CN117677425A - 基于高强度聚焦超声的用于皮肤治疗的超声探针及设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明的实施方式的高强度聚焦超声探针包括：换能器模块，所述换能器模块包括通过接收电信号来产生超声的多个换能器元件；以及电路，所述电路基于从控制系统输入的控制信号向所述多个换能器元件提供驱动信号，其中，在作为超声聚焦方向的第一轴向方向上具有凹形形状的所述多个换能器元件在垂直于第一轴线的第二轴向方向上以阵列排列，并且切口介于所述多个换能器元件之间，并且所述多个换能器元件中的至少两个不同元件被配置为基于所述驱动信号在不同时间发射高强度聚焦超声。

Description

基于高强度聚焦超声的用于皮肤治疗的超声探针及设备

技术领域

本发明涉及高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound，HIFU)探针和使用该探针的用于皮肤治疗的超声设备，更具体地，涉及一种如下高强度聚焦超声探针和超声设备，其能够基于阵列型换能器元件的几何结构和布置在不使换能器元件机械移动的情况下，将用于皮肤治疗的高强度超声聚焦在多个点上和多个深度处。

背景技术

近年来，高强度聚焦超声(HIFU)在诸如皮肤提拉和紧致的皮肤治疗中的应用备受关注。

高强度聚焦超声是一种通过将高强度声能聚焦在身体的局部部位以提高聚焦点处的局部部位的温度并产生热转变来治疗病变的技术。当高强度聚焦超声用于皮肤时，它利用如下效果：通过在精细超声所聚焦的局部部位的热变化形成伤口而使退化的组织再生，从而去除皱纹并恢复皮肤弹性。

传统的高强度聚焦超声设备是产生超声的换能器，并且使用利用圆形单一元件超声换能器将强超声能量传输到治疗部位的方法。由于应该形成多个聚焦点以将用于皮肤治疗的超声能量传输到广泛部位，因此传统的单一元件超声换能器采用机械地移动单一元件超声转换器以将超声聚焦在各个身体部分的方法。

因此，传统的高强度聚焦超声采用圆形的单一元件超声换能器，因此，当不同地施加治疗深度(聚焦点)时，存在这样的问题，即设计成具有不同超声频率的筒部和换能器的几何结构每次都应更换。为了解决这个问题，现有技术中，杠杆、电机或扫描仪安装在手持件尖端上，以允许用户手动、半自动或全自动地任意选择和调整目标部位的深度，从而可以聚焦超声。然而，现有技术的问题在于仍然需要机械移动，因为换能器仍然应该使用电机来移动。因此，治疗时间延长，并且应该在手持件中机械地改变超声换能器的位置以改变治疗深度，因此改善治疗效果是有限的。

另一方面，在产生的超声能量低的诊断超声设备的情况下，如图19所示，使用阵列元件形式的超声换能器。也就是说，通过在横向方向(x方向)上电控制多个超声换能器的传输时间，超声被聚焦在期望的位置，并且反射的超声被接收和成像。在这种情况下，为了提高诊断分辨率，仰角方向(y方向)可以使用聚焦技术将高超声能量传输到焦点。作为该方法，存在如图19的(a)所示的使用自然聚焦的方法和如图19的(b)所示的使用声透镜聚焦的方法。

即使在传统诊断超声设备的情况下，由于制造过程中的困难，几何聚焦也可能不用于阵列元件超声换能器。如上所述，作为用于治疗的超声设备的高强度聚焦超声设备使用单个超声换能器元件。

尽管存在这些问题，但是难以使用阵列型超声换能器元件来实现高强度聚焦超声设备。由于因为能量分散，自然聚焦不合适，因此声透镜聚焦或几何聚焦适合于提高病变的温度。然而，在声透镜聚焦的情况下，由于用作透镜的材料引起的超声衰减，难以将高强度能量传输到治疗部位。此外，存在几何聚焦难以形成阵列型超声换能器的几何结构的问题(具有至少一个可聚焦几何结构的至少几十个超声换能器应当被配置为控制阵列型超声转换器的电传输时间)。

发明内容

[技术问题]

本发明试图提供一种高强度聚焦超声探针和超声设备，其中能够进行几何聚焦的多个换能器基于几何结构以阵列形式配置。

本发明试图提供一种高强度聚焦超声探针和超声设备，其中多个换能器可以容易地以低成本制造、进行几何聚焦并且以阵列形式配置。

本发明试图提供一种高强度聚焦超声探针和超声设备，其中能够向治疗部位传输高能量同时减少光栅波瓣的多个换能器以阵列形式配置。

本发明试图提供一种高强度聚焦超声探针和超声设备，其中以阵列形式配置的多个换能器能够通过电控制每个超声换能器元件的超声传输时间来在不机械移动的情况下缩短治疗时间。

本发明试图提供一种超声设备，其中基于以阵列形式配置的多个换能器将用于治疗的超声聚焦在多个点上或多个深度处。

本发明试图提供一种超声设备，该超声设备防止由于从以阵列形式配置的多个换能器产生的超声而导致患者裂伤。

[技术方案]

