[发明专利]利用表面调制产生聚焦超声波的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及包括由多个超声换能器元件形成的超声探头并且适合于发射高强度聚焦超声（HIFU）的设备或装置的技术领域。

本发明的主题尤其有利地可应用于采用聚焦超声波的治疗处理领域。

背景技术

众所周知，聚焦超声波疗法可能造成由热效应和声空化活动(acoustic cavitation activity)组合引起的组织中的生物损伤(biological lesion)。这些组织损伤的形状直接源自所使用的超声探头的发射表面的形状。例如，具有球形形状的超声探头可以获得周期性的聚焦区域，而圆环形(toroid-shaped)探头导致获得环（ring）形或冠（crown）形的聚焦区域。

在聚焦区域的每一点处，应该注意的是，来自发射表面的超声波行进的距离是相同的，并且压力与该点处超声波的会聚（convergence）直接相关。实际上，超声波在发射表面和聚焦区域之间穿过诸如冷却电路的水、皮肤、脂肪、肌肉等各种不同特性的传播媒质。但是，这些不同的媒质具有不同的声衰减特性。因此，对于每一个行进路径，声波的衰减表现出依赖于在每个穿越媒质中的行进距离。

此外，在传播媒质中发射之后，发射表面的凹面导致观察到聚焦效应。超声波将集中在聚焦区域（点状或冠状），导致沿超声波的路径压力（pressure）逐渐增大。

为了尽力消除与组织的声异质性有关的缺陷，例如从专利FR2642640可知采用聚焦装置，其中探头的发射表面被分成通过控制电路被施加激活信号的数个换能器元件，所述信号是通过将从发送至待处理组织上的非聚焦声束作为返回接收的回波（echo）信号随时间的分布和形状进行反转而获得。换能器元件因此依赖于声波的衰减和聚焦效应而发射不同的声功率。

实际上，换能器元件具有相同的发射表面，使得每个换能器元件具有相同的电阻抗。每一个这些换能器元件的控制电路也相同，以便于生产这样的装置。

但是，这种解决方案具有一个主要的缺陷。实际上，用于每一个换能器元件的可用电力被控制电路的电子线路限制。因此，一旦换能器元件中之一以其最大功率运行以补偿超声波的衰减和聚焦差值，则其它的换能器元件必须以降低的电功率运行，控制电路的电子线路将不能提供它们被设计的最大功率。实际上，控制电路经常低于其最大容量运行。

另从专利US4888746知道的是一种治疗换能器，该治疗换能器由数个换能器元件组成，所述换能器元件能够相互独立地被具有可变幅度和相位的信号驱动，以便调制焦点处超声波的形状，从而特别减小空化效应。

同样地，专利FR2903616描述了一种圆环形治疗探头，其中各种换能器元件被顺序地激活以允许超声波以冠形被聚焦。

这些专利描述的换能器不能使在具体处理区域中由各个超声波换能器元件做出的能量贡献均匀化，这是因为超声波在它们的路径上经历的聚焦和衰减效应没有被考虑进来。

在成像领域，专利US5922962描述了包括一组具有相同长度但是不同宽度的换能器元件的超声换能器。不考虑其焦距，多个换能器元件的宽度被确定以保持相同的超声束外形（profile），即相同的超声波分辨率。

该文献描述了各种波束形成技术，用于在发射和接收模式中以不同的深度动态聚焦，以及各种用于减小旁瓣效应的切趾（apodization）技术。这些波束形成技术没有说明（account for）为了在目标区域中获得由每个换能器元件发射的超声波的基本相同能量贡献，超声波在目标区域与换能器元件之间的路径上的声衰减。

相似地，文献US5165414、EP0689187和EP0401027描述了与专利US5922962描述的换能器具有相同缺点的成像换能器。由这些文献描述的换能器目的不在于优化各个换能器元件的能量贡献，原因是为治疗原因不寻求在目标区域中的能量贡献。

发明内容

因此，本发明旨在通过提出新技术来解决现有技术状况中的缺点，该新技术用于聚焦超声波，使得能够均匀化目标区域上的能量贡献以获得生物组织损伤。

为了实现该目标，在聚焦区域上产生聚焦超声波以引起生物损伤的方法包括激活分布在发射表面上的多个超声换能器元件，以分别发射聚焦区域中的多个聚焦超声波，而聚焦超声波以不同的声衰减穿过传播媒质。

根据本发明：

-选择目标区域，其中需要由所述超声换能器元件发射的超声波的能量贡献均匀化，

-确定所述超声波在目标区域与超声换能器元件之间的路径上的聚焦效应和声衰减，