适用于确定手术器械进入解剖结构的进针点位置以及识别手术器械在解剖结构中的轨迹的医疗系统及方法，以及构成该医疗系统和手术器械的组件技术方案

本发明专利技术涉及一种医疗系统(1)，它由工具(10)构成，包括：主体(11)；适合发射超声位置信号(USL)和接收反射位置信号(SRL)的位置测量装置(50)；适合比较反射位置信号(SRL)的每个回波与预先确定的位置阈值(SL)的位置处理装置(55)，如果在分析时间窗(F)内没有识别出与第一解剖结构(3)和第二解剖结构(5、8)之间界面(7、9)相对应的目标位置回波(EL)且目标位置回波(EL)的幅度超出位置阈值(SL)，则发射信息信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种医疗系统及方法，适用于确定手术器械进入解剖结构的进针点位置以及识别手术器械在解剖结构中的路径，以及构成该医疗系统和手术器械的组件。本专利技术尤其涉及一种医疗系统，适用于确定手术器械进入患者身体部分的第一解剖结构中的进针点位置以及识别手术器械在解剖结构中的路径，身体部分进一步包括第二解剖结构，所述第二解剖结构的一部分覆盖第一解剖结构。本专利技术特别适用于矫形外科领域，用于把植入物放入作为第一解剖结构的骨结构，以便重建骨结构、加固受损的身体部分或者修复衰退的解剖学功能。为了降低损坏比如神经系统组织这类在骨结构附近的功能性组织的风险，并且为了确保能将植入物坚固、持久地保持在骨结构中，准确定位手术器械是很重要的，所述手术器械包括植入物或者包括使比如紧固孔这类在骨结构上各部位成形的适当工具，以便将植入物固定到所述紧固孔上。把植入物嵌入紧邻脊髓功能性组织、神经末梢以及血管结构的脊椎的椎弓根中时，准确定位手术器械就更加重要。已知专利申请书WO03/068076中所述的、以商标销售的手术器械能够有效、安全地、实时地监控植入物的插入或者工具的插入，所述工具适合使固定植入物之处的部位成形。然而，手术器械的精准定位呈现了手术器械进针点进入骨结构的精确测定。但是，该骨结构通常是由软组织结构覆盖的、在被称为微创或经皮方法中作为第二解剖结构的骨结构对于负责放置植入物的执业医师而言是不能直接可见的。为了确定进入骨结构的进针点位置，尤其是进入椎弓根的进针点位置，经验丰富的执业医师都依赖于触诊。这类完全根据经验的确定难以推广和模拟。此外，无法始终提供像脊柱这样敏感的身体部分的介入所需的精确度。为了提高定位进针点的准确率，普遍采用X射线医学成像技术。在手术期间(常用示例为利用C臂机)或者在手术之前通过术中配准扫描仪(进行导航)来获取X射线图像。但是，如此确定把患者以及负责捕捉用于确定进入骨结构的进针点位置的图像的人员暴露于大量有害辐射中。比如文件US2002/0120197和US2003/0078495中所述的其它医疗系统采用超声技术来确定手术器械或植入物的定位。这些医疗系统包括：-测量装置，适合接收多个部位的反射信号，所述反射信号与在异质以及在不同声阻抗的不同解剖结构之间界面所反射的一部分超声信号相对应，以及，-处理装置，连接着测量装置，以呈现不同解剖结构的特征。通过这些医疗系统所实施的超声技术能够用于处理一组回波在各个部位的幅度变化，从而确定解剖结构的类型和几何结构。但是，这些医疗系统用于定位手术器械时十分耗时且复杂。本专利技术的目的是克服上述问题。为此目的，本专利技术的第一方面提供一种医疗系统，用于确定手术器械进入患者身体部分的第一解剖结构的进针点位置以及识别手术器械在第一解剖结构中的路径，身体部分进一步包括第二解剖结构，所述第二解剖结构的一部分覆盖第一解剖结构，第一解剖结构和第二解剖结构各自具有定义至少一个界面为彼此相接触的表面，第一解剖结构具有外表面，第二解剖结构具有与第一解剖结构外表面相接触的内表面以及与第一解剖结构相对的外表面，第一解剖结构和第二解剖结构分别具有第一声阻抗和第二声阻抗，第一声阻抗大于第二声阻抗，医疗系统由工具构成，所述工具包括：-主体，沿着中心轴在相对的近端和远端之间延伸并且具有外表面，-位置测量装置，适合在第一解剖结构的外表面的至少一个部位：从主体远端发射至少一个超声位置信号，所述超声位置信号适合在第一解剖结构中传播并且适合至少能在第一解剖结构与第二解剖结构之间界面部分反射，以及，接收至少一个反射位置信号，所述反射位置信号与超声位置信号的部分反射相对应，反射位置信号的形式为幅度随着时间变化的多个回波，-位置处理装置，连接着位置测量装置，其中，位置处理装置适合：在每个部位上，比较反射位置信号的每个回波与确定的位置阈值，如果在分析时间窗内没有识别出与第一解剖结构和第二解剖结构之间界面相对应的目标位置回波且目标位置回波的幅度超出位置阈值，则发射信息信号。