ES2569508T3

ES2569508T3 - Sistemas de ultrasonidos

Info

Publication number: ES2569508T3
Application number: ES10768048.0T
Authority: ES
Inventors: Constantin Coussios; Manish Arora; Natalie Hockham; Ronald Aurele Roy
Original assignee: Oxford University Innovation Ltd
Current assignee: Oxford University Innovation Ltd
Priority date: 2009-09-22
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2030-09-20
Also published as: EP2480135A1; GB0916634D0; US20120259222A1; EP2480135B1; WO2011036475A1; US9220476B2

Abstract

Un sistema de ultrasonidos que comprende un transductor, un controlador dispuesto para generar señales de control dispuestas para controlar el transductor para generar ondas de presión dirigidas a un volumen diana y medios de detección que comprenden al menos un detector de ondas de presión pasivas dispuesto para detectar ondas de presión generadas mediante cavitación por inercia en el volumen diana, en el que el controlador está dispuesto para: recibir señales de detección del medio de detección; medir a partir de las señales de detección la posición de la cavitación, las variaciones en la cantidad de la cavitación y las variaciones en el tipo de la cavitación; definir al menos un parámetro de las señales de detección y un intervalo diana del o de cada parámetro; y cambiar las señales de control en respuesta al parámetro, o a uno de los parámetros, que están fuera de su intervalo diana, para controlar de este modo la posición, la cantidad y el tipo de cavitación.

Description

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DESCRIPCION

Sistemas de ultrasonidos Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a sistemas de ultrasonidos y en particular, a sistemas de ultrasonidos terapeuticos dispuestos para generar cavitacion en tejidos durante el tratamiento.

Antecedentes de la invencion

Habiendose percibido tradicionalmente como una modalidad diagnostica, los ultrasonidos son una herramienta terapeutica en rapida evolucion y de lo mas prometedora para la ablacion no invasiva de tejidos cancerosos y de otros tipos y para una gama de otras aplicaciones terapeuticas, incluidas trombolisis, abertura de la barrera hematoencefalica, reparacion de tendones y huesos, erosion de tejido, administracion de vacunas y hemostasia acustica. En todas estas aplicaciones, se ha descubierto que la actividad de inducir burbujas con ultrasonidos (cavitacion acustica) desempena un papel fundamental en la potenciacion de varios efectos biologicos deseables (calentamiento, permeabilidad celular, escalas de longitud de difusion de farmacos etc.). El termino "cavitacion" se usa mas adelante en el presente documento para abarcar todos los posibles comportamientos de burbujas en un campo de ultrasonidos, incluyendo cavitacion transitoria o por inercia; cavitacion estable, incluyendo oscilaciones de la forma de la pared de burbujas; y la respuesta de burbujas estabilizadas termicamente (tales como burbujas en ebullicion) en un campo de ultrasonidos. El proceso de cavitacion en sf mismo podna haberse iniciado mediante nucleacion espontanea, dirigida acusticamente, o por la inyeccion de cuerpos de gas estabilizado tales como agentes de contraste para ultrasonidos, o de micropartfculas solidas que estan disenadas con caractensticas de superficie adecuadas (hidrofobicidad y rugosidad en la superficie) para facilitar el inicio de la cavitacion.

La cavitacion es un fenomeno inherentemente inestable y una vez iniciado en el cuerpo (que en sf mismo es bastante impredecible), tiende a decaer rapidamente al tiempo que la nube de burbujas asociada cambia posiciones facilmente. No poder mantener la actividad de cavitacion en la ubicacion deseada durante periodos prolongados de tiempo significa que los potenciales beneficios de la cavitacion no se pueden explotar completamente.

Sumario de la invencion

La presente invencion proporciona un sistema de ondas de presion que comprende un transductor, un controlador dispuesto para generar senales de control dispuestas para controlar el transductor para generar ondas de presion dirigidas a un volumen diana y medios de deteccion que comprenden al menos un detector de ondas de presion pasiva dispuesto para detectar las ondas de presion generadas mediante cavitacion por inercia en el volumen diana, en el que el controlador esta dispuesto para: recibir senales de deteccion procedentes de los medios de deteccion; medir desde las senales de deteccion la posicion de la cavitacion, variaciones en la cantidad de la cavitacion y variaciones en el tipo de cavitacion; definir al menos un parametro de las senales de deteccion y un intervalo diana del o de cada parametro; y cambar las senales de control en respuesta al parametro, o uno de los parametros, estando fuera de su intervalo diana para controlar de este modo la posicion, la cantidad y el tipo de la cavitacion.

