用于定位医疗器械的设备和方法

本发明涉及一种用于定位医疗器械的设备和方法。

背景技术：

1、在各种各样的应用中，诸如手术工具、成像设备或换能器的医疗器械需要相对于患者的待治疗区域以静态方式保持，以避免这些器械相对于患者的任何移动。

2、特别是，高强度聚焦超声(hifu)是一种治疗身体部位的非侵入性和非电离治疗技术。例如，hifu可用于利用热效应消融病理组织(如良性或恶性肿瘤)，或用于透化(permeabilize)组织以进行局部药物递送。hifu也可以以诸如面部提拉的美学应用来实现。

3、这种hifu治疗可以对人体的任何部位实现。因此，有必要使hifu换能器相对于治疗区域精确地定位和保持。

4、在磁共振成像(mri)环境下，现有的定位系统包括具有通过水囊与患者分离的凹形多元件超声换能器的特定扫描台。例如，这样的台用于子宫肌瘤的消融。

5、另一个例子是多元件换能器阵列，其用水囊布置在的患者的头部周围，专门用于治疗神经疾病，例如原发性震颤和帕金森氏震颤。

6、然而，这些系统既繁琐又复杂。它们仅限于特定的应用或身体的特定部位，而且非常昂贵。它们不允许将换能器直接自由地定位在治疗区域上。

7、类似的限制也出现在其他医疗器械的定位系统中，如活检格栅、针头支架、mr线圈等。

8、本发明的目的是提供一种克服现有技术的所述缺点的用于定位医疗器械的设备。

技术实现思路

1、根据本发明的一个方面，提供了一种用于将医疗器械相对于患者定位在操作位置的设备，该设备包括：

2、-支承元件，其配置为接收所述医疗器械；

3、-至少两个可压缩腔室，其包含摩擦干扰材料(frictional jamming material)，在从所述腔室移除空气时，所述摩擦干扰材料能够表现出摩擦干扰，所述腔室耦合到所述支承元件；

4、其中：

5、-在非致动配置下，所述支承元件适于定位在所述操作位置，并且所述腔室被配置为根据六个自由度移动所述支承元件，以及

6、-在致动配置下，摩擦干扰材料受到摩擦干扰，从而允许腔室变得刚性并且允许支承元件被固定地定位，

7、优选地，所述设备被配置为在所述致动配置下自支撑。

8、优选地，根据本发明的设备是用于在磁共振成像(mri)检查室中定位医疗器械的设备。

9、根据本发明的设备能够完全由mri兼容材料制成，和/或能够完全由非铁磁材料制成，优选地能够完全由非磁性材料制成。

10、根据本发明的设备能够布置成安装在mri膛内和/或安装在直径为70cm或更小，或者甚至优选为60cm或更小的圆柱形体积内。

11、根据本发明的设备允许将医疗器械直接定位在待治疗的身体区域上或附近。它为操作者提供了六个自由度来移动连接到支承元件的医疗器械，使得它可以用手自由移动。

12、医疗器械，例如换能器，可以根据需要快速而容易地放置，然后通过在单个操作中从腔室中移除空气而锁定就位。事实上，由于腔室所包括的摩擦干扰材料，当空气存在于腔室中时，这些腔室在非致动配置下是可变形的。连接到腔室的支承元件可以自由移动。在致动配置下，当空气从腔室中排出并且在腔室中形成低压时，摩擦干扰材料受到摩擦干扰，从而允许腔室变得刚性，并且允许支承元件，以及由此连接到其上的医疗器械被锁定就位。可以在几秒钟内在腔室的刚性和柔性状态之间切换。

13、通过根据本发明的设备，由于腔室的致动和非致动配置，可以将医疗器械定位并保持就位。不需要与设备集成并维持腔室的刚性支撑结构来实现安全定位和保持。

14、一旦腔室处于致动配置，则该设备是自支撑的。由于多个致动腔室充当设备的腿部，设备能够以稳定的方式站立，例如在桌子上。腔室，以及因此的设备，不需要固定或连接到支撑件上。因此，该设备能够由操作者自由操作，并易于运输到需要的任何地方并放置到位。

15、由于自支撑特征和自由移动附接在其上的医疗器械的可能性，根据本发明的设备能够非常容易地实现。

16、根据本发明的设备可以保持和定位任何类型的医疗器械。医疗器械可以包括超声换能器、针头支架、活检格栅、mr线圈等。

17、特别地，该设备被配置为定位和保持不同类型、尺寸和重量的医疗器械。例如，医疗器械的重量可以高达4kg，通常为200g至4kg，更特别地为300g至3kg。

18、有利地，该设备可以设置在致动配置和非致动配置之间的中间配置下。这些中间配置可以通过改变腔室内的真空水平来获得，从而获得腔室的不同刚度或柔性水平。这种中间配置可用于改进医疗器械的定位、限制运动或促进更精细的运动等。

19、腔室可以是适合于所需应用的任何形式和尺寸。特别地，腔室可以被配置为围绕患者身体的任何部分放置。例如，可以选择小直径的细长腔室来将医疗器械放置在患者的腿或手臂上。根据另一个示例，腔室可以是枕形的，以便适于放置在患者的头部周围。有利地，腔室可以具有不同的尺寸和/或形式，从而允许医疗器械定位在更偏心的位置。

