CN112236195A - 具有优化的空化监控的聚焦超声系统 - Google Patents

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Abstract

使用具有多个换能器元件的超声换能器在靶区域处产生超声聚焦并从靶区域接收信号的各种方法包括：获取靶区域和位于换能器元件与靶区域之间的波束路径上的一个或多个路径区域的多个图像；基于获取的图像确定与靶区域相关联的一个或多个组织特征；至少部分地基于确定的组织特征来确定与每个换能器元件相关联的多个特征参数；至少部分地基于特征参数，操作换能器元件中的至少第一换能器元件以共同将超声束发射到靶区域，从而在其上产生具有期望特性的聚焦；以及至少部分地基于特征参数，操作换能器元件中的至少第二换能器元件以从靶区域接收声信号，并响应于此，调整换能器元件中的至少第一换能器元件的操作从而改善靶区域处的聚焦。

Description

具有优化的空化监控的聚焦超声系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年6月6日提交的美国临时专利申请号62/681,282的优先权和权益，并将其全部内容通过引用并入本申请。
技术领域
本发明总体上涉及聚焦超声系统，并且更具体地，涉及操作聚焦超声系统以产生高质量聚焦区并实现优化的空化监控。
背景技术
聚焦超声(即，频率大于约20千赫兹的声波)可用于对患者体内身体组织进行成像或治疗性处理。例如，超声波可用于涉及切除肿瘤的应用中，从而消除了对侵入式手术、靶向给药、血脑屏障控制、凝块溶解和其他外科手术的需要。在超声程序期间，压电陶瓷换能器放置在患者外部，但紧邻待切除或成像的组织(即，靶)。换能器将电子驱动信号转换成机械振动，从而产生声波的发射。换能器可以设置几何形状并与其他这样的换能器一起定位，使得它们发射的超声能量共同在对应于靶组织区域(或在靶组织区域内)的“聚焦区”处形成聚焦波束。可选地或另外地，单个换能器可以由多个单独驱动的换能器元件形成，换能器元件的相位和幅度可以各自独立地控制。这种“相控阵”换能器有利于通过调节换能器之间的相对相位将聚焦区域控制至不同的位置；聚焦体积可以通过控制与元件相关联的幅度和相位来成形。如本文所用，术语“元件”表示阵列中的单个换能器或单个换能器的可独立驱动的部分。磁共振成像(MRI)可用于使患者和靶可视化，并从而引导超声束。
当声能穿过组织时，它可以通过多个过程与组织相互作用，包括传播、散射、吸收、反射和折射。到达靶区域的声能的强度和靶区域处的聚焦区的大小通常决定治疗的治疗效果，即在聚焦区附近破坏的组织的体积。声强度和聚焦区的大小取决于系统参数，例如换能器元件特征、声能的频率和聚焦深度(从换能器到聚焦区的距离)，以及与患者有关的参数，例如组织不均匀性。
例如，聚焦区的大小与超声相控阵的f数的平方正相关，即，聚焦区的面积越小对应于换能器元件的f数越小。因为f数定义为聚焦深度与换能器元件的孔宽度之比，所以在固定焦距下，较大的超声发射区域产生较小的聚焦区域。因为小的聚焦区对应于高的声强，所以可能希望激活尽可能多的离散换能器元件以便使f数最小。
另一方面，激活换能器元件以测量来自靶区域的信号也可能是有益的，以用于自动聚焦和/或监视由施加的声能引起的对靶的影响。这可以利用小的气泡(或“微泡”)来实现。在聚焦超声治疗或超声成像期间，在靶组织的液体部分中可能会产生微泡，例如，由于由传播的超声波产生的负压引起的应力和/或由于加热液体的破裂及其气体/蒸汽的积聚。从微泡反射的超声信号可用于在靶区域处形成聚焦。另外，取决于来自声场的所施加的应力的幅度，微泡可能塌陷(该机制被称为“惯性空化”)并且在靶和/或其周围组织中引起各种热效应和/或机械效应。例如，在低声压下，可以诱发微泡的稳定(流式)空化，以增强超声聚焦区域处的能量吸收。稳定空化可以使聚焦区域内的组织比不存在微泡时更快和更有效地加热。然而，在高声压下，可能诱发微泡的不稳定(或惯性)空化，并且这可能导致不希望的生物效应，例如出血、细胞死亡和超出靶的大范围组织损伤。因此，监测靶处和靶区域外的微泡活动是重要的，以便获得所需的治疗性生物效应而不损坏非靶组织。
通常，使用一个或多个水听器来检测来自微泡的声信号。检测到的信号的数量和质量取决于水听器的总表面积——与单个水听器的较小表面积相比，由多个水听器组合的较大表面积可以检测到更多具有更高信噪比(SNR)的声信号。因此，常规方法通常需要围绕靶区域以立体角实施多个水听器，以同时检测来自靶区域的声信号。
可以通过激活换能器阵列中的一些元件来用作检测来自微泡的信号的水听器，避免水听器的使用。但是类似于使用水听器的布置，可能还需要尽可能多地激活阵列中与水听器一样多的换能器元件，以便接收具有高SNR的足够的信号，以便准确地确定微泡活动、定位微泡活动和/或执行超声自动聚焦。结果，在操作换能器元件以发射波以在靶处产生高质量的聚焦与操作换能器元件以接收来自微泡的信号用于自动聚焦和/或检测微泡活动之间存在妥协，需要一种有助于有选择地优化这种妥协的方法。
发明内容
本发明提供的系统和方法用于在超声程序期间最佳地确定作为时间的函数与每个换能器元件(或每组换能器元件)相关联的特征参数(profile parameter)(例如，操作模式、幅度、频率和/或相位)值；特征参数值使换能器阵列能够在靶区域处同时形成具有所需聚焦特性的聚焦区以及从基本靠近靶区域产生和/或引入的微泡中检测到足够的高质量(例如，高SNR)信号。可以例如基于在超声程序前和/或期间获取的靶和/或非靶区域的成像数据来确定时间特征参数(temporal profile parameter)值。例如，对于脑瘤的治疗，成像数据可以限定颅骨区域，从换能器元件发射的超声束在到达靶区域前行进通过所述颅骨区域；每个颅骨区域与换能器元件相关联。在各种实施例中，基于颅骨区域的解剖特征(例如，结构、厚度或密度)，它们的相关换能器元件以发射模式操作(以便在靶区域处共同产生聚焦区)或以接收模式操作(以便从靶区域接收信号)。例如，对应于薄颅骨区域的换能器元件可以在发射模式下操作以减小波束畸变和颅骨发热，而其余元件可以在接收模式下操作。
在一些实施例中，利用涉及热声模拟的物理模型来预测从换能器元件到靶区域的超声波束的声路径，并基于解剖特征(例如，骨密度)估计颅骨区域的“热量分布(heatingprofile)”——即，对于给定的施加声能的水平组织温度的预期变化。每个换能器元件的操作(即，以发射或接收模式)可以基于模型预测来确定。例如，可以在接收模式下操作与具有较高热量分布的颅骨区域相对应的换能器元件，以避免颅骨过热。
