配用于超声波系统的治疗头的制作方法

专利名称：配用于超声波系统的治疗头的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及用于精确地把能量输送到人体内的手持式医疗器械，尤其涉及那 种有用于控制定向能量施加器在至少两个平面内的位置/取向的驱动组件的手持式医疗 器械和相关系统。在所提供的这种位置/取向控制用在那种用于非侵害式治疗的医用超声 波系统中时，其特别有好处。
背景技术：
用于治疗目的的高强度聚焦超声波(HIFU)的应用中的一个普遍问题是其往往 需要把治疗装置在相当长的时间内保持在被处治的组织上固定不动。或者，可能需要以很 慢的、近乎恒定的速率使治疗波束扫过被处治组织。这两个要求对手持式治疗器械的使用 是一个障碍，因为一个人往往很难或做不到既握稳器械又能以可接受地缓慢和稳定的速率 达到所希望的治疗效果。HIFU过程可能要求超声波波束以恒定的速率(例如5mm/sec 士 lmm/sec)扫过处治 容量，以达到预期的治疗效果。此外，在扫描处治容量时，处治的相邻焦线之间的间距不得 超过2mm。这些要求超出了大多数人类的能力。以往的解决办法一直是采用一种计算机控 制的运动装置，将其刚性地安装于相对于患者固定不动的某个东西(例如地板、墙壁或病 床)。这样的装置或是绝对固定不动的，或是能够在精确的扫描图案中以精确的速率进行扫 描而没有人们的任何干预。这种安排的缺点是整个装置体积大、复杂、可靠性差。因此，本技术领域需要有一种可由使用者容易地操作而又仍能提供可靠的和均勻 的处治的HIFU施加器。还需要能够跟踪已被处治的组织容量的HIFU换能器，以防止那些已被处治了的
容量被重复治疗。还需要能够帮助操作者辨别应被处治的组织区域的治疗器械。

发明内容
这一节中简述本发明的某些实施例，以便对本发明有个基本的了解。这个概述不 是要将本发明介绍得面面俱到。而是意在认识本发明的关键/极其重要的构成要素或粗线 条地勾勒本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本发明的某些实施例，作为下文 将给出的更详细说明的序幕。提出的手握式治疗头和相关的医用系统包括驱动组件，用于选择性地指引某种定 向能量施加器诸如超声波换能器的输出方向。这样选择性的方向可用在超声波治疗过程 中，用以提高超声波能量覆盖处治区域的精度，这可产生改善的治疗效果。
在一个实施例中，提供了一种治疗头。这种治疗头包括便于手握操作的外壳；将 外壳的上隔室和外壳的下隔室隔开的隔板；隔板上的通孔；延伸穿过通孔的控制臂；定位 在上隔室内的驱动组件；以及用于发射穿过窗口的能量且位于下隔室内的定向能量施加 器。控制臂包括处于上隔室内的上端和处于下隔室内的下端。控制臂可在所述通孔内运动， 同时所述通孔被密封在上隔室和下隔室之间。驱动组件联接于控制臂的上端，而使驱动组 件能够使控制臂在至少两个平面内运动。定向能量施加器联接于控制臂的下端。在另一个实施例中，提供了一种治疗头。这种治疗头包括便于手握操作的外壳； 布置在外壳里的定向能量施加器；以及用于操纵外壳里的定向能量施加器而将能量施加器 指向患者的二维处治区域的装置。外壳上有窗口，定向能量施加器通过这个窗口向外发射 能量°在再一个实施例中，提供了一种医用超声波系统。这种医用超声波系统包括可在 患者近旁移动的基础单元、以及联接于基础单元的超声波头。超声波头包括便于手握操作 的外壳；将外壳的上隔室和外壳的下隔室隔开的隔板；隔板上的通孔；延伸穿过通孔的控 制臂；定位在上隔室内的驱动组件；用于发射穿过窗口的超声波能量且位于下隔室内的超 声波换能器。控制臂有处于上隔室内的上端和处于下隔室内的下端。控制臂可在所述通孔 内运动，同时所述通孔被密封在上隔室和下隔室之间。驱动组件联接于控制臂的上端，以使 驱动组件能够使控制臂在至少两个平面内运动。超声波换能器联接于控制臂的下端。为了更充分地展现本发明的性质和优点，下面给出详细说明和附图。本发明的其 它方面、目的和优点将在附图和以下的详细说明中显现出来。


图1示出医用超声波治疗系统的一个实施例；图2示出超声波治疗头的一个实施例，它有一个用于改变超声波换能器的位置/ 取向的驱动组件；图3是示出图2的超声波治疗头的内部组件的立体图；图4是一个剖视图，其示出联接于一个实施例的治疗头隔板的关节式超声波换能 器组件的详细结构；图5是图2和3的超声波治疗头的驱动组件的立体图；图6A是图5的驱动组件的中心轴和关联的驱动电动机的立体图；图6B是图5的驱动组件的中心轴和关联的驱动电动机的顶视图；图7A是图5的驱动组件的平移运动/转动毂的一个实施例的立体图，示出该平移 运动/转动毂联接于图6A和6B所示的中心轴；图7B是联接于图7A所示的中心轴的平移运动/转动毂的顶视图；图8是平移运动/转动毂的一个实施例的立体图，其转动受到一个开槽的同心轴 的约束；图9是控制臂接口部件的一个实施例的立体图，其联接于平移运动/转动毂和关 联的传动机构，用于转动开槽的同心轴；图10是图5的驱动组件的一个子组件的侧视图，示出该控制臂接口部件联接于中 心轴并受到开槽的同心轴的转动约束；
图11是驱动组件的外壳的另一实施例的立体图，驱动组件用于使超声波换能器 在治疗头内重新定位/重新定向；图12是图11的外壳的立体图，示出驱动组件被从外壳里垂向地移出来；图13A是图11的外壳的立体图，示出驱动组件被放进外壳里，外壳被部分地剖开 了 ；图13B是图11的外壳的立体图，示出按照本发明的一个实施例处于上隔室和下隔 室之间的一个隔板和处在下隔室内的超声波换能器的运动方向；图14A和14B是两个剖视图，示出控制臂和治疗头隔板之间的联接以及一个实施 例的控制臂的运动范围；以及图15、16和17分别示出各实施例的治疗头手柄、橡胶化的外套、以及一个成形为 可增大换能器的运动范围的治疗头.
