【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强超音波治疗的功效的系统和方法参考并入在2019年11月30日申请的美国临时专利申请第62/773,948号出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。背景领域本文中所描述的若干实施例是关于用于超音波换能器的复杂电压、电流及功率量测、校准及保证的高功率、高效射频(radiofrequency；RF)设计的组装及电互连。本申请中所描述之各种实施例是有关被配置以产生、监测及输送对基于超音波能量的非侵入性治疗供电的RF信号的电装置及系统。若干实施例是关于例如用于增强皮肤病(例如，美容)超音波治疗的功效的基于能量的非侵入性治疗。相关技术说明在过去，已使用超音波用于诊断应用及治疗应用。已描述超音波成像及疗法用于各种医疗应用，包括皮肤病学。还已描述了使用超音波进行美容治疗。
技术实现思路
本文中所描述的若干实施例提供了克服在将超音波用于治疗目的时的某些缺点的系统及方法，该些缺点包括例如过量变化、误差产生以及治疗效率及有效性的降低。在一些实施例中，描述若干增强，其减少能够与被馈送至超音波换能器中的发信控制(signalingcontrol)发生干扰的信号谐波。此类减少(例如，经由监测及校准技术)可在使用不同超音波频率、功率及/或深度时最终减少不期望的变化性，因此增强总体功效及超音波疗法的功效。在若干实施例中，提供用于将功率、电压、电流及RF信号引导至包括于本申请中所描述的超音波疗法系统中的一或多个换能器的高效控制系统。RF模块可包含整合于一或多个印刷电路板总成上的电子装置、子系统...
【技术保护点】
1.一种超音波治疗系统，包括：/n超音波探头，其包括经调适以将超音波治疗应用于组织的超音波治疗换能器；和/n电功率系统，其被配置以将电功率提供至所述超音波治疗换能器，所述电功率系统包括功率放大器装置和电路；/n其中，所述功率放大器装置包括至少一个半导体晶体管，/n其中，所述至少一个半导体晶体管为场效应晶体管，/n其中，所述场效应晶体管被配置为在介于200kHz和20MHz之间的范围内的射频(RF)下以至少75％的效率操作。/n
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
【国外来华专利技术】20181130 US 62/773,9481.一种超音波治疗系统，包括：
超音波探头，其包括经调适以将超音波治疗应用于组织的超音波治疗换能器；和
电功率系统，其被配置以将电功率提供至所述超音波治疗换能器，所述电功率系统包括功率放大器装置和电路；
其中，所述功率放大器装置包括至少一个半导体晶体管，
其中，所述至少一个半导体晶体管为场效应晶体管，
其中，所述场效应晶体管被配置为在介于200kHz和20MHz之间的范围内的射频(RF)下以至少75％的效率操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述半导体晶体管包括III-V族化合物。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述半导体晶体管包括氮化镓(GaN)。
4.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述功率放大器装置包括：
开关模式放大器设计，其包括场效应晶体管；和
电路，其被配置为产生数字波形以驱动所述场效应换能器的多个栅极，从而驱动压电式超音波换能器；
其中，所述电路包括以H桥组态而配置的四个晶体管。
5.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述功率放大器装置包括：
开关模式放大器设计，其包括至少一个场效应晶体管；和
电路，其被配置为产生数字波形以驱动所述场效应换能器的多个栅极，从而驱动压电式超音波换能器；
其中，驱动所述场效应晶体管的信号通过比较正弦直接数字合成电路的输出与DC电压来产生；
其中，输出功率在30W至100W的范围内；
其中，所述电路包括以H桥组态而配置的四个晶体管。
6.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述半导体是氮化镓，
其中，功率放大器装置包括：
开关模式放大器设计，其包括至少一个氮化镓场效应晶体管，其中，每个氮化镓场效应晶体管包括多个栅极；和
电路，其被配置为产生数字波形以驱动所述氮化镓场效应换能器的多个栅极以驱动压电式超音波换能器；
其中，驱动所述场效应晶体管的信号通过比较正弦直接数字合成电路的输出与DC电压来产生；
其中，输出功率在30W至100W的范围内；
其中，所述电路包括以H桥组态而配置的四个氮化镓晶体管；
其中，栅极驱动信号具有用于控制输出信号中的谐波含量和功率的可变占空比；
其中，功率放大器转换器以大于75％的效率将功率供应至射频输出信号电源；
其中，使用开关模式DC-DC转换器调制至功率放大器的供应电压，所述开关模式DC-DC转换器将固定的高压输入降低至较低的供应电压；
