【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于超声聚焦的系统和方法，更具体地涉及使用微泡的自动聚焦。
技术介绍
1、聚焦超声(即，频率大于约20千赫兹的声波)可以用于对患者内的体内组织进行成像或治疗。例如，超声波可以用于涉及肿瘤消融的应用中，从而消除了侵入性手术、靶向药物输送、血脑屏障控制、血凝块溶解和其他外科手术的需要。在肿瘤消融期间，压电陶瓷换能器虽然被放置在患者体外，但是靠近待消融的组织(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。换能器可以与其他此类换能器一起进行几何成形和定位，使得它们发射的超声能量共同形成聚焦束，该聚焦束位于与目标组织区域对应(或在目标组织区域内)的“焦点区域”处。替代地或附加地，单个换能器可以由多个单独驱动的换能器元件形成，每个元件的相位都可以被独立控制。这种“相控阵”换能器有助于通过调整换能器之间的相对相位将聚焦区引导到不同位置。如本文中使用的，术语“元件”是指阵列中的单个换能器或单个换能器的可独立驱动部分。磁共振成像(mri)可以用于使患者和目标可视化，从而引导超声波束。
2、超声手术的非侵入性质对于脑肿瘤的治疗尤其有吸引力。然而，人类颅骨一直是超声治疗临床实现的障碍。经颅超声过程的障碍包括强烈的衰减和由颅骨形状、密度和声速的不规则引起的扭曲，这会导致焦点被破坏和/或降低空间记录接收到的诊断信息的能力。
3、为了克服与人类颅骨相关的困难，一种常规方法是测量超声波束由于行进通过颅骨所产生的相移，然后调整超声波参数以考虑至少部分由颅骨引起的像差。例如，微创方法使用被设计成用于
4、另一种完全非侵入性方法使用x射线计算机断层扫描(ct)图像而不是接收探头来预测由颅骨引起的波失真。然而，在实践中，仅计算相对相位可能不够精确，无法实现高质量的聚焦。例如，当超声波被聚焦到大脑中以治疗肿瘤时，声学路径中的颅骨可能会引起不易确定的像差。在这种情况下，通常在聚焦过程之前进行治疗，其中在目标处或附近产生超声波焦点，测量焦点的质量(使用，例如热成像或声辐射力成像(arfi))，并且使用实验反馈来调整换能器元件的相位以实现足够的聚焦质量。
5、然而，前述聚焦过程可能需要大量的时间，这可能使其不切实际，或者至少对患者不方便。此外，超声能量在该过程中不可避免地被沉积到目标周围的组织中，从而可能损害健康组织。虽然可以通过采用仅需要低声强度的成像技术(例如，arfi)来使治疗前超声处理的影响最小化，但是通常希望限制治疗前的超声处理的次数。
6、估计由颅骨引起的波像差的另一种方法涉及在聚焦区中使用声反射器(例如，一小团微泡)。通过将超声波发射到微泡并且接收来自微泡的反射，可以确定与反射的超声相关联的幅值和/或相位；基于此，可以调整换能器参数(例如，相移和/或幅值)以补偿至少部分由颅骨引起的像差。如在2020年12月18日提交的pct申请号wo 2021/123906中描述的，该pct申请的全部公开内容通过引用的方式并入本文中，可以实施优化方法以确定与超声换能器和/或声反射器相关联的一个或多个参数(例如声功率、微泡浓度等)的一个或多个最优值。因为优化方法可以针对每个患者执行，所以所获得的最优值是特定于患者的；因此，可以更准确地确定使用自动聚焦过程对超声参数(例如幅值、相位等)的调整，以补偿由特定于患者的中间组织引起的像差，从而有利地改善目标区域处的聚焦特性和治疗效率。
7、虽然这种基于回声的自动聚焦方法对于使用长脉冲的超声过程(例如，如’3906申请中描述的高强度聚焦超声(hifu)治疗)有利，但是当被应用于使用相对于波长和目标与换能器之间的距离而言空间范围较短的脉冲的过程时，其效果可能较差。一种这样的过程是组织碎裂术，它涉及以短(通常小于50微秒)、高幅值脉冲的形式传递声能，这些脉冲在高峰值压力下传递相对较低的总能量。这会引起短暂的空化以机械地破碎目标组织。当对组织施加足够的负压以导致由于流体蒸发和溶解气体的释放而形成微泡时，就会发生空化。一旦形成，微泡就会表现出高度动态的振荡和惯性塌陷模式，从而导致细胞和组织破坏。尽管诸如hifu之类的损伤应用对到达目标的能量的量很敏感，但是组织碎裂术对负峰值压力更敏感。因此，对于组织碎裂术而言，重要的是使汇聚在目标处的超声脉冲从一端到一端同步，以使它们基本重叠。
8、因为基于回声的自动聚焦依赖于发射脉冲和反射脉冲之间的相长相位干涉，所以无法保证整个脉冲在换能器元件之间对齐；因此，换能器发射之间的会聚点可能会偏移超声波波长的倍数。这对于hifu过程而言不是问题，因为长脉冲的相位对齐可以确保以峰值功率输送能量，并且任何小脉冲错位都不会显著降低总能量沉积。然而，如所提及的，这对于组织碎裂术和类似程序而言是个问题。
技术实现思路
1、根据本专利技术的实施例，执行回声聚焦以对准脉冲峰值，从而建立每个超声换能器元件所需的相位延迟，并且使用例如飞行时间(tof)测量结果来确定脉冲之间的时间位移。组合方法将由在治疗期间贡献能量的有源换能器元件传送的脉冲的相位和包络线对准。此外，它允许使用长脉冲进行相位对准，并且使用将在治疗过程中使用的短脉冲进行包络线对准。例如，tof测量结果可以用于粗略地对准短脉冲，随后使用长脉冲进行相位对准。然后，将在相位和空间范围内对准短治疗脉冲。
2、如本文中使用的，除非另有说明，否则术语“基本上”表示±10％，在一些实施例中表示±5％。本说明书中对“一个示例”、“示例”、“一个实施例”或“实施例”的引用表示与该示例相关描述的特定特征、结构或特性被包含在本技术的至少一个示例中。因此，本说明书中各处出现的短语“在一个示例中”、“在示例中”、“一个实施例”或“实施例”不一定都指同一示例。此外，特定特征、结构、程序、步骤或特性可以以任何合适的方式被组合在本技术的一个或多个示例中。本文提供的标题仅为了方便起见，并非旨在限制或解释所要求保护的技术的范围或含义。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于聚焦超声换能器的系统，所述系统包括：