具体实施例方式下面将说明本发明的各实施例。为了解释的目的，将给出一些具体的构造和详细 结构，以便彻底理解各实施例。但是，熟悉本技术领域的人应很清楚，可以不按这些具体的 详细结构来实施本发明。此外，可以省略或简化那些众所周知的结构，以免对所要说明的实
施例喧宾夺主。本文将说明的是配用于医用系统的治疗头的各实施例。更具体地说，提供几种治 疗头和相关的医用系统，包括用于选择性地确定定向能量施加器诸如超声波换能器的输出 方向的驱动组件。来看各附图，在几个附图中，类似的标注数字标示类似的零部件，图1示出一个医 用超声波系统10。医用超声波系统10包括基础单元12、连接于基础单元12的关节臂14、 以及连接于关节臂14的使用者界面设备16。超声波治疗头20处于关节臂14的远端。理想的是，超声波治疗头20的外部形状便于操作者握持。这种形状的一个例子表 示于图2，但超声波治疗头20可以有多种其它形状。超声波治疗头20可以有从它拉出来穿 过关节臂14延伸到基础单元12的电缆，或者电缆可以是任选地外露的。如图2所示，超声波治疗头20包括上隔室22和下隔室或称盖帽24。上隔室22根 据需要是干的，并且其内装有导线、电缆、电动机组件、和/或供换能器用的其它结构，换能 器安装在下隔室24内。下隔室24优选地盛装耦合流体，诸如除气的水，用于把超声波的能 量从换能器传递到位于下隔室24底部的窗口 26并通过该窗口向外传递。驱动组件28布 置在上隔室22内。驱动组件28可控制位于下隔室24内的换能器的位置/取向。在使用中，由技术人员把医用超声波系统10推滚到患者的近旁。该技术人员握 住并移动超声波治疗头20，让超声波治疗头20保持连接于关节臂14。把超声波治疗头20 对准成让窗口 26接触患者。可将使用者界面设备16投入工作而进行适当的处治或诊断试 验。在使用过程中，安装在下隔室24里的换能器发出超声波能量，这种能量可用于例如破 坏脂肪组织，如美国公布申请2006/0122509所述。驱动组件28可用于提供简化的处治过 程。例如，可一边保持超声波治疗头20固定不动地与患者接触，一边由驱动组件28改变超 声波换能器的位置/取向，以便用扫描图案对患者的局部区域施加治疗学的处治，扫描图 案可提供所希望的覆盖范围、持续时间、间距、等等。
图3示出图2的超声波治疗头20的内部组件。驱动组件28安装在上隔室22内。 驱动组件28通过控制臂32联接于超声波换能器组件30。控制臂32构造成与接纳器34接 口并可在接纳器34内枢转，而接纳器34联接于把上隔室22分隔于下隔室24的隔板。下 隔室24是一个密封的组件，其内装有诸如除气的水的耦合流体，用于传递由换能器组件30 发射的超声波能量。接纳器34包括至少一个流体密封件(例如0形密封圈、唇口密封圈、 等等)，以防止流体从下隔室24进入上隔室22。控制臂32包括布置在上隔室22内的控制 臂上端36。在图示的位置/取向，超声波换能器组件30示为正在通过窗口 26向外发射聚 焦的超声波能量，如超声波能量图形38所示。驱动组件28的工作可使控制臂上端36运动，从而使控制臂32在接纳器34内枢 转。驱动组件28和控制臂32的运动范围可产生一个覆盖区域40，可以用一种可控制的方 式(例如采用扫描图案、扫描速率、能量发射等级、等等)使聚焦的超声波能量指向覆盖区 域40内。控制臂上端36通过枢转球体42联接于驱动组件28 (可从图4看得最清楚)，这 个球体由控制臂接口部件44接纳于其内并定位。控制臂接口部件44联接于平移运动/转 动毂46，后者直接控制控制臂接口部件44的位置/取向。平移运动/转动毂46接口于中 心轴48，因而中心轴48的转动可控制平移运动/转动毂46沿着驱动组件28的中心线的 位置。按照这里的用法，驱动组件28的中心线是对准于驱动组件28的中心线的一条基准 轴线。可以用各种接口配置(例如梯形螺纹螺杆组件、球体-螺杆组件、等等)将平移运动 /转动毂46接口于中心轴48，以使中心轴48的转动能够使平移运动/转动毂46沿着驱动 组件28的中心线平移运动。下文中将会更详细地说明，驱动组件28构造成能够使平移运 动/转动毂46绕驱动组件28的中心线转过一个转动范围。平移运动/转动毂46沿着驱 动组件28的中心线的平移运动和平移运动/转动毂46绕驱动组件28的中心线的转动的 组合可给控制臂接口部件44提供一个把超声波换能器组件指弓I到覆盖区域40内的任何一 点所需要的运动范围。