用于聚焦超声应用的反馈回路.pdf

公开了一种使用用于聚焦超声应用的反馈回路的方法。该方法包括以下步骤：使用超声波确定身体内部靶点的位置；将聚焦超声波应用于靶点；使用其他超声波确定靶点的新位置；以及响应于靶点的新位置来调整聚焦超声波。

1、  一种方法，包括：
使用超声波确定身体内部靶点的位置；
将聚焦超声波应用于靶点；
使用其他超声波确定靶点的新位置；以及
响应于靶点的新位置来调整聚焦超声波。

2、  根据权利要求1所述的方法，其中聚焦超声波是其他超声波。

3、  根据权利要求1所述的方法，其中植入式器械被定位在靶点处。

4、  根据权利要求3所述的方法，其中聚焦超声波被用来为植入式器械充电。

5、  根据权利要求4所述的方法，其中植入式器械包括转换聚焦超声波来为所述植入式器械充电的超声清道夫。

6、  根据权利要求4所述的方法，还包括：
确定所述植入式器械是否被完全充电。

7、  根据权利要求1所述的方法，其中所述超声波以及所述聚焦超声波源自单个超声探针。

8、  根据权利要求1所述的方法，其中所述超声波源自第一超声探针，而所述聚焦超声探针源自第二超声探针。

9、  根据权利要求1所述的方法，其中调整所述聚焦超声波包括改变方向和改变频率至少之一。

10、  根据权利要求1所述的方法，其中所述聚焦超声波展现出比所述超声波更高的频率。

11、  一种系统，包括：
用于将超声波施加于身体的超声探针；以及
连接到所述超声探针的处理器，所述处理器利用所述超声探针的超声波定位身体内的靶点；计算由所述超声探针发出的应用于靶点的聚焦超声波的参数；使用其他超声波确定靶点的新位置；以及响应于所述靶点的新位置来调整所述聚焦超声波的参数。

12、  根据权利要求11所述的系统，其中所述聚焦超声波是其他的超声波。

13、  根据权利要求11所述的系统，其中将植入式器械被定位于所述靶点。

14、  根据权利要求13所述的系统，其中所述超声探针利用所述聚焦超声波为植入式器械充电。

15、  根据权利要求14所述的系统，其中所述植入式器械包括转换所述聚焦超声波以为该植入式器械充电的超声清道夫。

16、  根据权利要求14所述的系统，其中处理器确定所述植入式器械是否被完全充电。

17、  根据权利要求11所述的系统，其中调整所述聚焦超声波包括改变方向和改变频率至少之一。

18、  根据权利要求11所述的系统，其中所述聚焦超声波展现出比所述超声波更高的频率。

19、  根据权利要求11所述的系统，还包括：
其他超声探针，其中所述其他超声探针接收其他的超声波。

20、  一种包括存储一组指令的存储器以及执行该组指令的处理器的系统，该组指令可被操作以：
接收对应于返回的超声波的信号；
根据信号来确定靶点的位置；
设置参数以将聚焦超声波应用于所述靶点；
接收对应于其他返回的超声波的其他信号；
根据其他信号来确定所述靶点的新位置；
响应于所述靶点的新位置来重新设置参数。

