通过发射远程交叉聚焦超声波来处理组织的治疗设备的制作方法

1.本发明涉及包括由多个超声换能器元件形成的超声探头的设备或装置的技术领域，这些超声换能器元件适于发射高强度聚焦超声(hifu)。
2.本发明的目的特别有利地应用于通过聚焦超声波的治疗处理领域。


背景技术：

3.特别是从公开文献“kennedy,j.e.,high
–
intensity focused ultrasound in the treatment of solid tumours(实体瘤治疗中的高强度聚焦超声).nat rev cancer,2005.5(4):p.321
–
7”中已知，通过聚焦超声波的处理可在组织中造成由组合的热效应和声空化活动引起的生物创口(lesion，损伤)。执行这种处理需要控制沉积能量，并在最短时间内执行与待处理组织相适应的尺寸的创口。而且，必须以探头的尽可能少的移位来规划该处理，因为移位会引起对运动的灵敏度并且涉及处理时间的延长，而且还会由于手动操作而引起精度不足，或者强制引入机器人系统以允许毫米级移位。此外，根据待处理的组织，探头的移位并非总是可行的，因为可用于处理组织的声学窗口有时是极为受限的(cf.“aubry,j.f.,等人,the road to clinical use of high
–
intensity focused ultrasound for liver cancer:technical and clinical consensus(高强度聚焦超声治疗肝癌的临床应用之路：技术和临床共识).j ther ultrasound,2013.1:p.13”)。
4.这些组织创口的形状直接源自所使用的超声探头的过度发射面(over
–
emission face)的形状。例如，经典球形超声换能器hifu的自然几何聚焦由于衍射而呈椭圆形。另外，现有技术已经提出了用于增大处理区域的尺寸而不必移位超声探头的各种解决方案。
5.专利ep0 214 782描述了一种关于装配有透镜的超声换能器的解决方案，该透镜用于从球形几何形状的换能器实现环形聚焦。这种特殊的结构将聚焦区域扩大到环的尺寸，而且还露出了位于换能器的中心轴线上的聚焦覆盖区域，该聚焦覆盖区域源自超声波束在超出换能器的聚焦平面以外的相交。该文献提供了一种用于减小该聚焦覆盖区域中的压力场以克服继发性创口风险的系统。
6.文献wo2011/092683描述了一种高强度聚焦超声探头，其包括用于将第一波束聚焦到位于创口中的目标体积上的超声换能器的第一网络和用于产生聚焦在相同目标体积上的第二超声波束的超声换能器的第二网络，使得所述第一波束与第二波束之间的干涉在所述目标体积中产生非对称的超声场。该文献描述了探头的各种实施例。主要缺点是要生成具有不同频率的两个超声波束，因此需要更昂贵的电子器件、更复杂的去相位计算，并且造成在目标体积外部出现次级压力瓣(pressure lobe)。
7.应该注意，超声处理探头可以与如专利ep0661029所提出的成像探头一起使用。在同样的意义上，专利us5 522 869描述了包括具有呈环形的换能器的圆柱形探头的超声能量处理设备。
8.文献xp55009820描述了一种治疗探头，其包括回转发射面，该回转发射面由凹曲线区段围绕对称轴线旋转而产生，该凹曲线的曲率中心位于距对称轴线一定距离处。在轮
wirsung，胰管)、尿道或胆管处理肿瘤。


技术实现要素：

17.本发明的目的是通过提出新颖的低成本的治疗设备来矫正各种现有技术解决方案的缺点，该治疗设备适于获得适于待处理组织的复杂构造的生物创口的体积，同时声学处理窗口被特别限制。
18.为了实现这样的目的，用于通过发射聚焦超声波来处理组织的治疗设备包括具有换能器的治疗探头，该换能器包括由形成控制电路的一部分的信号发生器所传输的信号激活的多个超声发射器，以限定聚焦超声波的压力场的创建表面。
19.根据本发明：
20.创建表面被分为至少n个扇区(其中n在2与32之间)，以将超声波聚焦在被限定于聚焦平面中的聚焦区域上，该创建表面的扇区在轮廓平面中具有有限长度的多个凹曲线区段，这些凹曲线区段相对于对称平面或对称轴线不对称；
21.曲率中心相对于所述平面或对称轴线不对称达到这样的程度，即，曲率中心位于距对称平面或距对称轴线的不同距离处和/或位于根据对称轴线所取的不同深度处；
22.每个凹曲线区段具有其自身的轴线，所述轴线穿过所述凹曲线区段的曲率中心和所述凹曲线区段的中部；
23.各个轴线在聚焦区域与创建表面之间相交或在聚焦区域之外相交，使得源自扇区的波束相交以创建聚焦覆盖区域，该聚焦覆盖区域相对于对称平面或相对于对称轴线是(偏)离轴的，并且位于距聚焦平面一定距离处、在聚焦区域与创建表面之间或在聚焦区域之外；
24.通过多个凹曲线区段围绕对称轴线旋转2π/n或者通过多个曲线区段按照垂直于包含所述曲线区段的轮廓平面的方向平移来产生该创建表面的扇区，使得扇区可以创建具有与聚焦覆盖区域相对应的轮廓的能量沉积区域；
25.创建表面的多个曲线区段通过分离而在对称轴线或对称平面的任一侧上在轮廓平面中延伸，以允许将聚焦覆盖区域定位在距创建表面一定距离处。
26.根据优选的实现特性，将创建表面分为两个扇区。
