多频超声换能器制造技术

治疗在具有多个靶区域的靶体积中的靶组织包括：使超声换能器将具有第一频率的第一系列超声波传输到靶区域中的第一个；基于靶区域中的第一个和第二个之间的一个或多个不同的解剖特征(例如聚焦长度)，使超声换能器将具有与第一频率不同的第二频率的第二系列超声波传输到与靶区域中的第一个不同的靶区域中的第二个。第二个。第二个。

【技术实现步骤摘要】
多频超声换能器
相关申请
[0001]本申请要求2018年1月5日提交的美国临时专利申请No.62/613,890的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。


[0002]总体上，本专利技术涉及超声系统。特别地，各种实施例针对能够以多个频率发射波的超声换能器。

技术介绍

[0003]聚焦超声(即，具有大于约20kHz的频率且可以聚焦到空间中的一点的声波)可用于成像或治疗患者体内的体内组织。例如，超声波可用于消融肿瘤，无需使患者承受侵入性手术。为此，可以将压电陶瓷换能器放置在患者外部，但紧邻要消融的组织(“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。换能器可以定形使得发射的波会聚在聚焦区域中。通常，换能器在沿着声发射方向的振动模式下运行。在某些情况下，声发射可以包括以剪切模式传播的剪切波。单板换能器往往具有50％
‑
60％的功率传输效率和大约中心频率的
±
10％的带宽。单换能器设计具有诸如低成本和高效功率传输的优点。但是在换能器元件的线性尺寸大于发射的波的波长的情况下，聚焦区转向角将非常有限。
[0004]替代地，换能器可以由均匀定形的压电换能器元件的二维栅格形成，压电换能器元件可以经由聚合物基体胶合到匹配的导电基板上。例如，每个元件可以是单个“杆”或已经连接在一起的多个“杆”。通常，每个换能器元件沿杆伸长方向发射声波，并且可以单独或成组地被驱动；因此，换能器元件的相位可以独立地控制。这样的“相控阵列”换能器通过调节换能器元件之间的相对相位和/或通过对换能器元件进行分组同时生成多个聚焦来治疗多个靶部位，从而有助于将传输的能量聚焦到聚焦区域中以及将聚焦转向不同的位置。相控阵列换能器可以具有中心频率的30％
‑
40％的带宽，但由于聚合物基体的热稳定性差和导热性低，因此无法进行大功率传输(与单板换能器相比)。另外，由于换能器共振频率在三次谐波处的强度可能会被聚合物基体所衰减，因此高带宽相控阵列换能器通常无法在高于基谐波的频率下传输足够的功率。
[0005]已知在换能器的两个电极层之外没有功能层的具有多层结构的换能器(即，“空气背面换能器(air
‑
backing transducer)”)可以提供高功率传递效率。然而，这些换能器具有窄频率带宽(例如，小于中心频率的
±
5％或
±
10％)。宽带宽在超声治疗应用中是特别优选的，因为它提供了大范围的频率，可以针对组织中的不同深度进行优化，有助于在不同靶区域处进行治疗。因此，需要一种提供用于治疗的高功率超声输出同时保持治疗不同靶区域的能力的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的实施例提供一种超声系统，其能够将具有两个或更多个频率(例如
1.2MHz和3MHz)的高功率输出传递到靶体积。在各种实施例中，靶体积被分为多个区域；换能器将具有不同频率的超声波引导至靶体积的不同区域。例如，具有高频(例如，3MHz)的波可以被引导至与短聚焦长度相对应的近侧靶区域，而具有低频(例如，1.2MHz)的波可以被引导至与长聚焦长度对应的远侧靶区域。因为对施加到每个靶区域的超声波的频率进行了优化以在其中的聚焦区域中获得最大的功率吸收，所以利用不同的频率来治疗不同的靶区域可以有利地优化靶处的整体超声治疗效果。通常，随着聚焦深度增大，路径区域(即，声束传播到靶通过的区域)中的声功率的吸收会增加；结果，在传播通过路径区域之后到达聚焦区域的功率减小，因此聚焦区域中的功率吸收也减小。考虑到组织中的聚焦深度以及路径区域和聚焦区域中的功率吸收，通过调整施加的波的频率来对聚焦区域处减小的功率吸收进行补偿。在一些实施例中，基于在靶和/或非靶区域处测量的温度和/或其他特征的实时反馈，超声频率可以改变。例如，可以首先利用高频来开始治疗；当在近场中的非靶区域处检测到过热时，系统可以切换到低频模式进行治疗，从而避免对非靶组织的损伤。因此，超声频率的调节可以允许在靶体积的动态选择的区域中有效地吸收声功率，从而优化治疗并避免对非靶组织的不期望的损伤。
[0007]超声频率的变化也可以改变聚焦区域的尺寸，从而影响其中的峰值声强度。通常，在给定的聚焦深度处，增大超声频率会减小聚焦区域的尺寸，从而又会增大聚焦区域处的峰值强度。因此，在一定的聚焦长度处，所施加的波的超声频率可以反映出在路径区域中的声功率吸收、在靶处的功率吸收与在聚焦区域处的峰值强度之间的折衷。因此，在一些实施例中，基于组织的解剖特征(例如，组织类型、尺寸、位置、组织结构、厚度、密度、血管化等)对与靶体积中的每个靶区域相关联的超声频率进行优化，从而达到期望的治疗效果。例如，高血管组织可能具有较低的吸收系数；在这种情况下，组织将耐受高能量水平，能够使用高超声频率以便增加在远侧靶区域处的吸收，而不会对近侧靶区域周围的组织产生不利影响。
