[發(fā)明專利]聲學(xué)外科跟蹤系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680071645.1
• 申請(qǐng)日: 2016-10-07
• 公開（公告）號(hào): CN108366775B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D.克魯斯;E.弗賴伯格;J.J.海斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 決策科學(xué)醫(yī)療有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): A61B8/00
• 分類號(hào): A61B8/00;A61B5/11;A61B5/107
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 胡琪

1.一種聲學(xué)外科跟蹤系統(tǒng)，包括：

聲學(xué)探測(cè)設(shè)備，所述聲學(xué)探測(cè)設(shè)備被構(gòu)造為包括剛性支撐框架和換能器元件陣列，所述剛性支撐框架具有相接于生物體的身體部位的彎曲形狀，所述換能器元件陣列布置在彎曲形狀的剛性支撐框架上，并且可操作為朝向身體部位中的外科結(jié)構(gòu)的目標(biāo)體積發(fā)射聲學(xué)波形并且接收從外科結(jié)構(gòu)的目標(biāo)體積的至少一部分返回的返回聲學(xué)波形；

聲學(xué)耦合組件，所述聲學(xué)耦合組件被耦合到所述換能器元件陣列，并且可操作為當(dāng)生物體的身體部位與所述聲學(xué)耦合組件接觸時(shí)，在換能器元件與生物體的身體部位之間傳導(dǎo)聲學(xué)波形，其中所述聲學(xué)耦合組件包括水凝膠，所述水凝膠被構(gòu)造成直接接觸并符合身體部位的外表面，使得當(dāng)所述聲學(xué)耦合組件與所述身體部位的外表面接觸時(shí)，聲學(xué)耦合組件在接收介質(zhì)和換能器元件陣列之間提供聲學(xué)信號(hào)傳輸路徑；

信號(hào)生成和處理設(shè)備，所述信號(hào)生成和處理設(shè)備與所述聲學(xué)探測(cè)設(shè)備通信并且被構(gòu)造為包括：(i)發(fā)射和接收電子TRE單元以及(ii)數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)處理單元包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器以及耦合到所述存儲(chǔ)器以處理數(shù)據(jù)的處理器，其中所述TRE單元包括與所述數(shù)據(jù)處理單元通信的波形生成器以及與所述波形生成器通信的一個(gè)或多個(gè)波形合成器，以根據(jù)由所述數(shù)據(jù)處理單元提供的波形信息經(jīng)由所述波形生成器生成一個(gè)或多個(gè)波形，其中可發(fā)射的聲學(xué)波形對(duì)應(yīng)于由所述信號(hào)生成和處理設(shè)備生成的所述一個(gè)或多個(gè)波形；以及

位置跟蹤設(shè)備，所述位置跟蹤設(shè)備與所述信號(hào)生成和處理設(shè)備通信，并且可操作為跟蹤布置在所述剛性支撐框架上的所述聲學(xué)探測(cè)設(shè)備的換能器元件的位置，

其中所述數(shù)據(jù)處理單元被配置為處理具有換能器元件陣列的跟蹤位置的、所接收的返回聲學(xué)波形，以通過處理與外科結(jié)構(gòu)相對(duì)于換能器元件陣列的跟蹤位置的移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的位置數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)來確定(i)身體部位的外科結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和(ii)相對(duì)于換能器元件陣列的跟蹤位置的身體部位的外科結(jié)構(gòu)在六自由度(6DoF)坐標(biāo)空間中的位置坐標(biāo)或定向中的至少一個(gè)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)處理單元被配置為產(chǎn)生數(shù)據(jù)集，所述數(shù)據(jù)集包括身體部位的外科結(jié)構(gòu)的所確定的運(yùn)動(dòng)、和位置坐標(biāo)或定向中的至少一個(gè)，以及其中所述數(shù)據(jù)處理單元與手術(shù)系統(tǒng)通信并且被配置為將所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集傳送到所述手術(shù)系統(tǒng)，使得所述手術(shù)系統(tǒng)可以基于所述數(shù)據(jù)集中包含的信息對(duì)外科結(jié)構(gòu)執(zhí)行操作或程序，所述信息包括身體部位的外科結(jié)構(gòu)的所確定的運(yùn)動(dòng)、和位置坐標(biāo)或定向中的至少一個(gè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述位置跟蹤設(shè)備包括光學(xué)傳感器，所述光學(xué)傳感器包括相機(jī)、包含電荷耦合器件(CCD)的圖像傳感器或發(fā)光二極管(LED)中的一個(gè)或多個(gè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述水凝膠包括形成被構(gòu)造為將水性流體截留在水凝膠內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)的一種或多種可聚合材料，

其中，當(dāng)所述聲學(xué)耦合組件與身體部位的外表面接觸時(shí)，所述聲學(xué)耦合組件提供接收介質(zhì)與聲學(xué)信號(hào)換能器元件之間的聲學(xué)阻抗匹配。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述水凝膠被構(gòu)造為符合身體部位以與表面完全接觸，而不在聲學(xué)耦合組件和身體部位之間形成空氣包或空隙。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述TRE單元包括：

模擬至數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器陣列，用于將由所述聲學(xué)探測(cè)設(shè)備的換能器元件陣列所接收的、接收到的返回聲學(xué)波形從模擬格式轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式，作為包括目標(biāo)體積的至少一部分的信息的接收波形，

與所述一個(gè)或多個(gè)波形合成器通信的一個(gè)或多個(gè)放大器，用于修改提供至所述聲學(xué)探測(cè)設(shè)備以用于發(fā)射的波形，以及

與所述聲學(xué)探測(cè)設(shè)備和所述A/D轉(zhuǎn)換器陣列通信的一個(gè)或多個(gè)預(yù)放大器，用于修改提供至所述A/D轉(zhuǎn)換器的所述接收到的返回聲學(xué)波形。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述聲學(xué)探測(cè)設(shè)備包括可連接至所述信號(hào)生成和處理設(shè)備的TRE單元的信號(hào)接口模塊，所述信號(hào)接口模塊包括與所述換能器元件陣列通信的多路復(fù)用單元，以選擇所述陣列中的一個(gè)或多個(gè)換能元件來將波形轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的聲學(xué)波形，并且選擇所述陣列中的一個(gè)或多個(gè)換能元件來接收所述返回聲學(xué)波形。