磁性靶向系统及其使用方法

专利名称：磁性靶向系统及其使用方法
技术领域：
本发明概括地涉及外科手术植入，具体地涉及用于稳定相邻骨性结构的系统和方 法，更具体地涉及有助于对多个骨性稳定设备之间的互联装置进行引向的系统。
背景技术：
人们普遍认为，当把骨骼稳定在适当位置时，非常便于康复和/或结构修正。用于 骨骼稳定的各种设备是众所周知的并且通常应用于在医疗技术中。例如，通过使用基本上 刚性的或者半刚性的互联装置(棒或者板)和紧固装置(螺钉、夹子、钩子、爪钳、锚或者螺 栓)，可以稳定异常的脊柱。多个紧固件置于每根椎骨的脊柱椎弓根(spinalpedicle)内并 且由至少一个互联装置连接。更困难的方面其中之一是沿着椎骨的纵向递送的固定路径并 且穿过多根椎骨之间的多个紧固装置之中的每一个外科地插入互联装置。一旦安装就位， 该系统基本上使脊柱稳定并且促进骨性融合(关节融合术)。传统上，用于骨骼稳定的外科技术需要大的切口(长度上超过6cm)，相当多的肌 肉被切开并且从骨骼上剥离(缩回)，用以“开放式”观察骨骼以及接近骨骼以放置紧固件 和实现器械植入。虽然这个所谓的“开放式”外科技术已经成功地处理了脊柱的不结合、不 稳定、损伤和疾病，但该“开放式”外科技术仍存在缺陷。考虑到这项技术的有创本质，长的 恢复时间和病人的显著的术后疼痛是常见的。针对上述缺陷，外科学已经发展出了意在替换更传统的开放式外科手术的微创系 统和操作。显然，较少扩张的系统和操作将消除执行许多的肌肉切割和剥离的必要，这导致 了恢复时间的缩短和更少的手术后疼痛。结果，经皮肤的操作被发展出来，这些操作通过小 的皮肤切口(长度通常为1.5cm到5cm)插入器械并且进行手术，从而减少软组织损伤。但 是，更小的皮肤切口和更小的外科手术区域需要更新颖的和更创新的方法来进行这些复杂 的外科手术。微创系统的这样一个例子是Medtronic公司(位于田纳西州的孟菲斯市)开发的 SEXTANT脊柱系统。该设备由两个基本部分组成螺钉扩展器(screw extender)和插棒器 (rod inserter)，这构成了看上去像海军导航中使用六分仪的器械。该设备是插入工具，它 允许将紧固件和互连装置以微创的方式应用于脊柱。螺钉扩展器是长的轴，其用来通过小 的皮肤切口把螺钉递送和连接至椎骨。在外科手术期间，这些螺钉扩展器突出在身体外面， 这样允许外科医生布置和连接它们的末端，从而可以连接插棒器。插棒器是弧形臂，它沿着 固定轴线摇摆，推送互连棒穿过皮肤和肌肉，然后进入植入的紧固件(椎弓根螺钉)的头 部。尽管当紧固装置准确对齐时上述技术是足够的，但是当其中一个螺钉未对齐时， 上述技术不能递送棒。而且，互连棒必须由外科医生沿着固定的拱形推送，而且不能绕过神 经结构或者骨性阻碍物。用力地推送棒通过紧固装置的一个结果是可能使棒碰撞骨性阻碍 物，导致一块骨头脱落，从而可能导致神经病学的损害。另一个常见问题是互连棒脱离插棒 器。当这些事件中的任何一个发生时，经常需要额外的手术以从伤口中移走骨碎片和棒。这可能致使外科医生放弃微创方法，然后回复到传统方法。目前的脊柱植入系统不允许棒的 外形匹配周围解剖结构的法向曲率，这种系统不可被定制成满足每位病人具有的单独的解 剖结构变化。为了帮助避免损伤易损的解剖结构并且加快植入装配过程，已经使用了各种基于 图像的导航系统，这些基于图像的导航系统使用在医疗外科手术之前或者期间得到的病人 图像来在外科手术期间指导外科医生。成像技术的最近发展已经通过使用光学传导的系 统、荧光传导的系统和基于电磁场的系统产生了精细的二维图像和三维图像。这些基于图 像的系统还与前面描述的“开放式”外科手术一起使用。与大多数基于图像的系统有关的 一个重要问题是产生的辐射被传送给病人和外科手术工作人员，这样可能久而久之导致生 理损害。并且，该设备的成本和便携性仍然是个问题。此外，这些系统经常要求外科医生经 历大量训练，以正确地进行手术。