Claims (190)
1. Система ультразвуковой обработки, содержащая:1. An ultrasonic treatment system, comprising:
ультразвуковой зонд, содержащий преобразователь для ультразвуковой терапии, выполненный с возможностью применения ультразвуковой терапии к ткани; иan ultrasound probe comprising an ultrasound therapy transducer configured to apply ultrasound therapy to tissue; and
систему электропитания, выполненную с возможностью подачи электропитания на преобразователь для ультразвуковой терапии, причем система электропитания содержит усилитель мощности и схему;a power supply system configured to supply power to the ultrasound therapy transducer, the power supply system comprising a power amplifier and a circuit;
причем усилитель мощности содержит по меньшей мере один полупроводниковый транзистор,wherein the power amplifier comprises at least one semiconductor transistor,
при этом указанный по меньшей мере один полупроводниковый транзистор представляет собой полевой транзистор,wherein said at least one semiconductor transistor is a field-effect transistor,
при этом полевой транзистор выполнен с возможностью работы с КПД по меньшей мере 75% на радиочастоте (РЧ) в диапазоне от 200 кГц до 20 МГц.wherein the FET is configured to operate with an efficiency of at least 75% at radio frequency (RF) in the range of 200 kHz to 20 MHz.
2. Система по п. 1, в которой полупроводниковый транзистор содержит III-V соединение.2. The system of claim. 1, in which the semiconductor transistor contains III-V connection.
3. Система по п. 1, в которой полупроводниковый транзистор содержит нитрид галлия (GaN).3. The system of claim. 1, in which the semiconductor transistor contains gallium nitride (GaN).
4. Система по п. 1,4. The system according to claim 1,
в которой усилитель мощности содержит:in which the power amplifier contains:
конфигурацию переключаемого усилителя, содержащую полевой транзистор; иa switchable amplifier configuration comprising a field effect transistor; and
схему, выполненную с возможностью генерации цифровых форм волны для приведения в действие по меньшей мере одного затвора полевого транзистора для приведения в действие пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя;a circuit configured to generate digital waveforms to drive at least one FET gate to drive the piezoelectric ultrasonic transducer;
причем схема содержит четыре транзистора, выполненных в конфигурации Н-образного моста.moreover, the circuit contains four transistors, made in the configuration of the H-shaped bridge.
5. Система по п. 1,5. The system according to claim 1,
в которой усилитель мощности содержит:in which the power amplifier contains:
конфигурацию переключаемого усилителя, содержащую по меньшей мере один полевой транзистор; иa switchable amplifier configuration comprising at least one FET; and
схему, выполненную с возможностью генерации цифровых форм волны для приведения в действие по меньшей мере одного затвора полевых транзисторов для приведения в действие пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя;a circuit configured to generate digital waveforms to drive at least one FET gate to drive the piezoelectric ultrasonic transducer;
при этом сигнал, приводящий в действие полевой транзистор, генерируют путем сравнения вывода синусоидальной схемы прямого синтеза цифровых данных с напряжением постоянного тока;wherein the FET driving signal is generated by comparing the output of the sinusoidal direct digital data synthesis circuit with a DC voltage;
при этом выходная мощность находится в диапазоне от 0,1 Вт до 100 Вт;while the output power is in the range from 0.1 W to 100 W;
при этом схема содержит четыре транзистора, выполненных в конфигурации Н-образного моста.while the circuit contains four transistors, made in the configuration of the H-shaped bridge.
6. Система по п. 1,6. The system according to claim 1,
в которой полупроводник представляет собой нитрид галлия,in which the semiconductor is gallium nitride,
при этом усилитель мощности содержит:while the power amplifier contains:
конфигурацию переключаемого усилителя, содержащую по меньшей мере один полевой транзистор на нитриде галлия, при этом каждый полевой транзистор на нитриде галлия содержит по меньшей мере один затвор; иa switchable amplifier configuration comprising at least one gallium nitride FET, each gallium nitride FET comprising at least one gate; and
схему, выполненную с возможностью генерации цифровых форм волны для приведения в действие указанного по меньшей мере одного затвора полевых транзисторов на нитриде галлия для приведения в действие пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя;a circuit configured to generate digital waveforms to drive said at least one gate of the gallium nitride FETs to drive the piezoelectric ultrasonic transducer;
причем сигнал, приводящий в действие полевой транзистор, генерируют путем сравнения вывода синусоидальной схемы прямого синтеза цифровых данных с напряжением постоянного тока;wherein the signal driving the FET is generated by comparing the output of the sinusoidal direct digital data synthesis circuit with a DC voltage;
при этом выходная мощность находится в диапазоне от 0,1 Вт до 100 Вт; при этом схема содержит четыре транзистора на нитриде галлия, выполненных в конфигурации Н-образного моста;while the output power is in the range from 0.1 W to 100 W; while the circuit contains four gallium nitride transistors, made in the configuration of the H-shaped bridge;
при этом приводной сигнал затвора имеет переменный рабочий цикл, используемый для управления гармоническим составом и мощностью выходного сигнала;wherein the gate drive signal has a variable duty cycle used to control the harmonic content and power of the output signal;
при этом усилитель-преобразователь мощности подает электропитание на мощность радиочастотного выходного сигнала с КПД более 75%;while the power converter amplifier supplies power to the power of the radio frequency output signal with an efficiency of more than 75%;
при этом напряжение, подаваемое на усилитель мощности, модулируют с использованием переключаемого преобразователя постоянного тока, который снижает фиксированный ввод высокого напряжения до более низкого подаваемого напряжения;wherein the voltage applied to the power amplifier is modulated using a switchable DC/DC converter that reduces the fixed high voltage input to a lower applied voltage;
содержащая два или большее количество усилителей мощности, при этом один усилитель мощности выполнен с возможностью приведения в действие при одном пьезоэлектрическом преобразовательном элементе преобразователя высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука;comprising two or more power amplifiers, wherein one power amplifier is configured to be driven by one piezoelectric transducer element of the high-intensity focused ultrasound transducer;
при этом усилитель мощности выполнен с возможностью выдачи вывода на двух или большем количестве разных амплитуд;wherein the power amplifier is configured to provide output at two or more different amplitudes;
при этом усилитель мощности выполнен с возможностью выдачи вывода на двух или большем количестве разных фаз;wherein the power amplifier is configured to provide output on two or more different phases;
при этом управление фазой и частотой осуществляется посредством цифрового генератора прямого синтеза;in this case, the phase and frequency control is carried out by means of a direct synthesis digital generator;
при этом система выполнена с возможностью приведения в действие преобразователей с сопротивлением в диапазоне от 20 Ом до 120 Ом и фазовым углом от +45 градусов до -45 градусов.at the same time, the system is configured to drive converters with a resistance in the range from 20 ohms to 120 ohms and a phase angle from +45 degrees to -45 degrees.
