CN1444491A - 利用相控阵聚焦超声系统增加坏死体积的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用具有一种换能器阵列的聚焦超声进行治疗操作的系统，该阵列包括多个换能器元件、与换能器元件耦合的驱动电路、以及与驱动电路耦合的一个控制器。该控制器控制驱动电路向成套换能器元件交替提供相应的驱动信号。在一个超声波治疗过程中，每组换能器元件被相应驱动信号交替驱动一段预定的时间，同时使每组换能器元件产生的超声能量基本上连续地聚焦于一个所需要的聚焦区。该控制器还控制相应驱动信号的相位构成，以提供一个具有预定大小、形状、和/或位置的聚焦区，从而使位于聚焦区的靶组织区域坏死。

Description

利用相控阵聚焦超声系统增加坏死体积的系统和方法
本发明所属技术领域
本发明主要涉及利用聚焦超声进行非侵入性外科操作的系统和方法，尤其涉及利用一种聚焦超声换能器阵列增加坏死体积的系统和方法。
与本发明相关的背景技术
高强度聚焦声波，比如超声波(频率高于约20千赫的声波)，可用于治疗病人位于体内组织区域的病变。例如，超声波可用于切除肿瘤，从而免于进行侵入性的外科手术。为提供足够的能量来切除组织或使其坏死，采用了压电换能器。这种换能器是置于病人体外但尽量靠近要切除的组织部位，并由电信号驱动以产生超声能量。该换能器按一定的几何形状塑形和定位，因此超声能量被聚焦于一个与病人体内靶组织部位相对应的“聚焦区”，加热靶组织部位直到使其坏死。换能器可对位于相近部位的多个病灶进行依次的聚焦和激活。这种系列超声波治疗法用于导致一种完整组织结构的凝结坏死，例如一个有一定大小和形状的肿瘤。
一种球冠换能器阵列，比如在授权Umemura等的美国专利第4,865,042号中所披露的，已建议用于此种用途。这种球冠换能器阵列包括许多置于一个曲面上的同心环，该曲面具有一个限定部分球体的曲率半径。这些同心环通常具有相等的表面积，并且可以沿圆周被分成许多成曲形的换能器元件或区段，来产生扇形-旋涡阵列。这些换能器元件同时被无线电频率(RF)电信号所驱动，这些电信号是其相位和振幅上偏移的单频信号。特别是，可以控制相应驱动信号的相位和振幅，从而将发射的超声能量聚焦于所需要的聚焦区，并向靶组织部位提供所需的能量水平。
为增大坏死区域的尺寸，可增加相应驱动信号的振幅，从而向聚焦区提供更多的超声能量。这通常增加了位于聚焦区的因超声波治疗而坏死的组织区域的大小，继而可减少在一完整组织结构中(如，一个肿瘤)需要进行的超声波治疗的次数。然而，伴随振幅的增加也增加了穿过聚焦区两侧组织的能量。所导致的副反应有病人的疼痛、加热、和/或靶区域之外的组织坏死，尤其是在“邻近区域”，即在换能器和聚焦区之间的区域。
作为一种可供选择的方法，为增加每次超声波治疗的坏死组织体积，已有建议使用一种球冠换能器阵列，该换能器阵列沿圆周被分为多个“区段”，如在授权Umemura等的美国专利第4,865,042号中所披露的。可控制每个区段的相应驱动信号的相位以使聚焦区具有要求的大小和形状。例如，假如每个区段为具有同样相位(“模式0”)的相应驱动信号所驱动，超声能量则可以基本上聚焦于一个相对狭窄的聚焦区，这类似于前面所述的同心环换能器阵列。
另一种选择是，这些区段可为彼此间具有预定相态关系(称作“异相位”或“模式n”)的相应驱动信号所驱动。这导致通常为环形的聚焦区，产生一个更宽的聚焦，这引起在横切聚焦区的焦面内更大组织区域的坏死。然而，为在该较大的聚焦区内达到适当的坏死，需要增加总的超声波治疗能量(增加超声波治疗功率和/或持续时间)，这也同样可增加靶组织区域之外的组织所获得的热量，因为更多的能量会流经聚焦区两侧的漏斗状区域。这可能在超声波治疗之间需要额外的冷却时间，以避免热量的积累，尤其是在邻近区域的组织内。
