[发明专利]使用反射的超声自动聚焦

说明书

将具有多个换能器元件的超声换能器聚焦到目标区域的各种方法包括：在目标区域中生成至少一个声反射器；将超声波传输到声反射器；测量从声反射器的反射；以及至少部分地基于所测量的反射，调节与换能器元件相关联的参数值。

相关申请

本申请要求2016年7月25日提交的美国临时专利申请No.62/366,200的权益和优先权，该临时专利申请的全部内容通过引用包含于此。

技术领域

本发明总地涉及用于超声自动聚焦的系统和方法，且更特别地涉及使用超声反射的自动聚焦。

背景技术

聚焦超声(即，具有大于约20千赫兹的频率的声波)可用于对在患者体内的内部身体组织进行成像或有疗效地进行治疗。例如，超声波可在涉及肿瘤的消融的应用中被使用，从而消除了对侵入性手术、目标药物输送、血脑屏障的控制、凝块的裂解和其它外科手术的需要。在肿瘤消融期间，压电陶瓷换能器放置在患者外部，但极接近待消融的组织(即，目标)。换能器将电子驱动信号转换成机械振动，导致声波的发射。换能器可以用几何方式被成形并连同其它这样的换能器一起被定位，使得它们发射的超声能量在对应于目标组织区域(或在目标组织区域内)的“聚焦区”处共同形成聚焦波束。可替换地或另外地，单个换能器可由多个单独地驱动的换能器元件形成，换能器元件的相位可以各自独立地被控制。这样的“相控阵”换能器便于通过调节在换能器之间的相对相位来将聚焦区引导到不同的位置。如在本文使用的，术语“元件”意指在阵列中的单独换能器或单个换能器的独立地可驱动的部分。磁共振成像(MRI)可用于使患者和目标可视化，并从而引导超声波束。

超声手术的无创性质对脑肿瘤的治疗是特别吸引人的。然而，人颅骨是对超声治疗的临床实现的障碍。经颅超声手术的障碍包括强烈的衰减和由颅骨的形状、密度和声速的不规则性引起的畸变，其是破坏聚焦和/或降低在空间上记录所接收的诊断信息的能力的一个原因。

为了克服与人颅骨相关的困难，一种常规方法测量从穿过颅骨的超声波束的行进产生的相移，并随后调节超声参数以考虑至少部分地由颅骨引起的像差。例如，最低程度侵入性方法使用针对至大脑内的导管插入而设计的接收探针来测量由颅骨引起的振幅和相位畸变。然而，导管插入仍然需要外科手术，其可能是痛苦的且可能产生感染的风险。

可替换的完全无创的方法使用X射线计算机断层扫描(CT)图像而不是接收探针来预测由颅骨引起的波畸变。然而，实际上，仅仅相对相位的计算可能太不精确而不能实现高质量聚焦。例如，当将超声波聚焦到大脑内以治疗肿瘤时，在声路径中的颅骨可能引起不容易确定的像差。在这样的情况下，治疗一般在聚焦程序之后进行，在聚焦程序中，超声聚焦在目标处或附近生成，且聚焦的质量被测量(使用例如热成像或声辐射力成像(ARFI))，且实验反馈用于调节换能器元件的相位以实现足够的聚焦质量。

然而，前面的聚焦程序可能花费相当多的时间，这可能使它变得不实际或至少对患者不方便。此外，超声能量在程序期间不可避免地沉积到目标周围的组织内，从而潜在地损坏健康的组织。虽然可通过使用只需要低声强度(例如ARFI)的成像技术来最小化治疗前超声处理的影响，但限制在治疗之前的超声处理的数量通常是期望的。

因此，需要一种聚焦超声波束并创建高质量超声聚焦的更有效和可靠的方式。

发明内容