CN113260414A - 用于增强超音波治疗的功效的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
提供利用控制系统射频(RF)驱动器通过例如高效的信号量测、校准及保证系统来增强超音波功效的实施例，控制系统射频(RF)驱动器被配置以驱动一或多个聚焦超音波换能器。该RF驱动器可包含一或多个功率放大器，该一或多个功率放大器包括一或多个III‑V族半导体(例如，氮化镓GaN、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、InGaAs、AlSb、AlGaAs及/或AlGaN)场效晶体管，以在宽频率范围内通过相异窄频带RF信号高效地提供高功率。该RF驱动器可包括一功率量测及/或校准系统以监测自该功率放大器输出的该RF信号的振幅及相位，且估计输送至该些超音波换能器的RF功率的量。
Description
参考并入
在2019年11月30日申请的美国临时专利申请第62/773,948号出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。
背景
领域
本文中所描述的若干实施例是关于用于超音波换能器的复杂电压、电流及功率量测、校准及保证的高功率、高效射频(radio frequency；RF)设计的组装及电互连。本申请中所描述之各种实施例是有关被配置以产生、监测及输送对基于超音波能量的非侵入性治疗供电的RF信号的电装置及系统。若干实施例是关于例如用于增强皮肤病(例如，美容)超音波治疗的功效的基于能量的非侵入性治疗。
相关技术说明
在过去，已使用超音波用于诊断应用及治疗应用。已描述超音波成像及疗法用于各种医疗应用，包括皮肤病学。还已描述了使用超音波进行美容治疗。
发明内容
本文中所描述的若干实施例提供了克服在将超音波用于治疗目的时的某些缺点的系统及方法，该些缺点包括例如过量变化、误差产生以及治疗效率及有效性的降低。在一些实施例中，描述若干增强，其减少能够与被馈送至超音波换能器中的发信控制(signaling control)发生干扰的信号谐波。此类减少(例如，经由监测及校准技术)可在使用不同超音波频率、功率及/或深度时最终减少不期望的变化性，因此增强总体功效及超音波疗法的功效。
在若干实施例中，提供用于将功率、电压、电流及RF信号引导至包括于本申请中所描述的超音波疗法系统中的一或多个换能器的高效控制系统。RF模块可包含整合于一或多个印刷电路板总成上的电子装置、子系统及/或总成。
在若干实施例中，一种超音波疗法板包含用于高强度聚焦超音波(highintensity focused ultrasound；HIFU)监测的功率保证系统，其包括用于对至高强度聚焦超音波换能器的电驱动功率进行准确、相位敏感量测(或测量，measurement)的功率保证量测及校准系统。在若干实施例中，一种超音波疗法板包含：HIFU开关模式功率放大器，其并有一或多个高效晶体管，诸如III-V族半导体(例如，组合第III族元素(例如，Ga、In、Al)与第V族元素(例如，N、As、Sb、P)的III-V族化合物半导体，诸如氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、锑化铟(InSb)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化铝(AlSb)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化铝镓(AlGaN)等场效晶体管)，其中射频(RF)疗法功率放大器使用III-V族(例如，氮化镓(GaN))场效晶体管中的任一者及电力变压器(例如，Guanella变压器或其他类型的变压器)将高功率RF能量输送至高强度聚焦超音波换能器。在若干实施例中，描述GaN晶体管，但在其他所涵盖的实施例中，可使用GaN、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、InGaAs、AlSb、AlGaAs及/或AlGaN晶体管中之任一者、两者、三者或多于三者。在各种实施例中，不使用，例如，不包括一或多个III-V族半导体。在一些实施例中，不使用GaN、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、InGaAs AlSb、AlGaAs及/或AlGaN中之任何一或多者。在若干实施例中，一种超音波疗法板包含用于预测至任意HIFU换能器负载中的输出功率的系统及方法，其中使用校准信息的系统由功率放大器及换能器储存，以便在输送疗法之前预测将由放大器输送至换能器中的输出功率。在若干实施例中，一种超音波疗法系统包含：电阻式电流感测及电压感测组件；解调变器，其能够在任意频率下操作；相移谐波消除方案；及/或自校准双埠补偿方案。
在若干实施例中，提供系统及方法，其使用定向且精确的超音波以经由热路径利用产生用于执行各种治疗及/或成像程序的一或多个聚焦区的超音波疗法来得到可见且有效的皮肤病(例如，美容)结果而成功地改善安全性、有效性及/或美学效果的效率。该超音波疗法板的各种实施例可包括被配置以在操作期间确保患者安全性的多种健康监测系统。另外，可抑制及/或减少自超音波疗法板输出的电信号中的谐波以确保患者安全性的系统及方法亦涵盖在本申请中。
在各种实施例中，本发明提供一或多个优点，诸如减少治疗时间及/或误差；产生唯一的加热图案；利用多个通道以获得较大功率；以相同或不同的功率位准(level)治疗处于两个或多个深度处的区域的选项(例如，热凝、消融、实时坏死聚焦区及另一散焦能量，或其他组合)；在不同深度处进行可选的同时或依序治疗(例如，同时或在重迭或依序时间段中在皮肤表面下方1.5mm、3mm及/或4.5mm热凝点的深度处)；及/或用一个、两个或多于两个同时点、线性或线焦点进行治疗，诸如在一区下方或间隔开的不同深度处。本文中所描述的若干实施例(无论针对皮肤病学应用抑或非皮肤病学应用)为尤其有利的，这是因为该些实施例包括以下益处中之一者、若干者或全部：在多个深度处进行窄带宽频率超音波治疗且治疗更高效，包括以下各者中之一或多者：(i)治疗时间更快；(ii)在治疗期间疼痛减轻；(iii)在治疗之后疼痛减轻；(iv)康复时间更短；(v)更高效治疗；(vi)更高客户满意度；(vii)完成治疗之能量更少；及/或(viii)藉由聚焦区治疗的区域更大。在一些实施例中，优点包括利用驱动场效晶体管的信号来调变(modulation)驱动换能器的有效振幅，该信号是通过比较直接数字合成电路的正弦输出和DC电压来产生的。
在若干实施例中，RF模块的电子装置、子系统及/或总成可被配置以在自1MHz至20MHz的频率范围内(例如，约1MHz、1.75MHz、1.75至12MHz、4至12MHz、4MHz、7MHz、10MHz、12MHz)高效地产生及输送约0.1W至200W(例如，约20至100W)的RF功率至一或多个超音波换能器。特定而言，该RF模块可包含功率放大器，该功率放大器包含III-V族(例如，氮化镓(GaN)、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、InGaAs、AlSb、AlGaAs及/或AlGaN)场效晶体管(field-effect transistor；FET)以高效地(例如，大于或等于75％、50％至90％、95％、99％或其中之任何值)在1.0MHz至12.0MHz的频率下产生一或多个窄频带RF信号。另外，该RF模块可包括被配置以监测由III-V族(例如，GaN或其他者)FET产生的一或多个RF信号的振幅及相位的功率量测系统。此外，在与驱动系统配对时，估计将由一或多个超音波换能器输送的功率的量的系统及方法包含功率放大器，该功率放大器包括III-V族(例如，GaN或其他者)FET。在若干实施例中，描述GaN晶体管，但在其他所涵盖之实施例中，可使用GaN、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、InGaAs、AlSb、AlGaAs及/或AlGaN晶体管中之任一者。
在各种实施例中，一种超音波治疗系统包含：超音波探头，其包含经调适以将超音波疗法应用于组织的超音波疗换能器；及电功率系统，其被配置以将电功率提供至超音波疗法换能器，该电功率系统包含功率放大器装置及电路；其中该功率放大器装置包含至少一个半导体晶体管，其中该半导体晶体管为场效晶体管，其中该场效晶体管被配置以在介于200kHz与20MHz之间的范围内的射频(RF)下以至少75％的效率操作。在一个实施例中，该半导体晶体管包含III-V族化合物。在一个实施例中，该半导体晶体管包含氮化镓(GaN)。
在一个实施例中，该功率放大器装置包括：开关模式放大器设计，其至少包含半导体；及电路，其被配置以产生数字波形以驱动半导体，从而驱动超音波疗法换能器。在一个实施例中，该功率放大器装置包括：开关模式放大器设计，其包含至少一个半导体，其中在一个实施例中，每一半导体包含复数个(或多个，a plurality of)闸极(或栅极，gate)(在另一实施例中，每一氮化镓场效晶体管不包含复数个闸极)；及电路，其被配置以产生数字波形以驱动半导体，从而驱动超音波疗法换能器。在一个实施例中，该功率放大器装置包括：开关模式放大器设计，其包含至少一个氮化镓场效晶体管，其中在一个实施例中，每一氮化镓场效晶体管包含复数个闸极(在另一实施例中，每一氮化镓场效晶体管不包含复数个闸极)；及电路，其被配置以产生数字波形以驱动氮化镓场效换能器的复数个闸极，从而驱动超音波疗法换能器，该超音波疗法换能器在一个实施例中为压电式超音波疗法换能器。在一个实施例中，驱动该场效晶体管的信号通过由比较正弦直接数字合成电路的输出与DC电压来产生。在一个实施例中，该系统包括驱动该场效晶体管的信号通过比较直接数字合成电路的正弦输出与DC电压来产生，该信号被配置以用于调变(或调制，modulation)驱动换能器的有效振幅。在一个实施例中，该输出功率在5W至50W或30W至100W的范围内。在一个实施例中，该电路包含以H桥组态而配置的四个晶体管。在一个实施例中，该电路包含以H桥组态而配置的四个氮化镓晶体管。在一个实施例中，该电路包含以半桥组态而配置的两个晶体管。在一个实施例中，该电路包含以半桥组态而配置的两个氮化镓晶体管。在一个实施例中，闸极驱动信号具有用以控制输出信号中的谐波含量及功率的可变占空比。在一个实施例中，功率放大器转换器以大于75％的效率将功率供应至射频输出信号电源。在一个实施例中，使用开关模式DC-DC转换器调变(或调制)至功率放大器的供应电压，该转换器将固定的高压输入减小为较低的供应电压。在一个实施例中，该系统包括两个或多于两个功率放大器，其中单个功率放大器被配置以驱动高强度聚焦超音波换能器的单个压电换能组件。在一个实施例中，该高强度聚焦超音波换能器被配置以由分开的功率放大器驱动。在一个实施例中，该高强度聚焦超音波换能器包含复数个压电换能组件，该复数个压电换能组件中的每一者被配置以由分开的功率放大器驱动。在一个实施例中，该功率放大器被配置以在两个或多于两个不同振幅下驱动输出。在一个实施例中，该功率放大器被配置以在两个或多于两个不同相位下驱动输出。在一个实施例中，该放大器被配置以在两个或多于两个不同频率下驱动输出。在一个实施例中，相位及频率由直接数字合成器控制。在一个实施例中，该系统被配置以驱动具有从20欧姆至120欧姆的范围内的阻抗及从+45度至-45度的相角的换能器。
在一个实施例中，该功率放大器装置包括：开关模式放大器设计，其包含至少一个场效晶体管；及电路，其被配置以产生数字波形以驱动场效换能器的复数个闸极，从而驱动压电式超音波换能器；其中该电路包含以H桥组态而配置的四个晶体管。
在一个实施例中，该功率放大器装置包括：开关模式放大器设计，其包含至少一个场效晶体管；及电路，其被配置以产生数字波形以驱动场效换能器的复数个闸极，从而驱动压电式超音波换能器；其中驱动场效晶体管的信号通过比较正弦直接数字合成电路之输出与DC电压来产生；其中输出功率在30W至100W之范围内；其中该电路包含以H桥组态而配置的四个晶体管。
在一个实施例中，该半导体为氮化镓，其中功率放大器装置包括：开关模式放大器设计，其包含至少一个氮化镓场效晶体管，其中每一氮化镓场效晶体管包含复数个闸极；及电路，其被配置以产生数字波形以驱动氮化镓场效换能器的复数个闸极，从而驱动压电式超音波换能器；其中驱动场效晶体管的信号通过比较正弦直接数字合成电路的输出与DC电压来产生；其中输出功率在30W至100W之范围内；其中该电路包含以H桥组态而配置之四个氮化镓晶体管；其中闸极驱动信号具有用以控制输出信号中的谐波含量及功率的可变占空比；其中功率放大器转换器以大于75％的效率将功率供应至射频输出信号电源；其中使用开关模式DC-DC转换器调变至功率放大器的供应电压，该转换器将固定的高压输入减小为较低的供应电压；包含两个或多于两个功率放大器，其中单个功率放大器被配置以驱动高强度聚焦超音波换能器的单个压电换能组件；其中该功率放大器被配置以在两个或多于两个不同振幅下驱动输出；其中该功率放大器被配置以在两个或多于两个不同相位下驱动输出；其中相位及频率受直接数字合成器控制；其中该系统被配置以驱动具有在20欧姆至120欧姆的范围内的阻抗及自+45度至-45度的相角的换能器。
在各种实施例中，一种用于驱动高强度超音波换能器的功率放大器装置包含：开关模式放大器设计，其包含至少一个场效晶体管；及电路，其被配置以产生数字波形以驱动至少一个场效晶体管。在各种实施例中，一种用于驱动高强度超音波换能器的功率放大器装置包含：开关模式放大器设计，其包含至少一个氮化镓场效晶体管；及电路，其被配置以产生数字波形以驱动至少一个氮化镓场效晶体管。
在各种实施例中，一种用于驱动高强度超音波换能器的功率放大器装置包含：开关模式放大器设计，其包含至少一个氮化镓场效晶体管，其中每一氮化镓场效晶体管包含复数个闸极；及电路，其被配置以产生数字波形以驱动氮化镓场效换能器的复数个闸极，从而驱动压电式超音波换能器。在一个实施例中，一种用于驱动高强度超音波换能器之功率放大器装置包含：开关模式放大器设计，其包含复数个氮化镓场效电晶；及电路，其被配置以产生数字波形以驱动复数个氮化镓场效换能器，从而驱动压电式超音波换能器。
在各种实施例中，一种功率放大器装置包括以下特征中之一或多者：其中该功率放大器被配置以在两个或多于两个不同振幅下驱动输出，其中该功率放大器被配置以在两个或多于两个不同相位下驱动输出。在一个实施例中，该功率放大器被配置以在两个或多于两个不同频率下驱动输出。
在各种实施例中，一种控制超音波系统中的电功率的方法，用于通过超音波换能器输送所要量的聚焦声功率，该方法包含：提供电功率控制系统，其包含电路及控制系统查找表(look-up table；LUT)，该电路包含控制系统微处理器；提供超音波换能器，其包含换能器控制器、换能器微处理器及换能器LUT；利用换能器微处理器自换能器LUT判定(或确定，determining)输送至负载的电功率的量，该量等于由超音波换能器输送至组织的声功率的所要量；利用控制系统微处理器自控制系统LUT判定自电功率系统的功率放大器输出的电信号的振幅，该电功率系统将输送经输送至负载的相等量的电功率；及设定电功率系统的至少一个参数，该电功率系统输出电信号输出的所判定振幅。在各种实施例中，该负载在10欧姆至100欧姆或20欧姆至120欧姆的范围(例如，10至40、40至80、80至120及其中的重迭范围)内，此准许可在换能器的定相(phasing)/聚焦期间出现较宽范围的换能器阻抗。在一个实施例中，该负载为50欧姆。
在各种实施例中，一种超音波治疗系统包含：超音波探头，其包含外壳，该外壳含有压电式有源超音波疗法换能器，该压电式有源超音波疗法换能器经调适以将声学超音波聚焦于与外壳相距一深度的组织中的聚焦区中；电功率系统，其被配置以将电功率提供至超音波疗法换能器，该电功率系统包含功率放大器；及电功率量测系统，其被配置以监测自来自功率放大器的输出信号监测电输出功率，其中电功率量测系统包含：电阻式电流感测电路，其被配置以监测自功率放大器输出的电流；及电阻式电压感测电路，其被配置以监测自功率放大器输出的电压，且其中该电功率量测系统被配置以在用于超音波疗法换能器的横跨至少两个倍频程的频率范围内监测来自功率放大器的电输出功率。
在各种实施例中，一种用于量测(或测量，measuring)高强度聚焦超音波系统中的驱动电路的射频(RF)电流及电压的系统包含：电流感测电阻器，其与负载串联；分路电压感测电阻器网络，其与负载并联；及电功率输出电压及电流监测电路(IQ解调变器电路)，其具有在相位及频率上与驱动功率放大器的信号同步的本地振荡器时钟(local oscillatorclock)且被配置以将输出信号解调变至低于超音波驱动频率的载波频率。
在一个实施例中，该量测系统被配置以在本地振荡器与功率放大器之间的不同相对相移下进行多次量测。在一个实施例中，该本地振荡器时钟由自独立控制的直接数字合成器产生。在一个实施例中，该量测系统被配置以在本地振荡器频率下进行多次量测。在一个实施例中，相位量测的次数为6。在一个实施例中，该系统使用量测系统以修改闸极驱动信号，以便达成输出信号中的所要谐波含量。
在各种实施例中，用于判定量测的次数的方法通过评估通带中最低频率超过系统噪声底限的谐波数目来充分地量测谐波。在一个实施例中，通过形成多次量测的线性组合来计算电压及电流波形的复合谐波分量。
在各种实施例中，一种用于校准高强度超音波换能器的方法包含：校准由用于驱动器组态的换能器输送的声输出功率，该声输出功率对应于由驱动器输送至用于该驱动器组态的一或多个参考负载中的电功率，其中校准信息由换能器储存；对照输送至一或多个参考负载中的电功率而校准电驱动器组态，其中校准信息由驱动器储存；及利用驱动器组态的处理器进行计算以达成所要声输出功率，该处理器使用换能器校准信息以针对所要声功率设定而判定至一或多个参考负载中的功率位准(power level)，且使用驱动器校准信息以判定用于至参考负载中的所要声输出功率位准的驱动器组态。
在一个实施例中，换能器校准信息亦包括由换能器在每一声功率位准下输送的电功率，其中所储存的功率信息包括复合功率分量或实际功率分量。在一个实施例中，自驱动器输送的电功率的动态量测是在组织声透射期间进行的，且对照储存于用于所要声功率位准的换能器校准信息中的电功率而被证实(或验证，verify)。