7. Система по п. 1, в которой усилитель мощности содержит:7. The system of claim. 1, in which the power amplifier contains:
конфигурацию переключаемого усилителя, содержащую по меньшей мере один полупроводник; иa switchable amplifier configuration comprising at least one semiconductor; and
схему, выполненную с возможностью генерации цифровых форм волны для приведения в действие полупроводника для приведения в действие преобразователя для ультразвуковой терапии.a circuit configured to generate digital waveforms to drive the semiconductor to drive the ultrasound therapy transducer.
8. Система по п. 1, в которой сигнал, приводящий в действие полевой транзистор, генерируют путем сравнения вывода синусоидальной схемы прямого синтеза цифровых данных с напряжением постоянного тока.8. The system of claim 1, wherein the FET driving signal is generated by comparing the output of a sinusoidal direct digital data synthesis circuit with a DC voltage.
9. Система по п. 1, в которой выходная мощность находится в диапазоне от 0,1 Вт до 100 Вт.9. The system of claim. 1, in which the output power is in the range from 0.1 watts to 100 watts.
10. Система по п. 1, в которой выходная мощность находится в диапазоне от 5 Вт до 50 Вт.10. The system of claim. 1, in which the output power is in the range from 5 watts to 50 watts.
11. Система по п. 1, в которой схема содержит четыре транзистора, выполненных в конфигурации Н-образного моста.11. The system of claim. 1, in which the circuit contains four transistors made in the configuration of the H-shaped bridge.
12. Система по любому из пп. 1-3 и 7-11, в которой схема содержит два транзистора, выполненных в полумостовой конфигурации.12. The system according to any one of paragraphs. 1-3 and 7-11, in which the circuit contains two transistors in a half-bridge configuration.
13. Система по любому из пп. 1-3 и 7-11, в которой приводной сигнал затвора имеет переменный рабочий цикл, используемый для управления гармоническим составом и мощностью выходного сигнала.13. The system according to any one of paragraphs. 1-3 and 7-11, in which the gate drive signal has a variable duty cycle used to control the harmonic content and power of the output signal.
14. Система по любому из пп. 1-3 и 7-11, в которой усилитель-преобразователь мощности подает электропитание на мощность радиочастотного выходного сигнала с КПД более 75%.14. The system according to any one of paragraphs. 1-3 and 7-11, in which the power converter amplifier supplies power to the power of the RF output signal with an efficiency of more than 75%.
15. Система по любому из пп. 1-3 и 7-11, в которой напряжение, подаваемое на усилитель мощности, модулируют с использованием переключаемого преобразователя постоянного тока, который снижает фиксированный ввод высокого напряжения до более низкого подаваемого напряжения.15. The system according to any one of paragraphs. 1-3 and 7-11, in which the voltage applied to the power amplifier is modulated using a switchable DC/DC converter that reduces the fixed high voltage input to a lower applied voltage.
16. Система по любому из пп. 1-3 и 7-11, содержащая два или большее количество усилителей мощности, при этом один усилитель мощности выполнен с возможностью приведения в действие при одном пьезоэлектрическом преобразовательном элементе преобразователя высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука.16. The system according to any one of paragraphs. 1-3 and 7-11, comprising two or more power amplifiers, wherein one power amplifier is configured to be driven by one piezoelectric transducer element of the high intensity focused ultrasound transducer.
17. Система по любому из пп. 1-3 и 7-11, в которой преобразователь высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука выполнен с возможностью приведения в действие отдельным усилителем мощности.17. The system according to any one of paragraphs. 1-3 and 7-11, wherein the high intensity focused ultrasound transducer is configured to be driven by a separate power amplifier.
18. Система по любому из пп. 1-3 и 7-11, в которой усилитель мощности выполнен с возможностью выдачи вывода на двух или большем количестве разных амплитуд.18. The system according to any one of paragraphs. 1-3 and 7-11, wherein the power amplifier is configured to provide output at two or more different amplitudes.
19. Система по любому из пп. 1-3 и 7-11, в которой усилитель мощности выполнен с возможностью выдачи вывода на двух или большем количестве разных фаз.19. The system according to any one of paragraphs. 1-3 and 7-11, wherein the power amplifier is configured to provide output on two or more different phases.
20. Система по любому из пп. 1-3 и 7-11, в которой указанный усилитель выполнен с возможностью выдачи вывода на двух или большем количестве разных частот.20. The system according to any one of paragraphs. 1-3 and 7-11, wherein said amplifier is configured to provide output at two or more different frequencies.
21. Система по любому из пп. 1-3 и 7-11, в которой управление фазой и частотой осуществляется посредством цифрового генератора прямого синтеза.21. The system according to any one of paragraphs. 1-3 and 7-11, in which phase and frequency are controlled by a direct synthesis digital oscillator.
22. Система по любому из пп. 1-3 и 7-11, выполненная с возможностью приведения в действие преобразователей с сопротивлением в диапазоне от 20 Ом до 120 Ом и фазовым углом от +45 градусов до -45 градусов.22. The system according to any one of paragraphs. 1-3 and 7-11, configured to drive transducers with a resistance in the range of 20 ohms to 120 ohms and a phase angle of +45 degrees to -45 degrees.