Las ondas de presion pueden ser ondas de ultrasonidos u ondas de sonidos audibles.

El controlador puede estar dispuesto, por ejemplo midiendo la posicion de un borde de una nube de burbujas de cavitacion o mediante la obtencion de imagenes de la nube de burbujas de cavitacion para determinar su posicion en dos o tres dimensiones.

El controlador puede estar dispuesto para controlar el nivel de actividad de cavitacion para mantener al menos un nivel predeterminado de cavitacion, con el fin de mantener el nivel de cavitacion en o por debajo de un nivel predeterminado, que puede ser cero o para mantener el nivel de cavitacion dentro de un intervalo entre un nivel mmimo predeterminado y un nivel maximo predeterminado.

Los parametros de las senales de deteccion pueden ser una magnitud, un promedio de tiempo, una media, un valor maximo, una varianza o cualquier metrica similar posprocesada en el dominio de tiempo o el dominio de frecuencia y un intervalo diana del uno o mas parametros y para cambar las senales de control en respuesta al uno o mas parametros que estan fuera de los respectivos intervalos diana. El intervalo diana puede tener un lfmite superior y un ifmite inferior o puede tener solo un lfmite superior o solo un lfmite inferior.

Las ondas de presion pueden ser ondas de ultrasonidos o de sonidos audibles. El controlador puede estar dispuesto para medir un tiempo de llegada de las ondas de presion en el detector de la onda de presion para medir de este modo la posicion de la cavitacion.

La presente invencion proporciona adicionalmente un procedimiento para instalar un sistema de control de ondas de presion que comprende producir una senal de control para controlar un transmisor de ondas de presion con el fin de producir cavitacion, detectar la cavitacion usando medios de deteccion dispuestos para sacar una senal de deteccion indicativa de uno o mas parametros de la cavitacion, variar la senal de control para variar la cavitacion, definir uno o

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mas parametros de deteccion de la senal de deteccion, medir uno o mas parametros controlados de la cavitacion que deban ser controlados por el sistema, determinar como el uno o mas parametros de deteccion vanan con las variaciones en uno o mas parametros medidos y seleccionr un valor diana del uno o mas parametros medidos correspondiente a un valor diana del uno o mas parametros de deteccion.

Por ejemplo el parametro de deteccion puede ser indicativo del nivel de actividad de cavitacion. El parametro de deteccion puede ser la magnitud de la senal de deteccion o una variacion de la senal de deteccion o el tiempo de la senal de deteccion. Los medios de deteccion pueden comprender un detector de cavitacion pasiva, tal como un sensor de presion. El parametro controlado puede comprender, por ejemplo, una temperatura, o una posicion de la cavitacion, o una permeabilidad celular, o una escala de longitud de difusion del farmaco.

Algunas realizaciones de la presente invencion proporcionan un procedimiento de identificacion del punto fijado o intervalo de puntos fijados para la actividad de cavitacion cuantificable, con el fin de lograr una transferencia optima de la energfa al medio circundante (en terminos de calor, transferencia del momento, erosion tisular, posicion de la nube de burbujas, o cualquier otro efecto cuantificable inducido por la cavitacion).

Algunas realizaciones de la invencion proporcionan un controlador de la cavitacion adaptativo que vana la senal de entrada (por ejemplo, variando uno o mas de la frecuencia, amplitud, ciclo de tareas, duracion del pulso etc.) a un unico o varios transductores de la onda de presion con el fin de mantener el nivel de actividad de la cavitacion detectada de forma continua por uno o varios detectores de cavitacion dentro del intervalo deseado durante periodos prolongados de tiempo.

