用于定位医疗器械的设备和方法

1.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：

2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.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。
7.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。
8.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。
9.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。


技术实现要素：

10.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：
[0011]-支承元件，其配置为接收所述医疗器械；
[0012]-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；
[0013]
其中：
[0014]-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
[0015]-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，
[0016]
优选地，所述设备被配置为在所述致动配置下自支撑。
[0017]
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。
[0018]
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。
[0019]
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。
[0020]
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。
[0021]
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。
[0022]
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。
[0023]
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。
[0024]
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。
[0025]
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。
[0026]
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。
[0027]
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。
[0028]
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。
[0029]
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。
[0030]
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。
[0031]
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。
[0032]
这些腔室或囊由柔软有弹性的材料制成，比如乳胶。
[0033]
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。
[0034]
有利地，腔室的端部可以适用于固定的结构。
[0035]
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。
[0036]
根据第一变型，摩擦干扰材料可以包括颗粒状材料。
[0037]
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。
[0038]
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。
[0039]
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。
[0040]
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。
[0041]
在优选实施例中，腔室可以是细长的管状形状。
[0042]
腔室可以在一端连接到支承元件，另一端适于固定的结构
[0043]
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。
[0044]
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。
[0045]
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。
[0046]
基部元件可以连接到每个腔室。
[0047]
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。
[0048]
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。
[0049]
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。
[0050]
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：
[0051]-根据本发明的定位设备；
[0052]-监测装置，其被配置为实时监测所述医疗器械的定位。
[0053]
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。
[0054]
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。
[0055]
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。
[0056]
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。
[0057]
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：
[0058]-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；
[0059]-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
[0060]-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。
[0061]
定位装置优选地：
[0062]-配置为在所述致动配置下自支撑，和/或
[0063]-在致动配置下是自支撑的。
[0064]
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。