本发明的一个实施方式提供了一种高强度聚焦超声探针和超声设备。

根据本发明的一个实施方式，一种高强度聚焦超声(HIFU)探针包括：换能器模块，所述换能器模块包括通过接收电信号来产生超声的多个换能器元件；以及电路，所述电路基于从控制系统接收的控制信号向所述多个换能器元件提供驱动信号，其中，在作为超声聚焦方向的第一轴向方向上具有凹形形状的所述多个换能器元件在垂直于第一轴线的第二轴向方向上以阵列排列，并且切口介于所述多个换能器元件之间，并且所述多个换能器元件中的至少两个不同元件被配置为基于所述驱动信号在不同时间发射高强度聚焦超声。

根据本发明的另一实施方式，一种高强度聚焦超声(HIFU)设备包括：探针，所述探针发射高强度聚焦超声(HIFU)；以及控制系统，所述控制系统向所述探针发送控制信号，其中，所述探针包括换能器模块，所述换能器模块包括用于基于所述控制信号产生超声的多个换能器元件，在作为超声聚焦方向的第一轴向方向上具有凹形形状的所述多个换能器元件在垂直于第一轴线的第二轴向方向上以阵列排列，并且切口介于所述多个换能器元件之间，并且所述控制系统控制所述多个换能器元件中的至少两个不同元件在不同时间产生所述高强度聚焦超声。

[有益效果]

根据本发明的一个实施方式的高强度聚焦超声探针和超声设备，可以对基于多个高强度聚焦超声换能器元件的几何结构生成的超声进行几何聚焦。

根据本发明的一个实施方式的高强度聚焦超声探针和超声设备，多个高强度聚焦超声换能器元件电控制传输时间，从而缩短治疗时间，同时便宜且容易地改善皮肤治疗效果。

根据本发明的一个实施方式的高强度聚焦超声探针和超声设备，可以通过根据多个高强度聚焦超声换能器元件的操作模式来区别冷却来防止患者的裂伤。

附图说明

图1是用于描述根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针和超声设备的实现环境的图。

图2是示意性示出根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的配置的框图。

图3是示出根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针中的换能器元件的几何结构的透视图和平面图。

图4是用于描述根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针中的换能器模块的一部分的透视图和侧视图。

图5是示意性地示出根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声设备的配置的框图。

图6是示意性地示出根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的换能器模块的配置的框图。

图7是用于描述发送到根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的控制信号的图。

图8和图9是示出根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的操作模式的图。

图10是根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的切口间隔的实验结果。

图11是根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的器件宽度的实验结果。

图12是示出根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针中的换能器模块的一部分的透视图。

图13是用于描述制造根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的阵列型换能器的方法的流程图。

图14是用于描述制造根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的阵列型换能器的方法的图。

图15是用于描述制造根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的阵列型换能器的方法的流程图。

图16是用于描述制造根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的阵列型换能器的方法的图。

图17是用于描述制造根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的阵列型换能器的方法的流程图。

图18是用于描述制造根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的阵列型换能器的方法的图。

图19是用于描述在传统诊断超声成像设备中使用的超声探针的超声聚焦方法的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施方式，并且无论图的编号如何，相同或相似的部件都被赋予相同的附图标记，并且不再重复描述。以下描述中使用的部件后缀“模块”和/或“单元”仅考虑到说明书的书写方便性而给出或混合使用，因此，其含义或作用本身并不相互区别。此外，当确定与本发明相关的已知技术的详细描述可能使本发明的要点模糊不清时，将省略详细描述。此外，应当理解，提供附图仅仅是为了允许容易理解本发明的示例性实施方式，但本发明的精神不受附图的限制，而是包括包含在本发明的精神和范围内的所有修改、等价物和替换物。

包括诸如第一、第二等序号的术语可用于描述各种部件，但部件不限于这些术语。这些术语仅用于区分一个部件和另一个部件。

此外，在本说明书中，应当理解，当一个部件被称为“连接到”或“联接到”另一部件时，它可以直接连接或联接到另一部件，或者连接到另一部件，而又一部件介于其间。另一方面，应当理解，当一个元件被称为“直接连接到”或“直接联接到”另一元件时，它可以连接到或联接到另一元件，而没有另一元件介于其间。

根据本发明的实施方式的超声设备包括阵列型高强度聚焦超声探针100和控制系统200。将参考图1描述阵列型高强度聚焦超声探针100和控制系统200的实现环境。

参考图1，在根据本发明的实施方式的超声设备中，控制系统200控制高强度聚焦超声探针100将从高强度聚焦超声波探针100产生的超声聚焦在身体内部的特定点上，从而将声能传输到患者的内部组织(真皮、浅表肌肉腱膜系统(SMAS)层等)。控制系统200可以通过电控制包括在高强度聚焦超声探针100的换能器模块中的多个阵列型换能器元件的传输时间来改变聚焦点。高强度聚焦超声探针100可以将高强度聚焦超声能量传输到身体中，用于非侵入性面部提升手术、皮肤紧致手术、非侵入性皮下脂肪减少或去除手术等。

在一个实施方式中，控制系统200控制高强度聚焦超声探针100的多个阵列型换能器元件以使超声能量聚焦在相同深度的多个位置处、或者控制高强度聚焦超声探针100中的多个阵列型换能器元件以使超声波能量聚焦在不同深度处。

