CN103153399A - Hifu涂布器 - Google Patents

Abstract

一种用于提供HIFU疗法至患者的涂布器包括可旋转地联接至框架的HIFU换能器。在一个实施方案中，所述可旋转地联接被配置以使得所述HIFU换能器可以机械地定向以便将所述HIFU换能器的焦区从所述涂布器的纵轴线向外径向地定位在治疗区中的任何所希望的位置，而所述HIFU换能器保持在外壳内，所述外壳比所述HIFU换能器的最大直径大不超过所界定的百分比(例如，50%)。在一个实施方案中，用球窝接头将所述HIFU换能器可旋转地联接至所述框架。在另一个实施方案中，用偏置万向接头组件将所述HIFU换能器可旋转地联接至所述框架。一对线性致动器和驱动轴接合所述HIFU换能器以便在所希望的方向定向HIFU换能器。

Description

HIFU涂布器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年8月18日提交的美国临时申请号61/375,001的提交日期的权益，所述申请以引用的方式整体并入本文。

背景技术

高强度聚焦超声(HIFU)越来越多地以微创方式用于治疗患者的内部身体组织。为了准确地治疗相对深的组织如子宫，通常所希望的是增加用于产生HIFU信号的HIFU换能器的尺寸以便实现所希望的焦点特征。另一方面，还重要的是具有清晰的声窗用于将HIFU信号递送至靶组织。例如，当治疗子宫中的组织时，为了保持清晰的声窗，所希望的是涂布器适合于患者的耻骨与肚脐之间的区域内。

鉴于这些相互矛盾的关注，需要以下技术，该技术允许增加HIFU涂布器系统中的HIFU换能器的尺寸同时管理所述HIFU涂布器的足迹的尺寸。

发明内容

以下概述介绍以下在详述中进一步描述的呈简化形式的概念的选择。本概述既不旨在识别所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的手段。

本文公开的是HIFU治疗系统的实施方案，所述治疗系统被配置成选择性地将HIFU信号递送至治疗区。所述HIFU治疗系统包括涂布器，该涂布器机械地移动HIFU换能器以便将所述换能器的焦区定位于所述治疗区内的所希望的位置中。

在至少一个实施方案中，所述HIFU换能器通过球窝接头可旋转地连接至框架。所述接头具有相对于所述HIFU换能器的最大直径定位的旋转中心，以使得当所述HIFU换能器被封装于外壳中时，所述HIFU换能器可以物理地摆动以便将所述HIFU换能器的焦区定位于所述治疗区内的任何所希望的位置。

在另一个实施方案中，所述HIFU换能器通过偏置万向接头组件可旋转地连接至框架，所述偏置万向接头组件允许所述HIFU换能器的焦区从所述HIFU涂布器的纵轴线向外径向地定位。所述偏置万向接头组件提供给所述HIFU换能器旋转中心，该旋转中心相对于所述HIFU换能器的最大直径定位，以使得当所述HIFU换能器被封装在外壳中时，所述HIFU换能器可以物理地摆动以便将所述HIFU换能器的焦区定位于所述治疗区内的任何所希望的位置。

在前述实施方案中的一个或多个中，所述HIFU涂布器的外壳具有内径，该内径比所述HIFU换能器的最大直径大不超过50%。在前述实施方案中的另一个中，所述外壳的内径比所述HIFU换能器的最大直径大不超过30%。在前述实施方案中的又一个中，所述外壳的内径比所述HIFU换能器的最大直径大不超过15%，而在前述实施方案中的其它中，所述外壳的内径比所述HIFU换能器的最大直径大不超过10%。

在前述实施方案中的一个或多个中，被配置成机械地定向所述HIFU换能器的机构被配置，以使得所述HIFU换能器的焦区可以定位在从所述涂布器的纵轴线向外径向地至少5度的角上。在前述实施方案中的另一个中，所述机构被配置以使得所述焦区可以定位在从所述涂布器的纵轴线向外径向地至少10度的角上。在前述实施方案中的又一个中，所述机构被配置以使得所述焦区可以定位在从所述涂布器的纵轴线向外径向地的至少15度的角上。

在前述实施方案中的至少一个中，所述HIFU涂布器包括在所述框架内可移动的电机板。所述可移动的电机板具有两个或更多个线性致动器，所述线性致动器选择性地移动接合所述HIFU换能器的驱动轴，以便改变所述HIFU换能器相对于所述HIFU涂布器的纵轴线的倾斜角度，并且因此调节所述焦区的径向位置。所述可移动的电机板还包括线性致动器，该线性致动器被配置成在所述框架内垂直地移动所述电机板，以便调节所述焦区的垂直位置。

在前述实施方案中的至少一个中，所述HIFU换能器进一步包括安置于所述HIFU换能器的中心孔口内的成像换能器。所述成像换能器具有包括所述治疗区的视场。所述成像换能器可绕它的纵轴线转动以便在不同图像平面中成像所述治疗区中的组织。