因此，本专利技术通过没有有害辐射的无创技术使执业医师不仅能够确定手术器械将穿透的进入第一解剖结构的进针点位置，而且能够识别手术器械的路径。进针点的定位以及适当路径的识别是在分析时间窗内没有检测出第一解剖结构和第二解剖结构之间界面为基础的，仅仅通过第一解剖结构和第二解剖结构声阻抗的差异，例如骨结构与软组织结构之间的声阻抗差异，骨结构的声阻抗明显高于软组织结构的声阻抗。在有限的预定时间内简单的比较反射位置信号的回波与位置阈值，进行处理，从而显示超声位置信号在被认为足够厚的第一解剖结构的厚度中消失的特征。因此，这种医疗系统能够高效、安全地、实时地确定手术器械进入第一解剖结构的进针点位置以及手术器械的路径。分析时间窗可以通过比如发射超声位置信号或者检测第一目标位置回波的起始点以及持续时间，尤其是在1μs至100μs之间的持续时间来确定。为了在作为第一解剖结构的骨结构中确定进针点的位置以及手术器械的路径，身体部分进一步包括作为第二解剖结构的软组织结构，位置测量装置可适合发射频率介于100kHz至10MHz之间的超声波。位置测量装置包括设置在主体上的至少一个超声换能器，主体具有与超声换能器相接触并且适合发射超声位置信号和接收反射位置信号的发射-接收表面，发射-接收表面在主体外表面上且位于主体的远端。具体而言，超声换能器可设置在离主体的远端、具有一定距离之处，主体具有适合传输超声位置信号和反射位置信号的传输结构，该传输结构与超声换能器相接触并且形成发射-接收表面。在一实施例中，工具可进一步包括：至少一个第一电极，具有第一接触表面，设置在主体远端的在主体外表面上，以便与第一解剖结构相接触，至少一个第二电极，具有第二接触表面，设置在主体远端的在主体外表面上，以便在离第一接触表面有一定距离之处与第一解剖结构相接触，电绝缘材料层，设置在第一电极和第二电极之间，电子测量装置，适合连续地、实时地测量电气特征，所述电气特征表示第一解剖结构在第一接触表面和第二接触表面之间传导电流的能力，其中，电绝缘材料层构成传输结构，发射-接收表面设置在第一接触表面和第二接触表面之间。第一电极可为圆柱形并且沿着中心轴延伸，第二电极可为环形并且围绕第一电极沿着中心轴延伸，电绝缘材料层为环形并且围绕第一电极、在第二电极内沿着中心轴延伸。此外或者作为选择，主体可包括内部主体结构以及适合容纳内部主体结构的外部主体结构，主体具有内部主体结构套在外部主体结构中的组装状态和内部主体结构和外部主体结构彼此分开的分离状态，超声换能器安装在内部主体结构和外部主体结构中的至少一个主体结构上。工具可进一步包括手柄，该手柄适合由使用者用手握紧并且从主体延伸，手柄包括外壳，该外壳适合容纳位置测量装置和位置处理装置中至少一个装置的至少一部分。医疗系统可使之能够查看手术器械进入第一解剖结构的进针点位置。为此目的，医疗系统可进一步包括：视图测量装置，适合在第二解剖结构的外表面观察区的多个部位：发射至少一个超声视图信号，该超声视图信号适合在身体部分中传播并且适合至少在第一解剖结构和第二解剖结构之间界面上部分反射，以及，接收至少一个反射视图信号，该反射视图信号与一部分超声视图信号的反射相对应，反射视图信号的形式为幅度随着时间变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
适用于确定手术器械(10)进入患者身体部分的第一解剖结构(3)的进针点位置以及识别手术器械(10)在第一解剖结构(3)中的路径的医疗系统(1)，身体部分进一步包括第二解剖结构(5、8)，所述第二解剖结构的一部分覆盖第一解剖结构(3)，第一解剖结构(3)和第二解剖结构(5、8)各自具有定义至少一个界面(7、9)为彼此相接触的表面，第一解剖结构(3)具有外表面(4)，第二解剖结构(5)具有与第一解剖结构(3)外表面(4)相接触的内表面以及与第一解剖结构(3)相对的外表面(6)，第一解剖结构(3)和第二解剖结构(5、8)分别具有第一声阻抗和第二声阻抗，第一声阻抗大于第二声阻抗，所述医疗系统(1)由工具(10)构成，所述工具包括：主体(11)，沿着中心轴(A)在相对的近端(13)和远端(14)之间延伸并且具有外表面(12)，位置测量装置(50)，适合在第一解剖结构(3)的外表面(4)的至少一个部位：从主体(11)远端(14)发射至少一个超声位置信号(USL)，所述超声位置信号适合在第一解剖结构(3)中传播并且适合至少在第一解剖结构(3)与第二解剖结构(5、8)之间界面(7、9)部分反射，以及，接收至少一个反射位置信号(SRL)，所述反射位置信号与超声位置信号(USL)的部分反射相对应，反射位置信号(SRL)的形式为幅度随着时间变化的多个回波，位置处理装置(55)，连接着位置测量装置(50)，所述医疗系统的特征在于，位置处理装置适合：在每个部位，比较反射位置信号(SRL)的每个回波与确定的位置阈值(SL)，如果在分析时间窗(F)内没有识别出与第一解剖结构(3)和第二解剖结构(5、8)之间界面(7、9)相对应的目标位置回波(EL)且目标位置回波(EL)的幅度超出位置阈值(SL)，则发射信息信号。