CN113316419A - 基于回波的聚焦校正 - Google Patents

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Abstract

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

Description

基于回波的聚焦校正
相关申请
本申请要求于2018年12月18日提交的美国临时专利申请第62/781,258号的权益和优先权，其全部公开内容以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明通常涉及用于超声聚焦的系统和方法，并且更具体地，涉及使用超声回波进行聚焦。
背景技术
聚焦超声(即，频率大于约20kHz的声波)可以用于对患者体内组织成像或进行治疗。例如，超声波可以用于涉及肿瘤消融的应用，从而消除对侵入性手术、靶向药物递送、血脑屏障控制、凝块溶解和其他外科手术的需要。在肿瘤消融期间，压电陶瓷换能器被放置在患者体外，但靠近要消融的组织(即，目标)。换能器将电子驱动信号转换为机械振动，从而发射声波。换能器可以与其他这样的换能器一起在几何形状上成形并定位，使得它们发射的超声能量在与目标组织区域相对应(或在目标组织区域内)的“焦点区”处共同形成聚焦波束。备选地或附加地，单个换能器可以由多个单独驱动的换能器元件形成，这些换能器元件各自的相位可以被独立控制。这种“相控阵”换能器利于通过调整换能器之间的相对相位将聚焦区转向不同的位置。如本文所使用，术语“元件”是指阵列中的单个换能器或单个换能器的可独立驱动的部分。磁共振成像(MRI)可以用于可视化患者和目标，从而引导超声波束。
超声手术的无创性质对于脑肿瘤的治疗特别有吸引力。然而，人类颅骨一直是超声治疗临床实现的障碍。经颅超声手术的障碍包括强衰减和由颅骨形状、密度和声速的不规则引起的失真，这有助于破坏焦点和/或降低在空间上记录接收到的诊断信息的能力。
为了克服与人类颅骨相关联的困难，一种常规方法测量由超声波束穿过颅骨的行进导致的相移，并且随后调整超声参数以解释至少部分由颅骨引起的像差(aberration)。例如，微创方法使用设计成用于将导管插入大脑的接收探针来测量由颅骨引起的幅度和相位失真。然而，导管插入仍然需要手术，这可能是痛苦的，并可能产生感染的风险。
另一种完全无创的方法使用X射线计算机断层扫描(CT)图像，而不是接收探针，来预测由颅骨引起的波失真。然而，在实践中，单独计算相对相位可能不够精确，无法实现高质量聚焦。例如，当超声聚焦到大脑中以治疗肿瘤时，声学路径中的颅骨可能导致不易确定的像差。在这类情况下，治疗之前通常进行聚焦过程，其中在目标处或靠近目标生成超声焦点，测量聚焦的质量(例如，使用热成像或声辐射力成像(ARFI))，并且实验反馈用于调整换能器元件的相位以获得充分的聚焦质量。
然而，前述聚焦过程可能需要大量时间，这可能使其不切实际或者至少对患者不方便。此外，在手术期间，超声能量不可避免地会沉积到目标周围的组织中，从而可能损害健康组织。虽然通过采用仅需要低声强度(例如，ARFI)的成像技术可以最小化治疗前超声处理的影响，但通常需要在治疗前限制超声处理数。
估计由颅骨引起的波像差的另一种方法涉及在聚焦区中使用声反射器(例如，小团微泡)。通过将超声波发射到微泡并接收来自微泡的反射，可以确定与反射的超声波相关联的幅度和/或相位；基于此，可以调整换能器参数(例如，相移和/或幅度)以补偿至少部分由颅骨引起的像差。虽然这种方法可以有效地改善目标处的聚焦特性，但与来自其他反射器(诸如颅骨)的反射信号相比，来自声反射器的接收信号相对较弱。因此，精确提取和分析来自声反射器的相对较弱的反射可能具有挑战性，从而限制了该方法的适用性。
因此，需要更精确和可靠的方式来在目标处产生高质量的超声焦点。
发明内容
本发明提供了用于利用一个或多个瞬态反射器(例如，一个或多个微泡)将超声波束通过非均匀介质聚焦到目标区域的系统和方法。在各种实施例中，瞬态声反射器被引入患者体内并到达目标区域附近。在一个实施例中，识别靠近目标区域(例如，距离小于5mm)或在目标区域处的多个超声处理位置；并且瞬态反射器被引入到识别的超声处理位置中的每一个附近(例如，距离小于5mm)。随后，超声换能器被激活以在识别的超声处理位置的每一个处顺序生成焦点，并且从与超声处理位置中的每一个相关联的瞬态反射器反射的信号可以由换能器元件和/或一个或多个声信号检测器测量。可选地，可以实施初始信号处理程序以从瞬态反射器(与诸如颅骨之类的背景反射器相对)选择所测量的反射信号。初始信号处理过程可以基于来自两次连续测量的反射信号的比较。例如，当两个连续测量的反射信号之间存在相对显著的变化时，这两个连续测量的反射信号可能来自瞬态反射器(因为瞬态反射器通常在两次测量之间的时间段期间演变/消散)。相反，在两次测量之间的时间段期间来自背景反射器的反射信号相对不变。如本文所使用，术语“瞬态反射器”是指在超声处理期间随时间消散或演变的声反射器，而术语“背景反射器”是指在超声处理期间不会显著消散或演变的声反射器。
在各种实施例中，实施信号选择方法以基于反射信号之间的一致性来选择来自单个反射器的反射信号。在一个实施例中，定义了一致性函数，并且仅当一致性函数的值最大化或超过预定阈值时才认为反射信号具有充分的一致性。此后，可以用计算方式对其反射被确定为具有充分一致性的所有(或至少一些)瞬态声反射器进行移位以在单个位置重合，并且可以确定与重合位置处的移位的反射信号和/或未移位的反射信号相关联的幅度和/或相位。基于此，与测量反射信号的换能器元件相关联的幅度和/或相位可以被计算为与重合位置处的移位的反射信号和/或未移位的反射信号相关联的幅度和/或相位的平均值或加权平均值。与换能器元件相关联的幅度和/或相位反映了从元件到目标区域的不均匀组织的像差和传输。该过程可以在逐个元件的基础上执行，以便确定超声换能器的所有(或至少一些)元件的参数值(例如，幅度和/或相位)。随后，可以基于所确定的对应幅度和/或相位来激活超声换能器元件，从而在目标处生成具有最佳聚焦特性的焦点。此外，在一些实施例中，可以迭代地重复该过程以实现更好的聚焦，并且当聚焦质量不再改善或改变时停止。
此外，可以可选地将瞬态声反射器的重合位置与使用一种或多种其他方法(例如，CT图像和/或物理模型)估计的超声处理位置进行比较。如果检测到差异，则可以用计算方式对重合位置进行移位以与使用其他方法估计的超声处理位置重合；并且可以相应地更新换能器元件的参数值。再次，随后可以基于对应的更新的参数值来激活换能器元件以在目标区域处生成具有最佳聚焦特性的超声焦点。如本文所使用，术语“聚焦”是指将声波束成形为在目标中具有期望的波束形状。在各种实施例中，期望的形状可以是被限制成目标形状的紧点、线点或共形点。
因此，在第一方面，本发明涉及一种用于使超声换能器聚焦的系统。在各种实施例中，该系统包括：超声换能器，包括用于向至少一个目标区域提供超声处理的多个换能器元件；以及控制器，被配置成：(a)使换能器针对至少一个目标区域生成多个超声处理；(b)测量来自位于至少一个目标区域附近的至少一个瞬态声反射器的超声处理中的每一个的反射信号；(c)选择所测量的反射信号，以及(d)至少部分地基于所选择的反射信号，调整与换能器元件中的至少一个相关联的参数值，以改善在目标区域处的超声焦点。
在一些实施例中，控制器还被配置成在调整与换能器元件中的至少一个相关联的至少一个参数值之后重复(a)-(d)。控制器可以被配置成从两次连续测量中选择反射信号，并且比较所选择的反射信号。例如，该比较可以与通过从与第一组连续测量相关联的第一反射信号中减去与第一组连续测量相关联的第一背景信号而生成的第一处理信号相对应。
在各种实施例中，控制器还被配置成通过从与第二组连续测量相关联的第二反射信号中减去与第二组连续测量相关联的第二背景信号来生成第二处理信号，并且至少部分地基于第一处理信号与第二处理信号的幅度比来选择反射信号。控制器可以被配置成在确定该比超过预定阈值时选择减后得到的第一处理信号。在各种实施例中，控制器还被配置成：确定与第一处理信号相关联的幅度、行进时间或相位中的至少一个，并且至少部分地基于确定的幅度和/或相位和/或行进时间来调整与所述换能器元件中的至少一个相关联的参数值。
控制器还可以被配置成选择所测量的反射信号中的每一个的至少一部分，并且比较来自两次连续测量的反射信号的所选择的部分。例如，控制器可以被配置成至少部分地基于换能器元件中的至少一个与至少一个目标区域之间的距离来选择(至少一个)部分。控制器可以被配置成确定与每个反射信号的所选择的部分相关联的幅度或相位中的至少一个，并且确定与两次连续测量中的反射信号的所选择的部分相关联的幅度和/或相位之间的差异。
在一些实施例中，控制器还被配置成确定与反射信号相关联的噪声水平，并且至少部分地基于噪声水平和与反射信号的所选择的部分相关联的差异来选择反射信号。控制器可以在确定与反射信号的所选择的部分相关联的幅度和/或相位的差异超过噪声水平的两倍之后，至少部分地基于该差异来调整与所述换能器元件中的至少一个相关联的参数值。可以例如使用滤波器或IQ解调中的至少一个对所测量的信号进行预处理。
在各种实施例中，多个瞬态声反射器中的每一个位于多个目标区域之一附近，并且控制器还被配置成：针对瞬态声反射器中的每一个顺序地生成多个超声处理，并且测量来自瞬态声反射器中的每一个的反射信号，并且选择来自多个瞬态声反射器的与多个超声处理相关联的反射信号。控制器还可以被配置成：确定反射信号之间的一致性，将具有充分一致性的反射信号与目标区域相关联，并且在确定具有充分一致性的反射信号来自比预定阈值低的多个目标区域时，重复(a)-(c)。例如，控制器还可以被配置成例如使用一致性函数基于反射信号之间的一致性来选择反射信号。仅当一致性函数的值最大化或超过预定阈值时才可以确定两个反射信号是一致的。例如，一致性函数可以满足以下等式中的至少一个：
Figure BDA0003166603150000051
Figure BDA0003166603150000052
其中W表示加权因子；ω＝2πf，f表示与两个反射信号相关联的频率；c是目标区域中的平均声速；
Figure BDA0003166603150000061
是第i瞬态反射器的几何位置；
Figure BDA0003166603150000062
ti是第i瞬态反射器的行进时间；
Figure BDA0003166603150000063
和
Figure BDA0003166603150000064
表示与两个反射信号相关联的相位，并且
Figure BDA0003166603150000065
Figure BDA0003166603150000066
和
Figure BDA0003166603150000067
是元件相关变量，分别表示测量两个反射信号的换能器元件之一与同两个反射信号相关联的瞬态声反射器之间的距离。控制器还可以被配置成搜索