为增加在与焦面基本垂直的方向上的坏死体积，已建议采用一种名为“变迹法”的方法。变迹法是在一个超声波治疗过程中仅激活同心环阵列中一组内层环，即在整个超声波治疗过程中关闭一个或多个外层环。这有效地提高了换能器阵列的“f数”(f数是曲率半径与换能器阵列的“孔径”尺寸或直径的比值)，产生了一个更窄的漏斗区(位于换能器和聚焦区之间超声能量穿越的部分)。当利用变迹法把相同的总能量聚焦于聚焦区时，可产生更大的坏死体积。然而，这个更窄的漏斗区也可增加聚焦区两侧组织受到过分加热的危险，尤其在邻近区域。
因此，有必要提供利用超声能量治疗一个组织区域的系统和方法，这些系统和方法既能扩大坏死体积，又不会显著地增加在聚焦区之外加热的危险。
发明简述
本发明涉及利用聚焦超声进行治疗性操作的系统和方法，这些系统和方法可扩大坏死体积，而不会显著增加聚焦区之外的组织被加热的程度。
在一个优选具体实施例中，一种聚焦超声系统包括一个由多个换能器元件构成的换能器阵列。驱动电路与换能器元件耦合，该驱动电路设置为向每个换能器元件提供相应的驱动信号。提供一个控制器，来交替地将超声能量由多组换能器元件传向接受治疗的病人。优选地，该控制器与驱动电路耦合，并且该控制器设置为控制驱动电路从而交替地向各组换能器元件提供相应的驱动信号。
控制器也可设置为控制传向换能器元件的相应驱动信号的相位构成，来获得一个由换能器元件产生的具有预定大小和形状的聚焦区，和/或使每组的换能器元件基本上聚焦于一个要求的聚焦位置。该控制器可包括一个选择器，用于交替地将多组换能器元件中的一组与驱动电路耦合，借此驱动电路可向所耦合的一组换能器元件提供相应的驱动信号，和/或该控制器可包括一个对驱动电路进行电控的微处理器。
在一个示范性的具体实施例中，换能器阵列可为一个包括多组同心环状换能器元件或环的同心环阵列。每个同心环可沿圆周被分成多个成曲形的元件或“区段”。此外，可提供其它形状、阵列、或几何形状的换能器元件并可划分为组。
在一个超声波治疗过程中，每组换能器元件可选择性地被一套相应的驱动信号驱动一段预定时间，同时使每组换能器元件所产生的超声能量基本上连续地聚焦于一个所需要的聚焦区。因此，聚焦区处导致坏死的组织区域的体积可显著增加，而聚焦区之外的区域接受的能量被分散于不同的漏斗区，因而使其被加热和/或坏死的危险得以显著降低。
本发明的其它目的和特征通过下文结合附图的描述而更为明了。
附图简述
本发明的优选具体实施例是通过附图中的实施例进行描述说明，但并非仅限于此，图中相同的附图标号对应相同的部件，其中：
图1是根据本发明的一种聚焦超声系统的示意图。
图2A是图1中的聚焦超声系统的换能器阵列的第一个优选具体实施例的俯视图。
图2B是图1中的聚焦超声系统的换能器阵列的第二个优选具体实施例的俯视图。
图3A-3E示意说明球冠状换能器阵列的可选择具体实施例所传递的超声能量的有关的漏斗形状。
图4是病人躺在一个其中含有超声换能器阵列的注满水的工作台上的示意侧视图。
优选具体实施例的详细描述
现在来看附图，图1和图2A图示了根据本发明的利用聚焦超声进行治疗性操作的系统10的一种示范性的具体实施例。系统10通常包括一个换能器12、一个向换能器12提供电驱动信号15的驱动电路14、以及一个对由驱动电路14提供的驱动信号15进行控制的控制器16。优选地，换能器12是一个用压电材料构成的相控阵超声换能器，其构成为本领域技术人士所了解。换能器12包括“n”个独立的换能器元件22(n是大于1的整数，表示换能器元件22的总数)，换能器元件22以常规方式与驱动电路14耦合。
在图1和图2A所示的典型具体实施例中，换能器12具有一种凹状或碗状的形状，优选的是一种“球冠”形状，即有一个基本恒定的曲率半径18，因而换能器12具有限定部分球体的内表面20。此外，换能器其它可选的形状有基本扁平、长形、或其它所需要的总体形状(图中未示出)。
如图2A所示，换能器元件22可以是具有同心环22-1至22-n的形状，例如，通过压电壳将同心环进行分割(图中未示出)。优选地，环22-1至22-n具有大体相同的表面积，这样，从最内层22-1至最外层22-n环的宽度逐渐变窄。此外，环22-1至22-n可具有大体相同的宽度，或者采用其它环构型(图中未示出)。环22-1至22-n之间的任何间隔(图中未示出)可用硅橡胶等物质填充，从而将环22-1至22-n互相隔离。
