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

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


0010在附圖的圖中，作為示例而非限制示出本發(fā)明，其中相同附圖
標(biāo)記表示類似元件，并且其中
0011圖1-2是示例性的圖像引導(dǎo)的聚焦超聲系統(tǒng)的簡化示意表示；
0012圖3是超高密度換能器元件的筒化示意圖解；
0013圖4a-c是才艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括多層切換結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)的簡化示意圖解，該多層切換結(jié)構(gòu)用于選擇性地將驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接到聚焦
超聲系統(tǒng)的超高密度換能器陣列的各個(gè)換能器元件；以及
0014圖5的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例由系統(tǒng)用來提供 所選驅(qū)動(dòng)信號(hào)到多個(gè)所選換能器元件的過程。
具體實(shí)施例方式
0015在以下描述中，提到的"一個(gè)實(shí)施例，，或"實(shí)施例"表示所涉 及的特征包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。進(jìn)一步地，在本說明書中分別 提及的"一個(gè)實(shí)施例"也不一定指相同的實(shí)施例，但是這些實(shí)施例并非相互 排斥的，除非這樣說明并且排除。
0016本發(fā)明的實(shí)施例包括用于選擇性地將多個(gè)分離的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之一 耦合于高密度陣列的所選換能器元件的系統(tǒng)。陣列的換能器元件被劃分成多 個(gè)獨(dú)立的分組，其中每個(gè)換能器元件的分組被選擇性地耦合到對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)。通過這種方式，給定分組中的每個(gè)換能器元件可以以相同相位運(yùn)行。僅 將特定分組的單個(gè)換能器元件連接至相應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)是人們所期望的，或者優(yōu) 選地，將分組中的多于一個(gè)的換能器元件連接到一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在可替代的 實(shí)施例(在此未作闡述或未作進(jìn)一步描述)中，可以利用求和網(wǎng)絡(luò)，即在鄰 近的換能器元件之間用線連接的無源部件的網(wǎng)絡(luò)，將每個(gè)分組選擇性地耦合 至多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這種可替換的方法使得能夠?qū)捎糜谔峁┙o各個(gè)換能器元 件分組的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(否則的話，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的數(shù)量是有限的)進(jìn)行操作和改變。 簡要來說，求和網(wǎng)絡(luò)根據(jù)計(jì)劃的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及在鄰近元件之間的一個(gè)或多個(gè) 關(guān)系構(gòu)成正確的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這些網(wǎng)絡(luò)是靜態(tài)的，并且可以代表用于對(duì)驅(qū)動(dòng)信 號(hào)的任意微調(diào)(trimming)以及幾何調(diào)整進(jìn)行修正的方式，通過靜態(tài)偏移或 對(duì)鄰近的換能器元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)求和對(duì)其進(jìn)行預(yù)計(jì)算或預(yù)調(diào)整。在這些可替 換的實(shí)施例中，在給定的分組中每個(gè)換能器元件可以利用特定求和網(wǎng)絡(luò)的結(jié) 果(product)的相位操作。再一次地，僅將一個(gè)分組的單個(gè)換能器元件連 接至相應(yīng)的相位信號(hào)是人們所期望的，或者優(yōu)選地，將多于一個(gè)的換能器元 件連接到信號(hào)。
0017更具體地，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的切換網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)為利用最小數(shù)
量的源信號(hào)將適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到換能器陣列的每個(gè)換能器元件，以驅(qū)動(dòng) 在陣列中非常大數(shù)量的換能器元件。切換網(wǎng)絡(luò)使用切換模塊，所述切換模塊
