专利名称：体内hifu施加装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在诸如人或其它哺乳动物为主体的活体内加诸如聚焦的超声波能的声能。
背景技术：
通过从病人或其他哺乳动物体外施加能量于病人或其他哺乳动物(以下称主体)体内的治疗形式有多种。在人工高温治疗时，从体外施加超声波或射频能量加热活体组织。所施加的能量可聚焦至体内的一小部位上，以将这部位上的组织加热至能产生所需治疗效果的温度。该技术可被用来有选择地破坏体内不想要的组织。例如，通过施加热量来将组织加热到足以将它杀死的温度，通常是约60°至80℃，来破坏肿瘤或其它不希望有的组织，但不会破坏相邻的正常的组织。这个过程通常被称为“热切除”。其它的人工高温治疗包括有选择地加热组织，从而有选择地激活药物或促进主体体内的选定部分的某些其它生理变化。有的治疗例如在超声波碎石术中用所施加的能量破坏在体内的异物或沉积物。
在大多数情况下，在上述治疗方法中所施加的聚焦的超声能都是从放置在体外的超声波能源发出的。例如，在还未授权的、共同转让的在1998年5月22日提出申请的美国专利申请09/083,414和也是在1998年5月22日申请的相应的国际申请PCT/US98/10623揭示了一些实施例，该两专利的内容在此援引以作参考，其中描述了同时采用一磁共振装置的系统来施加聚焦的超声波能。例如在Aida等人的美国专利5,590,653的
图1和Oppelt等人的美国专利5,624,382的图1中也公开了一种外部超声波能量施加器。这些外部超声波能源将超声波能穿过活体的组织送到所需治疗的位置。提出了多种建议来将超声波能源插入体内以及将这种体内能源的能量聚焦在所要治疗的位置。例如，前述Oppelt等人的‘382专利的图5图示了一治疗用超声波换能器(transducer)，它可插入直肠中，使超声波能穿过直肠壁射向前列腺。Aida等人的‘653专利公开了体内换能器阵列的种种形式(图9-12)。载于IEEE会报超声波、铁电和频率控制专辑43卷，第6期，1011-1022页(1996年11月)的Diederich的“用于前列腺热治疗的经尿道的超声波阵列的初步研究”(Diederich，Transuretheral Ultrasound Array For Prostate ThermalTherapyInitial Studies，IEEE Transactions On Ultrasonics，Ferroelectrics and Frequency Control，Vol.43，No.6，pp.1011-1022)一文公开了一种杆状的置于一导管内的超声换能器。这种杆状换能器不聚焦超声波，而是提供一声压分布，它在靠近换能器处最大，随着距离的增加而变小。在使用中，换能器插入尿道，导管用水流冷却。冷却水限制尿道壁的温度上升。远离尿道的前列腺组织用所施加的能量加热。
尽管有了这些和其它使用体内超声换能器的尝试，但仍然有进一步提高的必要。
发明概要本发明的一个方面提供一种在主体体内施加声波能的探针。根据本发明的第一方面，该探针包括一具有一近端和一可插入主体体内的远端的探针本体。探针还包括一靠近探针本体的远端设置的空间分布超声波换能器(ultrasonic transducer)。用于本文中的术语“空间分布超声波换能器”指的是可从多个彼此隔开的位置发射声波的声波换能器。空间分布换能器的一个形式是多个间隔安装在若干部位的离散换能器元件。空间分布换能器的另一形式是一片连续的换能器材料。在这样一种连续片材换能器中，片材的诸区域彼此隔开，从而能在多个分开的部位发射声波。根据本发明第一方面的探针还包括当探针的远端，亦即当分布换能器置于主体的体内时，使分布换能器的一个部分相对分布换能器的另一部分移动的装置。这种移动改变分布换能器的结构形状，从而将从分布换能器发射的声波聚焦在相对于探针的一选定部位的焦点。
分布换能器可包括一可变形的元件，该元件可与换能器的作用部分(active element)分开。或者，可变形元件可与一连续的换能器片材一体形成。在最简单的实施例中，整个分布换能器只包括一诸如由压电材料形成的细长条的连续的片材元件和诸用于激励材料的那些部分的电极。或者，分布换能器包括多个分开的、间隔地安装于可变形元件的换能器元件。可变形元件可采用一具有一安装于探针本体的固定端和一自由端的细长条，控制变形的装置包括一可移动地安装于探针本体的控制元件。控制元件最好是一具有一连接于条的自由端的远端和延伸到探针本体近端的一近端的柔软电缆。因此，通过拉动柔软电缆可将可变形元件弯曲到所需的弯曲程度。或者，可变形元件可包括一具有一中心区和一围绕中心区的周边区的盘状元件。控制变形的装置可包括使周边和中心区相对移动的装置。