23. Усилитель мощности для приведения в действие преобразователей высокоинтенсивного ультразвука, содержащий:23. A power amplifier for driving high-intensity ultrasound transducers, comprising:
конфигурацию переключаемого усилителя, содержащую по меньшей мере один полевой транзистор; иa switchable amplifier configuration comprising at least one FET; and
схему, выполненную с возможностью генерации цифровых форм волны для приведения в действие указанного по меньшей мере одного полевого транзистора.a circuit configured to generate digital waveforms to drive said at least one field effect transistor.
24. Усилитель мощности для приведения в действие преобразователя высокоинтенсивного ультразвука, содержащий:24. A power amplifier for driving a high-intensity ultrasound transducer, comprising:
конфигурацию переключаемого усилителя, содержащую по меньшей мере один полевой транзистор на нитриде галлия, при этом каждый полевой транзистор на нитриде галлия содержит по меньшей мере один затвор; иa switchable amplifier configuration comprising at least one gallium nitride FET, each gallium nitride FET comprising at least one gate; and
схему, выполненную с возможностью генерации цифровых форм волны для приведения в действие указанного по меньшей мере одного затвора полевых транзисторов на нитриде галлия для приведения в действие пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя.a circuit configured to generate digital waveforms to drive said at least one gate of the gallium nitride FETs to drive the piezoelectric ultrasonic transducer.
25. Усилитель мощности по п. 24, содержащий один или большее количество из следующих признаков:25. The power amplifier according to claim 24, containing one or more of the following features:
при этом усилитель мощности выполнен с возможностью выдачи вывода на двух или большем количестве разных амплитуд,wherein the power amplifier is configured to output output at two or more different amplitudes,
при этом усилитель мощности выполнен с возможностью выдачи вывода на двух или большем количестве разных фаз.wherein the power amplifier is configured to provide an output on two or more different phases.
26. Способ управления электрической мощностью в ультразвуковой системе для доставки требуемого количества сфокусированной акустической мощности ультразвуковым преобразователем, причем способ включает:26. A method for controlling electrical power in an ultrasonic system to deliver a desired amount of focused acoustic power by an ultrasonic transducer, the method comprising:
обеспечение системы управления электропитанием, содержащей схему, содержащую систему управления микропроцессором, и справочную таблицу (СТ) системы управления;providing a power management system comprising a circuit containing the microprocessor control system and a lookup table (LT) of the control system;
обеспечение ультразвукового преобразователя, содержащего контроллер преобразователя, микропроцессор преобразователя и СТ преобразователя;providing an ultrasonic transducer comprising a transducer controller, a transducer microprocessor, and a transducer CT;
определение посредством микропроцессора преобразователя, из СТ преобразователя, количества электропитания, доставляемого на нагрузку, эквивалентную требуемому количеству акустической мощности, доставляемой на ткань ультразвуковым преобразователем;determining, by the transducer microprocessor, from the CT transducer, an amount of power delivered to the load equivalent to a required amount of acoustic power delivered to tissue by the ultrasonic transducer;
определение посредством микропроцессора системы управления, из СТ системы управления, амплитуды электрического сигнала, выводимого из усилителя мощности системы электропитания, которая доставила бы эквивалентное количество электропитания, доставляемого на нагрузку; иdetermining, by the control system microprocessor, from the control system CT, an amplitude of an electrical signal output from the power amplifier of the power supply system that would deliver an equivalent amount of power delivered to the load; and
задание по меньшей мере одного параметра вывода системы электропитания, определенной амплитуды вывода электрического сигнала.setting at least one output parameter of the power supply system, a certain amplitude of the electrical signal output.
27. Способ по п. 26, в котором нагрузка составляет 50 Ом.27. The method of claim 26 wherein the load is 50 ohms.
28. Система ультразвуковой обработки, содержащая:28. An ultrasonic treatment system, comprising:
ультразвуковой зонд, содержащий корпус, вмещающий пьезоэлектрически активный преобразователь для ультразвуковой терапии, выполненный с возможностью фокусирования акустических ультразвуковых волн на глубине от корпуса в фокусной зоне в ткани;an ultrasound probe comprising a housing containing a piezoelectrically active transducer for ultrasound therapy, configured to focus acoustic ultrasonic waves at a depth from the housing to a focal zone in tissue;
систему электропитания, выполненную с возможностью подачи электропитания на преобразователь для ультразвуковой терапии, причем система электропитания содержит усилитель мощности; иa power supply system configured to supply power to the ultrasound therapy transducer, the power supply system comprising a power amplifier; and
систему измерения электрической мощности, выполненную с возможностью наблюдения электрической выходной мощности от выходного сигнала из усилителя мощности,an electrical power measurement system configured to observe electrical output power from an output signal from the power amplifier,
при этом система измерения электрической мощности содержит:while the electric power measurement system contains:
резистивную схему измерения тока, выполненную с возможностью наблюдения электрического тока, выводимого из усилителя мощности; и резистивную схему измерения напряжения, выполненную с возможностью наблюдения электрического напряжения, выводимого из усилителя мощности, иa resistive current measurement circuit configured to observe the electric current output from the power amplifier; and a resistive voltage measurement circuit configured to observe the electric voltage output from the power amplifier, and
при этом система измерения электрической мощности выполнена с возможностью наблюдения выходной электрической мощности из усилителя мощности в диапазоне частот, охватывающем по меньшей мере две октавы для преобразователя для ультразвуковой терапии.wherein the electrical power measurement system is configured to observe the output electrical power from the power amplifier in a frequency range spanning at least two octaves for the ultrasound therapy transducer.
