与合成空化核一起使用的超声装置的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年10月26日提交的美国临时申请号62/751,370的权益，该临时申请特此以全文引用的方式并入本文中。

这些发明涉及用于治疗与生物矿化物相关联的病理的系统、装置、组合物和方法。更具体地，这些发明涉及用于通过提供合成空化核和从超声换能器到生物矿化物所位于的患者解剖结构的一部分的截头状波束来治疗与生物矿化物相关联的病理的系统、装置、组合物和方法。

背景技术：

大量病理的部分特征在于病理性生物矿化物的存在。示例包括尿结石、胆结石、血块、纤维瘤、骨刺和动脉粥样斑块。

当前存在用于治疗这些病理性生物矿化物的一些医疗干预。例如，可以使用体外冲击波碎石治疗来治疗病理性生物矿化物。在体外冲击波碎石治疗中，强烈的冲击波聚焦在例如位于尿路中的生物矿化物上。这些冲击波的高强度可能导致生物矿化物的破碎。然而，这些高强度的冲击波也可能导致生物矿化物周围的健康组织受伤。

因此，期望不损害健康组织的用于病理性生物矿化物的碎裂的治疗处理。然而，现有的微创疗法不是始终有效的，或经受诸如漫长的治疗持续时间或需要昂贵设备的缺点，这可能减少获得疗法的机会。本文的公开的实施例解决了现有技术的这些和其他缺点。

技术实现要素：

本发明总体上涉及产生截头状波束的超声装置，当与合成空化核结合时，所述截头状波束能够治疗位于患者的身体内的至少一个病理性生物矿化物。

在一方面，本公开提供了超声装置，其包括多个超声换能器元件和多通道放大器电路。多个超声换能器元件布置成阵列并包含在外壳内。多通道放大器电路包括一个或多个通道。所述多通道放大器电路的每个通道被配置为致动所述多个超声换能器元件的不同子集。超声换能器元件的子集可以包括一个或多个超声换能器元件。多通道放大器电路被配置为在多个状态中的每个状态下操作。每个状态包括一组频率。每组频率包括所述多通道放大器电路的每个通道被配置为致动与所述通道相关联的所述多个超声换能器元件的所述不同子集时的频率。此外，多通道放大器电路被配置为在多个状态之间切换。换句话说，多通道放大器电路被配置为执行频率调制。该频率调制使多个超声换能器元件产生截头状波束。

“截头状波束”包括多个纵向声波，当波束位于水或具有可比的、均匀密度的另一种介质内时，多个纵向声波中的每个纵向声波由多个超声换能器元件中的一个产生，并且纵向声波的相长干涉和相消干涉在整个截头状体积中产生近似均匀的峰值压力。如本文所指，“峰值压力”是指在截头状波束的体积内纵向声波的压力的最小值或最大值。如本文所指，关于截头状波束的“近似均匀的峰值压力”是指截头状波束的体积内的纵向声波的峰值压力在截头状波束的体积内的纵向声波的整体最大峰值压力的50％以内。

在某些实施例中，当在水中测量时，包括截头状波束的纵向声波的频率和幅度可以随时间变化，使得截头状波束的峰值压力在0.5兆帕和10兆帕之间。在一个实施例中，多通道放大器电路的多个状态的频率可以包括在200赫兹和2,000,000赫兹之间的频率。在一些实施例中，多通道放大器电路的多个状态的频率可以具有约500,000赫兹的中心频率。

如上所述，截头状波束可以包含截头状体积。在一些实施例中，截头状波束可以包括第一截头基部、第二截头基部以及第一截头基部和第二截头基部之间的第一距离。所述第一截头基部位于与所述超声换能器组件的表面相距第二距离处，所述多个超声换能器元件从所述表面产生所述截头状波束。所述第一截头基部和所述第二截头基部平行于所述超声换能器组件的所述表面。在某些实施例中，所述第一截头基部的面积可以大于所述第二截头基部的面积。在一些实施例中，第一截头基部与第二截头基部之间的第一距离可以为至少12厘米。在某些实施例中，第一截头基部与超声换能器组件的表面之间的第二距离可以为约2厘米。

在一些实施例中，包括在超声换能器组件中的多个超声换能器元件可以是压电换能器。在替代实施例中，包括在超声换能器组件中的多个超声换能器元件可以是电容微机械元件。在其他实施例中，包括在超声换能器组件中的多个超声换能器元件中的一个或多个可以被切趾。在某些实施例中，多个超声换能器元件包括至少4个并且至多8个超声换能器元件。在其他实施例中，多个换能器元件可以包括4个超声换能器元件。

在某些实施例中，所述多个超声换能器元件布置成的所述阵列是线性阵列。在替代实施例中，所述多个超声换能器元件布置成的所述阵列是二维阵列。在此类实施例中，二维阵列具有第一阵列距离和方向、第二阵列距离和方向以及第一阵列方向和第二阵列方向之间的角度。在一些实施例中，所述第一阵列距离可以在50毫米和150毫米之间，所述第二阵列距离可以在20毫米和60毫米之间，并且/或者所述第一阵列方向和所述第二阵列方向之间的所述角度可以在45度和120度之间。在优选的实施例中，所述第一阵列距离是100毫米，所述第二阵列距离是30毫米，并且所述第一阵列方向和所述第二阵列方向之间的所述角度是90度。

在一些实施例中，所述多个超声换能器元件中的每个超声换能器元件与最近的相邻换能器元件之间的空间可以是50和500微米之间的空气切口。在一个优选的实施例中，所述多个超声换能器元件中的每个超声换能器元件与最近的相邻换能器元件之间的所述空间是约100微米的空气切口。在又一个优选的实施例中，所述多个超声换能器元件中的每个超声换能器元件与最近的相邻换能器元件之间的所述空间是约400微米的空气切口。

在某些实施例中，多通道放大器电路的每个通道可以与两个晶体管相关联。在此类实施例中，与每个通道相关联的两个晶体管可以被配置为基于多通道放大器电路的状态来控制该通道致动与通道相关联的多个超声换能器元件的不同子集时的频率。具体地，在一些实施例中，与每个通道相关联的两个晶体管可以被配置为以交替的方式操作，以使得与通道相关联的多个超声换能器元件的不同子集基于多通道放大器电路的状态以100khz和10,000khz之间的频率产生声波。在其中多通道放大器电路的每个通道与两个晶体管相关联的此类实施例中，多通道放大器电路的每个通道可以进一步与电滤波器相关联，所述电滤波器被配置为结合两个晶体管从声波中滤除高频分量，所述声波由与通道相关联的多个超声换能器元件的不同子集产生。

在其中多通道放大器电路的每个通道与两个晶体管相关联的另一些实施例中，多通道放大器电路还可以包括至少一个电源，所述至少一个电源被配置为在多通道放大器电路的状态的整个持续期间供应恒定电压。在另一些实施例中，所述至少一个电源还可以包括至少两个电源，并且所述至少两个电源中的每一个可以被配置为在所述多通道放大器电路的状态的整个持续时间内供应不同的恒定电压。在其中多通道放大器电路包括至少两个电源的此类实施例中，多通道放大器电路还可以包括至少一个多路复用器，所述多路复用器被配置为将至少两个电源连接到与每个通道相关联的两个晶体管。具体地，在给定的时间点，多路复用器可以将至少两个电源中的一个或多个连接到与每个通道关联的两个晶体管。在一些实施例中，在给定的时间点，电源与通道之间存在1：1的连接。在替代实施例中，多于一个的电源可以连接到与每个通道相关联的两个晶体管。此外，多路复用器能够在电源和与每个通道关联的两个晶体管之间切换连接。因此，在不同的时间点，电源可以区别地连接到与每个通道关联的晶体管。

在其中多通道放大器电路包括至少两个电源的实施例中，所述至少两个电源中的每一个还可以包括电容器，所述电容器被配置为以使得所述电容器在小于所述多通道放大器电路的断开状态的持续时间的时间段内达到期望电压的充电速率充电，其中所述多通道放大器电路的所述断开状态由以0赫兹的频率致动所述超声换能器元件的所述相关联子集的所述多通道放大器电路的每个通道定义。

在一些实施例中，电源的数量可以是7。在某些其他实施例中，所述多通道放大器电路还可以包括中央处理单元，所述中央处理单元被配置为控制所述多通道放大器电路的所述多个状态之间的所述切换。

在某些实施例中，本文所公开的超声装置被配置为一次使患者的输尿管的长度的多达10cm受声波的作用。在其他实施例中，本文所公开的超声装置被配置为使体质量指数小于或等于40的患者的输尿管受声波的作用。在一些实施例中，在产生截头状波束期间，超声换能器组件的温度不超过43摄氏度。

在某些实施例中，超声换能器组件还可以包括支柱垫，所述支柱垫附接到换能器组件的、通过多个超声换能器元件从其产生截头状波束的表面，截头。在此类实施例中，支柱垫被配置成在通过使用来自术前诊断工具的指导而确定的位置处被放置成与患者的皮肤接触。在进一步的其他实施例中，支柱垫可以被配置为在使用或不使用实时成像的情况下与患者身体的皮肤均匀接触。

在一些实施例中，本文所公开的超声装置还可以包括带，所述带包括用于超声换能器组件的容器。在此类实施例中，所述带可以被配置为固定所述超声换能器组件以使其被放置成与所述患者的身体的所述皮肤均匀接触。在其他实施例中，带可以被配置为相对于患者身体的皮肤的平面成一角度固定超声换能器组件。

在一些实施例中，将所述多个超声换能器元件的操作变量作为输入而输入到计算机模拟程序中可以生成模拟波束，所述模拟波束在体积内具有空间均匀的峰值压力分布并且在所述体积内具有局部最小压力，所述局部最小压力在所述体积内的局部最大压力的约50％之内。在一些其他实施例中，模拟波束可以具有在6兆帕和0.1兆帕之间的体积内的局部压力。

在另一方面，本公开提供了用于使位于患者的身体的一部分内的至少一个生物矿化物破碎的方法。所述方法包括将超声换能器组件定位在治疗部位处，以及使所述超声换能器组件通电，以使所述患者的身体的所述部分受声波的作用。所述患者的身体的所述部分包含合成空化核，并且所述受声波的作用有效以使所述至少一个生物矿化物破碎。

在一些实施例中，所述方法还可以包括将所述合成空化核定位在所述患者的身体的所述部分内的步骤。在此类实施例中，将所述合成空化核定位在所述患者的身体的所述部分内可以包括经由导管将包含所述合成空化核的溶液施用于所述患者的身体的所述部分，所述导管具有位于所述患者的身体外部的第一端和位于所述患者的身体的所述部分内部或附近的第二端。

在某些实施例中，所述合成空化核可以包含靶向部分，所述靶向对所述至少一个生物矿化物具有亲和力，从而引起所述合成空化核积聚在所述至少一个生物矿化物的表面处。在此类实施例中，所述靶向部分可以与所述至少一个生物矿化物的化学成分形成共价键。