El controlador se puede implementar para la exposicion de ondas de presion continuas o en pulsos y con la intencion de mantener la actividad de la cavitacion estable o por inercia para una amplia gama de efectos biologicos terapeuticos, tales como calentamiento para ablacion o hipertermia, transferencia de momento para la administracion de farmacos en tumores, erosion tisular mediante cavitacion, lipolisis, trombolisis, abertura de la barrera hematoencefalica, hemostasia acustica y cualquier otra aplicacion emergente en la que se encuentre que la actividad de cavitacion desempena un papel fundamental.

La capacidad para detectar y cuantificar la actividad de cavitacion de una forma reproducible y para controlarla continuamente y en tiempo real, en algunos casos identificando al mismo tiempo la posicion de la nube de burbujas usando esas mismas mediciones de un detector de cavitacion pasiva, hace posible utilizar este dato para controlar la cavitacion en un bucle de retroalimentacion cerrado. En algunos casos, alterando de forma continua uno o mas de la amplitud, el ciclo de tareas, la duracion del pulso y la frecuencia de la senal de entrada al transductor de ondas de presion fuente, la actividad de cavitacion se puede mantener en un amplio abanico de condiciones experimentales.

A continuacion, las realizaciones preferidas de la presente invencion se describiran a modo de ejemplo con referencia unicamente a los dibujos adjuntos.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama de un sistema de ultrasonidos terapeutico de acuerdo con una realizacion de la invencion;

La Figura 2 es un grafico que muestra el deterioro de la varianza de la senal de detector de la cavitacion durante una insonacion de ultrasonidos en pulsos en el sistema de la Figura 1;

La Figura 3 es un grafico que muestra la senal del detector como una funcion del tiempo durante una insonacion de ultrasonidos en pulsos en el sistema de la Figura 1;

La Figura 4 es un grafico que muestra la posicion de la cavitacion con respecto al transductor en el sistema de la Figura 1 durante cada uno de los tres periodos de insonacion de ultrasonidos en pulsos;

La Figura 5 es un grafico que muestra la variacion de la temperatura inducida por la cavitacion con la varianza de la senal del detector de cavitacion en el sistema de la Figura 1;

La Figura 6 es un grafico que muestra la variacion de la posicion de la cavitacion con la varianza de la senal del detector de cavitacion en el sistema de la Figura 1;

La Figura 7 es un diagrama del sistema de alto nivel que muestra el funcionamiento del sistema de la Figura 1;

La Figura 8 es un diagrama de flujo funcional que muestra el funcionamiento del sistema de la Figura 1;

La Figura 9 es un grafico de varianza de senal del detector en el tiempo para diferentes frecuencias durante la operacion del sistema de la Figura 1 con control de la cavitacion;

La Figura 10 es un grafico de la presion focal maxima en el tiempo durante el funcionamiento del sistema de la Figura 1 con control de la cavitacion;

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La Figura 11 es un grafico de la temperatura en el tiempo durante el funcionamiento del sistema de la Figura 1 con control de la cavitacion;

La Figura 12 es un grafico de la posicion de la nube de cavitacion en el tiempo durante el funcionamiento del sistema de la Figura 1 con control de la cavitacion;

La Figura 13 es un grafico de la varianza de la senal del detector en el tiempo para diferentes frecuencias de ultrasonidos durante el funcionamiento del sistema de la Figura 1 sin control de la cavitacion con una primera energfa de entrada;

La Figura 14 es un grafico de la temperatura en el tiempo durante el funcionamiento del sistema de la figura 1 sin control de la cavitacion con la primera energfa de entrada;

La Figura 15 es un grafico de la posicion de la nube de cavitacion en el tiempo durante el funcionamiento del sistema de la Figura 1 sin control de la cavitacion con la primera energfa de entrada;

La Figura 16 es un grafico de la varianza de la senal del detector en el tiempo para diferentes frecuencias de ultrasonidos durante el funcionamiento del sistema de la Figura 1 sin control de la cavitacion con una segunda energfa de entrada;

La Figura 17 es un grafico de la temperatura en el tiempo durante el funcionamiento del sistema de la Figura 1 sin control de la cavitacion con la segunda energfa de entrada;

La Figura 18 es un grafico de la posicion de la nube de cavitacion en el tiempo durante el funcionamiento del sistema de la Figura 1 sin control de la cavitacion con la segunda energfa de entrada.

