[发明专利]超声程序中的自适应基于单气泡的自动聚焦和功率调整

说明书

用于使具有多个换能器元件的超声换能器聚焦的方法，包含：生成对一个或多个目标区的第一超声处理且测量由所述第一超声处理产生的第一组反射信号；基于所述第一组反射信号，确定是否已达到聚焦事件的目标数目或目标发生率；如果未达到，那么生成到所述目标区的处于调整后的声功率的第二超声处理且测量由所述第二超声处理产生的第二组反射信号；以及至少部分地基于所述第二组反射信号，调整与一个或多个换能器元件相关联的参数值以便改善所述目标区处的超声焦点。

相关申请案

本申请案要求第62/949,593和62/949,595号美国临时专利申请案(均在2019年12月18日提交)的权益和优先权，以上美国临时专利申请案的整个公开内容以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及用于超声聚焦的系统和方法，且更确切地说，涉及使用微气泡进行自动聚焦且在聚焦之后调整超声波束的声功率。

背景技术

聚焦超声(即，具有大于约20千赫兹的频率的声波)可用以对患者的体内组织进行成像或治疗。举例来说，超声波可以用于涉及肿瘤的消融的应用，进而不再需要有创手术、靶向药物递送、血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)的控制、血块的裂解和其它手术程序。在肿瘤消融期间，压电陶瓷换能器放置于患者外部，但非常接近于要消融的组织(即，目标)。换能器将电子驱动信号转换为机械振动，从而导致声波的发射。换能器可以在几何学上连同其它此类换能器一起成形和定位，使得它们发射的超声能量共同地在对应于目标组织区(或目标组织区内)的“焦点区域”形成聚焦波束。替代地或另外，单个换能器可以由多个受个别驱动的换能器元件形成，所述换能器元件的相位可各自独立地受控。此“相控阵列”换能器促进通过调整换能器之间的相对相位将焦点区域操纵到不同位置。如本文所使用，术语“元件”指的是阵列中的个别换能器或单个换能器的可独立驱动的部分。磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)可用以实现患者和目标的可视化，且进而引导超声波束。

在聚焦超声程序期间，施加一系列超声处理以造成目标组织(例如肿瘤)的凝聚坏死而不会损害周围组织。如果在中枢神经系统中使用，那么超声处理可以造成微气泡的空蚀，这可能干扰血管，进而引发BBB的“开口”以用于增强靶向药物递送。为了实现这些目标，从换能器发射的超声能量必须准确地且可靠地成形且聚焦到所需目标位置上。不正确地配置的换能器元件可导致不当的或次优的焦点质量，进而造成低效的治疗和/或对非目标组织的不合需要的损害。另外，不恰当地成形的超声波束可能在除既定焦点区域外的位置生成意外的次要热点；此类热点可能导致患者的不合需要的发热、疼痛和/或非靶向组织的可能坏死。

换能器输出错误的一个来源是超声波在达到焦点区域之前行进穿过的介入组织(例如，人头骨)的不均匀性。超声波可以通过多个过程与介入组织相互作用，所述过程包含传播、散射、吸收、反射和折射。举例来说，组织不均匀性可以在具有不同声音速度的区的边界处造成声能的折射。折射可以减小相长干涉，且因此减小在焦点区域处的声能的强度。因此，不均匀组织可以生成波束畸变和折射而使焦点扭曲且减少其强度，进而影响治疗效率。

已经提出各种校准方法以考虑由介入组织产生的波束畸变。举例来说，一个常规方法测量由超声波束行进通过介入组织产生的相移，且随后调整超声参数以考虑至少部分地由组织造成的畸变。通常，此方法使用为了向大脑中的导管插入设计的接收探针来测量由人头骨造成的振幅和相位失真。然而，导管插入仍需要手术，这会是疼痛的且可产生感染的危险。