控制系统200可以包括控制单元，该控制单元包括治疗波束成形器，用于计算高强度聚焦超声探针100的每个换能器元件的超声传输时间延迟以改变聚焦点。

在一个实施方式中，控制系统200可以包括用于用户输入的输入单元或输出单元。

输入单元可以包括用户接口(UI)，该用户接口包括麦克风和用于从用户接收信息的触摸界面，并且用户接口可以包括在设备中实现的机械和电子接口等以及鼠标和键盘，并且方法和形式不受特别限制，只要可以输入用户指令即可。电子接口包括能够触摸输入的显示器。输出单元用于通过向外部表达控制系统200的输出来向用户发送信息，并且可以包括显示器、LED、扬声器等，用于表达视觉输出、听觉输出或触觉输出。当高强度聚焦超声探针100包括成像换能器元件模块时，显示器可以显示内部身体组织的超声图像。

控制系统200可以包括用于向所连接的各种类型的外部设备传输数据的外围设备接口，并且包括存储卡端口、外部设备输入/输出(I/O)端口等。

控制系统200可以通过经由电缆或无线地连接到高强度聚焦超声探针100来控制高强度聚焦超声探针100。

在一个实施方式中，高强度聚焦超声探针100可以包括手持件(或者可以称为棒)100b和筒部100a。在这种情况下，超声换能器模块可以在筒部100a中实现。在另一个实施方式中，高强度聚焦超声探针100可以通过集成手持件100b和筒部100a来实现。

当手持件100b和筒部100a单独实现时，用于物理联接的电连接端子和引导部件可以在手持件100b和筒部100a中实现，使得筒部100a可以联接到手持件100b。在一个实施方式中，引导部件可以在筒部100a联接到手持件100b的前端部分的方向上以诸如突出杆、突起等的形式实现。

将参考图2描述根据本发明的实施方式的高强度聚焦超声探针100的配置。

高强度聚焦超声探针100可以包括通过接收电信号产生超声的换能器模块110和将电信号输入到换能器模块110的电路120。

在一个实施方式中，当高强度聚焦超声探针100由换能器模块110的少量换能器元件的阵列组成时，高强度聚焦超声探针100可以包括能够通过在前后方向上移动手持件100b来一维地移动换能器模块110以便将超声聚焦在多个聚焦点上(即，使得超声聚焦点沿着同一直线以规则间隔形成多个点)的步进电机，前后方向是手持件100b的轴向方向。

在一个实施方式中，高强度聚焦超声探针100可以包括能够确定换能器模块110的位置的传感器130。传感器130可以是光学传感器、滚珠传感器等。

作为另一个实施方式，编码器连接到用于移动换能器模块110的电机，而不使用传感器130来计算移动位移并确定换能器模块110的当前位置。

在一个实施方式中，作为传感器130，可以不同地使用用于各种目的的检测换能器模块110的移动以及手持件100b与筒部100a之间的联接(在这种情况下，它可以是检测电连接的压力传感器或开关)的传感器，检测手持件100a相对于地面的角度和用户对手持件100b的抓握的传感器。

在一个实施方式中，传感器130可以是测量换能器模块110内的换能器元件的温度、换能器模块110内的装载空间112中的脱气水的温度、以及接触高强度聚焦超声探针100的患者皮肤的温度中的至少一者的温度传感器。

作为另一个实施方式，当配置具有多个换能器元件的阵列时，控制系统200可以基于由治疗波束成形器210确定的延迟信号来控制多个换能器单元中的至少一些或全部，使得超声同时或顺序地聚焦在多个超声聚焦位置。通过改变用于控制受控换能器元件的延迟信号，控制系统200可以在作为手持件100b的轴向方向的前后方向上将超声聚焦在多个聚焦点上，或者将超声聚焦在患者的不同皮肤深度上。在这种情况下，可以不需要换能器模块110的移动。下面将参考图7至图9对其进行详细描述。

作为另一个实施方式，当配置具有多个换能器元件的阵列时，可以通过使用电机使多个换能器元件(换能器模块)围绕手持件的纵向方向上的轴线以预定角度旋转。在这种情况下，可以同时治疗更宽的区域。

作为另一示例，在换能器元件的一维布置中，换能器元件联接的方向上的轴线可以与手持件100b的纵向方向上的轴线正交。

因此，在这种情况下，换能器模块可以移动，使得多个阵列型换能器元件沿着手持件100b的纵向方向上的轴线移动(即，沿着参考图3的第三轴向方向移动)。在这种情况下，可以通过将超声能量同时传输到更宽的区域来缩短治疗时间。

将参考图3描述根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针100的换能器模块110中包括的阵列型换能器元件。

在本说明书中，将从多个换能器元件产生并聚焦超声的点朝向的轴线描述为第一轴线(高度方向，也称为轴向方向上的轴线)，将布置多个换能器元件的方向描述为第二轴线(横向方向，也称为横向轴线)，并且将垂直于第一轴线和第二轴线同时是每个换能器元件延伸的纵向方向的轴线描述为第三轴线(仰角方向轴线，也称为仰角方向轴线)。第一轴线、第二轴线和第三轴线彼此正交。表述“沿着轴线”包括在与轴线相似的方向上前进，同时保持与轴线平行或不平行的角度。

根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声换能器模块110的换能器元件可以是多个换能器元件111以一维阵列形式在第二轴向方向上布置的形式，其中切口113介于多个换能器元件111之间。