在各种实施例中，换能器元件的特征参数可以基于在超声程序前和/或期间测量的来自靶区域的声信号来确定。另外，在程序期间，每个换能器元件可以在发射和接收模式之间交替。模式改变的最佳时间模式可以针对每个元件基于例如成像数据、热声模拟结果和/或来自靶/非靶区域的声信号来确定。
在一些实施例中，换能器元件基本上同时以发射和接收模式操作。然后可以使用频谱滤波器来过滤具有发射频率的信号，以便进行反射分析；这可以有利地避免由大的发射信号引起的换能器接收电路的幅度饱和。另外，可以选择(例如，使用滤波器)由每个换能器元件检测到的信号的频率范围，以对特定的微泡空化事件提供更灵敏的测量。
最后，可以基于靶和/或非靶组织的解剖特征来优化超声发射频率，以使靶区域处的声强最大化。换能器元件可以以优化的频率被驱动。
因此，本发明提供了用于驱动超声换能器元件的各种方法，以便在靶区域处生成高质量的聚焦区域，并实现测量来自靶区域的高质量信号。
因此，在一个方面，本发明涉及一种用于在靶区域处生成超声聚焦并从其接收信号的系统。在各种实施例中，该系统包括具有多个换能器元件的超声换能器；成像系统，用于获得(i)靶区域和(ii)位于至少其中一些换能器元件和靶区域之间的波束路径上的一个或多个路径区域的多个图像；控制器，能够操作地耦合到超声换能器和成像系统。在一个实施方式中，所述控制器配置为(a)基于获得的图像确定与靶区域相关的一个或多个组织特征(例如，组织类型、位置、大小、厚度、密度、结构、形状、血管化，热时间常数等)；(b)至少部分地基于所确定的组织特征来确定与每个换能器元件相关联的多个特征参数(例如，操作模式、幅度、频率和/或相位)；(c)至少部分地基于所述特征参数，操作所述换能器元件中的第一换能器元件以将超声束共同地发射到靶区域，从而在其上产生聚焦；以及(d)至少部分地基于所述特征参数，操作所述换能器元件中的第二换能器元件以从靶区域接收声信号，并响应于此，调整所述换能器元件中的第一换能器元件的操作，从而改善靶区域处的聚焦。
所述系统可以进一步包括用于将微泡引入到靶区域的施用装置。附加地或替代地，施用装置可以引入种子微泡；然后，所述控制器进一步配置为使用种子微泡和超声换能器在靶区域处产生微泡云。在一个实施例中，所述控制器进一步配置为使用超声换能器在靶区域处产生微泡。接收的信号是来自产生的/引入的微泡的反射。另外，所述控制器可以进一步配置为至少部分地基于接收的信号来检测微泡的空化特征(例如，空化类型和/或空化位置)。在一个实施例中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于接收的信号来确定特征参数；以及基于特征参数来操作换能器元件中的第一换能器元件和第二换能器元件。
在各种实施例中，成像系统配置为获得以下所述的第二组图像：(i)围绕靶区域的第一组织区域和/或(ii)在其中一个路径区域上的第二组织区域；且所述控制器进一步配置为基于获得的第二组图像确定与第一组织区域和/或第二组织区域相关的一个或多个第二组织特征(例如，组织类型、位置、大小、厚度、密度、结构、形状、血管化、热时间常数等)。另外，所述控制器可以进一步配置为至少部分地基于第二组织特征来确定特征参数；以及根据确定的特征参数调整换能器元件的操作。在一些实施例中，所述控制器进一步配置为预测从换能器元件中的第一换能器元件发射的超声束的声路径；以及至少部分地基于第二组织特征来估计第一和第二区域的热量分布。在一个实施方式中，使用包括热声模拟的物理模型来执行声路径预测和热量分布估计。
在一个实施例中，换能器元件中的第一换能器元件的至少其中一些不同于换能器元件中的第二换能器元件的至少其中一些。在另一个实施例中，换能器元件中的第一换能器的至少其中一些与换能器元件中的第二换能器的至少其中一些相同。另外，所述控制器可以进一步配置为基本上同时操作与换能器元件中的第二换能器元件相同的换能器元件中的第一换能器元件。在一个实施方式中，所述系统进一步包括频谱滤波器，用于对接收的具有发送的超声束的频率的信号进行滤波。另外，所述系统可以包括时分多路复用器；第一换能器元件和第二换能器元件在不同的时间片(time slice)期间操作。与第一换能器元件的操作相关联的时间片的第一时间间隔可以与与第二换能器元件的操作相关联的时间片的第二时间间隔相同或不同。
在各种实施例中，所述控制器进一步配置为确定接收的声信号的频率范围。所述系统可以进一步包括频谱滤波器，用于对接收的具有频率范围之外的频率的信号进行滤波。另外，所述控制器可以进一步配置为基于与位于至少其中一个路径区域中的介入组织相关的第二组织特征(例如，组织类型、位置、大小、厚度、密度、结构、形状、血管化、热时间常数等)来确定频率范围。在一个实施例中，所述控制器进一步配置为确定与换能器元件中的第一换能器元件相关联的最优发射频率，以使靶区域处的声强度最大化。例如，所述控制器可以进一步配置为至少部分地基于靶区域的组织特征和与位于路径区域中的一个或多个中的介入组织相关联的第二组织特征来确定最佳发射频率。
在另一方面，本发明涉及一种用于使用具有多个换能器元件的超声换能器在靶标区域处产生超声聚焦并从其接收信号的方法。在各种实施例中，所述方法包括：获取靶区域以及位于换能器元件与靶区域之间的波束路径上的一个或多个路径区域的多个图像；基于获取的图像确定与靶区域相关的一个或多个组织特征(例如，组织类型、位置、大小、厚度、密度、结构、形状、血管化，热时间常数等)；至少部分地基于所确定的组织特征来确定与每个换能器元件相关联的多个特征参数(例如，操作模式、幅度、频率和/或相位)；至少部分地基于所述特征参数，操作所述换能器元件中的第一换能器元件以将超声束共同地发射到靶区域，从而在其上产生聚焦；以及至少部分地基于所述特征参数，操作所述换能器元件中的第二换能器元件以从靶区域接收声信号，并响应于此，调整所述换能器元件中的第一换能器元件的操作，从而改善靶区域处的聚焦。
所述方法可以进一步包括将微泡引入靶区域。附加地或替代地，所述方法可以进一步包括使用超声换能器在靶区域中产生微泡。在一个实施例中，所述方法进一步包括引入种子微泡以及使用种子微泡和超声换能器在靶区域处产生微泡云。接收的信号是来自产生的/引入的微泡的反射。另外，所述方法可以进一步包括至少部分地基于接收的信号来检测微泡的空化特征(例如，空化类型和/或空化位置)。在一个实施例中，所述方法进一步包括至少部分地基于接收的信号来确定特征参数；以及基于特征参数来操作换能器元件中的第一换能器元件和第二换能器元件。