因此，在外科学上需要这样的系统和微创操作，该系统和微创操作能够提供最佳 的机械支撑和骨性融合，同时当与目前可用的互联元件相比时能够降低骨损伤和神经功能 可能性。还希望提供能够与基于图像的跟踪系统结合(但是不要求)执行的外科操作。现有技术虽然有许多专利涉及用于在解剖结构的所选区域插入稳定植入物的系统和方法， 但是现有技术没有讲解用于通过使用这种微创技术插入植入物的靶向系统，所述微创技术 通过暴露给病人和/或外科医生最少的(如果有)辐射，降低了对神经结构或者骨性阻碍 物造成损害的风险。例如，Foley等人的、公开号为2005/0085714的美国申请公开了用于经皮肤地和/ 或微创地植入结构(例如，脊柱植入)的方法和装置。该结构可以通过使用用于计划和执 行操作的导航系统来植入。该结构的多个部分可以通过使用由导航系统确定和导航的位置 和路径相互连接。导航系统使用光学定位或者电磁定位来确定所选的植入结构或者器械的 精确位置。可以相对于与螺钉连接的扩展器放置光学定位器。可选地，可以在电磁场(EM field)中放置线圈，使得通过检测感生电压可以确定线圈的位置。计算机用来在植入结构 之前形成计划，以及此后在插入期间跟踪结构的各个部分。外科手术的计划和跟踪显示在 显示器上，以指导外科医生。Vardiman的公开号为2005/0277934的美国申请公开了用于脊柱融合(骨性融 合)或者运动保护的微创脊柱固定系统。该系统包括多个椎弓根螺钉，包括置于第一椎骨 体(vertebral body)内的第一螺钉，置于第二椎骨体内的第二螺钉，用于连接第一螺钉和 第二螺钉的连接器(connector)，和用于经皮肤地将连接器连接到第一螺钉和第二螺钉的 可移除引导器。根据一个实施方式，探测球置于螺钉扩展器的头部上以及在棒插入工具手 柄上。比较器计算插入工具手柄相对于螺钉扩展器的相对位置，并且为外科医生提供可视 显不。授权给Bucholz的第6，236，875号美国专利公开了包括参考框架和定位框架的 外科导航系统。该系统通过使用磁共振成像(magneticresonance imaging，在下文中简称 MRI)或者在外科手术之前得到的计算断层造影(computed tomography，在下文中简称CT) 扫描图像在操作期间产生代表一个或多个身体要素的位置的图像。在操作期间标识了身体 要素和它们的相对位置。然后在外科手术期间通过使用计算机可以使已知身体要素的位置操作到病人的相对位置。然后所操作的数据可以用来指导外科医生用于植入。授权给Foley等人的第6，226，548号美国专利公开了一种装置和操作，该装置和 操作通过使用图像指导的外科手术把外科手术的植入物和器械(例如，螺钉、棒、引线和 板)经皮肤放置到多个身体部分内。该发明包括用于与外科手术导航系统一起使用的装 置，刚性地连接到身体部分(例如，椎骨的棘突)的连接设备，以及刚性地但是可移除地连 接至连接设备的标识上部结构。该标识上部结构是，例如参考弧形和基准阵列，其实现了在 CT扫描或者MRI成像期间以及后来在医疗操作期间标识上部结构的位置以及因而标识待 固定上部结构的身体部分的功能。该系统使用下面的发射器来指示与该发射器连接的身体 部位的位置例如，发光二极管(light emitting diode，在下文中简称LED)、无源反光球、 声学、磁性、电磁性、放射性或者微脉冲雷达。授权给Sherman等人的第7，011，660号美国专利公开了用于稳定骨性结构的托架 安装器械和方法。该安装器械是六分仪类型工具，其带有连接到锚的锚延长部。该器械可 相对于锚移动到与锚邻近的托架的位置。该托架可以被分度，用于相对于安装器械从预定 的方向上插入。所有上述现有技术公开了这样一类系统，该系统使用植入物插入装置来用力地把 外科手术植入物或者器械推到活体内的目标区域。这增加了路径分叉和/或损害神经和血 管结构的可能性。此前现有技术缺乏的是简单且经济的系统和操作，用于把外科手术植入 物和/或器械准确地和精确地置于目标区域，同时降低对神经结构和血管结构的风险。而 且，上述参考文献中没有任何一个向外科医生提供表明已到达目标区域的可听见的和/或 可触知的反馈。

