[发明专利]用于利用声学透镜进行高强度聚焦超声消融的设备和方法

说明书

相关申请

【0001】本申请要求2007年2月8日提交的美国非临时申请No.11/703,783(‘783申请)的优先权。‘783申请在此通过全文引用包含于此。

【0002】本申请还涉及2006年12月28日提交的美国申请No.11/646,526，2006年12月28日提交的美国申请No.11/646,528，2006年12月21日提交的美国申请No.11/642,923，2006年12月21日提交的美国申请No.11/642,821，2006年12月29日提交的美国申请No.11/647,295，2006年12月28日提交的美国申请No.11/646,524，和2007年2月8日提交的美国申请No.11/703,784。前述申请通过全文引用全部包含于此。

技术领域

【0003】本申请涉及超声医疗过程。特别的，本申请涉及透镜引导的高强度聚焦超声(HIFU)换能器。

背景技术

【0004】高强度聚焦超声(HIFU)是这样一种技术，其中典型地热治疗以来自声学换能器的聚焦的高功率声束的形式递送给患者。在HIFU中聚焦的原理性优点是加热束能够被聚焦以选择性地处理组织区域，包括深层内部组织。因此，积极的研究HIFU用于多种处理，例如心脏消融以处理心律不齐和深度癌组织的破坏。

【0005】可靠地HIFU换能器的设计中的一个挑战是将治疗热放置在期望的位置而不允许声学加热或次要的、相关损失的加热损坏换能器或非目标组织或者干扰换能器与组织的持续声学接触。因此，HIFU换能器的设计应该考虑到由主要的治疗的声学能量被引向或进入的组织中所产生的热和由于不完全(例如小于100％)的电-声能量转换而在换能器中产生的废热。对该问题的一种解决方法是利用流体填充的隔离膜，其用作物理声学隔离并且作为靠近换能器表面处热量的热沉。在隔离物中的流体还可以流动或允许渗出以便进一步冷却组织。

【0006】对于HIFU换能器的结构有三种可能选择。首先，可以采用具有成形的压电发射器的机械聚焦的换能器。第二，可以采用具有大体平的压电发射器的透镜聚焦换能器。术语“透镜”是指一种声学再引导实体，声学能量通过其该实体并且其提供有效地束方向或再成形，例如通过聚焦声学能量至一个或多个远焦点。最后，可以利用通常包括大体平的压电发射器的电聚焦换能器。所有这三个选择还可以包括可选的声学匹配层。

【0007】实际上，所有现有的声学聚焦的治疗和外科换能器是利用成形的压电发射器机械聚焦的。这样的换能器由于在束路径中没有声学损耗材料，容易设计成具有高的电声效率，并且因为他们典型的仅具有单一压电元件，束的侧部旁瓣可忽略。然而，由于在成形和表面加工不平的压电材料方面所具有的复杂性，制造它们非常昂贵。

发明内容

【0008】因此，期望能够提供一种相对便宜的HIFU换能器，其利用大体平的声学发射器声学地耦合至模塑的声学透镜。

【0009】还期望能够以最小衰减实现HIFU超声的声学聚焦，并且因此最小化对HIFU换能器的热折衷。

【0010】还期望减少在工作中在换能器中产生的热力膨胀失配应力，以便阻止声学透镜与声学发射器的分层或去耦合，或其它不期望的热力损伤效应。

【0011】还期望提供相对简单和造价低廉的HIFU换能器，并且其制造能够批量和/或自动地进行。

【0012】由于与成形的压电发射器相比制造普通平的压电发射器相对简单，以及潜在便宜的模塑聚合物声学透镜，制造带透镜的换能器可能更经济。然而，因为即使在换能器表面和声学透镜中声学功率密度很高，很明显如果换能器聚焦由声学透镜提供，该透镜应该具有接近零的声学衰减否则其将融化、燃烧或其它方式的劣化。此外，由于在透镜材料和压电发射器材料和/或匹配层材料之间热力膨胀系数的差异，热力膨胀失配应力可能使透镜从声学发射器和/或匹配层分层或其它方式的去耦合。其它不期望的热力效应也常见，例如热力膨胀失配导致的压电成分的碎片或破裂和透镜腐蚀，其能够增加透镜衰减。这里，不期望的热力效应总体称为HIFU换能器的“热力衰退”或“热力折衷”。