在另一形式中，探针可包括多个可移动地安装于探针本体的远端附近的支承件，分布换能器则包括多个安装于支承件的换能器元件。使换能器的一部分相对另一部分移动的装置可包括使一个或多个支承件相对探针本体移动的装置。例如，多个支承件包括多个基本上像伞的径向伞骨的形式设置的细长支承件。因此，诸细长支承件具有可枢转地连接于一公共件的诸中心端和远离中心端的诸周边端。换能器元件安装于细长支承件的靠近周边端处。诸支承件可相对于公共件枢转，即在周边端靠近中心轴线的收拢状态与周边端远离中心轴线的扩大状态之间枢转。枢转装置可包括一控制件和多个支柱。每一支柱有一可枢转地连接于控制件的第一端和连接于远离这个支承件中心端处的一个细长支承件的第二端。枢转支承件的装置包括使控制件和公共件彼此相对运动的装置。例如，探针本体包括一细长管状元件，一柔软电缆可设置在管状元件中。电缆可连接于控制元件，管状元件的远端连接于公共件，或者反过来。
在另一结构中，探针本体的远端自身可变形，分布换能器可沿探针本体的远端设置，从而探针本体远端的变形可以使得换能器的一部分相对另一部分移动。例如，探针本体是细长的，分布换能器包括诸分开的换能器或一连续片材的沿探针本体的长度方向彼此分开的诸部分。使探针本体的远端变形的装置包括使探针本体的远端垂直于其长度方向弯曲、从而改变分布换能器曲率的装置。探针本体的远端可进入体内空间，探针本体可在远端在体内空间中时变形。例如，探针本体可经尿道进入泌尿器膀胱(urinary bladder)，当探针本体的远端在泌尿器膀胱中时，探针本体的远端可被弯曲。
本发明的另一方面是提供将声能施加在主体体内的探针，该探针包括一细长探针本体，它具有一远端和一靠近探针本体的远端设置的空间分布声换能器。在根据本发明这个方面的一探针中，分布换能器可在分布换能器具有沿垂直于探针本体细长方向的方向的尺寸较小的收拢状态与分布换能器具有较大的横向尺寸并因此从探针本体沿垂直于探针本体细长方向的一个或多个方向延伸的扩大状态之间运动。根据本发明这个方面的探针包括控制分布换能器在收拢状态与扩大状态之间移动的装置。在根据本发明这个方面的探针中，移动控制装置可在扩大状态时有选择地改变分布换能器的结构形状，从而改变换能器发射的声波的焦点。
本发明的其他方面则提供超声波治疗的诸方法。
附图简要说明图1是一示意图，它示出了根据本发明一个实施例的探针和其它装置。
图2是一局部的示意性的剖面图，它示出了图1探针的一部分。
图3是一局部的示意图，它示意性地示出了图1-2的探针的电的方面。
图4是一局部的立体图，它示出了处在一种状态的图1-3的探针。
图5是一类似于图4的视图，但它示出了探针一不同的状态。
图6、7和8是本发明其它实施例的探针的示意图。
图9是一局部的剖面图，它示出了本发明另一实施例的探针。
图10是一局部的立体示意图，它示出了本发明另一实施例的探针的部分。
图11是一类似于图10的视图，但它示出了图10的探针在操作过程中的一个不同状态。
图12是一局部示意图，它示出了根据本发明另一实施例的在操作过程中的一个状态中的探针的部分。
图13是一类似于图10的视图，但它示出了图12的探针在操作过程中处在不同的状态下。
图14是沿图12的线14-14截取的示意性的剖视图。
图15是一局部的示意性剖视图，它示出了本发明另一实施例的探针。
图16是一局部示意图，它示出了本发明另一实施例的探针。
图17是局部的示意性剖视图，它示出了本发明另一实施例的探针。
图18是沿图17的线18-18截取的剖视图。
本发明的较佳实施例本发明一实施例的探针包括一探针本体20，它有一近端22和一可插入主体体内的远端24。探针本体20可以是传统的导管、内窥镜或其它传统的医疗装置。图中所示的探针本体为细长管子的形式，它具有一在近端与远端之间延伸的内孔26。一可变形的分布声换能器30安装在探针本体的远端24。如图2所示，换能器30包括一诸如聚偏1，1-二氟乙烯(polyvinyledene fluoride)压电材料的压电聚合物材料的连续片材32。美国专利4,830,795、4,268,653和4,577,132描述了这类材料。可从宾夕法尼亚州的Norristown的Measurement Specialties公司获得较佳的压电聚合物。换能器还包括一衬托层34和设置在压电层32相对两侧的电极36和38。衬托层34可由例如柔软的绝缘聚合物、柔软的金属带或类似材料所形成。电极成对形成。每一对电极包括设置在压电层32一侧的第一电极36和设置在压电层另一侧的与第一电极对齐的第二电极38。例如，电极36a和38a(图2和3)形成一对，而电极36b和38b(图3)形成另一对。电极连接于沿层32和34延伸的若干导体40。可用诸如用来形成柔性印刷电路的那些技术制造这些导体。
为清楚起见，图2中各个元件的厚度都被大大地夸大。事实上，整个换能器做成一体的、条状结构。因此，电极可以是在层32两相对侧的薄的导电涂层。
