CN1290149A - 在射线成象立体定位引导下从特定区域切除组织的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从包围病人身体某部位内特定区域的体积中切除组织的方法的方法和装置。组织切除体积和位置由射线成象立体定位来确定。靠在每一幅射线成象立体定位图象上画出围绕着特定区域的边界来获得包围着特定区域的组织切除体积的大小。组织切除工具在获得的组织切除体积内移动。预先被诊断为癌变的特定区域内的组织能够用如放射性同位素这样的物质来标记,并且从包围着特定区域的组织切除体积中切除这类组织的过程可以被监测以确定特定区域内的组织是否被全部切除。

Description

在射线成象立体定位引导下 从特定区域切除组织的方法和装置

本发明一般地涉及一种在射线成象立体定位引导下从特定区域切除组织的方法和装置。本发明特别地涉及从病人身体某部位的特定区域，例如乳房，切除组织的方法和装置，其中组织的切除是在射线成象立体定位引导下进行的。

乳房照相立体定位设备已经被用来确定乳房中特定区域相对于立体定位设备上的参考点的三维坐标。三维坐标被普遍用于诊断和外科操作，特别是用于将诊断线端头、活体检查针尖或旋转切除工具尖端插入乳房内的特定区域。诊断线被普遍用来引导外科医生至特定区域切除其部分或全部组织，活检针常常用来从特定区域进行细胞或组织取样，而旋转切除工具通常用来从特定区域切除组织。

美国专利第5289520号(U.S.Patent No.5,289,520)中，描述了乳房照相立体定位设备的一个例子，在这里被整体引用合并于本申请中。在这个专利中描述和图解的设备的商业化实施例已经被用于引导活检针进入特定区域以获得细胞和组织的样品，并且该设备还被用于引导旋转外科切除仪从特定区域切除组织。

正如C.W.Putnam在《外科、妇科和产科》( Surgery， Gynecology & Obstetrics)，卷157，第474-478页，1983年11月号的文章“肝脏切除术中的超声波解剖技术”中所描述的那样，超声抽吸解剖器，比如Cavitron超声外科抽吸器中包括一个与控制台相连的手持部件。这个手持部件包括一个水冷磁致伸缩传感器，它以大约每秒23，000转的频率沿其长度轴驱动一个中空的钛制针尖。这个针尖被冲洗并有一根抽吸线连接着中空的针尖以便抽出冲洗剂、血和组织碎片。这个仪器靠产生超声波振荡工作，这种振荡按组织的含水量有选择性地破碎组织。被破碎的组织经抽吸线被送出。

这种超声外科抽吸器通常在开放的外科操作中由手控制，这种操作不能将对机体的侵害减至最小。但是，正如前述参考文献所提出的那样，使用这类设备是因为它们对比如包括肝脏的外科操作中发现的不同类型的组织之间给出较大的区别。迄今为止，据信还没有一台超声外科抽吸器被作为一种最小侵害的工具广泛地用于从病人身体某部位的特定区域，例如从乳房切除组织，也没有一个这样的工具是在射线成象立体定位设备引导下从特定区域切除组织的。

因此，本发明的一个主要目标就是将超声外科组织切除抽吸工具引导至病人身体某部位内的特定区域。

本发明的另一个目标就是在一个包围着病人身体某部位内的特定区域的体积内引导并控制组织切除工具。

靠提供一种从一个包围着病人身体某部位内的特定区域的体积中切除组织的方法和装置来完成，至少是部分完成上述这些目标。这个装置包括一个身体部位固定架，它用来固定住身体某部位使之不能移动，还用来定义一个相对于身体该不能移动的部位的预定参考点。该装置使用一个带有用来接收操作引导信号并辐照身体某部位的射线发射源和一个用来传递图象信号的射线接收器的立体定位成象组件，这些信号对应于来自发射源并穿过身体某部位以获取被固定住该身体部位以及其中的特定区域的图象的射线。这个装置包括一个用来接收显示信号并显示身体某部位以及其中的特定区域的立体定位图象的显示器，这些图象与接收到的显示信号相对应；一个用户界面，以使用户能互动地画出围绕被显示出的身体某部位的特定区域的边界，提供表明其尺度和位置的环绕特定区域的边界信号。这个装置还包括一个马达驱动的组织切除工具引导平台，它能够相对于预定的参考点移动。组织切除工具引导平台被用来接收驱动信号以驱动平台至相对于预定的参考点的某个位置，进而用来提供位置指示信号以指出平台相对于预定的参考点的位置。组织切除工具被工具引导平台所固定。该组织切除工具具有一个破碎尖端和一个从破碎尖端吸出或除去组织碎片的工具。这个装置由控制器指挥，控制器用来向射线源提供操作信号，使其发出射线；从射线接收器接收图象信号；根据接收到的图象信号向显示器提供显示信号；从用户界面接收边界信号；根据接收到的边界信号向显示器提供边界显示信号；根据接收到的边界信号计算相对于预定参考点的组织切除体积；向马达驱动的引导平台提供驱动信号以命令平台移动到计算出的组织切除体积中的某个位置；从引导平台接收位置指示信号。

