[发明专利]改进的反射自动聚焦

说明书

用于聚焦具有多个换能器元件的超声换能器的各种方法包括：使换能器元件将超声波发送至靶区域并测量超声波从靶区域离开的反射；对于至少其中一些换能器元件中的每个，至少部分地基于与多个测量换能器元件相关联的参数值，来调整与所述每个换能器元件相关联的参数值，所述参数值通过与由测量换能器元件测量的反射相关联的信号质量度量来加权，以便改善在靶区域处的超声聚焦。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月6日提交的美国临时专利申请号62/681,284的优先权和权益，并将其全部内容通过引用并入本申请。

技术领域

本发明总体上涉及用于超声自动聚焦的系统和方法，且更具体地，涉及使用超声反射的改进的自动聚焦。

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，超声波可用于涉及切除肿瘤的应用中，从而消除了对侵入式手术、靶向给药、血脑屏障控制、凝块溶解和其他外科手术的需要。在肿瘤切除期间，压电陶瓷换能器放置在患者外部，但紧邻待切除的组织(即，靶)。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组织区域(或在靶组织区域内)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。磁共振成像(MRI)可用于使患者和靶可视化，并从而引导超声束。

在聚焦超声程序过程中，进行一系列超声处理，以在不损害周围组织的情况下引起靶组织(例如肿瘤)的凝固坏死。为此，从换能器发出的超声能量必须准确可靠地成形并聚焦到所需的目标位置上。未适当配置的换能器元件会导致不适当的聚焦质量，从而导致治疗无效和/或对非靶组织造成不希望的损害。另外，未适当成形的超声波束可能会在预期聚焦区域以外的其他位置处产生意外的次级热点；这样的热点可能导致不希望的发热、患者疼痛和/或可能非靶组织坏死。

换能器输出误差的一个来源是由于换能器元件中的几何缺陷(即与其预期位置的偏差)造成的。例如，假设换能器设计为具有球形形状，则驱动每个换能器元件的软件配置为根据球形模型或设计基于它们的定位来激活各个换能器元件。如果在制造、使用和/或维修过程中一个或多个换能器元件的实际位置偏离了预期位置，或者如果位置由于例如热变形而发生位移，则结果可能是由于根据理想球形模型编程的软件而形成永久的聚焦误差。

换能器输出误差的另一个来源是中间组织的不均匀性，超声波在到达聚焦区之前穿过所述中间组织。超声波可以通过多种过程与中间组织相互作用，包括传播、散射、吸收、反射和折射。例如，组织的不均匀性可能导致声能在具有不同声速的区域的边界处折射。折射可能降低相长干涉，从而降低聚焦区域处的声能的强度。因此，不均匀的组织可能会产生使聚焦变形和降低其强度的波束畸变和折射，从而影响治疗效率。

校准换能器几何误差和/或由中间组织引起的波束畸变的一种方法涉及在焦点处放置或生成声反射器。来自反射器的反射信号可以由换能器元件检测，并且可以确定由换能器元件测量的反射信号的相位与发射信号的相位之间的偏差。基于所确定的偏差，可以调节与换能器元件相关的驱动信号以改善聚焦特性。

尽管这种方法可以有效地补偿相位偏差并改善目标区域处的聚焦特性，但可能仅适用于换能器阵列中的某些换能器元件。例如，在治疗脑肿瘤时，由于颅骨的性质及其多层内部结构，一些换能器元件可能会接收到低质量(例如，低信噪比(SNR))的信号；这导致回波信号测量不可靠。因此，对接收到低质量回波信号的换能器元件补偿相位偏差的能力对于进一步改善靶区域的聚焦特性至关重要。