專利名稱：超高密度超聲陣列中的分級切換的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001本申請總的涉及用于將來自多元件換能器(例如高密度、相控
陣列換能器)的高強度、治療性聲能輸送到病患的目標(biāo)組織區(qū)域的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
0002公知，使用諸如超聲波(即具有大于大約20千赫茲的頻率的 聲波)的高強度、聚焦的聲波能量來產(chǎn)生用于治療諸如腫瘤的內(nèi)部人體組織 的熱燒蝕能量。同樣公知，采用諸如核磁共振(MRI )系統(tǒng)的成像系統(tǒng)，以 將這樣的高強度超聲能量的輸送導(dǎo)向目標(biāo)組織區(qū)域，并且提供關(guān)于實際輸送 的熱能的實時反饋。 一 個這樣的圖像引導(dǎo)的聚焦超聲系統(tǒng)是由位于以色列海 法的 InSightec有限公司生產(chǎn)和經(jīng)銷的Exablate 2000 系統(tǒng)
(www.Insightec.com)。作為圖解，圖1是圖像引導(dǎo)的聚焦超聲系統(tǒng)100的 簡化示意表示，該聚焦超聲系統(tǒng)100用于產(chǎn)生并輸送聚焦聲能束112到病患 110的目標(biāo)組織塊104。系統(tǒng)100采用超聲換能器102,該超聲換能器102 被幾何成形并且在物理上相對病患110而設(shè)置，以將超聲能量束112集中在 位于目標(biāo)組織塊104內(nèi)的三維焦點區(qū)域。換能器102可以基本上是剛性、半 剛性的或者基本上是柔性的，并且可以由各種材料制成，諸如塑料、聚合物、 金屬和合金。換能器102可以被生產(chǎn)為單個單元，或者，由多個部件組裝而 成。盡管示出的換能器102具有"球冠"形狀，但可以使用換能器的各種其 他幾何形狀和構(gòu)造來輸送聚焦的聲束，包括線性(平面)構(gòu)造。超聲系統(tǒng)IOO 可以還包括耦合膜(未示出)，諸如充氣體或使用脫氣水填充的充氣嚢，用 于提供或改善換能器102與病患110的皮膚表面之間的聲耦合。
0003換能器102可以由安裝在換能器102的遠(yuǎn)端(向外)表面118
(最好參見圖2)上的相對大量的單獨受控元件116形成。每個換能器元件 116本身可以包括電連接到從系統(tǒng)控制器106提供的同 一驅(qū)動信號的一個或 多個(相鄰)壓電構(gòu)件。在運行期間，通過將相應(yīng)電驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換成機械運 動和得到波能，各個壓電構(gòu)件的每一個都貢獻(xiàn)了一小部分超聲能量束112。隨著相應(yīng)波會聚于目標(biāo)組織塊104中的焦點區(qū)域，從換能器元件116的各個 壓電構(gòu)件輸送的波能共同形成聲能束112。在焦點區(qū)域中，束112的波能凈皮 組織吸收(即被削弱)，因此產(chǎn)生熱并且將組織溫度升高到細(xì)胞被變性("燒 蝕")的程度。
0004在輸送波能之前、在此期間以及在此之后，成像器(例如MRI 系統(tǒng))114用于產(chǎn)生目標(biāo)組織塊104的三維圖像。圖像是熱敏感的，因此可 以監(jiān)祝被燒蝕的組織的實際熱劑量邊界(即幾何邊界和熱梯度)。至少部分 的通過換能器元件116的物理排列和換能器102的物理定位來確定聲束112 的焦點區(qū)域的位置、形狀和強度。也可以至少部分的通過束112的稱作"電 子轉(zhuǎn)向"的過程控制各個換能器元件116的相應(yīng)輸出(例如相位和幅度)， 從而控制聚焦區(qū)域的位置、形狀和強度。這樣的物理定位系統(tǒng)和技術(shù)，以及 包括驅(qū)動和控制各個換能器元件輸出的電子束轉(zhuǎn)向的示例，可以參見第 6， 506， 154、 6,506, 171、 6,582,381、 6,613,004和6， 618, 620號美國專利。