在各种实施例中，一种用于通过在在测量驱动器处的电压驻波比的同时扫掠(或扫描，sweep)频率以及选择使所述电压驻波比最小的频率作为操作频率来调谐高强度聚焦超音波换能器的方法。
在一个实施例中，该声输出功率通过使用力平衡执行量测来产生。在一个实施例中，换能器校准信息作为查找表储存于换能器内部之非易失性存储器芯片中。在一个实施例中，使用描述疗法驱动电路输出和换能器之间的双端口网络的转移矩阵来调整在驱动器处量测到的电压或电流中的至少一者。在一个实施例中，校准信息储存于查找表(LUT)中。在一个实施例中，藉由在一或多个查找表中内插值而从校准信息及在临床中设定的所要声功率来计算目标电压。在一个实施例中，在换能器校准信息内储存每一声功率位准下的电功率临限值(或阈值，threshold)界定电驱动功率的可接受范围，以达成声输出功率的可接受范围。
在各种实施例中，一种用于确认动态量测的电功率在所指定的范围内的系统包含动态量测由驱动器输送的电功率及比较该电功率与储存于换能器中的临限值。在一个实施例中，可在换能器与驱动器之间互换的手持件及缆线总成的转移矩阵储存于手持件及缆线总成内部的非易失性存储器芯片上。
在各种实施例中，一种用于通过以下操作动态地调整功率的方法：量测从驱动器输送的电功率；将量测的电功率与从校准信息判定的所要电功率进行比；及调整驱动器组态以减小所要电功率与所量测电功率之间的误差。
在各种实施例中，一种用于通过以下操作动态地调整功率的方法：量测负载的电阻抗且基于其他系统组件的已知阻抗计算换能器阻抗；计算驱动器所需的电功率以维持实际换能器阻抗上的相同量的耗散功率；及调整驱动器组态以满足减小所要电功率与所量测电功率之间的误差所需的电功率。在一个实施例中，无论何时输送治疗都动态地调整功率。
在一个实施例中，换能器校准信息还包括在每一声功率位准下输送至换能器的电功率，其中所储存的功率信息包括复合功率分量或实际功率分量；其中从驱动器输送的电功率的动态量测shii在组织声透射期间进行，且对照储存于用于所要声功率位准的换能器校准信息中的电功率而被证实(或验证，verify)。
在一个实施例中，换能器校准信息还包括在每一声功率位准下输送至换能器的电功率，其中所储存的功率信息包括复合功率分量或实际功率分量；其中从驱动器输送的电功率的动态量测是在组织声透射期间进行的，且对照储存于用于所要声功率位准的换能器校准信息中的电功率而被证实；其中该声输出功率通过使用力平衡执行量测来产生；其中换能器校准作为查找表储存于换能器内部的非易失性存储器芯片中；其中使用描述治疗驱动电路输出与换能器之间的双端口网络的转移矩阵来调整在驱动器处量测到的电压或电流中之至少一者；其中校准信息储存于查找表(LUT)中；其中通过在一或多个查找表中内插值而从校准信息及在临床中设定的所要声功率来计算目标电压。
在各种实施例中，一种用于通过量测回射能量的量来侦测(或检测，detect)高强度聚焦超音波换能器经由皮肤表面的声耦合的质量的方法包含：使用疗法换能器传感器量测回射能量的量；判定压电疗法换能碗与耦合表面之间的距离；在耦合表面发生反射之前量测第一功率量测；在耦合表面发生反射之后量测第二功率量测；及计算差计算以判定回射功率之量。
在一个实施例中，通过未用于疗法的辅助换能器量测回射能量的量。在一个实施例中，在计算出功率改变(正向减去反向)后，疗法暂时停止直至经过足够时间来消除如由辅助换能器或疗法换能器侦测到的自耦合表面的反射。在一个实施例中，一旦反射能量下降至低于临限值，疗法驱动器便重新接合且激励疗法换能器。在一个实施例中，该高强度超音波换能器包含多组件阵列换能器，且针对数组中的每一组件储存校准信息。
在一个实施例中，该些驱动器容纳于系统控制面板中，且换能器可在系统控制面板之间互换。在一个实施例中，换能器可在手持件之间互换，且手持件可在控制台之间互换。
在各种实施例中，一种用于校准高强度聚焦超音波换能器的方法包含：将驱动器模型化(或建模，modeling)为具有频率依赖的源电压及源阻抗的戴维宁(Thevenin)等效源，且利用驱动器储存包含源电压及源阻抗的校准信息；量测换能器阻抗且将其储存于换能器上的校准信息中；及使用储存于驱动器校准信息中的源电压及源阻抗，将由驱动器输送至换能器的电功率计算成储存于换能器校准信息中的负载阻抗，且将组合系统视为分压器网络。
在各种实施例中，一种用以量测换能器阻抗的方法：使用一或多个已知参考阻抗来校准驱动器；在一或多个频率及一或多个振幅下量测换能器阻抗；将量测的换能器安装至谐振电路中，以便计算换能器参数，诸如钳位电容、耦合系数及辐射电阻；使用特征来判定换能器寿命、操作可接受性以及所需振幅及相位。
在一个实施例中，换能器与预期治疗区之间的距离固定。在一个实施例中，将治疗束暂时移动至未治疗区以使用差分法判定从治疗区的反向散射的量。
在各种实施例中，一种超音波治疗系统包括：超音波探头，其包含经调适以将超音波治疗应用于组织的超音波治疗换能器；及电功率系统，其被配置以将电功率提供至超音波治疗换能器，该电功率系统包含功率放大器装置及电路；其中该功率放大器装置包含至少一个III-V族半导体功率晶体管，该半导体功率晶体管被配置以在200kHz与20MHz之间的范围内的射频(RF)下以至少75％的效率操作。
在一个实施例中，至少一个III-V族半导体功率晶体管选自由以下各项组成的群组：GaN、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、InGaAs、AlSb、AlGaAs及AlGaN。在一个实施例中，至少一个III-V族半导体功率晶体管为氮化镓。在一个实施例中，至少一个III-V族半导体功率晶体管并非GaN、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、InGaAs、AlSb、AlGaAs及AlGaN中之一者。在一个实施例中，该功率放大器装置包括：开关模式放大器设计，其包含复数个III-V族半导体功率晶体管；及电路，其被配置以产生数字波形以驱动复数个III-V族半导体功率晶体管，从而驱动压电式超音波换能器。在一个实施例中，驱动该功率晶体管的信号通过比较正弦直接数字合成电路的输出与DC电压来产生。在一个实施例中，输出功率在30W至100W之范围内。在一个实施例中，输出功率在5W至50W之范围内。在一个实施例中，该电路包含以H桥组态而配置的四个功率晶体管。在一个实施例中，闸极驱动信号具有用以控制输出信号中的谐波含量及功率的可变占空比。在一个实施例中，功率放大器转换器以大于75％的效率将功率供应至射频输出信号电源。在一个实施例中，使用开关模式DC-DC转换器调变至功率放大器的供应电压，该转换器将固定的高压输入减小为较低的供应电压。在一个实施例中，该系统包括两个或多于两个功率放大器，其中单个功率放大器被配置以驱动高强度聚焦超音波换能器的单个压电换能组件。在一个实施例中，该功率放大器被配置以在两个或多于两个不同振幅下驱动输出。在一个实施例中，该功率放大器被配置以在两个或多于两个不同相位下驱动输出。在一个实施例中，相位及频率受直接数字合成器控制。在一个实施例中，该系统被配置以驱动具有在20欧姆至120欧姆的范围内的阻抗及自+45度至-45度的相角的换能器。
在各种实施例中，一种用于驱动高强度超音波换能器之功率放大器装置包括：开关模式放大器设计，其包含至少一个III-V族半导体功率晶体管；及电路，其被配置以产生数字波形以驱动至少一个III-V族半导体功率晶体管。
在各种实施例中，一种具有用于驱动高强度超音波换能器的复数个功率放大器的装置包括：开关模式放大器设计，其包含复数个III-V族半导体功率晶体管；及电路，其被配置以产生数字波形以驱动复数个III-V族半导体功率晶体管，从而驱动压电式超音波换能器。
在一个实施例中，III-V族半导体功率晶体管为氮化镓场效晶体管。在一个实施例中，该功率放大器被配置以在两个或多于两个不同振幅下驱动输出，和/或该功率放大器被配置以在两个或多于两个不同相位下驱动输出。
在各种实施例中，一种控制用于通过超音波换能器输送所要量的聚焦声功率的超音波系统中的电功率的方法，该方法包括：提供电功率控制系统，其包含电路及控制系统查找表(LUT)，该电路包含控制系统微处理器；提供包含换能器控制器、换能器微处理器及换能器LUT的超音波换能器；利用换能器微处理器从换能器LUT判定(或确定)输送至负载的电功率的量，该量等于由超音波换能器输送至组织的声功率的所要量；利用控制系统微处理器从控制系统LUT判定从电功率系统的功率放大器输出的电信号的振幅，该电功率系统将输送经输送至负载的相等量的电功率；及设定输出电信号输出的所判定振幅的电功率系统的至少一个参数，其中该负载在20欧姆至120欧姆之范围内。在一个实施例中，该负载为50欧姆。
在各种实施例中，一种超音波治疗系统包括：超音波探头，其包含外壳，该外壳包含压电式有源超音波治疗换能器，该压电式有源超音波治疗换能经调适以将声学超音波聚焦于与外壳相距某一深度的组织中的聚焦区中；电功率系统，其被配置以将电功率提供至超音波疗法换能器，该电功率系统包含功率放大器；及电功率量测系统，其被配置以从来自功率放大器的输出信号监测电输出功率，其中电功率量测系统包含：电阻式电流感测电路，其被配置以监测从功率放大器输出的电流；及电阻式电压感测电路，其被配置以监测从功率放大器输出的电压，且其中该电功率量测系统被配置以在用于超音波疗法换能器的横跨至少两个倍频程的频率范围内监测来自功率放大器之电输出功率。
在各种实施例中，一种用于量测高强度聚焦超音波系统中的驱动电路的射频(RF)电流及电压的系统包括：电流感测电阻器，其与负载串联；分路电压感测电阻器网络，其与负载并联；及电功率输出电压及电流监测电路(IQ解调变器电路)，其具有在相位及频率上与驱动功率放大器的信号同步的本地振荡器时钟且被配置以将输出信号解调变(或解调)至低于超音波驱动频率的载波频率。
在一个实施例中，该量测系统被配置以在本地振荡器与功率放大器之间的不同相对相移下进行多次量测。在一个实施例中，该本地振荡器时钟从独立控制的直接数字合成器产生。在一个实施例中，相位量测的次数为6。在一个实施例中，该量测系统被配置以修改闸极驱动信号，以便达成输出信号中的所要谐波含量。在一个实施例中，用于判定量测的次数的方法被配置以通过评估通带(passband)中最低频率超过系统噪声底限的谐波的数目来充分地量测谐波。
在各种实施例中，一种超音波治疗系统具有本说明书中所描述的特征中的一或多者。在各种实施例中，一种用于驱动高强度超音波换能器的功率放大器装置具有本说明书中所描述之特征中之一或多者。在各种实施例中，一种控制超音波系统中之电功率的方法具有本说明书中所描述的特征中之一或多者。在各种实施例中，一种用于量测高强度聚焦超音波系统中的驱动电路之射频(RF)电流及电压的系统具有本说明书中所描述的特征中的一或多者。在各种实施例中，一种用于校准高强度超音波换能器的方法具有本说明书中所描述的特征中之一或多者。在各种实施例中，一种用于侦测(或检测，detect)高强度聚焦超音波换能器穿过皮肤表面的声耦合的质量的方法具有本说明书中所描述的特征中的一或多者。
另外，适用领域将自本文中所提供的描述而变得显而易见。应理解，描述及特定实例仅意欲用于说明之目的且并不意欲限制本文中所揭示之实施例之范围。在一些实施例中，系统包含作为单个特征(相较于多个特征)存在的各种特征。举例而言，在替代实施例中提供多个特征或组件。在各种实施例中，该系统包含以下各者，基本上由以下各者组成或由以下各者组成：本文中所揭示之任何特征或组件的一个、两个、三个或多个三个实施例。在一些实施例中，不包括一特征或组件且可自特定技术方案中否定该特征或组件，使得该系统不具有此特征或组件。
附图说明
本文中所描述的图式仅出于说明目的，且并不意欲以任何方式限制本发明之范围。本发明之实施例将自实施方式及随附图式更充分地理解，在随附图式中：
图1A为根据本发明的各种实施例的超音波系统的示意性说明。
图1B为根据本发明的各种实施例的超音波系统的示意性说明。
图1C为根据本发明的各种实施例的超音波系统的示意性说明。
图2为根据本发明的各种实施例的耦合至所关注区的超音波系统的示意性说明。
图3说明包含驱动子系统的射频(RF)疗法(TH)模块的实施例的方块图，该驱动子系统被配置以在所要RF功率下及在所要频率范围内产生RF信号以驱动超音波换能器。
图4描绘传输线变压器的实施例，该传输线变压器被配置以将平衡H桥输出转换成接地参考源且充当低阻抗GaN FET至由一或多个超音波换能器呈现的阻抗的阻抗匹配级。在一个实施例中，传输线变压器被配置以将超音波换能器在由GaN FET驱动时所见的源阻抗增加至由一或多个超音波换能器呈现的阻抗。
图5A说明H桥设计拓朴之实施例。图5B及图5C说明在两个不同组态中之H桥的操作。
图6展示根据本发明的各种实施例的在波形的正部分及波形的负部分的占空比设定为0.3时由H桥产生的驱动信号。
图7展示根据本发明的各种实施例的高奇次谐波的振幅针对波形的正部分及波形的负部分的不同占空比的变化。
图8A至图8D展示根据本发明的各种实施例的来自使用H桥设计的功率放大器分别在2.0MHz、4.0MHz、7.0MHz及12.0MHz下的实施的输出信号。
图9展示根据本发明的各种实施例的用以产生彼此异相180度的两个驱动波形的比较器电路的简化示意图。
图10以图形方式说明由图9的电路产生的两个驱动波形。
图11A说明根据本发明的各种实施例的开关模式功率放大器的简化电路图，该开关模式功率放大器包含驱动1:9Guanella传输线变压器的平衡侧的由四(4)个GaN FET形成的H桥。
图11B描绘根据本发明的各种实施例的包括于开关模式功率放大器的各种实施方案中的保护电路的实施方案。
图11C说明根据本发明的各种实施例的压控式降压转换器的实施方案。
图12说明根据本发明的各种实施例的包含宽带小信号RF变压器的差动量测方案。
图13展示根据本发明的各种实施例的被配置以量测从功率放大器的实施方案输出的RF信号的功率量测电路的实施方案。
图14展示根据本发明的各种实施例的IQ解调变器的方块图。
图15展示由IQ解调变器的实施例产生的两个内部时钟(internal clocks)。
图16说明根据本发明的各种实施例的将RF信号乘以具有最大值1及最小值-1的方波的电路操作。
图17展示根据本发明的各种实施例的正弦信号之I及Q解调变。
图18A展示从功率放大器的实施方案至在约12.0MHz的操作频率下操作的50欧姆负载中的输出的示波器迹线。图18B展示根据本发明的各种实施例的从功率放大器的实施方案至在约1.75MHz的操作频率下操作的50欧姆负载中的输出之示波器迹线。在各种实施例中，板上校准允许系统基于装置的操作条件(温度)或老化而修改驱动电路而无需工厂校准。
图19A及图19B展示根据本发明的各种实施例的在通带(经归一化至基本频率1)的低频端下的RF信号的快速傅立叶变换(fast Fourier transform；FFT)的量值及方波的快速傅立叶变换(FFT)的量值。
图20说明根据本发明的各种实施例的使用相移时钟的谐波消除方案。
图21展示根据本发明的各种实施例的来自解调变器的实施方案的输出信号。
图22A至图22C展示根据本发明的各种实施例的在三个不同频率下重建构从功率放大器输出的RF信号的实例。
图23A示意性地说明影响来自功率放大器的实施方案的输送至超音波换能器的RF信号传播(例如，可减小RF信号输出之功率的RF信号损失、相位改变等)的各种机制。图23B展示根据本发明的各种实施例的等效双端口网络，其考虑RF信号传播(例如，损失、相位改变等)的各种机制。
图24展示根据本发明的各种实施例的包含等效双端口网络的功率量测系统的实施方案，所述等效双端口网络考虑RF信号传播(例如，损失、相位改变等)的各种机制。在一个实施例中，2端口网络不一定为“损失”，一些组件可例如仅引入相位改变。
具体实施方式
以下描述阐述实施例之实例，且并不意欲限制本发明或其教示内容、应用或其用途。应理解，贯穿附图，对应参考编号指示相同或对应部分及特征。在本发明额各种实施例中指示的特定实例的描述意欲仅用于说明目的且并不意欲限制本文中所揭示的本发明的范围。此外，具有所陈述特征的多个实施例的叙述并不意欲排除具有额外特征的其他实施例或并入所陈述特征的不同组合的其他实施例。另外，在一个实施例中(诸如，在一个图中)的特征可与其他实施例之描述(及图)组合。
本文中描述新颖且发明性的系统及方法的若干实施例，该些系统及方法提供对将功率、电压、电流及射频(RF)信号引导至一或多个基于聚焦能量的系统的高效控制。在各种实施例中，控制系统包含整合于一或多个印刷电路板总成上的电子装置、子系统及/或总成。系统架构、电路系统、模型化、设计、实施方案及验证是有关于对将高效功率、电压及电流提供至直接超音波疗法系统的改善。在各种实施例中，一种基于能量之系统包括经校准以高效地、有效地操作且彼此通信以提供所要治疗效果的可互换组件(例如，控制面板、手持件、换能器探测模块等)。超音波在相距超音波换能器特定距离处之高效、有效聚焦效能通过减少可干扰最佳效能的偏差、误差及谐波来改善。在一些实施例中，提供皮肤病学应用(包括例如美容及非美容皮肤病学应用)。在其他实施例中，提供非皮肤病学应用(诸如，矫形外科、神经学、心脏学等)。
超音波疗法系统综述
参考图1A、图1B及图1C中之说明，超音波疗法系统20的各种实施例包括手柄(例如，手持件)100、模块(例如，换能器模块、匣盒、探头)200及控制器(例如，控制台)300。在一些实施例中，推车301提供系统20的行动性及/或位置，且可包括车轮、用以在上面书写或置放组件的表面及/或用以例如储存或组织组件的隔室302(例如，抽屉、容器、搁架等)。在各种实施例中，控制器300可经调适及/或被配置以用于与手柄100及模块200以及整个超音波系统20功能性一起操作。在各种实施例中，多个控制器300、300'、300”等可经调适及/或被配置以用于与多个手柄100、100'、100”等及/或多个模块200、200'、200”等一起操作。在各种实施例中，控制器300可包括系统处理器及各种模拟及/或数字控制逻辑，诸如以下各者中之一或多者：微控制器、微处理器、场可程序化门阵列、计算机板及相关联组件，包括固件及控制软件，其能够与使用者控制件及接口电路以及用于通信、显示、介接、储存、文件制作及其他有用功能的输入/输出电路及系统接口。在系统处理程序上运行的系统软件可经调适及/或被配置以控制所有初始化、时序、位准设定、监测、安全监测及所有其他超音波系统功能，以实现用户定义的治疗目标。另外，控制器300可包括还可合适地经调适及/或被配置以控制超音波系统20之操作的各种输入/输出模块，诸如开关、按钮等。图2为耦接至个体500的所关注区10(具有皮肤表面501、表皮层502、真皮层503、脂肪层505、浅表肌腱膜系统507(在下文中为“SMAS 507”)及肌肉层509)的超音波系统20的示意性说明。