发明内容
本发明涉及适合于将生物相容设备(植入物、外科手术器械)引导到身体(在活 体内)内的目标区域的磁性靶向系统，无论该目标区域是瘤还是用于紧固装置的植入点。 所述系统包括靶向部件，所述靶向部件包括引向材料。所述靶向部件一端连接到所述生物 相容设备。所述系统还包括至少一个锚固部件，所述至少一个锚固部件一端被构建和设置 成固定至活体中的目标区域，另一端被构建和设置成包括磁性材料，所述磁性材料有效地 用于影响所述引向材料在活体中的穿行。受磁性影响的所述锚固部件与所述靶向部件的所 述引向材料相互作用，以使得所连接的生物相容设备能够相对于所述目标区域放置。因此，本发明的一个目的是提供使软组织损伤最小化并且产生较少手术后疼痛的 系统。本发明的另一目的是提供靶向系统，所述靶向系统通过提供关于所述生物相容设 备的位置的反馈而提供实时的导向。本发明的另一目的是公开反馈系统，所述反馈系统使用听觉的和/或触觉的反馈 来向外科医生指示何时到达目标区域。本发明的另一目的是提供磁性靶向系统，所述磁性靶向系统可以在不被扭曲或者 导致生理损害的情况下穿透组织，这与χ射线不同。本发明的另一目的是提供靶向系统，所述靶向系统允许更短的外科手术时间、减 少的X射线的照射量以及病人更少的并发症。
本发明的另一目的是提供靶向系统，所述靶向系统操作简单，以减少外科医生为 了操作外围系统必须经历的训练。从结合任意附图进行的下面描述中，本发明的这些和其它目的和优势将显而易 见，其中，通过说明和实施例说明了本发明的某些实施方式。本发明中包含的任一附图构成 本说明书的一部分，并且包括本发明的示例性实施方式和说明本发明的多个目的和特征。


图1示出了病人的脊柱的一部分的部分侧视图，其包括根据本发明的优选实施方 式的磁性靶向系统；图2是图1中示出的磁性靶向系统，其示出了靶向部件带有穿过锚固部件的连接 的栓系装置；图3是图1中示出的磁性靶向系统，其示出了靶向部件通过最后一个扩展器从病 人的体内移走；图4是图1中示出的磁性靶向系统，其示出了在相邻椎骨之间插入生物相容设 备；图5是根据一个实施方式的、连接到多轴向螺钉连接器部分的扩展器一部分的部 分横截面图；图6是可以用于本发明的系统的多轴向螺钉的上部立体图；图7a至图7e示出了在本发明中使用的靶向部件的多个实施方式；图8是病人的部分脊柱的部分侧视图，其包括根据另一实施方式的磁性靶向系 统，说明了在不使用扩展器的条件下在活体中插入靶向部件；以及图9示出了病人的脊柱的一部分的部分侧视图，其包括使用永磁体的根据本发明 的另一实施方式的磁性靶向系统。
具体实施例方式本文中公开了本发明的详细实施方式，但应理解的是，所公开的实施方式仅仅例 示了本发明，本发明可以体现为多种形式。因此，不应将本文公开的特定功能和结构细节解 释为限制，而是仅仅作为权利要求的基础和作为教导本领域的技术人员以各种方式在实际 上任一适合的详细结构中使用本发明的表示基础。现在参考图1-图9，图1-图9示出了适合于促进导航至目标区域的本发明的磁性 靶向系统10，其中，类似的元件在全文一致地编号。图1示出了多个锚固部件14(也被称为 紧固装置)。锚固部件14在这里被描绘为多轴向(multi-axial)椎弓根螺钉，每个多轴向 椎弓根螺钉可移走地连接至扩展器12a、12b和12c。这些螺钉具有近端16和远端18。近 端包括头部24，头部24带有用于接纳旋拧工具(没有示出)的工具缺口 26。远端包括螺 纹杆，螺纹杆被设计成固定到位于病人身体(活体)内部的所选目标区域，目标区域在这里 示出为连续的脊柱椎骨V1、V2和V3。虽然目标区域在这里例示为部分脊柱中的椎骨，但是 目标区域可以位于活体中的任何位置。这里示出的螺钉是多轴向螺钉，其中，螺钉的近端可以包括可旋转地连接到螺钉 头部24的连接器28。