En referencia a la Figura 1, un sistema de ultrasonidos centrado en alta densidad de acuerdo con una realizacion de la invencion comprende un transductor de ultrasonidos centrado de alta intensidad (HIFU) 11 con un detector de cavitacion pasiva coaxial (DCP) 12 montado en su centro. El transductor de ultrasonidos 11 tiene un punto focal 14 en el que los ultrasonidos que produce son de la intensidad mas alta y por tanto el tejido que se va a tratar se localiza en un volumen en y alrededor del punto focal 14. El DCP 12 comprende un detector de ultrasonidos que es un sensor de presion dispuesto para sacar una senal que tiene un voltaje que vana con la presion que detecta. La presion vana en la frecuencia del ultrasonido detectado y el sensor puede incluir un filtro de paso alto para evitar la saturacion por senales en la frecuencia del transductor de ultrasonidos 11, que puede ser de aproximadamente 1 MHz, siendo mas sensible a las senales con un intervalo de frecuencia significativamente mas alto que la frecuencia del transductor de ultrasonidos 11, por ejemplo de aproximadamente 5 a 15 MHz, que lo hace sensible a las emisiones acusticas asociadas con la cavitacion por inercia.

Un controlador 16 esta dispuesto para dirigir el transductor de ultrasonidos 11 usando una senal de transmision. Esta senal de transmision se genera por un oscilador y tiene una frecuencia que determina la frecuencia del ultrasonido generado y una amplitud que determina la intensidad del ultrasonido generado. Asimismo la anchura del pulso esta modulada y el controlador esta dispuesto para variar la anchura del pulso y la relacion de tareas (y por tanto la frecuencia) de los pulsos de transmision que generan pulsos de ultrasonido desde el transductor 11.

En referencia a la figura 2, en el sistema tal como el de la Figura 1, si una muestra de tejido es el objetivo de una senal de ultrasonidos pulsada, en este caso con aproximadamente 100 ps entre pulsos, la cavitacion por inercia comienza de forma bastante brusca, pero decae con el tiempo durante la exposicion a ultrasonidos, en este caso durante aproximadamente 2 segundos, en ausencia de cualquier tipo de control de cavitacion activo. La Figura 2 muestra la varianza de la senal del detector a2 como una funcion del tiempo. A partir de esto se puede ver que la varianza de la senal da una indicacion clara del nivel de cavitacion y de como cambia con el tiempo.

En referencia a la Figura 3, al inicio de un pulso de ultrasonidos, la distancia de la parte mas cercana de la nube de cavitacion al detector 12 se puede determinar midiendo el tiempo entre el inicio de la transmision del pulso de ultrasonidos mediante el transductor HIFU 11 y el momento en el que la senal del detector aumenta primero por encima del nivel de ruido de fondo. La Figura 3 muestra un ejemplo de una traza del voltaje de salida en bruto desde el DCP 12. Las lmeas horizontes discontinuas muestran el voltaje umbral que se usa para definir el nivel de ruido de fondo y la senal que primero supera este nivel a un tiempo de aproximadamente 0,9 x 104 segundos. A continuacion la senal sigue variando significativamente fuera de este voltaje umbral. El tiempo en el que la senal supera primero el nivel umbral se puede usar para determinar la distancia desde el detector al frente de la nube de burbujas de cavitacion, es decir la parte mas cercana de la nube de cavitacion al transductor HIFU 11. Esta medicion se puede repetir para cada pulso de ultrasonidos, de modo que la posicion de la nube de cavitacion se puede monitorizar en el tiempo.

En referencia a la Figura 4, la posicion del frente de la nube de cavitacion vana con el tiempo durante cualquier exposicion a ultrasonidos. En la Figura 4, las tres trazas muestran la distancia entre el transductor de ultrasonidos 11 y el frente de la nube de cavitacion durante el periodo de cavitacion de aproximadamente 2 segundos en cada una de tres exposiciones diferentes de ultrasonidos en pulsos. Como se puede observar, la distancia vana considerablemente entre exposiciones y tambien vana significativamente durante el curso de cada exposicion.

