BR112021006999A2

BR112021006999A2 - sistemas e métodos para melhorar a eficácia de tratamento com ultrassom

Info

Publication number: BR112021006999A2
Application number: BR112021006999-2A
Authority: BR
Inventors: Charles D. Emery; Wohsing P. Chen; Robert B.A. Adamson; Peeter Hugo Vihvelin; Daniel Zaenker; Nicholas A. Campbell; Matthew A. Wright; Jeffrey R. Leadbetter; Jeremy A. Brown
Original assignee: Ulthera, Inc.
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2021-07-20
Also published as: EP3886981A4; TWI843770B; IL282095A; CA3116332A1; WO2020112688A1; MX2021004271A; AU2019385902A1; CN113260414A; JP2022513577A; KR20210110578A; EP3886981A1; SG11202102775VA; US20220023670A1; TW202023646A

Abstract

SISTEMAS E MÉTODOS PARA MELHORAR A EFICÁCIA DE TRATAMENTO COM ULTRASSOM. São fornecidas modalidades que aumentam a eficácia do ultrassom através de sistemas de, por exemplo, alta eficiência, medição de sinal, calibração e garantia com um acionador de radiofrequência (RF) de sistema de controle configurado para acionar um ou mais transdutores de ultrassom focados. O acionador de RF pode compreender um ou mais amplificadores de energia, incluindo um ou mais transistores de efeito de campo de semicondutores III-V (por exemplo, nitreto de gálio GaN, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs e/ou AlGaN) para fornecer com eficiência alta energia com sinais distintos de RF de banda estreita em uma ampla faixa de frequência. O acionador de RF pode incluir um sistema de medição de energia e/ou calibração para monitorar a amplitude e a fase da saída do sinal de RF do amplificador de energia e estimar a quantidade de energia de RF distribuída aos transdutores de ultrassom.

Description

“SISTEMAS E MÉTODOS PARA MELHORAR A EFICÁCIA DE TRATAMENTO COM ULTRASSOM” INCORPORAÇÃO POR REFERÊNCIA

[0001] O Pedido de Patente Provisório No. U.S. 62/773.948, depositado em 30 de novembro de 2019, é incorporado por referência ao presente documento na íntegra para todos os fins.

ANTECEDENTES CAMPO

[0002] Várias modalidades descritas neste documento referem-se à montagem e interconexão elétrica de projetos de radiofrequência (RF) de alta energia e alta eficiência para medições complexas de tensão, corrente e energia, calibração e garantia para transdutores de ultrassom. Várias modalidades descritas neste pedido são direcionadas a dispositivos e sistemas elétricos que são configurados para gerar, monitorar e fornecer sinais de RF que alimentam tratamentos não invasivos baseados em energia de ultrassom. Várias modalidades se referem, por exemplo, a tratamentos não invasivos à base de energia para melhorar a eficácia de tratamentos de ultrassom dermatológicos (por exemplo, cosméticos).

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[0003] O ultrassom foi usado no passado para aplicações diagnósticas e terapêuticas. Imagens e terapia com ultrassom foram descritas para várias aplicações médicas, incluindo dermatologia. Tratamentos cosméticos com ultrassom também foram descritos.

SUMÁRIO

[0004] Várias modalidades descritas neste documento fornecem sistemas e métodos que superam certas deficiências no uso de ultrassom para fins terapêuticos, incluindo, por exemplo, excesso de variância, produção de erro e redução na eficiência e eficácia do tratamento. Em algumas modalidades, várias melhorias são descritas que reduzem os harmônicos de sinal que podem interferir com os controles de sinalização que alimentam o transdutor de ultrassom. Essas reduções (por exemplo, por meio de técnicas de monitoramento e calibração) podem, em última análise, reduzir a variabilidade indesejada ao usar diferentes frequências, energias e/ou profundidades de ultrassom, melhorando assim a eficácia geral e a eficácia da terapia de ultrassom.

[0005] Em várias modalidades, sistemas de controle de alta eficiência são fornecidos para direcionar sinais de energia, tensão, corrente e RF para um ou mais transdutores incluídos nos sistemas de terapia de ultrassom descritos neste pedido. O módulo de RF pode compreender dispositivos, subsistemas e/ou conjuntos integrados eletrônicos em um ou mais conjuntos de placa de circuito impresso.

[0006] Em várias modalidades, uma placa de terapia de ultrassom compreende um sistema de garantia de energia para monitoramento de ultrassom focado de alta intensidade (HIFU) inclui um sistema de calibração e medição de garantia de energia para fazer medições precisas e sensíveis à fase de energia elétrica de acionamento para um transdutor de ultrassom focado de alta intensidade. Em várias modalidades, uma placa de terapia de ultrassom compreende um amplificador de energia HIFU de modo de comutação que incorpora um ou mais transistores de alta eficiência, como semicondutores III-V (por exemplo, semicondutores compostos III-V combinando elementos do grupo III (por exemplo, Ga, In, Al) com elementos do grupo V (por exemplo, N, As, Sb, P), como transistores de efeito de campo de Nitreto de Gálio (GaN), Arsenieto de Gálio (GaAs), Antimoneto de Gálio (GaSb), Fosfeto de Índio (InP), Arsenieto de Índio (InAs), Antimoneto de Índio (InSb), Arsenieto de Índio e Gálio (InGaAs), Antimoneto de alumínio (AlSb), Arsenieto de alumínio e gálio (AlGaAs), Nitreto de alumínio e gálio (AlGaN), etc.), em que um amplificador de energia de terapia de radiofrequência (RF) que usa qualquer um dos transistores de efeito de campo III-V (por exemplo, nitreto de gálio (GaN), etc.), e um transformador de energia (por exemplo, transformador Guanella ou outro tipo de transformador) para fornecer energia de RF de alta energia a um transdutor de ultrassom focado de alta intensidade. Em várias modalidades, os transistores de GaN são descritos, embora em outras modalidades contempladas, qualquer um, dois, três ou mais dentre transistores de GaN, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs e/ou AlGaN podem ser usados. Em várias modalidades, um ou mais semicondutores III-V não são usados, por exemplo, são excluídos. Em algumas modalidades, qualquer um ou mais de GaN, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs e/ou AlGaN não são usados. Em várias modalidades, uma placa de terapia de ultrassom compreende sistema e métodos para prever a energia de saída em uma carga de transdutor HIFU arbitrária, em que os sistemas para usar informações de calibração são armazenados com um amplificador de energia e com um transdutor para prever a energia de saída que será entregue no transdutor pelo amplificador antes da entrega da terapia. Em várias modalidades, um sistema de terapia de ultrassom compreende componentes de detecção de tensão e detecção de corrente resistiva, um demodulador capaz de operar em frequências arbitrárias, um esquema de cancelamento de harmônico de deslocamento de fase e/ou um esquema de compensação de duas portas autocalibrado.

[0007] Em várias modalidades, são fornecidos sistemas e métodos que aprimoram com sucesso a segurança, eficácia e/ou eficiência de um efeito estético usando ultrassom direcionado e preciso para causar um resultado dermatológico visível e eficaz (por exemplo, cosmético) por meio de uma via térmica com terapia de ultrassom produzindo uma ou mais zonas focais para realizar vários procedimentos de tratamento e/ou imagem. Várias modalidades da placa de terapia de ultrassom podem incluir uma variedade de sistemas de monitoramento de saúde configurados para garantir a segurança do paciente durante a operação. Além disso, sistemas e métodos que podem suprimir e/ou reduzir harmônicos na saída do sinal elétrico da placa de terapia de ultrassom para garantir a segurança do paciente também são contemplados neste pedido.

[0008] Em várias modalidades, a invenção fornece uma ou mais vantagens, como, por exemplo, reduzir o tempo de tratamento e/ou erros, criar padrões de aquecimento únicos, aproveitar vários canais para maior energia, a opção de tratar a região em duas ou mais profundidades com os mesmos ou diferentes níveis de energia (por exemplo, uma zona de foco de coagulação térmica, ablação, e necrose instantânea e outra energia desfocada ou outras combinações), tratamento opcional simultâneo ou sequencial em diferentes profundidades (por exemplo, como em profundidades abaixo da superfície da pele de pontos de coagulação térmica de 1,5 mm, 3 mm e/ou 4,5 mm simultaneamente ou em um período de tempo sobreposto ou sequencial); e/ou tratamento com um, dois ou mais focos pontuais, lineares ou em linha simultâneos, como em diferentes profundidades abaixo de uma região ou espaçados. Várias modalidades descritas neste documento, seja para aplicações dermatológicas ou não dermatológicas, são particularmente vantajosas porque incluem um, vários ou todos os seguintes benefícios: tratamentos de ultrassom de frequência de largura de banda estreita em profundidades múltiplas com tratamentos mais eficientes, incluindo um ou mais de (i) tempo de tratamento mais rápido, (ii) menos dor durante o tratamento, (iii) menos dor após o tratamento, (iv) tempo de recuperação mais curto, (v) tratamento mais eficiente, (vi) maior satisfação do cliente, (vii) menos energia para completar um tratamento e/ou (viii) área de tratamento maior por regiões focais. Em algumas modalidades, as vantagens incluem a modulação da amplitude efetiva que aciona o transdutor com um sinal que aciona o transistor de efeito de campo que é gerado comparando a senoide de saída de um circuito de síntese digital direto com uma tensão de CC.

[0009] Os dispositivos eletrônicos, subsistemas e/ou conjuntos do módulo de RF, em várias modalidades, podem ser configurados para gerar e fornecer cerca de 0,1 W a 200 W (por exemplo, cerca de 20 a 100 W) de energia de RF com alta eficiência sobre um faixa de frequências de 1 MHz a 20 MHz (por exemplo, cerca de 1 MHz, 1,75 MHz, 1,75 a 12 MHz, 4 a

12 MHz, 4 MHz, 7 MHz, 10 MHz, 12 MHz) para os um ou mais transdutores de ultrassom. Em particular, o módulo de RF pode compreender um amplificador de energia que compreende transistores de efeito de campo (FETs) III-V (por exemplo, Nitreto de Gálio (GaN) GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs e/ou AlGaN) para gerar um ou mais sinais de RF de banda estreita em uma frequência de 1,0 MHz a 12,0 MHz com alta eficiência (por exemplo, maior ou igual a 75%, 50% a 90%, 95%, 99% ou qualquer valor dentro desses). Além disso, o módulo de RF pode incluir um sistema de medição de energia que está configurado para monitorar a amplitude e a fase dos um ou mais sinais de RF gerados pelos FETs III-V (por exemplo, GaN ou outro). Além disso, sistemas e métodos de estimativa da quantidade de energia que será distribuída pelos um ou mais transdutores de ultrassom quando emparelhados com um sistema de acionamento que compreende um amplificador de energia incluindo FETs III-V (por exemplo, GaN ou outro). Em várias modalidades, os transistores de GaN são descritos, embora em outras modalidades contempladas, qualquer um dentre os transistores de GaN, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs e/ou AlGaN podem ser usados.

[0010] Em várias modalidades, um sistema de tratamento de ultrassom compreende uma sonda de ultrassom que compreende um transdutor de terapia de ultrassom adaptado para aplicar terapia de ultrassom ao tecido; e um sistema de energia elétrica configurado para fornecer energia elétrica ao transdutor de terapia de ultrassom, em que o sistema de energia elétrica compreende um dispositivo amplificador de energia e um circuito; em que o dispositivo amplificador de energia compreende pelo menos um transistor semicondutor, em que o transistor semicondutor é um transistor de efeito de campo, em que o transistor de efeito de campo é configurado para operar com uma eficiência de pelo menos 75% em uma frequência de rádio (RF) em uma faixa entre 200 kHz e 20 MHz. Em uma modalidade, o transistor semicondutor compreende um composto III-V. Em uma modalidade, o transistor semicondutor compreende nitreto de gálio (GaN).

[0011] Em uma modalidade, o dispositivo amplificador de energia inclui um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos semicondutor e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar o semicondutor para acionar o transdutor de terapia de ultrassom.

Em uma modalidade, o dispositivo amplificador de energia inclui: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um semicondutor, em que em uma modalidade, cada semicondutor compreende uma pluralidade de portões (em outra modalidade, cada transistor de efeito de campo de nitreto de gálio não compreende uma pluralidade de portões); e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar os semicondutores para acionar o transdutor de terapia de ultrassom.

Em uma modalidade, o dispositivo amplificador de energia inclui: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um transistor de efeito de campo de nitreto de gálio, em que em uma modalidade, cada transistor de efeito de campo de nitreto de gálio compreende uma pluralidade de portões (em outra modalidade, cada transistor de efeito de campo de nitreto de gálio não compreende uma pluralidade de portões); e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar a pluralidade de portões dos transdutores de efeito de campo de nitreto de gálio para acionar o transdutor de terapia de ultrassom, que em uma modalidade é um transdutor de terapia de ultrassom piezoelétrico.

Em uma modalidade, um sinal que aciona o transistor de efeito de campo é gerado comparando a saída de um circuito de síntese digital direto senoidal com uma tensão de CC.

Em uma modalidade, o sistema inclui um sinal que aciona o transistor de efeito de campo que é gerado comparando a senoide de saída de um circuito de síntese digital direto com uma tensão de CC, configurada para modulação da amplitude efetiva que aciona o transdutor.

A energia de saída está na faixa de 5 W a 50 W ou 30 W a 100 W em uma modalidade.

Em uma modalidade, o circuito compreende quatro transistores configurados em uma configuração de ponte H.

Em uma modalidade, o circuito compreende quatro transistores de nitreto de gálio configurados em uma configuração de ponte H.

Em uma modalidade, o circuito compreende dois transistores configurados em uma configuração de meia ponte.

Em uma modalidade, o circuito compreende dois transistores de nitreto de gálio configurados em uma configuração de meia ponte.

Em uma modalidade, um sinal de acionamento de porta tem um ciclo de trabalho variável que é usado para controlar um teor de harmônicos e uma energia no sinal de saída.

Em uma modalidade, um conversor de amplificador de energia fornece energia para uma energia de sinal de saída de radiofrequência com uma eficiência superior a 75%. Em uma modalidade, uma tensão de alimentação para o amplificador de energia é modulada usando um conversor CC-CC de modo de comutação que reduz uma entrada de alta tensão fixa para uma tensão de alimentação mais baixa.

Em uma modalidade, o sistema inclui dois ou mais amplificadores de energia, em que um único amplificador de energia é configurado para acionar um único elemento de transdução piezoelétrico de um transdutor de ultrassom focado de alta intensidade.

Em uma modalidade, o transdutor de ultrassom focado de alta intensidade é configurado para ser acionado por um amplificador de energia separado.

Em uma modalidade, o transdutor de ultrassom focado de alta intensidade compreende uma pluralidade de elementos de transdução piezelétricos, cada um da pluralidade de elementos de transdução piezoelétricos sendo configurado para acionamento por um amplificador de energia separado.

Em uma modalidade, o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais amplitudes diferentes.

Em uma modalidade, o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais fases diferentes.

Em uma modalidade, o amplificador é configurado para acionar a saída em duas ou mais frequências diferentes.

Em uma modalidade, uma fase e uma frequência são controladas por um sintetizador digital direto.

Em uma modalidade, o sistema é configurado para acionar transdutores com uma impedância na faixa de 20 ohms a 120 ohms e um ângulo de fase de +45 graus a -45 graus.

[0012] Em uma modalidade, o dispositivo amplificador de energia inclui: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um transistor de efeito de campo; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar a pluralidade de portões dos transdutores de efeito de campo para acionar um transdutor de ultrassom piezoelétrico; em que o circuito compreende quatro transistores configurados em uma configuração de ponte H.

[0013] Em uma modalidade, o dispositivo amplificador de energia inclui um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um transistor de efeito de campo; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar uma pluralidade de portões dos transdutores de efeito de campo para acionar um transdutor de ultrassom piezoelétrico; em que um sinal que aciona o transistor de efeito de campo é gerado comparando a saída de um circuito de síntese digital direta senoidal com uma tensão de CC; em que uma energia de saída está na faixa de 30 W a 100 W; em que o circuito compreende quatro transistores configurados em uma configuração de ponte H.

[0014] Em uma modalidade, o semicondutor é nitreto de gálio, em que o dispositivo amplificador de energia inclui um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um transistor de efeito de campo de nitreto de gálio, em que cada transistor de efeito de campo de nitreto de gálio compreende uma pluralidade de portões; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar a pluralidade de portões dos transdutores de efeito de campo de nitreto de gálio para acionar um transdutor de ultrassom piezoelétrico; em que um sinal que aciona o transistor de efeito de campo é gerado comparando a saída de um circuito de síntese digital direta senoidal com uma tensão de CC; em que uma energia de saída está na faixa de 30 W a 100 W; em que o circuito compreende quatro transistores de nitreto de gálio configurados em uma configuração de ponte H; em que um sinal de acionamento de porta tem um ciclo de trabalho variável que é usado para controlar um teor de harmônicos e uma energia no sinal de saída; em que um conversor de amplificador de energia fornece energia a uma energia de sinal de saída de radiofrequência com uma eficiência superior a 75%; em que uma tensão de alimentação para o amplificador de energia é modulada usando um conversor CC-CC de modo de comutação que reduz uma entrada de alta tensão fixa para uma tensão de alimentação mais baixa; que compreende dois ou mais amplificadores de energia, em que um único amplificador de energia é configurado para acionar um único elemento de transdução piezelétrico de um transdutor de ultrassom focado de alta intensidade; em que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais amplitudes diferentes; em que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais fases diferentes; em que uma fase e uma frequência são controladas por um sintetizador digital direto; em que o sistema está configurado para acionar transdutores com uma impedância na faixa de 20 ohms a 120 ohms e um ângulo de fase de +45 graus a -45 graus.

[0015] Em várias modalidades, um dispositivo amplificador de energia para acionar transdutores de ultrassom de alta intensidade que compreende: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um transistor de efeito de campo; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar o pelo menos um transistor de efeito de campo. Em várias modalidades, um dispositivo amplificador de energia para acionar transdutores de ultrassom de alta intensidade que compreende: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um transistor de efeito de campo de nitreto de gálio; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar o pelo menos um transistor de efeito de campo de nitreto de gálio.

[0016] Em várias modalidades, um dispositivo amplificador de energia para acionar um transdutor de ultrassom de alta intensidade compreendendo: um projeto de amplificador de modo de comutação compreendendo pelo menos um transistor de efeito de campo de nitreto de gálio, em que cada transistor de efeito de campo de nitreto de gálio compreende uma pluralidade de portões; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar a pluralidade de portões dos transdutores de efeito de campo de nitreto de gálio para acionar um transdutor de ultrassom piezoelétrico. Em uma modalidade, um dispositivo amplificador de energia para acionar transdutores de ultrassom de alta intensidade compreende um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende uma pluralidade de transistores de efeito de campo de nitreto de gálio e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar a pluralidade de transdutores de efeito de campo de nitreto de gálio para acionar um transdutor de ultrassom piezoelétrico.

[0017] Em várias modalidades, um dispositivo amplificador de energia inclui um ou mais dos seguintes recursos: em que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais amplitudes diferentes, em que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais fases diferentes. Em uma modalidade, o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais frequências diferentes.

[0018] Em várias modalidades, um método de controle de energia elétrica em um sistema de ultrassom para fornecer uma quantidade desejada de energia acústica focada por um transdutor de ultrassom, o método compreendendo: fornecer um sistema de controle de energia elétrica compreendendo um circuito que compreende um microprocessador de sistema de controle e uma tabela de consulta (LUT) de sistema de controle; fornecer um transdutor de ultrassom que compreende um controlador de transdutor, um microprocessador de transdutor e uma LUT de transdutor; determinar com o microprocessador de transdutor, a partir da LUT de transdutor, uma quantidade de energia elétrica distribuída a uma carga equivalente a uma quantidade desejada de energia acústica distribuída a um tecido pelo transdutor de ultrassom; determinar com o microprocessador de sistema de controle, a partir da LUT do sistema de controle, uma amplitude de uma saída de sinal elétrico de um amplificador de energia do sistema de energia elétrica que forneceria a quantidade equivalente de energia elétrica distribuída para a carga; e definir pelo menos um parâmetro da saída do sistema de energia elétrica da amplitude determinada da saída do sinal elétrico. Em várias modalidades, a carga está em uma faixa de 10 a 100 ohms ou 20 a 120 ohms (por exemplo, 10 a 40, 40 a 80, 80 a 120. e faixas sobrepostas entre os mesmos), o que permite uma faixa mais ampla de impedâncias de transdutor que podem ocorrer durante a fase/focalização dos transdutores. Em uma modalidade, a carga é de 50 ohms.

[0019] Em várias modalidades, um sistema de tratamento de ultrassom que compreende: uma sonda ultrassônica que compreende um alojamento contendo um transdutor de terapia de ultrassom piezoeletricamente ativo adaptado para focar ondas ultrassônicas acústicas a uma profundidade do alojamento em uma zona focal em um tecido; um sistema de energia elétrica configurado para fornecer energia elétrica ao transdutor de terapia de ultrassom, em que o sistema de energia elétrica compreende um amplificador de energia; e um sistema de medição de energia elétrica configurado para monitorar a energia de saída elétrica de um sinal de saída do amplificador de energia, em que o sistema de medição de energia elétrica compreende: um circuito de detecção de corrente resistiva configurado para monitorar uma saída de corrente elétrica do amplificador de energia; e um circuito de detecção de tensão resistiva configurado para monitorar uma saída de tensão elétrica do amplificador de energia, e em que o sistema de medição de energia elétrica é configurado para monitorar a energia de saída elétrica do amplificador de energia em uma faixa de frequência que abrange pelo menos duas oitavas para o transdutor de terapia de ultrassom.

[0020] Em várias modalidades, um sistema para medir uma tensão e corrente elétrica de radiofrequência (RF) de um circuito de acionamento em um sistema de ultrassom focado de alta intensidade, que compreende: um resistor de detecção de corrente em série com uma carga; uma rede de resistor de detecção de tensão de derivação em paralelo com a carga; e um circuito de monitoramento de corrente e tensão de saída de energia elétrica (circuito demodulador IQ) com um relógio oscilador local sincronizado em uma fase e uma frequência com um sinal que aciona um amplificador de energia e configurado para demodular um sinal de saída para uma frequência carreadora inferior a uma frequência de unidade de ultrassom.

[0021] Em uma modalidade, o sistema de medição é configurado para fazer várias medições em diferentes mudanças de fase relativa entre o oscilador local e o amplificador de energia. Em uma modalidade, o relógio oscilador local é gerado a partir de um sintetizador digital direto controlado de forma independente. Em uma modalidade, o sistema de medição é configurado para fazer várias medições em frequências de oscilador local. Em uma modalidade, o número de medições de fase é seis. Em uma modalidade, o sistema que usa o sistema de medição para modificar um sinal de acionamento de portão de modo a atingir um teor de harmônicos desejado no sinal de saída.

[0022] Em várias modalidades, o método para determinar o número de medições mede adequadamente os harmônicos avaliando um número de harmônicos da frequência mais baixa na banda passante que excede o piso de ruído do sistema. Em uma modalidade, método para calcular os componentes harmônicos complexos das formas de onda de tensão e corrente formando combinação linear das múltiplas medições.

[0023] Em várias modalidades, um método para calibrar transdutores de ultrassom de alta intensidade que compreende: calibrar uma energia de saída acústica distribuída por um transdutor para uma configuração de acionador correspondente a uma energia elétrica distribuída por um acionador em uma ou mais cargas de referência para a configuração de acionador onde uma informação de calibração é armazenada com o transdutor;

calibrar a configuração de acionador elétrico em relação à energia elétrica fornecida a uma ou mais cargas de referência onde as informações de calibração são armazenadas com o acionador; e calcular com um processador de uma configuração de acionador para alcançar uma energia de saída acústica desejada que usa as informações de calibração do transdutor para determinar um nível de energia em uma ou mais cargas de referência para uma configuração de energia acústica desejada e que usa as informações de calibração de acionador para determinar uma configuração de acionador para o nível de energia acústica de saída desejado na carga de referência.

[0024] Em uma modalidade, as informações de calibração do transdutor também incluem a energia elétrica distribuída pelo transdutor em cada nível de energia acústica, em que as informações de energia armazenadas incluem um componente de energia complexo ou um componente de energia real. Em uma modalidade, as medições dinâmicas de energia elétrica distribuída pelo acionador são feitas durante a ensonificação do tecido e verificadas em relação à energia elétrica armazenada na calibração do transdutor para o nível de energia acústica desejado.

[0025] Em várias modalidades, um método para sintonizar transdutores de ultrassom focados de alta intensidade varrendo a frequência enquanto mede a razão de onda estacionária de tensão no acionador e selecionando para frequência operacional aquela frequência que minimiza a razão de onda estacionária de tensão.

[0026] Em uma modalidade, a energia de saída acústica é gerada realizando medições com o uso de um equilíbrio de força. Em uma modalidade, a calibração do transdutor é armazenada como uma tabela de consulta em um chip de memória não volátil dentro do transdutor. Em uma modalidade, pelo menos uma dentre tensão ou corrente medida no acionador é ajustada com o uso de uma matriz de transferência que descreve a rede de duas portas entre a saída do circuito de acionamento da terapia e o transdutor. Em uma modalidade, as informações de calibração são armazenadas em uma tabela de consulta (LUT). Em uma modalidade, uma tensão elétrica alvo é calculada a partir das informações de calibração e uma energia acústica desejada definida na clínica por interpolação dos valores em uma ou mais tabelas de consulta. Em uma modalidade, o armazenamento dentro das informações de calibração do transdutor de limiares de energia elétrica em cada nível de energia acústica que define uma faixa aceitável de energia de acionamento elétrica para atingir uma faixa aceitável de energia de saída acústica.

