CN112118890B - 用于引导来自多元件源的能量的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于控制从多个能量递送装置发射的能量的角度方向的设备。设备包括多个杆，每个杆被以机械方式耦合到能量递送装置中的一个、固定板和可移动板。固定板包括被配置为接纳第一可旋转接头的被以机械方式耦合到每个杆的一部分的孔。可移动板包括被配置为接纳第二可旋转接头的一部分的孔，第二可旋转接头滑动地接合相应的杆的一部分。每个杆的角度在可移动板在任何方向上被相对于固定板移动时改变。改变杆角度的操作改变从能量递送装置发射的能量的角度方向，以使得能量通过预期的聚焦位置。

Description

用于引导来自多元件源的能量的设备和方法

技术领域

本申请大体上涉及用于控制能量递送装置发射的能量的方向的设备、系统和方法。

背景技术

超声能量递送系统和其他能量递送系统发射被聚焦到目标区域中或者被引导到目标区域的能量。这些系统通过以下方式来控制能量被聚焦或被引导到的部位(location)：(a)以物理方式调整能量递送元件的位置，以使得能量被聚焦或被引导到期望的部位，(b)调整每个能量递送元件发射的能量的相对相位和振幅，以将能量以射束转向到期望的部位，或者(c)(a)和(b)的组合。因为相对相位和振幅可以在不以物理方式移动能量递送元件的情况下被调整，所以射束转向可以比以物理方式移动能量递送系统更快地执行。然而，调整能量的聚焦或方向的能力在射束转向中受到限制。因此，当目标区域位于在射束转向中可用的有限的调整范围的外部时，能量递送系统需要被以物理方式移动。

将期望的是增大能量递送元件的方向和/或聚焦在不以物理方式移动能量递送系统的情况下可以被调整的范围。

图1是根据现有技术的能量递送系统10的简化图。能量递送系统10包括将能量发射到相应的区域110中的多个能量递送装置100。如所示，发射的能量只有一部分通过期望的目标点120。因此，将给定剂量的能量提供给目标点120所花费的时间长于如果能量递送装置100被在几何上聚焦在目标点120上、则将花费的时间。然而，使能量在几何上聚焦到目标点120上的操作将减小能量递送装置100可以在其范围内发射能量的角度区域。

将期望的是布置能量递送装置以使得它们在保持在宽区域范围内发射能量的能力的同时、可以在几何上将能量聚焦在期望的目标点处。

发明内容

本文中描述的示例实施方案具有创新的特征，其中没有一个是不可或缺的，或者独自负责它们的期望的属性。以下描述和附图详细地阐述了本公开的某些说明性实施，这些实施指示可以实现本公开的各种原理的几种示例性方式。然而，说明性示例不是本公开的许多可能的实施方案的穷举。在不限制权利要求的范围的情况下，有利的特征中的一些现在将被总结。当结合意图图示说明、而非限制本发明的附图考虑本公开的以下详细描述时，本公开的其他目的、优点和新颖的特征将在本公开的以下详细描述中被阐述。

本发明的一方面针对一种设备，设备包括：多个能量递送装置；多个杆，每个杆包括第一端部和第二端部，第一端部被以机械方式耦合到所述能量递送装置中的一个；多个第一可旋转接头，每个第一可旋转接头被以机械方式耦合到对应的杆；多个第二可旋转接头，每个第二可旋转接头滑动地接合对应的杆的一部分；固定板，固定板包括多个固定板孔，每个固定板孔被配置为接纳所述第一可旋转接头中的一个的至少一部分以形成多个第一可旋转接头连接件，每个第一可旋转接头可相对于固定板旋转；以及可移动板，可移动板包括多个可移动板孔，每个可移动板孔被配置为接纳所述第二可旋转接头中的一个的至少一部分以形成多个第二可旋转接头连接件，每个第二可旋转接头可相对于可移动板旋转。

在一个或更多个实施方案中，对于每个杆，第一可旋转接头被设置在第一端部和第二可旋转接头之间。在一个或更多个实施方案中，对于每个杆，第一可旋转接头被设置在第二端部和第二可旋转接头之间。在一个或更多个实施方案中，固定板、可移动板、或固定板和可移动板这二者是平面的。在一个或更多个实施方案中，固定板、可移动板、或固定板和可移动板这二者是弯曲的。在一个或更多个实施方案中，对于每个杆，第一可旋转接头被整体地连接到杆。

在一个或更多个实施方案中，设备还包括定位机构，定位机构与可移动板机械连通以改变可移动板相对于固定板的位置。在一个或更多个实施方案中，定位机构被配置为沿着轴线改变可移动板的位置，以增大或减小可移动板和固定板之间的距离。在一个或更多个实施方案中，每个杆沿着相应的杆轴线从固定板延伸到可移动板，并且定位机构被配置为改变可移动板在与杆轴线中的至少一个正交的平面内的位置。在一个或更多个实施方案中，定位机构包括x-y-z定位器。

在一个或更多个实施方案中，每个杆沿着相应的杆轴线从固定板延伸到可移动板，并且每个杆被定向成一角度，所述角度在杆轴线和参考轴线之间；并且可移动板相对于固定板的位置的改变使角度改变。在一个或更多个实施方案中，每个能量递送装置在与相应的杆的角度相对应的方向上发射能量，并且相应的杆的角度的改变引起能量递送装置发射的能量的方向上的对应改变。在一个或更多个实施方案中，能量递送装置发射的能量被聚焦在聚焦区域中，并且每个能量递送装置发射的能量的方向上的改变使聚焦区域的部位改变。

在一个或更多个实施方案中，每个能量递送装置包括一个或更多个超声换能器元件。在一个或更多个实施方案中，每个第一可旋转接头包括第一球，并且每个第二可旋转接头包括第二球，每个第一球与固定板形成第一球连接件，每个第二球与第二板形成第二球连接件。在一个或更多个实施方案中，孔被限定在每个第二球中，以滑动地接合对应的杆的部分。在一个或更多个实施方案中，第一可旋转接头和第二可旋转接头具有两个旋转自由度，并且第二可旋转接头具有相对于对应的杆的平移自由度。在一个或更多个实施方案中，每个第一可旋转接头包括第一万向节，并且每个第二可旋转接头包括第二万向节。