在各种实施例中，所述方法进一步包括获得围绕靶区域的第一组织区域和/或在其中一个路径区域上的第二组织区域的第二组图像；以及基于获得的第二组图像确定与第一组织区域和/或第二组织区域相关的一个或多个第二组织特征(例如，组织类型、位置、大小、厚度、密度、结构、形状、血管化、热时间常数等)。另外，所述方法可以进一步包括至少部分地基于第二组织特征来确定特征参数；以及根据确定的特征参数调整换能器元件的操作。在一些实施例中，所述方法进一步包括预测从换能器元件中的第一换能器元件发射的超声束的声路径；以及至少部分地基于第二组织特征来估计第一和第二区域的热量分布。在一个实施方式中，使用包括热声模拟的物理模型来执行声路径预测和热量分布估计。
在一个实施例中，换能器元件中的第一换能器元件的至少其中一些不同于换能器元件中的第二换能器元件的至少其中一些。在另一个实施例中，换能器元件中的第一换能器的至少其中一些与换能器元件中的第二换能器的至少其中一些相同。另外，所述方法可以进一步包括基本上同时操作与换能器元件中的第二换能器元件相同的换能器元件中的第一换能器元件。在一个实施方式中，所述方法进一步包括应用频谱滤波器对接收的具有发送的超声束的频率的信号进行滤波。另外，所述方法可以进一步包括在不同的时间片期间操作换能器元件中的第一换能器元件和换能器元件中的第二换能器元件。与第一换能器元件的操作相关联的时间片的第一时间间隔可以与与第二换能器元件的操作相关联的时间片的第二时间间隔相同或不同。
在各种实施例中，所述方法进一步包括确定接收的声信号的频率范围。所述方法可以进一步包括应用频谱滤波器对接收的具有频率范围之外的频率的信号进行滤波。另外，所述方法可以进一步包括基于与位于至少其中一个路径区域中的介入组织相关的第二组织特征(例如，组织类型、位置、大小、厚度、密度、结构、形状、血管化、热时间常数等)来确定频率范围。在一个实施例中，所述方法进一步包括确定与换能器元件中的第一换能器元件相关联的最优发射频率，以使靶区域处的声强度最大化。例如，所述方法可以进一步包括至少部分地基于靶区域的组织特征和与位于路径区域中的一个或多个中的介入组织相关联的第二组织特征来确定最佳发射频率。
如本文所使用的，术语“近似”、“约”、“大致”和“基本上”是指±10％，在一些实施例中为±5％。在整个说明书中，对“一个示例”、“一示例”、“一个实施例”或“一实施例”的引用是指结合该示例所描述的特定特征、结构或特性包括在本发明技术方案的至少一个示例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个示例中”、“在一示例中”、“一个实施例”或“一实施例”不一定都指的是同一示例。此外，特定特征、结构、例程、步骤或特性可以在本发明技术方案的一个或多个示例中以任何合适方式组合。本文提供的标题仅是为了方便起见，并不旨在限制或解释所要求保护的技术的范围或含义。
附图说明
在附图中，不同视图中相同的附图标记通常代表相同的部件。而且，附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明本发明的原理上。在下文描述中，参考以下附图描述本发明的各种实施例，其中：
图1A示意性地示出了根据本发明的各种实施例的示例性超声系统；
图1B示意性地示出了根据本发明的各种实施例的示例性MRI系统；
图2示出了根据各种实施例产生和/或引入微泡至靶区域中用于自动聚焦；
图3A示出了根据各种实施例，至少部分地基于沿着从换能器元件到靶区域的超声束的声路径定位的介入组织的解剖学特征，换能器元件的操作；
图3B示出根据各种实施例，至少部分地基于钙化的位置，换能器元件的操作；
图4示出了根据各种实施例，换能器元件在发射和接收模式下的操作；
图5A为示出了根据各种实施例，用于驱动换能器元件以在靶区域处产生高质量聚焦区域以及实现测量来自靶区域的高质量信号的示例性方法的流程图；以及
图5B为示出了根据各种实施例，用于确定与换能器元件相关联的时间特征参数的示例性方法的流程图。
具体实施方式
图1A示出了用于将超声聚焦到病人体内的靶区域101上的示例性超声系统100。所述系统100可以以各种方式定形超声能量，例如产生点聚焦、线聚焦、环形聚焦或同时产生多个聚焦。在各种实施例中，系统100包括换能器元件104的相控阵列102，驱动相控阵列102的波束形成器106，与波束形成器106通信的控制器108，以及将输入电子信号提供给波束形成器106的频率发生器110。
阵列102可以具有适合于将其放置在颅骨的表面上或除颅骨之外的身体部分上的弯曲(例如，球形或抛物线形)形状，或者可以包括一个或多个平面或其它形状的部分。其尺寸可根据应用在毫米和数十厘米之间变化。阵列102的换能器元件104可以是压电陶瓷的电容式微机械超声换能器(CMUT)或微机电系统(MEMS)元件，并且可以安装在硅橡胶中或安装在适合于阻尼元件104之间的机械耦合的任何其他材料中。也可以使用压电复合材料或通常以能够将电能转换为声能这种方式定形的任何材料。为了确保向换能器元件104的最大功率传输，可以将元件104配置为用于电谐振，匹配输入阻抗。
换能器阵列102耦合至波束形成器106，波束形成器106驱动各个换能器元件104，使得它们共同产生聚焦的超声波束或场。对于n个换能器元件，波束形成器106可以包含n个驱动器电路，每个电路包括放大器118和相移电路120或者由放大器118和相移电路120组成；驱动电路驱动换能器元件104中的一个。波束形成器106从频率发生器110接收射频(RF)输入信号，通常在0.1MHz至4.0MHz的范围内，频率发生器110可以是例如可从斯坦福研究系统(Stanford Research Systems)获得的DS345型发生器。对于波束形成器106的n个放大器118和延迟电路120，输入信号可以分成n个通道。在一些实施例中，频率发生器110与波束形成器106集成在一起。射频发生器110和波束形成器106配置为以相同的频率但是不同的相位和/或不同的幅度来驱动换能器阵列102的各个换能器元件104。
由波束形成器106施加的放大或衰减因子α1-αn和相移a1-an用于使超声能量通过非均匀组织(例如，位于从换能器元件到靶区域或“路径区域”的超声波束的声路径的患者的颅骨或不同组织)发射和聚焦至靶区域上(例如，患者大脑中的区域)。通过调整放大因子和/或相移，可以在靶区域处形成聚焦区的期望形状和强度。