通過使用分級(jí)方法使得能夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)信號(hào)動(dòng)態(tài)發(fā)送到任意特定元件。0018在一種實(shí)現(xiàn)方式中，提供多層切換結(jié)構(gòu)以將每個(gè)分組的換能器
元件的一個(gè)或多個(gè)與所選的驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接。第一層切換結(jié)構(gòu)接收多個(gè)驅(qū)動(dòng)信 號(hào)，并選擇性地輸出具有特定相位偏移的單個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。第二層切換結(jié)構(gòu)接 收并耦合所選的驅(qū)動(dòng)信號(hào)到所選的換能器元件或換能器元件的多個(gè)分組。例 如，第 一層切換元件可以為換能器元件的第 一分組選擇具有第 一相位偏移的 第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以及為換能器元件的第二分組選擇具有第二相位偏移的第二 驅(qū)動(dòng)信號(hào)。第二層切換結(jié)構(gòu)可以包括多個(gè)第二層切換模塊，諸如例如，用于 換能器元件的每個(gè)分組的一個(gè)第二層切換模塊。每個(gè)第二層切換模塊接收從 第一層切換結(jié)構(gòu)輸出的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且選擇性地將所接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)耦 合到 一個(gè)或更多個(gè)換能器元件，所述換能器元件連接到要被激活以用于給定 聲處理的模塊。
0019如圖3所示，為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的換能器300,其包括用 于在聚焦超聲系統(tǒng)中產(chǎn)生聲波能量的各個(gè)換能器元件304的高密度陣列。在 不同的實(shí)施例中，換能器300可以實(shí)現(xiàn)為例如柔性基板或帶，比如以帶狀方 式將所述基板或帶放置在患者外表面(皮膚)的周圍和/或耦合于患者的外 表面(皮膚)。在另一個(gè)實(shí)施例中，換能器300可以剛性結(jié)構(gòu)來替換實(shí)現(xiàn)， 該剛性結(jié)構(gòu)直接或間接地耦合于患者。在圖3所示的實(shí)施例中，換能器300 包括換能器板302a到302m的陣列，而每個(gè)板302包括各個(gè)換能器元件 304a-304i的陣列。這樣，在其中每個(gè)換能器板302a到302m均具有相同(或 基本上相同)數(shù)量的換能器元件304i的實(shí)施例中，換能器元件的總數(shù)量n 等于(近似等于)m*i。每一個(gè)板的各個(gè)換能器元件304a到304i硬連線于 切換前端(圖4),以選擇性地將激活驅(qū)動(dòng)信號(hào)耦合于產(chǎn)生聲波能量的元件。 例如，可以將k個(gè)換能器元件304的相應(yīng)分組硬連線于與切換前端相關(guān)的相 應(yīng)切換模塊(以下將結(jié)合圖4進(jìn)行描述)的對(duì)應(yīng)輸出。
0020連接于給定第二層模塊的特定換能器元件將在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行考 慮，并且連接方式可以隨本發(fā)明的實(shí)施例而變化。例如，人們期望能夠基于
層模塊的k個(gè)元件的位置?？商鎿Q的，人們期望能夠任意地將換能器元件的 分組連接到相應(yīng)切換才莫塊，而不需要考慮k個(gè)元件在換能器上的特定位置。 在一個(gè)實(shí)施例中，分組大小k對(duì)應(yīng)于位于單個(gè)板302上的換能器元件304的 數(shù)量，并且將分組一個(gè)板一個(gè)板地連接。在另一個(gè)實(shí)施例中，分組包括位于 不同板302上的各個(gè)元件304。例如，每個(gè)分組可以包括來自每個(gè)板302a到302m的一個(gè)換能器元件304,其中該組的大小為m。在其他實(shí)施例中，每 個(gè)分組包括不同數(shù)量的換能器元件304，所述換能器元件34可以隨機(jī)地或偽 隨機(jī)地分布在相應(yīng)板302a到302n上。此外，可以不同形式而非僅在板陣列 302 (其僅為一個(gè)示例)上提供提供換能器元件304，本發(fā)明的實(shí)施例可以用 于并且適用于具有基本上為大數(shù)量的單獨(dú)可激活元件的任何換能器實(shí)施例， 并且尤其適用于包含相對(duì)高數(shù)量的單獨(dú)可激活元件的超高密度陣列。
0021雖然各個(gè)換能器元件優(yōu)選地相對(duì)小(并且因此每個(gè)能發(fā)送相對(duì)
同時(shí)被起動(dòng)(fire)的元件的可數(shù)量來彌補(bǔ)。特別地，對(duì)于給定聲處理，通 常激活換能器元件的總數(shù)量的相對(duì)小的百分比(比如大約5%或10°/。)。待激 活的各個(gè)換能器元件，連同每個(gè)元件的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)屬性(例如相位和幅 度)，通過合并在聚焦超聲系統(tǒng)中的計(jì)劃系統(tǒng)來選定或確定。換能器元件可 以相對(duì)焦點(diǎn)區(qū)域被"定位"，比如通過利用定位系統(tǒng)來識(shí)別換能器元件在參 考系中的相應(yīng)位置，其中所述參考系包括目標(biāo)組織區(qū)域和聲窗(acoustic window)(傳輸路徑)。該信息連同包括目標(biāo)組織區(qū)域的體內(nèi)區(qū)域的三維圖像 可以用于識(shí)別待激活的各個(gè)換能器元件的優(yōu)選和/或最優(yōu)組合。元件選擇標(biāo) 準(zhǔn)包括許多因素，諸如比如避免聲能通過敏感的體組織(例如肋骨或肺)傳 輸。
