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CN104936517A - 用于聚焦超声波治疗的换能器、系统和制造技术 - Google Patents

用于聚焦超声波治疗的换能器、系统和制造技术 Download PDF

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CN104936517A
CN104936517A CN201480003300.3A CN201480003300A CN104936517A CN 104936517 A CN104936517 A CN 104936517A CN 201480003300 A CN201480003300 A CN 201480003300A CN 104936517 A CN104936517 A CN 104936517A
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Kona Medical Inc
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Abstract

用于从患者外部位置施加超声波能量到环绕血管中血流的区域的系统，该系统包括：包含多个换能器元件的治疗性超声波换能器；以及被配置为控制多个换能器元件的处理器；其中该处理器被配置为改变到换能器元件的相位输入，从而将换能器的聚焦在第一平面上移动至少1cm，并且在与第一平面正交的第二平面上移动至少1cm，该第一平面基本上沿着治疗性超声波换能器的换能器元件的平面；其中该处理器进一步被配置为根据系统的操作者预先确定的图样，将换能器的聚焦定位在与血管中的血流偏移的按次序的位置。

Description

用于聚焦超声波治疗的换能器、系统和制造技术
技术领域
本公开涉及用于超声波治疗的设备和方法。
背景技术
远程治疗性能量传递包括传输能量波以影响患者体内的目标组织。聚焦能量的无创(non-invasive)或微创(minimally invasive)传递可以允许将能量更有效地传递到目标组织，改进治疗的成本效率，最小化对患者身体的创伤，以及改善康复时间。
远程传递能量具有巨大的优势，其定位精确、技术灵活，而且重要地是，限制了对患者的侵入。在一种简单的形式中，腹腔镜手术已经取代了之前的大部分开腹手术，并且引导了用于疾病治疗的新规程、装置和更有效的程序化流程的创建。腹腔镜工具通过微创路径远程地将外科医生处的能量传递到患者组织。腹腔镜工具还提供所治疗区域的成像以及使得外科医生能够实时看见该区域的能力。
聚焦能量可被用来治疗患者体内的组织，而且治疗性能量发射器无需侵入患者身体。然而，为了改善聚焦能量治疗的治疗处理和结果，期望针对目标组织追踪、能量传输、能量发射器耦合、治疗规划、治疗监视、治疗自动化和治疗性系统可靠度的改进。
发明内容
本申请描述了用于医学治疗中的聚焦超声波传递的系统和方法。根据系统配置、临床指标和治疗目标，聚焦超声波可以是高强度的、中等强度的、低强度的或以上这些的组合。在一些变形方式中，系统被配置为在进行超声波治疗的期间跟踪特定的一个或多个目标区域的位置。超声波成像和/或超声波信号信标可被用来在治疗周期内追踪目标区域的位置，并且在期望的治疗区域维持治疗性超声波场的聚焦。例如，信标可被放置在与目标区域相邻或位于目标区域中，用于引导系统在目标区域中聚焦超声波，并且在整个治疗过程中在目标区域中维持聚焦。或者，成像超声波单元可被实现为在治疗期间定位目标区域和追踪目标区域的位置。
本文公开了用于目标组织追踪、能量传输、能量发射器耦合、治疗规划、治疗监视、治疗自动化和系统可靠度等的各种方法、装置和系统。
在一些实施方式中，提供了具有超声波换能器阵列的超声波传递系统，其中超声波换能器阵列被放置在给药器(applicator)内，并且能独立于给药器的取向而移动其取向，并且驱动器(actuator)用于控制超声波换能器阵列的移动，该驱动器耦合到该给药器；以及检测器耦合到给药器或者超声波换能器阵列，其中该检测器被配置为检测患者身体内的治疗区域，并且当治疗区域在患者身体内移动时追踪治疗区域的位置。
该系统还包括连接到治疗换能器阵列和检测器的超声波收发器模块，以及连接到超声波收发器模块和驱动器的计算单元，该计算单元被配置为确定治疗区域相对于治疗换能器阵列的位置，并且在将超声波能量从超声波换能器阵列传递到目标区域的超声波能量期间追踪治疗区域的位置。
在一些实施方式中，该系统检测器还包括超声波成像换能器阵列。
在一些实施方式中，该系统检测器进一步包括三个或更多个超声波接收器，用于检测放置于靠近治疗区域的信标。
在一些实施方式中，该系统的超声波换能器阵列被配置为传递聚焦超声波能量到焦点，该焦点位于从超声波换能器阵列的加权中心(weighted center)延伸的垂直轴的轴外(off-axis)。
在一些实施方式中，该超声波换能器阵列包括多个具有半环形形状的换能器元件。
并且在一些实施方式中，该超声波换能器阵列包括以滑入配合(snap fit)或按入配合(press fit)配置在基板上的多个超声波换能器，这些超声波换能器组成了阵列，并且由三维打印工艺形成。
在一些实施方式中，该系统包括连接到超声波收发器模块和驱动器的计算单元，该计算单元被配置为确定治疗区域相对于治疗换能器阵列的位置，并且在超声波能量从超声波换能器阵列传递到目标区域期间追踪治疗区域的位置。
在一些实施方式中，该检测器包括超声波成像换能器阵列。
在一些实施方式中，该检测器包括多组的三个或更多个超声波接收器，用于检测放置于治疗区域附近的信标。
在一些实施方式中，本申请描述了治疗性超声波系统，其中给药器连接到第一推动器，该第一推动器被配置为向该给药器提供至少三个移动自由度，并且该给药器从外壳形成，超声波换能器阵列位于外壳内的腔室中，并且通过第二移动器耦合到该外壳，超声波换能器阵列至少部分的浸入在给药器的外壳中包含的液体中，第二推动器被配置为向超声波换能器阵列提供至少两个移动自由度；该给药器进一步包括薄膜，用于将给药器耦合到患者身体，该薄膜附着在该外壳上。
在一些实施方式中，该治疗性超声波系统包括耦合到超声波换能器阵列的第一方向传感器。
在一些实施方式中，该治疗性超声波系统进一步包括给药器，该给药器进一步包括耦合到该给药器外壳的第二方向传感器。
在一些实施方式中，该治疗性超声波系统进一步包括：水处理器，该水处理器被配置为使得冷却液体流过给药器的外壳中的腔室。
在一些实施方式中，该治疗性超声波系统进一步包括耦合到该给药器的外壳的检测器，该检测器被配置为检测患者体内的治疗区域，并且在进行超声波治疗期间追踪治疗区域的移动。
在一些实施方式中，该治疗性超声波系统包括具有多个超声波接收器的检测器，这些超声波接收器被配置为基于声学飞行时间计算(acoustic time of flight calculation)来检测信标的位置。
在一些实施方式中，该检测器包括超声波成像阵列。
在一些实施方式中，该治疗性超声波系统进一步包括生成器，该生成器包括计算单元和超声波收发器，其被配置为以变化的能量相位来给治疗阵列中的多个超声波换能器提供能量，从而聚焦到患者体内的预定位置。
在一些实施方式中，本发明描述了传递聚焦超声波到患者体内的多个治疗区域的方法，该方法包括：确定治疗计划，该治疗计划具有用于传递超声波能量到患者体内治疗区的预定义治疗图样，移动超声波阵列以靶向治疗区中的第一治疗区域，其中该超声波阵列被配置为传递聚焦超声波能量；在第一治疗区域中传递聚焦超声波能量；移动超声波阵列以定位该治疗区中的第二治疗区域；以及在超声波阵列的聚焦从第一治疗区域定向到第二治疗区域时，验证沿着超声波阵列的取向的改变。
在一些实施方式中，该治疗患者的方法进一步包括验证超声波阵列的取向的改变与第一和第二治疗区域之间的相对位置相一致。
在一些实施方式中，该治疗患者的方法进一步包括：计算为了将超声波阵列的聚焦从第一治疗区域移动到第二治疗区域，超声波阵列所需的移动；并且验证超声波阵列的取向改变与所需的超声波阵列的移动相一致。
在一些实施方式中，该治疗患者的方法进一步包括验证取向的改变，包括：确定为了将聚焦从第一治疗区域移动到第二治疗区域，超声波阵列所需的角旋转；并且验证超声波阵列的取向改变与所需的角旋转相一致。
在一些实施方式中，描述了一种聚焦超声波场的传递方法，该方法包括为在治疗换能器阵列中的多个换能器生成相位表，该相位表被配置为计算聚焦在患者体内的目标位置的治疗换能器阵列，生成用于多个个体的换能器的多种功率需求的功率表，该功率表被配置为计算用于驱动个体(individual)换能器的电能以及实现在目标位置中的期望剂量，组合相位表、功率表和时间控制序列以生成所需的功率、功率分布和变化序列；以及传递聚焦超声波能量到目标位置。在一些实施方式中，该方法进一步包括在生成相位表的步骤之前追踪目标位置。
在一些实施方式中，追踪步骤进一步包括使用被配置为检测信标的多个超声波接收器，并且应用声学飞行时间计算。
在一些实施方式中，追踪步骤进一步包括使用超声波成像检测器以追踪目标位置的移动。
在一些实施方式中，用于传递聚焦超声波到患者体内治疗位点的方法包括以下步骤：提供具有输出驱动电路的超声波收发器，该输出驱动电路被配置为传递电流到连接到超声波阵列中的多个换能器元件的多个输出通道；驱动相同电压给连接到超声波阵列中的换能器元件的所有输出通道；对驱动超声波阵列中的个体换能器的电能进行脉宽调制，从而实现整个超声波阵列的一致功率强度；以及传递聚焦超声波场到治疗位点。
在一些实施方式中，多个换能器元件具有变化的表面面积，并且换能器元件被以一图样设置，从而有助于传递聚焦超声波能量。
在一些实施方式中，多个换能器元件被设置在基板之上的随机或不均匀结构中，可以使用三维打印技术制造该基板。
在一些实施方式中，多个换能器被以同轴图样布置。
在一些实施方式中，在系统内调用算法以对电能的脉宽调制作出调整，以考虑从各个换能器元件到超声波阵列的焦点的距离，使得各个换能器元件使用脉宽调制传递相对于焦点的相同的功率强度。
在一些实施方式中，系统算法对电能的脉宽调制作出调整，以考虑从各个换能器到超声波阵列的焦点的传输路径内的吸收和干扰，使得各个换能器元件传递相对于焦点的相同的功率强度。
在一些实施方式中，对脉宽调制作出调整的步骤进一步包括对电能的脉宽调制作出调整以考虑从各个换能器到超声波阵列的焦点的传输路径内的吸收和干扰，使得各个换能器元件传递相对于焦点的相同的功率强度。
在一些实施方式中，超声波治疗性系统包括具有输出驱动电路的超声波收发器，该输出驱动电路驱动相同的电压跨越超声波收发器的多个输出通道，各个输出通道连接到治疗换能器阵列中的一个或多个个体换能器元件，以及计算单元，该计算单元被配置为控制超声波收发器以生成脉宽调制的电功率以驱动治疗换能器阵列中的个体换能器元件，从而实现整个治疗换能器阵列的一致的功率强度。
在一些实施方式中，治疗阵列中的治疗性换能器元件是不均匀的，或随机分布的，并且处理器利用脉宽调制以驱动较多电功率到较大的换能器元件，并且驱动较少的电功率到较小的换能器元件，使得能够实现整个换能器阵列的均匀的功率强度。
在一些实施方式中，计算单元被配置为对脉宽调制提供进一步的调整以考虑从各个换能器元件到治疗换能器阵列的焦点的距离，使得各个换能器元件传递相对于焦点的相同的功率强度。
在一些实施方式中，计算单元被配置为对脉宽调制提供进一步的调整以考虑从各个换能器元件到治疗换能器阵列的焦点的路径内的吸收和干扰，使得各个换能器元件传递相对于焦点的相同的功率强度。
在一些实施方式中，计算单元被配置为对脉宽调制提供进一步的调整以考虑从各个换能器元件到治疗换能器阵列的焦点的路径内的吸收和干扰，使得各个换能器元件传递相对于焦点的相同的功率强度。
在一些实施方式中，超声波装置包括外壳，外壳上的界面(interface)，该界面用于通过患者身体上的皮肤将外壳耦合到患者身体，其中该界面包括耦合到外壳基底的第一驱动器和声学耦合介质，该驱动器具有至少一个移动自由度，具有将外壳推向患者身体以增加外壳施加到患者身体上的压力的能力；还包括治疗换能器阵列和第二驱动器，其将治疗换能器阵列耦合到外壳，该第二驱动器具有至少两个移动自由度。
在一些实施方式中，该装置进一步包括图像换能器阵列和将图像换能器阵列耦合到外壳的第三驱动器。
在一些实施方式中，治疗换能器阵列的表面包括弯曲轮廓。
在一些实施方式中，治疗换能器阵列包括具有多个安置个体换能器的空腔的弯曲基底构件(curved base member)。
在另一个实施方式中，治疗性超声波系统包括超声波换能器单元，其中该超声波换能器单元包括治疗换能器阵列和用于接收放置在患者体内的信标的信号的三个或更多个超声波接收器，耦接到超声波换能器单元的基底的驱动器，该驱动器被配置为在至少两个自由度上移动超声波换能器单元的取向，和连接到超声波换能器单元的超声波收发器模块，和连接到超声波换能器单元和驱动器这两者的计算单元，该计算单元被配置为生成坐标系统并且基于由信标发射的并由超声波接收器接收的信号以及声学飞行时间计算来在这样的坐标系统中追踪信标的位置。
在一些实施方式中，换能器单元包括五个或更多个超声波接收器，仅有所述五个或更多超声波接收器中的子集被激活用于追踪信标，计算系统被配置为检测一个或多个激活的超声波接收器是否失效，并且如果检测到一个或多个激活的接收器已失效则激活其他超声波接收器。
在一些实施方式中，超声波系统包括治疗换能器阵列单元，该治疗换能器阵列单元包括多个治疗换能器阵列的裂片(lobe)，其中至少一个所述治疗换能器阵列的裂片被配置为具有以分块配置(diced configuration)布置的个体的换能器元件，同时至少一个其它裂片被配置为具有换能器元件的部分环孔(partial annular ring)。
在一些实施方式中，该超声波系统包括以分块配置布置的换能器元件的裂片，该分块配置位于饼状配置中(pie shaped configuration)，其中在给定的列内，越靠近饼状配置的窄段的换能器具有较大的表面面积，同时越远离饼形结构的窄段的换能器进一步具有较小的表面面积。
在一些实施方式中，用于传递超声波治疗的方法包括追踪患者体内的治疗区域的位置，确定该治疗区域相对于治疗换能器阵列的位置，至少基于相对于治疗换能器阵列的治疗区域的位置而生成治疗计划，基于该治疗计划计算治疗换能器阵列的期望电流消耗；将聚焦超声波能量从治疗换能器阵列传递到由治疗计划指定的治疗区域，监视由治疗换能器阵列消耗的实际电流，并且确定正被消耗的实际电流是否高于预期电流消耗。
在一些实施方式中，利用了电流阈值，超过该电流阈值则预期电流消耗导致治疗终止。
在一些实施方式中，用于治疗性超声波传递的方法包括：在患者身体的外表面上定位给药器，其中该给药器包括外壳和能够相对于外壳移动的治疗换能器阵列，其中治疗换能器阵列的移动由计算单元控制，并且该治疗换能器阵列包括多个换能器元件，这些换能器元件定位患者体内的治疗区域，随着治疗区域在患者体内移动而追踪治疗区域的位置，计算多个换能器元件的每一个和目标区域之间的距离，以及至少基于多个换能器元件的每一个和目标区域之间的距离而生成相位畸变校正因子，并且然后生成治疗计划并基于该计划生成疗法。
在一些实施方式中，传递超声波治疗到患者体内的目标区的方法包括：选择用于该治疗的剂量，在追踪目标区的位置时，确定一段时间内相对于治疗换能器阵列的目标区的平均深度，并且根据平均深度和所选择的剂量来计算用于该治疗的超声波能量的功率；以及基于所计算的功率传递超声波能量到目标区。
在一些实施方式中，超声波系统包括外壳，该外壳包括封闭的壁，耦合于该壁的底边界的基底，以及耦合于该壁的上边界的薄膜，从而在其内部形成腔室。
在一些实施方式中，位于腔室中的超声波换能器阵列，该超声波换能器阵列通过驱动器耦合到外壳的基底。
在一些实施方式中，本申请进一步提供了用于激励超声波换能器阵列的超声波收发器模块。
在一些实施方式中，系统进一步包括连接到驱动器和超声波收发器这两者的计算单元。
在一些实施方式中，系统包括连接到外壳的水处理器，该水处理器用于使得液体通过外壳的腔室。
在一些实施方式中，系统进一步包括外壳，该外壳包括在外壳的壁上的通道，其中该通道具有在外壳的近端部分处的外壁上的外部端口，其用于接收来自水处理器的液体，该通道穿过壁的至少一部分上边界的下方，并且通过位于外壳的远端部分处的内壁上的内部端口进入外壳的腔室。
在一些实施方式中，外壳的内部端口被放置为引导耦合流体流过超声波换能器阵列的发射面。
在一些实施方式中，水处理器在将耦合流体返回到外壳的腔室之前冷却该耦合流体。
在一些实施方式中，外壳的壁可移除地耦合到外壳的基底。
在一些实施方式中，外壳的壁包括半透明或透明的聚合材料。
在一些实施方式中，超声波装置包括外壳，该外壳具有腔室和开口，薄膜，该薄膜覆盖用于将外壳耦合到患者身体的开口，放置于腔室内的超声波换能器阵列，该超声波换能器阵列用于通过薄膜传递超声波能量到患者体内，耦合流体充满该腔室，其中超声波换能器被至少部分地浸入到液体中，和耦合到外壳的图像检测器，该图像检测器用于检测薄膜上的气泡(bubble)。
在一些实施方式中，图像检测器被附着到外壳的壁上，并被放置以通过耦合流体来捕获薄膜的图像。
在一些实施方式中，图像检测器被配置为检测包括红外光的光的光谱。
在一些实施方式中，图像检测器检测来自薄膜界面和患者皮肤的反射，以确定从治疗性超声波换能器到皮肤的深度。
在一些实施方式中，传递超声波到患者体内的方法包括：通过声学耦合界面将超声波换能器阵列耦合到患者身体，并且使用图像检测器检测位于声学耦合界面和患者身体之间的气泡。
在一些实施方式中，传递超声波到患者体内的方法包括：使用声学耦合界面将超声波换能器阵列耦合到患者身体，移动图像检测器的焦点穿过声学耦合界面的至少一部分以及在声学耦合界面和患者身体之间的边界；以及检测气泡。
在一些实施方式中，在患者身体上放置超声波治疗模块以传递聚焦超声波能量到患者体内的治疗区域的方法包括：定位患者体内的多个超声波阻塞性组织(ultrasoundobstructive tissue)，识别由所述多个超声波阻塞性组织所定义的边界，以及基于边界和治疗给药器的轮廓的组合来确定治疗窗口，其中治疗给药器容纳用于生成聚焦超声波能量的超声波换能器阵列。
在一些实施方式中，用于放置超声波治疗模块的方法包括：当给药器的外部表面射出聚焦超声波场时，通过考虑聚焦治疗性超声波的外部限制而将治疗窗口变窄。
在一些实施方式中，确定治疗窗口的步骤包括对患者身体应用模板，以及在患者身体上标记治疗窗口。
在一些实施方式中，用于传递聚焦超声波治疗的方法包括：识别患者体内的治疗区域，该治疗区域将被靶向以传递聚焦超声波能量，当治疗区域在患者体内移动时追踪治疗区域的位置，移动治疗换能器阵列以维持治疗换能器阵列的焦点在目标区域上，基于追踪来监视靶向质量；以及从治疗换能器阵列传递聚焦超声波能量到治疗区域。
在一些实施方式中，用于传递超声波到患者的方法进一步包括如果靶向质量指示靶向稳定性不足则终止聚焦超声波能量的传递。
在一些实施方式中，患者平台被描述为包括被配置为放置在导管台上的射线可透过框体(radiolucent frame)，其中该框体包括用于支持患者躯干的躯干段，和用于支持患者腿部的延伸段，其中该框体将患者提升到导管台之上，提升距离不大于12英寸，并且重量小于85磅，且该躯干段包括用于接收治疗传递装置的孔，该孔具有可由操作者控制的可变开口，该孔可从导管台两侧接入，并且该患者平台进一步包括顶部开口，使得当治疗传递装置被放置在孔中时，该治疗传递装置可耦合到患者身体，并经由此传递超声波。
从患者外部位置施加超声波能量到环绕血管中血流的区域的系统，该系统包括：包括多个换能器元件的治疗性超声波换能器；和被配置为控制多个换能器元件的处理器；其中该处理器被进一步配置为接收关于血管的第一位置的第一输入；其中该处理器被配置为改变输入到换能器元件的相位输入，从而将换能器的聚焦在第一平面上移动至少1cm，并且在与第一平面正交的第二平面上移动至少1cm，该第一平面基本上沿着治疗性超声波换能器的换能器元件的平面；并且其中该处理器被进一步配置为根据系统操作者所预先确定的图样将换能器的聚焦定位在与血管中的血流处偏移的按次序的位置。
可选地，以基本随机或非均匀的图样来布置所述多个换能器元件。
可选地，所述治疗性超声波换能器包括具有分别用于所述换能器元件的切口的基板，其中所述换能器元件能够被放置在所述基板的各个切口中，并且通过滑入配合或按入配合耦合到所述治疗性超声波换能器。
可选地，所述治疗性超声波换能器的所述换能器元件被布置在3D基板上，所述3D基板指向所述治疗性超声波换能器前方的预定的点、线、区域或3D区域。
可选地，所述治疗性超声波换能器的至少一个换能器元件具有圆形、正方形、六边形或矩形形状。
可选地，所述治疗性超声波换能器的换能器元件被封装为具有一种尺寸、两种尺寸或多种尺寸的单个元件换能器。
可选地，所述治疗性超声波换能器的换能器元件被封装为具有多种工作频率的多种尺寸的单个元件换能器。
可选地，使用具有线、面、椭圆、球或其它3D几何图案的三维打印工艺形成所述换能器的所述基板。
可选地，所述三维打印工艺包括以下工艺中的一个：选择性激光熔凝、直接金属激光烧结、选择性激光烧结、熔融沉积成型、聚合物固化类型处理和立体光刻处理。
可选地，所述处理器被配置为接收关于所述血管的第二位置的第二输入，所述第二位置在所述第一位置的约1-200ms内，其中所述处理器被配置为根据所述第二位置来调整所述治疗性超声波换能器的聚焦。
可选地，所述系统进一步包括成像探头，以对包括所述血管的区域成像。
可选地，所述成像探头包括附着的基准点或3D位置传感器。
可选地，所述处理器被配置为接收与来自所述基准点或所述位置传感器的反射或位置信号相关联的输入，解释所述输入，并且产生用于指示三维坐标空间中的成像探头位置和成像探头取向的输出。
可选地，所述处理器被配置为基于所述成像探头位置、所述成像探头取向和所述血管的位置来确定所述血管的三维位置。
可选地，所述处理器被配置为接收与来自所述基准点或所述位置传感器的反射或位置信号相关联的输入，并且产生用于定位所述治疗性超声波换能器的输出。
可选地，所述处理器被配置为将来自成像探头的图像中的目标的三维位置与所述治疗性超声波换能器的三维位置相关联。
可选地，所述系统进一步包括耦合到所述处理器的图形用户界面，其中所述图形用户界面被配置为显示目标，并且其中所显示的目标可由所述系统的操作者移动。
可选地，所述治疗性超声波换能器包括一系列脊线，所述换能器元件可按入配合或滑入配合其中，其中配合的公差大于100微米。
可选地，所述治疗性超声波换能器包括一系列脊线，所述换能器元件可按入配合或滑入配合其中，其中配合的公差大于50微米。
可选地，所述系统被配置为使用放置在离所述治疗性超声波换能器一定距离的接收器来通过校正进程进行自动校正，所述校正进程确定所述换能器元件的效率。
可选地，所述系统被配置为使用放置在离所述治疗性超声波换能器一定距离的发射器来通过校正进程进行自动校正，所述校正进程确定所述换能器元件的效率。
可选地，所述处理器还被配置为追踪超声波图像中的感兴趣区域。
可选地，所述感兴趣区域被链接到所述超声波图像中的用户定义的目标。
可选地，所述处理器包括算法，所述算法用于比较在一个超声波帧中的感兴趣区域和在上一个超声波帧中的感兴趣区域，并且更新目标相对于所述治疗性超声波换能器的位置。
可选地，其特征在于，所述算法利用散斑的数字化来进行比较。
可选地，所述算法利用解剖结构的数字化来进行比较。
可选地，所述算法利用散斑的数字化和解剖结构的数字化来进行比较。
可选地，所述处理器被配置为利用对到所述治疗性超声波换能器的输出脉冲的调制来解决沿着所述治疗性超声波换能器的所述换能器元件的功率密度的区域性差异。
可选地，所述处理器被配置为利用到所述治疗性超声波换能器的输出脉冲的相位调制来解决不均匀组织结构的相位畸变。
可选地，所述处理器被配置为利用到所述治疗性超声波换能器的输出脉冲的脉宽调制来解决由于换能器元件尺寸或所述换能器的所述换能器元件的制造工艺变化导致的表现。
可选地所述系统进一步包括耦合到所述处理器的机电推动器，其中所述机电推动器被配置为响应于来自所述处理器的控制信号而机械地定位所述治疗性超声波换能器以移动所述聚焦。
可选地，所述治疗性超声波换能器被配置为提供高强度能量、中等强度能量、低强度能量或其组合。
可选地，所述处理器被配置为在所述治疗性超声波换能器传递所述超声波能量期间追踪一个或多个特定目标区域的位置。
可选地，所述处理器被进一步配置为使用超声波成像和/或超声波信号信标来追踪目标区域的定位，并且在治疗周期内将所述换能器的所述聚焦保持在所述目标区域中。
可选地，所述超声波换能器在给药器中，并且能够独立于所述给药器的取向移动，其中所述系统进一步包括用于控制所述超声波换能器的移动的驱动器，和耦合到所述给药器或所述超声波换能器的检测器，其中所述检测器被配置为检测所述患者体内的治疗区域，并且当所述治疗区域在所述患者体内移动时追踪所述治疗区域的位置。
可选地，该检测器包括超声波成像换能器阵列。
可选地，该检测器包括三个或更多个超声波接收器，用于检测放置于靠近治疗区域的信标。
可选地，该系统进一步包括连接到换能器的超声波收发器模块；其中检测器连接到该超声波收发器模块和驱动器；并且其中所述处理器被配置为确定所述治疗区域相对于所述换能器的位置。
可选地，所述换能器元件中的至少一个具有半环形形状。
可选地，所述系统进一步包括连接到所述治疗性超声波换能器的第一推动器，所述第一推动器被配置为为所述治疗性超声波换能器提供至少三个运动自由度。
可选地，所述治疗性超声波换能器位于给药器的外壳内并且耦合到第二推动器，所述超声波换能器阵列被至少部分地浸入到所述给药器外壳中包含的液体中，并且其中所述第二推动器被配置为为所述超声波换能器阵列提供至少两个运动自由度。
可选地，所述治疗性超声波换能器是给药器的一部分，所述给药器包括用于将所述给药器耦合到患者身体的薄膜。
可选地，所述系统进一步包括耦合到所述治疗性超声波换能器的第一方向传感器。
可选地，所述治疗性超声波换能器是给药器的一部分，并且其中所述系统进一步包括耦合到所述给药器的外壳的第二方向传感器。
可选地，所述系统进一步包括水处理器，以使冷却液体流过所述给药器的外壳中的腔室。
可选地，所述系统进一步包括具有多个超声波接收器的检测器，其被配置为基于声学飞行时间计算来检测信标的位置，所述检测器被耦合到所述处理器。
可选地，所述系统进一步包括生成器和超声波收发器，所述生成器和超声波收发器被配置为以变化的能量相位来给所述换能器中换能器元件中的至少一些换能器元件提供能量，从而将能量聚焦到所述患者中的预定位置。
可选地，所述处理器被配置为访问治疗计划，所述治疗计划根据所述图样规定将能量传递到所述患者体内的多个治疗区域。
可选地，该处理器还被配置为计算超声波换能器的所需的移动，以用于将超声波换能器的聚焦从第一治疗区域移动到第二治疗区域。
可选地，该处理器被进一步配置为确定超声波换能器所需的角旋转以将聚焦从第一治疗区域移动到第二治疗区域。
可选地，所述处理器被配置为为所述换能器元件中的至少一些换能器元件生成相位表，所述相位表具有用于操作所述超声波换能器的数值，以使得由所述超声波换能器提供的能量聚焦到患者体内的目标位置。
可选地，所述处理器被进一步配置为为所述换能器元件中的至少一些换能器元件确定针对多种功率需求的功率表，所述功率表具有用于计算驱动所述换能器元件中的至少一些换能器元件的电能的数值，以使得能够在目标位置达到期望剂量。
可选地，所述系统进一步包括用于对电能进行脉宽调制以驱动所述换能器中换能器元件中的至少一些换能器元件的电路，从而达到横跨所述换能器的一致的功率强度。
可选地，所述换能器元件中的至少两个换能器元件具有各自不同的表面面积。
可选地，所述换能器元件被以随机配置布置在基板上，所述基板是使用三维打印技术制造的。
可选地，所述换能器元件被布置以同轴图样布置中。
可选地，所述处理器被配置为使用算法来对电能的脉宽调制作出调整，以使得所述换能器元件中的两个或更多个换能器元件相对于具有所述脉宽调制的换能器的焦点传递相同的功率密度，其中所述算法考虑了从所述换能器元件中两个或更多个换能器元件到所述换能器的焦点的距离。
可选地，所述处理器被配置为使用算法以利用对电能的脉宽调制来作出调整，以使得所述换能器元件中的两个或更多个换能器元件相对于所述换能器的焦点达到相同的功率密度，其中所述算法考虑了从所述两个或更多个所述换能器元件中的每一个到所述换能器的焦点的传输路径中的吸收和干扰。
可选地，所述换能器元件中的至少两个换能器元件具有各自不同的尺寸，所述换能器元件中的至少两个换能器元件包括一个较大的换能器元件和一个较小的换能器元件，并且其中所述处理器被配置为使用脉宽调制以驱动较多的电功率到所述较大的换能器元件，以及驱动较少的电功率到所述较小的换能器元件。
可选地，所述处理器被配置为基于由信标发射的并由耦合到所述换能器的超声波接收器接收到的信号，以及基于声学飞行时间计算来追踪坐标系统中信标的位置。
可选地，该换能器包括五个或更多个超声波接收器，并且五个或更多个超声波接收器的子集被激活用于追踪信标。
可选地，所述处理器被配置为使用算法以检测一个或多个激活的超声波接收器是否失效，并且如果检测到一个或多个激活的接收器失效，则激活额外的超声波接收器。
可选地，所述换能器包括具有以分块配置布置的换能器元件的裂片，所述分块配置形成饼形形状，其中所述换能器元件中较靠近所述饼形形状的狭窄段的一个换能器元件具有较大的表面面积，而所述换能器元件中较远离所述饼形形状的狭窄段的另一个换能器元件具有较小的表面面积。
可选地，该处理器被进一步配置为监视由换能器消耗的实际电流，并且确定被消耗的实际电流是否高于预期的电流消耗。
可选地，所述处理器还被配置为定位所述患者体内的治疗区域，随着所述治疗区域在所述患者体内移动而追踪所述治疗区域的位置，计算所述换能器元件中的至少一个换能器元件和所述目标区域之间的距离，并且至少基于所述换能器元件中的至少一个换能器元件和所述目标区域之间的距离而生成相位畸变校正因子。
可选地，所述换能器进一步包括外壳，所述外壳包括在外壳的壁中的通道，所述通道引导耦合流体流过所述换能器的表面。
可选地，所述系统进一步包括图像检测器，所述图像检测器附着到所述外壳上并且被放置以通过所述耦合流体捕获薄膜的图像。
可选地，所述图像检测器被配置为检测包含红外光的光的光谱。
可选地，该图像检测器被配置为检测来自薄膜和患者的皮肤之间的界面的反射以确定从治疗性超声波换能器到皮肤的距离。
可选地，该系统进一步包括用于检测位于换能器的声学耦合界面和患者的身体之间的气泡。
可选地，该系统进一步包括射线可透过的框体，该射线可透过的框体具有用于支持患者躯干的躯干段和用于支持患者腿部的延伸段。
可选地，所述算法利用超声波图像中流参数的数字化来进行比较。
可选地，所述算法使用散斑、流参数和解剖结构信息的数字化的组合来进行比较。
可选地，感兴趣的区域是用户定义的感兴趣区域。
可选地，所述处理器被配置为基于指示信号来确定所述感兴趣区域是否可被用于追踪。