超聲換能器進(jìn)行治療難以(如果不是不可能的話)進(jìn)入的體內(nèi)區(qū)域，希望使 用包含相對大量的單獨元件的超密集的換能器陣列。盡管每個元件優(yōu)選地相 對較小，例如大約為所發(fā)送的聲能的波長的量級，然而考慮到有較大數(shù)目的 可用元件，則僅需要激活這些元件的相對小的子集，以輸送足夠量的聲能到 焦點區(qū)域。然而，仍必須將各個驅(qū)動信號提供給每個換能器元件，以供換能 器元件輸送能量，并且仍希望能夠使用許多可能的驅(qū)動信號相位的任何一個 來激活任何給定元件，以使換能器陣列獲得最優(yōu)性能。盡管切換機制可以用 于將適當(dāng)驅(qū)動信號連接到相應(yīng)換能器元件，但隨著換能器元件的數(shù)目的增
長，常規(guī)切換機制的使用和控制變得麻煩和成本過高。

發(fā)明內(nèi)容
0006根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種系統(tǒng)，用于在聚焦超聲 系統(tǒng)中選擇性地將相應(yīng)驅(qū)動信號連接到超高密度換能器元件陣列的相應(yīng)換 能器元件。在一種實現(xiàn)方式中，用于發(fā)送用于熱組織治療的聲能的超聲波換 能器包括相對大數(shù)目的換能器元件。作為非限制性示例，換能器可以采用柔 性或半柔性帶的形式，所述帶可以直接或間接地附著到外部身體表面，用于 將目標(biāo)聲能輸送到身體的內(nèi)部區(qū)域中的組織。各個換能器元件可以單獨形成 或者配置在相對小的附著于換能器體的基板(例如其中每個基板包括換能器元件的陣列)上。為了以適當(dāng)相位驅(qū)動所選換能器元件，可以使用驅(qū)動信號 發(fā)生器產(chǎn)生具有相同頻率的許多可能驅(qū)動信號，每個驅(qū)動信號以所選相位偏 移量與其他驅(qū)動信號異相。然后使用兩層、分級的切換結(jié)構(gòu)將所選驅(qū)動信號 連接到所選換能器元件，所述所選換能器元件將被激活以用于給定組織的聲 處理。
0007在一個實施例中，第一層切換結(jié)構(gòu)選擇要提供給一個或多個換
能器元件的所標(biāo)識的子集的驅(qū)動信號，并且第二層切換結(jié)構(gòu)將所選驅(qū)動信號 連接到所標(biāo)識的換能器元件(一個或多個)。在一個實施例中，第一層實現(xiàn) 為多個第一層切換模塊，并且第二層實現(xiàn)為多個第二層切換模塊。每個第一 層模塊具有多個輸入，每個輸入耦合到相應(yīng)的驅(qū)動信號，其中輸入的數(shù)目等
于驅(qū)動信號的數(shù)目。輸入經(jīng)由相應(yīng)第一層開關(guān)(例如晶體管或MEM設(shè)備)選 擇性地可連接到公共第一層模塊輸出。第一層模塊接收相應(yīng)驅(qū)動信號選擇控 制信號，用于使第一層開關(guān)的所選一個被激活，由此將驅(qū)動信號的所選一個 耦合到相應(yīng)第一層模塊輸出。
0008每個第二層切換模塊具有公共輸入，該公共輸入連接到相應(yīng)第 一層模塊的輸出。第二層模塊輸入經(jīng)由多個相應(yīng)的第二層開關(guān)(例如晶體管 和/或MEM設(shè)備)選擇性地可連接到一個或多個第二層模塊輸出。第二層模 塊接收相應(yīng)元件選擇控制信號，用于使第二層開關(guān)的所選一個被激活，由此 將相應(yīng)驅(qū)動信號耦合到所選第二層輸出。k個換能器元件的各個組被連接(例 如硬連線或通過使用各個求和網(wǎng)絡(luò))到第二層模塊的相應(yīng)輸出，其中n個總 的換能器元件以每組k個元件的方式連接到總共n/k個第二層模塊。
0009可以基本上以1: 1的比率提供相應(yīng)第一和第二層切換模塊， 其中給定的第 一層切換模塊的輸出直接連接到第二層切換模塊的輸入?？梢?理解，兩層切換結(jié)構(gòu)的物理實現(xiàn)不需要一定采取或由不同的第一和第二 "模 塊，，形成，并且本發(fā)明的實施例可以采取各種物理形式。


0010在附圖的圖中，作為示例而非限制示出本發(fā)明，其中相同附圖
標(biāo)記表示類似元件，并且其中
0011圖1-2是示例性的圖像引導(dǎo)的聚焦超聲系統(tǒng)的簡化示意表示；
0012圖3是超高密度換能器元件的筒化示意圖解；
0013圖4a-c是才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例包括多層切換結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)的簡化示意圖解，該多層切換結(jié)構(gòu)用于選擇性地將驅(qū)動信號連接到聚焦