换能器30总的呈细长柔软的条形，它具有一连接于探针本体20远端24的固定端42和远离固定端的自由端44。电极对36、38沿条的长度方向设置。若干导体40连接于其它的在图2中可看见一些的导体46。导体46延伸至探针本体的近端22和在探针本体近端的电连接件48(图1)。
一柔软电缆50形式的控制元件连接于条或换能器30的自由端。电缆50可滑动地容纳在探针本体的孔26内并延伸到一近端元件52。而该端部元件52通过一连接件54连接于探针本体的近端22。连接件54包括一控制近端元件52相对探针本体的近端的位置的机械装置，从而控制控制元件50相对探针本体20的位置。图中所示的连接件包括一可手动调节的轮子56、一螺纹杆58和一螺母60螺旋啮合在螺杆58上。轮56和螺杆58可转动地安装于连接件的一个元件上，而螺母60可枢转地安装于连接件的另一元件，从而通过转动轮子56和螺杆58，连接件可扩大或收拢，由此驱动近端元件52相对探针本体前后移动。图2中所示的连接件仅仅是示例性的。能够使一个元件相对另一元件移动到所需位置的任何其它传统的定位装置都可使用。例如，凸轮、杠杆、电动机械致动器和液压致动器都可采用。还有，连接件可省略，通过手动使近端元件52相对探针本体的近端移动。探针也可设置有一独立的装置(未示出)，以有选择地将控制元件或电缆50锁定在相对探针本体的位置上。
条或换能器30在其自由的未变形的情况下几乎是平的，如图1中的点划线30’所示。通过使控制元件或电缆50在缩回方向朝向探针本体的近端22移动，条的自由端44就开始接近固定端42，由此使换能器或条变形，成为有较大曲率的结构，包括如图1中用点划线30″图示的和图5中图示的拱形状态。在完全是细长的或收拢的状态30’下，条靠近探针本体远端的轴线62。在完全拱形或膨胀的状态30″下，探针横向伸出轴线62。
下面还将进一步描述，可将换能器作为一多元件阵列驱动，以使超声波聚焦在在条的曲率64的中心附近的焦点区65内的一焦点上。通过改变供应到阵列的电信号的相位(phasing)，焦点就可在焦点区内移动。但是，换能器的弯曲可使曲率中心和焦点区移动。当换能器在完全收拢或平的状态下，焦点位于离轴线62较远的距离。当换能器不断弯曲时，曲率64的中心及焦点区和焦点就移动得靠近轴线62。换能器处在图1中实线所示的和图4中所示的略微弯曲位置时，曲率64的中心在所示的位置。当换能器处在较弯曲位置时，如图1中点划线30″所示和图5中所示，曲率中心在位置64″。
探针与监视和驱动元件联合使用(图1)。一开关70通过一多导体电缆连接于与连接器48匹配的连接器72。设置一阻抗测量装置74。阻抗测量装置可通过开关70连接于一对设置在换能器30相对两端的电极38a和38g，使得阻抗测量装置能够测量压电层32内从压电层的一端到另一端的电阻抗。因此，电极38a和38g用作阻抗测量电极。阻抗监控装置可包括一传统的桥接电路，电极38a与38g之间的阻抗在桥接电路的一个分支上。阻抗监控器也可包括安装在探针远端的、连接于在桥接电路中的温度补偿元件(未示出)，从而补偿温度对层32上的阻抗的影响。阻抗监控器也可包括诸如运算放大器和和模拟一数字转换器的传统构件，以提供在电极38a与38g之间的阻抗的数字读出。理想的是，将阻抗监控装置设置成监控AC阻抗而不是DC电阻。
压电层32内的电阻抗随层上的机械变形而改变。当条从未变形的完全收拢的状态30’朝完全膨胀弯曲的状态30″弯曲时，层32处于逐步增加层内的压缩和电阻抗的状态下。因此，电极38a与38g之间的电阻抗通过层32随条中的曲率度而改变。
在阻抗监控装置运行期间，未连接于电阻监控装置的电极36和38是不起作用的。根据电极的结构和排列，沿压电层的相当大的一部分的阻抗可通过沿不起作用的电极的导导性而短路。为了避免这种短路，和增加电极38a与38g之间的电阻的变化，通过一很薄的设置在电极与压电层表面之间的绝缘层(未示出)使中间电极38b、38c…和36b、36c…与压电层隔离。还设置了开关70以使电极38a和38g与电阻监控器74脱离，而使所有的电极36和38连接于HIFU驱动装置76。HIFU驱动装置76包括若干传统的相控阵列驱动器构件，以在每一电极对的电极36与38之间施加电压。这些电压随超声波频率而变化。变化的电压施加在压电薄膜32的每一对电极之间的区域上，并在每一这样的区域中引起机械振动。
HIFU驱动器76由一计算机78控制。计算机根据相控阵列超声波发射器的已知的工作原理控制施加到各个电极对的激励的频率和相位，使得出自压电层各个部分的超声波辐射在所需的焦点彼此加强。计算机78根据电阻监控器74的电阻测量储存换能器或条30的一曲率数值。该数值进入形成发射器阵列的几何形状的诸参数，这些参数用来以通常的方式计算施加到阵列每一元件上的适当信号。这样的计算在本领域内是众所周知的，并采用的是已知的方法，故在此不作详细描述。