在一些实施例中，超声装置可以使用多通道电路来致动超声换能器组件。

在一些实施例中，可以使用来自术前诊断工具和所述患者的骨骼标志中的至少一个的指导来确定所述治疗部位。在附加实施例中，可以在不使用实时成像的情况下确定治疗部位。

在一些实施例中，所述患者的身体的所述部分可以是输尿管的上半部，并且将所述超声换能器组件定位在所述治疗部位处可以包括使所述超声换能器组件与位于所述患者身体的背面上的皮肤接触的缓冲材料接触。在替代实施例中，所述患者的身体的所述部分可以是输尿管的下半部，并且将所述超声换能器组件定位在所述治疗部位处可以包括使所述超声换能器组件与位于所述患者的身体的前表面上的皮肤接触的缓冲材料接触。

在另一方面，本公开提供了被配置为产生截头状波束的超声装置，所述截头状波束具有第一截头基部、第二截头基部以及所述第一截头基部和所述第二截头基部之间的至少12cm的距离。

如上所讨论，“截头状波束”包括多个纵向声波，当波束位于水或具有可比的、均匀密度的另一种介质内时，多个纵向声波中的每个纵向声波由多个超声换能器元件中的一个产生，并且纵向声波的相长干涉和相消干涉在整个截头状体积中产生近似均匀的峰值压力。在某些实施例中，多通道放大器电路的多个状态的频率可以包括在200赫兹和2,000,000赫兹之间的频率。在一些实施例中，多通道放大器电路的多个状态的频率可以具有约500,000赫兹的中心频率。

在一些实施例中，所述第一截头基部可以是正方形区域。在一些其他实施例中，第二截头基部可以是一维线。在某些实施例中，所述第一截头基部的面积可以大于所述第二截头基部的面积。

在某些实施例中，用于产生截头状波束的超声装置可以包括超声换能器组件，所述超声换能器组件还包括包含在外壳内的多个超声换能器元件。超声换能器元件可以被布置成产生截头状波束。在一些实施例中，多个超声换能器元件可以包括至少4个超声换能器元件。在一些实施例中，多个超声换能器元件可以是压电换能器。在替代实施例中，多个超声换能器元件可以是电容微机械换能器。在某些实施例中，多个超声换能器元件中的一个或多个可以被切趾。

在某些实施例中，所述多个超声换能器元件可以布置成线性阵列。在替代实施例中，多个超声换能器元件可以布置成二维阵列。在此类实施例中，二维阵列具有第一阵列距离和方向、第二阵列距离和方向以及第一阵列方向和第二阵列方向之间的角度。在一些实施例中，所述第一阵列距离可以在50毫米和150毫米之间，所述第二阵列距离可以在20毫米和60毫米之间，并且/或者所述第一阵列方向和所述第二阵列方向之间的所述角度可以在45度和120度之间。在优选的实施例中，所述第一阵列距离是100毫米，所述第二阵列距离是30毫米，并且所述第一阵列方向和所述第二阵列方向之间的所述角度是90度。

在一些实施例中，所述多个超声换能器元件中的每个超声换能器元件与最近的相邻换能器元件之间的空间可以是50和500微米之间的空气切口。在一个优选的实施例中，所述多个超声换能器元件中的每个超声换能器元件与最近的相邻换能器元件之间的所述空间是约100微米的空气切口。在又一个优选的实施例中，所述多个超声换能器元件中的每个超声换能器元件与最近的相邻换能器元件之间的所述空间是约400微米的空气切口。

在一些实施例中，超声装置还可以包括带，所述带具有用于超声换能器组件的容器。在此类实施例中，带被配置为将超声换能器组件固定到治疗部位。

在某些实施例中，所述截头状波束能够一次使患者的输尿管的长度的多达10cm受声波的作用。在其他实施例中，截头状波束能够使体质量指数小于或等于40的患者的输尿管受声波的作用，在产生截头状波束期间，超声换能器组件的温度不超过43摄氏度。

在一些实施例中，将所述多个超声换能器元件的操作变量作为输入值输入到计算机模拟程序中可以生成模拟波束，所述模拟波束在体积内具有空间均匀的峰值压力分布并且在所述体积内具有局部最小压力，所述局部最小压力在所述体积内的局部最大压力的约50％之内。

附图说明

当结合附图阅读时，将进一步理解本申请。为了说明主题，在附图中示出了主题的示例性实施例。然而，当前公开的主题不限于所公开的特定系统、装置、组合物和方法。另外，附图未必按比例绘制。在附图中：

图1提供了根据所公开的主题的实施例的超声装置的示意图。

图2是根据一个实施例的超声装置的框图。

图3是图2的超声装置的实施例的图示。

图4a是根据一个实施例的超声换能器组件的图示。

图4b是根据一个实施例的换能器元件的一维阵列的图示。

图4c是根据一个实施例的换能器元件的二维阵列的图示。

图5示出了根据一个实施例的多元件压电超声换能器组件。

图6示出了根据一个实施例的图11b的压电超声换能器组件的横截面。

图7是根据一个实施例的多通道放大器电路的框图。

图8示出了根据一个实施例的超声换能器组件。

图9是根据一个实施例的在使用超声装置执行手术中使用的带的图示。

图10是根据一个实施例的截头状波束的图示。

图11a示出了根据一个实施例的由通过多通道放大器电路以单频致动的换能器组件产生的截头状波束。

图11b示出了根据一个实施例的由通过多通道放大器电路经由频率调制方案致动的换能器组件产生的截头状波束。

图12是根据一个实施例示出针对在给定的频率调制带宽(δf)下致动的不同数量的换能器元件计算出的相移确定目标治疗区域中的最接近点(rmin)的线状图表，频率调制提高目标治疗区域中峰值压力的均匀性。

图13是根据一个实施例的用于使位于患者的血管中的一个或多个生物矿化物破碎的方法的流程图。

图14示出了根据一个实施例的图9的超声装置带的使用。

图15a是根据一个实施例的使用图5所示的超声换能器组件产生的截头状波束的模拟的第一视图。

图15b是根据一个实施例的图15a所示的截头状波束的模拟的第二视图。

图15c是根据一个实施例的图15a和图15b所示的截头状波束的模拟的第三视图。

图16a是根据一个实施例的使用图8所示的超声换能器组件产生的截头状波束的模拟的第一视图。

图16b是根据一个实施例的图16a所示的截头状波束的模拟的第二视图。

图16c是根据一个实施例的图16a和图16b所示的截头状波束的模拟的第三视图。

图17是描绘了根据本文所公开的实施例的在使用合成空化核和超声装置的整个治疗期间的合成尿结石的质量的柱状图。

图18a是描绘了根据本文所公开的实施例的在使用合成空化核和超声装置进行治疗之前的钙黄绿素荧光标记的主动脉瓣的图像。

图18b是描绘了根据本文所公开的实施例的在使用合成空化核和超声装置进行治疗之后的钙黄绿素荧光标记的主动脉值的图像。

图18c是描绘了标准化为前样品的最大强度的在治疗之前的钙黄绿素荧光标记的主动脉值的强度横向轮廓和在治疗之后的钙黄绿素荧光标记的主动脉值的强度横向轮廓的图，其中减去了背景荧光。

具体实施方式

本文提供了用于治疗患者身体的一部分内的一种或多种病理性生物矿化物的系统、装置、组合物和方法。这些方法包括将多个合成空化核定位在包含生物矿化物的患者身体的一部分内，以及用由超声装置产生的截头状波束使患者身体的一部分受声波的作用。在一些实施例中，这种受声波的作用能够使合成空化核空化，从而引起生物矿化物的破碎。

在更详细描述本发明之前，应当理解，本发明不限于所描述的特定实施例，因为它们当然可以变化。还应理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不意图作为限制，因为本发明的范围将仅受所附权利要求书的限制。

类似地，除非另外特别说明，否则关于可能的机制或作用方式或改进原因的任何描述仅是说明性的，并且本文中的本发明不受任何此类建议的机制或作用方式或改进原因的正确性或不正确性的约束。

在提供值的范围的情况下，应理解，除非上下文另外清楚地指明，否则在该范围的上限和下限与在该陈述范围内的任何其他规定值或中间值之间的每个中间值(至下限单位的十分之一)包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可以独立地包括在较小范围内，并且也包括在本发明内，受陈述范围中特别地排除的限制的影响。在陈述范围包括限制中的一者或两者的情况下，排除那些所包括的限制中的任一者或两者的范围也被包括在本发明中。

本文提出了某些范围，其中数值之前带有术语“约”。术语“约”在本文中用于为其之前的精确数字以及与术语之前的数字接近或近似的数字提供文字支持。在确定数字是否接近或近似具体列举的数字时，接近或近似的未列举数字可以是在给出数字的上下文中提供了具体列举的数字的基本等同形式的数字。在一些实施例中，术语“约”涵盖+/-30％或+/-20％或+/-10％或+/-5％或+/-小于5％。

除非另有定义，否则本文中本使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文中描述的方法和材料类似或等同的任何方法和材料也可用于本发明的实践或测试中，但是现在描述代表性的说明性方法和材料。

本说明书中引用的所有出版物和专利均以引用方式并入本文，就好像每个单独的出版物或专利均被具体地和单独地指出通过引用并入本文一样，并且以引用方式并入本文以公开和描述与引用了出版物相关的方法和/或材料。任何出版物的引用均是其在申请日之前的公开，并且不应解释为承认本发明由于在先发明而无权早于该出版物。此外，所提供的公布的日期可与实际公布日不同，这可能需要单独地确认。

需注意，如在本文中和所附权利要求书中所使用，除非上下文另外清楚地指明，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指代物。因此，例如，对“材料”的引用是对此类材料和其对于本领域技术人员来说已知的等同物等中的至少一个的引用。

另外，所公开的装置和/或相关方法的某些实施例可以由本申请中包括的附图表示。装置的实施例及其特定的空间特性和/或能力包括在附图中示出或基本上示出的或者从附图中合理推断的那些。此类特性包括，例如，以下中的一个或多个(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个等)：围绕平面(例如，横截面平面)的对称性或轴(例如，对称轴)、边缘、外围、表面、特定取向(例如，近端；远端)和/或数量(例如，三个表面；四个表面)或其任意组合。此类空间特性还包括，例如，缺少(例如，特定地缺乏)以下中的一个或多个(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个等)：围绕平面(例如，横截面平面)的对称性或轴(例如，对称轴)、边缘、外围、表面、特定取向(例如，近端)和/或数量(例如，三个表面)或其任意组合。

可以以叙述的事件的顺序或逻辑上可能的任何其他顺序来执行任何叙述的方法。

系统

用于治疗位于患者身体的一部分内的一种或多种病理性生物矿化物的系统、装置、组合物和方法包括在主题公开中。根据主题实施例的系统包括合成空化核和超声装置，所述合成空化核和超声装置彼此结合使用以引起生物矿化物破碎。

图1提供了根据所公开的主题的实施例的系统的示意图。如图1中所提供，系统100包括位于患者躯干(或腹部)110的血管内的生物矿化物160。在图1所描绘的实施例中，患者的血管是输尿管130。在替代实施例中，血管可以包括患者体内的任何其他解剖血管。例如，在替代实施例中，血管可以包括血管，例如主动脉。在附加示例中，生物矿化物可以位于患者身体的一部分，而不是血管。

