成像探头在医疗程序期间的操纵的制作方法
【专利说明】成像探头在医疗程序期间的操纵
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2012年7月27日提交的并且名称为"ROBOTIC ULTRASOUND IMAGE⑶IDANCE INRADIOTHERAPY"的美国临时专利申请第61/676, 429号的优先权， 其以其整体通过引用并入。本申请还要求于2013年3月15日提交的并且名称为 "RADIOTHERAPYTREATMENT PLANNING TECHNIQUES"的美国临时专利申请第61/799, 385 号的 优先权，其以其整体通过引用并入。
[0003] 通过引用并入
[0004] 在本说明书中提到的所有的公布和专利申请以如同每个单个的公布或专利申请 被特别地并且单个地指示为通过引用并入的相同的程度通过引用并入本文。
[0005] 背景
[0006] 外束辐射疗法（EBRT)在世界范围的所有的癌症患者中的多于一半的疾病管理 中使用。EBRT递送方案（例如，立体定向体部福射治疗（Stereotactic Body Radiation Therapy))和肿瘤检测方法（例如，分子成像）中的最新进展为使用越来越高的消融辐射 剂量治疗越来越小的病变以最大化局部控制率铺平了道路。根据这些趋势，高剂量保形性 (high dose conformality)对于把治愈剂量递送至目标同时避开周围的健康的结构是重 要的。在束递送期间随机的和准周期性的解剖结构运动对实现这种保形性构成了基本的威 胁，并且因此约束EBRT的治愈潜力。
[0007] 用于在束递送期间局部化腹部目标的现有的和正在出现的技术采用植入的基准 标记物的追踪、外部代用品的追踪或通过磁共振图像的引导。然而，这些技术不可以使用现 有的辐射递送平台提供实时的体积的非侵入的无标记的软组织图像引导能力。因此，存在 改进EBRT的广泛的技术能力和临床结果的很大的机会。
[0008] 在配置为在辐射疗法期间成像的系统的设计中仍然有若干个关键的问题，包括： (1)以对辐射疗法工作流程的最小干涉在延长的时间内可靠地获得3D超声图像；（2)改进 用于超声数据的定量解译的处理时间；以及（3)避免超声换能器的与辐射递送的干涉。本 文描述的系统意图解决这些问题中的某些。
[0009] 公开内容的概述
[0010] -般地，在一个实施方案中，一种用于在医疗程序期间使用的成像探头操纵器包 括具有配置为附接至成像探头的连接器的第一操纵器连杆机构、在第一接合部处联接到第 一操纵器连杆机构的第二操纵器连杆机构以及在第二接合部处联接到第一操纵器连杆机 构或第二操纵器连杆机构的第三操纵器连杆机构。第一接合部或第二接合部具有自由度。 成像探头操纵器包括链接至该自由度的力控制传动部件。力控制传动部件配置为当成像探 头与患者接触时维持在成像探头上的预确定的力。
[0011] 该实施方案和其他实施方案可以包括以下的特征中的一个或多个。力控制传动部 件可以是系列弹性力控制部件。系列弹性力控制部件可以包括多个弹簧。系列弹性力控制 传动部件可以包括配置为通过调整多个弹簧中的每个中的张力来保持预确定的力的马达。 成像探头操纵器还可以包括联接至该多个弹簧中的至少一个弹簧的位置编码器，并且马达 可以响应于位置编码器的输出被操作。系列弹性力控制传动部件可以包括配置为控制该多 个弹簧中的每个中的弹性的量的手动刻度盘。成像探头可以是超声探头。连接器可以配置 为在成像探头操纵器在辐射疗法期间在使用中时可移除地接纳第一成像探头并且在成像 探头操纵器在医疗成像程序期间在使用中时可移除地接纳第二成像探头。第一探头可以是 可操作的并且第二探头可以是不可操作的。第二探头可以由实质上非金属的部件制成。操 纵器连杆机构的毗邻于成像探头的至少一部分可以由实质上非金属的部件制成。操纵器连 杆机构的毗邻于成像探头的至少一部分可以由低辐射吸收材料制成。成像探头操纵器还可 以包括在第一接合部或第二接合部上的至少一个制动器。成像探头操纵器可以还包括与制 动器联接从而检测制动器的位置信息的至少一个编码器。该编码器可以是激光编码器。该 至少一个制动器可以是电磁制动器。成像探头操纵器还可以包括配置为接收并且存储关于 该至少一个制动器的位置信息的控制器。电子控制器的存储器可以包括用于基于存储的位 置信息操作该至少一个制动器的指令。控制器可以配置为在操纵器在医疗成像程序期间在 使用中时接收位置信息，并且用于操作的控制器指令可以适合于当操纵器在基于医疗成像 程序的医疗疗法期间使用时使用。