附图说明

当结合附图时，通过参考以下详细说明，将更容易地理解和更好地理解本发明的前述方面和很多附加优点，其中：

图1示出根据所公开的技术的实施方案的具有定位于HIFU换能器上的外壳的HIFU涂布器；

图2示出去除所述外壳的图1所示的HIFU换能器；

图3示出根据所公开的技术的实施方案用于选择性地移动球窝接头以便将HIFU换能器的焦区定位于所希望的位置中的机构的进一步细节；

图4示出根据所公开的技术的实施方案的HIFU涂布器的横截面；

图5示出所公开的技术的另一个实施方案，所述实施方案包括具有定位于HIFU换能器上的外壳的HIFU涂布器；

图6示出去除所述外壳的图5所示的HIFU换能器；

图7示出图5和6中所示的实施方案的进一步细节，其具有选择性地将HIFU换能器的焦区定位在所希望的位置中的偏置万向接头组件；

图8示出根据所公开的技术的实施方案的图5和6所示的实施方案的横截面；

图9示出根据所公开的技术的实施方案的机械流体体积补偿系统；并且

图10至13示出图5和6所示的实施方案中使用的连接件的简化表示。

具体实施方式

如将在以下进一步详细地说明，本文描述的技术(至少部分地)涉及对于给定换能器尺寸具有更小尺寸足迹的HIFU涂布器。更小尺寸足迹是通过将所述HIFU换能器的旋转中心定位在所述HIFU涂布器中更接近所述HIFU换能器的最宽尺寸的平面。典型地相对于在提供HIFU治疗时最接近治疗区的HIFU涂布器的末端的横向内径测量HIFU涂布器的足迹。在至少一个实施方案中，所述HIFU涂布器进一步包括成像换能器，该成像换能器优选地在中心上提供成像，并且优选地包括允许检测所述HIFU发射频率的谐波的宽带接收器。在一个具体实施方案中，例如，所述HIFU换能器是F1换能器，该换能器包括在中心中具有最小孔口切面的12.5 cm直径陶瓷。

有利地，根据本公开，所述HIFU涂布器可以与围绕所述HIFU换能器的外壳一起构造，其中所述外壳具有的内部尺寸比所述HIFU换能器的最大直径大不超过50%。在另外实施方案中，可以限制所述外壳的内部尺寸以使得所述内部尺寸比所述HIFU换能器的最大直径大不超过30%。在其它实施方案中，可以进一步限制所述外壳的内部尺寸以使其比所述HIFU换能器的最大直径大不超过15%。在其它实施方案中，所述外壳的内部尺寸可以比所述HIFU换能器的最大直径大不超过10%。这些实施方案各自具有以下优点：在允许更大直径HIFU换能器的同时限制所述HIFU涂布器的足迹的尺寸。

在本文公开的不同实施方案中的任一个中，被配置成机械地定向所述HIFU换能器的机构可以被配置成将所述HIFU换能器的焦区从所述涂布器的纵轴线向外径向地至少1.0 cm定位。或者，在本文公开的不同实施方案中，机械地定向所述HIFU换能器的机构可以被配置成将所述HIFU换能器的焦区从所述涂布器的纵轴线向外径向地至少2.0 cm定位。在本文公开的不同实施方案中的其它中，机械地定向所述HIFU换能器的机构可以被配置成将所述HIFU换能器的焦区从所述涂布器的纵轴线向外径向地至少3.0 cm定位。

本文公开的HIFU涂布器的不同实施方案还可以就相对于所述涂布器的纵轴线的所述HIFU换能器的角位置或倾斜角而言考虑。例如，被配置成机械地定向所述HIFU换能器的机构可以被配置成将所述HIFU换能器的焦区定位在从所述涂布器的纵轴线向外径向地至少5度的角上。或者，在本文公开的不同实施方案中，机械地定向所述HIFU换能器的机构可以被配置成将所述HIFU换能器的焦区定位在从所述涂布器的纵轴线向外径向地至少10度的角上。在本文公开的其它实施方案中，机械地定向所述HIFU换能器的机构可以被配置成将所述HIFU换能器的焦区定位在从所述涂布器的纵轴线向外径向地至少15度的角上。

图1和2示出HIFU涂布器的至少一个实施方案的主要部件，所述HIFU涂布器进行操作以便将HIFU换能器的焦区选择性地定位在治疗区中的所希望的位置处。所述HIFU涂布器包括具有固定顶板12的框架10，所述固定顶板通过一些纵向延伸的支柱16A、16B、16C联接至固定底板14上。在所示的实施方案中，所述三个支柱16A、16B、16C被定位在框架10的圆周周围相隔大约120度，但在其它实施方案中，可以使用更多的或更少的支柱或不同布置。

