專利名稱：用于聚焦超聲應(yīng)用的反饋回路的制作方法
用于聚焦超聲應(yīng)用的反饋回路
超聲波中包含有大量的能量。超聲波的一個特性是，它與射頻(RF) 信號相比具有在人體內(nèi)相對較小的衰減。大量的能量以及小衰減的特性 使超聲波在多種醫(yī)療應(yīng)用中非常有用。然而，這些特性也使得在將超聲 波用于人體時不能超過照射劑量界限，這是非常重要的。
公開了 一種使用用于聚焦超聲應(yīng)用的反饋回路的方法。該方法包 括使用超聲波來確定身體內(nèi)靶點(target site)的位置；將聚焦超 聲波應(yīng)用于靶點；使用其他超聲波來確定靶點的新位置；以及響應(yīng)于靶 點的新位置來調(diào)整聚焦超聲波。
圖〗示出了植入式器械的超聲充電的示例性系統(tǒng)；以及 圖2示出了植入式器械的超聲無電的示例性方法。 可以參考下面的描述和附圖來進(jìn) 一 步理解本發(fā)明，其中相同的參考 標(biāo)記指示相同的元件。本發(fā)明的示例性實施例描述了用于聚焦超聲應(yīng)用 的反饋回路。超聲波的特性使得其應(yīng)用于各種醫(yī)療應(yīng)用。對于聚焦超聲 波而言， 一個示例性應(yīng)用是將其用于為植入式醫(yī)療器械充電。將參考這 種應(yīng)用來描述一個示例性實施例。然而，本領(lǐng)域沖支術(shù)人員應(yīng)該理解，示 例性的反饋回路可以應(yīng)用于其他聚焦超聲應(yīng)用。例如，聚焦超聲波的另 一個示例性應(yīng)用可以是身體內(nèi)癌組織的切除。本發(fā)明也可以通過聚焦超 聲波的這種應(yīng)用來實現(xiàn)。下面將詳細(xì)討論示例性的反饋回路以及聚焦超 聲充電。
超聲波的高能以及相對較小的衰減使得其能夠?qū)⒛芰總魉偷街踩?式醫(yī)療器械中。該器械可能具有能量清道夫(scavenger)以將超聲能 量轉(zhuǎn)換為電能。這使得該器械比RF天線小得多，從而使該器械整體上 相對4交小。
使用聚焦的超聲源還允許局部強(qiáng)度增大，而不會超過照射劑量界 限。通過這種方式，在醫(yī)療器械植入的位置上可以達(dá)到更高的強(qiáng)度。這 可以導(dǎo)致更高的清除(scavenged)功率，從而使植入式器械所允許的 最大功率消耗增加，減少了充電時間等等。
然而，超聲源必須被聚焦在植入式器械的特定位置，以便超聲清道 夫可以將超聲波轉(zhuǎn)換為電能。聚焦超聲源也可以減小照射區(qū)域。此外，
4在充電過程中植入式器械可以移動。例如，當(dāng)將該器械植入心臟附近時， 在每次心臟跳動期間該器械都會移動 一點點。
超聲(或超聲波檢查法)是一種將高頻聲波用于成像用途的醫(yī)療技 術(shù)。利用源自高頻聲波的回波來使圖像再現(xiàn)(例如回聲定位)。當(dāng)超聲 波碰到各組織之間(例如液體與軟組織、軟組織與骨駱、組織與植入式 醫(yī)療器械等等之間)的邊界時，它們被反射到能夠處理的距離。使用組
織中的聲速(例如，5， 005ft/sec或1， 540m/s )以及每個回波返回的時 間來計算距離。之后，使用代表距離的不同陰影來顯示圖像。超聲的一 個特性是可以實時顯示圖像，而不同于在固定時刻顯示圖像的x射線。 實時成像允許實時調(diào)整。


圖1示出了植入式器械104的超聲充電的示例性系統(tǒng)。假設(shè)該植入 式器械104已經(jīng)被植入身體107的一部分內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解， 該植入式器械104可以被定位在身體107的任何部分，例如表皮層下方、 諸如心臟之類的器官的內(nèi)部或附近等等。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該理解， 超聲設(shè)備通常在身體107外部。但是，存在可以插入身體各腔(例如通 過嘴到食道等等)的超聲器械?？梢酝ㄟ^任何類型的超聲設(shè)備來實現(xiàn)本 發(fā)明。
圖1還示出了負(fù)責(zé)傳輸超聲波(即超聲源)的超聲探針101。如上 所述，超聲波在碰到組織邊界之后會,皮返回(即反射)。返回的波也由 探針101接收。例如，該探針101可以是包含一個或多個石英晶體(即 壓電晶體)的傳感器探針。當(dāng)電流作用于這些晶體時，它們迅速地改變 形狀，從而引起了振動。這些振動是被傳輸?shù)穆暡āＯ喾?，?dāng)聲波或壓 力波碰到晶體時，就會發(fā)出電流。因此，該探針101同時充當(dāng)發(fā)射機(jī)和 接收機(jī)。通常，探針101具有聲音吸收物質(zhì)，以消除來自探針本身的后 反射。聲透鏡可以被用來聚焦所發(fā)射的聲波。傳感器探針的使用僅僅是 示例性的，并且還存在其他方法來發(fā)射超聲波并且接收返回的波。本域 的技術(shù)人員應(yīng)該理解，探針101通常直接放置在身體107的表面，以便 有效地再現(xiàn)圖像(即有效地接收返回的波)。