切口是指换能器元件之间的间隔，并且被称为器件间距，包括切口和换能器元件111在第二轴向方向上的宽度。光栅波瓣的大小和传输到身体内部的能量的大小可以根据器件间距和切口的大小而变化。因此，在阵列元件形式的高强度聚焦超声换能器中，应当预先选择超声元件的最佳间距，使得主瓣的大小增大并且旁瓣的大小最小化。

每个换能器元件111可以在第一轴向方向上具有凹形几何形状，并且该几何结构与设置从换能器元件111产生的超声的聚焦点有关。通过接收来自每个换能器元件111的电信号而产生的超声可以在作为凹陷方向的第一轴向方向上行进，并且被聚焦在身体内部的特定深度点处以传输能量。

每个换能器元件111可以在第三轴向方向上伸长。因此，每个换能器元件111在第三轴向方向上的长度可以长于在第二轴向方向上的宽度。

由接收电信号的每个换能器元件111所产生的超声在凹陷方向上行进并且聚焦在身体内部的特定深度点处，因此在聚焦点处传输的能量(即换能器模块的超声输出能量)可以为0.5J/cm²或更大。替选地，换能器元件111的每个面积的输出能量可以为500W/cm²或更大。因此，可以通过传输能量在身体内部的聚焦点处产生热转变，使得身体内部的聚焦点的温度等于或高于特定温度。

将参考图4描述根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声换能器模块110的阵列型换能器元件。

根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声换能器模块110可以包括布置在高强度聚焦超声换能器元件111之间的切口113中的分离构件115。分离构件115将多个换能器元件分离并且防止多个换能器元件彼此接触。

在一个实施方式中，高强度聚焦超声换能器元件111不直接彼此连接并且以阵列形式布置，但是可以在彼此分离的状态下通过分离构件115以固定形式组合。

在一个实施方式中，分离构件115可以由具有300℃或更高的热稳定性的材料制成，并且可以由例如聚酰亚胺(PI)制成。因此，当信号线119通过焊接117方法连接到换能器元件111时，为了防止分离构件115热变形，分离构件115可以由即使当长时间暴露在高温下时物理性质也几乎没有变化的材料制成。

在根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声换能器模块的多个换能器元件111中，用于在与每个超声聚焦方向相反的方向上将电信号施加到后表面的信号线可以通过焊接117连接。由于高强度聚焦超声换能器元件施加具有足以引起对期望病变的热转变的高能量的信号，因此可以瞬间产生高热，并且为了将信号线连接到换能器元件11，同时防止信号线由于高热而分离，可以使用熔点为约300℃或更高的焊接117方法。

在一个实施方式中，分离构件115在第一轴向方向上的长度可以比换能器元件111在第一轴向方向上的长度(厚度)长。因此，当通过焊接117方法将信号线连接到换能器元件111时，分离构件115可以用作阻止熔融铅连接到其他元件的堤坝。

将参考图5描述根据本发明的实施方式的超声设备的控制系统200的配置。

控制系统200可以包括产生延迟信号的治疗波束成形器210，使得超声探针100的多个阵列型换能器元件中的至少一些在不同时间接收电控制信号或者在不同时间产生超声。

在一个实施方式中，由治疗波束成形器210产生的延迟信号可以通过包括脉冲发生器、数模转换器(DAC)和放大器的治疗电路220传输到探针100。治疗电路220可以包括数字设备单元和模拟设备单元。多个延迟信号可以被发送到脉冲发生器并被转换成高电压信号(HV信号)。控制系统200可以向探针100发送基于延迟信号生成的驱动信号(HV信号)，该延迟信号计算信号被输入到每个换能器元件的时间点，以控制用于治疗的超声的聚焦点的位置和深度。

在一个实施方式中，处理电路220可以包括多路复用器，并且通过多路复用，根据延迟信号在不同时间将驱动信号发送到探针100的不同换能器元件111。

在一个实施方式中，控制系统200可以基于接收到的超声产生超声B模式图像，其中所产生的超声(用于治疗的超声或用于成像的单独超声)从身体内部反射。在这种情况下，探针100可以包括模拟前端电路，用于处理通过转换超声信号而获得的电信号(称为接收的超声信号)。模拟前端电路可以包括用于衰减校正的低噪声放大器(LNA)和深度增益补偿(TGC)。由探针100中的换能器元件111接收的超声被转换成电信号并发送到成像电路250，成像电路250可以包括模数转换器(ADC)、第一输入第一输出(FIFO)存储器等。数字处理后的接收的超声信号可以基于成像波束成形器240中的治疗波束成形器2110的延迟信号进行Rx聚焦，在图像处理器260中进行扫描转换，并显示在显示器270上。

在一个实施方式中，控制系统200可以包括控制器230，控制器230控制是在用于对接收的超声信号进行成像的超声成像模式(B模式)下操作还是在用于对对象执行高强度聚焦超声治疗的治疗模式下操作。

在一个实施方式中，控制系统200或单独的外部设备可以包括将脱气水循环到换能器模块110中的装载空间112中的电机、以及冷却从装载空间112排出的脱气水的冷却设备。控制器230可以至少基于由温度传感器130测量的换能器模块110内部的换能器元件的温度、换能器模块110中的装载空间112的脱气水的温度、以及与高强度聚焦超声探针100接触的患者皮肤的温度中的任一者，来控制引入到装载空间112中或从装载空间112排出的脱气水的循环速度。因此，可以防止由于高强度聚焦超声治疗而导致的患者裂伤。