29. Система для измерения радиочастотного (РЧ) электрического тока и напряжения приводной схемы в системе высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука, содержащая:29. A system for measuring radio frequency (RF) electric current and drive circuit voltage in a high-intensity focused ultrasound system, comprising:
резистор измерения тока, установленный последовательно с нагрузкой;a current measurement resistor installed in series with the load;
резисторную схему измерения шунтового напряжения, установленную параллельно нагрузке; иa shunt voltage measuring resistor circuit installed in parallel with the load; and
схему наблюдения выходного напряжения и тока электропитания (демодуляторная схема IQ) с локальным тактовым генератором, синхронизированным по фазе и частоте с сигналом, приводящим в действие усилитель мощности, и выполненную с возможностью демодуляции выходного сигнала на несущей частоте ниже приводной частоты ультразвука.an output voltage and current monitoring circuit (IQ demodulator circuit) with a local clock synchronized in phase and frequency with the signal driving the power amplifier and configured to demodulate the output signal at a carrier frequency below the ultrasonic driving frequency.
30. Система по любому из пп. 28, 29, в которой система измерения выполнена с возможностью осуществления нескольких измерений на разных относительных фазовых сдвигах между локальным генератором и усилителем мощности.30. The system according to any one of paragraphs. 28, 29, in which the measurement system is configured to make multiple measurements at different relative phase shifts between the local oscillator and the power amplifier.
31. Система по любому из пп. 28, 29, в которой локальный тактовый генератор генерируют из цифрового генератора прямого синтеза с независимым управлением.31. The system according to any one of paragraphs. 28, 29, in which the local clock is generated from an independently controlled direct synthesis digital oscillator.
32. Система по любому из пп. 28, 29, в которой количество измерений фазы равняется шести.32. The system according to any one of paragraphs. 28, 29, in which the number of phase measurements is six.
33. Система по любому из пп. 28, 29, в которой система измерения выполнена с возможностью осуществления нескольких измерений на частотах локального генератора.33. The system according to any one of paragraphs. 28, 29, in which the measurement system is configured to make multiple measurements at local oscillator frequencies.
34. Система, использующая систему измерения по любому из пп. 28, 29 для изменения приводного сигнала затвора, чтобы достигать требуемого гармонического состава в выходном сигнале.34. A system using a measurement system according to any one of paragraphs. 28, 29 to change the gate drive signal to achieve the desired harmonic content in the output signal.
35. Способ определения количества измерений такого типа, как описанные по п. 30, обеспечивающий надлежащее измерение гармоник путем оценки количества гармоник самой низкой частоты в полосе пропускания, которые превышают порог шума системы.35. A method for determining the number of measurements of the type described in claim 30, which provides a proper measurement of harmonics by estimating the number of harmonics of the lowest frequency in the passband that exceed the noise threshold of the system.
36. Способ вычисления сложных гармонических компонентов форм волны напряжения и тока путем образования линейного сочетания нескольких измерений.36. A method for calculating the complex harmonic components of voltage and current waveforms by forming a linear combination of several measurements.
37. Способ калибровки преобразователя высокоинтенсивного ультразвука, включающий:37. A method for calibrating a high-intensity ultrasound transducer, including:
калибровку акустической выходной мощности, подаваемой преобразователем на приводную конфигурацию, соответствующей электропитанию, подаваемому приводом в одну или большее количество эталонных нагрузок для приводной конфигурации, причем калибровочная информация хранится преобразователем; иcalibrating the acoustic output power supplied by the transducer to the drive configuration corresponding to the power supplied by the drive to one or more reference loads for the drive configuration, the calibration information being stored by the transducer; and
калибровку конфигурации электропривода относительно электропитания, подаваемого в одну или большее количество эталонных нагрузок, причем калибровочная информация хранится приводом; иcalibrating the drive configuration with respect to power supplied to one or more reference loads, the calibration information being stored by the drive; and
38. Способ по п. 37, в котором калибровочная информация преобразователя также содержит электропитание, подаваемое на преобразователь на каждом уровне акустической мощности, причем хранящаяся информация о мощности содержит компонент сложной мощности или компонент реальной мощности.38. The method of claim 37, wherein the transducer calibration information also comprises power supplied to the transducer at each acoustic power level, wherein the stored power information comprises a complex power component or a real power component.
39. Способ по п. 37, дополнительно включающий вычисление при помощи процессора приводной конфигурации для достижения требуемой акустической выходной мощности, которая использует калибровочную информацию преобразователя для определения уровня мощности в одну или большее количество эталонных нагрузок для настройки требуемой акустической мощности, и которая использует калибровочную информацию привода для определения конфигурации привода для требуемого уровня акустической выходной мощности в эталонную нагрузку, причем динамические измерения электропитания, подаваемого от привода, осуществляют во время инсонификации ткани и подтверждают в сравнении с электропитанием, хранящимся в калибровке преобразователя для требуемого уровня акустической мощности.39. The method of claim 37, further comprising calculating, by the processor, a drive configuration to achieve the desired acoustic output power, which uses transducer calibration information to determine the power level to one or more reference loads to adjust the desired acoustic power, and which uses the calibration information drive to determine the drive configuration for a desired acoustic power output level to a reference load, wherein dynamic measurements of the power supplied from the drive are made during tissue insonification and verified against the power stored in the transducer calibration for the desired acoustic power level.
40. Способ по п. 37,40. The method according to p. 37,
в котором калибровочная информация преобразователя также содержит электропитание, подаваемое на преобразователь на каждом уровне акустической мощности, причем хранящаяся информация о мощности содержит компонент сложной мощности или компонент реальной мощности;wherein the transducer calibration information also comprises power supplied to the transducer at each acoustic power level, the stored power information comprising a complex power component or a real power component;
вычисление при помощи процессора приводной конфигурации для достижения требуемой акустической выходной мощности, которая использует калибровочную информацию преобразователя для определения уровня мощности в одну или большее количество эталонных нагрузок для настройки требуемой акустической мощности, и которая использует калибровочную информацию привода для определения конфигурации привода для требуемого уровня акустической выходной мощности в эталонную нагрузку;calculation by the processor of a drive configuration to achieve a desired acoustic output, which uses transducer calibration information to determine the power level to one or more reference loads to adjust the desired acoustic power, and which uses drive calibration information to determine the drive configuration for the desired acoustic output level power into the reference load;
при этом динамические измерения электропитания, подаваемого от привода, осуществляют во время инсонификации ткани и подтверждают в сравнении с электропитанием, хранящимся в калибровке преобразователя для требуемого уровня акустической мощности.wherein dynamic measurements of the power supplied from the actuator are made during tissue insonification and verified against the power stored in the transducer calibration for the desired acoustic power level.
