[发明专利]具有集成式超声换能器和流动传感器的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种介入系统，包括具有超声换能器的微型化装置和处理模块。此外，本发明涉及用于控制该介入系统的计算机软件。

背景技术

外科手术程序正变得更加地微创。结果，外科医生以及放射科医师或心脏病专家看不到他们需要对其进行处理的目标区。为了在正确的地方导航并执行手术，典型地，对于微创程序仪器，例如外科工具、导管、针和观测仪器，使用手术中成像技术，例如回波检查、X射线以及利用CT和MRI扫描的手术前成像。

此外，神经外科手术要求将针精确地导航到大脑中，同时避免损伤大脑内部的血管。手术前图像常常不够用，因为在开颅时大脑会偏移其位置。

当前，在例如导管或引导线上使用基于陶瓷或单晶压电元件的传统超声换能器以进行成像。这些换能器由线性阵列构成，以生成2D图像。利用回波检查，通过图像识别、多普勒频移和/或散斑跟踪，利用这些超声装置识别血液流动。

集成微机械超声换能器(MUT)，例如电容式微机械超声换能器(cMUT)和压电微机械超声换能器(pMUT)是在基于Si的技术中实现超声换能器的新技术。它们被认为是现有压电陶瓷换能器的廉价替代。

发明内容

本发明的目的是提供一种介入系统和控制其的计算机软件，利用该系统能够更好地检测到流体运动。

这一目的是通过相应独立权利要求的主题解决的。在相应从属权利要求中描述了其他示范性实施例。

总体上，根据本发明的介入系统包括微型化装置和处理模块。该装置包括位于诸如针的仪器的顶端部分的超声换能器阵列。处理模块与所述超声换能器阵列连接，并适于测量由所述超声换能器发送和接收的数据之间的频移和时间延迟。

换言之，本发明提出为针或导管的顶端装备超声换能器阵列，以利用发送和接收的脉冲之间的时间和频率差异测量恰在顶端前方的流动。由于不需要图像，所以仅需要几个换能器元件。换能器元件生成超声脉冲并接收其回波而无需使用成像技术和复杂的驱动电子设备。因此，需要有限量的角度。利用所接收信号的频移和时间延迟，可以检测到血流的邻近性和横向方向，从而识别出血管。

要认识到，超声换能器可以是基于陶瓷或单晶压电元件的传统换能器，或可以是在Si技术中生产的MUT，例如cMUT或pMUT。

此外，超声换能器可以发射一个脉冲或一系列脉冲，即脉冲串(burst)。超声脉冲串可以由几个脉冲构成，即1和10个脉冲之间，或介于诸如10个或更多的几个脉冲和诸如40个的多个脉冲之间。这些脉冲可以是沿所有方向或沿预定义方向发射的，或者可以仅仅主要在一个方向，即具有小角度。

根据本发明的实施例，处理模块可以至少部分集成在装置中。可以将处理模块分成几个处理子单元，每个子单元可以专用于执行特定的数据处理步骤，或者可以根据希望的发射特性专门驱动超声换能器。因此，处理子单元可以彼此串联或并联连接或是所述方式的组合。作为范例，所述处理子单元之一可以集成在装置中，即，可以施加在独立芯片中，芯片接下来又可以位于装置中或装置上，尤其是在装置顶端部分中或上。

那样的优点是缩短了每个超声换能器和处理模块之间的线缆。由于长线缆对发射的信号质量具有不利影响，这样的缩短将使得处理模块接收到更精确的数据。例如，可以更精确地测量换能器向处理模块发送的几次观测的高度和距离。

此外，处理模块可以与换能器阵列一体地形成。例如，在换能器形成于Si衬底中的情况下，也可以在这个Si衬底中实现驱动电子设备或处理电路，从而超声换能器阵列与处理子单元一起可以共同位于装置的顶端部分上。因此，可以在独立载体上处理超声换能器阵列，独立载体也可以包括处理子单元，并可以安装在装置顶端部分。

为了避免对周围组织造成不希望效果，可以用生物相容保护层，例如来自聚对二甲苯基，或任何其他有机或无机涂层覆盖超声换能器阵列。

另一方面，可以在Si衬底中实现完整的顶端部分，或者，甚至完整的装置，包括超声换能器阵列以及处理子单元。

因此，针对根据本发明的装置的制造过程可以具有更少步骤，可能获得更廉价的产品。此外，信号通路的长度可以尽可能短。

在另一个实施例中，处理子单元可以对从超声换能器接收的信号进行放大。这也将获得已处理数据的更高精度。

为了影响将要发送超声脉冲串的方向，可以将超声换能器阵列布置成圆形或线的形式，或者它们可以位于装置斜面的表面上或可以位于装置的周边表面，其中根据希望的应用，斜面和圆周表面两者的组合也可能是有利的。