可以使用控制器108计算放大因子和相移，控制器108可以通过软件、硬件、固件、硬接线或上述任何组合来提供计算功能。例如，控制器108可以以常规方式并且在没有过度实验的情况下利用用软件编程的通用或专用数字数据处理器，以确定要换能器元件104的频率、相移和/或放大因子。在某些实施例中，控制器计算是基于关于位于换能器102和靶101之间的介入组织的特征(例如，结构、厚度、密度等)及其对声能传播的影响的详细信息。在各种实施例中，这类信息从成像器112获得，比如磁共振成像(MRI)装置、电子计算机断层扫描(CT)装置、正电子发射计算机断层扫描(PET)装置、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)装置，或超声检查装置。成像器112可以提供一组二维图像，该二维图像适合于重建介入组织的三维图像，从中可以推断出厚度和密度；或者，图像采集可以是三维的。
在一些实施例中，超声系统100可以包括耦合到波束形成器106的多路复用器124，用于控制与换能器元件104相关联的驱动信号。如以下进一步描述的，换能器阵列102然后可以配置为基本上同时向靶101发射波束和从靶101接收信号。另外，图像处理功能可以在成像器112中、在控制器108中或在单独的设备中实施。在一些实施例中，超声系统100可以包括用于不经肠道将微泡202引入患者体内的使用系统126。
图1B示出了示例性的成像器——即，MRI设备112。设备112可包括圆柱形电磁体134，其在电磁体134的孔136内产生必需的静磁场。在医疗程序期间，患者位于可移动支撑台138上的孔136内。患者体内(例如，患者的头部)的目标区域140可以定位在成像区域142内，其中电磁体134产生基本上均匀的场。一组圆柱形磁场梯度线圈144也可以设置在孔136内并围绕患者。梯度线圈144在预定时间和三个相互正交的方向上产生预定幅度的磁场梯度。利用场梯度，不同的空间位置可以与不同的进动频率(precession frequency)相关联，从而给MR图像提供其空间分辨率。围绕成像区域142的RF发射器线圈146将RF脉冲发射到成像区域142中，使患者的组织发出磁共振(MR)响应信号。原始MR响应信号由RF线圈146感测并传递到MR控制器148，然后计算MR图像，可以显示给用户。或者，可以使用单独的MR发射器和接收器线圈。利用MRI设备112获取的图像可以为放射科医生和内科医生提供不同组织之间的视觉对比以及患者解剖结构的详细内部视图，而传统的X射线技术无法将其可视化。
MRI控制器148可以控制脉冲序列，即磁场梯度和RF激励脉冲和响应检测周期的相对定时和强度。使用传统图像处理系统将MR响应信号放大、调节并数字化为原始数据，并通过本领域普通技术人员已知的方法进一步转换成图像数据阵列。基于图像数据，可以识别靶区域(例如，肿瘤或靶BBB)。
为了进行靶向药物递送或肿瘤消融，需要高精度地确定靶区域101的位置。因此，在各种实施例中，首先激活成像器112以获取靶区域101和/或非靶区域(例如，靶区域周围的健康组织、位于换能器阵列102和靶区域101和/或位于靶附近的任何区域之间的介入组织)的图像，并据此确定与其相关的解剖特征(例如，组织类型、位置、大小、厚度、密度、结构、形状和/或血管化)。例如，组织体积可以基于3D图像或一系列2D图像切片表示为3D体素集，并且可以包括靶区域101和/或非靶区域。
参照图2，在各种实施例中，由换能器元件104发射的声能可能高于阈值，从而导致在组织中包含的液体中产生微泡202。由于传播的超声波或脉冲产生的负压，或者当声学上加热的液体破裂并充满气体/蒸汽时，或者当在已经包含空化核的组织上施加温和的声场时，可以形成微泡。由于将气体封装，微泡202反射超声，并且来自微泡的反射可以提供有关靶区域204处的聚焦特性的信息。另外地或替代地，可以使用施用系统126不经肠道地引入微泡202。在一些实施例中，施用装置126将种子微泡引入靶区域101；然后激活换能器102以将超声波发射到种子微泡以产生微泡202的云(成核)。产生微泡和/或将微泡引入靶区域101的方法在例如PCT公开号WO2018/020315、PCT申请号PCT/US2018/064058(于2018年12月5日提交)、PCT/IB2018/001103(2018年8月14日提交)、PCT/US2018/064892(2018年12月11日提交)、PCT/IB2018/000841(2018年6月29日提交)和PCT/US2018/064066(2018年12月5日提交)、美国专利公开号2019/0083065和美国专利申请号15/837,392(2017年12月11日提交)中提供，其内容通过引用并入本申请。在一些实施例中，使用换能器元件104和/或其他检测器装置(例如，水听器)测量来自微泡202的超声反射/发射，然后将产生的信号发送到控制器108。可以分析所测量的信号，以便于将超声波束自动聚焦在靶区域处和/或监测微泡空化事件，如下文进一步所述。例如，在PCT公开号WO2018/020315、美国专利公开号2018/0206816和同日申请的名称为“Improved Reflection Autofocusing(改进的反射自动聚焦)”的国际申请中描述了使用来自微泡的信号自动聚焦和监测微泡空化事件的方法，其内容通过引用并入本申请。
在各种实施例中，每个单独的换能器元件104可以以两种模式操作——发射模式和接收模式；发射模式将声能传递到靶区域101，接收模式检测来自靶处的微泡202的声信号。另外，如果需要，换能器元件可以停用(停用模式)。此外，以时间上分离的方式，换能器元件可以以发射模式使用，然后是接收模式。
在一些实施例中，换能器元件104被分组，并且每组内的元件一起操作以便从单个通道接收驱动信号。每个组可以包括换能器元件104的一维、二维或三维阵列(即，行、矩阵或弯曲矩阵)；不同的组可以共享或不共享一个或多个换能器元件104。每组内的元件可以形成换能器表面的单个连续区域，或者可以包括多个不连续的表面部分。在各种实施例中，换能器元件104的组是能够单独控制的。例如，它们每个都能够发射具有与其他组的频率、幅度和/或相位无关的频率、幅度和/或相位的超声波。另外，每个组可以在发射或接收模式下操作或停用，而与其他组的操作模式无关。
换能器元件104(或元件104的组)的操作可以通过它们的作为时间的函数的特征参数(例如与每个换能器元件或换能器元件的每个组相关联的操作模式、幅度、频率和/或相位)来指定。在各种实施例中，确定这些时间特征参数以在靶区域101处实现最佳聚焦特性，且出于自动聚焦和/或监测微泡活动的目的而同时获得来自微泡202的高质量(例如，高SNR)信号。控制器108可以基于所确定的特征参数来控制换能器元件104的操作(例如，在发射模式和接收模式之间切换)。