此外，超聲波凝膠被用來 允許探針101在身體107上更平滑地移動，以及防止探針101與身體107 之間產(chǎn)生的任何空氣包，其會對該探針101的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。接觸 身體107的探針101僅是示例性的，并且探針101可以維持一個距離， 只要探針101的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的能力(例如對準(zhǔn))許可。探針101具有可選的探針控制單元102(在下文中被稱為"控制，，)。 例如，控制102允許用戶設(shè)置并且改變超聲脈沖的頻率(例如聚焦超聲
波)和持續(xù)時間。該控制102也可以確定掃描的沖莫式。應(yīng)該注意，位于 所述探針101之上的控制102僅是示例性的。該控制102也可以位于與 所述探針101連接的處理裝置或基體單元上。
探針101與計算裝置103連接。該計算裝置103負(fù)責(zé)向探針101提 供電流以產(chǎn)生超聲波。相反，當(dāng)探針101的晶體轉(zhuǎn)換返回的波時，計算 裝置103接收電流。該計算裝置103處理由所述探針101接收的返回的 波并且呈現(xiàn)圖像。該計算裝置103可以具有處理器和存儲器(未示出)。 所述處理器解釋由計算裝置103接收的數(shù)據(jù)，并且輸出進(jìn)一步的信號。 所述存儲器存儲由計算裝置103所接收的數(shù)據(jù)。所迷計算裝置可以進(jìn)一 步連接到顯示器和輸入裝置(未示出)。所述顯示器被用來顯示在所述 計算裝置103接收到來自探針101的返回的波之后由處理器呈現(xiàn)的圖 像。如果控制1Q2位于該處理裝置(例如，計算裝置1Q3)上，那么該 控制102可以是輸入裝置。該輸入裝置例如是鍵盤、刻度盤、觸摸屏等 等。
該探針101將超聲波瞄準(zhǔn)到靶點植入式器械104。植入式器械104 可以被定位在身體107中的任何位置。例如，植入式器械1(M可以是直 接放置在皮膚下面的監(jiān)控器。在另一個實例中，該植入式器械104可以 是放置在心臟附近的起博器。在此所述的示例性實施例可以特別地適用 于非常小(小型化)的醫(yī)療植入式器械，因為這些器械在身體內(nèi)部更加 難以定位和瞄準(zhǔn)?？蛇x地，該植入式器械104具有自己的電源106。例 如，該電源106可以是可充電的電池、蓄電池等等。由探針101發(fā)射的 超聲波不是易于用于為電源106充電的形式。因此，利用超聲清道夫105 (在下文中被稱為"清道夫")。清道夫105起到與探針101相似的作 用。即，清道夫105包含石英晶體。如上所述，該石英晶體被用來將電
流或壓力轉(zhuǎn)換為超聲波。該石英晶體也執(zhí)行逆轉(zhuǎn)換。當(dāng)清道夫ios接收
到來自探針I(yè)OI的超聲波時，清道夫?qū)⑺龀暡ㄞD(zhuǎn)換為用于為電源 106再充電的電流。
圖2示出了用于植入式器械超聲充電的示例性方法。圖1的示例性 系統(tǒng)的組件將被用來描述該示例性方法。最初，在步驟20中定位植入 式器械104。超聲探針101發(fā)射超聲波，并且由計算裝置103處理返回的波，從而確定位置。該植入式器械104的位置的確定優(yōu)化了充電過程， 因為聚焦的超聲波可以更有效地被利用。因此，使用聚焦超聲波或用于
超聲波檢查法的普通超聲波來執(zhí)行該植入式器械104的初始定位。
在步驟202中，將該探針101的充電參數(shù)調(diào)整到該植入式器械104 的位置的狀態(tài)，例如增加頻率、縮短脈沖、信號方向等等。 一旦在步驟 202中設(shè)置了合適的參數(shù)，蓄電池106的充電就在步驟203中開始了。 如上所述，利用由探針101發(fā)射的聚焦超聲波，經(jīng)由清道夫105來為蓄 電池106充電(即將超聲波被轉(zhuǎn)換為電流)。產(chǎn)生的電流量由超聲波的 特性來確定(例如頻率、衰減量等等)。如上所迷，聚焦所述超聲波可 以增加植入式器械104的最大功率消耗以及/或者減少充電時間量。因 此，理想的情況是將聚焦超聲波直接維持在植入式器械104處。這最大 化了提供給植入式器械1 04的功率的量，并且最小化了周圍組織的劑量。 下面將描述用于維持在植入式器械104處的聚焦超聲波的反饋回路。
在步驟204中，執(zhí)行檢查以便確定電源106的充電是否完成。用于 確定電源完成的任何已知的方法都適用于本充電方法。例如，考慮到超 聲波的頻率、波的衰減(例如較深的植入器械經(jīng)歷較多的衰減)以及脈 沖的持續(xù)時間，可以使用計時器計算探針101發(fā)射超聲波需要多長時間。 如果步驟204確定充電完成，那么過程結(jié)束。如果步驟204確定充電沒 有完成，那么過程繼續(xù)到步驟205以執(zhí)行另一檢查。