超音波控制器综述
如本文中所论述，在各种实施例中，控制器300可经调适及/或被配置以包括例如具有软件的微处理器及输入/输出装置、用于控制换能器的电子及/或机械扫描及/或多任务及/或换能器模块的多任务的系统及装置、用于功率输送的系统、用于监测的系统、用于感测探头及/或换能器的空间位置及/或换能器模块的多任务的系统，及/或用于处置用户输入及记录治疗效果的系统，连同其他系统。在各种实施例中，控制器300可被配置以提供射频(RF)功率，以驱动一或多个超音波换能器。在各种实施例中，控制器300可包含RF疗法(RFTH)模块，该模块包含被配置以在RF功率的所要范围内及在可驱动一或多个超音波换能器的所要频率范围内产生RF功率的电子装置及/或电子子系统。RFTH模块可包含印刷电路板(printed circuit board；PCB)总成，该总成包含用于输送及监测驱动一或多个超音波换能器的RF信号的子系统。PCB总成可包含一或多个RF信号产生器、一或多个RF功率放大器、一或多个振荡器、一或多个温度监测器、一或多个功率监测器、一或多个电源供应器、一或多个时序电路及/或被配置以在功率的所要范围内及在频率的所要范围内产生RF信号的其他电子组件，可量测RF信号功率的系统及/或可预测将输送至一或多个超音波换能器的RF功率的校准系统。
图3说明RFTH模块之实施实施例的方块图，该模块包含被配置以在所要RF功率下及在所要频率范围内产生RF信号以驱动超音波换能器的驱动子系统3000。在一个实施例中，RFTH模块可包含八(8)个驱动子系统，该些驱动子系统被配置以在所要RF功率下及在所要频率范围内产生八(8)个RF信号以驱动八(8)个超音波换能器。在其他实施例中，RFTH模块之驱动子系统的数目可小于八个(例如，7个、6个、5个、4个、3个、2个、1个)或大于八个(例如，9个、10个、11个、12个、13个、15个、20个或多于20个)。
驱动子系统3000包含功率放大器(power amplifier；PA)3001，该功率放大器产生在所要频率及相位下且具有所要RF功率量的RF输出信号。驱动子系统3000可进一步包含被配置以将功率供应至功率放大器3001的电源供应器系统3011。所产生的RF信号可被引导至板上50Ω负载3003以用于诊断及校准，或引导至连接至手柄100及/或模块200的超音波换能器的输出连接器3005。驱动子系统3000进一步包含监测从功率放大器至超音波换能器的电输出功率的功率量测系统3007。功率量测系统3007可被配置以对输出连接器3005上的复合电压及流入输出连接器中的电流进行取样。在各种实施例中，IQ解调变器为电功率输出电压及电流监测电路。功率量测系统3007包含使用同步时钟将RF信号解调变至基频之IQ解调变器。此可有助于对从输出连接器3005输出的RF功率的相位的实时高分辨率监测，及/或有助于对向患者输送的热剂量的估计。
包含复数个驱动子系统3000的RFTH模块的一些实施例可被配置以将具有可控频率及相位的锁相驱动信号提供至复数个驱动子系统3000。举例而言，包括三个4信道动态数字合成器(dynamic digital synthesizer；DDS)集成电路(integrated circuit；IC)的时钟分配电路3010可用以提供具有可控频率及相位的锁相驱动信号。三个DDS中的两者可将驱动信号提供至复数个驱动子系统3000的功率放大器3001，而第三DDS将参考时钟信号提供至功率量测系统3007中的解调变器IC以用于同步解调变。
因为RFTH模块的正确操作对于患者安全性至关重要，所以RFTH模块可包括被配置以确保RFTH模块的正确操作的多种健康监测系统。举例而言，RFTH模块可包含监测RFTH模块的各个部分处温度的一或多个温度监测器3009。在RFTH模块的一个实施方案中，一或多个温度监测器可被配置以监测RFTH模块周围的三十二(32)个不同部位处的温度。在各种实施例中，一或多个温度监测器3009可被配置以从安置于RFTH模块的各个部位处的一或多个传感器接收温度量测结果。RFTH模块可包含用以监测由电源供应器系统3011提供至功率放大器3001的电压及/或电流的一或多个电源供应器监测器3013。在一些实施例中，RFTH模块可包含控制被供应至功率放大器3001的最大供应电流的控制电流限制(ICTRL)装置3015。RFTH模块可包含被配置以确保各种继电器(例如，继电器3018)在被命令切换时切换的继电器监测器3017。可提供监测器以监测不同低压电源的电流及/或电压，以及启用/停用控制及放电电路。
RFTH模块可包含板模块控制器(Board Module Controller；BMC)3019，该板模块控制器提供与系统实时控制器(real-time controller；RTC)的通信接口且从功率量测系统3007、板上健康监测系统及电源供应器监测系统接收数据。BMC 3019可被配置以在无论何时其侦测到来自健康监测系统的错误读数时便产生故障。此等故障可被报告给RTC且记录至板上EEPROM装置。BMC 3019可经由JTAG标头3021或藉由至RTC的JTAG接口程序化。
RFTH模块可被配置以经由PCIe连接器连接至控制器300的背板。功率放大器3001的控制可经由此PCIe连接器直接由RTC执行。RTC控制每一通道的振幅且经由DDS的控制而控制频率及相位。板上之IC由降压转换器DC-DC电源及低压差调节器供电，该些低压差调节器由24VDC主电源供电。在各种实施例中，可包括分开的39VDC电源以将功率提供至功率放大器。在各种实施例中，可分开地启用及停用此分开的电源供应器。下文更详细地描述RFTH模块之不同组件、电路及/或子系统之各种创新态样。
功率放大器
本申请所涵盖的功率放大器的各种实施例能够在自1.0MHz至12.0MHz的频率范围内高效地提供高达100W的RF功率。举例而言，包括于RFTH模块中的功率放大器的各种实施例可被配置以在自1.0MHz至12.0MHz的频率范围内提供在以下范围内的RF输出功率：约1W与约10W之间、约5W与约15W之间、约10W与约20W之间、约25W与约35W之间、约30W与约40W之间、约35W与约45W之间、约40W与约50W之间、约45W与约55W之间、约50W与约60W之间、约55W与约65W之间、约60W与约70W之间、约65W与约75W之间、约70W与约80W之间、约75W与约85W之间、约80W与约90W之间、约85W与约95W之间、约90W与约100W之间，或由此等值中的任一者界定的任何范围/子范围中的任何RF输出功率。在一些实施例中，功率放大器可被配置以提供大于约100W的RF输出功率。
包括于RFTH模块中之功率放大器3001的各种实施例可被配置用于在宽带率调谐范围内操作。举例而言，功率放大器的各种实施例可被配置以在横跨至少2个倍频程的频率范围内提供高达100W的RF输出功率。举例而言，功率放大器可被配置以在以下频率宽带范围内提供在由介于约1W与约100W之间的值界定的任何范围/子范围中的RF输出功率：约1.0MHz与约5MHz之间、约2.5MHz(例如，2.0MHz、2.2MHz、2.4MHz、2.6MHz、2.8MHz、3.0MHz)与约7.5MHz(例如，7.0MHz、7.2MHz、7.4MHz、7.6MHz、7.8MHz、8.0MHz)之间、约3.0MHz(例如，2.5MHz、2.7MHz、2.9MHz、3.1MHz、3.3MHz、3.5MHz)与约9.0MHz(例如，8.0MHz、8.2MHz、8.4MHz、8.6MHz、8.8MHz、9.0MHz)之间、约3.5MHz与约10.5MHz之间、约4.0MHz与约8.0MHz之间、约5.0MHz与约10.0MHz之间，约4.0MHz与约12.0MHz之间、约6.0MHz与约12.0MHz之间，或由此等频率值中之任一者界定的任何频率范围/子范围。在各种实施例中，功率放大器可被配置以在由介于约1.0MHz与约12.0MHz之间的值界定的频率范围/子范围中的不同频率下以至少75％的效率操作。
包括于RFTH模块中的功率放大器3001的各种实施例可被配置以通过防止短路及开路条件来提供可靠操作。包括于RFTH模块中的功率放大器的各种实施例可经优化以驱动50Ω负载。包括于RFTH模块中的功率放大器的各种实施例可被配置以驱动具有量值介于约20Ω与约200Ω之间的阻抗及介于约-60度与约60度之间的相位的负载。举例而言，功率放大器的各种实施例可被配置以驱动具有在20Ω与120Ω的范围内的阻抗介于+45度与-45度之间的相角的换能器。
半导体材料(例如，氮化镓)场效晶体管
需要功率放大器3001在介于1.0MHz与12.0MHz之间的操作频率的范围内达成大于约75％的功率效率。因此，功率放大器3001的各种实施例可具有开关模式设计。开关模式放大器可分类为具有零电压开关的谐振装置(例如，E类)或不具有零电压开关的装置(例如，D类)。本申请中所描述的被配置以在介于1.0MHz与12.0MHz之间的频率范围内操作的功率放大器3001的许多实施例使用非谐振开关模式放大器设计。开关模式放大器的一个实施方案包含开关电路及低通滤波器。开关模式放大器的输出为方波。在通过低通滤波器之后，方波变得更接近正弦波，这是因为高于低通滤波器的截止频率的谐波被移除。包含硅的大多数传统金属氧化物半导体(metal-oxide-semiconductor；MOS)场效晶体管(FET)可能无法在介于1.0MHz与12.0MHz之间的所要操作频率范围内达成大于75％的功率效率。然而，包含诸如III-V族半导体材料(例如，通过组合第III族元素(例如，AL、Ga、In)与第V族元素(例如，N、P、As、Sb)获得的III-V族化合物半导体，诸如氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、锑化铟(InSb)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化铝(AlSb)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化铝镓(AlGaN)等)的高效晶体管的电子装置(例如，晶体管及/或FET)在给定操作电压下具有比硅MOSFET的输出电容低约一个数量级的输出电容及切换时间。在若干实施例中，描述GaN晶体管，但在其他所涵盖之实施例中，可使用GaN、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、InGaAs、AlSb、AlGaAs及/或AlGaN晶体管中的任一者。在一个实施例中，仅使用一个半导体。因此，GaN FET能够约在介于1.0MHz与12.0MHz之间的频率范围之间的频率范围内达成大于约75％之功率效率。GaN FET包含生长于硅晶圆上之薄GaN层。GaN FET可具有若干优点，包括但不限于(i)高介电强度，其可能归因于GaN为宽带隙半导体；(ii)高操作温度，其可能归因于GaN为宽带隙半导体及/或具有高电位障壁；(iii)高电流密度，其可能归因于高电子迁移率；(iv)高速切换，其可能归因于高电场饱和速度及高电子迁移率；(v)相较于传统硅(Si)装置的低接通电阻，其可能归因于高电子迁移率；及(vi)相较于传统Si装置之低输出电容，其亦可能归因于高电子迁移率。举例而言，针对与硅FET相同的电流处置能力，由GaN制成之FET展现的输入及输出电容可降低约十(10)倍。此特征可允许GaN FET相比硅FET在高得多的频率下高效地操作。因此，GaN FET可能够在介于1.0MHz与12.0MHz之间的所要操作频率范围内在开关模式RF放大器中达成大于约75％的功率效率。
传输线变压器
GaN FET可具有低输出阻抗(例如，小于100mΩ)。包含GaN FET的RFTH模块被配置以驱动一或多个超音波换能器，该一或多个超音波换能器向RFTH模块呈现具有介于20Ω与200Ω之间的量值的阻抗(例如，50Ω阻抗)。在RFTH模块的各种实施例中，传输线变压器用以匹配GaN FET的输入阻抗与由一或多个超音波换能器呈现的阻抗。图4描绘可用以匹配GaN FET的阻抗与由一或多个超音波换能器呈现的阻抗的传输线变压器的实施方案。展示于图4中的传输线变压器的实施方案为具有4:1阻抗比的Guanella型传输线。传输线变压器包含在低阻抗侧(例如，面向GaN FET装置4005之侧)并联连接且在高阻抗侧(例如，面向负载4003之侧)串联连接的一组共模抗流器4001a、4001b、4001c及4001d。共模抗流器4001a至4001d可包含卷绕于铁芯上的导线。流出具有输出电压Vg的功率放大器3001的正电流2I分支成流经共模抗流器4001d的电流I及流经共模抗流器4001b的电流I。共模抗流器被配置以仅允许差分信号通过。因此，共模抗流器4001b中的正电流在共模抗流器4001a中产生负电流-I，该负电流返回共模抗流器4001d中的电流。因为电流2I流入传输线变压器的左侧且电流I流经负载4003，所以根据能量守恒，负载4003上的电压必须为2Vg。此为Guanella传输线变压器的基本操作原理。
描绘于图4中之Guanella传输线变压器的实施方案提供2:1匝比，其产生4:1阻抗比。可通过添加在左侧并联且在右侧串联的更多共模抗流器来达成更高阻抗比。此外，不需要共模抗流器处于不同芯上。只要适当关注绕组方向以确保不会抵消来自不同绕组对的共模磁场，绕组就可都卷绕于同一芯上。功率放大器3001的各种实施例包含Guanella传输线变压器，其在单个Amidon FT-87A-43铁芯上具有三(3)对绕组。三(3)对绕组可包含可有利地最少化或减少寄生的双线绕组。另外，每一对双线绕组可呈现大的共模阻抗及小的差动模式阻抗。Guanella传输线变压器的此实施例可提供将50Ω输出阻抗变换成晶体管处的5.6Ω阻抗的9:1阻抗比。通过将标称的50Ω负载阻抗变换成面向GaN FET之侧上的5.6Ω，Guanella传输线变压器的实施例可提供GaN FET相比可直接驱动50Ω负载而可更高效地驱动的负载。此可能归因于随着电压增加而经历之输出电容充电损失的二次增加。此外，通过提升输出电压，Guanella传输线变压器的实施例可允许自低压电源(例如，标称地为39VDC)产生超过200Vpp的大输出电压。
此外，通过提供平衡至不平衡转换，Guanella传输线变压器可允许使用平衡H桥驱动器以利用接地参考信号驱动超音波换能器。平衡H桥设计提供驱动电压的有效倍增且由于桥的左右对称性，可从输出波形消除偶次谐波。下文详细地论述平衡H桥驱动器设计。
H桥驱动器
包含GaN FET的功率放大器3001的各种实施例可由H桥驱动器驱动。H桥设计拓朴说明于图5A中。H桥通过将负载5003置放于第一对FET 5001a及5001b与第二对FET 5001c及5001d之间的中点处来操作。桥上的在对角在线相对的FET(例如，5001a与5001d或5001b与5001c)被配置以切换至相同状态。在第一切换组态中，FET 5001a及5001d被配置以处于闭合组态中，而FET 5001b及5001c被配置以处于断开组态中，如图3B中所展示。在第一切换组态中，电流自左至右驱动通过负载5003。在第二切换组态中，FET 5001b及5001c被配置以处于闭合组态中，而FET 5001a及5001d被配置以处于断开组态中，如图3C中所展示。在第二切换组态中，电流自右向左驱动通过负载5003。由于H桥设计的左右对称性，信号的负向部分可具有与信号的正向部分实质上相同的形式。此性质可有利地抑制信号中的偶次谐波，仅留下奇次谐波。
H桥驱动器设计经优化以在介于约1.0MHz至12.0MHz之间的频率范围内达成大于约75％的平均功率效率。举例而言，由包含GaN FET的功率放大器3001的各种实施例达成的平均功率效率在介于约1.0MHz至12.0MHz之间的频率范围内可大于约80％，大于约85％，大于约90％，大于约95％及/或小于约100％。优化的H桥设计可被配置以在介于约1.0MHz至12.0MHz之间的频率范围内达成大于约85％之峰值功率效率。举例而言，由包含GaN FET的功率放大器3001的各种实施例达成的平均功率效率在介于约1.0MHz至12.0MHz之间的频率范围内可大于约90％，大于约95％及/或小于约100％。
本文中所描述的超音波疗法系统20的功能要求为产生输出信号，该输出信号为瞬时窄频带但可在横跨至少2个倍频程(例如，横跨至少3至4个倍频程)的宽范围内的任何频率下操作。举例而言，本文中所描述的超音波疗法系统20可被配置在基本频率f0下产生输出信号，该基本频率具有在介于1.0MHz与12.0MHz之间的频率范围内的值且具有输出信号的带宽(例如，3dB带宽)。在不依赖于任何特定理论的情况下，来自H桥驱动器的输出为经滤波的方波，其包括在基本频率f0下的信号分量及在高次谐波下的分量。高次谐波可使从功率放大器3001输出的RF信号失真及/或亦影响输出RF信号的RF功率的量测准确度。另外，若一或多个超音波换能器由含有谐波的信号驱动，则声发射也可能含有谐波。因为组织中超音波吸收的频率依赖性，这可导致接近预期焦点的加热，从而可能对患者造成危害。此外，超过30MHz的频率下的谐波可能会呈现产生超过由医疗设备的基本安全性及效能所规定的限制的辐射发射的风险。
因此，需要将自H桥驱动器输出的信号中的高次谐波的振幅减小至低于临限值。减小从H桥驱动器输出的信号中的高次谐波的振幅的一种方法可包括提供低通滤波器以移除高次谐波。然而，提供滤除频率f0值较低(例如，介于1.0MHz与约6.0MHz之间)的高次谐波的低通滤波器可导致减小具有大于低通滤波器的截止频率的基本频率f0的输出RF信号的振幅。因此，为允许功率放大器3001在1.0MHz至12.0MHz之整个频率范围内的高效操作，低通滤波器的截止频率应大于约12.0MHz，诸如16.0MHz。然而，具有大于约12.0MHz的截止频率的低通滤波器不能够使频率f0值(例如，介于1.0MHz与约6.0MHz之间)较低的高次谐波的振幅衰减。因此，当功率放大器3001被配置以在具有介于约1.0MHz与约6.0MHz之间的值的基本频率f0下操作时，多个高次谐波可存在于通带中。