可选地，与所述血流偏移的按次序的位置彼此位于另一个的5mm之内。
可选地，与所述血流偏移的按次序的位置彼此位于另一个的1mm之内。
可选地，与所述血流偏移的按次序的位置基本上是相同位置。
可选地，所述系统进一步包括用于患者的桌子，其中所述桌子包括可由操作者调整尺寸的开口。
一种从患者外部的位置应用超声波能量到围绕血管中的血流的神经区域的系统，所述系统包括：包括多个换能器元件的治疗性超声波换能器；具有附着的基准点的超声波成像换能器，该基准点被配置为指示成像换能器的取向；和处理器，该处理器被配置为控制多个换能器元件；其中该处理器被进一步配置为从基准点接收第一时间点时的数据，以确定来自超声波成像换能器的超声波图像中的目标的三维坐标。
可选地，所述处理器被进一步配置为根据由所述系统的操作者预先确定的图样，将所述换能器元件的聚焦定位在与所述血管中的血流偏移的按次序的位置。
可选地，所述处理器被配置为在相继的时间点从基准点接收附加数据。
可选地，所述处理器被配置为利用所述附加数据来确定更新的目标坐标。
可选地，目标包括用户定义的感兴趣区域。
可选地，所述目标包括散斑、解剖特征或流信号。
通过阅读以下详细描述会清楚明白其他方面和特征。
附图说明
图1示出了一种治疗性超声波系统的变形。该例子被配置为传递聚焦超声波能量进入患者身体的躯干区域。
图2示出了治疗性超声波系统结构的另一种变形，该变形包括荧光镜检查单元。
图3示出了生成器。
图4示出了水处理器。
图5示出了治疗换能器阵列，其配置有俯仰(pitch)和转动(roll)运动能力，并且具有轴移动以移动治疗阵列靠近或远离患者身体。该治疗阵列被示出具有用于接合患者身体的耦合界面。
图6示出了另一种变形，其中该治疗换能器阵列耦合到具有两个单独的可移动关节的移动器。
图7示出了另一种变形，其中产生聚焦治疗性超声波的治疗换能器阵列被容纳在治疗模块的给药器内。
图8示出了治疗模块，该治疗模块包括位于治疗模块的给药器内的超声波治疗换能器阵列。
图9示出了处于仰卧位的患者，其后侧面处于患者平台的治疗孔上。
图10示出了治疗模块，放置该治疗模块以使得治疗模块的给药器接合患者的后侧面的皮肤。
图11是超声波治疗性系统的一种变形的图形表示，其被部署于紧挨着导管室的传统C臂导管床。
图12示出了用于治疗换能器阵列的受控制的移动的一种变形。
图13示出了用于超声波治疗性系统的一种结构的高层功能框图。
图14示出了用于生成器的可移动框体。
图15示出了生成器中的低层组件。
图16示出了生成器中的高层组件。
图17示出了超声波治疗性系统的功能方框图。
图18示出了ATOF放大链路图的例子。
图19示出了导管延伸盒方框图的例子。
图20示出了从AC输入到治疗换能器阵列的声学输出的治疗性系统的功率传输的一个例子。
图21示出了治疗处理的一个例子。
图22是表示具有形成了环形图样的多个治疗区域的治疗计划的图形表示。该治疗阵列被示为在第一治疗区域上聚焦。
图23示出了移动到新位置的治疗阵列，并且将治疗阵列的聚焦导向到相对于图22中所示的第一治疗区域的第二治疗区域。
图24示出了具有治疗换能器阵列的治疗模块的例子，治疗换能器阵列放置在治疗模块的给药器内。该治疗换能器阵列可相对于该给药器独立移动。
图25示出了用于超声波治疗性系统的功能性步骤的一个例子。
图26示出了用于超声波治疗性系统的功能性步骤的另一个例子。
图27是示出随着治疗阵列围绕轴心点倾斜时目标深度改变的图形表示。
图28示出了生成器子系统的相位和功率控制的互连关系的一种变形。
图29示出了治疗换能器阵列的几何结构的一个变形。在该变形中，换能器的三个面板形成了扇形治疗阵列。
图30是治疗换能器阵列的图形表示。
图31是放置在治疗区之上的相控阵列治疗换能器阵列的图形表示，该治疗阵列的聚焦带指向治疗区。示出了在治疗区内的多个目标区域。
图32是示出配置用于传递聚焦超声波能量场到治疗区域的系统的处理的一个例子的流程图。
图33示出了提议的聚焦位置分布的样品治疗图样。
图34示出了来自超声波收发器的发射电路的脉宽调制后的波形。
图35示出了脉冲调制波形的谐波能量分布的例子。
图36是用于容纳超声波换能器阵列的换能器单元的基底框体的顶视图。
图37是示出具有连接器和电子组件的图36的基底框体的底视图。
图38是表示换能器单元的分解视图，显示了连接到换能器单元的基底框体的多种组件。
图39是换能器阵列单元的表面的自上而下视图。
图40是图39的换能器阵列单元的窄尖端部分放大图，显示了换能器阵列元件的同轴和环形图样。
图41示出了ATOF接收器传感器位置的一种变形。
图42是表示八个ATOF接收器传感器的激活的图形示意。
图43示出了用于治疗阵列的几何尺寸和坐标的一个例子。还示出了空间位置的定义以及ATOF立体区域的范围。尺寸以毫米为单位。
图44示出了示出ATOF子系统的一种变形的方框图。
图45-50示出了换能器阵列设计的多种扇形配置。
图51示出了另一种扇形换能器阵列设计，其分区1具有分块的换能器阵列图样，而分区2和3具有孔形或环形图样。
图52示出了用于如图51所示的阵列的分区1的分块图样的一种配置。
图53示出了用于换能器阵列中的个体的换能器的元件设计。
图54示出了具有凹面轮廓的扇形换能器阵列设计。
图55示出了图54所示的阵列的截面图。
图56是示出了从位于治疗窗口上方的超声波阵列传递聚焦超声波能量，并且传播超声波能量到位于胸腔之下的焦点的图形表示。
图57表示在图56中显示的相同设置的侧视图。
图58示出了具有在环孔形配置中的换能器元件的扇形阵列设计。
图59示出了具有在分块的矩阵设置中的换能器元件的扇形阵列设计。
图60示出了具有整合在治疗模块中的凹面轮廓的换能器阵列。单独的成像换能器阵列被并入到模块中以提供目标成像和追踪。
图61A示出了用于封装个体的换能器元件的，由具有蜂巢结构或在表面上的多个凹陷的凹面基底支撑组成的凹面阵列设计。
图61B示出了具有用于个体的压电换能器的切口(cutout)的、使用三维打印技术打印的罩状物。
图61C示出了放置在基于三维打印的基板中的个体换能器的定位。
图61D示出了安装在打印的基板内的个体换能器元件的详细缩略图。
图61E-I示出了使用三维打印技术制造的并具有随机分布的超声波换能器的治疗阵列的仿真。
图61J-K示出了具有用于个体超声波换能器的开口的随机设置和预测焦斑的基底的平的实施方式。
图61L示出了通过成像探头上的基准点连接的成像探头和治疗性换能器的系统的配置。
图61M-N示出了用于治疗性超声波嵌件的曲面三维打印基底，其中包括了焦点的潜在位置的表示。
图61O-P示出了用于治疗性阵列的三维基板的附加的实施方式，该治疗性阵列包括一种特别用于治疗肾神经的结构。
图61Q示出了包括校正的产生三维打印的治疗性超声波阵列的处理流程图。
图62示出了一种同心环设计，其中环形阵列的中心位于扇形或饼段形孔的“加权”中心。
图63-66示出了包括被配置为传递超声波到焦点的六个裂片的凹面阵列设计。
图67-68示出了包括六个单独的凹板的扇形设计的另一个例子，这六个个体的凹板每一个都具有超声波换能器阵列。
图69-70示出了使用扇形轮廓和圆形轮廓的组合的换能器阵列设计。
图71-72示出了换能器阵列设计，其中多个换能器阵列表面在交错的或平面外配置中，其形成了较大的相干聚焦超声波传递阵列结构。
图73-75示出了换能器阵列设计，其中用于治疗性阵列的每一个的表面区域部分被分配为放置成像阵列元件。
图76示出了靶向导管的一个例子，其被示出具有插入到保护套内的导管的远端部分。
图77示出了靶向导管的一种变形的远端部分的内部结构。
图78表示在图77的围绕靶向导管中PZT换能器的展开图。
图79是在图77导管的位置A(PZT换能器的中点)处的截面图。
图80是在图77导管的位置B(靠近PZT换能器)处的截面图。
图81是图77的PZT换能器的透视图。
图82是图81的PZT换能器的侧视图。
图83是图81的PZT换能器的内腔之下的前端视图。
图84是图77的导管的换能器内衬的透视图。
图85是图84的换能器内衬的顶视图。
图86是图84的换能器内衬的侧视图。
图87是图84的换能器内衬的内腔之下的端视图。
图88是图77的靶向导管的远端部分的展开图。
图89示出了靶向导管的另一个例子。
图90示出了图89的靶向导管的远端部分。
图91表示图89的靶向导管的远端部分的A段展开图。
图92是图89的靶向导管的导线(guide-wire)侧入口点之上的B段截面图。
图93示出了图89的靶向导管的内腔和线连接。
图94示出了图4N的靶向导管的部分构造的远端部分，其中粘合剂被放置在PZT换能器的近端和远端。
图95示出了具有放置在远端部分之上的、覆盖PZT换能器和连接点的收缩导管的图94的部分构造的靶向导管。
图96示出了被放置在左肾动脉内的靶向导管。
图97示出了包括两个信标的靶向导管的例子。
图98示出了治疗换能器阵列平台的一个例子，其包括三个ATOF接收器，用于检测位于患者体内的信标的位置。
图99示出了ATOF接收器被放置在给药器中的另一个例子，该给药器封装有治疗换能器阵列。治疗换能器阵列能够独立于给药器移动。
图100示出了放置于生成器顶部的主监视器，其显示全定位给药器屏幕。
图101示出了远程靶向监视器，其被放置在患者平台中，仅显示有关靶向的定位给药器屏幕的那些元素。
图102示出了显示计算治疗计划(CALCULATE THERAPY PLAN)屏幕的生成器监视器。
图103示出了显示执行损伤(PERFORMING LESION)1/18屏幕的生成器监视器。
图104示出了指示治疗进程的生成器监视器。特别示出了执行损伤(PerformingLesion)3/18屏幕。
图105示出了在所有十八个损伤完成之后在生成器监视器中的治疗完成显示器。
图106示出了用于利用超声波成像以追踪目标组织的治疗性系统的系统配置的例子。
图107是使用一维超声波阵列结构(也就是2D成像阵列)来扫描和追踪目标组织的位置的图形表示。
图108是示出使用治疗性超声波追踪和治疗组织的治疗处理的一个例子。
图109示出了一个系统配置的例子，其中单个阵列被同时用于成像和治疗目的。
图110示出了一个系统配置的例子，其中成像换能器被独立地放置(也就是与治疗换能器在实体上不耦合)，并且传感器被用来记录图像换能器阵列和治疗换能器阵列之间的坐标系统。
图111示出了一个系统配置的例子，其中成像阵列被固定地耦合到治疗阵列。
图112-115示出了图像换能器阵列(用于追踪目标)相对于治疗换能器阵列和给药器的布置的多种例子，该给药器容纳有治疗换能器阵列。
图116示出了用于执行聚焦超声波治疗的步骤的例子。(RDC：肾双曲线；RA：肾动脉；BMW：平衡中间加权；GW：导线；TC：靶向导管；Tx：治疗；TM：治疗模块；PP：患者平台。)
图117示出了用于软件配置的一种变形的主要软件组件。串行外围接口(SPI)表示用于与一些系统硬件进行通信的硬件接口。
图118示出了并发模型的例子。
图119示出了用于治疗性系统的顶层状态图的例子。
图120示出了患者会话状态图。
图121示出了在传递治疗性超声波能量之前治疗规划处理的一个例子的流程图。
图122示出了在治疗过程中用于追踪目标组织的追踪回路的一个例子的流程图。
图123A-123B示出了列出多种状况、它们相应的动作和通知文本的例子的两张表。
图124示出了用于有状况处理的软件流程图的一个例子。
图125示出了用于错误处理器的系统环境框图的例子。
图126示出了错误解决状态序列的一种变形。
图127示出了治疗模块的一个例子。
图128-129示出了图127的治疗模块的基底的(a)顶视图和(b)侧视图。
图130是如图127中所示的治疗模块的透视图。示出了位于治疗模块的基底的底面的槽(用于引导抽吸和气流)。
图131示出了图127的治疗模块去掉图129的基底的分解图。
图132表示治疗模块的球形接头。
图133表示插入在图132的球形接头内的活塞。
图134是图132的球形接头的截面图。
图135是给药器的下部部分的分解图，下部部分包括用于移动治疗换能器单元(容纳在给药器的上部部分)的驱动单元。治疗换能器单元未在本图中示出。
图136示出了在给药器底盘的上表面中的选择性组件，其用于将治疗换能器单元耦合到给药器基底。
图137示出了治疗换能器单元的顶视图。
图138示出了图137的治疗换能器的底视图。
图139示出了具有向上倾斜的治疗换能器单元的治疗模块。
图140示出了具有转向一侧的治疗换能器单元的图139的治疗模块。
图141示出了沿着给药器的底盘延伸以接合治疗换能器单元的下表面的推杆。
图142表示用于驱动相应的推杆以移动/位移治疗换能器单元的两个步进马达的详细结构。治疗换能器单元未在本图中示出。
图143示出了推杆被直接集成到驱动马达中的可替换的变形。
图144示出了用于耦合治疗换能器单元到给药器的基底的另一种设计变形。在该设计中，实现了操纵杆类型配置。
图145是示出用于在治疗换能器单元的模块之间进行交互的设置的一种变形的方框图。
图146是示出用于驱动治疗换能器阵列(即治疗性换能器阵列)的移动的治疗阵列定位器(又称为换能器定位器)子系统的基本输入输出关系。
图147是模拟从在治疗换能器单元上的治疗换能器阵列投射的聚焦超声波场的例子的图形表示。
图148是模拟被放置在给药器中的图9S的治疗换能器单元的图形表示。该图表示了超声波场覆盖范围，和随着治疗换能器阵列的取向在给药器内转动时的焦点的移动。
图149示出了用于给药器的前锥(nosecone)的一种变形。
图150是图149的前锥的截面图，表示来自接收来自水处理器的流体的输入端口的流体输入路径。
图151是给药器的前锥的透视图，具有示出了冷却流体的流向的图形表示。
图152是图151中所示的前锥的另一个视图，表示从给药器抽取冷却流体的输出端口。
图153是具有集成的图像检测器的给药器的截面图。
图154示出了放置在治疗模块的给药器内的图像检测器。如图所示，气穴(airpocket)被陷在给药器的薄膜和患者皮肤之间，空气气泡在薄膜的内表面上，并且空气气泡漂浮在耦合流体中。
图155是示出气泡检测处理的一个例子的流程图。
图156-161示出了用于治疗模块的给药器中的一个或多个图像检测器的布置的多种配置。
图162示出了气泡移除装置的一种变形。
图163表示移除了一个侧板的水处理器的一个例子。
图164示出了典型的导管台。
图165示出了患者平台的一个例子，该患者平台放置于图164的导管台上。
图166示出了分解图中的患者平台的一种变形，表示包括患者平台的多种组件。
图167表示完全装配好的图166的患者平台。
图168示出了治疗模块定位模板的一种变形。
图169示出了在患者身体的两边都标记了治疗窗口的一个例子。
图170-173示出了用于使用治疗模块布置模板的进程的例子。(a)验证已经标记了骨结构边界。(b)放置模板，使得其内部直边与脊柱的外侧缘对齐，并且其内周在顶点处刚好覆盖肋骨的下缘，接下来使用围绕模板的外周的红色不褪墨水描绘脊柱侧的顶点到基部。(c)放置模板，使得其对侧内直边平行于第12根肋骨的下缘并临近脊柱，并且在模板顶点处的内周刚好覆盖脊柱的边缘，接下来使用围绕模板的外周的红色不褪墨水描绘肋侧的顶点到基部。(d)可以在治疗模块放置期间使用红色描绘以指示边界，治疗模块前锥不会延伸到边界以外。
图174是示出用于治疗规划和控制的操作者行动序列的例子的流程图。
图175A-175C示出了计划的损伤(或疗法治疗)模板的例子。
图176是图175A的图形表示，示出了包括治疗模板的18个损伤的相对位置和大小。
图177-178示出了可替换的治疗模板。
图179示出了内损伤周期的例子。
图180示出了用于相位畸变校正(PAC)的功能性步骤的一个例子。
图181是用于相位畸变校正RF信号获得的时间框图的例子。
图182是用于相位畸变校正的计算处理的例子的软件方框图。
■详细描述
以下详细描述应当参考附图进行阅读，其中贯穿不同的附图，相同的参考编号代表相似的元件。附图无需按照尺寸比例，这些附图描述了选择的实施方式，并且其无意限制所要求保护的发明的范围。详细说明通过示例的方式而非限制的方式示出了所要求保护的发明的原理。该说明书将使得本领域普通技术人员做出和使用所要求保护的发明，以及描述数个实施方式、改编、变形、替换和所要求保护的发明的用途。另外，所示出的实施方式不需要具有所示的所有的方面或优点。结合特定实施方式所描述的方面或优点无需受限于该实施方式，并且其可以在没有示出或没有明确描述的任何其他实施方式中实施。
应当理解的是除非明确指示，本文所描述的一个或多个实施方式无需限制为人类的应用。尽管本文参考了人类患者，本领域普通技术人员将明了实施方式的变形可以应用到其他哺乳动物。此外，应当理解的是，实施方式可以应用为传递聚焦超声波到患者体内，以用于治疗性和/或诊断目的。本文提供的肾神经支配作为临床应用的例子。受益于本公开的本领域普通技术人员将明了变形和实施方式可以被应用于不同的临床应用和指示，包括但不限于：去神经、组织消融、癌症治疗、组织兴奋、组织加热、组织变性和药物激活。
还注意到，如同在本说明书和附加的权利要求中所使用单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代，除非上下文中另有明确规定。因此，例如，术语“一个换能器”试图表示单个换能器或多个换能器的组合，“一种流体”试图表示一种或多种流体或这些流体的混合。此外，单词“接近的”和“远端的”分别表示靠近和远离操作放置在患者体内的梢端(也就是远端)导管的医师的方位。因此，例如放置在患者的肾动脉中的导管末端将是导管的远端，而在患者身体外部的导管末端将是导管的近端。
I.系统布置
在一个实施例中，治疗性超声波系统被配置为传递聚焦超声波能量以治疗患者体内的组织。参见图1，示出了被配置为传递聚焦超声波能量到患者身体的中部和下部躯干区域的治疗性系统101的一种变形。例如，该系统可以靶向围绕肾动脉的神经和组织以对患者的肾脏去神经。该系统还可被应用于传递聚焦超声波能量到患者体内的其他组织或器官。例如，该系统可传递能量到肠系膜上血管、肠系膜下血管、肝动脉或门静脉、腹腔动脉、脾静脉、脾动脉、胃十二指肠动脉、肺动脉、肺静脉、心房、心室、迷走神经、颈动脉、颈静脉、沿着脊柱或交感神经链的任何神经节、颈动脉体、颈动脉窦、和/或身体内的任意周围动脉或静脉。受益于本公开的本领域普通技术人员将明了系统的变形可被配置为改善对患者体内不同组织或器官的治疗，这取决于身体内组织的位置和深度。
如图1所示的治疗性超声波系统101包括生成器103、水处理器(WC)105和治疗模块(TM)107。该系统被配置为通过靶向导管延伸盒109连接到靶向导管。该系统可使用于患者平台(PP)111以便于将治疗模块107放置在患者身体上。如图1所示的患者平台111的一种变形包括躯干支撑模块113和延伸115，躯干支撑模块113和延伸115被配置为耦合到医院导管室的标准患者床(patient table)117。
图2示出了一种系统配置的变形，其包括包含图像增强器121的荧光镜检查单元(也被称为C型臂)119。荧光镜检查单元119可被利用来定位和识别目标组织。其还可被利用来在治疗进程期间将靶向导管或其他介入和/或监视工具放置到患者体内。
在一种变形中，该生成器包括电源、中央处理单元(CPU)、操作系统、靶向和剂量软件、马达控制器、多射频(RF)放大器、显示驱动器、治疗模块前锥照相机显示器、系统显示监视器、键盘和鼠标。该生成器作为整体系统控制器，激发治疗换能器阵列，激励并处理来自靶向子系统的信号，并且驱动给药器定位机构。
参见图3，生成器103的一个例子被配置有移动载运外壳，该移动载运外壳容纳了计算单元、超声波收发器、电子接口板和电源。该计算单元作为系统控制器，靶向并追踪治疗，控制治疗换能器阵列的位置和移动，计算并执行治疗计划，以及监视系统执行。该超声波收发器通过电子接口板来驱动超声波治疗换能器阵列，监视声学飞行时间(ATOF)接收器，以及给靶向导管提供电力。该计算单元连接具有图形用户界面(GUI)的视频监视器，该图形用户界面是操作者与系统交互的主要媒介。可以提供键盘、鼠标和/或其他输入设备用于用户输入。还可以提供用于监视治疗模块前锥图像检测器的输出图像的视频显示器。该生成器还包括位于生成器一侧的治疗撤销按钮123。该按钮允许操作者快速地中断并关闭该系统。
在一种变形中，如图4所示，提供了具有水处理器(也被成为水车)105的完整系统，该水处理器使耦合流体(例如蒸馏水)在治疗模块中流动、脱气和主动冷却(例如大约10摄氏度)。净化后的液体被利用来冷却超声波治疗换能器阵列和患者的皮肤，以最小化治疗相关的皮肤烧伤。患者身体被维持与治疗换能器阵列声学耦合，并且因此为到目标组织的超声波传输提供无空气路径。该水处理器包括用于用户控制和通知的控制和指示器125，以及用于连接治疗模块和生成器的电缆和软管127。
被配置为生成用于传输到患者体内的聚焦超声波的治疗换能器阵列可被放置在给药器上，该给药器提供多个移动自由度，并允许生成器主动地操纵治疗换能器阵列，从而调整由治疗换能器阵列发射的聚焦超声波束的位置。在一种变形中，该治疗换能器阵列包括相控阵列超声波换能器。该生成器被配置为给该相控阵列提供电力，使得超声波场的聚焦深度可调而无需超声波阵列的实体移动。
图5示出了治疗换能器阵列129能够俯仰和转动运动的一个例子。在一个变形中，提供给药器以允许治疗换能器沿着支撑杆的轴131转动。可以包括声学耦合界面133以提供从治疗换能器阵列到患者身体的超声波路径。可选地，该给药器还被配置为提供沿着支撑治疗换能器阵列129的杆的长度、在Z方向上的治疗换能器阵列的提升/回缩，以用于增加接触压力，和/或机械地调整超声波聚焦的深度。
图6示出了另一种变形，其中治疗换能器被耦合到两个单独的可移动接头135、137。图7示出了另一种变形，其中产生聚焦治疗性超声波的治疗换能器阵列129被容纳在治疗模块141的给药器139内。该治疗换能器阵列129可以独立于给药器139在俯仰和转动方向上移动。给药器139被连接到球形接头141，该球形接头141耦合到基底143。该球形接头141允许给药器139沿着球形接头在三个自由度上自由转动。可选地，将转接器139耦合到球形接头141上的转接器的杆145可被配置为沿着杆145的长度方向在Z方向上移动。
参见图8，示出了具有被容纳在给药器139内的治疗换能器129的治疗模块107的另一个例子。给药器的上表面147包括用于容纳耦合流体的薄膜并接合患者身体。提供了铰接接头149以将治疗给药器139旋转到位。该治疗模块107的下表面搁在患者平台151上，并且可以沿着患者平台151的表面滑行以用于重新定位治疗模块107。治疗模块可被物理地连接到生成器和水处理器。治疗模块还包括维持换能器阵列在患者后侧面的定位的机构，从而在进程期间通过来自生成器的控制来自动地追踪靶向的组织(例如肾动脉)。在一个变形中，追踪功能利用与内在信标(例如在靶向导管中的信标)通信的一系列传感器来提供实时空间信息，并且允许追踪患者体内的目标区域。治疗模块的给药器被配置具有柔性患者接口，该柔性患者接口方便耦合到患者的解剖口并提供用于聚焦超声波能量传输的通道。参见图9，患者平台111被设计为具有孔153，通过该孔治疗模块107可被定位为耦合到患者155的后侧面并且方便对仰卧位的患者治疗。参见图10，一旦患者155躺在患者平台111上，治疗模块107的上表面就耦合到患者的后侧面。治疗模块的下表面搁置在患者平台上。治疗模块包括球形接头，该球形接头被铰接为使给药器围绕其转动以提高患者接触并将治疗换能器阵列的超声波传播方向调整到大体面向要被治疗的组织的目标区域的方向。在给药器内的驱动器(例如机电推动器或马达)允许系统俯仰(pitch)和转动(roll)治疗换能器阵列，并且实时调整治疗期间的聚焦位置。
该治疗性系统可被配置为使用或不使用追踪信标来便于定位要被治疗的目标组织。在一种变形中，该治疗性系统被配置为具有声学传感器以检测放置在目标组织中或靠近目标组织的超声波信标。该信标可被集成到导管内并被部署紧挨着目标组织。在另一种变形中，还包括作为治疗性系统的一部分的成像系统。该成像系统可被利用来定位目标组织并追踪目标组织的位置和/或移动，以使得治疗换能器阵列可以在治疗处理期间维持其聚焦在目标组织上。多种成像形式(例如X射线、MRI、CT、超声波等)可被用来提供图像追踪。在一个例子中，使用超声波成像器来追踪目标组织的位置。在另一种变形中，利用超声波信标和成像追踪这两者的组合来追踪目标组织。
以下描述了治疗处理的例子。如图9所示，患者155放置在仰卧位，其后侧面位于患者平台111的治疗孔153之上。对于利用信标来追踪要被治疗的目标组织的进程，能跟随导管化进程来将靶向导管放置到患者体内。在该例子中，在荧光镜引导下，携带超声波信标(例如在末梢处的压电式珠子)的靶向导管的远端前行通过脉管系统并且进入肾动脉，以用于对围绕肾动脉的组织的治疗。可使用径向接入(radial access)或股接入来布置导管。
如图10所示，对包括超声波治疗换能器阵列的治疗模块107进行调整，使得治疗模块的给药器139接合患者155的后侧面的皮肤。该治疗模块包括给药器，其安置有用于生成治疗用超声波能量的治疗换能器阵列。该给药器被耦合到推动器配件。使用背侧入路(dorsal approach)将给药器压靠在肾部区域。接收器由放置在给药器内或周围的超声波换能器阵列(处于接收模式)组成，这些接收器被配置为检测来自导管上的超声波信标的信号。例如，接收器可被放置在围绕治疗换能器阵列的框体中。
接下来对该系统进行调整以优化用于追踪目标组织的靶向系统参数。例如，可以调整靶向导管驱动电压和信标的频率，以及用于被配置为检测超声波信标信号的超声波接收器的接收器参数，以改进对信标的追踪。
基于从超声波信标到多个接收器的声学飞行时间(ATOF)信号传输，可以基于三边测量来计算相对于接收器的信标的位置，并且可以确定导管的活动末梢(即信标)和治疗阵列之间的关系。接下来，对治疗模块进行调整以确保超声波治疗阵列的焦点聚焦于目标组织(例如肾动脉)的周围。监视ATOF信号以确认对要被治疗的组织的恰当的靶向。
在使用成像阵列来追踪目标的变形中，成像信息被用来确认治疗阵列的聚焦恰当地定位于治疗区域之上。接下来该系统计算治疗参数，例如要施加到治疗区域的超声波能量的剂量。例如，医师可以输入用于特定治疗的期望的剂量水平。该系统还可以考虑其他参数，例如从治疗换能器阵列到目标区域的距离，并且计算要施加的合适的超声波能量以达到目标区域中的期望剂量。可以选择特定的治疗方案，例如具体的治疗图样(例如激励治疗区内的多个人体位置)，和具体的剂量例程(例如在有限的时间内传播剂量到多个量化的传递以达到期望的剂量)。接下来由系统实现该治疗计划，并且基于该治疗计划来传递超声波能量到治疗区域。在一些实施方式中，治疗方案包括与血管的血流偏移的按次序的损伤(sequential lesions)，这些按次序的损伤彼此位于另一个的5mm内。在另一个实施方式中，治疗计划包括与血流偏移的按次序的损伤，这些按次序的损伤彼此在另一个的1mm内。在另一个实施方式中，按次序的损伤之间没有偏移，并且在基本相同的位置一个接一个地施加按次序的损伤。
II.系统功能
在一种配置中，超声波治疗性系统的特征在于提供该治疗性系统的引导和管理的两个图形用户界面(GUI)。主GUI在位于生成器上的视频监视器上显示。沿着各个屏幕的底部的一行菜单用于逐步运行治疗进程。这些进程由通过每个菜单进行排列并输入所需信息和/或执行所指示的任务而实现。这样的排列初始化合适的系统计算、状态改变和动作。操作者通过使用键盘键入信息和使用鼠标选择在显示器上呈现的复选框来与治疗性系统交互。
辅助GUI被显示在安装于患者平台的治疗孔中的远程靶向监视器上。该远程靶向监视器GUI向操作者提供可视反馈以帮助操作者定位患者治疗窗口内的治疗模块、靶向诸如肾动脉的期望的组织以用于治疗，以及接合维持治疗模块位置的多种机构。
诸如照相机的图像检测器可被放置于治疗模块给药器内，用于监视治疗模块和患者身体之间的接触。可以在位于生成器上的视频监视器(即图3中的生成器治疗模块照相机监视器104)和在患者平台的治疗孔中的视频监视器(即图10中的远程治疗模块照相机监视器156)上连续地显示来自位于给药器前锥内的照相机的图像。在这些监视器上显示的图像可以是相同的，并且可被用来(1)识别并移动超声波治疗阵列和患者的皮肤之间的气穴，(2)检测在给药器的薄膜的内表面上的气泡，(3)检测在给药器中的液体中的气泡，(4)将治疗模块前锥定位在患者身体上的治疗窗口中，和/或(5)检测在调查治疗管理期间的患者移动。本文中可以互换地使用气穴和气泡以表示受约束的、封闭的或被困的空气或气体。照相机还可用于使用多种波长的光(例如红外的或近红外光)来监视在患者的皮肤上的热点。反射的声波还可被用来识别从换能器表面到皮肤的路径长度，可以存在通过水中的可变路径长度。可视化还可被用来将换能器放置到患者的标记区域之下。
图11是紧挨着导管室中的传统C型臂管床所布置的超声波治疗性系统201的一种变形的图形表示。生成器203为(a)超声波收发器模块(例如连同ATOF接收信号放大和数字化的、到治疗换能器阵列和靶向导管的电源)和(b)运行超声波治疗系统的控制软件的计算子系统来提供物理支撑和移动性。该超声波收发器模块可被配置为允许子系统激励超声波治疗换能器阵列以发射超声波能量，并且同时还具有检测由超声波换能器接收到的超声波能量的能力，使得超声波阵列作用为接收器。
治疗换能器205可被配置为具有两个或更多个可控制的移动自由度。图12示出了一个例子，其中该治疗换能器205具有两个自由度(也就是俯仰和转动)。系统控制器(例如位于生成器内的计算单元)可被用来控制换能器的移动。例如，该治疗换能器阵列可被耦合到推动器，该推动器包括能够接收来自计算单元的控制信号的驱动器。根据本申请，可以利用能够控制两个或更多个取向移动自由度和/或两个或更多个位置移动自由度的推动器。
水处理器207准备并管理为超声波能量提供声学内部路径的水。在开始治疗之前，对水进行脱气(降低在治疗期间产生气泡的可能性)和冷却(为了使患者舒适并冷却治疗换能器阵列)。
通过位于局部的给药器209施加治疗性水平的超声波能量到诸如肾动脉和其血管周围组织的目标组织来完成治疗。在一种变形中，通过如下三个步骤的处理来完成该治疗：1)初始化目标识别；2)手动给药器定位；3)自动治疗处理。如果有指示，可对在对侧的其他组织或器官重复该处理。
在一个例子中，超声波治疗性系统通过按需放置的靶向导管(在其末梢具有超声波信标)的引导来识别肾动脉的确切位置。首先在荧光镜引导下将导管的末梢放置到肾动脉处。在导管被恰当的安装后，将给药器(具有推动器A 211)放置在靠近导管的位置。治疗性系统接下来激发信标，使用已知的匹配接收器的排列(constellation)(例如放置在治疗换能器阵列的周边上)进行监听，接下来进行三边计算以建立目标组织和治疗阵列之间的空间关系。