[0027] Em várias modalidades, um sistema para confirmar que a energia elétrica medida dinamicamente está dentro da faixa especificada, que compreende medir dinamicamente a energia distribuída pelo acionador e comparar essa energia com os valores de limiar armazenados no transdutor. Em uma modalidade, a matriz de transferência de uma conjunto de cabo e peça manual que pode ser trocada entre transdutores e acionadores é armazenada em um chip de memória não volátil dentro da conjunto de cabo e peça manual.

[0028] Em várias modalidades, um método para ajustar dinamicamente a energia ao: medir a energia elétrica distribuída pelo acionador; comparar a energia elétrica medida com a energia elétrica desejada conforme determinado a partir das informações de calibração e ajustar a configuração do acionador para reduzir o erro entre a energia elétrica desejada e medida.

[0029] Em várias modalidades, um método para ajustar dinamicamente a energia ao: medir a impedância elétrica da carga e calcular a impedância de transdutor com base em impedâncias conhecidas de outros componentes do sistema; calcular a energia elétrica necessária do acionador para manter a mesma quantidade de energia dissipada através da impedância de transdutor real; e ajustar a configuração do acionador para satisfazer a energia elétrica necessária para reduzir o erro entre a energia elétrica desejada e medida. Em uma modalidade, a energia é ajustada dinamicamente sempre que a terapia é administrada.

[0030] Em uma modalidade, as informações de calibração do transdutor também incluem a energia elétrica fornecida ao transdutor em cada nível de energia acústica, em que as informações de energia armazenadas incluem um componente de energia complexo ou um componente de energia real; em que as medições dinâmicas de energia elétrica fornecidas pelo acionador são feitas durante a ensonificação do tecido e verificadas em relação à energia elétrica armazenada na calibração do transdutor para o nível de energia acústica desejado.

[0031] Em uma modalidade, as informações de calibração do transdutor também incluem a energia elétrica fornecida ao transdutor em cada nível de energia acústica, em que as informações de energia armazenadas incluem um componente de energia complexo ou um componente de energia real; em que as medições dinâmicas de energia elétrica fornecidas pelo acionador são feitas durante a ensonificação do tecido e verificadas em relação à energia elétrica armazenada na calibração do transdutor para o nível de energia acústica desejado; em que a energia de saída acústica é gerada realizando medições usando um equilíbrio de força; em que a calibração do transdutor é armazenada como uma tabela de consulta em um chip de memória não volátil dentro do transdutor; em que pelo menos uma dentre tensão ou corrente medida no acionador é ajustada usando uma matriz de transferência que descreve a rede de duas portas entre a saída do circuito de acionamento da terapia e o transdutor; em que as informações de calibração são armazenadas em uma tabela de consulta (LUT); em que uma tensão elétrica alvo é calculada a partir das informações de calibração e uma energia acústica desejada definida na clínica por interpolação dos valores em uma ou mais tabelas de consulta.

[0032] Em várias modalidades, um método para detectar a qualidade do acoplamento acústico de um transdutor de ultrassom focado de alta intensidade através de uma superfície da pele medindo uma quantidade de energia refletida de volta, que compreende: medir uma quantidade de energia refletida de volta com o uso de um sensor transdutor de terapia; determinar uma distância entre uma tigela de transdução de terapia piezoelétrica e uma superfície de acoplamento; medir uma primeira medição de energia antes de ocorrer uma reflexão fora da superfície de acoplamento; medir uma segunda medição de energia após ocorrer a reflexão fora da superfície de acoplamento; e calcular um cálculo de diferença para determinar a quantidade de energia refletida de volta.

[0033] Em uma modalidade, uma quantidade de energia refletida de volta é medida por um transdutor secundário não usado para terapia. Em uma modalidade, ao calcular uma mudança na energia (Direta menos Inversa), a terapia para temporariamente até que passe um tempo suficiente para eliminar o reflexo da superfície de acoplamento, conforme detectado pelo transdutor secundário ou pelo transdutor de terapia. Em uma modalidade, o acionador de terapia reengata e excita o transdutor de terapia, uma vez que a energia refletida diminui abaixo de um limiar. Em uma modalidade, o transdutor de ultrassom de alta intensidade compreende um transdutor de matriz de elementos múltiplos e as informações de calibração são armazenadas para cada elemento na matriz.

[0034] Em uma modalidade, os acionadores são alojados em um console do sistema e os transdutores são intercambiáveis entre os consoles do sistema. Em uma modalidade, os transdutores são intercambiáveis entre peças manuais e peças manuais são intercambiáveis entre consoles.

[0035] Em várias modalidades, um método para calibrar transdutores de ultrassom focados de alta intensidade que compreende: modelar um acionador como uma fonte equivalente de Thévenin com tensão de fonte e impedância de fonte dependente da frequência e armazenar informações de calibração que compreendem a tensão de fonte e impedância de fonte com o acionador, medir e armazenar a impedância de transdutor nas informações de calibração do transdutor, e calcular a energia elétrica que será fornecida ao transdutor pelo acionador com o uso da tensão de fonte e a impedância de fonte armazenadas na calibração do acionador na impedância de carga armazenada na calibração do transdutor, e tratar o sistema combinado como uma rede divisora de tensão.

[0036] Em várias modalidades, um método para medir a impedância de transdutor: calibrar o acionador com o uso de uma ou mais impedâncias de referência conhecidas; medir a impedância de transdutor em uma ou mais frequências e uma ou mais amplitudes; ajustar o transdutor medido a um circuito de ressonância para calcular os parâmetros do transdutor, como capacitância limitada, coeficiente de acoplamento e resistência à radiação; usar a caracterização para determinar a idade do transdutor, aceitabilidade operacional e amplitude e fase necessárias.

[0037] Em uma modalidade, uma distância fixa é entre o transdutor e a região de tratamento pretendida. Em uma modalidade, o feixe de terapia é temporariamente movido para uma região não tratada para determinar a quantidade de retrodifusão da região de tratamento usando um método de diferença.

[0038] Em várias modalidades, um sistema de tratamento de ultrassom inclui uma sonda de ultrassom que compreende um transdutor de terapia de ultrassom adaptado para aplicar terapia ultrassônica a tecido; e um sistema de energia elétrica configurado para fornecer energia elétrica ao transdutor de terapia de ultrassom, em que o sistema de energia elétrica compreende um dispositivo amplificador de energia e um circuito; em que o dispositivo amplificador de energia compreende pelo menos um transistor de energia de semicondutor III-V configurado para operar com uma eficiência de pelo menos 75% em uma radiofrequência (RF) em uma faixa entre 200 kHz e 20 MHz.

[0039] Em uma modalidade, o pelo menos um transistor de energia de semicondutor III-V é selecionado a partir do grupo que consiste em: GaN, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs e AlGaN.

Em uma modalidade, o pelo menos um transistor de energia de semicondutor III-V é nitreto de gálio.

Em uma modalidade, o pelo menos um transistor de energia de semicondutor III-V não é um dentre GaN, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs e AlGaN.

Em uma modalidade, o dispositivo amplificador de energia inclui um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende uma pluralidade de transistores de energia de semicondutor III-V; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar a pluralidade de transistores de energia de semicondutor III-V para acionar um transdutor de ultrassom piezoelétrico.

Em uma modalidade, um sinal que aciona o transistor de energia é gerado comparando a saída de um circuito de síntese digital direto senoidal com uma tensão de CC.

Em uma modalidade, uma energia de saída está na faixa de 30 W a 100 W.

Em uma modalidade, uma energia de saída está na faixa de 5 W a 50 W.

Em uma modalidade, o circuito compreende quatro transistores de energia configurados em uma configuração de ponte H.

Em uma modalidade, o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais amplitudes diferentes. Em uma modalidade, o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais fases diferentes. Em uma modalidade, uma fase e uma frequência são controladas por um sintetizador digital direto. Em uma modalidade, o sistema é configurado para acionar transdutores com uma impedância na faixa de 20 ohms a 120 ohms e um ângulo de fase de +45 graus a -45 graus.

[0040] Em várias modalidades, um dispositivo amplificador de energia para acionar transdutores de ultrassom de alta intensidade inclui um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um transistor de energia de semicondutor III-V; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar o pelo menos um transistor de energia de semicondutor III-V.

[0041] Em várias modalidades, um dispositivo com uma pluralidade de amplificadores de energia para acionar transdutores de ultrassom de alta intensidade, incluindo um projeto de amplificador de modo de comutação compreendendo uma pluralidade de transistores de energia de semicondutor III-V; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar a pluralidade de transistores de energia de semicondutor III-V para acionar um transdutor de ultrassom piezoelétrico.

[0042] Em uma modalidade, o transistor de energia de semicondutor III-V é um transistor de efeito de campo de nitreto de gálio. Em uma modalidade, o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais amplitudes diferentes e/ou o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais fases diferentes.

[0043] Em várias modalidades, um método de controle de energia elétrica em um sistema de ultrassom para fornecer uma quantidade desejada de energia acústica focada por um transdutor de ultrassom, o método incluindo fornecer um sistema de controle de energia elétrica que compreende um circuito que compreende um microprocessador de sistema de controle e uma tabela de consulta de sistema de controle (LUT);

fornecer um transdutor de ultrassom que compreende um controlador de transdutor, um microprocessador de transdutor e uma LUT de transdutor; determinar com o microprocessador de transdutor, a partir da LUT de transdutor, uma quantidade de energia elétrica distribuída a uma carga equivalente a uma quantidade desejada de energia acústica distribuída a um tecido pelo transdutor de ultrassom; determinar com o microprocessador de sistema de controle, a partir da LUT do sistema de controle, uma amplitude de uma saída de sinal elétrico de um amplificador de energia do sistema de energia elétrica que forneceria a quantidade equivalente de energia elétrica distribuída para a carga; e definir pelo menos um parâmetro da saída do sistema de energia elétrica da amplitude determinada da saída do sinal elétrico, em que a carga está em uma faixa de 20 a 120 ohms. Em uma modalidade, a carga é de 50 ohms.

[0044] Em várias modalidades, um sistema de tratamento de ultrassom que compreende: uma sonda ultrassônica que inclui um alojamento contendo um transdutor de terapia de ultrassom piezoeletricamente ativo adaptado para focar ondas ultrassônicas acústicas a uma profundidade do alojamento em uma zona focal em um tecido; um sistema de energia elétrica configurado para fornecer energia elétrica ao transdutor de terapia de ultrassom, em que o sistema de energia elétrica compreende um amplificador de energia; e um sistema de medição de energia elétrica configurado para monitorar a energia de saída elétrica de um sinal de saída do amplificador de energia, em que o sistema de medição de energia elétrica inclui um circuito de detecção de corrente resistiva configurado para monitorar uma saída de corrente elétrica do amplificador de energia; e um circuito de detecção de tensão resistiva configurado para monitorar uma saída de tensão elétrica do amplificador de energia, e em que o sistema de medição de energia elétrica é configurado para monitorar a energia de saída elétrica do amplificador de energia em uma faixa de frequência que abrange pelo menos duas oitavas para o transdutor de terapia de ultrassom.

[0045] Em várias modalidades, um sistema para medir uma tensão e corrente elétrica de radiofrequência (RF) de um circuito de acionamento em um sistema de ultrassom focado de alta intensidade, que inclui: um resistor de detecção de corrente em série com uma carga; uma rede de resistor de detecção de tensão de derivação em paralelo com a carga; e um circuito de monitoramento de corrente e tensão de saída de energia elétrica (circuito demodulador IQ) com um relógio oscilador local sincronizado em uma fase e uma frequência com um sinal que aciona um amplificador de energia e configurado para demodular um sinal de saída para uma frequência carreadora inferior a uma frequência de unidade de ultrassom.

[0046] Em uma modalidade, o sistema de medição é configurado para fazer várias medições em diferentes mudanças de fase relativa entre o oscilador local e o amplificador de energia. Em uma modalidade, o relógio oscilador local é gerado a partir de um sintetizador digital direto controlado de forma independente. Em uma modalidade, o número de medições de fase é seis. Em uma modalidade, o sistema de medição é configurado para modificar um sinal de acionamento de portão de modo a atingir um teor de harmônicos desejado no sinal de saída. Em uma modalidade, o método para determinar o número de medições é configurado para medir adequadamente os harmônicos avaliando um número de harmônicos da frequência mais baixa na banda passante que excede o piso de ruído do sistema.

[0047] Em várias modalidades, um sistema de tratamento por ultrassom tem um ou mais dos recursos descritos na descrição. Em várias modalidades, um dispositivo amplificador de energia para acionar um transdutor de ultrassom de alta intensidade tem um ou mais dos recursos descritos na descrição. Em várias modalidades, um método de controle de energia elétrica em um sistema de ultrassom tem um ou mais dos recursos descritos na descrição. Em várias modalidades, um sistema para medir uma tensão e corrente elétrica de radiofrequência (RF) de um circuito de acionamento em um sistema de ultrassom focado de alta intensidade tem um ou mais dos recursos descritos na descrição. Em várias modalidades, um método para calibrar um transdutor de ultrassom de alta intensidade tem um ou mais dos recursos descritos na descrição. Em várias modalidades, um método de método para detectar a qualidade do acoplamento acústico de um transdutor de ultrassom focado de alta intensidade através de uma superfície de pele tem um ou mais dos recursos descritos na descrição.

[0048] Além disso, as áreas de aplicabilidade se tornarão evidentes a partir da descrição fornecida neste documento. Deve ser entendido que a descrição e exemplos específicos são destinados apenas para fins ilustrativos e não se destinam a limitar o escopo das modalidades divulgadas no presente documento. Em algumas modalidades, o sistema compreende vários recursos que estão presentes como recursos únicos (em oposição a recursos múltiplos). Por exemplo, vários recursos ou componentes são fornecidos em modalidades alternativas. Em várias modalidades, o sistema compreende, consiste essencialmente em ou consiste em uma, duas, três ou mais modalidades de quaisquer recursos ou componentes divulgados no presente documento. Em algumas modalidades, um recurso ou componente não está incluído e pode ser negativamente removido a partir de uma reivindicação específica, de modo que o sistema não tenha esse recurso ou componente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0049] Os desenhos descritos neste documento são apenas para fins ilustrativos e não se destinam a limitar o escopo da presente divulgação de forma alguma. As modalidades da presente invenção se tornarão mais completamente compreendidas a partir da descrição detalhada e dos desenhos anexos, em que:

[0050] A Figura 1A é uma ilustração esquemática de um sistema de ultrassom de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0051] A Figura 1B é uma ilustração esquemática de um sistema de ultrassom de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0052] A Figura 1C é uma ilustração esquemática de um sistema de ultrassom de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0053] A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um sistema de ultrassom acoplado a uma região de interesse de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0054] A Figura 3 ilustra um diagrama de blocos de uma modalidade de um módulo de terapia (TH) de radiofrequência (RF) que compreende um subsistema de acionamento configurado para gerar sinais de RF em uma energia de RF desejada e ao longo de uma faixa de frequência desejada para acionar um transdutor de ultrassom.

[0055] A Figura 4 representa uma modalidade de um transformador de linha de transmissão configurado para converter a saída da ponte H balanceada para uma fonte referenciada ao solo e atuar como um estágio de combinação de impedância do FET de GaN de baixa impedância para a impedância apresentada por um ou mais transdutores de ultrassom. Em uma modalidade, um transformador de linha de transmissão é configurado para aumentar a impedância de fonte vista por um transdutor de ultrassom quando acionado por um FET de GaN para a impedância apresentada por um ou mais transdutores de ultrassom.

[0056] A Figura 5A ilustra uma modalidade de uma topologia de projeto de ponte H. As Figuras 5B e 5C ilustram a operação da ponte H em duas configurações diferentes.

[0057] A Figura 6 mostra um sinal de acionamento gerado pela ponte H quando o ciclo de trabalho da parte positiva da forma de onda e da parte negativa da forma de onda é ajustado para 0,3 de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0058] A Figura 7 mostra a variação da amplitude de harmônicos de ordem ímpar superiores para diferentes ciclos de trabalho da parte positiva da forma de onda e da parte negativa da forma de onda de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0059] As Figuras 8A a 8D mostram a saída de sinal de uma implementação de um amplificador de energia empregando um projeto de ponte H a 2,0 MHz, 4,0 MHz, 7,0 MHz e 12,0 MHz, respectivamente, de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0060] A Figura 9 mostra um esquema simplificado de um circuito comparador usado para gerar duas formas de onda de acionamento que estão 180 graus fora de fase uma com a outra, de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0061] A Figura 10 ilustra graficamente as duas formas de onda de acionamento geradas pelo circuito da Figura 9.

[0062] A Figura 11A ilustra um diagrama de circuito simplificado de um amplificador de energia de modo de comutação que compreende uma ponte H formada por quatro (4) FETs de GaN acionando o lado equilibrado de um transformador de linha de transmissão Guanella 1:9 de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0063] A Figura 11B representa uma implementação de um circuito de proteção incluído em várias implementações de um amplificador de energia de modo de comutação de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0064] A Figura 11C ilustra uma implementação de um conversor antagônico controlado por tensão de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0065] A Figura 12 ilustra um esquema de medição diferencial que compreende transformadores de RF de pequeno sinal de banda larga de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0066] A Figura 13 mostra uma implementação de um circuito de medição de energia configurado para medir a saída do sinal de RF a partir de uma implementação de um amplificador de energia de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0067] A Figura 14 mostra um diagrama de blocos de um demodulador IQ de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0068] A Figura 15 mostra dois relógios internos gerados por uma modalidade de um demodulador IQ.

[0069] A Figura 16 ilustra uma operação de circuito de multiplicação de um sinal de RF por uma onda quadrada com um valor máximo de 1 e um valor mínimo de -1 de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0070] A Figura 17 mostra a demodulação I e Q de um sinal senoidal de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0071] A Figura 18A mostra o rastreamento de escopo da saída de uma implementação de um amplificador de energia em uma carga de 50 ohms que opera a uma frequência operacional de cerca de 12,0 MHz. A Figura 18B mostra o rastreamento do escopo da saída da implementação do amplificador de energia em uma carga de 50 ohms que opera a uma frequência operacional de cerca de 1,75 MHz de acordo com várias modalidades da presente invenção. Em várias modalidades, a calibração da placa permite que o sistema modifique o circuito de acionamento com base nas condições operacionais (temperatura) ou envelhecimento do dispositivo sem exigir uma calibração de fábrica.

[0072] As Figuras 19A e 19B mostram a magnitude da transformada rápida de Fourier (FFT) de um sinal de RF na extremidade de baixa frequência da banda passante (normalizada para uma frequência fundamental de 1) e a magnitude da transformada rápida de Fourier (FFT) de uma onda quadrada de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0073] A Figura 20 ilustra um esquema de cancelamento de harmônicos usando relógios com deslocamento de fase de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0074] A Figura 21 mostra os sinais de saída de uma implementação de um demodulador de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0075] As Figuras 22A a 22C mostram exemplos de reconstrução do sinal de RF em três frequências diferentes de saída do amplificador de energia de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0076] A Figura 23A ilustra esquematicamente vários mecanismos que afetam a propagação do sinal de RF (por exemplo, perda de sinal de RF que pode reduzir a energia de uma saída de sinal de RF, mudança de fase, etc.) de uma implementação de um amplificador de energia entregue a um transdutor de ultrassom. A Figura 23B mostra uma rede de duas portas equivalentes que leva em consideração os vários mecanismos de propagação do sinal de RF (por exemplo, perda, mudança de fase, etc.) de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[0077] A Figura 24 mostra uma implementação do sistema de medição de energia que compreende a rede de duas portas equivalentes que leva em consideração os vários mecanismos de propagação do sinal de RF (por exemplo, perda, mudança de fase, etc.) de acordo com várias modalidades da presente invenção. Em uma modalidade, uma rede de 2 portas não é necessariamente ‘perda’, alguns componentes podem apenas introduzir uma mudança de fase, por exemplo.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0078] A seguinte descrição apresenta exemplos de modalidades e não se destina a limitar a presente invenção ou seus ensinamentos, aplicações ou usos dos mesmos. Deve-se entender que, ao longo dos desenhos, os números de referência correspondentes indicam partes ou recursos semelhantes ou correspondentes. A descrição de exemplos específicos indicados em várias modalidades da presente invenção destina-se apenas a fins ilustrativos e não se destina a limitar o escopo da invenção revelada no presente documento. Além disso, a citação de múltiplas modalidades que têm recursos afirmados não se destina a excluir outras modalidades que têm recursos adicionais ou outras modalidades que incorporam diferentes combinações dos recursos indicados. Além disso, os recursos em uma modalidade (tal como em uma Figura) podem ser combinados com descrições (e Figuras) de outras modalidades.

[0079] São descritas aqui várias modalidades para sistemas e métodos novos e inventivos que fornecem controles de alta eficiência para direcionar sinais de energia, tensão, corrente e radiofrequência (RF) para um ou mais sistemas baseados em energia focada. Em várias modalidades, o sistema de controle compreende dispositivos, subsistemas e/ou conjuntos integrados eletrônicos em um ou mais conjuntos de placa de circuito impresso. A arquitetura, o circuito, a modelagem, o projeto, a implementação e a validação do sistema são direcionados a melhorias para fornecer energia, tensão e corrente de alta eficiência para sistemas de terapia por ultrassom direto. Em várias modalidades, um sistema baseado em energia inclui componentes intercambiáveis (por exemplo, console, peça manual, módulos de sonda transdutora, etc.) calibrados para operar e se comunicar com eficiência entre si para fornecer um resultado de tratamento desejado. O desempenho de foco eficiente e eficaz do ultrassom em distâncias específicas de um transdutor de ultrassom é melhorado reduzindo o desvio, o erro e os harmônicos que podem interferir no desempenho ideal. Em algumas modalidades, aplicações dermatológicas (incluindo, por exemplo, aplicações dermatológicas cosméticas e não cosméticas) são fornecidas. Em outras modalidades, aplicações não dermatológicas (como, por exemplo, ortopédicas, neurológicas, cardíacas, etc.).

VISÃO GERAL DO SISTEMA DE TERAPIA COM ULTRASSOM

[0080] Com referência à ilustração nas Figuras 1A, 1B e 1C, várias modalidades de um sistema de terapia de ultrassom 20 incluem uma vareta manual (por exemplo, peça manual) 100, módulo (por exemplo, módulo transdutor, cartucho, sonda) 200 e um controlador (por exemplo, console) 300. Em algumas modalidades, um carrinho 301 fornece mobilidade e/ou posicionamento do sistema 20 e pode incluir rodas, superfícies para escrever ou colocar componentes, e/ou compartimentos 302 (por exemplo, gavetas, recipientes, prateleiras, etc.) para, por exemplo, armazenar ou organizar componentes. Em várias modalidades, o controlador 300 pode ser adaptado e/ou configurado para operação com a vareta manual 100 e o módulo 200, bem como a funcionalidade geral do sistema de ultrassom 20. Em várias modalidades, vários controladores 300, 300', 300'', etc. podem ser adaptados e/ou configurados para operação com várias varetas 100, 100', 100'', etc. e/ou vários módulos 200, 200', 200'’, etc. Em várias modalidades, o controlador 300 pode incluir um processador de sistema e várias lógicas de controle analógico e/ou digital, como um ou mais dentre microcontroladores, microprocessadores, matrizes de portas programáveis em campo, placas de computador e componentes associados, incluindo firmware e software de controle, que podem ser capazes de fazer interface com controles de usuário e circuitos de interface, bem como circuitos de entrada/saída e sistemas para comunicações, visores, interface, armazenamento, documentação e outras funções úteis. O software de sistema em execução no processo de sistema pode ser adaptado e/ou configurado para controlar toda a inicialização, temporização, definição de nível, monitoramento, monitoramento de segurança e todas as outras funções de sistema de ultrassom para concluir objetivos de tratamento definidos pelo usuário. Além disso, o controlador 300 pode incluir vários módulos de entrada/saída, tais como comutações, botões, etc., que também podem ser adequadamente adaptados e/ou configurados para controlar a operação do sistema de ultrassom 20. A Figura 2 é uma ilustração esquemática do sistema de ultrassom 20 acoplado a uma região de interesse 10 (não mostrada) do sujeito 500 (com uma superfície de pele 501, uma camada epidérmica 502, uma camada dérmica 503, uma camada de gordura 505, um’ sistema aponeurótico muscular superficial 507 (doravante “SMAS 507”) e uma camada muscular 509).

VISÃO GERAL DO CONTROLADOR DE ULTRASSOM

[0081] Conforme discutido neste documento, em várias modalidades, o controlador 300 pode ser adaptado e/ou configurado para incluir, por exemplo, um microprocessador com software e dispositivos de entrada/saída, sistemas e dispositivos para controlar a varredura eletrônica e/ou mecânica e/ou multiplexação de transdutores e/ou multiplexação de módulos transdutores, um sistema para fornecimento de energia, sistemas de monitoramento, sistemas para detectar a posição espacial da sonda e/ou transdutores e/ou multiplexação de módulos transdutores e/ou sistemas para lidar com a entrada do usuário e registrar os resultados do tratamento, entre outros. Em várias modalidades, o controlador 300 pode ser configurado para fornecer energia de radiofrequência (RF) para acionar os um ou mais transdutores de ultrassom. Em várias modalidades, o controlador 300 pode compreender um módulo de terapia de RF (RFTH) que compreende dispositivos eletrônicos e/ou subsistemas eletrônicos que são configurados para gerar energia de RF em uma faixa desejada de energia de RF e em uma faixa desejada de frequências que podem acionar os um ou mais transdutores de ultrassom. O módulo RFTH pode compreender um conjunto de placa de circuito impresso (PCB) que compreende subsistemas para a entrega e monitoramento dos sinais de RF que acionam os um ou mais transdutores de ultrassom. O conjunto de PCB pode compreender um mais geradores de sinal de RF, um ou mais amplificadores de energia de RF, um ou mais osciladores, um ou mais monitores de temperatura, um ou mais monitores de energia, uma ou mais fontes de alimentação, um ou mais circuitos de temporização e/ou outros componentes eletrônicos que são configurados para gerar sinais de RF em uma faixa desejada de energia e ao longo de uma faixa desejada de frequências, sistemas que podem medir a energia do sinal de RF e/ou sistemas de calibração que podem prever a energia de RF que será entregue aos um ou mais transdutores de ultrassom.