在步驟205中，執(zhí)行檢查以便確定植入式器械l(M是否移動。因為 在步驟204中執(zhí)行的檢查已經(jīng)確定該電源106仍然需要充電，所以仍然 需要最高效的充電。如果該植入式器械104已經(jīng)移動了，那么它就不再 位于用于進(jìn)行充電的最佳位置了 (例如，清道夫！05不再接收超聲波)。 因此，確定該植入式器械104是否已經(jīng)移動對維持電源106最高效的充 電極其有用。
雖然在該示例性方法中，步驟205的檢查被顯示為在步驟204的檢 查之后順序發(fā)生，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，步驟205的檢查可以是 連續(xù)發(fā)生的過程，該過程不斷地更新該植入式器械104的位置，以便維 持最優(yōu)化的充電。即步驟204的功能是連續(xù)地更新植入式器械104的位 置并且將該信息反饋到為植入式器械104充電的單元(例如探針101 ), 以便充電單元可以移動或者超聲波可以直接聚焦到植入式器械104處， 從而維持最優(yōu)化的充電。因此，步驟205實現(xiàn)的功能是為聚焦超聲波提供反饋信號，以將其聚焦在正確的位置。
此外，應(yīng)該注意，在步驟205中確定器械是否已經(jīng)移動(或在步驟
201中該器械的初始定位)可以使用上述的超聲成像來完成。然而，該
器械本身也能夠發(fā)射信號來指示其定位或位置。例如，該信號可以是由 該超聲器械檢測到的超聲信號或由另 一個檢測器檢測到的另 一種類型
的信號(例如RF信號)，并且該信號被反饋回該超聲器械。
該植入式器械104是否已經(jīng)移動的確定可以使用圖1中描述的系統(tǒng) 的已經(jīng)存在的組件來完成。例如，探針101執(zhí)行雙重用途。探針101的 第一用途是為清道夫105提供超聲波，清道夫105用于為電源106充電。 探針101的第二用途是確定植入式器械104的位置。利用確定位置的相 同原理，該探針101也可以被用來確定植入式器械104的任何移動的存 在。例如，計算裝置103可以結(jié)合附加的算法來確定移動的存在。所述 算法使用從探針101接收的相同數(shù)據(jù)，除了所執(zhí)行細(xì)微差別的計算。在 一個示例性算法中，計算裝置103利用多個圖像來進(jìn)行比較以確定在某 個位置處的像素的陰影是否已經(jīng)改變的超出預(yù)定的閾值水平。在另一個 示例性算法中，計算裝置103確定回波的數(shù)量，其用于指示是否或多或 少的波已被反射。應(yīng)當(dāng)注意，移動不僅僅局限于橫向的移動。該植入式 器械104也可以在身體107中更深或更淺地移動。如果步驟204確定該 植入式器械104的深度已經(jīng)改變，那么就必須對頻率進(jìn)行改變。
如果步驟204確定該植入式器械104沒有移動，那么該方法返回到 步驟203,在步驟203中電源106利用該系統(tǒng)現(xiàn)存的設(shè)置連續(xù)地接收用 于充電的聚焦超聲波。如果如步驟205所確定的那樣植入式器械104移 動了，那么該方法返回到步驟202,在步驟202中調(diào)整充電參數(shù)(例如 方向、頻率、脈沖持續(xù)時間等等)，以補(bǔ)償植入式器械的移動。這樣返 回到步驟202表示維持電源106最高效充電的反饋回路。本領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)該理解，盡管示例性方法示出了該過程返回到步驟202,可以考 慮該過程返回到步驟201的等同特征。即，確定該器械的新的位置并且 隨后在步驟202設(shè)置充電參數(shù)。
應(yīng)當(dāng)注意，單個探針101的使用僅僅是示例性的。本領(lǐng)域的技術(shù)人 員應(yīng)該理解，可以使用兩個或更多個探針來進(jìn)行定位、移動檢測以及超 聲波發(fā)射。例如， 一個探針可以用于定位并且檢測該植入式器械104的 任何移動。另 一個探針可以被用來發(fā)射超聲波。兩個超聲探針的使用(例如第 一探針用于位置監(jiān)測以及第二探針用于聚焦超聲波)可以在應(yīng)用中 提供近似實時地調(diào)整。
在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對本發(fā)明實施各種修