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述测试声脉冲比所述超声处理声脉冲长。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述超声处理声脉冲是长度不大于50个周期的短脉冲。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过以下方式获得所述传播时间差：
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过以下方式获得所述传播时间差：
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过以下方式获得至少两个换能器元件的所述传播时间差：
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述物理模型包括：
8.如权利要求6所述的系统，其中，物理模型包括以下各项中的至少一项：
9.如权利要求1所述的系统，其中，第一声反射器是瞬态声反射器。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述第一声反射器是微泡。
11.如权利要求4所述的系统，其中，所述第二声反射器是瞬态声反射器。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述第二声反射器
13.如权利要求5所述的系统，其中，所述第二声反射器是瞬态声反射器。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述第二声反射器是微泡。
15.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步被配置为：
16.如权利要求1所述的系统，还包括用于将瞬态声反射器引入到所述目标的给药装置。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述给药装置是自动给药装置。
18.如权利要求16所述的系统，其中，所述给药装置是手动给药装置。
19.一种聚焦超声换能器的方法，所述超声换能器多个换能器元件，所述多个换能器元件用于向至少一个目标区域提供一系列超声处理，所述方法包括以下步骤：
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述测试声脉冲比所述超声处理声脉冲长。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述超声处理声脉冲是长度不大于50个周期的短脉冲。
22.如权利要求19所述的方法，其中，所述传播时间差是通过以下步骤获得的：
23.如权利要求19所述的方法，其中，所述传播时间差是通过以下步骤获得的，所述步骤包括：
24.如权利要求19所述的方法，其中，对于至少两个换能器元件，通过以下步骤获得所述传播时间差，所述步骤包括：
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述物理模型包括：
26.如权利要求24所述的方法，其中，所述物理模型包括以下各项中的至少一项：
27.如权利要求19所述的方法，其中，第一声反射器是瞬态声反射器。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述第一声反射器是微泡。
29.如权利要求22所述的方法，其中，所述第二声反射器是瞬态声反射器。
30.如权利要求29所述的系统，其中，所述第二声反射器是微泡。
31.如权利要求24所述的方法，其中，所述第二声反射器是瞬态声反射器。
32.如权利要求31所述的系统，其中，所述第二声反射器是微泡。
33.如权利要求19所述的方法，进一步包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于聚焦超声换能器的系统，所述系统包括：
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述测试声脉冲比所述超声处理声脉冲长。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述超声处理声脉冲是长度不大于50个周期的短脉冲。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过以下方式获得所述传播时间差：
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过以下方式获得所述传播时间差：
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过以下方式获得至少两个换能器元件的所述传播时间差：
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述物理模型包括：
8.如权利要求6所述的系统，其中，物理模型包括以下各项中的至少一项：
9.如权利要求1所述的系统，其中，第一声反射器是瞬态声反射器。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述第一声反射器是微泡。
11.如权利要求4所述的系统，其中，所述第二声反射器是瞬态声反射器。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述第二声反射器是微泡。
13.如权利要求5所述的系统，其中，所述第二声反射器是瞬态声反射器。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述第二声反射器是微泡。
15.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步被配置为：
16.如权利要求1所述的系统，还包括用于将瞬态声反射器引入到所述目标的给药装置。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述给药装置是自动给药装置。
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