定位于所述框架的顶板12与底板14之间的是电机板20。附接至电机板20的是多个线性致动器电机22A、28A、30A，所述线性致动器电机被配置成调节HIFU换能器46的垂直位置和角度，以便如以下将描述调节所述HIFU换能器焦区的位置。为了调节所述HIFU换能器的垂直位置(并且因此HIFU换能器焦区的垂直位置)，第一线性致动器22A接合线性驱动轴22B。线性驱动轴22B的一端接合线性致动器22A并且线性驱动轴22B的另一端固定至底板14上。线性致动器22A的启动引起电机板20在框架10内如由箭头18A所示朝向或远离底板14上下移动。固定至电机板20的是主管26，用于定向所述HIFU换能器的可旋转的接头的一部分固定至该主管上。在这个实施方案中，电机板20和主管26互连为刚性结构。主管26穿过底板14上的轴承和密封件33。主管26支承所述HIFU换能器和如以下将讨论的用于定向所述HIFU换能器46的机构的一部分。还如以下将讨论，流体外壳60围绕所述HIFU换能器46。在本文公开的实施方案中，所述HIFU涂布器的纵轴线与主管26的纵轴线（参见，例如，图6中所示的轴线114）重合。

如图2中示出的实施方案中所示，HIFU换能器46可旋转地固定至主管26的一端上。当电机板20通过线性致动器22A在框架10中上下移动时，HIFU换能器46的垂直位置也相对于框架10上下移动。

在图1至4中所示的实施方案中，用球窝接头将HIFU换能器46可旋转地固定至主管26上。在至少一个实施方案中，所述球窝接头包括固定至主管26的一端上的承窝40。在至少一个实施方案中，承窝40是具有多个径向延伸的臂的环形钛环，所述承窝的内表面被加工成与所述接头的球部分的外表面配合。所述球窝接头的球部分44是具有聚合物材料的半球形环形体，所述半球形环形体具有与承窝40的内凹面配合的润滑的、凸起的外表面。球44固定至HIFU换能器46上。虽然示出的实施方案具有固定至主管26上的承窝40和固定至HIFU换能器46上的球44，将会理解的是这些部分可以调换以使得球44固定至主管26上并且承窝40固定至HIFU换能器46上。在其它实施方案中，可以使用不同几何形状。例如，所述承窝可以是圆锥形段以使得所述球与承窝之间的界面是线接触。

在图1所示的实施方案中，电机板20还包括一对线性致动器28A、30A，所述线性致动器进行操作以便如由箭头18B和18C所示在向上和向下方向移动两个相对应的线性驱动轴28B、30B。线性驱动轴28B、30B具有联接至HIFU换能器46上的端部。如在图2中最佳示出，线性驱动轴28B、30B通过一对连接件72A、74A联接至HIFU换能器46上。用球形接头或其它机构将每个连接件的一端可旋转地联接至HIFU换能器46的后表面上。所述连接件的另一端联接至在相对应的导轨72C、74C中滑动的相对应的可移动的吊臂72B、74B。每个导轨72C、74C固定至承窝40上。驱动轴28B、30B中的每个的一端联接至相对应的吊臂72B、74B,以使得所述线性驱动轴的垂直移动引起所述吊臂在相对应的导轨72C、74C内滑动以便移动HIFU换能器46。连接件72A、74A、吊臂72B、74B以及导轨72C、74C约束在不结合所述驱动轴的情况下发生的所述HIFU疗法换能器的旋转移动的量。

本领域普通技术人员将会理解，所描述的实施可以导致一些位置误差，这些位置误差是由于由连接件72A、74A的两端上的球形接头引起的所述球相对于所述承窝的扭转或其它运动。在当前实施方案中，通过在相对应的吊臂72C、74C中布置弹簧元件连接约束件72D、74D以便限制连接件72A、74A的行进并且偏置连接件72A、74A的横向位置来将这种误差控制在可接受的水平。

在替代实施方案中，所述连接件、吊臂、导轨以及连接约束件被柔性连杆替代，所述柔性连杆在一端刚性地附接至线性驱动轴28B、30B上并且在另一端附接至HIFU换能器46上。在这种情况下，所述柔性连杆将随着移动线性驱动轴28B、30B而适当的弯曲，并且用于使所述球相对于所述承窝偏置，从而将上述位置误差减少至可接受的水平。

在另一个实施方案中，所述连接件可以被缆线替代，其中所述缆线缠绕在底板14的流体侧中的滚筒上并且驱动所述滚筒的旋转电机在底板14的干侧上，其中当所述电机轴穿过所述底板时密封件在所述电机的旋转轴上。在这个实施方案中，所述两个驱动缆线和所述弹簧都处于张力，并且所述两个驱动缆线和所述球窝结构界定HIFU换能器46的角位置。