改，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的。因此，本發(fā)明旨在涵 蓋本發(fā)明的修改和變形，只要這些修改和變形落在所附的權(quán)利要求及其 等同的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種方法，包括使用超聲波確定身體內(nèi)部靶點的位置；將聚焦超聲波應(yīng)用于靶點；使用其他超聲波確定靶點的新位置；以及響應(yīng)于靶點的新位置來調(diào)整聚焦超聲波。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚焦超聲波是其他超聲波。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中植入式器械被定位在靶點處。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中聚焦超聲波被用來為植入式器械充電。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中植入式器械包括轉(zhuǎn)換聚焦超聲波來為所述植入式器械充電的超聲清道夫。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括確定所述植入式器械是否被完全充電。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述超聲波以及所迷聚焦超聲波源自單個超聲探針。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述超聲波源自第一超聲探針，而所述聚焦超聲探針源自第二超聲探針。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)整所述聚焦超聲波包括改變方向和改變頻率至少之一。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚焦超聲波展現(xiàn)出比所述超聲波更高的頻率。
11、 一種系統(tǒng)，包括用于將超聲波施加于身體的超聲探針；以及連接到所述超聲探針的處理器，所述處理器利用所述超聲探針的超聲波定位身體內(nèi)的靶點；計算由所述超聲探針發(fā)出的應(yīng)用于靶點的聚焦超聲波的參數(shù)；使用其他超聲波確定耙點的新位置；以及響應(yīng)于所述靶點的新位置來調(diào)整所述聚焦超聲波的參數(shù)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述聚焦超聲波是其他的超聲波。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中將植入式器械被定位于所述把點。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中'所述超聲探針利用所迷聚焦超聲波為植入式器械充電。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述植入式器械包括轉(zhuǎn)換所述聚焦超聲波以為該植入式器械充電的超聲清道夫。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中處理器確定所述植入式器械是否被完全充電。
17、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中調(diào)整所述聚焦超聲波包括改變方向和改變頻率至少之一。
18、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述聚焦超聲波展現(xiàn)出比所述超聲波更高的頻率。
19、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括其他超聲探針，其中所述其他超聲探針接收其他的超聲波。
20、 一種包括存儲一組指令的存儲器以及執(zhí)行該組指令的處理器的系統(tǒng)，該組指令可被操作以接收對應(yīng)于返回的超聲波的信號；根據(jù)信號來確定耙點的位置；設(shè)置參數(shù)以將聚焦超聲波應(yīng)用于所述靶點；接收對應(yīng)于其他返回的超聲波的其他信號；根據(jù)其他信號來確定所述靶點的新位置；響應(yīng)于所述耙點的新位置來重新設(shè)置參數(shù)。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述靶點包括植入式器械。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述聚焦超聲波為所迷植入式器械充電。
全文摘要
公開了一種使用用于聚焦超聲應(yīng)用的反饋回路的方法。該方法包括以下步驟使用超聲波確定身體內(nèi)部靶點的位置；將聚焦超聲波應(yīng)用于靶點；使用其他超聲波確定靶點的新位置；以及響應(yīng)于靶點的新位置來調(diào)整聚焦超聲波。
文檔編號A61N7/02GK101516447SQ200780035556
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者M·默茨, R·H·W·皮南伯格, Y·V·波諾馬雷夫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司