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Con el fin de controlar el tratamiento usando el sistema de la Figura 1, es necesario saber como la propia cavitacion y sus efectos, que son los parametros que se han de controlar, vanan con los parametros que se pueden medir directamente. En este caso, se mide la varianza de la senal del detector y generalmente es indicativa del nivel de cavitacion. Las variaciones en el nivel de cavitacion dan lugar a variaciones en el incremento de la temperature inducido y la posicion de la nube de cavitacion. Con el fin de medir la relacion entre la varianza de la senal del detector y el incremento de temperatura, se coloca una muestra de ensayo (tal como un fantasma o tejido escindido) en el punto focal 14 y se usaron ultrasonidos pulsados para la insonacion de la muestra durante un periodo de ensayo. Durante la insonacion, la temperatura de la muestra se mide usando un termometro, al tiempo que tambien se mide la varianza de la senal del detector a2. Los resultados de este proceso se muestran en la Figura 5, que muestra que el incremento de la temperatura inducido por la cavitacion aumenta significativamente con la varianza de la senal para niveles bajos de la varianza (y por tanto cavitacion), pero despues alcanza una meseta. Durante este proceso de ensayo, la distancia de la nube de cavitacion desde el transductor de ultrasonidos 11 tambien se puede medir en funcion de la varianza de la senal y los resultados de diversas de estas exposiciones se muestran en la Figura 6. Se puede observar que la nube de cavitacion tiende a acercarse mas al transductor 11 a medida que aumenta la varianza, lo que es coherente con el incremento de tamano de la nube a medida que aumenta el nivel de cavitacion. A partir de estos dos graficos se puede elegir una varianza de la senal diana, mostrada por la lmea discontinua vertical, que proporciona suficiente incremento de la temperatura sin que la nube de cavitacion se haga demasiado grande y por tanto afecte demasiado a un volumen de tejido. Esta varianza de la senal diana despues se puede usar para definir un valor fijado, o intervalo, de la varianza para usar en el control del sistema como se describira mas adelante.

En referencia a la Figura 7 el controlador 14 esta dispuesto para funcionar en base a un control de bucle cerrado. El controlador 14 esta dispuesto para proporcionar senales de control al transductor de ultrasonidos 11, para controlar la amplitud y otros parametros de los ultrasonidos generados. El detector 12 esta dispuesto para detectar cualquier cavitacion producida y enviar senales de deteccion de nuevo al controlador 14. El controlador tambien esta dispuesto para recibir una demanda de referencia, que puede corresponder a un valor o intervalo de valores de un parametro de las senales de deteccion, para comparar las senales de deteccion, o el parametro adecuado de las senales de deteccion definido por la demanda de referencia, con la demanda de referencia y para calcular un error y despues para ajustar las senales de control si el error cumple las condiciones almacenadas en el controlador. En otras realizaciones este sistema de retroalimentacion basico puede tomar muchas formas segun la naturaleza del detector 12, que puede ser diferente del DCP 12 como se ha descrito anteriormente, en el parametro de la cavitacion que se va a controlar y en la relacion entre el parametro y el parametro de la cavitacion que se puede medir directamente, o el parametro de las senales de deteccion.