如上文所论述，H桥设计使用反转对称的波形，其中波形的负部分看起来如同波形的正部分，以消除高偶次谐波(例如，在2f0、4f0、6f0下的信号或其他高偶次谐波)。为了抑制高奇次谐波(例如，在3f0、5f0、7f0下的信号或其他高奇次谐波)，H桥设计使用独特的驱动信号方案，其中选择波形的正部分及波形的负部分的占空比以抑制高奇次谐波。图6展示在波形的正部分及波形的负部分的占空比设定为0.3时由H桥产生的驱动信号。图7展示高奇次谐波的振幅针对波形的正部分及波形的负部分的不同占空比的变化。从图7注意到，基本功率随占空比增加而增加，在50％的占空比处达到其峰值。因此，占空比可用以调变基本频率下之输出功率。从图7进一步注意到，不同谐波在不同占空比值下达到其最小值。因此，若需要抑制特定谐波，则存在一或多个占空比值，对于该一或多个占空比值，该谐波在很大程度上被抑制。此外，在0.333之占空比下，抑制了3次谐波及9次谐波两者。该抑制是有用的，这是因为3次谐波为最低频率非零谐波且因此可能被低通滤波器抑制得最少。因此，选择约0.3的占空比可有利地抑制驱动信号中的3次谐波。在不失任何一般性之情况下，将波形的正部分及负部分的占空比选择为具有相同值以抑制偶次谐波。自图7进一步注意到，最小的总谐波含量出现在0.386之占空比处。除控制从H桥输出的波形之正部分及波形的负部分的占空比以抑制高奇次谐波以外，还可提供具有大于或等于功率放大器的最大操作频率的约80％的截止频率的低通滤波器以抑制高奇次谐波。举例而言，在被配置以在约12.0MHz的最高频率下操作的超音波疗法系统的各种实施例中，具有大于或等于约12.0MHz(例如，介于约10MHz与约16.0MHz之间)的截止频率的低通滤波器可用以移除具有大于截止频率的频率的高奇次谐波。
考虑被配置以在约1.0MHz至约12.0MHz的频率范围内操作的超音波疗法系统的实施方案。另外，考虑包括于超音波疗法系统的此实施方案中的功率放大器中的GaN FET由H桥驱动器驱动，其中选择波形的正部分及波形的负部分的占空比以抑制3次谐波(例如，约0.33之占空比)。进一步考虑功率放大器包含具有约16MHz的截止频率的低通滤波器(例如，具有0.1dB涟波的5阶契比雪夫(Chebyshev)滤波器)。图8A至图8D展示在2.0MHz、4.0MHz、7.0MHz及12.0MHz下从功率放大器的此实施方案输出的信号。在图8A至图8D中，附图标记8001a、8003a、8005a及8007a是指在低通滤波器之前的输出信号，且附图标记8001b、8003b、8005b及8007b是指在低通滤波器之后的输出信号。应注意，图8A中在低通滤波器之后的输出信号从正弦形状失真，其指示低通滤波器在2.0MHz的频率下允许一些高奇次谐波存在于通带中。在4.0MHz之频率下，高奇次谐波的贡献显著减少，如从图8B中在低通滤波器之后的近正弦信号输出所指出。在7.0MHz及12.0MHz的频率下，几乎消除了高奇次谐波，如从低通滤波器之后的信号输出的正弦性质所指出。
因此，被配置以驱动功率放大器3001的GaN FET的H桥驱动器的各种实施例被配置为以抑制3次谐波且使低通滤波器具有经设计以抑制具有大于约12.0MHz的频率的高奇次谐波的截止频率的占空比操作。
H桥驱动信号是通过由数字至模拟转换器(digital-to-analog converter；DAC)设定的DC信号与来自直接数字合成器(DDS)的平衡差分输出级的一对异相正弦波信号之间的比较产生。图9展示用以产生两个驱动波形的比较器电路的简化示意图。在图9中，电池9001表示DC电压电源且变压器9003提供平衡信号。
图10以图形方式展示绘制于同一绘图上的H桥驱动信号，其中波形10001a描绘由同相正弦波产生的波形且10001b描绘由异相正弦波产生的波形。由波形10001a及10001b表示的两个驱动信号延迟180度。
由图9的电路表示的H桥设计的优点为其可提供通过改变对应于来自电池9001的输出的DC信号的值来调变(或调制，modulating)闸极驱动占空比的便利机制。在RFTH模块中，此DC信号受12位DAC控制，且可将占空比自0％调变至50％。如上文所论述，占空比的控制提供数个优点，包括但不限于调整基本频率的功率位准及抑制高次谐波的振幅。另外，将闸极驱动占空比设定为0％或100％可提供防止在用于量测VSWR灵敏度的TCP期间切断H桥FET的便利方法。另外，将闸极驱动占空比设定为0％或100％可提供在测试期间停用未使用之通道的机制。
保护电路
图11A说明开关模式功率放大器3001的简化电路图，该开关模式功率放大器包含驱动1:9Guanella传输线变压器11003的平衡侧的由四(4)个GaN FET 11001a、11001b、11001c及11001d形成的H桥。GaN FET可能由于其相对脆弱的闸极通道绝缘层及小范围的击穿电压而容易受到感应尖峰的损害。因此，在H桥高压侧FET闸极11001c及11001d上包括并联的5.6V齐纳(Zener)二极管11005及快速肖特基(Schottky)二极管11007的保护电路可确保阈值导通(threshold turn-on)电压VGS在正侧不超过5.6V且闸极在负侧低于源极不超过0.3V。此保护电路之实施方案展示于图11B中。此保护电路可保护GaN FET免受感应尖峰影响，且可耐受超过20A的短路浪涌(或放电)超过1ms(例如，2ms、5ms、10ms或多于10ms)。举例而言，肖特基二极管11007可确保在产生负VGS的感应尖峰的情况下，闸极电压保持钳位至源极电压。在一些实施例中，在不存在肖特基二极管11007之情况下，超过8A的电流浪涌(如可能在短路事件中遇到)可导致GaN FET失效。
振幅控制
功率放大器3001的各种实施例可包含压控式降压转换器以提供振幅控制。压控式降压转换器的实施方案展示于图11C中。压控式降压转换器还可被称作回馈控制式降压转换器。可通过将电流注入至压控式降压转换器的求和节点中来控制振幅，该求和节点对压控式降压转换器的输出施加逐步及/或低带宽调变(或调制)(例如，小于或等于约3kHz)。在一个实施例中，所部署系统使用离散振幅改变。在一个实施例中，离散振幅改变对控制用于任何疗法模式-成像模式情境的功率至关重要。将来自压控式降压转换器的低带宽调变输出提供至H桥，其使从功率放大器输出的RF功率具有低带宽调变。在不失任何一般性之情况下，来自压控式降压转换器的低带宽调变输出可改变被提供至FET的驱动电压，其可改变在高压侧FET接通时施加至负载的电压。下文中进一步详细描述此情形。
在一个实施例中，通过改变在高压侧FET接通时被输送至负载的在高压侧FET的汲极处供应的电压来调变H桥输出。在一个实施例中，通过改变在高压侧FET关断时被输送至负载的在高压侧FET的汲极处供应的电压来调变H桥输出。在一些实施例中，此电压被产生为来自步降式DC-DC降压转换器的输出，该降压转换器能够高效地步降(step)来自高压电源的电压。降压转换器的输出电压受开关事件的占空比及频率控制。基本降压转换器电路的一些实施例包括回馈回路，其中量测输出且将其与临限值进行比较。若输出下降至低于临限值，则降压转换器修改其开关行为以将更多功率输送至负载。在使用降压转换器来设定输出振幅的功率放大器的一些实施例中，通过将电流注入回馈回路的求和输入中来控制降压转换器的输出。随着更多电流输送至求和节点，降压转换器的输出将提供更少电流，此导致输出电压下降。相反，随着更少电流输送至求和节点，降压转换器的输出将提供更多电流，此导致输出电压上升。降压转换器的输出处的电压可上升直至求和节点处之电压超过临限值。
功率量测系统
如上文所论述，本文中所描述的RFTH模块的各种实施例包含功率量测系统3007，该功率量测系统被配置以监测从功率放大器3001输出至一或多个超音波换能器的电功率。在各种实施例中，功率量测系统3007可被配置以量测自RFTH模块的不同驱动子系统3000中的功率放大器输出的RF信号的功率。另外，功率量测系统3007亦可被配置以量测从不同驱动子系统3000的功率放大器3001输出的RF信号之间的相对相位。
功率量测系统3007可实施为高密度印刷电路板(PCB)设计。PCB设计可被配置为具有小尺寸及/或低散热。功率量测系统3007的各种实施例可被配置以量测输送至广泛范围的负载阻抗Z的来自功率放大器3001的RF信号功率输出，该负载阻抗具有介于20Ω与200Ω之间的量值|Z|及介于-60°与60°之间的相角∠Z。举例而言，功率量测系统3007之各种实施例可被配置以量测输送至广泛范围的负载阻抗Z的来自功率放大器3001的RF信号功率输出，该负载阻抗具有介于20Ω与120Ω之间的量值|Z|及介于+45度与-45度之间的相位∠Z。功率量测系统3007的各种实施例可被配置为以约±0.5dB之准确度量测自不同驱动子系统3000的功率放大器输出的RF信号之功率。功率量测系统3007的各种实施例可被配置以甚至在高次谐波对RF信号功率存在显著贡献的情况下以约±0.5dB之准确度量测从不同驱动子系统3000中的功率放大器输出的RF信号的功率。功率量测系统3007的各种实施例可被配置以在宽频率范围内操作。举例而言，功率量测系统3007可被配置以至少在与功率放大器3001相同的频率范围内操作。举例而言，功率量测系统3007可被配置以在介于约1.0MHz与约12.0MHz之间的宽频率范围内操作。
功率量测系统3007的各种实施例可包含电阻式电流感测及电压感测组件。举例而言，功率量测系统3007的各种实施例可使用小信号变压器进行共模抑制。相较于更常用于监测RF功率的磁性装置(例如，RF方向耦合器、RF循环器及其他磁性装置)，使用电阻式电流感测及电压感测组件可具有若干优点，包括但不限于较小电路尺寸、较低成本、较低散热及/或改善的抗干扰性。
尽管在电阻式电流感测及电压感测组件中，寄生电抗效应可为显著的，但大多数寄生电抗效应可校准并从量测移除。功率量测系统3007可包含差动量测方案，其包含宽带带小信号RF变压器，如图12中所展示。差动量测方案可从信号移除大的共模分量，且可有利地隔离量测电路系统与电流感测电阻器12001。差动量测方案可抵抗由功率量测系统3007的组件与功率放大器3001的组件之间的电容性及磁性耦合引起的干扰。特定而言，自功率变压器辐射的磁场以及PCB上的寄生互电容及电感可耦合至放大器输入。此干扰为共模的且将在差动放大器的两个输入上产生几乎相同的耦合。因此，使用差动放大器可有利地减除/移除差动放大器的两个输入处的共模耦合，同时增强差动电流或电压信号。
功率量测系统3007包含外差式IQ解调变器(例如，来自模拟装置之解调变器AD8333)。在RFTH模块之各种实施例中，每一驱动子系统3000可包含外差式IQ解调变器，该解调变器被配置以接受自包括于彼驱动子系统3000中之功率放大器输出的RF信号之一部分的经取样电流及电压波形。
图13展示功率量测系统3007之实施方案。如图13中所展示，来自功率放大器3001的输出的部分由配置于区块13003中所展示的差动量测方案中的电阻式电流感测及电压感测组件量测。来自区块13003中的电阻式电流感测及电压感测组件的输出经输入至外差式IQ解调变器13000中。外差式IQ解调变器13000包含本地振荡器(local oscillator；LO)时钟13001；电流解调变器组件13005a及13005b；电压解调变器组件13005c及13005d；滤波组件13007a、13007b、13007c及13007d；及模拟至数字转换器(analog to digitalconverter；ADC)13009a、13009b、13009c及13009d。外差式IQ解调变器13000被配置以在任意频率下操作。
外差式IQ解调变器13000可提供对从功率放大器3001输出的RF信号的量值及相位量测。外差式IQ解调变器13000可被配置以在量测可能不受干扰的基频下进行量测。外差式IQ解调变器13000可包含可潜在地降低成本、提高准确度且准许不同RF信道的多任务的高位深度及慢采样率ADC。IQ解调变器13000的低通滤波器可允许窄频带滤波，该窄频带滤波可独立于可横跨宽带率范围的RF信号的频率。
图14展示来自模拟装置之AD8333 IQ解调变器的方块图。IQ解调变器13000被配置以将经取样电流及电压波形混合降至基频，使得其可以用高分辨率模拟至数字转换器(例如，ADC 13009a至13009d)数字化。IQ解调变器可被配置为以相位敏感方式解调变输入信号，使得RF信号相对于参考时钟的相位可如实地再现为分析信号的相位，该分析信号的实分量及虚分量为窄频带限制中之IQ解调变器的两个输出。
IQ解调变器13000为接受两个输入RF信号及来自本地振荡器(LO)时钟13001的输入的双信道装置。为了解调变至基频，LO 13001的频率为RF信号之频率的四(4)倍。举例而言，若功率放大器3001在具有介于1.0MHz与12.0MHz之间的值之频率f0下运行，则LO 13001的频率为4f0。
IQ解调变器13000使用来自LO时钟13001的输入以产生在f0下运行的两个内部LO时钟。第一内部时钟可被称作I时钟，且第二内部时钟可被称作Q时钟。在一个实施方案中，两个内部LO时钟可通过数字化LO时钟且使用其运行两个四分频逻辑电路而获得，该些逻辑电路中之每一者在输入LO时钟的每一第四上升边缘上触发，但其中Q时钟相对于I时钟延迟输入LO时钟的一个循环。
图15展示由解调变器13000之实施方案产生的两个内部时钟。在图15中，波形15001展示自功率放大器3001输出之信号，波形15003展示LO时钟13001之输出，波形15005展示I时钟且波形15007展示Q时钟。I时钟及Q时钟可用以解调变及重建构从功率放大器13000输出的信号，如下文所论述。
解调变器通过使I及Q时钟控制放大RF信号的功率放大器3001是否反相而起作用。此操作等效于将自功率放大器3001输出之RF信号乘以具有最大值1及最小值-1的方波，如图16中所展示。
此操作产生两个输出信号，一者用于I时钟且另一者用于Q时钟。对于与I时钟同相的正弦信号，与I时钟混合产生具有正均值的信号。另一方面，与Q时钟混合产生具有均值零的信号。图17展示正弦信号的I及Q解调变。在图17中，信号17001为与I时钟混合的正弦信号的输出，且17003为与Q时钟混合的正弦信号的输出。
混合信号的均值仅为其基频值，且可通过低通滤波提取。对于如同正弦波的窄频带信号的状况，I及Q输出为分析信号的实部及虚部，该分析信号之相位
为RF输入信号与本地振荡器之间的相位差且其量值
与RF信号的振幅成比例。
IQ解调变器使用允许在存在高次谐波之情况下量测基本频率分量的量值及相位的相移谐波消除方案。在相移谐波消除方案中，外差式LO时钟13001相对于自功率放大器3001输出的RF信号经离散地相移，以产生一组LO相位相依IQ样本。使用线性反转将样本经重建构成基本及谐波功率。下文中更详细描述此情形。
如上文所论述，功率放大器3001被配置以在横跨至少两(2)个倍频程的宽频率范围内操作。举例而言，如上文所论述，功率放大器3001被配置以在约1.0MHz至约12.0MHz的宽频率范围内操作。为允许功率放大器3001的宽带操作，低通滤波器可具有大于或等于约16MHz的截止频率。因此，较低操作频率(例如，介于约1.0MHz与约6MHz之间的操作频率)的高次谐波将处于低通滤波器的通带中，且因此无法在不影响功率放大器3001的带宽的情况下被滤除。作为此情形之实例，图18A展示从功率放大器3001至在约1.0MHz的操作频率下操作的10至100欧姆(例如，25欧姆、50欧姆、75欧姆)负载中之输出的示波器迹线，且图18B展示自功率放大器3001至在约12.0MHz的操作频率下操作之50欧姆负载中的输出之示波器迹线。迹线18001a及18001b展示分别在两个操作频率下的输出波形。在12.0MHz下，高于低通滤波器的截止频率(例如，16MHz)的所有高次谐波且因此输出波形为纯正弦波。然而，在1.0MHz下，一些谐波在通带中且因此波形为非正弦波。高次谐波的存在可能影响量测输出RF信号的振幅及相位的准确度，如下文详细论述。
因为存在谐波，所以来自功率放大器3001的输出不能被视为窄频。实际上，来自功率放大器3001的输出是由具有以谐波n×ω0为中心的频率的若干窄频带的总和构成，其中n为整数且ω0为基本频率。
因此，功率放大器3001的输出处的RF信号可描述为如由以下等式(1)给出的傅立叶分解：
其中An及Bn为信号之谐波中之每一者的同相及正交分量。
如下文将详细论述，被配置以量测从功率放大器输出的RF信号的振幅及相位的功率保证电路包含IQ解调变器。在不依赖于任何特定理论的情况下，IQ解调变器的作用可被视为将来自功率放大器3001的RF输出乘以方波，其后接着进行低通滤波。方波包含在基本频率下的信号分量及在基本频率的谐波下的信号分量，且可描述为由以下等式(2)给出的傅立叶分解：
无论何时来自功率放大器3001的RF输出与方波信号两者均具有谐波分量，乘法便将谐波分量混合至基频，亦即，差频将为0Hz。图19展示在通带(经归一化至基本频率1MHz)的低频端处的RF信号的快速傅立叶变换(FFT)的量值及方波的快速傅立叶变换(FFT)的量值。在图19中，波形19001展示RF信号的FFT，且波形19003展示方波的FFT。自图19注意到，存在RF信号的基本、五次及七次谐波。方波在所有奇次谐波处皆具有显著分量。方波及RF信号两者均具有FFT的非零量值的谐波将促成所量测之基频信号。
功率保证电路的IQ解调变器可被视为具有I及Q本地振荡器。来自I及Q本地振荡器的输出可被视为方波。因此，来自I及Q本地振荡器的输出可经傅立叶分解，如在等式(3a)及(3b)中所呈现。
其中q(t)的等式是通过使i(t)移位四分之一循环而获得，亦即，在等式(3a)中用
替换t。
在混合及低通滤波之后，I及Q本地振荡器与RF信号两者中的谐波都将有贡献于I及Q基频信号，如在等式(4a)至(4d)中所呈现。
因此，基频信号不仅取决于在基本频率下的傅立叶振幅，而且取决于RF信号中的所有非零奇次谐波。