计算机78与传统的显示器和输入/输出装置80诸如一CRT的或其它的图像显示器以及一鼠标、操纵杆或其它的控制元件相连。一诸如磁共振成像的成像系统、x射线或CAT扫描成像系统82也连接于计算机。成像系统设置成实时地提供数据，这些数据构成了病人体内的靠近探针远端24的内部结构的图像。该图像包括探针的远端和换能器30。
一诸如探测诸磁场分量的传感器例如检测器51也安装于探针的远端。另外的穿过探针本体至探针近端的诸导体(未示出)将检测器51连接于一位置检测装置53。位置检测装置53设置成根据传送至或来自检测器51的磁或电磁场探测检测器51的位置和/或方位。例如，在国际专利公开WO 95/09562中(其内容在此援引用作参考)描述说，检测器51可以设置成接受或传输磁场分量，与安装在一固定的参考系或固定于病人体内的适当部分的参考系中的其它的检测器(未示出)一起使用。如在这些公开中所描述的，位置检测装置53设置成在这样的参考系中确定探针远端的位置和/或方位。在这些专利和公开中还描述说，计算机78可将探针远端的位置和方位与来自成像系统82的的成像数据组合在一起，使得位置和方位数据以及成像数据处在一个共同的参考系。显示器82可以显示探针远端和换能器在相对于被显示的解剖结构的正确位置的画像。这样一种图像可以以多种视角显示。
在操作中，探针远端进入病人体内，直到探针远端靠近病人的要治疗的的区域。探针可进入自然形成的体内腔穴，如肠胃道循环系统、呼吸道或尿道。当探针在前进时，换能器30最好处在完全收拢或平的位置30’(图1)，使得换能器在垂直于探针远端的轴线62的方向的范围较小。这有助于探针通过病人体内的有限空间前进。
一旦探针远端接近要治疗的解剖结构，医生通过操作旋钮56和联接件54从而使控制元件或电缆50移动来调节换能器的曲率，由此将换能器的自由端拉向固定端42和探针的远端。当联接件被调节时，开关70和电阻监控器74探测换能器的曲率。计算机78在显示装置80上显示出对应于换能器曲率中心64的位置的一个标志。该位置和方位根据由检测器51探测的探针远端的位置和由电阻监控器74测量的换能器曲率来计算。
当医生调节联接件60时，电阻监控器74记录换能器30的变化的曲率。计算机显示重叠在来自成像装置82的解剖结构绘图上的曲率中心64的新的位置。计算机也可显示重叠在解剖结构上的焦点区域65的图像。当医生对曲率中心相对于要治疗的解剖结构的适当位置感到满意时，他就驱动计算机和HIFU驱动器，将聚焦的超声波能施加在焦点区域65内的一个或多个所需的位置。Ebbini等人所著的“多聚焦相控阵列加热图形的强度增益的最佳化”一文载于Int.J.Hyperthermia(Optimization of the Intensity Gain ofMultiple-Focused Phased Array Heating Patterns，Int.J.Hyperthermia)，1991年，第7卷，#6，第953-973页；Ebbini等人所著的“多聚焦超声波相控阵列图形综合对人工加热治疗的最佳驱动信号分布”一文载于IEEE会刊的超声、铁电和频率控制专辑(Multiple-Focused Ultrasound Phased-ArrayPattern SynthesisOptimal Driving Signal Distributions forHyperthermia.IEEE Transactions on Ultrasonics，Ferro Electrics andFrequency Control)第36卷第540-548(1989)页以及Fan等人所著的“用一16元件相控阵列的无侵犯超声波手术过程中的对坏死的组织体积的控制”一文载于医学物理(Control Over the Necrosed Tissue Volume During Non-Invasive Ultrasound Surgery Using a 16-Element Phased Array，MedicalPhysics)第22卷(#3)，第297-305(1995)页，它们都公开了超声相控阵列的结构和这些阵列的计算机模拟。这些文章的内容在此援引以作参考。在一些超声波治疗进行之后，可调节换能器的曲率，从而移动曲率中心和条的操纵区域(beam steering region)。还有，探针可根据需要再定位，从而相对病人移动曲率中心和条的操纵区域。
