[发明专利]适应性闭环超声治疗

说明书

聚焦超声换能器的各种方法包括使超声换能器将超声波传输到靶区域；使检测系统间接测量聚焦特性；以及至少部分地基于间接测量的聚焦特性，调整与换能器元件中的至少一个相关联的参数值，以便在靶区域处获得靶治疗功率。

相关申请

本申请要求美国临时专利申请第62/597,071号、第62/597,076号和第62/597,073号(均于2017年12月11日提交)的权益和优先权，其全部公开内容通过引用并入本申请。

技术领域

本发明总体上涉及超声治疗，并且特别地，涉及用于测量超声束的聚焦特性并基于此来调节超声的参数以便优化聚焦特性的系统和方法。

背景技术

聚焦超声(即，频率大于约20千赫兹的声波)可用于对患者体内的内部身体组织进行成像或治疗。例如，超声波可用于与肿瘤切除、靶向给药、打开血脑屏障(BBB)、栓体溶解和其他医疗程序相关的应用。在治疗期间，将压电陶瓷换能器放置在患者外部，但紧邻要治疗的靶区域。换能器将电子驱动信号转换成机械振动，从而产生声波的发射。换能器可以设置几何形状并与其他这样的换能器一起定位，使得它们发射的超声能量共同在对应于靶区域(或在靶区域内)的“聚焦区”处形成聚焦波束。可选地或另外地，单个换能器可以由多个单独驱动的换能器元件形成，换能器元件的相位和/或幅度可以各自独立地控制。这种“相控阵列”换能器有助于通过调节换能器之间的相对相位将聚焦区引导到不同的位置。如本文所用，术语“元件”表示阵列中的单个换能器或单个换能器的可独立驱动的部分。

当声能穿过组织时，它可以通过多种过程与组织相互作用，包括传播、散射、吸收、反射和折射。到达靶区域的声能的强度通常决定治疗的治疗效果，即在聚焦区附近破坏的组织的体积。聚焦区的尺寸还可能取决于系统参数，例如换能器元件特征、声能的频率和聚焦深度(从换能器到聚焦区的距离)，以及与患者有关的参数，例如组织不均匀性。

当换能器被激活时，可以基于每个换能器元件到聚焦区的距离来调整传递到每个换能器元件的驱动信号的相对相位。通常，平均声速用于估计声能穿过组织的速度并预测聚焦区的位置。

尽管对于给定的换能器阵列，系统参数通常是固定的，但是组织均匀性可能因患者、甚至在同一患者和器官内的不同组织区域之间也存在很大差异。组织不均匀性可能会降低到达聚焦区的声能强度，甚至可能使聚焦区的位置在患者体内移动。具体地，由于声音的速度在不同类型的组织中不同，所以随着声能束的一部分沿着波束路径中具有不同组织类型的不同路径行进，它们可能会经历不同的声速，这会改变从各个换能器元件传输的声能的相对相位。这种相移可能会降低在聚焦区处的声能的相长干涉，从而降低治疗效果，甚至可能以无法预测的方式移动聚焦区。

组织不均匀性也可能导致声能在具有不同声速的组织区域的边界处折射。折射可能降低相长干涉，且因此降低聚焦区处的声能强度，特别是当声能穿过骨骼时。失真的聚焦和降低的声强度可能会严重影响在靶处的治疗效率和功效。

因此，需要一种在特定患者的靶区域处测量聚焦特性并调整超声换能器的参数以优化聚焦特性，从而最大化在焦点处可用的声能的量的方法。

发明内容