用于聚焦脉冲的设备和方法
【专利说明】用于聚焦脉冲的设备和方法
[0001] 本发明涉及用于聚焦波的方法和设备。更具体地说，它涉及用于在一目标介质的 一个目标点上产生高强度波的方法和设备，例如医学应用中的声波。
[0002] 因此本发明涉及一种聚焦设备，至少包括由一传感器阵列（在此也称为传感器网 络）构成的脉冲发射装置，该脉冲发射装置适于使传感器阵列能够向一反射腔内发射至少 一束聚焦在一目标介质上的至少一目标点上的波。
[0003] 用于发射波的设备是已知的，例如发射高强度聚焦超声（HIFU)波发射设备或碎 石设备。这些设备具有缺点，因为它们的焦点无法通过简单的方法快速和长距离移动。
[0004] 文献US2009/0216128披露了一种试图解决该问题的设备的一个示例。该设备包 括一个具有一不规格且不平的表面的反射腔，在该反射腔中，能够产生和控制具有一可移 动焦点的波。腔内充满水并且设有一个与目标区域接触放置的窗口以便加强声波向目标区 域的传输。
[0005] 然而该解决方案具有缺点。该腔室构成了一个具有低品质因数和重大损耗的反射 器。在目标点的波的强度很低。
[0006] 本发明意图克服这些缺点。
[0007] 为此，根据本发明，上述所讨论类型的用于聚焦脉冲的设备特点在于反射腔包括 一个适于使所述波产生多重散射的多重散射介质。
[0008] 通过这些方案，尽管在腔室和环境之间保持着高透光率，但是由反射腔构成的反 射器的品质因数仍然是很重要的。这两个特点使设备能够在环境中产生高强度脉冲和/或 波。多重散射介质可以被当成是一种带有可调传输系数的有效介质。目标点的位置很容易 移动越过大体积。由腔室构成的反射器的损耗很低而且该反射器的特性很容易通过多重散 射介质的选择进行调整。由于反射器的高品质因数，使用的传感器可以是低功率的而且在 目标点能够产生高强度波。使用的传感器的数量可以因为虚拟源的产生而减少。
[0009] 在设备的优选实施例中，可能使用一个或多个以下方案：
[0010] -多重散射介质包括大量散射体；
[0011] -散射体基本上彼此相同；
[0012] -每个散射体都有至少一个横向尺寸，其基本上为反射腔内波的波长的0. 1到5 倍；
[0013] -每个散射体都有至少一个横向尺寸，其实质上为反射腔内波的波长的0. 5到1 倍；
[0014] -散射体以非周期的形式分布在多重散射介质内；
[0015] -散射体分布在多重散射介质内以便他们在反射腔的横截面上的表面密度基本上 为每表面面积2到30个散射体，该表面面积等于一个其边为反射腔内波的波长的10倍的 正方形的面积；
[0016] -声波散射体通过以其体积堆积密度在1%和30%之间的方式分布在多重散射介 质内；
[0017] -每个声波散射体的长宽比都大于5 ;
[0018] -波是一种声波；
[0019] -反射腔内含有液体；
[0020] -反射腔在其至少一端具有一个窗口；
[0021] -多重散射介质被安置在所述端附近；
[0022] -目标介质由活体组织构成；
[0023] -设备进一步包括安置在反射腔和目标介质之间的透镜；
[0024] -通过使阵列的每个传感器i发出一个发射信号，散射装置适于将波s(t)朝目标 介质内的一组值为K (K至少等于1)的预定目标点k发射：
[0025]
【主权项】
1. 用于聚焦脉冲的设备，至少包括由一传感器（6)阵列（5)构成的发射装置，所述发射 装置适于使传感器阵列能够向一反射腔（7)内发射至少一束聚焦在一目标介质（2)的至少 一目标点⑷上的波， 其特征在于，所述反射腔包括一个适于引起所述波多重散射的多重散射介质（8)。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，多重散射介质（8)包括多个散射体（8a)。
3. 根据权利要求2所述的设备，其特征在于，散射体（8a)基本上彼此相同。
4. 根据权利要求2至3中任一项所述的设备，其特征在于，每个散射体（8a)的横向尺 寸基本上是在反射腔（7)内波的波长的0. 1到5倍之间。
5. 根据权利要求2至4中的任一项所述的设备，其特征在于，每个散射体（8a)的横向 尺寸基本上是在反射腔（7)内波的波长的0. 5到1倍之间。
6. 根据权利要求2至5中的任一项所述的设备，其特征在于，散射体（8a)以非周期性 方式分布在多重散射介质（8)内。
7. 根据权利要求2至6中的任一项所述的设备，其特征在于，散射体（8a)分布在多重 散射介质（8)内以便在反射腔（7)的一个横截面上的散射体表面密度基本上为每表面面积 2至30个散射体，该表面面积等于一个边长是反射腔（7)内波的波长的10倍的正方形的面 积。
8. 根据权利要求2至7中的任一项所述的设备，其特征在于，声波散射体（8a)以其体 积堆积密度为1 %-30%的方式分布在多重散射介质（8)内。
9. 根据权利要求2至8中的任一项所述的设备，其特征在于，每个声波散射体（8a)的 长宽比都大于5。
10. 根据权利要求1至9中的任一项所述的设备，其特征在于，所述波是声波。