本发明的另一方面针对一种控制能量递送装置发射的能量的方向的方法，方法包括：在角度方向上从每个能量递送装置发射能量，每个能量递送装置被以机械方式耦合到沿着杆轴线从可移动板延伸到固定板的杆的第一端部，杆被以机械方式耦合到第一可旋转接头，第一可旋转接头被至少部分地设置在固定板中的对应的孔中，其中角度方向由杆轴线和参考轴线之间的角度限定；利用与可移动板机械连通的定位机构，改变可移动板相对于固定板的位置，可移动板经由对应的第二可旋转接头与每个杆机械连通，每个第二可旋转接头被至少部分地设置在可移动板中的对应的孔中，其中杆的一部分被滑动地与第二可旋转接头接合；分别相对于固定板和可移动板旋转第一可旋转接头和第二可旋转接头，以使得当可移动板的位置被改变时，每个杆继续沿着杆轴线从可移动板延伸到固定板；以及改变从每个能量递送装置发射的能量的角度方向。

在一个或更多个实施方案中，方法还包括布置杆以使得来自每个能量递送装置的能量的至少一部分通过聚焦区域。在一个或更多个实施方案中，改变从每个能量递送装置发射的能量的角度方向的操作改变聚焦区域的部位。在一个或更多个实施方案中，改变可移动板的位置的操作包括平行于与杆轴线中的至少一个正交的平面移动可移动板。在一个或更多个实施方案中，改变可移动板的位置的操作包括使可移动板移动成更靠近或远离固定板。

在一个或更多个实施方案中，每个能量递送装置包括一个或更多个超声换能器元件，并且从每个能量递送装置发射的能量包括超声机械能。在一个或更多个实施方案中，方法还包括根据治疗计划调整能量的角度方向。在一个或更多个实施方案中，方法还包括在计算机处接收受试者中的目标区域的磁共振数据，磁共振数据指示超声换能器元件的测得的角度方向；将超声换能器元件的测得的角度方向与治疗计划中的目标角度方向进行比较；以及当超声换能器元件的测得的角度方向不同于治疗计划中的目标角度方向时，调整可移动板的位置。

在一个或更多个实施方案中，方法还包括将第一球以机械方式耦合到每个杆的第一端部，第一球被至少部分地设置在固定板中的对应的孔中。在一个或更多个实施方案中，方法还包括将第二球机械地耦合到每个杆的部分，第二球被至少部分地设置在可移动板中的对应的孔中。

附图说明

为了更充分地理解本构思的性质和优点，参照优选实施方案的结合附图的以下详细描述，在附图中：

图1是根据现有技术的能量递送系统的简化图；

图2是根据至少一些实施方案的其中采用本文中公开的设备和/或方法中的至少一些的一种类型的系统的示图；

图3是根据一个或更多个实施方案的处于第一状态的超声设备的简化视图；

图4图示说明根据一个或更多个实施方案的在第二支撑板已经在第一方向上被移动之后的处于第二状态的超声设备；

图5图示说明根据一个或更多个实施方案的在第一支撑板已经在第二方向上被移动之后的处于第二状态的超声设备；

图6图示说明根据一个或更多个实施方案的在第二支撑板已经在第三方向上被移动之后的处于第三状态的超声设备；

图7图示说明根据一个或更多个实施方案的在第二支撑板已经在第四方向上被移动之后的处于第四状态的超声设备；

图8是根据一个或更多个实施方案的处于第一状态的超声设备的简化视图；

图9是根据一个或更多个实施方案的处于第二状态的超声设备的简化视图；

图10A是根据一个或更多个实施方案的处于第一状态的超声设备的简化视图；

图10B是根据一个或更多个实施方案的超声设备的简化视图；

图11是根据一个或更多个实施方案的图10A所示的超声设备处于第二状态的简化视图；

图12是根据一个或更多个实施方案的换能器组件的透视图；

图13是根据一个或更多个实施方案的换能器组件的透视图；

图14是根据一个或更多个实施方案的系统的透视图；

图15是图14所示的系统的侧视图，该侧视图提供定位设备的更详细的视图；

图16是图14所示的系统的截面；

图17是图16所示的系统的截面的一部分的详细视图；并且

图18是用于控制能量递送装置发射的能量的方向的方法的流程图。

具体实施方式

本公开广泛地适用于用于控制许多类型的能量递送装置发射的能量的方向的设备、系统和方法。这样的能量递送装置的示例包括超声元件、激光器、反光镜(例如，用于太阳能或其他应用)、电磁信号(例如，射频(RF)信号、光)、以及其他装置(例如，具有正干扰)。在不限制本公开的范围的情况下，本文中提供的实施方案中的几个实施方案是关于超声能量递送装置(例如，超声元件)描述的。然而，应当理解的是，那些实施方案也适用于其他类型的能量递送元件。因此，超声递送装置是能量递送装置的示例性实施方案，并且对于超声递送装置(或对于超声元件)的提及是作为能量递送装置的非限制性示例提供的。

能量装置被以机械方式耦合到从第一板延伸到第二板的相应的杆。每个杆分别经由第一可旋转接头连接件和第二可旋转接头连接件被以机械方式耦合到第一板和第二板。第一可旋转接头被以机械方式耦合(例如，附连、整体地连接、等等)到每个杆。第一可旋转接头至少部分被设置在第一板中的对应的孔中，以形成第一可旋转接头连接件。第二可旋转接头滑动地接纳或接合相应的杆的一部分。第二可旋转接头至少部分被设置在第二板中的对应的孔中，以形成第二可旋转接头连接件。在一些示例中，第一可旋转接头和/或第二可旋转接头是球、万向节、枢转接头、回转接头、轴承(例如，回转轴承)、和/或其他可旋转接头。

每个能量递送装置在相应的角度方向上发射能量，角度方向在能量递送装置之间可以是相同的或不同的。每个能量递送装置的角度方向根据杆轴线和参考轴线之间的角度被测量。每个杆沿着杆轴线从第一板延伸到第二板。