因此，当存在谐波时，量测到的I及Q值可能无法返回正确的相位值或振幅。此外，因为谐波，量测到的信号振幅可取决于I及Q本地振荡器与RF信号之间的相位。这可引入可随着波束成形延迟改变而改变的系统误差。波束成形延迟可包含在不同通道之间引入的相位延迟，以便从多组件换能器获得所要聚焦效应。举例而言，与此效应相关联的误差对于电压及电流的振幅可高达6％，且对于相位可为+/-3度。这可导致量测到的电压及/或相位显著不准确。
举例而言，降低来自功率放大器3001的输出RF信号的所量测电压及/或相位的不准确度的一种方法包括校正在功率保证电路3007处接收的从功率放大器3001输出的RF信号的部分的振幅及相位，以移除谐波的影响。通过在I及Q时钟相对于在功率保证电路3007处接收的从功率放大器3001输出的RF信号的部分的多个相移下获取I及Q数据，校正在功率保证电路3007处接收的从功率放大器3001输出的RF信号的部分的振幅及相位。收集在N个不同相位偏移下量测的I及Q数据足以消除前N个谐波之贡献，但更多量测可用于在存在噪声之情况下获得谐波之较佳估计。在许多实施例中，若量测到六(6)个不同的相位偏移，则谐波之影响可降低至低于系统噪声底限之位准。
因此，减少谐波的影响的一种方法包括：针对相对于在功率保证电路3007处接收的从功率放大器3001输出的RF信号的部分，在0°、15°、30°、45°、60°及75°下的内部I及Q时钟相位而量测I及Q数据。在一些实施例中，包括于功率保证电路3007中的输入本地振荡器(LO)频率可具有为内部频率之四(4)倍的频率。因此，输入LO时钟的相位可为大于I及Q时钟相位的四倍的相位。举例而言，当相对于在功率保证电路3007处接收的从功率放大器3001输出的RF信号的部分，当I及Q时钟相位为0°、15°、30°、45°、60°及75°时，输入LO时钟的相位相对于在功率保证电路3007处接收的从功率放大器3001输出的RF信号的部分可为0°、60°、120°、180°、240°及300°。
图20说明用以根据上文所论述之方法解调变非正弦驱动信号的I及Q时钟的六(6)个相移集合。在混合之后，解调变器输出可用以重建构从功率放大器3001输出的RF信号的十二(12)个信号，如图21中所展示。
在此等不同相位下之所量测I及Q值与在每一谐波下的信号的正确傅立叶振幅之间的关系为线性的，且因此RF输入信号的傅立叶振幅可经由矩阵乘法从六个相位下的所量测I及Q样本获得。
由于I及Q为正交分量，因此若在以15°步长均等地分布在介于0°与75°之间的范围中之一组6个相位(例如，0°、15°、30°、45°、60°、75°)下获取I样本，则Q样本将自I样本相移90°。举例而言，Q样本将处于90°、105°、120°、135°、150°、165°。
利用信号的反转对称性，从功率放大器3001输出的信号可由以下等式(5)描述。
其中T0＝1/f0为周期。信号的整个周期可依据I及Q相移信号表达为：
{I0，I15，...，I75，Q0，Q15，...Q75，-I0，-I15，...，-I75，-Q0，-Q15，...-Q75}
其中In为在n°相移下的I样本，且Qn为在n°相移下的Q样本。应注意，由于反转对称性，Q180等于Q0。
因此，横跨0°至180°的范围的六(6)个相位足以重建构从功率放大器3001输出的RF信号。
根据反转对称性，仅奇数傅立叶分量将为非零的。因此，一次、三次、五次、七次、九次及十一次谐波将为非零的。因此，为了重建构从功率放大器3001输出的RF信号，计算用于非零奇次谐波的离散傅立叶变换(DFT)系数。在重建构从功率放大器3001输出的RF信号的一种方法中，使用下文所呈现的等式(6)判定矩阵
，该矩阵将十二(12)个所量测的I及Q样本值映像至从功率放大器3001输出的RF信号的DFT的实部及虚部。
在等式(6)中，其中An为n次谐波的复数傅立叶系数。
矩阵
之元素可利用针对每一相位值应用等式(3a)及(3b)而获得。因此，可自以下等式(7a)及(7b)获得矩阵
之元素：
其中索引k具有值1、3、5、7、9及11，且其中m为具有值0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10及11的相位索引。因此，可如以下等式(8)中所呈现而重写全矩阵等式(6)：
在许多实施例中，可预先计算矩阵
且将其硬编码至板模块控制器(BMC)3019中，这是因为该矩阵仅取决于选定相位及谐波阶次。
一旦获得傅立叶分量An，便可根据以下等式(9)使用该些分量重建构波形：
图22A至图22C展示由功率保证电路通过减少本文中所描述的高次谐波的贡献来在三个不同频率下重建构从功率放大器3001输出的RF信号的实例。图22A展示在1.0MHz的频率下的RF信号的重建构。图22B展示在2.0MHz额频率下的RF信号的重建构。图22C展示在3.0MHz的频率下的RF信号的重建构。参看图22A，波形22001a为使用等式(9)重建构的波形，且波形22003a为量测输入至解调变器的信号的差动示波器探头的输出。参看图22B，波形22001b为使用等式(9)重建构的波形，且波形22003b为量测输入至解调变器的信号的差动示波器探头的输出。参看图22C，波形22001c为使用等式(9)重建构的波形，且波形22003c为量测输入至解调变器的信号的差动示波器探头的输出。自图22A至图22C注意到，经重建构的波形紧密地匹配所量测之波形。
由功率保证电路使用以重建构从功率放大器3001输出的RF信号的多相移方法的上述实施例可降低对LO时钟要求的操作频率的要求。在传统方法中，使用传统方法之LO时钟的操作频率将在对应于二次、三次、四次、五次、六次或其他高次谐波频率之频率下操作。在此类传统方法中，解调变器的时钟频率然后被设定为在LO时钟操作处的频率的谐波频率的约四(4)倍。此设定可增加电路复杂度、噪声及/或成本。本文中所描述之多相移方法可应用于高次谐波频率，而不增加LO时钟频率的操作频率及/或不对电子硬件进行任何其他改变。
由功率量测系统获得之量测结果之误差的校正
在各种实施例中，输送至超音波换能器200的RF功率可能不同于如由功率量测系统3007量测的从功率放大器3001输出的RF功率。输送至超音波换能器200的RF功率与由功率量测系统3007量测的RF输出功率之间的差可能归因于以下各者中之一或多者：(i)由于RFTH模块的电路板上的寄生电抗的误差；(ii)由于功率量测系统3007中所使用的电流及电压感测电阻器中的寄生电抗的误差；(iii)与功率量测系统3007及/或功率放大器3001的IQ解调变器中的标称增益的偏差；(iv)用于功率量测系统3007中的变压器中的插入损耗；(v)连接RFTH模块与超音波换能器的缆线中的不合需要的阻抗变换效应；及/或(vi)IQ解调变器中的电压及电流量测之间的相位误差。图23A说明可能导致输送至超音波换能器200的RF功率与由功率量测系统3007量测的RF输出功率之间的差的不同误差源。在图23A中，与IQ解调变器及放大器中的标称增益的偏差展示于区块23001中，由于电流感测电阻器及电压感测组件以及PCB中的寄生电抗的误差展示于区块23003及23005中，且由于不合需要的缆线效应的误差展示于区块23007中。不同误差源可由如图23B中所展示安置于功率放大器3001与超音波换能器200之间的等效双端口网络23009而模型化。
为减小输送至超音波换能器200的RF功率与由功率量测系统3007量测的RF输出功率之间的差，功率量测系统3007可包括自校准双端口网络补偿模块24001，如图24中所展示，该自校准双端口网络补偿模块捕获上文所述的误差的不同源，该误差导致输送至超音波换能器200的RF功率与由功率量测系统3007量测的RF输出功率之间的差。
为校正各种误差，使用以下方法获得双端口网络补偿模块24001的双端口网络参数。RF信号被输送至在阻抗范围内的一组N个已知负载阻抗ZL,N，该些阻抗具有介于20Ω与200Ω之间的量值|Z|及介于-60°与60°之间的相位∠Z。N个已知负载阻抗附接至双端口网络之端口2，且功率量测系统3007附接至双端口网络之端口1。在端口2处量测每一负载ZL,N上之电压V2,N(例如，使用示波器)，同时在端口1处由功率量测系统3007量测电压V1,N及电流I1,N。对于N个已知负载中的每一者，执行最小平方拟合以从在端口1处由功率量测系统量测的电压V1,N及电流I1,N以及每一负载ZL,N上的电压V2,N及由V2,N与ZL,N的比率给出的对应电流I2,N的值获得双端口网络参数。进行一系列数学运算以判定最小化由功率量测系统3007获得的量测结果与已知阻抗上的所量测电压之间的差异的一组估计的复数值双端口网络参数。
当使用横跨预期操作阻抗范围的一组N个已知负载而获得双端口网络参数时，双端口网络参数的所得值可为稳固的且预测不处于用以获得估计的该组N个阻抗中的阻抗。由于双端口网络参数可为频率相依量，因此在将应用校正的每一频率下执行计算。若在频率上对电压及阻抗的量测密集地进行取样，则可应用双端口网络参数的线性内插以在所取样频率之间的频率下获得值之准确估计。举例而言，在横跨1.0MHz至12.0MHz的操作频率范围的介于32与256之间的数目个频率下进行量测可提供适合于准确线性内插的平滑函数。在各种实施例中，RFTH模块可包含可储存双端口网络参数的校准EEPROM集成电路(IC)。所储存的双端口网络参数可用以校正由功率量测系统3007获得的量测结果，以减小输送至超音波换能器200的RF功率与由功率量测系统3007量测的RF输出功率之间的差。在各种实施例中，复数(N)个经校准阻抗ZL可大于或等于4。
用于预测由超音波换能器输送之输出功率的系统及方法
在各种实施例中，预测在放大器接通之前将输送多少声功率可能使有利的。在功率放大器并不专用于特定换能器的系统中，可能难以预测在放大器接通之前将输送多少声功率。举例而言，在疗法系统的许多实施例中，不同功率放大器可与不同换能器互换地使用。另外，在疗法系统的许多实施例中，可能需要比驱动子系统更频繁地替换换能器。在此等实施例中，在替换及/或升级不同换能器时，功率放大器可用以驱动该些换能器。
因此，用于预测输出功率的系统及方法的一些期望要求可包括(i)误差小于0.3dB的所输送电功率的预测；(ii)任何换能器可与任何功率放大器配对且由换能器输送的功率在所命令功率的误差边限内；及(iii)对于广泛范围的换能器阻抗，由换能器输送的功率在所命令功率之误差边限内。
在用于预测功率之各种系统及方法中，可由换能器及功率放大器储存分开的校准量测结果。基于储存于功率放大器及超音波换能器中的校准量测结果，可选择由功率放大器输出的RF功率从而以所要输出功率输出RF信号，该信号在被提供至超音波换能器时将输送所要声能。本申请涵盖两种不同的预测方法。第一种方法假设功率放大器输出阻抗的变化较小。第二种方法无需假设，但需要更复杂的校准步骤
实施例方法1
在第一种方法中，超音波换能器被配置以存取(或访问，access)第一查找表(LUT)，该第一查找表储存由超音波换能器输出的声功率与在相同振幅设定下输送至50Ω负载中的电功率之间的对应关系。第一LUT可在具有参考功率放大器的超音波换能器的工厂校准期间产生。第一LUT可储存于超音波换能器中。
RFTH模块的驱动子系统3000中的功率放大器可存取第二LUT，该第二LUT储存从功率放大器输出的RF信号的振幅与在功率放大器的工厂校准期间获得的50Ω负载之功率之间的对应关系。第二LUT可储存于功率放大器、驱动子系统3000或RFTH模块中。
实施例方法2
在第二种方法中，在超音波换能器的工厂校准期间产生(或生成，generate)第一查找表(LUT)，该第一查找表包括阻抗与电声转换效率之间的对应关系。第一LUT可储存于超音波换能器中。
产生第二LUT，其包括依据振幅设定而变化的功率放大器输出阻抗及戴维宁等效源电压。第二LUT可储存于功率放大器、驱动子系统3000或RFTH模块中。
电子处理系统可被配置以计算产生所要声功率将需要的换能器负载阻抗的电功率。电子处理系统可经进一步配置以计算用于将输出产生所要声功率之电功率的功率放大器之振幅设定。
功率校准及保证系统
用于HIFU的换能器常常展现其谐振频率的容限。举例而言，关于大量所制造换能器的谐振频率的容限可为+/7％。换能器谐振频率亦可随换能器寿命及温度而改变。为了确保换能器在其谐振频率下被驱动，驱动信号的频率可扫过含有谐振频率的频率范围，同时量测换能器反射的功率或阻抗。通过找到减小/最小化阻抗相位与零的偏差，减小/最小化或增加/最大化阻抗振幅，减小/最小化电压驻波比，减小/最小化反射功率或最小化反射系数的频率，可判定与中心频率的接近性。在各种实施例中，可将频率扫掠的范围设定为在标称谐振频率周围+/-100KHz，同时监测在每一频率下的电压驻波比且选择电压驻波比最低或最小的频率。
因为在固定频率下观察到的换能器阻抗可随着由于例如老化及/或温度引起之谐振频率改变而改变，所以能够动态地调整功率以补偿此等改变为有益的。在一些实施例中，功率保证量测可用以量测输送至换能器之电功率，比较该电功率与所要电功率，且调整驱动器振幅或驱动频率以便减小所量测功率与所要功率之间的误差。
在一些实施例中，功率保证系统可用以量测负载阻抗。对位于功率保证系统与换能器之间的其他系统组件的阻抗的先验了解可用以经由表示系统的双端口网络变换功率保证量测，从而判定向换能器观察到的阻抗。在一些实施例中，以此方式获得的换能器阻抗可用以判定自换能器达成所要声功率所需的电功率。在一些实施例中，在疗法输送期间获得的换能器阻抗的量测可用以调整驱动振幅，以便达成输送至换能器之所要电功率且因此达成从换能器输出的所要声功率。
HIFU的治疗功效可取决于换能器与所治疗组织之间具有透声耦合。通常，此耦合可通过使用置放于换能器与皮肤之间的凝胶来达成。然而，换能器不当地位于凝胶中或凝胶中的气泡中可使耦合不良。因此，需要在起始疗法输送之前量测耦合质量，且在整个治疗期间监测耦合质量。良好耦合的组织的特性为组织与耦合介质之间的界面将产生较小的超音波能量反射率。举例而言，良好耦合的超音波换能器将在组织凝胶界面处反射小于5％的入射功率。
在一些实施例中，在疗法输送期间通过监测反射超音波能量之位准来监测耦合品质。为了提供关于耦合中的破坏部位的轴向分辨率，用以观测反射能量的超音波本质上可为脉冲式而非连续的。使用脉冲式波形允许量测换能器至反射表面的距离。在一些实施例中，疗法换能器可在脉冲回波模式中用作传感器以侦测耦合的反射。在其他实施例中，疗法换能器可用以激发耦合材料且辅助换能器可用以量测反射信号。在一些实施例中，来自功率输送路径中的参考表面的反射可用作振幅参考，且来自耦合表面的反射与其进行比较以判定耦合是否为可接受的。在一些实施例中，系统可停止输送疗法直至反射功率低于可接受临限值。
在一些实施例中，校准功率保证系统可用以量测换能器的阻抗。所量测阻抗拟合换能器阻抗的模型。在一些实施例中，换能器阻抗的模型可为电路模型，比如Butterworth-van Dyke模型。在一些实施例中，换能器阻抗的模型可为传输线模型，比如Krimholtz、Leedom及Matthaei(KLM)模型。在一些实施例中，换能器阻抗的模型可包含钳位电容、耦合系数及辐射电阻作为参数。在一些实施例中，模型参数的改变可指示换能器特性由于老化引起的改变。因此，模型参数的改变可用以追踪换能器随时间的老化或温度。在一些实施例中，模型参数可用作可接受性准则。在一些实施例中，模型参数之改变可用以估计获得所要声功率所需之驱动功率。
额外系统综述
在一些实施例中，控制面板300包含通信系统(例如，wifi、蓝芽、调制解调器等以与另一方、制造商、供货商、服务提供商、因特网及/或云端通信。在一些实施例中，推车301具有电源供应器，诸如到电池的电源连接件及/或用以将电源、通信(例如，以太网络)连接至系统20的一或多根线。在一些实施例中，系统20包含推车301。在一些实施例中，系统20不包含推车301。手柄100可通过接口130耦接至控制器300，该接口可为有线或无线接口。接口130可通过连接器145耦接至手柄100。接口130的远端可连接至电路345(图中未示)上的控制器连接器。在一个实施例中，接口130可将可控制功率从控制器300传输至手柄100。在一实施例中，系统20具有用于皮下结构的超清高清晰度(high definition；HD)可视化的多个成像通道(例如，8个通道)以改善成像。在一实施例中，系统20多个疗法信道(例如，8个通道)及在增加速度(例如，增加25％、40％、50％、60％、75％、100％或多于100％)的同时使治疗准确度加倍的精确线性驱动马达。此等特征一起建立行业中最通用系统平台中的一者且为前所未有的未来可能性提供了基础。
控制器300可包括到可包括触控屏幕监视器及图形用户接口(Graphic UserInterface；GUI)之一或多个交互式图形显示器310的连接性，其允许用户与超音波系统20互动。在一个实施例中，第二个更小、更具行动性的显示器允许使用者更容易地定位及查看治疗屏幕。在一个实施例中，第二显示器允许系统用户查看治疗屏幕(例如，在墙上、在行动装置、大屏幕、远程屏幕上)。在一个实施例中，图形显示器310包括触控屏幕接口315(图中未示)。在各种实施例中，显示器310设定及显示操作条件，包括设备启动状态、治疗参数、系统讯息及提示以及超音波影像。在各种实施例中，控制器300可经调适及/或被配置以包括例如具有软件的微处理器及输入/输出装置、用于控制换能器的电子及/或机械扫描及/或多任务及/或换能器模块的多任务的系统及装置、用于功率输送的系统、用于监测的系统、用于感测探头及/或换能器的空间位置及/或换能器模块的多任务的系统，及/或用于处置用户输入及记录治疗效果的系统，连同其他系统。