如图1所示，多个合成空化核170已经积聚在生物矿化物160中的每一个的表面上。超声换能器组件140相对于患者的躯干110定位，使得超声换能器组件140能够在患者的躯干110的一定体积内产生截头状波束150，所述体积包括积聚在患者的输尿管130内的生物矿化物160的表面处的多个合成空化核170。需注意，截头状波束150包含一定的体积，使得遍及患者的输尿管130的多个生物矿化物160可以同时受声波的作用。

生物矿化物可以是其中嵌入了矿物质的身体组织。因此，生物矿化物的质地可能坚硬或变硬。受影响组织的物质特性的这种变化可导致多种疾病病理。例如，受影响组织的物质特性的这种变化可能导致组织卡在或滞留在患者身体的腔体(诸如血管)内。

在图1提供的实施例中，生物矿化物160是滞留在患者躯干110内的输尿管130中的尿结石。在替代实施例中，生物矿化物160可以由于任何组织的矿化而形成。例如，生物矿化物160可以包括动脉粥样化或其他含钙的斑块(例如，牙齿斑块)、胆结石、血块、钙化的组织或斑块或癌性肿瘤。此外，可以在患者体内或体外发现生物矿化物160。

回到图1中提供的系统100，合成空化核170积聚在生物矿化物160的表面处。如本文所指，“合成空化核”是微泡。具体地，每个合成空化核包括围绕芯的外壳。在一些实施例中，外壳包含生物脂质、蛋白质(例如白蛋白)、表面活性剂、生物相容性聚合物或其任何组合。在一些实施例中，芯包含流体。流体可以是低沸点的流体，使得流体是在体温下的气体。

合成空化核的大小被设计成在位于病理性生物矿化物可能所在的患者身体的部分(例如输尿管)内的房水(例如尿液)内快速扩散。在某些实施例中，合成空化核中的每一个具有约1微米的基线平均直径(例如，在不存在显著升高或降低的局部压力的情况下的直径)。此外，合成空化核在经历峰值压力约为1兆帕的纵向声波时可能经历大幅度的膨胀和收缩。合成空化核的这种膨胀和收缩可导致合成核的空化，从而使诸如生物矿化物的相邻或附近的块碎裂。

在某些实施例中，合成空化核对生物矿化物具有亲和力，使得当引入到患者解剖结构的生物矿化物所在的部分中时，合成空化核积聚在生物矿化物的表面处。具体地，在某些实施例中，每个合成空化核的外壳可以包括对生物矿化物具有亲和力的靶向部分，并且从而引起合成空化核积聚在生物矿化物的表面处。具体地，在合成空化核的靶向部分与生物矿化物的化学成分之间形成化学(例如，共价)键可以引起合成空化核积聚在生物矿化物的表面处。在人体内形成的许多生物矿化物包含钙(例如，碳酸钙、草酸钙、磷酸钙或羟基磷灰石)和/或其他金属。因此，可以选择靶向部分以靶向含金属或钙的生物矿化物。例如，合成的焦磷酸盐类似物是具体可用于含钙材料的一种这样的部分，并且包含合成的焦磷酸盐类似物的实施例是本发明的优选实施例。

其他机制，诸如表面张力，也可以促进在治疗部位的积聚。在一些实施例中，合成空化核可以靠近但不附着于生物矿化物。

将合成空化核递送到靶向块、组织、肿瘤、结石、骨骼或其他感兴趣部位中或附近可以通过如适用于疾病病理学和所执行的医疗程序的多种方法来实现。例如，在一些实施例中，可以制备包含合成空化核的水性悬浮液。可以选择悬浮液的成分以促进在医疗程序中的使用。例如，在一些实施例中，悬浮液可以是水或一些其他生理溶液。如本文所用，术语“生理溶液”是指身体的流体，例如，包括血液、淋巴液、唾液、胆汁、尿液和组织液。

在一些实施例中，将合成空化核引入血液、胆汁、尿液或脑脊髓液中。在一些实施例中，合成空化核通过经皮注射引入器官。在一些实施例中，合成空化核经由身体的孔口被引入。孔口包括任何开口，诸如嘴、鼻子、眼睛、阴道、尿道和耳朵。在一些实施例中，合成空化核被引入皮肤下。

作为具体示例，在其中将合成空化核放置在患者输尿管中的一些实施例中，可以经由5fr导管将合成空化核的悬浮液引入患者输尿管中。在此类实施例中，可以制备粘度类似于水的悬浮液，使得悬浮液容易流过5fr导管。使用膀胱镜，导管可以容易地定位在患者的输尿管中，并且可以从附接到导管的注射器中引入合成空化核的悬浮液。

作为另一个示例，合成空化核的悬浮液可以用特定的ph制备以与合成空化核要放置在其中的器官系统的ph相一致。悬浮液也可以用盐或其他成分制备以使合成空化核的聚集最小化。

在一些实施例中，合成空化核诸如通过直接植入要治疗的组织或块中直接引入治疗部位处。在一些此类情况下，可能不需要将靶向部分并入合成空化核的壳中。在其他实施例中，将合成空化核引入远离要治疗的生物矿化物的位置(例如，经由经皮注射进入血流中)并到达治疗部位。

在这些方法的每一种中，将理解的是，合成空化核可以作为药物制剂的一部分引入，所述药物制剂可以包括例如溶剂或其他载体、添加剂(例如，稳定剂和防腐剂、着色剂、表面活性剂、ph调节剂等)和/或一种或多种药物活性剂。

合成空化核的制造和递送在本领域中是众所周知的，并且在包括美国专利号10,149,906的许多出版物中描述。

再次回到图1，超声换能器组件140相对于患者的躯干110定位，使得超声换能器组件140能够产生截头状波束150。

超声换能器组件140是超声装置的一部分，超声束150从所述一部分发射。在一些实施例中，超声装置除了超声换能器组件140之外还包括其他部件。例如，在一些实施例中，超声装置还可以包括控制台和/或机架。在一些实施例中，控制台还可以包括多通道放大器电路。参照图2和图3更详细地讨论此类实施例。

超声换能器组件140包括多个换能器元件(在图2中示出)。在一些实施例中，多个换能器元件是压电换能器。在替代实施例中，多个换能器元件可以是电容微机械元件。在一些其他实施例中，多个换能器元件中的一个或多个的不同子集各自由多通道放大器电路的一个通道来致动。换句话说，多通道放大器电路的每个通道致动包括多个换能器元件中的一个或多个的不同子集。每个超声换能器元件仅属于一个不同子集。在某些实施例中，多通道放大器电路包括四个通道。在一些实施例中，多通道放大器电路的每个通道与包括多个换能器元件中的一个的子集相关联。在替代实施例中，多通道放大器电路的每个通道与包括多个换能器元件中的两个的子集相关联。

在给定的时间点，多通道放大器电路被配置为在多个状态中的一个状态下操作。多通道放大器电路操作的多个状态中的每个状态包括一组频率。每组频率(例如，每个状态)包括这样的频率，即，多通道放大器电路的每个通道被配置为以该频率致动其相关联的超声换能器元件子集。在一些实施例中，多通道放大器电路操作的状态可以包括“断开状态”。多通道放大器电路的断开状态由以0赫兹频率致动相关联的超声换能器元件子集的多通道放大器电路的所有通道限定。在替代实施例中，多通道放大器电路操作的状态可以包括“接通状态”，使得多通道放大器电路的一个或多个通道以大于0赫兹的频率致动超声换能器元件的一个或多个相关联的子集。在接通状态下，多通道放大器电路的通道中的每一个可以以任意频率致动其相关联的超声换能器元件子集。例如，在接通状态下，多通道放大器电路的通道中的每一个可以以不同的频率致动其相关联的超声换能器元件子集。换句话说，在接通状态下，多通道放大器电路的每个通道致动其相关联的超声换能器元件子集时的频率可以不同于多通道放大器电路的其他通道致动其他相关联的超声换能器元件子集时的其他频率。

另外，多通道放大器电路可以在给定时间段内在状态之间切换。例如，多通道放大器电路可以在一个周期内从接通状态切换到断开状态。在此类实施例中，接通状态的持续时间与断开状态的持续时间之比(在本文中也称为“占空比”)可以是0.05(例如5％)。在一些其他实施例中，接通状态和断开状态的持续时间之和(在本文中也称为“周期持续时间”)可以小于100毫秒但大于1毫秒。实验已经确定，在超声束的峰值压力大于1兆帕的情况下，约5％的占空比和小于100毫秒的周期持续时间使得受到波束的声波作用的患者皮肤和肌肉的温度能够维持在正常体温的几摄氏度以内。相反，较高的占空比或大于100毫秒的周期持续时间可能导致受到波束的声波作用的患者皮肤和肌肉加热到可能发生损伤的温度。相反，小于1毫秒的周期持续时间可能不足以生成截头状波束。

在特定实施例中，多通道放大器电路可以包括四个通道，并且四个通道可以在总共七个周期内致动换能器元件的相关联子集，在第一周期内以466khz、533khz、500khz和566khz致动换能器元件的相关联子集，然后在第二周期内以433khz、566khz、466khz和600khz致动换能器元件的相关联子集，然后在第三周期内以400khz、600khz、433khz和566khz致动换能器元件的相关联子集，并且然后在四个附加周期中的每个周期内以类似的频率集致动换能器元件的相关联子集。然后，这七个周期可以重复给定的持续时间。

切换多个换能器元件的状态以及进而切换频率的技术是本领域中称为“频率调制”的示例。如下面进一步详细描述，多通道放大器电路能够在状态之间进行切换，使得多个超声换能器元件的所得频率调制产生截头状波束，诸如图1中描绘的截头状波束150。

如本文所提及，“截头状波束”包括具有多个纵向声波的截头状体积，当波束位于水或具有可比的、均匀密度的另一种介质内时，多个纵向声波中的每个纵向声波由多个超声换能器元件中的一个产生，并且纵向声波的相长干涉和相消干涉在整个截头状体积中产生近似均匀的峰值压力。如本文所指，关于截头状波束的“峰值压力”是指在截头状波束的体积内纵向声波的压力的最小值或最大值。此外，如本文所指，关于截头状波束的“近似均匀的峰值压力”是指截头状波束的体积内的纵向声波的峰值压力在截头状波束的体积内的纵向声波的整体最大峰值压力的50％以内。在一些实施例中，当在水中测量时，包括截头状波束的纵向声波的频率和幅度可以随时间变化，使得截头状波束的峰值压力在0.5兆帕和10兆帕之间。

在整个本公开中使用的截头状波束的定义取决于波束行进通过的介质。具体地，应该假设，在整个本公开中所讨论的截头状波束行进通过具有均匀密度的介质，所述均匀密度对于本领域技术人员而言是已知的，类似于水的密度。例如，出于本公开的目的，可以认为肌肉组织具有均匀密度，所述均匀密度对于本领域技术人员而言是已知的，类似于水的密度。另一方面，诸如骨组织的介质不被认为具有均匀密度，所述均匀密度对于本领域技术人员而言是已知的，类似于水的密度。不具有类似于水的均匀密度的介质(诸如骨组织)可能导致超声波在整个给定体积中不具有均匀的峰值压力。因此，如在整个本公开中所指，行进通过不具有类似于水的均匀密度的介质(例如，骨组织)的超声波不被认为是截头状波束。

