超聲換能器方向控制的制作方法
【專利說明】超聲換能器方向控制
[0001]相關申請的引用
[0002]本申請要求2013年I月4日提交的美國臨時專利申請第61/748，774號的優(yōu)先權，該申請通過引用并入本文。
技術領域
[0003]本發(fā)明涉及一種在人體內使用的超聲裝置與方法，包括利用超聲來對人體區(qū)域(例如血管內部)進行成像的裝置與方法。
【背景技術】
[0004]超聲技術已被用于治療的和診斷的醫(yī)療過程中，該技術可以包括提供人體內部的成像。例如，已經提出了這樣的裝置:其利用血管內的超聲成像來觀察血管的情況和/或放置在血管內的裝置的位置或情況。然而，這種裝置還存在有許多問題。例如，許多這種裝置最多提供一幅組織橫截面或其他目標內容的圖像，即血管內部的薄盤狀切片，并且中間部分不在超聲束的范圍之內。在另外的一些裝置中，超聲束對準一個基本上不垂直于縱向軸線的固定角(例如對準45度)。在這種情況下，成像區(qū)域以圓錐表面的部分的形式靜止，并且中央部分也不在超聲束的范圍之內。無論哪種情況，為了使在人體內的顯著長度(例如組織或裝置的表面或部分)的整體可視，裝置必須沿著該長度移動，在特定的位置采集橫截面各自的圖像。這種移動可能不太精準，并且可能包括與裝置通過血管的盲目插入有關的風險。這種移動也較緩慢。通常需要大約30秒鐘來執(zhí)行退回(pull back)圖像(以大約0.lmm/s的速度)。
[0005]三維信息提供了這樣的附加值:其可以用于幫助裝置在脈管系統(tǒng)內的導航和裝置位置的確認。在脈管內的示例中，為了生成三維信息，導管可以在血管內上下移動，并且可以結合或者處理利用超聲獲取的圖像數(shù)據(jù)。然而，為了生成精確并可用的數(shù)據(jù)，必須獲知導管尖端的運動與角度。三維圖像可以通過連接至機械致動器的一維陣列獲得，使陣列在導管或其他裝置內移動。這種設計較為昂貴，并且通常在裝置中需要比許多血管所容許的空間還要大的空間。為了獲得優(yōu)良的圖像質量，這種陣列換能器必須同時在許多單獨的頻道上進行傳輸與接收。上述情況需要許多昂貴且體積龐大的同軸電纜?？梢允褂幂^少的同軸電纜，但是這樣做會降低圖像質量和圖像幀頻。
[0006]下列超聲裝置已經被提出:其包括換能器相對于兩個軸線的運動以提供三維信息。但是，提供這種運動的機械機構傾向于體積龐大，并且其所要求的尺寸不適合在小身體區(qū)域內應用。此外，為換能器提供運動的問題亟待解決。包括扭矩電纜的設計是有問題的。事實上，隨著電纜存儲與釋放彈性能，足夠可操縱的扭矩電纜可能會在從電纜的一端到另一端的扭矩傳輸中造成延遲，這使得即便當旋轉源以均勻的速率旋轉時，換能器組件也以非均勻的速率旋轉。非均勻的旋轉速率造成了結果數(shù)據(jù)或圖像失真。如果將兩根扭矩電纜用于換能器的雙軸線運動，那么這些問題會被放大。在某些情況下，可以利用單獨的電機來為換能器提供運動。然而，電機需要額外的空間并且會包括進一步的缺點:例如會橫穿視窗并造成部分圖像阻擋的控制線或結構部件。此外，用于控制復雜的電機運動的現(xiàn)有反饋機構較昂貴且體積龐大。
[0007]因此需要在沿著小身體區(qū)域實質長度的三維空間內對超聲進行精確與有效的應用，例如為醫(yī)師提供沿著該長度的實時觀察。還需要可以同時觀察醫(yī)療裝置和一個或多個組織或組織部位的裝置，特別是在裝置和組織在任何二維平面內都不能被可靠地成像的情況下。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的各個方面公開了一種用于在患者體內提供具有兩個可控制的自由度的超聲束的裝置及方法。例如，這種裝置可以包括換能器和電機，所述換能器用于發(fā)射和/或接收超聲信號，所述電機與驅動軸運行地聯(lián)接以使得電機的運轉帶動軸相對于旋轉軸線旋轉。還包括樞轉機構，其運行地連接至軸以使得所述樞轉機構響應于軸的旋轉而旋轉。所述樞轉機構具有相對于至少一個樞轉軸線可樞轉的樞轉構件，所述樞轉軸線基本垂直于所述旋轉軸線。所述樞轉構件包括磁性層和換能器。線圈設置為與旋轉軸線同中心并且沿著在所述電機和所述樞轉機構之間的旋轉軸線。所述線圈包括多個導電繞組，以使得施加至線圈的電流在所述樞轉構件上產生相對于樞轉軸線的扭矩。
