可致动医学工具的超声引导制造技术

一种超声感测引导系统，其采用包括用于相对于解剖区域致动医学工具(30)的超声电机(40)的医学工具(30)。所述超声感测引导系统还采用超声换能器(50)和超声感测引导控制器(70)。在操作中，超声换能器(50)生成声学感测数据，所述声学感测数据指示当超声电机(40)相对于解剖区域致动医学工具(30)时由超声换能器(50)对由超声电机(40)发射的声波的感测，并且超声感测引导控制器(70)响应于由超声换能器(50)对声学感测数据的生成而控制由超声电机(40)对医学工具(30)的致动。

Ultrasound Guidance of Activable Medical Tools

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可致动医学工具的超声引导
本公开的专利技术总体上涉及超声引导系统(例如，Sparq超声系统、Epiq超声系统、SonixGPS超声引导系统、ACUSONS3000TM超声系统、flexFocus400exp超声系统等)。本公开的专利技术更具体地涉及通过提供可由超声电机致动的医学工具的超声引导来改进这样的超声引导系统。
技术介绍
对于许多介入和外科手术任务：工具对准、穿刺、钻孔等，需要医学工具(例如，介入和外科手术工具/仪器)在患者身体内的致动。如今，由于致动机构的尺寸，致动主要用于开放式手术中。该尺寸由致动电机的尺度引导。常规电动电机包括许多部分(例如永磁体、线圈、换向器等)，这限制了小型化的可能性。此外，这些电机引起电磁干扰，其可能会干扰治疗设备和医学成像设备。电磁电机的备选是基于压电的超声电机。致动是通过向构成超声电机的压电晶体施加时变电压以引起材料的膨胀和收缩来实现的。这种机械振荡可以转换成模仿常规电磁电机的旋转运动或线性运动。基于压电的超声电机的一些优点是：可扩展性(它们能够做得非常小)、无限制的线性运动(不依赖于导螺杆)、每体积的高功率和无EM干扰。尽管有利，但基于压电的超声电机的缺点是它们需要额外的传感器来测量可致动部件(例如，轴、盘等)的位移的量和速度。这导致不准确的或开环的位置控制，这对于医学应用可能是限制因素。不准确性来自若干主要来源。一个来源是基于压电的超声电机的不准确物理模型。具体地，尽管基于压电的超声电机的控制模型在本领域中是已知的，但它们是非线性的并且取决于环境(例如，温度、所需的扭矩/负载)，并且因此基于压电的超声电机的现有控制模型已经被证明是不可靠的。第二个来源是基于压电的超声电机与环境的相互作用。更具体地，基于压电的超声电机可能经历无法被检测到并由开环控制系统补偿的阻力(例如，来自组织)。最后，由将运动信号转换成将引起运动的压电晶体的振荡的时间或惯性引起的系统中的延迟。缓解这些问题的一些方法包括使用位移传感器，例如霍尔效应传感器、电阻传感器或光学编码器。这些传感器必须靠近基于压电的超声电机或在其本身上安装，从而增加了机构的尺寸。而且，这些传感器可能没有足够的分辨率来检测基于压电的超声电机与环境的相互作用。
技术实现思路
为了改进超声引导系统，本公开提供用于通过使用医学工具的组合超声成像和超声电机的声学感测来控制具有超声电机的医学工具的专利技术，从而将医学工具准确地定位在解剖区域内。本公开的专利技术的一个实施例是一种超声感测引导系统，其采用包括超声电机的医学工具，所述超声电机用于相对于解剖区域致动医学工具。超声感测引导系统还采用超声换能器和超声感测引导控制器。在操作中，超声换能器生成超声感测数据，所述超声感测数据指示当超声电机相对于解剖区域致动医学工具时由超声换能器对由超声电机发射的声波的感测，并且超声感测引导控制器响应于由超声换能器生成声学感测数据而控制由超声电机对医学工具的致动。本公开的专利技术的第二实施例是采用工具致动检测器和超声电机致动器的超声感测引导控制器。在操作中，工具致动检测器响应于由超声换能器生成声学感测数据而检测由超声电机在解剖区域内对医学工具的致动，所述声学感测数据指示当超声电机在解剖区域内致动医学工具时由超声换能器对由超声电机发射声波的感测。医学工具致动器响应于由工具致动检测器对超声电机在解剖区域内致动医学工具的检测而控制由超声电机在解剖区域内对医学工具的致动。本公开的专利技术的第三实施例是超声感测引导方法。超声感测引导方法涉及超声感测引导控制器控制由超声电机在解剖区域内对医学工具的致动。超声感测引导方法还涉及超声换能器生成声学感测数据，所述声学感测数据指示当超声电机在解剖区域内致动医学工具时由超声换能器对由超声电机发射声波的感测，其中，超声感测引导控制器响应于由超声换能器生成声学感测数据而控制由超声电机在解剖区域内对医学工具的致动。出于描述和要求保护本公开的专利技术的目的：(1)术语“超声感测引导系统”广泛地涵盖如本公开