包括两个或多于两个功率放大器，其中，单个功率放大器被配置以驱动高强度聚焦超音波换能器的单个压电换能组件；
其中，所述功率放大器被配置以在两个或多于两个不同振幅下驱动输出；
其中，所述功率放大器被配置以在两个或多于两个不同相位下驱动输出；
其中，相位和频率由直接数字合成器控制；
其中，所述系统被配置以驱动具有在从20欧姆至120欧姆的范围内的阻抗和从+45度至-45度的相角的换能器。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，功率放大器装置包括：
开关模式放大器设计，其包括至少一个半导体；和
电路，其被配置以产生数字波形以驱动所述半导体来驱动所述超音波治疗换能器。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，驱动所述场效应晶体管的信号通过比较正弦直接数字合成电路的输出与DC电压来产生。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，输出功率在从30W至100W的范围内。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，输出功率在从5W至50W的范围内。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电路包括以H桥组态而配置的四个晶体管。
12.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，所述电路包括以半桥组态而配置的两个晶体管。
13.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，栅极驱动信号具有用于控制输出信号中的谐波含量和功率的可变占空比。
14.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，功率放大器转换器以大于75％的效率将功率供应至射频输出信号电源。
15.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，使用开关模式DC-DC转换器调制至功率放大器的供应电压，所述开关模式DC-DC转换器将固定的高压输入降低至较低的供应电压。
16.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，包括两个或多于两个功率放大器，其中，单个功率放大器被配置为驱动高强度聚焦超音波换能器的单个压电换能组件。
17.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，所述高强度聚焦超音波换能器被配置为由单独的功率放大器驱动。
18.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，所述功率放大器被配置为以在两个或多于两个不同振幅下驱动输出。
19.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，所述功率放大器被配置为以在两个或多于两个不同相位下驱动输出。
20.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，所述放大器被配置为以在两个或多于两个不同频率下驱动输出。
21.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，相位及频率受直接数字合成器控制。
22.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，被配置为驱动具有在从20欧姆至120欧姆范围内的阻抗和从+45度至-45度的相角的换能器。
23.一种用于驱动高强度超音波换能器的功率放大器装置，包括：
开关模式放大器设计，其包括至少一个场效应晶体管；和
电路，其被配置为生成数字波形以驱动所述至少一个场效应晶体管。
24.一种用于驱动高强度超音波换能器的功率放大器装置，包括：
开关模式放大器设计，其包括至少一个氮化镓场效应晶体管，其中，每个氮化镓场效应晶体管包括多个栅极；和
电路，其被配置为产生数字波形以驱动氮化镓场效应换能器的多个栅极，从而驱动压电超音波换能器。
25.根据权利要求24所述的功率放大器装置，包括以下特征中的一个或多个：
其中，所述功率放大器被配置以在两个或多于两个不同振幅下驱动输出，
其中，所述功率放大器被配置以在两个或多于两个不同相位下驱动输出。
26.一种控制用于通过超音波换能器输送所要量的聚焦声功率的超音波系统中的电功率的方法，所述方法包括：
提供电功率控制系统，其包括电路和控制系统查找表(LUT)，所述电路包括控制系统微处理器；
提供包括换能器控制器、换能器微处理器和换能器LUT的超音波换能器；
利用所述换能器微处理器从换能器LUT确定输送至负载的电功率的量，所述电功率的量等于由所述超音波换能器输送至组织的声功率的所要量；