在一个优选具体实施例中，换能器12的外径约为8至12cm，曲弯半径18约为8至16cm，以及包括约10至30个环22-1至22-n。更多的关于适用于本发明的同心环相控阵换能器的构造的信息可参见，例如，C.Cain和S.Umemura，“Concentric-Ring andSector-Vortex Phased-Array Applicators for Ultrasound Hyperthermia”，IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，vol.MTT-34，no.5，pages 542-551(May 1986)，其披露的内容结合于此作为参考。
在其它可选的具体实施例中，换能器元件22可具有其它形状、阵列、或几何形状。例如，图2B表示同心环换能器阵列12’的一个可选具体实施例，该换能器阵列沿圆周被分成曲形的元件或“区段”23。换能器12’的每个环22’-1至22’-n可沿圆周分成区段23(图2B中23-1a至23-1h表示最内层环22-1的分隔元件)。例如，如前所述，可对换能器进行径向切割，或从换能器12’的背面除去区段23之间薄的径向电极(图中未示出)。这种换能器的详细说明可参见文献，例如，T.Fjield和K.Hynynen，“The CombinedConcentric-Ring and Sector-Vortex Phased Array for MRI GuidedUltrasound Surgery”，IEEE Transactions on Ultrasonics，Ferroelectricsand Frequency Control，vol.44，no.5，pages 1157-1167(Sept.1997)，其披露的内容结合于此作为参考。
在另一个可优具体实施例中，球冠状或其它形状的换能器可分成具有其它形状或阵列(图中未示出)的多个换能器元件，例如棋盘状图案、六角点阵、或甚至是换能器元件的基本上随机的排列。作为另一种选择，可提供换能器元件的线性阵列(图中未示出)。这些换能器元件可具有基本上同样的大小或表面积，或可具有不同的大小。因此，这些独立的换能器元件可彼此之间相对具有任何一种所需要的独有的几何形状或形状、和/或任何所需要的总体形式。
回到图1，控制器16与驱动电路14耦合，以控制由驱动电路14产生的驱动信号15的多个方面。例如，首先控制器16可控制驱动信号15的振幅，从而控制由换能器12传递的超声能量的强度。此外，控制器16可控制每个换能器元件22之间的相位。例如，通过变化图2A中所示的同心环22-1至22-n之间的相位，换能器12产生的超声能量聚集产生的聚焦区26的位置或“焦距”(即从换能器12到聚焦区26的距离)可沿z轴进行调节，如图1所示。此外，对示于图2B中的具体实施例来说，控制器16可在区段23之间变化相位、或改变换能器12’的“模式”，来控制由超声能量形成的聚焦区的大小和形状，如为本领域技术人士所了解的。该控制器16可包括一个信息处理器，例如一个微型电子计算机(图中未示出)，其与驱动电路14耦合以控制其操作的这些方面。更多的关于相控阵换能器的相移的信息可参见前文提到的Cain的文章，以及授权Umemura等的美国专利第4,865,042号，其披露的内容也结合于此作为参考。
优选地，控制器16还可有效地将换能器12划分为多组换能器元件22。例如，在一个超声波治疗过程中，控制器16可控制驱动电路14来可交替或顺序地激活各组，即只选择性地驱动每个相应的组中所包括的那些特定的换能器元件22。此外，如下面要进一步描述的那样，控制器可控制一种机械遮挡装置(未示出)来交替地或顺序地把正在接受治疗的病人暴露于由特定的换能器元件22(包括在相应的组中)产生的超声能量。这样，控制器实际上每次激活的换能器元件22的数目少于总数，但在一次超声波治疗中可交替地、顺序地、和/或选择性地激活个别的组，详见下文的描述。
