[发明专利]基于回波的聚焦校正

说明书

用于使超声换能器聚焦的各种方法包括：引入位于至少一个目标区域附近的至少一个瞬态声反射器；针对至少一个目标区域生成多个超声处理；测量来自至少一个瞬态声反射器的超声处理中的每一个的反射信号；选择所测量的反射信号；以及至少部分地基于所选择的反射信号，调整与换能器元件中的至少一个相关联的参数值，以改善在目标区域处的超声焦点。

相关申请

本申请要求于2018年12月18日提交的美国临时专利申请第62/781,258号的权益和优先权，其全部公开内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明通常涉及用于超声聚焦的系统和方法，并且更具体地，涉及使用超声回波进行聚焦。

背景技术

聚焦超声(即，频率大于约20kHz的声波)可以用于对患者体内组织成像或进行治疗。例如，超声波可以用于涉及肿瘤消融的应用，从而消除对侵入性手术、靶向药物递送、血脑屏障控制、凝块溶解和其他外科手术的需要。在肿瘤消融期间，压电陶瓷换能器被放置在患者体外，但靠近要消融的组织(即，目标)。换能器将电子驱动信号转换为机械振动，从而发射声波。换能器可以与其他这样的换能器一起在几何形状上成形并定位，使得它们发射的超声能量在与目标组织区域相对应(或在目标组织区域内)的“焦点区”处共同形成聚焦波束。备选地或附加地，单个换能器可以由多个单独驱动的换能器元件形成，这些换能器元件各自的相位可以被独立控制。这种“相控阵”换能器利于通过调整换能器之间的相对相位将聚焦区转向不同的位置。如本文所使用，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的部分。磁共振成像(MRI)可以用于可视化患者和目标，从而引导超声波束。

超声手术的无创性质对于脑肿瘤的治疗特别有吸引力。然而，人类颅骨一直是超声治疗临床实现的障碍。经颅超声手术的障碍包括强衰减和由颅骨形状、密度和声速的不规则引起的失真，这有助于破坏焦点和/或降低在空间上记录接收到的诊断信息的能力。

为了克服与人类颅骨相关联的困难，一种常规方法测量由超声波束穿过颅骨的行进导致的相移，并且随后调整超声参数以解释至少部分由颅骨引起的像差(aberration)。例如，微创方法使用设计成用于将导管插入大脑的接收探针来测量由颅骨引起的幅度和相位失真。然而，导管插入仍然需要手术，这可能是痛苦的，并可能产生感染的风险。

另一种完全无创的方法使用X射线计算机断层扫描(CT)图像，而不是接收探针，来预测由颅骨引起的波失真。然而，在实践中，单独计算相对相位可能不够精确，无法实现高质量聚焦。例如，当超声聚焦到大脑中以治疗肿瘤时，声学路径中的颅骨可能导致不易确定的像差。在这类情况下，治疗之前通常进行聚焦过程，其中在目标处或靠近目标生成超声焦点，测量聚焦的质量(例如，使用热成像或声辐射力成像(ARFI))，并且实验反馈用于调整换能器元件的相位以获得充分的聚焦质量。

然而，前述聚焦过程可能需要大量时间，这可能使其不切实际或者至少对患者不方便。此外，在手术期间，超声能量不可避免地会沉积到目标周围的组织中，从而可能损害健康组织。虽然通过采用仅需要低声强度(例如，ARFI)的成像技术可以最小化治疗前超声处理的影响，但通常需要在治疗前限制超声处理数。

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，小团微泡)。通过将超声波发射到微泡并接收来自微泡的反射，可以确定与反射的超声波相关联的幅度和/或相位；基于此，可以调整换能器参数(例如，相移和/或幅度)以补偿至少部分由颅骨引起的像差。虽然这种方法可以有效地改善目标处的聚焦特性，但与来自其他反射器(诸如颅骨)的反射信号相比，来自声反射器的接收信号相对较弱。因此，精确提取和分析来自声反射器的相对较弱的反射可能具有挑战性，从而限制了该方法的适用性。

因此，需要更精确和可靠的方式来在目标处产生高质量的超声焦点。

发明内容