在各种实施例中，特征参数是基于在超声程序前和/或期间使用成像器112获取的靶和/或非靶区域(包括围绕靶区域的组织以及位于靶和换能器元件104之间的介入组织)的成像数据来确定的。通过分析成像数据，可以获得组织信息——例如靶组织和非靶组织的类型、位置和解剖特征(例如，厚度、密度和几何形状)。另外，基于所获取的组织信息和/或与其相关的临床要求(例如，最大可耐受温度)，可以最佳地确定每个换能器元件(或每组换能器元件)的操作模式。例如，参照图3A，为了穿过患者的颅骨向脑肿瘤302有效地发射声能并从肿瘤302处的微泡接收足够的高质量信号，换能器元件104的操作模式可以基于颅骨的厚度来确定。在一个实施例中，从换能器元件306到肿瘤302的波束路径上的薄颅骨区域(例如，太阳穴)304首先使用成像数据来识别。由于与其他较厚的颅骨区域308相比，这些薄颅骨区域304可能导致超声波束的畸变较小，因此与薄颅骨区域304相关(即，其波束将穿过)的所有换能器元件306都可以在发射模式激活，用于将能量有效地传递到肿瘤302。所有(或至少一些)其他换能器元件310可以在接收模式激活，以检测来自微泡的声信号。
参考图3B，在一些实施例中，介入组织(例如，大脑)314中的钙化312可以使用成像数据来识别。因为钙化312在被超声波束横穿时会导致钙化附近的组织中不期望的温度升高(由于其高的声吸收)，所以避免(或至少减少)超声从中穿过可能是有利的。因此，在一个实施例中，基于所识别的钙化312和靶302的位置以及换能器的几何形状，可以使用预测穿过介入组织行进的波束路径的物理模型来识别换能器元件316，其发射的波束将很可能在到达靶302前穿过钙化部位312。然后可以在接收模式激活这些元件316，以测量来自靶/非靶区域中的微泡的声信号。其余元件318(或至少其中一些)的波束路径不穿过钙化部位312，其可以在发射模式激活，以将声能传递至靶区域。在一个实施例中，关于钙化的信息可以与颅骨特征相结合以确定换能器元件的操作模式。
换能器元件的操作可以是连续的——即，换能器元件306、318可以连续地将波发送到目标区域302，且换能器元件310、316可以在整个超声程序连续地从靶区域302接收信号。替代地，换能器元件可以基于时间模式来操作。在一个实施例中，时间模式基于使用成像数据获取的组织特征来确定。例如，可以以周期性的方式(例如，每10毫秒中有1毫秒)暂时停止来自换能器元件306的发射，以避免颅骨过热。类似地，来自靶302的信号可以通过换能器元件310周期性地(例如，每3分钟)测量，以最小化不期望的加热。另外，换能器元件的时间操作模式可以基于在超声程序前和/或期间测量的来自微泡202的声信号来确定，如下文进一步描述的。
在一些实施例中，物理模型包括涉及多个步骤的热声模拟。首先，模拟可以使用例如如上所述的由成像数据和换能器几何特征获取的信息来预测穿过颅骨区域从每个相关换能器元件到靶的声路径。另外，模拟可以执行热模拟，以基于通过成像数据和/或波束频率获取的解剖特征来估计不同的颅骨区域如何吸收声能并具有不同的热量分布。然后，模拟可以识别颅骨区域，该颅骨区域将很可能吸收大量能量以使其温度升高至预定阈值以上。在一些实施例中，与这些识别出的颅骨区域相关联的换能器元件在接收模式操作以避免颅骨过热，且与具有低热量分布的颅骨区域相对应的其余元件(或至少其中一些)在发射模式操作。
附加地或替代地，换能器元件的特征参数可以基于在超声程序前和/或期间立即测量的来自靶区域的声信号来确定。例如，在校准换能器元件之后但在被激活以用于超声程序之前，所有(或至少一些)换能器元件可以在发射模式操作以向靶发射信号；换能器元件随后可以切换到接收模式以检测从靶反射的信号。在一个实施例中，检测到的信号通过控制器108分析以确定它们的SNR。然后检测信号的SNR高于预定阈值的元件104可以在超声程序程期间在接收模式操作。对应于具有低SNR的接收信号的其他元件可以在发射模式操作。
另外，每个单独的换能器元件104(或每组换能器元件)可以在将超声信号发送至微泡202和接收从微泡202反射的超声信号之间交替。对于每个元件104，发射模式的时间间隔可以与接收模式的时间间隔相同或不同。另外，不同的换能器元件104可以具有相同或不同的发射模式和接收模式时间间隔。例如，参照图4，换能器元件402可以以具有相同时间间隔的发射和接收模式操作，而另一换能器元件404可以以发射模式操作，其时间间隔比接收模式的时间间隔更长。同样，与每个换能器元件104相关联的发射和接收模式的时间间隔可以基于成像数据(例如，靶/非靶区域的组织信息)、热声模拟结果和/或来自靶/非靶区域的声信号以及换能器元件在阵列中的位置来确定。
在一个实施例中，换能器阵列102可以配置为基本上同时向靶101发射波束以及从靶101接收信号。例如，再次参照图1，超声系统100可以包括耦合到波束形成器106的多路复用器124，用于控制与换能器元件104相关联的驱动信号。在时分多路复用(TDM)中，与每个换能器元件相关联的发送模式和接收模式的驱动信号在时间片之间进行划分；也就是说，信号在信号通道的划分的时域上物理地“轮流”。在一种实施方式中，使换能器元件以接收模式操作的切片的时间间隔基于靶组织的声学和/或热时间常数来确定。例如，在接收模式的驱动元件104的时间间隔可以小于靶组织的时间常数；例如，这确保了组织响应不会受到在接收模式操作换能器元件的显著影响。例如，在美国专利公开号2018/0360420中提供了确定靶组织的时间常数的方法，其内容通过引用并入本申请。
当换能器元件104基本上同时在发射和接收模式被驱动时，大的发射信号可能立即使敏感的接收电路饱和。当发射的驱动信号结束时，发射换能器的电输出信号可能要花费一些时间才能衰减到足够小的幅度，以使其不再使接收电路饱和；这可能会导致信号测量的延迟。因此，在各种实施例中，接收电路包括频谱滤波器(如果接收通道的动态范围足够宽以避免在预处理阶段饱和，其可以以硬件和/或软件实现)以滤除具有发射频率的信号。结果，发射模式期间接收电路的饱被避免；因此，该方法允许换能器元件在发射和接收模式基本上同时地操作，而同时能够实现检测来自微泡的信号而没有明显的延迟。
通常，在超声程序期间可能出现各种类型的微泡空化，并且在每个位置处每种类型的空化可以具有其自身的频谱“特征”，表示气泡的独特响应。例如，在中间声功率引起的稳定空化可以产生强的子谐波响应(即，在子谐波频率处具有更多分量和/或具有子谐波频率的更大的幅度)；而在高声功率下引起的惯性空化可能产生宽带(白)噪声。因此，通过检测和分析从微泡发射的声信号，可以确定在超声程序期间在组织中引起的空化的存在、类型和/或位置。例如，在美国专利公开号2018/0206816中描述了使用来自微泡的信号确定微泡空化的存在、类型和/或位置的方法，其内容通过引用并入本申请。