截头状波束150的截头状体积包括第一截头基部、第二截头基部以及第一截头基部和第二截头基部之间的第一距离。在某些实施例中，第一截头基部位于与超声换能器组件140的表面相距第二距离处，多个超声换能器元件从所述表面产生截头状波束150。关于图10更详细地描述了截头状波束150的几何形状。

截头状波束150能够使患者的解剖结构的区域受声波的作用。具体地，在本文提供的实施例中，截头状波束150可能能够使患者的输尿管的大部分受声波的作用。具体地，在截头状波束150用于使患者的输尿管受声波的作用的实施例中，截头状波束150所包围的体积类似于患者的输尿管所包围的体积，从而使得截头状波束150能够在一个时间点使输尿管的大部分受声波的作用。例如，在一些实施例中，截头状波束150可以在一个时间点使患者的输尿管的长度的多达10cm受声波的作用。此外，截头状波束150可以使距超声换能器组件140的表面多达13cm的区域受声波的作用，截头状波束150从所述表面产生。在其他实施例中，截头状波束150能够使体质量指数小于或等于40的患者的输尿管受声波的作用。

如图1所示，通过使用截头状波束150使患者的解剖结构的该大部分受声波的作用，可以同时治疗多个生物矿化物。此外，由于截头状波束150覆盖患者的解剖结构的该大部分，因此即使在治疗过程中移动的生物矿化物也可以成功地受声波的作用。截头状波束150的幅度和宽度也可以允许在不使用实时成像的情况下进行治疗。替代地，在一些实施例中，伴随着在手术之前执行的成像诊断，骨骼标志和其他解剖结构的基础知识可以足以定位超声换能器组件140，使得截头状波束150能够成功地使患者的解剖结构的生物矿化物所在的部分受声波的作用。尽管患者的呼吸可能导致生物矿化物的运动，但是在某些实施例中，由于截头状波束150的幅度和宽度，可以使生物矿化物受声波的作用而不会使患者镇静。在替代实施例中，可以在生物矿化物受声波作用的期间使患者镇静。下面关于图9和图13更详细地描述超声换能器组件140相对于患者的身体的布置，以受声波的作用。

合成空化核170的受声波的作用可以引起合成空化核170的空化。接近生物矿化物160的合成空化核170的空化可以引起向近端生物矿化物160的能量传递。由于合成空化核170的空化而导致的这种能量传递可以引起生物矿化物160破碎成较小的碎片，使得破碎的生物矿化物可以从患者体内移除或可以经由诸如排尿的正常生物过程从患者体内通过。

在生物矿化物包括诸如组织或细胞的生物实体的一些实施例中，接近生物实体的合成空化核170的空化可以引起生物实体的毁坏和/或涉及生物实体的生物过程的破坏。在生物矿化物包括诸如组织或细胞的生物实体的其他实施例中，接近生物实体的合成空化核170的空化可以减轻生物实体的钙化相关的硬度，和/或引起生物实体的机械性能的其他变化。

如上所述，截头状波束在截头状波束的整个体积中表现出峰值压力的近似均匀性。峰值压力的这种近似空间均匀性对于治疗用途具有优势。例如，近似均匀性可以与治疗效果的良好均匀性相关联。另外，峰值压力的近似空间均匀性可以使得峰值负压在截头状波束的整个体积中近似均匀分布。峰值负压可以帮助将合成空化核扩展到与峰值负振幅成比例的较大的最大半径。在随后的如上所述的合成空化核塌陷期间，在这种膨胀过程中由合成空化核吸收的能量可能导致附近的生物矿化物的碎裂。

装置

图2是根据一个实施例的超声装置200的框图。图2中所示的超声装置200除了控制台220和控制台机架235之外还包括图1的换能器组件140。换能器组件140包括多个换能器元件210a-n和外壳215。控制台220包括i/o接口225和多通道放大器电路230。超声装置200的一些实施例具有与在此描述的部件不同的部件。类似地，在某些情况下，功能可以以与在此所述不同的方式在部件之间分配。例如，在一些替代实施例中，与控制台220相对，多通道放大器电路230可以包含在换能器组件140内。

换能器组件140包括多个换能器元件210a-n。在一些实施例中，多个换能器元件210a-n中的每个换能器元件是压电换能器。在替代实施例中，多个换能器元件210a-n中的每个换能器元件可以是电容微机械元件。换能器元件210a-n的总数和大小取决于由换能器组件140产生的截头状波束的期望体积。具体地，可以操纵在使用相对少量的较大换能器元件以产生更大的能量强度效率与使用相对大量的较小换能器元件以在整个空间产生更均匀的压力分布之间的权衡，以选择换能器元件210a-n的最佳大小和数量。基于实验结果，换能器组件140内的换能器元件210a-n的最佳数量在四个与八个之间，并且换能器元件210a-n的孔的最佳大小在0.3cm和1.5cm之间。换能器组件140的优选实施例正好包含四个换能器元件210a-n，每个元件的孔径为0.8cm。在这些约束下，换能器组件140能够产生具有足够的峰值压力均匀性的波束，同时仍维持足够的能量强度效率。

如上所述，多个换能器元件210a-n中的每个换能器元件可以属于换能器元件210a-n的多个子集中的特定子集。换能器元件的子集可以包括一个或多个换能器元件210a-n。换能器元件的子集可以包括一个或多个换能器元件210a-n。换能器元件的每个子集可以独立于换能器元件的其他子集进行操作。具体地，换能器元件的每个子集可以以与换能器元件的其他子集操作的频率不同的频率操作。

换能器元件的每个子集操作的频率至少部分地由多通道放大器电路230确定，所述多通道放大器电路230可以接收来自超声装置100的编程器和/或来自超声装置200的用户的输入。下面更详细地讨论多通道放大器电路230致动换能器元件的每个子集时的频率。

除了多个换能器元件210a-n之外，换能器组件140还包括外壳215。外壳215是保持多个换能器元件210a-n的盖或壳体。换能器组件140还包括表面，多个换能器元件210a-n可以从所述表面发射截头状波束。

如上所述，控制台220包括多通道放大器电路230，其基于控制台220从装置的用户接收的操作指令来控制多个换能器元件210a-n的输出。在一些实施例中，操作指令可以由用户经由包括在控制台220中的i/o接口225输入到控制台220中。在其他实施例中，指令可以经由无线连接远程发送到控制台220。提供到控制台220的指令可以包括超声装置200的操作的时间长度、超声装置200将操作的一个或多个频率、或任何其他指令。基于所接收的操作指令，多通道放大器电路230相应地致动换能器组件140。

多通道放大器电路230包括多个通道。如上所讨论，多通道放大器电路230的每个通道被配置为致动换能器元件的不同子集。此外，在给定的时间点，多通道放大器电路230被配置为在多个状态中的一个状态下操作。多通道放大器电路230操作的多个状态中的每个状态包括一组不同频率。每组不同频率(例如，每个状态)包括这样的频率，即，多通道放大器电路230的每个通道被配置为以该频率致动其相关联的超声换能器元件子集。多通道放大器电路230被配置为基于经由控制台220接收的指令从一种状态切换到另一种状态以产生截头状波束，所述控制台在一些实施例中可以被称为“中央处理单元”。

在一些实施例中，多通道放大器电路230的每个通道与两个晶体管(例如，mosfet)相关联。在此类实施例中，与每个通道相关联的两个晶体管可以基于多放大器电路230的状态来控制该通道致动与通道相关联的超声换能器元件的不同子集时的频率。在一些实施例中，与每个通道相关联的两个晶体管可以以交替的方式操作，从而使得与通道相关联的超声换能器元件的不同子集基于多电路放大器230的状态在约50％的占空比和约零点偏移的情况下以100khz和10,000khz之间的频率产生声波。

在一些其他实施例中，多通道放大器电路230的每个通道可以进一步与电滤波器相关联，所述电滤波器可以滤除由与通道相关联的两个晶体管产生的声波的高频分量，从而产生正弦波。

在一些实施例中，多通道放大器电路230可以包括至少一个电源，以在多通道放大器电路230的状态的整个持续时间内向多通道放大器电路230供应恒定电压。在一些实施例中，至少一个电源还可以包括至少两个电源。例如，多通道放大器电路230可以包括7个电源。

在其中至少一个电源还包括至少两个电源的实施例中，至少两个电源中的每一个可以在多通道放大器电路230的状态的整个持续时间内向多通道放大器电路230供应不同的恒定电压。换句话说，至少两个电源中的每一个可以在多通道放大器电路230的状态的整个持续时间内向多通道放大器电路230供应不同的恒定电压。在此类实施例中，如上所述，多通道放大器电路230的每个通道可以与两个晶体管(例如，mosfet)相关联。另外，多通道放大器电路230可以包括至少一个多路复用器。至少一个多路复用器中的每一个可以用于将至少两个电源中的一个连接到与多通道放大器电路230的通道相关联的两个晶体管。在此类实施例中，至少两个电源中的每一个还可以是电容器，所述电容器被配置为在多通道放大器电路230的状态之间充电到足够的水平。例如，在一些实施例中，至少两个电源中的每一个还可以是被配置为以21kv/秒的充电速率进行充电的电容器。

除了从装置的用户接收输入之外，控制台220的i/o接口225还可以用作用于向装置的用户显示超声装置200的状态的机制。例如，i/o接口225可以指示换能器组件140的操作的状态。例如，如上所述，i/o接口225可以指示换能器组件140处于断开状态还是接通状态。关于图3更详细地讨论了i/o接口225的特定实施例。

在某些实施例中，被配置为包含换能器组件140的控制台机架235可以附接到控制台220。在其他实施例中，换能器组件140可以经由线(在图3中示出)连接到控制台220。

图3是超声装置200的一个实施例300的图示。超声装置300的实施例除了控制器按钮310、面向医师的用户界面320、面向患者的用户界面330和线340之外还包括图1的换能器组件140和图2的控制台220和控制台机架235。超声装置300的一些实施例具有与在此描述的部件不同的部件。类似地，在某些情况下，功能可以以与在此所述不同的方式在部件之间分配。

控制器按钮310是用户界面，超声装置300的用户可以通过所述用户界面向超声装置300提供致动指令。例如，在一些实施例中，控制器按钮310可以是用于打开和关闭超声装置300的电源按钮。在一些实施例中，控制器按钮310位于控制台220上。

面向医师的用户界面320和面向患者的用户界面330是关于图2描述的i/o界面225的两个实施例。具体地，面向医师的用户界面320和面向患者的用户界面330从装置300的用户接收操作指令，并且向装置的用户显示超声装置300的致动的状态。面向医师的用户界面320被定位在超声装置300上，使得其对于操作装置的医师是可见的。面向患者的用户界面330被定位在超声装置300上，使得其对于经由装置接受治疗的患者是可见的。经由面向医师的用户界面320和面向患者的用户界面330显示的信息可以是与超声装置300的致动和/或操作有关的任何类型的信息。例如，界面320和330可以显示治疗中剩余时间的指示符。

线340将控制台220连接到换能器组件140。如以上关于图2所述，控制台220从装置的用户接收超声装置300的操作指令。在一些实施例中，还可以从远程源无线地发送超声装置300的操作指令。基于控制台220接收的操作指令，多通道放大器电路230致动超声换能器组件140。