治疗性系统201接下来将确定给药器209是否被恰当地定位，以检查适合的声学路径，清除骨头和其他阻碍，以及用于良好的声学耦合。可向操作者提示以移动给药器的位置和/或方位，从而提高治疗传递。给药器就位后，用户可以激活治疗性系统以开始治疗关于识别的目标区的组织。该治疗可能花费数分钟，在治疗期间该治疗性系统可以自动地移动治疗性超声波场聚焦以补偿呼吸活动或其他运动干扰。
参见图13，治疗性系统201的一种配置包括生成器，该生成器包括(a)具有一个或多个CPU的计算单元213，(b)超声波收发器模块215，和(c)电子接口板217。计算单元213发送数据到超声波收发器模块215和电子接口板217，并且也从超声波收发器模块215和电子接口板217接收数据。这允许计算机从位于治疗模块中的治疗换能器阵列205周围的ATOF接收器接收ATOF信号，并且控制从治疗换能器阵列205到目标组织221的超声波能量的传输。
计算单元213还可被连接到水处理器子系统207，从而允许该子系统控制治疗换能器阵列205以及治疗换能器阵列和患者之间的界面的冷却。在一种变形中，治疗换能器阵列205包括相控阵列超声波换能器。例如，该相控阵列可以包括以能够生成聚焦超声波的方式对齐的换能器230。该超声波收发器模块215通过接口板传递多通道电流217，以驱动形成相控阵列的多个换能器205的每一个。
包括治疗换能器阵列205和3D推动器225的治疗模块223与生成器中的电子接口板217和水处理器207这两者连接。在一种配置中，治疗模块223包括耦合到治疗换能器阵列的推动器。该推动器具有至少两个自由度，其能够在至少两个方向上移动治疗换能器阵列的聚焦。例如，如图12所示，推动器被配置为在俯仰和转动这两个方位上移动治疗换能器阵列205。可以通过在对治疗换能器阵列的相控阵列中的换能器供能时时进行相位调整来调整聚焦的深度。在另一种变形中，推动器包括能够提供至少三个移动自由度的3D推动器。在另一种变形中，推动器被配置为在治疗换能器阵列的驱动的和/或控制的移动中提供六个自由度。在另一种变形中，推动器被配置为在三维空间中移动治疗换能器阵列(因此在3D空间中引导治疗换能器的聚焦)，并且该治疗阵列可包括固定聚焦换能器阵列或换能器相控阵列或这两者的组合。
包括计算单元213、接口板217和收发器模块215的生成器203可被容纳在便携推车227内。如图14所示，在一个例子中，便携推车227包括具有轮子231的框体229，其作为底层支撑结构。生成器203的组件被容纳在便携推车中的两个层面233和235中。如图15所示，下层面233(又称为第一层)包括电源237(例如由英国亨廷登的Thurlby Thandar仪器公司制造的1200瓦双DC电源)、医学隔离变压器239、电池、电池板241和具有12个连接头的终端块243。参见图16，上层面235(又称为第二层)包括计算单元213、超声波收发器模块215、电子接口板217和电源板245。
在一个例子中，计算单元被配置为提供(a)超声波收发器控制，(b)ATOF靶向，(c)治疗模块的3D运动控制，(e)目标区域的3D目标追踪，(f)治疗传递，(g)状况处理(例如系统操作参数控制、系统关机控制等)，和(h)用户接口。
图17是用于治疗性系统201的一种变形的功能性方框图。该附图示出了子系统以及电子和管道互连。还示出了生成器203、水处理器207和治疗模块223之间的详细的互连。在该变形中，生成器203包括用于固定住以下子组件的盒子：(a)超声波收发器模块215。例如，该模块可包括具有高达256通道RF驱动和128通道接收能力的收发器，例如由华盛顿州雷德蒙德的Verasonics公司制造的超声波收发器。超声波收发器还包括治疗换能器阵列电源。例如，该电源可包括由计算单元通过USB控制的向收发器中的RF功率放大器提供电力的1200W电源单元。(b)用于控制系统并处理多种计算的计算单元213。该计算单元可包括具有一个或多个CPU的计算机，并且可进一步包括一个或多个GPU。例如，该计算单元可包括由加利福尼亚州库比蒂诺的苹果公司(Apple.Inc.)制造的iMac Pro计算机(具有用于与超声波收发器模块通信的PCIe扩展卡，还可包括用于附加的USB端口和/或RS-422的其他附加卡，一个或多个显示监视器，键盘，触摸板或鼠标)。(c)电子接口板217。该接口板可提供硬件以实现各个治疗阵列元件到超声波收发器模块中的放大器的阻抗匹配。板217还被进一步配置为为各个治疗阵列驱动通道提供功率监视(允许计算单元监视驱动通道)，支持ATOF导管驱动和ATOF传感器接收功能，和诸如治疗换能器的温度监视(例如检测PZT材料的热度)等其他工作，以及诸如治疗换能器阵列的物理翻倒或倾斜这样的移动等。
在一种变形中，电子接口板217包括电功率监视单元。电功率监视单元可包括电功率监视微处理器或微控制器，例如外围接口控制器(PIC)。如图17所示，电功率监视单元247检测去往治疗阵列的各个换能器元件的功率。在一种变形中，电功率监视单元被配置为监视去往换能器的电流。在另一种变形中，电功率监视单元被配置为监视去往换能器的电压。在另一种变形中，同时监视去往换能器的功率的电流和电压这两者。
在另一种设计变形中，提供高压电源以驱动治疗换能器阵列。高压电源可以位于超声波收发器的外部。高压电源的输出被连接到电子接口板，该电子接口板将来自外置电源的电功率提供到超声波收发器内，所提供的功率被用来驱动治疗阵列中的换能器。电子接口板中的电功率监视单元监视由高压电源提供的功率，并且监视由系统正在使用的驱动治疗换能器的全部功率。在一种变形中，电功率监视单元被配置为监视从高压电源通过电子接口板到收发器以驱动治疗换能器的电流。在另一种变形中，该电功率监视单元被配置为监视从高压电源到收发器的电功率的电压。在另一种变形中，监视从高压电源到收发器的电功率的电流和电压这两者。
图18示出了包括AC滤波的ATOF放大链路249的一个例子。在该例子中，考虑到信号的微小水平，在通过同轴电缆将信号传输到生成器中的电子接口板之前，检测到的ATOF导管信号在治疗模块中被立即放大251。在将信号从治疗模块传输到生成器之后，通过带通滤波器253对信号进行过滤和放大。超声波收发器模块前端可以基于可变的增益放大器，并且具有线性输入范围限制(例如大约为200mV电压峰值)，在此时具有软压缩增益衰减(soft comprsssion gain roll-off)(例如在真实250mV最大电压峰值极限值时终止)。这设置了用于在超声波收发器模块之前的前置放大级的最大可允许增益(例如，使用0.9mV作为最大ATOF接收器输出)。在一种变形中，可变增益放大器具有-27db至+11db的内部可调增益级，这可被用来最大化到12比特A/D转换器的实际ATOF信号，以使得可以使用大多数数值范围。到电子接口板的超声波收发器模块上的增益级可以通过外置电阻来设置并可以改变，例如在水箱中测试治疗阵列的操作。
参见图19，为了提供安全地电子隔离，可以提供导管延伸箱255作为生成器的一部分。导管延伸箱255包括用于靶向导管257的驱动和接收支持电路。在一种变形中，该箱包括确保生成器将符合用于患者的类型CF(IEC 60601-1心脏起搏水平)渗漏电流保护的信号变压器。变压器可以是1:1绕组，或者如果需要更高的驱动，可以执行变压器功能(也就是1:2.4)。电路中还可以包括一对稳压二极管(Zener diode)以确保到靶向导管的整体驱动电压被保持在安全水平。稳压二极管的电压依赖于变换器匝数比。T/R开关允许来自导管的返回信号以减小的幅度为收发器可用。这个信号也可被系统用来监视超声波信标信号的状态。
在一种变形中，如图17所示，通过2500W医疗级隔离变换器259来提供生成器的功率。图20示出了从AC输入到治疗换能器阵列的声学输出的功率传输261的一个例子。在该例子中，在各级的功率衰减都被管理，以使得在治疗换能器阵列的焦点处实现20瓦特。
系统中还包括附加的传感器(例如温度传感器、重力传感器、加速计、位置传感器、电流水平检测器等)，从而提供控制和安全反馈。在一个例子中，放置温度传感器以检测将治疗换能器阵列耦合到患者身体的流体。温度传感器可被放置在包括耦合水的薄膜和治疗换能器阵列之间。在治疗进程期间耦合水不断地流动以冷却换能器阵列和患者的皮肤。温度传感器允许治疗性系统监视耦合流体的温度，并且防止患者皮肤过热。在一种变形中，提供两个传感器，其中一个放置在更靠近薄膜和患者皮肤的地方，另一个放置在靠近治疗换能器阵列的地方。在另一种变形中，温度传感器被放置在包含耦合流体的薄膜上或内部，使得该温度传感器很靠近患者皮肤以提高对患者皮肤温度的检测，并且防止在过程期间烧伤皮肤。
温度传感器还可被放置在治疗换能器阵列上以监视治疗换能器阵列的温度。当对治疗阵列供能时，治疗阵列可能变热。监视治疗阵列的温度允许系统确认治疗阵列在其期望的工作范围内工作，并且确认耦合流体正在正常工作，并保持治疗阵列的温度较低。例如，系统可以监视一个或多个温度传感器，并且一旦一个传感器检测到温度超过预定阈值，则向操作者提供警报。一旦该温度超过第二阈值，系统可以启动关闭进程。
该系统还监视正由生成器消耗的用以驱动治疗换能器阵列的电流。参考图17，电功率监视组件247被配置为检测驱动治疗换能器阵列205的电流水平。电流消耗是指示治疗阵列中的换能器的执行/状况的参数。当消耗了不正常的大量的电流以驱动治疗换能器阵列时，这表示治疗换能器阵列工作不正常(例如过热，或者一个或多个换能器元件损坏了)。该系统具有预定电流阈值，使得当换能器阵列消耗的电流超过该阈值时，系统将停止治疗处理，并且向操作者警告该状况。
在另一种变形中，系统还包括以一个或多个位置传感器和/或方向传感器用于检测治疗阵列的位置和/或取向。该位置传感器可包括电容换能器、线性可变差分变压器、压电换能器、接近传感器、旋转编码器、线性编码器或其他本领域普通技术人员熟知的用于位置或位移检测的传感器。方向传感器可包括重力传感器、加速计、倾角罗盘、机电方向传感器、光力学方向传感器、陀螺仪传感器或其他本领域普通技术人员熟知的用于取向检测的传感器。
在一种变形中，诸如3轴重力传感器的3D方向传感器263被耦合到如图17所示的治疗换能器阵列，从而确定治疗换能器阵列的取向。该系统可连续地监视治疗处理期间的治疗换能器阵列的取向。治疗计划要求在治疗区内的多个区域的聚焦超声波治疗。在治疗计划的执行期间，随着治疗了一个区域并且系统将治疗换能器阵列的聚焦从第一区域移动到第二区域，该系统希望能够基于从重力传感器接收到的信号来检测治疗换能器阵列的取向上的相应变化。如果系统给予指令以移动治疗阵列的聚焦到新聚焦区域，但是重力传感器指示治疗换能器阵列并没有移动，或移动到与新聚焦区域不对应的取向，这可能指示治疗模块没有正常工作。依据预设的参数，该系统向操作者警告这样的错误，关闭治疗处理，或同时执行这两者。
参见图21，在一个例子中，治疗处理265包括以下步骤。系统首先确定具有要在治疗区内传递的预定治疗图样267的治疗计划。例如，如图22所示，治疗区可以是由操作者确定的或者基于目标信标的位置而围绕区域269的环形图样。系统首先靶向第一治疗区域。接下来将聚焦超声波能量传递到第一治疗区域271。在使用规定的超声波剂量对第一区域治疗之后，系统靶向第二治疗区域273。接下来系统验证随着将治疗换能器阵列205的聚焦从第一治疗区域271导向第二治疗区域273治疗阵列取向的改变。如图23所示，随着系统靶向第二治疗区域273，期望的是相应地移动治疗阵列205，并且将治疗阵列的聚焦导向到第二治疗区域。验证步骤可包括：验证治疗阵列取向的改变与第一和第二治疗区域的相对位置相一致。该步骤可进一步包括计算为将治疗阵列的聚焦从第一治疗区域移动到第二治疗区域治疗阵列所需的移动，并且验证治疗阵列的取向改变与治疗阵列所需的移动相一致。或者，系统可确定为将聚焦从第一治疗区域移动到第二治疗区域治疗阵列所需的角旋转，并且验证治疗阵列的取向改变与所需角旋转相一致。可以通过方向传感器263来测量取向改变，该方向传感器263可以耦合到治疗阵列205。一旦系统确认了治疗阵列已经移动到期望位置，系统接下来执行对第二治疗区域的治疗，并且传递聚焦超声波能量到第二治疗区域。随着系统执行从一个目标区域到下一个目标区域的治疗计划而重复以上步骤。
在另一种变形中，3D方向传感器275被耦合到治疗模块223中的给药器209。方向传感器275允许系统监视给药器的取向。图24示出了治疗模块223的例子，其中该治疗换能器阵列205被放置在治疗模块223的给药器209内。治疗阵列205可以相对于给药器209独立移动。给药器被连接到基底推动器211，其允许操作者调整给药器209的位置。在一种变形中，基底推动器是机电驱动的，并且可以由计算单元来控制它的移动和位置。在一种变形中，基底推动器的位置和方位是由操作者手动控制的。
第一重力传感器263被耦合到治疗阵列205以检测治疗阵列的取向，第二重力传感器275被耦合到给药器209以检测给药器的取向。给药器具有用于接触患者皮肤的薄膜277。第一端口279用于注射脱气和冷却的液体到腔室281，以保持治疗换能器阵列冷却，并且保持与患者接触的薄膜277冷却。在该例子中，提供三个温度传感器283、285和287以监视给药器内的温度。第一温度传感器283被耦合到治疗换能器阵列，第二温度传感器285被放置在治疗换能器和薄膜之间以测量流过其间的液体，第三温度传感器287被嵌入在薄膜277内或者在薄膜277上。
随着将推动器211的基底调整为与容纳治疗换能器阵列205的给药器209相对齐，系统期望能够检测给药器的取向变化。监视给药器中的这样的方向传感器允许系统确认已经达到这样的取向的移动和变化。
在治疗协议内的特定时间框架期间，操作者可能希望移动治疗换能器阵列的取向，但是同时希望给药器保持静止。如果系统检测到治疗换能器阵列无法移动，或者给药器意外地移动了，这表示发生了错误，并且按照治疗协议的规定，系统向操作者发出提示，和/或关闭治疗模块。
在一种变形中，治疗换能器阵列被可移动地安装在给药器内，并且由位于生成器内的多通道RF功率子系统(例如超声波收发器模块)提供电力。治疗性阵列和系统的集成处理可以生成控制参数集合，使得系统能够产生到患者体内目标区的具有一个或多个预定功率分布图样的临床期望声学功率。
在一些变形中，系统集成进程被定义为具有一定灵活性以补偿未确定的临床热量需求。可以通过控制参数的设置来改变诸如聚焦位置、功率、功率分布和功率分布变化时间序列等控制参数，并且在校正或优化处理期间也可以修改这些参数。
图25示出了用于超声波治疗性系统的功能步骤289的一个例子。操作者将治疗换能器阵列耦合到患者身体。该系统接下来定位要被治疗的目标区域。在使用追踪信标的系统中，可以通过将追踪信标放置在目标区域中或靠近目标区域的位置的定位追踪信标系统来实现以上功能。ATOF接收器可被用来定位信标的位置。在另一种变形中，可以通过使用允许用户识别目标组织和标记目标组织用于追踪的图像换能器阵列来实现该步骤。系统开始追踪目标组织，并且维持治疗换能器阵列的聚焦在目标区域内。基于从治疗换能器阵列到目标区域的位置和距离，系统接下来计算用于治疗的聚焦超声波的剂量。剂量规划可包括确定剂量的量、用于各个剂量的聚焦超声波的强度和用于传递各个剂量的时间。剂量规划还包括计算用于驱动治疗换能器阵列以实现在治疗换能器阵列焦点处期望功率的相位控制参数和功率输出控制参数。系统接下来启动治疗，并且基于规划的剂量将聚焦超声波传递到治疗区域。
图26示出了用于超声波治疗性系统的功能步骤291的另一个例子。进行临床前评估以确定用于布置治疗换能器阵列的期望位置。临床前评估还包括确定用于布置声学信标的位置。治疗模块上的给药器被放置为接合患者身体。ATOF接收器检测声学信标的信号，并且接下来系统计算信标相对于治疗换能器阵列的位置。基于ATOF信号，系统调整治疗换能器的位置以追踪信标，从而追踪围绕或相邻于信标的期望的目标组织。系统可被配置为确定聚焦超声波传递的功率和相位。可选地，可以调整给药器的位置以最小化目标深度(即目标深度最小化，最小化从治疗换能器阵列表面到目标的距离)。
在一种变形中，在初始ATOF计算期间，坐标的原点被设置在阵列的末梢处。当倾斜阵列205时，ATOF深度将更深(参见图27)。在一种方案中，“目标深度最小化”的步骤包括调整治疗给药器以使得阵列表面尽可能的平行于皮肤以最小化皮肤和换能器表面之间的间隙。
在一种变形中，目标深度最小化包括四处移动给药器，并且监视从目标区域293或目标区到治疗换能器205的距离以定位给药器在患者身体上的位置，其中治疗换能器阵列和目标之间的距离被确定为尽可能的小(因此，最小化治疗期间的能量损失)，同时停留在治疗窗口内并且避免在治疗性超声波场的路径内的骨结构(肋骨和脊柱)。换句话说，目标深度最小化将在具有清楚的声学接入窗口的条件下最小化治疗性超声波焦点深度。可使用信标信号或者使用成像设备(例如CT，或成像超声波等)来识别目标区域或目标区。可以通过操作者的手动观察实现，或者通过在计算单元上运行的应用来进行在目标深度最小化处理期间对目标和治疗换能器阵列之间距离的监视。如果支持给药器的基底推动器被配置为具有机电驱动器和/或机器人控制，则通过由计算单元控制的反馈，通过手动地调整给药器位置，来完成用于识别目标深度最小化的位置的给药器的调整。
可选地，该步骤还提供骨发现(bone finding)，骨发现允许系统检测在从换能器阵列到目标区域的超声波通道内的骨头的干扰。可以通过使用超声波成像探头来定位骨头边界并且人工标记关于患者身体的窗口，或者通过使用ATOF接收器和/或治疗性换能器接收来自超声波信标的信号来完成骨发现，并且骨发现确定换能器和信标之间的具体路径是否受到骨头的阻碍。
在另一种变形中，系统可包括相位畸变校正的步骤，该步骤允许系统调整从治疗阵列内的各个换能器发射的超声波相位和功率，从而补偿沿着从换能器到目标组织的传输路径的组织和材料特性的变化。基于从治疗换能器阵列到目标区域的位置和距离，系统接下来计算用于治疗的聚焦超声波的剂量。
剂量规划包括确定剂量的量，用于各个剂量的聚焦超声波的强度和用于传递各个剂量的时间。剂量规划还包括计算用于驱动治疗换能器阵列以实现在治疗换能器阵列的焦点处的期望功率的相位控制参数和功率输出控制参数。基于规划的剂量，系统启动治疗并且将聚焦超声波传递到治疗区域。
操作者可以进行治疗后评估以确定治疗是否成功。治疗后评估可包括一个或多个生理参数的评估或测量，从而确定治疗是否已经成功。例如，在肾去神经进程中，可以监视肾脏的荷尔蒙分泌的进程之后的具体指标。还可以在一段时间后监视患者的血压以确认血压降低。另外，可以应用血管内(例如血管内超声波成像导管)或无创成像(例如MIR、CAT扫描)以评估治疗后的肾动脉的状况。
图28示出了生成器相位控制和输出功率控制的互连关系295的一个例子。可以使用来自相位畸变校正和治疗目标位置子系统的输出作为生成器相位控制子系统的输入。可以使用相位控制、阵列阻抗测量和剂量规划子系统的输出作为声学功率控制子系统的输入。
图29示出了治疗换能器阵列205的几何结构的一种变形。通过金属框体和电极绝缘切口将阵列划分为3段297、298和299。参见图30，在该例子中，在顶面段(topside)297上具有76个元件，在A侧段298和B侧段299上均具有77个元件。每个阵列换能器元件都连接到提供该元件独立相位和功率控制的系统通道。
可以通过改变各个元件的控制参数(相位、功率和时间序列)来修改诸如焦点位置、功率和功率分布等声学场的特征。在一种变形中，A侧段和B侧段连接在一起以用于系统控制的集成。在另一种变形中，A侧阵列元件和B侧阵列元件由单独的通道驱动。
图31是放置在治疗区之上的相控阵列治疗换能器阵列205的图形表示，该治疗阵列的焦点带指向治疗区。示出了治疗区296内的多个目标区域。还示出了包括轴心点(用于将阵列移动以焦点带的位置)的位置和阵列的声学能量中心的阵列205的几何形状。
在一种变形中，紧接着是后续步骤294，用以配置系统，从而提高在传递聚焦超声波能量场到目标区域时治疗换能器阵列的性能。首先，参见图32，针对沿着Z轴的多个焦点位置生成相位表。在一种变形中，基于时间延迟生成相位表。在另一种变形中，基于相位移动生成相位表。其次，为治疗阵列中的各个个体的换能器生成用于多种功率需求的功率表。第三，组合相位表和功率表以及时间控制序列以生成所需的功率、功率分布和变化序列。评估治疗性阵列和系统集成。
为了生成相位表，首先确定阵列中各个换能器的元件几何中心。各段中的各个换能器元件都存在几何中心。当确定治疗性阵列结构时，可以确定这些元件的几何中心。在一种变形中，假设阵列表面是平坦的，对于所有阵列元件来说Z0都是相同的，例如理想状态下是零。Z0还可被用来补偿治疗性聚焦和由超声波脉冲/回声或成像方法测量的靶向深度之间的变化。A侧和B侧沿着Y轴对称。因此，通过将“-1”乘上B侧段中的X轴位置而产生A侧中的环形元件位置。
接下来，确定光束控制区和焦点位置。通过临床热量需求和热剂量仿真来确定光束控制区和焦点位置。可以通过优化处理来确定焦点区和焦点位置。图33示出了焦点位置分布的一种提出的采样图样292。为了灵活控制焦点区和焦点位置，选择18个位置来生成用于治疗的图样或声学功率分布的网格(也就是共计18个目标区域)。直径为D的圆被包装在六边形中。在该例子中，当治疗围绕血管的组织时，图样的中心是空的，从而最小化被靶向的组织(例如血管)中央部分的超声波能量暴露。所有的焦点位置都在XY平面上并且在5D直径的圆内。由ATOF位置确定Z轴上焦点位置的深度。
为了计算用于确定驱动治疗换能器阵列中的个体换能器的电能相位，生成相位表，使得通过治疗阵列中的多个换能器发射的超声波场到达单个焦点。通过调整通过个体换能器发射的超声波的相位，可以调整沿着Z轴的治疗阵列的焦点。
可以基于以下描述的例子来计算用来将元件能量聚焦到3D空间中的焦点位置的元件的相位角。
假设：
目标Z深度：ZT
3D空间中的焦点图样：(xi,yi,dzi)(i＝1,2,3,...,N)
那么，
3D空间中的焦点位置：(xi,yi,zi)(zi＝ZT+dzi)
其中，dzi＝zi-ZT是相对于目标位置ZT的焦点位置(Z)的Z轴偏移。dzi被用来优化3D空间中的焦点位置，并使得焦点图样与Z轴深度无关。dzi的缺省值为0，也就是dzi＝0。因此，相对于靶向的焦点Z轴深度(ZT)的从元件到目标的超声波传播时间为：
T i = ( x i - x o ) 2 + ( y i - y o ) 2 + ( Z T + d z i - z 0 ) 2 - Z T V , ( i = 1,2 , . . . N ) - - - ( 1 )
其中，V是在应用期间指定的超声波传播介质的速度。在一个例子中，使用以下两个缺省值：
对于10°的水来说V＝1.4473mm/us
对于37.5°的水来说V＝1.540mm/us(也就是人体温度的组织速度)
在一种变形中，系统使用时间延迟方法来控制聚焦在期望目标位置的治疗换能器阵列。在另一种变形中，系统使用相位移动方法来控制聚焦在期望目标位置的治疗换能器阵列。
当使用时间延迟方法来控制疗法阵列的聚焦时，具有到目标最长距离的元件(即位于环153中的元件)的阵列中的各个元件之间的相关飞行时间延迟被设置到各个系统控制通道。
当在聚焦控制中使用相位角时，可通过以下等式计算具有工作频率f的元件的相位角：
θi＝2πfTi  (2)
将相位角θ从半径转移到[0°,360°]内的角度以用于系统控制，
θ i ′ = [ θ i 2 π - Int ( θ i 2 π ) ] × 360 = [ f T i - Int ( f T i ) ] × 360 - - - ( 3 )
可以使用以上等式(1)、(2)和(3)来计算用于系统聚焦控制的所有相位角。
以下将讨论当系统要求总输出声学功率(PA)或总输出电功率(PE)时，生成用于各个系统通道的增益设置值或电压控制参数的需求和进程。
在一些变形中，从使用阻抗测量装置测量得到的测试数据中提取出关于工作频率(f0)的治疗换能器阵列的电阻抗和相位。在工作频率上的各个元件的阻抗和相位被存储在系统内。
通过系统和阵列性能优化进程将工作频率(f0)选择为接近共振频率。
在一些变形中，实现了具有将相同电压驱动到连接治疗阵列的所有输出通道的输出驱动电路的超声波收发器。在这样的系统中，可以使用脉宽调制以改变驱动治疗阵列中的个体换能器的电能，从而实现整个治疗阵列表面一致的功率强度。例如，当收发器被配置为驱动相同的电压给所有通道时，这些通道的每一个被连接到治疗阵列换能器中的一个，并且治疗阵列中的换能器大小是非均匀的，可以使用脉宽调制以驱动较多电功率到较大的换能器元件，驱动较少的电功率到较小的换能器元件，使得能够实现整个换能器阵列的表面的统一的功率强度。在一些变形中，可以做出进一步的调整以考虑从各个换能器元件到焦点的距离以及在其路径内的吸收/干扰，使得各个换能器元件传递相对于焦点的相同功率强度。
以下将描述确定系统脉宽调制、电压控制和ATOF变换率的一个例子。如图34所示，超声波收发器模块发射电路可以生成脉宽调制的波形290。
通过以下等式描述该波形：
V ( t ) = 0 0 &le; t &le; T 4 - &tau; 2 V 0 T 4 - &tau; 2 &le; t &le; T 4 + &tau; 2 0 T 4 + &tau; 2 < t < 3 T 4 + &tau; 2 - V 0 3 T 4 - &tau; 2 &le; t &le; 3 T 4 + &tau; 2 0 3 T 4 + &tau; 2 < t &le; T - - - ( 4 )
其中V是系统需要的输出电压，τ是发射波形的脉宽。
V(t)是周期为T的周期波形。还可在频域内将V(t)表示为无限数量的正弦和余弦波形的组合。
V ( t ) = V 0 * 4 &tau; T &Sigma; n = 1 &infin; sin ( n&pi;&tau; T ) n&pi;&tau; T cos ( n 2 &pi;&tau; T ) , n = 2 k - 1 ; k = 1,2,3 , . . . &infin; - - - ( 5 )
其中脉宽调制占空比(PWMDC)定义如下：
PWMDC = 2 &tau; T - - - ( 6 )
因此，
V ( t ) = V 0 * PWMDC * &Sigma; n = 1 &infin; sin ( n&pi; * PWMDC 2 ) n&pi; * PWMDC 2 cos ( n 2 &pi;t T ) , n = 2 k - 1 ; k = 1,2,3 , . . . &infin; - - - ( 7 )
或者
V ( t ) = V 0 * 4 &pi; &Sigma; n = 1 &infin; 1 n sin ( n&pi; * PWMDC 2 ) * cos ( n 2 &pi;t T ) , n = 2 k - 1 ; k = 1,2,3 , . . . &infin; - - - ( 8 )
在治疗阵列包括可变大小的换能器元件的应用中，各个换能器元件的元件阻抗都不同。因此，调整脉宽调制使得所有所有换能器元件都能实现相同的功率强度。
脉冲调制的波形仅包括奇数谐波。图35所示了谐波288之中的能量分布。
一阶谐波的振幅如下：
V 1 = V 0 * 4 &pi; * sin ( &pi; * PWMDC 2 ) - - - ( 9 )
在治疗性超声波应用的一些变形中，仅有脉宽调制波形的一阶谐波能量会与治疗性阵列共振并生成期望的声学能量。其他更高阶的谐波(例如三阶、五阶和七阶谐波)将生成消散在阵列内的热量。在如图35所示的例子中，一阶谐波能量286几乎与处于50％至85％的脉宽范围内的脉宽线性地相关。更高阶谐波能量还处于相同范围内的最小值。因此，在一些变形中，脉宽被限制在从60％至75％的范围内以用于生成治疗性声学能量。在一些其他变形中，脉宽被限制在从50％至85％的范围内以用于生成治疗性声学能量。在另一些变形中，脉宽被限制在从45％至90％的范围内以用于生成治疗性声学能量。
下面描述了基于元件阻抗来确定阵列元件的电功率分布的例子。可以由连接到阵列元件的通道的输出电压(Vi)来计算在其一阶谐波处施加到各个阵列元件的电功率(Pi)。
各个元件治疗阵列的阻抗可以不同，这是因为阵列元件面积的偏差，以及调谐电感值的不同。例如，如图29所示的阵列205中的换能器元件具有不同的阻抗，这是因为各个阵列元件因阵列的扇形结构而具有不同的表面面积。在一些变形中，收发器系统无法单独地调整各个通道的电压。因此，可以实现脉宽调制以修改驱动各个单独通道的能量。
在一种变形中，一旦确定了输出电压，就可以通过调制脉宽来调整阵列元件的一阶谐波能量。假设总电功率将被施加到治疗性阵列，并且各个元件将加载相同的电能密度。接下来，确定施加到各个阵列元件的电功率。当各个元件的电子阻抗、相位角、元件面积、脉宽和所需电输出功率都是已知的时候，可以计算各个元件的电压。
在一个例子中，假设制造阵列时，由电能转换为阵列元件的声学能量的效率大体相同。所有阵列元件上相同的电强度大约等于阵列表面上相同的声学功率强度。为了生成各个元件上相同的电强度，选择具有平均元件面积和67.5％(即50％和85％的中间值)平均脉宽的参考元件。对于其他元件，可以相对于参考元件来调整PWMDCi。
在一种变形中，
如果PWMDCi≤0.5，则PWMDCi＝0.5
如果PWMDCi≥.85，则PWMDCi＝0.85
PWMDCi是特定换能器元件的PWMC；Ai是特定换能器元件的表面面积；Zi是特定换能器元件的声学阻抗大小；是特定换能器的阻抗的相位角；PWMDCm是参考换能器元件的PWMC；Am是参考换能器元件的表面面积；Zm是参考换能器元件的声学阻抗大小；是参考换能器的阻抗的相位角。
等式(9)示出了可以基于相对于参考换能器元件的(a)表面面积、(b)声学阻抗大小和(c)其阻抗的相位角和(d)参考换能器元件的脉宽的各个特定换能器元件的(a)表面面积、(b)声学阻抗大小和(c)其阻抗的相位角来确定单独换能器元件的脉宽。
以下将描述基于聚焦处的元件分布来确定治疗阵列元件电功率分布的一种变形。在聚焦处的各个元件的分布可因元件大小、到目标的距离、路径内组织衰减和阵列中元件与元件之间的制造工艺偏差而改变。一种补偿这些变化的方式是使用位于焦点位置处的水诊器来测量来自各个元件的压力(或能量)分布。接下来将各个控制通道的脉宽调整为适当的值。水诊器测量来自阵列元件在其一阶谐波处的压力与连接到阵列元件通道的输出电压成正比。可以使用PWMDC将压力调整或补偿为合适的值。
III.治疗换能器阵列
治疗性超声波系统可被配置为具有多种治疗换能器阵列设计。依据治疗指示和/或临床应用，阵列的几何形状可被成形以生成特定的超声波场图样。系统和换能器可被进一步配置为传递特定超声波能量到焦点。在一种变形中，对治疗性超声波系统进行配置以使得在治疗换能器阵列的焦点处的超声波功率强度在250W/cm2和350W/cm2的范围之间。在另一种变形中，在治疗换能器阵列的焦点处的超声波功率强度在200W/cm2和400W/cm2的范围之间。在另一种变形中，在治疗换能器阵列的焦点处的超声波功率强度在150W/cm2和450W/cm2的范围之间。
