【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超声治疗，特别是涉及将靶向超声治疗传递到内部解剖区域的系统和方法。
技术介绍
1、组织，例如良性或恶性肿瘤、器官或其他身体部位，可以通过手术切除组织进行有创性治疗，或通过使用例如热消融进行微创或完全无创性治疗。这两种方法都可以有效地治疗某些局部疾病，但为了避免破坏或损害其他健康组织，它们都涉及精细的手术。
2、如使用聚焦超声可以实现的，因为可以将超声能量的影响限于明确定义的靶区，所以热消融对于治疗由健康组织或器官包围的病变组织或健康组织或器官附近的病变组织具有特别的吸引力。由于相对短的波长，超声波能量可以聚焦到横截面仅几毫米的区域(例如，1兆赫(1mhz)时横截面小至1.5毫米(mm))。此外，由于声能通常很好地穿透软组织，因此介入解剖区域通常不会对定义期望的聚焦区域构成障碍。因此，超声能量可以聚焦在小的靶处，以消融病变组织同时最小化对周围健康组织的损伤。如果靶区大于焦点，则可以移动焦点，直到其完全在靶区内。
3、为了将超声能量聚焦在期望的靶处，可以将驱动信号发送到具有多个换能器元件的声换能器，从而在聚焦区处发生相长干涉。在靶处，可以传递足够的声强以加热组织，直到发生坏死，即直到组织被破坏。优选地，聚焦区外沿着声能传播通过的路径(“通过区”)的非靶组织暴露于低强度声束，因此即使被加热，也只会被最低限度地加热，从而最小化对聚焦区外组织的损伤。
4、图1示出了使超声穿过颅骨聚焦到靶区101上的已知超声系统100。系统100包括换能器元件104的相控阵列102、驱动相控阵列102
5、阵列102可以具有适合将其放置在颅骨表面或颅骨以外身体部位上或附近(例如，由充水垫或其他声学透明材料隔开)的弯曲(例如，球形或抛物线)形状，或者可以包括一个或多个平坦部分或其他形状部分。根据应用，其尺寸可能在几毫米到几十厘米之间变化。阵列102的换能器元件104可以是压电陶瓷元件，并且可以安装在硅橡胶或适合阻抑元件104之间的机械耦合的其他任何材料中。也可以使用压电复合材料或能够将电能转换为声能的通常任何材料。为了确保向换能器元件104传输最大功率，元件104可以配置用于50ω的电谐振，匹配输入连接器阻抗。
6、换能器阵列102与波束形成器106耦合，波束形成器106驱动各个换能器元件104，使得它们共同产生聚焦的超声束或场。对于n个换能器元件，波束形成器106可以包含n个驱动电路，每个电路包括放大器118和相位延迟电路120或由它们组成；驱动电路驱动其中一个换能器元件104。波束形成器106从频率发生器110接收通常0.1mhz至10mhz的射频(rf)输入信号，频率发生器110例如可以是斯坦福研究系统(stanford research systems)的ds345型号发生器。输入信号可以分成n个通道用于波束形成器106的n个放大器118和延迟电路120。射频发生器110和波束形成器106以相同的频率但是不同的相位和/或不同的振幅驱动换能器阵列102的各个换能器元件104，从而使换能器元件104共同形成“相控阵列”。
7、从换能器元件104发射的声波/脉冲形成声能束，并且驱动换能器元件，使得波/脉冲在靶向组织101中的聚焦区处汇聚。在聚焦区内，声能束的波能(至少部分)由组织吸收，从而产生热量、空化和/或机械力并使组织的温度升高用于治疗和/或诊断目的。例如，可以将组织加热到细胞变性和/或消融的程度。为了有效地治疗靶组织，声能束必须精确地聚焦到目标位置101，以避免对靶区周围的健康组织造成损伤。可以调整与换能器元件相关的驱动信号的参数(例如，相移a1-an和/或放大或衰减因子α1-αn)以补偿声偏差，从而改善靶区101处的聚焦特性。
8、通常，可以使用控制器108计算放大因子和相移，控制器108可以根据有关颅骨的特征(例如，结构、厚度、密度等)及其对声能传播的影响的信息确定参数。例如，可以从成像器112获得这些信息。可以使用控制器108计算放大因子和相移。
9、因为换能器阵列102在患者身上的放置有点随意，临床医生尝试定位阵列，以便根据对目标位置的粗略了解，在几何上可以在靶101处产生焦点。如果换能器阵列102没有直接固定到患者头部(或其他身体部位)，通常需要追踪患者头部和换能器阵列102之间的相对运动，以便焦点保持在靶101处。但是，即使换能器阵列102直接固定到患者身上，仍然需要在换能器阵列102、成像器112和患者解剖结构的坐标参考系之间计算地建立映射，这可能既耗时又不方便。
技术实现思路