如上所讨论，在一些实施例中，多通道放大器电路230包括一个或多个电源(图3中未示出)，所述一个或多个电源被配置为向多通道放大器电路230供应恒定电压以致动换能器组件140。在一些实施例中，一个或多个电源可以位于控制台220内，诸如电池，或位于控制台220外部，诸如来自外部电源。在其中多通道放大器电路230位于控制台220内的实施例中，用于致动换能器组件140的电力可以经由线340从控制台220内的多通道放大器电路230传递到换能器组件140。在替代实施例中，与控制台220相对，多通道放大器电路230可以包含在换能器组件140内。

控制台机架235附接到控制台220，并且被配置为保持换能器组件140。在一些实施例中，控制台机架235可经由滑动机构沿着控制台220移动。在其他实施例中，控制台机架235包括使得换能器组件140能够牢固且安全地搁置在控制台机架235内的垫片(未示出)。

图4a是根据一个实施例的超声换能器组件140的轮廓图400a的图示。换能器组件400a至少包括图2的外壳215。在一些实施例中，换能器组件400a还包括支柱垫410。换能器组件400a的一些实施例具有与在此描述的部件不同的部件。类似地，在某些情况下，功能可以以与在此所述不同的方式在部件之间分配。

图4a的外壳215是图2的外壳215的一个实施例。外壳215是将多个换能器元件210a-n保持在换能器组件400a内的盖或壳体。多个换能器元件210a-n的两个实施例在图4b和图4c中示出。

图4a的支柱垫410可以附接到换能器组件400a的产生截头状波束的表面。在一些实施例中，支柱垫410包括凝胶状材料。在一些实施例中，支柱垫410还包括促进支柱垫410附接到换能器组件400a的表面的粘合材料。在一些实施例中，支柱垫410是一次性的并且被配置为一次性使用。在一些实施例中，支柱垫410包括这样的材料，使得穿过支柱垫410的截头状波束经历类似于穿过水的截头状波束的衰减的衰减。

图4a的支柱垫410可以充当转换器组件400a的表面(截头状波束从所述表面产生)与转换器组件400a所在的环境之间的缓冲器。在一些实施例中，在将换能器组件400a用于患者的治疗期间，将支柱垫410放置成与患者的身体上的治疗部位接触。在一些实施例中，支柱垫410包括均匀(例如，光滑)的表面。在其他实施例中，在使用换能器组件400a治疗患者期间，将支柱垫410的均匀表面放置成与患者的身体上的治疗部位均匀接触。在一些实施例中，在患者的治疗期间，可以在治疗部位和支柱垫410之间放置另外的缓冲材料。例如，在换能器组件400a的使用期间，可以将超声导电膏放置在治疗部位和支柱垫410之间。

图4b是根据一个实施例的换能器元件400b的一维阵列的图示。换能器元件400b的阵列包括图2中描述的换能器元件210a-n、基部420和空气切口430a-n。换能器元件400b的阵列的一些实施例具有与在此描述的部件不同的部件。类似地，在某些情况下，功能可以以与在此所述不同的方式在部件之间分配。

换能器元件400b的阵列包括换能器元件210a-n。在某些实施例中，图4b中的换能器元件210a-n是关于图2讨论的换能器元件210a-n。

基部420是用于固定换能器元件210a-n的平台。具体地，换能器元件210a-n固定到基部420，使得换能器元件210a-n的位于基部420远端的表面是换能器元件210a-n的发射超声束的部分。

基部420包含在图400a的外壳215内，并且被取向成使得从换能器元件210a-n的位于基部420的远端的表面发射的波束在支柱垫410的方向上垂直于支柱垫410行进。因此，基部420包含在外壳215内并且平行于支柱垫410取向，使得换能器元件210a-n位于支柱垫410和基部420之间。

换能器元件400b的阵列包括以一维线性阵列布置并固定到基部420的换能器元件210a-n。在替代实施例中，换能器元件的阵列可以任何尺寸布置。例如，如下面关于图4c所讨论，换能器元件的阵列可以二维布置。另外，虽然换能器元件400b的阵列包括总共四个相同尺寸的换能器元件210a-n，但是在替代实施例中，换能器元件阵列可以包含任何数量和/或尺寸的换能器元件。例如，在一些实施例中，换能器组件可以包括至少4个和最多8个换能器元件。在某些其他实施例中，换能器元件中的一个或多个被切趾。

在一个实施例中，在多个换能器元件210a-n的每个换能器元件与最近的相邻换能器元件之间存在空间。在一些实施例中，存在该空间以使得每个换能器元件210a-n能够以与其他换能器元件的频率无关的频率操作。

在图4b所示的实施例中，每个换能器元件与其最近的相邻换能器元件之间的空间包括空气切口430a-n。在替代实施例中，换能器元件之间的空间可以填充有任何类型的材料。

在图4b所示的实施例中，空气切口430a-n将换能器元件分开50和500微米之间的距离。在一个优选的实施例中，每个换能器元件与其最近的相邻换能器元件之间的空间包括约100微米的空气切口。在另一个优选的实施例中，每个换能器元件与其最近的相邻换能器元件之间的空间包括约400微米的空气切口。在替代实施例中，换能器元件之间的空间可以将换能器元件分开任何距离。

在图4b所示的实施例中，空气切口430a-n将换能器元件分开相同的距离。在替代实施例中，分开换能器元件的距离可以在换能器组件内变化。

图4c是根据一个实施例的换能器元件400c的二维阵列的图示。换能器元件400c的阵列包括图2中描述的换能器元件210a-n以及图4b中描述的基部420和空气切口430a-n。换能器元件400c的阵列的一些实施例具有与在此描述的部件不同的部件。类似地，在某些情况下，功能可以以与在此所述不同的方式在部件之间分配。

换能器元件400c的阵列包括换能器元件210a-n。在某些实施例中，图4b中的换能器元件210a-n是关于图2和图4b讨论的换能器元件210a-n。

基部420是用于固定换能器元件210a-n的平台。在某些实施例中，图4b中的基部420是关于图4b讨论的基部420。

换能器元件400c的阵列包括以二维阵列布置并固定到基部420的换能器元件210a-n。二维阵列包括第一距离和方向以及第二距离和方向，以及第一方向与第二方向之间的角度。在一个实施例中，二维阵列在第一方向上延伸在50毫米和150毫米之间，在第二方向上延伸在20毫米和60毫米之间，并且第一方向与第二方向之间的角度在45度和120度之间。在换能器组件140的优选实施例中，换能器元件210a-n的二维阵列在第一方向上延伸100毫米，在第二方向上延伸30毫米，并且第一方向与第二方向之间的角度为90度。在替代实施例中，二维阵列可以具有任何替代的第一距离、第二距离和角度。

如上所述，在替代实施例中，换能器元件210a-n的阵列可以任何尺寸布置。另外，虽然换能器元件400c的阵列包括总共六个相同尺寸的换能器元件210a-n，但是在替代实施例中，换能器元件阵列可以包含任何数量和/或尺寸的换能器元件。例如，在一些实施例中，换能器组件可以包括至少4个并且最多8个换能器元件。在某些其他实施例中，换能器元件中的一个或多个被切趾。

类似于图4b，图4c描绘了在多个换能器元件210a-n的每个换能器元件与最近的相邻换能器元件之间的包括空气切口430a-n的空间。在一些实施例中，图4c的空气切口430a-n是关于图4b讨论的空气切口430a-n。

图5示出了根据一个实施例的多元件压电超声换能器组件500。在图5中从上方示出了多元件压电超声换能器组件500。多元件压电超声换能器组件500包括由空气切口分开的八个压电换能器元件510a-h。如图5所示，压电换能器元件510a-h是以1.5维阵列布置的长元件。具体地，四个位于中心的矩形压电换能器元件510a-d的侧面是四个位于外围的压电换能器元件510e-h。每个位于外围的压电换能器元件510e-h通过调制方案电耦合到位于中心的矩形压电换能器元件510a-d，但是以相对较低的电流致动以实现切趾。示例性空气切口430在图5中被放大示出。

在图5中示出了多元件压电超声换能器组件500的示例性尺寸。图5中描绘的多元件压电超声换能器组件500的最大尺寸是72.3mm和31.9mm。位于中心的矩形压电换能器元件510a-d的尺寸在23.8mm和58.1mm之间，以及7.7mm。位于外围的压电换能器元件510e-h的尺寸是11.7mm和15.8mm。空气切口430的宽度是0.4mm。在替代实施例中，多元件压电超声换能器组件500可以由任何替代尺寸限定。

图6示出了根据一个实施例的图11b的压电超声换能器组件的横截面600。横截面600描绘了由空气切口430彼此分开的四个压电换能器元件210a-d。压电换能器元件210a-d可以包括锆钛酸铅(pzt)。每个压电换能器元件210a-d的高度z1可以约为一个波长。压电换能器元件210a-d的高度z1的偶数个半波长的存在可以减小压电超声换能器组件的共振，并因此加宽可用于频率调制的频率带宽。

压电换能器元件210a-d位于两个电极，即电极620a-b之间。电极620a-b可以包括薄板电极或箔电极。电极620a-b与多通道放大器电路230连通，如下面进一步详细讨论，并且被配置为致动压电换能器元件210a-d。

图6所示的压电超声换能器组件经由位于电极620b附近的声匹配层630固定到外壳(图4a所示)。声匹配层630可以包括具有在pzt和水的声阻抗之间的声阻抗的材料。声匹配层630的高度z2可以是波长的约一半。支柱垫410可以包括具有规律的声阻抗的材料，诸如矿物油、声凝胶或水，以最小化声波的吸收和散射。支柱垫410可以具有任何高度z3。无菌边界610可以位于声匹配层630和支柱垫410之间。在某些实施例中，空气或泡沫可以位于电极620a下方以放大声反射。

图7是根据一个实施例的多通道放大器电路700的框图。图7所示的多通道放大器电路700是以上关于图2描述的多通道放大器电路230的一个实施例。与图7中描绘的多通道放大器电路700相比，多通道放大器电路230的替代实施例可以包括更多或更少的部件。

如图7所示，多通道放大器电路700包括被配置为向多通道放大器电路700供应恒定电压的多个电源710。具体地，每个电源710被配置为向多通道放大器电路700供应不同的恒定电压。在一些实施例中，电源710中的每一个可以是电容器，所述电容器被配置为以使得每个电源可以在小于多通道放大器电路700的断开状态周期的持续时间的时间段内达到期望电压的充电速率充电。例如，在一些实施例中，电源710中的每一个可以是被配置为以21kv/秒的充电速率进行充电的电容器。在图7所示的实施例中，多通道放大器电路700包括7个电源710。在替代实施例中，多通道放大器电路700可以包括任何数量的电源。

如上所讨论，多通道放大器电路包括多个通道730。例如，在图7所示的多通道放大器电路700的实施例中，多通道放大器电路700包括4个通道730。在替代实施例中，多通道放大器电路700可以包括任何数量的通道730。多通道放大器电路700的每个通道730被配置为致动换能器元件的不同子集。