本发明的方法由几个步骤组成，它们包括：将身体包含有特定区域的部位固定在相对预定参考点的某个位置上；获取包含特定区域的该身体部位的立体定位图象；并显示这个立体定位图象。当显示出立体定位图象后，本方法进而包括下列附加的步骤：在各被显示的立体定位图象中画出环绕特定区域的边界；从这些边界的位置、尺度和相对几何形状确定包围着特定区域的组织切除体积相对于预定点的大小和位置；并且使组织切除工具的尖端在组织切除体积内移动以从组织切除体积中切除组织。

本发明的其它目标和优势对那些通过结合附图和附带的权利要求阅读下面的具体描述而熟悉这一技术的人来说将是明显的。

附图并未按比例画出，它们包括：

图1是组织切除和监控组织切除方法的装置示意图；

图2是根据本发明的乳房成象立体定位针式活检装置侧视图，该装置用于引导和控制超声外科抽吸式组织切除工具；

图3是一个超声抽吸设备的透视图；

图4A、4B和4C是抽吸器及其平台的侧视、前视和顶视示意图；

图5A和5B是抽吸器及其平台绕枢轴点转动的示意图释；

图6是本发明的方法的流程图；

图7A和7B是包含特定区域的乳房的立体定位图象的左视和右视平面图；

图8是画出的包围显示在立体定位图象中的特定区域的边界的几何关系的联合透视图；

图9是显示包围特定区域的边界的几何关系，进而示意出组织切除体积的推导的平面图；

图10是以笛卡儿坐标表示的传感器指示依赖于切除工具位置的三维图形。

本发明涉及一种从一个包围着身体某部位内特定区域的体积中切除组织的方法和装置。本发明虽然在上下文中以位于乳房内并已经预先用乳房成象活检操作诊断过可疑病变来讨论，但那些熟悉本技术的人会同意本发明也可以用于身体中包含着需要被切除组织的特定区域的其它部位。首先将讨论本发明的装置，接着讨论方法。

参照图1，从一个包围着病人身体某部位内部特定区域的体积中切除组织的装置包括几个部分。装置10包括一个用来固定例如乳房这样的身体某部位14的身体固定架12，使其不能移动，并且定义一个预定的参考点。它还包括立体定位成象组件，这个组件带有用来接收操作引导信号和辐照身体部位14的射线发射源16以及用来传递图象信号的射线接收器18，这些信号对应于来自发射源16穿过身体部位14的射线。成象组件进而被用来获取被固定架12固定住的身体部位14以及其中的特定区域的立体定位图象。

该装置还包括一个显示器24，它被用来接收显示信号并显示对应于接收到的显示信号的身体部位14以及其中的特定区域的立体定位图象。显示器24可以是普通的视频显示器，它应具有合适的衬度和特殊的分辨能力使得该身体部位以及其中的特定区域可视化。

该装置还装有一个用户界面26，它用来使用户能交互地提供包围着显示在各立体定位图象中的身体部位14中的特定区域的可视的边界。这种界面可以是与控制软件相互作用的键盘、鼠标、游戏棒或轨迹球等。这个界面还使每个边界能够形成表明可视边界的尺度和位置的边界信号，以用来计算下面所描述的组织切除体积。

该装置还包括一个马达驱动的组织切除工具引导平台28，它能相对于由固定架12确定的预定参考点移动。切除工具用来接收驱动信号以驱动平台28移动至相对于预定参考点的一个或更多位置。这个平台还用来提供位置指示信号，该信号指示出引导平台相对于由固定架12确定的预定参考点的位置。