在另一种设计变形中，对系统进行配置以使得可以关闭治疗换能器阵列中的可选的换能器以调整超声波场图样。例如，在患者具有较小接入窗口的情况下，系统可以关闭治疗换能器阵列中的半环形阵列的个体的环以适应较小的窗口。
如图36所示，在一个例子中，换能器单元包括用于安置换能器阵列元件的基底框体301。在该例子中，基底框体的前端表面303包括用于支撑三个单独的换能器阵列段或裂片的三个岛状物305、307和309。基底框体301的背后311(参见图37)包括多个电连接器313，这些电连接器被配置为将电连接耦合到将要被放置在基底框体的前面的个体换能器元件。
图38表示连接到基底框体301的换能器阵列单元315的多个组件的分解图。换能器单元包括：换能器框体317；PZT治疗换能器阵列的左裂片319；PZT治疗换能器阵列的右裂片321；PZT治疗换能器阵列的上裂片323；用于使换能器阵列接地的多个管脚325；多个导热片327；用于板到板互连的柔性跳线329(用于传输电能到换能器阵列和从换能器阵列接收电信号)；用于与换能器阵列元件互连的印刷电路配件；用于ATOF接收器换能器元件的前置放大器331的印刷电路配件；用于将换能器单元耦合到推动器或驱动器的支架333和335，支架可以引导换能器单元的移动和位置。
图39是换能器阵列单元315的表面的自上而下视图。在该变形中，治疗换能器阵列337形成扇形形状(例如部分圆形、饼形、半环形等)。扇形形状包括在以交错形式放置的三个单独的扇形阵列319、321和323子单元。每个扇形子单元包括多个部分环形超声波换能器元件，这些元件以同心图样布置，以形成用于子单元的换能器阵列。图40示出了阵列子单元的上裂片323的末梢部分的展开图，图40示出了换能器阵列元件的同心图样339。如图所示，换能器元件341的表面面积随着从同心圆的中心的距离的增加而增加。
图41表示安置ATOF接收器换能器阵列元件345的框体343。在该例子中，存在十六个换能器元件。系统利用所有这十六个元件或者仅利用其中的一部分来定位追踪信标的位置。图42是换能器单元的顶视图，其示出了使用八个换能器347用于追踪的一种设置。该设置允许系统按需打开和关闭可选的接收器。例如，如果接收器发生故障，可以激活一个或多个其他未使用的接收器。
在该例子中，ATOF接收器换能器阵列元件提供用于声学飞行时间(ATOF)的超声波检测和治疗性超声波系统的追踪功能。使用超声波三边测量，系统可以定位目标组织，并且使用相对于治疗阵列的目标位置信息来将治疗模块的给药器放置在患者的背部，并且在疗法期间追踪目标的位置，从而将治疗性超声波的聚焦保持在目标之上。
ATOF子系统提供一种用于系统使得信标相对于给药器和/或治疗换能器阵列定位在患者体内的方案。例如，信标可被放置在患者的肾动脉中，该肾动脉是用于治疗的目标。由于信标驻留在肾动脉中，ATOF可以提供位置信息以帮助操作者在确定剂量之前将来自给药器/治疗阵列的治疗波束对齐到肾动脉。
在一个例子中，ATOF子系统包括四个主要的功能块，ATOF电子系统、靶向导管、ATOF接收元件、目标计算和数据记录。这四个功能块被整合在一起，以相对于给药器位置定位组织中的信标，该给药器包括ATOF接收器和治疗阵列。图44示出了ATOF子系统中包括的组件的其他细节。在一种变形中，ATOF检测算法/处理349被配置为从属于计算环境子系统351的一部分。
当ATOF被激活时，发射器发送沿着靶向导管351到信标353的电子脉冲。信标将电刺激转换为在组织中传播并朝向给药器355传播的压力波。
ATOF接收器元件可被放置在给药器中的已知位置。随着来自信标的压力波传播碰撞到接收器表面，在接收器元件中生成RF电信号。使用给药器357内的前置放大器355放大来自接收器元件的电信号，接下来通过给药器电缆将其连接到生成器359。在一种变形中，在前置放大器之前应用接收器元件的电感调谐以提高信噪比。RF信号和计算的x，y和z位置可被存储在生成器(数据存储器361)或存储在另一个外置计算机中以用于治疗后的进一步回顾。
在其远端携带有信标353的靶向导管351可沿着护套插入直至目标组织，例如患者的肾动脉。靶向导管的远端包括超声波换能器，例如以多种模式实现共振的压电设备。
诸如PZT换能器的超声波接收器元件347被放置在给药器的相对于治疗轴的已知位置。图42示出了一个例子。这些元件检测从信标传输的压力波。当检测到压力波时，到发生传输事件时的总时间差是与从信标到元件的总距离相关的。该距离信息与来自其他元件的距离信息相组合以确定相对于给药器的信标位置。
电子电路被用来激励靶向导管中的信标。发射器脉冲持续时间、脉冲频率和脉冲振幅都是可变的，从而提高ATOF性能。可以使用多路传输以提高信噪比和算法/计算性能。
电子隔离变压器可被用作ATOF系统和患者之间的电子安全屏障。在一种变形中，隔离变压器满足医疗设备的IEC电子安全标准。
集成在给药器中的电子前置放大器放大来自ATOF接收器元件的模拟信号。如果换能器元件直接耦合在给药器电缆内，则前置放大器的放置可以最小化信噪比的衰减。
模拟到数字转换器对检测到的RF数据进行采样，这些RF数据可被用于确定信标的位置的ATOF检测计算。位数、动态范围和采样率可能影响整体ATOF性能。
ATOF检测算法可以使用来自数字转换器的所有ATOF接收器的RF数据，并且检测从信标到多个接收器中的每一个的飞行时间信息。接下来系统基于三角原理和接收器的飞行时间信息来计算相对于给药器的信标位置(x,y,z)。具有数据存储器的计算机可被用来存储检测到的信标位置(x,y,z)和来自各个ATOF接收器的原始RF数据以用于将来回顾和错误分析。
在一种变形中，用于治疗性系统的ATOF子系统包括生成器、给药器、靶向导管和数据记录中的组件。
在一种变形中，使用以下参数和相关性来配置该系统。在治疗性阵列表面和患者皮肤之间的液体耦合界面的厚度可以从10mm至25mm变化。穿过给药器薄膜的能量损失不超过5％。当耦合到具有1.5M瑞利(Rayl)声学阻抗的介质(例如水)时，反射系数小于30dB(两侧)。在一些变形中，传播速度可在1.48mm/μ秒至1.54mm/μ秒范围内。
在一种变形中，使用至少以下聚焦超声波传递参数来配置该系统。最浅的目标位于皮肤纹理下80mm。最深的目标位于皮肤纹理之下140mm(参见图43)。路径内组织的平均衰减系数不超过0.9dB/(MHz cm)。
在一种配置中，如图41所示来放置ATOF接收器，并且ATOF坐标系统与图43所示的治疗性波束坐标系统363相同。ATOF发射器或信标的位置被定位为相对于ATOF坐标系统中心的信标的中心位置(机械轴心点)。在该配置中，ATOF坐标系统的原点位于机械轴心点365，其离治疗性轴81.411mm，在治疗换能器阵列的表面下方29.535mm。信标的方位由沿着三个轴(X轴、Y轴和Z轴)的三个旋转角来定义。
用于ATOF靶向和追踪的十六个超声波接收器(即位置传感器)被并入到给药器的治疗阵列基底框体中，以便于定位治疗性焦点的位置。可以单独地制造和测试ATOF接收元件，接下来将其整合到治疗性换能器组件中(即治疗换能器单元)。在一个例子中，十六个ATOF接收器345被放置在框体343上，接下来将框体343附着到治疗换能器基底框体301上。图41示出了十六个ATOF传感器345的位置。在一种变形中，ATOF接收器元件的直径约为1.2mm。
在一种变形中，使用以下参数配置ATOF子系统。ATOF子系统计算以0至25mm/秒移动的单个信标的相对于ATOF定义的坐标系统的信标位置(x，y和z)。测量ATOF位置信息的精确性并且通过“ATOF立体区域(volume)”367来定性ATOF位置信息(图43)。在一种变形中，启动ATOF测量、获取信号、数字化和计算位置所需的时间少于50毫秒。ATOF位置数据由系统记录。在一种配置中，至少8个ATOF接收器(例如图42中所示的八个接收器347)被机械地放置在如图41所示的位置，其具有例如X轴和Y轴上0.15mm的机械精度。电子隔离变压器被用作ATOF系统和患者之间的电子安全屏障。在隔离变压器的主侧和次侧之间的隔离电压至少为1.5KV。在该例子中，至少有八个前置放大器被用作ATOF接收器元件的第一模拟放大级，并且这些放大器驻留在治疗换能器阵列组件中。前置放大器具有至少25倍的放大增益，在从0.5MHz至4MHz的频率范围内通道到通道变化小于5％。接收模拟电路具有从0.5MHz至4MHz的-6dB带宽。通过一个或多个给药器同轴电缆将来自前置放大器的ATOF接收通道连接到生成器。数字转换器提供每次采样至少8比特的分辨率。数字转换器的采样率至少为20MHz。数字转换器的触发稳定度小于25纳秒。
在一种配置中，使用以下参数配置ATOF检测算法。每个接收器元件最多能够有8个信号被平均。信标位置(x,y,z)和原始RF数据可被存储以供进一步回顾。可以静态地(无换能器运动)、动态地(移动给药器)和/或与追踪同时地记录这些数据。
在一种变形中，耦合到给药器的治疗阵列组件的驱动器包括绕机械轴心点翻倒和倾斜治疗阵列组件的两个可控马达，从而易于在接触治疗期间追踪组织的移动量。控制系统从成像阵列子单元读取ATOF位置数据或位置信息，并且引导伺服控制以维持治疗性焦点轴(TFA)方位，使得其指向移动目标量。
在一个例子中，当追踪速度高达25mm/秒的目标时，ATOF位置读取显示距离TFA的X和Y距离都是零。正如由ATOF立体区域上的ATOF和目标速度范围所测量的，治疗性系统的追踪性能可以相对于追踪错误来表征。
参见图45-50，示出了多种其他扇形配置的换能器阵列设计。这些设计允许将聚焦超声波传输到离开中心轴的位置。中心轴被定义为从换能器阵列表面上的表面面积的加权中心延伸的垂直轴。这允许聚焦轴将被移动到扇形阵列的远端(或窄部)。图45描述了具有在1-2-3配置的分级阵型形状中配置的六个子裂片369的阵列。这些裂片369的每一个包括换能器的同心环(即部分环)。在一种变形中，在多个裂片上的所有换能器371共享它们的同心环图样的相同中心。图46表示交错的1-3-4配置。图47显示中心裂片373是凹形的交错配置。在一种变形中，设置凹形轮廓，使得在凹形表面的表面上的换能器阵列朝向共同的焦点。在一种变形中，中心裂片373被用于成像。在另一种变形中，上裂片375被用于成像。图48描述了阵列设置，其中由同心部分环形形成的第一(下)裂片377，第二(上)裂片379在诸如行和列格式的矩阵排列(或分块排列)中。上裂片379被配置为同时作为治疗超声波传递换能器阵列和用于定位及追踪目标组织位置的成像检测阵列这两者。图49描述了具有四个裂片的另一种交错扇形配置，其中心上裂片381换能器阵列337形成了矩形排列，而剩下的裂片中的阵列包括同心环形图样，其同心环的中心位于扇形轮廓的窄端383。在一种变形中，具有矩形排列的裂片被配置用于成像应用，而剩下的裂片被配置用于治疗应用。在另一种变形中，具有矩形排列的裂片被配置为同时用于成像检测和治疗传递这两者。图50描述了双扇形轮廓，其中来自两个扇形385、387的同心环的焦点轴在从两个扇形换能器阵列的交界389延伸的轴上交汇，或者围绕两个扇形换能器阵列的交界389延伸的轴上交汇。在另一种变形中，一个扇形阵列被配置为具有紧缩的聚焦，并被用于治疗，同时另一个扇形阵列被配置为较宽的聚焦区，并被用于第一阵列的焦点周围的成像。
参见图51，示出了扇形治疗阵列391的另一个例子。在该配置中，治疗阵列391包括三个裂片。分区1(393)包括以分块配置的换能器。图52详细示出了用于分区1(393)的孔配置。分块的换能器阵列可以是均匀分隔的，也可以是非均匀分隔的。在如图52所示的变形中，阵列元件在X方向上均匀分隔，但是在Y方向上不均匀分隔，更靠近中线的换能器元件具有较大的表面面积，并且远离中线399的阵列元件具有较小的表面面积。分区2(395)和分区3(397)包括成环形(也就是部分环形或环形)的换能器阵列。在一些变形中，分区1以1mm增量进行分割。在一些变形中，分区1的底平面(ground plane)不同于分区2和分区3的底平面。当分区1主要被配置为轴向成像时，分区1可被配置为具有比分区2和分区3更低的带宽。在其他变形中，分区1被同时用于成像和治疗传递，而分区2和分区3仅被用于治疗传递。在另一种变形中，所有三个分区都被配置为同时具有成像检测和治疗传递的能力。在一些变形中，成像频率和治疗频率被配置为相同的值，例如0.95MHz。在一些其他变形中，成像频率和治疗频率彼此不同。
为了驱动换能器阵列可以同时用于成像和治疗应用，可以使用一个或多个多通道超声波收发器。在一个例子中，使用两个收发器，其中一个具有154个通道仅用于治疗，另一个具有347个通道用于成像和治疗。在一种变形中，成像阵列被配置为具有至少2cm×2cm的视场。在一种变形中，图像阵列被配置为在阵列边缘具有6db。可以实现具有更多通道的收发器和/或附加的收发器以支持更大的视场。
参见图53，示出了用于治疗性阵列中的个体的换能器的元件设计398的一个例子。制造治疗性阵列的方案包括利用这些个体的元件398，并将每一个放置在连接在一起但是彼此可以部分地或完全地独立控制的基板中。以下是用于制造较大治疗性换能器的个体元件的制造方法的实施方式：将电极电镀在半波长厚陶瓷板的两侧；第二电极被放置在四分之一波长厚的刚性板上；可以钻通和可选地预分块/蚀刻用于图样或多个个体换能器的暗供给口(bl ind feed)。接下来将板和板材层压在一起。接下来使用低粘度环氧树脂层压分块阵列和柔性板材。在优选的实施方式中，不进行切口补充，或者进行最少量切口补充，以使得在换能器元件396之间相互隔离。
在另一种设计变形中，换能器阵列394被配置具有凹面轮廓392，例如图54中所示的例子。该特定设计变形组合有具有凹面的扇形轮廓。图55描述了图54中所示的阵列394的截面图390。
本文所公开的多种阵列设计，例如具有同心环元件的扇形轮廓以及具有凹面的扇形或饼形设计，可以有助于从在患者身体的表面上的不具有障碍物的位置(在超声波窗口内)传递超声波到位于障碍物之下的目标(例如胸腔)。图56是示出从位于治疗窗口中的超声波阵列394传递聚焦超声波能量，并且传播超声波能量到位于胸腔388之下的焦点的图形表示。在该例子中，目标位于肾动脉386周围。图57表示图56中示出的相同设置的侧视图。
参见图58，示出了扇形换能器阵列设计384的另一种变形。在该变形中，在从扇形轮廓的窄端到扇形轮廓的宽端的沿着阵列长度的同心排列中，阵列元件382被部分地弯曲。图59表示具有分块或矩形排列的另一种设置。在所示的特定设计中，顶部380被设置在交错排列中。如图58和59所示的设计可实现为平坦表面或凹面阵列轮廓。
图60表示集成在治疗模块376中的凹面轮廓换能器阵列378。在该设计中，单独的成像换能器阵列374被并入在模块376中以提供目标成像和追踪。在一种变形中，成像换能器被配置为提供目标区域的3D图像，例如2D换能器阵列可以扫描一定的体积以产生3D图像。在另一种变形中，使用2D超声波换能器，换能器头被配置为使得可以使用驱动器来旋转和/或移动该换能器，或者手动地将其耦合到换能器的基底，从而使得1D换能器阵列结构可以扫描并检测2D图像。得益于本公开的本领域普通技术人员将明了本文的描述中可以组合地应用2D或3D超声波成像检测器。
在一种变形中，如图61A所示，凹面治疗阵列包括凹面基底支撑或基板372，在基底支撑372的表面上具有蜂巢结构370或多个空腔368，用于安置单独的换能器元件。基底支撑还可被称为基板，并且可以使用如下所描述的三维制造工艺来制造该基板。与超声波元件基本平行的平面是沿着例如图61N中的2340、2350、2360的方向。正交于平行平面的轴是如图61M中的2320、2330和2310所示的深度或Z方向。
在另一个实施方式中，如图61B-C所示，一组随机的压电元件2030被放置在创建三维阵列的球形罩2050上面，这些压电元件可被用于成像、治疗或这两者的组合。在一种最简单的实现方式中，各个元件2030彼此都相同，并且各个都是单个的元件换能器。重要的是，各个压电元件是在由基板2000的机械设计所定义的球形基板2000上具有一定取向的单个的元件换能器。在另一个实施方式中，各个单独的换能器都是不同的，或者存在许多组具有更复杂超声波生成器的个体换能器；例如，各个个体换能器本身可以具有元件的相控阵列集合。通过包括三维打印技术的多种方法来完成基板的设计和制造。在这些技术中，使用加成工艺使得可以创建几乎任意类型的形状；例如，对于机械加工工艺较难实现的曲面。三维打印中的通用加成工艺包括例如选择性激光融化(SLM)、直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)和诸如立体光刻(SLA)的聚合物固化类型处理。各个单独的元件换能器(图61D)可以装入到基底基板2000中的空间2010中。还可以创建中心连接2020以将具有压电元件的基板附着到整个系统的任意其他组件。
图61C描述了通过三维打印技术生成的治疗性换能器2050的例子，其中单独的个体元件换能器2030被机械地引导到基底结构2050的一个取向。例如，三维打印提供轻松地创建脊和支架(2065，图61D)的能力，使得单独的超声波换能器2030可以基本上滑入配合到位。由于个体元件2030的位置及朝向治疗轴2035，个体元件2030的方位和位置可以有助于自然地聚焦2035，并且允许更有效的阵列设计。电子连接器2040允许与系统的其他部分进行通信，并且电子连接器2040也是以与其他单个元件换能器的统一方式来创建的。同样的，连接器也可以被滑入配合到位于标准超声波布线中。
可以使用阵列的部分或者阵列的全部来改变焦斑。例如，根据路径中是否有骨头或空气而打开或关闭一些元件。为了确定骨头是否在路径上，可以从阵列发出测试信号。接下来可以利用阵列上的接收器以确定返回的信号的类型。如果具有较大程度的反向散射，这表明路径中存在空气负载结构或其他大阻抗失配结构(即骨头)。另外，可以使用多种定相图样以适应因异质性引发的组织中的声学速度差异。这些异质性将引发焦斑的失焦，并导致聚焦处具有低于预期的强度。具有控制空间定相以应付不同组织和声音速度的能力将允许更高程度的聚焦和更高效的整机功率与焦斑功率比。
图61D描述了单个(或多个)元件换能器2030的近照。单元2030是治疗性阵列的构造块。2060是将换能器连接到系统其他部分和电源的同轴电缆。2070是阻抗匹配网络。脊2065可以是支架、螺纹等形式，并且脊2065是创建治疗性阵列的关键元件，这是因为其允许简单地和快速地制造治疗性阵列。脊的间距以及将单独换能器2030锁到基板上的能力简化了治疗性超声波阵列的制造工艺。还示出了从电源到PZT2075的接地连接2072和电连接。2090描述了PZT，其是生成超声波的材料。2095是换能器外壳，2085是声学匹配层。PZT可以是根据其功能(例如治疗、成像、环境感应或所有这些)的任意形状或大小。在当前实施方式中，PZT是平圆盘。在另一个优选实施方式中，单独PZT元件是罩形的。在一些实施方式中，个体换能器是也具有定相控制的多元件换能器。
关于该三维阵列的新颖之处还在于几乎完全使用相位控制来移动聚焦的能力，相位控制移动聚焦与本申请中其他地方讨论的机械移动截然相反。图61E-I描述了阵列的焦斑的仿真，其证明了焦斑能够仅使用定相来控制。图61E描述了聚焦在大约12cm的地方2110的具有随机分布元件的阵列2090。该仿真代表了沿着阵列的治疗轴的治疗的基本情况，该阵列具有紧缩的聚焦2110、不重要的侧裂片和靠近聚焦2110的平衡高斯类型2100强度分布。图61F描述了使用相同的阵列2090、但是聚焦更靠近阵列2090(大约离阵列8cm)的第二仿真；该情况中的聚焦控制的方向正交于第一种情况。如下所述，在这些仿真期间的发现是：通过提供在阵列表面上的单个元件换能器的随机分布，如仿真中所示的用于侧裂片生成的潜在可能性极小。实质上，任何有组织的侧裂片聚焦被消除，留下的是更纯粹的聚焦。切除肾神经的临床相关距离大约为8-15cm。图61G仿真了离阵列209012cm的聚焦距离，现在聚焦在14cm，再次具有紧缩的聚焦，并且没有有意义的侧裂片。图61H-I描述了相同的阵列2090，其具有从场中一侧到另一侧的定相仿真。即使在各个方向上离中心轴1-4cm的极限位置上，还存在来自聚焦2200的少量散射。因此，在该实施方式中，调整换能器元件的相位允许在平行于换能器元件的平面中移动，该移动在每个方向上为至少1cm甚至直到4cm。基于在先工作，这样的移动程度足够用来追踪诸如通向血管的血管并且对其进行治疗。
该阵列的发现性和新颖性特征是其在如仿真(例如61E-F)所示的超声波场内生成超声波聚焦的能力，而不需要外部超声波或可替换焦点的侧边裂片(也就是侧裂片)。
图61J-K描述了大体平坦的阵列，或者二维阵列。再次随机排列个体元件，但是该阵列现在是平坦的。在该实施方式中，由于平面是包括元件的平坦平面，因此易于辨识该元件的平面。个体PZT元件2030被放置在槽中，但是现在槽相比于大体更弯曲的三维基板(例如图61B)来说具有更大的曲率或角度2030。平坦设计2250允许实现关于先前讨论过的患者平台的更紧凑基板设计2250，因此这是一个优选实施方式。尽管如图61K所见的基板2250是平坦的，但是个体换能器元件2030实际上有一定角度。在有角度的情况下，对于换能器元件来说有最佳的聚焦。通过在临床相关深度上(例如临床所期望的最深深度)设置该最佳聚焦，可以使治疗效率最佳。也就是说，最高效焦点效率发生在大约最深临床深度处，从而最小化在最深治疗级别上的功率需求。该最佳聚焦被称为“优化焦点深度”。
图61L描述了多元件治疗性超声波换能器，其具有按入配合到由三维打印工艺制造的基板2250中的个体元件2030。还描述了相关联的超声波成像探头2270。该实施方式中的成像探头2270提供血管2283和其分支2285的二维图像2280。成像探头的头部2260包括压电换能器的阵列，压电换能器将成像能量聚焦到组织中9cm和15cm深之间的区域。在超声波图像中示出目标2286，并且该目标将显示在操作者可见的屏幕上。血管一般随着患者的呼吸或不安，或者脉动血流而移动。治疗性超声波元件2030由如图1所示的系统中的处理器分别控制，如下所示和所描述的那样，治疗的聚焦可在换能器每一侧的1-4cm范围内控制，并且从8-15cm的范围控制。成像换能器2270上的基准点2265允许在绝对坐标参考系2275中检测其位置。基准点可以是主动的或被动的。实际上其可以是光学的、惯性的或电磁的。该坐标系2275可被链接到治疗性超声波换能器2250和其坐标参考系2255，该坐标参考系具有用于在坐标参考系2255中确定物理位置的类似的基准点。
除了以上的设计特征，图61M描述了阵列的一些功能。通过改变元件2030的相位，可以使多个焦点2320、2310、2330沿着治疗性换能器的轴。同样地在图61N中，通过不同的定相图样，可能具有多个焦点2340、2350、2360。可以使用多种定相差异程序来创建这些图样，并且电子控制和追踪这些图像。
图61O-P描述了可以通过三维处理2000制造的两种不同的配置。在一种情况下，示出了罩形形状，在另一种情况下，描述了披萨饼形形状。在其他实施方式中，制造平坦的基板。可以使用三维打印设备来制造这两种形状。区域2010是压电元件装入超声波阵列中的指示区域。可以在阵列上某些位置可选地形成空间2020以满足需求。
因此，在用于制造超声波换能器的处理中(图61Q)，通过三维打印工艺2400来生产具有任意形状和轮廓的三维基板。基板包括脊，基板的轮廓使得单个或多元件压电换能器可以被按入或滑入、或者胶合到基板2410上的位置。三维打印、相同的“易于滑入”的换能器以及简单校正的组合允许快速地和非常灵活地改变超声波换能器设计，以最大化即将到来的临床任务的效率2440。可以使用数值仿真2450来快速地仿真针对任意身体区域的变化的设计，并且接下来可以快速的构建和测试原型。除了独特且新颖的阵列生成工艺，还有直接校正2420。为了在将单独换能器放置到位置之后校正整个治疗阵列，将压电传感器放置在焦点2035处。各个个体的元件2030接下来发送信号，其被焦点处的传感器所检测。基于换能器和传感器之间的声学飞行时间，可以确定阵列中的单独换能器的取向和功率传递效率。这差不多相当于自校正或自动校正阵列，其使得针对个体换能器元件2030的布置需求和公差拘束变得宽松。也就是说，精确布置和精确加工尺寸的公差对于自校正技术来说不再是一个问题。例如，在一些实施方式中，定位公差可以超过100微米或超过50微米，如果没有该新颖的自动校正技术，这将是无法接受的。在制造每个阵列后，对这些阵列进行校正，并且这些阵列的进一步特点是使用水箱中的水诊器。该特征证明自动校正事实上是成功的。因此，新颖的阵列校正技术允许使用诸如三维打印的制造工艺，这些制造工艺可能没有像其他标准或通常用于聚焦超声波的加工工艺那样精确。
在如图62所示的可替换设计中，实现了同心环设计368，其中一个以环形阵列置于扇形或饼段364形状孔的加权中心为中心366。在饼段形状孔内的居中环形阵列可以有效地聚焦到所有方位，且具有对称的性能。这可被用来追踪3D空间中的目标移动。剂量传递在3D空间中更加对称。在一种变形中，该阵列的表面是平坦的。在另一种变形中，该阵列的表面是凹面。
图63-66示出了凹面阵列设计的另一个例子。在该设计中，该阵列包括六个裂片362，这六个裂片被配置为传递超声波到单个焦点。图67-68示出了扇形设计的另一个例子，该扇形设计包括六个个体凹面板360，每个凹面板具有超声波换能器阵列。这六个个体的板被配置为引导超声波到单个焦点。图69和70示出了在阵列设计354中使用扇形和圆形轮廓的组合的另一个例子。圆形子单元的每一个进一步被配置为具有阵列元件的同心环358或部分环形356。圆形子单元的每一个被进一步配置为具有凹面轮廓，其凹面的中心位于圆形的中心。可以分别的激活个体的圆形子单元，以使得可以调整用于各个圆形阵列的焦点位置，从而使得圆形阵列可以被同步用来传递超声波能量到单个目标位置。
图71-72示出了另一个例子，其中多个换能器阵列表面被配置在交错的或平面外(out-of-plane)配置中，其形成了较大的相干聚焦超声波传递阵列结构。在该例子中，月牙形阵列352与居中的圆形350阵列相组合。在一种变形中，中心圆形阵列350被配置用于成像检测和治疗性传递，而四个月牙形阵列被配置为仅用于治疗性传递。在另一种变形中，中心圆形阵列350以一个频率工作，而四个外面的月牙形阵列352以不同的频率工作。
图73-75示出了另一种设计，其中用于各个治疗性阵列348的部分表面区域被分配为放置成像阵列元件346。因此，阵列将同时具有成像检测和治疗传递的能力。在这些例子中，成像元件被放置在扇形阵列轮廓的矩形形状区域中。成像阵列346的准确位置依赖于手边的特定身体结构。在一些实施方式中，在治疗阵列348中的多个位置有一个或多个成像阵列。当结构移动时，或者当期望更高三维空间分辨率时，可能需要这样的排列。
IV.追踪信标
一个或多个超声波发射器可被放置在或相邻于超声波治疗的靶向组织区域。发射器作为系统的信标，以定位治疗区域和追踪治疗进程期间治疗区域的移动，从而确保在治疗期间将超声波的聚焦维持在治疗区域中。信标还作为参考点，使得可以相对于信标的位置传递特定治疗图样。即使治疗处理期间目标组织不是静止的，这也允许系统传递在时间上连续地多个剂量的超声波以形成预定的治疗图样。系统追踪信标的位置，并且传递超声波剂量到参考信标位置的位置。
如下所述，相同或相似类型的信标被用于自校正或自动校正治疗阵列，这些治疗阵列可能以相对较低的装配公差放置在一起。
在一个例子中，追踪信标被配置为放置在导管(在本文中也被称为“靶向导管”)中的超声波换能器。可以通过脉管系统或患者身体内的其他孔口或腔将靶向导管插入到期望的目标区域，从而在目标区域中定位携带有信标的导管的远端部分。
在一种变形中，靶向导管包括无菌导管3F-6F(F是French的缩写)，该无菌导管可被放置到血管中，并且插入到目标器官以助于靶向(即治疗超声波的焦点的位置)。例如，导管可以插入动脉系统并且插入到肾动脉，用于引导围绕肾动脉的超声波治疗的传递。靶向导管的特征在于放置在其远端或远区域的小型超声波换能器，该超声波换能器传输超声波脉冲到标志其相对于治疗模块中的一组接收器的位置。该定位系统保证治疗期间对治疗组织(例如肾动脉)的明确靶向和稳定的目标区域追踪。
导管还可被用于间隙位置(interstitial position)，以允许靶向聚焦超声波到几乎任何组织，例如肝脏、前列腺、甲状腺、结肠和直肠；并且导管可被放置到其他动脉或静脉中，例如主动脉、门静脉、肝动脉、颈动脉、肠系膜动脉和腔静脉。
参见图76，示出了具有插入到保护套403的导管远端的靶向导管401的例子。导管的近端包括电子连接器，例如RJ45连接器405。近端可以进一步包括沿着导管长度的电子调谐模块407。
图77示出了靶向导管401的结构。该导管包括伸长的主护套409。连接到主护套远端的外护套411。主护套的近端被连接到电子调谐模块的远端。外护套411的近端覆盖主护套409的远端。包括PZT换能器的超声波发射器413被放置在外护套411内腔内的导管的远端。PZT换能器是包含活性材料、铅、锆酸盐和钛酸盐的换能器。如图78所示，靶向导管的远端部分的展开图，换能器内衬415被插入通过PZT换能器，并且进一步被插入到主护套409，使得换能器内衬的远端部分被放置在外护套411的内腔内。导向管417从导管的远端延伸通过主护套的远端部分，并且通过主护套409的侧壁穿出419。导向管允许通过导线插入技术来对患者使用靶向导管。导线(guide-wire)可以通过导向管近端退出的中部杆来进入靶向导管，然后前进到远端并且在远端穿出导管。该配置允许靶向导管沿着已经被放置到患者血管系统内的导线前行。
两条线421、423从远端连接器延伸，延伸通过导管长度到导管的远端，用于给PZT换能器413提供能量。一条线被连接到空心圆柱形PZT换能器的内壁，另一条线被连接到PZT换能器的外壁。
图79描述了在PZT换能器413的中点的导管401的截面图。环绕PZT换能器的外壁包括在提供良好声学传输的同时提供良好电子隔离的材料。在一种变形中，外层411允许高效传输来自PZT换能器的声学能量通过外层到患者体内组织，而声学能量的损失小于20％。同时，外护套电子隔离给PZT供能的电线，使得电流不会泄露到患者体内。
图80是靠近PZT换能器413的导管401的截面图。用于给PZT换能器413供能的两个电线421、423被放置在主护套的一个侧内腔内，而延长的保险丝425被放置在主护套的第二侧内腔中。保险丝从导管的近端延伸到远端，在远端连接到换能器内衬。
图81是PZT换能器413的透视图。PZT换能器具有从远端延伸到近端的空心内腔。如图82所示，其长度为0.02英寸。如图83所示，其内径为0.025英寸，外径为0.039英寸。
参见图84，换能器内衬415包括在远端处外翻的部分不锈钢管(例如SS704)。图85示出了部分地沿着管壁的一侧延伸的槽427。图86是侧视图，图87是从管的近端拉下管长的视图。在换能器内衬415远端的翻边429有助于确保PZT换能器在正确位置，并且防止PZT换能器移出远端。翻边进一步确保当保险丝被拉向近端方向时，以及内衬沿着朝向近端方向被拉动时，内衬将捕获PZT换能器，并且PZT换能器将与内衬一起退出身体。
