成像探头的刚性护套的制作方法

成像探头的刚性护套
1.相关申请
2.本技术根据35 u.s.c.
§
119(e)要求2019年3月7日提交的题为“stiff sheath for imaging probe(成像探头的刚性护套)”的美国临时专利申请第62/815,331号的权益，该申请的全部公开内容通过引用并入本文。
3.背景
4.与本公开相关的工作表明，至少在某些情况下，用插入患者体内的探头对组织成像的现有方法和设备可能并不理想。例如，探头的移动会导致组织的移动。对于一些外科应用，将外科治疗与外科手术过程中获得的图像精确对准将是有帮助的。一些成像探头，比如经直肠超声(“trus”)探头，可以沿着探头的伸长轴线移动以对患者成像。成像探头的移动会导致目标组织的移动，这会使目标组织与组织实际位置的配准不理想。例如，一些现有的方法依赖于覆盖trus探头的软护套，并且trus探头在刚性护套内的移动至少在一些情况下会移动目标组织并影响成像质量。
5.尽管先前已经提出了与trus探头一起使用的刚性护套，但是进一步的改进将是有帮助的。例如，在成像过程中，护套内会形成气泡，这会降低用trus探头获得的图像质量。对于某些类型的手术，比如前列腺手术，当患者以接近仰卧的姿势斜躺时，被治疗的组织在探头的上侧上被成像。与本公开相关的工作表明，气泡可能在探头的上侧出现在探头和被成像的组织之间，这至少在某些情况下会使诸如前列腺的组织的图像退化。
6.概述
7.目前公开的方法和设备可以提供具有减少气泡形成的改进的成像。在一些实施例中，成像探头被刚性护套覆盖，该刚性护套允许成像探头移动，同时当探头在刚性护套内移动时，对于外科手术过程的至少一部分，刚性护套保持在大体上固定的位置。刚性护套可以包括足够的刚度，以在成像探头沿着护套的内部通道移动时抵抗变形。在一些实施例中，护套包括收集气体和去除气泡的一个或更多个结构。护套可以包括内部出口通道，以将流体从护套尖端附近引导到护套的近端部分。在一些实施例中，内部出口通道位于探头的下部，以引导气泡远离探头的上侧。替代地或组合地，出口通道(比如排放通道)可以位于护套的上侧，朝向护套的近端。探头可以指向下方，并且trus探头在护套内移动，以将气泡移向出口通道，比如排放通道，用于移除。
8.在一些实施例中，护套包括刚性远端部分和柔软近端部分，其中柔软近端部分被构造成当trus探头分别向远端和近端移动时膨胀和收缩。在一些实施例中，近端部分包括密封件，该密封件被构造成接合trus探头以减少从trus护套的泄漏。
9.护套可以多种方式设定尺寸和形状，并且可以包括一个或更多个开口，以允许流体在探头所在的通道内移动。在一些实施例中，护套包括多个开口以允许流体移入和移出通道，并且可以包括网状物(mesh)或其他支撑结构，其被构造为当探头在护套内移动时保持被成像的组织，这允许组织被更精确地成像。在一些实施例中，成像探头包括trus探头，trus探头包括伸长轴线，并且护套包括限定长形通道的伸长轴线，trus探头沿着该长形通道移动。护套可以包括近端，该近端被构造为附接到支撑件，该支撑件被构造为当trus探头
在患者体内移动时不移动。
10.在一些实施例中，外科系统包括成像探头和治疗探头，其中成像探头和治疗探头被构造为例如同步移动，而护套被构造为保持大体上固定。这种布置允许成像探头和治疗探头在成像和治疗期间移动并减少组织的移动，这可以提高组织切除(比如组织治疗)的准确性。成像探头可以包括trus探头，手术探头可以包括泌尿探头，该泌尿探头被构造为从尿道的远侧外端前进到患者的前列腺。
11.通过引用并入
12.本文提及和确定的所有专利、申请和出版物在此全部通过引用并入，并且即使在申请中的其他地方提及，也应被视为完全通过引用并入。
13.以下专利的主题与本公开相关：2014年8月26日发布的标题为“tissue ablation and cautery with optical energy carried in fluid stream(利用流体流中携带的光能进行组织消融和烧灼)”的美国专利第8，814，921号；2016年1月12日发布的标题为“multi fluid tissue resection methods and devices(多流体组织切除方法和装置)”的美国专利第9,232,959号；2011年2月8日发布的标题为“minimally invasive methods and devices for the treatment of prostate diseases(用于治疗前列腺疾病的微创方法和装置)”的美国专利第7,882,841号；于2007年4月8日提交的、于2011年11月8日作为wo2011097505公布的标题为“multi fluid tissue resection methods and devices(多流体组织切除方法和装置)”的国际申请第pct/us2011/023781号；2013年2月28日提交的、于2013年9月6日作为wo2013/130895公布的标题为“automated image
‑
guided tissue resetion and treatment(自动图像引导的组织再植和治疗)”的国际申请第pct/us/2013/028441号；以及2014年9月5日提交的、于2015年3月12日作为wo2015/035249公布的标题为“automated image
‑
guided tissue resetion and treatment(自动图像引导的组织再植和治疗)”的国际申请第pct/us2014/054412号，其全部公开内容通过引用并入本文。
14.附图简述
15.通过参考以下阐述说明性实施例的详细描述和附图，将获得对本公开的特征、优点和原理的更好理解，其中：
16.图1示出了根据一些实施例的刚性护套中的成像探头。
17.图2和图3分别示出了根据一些实施例的经直肠超声探头上的刚性护套的侧视图和等轴视图，该护套用于在长形超声探头沿着超声探头的伸长轴线移动时阻止组织形状的变化；