将参考图6描述根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针100的换能器模块110的概念配置。为了便于描述，图6示出了换能器模块110被实现为筒部100a的状态。

在一个实施方式中，换能器模块110可以被实现为单独的壳体，以便可从手持件100b拆卸。在另一个实施方式中，换能器模块110可以在与手持件100b相同的壳体中实现。参考图6描述的实施方式将被描述为其中换能器模块110被实现为与手持件100b分离的壳体的实施方式。

换能器模块110包括阵列型换能器元件111，其中多个换能器元件111布置成具有介于其间的切口。在一个实施方式中，用于防止换能器元件111之间的接触的分离构件115可以包括在换能器元件111之间的切口中。

在一个实施方式中，在换能器模块110中，两个轴线，即手持件100b的纵向轴线和布置多个换能器元件的布置方向轴线彼此平行，但是在另一实施方式中可以彼此交叉。

在一个实施方式中，换能器模块110可以包括装载空间112，装载空间112在内部空间中装载有脱气水或具有高声学透明度的其他材料，并且装载空间112可以充满脱气水。在另一个实施方式中，装载空间112可以保持为空的空间，而不用单独的材料填充。

在一个实施方式中，换能器模块110可以包括循环通道116，循环通道116能够使脱气水在装载空间112中循环，并且循环通道116可以包括入口116a和出口116b。从换能器模块110外部冷却的脱气水通过入口116a被引入到换能器模块110内部的装载空间112中，并且其温度由于换能器元件111产生的热量而升高的脱气水可以通过出口116b从装载空间112排放到外部。

在一个实施方式中，当换能器模块110被实现为可从手持件100b拆卸的单独壳体时，换能器模块110可以包括电接口114，该电接口114可以通过手持件100b的电路电连接到控制系统200。电接口114可以包括用作电/机械连接器的PCB。

在一个实施方式中，换能器模块110的壳体可以在从换能器元件111产生的超声被辐射的方向上的一个轴线上具有敞开的窗口，超声可以通过该敞开的窗口，并且当装载空间112填充有具有高声学透明度的材料(例如脱气水)时，可以形成覆盖构件118以防止材料通过窗口逸出。

基于不同延迟从多个换能器元件111产生的超声在一个轴向方向上聚焦在特定点1010上。

将参考图7描述根据本发明的另一实施方式的基于多个阵列型超声换能器元件111的延迟信号的控制方法。图7是在延迟元件211分别连接到每个换能器元件111的前提下描述的，但是在另一个实施方式中，模拟前端部分210b可以包括高电压多路复用器(HV多路复用器)。在这种情况下，延迟元件211不连接到每个换能器元件111，并且可以通过高电压多路复用器从多个换能器元件111中选择要被激活(以产生超声)的元件。此外，模拟前端部分210b可以在控制系统200内部或手持件100b内部实现。

参考图7，可以将延迟信号发送到模拟前端部分210b，并且可以在模拟前端部分210b中执行模拟波束成形，以控制多个换能器元件111中的至少两个不同元件，从而基于控制系统200的驱动信号在不同时间产生高强度聚焦超声。在一个实施方式中，模拟前端部分210b可以包括信号发生器213、延迟元件211、高电压放大器、滤波器(DAC滤波器等)和阻抗匹配变压器。由信号发生器213产生的RF脉冲被传输到延迟元件211，并且延迟元件211可以根据参考存储在单独存储器中的延迟表的延迟值向多个换能器元件111供应驱动信号。

将参考图8和图9描述根据本发明的实施方式的阵列型换能器元件111的产生高强度聚焦超声的不同模式。

参考图8，多个换能器元件111可以被排他地划分并且属于多个不同的子组1021、1022、1023和1024。被排他划分是指任何一个换能器元件只属于任何一个子组。

在一个实施方式中，多个换能器元件111的每个子组1021、1022、1023和1024具有聚焦点1011、1012、1013和1014，聚焦点1011、1012、1013和1014具有相同的深度，但对于每个子组1021、1022、1023和1024在不同位置处。因此，传输到子组1021、1022、1023和1024的延迟可以彼此相等。

在一个实施方式中，控制系统200可以进行控制，使得多个换能器元件111的每个子组1021、1022、1023和1024同时将高强度聚焦超声聚焦在多个聚焦点1011、1012、1013和1014上。因此，可以在患者组织内的多个位置上同时进行高强度聚焦超声治疗，从而缩短患者的治疗时间。

参考图9，多个换能器元件111可以被相互划分并且属于多个不同的子组1041和1042。相互划分是指任何一个换能器元件不属于任何一个子组1041，而是属于另一个子组1042。

在一个实施方式中，多个换能器元件111的每个子组1041和1042可以具有聚焦点1031和1032，聚焦点1031和1032具有相同的深度，但对于每个子组1041和1042在不同位置处。因此，传输到每个子组1041和1042的延迟的形式可以彼此相等。

在一个实施方式中，控制系统200可以进行控制，使得多个换能器元件111的每个子组1041和1042在不同时间将高强度聚焦超声聚焦在多个聚焦点1031和1032上。因此，可以在不机械移动换能器元件的情况下对患者组织内的多个位置执行高强度聚焦超声治疗，从而缩短患者的治疗时间。