图4示出关节式超声波换能器组件30联接于治疗头隔板并联接于控制臂接口部 件44的详细结构。超声波换能器组件30联接于控制臂32而能够在下隔室24内定位/取 向。控制臂32受接纳器34的约束，因而控制臂32的瞬间转动中心受限制而不能相对于接 纳器34作平移运动。接纳器34安装于把上隔室22分隔于下隔室24的隔板。接纳器34 包括密封环槽，其中装有0形密封圈35，用于防止耦合流体(例如除气的水)从下隔室24 逸出而进入上隔室22。把上隔室22分隔于下隔室24的隔板可包括一个任选的开口 25，该 开口可用作各种用途的通路(例如用于传感器、导线、电子连接、水管路、滤器、等等)。可将 任选的开口 25密封起来，以防止耦合流体从下隔室24逸出而进入上隔室22。控制臂上端 36接口于枢转球体42。枢转球体42的中心孔43配合于控制臂上端36的圆柱形外表面。 控制臂接口部件44包括匹配表面，其设计成接口于枢转球体42，借以约束枢转球体42，使 其不能相对于控制臂接口部件44作平移运动，同时允许其相对于控制臂接口部件44转动。 枢转球体42和控制臂上端36之间的接口允许这两个部件之间有相对的平移运动，这个平 移运动是由于控制臂接口部件44围绕或沿着驱动组件28的中心线的转动(示于图3)和 控制臂32在其在接纳器34里的枢转过程中的合成运动引起的。图5示出驱动组件28。这一驱动组件可使控制臂接口部件44沿着和围绕驱动组
8件28的中心线作受控的平移运动和转动。可以用任何方式将控制臂接口部件44联接于平 移运动/转动毂46。例如，控制臂接口部件44可包括中心孔并被压配到平移运动/转动 毂46上，控制臂接口部件44和平移运动/转动毂46可包括互相插接的花键，或控制臂接 口部件44和平移运动/转动毂46可组合成单个整体部件。平移运动/转动毂46和中心 轴48可构造成使中心轴48的转动引起平移运动/转动毂46沿着驱动组件28的中心线的 平移运动。驱动组件28包括两个旋转式电动机，其一是驱使产生平移运动的电动机50，另 一是驱使产生转动的电动机52。平移运动电动机50转动地联接于中心轴48，从而可控制 控制臂接口部件44沿着驱动组件28的中心线的平移运动。转动电动机52控制控制臂接 口部件44绕驱动组件28的中心线的转动。平移运动电动机编码器54用于跟踪平移运动 电动机50的旋转位置，而转动电动机编码器56用于跟踪转动电动机52的旋转位置。图6A和6B示出平移运动电动机50和中心轴48之间的联接的详细结构。平移运 动电动机输出齿轮58接口于联接于中心轴48的中心轴传动齿轮60，所以平移运动电动机 50的转动可由平移运动电动机输出齿轮58传递给中心轴48。平移运动电动机编码器54 监测平移运动电动机50和中心轴48的旋转位置。可以用各种方式(例如用键或花键)把 中心轴传动齿轮60联接于中心轴48。图7A和7B示出中心轴48和平移运动/转动毂46之间的联接的详细结构。中心 轴48包括外表面62，其构造成(例如通过梯形螺纹螺杆组件或球体-螺杆组件、等等)可 使平移运动/转动毂46响应中心轴48的转动沿着驱动组件28的中心线作平移运动。中 心轴48由中心轴传动齿轮60驱动并且在两个端部轴承64和66之内转动。平移运动/转动毂46包括一个部分圆周的凹槽68，其用于控制平移运动/转动 毂46绕驱动组件28的中心线的转动。图8示出一个开槽的同心轴70，其接口于部分圆周 凹槽68 (示于图7)而能够控制平移运动/转动毂46绕驱动组件28的中心线的转动。开 槽的同心轴70配合在部分圆周凹槽68内，借以允许平移运动/转动毂46沿着开槽的同心 轴70作平移运动，同时约束平移运动/转动毂46绕开槽的同心轴70的转动。两个端部轴 承64和66允许中心轴48和开槽的同心轴70之间有相对转动。开槽的同心轴70的两端 各有一个沉孔，它们构造成分别接纳端部轴承64和66。在使用中，转动中心轴48就可使外表面62与平移运动/转动毂46相互作用，借 以使平移运动/转动毂46沿着驱动组件28的中心线作平移运动。开槽的同心轴70可被 保持固定不动，从而约束平移运动/转动毂46绕驱动组件28的中心线的转动，同时平移运 动/转动毂46能够沿着驱动组件28的中心线作平移运动。图9示出驱动组件28的用于控制开槽的同心轴70的转动进而控制控制臂接口部 件44的转动的各部件。