[0082] A Figura 3 ilustra um diagrama de blocos de uma modalidade de implementação de um módulo RFTH que compreende um subsistema de acionamento 3000 configurado para gerar sinais de RF em uma energia de RF desejada e ao longo de uma faixa de frequência desejada para acionar um transdutor de ultrassom. Em uma modalidade, o módulo RFTH pode compreender oito (8) subsistemas de acionamento que são configurados para gerar oito (8) sinais de RF em uma energia de RF desejada e ao longo de uma faixa de frequência desejada para acionar oito (8) transdutores de ultrassom. Em outras modalidades, o número de subsistemas de acionamento do módulo RFTH pode ser menor do que oito (por exemplo, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1) ou maior do que oito (por exemplo, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 20 ou mais).

[0083] O subsistema de acionamento 3000 compreende um amplificador de energia (PA) 3001 que gera um sinal de saída de RF em uma frequência e fase desejadas e com uma quantidade desejada de energia de RF. O subsistema de acionamento 3000 pode compreender ainda um sistema de fonte de alimentação 3011 configurado para fornecer energia ao amplificador de energia 3001. O sinal de RF gerado pode ser direcionado para uma carga de 50 Ω integrada 3003 para diagnóstico e calibração ou para o conector de saída 3005 conectado à vareta manual 100 e/ou um transdutor de ultrassom do módulo 200. O subsistema de acionamento 3000 compreende ainda um sistema de medição de energia 3007 que monitora a energia de saída elétrica de um amplificador de energia para um transdutor de ultrassom. O sistema de medição de energia 3007 pode ser configurado para amostrar a tensão complexa e a corrente no conector de saída 3005. Em várias modalidades, um demodulador IQ é um circuito de monitoramento de corrente e tensão de saída de energia elétrica. O sistema de medição de energia 3007 compreende um demodulador IQ que demodula o sinal de RF para a banda base usando um relógio síncrono. Isso pode ajudar no monitoramento em tempo real de alta resolução da fase da saída de energia de RF do conector de saída 3005 e/ou ajudar na estimativa da dose térmica fornecida ao paciente.

[0084] Algumas modalidades do módulo RFTH que compreende uma pluralidade de subsistemas de acionamento 3000 podem ser configuradas para fornecer sinais de acionamento de bloqueio de fase com frequência e fase controláveis para a pluralidade de subsistemas de acionamento 3000. Por exemplo, um circuito de distribuição de relógio 3010 incluindo três circuitos integrados (ICs) de sintetizador digital dinâmico (DDS) de 4 canais pode ser usado para fornecer os sinais de acionamento de bloqueio de fase com frequência e fase controláveis. Dois dos três DDSs podem fornecer sinais de acionamento para o amplificador de energia 3001 da pluralidade de subsistemas de acionamento 3000, enquanto o terceiro DDS fornece sinais de relógio de referência para os demodulador de ICs no sistema de medição de energia 3007 para demodulação síncrona.

[0085] Como a operação correta do módulo RFTH é importante para a segurança do paciente, o módulo RFTH pode incluir uma variedade de sistemas de monitoramento de saúde configurados para garantir a operação correta do módulo RFTH. Por exemplo, o módulo RFTH pode compreender um ou mais monitores de temperatura 3009 que monitoram a temperatura em várias porções do módulo RFTH. Em uma implementação de um módulo RFTH, os um ou mais monitores de temperatura podem ser configurados para monitorar a temperatura em trinta e dois (32) locais diferentes em torno do módulo RFTH. Em várias modalidades, os um ou mais monitores de temperatura 3009 podem ser configurados para receber medições de temperatura de um ou mais sensores dispostos em vários locais do módulo RFTH. O módulo RFTH pode compreender um ou mais monitores de fonte de alimentação 3013 para monitorar a tensão e/ou corrente fornecida ao amplificador de energia 3001 pelo sistema de fonte de alimentação 3011. Em algumas modalidades, o módulo RFTH pode compreender um dispositivo de limite de corrente controlada (ICTRL) 3015 que controla o suprimento de corrente máximo fornecido ao amplificador de energia 3001. O módulo RFTH pode compreender monitores de relé 3017 que são configurados para garantir que vários relés (por exemplo, relé 3018) comutem quando comandados para comutar. Monitores podem ser fornecidos para monitorar a corrente e/ou tensão para diferentes fontes de baixa tensão, bem como para ativar/desativar controles e circuitos de descarga.

[0086] O módulo RFTH pode compreender um Controlador de Módulo de Placa (BMC) 3019 que fornece interfaces de comunicação com um controlador de sistema em tempo real (RTC) e recebe dados do sistema de medição de energia 3007, sistemas de monitoramento de saúde a bordo e sistemas de monitoramento de fonte de alimentação. O BMC 3019 pode ser configurado para gerar falhas sempre que detectar leituras incorretas do sistema de monitoramento de saúde. Essas falhas podem ser relatadas ao RTC e registradas em um dispositivo EEPROM integrado. O BMC 3019 pode ser programado por meio de um cabeçalho JTAG 3021 ou por uma interface JTAG para o RTC.

[0087] O módulo RFTH pode ser configurado para se conectar ao painel traseiro do controlador 300 por meio de um conector PCIe. O controle do amplificador de energia 3001 pode ser realizado diretamente através do RTC sobre este conector PCIe. O RTC controla a amplitude de cada canal e, por meio do controle dos DDSs, a frequência e a fase. Os ICs da placa são alimentados por fontes CC-CC do conversor antagônico e reguladores de baixa queda que funcionam com uma fonte mestre de 24 VCC. Em várias modalidades, uma fonte separada de 39 VCC pode ser incluída para fornecer energia ao amplificador de energia. Esta fonte de alimentação separada pode ser ativada e desativada separadamente em várias modalidades. Vários aspectos inovadores dos diferentes componentes, circuitos e/ou subsistemas do módulo RFTH são descritos abaixo em mais detalhes.

AMPLIFICADOR DE ENERGIA

[0088] Várias modalidades do amplificador de energia contempladas neste pedido podem ser capazes de fornecer até 100 W de energia de RF com alta eficiência em uma faixa de frequências de 1,0 MHz a 12,0 MHz. Por exemplo, várias modalidades do amplificador de energia incluído no módulo RFTH podem ser configuradas para fornecer energia de saída de RF em uma faixa entre cerca de 1 W e cerca de 10 W, entre cerca de 5 W e cerca de 15 W, entre cerca de 10 W e cerca de 20 W, entre cerca de 25W e cerca de 35 W, entre cerca de 30 W e cerca de 40 W, entre cerca de 35 W e cerca de 45 W, entre cerca de 40 W e cerca de 50 W, entre cerca de 45 W e cerca de 55 W, entre cerca de 50 W e cerca de 60 W, entre cerca de 55 W e cerca de 65 W, entre cerca de 60 W e cerca de 70 W, entre cerca de 65 W e cerca de 75 W, entre cerca de 70 W e cerca de 80 W, entre cerca de 75 W e cerca de 85 W, entre cerca de 80 W e cerca de 90 W, entre cerca de 85 W e cerca de 95 W, entre cerca de 90 W e cerca de 100 W, ou qualquer energia de saída de RF em qualquer faixa/subfaixa definida por qualquer um destes valores em uma faixa de frequências de 1,0 MHz a 12,0 MHz. Em algumas modalidades, o amplificador de energia pode ser configurado para fornecer energia de saída de RF maior do que cerca de 100 W.

[0089] Várias modalidades do amplificador de energia 3001 incluído no módulo RFTH podem ser configuradas para operação em uma ampla faixa de sintonia de frequência. Por exemplo, várias modalidades do amplificador de energia podem ser configuradas para fornecer até 100 W de energia de saída de RF ao longo de uma faixa de frequência de pelo menos 2 oitavas. Por exemplo, o amplificador de energia pode ser configurado para fornecer energia de saída de RF em qualquer faixa/subfaixa definida por valores entre cerca de 1 W e cerca de 100 W em uma ampla faixa de frequências entre cerca de 1,0 MHz e cerca de 5 MHz, entre cerca de 2,5 MHz (por exemplo, 2,0 MHz, 2,2 MHz, 2,4 MHz, 2,6 MHz, 2,8 MHz, 3,0 MHz) e cerca de 7,5 MHz (por exemplo, 7,0 MHz, 7,2 MHz, 7,4 MHz, 7,6 MHz, 7,8 MHz, 8,0 MHz), entre cerca de 3,0 MHz (por exemplo, 2,5 MHz, 2,7 MHz, 2,9 MHz, 3,1 MHz, 3,3 MHz, 3,5 MHz) e cerca de 9,0 MHz (por exemplo, 8,0 MHz, 8,2 MHz, 8,4 MHz, 8,6 MHz, 8,8 MHz, 9,0 MHz), entre cerca de 3,5 MHz e cerca de 10,5 MHz, entre cerca de 4,0 MHz e cerca de 8,0 MHz, entre cerca de 5,0 MHz e cerca de 10,0 MHz, entre cerca de 4,0 MHz e cerca de 12,0 MHz, entre cerca de 6,0 MHz e cerca de 12,0 MHz, ou qualquer faixa/subfaixa de frequência definida por qualquer um desses valores de frequência. Em várias modalidades, o amplificador de energia pode ser configurado para operar com uma eficiência de pelo menos 75% em diferentes frequências em uma faixa/subfaixa de frequência definida por valores entre cerca de 1,0 MHz e cerca de 12,0 MHz.

[0090] Várias modalidades do amplificador de energia 3001 incluído no módulo RFTH podem ser configuradas para fornecer operação confiável, evitando condições de circuito aberto e curto-circuito. Várias modalidades do amplificador de energia incluído no módulo RFTH podem ser otimizadas para acionar 50  cargas. Várias modalidades do amplificador de energia incluído no módulo RFTH podem ser configuradas para acionar cargas com impedância com uma magnitude entre cerca de 20  e cerca de 200  e uma fase entre cerca de -60 graus e cerca de 60 graus. Por exemplo, várias modalidades do amplificador de energia podem ser configuradas para acionar transdutores com uma impedância na faixa de 20 Ω e 120 Ω e um ângulo de fase entre +45 graus e -45 graus.

TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO DE MATERIAL SEMICONDUTOR (POR EXEMPLO, NITRETO DE GÁLIO)

[0091] É desejável que o amplificador de energia 3001 alcance eficiência de energia maior do que cerca de 75% na faixa de frequências de operação entre 1,0 MHz e 12,0 MHz.

Por conseguinte, várias modalidades do amplificador de energia 3001 podem ter um projeto de modo de comutação.

Os amplificadores de modo de comutação podem ser classificados como dispositivos de ressonância com comutação de tensão zero (por exemplo, Classe E) ou dispositivos sem comutação de tensão zero (por exemplo, Classe D). Muitas modalidades do amplificador de energia 3001 descrito neste pedido que são configuradas para serem operadas em uma faixa de frequência entre 1,0 MHz e 12,0 MHz empregam um projeto de amplificador de modo de comutação não ressonante.

Uma implementação de um amplificador de modo de comutação compreende um circuito de comutação e um filtro passa-baixa.

A saída do amplificador de modo de comutação é uma onda quadrada.

Depois de passar pelo filtro passa-baixa, a onda quadrada se torna mais senoidal conforme os harmônicos acima da frequência de corte do filtro passa-baixa são removidos.

A maioria dos dispositivos convencionais de transistor de efeito de campo (FET) de semicondutor de óxido de metal (MOS) compreendendo silício podem não ser capazes de alcançar eficiência de energia superior a 75% na faixa de frequência de operação desejada entre 1,0 MHz e 12,0 MHz.

No entanto, dispositivos eletrônicos (por exemplo, transistores e/ou FETs) que compreendem transistores de alta eficiência, como materiais semicondutores III-V (por exemplo, semicondutores compostos III-V obtidos pela combinação de elementos do grupo III (por exemplo, Al, Ga, In) com elementos do grupo V (por exemplo, N, P, As, Sb), como Nitreto de Gálio (GaN), Arsenieto de Gálio (GaAs), Antimoneto de Gálio (GaSb), Fosfeto de Índio (InP), Arsenieto de Índio (InAs), Antimoneto de Índio (InSb), Arsenieto de gálio e índio (InGaAs), Antimoneto de alumínio (AlSb), Arsenieto de gálio e alumínio (AlGaAs), nitreto de gálio e alumínio (AlGaN), etc.) têm uma capacitância de saída e um tempo de comutação em uma dada tensão de operação que é cerca de uma ordem de magnitude menor do que a capacitância de saída dos MOSFETs de silício.

Em várias modalidades, os transistores de GaN são descritos, embora em outras modalidades contempladas, qualquer um dentre os transistores de GaN, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs e/ou AlGaN podem ser usados. Em uma modalidade, apenas um semicondutor é usado. Por conseguinte, FETs de GaN são capazes de alcançar eficiência energética maior do que cerca de 75% em uma faixa de frequência entre cerca de 1,0 MHz e 12,0 MHz. FETs de GaN compreendem uma fina camada de GaN cultivada em uma pastilha de silício. Os FETs de GaN podem ter várias vantagens, incluindo, mas não se limitando a (i) alta rigidez dielétrica que pode ser atribuída ao fato de o GaN ser um semicondutor de banda larga; (ii) alta temperatura de operação que pode ser atribuída ao fato de o GaN ser um semicondutor de banda larga e/ou ter uma barreira de alto potencial; (iii) alta densidade de corrente que pode ser atribuída à alta mobilidade de elétrons; (iv) comutação de alta velocidade, que pode ser atribuída à alta velocidade de saturação do campo elétrico e alta mobilidade de elétrons; (v) baixa resistência em comparação com dispositivos convencionais de silício (Si), o que pode ser atribuído à alta mobilidade de elétrons; e (vi) baixa capacitância de saída em comparação com dispositivos convencionais de Si, que também pode ser atribuída à alta mobilidade de elétrons. Por exemplo, FETs feitos de GaN podem exibir capacitância de entrada e saída cerca de dez (10) vezes menor para a mesma capacidade de manuseio de corrente que FETs de silício. Esse recurso pode permitir que os FETs de GaN operem com eficiência em frequências muito mais altas do que os FETs de silício. Assim, FETs de GaN podem ser capazes de alcançar eficiências de energia maiores do que cerca de 75% em um amplificador de RF de modo de comutação ao longo de uma faixa de frequência de operação desejada entre 1,0 MHz e 12,0 MHz.

TRANSFORMADOR DE LINHA DE TRANSMISSÃO

[0092] FETs de GaN podem ter uma baixa impedância de saída (por exemplo, menos de 100𝑚Ω). O módulo RFTH que compreende os FETs de GaN é configurado para acionar um ou mais transdutores de ultrassom que apresentam uma impedância com uma magnitude entre 20 Ω e 200 Ω (por exemplo, impedância de 50 Ω) para o módulo RFTH. Em várias modalidades do módulo RFTH, um transformador de linha de transmissão é usado para combinar a impedância de entrada do FET de GaN com a impedância apresentada por os um ou mais transdutores de ultrassom. A Figura 4 representa uma implementação de um transformador de linha de transmissão que pode ser usado para combinar a impedância do FET de GaN com a impedância apresentada por os um ou mais transdutores de ultrassom. A implementação do transformador de linha de transmissão mostrado na Figura 4 é uma linha de transmissão do tipo Guanella com uma relação de impedância de 4:1. O transformador da linha de transmissão compreende um conjunto de indutores de modo comum 4001a, 4001b, 4001c e 4001d que são conectados em paralelo no lado de baixa impedância (por exemplo, o lado voltado para o dispositivo FET de GaN 4005) e em série no lado de alta impedância (por exemplo, o lado voltado para a carga 4003). Os indutores de modo comum 4001a a 4001d podem compreender fios enrolados em um núcleo de ferrita. Uma corrente positiva 2I que flui para fora do amplificador de energia 3001 tendo uma tensão de saída V g se ramifica em uma corrente I através do indutor de modo comum 4001d e uma corrente I através do indutor de modo comum 4001b. Os indutores de modo comum são configurados para permitir a passagem apenas de sinais diferenciais. Consequentemente, a corrente positiva no indutor de modo comum 4001b cria uma corrente negativa –I no indutor de modo comum 4001a que retorna a corrente no indutor de modo comum 4001d. Como uma corrente 2I flui para o lado esquerdo do transformador da linha de transmissão e uma corrente I flui através da carga 4003, por conservação de energia, a tensão através da carga 4003 deve ser 2Vg. Este é o princípio básico de operação do transformador da linha de transmissão Guanella.

[0093] A implementação do transformador de linha de transmissão Guanella representado na Figura 4 fornece uma relação de espiras de 2:1 que resulta em uma relação de impedância de 4:1. Uma relação de impedância mais alta pode ser obtida adicionando mais indutâncias de modo comum em paralelo no lado esquerdo e em série à direita. Além disso, não há necessidade de que os indutores de modo comum estejam em núcleos diferentes. Contanto que a devida atenção seja dada à direção do enrolamento para garantir que os campos magnéticos de modo comum de diferentes pares de enrolamento não sejam cancelados, os enrolamentos podem ser todos enrolados no mesmo núcleo. Várias modalidades do amplificador de energia 3001 compreendem um transformador de linha de transmissão Guanella com três (3) pares de enrolamentos em um único núcleo de ferrita Amidon FT-87A-

43. Os três (3) pares de enrolamentos podem compreender enrolamentos bifilares que podem minimizar ou reduzir os parasitas de forma vantajosa. Além disso, cada par de enrolamentos bifilares pode apresentar uma grande impedância de modo comum e uma pequena impedância de modo diferencial. Tal modalidade do transformador de linha de transmissão Guanella pode fornecer uma relação de impedância de 9:1 que transforma a impedância de saída de 50 Ω em uma impedância de 5,6 Ω nos transistores. Ao transformar a impedância de carga nominal de 50 Ω para 5,6 Ω no lado voltado para o FET de GaN, a modalidade do transformador de linha de transmissão Guanella pode fornecer uma carga que os FETs de GaN podem acionar de forma mais eficiente do que poderiam acionar uma carga de 50 Ω diretamente. Isso pode ser atribuído ao aumento quadrático nas perdas de carga da capacitância de saída experimentadas com os aumentos de tensão. Além disso, ao aumentar a tensão de saída, a modalidade do transformador de linha de transmissão Guanella pode permitir que grandes tensões de saída superiores a 200 Vpp sejam geradas a partir de uma fonte de baixa tensão (por exemplo, nominalmente 39 VCC).

[0094] Além disso, ao fornecer conversão balanceada para não balanceada, o transformador de linha de transmissão Guanella pode permitir que um acionador de ponte H balanceada seja usado para acionar o transdutor de ultrassom com um sinal referenciado de terra. O projeto de ponte H balanceada fornece uma duplicação efetiva da tensão da unidade e elimina harmônicos de ordem uniforme da forma de onda de saída devido à simetria esquerda-direita da ponte. O projeto do acionador de ponte H balanceada é discutido em detalhes abaixo.

ACIONADOR DE PONTE H

[0095] Várias modalidades do amplificador de energia 3001 que compreendem FETs de GaN podem ser acionadas por um acionador de ponte H. A topologia de projeto de ponte H é ilustrada na Figura 5A. A ponte H opera colocando uma carga 5003 no ponto médio entre um primeiro par de FETs 5001a e 5001b e um segundo par de FETs 5001c e 5001d. FETs diagonalmente opostos (por exemplo, 5001a e 5001d ou 5001b e 5001c) na ponte são configurados para comutar para o mesmo estado. Em uma primeira configuração de comutação, os FETs 5001a e 5001d são configurados para estar em uma configuração fechada, enquanto os FETs 5001b e 5001c são configurados para estar em uma configuração aberta, como mostrado na Figura 3B. Na primeira configuração de comutação, a corrente é acionada através da carga 5003 da esquerda para a direita. Na segunda configuração de comutação, os FETs 5001b e 5001c são configurados para estar em uma configuração fechada, enquanto os FETs 5001a e 5001d são configurados para estar em uma configuração aberta, como mostrado na Figura 3C. Na segunda configuração de comutação, a corrente é acionada através da carga 5003 da direita para a esquerda. Devido à simetria esquerda- direita do projeto da ponte H, a parte negativa do sinal pode ter substancialmente a mesma forma que a parte positiva do sinal. Esta propriedade pode suprimir vantajosamente os harmônicos de ordem par no sinal, deixando apenas os harmônicos de ordem ímpar.

[0096] O projeto do acionador de ponte H é otimizado para atingir uma eficiência energética média maior do que cerca de 75% em uma faixa de frequências entre cerca de 1,0 MHz a 12,0 MHz. Por exemplo, a eficiência energética média alcançada por várias modalidades do amplificador de energia 3001 que compreendem um FET de GaN pode ser maior do que cerca de 80%, maior do que cerca de 85%, maior do que cerca de 90%, maior do que cerca de 95% e/ou menor do que cerca de 100% em uma faixa de frequências entre cerca de 1,0 MHz a 12,0 MHz. O projeto de ponte H otimizado pode ser configurado para atingir uma eficiência de energia de pico maior do que cerca de 85% em uma faixa de frequências entre cerca de 1,0 MHz a 12,0 MHz. Por exemplo, a eficiência energética média alcançada por várias modalidades do amplificador de energia 3001 que compreendem FET de GaN pode ser maior do que cerca de 90%, maior do que cerca de 95% e/ou menor do que cerca de 100% em uma faixa de frequências entre cerca de 1,0 MHz a 12,0 MHz.

[0097] Um requisito funcional do sistema de terapia de ultrassom 20 descrito neste documento é produzir um sinal de saída que é instantaneamente de banda estreita, mas que pode operar em qualquer frequência dentro de uma ampla faixa que abrange pelo menos 2 oitavas (por exemplo, abrangendo pelo menos 3 a 4 oitavas). Por exemplo, o sistema de terapia de ultrassom 20 descrito neste documento pode ser configurado para produzir um sinal de saída em uma frequência fundamental f0 tendo um valor na faixa de frequência entre 1,0 MHz e 12,0 MHz e tendo uma largura de banda (por exemplo, largura de banda de 3-dB) do sinal de saída. Sem depender de nenhuma teoria particular, a saída do acionador de ponte H é uma onda quadrada filtrada que inclui um componente de sinal na frequência fundamental f0 e componentes em harmônicos de ordem superior. Os harmônicos de ordem superior podem distorcer a saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001 e/ou também afetar a precisão da medição da energia de RF do sinal de RF de saída. Além disso, se os um ou mais transdutores de ultrassom foram acionados com um sinal contendo harmônicos, então a emissão acústica também pode conter os harmônicos. Devido à dependência da frequência de absorção de ultrassom no tecido, isso pode resultar em aquecimento próximo ao foco pretendido, podendo representar um risco para o paciente. Além disso, harmônicos em frequências superiores a 30 MHz podem representar um risco de geração de emissões irradiadas além dos limites prescritos pela segurança básica e desempenho de equipamentos médicos.

[0098] Consequentemente, é desejável reduzir a amplitude de harmônicos de ordem superior na saída do sinal do acionador da ponte H abaixo de um valor limiar. Uma abordagem para reduzir a amplitude de harmônicos de ordem superior na saída do sinal do acionador da ponte H pode incluir o fornecimento de um filtro passa-baixa para remover harmônicos de ordem superior. No entanto, fornecer um filtro passa-baixa que filtra os harmônicos de ordem superior para valores mais baixos de frequência f0 (por exemplo, entre 1,0 MHz e cerca de 6,0 MHz) pode resultar na redução da amplitude do sinal de RF de saída com uma frequência fundamental f0 maior do que a frequência de corte do filtro passa-baixa. Por conseguinte, para permitir a operação eficiente do amplificador de energia 3001 em toda a faixa de frequência de 1,0 MHz a 12,0 MHz, a frequência de corte do filtro passa-baixa deve ser maior do que cerca de 12,0 MHz, como, por exemplo, 16,0 MHz. No entanto, um filtro passa-baixa com uma frequência de corte superior a cerca de 12,0 MHz não é capaz de atenuar a amplitude de harmônicos de ordem superior para valores mais baixos de frequência f0 (por exemplo, entre 1,0 MHz e cerca de 6,0 MHz). Por conseguinte, quando o amplificador de energia 3001 está configurado para operar a uma frequência fundamental f0 tendo um valor entre cerca de 1,0 MHz e cerca de 6,0 MHz, múltiplos harmônicas de ordem superior podem estar presentes na banda passante.

[0099] Conforme discutido acima, o projeto da ponte H emprega formas de onda que são simétricas sob inversão - em que a parte negativa da forma de onda se parece com a parte positiva da forma de onda - para eliminar harmônicos de ordem par mais alta (por exemplo, sinais em 2 f0, 4 f0, 6 f0 ou outros harmônicos superiores de ordem par). Para suprimir os harmônicos de ordem ímpar mais altos (por exemplo, sinais em 3f0, 5f0, 7f0, ou outros harmônicos de ordem ímpar mais altos), o projeto de ponte H usa um esquema de sinal de unidade exclusivo no qual o ciclo de trabalho da parte positiva da forma de onda e da parte negativa da forma de onda é selecionado para suprimir harmônicos de ordem ímpar mais altos.