41. Способ по п. 37,41. The method according to p. 37,
в котором калибровочная информация преобразователя также содержит электропитание, подаваемое на преобразователь на каждом уровне акустической мощности, причем хранящаяся информация о мощности содержит компонент сложной мощности или компонент реальной мощности;wherein the transducer calibration information also comprises power supplied to the transducer at each acoustic power level, the stored power information comprising a complex power component or a real power component;
при этом динамические измерения электропитания, подаваемого от привода, осуществляют во время инсонификации ткани и подтверждают в сравнении с электропитанием, хранящимся в калибровке преобразователя для требуемого уровня акустической мощности;wherein dynamic measurements of the power supplied from the actuator are carried out during tissue insonification and confirmed in comparison with the power stored in the calibration of the transducer for the desired acoustic power level;
при этом акустическую выходную мощность генерируют путем осуществления измерений с использованием баланса сил;wherein the acoustic output power is generated by making measurements using a force balance;
при этом калибровка преобразователя хранится в качестве справочной таблицы на энергонезависимой микросхеме памяти внутри преобразователя;while the calibration of the converter is stored as a lookup table on a non-volatile memory chip inside the converter;
при этом по меньшей мере одно из напряжения или тока, измеренного на приводе, регулируют при помощи матрицы передачи, определяющей четырехполюсник между выходом приводной схемы терапии и преобразователем;wherein at least one of the voltage or current measured at the drive is controlled by a transfer matrix defining a quadripole between the output of the therapy drive circuit and the converter;
при этом калибровочная информация хранится в справочной таблице (СП);while the calibration information is stored in a look-up table (SP);
при этом целевое электрическое напряжение вычисляют из калибровочной информации и требуемой акустической мощности, заданной в клинике, путем интерполяции значений в одной или большем количестве справочных таблиц.wherein the target electrical voltage is calculated from the calibration information and the required acoustic power set in the clinic by interpolating the values in one or more lookup tables.
42. Способ по п. 37, в котором акустическую выходную мощность генерируют путем осуществления измерений с использованием баланса сил.42. The method of claim 37, wherein the acoustic output is generated by making measurements using a force balance.
43. Способ по любому из пп. 37 и 38, в котором калибровка преобразователя хранится в качестве справочной таблицы на энергонезависимой микросхеме памяти внутри преобразователя.43. The method according to any one of paragraphs. 37 and 38, in which the transducer calibration is stored as a lookup table on a non-volatile memory chip within the transducer.
44. Способ по любому из пп. 37, 38 и 39, в котором по меньшей мере одно из напряжения или тока, измеренного на приводе, регулируют при помощи матрицы передачи, определяющей четырехполюсник между выходом приводной схемы терапии и преобразователем.44. The method according to any one of paragraphs. 37, 38, and 39, wherein at least one of the voltage or current measured at the drive is controlled by a transfer matrix defining a quadripole between the output of the therapy drive circuit and the converter.
45. Способ по любому из пп. 37 и 38, в котором калибровочная информация хранится в справочной таблице (СП).45. The method according to any one of paragraphs. 37 and 38, in which the calibration information is stored in a look-up table (LL).
46. Способ по п. 45, в котором целевое электрическое напряжение вычисляют из калибровочной информации и требуемой акустической мощности, заданной в клинике, путем интерполяции значений в одной или большем количестве справочных таблиц.46. The method of claim 45, wherein the target electrical voltage is calculated from the calibration information and the desired acoustic power set in the clinic by interpolating the values in one or more lookup tables.
47. Хранение в калибровочной информации преобразователя пороговых значений электрической мощности на каждом уровне акустической мощности определяет допустимый диапазон электрической приводной мощности для достижения допустимого диапазона акустической выходной мощности в соответствии с пунктом 37.47. The storage in the transducer calibration information of the electrical power thresholds at each acoustic power level determines the allowable range of electrical drive power to achieve the allowable acoustic output power range in accordance with clause 37.
48. Система для подтверждения нахождения динамически измеренной электрической мощности в пределах диапазона, указанного в пункте 46, включающего динамическое измерение мощности, доставленной приводом, и сравнение этой мощности с пороговыми значениями, хранящимися в преобразователе.48. A system for confirming that dynamically measured electrical power is within the range specified in clause 46, including dynamic measurement of the power delivered by the drive and comparing this power with threshold values stored in the converter.
49. Способ по п. 44, в котором матрицу передачи узла излучателя и кабеля, которая может быть взаимозаменяемой между преобразователями и приводами, хранят на энергонезависимой микросхеме памяти внутри узла излучателя и кабеля.49. The method of claim 44, wherein the transmitter and cable assembly transfer matrix, which may be interchangeable between transducers and actuators, is stored on a non-volatile memory chip within the radiator and cable assembly.
50. Способ динамического регулирования мощности, включающий:50. The method of dynamic power control, including:
измерение электрической мощности, доставляемой от привода;measuring the electrical power delivered from the drive;
сравнение измеренной электрической мощности с требуемой электрической мощностью, определенной из калибровочной информации в соответствии с п. 37, иcomparing the measured electrical power with the required electrical power determined from the calibration information in accordance with clause 37, and
регулирование приводной конфигурации для снижения ошибки между требуемой и измеренной электрической мощностью.adjusting the drive configuration to reduce the error between the required and measured electrical power.
51. Способ динамического регулирования мощности, включающий:51. The method of dynamic power control, including:
измерение электрического сопротивления нагрузки и вычисление сопротивления преобразователя на основании известных значений сопротивления других компонентов системы;measuring the electrical resistance of the load and calculating the resistance of the converter based on the known resistance values of other components of the system;
вычисление требуемого электропитания от привода для поддержания такого же количества рассеянной мощности по реальному сопротивлению преобразователя; иcalculation of the required power supply from the drive to maintain the same amount of dissipated power against the actual resistance of the converter; and
регулирование конфигурации привода для соответствия электропитанию, требуемому для снижения ошибки между требуемым и измеренным электропитанием.adjusting the drive configuration to match the power supply required to reduce the error between the requested and measured power supply.