Figure BDA0003166603150000068
或
Figure BDA0003166603150000069
中的至少一个以使一致性函数最大化。
控制器还可以被配置成至少部分地基于以下项来确定来自瞬态声反射器中的两个自瞬态声反射器的反射信号中的两个反射信号之间的一致性：(i)与反射信号中的两个反射信号相关联的行进时间或接收相位中的至少一个和(ii)与瞬态声反射器中的两个瞬态声反射器相关联的位置。例如，控制器可以被配置成：用计算方式移位两个瞬态声反射器中的第一个的位置以与两个瞬态声反射器中的第二个的位置重合，用计算方式确定与来自两个瞬态声反射器中的第一个的移位的位置的反射信号相关联的更新的行进时间或更新的接收相位中的至少一个，并且至少部分地基于(i)更新的行进时间或更新的接收相位和(ii)与两个瞬态声反射器中的第二个相关联的反射信号的行进时间或接收相位，来确定与所述换能器元件中的至少一个相关联的参数值。备选地或另外地，控制器可以被配置成至少部分地基于(i)更新的行进时间或更新的接收相位和(ii)与两个瞬态声反射器中的第二个相关联的反射信号的行进时间或接收相位的平均值来确定与换能器元件中的至少一个相关联的参数值。
控制器可以被配置成：基于(i)对应反射信号的幅度或(ii)对应反射信号与其他反射信号的一致性中的至少一个，向(i)更新的行进时间或更新的接收相位和(ii)行进时间或接收相位中的每一个分配加权因子，至少部分地基于(i)更新的行进时间或更新的接收相位和(ii)与两个瞬态声反射器中的第二个相关联的反射信号的行进时间或接收相位的加权平均值来确定与换能器元件中的至少一个相关联的参数值。控制器还可以被配置成使用一致性函数确定多于两个反射信号之间的一致性，并且可以由至少两个不同的换能器元件测量多于两个反射信号。反射信号中的至少一个可以源自至少两个瞬态反射器。
在一些实施例中，该系统还包括用于获取至少一个目标区域和/或围绕该目标区域的非目标区域的多个图像的成像设备。控制器还可以被配置成至少部分地基于所获取的图像和物理模型来估计至少一个目标区域的位置，并且用计算方式更新与换能器元件中的至少一个相关联的参数值，以在所估计的目标区域处生成超声焦点。
该系统可以包括用于将至少一个瞬态声反射器引入目标的施用设备。控制器还可以被配置成使换能器生成用于产生至少一个瞬态声反射器的声能。目标区域处的超声焦点可以是紧点、线点或共形点。
在另一方面，本发明涉及一种使超声换能器聚焦的方法。在各种实施例中，该方法包括以下步骤：(a)在至少一个目标区域附近引入至少一个瞬态声反射器，(b)生成针对至少一个目标区域的多个超声处理，(c)测量来自至少一个瞬态声反射器的超声处理中的每一个的反射信号，(d)选择测量的反射信号，以及(e)至少部分地基于所选择的反射信号，调整与换能器元件中的至少一个相关联的参数值，以改善在目标区域处的超声焦点。例如，背景信号可以是反射信号或至少两个反射信号的平均值。
在一些实施例中，该方法还包括在调整与换能器元件中的至少一个相关联的至少一个参数值之后重复步骤(b)-(e)。可以从两次连续测量中选择反射信号并对其进行比较。该比较可以与通过从与第一组连续测量相关联的第一反射信号中减去与第一组连续测量相关联的第一背景信号而生成的第一处理信号相对应。在一些实施例中，该方法还包括以下步骤：通过从与第二组连续测量相关联的第二反射信号中减去与第二组连续测量相关联的第二背景信号来生成第二处理信号，并且至少部分地基于第一处理信号与第二处理信号的幅度比来选择反射信号。可以在确定该比超过预定阈值时选择减后得到的第一处理信号。该方法还可以包括确定与第一处理信号相关联的幅度、行进时间和/或相位，并且至少部分地基于所确定的幅度和/或相位和/或行进时间来调整与换能器元件相关联的参数值。
在一些实施例中，该方法还包括以下步骤：选择所测量的反射信号中的每一个的至少一部分，并且比较来自两次连续测量的反射信号的所选择的部分。可以至少部分地基于换能器元件中的至少一个与至少一个目标区域之间的距离来选择(至少一个)部分。该方法还可以包括：确定与每个反射信号的所选择的部分相关联的幅度或相位，并且确定与两次连续测量中的反射信号的所选择的部分相关联的幅度和/或相位之间的差异。
在各种实施例中，该方法还包括以下步骤：确定与反射信号相关联的噪声水平，并且至少部分地基于噪声水平和与反射信号的所选择的部分相关联的差异来选择反射信号。可以在确定与反射信号的所选择的部分相关联的幅度和/或相位的差异超过噪声水平的两倍之后，至少部分地基于该差异来调整与所述换能器元件中的至少一个相关联的参数值。
可以例如使用滤波器、IQ解调或两者对所测量的信号进行预处理。在一些实施例中，多个瞬态声反射器中的每一个位于多个目标区域中的一个附近，并且该方法还包括：针对瞬态声反射器中的每一个顺序地生成多个超声处理，并且测量来自瞬态声反射器中的每一个的反射信号，以及选择来自多个瞬态声反射器的与多个超声处理相关联的反射信号。该方法还可以包括：确定反射信号之间的一致性，将具有充分一致性的反射信号与目标区域相关联，并且在确定具有充分一致性的反射信号来自比预定阈值低的多个目标区域时，重复步骤(b)-(d)。
可以基于反射信号之间的一致性来选择反射信号。例如，可以使用一致性函数确定两个反射信号之间的一致性，并且仅当一致性函数的值最大化或超过预定阈值时才可以确定两个反射信号是一致的。在一些实施例中，一致性函数满足以下等式中的至少一个：
Figure BDA0003166603150000081
Figure BDA0003166603150000082
其中W表示加权因子；ω＝2πf，f表示与两个反射信号相关联的频率；c是目标区域中的平均声速；
Figure BDA0003166603150000086
是第i瞬态反射器的几何位置；
Figure BDA0003166603150000083
ti是第i瞬态反射器的行进时间；
Figure BDA0003166603150000084
和
Figure BDA0003166603150000085
表示与两个反射信号相关联的相位，并且
Figure BDA0003166603150000091
Figure BDA0003166603150000092
和
Figure BDA0003166603150000093
是元件相关变量，分别表示测量两个反射信号的换能器元件之一与同两个反射信号相关联的瞬态声反射器之间的距离。该方法可以包括：搜索
Figure BDA0003166603150000094
或
Figure BDA0003166603150000095
中的至少一个以使所述一致性函数最大化。
可以至少部分地基于以下项来确定来自瞬态声反射器中的两个瞬态声反射器的所述反射信号中的两个反射信号之间的一致性：(i)与反射信号中的两个反射信号相关联的行进时间或接收相位中的至少一个和(ii)与瞬态声反射器中的两个瞬态声反射器相关联的位置。该方法还可以包括：用计算方式移位两个瞬态声反射器中的第一个的位置以与两个瞬态声反射器中的第二个的位置重合，用计算方式确定与来自两个瞬态声反射器中的第一个的移位的位置的反射信号相关联的更新的行进时间或更新的接收相位中的至少一个，并且至少部分地基于(i)更新的行进时间或更新的行进时间和(ii)与两个瞬态声反射器中的第二个相关联的反射信号的行进时间或接收相位来确定与所述换能器元件中的至少一个相关联的参数值。可以至少部分地基于(i)更新的行进时间或更新的接收相位和(ii)与两个瞬态声反射器中的第二个相关联的反射信号的行进时间或接收相位的平均值来确定与换能器元件相关联的参数值。
在各种实施例中，该方法还包括以下步骤：基于(i)对应反射信号的幅度或(ii)对应反射信号与其他反射信号的一致性中的至少一个，向(i)更新的行进时间或更新的接收相位和(ii)行进时间或接收相位中的每一个分配加权因子，至少部分地基于(i)更新的行进时间或更新的接收相位和(ii)与两个瞬态声反射器中的第二个相关联的反射信号的行进时间或接收相位的加权平均值来确定与换能器元件中的至少一个相关联的参数值。再次，可以使用一致性函数来确定多于两个反射信号之间的一致性。可以由至少两个不同的换能器元件测量多于两个反射信号，并且反射信号中的至少一个可以源自至少两个瞬态反射器。
该方法可以包括使用成像设备获取至少一个目标区域和/或围绕目标区域的非目标区域的多个图像，并且还可以包括以下步骤：至少部分地基于所获取的图像和物理模型来估计至少一个目标区域的位置，并且用计算方式更新与换能器元件中的至少一个相关联的参数值，以在所估计的目标区域处生成超声焦点。在一些实施例中，该方法还包括以下步骤：使换能器生成用于产生至少一个瞬态声反射器的声能。目标区域处的超声焦点可以是紧点、线点或共形点。
如本文所使用，术语“基本上”是指±10％，并且在一些实施例中，是±5％。在整个本说明书中对“一个示例”、“示例”、“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该示例描述的特定特征、结构或特性被包括在本技术的至少一个示例中。因此，在整个本说明书各处出现的短语“在一个示例中”、“在示例中”、“一个实施例”或“实施例”不一定都指的是同一示例。此外，特定特征、结构、例程、步骤或特性可以以任何合适的方式组合在本技术的一个或多个示例中。本文提供的标题仅为方便起见，并非旨在限制或解释要求保护的技术的范围或含义。
附图说明
在附图中，相同的附图标记在不同的视图中通常表示相同的部分。另外，附图不一定按比例绘制，而是重点通常放在说明本发明的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述了本发明的各种实施例，其中：
图1示出了根据各种实施例的聚焦超声系统；
图2A描绘了根据各种实施例的位于一个或多个目标区域附近的一个或多个瞬态声反射器；
图2B描绘了根据各种实施例的对目标区域附近的多个位置应用超声处理；
图3A是示出根据各种实施例的用于选择与瞬态反射器相关联的反射信号的初始信号处理方法的流程图；
图3B描绘了根据各种实施例的从瞬态反射器测量的反射信号和基于测量的反射信号而确定的差分信号；
图3C是示出根据各种实施例的用于选择与瞬态反射器相关联的反射信号的另一种初始信号处理方法的流程图；
图3D描绘了根据各种实施例的对测量的反射信号的部分的选择；
图4A是示出根据各种实施例的用于选择反射信号的信号选择方法的流程图；
图4B描绘了根据各种实施例的来自瞬态声反射器的超声信号的反射；
图4C描绘了根据各种实施例的使瞬态声反射器的位置与另一个瞬态声反射器的位置重合的计算移位；
图4D描绘了根据各种实施例的由多个换能器元件检测到的来自多个瞬态声反射器的多个反射信号；
图4E描绘了根据各种实施例的与所有(或至少一些)瞬态声反射器相关联的重合位置到使用其他方法确定的超声处理位置的计算移位；以及