在一个实施例中，手柄100包括一或多个手指启动式控制器或开关，诸如150及160。在各种实施例中，一或多个热治疗控制器160(例如，开关、按钮)启动及/或停止治疗。在各种实施例中，一或多个成像控制器150(例如，开关、按钮)启动及/或停止成像。在一个实施例中，手柄100可包括可移动模块200。在其他实施例中，模块200可为非可移动的。在各种实施例中，模块200可使用闩锁或耦接器140机械耦接至手柄100。在各种实施例中，一界面导引件235或多个界面导引件235可用于辅助模块200耦接至手柄100。模块200可包括一或多个超音波换能器280。在一些实施例中，超音波换能器280包括一或多个超音波组件。模块200可包括一或多个超音波组件。手柄100可包括仅成像模块、仅治疗模块、成像及治疗模块，以及其类似者。在各种实施例中，超音波换能器280可在模块200内在一或多个方向290上移动。换能器280连接至运动机构400。在各种实施例中，运动机构包含零个、一个或多个轴承、轴、杆、螺杆、导螺杆401、编码器402(例如，用以量测换能器280的位置的光学编码器)、马达403(例如，步进马达)，以帮助确保换能器280在模块200内的准确且可重复的移动。在各种实施例中，模块200可包括可经由透声构件230发射能量的换能器280。在一个实施例中，控制模块300可经由接口130耦接至手柄100，且图形用户接口310可经调适及/或被配置以用于控制模块200。在一个实施例中，控制模块300可将功率提供至手柄100。在一个实施例中，手柄100可包括电源。在一个实施例中，开关150可经调适及/或被配置以用于控制组织成像功能，且开关160可经调适及/或被配置以用于控制组织治疗功能。在各种实施例中，通过模块200经由控制系统300对换能器280之控制操作，提供所发射能量50以合适的聚焦深度、分布、时序及能量位准进行输送，从而通过热凝区550达成所要治疗效果。
在一个实施例中，模块200可耦接至手柄100。模块200可发射及接收能量，诸如超音波能量。模块200可以电子方式耦接至手柄100，且此耦接可包括与控制器300通信的接口。在一个实施例中，接口导引件235可经调适及/或被配置以提供模块200与手柄100之间的电子通信。模块200可包含各种探头及/或换能器组态。举例而言，模块200可经调适及/或被配置以用于组合的双模式成像/疗法换能器、耦接或共同容纳的成像/疗法换能器、分开的疗法及成像探头，以及其类似者。在一个实施例中，当模块200插入至手柄100中或连接至手柄时，控制器300自动地侦测它且更新交互式图形显示器310。
在一些实施例中，存取密钥320(例如，安全USB驱动密钥)可移除地连接至系统20以准许系统20起作用。在各种实施例中，存取密钥经程序化为消费者特定的且服务于多个功能，包括系统安全性、特定于国家/地区的治疗指南及功能性访问、软件升级、支持日志转移及/或信用转移及/或储存。在各种实施例中，系统20具有因特网及/或数据连接性。在一实施例中，连接性提供在系统20提供者与消费者之间转移数据的方法。在各种实施例中，数据报括信用、软件更新及支持日志。基于使用者控制台如何连接至因特网，将连接性划分成不同模型实施例。在一个实施例中，断开模型连接性包含与因特网断开的控制台，且消费者不能够访问因特网。信用转移及软件升级通过将存取密钥(例如，USB驱动机)运送至消费者来进行。在一个实施例中，半连接模型连接性包含与因特网断开的控制台，但消费者能够访问因特网。使用消费者的个人计算机、智能型手机或其他计算装置结合系统存取密钥来进行信用转移、软件升级及支持日志转移以转移数据。在一个实施例中，全连接模型连接性包含使用wifi、蜂巢式调制解调器、蓝牙或其他协议无线地连接至因特网的控制台。信用转移、软件升级及支持日志转移直接在控制面板与云端之间进行。在各种实施例中，系统20连接至在线入口以用于流线式库存管理、按需治疗购买及业务分析见解，以将消费者美学治疗业务员推向下一层级。
图2为耦接至所关注区10的超音波系统20的示意性说明。在各种实施例中，用超音波能量非侵入性地治疗在皮肤表面下方或甚至在皮肤表面处的组织，诸如表皮、真皮、下皮、筋膜及浅表肌腱膜系统(“SMAS”)及/或肌肉。组织亦可包括血管及/或神经。超音波能量可聚焦、不聚焦或散焦，且施加至含有表皮、真皮、下皮、筋膜及SMAS中的至少一者的所关注区以达成治疗效果。在各种实施例中，所关注区10的组织层可在个体之身体的任何部分处。在一个实施例中，组织层在个体之头部及面部区中。所关注区10的组织的横截面部分包括皮肤表面501、表皮层502、真皮层503、脂肪层505、浅表肌腱膜系统507(在下文中为“SMAS507”)及肌肉层509。该组织亦可包括下皮504，其可包括在真皮层503下方的任何组织。这些层的组合总体上可被称为皮下组织510。图2中还说明在表面501下方的治疗区525。在一个实施例中，表面501可为个体500的皮肤表面。尽管本文中可使用有关于组织层处的疗法的实施例作为实例，但系统可应用于身体内的任何组织。在各种实施例中，系统及/或方法可用于面部、颈部、头部、臂部、腿部或身体上或中的任何其他部位(包括体腔)的组织上(包括但不限于肌肉、筋膜、SMAS、真皮、表皮、脂肪、脂肪细胞、脂肪团，其可被称作女性脂质营养不良(例如，非酒窝型女性脂质营养不良)、胶原蛋白、皮肤、血管。在各种实施例中，达成2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、75％、80％、90％、95％及其中之任何范围之量的脂肪团(例如，非酒窝型女性脂质营养不良)减少。
参看图2中之说明，超音波系统20之实施例包括手柄100、模块200及控制器300。在一个实施例中，模块200包括换能器280。超音波系统20之各种实施例的换能器280可经调适及/或被配置以在聚焦深度处对组织进行治疗，该聚焦深度为换能器280与要治疗的目标组织之间的距离。在各种实施例中，对于给定换能器280，该聚焦深度可为固定的。在一个实施例中，对于给定换能器280，聚焦深度为可变的。在一个实施例中，换能器280被配置以同时在皮肤表面下方多个深度(例如，1.5mm、3.0mm、4.5mm或其他深度)处进行治疗。
如上文所论述，模块200可包括可经由透声构件230发射能量的换能器。在一个实施例中，换能器280可具有偏移距离，其为换能器280与透声构件230的表面之间的距离。在一个实施例中，换能器280的聚焦深度为距换能器的固定距离。在一个实施例中，换能器280可具有自换能器至透声构件230的固定偏移距离。在一个实施例中，透声构件230经调适及/或组态于模块200或超音波系统20上用于接触皮肤表面501的位置处。在各种实施例中，聚焦深度超过偏移距离某一量以对应于在位于皮肤表面501下方的组织深度处的目标区域处的治疗。在各种实施例中，当超音波系统20置放成与皮肤表面501实体接触时，组织深度为透声构件230与目标区域之间的距离，量测为自接触皮肤的手柄100或模块200表面之部分(具有或不具有声耦合凝胶、介质等)的距离及从该皮肤表面接触点至目标区域的组织深度。在一个实施例中，聚焦深度可对应于偏移距离(如量测为至接触耦合介质及/或皮肤501的透声构件230的表面的距离)外加皮肤表面501下方至目标区之组织深度的总和。在各种实施例中，不使用透声构件230。
耦合组件可包含各种物质、材料及/或装置以促进换能器280或模块200至所关注区之耦合。举例而言，耦合组件可包含经调适及/或被配置以用于超音波能量与信号的声耦合的声耦合系统。具有诸如歧管的可能连接件的声耦合系统可用以将声音耦合至所关注区中，提供液体或流体填充透镜聚焦。耦合系统可经由使用一或多种耦合介质来促进此耦合，该些耦合介质包括空气、气体、水、液体、流体、凝胶、固体、非凝胶及/或其任何组合，或允许在换能器280与所关注区的间传输信号的任何其他介质。在一个实施例中，在换能器内部提供一或多种耦合介质。在一个实施例中，流体填充模块200在外壳内部含有一或多种耦合介质。在一个实施例中，流体填充模块200在可与超音波装置之干燥部分分开的密封外壳内部含有一或多种耦合介质。在各种实施例中，耦合介质用于以100％、99％或大于99％、98％或大于98％、95％或大于95％、90％或大于90％、80％或大于80％、75％或大于75％、60％或大于60％、50％或大于50％、40％或大于40％、30％或大于30％、25％或大于25％、20％或大于20％、10％或大于10％及/或5％或大于5％的传输效率在一或多个装置与组织之间传输超音波能量。
在各种实施例中，换能器280可对任何合适组织深度处的所关注区进行成像及治疗。在一个实施例中，换能器模块280可提供在约1W或小于1W、介于约1W至约100W之间及大于约100W(例如，200W、300W、400W、500W)的范围内的声功率。在一个实施例中，换能器模块280可在约1MHz或小于1MHz、介于约1MHz至约10MHz之间(例如，3MHz、4MHz、4.5MHz、7MHz、10MHz)及大于约10MHz的频率下提供声功率。在一个实施例中，模块200具有用于在皮肤表面501下方约4.5mm的组织深度处进行治疗的聚焦深度。在一个实施例中，模块200具有用于在皮肤表面501下方约3mm的组织深度处进行治疗的聚焦深度。在一个实施例中，模块200具有用于在皮肤表面501下方约1.5mm的组织深度处进行治疗的聚焦深度。换能器280或模块200的一些非限制性实施例可经调适及/或被配置以用于在以下组织深度处输送超音波能量：1.5mm、3mm、4.5mm、6mm、7mm、小于3mm、介于3mm与4.5mm之间、介于4.5mm与6mm之间、大于大于4.5mm、大于6mm等，以及0至3mm、0至4.5mm、0至6mm、0至25mm、0至100mm等以及其中之任何深度的范围内的任何值。在一个实施例中，超音波系统20具备两个或多于两个换能器模块280。举例而言，第一换能器模块可在第一组织深度(例如，约4.5mm)处应用治疗，且第二换能器模块可在第二组织深度(例如，约3mm)处应用治疗，且第三换能器模块可在第三组织深度(例如，约1.5至2mm)处应用治疗。在一个实施例中，至少一些或所有换能器模块可经调适及/或被配置以在实质上相同深度处应用治疗。
在各种实施例中，改变超音波程序的焦点部位(例如，诸如具有组织深度)的数目可为有利的，这是因为即使换能器280的聚焦深度固定，仍准许在不同组织深度处对患者进行治疗。此可提供协同效果且最大化单次治疗疗程的临床结果。举例而言，在单个表面区下方多个深度处的治疗准许对总体积较大的组织进行治疗，这导致增强的胶原蛋白形成及收紧。另外，在不同深度处进行治疗影响不同类型的组织，藉此产生不同的临床效果，其一起提供增强的整体美容效果。举例而言，浅表治疗可降低皱纹的可见度，而深层治疗可导致形成更多胶原蛋白生长。同样地，在相同或不同深度处的各种部位处进行治疗可改善治疗。
尽管在一些实施例中，在一个疗程中于不同部位处对个体进行治疗可能是有利的，但在其他实施例中，随时间的依序治疗可能是有益的。举例而言，可在第一时间在同一表面区下方一个深度处对个体进行治疗，在第二时间在第二深度处对个体进行治疗，等等。在各种实施例中，该时间可为约数纳秒、微秒、毫秒、秒、分钟、小时、天、周、月或其他时间段。由第一次治疗产生的新胶原蛋白可能对后续治疗更敏感，此可为一些适应症所需要的。替代地，在单个疗程中，在同一表面区下方的多深度治疗可能是有利的，zhe而是因为在一个深度处进行的治疗可协同地增强或补充在另一深度处进行的治疗(由于例如增强血流、刺激生长因子、激素刺激等)。在若干实施例中，不同换能器模块提供在不同深度处进行治疗。在一个实施例中，可针对不同深度而调整或控制单个换能器模块。可结合单个模块系统使用最小化将选择不正确深度之风险的安全特征。
在若干实施例中，提供一种治疗下面部及颈部区域(例如，颏下区域)的方法。在若干实施例中，提供一种治疗(例如，软化)颏唇沟(mentolabial fold)的方法。在其他实施例中，提供一种治疗眼部区(例如，睑袋、治疗眶下松弛)的方法。通过若干实施例，上眼睑松弛改善以及眶周线及肌理改善将通过在可变深度处进行治疗来达成。通过在单个治疗疗程中在不同部位处进行治疗，可达成最佳的临床效果(例如，软化、收紧)。在若干实施例中，本文中所描述的治疗方法为非侵入性美容程序。在一些实施例中，该些方法可结合诸如外科面部提拉或吸脂之侵入性程序而使用，其中需要皮肤收紧。在各种实施例中，该些方法可应用于身体的任何部分。
在一个实施例中，换能器模块200准许在皮肤表面处或下方的固定深度处进行治疗序列。在一个实施例中，换能器模块准许在真皮层下方的一个、两个或多于两个可变或固定深度处进行治疗序列。在若干实施例中，换能器模块包含移动机构，该移动机构经调适及/或被配置以在固定聚焦深度处引导对一连串个别热损伤(在下文中为“热凝点”或“TCP」)的超音波治疗。在一个实施例中，个别TCP的序列具有在约0.01mm至约25mm的范围内的治疗间距(例如，1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、5mm、10mm、20mm及其中的任何值范围)，其中该间距的抖动变化为1至50％(例如，1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％及其中的任何范围)。举例而言，该间距可为1.1mm或小于1.1mm，1.5mm或大于1.5mm，介于约1.1mm与约1.5mm之间，等等。在一个实施例中，个别TCP为离散的。在一个实施例中，个别TCP为重迭的。在一个具体例中，移动机构经调适及/或被配置成经程序化以提供个别TCP之间的可变间距。在一个实施例中，抖动可经调适及/或被配置以提供个别(或单个)TCP之间的可变间距。在若干实施例中，换能器模块包含移动机构，该移动机构经调适及/或被配置以按一序列引导超音波治疗，使得TCP形成为分开治疗距离之线性或实质上线性的序列。举例而言，换能器模块可经调适及/或被配置以沿着第一线性序列及与第一线性序列分开治疗距离的第二线性序列而形成TCP。在一个实施例中，个别TCP的邻近线性序列之间的治疗距离在约0.01mm至约25mm之范围内。在一个实施例中，个别TCP的邻近线性序列之间的治疗距离在约0.01mm至约50mm之范围内。举例而言，治疗距离可为2mm或小于2mm，3mm或大于3mm，介于约2mm与约3mm之间，等等。在若干实施例中，换能器模块可包含一或多个移动机构400，该一或多个移动机构经调适及/或被配置以按一序列引导超音波治疗，使得TCP形成为与其他线性序列分开治疗距离的线性或实质上线性的个别热损伤序列。在一个实施例中，在第一方向290(例如，推送)上应用治疗。在一个实施例中，在与第一方向290相反的方向(例如，拉取)上应用治疗。在一个实施例中，在第一方向290及与第一方向相反的方向(例如，推送及拉取)两者上应用治疗。在一个实施例中，分开线性或实质上线性之TCP序列的治疗距离相同或实质上相同。在一个实施例中，对于线性TCP序列之各种邻近对，分开线性或实质上线性之TCP序列的治疗距离不同或实质上不同。
在一个实施例中，提供第一及第二抽取式换能器模块。在一个实施例中，第一及第二换能器模块中的每一者经调适及/或被配置以用于超音波成像及超音波治疗两者。在一个实施例中，换能器模块经调适及/或被配置以仅用于治疗。在一个实施例中，成像换能器可附接至探头的把手，或手柄。第一及第二换能器模块经调适及/或被配置以用于到手柄的可互换耦接。第一换能器模块经调适及/或被配置以将超音波疗法应用于第一组织层，而第二换能器模块经调适及/或被配置以将超音波疗法应用于第二组织层。第二组织层在与第一组织层不同的深度处。
在各种实施例中，藉由模块200经由控制系统300的控制操作，提供所发射能量以合适的聚焦深度、分布、时序及能量位准进行输送，以达成对受控热损伤之所要治疗效果，从而治疗表皮层502、真皮层503、脂肪层505、SMAS层507、肌肉层509及/或下皮504中的至少一者。在各种实施例中，所发射能量可聚焦在对应于用于治疗肌肉的深度的深度处。在各种实施例中，该深度可对应于任何组织、组织层、皮肤、表皮、真皮、下皮、脂肪、SMAS、肌肉、血管、神经或其他组织。在操作期间，亦可沿着表面501机械及/或电子地扫描模块200及/或换能器280，以治疗扩展区域。在将超音波能量50输送至表皮层502、真皮层503、下皮504、脂肪层505、SMAS层507及/或肌肉层509中之至少一者之前、期间及之后，可提供对治疗区域及环绕结构的监测以规划及评估结果及/或经由图形接口310将回馈提供至控制器300及使用者。
在一个实施例中，超音波系统20产生被引导至表面501且聚焦于该表面下方的超音波能量。该控制及聚焦额超音波能量50产生热凝点或区(TCP)550。在一个实施例中，超音波能量50在皮下组织510中产生空隙。在各种实施例中，所发射能量50的目标为表面501下方的组织，该能量在表面501下方指定聚焦深度处在组织部分10中切割、消融、凝固、微消融、操纵及/或产生TCP 550。在一个实施例中，在治疗序列期间，换能器280可在由以指定间隔标记为290的箭头表示的方向上移动，以产生一系列治疗区，该些治疗区中之每一者接收所发射能量50以产生一或多个TCP 550。在一个实施例中，TCP可正交于换能器280之运动方向而间隔开。在一些实施例中，间隔开的TCP的位向可设定为与箭头290成0至180度的任何角度。在一些实施例中，间隔开之TCP的位向可基于换能器280上之极化区域的位向而设定为0至180度之任何角度。
在各种实施例中，换能器模块可包含一或多个换能组件。换能组件可包含压电活性材料，诸如锆钛酸铅(lead zirconante titanate；PZT)，或任何其他压电活性材料，诸如压电陶瓷、晶体、塑料及/或复合材料，以及铌酸锂、钛酸铅、钛酸钡及/或偏铌酸铅。在各种实施例中，除压电活性材料以外或替代压电活性材料，换能器模块可包含经调适及/或被配置以用于产生辐射及/或声能的任何其他材料。在各种实施例中，换能器模块可经调适及/或被配置以在不同频率及治疗深度下操作。换能器性质可由外径(“OD”)及焦距(FL)定义。在一个实施例中，换能器可经调适及/或被配置以具有OD＝19mm及FL＝15mm。在其他实施例中，可使用其他合适的OD及FL值，诸如小于约19mm、大于约19mm等的OD及小于约15mm、大于约15mm等之FL。换能器模块可经调适及/或被配置以在不同的目标组织深度处施加超音波能量。如上文所描述，在若干实施例中，换能器模块包含移动机构，该些移动机构经调适及/或被配置以按个别TCP之线性或实质线性序列引导超音波治疗，其中个别TCP之间具有治疗间距。举例而言，治疗间距可为约1.1mm、1.5mm等。在若干实施例中，换能器模块可进一步包含移动机构，该些移动机构经调适及/或被配置以按一序列引导超音波治疗，使得TCP形成为分开治疗距离的线性或实质上线性的序列。举例而言，换能器模块可经调适及/或被配置以沿着第一线性序列及与第一线性序列分开介于约2mm与3mm之间的治疗距离的第二线性序列而形成TCP。在一个实施例中，用户可在治疗区域之表面上手动地移动换能器模块，使得产生TCP之邻近线性序列。在一个实施例中，移动机构可在治疗区域之表面上自动地移动换能器模块使得产生TCP之邻近线性序列。