在对上面讨论的有所变化的一种系统中，通过监控控制元件或电缆50’相对探针本体20’的位置来监控换能器的曲率。例如，一电位器49(图6)，一光编码器或其它传统的位置监控装置可以连接在控制电缆上的近端元件52’与探针本体的近端22’之间。控制电缆或控制元件50’相对于探针本体20’的相对位置的测量值可直接转换成换能器30的曲率。在另一有所变化的形式中，类似于结合图1和2在上面描述的位置检测器51的两个或更多个位置检测器151(图7)可设置在可变形换能器自身上。这些检测器的位置和方位可转换成换能器的曲率，以及在病人的参考系中的换能器的位置和方位。
在另一形式(图8)的探针中，换能器为一组沿探针本体220本身的长度靠近探针本体远端设置的换能器元件230。至少探针本体的其上有若干换能器230的远端区域被设置成可以以控制的方式加以弯曲。探针本体可设置传统的装置(未示出)，以便以有控制的方式弯曲探针本体。换能器元件230可以是个体的、不连续的换能器，此外也可以是如前面结合图2讨论的整体压电片材的若干区域。诸换能器元件或片材构成一沿导管顶端延伸的空间分布换能器。探针本体的弯曲使换能器元件的阵列也弯曲，使得换能器的能量可以聚焦在一焦点区域264。这类柔软的换能器上可沿探针的长度设置位置检测器或其他装置，以直接探测探针的曲率度。在另一形式中，上面讨论的若干柔软的分布换能器可设置由若干压电元件分开形成的若干应变仪。例如，一柔软的条状换能器可包括一形成衬托层34的一部分或全部的应变敏感层加上适当的电极连接于这样的被托层。还有，一诸如应变敏感电线的不连续的应变仪可连接于条元件或嵌入其中。这样的应变仪可用于监控条或其它的分布换能器的曲率。
或者，或此外，可以通过给探针成像和根据这样的成像探测曲率来监控探针的曲率。探测可直观地完成，如操作员观察所显示的探针图像和测量显示器上的曲率。也可用传统的图样-识别程序，以表示图像的数据探测探针的曲线来探测曲率，可以以人看得出的形式显示或不显示图像。这些技术也可用于监控诸如上述的换能器30的一独立、柔软的换能器的曲率。
在其它形式中，个体的、不连续的若干换能器元件而不是单独的连续压电层可安装在一柔软的条上，如图2所示，以形成一空间分布的换能器。在另一形式中，具有如结合图2讨论的连续的压电层的空间分布的换能器空可只设置两个薄的柔软的电极，每个表面上各设置一个电极。这样的分布换能器不能作为相控阵列。但是，从这样的换能器发射的超声波能可通过改变换能器的曲率聚焦。
根据本发明另一实施例的装置(图9)有一隔膜形式的柔软换能器阵列330。隔膜安装在一壳体332内，使得由壳体构成的腔室331被隔膜所封闭。通过增加或减少腔室331内的压力，能将隔膜330调节到较大曲率的状态330’或调节到较小曲率的位置(未示出)。隔膜330可有一类似于上述的条形类换能器元件的结构的结构，最好包括一压电膜的连续层，在压电膜的相对两侧上设置电极336和338。但是，这些电极最好在隔膜的表面上设置成一两维阵列。在该结构的一个不同形式中，一控制元件连接于隔膜的中心，以将隔膜弯曲到曲率较大或曲率较小的状态。可用上述的阻抗监控或其它技术来探测这种隔膜的曲率。
根据本发明又一实施例的装置(图10和11)包括一组支承件402。每一支承件有一中心端404和一周边端406。这些支承件的中心端可枢转地连接于一公共件408，该公共件408又连接于控制元件或电缆450。还设置一组支柱410。每一支柱可枢转地连接于一个支承件402的中心端404与周边端406之间。每一支柱还可枢转地连接于一控制件412。控制件412安装于探针本体420的远端424。各个换能器元件430靠近支承件的周边端安装于支承件402。通过控制电缆或控制元件450相对于探针本体420移动，使公共件408相对控制元件412移动，这样换能器就可在图10所示的收拢或闭合结构与图11的实线所示的扩大状态之间移动，并移动到图11点划线部分所示的进一步扩大的过中心状态。在收拢或闭合状态(图10)，支承件402靠近探针本体的轴线462。在扩大状态，支承件离开轴线462朝外伸出。在图11点划线所示的扩大过中心位置，各个换能器430’将把它们的超声波能聚焦在一公共焦点位置。可通过相对控制件412移动公共件408以枢转支承件402，而调节该焦点的位置。
或者，或此外，诸换能器432可设置在支承件的相对侧。当这些支承件处在图11实线所示的状态时，换能器432对着公共焦点。在其它不同的形式中，控制件412和公共件408的连接可颠倒过来。因此，控制件412可连接于电缆或控制元件450，而公共件408可连接于探针本体。此外，诸元件的最初位置可颠倒，使得在收拢状态下，支承件402和支柱410沿探针本体朝后延伸，而不是从探针本体的远端朝前延伸。当然，支承件和支柱的数量可改变。还有，上述的用于监控连续、弯曲的换能器的曲率的方法可用在具有离散换能器元件和分开的支承件的换能器。因此，可将位置检测器设置在支承件402上。或者，可以监控控制元件450相对探针本体420的位置。