A Figura 6 mostra um sinal de acionamento gerado pela ponte H quando o ciclo de trabalho da parte positiva da forma de onda e da parte negativa da forma de onda é definido como 0,3. A Figura 7 mostra a variação da amplitude de harmônicos superiores de ordem ímpar para diferentes ciclos de trabalho da parte positiva da forma de onda e da parte negativa da forma de onda.

Na Figura 7, é perceptível que a energia fundamental aumenta com o aumento do ciclo de trabalho, atingindo seu valor de pico em um ciclo de trabalho de 50%. Consequentemente, o ciclo de serviço pode ser usado para modular a energia de saída na frequência fundamental.

É ainda observado na Figura 7 que diferentes harmônicos atingem seu valor mínimo em diferentes valores de ciclo de trabalho.

Consequentemente, se a supressão de um harmônico particular for desejada, há um ou mais valores de ciclo de trabalho para os quais aquele harmônico é fortemente suprimido.

Além disso, a um ciclo de trabalho de 0,333, tanto o 3º e 9º harmônicos são suprimidos.

Isso é útil, uma vez que o 3º harmônico é o harmônico de frequência mais baixa diferente de zero e, portanto, é provável que seja menos suprimido pelo filtro passa-baixa.

Consequentemente, a seleção de um ciclo de trabalho de cerca de 0,3 pode vantajosamente suprimir o harmônico de 3ª ordem no sinal do acionador.

Sem qualquer perda de generalidade, o ciclo de trabalho das partes positivas e negativas da forma de onda é selecionado para ter o mesmo valor para suprimir harmônicos de ordem par.

É ainda observado na Figura 7 que o teor de harmônicos total mínimo ocorre em um ciclo de trabalho de 0,386. Além de controlar o ciclo de trabalho da parte positiva da forma de onda e da parte negativa da saída da forma de onda da ponte H para suprimir harmônicos de ordem ímpar mais altos, um filtro passa-baixa tendo uma frequência de corte maior ou igual até cerca de 80% da frequência máxima de operação do amplificador de energia pode ser fornecido para suprimir harmônicos de ordem ímpar mais elevados. Por exemplo, em várias modalidades do sistema de terapia de ultrassom que está configurado para operar em uma frequência mais alta de cerca de 12,0 MHz, um filtro passa-baixa que tem uma frequência de corte maior ou igual a cerca de 12,0 MHz (por exemplo, entre cerca de 10 MHz e cerca de 16,0 MHz) pode ser empregado para remover harmônicos de ordem ímpar mais altos com uma frequência maior do que a frequência de corte.

[0100] Uma implementação de um sistema de terapia de ultrassom configurado para operar em uma faixa de frequência de cerca de 1,0 MHz a cerca de 12,0 Mhz é considerada. Além disso, é considerado que os FETs de GaN no amplificador de energia incluídos em tal implementação de um sistema de terapia de ultrassom são acionados por um acionador de ponte H no qual o ciclo de trabalho da parte positiva da forma de onda e da parte negativa da forma de onda é selecionado para suprimir o harmônico de 3ª ordem (por exemplo, ciclo de serviço de cerca de 0,33). Além disso, é considerado que o amplificador de energia compreende um filtro passa-baixa (por exemplo, um Filtro Chebyshev de 5ª ordem com uma ondulação de 0,1 dB) com uma frequência de corte de cerca de 16 MHz. As Figuras 8A a 8D mostram a saída do sinal de tal implementação do amplificador de energia a 2,0 MHz, 4,0 MHz, 7,0 MHz e 12,0 MHz. Nas Figuras 8A a 8D, os números de referência 8001a, 8003a, 8005a e 8007a se referem ao sinal de saída antes do filtro passa-baixa e os números de referência 8001b, 8003b, 8005b e 8007b se referem ao sinal de saída após o filtro passa-baixa. É notado que o sinal de saída após o filtro passa-baixa na Figura 8A é distorcido de uma forma senoidal, indicando que o filtro passa-baixa permite alguns harmônicos de ordem ímpar mais alta na banda passante a uma frequência de 2,0 MHz. A contribuição do harmônico de ordem ímpar mais alta é significativamente reduzida a uma frequência de 4,0 MHz, conforme observado na saída do sinal quase senoidal após o filtro passa-baixa na Figura 8B. Em uma frequência de 7,0 MHz e 12,0 MHz, os harmônicos de ordem ímpar mais altos são quase eliminados, conforme observado na natureza senoidal da saída do sinal após o filtro passa-baixa.

[0101] Por conseguinte, várias modalidades do acionador de ponte H configurados para acionar os FETs de GaN do amplificador de energia 3001 são configurados para serem operados em um ciclo de trabalho que suprime harmônicos de 3ª ordem e tem um filtro passa- baixa que tem uma frequência de corte projetada para suprimir harmônicos de ordem ímpar mais altos tendo uma frequência maior do que cerca de 12,0 MHz.

[0102] O sinal de unidade da ponte H é gerado a partir da comparação analógica entre um sinal CC definido por um conversor digital para analógico (DAC) e um par de sinal de onda senoidal fora de fase de um estágio de saída diferencial balanceado de um sintetizador digital direto (DDS). A Figura 9 mostra um esquema simplificado de um circuito comparador usado para gerar as duas formas de onda de acionamento. Na Figura 9, a bateria 9001 representa a alimentação de tensão de CC e o transformador 9003 fornece o sinal balanceado.

[0103] A Figura 10 mostra graficamente os sinais de acionamento da ponte H traçados no mesmo gráfico com a forma de onda 10001a representando a forma de onda produzida pela onda senoidal em fase e 10001b representando a forma de onda produzida pela onda senoidal fora de fase. Os dois sinais de acionamento representados pelas formas de onda 10001a e 10001b estão atrasados em 180 graus.

[0104] Uma vantagem do projeto de ponte H representado pelo circuito da Figura 9 é que ele pode fornecer um mecanismo conveniente para modular o ciclo de trabalho de acionamento da porta alterando o valor do sinal CC que corresponde à saída da bateria 9001. No módulo RFTH, este sinal CC é controlado por um DAC de 12 bits e pode modular o ciclo de trabalho de 0% a 50%. Conforme discutido acima, o controle do ciclo de trabalho fornece uma série de vantagens, incluindo, mas não se limitando a, ajustar o nível de energia da frequência fundamental e suprimir a amplitude de harmônicos de ordem superior. Além disso, definir o ciclo de trabalho da unidade de porta para 0% ou 100% pode fornecer um método conveniente para evitar o desligamento dos FETs da ponte H durante um TCP para medir a sensibilidade VSWR. Além disso, definir o ciclo de trabalho do porta para 0% ou 100% pode fornecer um mecanismo para desabilitar canais não usados durante o teste.

CIRCUITO DE PROTEÇÃO

[0105] A Figura 11A ilustra um diagrama de circuito simplificado de um amplificador de energia de modo de comutação 3001 que compreende uma ponte H formada por quatro (4) FETs de GaN 11001a, 11001b, 11001c e 11001d acionando o lado balanceado de um transformador de linha de transmissão Guanella 1:9 11003. Os FETs de GaN podem estar sujeitos a danos de picos indutivos devido às suas camadas de isolamento do canal de porta relativamente delicadas e ao pequeno intervalo da tensão de ruptura. Consequentemente, um circuito de proteção incluindo um diodo Zener paralelo de 5,6 V 11005 e um diodo Schottky rápido 11007 nos portões FET de lado alto da ponte H 11001c e 11001d pode garantir que a tensão de ativação de limiar V𝐺𝑆 não exceda 5,6 V no lado positivo e que a porta não vá mais do que 0,3 V abaixo da fonte no lado negativo. Uma implementação de tal circuito de proteção é mostrada na Figura 11B. Tal circuito de proteção pode proteger FETs de GaN contra picos indutivos e surtos de curto-circuito (ou descargas) superiores a 20 A podem ser tolerados por mais de 1 ms (por exemplo, 2 ms, 5 ms, 10 ms ou mais). Por exemplo, o diodo Schottky 11007 pode garantir que, no caso de um pico indutivo que gere um VGS negativo, a tensão da porta permaneça limitada à tensão de fonte. Em algumas modalidades, sem a presença do diodo Schottky 11007, surtos de corrente superiores a 8A (como podem ser encontrados em um evento de curto-circuito) podem fazer com que os FETs de GaN falhem.

CONTROLE DE AMPLITUDE

[0106] Várias modalidades do amplificador de energia 3001 podem compreender um conversor antagônico controlado por tensão para fornecer controle de amplitude. Uma implementação de um conversor antagônico controlado por tensão é mostrada na Figura 11C. O conversor antagônico controlado por tensão também pode ser referido como um conversor antagônico controlado por realimentação. A amplitude pode ser controlada pela injeção de corrente em um nó de soma do conversor antagônico controlado por tensão que transmite uma modulação gradual e/ou de largura de banda baixa (por exemplo, menor ou igual a cerca de 3 kHz) na saída do conversor antagônico controlado por tensão. Em uma modalidade, um sistema implantado usa mudanças de amplitude distintas. Em uma modalidade, as mudanças de amplitude distintas são importantes para controlar a energia para quaisquer cenários de modo de imagem de modo de terapia. A saída modulada de largura de banda baixa do conversor antagônico controlado por tensão é fornecida à ponte H, o que faz com que a saída de energia de RF do amplificador de energia tenha uma modulação de largura de banda baixa. Sem qualquer perda de generalidade, a saída modulada de baixa largura de banda do conversor antagônico controlado por tensão pode alterar a tensão de acionamento fornecida aos FETs, que podem alterar a tensão aplicada à carga quando os FETs do lado alto estão ligados. Isso é descrito em mais detalhes abaixo.

[0107] Em uma modalidade, a saída da ponte H é modulada pela alteração da tensão fornecida no dreno dos FETs do lado alto, que é entregue à carga quando os FETs do lado alto estão ativados. Em uma modalidade, a saída da ponte H é modulada pela alteração da tensão fornecida no dreno dos FETs do lado alto que é entregue à carga quando os FETs do lado alto são fechados. Em algumas modalidades, esta tensão é gerada como a saída de um conversor antagônico CC-CC redutor capaz de reduzir de forma eficiente a tensão de uma fonte de alta tensão. A tensão de saída de um conversor antagônico é controlada pelo ciclo de trabalho e frequência dos eventos de comutação. Algumas modalidades do circuito do conversor antagônico básico incluem um circuito de realimentação no qual a saída é medida e comparada com um valor limiar. Se a saída cair abaixo do limiar, o conversor antagônico modifica seu comportamento de comutação para fornecer mais energia à carga. Em algumas modalidades de amplificadores de energia usando conversores antagônicos para definir a amplitude de saída, a saída do conversor antagônico é controlada pela injeção de uma corrente na entrada de soma do circuito de realimentação. À medida que mais corrente é fornecida ao nó somador, menos corrente é fornecida pela saída do conversor antagônico, o que faz com que a tensão de saída caia. Inversamente, à medida que menos corrente é fornecida ao nó de soma, mais corrente é fornecida pela saída do conversor antagônico, o que faz com que a tensão de saída aumente. A tensão na saída do conversor antagônico pode aumentar até que a tensão no nó somador exceda o limiar.

SISTEMA DE MEDIÇÃO DE ENERGIA

[0108] Como discutido acima, várias modalidades do módulo RFTH descritas neste documento compreendem um sistema de medição de energia 3007 que está configurado para monitorar a saída de energia elétrica do amplificador de energia 3001 para um ou mais transdutores de ultrassom. Em várias modalidades, o sistema de medição de energia 3007 pode ser configurado para medir a energia do sinal de saída de RF do amplificador de energia em diferentes subsistemas de acionamento 3000 do módulo RFTH. Além disso, o sistema de medição de energia 3007 também pode ser configurado para medir a fase relativa entre a saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001 de diferentes subsistemas de acionamento 3000.

[0109] O sistema de medição de energia 3007 pode ser implementado como um projeto de placa de circuito impresso de alta densidade (PCB). O projeto de PCB pode ser configurado para ter um tamanho pequeno e/ou baixa dissipação térmica. Várias modalidades do sistema de medição de energia 3007 podem ser configuradas para medir a saída de energia do sinal de RF do amplificador de energia 3001 entregue a uma ampla faixa de impedância de carga Z tendo uma magnitude |Z| entre 20 Ω e 200 Ω e um ângulo de fase ∠𝑍 entre -60° e 60°. Por exemplo, várias modalidades do sistema de medição de energia 3007 podem ser configuradas para medir a saída de energia do sinal de RF do amplificador de energia 3001 entregue a uma ampla faixa de impedância de carga Z tendo uma magnitude |Z| entre 20 Ω e 120 Ω e uma fase ∠𝑍 entre +45 graus e -45 graus. Várias modalidades do sistema de medição de energia 3007 podem ser configuradas para medir a energia da saída do sinal de RF do amplificador de energia em diferentes subsistemas de acionamento 3000 com uma precisão de cerca de ±0,5 dB. Várias modalidades do sistema de medição de energia 3007 podem ser configuradas para medir a energia do sinal de saída de RF do amplificador de energia em diferentes subsistemas de acionamento 3000 com uma precisão de cerca de ±0,5 dB, mesmo na presença de contribuição significativa para a energia do sinal de RF de harmônicos de ordem superior. Várias modalidades do sistema de medição de energia 3007 podem ser configuradas para operar em uma ampla faixa de frequência. Por exemplo, o sistema de medição de energia 3007 pode ser configurado para operar pelo menos na mesma faixa de frequência que o amplificador de energia 3001. Por exemplo, o sistema de medição de energia 3007 pode ser configurado para operar em uma ampla faixa de frequências entre cerca de 1,0 MHz e cerca de 12,0 MHz.

[0110] Várias modalidades do sistema de medição de energia 3007 podem compreender componentes de detecção de tensão e detecção de corrente resistiva. Por exemplo, várias modalidades do sistema de medição de energia 3007 podem empregar transformadores de pequeno sinal para rejeição de modo comum. O uso de componentes de detecção de tensão e detecção de corrente resistiva pode ter várias vantagens em comparação com dispositivos magnéticos (por exemplo, acopladores direcionais de RF, circuladores de RF e outros dispositivos magnéticos) mais comumente usados para monitorar a energia de RF, incluindo, mas não se limitando a tamanho de circuito menor, custo mais baixo, menor dissipação térmica e/ou melhor imunidade a interferências.

[0111] Embora os efeitos da reatância parasitária possam ser significativos de detecção de tensão e de detecção de corrente resistiva, a maioria dos efeitos de reatância parasita podem ser calibrados e removidos das medições. O sistema de medição de energia 3007 pode compreender um esquema de medição diferencial que compreende transformadores de RF de pequeno sinal de banda larga, como mostrado na Figura 12. O esquema de medição diferencial pode remover o grande componente de modo comum de um sinal e pode isolar vantajosamente o circuito de medição do resistor de detecção de corrente 12001. O esquema de medição diferencial pode fornecer imunidade contra o surgimento de interferências do acoplamento capacitivo e magnético entre os componentes do sistema de medição de energia 3007 e os componentes do amplificador de energia 3001. Em particular, os campos magnéticos irradiados do transformador de energia e a capacitância e indutância mútua parasitária no PCB podem se acoplar às entradas do amplificador. Essa interferência é de modo comum e irá gerar acoplamentos quase idênticos nas duas entradas do amplificador diferencial. Por conseguinte, o emprego de um amplificador diferencial pode subtrair/remover vantajosamente os acoplamentos de modo comum nas duas entradas do amplificador diferencial enquanto aumenta a corrente diferencial ou o sinal de tensão.

[0112] O sistema de medição de energia 3007 compreende um demodulador IQ heteródino (por exemplo, demodulador AD8333 da Analog Devices). Em várias modalidades do módulo RFTH, cada subsistema de acionamento 3000 pode compreender um demodulador IQ heteródino configurado para aceitar formas de onda de corrente e tensão amostradas de uma porção da saída do sinal de RF do amplificador de energia incluído naquele subsistema de acionamento 3000.

[0113] A Figura 13 mostra uma implementação do sistema de medição de energia 3007. Como mostrado na Figura 13, parte da saída do amplificador de energia 3001 é medida por componentes de detecção de tensão e detecção de corrente resistiva dispostos em um esquema de medição diferencial mostrado no bloco 13003. A saída dos componentes de detecção de tensão e detecção de corrente resistiva no bloco 13003 é fornecida a um demodulador IQ heteródino 13000. O demodulador IQ heteródino 13000 compreende um relógio de oscilador local (LO) 13001; elementos demoduladores de corrente 13005a e 13005b; elementos demoduladores de tensão 13005c e 13005d; elementos de filtragem 13007a, 13007b, 13007c e 13007d; e conversores analógico para digital (ADCs) 13009a, 13009b, 13009c e 13009d. O demodulador IQ heteródino 13000 está configurado para operar em frequências arbitrárias.

[0114] O demodulador IQ heteródino 13000 pode fornecer medições de magnitude e fase da saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001. O demodulador IQ heteródino 13000 pode ser configurado para fazer medições na banda base, onde as medições podem ser imunes a interferências. O demodulador IQ heteródino 13000 pode compreender ADCs de alta profundidade de bits e taxa de amostragem lenta que podem potencialmente reduzir custos, aumentar a precisão e permitir a multiplexação de diferentes canais de RF. Os filtros passa-baixa do demodulador IQ 13000 podem permitir a filtragem de banda estreita que pode ser independente da frequência do sinal de RF, que pode abranger uma ampla faixa de frequência.

[0115] A Figura 14 mostra um diagrama de blocos do demodulador AD8333 IQ de ANALOG DEVICES. O demodulador IQ 13000 é configurado para misturar as formas de onda de corrente e tensão amostradas até a banda base para que possam ser digitalizadas com um conversor analógico-digital de alta resolução (por exemplo, ADCs 13009a a 13009d). O demodulador IQ pode ser configurado para demodular o sinal de entrada de uma maneira sensível à fase, de modo que a fase do sinal de RF em relação a um relógio de referência possa ser reproduzida fielmente como a fase de um sinal analítico cujos componentes reais e imaginários são as duas saídas do demodulador IQ no limite da banda estreita.

[0116] O demodulador IQ 13000 é um dispositivo de dois canais que aceita dois sinais de RF de entrada e uma entrada do relógio do oscilador local (LO) 13001. Para demodulação em banda base, o LO 13001 está em uma frequência quatro (4) vezes maior que os sinais de RF. Por exemplo, se o amplificador de energia 3001 estiver funcionando em uma frequência 𝑓0 tendo um valor entre 1,0 MHz e 12,0 MHz, então a frequência do LO 13001 está em 4𝑓0 .

[0117] O demodulador IQ 13000 usa a entrada do relógio de LO 13001 para gerar dois relógios de LO internos funcionando em 𝑓0 . O primeiro relógio interno pode ser referido como o relógio I e o segundo relógio interno pode ser referido como o relógio Q. Em uma implementação, os dois relógios de LO internos podem ser obtidos digitalizando o relógio de LO e usando-o para executar dois circuitos lógicos divididos por quatro, cada um dos quais dispara a cada quarta borda ascendente do relógio de LO de entrada, mas com o relógio Q atrasado por um ciclo do relógio de LO de entrada em relação ao relógio I.

[0118] A Figura 15 mostra os dois relógios internos gerados por uma implementação do demodulador 13000. Na Figura 15, a forma de onda 15001 mostra a saída de sinal do amplificador de energia 3001, a forma de onda 15003 mostra a saída do relógio de LO 13001, a forma de onda 15005 mostra o relógio I e a forma de onda 15007 mostra o relógio Q. O relógio I e os relógios Q podem ser usados para demodular e reconstruir a saída do sinal do amplificador de energia 13000, conforme discutido abaixo.

[0119] O demodulador funciona fazendo com que os relógios I e Q controlem o fato de o amplificador de energia 3001 que amplifica o sinal de RF estar invertendo ou não. Esta operação é equivalente a multiplicar a saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001 por uma onda quadrada com um valor máximo de 1 e um valor mínimo de -1, como mostrado na Figura 16.

[0120] Esta operação produz dois sinais de saída, um para o relógio I e outro para o relógio Q. Para um sinal senoidal que está em fase com o relógio I, a mistura com o relógio I produz um sinal com valor médio positivo. A mistura com o relógio Q, por outro lado, produz um sinal com valor médio zero. A Figura 17 mostra a demodulação I e Q de um sinal senoidal. Na Figura 17, o sinal 17001 é a saída de um sinal senoidal misturado com o relógio I e 17003 é a saída de um sinal senoidal misturado com o relógio Q.

[0121] Os valores médios dos sinais mistos são apenas seus valores de banda base e podem ser extraídos por filtragem passa- baixa. Para o caso de um sinal de banda estreita como uma onda senoidal, a saída I e Q são as partes reais e imaginárias de um sinal analítico cuja fase

𝑄 𝜙 = arctan é a diferença de fase entre o sinal de entrada de RF e o oscilador

𝐼 local e sua magnitude √𝐼 2 + 𝑄2 é proporcional à amplitude do sinal de RF.

[0122] O demodulador IQ emprega um esquema de cancelamento de harmônicos de deslocamento de fase que permite a medição de magnitude e fase do componente de frequência fundamental na presença de harmônicos de ordem superior. No esquema de cancelamento de harmônico de deslocamento de fase, o relógio de LO heteródino 13001 é deslocado de fase distintamente em relação à saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001 para produzir um conjunto de amostras IQ dependentes de fase LO. As amostras são reconstruídas em energia fundamental e de harmônico usando inversão linear. Isso é descrito em mais detalhes abaixo.

[0123] Conforme discutido acima, o amplificador de energia 3001 está configurado para operar em uma ampla faixa de frequência que abrange pelo menos duas (2) oitavas. Por exemplo, como discutido acima, o amplificador de energia 3001 está configurado para operar em uma ampla faixa de frequência de cerca de 1,0 MHz a cerca de 12,0 MHz. Para permitir a operação de banda larga do amplificador de energia 3001, o filtro passa-baixa pode ter uma frequência de corte maior ou igual a cerca de 16 MHz. Consequentemente, harmônicos de ordem superior de frequências operacionais mais baixas (por exemplo, frequências operacionais entre cerca de 1,0 MHz e cerca de 6 MHz) estarão na banda de passagem do filtro passa- baixa e, portanto, não podem ser filtrados sem afetar a largura de banda de frequência do amplificador de energia 3001. Como exemplo disso, a Figura 18A mostra o osciloscópio da saída do amplificador de energia 3001 em uma carga de 10 a 100 ohm (por exemplo, 25 ohm, 50 ohm, 75 ohm) que opera a uma frequência operacional de cerca de 1,0 MHz, e a Figura 18B mostra o rastreamento de escopo da saída do amplificador de energia 3001 em uma carga de 50 ohms que opera a uma frequência operacional de cerca de 12,0 MHz. Os traços 18001a e 18001b mostram a forma de onda de saída nas duas frequências operacionais, respectivamente. Em 12,0 MHz, todos os harmônicos de ordem superior acima da frequência de corte (por exemplo, 16 MHz) do filtro passa-baixa e, portanto, a forma de onda de saída, é uma senoide limpa. No entanto, a 1,0 MHz alguns dos harmônicos estão na banda passante e, portanto, a forma de onda não é senoidal. A presença de harmônicos de ordem superior pode afetar a precisão com a qual a amplitude e a fase do sinal de RF de saída são medidas conforme discutido em detalhes abaixo.

[0124] Devido à presença de harmônicos, a saída do amplificador de energia 3001 não pode ser considerada de banda estreita. Em vez disso, a saída do amplificador de energia 3001 é composta por uma soma de vários sinais de banda estreita com frequências centradas nos harmônicos n×ω0, onde n é um número inteiro e ω0 é a frequência fundamental.

[0125] Por conseguinte, o sinal de RF na saída do amplificador de energia 3001 pode ser descrito como uma decomposição de Fourier conforme dado pela equação (1) abaixo:

[0126] onde An e Bn são os componentes em fase e em quadratura de cada um dos harmônicos do sinal.

[0127] Como será discutido em detalhes abaixo, o circuito de garantia de energia que é configurado para medir a amplitude e a fase da saída do sinal de RF do amplificador de energia compreende um demodulador IQ. Sem depender de qualquer teoria particular, a ação do demodulador IQ pode ser pensada como a multiplicação da saída de RF do amplificador de energia 3001 por uma onda quadrada seguida por filtragem passa-baixa. Uma onda quadrada compreende um componente de sinal em uma frequência fundamental e componentes de sinal em harmônicos da frequência fundamental e pode ser descrita como uma decomposição de Fourier dada pela equação (2) abaixo:

[0128] Sempre que a saída de RF do amplificador de energia 3001 e o sinal de onda quadrada tiverem um componente harmônico, a multiplicação irá misturar o componente harmônico à banda base, ou seja, a diferença de frequência será 0Hz. A Figura 19 mostra a magnitude da transformada rápida de Fourier (FFT) de um sinal de RF na extremidade de baixa frequência da banda passante (normalizada para uma frequência fundamental de 1 MHz) e a magnitude da transformada rápida de Fourier (FFT) de uma onda quadrada. Na Figura 19, a forma de onda 19001 mostra a FFT de um sinal de RF e a forma de onda 19003 mostra a FFT de uma onda quadrada. É observado na Figura 19 que os harmônicos fundamental, quinto e sétimo do sinal de RF estão presentes. A onda quadrada tem componentes significativos em todos os harmônicos de ordem ímpar. Os harmônicos nos quais a onda quadrada e o sinal de RF têm magnitude diferente de zero do FFT contribuirão para o sinal de banda base medido.