每个组包括“m”个换能器元件(“m”是整数，大于1但小于换能器元件的总数“n”)。这些组可预先划分，如固定的某相同一组的换能器元件总是与相同的对应组相联系。另外，控制器16也可采用任何所希望的方法定义组，例如，可在一次超声波治疗前或过程中随机划分换能器元件的组。
例如，控制器16可以将换能器22划分成含有同样换能器元件22数量的组，或者划分为总表面积相同的组。优选地，换能器元件22都具有同样的表面积，因此每组可含有同样数量的换能器元件同时具有同样的总表面积。这可以确保在一个超声波治疗过程中，释放的超声能量基本保持恒定。在一个具体实施例中，控制器16可把换能器12分为“p”组(“p”是大于1的整数)，每组包括“n/p”个换能器元件，和/或控制器16可将换能器12分为“p”组，每组具有的总表面积“a”是“A/p”(“A”是整个换能器12的总表面积)。
因为每组的表面积“a”小于“A”，各组的f数“fm”与整个换能器12的f数“fn”相比较高。一个换能器的f数是换能器的焦距同换能器“孔径”的比值(“孔径”是直径或其它与表面积的平方根成正比的有效截面尺寸)。因此，当换能器的表面积被减小，从而孔径的大小被减小时，例如，当少于总换能器元件数目的元件被同时激活时，对于一个给定焦距来说，f数事实上就会显著增加。
例如，就图2A中的典型系统10而论，控制器16可将换能器12划分为两组，内层的一组25a包括同心环22-1至22-(n/2)，外层的一组25b包括同心环22-(n/2+1)至22-n。组25a和25b可具有相同数目的环(“n/2”)和/或可具有基本上相同的总表面积(“a＝A/2”)。此外，同心环组的数目还可以是3组或更多组(“p”＝3，4，5，等)(未示出)，每组包括多个同心环。在每个相应组中的环可相互靠近放置，虽然可选择地，对每个相应组可选择任何“n/p”环。
控制器16控制驱动电路14来交替地向内层和外层的组25a、25b提供驱动信号15，同时将相应换能器元件22产生的超声能量聚集于一个聚焦区26(见图1)。控制器16可包括一个信息处理器来控制驱动电路14，并且/或者可以包括一个选择器或其它可交替地将25a和25b中的一组与驱动电路14耦合的开关装置。
在一个可持续约5秒或以上、优选约10秒或以上的超声波治疗过程中，控制器16可交替地和/或顺序地激活环22的内层和外层组25a、25b，较好地不超过约一秒，优选约0.2至0.5秒。同时，控制器16可控制驱动信号15的相位(一个循环持续的波信号，或更广泛地被称作“延迟”)和/或振幅，以将换能器12产生的超声能量的聚焦区保持在病人体内的某个靶组织区域。这样，控制器16可控制驱动电路14来提供多套交替的驱动信号15，每套信号激活不同组的环。
由于环22的每个组25被分别激活，因而环22的每个组25都表现出显著较高的f数，如前所述。这样，与所有环22同时激发相比，从环22中每个组25发出的超声能量穿过相对较窄的漏斗状区域，从而形成相对较长的聚焦区。另外，因为环22的内环组25a和外环组25b具有不同的几何构型，相应较窄的漏斗状区域穿越的组织区域也不同(可参见图3D)。这使在聚焦区两侧组织中产生的热量在相应的漏斗区得到更广泛的分布，进而可以显著地减少不希望的加热和/或缩短在超声波治疗过程之间所需要的冷却时间。
另外，在一个超声波治疗过程中，控制器16可规定每组换能器元件，并且可以所需要的顺序或方式激活这些规定的组。例如，控制器16可随机分配少于整个换能器中所有换能器元件22总数的任何数目的换能器元件作为一个特定的组，然后激活该组并同时规定下一组。这样，一个超声波治疗过程可被分成多个顺序脉冲，这些脉冲是由这些相应组在其被规定和激活时所产生。