第一板和第二板中的一个或两个可相对于另一个板移动。例如，第一板可以使用机械定位机构可相对于第二板移动。当第一板被相对于第二板移动时，第一可旋转接头连接件和第二可旋转接头连接件使杆移动。因为第二板是固定的，并且杆从第一板延伸到第二板，所以第一板的移动使杆轴线和参考轴线之间的角度改变。角度的改变引起能量从能量递送装置被发射的角度方向上的对应的改变。

图2是根据至少一些实施方案的其中采用本文中公开的设备、系统和/或方法中的至少一些的一种类型的系统200的示图。系统200(其是医疗系统)包括患者支撑件206(患者208被示出在其上)、磁共振系统202和图像引导式能量递送系统204。

磁共振系统202包括围绕开口212设置的磁体210、成像区域214、一组磁场梯度线圈216、磁场梯度线圈电源供应器218、发射/接收线圈220(也被称为“本体”线圈)、射频收发器222和计算机224，在成像区域214中，磁场强且均匀得足以执行磁共振成像，所述组磁场梯度线圈216快速地改变磁场以使得能够对MRI信号进行空间编码，磁场梯度线圈电源供应器218向磁场梯度线圈216供应电流，并且被随着时间的变化控制，发射/接收线圈220操纵成像区域214内的磁自旋的取向，射频收发器222被连接到发射/接收线圈220，计算机224执行便利MRI系统202的操作的任务(通过执行指令和/或以其他方式)，并且被耦合到射频收发器222、磁场梯度线圈电源供应器218和图像引导式能量递送系统204。

图像引导式能量递送系统204执行图像引导式疗法(例如，热疗法)，并且可以实施本文中公开的一个或更多个方面和/或实施方案(或它们的一个或多个部分)以在多个角度方向上递送能量(例如，超声能量)来治疗治疗区域。

在一些实施方案中，MRI计算机224可以包括多于一个计算机，这些计算机可以专用于MRI系统202。在至少一些实施方案中，MRI计算机224和/或系统200中的和/或被耦合到系统200的一个或更多个其他计算装置(未示出)也可以执行实施本文中公开的一个或更多个方面和/或实施方案(或它们的一个或多个部分)的一个或更多个任务(通过执行指令和/或以其他方式)，以控制图像引导式能量递送系统204中的能量递送装置发射的能量的角度方向。例如，计算机224和/或系统200中的和/或被耦合到系统200的一个或更多个其他计算装置(未示出)可以如本文中描述的那样调整被以机械方式耦合到每个能量递送装置的杆的角度(例如，通过调整与该杆机械连通的第一板的位置)。计算机(包括计算机224)中的一个或更多个可以包括用于患者208的治疗计划，治疗计划包括目标治疗区域和用于目标治疗区域的期望的或最小的能量(例如，热)剂量。一个或多个计算机可以使用来自磁共振系统202的图像来对能量递送装置发射的能量的角度方向进行图像引导。在一些实施方案中，一个或更多个专用的计算机控制图像引导式能量递送系统204。前述计算机中的一些或全部可以例如通过软件控制的链路相互通信(例如，通过局域网络、广域网络、蜂窝网络、WiFi网络或其他网络)。

图3是根据一个或更多个实施方案的处于第一状态的超声设备30的简化视图。设备30包括多个换能器组件300、第一支撑板320和第二支撑板330。每个换能器组件300包括超声换能器元件301、杆310和第一球345。换能器元件301被设置在杆310的第一端部312上。每个杆310经由第一球连接件340和第二球连接件350与第一支撑板320和第二支撑板330机械连通。第一球连接件340被设置为邻近杆310的第一端部312。第二球连接件350被设置为邻近杆310的第二端部314。在一些实施方案中，第一球连接件340和第二球连接件350可以包括球接头。

第一球345在固定位置处被以机械方式耦合(例如，附连、粘附、固定等)到杆310，以使得第一球345相对于杆310不移动。在一些实施方案中，杆310和第一球345被作为单个单元整体地连接。在其他实施方案中，杆310和第一球345是彼此固定地附连的单独的单元。第二球连接件350包括第二球355，第二球355相对于杆310可移动和/或可滑动。例如，第二球355可以包括接纳并且以机械方式接合(例如，滑动地接合、滑动地接纳、和/或滑动地耦合到)杆310的一部分的孔或孔口。杆310可以沿着每个杆310的轴线360朝向或远离第二球355滑动，以调整杆310相对于第二球355的相对轴向位置。

第一支撑板320包括多个孔325，以接纳每个第一球345的第一部分以形成第一球连接件340。每个第一球345的第二部分围绕孔325搁置在第一支撑板320上，以便以机械方式支撑第一球345。因为第一球345被附连到杆310，所以在第一支撑板320上以机械方式支撑第一球345的操作还以机械方式支撑杆310和附连到杆310的超声换能器元件301。第一球345相对于第一支撑板320的位置是固定的。然而，第一球345可以旋转，以调整每个杆310在x-z平面和/或y-z平面中相对于对应的参考轴线370的角度375。为了清晰起见，只有一个参考轴线370在图3中被图示。因此，杆310在第一球连接件340中具有单个自由度(旋转)。

第二支撑板330包括多个孔335，以接纳每个第二球355的第一部分以形成第二球连接件350。每个第二球355的第二部分围绕孔335搁置在第二支撑板330上，以便以机械方式支撑第二球355。第二球355相对于第二支撑板330的位置是固定的。然而，第二球355可以与第一球345一起旋转，以调整每个杆310相对于对应的参考轴线370的角度375。另外，如以上所讨论的，每个杆310相对于对应的第二球355的轴向位置是可调整的。因此，杆310在第二球连接件350中具有两个自由度(旋转和轴向位置)。

旋转第一球345和第二球355的操作使角度375改变，这改变从每个换能器元件(一个或多个)301发射的声能302的角度方向。在一些实施方案中，第一球连接件340和第二球连接件350中的至少一个防止杆310围绕杆轴线360旋转，例如以防止可以被连接到超声换能器元件301的任何线的扭曲。