18.图4示出了根据一些实施例的连接到流体源的刚性护套中的成像探头；
19.图5示出了根据一些实施例的具有出口管线的刚性护套中的成像探头；
20.图6示出了根据一些实施例的由第一机器人臂(robotic arm)支撑的刚性护套和由第二机器人臂支撑的成像探头；
21.图7示出了根据一些实施例的成像探头上的刚性护套的侧视图，该成像探头连接到由机器人臂承载的公共基座；和
22.图8示出了根据一些实施例的具有突起(比如翼)的刚性护套的透视图。
23.详细描述
24.以下详细描述提供了对根据本文公开的实施例的本公开中描述的发明的特征和
优点的更好理解。尽管详细描述包括许多具体实施例，但这些仅作为示例提供，不应被解释为限制本文公开的发明的范围。
25.虽然本公开的实施例具体针对前列腺的治疗，但是本公开的某些方面也可以用于治疗和修饰其他器官，比如脑、心、肺、肠、眼、皮肤、肾、肝、胰腺、胃、子宫、卵巢、睾丸、膀胱、耳、鼻、口、软组织(比如骨髓、脂肪组织、肌肉、腺和粘膜组织、脊髓和神经组织、软骨)、硬生物组织(比如牙齿、骨骼)、以及体腔和通道(比如鼻窦、输尿管、结肠、食道、肺通道、血管和喉咙)。本文公开的装置可以通过现有的体腔插入，或者通过在身体组织中形成的开口插入。
26.刚性护套可以多种方式构造。在一些实施例中，当成像探头移动时，护套保持诸如前列腺的器官大体上不动。成像探头可以沿着成像探头的伸长轴线和护套的伸长轴线移动，同时护套大体上固定成像的组织。替代地或组合地，成像探头可以围绕伸长轴线旋转。成像探头可以随着旋转和平移而移动，以生成器官组织的3d断层图像，比如前列腺组织的3d体积图像。当成像探头在护套内移动时，护套可以将成像的组织保持在大体上相同的位置。可以获得器官组织的图像。
27.超声换能器可以包括任何合适的换能器，并且成像的组织可以包括本文所述的任何合适的组织。刚性护套可以以更高的速度和频率增加探头的移动，这可有助于实时成像。超声换能器元件可以包括超声晶体阵列，例如线性阵列，或者包括具有协同图像生成的单个旋转换能器元件。例如，单个旋转换能器可以以足够的速度旋转和平移，以提供组织的体积3d成像。替代地，可以使用多个超声波晶体。在一些实施例中，超声探头包括旋转以提供组织的3d体积成像的trus探头。在一些实施例中，旋转超声探头的矢状阵列以获得3d图像。虽然探头可以围绕护套的伸长轴线旋转许多角度，但是旋转量可以在从大约45度到135度的范围内，例如从45度到90度。
28.在一些实施例中，在用成像探头和护套对组织成像之前，已经将治疗探头放置在患者体内，这可以进一步减少组织的移动。治疗探头可以包括相对于外部护套和成像探头独立移动的内部载体，例如载体相对于成像探头和护套的旋转、平移和振荡。载体可以包括能量源，比如水射流，其可以相对于成像探头和护套独立移动。
29.待治疗组织的图像可以显示在显示器上，并且诸如外科医生的用户可以响应于显示器上显示的患者组织的图像输入治疗参数。
30.护套可以被构造成容纳内部可流动材料比如流体、凝胶或盐水。在一些实施例中，流体包括盐水，并且内部通道可以联接到外部贮存器，以在探头在护套内平移时提供可流动材料，比如凝胶或诸如盐水的液体。在一些实施例中，联接到护套内部通道的盐水允许护套的内径更小，这可能与诸如盐水的液体的粘度相比凝胶的粘度降低有关。在一些实施例中，凝胶源替代地或附加地与护套的通道连通，并且可以提供附加的流体，比如用于超声成像。可流动材料源，例如超声凝胶源，可以包括适于在护套内注射和/或抽出凝胶的注射器。在一些实施例中，凝胶源提供凝胶贮存器，当探头缩回时，由于探头缩回时在护套内产生的较低压力，凝胶被吸入护套。相反，当探头被推进到护套中时，由于来自探头插入护套中引起的增加的流体压力，护套内的凝胶可能被迫进入凝胶源。
31.在一些实施例中，护套包括超声折射率和声阻抗，该声阻抗类似于成像组织的声阻抗。替代地或组合地，护套可以包括尺寸略大于成像探头的内径，使得反射的声波可以比
护套和探头之间的距离更大的情况更容易被过滤。在一些实施例中，护套的内表面和成像探头之间的直径差大约为0.25毫米、0.5毫米、1毫米、2毫米、3毫米、4毫米或5毫米或更大，或者在由任何两个前述值限定的范围内。
32.护套可以由任何合适的材料形成，但是在一些实施例中，护套由根据其超声特性选择的材料形成，该材料具有期望的折射率、吸收和透射率，例如大体上匹配被成像的组织。与本公开相关的工作表明，如本文所述，平滑护套可以提供改善的成像，对超声信号滤波的依赖性更小，并且间隙距离减小。
33.图1示出了探头100，比如trus探头。探头100可以安装到支撑基座结构102。基座结构102可以联接到臂或其他合适的支撑件，该臂或支撑件被构造成保持刚性护套120在患者体内的放置。探头100可以包括轨道或导向件104，以便于探头100的平移移动，同时探头独立于护套120移动。在一些实施例中，支撑基座结构102联接到支撑刚性护套的臂126。刚性护套120联接到基座结构102和臂126，以在成像探头在护套120内移动时保持在基本固定的位置。成像探头100可以包括联接到基座结构102的联动装置和马达122，以在处理器控制下移动成像探头100，同时护套120保持大体上固定。在一些实施例中，马达122有助于探头100的平移运动，并且可以被配置成转动动力螺杆124以推进或退回探头100。由于步进马达122的准确性和可重复性，步进马达122可用于探头100的平移运动。额外的马达可以联接到基座结构102，以向探头100提供围绕探头的伸长轴线的旋转移动。
34.在一些实施例中，探头100被构造为定位在患者体内，并且马达122可以精确且可重复地将探头100平移成靠近患者体内的成像或治疗位置。此外，马达122能够在成像期间或在连续图像之间平移探头100，以捕获多个图像，例如用于断层摄影。
35.另一个致动器(比如马达)可以可操作地联接到探头100，以旋转探头，从而相对于目标区域定向探头的成像传感器，或者在图像捕获期间或者在连续的图像捕获之间可选地旋转探头100，以创建目标部位的多个图像。