线性驱动轴28B、30B的位置和承窝40中的球44的旋转中心共同地界定一个平面，该平面是可变的以便确定HIFU换能器46的焦区的径向位置。在至少一个实施方案中，线性驱动轴28B、30B和相对应的线性致动器28A、30A定位在HIFU换能器46的圆周周围相隔120度，但在其它实施方案中，所述驱动轴和相对应的线性致动器可以布置在不同的圆周位置。参见图2所示的实施方案，弹簧(未图示)具有联接至HIFU疗法换能器46的后表面上的一端并且联接至承窝40上的另一端以便与两个连接件72A、72B一起将球44保持在承窝40中。所述弹簧可以是金属螺旋弹簧、弹性体构件、或用于提供这种功能的其它材料或几何形状。

在如图3所示的另一个实施方案中，一对连接件82A(和看不见的82B)定位于HIFU换能器46的相对侧上并且具有联接至HIFU换能器46的后表面上的一端。连接件82A、82B的其它端用缆线84彼此连接，所述缆线经由滑轮和与缆线84同轴的弹簧(未图示)的路径以便将球44保持在承窝40中。在图3所示的实施方案中，当连接件82A中的一个延伸时，另一个连接件收缩并且反之亦然。

在另一个实施方案中，帮助将球44保持在承窝40中的弹簧附接至底板14上。在另一个实施方案中，将球44保持在承窝40中的弹簧附接至电机板20上。在另一个实施方案中，在力模式中用线性致动器将球44保持在承窝40中。

在至少一个实施方案中，通过计算机(未图示)控制线性致动器28A、30A以使得线性驱动轴28B、30B相对于彼此不协调地移动，以便如美国专利申请号12/573,840和12/753,813中所公开的在施加HIFU治疗信号时，绕圆柱形单元治疗区的周长操纵HIFU换能器46的焦区，所述申请以引用的方式整体并入本文。通过所述计算机来控制线性致动器22A以便在所述治疗区中调节所述HIFU换能器的焦区的垂直位置。

如图1所示，外壳60围绕HIFU换能器46。为了管理所述HIFU涂布器的足迹的尺寸，所述球窝接头的旋转中心定位于HIFU换能器46的最大直径附近。为了治疗患者体内的某一组织，如子宫，优选地在至少一个实施方案中，HIFU换能器46具有至少8 cm并且更优选地至少12 cm的直径。此外，为了适合声窗(如由所述患者的耻骨与肚脐之间的区域所界定的)，所希望的是将所述外壳的直径限于(如)比所述HIFU换能器的最大直径大不超过15%并且更优选地比所述HIFU换能器的最大直径大不超过10%。此外，所述HIFU换能器优选地能够从所述涂布器的纵轴线摆动高达至少15度。

在图2和3所示的实施方案中，HIFU换能器46具有F1孔口，该孔口具有12.5 cm直径的有效面积。带有背层和防护外缘，HIFU疗法换能器46的最大直径是大约13.7 cm。在这个具体实施方案中，外壳60的内径是大约14.8 cm或比所述HIFU治疗换能器的最大直径大8%，同时允许所述HIFU疗法换能器的焦区从所述HIFU涂布器的纵轴线径向地摆动高达4 cm或至少17.75度。

在使用期间，外壳60填充有液体，如脱气水，以便在HIFU换能器46与所述患者的皮肤之间提供良好声耦合。外壳60的前面具有由Dupont Kapton™或其它柔性材料制成的膜(未图示)，所述膜允许所述HIFU涂布器的前面与所述患者的皮肤良好接触并且允许良好声传递。所述框架的底板14包括多个密封件，其中用于HIFU换能器46、线性致动器轴28B、30B，以及支承HIFU换能器46的主管26的线路穿过底板14。所述密封件防止所述液体从外壳60漏出。

如在图3中最佳地示出，所述HIFU涂布器还包括成像换能器50，该成像换能器与所述HIFU涂布器的纵轴线同轴安置。成像换能器50延伸穿过主管26并且穿过所述球窝接头和所述HIFU换能器中的中心孔口。成像换能器50具有在可以定位HIFU换能器46的焦区的位置的范围上延伸的视场。可以启动电机板20上的电机和齿轮(未图示)以便使成像换能器50如由箭头52所示选择性地绕它的纵轴线旋转，以便改变所述成像换能器的平面。在至少一个实施方案中，所述电机和齿轮可以以180度的圆弧移动所述成像换能器以便允许用于扫过所述靶区的3D成像、或选择任意成像平面。在至少一个实施方案中，成像换能器50在90度的角上来回旋转以便在两个正交平面捕捉经治疗的组织的图像。压力传感器80(参见图4)可以被配置成监测所述流体压力以便当线性致动器22A调节HIFU换能器46的垂直位置时允许所述计算机自动地调节所述流体体积。

在另一个实施方案中，成像换能器50可以被布置在所述HIFU涂布器的周围而不是中心。在这种情况下，所述成像换能器可以是单个环阵列或绕所述周长成双的常规成像阵列用于双平面成像(2个换能器)，具有分裂孔口(4个换能器)，和/或如美国专利申请号12/165,346中所公开的绕所述周长机械地移动用于全容积或多平面成像的换能器，所述申请以引用的方式并入本文。