图10和11中所示的换能器组件是这样使用的使处在闭合或收拢状态的换能器组件进入体内腔穴如膀胱，然后，扩大换能器组件，使各换能器元件处在合适的位置，以将能量聚焦在一病变部分上，如在前列腺内的病变部分。治疗之后，组件回到闭合或收拢状态，并从病人体内抽出。
上述的探针可设置有覆盖超声波换能器的球或其它柔软的护套(未示出)。在使用中，这种护套注有诸如水或盐溶液的液体，使得护套能够靠在周围的组织上。来自换能器的超声波能穿过液体和护套传送到病人体内。液体可通过探针本体进出护套循环，来冷却换能器。
根据本发明另一实施例的探针(图12-14)包括一安装于细长探针502的远端的空间分布的可收拢换能器500。换能器500采用了多个叶片504。如平面图所示(图12和13)，每一叶片总的为楔形，具有一窄端和一宽端。如剖面图(图14)所示，每一叶片是弯曲的。每一叶片上有一个或多个换能器元件。例如，每一叶片可包括一具有一个或多个上述的电极的连续压电层或一组离散的换能器。叶片的窄端可枢转地彼此相连并可枢转地连接于探针本体502，以绕垂直于探针长度方向的一公共枢轴506运动。叶片可在图13所示的收拢状态与图12所示的扩大状态之间运动。在收拢状态，叶片彼此整个地或部分地重叠，而在扩大状态，每一叶片的至少一部分暴露，不被另一叶片覆盖。当换能器扩大或收拢时，这些叶片一个在另一个上滑动。收拢和扩大的动作类似于传统的日本扇子的动作。收拢和扩大动作可由穿过探针的控制电缆或其它元件(未示出)控制。或者，或此外，收拢或扩大动作可由弹簧机构、电、液压或气压机构或甚至由设置在探针远端附近的小电动机驱动。可采用诸如双金属或形状记忆金属的热响应元件。
在收拢状态下，诸分布换能器是小的；所有叶片靠近探针本体502的轴线。因此，换能器能容易地进入体腔内。例如，探针可插入阴道、直肠或口腔，并在病人体内扩大。最好是，选择每一叶片的曲率半径，使得当叶片在扩大状态时从所有叶片发射的声能聚焦在一共同点、线或区域上。叶片可以是刚性的或柔性的。如果叶片是柔性的，可设置类似于上述那些的控制元件(未示出)，使叶片一个个变形，或使叶片一起变形，可如以上所述设置诸监控叶片变形的装置，以监控各个可变形元件。
图15所示的实施例示出了使用可弯曲导管700或具有沿其远端在长度上分布的换能器702(如结合图8所描述的)的其它探针的一种方法。探针远端的内部最好注有液体、凝胶体或其它能量可透过的媒质，使得超声波能从换能器702穿过探针的折叠壁704。一电缆710设置有一连接于探针远端的端部，使得探针700可弯曲。与探针的折叠壁704相对的一侧具有可扩大的侧面712，以适应探针的弯曲。如图16所示，直径合适的刚性发射盘706形式的可动换能器设置在具有汽球状透射窗口708的注有液体或凝胶体的探针本体内。发射盘可动地安装于探针本体，从而通过移动发射盘可移动焦点的位置。
图17和18中所示的探针有一空心本体600，其靠近远端的横截面为非圆形，使得探针本体的宽度尺寸w大于厚度方向尺寸t，该两个方向都垂直于探针的细长方向的轴线602。探针本体的远端最好由一诸如聚碳酸酯的刚性聚合物所形成，而探针的其余部分可以是柔软的或刚性的。探针长度上的横截面可以是一致的，也可以靠近探针本体的近端逐渐变成圆形或其它形状(未示出)。探针本体有一沿探针长度方向和宽度方向延伸的窗口604。窗口被一诸如薄的能量可透射的隔膜或由诸如聚酰亚胺或乙二醇-改性聚对苯二甲酸乙二酯(glycol-modified polyethelyene terephtalate)(″FETG″)的聚合物所形成的收缩带所覆盖。一空间分布换能器606安装在探针本体内。换能器606具有一面对窗口的基本上在厚度方向t的发射表面。换能器606也沿探针本体的厚度方向和长度方向延伸。换能器606的伸出面积大于一个具有同样横截面面积的圆形横截面的置于探针本体内的换能器的伸出面积。在其它方面都相同的情况下，这可以使穿入到某一体腔或孔的探针中提供较大的声能辐射。
换能器606是可变形的。换能器可包括安装于一可变形元件的一单个的压电层或一组多个压电装置。换能器可包括一如上所述的条状元件，它围绕沿探针本体的宽度方向延伸的曲率轴线608弯曲。条的一端，最好是近端610固定于探针本体，而另一端612可自由地在探针本体内滑动。一个或多个滑动元件614设置在探针本体内。这些滑动元件连接于诸控制装置(未示出)，使得使用者能够有选择地使一个或多个滑动元件从图17所示的脱离位置到诸滑动元件设置在换能器606与探针本体的壁之间的啮合位置。诸控制元件可包括连接于其上的延伸到探针本体近端的部分滑动元件614或电缆，使得使用者能够有选择地操纵诸滑动元件。其它的装置诸如液压、气压或电机械致动器也可使用。在一静止状态，所有的滑动元件处在它们的脱离位置时，换能器606抵靠在与窗口604相对的探针本体的后壁。在该状态下，换能器606有一最小的曲率半径。使用者可通过朝前移动一个或多个滑动元件到图17中用614’表示的啮合位置。当滑动元件被啮合时，换能器变形成少弯曲的位置606’、606″等等。相应于啮合和被脱离的滑动元件的每一组合，换能器都有一已知的曲率。因此，不需要监控换能器曲率度的测量装置。