各种实施例系关于控制能量至目标区(诸如，组织)之输送的装置或方法。在各种实施例中，各种形式的能量可包括声学、超音波、光、雷射、射频(RF)、微波、电磁、辐射、热、低温、电子射束、基于光子、磁性、磁共振及/或其他能量形式。各种实施例涉及将超音波能量束分裂成多个射束之装置或方法。在各种实施例中，装置或方法可用以在诸如但不限于治疗超音波、诊断超音波、超音波熔接、涉及将机械波耦合至对象的任何应用及其他程序的任何程序中更改超音波声能之输送。一般而言，在治疗超音波之情况下，通过使用聚焦技术自孔隙集中声能来达成组织效果。在一些情况下，高强度聚焦超音波(HIFU)以此方式用于治疗目的。在一个实施例中，通过在特定深度处施加治疗性超音波而产生的组织效果可被称作热凝点(TCP)的产生。在一些实施例中，区可包括点。在一些实施例中，区为线、平面、球形、椭圆形、立方形或其他一维、二维或三维形状。其为经由在可非侵入性地或远程地发生组织的热及/或机械消融的特定位置处产生TCP。在一些实施例中，超音波治疗不包括空蚀及/或冲击波。在一些实施例中，超音波治疗包括空蚀及/或冲击波。
在一个实施例中，可按线性或实质上线性、弯曲或实质上弯曲的区或序列产生TCP，其中每一个别TCP与相邻TCP分开治疗间距。在一个实施例中，可在治疗区中产生TCP之多个序列。举例而言，可沿着第一序列及与第一序列分开治疗距离的第二序列形成TCP。尽管可经由以个别TCP的一个及多个序列产生个别TCP来实施治疗性超音波的治疗，但可能需要减少治疗时间且降低患者所遭受的疼痛及/或不适的对应风险。可通过同时、几乎同时或依序形成多个TCP来减少疗法时间。在一些实施例中，通过产生多个TCP，治疗时间可减少10％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％或大于80％。
举例而言，在一些非限制性实施例中，用于换能器的电源系统可被配置用于在以下组织深度处进行聚焦：0.5mm、1.0mm、1.5mm、2mm、3mm、4.5mm、6mm、小于3mm、介于0.5mm与5mm之间、介于1.5mm与4.5mm之间、大于大于4.5mm、大于6mm，及0.1mm至3mm、0.1mm至4.5mm、0.1mm至25mm、0.1mm至100mm及其中的任何深度(例如，6mm、10mm、13mm、15mm)的范围内的任何值。在若干实施例中，在皮肤表面下方的深度处进行治疗，且皮肤表面未受损害。实情为，在皮肤表面下方的深度处达成的治疗效果导致皮肤表面之良好的美容外观。在其他实施例中，用超音波对皮肤表面进行治疗(例如，在小于0.5mm之深度处)。
运动机构的一个益处是其可出于成像及/或疗法目的而提供对超音波换能器的更高效、准确且精确的使用。相比固定在外壳中的空间中的多个换能器的传统固定阵列，此类型运动机构的一个优点为固定阵列隔开固定距离。在一个实施例中，换能器模块被配置以提供在介于约1W至约100W之间的范围内(例如，3至30W、7至30W、21至33W)的超音波疗法的声功率及约1MHz至约10MHz的频率，从而对组织加热以引起凝固。在一个实施例中，换能器模块被配置以提供用于峰值或平均能量的在介于约1W至约500W之间的范围内(例如，3至30W、7至30W、21至33W、100W、220W或大于220W)的超音波疗法的声功率及约1MHz至约12MHz的频率，从而对组织加热以引起凝固。在一些实施例中，输送瞬时能量。在一些实施例中，输送平均能量。在一个实施例中，该声功率的范围在约1MHz至约12MHz的频率范围内(例如，1MHz、3MHz、4MHz、4.5MHz、7MHz、10MHz、2至12MHz)可为1W至约100W，或在约3MHz至约8MHz之频率范围内(例如，3MHz、4MHz、4.5MHz、7MHz)可为约10W至约50W。在一个实施例中，该声功率的范围在约1MHz至约12MHz之频率范围内(例如，1MHz、4MHz、7MHz、10MHz、2至12MHz)可为1W至约500W，或在约3MHz至约8MHz或3MHz至10MHz的频率范围内可为约10W至约220W。在一个实施例中，声功率及频率为在约4.3MHz下约40W，及在约7.5MHz(例如，7.0MHz、7.2MHz、7.4MHz、7.6MHz、7.8MHz、8.0MHz)下约30W。由此声功率产生之声能可介于约0.01焦耳(“J”)至约10J之间(例如，0.25J、0.45J、0.5J、1.0J、1.05J、1.20J、1.25J、1.50J、4J、6J、8J、9J)或约2J至约5J之间。由此声学功率产生的声能可介于约0.01J至约60,000J之间(例如，经由整体加热、针对身体塑形、颏下脂肪、腹部及/或腰窝、臂部、大腿内侧、大腿外侧、臀部、腹部松弛、脂肪团)、约10J或约2J至约5J之间。在一个实施例中，声能在小于约3J之范围内(例如，0.25J、0.45J、0.5J、1.0J、1.5J、1.20J、1.25J、1.50J、2.0J、2.5J)。在各种实施例中，治疗功率强度为10kW/cm2至100kW/cm2、15kW/cm2至70kW/cm2、10kW/cm2至15kW/cm2、15kW/cm2至20kW/cm2、17kW/cm2至40kW/cm2、15kW/cm2至50kW/cm2、20kW/cm2至40kW/cm2、15kW/cm2至35kW/cm2、15kW/cm2至25kW/cm2、25kW/cm2至70kW/cm2及/或40kW/cm2至80kW/cm2。
在本文中所描述之若干实施例中，该程序完全为美容行为而非医疗行为。举例而言，在一个实施例中，本文中所描述的方法无需由医生执行，而是在水疗中心或其他美学机构处执行。在一些实施例中，一种系统可用于皮肤的非侵入性美容治疗。在若干实施例中，提供经由运用单个超音波疗法射束的热路径或通过将超音波疗法射束分裂至两个、三个、四个或多于四个同时聚焦区来使用定向且精确的超音波以用于执行各种治疗及/或成像程序的系统及方法。在一些实施例中，超音波在医疗领域中用于诊断及/或治疗目的，包括但不限于皮肤病学。
在各种实施例中，超音波成像用以在超音波疗法治疗的输送期间确保足够的声耦合。在各种实施例中，超音波成像用以防止在身体中诸如骨骼或植入物的不期望区域处进行治疗。不同于光的声音需要用于传播的介质。在一实施例中，超音波治疗系统经由音窗使用凝胶将超音波能量自换能器声耦合至身体。在此实施例中，凝胶为仿真组织的声阻抗性质的介质，因此高效地将能量自装置转移至组织中。不幸地，在一些情况下，换能器与组织之间的任何气穴会防止适当耦合，且可因此导致超音波疗法能量的不充分转移。超音波成像检查此耦合。不充分耦合可显现为超音波影像中的阴影或竖直条纹，或完全黑暗影像。即使存在充分耦合，诸如骨骼或植入物之组织或对象亦可能引起挑战，这是因为此等对象可具有与软组织(例如，皮肤、肌肉)不同的声阻抗及吸收特性。因此，装置与预期疗法焦点之间的对象(诸如，骨骼或植入物)可在比预期深度浅的深度处引起显著反射及出现加热。稍微超过焦点的对象(例如，骨骼等)也可能会引起问题，这是因为该对象反射且容易吸收来自软组织的超音波。所反射的能量可能会无意中添加至已在疗法焦点处产生的能量，从而导致温度上升高于预期。在骨骼处吸收的能量可导致对骨骼加热或骨骼不适。
在各种实施例中，本发明改善安全特性，改善功效效能，提供针对整体加热装置(诸如，带式治疗、线性聚焦治疗区、圆柱形焦线、平面及/或体积等)、针对身体塑形、颏下脂肪、腹部及/或腰窝、臂部、大腿内侧、大腿外侧、臀部、松弛、腹部松弛等的安全性及功效的组件，提供耦合的定性及/或定量评估，提供高分辨率影像与耦合影像的融合，用于评估病灶后平面外阻碍物(例如，骨骼、肠道、植入物)，及/或可用以降低对超生医师同等技能之需求。
在本文中所揭示之若干实施例中，非侵入性超音波系统经调适以用于达成以下有益的美学及/或美容改善效果中之一或多者：提拉面部，提拉眉毛，提拉下颌，治疗眼睛(例如，睑袋、治疗眶下松弛)，减少皱纹，减少脂肪(例如，治疗脂肪及/或脂肪团)，治疗脂肪团(其可被称作女性脂质营养不良)(例如，酒窝或非酒窝型女性脂质营养不良)，改善颈胸部(例如，上胸部)，提拉臀部(例如，臀部收紧)，收紧皮肤(例如，治疗松弛以使诸如面部、颈部、胸部、臂部、大腿、腹部、臀部等之面部或身体收紧)，减少疤痕，治疗烧伤，去除纹身，去除静脉，减少静脉，对汗腺进行治疗，多汗症治疗，去除日光斑，治疗痤疮，减少丘疹。在一个实施例中，热凝区系针对皮肤下方的组织，诸如浅表肌腱膜系统(“SMAS”)，且在皮肤表面处提供另一散焦能量。在各种实施例中，超音波系统被配置以用于聚焦超音波以产生组织及细胞内之局部机械运动，以达成产生用于组织凝固、消融及/或用于机械细胞膜破裂之局部加热的目的。在各种实施例中，超音波系统被配置以用于提拉眉毛(例如，眼眉毛)。在各种实施例中，超音波系统被配置以用于提拉提拉松弛的组织，诸如颏下(在下颌之下)及颈部组织。在各种实施例中，超音波系统被配置以用于改善胸口的线条及皱纹。在各种实施例中，超音波系统被配置以用于减少脂肪。在各种实施例中，超音波系统被配置以用于减少脂肪团的出现。在各种实施例中，用超音波能量非侵入性地治疗在皮肤表面下方或甚至在皮肤表面处的组织，诸如表皮、真皮、筋膜、肌肉、脂肪及浅表肌腱膜系统(“SMAS”)。超音波能量可聚焦于一或多个治疗点及/或区处，可不聚焦及/或散焦，且可施加至含有表皮、真皮、下皮、筋膜、肌肉、脂肪、脂肪团及SMAS中的至少一者的所关注区以达成美容及/或治疗效果。在各种实施例中，系统及/或方法经由热治疗、凝固、消融及/或收紧来对组织提供非侵入性皮肤病学治疗。在一个实施例中，达成脂肪减少。在各种实施例中，相较于例如未治疗组织，脂肪团(例如，酒窝或非酒窝型女性脂质营养不良)减少或一或多个特性(诸如，酒窝、结节、「橘皮」外观等之改进达到10至20％、20至40％、40至60％、60至80％或大于80％(以及其中的重迭范围)。在一个实施例中，治疗颈胸部。在一些实施例中，在同一治疗疗程期间达成且可同时达成两种、三种或多于三种有益效果。
本发明的各种实施例解决由施与超音波疗法所提出的潜在挑战。在各种实施例中，减少在目标组织处形成TCP以达成所要临床方法的所要美容及/或治疗性治疗的时间。在各种实施例中，目标组织为但不限于以下各者中之任一者：皮肤、眼睑、眼睫毛、眼眉毛、泪阜、鱼尾纹、皱纹、眼睛、鼻子、嘴巴(例如，鼻唇沟、口周皱纹)、舌头、牙齿、牙龈、耳朵、大脑、心脏、肺部、肋骨、腹部(例如，对于腹部松弛)、胃、肝、肾、子宫、乳房、阴道、前列腺、睾丸、腺体、甲状腺、内脏、头发、肌肉、骨骼、韧带、软骨、脂肪、脂肪唇(fat labuli)、脂肪组织、皮下组织、植入组织、植入器官、淋巴、肿瘤、囊肿、脓肿或神经的一部分，或其任何组合。
超音波治疗及/或成像装置的各种实施例描述于美国申请第12/996,616号中，该申请在2011年5月12日公开为美国公开案第2011-0112405号，该公开案为在2009年6月5日申请且以英文在2009年12月10日公开的国际申请案第PCT/US2009/046475号依据35U.S.C.§371的美国国家阶段，该案主张在2008年6月6日申请的美国临时申请案第61/059,477号的优先权，该些申请案中的每一者以全文引用的方式并入本文中。超音波治疗及/或成像装置的各种实施例描述于美国申请第14/193,234号中，该案在2014年9月11日公开为美国公开案第2014/0257145号，其以全文引用的方式并入本文中。超音波治疗及/或成像装置的各种实施例描述于国际申请案PCT/US15/25581中，该申请案以国家阶段美国申请第15/302,436号在2015年10月22日公开为WO 2015/160708，该美国申请案在2017年2月2日公开为美国公开案第2017/0028227号，该些申请案中的每一者以全文引用的方式并入本文中。超音波治疗及/或成像装置的各种实施例描述于国际申请案PCT/US17/046703中，该申请案以国家阶段美国申请案第15/562,384号在2018年2月22日公开为WO 2018/035012，该些申请案中之每一者以全文引用的方式并入本文中。
本文中所描述之一些实施例及实例为实例且并不意欲在描述此等实施例的装置、系统及方法的完整范围时为限制性的。可在本文中所描述的实施例的范围内对一些实施例、材料、组成物及方法进行等效改变、修改及变化，具有实质上类似的结果。本文中包括属于本文中所描述之各种实施例及随附申请专利范围之精神及范围内的修改、等效物及替代例。
本文中所揭示之任何方法无需以所叙述的次序执行。本文中所揭示之方法包括由医师采取之某些动作；然而，该些方法亦可明确或暗示地包括这些动作之任何第三方指示。举例而言，诸如“将换能器模块与超音波探头耦接”的动作包括“指示将换能器模块与超音波探头耦接”。本文中所揭示的范围亦涵盖任何及所有重迭范围、子范围、所揭示值及其组合。诸如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”、“介于……之间”及其类似语言的语言包含所列举之数字。前方具有诸如“约”或“大约”之术语的数字包括所列举数字。举例而言，“约25mm”包括“25mm”。为方便起见，本文中提供题目及/或标题，且其并不限制所主张之主题。
Claims (94)
1.一种超音波治疗系统，包括：
超音波探头，其包括经调适以将超音波治疗应用于组织的超音波治疗换能器；和
电功率系统，其被配置以将电功率提供至所述超音波治疗换能器，所述电功率系统包括功率放大器装置和电路；
其中，所述功率放大器装置包括至少一个半导体晶体管，
其中，所述至少一个半导体晶体管为场效应晶体管，
其中，所述场效应晶体管被配置为在介于200kHz和20MHz之间的范围内的射频(RF)下以至少75％的效率操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述半导体晶体管包括III-V族化合物。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述半导体晶体管包括氮化镓(GaN)。
4.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述功率放大器装置包括：
开关模式放大器设计，其包括场效应晶体管；和
电路，其被配置为产生数字波形以驱动所述场效应换能器的多个栅极，从而驱动压电式超音波换能器；
其中，所述电路包括以H桥组态而配置的四个晶体管。
5.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述功率放大器装置包括：
开关模式放大器设计，其包括至少一个场效应晶体管；和
电路，其被配置为产生数字波形以驱动所述场效应换能器的多个栅极，从而驱动压电式超音波换能器；
其中，驱动所述场效应晶体管的信号通过比较正弦直接数字合成电路的输出与DC电压来产生；
其中，输出功率在30W至100W的范围内；
其中，所述电路包括以H桥组态而配置的四个晶体管。
6.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述半导体是氮化镓，
其中，功率放大器装置包括：
开关模式放大器设计，其包括至少一个氮化镓场效应晶体管，其中，每个氮化镓场效应晶体管包括多个栅极；和
电路，其被配置为产生数字波形以驱动所述氮化镓场效应换能器的多个栅极以驱动压电式超音波换能器；
其中，驱动所述场效应晶体管的信号通过比较正弦直接数字合成电路的输出与DC电压来产生；
其中，输出功率在30W至100W的范围内；
其中，所述电路包括以H桥组态而配置的四个氮化镓晶体管；
其中，栅极驱动信号具有用于控制输出信号中的谐波含量和功率的可变占空比；
其中，功率放大器转换器以大于75％的效率将功率供应至射频输出信号电源；
其中，使用开关模式DC-DC转换器调制至功率放大器的供应电压，所述开关模式DC-DC转换器将固定的高压输入降低至较低的供应电压；
包括两个或多于两个功率放大器，其中，单个功率放大器被配置以驱动高强度聚焦超音波换能器的单个压电换能组件；
其中，所述功率放大器被配置以在两个或多于两个不同振幅下驱动输出；
其中，所述功率放大器被配置以在两个或多于两个不同相位下驱动输出；
其中，相位和频率由直接数字合成器控制；
其中，所述系统被配置以驱动具有在从20欧姆至120欧姆的范围内的阻抗和从+45度至-45度的相角的换能器。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，功率放大器装置包括：
开关模式放大器设计，其包括至少一个半导体；和
电路，其被配置以产生数字波形以驱动所述半导体来驱动所述超音波治疗换能器。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，驱动所述场效应晶体管的信号通过比较正弦直接数字合成电路的输出与DC电压来产生。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，输出功率在从30W至100W的范围内。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，输出功率在从5W至50W的范围内。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电路包括以H桥组态而配置的四个晶体管。
12.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，所述电路包括以半桥组态而配置的两个晶体管。
13.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，栅极驱动信号具有用于控制输出信号中的谐波含量和功率的可变占空比。
14.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，功率放大器转换器以大于75％的效率将功率供应至射频输出信号电源。