21、  根据权利要求20所述的系统，其中所述靶点包括植入式器械。

22、  根据权利要求21所述的系统，其中所述聚焦超声波为所述植入式器械充电。

用于聚焦超声应用的反馈回路
超声波中包含有大量的能量。超声波的一个特性是，它与射频(RF)信号相比具有在人体内相对较小的衰减。大量的能量以及小衰减的特性使超声波在多种医疗应用中非常有用。然而，这些特性也使得在将超声波用于人体时不能超过照射剂量界限，这是非常重要的。
公开了一种使用用于聚焦超声应用的反馈回路的方法。该方法包括：使用超声波来确定身体内靶点(target site)的位置；将聚焦超声波应用于靶点；使用其他超声波来确定靶点的新位置；以及响应于靶点的新位置来调整聚焦超声波。
图1示出了植入式器械的超声充电的示例性系统；以及
图2示出了植入式器械的超声充电的示例性方法。
可以参考下面的描述和附图来进一步理解本发明，其中相同的参考标记指示相同的元件。本发明的示例性实施例描述了用于聚焦超声应用的反馈回路。超声波的特性使得其应用于各种医疗应用。对于聚焦超声波而言，一个示例性应用是将其用于为植入式医疗器械充电。将参考这种应用来描述一个示例性实施例。然而，本领域技术人员应该理解，示例性的反馈回路可以应用于其他聚焦超声应用。例如，聚焦超声波的另一个示例性应用可以是身体内癌组织的切除。本发明也可以通过聚焦超声波的这种应用来实现。下面将详细讨论示例性的反馈回路以及聚焦超声充电。
超声波的高能以及相对较小的衰减使得其能够将能量传送到植入式医疗器械中。该器械可能具有能量清道夫(scavenger)以将超声能量转换为电能。这使得该器械比RF天线小得多，从而使该器械整体上相对较小。
使用聚焦的超声源还允许局部强度增大，而不会超过照射剂量界限。通过这种方式，在医疗器械植入的位置上可以达到更高的强度。这可以导致更高的清除(scavenged)功率，从而使植入式器械所允许的最大功率消耗增加，减少了充电时间等等。
然而，超声源必须被聚焦在植入式器械的特定位置，以便超声清道夫可以将超声波转换为电能。聚焦超声源也可以减小照射区域。此外，在充电过程中植入式器械可以移动。例如，当将该器械植入心脏附近时，在每次心脏跳动期间该器械都会移动一点点。
超声(或超声波检查法)是一种将高频声波用于成像用途的医疗技术。利用源自高频声波的回波来使图像再现(例如回声定位)。当超声波碰到各组织之间(例如液体与软组织、软组织与骨骼、组织与植入式医疗器械等等之间)的边界时，它们被反射到能够处理的距离。使用组织中的声速(例如，5,005ft/sec或1,540m/s)以及每个回波返回的时间来计算距离。之后，使用代表距离的不同阴影来显示图像。超声的一个特性是可以实时显示图像，而不同于在固定时刻显示图像的x射线。实时成像允许实时调整。
图1示出了植入式器械104的超声充电的示例性系统。假设该植入式器械104已经被植入身体107的一部分内。本领域技术人员应该理解，该植入式器械104可以被定位在身体107的任何部分，例如表皮层下方、诸如心脏之类的器官的内部或附近等等。本领域技术人员还应该理解，超声设备通常在身体107外部。但是，存在可以插入身体各腔(例如通过嘴到食道等等)的超声器械。可以通过任何类型的超声设备来实现本发明。
图1还示出了负责传输超声波(即超声源)的超声探针101。如上所述，超声波在碰到组织边界之后会被返回(即反射)。返回的波也由探针101接收。例如，该探针101可以是包含一个或多个石英晶体(即压电晶体)的传感器探针。当电流作用于这些晶体时，它们迅速地改变形状，从而引起了振动。这些振动是被传输的声波。相反，当声波或压力波碰到晶体时，就会发出电流。因此，该探针101同时充当发射机和接收机。通常，探针101具有声音吸收物质，以消除来自探针本身的后反射。声透镜可以被用来聚焦所发射的声波。传感器探针的使用仅仅是示例性的，并且还存在其他方法来发射超声波并且接收返回的波。本域的技术人员应该理解，探针101通常直接放置在身体107的表面，以便有效地再现图像(即有效地接收返回的波)。此外，超声波凝胶被用来允许探针101在身体107上更平滑地移动，以及防止探针101与身体107之间产生的任何空气包，其会对该探针101的性能产生负面影响。接触身体107的探针101仅是示例性的，并且探针101可以维持一个距离，只要探针101的发射机和接收机的能力(例如对准)许可。
探针101具有可选的探针控制单元102(在下文中被称为“控制”)。例如，控制102允许用户设置并且改变超声脉冲的频率(例如聚焦超声波)和持续时间。该控制102也可以确定扫描的模式。应该注意，位于所述探针101之上的控制102仅是示例性的。该控制102也可以位于与所述探针101连接的处理装置或基体单元上。
探针101与计算装置103连接。该计算装置103负责向探针101提供电流以产生超声波。相反，当探针101的晶体转换返回的波时，计算装置103接收电流。该计算装置103处理由所述探针101接收的返回的波并且呈现图像。该计算装置103可以具有处理器和存储器(未示出)。所述处理器解释由计算装置103接收的数据，并且输出进一步的信号。所述存储器存储由计算装置103所接收的数据。所述计算装置可以进一步连接到显示器和输入装置(未示出)。所述显示器被用来显示在所述计算装置103接收到来自探针101的返回的波之后由处理器呈现的图像。如果控制102位于该处理装置(例如，计算装置103)上，那么该控制102可以是输入装置。该输入装置例如是键盘、刻度盘、触摸屏等等。