0022圖4a為示意第一切換前端實(shí)施例400的方框圖。所述第一切 換前端實(shí)施例400大體上包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器402、控制器404，以及多個(gè) 切換元件406a至406 j。驅(qū)動(dòng)信號(hào)(或"相量")發(fā)生器402在選定的頻率產(chǎn) 生多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403,所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以用來驅(qū)動(dòng)換能器元件304a至304n， 在所有的切換元件406a至406 j中使用換能器元件304a至304n是出于簡化 的目的，但這并不意p未相同的元件連接于所有的切換元件。，
0023具體地說，由驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器402產(chǎn)生的各個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403彼 此存在相移，使得每個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)基帶信號(hào)(base signal)均具有顯著 的相位偏移。作為非限定性示例，在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器402可 以提供在選定頻率的十二個(gè)顯著不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，每個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間在 相位上均連續(xù)偏移30° ,即相對(duì)基帶信號(hào)(0° )各個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位偏移30 ° 、 60。 、 90° 、 120° 、 150° 、 180° 、 210° 、 240。 、 270° 、 300°和 330° 。
0024還有可能存在很多其他實(shí)施例，比如驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器402可以以選定頻率來提供十八個(gè)不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，并且每一個(gè)在相位上連續(xù)偏 移20° ，即0° 、 20° 、 40° 、 60° 、 80。 、 100° 、 120° 、 140° 、 160° 、 180° 、 200° 、 220° 、 240° 、 260° 、 280° 、 300。 、 320°和340。。在 從求和網(wǎng)絡(luò)而非/人單個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)被驅(qū)動(dòng)的實(shí)施例中，也可以組合其他相位來 驅(qū)動(dòng)元件。期望根據(jù)在給定的聲處理期間各個(gè)信號(hào)將驅(qū)動(dòng)的換能器元件的實(shí) 際數(shù)量，來向上或向下調(diào)整各個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出功率(幅度)，以在各個(gè)聲 波會(huì)聚在焦點(diǎn)區(qū)域中時(shí)，減少它們聲阻抗的變化。
0025控制器404輸出用于控制切換元件406a至406j的控制信號(hào)。 正如控制器404所指定的，每個(gè)切換元件406a至406 j運(yùn)行以從由驅(qū)動(dòng)信號(hào) 發(fā)生器402產(chǎn)生的多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403中選擇一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，，并將該選定 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，提供給換能器元件304a至304n中所選定的那些。
0026在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，切換元件406a至406j的每一個(gè)為分層切 換元件，所述分層切換元件包括，例如，第一層切換模塊408a至408j以及 第二層切換模塊410a至410j。第一層切換模塊408a至408 j用以從由驅(qū)動(dòng) 信號(hào)發(fā)生器402輸出的多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403中選擇一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，，且第二 層切換模塊410a至410j用以將該選定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，提供給換能器元件 304a至304n中所選定的那些。