中所已知的和在下文中所构思的所有超声引导系统(其并入了本公开的专利技术原理)，其用于通过使用医学工具的组合超声成像和超声电机的声学感测来控制具有超声电机的医学工具，从而将医学工具精确地定位在解剖区域内。已知的超声引导系统的范例包括但不限于Sparq超声系统、Epiq超声系统、SonixGPS超声引导系统、ACUSONS3000TM超声系统、flexFocus400exp超声系统；(2)术语“超声感测引导方法”广泛地涵盖如本公开领域中已知的和在下文中所构思的所有超声引导方法(其并入了本公开的专利技术原理)，其用于通过使用医学工具的组合超声成像和超声电机的声学感测来控制具有超声电机的医学工具，从而将医学工具精确地定位在解剖区域内；(3)术语“医学工具”广泛地涵盖如本公开领域中已知的和在下文中所构思的任何和所有类型的医学工具，其用于执行一个或多个特定任务以支持任何类型的医学流程，包括但不限于诊断、治疗和外科手术流程；(4)术语“致动”或其任何时态广泛地涵盖平移、旋转/或枢转形式的机械运动；(5)术语“超声电机”广泛地涵盖如本公开领域中已知的和在下文中所构思的所有电子电机，其由(一个或多个)部件的超声振动提供动力，所述部件包括但不限于(一个或多个)压电部件；(6)术语“超声换能器”广泛地涵盖如本公开领域中已知的和在下文中所构思的任何和所有超声换能器，其适于针对发射和接收超声波进行生成。超声换能器的范例包括但不限于经食道超声心动(TEE)探头、心内探头(ICE)、鼻内探头和血管内超声(IVUS)探头；(7)术语“控制器”广义地涵盖在本公开的超声感测引导系统内采用或链接到其的专用主板或所容纳的专用集成电路的所有结构配置，其用于控制本公开的各种专利技术原理的应用，如本文中随后示范性描述的。控制器的结构配置可以包括但不限于(一个或多个)处理器、(一个或多个)计算机可用/计算机可读存储介质、操作系统、(一个或多个)应用模块、(一个或多个)外围设备控制器、(一个或多个)接口、(一个或多个)总线、(一个或多个)插槽和(一个或多个)端口；(8)术语“应用模块”广泛地涵盖机器人控制器的部件，其包括用于执行特定应用的电子电路和/或可执行程序(例如，存储在非瞬态计算机可读介质上的可执行软件和/或固件)；(9)术语“信号”、“数据”和“命令”广泛地涵盖如本公开领域中所理解的以及在本文中示范性描述的所有形式的可检测物理量或脉冲(例如，电压、电流或磁场强度)，其用于传递信息和/或指令以支持应用如本文随后描述的本公开的各种专利技术原理。本公开的部件之间的信号/数据/命令传递可以涉及如本公开领域中已知的和在下文中所构思的任何通信方法，包括但不限于通过任何类型的有线或无线介质/数据链路的信号/数据/命令发送/接收，以及上传到计算机可用/计算机可读存储介质的信号/数据/命令的读取。通过以下结合附图阅读的本公开的专利技术的各种实施例的详细描述，本公开的专利技术的前述实施例和其他实施例以及本公开的专利技术的各种特征和优点将变得更加显而易见。详细描述和附图仅仅是对本公开的专利技术的说明而不是限制，本公开的专利技术的范围由权利要求及其等价方案限定。附图说明图1图示了根据本公开的专利技术原理的超声感测引导系统的示范性实施例。图2A图示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声感测引导系统，包括：医学工具(30)，其包括超声电机(40)，所述超声电机在结构上被配置为相对于解剖区域致动所述医学工具(30)；超声换能器(50)，其在结构上被配置为生成声学感测数据，所述声学感测数据指示当所述超声电机(40)相对于所述解剖区域致动所述医学工具(30)时由所述超声换能器(50)对由所述超声电机(40)发射的声波的感测；以及超声感测引导控制器(70)，其在结构上被配置为响应于由所述超声换能器(50)对所述声学感测数据的生成而控制由所述超声电机(40)对所述医学工具(30)的致动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.19 US 62/435,9451.