应当注意的是，图3-11图示说明每个第一球345被设置在杆310的第一端部312和第二球355之间。然而，在其他实施方案中，每个第一球345可以被设置在杆310的第二端部314和第二球355之间。

在图3中，第一支撑板320和第二支撑板330被图示为向内弯曲的，例如在高强度聚焦超声(HIFU)系统中。另外，或者在可替换方案中，一个或两个支撑板320、330可以向外弯曲。另外，或者在可替换方案中，一个或两个支撑板320、330可以是平面的。

支撑板320、330相对于彼此的相对位置是可调整的。例如，第二支撑板330可以被相对于第一支撑板320轴向或径向移动。在另一个示例中，第二支撑板330可以被移动成更靠近或者更远离第一板320。在又一个示例中，第二支撑板330可以既(a)被相对于第一支撑板320轴向(例如，平行于“x”轴)或径向移动，又(b)被移动成更靠近或更远离第一板320(例如，平行于“z”轴)。尽管支撑板320、330的相对位置的调整已经被关于移动第二支撑板330(即，第一支撑板320可以是固定的，并且第二支撑板330可以是可移动的)描述，但是应当注意的是，相同的相对位置调整可以通过移动第一支撑板320(即，第一支撑板320可以是可移动的，并且第二支撑板330可以是固定的)来进行。例如，在图3中向左轴向移动第二支撑板330的操作等同于在图3中向右轴向移动第一支撑板320的操作。同样地，在图3中向上移动第二支撑板330(更靠近第一支撑板320)的操作等同于在图3中向下移动第一支撑板320(更靠近第二支撑板330)的操作。前述操作的组合也是可能的。最后，支撑板320、330两者可以在相反的方向上(例如，一个向左，另一个向右)被移动(即，第一支撑板320和第二支撑板330可以是可移动的)，以实现等同的以上讨论的相对位置调整。

第一支撑板320和/或第二支撑板330可以利用定位机构(诸如x-y定位器或x-y-z定位器)来移动。定位机构可以包括可被电机或者被液压装置旋转的一个或更多个齿轮式连接件，以在第一方向、第二方向和/或第三方向上(例如，在“x”方向、“y”方向和/或“z”方向上)移动支撑板320、330中的一个。另外，或者在可替换方案中，定位机构可以包括可以被以机电方式或以气动方式操作的致动器或其他装置。定位机构可以由计算机控制，该计算机还控制超声换能器元件301、单独的计算机或计算机224。控制定位机构的计算机可以从磁共振系统202提供的图像接收反馈，以对定位机构进行图像引导和/或以电子方式使超声换能器元件301聚焦。

超声换能器元件301产生声能302，声能302通过射束形成转向(例如，通过调整每个换能器元件301产生的声能302的相对相位)而被朝向聚焦区域304几何聚焦和/或电子聚焦。几何聚焦的超声系统的示例是高强度聚焦超声(HIFU)。在一些实施方案中，超声设备30是HIFU系统的一部分。聚焦区域304的部位可以通过移动第一支撑板310和/或第二支撑板320而被进行几何调整。

图4图示说明第二支撑板320已经在第一方向上被移动之后的处于第二状态的超声设备30。在图4中，第二支撑板320已经被向左(例如，平行于“x”轴)移动400，这使第二球355和杆310的第二端部314向左移动。作为结果，每个杆310的角度375改变(例如，相对于参考轴线370减小)，以在几何上向右(例如，平行于“x”轴)移动410换能器元件301的聚焦区域304。换句话说，在第一方向上移动第二支撑板320的操作使聚焦区域304的部位或位置在第二方向上移动，其中第二方向与第一方向是相反的。应当注意的是，聚焦区域304的部位可以通过射束形成转向而被进一步调整(或被精细调谐)。第一球345和第二球355根据角度375的改变而旋转。

如以上所讨论的，相同的结果可以通过向右移动第一支撑板310来实现。向右移动第一支撑板310的操作使第一球345和杆的第一端部312向右移动，这导致如以上所讨论的每个杆310的相同的角度375调整。因此，在第一方向上移动第一支撑板310的操作使聚焦区域304在第一方向上移动。

调整支撑板310、320的相对位置(例如，向左移动第二支撑板320)的操作可以引起支撑板310、320之间的距离380的改变。例如，向左移动第二支撑板320的操作增大支撑板310、320之间的距离380。杆310可以滑动通过第二球355中的孔或孔口，以根据距离380的改变来改变杆310在第一球345和第二球355之间的长度。

应当注意的是，如图5所示，第二支撑板320(和/或第一支撑板310)可以在“y”方向上被移动500，以在几何上相对于“y”方向移动510换能器元件301的聚焦区域304。如以上关于图4描述的，在“y”方向上移动500第二支撑板320(和/或第一支撑板310)的操作导致系统30的状态的等同改变，图4图示说明系统30相对于“x”方向的状态改变。例如，在“y”方向上移动500第二支撑板320的操作使第一球345和第二球355旋转，以调整每个杆310在y-z平面中相对于对应的参考轴线570的角度575。

还应当注意的是，第二支撑板320(和/或第一支撑板310)可以在“x”方向和“y”方向上(即，在x-y平面内)被移动(例如，被移动400、500)，以相对于“x”方向和“y”方向移动(例如，移动410、510)换能器元件301的聚焦区域304。

图6图示说明第二支撑板320已经在第三方向上被移动之后的处于第三状态的超声设备30。在图6中，第二支撑板320已经被移动600成更靠近第一支撑板310(例如，平行于“z”轴)，这使聚焦区域304在几何上移动610成更靠近第一支撑板310，以使得超声换能器301具有与当超声设备30处于第一状态(如图3所示)时相比缩短的焦距。

在第三状态下，外杆310(也被标记为611、612)的第二端部314远离彼此并且远离中间杆310(也被标记为613)移动。相反，外杆310的第一端部312向内移动，这使聚焦区域304在几何上被移动610成更靠近第一支撑板310。例如，在第三状态下，右侧的杆310(也被标记为杆611)的角度375增大。另外，左侧的杆310(也被标记为杆612)相对于参考轴线610的角度675增大。然而，中间杆310(也被标记为杆613)的轴线360(和对应的角度)继续平行于参考轴线370。

