自动化钻孔装置和方法与流程-k8凯发

背景技术：

1、许多医疗程序涉及将药物递送到颅内或脑室内空间，通常是因为化疗药物或生物制剂不能有效穿过血脑屏障。当前用于进入颅内空间的程序具有高度侵入性。

2、例如，成年白血病患者通常需要经由植入的医疗装置(诸如ommaya储液器)来递送颅内化疗药物。对于ommaya储液器植入，神经外科医生在头皮上做出5至10cm的切口，穿过颅骨钻出1至1.5cm的钻孔，并且将3.5mm的导管穿过大脑进入脑室。将该导管留在适当位置、连接到位于颅骨表面上的储液器，并且在该部位分层闭合头皮。这种外科程序会引起明显的患者痛苦，并且与植入相关联的伤口破裂和感染很常见并且可能是毁灭性的。此外，这些装置植入通常会妨碍立即开始化疗，因为手术伤口必须愈合。从生活质量的角度来看，诸如鞘内递送的替代方案也受到限制。

3、需要改进的装置和方法来使得能够进入颅内和脑室内空间。

技术实现思路

1、提供了用于自动化显微外科学的装置和方法，其中，这种装置和方法能够减少与将药物插入和递送到位于骨头中或后面的解剖空间(诸如大脑和脊柱)相关联的并发症和痛苦。

2、一种用于自动化钻孔的外科装置包括：钻机，该钻机包括被配置成钻穿骨头的钻头；以及检测器，该检测器包括或被配置成可释放地接收组织检测传感器。该钻机和该检测器可独立地致动以分别将该钻头和该组织检测传感器插入由该钻头产生的钻孔中和从中移除。

3、该钻机和该检测器可以设置在载物台元件上并且被配置成用于选择性地附接到机动框架。该组织检测传感器可以是干涉测量装置或传感器，例如，用于光学相干断层扫描(oct)的光学探针。在其他示例中，该组织传感器可以是反向散射探针、温度检测器、压力传感器或红外检测器。可选地，该检测器可以包括两种或更多种类型的组织检测传感器。该载物台元件可以通过马达进行转位，例如，手动操纵。

4、该装置可以进一步包括被配置成检测在钻孔期间施加在该钻头上的压力的背压传感器、被配置成检测由该钻机的致动器施加的扭矩的扭矩传感器，或者背压传感器和扭矩传感器两者。该背压传感器和该扭矩传感器可以各自独立或一起提供对该钻机从密度较高的组织移动到密度较低的组织(例如，从骨头穿透)的检测。

5、该钻头可以具有小于约2mm或小于约1mm的直径。该钻头的直径可以在约200μm至约2mm的范围内，或者在约200μm至约1mm的范围内。该钻头可以被配置成用于钻到至少约15mm或至少约7mm的深度。该钻头可以由钛、不锈钢或任何其他足够坚固和坚硬的材料制成以钻穿骨头，同时保持结构完整性、抵抗偏转和/或提供头部消散以便在钻孔期间灼烧组织。

6、该装置可以进一步包括底盘或其他接收器(例如，工具单元)，以可移除地或固定地接收用于与该装置一起使用的附加组织检测传感器、治疗装置和诊断装置。该附加底盘可以允许该治疗或诊断装置的至少一个部件的独立致动，以便插入由该钻头产生的钻孔中和从中移除。合适的诊断和治疗装置的示例包括插管(例如，针、导管)、电灼元件、电探针、压力传感器(例如，颅内压传感器)、活检装置、外科装置(例如，刀片、针、套管针、抽吸器等)和消融装置(例如，激光消融装置)。该检测器或其一部分(例如，检测器的底盘，替代地称为检测器单元)可以可选地被配置成接收其他诊断或治疗装置。例如，该组织检测传感器(诸如光学探针)可以从该检测器单元移除，并且附加工具(例如，诊断和/或治疗装置)可以被接收在该检测器单元中以便与该装置一起使用。替代地或另外，附加的工具单元可以被包括在载物台上。例如，除了检测器单元和钻机单元之外，工具单元可以被包括在该载物台元件处并且可独立地致动以用于递送治疗或诊断装置。

7、一种用于自动化钻孔的外科系统可以包括外科装置和被配置成操作该装置的控制器。该控制器可以被配置成：致动该钻机以钻穿骨头，致动该钻机以将该钻头从该钻孔缩回，致动该检测器以将该组织检测传感器插入该钻孔中，以及基于来自该组织检测传感器的感测信号来确定在该钻孔的远侧位置处的组织特性。可选地，该控制器可以被配置成将外科、诊断或治疗装置推进到目标部位。