1、本专利技术提供了共形换能器装置和支持配准(registration)系统和方法，其能够将换能器元件自动映射到患者的内部解剖结构。一旦建立，尽管患者移动，映射仍然有效，并且可用于选择换能器元件及其相对相位，以便在感兴趣的内部靶处产生高能焦点，而不会对介入的非靶组织造成损伤。
2、根据本文的系统可以促进以最佳方式对换能器元件进行体积定位，以提高疗效，包括改善的治疗率和减少的不良事件。
3、因此，在第一方面，本专利技术涉及一种换能器装置，在各种实施方案中包括成形为放在患者解剖结构一部分上的柔性、共形支架；可移动地位于共形支架上的多个超声换能器元件；及至少一些换能器元件上的可见基准元件，其标识换能器元件并且在共形支架位于患者身上时可见。在各种实施方案中，换能器装置仅有一个基准id。在一些实施方案中，换能器装置具有一个或多个基准id。在一些实施方案中，一些基准元件是独特的。至少一些基准元件可以基于相对于(i)支架或(ii)至少一个其他基准元件中的至少一种的相对位置是唯一可标识的。在各种实施方案中，所有换能器元件都具有相关的基准元件。在其他实施方案中，多个换能器元件中只有一些元件具有基准元件，没有基准元件的换能器元件的位置由多个换能器元件中的一些元件的位置确定。多个换能器元件中的每一个元件可以具有不大于0.7λ、1λ、2λ、3λ或5λ的最大线性尺寸，其中λ是超声换能器元件的发射波长。
4、在一些实施方案中，多个换能器元件及其相关基准元件配置为沿共形支架移动。基准元件可以是矩形的。基准元件是2d条形码或视觉标记(例如april标签、aruco标签等)。在各种实施方案中，共形支架由透气织物制造。替代地，共形支架可以包括多个共形框架元件，其可滑动地承载多个换能器元件。换能器元件绕共形框架元件可以是可转动的。在各种实施方案中，共形支架包括可移动连接的框架元件的网格，至少一些框架元件承载多个换能器元件。
5、在一些实施方案中，多个换能器元件中的每一个元件包括发射元件和用于耦合液体的柔性容器。共形支架可以允许通过其注射超声耦合凝胶。
6、另一方面，本专利技术涉及一种在靶区处产生超声焦点的系统。在各种实施方案中，所述系统包括成形为放在患者解剖结构一部分上的柔性、共形支架；可移动地位于共形支架上的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种换能器装置，包括：
2.根据权利要求1所述的换能器装置，其中基准元件中的至少一个元件是独特的。
3.根据权利要求1所述的换能器装置，其中所有基准元件都是独特的。
4.根据权利要求1所述的换能器装置，其中至少一些基准元件基于相对于(i)支架或(ii)至少一个其他基准元件中的至少一种的相对位置是唯一可标识的。
5.根据权利要求1所述的换能器装置，其中所有换能器元件都具有相关基准元件。
6.根据权利要求1所述的换能器装置，其中只有一些换能器元件具有基准元件，没有基准元件的换能器元件的位置从具有基准元件的换能器元件的位置是可推断的。
7.根据权利要求1所述的换能器装置，其中换能器元件及其相关基准元件配置为沿共形支架移动。
8.根据权利要求1所述的换能器装置，其中基准元件是矩形的。
9.根据权利要求8所述的换能器装置，其中基准元件是2D条形码。
10.根据权利要求1所述的换能器装置，其中共形支架由透气织物制造。
11.根据权利要求1所述的换能器装置，其中共形支架包
12.根据权利要求11所述的换能器装置，其中换能器元件绕共形框架元件是可转动的。
13.根据权利要求1所述的换能器装置，其中共形支架包括可移动连接的框架元件的网格，至少一些框架元件承载换能器元件。
14.根据权利要求1所述的换能器装置，其中每个换能器元件包括发射元件和用于耦合液体的柔性容器。
15.根据权利要求1所述的换能器装置，其中共形支架允许通过其注射超声耦合凝胶。
16.根据权利要求1所述的换能器装置，其中至少一个换能器元件具有不大于0.7λ、1λ、2λ、3λ或5λ的最大线性尺寸，其中λ是超声换能器元件的发射波长。
17.根据权利要求1所述的换能器装置，包括多个可见基准元件。
18.一种用于在靶区处产生超声焦点的系统，所述系统包括：
19.根据权利要求18所述的系统，其中换能器元件及其相关基准元件配置为沿共形支架移动。
20.根据权利要求18所述的系统，其中控制器配置为在共同空间参考系中表示基准元件和靶区。
21.根据权利要求18所述的系统，其中所有基准元件都是独特的。
22.根据权利要求18所述的系统，其中至少一些基准元件通过控制器基于传感器图像中相对于(i)支架或(ii)至少一个其他基准元件中的至少一种的相对位置是唯一可标识的。
23.根据权利要求18所述的系统，其中所有换能器元件都具有相关基准元件。