图5是示出根据各种实施例的用于使用来自一个或多个瞬态声反射器的反射信号来执行超声波/脉冲的自动聚焦的示例性方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了示例性超声系统100，该超声系统用于将超声波束通过颅骨聚焦到患者大脑内的目标区域101上。然而，本领域的普通技术人员将理解，本文描述的超声系统100可以应用于人体的任何部位。在各种实施例中，系统100包括换能器元件104的相控阵102、驱动相控阵102的波束形成器106、与波束形成器106通信的控制器108、以及向波束形成器106提供输入电子信号的频率发生器110。
阵列102可以具有适合将其放置在颅骨表面或颅骨以外的身体部位上的弯曲(例如，球形或抛物线)形状，或者可以包括一个或多个平面或其他形状的部分。其尺寸可以根据应用而在几毫米到几十厘米之间变化。阵列102的换能器元件104可以是压电陶瓷元件，并且可以被安装在硅橡胶或适合于阻尼元件104之间的机械耦接的任何其他材料中。也可以使用压电复合材料，或通常能够将电能转换成声能的任何材料。为了确保到换能器元件104的最大功率传输，元件104可以被配置用于50Ω的电谐振，从而匹配输入连接器阻抗。
换能器阵列102耦接到波束形成器106，波束形成器106驱动单独的换能器元件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和相位延迟电路120或由放大器118和相位延迟电路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接收通常在0.1MHz到1.0MHz范围内的射频(RF)输入信号，该频率发生器例如可以是可从斯坦福研究系统(Stanford Research Systems)获得的型号DS345。输入信号可以被分成用于波束形成器106的n个放大器118和延迟电路120的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。射频发生器110和波束形成器106被配置成以相同的频率，但是以不同的相位和/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，患者的颅骨)传输和聚焦到目标区域(例如，患者的大脑中的区域)。经由放大因子和/或相移的调整，可以在目标区域处产生焦点区的期望形状和强度。
可以使用控制器108来计算放大因子和相移，该控制器108可以通过软件、硬件、固件、硬连线或其任何组合来提供计算功能。例如，控制器108可以利用以常规方式用软件编程的通用或专用数字数据处理器，并且无需过度实验，以确定换能器元件104的频率、相移和/或放大因子。在某些实施例中，控制器计算是基于与颅骨的特性(例如，结构、厚度、密度等)以及其对声能传播的影响有关的信息。在各种实施例中，从成像器122获得这种信息，成像器122为诸如磁共振成像(MRI)设备、计算机断层扫描(CT)设备、正电子发射断层扫描(PET)设备、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)设备、或超声成像设备。成像器122可以提供适合于重建颅骨的三维图像的二维图像集，从该三维图像可以推断厚度和密度；备选地，图像采集可以是三维的。此外，可以在成像器122中、在控制器108中或在单独的设备中实现图像处理功能。
可以在本发明的范围内以各种方式修改系统100。例如，该系统还可以包括声信号检测器(例如，水听器)124，声信号检测器124测量发射或反射的超声，并且可以将其接收的信号提供给控制器108以供进一步处理。反射信号和发射信号还可以提供用于针对波束形成器106的相位和幅度调整而确定相移和/或放大因子或反馈的备选或附加的源，如下文进一步描述。系统100可以包含用于相对于患者的颅骨布置换能器元件104的阵列102的定位器。为了对大脑以外的身体部位应用超声治疗，换能器阵列102可以采用不同的(例如，圆柱形)形状。在一些实施例中，换能器元件104可移动且可旋转地安装，从而提供可以用于改善聚焦特性的机械自由度。这种可移动的换能器可以由常规的致动器进行调整，该致动器可以由控制器108的组件或由单独的机械控制器来驱动。
在各种实施例中，瞬态声反射器被静脉注射地引入患者体内；可以使用施用系统126将瞬态反射器全身地注射到患者体内或局部地注射到目标区域101中。例如，参考图2A，瞬态反射器202可以包括以液滴的形式引入患者大脑的一个或多个微泡或由其组成，该液滴随后蒸发以形成微泡；或作为液体载体中夹带的充气气泡，例如常规超声造影剂。备选地，可以施用其他适合于空化成核的物质代替气泡(参见，例如https://www.springer.com/cda/content/document/cda_downloaddocument/9783642153426-c1.pdf？SGWID＝0-0-45-998046-p174031757)。
由于被封装的气体，微泡202可以充当超声波的反射器，并且将相干全向信号204-208传输到换能器102；反射信号204-208可以基本上同时被换能器元件104和/或与其相关联的声信号检测器124检测，如下文进一步描述。基于对反射信号的分析，控制器108可以获得目标区域101处的聚焦特性的信息，并且随后调整换能器配置(例如，相移和/或幅度)以补偿由位于换能器元件104与目标101之间的介入组织210引起的像差，从而改善目标区域处的聚焦特性。例如，在国际申请第PCT/IB2017/000990号(2017年7月19日提交)中提供了利用微泡来改善声波束聚焦特性的方法，该国家申请的全部内容以引用方式并入本文中。
附加地或备选地，可以通过从换能器元件104向目标101施加声能来生成微泡202。可以由于传播的超声波产生的负压或当加热的液体破裂并填充有气体/蒸汽时形成微泡202。在一个实施例中，控制器108使用物理模型来估计从每个换能器元件104发射的超声波的强度和/或相移。例如，使用无需过度实验而实现的常规技术，物理模型可以基于关于换能器元件104的几何形状及其相对于目标区域101的位置和取向的信息、以及从元件104发射的超声波的幅度和相位来预测聚焦特性(例如，聚焦区的形状、尺寸、位置和声功率)。此外，物理模型可以考虑例如由换能器元件104在制造、使用和维修期间从其预期位置移动或移位而导致和/或由于元件104受热变形而导致的换能器输出误差。美国专利第7,535,794号中提供了用于确定传感器输出误差的技术，该美国专利的内容以引用方式并入本文中。
在一些实施例中，物理模型还包括用于预测目标101处的聚焦特性的参数，诸如沿着波束路径的介入组织210的材料特性(例如，在所采用频率下组织的能量吸收或声速)。同样，可以使用如上所述的成像器122和/或其他合适的设备来收集材料特性。在设置有某些输入(例如期望的聚焦特性、换能器元件104的预期和实际几何形状以及它们相对于目标区域101的位置和取向)的情况下，物理模型可以计算与换能器元件104相关联的所需幅度和/或相位以在目标区域101处产生焦点。在简化的示例中，所有换能器元件104发射具有单一幅度值但具有各种相移的超声波，以产生比形成微泡的阈值高的聚焦强度。
备选地，可以基于在治疗之前或治疗期间(例如，在治疗设置期间)测量的发射和/或反射的超声来确定换能器元件104的强度水平和/或相对相位。此外，这些测量可以用于调整物理预测模型的参数。在任何情况下，所估计的超声波束的强度水平和/或相对相位可能足以在基本上靠近目标区域101的聚焦区中生成微泡202，而无需完全地考虑由不均匀的介入组织所引起的声像差。
在一些实施例中，在瞬态反射器202生成和/或引入到目标区域101中之后，控制器108可以激活至少一些换能器元件104以将一系列超声处理(sonication)发射到位于目标区域101处的微泡。在一种实现方式中，换能器元件104具有发射和检测能力。因此，换能器元件104中的至少一些可以被操作以测量从目标区域101反射的声信号，例如在国际申请第PCT/IB2019/000644号(2019年6月4日提交)中所描述，该国际申请的内容以引用方式并入本文中。附加地或备选地，可以使用声信号检测器124来测量来自目标区域101处的瞬态反射器202的超声反射。然后可以将所测量的反射信号馈送到控制器108以用于分析；基于此，控制器108可以调整换能器参数(例如，幅度和/或相位)以改善目标处的聚焦特性。
然而，来自瞬态反射器202的反射信号可能具有相对较低的质量(例如，信噪比(SNR)低于阈值)；因此，基于此的分析可能导致对目标处的聚焦特性的不精确确定。图2B示出了解决这个问题的方法。超声换能器102可以被激活以在目标区域101附近(例如，距离小于5mm)或目标区域101处的各个超声处理位置222-230处顺序生成多个焦点，并且每个位置可以具有与其相关联的一个或更多瞬态反射器202。例如，换能器元件104可以生成到第一超声处理位置222的一个或多个系列的超声处理，并且测量来自位于第一超声处理位置222附近的瞬态反射器232的反射。随后，换能器元件104可以生成到第二超声处理位置224的另一个或多个系列的超声处理，并且测量来自与第二超声处理位置224相关联的瞬态反射器234的反射。该过程可以继续直到测量到来自目标101附近的超声处理位置的期望数量的反射信号(例如，至少10个)。
在各种实施例中，基于由成像器122和/或超声换能器102获取的图像来确定超声处理位置222-230。例如，成像器122可以获取目标区域和/或非目标区域的图像；并且超声换能器102可以基于来自目标区域和/或非目标区域的反射信号来获取目标区域和/或非目标区域中的瞬态反射器202的图像。基于获取的目标区域和/或非目标区域的图像和与目标区域和/或非目标区域相关联的瞬态反射器的图像，控制器108可以选择超声处理位置222-230，该超声处理位置222-230靠近目标区域(例如，距离小于5mm)和/或在目标区域处，并且具有在其附近(例如，距离小于5mm)的一个或多个瞬态反射器。使用来自瞬态反射器的反射信号获取瞬态反射器的图像的方法例如在同一日期提交的标题为“Systems and Methodsfor Providing Tissue Information in an Anatomic Target Region UsingReflections from Microbubbles(INS-121PR)”的美国专利申请中提供，该美国专利申请的全部公开内容以引用方式并入本文中。