8、该控制器可以是处理器和任何相关联的电子器件，其可以设置在该外科装置的外部。对该组织特性的确定可以包括以下项中的任一者或全部的任何组合：对在该远侧位置处或附近的解剖结构的变化的确定、对在该远侧位置处或附近的血管的存在的确定、对在该远侧位置处的组织层的厚度的确定，以及对在该远侧位置处的组织层的密度的确定。

9、该控制器可以进一步被配置成基于由该背压传感器检测到的压力、由该扭矩传感器检测到的扭矩或它们的组合来检测该钻头从刚性较大的组织穿透到刚性较小的组织。该控制器可以基于所检测到的穿透来停止钻孔。替代地或另外，该控制器可以被配置成在致动该组织检测传感器之前致动该钻机以钻到限定的深度。

10、该控制器可以被配置成致动该载物台元件以将该钻机(例如，钻机单元)和该检测器(例如，检测器单元)选择性地附接到该机动框架，并且可选地用于工具(例如，用于诊断或治疗装置的工具单元，包括例如外科工具)。该控制器可以进一步被配置成致动该机动框架的平移以将该钻机、该检测器和该治疗/诊断装置中的一者设置在该钻孔处。线性移动(例如，一维移动和/或多维移动，包括例如平面内和/或平面外的移动，诸如沿着波形路径的移动)、旋转移动或它们的组合可以由该控制器致动，以便将该检测器和/或治疗或诊断装置移动通过该钻孔。

11、一种自动化钻孔方法包括：利用包括钻头的钻机在骨头中钻出钻孔，以及将该钻头从该钻孔移除。该方法进一步包括利用包括组织检测传感器的检测器将该组织检测传感器插入该钻孔中，以及基于来自该组织检测传感器的感测信号来检测在该钻孔的远侧位置处的组织特性。该钻机和该检测器可独立地致动以将该钻头和该组织检测传感器插入由该钻头产生的钻孔中和从中移除。

12、该方法可以进一步包括平移其上设置有该钻机和该检测器的载物台元件，以将该钻头和该组织检测器传感器中的一者选择性地附接到机动框架，以将钻该头和该组织检测器中的一者设置在该钻孔处。

13、检测该组织特性可以包括确定以下各项中的至少一项：在该远侧位置处或附近的血管的存在、在该远侧位置处或附近的解剖结构的变化、在该远侧位置处的组织层的厚度以及在该远侧位置处的组织层的密度。该确定可以基于以下项中的任一者或全部的任何组合：干涉测量(例如，光学相干断层扫描(oct))、反向散射、温度、压力和红外测量。

14、该方法可以进一步包括检测在钻孔期间施加在该钻头上的压力的变化以及由该钻机的致动器施加的扭矩的变化中的至少一者。可以基于所检测到的压力变化、所检测到的扭矩变化或它们的组合来检测该钻头从刚性较大的组织穿透到刚性较小的组织或从刚性较小的组织穿透到刚性较大的组织。基于所检测到的变化，可以停止钻孔。

15、该方法可以进一步包括致动该检测器以将该组织检测传感器从该钻孔移除，并且致动治疗或诊断装置以将该治疗或诊断装置的至少一个部件插入该钻孔中。该治疗装置可以是例如插管，并且药物可以经由该插管递送到在该钻孔中或远侧的位置。在另一示例中，该治疗装置可以是电灼系统或其部件，并且可以烧灼在该钻孔中或远侧的位置处的组织。该治疗装置可以是激光消融装置，并且该方法可以包括消融在该钻孔中或远侧的位置处的组织。电探针可以插入该钻孔中，该电探针可以用作治疗和/或诊断装置。例如，该方法可以包括在该钻孔中或远侧的位置处进行电记录和电刺激(例如，深部脑刺激)中的至少一者。该电记录可以是例如癫痫患者的大脑活动。

16、在另一示例中，该诊断装置可以是活检装置，并且该方法可以包括从在该钻孔中或远侧的位置获取组织样本。该诊断装置可以是插管，并且该方法可以包括从在该钻孔中或远侧的位置提取组织或流体。可以插入压力传感器，并且该方法可以包括从在该钻孔中或远侧的位置测量压力。

17、一种操作外科装置的方法包括：致动该钻机以钻穿骨头，致动该钻机以将该钻头从该钻孔缩回，以及致动该检测器以将该组织检测传感器插入该钻孔中。该方法进一步包括基于来自该组织检测传感器的感测信号来确定在该钻孔的远侧位置处的组织类型或组织特性。

18、该骨头可以是例如颅骨。替代地，该骨头可以是椎骨。本文提供的外科装置和系统大体上关于在颅骨处的应用进行描述。然而，所提供的外科装置和系统可以用于其他解剖结构处的操作。例如，可能需要钻穿椎骨以接近脊柱的一部分，或者钻穿其他骨头以接近例如骨髓(例如，用于骨髓活检的髂嵴)或潜在的肿瘤以便进行活检，或者钻穿骨头以有利于放置内部固定装置。