27.有利地，在创建表面中，内边缘界定用于安装超声成像探头的壳体。
28.根据第一变型实施例，创建表面源自于由换能器元件限定的、具有环面几何形状的面，该环面几何形状通过多个凹曲线区段在对称轴线周围旋转而产生，使得多个凹曲线区段遵循相交的非重合圆的弧，使得聚焦区域具有圆的多个部分的形式。
29.根据实现特性，该面相对于对称轴线被对称地截顶。
30.根据第二变型实施例，创建表面源自于由换能器元件限定的、具有圆柱形几何形状的面，该圆柱形几何形状通过根据有限长度的两个曲线区段按照垂直于包含所述曲线区段的轮廓平面的方向平移而产生，使得聚焦区域具有线性形式。
31.根据实施例，换能器的超声发射器限定与聚焦超声波的压力场的创建表面相对应的发射面。
32.根据另一实施例，形成控制电路的一部分的信号发生器被控制以传输信号，从而激活以区段分布的超声发射器，其具有相位或延迟定律以实现聚焦超声波的压力场的创建
表面。
33.根据有利的变型实施例，在照射阶段(exposure phase，曝光阶段)中，形成扇区的一部分和相对于对称轴线对称相对的扇区的一部分的超声发射器由形成控制电路的一部分的信号发生器所传输的信号激活，以创建相应的能量沉积区域。
34.根据本发明的特性，在照射阶段中，形成扇区的一部分和相对于对称轴线对称相对的扇区的一部分的超声发射器由形成控制电路的一部分的信号发生器所传输的信号激活，以在对称平面的一侧创建相应的能量沉积区域。
35.根据本发明的另一特性，在随后的照射阶段中，形成扇区的一部分和相对于对称平面对称相对的扇区的一部分的超声发射器由形成控制电路的一部分的信号发生器所传输的信号激活，以在与创建先前照射阶段的能量沉积区域的一侧相对的另一侧形成相应的能量沉积区域。
36.有利地，超声发射器根据垂直于对称平面的若干扇区进行分布，并且通过由形成控制电路的一部分的信号发生器所传输的信号来激活连续照射阶段中的扇区的超声发射器，以在对称平面的任一侧上创建能量沉积区域。
37.就本发明而言，在连续照射阶段中，每一个超声发射器的曲率中心位于距对称平面或对称轴线不同距离处和/或根据竖直轴线位于不同深度处，所述超声发射器由形成控制电路的一部分的信号发生器所传输的信号激活，以便获得离轴能量沉积区域。
38.根据实施例，在连续照射阶段中，连续照射阶段中的超声发射器的曲率中心位于距对称平面或对称轴线不同距离处和/或根据竖直轴线位于不同深度处，所述超声发射器由形成控制电路的一部分的信号发生器所传输的信号激活，以便针对这些连续照射阶段获得具有相同或不同尺寸的不同位置的离轴能量沉积区域。
39.根据另一实施例，在连续照射阶段中，超声发射器由形成控制电路的一部分的信号发生器所传输的信号激活，从而从一个照射阶段到另一照射阶段更改曲率中心的距离和/或深度，使得能量沉积区域根据竖直轴线是同心的和/或对称的和/或不对称的和/或重叠的。
40.根据另一实施例，在至少一个互补照射阶段中，超声发射器s由形成控制电路o的一部分的信号发生器所传输的信号激活，以便确保超声波在聚焦区域中的聚焦，并且获得相对于对称平面或对称轴线居中并且位于距聚焦区域与发射面之间的聚焦平面一定距离处或在聚焦区域之外的聚焦覆盖区域。
41.从以下参照附图的详细描述中，将更清楚地理解本发明。
附图说明
42.图1是包括根据第一变型实施例示出的治疗探头的治疗设备的示意性布局，具有围绕对称轴线回转的形状。
43.图2是示出根据第一变型实施例实现的聚焦超声波的压力场的创建表面的示例的示意图，该创建表面被认为是创建虚拟表面。
44.图3是用于解释图2中示出的用于产生聚焦超声波的压力场的创建表面的原理的视图。
45.图4是能够根据探头的第一变型实施例和根据第二变型实施例执行的聚焦超声波
的压力场的创建表面的第一示例在轮廓平面中的立视图，具有伪圆柱形式。
46.图5是能够根据第一变型实施例和根据探头的第二变型实施例执行的聚焦超声波的压力场的创建表面的第二示例在轮廓平面中的立视图。
47.图6是能根据第一变型实施例和根据探头的第二变型实施例执行的聚焦超声波的压力场的创建表面的第三示例在轮廓平面中的立视图。
48.图6a是能够根据第一变型实施例和根据探头的第二变型实施例执行的聚焦超声波的压力场的创建表面的第四示例在轮廓平面中的立视图。
49.图7a是根据第一变型实施例执行的并且示出探头的面被切割成四个扇区的探头的后视图。图7b是示出由图7a所示的探头创建的聚焦超声波的压力场的创建表面的视图。图7c是示出由图7a所示的探头创建的聚焦超声波的压力场的创建表面的视图。
50.图8a是根据第一变型实施例执行的、具有中心开口的环面换能器形式的探头的轮廓图。
51.图8b是说明由探头执行的居中自然聚焦的原理的截面立视图，该探头是根据第一变型实施例实现的、图8a中示出的环面换能器形式。
52.图8c是根据平面pr垂直于对称轴线截取的截面立视图，其示出了根据图8b中示出的居中自然聚焦的原理获得的在其中心具有超声波束的聚焦覆盖区域的形式。
53.图9a是示出了用于创建聚焦超声波的压力场的虚拟表面的实施例的示意图，其是通过根据第一变型实施例实现的且诸如图8a中所示的换能器获得的。