如图4所示，所述HIFU涂布器还可以包括宽带换能器90(如PVDF换能器)用于接收从所述组织反射的HIFU信号。所述宽带换能器可以检测所述HIFU发射频率的谐波以便如美国专利申请号12/537,217中所公开的执行输出补偿，所述申请以引用的方式并入本文。在本文实施方案中，宽带换能器90跟随HIFU换能器46。

图5至8示出HIFU涂布器的另一个实施方案的主要部件，所述HIFU涂布器进行操作以便将HIFU换能器的焦区选择性地定位在治疗区中的所希望的位置处。与图1至4所示的实施方案一样，图5至8中的HIFU涂布器包括框架10，该框架具有通过纵向延伸的支柱16A、16B、16C联接至固定底板14上的固定顶板12。电机板20定位在顶板12与底板14之间。线性致动器电机22A、28A、30A附接至电机板20上并且被配置成调节HIFU换能器46的垂直位置和角度以便调节所述HIFU换能器焦区的位置。第一线性致动器22A接合线性驱动轴22B以便调节所述HIFU换能器的垂直位置。主管26固定至电机板20上并且穿过底板14上的轴承和密封件33。主管26支承所述HIFU换能器和相对于所述治疗区定向HIFU换能器46的机构的一部分。主管26具有纵轴线114(图6)，在本文公开的实施方案中所述纵轴线与所述HIFU涂布器的纵轴线重合。

定位在所述框架的顶板12与底板14之间的是电机板20。附接至电机板20上的是线性致动器电机，所述线性致动器电机调节HIFU换能器的垂直位置和角度以便调节所述HIFU换能器焦区的位置。为了调节所述焦区的垂直位置，第一线性制动器22A接合线性驱动轴22B。线性驱动轴22B的一端接合线性致动器22A并且线性驱动轴22B的另一端固定至底板14上。线性致动器22A的启动引起电机板20在框架10内朝向或远离底板14上下移动。

固定至电机板20上的是主管26。电机板20和主管26互连为刚性结构。主管26穿过基板14上的轴承和密封件33。主管26支承所述HIFU换能器和进行操作以便定向HIFU换能器46的偏置万向接头组件104。HIFU换能器46可旋转地固定至主管26的末端上。

在图5至8所示的实施方案中，HIFU换能器46通过单侧偏置万向接头可旋转地固定至主管26上，所述单侧偏置万向接头包括偏置万向接头枢转支臂104A，所示支臂通过枢轴连杆104C可旋转地固定至偏置万向接头摇臂104B上。偏置万向接头枢转支臂104A通过环形轴承设置105可旋转地固定至主管26的下端上。偏置万向接头枢转支臂104A因此被约束成仅绕主管26的纵向中心线轴线114旋转。偏置万向接头摇臂104B通过枢轴连杆104D可旋转地固定至HIFU换能器46上。

参见图5，如所示的偏置万向接头组件104具有主万向接头枢轴轴线116，该枢轴轴线由偏置万向接头枢转支臂104A的末端处的枢轴连杆104C的枢轴轴线的角度界定以便穿过主管26中心线轴线114。主万向接头枢轴轴线116在HIFU换能器46的所界定的旋转中心处穿过中心线轴线114。在所述主万向接头枢轴轴线处，HIFU换能器46的旋转中心对于偏置万向接头枢转支臂104A的所有定向将是恒定的。

HIFU换能器46通过单侧偏置万向接头摇臂104B附接至偏置万向接头枢转支臂104A的末端上。所述万向接头机构的副万向接头枢轴轴线118由枢轴连杆104D的枢轴轴线界定。偏置万向接头摇臂104B在两端容纳轴承设置，所述偏置万向接头摇臂的旋转轴被约束成穿过HIFU换能器46的所界定的旋转中心。因此，穿过副万向接头枢转轴线118的HIFU换能器46的旋转中心对于偏置万向接头枢转支臂104A和偏置万向接头摇臂104B的所有定向将是恒定的。偏置万向接头组件104约束HIFU换能器46的移动以便对于所有可获得的定向保持恒定的旋转中心点。

与图1至4所示的实施方案一样，图5至8所示的实施方案包括一对线性致动器28A、30A，所述线性致动器移动相对应的一对线性驱动轴28B、30B，所述线性驱动轴具有联接至HIFU换能器46上的末端。如在图6中最佳地示出，线性驱动轴28B、30B通过一对连接件106、108联接至HIFU换能器46。驱动轴30B的一端在驱动连杆枢轴106A处联接至相对应的驱动连接件106上。