开槽的同心轴70联接于扇形齿轮72，该齿轮的扇面角度足以使开 槽的同心轴70转过其运动范围。扇形齿轮72由惰轮74驱动。而惰轮74由小齿轮(未 示)驱动，该小齿轮由转动电动机52驱动。转动电动机52联接于旋转编码器56，后者监 测前者的转动位置，进而监测开槽的同心轴70、平移运动/转动毂46、以及控制臂接口部件 44的转动位置。下面参照图10说明可使控制臂接口部件44既作平移运动又作转动的核心驱动子 组件的联合工作。开槽的同心轴70在两个支承轴承76和78上转动。开槽的同心轴70的 转动受扇形齿轮72的控制，而扇形齿轮72受转动电动机52的控制，这前以说明。开槽的同心轴70的转动位置通过平移运动/转动毂46上的部分圆周凹槽68直接控制控制臂接 口部件44的转动位置。中心轴传动齿轮60相对于扇形齿轮72的转动可使中心轴48相对 于平移运动/转动毂46转动，这可使中心轴外表面62与平移运动/转动毂46互相作用， 进而使平移运动/转动毂46和控制臂接口部件44沿着驱动组件28的中心线作平移运动。尽管上面描述的驱动组件包括两个电动机，但也可以构造成只用一个电动机。例 如，可以用单个电动机通过两个或更多个传动齿轮驱动两个或更多个轴。可以用一个或多 个离合器来使电动机接合于/脱离于驱动平移运动/转动毂的各轴。也可通过其它已知的 传动方式(例如传动皮带、传动链、等等)，用单个电动机驱动传动平移运动/转动毂的各 轴ο上述治疗头20有许多优点。例如，枢转地安装的控制臂的应用可避免采用各种复 杂的机构和密封件(例如采用互相匹配的球面)，同时提供了改变超声波换能器组件30的 位置/取向的能力，而能将超声波能量投向患者的二维区域。各同心的转动轴的应用使得 可构成一个紧凑的驱动组件，进而构成一个更紧凑的治疗头。旋转式驱动电动机的应用允 许采用电驱动组件，从而可避免需要各种附加的子系统(例如液压的、气动的、等等)。旋转 式编码器的应用允许利用电动机转动对接口部件的平移运动和/或转动之比，达到相当精 确的位置控制。转动机构的应用允许采用旋转轴承，这类轴承易于选择为满足使用寿命要 求。下面将参照图11、12、13A、13B、14A和14B说明治疗头的一个替换实施例。用于这 个替换实施例的治疗头的外壳82示于图11。理想的是，外壳82是适于将驱动组件和换能 器单元都容纳于其内的铸造件。外壳82可以是一个整体的零件，也可以是多块拼合的零 件，并有进出口，以便于在最终制成组件之前驱动组件和换能器部件的安装。在采用电动机 安装架88的一个实施例中，可看见电动机安装架88在外壳82的顶部。外壳82有多个位 于其顶壁、底壁和侧壁上的通孔。侧壁上的通孔按照需要地成形为能接纳下述驱动组件80 的各零件。在外壳82内，安装有驱动组件80、换能器102、以及在驱动组件80和换能器102 之间的控制臂100。控制臂100穿过隔板108把驱动组件80和换能器102连接起来。驱 动组件80定位在外壳82的上隔室110内，而换能器102定位在外壳82的下隔室112内。 控制臂100穿过隔板108上的一个固定通孔。配合在支承凹穴114内的球形接头104理想 地定位在固定通孔内，并且控制臂100穿过球形接头104。驱动组件80通过丝杠机构运动 件96连接于控制臂100的上端。驱动组件80可使丝杠机构运动件96作二维的运动(例 如使其沿着丝杠94作纵向运动，以及通过使丝杠94横向运动而使其随丝杠94 一起横向运 动)。丝杠机构运动件96上有可变连接器，该连接器允许丝杠机构运动件96在丝杠机构运 动件96被运动时维持与控制臂100接触并向其传递机械力。丝杠机构运动件96可使控制 臂100的上端像操纵杆那样运动，并使换能器102在下隔室112里作相应的运动。图12示出驱动组件80从外壳82里垂向地拿出来了。驱动组件80有轴驱动电动 机84和安装在电动机安装架88上的摆动电动机86。轴驱动电动机84啮合于齿轮机构90 和92而驱动丝杠94。丝杠机构运动件96骑在丝杠94上。丝杠94穿过电动机安装架88 上的通孔98而穿进外壳82上的槽形通孔82a内。摆动电动机86联接于电动机安装架88 并可使电动机安装架88绕枢转轴线88a转动，这可使丝杠94产生横向运动。用电动机84和86的组合，可使控制臂100像操纵杆那样运动，进而使换能器102绕球形接头104里的 支点运动。球形接头104有限位件106，用于防止球形接头104运动超出所希望的位置。