组织切除工具30被装在工具引导平台28上。优选的是，组织切除工具上有一个破碎尖端32和一个用来从破碎尖端吸出或除去组织碎片的导管34。

本装置的上述部件由控制器36控制，它可以由一个具有足够快的运算速度和足够大内存的任意一种商品计算机构成，比如具有300MHz运行速度的英特奔腾Ⅱ处理器和64兆字节RAM的计算机。控制器36用来协调装置的一系列功能，包括：向射线源16提供操作信号以使射线源发出射线；从射线接收器18接收图象信号；根据接收到的图象信号向显示器24提供显示信号；接收由用户界面26产生的边界信号；根据接收到的边界信号向显示器24提供边界显示信号；根据接收到的边界信号计算组织切除体积相对于由固定架12确定的预定参考点的大小和位置。控制器还向马达驱动的引导平台28提供驱动信号以命令平台移至计算出的组织切除体积内的某个位置，还从引导平台28接收位置指示信号。

本发明的一个更先进的实施例包括一个与组织切除工具的导管34相连的被切除组织传感器38。吸出的组织经由导管34通过组织传感器。组织传感器38用来感知被切除的组织是否包含有可探测的标记物，这些标记物是为了用可探测的标记物标记出特定区域的组织而注射进身体某部位的。被切除组织传感器还用来向控制器36提供感应信号，而反过来控制器又适合于用来从传感器接收这一感应信号。已知用特定的放射性同位素可标记癌变组织，因为这些同位素倾向于聚集在这种组织周围。因此，假定特定区域是由癌变组织构成，由于被切除的组织中出现高浓度的放射性同位素，从特定区域中切除的组织应该引起传感器38指示出这些组织是出于该特定区域。假定包围着特定区域的组织不是癌变组织，那里就不含或只含低浓度的放射性同位素，如果组织传感器的阈制值被正确校正，则从特定区域外侧附近切除的物质通常将不被组织传感器感知。

本装置还可以装有一个光或磁数据存储设备37，它能存储由组织传感器产生的信号和来自平台28的位置指示信号。这些数据可以被控制器从存储设备37中取出，以形成并显示组织传感器信号依赖于位置指示信号的图形。

图2图示了一个卧式乳房成象立体定位装置，该装置通常被用于乳房成象立体定位引导的乳房针式活检，并且可以于本发明一起使用。在美国专利第5289520号(U.S.Patent No.5，289，520)中能找到文献对在这里被引用合并于本发明中的卧式立体定位装置10的详细描述。Trex Medical公司提供的商品化产品StereoGuide^TM牌乳房成象立体定位装置就是一种按照美国专利第5289520号所描述的构造和原则产生的设备。

一般地，图1所描绘的立体定位装置带有立体定位成象组件，它包括一个X光管16和装在可相对于乳房移动的成象臂42上的图象接收器18以产生两幅立体定位图象。该装置具有一个用来固定乳房使之不能移动且被压住的固定架12。更特别地，固定架12包括一个可移动的压片44和一个可移动的压板46，它们确定了关于乳房14的预定参考点。

由于成象臂和挤压臂的相关构造导致的图象获取的优势，图1中显示的立体定位装置的构造在本发明中是优选的。在美国专利第5289250号和美国专利第5594769号中描述了这些优势，它们在这里被引用合并于本申请中。但是，也可以采用其它乳房成象立体定位活检设备，包括使用其它成象和挤压构造的立式或卧式设备。在Ericson，美国专利第4727565号中“定位方法”的标题下就可以找到这样一个采用其它构造的例子。

显示于图1中的立体定位装置10包括一个可用于本发明的目的的马达驱动的引导平台28。通常这个平台被用来引导针式活检仪或旋转切除工具，它被固定在一个适合于固定这类设备的固定架48上。根据本发明，固定架48可以按需要以下面的方式改装为固定超声外科抽吸式组织切除工具，使该工具的尖端可以在引导下进入悬垂在立体定位装置中的乳房内的特定区域，如图所示。在下面将进一步讨论的如图3中所描绘的超声抽吸工具的情况下，固定架需制造成不受工具操作的影响的构造。