[0129] O demodulador IQ do circuito de garantia de energia pode ser considerado como tendo osciladores locais I e Q. A saída dos osciladores locais I e Q pode ser considerada como ondas quadradas. Consequentemente, a saída dos osciladores locais I e Q pode ser decomposta de Fourier conforme apresentado nas equações (3a) e (3b).

[0130] onde a equação para q(t) é obtida 𝟏 deslocando i(t) por um quarto de ciclo, ou seja, substituindo t por 𝒕 − 𝟒𝒇 na 𝟎 equação (3a).

[0131] Após a mixagem e a filtragem passa-baixa, os harmônicos nos osciladores locais I e Q e no sinal de RF contribuirão para os sinais de banda base I e Q, conforme apresentado nas equações (4a) a (4d).

[0132] Consequentemente, os sinais de banda base dependem não apenas das amplitudes de Fourier na frequência fundamental, mas também de todos os harmônicos de ordem ímpar diferente de zero no sinal de RF.

[0133] Por causa disso, quando harmônicos estão presentes, os valores I e Q medidos podem não retornar o valor de fase ou amplitudes corretos. Além disso, por causa dos harmônicos, a amplitude do sinal medido pode ser dependente da fase entre os osciladores locais I e Q e o sinal de RF. Isso pode introduzir um erro sistemático que pode mudar conforme os atrasos de formação de feixe são alterados. Os atrasos de formação de feixe podem compreender atrasos de fase que são introduzidos entre os diferentes canais, a fim de obter um efeito de focagem desejado a partir de um transdutor de múltiplos elementos. Por exemplo, o erro associado a este efeito pode ser tão alto quanto 6% em amplitude para tensão e corrente e +/- 3 graus para fase. Isso pode resultar em imprecisão significativa na tensão e/ou fase medida.

[0134] Por exemplo, um método para reduzir imprecisões na tensão e/ou fase medida do sinal de saída de RF do amplificador de energia 3001 inclui corrigir as amplitudes e fases da porção da saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001 recebido no circuito de garantia de energia 3007 para remover o efeito dos harmônicos. As amplitudes e fases da porção da saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001 recebido no circuito de garantia de energia 3007 são corrigidas pela aquisição de dados I e Q em múltiplos deslocamentos de fase dos relógios I e Q em relação à porção da saída de sinal de RF do amplificador de energia 3001 recebida no circuito de garantia de energia 3007. A coleta de dados I e Q medidos em N desvios de fase diferentes é suficiente para separar as contribuições dos primeiros N harmônicos, mas mais medições podem ser úteis na obtenção de melhores estimativas dos harmônicos na presença de ruído. Em muitas modalidades, o efeito dos harmônicos pode ser reduzido a um nível abaixo do nível de ruído do sistema se seis (6) desvios de fase diferentes forem medidos.

[0135] Consequentemente, um método de redução do efeito de harmônico inclui a medição de dados I e Q para as fases do relógio interno I e Q a 0°, 15°, 30°, 45°, 60° e 75° em relação à porção da saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001 recebido no circuito de garantia de energia 3007. Em algumas modalidades, o relógio do oscilador local (LO) de entrada incluído no circuito de garantia de energia 3007 pode ter uma frequência cerca de quatro (4) vezes maior do que os relógios internos. Consequentemente, as fases para o relógio de LO de entrada podem ser quatro vezes maiores do que as fases do relógio I e Q. Por exemplo, as fases para o relógio de LO de entrada podem ser 0°, 60°, 120°, 180°, 240° e 300° em relação à porção do sinal de saída de RF do amplificador de energia 3001 recebido no circuito de garantia de energia 3007 quando as fases de relógio I e Q são 0°, 15°, 30°, 45°, 60° e 75° em relação à porção da saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001 recebido no circuito de garantia de energia

3007.

[0136] A Figura 20 ilustra os seis (6) conjuntos com deslocamento de fase de relógios I e Q que são usados para demodular um sinal de acionamento não senoidal de acordo com o método discutido acima. Depois de misturar, o demodulador emite doze (12) sinais que podem ser usados para reconstruir a saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001, como mostrado na Figura 21.

[0137] A relação entre os valores I e Q medidos nessas diferentes fases e as amplitudes de Fourier corretas do sinal em cada harmônico é linear e, portanto, as amplitudes de Fourier do sinal de entrada de RF podem ser obtidas a partir das amostras I e Q medidas nas seis fases através de uma multiplicação de matriz.

[0138] Uma vez que I e Q são componentes de quadratura, se as amostras I forem tomadas em um conjunto de 6 fases igualmente distribuídas em uma faixa entre 0° e 75° em etapas de 15° (por exemplo, 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°), então as amostras Q serão deslocadas de fase das amostras I em 90°. Por exemplo, as amostras Q estarão a 90°, 105°, 120°, 135°, 150°, 165°.

[0139] Aproveitando a simetria de inversão do sinal, a saída do sinal do amplificador de energia 3001 pode ser descrita pela equação (5) abaixo.

[0140] Onde, 𝑻𝟎 = 𝟏/𝒇𝟎 é o período. Um período completo de um sinal pode ser expresso em termos de sinais deslocados de fase I e Q como: {𝐼0 , 𝐼15 , . . . , 𝐼75 , 𝑄0 , 𝑄15 , . . . 𝑄75 , −𝐼0 , − 𝐼15 , … , −𝐼75 , −𝑄0 , −𝑄15 , . . . −𝑄75 }

[0142] onde, In é a amostra I em uma mudança de fase de n° e Qn é a amostra Q em uma mudança de fase de n°. Observa-se que, devido à simetria de inversão, Q180 é equivalente a Q0.

[0143] Por conseguinte, as seis (6) fases que abrangem uma faixa de 0° a 180° são adequadas para a reconstrução da saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001.

[0144] De acordo com a simetria de inversão, apenas os componentes ímpares de Fourier serão diferentes de zero. Assim, o primeiro, terceiro, quinto, sétimo, nono e décimo primeiro harmônicos serão diferentes de zero. Assim, para reconstruir a saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001, os coeficientes da transformada de Fourier discreta (DFT) para os harmônicos ímpares diferentes de zero são calculados. Em um método de reconstrução do sinal de saída de RF do amplificador de energia 3001, uma matriz 𝐹̅ que mapeia os doze (12) valores de amostra I e Q medidos para as partes reais e imaginárias da DFT da saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001 é determinada usando a equação (6) apresentada abaixo.

[0145] Na equação (6), onde An é o coeficiente de Fourier complexo do nésimo harmônico.

[0146] Os elementos da matriz 𝐹̅ podem ser obtidos pela aplicação das equações (3a) e (3b) para cada valor de fase. Assim, os elementos da matriz 𝐹̅ podem ser obtidos a partir das equações (7a) e (7b) abaixo:

[0147] onde o índice k tem valores 1, 3, 5, 7, 9 e 11, e em que m é um índice de fase com valores 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 e 11.

Assim, a equação de matriz completa (6) pode ser reescrita conforme apresentado na equação (8) abaixo:

[0148] Em muitas modalidades, a matriz 𝐹̅ pode ser pré-computada e codificada no Board Module Controller (BMC) 3019, uma vez que depende apenas das fases selecionadas e ordens harmônicas.

[0149] Uma vez que os componentes de Fourier An são obtidos, eles podem ser usados para reconstruir a forma de onda de acordo com a equação (9) abaixo:

[0150] As Figuras 22A a 22C mostram exemplos de reconstrução do sinal de RF em três frequências diferentes de saída do amplificador de energia 3001 pelo circuito de garantia de energia, reduzindo a contribuição dos harmônicos de ordem superior aqui descritos. A Figura 22A mostra a reconstrução do sinal de RF em uma frequência de 1,0 MHz. A Figura 22B mostra a reconstrução do sinal de RF em uma frequência de 2,0 MHz. A Figura 22C mostra a reconstrução do sinal de RF em uma frequência de 3,0 MHz. Com referência à Figura 22A, a forma de onda 22001a é a forma de onda reconstruída usando a equação (9) e a forma de onda 22003a é a saída de uma sonda de osciloscópio diferencial que mediu a entrada de sinal para o demodulador. Com referência à Figura 22B, a forma de onda 22001b é a forma de onda reconstruída usando a equação (9) e a forma de onda 22003b é a saída de uma sonda de osciloscópio diferencial que mediu a entrada de sinal para o demodulador. Com referência à Figura 22C, a forma de onda 22001c é a forma de onda reconstruída usando a equação (9) e a forma de onda 22003c é a saída de uma sonda de osciloscópio diferencial que mediu a entrada do sinal para o demodulador. É observado nas Figuras 22A a 22C que as formas de onda reconstruídas correspondem estreitamente às formas de onda medidas.

[0151] As modalidades descritas acima de métodos de deslocamento de fase múltipla empregados pelo circuito de garantia de energia para reconstruir a saída do sinal de RF do amplificador de energia 3001 podem reduzir o requisito da frequência de operação do requisito de relógio de LO. Em métodos convencionais, a frequência operacional do relógio de LO com o uso do método tradicional é operar em uma frequência correspondente à segunda, terceira, quarta, quinta, sexta ou outras frequências de harmônicos mais altos. Em tais métodos convencionais, a frequência do relógio para o demodulador é então ajustada para cerca de quatro (4) vezes a frequência de harmônico na qual o relógio de LO está operando. Esta configuração pode aumentar a complexidade , ruído e/ou custos do circuito. O método de deslocamento de fase múltipla descrito neste documento pode ser aplicado às frequências de harmônico mais altos sem aumentar a frequência operacional da frequência de relógio de LO e/ou fazer quaisquer outras alterações no hardware eletrônico.

CORREÇÃO DE ERROS EM MEDIÇÕES OBTIDAS PELO SISTEMA DE MEDIÇÃO DE ENERGIA

[0152] Em várias modalidades, a energia de RF que é fornecida a um transdutor de ultrassom 200 pode ser diferente da energia de RF que é emitida a partir do amplificador de energia 3001 conforme medido pelo sistema de medição de energia 3007. A diferença na energia de RF distribuída ao transdutor de ultrassom 200 e a energia de saída de RF medida pelo sistema de medição de energia 3007 pode ser atribuída a um ou mais de

(i) erros devido a reatâncias parasitas na placa de circuito do módulo RFTH; (ii) erros devido a reatâncias parasitas nos resistores de detecção de corrente e tensão usados no sistema de medição de energia 3007; (iii) desvios do ganho nominal no demodulador IQ do sistema de medição de energia 3007 e/ou amplificador de energia 3001; (iv) perda de inserção nos transformadores usados no sistema de medição de energia 3007; (v) efeitos indesejáveis de transformação de impedância nos cabos que conectam o módulo RFTH e o transdutor de ultrassom; e/ou (vi) erros de fase entre a medição de tensão e corrente no demodulador IQ. A Figura 23A ilustra as diferentes fontes de erros que podem causar uma diferença entre a energia de RF distribuída ao transdutor de ultrassom 200 e a energia de saída de RF medida pelo sistema de medição de energia 3007. Na Figura 23A, desvios do ganho nominal no amplificador e demodulador IQ são mostrados no bloco 23001, erros devido às reatâncias parasitas no resistor de detecção de corrente e componentes de detecção de tensão e o PCB são mostrados nos blocos 23003 e 23005 e os erros devido a efeitos de cabo indesejáveis são mostrados no bloco 23007. As diferentes fontes de erros podem ser modeladas por uma rede de duas portas equivalente 23009 disposta entre o amplificador de energia 3001 e o transdutor de ultrassom 200 como mostrado na Figura 23B.

[0153] Para reduzir a diferença entre a energia de RF distribuída ao transdutor de ultrassom 200 e a energia de saída de RF medida pelo sistema de medição de energia 3007, o sistema de medição de energia 3007 pode incluir um módulo de compensação de rede de duas portas autocalibrado 24001 como mostrado na Figura 24, que captura as diferentes fontes de erro discutidas acima, o que leva a uma diferença entre a energia de RF fornecida ao transdutor de ultrassom 200 e a energia de saída de RF medida pelo sistema de medição de energia 3007.

[0154] Para corrigir os vários erros, os parâmetros de rede de duas portas do módulo de compensação de rede de duas portas 24001 são obtidos usando a seguinte abordagem. Um sinal de RF é entregue a um conjunto de N impedâncias de carga conhecidas ZL,N em uma faixa de impedância com uma magnitude |Z| entre 20 Ω e 200 Ω e uma fase ∠𝑍 entre - 60° e 60°. As impedâncias N de carga conhecidas estão conectadas à Porta 2 de uma rede de duas portas e o sistema de medição de energia 3007 está conectado à Porta 1 da rede de duas portas. A tensão V 2,N em cada carga ZL,N na Porta 2 é medida (por exemplo, com o uso de um osciloscópio) enquanto mede simultaneamente a tensão V1,N e a corrente I1,N com o sistema de medição de energia 3007 na Porta 1. Um ajuste de mínimos quadrados é realizado para obter os parâmetros de rede de duas portas a partir dos valores de tensão V1,N e corrente I1,N medidos pelo sistema de medição de energia na Porta 1 e a tensão V2,N em cada carga ZL,N e a corrente correspondente I2,N dada por uma razão de V2,N e ZL,N para cada uma das cargas N conhecidas. Uma série de operações matemáticas é realizada para determinar um conjunto de parâmetros de rede de duas portas de valor complexo estimado que minimiza a discrepância entre as medições obtidas pelo sistema de medição de energia 3007 e as tensões medidas através das impedâncias conhecidas.

[0155] Quando os parâmetros de rede de duas portas são obtidos com um conjunto de N cargas conhecidas que abrangem a faixa de impedância operacional pretendida, os valores resultantes dos parâmetros de rede de duas portas podem ser robustos e preditivos de impedâncias que não se encontram no conjunto de impedâncias N usadas para obter as estimativas. Como os parâmetros de rede de duas portas podem ser grandezas dependentes de frequência, o cálculo é executado em cada frequência para a qual a correção deve ser aplicada. Se as medições de tensão e impedância forem densamente amostradas em frequência, então a interpolação linear dos parâmetros de rede de duas portas pode ser aplicada para obter estimativas precisas de valores em frequências entre as frequências amostradas. Por exemplo, medir em um número de frequências entre 32 e 256 que abrange a faixa de frequência operacional de 1,0 MHz a 12,0 MHz pode fornecer funções suaves adequadas para interpolação linear precisa. Em várias modalidades, o módulo RFTH pode compreender um circuito integrado (IC) EEPROM de calibração que pode armazenar os parâmetros de rede de duas portas. Os parâmetros de rede de duas portas armazenados podem ser usados para corrigir as medições obtidas pelo sistema de medição de energia 3007 para reduzir a diferença entre a energia de RF entregue ao transdutor de ultrassom 200 e a energia de saída de RF medida pelo sistema de medição de energia 3007. Em várias modalidades, a pluralidade de impedâncias calibradas N de ZL pode ser maior ou igual a 4.

SISTEMAS E MÉTODOS PARA PREVER A ENERGIA DE SAÍDA FORNECIDA POR UM TRANSDUTOR DE ULTRASSOM

[0156] Em várias modalidades, pode ser vantajoso prever quanta energia acústica será distribuída antes que o amplificador seja ligado. Prever quanta energia acústica será fornecida antes que o amplificador seja ligado pode ser difícil em sistemas nos quais um amplificador de energia não é dedicado para uso com um determinado transdutor. Por exemplo, em muitas modalidades do sistema de terapia, diferentes amplificadores de energia podem ser usados de forma intercambiável com diferentes transdutores. Além disso, em muitas modalidades do sistema de terapia, os transdutores podem precisar ser substituídos com mais frequência do que os subsistemas de acionamento. Em tais modalidades, um amplificador de energia pode ser usado para acionar diferentes transdutores conforme eles são substituídos e/ou atualizados.

[0157] Por conseguinte, alguns requisitos desejáveis para os sistemas e métodos para prever a energia de saída podem incluir (i) predição da energia elétrica fornecida com um erro de menos de 0,3 dB; (ii) qualquer transdutor pode ser emparelhado com qualquer amplificador de energia e a energia fornecida pelo transdutor está dentro de uma margem de erro de uma energia comandada; e (iii) a energia fornecida pelo transdutor está dentro de uma margem de erro de uma energia comandada para uma ampla gama de impedâncias do transdutor

[0158] Em vários sistemas e métodos para prever a energia, medições de calibração separadas podem ser armazenadas com o transdutor e com o amplificador de energia. Com base nas medições de calibração armazenadas no amplificador de energia e no transdutor de ultrassom, a saída de energia de RF pelo amplificador de energia pode ser selecionada para emitir um sinal de RF em uma energia de saída desejada que, quando fornecida ao transdutor de ultrassom, forneceria a energia acústica desejada. Esta aplicação contempla dois métodos de previsão diferentes. Um primeiro método supõe uma baixa variação na impedância de saída do amplificador de energia. Um segundo método é livre de suposições, mas requer etapas de calibração mais complexas MÉTODO DE EXEMPLO 1

[0159] No primeiro método, o transdutor de ultrassom é configurado para acessar uma primeira tabela de consulta (LUT) que armazena uma correspondência entre a saída de energia acústica pelo transdutor de ultrassom e a energia elétrica distribuída em uma carga de 50 Ω nas mesmas configurações de amplitude. A primeira LUT pode ser gerada durante a calibração de fábrica do transdutor de ultrassom com um amplificador de energia de referência. A primeira LUT pode ser armazenada no transdutor de ultrassom.

[0160] O amplificador de energia no subsistema de acionamento 3000 do módulo RFTH pode acessar uma segunda LUT que armazena uma correspondência entre a amplitude da saída do sinal de RF do amplificador de energia e a energia na carga de 50 Ω obtida durante a calibração de fábrica do amplificador de energia. A segunda LUT pode ser armazenada no amplificador de energia, no subsistema de acionamento 3000 ou no módulo RFTH. MÉTODO DE EXEMPLO 2

[0161] No segundo método, uma primeira tabela de consulta (LUT) incluindo correspondência entre a impedância e a eficiência de conversão elétrica para acústica é gerada durante a calibração de fábrica do transdutor de ultrassom. A primeira LUT pode ser armazenada no transdutor de ultrassom.

[0162] É gerada uma segunda LUT incluindo a impedância de saída do amplificador de energia e a tensão de fonte equivalente de Thévenin em função da configuração de amplitude. A segunda LUT pode ser armazenada no amplificador de energia, no subsistema de acionamento 3000 ou no módulo RFTH.

[0163] Um sistema de processamento eletrônico pode ser configurado para calcular a energia elétrica na impedância de carga do transdutor que seria necessária para gerar uma energia acústica desejada. O sistema de processamento eletrônico pode ser configurado adicionalmente para calcular a configuração de amplitude para o amplificador de energia que produziria a energia elétrica que gera a energia acústica desejada.

SISTEMA DE CALIBRAÇÃO E GARANTIA DE ENERGIA

[0164] Os transdutores usados para HIFU geralmente exibem uma tolerância em sua frequência de ressonância. Por exemplo, a tolerância na frequência de ressonância em um grande número de transdutores fabricados pode ser +/7%. A frequência de ressonância do transdutor também pode mudar conforme os transdutores envelhecem e com a temperatura. A fim de garantir que o transdutor seja acionado em sua frequência de ressonância, a frequência do sinal de acionamento pode ser varrida em uma faixa de frequências que contém a frequência de ressonância enquanto uma medição é feita da energia refletida do transdutor ou impedância. A proximidade da frequência central pode ser determinada encontrando a frequência que reduz/minimiza o desvio da fase de impedância de zero, reduz/minimiza ou aumenta/maximiza a amplitude da impedância, reduz/minimiza a relação de onda estacionária de tensão, reduz/minimiza a energia refletida ou minimiza o coeficiente de reflexão. Em várias modalidades, a faixa de varredura de frequência pode ser definida para +/-100 KHz em torno de uma frequência de ressonância nominal enquanto monitora a razão de onda estacionária de tensão em cada frequência e seleciona a frequência na qual a razão de onda estacionária de tensão é mais baixa ou mínima.

[0165] Como a impedância de transdutor vista em uma frequência fixa pode mudar conforme a frequência de ressonância muda devido a, por exemplo, envelhecimento e/ou temperatura, é benéfico ser capaz de ajustar dinamicamente a energia para compensar essas alterações. Em algumas modalidades, as medições de garantia de energia podem ser usadas para medir a energia elétrica entregue ao transdutor, comparar a energia elétrica com uma energia elétrica desejada e ajustar a amplitude do acionador ou a frequência do acionamento de modo a reduzir o erro entre a energia medida e desejada.

[0166] Em algumas modalidades, o sistema de garantia de energia pode ser usado para medir a impedância de carga. O conhecimento prévio da impedância de outros componentes do sistema localizados entre o sistema de garantia de energia e o transdutor pode ser usado para transformar as medições de garantia de energia por meio de uma rede de duas portas que representa o sistema para determinar a impedância olhando para o transdutor. Em algumas modalidades, a impedância de transdutor obtida desta maneira pode ser usada para determinar a energia elétrica necessária para atingir uma energia acústica desejada do transdutor. Em algumas modalidades, a medição da impedância de transdutor obtida durante a administração da terapia pode ser usada para ajustar a amplitude de acionamento de modo a atingir uma distribuição de energia elétrica desejada para o transdutor e, portanto, uma saída de energia acústica desejada do transdutor.

[0167] A eficácia terapêutica do HIFU pode depender de ter um acoplamento acusticamente transparente entre o transdutor e o tecido a ser tratado. Normalmente, esse acoplamento pode ser obtido com o uso de um gel colocado entre o transdutor e a pele. No entanto, o assentamento incorreto do transdutor no gel ou bolhas no gel podem prejudicar o acoplamento. É, portanto, desejável medir a qualidade do acoplamento antes de iniciar a administração da terapia e monitorar a qualidade do acoplamento ao longo do tratamento. Uma característica do tecido bem acoplado é que a interface entre o tecido e o meio de acoplamento criará uma pequena refletância da energia do ultrassom. Por exemplo, um transdutor de ultrassom bem acoplado refletirá menos de 5% da energia incidente na interface entre tecido e gel.

[0168] Em algumas modalidades, a qualidade do acoplamento é monitorada durante a administração da terapia monitorando o nível de energia de ultrassom refletida. A fim de fornecer resolução axial no local da interrupção no acoplamento, o ultrassom usado para observar a energia refletida pode ser de natureza pulsada em vez de contínua. O uso de uma forma de onda pulsada permite que a distância do transdutor a uma superfície refletora seja medida. Em algumas modalidades, o transdutor de terapia pode ser usado no modo pulso-eco como um sensor para detectar a reflexão do acoplamento. Em outras modalidades, o transdutor de terapia pode ser usado para excitar o material de acoplamento e um transdutor secundário pode ser usado para medir o sinal refletido. Em algumas modalidades, uma reflexão de uma superfície de referência no caminho de distribuição de energia pode ser usada como uma referência de amplitude e a reflexão da superfície de acoplamento é comparada a ela para determinar se o acoplamento é aceitável. Em algumas modalidades, o sistema pode parar de fornecer terapia até que a energia refletida seja inferior a um limiar aceitável.

[0169] Em algumas modalidades, um sistema de garantia de energia calibrado pode ser usado para medir a impedância de um transdutor. A impedância medida é adequada a um modelo da impedância de transdutor. Em algumas modalidades, o modelo da impedância de transdutor pode ser um modelo de circuito como, por exemplo, um modelo Butterworth- van Dyke. Em algumas modalidades, o modelo da impedância de transdutor pode ser um modelo de linha de transmissão como um modelo Krimholtz, Leedom e Matthaei (KLM). Em algumas modalidades, o modelo da impedância de transdutor pode compreender uma capacitância limitada, coeficiente de acoplamento e resistência à radiação como parâmetros. Em algumas modalidades, as mudanças nos parâmetros do modelo podem ser indicativas de mudanças nas características dos transdutores devido ao envelhecimento. Consequentemente, as alterações nos parâmetros do modelo podem ser usadas para rastrear o envelhecimento ou a temperatura do transdutor ao longo do tempo. Em algumas modalidades, os parâmetros do modelo podem ser usados como um critério de aceitabilidade. Em algumas modalidades, as mudanças nos parâmetros do modelo podem ser usadas para estimar a energia de acionamento necessária para obter uma energia acústica desejada.

VISÃO GERAL ADICIONAL DO SISTEMA

[0170] Em algumas modalidades, um console 300 compreende um sistema de comunicação (por exemplo, wi-fi, Bluetooth, modem, etc. para se comunicar com terceiros, um fabricante, um fornecedor, um provedor de serviços, a Internet e/ou uma nuvem. Em algumas modalidades, o carrinho 301 tem uma fonte de alimentação, tal como uma conexão de energia para uma bateria e/ou um ou mais cabos para conectar potência, comunicações (por exemplo, Ethernet) ao sistema 20. Em algumas modalidades, o sistema 20 compreende um carrinho 301. Em algumas modalidades, o sistema 20 não compreende um carrinho 301. A vareta manual 100 pode estar acoplada ao controlador 300 através de uma interface 130, que pode ser uma interface com ou sem fio. A interface 130 pode estar acoplada à vareta manual 100 por um conector 145. A extremidade distal da interface 130 pode estar conectada a um conector de controlador em um circuito 345 (não mostrado). Em uma modalidade, a interface 130 pode transmitir energia controlável a partir do controlador 300 para a vareta manual 100. Em uma modalidade, o sistema 20 tem múltiplos canais de imaginologia (por exemplo, 8 canais) para visualização ultraclara em HD (alta definição) de estruturas subcutâneas para melhorar a imaginologia. Em uma modalidade, os múltiplos canais de terapia de sistema 20 (por exemplo, 8 canais) e um motor de acionamento linear de precisão que dobra a precisão de tratamento enquanto aumenta a velocidade (por exemplo, 25%, 40%, 50%, 60%, 75%, 100% ou mais). Juntos, esses recursos estabelecem uma das plataformas de sistema mais versáteis da indústria e fornecem uma base para possibilidades futuras sem precedentes.