根据本发明的系统10所产生的聚焦区A可见图3A至3E，它们比较了类似尺寸的以不同模式操作的同心环换能器阵列的漏斗区形状。图中所示的漏斗区形状只是示意说明漏斗区“B”(被加热但并未坏死的组织区域)和聚焦区“A”(相应于需要被坏死的区域)，并不能反映出换能器阵列产生的实际漏斗区形状。图3A和图3B分别表示整个换能器阵列被同时激活和采用变迹法激活所产生的漏斗区形状，而图3C表示当阵列被划分为区段并以模式n的形式驱动所产生的漏斗区形状。图3D和图3E表示根据本发明操作的同心环阵列分别以模式0和模式n产生的漏斗区形状。正如可以看到的，与图3A和图3C相比，图3D和图3E中的聚焦区A显著较长，而被加热但不至坏死的漏斗区B的宽度则具有类似的宽分布。虽然图3B的变迹阵列可具有相对较长的聚焦区A，但产生的漏斗区B显著比图3D所示的漏斗区B更窄，与根据本发明的系统相比，这增加了聚焦区两侧组织被非预期加热的危险。
众所周知，换能器聚焦区的长度L(即图3A至3E中所示的区域B之间的区域A的长度)是与换能器元件传递的超声能量的波长□和f数的平方成正比。长度的计算公式为：
                     L＝k*□*fn 2，其中“k”是一个常数，“fn”是换能器的f数。常数“k”决定于换能器阵列的物理构型，前面所描述的典型的同心环换能器阵列的“k”约为6.5。因而，在所用超声能量的波长固定的情况下，唯一可改变长度“L”的参数就是f数。
在只有部分换能器元件(例如，“m”个换能器元件)同时激活的情况下，f数“fm”有效增加，因而显著增加了聚焦区的长度L。例如，f数只增加10％便可使聚焦区的长度增加20％以上，这只需简单地去激活换能器上的10％(按表面积计算)的换能器元件即可。通过一次只激活一半换能器，例如通过前面所述的将同心环阵列划分为内层和外层组，则不必增加换能器的总能量输出就能使聚焦区的长度增加为四倍(by a factor of four)。
运用根据本发明的系统10来治疗病人，例如切除一个良性或恶性肿瘤，示于图4中。换能器12(如前所述的任一种阵列)可安装于一个充满液体的箱体中，例如工作台30。工作台30包括一个充满脱气水或类似的声学传导液体的腔室32。优选地，换能器12同一个定位系统34相连接，该定位系统可在腔室32中移动换能器12，从而机械方式调节换能器12的聚焦区36。例如，定位系统34可配置为能在三种相互垂直的任一方向上在腔室32中移动换能器12，例如，水平前后、水平左右、和垂直方向。授权Cline等的美国专利第5,247,935号和授权Ettinger等的美国专利第5,275,165号披露了典型的可采用的定位系统，其披露的内容结合于此作为参考。此外，定位系统34可简单地使换能器12围绕腔室45内的一个固定点旋转，即来改变换能器12的角度并进而改变聚焦区36相对于一个水平面(图中未示出)的角度。在这种可选择的结构中，聚焦区的焦距可用电控方式进行控制，如前所述，控制是通过改变提供给换能器12的驱动信号15的相位和/或振幅来实现的。在其它可选结构中，定位系统34可以将换能器12在垂直于传播方向(图中未示出)的水平面上移动，可采用电控方式控制焦距，或可以使用其它机械和电子定位的结合方式，这将为本领域技术人员所理解。
工作台30的顶部包括一个基本可透过超声的柔软膜38，例如一种聚酯薄膜、聚氯乙烯(PVC)、或其它塑料薄膜。另外，沿工作台的顶部通常铺有一个装满液体的袋子(未示出)，其形状易随躺在工作台上的病人身体的轮廓而改变。在另外一种可选结构中，换能器10可装在一个充满液体的置于一个可移动支臂上(图中未示出)的袋子中，该袋子可以放置在与病人相接触的位置，如在美国专利第5,526,814号中所披露的，其披露的内容结合于此作为参考。
另外，系统10可包括一个成像装置(图中未示出)，用于在治疗病人的过程中对该系统的使用进行监视。例如，系统10可置于一个核磁共振成像装置(MRI)中，如在授权Cline等的美国专利第5,247,935、5,291,890、5,368,031、5,368,032、5,443,068号和授权Hardy等的美国专利第5,307,812、5,323,779、5,327,884号中所披露的核磁共振成像装置，其披露的内容结合于此作为参考。