52. Способ по любому из пп. 49-51, в котором мощность динамически регулируют при проведении терапии.52. The method according to any one of paragraphs. 49-51, in which the power is dynamically adjusted during therapy.
53. Способ настройки высокоинтенсивных сфокусированных ультразвуковых преобразователей путем перестройки частоты при измерении коэффициента стоячей волны по напряжению на приводе и выбора рабочей частоты, которая сводит к минимуму коэффициент стоячей волны по напряжению.53. A method for tuning high-intensity focused ultrasonic transducers by tuning the frequency while measuring the voltage standing wave ratio at the drive and selecting an operating frequency that minimizes the voltage standing wave ratio.
54. Способ калибровки преобразователей высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука, включающий54. A method for calibrating high-intensity focused ultrasound transducers, including
моделирование привода в качестве источника эквивалентной схемы Тевенина с напряжением источника и сопротивлением источника, зависимыми от частоты, и хранение калибровочной информации, содержащей напряжение источника и сопротивление источника, в приводе,modeling the drive as a Thévenin equivalent circuit source with source voltage and source resistance dependent on frequency, and storing calibration information containing source voltage and source resistance in the drive,
измерение и сохранение сопротивления преобразователя в информации о калибровке преобразователя, иmeasuring and storing the transducer resistance in transducer calibration information, and
вычисление электропитания, которое будет доставлено приводом на преобразователь с использованием напряжения источника и сопротивления источника, хранящегося в калибровке привода, в сопротивление нагрузки, хранящееся в калибровке преобразователя, и обработку совмещенной системы в качестве цепи делителя напряжения.calculating the power to be delivered by the drive to the converter using the source voltage and source resistance stored in the drive calibration into a load resistance stored in the converter calibration, and treating the combined system as a voltage divider circuit.
55. Способ измерения сопротивления преобразователя:55. Method for measuring the resistance of the transducer:
калибровку привода с использованием одного или большего количества известных эталонных значений сопротивления;calibrating the drive using one or more known reference resistance values;
измерение сопротивления преобразователя на одной или большем количестве частот и одной или большем количестве амплитуд;measuring the resistance of the transducer at one or more frequencies and one or more amplitudes;
фиксацию измеренного преобразователя к резонансному контуру для вычисления таких параметров преобразователя, как фиксированная емкость, коэффициент связи и сопротивление излучения;fixing the measured transducer to the resonant circuit to calculate transducer parameters such as fixed capacitance, coupling coefficient, and radiation resistance;
использование характеристики для определения возраста преобразователя, функциональной пригодности и требуемых амплитуды и фазы.use the characteristic to determine the age of the transducer, the functional suitability, and the required amplitude and phase.
56. Способ по п. 55, в котором между преобразователем и целевой областью обработки находится фиксированное расстояние.56. The method of claim 55, wherein there is a fixed distance between the transducer and the target processing area.
57. Способ по п. 56, в котором луч терапии временно перемещают на необработанную область для определения количества обратного рассеяния от области обработки с использованием разностного способа.57. The method of claim 56, wherein the therapy beam is temporarily moved to the untreated area to determine the amount of backscatter from the treatment area using a difference method.
58. Способ по п. 55, в котором сопротивление преобразователя измеряют посредством более коротких импульсов возбуждения для исключения обратного рассеяния или отражений от ткани или поверхности взаимодействия преобразователя.58. The method of claim 55, wherein the resistance of the transducer is measured with shorter drive pulses to eliminate backscatter or reflections from tissue or transducer interface.
59. Система ультразвуковой обработки, содержащая:59. An ultrasonic treatment system, comprising:
ультразвуковой зонд, содержащий преобразователь для ультразвуковой терапии, выполненный с возможностью применения ультразвуковой терапии к ткани; иan ultrasound probe comprising an ultrasound therapy transducer configured to apply ultrasound therapy to tissue; and
систему электропитания, выполненную с возможностью подачи электропитания на преобразователь для ультразвуковой терапии, причем система электропитания содержит усилитель мощности и схему;a power supply system configured to supply power to the ultrasound therapy transducer, the power supply system comprising a power amplifier and a circuit;
при этом усилитель мощности содержит по меньшей мере один III-V полупроводниковый силовой транзистор, выполненный с возможностью работы с КПД по меньшей мере 75% на радиочастоте (РЧ) в диапазоне между 200 кГц и 20 МГц.wherein the power amplifier comprises at least one III-V semiconductor power transistor configured to operate at an efficiency of at least 75% at radio frequency (RF) between 200 kHz and 20 MHz.
60. Система по п. 59, в которой указанный по меньшей мере один III-V полупроводниковый силовой транзистор выбран из группы, состоящей из: GaN, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs и AlGaN.60. The system of claim 59, wherein said at least one III-V semiconductor power transistor is selected from the group consisting of: GaN, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs, and AlGaN.
61. Система по п. 59, в которой указанный по меньшей мере один III-V полупроводниковый силовой транзистор представляет собой нитрид галлия.61. The system of claim 59, wherein said at least one III-V semiconductor power transistor is gallium nitride.
62. Система по п. 59, в которой указанный по меньшей мере один III-V полупроводниковый силовой транзистор не является одним из GaN, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs и AlGaN.62. The system of claim 59, wherein said at least one III-V semiconductor power transistor is not one of GaN, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, InGaAs, AlSb, AlGaAs, and AlGaN.
63. Система по n. 59, в которой усилитель мощности содержит:63. System by n. 59, in which the power amplifier contains:
конфигурацию переключаемого усилителя, содержащую множество III-V полупроводниковых силовых транзисторов; иa switchable amplifier configuration comprising a plurality of III-V semiconductor power transistors; and
схему, выполненную с возможностью генерации цифровых форм волны для приведения в действие множества III-V полупроводниковых силовых транзисторов для приведения в действие пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя.a circuit configured to generate digital waveforms for driving a plurality of III-V semiconductor power transistors for driving a piezoelectric ultrasonic transducer.