图3显示了一个由Valleylab公司制造的商品化的超声抽吸式组织切除工具50，其市场上的商标为CUSA^TM。这个工具包括被线圈54环绕的转换器52。线圈引起转换器和其尖端32以超声频率振动。这个工具还包括用来冲洗尖端32的冲洗管58和抽吸导管34，抽吸导管用来提供抽吸力来去除位于尖端32处或其附近的组织碎片。正如前面所描述，导管34可以与组织传感器38相连。当来自特定区域的被切除组织包含有能被传感器探测到的标记物时，可以让导管34中的被切除组织通过传感器来确定其是否来自特定区域。虽然这里已经讨论了CUSA^TM超声抽吸式组织切除工具，但熟悉这一技术的人会同意其它构造的超声抽吸式组织切除工具同样能用于本发明的目的。熟悉这一技术的人还会同意其它类型的组织切除工具也可以被用于本发明中。

图4A，4B和4C是抽吸器和平台的侧视、前视和俯视示意图，显示了平台28和超声抽吸式组织切除工具30的正交运动的X，Y和Z方向。图5A和5B显示了如果需要，平台28还可以绕任意选定的抽吸器的枢轴点60转动。

从包围病人身体某部位内的特定区域的体积中切除组织的方法包括几个步骤，在下面总体参照图6将对它们做进一步的描述。在方法100中，第一步(步骤102)是固定住病人身体中含有特定区域的部位。这种固定也为装置建立了预定参考点。

本方法的下一步(步骤104)是获得包含有特定区域15的身体部位14的立体定位图象。这一步是以常规方式进行的，例如美国专利5289520中描述的方式。一旦获得了图象，就将它们与参考点17一同显示出来(步骤106)，如图7A和7B所示。

如图6，7A和7B中继而所示的那样，经由用户界面，交互地画出(步骤108)围绕着出现在显示出的每幅立体定位图象(64a，64b)中的特定区域15的边界(62a，62b)。参照图6，8和9，控制器根据边界62a，62b的位置，相对几何状态和尺度计算包围着特定区域15的组织切除体积66相对于预定参考点的大小和三维位置。用常规方式计算切除体积的三维位置以计算出现在立体定位图象中的特定区域相对于图中参考点17的位置。美国专利5289520中给出了对这样一种计算的描述。

在图8和9中被切除体积66的大小由字母a，b和c所定义。当象图9中所示那样俯视透视图图8时，边界62a，62b形成对角交叉线，画出包围着这个对角交叉线的矩形框，如图9所示，就得到a和b的长度。根据画出的围绕特定区域的边界62a，62b的尺度和立体定位图所用的夹角(alpha)的不同，a和b的长度也不同。长度c是边界的高度，它也是根据画出的围绕特定区域的边界尺度而变化的。本方法优先假定在相应的立体定位图64a，64b上画出的包围特定区域的边界62a，62b的尺度是相同的。但是这个假定对于本发明的目的并不是绝对必要的。同样，图示的边界62a，62b是正方形的，但是熟悉本技术的人会同意边界62a，62b步必是正方形，例如，它们可以是长方形、圆形或椭圆形，并且由于被切除体积的大小和形状由边界62a，62b所描述，因而计算出的被切除体积66的形状也会随之而变化。

如图6中继而所示，下一步(步骤110)是相对于预定参考点固定组织切除工具的尖端，接下来的步骤是在组织切除体积66内移动组织切除工具的尖端(步骤112)以从组织切除体积内切除组织。如果需要，在特定区域内的组织可以被放射性同位素所标记，并且这种组织的切除可以被监测(步骤114)以显示出组织切除过程对于组织切除工具尖端的坐标的三维图形，这取自于关于引导平台位置以及尖端相对于引导平台的位置的知识。

图10中显示了从这一步骤产生的范例图形70。这里描述了一个对于组织切除工具尖端的正交坐标的三维图案72。这个图案由多个点构成，这些点指示出被传感器探测到标记过的组织或没探测到标记过的组织。这个图案提供了来自于组织切除外科过程结果的图象。

因此可以看出，本发明已经有效地获得了前面提出的目标和优势，这些目标和优势在后来的描述中变得明显起来，并且由于可以在不偏离本发明的范围的情况下对上述构造进行一定的改变，所以期望在上述描述或附图中显示的内容应被解释为举例说明而不具有限制的意义。还应该理解下面的权利要求被期望涵盖这里描述的本发明的所有一般和特殊的性质，以及，作为一种语言表述可以说，落入本发明的保护范围内。