再看图4，在使用过程中，一个病人40可位于工作台30之上，用水、超声传导性凝胶、和类似物涂布在病人30和袋子或膜38之间，因而将病人30与换能器12进行声学上的耦合。换能器12可聚焦于某种组织结构42中的一个靶组织区域，例如可能是一个恶性或良性肿瘤。可通过交替把多套驱动信号15供给换能器元件22的相应的多个组25来激活换能器12，同时将产生的超声能量聚焦于靶组织区域42。换能器12可激活足够长的时间以使靶组织区域42足以坏死，例如，大约10秒或更长。
换能器12可以停止激活足够的时间，用来消散病人的组织所吸收的热量，例如，大约60秒或更长。然后，换能器12可聚焦于另外一个靶组织区域(图中未示出)，比方说邻近靶组织区域42，重复该程序直到整个靶组织结构都被烧融。
另一个具体实施例中，一个遮挡装置(shutter)(图中未示出)可置于换能器12和病人40之间，例如，安装在工作台30中的换能器12的上方。该遮挡装置可包括多个机械遮门，这些机械遮门可用控制器(图4中未标出)进行控制从而选择性地打开和关闭。每个遮门可与换能器12上的一个或多个单独的换能器元件相对应，这样当相应遮门打开时，来自相应换能器元件的超声能量就可自由地发射至病人。当相应的遮门关闭时，来自相应换能器元件的超声能量则被阻断或偏离出去，不会发射到病人身上。
优选地，这种遮挡装置中的遮门排列具有与换能器阵列的换能器元件不同的配置。每个遮门可覆盖多个换能器元件或仅覆盖一个单独换能器元件的一部分。例如，该遮挡装置可包括一些遮门，这些遮门的每一个交替阻碍每个换能器元件的一半。于是，可控制这些遮门以交替覆盖相应换能器元件的每一半，从而可使f数和聚焦区长度倍增。因而，一个遮挡装置可覆盖到一个换能器阵列上，以有效增加给定换能器配置的换能器元件的数量。非必选地，一个透镜装置可用来替代遮挡装置，例如在共同未决美国申请09/557,185中所披露的声透镜，其披露的内容结合于此作为参考。因而，一个机械装置也可用来交替地激活多组换能器元件，而不是用控制器通过电控方式控制激活。
在另外一种可选构造中，可提供一个单一元件的换能器(图中未示出)并且可以用一个遮挡装置(同样图中未示出)，以使在一次超声波治疗过程中的任何给定时刻，用机械方法使病人的暴露面积小于换能器的总表面积，由此可有效增加在超声波治疗过程中换能器的f数。例如，该遮挡装置可以简单地是一个直径与换能器的截面相同的圆盘，并带有一个或多个开口，例如，穿透圆盘的圆形(pie-shaped)开口(图中未示出)。该圆盘可旋转地装配于换能器上方，因而，当它旋转时，只有与开口对准的换能器的表面积可暴露于病人。开口的大小可以是固定的，或非必选地，开口的大小可以是变化的，因而在一个超声波治疗过程中，暴露的表面积“a”也可以是变化的。
因为在一个超声波治疗过程中的任何一个时刻，只有一部分换能器的表面积被暴露，因而有效增加了f数，并进而显著增加了聚焦区长度。例如，如果提供一个开口(或多个开口)并且其截面积“a”等于换能器表面积“A”的四分之一，换能器的有效f数则可加倍，而聚焦区的长度则可变为四倍。
在另一个可选结构中，一个遮挡装置或有多个开关的透镜可与一个单一元件的换能器(图中未示出)结合使用。一个或多个开关可选择性地打开，以将病人暴露于换能器的可供选择的表面积“a”。在一个超声波治疗的过程中，可供选择的表面积“a”可以是彼此基本相同(例如，提供大小相似的遮门并且一次打开一个)，或表面积“a”的大小和形状可以变化(例如，通过打开多个遮门或在遮挡装置中使用大小不同的开关)。
通过适当地控制遮挡装置，在一次超声波治疗过程中，来自换能器可选的表面积“a”的超声能量可通过不同的路径抵达靶组织区域。这样，由于超声能量到达聚焦区的路径不同，不希望的加热(尤其在邻近区域)可通过不同的组织区域进行分散，因此最大程度上减少了病人的不适和/或聚焦区之外的组织损伤。