该探针101将超声波瞄准到靶点植入式器械104。植入式器械104可以被定位在身体107中的任何位置。例如，植入式器械104可以是直接放置在皮肤下面的监控器。在另一个实例中，该植入式器械104可以是放置在心脏附近的起博器。在此所述的示例性实施例可以特别地适用于非常小(小型化)的医疗植入式器械，因为这些器械在身体内部更加难以定位和瞄准。可选地，该植入式器械104具有自己的电源106。例如，该电源106可以是可充电的电池、蓄电池等等。由探针101发射的超声波不是易于用于为电源106充电的形式。因此，利用超声清道夫105(在下文中被称为“清道夫”)。清道夫105起到与探针101相似的作用。即，清道夫105包含石英晶体。如上所述，该石英晶体被用来将电流或压力转换为超声波。该石英晶体也执行逆转换。当清道夫105接收到来自探针101的超声波时，清道夫将所述超声波转换为用于为电源106再充电的电流。
图2示出了用于植入式器械超声充电的示例性方法。图1的示例性系统的组件将被用来描述该示例性方法。最初，在步骤201中定位植入式器械104。超声探针101发射超声波，并且由计算装置103处理返回的波，从而确定位置。该植入式器械104的位置的确定优化了充电过程，因为聚焦的超声波可以更有效地被利用。因此，使用聚焦超声波或用于超声波检查法的普通超声波来执行该植入式器械104的初始定位。
在步骤202中，将该探针101的充电参数调整到该植入式器械104的位置的状态，例如增加频率、缩短脉冲、信号方向等等。一旦在步骤202中设置了合适的参数，蓄电池106的充电就在步骤203中开始了。如上所述，利用由探针101发射的聚焦超声波，经由清道夫105来为蓄电池106充电(即将超声波被转换为电流)。产生的电流量由超声波的特性来确定(例如频率、衰减量等等)。如上所述，聚焦所述超声波可以增加植入式器械104的最大功率消耗以及/或者减少充电时间量。因此，理想的情况是将聚焦超声波直接维持在植入式器械104处。这最大化了提供给植入式器械104的功率的量，并且最小化了周围组织的剂量。下面将描述用于维持在植入式器械104处的聚焦超声波的反馈回路。
在步骤204中，执行检查以便确定电源106的充电是否完成。用于确定电源完成的任何已知的方法都适用于本充电方法。例如，考虑到超声波的频率、波的衰减(例如较深的植入器械经历较多的衰减)以及脉冲的持续时间，可以使用计时器计算探针101发射超声波需要多长时间。如果步骤204确定充电完成，那么过程结束。如果步骤204确定充电没有完成，那么过程继续到步骤205以执行另一检查。
在步骤205中，执行检查以便确定植入式器械104是否移动。因为在步骤204中执行的检查已经确定该电源106仍然需要充电，所以仍然需要最高效的充电。如果该植入式器械104已经移动了，那么它就不再位于用于进行充电的最佳位置了(例如，清道夫105不再接收超声波)。因此，确定该植入式器械104是否已经移动对维持电源106最高效的充电极其有用。
虽然在该示例性方法中，步骤205的检查被显示为在步骤204的检查之后顺序发生，本领域的技术人员应该理解，步骤205的检查可以是连续发生的过程，该过程不断地更新该植入式器械104的位置，以便维持最优化的充电。即步骤204的功能是连续地更新植入式器械104的位置并且将该信息反馈到为植入式器械104充电的单元(例如探针101)，以便充电单元可以移动或者超声波可以直接聚焦到植入式器械104处，从而维持最优化的充电。因此，步骤205实现的功能是为聚焦超声波提供反馈信号，以将其聚焦在正确的位置。
此外，应该注意，在步骤205中确定器械是否已经移动(或在步骤201中该器械的初始定位)可以使用上述的超声成像来完成。然而，该器械本身也能够发射信号来指示其定位或位置。例如，该信号可以是由该超声器械检测到的超声信号或由另一个检测器检测到的另一种类型的信号(例如RF信号)，并且该信号被反馈回该超声器械。
该植入式器械104是否已经移动的确定可以使用图1中描述的系统的已经存在的组件来完成。例如，探针101执行双重用途。探针101的第一用途是为清道夫105提供超声波，清道夫105用于为电源106充电。探针101的第二用途是确定植入式器械104的位置。利用确定位置的相同原理，该探针101也可以被用来确定植入式器械104的任何移动的存在。例如，计算装置103可以结合附加的算法来确定移动的存在。所述算法使用从探针101接收的相同数据，除了所执行细微差别的计算。在一个示例性算法中，计算装置103利用多个图像来进行比较以确定在某个位置处的像素的阴影是否已经改变的超出预定的阈值水平。在另一个示例性算法中，计算装置103确定回波的数量，其用于指示是否或多或少的波已被反射。应当注意，移动不仅仅局限于横向的移动。该植入式器械104也可以在身体107中更深或更浅地移动。如果步骤204确定该植入式器械104的深度已经改变，那么就必须对频率进行改变。
如果步骤204确定该植入式器械104没有移动，那么该方法返回到步骤203，在步骤203中电源106利用该系统现存的设置连续地接收用于充电的聚焦超声波。如果如步骤205所确定的那样植入式器械104移动了，那么该方法返回到步骤202，在步骤202中调整充电参数(例如方向、频率、脉冲持续时间等等)，以补偿植入式器械的移动。这样返回到步骤202表示维持电源106最高效充电的反馈回路。本领域的技术人员应该理解，尽管示例性方法示出了该过程返回到步骤202，可以考虑该过程返回到步骤201的等同特征。即，确定该器械的新的位置并且随后在步骤202设置充电参数。
应当注意，单个探针101的使用仅仅是示例性的。本领域的技术人员应该理解，可以使用两个或更多个探针来进行定位、移动检测以及超声波发射。例如，一个探针可以用于定位并且检测该植入式器械104的任何移动。另一个探针可以被用来发射超声波。两个超声探针的使用(例如第一探针用于位置监测以及第二探针用于聚焦超声波)可以在应用中提供近似实时地调整。
在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明实施各种修改，这对本领域的技术人员来说将是显而易见的。因此，本发明旨在涵盖本发明的修改和变形，只要这些修改和变形落在所附的权利要求及其等同的范围内。