图88是靶向导管401的远端部分的展开图，该靶向导管包括电子调谐模块407。调谐模块包括安置在近端管433内的电子板431。近端管433可以包括硬的材料，以向电子板提供结构支撑和保护。近端管还包括透明的或部分透明的材料，使得操作者能够看到安置在近端护套内的电子板。用于给PZT换能器供能的电线的近端被连接到电子板的远端部分。两个附加的电线将电子板的近端部分连接到位于导管近端的连接器。电子板431可以包括用于调谐和/或优化PZT换能器性能的电路。在一种变形中，该板包括用于电容匹配的电感。在另一种变形中，该板被配置为提供阻抗匹配，使得从连接到靶向导管的超声波收发器或发射器传输的电流可以高效地传输通过电线，以驱动位于靶向导管远端部分的PZT换能器。
参见图89，示出了靶向导管401的另一个例子。在该例子中，靶向导管包括把手435，其具有向远处延伸的导管杆437，以及向近处延伸的同轴电缆439。把手包括把手头441、把手连接器443和溢放口445。同轴电缆439的近端被连接到RJ-45连接器447。一对电线贯穿把手，并且通过导管杆延伸到靶向导管远端的换能器。在把手内提供有电线的辅助管束回路。如图90所示的导管的远端部分包括主护套管449、镍钛诺芯棒、双绞线电线451和保险丝453。如图91所示的导管401的远端包括PZT换能器455、导向管457和热缩套管459。保险丝453延伸到远端，并形成靠近PZT换能器455的“J”型钩461。在该例子中，PZT换能器包括具有大约0.049英寸轴向长度、大约0.039英寸外径和大约0.024英寸内径的圆柱体。
导管的中部杆具有用于允许导线接入到主护套管449内腔的侧开口463，其也被称为外管。该配置允许靶向导管401的导线插入。参见图92，导向管457(也被称为内管)被插入到主护套管449的近端，并且在主护套管内腔中延伸到靠近主护套管上的侧端口的位置。
如图93所示，主护套管449包括三个内腔，主内腔465、用于保险丝的圆形侧内腔和用于电线的椭圆形侧内腔467。使用环氧树脂(例如353ND-T环氧树脂)堵上三个内腔。电线从主护套管远端的侧内腔中退出。双绞线之一被附着到圆柱形换能器的外表面，而另一个被附着到圆柱形换能器455的内表面。保险丝从圆形侧内腔退出，并且形成J型钩，其远端末梢插入到主内腔中。
在一种变形中，环氧树脂被放置在PZT换能器和导向管之间，以将换能器固定到导向管。粘合剂(例如UV激活的粘合剂)被放置在PZT换能器的远端边界以形成锥部469。如图94所示，粘合剂还被用来填充PZT换能器455和主护套449之间的间隙471。收缩管459被放置在导管的远端部分(参见图95)，并且收缩以覆盖和固定这些组件。接下来切除超出的远端部分。
参见图96，示出了演示在肾动脉中布置靶向导管401的例子。导线被插入到患者腿部中的股动脉，并且前进到主动脉，接下来进入肾动脉473。一旦导线475的远端部分被放置到肾动脉内，靶向导管401就被放置在导线钩475上，并且推进到患者体内，直到靶向导管的远端部分被放置到肾动脉内。通过荧光检测，医师可以调整靶向导管以将导管内的信标放置在期望位置。例如，在一种变形中，医师可选择抽回靶向导管直到信标被立刻放置到靠近肾动脉的主分支。接下来，对信标供能，以提供用于治疗性超声波系统定位环绕肾动脉的治疗区域的超声波信号。
得益于本公开的本领域普通技术人员将明了，依据临床指示和具体应用需求，可以使用不同的尺寸(例如3F或4F(French))和/或不同的长度来构建靶向导管。在一种变形中，靶向导管的外径(OD)为4F。其能够填充到6F的导向导管或导向护套中。
另外，导管可被配置为具有两个或更多个信标。在一个例子中，如图97所示，靶向导管401被配置为具有两个信标477和479。医师可以推进导管，并且将两个信标放置到要被治疗的目标区域内。对于特定应用，两个信标可以提供用于在三维空间标记治疗区域的更好的指示。在一种变形中，其中环绕血管481的组织要被治疗，导管可被推进到期望的血管，其中两个信标放置在要被治疗的血管的截面上。这两个信标允许超声波治疗性系统确定血管的角方向，好似血管平放在治疗空间内，这允许系统计算治疗计划的位置，该位置围绕血管，并且考虑了位于两个信标之间的血管的段的角方位。两个信标排列还允许系统治疗两个信标之间的区域，同时避免将治疗性超声波的聚焦直接导向到一个或两个信标上。
在另一种变形中，三个或更多个信标被沿着靶向导管的远端部分的长度放置。三个或更多个信标允许系统计算和/或建模患者体内的靶向导管的路径和曲率，并且在用于治疗计划的三维参考系统中对其建模。
在另一种变形中，导管上还可包括无线电不透射标记，以增强靶向导管特定部分的可视性。例如，标记可被放置在远端末梢或邻近导管中的信标的位置。
在另一种变形中，一个或多个温度传感器(例如热耦合或热敏电阻)可被放置在靶向导管的远端部分，以用于检测环绕被治疗的组织的温度变化。可以监视目标区域中组织的温度以避免过热。例如，如果靶向导管被放置在血管内，并且使用治疗性超声波来治疗环绕血管的组织，一旦系统检测到血管中的温度超过预定阈值，则系统可以(a)终止治疗，(b)通过延长整体治疗时间和展开治疗时间间隔来修改治疗计划，或(c)减小治疗超声波强度，同时延长治疗时间以补偿整体剂量，从而避免过度加热血管，因而避免损害血管。
在另一种变形中，超声波换能器被利用来作为温度检测器。低功率电子激励可被传递到PZT换能器以探测(ping)该换能器，从而检测PZT换能器特性随着环绕PZT换能器温度改变而发生的改变。通过校正，用户接下来可以基于由温度引起的PZT换能器特性变化来确定温度改变，这是由于PZT换能器的特性响应于低功率激励变化。连接到PZT换能器的超声波收发器可以时分多路传输用于驱动信标信号的较高功率激励，以及用于确定温度的较低功率激励，以使得系统连续地向外发送一系列信标脉冲，同时检测其间的温度改变。
在另一个例子中，追踪信标被配置为放置在药丸或球丸内的超声波发射器。球丸被定位在目标组织内或目标组织附近，以提供用于介入目标的超声波治疗系统的信标。追踪球丸可通过导管、套管针或通过针注射而被定位在目标区域内。在一种变形中，一旦追踪球丸被定位在目标地点，其就不再具有任何外置物理连接。在另一种变形中，追踪球丸包括从球丸延伸出来的电线以提供电源。在另一种变形中，追踪球丸被配置为在患者体内移动到期望位置而无需外部物理接触。例如，球丸可以是金属或磁性体，使得可以使用磁场来调整追踪球丸的位置。在另一种变形中，可以通过能量的无创传输来改变或激励追踪球丸。例如，可以通过RF波对球丸中的电容电路激励或供能，一旦充电后，其将在一段时间内发射超声波频率，并且允许该球丸发射的超声波频率用作超声波信标信号。
在另一种变形中，信标被放置在针或套管针的远端末梢。例如，超声波换能器可被放置在针或套管针的远端末梢，而电线沿着针或套管针的长度通过杆的内腔朝向用于对换能器供能的近端。医师可以将针或套管针插入到患者体内，并且操纵针或套管针的远端末梢到目标区域。接下来针或套管针的远端末梢可以发射追踪/介入信号，并且允许超声波治疗系统定位治疗区域。
在一种变形中，三个或更多个信标被用来识别患者体内要被治疗的立体区域。可以通过不同的形式将三个或更多个信标放置在患者体内。例如，通过导管放置两个信标，通过插入在远端末梢具有信标的针来定位第三信标。
当利用两个或更多个信标时，两个或更多个信标都发射相同的频率。通过时分复用信标信号发射，超声波治疗性系统将一次检测一个信标的位置。在另一种变形中，各个信标利用不同的信号频率，使得来自不同信标的信标信号可被同时发射，并由系统检测用于位置计算。
在另一个实施方式中，信标用作用于检测超声波强度的传感器。当信标感应到聚焦超声波时，其可被用来发送反馈到处理器和电源以更改输出，创建闭环系统以施加功率到血管或组织的区域。在该实施方式中，聚焦超声波被施加到信标区域，并且测量聚焦处的实际强度。知道实际强度和期望强度后，可以调整系统的输出以达到期望的强度。
以下的例子将详细描述用于靶向导管布置的处理。通过使用标准经皮技术，将4F-6F插管器护套逆行进股动脉来建立血管通路。选择能够容纳3.0F导管的合适的引导导管(例如6F肾双曲线(RDC)引导导管)。将止血阀附着到吸引端口(lure port)，并且将活塞附着到止血阀的侧端口。将生理盐水(heparineized saline)的注射器附着到止血阀的侧端口上的活塞，并且冲洗内腔。使用荧光检测引导，将引导导管推进到肾口中的同轴取向。操作者可以获得并记录肾动脉(RA)血管造影片。
使用无菌技术，从靶向导管包装中取出靶向导管(TC)。在从靶向导管的保护圈中取出靶向导管之前，使用无菌生理盐水填充保护圈并使得导管被湿润。准备0.014”平衡中间质量(BMW)通用导线(GW)，其被用于插入到患者的脉管系统。将BMW导线的直端插入到靶向导管的远端，并且将其推进通过内腔，直到其从Rx端口(位于离远端末梢大约18cm的地方)和其曲面露出，而柔性端被完全封闭在靶向导管内。将靶向导管和预加载的BMW导线通过止血阀插入到引导导管，并且推进配件到引导导管的远端。使用荧光检测引导，将BMW导线推进到肾的解剖结构中在安全情况下尽可能远的地方。使用荧光检测引导，将靶向导管推进通过导线，并且将靶向导管信标定位到离第一肾动脉分叉点大约10mm近的地方(图90)。旋转止血阀以将靶向导管固定于引导导管。使用无菌巾钳或其他合适的装置以将靶向导管的集线器(hub)连接到无菌布帘(drape)，从而最小化靶向导管信标从目标位点移位的可能性。接下来，通过在靶向导管扩展箱附近无菌布帘中的小切缝，将靶向导管电子连接器通过无菌场。
图96示出了被放置在左肾动脉473内的靶向导管。在一种变形中，靶向导管401的信标483被放置在靠近第一肾动脉分支点485大约10mm的地方以定义治疗区。在如图96所示的例子中，信标被示为位于治疗位置487的远端，接下来操作者将可以缩回导管401，直到信标483被放置到靠近第一肾动脉分支485超过10mm的区域内。
使用荧光检测，操作者可评估和记录一段多次呼吸周期时间内肾内腔中靶向导管信标的稳定性。接下来操作者将确定和记录信标位置是否保持固定，或者相对相邻的肾壁是否发生了移动。操作者还可确定和记录相对于血管壁的肾内腔内靶向导管信标的位置(例如优、中或差)。
在另一个实施方式中，靶向导管是具有形状的装置，该形状与围绕该导管的组织的形状相适应，或者使得围绕其的组织变形适应其形状。例如，靶向导管包括流体可填充气囊，当其膨胀时可贴合血管的壁。在另一个实施方式中，导管末梢包括传感器来检测超声波能量(水诊器)，并传递信号到患者体外，该信号与聚焦超声波的强度成正比。通过该方式，可以查询靶向，并且聚焦超声波换能器位置相对于导管和信号发生改变。靶向导管还允许在组织或血管周围形成复杂的图样。例如，在导管上可能存在螺旋环传感器，该传感器使得外部系统能够以螺旋图样方式围绕血管传递能量。
V.使用信标追踪目标组织
一旦信标被放置到患者体内的正确位置，操作者可以启动治疗进程软件应用程序，其运行在生成器内的计算单元上。在一种变形中，系统被配置为提示用户识别患者并输入患者信息。治疗换能器阵列可被耦合到三个或更多个ATOF接收器，用于检测由放置在患者体内的信标发射的超声波信号。基于ATOF信号，系统接下来计算相对于治疗换能器阵列的信标位置，并且调整治疗换能器阵列的位置和/或取向，使得治疗换能器阵列的聚焦追踪信标的移动。在一个例子中，如图98所示，放置有治疗换能器阵列的治疗换能器单元501(又称为治疗换能器平台)包括三个ATOF接收器503以用于检测信标505的位置。在另一个例子中，如图99所示，ATOF接收器507被放置在放置有治疗换能器阵列511的给药器509上，治疗换能器阵列511能够相对于给药器509的外壳513移动，使得治疗换能器阵列511的表面可以追踪由ATOF接收器507检测到的信标505位置。给药器可被放置在基底推动器上，该基底推动器将允许操作者或系统单独地调整给药器的位置和/或取向。
在选择治疗的患者之后，系统可以让操作者选择用于治疗的换能器阵列。一些系统被配置为使用一个特定的治疗换能器阵列。其他系统可被配置为支持两个或更多个治疗换能器阵列。可使用由系统支持的不同换能器阵列的说明和/或校正数据来预编程该系统。操作者可选择治疗中要使用的换能器。一旦操作者选择了期望的换能器，该系统接下来将验证合适的治疗换能器已被安装在治疗模块中。如果系统检测到不同的换能器阵列在治疗模块中，其通知用户更换换能器阵列。在一种变形中，基于输入到系统中的患者信息，基于预定义的决定处理和/或参数，系统将建议系统所支持的治疗换能器阵列中的一种是适于特定患者的。
在完成了治疗换能器阵列选择之后，参见图100，将显示定位给药器屏幕515。该屏幕允许操作者调整靶向导管驱动电压和频率，调整靶向导管信号(ATOF)接收器传感器的参数，并且靶向例如肾动脉的期望组织以进行治疗。如图101所示，靶向相关GUI元素517被同时显示在远程靶向监视器上，该远程靶向监视器位于患者平台上，当定位用于治疗的治疗模块时向操作者提供连续的反馈。
在该变形中，在治疗换能器阵列外壳上激活八个不同的ATOF接收器，以用来检测超声波信标的位置。如图100和101所示，在远程靶向监视器的八个接收器被激活的情况下，对于八个波显示框519中的每一个来说ATOF信号都是明显的。治疗给药器“Z活塞”以及球和基底锁的状态被指示在远程靶向监视器屏幕的右侧-空白圆圈指示关闭，填充红色的圆圈指示打开521。在一种变形中，这些功能的状态由治疗模块握柄上的瞬时摇臂开关以及由水处理器上的按钮进行控制。一旦按下，打开该功能，再次按下，关闭该功能。
在该时刻，“Z”活塞将被打开，球和基底锁被关闭。操纵在对象皮肤上的治疗模块从而靶向在肾动脉中的靶向导管信标，并且同时获得来自所有ATOF接收器的强ATOF信号。可以通过尝试基底移动和球角度调节(ball angulation)的多种组合以达到精确的靶向和稳定的ATOF信号，从而完成该方案。可以通过屏幕上“X”接近定位给药器屏幕上靶心(bull’s eye)的中心的程度来测量靶向精确度。如果来自信标的信号不够强，则可能存在一些可能性。例如，在信号路径上存在诸如内脏或骨头等结构。或者，阵列的位置可能超出范围。
在一种方案中，治疗模块前锥的顶点被放置在靠近肋椎结的地方，并且直侧平行于脊柱，并注意不要延伸超出红色治疗窗口边界线。同样的，将前锥平面的角度调整为大体平行于皮肤的平面，努力维持所有八个波显示框中的强ATOF信号，并努力最小化在定位给药器屏幕上显示的Z(深度)距离。
使用远程治疗模块照相监视器，检查薄膜-皮肤界面上困入耦合流体中的气泡。如果存在气泡，则用户可以开始清除这些气泡。
在一个例子中，在名义上实现靶向，并且八个波显示框中每个都显示了适当的ATOF信号的情况下，可以优化靶向导管和ATOF参数。在一个或多个ATOF信号较弱(低幅度)或不稳定(信号前沿抖动)的情况下，操作者可调节靶向导管信标频率(声波发生器频率)以降低ATOF信号追踪上观察到的任何虚假噪声，尤其是在靠近主波形的前沿的地方；调整靶向导管传输电压(声波发生器电压)以实现整体更高振幅的ATOF信号；和/或修改ATOF TGC(时间增益补偿)以加强信号或者降低噪声；从而建立较强的和稳定的信号。
在一种配置中，如果特定ATOF信号稳定性始终难以确定，可以通过不选择与一个或多个波显示框相邻或在其左侧的复选框来关闭一个或多个错误的ATOF传感器。该系统接下来可以依赖剩下的TOF接收器来追踪超声波信标的位置。
在一种应用中，具有超声波信标的靶向导管被放置在肾动脉内，用以治疗环绕动脉的神经。受益于本公开的本领域普通技术人员将明了可以使用多种方案来放置信标以用来治疗患者体内的不同组织。
使用以上所描述的步骤，在对象的皮肤上操纵治疗模块，从而将靶向导管信标定位到肾动脉中。当靶向十字(X)位于靶向靶心的中心时，使用合适的握柄开关锁上治疗模块球和基底。通过注意图101中的状态框521中移动的状态灯，确保锁定这些移动。
当完成靶向时，点击屏幕底部的定位给药器按钮。在一种变形中，一旦点击了定位给药器按钮，则系统锁定基底推动器的位置和给药器的取向，这防止操作者意外地移动治疗模块的位置和给药器的取向。
一旦完成了靶向，操作者接下来指定治疗方案。可以使用图102的计算治疗计划屏幕523来完成该步骤。通过点击下拉表格525并选择期望的每个方案的剂量来完成剂量选择。可以使用不同剂量方案来预编程计算单元。在剂量选择之后，点击“计算方案”按钮527以产生提议的治疗方案表。在达到规定剂量所需的声学功率超过预定瓦特的情况下(例如320瓦，或系统可产生的最大功率)，显示警告，该警告指示达到规定剂量所需的功率并且询问操作者是否愿意以可以传递的推荐最大剂量(例如320瓦)继续治疗。根据临床应用和系统设计，可以提供不同的最大瓦特警告阈值。
为了启动治疗传递，点击屏幕下方的“治疗传递”按钮529。在开始聚焦治疗性超声波传递之前，系统遍历每个计算的治疗位置以评估治疗期间在各个位置预期发生的靶向质量(图103)。如果ATOF质量检查产生充分的靶向稳定性，操作者可执行治疗前血管造影以验证靶向导管处于肾动脉中的期望位置。接下来，使用荧光检查，执行肾动脉血管造影以确定靶向导管信标的位置是否仍然是准确的。如果不是，则将其复位到期望的位置，并且回到之前的步骤以调整从靶向导管接收到的ATOF信号。
为了初始化治疗性超声波治疗的管理，点击ATOF质量检查对话531中的“开始治疗”按钮529以启动治疗传递(图103)。在整个治疗会话期间追踪和监视533治疗进程(图104)。在治疗传递终了时，各个超声处理的质量被显示在损伤计划框(LESION PLAN box)535上。红色圆圈指示特定剂量的传递，灰色圆圈指示传递了小于特定剂量的剂量(图105)。为了结束治疗会话，点击“治疗结果”按钮537。
各个治疗会话或治疗处理可包括将聚焦超声波能量传递到给定治疗区中的多个区域以形成出于治疗性目的的治疗区内的图样。在特定应用中治疗区域还可被称为损伤，这是因为在一段时间内传递高能量到组织可以导致组织的损伤。
使用荧光检查，执行肾动脉血管造影以确定靶向导管信标的位置相对于治疗前血管造影中的位置没有发生改变。如果不是，则在会话完成屏幕中的一般治疗评论框中记录靶向导管信标位置。点击会话完成屏幕中的“结束会话”按钮以关闭治疗进程应用。
VI.使用成像换能器阵列追踪目标组织
在一些变形中，可以使用具有能够定位和/或追踪要被治疗的目标组织的超声波成像能力来实现本文所公开的超声波治疗性系统。可以单独实现成像功能，或者与追踪信标相组合来实现成像功能，以助于治疗换能器阵列的布置和用于在治疗传递期间追踪目标组织的位置。
在如图106所示的一种优选实施方式中，系统包括治疗阵列601和分离的成像阵列603。成像阵列可以是三维(3D)超声波成像阵列，或是配置为具有驱动以扫描一定体积组织的二维(2D)成像阵列。例如，成像阵列可被附着到由系统的控制单元控制的驱动器，且该成像阵列能够独立于治疗阵列而移动(例如旋转和/或倾斜)。在该例子中，第一超声波收发器605被配置为驱动治疗阵列601，第二超声波收发器607被配置为驱动成像阵列603。计算单元609被可选地配置为控制驱动器，该驱动器耦合到成像阵列以引导成像阵列603的转动和Z轴运动。驱动器上还提供有编码器用于反馈控制。在一种变形中，成像阵列的基底被机械地耦合到治疗阵列，使得系统能够确定两个超声波阵列的相对位置和取向。
在另一个实施方式中，成像阵列是二维的，并且通过麻醉和了解探头布置的位置的组合来最小化进入平面和从平面中离开的移动，也就是说，探头的取向接近平面，其中该平面仅发生了移动(也就是主平面)并且不存在从平面离开的移动。在该实施方式中，可以利用相对简单的2D探头和图像来追踪和校正目标的运动，可以在超声波图像中看到这些运动。在另一个实施方式中，向用户提供界面，在该界面中用于主平面的方向性引导用户将超声波成像阵列定位到正确的方位以最大化实用性和效率。
图107是用于使用一维或二维超声波阵列结构611来扫描和追踪目标组织613的位置的图形表示。目标的2D图像追踪信息被寄存到治疗系统的3D空间坐标615中，从而允许系统将治疗阵列的聚焦定位到目标上，并且继续调整聚焦的位置以追踪目标的移动。
成像探头605可以在1、2、3、4、5或6个自由度上独立地移动。使用电磁或光学传感器来确定其相对于治疗阵列601的取向。在治疗期间，用户定位成像屏幕上的目标，并且在治疗期间通过系统来追踪移动的目标。通过电磁或光学传感器，显示在成像探头屏幕上的目标位置与治疗性阵列601的治疗位置有关。通过相同的光学传感器(例如参见图61L)，通过组织投射的成像探头的小块可与治疗性阵列的三维坐标相关联。成像探头上的基准点和治疗性阵列的基准点允许这两者容易地在空间中与彼此相关。以至少每200ms(毫秒)，优选的为每100ms以下的频率更新光学或电磁追踪的目标位置。最优选地，每20ms以下(例如1-5ms)就更新目标位置。位置更新率越快，关于用于治疗的患者和目标区的移动的追踪越好。此外，在一些实施方式中，在发生成像和追踪时不能对目标进行治疗，这是因为治疗性超声波干扰成像超声波。因此，目标采集时间越短，则治疗时间越长。这种类型的顺序被称为复用(multiplex)。
在一种变形中，其中目标的移动停留在主平面或主要平面或者靠近主平面或主要平面，治疗性系统可首先识别这样的主平面，并且对齐成像阵列以追踪在这样的主平面内的运动。一旦系统能够追踪主平面中的目标组织，系统接下来就执行治疗传递，并且在整个治疗处理期间将治疗阵列的聚焦保持在目标上。图108示出了利用主平面方案的治疗步骤617的一个具体例子。在该例子中，用户首先寻找肾动脉和相关联的肾动脉运动。主平面是精确的或近似的，但是肾动脉的运动可以可视地显示在用户屏幕上，并且该运动是治疗区域的主要运动，其他平面仅有非常少量的运动。在下一步骤中，成像阵列被锁定到患者皮肤上的位置。该锁一般是机械锁，形式为附着到患者床的臂。弹簧锁也可以是该机械装置的一部分以将成像换能器锁定到患者。随着成像阵列被锁定在位置上，可以从成像探头投射虚拟治疗区域，该虚拟治疗区域的坐标可被转换到实际坐标空间并与治疗换能器相关联。可以通过系统软件中的算法来完成这些步骤。下一个步骤是布置治疗换能器，使得其位于成像阵列的虚拟治疗区域内。在系统内的软件也有助于该步骤。下一个步骤是开始追踪。在该时间点，具有感兴趣区域的追踪器框被放置在具有质量追踪的区域中。追踪器框和感兴趣区域可由系统的操作者选择，或者由系统自动地选择。质量追踪(quality tracking)表示当前成像帧的散斑图或解剖图样多大程度上类似于上一帧或帧集合。在当前图像中的当前成像帧或帧集合中找到相同的感兴趣区域，并且使用视为良好追踪的上一图像或图像集合来校正感兴趣区域。使用良好的追踪可以确定目标的更新位置。在一些实施方式中，标记多个感兴趣区域。在一些实施方式中，一个感兴趣的区域将追踪散斑，另一个感兴趣的区域将追踪解剖特征。解剖特征还包括解剖图像的颜色流或多普勒流分量。随着追踪框和感兴趣区域的移动，目标也发生移动。通过处理器和系统来评定相对于感兴趣区域的追踪的目标移动的一致性。如果该一致性随着时间保持相对恒定，则接着追踪算法被认为是正确地工作(胜任追踪)，在确定治疗计划和剂量后可以开始治疗。
图109示出了另一个例子，其中单个阵列619被同时用于成像和治疗目的。可对成像和治疗功能进行时间复用以允许在治疗周期内连续地追踪目标。在一种变形中，成像和治疗利用相同或大致相同的超声波频率。当频率相近时，复用就是必须的，这是因为治疗和成像将互相干扰。复用包括在成像期间关闭治疗，反之亦然。在另一种变形中，以一种频率驱动换能器阵列用于成像，以另一种不同的频率用于治疗，因为频率是不同的，所以成像、治疗和追踪可以连续进行而无干扰。
在另一个例子中，如图110所示，三个或更多个ATOF信标621被放置在成像阵列623上，允许位于治疗阵列625上的ATOF接收器确定成像阵列的位置和取向。也就是说，在成像阵列中的信标发射超声波信号，在治疗阵列中的接收器检测该信号，并且接下来确定相对于治疗阵列的成像探头的取向并寄存。计算单元627接下来将成像阵列的移动寄存到由治疗阵列625使用的系统坐标。受益于本公开的本领域普通技术人员将明了诸如磁传感器、RF位置传感器或已知的基准点标记的成像寄存等其他传感器也可被用来确定成像阵列的位置和取向信息，从而将成像阵列和治疗阵列的位置和移动寄存到单独的坐标系统中。
图111示出了另一个例子，其中成像阵列629固定地耦合到治疗阵列631。在该变形中，由于两个阵列629和631物理地耦合在一起，其移动步调一致，因此可以在相同的坐标系统中追踪而无需进一步的寄存。
治疗性系统可利用一个或多个成像阵列用来追踪目标组织，成像阵列可被耦合到治疗阵列，或者单独地放置以检测治疗区域。例如，成像阵列633被耦合到治疗阵列635(参见图112)，或者耦合到给药器外壳637(参见图113)。或者，可以使用两个成像阵列633。例如，如图114所示，一个耦合到治疗阵列635，一个耦合到给药器外壳637。在另一个例子，如图115所示，成像阵列633从治疗阵列635和给药器637中分离。
受益于本公开的本领域普通技术人员将明了可以实现多种图像处理方案以助于超声波图像构建和解构。例如，在题为“具有像素导向处理的超声波成像系统”的美国专利公开US2009/0112095A1(申请号为11/911,633)中公开的像素导向处理和/或体素导向处理，该申请并入本文以供参考及所有目的，本文所公开的系统和处理可以使用以上技术。
VII.控制
参见图116，示出了使用靶向导管来引导治疗换能器聚焦的位置来执行聚焦超声波治疗的步骤701的一个例子。如本文所述，可以通过计算机控制来控制、监视和/或自动运行这些步骤。对于依赖于用于靶向的成像的变化来说，可以去掉用于引导靶向导管的步骤，并且引入用于使用成像来识别目标区域并用成像追踪目标的附加步骤。
图117示出了用于治疗性系统的软件配置703的变形。该软件系统的主要组成部分包括治疗规划及传递，和GUI。主要子系统是UI 705、治疗系统控制器707和治疗规划708及治疗传递709。硬件层711打包了多个硬件子系统的详细接口。硬件抽象层713将一个或多个硬件子系统组合进系统层抽象。例如，马达控制器处理与马达通信的细节，换能器定位使用马达控制器以提供移动。应用层使用一个或多个硬件抽象以执行具体功能。例如，靶向回路使用ATOF、换能器定位和波束形成器抽象以提供治疗传递期间对治疗目标的追踪。交叉层(cross-cutting layer)提供其它层使用的服务。例如日志(logging)向任意其他功能提供便利以记录在开发、调试和服务中使用的内部操作消息。
图118表示软件系统703的一种变形的动态视图。UI 715、错误处理717和治疗系统控制器719是独立执行线程，并且通过方法和委派调用(delegate call)进行通信。在治疗系统控制器719内，许多功能被实现为线程，这是因为它们的长期运行特性。在治疗回路是独立线程的变形中，该软件实时环路给予其需要的优先级。图119表示治疗性系统的一种变形的顶层状态721。患者会话状态723的一种实现方式被示出在图120中的状态框中。在另一种实现方式中，执行不带有“相位畸变校正”步骤725的图120所示的步骤。
状况处理是需要注意的正常工作流之外的状况的处理。在一种变形中，中央状况处理器被实现来允许可在任意点发生的状况，该状况可以被发送至可以执行综合响应的状况处理器。在一个例子中，基于用户的响应或某些情况下系统所需的响应，状况处理中的阶段是检测、用户通知和回复。
在一种变形中，一旦系统启用，系统至少执行以下测试(也就是通电自检(POST))：(a)生成器自检，(b)马达控制器自检，(c)与系统的监视功能通信。系统软件被配置为支持启动模式中的操作。在启动期间，通过POST检查系统预备状态。如果POST没有通过，则系统将需要重启。
在一种变形中，系统软件被配置为支持患者设置。患者设置允许对要被治疗的患者的选择和验证。患者设置还允许对于相同患者的不同治疗可变的期望治疗参数的一些输入。患者设置引导医师在治疗之前将给药器定位到患者。系统软件使用患者详细数据和在字段测试和/或给药器定位期间获取的任何系统数据来规划治疗。
系统软件支持治疗传递。治疗的传递应用由治疗计划规定的治疗。系统软件传递由治疗计划规定的治疗。在治疗应用期间，可以追踪目标组织或目标区域上的当前治疗位置以保证治疗被传递到期望的地方。
如图117所示，在该例子中，具有多个硬件子系统，其每个都具有自有的独特接口。这些包括：(a)系统软件支持马达控制器，该马达控制器可以响应来自系统软件的串行命令驱动马达，该串行命令可以通过USB发送给RS-422转换器。(b)系统软件支持水处理器的接口(例如通过USB连接)。(c)系统软件支持功率和换能器监视器(例如通过USB连接)。(d)系统软件支持高压电源(例如通过USB连接)。(e)系统软件支持远程显示。(f)系统支持超声波收发器(例如通过PCIe接口)。
治疗性系统可被配置为用于系统工作参数的连续获取和检查。在一种变形中，监视以下工作参数：(a)治疗换能器温度(例如1、2、3、4或更多个温度传感器可被放置在治疗换能器阵列上或治疗换能器阵列周围)；(b)换能器正向和反向电源(例如可以监视驱动换能器的一个或多个通道；在一些变形中，仅监视驱动治疗换能器的通道；在一些变形中，监视所有通道，包括驱动治疗换能器的通道，驱动ATOF接收器的通道，和驱动靶向导管内的换能器的通道)；(c)水处理器水温度；(d)治疗模块水压；(d)治疗模块开关；(e)治疗模块倾角罗盘(即方向传感器)；和(f)治疗换能器阵列倾角罗盘。
在一些变形中，系统被配置为(如果有)当所监视的值超过其预定值的情况下，通知操作者。系统还可被配置为当检测到特定状况时执行预定义处理或方案。在一些变形中，响应于超出限制的通知，向操作者提供选项以继续或放弃现有操作。在一些变形中，以每秒一次的最小速率记录所有被监视的值。在一些变形中，计算单元包括运行在2.5GHz或更高频率、具有16GB RAM和至少1TB硬盘空间的两个或更多个微处理器。
在一些变形中，该系统配置有中央状况处理设备，其可被用来向操作者通知各种状况，并且允许操作者尝试恢复。在一些实施方式中，系统被配置为暂停治疗传递，直到操作者确认通知。在收到用户确认之后，系统可以继续或停止治疗传递。系统可采取进一步动作以试图从状况中恢复。治疗性系统可以在治疗进程期间连续地发布状态到“状况处理”(也被称为状况处理的心跳)。系统还可以持续地监视“系统控制器”的状态，并且发布状态到系统控制器。如果治疗系统控制器或状况处理子系统没有检测其他心跳(例如来自其他子系统和功能的指示子系统或功能工作正常的状态报告/指示)，那么是发生了错误，并且是其他子系统停止了(如果在进行中)治疗。治疗系统控制器还监视多种硬件子系统和组件的状态，并且发布心跳到硬件看门狗(也就是硬件状态监视)。如果硬件心跳停止，这指示硬件发生故障或者越界操作，系统应当关闭驱动聚焦超声波治疗的电源。可以记录在治疗性进程期间收集的数据。可以在会话后利用记录的信息来分析、调试或服务系统。在一种变形中，水处理器单元提供水的冷却和脱气。其还控制给药器开关和给药器倾角罗盘和换能器压力传感器信号。水处理器状态对于系统的计算单元来说是可见的，可用于系统监视。