0027如圖4a和4b所示，第一層切換模塊408a從驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器 402接收多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，并且從控制器404接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇器405?；?于驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇器405，第一層切換模塊408a運(yùn)行以^^多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403 中選擇一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，，并且輸出所選驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，至第二層切換模塊 410。
0028驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇器405包含足夠的信息以允許第一層切換模塊 408a從多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403中選擇一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，。驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇器405 可以包含多個(gè)信號(hào)，如圖4b所示，或者可以包含單個(gè)信號(hào)，如圖4a所示。 在一個(gè)實(shí)施方案中，第一層切換模塊408a可以包含多路分解器，該多路分 解器允許使用單個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇器405。
0029如圖4a和4b所示，第二層切換模塊410 ^v第 一層切換模塊408a 接收選定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，，并且從控制器404接收一個(gè)或多個(gè)換能器元件選 擇器411。在一個(gè)或多個(gè)換能器元件選擇器411中所接收的信息足以描述出 在特定時(shí)間要開啟分組中的哪些換能器元件304a至304n。盡管在圖2中將 一個(gè)或多個(gè)換能器元件選擇信號(hào)411描述為多個(gè)并行接收的信號(hào)，但所述一個(gè)或多個(gè)換能器元件選擇信號(hào)411可以被串行或并行接收。此外，可以將一
個(gè)換能器元件選擇信號(hào)411提供給第二層切換模塊410a，將在數(shù)量上等于分 組中的換能器元件304a至304n的數(shù)量的大量換能器元件選擇信號(hào)411提供 給第二層切換模塊410a，或可以提供其他數(shù)量的換能器元件選擇信號(hào)411。 在一個(gè)實(shí)施方案中，第二層切換模塊410a包含多路分解器，該多路分解器 允許使用單個(gè)輸入信號(hào)411。
0030在一個(gè)或更多個(gè)換能器元件選擇器中所接收的信息足以描述出 在特定時(shí)間要開啟分組中的哪些換能器元件304a至304n?；谝粋€(gè)或多個(gè) 換能器元件選擇器，向那些待開啟的換能器元件選擇性的提供從第一層切換 模塊408a至408b接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
0031已經(jīng)按照分離的切換元件406a至406 j對(duì)切換機(jī)構(gòu)做了描述， 其中每一個(gè)切換元件均包括第一層切換模塊408a至408 j及第二層切換模塊 410a至410j。具體地說，可以想到單個(gè)第一層切換模塊408被提供用于多 個(gè)第二層切換模塊410a至410j。圖4c示意出切換結(jié)構(gòu)的可替換配置。
0032圖4c是示意用于切換換能器元件("切換前端")的系統(tǒng)的方 框圖。圖4c的系統(tǒng)420類似于圖4a的系統(tǒng)400。然而，在圖4c的系統(tǒng)420 中，第一層切換模塊到第二層切換模塊的映射并不需要為一對(duì)一。具體的說， 圖4c的系統(tǒng)420可以包括向多個(gè)第二層切換模塊424a至424k提供驅(qū)動(dòng)信 號(hào)的單個(gè)第一層切換模塊422a。
0033如圖4c所示，類似于上文參考圖4a所描述的，系統(tǒng)42G可以 包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器402以及控制器404。此外，系統(tǒng)420可以包括第一層 切換結(jié)構(gòu)426和第二層切換結(jié)構(gòu)428。第一層切換結(jié)構(gòu)426可以由一個(gè)或多 個(gè)第一層切換模塊422a至422j構(gòu)成，且第二層切換結(jié)構(gòu)428可以由一個(gè)或 多個(gè)第二層切換-漠塊424a至424k構(gòu)成。