在图7所示的实施例中，多通道放大器电路700的每个通道730与两个晶体管740相关联。晶体管740可以包括mosfet。在某些实施例中，与每个通道730相关联的两个晶体管740可以基于多放大器电路700的状态来控制该通道730致动与该通道730相关联的超声换能器元件的不同子集时的频率。在一些实施例中，与每个通道730相关联的两个晶体管740可以以交替的方式操作，从而基于多通道放大器电路700的状态使得与通道730相关联的超声换能器元件的不同子集在约50％的占空比和约零点偏移的情况下以100khz和10,000khz之间的频率产生声波。

在图7所示的实施例中，多通道放大器电路700的每个通道730进一步与电滤波器750相关联，所述电滤波器可以滤除由与通道相关联的两个晶体管740产生的声波的高频分量，从而产生正弦波。

图7所示的多通道放大器电路700还包括将电源710连接到与每个通道730相关联的晶体管740和滤波器750的多路复用器720。具体地，在给定的时间点，多路复用器720将电源710中的一个或多个连接到与每个通道730相关联的晶体管740和滤波器750。此外，多路复用器720能够切换电源710和与每个通道相关联的晶体管740和滤波器750之间的连接。因此，在不同的时间点，电源710可以区别地连接到与每个通道730相关联的晶体管740和滤波器750。

在图7所示的实施例中，多路复用器720包括4×7多路复用器，因为多路复用器720将7个电源710连接到与4个通道730相关联的晶体管740和滤波器750。然而，如上所述，在替代实施例中，多通道放大器电路700可以包括任何数量的电源710和通道730。因此，在替代实施例中，多路复用器720可以包括具有任意数量的输入和输出尺寸的多路复用器。

在一些实施例中，在给定的时间点，单个电源710连接到与单个通道730相关联的晶体管740和滤波器750。换句话说，在一些实施例中，电源710与通道730之间存在1：1的连接。在替代实施例中，多于一个的电源710可以连接到与每个通道730相关联的晶体管740和滤波器750。

图8示出了根据一个实施例的超声换能器组件800。超声换能器组件800的实施例包括四个换能器元件的三组810a-c。如图8所示，组810a包括超声换能器元件1a、2a、3a和4a。组810b包括超声换能器元件1b、2b、3b和4b。组810c包括超声换能器元件1c、2c、3c和4c。在每组换能器元件810a-c内，四个换能器元件可以由电绝缘体分开。

换能器元件810a-c的组可以被布置成阵列，并且被分开了分开距离820，如图8所示。在一些实施例中，分开距离820可以在12.5mm和0mm之间。在其中分开距离820包括0mm的实施例中，电绝缘体可以位于换能器元件810a-c的组之间。在某些实施例中，位于超声换能器组件800的边缘上的换能器元件的组(例如，换能器元件810a和810c的组)可以缠绕到变压器上以实现切趾。

在超声换能器组件800的实施例中，组810a-c的换能器元件中的一个或多个可以包括在图8中描绘为正方形并且被布置成网格图案的子元件。在一些实施例中，换能器元件可以包括36个子元件。每个子元件可以包括2mm×2mm的尺寸。具有约100微米的宽度的空气切口可以将换能器元件中的子元件彼此分开。

组801a-c中的超声换能器元件可以彼此独立地被致动。为了致动超声换能器元件，超声换能器元件的子元件可以由公共电极以任意频率一致地致动。在一些实施例中，来自每个组810a-c的一个换能器元件可以以相同的频率被致动。在其他实施例中，对于组810a-c中的所有换能器元件，可以遵循以相同的频率致动来自每个组810a-c的一个换能器元件的这种模式。例如，换能器元件1a、1b和1c可以以相同的频率致动，换能器元件2a、2b和2c可以以相同的频率致动，换能器元件3a、3b和3c可以以相同的频率致动，并且换能器元件4a、4b和4c可以以相同的频率致动。在此类实施例中，源自超声换能器组件800的所得压力分布可以包括如在整个本公开中所描述的截头状波束。

在某些实施例中，在使用换能器组件140对患者进行治疗的过程中，换能器组件140可以由装置的用户保持在治疗部位的适当位置处。然而，如果治疗时间延续较长时间，则这种治疗方法可能证明是效率低下。另外，在治疗期间可能难以维持换能器组件140的定位，这可能损害治疗的功效。因此，可以利用用于将换能器组件140固定到治疗部位的某些工具。图9公开了这种工具的一个实施例。

图9是根据一个实施例的超声装置带900的图示。在一个实施例中，超声装置带900包括带910、载体920和换能器组件140。超声装置带900的一些实施例具有与在此描述的部件不同的部件。类似地，在某些情况下，功能可以以与在此所述不同的方式在部件之间分配。

带910是一段材料，其被配置为将超声换能器组件140的表面(截头状波束源自所述表面)固定到治疗部位。带910可以由任何类型的材料制成并且是可调节的，使得其可以适于将换能器组件140固定到任何形状和/或尺寸的治疗部位。例如，带910可以包括诸如维可牢(velcro)的粘合材料，使得带的形状和尺寸可以被快速且容易地操纵。

载体920是连接到带920的容器，并且用于将超声换能器组件140附接到带910。在使用带910进行治疗期间，载体920将超声换能器组件140保持在适当的位置。

下面关于图14更详细地讨论了在治疗期间使用超声装置带900的方法的一个实施例。

截头状波束

如上面关于图1详细描述，换能器组件140能够产生截头状波束。图10是根据一个实施例的从换能器元件210a-n发射的截头状波束1000的图示。换能器元件210a-n是关于图2至图4c讨论的换能器元件210a-n的一个实施例。

截头状波束1000包括具有近似空间均匀的峰值压力的多个纵向声波，所述峰值压力使限定为截头体的空间体积受声波的作用。如上面详细讨论的，截头状波束1000的峰值压力的近似空间均匀性取决于波束位于水或具有可比较的均匀密度的另一种介质内。

通过将包括至少一个基部的几何体积与平行于至少一个基部的一个或多个平面相交而获得截头形状。截头体可以基于包括至少一个基部的任何几何体积。在图10所示的截头状波束1000的实施例中，截头体是矩形底棱锥的一部分。具体地，截头状波束1000是棱锥的上部部分已经由平行于棱锥的基部的平面相交并去除之后仍然存在的矩形底棱锥的一部分。然而，在替代实施例中，截头状波束1000可以基于任何3维形状。例如，截头状波束1000可以基于圆锥体、圆柱体或任何其他体积。

截头状波束1000包括第一基部1010、第二基部1020和第一基部1010与第二基部1020之间的第一距离1030。第一基部1010位于距超声换能器组件140的表面的第二距离(未示出)处，截头状波束1000通过换能器元件210a-n从所述表面产生。在一些实施例中，第二距离为约2cm。在替代实施例中，第二距离大于或小于2cm。随着换能器元件210a-n的数量增加，第二距离减小。此外，第一基部1010和第二基部1020平行于换能器元件210a-n的面。第一基部1010包括第一横截面尺寸1010a和第二横截面尺寸1010b。第二基部1020还包括第一横截面尺寸1020a和第二横截面尺寸1020b。

截头状波束1000的尺寸是这样的，使得波束可以一次使患者的输尿管的长度的多达10cm和/或体质量指数小于或等于40的患者的输尿管受声波的作用。由于包括截头状波束1000的纵向声波的相长干涉和相消干涉作用，第一截头基部1010的面积大于第二截头基部1020的面积。另外，通过设置第一基部1010的尺寸，可以确定第二基部1020的尺寸。考虑到这些规格，波束1000的第一基部1010的第一横截面尺寸1010a为至少2.5厘米且至多5厘米。在一个优选的实施例中，波束1000的第一基部1010的第一横截面尺寸1010a为约2.6厘米。在另一个优选的实施例中，波束1000的第一基部1010的第一横截面尺寸1010a为约3.2厘米。波束1000的第一基部1010的第二横截面尺寸1010b为至少5厘米且至多10厘米。在优选的实施例中，波束1000的第一基部1010的第二横截面尺寸1010b为约7.5厘米。在一些实施例中，第一基部1010的形状包括正方形。波束1000的第二基部1020的第一横截面尺寸1020a为至少0厘米且至多4厘米。在优选实施例中，波束1000的第二基部1020的第一横截面尺寸1020a为约0厘米，使得第二基部1020为一维线。波束1000的第二基部1020的第二横截面尺寸1020b为至少1厘米且至多15厘米。在一个优选的实施例中，波束1000的第二基部1020的第二横截面尺寸1020b为约2厘米。在另一个优选的实施例中，波束1000的第二基部1020的第二横截面尺寸1020b为约10厘米。最后，第一基部1010和第二基部1020之间的第一距离1030为至少12厘米且至多20厘米。在一个优选的实施例中，第一距离1030为约14厘米。

需注意，图10是可以通过换能器元件210a-n受声波的作用的体积的仅一个实施例。本文未明确公开的波束体积的替代实施例也是可能的。

图11a示出了根据一个实施例的由通过单通道放大器电路1120致动的换能器组件140产生的截头状波束150。相反，图11b示出了根据一个实施例的由通过多通道放大器电路230经由频率调制方案致动的换能器组件140产生的截头状波束150。

靠近换能器组件140的区域被称为近场。相反，位于换能器组件140远端的区域被称为远场。使用换能器组件140对患者的治疗主要发生在远场中。在图11a和图11b两者中描绘了用于截头状波束150的目标治疗区域1110。在一些实施例中，用于截头状波束150的目标治疗区域1110在5至15厘米之间延伸。

在图11a中示出的由通过单通道放大器电路1120致动的换能器组件140产生的截头状波束150没有表现出在图11b中示出的由通过多通道放大器电路230经由频率调制方案致动的换能器组件140产生的截头状波束150的空间均匀性。具体地，因为图11a中的换能器组件140由单通道放大器电路1120致动，所以换能器组件140可以在给定时间点仅以一个频率致动。由通过单通道放大器电路1120致动的换能器组件140产生的截头状波束150包括能量的主瓣和能量的热点。

图11a所示的能量的主瓣和能量的热点两者表现出增加的能量强度。然而，因为热点位于近场中而不是主要位于目标治疗区域1110中，所以热点的强度的这种增加可能在治疗期间引起组织损伤。

如在整个本公开中所讨论的，由换能器组件140产生的超声束的均匀性对于治疗很重要。近场中的峰值压力的空间不均匀性可能产生有害的副作用，诸如热组织损伤。最大化远场中的峰值压力的空间均匀性可以通过实现在受声波作用区域内合成空化核的空化，从而靠近合成空化核实现病理性生物矿化物的碎裂来提高治疗效果。

在一些实施例中，为了改善截头状波束150的空间均匀性，可以使用多通道放大器电路来实现频率调制。频率调制是指策略性地更改换能器元件随时间运行的频率，使得相长干涉的模式发生变化。通过改变相长干涉的模式，产生的能量集中的模式也可以随时间改变以产生更均匀的压力空间分布。