Claims (11)

1．一种从包围病人身体某部位内的特定区域的体积中切除组织的方法，本方法包括下列步骤：

相对于一个预定参考点固定住病人身体中含有特定区域的部位；

获得包含有特定区域的身体部位的立体定位图象；

显示该立体定位图象；

画出围绕着显示出的每幅立体定位图象中的特定区域的边界；

根据边界的尺度，位置和相对几何形状确定包围着特定区域的组织切除体积相对于预定参考点的大小和位置；

在组织切除体积内移动组织切除工具的尖端以从组织切除体积内切除组织。

2．如权利要求1的方法，其中还包括下列步骤：

向身体某部位中注射一种物质以标记特定区域内的组织；

由组织切除工具感知被切除的组织以确定从组织切除体积内切除的组织是否是来自特定区域内的标记过的组织。

3．如权利要求2的方法，其中还包括下列步骤：

对于组织切除体积内的组织切除工具尖端记录对标记过的组织的感知。

4．如权利要求3的方法，其中还包括显示该记录的步骤。

5．如权利要求4的方法，其中当组织切除工具尖端完全在组织切除体积内移动时进行显示。

6．一种从包围病人身体某部位内的特定区域的体积中切除组织的装置，该装置包括：

一个身体某部位的固定架，它用来固定住该身体部位使之不能移动并定义一个关于这个不能移动的身体部位的预定参考点。

一个带有用来接收操作引导信号并辐照身体某部位的带有射线发射源和一个用来传递图象信号的射线接收器的立体定位成象组件，这些信号对应于接受到的来自发射源并穿过身体某部位的射线，该组件还被用来获取被固定住的身体该部位以及其中的特定区域的立体定位图象；

一个用来接收显示信号并显示身体某部位以及其中的特定区域的立体定位图象的显示器，这些图象与接收到的显示信号相对应；

一个用户界面，以使用户能在显示出的每一幅立体定位图象上互动地画出特定区域的可见边界，并且提供代表各边界尺度和位置的边界信号；

一个马达驱动的组织切除工具引导平台，它能够相对于预定的参考点移动，切除工具被用来接收驱动信号以驱动平台至相对于预定的参考点的某个位置，进而用来提供位置指示信号以指出平台相对于预定的参考点的位置；

一个被固定在工具引导平台上的组织切除工具，该组织切除工具具有一个破碎尖端和一个从破碎尖端除去组织碎片的工具；

一个控制器，它用来：

向射线源提供操作信号，使射线源发出射线；

从射线接收器接收图象信号；

根据接收到的图象信号向显示器提供显示信号；

从用户界面接收边界信号；

根据接收到的边界信号计算相对于预定参考点的组织切除体积的大小和位置；

向马达驱动的引导平台提供驱动信号以命令平台移动到计算出的组织切除体积中的某个位置；

从引导平台接收位置指示信号。

7．如权利要求6的装置，其中还包括与组织切除工具中的从其尖端抽吸组织的工具相连的被切除组织传感器，该传感器用来感知被切除组织中是否含有标记物，被切除组织传感器还用来向控制器提供感知信号，在这里控制器还用来从组织传感器接收感知信号。

8．如权利要求7的装置，其中该装置还包括一个数据存储设备，并且在这里控制器还用来在数据存储设备中存储感知信号和平台位置指示信号。

9．如权利要求8的装置，其中控制器还用来从数据存储设备中检索感知信号和平台位置指示信号，并且向显示器提供图形信号以显示被感知信号对于平台位置指示信号的图形。

10．如权利要求6的装置，其中组织切除工具是超声外科抽吸设备。

11．一种从包围病人身体某部位内的特定区域的体积中切除组织的装置，该装置包括：

用来固定病人身体中包含特定区域的某部位相对于预定参考点的位置的工具；

用来获得身体该部位中特定区域的立体定位图象信号的工具；

用来显示该立体定位图象的工具；

在显示出的每一幅立体定位图象上画出包围着特定区域边界的工具；

从边界确定出包围着特定区域的组织切除体积相对于预定参考点的大小和位置的工具；

具有尖端的组织切除工具；

相对于预定参考点固定组织切除工具尖端的工具；

在预定的组织切除体积内相对于组织切除工具移动组织切除工具尖端，以从组织切除体积内切除组织的工具。

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