[发明专利]声学外科跟踪系统和方法

权利要求书

1.一种声学外科跟踪系统，包括：

声学探测设备，所述声学探测设备被构造为包括刚性支撑框架和换能器元件阵列，所述刚性支撑框架具有相接于生物体的身体部位的弯曲形状，所述换能器元件阵列布置在弯曲形状的刚性支撑框架上，并且可操作为朝向身体部位中的外科结构的目标体积发射声学波形并且接收从外科结构的目标体积的至少一部分返回的返回声学波形；

声学耦合组件，所述声学耦合组件被耦合到所述换能器元件阵列，并且可操作为当生物体的身体部位与所述声学耦合组件接触时，在换能器元件与生物体的身体部位之间传导声学波形，其中所述声学耦合组件包括水凝胶，所述水凝胶被构造成直接接触并符合身体部位的外表面，使得当所述声学耦合组件与所述身体部位的外表面接触时，声学耦合组件在接收介质和换能器元件阵列之间提供声学信号传输路径；

信号生成和处理设备，所述信号生成和处理设备与所述声学探测设备通信并且被构造为包括：(i)发射和接收电子TRE单元以及(ii)数据处理单元，所述数据处理单元包括用于存储数据的存储器以及耦合到所述存储器以处理数据的处理器，其中所述TRE单元包括与所述数据处理单元通信的波形生成器以及与所述波形生成器通信的一个或多个波形合成器，以根据由所述数据处理单元提供的波形信息经由所述波形生成器生成一个或多个波形，其中可发射的声学波形对应于由所述信号生成和处理设备生成的所述一个或多个波形；以及

位置跟踪设备，所述位置跟踪设备与所述信号生成和处理设备通信，并且可操作为跟踪布置在所述刚性支撑框架上的所述声学探测设备的换能器元件的位置，

其中所述数据处理单元被配置为处理具有换能器元件阵列的跟踪位置的、所接收的返回声学波形，以通过处理与外科结构相对于换能器元件阵列的跟踪位置的移动相关联的位置数据和矢量数据来确定(i)身体部位的外科结构的运动和(ii)相对于换能器元件阵列的跟踪位置的身体部位的外科结构在六自由度(6DoF)坐标空间中的位置坐标或定向中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述数据处理单元被配置为产生数据集，所述数据集包括身体部位的外科结构的所确定的运动、和位置坐标或定向中的至少一个，以及其中所述数据处理单元与手术系统通信并且被配置为将所产生的数据集传送到所述手术系统，使得所述手术系统可以基于所述数据集中包含的信息对外科结构执行操作或程序，所述信息包括身体部位的外科结构的所确定的运动、和位置坐标或定向中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述位置跟踪设备包括光学传感器，所述光学传感器包括相机、包含电荷耦合器件(CCD)的图像传感器或发光二极管(LED)中的一个或多个。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述水凝胶包括形成被构造为将水性流体截留在水凝胶内部的网络的一种或多种可聚合材料，

其中，当所述声学耦合组件与身体部位的外表面接触时，所述声学耦合组件提供接收介质与声学信号换能器元件之间的声学阻抗匹配。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述水凝胶被构造为符合身体部位以与表面完全接触，而不在声学耦合组件和身体部位之间形成空气包或空隙。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述TRE单元包括：

模拟至数字A/D转换器阵列，用于将由所述声学探测设备的换能器元件阵列所接收的、接收到的返回声学波形从模拟格式转换为数字格式，作为包括目标体积的至少一部分的信息的接收波形，

与所述一个或多个波形合成器通信的一个或多个放大器，用于修改提供至所述声学探测设备以用于发射的波形，以及

与所述声学探测设备和所述A/D转换器阵列通信的一个或多个预放大器，用于修改提供至所述A/D转换器的所述接收到的返回声学波形。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述声学探测设备包括可连接至所述信号生成和处理设备的TRE单元的信号接口模块，所述信号接口模块包括与所述换能器元件阵列通信的多路复用单元，以选择所述阵列中的一个或多个换能元件来将波形转换成相应的声学波形，并且选择所述阵列中的一个或多个换能元件来接收所述返回声学波形。