利用所述控制系统微处理器从控制系统LUT确定从电功率系统的功率放大器输出的电信号的振幅，所述电功率系统将输送经输送至负载的等量的电功率；和
设置所述电功率系统的至少一个参数，输出电信号输出的所确定振幅。
27.根据权利要求26所述的配置电功率系统方法，其中，所述负载为50欧姆。
28.一种超音波治疗系统，包括：
超音波探头，其包括外壳，所述外壳包括压电式有源超音波治疗换能器，所述压电式有源超音波治疗换能器经调适以将声学超音波聚焦于与外壳相距某一深度的组织中的聚焦区中；
电功率系统，其被配置以将电功率提供至超音波治疗换能器，所述电功率系统包括功率放大器；和
电功率测量系统，其被配置为监测来自功率放大器的输出信号的电输出功率，
其中，所述电功率测量系统包括：
电阻式电流感测电路，其被配置为监测从功率放大器输出的电流；和
电阻式电压感测电路，其被配置为监测从功率放大器输出的电压，以及
其中，所述电功率测量系统被配置以在用于超音波治疗换能器的横跨至少两个倍频程的频率范围内监测来自所述功率放大器的电输出功率。
29.一种用于测量高强度聚焦超音波系统中驱动电路的射频(RF)电流和电压的系统，包括：
电流感测电阻器，与负载串联；
分路电压感测电阻器网络，与所述负载并联；和
电功率输出电压和电流监测电路(IQ解调器电路)，其具有在相位和频率上与驱动功率放大器的信号同步的本地振荡器时钟，并被配置以将输出信号解调至低于超音波驱动频率的载波频率。
30.根据权利要求28至29中任一项所述的系统，其中，所述测量系统被配置为在所述本地振荡器和所述功率放大器之间的不同相对相移下进行多次测量。
31.根据权利要求28至29中任一项所述的系统，其中，所述本地振荡器时钟从独立控制的直接数字合成器产生。
32.根据权利要求28至29中任一项所述的系统，其中，相位测量的次数是6。
33.根据权利要求28至29中任一项所述的系统，其中，所述测量系统被配置为在本地振荡器频率下进行多次测量。
34.一种使用根据权利要求28至29中任一项所述的测量系统来修改栅极驱动信号，以便达成输出信号中的所要谐波含量的系统。
35.一种用于确定权利要求30中所述类型的测量次数的方法，所述方法通过评估通带中最低频率超过系统噪声底限的谐波的数目来充分地测量谐波。
36.一种通过形成权利要求27中所述的多次测量的线性组合来计算电压和电流波形的复合谐波分量的方法。
37.一种校准高强度超音波换能器的方法，包括：
校准由用于驱动器组态的换能器输送的声输出功率，所述声输出功率对应于由驱动器输送至用于所述驱动器组态的一个或多个参考负载中的电功率，其中校准信息由所述换能器存储；
对照输送至一个或多个参考负载中的电功率而校准所述电驱动器组态，其中所述校准信息由所述驱动器存储；和
利用驱动器组态的处理器进行计算以达成所要声输出功率，所述处理器使用换能器校准信息以针对所要声功率设定确定至一个或多个参考负载中的功率位准，并且使用驱动器校准信息以确定用于至参考负载中的所要声输出功率位准的驱动器组态。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述换能器校准信息还包括在每个声功率位准下输送至所述换能器的电功率，其中，存储的功率信息包括复功率分量或实际功率分量。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，从所述驱动器输送的电功率的动态测量是在组织声透射期间进行的，并且对照储存于用于所要声功率位准的所述换能器校准中存储的电功率而被验证。
40.根据权利要求37所述的方法，
其中，所述换能器校准信息还包括在每个声功率位准下输送至换能器的电功率，其中，存储的功率信息包括复功率分量或实际功率分量；
其中，从所述驱动器输送的电功率的动态测量是在组织声透射期间进行的，并且对照储存于用于所要声功率位准的换能器校准中的电功率而被验证。
41.根据权利要求37所述的方法，
其中，所述换能器校准信息还包括在每个声功率位准下输送至换能器的电功率，其中，存储的功率信息包括复功率分量或实际功率分量；
其中，从所述驱动器输送的电功率的动态测量是在组织声透射期间进行的，并且对照储存于用于所要声功率位准的换能器校准中的电功率而被验证；
其中，所述声输出功率通过使用力平衡执行测量而产生；
其中，所述换能器校准作为查找表存储于换能器内部的非易失性存储器芯片中；
其中，使用描述治疗驱动电路输出和换能器之间的双端口网络的转移矩阵来调整在驱动器处测量到的电压或电流中的至少一个；
其中，所述校准信息存储在查找表(LUT)中；
技术研发人员：C·D·艾姆利，W·P·陈，R·B·A·亚当森，P·H·维富林，D·萨恩柯，N·A·坎贝尔，M·A·莱特，J·R·莱德贝特，J·A·布朗，
申请(专利权)人：奥赛拉公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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