En referencia a la figura 8, en esta realizacion concreta, el controlador esta dispuesto para recibir la senal de voltaje V del DCP 12 e incluye una tarjeta de adquisicion de datos (DAQ) 13 que suministra datos digitalizados a un subprograma de software que funciona en un ordenador, permitiendo el calculo de la varianza a2 de la senal del voltaje. El controlador ha almacenado en ello un intervalo fijado de valores de varianza, definido segun los valores maximos y mmimos de la varianza a2. Este intervalo fijado esta basado en torno al valor de la varianza diana mostrado en las figuras 5 y 6. Este intervalo fijado forma una demanda de referencia y puede introducirse y actualizarse en funcion de la naturaleza de la cavitacion que se requiera. El controlador esta dispuesto para calcular el logaritmo de la varianza de la senal del detector medida y el logaritmo de las varianzas fijadas maximas y mmimas y para comparar el logaritmo de la varianza medida con los logaritmos de los valores maximos y mmimos y para controlar la amplitud de la senal de transmision al transductor en funcion del resultado. La parte del controlador 14 que genera las senales de transmision para el transductor HIFU 11 se denomina el generador de la funcion 18 y esto controla la amplitud, asf como cualesquiera otros parametros adecuados, de los ultrasonidos generados por el transductor HlFu 11. Si la varianza a2 medida esta dentro del intervalo deseado entre los valores maximos y mmimos, entonces el generador de la funcion 18 que genera la senal de control esta dispuesto para mantener constante la amplitud de la senal de transmision. Si la varianza medida es mayor que la varianza maxima, entonces un comparador 15 calcula un error e-i, que es la cantidad por la que es demasiado alta. A continuacion el controlador calcula una amplitud reducida, lo que reduce la amplitud de la corriente por un valor de correccion, calculado como el producto del error e1 y un primer factor de ganancia k1, que se introduce en el generador de la funcion. Si la varianza medida es menor que la varianza minima, entonces un comparador 17 distinto calcula un error e2, que es la cantidad por la que es demasiado baja. A continuacion el controlador calcula una amplitud incrementada, lo que aumenta la amplitud de la corriente por un valor de correccion, calculado como el producto del error e2 y un segundo factor de ganancia k2, que se introduce en el generador de la funcion. Por consiguiente el generador de la funcion 18 altera la amplitud de la senal de control al transductor 11 para mantener la varianza de la senal del detector DCP y por tanto el nivel de cavitacion, dentro del intervalo deseado de valores.

En referencia a las figuras 9 a 12, se puede observar que el sistema de control descrito anteriormente puede mantener la cavitacion durante un periodo de ensayo prolongado de, en este caso, mas de 20 segundos. En la figura 9 la lmea superior es un grafico de la varianza de la senal DCP en el tiempo para un intervalo de frecuencia de ultrasonidos de banda ancha indicativo de cavitacion por inercia en el sistema de la figura 8. La lmea inferior es un grafico de la varianza para frecuencias correspondientes a emisiones de armonicos indicativas de cavitacion estable. Se puede ver que, aunque vana significativamente, se mantiene algun nivel de cavitacion durante el periodo de 20 segundos. Tambien se puede ver que las varianzas para las frecuencias de banda ancha y de armonicos vanan de

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formas diferentes con el tiempo. Dado que generan ultrasonidos de diferente contenido de frecuencia, se pueden detectar los diferentes tipos de actividad de cavitacion y controlar por separado. La figura 10 muestra la presion focal maxima, es decir la amplitud de la salida de ultrasonidos del transductor de ultrasonidos, tal como esta controlada por el controlador 14. Como se puede observar, esta presion y por tanto, la potencia de salida del transductor, aumenta de forma constante para mantener la cavitacion. Los picos en la presion focal son un resultado de los valores de ganancia usados en el control de retroalimentacion. La figura 11 muestra la temperatura resultante de la muestra durante el periodo de 20 segundos. Como se puede observar esto aumenta hasta una temperatura diana, mostrada por la lmea discontinua y despues fluctua alrededor del nivel a lo largo del periodo de 20 segundos. Esto muestra buen control de la temperatura del tejido que se puede usar para proporcionar tratamiento controlado. La figura 12 muestra como la distancia entre el borde frontal de la nube de cavitacion y el transductor 11 vana durante el periodo de ensayo. En este caso la distancia disminuye de forma constante durante el periodo de ensayo, pero permanece dentro de los lfmites aceptables.

Para comparacion, las figuras 13 a 15 muestran las varianzas de la senal del detector, el incremento de la temperatura y la distancia desde la nube de cavitacion al transductor de ultrasonidos para una senal de ultrasonidos en pulsos con una presion focal pico fijada de 7,3 MPa y las Figuras 16 a 18 son graficos similares para una presion focal pico de 10,5 MPa. Como se puede observar, en cada caso, el incremento de la temperatura comienza significativamente mas arriba de lo deseado y no se mantiene, descendiendo por debajo del nivel deseado con bastante rapidez.