[0065]
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。
[0066]
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。
[0067]
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。
[0068]
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。
附图说明
[0069]
通过参考以下对本发明的说明性实施例的详细描述以及附图，本发明的其他优点和特征将变得显而易见，在附图中：
[0070]-图1示意性地描绘了根据本发明的说明性实施例的定位设备，
[0071]-图2示出了根据本发明的示例性实施例的其上连接有医疗器械的设备的细节，以及
[0072]-图3示意性地描绘了根据本发明的另一个说明性实施例的定位设备。
具体实施方式
[0073]
应当理解，下文中将描述的实施例绝非是限制性的。如果下文中描述的特征的选择足以赋予技术优点或者将本发明与现有技术区别开，则能够考虑本发明的变型仅包括该特征的选择。该选择包括不具有结构细节或者仅具有一部分结构细节的至少一个特征(优选为功能特征)，只要该部分结构细节单独足以赋予技术优点或者将本发明与现有技术区别开即可。
[0074]
特别地，如果从技术角度来看不反对这种组合，则可以将所描述的所有变型和所有实施例组合在一起。
[0075]
在附图中，多个附图共同的元素可以拥有相同的附图标记。
[0076]
图1以分解图示意性地表示了根据本发明实施例的设备。
[0077]
设备1包括支承元件2。该支承元件2用于接收和保持待相对于患者定位的医疗器械，例如换能器。
[0078]
如图1所示，该设备包括四个可压缩腔室3。腔室3具有细长的管状形状，例如腿部。腔室3一端通过螺纹连接部可释放地附接到支承元件2。密封环4可以设置在螺纹连接部内。腔室3可以通过任何其他合适的可释放附接装置附接至支承元件。
[0079]
优选地，腔室由乳胶制成，呈现出高弹性。
[0080]
腔室3包含摩擦干扰材料。
[0081]
干扰材料可以由颗粒状干扰材料组成，包括聚合物球，例如聚丙烯球、沙子、玻璃或二氧化硅颗粒、石英珠等。
[0082]
或者，干扰材料可以由彼此堆叠的平面柔性片材组成。片材可以是塑料材料，或者具有类似摩擦系数的任何其他柔性材料。
[0083]
根据另一个变型，干扰材料可以包括适当材料的纤维或线，适当材料例如塑料材料，或具有类似摩擦系数的任何其他柔性材料。
[0084]
当然，设备1也可以包括两个、三个或四个以上的可压缩腔室。根据预期应用的需要，腔室可以是不同的形状。
[0085]
由于腔室可从支承元件移除，因此它们可以与其他腔室互换。例如，根据期望的应用(例如，医疗器械相对于患者的位置)，可以选择不同尺寸和/或形状的腔室。
[0086]
根据图1所示实施例的设备1还包括四个基部元件5，每个腔室3一个(基部元件)。基部元件5通过螺纹连接部连接到腔室3(在图1中，它们被显示为分离的)。
[0087]
基部元件5是从附接到腔室的端部延伸的板的形状。这些板可以被压载以将设备保持在支撑件(例如患者的台子)上的适当位置。在适当的时候，基部元件也可以被放置在患者下方。不需要通过螺钉、夹具、胶带或任何其他固定或附接手段将腔室3或基部元件5固定至支撑件。
[0088]
图2示出了根据一个实施例的设备1的细节。在所示的实施例中，医疗器械是超声换能器6，例如hifu换能器。换能器6通过螺钉7附接到支承元件2。四个腔室3通过螺纹连接部附接到支承元件2。超声换能器6被布置在充水的防水壳体9内。壳体9可以配备有液压连接器(未示出)，以用水或其他声学耦合流体填充和排空壳体。
[0089]
图3示意性地表示了根据本发明的另一个实施例的设备。
[0090]
在该实施例中，设备1具有四个腿形形状的腔室3，其中两个比其他两个短。如图3所示，根据该示例的设备1适用于将医疗器械(未显示)定位在患者20的髋部左侧。位于该区域的骨损伤例如可以通过这种方式进行治疗。为了固定设备1，将基部元件5楔入躺在桌子上的患者20下方。
[0091]
如图1和图2所示，支承元件2配备有真空连接器10，该真空连接器10被配置用于连接真空泵或设备，例如手术腔室的真空插头。真空连接器可以包括真空阀。使用该单个真空连接器10，所有的腔室3可以通过唯一的空气回路被抽空。当然，空气回路的其他配置也是可能的。
[0092]
根据本发明的实施例的用于定位医疗器械的系统包括如上所述的定位设备，以及实时监测换能器的定位的监测装置。
[0093]
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。
[0094]
例如，可以提供具有跟踪相机的实时导航系统来实时跟踪医疗器械的定位。相机可以耦合到虚拟现实接口，通过该接口，操作者可以定位期望的位置并直接将医疗器械带到该位置。
[0095]
具体而言，在图2所示的实施例中，医疗器械是hifu换能器6。hifu换能器6配备有光学跟踪标记8，以使其能够通过控制装置进行定位。如图2所示，光学跟踪标记8是钆的，适于在mri环境中被识别。标记8可以用于实现mri图像和跟踪相机的跟踪图像之间的匹配。控制装置还可以被配置为电子地操纵hifu换能器6，以便调节操作者的小的定位误差。
[0096]
以下描述根据本发明的实施例的用于将医疗器械相对于患者定位在操作位置的方法。
[0097]
首先，选择具有用于所设想的应用的合适形状和尺寸的可压缩腔室，并将其附接到支承元件。腔室可以是参考图1所述的腿形形状。腿也可以有不同的长度，如图3所示。
[0098]
诸如超声换能器的医疗器械例如通过螺钉固定到支承元件。选择这些螺钉以适应mri环境。该器械优选地被保持在防水壳体内。
[0099]
然后，包括带有医疗器械和腔室的支承元件的设备被放置在患者附近。例如，设备可以像弧形一样放置在躺在扫描台上的患者身上，或者像弧形一样特别放置在患者的身体部位上。这些腔室处于非激活状态，即柔性的并且其中有空气。该设备例如通过连接到腔室的压载板来固定。
[0100]
一旦设备就位，操作者就将医疗器械移动到待治疗区域附近的期望位置。由于柔性腔室，操作者可以取下支承元件并根据需要放置医疗器械。在超声换能器的情况下，超声波的传播路径上必须没有空气。换能器可以直接放置在患者的皮肤上，可能使用声学凝胶来提供超声耦合，或者可以在换能器和患者之间放置水囊。
[0101]
一旦医疗器械被正确定位，通过致动连接到支承元件或腔室的真空泵来排空腔室中存在的空气。能够使用位于器械上或真空源上的开关在腔室中产生真空。腔室中的材料将受到摩擦干扰，因此腔室将变得刚性。医疗器械被固定在适当的位置。
[0102]
我们注意到，对于根据本发明的设备的每个之前描述的示例实施例：
[0103]-该设备优选地是用于在磁共振成像(mri)检查室中定位医疗器械6的设备，以及
[0104]-该设备优选地完全由mri兼容材料制成，和/或优选地完全由非铁磁材料制成，优选地完全由非磁性材料制成，和
[0105]-该设备优选地被布置用于安装在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。
[0106]
虽然已经结合多个实施例描述了本发明，但是显然，许多替代方案、修改和变型对于相应领域普通技术人员来说是显而易见的。因此，旨在包含在本发明的精神和范围内的所有这样的替代、修改、等同物和变型。