驱动连接件106由驱动连杆枢轴106A、驱动补偿连杆106B、以及驱动连杆双轴枢轴组成，以使得线性驱动轴30B的垂直移动引起相对应的驱动补偿连杆106B在驱动连杆枢轴106A与相对应的驱动连杆双轴枢轴106C之间旋转。驱动补偿连杆106B的这种旋转动态地调节驱动轴30B与驱动连接件106的组合有效长度，以便在驱动轴30B的整个运动范围线性化驱动轴30B的平移距离与HIFU换能器46的旋转角度之间的关系。驱动连接件106的运动通过底板14内的线性轴承主管26和固定至主管26的末端的延伸线性轴承导轨102被约束至一个平面，该平面穿过驱动轴30B的中心线轴线，从而有效地限制HIFU换能器46绕主管26的中心线轴线114的旋转。

类似地，驱动轴28B的一端联接至相对应的驱动连接件108。驱动连接件108由驱动连杆枢轴108A、驱动补偿连杆108B、以及驱动连杆双轴枢轴108C组成，以使得线性驱动轴28B的垂直移动引起相对应的驱动补偿连杆108B在驱动连杆枢轴108A与相对应的驱动连杆双轴枢轴108C之间转动。驱动连接件108类似于驱动连接件106操作，其中增加的是：驱动连接件108允许两个枢轴106C与108C之间的水平分离间距中的动力变化，所述两个枢轴将HIFU换能器46连接至驱动连接件106和108上。驱动连接件108通过在驱动连杆双轴枢轴108C的线性滑道中添加驱动连杆线性滑道轴108D和相对应的线性轴承来允许水平分离间距中的这种动力变化。驱动连杆线性滑道轴108D能够沿滑道轴108D的纵轴线在双轴枢轴108C的线性滑道内滑动。

可以通过计算机(未图示)来控制线性致动器28A、30A以使得线性驱动轴28B、30B相对于彼此不协调地移动，以便(例如)如美国专利申请号12/573,840和12/753,813中所公开的在施加HIFU治疗信号时，绕圆柱形单元治疗区的周长操纵HIFU换能器46的焦区。所述计算机可以控制线性致动器22A以便调节所述HIFU换能器的焦区在所述治疗区中的垂直位置。

如图5所示，流体外壳60围绕HIFU换能器46。为了管理所述HIFU涂布器的足迹的尺寸，所述HIFU涂布器包括如图5至8中所示的单侧偏置万向接头，该单侧偏置万向接头将HIFU换能器46的旋转中心定位在HIFU换能器46的最大直径附近。

与前面描述的实施方案一样，图5和6所示的HIFU换能器46可以具有大约13.7 cm的最大直径。如果外壳60的内径是大约14.8 cm，则所述外壳将具有的直径比所述HIFU换能器的最大直径大8%。

在使用期间，外壳60充满流体(如脱气水)，所述流体通过横跨外壳60的前下部的膜盖(例如，由Dupont Kapton™或其它柔性材料制成)被保持在所述外壳内。所述流体在HIFU换能器46与所述患者的皮肤之间的患者界面处提供良好声耦合。

在主管46朝向和远离所述患者界面平移时，流体外壳60内的流体的体积对应地减少或增加。机械流体体积补偿系统100(本文称为“FVCS”)因此被提供以便说明流体体积中的这种动力变化。流体体积补偿系统100联接至流体外壳60并且包括可以充满来自外壳60的流体的一个或多个圆柱，以使得外壳60与充满流体的部分的组合体积保持恒定流体体积。参见图8和9，一对液压活塞100B定位在FVCS圆柱100A内。液压活塞100B经由FVCS皮带100E呈相反关系联接至主管26。FVCS皮带100E安装在固定下部皮带导轮100H和通过FVCS皮带张紧器100K张紧的可调节的上部皮带导轮100G上。在至少一个实施方案中，通过旋转螺栓或定位螺丝100L来调节FVCS皮带100E的张力。在调节之后，可以通过对应螺母将所述螺栓或螺丝100L固定在位。

主管26通过管侧皮带扣100J附接至FVCS皮带100E的一侧上。通过FVCS驱动轴100C来驱动FVCS活塞100B，所述FVCS驱动轴通过FVCS驱动轴桥接100D和桥接侧皮带扣100F附接至皮带100E的相对侧上。

在组合时，两个FVCS活塞100B具有与主管26相同的横截面积。在主管26向上行进(因此提升HIFU换能器46远离所述患者界面)时，两个FVCS活塞100B以相同速度向下行进。主管26与两个FVCS活塞100B的匹配的横截面积的这种一对一相反联接被动地和有效地消除主管26的平移期间流体体积变化的大部分(如果不是全部)。