也就是说，连接器能够沿着螺钉的螺纹杆27的轴线L相对于螺纹杆27进行360度的旋转和由角度α所定义的角运动(参见图5)。适合的多轴向螺钉的一个 例子在第5，797，911号美国专利中进行了描述，该专利通过引用并入本文。虽然本发明中 例示了多轴向螺钉，但是可以想象也可使用定轴向螺钉。定轴向螺钉不包括可旋转的连接 器28。还可设想锚固用的其它装置用于本发明，锚固用的其它装置中的一些包括夹子、钩 子、爪钳、螺栓等等。此外，如本领域已知的，可以插入也可以不插入锚固部件的杆。如在图5和图6中所示，把螺钉的连接器部分构建和设置成形成通路30，通路30 被设计成可移除地接纳各种大小的植入物。连接器部分包括开口 43，把开口 43构建和设置 成接收紧定螺钉38。如在图6中所示，头部包括带螺纹的内侧壁46，带螺纹的内侧壁46被 设计成与在紧定螺钉上形成的外螺纹38配合。因而，当紧定螺钉沿着螺钉的连接器部分螺 纹地降低时，连接器内的通路30变窄。通路变窄直到生物相容设备44 (在这里示出为互连 棒，参见图1-图4)的外表面被夹在螺钉头24的上部和紧定螺钉之间。这起到把生物相容 设备牢固地固定到螺钉上的作用。正如螺钉头一样，应当存在用于接纳被插入到扩展器的 内部74内的旋拧工具(没有示出)的工具缺口 40。旋拧工具在外科学上是公知的，其用于 把紧定螺钉旋转固定到连接器内的期望位置。如上所述，中空的扩展器12a、12b和12c中的每一个的远端34通过本领域已知的 任何适合的装置可移除地连接至螺钉。例如，扩展器可以包括位于扩展器的近端33的可压 低的部件(没有示出)，可压低的部件可操作地连接至位于扩展器远端的内钳夹部件。内钳 夹部件能够与螺钉的连接器部分接合和脱离。可以用于本发明的适合的扩展器的一个例子 公开在第7，011，660号美国专利中，该专利通过引用并入本文。扩展器还能够使多轴向螺 钉的连接器相对于杆旋转，以便于互连棒穿过扩展器。扩展器应当由基本上刚性的生物相容材料制成，并且具有长度尺寸(沿着其纵轴 线50)，该长度尺寸允许近端33从病人的外皮肤S产生的经皮肤的暴露22的外部突出某一 距离。根据优选的实施方式，当沿着垂直于至少第一扩展器的纵轴线的轴线看时，至少第一 扩展器应当具有“C型”，从而界定了槽63，槽63沿着其纵向轴线50延伸并且当连接至螺钉 时延伸到病人体内。应当使槽的大小设计为允许靶向部件离开，以至于能够经皮肤递送靶 向部件，如图1所示。扩展器的内部尺寸76应当使扩展器能够接纳用于与螺钉接合和紧定 螺钉的合适的旋拧工具(没有示出)。此外，正如下面进一步描述的那样，扩展器的内部尺 寸应当能够接收用于磁性地影响锚固部件14的可移除的磁性设备60。再次参考图1-图4，示出靶向部件通过栓系装置42连接至生物相容设备44。靶 向部件具有第一端部52和第二端部54。当把靶向部件推进活体内时，第一端部被设计成刺 穿组织并且被定型成扩大开口和建立穿过组织的通路。下面将描述，靶向部件的至少第一 端部由能够被磁性影响的引向材料构成。如在图7a_图7e的非限制性实施方式中示出的，靶向部件20可以由柔韧的、半刚 性的或刚性的材料制成，每种材料包括位于第一端部的引向材料84。图7a示出了形状为类 棒部件的半刚性靶向部件的实施方式，引向材料84布置在其第一端部52上。棒的第一部分 78由柔韧材料制成，柔韧材料能够无伤害地碰撞骨性或者神经阻碍物，而不会导致损伤。图 7b示出了由多个刚性的连续节段80形成的另一柔韧棒，栓系装置42通过刚性的连续节段 80延伸到第一端部(没有示出)。当外科医生拉紧第二端部处的系栓部件时，多个节段被 强迫在一起，在多个节段之间几乎不允许有移动。在图7c的实施方式中，整个靶向部件由第二生物相容弓I向材料86组成或者涂有第二生物相容弓I向材料86。图7d示出了另一实施 方式，其中靶向部件包括连接至栓系装置的球形接头88。正如图7b的实施方式一样，栓系 装置中的张力控制球形接头处的枢转量。