54.图9b是轮廓平面中的截面立视图，其示出了通过图8a中示出的换能器聚焦以产生图9a中示出的用于创建聚焦超声波的压力场的虚拟表面的原理，以便获得相对于根据自然聚焦的原理获得的超声波束的聚焦覆盖区域所示的超声波束的离轴聚焦覆盖区域。
55.图9c是根据平面pr垂直于对称轴线截取的并且示出了根据本发明原理获得的超声波束的离轴聚焦覆盖区域的形式以及根据自然聚焦的原理获得的超声波束的聚焦覆盖区域的形式的截面立视图。
56.图9d是根据本发明的原理获得的超声波束的离轴聚焦覆盖区域的形式的立体图。
57.图10a是示出了用于创建聚焦超声波的压力场的虚拟表面的另一实施例的示意图，其是通过根据第一变型实施例实现的并且诸如图8a中所示的换能器获得的。
58.图10b是轮廓平面中的截面立视图，其示出了通过图8a中示出的换能器聚焦以产生图10a中示出的用于创建聚焦超声波的压力场的虚拟表面的原理，以便获得相对于根据自然聚焦原理获得的超声波束的聚焦覆盖区域所示的超声波束的离轴聚焦覆盖区域。
59.图10c是根据平面pr垂直于对称轴线截取的示出了根据本发明原理获得的超声波束的离轴聚焦覆盖区域的形式以及根据自然聚焦的原理获得的超声波束的聚焦覆盖区域的形式的截面立视图。
60.图10d是根据图10b中示出的聚集原理获得的超声波束的离轴聚焦覆盖区域的形式的立体图。
61.图10e是示出了与图9b和图10b中示出的原理相对应的两个连续超声照射阶段获得的超声波束的离轴聚焦覆盖区域的组合形式的立体图。
62.图10f是示出了与图9b和图10b中示出的原理相对应的两个连续超声照射阶段获得的超声波束的离轴聚焦覆盖区域的组合形式的平面图。
63.图11a是示出了连续照射阶段期间的同心和不对称的离轴聚焦覆盖区域的平面图。
64.图11b是示出了在连续照射阶段期间的同心、对称和重叠的离轴聚焦覆盖区域的立体图。
65.图11c是示出了在连续照射阶段期间的同心、对称和重叠的离轴聚焦覆盖区域的立体图。
66.图11d是示出了与在连续照射阶段期间的同心、对称和重叠的离轴聚焦覆盖区域组合的居中的自然聚焦覆盖区域的立体图。
67.图11e是示出了由具有两个同心离轴聚焦覆盖区域的聚焦环所包围的自然聚焦覆盖区域的平面图，其自身在连续照射阶段期间由具有四个同心离轴聚焦覆盖区域的聚焦环所包围。
68.图12是示出了具有用于执行本发明的伪圆柱形式的根据第二变型实施例的换能器的示例的立体图。
69.图12a是示出了在照射阶段期间根据居中的自然聚焦的原理获得的超声波束的聚焦覆盖区域的形式的立体图，该居中的自然聚焦通过图12中示出的具有伪圆柱形式的换能器实现。
70.图12b是示出了在照射阶段期间通过图12中示出的具有伪圆柱形式的换能器获得的超声波束的离轴聚焦覆盖区域的形式的立体图。
71.图12c是示出了在随后的照射阶段期间通过图12中示出的具有伪圆柱形式的换能器获得的超声波束的离轴聚焦覆盖区域的对称形式的立体图。
72.图13a是示出了执行图12中示出的具有伪圆柱形式的换能器的第二变型实施例的示例的立体图。
73.图13b是示出了在两个连续照射阶段期间通过图13a中示出的换能器获得的超声波束的离轴聚焦覆盖区域的对称形式的立体图。
74.图13c是示出了在连续照射阶段期间通过图13a中示出的换能器获得的超声波束的离轴聚焦覆盖区域的形式的立体图。
75.图13d是示出了在连续照射阶段期间通过图13a中示出的换能器获得的超声波束的离轴聚焦覆盖区域的形式的立体图，其与要保留的超声波的区域相关。
具体实施方式
76.从图1中可以更详细地看出，本发明的目的涉及治疗设备i，在一般意义上，其包括适于借助于高强度聚焦超声(hifu)对活体组织执行处理的治疗探头1。治疗探头1特别包括换能器2，其包括若干超声发射器3(例如压电元件)，限定聚焦超声波的发射面4。这些超声发射器3通过同轴电缆5经由放大级6连接到控制电路7，该控制电路供应信号以激活超声发射器3。由于控制电路7的实现构成本领域技术人员的部分技术知识，因此不再对其进行更详细地描述。控制电路7通常包括受控信号发生器，该受控信号发生器借助于放大级6连接到超声发射器。这样，每个超声发射器3连接到其自己的信号发生器。
77.控制电路7的信号发生器激活以区段分布(并且更精确地说以曲线区段或直线区段分布)的超声发射器3，以限定用于创建聚焦超声波的压力场的表面8。根据第一有利实施
例，形成控制电路7的一部分的信号发生器被控制以传输信号，从而激活换能器2的超声发射器3，其具有相位或延迟定律以产生聚焦超声波的压力场的创建表面8，该创建表面被认为是不同于换能器的发射面4的虚拟创建表面(图2、图9a、图10a)。根据第二实施例，聚焦超声波的压力场的创建表面8与换能器的面4相对应。
78.换言之，聚焦超声波的压力场的创建表面8或者是与物理换能器相对应，或者更精确地说与换能器2的面4相对应，或者通过向换能器2的命令信道施加相位而与虚拟创建表面8相对应。
79.即使通过相位或延迟定律来激活超声发射器3对于本领域技术人员来说是公知的，下面的描述是其原理的提醒。
80.放置在感兴趣区域的每个点上的总压力p(r)由下式定义(chavrier等人，2000)：
[0081][0082]