图7图示说明第二支撑板320已经在第四方向上被移动之后的处于第四状态的超声设备30。在图6中，第二支撑板320已经被移动700成远离第一支撑板310(例如，平行于“z”轴)，这使聚焦区域304在几何上移动710成远离第一支撑板310，以使得超声换能器301具有与当超声设备30处于第一状态(如图3所示)时相比增大的焦距。

在第四状态下，外杆310(也被标记为611、612)的第二端部314移动成更靠近彼此并且远离中间杆310(也被标记为613)。相反，外杆310的第一端部312向内移动，这使聚焦区域304在几何上移动710成远离第一支撑板310。例如，在第三状态下，右侧的杆310(也被标记为杆611)的角度375减小。另外，左侧的杆310(也被标记为杆612)相对于参考轴线610的角度675减小。然而，中间杆310(也被标记为杆613)的轴线360(和对应的角度)继续平行于参考轴线370。

尽管图4-7图示说明第二板330仅在“x”方向、“y”方向或“z”方向上相对于第一板320移动，但是应当注意的是，前述操作中的任何一个的组合是可能的。例如，第二板330可以在“x”方向和“y”方向两个方向上(即，在x-y平面中)、在“x”方向和“z”方向两个方向上(即，在x-z平面中)、在“y”方向和“z”方向两个方向上(即，在y-z平面中)、或者在“x”方向、“y”方向和“z”方向上移动。如上所述，第一板320还可以相对于第二板330移动，因此可以在“x”方向、“y”方向和“z”方向中的任何一个方向或所有方向上移动。在一些实施方案中，板320、330两者可以在“x”方向、“y”方向和“z”方向中的任何一个方向或所有方向上相对于彼此移动。

图8是根据一个或更多个实施方案的处于第一状态的超声设备80的简化视图。设备80与设备30是相同的，除了第一支撑板320和第二支撑板330是平面的之外。

在一些实施方案中，第一支撑板320的第一面321(例如，背向第二支撑板330)是平面的，并且第一支撑板320的第二面322(例如，面向第二支撑板330)不是平面的(例如，是弯曲的)。在一些实施方案中，第一支撑板320的第一面321不是平面的(例如，是弯曲的)，并且第一支撑板320的第二面322是平面的。在一些实施方案中，第二支撑板330的第一面331(例如，背向第一支撑板320)是平面的，并且第二支撑板330的第二面332(例如，面向第一支撑板320)不是平面的(例如，是弯曲的)。在一些实施方案中，第二支撑板330的第一面331不是平面的(例如，是弯曲的)，并且第二支撑板330的第二面332是平面的。

图9是根据一个或更多个实施方案的处于第二状态的超声设备80的简化视图。在图9中，第二支撑板330被向左(例如，平行于“x”轴的第一方向)移动900，这使聚焦区域304向右(例如，平行于“x”轴的第二方向，第二方向与第一方向是相反的)移动910。由于第二支撑板330的移动900，角度375改变。角度375的顶点在图9中没有被图示，因为它将位于页面之外。移动900类似于以上关于图4描述的实施方案中设备30中的第二支撑板330的相对移动。

设备80中的第一支撑板320和/或第二支撑板330可以在任何方向上被相对于彼此移动，类似于上述设备30中的第一支撑板320和/或第二支撑板330。为了简化和简洁起见，在x-y-z坐标系中的每个方向上移动设备80中的第一支撑板320和/或第二支撑板330的各种置换没有被图示，但是它们将类似于设备30中的第一支撑板320和第二支撑板330的相对移动(例如，在图4-7中)。

图10A是根据一个或更多个实施方案的处于第一状态的超声设备1000A的简化视图。设备80与设备30和80是相同的，除了第一支撑板320是平面的，并且第二支撑板330向内弯曲之外。因此，超声设备1000A是设备30和80的混合物。在其他实施方案中，第一支撑板320可以是弯曲的，并且第二支撑板330可以是平面的。在一些实施方案中，第一支撑板320和/或第二支撑板330可以向内或向外弯曲。

图10B是根据一个或更多个实施方案的超声设备1000B的简化视图。设备1000B与设备30、80和1000A是相同的，除了第一支撑板320向外弯曲，并且第二支撑板330是平面的之外。

图11是根据一个或更多个实施方案的图10A所示的超声设备1000A处于第二状态的简化视图。在图11中，第二支撑板330被向左(例如，平行于“x”轴的第一方向)移动1001，这使聚焦区域304向右(例如，平行于“x”轴的第二方向，第二方向与第一方向是相反的)移动1010。角度375由于第二支撑板330的移动1001而改变。角度375的顶点在图11中没有被图示，因为它将位于页面之外。移动1001类似于以上分别关于图4和图9描述的实施方案中设备30、80中的第二支撑板330的相对移动。

设备1000A中的第一支撑板320和/或第二支撑板330可以在任何方向上被相对于彼此移动，类似于上述设备30、80中的第一支撑板320和/或第二支撑板330。为了简化和简洁起见，在x-y-z坐标系中的每个方向上移动设备1000A中的第一支撑板320和/或第二支撑板330的各种置换没有被图示，但是它们将类似于设备30、80中的第一支撑板320和第二支撑板330的相对移动(例如，在图4-9中)。

图12是根据一个或更多个实施方案的换能器组件1200的透视图。组件1200包括至少一个换能器元件1201、杆1210和球1245。一个或多个换能器元件1201被以机械方式耦合(例如，附连、粘附、固定等)到杆1210的第一端部1212。球1245被设置在杆1210上邻近杆1210的第一端部1212。在一些实施方案中，杆1210包括球1245，在这种情况下，杆1210和球1245被整体地连接为单个单元。在其他实施方案中，球1245被以机械方式耦合(例如，附连、粘附、固定等)到杆1210。一个或多个换能器元件1201可以由从通过杆1210和球1245中限定的电导管1230和杆1210的第二端部1214的一个或更多个线1220接收的电信号供电和控制。可替换地，一个或多个换能器元件1201可以由从一个或多个换能器元件1201的下表面1250延伸到第一板(例如，第一板320)的整个上表面上的一个或更多个线接收的电信号供电和控制。