El controlador de la figura 8 se puede modificar de varias formas para proporcionar tipos de control adicionales o alternativos. Por ejemplo, la posicion de la nube de cavitacion, medida por su distancia desde el transductor de ultrasonidos, se puede usar como una entrada control. La respuesta del controlador a dichos datos puede ser muy simple. Por ejemplo, se puede definir una distancia umbral y si la distancia se hace menor que la del umbral, el transductor 11 se puede apagar y terminarse la transmision de ultrasonidos, sobre la suposicion de que se esta aplicando calor a una region de tejido en la que no es deseable. Como alternativa se puede definir un intervalo fijado de valores aceptables para dicha distancia y variar la amplitud de la senal de control para mantener la distancia dentro del intervalo fijado. El sistema se puede disponer para controlar solo la posicion de la nube de burbujas y no el grado de cavitacion. Como alternativa, se puede disponer para controlar tanto la posicion de la nube como el grado de cavitacion, en cuyo caso ambos se pueden medir, como se ha descrito anteriormente y se puede controlar la amplitud de los ultrasonidos para obtener el mejor compromiso, o combinacion, de la posicion de la nube y el grado de cavitacion. En algunas realizaciones, o en algunas circunstancias, puede ser deseable evitar la cavitacion en total. En el caso en el que el valor diana de la varianza de la senal DCP pueda fijarse en cero, o un intervalo diana de la varianza de la senal DCP fijarse con un lfmite superior bajo. El sistema se dispone entonces para modificar o detener la transmision de los ultrasonidos cuando se detecta cavitacion para devolver la varianza de la senal DCP al valor o intervalo diana.

En una modificacion adicional el controlador esta dispuesto para medir la varianza de la senal de detector tanto para el intervalo de banda ancha como para un intervalo de armonicos de la frecuencia del transductor. Despues se pueden monitorizar las variaciones en las magnitudes relativas de dichas varianzas, que se pueden usar como una indicacion de los cambios en el tipo de actividad de cavitacion. La senal de transmision para el transductor de ultrasonidos se puede controlar en respuesta a estos cambios para controlar el tipo de actividad de cavitacion que se esta produciendo.

Aunque los ejemplos descritos anteriormente dependen de la variacion de la amplitud de la senal de transmision al transductor de ultrasonidos y por tanto de la amplitud de las ondas de ultrasonidos generadas en el sujeto, tambien se pueden variar otros parametros de la senal de transmision y por consiguiente, del ultrasonido generado mediante el control de retroalimentacion. Por ejemplo la frecuencia de los ultrasonidos se puede variar, o cuando el ultrasonido se da en pulsos, la duracion de los pulsos, el ciclo de tareas o la frecuencia de repeticion de los pulsos se pueden modificar. En lugar de tener un solo transductor de ultrasonidos, se pueden incluir en el sistema dos o mas transductores. Esto proporciona mayor control sobre la posicion de la cavitacion que se esta produciendo, dado que las amplitudes relativas de los transductores se pueden controlar para controlar el foco o el centro de la cavitacion.

De un modo similar se pueden usar otros tipos de sensores para medir, directa o indirectamente, los parametros de la cavitacion producidos, o el calentamiento resultante generado y estos parametros se pueden usar al menos como una parte de las senales de retroalimentacion para el control de la retroalimentacion. Por ejemplo, en lugar de un solo detector, se puede usar una matriz de detectores de ultrasonidos, es decir sensores de presion. Las senales de estos sensores, filtradas para que sean sensibles a la cavitacion, se pueden usar para localizar la cavitacion en dos o tres dimensiones, en lugar de simplemente en una dimension como se ha descrito anteriormente. Dicho sistema de deteccion se puede usar junto con multiples transductores de ultrasonidos para proporcionar el control de la posicion de la cavitacion en dos o tres dimensiones.

En cada caso en el que el control se basa en la retroalimentacion usando un error entre un parametro medido y un valor o intervalo fijado para dicho parametro, el punto fijado se puede determinar variando las senales de transmision al transductor o transductores de ultrasonidos con el fin de producir una variacion en la cavitacion y por tanto una variacion en el parametro medio y tambien, midiendo un parametro adicional, tal como la temperatura del tejido u otro efecto biologico terapeuticamente deseable, tal como la permeabilidad celular, la escala de longitud de la

difusion de farmacos, etc. e identificando el valor o intervalo fijado del parametro medido que corresponde a un valor deseado del parametro adicional. Esto se puede realizar de un modo similar al descrito anteriormente con referencia a las Figuras 5 y 6. Una vez que se ha determinado el intervalo fijado, se pueden determinar factores de ganancia adecuados para el control de la retroalimentacion. A continuacion los valores fijados y los factores de ganancia se 5 almacenan en la memoria del controlador de modo que se puedan usar para el control de la cavitacion.