在图11b所示的实施例中，多通道放大器电路230包括四个通道，使得换能器组件140可以在给定的时间点以四个不同的频率致动。为了产生图11b中的截头状波束150以展现出在规定范围内的目标治疗区域1110内的峰值压力，可以采用频率调制方案。频率调制在短轴上更有效，因为对于超声换能器元件的矩形孔径，在菲涅耳和弗劳恩霍夫状态下对场的解是可分开的(其中菲涅耳状态是近场的充分逼近)。因为由于菲涅耳状态对孔半径的平方依赖性，短轴在压力方面相对于z轴产生更尖锐的振荡，而长轴产生更缓和的振荡，以在峰值压力分布中产生更大的空间均匀性，频率调制方案应在短轴上实施。在一些实施例中，诸如图11b所示的实施例，短轴上的频率调制可以使用以1.5维阵列布置的细长的(例如，一个尺寸大于另一尺寸的椭圆形)超声换能器元件来实施。换能器组件140的尺寸可以进一步选择为足够大，以便在治疗期间不需要换能器组件140的精确对准。

图11b示出了由于多通道放大器电路230调制换能器组件140的换能器元件的频率而产生的截头状波束150。图11b所示的截头状波束150的形状、大小、位置和强度是从换能器组件140的多个换能器元件中的每一个发射的超声波的相长干涉模式的直接结果。反过来，这种相长干涉模式是各个换能器元件操作的不同频率的直接结果。通过调制换能器元件操作的频率，可以改变声能的相长干涉的模式，并因此改变截头状波束150的特征。

在一些实施例中，多通道放大器电路的多个状态的频率可以包括在200赫兹和2,000,000赫兹之间的频率。在一些实施例中，多通道放大器电路的多个状态的频率可以具有约500,000赫兹的中心频率。

与图11a的截头状波束相比，图11b中的截头状波束150覆盖目标治疗区域1110内更大的体积。具体地，与图11a不同，在图11b的目标治疗区域1110内的截头状波束150的峰值压力在规定范围内。

图11b的截头状波束150还覆盖近场的部分。然而，与图11a的热点相比，截头状波束150跨近场更均匀地分布。由于这种更均匀的分布，近场中的强度和压力减小，从而减小了对接受治疗的患者造成伤害的风险。以这种方式，换能器组件140的换能器元件的频率调制实现更安全且更有效的治疗。为了进一步防止组织损伤，在一些实施例中，在产生截头状波束150期间，超声换能器组件140的温度不超过43摄氏度。

需注意，图11b仅意图示出用于增加峰值压力的空间分布的均匀性的方法的一个实施例。在替代实施例中，可以使用由以替代频率组操作的替代换能器元件组产生的能量集中的替代模式来创建更均匀的压力分布。在其他实施例中，可以调制任意数量的不同频率以创建更均匀的压力分布。

虽然换能器组件140的频率调制具有用于产生空间均匀压力分布的许多优点，但是将换能器组件140配置用于频率调制导致换能器组件140的复杂性增加，部分原因是包括换能器组件140并被致动以实现频率调制的换能器元件的数量增加。更具体地，随着包括换能器组件140的换能器元件的频率被调制，电阻抗也改变，这要求电流的实质改变。因此，如下面关于图12所详细讨论的，换能器组件140可以被配置为包括足够少的换能器元件以在频率调制期间改善阻抗的这些变化，但包括足够多的换能器元件以优化用于截头状波束150的峰值压力分布的空间均匀性。

图12是根据一个实施例示出针对在给定的频率调制带宽(δf)下致动的不同数量的换能器元件计算出的相移确定目标治疗区域1110中的最接近点(rmin)的线状图表，频率调制提高目标治疗区域中峰值压力的均匀性。

如在整个本公开中所讨论，可以通过频率调制来修改近场中的峰值压力分布。为了理解通过频率调制产生的峰值压力分布的均匀性与多通道放大器电路配置的复杂性之间的权衡，使用具有13个波长的宽度的矩形1.5维超声换能器组件并沿短轴执行频率调制平均来执行可以通过频率调制修改的近场中最接近点的定量分析。

具体地，检查了在约等于1的菲涅耳数的范围内并且在超声束的轴附近的菲涅耳衍射。查看沿波束轴的点的优势在于，对于较小的θ值，满足菲涅耳衍射标准：

对于在x-y平面上具有尺寸的平面、矩形、超声、活塞状换能器组件，使用惠更斯-菲涅耳衍射理论发现了在点p处的压力：

其中u＝x(2/λr0)^1/2并且v＝y(2/λr0)^1/2.沿空间尺寸的积分确定压力表面的相对振幅。为了生成整个压力曲线，将孔相对于点p迭代平移，并为每次平移计算压力。

菲涅耳积分(s和c)用于表达空间积分项：

将s和c的值制成表格。所得的相量b＝s+ic用于显示最大值和最小值作为边界条件的函数。此外，由于积分是奇数函数，所以桥接零点的积分是分开的：

这重申从u1到0和从0到u2的所得相量是添加的。我们将其扩展到包括使用如频率调制所期望的不同波长计算u1和u2时。例如：

u1＝x1(2/λ1r0)^1/2并且u2＝x2(2/λ2r0)^1/2[5]

根据以上分析，可确定，对于w＞1，仅通过改变频率(和相应的波长入)，频率调制可以在从最小值移到最大值或中间水平方面是有益的。

对于远离换能器组件的表面但仍在近场中的极值，100khz的δf足以从最大值移到最小值。相量长度与换能器元件的宽度成正比(等式4)，并且因此平均压力分布所需的频率调制中的δf与换能器元件的数量的平方成反比。因此，随着换能器元件的数量增加，实现相同量的压力场平均所需的频率调制中的δf减小。使用等式5，确定了用于产生均匀压力分布的与换能器元件的数量、频率调制以及距换能器组件的距离相关的一般依赖性。首先，确定用于产生平均值(例如δu＝2.7-2.4＝0.3)的沿cornu螺旋的足够距离，并且然后相量的这种最小变化以下如等式6所示：

其中

由此确定从换能器组件到距离r的对于给定频率调制δf或δλ的换能器元件的间距(2x，假设点p相对于换能器元件对称居中)。改变换能器元件的数量，随着距离r朝向换能器组件的表面减小，实现均匀分布所需的换能器元件的数量增加。该结论在图12的线图中示出。

尽管rmin随着换能器元件的数量增加(间距减小)而减小，但是多通道放大器电路c的复杂度随着换能器元件的数量增加而增大(对于使用5或7个离散频率的频率调制方案)。

对于临床使用，可以将已建立的诊断超声标准中规定的最大声功率水平视为可以安全地递送的水平。峰值功率能够大于1kw的电子放大器电路通常受到热量因素的限制，并且因此可能在足够长的时间内不匹配这些峰值功率水平，或者依赖于热高效设计。

对于高峰值功率要求可以达到足够的热效率的一类放大器电路是d类放大器电路。然而，d类放大器电路使用多路复用器将每个通道连接到每个频率，这导致了频率调制期间的复杂性。考虑到n个通道和f个离散频率，致动电路的复杂度c可以建模为：

c＝nxf[8]

此外，为了获得足够高的脉冲重复频率，电路为每个频率包含单独的电源：

c＝f+(nxf)[9]

在该度量中，c代表与电路的近似足迹相关的复杂度。例如，对于n＝4和f＝7，电源和多路复用器约占电路板面积的70％。因此，复杂度随着频率调制方案中使用的通道数量和频率数量两者增加。

基于该参数研究，在距换能器组件表面的最小距离(可以在频率调制期间通过给定的δf修改峰值压力的空间分布)与放大器电路的复杂度之间存在权衡。基于此，在4和8之间并入多个换能器元件的换能器组件配置足以实现频率调制方案，所述方案优化了实现峰值压力的足够均匀性并最小化放大器电路的复杂度的联合约束。

方法

图13是根据一个实施例的用于使位于患者的血管中的一个或多个生物矿化物破碎的方法的流程图。在其他实施例中，所述方法可以包括与图13所示的步骤不同的步骤和/或附加的步骤。另外，在各种实施例中，可以以与结合图13描述的顺序不同的顺序来执行所述方法的步骤。

护理提供者向患者施用1310包含合成空化核的溶液。向其施用1310包含合成空化核的溶液的患者在患者血管内包含至少一个生物矿化物。护理提供者可以是能够提供护理的任何单位。在一些实施例中，护理提供者可以是医师或护士。在替代实施例中，护理提供者可以是机器、装置或设备。

可以多种方式向患者施用1310包含合成空化核的溶液。在一些实施例中，将溶液直接引入目标治疗区域，诸如通过直接植入靶组织或块中。在其他实施例中，将溶液引入远程位置(例如，通过经皮注射进入血流)，并且合成空化核可以行进到并集中在治疗区域。上面关于图1更详细地讨论了包含合成空化核的溶液的递送。在一些实施例中，步骤1310是任选的。

护理提供者将超声组件定位1320在患者的治疗部位处。在一些实施例中，超声组件是关于图1至图7描述的超声组件140。在一些实施例中，治疗部位包括患者皮肤的一部分。在某些实施例中，可以在不使用实时成像的情况下确定治疗部位。然而，在一些实施例中，可以使用来自一种或多种术前诊断工具和/或患者的骨骼标志的指导来确定治疗部位。

超声组件位于1320治疗部位处，使得通过如上所述的多通道放大器电路对超声换能器组件的致动引起超声换能器组件使下面关于步骤1330描述的治疗区域受声波的作用。在其中患者的血管是输尿管并且治疗区域包括输尿管的上半部的实施例中，将超声换能器组件定位1320在治疗部位处包括放置超声换能器组件，并且在一些实施例中，超声换能器组件的支柱垫与位于患者身体的背面上的皮肤接触。在其中患者的血管是输尿管并且治疗区域包括输尿管的下半部的替代实施例中，将超声换能器组件定位1320在治疗部位处包括放置超声换能器组件，并且在一些实施例中，超声换能器组件的支柱垫与位于患者的身体的前表面上的皮肤接触。在一些其他实施例中，超声换能器组件可以进一步放置成与诸如超声导电膏的缓冲材料接触，所述缓冲材料与患者的皮肤接触。

护理提供者使超声换能器组件通电1330以产生指向治疗区域的截头状波束。在一些实施例中，截头状波束是关于图1至图7描述的截头状波束。在一些实施例中，治疗区域可以是患者身体位于治疗部位的一定距离内的区域。例如，治疗区域可以包括如上所述的患者的输尿管的一部分。

在某些实施例中，受声波的作用有效引起在步骤1310中施用的合成空化核的空化。并且在其他实施例中，合成空化核的空化释放足够的能量，以引起位于患者的血管中的至少一个生物矿化物的破碎。

图14示出了根据一个实施例的关于图9描述的超声装置带900的使用。具体地，换能器组件140附接到超声装置带900，并且通过超声装置带900固定到患者身体1400的后面。在这种配置中，患者经由换能器组件140接收声波的作用。

如以上关于图13所描述的，超声组件140相对于患者的身体定位，使得超声组件能够使身体的期望区域(称为“治疗区域”)受声波的作用。在其中治疗区域包括输尿管的上半部的实施例中，超声装置带900被定位成使得超声换能器组件140被放置成与位于患者身体1400的背面上的皮肤接触，如图14所示。在其中治疗区域包括输尿管的下半部的替代实施例中，超声装置带900被定位成使得超声换能器组件140被放置成与位于患者身体的前表面上的皮肤接触(未示出)。