在某些实施例中，可用三轴线枢轴把控制臂100联接于驱动组件上的丝杠机构运 动件96。三轴线枢轴允许控制臂100相对于丝杠机构运动件96轴向地上下滑动，同时又能 防止丝杠机构运动件96在沿着丝杠94的轴向运动过程中转动。图13A示出驱动组件在外壳82里的相对位置。如图13B所示，隔板108把外壳82 分割成上隔室110和下隔室112。环形阵列类型的换能器102的摆动和轴向运动如图13B 中的各箭头所示。为了清晰简明，外壳82上的一些通孔被省略了。隔板108示为相对于换 能器102的运动。换能器102在控制臂100的端部运动并将超声波能量聚焦于外壳82之外。在这样 的治疗头被正确地耦合于患者时，超声波能量将能聚焦在患者的组织内而能达到所希望的 治疗效果。由于换能器102是在一个固定长度且被约束而绕枢转点运动的控制臂100上，所 以换能器102可在三维的弧面内运动而产生球面形状的行走弧面。这个弧面在这里被称为 处治弧面或扫描区域。如果换能器102是固定焦距的换能器，那么扫描区域是球面的。如 果换能器102的焦距深度可以机械地或电子地改变，扫描区域的形状就可被改变。用本文 描述的治疗头既可产生曲面的扫描区域也可产生平面的扫描区域。有利的是，可以用这种 驱动组件组合于电子控制的阵列换能器来产生平面的扫描区域。可以采用各种技术方法进行焦点深度的调整。可通过改变换能器的垂向位置机械 地调整换能器的焦点区域。这可用驱动器使换能器在它作弧面运动的过程中向上或向下移 动来做到。通过用环形阵列或相控阵列换能器来调整换能器的焦点深度，还可电子地控制 换能器焦点区域的深度。还可用盖帽里的光学透镜来调整换能器焦点区域的深度。根据所 希望的扫描区域，可以用曲面的或平面的盖帽。在用机械聚焦的换能器时，可能会在患者组 织内在某个深度处造成HIFU损害，这个深度决定于机械焦距和从换能器到患者皮肤的距 离(支架支承距离)。用机械的Z轴控制机构改变支架支承距离可能造成不同深度的损害。 用一个被分成多个环形环的换能器取代Z轴机构并独立地电驱动每个环，也可改变损害深 度。通过对每个环适当地改变驱动能量时间延迟，可改变聚焦深度。相应地，用各种技术方 法，甚至让换能器绕枢转点运动，可以产生一个平面的扫描区域。各个环形环的宽度有几种标准的设计，诸如但不限于面积相等设计或节距相等设 计。换能器的聚焦功率随焦点深度的变化而变化。聚焦功率表示为焦距长度对换能器孔径 之比(f数)，因此对于一个阵列中的某一给定的孔径，电子地改变焦距可改变f数和聚焦功 率。在比较成熟的设计中，通过开通或关断外面各环，可粗略地保持f数不变，这样既可改 变孔径同时还可改变焦距。在诊断界，这种技术方法被称为“扩大孔径”。环形阵列换能器的设计有若干重要的考虑。例如，一个环形阵列中的环数是很重 要的。如果环数太少，就会在近场出现光栅叶瓣次级聚焦并可能在治疗应用中潜在地引起 皮肤烧伤之类的有害后果。如果环数太多，如同在面积相等设计中那样，外面的环就会变得 太薄以至实际上不可能制造。通过用内置的机械焦距建立阵列，可大大改善次级聚焦问题。 还可减少阵列中的环数，进而减少电子通道数。在多个环形阵列设计的仿真中，显示出有利 的环数是8到10，对应的总f数是1到2，工作频率为2MHz，换能器直径约为38mm。一个环 形阵列中的各环必须在声学上互相隔离，以达到可接受的波束焦点图案。可通过用适当的工具，诸如安装在超声波冲击粉碎机的发声器上的一组套装的同心薄钢片环，简单地把压 电层分成多个个体的环，就可达到声学上的隔离。然后可以用背撑结构和/或未经切割的 一(几)个匹配层支承做成的阵列。固体的压电材料，多半是陶瓷，在被切割成长宽尺寸是 陶瓷片厚度的0. 7到5倍的方块时，由于耦合于侧向模式，将会以不同的频率振动。大多数 环形阵列设计以一个或多个环的长径比处于上述“禁区”内而告终，并产生跨越阵列孔径的 不可接受频率的振动。一个环形阵列设计可以利用1到3种压电陶瓷材料，所用陶瓷被切 割成长径比为0. 5上下的又高又细的柱状体，并且切割的切口内填充诸如环氧树脂的聚合 物材料。这些材料在好的设计中表现出均勻的频率响应、较低的侧向模式等级、较高的电磁 耦合常数、以及较高的带宽。在设计为承受很高的工作温度的治疗用阵列中，聚合物填充材 料典型地是具有很高玻璃化过渡温度的环氧树脂。在许多情况中，仍需要把阵列的各个环 物理地分开到某种程度，以达到可接受的交叉耦合等级，如前所论。