取决于所述HIFU涂布器系统的需要，可以动态地调节在活塞100B下方的圆柱100A内的体积，以便适应发生(例如)在所述HIFU涂布器系统的多种用途时的外壳60中流体的体积的变化。所述HIFU涂布器系统可以包括联接至驱动轴100C的一个或多个致动器，以便调节FVCS活塞100B在它们的相对应的圆柱100A内的初始位置，以便实现在活塞100B的下方的外壳60与圆柱100A的组合体积的所希望的变化。所述系统还可以包括监测所述流体体积的变化的一个或多个传感器，例如，在所述患者界面处通过监测外壳60中的流体压力或通过监测所述膜盖的张力。来自所述传感器的信号可以反馈回至计算机，所述计算机解释外壳60内的流体条件并且，根据需要，引起所述致动器调节如以上所讨论的圆柱100A内的活塞100B的稳定状态位置。

虽然在图8和9中示出了作为并入图5和6所示的HIFU涂布器中的流体体积补偿系统100，将会理解的是FVCS100可以并入所述HIFU涂布器的其它实施方案中，包括图1至4所示的实施方案。

出于理解的进一步清晰性，在图10至13中，提供连接件106、108的简化表示。驱动连杆枢轴106A、108A表示为枢轴点E。驱动连杆双轴枢轴106C和驱动连杆双轴枢轴108C(具有线性滑道)表示为枢轴点F。驱动补偿连杆106B、108B由枢轴点E与F之间延伸的单线表示，所述单线被允许在点E和F处转动。在枢轴点E处附接至驱动补偿连杆106B、108B的驱动轴30B、28B由仅允许上下移动的单线表示。HIFU换能器48由允许在点F和所述HIFU换能器的旋转中心点D处转动的单线表示。

所述HIFU换能器上的枢轴点F的位置和驱动轴30B、28B的位置以及补偿连杆106B、108B的长度已被优化以便最佳线性化驱动轴30B、28B平移距离B与所述HIFU换能器倾斜角C之间的关系。如图13所示，绕圆行进的距离的垂直分力G、H与行进的角度K、J不线性相关。图13中显示，虽然行进的垂直距离G、H相同，角度K比角度J小得多。驱动补偿连杆106B、108B使得这种非线性接近连接件106、108中的线性。

在图10中，呈水平位置示出HIFU换能器46的简化表示。在驱动轴30B、28B向上(图11)或向下(图12)驱动时，驱动补偿连杆106B、108B绕枢轴点E向上(图11)或向下(图12)驱动。由于驱动补偿连杆106B、108B的另一端被限制成仅绕HIFU换能器46上的点F转动，并且HIFU换能器46仅可以绕点D转动，因此所述驱动补偿连杆在所述HIFU换能器向上或向下倾斜偏离水平时必须朝向垂直旋转(图10)。正是驱动补偿连杆106B、108B的这种动力旋转在HIFU换能器46向上或向下倾斜偏离水平(图10)时引起垂直距离A增加并且水平距离B减少。由于距离B减少，HIFU换能器46的角度C的变化率增加，从而线性化驱动轴30B、28B的位移B与HIFU换能器46的倾斜C之间的比率。

值得注意的是以上所示的HIFU涂布器系统既不是过约束系统，也不是欠约束系统，而是完全约束系统。换言之，HIFU换能器46的位置并且因此所述换能器在所述治疗区内的焦区的位置可以始终由驱动轴28B、30B的相对位移确定。

虽然示出和描述了示意性实施方案，但是将会理解的是在不脱离本发明的范围的情况下，可在所述示意性实施方案中做出不同的改变。例如，虽然某些公开的实施方案使用成像超声来成像所治疗的组织，但是将会理解的是其它实施方案可以使用不同成像系统，如磁共振成像(MRI)。此外，所述涂布器不限于在治疗子宫组织中的用途。所述涂布器可以用于治疗其它内部身体组织，如乳房、前列腺、肾、肝等。

Claims (20)

1. 一种被配置成将高强度聚焦超声(HIFU)信号递送至治疗区的HIFU涂布器，其包括：

框架；

HIFU换能器，其可移动地联接至所述框架并且被配置成将HIFU治疗信号递送至焦区；

机构，其被配置成相对于所述框架机械地定向所述HIFU换能器以使得所述HIFU换能器的焦区可以从所述HIFU涂布器的纵轴线向外径向地定位；以及

围绕所述HIFU换能器的外壳，其中所述外壳具有的内径比所述HIFU换能器的最大直径大不超过50%。

2. 如权利要求1所述的HIFU涂布器，进一步包括被配置成选择性地升高和降低所述HIFU换能器以便相对于所述框架垂直地定位所述HIFU换能器的焦区。

3. 如权利要求1所述的HIFU涂布器，其中被配置成机械地定向所述HIFU换能器的机构包括具有可旋转的球窝的接头，其中所述球连接至所述框架或所述HIFU换能器中的一个并且所述承窝连接至所述框架或所述HIFU换能器中的另一个。

4. 如权利要求3所述的HIFU涂布器，其中被配置成机械地定向所述HIFU换能器的机构进一步包括多个驱动轴，所述驱动轴接合所述HIFU换能器以便相对于所述承窝选择性地移动所述球。