在一个实施方式中，控制系统200可以控制多个换能器元件111可以通过被划分为第一模式和第二模式来操作，在第一模式中多个换能器元件111被排他地划分成多个不同的子组并且被控制，在第二模式中多个换能器元件被相互划分成多个不同的子组并且被控制，并且控制系统200可以根据操作者的选择以相应的模式控制多个换能器元件111。

在一个实施方式中，控制系统200可以控制多个换能器元件111，使得在第一模式中被聚焦高强度聚焦超声的点之间的间距宽于在第二模式中被聚焦高强度聚焦超声的点之间的间距。

因此，高强度聚焦超声治疗可以根据患者的状况以不同的方式进行。

在一个实施方式中，控制系统200可以控制多个换能器元件111，使得在第一模式和第二模式中传输到聚焦点的能量(即，换能器模块的超声输出能量)不同。例如，可以控制多个换能器元件111，使得在高强度聚焦超声聚焦的点之间的间距更密集的第二模式中，传输到聚焦点的能量较低。

在一个实施方式中，控制系统200可以控制使脱气水循环的循环电机的操作速度，使得换能器模块110内部的装载空间112中的脱气水的循环速度在第一模式和第二模式中不同，或者控制系统200可以不同地控制用于冷却脱气水的冷却速率。

将参考图10描述根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声换能器模块的切口宽度(大小)和换能器元件的宽度。

图10示出了根据切口宽度的旁瓣大小的模拟结果。在模拟中，换能器元件的宽度固定在约460μm，并且以20μm的间隔进行模拟，其中切口宽度从20μm到160μm。在这种情况下，旁瓣的大小被设置在切口宽度的范围内，与最大能量相比，小于约-15dB。

图10的(a)示出了当切口宽度为40μm时的波束轮廓，而图10的(b)示出了在切口宽度为160μm时波束轮廓。图10的(c)示出了当切口宽度为40μm和160μm时的线图。图10的(d)以曲线图示出了根据切口宽度的变化的旁瓣的相对大小。当切口宽度的大小为100μm时，可以看出旁瓣的相对大小变为约-15.34dB，当切口宽度的大小为120μm时可以看出旁瓣的相对大小变为约-14.74dB，其大于-15dB。因此，可以看出，在相应的条件下，切口宽度可以增加到约100μm。

与图10相反，在图11中，切口宽度固定在40μm，并且在以50μm的间隔将器件宽度从400μm改变到600μm的同时进行模拟。

以这种方式，设置器件宽度的范围，使得旁瓣的相对大小小于约-15dB。图11的(a)示出了当器件宽度为450μm时的波束轮廓，图11的(b)示出了当器件宽度为600μm时的波束轮廓。图11的(c)示出了当器件宽度为450μm和600μm时的线图。图11的(d)以曲线图示出了根据器件宽度的变化的旁瓣的相对大小。当器件宽度的大小为500μm时，可以看出旁瓣的相对大小为约-16.26dB，当器件宽度的大小为550μm时，旁瓣的相对大小为-14.35dB，其大于-15dB，因此可以看出，在相应的条件下，器件宽度可以增加到500μm至550μm。

图10和图11中进行的模拟是当器件宽度和切口宽度固定并且单个频率为4MHz时执行的仿真结果，并且设置范围可以根据各种条件而变化。在图10和图11中，由于旁瓣的大小随着器件宽度和切口宽度的增加而增加，因此总能量可以减少。因此，可以确定器件宽度、切口宽度和器件间距，使得总能量可以最大化。

将参考图12描述根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的另一实施方式。

将省略与上述部件重叠的部件的详细描述，并且将集中于换能器模块进行描述。

高强度聚焦超声探针100可以包括换能器模块。在换能器模块中，作为产生超声的部件的换能器元件311可以由于切口313而以弯曲的换能器单元310和320的多个部分形成。

换能器模块可以包括弯曲的换能器部分310和320以及折曲部分315a和315b，折曲部分315a和315b在第三轴向方向上在换能器部分310和320的两端中的至少一者上在与超声聚焦方向相反的方向上折曲以形成平坦表面。弯曲的换能器单元310和320可以在作为超声聚焦方向的第一轴向方向上具有凹形形状。

在一个实施方式中，弯曲的换能器部分310和320的一部分可以由于切口313而分离以将电信号施加到以多个部分形成的多个换能器元件311从而产生超声，并且用于施加电信号的信号线可以通过在与超声聚焦方向相反的后表面310处的焊接117连接到换能器元件311。在一个实施方式中，如图4所示的分离构件可以布置在切口313上。

在一个实施方式中，接地电极可以在弯曲的换能器单元中在超声聚焦方向上形成在前表面320的至少一部分中，并且可以通过溅射方法形成以减少超声衰减。接地电极可以在超声聚焦方向上形成在多个换能器元件311的前表面320的至少一部分中。

通过分离换能器部分310和320的一部分而形成的多个部分中的换能器元件311是指由通过沿着第三轴向方向延伸而形成的切口313所分离的部分，因此，换能器元件311在第三轴向方向上的两端中的至少一端可以彼此连接。