因此，当张力释放时，棒变得柔韧，靶向部件的第 一端部绕着球转动。可选地，当再次向栓系装置施加张力时，棒再次变硬。以此方式，当靶 向部件穿过身体移动时，外科医生能够无伤害地引导靶向部件绕过神经和骨性阻碍物。最 后，图7e示出了由实心的生物相容材料90制成的刚性类棒部件。栓系装置42可以由任何柔韧的或者半柔韧的生物相容材料制成，柔韧的或半柔 韧的生物相容材料能够允许设备绕过神经和骨性阻碍物而不伤害它们。合适的栓系装置的 例子可以是线缆、绳或带的形式。此外，栓系装置可以由插套管的或者实心的部件构成。如 上所述，栓系装置的第一端部92通过本领域已知的任何连接方式连接至靶向部件的第二 端部54。类似地，栓系装置的第二端部94通过本领域已知的任何可移除的连接方式连接至 生物相容设备44。例如，生物相容设备和栓系装置可包括对应的螺纹，使得外科医生能够旋 转螺纹，以使栓系装置脱离生物相容设备。根据优选的实施方式，生物相容设备被示出为可植入的互联棒。棒可以是刚性的、 半刚性的或者柔韧的。通常优选使用刚性棒以在康复过程和融合期间提供必要的稳定，但 是，已经发现可提供柔韧棒用于融合，同时允许骨性结构——已经被相互连接以保持某些 运动——之间的某种移动。此外，与栓系装置类似，生物相容设备也可以是实心的或者插套管的。虽然在图1-图4中示出互连棒相互连接两个椎弓根螺钉，但外科医生可以使用任 何合适大小的棒，所述合适大小的棒具有能够相互连接沿着多根椎骨共线植入的三个或更 多紧固装置的长度尺寸。还在本发明的范围内的是，可以使用具有各种宽度或者直径的任 何大小的棒，只要它们能够为了骨性融合而稳定骨性结构。虽然本发明例示了类棒部件，但 是还可以使用本领域的技术人员已知的其它这种生物相容设备，例如，板、夹子等等。图4示出了与插套管的栓系装置流体连通的中空的或者插套管的柔韧生物相容 设备。根据该实施方式，一旦已经把棒适当地插入期望的位置，则外科医生可以使用注入装 置96 (注射器等)以使生物相容硬化材料(例如，粘固剂、碳、骨基质)通过栓系装置并且 进入中空棒的内部。虽然不要求，但还可以把生物相容设备制成可渗透的并且用于将由注 入装置提供的组分递送到目标区域(例如，骨生长/融合材料、药物、愈合材料等)。如在图1-图4中所示，扩展器12a_12c的每一个近端通过经皮肤的切口 22突出 于病人皮肤外面，使得外科医生能够把器械穿过扩展器的内部插进，以到达被固定到目标 区域(椎骨)的螺钉。扩展器还使外科医生能够把磁性设备或者棍60插入所选择的扩展 器内，直到邻近相应锚14的位置。磁性设备包括近端64和远端66。磁性材料62连接在设 备的远端，设备的近端可以包括手柄100 (不是必需的)，用于外科医生握住磁性设备。应当 把棍的大小设置成延长扩展器的长度。本发明使用的“磁性材料”62指的是永磁体(如在图9中所示)或者电磁体(在 图1-图4中所示)，它们产生能够在活体中影响靶向部件的引向材料的磁场。如本领域已 知的，电磁体的磁场是由电流的流动产生的。合适的永磁体的一个例子是钕铁硼(NdFeB) 磁体，因为其磁力强并且已经由美国食品和药品管理局(FDA)批准用于美国国内使用。另 一个例子是使用近来开发的生物相容非金属磁体或者塑料磁体，它们由聚合物PANiCNQ制
9成，聚合物PANiCNQ是本征态聚苯胺(PANi)和四氰醌二甲烷(TCNQ)的组合。本发明使用的靶向部件中的“引向”材料指的是能够被磁性材料62影响的任何材 料。例如，引向材料可以包括任何磁性吸引的材料或者合金(例如，钢、铁等等)。引向材料 可以与用于磁性材料62的材料相同，也可以不同，只要引向材料能够被影响，例如被吸引 或者被排斥。此外，磁性材料和引向材料两者之一或者两者可以涂有任何适合的生物相容 成分，例如塑料。磁性材料和引向材料的类型、形状和大小应当适合于在病人体内使用，并 且提供最佳的磁场。