超聲系統(tǒng)的超高密度換能器陣列的各個換能器元件；以及
0014圖5的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例由系統(tǒng)用來提供 所選驅(qū)動信號到多個所選換能器元件的過程。
具體實施例方式
0015在以下描述中，提到的"一個實施例，，或"實施例"表示所涉 及的特征包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。進(jìn)一步地，在本說明書中分別 提及的"一個實施例"也不一定指相同的實施例，但是這些實施例并非相互 排斥的，除非這樣說明并且排除。
0016本發(fā)明的實施例包括用于選擇性地將多個分離的驅(qū)動信號之一 耦合于高密度陣列的所選換能器元件的系統(tǒng)。陣列的換能器元件被劃分成多 個獨立的分組，其中每個換能器元件的分組被選擇性地耦合到對應(yīng)的驅(qū)動信 號。通過這種方式，給定分組中的每個換能器元件可以以相同相位運行。僅 將特定分組的單個換能器元件連接至相應(yīng)驅(qū)動信號是人們所期望的，或者優(yōu) 選地，將分組中的多于一個的換能器元件連接到一個驅(qū)動信號。在可替代的 實施例(在此未作闡述或未作進(jìn)一步描述)中，可以利用求和網(wǎng)絡(luò)，即在鄰 近的換能器元件之間用線連接的無源部件的網(wǎng)絡(luò)，將每個分組選擇性地耦合 至多個驅(qū)動信號。這種可替換的方法使得能夠?qū)捎糜谔峁┙o各個換能器元 件分組的驅(qū)動信號(否則的話，驅(qū)動信號的數(shù)量是有限的)進(jìn)行操作和改變。 簡要來說，求和網(wǎng)絡(luò)根據(jù)計劃的驅(qū)動信號以及在鄰近元件之間的一個或多個 關(guān)系構(gòu)成正確的驅(qū)動信號。這些網(wǎng)絡(luò)是靜態(tài)的，并且可以代表用于對驅(qū)動信 號的任意微調(diào)(trimming)以及幾何調(diào)整進(jìn)行修正的方式，通過靜態(tài)偏移或 對鄰近的換能器元件的驅(qū)動信號求和對其進(jìn)行預(yù)計算或預(yù)調(diào)整。在這些可替 換的實施例中，在給定的分組中每個換能器元件可以利用特定求和網(wǎng)絡(luò)的結(jié) 果(product)的相位操作。再一次地，僅將一個分組的單個換能器元件連 接至相應(yīng)的相位信號是人們所期望的，或者優(yōu)選地，將多于一個的換能器元 件連接到信號。
0017更具體地，根據(jù)本發(fā)明實施例的切換網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計為利用最小數(shù)
量的源信號將適當(dāng)?shù)尿?qū)動信號發(fā)送到換能器陣列的每個換能器元件，以驅(qū)動 在陣列中非常大數(shù)量的換能器元件。切換網(wǎng)絡(luò)使用切換模塊，所述切換模塊
通過使用分級方法使得能夠?qū)Ⅱ?qū)動信號動態(tài)發(fā)送到任意特定元件。0018在一種實現(xiàn)方式中，提供多層切換結(jié)構(gòu)以將每個分組的換能器
元件的一個或多個與所選的驅(qū)動信號連接。第一層切換結(jié)構(gòu)接收多個驅(qū)動信 號，并選擇性地輸出具有特定相位偏移的單個驅(qū)動信號。第二層切換結(jié)構(gòu)接 收并耦合所選的驅(qū)動信號到所選的換能器元件或換能器元件的多個分組。例 如，第 一層切換元件可以為換能器元件的第 一分組選擇具有第 一相位偏移的 第一驅(qū)動信號，以及為換能器元件的第二分組選擇具有第二相位偏移的第二 驅(qū)動信號。第二層切換結(jié)構(gòu)可以包括多個第二層切換模塊，諸如例如，用于 換能器元件的每個分組的一個第二層切換模塊。每個第二層切換模塊接收從 第一層切換結(jié)構(gòu)輸出的相應(yīng)驅(qū)動信號，并且選擇性地將所接收的驅(qū)動信號耦 合到 一個或更多個換能器元件，所述換能器元件連接到要被激活以用于給定 聲處理的模塊。