p(r)是点r处的压力(pa)，ds是一组基本源(elementary source)，p是传播介质的体积质量，c是超声波在传播介质中的速度，λ是波长，n是换能器的激活元件的数量，s是每个发射源的面积，u
n
是元件n的正常速度，是施加到元件n的相位，α
medium
是介质的衰减系数，f是换能器的使用频率，最后k是波数。根据被称为“最大响应”的方法(curiel等人，2002)，通过在上述线积分中固定来获得在优选焦点处的源自换能器的每个元件的相位。
[0083]
因此，施加到每个元件以在优选点处获得最大信号的相位由下式给出：
[0084][0085]
其中im[p(n，m)]和re[p(n，m)]分别是由换能器的元件n发送的点m处的压力场的虚部和实部。这样，对于每个元件n，延迟τ
n
由下式定义：
[0086][0087]
另一种计算方法包括为每个元件n限定自然焦点与优选焦点之间发射的路径差。然后，每个元件的延迟由定义，其中d
nat
是元件n与其自然焦点之间的距离，d
foc
是元件n与优选焦点之间的距离，c是超声波在传播介质中的速度。然后，通过获得相位。
[0088]
另一种计算方法包括定义不同几何形状的虚拟超声发射器，但也将其切割成n个元件，随后使实际发射器的第一元件的中心在空间中与虚拟发射器的第一元件的中心重合。每个相应元件之间的距离d
n
计算要施加的延迟，其由定义，其中c是超声波在传播介质中的速度。然后，通过获得相位。
[0089]
如在说明书内将更好地理解的，创建表面8的形式特别根据治疗设备的应用而改
变。因此，看起来有利的是，将探头布置成具有容易由本领域技术人员产生的确定形状的面4(例如图1)，并且从该面4生成创建表面8，该创建表面具有待制造的复杂形状且不同于面4的形状(例如图2所示)。然而，可以产生具有面4的换能器2，所述面的形状与聚焦超声波的压力场的创建表面8相对应，例如图2所示的。
[0090]
应该注意，根据第一变型实施例(图1、图2、图3、图7a
‑
图7c、图8a
‑
图8c、图9a
‑
图9d、图10a
‑
图10f、图11a
‑
图11e)，创建表面8具有围绕对称轴线s回转的形式，或者根据第二变型实施例(图12、图12a
‑
图12c、图13a
‑
图13d)具有管状的伪圆柱形式，或者由具有对称平面a1的圆柱体的两个部分构成的形式。应该注意，图4、图5、图6和图6a是用于示出根据第一变型实施例和根据第二变型实施例的创建表面8的轮廓图。根据竖直方向z定义的对称轴线s与以回转面形式产生的换能器的面4的声轴或对称轴线相对应。对称平面a1被限定在由竖直方向z和横向方向y所限定的平面中，该对称平面垂直于由基准x、y、z的轴线x、z所限定的轮廓平面pp。该对称平面a1是换能器的面4的声学平面或对称平面。
[0091]
与附图中更具体示出的本发明的特性一致，根据在声轴s处并包含声轴s或相对于声学平面a1在镜像位置中延伸的径向切口，创建表面8被分为至少n个扇区81、82、
……
。根据第一变型实施例，扇区是相对于声轴s的径向扇区，其包括对于它们中的每一个以环分布的超声发射器3，而在第二变型实施例中，扇区是相对于声学平面a1处于镜像位置中的扇区，包括以线性区段分布的超声发射器3。根据第一变型实施例，n个径向扇区有利地为2个与8个之间，并且优选地等于2个(图2)，而在第二变型实施例中，垂直于声学平面a1的n个扇区为2个与32个之间(图12和图13a)。因此，根据这些有利的变型实施例，换能器的超声发射器3在数量上有限，从而降低了这种换能器的成本。例如，在优选的两扇区变型中，每个扇区可包括32个超声发射器3。为了简化，在说明书的其余部分中将仅使用术语“扇区”。
[0092]
创建表面8被分为n个扇区81、82、
……
，以将超声波分别聚焦在聚焦区域zc1、zc2、
……
上，这些聚焦区域分别限定在聚焦平面pf1、pf2、
……
中。图2至图6、图9a、图10a、图12示出了优选实施例，其中创建表面8被分为两个扇区81、82，图1示出了另一实施例，其中发射表面4被有利地分为两个扇区41、42，以用于产生创建表面8，该创建表面被分为两个对称相对的扇区。
[0093]
图7a示出了另一实施例，其中发射表面4被有利地分为四个扇区41、42、43、44，以用于产生创建表面8，该创建表面本身可分为多达四个扇区81、82、83、84。有利地，发射表面4被分为四个扇区以产生创建表面8，该创建表面根据两个正交平面被分为两个扇区(图7b和图7c)。
[0094]
从图4中可以更精确地看出，在由基准x、y、z的轴线x、z所限定的轮廓平面pp中，该创建表面8的每个扇区81、82、
……
呈现有限长度的凹曲线区段s1、s2、
……
。从图中可以看出，扇区81、82的凹曲线区段s1、s2分别由端点8a1、8b1和8a2、8b2界定。在轮廓平面pp中，两个凹曲线区段s1、s2、
……
位于对称平面a或对称轴线s的两侧上。
[0095]
凹曲线区段s1、s2、
……
相对于换能器2的对称轴线s不对称，如在具有围绕对称轴线回转形式的创建表面8的第一变型实施例中那样(图1、图2、图3、图7a
‑
图7c、图8a
‑
图8c、图9a
‑
图9d、图10a
‑
图10f、图11a
‑