本发明可进行多种修改并采用其它可选形式，其特定实施例已在此处用图例表示并进行了详细描述。然而，应该明了的是，本发明并不局限于所披露的特殊形式或方法，与之相反，本发明可涵盖所附权利要求书范围内的所有修改、等效结构和可替代的选择。

Claims (30)

1.一种利用聚焦超声对病人体内的靶组织区域进行治疗性操作的系统，包括：
一个包括“n”个换能器元件的换能器阵列；
与所述换能器元件耦合的驱动电路，所述驱动电路设置成向每个所述换能器元件提供成组相应的驱动信号；以及
一个与所述驱动电路耦合的控制器，所述控制器设置成向正在接受治疗的病人交替地提供来自所述成组换能器元件的超声能量，每组换能器元件包括“m”个换能器元件，其中“m”小于“n”。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器设置为控制所述驱动电路向每组换能器元件交替提供相应的驱动信号。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器包括一个选择器用于将所述成组换能器元件中的一组选择性地与所述驱动电路耦合，由此所述驱动电路可向所述耦合的换能器组提供相应的驱动信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器进一步设置为将所述换能器阵列划分成“p”组换能器元件，“p”大于1，每组换能器元件包括“n/p”个换能器元件。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器进一步设置为将所述换能器阵列划分成“p”组换能器元件，“p”大于1，每组换能器元件具有总表面积“a”，其中“a”等于“A/p”，“A”是整个换能器阵列的孔面积，因此每组的f数显著大于所述整个换能器阵列的f数。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述换能器元件包括多个同心环，而其中所述多组换能器元件包括第一和第二组所述同心环。
7.根据权利要求6所述的系统，其中每个所述同心环沿圆周被分成多个成曲形的元件。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制器进一步设置为通过控制至少传向所述成曲形元件的相应驱动信号的延迟和振幅中的一种，使得所述换能器元件产生的聚焦区具有预定的大小和形状。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器进一步设置为控制至少所述相应驱动信号的延迟和振幅中的一种，来使多组中每组的所述换能器元件基本聚焦于一个所需要的聚焦区。
10.一种利用聚焦超声对病人体内的靶组织区域进行治疗性操作的方法，包括：
提供一个包括多组换能器元件的换能器阵列；以及
在一个超声波治疗过程中，交替地用一组相应的驱动信号来驱动每一组换能器元件一段预定时间，同时使所述每组换能器元件产生的超声能量基本连续地聚焦于一个所需要的聚焦区。
11.根据权利要求10所述的方法，其中通过控制所述相应驱动信号的延迟和振幅中的至少一种，使所述换能器元件的所述超声能量聚焦于所述所需要的聚焦区。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述每组换能器元件被交替驱动的预定持续时间不超过约1秒。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述超声波治疗过程的持续时间至少约5秒。
14. 根据权利要求10所述的方法，其中所述交替地驱动每组换能器元件的步骤包括交替地将每组换能器元件与提供所述相应驱动信号的驱动电路相耦合。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述各组换能器元件的总表面积彼此基本相同，因而由每组换能器元件产生的所述超声能量也彼此基本相同。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述换能器阵列包括“n”个换能器元件，并且其中所述方法进一步包括在每组被交替驱动之前，选择“m”个换能器元件以包括在每组中，其中“m”小于“n”。