[0012] 一般地，在一个实施方案中，一种用于在医疗程序期间使用的成像探头操纵器包 括配置为联接至成像探头的第一操纵器连杆机构；多个连杆机构和接合部，其联接至第一 操纵器连杆机构，该多个连杆机构和接合部被布置为提供成像探头的至少五个移动自由 度；多个制动器，其联接至接合部以锁定自由度中的至少四个；以及与每个制动器相关联 的编码器；以及力传动部件。力控制传动部件配置为当成像探头与患者接触时维持在成像 探头上的预确定的力。编码器配置为检测相关联的制动器的位置。
[0013] 该实施方案和其他实施方案可以包括以下的特征中的一个或多个。力传动部件可 以配置为沿着对于与制动器相关联的自由度中的一个是冗余的轴线被致动。
[0014] 一般地，在一个实施方案中，一种利用来自患者的目标解剖结构的便携式成像探 头的输入来计划辐射疗法的递送的方法包括：将连接至成像探头操纵器的便携式成像探头 定位成使得成像探头在取得患者的目标解剖结构的图像所期望的位置中，在成像探头在期 望的位置中时使用便携式成像探头对患者的目标解剖结构的一部分成像，实施患者的解剖 结构的一部分的计划医疗成像扫描，以及在把便携式成像探头的存在考虑在内时计划辐射 疗法递送。
[0015] 该实施方案和其他实施方案可以包括以下特征中的一个或多个。成像探头操纵器 可以具有多个接合部。定位便携式成像探头可以包括把接合部中的至少某些锁定在合适位 置。方法可以包括在把接合部中的至少某些锁定在合适位置之后存储接合部的位置。实施 计划医疗成像扫描的步骤可以在便携式成像探头在期望的位置中时执行。定位步骤或成像 步骤可以利用用于把疗法递送至患者的目标解剖结构的辐射递送系统的几何配置的知识 来确定。定位步骤或成像步骤可以利用在向患者的目标解剖结构的疗法递送期间使用的可 能的辐射疗法束布置的几何配置的知识来确定。方法可以包括在辐射疗法之前利用患者的 目标解剖结构的一部分的模拟的便携式探头图像来告知定位便携式探头。低剂量CT扫描 可以用于模拟来自便携式探头的图像。方法可以包括在辐射疗法之前使用来自患者的目标 解剖结构的一部分的成像扫描的骨骼或气体数据来告知定位便携式探头。在定位步骤中， 操纵器可以锁定各种接合部或提供对各种接合部的阻力以防止探头操作者把探头移动至 可能干扰治疗递送装置或辐射束的特定位置。在定位步骤中，操纵器可以主动地控制各种 接合部以把探头朝向根据治疗几何学或模拟的图像被确定为是合适的特定位置推动。方法 可以包括使用联接至操纵器的可视化平台以在定位步骤、成像步骤或计划步骤期间提供位 置、姿势或压力信息。方法可以包括使用联接至操纵器的可视化平台以检测成像探头和成 像探头操纵器与待在患者目标解剖结构的之后的辐射疗法中使用的物理的治疗系统部件 和/或计划的治疗束中的一个或二者的可能的干涉。方法可以包括利用来自可视化平台的 输出以用于成像探头和成像探头操纵器的定位以避开物理的治疗系统部件和/或计划的 治疗束。方法可以包括利用多个来自可视化平台的输出以用于定位成像探头和成像探头操 纵器，该输出中的每一个对应于用于辐射疗法的一部分对探头和操纵器的定位，使得对于 在该部分期间的束，探头和操纵器避开治疗系统部件和计划的治疗束。方法可以包括：在 操纵器和探头在相应的输出中的一个中的情况下，将辐射疗法的第一部分递送至患者，以 及在操纵器和探头在相应的输出中的另一个中的情况下，将辐射疗法的第二部分向患者递 送。计划步骤可以使用包括非金属材料的可以联接至成像探头操纵器的不可操作的探头来 执行。不可操作的探头可以包括不同的密度以指示实际的成像探头中的不同的密度，使得 高密度的区域可以在计划过程中避免。成像探头可以通过连接器连接至成像探头操纵器， 并且连接器可以包括具有在其中的凝胶或流体的杯子。实施步骤可以利用联接至成像探头