将参考图13至图18描述制造根据本发明的实施方式的阵列型高强度聚焦超声探针的方法。

首先，将参考图13和图14描述以堆叠方式制造高强度聚焦超声探针的阵列型换能器的方法。

当施加电信号时，提供在第一轴向方向上具有预定厚度并且在第一轴向方向(其是超声产生和聚焦的方向)上具有预定凹曲率的多个换能器元件911，并且该多个换能器元件911具有在垂直于第一轴线的第三轴向方向上延伸的形状(S810)。

提供具有预定第二厚度的多个板状分离构件(S820)，并且板状分离构件可以由具有300℃或更高的热稳定性的材料制成，并且可以是例如聚酰亚胺。

换能器模块被制造成使得多个弯曲型换能器元件和多个板状分离构件在与第一轴向方向和第三轴线正交的第二轴向方向上交替堆叠(S830)，以将板状分离部件布置在切口913上。之后，可以使用焊接117方法将信号线连接到多个弯曲型换能器元件的后表面(与超声聚焦方向相反的表面)，并且可以在前表面上形成接地电极。该堆叠方法具有易于制造的优异效果。

将参考图15和图16描述通过抛光或研磨方法制造高强度聚焦超声探针的阵列型换能器的方法。

提供在第二轴向方向上具有预定厚度的多个板状换能器元件1111(S1010)，并且提供具有不同预定厚度的多个板状分离构件1113(S1020)。之后，将多个换能器元件1111和多个分离构件1113在第二轴向方向上交替堆叠以形成复合件(S1030)，并且通过研磨机1123研磨(1121)复合件的垂直于第一轴线的一侧或两侧(S1040)。在这种情况下，研磨机1123的研磨刀片的曲率被设置为具有考虑超声聚焦点的几何结构。一个表面被研磨成具有在第一轴向方向上凹入的预定厚度同时在作为超声产生和聚焦的方向的第一轴向方向具有预定厚度，并且作为相反方向上的另一表面的后表面(与超声聚焦方向相反侧的表面)可以被研磨成在第一轴向方向上具有预定的凸曲率。该研磨方法具有优异的制造容易性和低灵敏度的效果。

将参考图17和图18描述使用切割方法制造高强度聚焦超声探针的阵列型换能器的方法。

提供换能器模块1300，其包括在作为超声聚焦方向的第一轴向方向上具有部分凹入形状的弯曲的换能器单元1331和1333，以及通过在垂直于换能器单元1331和1333的第一轴线的第三轴向方向上的两端沿与超声聚焦方向相反的方向折曲而形成的弯曲部分1310a和1310b(S1210)。

通过切割机1340在垂直于第一轴线和第三轴线的第二轴向方向上切割弯曲的换能器单元1331和1333的至少一部分，形成从弯曲的换能器单元1331和1333沿第三轴向方向延伸并沿垂直于第一轴线和第三轴线的第二轴向方向延伸的多个切口1313(S1220)。

弯曲的换能器部分1331和1333的一部分可以由于切口1313而分离，以将电信号施加到形成在多个部分的多个换能器元件1311从而产生超声，并且用于施加电信号的信号线可以通过在与超声聚焦方向相反的后表面1333处的焊接117连接到换能器元件1311。在一个实施方式中，如图4所示的分离构件可以布置在切口1313上。在一个实施方式中，接地电极可以通过溅射方法形成在弯曲的换能器单元1331和1333的前表面1331上。

在本发明的说明书中(特别是在权利要求中)，术语“上方”和类似指示术语的使用可以对应于单数和复数。此外，当在本发明中描述范围时，包括采用属于该范围的各个值的本发明(除非另有说明)，在本发明的详细描述中描述构成该范围的各个值。

除非对于构成根据本发明的方法的步骤明确地陈述或相反地陈述顺序，否则这些步骤可以以任何合适的顺序执行。

本发明不一定局限于步骤的描述顺序。在本发明中使用所有示例或示例性术语(例如，等等)仅仅是为了详细解释本发明，并且除非受到权利要求的限制，否则本发明的范围由于示例或示例性术语而受到限制。此外，本领域技术人员可以理解，在所附权利要求或其等价物的范围内，可以根据设计条件和因素进行各种修改、组合和改变。

因此，本发明的精神不应受到这些示例性实施方式限制，而是权利要求以及与权利要求相同或等同的所有修改旨在落入本发明的范围和精神内。

Claims (19)

1.一种高强度聚焦超声(HIFU)探针，包括：

换能器模块，所述换能器模块包括通过接收电信号来产生超声的多个换能器元件；以及

电路，所述电路基于从控制系统接收的控制信号向所述多个换能器元件提供驱动信号，

其中，在作为超声聚焦方向的第一轴向方向上具有凹形形状的所述多个换能器元件在垂直于第一轴线的第二轴向方向上以阵列排列，并且切口介于所述多个换能器元件之间，并且

所述多个换能器元件中的至少两个不同元件被配置为基于所述驱动信号在不同时间发射高强度聚焦超声。

2.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声(HIFU)探针，其中：

所述多个换能器元件中的每一个换能器元件以几何结构形成，所述几何结构使得通过接收电信号而产生的超声聚焦在所述第一轴向方向上的预定点上，并且所述多个换能器元件中的每一个换能器元件的形状使得在垂直于所述第一轴向方向和所述第二轴向方向的第三轴向方向上的长度大于在所述第二轴向方向上的长度。