在本发明中，磁场用于在活体内导航，因为这些磁场可以与χ射线类似 地没有歪曲地穿透人体组织和骨骼，但是没有辐射和生理损害的危险。根据在图1-图4中示出的优选实施方式，磁性材料使用电磁体，该电磁体具有位 于手柄或把手100中的控制器。控制器至少应当包括允许外科医生启动电磁体的按钮102 和关闭电磁体的按钮104以及有关电路。优选地，控制器还包括能够提高106或者降低108 由电磁体产生的磁场强度和/或在极性(南极和北极)之间切换的按钮和电路。众所周知， 磁体的极性允许其吸引或者排斥其磁场内的磁性材料。控制器还可以包括用于指示施加的 磁场强度的显示器110。依照图1-图4中描述的实施方式描述本发明的使用磁性靶向系统10的方法。首 先，如外科学中已知的，锚固部件14(这里示出为多轴向椎弓根螺钉)被插入期望的目标区 域(这里示出为椎骨)。在将螺钉连接至所选的椎骨之前或者之后，可以将螺钉可移除地连 接至扩展器的远端。一旦完成连接，外科医生把靶向部件插入扩展器的近端内，所述近端突 出在经皮肤的暴露22外部。磁性设备被插入下一根椎骨V2内，椎骨V2包括锚固部件(扩 展器和螺钉)，这里示出为12b。磁性材料62通过棍60布置于靠近目标区域处。根据该实 施例，磁性材料置于螺钉的连接器部分内侧，这可以在将靶向部件插入扩展器之前、期间或 者之后完成。如果使用电磁体，则外科医生将开启电流，以开始在活体中的适当位置上产生 吸引磁场。如果永磁体用于磁性材料62，则外科医生简单地将其置于螺钉的连接器部分内 部，参见图9。由于吸引磁场的原因，靶向部件中的引向材料被牵引穿过扩展器槽63。由磁性材 料产生的磁场强度应当能够朝向磁性部件牵引靶向部件(包括连接的栓系装置)，以至于 当靶向部件朝向磁性材料前进时，第一尖端刺穿组织并且建立穿过组织的通路。与现有技 术中公开的用力推送靶向部件相比，使用磁场引导靶向部件降低了伤害神经结构或者破坏 沿着靶向部件的路径遇到的骨性阻碍物的可能性。一旦靶向部件已经到达置于螺钉的连接器部分内部的磁性材料62，外科医生将靶 向部件从锚固部件中取走，并且将靶向部件放置在下一个锚固部件(扩展器和螺钉)处，下 一个锚固部件在这里示出为连接到椎骨V3的锚固部件12c。然后在锚固部件12c内重复上 述操作。如果使用电磁体，则启动沿着磁性部件的电流，所产生的磁场强度牵引靶向部件穿 过在V2上固定的螺钉的通路30并且朝向位于在V3上固定的螺钉内部的磁性部件，参见图 2。如果使用永磁体，则外科医生简单地将远端放置在锚的连接器部分内部。如上所述，当靶向部件朝向磁性材料运动时，靶向部件的第一尖端刺穿组织并且 创建通过组织的通路。穿过螺钉的这项技术不要求外科医生尝试沿着棒的固定路径对准多 个椎弓根螺钉。此外，靶向部件朝向椎弓根螺钉的连续磁性吸弓丨降低了靶向部件由解剖构 造中的结构偏向的可能性，这种偏向可能使靶向部件刺穿不期望的区域。而且，本发明允许外科医生避免给定的锚固部件。在这种情况下，外科医生可以将磁性材料插入到与待避免 的锚固部件连接的扩展器内。磁性材料可以是与靶向部件的磁极具有相同极性的永磁体或 者电磁体。这将从那个目标区域排斥靶向部件的引向材料。一旦达到最后一根椎骨，磁性部件被用于牵引靶向部件穿过椎弓根螺钉的上部缺 口 43中的槽并且沿着扩展器的内部长度，直到靶向部件到达突出于切口外部的近端。然后 外科医生可以抓住靶向部件和连接的栓系装置，参见图3。然后，外科医生利用位于病人体 外的栓系装置，沿着由靶向部件穿过组织并且穿过椎弓根的连接器部分形成的路径轻轻地 牵引所连接的生物相容部件(棒)，直到生物相容部件到达最后一根椎骨，如图4所示。如果栓系装置和互联棒是中空的，则使用者可以断开靶向部件并且把注入装置96 可释放地连接至栓系装置。注入装置可以用于把任何适合的、易流动的、生物相容的材料注 入棒内。合适的生物相容材料的一个例子包括将使棒变硬的至少一种硬化材料。除此以外，可以在引入硬化材料之前填充棒。例如，棒可以包含铁电材料，铁电材 料允许在插入过程期间保持棒的柔韧，直到被施加电流。