20、此外，根据本发明的设备对现有定位和/或支持系统提供了低成本、可移动和节省空间的替代方案。不需要特定的操作或扫描台。它与手术环境兼容，并且对需要手动定位医疗器械的任何应用都具有很强的适应性。

21、有利地，由于该设备能够在不影响其定位和保持特征的情况下由非磁性材料制成，并且由于它是不包含电气部件的气动系统，因此它也与磁共振成像(mri)环境完全兼容。出于安全和图像质量的原因，与mri环境的兼容性包括使用非磁性材料。此外，该设备应该适合高度受限的环境：mri孔(通道)的直径通常为60-70cm，并且定位在患者身上或附近的任何设备都需要安装在患者与孔壁之间的高度受限的空间中。因此，根据本发明的设备优选地安装在直径为70厘米，或者甚至优选为60厘米的圆柱形容积中。

22、在下文中，应理解的是，术语“用于定位的设备(或方法或系统)”旨在表示“用于保持的设备(或者方法或系统)”，因为一旦腔室固化，医疗器械就被保持在适当的位置。

23、这些腔室或囊由柔软有弹性的材料制成，比如乳胶。

24、根据本发明的设备包括真空连接器，该真空连接器被配置为将真空源连接到该设备。优选地，该设备包括唯一的空气回路，包括支承元件上的单个真空连接器，该单个真空连接器流体连接到腔室，允许在单个步骤中从所有腔室排出空气。

25、有利地，腔室的端部可以适用于固定的结构。

26、固定的结构可以是例如磁共振成像(mri)扫描仪的扫描台或接收患者的手术台。

27、根据第一变型，摩擦干扰材料可以包括颗粒状材料。

28、颗粒材料可以包括聚合物球、沙子、玻璃珠、石英珠等，或者它们的混合物。

29、根据另一个变型，摩擦干扰材料可以包括多个柔性片材的至少一个堆叠。

30、根据又一变型，摩擦干扰材料可以包括多个适当材料的纤维或线。

31、摩擦材料类型的选择可以根据腔室的形状和尺寸进行调整。

32、在优选实施例中，腔室可以是细长的管状形状。

33、腔室可以在一端连接到支承元件，另一端适于固定的结构

34、这种形状赋予定位设备喇叭形结构，允许操作者与待定位的医疗器械有清晰、无阻碍的视觉接触。

35、此外，该设备的整体开放式工作结构允许容易地调整腔室的数量并将它们自由地定位在患者周围。

36、根据一个实施例，该设备可以另外包括连接到腔室并且被配置为适于固定的结构的一个或更多个基部元件。

37、基部元件可以连接到每个腔室。

38、基部元件可以通过用重物压载或通过将其定位在患者下方而适合于固定的结构。

39、有利地，腔室可以是从支承元件可移除的并且可以是可互换的。

40、因此，可以选择和调整腔室的形状或长度，甚至数量以适应具体应用。因此，医疗器械可以以多种配置定位。

41、根据本发明的另一个方面，提供了一种用于将医疗器械相对于患者定位在操作位置的系统，该系统包括：

42、-根据本发明的定位设备；

43、-监测装置，其被配置为实时监测所述医疗器械的定位。

44、监测装置允许提高定位的精度。监测装置可以包括例如跟踪相机。

45、在一个实施例中，该系统可以另外包括控制装置，该控制装置被配置为在操作者的监督下通过监测装置远程控制医疗器械的定位。

46、可以在医疗器械上提供光学跟踪标记，以便用跟踪相机控制其定位。

47、例如，跟踪相机可以耦合到虚拟现实接口，通过该虚拟现实接口可以由操作者将医疗器械直接定位在期望的位置处。

48、根据本发明的另一个方面，提供了一种用于将医疗器械相对于患者定位在操作位置的方法。该方法包括以下步骤：

49、-将所述医疗器械固定在定位设备的支承元件上，所述支承元件连接到至少两个可压缩腔室，所述至少两个腔室包含摩擦干扰材料，在从所述腔室移除空气时，所述摩擦干扰材料能够表现出摩擦干扰；

50、-将所述支承元件定位在所述操作位置，所述腔室被配置为根据六个自由度移动所述支承元件；和

51、-在致动配置下，从所述腔室移除空气，从而使所述摩擦干扰材料受到摩擦干扰，允许所述腔室变得刚性，并且允许所述支承元件被固定地定位。

52、定位装置优选地：

53、-配置为在所述致动配置下自支撑，和/或

54、-在致动配置下是自支撑的。

55、在根据本发明的方法中，医疗器械优选位于磁共振成像(mri)检查室中。

56、所使用的定位装置能够完全由mri兼容材料制成，和/或能够完全由非铁磁材料制成，优选地能够完全由非磁性材料制成。

57、所使用的定位设备能够安装在mri检查室的mri膛内，和/或能够安装在直径为70cm或更小，或者甚至优选为60cm或更小的圆柱形体积内。

58、根据本发明的各方面的设备、系统和/或方法可以用于定位用于超声治疗的超声换能器。

59、更具体地，根据本发明的各方面的设备、系统和/或方法可以在mri环境中的mri台上实现，其中，换能器是高强度聚焦超声(hifu)换能器。mri允许通过实时组织温度测量来监测hifu治疗，以及以毫米精度来定位换能器。