[0171] O controlador 300 pode incluir conectividade a um ou mais visores gráficos interativos 310, que podem incluir um visor de tela sensível ao toque e Interface de Usuário Gráfica (GUI) que permite ao usuário interagir com o sistema de ultrassom 20. Em uma modalidade, um segundo visor menor, mais móvel, que permite ao usuário posicionar e visualizar mais facilmente a tela de tratamento. Em uma modalidade, um segundo visor que permite ao usuário de sistema visualizar uma tela de tratamento (por exemplo, em uma parede, em um dispositivo móvel, tela grande, tela remota). Em uma modalidade, o visor gráfico 310 inclui uma interface de tela sensível ao toque 315 (não mostrada). Em várias modalidades, o visor 310 define e exibe as condições de operação, que incluem o estado de ativação de equipamento, parâmetros de tratamento, mensagens e orientações de sistema e imagens de ultrassom. Em várias modalidades, o controlador 300 pode ser adaptado e/ou configurado para incluir, por exemplo, um microprocessador com software e dispositivos de entrada/saída, sistemas e dispositivos para controlar varredura eletrônica e/ou mecânica e/ou multiplexação de transdutores e/ou multiplexação de módulos transdutores, um sistema para entrega de potência, sistemas para monitoramento, sistemas para detectar a posição espacial da sonda e/ou transdutores e/ou multiplexação de módulos transdutores e/ou sistemas para lidar com entrada de usuário e registrar resultados de tratamento, entre outros.

[0172] Em uma modalidade, a vareta manual 100 inclui um ou mais controladores ou comutações ativadas por dedo, tal como

150 e 160. Em várias modalidades, um ou mais controladores de tratamento térmico 160 (por exemplo, comutação, botão) ativam e/ou interrompem o tratamento. Em várias modalidades, um ou mais controladores de imaginologia 150 (por exemplo, comutação, botão) ativam e/ou interrompem a imaginologia. Em uma modalidade, a vareta manual 100 pode incluir um módulo removível

200. Em outras modalidades, o módulo 200 pode ser não removível. Em várias modalidades, o módulo 200 pode ser mecanicamente acoplado à vareta manual 100 com o uso de uma trava ou acoplador 140. Em várias modalidades, um guia de interface 235 ou vários guias de interface 235 podem ser usados para auxiliar o acoplamento do módulo 200 à vareta manual 100. O módulo 200 pode incluir um ou mais transdutores de ultrassom 280. Em algumas modalidades, um transdutor de ultrassom 280 inclui um ou mais elementos de ultrassom. O módulo 200 pode incluir um ou mais elementos de ultrassom. A vareta manual 100 pode incluir módulos somente de imaginologia, módulos somente de tratamento, módulos de imaginologia e tratamento, e similares. Em várias modalidades, o transdutor de ultrassom 280 é móvel em uma ou mais direções 290 dentro do módulo 200. O transdutor 280 está conectado a um mecanismo de movimento 400. Em várias modalidades, o mecanismo de movimento compreende zero, um ou mais rolamentos, eixos, hastes, parafusos, parafusos de avanço 401, codificadores 402 (por exemplo, codificador ótico para medir a posição do transdutor 280), motores 403 (por exemplo, um motor de passo) para ajudar a assegurar um movimento preciso e repetitivo do transdutor 280 dentro do módulo 200. Em várias modalidades, o módulo 200 pode incluir um transdutor 280 que pode emitir energia através de um membro acusticamente transparente 230. Em uma modalidade, o módulo de controle 300 pode ser acoplado à vareta manual 100 através da interface 130, e a interface gráfica de usuário 310 pode ser adaptada e/ou configurada para controlar o módulo 200. Em uma modalidade, o módulo de controle 300 pode fornecer energia à vareta manual 100. Em uma modalidade, a vareta manual 100 pode incluir uma fonte de alimentação. Em uma modalidade, a comutação 150 pode ser adaptada e/ou configurada para controlar uma função de imaginologia de tecidos e a comutação160 pode ser adaptada e/ou configurada para controlar uma função de tratamento de tecidos. Em várias modalidades, a distribuição de energia emitida 50 a uma profundidade focal, distribuição, temporização e nível de energia adequados é fornecida pelo módulo 200 através de operação controlada pelo sistema de controle 300 do transdutor 280 para obter o efeito terapêutico desejado com uma zona de coagulação térmica 550.

[0173] Em uma modalidade, o módulo 200 pode ser acoplado à vareta manual 100. O módulo 200 pode emitir e receber energia, tal como energia ultrassônica. O módulo 200 pode ser acoplado eletronicamente à vareta manual 100 e esse acoplamento pode incluir uma interface que está em comunicação com o controlador 300. Em uma modalidade, o guia de interface 235 pode ser adaptado e/ou configurado para fornecer comunicação eletrônica entre o módulo 200 e a vareta manual 100. O módulo 200 pode compreender várias configurações de sonda e/ou transdutor. Por exemplo, o módulo 200 pode ser adaptado e/ou configurado para um transdutor de imaginologia/terapia de modo duplo combinado, transdutores de imaginologia/terapia acoplados ou coalojados, terapia separada e sondas de imaginologia, e semelhantes. Em uma modalidade, quando o módulo 200 é inserido ou conectado à vareta manual 100, o controlador 300 detecta automaticamente o mesmo e atualiza o visor gráfico interativo 310.

[0174] Em algumas modalidades, uma chave de acesso 320 (por exemplo, uma unidade USB segura, chave) é removivelmente conectada a um sistema 20 para permitir que o sistema 20 funcione. Em várias modalidades, a chave de acesso é programada para ser específica do cliente e serve múltiplas funções, que incluem segurança do sistema, acesso específico por país/região às diretrizes e funções de tratamento, atualizações de software, transferências de registro de suporte e/ou transferência de crédito e/ou armazenamento. Em várias modalidades, o sistema 20 tem conectividade de internet e/ou dados. Em uma modalidade, a conectividade fornece um método pelo qual os dados são transferidos entre o fornecedor do sistema 20 e o cliente. Em várias modalidades, os dados incluem créditos, atualizações de software e registros de suporte. A conectividade é dividida em diferentes modalidades de modelo, com base em como o console de um usuário é conectado à Internet. Em uma modalidade, a conectividade de Modelo Desconectado compreende um console que está desconectado da Internet e o cliente não tem acesso à Internet. Transferências de crédito e atualizações de software são conduzidas através do envio de chaves de acesso (por exemplo, unidades USB) ao cliente. Em uma modalidade, a conectividade de Modelo Semiconectado compreende um console que está desconectado da Internet, porém, o cliente tem acesso à Internet. Transferências de créditos, atualizações de software e transferências de registros de suporte são conduzidas com o uso do computador pessoal, telefone inteligente ou outro dispositivo de computação do cliente em conjunto com a chave de acesso do sistema para transferir dados. Em uma modalidade, a conectividade de Modelo Totalmente Conectado compreende um console que está conectado de modo sem fio à Internet com o uso de wifi, modem celular, Bluetooth ou outro protocolo. Transferências de créditos, atualizações de software e transferências de registro de suporte são feitas diretamente entre o console e a nuvem. Em várias modalidades, o sistema 20 se conecta a um portal online, para gerenciamento de inventário simplificado, compras de tratamento sob demanda e percepções de análise de negócios para impulsionar o negócio de tratamento estético do cliente para o próximo nível.

[0175] A Figura 2 é uma ilustração esquemática do sistema de ultrassom 20 acoplado a uma região de interesse 10. Em várias modalidades, o tecido abaixo ou mesmo em uma superfície da pele, como epiderme, derme, hipoderme, fáscia e sistema aponeurótico muscular superficial (“SMAS”), e/ou músculo, são tratados de forma não invasiva com energia de ultrassom. O tecido também pode incluir vasos sanguíneos e/ou nervos. A energia de ultrassom pode ser focada, não focada ou desfocada e aplicada a uma região de interesse que contém pelo menos um dentre epiderme, derme, hipoderme, fáscia e SMAS para obter um efeito terapêutico. Em várias modalidades, as camadas de tecido da região de interesse 10 podem estar em qualquer parte do corpo de um sujeito. Em uma modalidade, as camadas de tecido estão na região da cabeça e da face do sujeito. A porção em corte transversal do tecido da região de interesse 10 inclui uma superfície da pele 501, uma camada epidérmica 502, uma camada dérmica 503, uma camada de gordura 505, um sistema aponeurótico muscular superficial 507 (doravante no presente documento “SMAS 507”) e uma camada muscular 509. O tecido também pode incluir a hipoderme 504, que pode incluir qualquer tecido abaixo da camada dérmica 503. A combinação dessas camadas no total pode ser conhecida como tecido subcutâneo 510. Também ilustrado na Figura 2 é uma zona de tratamento 525 que está abaixo da superfície 501. Em uma modalidade, a superfície 501 pode ser uma superfície da pele de um sujeito

500. Embora uma modalidade direcionada à terapia em uma camada de tecido possa ser usada no presente documento como um exemplo, o sistema pode ser aplicado a qualquer tecido no corpo. Em várias modalidades, o sistema e/ou métodos podem ser usados no tecido (incluindo, mas não se limitando a um ou uma combinação de músculos, fáscia, SMAS, derme, epiderme, gordura, células adiposas, celulite, que pode ser chamada de lipodistrofia ginoide, (por exemplo, lipodistrofia ginoide feminina do tipo sem covinhas), colágeno, pele, vasos sanguíneos, da face, pescoço, cabeça, braços, pernas ou qualquer outro local no corpo (incluindo cavidades corporais). Em várias modalidades, a redução de celulite (por exemplo, lipodistrofia ginoide de tipo feminina sem covinha) é alcançada em uma quantidade de 2%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50%, 75%, 80%, 90%, 95% e quaisquer faixas nas mesmas.

[0176] Com referência à ilustração na Figura 2, uma modalidade do sistema de ultrassom 20 inclui a vareta de mão 100, o módulo

200 e o controlador 300. Em uma modalidade, o módulo 200 inclui um transdutor 280. O transdutor 280 de várias modalidades de um sistema de ultrassom 20 pode ser adaptado e/ou configurado para tratar o tecido a uma profundidade focal que é uma distância entre o transdutor 280 e o tecido alvo para tratamento. Em várias modalidades, a profundidade focal pode ser fixada para um determinado transdutor 280. Em uma modalidade, uma profundidade focal é variável para um determinado transdutor 280. Em uma modalidade, um transdutor 280 está configurado para tratar simultaneamente a múltiplas profundidades abaixo de uma superfície da pele (por exemplo, 1,5 mm, 3,0 mm, 4,5 mm ou outras profundidades).

[0177] Conforme discutido acima, o módulo 200 pode incluir um transdutor que pode emitir energia através de um membro acusticamente transparente 230. Em uma modalidade, o transdutor 280 pode ter uma distância de deslocamento, que é a distância entre o transdutor 280 e uma superfície do elemento acusticamente transparente 230. Em uma modalidade, a profundidade focal de um transdutor 280 é uma distância fixa do transdutor. Em uma modalidade, um transdutor 280 pode ter uma distância de deslocamento fixa do transdutor para o membro acusticamente transparente

230. Em uma modalidade, um membro acusticamente transparente 230 está adaptado e/ou configurado em uma posição no módulo 200 ou no sistema de ultrassom 20 para entrar em contato com a superfície da pele 501. Em várias modalidades, a profundidade focal excede a distância de deslocamento em uma quantidade para corresponder ao tratamento em uma área alvo localizada em uma profundidade de tecido abaixo de uma superfície de pele 501. Em várias modalidades, quando o sistema de ultrassom 20 é colocado em contato físico com a superfície da pele 501, a profundidade do tecido é uma distância entre o membro acusticamente transparente 230 e a área alvo, medida como a distância da porção da superfície de vareta manual 100 ou módulo 200 que entra em contato com a pele (com ou sem um gel, meio, etc., de acoplamento acústico) e a profundidade no tecido do ponto de contato da superfície da pele para a área alvo. Em uma modalidade, a profundidade focal pode corresponder à soma de uma distância de deslocamento (conforme medido para a superfície do elemento acusticamente transparente 230 em contato com um meio de acoplamento e/ou pele 501), além de uma profundidade de tecido sob a superfície da pele 501 para a região de destino. Em várias modalidades, o membro acusticamente transparente 230 não é usado.

[0178] Os componentes de acoplamento podem compreender várias substâncias, materiais e/ou dispositivos para facilitar o acoplamento do transdutor 280 ou módulo 200 a uma região de interesse. Por exemplo, os componentes de acoplamento podem compreender um sistema de acoplamento acústico adaptado e/ou configurado para acoplamento acústico de energia e sinais de ultrassom. O sistema de acoplamento acústico com possíveis conexões, tais como tubulações, pode ser usado para acoplar o som na região de interesse, fornecer focalização de lente carregada com líquido ou fluido. O sistema de acoplamento pode facilitar tal acoplamento através do uso de um ou mais meios de acoplamento, que incluem ar, gases, água, líquidos, fluidos, géis, sólidos, não géis e/ou qualquer combinação dos mesmos, ou qualquer outro meio que permita que sinais sejam transmitidos entre o transdutor 280 e uma região de interesse. Em uma modalidade, um ou mais meios de acoplamento são fornecidos dentro de um transdutor. Em uma modalidade, um módulo carregado com fluido 200 contém um ou mais meios de acoplamento dentro de um alojamento. Em uma modalidade, um módulo carregado com fluido 200 contém um ou mais meios de acoplamento dentro de um alojamento vedado, que é separável de uma porção seca de um dispositivo ultrassônico. Em várias modalidades, um meio de acoplamento é usado para transmitir energia de ultrassom entre um ou mais dispositivos e tecido com uma eficiência de transmissão de 100%, 99% ou mais, 98% ou mais, 95% ou mais, 90% ou mais, 80% ou mais, 75% ou mais, 60% ou mais, 50% ou mais, 40% ou mais, 30% ou mais, 25% ou mais, 20% ou mais, 10% ou mais e/ou 5% ou mais.

[0179] Em várias modalidades, o transdutor 280 pode gerar imagens e tratar uma região de interesse em quaisquer profundidades de tecido adequadas. Em uma modalidade, o módulo transdutor 280 pode fornecer uma energia acústica em uma faixa de cerca de 1 W ou menos, entre cerca de 1 W a cerca de 100 W e mais do que cerca de 100 W, por exemplo, 200 W, 300 W, 400 W, 500 W. Em uma modalidade, o módulo transdutor 280 pode fornecer uma energia acústica a uma frequência de cerca de 1 MHz ou menos, entre cerca de 1 MHz a cerca de 10 MHz (por exemplo, 3 MHz, 4 MHz, 4,5 MHz, 7 MHz, 10 MHz) e mais de cerca de 10 MHz. Em uma modalidade, o módulo 200 tem uma profundidade focal para um tratamento a uma profundidade de tecido de cerca de 4,5 mm abaixo da superfície da pele

501. Em uma modalidade, o módulo 200 tem uma profundidade focal para um tratamento a uma profundidade de tecido de cerca de 3 mm abaixo da superfície da pele 501. Em uma modalidade, o módulo 200 tem uma profundidade focal para um tratamento a uma profundidade de tecido de cerca de 1,5 mm abaixo da superfície da pele 501. Algumas modalidades sem limitação dos transdutores 280 ou módulos 200 podem ser adaptadas e/ou configuradas para entregar energia ultrassônica a uma profundidade de tecido de 1,5 mm, 3 mm, 4,5 mm, 6 mm, 7 mm, menos de 3 mm, entre 3 mm e 4,5 mm, entre 4,5 mm e 6 mm, mais de 4,5 mm, mais de 6 mm, etc., e em qualquer ponto nas faixas de 0 a 3 mm, 0 a 4,5 mm, 0 a 6 mm, 0 a 25 mm, 0 a 100 mm, etc., e quaisquer profundidades nas mesmas. Em uma modalidade, o sistema de ultrassom 20 é dotado de dois ou mais módulos transdutores 280. Por exemplo, um primeiro módulo transdutor pode aplicar tratamento a uma primeira profundidade de tecido (por exemplo, cerca de 4,5 mm) e um segundo módulo transdutor pode aplicar tratamento a uma segunda profundidade de tecido (por exemplo, de cerca de 3 mm) e um terceiro módulo transdutor pode aplicar tratamento a uma terceira profundidade de tecido (por exemplo, de cerca de 1,5 a 2 mm). Em uma modalidade, pelo menos alguns ou todos os módulos transdutores podem ser adaptados e/ou configurados para aplicar tratamento, substancialmente, nas mesmas profundidades.

[0180] Em várias modalidades, alterar o número de localizações de pontos de foco (por exemplo, com uma profundidade de tecido) para um procedimento ultrassônico pode ser vantajoso porque permite o tratamento de um paciente em profundidades de tecido variadas, mesmo se a profundidade focal de um transdutor 280 for fixa. Isso pode fornecer resultados sinérgicos e maximizar os resultados clínicos de uma única sessão de tratamento. Por exemplo, o tratamento a múltiplas profundidades sob uma única região de superfície permite um maior volume geral de tratamento de tecido, o que resulta em formação e endurecimento aprimorados de colágeno. Além disso, o tratamento a profundidades diferentes afeta diferentes tipos de tecido, assim, se produz efeitos clínicos diferentes que, juntos, fornecem um resultado cosmético geral aprimorado. Por exemplo, o tratamento superficial pode reduzir a visibilidade de rugas e o tratamento mais profundo pode induzir a formação de mais crescimento de colágeno. Da mesma forma, o tratamento em várias localizações a profundidades iguais ou diferentes pode melhorar o tratamento.

[0181] Embora o tratamento de um sujeito em diferentes locais em uma sessão possa ser vantajoso em algumas modalidades, o tratamento sequencial ao longo do tempo pode ser benéfico em outras modalidades. Por exemplo, um sujeito pode ser tratado sob a mesma região superficial a uma profundidade no tempo um, uma segunda profundidade no tempo dois, etc. Em várias modalidades, o tempo pode estar na ordem de nanossegundos, microssegundos, milissegundos, segundos, minutos, horas, dias, semanas, meses ou outros períodos de tempo. O novo colágeno produzido pelo primeiro tratamento pode ser mais sensível aos tratamentos subsequentes, o que pode ser desejado para algumas indicações. Alternativamente, tratamento de múltiplas profundidades sob a mesma região de superfície em uma única sessão pode ser vantajoso porque o tratamento em uma profundidade pode aprimorar sinergicamente ou complementar o tratamento em outra profundidade (devido, por exemplo, ao fluxo sanguíneo aprimorado, estimulação de fatores de crescimento, estimulação hormonal, etc.). Em várias modalidades, diferentes módulos transdutores fornecem tratamento a diferentes profundidades. Em uma modalidade, um único módulo transdutor pode ser ajustado ou controlado para profundidades variadas. Os recursos de segurança para minimizar o risco de que uma profundidade incorreta seja selecionada podem ser usados em conjunto com o sistema de módulo único.

[0182] Em várias modalidades, é fornecido um método de tratamento da parte inferior da face e da área do pescoço (por exemplo, a área submentoniana). Em várias modalidades, um método para tratar (por exemplo, suavizar) dobras mentolabiais é fornecido. Em outras modalidades, um método para tratar a região do olho (por exemplo, bolsas malares, tratamento de flacidez infraorbital) é fornecido. O melhoramento de flacidez de pálpebra superior e melhoramento de textura e linhas periorbitais serão alcançados através de várias modalidades, tratando-se a profundidades variáveis. Ao tratar em localizações variadas em uma única sessão de tratamento, os efeitos clínicos ideais (por exemplo, suavização, endurecimento) podem ser alcançados. Em várias modalidades, os métodos de tratamento descritos no presente documento são procedimentos cosméticos não invasivos. Em algumas modalidades, os métodos podem ser usados em conjunto com procedimentos invasivos, tais como ritidoplastias cirúrgicas ou lipoaspiração, em que o endurecimento de pele é desejado. Em várias modalidades, os métodos podem ser aplicados em qualquer parte do corpo.

[0183] Em uma modalidade, um módulo transdutor 200 permite uma sequência de tratamento a uma profundidade fixa na ou abaixo da superfície da pele. Em uma modalidade, um módulo transdutor permite uma sequência de tratamento a uma, duas ou mais profundidades variáveis ou fixadas abaixo da camada dérmica. Em várias modalidades, o módulo transdutor compreende um mecanismo de movimento adaptado e/ou configurado para direcionar o tratamento ultrassônico em uma sequência de lesões térmicas individuais (doravante no presente documento "pontos de coagulação térmica" ou "TCPs") a uma profundidade focal fixada.

Em uma modalidade, a sequência de TCPs individuais tem um espaçamento de tratamento em uma faixa de cerca de 0,01 mm a cerca de 25 mm (por exemplo, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, 3 mm, 5 mm, 10 mm, 20 mm e quaisquer faixas de valor nas mesmas), com uma alteração de pontilhamento do espaçamento de 1 a 50% (por exemplo, 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% e qualquer faixa dentre as mesmas). Por exemplo, o espaçamento pode ser de 1,1 mm ou menos, 1,5 mm ou mais, entre cerca de 1,1 mm e cerca de 1,5 mm, etc.

Em uma modalidade, os TCPs individuais são distintos.

Em uma modalidade, os TCPs individuais estão sobrepostos.

Em uma modalidade, o mecanismo de movimento é adaptado e/ou configurado para ser programado para fornecer espaçamento variável entre os TCPs individuais.

Em uma modalidade, o pontilhamento pode ser adaptado e/ou configurado para fornecer espaçamento variável entre os TCPs individuais.

Em várias modalidades, um módulo transdutor compreende um mecanismo de movimento adaptado e/ou configurado para direcionar o tratamento ultrassônico em uma sequência, de modo que os TCPs sejam formados em sequências lineares ou substancialmente lineares separadas por uma distância de tratamento.

Por exemplo, um módulo transdutor pode ser adaptado e/ou configurado para formar TCPs ao longo de uma primeira sequência linear e uma segunda sequência linear separada por uma distância de tratamento da primeira sequência linear.

Em uma modalidade, a distância de tratamento entre sequências lineares adjacentes de TCPs individuais está em uma faixa de cerca de 0,01 mm a cerca de 25 mm.

Em uma modalidade, a distância de tratamento entre sequências lineares adjacentes de TCP individuais está em uma faixa de cerca de 0,01 mm a cerca de 50 mm.

Por exemplo, a distância de tratamento pode ser de 2 mm ou menos, 3 mm ou mais, entre cerca de 2 mm e cerca de 3 mm, etc. Em várias modalidades, um módulo transdutor pode compreender um ou mais mecanismos de movimento 400 adaptados e/ou configurados para direcionar o tratamento ultrassônico em uma sequência, de modo que os TCPs sejam formados em sequências lineares ou substancialmente lineares de lesões térmicas individuais separadas por uma distância de tratamento de outras sequências lineares. Em uma modalidade, um tratamento é aplicado em uma primeira direção 290 (por exemplo, empurrar). Em uma modalidade, um tratamento é aplicado oposto à primeira direção 290 (por exemplo, puxar). Em uma modalidade, o tratamento é aplicado tanto em uma primeira direção 290 quanto em oposição à primeira direção (por exemplo, empurrar e puxar). Em uma modalidade, a distância de tratamento que separa sequências de TCPs lineares ou substancialmente lineares é a mesma ou substancialmente a mesma. Em uma modalidade, a distância de tratamento que separa sequências de TCPs lineares ou substancialmente lineares é diferente ou substancialmente diferente para vários pares adjacentes de sequências de TCPs lineares.

[0184] Em uma modalidade, o primeiro e o segundo módulos transdutores removíveis são fornecidos. Em uma modalidade, cada um dentre o primeiro e o segundo módulos transdutores está adaptado e/ou configurado tanto para imaginologia ultrassônica quanto tratamento ultrassônico. Em uma modalidade, um módulo transdutor está adaptado e/ou configurado apenas para tratamento. Em uma modalidade, um transdutor de imaginologia pode estar ligado a um manípulo de uma sonda ou uma vareta manual. O primeiro e o segundo módulos transdutores são adaptados e/ou configurados para acoplar intercambiavelmente a uma vareta manual. O primeiro módulo transdutor está adaptado e/ou configurado para aplicar terapia ultrassônica em uma primeira camada de tecido, enquanto o segundo módulo transdutor está adaptado e/ou configurado para aplicar terapia ultrassônica em uma segunda camada de tecido. A segunda camada de tecido está a uma profundidade diferente da primeira camada de tecido.

[0185] Em várias modalidades, a entrega de energia emitida a uma profundidade focal, distribuição, tempo e nível de energia adequados é fornecida pelo módulo 200 através de operação controlada pelo sistema de controle 300 para alcançar o efeito terapêutico desejado de lesão térmica controlada para tratar pelo menos uma dentre a camada de epiderme 502, camada de derme 503, camada de gordura 505, a camada de SMAS 507, a camada muscular 509 e/ou a hipoderme 504. Em várias modalidades, a energia emitida pode ser focada em uma profundidade que corresponde a uma profundidade para o tratamento do músculo. Em várias modalidades, a profundidade pode corresponder a qualquer tecido, camada de tecido, pele, epiderme, derme, hipoderme, gordura, SMAS, músculo, vaso sanguíneo, nervo ou outro tecido. Durante a operação, o módulo 200 e/ou o transdutor 280 também podem ser submetidos à varredura mecânica e/ou eletrônica ao longo da superfície 501 para tratar uma área estendida. Antes, durante e após a entrega de energia de ultrassom 50 a pelo menos uma dentre a camada de epiderme 502, camada de derme 503, hipoderme 504, camada de gordura 505, camada SMAS 507 e/ou camada muscular 509, o monitoramento da área de tratamento e estruturas circundantes pode ser fornecido para planejar e avaliar os resultados e/ou fornecer retroalimentação ao controlador 300 e ao usuário através de uma interface gráfica 310.