图11e)，或者相对于换能器的对称平面a1不对称，根据具有伪圆柱形式的创建表面8的第二变型实施例(图12、图12a
‑
图12c、图13a
‑
图13d)。
[0096]
与示出根据第一变型实施例和根据第二变型实施例的创建表面8的图4、图5、图6
和图6a一致，每个凹曲线区段s1、s2、
……
分别具有与超声聚焦区域zc1、zc2、...相对应的曲率中心c1、c2、
……
。与本发明一致，扇区的凹曲线区段s1、s2、
……
相对于对称平面a1或对称轴线s是不对称的。而且，曲率中心c1、c2、
……
相对于对称平面a1或对称轴线s是不对称的，其不对称的程度为曲率中心c1、c2、
……
位于距对称平面a1或对称轴线s的不同距离处和/或位于根据竖直方向z所取的不同深度处。
[0097]
根据图4中示出的示例，包括第一扇区81和第二扇区82，第一扇区81的曲率中心c1相对于对称轴线s或对称平面a1的距离大于第二扇区82的曲率中心c2相对于对称轴线s或对称平面a1的距离，这些距离是根据垂直于对称轴线s或对称平面a1的方向x获取的。应该注意，在图4中示出的示例中，曲率中心c1、c2根据竖直方向z(或对称轴线s)位于相同深度处，即，它们根据垂直于对称轴线s或对称平面a1的相同直线定位。换言之，曲率中心c1、c2分别根据接合的聚焦平面pf1、pf2定位。
[0098]
图5示出了另一实施例，其中从曲率中心c1相对于对称轴线s或对称平面a1的距离不同于从曲率中心c2相对于对称轴线s或对称平面a1的距离，而且曲率中心c1根据对称轴线s的深度也不同于曲率中心c2根据对称轴线s的深度。因此，根据图5中示出的示例，根据对称轴线s，包含曲率中心c2的聚焦平面pf2比包含曲率中心c1的聚焦平面pf1更远离换能器。换句话说，曲率中心c1、c2分别根据不同的聚焦平面pf1、pf2定位。
[0099]
当然，在根据对称轴线s的深度不同的情况下，曲率中心c1、c2也被认为是不对称的，而从曲率中心c1、c2到对称轴线s或对称平面a1的距离是相同的。图6示出了该实施例，其中从曲率中心c1到对称轴线s或对称平面a1的距离等于从曲率中心c2到对称轴线s或对称平面a1的距离，而曲率中心c1的根据对称轴线s的深度不同于曲率中心c2的根据对称轴线s的深度。根据该示例，曲率中心c1、c2分别根据不同的聚焦平面pf1、pf2定位。
[0100]
扇区的每个凹曲线区段s1、s2、
……
分别具有其自身的轴线a1、a2、
……
，这些轴线穿过所述凹曲线区段s1、s2、
……
的曲率中心c1、c2、
……
以及所述凹曲线区段的中部。
[0101]
根据本发明的另一特性，凹曲线区段的各个轴线a1、a2、
……
相交以创建相对于对称平面a1或相对于对称轴线s离轴的覆盖聚焦区域zr。该覆盖聚焦区域zr对应于来自创建表面8的扇区81、82、
……
的超声波束的覆盖聚焦区域。在图4至图6和图6a中示出的实施例中，在轮廓平面pp中，覆盖聚焦区域zr呈现具有四个边的截面，该截面为由分别源自凹曲线区段s1、s2的端点8a1、8b1和8a2、8b2的波束所界定的平行四边形的形式。超声波的该聚焦覆盖区域zr有利地用于创建大的生物创口。独立于聚焦覆盖区域zr用作处理区域，通过聚焦覆盖区域zc1、zc2、
……
和聚焦覆盖区域zr的组合来控制所产生的创口的几何形状。在本技术中，能量沉积区域与聚焦覆盖区域zr相对应，独立于可能沉积在其它焦点区域中的能量。
[0102]
在其中各个轴线a1、a2、
……
在位于对称平面a1外部或对称轴线s外部的公共交点i处相交这个意义上，该覆盖聚焦区域zr是离轴的。各个轴线a1、a2、
……
或是在位于聚焦区域zc1、zc2、
……
与创建表面8之间的深度处相交(如图3至图6和图12所示)，或是在聚焦区域zc1、zc2、
……
之外相交(如图6a所示)。源自扇区81、82、
……
的波束相交，使得聚焦覆盖区域zr根据竖直方向z位于距聚焦平面pf1、pf2、
……
一定距离处。
[0103]
根据一种有利的实施例特性，曲线区段s1、s2、
……
通过分离以允许聚焦覆盖区域zr定位在距创建表面8一定距离处而在对称轴线s或对称平面a1的任一侧上延伸到轮廓平面pp中。因此，如从图4至图6和图6a中清楚地看到的，曲线区段的称为内部的端点8a1、8a2相
对于对称轴线s或相对于对称平面a1移动离开。
[0104]
这种布置的结果是，创建表面8以及随后的面4呈现出在对称轴线s或对称平面a1上居中的开口10。位于轮廓平面pp中的曲线区段的称为内部的端点8a1、8a2彼此间隔开内部距离di，该内部距离根据轴线x在10mm与120mm之间取值。这些端点之间的间隙的选择引起对聚焦覆盖区域zr相对于创建表面8的位置的更改(图3、图4、图5、图8b、图9b、图10b)或者对聚焦覆盖区域zr的形状(以及根据相关构造其根据轴线z的扩展(图6a))的更改。有利地，该开口10用作超声成像探头的壳体。
[0105]
应该注意，在轮廓平面pp中，扇区的称为外部的端点8b1、8b2被分隔外部距离ds，以用于将聚焦覆盖区域zr定位在距聚焦平面一定距离处。换言之，聚焦覆盖区域zr不接触聚焦平面pf1、pf2、
……