在一些实施例中，在收集来自所有(或至少一些)超声处理位置的反射信号后，执行初始信号处理程序以选择更有可能来自瞬态反射器的信号。这种方法可以有利地消除(或至少减少)来自背景反射器(例如，颅骨)的反射的使用，从而提高基于测量的反射信号确定的聚焦特性的精确性和可靠性。图3A示出了用于根据本文选择反射信号的示例性信号处理程序300。在第一步骤302中，对于超声处理位置222-230中的每一个，控制器108比较来自两次连续测量的测量的反射信号以确定它们之间的差异(或“差分”信号)。例如，图3B示出了由换能器元件E测量的来自第一超声处理位置222的四个反射信号312-318；差分信号322表示反射信号314、312之间的差异(例如，通过从信号314中减去信号312而获得)；差分信号324表示反射信号314、316之间的差异；并且差分信号326表示反射信号316、318之间的差异。在该示例中，信号312、314、318和320本质上是背景信号，而信号316是来自瞬态信号和背景信号的反射的组合。因此，差分信号324和326近似为来自瞬态反射器信号的干净反射(相当于符号(up to sign))。
再次参考图3A，在第二步骤304中，控制器108计算两个连续差分信号之间的幅度比。例如，再次参考图3B，假设与差分信号322、324、326、328相关联的最大幅度的值分别为1、5、5和1，则差分信号322与差分信号324的幅度比为0.2，并且差分信号324与差分信号326的幅度比为1。再次参考图3A，控制器108然后将幅度比与预定阈值(例如，2)进行比较(步骤306)，并且基于比较来选择反射信号(步骤308)。例如，如果差分信号326与差分信号328的幅度比大于预定阈值(例如，2)，则控制器108选择差分信号326作为可靠信号以进一步分析，以确定在第一超声处理位置222处的聚焦特性。相反，由于差分信号322与差分信号324的幅度比小于预定阈值，所以丢弃信号322。
初始信号处理方法300的实现方式可以有利地允许选择来自瞬态反射器(例如，微泡)(而不是背景反射器)的反射信号，以供进一步分析。这是因为通常来自背景反射器的反射信号在两次连续测量之间相对不变，而来自瞬态反射器202的反射信号可能在两次连续测量之间表现出相对显著的变化，因为瞬态反射器在测量间隔期间演变/消散。因此，具有相对较小幅度比的差分信号很可能源自背景反射器；相反，具有相对较大幅度比的大幅度反射信号更有可能来自瞬态反射器。
实际上，比较测量的反射信号以确定差分信号以及确定差分信号之间的幅度比的步骤在计算上可能是密集的。为了提高SNR和/或减少用于比较和选择信号的计算时间和/或复杂性，在各种实施例中，可以利用替代的初始信号处理方法350。参考图3C，在第一步骤352中，控制器108可以选择所测量的反射信号中的每一个的一部分(例如，时间窗口)。在一个实施例中，该选择基于测量反射信号的换能器元件与反射信号的超声处理位置之间的距离D。可以基于使用成像器122和/或超声换能器102获取的目标区域101的图像来确定D。这种方法可能需要对使用两个或更多个成像系统获取的图像进行配准，例如在美国专利第9,934,570号中描述的，该美国专利的全部内容以引用方式并入本文中。一旦确定了D，就可以基于D和组织中的声速来确定与反射了信号的瞬态反射器相对应的反射信号的部分(例如，时间窗口)。例如，在美国专利公开第2018/0206816号中提供了关于距离D、声速和时间窗口之间的关系的进一步细节，该美国专利公开的全部内容以引用方式并入本文中。在一些实施例中，信号(例如，信号312、314)由针对整个信号或信号的选择部分(例如通过使用IQ解调)计算的相位和幅度表示。
图3D分别描绘了测量的反射信号312-318的部分372-378，它们是基于位于第一超声处理位置222附近的瞬态反射器(因为如上所述，反射信号312-318来自第一超声处理位置222)与测量反射信号312-318的换能器元件E之间的距离而选择的。在各种实施例中，一旦选择了部分372-378，控制器108就可以确定与每个反射信号的选择的部分相关联的幅度和/或相位(可以表示为复数)(图3C中的步骤354)。此后，控制器108可以确定与两次连续测量中的反射信号的选择的部分相关联的幅度和/或相位之间的差异(图3C中的步骤356)。例如，控制器108可以(i)从与部分374相关联的幅度和相位的复数中减去表示与部分372相关联的幅度和相位的复数，(ii)从与部分376相关联的幅度和相位的复数中减去表示与部分374相关联的幅度和相位的复数等。此外，控制器108可以确定与反射信号372-378相关联的噪声水平(图3C中的步骤358)。在各种实施例中，控制器108然后基于在步骤356中确定的反射信号的选择的部分之间的差异和在步骤358中确定的噪声水平来选择反射信号(图3C中的步骤360)。例如，再次参考图3D，控制器108可以在确定所选择的部分374、376之间的幅度和/或相位差异超过预定阈值(例如，噪声水平的两倍)时选择反射信号316。再者，备选的初始信号处理方法350可以有利地允许选择来自瞬态反射器(例如，微泡)(而不是背景反射器)的反射信号，以供进一步分析。
通常，施用系统126可以将低浓度(例如，用于标准成像的浓度的5％)的微泡引入目标101中，使得声反射来自点目标(例如，具有小于超声处理波长的四分之一的尺寸)，例如单个微泡(而不是一团微泡)。这是因为来自一团微泡的反射信号可能不连贯和/或由于来自多个微泡的低SNR和/或振动而表现出伪影；因此，对来自该团微泡的反射信号的分析可能不精确，并且基于此对换能器参数的调整可能不足以解释由介入组织引起的像差。此外，对来自该团微泡的反射信号的分析在计算上可能是昂贵且耗时的。
因此，在分析反射信号之前，实施信号选择方法以选择来自单个微泡事件的反射信号(或差分信号)以提供关于目标区域处的聚焦特性的更精确信息以及降低分析反射信号的计算复杂度。在一些实施例中，信号选择方法基于反射信号之间的一致性来选择反射信号。图4A描绘了用于根据本文选择反射信号的示例性信号选择方法400。在第一步骤402中，控制器108可以选择由换能器元件E测量的两个反射信号。在第二步骤404中，控制器108可以使用各种方法确定所选择的反射信号之间的一致性。例如，参考图4B，假设两个反射信号422、424分别源自两个微泡事件426、428，相应反射信号422、424从微泡事件426、428到达换能器元件E的行进时间t1、t2可以计算如下：
Figure BDA0003166603150000181
Figure BDA0003166603150000182
其中
Figure BDA0003166603150000183
和
Figure BDA0003166603150000184
分别表示换能器元件E与微泡事件426、428之间的距离；c表示位于换能器元件E与微泡事件之间的介入组织中的声速；并且aberration1和aberration2分别表示由位于换能器元件E与微泡事件426、428之间的介入组织引起的像差。
在各种实施例中，微泡事件426、428是基于几何标准来选择的——例如，它们在空间上靠近(例如，相隔2mm)；因此，如果来自微泡事件426、428的反射信号422、424(或基于反射信号的差分信号)是一致的，则由位于换能器元件E与微泡事件426、428之间的介入组织引起的像差之间的差异可以被忽略。因此，在各种实施例中，当满足以下等式时，反射信号422、424被认为具有充分的一致性：
Figure BDA0003166603150000191
备选地，可以使用一致性函数来确定两个反射信号之间的一致性，该一致性函数考虑了来自多于一个元件的测量。例如，一致性函数
Figure BDA0003166603150000192
可以如下定义：
Figure BDA0003166603150000193
Figure BDA0003166603150000194
其中W表示加权因子；ω＝2πf，其中f表示反射信号的频率；c是目标区域内的平均声速；
Figure BDA0003166603150000195
是第i瞬态反射器的几何位置；
Figure BDA0003166603150000196
和
Figure BDA0003166603150000197
是元件相关变量，分别表示测量两个反射信号的换能器元件之一与同两个反射信号相关联的瞬态声反射器之间的距离；ti是第i瞬态反射器的行进时间；
Figure BDA0003166603150000198
并且针对每个换能器元件，
Figure BDA0003166603150000199
等式(4)中的一致性函数
Figure BDA00031666031500001910
可以替代地表示为：
Figure BDA00031666031500001911
其中
Figure BDA00031666031500001912
和
Figure BDA00031666031500001913
表示与两个反射信号相关联的相位。在一个实施例中，仅当一致性函数的值最大化或超过预定阈值(例如，0.5)时，才确定两个反射信号是一致的或具有充分的一致性。例如，如上所述，当
Figure BDA00031666031500001914
Figure BDA00031666031500001915
时，认为反射信号422、424是一致的；因此，在等式(4)中定义的一致性函数
Figure BDA00031666031500001916
的值为1，该值大于预定阈值。
应注意，以上提供的一致性函数仅作为示例；适用于确定两个反射信号之间的相关性或一致性的任何其他函数都可以用作一致性函数(或用在一致性函数中)，因此都在本发明的范围内。
再次参考图4A，当确定两个反射信号不一致或一致性不够时，可以丢弃反射信号(步骤406)。相反，当确定两个反射信号充分一致时(例如，当满足等式(3)和/或当一致性函数的值最大化或超过预定阈值时)，可以对两个反射信号进行进一步处理。另外，控制器108可以丢弃仅与少量(例如，少于预定义数量的)其他信号一致的所有信号，并且仅处理发现与多于预定义数量的信号一致的信号。例如，参考图4C，控制器108可以用计算方式移位与两个反射信号相关联的两个瞬态声反射器之一(例如，反射器428)的位置。应注意，移位反射器通常是用计算方式而不是物理地完成的，即，从反射器收集的数据用计算方式进行改变以模拟反射器在不同位置的放置。在一个实施例中，瞬态声反射器被移位以与另一瞬态声反射器(例如，反射器426)的位置重合(步骤408)。因此，移位的反射器428与换能器元件E之间的距离
Figure BDA0003166603150000201
可以表示如下：
Figure BDA0003166603150000202
Figure BDA0003166603150000203
Figure BDA0003166603150000204
与来自反射器428的移位位置的反射信号相关联的行进时间t′2可以计算如下：
Figure BDA0003166603150000205
在一个实施例中，控制器可以搜索
Figure BDA0003166603150000206
和/或
Figure BDA0003166603150000207
使信号一致性函数最大化。在各种实施例中，控制器108然后可以基于行进时间t1和t′2来确定与换能器元件E相关联的参数值(例如，幅度和/或相位)(步骤410)。备选地，由于分别与反射信号422和移位的反射信号424相关联的相位