探针还包括冷却流体通道616，用于通过诸如水或其它进出探针远端的能量可透过液体的冷却剂。这些通道与探针本体一体形成，或与一个或多个滑动元件一体形成。
在图17和18所示的探针的一个不同形式中，换能器的形状总的是圆顶形，使得换能器绕一垂直于探针本体的细长轴线的第一轴线并沿平行于探针本体的细长轴线的第二轴线弯曲。换能器上的一点固定于探针本体。这里也是将诸滑动元件移到或移出啮合位置，使圆顶变平一些，或使圆顶回到较弯曲的状态。此外，尽管在上述说明中为方便起见使用术语“滑动元件”，但诸滑动元件可通过转动或其它运动而不是通过滑动进入和离开它们各自的啮合位置。
在上述实施例中，超声波换能器包括诸压电元件。但是，本发明也可应用于其它类型的超声波换能器，例如，磁致伸缩元件。
由于可以采用上述特征的种种变形以及其组合，所以前面所描述较佳实施例应该只是作为举例说明之用，而不是用于限制本发明，即本发明不限于以上的描述的实施例。
权利要求
1.一种在主体体内施加声波能的探针，它包括(a)一具有一近端和一可插入主体体内的远端的探针本体；(b)一靠近所述探针本体的远端设置的空间分布声波换能器；以及(c)当所述探针的远端置于主体的体内时，使所述分布换能器的一部分相对分布换能器的另一部分移动的装置。
2.如权利要求1所述的探针，其特征在于，所述分布换能器包括一设置在所述探针本体的靠近其远端的可变形元件，所述进行移动的装置包括控制所述可变形元件的变形的装置。
3.如权利要求2所述的探针，其特征在于，所述分布换能器包括一连续的换能器片材。
4.如权利要求3所述的探针，其特征在于，所述可变形元件与所述换能器片材是一体的。
5.如权利要求3所述的探针，其特征在于，所述换能器片材包括一压电层，所述压电层具有随应变(变形)而变化的电阻抗。
6.如权利要求5所述的探针，其特征在于，所述换能器包括诸检测应变的电极，这些电极与所述压电层在其上间隔开的位置接触，由此在所述应变检测电极之间的电阻抗与所述可变形元件的变形就相联系起来。
7.如权利要求2所述的探针，其特征在于，所述换能器包括多个间隔开地安装于所述可变形元件上的诸分开的换能器元件。
8.如权利要求2所述的探针，其特征在于，所述可变形元件包括一具有一安装于所述探针本体的固定端和一自由端的细长条，所述控制变形的装置包括一可移动地安装于所述探针本体的控制元件，所述控制元件具有一连接于所述条的自由端的远端和一延伸到所述探针近端的近端。
9.如权利要求8所述的探针，其特征在于，所述控制元件包括一柔软电缆。
10.如权利要求9所述的探针，其特征在于，所述探针本体包括一细长管状元件，所述柔软电缆穿过所述管状元件。
11.如权利要求2所述的探针，其特征在于，所述可变形元件包括一具有一中心区和一围绕所述中心区的周边区，所述控制变形的装置包括使所述周边和中心区相对移动的装置。
12.如权利要求11所述的探针，其特征在于，所述控制变形的装置包括一可移动地安装于所述探针本体的控制元件，所述控制元件连接于所述可变形元件的一部分，所述可变形元件的另一部分连接于所述探针本体，使得所述控制元件相对于所述探针本体的移动能够使所述可变形元件变形。
13.如权利要求1所述的探针，其特征在于，所述探针本体的所述远端是可变形的，所述移动所述换能器的装置包括使所述探针本体的远端变形的装置。
14.如权利要求13所述的探针，其特征在于，所述探针本体是细长的，所述换能器安装在靠近探针本体远端的、沿长度方向上多个彼此分开的位置上，所述使探针本体的远端变形的装置包括使探针本体的远端垂直于其长度方向弯曲的装置。
15.如权利要求1所述的探针，其特征在于，还包括多个可相对探针本体运动的支承件，所述分布换能器包括多个安装于所述支承件的换能器元件，所述用于移动的装置包括使一个或多个所述支承件相对于所述探针本体移动的装置。
16.如权利要求15所述的探针，其特征在于，所述多个支承件包括多个具有可枢转地连接于一公共件的诸中心端和远离所述中心端的周边端的细长支承件，所述换能器元件安装于所述细长支承件的靠近所述周边端处，所述移动一个或多个所述支承件的装置包括使所述支承件相对于所述公共件在所述周边端靠近一中心轴线的收拢状态与周边端远离所述中心轴线的扩大状态之间枢转的装置。
17.如权利要求16所述的探针，其特征在于，所述枢转装置包括一控制件和多个支柱，每一支柱有一可枢转地连接于所述控制件的第一端和一连接于远离支承件中心端处的所述细长支承件的第二端，所述枢转支承件的装置包括使所述控制件朝所述公共件来回运动的装置。