。这样，聚焦覆盖区域zr和聚焦区域zc1、zc2、
……
彼此不同或分离。
[0106]
根据本发明的另一特性，根据第一变型实施例，通过凹曲线区段s1、s2、
……
围绕对称轴线s旋转2π//n(n为扇区的数量)或者根据第二变型实施例，通过曲线区段s1、s2、
……
根据垂直于包含所述曲线区段s1、s2、
……
的轮廓平面pp的方向y的平移来产生创建表面8的扇区81、82、
……
。扇区81、82、
……
根据基本上具有相同值的角度范围或长度延伸。这样，在创建表面8是被分为两个扇区的回转表面的情况下，每个扇区81、82根据180
°
的角度范围延伸(图2)。
[0107]
根据对称轴线s或对称平面a1位于镜像位置的扇区81、82、
……
创建能量沉积区域，其轮廓与聚焦覆盖区域zr和焦点区域zc相对应。根据其中创建表面8的扇区是通过凹曲线区段围绕对称轴线s旋转而产生的第一变型实施例，聚焦区域zc1、zc2、
……
具有圆的一部分的形式。在创建表面8被分为两个扇区81、82的情况下，聚焦区域zc1和zc2是根据180
°
的角度范围延伸的半圆(图3)。根据其中通过凹曲线区段根据垂直于包含所述曲线区段的轮廓平面pp的方向y平移来产生扇区81、82、
……
的第二变型实施例，聚焦区域zc1、zc2、
……
根据位于平行于方向y的聚焦平面pf1、pf2、
……
中的线性区段延伸(图12)。在创建表面8被分为两个扇区81、82的情况下，聚焦区域zc1和zc2根据位于平行于方向y的聚焦平面pf1、pf2中的两个线性区段延伸(图12)。
[0108]
聚焦超声波的压力场的创建表面8借助于换能器获得或实现，该换能器的面4适于获得上述创建表面8的特性。
[0109]
根据其中创建表面8为回转的第一变型实施例，创建表面8源自于由换能器元件所限定的面4，有利地，所述面具有环面几何形状，该环面几何形状由凹曲线区段围绕对称轴线s的旋转产生，使得凹曲线区段遵循相交的非重合圆的弧，使得聚焦区域zc1、zc2、
……
具有圆的部分的形式。
[0110]
如图8a所示，根据垂直于对称轴线s的两个平面，换能器的该面4与交叉环的包络线的一部分的切口相对应。
[0111]
根据其中创建表面8呈现伪圆柱形式或管状形式的第二变型实施例，创建表面8的表面源自于由换能器元件所限定的面4，其具有通过根据有限长度的两个曲线区段的平移(根据垂直于包含所述曲线区段的轮廓平面pp的方向y)而产生的圆柱形几何形状，使得聚焦区域zc1、zc2……
具有线性形式。
[0112]
图8a给出了由基于交叉环面几何形状的凹曲线区段所限定的换能器2的面4的优选示例性实施例。
[0113]
从图8b中可以看出，在轮廓平面pp中，发射面4包括两个凹曲线区段s
’1、s
’2，它们分别遵循具有中心c
’1的第一圆e’1和具有另一中心c
’2(该另一中心不同于第一圆e’1的中心c
’1)的第二圆e
’2的圆弧。第一圆e’1和第二圆e
’2不重合，而是彼此相交。两个凹曲线区段中的一个s
’1(在图8b的右侧)遵循第一圆e’1的弧，第一圆e’1的该弧位于第二圆e’2的内部。类似地，另一凹形区段s
’2(在图8b中的左侧)遵循第二圆e’2的弧，第二圆e’2的该弧位于第一圆e’1的内部。
[0114]
在轮廓平面pp中，该发射面4呈现出相对于对称轴线s对称的有限长度的两个凹曲线区段s
’1、s
’2。因此，发射面4的每个凹形区段s
’1、s
’2分别在相对于相应的发射面4s
’1、s
’2位于对称轴线s之外的超声聚焦区域zc’1、zc’2中将超声波聚焦在圆的中心c
’1、c
’2上，这些超声聚焦区域zc’1、zc’2被限定在聚焦平面pf’中。
[0115]
对于第一变型实施例，凹曲线区段s
’1、s
’2的各个轴线在位于该对称轴线s上的公共交点i’处切割该对称轴线s。各个轴线的公共交点位于发射面4与聚焦区域zc’1、zc’2之间或位于聚焦平面pf’之外。因此，发射面4的波束相交以形成超声波束的覆盖区域z’r，其相对于对称轴线s对称。超声波束的称为自然的该聚焦覆盖区域z’r在对称轴线s上居中。
[0116]
根据其中换能器呈现出回转形式的第一变型实施例，发射面4通过由s
’1和s
’2所示的凹曲线区段围绕对称轴线s的旋转而获得，根据其切割，曲率中心相对于对称轴线s位于所述曲线区段的相对侧。在平面xy中，图8c示出了通过回转这种换能器自然获得的聚焦覆盖区域z’r的形式。应该记住的是，在环面形换能器的情况下，换能器还在由聚焦区域zc’1、zc’2表示的圆形的聚焦平面中沉积压力(图8b)。
[0117]
根据该第一变型实施例，发射面4是回转表面。该发射面4包括例如相对于彼此和相对于对称轴线s同心安装的一系列超声换能器元件3。当然，如图8a所示，发射面4可以相对于对称轴线s被对称地截顶，使得换能器被限制为例如具有5与250mm之间的宽度的交叉环面的一部分。根据该实施例，换能器2包括一系列超声换能器元件3，它们相对于彼此并且相对于对称轴线s同心地安装，使得它们以环形的区段的形式分布。
[0118]
根据其中换能器2呈现出包括圆柱的两个部分的发射面4的第二变型实施例，根据上述原理通过产生相对于对称平面a1对称的有限长度的凹曲线(区段)s