[0008]此外，可以通过调节超声频率来调节超声束的转向(steering)能力。如下面更详细描述的那样，通过对换能器元件发射的相位调整，利用从不同元件传播的波之间的相长和相消干涉，使超声波束转向。通常，较高的频率对应于更准确但更受限制的(就最大角度偏转而言)转向能力。因此，在一个实施例中，当期望高度精确的转向并且相应的受限的转向能力(例如，转向角<
±
10
°
)是可接受的时，采用高频波进行治疗。当优选或需要较大的转向角(例如，转向角>
±
30
°
)时，可以利用低频波。因此，通过调节超声频率，据此的换能器可以提供针对特定超声程序定制的转向能力。该方法可以有利地消除对在常规超声治疗系统中实现的机械转向机构或电子和机械转向的组合的需要。
[0009]因此，在一个方面，本专利技术涉及一种用于治疗具有多个靶区域的靶体积中的靶组织的系统。在各种实施例中，所述系统包括超声换能器，用于发射具有两个或更多个频率的超声波；以及控制器，配置为使超声换能器将具有第一频率的第一系列超声波发射到靶区域中的第一个；以及使超声换能器将具有与第一频率不同的第二频率的第二系列超声波传输到与靶区域中的第一个不同的靶区域中的第二个，以上所述基于靶区域种的第一个和第二个之间的一个或多个不同的解剖特征。在一个实施例中，第一频率高于第二频率，且解剖特征是相对位置；第一靶区域的位置对应于换能器的聚焦深度比第二靶区域的短。在另一个实施例中，第一频率高于第二频率，且解剖学特征是血管化(vascularization)；第一靶
区域具有比第二靶区域更高的血管质(vascularity)。
[0010]在各种实施例中，所述系统进一步包括用于测量与一个或多个靶区域和/或非靶区域相关联的解剖特征(例如，组织的类型、尺寸、位置、性质、结构、厚度、密度和/或血管化)的监测系统(例如，MRI设备)。另外，所述系统可以进一步包括用于存储治疗计划的存储器，治疗计划至少部分地基于所述解剖特征指定与用于传输第一系列和第二系列超声波的超声换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于治疗靶体积中的靶组织的系统，所述靶体积包括多个靶区域，所述系统包括：超声换能器，用于传输具有两个或更多个频率的超声波；和控制器，配置为：(a)使超声换能器将具有第一频率的第一系列超声波传输到靶区域中的第一个；以及(b)基于靶区域中的第一个和第二个之间的至少一个不同的解剖特征，使超声换能器将具有不同于第一频率的第二频率的第二系列超声波传输到与靶区域中的第一个不同的靶区域中的第二个。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一频率高于所述第二频率，且所述至少一个解剖特征为相对位置，对应于所述换能器的比第二靶区域的聚焦深度更短的第一靶区域的一位置。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一频率高于所述第二频率，且所述至少一个解剖特征为血管化，所述第一靶区域具有比所述第二靶区域更高的血管化。4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括监测系统，用于测量与所述靶区域和/或非靶区域中的至少一个相关联的至少一个解剖特征。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述至少一个解剖特征包括组织的类型、尺寸、位置、特性、结构、厚度、密度或血管化中的一个或多个。6.根据权利要求4所述的系统，进一步包括用于存储治疗计划的存储器，所述治疗计划至少部分地基于至少一个解剖特征指定与用于传输所述第一系列和第二系列超声波的超声换能器相关联的至少一个解剖特征和参数值。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为：将至少一个测量的解剖特征与治疗计划中指定的相应的至少一个解剖特征进行比较；以及基于比较，改变与超声换能器相关联的参数值中的至少一个。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述参数值包括与所述超声换能器相关联的频率、相位、振幅或超声处理持续时间中的至少之一。9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为在所述两个或更多个频率之间改变与所述超声换能器相关联的频率。10.根据权利要求4所述的系统，其中，所述监测系统包括磁共振成像设备。11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述超声换...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：医视特有限公司，
类型：发明
国别省市：