技术特征：
1.一种用于将医疗器械(6)相对于患者定位在操作位置的设备(1)，所述设备(1)包括：-支承元件(2)，所述支承元件被配置为接收所述医疗器械(6)；-至少两个可压缩腔室(3)，所述至少两个可压缩腔室包含摩擦干扰材料，在从所述腔室(3)中移除空气时，所述摩擦干扰材料能够表现出摩擦干扰，所述腔室(3)耦合到所述支承元件(2)；其中：-在非致动配置下，所述支承元件(2)适于定位在所述操作位置，并且所述腔室(3)被配置为根据六个自由度移动所述支承元件(2)，以及-在致动配置下，所述摩擦干扰材料受到摩擦干扰，从而允许所述腔室(3)变得刚性并且允许支承元件(2)被固定地定位，其中，所述设备(1)被配置为在所述致动配置下自支撑。2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述设备是用于在磁共振成像(mri)检查室中定位医疗器械(6)的设备，并且其特征在于：-所述设备完全由非磁性材料制成，并且-所述设备被布置以安装在直径为70cm或更小，或者甚至优选为60cm或更小的圆柱形体积内。3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其中，所述腔室(3)的端部适于固定的结构。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述摩擦干扰材料包括颗粒状材料。5.根据权利要求1至3中任一项所述的设备(1)，其中，所述摩擦干扰材料包括多个柔性片材的至少一个堆叠。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述腔室(3)为细长的管状形状。7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，还包括一个或更多个基部元件(5)，所述一个或更多个基部元件连接到所述腔室(3)并且被配置为适于固定的结构。8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述腔室(3)从所述支承元件(2)可移除并且可互换。9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，真空源可操作地耦合到所述支承元件(2)，所述至少两个腔室(3)流体连接到所述支承元件(2)。10.一种用于将医疗器械(6)相对于患者定位在操作位置的系统，所述系统包括：-根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)；-监测装置，其被配置为实时监测所述医疗器械(6)的定位。11.根据权利要求10所述的系统，还包括控制装置，所述控制装置被配置为在操作者的监督下通过所述监测装置远程控制所述医疗器械(6)的定位。12.一种用于将医疗器械(6)相对于患者定位在操作位置的方法，所述方法包括：-将所述医疗器械(6)固定在定位设备(1)的支承元件(2)上，所述支承元件(2)连接到至少两个可压缩腔室(3)，所述至少两个可压缩腔室(3)包含摩擦干扰材料，在从所述腔室(3)移除空气时，所述摩擦干扰材料能够表现出摩擦干扰；-将所述支承元件(2)定位在所述操作位置，所述腔室(3)被配置为根据六个自由度移动所述支承元件(2)；和
‑
在致动配置下，从所述腔室(3)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(3)变得刚性并且允许所述支承元件(2)被固定地定位，其中，所述设备(1)被配置为在所述致动配置下自支撑。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述医疗器械(6)在磁共振成像(mri)检查室中被定位，并且其特征在于：-该设备完全由非磁性材料制成，并且-该设备安装在直径为70cm或更小，或者甚至优选为60cm或更小的圆柱形体积内。14.一种根据权利要求1至9中任一项所述设备(1)和/或根据权利要求10或11中任一项所述的系统用于定位用于超声治疗的超声换能器的用途。15.根据权利要求14所述的用途，用于磁共振成像mri中，其中，所述换能器是高强度聚焦超声hifu换能器。

技术总结
本发明涉及一种用于将医疗器械(6)相对于患者定位在操作位置的设备(1)，该设备(1)包括：-支承元件(2)，其被配置成接收所述医疗器械(6)；-至少两个可压缩腔室(3)，其包含摩擦干扰材料，在从腔室(3)中移除空气时，该摩擦干扰材料能够表现出摩擦干扰，腔室(3)耦合到所述支承元件(2)；其中：-在非致动配置下，支承元件(2)适于定位在操作位置中，并且腔室(3)被配置为根据六个自由度移动支承元件(2)，以及-在致动配置下，摩擦干扰材料受到摩擦干扰，从而允许腔室(3)变得刚性并且允许支承元件(2)被固定地定位，其中，该设备(1)被配置为在致动配置下自支撑。本发明还涉及一种用于定位医疗器械的系统和方法。的系统和方法。的系统和方法。


技术研发人员：保罗
受保护的技术使用者：法国国家科学研究中心 斯特拉斯堡大学医院
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2023/8/14