’1、s
’2以及这两个凹曲线区段s
’1、s
’2根据垂直于包含所述凹曲线区段的轮廓平面pp的方向y平移而获得发射面4。因此，发射面4的每个部分根据平行于方向y延伸到聚焦平面中的线性段在对称平面a1之前、之后或之上聚焦。凹曲线区段s
’1、s
’2的各个轴线将对称平面a1切割成包含在对称平面a1中的相交轴线i”(图12a)。如之前针对第一变型实施例所说明的，在自然照射阶段期间，发射面4的波束相交以形成超声波束的覆盖区域z’r，其相对于对称平面a1对称。超声波束的称为自然的该聚焦覆盖区域z’r在对称平面a1上居中。
[0119]
借助于设置有如上所述的发射面4的探头1，与本发明一致地创建了具有前述特性的创建表面8。在以下描述中，通过优选实施例，创建表面8被分为两个扇区81、82，但是本发明的目的可以针对包括更多数量扇区的创建表面8来执行。应该注意，换能器2与用户手中持有的物理或真实换能器相对应，并且创建表面8由两个虚拟半换能器形成，它们通过在将两个扇区细分为若干发射器元件之后向物理换能器的每个信道施加相位来模拟。确定这些相位包括针对每个发射器元件简单地计算超声在换能器2与创建表面8之间的传播时间。根据本发明，虚拟地创建了换能器的两个部分，以用于移位聚焦元件，而不移位专用于物理换
能器的几何元件，诸如声轴或对称轴线。在以下描述中，描述了有利的实施例，其中形成控制电路7的一部分的信号发生器被控制以传输信号，从而利用相位或延迟定律激活以环分布的超声发射器3，以产生聚焦超声波的压力场的创建表面8。
[0120]
通过示例，图9a
‑
图9d和图10a
‑
图10f示出了图8a
‑
图8c中示出的换能器的超声发射器3的操作，以产生包括两个扇区81、82的第一变型实施例的类型的创建表面8。
[0121]
形成控制电路7的一部分的信号发生器被控制以便在照射阶段中传输信号，从而激活形成扇区41的部分和相对于对称轴线s对称相对的扇区42的部分的超声发射器3，以创建相应的能量沉积区域。
[0122]
在照射阶段中，两个扇区41、42的超声发射器3被激活以获得聚焦超声波的压力场的创建表面8，使得后者形成两个发射面，每个发射面通过不同的凹曲线区段s1和s2围绕对称轴线s旋转来获得。这样，对于每个扇区81、82，曲率中心c1、c2可以相对于对称轴线独立于或不独立于所述曲线区段位于相对侧，因此相对于回转轴线创建离轴能量沉积区域zr1，如图9b和图9c所示。形成扇区81和对称地相对的扇区82的一部分的超声发射器3的激活创建能量沉积区域，特别是创建具有对应于聚焦覆盖区域的轮廓的弧形能量沉积区域zr1。该原理适用于包括换能器的整个扇区，有效地改进了压力沉积的区域的形式。
[0123]
在图10a
‑
图10d中更精确地示出的第二照射阶段中，两个扇区41、42的超声发射器3被激活以相对于图9d中示出的弧形能量沉积区域zr1创建弧形能量沉积区域zr2，其与对应于聚焦覆盖区域的轮廓对称。为了执行该第二照射阶段，控制电路将通过相对于先前描述的原理反转施加在扇区之间的相位来再次激活换能器的整个表面。
[0124]
必须理解，形成控制电路7的一部分的信号发生器被控制以在连续照射阶段中传输信号，从而激活形成每个扇区的一部分和相对于对称轴线对称地相对的每个扇区的一部分的超声发射器，从而为每对扇区创建相应的能量沉积区域。在所示的示例中(图10e
‑
图10f)，可以通过两次连续超声照射来创建凝结冠(coagulation crown)。
[0125]
在图10e
‑
图10f中示出的实施例中，凝结冠呈现恒定的轮廓或宽度。当然，关于它们相对于对称轴线s的位置，可以使能量沉积的多个弧形区域的轮廓或宽度，以及根据方向z的高度，从一个照射阶段到另一个照射阶段变化。
[0126]
因此通常，在连续照射阶段中，形成控制电路7的一部分的信号发生器被控制以传输信号，从而激活超声发射器，对于每个照射阶段，曲率中心c1、c2、
……
位于距对称平面a1或对称轴线s不同距离处和/或位于根据竖直轴线z的不同深度处，从而获得离轴能量沉积区域。
[0127]
因此，在连续照射阶段中，形成控制电路7的一部分的信号发生器被控制以传输信号，从而激活超声发射器，对于这些照射阶段，曲率中心c1、c2、
……
位于距对称平面a1或对称轴线s不同距离处和/或位于根据竖直轴线z的不同深度处，从而对于这些连续照射阶段获得具有相同或不同尺寸的不同位置的离轴能量沉积区域。
[0128]
在图10e
‑
图10f中示出的示例中，全部两个扇区81、82的超声发射器已经经历了两个激活相位，已经计算了这些相位，使得聚焦覆盖区域zr1和zr2相对于对称轴线s对称。这通过在第二激活循环期间将凹曲线区段s1转换为s2以及将凹曲线区段s2转换为s1而反映在创建表面8的区域中。
[0129]
图11a示出了实施例，其中对于一个照射周期，全部两个扇区81、82的超声发射器已
经经历了两个激活相位，已经计算了这些相位，使得聚焦覆盖区域zr1和zr2相对于对称轴线s不对称。根据该示例，激活相位利用曲率中心c1、c2执行，它们以合适的方式定位以获得不对称的聚焦覆盖区域zr1和zr2。
[0130]