在用机械的X-Y扫描装 置侧向移动换能器时，可能在侧向范围内产生损害。带有透镜的盖帽的应用可组合于机械的或电子的(阵列换能器)焦点深度调整技 术，或配用于标准的单焦距换能器。如果盖帽是曲面的，可将治疗头压靠在患者的皮肤上， 这样患者的组织就顺从盖帽的轮廓。在换能器扫完一个面积时，这个被处治的面积到整个 扫描区域范围内的皮肤表面将是等距离的。这种情况中的盖帽有一个设计成匹配于换能器 的扫描弧面半径的半径。如果盖帽设计成带有平面透镜，标准的单焦距换能器的焦点区域 将扫过皮肤以下的曲面的处治区域。图14A示出球形接头104处于“中位”，因而控制臂100定位于垂向。球形接头104 受隔板108的约束且被支承凹穴114围绕着。设有硬性的止动或称限位机构106，用以防止 球形接头104运动超出支承凹穴114的限制范围之外。换能器102的控制电缆可穿过或沿 着空心轴100引进来，再穿过球形接头104，而最终连接于换能器102。图14B示出球形接 头104处于其运动极限位置之一，轴100倾斜于一侧，限位机构106靠在支承凹穴114的止 动机构上。可构造成一种便于操作的治疗头。例如，如图15所示，治疗头120可包括手柄122。 如图16所示，治疗头130可包括橡胶化的外套或其它符合工效学的配件，以有助于使用者 用其一只或两只手握持治疗头。如图17所示，治疗头140成形为可增大换能器的运动范围。上述各实施例具有许多优点，例如，采用类似操纵杆的控制臂来使HIFU换能器具 有关节可提供一个设计参数，改变这个设计参数就可在驱动组件的尺寸和所要求的精度之 间求得平衡。换能器安装于控制臂，而控制臂穿过起转动点作用的三轴线枢转点。通过改 变枢转点和驱动组件之间的距离与枢转点和换能器之间的距离之比，可增大或减小换能器 的运动能够达到的范围，这还可影响HIFU焦点的精度。例如，如果枢转点和换能器之间的 距离两倍于枢转点和驱动组件之间的距离，那么驱动组件的运动所及范围可能被减小，因 为它将只需能够行走一个对应于换能器的运动图形所要求的距离的一半的距离。可以调整 上述两个距离之比，来达到驱动组件的尺寸和所要求的精度之间的最有利的平衡。如果所 述比值是1 1，那么驱动组件的由于齿轮间隙、装配间隙、电动机的游动间隙、等等产生的 任何游动间隙都将被以1 1的比例传递到HIFU换能器的焦点。类似操纵杆的控制臂的应用还允许针对控制臂的任何位置来计算换能器的焦点 在Z方向上的位置变化。这种钟摆式设计的一个效果是，在换能器绕枢转点摆动时，换能器的焦点在Z方向上的深度将相对于一个平的平面变化。这是由枢转点和换能器焦点之间的 距离驱使的。这个距离产生一个有效半径，因此，Z方向上的变化可作为驱动组件的位置/ 取向的函数来计算。类似操纵杆的控制臂的应用还便于进行驱动组件的简单易行的集成化。控制臂安 装于换能器，然后，以一个已知的距离和对枢转点与驱动组件之间的距离之比穿过枢转点。 在换能器和驱动组件之间的某处，控制臂还从干的驱动组件隔室过渡到湿的换能器隔室。 这个单一的枢转点使相关的各表面经历滑动接触，这使得可以采用简单的密封元件(例如 0形密封圈、唇口密封圈、等等)。在本发明的精神范围内还可以有其它的变化方案。因此，尽管本发明易于做出各 种修改和替换结构，但本发明的某些示例性实施例还是给出于各附图中并已做了详细的描 述。然而，应能理解，不是意在将本发明限制于所描述的一种或几种具体形式，而是相反，本 发明涵盖属于其由权利要求书所定义的精神和范围内的所有修改、替换结构、以及等效方案。本文中在描述本发明时(特别是在权利要求书的条文中)使用的“一”或“一个” 或“一种”、“这个”或“这种”、以及类似的词语，若本文中没有另外指明或在前后文之间没有 明显矛盾，都应被解释为既包括单数也包括复数。各词语“包括”、“有”、“包含”、“含有”，若 无另外注明，都应被认为是含义开放的词语(即意味着“包括但不限于”)。词语“连接”应 被理解为是部分地或全部地包含在内、固定于、或结合在一起，即使有某种干涉。本文中，给 出了某些数值范围，若无另外注明，这仅是用作单个地提到那个范围内的每个单独数值的 一种简便方法，并且每个单独的数值都被包括在本说明书内，好像它被单个地给出于本文 中。本文中所描述的所有方法，若本文中没有另外指明或在前后文之间没有明显矛盾，都可 以按任何适当的顺序来执行。本文中任何和所有例子或示例性词语(例如“诸如”这类词 语)的利用，若无另外声明，仅仅是意在更好地阐明本发明的各实施例，而不对本发明的范 围构成某种限制。