17.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在每组被交替地驱动之前，随机将多个所述换能器元件选定给各成组换能器元件。
18.一种利用聚焦超声对病人体内的靶组织区域进行治疗性操作的方法，包括：
提供一个包括第一组换能器元件和第二组换能器元件的换能器阵列；
用一套相应的驱动信号驱动所述第一组换能器元件，同时将由所述第一组换能器元件产生的超声能量基本聚焦于一个所需要的聚焦区；以及
在终止对所述第一组换能器元件的驱动后，用一套相应的驱动信号驱动所述第二组换能器元件，同时将由所述第二组换能器元件产生的超声能量基本聚焦于所述所需要的聚焦区。
19.一个利用聚焦超声对病人体内的靶组织区域进行治疗性操作的系统，包括：
一个具有表面积“A”和一个f数的换能器，所述换能器设置为向一个聚焦区发射超声能量；
与所述换能器耦合的驱动电路，所述驱动电路设置为向所述换能器提供驱动信号，来驱动所述换能器发射超声能量；以及
一个位于所述换能器和所述聚焦区之间的遮挡装置，所
述遮挡装置设置成将所述聚焦区暴露于所述换能器的交替的表面积“a”，其中“a”小于“A”。
20. 根据权利要求19所述的系统，其中所述换能器包括“n”个换能器元件。
21.根据权利要求20所述的系统，进一步包括一个与所述驱动电路耦合的控制器，所述控制器设置为控制所述驱动电路来交替地向成组换能器元件提供相应的驱动信号，每组换能器元件包括“m”个换能器元件，其中“m”小于“n”。
22.根据权利要求19所述的系统，其中所述遮挡装置包括多个遮门。
23.根据权利要求22所述的系统，进一步包括一个控制器，来选择性地开启所述多个遮门的一个或多个，以将所述聚焦区暴露于所述换能器的交替的表面积“a”。
24.根据权利要求19所述的系统，其中所述遮挡装置包括一个有截面积“a”的开口，并且其中所述遮挡装置可以移动从而将所述聚焦区通过所述开口暴露于所述换能器的交替的表面积。
25.一种利用聚焦超声对病人体内的靶组织区域进行治疗性操作的方法，包括：
提供设置为可发射超声能量的具有表面积“A”的换能器；
在超声波治疗过程中，用驱动信号驱动所述换能器一段预定的时间，同时将由所述换能器产生的超声能量基本聚焦于所述靶组织区域；以及
在超声波治疗过程中，将来自所述换能器的表面积“a”的超声能量交替地引导向所述靶组织区域，其中“a”小于“A”。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述换能器包括“n”个换能器元件，并且其中所述引导超声能量的步骤包括用所述驱动信号交替地驱动“m”个换能器元件，其中“m”小于“n”。
27.根据权利要求25所述的方法，其中一个遮挡装置是置于所述换能器和所述病人之间，并且其中所述交替引导超声能量的步骤包括控制所述遮挡装置以将所述病人通过所述遮挡装置暴露于所述换能器的表面积“a”。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述控制所述遮挡装置的步骤包括选择性打开所述遮挡装置上的一个或多个遮门，以将所述病人暴露于与打开的遮门对准的所述换能器的表面积“a”。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述遮挡装置包括一个或多个穿透的具有总截面积“a”的开口，并且其中所述控制所述遮挡装置的步骤包括移动所述一个或多个开口，以将所述病人暴露于和所述一个或所述多个开口对准的表面积“a”。
30.根据权利要求25所述的方法，其中所述表面积“a”在所述超声波治疗过程中是周期性变化的。
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