似乎可以连续地执行照射阶段，使得从一个照射阶段到另一个照射阶段，曲率中心分别位于：
[0131]
相对于对称平面a1或对称轴线s处于不同距离处但处于相同深度处；
[0132]
或者根据对称平面a1或对称轴线s处于相同的距离处但处于不同的深度处；
[0133]
或者相对于对称平面a1或对称轴线s处于不同距离处，并且根据对称平面a1或对称轴线s处于不同深度处。
[0134]
因此，在连续照射阶段中，似乎可以激活超声发射器，使得曲率中心的距离和/或深度从一个照射阶段到另一个照射阶段被更改，使得聚焦覆盖区域根据竖直轴线z是同心的和/或对称的和/或不对称的和/或重叠的。因此，可以根据待处理体积的或多或少复杂的形式“无限地”组合照射阶段。
[0135]
图11b示出了实施例，其中形成控制电路7的一部分的信号发生器被控制，使得全部两个扇区81、82的超声发射器经历两个激活相位，已经计算了这些相位，使得聚焦覆盖区域zr1和zr2相对于对称轴线s对称。这两个激活相位形成照射周期，该照射周期根据竖直轴线z对于不同深度重复，以便获得重叠的能量沉积冠，形成从一次照射到另一次照射具有相同宽度和高度的圆柱体。
[0136]
图11c示出了另一实施例，其中形成控制电路7的一部分的信号发生器被控制以传输信号，从而激活超声发射器3，使得覆盖聚焦区域zr位于不同距离处以及根据竖直轴线z的不同深度处，以便获得可变宽度和/或高度的重叠覆盖聚焦区域。
[0137]
在上述示例中，能量沉积的体积是中空的，即，不与对称轴线s接触。当然，在至少一个互补照射阶段中，形成控制电路的一部分的信号发生器可以被控制以传输信号，从而激活超声发射器，以便确保超声波聚焦在聚焦区域中，并获得相对于对称平面a1或对称轴线s居中的聚焦覆盖区域z’r，该聚焦覆盖区域位于距聚焦区域与发射面之间的聚焦平面一定距离处或位于聚焦区域之外。因此，根据图8a和图8b中描述的原理，可以对一个或每个照射阶段执行称为自然的互补照射阶段，以便完成能量沉积的体积。当然，可以对上述实施例中的一个和/或另一个执行该互补照射阶段。因此，图11d示出了对图11b中示出的变型执行互补照射阶段。
[0138]
图11e以平面图示出了相对于对称轴线s居中的自然聚焦覆盖区域z’r，其由两次连续超声照射制造的聚焦冠k包围，如前所述。应该注意，该图示出了在聚焦冠k周围制造额外的聚焦冠，该额外的聚焦冠通过由被分为四个扇区的创建表面8实施的四次连续超声照射来产生，以创建四个聚焦覆盖区域zr1至zr4。
[0139]
通过示例，以下描述示出了根据第二变型实施例的创建表面8的执行。根据图12中示出的该示例，第一聚焦区域具有双线性形式。针对第一变型实施例关于图10a
‑
图10f、图11a
‑
图11e描述的用于执行本发明的条件以相同的方式应用于该伪圆柱形式的创建表面8。
[0140]
与本发明一致，超声发射器3平行于对称平面a1被切割，并利用相位或延迟定律激活，以产生创建表面8。超声发射器根据至少两个扇区分布，并根据图12中示出的示例，两个扇区81、82相对于对称平面a1对称地布置。
[0141]
因此，形成控制电路的一部分的信号发生器被控制以在照射阶段中传输信号，从而激活形成位于对称平面a1一侧的扇区和对称地相对扇区的一部分的超声发射器，以创建相应的能量沉积区域。因此，可以在对称平面a1的一侧并且在距该对称平面一定距离处产生能量沉积的体积zr1(或聚焦覆盖区域zr1)(图12b)。以相同的方式，可以在对称平面a1的另一侧并且在距该对称平面a1一定距离处产生能量沉积的体积zr2(或聚焦覆盖区域zr2)(图12c)。
[0142]
根据另一有利实施例，超声发射器根据垂直于对称平面a1的若干扇区分布，并且根据对称平面a1相对地布置。在图13a中示出的示例中，九个扇区位于对称平面a1的每侧上，其中一侧上的每个扇区与另一侧上的扇区相对。因此，形成控制电路的一部分的信号发生器被控制以在照射阶段中传输信号，从而激活形成扇区和相对扇区的一部分的超声发射器，利用相位或延迟定律在对称平面的一侧创建相应的能量沉积区域(图13a)。相对扇区的超声发射器能够在对称平面a1的任一侧上创建能量沉积的体积。图13b示出了位于对称平面a1的任一侧的两个能量沉积的体积的实现。能量沉积的体积的厚度与换能器的扇区的宽度相对应。
[0143]
如之前所说明的，每个能量沉积的体积可以在形式、尺寸和位置上变化，特别是通过利用曲率中心的位置而进行所述变化。换能器的不同扇区的连续激活产生可变厚度的能量沉积的中空体积(图13c)。
[0144]
该解决方案特别有利地应用于处理沿着非直线区段t延伸的目标区域，从而例如能够处理沿着动脉或静脉、沿着消化道、沿着骨、沿着胰腺中的维尔松管、尿道或胆管的肿瘤(图13d)。
[0145]
从之前的描述中可以看出，本发明的目的是产生聚焦区域在深度上的移位(根据声轴和在平行于换能器的平面(垂直于声轴)中的移位)，以有效地减少发射器的数量。与提出创建焦点和在空间上的移位(电子聚焦)的现有技术相反，本发明的目的是直接创建一个体积(冠的部分)，该体积是通过计算“虚拟”创建表面或“虚拟”换能器并移位该体积而不涉及大量发射器来获得的。因此，本发明不但降低了控制电子器件成本，还降低了换能器的成本。