0034第一層切換才莫塊422a至422j的每一個(gè)可以被耦合于一個(gè)或多 個(gè)第二層切換模塊424a至424k。第一層切換模塊422a至422j的每一個(gè)可 以被配置成輸出一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，到與之耦合的第二層切換模塊424a至 424k中的每一個(gè)。第一層切換模塊422a至422 j無需向第二層切換模塊424a 至424k的每一個(gè)輸出相同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，但可以向第二層切換模塊424a提供 第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，、向另一個(gè)第二層切換模塊424b提供第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)403", 等等。
0035第二層切換模塊424a至424k的每一個(gè)可以關(guān)聯(lián)于換能器元件304a至304p的一個(gè)分組430。第二層切換模塊424a至424k的每一個(gè)被耦 合于分組430中的換能器元件304a至304p。第二層切換模塊424a至424k 的每一個(gè)可以從第一層切換模塊422a至422j接收一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，，并且 可以輸出所接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，至分組430中的換能器元件304a至304p的 所選擇的那些。
0036如以上參照?qǐng)D3所描述的，換能器元件304a至304p的每個(gè)分 組430可以包括，例如，位于一個(gè)板上的多個(gè)換能器元件，或包括例如位于 多個(gè)板上的多個(gè)換能器元件。在可替換的實(shí)施例中，換能器元件可以不位于 板上，但仍然形成為分組。
0037在一個(gè)實(shí)施方案中，第一層切換元件422a至422j的每一個(gè)接 收來自驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器402的多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，并且接收來自控制器404 的一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇器405。對(duì)于耦合于它的第二層切換元件424a 至424k中的每一個(gè)，第一層切換元件426a至426j運(yùn)行以基于驅(qū)動(dòng)信號(hào)選 擇器405從多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403中選擇驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，。第一層切換元件422a 至422j的每一個(gè)向耦合于它的第二層切換模塊424a至424k的每一個(gè)輸出 合適的選定的(一個(gè)或多個(gè))驅(qū)動(dòng)信號(hào)403'。
0038第二層切換模塊424a至424k的每一個(gè)接收來自第一層切換模 塊422a至422j的選定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，，并且"^收來自控制器404的一個(gè)或 多個(gè)換能器元件選擇器411。在換能器元件選擇器411中所接收的信息足以 描述出在特定時(shí)間要開啟分組430中的哪些換能器元件304a至304p?；?換能器元件選擇器411，向那些待開啟的換能器元件304a至304p選擇性地 提供從第一層切換模塊422a至422j接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，。
0039已經(jīng)按照耦合于第二層切換模塊424a至424k的分離的第一層 切換模塊422a至422 j對(duì)切換機(jī)構(gòu)做了描述。具體地說，可以想到單個(gè)第一 層切換模塊422a可以被提供用于多個(gè)第二層切換模塊424a至424k。單個(gè)第 一層切換模塊422a可以接收來自驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器402的多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403, 并且可以將一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403，輸出到第二層切換模塊424a至424k的每一 個(gè)。
0040在另一個(gè)實(shí)施方案中，多個(gè)第一層切換模塊422a至422j每一 個(gè)均耦合于多個(gè)第二層切換^t塊424a至424k。在該實(shí)施方案中，耦合于每 個(gè)第一層切換模塊424a至424 j的第二層切換模塊422a至422k的數(shù)量是受 限制的，例如，為了保證具有足夠的信號(hào)強(qiáng)度以驅(qū)動(dòng)換能器元件304a至304p。
