝置108之物理支撐結構116與市售第三方超音波探針步進系統或允許靈活放置針之機器人導航系統相容。

有利地，針鎖定裝置108可與針引導系統118一起使用，使得針可容易地穿過與針鎖定裝置108上之彼等進入點相容的進入點插入。圖10說明針引導系統118如何沿一方向將針1000引導至由針鎖定裝置108界定之進入點1002使得針1002可擊中期望的目標點1004。

參考圖11，針引導系統118之實例工作流程包含以下步驟。在第一步驟1100，在軟體使用者介面上顯示虛擬網格以為使用者提供參考。在第二步驟1102，使用者可選擇所關注區域上之目標點1004。在第三步驟1104，系統判定進入點1002。在第四步驟1106，針引導系統118將針1000移動至對應於所判定進入點1002之位置。在第五步驟1108，使用者將針1000插入穿過持針器110、800。用於針放置之軟體計劃在幾何上對準以確保針1000穿過持針器110、800進入。該軟體向使用者提供使針1000成角度的選項，使得對目標點1004之位置無限制。有利地，針引導系統118可適用於所有治療形式。

圖12提供實例實施方案，其中針引導系統在使用者介面1200上顯示複數個所有可能的進入點。使用者可在使用者介面1200上選擇目標點1202，對應於將有助於治療所關注區域之位置。基於選定目標點1202，針引導系統可判定最接近的可能進入點1204。額外規則可適用於針引導系統118。舉例而言，若在所判定的最接近的可能進入點1204中存在另一根針，則將使用下一最接近的進入點。若判定針軌跡穿過諸如尿道等關鍵結構，則可選擇另一進入點來避免此類情況。替代地，使用者可選擇或調整針1000的進入點1204。如在圖13中所示，可顯示穿過此兩個點（亦即，進入點1204及目標點1202）之針軌跡1300以向使用者提供將使用哪個進入點1204的指示。

所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，在不脫離廣泛描述之本發明之精神或範圍的情況下，可如具體具體實例中所示對本發明進行眾多變化及/或修改。因此，本具體實例在所有方面皆被認為想說明性的而非限制性的。

100:針鎖定系統 102:方框 104:方框 106:方框 108:針鎖定附件/針鎖定裝置 110:持針器 112:持針器陣列 114:鎖定機構 116:支撐結構 118:針引導系統 200a:持針器 200b:持針器 200c:持針器 202:通道 202a:通道 202b:通道 202c:通道 204:漏斗形結構 206:突出部 300a:持針器 300b:持針器 300c:持針器 302:狹槽 302a:狹槽 302b:直槽 302c:沙漏形狹槽 304:狹槽 400:支撐部件 402:凹部 500:壁 502:壁 504:孔 506:孔 600:外框架 602:銷 700:鎖定部件 702:自由狀態 704:鎖定狀態 800:持針器 802:支撐部件 804:外框架 900:扣件 902:自由狀態 904:鎖定狀態 1000:針 1002:針 1004:目標點 1100:第一步驟 1102:第二步驟 1104:第三步驟 1106:第四步驟 1108:第五步驟 1200:使用者介面 1202:目標點 1204:進入點 1300:針軌跡