当来自微泡的声信号从微泡行进至换能器元件时，介于微泡和换能器元件104之间的不同类型的组织(例如，颅骨和/或脑组织)的不均匀性可能会改变频谱特征的某些特征。在各种实施例中，上述物理模型实施为基于例如从成像器数据和/或换能器几何特征获取的组织信息来预测由不均匀的介入组织产生的声信号的变化。在一些实施例中，频谱特征的变化在每个元素的基础上使用调制传递函数来量化。因此，基于微泡空化事件的特征以及使用调制传递函数预测的频谱信号的变化，可以选择或调整(例如，使用滤波器)在接收模式下检测到的每个换能器元件的频率范围，以便允许对来自微泡的信号进行更灵敏的测量。
通常，超声程序的目标是使靶区域处吸收的能量的量最大化，同时使健康的非靶组织暴露于超声的程度最小。组织中超声吸收的程度是频率的函数，由下式给出：
I＝I0e-2αfz
其中，I0为进入组织的点处的超声强度(以W/cm2为单位)，I为波束经过距离z(以cm为单位)穿过组织传播之后的强度，f为超声的频率(以MHz为单位)，以及α为该频率下的吸收系数(以cm-1·MHz-1为单位)。α·f结果的值越大，在靶区域产生的吸收程度越大，但在到达靶区域之前吸收的超声的比例更大。因此，在组织中的特定深度z处，所施加的波的超声频率可以反映出路径区域中的声功率的吸收与聚焦区域处的峰值强度之间的折衷。在一些实施例中，基于靶组织和/或介入组织的解剖特征(例如，类型、大小、位置、特性、结构、厚度、密度等)确定超声传输频率，以在靶处达到峰值强度。在超声程序期间，控制器108然后可以驱动换能器元件104以发射具有优化的频率的超声波。例如，在美国专利申请第16/233,744号(提交于2018年12月27日)中提供了确定最佳超声传输频率的方法，其内容通过引用并入本申请。
因此，本发明的各种实施例有利地提供了用于最佳地确定在超声程序期间与每个换能器元件104(或元件104的每个组)相关联的时间特征参数(例如，操作模式、幅度、频率和/或相位)的方法；特征参数实现换能器阵列在靶区域处同时生成具有所需聚焦特性的聚焦区，以进行有效治疗，并测量来自微泡的高质量声信号，以实现自动聚焦、监测微泡活动和/或选择用于超声程序的最佳频率。
图5A为流程图，示出了用于驱动换能器元件104以在靶区域101处生成高质量聚焦区并且据此实现测量来自靶区域的高质量信号的方法500。在第一步骤502中，激活一个或多个成像器112以获得靶区域和/或一个或多个非靶区域(例如，靶区域周围的区域和/或位于至少其中一些换能器元件和靶区域之间的波束路径上的路径区域上的区域)的图像。在第二步骤504中，分析所获得的图像以确定与靶区域和/或非靶区域相关联的一个或多个组织特征(例如，组织类型、位置、大小、厚度、密度、结构、形状、血管化、热时间常数等)。在第三步骤506中，可以至少部分地基于所确定的组织特征来确定与每个换能器元件相关联的时间特征参数(例如，操作模式、幅度、频率和/或相位)。可选地，可以将微泡直接或间接地产生和/或引入靶区域中(步骤508)。在步骤510中，可以基于所确定的时间特征参数来驱动换能器元件中的至少一些，以在具有期望特性的靶区域中形成聚焦。另外，至少部分地基于特征参数，可以基于所确定的时间特征参数来驱动换能器元件中的至少一些，以接收来自靶区域处的微泡的声信号(步骤512)。在步骤510中被驱动以将声波发送至靶的换能器元件可以与在步骤512中被驱动以接收来自微泡的声信号的换能器元件相同或不同。在一些实施例中，换能器元件中的一个或多个基本上同时被操作以将声波发送至靶以及接收来自微泡的声信号。例如，可以实施为时分多路复用器，使得在不同的时间片期间，基本同时操作的换能器元件被操作。在一个实施例中，可选地应用频谱滤波器以对具有发射超声波束的频率的接收信号进行滤波(步骤514)。
在各种实施例中，至少部分地基于在步骤512中接收的信号，可以检测微泡的空化特征(例如，空化类型和/或空化位置)(步骤516)。基于接收的声信号和/或检测到的空化特征，与至少一些换能器元件相关联的时间特征参数(例如，操作模式、幅度、频率和/或相位)可以被调整，从而改善靶区域处的聚焦(步骤518)。步骤510-518可以迭代地执行，直到在靶区域中形成具有期望特性的聚焦为止。在一些实施例中，可以在每个元素的基础上使用调制传递函数(即，系统对不同空间频率的正弦曲线的幅度响应)来预测空化事件的频谱特征的变化(步骤520)。基于检测到的微泡空化事件和频谱特征的预测变化，可以选择或调整(例如，使用滤波器)在接收模式下检测到的每个换能器元件的频率范围，以便更灵敏地测量来自微泡的信号(步骤522)。
图5B为示出了据此用于确定与换能器元件相关联的时间特征参数的示例性方法530的流程图。在各种实施例中，在确定了与靶区域和/或非靶区域相关的组织特征后，可以实施包括热声模拟的物理模型以至少部分地基于所确定的组织特征预测从换能器元件发射至靶区域的超声束的声路径(步骤532)。另外，物理模型可以至少部分地基于所确定的组织特征来估计靶区域和/或非靶区域的热量分布(步骤534)。另外地或替代地，可以分析在步骤502中获取的图像以识别非靶区域中的钙化(步骤536)。在一些实施例中，在校准换能器元件之后但在被激活用于超声程序之前，所有(或至少一些)换能器元件以发射模式操作以向靶发射信号(步骤538)。换能器元件可以随后被切换至接收模式以检测从靶反射的信号(步骤540)。检测到的信号可以通过控制器108分析以确定与之相关联的信息(例如，SNR)(步骤542)。在各种实施例中，基于组织特征、热量分布、钙化和/或从靶区域接收的声信号，可以确定与每个换能器元件相关联的时间特征参数(步骤506)。