0041在一些實(shí)施方案中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403可以應(yīng)用到數(shù)量可變的 換能器元件304a至304p，因?yàn)槊總€(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403可以提供給數(shù)量可變的第 二層切換模塊424a至424j,并且因?yàn)榈诙忧袚Q模塊424a至424j的每一 個(gè)可以向數(shù)量可變的換能器元件305a至305p提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)403。然而，當(dāng) 第二層切換模塊424的數(shù)量和換能器元件304a至304p的數(shù)量較大時(shí)，統(tǒng)計(jì) 分布會(huì)限制這種改變。因此，就不一定基于負(fù)荷(load)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)403 的功率。然而，在一些實(shí)施方案中，可以基于待驅(qū)動(dòng)的換能器元件304a至 304p的數(shù)量來調(diào)整每個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)403的功率。例如，控制器404可以調(diào)整驅(qū) 動(dòng)信號(hào)403的功率。
0042圖5為示意出本發(fā)明實(shí)施例所使用的用于向多個(gè)換能器元件提 供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的過程的流程圖。如圖5所示，在步驟500，其中換能器元件被 識(shí)別以用于給定的聲處理，并且相位被識(shí)別以用于每個(gè)換能器元件?？梢酝?過例如控制器來執(zhí)行步驟500，所述控制器可以接收諸如MRI數(shù)據(jù)的圖像數(shù) 據(jù)，并確定哪些換能器元件將被開啟以及在哪些相位運(yùn)行每個(gè)換能器元件。
0043在步驟502,可以接收多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？梢岳鐝尿?qū)動(dòng)信號(hào)發(fā) 生器接收所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以存在相移，因此每個(gè)驅(qū) 動(dòng)信號(hào)具有不同的相位。
0044在步驟504，可以從所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)中選擇驅(qū)動(dòng)信號(hào)。例如 可以基于從控制器所接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇器來選擇驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
0045在步驟506中，可以選擇一個(gè)或多個(gè)換能器元件。例如可以從 換能器元件的分組中選擇換能器元件?？梢曰诶鐝目刂破魉邮盏囊粋€(gè) 或多個(gè)換能器元件選4奪器中選擇所述換能器元件。
0046在步驟508中，將所選的驅(qū)動(dòng)信號(hào)應(yīng)用到所選的換能器元件。 例如應(yīng)用所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)以激活換能器元件從而產(chǎn)生超聲能量。
0047在以上詳細(xì)說明中，已經(jīng)參照本發(fā)明的具體實(shí)施例對(duì)其進(jìn)行了 描述。然而，在不脫離本發(fā)明更寬精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行不同的修 改或變化，這是明顯的。例如，讀者可以理解，在此處描述的過程流程圖中 所示出的過程動(dòng)作的具體順序和組合僅為示意性的，且可以使用不同或附加 的過程動(dòng)作，或過程動(dòng)作的不同組合或順序來實(shí)施本發(fā)明。
0048例如，雖然按照輸出用于所有換能器元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的一個(gè)驅(qū) 動(dòng)信號(hào)發(fā)生器對(duì)本發(fā)明做了描述，但可以預(yù)期的是，也可以提供多于一個(gè)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器。每個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器可以專用于向特定的切換機(jī)構(gòu)或特定 的換能器元件提供多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。替換地或另外地，每個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器還 可以用于提供具有一個(gè)或多個(gè)特定相位的一個(gè)或更多個(gè)信號(hào)。進(jìn)一步的，如 以上所筒要描述的，可以利用求和網(wǎng)絡(luò)將每個(gè)分組選擇性地耦合于多個(gè)驅(qū)動(dòng) 信號(hào)，以啟動(dòng)可用驅(qū)動(dòng)信號(hào)的進(jìn)一步操作。在這些可替換的實(shí)施例中，給定 分組中的每個(gè)換能器元件可以運(yùn)行在作為特定求和網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果的相位。
權(quán)利要求