5. 如权利要求3所述的HIFU涂布器，其中所述球窝接头可旋转地将所述HIFU换能器联接至所述框架以使得所述HIFU换能器可以物理地倾斜以便将所述焦区定位在从所述HIFU涂布器的纵轴线向外径向的方向中；并且

其中所述球窝接头提供给所述HIFU换能器旋转中心，所述旋转中心相对于所述HIFU换能器的最大直径定位，以使得所述HIFU换能器的焦区可以在至少10 cm的深度处远离所述HIFU涂布器的纵轴线径向地定向高达4 cm，而围绕所述HIFU换能器的外壳具有的内径比所述HIFU换能器的最大直径大不超过10%。

6. 如权利要求1所述的HIFU涂布器，其中被配置成机械地定向所述HIFU换能器的机构包括偏置万向接头组件，所述万向接头组件将所述HIFU换能器联接至所述框架并且允许所述HIFU换能器的焦区从所述HIFU涂布器的纵轴线向外径向地定位。

7. 如权利要求6所述的HIFU涂布器，其中被配置成机械地定向所述HIFU换能器的机构进一步包括多个驱动轴，所述驱动轴接合所述HIFU换能器以便在所述偏置万向接头组件的约束内相对于所述框架移动所述HIFU换能器并且在相对于所述HIFU涂布器的纵轴线的角位置处定向所述HIFU换能器。

8. 如权利要求7所述的HIFU涂布器，其中被配置成机械地定向所述HIFU换能器的机构进一步包括在所述驱动轴中的每个与所述HIFU换能器之间联接的驱动连接件，其中所述驱动连接件动态地调节所述相应驱动轴与所述驱动连接件的组合有效长度以便线性化所述驱动轴的平移距离与所述HIFU换能器的角位置之间的关系。

9. 如权利要求1所述的HIFU涂布器，其中所述HIFU换能器具有中心孔口并且所述涂布器包括定位于所述中心孔口内的成像换能器。

10. 如权利要求9所述的HIFU涂布器，其中被配置成机械地定性所述HIFU换能器的机构被配置成相对于所述成像换能器物理地移动所述HIFU换能器以便改变所述焦区在所述治疗区中的径向位置。

11. 如权利要求1所述的HIFU涂布器，其中被配置成相对于所述框架机械地定向所述HIFU换能器的机构被配置以使得所述HIFU换能器的焦区可以从所述涂布器的纵轴线向外径向地至少1.0 cm定位。

12. 如权利要求1所述的HIFU涂布器，其中被配置成相对于所述框架机械地定向所述HIFU换能器的机构被配置以使得所述HIFU换能器的焦区可以从所述涂布器的纵轴线向外径向地至少2.0 cm定位。

13. 如权利要求1所述的HIFU涂布器，其中所述外壳的内径比所述HIFU换能器的最大直径大不超过30%。

14. 如权利要求1所述的HIFU涂布器，其中所述外壳的内径比所述HIFU换能器的最大直径大不超过15%。

15. 如权利要求1所述的HIFU涂布器，其中所述外壳的内径比所述HIFU换能器的最大直径大不超过10%。

16. 如权利要求1所述的HIFU涂布器，其中用于机械地定向所述HIFU换能器的机构被配置以使得所述HIFU换能器的焦区可以定位在从所述涂布器的纵轴线向外径向地至少5度的角上。

17. 如权利要求1所述的HIFU涂布器，其中用于机械地定向所述HIFU换能器的机构被配置以使得所述HIFU换能器的焦区可以定位在从所述涂布器的纵轴线向外径向地至少10度的角上。

18. 如权利要求1所述的HIFU涂布器，其中用于机械地定向所述HIFU换能器的机构被配置以使得所述HIFU换能器的焦区可以定位在从所述涂布器的纵轴线向外径向地至少15度的角上。

19. 如权利要求1所述的HIFU涂布器，其中所述框架包括主管，所述主管被配置成朝向或远离所述治疗区垂直地平移并且围绕所述HIFU换能器的外壳包括流体，其中所述外壳内的流体的体积随着所述主管垂直地平移而变化；

所述HIFU涂布器进一步包括被配置成机械地保持恒定流体体积的流体体积补偿系统，所述流体体积补偿系统包括一个或多个圆柱，每个圆柱具有安置于其中的液压活塞，所述活塞以反向关系联接至所述主管，以使得当所述主管向下平移时，所述液压活塞向上平移，从而提供充满流体并且调节由所述主管的平移产生的所述外壳中的流体体积变化的大部分(如果不是全部)的所述圆柱的部分。

20. 如权利要求19所述的HIFU涂布器，进一步包括一个或多个致动器，所述致动器联接至所述液压活塞的相对应的驱动轴，其中所述一个或多个致动器被配合成调整所述液压活塞在它们的相应圆柱中的位置以便在所述外壳与所述圆柱的充满流体的部分的组合体积中实现所希望的变化。

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