15.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，使用开关模式DC-DC转换器调制至功率放大器的供应电压，所述开关模式DC-DC转换器将固定的高压输入降低至较低的供应电压。
16.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，包括两个或多于两个功率放大器，其中，单个功率放大器被配置为驱动高强度聚焦超音波换能器的单个压电换能组件。
17.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，所述高强度聚焦超音波换能器被配置为由单独的功率放大器驱动。
18.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，所述功率放大器被配置为以在两个或多于两个不同振幅下驱动输出。
19.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，所述功率放大器被配置为以在两个或多于两个不同相位下驱动输出。
20.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，所述放大器被配置为以在两个或多于两个不同频率下驱动输出。
21.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，其中，相位及频率受直接数字合成器控制。
22.根据权利要求1-3和7-11中任一项所述的系统，被配置为驱动具有在从20欧姆至120欧姆范围内的阻抗和从+45度至-45度的相角的换能器。
23.一种用于驱动高强度超音波换能器的功率放大器装置，包括：
开关模式放大器设计，其包括至少一个场效应晶体管；和
电路，其被配置为生成数字波形以驱动所述至少一个场效应晶体管。
24.一种用于驱动高强度超音波换能器的功率放大器装置，包括：
开关模式放大器设计，其包括至少一个氮化镓场效应晶体管，其中，每个氮化镓场效应晶体管包括多个栅极；和
电路，其被配置为产生数字波形以驱动氮化镓场效应换能器的多个栅极，从而驱动压电超音波换能器。
25.根据权利要求24所述的功率放大器装置，包括以下特征中的一个或多个：
其中，所述功率放大器被配置以在两个或多于两个不同振幅下驱动输出，
其中，所述功率放大器被配置以在两个或多于两个不同相位下驱动输出。
26.一种控制用于通过超音波换能器输送所要量的聚焦声功率的超音波系统中的电功率的方法，所述方法包括：
提供电功率控制系统，其包括电路和控制系统查找表(LUT)，所述电路包括控制系统微处理器；
提供包括换能器控制器、换能器微处理器和换能器LUT的超音波换能器；
利用所述换能器微处理器从换能器LUT确定输送至负载的电功率的量，所述电功率的量等于由所述超音波换能器输送至组织的声功率的所要量；
利用所述控制系统微处理器从控制系统LUT确定从电功率系统的功率放大器输出的电信号的振幅，所述电功率系统将输送经输送至负载的等量的电功率；和
设置所述电功率系统的至少一个参数，输出电信号输出的所确定振幅。
27.根据权利要求26所述的配置电功率系统方法，其中，所述负载为50欧姆。
28.一种超音波治疗系统，包括：
超音波探头，其包括外壳，所述外壳包括压电式有源超音波治疗换能器，所述压电式有源超音波治疗换能器经调适以将声学超音波聚焦于与外壳相距某一深度的组织中的聚焦区中；
电功率系统，其被配置以将电功率提供至超音波治疗换能器，所述电功率系统包括功率放大器；和
电功率测量系统，其被配置为监测来自功率放大器的输出信号的电输出功率，
其中，所述电功率测量系统包括：
电阻式电流感测电路，其被配置为监测从功率放大器输出的电流；和
电阻式电压感测电路，其被配置为监测从功率放大器输出的电压，以及
其中，所述电功率测量系统被配置以在用于超音波治疗换能器的横跨至少两个倍频程的频率范围内监测来自所述功率放大器的电输出功率。
29.一种用于测量高强度聚焦超音波系统中驱动电路的射频(RF)电流和电压的系统，包括：
电流感测电阻器，与负载串联；
分路电压感测电阻器网络，与所述负载并联；和
电功率输出电压和电流监测电路(IQ解调器电路)，其具有在相位和频率上与驱动功率放大器的信号同步的本地振荡器时钟，并被配置以将输出信号解调至低于超音波驱动频率的载波频率。
30.根据权利要求28至29中任一项所述的系统，其中，所述测量系统被配置为在所述本地振荡器和所述功率放大器之间的不同相对相移下进行多次测量。
31.根据权利要求28至29中任一项所述的系统，其中，所述本地振荡器时钟从独立控制的直接数字合成器产生。
32.根据权利要求28至29中任一项所述的系统，其中，相位测量的次数是6。
33.根据权利要求28至29中任一项所述的系统，其中，所述测量系统被配置为在本地振荡器频率下进行多次测量。
34.一种使用根据权利要求28至29中任一项所述的测量系统来修改栅极驱动信号，以便达成输出信号中的所要谐波含量的系统。
35.一种用于确定权利要求30中所述类型的测量次数的方法，所述方法通过评估通带中最低频率超过系统噪声底限的谐波的数目来充分地测量谐波。
36.一种通过形成权利要求27中所述的多次测量的线性组合来计算电压和电流波形的复合谐波分量的方法。
37.一种校准高强度超音波换能器的方法，包括：
校准由用于驱动器组态的换能器输送的声输出功率，所述声输出功率对应于由驱动器输送至用于所述驱动器组态的一个或多个参考负载中的电功率，其中校准信息由所述换能器存储；
对照输送至一个或多个参考负载中的电功率而校准所述电驱动器组态，其中所述校准信息由所述驱动器存储；和
利用驱动器组态的处理器进行计算以达成所要声输出功率，所述处理器使用换能器校准信息以针对所要声功率设定确定至一个或多个参考负载中的功率位准，并且使用驱动器校准信息以确定用于至参考负载中的所要声输出功率位准的驱动器组态。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述换能器校准信息还包括在每个声功率位准下输送至所述换能器的电功率，其中，存储的功率信息包括复功率分量或实际功率分量。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，从所述驱动器输送的电功率的动态测量是在组织声透射期间进行的，并且对照储存于用于所要声功率位准的所述换能器校准中存储的电功率而被验证。
40.根据权利要求37所述的方法，
其中，所述换能器校准信息还包括在每个声功率位准下输送至换能器的电功率，其中，存储的功率信息包括复功率分量或实际功率分量；
其中，从所述驱动器输送的电功率的动态测量是在组织声透射期间进行的，并且对照储存于用于所要声功率位准的换能器校准中的电功率而被验证。
41.根据权利要求37所述的方法，
其中，所述换能器校准信息还包括在每个声功率位准下输送至换能器的电功率，其中，存储的功率信息包括复功率分量或实际功率分量；
其中，从所述驱动器输送的电功率的动态测量是在组织声透射期间进行的，并且对照储存于用于所要声功率位准的换能器校准中的电功率而被验证；
其中，所述声输出功率通过使用力平衡执行测量而产生；
其中，所述换能器校准作为查找表存储于换能器内部的非易失性存储器芯片中；
其中，使用描述治疗驱动电路输出和换能器之间的双端口网络的转移矩阵来调整在驱动器处测量到的电压或电流中的至少一个；
其中，所述校准信息存储在查找表(LUT)中；
其中，通过在一个或多个查找表中内插值而从校准信息和在临床中设置的所要声功率来计算目标电压。
42.根据权利要求37所述的方法，其中，所述声输出功率通过使用力平衡执行测量而产生。
43.根据权利要求37和38中任一项所述的方法，其中，所述换能器校准作为查找表存储在所述换能器内的非易失性存储器芯片中。
44.根据权利要求37、38和39中任一项所述的方法，其中，使用描述所述治疗驱动电路输出和所述换能器之间的双端口网络的转移矩阵来调整在所述驱动器处测量到的电压或电流中的至少一个。
45.根据权利要求37和38中任一项所述的方法，其中，所述校准信息存储在查找表(LUT)中。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，通过在一个或多个查找表中内插值而从所述校准信息和在临床中设置的所要声功率来计算目标电压。
47.在所述换能器校准信息中每个声功率位准下的电功率阈值的存储，所述电功率阈值界定电驱动功率的可接受范围，以获得权利要求37的声输出功率的可接受范围。
48.一种用于确认动态测量的电功率在权利要求46中指定的范围内的系统，其包括动态测量由驱动器输送的功率并将所述功率与存储在换能器中的阈值进行比较。
49.根据权利要求44所述的方法，其中，能够在换能器和驱动器之间互换的手持件和缆线总成的转移矩阵存储在所述手持件和所述缆线总成内的非易失性存储器芯片上。
50.一种用于动态调整功率的方法，包括：
测量从驱动器输送的电功率；
将测量的电功率与从权利要求37的校准信息确定的所要电功率进行比较，以及
调整所述驱动器组态以减少所要电功率和所测量电功率之间的误差。
51.一种用于动态调整功率的方法，包括：
测量负载的电阻抗并基于其他系统组件的已知阻抗计算换能器阻抗；
计算来自驱动器的需要的电功率，以在实际换能器阻抗上维持相同量的耗散功率；和
调整驱动器组态以满足减少减小所要电功率和所测量电功率之间的误差所需的电功率。
52.根据权利要求49至51中任一项所述的方法，其中，无论何时输送治疗，都动态地调整所述功率。
53.一种调谐高强度聚焦超音波换能器的方法，所述方法通过在测量驱动器处的电压驻波比的同时扫描频率以及选择使所述电压驻波比最小的频率作为操作频率来调谐高强度聚焦超音波换能器。
54.一种用于校准高强度聚焦超音波换能器的方法，包括
将驱动器模型化为具有频率依赖的源电压和源阻抗的戴维宁等效源，并利用驱动器存储包括源电压和源阻抗的校准信息，
测量换能器阻抗并将所述换能器阻抗存储在换能器上的校准信息中，以及
使用存储在驱动器校准中的源电压和源阻抗，将由驱动器输送至换能器的电功率计算成存储在换能器校准中的负载阻抗，并将组合系统视为分压器网络。
55.一种测量换能器阻抗的方法：
使用一个或多个已知参考阻抗来校准驱动器；
在一个或多个频率和一个或多个振幅下测量换能器阻抗；
将测量的换能器安装至谐振电路中，以便计算换能器参数，例如钳位电容、耦合系数和辐射电阻；
使用特征来确定换能器寿命、操作可接受性以及所需振幅和相位。
56.根据权利要求55所述的方法，其中，换能器与预期治疗区之间的距离固定。
57.根据权利要求56所述的方法，其中，将所述治疗束暂时移动至未治疗区，以使用差分法确定从所述治疗区的反向散射的量。
58.根据权利要求55所述的方法，其中，通过使用较短持续时间激励脉冲来消除来自组织或换能器界面的反向散射或反射，而测量所述换能器阻抗。
59.一种超音波治疗系统，包括：
超音波探头，其包括经调适以将超音波治疗应用于组织的超音波治疗换能器；和
电功率系统，其被配置以将电功率提供至所述超音波治疗换能器，所述电功率系统包括功率放大器装置和电路；
其中，所述功率放大器装置包括至少一个III-V族半导体功率晶体管，其被配置为在200kHz和20MHz之间的范围内的射频(RF)下以至少75％的效率操作。
60.根据权利要求59所述的系统，其中，所述至少一个III-V族半导体功率晶体管选自由以下各项组成的群组：GaN、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、InGaAs、AlSb、AlGaAs和AlGaN。
61.根据权利要求59所述的系统，其中，所述至少一个III-V族半导体功率晶体管是氮化镓。
62.根据权利要求59所述的系统，其中，所述至少一个III-V族半导体功率晶体管不是GaN、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、InGaAs、AlSb、AlGaAs和AlGaN中的一种。
63.根据权利要求59所述的系统，其中，所述功率放大器装置包括：
开关模式放大器设计，其包括多个III-V族半导体功率晶体管；和
电路，其被配置为产生数字波形以驱动多个III-V族半导体功率晶体管，从而驱动压电超音波换能器。
64.根据权利要求59所述的系统，其中，驱动该功率晶体管的信号通过比较正弦直接数字合成电路的输出与DC电压来产生。
65.根据权利要求59所述的系统，其中，输出功率在从30W至100W的范围内。
66.根据权利要求59所述的系统，其中，输出功率在从5W至50W的范围内。
67.根据权利要求59至66中任一项所述的系统，其中，所述电路包括以H桥组态而配置的四个功率晶体管。
68.根据权利要求59至66中任一项所述的系统，其中，栅极驱动信号具有用于控制所述输出信号中的谐波含量和功率的可变占空比。
69.根据权利要求59至66中任一项所述的系统，其中，功率放大器转换器以大于75％的效率向射频输出信号电源提供功率。
70.根据权利要求59至66中任一项所述的系统，其中，使用开关模式DC-DC转换器调制所述功率放大器的供应电压，所述开关模式DC-DC转换器将固定的高电压输入降低至较低的供应电压。
71.根据权利要求59至66中任一项所述的系统，包括两个或更多个功率放大器，其中，单个功率放大器被配置为驱动高强度聚焦超音波换能器的单个压电换能组件。
72.根据权利要求59至66中任一项所述的系统，其中，所述功率放大器被配置为以在两个或更多个不同的振幅下驱动输出。
73.根据权利要求59至66中任一项所述的系统，其中，所述功率放大器被配置为以在两个或更多个不同的相位下驱动输出。
74.根据权利要求59至66中任一项所述的系统，其中，相位和频率受直接数字合成器控制。
75.根据权利要求59至66中任一项所述的系统，所述系统被配置为驱动具有在从20欧姆至120欧姆范围内的阻抗和从+45度至-45度的相角的换能器。
76.一种用于驱动高强度超音波换能器的功率放大器装置，包括：
开关模式放大器设计，其包括至少一个III-V族半导体功率晶体管；和
电路，其被配置为产生数字波形以驱动所述至少一个III-V族半导体功率晶体管。
77.一种具有多个功率放大器的用于驱动高强度超音波换能器的装置，包括：
开关模式放大器设计，其包括多个III-V族半导体功率晶体管；和
电路，其被配置为产生数字波形以驱动多个III-V族半导体功率晶体管，从而驱动压电超音波换能器。
78.根据权利要求77所述的装置，其中，III-V族半导体功率晶体管是氮化镓场效应晶体管。
79.根据权利要求77或78所述的功率放大器装置，包括以下特征中的一个或多个：
其中，所述功率放大器被配置为以在两个或更多个不同的振幅下驱动输出，
其中，所述功率放大器被配置为以在两个或更多个不同的相位下驱动输出。
80.一种控制超音波系统中的电功率的方法，所述方法用于通过超音波换能器输送所要量的聚焦声功率，所述方法包括：
提供电功率控制系统，其包括电路和控制系统查找表(LUT)，所述电路包括控制系统微处理器；
提供包括换能器控制器、换能器微处理器和换能器LUT的超音波换能器；
利用换能器微处理器从换能器LUT确定输送至负载的电功率的量，所述电功率的量等于所述超音波换能器输送至组织的声功率的所要量；
利用控制系统微处理器从控制系统LUT确定从电功率系统的功率放大器输出的电信号的振幅，所述电功率系统将输送经输送至负载的等量的电功率；和
设定输出电信号输出的所判定振幅的电功率系统的至少一个参数，
其中，所述负载在20至120欧姆的范围内。根据权利要求26所述的配置电功率系统的方法，其中，所述负载为50欧姆。
81.一种超音波治疗系统，包括：
超音波探头，其包括外壳，所述外壳包括压电式有源超音波治疗换能器，所述压电式有源超音波治疗换能器适于将声学的超声波聚焦于与外壳相距某一深度的组织中的聚焦区中；
电功率系统，其被配置为向超音波治疗换能器提供电功率，所述电功率系统包括功率放大器；和
电功率测量系统，其被配置为监测来自功率放大器的输出信号的电输出功率，
其中，电功率测量系统包括：
电阻式电流感测电路，其被配置为监测从功率放大器输出的电流；和
电阻式电压感测电路，其被配置为监测从功率放大器输出的电压，以及
其中，所述电功率测量系统被配置以在用于超音波治疗换能器的横跨至少两个倍频程的频率范围内监测来自所述功率放大器的电输出功率。
82.一种用于测量高强度聚焦超音波系统中驱动电路的射频(RF)电流和电压的系统，包括：
电流感测电阻器，其与负载串联；
分路电压感测电阻器网络，其与负载并联；和
电功率输出电压和电流监测电路(IQ解调器电路)，其具有在相位和频率上与驱动功率放大器的信号同步的本地振荡器时钟，并被配置为将输出信号解调至比超音波驱动频率低的载波频率。
83.根据权利要求81至82中任一项所述的系统，其中，所述测量系统被配置为在所述本地振荡器和所述功率放大器之间的不同相对相移下进行多次测量。
84.根据权利要求81至82中任一项所述的系统，其中，所述本地振荡器时钟从独立控制的直接数字合成器产生。
85.根据权利要求81至82中任一项所述的系统，其中，相位测量的次数是6。
86.一种使用根据权利要求81至82中任一项所述的测量系统来修改栅极驱动信号以便达成输出信号中的所要谐波含量的系统。
87.一种用于确定权利要求81中所描述的类型的测量次数的方法，所述方法通过评估通带中最低频率超过系统噪声底限的谐波的数目来充分地测量谐波。
88.一种通过形成权利要求81至82所述的多次测量的线性组合来计算电压和电流波形的复合谐波分量的方法。
89.一种具有在前描述中所述的一个或多个特征的超声治疗系统。
90.一种用于驱动高强度超音波换能器的功率放大器装置，其具有在前描述中所述的一个或多个特征。
91.一种控制超音波系统中的电功率的方法，其具有在前描述中所述的一个或多个特征。
92.一种用于测量高强度聚焦超音波系统中的驱动电路的射频(RF)电流和电压的系统，其具有在前描述中所述的一个或多个特征。
93.一种用于校准高强度超音波换能器的方法，其具有在前描述中所述的一个或多个特征。
94.一种用于检测高强度聚焦超音波换能器穿过皮肤表面的声耦合的质量的方法，其具有在前描述中所述的一个或多个特征。
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