36.护套120可以设置在探头100上，其可以是刚性的或坚硬的护套。如本文所用，术语“刚性的”和“坚硬的”可以互换使用，用于指能够承受由于放置在患者体内并接触其中的组织而产生的压缩力的材料。此外，刚性护套120优选能够承受由在护套120内推进或退回探头100引起的内部压力差，而不会响应于所施加的力而显著变形。这样，一旦刚性护套120插入患者体内，刚性护套120就为与护套120接触的周围组织提供支撑，并在成像期间将组织相对于护套120保持在静止位置。
37.在使用中，探头100被构造为相对于护套120平移和/或旋转，以捕获图像或提供治疗。在一些实施例中，探头100的平移不会干扰周围的组织，从而可以精确地捕获连续的图像，例如用于组合成目标区域的三维图像或模型。
38.刚性护套120可以通过任何合适的连接方法联接到探头100、马达122、或基座102、或设置在基座102和马达122之间的臂126。在一些实施例中，护套120通过柔性联接器130联接到探头的近端部分，以提供探头100相对于护套120的延伸、缩回和/或旋转。
39.在一些实施例中，柔性联接器130由能够变形的弹性材料形成，以允许探头100和护套120之间的相对运动。在一些实施例中，柔性联接器130成形为波纹管以适应相对运动，尽管也可以使用其他形状，比如球囊形状(balloon shapes)。柔性联接器130在柔性联接器的远端134附近联接到刚性护套。柔性联接器的远端联接到护套，以阻止可流动材料在刚性
护套134和柔性联接器之间泄漏。柔性联接器130包括密封件132以接合探头100。距离136在密封件132和柔性联接器的远端之间延伸。在一些实施例中，当探头100从刚性护套120被推进和缩回时，距离136改变。例如，当探头100向远侧被推进时，距离136可以减小，而当探头100向近侧被拉动时，距离136可以增大。
40.在一些实施例中，刚性护套120包括与柔性联接器130相同的材料，并且可以由一体的单件部件(例如单件模制部件)形成。替代地，柔性联接器130可以包括不同于刚性护套120的材料(例如弹性体)，刚性护套120可以包括例如更刚性的塑料或更硬的硅树脂。在一些实施例中，联接器130例如通过焊接或粘合剂粘附到刚性护套120。
41.在一些实施例中，柔性联接器130包括密封件132。密封件132可以相对于刚性护套120保持固定，并沿着成像探头100滑动。在一些实施例中，滑动密封件132包括活塞密封件，当探头被推进和缩回时，该活塞密封件沿着探头100滑动。在一些实施例中，柔性联接器130包括密封件132，当成像探头移动时，密封件132保持固定到成像探头100。例如，柔性密封件132可以包括弹性带，弹性带用压力将密封件132保持在探头100上，使得密封件132随着探头100移动，而远端134保持固定。
42.虽然柔性联接器130可以以多种方式构造，但是在一些实施例中，柔性联接器130包括储存一定体积的可流动材料的贮存器。柔性联接器130内的一定体积的可流动材料可以随着探头100在刚性护套120内的移动而改变。例如，探头100在刚性护套120内向近侧的移动可以将可流动材料从联接器130拉入刚性护套中。探头100在刚性护套120内向远侧的移动可以将可流动材料从刚性护套推入联接器130中。在一些实施例中，柔性联接器130流体联接到流体源140。在一些实施例中，可流动材料从柔性联接器130流入流体源140，反之亦然。替代地或组合地，柔性联接器130可以包括可变容积的贮存器，使得当探头100在护套120内向远侧推进时，柔性联接器130中的可流动材料的体积增加，而当探头100在护套120内向近侧拉动时，柔性联接器130内的体积减少。
43.在一些实施例中，柔性联接器130包括球囊，该球囊被构造成当探头100前进到护套120中时利用可流动材料膨胀，并且当探头100在护套120内向近侧缩回时缩小。例如，球囊可以包括柔软球囊或非柔软球囊。球囊可以包括弹性部分，以密封探头100并与探头100一起移动，同时联接器130的远端保持固定在刚性护套120上。
44.在一些实施例中，可流动材料(比如凝胶、流体或液体)的源140与形成在护套120内的通道流体连通，以向护套120的内部提供可流动材料，例如流体或凝胶。流体源可以包括超声凝胶或盐溶液，或者可以有利地被引入护套120内部的另一种溶液，以帮助运动、定位、旋转、成像或其他目的。流体源140可以通过任何合适的不透流体的密封件联接到柔性联接器130，该密封件可以另外包括分叉结构，以允许多个流体路径，以用于注射流体和从护套120内排放气体或流体。替代地，流体源140及其伴随的流体管线142可以提供流体填充路径和排放路径两者。
45.附加地，或者替代地，可以提供凝胶源，并且凝胶源与护套120的内部流体连通。凝胶源140可以向护套内部提供凝胶，以帮助运动、定位、旋转、成像或其他目的。
46.在一些实施例中，护套120联接到设备，以提供不透流体的密封，从而阻止护套内的流体泄漏。不透流体的密封件132可以是在护套和探头的联接器之间提供不透流体的密封的任何合适的密封件，并且可以是一种导致联接器在径向向内的方向上压缩的带夹，并
且可以由一种或更多种材料形成，比如弹性材料、金属材料、塑料或任何组合。护套120可以联接到探头100、马达122、臂126或基座102。
47.在一些实施例中，护套120中具有开口，以允许直接进入治疗部位以进行进一步治疗。例如，可以在护套120中提供一个或更多个开口，以允许替代的探头出现在治疗部位，比如用于抽吸、组织切除和收集的探头，诸如电烧灼的烧灼探头。
48.在一些实施例中，护套内的开口可选择性地打开，从而在关闭时提供不透流体的密封，并且可选地可打开以允许直接进入治疗部位。护套中的选择性开口可以包括铰接的进入盖、可以在平移方向或径向方向上滑动的可滑动的进入盖、或者可以穿透的薄弱区域。