0019如圖3所示，為根據(jù)一個實施例構(gòu)建的換能器300,其包括用 于在聚焦超聲系統(tǒng)中產(chǎn)生聲波能量的各個換能器元件304的高密度陣列。在 不同的實施例中，換能器300可以實現(xiàn)為例如柔性基板或帶，比如以帶狀方 式將所述基板或帶放置在患者外表面(皮膚)的周圍和/或耦合于患者的外 表面(皮膚)。在另一個實施例中，換能器300可以剛性結(jié)構(gòu)來替換實現(xiàn)， 該剛性結(jié)構(gòu)直接或間接地耦合于患者。在圖3所示的實施例中，換能器300 包括換能器板302a到302m的陣列，而每個板302包括各個換能器元件 304a-304i的陣列。這樣，在其中每個換能器板302a到302m均具有相同(或 基本上相同)數(shù)量的換能器元件304i的實施例中，換能器元件的總數(shù)量n 等于(近似等于)m*i。每一個板的各個換能器元件304a到304i硬連線于 切換前端(圖4),以選擇性地將激活驅(qū)動信號耦合于產(chǎn)生聲波能量的元件。 例如，可以將k個換能器元件304的相應(yīng)分組硬連線于與切換前端相關(guān)的相 應(yīng)切換模塊(以下將結(jié)合圖4進(jìn)行描述)的對應(yīng)輸出。
0020連接于給定第二層模塊的特定換能器元件將在設(shè)計時進(jìn)行考 慮，并且連接方式可以隨本發(fā)明的實施例而變化。例如，人們期望能夠基于
層模塊的k個元件的位置。可替換的，人們期望能夠任意地將換能器元件的 分組連接到相應(yīng)切換才莫塊，而不需要考慮k個元件在換能器上的特定位置。 在一個實施例中，分組大小k對應(yīng)于位于單個板302上的換能器元件304的 數(shù)量，并且將分組一個板一個板地連接。在另一個實施例中，分組包括位于 不同板302上的各個元件304。例如，每個分組可以包括來自每個板302a到302m的一個換能器元件304,其中該組的大小為m。在其他實施例中，每 個分組包括不同數(shù)量的換能器元件304，所述換能器元件34可以隨機地或偽 隨機地分布在相應(yīng)板302a到302n上。此外，可以不同形式而非僅在板陣列 302 (其僅為一個示例)上提供提供換能器元件304，本發(fā)明的實施例可以用 于并且適用于具有基本上為大數(shù)量的單獨可激活元件的任何換能器實施例， 并且尤其適用于包含相對高數(shù)量的單獨可激活元件的超高密度陣列。
0021雖然各個換能器元件優(yōu)選地相對小(并且因此每個能發(fā)送相對
同時被起動(fire)的元件的可數(shù)量來彌補。特別地，對于給定聲處理，通 常激活換能器元件的總數(shù)量的相對小的百分比(比如大約5%或10°/。)。待激 活的各個換能器元件，連同每個元件的相應(yīng)驅(qū)動信號屬性(例如相位和幅 度)，通過合并在聚焦超聲系統(tǒng)中的計劃系統(tǒng)來選定或確定。換能器元件可 以相對焦點區(qū)域被"定位"，比如通過利用定位系統(tǒng)來識別換能器元件在參 考系中的相應(yīng)位置，其中所述參考系包括目標(biāo)組織區(qū)域和聲窗(acoustic window)(傳輸路徑)。該信息連同包括目標(biāo)組織區(qū)域的體內(nèi)區(qū)域的三維圖像 可以用于識別待激活的各個換能器元件的優(yōu)選和/或最優(yōu)組合。元件選擇標(biāo) 準(zhǔn)包括許多因素，諸如比如避免聲能通過敏感的體組織(例如肋骨或肺)傳 輸。
0022圖4a為示意第一切換前端實施例400的方框圖。所述第一切 換前端實施例400大體上包括驅(qū)動信號發(fā)生器402、控制器404，以及多個 切換元件406a至406 j。驅(qū)動信號(或"相量")發(fā)生器402在選定的頻率產(chǎn) 生多個驅(qū)動信號403,所述驅(qū)動信號可以用來驅(qū)動換能器元件304a至304n， 在所有的切換元件406a至406 j中使用換能器元件304a至304n是出于簡化 的目的，但這并不意p未相同的元件連接于所有的切換元件。，