24.根据权利要求18所述的系统，其中只有一些换能器元件具有基准元件，没有基准元件的换能器元件的位置由控制器从具有基准元件的换能器元件的位置确定。
25.根据权利要求18所述的系统，其中基准元件是矩形的。
26.根据权利要求25所述的系统，其中基准元件是2D条形码。
27.根据权利要求18所述的系统，其中共形支架由透气织物制造。
28.根据权利要求18所述的系统，其中共形支架包括多个共形框架元件，其可滑动地承载换能器元件。
29.根据权利要求18所述的系统，其中共形支架包括可移动连接的框架元件的网格，至少一些框架元件承载换能器元件。
30.根据权利要求18所述的系统，其中每个换能器元件包括发射元件和用于耦合液体的柔性容器。
31.根据权利要求18所述的系统，其中控制器进一步配置为使换能器元件相对于共形支架移动以改善靶区处的超声焦点。
32.根据权利要求31所述的系统，其中移动包括滑动和转动。
33.根据权利要求18所述的系统，包括多个可见基准元件。
34.根据权利要求18所述的系统，进一步包括：
35.根据权利要求34所述的系统，其中控制器进一步配置为：
36.根据权利要求35所述的系统，其中控制器进一步配置为：
37.根据权利要求34所述的系统，其中身体特定可见基准元件是患者的独特解剖身体特征。
38.一种使用超声换能器阵列在靶区处产生超声焦点的方法，超声换能器阵列包括可移动地位于共形支架上的多个换能器元件，所述方法包括以下步骤：
39.根据权利要求38所述的方法，进一步包括使换能器元件沿共形支架移动。
40.根据权利要求39所述的方法，其中移动是在聚焦程序操作期间引起的。
41.根据权利要求38所述的方法，其中换能器元件包括可追踪的基...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种换能器装置，包括：
2.根据权利要求1所述的换能器装置，其中基准元件中的至少一个元件是独特的。
3.根据权利要求1所述的换能器装置，其中所有基准元件都是独特的。
4.根据权利要求1所述的换能器装置，其中至少一些基准元件基于相对于(i)支架或(ii)至少一个其他基准元件中的至少一种的相对位置是唯一可标识的。
5.根据权利要求1所述的换能器装置，其中所有换能器元件都具有相关基准元件。
6.根据权利要求1所述的换能器装置，其中只有一些换能器元件具有基准元件，没有基准元件的换能器元件的位置从具有基准元件的换能器元件的位置是可推断的。
7.根据权利要求1所述的换能器装置，其中换能器元件及其相关基准元件配置为沿共形支架移动。
8.根据权利要求1所述的换能器装置，其中基准元件是矩形的。
9.根据权利要求8所述的换能器装置，其中基准元件是2d条形码。
10.根据权利要求1所述的换能器装置，其中共形支架由透气织物制造。
11.根据权利要求1所述的换能器装置，其中共形支架包括多个共形框架元件，其可滑动地承载换能器元件。
12.根据权利要求11所述的换能器装置，其中换能器元件绕共形框架元件是可转动的。
13.根据权利要求1所述的换能器装置，其中共形支架包括可移动连接的框架元件的网格，至少一些框架元件承载换能器元件。
14.根据权利要求1所述的换能器装置，其中每个换能器元件包括发射元件和用于耦合液体的柔性容器。
15.根据权利要求1所述的换能器装置，其中共形支架允许通过其注射超声耦合凝胶。
16.根据权利要求1所述的换能器装置，其中至少一个换能器元件具有不大于0.7λ、1λ、2λ、3λ或5λ的最大线性尺寸，其中λ是超声换能器元件的发射波长。
17.根据权利要求1所述的换能器装置，包括多个可见基准元件。
18.一种用于在靶区处产生超声焦点的系统，所述系统包括：
19.根据权利要求18所述的系统，其中换能器元件及其相关基准元件配置为沿共形支架移动。
20.根据权利要求18所述的系统，其中控制器配置为在共同空间参考系中表示基准元件和靶区。
21.根据权利要求18所述的系统，其中所有基准元件都是独特的。
22.根据权利要求18所述的系统，其中至少一些基准元件通过控制器基于传感器图像中相对于(i)支架或(ii)至少一个其他基准元件中的至少一种的相对位置是唯一可标识的。
23.根据权利要求18所述的系统，其中所有换能器元件都具有相关基准元件。
24.根据权利要求18...
【专利技术属性】
技术研发人员：约阿夫·利维，J·沃特曼，A·格林伯格，
申请(专利权)人：医视特有限公司，
类型：发明
国别省市：
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