49.护套中的可选择性打开的孔允许护套在插入患者体内期间呈现连续的外表面，以阻止护套卡住任何外部障碍物，同时能够通过可选择性打开的孔提供用于直接进入部位的开口。
50.在实施例中，可以对得到的图像进行后处理，以校正通过护套和通过诸如开口的失真捕获图像所导致的失真。例如，通过开口捕获的图像可能由于护套和开口之间不同的超声耐火指数和声阻抗而呈现失真。
51.图2和图3分别示出了经直肠超声探头100上的刚性护套120的侧视图和等轴视图，该刚性护套120用于在长形超声探头100沿着超声探头100的伸长轴线202移动时阻止组织形状的变化。刚性护套120包括密封件132，以阻止如本文所述的泄漏。在一些实施例中，密封件132形成为具有刚性护套的内部尺寸和探头100的外部尺寸，其被设定尺寸成形成密封。刚性护套120可以与本文所述的其他部件组合。当探头前进时，将成像探头100插入患者体内会引起组织形状的变化。可以在成像探头100上设置刚性护套120，使得当护套120保持大体上固定时，成像探头100沿着成像探头的伸长轴线202的轴向移动不会改变前列腺和前列腺附近组织的形状。一旦插入，成像探头100可以相对于接合患者结肠的刚性护套120独立地轴向移动。当刚性护套120接合患者的结肠壁并将成像探头100与结肠壁分开时，成像探头100可以轴向移动，而不会改变探头附近的患者组织的形状，例如，比如前列腺组织。
52.刚性护套120包括圆拱形的远端部分204，该圆拱形的远端部分204可以是球形或椭圆形形状，用于推进到患者体内。例如，远端部分204可以是刚性的，或者设计成在推进时稍微偏转。刚性护套120可以包括具有刚度以增加硬度的至少一个管状部分且当成像探头远端210远离护套远端部分204时在护套120内限定室206。室206在成像探头远端210和护套远端部分204之间轴向延伸，并且在护套120的圆柱形侧之间径向延伸。
53.刚性护套120和成像探头100的伸长轴线202可以与治疗探头的伸长轴线对准。刚性护套120可以固定到锁定臂126，并且锁定臂可以另外联接到成像探头100。
54.刚性护套120可以被构造为在护套120和成像探头100之间提供超声联接材料，以在刚性护套120在成像探头和前列腺组织之间延伸的情况下提供成像探头到前列腺组织的超声联接。护套120的室206包括当成像探头100轴向移动时具有可变容积的容器。随着成像探头100向远侧被推进，室206的容积减小。随着成像探头100向近侧缩回，由护套120和成像探头100限定的室206的容积增加。
55.提供流体联接通道142以将护套内的室206的流体联接到流体源140，使得当容积变化时，超声联接流体可以容纳在护套120内。流体源140可以包括密封容器，例如，诸如袋或注射器。例如，流体源140可以被构造成提供可变的容积并保持密封。在一些实施例中，流
体源140在流体源、流体联接通道142和室206之间提供封闭的流体系统。联接通道142可以包括护套120外的外部通道，比如管，或者护套120内的内部通道，例如由刚性护套120的内壁限定的内通道，以及它们的组合。例如，刚性护套的内壁可以包括限定联接通道142的刚性阻挡材料。替代地或组合地，内部通道可以包括在刚性护套120的内表面上的凹槽，以允许超声联接材料在成像探头100和刚性护套120之间流动。联接通道142可以延伸到刚性护套的远端附近的开口212，使得成像探头100的远端可以放置在刚性护套120的远端附近。联接通道的开口212在封闭端204和密封件132之间的位置处与刚性护套120的内部连通。
56.在一些实施例中，成像探头100的轴向移动由本文所述的联动装置的轴向移动提供，联动装置的轴向移动比如由可操作地联接到动力螺杆的马达提供。由联动装置提供的成像探头100的轴向移动导致成像探头的远端210相对于护套远端部分204的轴向移动。
57.图4示出了连接到流体源的刚性护套中的成像探头。刚性护套120可以通过柔性联接器130联接到探头100。柔性联接器130可以在联接器130和成像探头100之间提供不透流体的密封件132。臂126可以如本文所述接合刚性护套120。探头100的近侧和远侧移动可以改变联接器的距离136，如本文所述。柔性联接器130可以可移除地联接到成像探头100，使得刚性护套120可以在后续过程之间被替换，同时允许成像探头100被重复使用。柔性联接器130可以通过任何合适的结构、机构或方法连接到探头100。可以包括密封件132的一些合适的例子包括带夹、粘合剂、棘轮带、o形环、可变形膜、弹簧夹、压盖填料、垫圈、往复式密封件、冠状垫圈、冠状密封件、u形杯或任何其他合适的密封结构或其组合。
58.流体源140可以被提供并与室206流体连通。流体源140可以通过任何合适的不透流体的密封件联接到柔性联接器130。在用来自流体源140的超声流体初始装载刚性护套120期间，室206内可能存在一定体积的气体。随着超声流体被引入室206，气体可以在流体内形成气泡402。刚性护套120和探头100最初可以定向成使得包括室206的远端部分204在柔性联接器130下方，从而促使流体流向室206和护套远端部分204。
59.当气泡402在流体中形成时，将组件定向在所示的向下方向将促使气泡402朝向柔性联接器130向上流动。在一些实施例中，气泡能够通过柔性联接器130逸出，比如通过进入流体源140逸出。可选地，可流动材料的第二源404可以被提供来帮助刚性护套120的初始装载、从刚性护套120中排空气体或一些其他目的。在一些实施例中，气泡可以流向第一流体源140、第二可流动材料源404或两者。在一些实施例中，气泡被促使在柔性联接器内合并，并且可以可选地被移除。第一流体源140、第二可流动材料源404或两者都包括低粘度和低表面张力的材料，以提供低阻力移动和从刚性护套的内部室排空气泡。在气体收集在柔性联接器130中的情况下，成像探头100可以从患者体内获取成像数据，例如在没有导致图像退化的气体的情况下。