Las realizaciones de la invencion proporcionan tanto un procedimiento como la implementacion de un controlador de retroalimentacion adaptativo que usa la senal recibida de uno o varios detectores de cavitacion pasiva (DCP) para afectar a la senal de entrada al o a los transductores de ultrasonidos terapeuticos para tanto mantener como localizar la actividad de cavitacion durante periodos prolongados de tiempo. Hasta ahora el controlador se ha 10 implementado en el contexto de maximizar el calentamiento potenciado por cavitacion, pero los procedimientos se pueden extender directamente a optimizar otros efectos biologicos terapeuticamente deseables y tambien se podnan extender a aplicaciones fuera del sector biomedico, por ejemplo en banos de limpieza de ultrasonidos, control de la cavitacion en reactores nucleares, etc.

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REIVINDICACIONES

1. Un sistema de ultrasonidos que comprende un transductor, un controlador dispuesto para generar senales de control dispuestas para controlar el transductor para generar ondas de presion dirigidas a un volumen diana y medios de deteccion que comprenden al menos un detector de ondas de presion pasivas dispuesto para detectar ondas de presion generadas mediante cavitacion por inercia en el volumen diana, en el que el controlador esta dispuesto para:

recibir senales de deteccion del medio de deteccion;

medir a partir de las senales de deteccion la posicion de la cavitacion, las variaciones en la cantidad de la cavitacion y las variaciones en el tipo de la cavitacion;

definir al menos un parametro de las senales de deteccion y un intervalo diana del o de cada parametro;

y cambiar las senales de control en respuesta al parametro, o a uno de los parametros, que estan fuera de su intervalo diana, para controlar de este modo la posicion, la cantidad y el tipo de cavitacion.
2. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que el al menos un parametro incluye un tiempo de llegada de las ondas de presion al detector de ondas de presion de modo que el controlador esta dispuesto para controlar la posicion de la cavitacion.
3. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2 en el que el al menos un parametro incluye el contenido de frecuencia dentro de una o mas bandas de frecuencia de las ondas de presion generadas por cavitacion y detectadas por el detector de ondas de presion de modo que el controlador esta dispuesto para controlar el tipo de cavitacion.
4. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el al menos un parametro incluye la varianza de las senales de deteccion, de modo que el controlador esta dispuesto para controlar la cantidad de cavitacion.
5. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 4 en el que la senal de control es una senal de transmision que tiene una amplitud, el intervalo esta definido por una varianza maxima y una varianza minima y el controlador esta dispuesto, si un valor medido de la varianza es mayor que la varianza maxima para disminuir la amplitud y si el valor medido de la varianza es menor que el valor mmimo para aumentar la amplitud.
6. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 5 en el que el controlador esta dispuesto para disminuir la amplitud por un valor de correccion que es el producto de un valor de error y un primer factor de ganancia y para aumentar la amplitud por un factor de correccion que es el producto de un valor de error y un segundo factor de ganancia.
7. Un procedimiento para instalar un sistema de control de las ondas de presion, que comprende producir una senal de control para controlar un transmisor de ondas de presion con el fin de producir cavitacion, detectar la cavitacion usando medios de deteccion dispuestos para sacar una senal de deteccion indicativa de un parametro de la cavitacion, variar la senal de control para variar la cavitacion, definir un parametro de deteccion de la senal de deteccion, medir un parametro controlado de la cavitacion que debe ser controlado por el sistema, determinar como el parametro de deteccion vana con las variaciones en el parametro controlado y seleccionar un valor diana del parametro de deteccion correspondiente a un valor diana del parametro controlado.
8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 7 en el que el medio de deteccion comprende un detector de presion dispuesto para detectar ondas de presion generadas por la cavitacion.
9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que el parametro controlado comprende una temperatura, o una posicion de la cavitacion, o una cantidad de transporte de masas o una medida del dano termico o una medida del dano mecanico debido a la cavitacion.