换能器组件1200可以与以上讨论的换能器组件300相同或类似。例如，杆1210、一个或多个换能器元件1201和/或球1245可以与杆310、一个或多个换能器元件300和/或第一球345相同或类似。因此，超声设备30、80可以包括一个或更多个换能器组件1200。

图13是根据一个或更多个实施方案的换能器组件1300的透视图。组件1300与组件1200是相同的，除了一个或多个换能器元件1201被设置在杆1210的第二端部1214上，并且一个或多个线1220经由杆1210的第一端部1212通过电导管1230。因为一个或多个换能器元件1201被设置在杆1210的第二端部1214上，所以球1245被设置为离组件1300中的一个或多个换能器元件1201比组件1200中的换能器元件更远。

换能器组件1300可以与以上讨论的换能器组件300相同或类似。例如，杆1210、一个或多个换能器元件1201和/或球1245可以与杆310、一个或多个换能器元件300和/或第二球355相同或类似。因此，超声设备30、80可以包括一个或更多个换能器组件1300。

图14是根据一个或更多个实施方案的系统1400的透视图。系统1400包括第一板1420、第二板1430、多个换能器组件1401和定位设备1450。第一板1420和第二板1430可以与第一板320和第二板330相同或类似。台架或支撑件1410被以机械方式耦合到第一板1420或者被整体地连接到第一板1420，以保持第一板1420的位置。定位设备1450与第二板1430机械连通，以相对于第一板1420移动第二板1430(例如，改变第二板1430相对于第一板1420的位置)。因此，第一板1420是固定的，并且第二板1430是可移动的。在其他实施方案中，第二板1430可以是固定的，并且第一板1420可以是可移动的，或者第一板1420和第二板1403这二者都可以是可移动的。

每个换能器组件1401可以与换能器组件300、换能器组件1200和/或换能器组件1300相同或类似。例如，一个或更多个换能器组件1401可以与换能器组件1200相同或类似，并且一个或更多个换能器组件1401可以与换能器组件1300相同或类似。在另一个示例中，一个或更多个换能器组件1401可以与换能器组件300相同或类似，并且一个或更多个换能器组件1401可以与换能器组件1300相同或类似。在另一个示例中，一个或更多个换能器组件1401可以与换能器组件300相同或类似，并且一个或更多个换能器组件1401可以与换能器组件1200相同或类似。在又一个示例中，一个或更多个换能器组件1401可以与换能器组件300相同或类似，一个或更多个换能器组件1401可以与换能器组件1200相同或类似，和/或一个或更多个换能器组件1401可以与换能器组件1300相同或类似。

定位设备1450包括第一机构1460、第二机构1470、第三机构1480和平台1480，第一机构1460在“y”方向上(例如，沿着第一轴线)移动第二板1430，第二机构1470在“x”方向上(例如，沿着与第一轴线正交的第二轴线)移动第二板1430，第三机构1480在“x”方向上(例如，沿着与第一轴线和第二轴线正交的第三轴线)移动第二板1430。照此，定位设备1450可以在三维空间中的任何方向上(例如，在“x”方向、“y”方向和/或“z”方向上)移动第二板1430。在一些实施方案中，定位设备1450是x-y-z定位器。

第一机构1460包括彼此接合(例如，作为齿条和小齿轮连接)的齿轮1461(在轴1462的左侧和右侧)和齿状导轨或杆1463。齿轮1461可以被手动地或者被可以与计算机1490通信的电机驱动(例如，旋转)。齿轮1461的旋转被转移(translate)到齿状导轨或杆1463，齿状导轨或杆1463被以机械方式附连到平台1480，并且平行于“y”轴延伸，以使第二板1430成直线地且平行于“y”轴移动。第二板1430可以相对于平台1480的在任何方向上移动。

第二机构1470包括螺杆1472，螺杆1472平行于“x”轴移动块1474(在图15中被图示)。继而，块1474平行于“x”轴移动水平杆1476(在图15中被图示)，这使平台1480平行于“x”轴移动。因此，旋转螺杆1472的操作使平台1480和第二板1430平行于“x”轴移动。应当注意的是，水平杆1476延伸通过块1474中限定的孔，以允许它们平行于“y”轴彼此滑动地接合。螺杆1472可以被手动地或者被可以与计算机1490通信的电机旋转。

第三机构1480包括彼此接合(例如，作为齿条和小齿轮连接)的齿轮1481和齿状导轨或杆1483。齿状导轨或杆1483可以相对于平台1480移动或滑动。旋转齿轮1481(例如，手动地或者通过电机)的操作使齿状导轨或杆1483相对于平台1480滑动，以转动与附连到第二板1430的竖直齿状导轨或杆(平行于“z”轴延伸；没有被图示)接合的小齿轮1484，从而平行于“z”轴移动第二板1430以增大或减小第一板1420和第二板1430之间的距离。齿轮1481可以被手动地或者被可以与计算机1490通信的电机旋转。

在其他实施方案中，第一机构1460、第二机构1470和/或第三机构1480可以包括可以分别平行于“y”轴、“x”轴和“z”轴平移平台第二板1430的相同机构(例如，它们可以各自包括齿轮和齿杆(例如，齿轮1462和齿杆1463)、螺杆、线性致动器或其他机构)。

定位机构1460可以由计算机1490控制。计算机1490与还控制超声换能器元件301的计算机或控制器可以是相同的，与MRI系统202所关联的计算机224可以是相同的，或者它可以是单独的计算机。计算机1490可以从磁共振系统202提供的图像接收反馈，以对定位机构1460进行图像引导和/或以电子方式使超声换能器元件聚焦。

图15是图14所示的系统1400的侧视图，该侧视图提供定位设备1450的更详细的视图。

图16是图14所示的系统1400穿过平面A-A的截面。该截面揭示了分别可以与第一球连接件340和第二球连接件350相同或类似的第一球连接件1640和第二球连接件1650。该截面还图示说明换能器组件1401的杆1610。杆1610可以与杆310相同或类似。