64. Система по п. 59, в которой сигнал, приводящий в действие силовой транзистор, генерируют путем сравнения вывода синусоидальной схемы прямого синтеза цифровых данных с напряжением постоянного тока.64. The system of claim 59, wherein the signal driving the power transistor is generated by comparing the output of a sinusoidal direct digital data synthesis circuit with a DC voltage.
65. Система по п. 59, в которой выходная мощность находится в диапазоне от 0,1 Вт до 100 Вт.65. The system of claim. 59, in which the output power is in the range from 0.1 watts to 100 watts.
66. Система по п. 59, в которой выходная мощность находится в диапазоне от 5 Вт до 50 Вт.66. The system of claim. 59, in which the output power is in the range from 5 watts to 50 watts.
67. Система по любому из пп. 59-66, в которой схема содержит четыре силовых транзистора, выполненных в конфигурации Н-образного моста.67. The system according to any one of paragraphs. 59-66, in which the circuit contains four power transistors in an H-bridge configuration.
68. Система по любому из пп. 59-66, в которой приводной сигнал затвора имеет переменный рабочий цикл, используемый для управления гармоническим составом и мощностью выходного сигнала.68. The system according to any one of paragraphs. 59-66, in which the gate drive signal has a variable duty cycle used to control the harmonic content and power of the output signal.
69. Система по любому из пп. 59-66, в которой усилитель-преобразователь мощности подает электропитание на мощность радиочастотного выходного сигнала с КПД более 75%.69. The system according to any one of paragraphs. 59-66, in which the power converter amplifier supplies power to the power of the RF output signal with an efficiency of more than 75%.
70. Система по любому из пп. 59-66, в которой напряжение, подаваемое на усилитель мощности, модулируют с использованием переключаемого преобразователя постоянного тока, который снижает фиксированный ввод высокого напряжения до более низкого подаваемого напряжения.70. The system according to any one of paragraphs. 59-66, in which the voltage applied to the power amplifier is modulated using a switchable DC/DC converter that reduces the fixed high voltage input to a lower applied voltage.
71. Система по любому из пп. 59-66, содержащая два или большее количество усилителей мощности, при этом один усилитель мощности выполнен с возможностью приведения в действие одного пьезоэлектрического преобразовательного элемента преобразователя высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука.71. The system according to any one of paragraphs. 59-66, comprising two or more power amplifiers, wherein one power amplifier is configured to drive one piezoelectric transducer element of the high intensity focused ultrasound transducer.
72. Система по любому из пп. 59-66, в которой усилитель мощности выполнен с возможностью выдачи вывода на двух или большем количестве разных амплитуд.72. The system according to any one of paragraphs. 59-66, wherein the power amplifier is configured to provide output at two or more different amplitudes.
73. Система по любому из пп. 59-66, в которой усилитель мощности выполнен с возможностью выдачи вывода на двух или большем количестве разных фаз.73. The system according to any one of paragraphs. 59-66, wherein the power amplifier is configured to provide output on two or more different phases.
74. Система по любому из пп. 59-66, в которой управление фазой и частотой осуществляется посредством цифрового генератора прямого синтеза.74. The system according to any one of paragraphs. 59-66, in which the phase and frequency are controlled by a direct synthesis digital oscillator.
75. Система по любому из пп. 59-66, выполненная с возможностью приведения в действие преобразователей с сопротивлением в диапазоне от 20 Ом до 120 Ом и фазовым углом от +45 градусов до -45 градусов.75. The system according to any one of paragraphs. 59-66 configured to drive transducers with a resistance in the range of 20 ohms to 120 ohms and a phase angle of +45 degrees to -45 degrees.
76. Усилитель мощности для приведения в действие преобразователей высокоинтенсивного ультразвука, содержащий:76. Power amplifier for driving high-intensity ultrasound transducers, containing:
конфигурацию переключаемого усилителя, содержащую по меньшей мере один III-V полупроводниковый силовой транзистор; иa switchable amplifier configuration comprising at least one III-V semiconductor power transistor; and
схему, выполненную с возможностью генерации цифровых форм волны для приведения в действие указанного по меньшей мере одного III-V полупроводникового силового транзистора.a circuit configured to generate digital waveforms for driving said at least one III-V semiconductor power transistor.
77. Устройство с множеством усилителей мощности для приведения в действие преобразователей высокоинтенсивного ультразвука, содержащее:77. A device with multiple power amplifiers for driving high-intensity ultrasound transducers, comprising:
конфигурацию переключаемого усилителя, содержащую множество III-V полупроводниковых силовых транзисторов; иa switchable amplifier configuration comprising a plurality of III-V semiconductor power transistors; and
схему, выполненную с возможностью генерации цифровых форм волны для приведения в действие множества III-V полупроводниковых силовых транзисторов для приведения в действие пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя.a circuit configured to generate digital waveforms for driving a plurality of III-V semiconductor power transistors for driving a piezoelectric ultrasonic transducer.
78. Устройство по п. 77, в котором III-V полупроводниковые силовые транзисторы являются полевыми транзисторами на нитриде галлия.78. The device according to claim 77, in which the III-V semiconductor power transistors are gallium nitride field effect transistors.
79. Усилитель мощности по п. 77 или 78, содержащий один или большее количество из следующих признаков:79. The power amplifier according to claim 77 or 78, containing one or more of the following features:
при этом усилитель мощности выполнен с возможностью выдачи вывода на двух или большем количестве разных амплитуд,wherein the power amplifier is configured to output output at two or more different amplitudes,
при этом усилитель мощности выполнен с возможностью выдачи вывода на двух или большем количестве разных фаз.wherein the power amplifier is configured to provide an output on two or more different phases.