本说明书中没有任何一句话可被理解为把任何非要求保护的要素指明为 是对本发明的实施必不可少的。本文中描述了本发明的各优选实施例，包括各发明人掌握的本发明的最好实施方 式。对熟悉本技术领域的人来说，在阅读了以上说明之后，这些优选实施例的更多变化方案 是很明显的。本发明的各发明人预料各位能工巧匠会适当地采用那些变化方案，各发明人 也有意以本文中具体描述的以外的方式实施本发明。因此，本发明包括迄今已被有关法律 批准的权利要求书中所陈述的主题的所有修改方案和与之等同的方案。而且，若本文中没 有另外指明或在前后文之间没有明显矛盾，本发明还涵盖在本发明的所有可能的变化方案 中上述要素的任何组合。
权利要求
一种用于把定向能量施加给患者的治疗头，所述治疗头包括适于手握操作的外壳；将所述外壳的上隔室和所述外壳的下隔室隔开的隔板，所述下隔室包括窗口；在所述隔板上的通孔；延伸穿过所述通孔的控制臂，所述控制臂有处于所述上隔室内的上端和处于所述下隔室内的下端，所述控制臂能在所述通孔内运动，同时所述通孔被密封在所述上隔室和所述下隔室之间；定位在所述上隔室内的驱动组件，所述驱动组件联接于所述控制臂的所述上端，使得所述驱动组件能够使所述控制臂在至少两个平面内运动；以及用于穿过所述窗口发射能量的定向能量施加器，所述能量施加器联接于所述控制臂的所述下端。
2.如权利要求1所述的治疗头，其特征在于，所述能量施加器包括超声波换能器。
3.如权利要求2所述的治疗头，其特征在于，所述超声波换能器包括环形阵列或相控 阵列。
4.如权利要求2所述的治疗头，其特征在于，所述超声波换能器包括高强度聚焦超声 波换能器。
5.如权利要求2所述的治疗头，其特征在于，所述换能器有固定的焦距长度，而所述窗 口的形状是基于所述换能器的处治扫描区域确定的。
6.如权利要求1所述的治疗头，其特征在于，所述窗口包括透镜。
7.如权利要求1所述的治疗头，其特征在于，所述控制臂联接于所述隔板。
8.如权利要求7所述的治疗头，其特征在于，所述控制臂与所述隔板的联接使所述控 制臂的瞬间转动中心受约束而不能相对于所述隔板作平移运动，而所述控制臂能绕所述瞬 间中心绕至少两个转动轴线转动。
9.如权利要求1所述的治疗头，其特征在于，所述控制臂和所述隔板之间的联接包括 相匹配的球面。
10.如权利要求9所述的治疗头，其特征在于，所述控制臂和所述隔板之间的联接包括 流体密封件。
11.如权利要求1所述的治疗头，其特征在于，所述驱动组件包括相对于所述上隔室有固定的位置和取向的中心线；联接于所述控制臂的控制臂接口部件；用于沿着所述中心线定位所述控制臂接口部件的第一电动机；以及用于使所述控制臂接口部件绕所述中心线转动的第二电动机。
12.如权利要求11所述的治疗头，其特征在于所述第一电动机驱动第一转动轴，所述第一转动轴控制所述控制臂接口部件沿着所述 中心线的位置；以及所述第二电动机驱动第二转动轴，所述第二转动轴控制所述控制臂接口部件绕所述中 心线的转动。
13.如权利要求1所述的治疗头，其特征在于，所述驱动组件包括相对于所述上隔室有固定的位置和取向的第一中心线；绕所述第一中心线可枢转地安装的安装架；用于使所述安装架绕所述第一中心线转动的第一电动机；相对于所述安装架有固定的位置和取向的第二中心线；联接于所述控制臂的控制臂接口部件；以及用于沿着所述第二中心线定位所述控制臂接口部件的第二电动机。
14.如权利要求13所述的治疗头，其特征在于，所述第二电动机驱动转动轴，所述转动 轴控制所述控制臂接口部件沿着所述中心线的位置。
15.如权利要求1所述的治疗头，其特征在于，所述驱动组件包括 相对于所述上隔室有固定的位置和取向的中心线；联接于所述控制臂的控制臂接口部件；以及用于沿着所述中心线定位所述控制臂接口部件并且用于使所述控制臂接口部件绕所 述中心线转动的电动机。
16.一种治疗头，包括有窗口的外壳，所述外壳便于手握操作；用于穿过所述窗口发射能量的定向能量施加器，所述能量施加器布置在所述外壳内； 用于操纵在所述外壳内的所述定向能量施加器以使所述能量施加器指向二维处治区 域的装置。
17.如权利要求16所述的治疗头，其特征在于，所述能量施加器包括超声波换能器。
18.如权利要求17所述的治疗头，其特征在于，所述超声波换能器包括高强度聚焦超 声波换能器。