0023具體地說，由驅(qū)動信號發(fā)生器402產(chǎn)生的各個驅(qū)動信號403彼 此存在相移，使得每個驅(qū)動信號相對基帶信號(base signal)均具有顯著 的相位偏移。作為非限定性示例，在一個實施例中，驅(qū)動信號發(fā)生器402可 以提供在選定頻率的十二個顯著不同的驅(qū)動信號403，每個驅(qū)動信號之間在 相位上均連續(xù)偏移30° ,即相對基帶信號(0° )各個驅(qū)動信號相位偏移30 ° 、 60。 、 90° 、 120° 、 150° 、 180° 、 210° 、 240。 、 270° 、 300°和 330° 。
0024還有可能存在很多其他實施例，比如驅(qū)動信號發(fā)生器402可以以選定頻率來提供十八個不同的驅(qū)動信號403，并且每一個在相位上連續(xù)偏 移20° ，即0° 、 20° 、 40° 、 60° 、 80。 、 100° 、 120° 、 140° 、 160° 、 180° 、 200° 、 220° 、 240° 、 260° 、 280° 、 300。 、 320°和340。。在 從求和網(wǎng)絡(luò)而非/人單個驅(qū)動信號被驅(qū)動的實施例中，也可以組合其他相位來 驅(qū)動元件。期望根據(jù)在給定的聲處理期間各個信號將驅(qū)動的換能器元件的實 際數(shù)量，來向上或向下調(diào)整各個驅(qū)動信號的輸出功率(幅度)，以在各個聲 波會聚在焦點區(qū)域中時，減少它們聲阻抗的變化。
0025控制器404輸出用于控制切換元件406a至406j的控制信號。 正如控制器404所指定的，每個切換元件406a至406 j運行以從由驅(qū)動信號 發(fā)生器402產(chǎn)生的多個驅(qū)動信號403中選擇一個驅(qū)動信號403，，并將該選定 的驅(qū)動信號403，提供給換能器元件304a至304n中所選定的那些。
0026在一個實現(xiàn)方式中，切換元件406a至406j的每一個為分層切 換元件，所述分層切換元件包括，例如，第一層切換模塊408a至408j以及 第二層切換模塊410a至410j。第一層切換模塊408a至408 j用以從由驅(qū)動 信號發(fā)生器402輸出的多個驅(qū)動信號403中選擇一個驅(qū)動信號403，，且第二 層切換模塊410a至410j用以將該選定的驅(qū)動信號403，提供給換能器元件 304a至304n中所選定的那些。
0027如圖4a和4b所示，第一層切換模塊408a從驅(qū)動信號發(fā)生器 402接收多個驅(qū)動信號403，并且從控制器404接收驅(qū)動信號選擇器405。基 于驅(qū)動信號選擇器405，第一層切換模塊408a運行以^^多個驅(qū)動信號403 中選擇一個驅(qū)動信號403，，并且輸出所選驅(qū)動信號403，至第二層切換模塊 410。
0028驅(qū)動信號選擇器405包含足夠的信息以允許第一層切換模塊 408a從多個驅(qū)動信號403中選擇一個驅(qū)動信號403，。驅(qū)動信號選擇器405 可以包含多個信號，如圖4b所示，或者可以包含單個信號，如圖4a所示。 在一個實施方案中，第一層切換模塊408a可以包含多路分解器，該多路分 解器允許使用單個驅(qū)動信號選擇器405。
0029如圖4a和4b所示，第二層切換模塊410 ^v第 一層切換模塊408a 接收選定的驅(qū)動信號403，，并且從控制器404接收一個或多個換能器元件選 擇器411。在一個或多個換能器元件選擇器411中所接收的信息足以描述出 在特定時間要開啟分組中的哪些換能器元件304a至304n。盡管在圖2中將 一個或多個換能器元件選擇信號411描述為多個并行接收的信號，但所述一個或多個換能器元件選擇信號411可以被串行或并行接收。此外，可以將一
個換能器元件選擇信號411提供給第二層切換模塊410a，將在數(shù)量上等于分 組中的換能器元件304a至304n的數(shù)量的大量換能器元件選擇信號411提供 給第二層切換模塊410a，或可以提供其他數(shù)量的換能器元件選擇信號411。 在一個實施方案中，第二層切換模塊410a包含多路分解器，該多路分解器 允許使用單個輸入信號411。
0030在一個或更多個換能器元件選擇器中所接收的信息足以描述出 在特定時間要開啟分組中的哪些換能器元件304a至304n?；谝粋€或多個 換能器元件選擇器，向那些待開啟的換能器元件選擇性的提供從第一層切換 模塊408a至408b接收的驅(qū)動信號。