11. 根据权利要求1至10中的任一项所述的设备，其特征在于，反射腔（7)含有一种液 体（IO)0
12. 根据权利要求1至11中的任一项所述的设备，其特征在于，反射腔（7)在其至少一 端（7a)上具有一个窗口（7b)。
13. 根据权利要求12所述的设备，其特征在于，多重散射介质（8)被安置在所述端 (7a)附近。
14. 根据权利要求1至13中的任一项所述的设备，其特征在于，目标介质（2)由活体组 织构成。
15. 根据权利要求1至14中的任一项所述的设备，包括一个安置在反射腔（7)和目标 介质（2)间的一个透镜（9)。
16. 根据权利要求1至15中的任一项所述的设备，其特征在于，发射装置适于通过使阵 列（5)的每个传感器i发射一发射信号，向目标介质（2)内的至少等于1的K个预定目标 点k(4)发射波s(t):
式中，信号eik(t)是预定的单个发射信号，适于当传感器i发射信号eik(t)时，在目标 点k产生一脉冲波。
17. 根据权利要求10至16中的任一项所述的设备，其特征在于，发射装置适于发射一 个能够在目标点（4)产生空化气泡的波。
18. 用于聚焦脉中的方法，包括至少一个发射步骤，其中，一个传感器（6)阵列（5)发射 至少一个聚焦在目标介质（2)的至少一个目标点（4)上的波，而且所述波在到达目标介质 之前穿过一反射腔（7)， 其特征在于，在发射步骤中，通过位于反射腔内的多冲散射介质（8)引起所述波的多 重散射。
19. 根据权利要求18的所述方法，其特征在于，在发射步骤中，通过使阵列（5)的每个 传感器发射一个发射信号，向目标介质（2)内的至少等于1的K个预定目标点k(4)发射波 s(t)：
式中，信号eik(t)是预定的单个发射信号，适于当传感器i发射信号eik(t)时，在目标 点k处生成一个脉冲波。
20. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，每个信号e ik(t)都被编码成1到64位 编码?目号。
21. 根据权利要求20所述的方法，其特征在于，每个信号e ik(t)被编码成1位编码信 号。
22. 根据权利要求19至21中的任一项所述的方法，其特征在于，单个发射信号e ik(t) 在所述发射步骤之前的学习步骤中通过实验确定。
23. 根据权利要求22的方法，其特征在于，在学习步骤中，在每个预定目标点k连续发 射超声波脉冲信号，阵列（5)的每个传感器i获得从所述超声波脉冲信号的发射中接收到 的信号r ik(t)，而且单个发射信号eik(t)通过接收到的信号rik(t)的时间反演来确定： eik ⑴=rik(-t) 〇
24. 根据权利要求22至23中的任一项所述的方法，其特征在于，在学习步骤中，一种不 同于目标介质（2)的液体介质被设置成与反射腔相接触，而且所述脉冲信号从所述液体介 质中发射出来。
25. 根据权利要求22所述的方法，其特征在于，在学习阶段，对于一预定目标点k，在阵 列的每个传感器i处连续地发射超声波脉冲信号，在目标点k处获得从所述超声波脉中信 号的发射中接收到的信号r ik(t)，而且单个发射信号eik(t)通过所接收信号rik(t)的时间 反演而确定： eik ⑴=rik(-t) 〇
26. 根据权利要求25所述的方法，其特征在于，在学习步骤中，设置一不同于目标介质 (2)的液体介质与反射腔相接触，以及在所述液体介质中获得信号r ik(t)。
27. 根据权利要求26或权利要求24所述的方法，其特征在于，在学习步骤中使用的液 体介质基本上由水构成，以及在发射步骤中，波聚焦在其内的目标介质（2)由活体组织构 成。
28. 根据权利要求19至21中的任一项所述的方法，其特征在于，单个发射信号e ik(t) 通过计算确定。
29. 根据权利要求18至28中的任一项所述的方法，其特征在于，，在发射步骤中，发射 一个能够在目标点（4)生成空化气泡的波。
30. 根据权利要求18至29中的任一项所述的方法，其特征在于，，所述波是声波。
31. 根据权利要求18至30的任一项所述的方法，其特征在于，以10赫兹到1000赫兹 之间的频率至少重复一次发射步骤。
【专利摘要】用于聚焦脉冲的设备至少包括一个由传感器(6)网络(5)构成的发射装置，这些发射装置适于使传感器网络向一反射腔(7)内发射至少一束聚焦在目标介质(2)的至少一个目标点(4)上的波。反射腔包括一适于使所述波产生多重散射的多重散射介质(8)。
【IPC分类】B06B3-04, G10K11-26
【公开号】CN104684658
【申请号】CN201380030191
【发明人】巴斯蒂恩·阿纳尔, 马修·佩诺特, 迈克尔·坦特, 马赛阿斯·芬克
【申请人】国家科学研究中心, 法国国家健康和医学研究院
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年6月4日
【公告号】CA2874836A1, EP2858760A2, US20150151141, WO2013182800A2, WO2013182800A3