[发明专利]可致动医学工具的超声引导

说明书

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。

技术领域

本公开的发明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、ACUSON S3000^TM超声系统、flex Focus400exp超声系统等)。本公开的发明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。

背景技术

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。

发明内容

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发明，从而将医学工具准确地定位在解剖区域内。

本公开的发明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。

本公开的发明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。