0031已經(jīng)按照分離的切換元件406a至406 j對切換機構(gòu)做了描述， 其中每一個切換元件均包括第一層切換模塊408a至408 j及第二層切換模塊 410a至410j。具體地說，可以想到單個第一層切換模塊408被提供用于多 個第二層切換模塊410a至410j。圖4c示意出切換結(jié)構(gòu)的可替換配置。
0032圖4c是示意用于切換換能器元件("切換前端")的系統(tǒng)的方 框圖。圖4c的系統(tǒng)420類似于圖4a的系統(tǒng)400。然而，在圖4c的系統(tǒng)420 中，第一層切換模塊到第二層切換模塊的映射并不需要為一對一。具體的說， 圖4c的系統(tǒng)420可以包括向多個第二層切換模塊424a至424k提供驅(qū)動信 號的單個第一層切換模塊422a。
0033如圖4c所示，類似于上文參考圖4a所描述的，系統(tǒng)42G可以 包括驅(qū)動信號發(fā)生器402以及控制器404。此外，系統(tǒng)420可以包括第一層 切換結(jié)構(gòu)426和第二層切換結(jié)構(gòu)428。第一層切換結(jié)構(gòu)426可以由一個或多 個第一層切換模塊422a至422j構(gòu)成，且第二層切換結(jié)構(gòu)428可以由一個或 多個第二層切換-漠塊424a至424k構(gòu)成。
0034第一層切換才莫塊422a至422j的每一個可以被耦合于一個或多 個第二層切換模塊424a至424k。第一層切換模塊422a至422j的每一個可 以被配置成輸出一個驅(qū)動信號403，到與之耦合的第二層切換模塊424a至 424k中的每一個。第一層切換模塊422a至422 j無需向第二層切換模塊424a 至424k的每一個輸出相同的驅(qū)動信號，但可以向第二層切換模塊424a提供 第一驅(qū)動信號403，、向另一個第二層切換模塊424b提供第二驅(qū)動信號403", 等等。
0035第二層切換模塊424a至424k的每一個可以關(guān)聯(lián)于換能器元件304a至304p的一個分組430。第二層切換模塊424a至424k的每一個被耦 合于分組430中的換能器元件304a至304p。第二層切換模塊424a至424k 的每一個可以從第一層切換模塊422a至422j接收一個驅(qū)動信號403，，并且 可以輸出所接收的驅(qū)動信號403，至分組430中的換能器元件304a至304p的 所選擇的那些。
0036如以上參照圖3所描述的，換能器元件304a至304p的每個分 組430可以包括，例如，位于一個板上的多個換能器元件，或包括例如位于 多個板上的多個換能器元件。在可替換的實施例中，換能器元件可以不位于 板上，但仍然形成為分組。
0037在一個實施方案中，第一層切換元件422a至422j的每一個接 收來自驅(qū)動信號發(fā)生器402的多個驅(qū)動信號403，并且接收來自控制器404 的一個或多個驅(qū)動信號選擇器405。對于耦合于它的第二層切換元件424a 至424k中的每一個，第一層切換元件426a至426j運行以基于驅(qū)動信號選 擇器405從多個驅(qū)動信號403中選擇驅(qū)動信號403，。第一層切換元件422a 至422j的每一個向耦合于它的第二層切換模塊424a至424k的每一個輸出 合適的選定的(一個或多個)驅(qū)動信號403'。
0038第二層切換模塊424a至424k的每一個接收來自第一層切換模 塊422a至422j的選定的驅(qū)動信號403，，并且"^收來自控制器404的一個或 多個換能器元件選擇器411。在換能器元件選擇器411中所接收的信息足以 描述出在特定時間要開啟分組430中的哪些換能器元件304a至304p?；?換能器元件選擇器411，向那些待開啟的換能器元件304a至304p選擇性地 提供從第一層切換模塊422a至422j接收的驅(qū)動信號403，。
0039已經(jīng)按照耦合于第二層切換模塊424a至424k的分離的第一層 切換模塊422a至422 j對切換機構(gòu)做了描述。具體地說，可以想到單個第一 層切換模塊422a可以被提供用于多個第二層切換模塊424a至424k。單個第 一層切換模塊422a可以接收來自驅(qū)動信號發(fā)生器402的多個驅(qū)動信號403, 并且可以將一個驅(qū)動信號403，輸出到第二層切換模塊424a至424k的每一 個。