Figure BDA0003166603150000208
和
Figure BDA0003166603150000209
与行进时间t1和t′2正相关，控制器108可以基于相位
Figure BDA00031666031500002010
和
Figure BDA00031666031500002011
来确定与换能器元件E相关联的参数值。例如，与换能器元件E相关联的幅度和/或相位可以是如上所述基于反射信号422和移位的反射信号424而确定的幅度和/或相位的平均值。备选地，控制器108可以将加权因子分配给与移位的反射信号424和未移位的反射信号422相关联的行进时间/相位，并且基于其加权平均值确定与换能器元件E相关联的幅度和/或相位。在一个实施例中，基于对应反射信号的幅度和/或对应反射信号与其他反射信号的一致性来分配加权因子。例如，可以为具有较大幅度和/或与其他反射信号具有较高一致性(例如，一致性函数的较高值)的反射信号分配较大的加权因子。对与来自不同瞬态反射器的各种反射信号相关联的相移进行平均也可以有利地从测量的反射信号中去除伪影。
虽然图4C描绘了将一个瞬态反射器移位到另一个瞬态反射器，应注意，可以执行步骤408以用计算方式对被确定为具有充分的一致性的所有(或至少一些)瞬态声反射器进行移位，使得它们都在单个位置处重合。然后可以将与换能器元件E相关联的幅度和/或相位计算为与重合位置处的移位的反射信号和/或未移位的反射信号相关联的幅度和/或相位的平均值或加权平均值。
此外，虽然上述信号选择方法400确定了两个反射信号之间的一致性，但应注意，在一些实施例中，也可以使用上述一致性函数或任何其他合适的函数来确定由多个换能器元件接收到的来自同一反射器的反射信号之间的一致性。(也可以测量由同一换能器元件接收到的来自多个反射器的信号之间的一致性。)例如，参考图4D，来自三个瞬态反射器426-430的反射信号可以由换能器元件E1和E2检测。控制器108可以使用上述方法确定由换能器元件(例如，E1或E2)检测到的来自相应反射器426、428的反射422、424之间的一致性。此外，控制器108可以通过比较反射来确定由换能器元件E1和E2检测到的来自反射器428、430的多于两个反射信号(例如，反射422、432、434、436)之间的一致性。例如，可以如上所述基于反射器与换能器元件之间的不同的距离δr1和δr2来计算两个反射器与换能器元件之间的相应行进时间。例如，可以根据等式4或等式5来计算一致性，并且如果反射信号422、432、434、436具有充分的一致性，则可以用计算方式对反射进行移位以在单个位置处重合；随后，可以基于与移位和/或未移位的反射信号相关联的幅度、行进时间和/或相位来确定换能器元件E1和E2的配置(例如，幅度和/或相位)。
此外，虽然上述信号选择方法400确定了两个反射信号之间的一致性，但是应注意，在一些实施例中，还可以使用上述一致性函数的修改或任何其他合适函数来确定捕获多于一个瞬态声反射器的两个反射信号之间的一致性。
参考图4E，可以将具有充分一致的反射信号的所有(或至少一些)瞬态反射器的重合位置442与使用其他方法确定的超声处理位置444进行比较。例如，成像器122可以是CT设备；通过分析所获取的目标区域和/或围绕目标区域的非目标区域的CT图像，可以估计用于治疗目标区域的超声波/脉冲的超声处理位置444。在一个实施例中，CT图像与物理模型结合以估计超声处理位置444。然后可以将瞬态反射器的重合位置442与使用CT图像和/或物理模型所估计的超声处理位置444进行比较。如果它们之间存在差异，则控制器108可以用计算方式移位重合位置442以与估计的超声处理位置444重合，然后用计算方式更新在步骤410中确定的换能器元件的参数值，以在超声处理位置444处生成超声焦点。在一些实施例中，CT图像和/或物理模型可以提供用于治疗目标的超声处理位置的更精确估计，以及基于位于重合位置442处的瞬态反射器而确定的换能器元件的参数值可以在其中提供最佳聚焦特性；在这些情况下，组合这些估计和参数值(例如，通过移位重合位置442，并且更新换能器参数值)可以有利地允许以增强的定位精度生成超声焦点，以在保持最佳聚焦特性的同时用于治疗目标。
图5示出了根据各种实施例的用于使用来自一个或多个瞬态声反射器的反射信号来执行超声波/脉冲的自动聚焦的示例性方法500。在第一步骤502中，瞬态声反射器(例如，微泡)可以被引入患者体内靠近目标区域处。反射器可以由施用设备126引入和/或由从换能器102发射的声能生成。在一些实施例中，控制器108识别靠近目标区域(例如，距离小于5mm)或在目标区域处的多个超声处理位置；并且瞬态反射器被引入到识别的超声处理位置中的每一个的附近(例如，距离小于5mm)。在第二步骤504中，可以激活超声换能器102以在识别的超声处理位置中的每一个处顺序生成焦点。在第三步骤506中，从与超声处理位置中的每一个相关联的瞬态反射器反射的超声信号可以由换能器元件和/或声信号检测器124测量。在可选的第四步骤508中，实施初始信号处理方法300/350以选择来自瞬态反射器(与诸如颅骨之类的背景反射器相对)的测量的反射信号。初始信号处理方法可以基于两次连续测量之间的反射信号的比较。例如，当两次连续测量的反射信号之间存在相对显著的变化时，它们可能源自瞬态反射器；这是因为瞬态反射器通常在两次测量之间的时间段期间演变/消散，而在两次测量之间的时间段期间来自持久性背景反射器的反射信号相对不变。可选地，可以通过从测量信号中去除背景信号来计算差分信号，并且在后续步骤中可以使用这些计算出的信号代替有噪声的测量信号。例如，重新参考图3B，信号316包括背景信号314和来自瞬态反射器的反射信号324。从信号316中减去信号314可从信号316中去除背景信号，产生差分信号，其中从瞬态反射器反射的信号占主导。备选地，控制器108可以选择另一信号作为背景图像(例如，与一个或多个其他信号几乎相同的信号，或者替代地，多个信号的平均值)。附加地或备选地，控制器108可以尝试多于一个信号作为背景信号，并且选择使一致性函数最大化的信号。
在第五步骤510中，控制器108可以实施信号选择方法400以基于反射信号之间的一致性选择来自单个微泡事件的反射信号。在一个实施例中，仅当反射信号的相关参数满足等式(3)和/或在例如等式(4)或(5)中定义的一致性函数的值最大化或超过预定阈值时，反射信号才被认为具有充分的一致性。在第六步骤512中，控制器108可以用计算方式对反射具有充分的一致性的所有(或至少一些)瞬态声反射器进行移位，以使其在单个位置重合。在第七步骤514中，与测量反射信号的换能器元件相关联的幅度和/或相位可以被计算为与重合位置处的移位的反射信号和/或未移位的反射信号相关联的幅度和/或相位的平均值或加权平均值，以消除(或至少减少)所测量的反射中的伪影。在可选的第八步骤516中，可以将步骤512中的重合位置与使用其他方法(例如，CT图像和/或物理模型)估计的超声处理位置进行比较。如果它们之间存在偏差，则控制器108可以用计算方式移位重合位置以与使用其他方法估计的超声处理位置重合，然后用计算方式更新在步骤514中确定的换能器元件的参数值(步骤518)。步骤506-518可以在逐个元件的基础上顺序或基本上同时地执行，以用于确定超声换能器的所有(或至少一些)元件的参数值(例如，幅度和/或相位)。此后，换能器元件104可以基于在步骤514中确定或在步骤518中更新的其对应参数值来激活，以在目标区域处生成具有最佳聚焦特性的超声焦点(步骤520)。
在一些实施例中，如果在步骤510中已经确定为具有充分一致性的反射信号的数量低于预定阈值(例如，10，或在一些实施例中为20)，则控制器可以在进行到步骤512之前重复步骤504-508。这确保基于充分数量的一致的反射信号来确定与换能器元件相关联的幅度和/或相位。附加地或备选地，在一个实施例中，控制器108将具有充分一致性的反射信号与对应超声处理位置相关联，该反射信号从对应超声处理位置被反射；如果一致的反射信号源自低于预定阈值的超声处理位置数量(例如，5个超声处理位置，或者在一些实施例中为10个超声处理位置)，则控制器108可以重复步骤504-508而不进行到步骤512。再次，这种方法可以确保一致的反射信号源自充分数量的不同超声处理位置，以消除(或至少减少)反射信号中的伪影。
本领域普通技术人员将理解，上述自动聚焦方法的变化是可能的，因此在本发明的范围内。例如，激活大部分换能器元件104以使用本文所述的瞬态反射器执行自动聚焦可能是不必要的，并且在超声处理系列中的每个超声处理中激活的换能器元件的数量可以变化。例如，可以选择换能器元件104的一小部分(例如，10％)以在与第一超声处理位置相关联的第一超声处理中发射和/或接收超声波。然后可以使用任何合适的估计方法来内插、外推或处理与选择的换能器元件相关联的计算出的相位差，以获得与未选择的换能器元件相关联的相位差。在下一超声处理中，先前未选择的换能器元件的一小部分可以用于重复自动聚焦步骤——即，基于内插(或外推)的相位差将超声波发射到瞬态反射器并接收来自瞬态反射器的反射。当前超声处理中的选择的换能器元件可以包括或不包括先前超声处理中的选择的换能器元件，并且每次超声处理中选择的元件的数量可以不同。
通常，使用来自一个或多个瞬态声反射器的反射信号来执行超声波束的自动聚焦的功能可以在以硬件、软件或两者的组合实现的一个或多个模块中构造，无论是集成在成像器122、超声系统100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计算实体或多个实体提供。这种功能可以包括例如使一个或多个瞬态声反射器被引入患者体内靠近目标区域处，识别靠近目标区域或在目标区域处的多个超声处理位置并且在超声处理位置中的每一个处顺序生成焦点，测量从与超声处理位置中的每一个相关联的瞬态反射器反射的超声信号，比较两次连续测量之间的测量的反射信号以确定它们之间的差异(或差分信号)，计算两个连续差分信号之间的幅度比，将幅度比与预定阈值进行比较，基于对幅度比的比较来选择反射信号，选择所测量的反射信号中每一个的一部分(例如，时间窗口)，确定与每个反射信号的选择的部分相关联的幅度和/或相位，确定与两次连续测量中的反射信号的选择的部分相关联的幅度和/或相位之间的差异，确定与测量的反射信号相关联的噪声水平，基于与反射信号的选择的部分相关联的差异和噪声水平来选择反射信号，选择由换能器元件E测量的两个反射信号，使用等式(3)和/或以上定义的一致性函数来确定所选择的反射信号之间的一致性，用计算方式移位一个瞬态声反射器的位置以与另一个瞬态声反射器的位置重合，基于与反射信号相关联的行进时间/相位来确定与换能器元件E相关联的参数值，将重合位置与使用其他方法估计的超声处理位置进行比较，用计算方式移位重合位置以与使用其他方法估计的超声处理位置重合，然后用计算方式更新换能器元件E的参数值，以及基于确定/更新的参数值来激活换能器元件E，如上所述。
此外，超声控制器、成像器和/或施用系统可以包括以硬件、软件或其组合实现的一个或多个模块。对于作为一个或多个软件程序提供功能的实施例，可以用多种高级语言中的任何一种编写程序，诸如PYTHON、FORTRAN、PASCAL、JAVA、C、C++、C#、BASIC、各种脚本语言、和/或HTML。此外，该软件可以用汇编语言来实现，该汇编语言针对驻留在目标计算机(例如，控制器)上的微处理器；例如，如果软件配置成在IBM PC或PC克隆上运行，则该软件可以用Intel 80x86汇编语言实现。软件可以体现在制品上，包括但不限于软盘、跳转驱动器、硬盘、光盘、磁带、PROM、EPROM、EEPROM、现场可编程门阵列，或CD-ROM。使用硬件电路的实施例可以使用例如一个或多个FPGA、CPLD或ASIC处理器来实现。
此外，本文使用的术语“控制器”广义地包括用于执行上述任何功能的所有必要的硬件组件和/或软件模块；控制器可以包括多个硬件组件和/或软件模块，并且功能可以分布在不同的组件和/或模块之间。
以上描述了本发明的某些实施例。然而，需要明确指出，本发明不限于这些实施例；更确切而言，对本文明确描述的内容的添加和修改也包括在本发明的范围内。

Claims (65)

1.一种用于使超声换能器聚焦的系统，所述系统包括：
超声换能器，包括用于向至少一个目标区域提供超声处理的多个换能器元件；以及
控制器，被配置成：
(a)使所述换能器针对所述至少一个目标区域生成多个超声处理；
(b)测量来自位于所述至少一个目标区域附近的至少一个瞬态声反射器的所述超声处理中的每一个的反射信号；
(c)选择所测量的反射信号；以及
(d)至少部分地基于所选择的反射信号，调整与所述换能器元件中的至少一个相关联的参数值，以改善在所述目标区域处的超声焦点。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置成在调整与所述换能器元件中的至少一个相关联的至少一个参数值之后重复(a)-(d)。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置成从两次连续测量中选择反射信号，并且比较所选择的反射信号。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述比较与通过从与第一组连续测量相关联的第一反射信号中减去与所述第一组连续测量相关联的第一背景信号而生成的第一处理信号相对应。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器还被配置成：
通过从与第二组连续测量相关联的第二反射信号中减去与所述第二组连续测量相关联的第二背景信号来生成第二处理信号；以及
至少部分地基于所述第一处理信号与所述第二处理信号的幅度比来选择所述反射信号。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器还被配置成在确定所述比超过预定阈值时选择减后得到的第一处理信号。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制器还被配置成：确定与所述第一处理信号相关联的幅度、行进时间或相位中的至少一个，并且至少部分地基于所确定的幅度和/或相位和/或行进时间来调整与所述换能器元件中的所述至少一个相关联的所述参数值。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置成：
选择所测量的反射信号中的每一个的至少一部分；以及
比较来自两次连续测量的所述反射信号的所选择的部分。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器还被配置成至少部分地基于所述换能器元件中的所述至少一个与所述至少一个目标区域之间的距离来选择所述至少一部分。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器还被配置成：
确定与每个反射信号的所选择的部分相关联的幅度或相位中的至少一个；以及
确定与所述两次连续测量中的所述反射信号的所选择的部分相关联的所述幅度和/或相位之间的差异。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器还被配置成：
确定与所述反射信号相关联的噪声水平；以及
至少部分地基于所述噪声水平和与所述反射信号的所选择的部分相关联的差异来选择所述反射信号。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述控制器还被配置成：在确定与所述反射信号的所选择的部分相关联的所述幅度和/或相位的所述差异超过所述噪声水平的两倍之后，至少部分地基于所述差异来调整与所述换能器元件中的所述至少一个相关联的所述参数值。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，对所测量的信号进行预处理。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，使用滤波器或IQ解调中的至少一个对信号进行预处理。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，多个瞬态声反射器中的每一个位于多个目标区域之一附近，所述控制器还被配置成：
针对所述瞬态声反射器中的每一个顺序地生成所述多个超声处理，并且测量来自所述瞬态声反射器中的每一个的所述反射信号；以及
选择来自所述多个瞬态声反射器的与所述多个超声处理相关联的所述反射信号。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器还被配置成：
确定所述反射信号之间的一致性；
将具有充分一致性的所述反射信号与所述目标区域相关联；以及
在确定具有充分一致性的所述反射信号来自比预定阈值低的多个目标区域时，重复(a)-(c)。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置成基于所述反射信号之间的一致性来选择所述反射信号。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述控制器还被配置成使用一致性函数确定两个反射信号之间的所述一致性。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，仅当所述一致性函数的值最大化或超过预定阈值时才确定所述两个反射信号是一致的。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述一致性函数满足以下等式中的至少一个：
Figure FDA0003166603140000031
Figure FDA0003166603140000032
其中W表示加权因子；＝2，f表示与所述两个反射信号相关联的频率；c是所述目标区域中的平均声速；
Figure FDA0003166603140000033
是第i瞬态反射器的几何位置；
Figure FDA0003166603140000034
ti是第i瞬态反射器的行进时间；
Figure FDA0003166603140000035
和
Figure FDA0003166603140000036
表示与所述两个反射信号相关联的相位，并且
Figure FDA0003166603140000037
Figure FDA0003166603140000038
和
Figure FDA0003166603140000039
是元件相关变量，分别表示测量所述两个反射信号的所述换能器元件之一与同所述两个反射信号相关联的所述瞬态声反射器之间的距离。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述控制器还被配置成搜索
Figure FDA00031666031400000310
或
Figure FDA00031666031400000311
中的至少一个以使所述一致性函数最大化。
22.根据权利要求17所述的系统，其中，所述控制器还被配置成至少部分地基于以下项来确定来自所述瞬态声反射器中的两个瞬态声反射器的所述反射信号中的两个反射信号之间的所述一致性：(i)与所述反射信号中的所述两个反射信号相关联的行进时间或接收相位中的至少一个和(ii)与所述瞬态声反射器中的所述两个瞬态声反射器相关联的位置。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述控制器还被配置成：
用计算方式移位所述两个瞬态声反射器中的第一个的位置以与所述两个瞬态声反射器中的第二个的位置重合；
用计算方式确定与来自所述两个瞬态声反射器中的所述第一个的移位的位置的所述反射信号相关联的更新的行进时间或更新的接收相位中的至少一个；以及
至少部分地基于(i)所述更新的行进时间或所述更新的接收相位和(ii)与所述两个瞬态声反射器中的所述第二个相关联的所述反射信号的行进时间或接收相位，来确定与所述所述换能器元件中的所述至少一个相关联的所述参数值。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述控制器还被配置成：至少部分地基于(i)所述更新的行进时间或所述更新的接收相位和(ii)与所述两个瞬态声反射器中的所述第二个相关联的所述反射信号的所述行进时间或所述接收相位的平均值来确定与所述换能器元件中的所述至少一个相关联的所述参数值。
25.根据权利要求23所述的系统，其中，所述控制器还被配置成：基于(i)对应反射信号的幅度或(ii)所述对应反射信号与其他反射信号的一致性中的至少一个，向(i)所述更新的行进时间或所述更新的接收相位和(ii)所述行进时间或所述接收相位中的每一个分配加权因子，至少部分地基于(i)所述更新的行进时间或所述更新的接收相位和(ii)与所述两个瞬态声反射器中的所述第二个相关联的所述反射信号的所述行进时间或所述接收相位的加权平均值来确定与所述换能器元件中的所述至少一个相关联的所述参数值。
26.根据权利要求17所述的系统，其中，所述控制器还被配置成使用一致性函数确定多于两个反射信号之间的所述一致性。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，由至少两个不同的换能器元件测量所述多于两个反射信号。
28.根据权利要求18所述的系统，其中，所述反射信号中的至少一个源自至少两个瞬态反射器。
29.根据权利要求1所述的系统，还包括用于获取所述至少一个目标区域和/或围绕所述目标区域的非目标区域的多个图像的成像设备，所述控制器还被配置成：
至少部分地基于所获取的图像和物理模型来估计所述至少一个目标区域的位置；以及
用计算方式更新与所述换能器元件中的所述至少一个相关联的所述参数值，以在所估计的目标区域处生成所述超声焦点。
30.根据权利要求1所述的系统，还包括用于将所述至少一个瞬态声反射器引入所述目标的施用设备。
31.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置成使所述换能器生成用于产生所述至少一个瞬态声反射器的声能。
32.根据权利要求1所述的系统，其中，所述目标区域处的所述超声焦点是紧点、线点或共形点。
33.一种使超声换能器聚焦的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)在至少一个目标区域附近引入至少一个瞬态声反射器；
(b)生成针对所述至少一个目标区域的多个超声处理；
(c)测量来自所述至少一个瞬态声反射器的所述超声处理中的每一个的反射信号；
(d)选择所测量的反射信号；以及
(e)至少部分地基于所选择的反射信号，调整与所述换能器元件中的至少一个相关联的参数值，以改善在所述目标区域处的超声焦点。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述背景信号是反射信号。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述背景信号是至少两个反射信号的平均值。
36.根据权利要求33所述的方法，还包括在调整与所述换能器元件中的至少一个相关联的至少一个参数值之后重复(b)-(e)。
37.根据权利要求33所述的方法，还包括以下步骤：从两次连续测量中选择反射信号，并且比较所选择的反射信号。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述比较与通过从与第一组连续测量相关联的第一反射信号中减去与所述第一组连续测量相关联的第一背景信号而生成的第一处理信号相对应。
39.根据权利要求38所述的方法，还包括以下步骤：
通过从与第二组连续测量相关联的第二反射信号中减去与所述第二组连续测量相关联的第二背景信号来生成第二处理信号；以及
至少部分地基于所述第一处理信号与所述第二处理信号的幅度比来选择所述反射信号。
40.根据权利要求39所述的方法，还包括以下步骤：在确定所述比超过预定阈值时选择减后得到的第一处理信号。
41.根据权利要求40所述的方法，还包括以下步骤：确定与所述第一处理信号相关联的幅度、行进时间或相位中的至少一个，并且至少部分地基于所确定的幅度和/或相位和/或行进时间来调整与所述换能器元件中的所述至少一个相关联的所述参数值。
42.根据权利要求33所述的方法，还包括以下步骤：
选择所测量的反射信号中的每一个的至少一部分；以及
比较来自两次连续测量的所述反射信号的所选择的部分。
43.根据权利要求42所述的方法，还包括以下步骤：至少部分地基于所述换能器元件中的所述至少一个与所述至少一个目标区域之间的距离来选择所述至少一部分。
44.根据权利要求42所述的方法，还包括以下步骤：
确定与每个反射信号的所选择的部分相关联的幅度或相位中的至少一个；以及
确定与所述两次连续测量中的所述反射信号的所选择的部分相关联的所述幅度和/或相位之间的差异。
45.根据权利要求44所述的方法，还包括以下步骤：
确定与所述反射信号相关联的噪声水平；以及
至少部分地基于所述噪声水平和与所述反射信号的所选择的部分相关联的差异来选择所述反射信号。
46.根据权利要求45所述的方法，还包括以下步骤：在确定与所述反射信号的所选择的部分相关联的所述幅度和/或相位的所述差异超过所述噪声水平的两倍之后，至少部分地基于所述差异来调整与所述换能器元件中的所述至少一个相关联的所述参数值。
47.根据权利要求33所述的方法，其中，对所测量的信号进行预处理。
48.根据权利要求47所述的方法，其中，使用滤波器或IQ解调中的至少一个对信号进行预处理。
49.根据权利要求33所述的方法，其中，多个瞬态声反射器中的每一个位于多个目标区域中的一个附近，并且还包括以下步骤：
针对所述瞬态声反射器中的每一个顺序地生成所述多个超声处理，并且测量来自所述瞬态声反射器中的每一个的所述反射信号；以及
选择来自所述多个瞬态声反射器的与所述多个超声处理相关联的所述反射信号。
50.根据权利要求49所述的方法，还包括以下步骤：
确定所述反射信号之间的一致性；
将具有充分一致性的所述反射信号与所述目标区域相关联；以及
在确定具有充分一致性的所述反射信号来自比预定阈值低的多个目标区域时，重复步骤(b)-(d)。
51.根据权利要求33所述的方法，还包括以下步骤：基于所述反射信号之间的一致性来选择所述反射信号。
52.根据权利要求51所述的方法，其中，使用一致性函数确定两个反射信号之间的所述一致性。
53.根据权利要求54所述的方法，其中，仅当所述一致性函数的值最大化或超过预定阈值时才确定所述两个反射信号是一致的。
54.根据权利要求52所述的方法，其中，所述一致性函数满足以下等式中的至少一个：
Figure FDA0003166603140000071
Figure FDA0003166603140000072
其中W表示加权因子；w＝2πf，f表示与所述两个反射信号相关联的频率；c是所述目标区域中的平均声速；
Figure FDA0003166603140000081
是第i瞬态反射器的几何位置；
Figure FDA0003166603140000082
ti是第i瞬态反射器的行进时间；
Figure FDA0003166603140000083
和
Figure FDA0003166603140000084
表示与所述两个反射信号相关联的相位，并且
Figure FDA0003166603140000085
Figure FDA0003166603140000086
和
Figure FDA0003166603140000087
是元件相关变量，分别表示测量所述两个反射信号的所述换能器元件之一与同所述两个反射信号相关联的所述瞬态声反射器之间的距离。
55.根据权利要求33所述的方法，还包括以下步骤：搜索
Figure FDA0003166603140000088
或
Figure FDA0003166603140000089
中的至少一个以使所述一致性函数最大化。
56.根据权利要求51所述的方法，还包括以下步骤：至少部分地基于以下项来确定来自所述瞬态声反射器中的两个瞬态声反射器的所述反射信号中的两个反射信号之间的所述一致性：(i)与所述反射信号中的所述两个反射信号相关联的行进时间或接收相位中的至少一个和(ii)与所述瞬态声反射器中的所述两个瞬态声反射器相关联的位置。
57.根据权利要求56所述的方法，还包括以下步骤：
用计算方式移位所述两个瞬态声反射器中的第一个的位置以与所述两个瞬态声反射器中的第二个的位置重合；
用计算方式确定与来自所述两个瞬态声反射器中的所述第一个的移位的位置的所述反射信号相关联的更新的行进时间或更新的接收相位中的至少一个；以及
至少部分地基于(i)所述更新的行进时间或所述更新的接收相位和(ii)与所述两个瞬态声反射器中的所述第二个相关联的所述反射信号的行进时间或接收相位，来确定与所述换能器元件中的所述至少一个相关联的所述参数值。
58.根据权利要求57所述的方法，其中，至少部分地基于(i)所述更新的行进时间或所述更新的接收相位和(ii)与所述两个瞬态声反射器中的所述第二个相关联的所述反射信号的所述行进时间或所述接收相位的平均值来确定与所述换能器元件中的所述至少一个相关联的所述参数值。
59.根据权利要求57所述的方法，还包括基于(i)对应反射信号的幅度或(ii)所述对应反射信号与其他反射信号的一致性中的至少一个，向(i)所述更新的行进时间或所述更新的接收相位和(ii)所述行进时间或所述接收相位中的每一个分配加权因子，至少部分地基于(i)所述更新的行进时间或所述更新的接收相位和(ii)与所述两个瞬态声反射器中的所述第二个相关联的所述反射信号的所述行进时间或所述接收相位的加权平均值来确定与所述换能器元件中的所述至少一个相关联的所述参数值。
60.根据权利要求51所述的方法，使用一致性函数确定多于两个反射信号之间的所述一致性。
61.根据权利要求60所述的方法，其中，由至少两个不同的换能器元件测量所述多于两个反射信号。
62.根据权利要求52所述的方法，其中，所述反射信号中的至少一个源自至少两个瞬态反射器。
63.根据权利要求33所述的方法，还包括使用成像设备获取所述至少一个目标区域和/或围绕所述目标区域的非目标区域的多个图像，并且还包括以下步骤：
至少部分地基于所获取的图像和物理模型来估计所述至少一个目标区域的位置；以及
用计算方式更新与所述换能器元件中的所述至少一个相关联的所述参数值，以在所估计的目标区域处生成所述超声焦点。
64.根据权利要求33所述的方法，还包括以下步骤：使所述换能器生成用于产生所述至少一个瞬态声反射器的声能。
65.根据权利要求33所述的方法，其中，所述目标区域处的所述超声焦点是紧点、线点或共形点。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220043143A1 (en) * 2018-12-18 2022-02-10 Insightec, Ltd. Echo-based focusing correction
US11648424B2 (en) 2018-11-28 2023-05-16 Histosonics Inc. Histotripsy systems and methods
US11813485B2 (en) 2020-01-28 2023-11-14 The Regents Of The University Of Michigan Systems and methods for histotripsy immunosensitization

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021069971A1 (en) 2019-10-11 2021-04-15 Insightec, Ltd. Pre-treatment tissue sensitization for focused ultrasound procedures
WO2021123905A2 (en) 2019-12-18 2021-06-24 Insightec, Ltd Systems and methods for providing tissue information in an anatomic target region using acoustic reflectors
EP4076646A1 (en) 2019-12-18 2022-10-26 Insightec Ltd. Adaptive single-bubble-based autofocusing and power adjustment in ultrasound procedures
JP2023517858A (ja) 2020-03-05 2023-04-27 インサイテック・リミテッド 超音波療法のための収差補正の微分予測

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1530651A (zh) * 2002-09-16 2004-09-22 通用电气公司 工业应用的相控阵超声检测方法
CN1891160A (zh) * 2005-07-05 2007-01-10 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 一种超声波能量检测系统及超声检测仪
CN1915175A (zh) * 2005-08-19 2007-02-21 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 拼接多发射焦点回波信号的方法及其超声成像系统
US20080031090A1 (en) * 2006-08-01 2008-02-07 Insightec, Ltd Transducer surface mapping
CN101936756A (zh) * 2010-08-31 2011-01-05 华南理工大学 一种多频相控阵超声多普勒流量检测系统及方法
CN103471998A (zh) * 2013-08-23 2013-12-25 中国计量学院 超声材料反射和透射系数激光测量系统
US20150018677A1 (en) * 2013-07-12 2015-01-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasound diagnosis apparatus and control method
WO2017000990A1 (de) * 2015-06-30 2017-01-05 Pierburg Pump Technology Gmbh Pumpengehäuse mit befestigungsstruktur
US20170103533A1 (en) * 2015-10-09 2017-04-13 Omer BROKMAN Systems and methods for registering images obtained using various imaging modalities and verifying image registration
WO2018020315A1 (en) * 2016-07-25 2018-02-01 Insightec, Ltd. Ultrasound autofocusing using reflections
CN108205501A (zh) * 2017-06-26 2018-06-26 珠海市魅族科技有限公司 内存回收方法及装置、计算机装置及计算机可读存储介质
US20180193675A1 (en) * 2017-01-12 2018-07-12 Kobi Vortman Overcoming acoustic field and skull non-uniformities
WO2018215839A2 (en) * 2017-05-23 2018-11-29 Insightec, Ltd. Systems and methods for selective, targeted opening of the blood-brain barrier

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2515134B (en) * 2014-01-27 2017-05-17 King Fahad Medical City (Kfmc) Therapeutic ultrasound apparatus and method
US10575816B2 (en) 2017-01-25 2020-03-03 Insightec, Ltd. Cavitation localization
WO2020128615A1 (en) * 2018-12-18 2020-06-25 Insightec, Ltd. Echo-based focusing correction
EP4003511A1 (en) * 2019-07-25 2022-06-01 Insightec Ltd. Aberration corrections for dynamically changing media during ultrasound therapy
WO2021123905A2 (en) * 2019-12-18 2021-06-24 Insightec, Ltd Systems and methods for providing tissue information in an anatomic target region using acoustic reflectors
EP4076646A1 (en) * 2019-12-18 2022-10-26 Insightec Ltd. Adaptive single-bubble-based autofocusing and power adjustment in ultrasound procedures

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1530651A (zh) * 2002-09-16 2004-09-22 通用电气公司 工业应用的相控阵超声检测方法
CN1891160A (zh) * 2005-07-05 2007-01-10 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 一种超声波能量检测系统及超声检测仪
CN1915175A (zh) * 2005-08-19 2007-02-21 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 拼接多发射焦点回波信号的方法及其超声成像系统
US20080031090A1 (en) * 2006-08-01 2008-02-07 Insightec, Ltd Transducer surface mapping
CN101936756A (zh) * 2010-08-31 2011-01-05 华南理工大学 一种多频相控阵超声多普勒流量检测系统及方法
US20150018677A1 (en) * 2013-07-12 2015-01-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasound diagnosis apparatus and control method
CN103471998A (zh) * 2013-08-23 2013-12-25 中国计量学院 超声材料反射和透射系数激光测量系统
CN107667227A (zh) * 2015-06-30 2018-02-06 皮尔伯格泵技术有限责任公司 具有固定结构的泵壳
WO2017000990A1 (de) * 2015-06-30 2017-01-05 Pierburg Pump Technology Gmbh Pumpengehäuse mit befestigungsstruktur
US20170103533A1 (en) * 2015-10-09 2017-04-13 Omer BROKMAN Systems and methods for registering images obtained using various imaging modalities and verifying image registration
CN108135565A (zh) * 2015-10-09 2018-06-08 因赛泰克有限公司 用于配准使用各种成像模态获得的图像并验证图像配准的系统和方法
WO2018020315A1 (en) * 2016-07-25 2018-02-01 Insightec, Ltd. Ultrasound autofocusing using reflections
CN109475755A (zh) * 2016-07-25 2019-03-15 医视特有限公司 使用反射的超声自动聚焦
US20180193675A1 (en) * 2017-01-12 2018-07-12 Kobi Vortman Overcoming acoustic field and skull non-uniformities
WO2018215839A2 (en) * 2017-05-23 2018-11-29 Insightec, Ltd. Systems and methods for selective, targeted opening of the blood-brain barrier
CN108205501A (zh) * 2017-06-26 2018-06-26 珠海市魅族科技有限公司 内存回收方法及装置、计算机装置及计算机可读存储介质

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11648424B2 (en) 2018-11-28 2023-05-16 Histosonics Inc. Histotripsy systems and methods
US11813484B2 (en) 2018-11-28 2023-11-14 Histosonics, Inc. Histotripsy systems and methods
US20220043143A1 (en) * 2018-12-18 2022-02-10 Insightec, Ltd. Echo-based focusing correction
US11879973B2 (en) * 2018-12-18 2024-01-23 Insightec, Ltd. Echo-based focusing correction
US11813485B2 (en) 2020-01-28 2023-11-14 The Regents Of The University Of Michigan Systems and methods for histotripsy immunosensitization

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Publication number Publication date
WO2020128615A1 (en) 2020-06-25
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