在一些变形中，系统软件被配置为辅助操作者定位给药器，以获得治疗区的期望视角。在信标被布置在治疗位点的例子中，在给药器定位期间，可以向操作者呈现指示目标的视角的ATOF检测器场的可视引导。在呈现引导之前，系统可驱动换能器到“默认”(home)位置。一旦操作者定位了给药器，系统就可以通过移动的工作范围来移动换能器，从而表示目标的视角的ATOF检测器场。
在一种变形中，治疗性系统被配置为使得其能够通过将超声波场的聚焦放置到离患者身体表面80mm至160mm深的地方(从组织到皮肤表面最短的距离测量)，以靶向人体组织和确定对其的剂量。在另一种变形中，治疗性系统被配置为使得其能够通过将超声波场的聚焦放置到离患者身体的表面60mm至200mm深的地方，以靶向人体组织和确定对其的剂量。在另一种变形中，治疗性系统被配置为使得其能够通过将超声波场的聚焦放置到离患者身体的表面100mm至140mm深的地方，以靶向人体组织和确定对其的剂量。在一些变形中，目标组织位于超声波阻碍组织(例如骨头)之下，使得目标没有直接位于治疗窗口之下(即在窗口的直接垂直视角之外)。治疗阵列被配置为使得当治疗阵列被放置在治疗窗口之上时，其能够以一定角度(从法线到阵列表面)传播聚焦超声波到阻碍组织之下的目标。在一种变形中，阵列被配置为使得当给药器被放置于与患者皮肤表面平行时，阵列能够以一定角度(从法线到阵列表面)传播聚焦超声波以到达阻碍组织之下的目标。在另一种变形中，阵列被配置为使得当阵列被放置于与患者皮肤表面平行时，阵列能够以一定角度(从法线到阵列表面)传播聚焦超声波以达到阻碍组织之下的目标。
在一些变形中，系统被配置为使得其能够用高达2cm运动(例如呼吸相关的运动)的聚焦超声波能量来靶向不固定的目标组织并确定对其的剂量。在另外的变形中，系统还被配置为使得其能够用高达3cm运动的聚焦超声波能量来靶向不固定的目标组织并确定对其的剂量。在另外的变形中，系统还被配置为使得其能够使用高达4cm运动的聚焦超声波能量来靶向不固定的目标组织并确定对其的剂量。在一些变形中，系统被配置为使得其能够基于操作者和测量的系统输入而自动地确定和传递合适的强度、占空比、曝光时间和超声波分布以达到治疗效果。系统还被配置为实时估计患者的治疗点累积的总聚焦超声波能量剂量。
在一种变形中，系统在治疗处理期间连续地计算ATOF质量因子。在一个例子中，如果对于超过20次输入更新ATOF算法仍不能由其输入计算得到位置，则认为ATOF质量因子无法接受。另外，系统可以连续地计算追踪质量因子。在一个例子中，如果对于超过五次位置更新由ATOF计算的位置与由预测算法计算的位置的差异超过1mm，则认为追踪质量因子无法接受。在一种变形中，当ATOF或追踪质量因子无法接受时，系统应当关闭治疗功率。当系统继续时，系统可被配置为使得其延长被治疗的目标组织的治疗时间，时间延长的量为因子无法接受的时间量。在另一种变形中，当ATOF或追踪质量因子无法接受，但是这样的无法接受状态在预定时间段内时，当用于ATOF和追踪质量特征的系统状态返回到工作于可接受范围时，系统将延长被治疗的目标组织的治疗时间，时间延长的量为因子无法接受的时间量。当无法接受的状态延长到超过预定时间段时，系统将关闭。
追踪质量因子还可包括定量因子，该定量因子测量治疗换能器阵列的运动随着在治疗处理期间治疗区域的位移保持治疗换能器阵列的焦点在治疗区域之上的效率。可以通过追踪治疗区域的位置的信标或通过成像来确定治疗区域的位置。
在一种变形中，在由于因ATOF和/或追踪质量因子无法接受而关闭治疗功率之后，如果ATOF和/或追踪质量因子变得可以接受了，则系统应当重新激活治疗功率。如果损伤的时间量延长超过了原始损伤时间的25％，则系统生成状况并通知用户。如果延长的损伤数量大于四，则系统生成状况并通知用户。系统可被配置为记录治疗传递中的所有中断。
在一些变形中，系统被配置为存储用于多个治疗模块的校正数据。治疗规划使用在患者选择期间所选择的用于治疗模块的治疗模块校正数据。在一个例子中，在治疗规划阶段，如果在打开治疗模块校正文件以待使用时确定该文件是损坏的，则出现状况并通知操作者。系统计算换能器和目标之间的距离。系统将通过治疗处理将治疗区域的数量限制为预定数量(例如，定义18个治疗区域作为用于环绕脉管系统的治疗的限制)。系统计算用于所有治疗区域的位置。该系统计算用于各个治疗区域的功率剂量。系统接下来计算总治疗时间。系统可被配置为将最大治疗时间限制为预定时间段(例如，总治疗时间可被限制为15分钟)。
参见图121，在流程图中示出了治疗规划处理727的例子。在该例子中，系统在追踪目标区729的位置的同时，计算15秒内的平均Z位置(用于聚焦治疗超声波传递的治疗的焦点深度)。系统接下来由平均焦点深度计算功率和选择的剂量信息731。系统使用作为焦点深度的平均Z值、使用固定的损伤直径(即治疗区域的直径)和固定的治疗图样来建立固定的X,Y图样733。接下来转换信息以生成损伤位置(即治疗区域的位置)、开始时间、结束时间和功率的列表735。接下来排列列表用于执行(即治疗性超声波的传递)737。
在一些变形中，系统被配置为在整个治疗处理或治疗会话期间连续地监视治疗区域的三维位置。系统在治疗前报告八个ATOF接收器的状态。系统还在治疗前计算声学衰减因子。当治疗前靶向导管移出治疗带时，系统测量和记录信标的移动。可选地，系统显示来自正被用于追踪的所有ATOF传感器的波形。系统还计算导管信标的实时位置。系统在治疗处理期间记录患者呼吸运动。系统还根据信标的位置预测实时的治疗带位置。系统提供治疗换能器阵列的焦点位置和实时目标位置的相对位置的图形显示。系统在整个治疗会话期间连续地重新定位换能器的焦点。在一些实施方式中，球囊进一步包括给出聚焦超声波强度的感应的传感器。传感器还将聚焦超声波治疗引导到相对于血管和环绕血管的目标神经的预定图样中。在整个治疗会话期间属于预定运动追踪错误范围内时，系统控制治疗换能器阵列的移动，并且使得换能器阵列的焦点追踪治疗区域定位的实时运动。
在一些变形中，系统被配置为根据计算的治疗规划信息而使用多个功率发射顺序地靶向整个治疗区(在治疗区中的各个预定治疗区域内)。系统可被配置为如果治疗功率被关闭且然后被在单个治疗会话中重新启动，则继续部分地完成治疗方案。在一种变形中，系统监视在治疗性超声波能量传递(即功率发射)期间在各个换能器元件上传递的功率。系统可被配置为如果累积的功率/能量传递超过治疗方案限制，那么就关闭治疗功率以防止剂量过度。
系统还可被配置为实时追踪正在传递的给定治疗的准确性表现。在一个例子中，系统至少每30毫秒更新一次治疗焦点位置，在各个更新周期内的治疗功率的占空比不小于70％。
参见图122，其详细描述了追踪系统的追踪回路739的例子。系统等待来自超声波收发器的新传感器波形741。系统接下来确定各个传感器的飞行时间(即ATOF接收器)743，紧接着确定相对于治疗阵列表面的目标位置745。将该信息与来自损伤定序器(lesion sequencer)的X和Y中的损伤偏移相组合747，系统计算将治疗阵列移动到相对于阵列表面为零所需的推杆运动749。系统接下来将推杆运动转换为步进马达将推杆放置到相应量所需的马达步进751，紧接着基于更新率将步进转换为每秒步进753。系统还基于新位置计算新深度，并发送这些信息到收发器。步进马达控制信息被应用到PID(比率、积分、导数)控制755。这些信息被处理为电信号，并且被发送到马达控制器以移动治疗模块中的推杆，从而移动治疗换能器阵列到期望的位置。
VIII.系统调节和边界状况
当出现不期望的情况使得需要中断正常的工作流和/或向用户通知该情况时，则发生某种状况。在许多情况下，用户和/或系统将需要采取行动以允许工作流继续。状况的一个例子是：如果工作流进行到治疗传递阶段并且治疗阵列温度超过其上限，可能希望暂停治疗处理直到阵列足够冷却。一种可替换的情况可以是：阵列的过温状况非常极端，则必须停止治疗，并且校正过温原因。
在一种配置中，状况被分组为：(A)工作状况，例如：通电自检失败；超出限制温度或电压；例如换能器定义文件等治疗所必须的信息丢失或损坏；电缆未连接；功率损失；(B)性能状况，例如：目标追踪或信标追踪超出限制太久；ATOF无法检测有用的信号太久；剂量超出限制；(C)错误状况，例如：由未处理的软件异常导致的工作流中断。
在工作流执行期间发生的一些情况并非真实的状况。第一种类型被称为工作流错误，这是操作者输入到图形用户界面的结果。这样的例子可以是误输入患者ID或在没有键入所有用户键入的输入时而试图前移工作流。这些是可以预期的，并且可由操作者在工作流中的那一点进行即时处理。这不需要系统动作。第二种类型被称为正常系统校正。这些可被处理为正常系统操作的一部分，并不需要用户通知或动作。例子可以是在工作流的任意时间的目标追踪丢失。如果该丢失仅限于较短时间，系统可以记录该情况，并在其发生时暂停治疗，一旦可以再次追踪则继续治疗和追踪。在另一方面，如果在延长的时间段内追踪丢失，将引发状况，其假设需要执行用户动作。
在一种配置中，采用以下步骤以解决这个状况：(A)检测-由软件或硬件检测状况的发生。(B)工作流中断-暂停工作流直到解决该状况。(C)操作者通知-通知操作者发生了状况，以及需要他们采取什么动作。还可以描述任意系统动作，因此操作者在其发生时可以预期这些动作。(D)操作者确认-工作流保持中断直到用户确认他们已经读到了通知和通知中包含的任意恢复指令。(E)解决-在操作者确认了状况之后，系统将从断点继续工作流，或者移动到工作流中的上一点。在一些情况下，系统可能关闭并重启。在该时刻也可以完成所需的任何其他系统动作。
依照处理状况所需的步骤，状况的定义可包括以下条目的部分或所有：(A)状况编号和描述-每个状况具有区分其他要被处理的多个状况的简要说明和编号。(B)当检测到时-一些状况发生在工作流期间的不同时间。依据工作流步骤，状况需要或者不需要在那个时候处理。(C)对话文本-对话被用来通知操作者状况是什么，以及包括用户解决该状况所需的任何指令。(D)可监听的-一些状况是严重的和/或在操作者没有注意图形用户界面时发生的。在这些情况下，除了伴随这些状况的对话框(即视觉指示)，还提供可监听的通知是有益的。(E)暂停/停止治疗-如果在状况出现时正在发生传递，可能需要暂停治疗。在一些情况下，状况并不严重并且可以继续治疗。(F)恢复状态-在操作者确认状况之后，系统状态发生改变。(G)在关闭后继续治疗-在应当关闭系统的情况下，在发生治疗传递的同时，在系统重启后，治疗可能继续或可能无法继续。(H)其他系统动作-在一些情况下参考文档中定义的需求将需要系统采取其他动作，例如保存数据到文件或将工作数据值重置为缺省值。图123A和123B中的表格801和803中列出了状况和它们相应的定义及动作的例子。
在一种配置中，通过以下顺序从最高到最低对条件进行优先级排序：(A)需要系统关闭的；(B)需要暂停治疗的；(C)所有其他的。恢复状态被定义为：(a)当前状态；(b)患者选择；(c)定位；(d)治疗规划；(e)治疗传递；(f)关闭系统。检测的状态被定义为：(a)任意时间；(b)系统启动(POST)；(c)患者选择；(d)定位；(e)治疗规划；(f)治疗传递。暂停治疗状态被定义为：(a)暂停；(b)取消。
图124表示示出了状况处理过程805的一个例子的流程图。在该例子中，系统的硬件807和软件809都能够检测状况，并启动状况确定和响应处理。一旦在计算单元上运行的软件功能检测到状况，根据该状况，系统确定所需的动作。在相同时刻，也监视硬件操作，使得当硬件监视检测到状况时，也会提示系统确定合适的响应。系统使用状况对话框提示操作者，并且暂停治疗，关闭到治疗换能器阵列的功率传递。向治疗电源发送信号以切断到治疗换能器阵列的电源。
向操作者提供指令以解决该状况。系统接下来请求操作者确定是否有必要强制关闭整个系统。如果操作者没有选择强制关闭，系统接下来提示用户在其准备好时继续治疗。
在一些变形中，治疗性系统还包括在计算单元上运行的错误处理器软件。在一种配置中，错误处理器软件被实现为用于系统的中央错误处理功能。在该例子中，由错误处理器软件提供的主要功能是：(A)接受来自其他系统功能的错误检测；(B)依据错误暂停或停止治疗；(C)通知用户并等待用户响应；(D)在用户响应后，请求系统状态改变，范围可以从继续治疗到系统关闭；(E)监视治疗系统控制器状态(例如心跳)；(F)如果错误处理器或治疗系统控制器停止运作，提供状态信息(例如心跳)到硬件以关闭治疗。
图125表示用于错误处理器的系统环境图811的例子。框图代表在错误处理器软件模块813之外的能够与模块交互的参与者。错误处理器通过错误处理器接口以与系统的其他功能相连。在该例子中，错误处理器本身是单例(singleton)以使得所有系统功能可以访问错误处理器而无需分发参考，并可保证存在单点错误处理。在该变形中，治疗系统控制器作为中央控制，并且引导硬件功能和其他软件功能的工作。错误处理器和治疗系统控制器可在系统工作期间连续地交换系统状态信息，使得各个子系统可验证其它子系统在治疗处理期间运行正确。状态信息可包括指示子系统正在运行的通用信号(例如心跳)，或者其可包括附加数据以提供子系统状态的更多细节。错误还可提供状态信息(例如心跳)到硬件监视单元(即硬件看门狗)，使得如果由错误处理器检测到的错误需要终止或挂起治疗，那么错误处理器可以通知硬件监视单元以停止治疗传递。在一种变形中，电子功率监视单元被配置为用作硬件监视单元。当电子功率监视单元检测到错误处理器或治疗系统控制器没有正确运行或没起作用时，电子功率监视单元将终止将治疗超声波能量传递到患者身体。可以通过终止从高压电源到接收器单元的驱动治疗阵列的电功率传递，或者通过终止从收发器的输出通道到治疗阵列的电功率来实现该方案。
治疗管理器可包括损伤或治疗区域定序器(sequencer)。在一个例子中，损伤定序器引导治疗模块和收发器以传递一系列聚焦超声波能量，并且顺序地治疗其后的一个治疗区域，直到在治疗区内形成由治疗计划引导的治疗图样。
响应于错误，错误处理器首先暂停治疗，如果治疗正在进行的话。依据该错误，在用户确认该错误后，可以继续治疗或者不继续治疗。系统状态可改变为当前状态之外的一些其他状态。错误处理器将通过治疗系统控制器来请求该状态转换。各个错误具有一组条目，例如文本字段，和描述当发生错误时的系统响应的系统状态。另外，各个错误与一个或多个触发器(原因)相关联。响应和触发器的定义被存储在计算单元中的那些文件中。
在错误处理器是单例的变形中，当任意功能需要访问错误处理器时其立即可用。在一种变形中，第一种访问是通过治疗系统控制器心跳。当不存在错误时，系统按照每个预定工作流工作。治疗系统控制器心跳和错误处理器心跳交互以提供活力检查(aliveness checking)。
治疗系统控制器心跳线程连续地更新其活力(aliveness)到错误处理器。如果治疗系统控制器心跳停止，则错误处理器将停止接触(pet)硬件看门狗(即停止发送指示功能运行正确的状态信号/更新)。错误处理器转而更新其活力到治疗系统控制器。如果错误处理器挂起，则在关闭应用以强制重启之前，治疗系统控制器将通过对话框通知用户。
疗法系统控制器的心跳被用来确保治疗回路正在运行，从而保证错误处理器回路正在运行，以检查系统监视功能，以及更新错误处理器中的治疗系统控制器活力。
当功能检测到错误时，其经由错误处理器接口通过新的错误方案来调用错误处理器。一旦收到新的错误，错误处理器将以对话框形式提供用户通知。在一些变形中，阻止在错误处理器序列期间访问用户接口。当新错误发生时，错误处理器告诉治疗系统控制器进入到未决错误状态。只要是在未决错误状态，那么治疗系统控制器就不响应UI动作和数据请求。在解决了错误之后，将告诉治疗系统控制器离开未决错误状态，并且进入到错误解决所需的状态。治疗系统控制器接下来将能够响应UI请求。
参见图126，示出了错误解决状态序列815的一种变形。该框图表示错误处理器序列期间的治疗系统控制器的状态。未决错误状态817允许治疗系统控制器忽略UI请求，并且执行暂停系统操作所需的动作，同时还显示错误对话框。一旦操作者确认了对话框，错误处理器就将告诉治疗系统控制器进入到合适的解决状态819。解决状态可以是任何有效的系统状态(包括关闭)。治疗性系统还可具有硬件失效保护。例如，错误处理器可提供周期性信号到硬件看门狗。如果治疗性控制器或错误处理器挂起，则该信号将停止，并且看门狗将阻止硬件传递治疗。
IX.治疗模块
治疗换能器阵列可被放置在治疗模块内，治疗模块控制治疗换能器阵列的移动和取向，提供用于将治疗换能器阵列耦合到患者身体的界面，并且冷却换能器阵列和患者皮肤的接触表面。治疗换能器阵列的冷却将阵列中换能器的温度保持在工作温度范围内。对与患者耦合的耦合界面的冷却有助于防止皮肤烧伤，并使得患者保持较为舒适。
在一种变形中，如图127所示，治疗模块901包括连接到推动器905(也被称为推动器A或基底推动器)的治疗给药器903。推动器A在设置和治疗期间支持着治疗给药器对着患者的身体。推动器A将允许操作者将给药器滑到对着目标组织的合适位置，并锁定位置，接下来提供向上的力使得治疗给药器可对着患者牢固地(物理和声学)耦合。推动器A定位组件包括平底907(用于影响气垫，使得治疗模块容易地穿过患者平台工作表面)、圆球形接头、压力激活活塞和真空驱动锁定结构。
推动器A 905支持并定位给药器903。在使用中，其可以被固定于滑动板或其他平坦表面，该滑动板或其他平坦表面搁置在位于患者平台的两个抬高部分之间的下压内腔上。在一些变形中，可从患者平台上轻松地移除滑动板。在一些变形中，推动器A可被配置为手动地调整。它可以具有六个机械自由度，以允许给药器薄膜表面被放置和维持在与患者恰当接触的左治疗位置和右治疗位置。它的气动接口可位于水处理器内。用于水处理器中的多个气动控制元件(例如电磁阀)的电子控制被安装在给药器上。这些元件直接在水处理器和其他子系统之间进行通信。
在一些变形中，治疗给药器包括塑料外壳，进一步包括治疗换能器阵列(安置在防水体(watertight volume)中)和步进马达的驱动机械摇臂(治疗换能器阵列推动器，本文中也被称为“推动器B”或“阵列推动器”)。在一种变形中，给药器的薄膜包括透明的聚合物材料，使得当给药器没有接合在患者身体上时，操作者可以可视地观察治疗换能器阵列。在一个例子中，系统可实现测试方案，该方案发送控制信号到推动器B，操作者可以可视地验证治疗换能器阵列移动通过完整的运动范围，并且移动中没有阻碍。在一些变形中，至少一部分给药器的侧壁被构建为透明的或半透明的材料(例如透明的或部分透明的材料)，使得当在患者身上应用给药器时，操作者可以可视地观察在治疗处理期间的治疗换能器阵列的移动。在一些变形中，前锥体完全或部分地由透明材料制成，从而允许对治疗换能器阵列和/或治疗换能器单元的可视观察。
阵列推动器被用来维持治疗换能器阵列记入(registration)到要被治疗的目标区域，例如肾动脉目标。在一种变形中，定位治疗换能器阵列被放置以使得目标存在于治疗换能器阵列表面的法线上，与换能器阵列元件弧顶的几何中心交叉。
如图127所示，治疗模块包括用于耦合到患者身体的薄膜909，薄膜延展盖住连接到给药器基底的圆锥形边界(也就是治疗模块前锥体911)的顶部开口。第一把手913从给药器的远端(窄端)伸出，第二把手从给药器的近端(宽端)伸出。第一把手包括第一开关919(也就是球锁定/释放开关)，该开关控制用于推动器A治疗模块球形接头的球形接头915的锁定和释放。球形接头915位于治疗模块基底907的罩内。治疗模块基底907包括用于移动和定位治疗模块的一组把手917。当球锁定/释放开关打开时，从治疗模块基底施加吸力以将球形接头锁定在正确位置。第一把手上还提供有第二开关921(即Z移动延伸/释放开关)，该开关控制给药器的Z方向延长和缩回，使得给药器能够远离球形接头(即当开关处于“延伸”位置时)，或者缩向球形接头(即当开关处于“释放”位置时)。当开关处于延伸位置时，向位于球形接头内的活塞中的腔室施加正向气压。正向气压推动活塞向外，从而使得耦合到活塞的给药器向外直到给药器接合到表面(例如患者身体)，该表面提供反向压力以阻止给药器的进一步前进。当激活释放按钮时，释放活塞中的压力，向下对给药器施加的压力将使给药器收缩，并且缩回球形接头。
第二把手包括第三开关923(即用于对治疗模块薄膜充气和放气的充气/放气开关)。当“充气”开关打开时，增加容纳耦合流体的前锥体内腔中的压力。当放气开关打开时，降低容纳耦合流体的前锥体内腔中的压力。可以在治疗模块和/或水处理器的流体路径或流体腔室内提供压力传感器，以提供前锥体的腔室中的流体压力的反馈控制。在第二把手上还提供有第四开关925(也就是基底锁定/释放开关)。当应用基底锁定/释放开关时，吸入负压被施加到治疗模块基底下表面中的通道。吸力确保治疗模块基底处于其所在的表面。当开关打开到释放位置时，施加正压，其释放吸力并施加正向压力到治疗模块下表面中的通道。这样的话，正压使得治疗模块提升离开所处的表面，并且允许治疗模块轻松地横向移动和重新定位。
治疗模块还包括用于将耦合流体从水处理器提供到治疗模块前锥体的第一管道927，和用于从前锥体移除耦合流体并返回到水处理器的第二管道929。第三管道931提供空气通道，该空气通道从水处理器到治疗模块的内罩，其中该内罩接合球形接头的球。该通道允许水处理器对球形接头施加吸力。水处理器还可被配置为施加正向压力以释放球形接头。第四管道933提供从水处理器到球形接头下表面的另一个空气通道。可通过该通道施加吸力或正向压力以在其所在的表面上锁定或释放治疗模块的基底。
位于治疗给药器手柄上的瞬时摇臂开关被用来对患者耦合薄膜进行充气和放气，锁定或解锁治疗模块基底和球形连接，以及沿着其前锥体抬升或降低治疗模块给药器，从而有助于与患者的稳定耦合。在如图127所示的例子中，治疗模块允许在锁定阵列之前使阵列在X-Y-Z和3角坐标中移动。
图128是治疗模块的基底907的自上而下视图，其示出了用于容纳治疗模块球形接头的碗形或凹形凹座935。图129是治疗模块的基底907的侧视图。图130是治疗模块901的下表面的透视图。凹槽937被嵌入在治疗模块基底907的底面内，以允许所施加的正向空气流和吸力均匀地穿过基底的下表面。在一些实施方式中，使用步进马达代替液压活塞，使得可以由操作者严格控制阵列的移动。
参见图131，示出了治疗模块的给药器903的分解图。在该例子中，给药器903包括前锥体911、安置治疗换能器阵列941的治疗阵列单元939、框体943、形成给药器903的基底的基底板945，以及放置在基底板945中心下方的驱动单元947。驱动单元被耦合到治疗阵列单元939以用于控制治疗阵列单元的位置和取向。前锥体911在一些实施方式中是一次性的。也就是说，薄膜和安置结构由低成本材料制造并提供给系统操作者使用。
图132表示治疗模块的球形接头905。如图133所示，球形接头具有空腔949，用于容纳耦合到给药器基底的活塞951插入物。通过改变活塞内腔内的压力，活塞允许系统沿着Z方向推进和缩回给药器。图134是如图132所示的球形接头905的截面图。可以由步进马达替代活塞，步进马达将换能器逐步推进到患者。
图135是表示包括给药器903的下方部分的组件的分解图，其包括驱动单元。在该例子中，驱动单元包括两个步进马达953，各个步进马达驱动耦接到治疗换能器单元的推杆955，以控制治疗换能器模块的移动/取向。在该图中，仅示出了一个步进马达953。另一个在皮带罩957下。两个皮带959，其中每个用于一个步进马达953，将步进马达耦合到它们相应的推杆955。各个推杆955具有嵌入线程和相应的传动螺杆轴承(screw bearing)。通过转动传动螺杆轴承，相应的推杆被推进或缩回以进入和离开治疗给药器的基底板945。印刷电路组件961被连接到计算单元和两个步进马达，允许计算单元控制步进马达。热敏电阻传感器可被并入到或附着到步进马达以监视步进马达的温度和操作。
图136表示具有两个自由度的附着到给药器基底板945上表面的机械接头962。接头将治疗换能器单元耦合到给药器的基底板，为治疗换能器单元(包括治疗换能器阵列)提供相对于给药器基底的两个移动自由度(也就是俯仰和转动)。推杆955从基底板945下方的驱动器位置通过基底板上的洞延伸出来。推杆955的远端末梢963被耦合到治疗换能器单元。在一个例子中，通过放置在治疗换能器单元939下表面967中的磁铁965实现耦合。在另一个例子中，线圈、半柔性或弹性材料可被用来将推杆的远端耦合到治疗换能器单元。柔性/弹性材料允许推杆移动治疗换能器单元，同时在当治疗换能器单元的移动经过了一些意想不到的阻挡时允许一定的弹性或缓冲。在另一个例子中，推杆通过可移动的机械接头耦合到治疗换能器单元。通过控制推杆的移动，系统接下来可以控制治疗换能器单元的位置/取向。
图137表示治疗换能器单元939的顶视图。在该例子中，治疗换能器阵列941包括三个裂片969、971和973，在治疗换能器单元939的上表面上形成扇形或饼形结构。ATOF接收器975的位置处于治疗换能器单元939外脊上的框体中。在该例子中，治疗性系统的治疗换能器单元939是给药器的一部分，给药器生成并传递治疗性超声波能量到靶向的患者区域。治疗换能器单元可移动地安装在给药器内，并通过互连和电缆子系统由来自收发器模块的多通道RF功率(也被称为RF子系统)供电。
图138表示治疗换能器单元939的底视图。单元的底面包括两个连接器端口977，用于将电线连接到单元中以驱动治疗换能器阵列和ATOF接收器。可旋转接头962被定位在治疗换能器阵列的轴心点。该接头治疗换能器单元，以及将其内容纳的治疗阵列，耦合到给药器基底框体。接头允许系统通过推动耦合到治疗换能器单元的推杆来倾斜或转动治疗换能器单元。图139表示向上倾斜的治疗换能器单元939。图140表示转到一侧的治疗换能器单元939。
图141表示延伸通过给药器的基底板945以接合治疗换能器单元939下表面的推杆955。在该例子中，两个磁铁965被嵌入到治疗换能器单元的下表面中。推杆的圆头963接合各自相应的磁铁965，磁铁将治疗换能器单元939耦合到推杆955。图142是表示驱动相应推杆955的两个步进马达953的详细结构的另一个视图。
图143示出了另一种变形，其中推杆979被直接地集成在马达981内，使得马达可以直接地驱动推杆的移动而无需其他耦合机构(例如皮带)。
图144表示另一种变形，其中耦合到治疗模块的基底的摇杆983被操作来控制治疗换能器单元939的移动/取向。在该例子中，两个横向放置的马达985通过带孔筛板987耦合到摇杆。每块板允许摇杆在一个方向上自由移动，但是限制摇杆在另一个方向上的移动，从而控制摇杆在限制的方向上移动。因此，一个马达控制X方向移位，而另一个马达控制摇杆的Y方向移位。弹簧989被并入以提供机械偏置或缓冲。
在一种配置中，治疗换能器单元939包括以下模块：(a)内部互连的PCB(印刷电路板)和柔性PCB 991，(b)形成换能器阵列的压电陶瓷和电极图样993，(c)声学阻抗匹配995，(d)机械安装，衬垫和模具997，(e)定位ATOF接收器和前置放大器999，(f)温度传感器和压力传感器998。图145示出了用于在模块之间进行交互的排列的一种变形。
治疗性系统可包括冷却和充气-放气子系统(其可被并入到水处理器内)，其控制薄膜的充气-放气处理，维持恒定体积，并提供治疗换能器的冷却。
在给药器的前锥体上的薄膜提供患者和治疗换能器之间的声学透明屏障。这还有助于在变化的患者局部解剖(varying patient topography)上定位给药器。
治疗换能器阵列(或治疗换能器单元)定位器子系统使治疗换能器阵列相互贯通，从而追踪和治疗目标组织。在一种变形中，治疗阵列定位器提供绕安装在给药器内的治疗换能器阵列X和Y轴的旋转运动。如图146所示，治疗阵列定位器996接收来自系统994的移动命令，并将这些命令转化为治疗换能器阵列992的旋转运动。
图147是模拟从治疗换能器单元939上的治疗换能器阵列投射的聚焦超声波场990例子的图形表示。在一些变形中，该系统被配置以使得其能够将超声波场聚焦988在离治疗换能器阵列的表面16cm深度的地方。在一些实施方式中，系统被配置以使得其能够将超声波场聚焦988在离治疗换能器阵列表面至少10cm深度的地方。在一些变形中，系统被配置以使得其能够将超声波场聚焦在离治疗换能器阵列表面至少14cm深度的地方。在一些实施方式中，系统被配置以使得其能够将超声波场聚焦在离治疗换能器阵列表面至少16cm深度的地方。在一些变形中，系统被配置以使得超声波场的聚焦从治疗换能器阵列表面的加权中心延伸的垂直轴(即法线)发生轴偏移。
图148是模拟被放置在给药器903中的图147的治疗换能器单元939的图形表示。如图所示，通过在给药器903内的枢轴上转动治疗换能器单元939，和/或在治疗阵列(在该例子中可实现相控阵列)中的换能器的电子激励期间使用相位修改改变焦点深度，治疗性系统能够将治疗换能器阵列发射的超声波场990的聚焦引导到期望位置。在一些变形中，系统被配置为移动治疗性超声波场的焦点988，而无需改变治疗给药器和患者之间的接触(例如，维持相同的接触压力、接触表面面积和/或相对于患者身体的给药器的取向)。
在一种配置中，3D方向传感器和A/D转换器(安装在推动器A上并且电连接到局部热敏电阻和压电传感器)被配置为感应治疗给药器的取向和水温及压力。另一个3D方向传感器和A/D转换器被安装在治疗换能器阵列后面，连接到实际PZT材料中的局部热敏电阻。这允许应用治疗性系统以监视治疗期间治疗换能器阵列的运动和PZT陶瓷的热量上升。
以下将描述用于将治疗模块定位在患者平台上并且将治疗模块接合到患者身体的后侧面(posterior flank)的过程的例子。操作者首先标记患者的后侧面以识别治疗窗口。患者被放置在患者平台上使得治疗窗口处于患者平台治疗孔的中央。
患者平台的孔中可以提供一个或多个光线。验证远程靶向监视器和远程治疗模块照相机监视器已各自就位用于观察，并且不会阻碍放置治疗模块及其相关联的电缆和软管。雾化瓶(atomizer bottle)可被用来喷射要被治疗的对象的后侧面，使用水使皮肤湿润。应用超声波凝胶，用水喷涂凝胶以降低其粘度，并将其均匀地涂抹在整个治疗区的皮肤上。
验证治疗给药器前锥体内没有明显的气泡。使用水喷射治疗给药器薄膜以使其湿润。应用超声波凝胶，用水喷涂凝胶以降低其粘度，并将其均匀地涂抹在整个薄膜表面的薄层上。小心地避免在超声波耦合剂层残留气泡。使用治疗模块把手上的“充气”按钮，对治疗模块薄膜充气(例如，充气使得薄膜的顶点在治疗模块前锥体的表面(也就是由前锥体的边缘定义的平面)上方大约1cm)。
将预涂凝胶的治疗模块转移到患者平台上，并将其滑动到要被治疗的后侧面下方。设置治疗模块电缆和软管，使得不会限制治疗模块的自由移动。连接远程监视器电缆，将其从治疗模块电线盒穿入到远程靶向监视器和远程治疗模块照相机监视器上的各个连接器。
