[发明专利]用于3D超声成像和治疗的装置

说明书

对相关案例的交叉引用

申请人主张2006年11月28日提交的序列号为60/867,464的临时申请的权益。

本发明涉及一种包含两个分离的二维(2D)超声阵列换能器的装置，其中一个用于提供三维(3D)图像，另一个用于生成能够在三维中电子地导向的治疗束；并且本发明涉及该装置在给予超声介导治疗(诸如基因定位递送、药物递送、超声溶栓、组织消融等)中的应用。

超声具有多种治疗应用，诸如组织消融、药物递送、热疗、凝块溶解等。单元件治疗换能器受到固定焦距的限制，并且取决于机械平移以处置身体的不同区域。为了将治疗束导向至身体的不同位置，可以采用电子相控阵列换能器。在治疗期间对组织的同步成像使对处置进行计划和监测成为可能。

Nock等人的美国专利(US6,716,188)描述了组合的治疗和成像系统的一个示例。这一专利描述了一种包括只具有一个线性元件阵列的换能器的用于药物递送增强和成像的系统。

美国专利5,558,092(Unger等人)公开了组合的超声成像和治疗系统的一个示例，其中分离的换能器位于同一基底上。提出了若干换能器配置，包括一种具有用于成像和治疗这两者的2D元件矩阵的换能器配置，其中以多路方式操作这些元件，从而启动顺序线性元件集。

受让给Philips的美国专利6,428,477(Mason)描述了一种完全可导向的二维超声阵列，其通过导向并选择性地聚焦波束来给予治疗。同一换能器用于治疗和成像这两者。

美国专利6,719,694描述了执行治疗和成像这两者的超声换能器。品质因数电路改变换能器的带宽，从而将高带宽操作用于成像。

美国专利6,500,121描述了一种具有执行成像、治疗以及温度监测的单个换能器的超声治疗系统，其中能够操作该单个换能器，从而以3D方式提供成像或治疗。

Unger等人的方法采用多路线性元件(US5,558,092)。治疗阵列并不配置为执行对波束的3D导向，而只提供皮肤表面附近的浅层操作。此外，同一基底用于成像和治疗阵列这两者。这导致了在两个阵列之间发生串扰的可能性，特别是由于治疗阵列通常利用较高的功率级。同样，成像阵列是固定的，并且无法与同一治疗阵列的其他成像探头互换。对两个阵列使用同一基底导致对压电材料的不够优化的使用，因为治疗阵列可能从由能够制成任意元件尺寸和形状的压电复合材料制成的情况中获益。

Mason(US6,428,477)、Weng(US6,719,694)和Slayton等人(6,500,121)的方法将同一换能器用于成像和治疗。然而，由于聚焦能力和频率要求是不同的，治疗和成像具有不同的要求。通常很难针对成像应用和治疗应用这两者优化换能器。例如，超声成像典型地采用大于2MHz的频率，而治疗采用小于2MHz的频率。对于小动物研究而言，甚至更高的频率(诸如15MHz)对成像是优选的。小孔径尺寸的成像换能器不足以实现经常要求更大换能器的治疗所需要的聚焦增益。此外，成像阵列具有规则地间隔开的元件，并且如果成像阵列用于治疗，则要求大量元件以便于适应避免栅瓣的需求。

然而，如以上所讨论的，问题仍然存在于超声成像和治疗方面的这些系统和方法中，尤其是对于可能正在运动的空间体积中的生物组织而言，通过本文所公开的装置和方法克服了这些问题。

根据本发明，本文公开了一种装置，其包含两个分离的二维(2D)超声阵列换能器，其中一个用于提供三维(3D)图像，而另一个用于生成能够在三维中电子地导向的治疗束；并且本文公开了该装置在给予超声介导治疗(诸如基因定位递送、药物递送、超声溶栓、组织消融)中的应用。

具体地，本发明的目的在于提供一种用于三维超声成像和治疗的应用的装置，其包括：

二维超声成像换能器元件阵列，其具有形成、导向并选择性地聚焦超声束至三维运动或静止空间体积的图像信号发射器及接收器；

一个或多个二维超声治疗换能器元件阵列，每个阵列具有形成、导向并选择性地聚焦并给予超声治疗至所述体积的治疗信号发射器；其中，所述成像和治疗换能器元件阵列的位置相对于彼此是已知的；以及

控制器，其控制所述图像发射器及接收器，以提供所述体积的三维图像，并且同时独立地控制所述一个或多个治疗发射器中的每个，以向所述体积给予治疗。

本发明的另一目的在于提供一种还包括以下的装置：所述成像和治疗换能器阵列中的每个具有在操作的振幅、相位和频率方面单独可控的多个超声元件。

本发明的另一目的在于提供一种还包括以下的装置：所述控制器使所成像体积与所述治疗换能器阵列相关，从而向所述体积给予所述治疗。