JP2003512103A

JP2003512103A - Split beam converter

Info

Publication number: JP2003512103A
Application number: JP2001531451A
Authority: JP
Inventors: サングヴィ，ナレンドラ，ティー．; フィリップス，マイケル，エイチ．
Original assignee: フォーカスサージェリー，インコーポレイテッド
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2003-04-02
Also published as: EP1227763A4; WO2001028623A2; EP1227763A2; WO2001028623A3

Abstract

(57)【要約】囲繞された超音波発生領域（１２）及び囲繞する超音波発生領域（１８）を有する超音波変換器（１４）を設けることを具備してなる組織治療方法及び装置。囲繞された超音波発生領域（１２）及び囲繞する超音波発生領域（１８）は、超音波を発生させるべく別々に作動可能（１０、１３、１５、１６、２０）である。少なくとも囲繞する領域（１８）は１つの焦点を有する。囲繞する領域（１８）が第１治療部位に隣接すべく、超音波変換器（１２）は治療すべき組織に隣接配置される。前記組織の中に治療領域を形成すべく、囲繞された領域（１２）が非作動中に、囲繞する領域（１８）は、前記組織を治療するように作動される。 (57) Abstract: A method and apparatus for treating tissue comprising providing an ultrasound transducer (14) having an enclosed ultrasound generating area (12) and an surrounding ultrasound generating area (18). The enclosed ultrasound generating area (12) and the surrounding ultrasound generating area (18) are separately operable (10, 13, 15, 16, 20) to generate ultrasound. At least the surrounding area (18) has one focal point. The ultrasound transducer (12) is positioned adjacent to the tissue to be treated such that the surrounding area (18) is adjacent to the first treatment site. The surrounding area (18) is activated to treat the tissue while the enclosed area (12) is inactive to form a treatment area in the tissue.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】 <<発明の分野>> 本発明は、疾病治療のための方法及び装置に関する。本発明は、前立腺ガンの
高強度焦点式超音波（以下適時、ＨＩＦＵと呼ぶ）治療に即して開示される。し
かし、本発明はその他への応用についても有用であると確信する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to methods and devices for the treatment of disease. The present invention is disclosed in the context of high-intensity focused ultrasound (hereinafter HIFU) timely treatment of prostate cancer. However, we believe that the present invention will be useful for other applications as well.

【０００２】 <<発明の背景>> 良性前立腺肥大（以降、適時ＢＰＨと呼ぶ）のＨＩＦＵ治療においては、尿道
の周囲の前立腺組織のみが切除される。この治療の結果、尿道に隣接する前立腺
組織が壊死し、これによってＢＰＨの症状が緩和される。治療用強度を有する超
音波を発生する多くのシステムが一般に知られており、特にＢＰＨのＨＩＦＵ治
療が知られている。例えば、下記の番号の米国特許に記載されたシステムが存在
する。４０８４５８２、４２０７９０１、４２２３５６０、４２２７４１７、４
２４８０９０、４２５７２７１、４３１７３７０、４３２５３８１、４５８６５
１２、４６２０５４６、４６５８８２８、４６６４１２１、４８５８６１３、４
９５１６５３、４９５５３６５、５０３６８５５、５０５４４７０、５０８０１
０２、５１１７８３２、５１４９３１９、５２１５６８０、５２１９４０１、５
２４７９３５、５２９５４８４、５３１６０００、５３９１１９７、５４０９０
０６、５４４３０６９、５４７０３５０、５４９２１２６、５５７３４９７、５
６０１５２６、５６２０４７９、５６３０８３７、５６４３１７９、５６７６６
９２、及び、５８４００３１。<< Background of the Invention >> In HIFU treatment of benign prostatic hypertrophy (hereinafter referred to as timely BPH), only the prostate tissue around the urethra is excised. This treatment results in necrosis of the prostate tissue adjacent to the urethra, which relieves the symptoms of BPH. Many systems for generating ultrasound with therapeutic intensity are generally known, especially HIFU treatment of BPH. For example, there are systems described in U.S. Pat. 4084582, 4207901, 4223560, 4227417, 4
248090, 4257271, 4317370, 4325381, 45865
12, 4620546, 4658828, 4664121, 4858613, 4
951653, 4955365, 5036855, 5054470, 50801
02, 5117832, 5149319, 5215680, 5219401, 5
247935, 5295484, 5316000, 5391197, 54090
06, 5443069, 5470350, 5492126, 5573497, 5
601526, 5620479, 5630837, 5643179, 56766
92 and 5840031.