确认声学耦合凝胶均匀地覆盖了薄膜表面。通过按压治疗模块把手上的Z按钮，使用垂直导向的治疗模块前锥体，将治疗模块耦合到标记治疗窗口内的患者选择的后侧面。当治疗模块薄膜接触患者皮肤时，将施加维持与皮肤接触的恒定压力。将前锥体的顶点导向到肋椎结的点。
在一种应用中，患者平台和一种治疗模块一起使用。治疗模块可被配置为在患者平台的孔内手动地移动以用于治疗身体的两侧。可以应用机械驱动器(例如机械臂或推动器、线性马达等)以通过机电控制移动治疗模块，使得治疗模块可以在患者平台的孔内的X-Y平面中移动，以及在Z方向上上升或下降以接合治疗给药器，并将治疗换能器阵列耦合到患者身体。治疗给药器可被配置具有球形连接，例如以上所述的那种方式，进一步增强驱动器以控制球形连接的移动。该配置允许治疗性系统机电地将给药器置于枢轴上，并且提供倾斜、摇摆和转动动作以控制接合患者身体的驱动器的方位。
在另一种应用中，两个治疗模块被放置在患者平台的孔内，其中一个配置为治疗患者身体的左侧，另一个配置为治疗患者身体的右侧。可选地，各个治疗模块可被机电地驱动，使得治疗性系统可以通过在X-Y平面中移动各个治疗模块和在Z方向上移动各个治疗模块来控制驱动器的定位，以将治疗换能器阵列耦合到患者身体。治疗模块中的各个给药器可被进一步配置具有机电控制接头，其用于将给药器定位于枢轴以提供两个或更多个运动自由度(例如俯仰、摇摆、转动和Z提升)，允许独立地控制给药器的方位。
X.接口冷却和监视
参见图149，示出了用于给药器的前锥体1001的一个例子。在该图中，未示出附着到前锥体顶部边缘的薄膜。在一些变形中，前锥体被连接到给药器的基底，并可被患者反复使用。在一些变形中，前锥体可移除地附着到给药器的基底，使得在进程期间或在两个进程之间可以替换前锥体。可以主要使用塑料或其他合适的聚合物材料来制造该前锥体，使得在各个进程完成后可以丢弃该前锥体。在一些变形中，前锥体包括嵌入的图像检测器(例如照相机)，用于监视给药器和患者皮肤之间的耦合界面。前锥体可进一步包括灯1003(例如LED(发光二极管)灯束)，用于照亮前锥体的内部腔室，并且增强腔室1005内的可视性。
图150是如图149所示的前锥体1001的截面图。在该例子中，前锥体1005具有流体输入端口1007和流体输出端口1009。用于耦合超声波传输和用于冷却换能器阵列及患者皮肤的流体被注入到输入端口1007，并从输出端口1009抽出。在前锥体的壁1011中构建流体通路，其允许注入的流体向上通过位于或相邻于前锥体边缘的通道。通道穿过边缘1013的至少一部分周长。在一种变形中，通道被嵌入在至少50％的边缘内。在另一种变形中，通道被嵌入在至少70％的边缘内。
前锥体的边缘支持薄膜，该薄膜将耦合流体容纳在前锥体，薄膜要与患者皮肤接触。边缘非常靠近患者皮肤，当定位给药器以传递聚焦超声波能量时，边缘可以接触患者皮肤。
如图151所示，流体流入到前锥体1001的边缘中的嵌入通道1015和1017，并且绕从前锥体的近(宽)侧1019到远(窄)侧1021的边缘流动，并且通过位于前锥体内壁1027的两个内部端口1023和1025流出，其被配置为引导流体流过治疗换能器阵列1031的表面1029。引导流体从前锥体1001的内腔室1005的远端流向近端。如图152所示，在前锥体近端侧的内壁上，提供输出端口1033以将流体抽出腔室1005。水处理器可被配置为提供(a)正向压力以通过输入端口注入流体到给药器的前锥体腔室内，或(b)负压以通过输出端口将流体从给药器的前锥体腔室吸出。或者，可以施加正向注入和负向吸力以助于流体流入和流出给药器。在一种变形中，可以应用一个或多个温度传感器以检测传感器阵列是否过热，患者皮肤的表面是否过热，和/或前锥体腔室中的耦合流体是否过热。如果检测到过热，水处理器将增加通过治疗换能器的流体流过率和/或降低传递到前锥体腔室内的流体的温度。
在一种变形中，治疗模块进一步包括图像检测器1035，其被放置以监视给药器1037和患者之间的界面。在一种配置中，图像检测器1035被放置在给药器1037的前锥体1011内。图像检测器可包括广角CCD照相机，其位于前锥体的宽端并且角度向上，使得其能够检测薄膜内部的气泡，以及薄膜和患者皮肤之间界面的气穴。在一种变形中，图像检测器1035能够检测薄膜1039内部直径超过3mm的气泡，并且能够检测在薄膜和患者皮肤之间的界面中直径超过3mm的气穴。在给药器中提供一个或多个灯或者其他照明设备，以提供图像检测器的照明。可以放置灯以照亮薄膜的内部表面，并透过薄膜以照亮皮肤。可放置图像检测器1035，使得除了监视薄膜中的气泡和气穴，其能够提供关于治疗换能器阵列1031的取向的可视反馈(例如，监视治疗周期内换能器阵列的俯仰和转动运动)。
在一个例子中，当薄膜膨胀到1cm时，图像检测器能够从前锥体的外壳内看到至少50％的薄膜区域。在另一个例子中，当薄膜膨胀到1cm时，图像检测器能够从前锥体的外壳内看到至少75％的薄膜区域。
参见图153，示出了具有嵌入式图像检测器1035的给药器1037的例子。图像检测器1035包括广角镜头，当换能器处于表面上看平坦的位置时，其被定向以使得能够同时监视视野内的薄膜和换能器的下方。在一些变形中，照相机被配置为检测至少50％的薄膜表面区域，和至少50％的治疗换能器阵列的表面区域。在一些其他变形中，利用两个图像检测器，其中一个被放置为监视薄膜，而另一个被放置为监视阵列表面。
除了薄膜中的气泡和气穴检测，成像检测器还被应用，以帮助将治疗模块放置在患者身上，帮助检测前锥体内的水浴槽内的气泡，帮助监视治疗期间的患者皮肤，以及监视治疗换能器阵列的移动。例如如图154所示，具有广角镜头的图像检测器1035可被放置以监视薄膜1039和患者皮肤之间的气穴1041，监视在薄膜1039的内表面中的气泡1043，监视漂浮在耦合流体中的气穴1045，以及监视治疗换能器阵列1031的表面1047。在一种变形中，图像检测器被配置为具有聚焦透镜，该聚焦透镜允许图像检测器改变其聚焦平面，使得系统控制器可以控制图像检测器以聚焦在恰好在薄膜之上的区域，从而首先检测被困在患者和薄膜之间的气穴和任意物体(例如头发或颗粒)，接下来移动聚焦刚好到薄膜之下，以检测薄膜内表面上的任何气泡。接下来将聚焦调整到治疗阵列和治疗阵列表面之间的区域，以检测在耦合流体中的任何气泡。在一种变形中，图像检测器被配置为扫描薄膜和换能器阵列之间的流体体积，以检测任何气泡或颗粒。可以实现模式识别处理(硬件和/或软件)以估计在各个聚焦平面捕获的图像，从而检测气穴或气泡。该计算处理还进一步将由系统检测的气穴和气泡量化为由单个计数和/或总体积限定的数。如果系统检测到气泡或气穴，则向整个系统提供状况通知，并触发系统向操作者警告气泡和/或气穴的存在和/或位置和/或体积。图155中的流程图示出了气泡检测处理1049的一个例子。在该变形中，基于聚焦平面的位置、图样和/或检测到的困于流体中的气泡形状，系统接下来识别并通知用户是否在薄膜中检测到气泡，在耦合流体中检测到气穴或气泡。在一种变形中，检测阈值被设置为2mm，使得任何检测到的直径大于2mm的气泡触发给操作者的警报。在另一种变形中，检测器阈值被设置为3mm，使得任何检测到的直径大于3mm的气泡触发给操作者的警报。
根据应用和临床需求，治疗模块可被配置为具有一个或多个图像检测器。如图156所示，图像检测器1051可被放置在治疗阵列单元1053上，以使得图像检测器1051的视角将随着治疗阵列一起移动。阵列推动器还可被用来移动图像检测器以扫描薄膜的表面。该配置允许图像检测器看到与治疗阵列能量传递方向相同的视角。在图157表示的一种变形中，一个图像检测器1055被放置在治疗阵列单元1053上，而第二图像检测器1057被固定地放置在给药器1059上。图158表示提供有三个图像检测器1061、1063和1065的一种变形。相比于图157中的设计，在治疗换能器阵列单元的末梢(窄)段提供了额外的图像检测器1065。图159表示两个图像检测器1067和1069被放置在给药器1059上的一种变形。图像检测器可被放置在前锥体结构内，或从给药器1059中的基底框体延伸。图160表示另一种变形，其中一个图像检测器1071被放置在治疗阵列单元1053的末梢，另一个1073被放置在给药器1059上。在另一种变形中，如图161所示，两个图像检测器1075和1077被放置在给药器1059的两侧。图像检测器可被导向以观察薄膜的相同表面区域。在一种配置中，一个图像检测器包括宽频谱彩色图像检测器，而另一个包括IR频谱检测器。IR频谱检测器可被用来监视患者皮肤的热量和/或定位热点。被放置于监视阵列的表面的图像检测器还包括以IR频谱进行检测以监视治疗阵列表面的热量，测量换能器的热量和/或定位治疗阵列上的任何热点。
图像检测器可被用于换能器阵列方位检测(例如验证安装在推动器机构(即推动器A)上的换能器阵列在治疗处理的靶向和追踪期间改变了其取向)。图像检测器还可被用来检测薄膜的膨胀水平。在一个例子中，通过在薄膜上放置标记，并对标记之间的相关和膨胀距离进行成像，以检测和/或测量薄膜膨胀。在另一个例子中，图像检测器被放置以获得薄膜的侧视角。接下来对检测到的图像施加边缘检测以识别薄膜的边界，该边界接下来可被用来确定薄膜膨胀的程度。
图像检测器还可被应用来检测相对于治疗模块或给药器的患者移动。例如，在治疗窗口内的患者皮肤上应用标记，并且通过估计在患者皮肤上的标记的位置/位移，系统可以确定是否发生了患者移动，和/或计算移动量。成像可被用于通过薄膜来观察患者皮肤上的标记(例如标记的治疗窗口)，以助于给药器布置。在一个例子中，商用超声波探头被用来定位骨结构，并使用不褪色墨水来标记皮肤以定义治疗窗口。接下来可以使用照相机观察这些标记以帮助治疗模块布置。在一些变形中，标记被用来自动地引导和布置机电驱动的治疗模块。
图像检测器可被用来相对于已有解剖结构来布置治疗模块。例如，如果能量被传递通过患者的眼镜，眉毛和鼻梁可被用作基准点。成像还可被用于相对于其他基准点标记来布置治疗模块(这样的标记可存在于患者平台上，滑动板上等)。
在一些变形中，成像检测器是单色的。在一些其他变形中，图像检测器具有宽频谱和彩色成像，这允许使用变化的彩色墨水以更好地帮助治疗模块布置。
可以放置一个或多个光源以增强图像检测器捕获的图像。在一种变形中，光源可以是束灯(例如一条LED灯)。在一些变形中，光源具有不同的颜色以仅照亮皮肤上特定的颜色标记(例如，如果在皮肤上绘制了红色和蓝色标记，则使用红色照明将仅显示蓝色标记—红色标记被掩饰起来)。在另一种变形中，UV激活墨水被用于应用基准点标记，位于治疗模块中的UV灯被用来激活和观察基准点标记。在另一种变形中，图像检测器包括红外(IR)照相机。红外成像可以更有效地检测气泡(由于空气是热的不良导体)。红外图像还可被用来感应皮肤上的热分布。通过图像处理模式识别，可以定位本地热点，并且计算检测的表面上的整体热改变。红外成像可被用来检测阵列上的局部热量(潜在地提醒用户阵列损坏或即将发生阵列损坏)。图像检测器可包括能够以红外频谱和可视频谱成像的照相机。
图像检测器可被用来成像超声波疗法波束。可以通过观察和记录聚焦超声波波束的路径中水的折射变化指数而实现该功能(压力改变导致水的折射指数的可察觉偏移)。还可通过在流通的水中引入当吸收超声波能量时变得可以察觉的添加剂来实现该功能。如果发生期望的聚焦，波束成像可被用来确认波束。波束成像可被用于其他诊疗目的。
可与机械推动器一起使用图像检测器成像以定位用于传递治疗的治疗模块。图像检测器还可被用来检查治疗区中患者皮肤上的现有缺陷。图像可被保存作为演示治疗被传递到身体内期望位置的记录。例如，可以通过观察换能器的方位(如翻倒和倾斜)和通过估计从换能器阵列放射的波束形状的焦点深度来实现该功能。
图像可以被处理以发信号何时(在薄膜内或薄膜-皮肤接口处)气泡大到需要补救。例如，如果<3mm，则OK，如果>＝3mm，则需要校正动作。
IR成像可被用来检测水的温度，例如，在治疗开始之前确定皮肤上的水是否足够冷。IR成像可被用来在开始治疗之前检测患者皮肤的温度是否足够冷却。例如，开始治疗之前的接触薄膜的皮肤可能为<15摄氏度，从而减少烧伤。这可以保护皮肤下的组织(如果皮肤是15摄氏度，相邻的组织也被冷却到特定程度)。
在另一种变形中，在患者皮肤上绘制网格作为参考，具有机器驱动运动的摄像机可视化被用来自动地布置治疗模块。图像检测器还可被用来估计耦合到患者身体的薄膜的完整性。
当在治疗模块的薄膜和患者皮肤之间检测到气穴时，可以使用气泡移除装置来移除气泡或形成气穴的气泡。如图162所示，在一种变形中，气泡移除装置包括细长的柔性构件1079。在一个例子中，气泡移除装置由具有从远端延伸到近端的内腔的塑料管制成。在一种变形中，细长主体的两端是开口的。在另一种变形中，细长构件的两端是封闭的。
气泡移除步骤的一个例子包括：在治疗模块的给药器的顶点(即窄端)开始，将细长气泡移除装置横着放置在皮肤和薄膜之间，使用治疗模块的每一侧的一头，慢慢地抽出气泡移除装置尾部以将气泡和气穴扫出该区域。可以通过在远程治疗模块照相机监视器上观察该处理而验证该进程的有效性，该远程治疗模块照相机监视器显示由放置在治疗模块中的图像检测器捕获的图像。
XI.水处理器
可以提供水处理器以向治疗给药器供应冷却的和脱气的水。诸如水之类的耦合流体从治疗给药器中的腔室流到水处理器，其中返回的水被脱气和冷却。在一种变形中，通过水处理器将水冷却到大约10摄氏度并使其流通。
在一种变形中，水处理器包括装有以下组件的外壳：(a)对水进行冷却和脱气的水处理组件，该水处理组件被用作从治疗给药器传输声学能量到患者的耦合设备。其可包括一些混流泵、高真空泵、流量电磁阀、蓄水池、微粒过滤器和管道。(b)接口到治疗模块的推动器A定位组件的气压和真空组件。这些组件包括真空泵、压力泵、调压器以及真空和压力电磁阀和软管。(c)电子组件，例如本地水处理器控制器电路板(用于治疗模块定位控制和水温控制的自主操作)和用于治疗给药器内的推动器A马达的支持组件(步进马达驱动控制器单元，其包括通信端口、步进马达驱动线和编码器电缆)。
在一种配置中，水处理器被配置为具有自有的1500W医疗级隔离变压器和AC电源线。AC电源被用来提供辅助+24Vdc。+24Vdc被用来驱动除了水冷却单元之外的所有组件，该水冷却单元直接由隔离变压器的次级线圈供电。
水处理器的设计中可包括USB通信端口，以提供信息到生成器中的计算单元，这些信息例如是水温和治疗模块定位状态。例如，各个马达控制器单元还可提供一个附加的RS-422端口。
水处理器可被配置为控制和修改流通到给药器的耦合流体的压力。通过调整压力，系统可以控制接触患者身体的给药器薄膜的膨胀水平(从治疗阵列的表面到薄膜的耦合流体的深度)。在一个例子中，压力传感器被放置在水处理器中以监视流体压力。例如，压力传感器可被放置在水处理器的储液罐、流体线和/或压力泵中。在另一种变形中，压力传感器被放置在给药器中，并且电连接到水处理器以向水处理器子系统提供膨胀/压力信息。
水处理器还可被配置为控制到治疗模块的基底推动器的气压和吸力。使用放置在水处理器内的传感器可以测量气流和/或气压以确保(a)提供足够的吸力使得在需要时固定基底推动器的球形接头；(b)提供足够的吸力以确保在需要时基底治疗模块就位于患者平台上；和(c)提供足够的气压使得当操作者期望移动和重新定位治疗模块时将治疗模块浮起在患者平台上。例如，可在水处理器的气流通道中提供压力传感器以监视到治疗模块的正向气流和施加到治疗模块的反向吸力。
参见图163，示出了水处理器子系统1101的例子。在该例子中，治疗模块子系统包括：干箱组件1103，其安置有用于提供到治疗模块的基底推动器/来自治疗模块的基底推动器的正向气流和反向吸力的组件；湿箱组合1105，其封装用于控制到治疗模块的给药器/来自治疗模块的给药器的耦合流体的组件；薄膜接触器1107，用于对液体脱气；真空和压力腔室1109；蓄水池1111；水冷却器1113；电磁干扰滤波器1115；功率输入外壳1117；电压选择开关1119；保险丝支架底座1121。水处理器的后板包括具有多种控制头和开关的上控制面板1123，和用于输入-输出电路和管件连接器的下接口面板1125。
XII.患者平台
在一种变形中，患者平台被设计为安装在标准导管台的上面，并且易于患者仰卧位置的治疗。其包括一个孔，通过该孔可以放置治疗模块并耦合治疗模块到患者的后侧面。患者平台包括轻质碳纤维材料。在一个例子中，患者平台被配置为支撑重达180千克的对象。患者平台还包括远程靶向监视器、远程治疗模块照相机监视器、四个照明器、滑动板、两个桥接器、一组衬垫和两个扶手。
在一种变形中，患者平台具有10英寸或更低的高度，使得当患者躺在患者平台上时，他被从导管台上提升了10英寸或更少。在另一种变形中，患者平台将患者从导管台上提升大约8英寸至大约10英寸。在另一种变形中，患者平台将患者从导管台提升8至12英寸。
在一种变形中，在其上具有治疗模块的患者平台重量为75磅或更少。在一种变形中，具有治疗模块的患者平台重量为80磅或更少。在另一种变形中，具有治疗模块的患者平台重量为85磅或更少。在另一种变形中，患者平台被配置为具有45至75磅的重量。在另一种变形中，患者平台被配置为具有35至65磅的重量。在另一种变形中，患者平台被配置为具有小于65磅的重量。
在一些变形中，患者平台延伸导管台的整个长度。在一些变形中，患者平台被配置为可供操作者从导管台的两侧接入，这允许双边操作。患者平台可由射线可透过的材料制成，并且不会引起过量的成像伪影。对于特定进程，例如需要导管的情况，可能希望患者平台是射线可透过的。在一个例子中，配置患者平台，使得其允许操作者使用荧光检测法观察血管解剖结构。在另一个例子中，配置患者平台，使得其允许操作者使用荧光检测法观察肾动脉解剖结构。在一些变形中，患者平台被配置具有射线可透过的材料，使得可通过荧光检测法观察放置在血管中的靶向导管。
图164描述了一般用于医院中的导管室的标准导管台1201。所示的导管台1201移除了衬垫和床垫。参见图165，所示的患者平台1203位于导管台1201上。在一种变形中，患者平台包括用于支撑患者躯干的主单元1205和用于支撑腿部的延伸1207。
图166是示出包括患者平台1203的一种变形的多种组件的分解图。在该变形中，患者平台包括：躯干支撑模块1209、两个延长器模块1211和1213、两个桥接器1215、两个延长器模块连接器1217、两个电缆引导管1219、滑动板1221、两个侧面靠垫1223、头部靠垫1225、身体靠垫1227、四个照明器1229(例如触摸感应灯或光)、床头板1231、两个臂部板和两个臂部支撑件。
参见图167，以下描述了用于将患者平台1203装配到现有的导管台上的处理的一个例子。可以通过从导管台上移除现有的靠垫和床垫并将患者平台的主单元(即躯干支撑模块)放置到导管台表面上，使得其横向地置中，并且其颅端与导管台的颅端齐平而完成该装配。患者平台的两个延长器(即延长器模块)接下来被横向地置于导管台中央，并且牢固地压住患者平台的尾部。使用三个供给带将患者平台的主单元及其延长器附着到导管台—一个供给带围绕着主单元的各个末端，一个供给带围绕着延长器的尾端。图165表示安装在导管台的颅端上的患者平台的主单元1209，延长器1213与主单元1209的尾端毗邻。
接下来将滑动板安装在患者平台的基底上，位于治疗模块孔的中。可以定位滑动板1221使得其纵梁朝下，并且跨越患者平台基底的侧向边缘。在一种变形中，提供四个电池供电的照明器，通过将这四个照明器按到位于四个内部患者平台凹处的每一个的顶上的尼龙帖(velcro strip)中来安装照明器。接下来将远程靶向监视器安装在位于垂直表面上的多个尼龙贴中的一个上，该垂直表面划分了两个最颅端的凹处，并且通过类似的方式将远程治疗模块照相机监视器安装在划分了两个最尾端的凹处的垂直表面上。当治疗右肾动脉时，这些监视器可被配置为面朝对象的右侧，当治疗左肾动脉时，这些监视器可被配置为面朝对象的左侧。
最后，安装左侧和右侧患者平台桥接器1215，使得桥接器跨越患者平台孔1233。四个患者平台衬垫1223、1225和1227被放置在它们各自的位置，即在躯干支撑模块1209、桥接器1215和延长器模块1213、1217上。确保患者臂架位于患者平台衬垫之下，从而使得患者感到舒服，并且防止患者的手臂干扰治疗模块的接入。
XIII.治疗模块定位模板
可以提供治疗模块定位模板以用于标记患者身体上的皮肤区域，从而识别用于帮助布置治疗模块的治疗窗口。合适地布置治疗模块以保证安置在治疗模块的给药器内的治疗换能器阵列被定位以提供对目标组织的治疗。治疗窗口识别治疗模块可以被放置在何处，从而避免对相邻骨结构的超声处理。
在一种变形中，高密度聚乙烯治疗模块定位模板1301的外周1303(如图168所示)与治疗模块前锥体的印迹在大小和形状上都实体上相同。治疗模块定位模板的内周1305指示当传递聚焦超声波场到患者身体中时聚焦治疗性超声波的外部限制。
在一个例子中，当换能器沿着x和y轴(参见图148)移动至多+/-10度时，治疗模板的内部轮廓或边界定义为换能器波束与薄膜表面的交界。治疗模板的外部轮廓或边界被定义为当平行于薄膜的平面与患者接触表面的最宽部分相交时形成的轮廓。
以下描述确定用于传递聚焦超声波到患者躯干中的治疗窗口的处理的一个例子。在准备使用治疗性系统给予聚焦超声波时，如果需要则对左和右后侧面进行脱毛，并且清除任何残留。当处于卧姿或坐姿时，使用手工触诊以双边地识别骨结构边界(即第12根肋骨1307的下边界，脊柱横肌处理1309的横向边界和髂嵴1311的上边界)，该骨结构边界围成对象的后侧面治疗窗口(参见图169)。如果已经完成对患者一侧的治疗，那么仅需要准备针对对侧后侧面的治疗。
在无法使用手工触诊恰当地定位骨结构边界的情况中，可以使用超声波成像系统以定位骨结构。例如，可以采用能够在1.0-6.0MHz频率范围工作的商用的、双工超声波成像系统和探头来进行腹部血管成像。当患者处于俯卧位置时，可以垂直地握住成像探头，并且接下来调整成像探头环绕各个声学窗口的完整周边，从而发现骨结构边缘的边界。使用黑色或蓝色不褪色墨水标记皮肤，在患者皮肤上绘制这些边界的位置。
将模板1301放置在患者皮肤上的治疗窗口中1313(图170)，使得其顶点1315指向肋椎结。接下来调整模板1301使得最靠近脊柱的内直边界1317与标记对齐，该标记识别脊柱同侧边界1309。在保持脊柱对齐的同时，模板被变换到与脊柱平行，直到模板的顶点1315处的内周刚好与肋骨的下边界1307重叠(图171)。在该位置时，从其顶点围绕模板1301的外周到其脊柱侧的基底，使用红色不褪墨水1319进行描绘。
接下来，绕其顶点1315旋转模板1301，使得直边界1321内的对侧与识别靠近脊柱的肋骨的下边界1307的标记相平行。在维持该肋骨对齐同时，变换该模板直到在模板顶点1315处的内周刚好与脊椎的边界重叠(图172)。在该位置时，从其顶点到其脊柱侧的基底围绕模板1301的外周，使用红色不褪色墨水1323描绘。在治疗模块布置期间，红色轨迹(图173)，即外边界，被用作治疗模块前锥体(前锥体边界)不会延伸超出的边界。
治疗准备之后，患者被放置在患者平台上，患者平台将患者提升到导管台的表面上。在一个例子中，患者被提升到导管台上方大约25cm。患者以仰卧位置躺下，患者被标记的后侧面(治疗窗口)处于患者平台的治疗孔中央。接着是常规处理以提高患者舒适度，以及盖上无菌被单以助于随后操作者介入患者平台孔下方的空间。
XIV.剂量
在一些变形中，治疗性系统可以包括治疗规划和控制子系统，其生成用于治疗性系统传递预定超声波剂量到目标区域(例如环绕肾动脉的区域)处的一系列特定组织体积中的一系列治疗性焦点(或目标)的信息和动作。该子系统与目标追踪子系统协同工作。目标追踪子系统可以是(a)当信标被用于追踪时的ATOF子系统(提供位置信息和目标追踪，在存在患者移动时维持焦点位置，患者移动包括呼吸、肌肉抽搐或自主运动)，或(b)基于成像的无创追踪系统，或(c)以上这些的组合。
在一种变形中，治疗规划和控制子系统包括以下功能：损伤几何生成—这个处理生成涉及目标位置(例如信标位置)的位置处的治疗性损伤的图样的坐标；剂量测定—这个处理指定和控制原来的声学功率、系统定时、曝光时间和损伤内“关闭”时间；用户界面—在系统UI上显示的操作者输入和监视的参数。
治疗性系统可支持将一系列独立的热理损伤传递到目标组织附近特定目标位置的方案。每个损伤的剂量测定与该系列中的其他损伤无关。损伤之间的关闭时间可被设计为序列以保证该方案，并且允许用于声学功率施加之间的中间路径(interpath)。
传递的声学剂量可能将目标组织立体体积的温度提高10至40摄氏度。实际的声学剂量可由操作者选择，但是可以由之前的临床数据进行指导。
计算单元中执行的软件计算控制追踪和治疗换能器阵列能量传递所必需的命令和定时。计算单元可被配置具有足够的计算能力和数据存储空间以存储治疗规划和控制子系统的输出，以用于事件回顾和错误分析。
在一种变形中，治疗规划和控制坐标系统利用与如图43所示的ATOF坐标系统363相同的坐标系统。ATOF发射器或靶向导管的信标的中心位置被定义为治疗的中心位置。ATOF坐标系统的原点处于X轴和Y轴的机械轴心点。在该例子中，最浅的目标被设置为在皮肤纹理以下80mm。最深的目标被设置为处于皮肤纹理以下160mm。在一种配置中，相对于推动器B的最高目标速度为35mm/s。在另一种配置中，相对于推动器B的最高目标速度为25mm/s。在另一种配置中，相对于推动器B的最高目标速度为45mm/s。
在一种变形中，操作者控制治疗规划，并且和控制系统被构建为完成如图174所描述的步骤1401。在一种变形中，操作者退出(Operator Abort)与UI中的紧急关闭(Emergency Power Off)相同。
系统可被配置为使得治疗性焦点的位置与计算的ATOF位置相对齐(例如在全部治疗范围内+/-1.0mm范围内，参见图43中的ATOF量367)。
该系统还监视治疗“打开”期间所消耗的DC功率(电压和/或电流)。在一种变形中，系统被设置为如果治疗期间消耗的电流超过治疗计划中定义的预期电流消耗的10％，则通知用户。
在治疗会话期间可以使用单个损伤图样或多个图样。在一些变形中，在对患者的治疗周期中为所有治疗位置应用单个损伤图样。例如，如图175A-175C所示，可以生成损伤几何结构1403使得N个损伤中心均匀地位于治疗圆柱体1405的横截面。该视图来自治疗性阵列的虚拟“声学”中心的透视图(轴“Z”的原点)，并且靠近推动器B的机械轴心点的位置(ATOF参考轴的原点)。
如图176所示构建焦点位置的图样。在该例子中，为了灵活地控制焦点区和焦点位置，选择十八个位置1407以生成声学功率分布的图样或网格。直径为D的圆被容纳在六边形内。图样的中心1409是空的。所有的焦点位置都在5D直径圆1411内。可由ATOF位置确定Z轴上的焦点位置的深度(参见图43)。
在另一种变形中，实现重叠损伤的图样。图177表示用于各个损伤的焦点位置1413。图178表示最终损伤的期望图样1415及其大小。
受益于本公开的本领域普通技术人员将明了可以通过改变圆形的数量、位于或重叠圆形的焦点的数量而生成附加的损伤图样。接下来系统可以计算图样的数据结构和焦点位置。可以考虑治疗聚焦和ATOF位置对准校正以及信标(或靶向导管)位置信息来生成损伤的几何坐标。
在一种变形中，基于操作者的热剂量输入，系统计算针对模板中各个损伤的、将从治疗性阵列传递的声学输出功率水平。功率计算可以基于来自以下三个方面的参数：(i)操作者输入；(b)系统导出数据；和(c)治疗模块专用信息或参数。在一些变形中，功率水平被编程为对于图样中的所有损伤都一样。在一些变形中，功率水平被编程为依据图样内的损伤的位置而变化。
可以从以下三个输入参数导出输出声学功率计算：(a)热剂量；(b)水深度和(c)目标深度。系统可被配置为允许操作者在治疗前验证最终输出声学功率和损伤位置。系统可被校正为以瓦特计的焦点在水中的平均功率。当治疗波束聚焦在完整z范围的中间位置(例如离换能器表面80至160mm)处时执行校正。在一些变形中，系统被配置为能够生成最大320W功率。在一些变形中，生成0.5MHz至1.5MHz之间的声学功率。
在一种变形中，对于治疗计划中的各个损伤，执行连续的损伤间(intra-lesion)周期序列。图179描述损伤间周期1417的一个例子。在该例子中，在整个治疗期间连续地运行追踪。在开机时间内，靶向导管(TC)可被设置为接收模式，监视撞击到靶向导管的治疗性波束的发生。使用信标作为超声波检测器允许系统验证实际上被传递到治疗区的治疗性超声波。如果系统无法在治疗性开机期间检测到超声波，系统可警告操作者患者的治疗位点没有接收到预期的治疗性能量。
在时间t1期间，信标传输ATOF脉冲。例如，在该时间期间传输四个ATOF脉冲以提供目标定位信息。在时间t2期间，系统接收ATOF脉冲并处理该脉冲以确定位置信息。在时间t3期间，治疗被传递到特定目标位点以形成特定损伤。时间t4是在治疗功率停止后允许声学环境静默的时间。在各个损伤间周期之间，治疗计划命令追踪子系统以移动到计划中的下一个损伤的坐标。在一种变形中，系统被编程使得治疗计划中的损伤被按照某个顺序执行，该顺序治疗离上一个损伤足够远的位置处的各个按次序的损伤。在另一种变形中，系统被编程以根据图176所列出的数字顺序来执行计划的治疗区域。
在一种变形中，在使用治疗规划和控制子系统期间向操作者显示的数据和条目包括：损伤数量、信标位置、暂停/继续/取消治疗、传感器温度、循环率、电压、电流、信标延迟和检测到的信标信号振幅。
可以检查操作者输入是否在合法范围内。如果操作者输入超出范围，可以指示输入错误条件，并且该值不会被接受。可对治疗计划(损伤几何)的图形显示进行颜色编码。例如，白色＝还没有治疗；淡红色＝处理中；红色＝完成的；黑色＝放弃的。在用户屏幕上显示靶向和追踪质量表。例如，表格可以显示各个损伤的与预期的位置之间的平均偏差(向量大小)以及曝光期间的追踪标准偏差。该系统还显示任何关联性(interlock)，例如看门狗功能(验证系统工作正常或系统正经历未期望的事件的系统工作状态)、状况状态和处理消息。