80. Способ управления электрической мощностью в ультразвуковой системе для доставки требуемого количества сфокусированной акустической мощности ультразвуковым преобразователем, причем способ включает:80. A method for controlling electrical power in an ultrasonic system to deliver a desired amount of focused acoustic power by an ultrasonic transducer, the method comprising:
обеспечение системы управления электропитанием, содержащей схему, содержащую систему управления микропроцессором, и справочную таблицу (СТ) системы управления;providing a power management system comprising a circuit containing the microprocessor control system and a lookup table (LT) of the control system;
обеспечение ультразвукового преобразователя, содержащего контроллер преобразователя, микропроцессор преобразователя и СТ преобразователя;providing an ultrasonic transducer comprising a transducer controller, a transducer microprocessor, and a transducer CT;
определение посредством микропроцессора преобразователя, из СТ преобразователя, количества электропитания, доставляемого на нагрузку, эквивалентную требуемому количеству акустической мощности, доставляемой на ткань ультразвуковым преобразователем;determining, by the transducer microprocessor, from the CT transducer, an amount of power delivered to the load equivalent to a required amount of acoustic power delivered to tissue by the ultrasonic transducer;
определение посредством микропроцессора системы управления, из СТ системы управления, амплитуды электрического сигнала, выводимого из усилителя мощности системы электропитания, которая доставила бы эквивалентное количество электропитания, доставляемого на нагрузку; иdetermining, by the control system microprocessor, from the control system CT, an amplitude of an electrical signal output from the power amplifier of the power supply system that would deliver an equivalent amount of power delivered to the load; and
задание по меньшей мере одного параметра вывода системы электропитания, определенной амплитуды вывода электрического сигнала,setting at least one output parameter of the power supply system, a certain amplitude of the electrical signal output,
при этом нагрузка находится в диапазоне от 20 до 120 Ом.while the load is in the range from 20 to 120 ohms.
81. Система ультразвуковой обработки, содержащая:81. An ultrasonic treatment system, comprising:
ультразвуковой зонд, содержащий корпус, вмещающий пьезоэлектрически активный преобразователь для ультразвуковой терапии, выполненный с возможностью фокусирования акустических ультразвуковых волн на глубине от корпуса в фокусной зоне в ткани;an ultrasound probe comprising a housing containing a piezoelectrically active transducer for ultrasound therapy, configured to focus acoustic ultrasonic waves at a depth from the housing to a focal zone in tissue;
систему электропитания, выполненную с возможностью подачи электропитания на преобразователь для ультразвуковой терапии, причем система электропитания содержит усилитель мощности; иa power supply system configured to supply power to the ultrasound therapy transducer, the power supply system comprising a power amplifier; and
систему измерения электрической мощности, выполненную с возможностью наблюдения электрической выходной мощности от выходного сигнала из усилителя мощности,an electrical power measurement system configured to observe electrical output power from an output signal from the power amplifier,
при этом система измерения электрической мощности содержит:while the electric power measurement system contains:
резистивную схему измерения тока, выполненную с возможностью наблюдения электрического тока, выводимого из усилителя мощности; иa resistive current measurement circuit configured to observe the electric current output from the power amplifier; and
при этом система измерения электрической мощности выполнена с возможностью наблюдения выходной электрической мощности из усилителя мощности в диапазоне частот, охватывающем по меньшей мере две октавы для преобразователя для ультразвуковой терапии.wherein the electrical power measurement system is configured to observe the output electrical power from the power amplifier in a frequency range spanning at least two octaves for the ultrasound therapy transducer.
82. Система для измерения радиочастотного (РЧ) электрического тока и напряжения приводной схемы в системе высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука, содержащая:82. A system for measuring radio frequency (RF) electric current and drive circuit voltage in a high-intensity focused ultrasound system, comprising:
резистор измерения тока, установленный последовательно с нагрузкой;a current measurement resistor installed in series with the load;
резисторную схему измерения шунтового напряжения, установленную параллельно нагрузке; иa shunt voltage measuring resistor circuit installed in parallel with the load; and
схему наблюдения выходного напряжения и тока электропитания (демодуляторная схема IQ) с локальным тактовым генератором, синхронизированным по фазе и частоте с сигналом, приводящим в действие усилитель мощности, и выполненную с возможностью демодуляции выходного сигнала на несущей частоте.an output voltage and current monitoring circuit (IQ demodulator circuit) with a local clock synchronized in phase and frequency with a signal driving the power amplifier and configured to demodulate the output signal at the carrier frequency.
83. Система по любому из пп. 81, 82, в которой система измерения выполнена с возможностью осуществления нескольких измерений на разных относительных фазовых сдвигах между локальным генератором и усилителем мощности.83. The system according to any one of paragraphs. 81, 82, in which the measurement system is configured to make multiple measurements at different relative phase shifts between the local oscillator and the power amplifier.
84. Система по любому из пп. 81, 82, в которой локальный тактовый генератор генерируют из цифрового генератора прямого синтеза с независимым управлением.84. The system according to any one of paragraphs. 81, 82, in which the local clock is generated from an independently controlled direct synthesis digital oscillator.
85. Система по любому из пп. 81, 82, в которой количество измерений фазы равняется шести.85. The system according to any one of paragraphs. 81, 82, in which the number of phase measurements is six.
86. Система, использующая систему измерения по любому из пп. 81, 82 для изменения приводного сигнала затвора, чтобы достигать требуемого гармонического состава в выходном сигнале.86. A system using a measurement system according to any one of paragraphs. 81, 82 to change the gate drive signal to achieve the desired harmonic content in the output signal.
87. Способ определения количества измерений такого типа, как описанные по п. 81, для надлежащего измерения гармоник путем оценки количества гармоник самой низкой частоты в полосе пропускания, которые превышают порог шума системы.87. A method for determining the number of measurements of the type described in clause 81 to properly measure harmonics by estimating the number of lowest frequency harmonics in the passband that exceed the system noise threshold.
88. Способ вычисления сложных гармонических компонентов форм волны напряжения и тока путем образования линейного сочетания нескольких измерений по пп. 81, 82.88. A method for calculating the complex harmonic components of the voltage and current waveforms by forming a linear combination of several measurements according to paragraphs. 81, 82.