19.一种医用超声波系统，包括能在患者近旁移动的基础单元；以及联接于所述基础单元的超声波头，所述超声波头包括适于手握操作的外壳；将所述外壳的上隔室和所述外壳的下隔室隔开的隔板，所述下隔室包括窗口 ； 在所述隔板上的通孔；延伸穿过所述通孔的控制臂，所述控制臂有处于所述上隔室内的上端和处于所述下隔 室内的下端，所述控制臂能在所述通孔内运动，而同时所述通孔被密封在所述上隔室和所 述下隔室之间；定位在所述上隔室内的驱动组件，所述驱动组件联接于所述控制臂的所述上端，使得 所述驱动组件能够使所述控制臂在至少两个平面内运动；以及用于穿过所述窗口发射超声波能量的超声波换能器，所述换能器联接于所述控制臂的 所述下端。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述超声波换能器包括环形阵列或相控 阵列。
21.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述换能器有固定的焦距长度，而所述窗 口的形状是基于所述换能器的处治扫描区域确定的。
22.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述窗口包括透镜。
23.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述超声波换能器包括高强度聚焦超声波换能器。
24.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述控制臂联接于所述隔板而使所述控 制臂的瞬间转动中心受约束而不能相对于所述隔板作平移运动，而所述控制臂能绕所述瞬 间中心绕至少两个转动轴线转动。
25.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述驱动组件包括 相对于所述上隔室有固定的位置和取向的中心线；联接于所述控制臂的控制臂接口部件；用于沿着所述中心线定位所述控制臂接口部件的第一电动机；以及 用于使所述控制臂接口部件绕所述中心线转动的第二电动机。
26.如权利要求25所述的系统，其特征在于所述第一电动机驱动第一转动轴，所述第一转动轴控制所述控制臂接口部件沿着所述 中心线的位置；以及所述第二电动机驱动第二转动轴，所述第二转动轴控制所述控制臂接口部件绕所述中 心线的转动。
27.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述驱动组件包括 相对于所述上隔室有固定的位置和取向的第一中心线； 绕所述第一中心线可枢转地安装的安装架；用于使所述安装架绕所述第一中心线转动的第一电动机； 相对于所述安装架有固定的位置和取向的第二中心线； 联接于所述控制臂的控制臂接口部件；以及 用于沿着所述第二中心线定位所述控制臂接口部件的第二电动机。
28.如权利要求27所述的系统，其特征在于，所述第二电动机驱动转动轴，所述转动轴 控制所述控制臂接口部件沿着所述中心线的位置。
29.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述驱动组件包括 相对于所述上隔室有固定的位置和取向的中心线；联接于所述控制臂的控制臂接口部件，以及用于沿着所述中心线定位所述控制臂接口部件并且用于使所述控制臂接口部件绕所 述中心线转动的电动机。全文摘要
披露了超声波治疗头和相关的医用系统，治疗头有一个驱动组件，用于控制定向能量施加器在至少两个平面内的位置/取向。一种治疗头(20)包括外壳、将上隔室(22)和下隔室(24)隔开的隔板、隔板上的通孔(34)、延伸穿过通孔(34)的控制臂(32)、定位在上隔室(22)内的驱动组件(28)、以及定位在下隔室(24)内用于发射穿过窗口(26)的能量的定向能量施加器(30)。控制臂(32)有处于上隔室(22)内的上端(36)和处于下隔室(24)内的下端。驱动组件(28)联接于控制臂(32)的上端(36)而使驱动组件(28)能够使控制臂(32)在至少两个平面内运动。定向能量施加器(30)联接于控制臂(32)的下端。
文档编号G01N29/26GK101959556SQ200980107916
公开日2011年1月26日 申请日期2009年2月2日 优先权日2008年2月1日
发明者B·利特尔, C·R·伯肯斯台特, E·阿尔布赖特 申请人:麦迪斯技术公司