通常，如上所述，用于驱动换能器元件以在靶区域处生成高质量聚焦区以及实现测量来自靶区域的高质量信号的功能可以以硬件、软件或两者的组合构造为一个或多个模块，无论是集成在超声系统100、成像器112和/或施用系统126的控制器内，还是由单独的外部控制器或其他一个或多个计算实体提供。这样的功能可以包括例如分析使用成像器112获取的靶和/或非靶区域的成像数据，基于成像数据确定靶组织和/或非靶组织的区域，确定与靶/非靶组织相关的解剖/组织特征(例如，组织类型、位置、大小、厚度、密度、结构、形状、血管化、热时间常数等)，分析图像以识别非靶组织中的钙化，使用物理模型预测从换能器元件发射至靶区域的超声束的声路径以及估计靶区域和/或非靶区域的热量分布，使微泡产生和/或引入靶区域，在发射模式下驱动所有(或至少一些)换能器元件向靶发射信号，在接收模式下驱动所有(或至少一些)换能器元件以检测从靶处的微泡反射的信号，分析检测到的信号以确定与之相关的信息(例如SNR)，至少部分基于组织特征、热量分布、钙化和/或从靶区域接收到的声信号来确定与每个换能器元件相关的时间特征参数，基于时间特征参数驱动换能器元件以在靶区域中形成具有目标聚焦特性的聚焦，基于时间特征参数驱动换能器元件以接收来自靶区域处的微泡的声信号，应用频谱滤波器以过滤接收到的具有所发射超声束频率的信号，基于接收到的信号检测微泡的空化特征，基于接收到的声信号和/或检测到的空化特征调整与至少一些换能器元件相关的时间特征参数，在逐个元件的基础上使用调制传递函数预测空化事件的频谱特征的变化，以及基于检测到的空化事件和预测的频谱特征的变化在接收模式下选择/调整每个换能器元件的检测到的频率范围，如上所述。
另外，超声控制器108、MR控制器148和/或与施用施用系统126相关联的控制器可以包括以硬件、软件或两者的组合实施的一个或多个模块。对于其中功能作为一个或多个软件程序提供的实施例，所述程序可以用许多高级语言中的任何一种来编写，例如PYTHON、FO RTRAN、PASCAL、JAVA、C、C++、C#、BASIC、各种脚本语言和/或HTML。另外，软件可以用指向驻留在目标计算机上的微处理器的汇编语言来实现；例如，如果软件配置为在IBM PC或PC克隆上运行，则可以用Intel 80x86汇编语言实现。所述软件可以实施在制品上，包括但不限于软盘、闪存盘、硬盘、光盘、磁带、PROM、EPROM、EEPROM、现场可编程门阵列或CD-ROM。可以使用例如一个或多个FPGA、CPLD或ASIC处理器来实现使用硬件电路的实施例。
本文使用的术语和表达用作描述性的术语和表达而非限制性，并且在使用这些术语和表达时，无意排除所示出和所描述的特征或其一部分的任何等同体。另外，已经描述了本发明的某些实施例，对于本领域普通技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以使用结合本文公开的概念的其他实施例。因此，所描述的实施例被认为是仅在所有方面对本发明进行说明，而非限制。
权利要求书:

Claims (48)

1.一种用于在靶区域处产生超声聚焦并从靶区域接收信号的系统，所述系统包括：
超声换能器，其包括多个换能器元件；
成像系统，用于获得靶区域和位于至少其中一些换能器元件与靶区域之间的波束路径上的一个或多个路径区域的多个图像；以及
控制器，能够操作地耦合至超声换能器和成像系统，配置为：
(a)基于获得的图像确定与靶区域相关联的至少一个组织特征；
(b)至少部分地基于确定的组织特征来确定与每个换能器元件相关联的多个特征参数；
(c)至少部分地基于所述特征参数，操作换能器元件中的至少第一换能器元件以共同将超声束发射至靶区域，从而在其上产生聚焦；以及
(d)至少部分地基于所述特征参数，操作换能器元件中的至少第二换能器元件以从靶区域接收声信号，并响应于此，调整换能器元件中的至少第一换能器元件的操作从而改善靶区域处的聚焦。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述特征参数包括与每个换能器元件相关联的操作模式、幅度、频率或相位中的至少一项。
3.根据权利要求1所述的系统，进一步包括施用装置，用于将微泡引入至靶区域中，其中接收到的信号为来自微泡的反射。
4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括施用装置，用于引入种子微泡，其中所述控制器进一步配置为使用种子微泡和超声换能器在靶区域处产生微泡的云，其中接收到的信号为来自微泡的反射。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为使用超声换能器在靶区域中产生微泡，其中接收到的信号为来自微泡的反射。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于接收到的信号来检测微泡的空化特征。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述空化特征包括空化类型或空化位置中的至少一项。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为：
至少部分地基于接收到的信号来确定特征参数；以及
基于所述特征参数操作换能器元件中的第一换能器元件和第二换能器元件。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述成像系统配置为获得围绕靶区域的第一组织区域或路径区域之一上的第二组织区域中的至少一个的第二多个图像，且所述控制器进一步配置为基于获得的第二多个图像确定与第一组织区域和/或第二组织区域相关联的至少第二组织特征。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为：
至少部分地基于第二组织特征来确定所述特征参数；以及
根据确定的特征参数调整换能器元件的操作。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为：
预测从换能器元件中的第一换能器元件发射的超声束的声路径；以及
至少部分地基于第二组织特征来估计第一和第二区域的热量分布。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，使用包括热声模拟的物理模型执行声路径预测和加热曲线估计。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，换能器元件中的第一换能器元件的至少其中一些不同于换能器元件中的第二换能器元件的至少其中一些。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，换能器元件中的第一换能器的至少其中一些与换能器元件中的第二换能器的至少其中一些相同。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为基本上同时操作与换能器元件中的第二换能器元件相同的换能器元件中的第一换能器元件。