0040在另一個實施方案中，多個第一層切換模塊422a至422j每一 個均耦合于多個第二層切換^t塊424a至424k。在該實施方案中，耦合于每 個第一層切換模塊424a至424 j的第二層切換模塊422a至422k的數(shù)量是受 限制的，例如，為了保證具有足夠的信號強度以驅(qū)動換能器元件304a至304p。
0041在一些實施方案中，每個驅(qū)動信號403可以應(yīng)用到數(shù)量可變的 換能器元件304a至304p，因為每個驅(qū)動信號403可以提供給數(shù)量可變的第 二層切換模塊424a至424j,并且因為第二層切換模塊424a至424j的每一 個可以向數(shù)量可變的換能器元件305a至305p提供驅(qū)動信號403。然而，當(dāng) 第二層切換模塊424的數(shù)量和換能器元件304a至304p的數(shù)量較大時，統(tǒng)計 分布會限制這種改變。因此，就不一定基于負(fù)荷(load)調(diào)整驅(qū)動信號403 的功率。然而，在一些實施方案中，可以基于待驅(qū)動的換能器元件304a至 304p的數(shù)量來調(diào)整每個驅(qū)動信號403的功率。例如，控制器404可以調(diào)整驅(qū) 動信號403的功率。
0042圖5為示意出本發(fā)明實施例所使用的用于向多個換能器元件提 供驅(qū)動信號的過程的流程圖。如圖5所示，在步驟500，其中換能器元件被 識別以用于給定的聲處理，并且相位被識別以用于每個換能器元件?？梢酝?過例如控制器來執(zhí)行步驟500，所述控制器可以接收諸如MRI數(shù)據(jù)的圖像數(shù) 據(jù)，并確定哪些換能器元件將被開啟以及在哪些相位運行每個換能器元件。
0043在步驟502,可以接收多個驅(qū)動信號?？梢岳鐝尿?qū)動信號發(fā) 生器接收所述多個驅(qū)動信號。所述多個驅(qū)動信號可以存在相移，因此每個驅(qū) 動信號具有不同的相位。
0044在步驟504，可以從所述多個驅(qū)動信號中選擇驅(qū)動信號。例如 可以基于從控制器所接收的驅(qū)動信號選擇器來選擇驅(qū)動信號。
0045在步驟506中，可以選擇一個或多個換能器元件。例如可以從 換能器元件的分組中選擇換能器元件。可以基于例如從控制器所接收的一個 或多個換能器元件選4奪器中選擇所述換能器元件。
0046在步驟508中，將所選的驅(qū)動信號應(yīng)用到所選的換能器元件。 例如應(yīng)用所述驅(qū)動信號以激活換能器元件從而產(chǎn)生超聲能量。
0047在以上詳細(xì)說明中，已經(jīng)參照本發(fā)明的具體實施例對其進(jìn)行了 描述。然而，在不脫離本發(fā)明更寬精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行不同的修 改或變化，這是明顯的。例如，讀者可以理解，在此處描述的過程流程圖中 所示出的過程動作的具體順序和組合僅為示意性的，且可以使用不同或附加 的過程動作，或過程動作的不同組合或順序來實施本發(fā)明。
0048例如，雖然按照輸出用于所有換能器元件的驅(qū)動信號的一個驅(qū) 動信號發(fā)生器對本發(fā)明做了描述，但可以預(yù)期的是，也可以提供多于一個的驅(qū)動信號發(fā)生器。每個驅(qū)動信號發(fā)生器可以專用于向特定的切換機構(gòu)或特定 的換能器元件提供多個驅(qū)動信號。替換地或另外地，每個驅(qū)動信號發(fā)生器還 可以用于提供具有一個或多個特定相位的一個或更多個信號。進(jìn)一步的，如 以上所筒要描述的，可以利用求和網(wǎng)絡(luò)將每個分組選擇性地耦合于多個驅(qū)動 信號，以啟動可用驅(qū)動信號的進(jìn)一步操作。在這些可替換的實施例中，給定 分組中的每個換能器元件可以運行在作為特定求和網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果的相位。
權(quán)利要求