所屬技術領域中具有通常知識者根據以下所書寫說明（僅以舉例之方式）且結合圖式將更好地理解及易於明瞭本發明之具體實例，在該等圖式中：

[圖1]示出根據具體實例之針鎖定系統之概覽的示意圖。

[圖2A]示出根據具體實例之持針器的放大透視圖。

[圖2B]示出根據另一具體實例之持針器的放大透視圖。

[圖2C]示出根據另一具體實例之持針器的放大透視圖。

[圖3A]示出根據具體實例之在頂側及底側上具有狹槽之持針器的正視圖。

[圖3B]示出根據一具體實例的在頂側上之具有直槽之持針器的透視圖。

[圖3C]示出根據一具體實例的在頂側上具有沙漏形狹槽之持針器的透視圖。

[圖4]示出根據具體實例的安置在支撐部件之凹部上之持針器的剖面圖。

[圖5A]示出根據具體實例之具有前框架及後框架之針鎖定裝置的透視圖。

[圖5B]示出安裝在圖5A之針鎖定裝置中之前框架與後框架之間的持針器的剖面圖。

[圖6A]示出根據具體實例之具有面向前方之通道之針鎖定裝置的前視圖。

[圖6B]示出圖6A之針鎖定裝置的透視圖。

[圖6C]示出根據具體實例之被銷約束之持針器的特寫前視圖。

[圖6D]示出根據具體實例之支撐部件中之各凹部中之銷的特寫視圖。

[圖7A]示出根據具體實例之處於自由狀態的持針器的剖面圖。

[圖7B]示出根據具體實例之處於鎖定狀態的圖7A之持針器的剖面圖。

[圖8A]示出根據替代具體實例之針鎖定裝置的前視圖。

[圖8B]示出圖8A之針鎖定裝置的透視圖。

[圖9A]示出根據具體實例之處於自由狀態之圖8A之針鎖定裝置之持針器的特寫視圖。

[圖9B]示出根據具體實例之處於鎖定狀態之圖9A之持針器的特寫視圖。

[圖10]示出了根據具體實例之基於目標點引導針穿過進入點之針引導系統的透視圖。

[圖11]示出說明根據具體實例之針引導系統之工作流程的流程圖。

[圖12]示出根據具體實例之具有顯示在影像上之虛擬網格的超音波掃描影像。

[圖13]示出根據具體實例之穿過進入點及目標的針軌跡的視覺化。

108:針鎖定附件/針鎖定裝置

1000:針

1002:針

1004:目標點

Claims (17)

1. 一種針鎖定裝置，其包含： 一外框架； 複數個支撐部件，其安裝至該外框架； 複數個持針器，其中至少一個持針器安置在該等支撐部件中之各者上，各持針器界定經組態以接納一針之一通道；及 一鎖定機構，其經組態以在一自由狀態與一鎖定狀態之間操作各持針器，其中，在該自由狀態下，該持針器可相對於該外框架移動並允許該針平移穿過該通道，且其中，在該鎖定狀態下，該持針器相對於該外框架固定並防止該針平移穿過該通道。
2. 如請求項1之裝置，其中各持針器係可壓縮的以在該自由狀態與該鎖定狀態之間使該通道之一大小變化。
3. 如請求項2之裝置，其中各持針器包含至少一個狹槽，該狹槽經組態以減小用於壓縮該持針器之一力。
4. 如請求項1至3中任一項之裝置，其中各支撐部件包含至少一個凹形凹部，且其中該至少一個持針器中之各者安置在一各別凹形凹部中。
5. 如請求項1至4中任一項之裝置，其進一步包含複數個對準部件，各對準部件經組態以沿著實質上垂直於由該外框架形成之一平面的一方向對準一各別持針器之該通道的一縱向軸線。
6. 如請求項4或5之裝置，其進一步包含保持構件，該保持構件經組態以將各持針器保持在該各別凹部中。
7. 如請求項4至6中任一項之裝置，其中該複數個支撐部件彼此平行，且其中該鎖定機構包含複數個平行的鎖定部件，該複數個平行的鎖定部件安裝至該外框架，使得該等支撐部件實質上垂直於該等鎖定部件，該等支撐部件及該鎖定部件界定用於容納該等持針器之一網格。
8. 如請求項6之裝置，其中各鎖定部件包含一凸輪輪廓且可在一第一位置與一第二位置之間旋轉以在該自由狀態與該鎖定狀態之間操作一毗鄰持針器。
9. 如請求項8之裝置，其中各鎖定部件經組態以沿與一毗鄰鎖定部件相反的一方向旋轉。
10. 如請求項1至3中任一項之裝置，其中該等支撐部件中之各者包含一細長桿，該細長桿之端部由該外框架支撐，該細長桿可繞其縱向軸線旋轉。
11. 如請求項10之裝置，其中該至少一個持針器可繞該各別支撐部件滑動及回轉。
12. 如請求項11之裝置，其中該鎖定機構包含複數個扣件，其中各扣件附接至一各別持針器並經組態以在該自由狀態與該鎖定狀態之間操作該持針器。
13. 如請求項10至12中任一項之裝置，其中該鎖定機構進一步經組態以限制選定之一或多個支撐部件之旋轉。
14. 一種針引導系統，其包含： 如請求項1至13中任一項之針鎖定裝置； 一使用者介面裝置；及 一處理器； 其中該使用者介面裝置經組態以提供對應於該複數個持針器之該等通道的複數個進入點；且 其中，基於一選定目標點，該處理器經組態以判定滿足一或多個參數之一進入點。
15. 如請求項14之針引導系統，其中該一或多個參數包含該進入點與該目標點之間的一最短距離。
16. 如請求項14或15之針引導系統，其中該一或多個參數包含在該進入點與該目標點之間不存在一關鍵結構。
17. 如請求項14至16中任一項之針引導系統，其中該一或多個參數包含在該進入點與該目標點之間的一預設角度。

Images