[0186] Em uma modalidade, um sistema de ultrassom 20 gera energia de ultrassom que é direcionada e focada abaixo da superfície 501. Essa energia de ultrassom controlada e focada 50 cria o ponto ou zona de coagulação térmica (TCP) 550. Em uma modalidade, a energia de ultrassom 50 cria um vazio no tecido subcutâneo 510. Em várias modalidades, a energia emitida 50 tem como alvo o tecido abaixo da superfície 501 que corta, ablata, coagula, microablata, manipula e/ou provoca um TCP 550 na porção de tecido 10 abaixo da superfície 501 a uma profundidade focal especificada. Em uma modalidade, durante a sequência de tratamento, o transdutor 280 pode ser movido em uma direção denotada pela seta marcada com 290 em intervalos especificados para criar uma série de zonas de tratamento, cada uma das quais recebe uma energia emitida 50 para criar um ou mais TCPs 550. Em uma modalidade, os TCP podem ser espaçados ortogonalmente à direção de movimento do transdutor 280. Em algumas modalidades, uma orientação dos TCPs espaçados pode ser definida em qualquer ângulo de 0 a 180 graus da seta 290. Em algumas modalidades, uma orientação dos TCPs espaçados pode ser definida em qualquer ângulo de 0 a 180 graus com base na orientação das áreas polarizadas no transdutor 280.

[0187] Em várias modalidades, os módulos transdutores podem compreender um ou mais elementos de transdução. Os elementos de transdução podem compreender um material piezoeletricamente ativo, tal como titanato zirconato de chumbo (PZT), ou qualquer outro material piezoeletricamente ativo, tal como cerâmica, cristal, plástico e/ou materiais compósitos piezoelétricos, assim como niobato de lítio, titanato de chumbo, titanato de bário e/ou metaniobato de chumbo. Em várias modalidades, adicionalmente a, ou em vez de, um material piezoeletricamente ativo, módulos transdutores podem compreender quaisquer outros materiais adaptados e/ou configurados para gerar radiação e/ou energia acústica. Em várias modalidades, os módulos transdutores podem ser adaptados e/ou configurados para operar em diferentes frequências e profundidades de tratamento. As propriedades do transdutor podem ser definidas por um diâmetro externo (“OD”) e comprimento focal (FL). Em uma modalidade, um transdutor pode ser adaptado e/ou configurado para ter OD = 19 mm e FL = 15 mm. Em outras modalidades, outros valores adequados de OD e FL podem ser usados, tal como OD de menos que cerca de 19 mm, maior que cerca de 19 mm, etc., e F L de menos que cerca de 15 mm, maior que cerca de 15 mm, etc. Os módulos transdutores podem ser adaptados e/ou configurados para aplicar energia ultrassônica em diferentes profundidades de tecido-alvo. Conforme descrito acima, em várias modalidades, os módulos transdutores compreendem mecanismos de movimento adaptados e/ou configurados para direcionar o tratamento ultrassônico em uma sequência de revestimento linear ou substancial de TCPs individuais com um espaçamento de tratamento entre TCPs individuais. Por exemplo, o espaçamento do tratamento pode ser de cerca de 1,1 mm, 1,5 mm, etc. Em várias modalidades, os módulos transdutores podem compreender, adicionalmente, mecanismos de movimento adaptados e/ou configurados para direcionar o tratamento ultrassônico em uma sequência, de modo que os TCPs sejam formados em sequências lineares ou substancialmente lineares separadas por um espaçamento de tratamento. Por exemplo, um módulo transdutor pode ser adaptado e/ou configurado para formar TCPs ao longo de uma primeira sequência linear e uma segunda sequência linear separada por espaçamento de tratamento entre cerca de 2 mm e 3 mm da primeira sequência linear. Em uma modalidade, um usuário pode mover manualmente os módulos transdutores através da superfície de uma área de tratamento, de modo que sequências lineares adjacentes de TCPs sejam criadas. Em uma modalidade, um mecanismo de movimento pode mover automaticamente os módulos transdutores através da superfície de uma área de tratamento, de modo que sequências lineares adjacentes de TCPs sejam criadas.

[0188] Várias modalidades se referem a dispositivos ou métodos de controle do fornecimento de energia a uma região alvo (como o tecido). Em várias modalidades, várias formas de energia podem incluir acústica, ultrassom, luz, laser, radiofrequência (RF), micro-ondas, eletromagnética, radiação, térmica, criogênica, feixe de elétrons, baseada em fótons, magnética, ressonância magnética e/ou outras formas de energia. Várias modalidades se referem a dispositivos ou métodos para dividir um feixe de energia ultrassônica em múltiplos feixes. Em várias modalidades, dispositivos ou métodos podem ser usados para alterar a entrega de energia acústica de ultrassom em quaisquer procedimentos, tais como, porém, sem limitação, ultrassom terapêutico, ultrassom diagnóstico, soldagem ultrassônica, qualquer aplicação que envolva acoplar ondas mecânicas a um objeto e outros procedimentos. Geralmente, com ultrassom terapêutico, um efeito de tecido é obtido concentrando-se a energia acústica com o uso de técnicas de focalização da abertura. Em alguns casos, ultrassom focado de alta intensidade (HIFU) é usado para fins terapêuticos dessa maneira. Em uma modalidade, um efeito de tecido criado pela aplicação de ultrassom terapêutico a uma profundidade particular pode ser denominado criação de um ponto de coagulação térmica (TCP). Em algumas modalidades, uma zona pode incluir um ponto. Em algumas modalidades, uma zona é uma linha, um plano, esférica, elíptica, cúbica ou outra forma unidimensional, bidimensional ou tridimensional. É através da criação de TCPs em posições particulares que a ablação térmica e/ou mecânica do tecido pode ocorrer de forma não invasiva ou remota. Em algumas modalidades, um tratamento com ultrassom não inclui cavitação e/ou ondas de choque. Em algumas modalidades, um tratamento com ultrassom inclui cavitação e/ou ondas de choque.

[0189] Em uma modalidade, os TCPs podem ser criados em uma zona ou sequência linear ou substancialmente linear, curva ou substancialmente curva, com cada TCP individual separado dos TCPs vizinhos por um espaçamento de tratamento. Em uma modalidade, múltiplas sequências de TCPs podem ser criadas em uma região de tratamento. Por exemplo, os TCPs podem ser formados ao longo de uma primeira sequência e uma segunda sequência separada por uma distância de tratamento da primeira sequência. Embora o tratamento com ultrassom terapêutico possa ser administrado através da criação de TCPs individuais em uma sequência e sequências de TCPs individuais, pode ser desejável reduzir o tempo de tratamento e o risco correspondente de dor e/ou desconforto experimentado por um paciente. O tempo de terapia pode ser reduzido formando-se múltiplos TCPs simultaneamente, quase simultaneamente ou sequencialmente. Em algumas modalidades, um tempo de tratamento pode ser reduzido em 10%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80% ou mais, criando-se múltiplos TCPs.

[0190] Por exemplo, em algumas modalidades não limitativas, os sistemas de energia para transdutores podem ser configurados para focar em uma profundidade de tecido de 0,5 mm, 1,0 mm, 1,5 mm, 2 mm, 3 mm, 4,5 mm, 6 mm, menos de 3 mm, entre 0,5 mm e 5 mm, entre 1,5 mm e 4,5 mm, mais de 4,5 mm, mais de 6 mm e em qualquer lugar dentro das faixas de 0,1 mm a 3 mm, 0,1 mm a 4,5 mm, 0,1 mm a 25 mm, 0,1 mm a 100 mm, e quaisquer profundidades dentre estas (por exemplo, 6 mm, 10 mm, 13 mm, 15 mm). Em várias modalidades, o tecido é tratado a uma profundidade abaixo de uma superfície da pele e a superfície da pele não é prejudicada. Em vez disso, o efeito terapêutico obtido na profundidade abaixo da superfície da pele resulta em uma aparência cosmética favorável da superfície da pele. Em outras modalidades, a superfície da pele é tratada com ultrassom (por exemplo, a uma profundidade inferior a 0,5 mm).

[0191] Uma vantagem de um mecanismo de movimento é que o mesmo pode fornecer um uso mais eficiente, preciso e exato de um transdutor de ultrassom, para fins de imaginologia e/ou terapia. Uma vantagem que esse tipo de mecanismo de movimento tem sobre matrizes fixas convencionais de múltiplos transdutores fixados no espaço em um alojamento é que as matrizes fixas estão separadas por uma distância fixada. Em uma modalidade, o módulo transdutor é configurado para fornecer uma potência acústica da terapia ultrassônica em uma faixa entre cerca de 1 W e cerca de 100 W (por exemplo, 3 a 30 W, 7 a 30 W, 21 a 33 W) e um frequência de cerca de 1 MHz a cerca de 10 MHz para aquecer termicamente o tecido para provocar coagulação. Em uma modalidade, o módulo transdutor é configurado para fornecer uma potência acústica da terapia ultrassônica em uma faixa entre cerca de 1 W e cerca de 500 W para energia de pico ou média (por exemplo, 3 a 30 W, 7 a 30 W, 21 a 33 W, 100 W, 220 W, ou mais) e uma frequência de cerca de 1 MHz a cerca de 12 MHz para aquecer termicamente o tecido para provocar coagulação. Em algumas modalidades, uma energia instantânea é distribuída. Em algumas modalidades, uma energia média é distribuída. Em uma modalidade, a potência acústica pode ser de uma faixa de 1 W a cerca de 100 W em uma faixa de frequência de cerca de 1 MHz a cerca de 12 MHz (por exemplo, 1 MHz, 3 MHz, 4 MHz, 4,5 MHz, 7 MHz, 10 MHz, 2 a 12 MHz), ou de cerca de 10 W a cerca de 50 W em uma faixa de frequência de cerca de 3 MHz a cerca de 8 MHz (por exemplo, 3 MHz, 4 MHz, 4,5 MHz, 7 MHz). Em uma modalidade, a potência acústica pode ser de uma faixa de 1 W a cerca de 500 W em uma faixa de frequência de cerca de 1 MHz a cerca de 12 MHz (por exemplo, 1 MHz, 4 MHz, 7 MHz, 10 MHz, 2 a 12 MHz), ou de cerca de 10 W a cerca de 220 W, em uma faixa de frequência de cerca de 3 MHz a cerca de 8 MHz, ou de 3 MHz a 10 MHz. Em uma modalidade, a potência acústica e as frequências são cerca de 40 W em cerca de 4,3 MHz e cerca de 30 W em cerca de 7,5 MHz (por exemplo, 7,0 MHz, 7,2 MHz, 7,4 MHz, 7,6 MHz, 7,8 MHz, 8,0 MHz). Uma energia acústica produzida por esta energia acústica pode estar entre cerca de 0,01 joule (“J”) a cerca de 10 J (por exemplo, 0,25 J, 0,45 J, 0,5 J, 1,0 J, 1,05 J, 1,20 J, 1,25 J, 1,50 J, 4 J, 6 J, 8 J, 9 J) ou cerca de 2 J a cerca de 5 J. Uma energia acústica produzida por esta energia acústica pode estar entre cerca de 0,01 J a cerca de 60.000 J (por exemplo, via aquecimento em massa, para modelagem do corpo, gordura submentoniana, abdômen e/ou flancos, braços, parte interna da coxa, parte externa da coxa, nádegas, flacidez abdominal, celulite), cerca de 10 J ou cerca de 2 J a cerca de 5 J. Em uma modalidade, a energia acústica está em uma faixa menor que cerca de 3 J (por exemplo, 0,25 J, 0,45 J, 0,5 J, 1,0 J, 1,05 J, 1,20 J, 1,25 J, 1,50 J, 2,0 J, 2,5 J). Em várias modalidades, uma intensidade de energia de tratamento é de 10 kW/cm2 a 100 kW/cm2, 15 kW/cm2 a 70 kW/cm2, 10 kW/cm2 a 15 kW/cm2, 15 kW/cm2 a 20 kW/cm2, 17 kW/cm2 a 40 kW/cm2, 15 kW/cm2 a 50 kW/cm2, 20 kW/cm2 a 40 kW/cm2, 15 kW/cm2 a 35 kW/cm2, 15 kW/cm2 a 25 kW/cm2, 25 kW/cm2 a 70 kW/cm2, e/ou 40 kW/cm2 a 80 kW/cm2.

[0192] Em várias das modalidades descritas neste documento, o procedimento é inteiramente cosmético e não um ato médico. Por exemplo, em uma modalidade, os métodos descritos no presente documento não precisam ser realizados por um médico, mas sim em um spa ou outro instituto estético. Em algumas modalidades, um sistema pode ser usado para o tratamento cosmético não invasivo da pele. Em várias modalidades, são fornecidos sistemas e métodos usando ultrassom direcionado e preciso por meio de uma via térmica com um único feixe de terapia de ultrassom ou dividindo um feixe de terapia de ultrassom em duas, três, quatro ou mais zonas focais simultâneas para a realização de vários tratamentos e/ou procedimentos de imagem. Em algumas modalidades, o ultrassom é usado para fins diagnósticos e/ou terapêuticos na área médica, incluindo, mas não se limitando a dermatologia.

[0193] Em várias modalidades, a imagem de ultrassom é empregada para garantir acoplamento acústico suficiente durante a distribuição de um tratamento de terapia de ultrassom. Em várias modalidades, a imaginologia de ultrassom é empregada para impedir o tratamento em uma área indesejada em um corpo, tal como um osso ou um implante. Som, ao contrário da luz, precisa de um meio para propagação. Em uma modalidade, um sistema de tratamento com ultrassom acústico acopla acusticamente a energia de ultrassom do transdutor ao corpo através de uma janela acústica com o uso de gel. Nessa modalidade, o gel é o meio que imita as propriedades de impedância acústica do tecido, de modo que haja transferência eficiente de energia do dispositivo para o tecido. Infelizmente, quaisquer bolsões de ar entre o transdutor e o tecido impedem o acoplamento adequado em algumas situações, e podem, portanto, provocar uma transferência inadequada da energia da terapia de ultrassom. A imaginologia de ultrassom verifica esse acoplamento. O acoplamento inadequado pode aparecer como sombras ou listras verticais nas imagens de ultrassom ou em uma imagem completamente escura. Mesmo que haja acoplamento suficiente, tecidos ou objetos, tais como osso ou implante, podem provocar desafios, uma vez que esses objetos podem ter características de impedância e absorção acústica diferentes dos tecidos moles (por exemplo, pele, músculo). Por causa disso, objetos (tais como osso ou um implante) entre o dispositivo e o foco de terapia pretendido podem provocar reflexo significativo e a aparência aquece a uma profundidade menor do que a pretendida. Objetos (por exemplo, ossos, etc.) ligeiramente além do foco também podem provocar problemas, uma vez que o objeto reflete e absorve prontamente o ultrassom do tecido mole. A energia refletida pode aumentar inadvertidamente a energia já no foco da terapia, o que provoca um aumento de temperatura superior ao pretendido. A energia absorvida no osso pode provocar aquecimento ou desconforto no osso.

[0194] Em várias modalidades, a invenção melhora as características de segurança, melhora o desempenho da eficácia, fornece um componente de segurança e eficácia para dispositivos de aquecimento de volume (tal como um tratamento de banda, uma zona de tratamento focal linear, uma linha focal cilíndrica, um plano e/ou um volume, etc.) para modelação corporal, gordura submentoniana, abdômen e/ou flancos, braços, parte interna da coxa, parte externa da coxa, glúteos, flacidez, flacidez abdominal, etc., fornece avaliação qualitativa e/ou quantitativa de acoplamento, fornece mescla de imagem (ou imagens) de alta resolução com imagem (ou imagens) de acoplamento, é empregada para avaliar impedimentos fora do plano pós-focal (por exemplo, osso, intestino, implantes) e/ou pode ser usada para reduzir a necessidade de habilidades equivalentes de ultrassonografista.

[0195] Em várias modalidades divulgadas no presente documento, os sistemas de ultrassom não invasivos são adaptados para serem usados na obtenção de um ou mais dos seguintes efeitos de melhoramento estético e/ou cosmético benéficos: uma plástica facial, um levantamento de sobrancelha, um levantamento de queixo, um tratamento ocular (por exemplo, bolsas malares, tratamento da flacidez infraorbital), redução de rugas, redução de gordura (por exemplo, tratamento de tecido adiposo e/ou celulite), tratamento de celulite (que pode ser chamado de lipodistrofia ginoide) (por exemplo, lipodistrofia ginoide de tipo feminina com covinha ou sem covinha), melhoramento de decote (por exemplo, tórax superior), um levantamento de glúteos (por exemplo, endurecimento de glúteos), endurecimento de pele (por exemplo, tratamento de flacidez para provocar endurecimento no rosto ou no corpo, tal como rosto, pescoço, tórax, braços, coxas, abdômen, glúteos, etc.), uma redução de cicatrizes, um tratamento de queimaduras, uma remoção de tatuagem, uma remoção de veia, uma redução de veia, um tratamento de uma glândula sudorípara, um tratamento de hiperidrose, uma remoção de mancha solar, um tratamento de acne, uma redução de espinha.

Em uma modalidade, uma zona de coagulação térmica é direcionada a um tecido abaixo da pele, como o sistema aponeurótico muscular superficial (“SMAS”) e outra energia desfocada na superfície da pele é fornecida.

Em várias modalidades, um sistema de ultrassom é configurado para focar ultrassom para produzir movimento mecânico localizado dentro de tecidos e células com a finalidade de produzir aquecimento localizado para coagulação de tecido, ablação e/ou para ruptura mecânica da membrana celular.

Em várias modalidades, um sistema de ultrassom é configurado para levantar uma testa (por exemplo, uma sobrancelha). Em várias modalidades, um sistema de ultrassom é configurado para levantar tecido flácido, tal como tecido submental (abaixo do queixo) e de pescoço.

Em várias modalidades, um sistema de ultrassom é configurado para melhorar as linhas e rugas do decote.

Em várias modalidades, um sistema de ultrassom é configurado para reduzir a gordura.

Em várias modalidades, um sistema de ultrassom é configurado para reduzir a aparência da celulite.

Em várias modalidades, o tecido abaixo ou mesmo em uma superfície da pele, tal como epiderme, derme, fáscia, músculo, gordura e sistema aponeurótico muscular superficial (“SMAS”), são tratados de forma não invasiva com energia de ultrassom.

A energia de ultrassom pode ser focada em um ou mais pontos e/ou zonas de tratamento, pode ser não focada e/ou desfocada, e pode ser aplicada em uma região de interesse que contém pelo menos uma dentre epiderme, derme, hipoderme, fáscia, músculo, gordura, celulite e SMAS para obter um efeito cosmético e/ou terapêutico.

Em várias modalidades, os sistemas e/ou métodos fornecem tratamento dermatológico não invasivo ao tecido através de tratamento térmico, coagulação, ablação e/ou endurecimento. Em uma modalidade, a redução de gordura é obtida. Em várias modalidades, a redução de celulite (por exemplo, lipodistrofia ginoide tipo covinha ou não covinha) ou melhoramento de uma ou mais características (tais como covinhas, nodularidade, aparência de “casca de laranja”, etc.), é obtido em cerca de 10 a 20%, 20 a 40%, 40 a 60%, 60 a 80% ou superior (assim como em faixas de sobreposição das mesmas) em comparação com, por exemplo, tecido não tratado. Em uma modalidade, o decote é tratado. Em algumas modalidades, dois, três ou mais efeitos benéficos são alcançados durante a mesma sessão de tratamento e podem ser alcançados simultaneamente.

[0196] Várias modalidades da presente invenção abordam desafios potenciais apresentados pela administração de terapia de ultrassom. Em várias modalidades, o tempo para efetuar a formação de TCPs para um tratamento cosmético e/ou terapêutico desejado para uma abordagem clínica desejada em um tecido-alvo é reduzido. Em várias modalidades, o tecido-alvo é, porém, sem limitação, qualquer um dentre pele, pálpebras, pestanas, sobrancelha, carúncula lacrimal, pés de galinha, rugas, olhos, nariz, boca (por exemplo, sulco nasolabial, rugas periorais), língua, dentes, gengivas, orelhas, cérebro, coração, pulmões, costelas, abdômen (por exemplo, para flacidez abdominal), estômago, fígado, rins, útero, mama, vagina, próstata, testículos, glândulas, glândulas tireoides, órgãos internos, cabelo, músculo, osso, ligamentos, cartilagem, gordura, gordura labuli, tecido adiposo, tecido subcutâneo, tecido implantado, um órgão implantado, linfoide, um tumor, um cisto, um abcesso ou uma porção de um nervo, ou qualquer combinação dos mesmos.

[0197] Várias modalidades de tratamento de ultrassom e/ou dispositivos de imagem são descritos no Pedido U.S. 12/996.616, publicado como Publicação N° U.S. 2011-0112405 A1 em 12 de maio de 2011, que é uma Fase Nacional dos EUA sob 35 U.S.C. § 371 de

Pedido Internacional nº PCT/US2009/046475, depositado em 5 de junho de 2009 e publicado em inglês em 10 de dezembro de 2009, que reivindica o benefício de prioridade da Provisória nº U.S. 61/059.477 depositada em 6 de junho de 2008, cada um dos quais é incorporado em sua totalidade por referência, neste documento. Várias modalidades de dispositivos de imaginologia e/ou tratamento com ultrassom são descritas no Pedido nº U.S. 14/193.234, publicado como a Publicação nº U.S. 2014/0257145 em 11 de setembro de 2014, que está incorporado a título de referência no presente documento em sua totalidade. Várias modalidades de dispositivos de imaginologia e/ou tratamento com ultrassom estão descritas no Pedido Internacional nº PCT/ US15/25581, publicado como o documento nº WO 2015/160708 em 22 de outubro de 2015 com um Pedido de Fase Nacional nº U.S. 15/302.436, publicado como a Publicação nº U.S. 2017/0028227 em 2 de fevereiro de 2017, em que cada um está incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade. Várias modalidades de dispositivos de imaginologia e/ou tratamento com ultrassom estão descritas no Pedido Internacional nº PCT/US17/046703, publicado como WO 2018/035012 em 22 de fevereiro de 2018 com uma fase nacional do Pedido nº U.S. 15/562.384, cada um dos quais é incorporado em sua totalidade por referência, neste documento.

[0198] Algumas modalidades e os exemplos descritos neste documento são exemplos e não se destinam a ser limitantes na descrição do escopo completo de dispositivos, sistemas e métodos dessas modalidades. Alterações, modificações e variações equivalentes de algumas modalidades, materiais, composições e métodos podem ser realizadas dentro do escopo das modalidades descritas neste documento, com resultados substancialmente semelhantes. Modificações, equivalentes e alternativas que estão dentro do espírito e escopo das várias modalidades descritas neste documento e das reivindicações anexas estão incluídas neste documento.

[0199] Quaisquer métodos divulgados neste documento não precisam ser realizados na ordem recitada.

Os métodos divulgados no presente documento incluem determinadas ações tomadas por um praticante; no entanto, também podem incluir quaisquer instruções de terceiros sobre essas ações, seja de forma expressa ou implícita.

Por exemplo, ações como “acoplar um módulo transdutor a uma sonda ultrassônica” incluem “instruir o acoplamento de um módulo transdutor a uma sonda ultrassônica”. As faixas divulgadas neste documento também abrangem toda e qualquer sobreposição, subfaixas, valores divulgados e combinações dos mesmos.

Linguagens como “até”, “pelo menos”, “maior que”, “menor que”, “entre” e similares, incluem o número citado.

Os números precedidos por um termo como “cerca de” ou “aproximadamente” incluem os números citados.