[0009]所述磁性層可以包括徑向永磁體，其具有基本垂直于所述樞轉軸線對齊的第一磁場極，以使得施加至線圈的電流產生基本沿著旋轉軸線對齊的第二磁場極。利用這種方式，第一和第二磁場之間的相互作用在樞轉構件上產生扭矩。所述磁性層也可以具有通常平行于換能器視角對齊的磁極，以使得施加至線圈的電流產生沿著旋轉軸線對齊的第二磁場極。利用上述方式，第一和第二磁場之間的相互作用在樞轉構件上產生扭矩?？梢栽隍寗虞S的外部同心地設置所述線圈。
[0010]所述裝置可以包括偏置構件，其設置為將偏置構件力應用到所述換能器，并且將所述換能器偏斜至關于樞轉軸線并相對于樞轉機構的中性位置。扭矩可以取決于流入線圈的電流，從而使得扭矩不足以克服偏置構件力，在這種情況下偏置構件力使得所述換能器返回到中性位置。所述偏置構件可以是配置為用于運載來自所述換能器的信號的導體。[0011 ] 軸相對于旋轉軸線的旋轉和樞轉構件相對于樞轉軸線的樞轉在一個或多個頻率或旋轉速度是單獨可運行的。在某些情況下，所述裝置在一種或多種模式下是可運行的，其中樞轉構件的角速度取決于超聲信號與軸的旋轉軸線之間的角度。例如，所述裝置可以包括這樣一種運行模式:當樞轉機構在超聲信號指向更靠近旋轉軸線的方向的狀態(tài)下時，電機轉動較快。所述裝置也可以包括這樣一種運行模式:當樞轉機構在超聲信號指向更遠離旋轉軸線的方向的狀態(tài)下時，電機轉動較慢。
[0012]所述裝置可以包括封閉電機和樞轉機構的圓筒護套，該圓筒護套為線圈提供結構支撐。所述護套可以是導壁。此外，所述裝置可以設置在導管內。所述軸可以包括從其中延伸穿過的管腔。所述裝置還可以包括限位止動件，其設置為限制樞轉構件在其樞轉范圍任一端處的樞轉。所述裝置還可以包括為樞轉構件提供支撐的臂，以使得所述限位止動件為在兩個臂之間延伸的棒。所述換能器可以在限定了從換能器延伸的視窗的整個范圍內可移動。所述裝置可以包括在視窗內的不透明特征，從而該不透明特征提供關于樞轉構件的角度位置信息。
[0013]所述磁性層可以設置為平行于換能器并且關于第二樞轉軸線可樞轉，從而所述磁性層和所述換能器連接以使得所述換能器響應于所述磁性層的樞轉運動而樞轉。
[0014]所述裝置可以包括用于罩蓋換能器、電機以及樞轉機構的管狀構件。所述管狀構件可以具有遠端腔，所述遠端腔至少部分地由所述管狀構件的壁部分限定。遠端腔殼體可以包括換能器和介質，該介質使得壁部分和介質具有與管狀構件所插入的身體部分相似的超聲通道特性，以使得在壁部分內的介質邊界處的超聲反射以及在壁部分和人體環(huán)境的邊界處的超聲反射降低到通過邊界成像可接受的水平。
[0015]根據(jù)下面所提供的【具體實施方式】和說明書附圖，本發(fā)明進一步的形式、目標、特征、方面、效益、優(yōu)勢以及實施方案將變得明顯。
【附圖說明】
[0016]圖1為具有樞轉機構和電機的超聲裝置的實施方案的說明性立體圖。
[0017]圖2為圖1的超聲裝置的實施方案的說明性立體圖。
[0018]圖3為可以用于圖1實施方案中的磁性層的說明性立體圖。
[0019]圖4為可以用于圖1實施方案中的可替代磁性層的說明性立體圖。
[0020]圖5為可以用于圖1實施方案中的可替代磁性層的說明性立體圖。
[0021]圖6為可替代樞轉機構的實施方案的說明性立體圖。
【具體實施方式】
[0022]出于促進對本發(fā)明原理的理解的目的，下面將參照示于附圖中的具體實施方案，并且將使用特定的語言描述該具體實施方案。然而，應當理解的是這并不旨在限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明相關領域的技術人員通常會想到所描述的具體實施方案中的任何改變和進一步的修改，以及本文所述的本發(fā)明的原理的任何進一步的應用。雖然本發(fā)明詳細地展示與描述了一個或