[发明专利]基于先例的超声聚焦

说明书

用于操作具有多个换能器元件的超声换能器的各种方法包括获取解剖区的一个或多个测量，从换能器元件发射的超声波穿过该解剖区行进；对于解剖区中的每个，至少部分地基于测量来确定特性的值；通过使用第一值作为预测器的输入来以计算方式预测穿过解剖区行进的超声波的像差，预测器已经以计算方式被训练以基于特性的值来预测超声像差；以及驱动换能器元件以补偿所预测的像差。

相关申请

本申请要求2016年7月14日提交的美国临时专利申请号62/362,151的权益和优先权，该临时申请的全部公开在此通过引用被并入。

技术领域

本发明总地涉及超声聚焦，且更特别地涉及基于先例的超声聚焦技术。

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，超声波可用在涉及肿瘤的消融的应用中，从而消除了对侵入性手术、靶向给药、血脑屏障的控制、凝块的消散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(或在目标组织区内)的“聚焦区”处共同形成聚焦波束。可选地或此外，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。

当声能穿过组织时，它可通过多个过程——包括传播、散射、吸收、反射和折射——与组织交互作用。到达目标的声能的强度通常确定治疗的疗效，即，在聚焦区的附近破坏的组织的体积。聚焦区的尺寸也可取决于系统参数，例如换能器元件特性、声能的频率和焦深(从换能器到聚焦区的距离)以及患者相关参数，例如组织不均匀性。

当激活换能器时，可基于每个换能器元件离聚焦区的距离来调节被传送到每个换能器元件的驱动信号的相对相位。通常，平均声速用于近似声能穿过组织的速度并预测聚焦区的位置。

虽然系统参数通常对于给定换能器阵列是固定的，但组织不均匀性可从一个患者到另一患者且甚至在同一患者体内的不同组织区之间明显改变。组织不均匀性可降低到达聚焦区的声能的强度，并可甚至在患者的身体内移动聚焦区的位置。具体地，因为声速在不同类型的组织中不同，当声能的波束的部分沿着具有不同的组织类型的不同路径朝着聚焦区行进时，它们可能经历不同的声速，这可能使从相应的换能器元件传输的声能的相对相位移动。这个相位移动可降低在聚焦区处的声能的相长干涉，这可能减小治疗的有效性或甚至可能以难以预测的方式移动聚焦区。

组织不均匀性也可能引起在具有不同声速的组织区的边界处的声能的折射。折射可降低相长干涉以及因而在聚焦区处的声能的强度，特别是当声能穿过骨头时。因此，不均匀的组织结构可产生波束像差和折射，这可能使聚焦变形并减小强度，因而影响治疗效率。此外，在超声成像中，组织不均匀性可导致声速在整个脉冲波前中的不均匀分布。当脉冲波前的部分比其它部分行进得更快(或更慢)时，在所接收的回波信号的时间延迟和/或强度中的某个量的误差可能出现在一些超声通道中。这成为在超声波束形成中的图像退化的源。

因此，存在对预测并考虑在穿越不均匀的组织时的超声波束的像差的方法的需要。

发明内容