如果铁电材料与上面描述的电磁 体的实施方式结合使用，则这是特别适合的。一旦柔韧的棒置于最终期望的位置(固定至 椎弓根螺钉)，则可以通过把磁性装置插入扩展器内使棒暴露至电磁体中的电流。电流使铁 电材料硬化，以制造基本上刚性的棒。因此，棒的外形对应于周围解剖结构的自然曲率。如上所述，螺钉的连接器部分被构建和设置成在其内接纳紧定螺钉32。紧定螺钉 被插入每一个扩展器内，通过置于扩展器内并且插入螺钉的工具缺口中的旋拧工具(没有 示出)螺纹地连接。互连棒44被夹在头的上部和紧定螺钉之间。这起到把棒固定至螺钉 上的作用。然后把扩展器从螺钉的连接器部分中移走，闭合暴露处。参考图8中示出的可选实施方式，本发明的靶向系统不要求使用用于在活体中插 入靶向部件的扩展部件。可以植入锚固部件并且闭合暴露处，而没有到暴露处的入口。所 植入的锚固部件的近端可以包括本领域已知的永磁体或者远端控制的电磁体。因此，可以 使靶向部件20穿过由外科医生创建的缺口直接插入或者送入身体内。正如前面的实施方 式一样，锚固部件的磁性部分能够吸引或者排斥置于病人体内的靶向部件。本发明的系统和技术的上述实施方式中的任何一个可以使用任何类型的已知成 像系统，以确定和定位任何一种上述结构在活体中的放置。例如，把锚固部件插入到骨性结 构内可以通过CT扫描、X射线或者本领域已知的成像装置预先计划。本发明的系统还可以包括具有至少一个检测元件120(在图1中示出了两个)的 反馈系统，该至少一个检测元件120置于病人体外并且靠近病人，以实时地确定靶向部件 和/或生物相容部件的位置。根据一个虽然是非限定的实施方式，检测元件是音频接收机 或者拾音器，其能够可听见地检测靶向部件和磁性装置何时连接在一起或者“咔哒”在一 起。以这种方式，外科医生能够无图像地确定靶向部件已经到达锚固部件的有磁性部分。这 可以与当靶向部件和磁性装置连接时产生的触感感觉结合使用。两个元件会合的这种触感 感觉将由把持栓系装置的人感觉到。虽然参照相邻的脊柱椎骨的固定和融合对本发明进行了描述，但需要在此说明的 是，本发明公开的设备和方法能够用于在人或动物身体中找到的所有类型的关节(踝关 节、指间关节等等)。虽然本发明例示了类棒部件，但也可考虑应用本领域的技术人员已知 的其它这类生物相容设备，例如，板、夹子等等。
本说明书中提到的所有专利和公开指示本发明涉及的本领域的技术人员的知识 程度。所有专利和公开通过引用并入本发明的程度如同每个单独的公开已特定地和单独地 被指出通过引用并入本发明。应理解，尽管说明了本发明的某种形式，但本发明不受限于这里描述的和示出的 特定形式或者设置。本领域的技术人员可以理解，在不背离本发明的范围的条件下可以进 行多种变化，不应将本发明认为受限于本说明书和本发明的附图中示出的和描述的内容。本领域的技术人员可以理解，本发明非常适合于执行目标并且得到提及的以及本 发明的那些固有的结果和优势。本发明描述的实施方式、方法、操作和技术目前代表优选的 实施方式，被认为是例示性的而不被理解为对保护范围的限制。本领域的技术人员能够得 知其变化和其它应用，这些变化和其它应用被包含在本发明的精神范围内并且由权利要求 的范围限定。虽然已经连同特定的优选实施方式对本发明进行了描述，但应当理解，如权利 要求限定的本发明不应当过分地限制于这种特定实施方式。实际上，对本领域的技术人员 显而易见的、用于执行本发明的所描述的模式进行的多种修改将落入权利要求的保护范围 内。
权利要求
一种磁性靶向系统，适合于促进朝着位于活体中的目标区域导航，所述系统包括靶向部件，其具有第一端部和第二端部，所述第二端部被构建和设置成用于连接至生物相容设备，至少所述第一端部包括受磁场影响的引向材料；和至少一个锚固部件，其具有近端和远端，所述远端被构建和设置成用于固定至位于活体内的目标区域，其中，所述近端被构建和设置成包括磁性材料，所述磁性材料有效地用于影响所述引向材料在活体中的穿行；由此，受磁性影响的所述锚固部件的近端与所述靶向部件的所述第一端部相互作用，以使得所述连接的生物相容设备能够相对于所述目标区域放置。