Por exemplo, “cerca de 25 mm” inclui “25 mm”. Os títulos e/ou cabeçalhos neste documento são fornecidos por conveniência e não se limitam ao assunto reivindicado.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de tratamento de ultrassom caracterizado pelo fato de que compreende: uma sonda ultrassônica que compreende um transdutor de terapia ultrassônica adaptado para aplicar terapia ultrassônica a tecido; e um sistema de energia elétrica configurado para fornecer energia elétrica ao transdutor de terapia de ultrassom, em que o sistema de energia elétrica compreende um dispositivo amplificador de energia e um circuito; em que o dispositivo amplificador de energia compreende pelo menos um transistor semicondutor, em que o pelo menos um transistor semicondutor é um transistor de efeito de campo, em que o transistor de efeito de campo é configurado para operar com uma eficiência de pelo menos 75% em uma frequência de rádio (RF) em uma faixa entre 200 kHz e 20 MHz.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o transistor semicondutor compreende um composto III-V.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o transistor semicondutor compreende Nitreto de Gálio (GaN).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo amplificador de energia compreende: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende o transistor de efeito de campo; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar uma pluralidade de portões do transdutor de efeito de campo para acionar um transdutor de ultrassom piezoelétrico;

em que o circuito compreende quatro transistores configurados em uma configuração de ponte H.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo amplificador de energia compreende: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um transistor de efeito de campo; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar uma pluralidade de portões dos transdutores de efeito de campo para acionar um transdutor de ultrassom piezoelétrico; em que um sinal que aciona o transistor de efeito de campo é gerado comparando uma saída de um circuito senoidal de síntese digital direta para uma tensão de CC; em que uma energia de saída está na faixa de 30 W a 100 W; em que o circuito compreende quatro transistores configurados em uma configuração de ponte H.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o semicondutor é nitreto de gálio, em que o dispositivo amplificador de energia compreende: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um transistor de efeito de campo de nitreto de gálio, em que cada transistor de efeito de campo de nitreto de gálio compreende uma pluralidade de portões; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar a pluralidade de portões dos transdutores de efeito de campo de nitreto de gálio para acionar um transdutor de ultrassom piezoelétrico;

em que um sinal que aciona o transistor de efeito de campo é gerado comparando uma saída de um circuito senoidal de síntese digital direta para uma tensão de CC; em que uma energia de saída está na faixa de 30 W a 100 W; em que o circuito compreende quatro transistores de nitreto de gálio configurados em uma configuração de ponte H; em que um sinal de acionamento de portão tem um ciclo de trabalho variável que é usado para controlar um teor de harmônicos e uma energia no sinal de saída; em que um conversor de amplificador de energia fornece energia a uma energia do sinal de saída de radiofrequência com uma eficiência superior a 75%; em que uma tensão de alimentação para o amplificador de energia é modulada com o uso de um conversor CC-CC de modo de comutação que reduz uma entrada de alta tensão fixa para uma tensão de alimentação mais baixa; que compreende dois ou mais amplificadores de energia, em que um único amplificador de energia é configurado para acionar um único elemento de transdução piezelétrico de um transdutor de ultrassom focado de alta intensidade; em que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais amplitudes diferentes; em que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais fases diferentes; em que uma fase e uma frequência são controladas por um sintetizador digital direto; em que o sistema está configurado para acionar transdutores com uma impedância na faixa de 20 ohms a 120 ohms e um ângulo de fase de +45 graus a -45 graus.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dispositivo amplificador de energia compreende: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um semicondutor; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar o semicondutor para acionar o transdutor de terapia de ultrassom.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um sinal que aciona o transistor de efeito de campo é gerado comparando uma saída de um circuito senoidal de síntese digital direta com uma tensão de CC.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma energia de saída está na faixa de 30 W a 100 W.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma energia de saída está na faixa de 5 W a 50 W.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito compreende quatro transistores configurados em uma configuração de ponte H.

12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e 7 a 11, caracterizado pelo fato de que o circuito compreende dois transistores configurados em uma configuração de meia ponte.

13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e 7 a 11, caracterizado pelo fato de que um sinal de acionamento de portão tem um ciclo de trabalho variável que é usado para controlar um teor de harmônicos e uma energia em um sinal de saída.

14. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e 7 a 11, caracterizado pelo fato de que um conversor de amplificador de energia fornece energia a uma energia de sinal de saída de radiofrequência com uma eficiência superior a 75%.

15. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e 7 a 11, caracterizado pelo fato de que uma tensão de alimentação para o amplificador de energia é modulada com o uso de um conversor CC-CC de modo de comutação que reduz uma entrada de alta tensão fixa para uma tensão de alimentação mais baixa.

16. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e 7 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende dois ou mais amplificadores de energia, em que um único amplificador de energia é configurado para acionar um único elemento de transdução piezelétrico de um transdutor de ultrassom focado de alta intensidade.

17. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e 7 a 11, caracterizado pelo fato de que o transdutor de ultrassom focado de alta intensidade é configurado para acionamento por um amplificador de energia separado.

18. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e 7 a 11, caracterizado pelo fato de que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais amplitudes diferentes.

19. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e 7 a 11, caracterizado pelo fato de que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais fases diferentes.

20. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e 7 a 11, caracterizado pelo fato de que o amplificador é configurado para acionar a saída em duas ou mais frequências diferentes.

21. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e 7 a 11, caracterizado pelo fato de que uma fase e uma frequência são controladas por um sintetizador digital direto.

22. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e 7 a 11, caracterizado pelo fato de que está configurado para acionar transdutores com uma impedância na faixa de 20 ohms a 120 ohms e um ângulo de fase de +45 graus a -45 graus.

23. Dispositivo amplificador de energia para acionar transdutores de ultrassom de alta intensidade caracterizado pelo fato de que compreende: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um transistor de efeito de campo; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar o pelo menos um transistor de efeito de campo.

24. Dispositivo amplificador de energia para acionar um transdutor de ultrassom de alta intensidade caracterizado pelo fato de que compreende: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um transistor de efeito de campo de nitreto de gálio, em que cada transistor de efeito de campo de nitreto de gálio compreende uma pluralidade de portões; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar a pluralidade de portões dos transdutores de efeito de campo de nitreto de gálio para acionar um transdutor de ultrassom piezoelétrico.

25. Dispositivo amplificador de energia, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que compreende um ou mais dos seguintes recursos: em que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais amplitudes diferentes, em que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais fases diferentes.

26. Método de controle de energia elétrica em um sistema de ultrassom para distribuir uma quantidade desejada de energia acústica focada por um transdutor de ultrassom, em que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um sistema de controle de energia elétrica que compreende um circuito que compreende um microprocessador de sistema de controle e uma tabela de consulta (LUT) de sistema de controle; fornecer um transdutor de ultrassom que compreende um controlador de transdutor, um microprocessador de transdutor e uma LUT de transdutor; determinar com o microprocessador de transdutor, a partir da LUT de transdutor, uma quantidade de energia elétrica distribuída a uma carga equivalente a uma quantidade desejada de energia acústica distribuída a um tecido pelo transdutor de ultrassom; determinar com o microprocessador de sistema de controle, a partir da LUT de sistema de controle, uma amplitude de uma saída de sinal elétrico de um amplificador de energia do sistema de energia elétrica que distribuiria a quantidade equivalente de energia elétrica distribuída para a carga; e definir pelo menos um parâmetro da saída do sistema de energia elétrica a amplitude determinada da saída do sinal elétrico.

27. Método de configuração de um sistema de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a carga é de 50 ohms.

28. Sistema de tratamento de ultrassom caracterizado pelo fato de que compreende: uma sonda ultrassônica que compreende um alojamento que contém um transdutor de terapia de ultrassom piezoeletricamente ativo adaptado para focar ondas ultrassônicas acústicas a uma profundidade do alojamento em uma zona focal em um tecido;

um sistema de energia elétrica configurado para fornecer energia elétrica ao transdutor de terapia de ultrassom, em que o sistema de energia elétrica compreende um amplificador de energia; e um sistema de medição de energia elétrica configurado para monitorar a energia de saída elétrica de um sinal de saída do amplificador de energia, em que o sistema de medição de energia elétrica compreende: um circuito de detecção de corrente resistiva configurado para monitorar uma saída de corrente elétrica do amplificador de energia; e um circuito de detecção de tensão resistiva configurado para monitorar uma saída de tensão elétrica do amplificador de energia; e em que o sistema de medição de energia elétrica é configurado para monitorar a energia de saída elétrica do amplificador de energia em uma faixa de frequência que abrange pelo menos duas oitavas para o transdutor de terapia de ultrassom.

29. Sistema para medir uma tensão e corrente elétrica de radiofrequência (RF) de um circuito de acionamento em um sistema de ultrassom focado de alta intensidade caracterizado pelo fato de que compreende: um resistor de detecção de corrente em série com uma carga; uma rede de resistor de detecção de tensão de derivação em paralelo com a carga; e um circuito de monitoramento de corrente e tensão de saída de energia elétrica (circuito demodulador IQ) com um relógio oscilador local sincronizado em uma fase e uma frequência com um sinal que aciona um amplificador de energia e configurado para demodular um sinal de saída para uma frequência carreadora inferior a uma frequência de acionamento de ultrassom.

30. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações28 a 29, caracterizado pelo fato de que o sistema de medição é configurado para fazer várias medições em diferentes deslocamentos de fase relativos entre o oscilador local e o amplificador de energia.

31. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações28 a 29, caracterizado pelo fato de que o relógio oscilador local é gerado a partir de um sintetizador digital direto controlado de forma independente.

32. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações28 a 29, caracterizado pelo fato de que o número de medições de fase é seis.

33. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações28 a 29, caracterizado pelo fato de que o sistema de medição está configurado para fazer várias medições nas frequências do oscilador local.

34. Sistema que usa o sistema de medição, de acordo com qualquer uma das reivindicações28 a 29, caracterizado pelo fato de que é para modificar um sinal de acionamento de portão de modo a atingir um teor de harmônicos desejado no sinal de saída.

35. Método caracterizado pelo fato de que é para determinar o número de medições do tipo, de acordo com a reivindicação 30, para medir adequadamente os harmônicos avaliando um número de harmônicos da frequência mais baixa na banda passante que excede o piso de ruído do sistema.

36. Método caracterizado pelo fato de que é para calcular os componentes harmônicos complexos das formas de onda de tensão e corrente, formando-se combinação linear das múltiplas medições descritas, de acordo com a reivindicação 27.

37. Método para calibrar um transdutor de ultrassom de alta intensidade caracterizado pelo fato de que compreende:

calibrar uma energia de saída acústica distribuída por um transdutor para uma configuração de acionador correspondente a uma energia elétrica distribuída por um acionador em uma ou mais cargas de referência para a configuração de acionador onde uma informação de calibração é armazenada com o transdutor; calibrar a configuração de acionador elétrico em relação à energia elétrica fornecida a uma ou mais cargas de referência onde as informações de calibração são armazenadas com o acionador; e calcular com um processador de uma configuração de acionador para alcançar uma energia de saída acústica desejada que usa as informações de calibração do transdutor para determinar um nível de energia em uma ou mais cargas de referência para uma configuração de energia acústica desejada e que usa as informações de calibração de acionador para determinar uma configuração de acionador para o nível de energia acústica de saída desejado na carga de referência.

38. Método, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que as informações de calibração do transdutor também incluem a energia elétrica distribuída ao transdutor em cada nível de energia acústica, em que as informações de energia armazenadas incluem um componente de energia complexo ou um componente de energia real.

39. Método, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que as medições dinâmicas de energia elétrica distribuídas a partir do acionador são feitas durante a ensonificação do tecido e verificadas em relação à energia elétrica armazenada na calibração do transdutor para o nível de energia acústica desejado.

40. Método, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que as informações de calibração do transdutor também incluem a energia elétrica distribuída ao transdutor em cada nível de energia acústica, em que as informações de energia armazenadas incluem um componente de energia complexo ou um componente de energia real; em que as medições dinâmicas de energia elétrica distribuídas a partir do acionador são feitas durante a ensonificação do tecido e verificadas em relação à energia elétrica armazenada na calibração do transdutor para o nível de energia acústica desejado.

41. Método, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que as informações de calibração do transdutor também incluem a energia elétrica distribuída ao transdutor em cada nível de energia acústica, em que as informações de energia armazenadas incluem um componente de energia complexo ou um componente de energia real; em que as medições dinâmicas de energia elétrica distribuídas a partir do acionador são feitas durante a ensonificação do tecido e verificadas em relação à energia elétrica armazenada na calibração do transdutor para o nível de energia acústica desejado; em que a energia de saída acústica é gerada realizando medições usando um equilíbrio de força; em que a calibração do transdutor é armazenada como uma tabela de consulta em um chip de memória não volátil dentro do transdutor; em que pelo menos uma dentre tensão ou corrente medida no acionador é ajustada usando uma matriz de transferência que descreve a rede de duas portas entre a saída do circuito de acionamento de terapia e o transdutor; em que as informações de calibração são armazenadas em uma tabela de consulta (LUT); em que uma tensão elétrica alvo é calculada a partir das informações de calibração e uma energia acústica desejada definida na clínica por interpolação dos valores em uma ou mais tabelas de consulta.

42. Método, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que a energia de saída acústica é gerada realizando medições usando um equilíbrio de força.

43. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 37 e38, caracterizado pelo fato de que a calibração do transdutor é armazenada como uma tabela de consulta em um chip de memória não volátil dentro do transdutor.

44. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 37,38 e39, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma dentre tensão ou corrente medida no acionador é ajustada com o uso de uma matriz de transferência que descreve a rede de duas portas entre a saída do circuito de acionamento de terapia e o transdutor.

45. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações37 e 38, caracterizado pelo fato de que as informações de calibração são armazenadas em uma tabela de consulta (LUT).

46. Método, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que uma tensão elétrica alvo é calculada a partir das informações de calibração e uma energia acústica desejada definida na clínica por interpolação dos valores em uma ou mais tabelas de consulta.

47. Armazenamento caracterizado pelo fato de que está dentro das informações de calibração do transdutor de limiares de energia elétrica em cada nível de energia acústica definindo uma faixa aceitável de energia de acionamento elétrica para atingir uma faixa aceitável de energia de saída acústica, de acordo com a reivindicação 37.

48. Sistema para confirmar que a energia elétrica medida dinamicamente está dentro da faixa especificada, de acordo com a reivindicação46, caracterizado pelo fato de que compreende medir dinamicamente a energia distribuída pelo acionador e comparar essa energia com os valores de limiar armazenados no transdutor.

49. Método, de acordo com a reivindicação 44, caracterizado pelo fato de que a matriz de transferência de um conjunto de cabo e peça manual que pode ser trocado entre transdutores e acionadores é armazenada em um chip de memória não volátil dentro da conjunto de cabo e peça manual.

50. Método para ajustar dinamicamente a energia caracterizado pelo fato de que compreende: medir a energia elétrica distribuída pelo acionador; comparar a energia elétrica medida com a energia elétrica desejada, conforme determinado a partir das informações de calibração, de acordo com a reivindicação 37 e ajustar a configuração do acionador para reduzir o erro entre a energia elétrica desejada e medida.

51. Método para ajustar dinamicamente a energia caracterizado pelo fato de que compreende: medir a impedância elétrica da carga e calcular a impedância de transdutor com base nas impedâncias conhecidas de outros componentes do sistema; calcular a energia elétrica necessária do acionador para manter a mesma quantidade de energia dissipada através da impedância de transdutor real; e ajustar a configuração do acionador atende a energia elétrica necessária para reduzir o erro entre a energia elétrica desejada e medida.

52. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações49 a51, caracterizado pelo fato de que a energia é ajustada dinamicamente sempre que a terapia é distribuída.

53. Método caracterizado pelo fato de que é para sintonizar transdutores de ultrassom focados de alta intensidade varrendo-se a frequência enquanto mede-se a relação da onda estacionária de tensão no acionador e seleciona-se para a frequência de operação aquela frequência que minimiza a relação da onda estacionária de tensão.

54. Método para calibrar transdutores de ultrassom focados de alta intensidade caracterizado pelo fato de que compreende modelar um acionador como uma fonte equivalente a Thévenin com tensão de fonte e impedância de fonte dependente de frequência e armazenar informações de calibração que compreendem a tensão de fonte e impedância de fonte com o acionador, medir e armazenar a impedância de transdutor nas informações de calibração do transdutor, e calcular a energia elétrica que será distribuída ao transdutor pelo acionador com o uso da tensão de fonte e da impedância de fonte armazenadas na calibração do acionador na impedância de carga armazenada na calibração do transdutor e tratar o sistema combinado como uma rede divisora de tensão.

55. Método caracterizado pelo fato de que é para medir a impedância de transdutor: calibrar o acionador com o uso de uma ou mais impedâncias de referência conhecidas; medir a impedância de transdutor em uma ou mais frequências e uma ou mais amplitudes; ajustar o transdutor medido a um circuito de ressonância para calcular os parâmetros do transdutor, como capacitância limitada, coeficiente de acoplamento e resistência à radiação; usar a caracterização para determinar a idade do transdutor, aceitabilidade operacional e amplitude e fase necessárias.

56. Método, de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pelo fato de que uma distância fixa está entre o transdutor e a região de tratamento pretendida.

57. Método, de acordo com a reivindicação56, caracterizado pelo fato de que o feixe de terapia é temporariamente movido para uma região não tratada para determinar a quantidade de retrodifusão da região de tratamento com o uso de um método de diferença.

58. Método, de acordo com a reivindicação55, caracterizado pelo fato de que a impedância de transdutor é medida usando pulsos de excitação de duração mais curta para eliminar retrodifusão ou reflexões do tecido ou da interface do transdutor.

59. Sistema de tratamento de ultrassom caracterizado pelo fato de que compreende: uma sonda ultrassônica que compreende um transdutor de terapia ultrassônica adaptado para aplicar terapia ultrassônica a tecido; e um sistema de energia elétrica configurado para fornecer energia elétrica ao transdutor de terapia de ultrassom, em que o sistema de energia elétrica compreende um dispositivo amplificador de energia e um circuito; em que o dispositivo amplificador de energia compreende pelo menos um transistor de energia de semicondutor III-V configurado para operar com uma eficiência de pelo menos 75% em uma radiofrequência (RF) em uma faixa entre 200 kHz e 20 MHz.

60. Sistema, de acordo com a reivindicação59, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um transistor de energia de semicondutor III-V é selecionado do grupo que consiste em: GaN, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs e AlGaN.

61. Sistema, de acordo com a reivindicação59, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um transistor de energia de semicondutor III-V é nitreto de gálio.

62. Sistema, de acordo com a reivindicação59, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um transistor de energia de semicondutor III-V não é um dentre GaN, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs e AlGaN.

63. Sistema, de acordo com a reivindicação59, caracterizado pelo fato de que o dispositivo amplificador de energia compreende: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende uma pluralidade de transistores de energia de semicondutor III-V; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar a pluralidade de transistores de energia de semicondutor III-V para acionar um transdutor de ultrassom piezoelétrico.

64. Sistema, de acordo com a reivindicação59, caracterizado pelo fato de que um sinal que aciona o transistor de energia é gerado comparando a saída de um circuito de síntese digital direto senoidal com uma tensão de CC.

65. Sistema, de acordo com a reivindicação59, caracterizado pelo fato de que uma energia de saída está na faixa de 30 W a 100 W.

66. Sistema, de acordo com a reivindicação59, caracterizado pelo fato de que uma energia de saída está na faixa de 5 W a 50 W.

67. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 59 a 66, caracterizado pelo fato de que o circuito compreende quatro transistores de energia configurados em uma configuração de ponte H.

68. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 59 a 66, caracterizado pelo fato de que um sinal de acionamento de portão tem um ciclo de trabalho variável que é usado para controlar um teor de harmônicos e uma energia no sinal de saída.

69. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações59 a 66, caracterizado pelo fato de que um conversor de amplificador de energia fornece energia para uma energia de sinal de saída de radiofrequência com uma eficiência superior a 75%.

70. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações59 a 66, caracterizado pelo fato de que uma tensão de alimentação para o amplificador de energia é modulada com o uso de um conversor CC-CC de modo de comutação que reduz uma entrada de alta tensão fixa para uma tensão de alimentação mais baixa.

71. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações59 a 66, caracterizado pelo fato de que compreende dois ou mais amplificadores de energia, em que um único amplificador de energia é configurado para acionar um único elemento de transdução piezelétrico de um transdutor de ultrassom focado de alta intensidade.

72. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações59 a 66, caracterizado pelo fato de que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais amplitudes diferentes.

73. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 59 a 66, caracterizado pelo fato de que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais fases diferentes.

74. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 59 a 66, caracterizado pelo fato de que uma fase e uma frequência são controladas por um sintetizador digital direto.

75. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 59 a 66, caracterizado pelo fato de que está configurado para acionar transdutores com uma impedância na faixa de 20 ohms a 120 ohms e um ângulo de fase de +45 graus a -45 graus.

76. Dispositivo amplificador de energia para acionar transdutores de ultrassom de alta intensidade caracterizado pelo fato de que compreende: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende pelo menos um transistor de energia de semicondutor III-V; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar o pelo menos um transistor de energia de semicondutor III-V.

77. Dispositivo com uma pluralidade de amplificadores de energia para acionar transdutores de ultrassom de alta intensidade caracterizado pelo fato de que compreende: um projeto de amplificador de modo de comutação que compreende uma pluralidade de transistores de energia de semicondutor III-V; e um circuito configurado para gerar formas de onda digitais para acionar a pluralidade de transistores de energia de semicondutor III-V para acionar um transdutor de ultrassom piezoelétrico.

78. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 77, caracterizado pelo fato de que os transistores de energia de semicondutor III-V são transistores de efeito de campo de nitreto de gálio.

79. Dispositivo amplificador de energia, de acordo com a reivindicação 77 ou 78, caracterizado pelo fato de que compreende um ou mais dos seguintes recursos: em que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais amplitudes diferentes, em que o amplificador de energia é configurado para acionar a saída em duas ou mais fases diferentes.

80. Método de controle de energia elétrica em um sistema de ultrassom para distribuir uma quantidade desejada de energia acústica focada por um transdutor de ultrassom, em que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um sistema de controle de energia elétrica que compreende um circuito que compreende um microprocessador de sistema de controle e uma tabela de consulta (LUT) de sistema de controle;

fornecer um transdutor de ultrassom que compreende um controlador de transdutor, um microprocessador de transdutor e uma LUT de transdutor; determinar com o microprocessador de transdutor, a partir da LUT de transdutor, uma quantidade de energia elétrica distribuída a uma carga equivalente a uma quantidade desejada de energia acústica distribuída a um tecido pelo transdutor de ultrassom; determinar com o microprocessador de sistema de controle, a partir da LUT de sistema de controle, uma amplitude de uma saída de sinal elétrico de um amplificador de energia do sistema de energia elétrica que distribuiria a quantidade equivalente de energia elétrica distribuída para a carga; e definir pelo menos um parâmetro da saída do sistema de energia elétrica a amplitude determinada da saída do sinal elétrico, em que a carga está em uma faixa de 20 a 120 ohms. Método de configuração de um sistema de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 26, em que a carga é de 50 ohms.

81. Sistema de tratamento de ultrassom caracterizado pelo fato de que compreende: uma sonda ultrassônica que compreende um alojamento que contém um transdutor de terapia de ultrassom piezoeletricamente ativo adaptado para focar ondas ultrassônicas acústicas a uma profundidade do alojamento em uma zona focal em um tecido; um sistema de energia elétrica configurado para fornecer energia elétrica ao transdutor de terapia de ultrassom, em que o sistema de energia elétrica compreende um amplificador de energia; e um sistema de medição de energia elétrica configurado para monitorar a energia de saída elétrica de um sinal de saída do amplificador de energia,

em que o sistema de medição de energia elétrica compreende: um circuito de detecção de corrente resistiva configurado para monitorar uma saída de corrente elétrica do amplificador de energia; e um circuito de detecção de tensão resistiva configurado para monitorar uma saída de tensão elétrica do amplificador de energia; e em que o sistema de medição de energia elétrica é configurado para monitorar a energia de saída elétrica do amplificador de energia em uma faixa de frequência que abrange pelo menos duas oitavas para o transdutor de terapia de ultrassom.

82. Sistema para medir uma tensão e corrente elétrica de radiofrequência (RF) de um circuito de acionamento em um sistema de ultrassom focado de alta intensidade caracterizado pelo fato de que compreende: um resistor de detecção de corrente em série com uma carga; uma rede de resistor de detecção de tensão de derivação em paralelo com a carga; e um circuito de monitoramento de corrente e tensão de saída de energia elétrica (circuito demodulador IQ) com um relógio oscilador local sincronizado em uma fase e uma frequência com um sinal que aciona um amplificador de energia e configurado para demodular um sinal de saída para uma frequência carreadora inferior a uma frequência de acionamento de ultrassom.

83. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações81 a 82, caracterizado pelo fato de que o sistema de medição é configurado para fazer várias medições em diferentes deslocamentos de fase relativos entre o oscilador local e o amplificador de energia.

84. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações81 a 82, caracterizado pelo fato de que o relógio oscilador local é gerado a partir de um sintetizador digital direto controlado de forma independente.

85. Sistema descrito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 81 a 82, caracterizado pelo fato de que o número de medições de fase é seis.

86. Sistema que usa o sistema de medição, de acordo com qualquer uma das reivindicações81 a 82, caracterizado pelo fato de que é para modificar um sinal de acionamento de portão de modo a atingir um teor de harmônicos desejado no sinal de saída.

87. Método para determinar o número de medições do tipo, de acordo com a reivindicação 81, caracterizado pelo fato de que é para medir adequadamente os harmônicos avaliando um número de harmônicos da frequência mais baixa na banda passante que excede o piso de ruído do sistema.

88. Método caracterizado pelo fato de que é para calcular os componentes harmônicos complexos das formas de onda de tensão e corrente, formando combinação linear das múltiplas medições descritas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 81 a 82.

89. Sistema de tratamento de ultrassom caracterizado pelo fato de que tem um ou mais dos recursos descritos na descrição anterior.

90. Dispositivo amplificador de potência para acionar um transdutor de ultrassom de alta intensidade caracterizado pelo fato de que tem um ou mais dos recursos descritos na descrição anterior.

91. Método de controle de energia elétrica em um sistema de ultrassom caracterizado pelo fato de que tem um ou mais dos recursos descritos na descrição anterior.

92. Sistema para medir uma tensão e corrente elétrica de radiofrequência (RF) de um circuito de acionamento em um sistema de ultrassom focado de alta intensidade caracterizado pelo fato de que tem um ou mais dos recursos descritos na descrição anterior.

93. Método para calibrar um transdutor de ultrassom de alta intensidade caracterizado pelo fato de que tem um ou mais dos recursos descritos na descrição anterior.

94. Método de método para detectar a qualidade do acoplamento acústico de um transdutor de ultrassom focado de alta intensidade através de uma superfície de pele caracterizado pelo fato de que tem um ou mais dos recursos descritos na descrição anterior.