图17是图16所示的系统1400的截面的一部分的详细视图1700。详细视图1700进一步图示说明换能器组件1401以及第一球连接件1640和第二球连接件1650。如所示，每个换能器组件1410包括杆1610、球1645以及一个或更多个换能器元件1601。球1645的一部分搁置在第一支撑板1420中的孔1625中，以在第一球连接件1640中以机械方式支撑换能器组件1401。如以上所讨论的，球1645和杆1610可以是被整体地连接在一起的单个单元、或被彼此附连或贴附的单独的单元。第二球1655的一部分搁置在第二支撑板1430中的孔1635中。杆1610延伸通过第二球1655中的孔1657，以形成第二球连接件1650。凹进区域1710被设置为邻近每个球1645、1655，以将球1645、1655固定在相应的孔1625、1635中。

如以上关于设备30、80所讨论的，球1645、1655分别可以相对于支撑板1420、1430旋转，类似于以上讨论的实施方案。另外，杆1610可以相对于第二球1655中的孔1657轴向滑动或移动。

图18是用于控制能量递送装置发射的能量的方向的方法的流程图1800。流程图1800中的方法可以利用本文中描述的设备和/或系统中的一个或更多个来执行。在步骤1810中，在角度方向上从每个能量递送装置发射能量。每个能量递送装置被以机械方式耦合到沿着杆轴线从可移动板延伸到固定板的杆的第一端部。在每个能量递送装置中，杆被以机械方式耦合到第一球，第一球被至少部分地设置在固定板中的对应的孔中。角度方向由杆轴线和参考轴线之间的角度(例如，角度375)限定。

在一些实施方案中，每个能量递送装置包括一个或更多个超声换能器元件或者由一个或更多个超声换能器元件组成，并且从每个能量递送装置发射的能量包括超声机械能。

在步骤1820中，使用与可移动板机械连通的定位机构来改变可移动板相对于固定板的位置。可移动板经由对应的第二球与每个杆机械连通。每个第二球被至少部分地设置在可移动板中的对应的孔中。在每个能量递送装置中，杆的一部分被设置在第二球中限定的孔中。

在一些实施方案中，可移动板可以被平行于或正交于与杆轴线中的至少一个正交的平面移动。在一些实施方案中，可移动板可以被移动成更靠近或远离固定板。

在步骤1830中，第一球和第二球分别被相对于固定板和可移动板旋转，以使得当可移动板的位置在步骤1820中被改变时，每个杆继续沿着杆轴线从可移动板延伸到固定板。

在步骤1840中，改变从每个能量递送装置发射的能量的角度方向。

在一些实施方案中，杆可以被布置为使得来自每个能量递送装置的能量的至少一部分通过聚焦区域(例如，聚焦区域304)。在一些实施方案中，改变从每个能量递送装置发射的能量的角度方向的操作改变聚焦区域的部位。从每个能量递送装置发射的能量的角度方向和聚焦区域的部位可以根据治疗计划被调整，例如以向(例如，受试者中的)治疗区域施加最小剂量的能量。在特定的实施方案中，治疗计划可以将受试者的治疗区域加热到最小温度，以使组织坏死以治疗肿瘤或疾病。

在一些实施方案中，方法可以包括基于反馈信息来调整或精细调谐能量递送装置的角度方向。例如，方法可以包括在计算机处接收受试者中的目标区域的磁共振数据，所述磁共振数据指示能量递送装置(例如，超声换能器元件)的测得的角度方向。方法还可以包括将超声换能器元件的测得的角度方向与治疗计划中的目标角度方向进行比较。方法还可以包括当超声换能器元件的测得的角度方向不同于治疗计划中的目标角度方向时，调整可移动板的位置。

前面描述了包括与相应的第一支撑板和第二支撑板(例如，第一支撑板320和第二支撑板330)形成相应的第一球连接件和第二球连接件(例如，第一球连接件340和第二球连接件350)的第一球和第二球(例如，第一球345和第二球355)的实施方案。在其他实施方案中，第一球和/或第二球可以是另一类型的可旋转接头，诸如万向节、枢转接头、回转接头、轴承(例如，回转轴承)或其他可旋转接头。第一可旋转接头和第二可旋转接头与第一支撑板和第二支撑板形成第一可旋转接头连接件和第二可旋转接头连接件(对应于本文中描述的第一球连接件和第二球连接件)。第一可旋转接头连接件和第二可旋转接头连接件中的一个具有至少两个自由度，并且第一可旋转接头连接件和第二可旋转接头连接件中的另一个具有至少三个自由度。例如，第一可旋转接头连接件可以具有两个旋转自由度(例如，相对于“x”轴和“y”轴)，并且第二可旋转接头连接件可以具有两个旋转自由度(例如，相对于“x”轴和“y”轴)以及相对于杆的平移自由度，这允许杆相对于第二可旋转接头滑动(例如，滑动地接纳、滑动地接合、和/或滑动地耦合)(例如，通过第二可旋转接头中的孔或孔口)。在另一个示例中，第一可旋转接头连接件可以具有两个旋转自由度(例如，相对于“x”轴和“y”轴)以及相对于杆的平移自由度，并且第二可旋转接头连接件可以具有两个旋转自由度(例如，相对于“x”轴和“y”轴)。

本发明不应被认为限于上述特定的实施方案，而是相反，应被理解为涵盖所附权利要求中公正地阐述的本发明的所有方面。本发明可以适用的各种修改、等同过程、以及许多结构对于本发明针对的领域中的技术人员来说在阅览本公开时将是显而易见的。权利要求意图涵盖这样的修改和等同。

Claims (22)

1.一种设备，所述设备包括：

多个能量递送装置；

多个杆，每个杆包括第一端部和第二端部，所述第一端部被以机械方式耦合到所述能量递送装置中的一个；

多个第一可旋转接头，每个第一可旋转接头被以机械方式耦合到对应的杆；

多个第二可旋转接头，每个第二可旋转接头被滑动地接合在对应的杆的一部分上；

固定板，所述固定板包括多个固定板孔，每个固定板孔被配置为接纳所述第一可旋转接头中的一个的至少一部分以形成多个第一可旋转接头连接件，每个第一可旋转接头可相对于所述固定板旋转；