18.如权利要求17所述的探针，其特征在于，所述探针本体包括一细长管状元件，所述移动所述控制件的装置包括一穿过所述管状元件的柔软电缆，所述公共件和所述控制件之一连接于所述管状元件，所述公共件和所述控制件的另一个连接于所述柔软电缆。
19.一在主体体内施加声波的探针，它包括(a)一具有一近端和一可插入主体体内的远端的细长探针本体，所述探针本体具有细长方向；(b)一靠近所述探针本体的所述远端设置的空间分布声波换能器，所述分布换能器可在一收拢状态与一所述分布换能器从所述探针本体沿垂直于所述探针本体的细长方向的一个或多个方向朝外延伸的扩大状态之间移动；以及(c)控制所述分布换能器在所述收拢状态与所述扩大状态之间移动的装置。
20.如权利要求19所述的探针，其特征在于，所述分布换能器设置成发出声波，并且当所述分布换能器在所述扩大状态时，所述声波会聚在一焦点区域。
21.如权利要求20所述的探针，其特征在于，所述控制移动的装置包括当所述分布换能器的处在所述扩大状态时，使所述分布换能器的一部分相对于所述分布换能器的另一部分移动的装置，以改变所述焦点区域相对于所述探针远端的位置。
22.一种分布换能器，它包括(a)一可变形元件；(b)一个或多个安装于所述可变形元件或与所述可变形元件一体形成的压电层；(c)多个电极对，每一所述对的电极设置在所述一个或多个压电层的相对两侧，所述电极对间隔设置；以及(d)使所述可变形元件变形从而控制所述一个或多个压电层的曲率的装置。
23.如权利要求22所述的换能器，其特征在于，所述可变形元件包括一具有一长度范围的条，其中电极对沿所述条的长度间隔开地设置，所述用于变形的装置包括沿垂直于所述长度方向弯曲所述条的装置。
24.如权利要求22所述的换能器，其特征在于，所述一个或多个压电层包括延伸在所述可变形的元件的至少一部分上的一连续的压电片材，换能器包括在所述片材的若干间隔开的部位上与所述片材接触的阻抗探测电极，所述片材相应于所述片材中的应变(变形)而改变阻抗。
25.如权利要求24所述的换能器，其特征在于，所述电极对包括所述诸阻抗检测电极。
26.一种在活体内施加超声波能的方法，该方法包括如下的步骤(a)将一分布超声波换能器导入主体的体内；(b)当换能器处于主体体内时改变分布换能器的结构形状；以及(c)激励换能器在焦点区域内施加超声波能。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，完成改变结构形状的所述步骤，以移动换能器在主体体内的焦点区域。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，激励换能器的所述步骤包括当换能器有一第一结构形状时，在改变几何形状的所述步骤之前先激励换能器，当所述换能器有一不同于所述第一结构形状的第二形状结构时，在改变结构形状的所述步骤之后接着激励换能器。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，改变结构的所述步骤包括使换能器变形的步骤。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述换能器包括一压电片材，所述方法还包括监控在所述压电片材内的电阻抗来监控换能器结构的步骤。
31.一种在一主体体内施加超声波能的探针，它包括一探针本体，探针本体有一具有沿长度方向的细长轴线的空心远端、一垂直于所述细长轴线的厚度和一垂直于所述细长轴线和所述厚度方向的宽度尺寸，所述宽度尺寸大于所述厚度尺寸，一分布超声波换能器设置在所述本体中并沿所述宽度方向和长度方向延伸。
32.一种在主体体内施加超声波能的探针，它包括一具有一空心本体部分的探针本体、一设置在所述空心本体部分内的可变形的空间分布换能器、一个或多个滑动元件，每一这样的滑动元件安装在所述空心本体部分内，以在滑动元件设置在本体的壁与换能器之间的啮合位置与滑动元件和换能器脱离啮合的脱开位置之间移动，当所述滑动元件在啮合位置与脱离啮合位置之间移动时，所述换能器改变形状，探针还包括滑动元件移动装置，以有选择地使每一滑动元件可在其啮合位置与脱离啮合位置之间移动。
全文摘要
本发明涉及一种将声波能施加在主体体内的装置和方法。将声波能施加在主体体内的探针包括一具有一近端(22)和一可插入主体体内的远端(24)的探针本体(20)、一靠近探针本体(20)的远端(24)设置的空间分布声波换能器(30)和一当探针的远端(24)处于主体体内时使空间分布换能器的一部分(44)相对换能器的另一部分(42)移动的装置(50,52)。
文档编号A61B8/12GK1338909SQ00803288
公开日2002年3月6日 申请日期2000年2月2日 优先权日1999年2月2日
发明者B·B·潘特, D·E·阿克, E·P·哈亨 申请人:外科器械股份有限公司