一种超声感测引导系统，包括：医学工具(30)，其包括超声电机(40)，所述超声电机在结构上被配置为相对于解剖区域致动所述医学工具(30)；超声换能器(50)，其在结构上被配置为生成声学感测数据，所述声学感测数据指示当所述超声电机(40)相对于所述解剖区域致动所述医学工具(30)时由所述超声换能器(50)对由所述超声电机(40)发射的声波的感测；以及超声感测引导控制器(70)，其在结构上被配置为响应于由所述超声换能器(50)对所述声学感测数据的生成而控制由所述超声电机(40)对所述医学工具(30)的致动。2.根据权利要求1所述的超声感测引导系统，其中，所述超声感测引导控制器(70)包括：工具致动检测器(71)，其在结构上被配置为响应于由所述超声换能器(50)对声学感测数据的生成而检测由所述超声电机(40)对所述医学工具(30)的所述致动；以及医学工具致动器(72)，其在结构上被配置为响应于由所述工具致动检测器(71)对所述医学工具(30)相对于所述解剖区域的致动位置的检测而控制对所述医学工具(30)的所述致动。3.根据权利要求2所述的超声感测引导系统，其中，所述工具致动检测器(71)检测所述医学工具(30)相对于所述解剖区域的致动位置；其中，所述医学工具致动器(72)生成运动致动命令，所述运动致动命令指导对所述医学设备从所述致动位置到所述医学工具(30)相对于所述解剖区域的目标位置的所述致动；并且其中，所述超声电机(40)响应于由所述医学工具致动器(72)对所述运动致动命令的生成而将所述医学工具(30)从所述致动位置致动到所述目标位置。4.根据权利要求3所述的超声感测引导系统，其中，所述医学工具致动器(72)根据所述致动位置与所述医学工具(30)相对于所述解剖区域的所述目标位置之间的误差来导出所述运动致动命令。5.根据权利要求1所述的超声感测引导系统，其中，所述超声感测引导控制器(70)包括：运动命令分析器，其在结构上被配置为断定由所述超声感测引导控制器(70)对由所述超声电机(40)致动所述医学工具(30)的所述控制的状态，所述状态是根据由所述运动命令分析器对所述声波的波形分析来导出的。6.根据权利要求1所述的超声感测引导系统，其中，所述超声感测引导控制器(70)包括：控制延迟补偿器，其在结构上被配置为检测由所述超声感测引导控制器(70)对由所述超声电机(40)致动所述医学工具(30)的所述控制中的任何时间延迟。7.根据权利要求1所述的超声感测引导系统，其中，所述超声感测引导控制器(70)包括：运动分析器，其在结构上被配置为确定所述超声电机(40)的致动状况，所述致动状况是根据由所述运动分析器对所述声波的预期波形与所述声波的实际接收波形之间的任何差异的分析来导出的。8.根据权利要求1所述的超声感测引导系统，其中，所述超声感测引导控制器(70)还包括：诊断管理器，其在结构上被配置为诊断由所述声波的波形指示的所述超声电机(40)的任何问题。9.根据权利要求1所述的超声感测引导系统，其中，所述超声换能器(50)还在结构上被配置为生成超声成像数据，所述超声成像数据指示当所述超声电机(40)相对于所述解剖区域将所述医学工具(30)致动到所述目标致动位置时所述医学工具(30)相对于所述解剖区域的超声成像；并且其中，所述超声感测引导控制器(70)还在结构上被配置为响应于由所述超声换能器(50)对所述超声成像数据的生成而描绘所述医学工具(30)相对于解剖区域的所述成像内的目标位置。10.一种用于超声换能器(50)和包括超声电机(40)的医学工具(30)的超声感测引导控制器(70)，所述超声感测引导控制器(70)包括：工具致动检测器(71)，其在结构上被配置为响应于由所述超声换能器(50)对声学感测数据的生成而检测所述医学工具(30)相对解剖区域的致动，所述声学感测数据指示当所述超声电机(40)相对于所述解剖区域致动所述医学工具(30)时由所述超声换能器(50)对由所述超声电机(40)发射声波的感测；以及医学工具致动器(72)，其在结构上被配置为响应于由所述工具致动检测器(71)对由所述超声电机(40)相对于所述解剖区域致动所述医学工具(30)的检测而控制由所述超声电机(40)相对于所述解剖...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·波波维奇，R·塞普，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL