具有射线跟踪能力的导丝的制作方法

本发明整体涉及外科手术，并且具体地讲涉及鼻窦激光手术。

背景技术：

激光手术使用激光束来消融或蒸发组织，而不是用手术刀切割组织。

以引用方式并入本专利申请的文献将被视为本专利申请的组成部分，不同的是如果在这些并入的文献中定义的任何术语与在本说明书中明确或隐含地给出的定义在某种程度上相冲突，则应只考虑本说明书中的定义。

技术实现要素：

本发明的一个实施方案提供了一种方法，包括：

将患者的计算机断层摄影(ct)扫描与跟踪系统对准，跟踪系统被配置成跟踪患者体内传感器的位置和取向；

在屏幕上显示ct扫描；

使用跟踪系统跟踪包括患者体内的传感器的探头的坐标；

基于所跟踪的坐标，在屏幕上的ct扫描上叠加表示传感器位置的图标；以及

在ct扫描上叠加从图标沿对应于传感器取向的方向发出并横贯屏幕至响应于ct扫描的灰度级分布而选择的终止点的射线。

在另选的实施方案中，灰度级分布指示ct扫描中的局部组织密度。

在另一另选的实施方案中，叠加射线包括在所显示ct扫描的灰度级值越过预定义阈值的像素处终止射线。

在又一另选的实施方案中，该方法包括为响应于叠加射线至终止点而将来自探头的激光辐射引导至对应于终止点的患者体内期望消融目标的位置。

在本发明所公开的实施方案中，跟踪系统包括磁跟踪系统。

在本发明所公开的另一实施方案中，ct扫描包括患者鼻窦的ct扫描，并且探头包括导丝，该导丝被配置成并且尺寸被设计成插入鼻窦中。

根据本发明的实施方案，还提供了一种设备，包括：

被配置成显示患者计算机断层摄影(ct)扫描的屏幕；

具有被配置成能够插入患者体内的传感器的探头；

被配置成跟踪传感器位置和取向的跟踪系统；以及

处理器，被配置成：

将ct扫描与跟踪系统对准，

使用跟踪系统跟踪探头的坐标，

基于所跟踪的坐标，在屏幕上的ct扫描上叠加表示传感器位置的图标；以及

在ct扫描上叠加射线，该射线从图标沿对应于传感器取向的方向发出并横贯屏幕至响应于ct扫描的灰度级分布而选择的终止点。

结合附图，根据下文对本公开实施方案的详细说明，将更全面地理解本公开，其中：

附图说明

图1为根据本发明实施方案的激光手术系统的示意图；

图2a为导丝的纵向示意图，并且图2b为根据本发明实施方案的导丝的示意性剖视图。

图3为根据本发明实施方案在操作激光手术系统中所执行步骤的流程图；并且

图4和图5为示出根据本发明实施方案的流程图的一些步骤的示意图。

具体实施方式

概述

激光辐射可用于在鼻窦外科手术中消融组织。然而，激光辐射需要正确地作用于目标，因为不正确地作用于目标可能致使健康组织受到创伤。本发明的实施方案为内科医生提供了一种系统，该系统能够在手术中实际辐射患者之前，验证激光辐射能否正确作用于目标。

在执行手术之前，需要对患者进行计算机断层摄影(ct)扫描。在开始手术时，磁场发生器被定位在患者头部附近。发生器的场在场中的磁传感器中产生信号，这些信号用于跟踪传感器的位置和取向。传感器结合到探头的远侧端部，在本文中假设探头包括用于手术的导丝。导丝也具有从导丝的近侧端部到远侧端部的螺纹光纤，并且激光器联接到光纤的近侧端部。

对于手术，ct扫描在屏幕上显示给内科医生。内科医生将导丝插入患者的鼻孔中，系统处理器便在ct扫描上显示表示传感器的位置(对应于导丝远侧端部的位置)的图标。内科医生使用图标将导丝移动至接近ct扫描上标记的期望位置，标记对应于待消融的患者部位。

在期望位置，内科医生可启动系统处理器，在ct扫描上显示从图标沿由导丝远侧端部的取向限定的方向发射的虚拟射线。系统处理器被配置成根据ct扫描的灰度级使虚拟射线继续。也就是说，射线通常被配置为横贯ct扫描的黑色或近乎黑色区域，但当碰上较浅的灰度级时即终止。(黑色和近乎黑色级对应于不阻止从近侧端部激光器发射辐射的区域，诸如空气。较浅的灰度级通常对应于不希望进行辐射的组织。)

由于到达标记、为内科医生验证从图标到标记不存在障碍而在ct扫描上显示虚拟射线时，内科医生可启动系统处理器以打开激光器。打开激光器会消融由标记所表示的目标组织。

因此，在本发明的实施方案中，患者的ct扫描与能够跟踪患者体内传感器的位置和取向的跟踪系统(通常为磁跟踪系统)对准。ct扫描显示在屏幕上，处理器跟踪探头的坐标，探头包括使用跟踪系统插入患者体内的传感器。根据所跟踪的坐标，处理器在屏幕上的ct扫描上叠加表示传感器位置的图标。此外，处理器在ct扫描上叠加从图标沿对应于传感器取向的方向发出的射线。射线在屏幕上横贯至响应于ct扫描的灰度级分布而选择的终止点。

一旦射线横贯至终止点，探头的激光辐射就可能被引导至对应于终止点的患者体内期望消融目标的位置。

详细的描述

现在参见图1，图1为根据本发明实施方案的激光手术系统20的示意图。系统20通常在微创手术过程中使用，其中操作激光器以消融患者22的鼻窦的一部分，并且该系统包括通常为用于该系统中的导丝形式的探头28，在本文中也称为导丝28，如下文所详述。

在手术之前，通常数天之前，对患者22的头部进行计算机断层摄影(ct)扫描。ct扫描数据将被存储，供操作系统20的系统处理器40使用。

对于实际手术，邻近患者头部放置一组磁场发生器24。如下文所详述，导丝28包括其远侧端部32处的磁场传感器30，并且在远侧端部插入患者的鼻窦中之后，发生器24的场使得能够跟踪传感器的位置和取向坐标，因此也能够跟踪导丝远侧端部坐标的位置和取向坐标。在授予govari等人的美国专利申请14/792,823、授予gliner的美国临时专利申请62/209,946和同样授予gliner的美国临时专利申请62/221,367中，描述了一种使用磁场发生器(诸如发生器24)跟踪插入患者体内传感器的系统，这些专利以引用方式并入本文。此外，由biosensewebster,diamondbar,ca生产的系统使用类似于本文所述的跟踪系统来找到由磁场辐照的区域中线圈的位置和取向。

为了清楚简单起见，本申请假设传感器30为由包括发生器24的磁跟踪系统跟踪的磁场传感器。然而，应当理解，对于传感器30，也可使用其他类型的传感器和其他类型的跟踪系统，并且本领域的普通技术人员将能够针对其他类型的传感器和跟踪系统修改本申请，加以必要的变更。因此，本发明的范围包括这些其他类型的传感器和跟踪系统。

系统20的元件可由系统处理器40控制，该系统处理器包括与一个或多个模块(诸如磁跟踪模块42)连通的处理单元(pu)41，从而使得处理单元可控制发生器24并跟踪传感器30。处理单元也可与激光器模块44连通，该激光器模块的功能在下文中描述。

发生器24用于限定发生器参照系，传感器30的位置和取向坐标相对于此参照系确定。在开始手术时，患者头部的ct扫描与发生器参照系对准。例如，ct扫描涵盖患者鼻尖和其他外部特征诸如眉毛之间的点。为了将ct扫描与发生器参照系对准，系统20的操作者可将具有类似于传感器30的传感器的杆尖放在ct扫描中所存在的特定外部特征上。pu41可使用模块42找到特定外部特征在发生器参照系中的位置，并且为了对准，形成这些位置与ct扫描中特征位置之间的对应。然而，也可使用本领域中已知的任何其他便利的方法将所用跟踪系统与ct扫描对准。

处理器40可安装于控制台48中，控制台包含操作控制件50，操作控制件通常包括键盘和/或指向装置，诸如鼠标或轨迹球。控制台48也连接到系统20的其他元件诸如导丝28的近侧端部52，并连接到安装在导丝的近侧端部保持件53中的激光器60。内科医生54在执行手术时使用操作控制件来与处理器进行交互，并且处理器可在屏幕56上呈现由系统20产生的结果。

处理器40使用存储在所述处理器的存储器中的软件来操作系统20。例如，软件可以电子形式通过网络下载到处理器40，或者作为另外一种选择或除此之外，可在非临时性有形介质(诸如磁存储器、光学存储器、或电子存储器)上提供和/或存储该软件。

图2a为导丝28的纵向示意图，图2b为沿线iib-iib截取的根据本发明实施方案的导丝的示意性剖视图。导丝28通常被制成不锈钢线材的线圈58，在一个实施方案中具有0.9mm的外径，然而，本发明其他实施方案的导丝可具有大于或小于0.9mm的外径。

光纤62穿过线圈58，通常通过粘结方式终止于固定在导丝远侧端部处的窗口64。光纤终止于导丝的近侧端部52处，激光器60安装在光纤的近侧端部接线端处，使得激光器在通电后将激光辐射引导到光纤中。通常使用光学元件将能量引导到光纤中，但为了简便起见，未在图中示出这类元件。

远侧端部32的剖面70示出了远侧端部的内部元件。场传感器30固定地附接至远侧端部的内部。场传感器通常为具有对称轴线的单轴线圈，该对称轴线平行于线圈58的对称轴线并通常与其重合，光纤可穿过单轴线圈的内部。

传导线72将传感器30为响应发生器24的磁场而生成的信号通过传感器传送到处理器40。或者，信号可以无线方式传送到处理器40。处理器能够利用所获得的信号计算传感器30取向和位置，并因此计算远侧端部32的取向和位置。

根据本发明的实施方案，图3为操作系统20时所执行步骤的流程图，图4和图5示出了一些步骤的示意图。在准备步骤100中，首先对患者22执行ct扫描，然后将患者的扫描图像与由发生器24限定的参照系对准，如上文所述。图4示出了呈现在屏幕56上的患者的示意性ct扫描130。

在初始手术步骤102中，内科医生54将导丝28插入患者22的鼻孔中，并且处理器40使用传感器30的信号来获取并跟踪远侧端部32的位置和取向。使用在步骤100中所执行的对准，处理器在扫描130上叠加表示远侧端部32的位置和取向的图标132。图4示出了步骤102的扫描130上的图标132。

在继续手术步骤104中，内科医生将导丝28以及因此图标132移动至接近扫描上标记134的期望位置，标记对应于待消融的患者部位。在期望位置，内科医生启动系统20，使得处理器40在扫描130上叠加从图标132沿由远侧端部32的取向限定的方向发射的虚拟射线136。

处理器40被配置成根据ct扫描的灰度级继续虚拟射线136。也就是说，射线通常被配置为横贯ct扫描的黑色或近乎黑色区域，但当碰上较浅的灰度级时在特定扫描像素处终止。黑色和近乎黑色级对应于不阻止从激光器60发射辐射的区域，诸如空气。在内科医生54进行手术之前，虚拟射线可能横贯的实际灰度级以及虚拟射线可能不横贯的灰度级可设置为预定义阈值，并且这些灰度级可在不进行过度实验的情况下确定。应当理解，ct扫描的灰度级指示局部组织密度。

图5示出虚拟射线136到达标记134，因为该射线不横贯较浅的扫描灰度级。

在操作步骤106中，一旦扫描130上显示虚拟射线136到达标记134，内科医生就可使用控制件50和/或保持件53中的控制件来打开激光器60。打开激光器会消融由标记134所表示的目标组织。

应当理解，上述实施方案以举例的方式引用，并且本发明并不限于上文具体示出并描述的内容。而是本发明的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合，以及本领域技术人员在阅读上述说明时会想到且未在现有技术中公开的其变型和修改。