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.03 FR 14003051.适用于确定手术器械(10)进入患者身体部分的第一解剖结构(3)的进针点位置以及识别手术器械(10)在第一解剖结构(3)中的路径的医疗系统(1)，身体部分进一步包括第二解剖结构(5、8)，所述第二解剖结构的一部分覆盖第一解剖结构(3)，第一解剖结构(3)和第二解剖结构(5、8)各自具有定义至少一个界面(7、9)为彼此相接触的表面，第一解剖结构(3)具有外表面(4)，第二解剖结构(5)具有与第一解剖结构(3)外表面(4)相接触的内表面以及与第一解剖结构(3)相对的外表面(6)，第一解剖结构(3)和第二解剖结构(5、8)分别具有第一声阻抗和第二声阻抗，第一声阻抗大于第二声阻抗，所述医疗系统(1)由工具(10)构成，所述工具包括：主体(11)，沿着中心轴(A)在相对的近端(13)和远端(14)之间延伸并且具有外表面(12)，位置测量装置(50)，适合在第一解剖结构(3)的外表面(4)的至少一个部位：从主体(11)远端(14)发射至少一个超声位置信号(USL)，所述超声位置信号适合在第一解剖结构(3)中传播并且适合至少在第一解剖结构(3)与第二解剖结构(5、8)之间界面(7、9)部分反射，以及，接收至少一个反射位置信号(SRL)，所述反射位置信号与超声位置信号(USL)的部分反射相对应，反射位置信号(SRL)的形式为幅度随着时间变化的多个回波，位置处理装置(55)，连接着位置测量装置(50)，所述医疗系统的特征在于，位置处理装置适合：在每个部位，比较反射位置信号(SRL)的每个回波与确定的位置阈值(SL)，如果在分析时间窗(F)内没有识别出与第一解剖结构(3)和第二解剖结构(5、8)之间界面(7、9)相对应的目标位置回波(EL)且目标位置回波(EL)的幅度超出位置阈值(SL)，则发射信息信号。2.根据权利要求1所述的医疗系统(1)，其特征在于，所述分析时间窗通过比如发射超声位置信号(USL)或者检测第一目标位置回波(EL)的起始点以及持续时间，尤其是在1μs至100μs之间的持续时间来确定。3.根据权利要求1或2所述的医疗系统(1)，适用于在作为第一解剖结构的骨结构(3)中确定进针点位置以及手术器械(10)的路径，身体部分进一步包括作为第二解剖结构的软组织结构(5)，其特征在于，所述位置测量装置(50)适合发射频率介于100kHz至10MHz之间的超声波。4.根据权利要求1至3中任一项所述的医疗系统(1)，其特征在于，所述位置测量装置(50)包括设置在主体(11；11')上的至少一个超声换能器(51；51'；51”)，主体(11；11')具有与超声换能器(51；51'；51”)相接触并且适合发射超声位置信号(USL)和接收反射位置信号(SRL)的发射-接收表面(15a；51a'；51a”)，发射-接收表面(15a；51a'；51a”)在主体(11；11')外表面(12；12')上位于主体(11；11')的远端(14；14')。5.根据权利要求4所述的医疗系统(1)，其特征在于，所述超声换能器(51)设置在离主体(11)远端(14)有一定距离之处，主体具有传输结构，其适合传输超声位置信号(USL)和反射位置信号(SRL)且与超声换能器(51)相接触，并且形成发射-接收表面(15a)。6.根据权利要求5所述的医疗系统(1)，其特征在于，所述工具(10)进一步包括：至少一个第一电极(16)，具有在主体(11)外表面(12)上设置在主体(11)远端(14)以便与第一解剖结构(3)相接触的第一接触表面(16a)，至少一个第二电极(17)，具有在主体(11)外表面(12)上设置在主体(11)远...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫里瑟·布利翁，兰代尔·R·贝特兹，西阿伦·博尔格，安德雷·凯林，拉里·T·克胡，乔赫恩·I·威廉姆斯，黑凯特·温，
申请(专利权)人：脊柱防护公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR