CN115135381A

CN115135381A - 超声程序中的自适应基于单气泡的自动聚焦和功率调整

Info

Publication number: CN115135381A
Application number: CN202080096938.1A
Authority: CN
Inventors: 约阿夫·利维; O·普鲁士; T·阿马尔
Original assignee: Insightec Ltd
Current assignee: Insightec Ltd
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-09-30
Also published as: JP2023506897A; US20230000466A1; JP7417740B2; EP4076646A1; WO2021123906A1

Abstract

用于使具有多个换能器元件的超声换能器聚焦的方法，包含：生成对一个或多个目标区的第一超声处理且测量由所述第一超声处理产生的第一组反射信号；基于所述第一组反射信号，确定是否已达到聚焦事件的目标数目或目标发生率；如果未达到，那么生成到所述目标区的处于调整后的声功率的第二超声处理且测量由所述第二超声处理产生的第二组反射信号；以及至少部分地基于所述第二组反射信号，调整与一个或多个换能器元件相关联的参数值以便改善所述目标区处的超声焦点。

Description

超声程序中的自适应基于单气泡的自动聚焦和功率调整

相关申请案

本申请案要求第62/949,593和62/949,595号美国临时专利申请案(均在2019年12月18日提交)的权益和优先权，以上美国临时专利申请案的整个公开内容以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及用于超声聚焦的系统和方法，且更确切地说，涉及使用微气泡进行自动聚焦且在聚焦之后调整超声波束的声功率。

背景技术

聚焦超声(即，具有大于约20千赫兹的频率的声波)可用以对患者的体内组织进行成像或治疗。举例来说，超声波可以用于涉及肿瘤的消融的应用，进而不再需要有创手术、靶向药物递送、血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)的控制、血块的裂解和其它手术程序。在肿瘤消融期间，压电陶瓷换能器放置于患者外部，但非常接近于要消融的组织(即，目标)。换能器将电子驱动信号转换为机械振动，从而导致声波的发射。换能器可以在几何学上连同其它此类换能器一起成形和定位，使得它们发射的超声能量共同地在对应于目标组织区(或目标组织区内)的“焦点区域”形成聚焦波束。替代地或另外，单个换能器可以由多个受个别驱动的换能器元件形成，所述换能器元件的相位可各自独立地受控。此“相控阵列”换能器促进通过调整换能器之间的相对相位将焦点区域操纵到不同位置。如本文所使用，术语“元件”指的是阵列中的个别换能器或单个换能器的可独立驱动的部分。磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)可用以实现患者和目标的可视化，且进而引导超声波束。

在聚焦超声程序期间，施加一系列超声处理以造成目标组织(例如肿瘤)的凝聚坏死而不会损害周围组织。如果在中枢神经系统中使用，那么超声处理可以造成微气泡的空蚀，这可能干扰血管，进而引发BBB的“开口”以用于增强靶向药物递送。为了实现这些目标，从换能器发射的超声能量必须准确地且可靠地成形且聚焦到所需目标位置上。不正确地配置的换能器元件可导致不当的或次优的焦点质量，进而造成低效的治疗和/或对非目标组织的不合需要的损害。另外，不恰当地成形的超声波束可能在除既定焦点区域外的位置生成意外的次要热点；此类热点可能导致患者的不合需要的发热、疼痛和/或非靶向组织的可能坏死。

换能器输出错误的一个来源是超声波在达到焦点区域之前行进穿过的介入组织(例如，人头骨)的不均匀性。超声波可以通过多个过程与介入组织相互作用，所述过程包含传播、散射、吸收、反射和折射。举例来说，组织不均匀性可以在具有不同声音速度的区的边界处造成声能的折射。折射可以减小相长干涉，且因此减小在焦点区域处的声能的强度。因此，不均匀组织可以生成波束畸变和折射而使焦点扭曲且减少其强度，进而影响治疗效率。

已经提出各种校准方法以考虑由介入组织产生的波束畸变。举例来说，一个常规方法测量由超声波束行进通过介入组织产生的相移，且随后调整超声参数以考虑至少部分地由组织造成的畸变。通常，此方法使用为了向大脑中的导管插入设计的接收探针来测量由人头骨造成的振幅和相位失真。然而，导管插入仍需要手术，这会是疼痛的且可产生感染的危险。

替代的完全无创方法使用X射线计算机断层扫描(computed tomography，CT)图像，而不是接收探针，来预测由头骨造成的波失真。然而，实际上，单独的相对相位的计算也可能不精确而无法实现高质量聚焦。举例来说，当超声聚焦到大脑中以治疗肿瘤时，声路径中的头骨可能造成不可容易确定的畸变。在此类情形下，治疗前通常存在聚焦程序，其中在目标处或附近生成超声焦点，(使用例如热成像或声辐射力成像(acoustic radiationforce imaging，ARFI))测量焦点的质量，且使用实验反馈来调整换能器元件的相位以实现足够的焦点质量。

然而，之前的聚焦程序可能花费大量的时间，这可能使得其不实用或至少对于患者是不方便的。另外，在程序期间超声能量必然沉积到包围目标的组织中，进而潜在地损害健康组织。虽然可以通过采用仅需要低声强度的成像技术(例如，ARFI)来最小化治疗前超声处理的影响，但一般需要限制在治疗之前的超声处理的次数。

估计由介入组织产生的波畸变的另一方法涉及在焦点区域中使用声学反射器(例如，小的微气泡云)。通过将超声波发射到微气泡且接收从其的反射，可确定与反射超声相关联的振幅和/或相位；基于此，可学习由介入组织产生的畸变，且可调整换能器参数(例如，相移和/或振幅)以补偿至少部分地由介入组织造成的畸变。虽然此方法可以有效地改善目标处的聚焦性质，但存在各种挑战。举例来说，在目标处的微气泡浓度应当在提供与超声波的显著相互作用且还产生直接分析的反射信号的范围中。另外，超声波的声功率必须充分大以造成与微气泡的相互作用，而不会在反射信号中再次生成不合需要的假象。此外，因为介入组织的解剖学性质和/或每一患者的药代动力学不同，所以可能需要不同微气泡浓度和不同声功率以对不同患者执行自动聚焦程序。因此，需要确定用于执行超声自动聚焦的最佳患者特定的微气泡浓度和声功率以便实现目标处的高质量超声焦点的方法。

在一些情况下，微气泡可能对目标和/或非目标组织造成不合需要的损害。举例来说，在调整换能器参数以改善聚焦性质改善之后焦点区域中沉积的最大声能可能显著增加，进而带来永久损害BBB组织的风险。当在实际超声程序期间检测到由于能量过度暴露带来的对目标/非目标组织的损害时，当然已经太晚而无法避免问题。因此，还需要产生目标区处的高质量超声焦点，同时避免目标/非目标区对声能的过度暴露的方法。

发明内容

本发明涉及用于利用一个或多个瞬态反射器(例如，一个或多个微气泡)通过不均匀介质在目标区处自动聚焦超声波束的方法。可以在接近(例如，相距小于5mm)目标区或在目标区处的一个或多个超声处理位置的近处(例如，相距小于5mm)生成和/或引入瞬态反射器。另外，实施优化方法以确定与超声换能器和/或声学反射器相关联的一个或多个参数(例如，声功率、微气泡浓度等)的一个或多个最佳值以用于促进自动聚焦程序。因为可针对每一患者执行优化，所以获得的最佳值是患者特定的；因此，使用自动聚焦程序调整超声参数(例如，振幅、相位等)可以较准确，进而有利地改善聚焦性质和目标区处的治疗效率。应理解，本发明的方法可用于任何类型的瞬态声学反射器，即，在两个测量之间的周期期间移动、演进和/或耗散的声学反射器。虽然本文的说明书着重于微气泡，但这仅出于示例性目的，且对微气泡的参考应理解为可与其它形式的瞬态声学反射器(例如相移液滴、红细胞等)互换。

在各种实施例中，通过对接近目标区或在目标区处的超声处理位置生成和/或引入初始浓度的微气泡而开始优化方法。优选地，初始微气泡浓度充分高以造成微气泡与超声波之间的显著相互作用，而且充分低以使得声学反射表现为来源于点目标(例如，具有小于超声处理波长的四分之一的大小)，例如单个微气泡(而不是微气泡云)。可以基于例如临床前研究、治疗前程序和/或从已知文献确定初始微气泡浓度。

随后，可以激活换能器元件中的至少一些以对微气泡发射一系列低功率(例如，7瓦)超声处理；可测量来自微气泡的反射信号。在一个实施例中，实施信号选择方法以基于反射信号之间的一致性选择来自单个微气泡的反射信号。在一个实施例中，定义与反射信号相关联的行进时间和/或相位延迟的一致性函数，且仅当一致性函数的值被最大化或超过预定阈值时才将反射信号视为具有足够一致性。在各种实施例中，所发射超声处理的声功率逐渐增加，直到与两个测量之间的所选择反射信号相关联的参数(例如，振幅、相位等)存在显著(例如，大于50％或100％)改变为止；此类反射信号称为“聚焦事件”。另外，所发射超声处理的声功率连续地增加，直到测量到足够数目(例如，10，或在一些实施例中大于30)的聚焦事件。用于生成足够数目个聚焦事件的功率称为最佳功率并且可在自动聚焦程序期间使用。在一些实施例中，计算聚焦事件的发生率(例如，在最近测量的第二时间中检测到的聚焦事件的数目)，且基于发生率调整功率级。举例来说，当发生率过低(例如，低于目标发生率多于50％或100％)时可以增加功率级且当发生率过高(例如，超过目标发生率多于50％或100％)时可以减小功率级。目标发生率可以是每秒一个事件，或在一些实施例中，每秒大于10个事件。

然而，在一些情况下，在检测到聚焦事件的足够数目(或足够发生率)之前，超声处理的声功率可能已达到阈值，其中检测微气泡的非线性响应(且进而反射信号中的假象)。因此，在各种实施例中，在确定反射信号中存在假象或具有假象的反射信号的数目相对于聚焦事件数目不可接受地高(例如，二、五或10倍)之后，优化方法可以即刻调整例如微气泡浓度的另一参数以用于确定促进自动聚焦程序的最佳配置。举例来说，微气泡浓度可以增加10％或在一些实施例中20％；且所施加超声处理可以随后以低功率再次起始，且逐渐增加直到达到最佳功率为止。再次，如果在检测到足够数目个聚焦事件之前声功率达到造成反射信号中的假象的阈值，那么可以进一步增加微气泡浓度。检测到足够数目个聚焦事件的声功率指示在目标区域中产生足够治疗性声场所需的超声功率级。因此，对应于聚焦事件的足够数目(或足够发生率)的声功率值可用以在超声治疗(或诊断)程序期间调整和/或缩放功率级。

相反，在其它情形中，初始或调整后的微气泡浓度可能当声功率仍低(例如，小于8瓦)时导致太多的聚焦事件(例如，大于50，或在一些实施例中大于80)。为了节省微气泡且减少分析反射信号的计算复杂性，在一些实施例中，减少微气泡浓度(例如，5％，或在一些实施例中10％)。再次，可以低功率发射超声处理，所述低功率逐渐增加直到达到最佳声功率为止。也可以迭代地执行这些步骤直到获得最佳微气泡浓度和最佳声功率为止。随后，可使用确定的最佳声功率和最佳微气泡浓度开始自动聚焦程序。基于在自动聚焦程序期间测得的聚焦事件，随后可调整超声参数(例如，振幅和/或相位)以便补偿组织畸变，进而优化接近目标区或在目标区处的每一超声处理位置处的聚焦性质。

因此，各种实施例提供用于确定与超声换能器和/或声学反射器相关联的一个或多个参数(例如，声功率、微气泡浓度等)的最优值以用于执行准确且可靠的超声自动聚焦程序的方法。因为可针对每一患者执行优化，所以获得的最佳值可以是患者特定的。因此，自动聚焦程序可用以补偿由患者特定的介入组织产生的畸变，且进而获得最佳操纵参数(例如，超声振幅、相位)以在目标区处聚焦声能。

另外，各种实施例预测由聚焦性质的优化(或至少改善)(由于换能器参数的改变)产生的超声焦点的温度或峰值功率的改变，且基于所述预测，在超声程序期间调整发射的声功率级以便避免目标和/或非目标组织的过热。在一个实施例中，每一超声处理位置处的峰值功率/温度改变的预测是基于使用具有足够一致性的反射信号确定的相位调整。举例来说，可以首先实施物理模型和/或成像器(例如，MRI设备)或其它合适的装置以预测和/或测量由使用来自反射器的充分一致的反射信号确定的振幅/相位调整产生的第一超声处理位置中的峰值功率/温度改变。随后，基于第一超声处理位置中的测量峰值功率/温度改变以及与来自第一超声处理位置的反射信号相关联的相位调整和与来自其它超声处理位置的反射信号相关联的相位调整(使用来自其它超声处理位置中的其它反射器的充分一致的反射信号确定)的比较，可估计其它超声处理位置中的峰值功率/温度改变。本文的讨论集中于温度改变作为示例性治疗和/或声学影响，但应理解，其它此类影响可以使用本文中所描述的技术进行预测且在本发明的范围内。此类其它影响可以包含压力改变、机械指数改变、空蚀活动改变、组织敏感改变、血脑屏障中断改变、声辐射力改变和/或斑点形状改变。

另外或替代地，可以基于第一超声处理位置中的测量峰值功率/温度改变以及与来自第一超声处理和其它超声处理位置的反射信号相关联的相位调整使用一致性函数估计其它超声处理位置中的峰值功率/温度改变。

在各种实施例中，其反射被确定为具有足够一致性的所有(或至少一些)瞬态声学反射器可以在计算上被移位以在单个位置重合，且可确定与所述重合位置处的移位反射信号和/或未移位反射信号相关联的相位。另外，可确定(例如，使用一致性函数)由移位和/或未移位反射信号中的每一个产生的所述重合位置处的声功率/温度增加。基于此，可计算与测量反射信号的换能器元件相关联的相位作为与所述重合位置处的移位反射信号和/或未移位反射信号相关联的相位的平均或加权平均；以及可估计所述重合位置处的温度增加作为由对所述重合位置处的移位反射信号和/或未移位反射信号的相位调整产生的温度增加的平均或加权平均。

在各种实施例中，使用物理模型在计算上建立或在超声程序之前在经验上确定一个或多个超声参数值(例如，声功率级、超声频率或声能级)与目标处的所得峰值功率/温度改变之间的关系。基于所述关系和每一超声处理位置中的预测峰值功率/温度改变，可确定补偿目标处的峰值功率/温度改变所需的超声参数值的调整。随后，可以调整后的相位、功率级、频率和/或能量级操作换能器元件以用于在超声处理位置处生成最佳焦点，同时避免目标/非目标组织的过热。在一个实施例中，仅当目标处的峰值功率/温度的预测改变超过最大可允许改变(例如，每秒3℃)时或当预测改变造成目标处的峰值功率/温度超过目标值(例如，60℃)时调整超声参数值。

因此，在一个方面中，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，所述系统包含：超声换能器，其具有多个换能器元件以用于对一个或多个目标区提供一系列超声处理；以及控制器，其被配置成：(a)使所述换能器生成对所述目标区的所述超声处理系列中的第一超声处理，且测量由所述第一超声处理产生的第一组反射信号；(b)基于所述第一组反射信号，确定是否已达到聚焦事件的目标数目或目标发生率；以及(c)如果未达到，那么(i)使所述换能器生成对所述目标区的处于调整后的声功率的第二超声处理，且测量由所述第二超声处理产生的第二组反射信号；以及(i i)至少部分地基于所述第二组反射信号，调整与所述换能器元件中的一个或多个相关联的参数值(例如，相位或振幅)以便改善所述目标区处的超声焦点。在一个实施方案中，所述聚焦事件是由位于接近所述目标区或在所述目标区处的一个或多个瞬态声学反射器反射的反射信号。

所述控制器可以还被配置成至少部分地基于与所述第一组反射信号相关联的参数(例如，相位或振幅)的改变而确定所述聚焦事件。另外，所述控制器可以还被配置成：至少部分地基于所述第一组反射信号在计算上重构所述目标区处的声场；以及至少部分地基于所述重构的声场识别所述聚焦事件。在一个实施例中，仅当所述重构的声场收敛于所述目标区时识别所述聚焦事件。在一些实施例中，所述控制器还被配置成：至少部分地基于所述第二组反射信号之间的一致性选择所述第二组反射信号，以及至少部分地基于所述选择的第二组反射信号确定与所述换能器元件相关联的所述参数值。另外，控制器可以还被配置成在调整与所述换能器元件相关联的所述参数值之前，重复(i)确定是否已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率，且(i i)如果未达到，那么使所述换能器生成对所述目标区的处于所述调整后的声功率的所述第二超声处理，且测量所述第二超声处理的所述第二组反射信号，直到已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率为止。控制器可以还被配置成至少部分地基于所述调整后的声功率调整与所述换能器元件相关联的所述参数值。

在各种实施例中，所述系统还包含用于接近所述目标区或在所述目标区处引入瞬态声学反射器的施用装置；所述第一组反射信号和/或所述第二组反射信号是来自所述瞬态声学反射器。所述施用装置可以是自动施用装置或手动施用装置。另外，所述控制器可以还被配置成：确定所述第一组反射信号和/或所述第二组反射信号中是否存在假象；以及在确定尚未达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率且所述第一组反射信号和/或所述第二组反射信号中存在假象之后，即刻使所述施用装置调整与所述瞬态声学反射器相关联的参数(例如，浓度、大小和/或试剂类型)。在一些实施例中，所述控制器还被配置成在使所述换能器生成所述第二超声处理之前确定所述第一组反射信号中是否存在所述假象。在一个实施例中，所述控制器还被配置成在确定尚未达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率且所述第一组反射信号和/或所述第二组反射信号中存在所述假象之后即刻增加所述声学反射器的所述浓度。

所述控制器还被配置成在调整与所述换能器元件相关联的所述参数值之前：基于所述第二组反射信号确定是否已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率；确定与所述第二超声处理相关联的所述调整后的声功率是否低于目标功率级；以及在确定已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率且与所述第二超声处理相关联的所述调整后的声功率低于所述目标功率级之后，即刻使所述施用装置减小所述瞬态声学反射器的浓度。另外，所述控制器可以还被配置成使所述换能器生成用于接近所述目标区或在所述目标区处创建瞬态声学反射器的声能；所述第一组反射信号和/或所述第二组反射信号是来自所述瞬态声学反射器。所述控制器可以还被配置成使所述换能器元件中的至少一些测量所述第一组反射信号和/或所述第二组反射信号。另外或替代地，所述系统可以还包含用于测量所述第一组反射信号和/或所述第二组反射信号的声学信号检测器。在一些实施例中，所述控制器还被配置成：(e)预测由所述参数值的调整产生的所述目标区中的治疗或声学改变；(f)如果所述预测的改变超过最大可允许改变或造成所述目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么确定与所述换能器元件中的第一个和/或所述换能器元件中的第二个相关联的功率级、超声频率和/或能量级以用于减少所述预测的治疗或声学改变；以及(g)至少部分地基于在步骤(d)中确定的所述参数值以及在步骤(f)中确定的所述功率级、超声频率或能量级激活所述超声换能器。

在另一方面中，本发明涉及一种使具有多个换能器元件的超声换能器聚焦的方法。在各种实施例中，所述方法包含：(a)生成对一个或多个目标区的第一超声处理，且测量由所述第一超声处理产生的第一组反射信号；(b)基于所述第一组反射信号，确定是否已达到聚焦事件的目标数目或目标发生率；以及(c)如果未达到，那么(i)生成对所述目标区的处于调整后的声功率的第二超声处理，且测量由所述第二超声处理产生的第二组反射信号；以及(ii)至少部分地基于所述第二组反射信号，调整与所述换能器元件中的一个或多个相关联的参数值(例如，相位或振幅)以便改善所述至少一个目标区处的超声焦点。在一个实施方案中，所述聚焦事件是由位于接近所述目标区或在所述目标区处的一个或多个瞬态声学反射器反射的反射信号。

所述方法可以还包含至少部分地基于与所述第一组反射信号相关联的参数(例如，相位或振幅)的改变确定所述聚焦事件。另外，所述方法可以还包含：至少部分地基于所述第一组反射信号在计算上重构所述目标区处的声场；以及至少部分地基于所述重构的声场识别所述聚焦事件。在一个实施例中，仅当所述重构的声场收敛于所述目标区时识别所述聚焦事件。在一些实施例中，所述方法还包含至少部分地基于所述第二组反射信号之间的一致性而选择所述第二组反射信号，以及至少部分地基于所述选择的第二组反射信号确定与所述换能器元件相关联的所述参数值。另外，所述方法可以还包含：在调整与所述换能器元件相关联的所述参数值之前，重复(i)确定是否已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率，且(ii)如果未达到，那么使所述换能器生成对所述目标区的处于所述调整后的声功率的所述第二超声处理，且测量所述第二超声处理的所述第二组反射信号，直到已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率为止。所述方法可以还包含至少部分地基于所述调整后的声功率调整与所述换能器元件相关联的所述参数值。

在各种实施例中，所述方法还包含接近所述目标区或在所述目标区处引入瞬态声学反射器；所述第一组反射信号和/或所述第二组反射信号是来自所述瞬态声学反射器。另外，所述方法可以还包含：确定所述第一组反射信号和/或所述第二组反射信号中是否存在假象；以及在确定尚未达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率且所述第一组反射信号和/或所述第二组反射信号中存在所述假象之后，即刻使施用装置调整与所述瞬态声学反射器相关联的参数(例如，浓度、大小和/或试剂类型)。在一些实施例中，在生成所述第二超声处理之前确定所述第一组反射信号中是否存在所述假象。在一个实施例中，所述方法还包含在确定尚未达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率且所述第一组反射信号和/或所述第二组反射信号中存在所述假象之后即刻增加所述声学反射器的浓度。

所述方法可以还包含在调整与所述换能器元件相关联的所述参数值之前：基于所述第二组反射信号确定是否已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率；确定与所述第二超声处理相关联的所述调整后的声功率是否低于目标功率级；以及在确定已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率且与所述第二超声处理相关联的所述调整后的声功率低于所述目标功率级之后，即刻减小所述瞬态声学反射器的浓度。另外，所述方法可以还包含生成用于接近所述目标区或在所述目标区处创建瞬态声学反射器的声能；所述第一组反射信号和/或所述第二组反射信号是来自所述瞬态声学反射器。所述方法可以还包含：(e)预测由所述参数值的调整产生的所述目标区中的治疗或声学改变；(f)如果所述预测的改变超过最大可允许改变或造成所述目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么确定与所述换能器元件中的第一个和/或所述换能器元件中的第二个相关联的功率级、超声频率和/或能量级以用于减少所述预测的治疗或声学改变；以及(g)至少部分地基于在步骤(d)中确定的所述参数值以及在步骤(f)中确定的所述功率级、超声频率和/或能量级激活所述超声换能器。

本发明的另一个方面涉及一种用于施加声能的系统。在各种实施例中，所述系统包含：超声换能器，其具有多个换能器元件以用于对一个或多个目标区提供一系列超声处理；以及控制器，其被配置成：确定与要调整的所述换能器元件中的第一个相关联的相位值以用于在所述目标区处生成焦点；预测由所述相位值的调整产生的所述目标区中的治疗或声学改变(例如，温度改变、压力改变、机械指数改变、空蚀活动改变、组织敏感改变、血脑屏障中断改变、声辐射力改变和/或斑点形状改变)；以及如果所述预测的改变超过最大可允许改变或造成所述目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么(i)确定与所述换能器元件中的所述第一个和/或所述换能器元件中的第二个相关联的功率级、超声频率和/或能量级以用于减少所述预测的治疗或声学改变，且(i i)至少部分地基于所述确定的相位值、功率级、超声频率和/或能量级激活所述超声换能器。在一个实施方案中，所述控制器还被配置成至少部分地基于由位于所述超声换能器与所述目标区之间的介入组织产生的组织畸变预测所述治疗或声学改变。

所述控制器可以还被配置成建立(i)所述目标区中的所述改变与(ii)与所述换能器元件中的所述第一个和/或所述换能器元件中的所述第二个相关联的所述功率级、所述超声频率和/或所述能量级之间的关系。可以在经验上或使用物理模型建立所述关系。另外，所述系统可以还包含位于接近所述目标区或在所述目标区处的瞬态声学反射器。所述控制器可以还被配置成：使所述换能器生成对所述目标区的所述超声处理系列中的第一超声处理；测量来自所述瞬态声学反射器的所述第一超声处理的反射信号；至少部分地基于所述测量的反射信号之间的一致性而选择所述测量的反射信号，以及至少部分地基于所述选择的反射信号，确定与所述换能器元件中的所述第一个相关联的所述相位值。替代地，所述控制器可以还被配置成：使所述换能器生成对所述目标区的所述超声处理系列中的第一超声处理；测量来自所述瞬态声学反射器的所述第一超声处理的反射信号；至少部分地基于所述测量的反射信号在计算上重构所述目标区处的声场；至少部分地基于所述重构的声场选择所述测量的反射信号，以及至少部分地基于所述选择的反射信号，确定与所述换能器元件中的所述第一个相关联的所述相位值。

在各种实施例中，所述系统还包含多个瞬态声学反射器，每一所述瞬态声学反射器位于接近所述目标区中的一个或在所述目标区中的一个处，所述控制器还被配置成：循序地生成到所述瞬态声学反射器中的每一个的多个超声处理且测量来自所述瞬态声学反射器中的每一个的所述反射信号；以及至少部分地基于来自所述瞬态声学反射器的与所述多个超声处理相关联的所述反射信号之间的一致性选择所述反射信号。另外，所述控制器可以还被配置成：至少部分地基于来自所述目标区中的第一个的第一组所述选择的反射信号确定所述相位值；以及至少部分地基于来自所述目标区中的第二个的第二组所述选择的反射信号确定与所述换能器元件中的所述第一个相关联的第二相位值。在一个实施例中，所述控制器还被配置成至少部分地基于所述确定的相位值、所述第二相位值和所述预测的治疗或声学改变而预测由所述第二相位值的调整产生的所述目标区中的所述第二个中的第二治疗或声学改变。

在一些实施例中，所述系统还包含用于测量由于所述确定的相位值的调整带来的所述目标区中的所述第一个中的所述治疗或声学改变的测量系统。所述控制器还被配置成至少部分地基于所述确定的相位值、所述第二相位值和所述目标区中的所述第一个中的所述测量的治疗或声学改变而预测由所述第二相位值的调整产生的所述目标区中的所述第二个中的第二治疗或声学改变。另外，所述控制器可以还被配置成：使所述瞬态声学反射器中的第一个的位置在计算上移位以与所述瞬态声学反射器中的第二个的位置重合；在计算上确定与来自所述瞬态声学反射器中的所述第一个的所述移位位置的所述反射信号相关联的更新相位值；以及至少部分地基于所述确定的相位值、所述更新相位值和所述预测的治疗或声学改变而预测由对所述更新相位值和所述确定的相位值的调整产生的所述重合位置中的治疗或声学改变。

在各种实施例中，所述系统还包含成像系统，例如计算机断层扫描(CT)装置、磁共振成像装置(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)装置、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)装置或超声波检查装置，用于获取所述目标区和/或位于所述换能器与所述目标区之间的非目标区的图像。所述控制器可以还被配置成至少部分地基于所述获取的图像确定所述目标区相对于所述换能器的空间配置以及与所述目标区和所述非目标区相关联的组织特性。在一个实施方案中，所述控制器还被配置成实施物理模型以用于(i)预测所述目标区中的所述治疗或声学改变，和/或(ii)至少部分地基于所述相位值、所述目标区相对于所述换能器的所述空间配置和/或与所述目标区和所述非目标区相关联的所述组织特性确定所述功率级、所述超声频率和/或所述能量级。

在又一方面中，本发明涉及一种从具有多个换能器元件的超声换能器对一个或多个目标区施加声能的方法。在各种实施例中，所述方法包含：(a)确定与要调整的所述换能器元件中的第一个相关联的相位值以用于在所述目标区处生成超声焦点；(b)预测由所述相位值的调整产生的所述目标区中的治疗或声学改变(例如，温度改变、压力改变、机械指数改变、空蚀活动改变、组织敏感改变、血脑屏障中断改变、声辐射力改变和/或斑点形状改变)；以及(c)如果所述预测的治疗或声学改变超过最大可允许改变或造成所述目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么(i)确定与所述换能器元件中的所述第一个和/或所述换能器元件中的第二个相关联的功率级、超声频率和/或能量级以用于减少所述预测的治疗或声学改变，且(ii)至少部分地基于所述确定的相位值、功率级、超声频率和/或能量级激活所述超声换能器。在一个实施方案中，至少部分地基于由位于所述超声换能器与所述目标区之间的介入组织产生的组织畸变预测所述治疗或声学改变。另外，在步骤(c)中确定的所述功率级、超声频率和/或能量级可以将所述预测的治疗或声学改变减少到不超过目标或最大可允许治疗或声学改变的值。

所述方法还可以包含建立(i)所述目标区中的所述改变与(ii)与所述换能器元件中的所述第一个和/或所述换能器元件中的所述第二个相关联的所述功率级、所述超声频率和/或所述能量级之间的关系。可以在经验上或使用物理模型建立所述关系。另外，所述方法可以还包含：接近所述目标区或在所述目标区处引入瞬态声学反射器；生成对所述目标区的第一超声处理；测量来自所述瞬态声学反射器的所述第一超声处理的反射信号；至少部分地基于所述测量的反射信号之间的一致性而选择所述测量的反射信号，以及至少部分地基于所述选择的反射信号，确定与所述换能器元件中的所述第一个相关联的所述相位值。替代地，所述方法可以还包含：接近所述目标区或在所述目标区处引入瞬态声学反射器；生成对所述目标区的第一超声处理；测量来自所述瞬态声学反射器的所述第一超声处理的反射信号；至少部分地基于所述测量的反射信号在计算上重构所述目标区处的声场；至少部分地基于所述重构的声场选择所述测量的反射信号，以及至少部分地基于所述选择的反射信号，确定与所述换能器元件中的所述第一个相关联的所述相位值。

在各种实施例中，所述方法还包含：循序地生成到位于接近多个目标区或在多个目标区处的一个或多个瞬态声学反射器的多个超声处理，且测量来自所述一个或多个瞬态声学反射器的所述反射信号；以及至少部分地基于来自所述瞬态声学反射器的与所述多个超声处理相关联的所述反射信号之间的一致性选择所述反射信号。另外，所述方法可以还包含：在步骤(a)中至少部分地基于来自所述目标区中的第一个的第一组所述选择的反射信号确定所述相位值；以及至少部分地基于来自所述目标区中的第二个的第二组所述选择的反射信号确定与所述换能器元件中的所述第一个相关联的第二相位值。

在一个实施例中，所述方法还包含至少部分地基于所述确定的相位值、所述第二相位值和所述预测的治疗或声学改变而预测由所述第二相位值的调整产生的所述目标区中的所述第二个中的第二治疗或声学改变。所述方法可以还包含测量由于所述确定的相位值的调整带来的所述目标区中的所述第一个中的所述治疗或声学改变。在一个实施方案中，所述方法还包含至少部分地基于所述确定的相位值、所述第二相位值和所述目标区中的所述第一个中的所述测量的治疗或声学改变而预测由所述第二相位值的调整产生的所述目标区中的所述第二个中的第二治疗或声学改变。在一些实施例中，所述方法还包含：使所述瞬态声学反射器中的第一个的位置在计算上移位以与所述瞬态声学反射器中的第二个的位置重合；在计算上确定与来自所述瞬态声学反射器中的所述第一个的所述移位位置的所述反射信号相关联的更新相位值；以及至少部分地基于所述确定的相位值、所述更新相位值和所述预测的治疗或声学改变而预测由对所述更新相位值和所述确定的相位值的调整产生的所述重合位置中的治疗或声学改变。

所述方法可以还包含获取所述目标区和/或位于所述换能器与所述目标区之间的非目标区的图像。另外，所述方法可以还包含至少部分地基于所述获取的图像确定所述目标区相对于所述换能器的空间配置以及与所述目标区和所述非目标区相关联的组织特性。在一个实施方案中，所述方法还包含实施物理模型以用于(i)预测所述目标区中的所述治疗或声学改变，和/或(ii)至少部分地基于所述相位值、所述目标区相对于所述换能器的所述空间配置和/或与所述目标区和所述非目标区相关联的所述组织特性确定所述功率级、所述超声频率和/或所述能量级。

本发明的又一方面涉及一种用于施加声能的系统。在各种实施例中，所述系统包含：超声换能器，其具有多个换能器元件；成像器；以及控制器，其被配置成：(a)填充指定与所述超声换能器和一个或多个目标区相关联的多个治疗参数的治疗简档；(b)使所述成像器获取新目标区和/或位于所述换能器与所述新目标区之间的介入组织的图像；(c)至少部分地基于所述获取的图像，确定与所述新目标区相关联的新治疗参数；(d)识别所述治疗简档中与所述确定的新治疗参数最佳匹配的治疗参数；(e)至少部分地基于所述识别的最佳匹配治疗参数，确定(i)用于在所述新目标区处生成最佳焦点的与所述换能器元件中的一个或多个相关联的相位值的调整，以及(ii)由所述相位值的调整产生的所述新目标区处的治疗或声学改变；以及(f)如果所述确定的治疗或声学改变超过最大可允许改变或造成所述目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么确定与所述换能器元件中的一个或多个相关联的功率级、频率和/或能量级的调整以用于减少所述治疗或声学改变，且至少部分地基于在步骤(e)中确定的所述相位值的所述调整以及所述功率级、频率和/或能量级的所述确定的调整而激活所述超声换能器。

所述治疗参数可以包含：(i)所述换能器元件的几何形状及其相对于所述目标区的位置和定向，(ii)所述目标区和所述介入组织的组织特性(例如，位置、厚度、密度或材料性质)，(iii)用于在所述目标区处生成最佳焦点的与所述换能器元件中的至少一些相关联的所述相位值的调整，(iv)由所述相位值调整产生的所述目标区处的治疗或声学改变，和/或(v)用于减少所述治疗或声学改变的与所述换能器元件中的至少一些相关联的所述声功率、频率和/或能量级的调整。另外，所述控制器可以还被配置成在经验上确定在步骤(iii)中的所述相位值的所述调整、在步骤(iv)中的所述目标区处的所述治疗或声学改变，以及在步骤(v)中的所述声功率、频率和/或能量级的所述调整。在一个实施例中，所述控制器还被配置成实施物理模型以用于至少部分地基于所述换能器元件的所述几何形状及其相对于所述目标区的位置和定向以及所述目标区和所述介入组织的所述组织特性，确定在步骤(iii)中的所述相位值的所述调整、在步骤(iv)中的所述目标区处的所述治疗或声学改变，以及在步骤(v)中的所述声功率、频率和/或能量级的所述调整。

在另一方面中，本发明涉及一种利用具有多个换能器元件的超声换能器施加声能的方法。在各种实施例中，所述方法包含：(a)填充指定与所述超声换能器和一个或多个目标区相关联的多个治疗参数的治疗简档；(b)获取新目标区和/或位于所述换能器与所述新目标区之间的介入组织的图像；(c)至少部分地基于所述获取的图像，确定与所述新目标区相关联的新治疗参数；(d)识别所述治疗简档中与所述确定的新治疗参数最佳匹配的治疗参数；(e)至少部分地基于所述识别的最佳匹配治疗参数，确定(i)用于在所述新目标区处生成最佳焦点的与所述换能器元件中的一个或多个相关联的相位值的调整，以及(ii)由所述相位值的调整产生的所述新目标区处的治疗或声学改变；以及(f)如果所述确定的治疗或声学改变超过最大可允许改变或造成所述目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么(i)确定与所述换能器元件中的一个或多个相关联的功率级、频率和/或能量级的调整以用于减少所述治疗或声学改变，且(ii)至少部分地基于在步骤(e)中确定的所述相位值的所述调整以及所述功率级、频率和/或能量级的所述确定的调整而激活所述超声换能器。

所述治疗参数可以包含：(i)所述换能器元件的几何形状及其相对于所述目标区的位置和定向，(ii)所述目标区和所述介入组织的组织特性(例如，位置、厚度、密度或材料性质)，(iii)用于在所述目标区处生成最佳焦点的与所述换能器元件中的至少一些相关联的所述相位值的调整，(iv)由所述相位值调整产生的所述目标区处的治疗或声学改变，和/或(v)用于减少所述治疗或声学改变的与所述换能器元件中的至少一些相关联的所述声功率、频率和/或能量级的调整。另外，所述方法可以还包含在经验上确定在步骤(iii)中的所述相位值的所述调整、在步骤(iv)中的所述目标区处的所述治疗或声学改变，以及在步骤(v)中的所述声功率、频率和/或能量级的所述调整。在一个实施例中，所述方法还包含实施物理模型以至少部分地基于所述换能器元件的所述几何形状及其相对于所述目标区的位置和定向以及所述目标区和所述介入组织的所述组织特性而确定在步骤(iii)中的所述相位值的所述调整、在步骤(iv)中的所述目标区处的所述治疗或声学改变，以及在步骤(v)中的所述声功率、频率和/或能量级的所述调整。

在再一方面中，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，所述系统包含：超声换能器，其具有多个换能器元件以用于对一个或多个目标区提供一系列超声处理；以及控制器，其被配置成：(a)使所述换能器生成对所述目标区的所述超声处理系列中的第一超声处理，且测量由所述第一超声处理产生的第一组反射信号；(b)基于所述第一组反射信号，确定是否已达到聚焦事件的目标数目或目标发生率；(i)如果未达到，那么使所述换能器生成对所述目标区的处于调整后的声功率的第二超声处理，且测量由所述第二超声处理产生的第二组反射信号；(d)至少部分地基于所述第二组反射信号，调整与所述换能器元件中的一个或多个相关联的相位值以用于改善所述目标区处的超声焦点；(e)预测由所述参数值的调整产生的所述目标区中的治疗或声学改变；以及(f)如果所述预测的改变超过最大可允许改变或造成所述目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么(i)确定与所述换能器元件中的所述第一个和/或所述换能器元件中的第二个相关联的功率级、超声频率和/或能量级以用于减少所述预测的治疗或声学改变，且(ii)至少部分地基于所述确定的参数值、功率级、超声频率和/或能量级而激活所述超声换能器。

在另一方面中，本发明涉及一种使具有多个换能器元件的超声换能器聚焦的方法。在各种实施例中，所述方法包含：(a)生成对一个或多个目标区的第一超声处理，且测量由所述第一超声处理产生的第一组反射信号；(b)基于所述第一组反射信号，确定是否已达到聚焦事件的目标数目或目标发生率；(c)如果未达到，那么生成对所述目标区的处于调整后的声功率的第二超声处理，且测量由所述第二超声处理产生的第二组反射信号；(d)至少部分地基于所述第二组反射信号，调整与所述换能器元件中的一个或多个相关联的参数值以便改善所述目标区处的超声焦点；(e)预测由所述参数值的调整产生的所述目标区中的治疗或声学改变；以及(f)如果所述预测的改变超过最大可允许改变或造成所述目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么(i)确定与所述换能器元件中的所述第一个和/或所述换能器元件中的第二个相关联的功率级、超声频率和/或能量级以用于减少所述预测的治疗或声学改变，且(ii)至少部分地基于所述确定的参数值、功率级、超声频率和/或能量级而激活所述超声换能器。

如本文所用，术语“基本上”是指±10％，在一些实施例中是指±5％。贯穿本说明书对“一个实例”、“实例”、“一个实施例”、“实施例”的引用意指结合所述实例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明技术的至少一个实例中。因此，在整个本说明书中的各个地方出现的短语“在一个实例中”、“在实例中”、“一个实施例”或“实施例”不一定全部指相同实例。此外，特定特征、结构、例程、步骤或特性可在所述技术的一个或多个实例中以任何合适的方式组合。本文提供的标题仅为方便起见，且并不希望限制或解释所要求的技术的范围或含义。

附图说明

在所述图式中，在不同视图中，相同的参考字符通常是指相同的部分。另外，图式不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明本发明的原理上。在下面的描述中，将参照以下附图描述本发明的各种实施例，其中：

图1示意性地描绘根据各种实施例的示例性超声系统；

图2A描绘根据各种实施例的位于接近一个或多个目标区的一个或多个瞬态声学反射器；

图2B描绘根据各种实施例的对接近目标区的多个位置的超声处理的应用；

图3A描绘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3B示意性地描绘根据各种实施例的与测量的反射信号的差分信号相关联的最大振幅；

图4A和4B分别示出根据各种实施例的在超声处理位置处在计算上重构的被限制和无限制的声场；

图5示意性地描绘根据各种实施例的所施加超声处理的声功率与反射信号的改变之间的关系；

图6是根据各种实施例的示出用于在目标区处自动聚焦超声波束的方法的流程图；

图7A示意性地示出根据各种实施例的瞬态反射器测量的反射信号；

图7B示意性地描绘根据各种实施例的使一个瞬态声学反射器的位置在计算上移位以与另一瞬态声学反射器的位置重合；

图8示意性地描绘根据各种实施例的所施加超声处理的声功率级与目标区处的所得温度改变之间的关系；以及

图9A-9C是根据各种实施例的示出用于预测由聚焦性质的优化/改进产生的超声焦点的温度或峰值功率的改变，且基于此而调整一个或多个超声参数以便避免目标和/或非目标组织的过热的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出用于将超声波束通过头骨聚焦到患者大脑内的目标区101上的示例性超声系统100。然而，所属领域的技术人员将理解本文所描述的超声系统100可以应用于人体的任何部位。在各种实施例中，系统100包含换能器元件104的相控阵列102、驱动相控阵列102的波束成形器106、与波束成形器106通信的控制器108，以及将输入电子信号提供到波束成形器106的频率发生器110。

阵列102可以具有适合于放置在头骨或除头骨外的身体部位的表面上的弯曲(例如，球形或抛物线)形状，或可以包含一个或多个平面或以其它方式成形的区段。取决于应用，其尺寸可以在数毫米与几十厘米之间变化。阵列102的换能器元件104可以是压电式陶瓷元件，且可以安装在适合于衰减元件104之间的机械耦合的硅酮橡胶或任何其它材料中。还可使用压电复合材料，或大体上能够将电能转换为声能的任何材料。为了确保向换能器元件104的最大功率传送，元件104可以被配置成用于在50Ω下的电学谐振，从而匹配输入连接器阻抗。

换能器阵列102耦合到波束成形器106，所述波束成形器驱动个别换能器元件104以使得它们共同产生聚焦超声波束或场。对于n个换能器元件，波束成形器106可含有n个驱动器电路，每一电路包含放大器118和相位延迟电路120或由其组成；每一驱动电路驱动换能器元件104中的一个。波束成形器106从频率发生器110接收通常在从0.1MHz到1.0MHz的范围内的射频(RF)输入信号，所述频率发生器可以是例如购自斯坦福研究系统公司(Stanford Research Systems)的型号DS345发生器。输入信号可以分裂成用于波束成形器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与波束成形器106集成。射频发生器110和波束成形器106被配置成以相同频率但以不同相位和/或不同振幅驱动换能器阵列102的个别换能器元件104。

由波束成形器106施加的放大或衰减因数α₁-α_n和相移a₁-a_n用来将超声能量通过不均匀组织(例如，患者的头骨)发射且聚焦到目标区(例如，患者大脑中的区)上。经由放大因数和/或相移的调整，可以在目标区产生焦点区域的所需形状和强度。

可以使用控制器108计算放大因数和相移，所述控制器可以通过软件、硬件、固件、硬连线或其任何组合提供计算功能。举例来说，控制器108可以利用以常规方式且无不当实验地用软件编程的通用或专用数字数据处理器，以确定换能器元件104的频率、相移和/或放大因数。在某些实施例中，控制器计算是基于关于头骨的特性(例如，结构、厚度、密度等)及其对声能传播的影响的信息。在各种实施例中，此类信息是从成像器122获得，所述成像器例如磁共振成像(MRI)装置、计算机断层扫描(CT)装置、正电子发射断层扫描(PET)装置、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)装置，或超声波检查装置。成像器122可以提供适合于重构头骨的三维图像的一组二维图像，可从其中推断厚度和密度；替代地，图像采集可以是三维的。另外，图像操控功能性可实施于成像器122中、控制器108中或单独装置中。

在本发明的范围内可以各种方式修改系统100。举例来说，系统可以进一步包含声学信号检测器(例如，水听器)124，其测量透射或反射的超声，且可以将其接收的信号提供到控制器108用于进一步处理。反射和透射信号也可以提供用于确定相移和/或放大因数或用于波束成形器106的相位和振幅调整的反馈的替代或额外的源，如下文进一步描述。系统100可含有用于相对于患者的头骨布置换能器元件104的阵列102的定位器。为了对除大脑外的身体部位施加超声治疗，换能器阵列102可以采取不同(例如，圆柱形)形状。在一些实施例中，换能器元件104可移动地且可旋转地安装，从而提供可用以改善聚焦性质的机械自由度。此类可移动换能器可以通过常规致动器调整，所述常规致动器可以由控制器108的组件或由单独机械控制器驱动。

参看图2A，在各种实施例中，在接近于或处于目标区101的一个或多个超声处理位置的近处(例如，相距小于5mm)引入一个或多个瞬态反射器202以用于促进超声波的自动聚焦。可以通过将来自换能器元件104的声能施加于目标101而生成微气泡202。微气泡202可由于由传播的超声波产生的负压力或当受热液体破裂且被填充有气体/蒸汽时形成。由于其囊封气体，微气泡202可以充当超声波的反射器且向换能器102发射相干的全向信号204-208；反射信号204-208可基本上同时由与其相关联的换能器元件104和/或声学信号检测器124检测到，如下文进一步描述。基于反射信号的分析，控制器108可以获得目标区101处的聚焦性质的信息，且随后调整换能器配置(例如，相移和/或振幅)以便补偿由位于换能器元件104与目标101之间的介入组织210造成的畸变，进而优化(或至少改善)目标区处的聚焦性质。利用超声波生成微气泡的方法例如参见第2019/0308038号美国专利公开案，其整个内容以引用的方式并入本文中；且利用微气泡优化/改善声学波束的聚焦性质的方法例如参见第WO 2020/128615号PCT公开案，其全部内容以引用的方式并入本文中。

另外或替代地，声学反射器202可以经静脉内被引入到患者的身体；瞬态反射器可以使用施用系统126全身性注入到患者体内或局部注入到目标区101中。举例来说，瞬态反射器202可以包含呈液体液滴形式引入到患者的大脑中的一个或多个微气泡或由其组成，所述液滴随后汽化以形成微气泡；或作为夹带于液体载体内的充气气泡，所述液体载体例如常规超声造影剂。替代地，可施用适合于空蚀凝核的其它物质而不是气泡(参见例如，https://www.springer.com/cda/content/document/cda_downloaddocument/9783642153426-c1.pdf？SGWID＝0-0-45-998046-p174031757)。

通常，可以由控制器108或与施用系统相关联的专用控制器来操作自动化施用系统。举例来说，反射信号的分析可以造成控制器108操作施用装置126，以便增加或减小经静脉内引入的声学反射器的量和/或调整微气泡的类型。替代地或另外，反射信号的分析可以造成控制器108操作换能器102以便经由引发的空蚀增加或减小循环或局部化的微气泡的量；举例来说，增加的声功率可以通过造成微气泡的塌陷而减少微气泡的数目。替代地，施用系统126可以是手动的，例如简单注射器。在手动施用的情况下反射信号的分析可以造成控制器108确定对经静脉内引入的声学反射器的量和/或微气泡的类型进行调整，且基于此确定操作换能器102。用于使用合适的施用系统将声学反射器提供到目标区的方法例如参见第WO 2019/116095号PCT公开案，其全部公开内容特此以引用的方式并入本文中。

在一个实施例中，施用系统126将相对低浓度(例如，用于标准成像的浓度的5％)的微气泡引入到目标101中，使得声学反射表现为来源于点目标(例如，具有小于超声处理波长的四分之一的大小的大小)，例如单个微气泡(而不是微气泡云)。这是因为来自微气泡云的反射信号可以是非相干的和/或由于低SNR和/或来自多个微气泡的振动而展现假象；因此，来自微气泡云的反射信号的分析可能是不准确的，且基于其的换能器参数的调整可能不足以考虑由介入组织造成的畸变。另外，来自微气泡云的反射信号的分析可能是计算上昂贵且耗时的。另一方面，微气泡浓度优选为充分高的以造成与超声波的显著相互作用，进而提供可检测的反射用于执行自动聚焦程序。因此，在一个实施例中，在自动聚焦程序之前，首先基于临床前研究、治疗前程序和/或从已知文献在经验上预先确定引入到目标区的初始微气泡浓度。随后，执行优化方法以确定最佳浓度、声功率和/或与超声换能器和/或微气泡相关联的其它参数以用于促进自动聚焦程序，如下文进一步描述。

在示例性情况中，初始微气泡浓度含有在500mL的水中稀释的1.3毫升(mL)的微气泡悬浮液(从例如DEFINITY获取)；随后以1mL/分钟的滴液速率将输注液引入到患者的身体。参看图2B，在引入微气泡202之后，控制器108可以激活换能器元件104中的至少一些以在接近目标区101(例如，相距小于5mm)的各种超声处理位置222-230或在目标区101循序地生成多个焦点，且每一位置可以具有与其相关联的一个或多个瞬态反射器202。举例来说，换能器元件104可以生成对第一超声处理位置222的一个或多个系列的超声处理，且测量来自与其接近的位置处的瞬态反射器232的反射。随后，换能器元件104可以生成对第二超声处理位置224的另一个或多个系列的超声处理，且测量来自与其相关联的瞬态反射器234的反射。此过程可以继续直到来自接近目标101的所有(或至少一些)超声处理位置的所需数目的反射信号(例如，至少10个)被测量为止。

在各种实施例中，基于由成像器122和/或超声换能器102获取的图像而确定超声处理位置222-230。举例来说，成像器122可以获取目标和/或非目标区的图像；以及超声换能器102可以基于来自目标/非目标区中的瞬态反射器202的反射信号而获取其图像。基于获取的目标/非目标区的图像和与其相关联的瞬态反射器，控制器108可以选择在目标区附近(例如，相距小于5mm)和/或在目标区处且具有与其接近(例如，相距小于5mm)的一个或多个瞬态反射器的超声处理位置222-230。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参见第62/949,597号美国专利申请案(2019年12月18日提交)，其全部公开内容特此以引用的方式并入本文中。

在各种实施例中，首先以低声功率(例如，处于2到50瓦的范围内)发射超声处理；随后测量且分析来自组织和微气泡的反射，如下文进一步描述。通常，由低功率发射产生的反射信号可以不会彼此显著不同。因此，在一个实施例中，发射的超声处理的声功率逐渐增加，直到与两个连续测量之间的反射信号相关联的参数(例如，振幅、相位等)存在显著变化为止。举例来说，图3A示出来自由换能器元件E测量的第一超声处理位置222的五个反射信号312-320。在接收到反射信号后，控制器108可以实施初始信号处理方法以获得来自瞬态声学反射器232(而不是背景反射器)的反射信号。在一个实施例中，控制器108首先计算表示反射信号314、312之间的差的差分信号322(例如通过从信号314减去信号312获得)、表示反射信号314、316之间的差的差分信号324、表示反射信号316、318之间的差的差分信号326，以及表示反射信号318、320之间的差的差分信号328。在此实例中，信号312、314、318和320基本上是背景信号，且信号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是来自瞬态反射器232的近似清洁的反射信号。应理解，反射信号可以在它们被接收时被分析，即，无需等待后续信号或信号集合。

参看图3B，随后，控制器108可以比较与差分信号322、324、326、328相关联的最大振幅的值。如所描绘，因为信号322、324之间存在振幅的显著变化(例如，大于50％或100％)，所以可选择信号324以确定第一超声处理位置222处的聚焦性质。如本文所使用，信号324称为“聚焦事件”，且开始生成聚焦事件的所发射波的声功率称为第一阈值功率P₁。

在一些实施例中，基于超声处理位置处的声场而识别或选择聚焦事件。举例来说，再次参看图2B，控制器可以基于来自与其接近的瞬态反射器232的测得反射信号在计算上重构超声处理位置222处的声场。参看图4A，在一个实施例中，当重构的声场被限制(例如，横跨小于10mm³或在一些实施例中20mm³的体积)时，被限制声场基于其而重构的反射信号被识别为聚焦事件。参看图4B，当重构的声场不受限制(例如，横跨小于50mm³或在一些实施例中80mm³的体积)时，可以丢弃测量信号。替代地或另外，控制器108可以基于目标/非目标区处的组织畸变的信息而在计算上重构声场。用于基于组织畸变在计算上重构声场的方法例如参见第62/949,597号美国专利申请案(2019年12月18日提交)和与其在同一日期提交的标题为“用于使用声学反射器提供解剖学目标区中的组织信息的系统和方法”的PCT专利申请案，其全部内容以引用的方式并入本文中。

聚焦事件的识别和选择可以有利地允许选择来自瞬态反射器(例如，微气泡)而不是背景反射器的反射信号用于进一步分析。这是因为通常来自背景反射器的反射信号在两个连续测量之间相对地不变，而来自瞬态反射器202的反射信号可以在瞬态反射器在测量间隔期间移动、演进或耗散时在两个连续测量之间展现相对显著的变化。因此，具有相对小振幅改变的差分信号可能以背景反射器发起；相比之下，具有相对大振幅改变的反射信号可以更可能来自瞬态反射器。如本文所使用，术语“瞬态反射器”指代在超声处理期间随着时间耗散或演进的声学反射器(例如，微气泡)，且术语“背景反射器”指代在超声处理期间不显著耗散或演进的声学反射器(例如，头骨)。

另外，可以实施信号选择方法以选择来自单个微气泡的反射信号。在一个实施例中，信号选择方法基于反射信号之间的一致性选择反射信号。举例来说，当与反射信号相关联的相位延迟(或行进时间)的一致性函数的值被最大化或超过预定阈值(例如，40％)时反射信号被视为具有足够的一致性。通过使用具有足够一致性的反射信号，由于低SNR和/或来自多个微气泡的振动而在信号中展现的假象可以有利地被消除(或至少减少)；这进而提供关于目标区处的聚焦性质的较准确信息。另外，分析反射信号的计算复杂性可显著减少。关于信号选择的另外细节例如参见第WO 2020/128615号PCT公开案，其全部内容以引用的方式并入本文中。

大体上，所施加超声处理的声功率越大，在目标区处生成的聚焦事件的数目将越大。因此，参看图5，在各种实施例中，优化方法如下开始：逐渐增加超声处理的声功率以造成更多聚焦事件，直到测得聚焦事件的足够数目(例如，10，或在一些实施例中大于30)或足够发生率(例如，每秒一个事件，或在一些实施例中每秒大于10个事件)以用于以所需程度的准确性和可靠性确定超声处理位置处的聚焦性质为止；在一定程度上(例如，在微气泡的非线性响应发生之前)，更多测量产生更大准确性。用于生成聚焦事件的足够数目(或足够发生率)的功率称为最佳功率P_F，并且可在自动聚焦程序期间使用，即，以所确定功率电平P_F发射超声波，进而在接近目标区或在目标区处的超声处理位置造成与微气泡的足够相互作用。然而，在一些情况下，在检测到聚焦事件的足够数目或足够发生率之前，声功率可能已达到第二阈值P₂，其中检测到微气泡的非线性响应(且进而检测到反射信号中的假象)。假象可显著减少反射信号之间的一致性，且进而造成目标区处的聚焦性质的不准确确定。因此，在确定反射信号中存在假象或具有假象的反射信号的数目超过聚焦事件的数目(即，非一致性反射信号的数目超过充分一致性反射信号)之后，优化方法可以即刻调整不同于所发射波的声功率的另一参数以改善自动聚焦性能。

举例来说，引入到患者的身体的微气泡浓度可以调整(例如，将其增加10％或在一些实施例中20％)。所施加超声处理可以随后再次以低功率(例如，7瓦)开始，且功率可以逐渐增加直到达到最佳功率P_F为止。再次，如果在检测到足够数目个聚焦事件之前声功率达到第二阈值P₂，那么可以进一步增加微气泡浓度。这些过程可以交替地且迭代地执行直到在声功率达到第二阈值P₂之前检测到足够数目个聚焦事件为止。

相反在其它情形中，当声功率仍为低(例如，小于8瓦)时，初始或调整的微气泡浓度可能导致太多聚焦事件(例如，大于50，或在一些实施例中大于80)；这指示在超声处理位置处存在太多微气泡，从而增加分析反射信号的计算复杂性和/或浪费微气泡。因此，可以减少微气泡浓度(例如，5％，或在一些实施例中10％)且可以再次以低功率(例如，7瓦)发射超声处理，其中功率逐渐增加直到达到最佳声功率P_F以用于执行自动聚焦为止。这些过程也可以交替地且迭代地执行，直到引入最佳浓度的微气泡用于以充分大(例如，10瓦)声功率P_F提供可检测聚焦事件的足够量(或足够发生率)为止。

应注意，上述用于确定最佳声功率和/或微气泡浓度以促进超声聚焦程序的优化方法仅是示例性的；可以使用优化与超声波和微气泡相关联的任何参数的值以用于执行自动聚焦程序的任何合适的方法，且因此所有此类方法在本发明的范围内。举例来说，优化方法可以调整超声处理的发射模式、试剂类型和/或微气泡的大小以便生成聚焦事件的足够量(或足够发生率)以用于确定目标区处的聚焦性质。

在确定最佳声功率和/或最佳微气泡浓度之后，在各种实施例中，超声自动聚焦程序可如下开始：以所确定浓度引入微气泡，且激活换能器102以将具有所确定最佳声功率P_F的超声处理发射到接近目标区或在目标区处的超声处理位置处的微气泡。随后可使用例如声学信号检测器124测量来自微气泡的反射。另外或替代地，换能器元件104可以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配置成测量从目标区反射的声学信号。配置换能器元件104以用于检测反射信号的方法例如参见第WO2019/234497号PCT公开案，其内容以引用的方式并入本文中。

测量信号可以提供到控制器108以获得与反射相关联的信息，例如振幅和/或相位；这些可以和与从换能器元件104发射的超声波相关联的振幅和/或相位进行比较。基于其间的偏差，控制器108可以调整换能器参数(例如，相移和/或振幅)以便补偿由位于换能器元件104与目标101之间的介入组织206造成的畸变，进而改善目标处的聚焦性质。在一个实施例中，调整超声参数以补偿组织畸变是仅基于聚焦事件(例如，具有足够一致性或对应于目标处的被限制声场的反射信号)而确定，以便减少计算复杂性且增加目标区处的聚焦性质的测量准确性。用于在目标区处自动聚焦超声波束的方法例如参见第WO 2018/020315和WO 2020/128615号PCT公开案；这些申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

图6示出用于利用一个或多个瞬态反射器(例如，一个或多个微气泡)通过不均匀介质在目标区处自动聚焦超声波束的示例性方法600。在第一步骤602中，在接近目标区或在目标区处的一个或多个超声处理位置的近处(例如，相距小于5mm)生成和/或引入具有初始浓度的一个或多个瞬态反射器(例如，微气泡)。可基于例如临床前研究、治疗前程序和/或从已知文献确定初始微气泡浓度。在第二步骤604中，激活换能器元件104中的至少一些以将一系列低功率(例如，7瓦)超声处理发射到瞬态反射器，且使用例如声学信号检测器124和/或换能器元件104测量来自组织和/或瞬态反射器的反射信号。在第三步骤606中，控制器108可以实施初始信号处理方法以从瞬态声学反射器(而不是背景反射器)获得反射信号。在一个实施例中，基于在两个连续测量中与反射信号相关联的振幅和/或相位之间的差而确定来自瞬态声学反射器的反射信号。另外或替代地，可以实施信号选择方法以基于反射信号之间的一致性选择来自单个微气泡的反射信号(步骤608)。举例来说，定义与反射信号相关联的行进时间和/或相位延迟的一致性函数，且仅当一致性函数的值被最大化或超过预定阈值(例如，40％)时才将反射信号视为具有足够一致性。随后，控制器108可以基于所选择反射信号确定是否检测到聚焦事件的足够数目(例如，10，或在一些实施例中大于30)或足够发生率(每秒一个事件，或在一些实施例中大于每秒10个事件)(步骤610)。在一个实施例中，基于在两个测量之间与所选择反射信号相关联的参数值(例如，振幅、相位等)的比较而识别聚焦事件。仅当参数值存在显著(例如，大于50％或100％)改变时聚焦事件发生。替代地，可以基于在超声处理位置处的在计算上重构的声场识别聚焦事件。声场重构可以基于来自瞬态反射器的测量反射信号和/或目标/非目标区处的组织畸变的信息。在一些实施例中，当控制器108确定尚未达到聚焦事件的足够数目或足够发生率时，控制器确定是否已达到对应于声学反射器的非线性响应的阈值功率(步骤612)。举例来说，可以基于反射信号中存在的假象或具有假象的反射信号数目与聚焦事件数目的比率而确定非线性响应。如果超声处理的声功率已达到阈值，那么可以增加微气泡浓度(例如，5％，或在一些实施例中10％)(步骤614)。否则，可以增加所施加超声处理的功率(步骤616)。在各种实施例中，当测得聚焦事件的足够数目(或足够发生率)时，控制器108确定当声功率仍低(例如，小于8瓦)时是否太多聚焦事件(例如，大于50，或在一些实施例中大于80)已发生(或检测到事件发生率过高)(步骤618)。如果是，那么可以减少声学反射器的浓度(例如，5％，或在一些实施例中10％)(步骤620)。否则，可以逐渐增加所施加超声处理的功率直到达到最佳功率P_F为止(步骤622)。可以迭代地执行步骤602-622直到获得微气泡的最佳浓度和最佳声功率为止。随后，可使用所确定的声学反射器的最佳声功率和最佳浓度开始自动聚焦程序(步骤624)。另外，基于在自动聚焦程序期间测得的聚焦事件，可调整超声参数(例如，振幅和/或相位)以便补偿组织畸变，进而优化接近目标区或在目标区处的每一超声处理位置处的聚焦性质(步骤626)。

因此，各种实施例提供用于确定与超声换能器和/或声学反射器202相关联的一个或多个参数(例如，声功率、微气泡浓度等)的最佳值以用于执行准确且可靠的超声自动聚焦程序的方法。因为可针对每一患者执行优化，所以获得的最佳值可以是患者特定的。因此，自动聚焦程序可用以补偿由患者特定的介入组织产生的畸变，且进而获得最佳操纵参数(例如，超声振幅、相位)以在目标区处聚焦声能。

在各种实施例中，在目标区处产生最佳焦点之后，在目标处的峰值功率或沉积声能增加，进而对目标和/或非目标组织造成不合需要的损害。因此，可能需要估计由于聚焦性质的改进带来的目标处的峰值功率/能量增加，且调整超声参数(例如，由换能器元件施加的声功率级)以补偿峰值功率/能量增加。在各种实施例中，在目标101处的峰值功率/能量增加的估计是基于从接近(例如，相距小于5mm)目标101或在所述目标处的各种超声处理位置接收的充分一致的反射信号。举例来说，图7A示出分别从接近目标101或在所述目标处的超声处理位置R₁-R₄的近处(例如，相距小于5mm)的瞬态反射器712-718接收的四个充分一致的反射信号702-708。通常，超声处理位置在空间上充分接近(例如，相隔2mm)而使得例如由位于换能器元件与超声处理位置R₁-R₄之间的介入组织中的移动和/或改变产生的畸变的差异可忽略。在一个实施例中，实施物理模型和/或成像器122(或其它合适的装置)以预测和/或测量由与换能器元件E相关联的相位调整

产生的超声处理位置R₁处的温度增加ΔT₁以用于生成第一超声处理位置R₁处的最佳焦点。控制器108可以随后将例如用于生成第二超声处理位置R₂处的最佳焦点的相位调整

与

进行比较，且基于所述比较和超声处理位置R₁处的预测/测得温度增加ΔT₁而估计超声处理位置R₂处的温度增加ΔT₂。可使用相似的方法分别估计超声处理位置R₃和R₄处的温度增加ΔT₃和ΔT₄。

在一些实施例中，物理模型包含一致性函数

其中W表示加权因数；c表示目标区域中的平均声速；ω＝2πf，其中f表示反射信号702、704的频率；

其中

是第i瞬态反射器的几何位置；且针对每一换能器元件，

其中

和

分别表示换能器元件E与瞬态反射器712、714之间的距离。因为温度增加ΔT₁和ΔT₂高度相关于相位调整

和

且分别与充分一致的反射信号702、704相关联，所以可以使用一致性函数

和ΔT₁估计温度增加ΔT₂。

参看图7B，在各种实施例中，控制器108使与所述两个一致的反射信号相关联的两个瞬态声学反射器中的一个(例如，反射器712)的位置在计算上移位以与另一瞬态声学反射器(例如，反射器714)的位置重合。另外，控制器108可根据反射器712的移位位置在计算上确定与反射信号702相关联的相位调整

此外，如上文所描述，物理模型和/或成像器122可以预测和/或测量由与反射信号204相关联的相位的调整

产生的超声处理位置R₂处的温度增加ΔT₂。再次，通过比较分别与移位反射信号702和未移位反射信号704相关联的相位调整

和

和/或基于超声处理位置R₂处的预测/测得温度增加ΔT₂和一致性函数，控制器108可以估计由与移位反射信号702相关联的相位的调整

产生的超声处理位置R₂处的温度增加ΔT₁'。在一些实施例中，通过比较分别与移位和未移位反射信号702相关联的相位调整

和

预测/测得温度增加ΔT₁和/或一致性函数来确定超声处理位置R₂处的温度增加ΔT₁'。可使用相似的方法以估计与反射信号706、708相关联的分别由声学反射器716、718的位置移位以与声学反射器714的位置重合所产生的超声处理位置R₂处的温度增加ΔT₃'和ΔT₄'。在各种实施例中，用于生成在重合位置(例如，与反射器714相关联的位置)处的最佳焦点的与换能器元件E相关联的相位调整可随后被计算为在所述重合位置处与移位反射信号702、706、708和/或未移位反射信号704相关联的相位的平均或加权平均。另外，超声处理位置R₂处的温度增加可被估计为温度增加ΔT₁'、ΔT₂、ΔT₃'和ΔT₄'的平均或加权平均。

参看图8，在一些实施例中，超声参数(例如，由换能器元件104施加的声功率级、超声频率和/或声能级)与在目标(和/或超声处理位置)处的所得温度/峰值功率改变之间的关系802可在超声程序之前建立且存储于数据库中。所述关系可以在经验上从临床前研究、治疗前程序和/或从已知文献获得。举例来说，所述关系可以在经验上基于使用离体头骨执行的测量来建模。替代地，所述关系可以使用物理模型在计算上确定。举例来说，使用在无不当实验的情况下实施的常规技术，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101的位置和定向的信息以及从元件104发射的超声波的功率级和相位来预测聚焦性质(例如，焦点区域的形状、大小、位置和峰值声功率)。另外，物理模型可以包含参数，例如沿着波束路径的目标组织和介入组织的材料性质(例如，组织的能量吸收或在所采用频率下的声速)，用于在超声波的施加之后即刻预测由介入组织产生的畸变和/或目标101处的温度。可以使用如上文所描述的成像器122和/或其它合适的装置收集材料性质。举例来说，基于获取的图像，可以建立表征介入组织和目标组织的材料特性的组织模型。组织模型可以采取对应于表示介入和/或目标组织的体素的单元的3D表的形式；所述单元具有属性，所述属性的值表示组织的与能量吸收相关的特性，例如吸收系数。由成像器122以断层扫描方式获得的体素和每一体素表示的组织的类型可通过常规组织分析软件自动确定。使用确定的组织类型和组织参数(例如，按组织类型的吸收系数)的查找表，可以填充组织模型的单元。关于识别各种组织的能量吸收系数、热灵敏度和/或热能容限的组织模型的创建的进一步细节可以参见第2012/0029396号美国专利公开案，其全部公开内容特此以引用的方式并入本文中。

在各种实施例中，基于超声参数(例如，频率、由换能器元件施加的声功率级和/或声能级)与在目标(和/或超声处理位置)处的所得温度改变和分别在超声处理位置R_2-4处的估计温度增加ΔT_2-4之间的关系，控制器108可以确定超声参数的调整以补偿估计温度增加ΔT_2-4。基于此，随后可以用调整的超声参数(例如，功率级、频率和/或能量级)和调整的相位激活换能器元件以用于分别在超声处理位置R_2-4处生成高质量焦点，同时避免目标/非目标组织的过热。

在各种实施例中，也可使用物理模型在计算上估计与换能器元件相关联的相位的改变与焦点处的峰值功率/温度改变之间的关系。举例来说，通过提供某些输入，例如与换能器元件相关联的预期相位调整，物理模型与组织模型一起可用以计算目标101处的峰值功率/温度增加。此方法可以避免测量超声处理位置R₁处的温度增加ΔT₁的需要，进而有利地避免超声处理位置R₁处的组织的过热。

替代地，与换能器元件相关联的相位调整与焦点处的峰值功率/温度改变之间的关系，以及焦点处的峰值功率/温度改变与超声参数(例如，频率、由换能器元件施加的声功率级和/或声能级)之间的关系可以使用物理模型和组织模型在计算上确定和/或基于先前经历超声程序的患者的查找治疗简档在经验上确定。治疗简档可以存储于可由控制器108存取的存储器中的数据库中，且可以指定治疗参数，例如换能器元件104的几何形状及其相对于目标区101的位置和定向、目标组织和介入组织的组织特性(例如，位置、厚度、密度、材料性质等)、用于生成目标区处的最佳焦点的所需相位调整、由相位调整产生的焦点处的峰值功率/温度增加、声功率的调整、与换能器元件相关联以补偿峰值功率/温度增加以便避免目标/非目标组织的过热的频率和/或能量级等。在各种实施例中，在对当前患者执行超声程序之前，激活成像器122以获取与当前患者的目标101相关联的图像，且基于此，直接确定与目标组织和介入组织相关联的组织特性以及相对于换能器元件的目标101的位置和定向的几何形状。控制器108可以随后使用一个或多个常规匹配算法(例如，块匹配算法、相位相关和频域方法、像素递归算法、贝叶斯、光流法等)查找最紧密匹配于当前治疗参数的治疗简档。基于此，控制器108可以确定用于生成目标101处的最佳焦点的所需相位调整以及与换能器元件相关联的所需功率级/能量级/频率调整以补偿由焦点处的聚焦性质的改进(由于相位的调整)产生的温度增加。再次，可随后基于确定的相位和功率调整激活换能器元件。

图9A和9B说明示例性方法900、930，其用于预测/测量由聚焦性质的优化(或至少改进)产生的超声焦点的温度或峰值功率的改变，且基于此，调整一个或多个超声参数(例如，声功率级、超声频率和/或声能级)以便避免在超声程序期间目标和/或非目标组织的过热。在第一步骤902中，在超声程序之前建立一个或多个超声参数与目标(和/或超声处理位置)处的所得温度改变之间的关系且存储于数据库中。关系可以使用物理模型在计算上确定和/或从临床前研究、治疗前程序和/或从已知文献在经验上获得。超声程序可以通过如下方式开始：生成/引入具有最佳浓度(例如，使用图6中描述的方法确定)的瞬态声学反射器(例如，微气泡)进入接近目标区或在目标区处的超声处理位置，且用例如在方法600中确定的声功率级的最佳超声参数激活换能器元件以治疗目标(步骤904)。随后可以测量和选择来自声学反射器的反射信号(例如，基于其间的一致性)(步骤906)。另外，可以分析选择的反射信号以确定换能器元件的超声参数(例如，振幅和/或相位)以补偿由介入组织产生的畸变，进而优化(或至少改善)接近目标区或在目标区处的每一超声处理位置处的聚焦性质(步骤908)。

在一个实施例中，实施物理模型和/或成像器以预测和/或测量第一超声处理位置中的峰值功率/温度改变(步骤910)。基于第一超声处理位置中的预测/测量峰值功率/温度改变以及与来自第一超声处理位置的反射信号相关联的相位调整和与来自其它超声处理位置的反射信号相关联的相位调整的比较，可估计其它超声处理位置中的峰值功率/温度改变(步骤912)。在一个实施例中，控制器108确定每一超声处理位置处的峰值功率/温度的预测/测得的改变是否超过最大可允许改变(例如，每秒3℃)或造成目标处的峰值功率/温度超过目标值(例如，60℃)(步骤914)；以及如果是，那么控制器可以基于每一超声处理位置处的预测/测量峰值功率/温度改变和在步骤902中建立的关系，调整超声参数值(例如，功率级、频率和/或能量级)以便减少超声处理位置处的预测改变(步骤916)。随后，可以基于调整的参数值操作换能器元件(步骤918)。

参看图9B，在一些实施例中，其反射被确定为具有足够一致性的所有(或至少一些)瞬态声学反射器可以在计算上被移位以在单个位置重合(步骤932)，且可在计算上确定与所述重合位置处的移位反射信号和/或未移位反射信号相关联的相位(步骤934)。可随后计算与测量反射信号的每一换能器元件相关联的相位作为与所述重合位置处的移位反射信号和/或未移位反射信号相关联的相位的平均或加权平均(步骤936)。另外，可确定(例如，使用一致性函数)由移位和/或未移位反射信号中的每一个产生的所述重合位置处的声功率/温度增加(步骤938)。随后可估计所述重合位置处的峰值功率/温度增加作为由所述重合位置处的移位反射信号和/或未移位反射信号的相位调整产生的温度增加的平均或加权平均(步骤940)。在一些实施例中，控制器108随后确定估计的所述重合位置中的峰值功率/温度改变是否超过最大可允许改变或造成目标处的峰值功率/温度超过目标值(步骤942)。如果是，那么控制器可以基于所述重合位置中的预测/测量峰值功率/温度改变和在步骤902中建立的关系，调整一个或多个换能器元件的超声参数值以便补偿峰值功率/温度改变(步骤916)，进而避免目标和/或非目标组织的过热。随后，可基于调整的参数值操作换能器元件(步骤918)。

图9C说明另一方法950，其用于预测/测量由聚焦性质的优化(或至少改进)产生的超声焦点的温度或峰值功率的改变，且基于此，调整一个或多个超声参数(例如，声功率级、超声频率和/或声能级)以便避免在超声程序期间目标和/或非目标组织的过热。在第一步骤902中，在超声程序之前，建立先前经历超声程序的患者的治疗简档且存储于控制器108可存取的数据库中。治疗简档可以指定各种治疗参数，例如换能器元件的几何形状及其相对于目标区的位置和定向、目标组织和/或介入组织的组织特性、用于生成目标区处的最佳焦点的所需相位调整、由相位调整产生的焦点处的峰值功率/温度增加、与换能器元件相关联以补偿峰值功率/温度增加以便避免目标/非目标组织过热的声功率调整等。另外，治疗简档可以包含(i)超声参数(例如，声功率级、超声频率和/或声能级)与目标(和/或超声处理位置)处的所得温度改变之间的关系，以及(i i)与换能器元件104相关联的相位调整与焦点处的峰值功率/温度改变之间的关系。在一个实施例中，在对当前患者执行超声程序之前，激活成像器122以获取与当前患者的目标101相关联的图像(步骤954)。基于图像，可确定与当前患者相关联的一个或多个治疗参数(例如，与目标组织和/或介入组织相关联的组织特性以及相对于换能器元件的目标的位置和定向的几何形状)(步骤956)。控制器108可以随后查找治疗简档以识别最紧密匹配于当前患者的治疗参数的治疗参数(步骤958)，且基于此而确定用于生成目标101处的最佳焦点的所需相位调整以及所需的功率级/频率/能量级调整以补偿由焦点处的聚焦性质的优化/改进(由于相位的调整)产生的峰值功率/温度增加(步骤960)。随后，可基于确定的相位、功率级、频率和/或能量级的调整而操作换能器元件(步骤962)。

在一些实施例中，当介入组织的性质在超声程序期间改变时实施上文描述的超声参数调整方法900、930、950。举例来说，在用于消融脑瘤的长超声处理程序期间，超声波在到达目标肿瘤之前行进穿过的头骨的性质可能由于其中累积的热而改变。为了补偿头骨的性质的改变且维持目标处的聚焦性质，可能必须调整与换能器元件相关联的配置(例如，振幅和/或相位)(再次因为在相位调整之后，在焦点区域处沉积的能量可能显著增加且可造成目标/非目标组织处的不利影响)。因此，可以实施上文描述的声学功率调整方法以减少由换能器元件104施加的声功率级，进而补偿焦点区域处的峰值功率/能量增加。

如本文所使用，术语“最佳”和“优化”大体上涉及对现有技术的实质改进(例如，大于10％、大于20％、或大于30％)，但不一定暗示实现最佳理论上可能的能量。另外，用于执行超声波束的自动聚焦和调整超声参数(例如，相位、声功率级、频率、声能级等)的功能性，例如基于与两个连续测量中的反射信号相关联的振幅和/或相位之间的差选择来自声学反射器的反射信号，在计算上重构超声处理位置处的声学场，基于反射信号和/或经重构声学场之间的一致性选择来自单个声学反射器的反射信号，确定是否检测到聚焦事件的足够数目(或足够发生率)，确定是否已达到对应于声学反射器的非线性响应的阈值功率，造成所施加超声处理的声功率增加或减少，造成声学反射器的浓度增加或减少，确定当声功率仍低时是否太多的聚焦事件已发生，基于确定的最佳声功率和声学反射器的最佳浓度而开始自动聚焦程序，基于在自动聚焦程序期间测量的聚焦事件而调整超声参数，在经验上或使用物理模型建立超声参数与目标处的所得温度改变之间的关系，预测第一超声处理位置中的峰值功率/温度改变，至少部分地基于第一超声处理位置中的预测/测量峰值功率/温度改变估计其它超声处理位置中的峰值功率/温度改变，确定每一超声处理位置处的峰值功率/温度的预测/测得的改变是否超过最大可允许改变或造成目标处的峰值功率/温度超过目标值，调整超声参数值以便减少超声处理位置处的预测峰值功率/温度改变，在计算上移位所有(或至少一些)瞬态声学反射器以在单个位置处重合，在计算上确定与在所述重合位置处的移位反射信号和/或未移位反射信号相关联的相位，基于与移位反射信号和/或未移位反射信号相关联的相位确定与每一换能器元件相关联的相位，确定由移位和/或未移位反射信号中的每一个产生的声功率/温度增加，基于由移位和/或未移位反射信号产生的声功率/温度增加而确定所述重合位置处的声功率/温度增加，建立先前经历超声程序的患者的治疗简档，获取与当前患者的目标区相关联的图像，基于获取的图像确定与当前患者的目标相关联的一个或多个治疗参数，识别治疗简档中最紧密匹配于当前患者的治疗参数的治疗参数，以及确定用于生成当前患者的目标处的最佳焦点的所需相位调整以及与换能器相关联的功率级/频率/能量级的所需调整以用于减少声功率/温度改变，如上文在图6和9A-9C中所描述，无论是集成于成像器的控制器、施用系统和/或超声系统内还是由单独外部控制器提供，都可以在以硬件、软件或两者的组合实施的一个或多个模块中结构化。对于将功能提供为一个或多个软件程序的实施例，可以许多高级语言中的任一种来编写程序，例如PYTHON、FORTRAN、PASCAL、JAVA、C、C++、C#、BASIC、各种脚本处理语言和/或HTML。对于将功能提供为一个或多个软件程序的实施例，可以许多高级语言中的任一种来编写程序，例如PYTHON、FORTRAN、PASCAL、JAVA、C、C++、C#、BASIC、各种脚本处理语言和/或HTML。另外，软件可用针对驻留在目标计算机(例如，控制器)上的微处理器的汇编语言来实施；例如，如果软件被配置成在IBM PC或PC克隆上运行，那么所述软件可用Intel 80x86汇编语言来实施。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。使用硬件电路系统的实施例可使用例如一个或多个FPGA、CPLD或ASIC处理器来实施。

另外，本文所使用的术语“控制器”广泛地包含用以执行如上文所描述的任何功能性的所有必要的硬件组件和/或软件模块；控制器可以包含多个硬件组件和/或软件模块，且功能性可在不同的组件和/或模块之间散布。

上文描述了本发明的某些实施例。然而，应明确地注意，本发明不限于那些实施例；而实际上，对本文中明确地描述的内容的添加和修改也包含于本发明的范围内。

Claims

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，其包括多个换能器元件以用于对至少一个目标区提供一系列超声处理；以及

控制器，其被配置成：

(a)使所述换能器生成对所述至少一个目标区的所述超声处理系列中的第一超声处理，且测量由所述第一超声处理产生的第一组反射信号；

(b)基于所述第一组反射信号，确定是否已达到聚焦事件的目标数目或目标发生率；以及

(c)如果未达到，那么

(i)使所述换能器生成对所述至少一个目标区的处于调整后的声功率的第二超声处理，且测量由所述第二超声处理产生的第二组反射信号；以及

(ii)至少部分地基于所述第二组反射信号，调整与所述换能器元件中的至少一个相关联的参数值以便改善所述至少一个目标区处的超声焦点。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述聚焦事件是由位于接近所述至少一个目标区或在所述至少一个目标区处的至少一个瞬态声学反射器反射的反射信号。

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至少部分地基于与所述第一组反射信号相关联的参数的改变而确定所述聚焦事件。

4.根据权利要求3所述的系统，其中与所述第一组反射信号相关联的参数包括相位或振幅。

5.根据权利要求1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第一组反射信号在计算上重构所述至少一个目标区处的声场；以及

至少部分地基于重构的声场识别所述聚焦事件。

6.根据权利要求5所述的系统，其中仅当所述重构的声场收敛于所述至少一个目标区时识别所述聚焦事件。

7.根据权利要求1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第二组反射信号之间的一致性选择所述第二组反射信号，以及

至少部分地基于选择的第二组反射信号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。

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在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之前，重复(i)确定是否已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率，且(ii)如果未达到，那么使所述换能器生成对所述目标区的处于调整后的声功率的所述第二超声处理，且测量所述第二超声处理的所述第二组反射信号，直到已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率为止。

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调整后的声功率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。

10.根据权利要求1所述的系统，其还包括用于接近所述至少一个目标区或在所述至少一个目标区处引入瞬态声学反射器的施用装置，其中所述第一组反射信号或所述第二组反射信号中的至少一组是来自所述瞬态声学反射器。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述施用装置是自动施用装置或手动施用装置。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器还被配置成：

确定所述第一组反射信号或所述第二组反射信号中的至少一组中是否存在假象；以及

在确定尚未达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率且所述第一组反射信号或所述第二组反射信号中的至少一组中存在假象之后，即刻使所述施用装置调整与所述瞬态声学反射器相关联的参数。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器还被配置成在使所述换能器生成所述第二超声处理之前确定所述第一组反射信号中是否存在所述假象。

14.根据权利要求12所述的系统，其中与所述声学反射器相关联的所述参数包括浓度、大小或试剂类型中的至少一个。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器还被配置成在确定尚未达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率且所述第一组反射信号或所述第二组反射信号中的至少一组中存在所述假象之后即刻增加所述声学反射器的所述浓度。

16.根据权利要求10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所述至少一个相关联的所述参数值之前：

基于所述第二组反射信号确定是否已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率；

确定与所述第二超声处理相关联的所述调整后的声功率是否低于目标功率级；以及

在确定已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率且与所述第二超声处理相关联的所述调整后的声功率低于所述目标功率级之后，即刻使所述施用装置减小所述瞬态声学反射器的浓度。

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使所述换能器生成用于接近所述至少一个目标区或在所述至少一个目标区处创建瞬态声学反射器的声能，其中所述第一组反射信号或所述第二组反射信号中的至少一组是来自所述瞬态声学反射器。

18.根据权利要求1所述的系统，其中与所述至少一个换能器元件相关联的所述参数值包括驱动所述至少一个换能器元件的信号的相位或振幅中的至少一个。

19.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元件中的至少一些测量所述第一组反射信号或所述第二组反射信号中的至少一组。

20.根据权利要求1所述的系统，其还包括用于测量所述第一组反射信号或所述第二组反射信号中的至少一组的声学信号检测器。

21.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被配置成：

(e)预测由所述参数值的调整产生的所述至少一个目标区中的治疗或声学改变；

(f)如果所述预测的改变超过最大可允许改变或造成所述至少一个目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么确定与所述换能器元件中的第一个和/或所述换能器元件中的第二个相关联的功率级、超声频率或能量级中的至少一个以用于减少所述预测的治疗或声学改变；以及

(g)至少部分地基于在步骤(d)中确定的所述参数值以及在步骤(f)中确定的所述功率级、超声频率或能量级中的所述至少一个激活所述超声换能器。

22.一种使包括多个换能器元件的超声换能器聚焦的方法，所述方法包括：

(a)生成对至少一个目标区的第一超声处理，且测量由所述第一超声处理产生的第一组反射信号；

(c)如果未达到，那么

(i)生成对所述至少一个目标区的处于调整后的声功率的第二超声处理，且测量由所述第二超声处理产生的第二组反射信号；以及

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述聚焦事件是由位于接近所述至少一个目标区或在所述至少一个目标区处的至少一个瞬态声学反射器反射的反射信号。

24.根据权利要求22所述的方法，其还包括至少部分地基于与所述第一组反射信号相关联的参数的改变确定所述聚焦事件。

25.根据权利要求24所述的方法，其中与所述第一组反射信号相关联的所述参数包括相位或振幅。

26.根据权利要求22所述的方法，其还包括：

至少部分地基于所述重构的声场识别所述聚焦事件。

27.根据权利要求26所述的方法，其中仅当所述重构的声场收敛于所述至少一个目标区时识别所述聚焦事件。

28.根据权利要求22所述的方法，其还包括：

至少部分地基于所述第二组反射信号之间的一致性而选择所述第二组反射信号，以及

至少部分地基于所述选择的第二组反射信号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。

29.根据权利要求22所述的方法，其还包括在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之前，重复(i)确定是否已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率，且(ii)如果未达到，那么使所述换能器生成对所述目标区的处于所述调整后的声功率的所述第二超声处理，且测量所述第二超声处理的所述第二组反射信号，直到已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率为止。

30.根据权利要求29所述的方法，其还包括至少部分地基于所述调整后的声功率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。

31.根据权利要求22所述的方法，其还包括接近所述至少一个目标区或在所述至少一个目标区处引入瞬态声学反射器，其中所述第一组反射信号或所述第二组反射信号中的至少一组是来自所述瞬态声学反射器。

32.根据权利要求31所述的方法，其还包括：

在确定尚未达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率且所述第一组反射信号或所述第二组反射信号中的至少一组中存在所述假象之后，即刻使施用装置调整与所述瞬态声学反射器相关联的参数。

33.根据权利要求32所述的方法，其中在生成所述第二超声处理之前确定所述第一组反射信号中是否存在所述假象。

34.根据权利要求32所述的方法，其中与所述声学反射器相关联的所述参数包括浓度、大小或试剂类型中的至少一个。

35.根据权利要求34所述的方法，其还包括在确定尚未达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率且所述第一组反射信号或所述第二组反射信号中的至少一组中存在所述假象之后即刻增加所述声学反射器的所述浓度。

36.根据权利要求31所述的方法，其还包括在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之前：

在确定已达到所述聚焦事件的所述目标数目或目标发生率且与所述第二超声处理相关联的所述调整后的声功率低于所述目标功率级之后，即刻减小所述瞬态声学反射器的浓度。

37.根据权利要求22所述的方法，其还包括：

生成用于接近所述至少一个目标区或在所述至少一个目标区处创建瞬态声学反射器的声能，

其中所述第一组反射信号或所述第二组反射信号中的至少一组是来自所述瞬态声学反射器。

38.根据权利要求22所述的方法，其中与所述至少一个换能器元件相关联的所述参数值包括驱动所述至少一个换能器元件的信号的相位或振幅中的至少一个。

39.根据权利要求22所述的方法，其还包括

40.一种用于施加声能的系统，所述系统包括：

控制器，其被配置成：

确定与要调整的所述换能器元件中的第一个相关联的相位值以用于在所述至少一个目标区处生成焦点；

预测由所述相位值的调整产生的所述至少一个目标区中的治疗或声学改变；以及

如果所述预测的改变超过最大可允许改变或造成所述至少一个目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么(i)确定与所述换能器元件中的所述第一个和/或所述换能器元件中的第二个相关联的功率级、超声频率或能量级中的至少一个以用于减少所述预测的治疗或声学改变，且(ii)至少部分地基于所述确定的相位值、功率级、超声频率或能量级中的至少一个激活所述超声换能器。

41.根据权利要求40所述的系统，其中所述控制器还被配置成至少部分地基于由位于所述超声换能器与所述至少一个目标区之间的介入组织产生的组织畸变预测所述治疗或声学改变。

42.根据权利要求40所述的系统，其中所述治疗或声学改变是以下各项中的至少一个：温度改变、压力改变、机械指数改变、空蚀活动改变、组织敏感改变、血脑屏障中断改变、声辐射力改变，或斑点形状改变。

43.根据权利要求40所述的系统，其中所述控制器还被配置成建立(i)所述至少一个目标区中的所述改变与(ii)与所述换能器元件中的所述第一个和/或所述换能器元件中的所述第二个相关联的所述功率级、所述超声频率或所述能量级中的所述至少一个之间的关系。

44.根据权利要求43所述的系统，其中在经验上或使用物理模型建立所述关系。

45.根据权利要求41所述的系统，其还包括位于接近所述至少一个目标区或在所述至少一个目标区处的瞬态声学反射器，所述控制器还被配置成：

使所述换能器生成对所述至少一个目标区的所述超声处理系列中的第一超声处理；

测量来自所述瞬态声学反射器的所述第一超声处理的反射信号；

至少部分地基于所述测量的反射信号之间的一致性而选择所述测量的反射信号，以及

至少部分地基于所述选择的反射信号，确定与所述换能器元件中的所述第一个相关联的所述相位值。

46.根据权利要求40所述的系统，其还包括位于接近所述至少一个目标区或在所述至少一个目标区处的瞬态声学反射器，所述控制器还被配置成：

至少部分地基于所述测量的反射信号在计算上重构所述至少一个目标区处的声场；

至少部分地基于所述重构的声场选择所述测量的反射信号，以及

47.根据权利要求40所述的系统，其还包括多个瞬态声学反射器，每一所述瞬态声学反射器位于接近多个所述目标区中的一个或在多个所述目标区中的一个处，其中所述控制器还被配置成：

循序地生成到所述瞬态声学反射器中的每一个的多个超声处理且测量来自所述瞬态声学反射器中的每一个的所述反射信号；以及

至少部分地基于来自所述多个瞬态声学反射器的与所述多个超声处理相关联的所述反射信号之间的一致性选择所述反射信号。

48.根据权利要求47所述的系统，其中所述控制器还被配置成：

至少部分地基于来自所述目标区中的第一个的第一组所述选择的反射信号确定所述相位值；以及

至少部分地基于来自所述目标区中的第二个的第二组所述选择的反射信号确定与所述换能器元件中的所述第一个相关联的第二相位值。

49.根据权利要求48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确定的相位值、所述第二相位值和所述预测的治疗或声学改变而预测由所述第二相位值的调整产生的所述目标区中的所述第二个中的第二治疗或声学改变。

50.根据权利要求48所述的系统，其还包括用于测量由于所述确定的相位值的调整带来的所述目标区中的所述第一个中的所述治疗或声学改变的测量系统。

51.根据权利要求50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确定的相位值、所述第二相位值和所述目标区中的所述第一个中的所述测量的治疗或声学改变而预测由所述第二相位值的调整产生的所述目标区中的所述第二个中的第二治疗或声学改变。

52.根据权利要求47所述的系统，其中所述控制器还被配置成：

使所述瞬态声学反射器中的第一个的位置在计算上移位以与所述瞬态声学反射器中的第二个的位置重合；

在计算上确定与来自所述瞬态声学反射器中的所述第一个的所述移位位置的所述反射信号相关联的更新相位值；以及

至少部分地基于所述确定的相位值、所述更新相位值和所述预测的治疗或声学改变而预测由对所述更新相位值和所述确定的相位值的调整产生的所述重合位置中的治疗或声学改变。

53.根据权利要求40所述的系统，其还包括用于获取所述至少一个目标区或位于所述换能器与所述至少一个目标区之间的非目标区的图像的成像系统。

54.根据权利要求53所述的系统，其中所述成像系统包括计算机断层扫描(CT)装置、磁共振成像装置(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)装置、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)装置或超声波检查装置中的至少一个。

55.根据权利要求53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获取的图像确定所述至少一个目标区相对于所述换能器的空间配置以及与所述目标区和所述非目标区相关联的组织特性。

56.根据权利要求55所述的系统，其中所述控制器还被配置成实施物理模型以用于(i)预测所述目标区中的所述治疗或声学改变，和/或(ii)至少部分地基于所述相位值、所述目标区相对于所述换能器的所述空间配置和/或与所述目标区和所述非目标区相关联的所述组织特性确定所述功率级、所述超声频率或所述能量级中的所述至少一个。

57.一种从包括多个换能器元件的超声换能器对至少一个目标区施加声能的方法，所述方法包括：

(a)确定与要调整的所述换能器元件中的第一个相关联的相位值以用于在所述至少一个目标区处生成超声焦点；

(b)预测由所述相位值的调整产生的所述至少一个目标区中的治疗或声学改变；以及

(c)如果所述预测的治疗或声学改变超过最大可允许改变或造成所述至少一个目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么(i)确定与所述换能器元件中的所述第一个和/或所述换能器元件中的第二个相关联的功率级、超声频率或能量级中的至少一个以用于减少所述预测的治疗或声学改变，且(ii)至少部分地基于所述确定的相位值、功率级、超声频率或能量级中的至少一个激活所述超声换能器。

58.根据权利要求57所述的方法，其中在步骤(c)中确定的所述功率级、所述超声频率、所述能量级中的所述至少一个将所述预测的治疗或声学改变减少到不超过目标或最大可允许治疗或声学改变的值。

59.根据权利要求57所述的方法，其中所述治疗或声学改变是以下各项中的至少一个：温度改变、压力改变、机械指数改变、空蚀活动改变、组织敏感改变、血脑屏障中断改变、声辐射力改变，或斑点形状改变。

60.根据权利要求57所述的方法，其中至少部分地基于由位于所述超声换能器与所述至少一个目标区之间的介入组织产生的组织畸变预测所述治疗或声学改变。

61.根据权利要求57所述的方法，其还包括建立(i)所述至少一个目标区中的所述改变与(ii)与所述换能器元件中的所述第一个和/或所述换能器元件中的所述第二个相关联的所述功率级、所述超声频率或所述能量级中的所述至少一个之间的关系。

62.根据权利要求61所述的方法，其中在经验上或使用物理模型建立所述关系。

63.根据权利要求57所述的方法，其还包括：

接近所述至少一个目标区或在所述至少一个目标区处引入瞬态声学反射器；

生成对所述至少一个目标区的第一超声处理；

64.根据权利要求57所述的方法，其还包括：

生成对所述至少一个目标区的第一超声处理；

65.根据权利要求57所述的方法，其还包括：

循序地生成到位于接近多个所述目标区中的一个或在多个所述目标区中的一个处的一个或多个瞬态声学反射器的多个超声处理，且测量来自所述一个或多个瞬态声学反射器的所述反射信号；以及

至少部分地基于来自所述瞬态声学反射器的与所述多个超声处理相关联的所述反射信号之间的一致性选择所述反射信号。

66.根据权利要求65所述的方法，其还包括：

在步骤(a)中至少部分地基于来自所述目标区中的第一个的第一组所述选择的反射信号确定所述相位值；以及

67.根据权利要求66所述的方法，其还包括至少部分地基于所述确定的相位值、所述第二相位值和所述预测的治疗或声学改变而预测由所述第二相位值的调整产生的所述目标区中的所述第二个中的第二治疗或声学改变。

68.根据权利要求66所述的方法，其还包括测量由于所述确定的相位值的调整带来的所述目标区中的所述第一个中的所述治疗或声学改变。

69.根据权利要求68所述的方法，其还包括至少部分地基于所述确定的相位值、所述第二相位值和所述目标区中的所述第一个中的所述测量的治疗或声学改变而预测由所述第二相位值的调整产生的所述目标区中的所述第二个中的第二治疗或声学改变。

70.根据权利要求65所述的方法，其还包括：

71.根据权利要求57所述的方法，其还包括获取所述至少一个目标区或位于所述换能器与所述至少一个目标区之间的非目标区的图像。

72.根据权利要求71所述的方法，其还包括至少部分地基于所述获取的图像确定所述至少一个目标区相对于所述换能器的空间配置以及与所述目标区和所述非目标区相关联的组织特性。

73.根据权利要求72所述的方法，其还包括实施物理模型以用于(i)预测所述目标区中的所述治疗或声学改变，和/或(ii)至少部分地基于所述相位值、所述目标区相对于所述换能器的所述空间配置和/或与所述目标区和所述非目标区相关联的所述组织特性确定所述功率级、所述超声频率或所述能量级中的所述至少一个。

74.一种用于施加声能的系统，所述系统包括：

超声换能器，其包括多个换能器元件；

成像器；以及

控制器，其被配置成：

--(a)填充指定与所述超声换能器和至少一个目标区相关联的多个治疗参数的治疗简档；

(b)使所述成像器获取新目标区和/或位于所述换能器与所述新目标区之间的介入组织的图像；

(c)至少部分地基于所述获取的图像，确定与所述新目标区相关联的新治疗参数；

(d)识别所述治疗简档中与所述确定的新治疗参数最佳匹配的治疗参数；

(e)至少部分地基于所述识别的最佳匹配治疗参数，确定(i)用于在所述新目标区处生成最佳焦点的与所述换能器元件中的至少一个相关联的相位值的调整，以及(ii)由所述相位值的调整产生的所述新目标区处的治疗或声学改变；以及

(f)如果所述确定的治疗或声学改变超过最大可允许改变或造成所述至少一个目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么确定与所述换能器元件中的至少一个相关联的功率级、频率或能量级中的至少一个的调整以用于减少所述治疗或声学改变，且至少部分地基于在步骤(e)中确定的所述相位值的所述调整以及所述功率级、频率或能量级中的所述至少一个的所述确定的调整而激活所述超声换能器。

75.根据权利要求74所述的系统，其中所述治疗参数包括以下各项中的至少一个：(i)所述换能器元件的几何形状及其相对于所述至少一个目标区的位置和定向，(ii)所述至少一个目标区和所述介入组织的组织特性，(iii)用于在所述至少一个目标区处生成最佳焦点的与所述换能器元件中的至少一些相关联的所述相位值的调整，(iv)由所述相位值调整产生的所述至少一个目标区处的治疗或声学改变，或(v)用于减少所述治疗或声学改变的与所述换能器元件中的至少一些相关联的所述声功率、频率或能量级中的至少一个的调整。

76.根据权利要求75所述的系统，其中所述组织特性包括位置、厚度、密度或材料性质中的至少一个。

77.根据权利要求75所述的系统，其中所述控制器还被配置成在经验上确定在步骤(iii)中的所述相位值的所述调整、在步骤(iv)中的所述至少一个目标区处的所述治疗或声学改变，以及在步骤(v)中的所述声功率、频率或能量级中的所述至少一个的所述调整。

78.根据权利要求75所述的系统，其中所述控制器还被配置成实施物理模型以用于至少部分地基于所述换能器元件的所述几何形状及其相对于所述至少一个目标区的位置和定向以及所述至少一个目标区和所述介入组织的所述组织特性，确定在步骤(iii)中的所述相位值的所述调整、在步骤(iv)中的所述至少一个目标区处的所述治疗或声学改变，以及在步骤(v)中的所述声功率、频率或能量级中的所述至少一个的所述调整。

79.一种利用包括多个换能器元件的超声换能器施加声能的方法，所述方法包括：

(a)填充指定与所述超声换能器和至少一个目标区相关联的多个治疗参数的治疗简档；

(b)获取新目标区和/或位于所述换能器与所述新目标区之间的介入组织的图像；

(f)如果所述确定的治疗或声学改变超过最大可允许改变或造成所述至少一个目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么(i)确定与所述换能器元件中的至少一个相关联的功率级、频率或能量级中的至少一个的调整以用于减少所述治疗或声学改变，且(ii)至少部分地基于在步骤(e)中确定的所述相位值的所述调整以及所述功率级、频率或能量级中的所述至少一个的所述确定的调整而激活所述超声换能器。

80.根据权利要求79所述的方法，其中所述治疗参数包括以下各项中的至少一个：(i)所述换能器元件的几何形状及其相对于所述至少一个目标区的位置和定向，(ii)所述至少一个目标区和所述介入组织的组织特性，(iii)用于在所述至少一个目标区处生成最佳焦点的与所述换能器元件中的至少一些相关联的所述相位值的调整，(iv)由所述相位值调整产生的所述至少一个目标区处的治疗或声学改变，或(v)用于减少所述治疗或声学改变的与所述换能器元件中的至少一些相关联的所述声功率、频率或能量级中的至少一个的调整。

81.根据权利要求80所述的方法，其中所述组织特性包括位置、厚度、密度或材料性质中的至少一个。

82.根据权利要求80所述的方法，其中在经验上确定在步骤(iii)中的所述相位值的所述调整、在步骤(iv)中的所述至少一个目标区处的所述治疗或声学改变，以及在步骤(v)中的所述声功率、频率或能量级中的所述至少一个的所述调整。

83.根据权利要求80所述的方法，其还包括实施物理模型以至少部分地基于所述换能器元件的所述几何形状及其相对于所述至少一个目标区的位置和定向以及所述至少一个目标区和所述介入组织的所述组织特性而确定在步骤(iii)中的所述相位值的所述调整、在步骤(iv)中的所述至少一个目标区处的所述治疗或声学改变，以及在步骤(v)中的所述声功率、频率或能量级中的所述至少一个的所述调整。

84.一种用于使超声换能器聚焦的系统，所述系统包括：

控制器，其被配置成：

(b)基于所述第一组反射信号，确定是否已达到聚焦事件的目标数目或目标发生率；

(c)如果未达到，那么使所述换能器生成对所述至少一个目标区的处于调整后的声功率的第二超声处理，且测量由所述第二超声处理产生的第二组反射信号；

(d)至少部分地基于所述第二组反射信号，调整与所述换能器元件中的至少一个相关联的相位值以用于改善所述至少一个目标区处的超声焦点；

(e)预测由所述参数值的调整产生的所述至少一个目标区中的治疗或声学改变；以及

(f)如果所述预测的改变超过最大可允许改变或造成所述至少一个目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么(i)确定与所述换能器元件中的所述第一个和/或所述换能器元件中的第二个相关联的功率级、超声频率或能量级中的至少一个以用于减少所述预测的治疗或声学改变，且(ii)至少部分地基于在步骤(d)中的所述参数值和所述至少一个确定的功率级、超声频率或能量级而激活所述超声换能器。

85.一种使具有多个换能器元件的超声换能器聚焦的方法，所述方法包括：

(c)如果未达到，那么生成对所述至少一个目标区的处于调整后的声功率的第二超声处理，且测量由所述第二超声处理产生的第二组反射信号；

(d)至少部分地基于所述第二组反射信号，调整与所述换能器元件中的至少一个相关联的参数值以便改善所述至少一个目标区处的超声焦点；

(f)如果所述预测的改变超过最大可允许改变或造成所述至少一个目标区中的所述治疗或声学改变超过目标值，那么(i)确定与所述换能器元件中的所述第一个和/或所述换能器元件中的第二个相关联的功率级、超声频率或能量级中的至少一个以用于减少所述预测的治疗或声学改变，且(ii)至少部分地基于在步骤(d)中的所述参数值和所述确定的功率级、超声频率或能量级而激活所述超声换能器。