60.当成像探头100在刚性护套120内移动时，随着成像探头在刚性护套120内远离远端部分204向近端移动，流体可以被吸入室206。当成像探头100在刚性护套120内向远端部分204向远端移动时，流体可以被排出。在一些实施例中，可流动材料的第一流体源140或第二流体源404或两者允许单向流体流动。例如，流体可以从第一流体源140流入室206，并且可以流出室进入第二可流动材料源404，反之亦然。
61.图5示出了在具有出口管线502的刚性护套120中的成像探头100。在一些实施例中，出口管线504包括排泄管线。成像探头和刚性护套可以包括如本文所述的一个或更多个
部件，比如密封件132和联接器130。成像探头可以安装在臂上，如本文所述。在成像探头100最初插入刚性护套120时，一定体积的气体可能存在于刚性护套120内。随着刚性护套向远侧推进，室206的容积减小并迫使气体朝向护套远端部分204。此外，气泡会倾向于向上迁移。与本过程相关的工作表明，在诸如前列腺手术的手术期间，气泡将倾向于朝着远端部分204聚集在探头的上侧。
62.在一些实施例中，出口管线502形成在室206内，并且包括允许气体进入的一个或更多个开口504。一个或更多个开口504可以形成在刚性护套120的上表面附近，使得气泡将倾向于朝向一个或更多个开口504向上迁移。将成像探头100插入刚性护套120将进一步促使气泡通过一个或更多个开口504进入出口管线502。在一些实施例中，出口管线502远离位于刚性护套120的上表面附近的一个或更多个开口504延伸。出口管线可以遵循护套远端部分204的曲率，并且可以在任何合适的位置离开护套120。
63.一个或更多个开口504可以位于刚性护套120内的任何合适的位置。与本公开相关的工作表明，探头100的远侧尖端和远端部分204可以相对于探头和护套的近端向上倾斜。在这点上，一个或更多个开口可以位于护套120的上部内表面上，其中当以大约1度至大约20度范围内的角度向上倾斜时，一个或更多个开口对应于探头的最上部位置。此外，探头可以包括标记或其他结构，以将探头的竖直轴线与臂对准，如本文所述。在一些实施例中，护套120包括对准结构520，该对准结构520被构造成以预定的配准角度将护套120放置在臂上，例如以便竖直地定位一个或更多个开口504。该臂可以包括对应的结构以接合护套的对准结构520，从而设定护套围绕探头100的伸长轴线的旋转角度。
64.虽然参考了在室206内延伸的出口管线502，但是在一些实施例中，出口管线520沿着刚性护套120的外部延伸。替代地或组合地，刚性护套120可以包括在刚性护套120的内表面和外表面之间延伸的出口管线502。
65.在一些实施例中，出口管线502包括阀506，其允许气体流过出口管线502并通过阀506离开。阀506可以包括任何合适的阀，比如单向阀，例如止回阀。在一些实施例中，在使用成像探头捕获成像数据之前，对成像探头100和刚性护套120系统进行准备。例如，可流动材料可以被引入刚性护套120中。成像探头100可以被推进到刚性护套120中，并且刚性护套120中的气体流过出口管线502，并且在通过阀506之后离开系统。在一些实施例中，出口管线502延伸到贮存器510，贮存器510被构造成存储来自管线502的可流动材料。在一些实施例中，贮存器510位于刚性护套120上方，以减少刚性护套的室的虹吸。替代地，根据可流动材料的粘度，管线502可以直接向手术废物的容器中排泄。
66.在一些实施例中，流体源140通过管线142联接到刚性护套120的内部。管线142可以通过在许多位置中的一个或更多个位置处的开口(例如端部附近的近侧或远侧)联接到刚性护套的内部。在一些实施例中，当护套已经放置在患者体内时(其中护套的远侧尖端相对于近端略微向上倾斜)，如本文所述，管线142联接到刚性护套的内部，其中管线142的开口位于一个或更多个开口504下方的位置。流体源140可以包括凝胶或其他合适的可流动材料。在一些实施例中，流体源140位于贮存器510上方，以便向刚性护套120提供连续的冲洗流。在一些实施例中，这种冲洗将引导气泡远离远侧尖端，例如当探头100保持静止时。在一些实施例中，允许流体源140在泵送之前与贮存器510平衡，例如，以便从刚性护套120移除空气。
67.在一些实施例中，成像探头100将在刚性护套120内往复移动一次或多次，以从流体源吸入额外的流体并通过出口管线排出气体。以这种方式，刚性护套120内的气体被可流动材料代替，该可流动材料包括声学介质，比如超声凝胶或盐水。
68.在一些实施例中，入口管线142通过单向阀如止回阀146联接到流体源140。当探头被向近侧拉离刚性护套的远端时，止回阀146可以允许流体从流体源140被抽吸并进入刚性护套120的内部通道。当探头向远侧推进到刚性护套120中时，止回阀将大体上阻止流体从内部通道流向流体源140，并将流体引向一个或更多个开口504并流出出口管线502。
69.在一些实施例中，流体源包括联接到单向阀的输送管线，使得成像探头100在退回方向上的平移将从流体源吸入流体，并且在刚性护套120内在前进方向上平移成像探头100将通过排泄阀排出气体和流体。成像探头100可以往复移动一次或多次，以吸入足够的流体来填充室206并排出室206内的任何气体。在一些实施例中，成像探头100的往复移动充当泵以吸入初始体积的流体，以便在执行成像或治疗之前填充室。在一些实施例中，在探头在护套内前进和/或缩回(可选地活塞式移动)期间，利用下列中中的一者或更多者真空探头阻力被减小(并且可选地最小化)：在护套120的远端处的排放，或者可流动材料的输送填充随着探头100在护套120中缩回而产生的真空，或者利用将沿着护套和探头之间的间隙行进的低粘度流体。
70.在一些实施例中，护套120、阀506、探头100和流体源140布置成流体再循环构造。例如，包括单向阀506的管线502可以连接到流体源140，以便再循环流体。例如，来自管线502的输出流体可以输入到容器上部附近的流体源140中，以便将管线502中的气体与管线502中的液体分离。管线142可以在比来自管线502的输入更低的位置联接到流体源140，以便在将流体从源140吸入护套120之前将超声流体与气体分离。