2.根据权利要求1所述的磁性靶向系统，其中，所述至少一个锚固部件包括多个锚固部件，每个锚固部件能够通过包括所述磁性材料 而单独地影响所述靶向部件。
3.根据权利要求1所述的磁性靶向系统，其中，所述系统包括实时反馈机构，以验证所述生物相容设备在活体中的位置。
4.根据权利要求3所述的磁性靶向系统，其中，所述实时反馈机构包括触觉反馈，以验证所述生物相容设备在活体中的位置。
5.根据权利要求1所述的磁性靶向系统，其中， 所述磁性材料是电磁体。
6.根据权利要求1所述的磁性靶向系统，其中， 所述磁性材料是永磁体。
7.根据权利要求1所述的磁性靶向系统，其中， 所述生物相容设备是植入物或者外科手术器械。
8.根据权利要求1所述的磁性靶向系统，其中，所述生物相容设备由刚性的、半刚性的或者柔韧的材料构成。
9.根据权利要求1所述的磁性靶向系统，其中，所述锚固部件是用于连接至骨性结构的紧固装置，所述生物相容设备是互连装置。
10.根据权利要求1所述的磁性靶向系统，其中，所述靶向部件由刚性的、半刚性的或者柔韧的材料构成。
11.用于促进导航至活体中的目标区域的方法，所述方法包括提供具有第一端部和第二端部的靶向部件，所述第二端部连接至生物相容设备，其中， 所述第一端部包括由磁场影响的引向材料；将至少一个锚固部件连接至活体中的目标区域，所述锚固部件具有近端和远端，其中 所述锚固部件在其远端连接至所述目标区域；以及将磁性材料引入所述锚固部件的所述近端，所述锚固部件能够影响所述引向材料的穿 行，从而相对于所述目标区域放置所述生物相容设备。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个锚固部件包括多个锚固部件，每个锚固部件能够通过包括所述磁性材料 而单独地影响所述靶向部件。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述系统包括实时反馈机构，以验证所述生物相容设备在活体中的位置。2
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述实时反馈机构包括触觉反馈，以验证所述生物相容设备在活体中的位置。
15.根据权利要求11所述的方法，其中， 所述磁性材料是电磁体。
16.根据权利要求11所述的方法，其中， 所述磁性材料是永磁体。
17.根据权利要求11所述的方法，其中， 所述生物相容设备是植入物或者外科手术器械。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述生物相容设备由刚性的、半刚性的或者柔韧的材料构成。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述锚固部件是用于连接至骨性结构的紧固装置，所述生物相容设备是互连装置。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述靶向部 由刚性的、半刚性的或者柔韧的材料构成。
全文摘要
本发明描述了磁性靶向系统及其使用方法，该磁性靶向系统适合于把生物相容设备引导至身体(活体)内的目标区域。该系统包括具有引向材料的靶向部件并且连接至生物相容设备。该系统还包括至少一个锚固部件，所述至少一个锚固部件被构建和设置成包括有效地用于影响引向材料在活体中穿行的磁性材料。受磁性影响的锚固部件与靶向部件相互作用，以使得生物相容设备能够相对于目标区域放置。
文档编号A61B17/16GK101969870SQ200880127333
公开日2011年2月9日 申请日期2008年2月21日 优先权日2008年2月21日
发明者克里斯托弗·沃尔什, 怀亚特·德雷克·盖斯特 申请人:美格罗德公司