在一些实施例中，换能器组件140被放置成与患者的皮肤均匀接触。在一些其他实施例中，超声装置带900被定位成相对于患者身体的皮肤的平面成一角度固定超声换能器组件140。在另外的实施例中，缓冲材料被放置在超声组件140与患者的皮肤之间。缓冲材料可以是包括超声导电膏的任何类型的材料。

示例

图15a是根据一个实施例的使用图5所示的超声换能器组件产生的截头状波束的模拟的第一视图。模拟是使用有限元分析生成的。具体地，图15a所示的模拟使用计算机模拟程序生成。使用的计算机模拟程序是由位于mountainview,california的weidlingerassociates发布的pzflex模拟程序。用于生成模拟的特定pzflex模拟程序与pzflex2017版相对应。然而，在替代实施例中，任何替代计算机模拟程序可以用于模拟如本文所述的截头状波束。

将传感器组件的操作变量作为输入值输入到pzflex模拟程序中实现模拟的生成。换句话说，换能器组件的实施例通过pzflex模拟程序进行模拟以生成模拟。用于生成图15a所示的模拟的换能器组件的实施例包括3.6cm的第一尺寸和7.2cm的第二尺寸。此外，用于生成模拟的换能器组件的实施例包括总共8个换能器元件，包括位于换能器组件的中心中的4个换能器元件和位于换能器组件外围的4个换能器元件。

用于生成模拟的换能器组件的实施例中的8个换能器元件被模拟为频率调制压力源。由换能器元件用于生成模拟的频率调制方案如下表1所示。如表1所示，由换能器元件用于生成模拟的频率调制方案包括频率的12个突发(例如，突发1、突发2、突发3等)。每个突发发生在唯一的时间范围内。具体地，在启动下一个突发之前，每个突发生成了至少33微秒。突发也按时间顺序发生。换句话说，发生了突发1，然后发生了突发2，随后发生了突发3，依此类推。

如表1所示，每个频率突发包括四个频率(频率1、频率2、频率3和频率4)。包括突发的四个频率中的每个频率在换能器元件中的2个上致动。具体地，每个频率在位于换能器组件的中心中的1个换能器元件和位于换能器组件的外围的1个换能器元件上致动。每个中心换能器元件分配有相同的相对振幅，而每个外围换能器元件产生的压力等于中心换能器元件产生的压力的一半。为了模拟外围换能器元件的电切趾，建立中心换能器元件和外围换能器元件之间的这种差异。

表1

为了生成模拟，表1中描绘的频率调制方案如上所述在包括11.2cm的第一尺寸、包括11.2cm的第二尺寸和包括20cm的第三尺寸的体积中运行。体积的外围包括完美吸收层。频率调制方案运行，直到模拟在整个体积中达到稳定状态。

随后，在33微秒内对每个突发的频率进行采样，并且从所有12个频率突发的压力值中计算出模拟的总分布。图15a所示的结果是-6db的等压体积分布。换句话说，如图15a所示，模拟在生成模拟的体积内具有空间均匀的峰值压力分布。在优选的实施例中，体积内的局部峰值压力在6mpa和0.1mpa之间。此外，模拟波束的局部最小峰值压力在模拟波束的局部最大峰值压力的约50％(+/-25％)内。换句话说，在模拟波束的整个体积上，压力保持约50％(+/-25％)的均匀性。

通过将使用pzflex模拟程序生成的附加模拟与使用菲涅耳等式生成的用于衍射的分析解进行比较来验证模拟。附加模拟根据每个波长的网格点的数量(从8到17)运行，并且附加模拟与长轴和短轴的横截面的分析解进行比较。使用r平方统计量确定拟合度，并且发现在整个菲涅尔状态内每个波长15个点的网格间距具有足够的精度(r²>＝0.99)。

图15b是根据一个实施例的图15a所示的截头状波束的模拟的第二视图。上面关于图15a描述了生成图15b所示的模拟的方法。

图15c是根据一个实施例的图15a和图15b所示的截头状波束的模拟的第三视图。上面关于图15a描述了生成图15c所示的模拟的方法。

图16a是根据一个实施例的使用图8所示的超声换能器组件800产生的截头状波束的模拟的第一视图。根据类似于以上关于图15a描述的方法的方法来生成模拟。

如上所讨论，超声换能器组件800包括四个超声换能器元件的3组810a-c。一组换能器元件(组810b)是换能器元件的中心组。其他两组换能器元件(组810a和810c)是换能器元件的外围组。

将换能器元件模拟为频率调制压力源。由换能器元件用于生成模拟的频率调制方案如下表2所示。如表2所示，由换能器元件用于生成模拟的频率调制方案包括8个突发频率。包括突发的四个频率中的每个频率在4个通道中的每一个上致动。每个突发发生在唯一的时间范围内。每个突发发生在唯一的时间范围内。具体地，在启动下一个突发之前，每个突发生成了至少33微秒。突发也按时间顺序发生。

如表1所示，每个频率突发包括四个频率(频率1、频率2、频率3和频率4)。每个中心换能器元件(例如，与组810b相关联的换能器元件)分配有相同的相对振幅，而外围换能器元件(例如，与组810a和810c相关联的换能器元件)在中心换能器元件的0.7或0.85的压力下致动，以模拟外围换能器元件的电切趾。具体地，换能器元件1a、4a、2c和4c在中心换能器元件的0.7的压力下致动，并且换能器元件2a、3a、1c和3c在中心换能器元件的0.85的压力下致动。

表2

为了生成模拟，表2中描绘的频率调制方案在包括8cm的第一尺寸、包括5cm的第二尺寸和包括25cm的第三尺寸的体积中运行。体积的外围包括完美吸收层。频率调制方案运行，直到模拟在整个体积中达到稳定状态。

随后，在33微秒内对每个突发的频率进行采样，并且从所有8个频率突发的平均压力值中计算出模拟的总分布。图16a所示的结果是-8db的等压体积分布。

图16b是根据一个实施例的图16a所示的截头状波束的模拟的第二视图。上面关于图16b描述了生成图16a所示的模拟的方法。

图16c是根据一个实施例的图16a和图16b所示的截头状波束的模拟的第三视图。上面关于图16a描述了生成图16c所示的模拟的方法。

图17是描绘了根据本文所公开的实施例的在使用合成空化核和超声装置的整个治疗期间的合成尿结石的质量损失的柱状图。为了生成包括在图17中的数据，合成空化核被放置在合成尿结石(羟基磷灰石-钙-微晶纤维素，riogencorp.)附近，并受根据本文所述的实施例的换能器装置声波作用。

换能器装置包括4个换能器元件。为了进行声波作用，换能器装置被定位在距尿结石10cm处。反复进行治疗，先进行10秒钟的合成空化核放置，然后受声波的作用10秒钟。受声波的作用通过示例性装置实现，其中装置的换能器元件在包括34khz频率阶跃的频率调制方案(例如，包括549.5khz、516.5khz、483.5khz和450.5khz的频率的频率调制方案)的500khz的中心频率、100hz的脉冲重复频率和由水诊器(ondacorp.)验证的1.2mpa的峰值负压下被致动。

每5分钟测量合成尿结石的质量，总共治疗时间为45分钟。合成尿结石的测量的质量损失在图17中示出，并且与在没有合成空化核的情况下通过侵蚀引起的对照合成尿结石的质量损失比较。如图17所示，经历了实验治疗的合成尿结石所经历的质量损失相对于对照合成尿结石的质量损失是显著的。

图18a是描绘了根据本文所公开的实施例的在使用合成空化核和超声装置进行治疗之前的钙黄绿素荧光标记的主动脉瓣的图像。图18b是描绘了根据本文所公开的实施例的在使用合成空化核和超声装置进行治疗之后的钙黄绿素荧光标记的主动脉值的图像。如图18b所示，与治疗之前相比，治疗后主动脉瓣中存在减少的钙量。图18c是描绘了标准化为前样品的最大强度的在治疗之前的钙黄绿素荧光标记的主动脉值的强度横向轮廓和在治疗之后的钙黄绿素荧光标记的主动脉值的强度横向轮廓的图，其中减去了背景荧光。

为了生成图18a-c中所包括的数据，在经戊二醛预治疗后，根据pettenazzo等人协议(可在万维网上找到，网址为urlwww.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11241085)，主动脉心脏瓣膜(ahv)从牛心脏(pratherranch)中提取，并与磷酸钙溶液([ca]为13mg/dl，并且[po4]为10mg/dl，最终溶液调整为ph7.4)放置在300rpm的机械搅拌器中。在>45天后，ahv被移出并用缓冲盐水(0.9％)洗涤，并且放置在dulbeccopbs中的10μm钙黄绿素(fluka)溶液中，在室温下放置过夜。然后将样品用缓冲盐水(0.9％)洗涤3次。在使用荧光的徕卡显微镜和徕卡相机上(ex.470/40nm、em.525/50nm、4倍物镜)观察荧光。钙黄绿素荧光标记的主动脉瓣的治疗前图像在图18a中示出。

然后将ahv在1mmmgso4中温育过夜以去除钙黄绿素以进行治疗。在治疗之前，将ahv置于dpbs溶液中。治疗方案如下：将合成空化核置于ahv附近并受根据本文所述的实施例的换能器装置声波作用。为了放置合成空化核，将被配置为与含钙的生物矿化物复合并且平均直径为1.243μm且数密度为1.6x108/ml的1ml的合成空化核放置在ahv附近。用于声波作用的换能器装置包括4个换能器元件。为了进行声波作用，ahv安装在透析管中，并放置在具有大气浓度的溶解气体的缓冲盐水中与超声换能器的表面相距10cm。

在受示例性装置声波作用期间，装置的换能器元件在包括34khz频率阶跃的频率调制方案(例如，包括549.5khz、516.5khz、483.5khz和450.5khz的频率的频率调制方案)的500khz的中心频率、占空比为5％的100hz的脉冲重复频率和由y107水诊器(sonicconcepts)验证的对应于1.9的机械指数的峰值负压下被致动。

反复进行治疗，合成空化核溶液的放置和声波作用迭代了30次。每次迭代包括30秒的合成空化核温育和注射，然后是30秒的治疗时间。30次迭代后，将ahv置于dpbs中的30μm钙黄绿素中，并允许温育过夜。用缓冲盐水冲洗ahv两次，然后使用荧光(激发470/40nm，发射525/50nm，4倍物镜)成像。钙黄绿素荧光标记的主动脉瓣的治疗后图像在图18b中示出。

在治疗前和治疗后两者中，在钙黄绿素荧光标记的主动脉瓣的捕获图像中，相机上的增益相等，从而允许直接比较。使用imagej分析每个图像的绿色通道。图18c是描绘了标准化为前样品的最大强度的在治疗之前的钙黄绿素荧光标记的主动脉值的强度横向轮廓和在治疗之后的钙黄绿素荧光标记的主动脉值的强度横向轮廓的图，其中减去了背景荧光。治疗前图像的最大强度为170.05+/-1.08au，并且治疗后图像的最大强度为139.6+/1au。发现两个图像的背景均为约115au，与两个图像之间的钙黄绿素的等效非特异性结合相一致。在治疗后图像中观察到钙化减少，如图18c所示的荧光图强度中的中央平台(低约40％)所表示。