可移动板，所述可移动板包括多个可移动板孔，每个可移动板孔被配置为接纳所述第二可旋转接头中的一个的至少一部分以形成多个第二可旋转接头连接件，每个第二可旋转接头可相对于所述可移动板旋转；以及

定位机构，所述定位机构与所述可移动板机械连通，所述定位机构被配置为沿着轴线改变所述可移动板的位置，以改变所述可移动板和所述固定板之间的距离；

其中：

每个杆沿着相应的杆轴线从所述固定板延伸到所述可移动板，并且每个杆被定向成一相应的角度，所述相应的角度在每个杆轴线和参考轴线之间；

每个能量递送装置在与相应的杆的角度相对应的方向上发射能量，所述能量递送装置具有几何聚焦，

所述固定板和所述可移动板向内弯曲以限定所述能量递送装置的所述几何聚焦，

所述可移动板和所述固定板之间的距离的减小导致所述几何聚焦朝向所述固定板移动，并且

所述可移动板和所述固定板之间的距离的增大导致所述几何聚焦远离所述固定板移动。

2.如权利要求1所述的设备，其中对于每个杆，所述第一可旋转接头被设置在所述第一端部和所述第二可旋转接头之间。

3.如权利要求1所述的设备，其中对于每个杆，所述第一可旋转接头被设置在所述第二端部和所述第二可旋转接头之间。

4.如权利要求1所述的设备，其中对于每个杆，所述第一可旋转接头被整体地连接到所述杆。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述定位机构被配置为改变所述可移动板在与所述杆轴线中的至少一个正交的平面内的位置。

6.如权利要求5所述的设备，其中所述可移动板在第一方向上的位置的改变导致所述几何聚焦在相反于所述第一方向的第二方向上移动。

7.如权利要求1所述的设备，其中所述定位机构包括x-y-z定位器。

8.如权利要求1所述的设备，其中每个能量递送装置包括一个或更多个超声换能器元件。

9.如权利要求1所述的设备，其中每个第一可旋转接头包括第一球，并且每个第二可旋转接头包括第二球，每个第一球与所述固定板形成第一球连接件，每个第二球与第二板形成第二球连接件。

10.如权利要求9所述的设备，其中孔被限定在每个第二球中以滑动地接合所述对应的杆的所述部分。

11.如权利要求1所述的设备，其中所述第一可旋转接头和所述第二可旋转接头具有两个旋转自由度，并且所述第二可旋转接头具有相对于所述对应的杆的平移自由度。

12.如权利要求1所述的设备，其中每个第一可旋转接头包括第一万向节，并且每个第二可旋转接头包括第二万向节。

13.一种用于控制能量递送装置发射的能量的方向的方法，所述能量是非治疗性质的能量，所述方法包括：

在角度方向上从每个能量递送装置发射能量，每个能量递送装置被以机械方式耦合到沿着杆轴线从可移动板延伸到固定板的杆的第一端部，所述杆被以机械方式耦合到第一可旋转接头，所述第一可旋转接头被至少部分地设置在所述固定板中的对应的孔中，其中所述角度方向由所述杆轴线和参考轴线之间的角度限定；

利用与所述可移动板机械连通的定位机构，沿着轴线改变所述可移动板的位置，以改变所述可移动板和所述固定板之间的距离，所述可移动板经由对应的第二可旋转接头与每个杆机械连通，每个第二可旋转接头被至少部分地设置在所述可移动板中的对应的孔中，其中所述杆的一部分被滑动地与所述第二可旋转接头接合；

分别相对于所述固定板和所述可移动板旋转所述第一可旋转接头和所述第二可旋转接头，以使得当所述可移动板的所述位置被改变时，每个杆继续沿着所述杆轴线从所述可移动板延伸到所述固定板；以及

改变从每个能量递送装置发射的能量的角度方向；

其中，所述能量递送装置具有几何聚焦；

所述固定板和所述可移动板向内弯曲以限定所述能量递送装置的所述几何聚焦，

所述可移动板和所述固定板之间的距离的减小导致所述几何聚焦朝向所述固定板移动，并且

所述可移动板和所述固定板之间的距离的增大导致所述几何聚焦远离所述固定板移动。

14.如权利要求13所述的方法，所述方法还包括布置所述杆以使得来自每个能量递送装置的所述能量的至少一部分通过聚焦区域。

15.如权利要求14所述的方法，其中改变从每个能量递送装置发射的所述能量的所述角度方向的操作改变所述聚焦区域的部位。

16.如权利要求13所述的方法，其中改变所述可移动板的所述位置的操作包括平行于与所述杆轴线中的至少一个正交的平面移动所述可移动板。

17.如权利要求13所述的方法，其中改变所述可移动板的所述位置的操作包括使所述可移动板移动成更靠近或远离所述固定板。

18.如权利要求13所述的方法，其中每个能量递送装置包括一个或更多个超声换能器元件，并且从每个能量递送装置发射的所述能量包括超声机械能。

19.如权利要求18所述的方法，所述方法还包括调整所述能量的所述角度方向。

20.如权利要求19所述的方法，所述方法还包括：

在计算机处接收目标区域的磁共振数据，所述磁共振数据指示所述超声换能器元件的测得的角度方向；

将所述超声换能器元件的所述测得的角度方向与目标角度方向进行比较；以及

当所述超声换能器元件的所述测得的角度方向不同于所述目标角度方向时，调整所述可移动板的所述位置。

21.如权利要求13所述的方法，所述方法还包括将第一球以机械方式耦合到每个杆的所述第一端部，所述第一球被至少部分地设置在所述固定板中的所述对应的孔中。

22.如权利要求13所述的方法，所述方法还包括将第二球以机械方式耦合到每个杆的所述部分，所述第二球被至少部分地设置在所述可移动板中的所述对应的孔中。