1、 一種用于輸送目標(biāo)聲能的系統(tǒng)，包括 換能器，其具有多重?fù)Q能器元件； 控制器；多個第一層切換;溪塊，每個第一層切換模塊接收具有相差的多個驅(qū)動 信號作為輸入，并且被配置成根據(jù)從所述控制器接收到的相應(yīng)驅(qū)動信號選 擇信號選擇性地輸出所述驅(qū)動信號其中之一，和多個第二層切換模塊，每個第二層切換模塊接收從相應(yīng)第一層模塊輸出的所選驅(qū)動信號作為輸入，并且被配置成根據(jù)從所述控制器接收的相應(yīng) 換能器元件選擇信號選擇性地將所述驅(qū)動信號耦合到相應(yīng)的換能器元件 分組的 一 個或多個換能器元件。
2、 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述換能器元件的相應(yīng)分組固定連接 到所述相應(yīng)第二層切換模塊。
3、 權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中每個多重?fù)Q能器元件是多個換能 器元件分組的相應(yīng)一個的一部分，并且其中每個分組的換能器元件固定連接 到所述第二層切換模塊的相應(yīng)一個。
4、 權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述多重?fù)Q能器元件被實現(xiàn)為多個換 能器元件陣列，每個陣列形成在單獨基板上。
5、 權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中基本上至少一個分組的所有換能器元 件位于單個陣列。
6、 權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中基本上至少一個分組的所有換能器元 件位于不同陣列。
7、 權(quán)利要求1-6的任何一個所述的系統(tǒng)，還包括多個切換元件，每個 切換元件包括相應(yīng)第 一層模塊和相應(yīng)第二層才莫塊，其中所述第二層模塊接收 從同 一切換元件上的所述第 一層模塊輸出的所選驅(qū)動信號作為輸入。
8、 權(quán)利要求1-6的任何一個所述的系統(tǒng)，還包括第一層切換結(jié)構(gòu)和第 二層切換結(jié)構(gòu)，所述第一層切換結(jié)構(gòu)包括所述多個第一層模塊，并且所述第 二層切換結(jié)構(gòu)包括所述多個第二層模塊。
9、 權(quán)利要求1-8的任何一個所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成向 所述第一和第二層切換才莫塊提供相應(yīng)驅(qū)動信號和換能器元件選4奪信號，以激 活換能器元件的所選子集，由此發(fā)送目標(biāo)聲能脈沖。
10、 權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中每個多重?fù)Q能器元件是多個換能器元 件分組的相應(yīng)一個的一部分，所述每個分組的換能器元件固定連接到所述第 二層切換模塊的相應(yīng) 一個，并且其中所述換能器元件的子集包括少于至少一 個分組的所有換能器元件的換能器元件。
11、 權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述多重?fù)Q能器元件被實現(xiàn)為多個換 能器元件陣列，每個陣列形成在單獨基板上，并且其中所述換能器元件的子 集包括少于至少一個陣列的所有換能器元件的換能器元件。
全文摘要
一種聚焦超聲系統(tǒng)包括具有多重?fù)Q能器元件的換能器、產(chǎn)生并且輸出多個驅(qū)動信號的驅(qū)動電路(每個驅(qū)動信號之間偏移一個相應(yīng)相差)和選擇性地將驅(qū)動信號耦合到相應(yīng)換能器元件的控制器，該控制器包括多個第一層切換模塊和第二層切換模塊。每個第一層模塊接收多個驅(qū)動信號作為輸入，并且響應(yīng)于驅(qū)動信號選擇信號輸出驅(qū)動信號的其中之一。每個第二層模塊耦合到相應(yīng)分組的換能器元件，并且響應(yīng)于換能器元件選擇信號，選擇性地將從第一層切換模塊輸出的相應(yīng)所選驅(qū)動信號耦合到一個或多個換能器元件。
文檔編號G10K11/34GK101313354SQ200680043932
公開日2008年11月26日 申請日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者A·伊蔡恩, K·沃特曼, Y·梅丹 申請人:因賽泰克有限公司