16.根据权利要求15所述的系统，进一步包括频谱滤波器，用于对接收到的具有发射的超声束的频率的信号进行滤波。
17.根据权利要求14所述的系统，进一步包括时分多路复用器，其中，换能器元件中的第一换能器元件和换能器元件中的第二换能器元件在不同的时间片期间被操作。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，与换能器元件中的第一换能器元件的操作相关联的时间片的第一时间间隔与与换能器元件中的第二换能器元件的操作相关联的时间片的第二时间间隔相同。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，与换能器元件中的第一换能器元件的操作相关联的时间片的第一时间间隔与与换能器元件中的第二换能器元件的操作相关联的时间片的第二时间间隔不同。
20.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为确定接收到的声信号的频率范围。
21.根据权利要求20所述的系统，进一步包括频谱滤波器，用于对接收的具有频率范围之外的频率的信号进行滤波。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为基于与位于路径区域中的至少一个的介入组织相关联的第二组织特征来确定所述频率范围。
23.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为确定与换能器元件中的第一换能器元件相关联的最佳发射频率，以使靶区域处的声强度最大化。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于靶区域的组织特征和与位于所述路径区域中的至少一个的介入组织相关联的第二组织特征来确定所述最佳发射频率。
25.一种用于使用包括多个换能器元件的超声换能器在靶区域处产生超声聚焦并从靶区域接收信号的方法，所述方法包括：
获取靶区域和位于换能器元件与靶区域之间的波束路径上的一个或多个路径区域的多个图像；
基于获取的图像确定与靶区域相关联的至少一个组织特征；
至少部分地基于确定的组织特征来确定与每个换能器元件相关联的多个特征参数；
至少部分地基于所述特征参数，操作换能器元件中的至少第一换能器元件以共同将超声束发射至靶区域，从而在其上产生聚焦；以及
至少部分地基于所述特征参数，操作换能器元件中的至少第二换能器元件以从靶区域接收声信号，并响应于此，调整换能器元件中的至少第一换能器元件的操作从而改善靶区域处的聚焦。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述特征参数包括与每个换能器元件相关联的操作模式、幅度、频率或相位中的至少一项。
27.根据权利要求25所述的方法，进一步包括将微泡引入至靶区域中，其中接收到的信号为来自微泡的反射。
28.根据权利要求25所述的方法，进一步包括引入种子微泡以及使用种子微泡和超声换能器在靶区域处产生微泡的云，其中接收到的信号为来自微泡的反射。
29.根据权利要求25所述的方法，进一步包括使用超声换能器在靶区域中产生微泡，其中接收到的信号为来自微泡的反射。
30.根据权利要求29所述的方法，进一步包括至少部分地基于接收到的信号来检测微泡的空化特征。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述空化特征包括空化类型或空化位置中的至少一项。
32.根据权利要求29所述的方法，进一步包括：
至少部分地基于接收到的信号来确定特征参数；以及
基于所述特征参数操作换能器元件中的第一换能器元件和第二换能器元件。
33.根据权利要求25所述的方法，进一步包括：
获得包围靶区域的第一组织区域或路径区域的其中一个上的第二组织区域中的至少其中一个的第二多个图像；以及
基于获得的第二多个图像，确定与第一组织区域和/或第二组织区域相关联的至少第二组织特征。
34.根据权利要求33所述的方法，进一步包括：
至少部分地基于第二组织特征来确定所述特征参数；以及
根据确定的特征参数调整换能器元件的操作。
35.根据权利要求33所述的方法，进一步包括：
预测从换能器元件中的第一换能器元件发射的超声束的声路径；以及
至少部分地基于第二组织特征来估计第一和第二区域的热量分布。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，使用包括热声模拟的物理模型执行声路径预测和热量分布估计。
37.根据权利要求25所述的方法，其中，换能器元件中的第一换能器元件的至少其中一些不同于换能器元件中的第二换能器元件的至少其中一些。
38.根据权利要求25所述的方法，其中，换能器元件中的第一换能器的至少其中一些与换能器元件中的第二换能器的至少其中一些相同。
39.根据权利要求38所述的方法，进一步包括基本上同时操作与换能器元件中的第二换能器元件相同的换能器元件中的第一换能器元件。
40.根据权利要求39所述的方法，进一步包括应用频谱滤波器，以对接收到的具有发射的超声束的频率的信号进行滤波。
41.根据权利要求38所述的方法，进一步包括在不同的时间片期间操作换能器元件中的第一换能器元件和换能器元件中的第二换能器元件。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，与换能器元件中的第一换能器元件的操作相关联的时间片的第一时间间隔与与换能器元件中的第二换能器元件的操作相关联的时间片的第二时间间隔相同。
43.根据权利要求41所述的方法，其中，与换能器元件中的第一换能器元件的操作相关联的时间片的第一时间间隔与与换能器元件中的第二换能器元件的操作相关联的时间片的第二时间间隔不同。
44.根据权利要求25所述的方法，进一步包括确定接收到的声信号的频率范围。
45.根据权利要求44所述的方法，进一步包括应用频谱滤波器对接收的具有频率范围之外的频率的信号进行滤波。
46.根据权利要求45所述的方法，进一步包括基于与位于路径区域中的至少一个的介入组织相关联的第二组织特征来确定所述频率范围。
47.根据权利要求25所述的方法，进一步包括确定与换能器元件中的第一换能器元件相关联的最佳发射频率，以使靶区域处的声强度最大化。
48.根据权利要求47所述的方法，进一步包括至少部分地基于靶区域的组织特征和与位于所述路径区域中的至少一个的介入组织相关联的第二组织特征来确定所述最佳发射频率。
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