1、 一種用于輸送目標(biāo)聲能的系統(tǒng)，包括 換能器，其具有多重?fù)Q能器元件； 控制器；多個(gè)第一層切換;溪塊，每個(gè)第一層切換模塊接收具有相差的多個(gè)驅(qū)動(dòng) 信號(hào)作為輸入，并且被配置成根據(jù)從所述控制器接收到的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)選 擇信號(hào)選擇性地輸出所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)其中之一，和多個(gè)第二層切換模塊，每個(gè)第二層切換模塊接收從相應(yīng)第一層模塊輸出的所選驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為輸入，并且被配置成根據(jù)從所述控制器接收的相應(yīng) 換能器元件選擇信號(hào)選擇性地將所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)耦合到相應(yīng)的換能器元件 分組的 一 個(gè)或多個(gè)換能器元件。
2、 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述換能器元件的相應(yīng)分組固定連接 到所述相應(yīng)第二層切換模塊。
3、 權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)多重?fù)Q能器元件是多個(gè)換能 器元件分組的相應(yīng)一個(gè)的一部分，并且其中每個(gè)分組的換能器元件固定連接 到所述第二層切換模塊的相應(yīng)一個(gè)。
4、 權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述多重?fù)Q能器元件被實(shí)現(xiàn)為多個(gè)換 能器元件陣列，每個(gè)陣列形成在單獨(dú)基板上。
5、 權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中基本上至少一個(gè)分組的所有換能器元 件位于單個(gè)陣列。
6、 權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中基本上至少一個(gè)分組的所有換能器元 件位于不同陣列。
7、 權(quán)利要求1-6的任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，還包括多個(gè)切換元件，每個(gè) 切換元件包括相應(yīng)第 一層模塊和相應(yīng)第二層才莫塊，其中所述第二層模塊接收 從同 一切換元件上的所述第 一層模塊輸出的所選驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為輸入。
8、 權(quán)利要求1-6的任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，還包括第一層切換結(jié)構(gòu)和第 二層切換結(jié)構(gòu)，所述第一層切換結(jié)構(gòu)包括所述多個(gè)第一層模塊，并且所述第 二層切換結(jié)構(gòu)包括所述多個(gè)第二層模塊。
9、 權(quán)利要求1-8的任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成向 所述第一和第二層切換才莫塊提供相應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和換能器元件選4奪信號(hào)，以激 活換能器元件的所選子集，由此發(fā)送目標(biāo)聲能脈沖。
10、 權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)多重?fù)Q能器元件是多個(gè)換能器元 件分組的相應(yīng)一個(gè)的一部分，所述每個(gè)分組的換能器元件固定連接到所述第 二層切換模塊的相應(yīng) 一個(gè)，并且其中所述換能器元件的子集包括少于至少一 個(gè)分組的所有換能器元件的換能器元件。
11、 權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述多重?fù)Q能器元件被實(shí)現(xiàn)為多個(gè)換 能器元件陣列，每個(gè)陣列形成在單獨(dú)基板上，并且其中所述換能器元件的子 集包括少于至少一個(gè)陣列的所有換能器元件的換能器元件。
全文摘要
一種聚焦超聲系統(tǒng)包括具有多重?fù)Q能器元件的換能器、產(chǎn)生并且輸出多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路(每個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間偏移一個(gè)相應(yīng)相差)和選擇性地將驅(qū)動(dòng)信號(hào)耦合到相應(yīng)換能器元件的控制器，該控制器包括多個(gè)第一層切換模塊和第二層切換模塊。每個(gè)第一層模塊接收多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為輸入，并且響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的其中之一。每個(gè)第二層模塊耦合到相應(yīng)分組的換能器元件，并且響應(yīng)于換能器元件選擇信號(hào)，選擇性地將從第一層切換模塊輸出的相應(yīng)所選驅(qū)動(dòng)信號(hào)耦合到一個(gè)或多個(gè)換能器元件。
文檔編號(hào)G10K11/34GK101313354SQ200680043932
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
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