71.图6示出了由第一机器人臂602支撑的成像探头100和由第二机器人臂604支撑的刚性护套120。如本文所述的刚性护套120可以联接到机器人臂604，机器人臂604可以被构造成在处理器和用户输入的控制下移动和定位刚性护套120。此外，第二机器人臂604可以被构造成独立于成像探头100移动和定位刚性护套120。成像探头100可以联接到第一机器人臂602，第一机器人臂602可以在处理器的控制下移动、定向和定位成像探头100。成像探头100可以独立于刚性护套120移动。
72.这里描述的机器人臂可以以多种方式构造，并且可以包括5至8个关节，例如5至7个关节，并且可以包括商业上可获得的机器人臂。在一些实施例中，机器人臂的远端被构造成以3至6个自由度定位探头，例如6个自由度。在一些实施例中，6个自由度包括三个平移自由度和三个旋转自由度。
73.在一些实施例中，刚性护套120由第二机器人臂604移动并定位到患者身上。随后，第一机器人臂602可以移动成像探头100以进入刚性护套120并准备捕获成像数据。在一些实施例中，第一机器人臂602在手术之前在患者体外将成像探头100插入并推进刚性护套120中。在一个或更多个处理器的控制下，第一机器人臂602和第二机器人臂604可以为手术准备成像探头100和刚性护套120，例如通过将成像探头100插入刚性护套120，如本文别处所述用可流动材料灌注系统，并将成像探头100和刚性护套120一起定位在患者体内的目标位置。
74.机器人臂可以是任何合适的机器人臂，并且可以包括与机器人关节608联接的一
个或更多个联动装置606。机器人臂可以完全在处理器的指导下，或者可以提供选择性的手动用户控制。例如，医生可以在手术之前或期间手动引导第一机器人臂602、第二机器人臂604或两者。在一些情况下，医生可以手动控制机器人臂来为手术准备成像探头100和刚性护套120，例如通过用流体灌注刚性护套120并将成像探头100插入刚性护套中。医生也可以选择手动将刚性护套120、成像探头100或两者放置到患者体内的初始位置。医生然后可以使处理器执行指令，该指令使处理器操作第一机器人臂602、第二机器人臂604、成像探头100的马达或其组合。在一些情况下，第一机器人臂602负责在手术期间推进和缩回成像探头100。第一机器人臂602还可以被构造成根据需要使成像探头100绕其纵向轴线旋转。
75.在一些实施例中，治疗探头650被构造成切除组织或消融组织中的一者或多者。治疗探头包括能量源652。能量源可以包括任何合适的能量源，比如水射流、激光束、一个或更多个射频电极、或沿水流传输的激光束及其组合。治疗探头650可以被构造成利用平移移动654或旋转移动及其组合来移动能量源。在一些实施例中，治疗探头650安装在第三机器人臂上，第三机器人臂可以类似于第一机器人臂和第二机器人臂。
76.在一些实施例中，使成像探头100与治疗探头650一起移动以将能量源保持在成像探头100的视野内可能是有帮助的。在一些实施例中，成像探头100被构造为与治疗探头650同步移动，例如具有同步的平移移动654。在一些实施例中，在治疗探头的平移移动期间，刚性护套120和探头100如本文所述泵送流体。
77.在一些实施例中，机器人臂604保持刚性护套120的位置和方向，同时机器人臂602通过本文所述的移动和可选的泵送在刚性护套120内平移探头100。
78.机器人臂602、604和治疗探头650可以联接到合适的控制器、处理器和联动装置，如本领域普通技术人员所知。根据本公开，适于结合的系统在2013年2月28日提交的国际申请第pct/us2013/028441号和2014年9月5日提交的国际申请第pct/us2014/054412号中进行了描述，其中国际申请第pct/us2013/028441号于2013年9月6日公布为wo2013/130895，标题为“automated image
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guided tissue resetion and treatment(自动图像引导的组织再植入和治疗)”，国际申请第pct/us2014/054412号于2015年3月12日公布为wo2015/035249，标题为“automated image
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guided tissue resetion and treatment(自动图像引导的组织再植入和治疗)”，其全部公开内容先前已通过引用并入。
79.图7示出了成像探头100上的刚性护套120的侧视图，该成像探头100联接到由机器人臂承载的公共基座。成像探头100和刚性护套120可以由基座102承载，并且功能类似于参照图1描述的探头100。基座102可以联接到允许成像探头100相对于公共基座102平移的托架。公共基座102可以包括臂126，该臂126包括延伸部702，该延伸部702联接到刚性护套120的近端704，如本文所述。刚性护套120的近端704和延伸部702的联接可以通过任何合适的连接系统来实现，比如协作结构、凸台和凹槽、滑动燕尾榫、磁力耦合器、保持夹、夹具或一些其他合适的连接。
80.基座102可以联接到机器人臂602。机器人臂602可以处于一个或更多个处理器的控制下，该处理器可以指示机器人臂移动、定位和定向成像探头100和刚性护套120。机器人臂可以将刚性护套120和成像探头100组件定位在患者体内的目标部位。致动器，比如步进马达，可以独立于刚性护套120移动成像探头100，比如用于捕获成像数据，同时刚性护套120在成像探头100平移时将周围组织保持在静止位置。