3.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声(HIFU)探针，其中：

所述换能器模块的在聚焦点处的超声输出能量为0.5J/cm²或更大。

4.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声(HIFU)探针，其中：

布置在所述切口上的分离构件在所述第一轴向方向上的长度大于所述换能器元件在所述第一轴向方向上的长度。

5.根据权利要求4所述的高强度聚焦超声(HIFU)探针，还包括：

信号线，所述信号线通过焊接在与超声聚焦方向相反的方向上连接到所述多个换能器元件中的每一个换能器元件的后表面以施加电信号。

6.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声(HIFU)探针，还包括：

分离构件，所述分离构件布置在所述切口上并且由具有大于或等于300℃的热稳定性的材料制成。

7.根据权利要求6所述的高强度聚焦超声(HIFU)探针，其中：

所述分离构件由聚酰亚胺制成。

8.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声(HIFU)探针，其中：

所述多个换能器元件中的每一个换能器元件在所述第二轴向方向上不直接连接。

9.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声(HIFU)探针，其中：

所述多个换能器元件中的每一个换能器元件在所述第三轴向方向上的两端中的至少一端彼此连接。

10.根据权利要求9所述的高强度聚焦超声(HIFU)探针，其中：

在超声聚焦方向上，在所述多个换能器元件中的每一个换能器元件的前表面的至少一部分中形成接地电极。

11.根据权利要求10所述的高强度聚焦超声(HIFU)探针，其中：

所述多个换能器元件中的每一个换能器元件的两端中的至少一端在所述第三轴向方向上的延伸部分包括在与所述超声聚焦方向相反的方向上折曲的折曲部分。

12.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声(HIFU)探针，其中：

所述换能器模块包括装载空间，脱气水装载在所述装载空间中，以及

所述换能器模块和布置有所述装载空间的第一壳体可拆卸地连接到布置有所述电路的第二壳体，并且所述装载空间连接到能够使所述脱气水循环的入口管或出口管。

13.一种高强度聚焦超声(HIFU)设备，包括：

探针，所述探针发射高强度聚焦超声(HIFU)；以及控制系统，所述控制系统向所述探针发送控制信号，

其中，所述探针包括换能器模块，所述换能器模块包括用于基于所述控制信号产生超声的多个换能器元件，

在作为超声聚焦方向的第一轴向方向上具有凹形形状的所述多个换能器元件在垂直于第一轴线的第二轴向方向上以阵列排列，并且切口介于所述多个换能器元件之间，并且

所述控制系统控制所述多个换能器元件中的至少两个不同元件在不同时间产生所述高强度聚焦超声。

14.根据权利要求13所述的高强度聚焦超声(HIFU)设备，其中：

所述多个换能器元件中的每一个换能器元件以几何结构形成，所述几何结构使得基于所述控制信号而产生的超声聚焦在所述第一轴向方向上的预定点上，并且所述多个换能器元件中的每一个换能器元件的形状使得在垂直于所述第一轴向方向和所述第二轴向方向的第三轴向方向上的长度长于在所述第二轴向方向上的长度。

15.根据权利要求13所述的高强度聚焦超声(HIFU)设备，其中：

所述探针还包括装载空间，脱气水装载在所述装载空间中，

所述探针还包括温度传感器，所述温度传感器用于测量所述换能器元件、所述装载空间中的所述脱气水、以及与所述探针接触的对象中的至少一者的温度，以及

所述控制系统基于由所述温度传感器测量的温度，来控制连接到所述装载空间的循环电机的操作速度以使所述脱气水循环，或者控制冷却所述脱气水的冷却速率。

16.根据权利要求13所述的高强度聚焦超声(HIFU)设备，其中：

所述多个换能器元件被排他地划分并且属于多个不同的子组，以及

所述控制系统将所述控制信号发送到所述探针，使得由所述子组的换能器元件发射的高强度聚焦超声同时聚焦在不同的点处。

17.根据权利要求13所述的高强度聚焦超声(HIFU)设备，其中：

所述多个换能器元件中的至少一些换能器元件被相互划分并且属于多个不同的子组，以及

所述控制系统将所述控制信号发送到所述探针，使得由所述子组的换能器元件发射的高强度聚焦超声在不同时间聚焦在不同的点处。

18.根据权利要求13所述的高强度聚焦超声(HIFU)设备，其中：

所述控制系统：

在第一模式中操作，在所述第一模式中，所述多个换能器元件被排他地划分成多个不同的子组并且被控制，和

在第二模式中操作，在所述第二模式中，所述多个换能器元件被相互划分成所述多个不同的子组并被控制，以及

所述控制系统在所述第一模式和所述第二模式中将所述控制信号发送到所述探针，使得在所述第一模式中所述高强度聚焦超声所聚焦的点之间的间距比在所述第二模式中所述高强度聚焦超声所聚焦的点之间的间距宽。

19.根据权利要求13所述的高强度聚焦超声(HIFU)设备，其中：

所述探针还包括装载空间，脱气水装载在所述装载空间中，以及

所述控制系统：

在第一模式中操作，在所述第一模式中，所述多个换能器元件被排他地划分成多个不同的子组并且被控制，和

在第二模式中操作，在所述第二模式中，所述多个换能器元件被相互划分成所述多个不同的子组并被控制，以及

所述控制系统在所述第一模式和所述第二模式中控制连接到所述装载空间的循环电机的操作速度以使所述脱气水循环，或控制用于不同地冷却所述脱气水的冷却速率。