在一些变形中，系统可被配置为防止给予的剂量高于治疗计划中预期的剂量。在一种变形中，用于设置和传递特定剂量的操作序列包括：(A)用户从下拉UI控制中选择剂量。(B)用户可通过键入数值选择估计的水深度。例如，在UI上的文本控制中的10和50之间。(C)系统通过对读数进行平均而确定平均Z深度(也就是从治疗阵列到目标组织的Z方向深度)。例如，超过15秒的平均读数。(D)基于以下计算以瓦特为单位的功率：(a)选择的剂量；(b)估计的水深度；(c)平均Z深度；(e)损伤开启时间，通过配置文件设置该时间。(E)如果计算的功率大于限制，向操作者显示对话框，并给出以限制的功率继续或不再继续的选择。系统可被预编程具有瓦特限制：(a)通过配置文件设置瓦特限制；(b)当向用户询问是否希望以限制瓦特进行处理时，在对话框中向用户显示实际计算的瓦特；(c)接下来在UI中向用户显示受限的或不受限的要使用的瓦特。例如，瓦特限制被设置为320瓦。(F)由所使用的换能器专用参数来计算得到的用于计算的瓦特所期望的电流。如下定义过流限制：(a)期望的电流乘上通过配置文件设置的过流百分比；(b)过流限制被发送到电子接口板上的电流监视处理器。(G)使用以上步骤(E)中计算的或限制的瓦特来创建治疗计划(还可被称为损伤计划)。(H)在治疗开始时，向收发器模块发送步骤(E)中计算的或限制的瓦特。(I)收发器模块使用正被用于将瓦特转换为治疗电压的换能器专用的参数。传输电路在功率开启时间内使用该电压传递期望的剂量。(J)在治疗期间，电流监视处理器监视正被传递到阵列的电流。如果电流超出在以上步骤(F)(b)中设置的限制，则电流监视处理器将禁止电源输出。过流状况将发生，并通过对话框通知用户：(a)在显示对话之前，虽然电流监视处理器已经禁止电源输出，但是仍告知收发器停止传递功率，从而避免功率传递；(b)请求操作者确认对话。接下来应用将关闭其自身。
还可实现附加的保护措施或监视以进一步防止治疗处理中超过范围参数的发生。例如，在以上步骤(C)中，15秒进行平均可减低细小、快速运动的影响。在由系统计算的治疗计划中显示计算所使用的Z深度，该Z深度应当靠近定位期间所见到的深度。系统可被配置为比较计算的平均Z深度和定位期间所使用的Z深度。如果差异大于预定量，则系统将通知操作者可能的错误，并请求操作者在继续下一步操作之前验证计算的Z深度。
在另一个例子中，在以上步骤(E)中，通过配置文件设置的限制显示在对话框中并呈现给用户。在UI中向用户呈现要使用的实际瓦特。UI还可以显示配置文件中设置的限制，使得当要被使用的实际瓦特超过配置文件中设置的限制时，以不同的颜色、闪烁模式或其他视觉增强呈现所显示的限制，以提醒操作者正被使用的功率超出限制。
在另一个例子中，在以上步骤(F)中，可用的换能器专用数据文件被限于与正被使用的系统的一个换能器相关。系统可被配置为做出硬编码的换能器参数值的运行时间检查，并且在检查失败时阻止使用和/或终止治疗处理。因此，如果在步骤(F)中使用了不正确的换能器阵列，则系统能够用硬编码的换能器参数进行检查，并且如果检查到不一致，则阻止治疗性处理继续。
另外，缺省电流限制可被设置为远小于任意治疗值的一个值，其可被用于指示系统配置为治疗。如果电流监视处理器无法接收以上步骤(F)中确定的过流限制，电流监视处理器将在治疗开始时立即禁用电源。
在另一个例子中，收发器可被配置为保持先前功率水平。在这样的配置下，如果先前功率低于电流功率，输出电压和电流将低于预期。如果先前功率高于电流功率，输出电压和电流将高于预期，则触发电流限制。例如，设置触发器使得如果大于先前电流10％则触发电流限制。在该配置中，如果收发器没有发送计算的功率，或者无法接收计算的功率，则阻止系统传递未预期的高功率。
在另一个例子中，在步骤(I)中，系统可被配置为基于换能器配置文件和硬编码的换能器参数值这两者来计算要被用来驱动治疗换能器的电压。如果通过不同方案确定的电压值彼此不一致，系统将提示用户验证治疗参数。
在另一个例子中，系统被配置为如果不正确的电压被发送给电源，则阻止未期望的功率被传递到治疗阵列。如果实际电流比预期电流高出预定的数量，可设置触发电流限制。例如，如果实际电流≥10％的期望电流，可设置触发电流限制。因此，如果不正确的电压低于预期电压，输出电流将低于预期。如果不正确的电压高于预期电压，输出电流将高于预期，并且如果≥10％的期望电流，则触发电流限制。
在另一个例子中，系统被配置为检测电子接口板及其电流监视处理器的错误，以限制驱动治疗换能器的电流(例如电流监视处理器没有使用电流限制)。在一种变形中，在治疗期间被传递的实际电流在UI中显示给操作者。操作者可暂停治疗，因而停止传递可能的过流功率。在另一种变形中，设置边界参数用于监视实际电流。如果实际电流超过边界参数，则可以提供可视的指示和或可听的指示以警告用户检查电流水平。
XV.相位畸变校正
如本公开之前所述，可以应用相位畸变校正(PAC)以进一步改善目标处焦点位置的各个超声波收发器系统通道输出的相位控制。例如，如图26所示，在剂量规划和系统相位控制参数设置之前完成该步骤。相位畸变校正可提供超声波生成的相位和/或时域的调整，以应对从治疗换能器阵列中的换能器元件到目标组织的路径中的非同质材料。该调整可基于生理数据的建模、治疗前临床分析的输入(例如CAT扫描或其他成像数据)和/或在启动治疗性超声波之前发送和检测的已知校正/激励脉冲，以用于确定路径中的组织特征。在另一种变形中，作为由信标生成的和由治疗阵列中的单独换能器接收到的靶向脉冲完成的飞行时间计算的结果，修改相位数据的调整。在该变形中，在治疗处理期间，治疗阵列被设置为监听模式，治疗阵列中的个体换能器元件检测由信标生成的信号。以下将详细讨论的是：信标将生成PAC突发脉冲，这不同于用于相位校正计算的ATOF突发脉冲。例如，PAC突发脉冲的频率和/或振幅可接近地模拟治疗超声波场的频率和/或振幅。基于从信标到治疗阵列中各个换能器元件的PAC突发脉冲传输时间以及已知信标位置，系统接下来在从治疗阵列生成治疗超声波时做出相位调整。
在系统软件用户界面上可以实现一个控制按钮以开始相位畸变校正进程以及输入用于PAC的控制参数。
在一个例子中，控制参数包括以下：(A)ATOF控制参数：(a)发射器工作频率和振幅；(b)接收器延迟和增益；(c)两个相邻脉冲之间的时间延迟；和(d)各个ATOF脉冲的循环数量。(B)相位畸变校正控制参数：(a)发射器工作频率和振幅；(b)接收器延迟和增益；(c)两个ODD和EVEN脉冲之间的时间延迟；和(d)各个PAC脉冲的循环数量。
图180示出了用于相位畸变校正的功能步骤1501的一个例子。这些主步骤可划分为两个主要分类：相位畸变校正RF信号获取和相位畸变校正信号处理。
在一种变形中，相位畸变校正处理包括以下步骤。治疗模块(TM)滑到测试设备(TA)的水箱的下面，并且通过水箱的底部上的薄膜建立声学界面。在水箱内是装有超声波信标的固定设备，在TM内的ATOF环(ATOF ring)定位并且追踪该信标。测试设备提供用于测试治疗模块的声学传输的模拟环境。
图181示出了用于相位畸变校正RF信号获取的时间框1503。系统传输四个ATOF突发脉冲1505，紧跟其后的是两个较长的PAC突发脉冲(≥8循环)1507。4个ATOF突发脉冲(例如各个突发脉冲可以具有四个循环)以ATOF工作频率工作，该ATOF工作频率可以是例如1.3MHz至1.7MHz的范围。通过位于ATOF环中的八个ATOF接收器检测传输的ATOF突发脉冲。将八个ATOF接收到的RF信号从超声波收发器传输到CPU(即计算单元)以用于计算信标位置。
两个相位畸变校正突发脉冲可以具有针对各个突发脉冲的至少八个循环。PAC突发脉冲以治疗阵列的工作频率工作，例如工作频率可以在0.8MHz至1.2MHz的范围内。PAC突发脉冲将由阵列元件接收。第一PAC突发脉冲将由奇数号元件接收，第二突发脉冲将由偶数号元件接收。从超声波收发器将所有接收到的RF信号发送到CPU以用于相位畸变校正处理。图182示出了用于相位畸变校正的计算处理1509的例子的软件框图。
对于一种配置，在水箱中，可以观察以下性能提升：在相位畸变校正后，在80mm至160mm范围内的沿着治疗阵列Z轴上任意焦点位置的所测量的超声波信标信号振幅可以增加至少10％。在用于具有不同声速度的任意初始相位设定的相位畸变校正之后，在沿着80mm至160mm范围内的沿着治疗阵列Z轴上任意焦点位置的所测量的超声波信标信号振幅可以达到相同水平(5％内)。可以通过多种方式感应声速度的变化，其包括使用薄橡胶层(＜5mm)覆盖所有或部分阵列。围绕来自80mm至160mm范围内的沿着治疗阵列Z轴上任意焦点位置的超声波信标的焦点区域的、由20mm步进扫描所测量的焦点大小可以小于针对具有不同声速度的任意初始相位设定的相位畸变校正之前的焦点大小。
应当注意的是本文所描述的一个或多个功能可由处理器执行。如本文中所使用的那样，术语“处理器”可表示一个或多个处理单元，其中处理单元可以是硬件处理器(例如ASIC处理器、FPGA处理器、一般目的处理器、微处理器、信号处理器等，或任何其他类型的处理器)或任何集成电路，还可以是软件模块，或者可以是硬件和软件的组合。在一些实施方式中，处理器可被耦合到治疗性系统的一个或多个组件(例如换能器、检测器等)。
已经描述和描绘了多个实施方式的例子。虽然以特定变形和示例性附图的形式描述了实施方式，本领域普通技术人员将认识到所要求保护的发明并不限制于所描述的变形或附图。另外，以上描述的方法和步骤指示以特定顺序发生的特定事件，本领域普通技术人员将认识到可以修改特定步骤的顺序，并且这些修改是依据所要求保护的发明的范围所覆盖的变形。另外，当可能时，可以通过并行处理同时执行特定步骤，或者按上述顺序执行特定步骤。因此，在落入本公开或等同于权利要求中所发现的要求保护的发明的精神内存在一个或多个实施方式的变形，本专利和所要求保护的发明也覆盖这些变形。最后，该说明书中所引用的所有公开和专利申请都被全文并入本文以供参考，如同各个单独的公开或专利申请都被明确地和单独地并入本文。

Claims (85)

1.一种用于从患者外部的位置施加超声波能量到环绕血管中血流的区域的系统，所述系统包括：
治疗性超声波换能器，其包括多个换能器元件；和
处理器，其被配置为控制所述多个换能器元件；
其中所述处理器被进一步配置为接收关于所述血管的第一位置的第一输入；
其中所述处理器被配置为改变输入到所述换能器元件的相位输入，以将所述换能器的聚焦在第一平面上移动至少1cm，以及在与所述第一平面正交的第二平面上移动至少1cm，所述第一平面基本上沿着所述治疗性超声波换能器的换能器元件的平面；和
其中所述处理器被进一步配置为根据所述系统的操作者预先确定的图样，将所述换能器的聚焦定位在与所述血管中的血流偏移的按次序的位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，以基本随机或非均匀的图样来布置所述多个换能器元件。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述治疗性超声波换能器包括具有分别用于所述换能器元件的切口的基板；和
其中所述换能器元件能够被放置在所述基板的各个切口中，并且通过滑入配合或按入配合耦合到所述治疗性超声波换能器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述治疗性超声波换能器的所述换能器元件被布置在3D基板上，所述3D基板指向所述治疗性超声波换能器前方的预定的点、线、区域或3D区域。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述治疗性超声波换能器的至少一个换能器元件具有圆形、正方形、六边形或矩形形状。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述治疗性超声波换能器的换能器元件被封装为具有一种尺寸、两种尺寸或多种尺寸的单个元件换能器。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述治疗性超声波换能器的换能器元件被封装为具有多种工作频率的多种尺寸的单个元件换能器。
8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，使用具有线、面、椭圆、球或其它3D几何图案的三维打印工艺形成所述换能器的所述基板。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述三维打印工艺包括以下工艺中的一个：选择性激光熔凝、直接金属激光烧结、选择性激光烧结、熔融沉积成型、聚合物固化类型处理和立体光刻处理。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为接收关于所述血管的第二位置的第二输入，所述第二位置的接收在所述第一位置的接收的约1-200ms内；和
其中所述处理器被配置为根据所述第二位置来调整所述治疗性超声波换能器的聚焦。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括成像探头，以对包括所述血管的区域成像。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述成像探头包括附着的基准点或3D位置传感器。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为接收与来自所述基准点或所述位置传感器的反射或位置信号相关联的输入，解释所述输入，并且产生用于指示三维坐标空间中的成像探头位置和成像探头取向的输出。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为基于所述成像探头位置、所述成像探头取向和所述血管的位置来确定所述血管的三维位置。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为接收与来自所述基准点或所述位置传感器的反射或位置信号相关联的输入，并且产生用于定位所述治疗性超声波换能器的输出。
16.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为将来自成像探头的图像中的目标的三维位置与所述治疗性超声波换能器的三维位置相关联。
17.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括耦合到所述处理器的图形用户界面，其中所述图形用户界面被配置为显示目标，并且其中所显示的目标可由所述系统的操作者移动。
18.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述治疗性超声波换能器包括一系列脊线，所述换能器元件可按入配合或滑入配合其中，其中配合的公差大于100微米。
19.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述治疗性超声波换能器包括一系列脊线，所述换能器元件可按入配合或滑入配合其中，其中配合的公差大于50微米。
20.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统被配置为使用放置在离所述治疗性超声波换能器一定距离的接收器来通过校正进程进行自动校正，所述校正进程确定所述换能器元件的效率。
21.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统被配置为使用放置在离所述治疗性超声波换能器一定距离的发射器来通过校正进程进行自动校正，所述校正进程确定所述换能器元件的效率。
22.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器还被配置为追踪超声波图像中的感兴趣区域。
23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述感兴趣区域被链接到所述超声波图像中的用户定义的目标。
24.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述处理器包括算法，所述算法用于比较在一个超声波帧中的感兴趣区域和在上一个超声波帧中的感兴趣区域，并且更新目标相对于所述治疗性超声波换能器的位置。
25.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，所述算法利用散斑的数字化来进行比较。
26.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，所述算法利用解剖结构的数字化来进行比较。
27.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，所述算法利用散斑的数字化和解剖结构的数字化来进行比较。
28.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为利用对到所述治疗性超声波换能器的输出脉冲的调制来解决沿着所述治疗性超声波换能器的所述换能器元件的功率密度的区域性差异。
29.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为利用到所述治疗性超声波换能器的输出脉冲的相位调制来解决不均匀组织结构的相位畸变。
30.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为利用到所述治疗性超声波换能器的输出脉冲的脉宽调制来解决由于换能器元件尺寸或所述换能器的所述换能器元件的制造工艺变化导致的表现。
31.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括耦合到所述处理器的机电推动器，其中所述机电推动器被配置为响应于来自所述处理器的控制信号而机械地定位所述治疗性超声波换能器以移动所述聚焦。
32.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述治疗性超声波换能器被配置为提供高强度能量、中等强度能量、低强度能量或其组合。
33.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为在所述治疗性超声波换能器传递所述超声波能量期间追踪一个或多个特定目标区域的位置。
34.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被进一步配置为使用超声波成像和/或超声波信号信标来追踪目标区域的定位，并且在治疗周期内将所述换能器的所述聚焦保持在所述目标区域中。
35.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超声波换能器在给药器中，并且能够独立于所述给药器的取向移动；和
其中所述系统进一步包括用于控制所述超声波换能器的移动的驱动器，和耦合到所述给药器或所述超声波换能器的检测器，其中所述检测器被配置为检测所述患者体内的治疗区域，并且当所述治疗区域在所述患者体内移动时追踪所述治疗区域的位置。
36.根据权利要求35所述的系统，其特征在于，所述检测器包括超声波成像换能器阵列。
37.根据权利要求35所述的系统，其特征在于，所述检测器包括三个或更多个超声波接收器，用于检测放置于靠近所述治疗区域的信标。
38.根据权利要求35所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括连接到所述换能器的超声波收发器模块；
其中所述检测器连接到所述超声波收发器模块和所述驱动器；和
其中所述处理器被配置为确定所述治疗区域相对于所述换能器的位置。
39.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换能器元件中的至少一个具有半环形形状。
40.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括连接到所述治疗性超声波换能器的第一推动器，所述第一推动器被配置为为所述治疗性超声波换能器提供至少三个运动自由度。
41.根据权利要求40所述的系统，其特征在于，所述治疗性超声波换能器位于给药器的外壳内并且耦合到第二推动器，所述超声波换能器阵列被至少部分地浸入到所述给药器外壳中包含的液体中，并且其中所述第二推动器被配置为为所述超声波换能器阵列提供至少两个运动自由度。
42.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述治疗性超声波换能器是给药器的一部分，所述给药器包括用于将所述给药器耦合到患者身体的薄膜。
43.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括耦合到所述治疗性超声波换能器的第一方向传感器。
44.根据权利要求43所述的系统，其特征在于，所述治疗性超声波换能器是给药器的一部分，并且其中所述系统进一步包括耦合到所述给药器的外壳的第二方向传感器。
45.根据权利要求44所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括水处理器，以使冷却液体流过所述给药器的外壳中的腔室。
46.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括具有多个超声波接收器的检测器，其被配置为基于声学飞行时间计算来检测信标的位置，所述检测器被耦合到所述处理器。
47.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括生成器和超声波收发器，所述生成器和超声波收发器被配置为以变化的能量相位来给所述换能器中换能器元件中的至少一些换能器元件提供能量，从而将能量聚焦到所述患者中的预定位置。
48.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为访问治疗计划，所述治疗计划根据所述图样规定将能量传递到所述患者体内的多个治疗区域。
49.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器还被配置为计算所述超声波换能器所需的移动，以用于将所述超声波换能器的聚焦从第一治疗区域移动到第二治疗区域。
50.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被进一步配置为确定所述超声波换能器所需的角旋转，以将所述聚焦从第一治疗区域移动到第二治疗区域。
51.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为为所述换能器元件中的至少一些换能器元件生成相位表，所述相位表具有用于操作所述超声波换能器的数值，以使得由所述超声波换能器提供的能量聚焦到患者体内的目标位置。
52.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被进一步配置为为所述换能器元件中的至少一些换能器元件确定针对多种功率需求的功率表，所述功率表具有用于计算驱动所述换能器元件中的至少一些换能器元件的电能的数值，以使得能够在目标位置达到期望剂量。
53.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括用于对电能进行脉宽调制以驱动所述换能器中换能器元件中的至少一些换能器元件的电路，从而达到横跨所述换能器的一致的功率强度。
54.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换能器元件中的至少两个换能器元件具有各自不同的表面面积。
55.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换能器元件被以随机配置布置在基板上，所述基板是使用三维打印技术制造的。
56.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换能器元件被布置以同轴图样布置中。
57.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为使用算法来对电能的脉宽调制作出调整，以使得所述换能器元件中的两个或更多个换能器元件相对于具有所述脉宽调制的换能器的焦点传递相同的功率密度，其中所述算法考虑了从所述换能器元件中两个或更多个换能器元件到所述换能器的聚焦点的距离。
58.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为使用算法以利用对电能的脉宽调制来作出调整，以使得所述换能器元件中的两个或更多个换能器元件相对于所述换能器的聚焦点达到相同的功率密度，其中所述算法考虑了从所述两个或更多个所述换能器元件中的每一个到所述换能器的聚焦点的传输路径中的吸收和干扰。
59.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换能器元件中的至少两个换能器元件具有各自不同的尺寸，所述换能器元件中的至少两个换能器元件包括一个较大的换能器元件和一个较小的换能器元件，并且其中所述处理器被配置为使用脉宽调制以驱动较多的电功率到所述较大的换能器元件，以及驱动较少的电功率到所述较小的换能器元件。
60.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为基于由信标发射的并由耦合到所述换能器的超声波接收器接收到的信号，以及基于声学飞行时间计算来追踪坐标系统中信标的位置。
61.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换能器包括五个或更多个超声波接收器，并且所述五个或更多个超声波接收器的子集被激活用来追踪信标。
62.根据权利要求61所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为使用算法以检测一个或多个激活的超声波接收器是否失效，并且如果检测到一个或多个激活的接收器失效，则激活额外的超声波接收器。
63.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换能器包括具有以分块配置布置的换能器元件的裂片，所述分块配置形成饼形形状，其中所述换能器元件中较靠近所述饼形形状的狭窄段的一个换能器元件具有较大的表面面积，而所述换能器元件中较远离所述饼形形状的狭窄段的另一个换能器元件具有较小的表面面积。
64.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被进一步配置为监视由所述换能器消耗的实际电流，并且确定所述被消耗的实际电流是否高于预期的电流消耗。
65.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器还被配置为定位所述患者体内的治疗区域，随着所述治疗区域在所述患者体内移动而追踪所述治疗区域的位置，计算所述换能器元件中的至少一个换能器元件和所述目标区域之间的距离，并且至少基于所述换能器元件中的至少一个换能器元件和所述目标区域之间的距离而生成相位畸变校正因子。
66.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换能器进一步包括外壳，所述外壳包括在外壳的壁中的通道，所述通道引导耦合流体流过所述换能器的表面。
67.根据权利要求66所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括图像检测器，所述图像检测器附着到所述外壳上并且被放置以通过所述耦合流体捕获薄膜的图像。
68.根据权利要求67所述的系统，其特征在于，所述图像检测器被配置为检测包含红外光的光的光谱。
69.根据权利要求67所述的系统，其特征在于，所述图像检测器被配置为检测来自所述薄膜和所述患者的皮肤之间的界面的反射，以确定从所述治疗性超声波换能器到所述皮肤的距离。
70.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括用于检测位于所述换能器的声学耦合界面和所述患者的身体之间的气泡。
71.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括射线可透过的框体，所述射线可透过的框体具有用于支持所述患者躯干的躯干段和用于支持所述患者腿部的延伸段。
72.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，所述算法利用超声波图像中流参数的数字化来进行比较。
73.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，所述算法使用散斑、流参数和解剖结构信息的数字化的组合来进行比较。
74.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述感兴趣的区域是用户定义的感兴趣区域。
75.根据权利要求74所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为基于指示信号来确定所述感兴趣区域是否可被用于追踪。
76.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，与所述血流偏移的按次序的位置彼此位于另一个的5mm之内。
77.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，与所述血流偏移的按次序的位置彼此位于另一个的1mm之内。
78.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，与所述血流偏移的按次序的位置基本上是相同位置。
79.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括用于患者的桌子，其中所述桌子包括可由操作者调整尺寸的开口。
80.一种用于从患者外部的位置施加超声波能量到环绕血管中的血流的神经区域的系统，其特征在于，所述系统包括：
治疗性超声波换能器，所述治疗性超声波换能器包括多个换能器元件；
具有附着的基准点的超声波成像换能器，所述基准点被配置为指示所述成像换能器的取向；和
处理器，所述处理器被配置为控制所述多个换能器元件；
其中所述处理器被进一步配置为从所述基准点接收第一时间点时的数据，以确定来自所述超声波成像换能器的超声波图像中的目标的三维坐标。
81.根据权利要求80所述的系统，其特征在于，所述处理器被进一步配置为根据由所述系统的操作者预先确定的图样，将所述换能器元件的聚焦定位在与所述血管中的血流偏移的按次序的位置。
82.根据权利要求80所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为在相继的时间点从基准点接收附加数据。
83.根据权利要求82所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为利用所述附加数据来确定更新的目标坐标。
84.根据权利要求82所述的系统，其特征在于，所述目标包括用户定义的感兴趣区域。
85.根据权利要求84所述的系统，其特征在于，所述目标包括散斑、解剖特征或流信号。
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