81.图8示出了具有诸如翼802的突起的刚性护套120的透视图。在一些实施例中，刚性护套120可以附接到患者，并且在一些情况下，构造有翼802。例如，翼802可以包括突起，该突起提供前挡块(positive stop)并阻止刚性护套120进一步插入患者体内。翼802可以另外提供表面，该表面在trus探头的进入位置周围接触患者并且允许翼诸如通过手术带固定到患者。在该实施例中，在治疗开始之前，刚性护套120可以被定位并固定在患者体内，并且成像探头可以随后被插入刚性护套120中。刚性护套120可包括如本文所述的联接器、密封件、止回阀和开口。
82.在使用中，刚性护套120联接到设备的臂、探头、致动器、基座，或者直接联接到患者。探头100通过护套120的柔性联接器插入，并且护套可以被密封以在护套120和探头100之间提供不透流体的密封，如本文所述。超声波探头可以如本文所述连接到致动器。
83.该组件可以被定向为探头100的远端面向下，或者可以被定位在该方向上，为与一个或更多个流体源连接做准备。这种定向可用于将可流动材料引入护套120中，例如在探头100前进到护套120中之前。流体源可以流体连接到护套120的内部，比如通过将与流体源相关联的流体软管附接到位于柔性联接器处的流体联接器。在一些实施例中，流体源位于比设备更高的高度处，以允许重力促使可流动材料向下流入护套120。
84.探头100可以手动或通过致动器、通过机器人臂或通过它们的组合定位在护套120内。将探头100推进到护套120中可以通过排空路径将空气、液体和其他可流动材料推出护套120，并将流体从流体源吸入护套120。重力可导致流体向护套120的远端迁移，并且任何气泡将向探头100的近端漂浮出目标区域。在一些情况下，气泡可以从护套中抽出，比如通过排空气泡，或者探头100可以重复插入护套120和从护套120中抽出，以促使任何气泡离开护套120。
85.虽然探头和护套已经被描述为具有直径，但是应当理解，护套和探头不需要具有大致圆形的横截面，而是可以是卵形、六边形、八边形或某种其他形状。在许多实施例中，探头被构造为绕其纵向轴线旋转，而不干扰护套的位置或方向，因此在许多实施例中，护套具有大致圆形的横截面形状。
86.本公开包括以下编号的条款。
87.条款1.一种对患者组织成像的成像系统，包括：成像探头，其被插入患者体内；刚性护套，该刚性护套包括被设定尺寸成接纳成像探头的内部通道；和阻止流体从刚性护套内部泄漏的密封件。
88.条款2.根据条款1所述的成像系统，其中，所述密封件被构造成当所述探头已经插入所述护套并且所述探头远离所述护套的远端向近侧被拉动时，阻止空气进入所述护套的内部。
89.条款3.根据条款1所述的成像系统，其中，所述密封件被构造成当所述探头已经插入所述护套并且所述探头朝向所述护套的远端向远侧被推进时，阻止液体流出所述护套的内部。
90.条款4.根据条款1所述的成像系统，其中，所述内部通道包括伸长轴线，并且所述成像探头包括伸长轴线，并且其中所述刚性护套被构造为当所述长形成像探头被向近侧拉动时抵抗变形。
91.条款5.根据条款1所述的成像系统，其中，所述护套的所述内部通道包括内径，所
述内径被设定尺寸成接纳所述成像探头，并且在所述成像探头的外表面和所述护套的内径之间具有不超过约1毫米的间隙。
92.条款6.根据条款1所述的成像系统，其中，所述密封件包括将所述成像探头联接到所述刚性护套的柔性密封件，所述柔性密封件在所述成像探头和所述刚性护套之间产生不透流体的密封。
93.条款7.根据条款6所述的成像系统，其中，所述柔性密封件包括波纹管。
94.条款8.根据条款6所述的成像系统，其中，所述柔性密封件包括滑动密封件。
95.条款9.根据条款1所述的成像系统，还包括与所述刚性护套的内部室流体连通的排空通道。
96.条款10.根据条款9所述的成像系统，还包括止回阀，所述止回阀联接到所述排空通道，以提供经过所述排空通道的单向流体流。
97.条款11.根据条款10所述的成像系统，其中，所述单向流体流导致流体流出所述刚性护套的所述内部室。
98.条款12.根据条款10所述的成像系统，还包括从止回阀接收流体的贮存器。
99.条款13.根据条款12所述的成像系统，其中，所述贮存器位于所述内部通道上方。
100.条款14.根据条款13所述的成像系统，还包括联接到流体源和所述内部通道的入口管线，以在所述探头被向近端远离所述护套的远端拉动时向所述内部通道提供流体。
101.条款15.根据条款14所述的成像系统，其中所述贮存器包括所述流体源，并且其中所述护套、所述探头、所述止回阀、所述垫圈、所述入口管线和所述出口管线被布置为循环泵。
102.条款16.根据条款1所述的成像系统，还包括流体源，所述流体源在所述密封件和所述刚性护套的所述远端之间联接到所述刚性护套的所述内部通道。
103.条款17.根据条款16所述的成像系统，其中所述流体源位于所述内部通道上方。
104.条款18.根据条款1所述的成像系统，其中所述刚性护套包括圆筒，并且所述探头包括活塞，并且其中所述圆筒和活塞被布置成随着所述探头在所述护套中的往复运动来泵送流体。
105.条款19.根据条款18所述的成像系统，其中所述密封件位于所述成像探头上，并且可选地，其中所述密封件包括放置在所述成像探头上的一个或更多个环。
106.条款20.根据条款1所述的成像系统，还包括从所述内部通道移除流体的管线，所述管线延伸至所述内部通道内的一个或更多个开口。
107.条款21.根据条款20所述的成像系统，其中所述一个或更多个开口位于所述内部通道的上侧上以接收气泡。
108.条款22.根据条款21所述的成像系统，其中所述一个或更多个开口位于所述成像探头的远侧尖端附近。
109.条款23.根据条款22所述的成像系统，其中所述一个或更多个开口沿着所述内部通道的上部内表面定位。
110.条款24.根据条款23所述的成像系统，其中所述刚性护套包括参考结构，以将所述刚性护套定向成所述一个或更多个开口沿着所述上部内表面。
111.条款25.根据条款24所述的成像系统，还包括支撑所述刚性护套的支撑臂，所述支
撑臂包括与所述参考结构相对应的接合结构，以在所述一个或更多个开口沿着所述上部内表面定向的情况下接纳所述刚性护套。
112.条款26.根据条款1所述的成像系统，还包括联接到所述密封件的柔性联接器。
113.条款27.根据条款26所述的成像系统，其中所述柔性联接器包括第一端部和第二端部，所述第一端部被构造为在第一位置处接合所述刚性护套，所述第二端部在所述柔性联接器的第二位置处接合所述探头。
114.条款28.根据条款27所述的成像系统，其中，距离在所述第一位置和所述第二位置之间延伸，并且其中，当所述探头被推进到所述内部通道中时，所述距离减小，并且当所述探头从所述内部通道缩回时，所述距离增大。
115.条款29.根据条款27所述的成像系统，其中所述柔性联接器包括一定内部体积的流体，并且其中当所述探头被推进到所述刚性护套中时，所述内部体积增加，并且当所述探头远离所述内部通道的远端缩回时，所述内部体积减小。
116.条款30.根据条款29所述的成像系统，其中所述柔性联接器包括球囊，所述球囊在第一位置处粘附到所述刚性护套，并且在第二位置处联接到所述探头以形成密封。
117.条款31.根据条款29所述的成像系统，其中所述柔性联接器包括波纹管。
118.条款32.一种对患者组织成像的成像系统，包括：成像探头，其被插入患者体内；刚性护套，该刚性护套包括被设定尺寸成接纳成像探头的内部通道；以及用于从内部通道移除流体的出口管线，该管线延伸到内部通道内的一个或更多个开口，其中所述一个或更多个开口位于所述内部通道的上侧上以接收气泡。
119.条款33.根据条款32所述的成像系统，其中所述一个或更多个开口位于所述成像探头的远侧尖端附近。
120.条款34.根据条款33所述的成像系统，其中所述一个或更多个开口沿着所述内部通道的上部内表面定位。
121.条款35.根据条款34所述的成像系统，其中所述刚性护套包括参考结构，以将所述刚性护套定向成所述一个或更多个开口沿着所述上部内表面。
122.条款36.根据条款32所述的成像系统，其中所述探头的外表面和所述刚性护套的内表面被设定尺寸成密封所述内部通道，并且其中所述内部通道延伸到流体贮存器。
123.条款37.根据条款36所述的成像系统，其中所述探头的所述外表面和所述刚性护套的所述内表面被设定尺寸成密封所述内部通道，并且其中所述出口管线延伸到流体贮存器。
124.条款38.根据条款37所述的成像系统，其中所述出口管线包括单向阀，以将流体泵入所述贮存器。
125.条款39.条款37的成像系统，其中来自流体源的入口管线延伸到所述内部通道。
126.条款40.根据条款39所述的成像系统，其中，所述入口管线包括单向阀，用于当所述探头在所述刚性护套中前进时，阻止朝向所述流体源的流动，并引导流体经过所述一个或更多个开口。
127.条款41.一种治疗患者的系统，包括：根据前述任一条款所述的成像探头；和包括能量源的治疗探头。
128.条款42.根据条款41所述的系统，其中所述成像探头被构造为与所述治疗探头的
载体同步移动。
129.条款43.根据条款1所述的成像系统，还包括刚性护套和成像探头组件，所述组件被构造为用声学介质替换所述刚性护套中的空气。
130.条款44.根据前述条款中任一项所述的系统、成像探头或组件，其中声学介质包括低粘度和低表面张力，以提供气泡从所述刚性护套的所述内部通道低阻力移动和排空，并且可选地，其中所述声学介质包括可流动材料，并且可选地，其中所述可流动材料包括液体或凝胶。
131.条款45.根据前述条款中任一项所述的系统、成像探头或组件，其中，在所述探头在所述护套中前进和/或缩回期间，利用下列中的一者或多者使真空探头阻力减小：在所述护套的远端附近的排放、可流动材料的输送填充随着所述探头在所述护套中缩回而产生的真空、或者利用将沿着所述护套和所述探头之间的间隙行进的低粘度流体。
132.条款46.根据前述条款中任一项所述的系统、成像探头或组件，还包括从注射器到所述护套的内腔，其中流体沿着所述刚性护套的底部或侧部(远离观察区域)传导，所述内腔被构造为将声学流体输送到所述刚性护套中并围绕所述超声探头，以利用设置在所述探头和所述护套之间的流体提供从所述探头到所述护套的声学联接。
133.条款47.根据前述条款中任一项所述的系统、成像探头或组件，其中臂被构造为支撑所述刚性护套和所述成像探头，并且其中用所述臂支撑的联动装置被构造为将所述成像探头平移到所述刚性护套内的多个位置，并且将成像旋转到所述刚性护套内的多个方向。
134.条款48.根据条款47所述的系统、成像探头或组件，其中所述臂包括机器人臂，所述机器人臂被构造为定位所述成像探头和所述刚性护套，并且可选地，其中所述机器人臂包括5至7个自由度。
135.条款49.根据前述条款中任一项所述的系统、成像探头或组件，其中机器人臂被构造为支撑所述刚性护套，并且以三个平移自由度和三个旋转自由度来定位所述刚性护套，并且可选地，所述机器人臂包括5至7个自由度。
136.条款50.根据前述条款中任一项所述的系统、成像探头或组件，其中机器人臂被构造为支撑所述成像探头，并以三个平移自由度和三个旋转自由度定位所述成像探头。
137.条款51.一种用于对组织成像的系统，包括：第一机器人臂，其被构造为支撑刚性护套，并以三个平移自由度和三个旋转自由度来定位所述刚性护套；以及第二机器人臂，其被构造为支撑所述成像探头并以三个平移自由度和三个旋转自由度定位所述成像探头；其中第二机器人臂被构造成将所述成像探头放置在所述刚性护套中。
138.条款52.根据条款51所述的系统，还包括前述条款中任一项所述的成像系统。
139.条款53.一种方法，该方法包括使用前述条款中任一项所述的系统。
140.本公开的实施例已经如在此阐述的那样被示出和描述，并且仅作为示例被提供。本领域的普通技术人员将认识到许多调整、改变、变化和替换，而不脱离本公开的范围。在不脱离本公开和本文公开的发明的范围的情况下，可以利用本文公开的实施例的几种替代方案和组合。因此，当前公开的发明的范围将仅由所附权利要求及其等同物的范围来限定。