【０００３】文献においては、電子回路のタイミングが異なる多重素子アレイ変換器を用い
て、それらアレイの様々な素子を駆動することが示唆されている。例えば、以下
のような文献が存在する。Ｓ．Ｕｍｅｍｕｒａ及びＣ．Ａ．Ｃａｉｎ、「セクタ
−ボルテクス位相アレイ：温熱療法（hyperthermia）を対象とした音響場合成」
、ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，Ｆｅ
ｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌ、第
３６巻、第２４９頁乃至第２５７頁、１９８９年；Ｆ．Ｌ．Ｌｉｚｚｉ、Ｍ．Ａ
ｓｔｏｒ、Ｃ．Ｄｅｎｇ、Ａ．Ｒｏｓａｄｏ、Ｄ．Ｊ．Ｃｏｌｅｍａｎ及びＲ．
Ｓｉｌｖｅｒｍａｎ、「腫瘍の超音波治療のための非対称集束アレイ」、ＩＥＥ
ＥＵｌｔｒａｓｏｎ．シンポジウムプロシーディングス、第２巻、第１２８１
頁乃至第１２８４頁、１９９６年；Ｄ．Ｄａｕｍ、Ｍ．Ｔ．Ｂｕｃｈａｎａｎ、
Ｔ．Ｆｉｅｌｄ及びＫ．Ｈｙｎｙｎｅｎ、「超音波外科手術のためのフィードバ
ック型位相アレイシステムの設計及び評価」、ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏ
ｎｓｏｎＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄ
ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌ、第４５巻、第２号、第４３１頁乃至第
４３８頁、１９９８年；及び、Ｈ．Ｗａｎ、Ｐ．ＶａｎＢａｒｅｎ、Ｅ．Ｓ．Ｅ
ｂｂｉｎｉ及びＣ．Ａ．Ｃａｉｎ、「超音波外科手術：位相アレイシステムを使
用した方法の比較」、ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＵｌｔｒａ
ｓｏｎｉｃｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄＦｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌ、第４３巻、第６号、第１０８５頁乃至第１０９８頁、１９９６
年１１月。上記の参考文献の開示は、本明細書に参照により援用される。この参
考文献の列挙は、関連技術について完全な調査が行われたことを説明すべく意図
したものではないし、これらの列挙よりも良い参考文献が入手できないことを説
明すべく意図したものでもない。また、そのようないかなることを表していると
推測させるものでもない。It has been suggested in the literature to use multiple element array converters with different electronic circuit timing to drive the various elements of the arrays. For example, the following documents exist. S. Umemura and C.I. A. Cain, “Sector-Voltex Phased Array: Acoustic Cases for Hyperthermia”
, IEEE Transactions on Ultrasonics, Fe
rroelectrics, and Frequency Control, Vol. 36, pp. 249-257, 1989; L. Lizzi, M .; A
Stor, C.I. Deng, A .; Rosado, D.M. J. Coleman and R.C.
Silverman, "Asymmetric Focusing Array for Ultrasound Therapy of Tumors", IEEE
E Ultrason. Symposium Proceedings, Volume 2, 1281
Pp. 1284, 1996; Daum, M .; T. Buchanan,
T. Field and K.K. Hynynen, "Design and Evaluation of Feedback Phased Array Systems for Ultrasound Surgery," IEEE Transactio.
ns on Ultrasonics, Ferroelectrics, and
Frequency Control, Vol. 45, No. 2, pp. 431-438, 1998; Wan, P.W. Van Baren, E .; S. E
bbini and C.I. A. Cain, "Ultrasound Surgery: Comparison of Methods Using Phased Array Systems," IEEE Transactions on Ultra.
sonics, Ferroelectrics, and Frequency
Control, Vol. 43, No. 6, pp. 1085 to 1098, 1996
November of year. The disclosures of the above references are incorporated herein by reference. This list of references is not intended to explain that a complete search has been done for related art, or that no better references are available than these lists. Nor is it conjectured to represent any such thing.

【０００４】上記のアプローチを用いることにより生じ得る隣接場加熱においては、超音波
照射サイクル間において隣接場の組織が冷却されるのに、かなりの遅延時間が必
要となる。前立腺ガンのＨＩＦＵ治療においては、前立腺全体を治療してガン細
胞及び周辺組織を根絶することが目標である。単一のＨＩＦＵビームを用いた場
合、前立腺ガンを治療するこのような工程は、非常に長い治療時間を要する可能
性がある。一方で、効能及び安全性を維持しつつ、前立腺ガンのＨＩＦＵ治療の
ための治療時間を改善する必要がある。Near-field heating, which can occur using the above approach, requires a significant lag time for the near-field tissue to cool between sonication cycles. In HIFU treatment of prostate cancer, the goal is to treat the entire prostate to eradicate cancer cells and surrounding tissues. With a single HIFU beam, such a process of treating prostate cancer can take a very long treatment time. On the other hand, there is a need to improve the treatment time for HIFU treatment of prostate cancer while maintaining efficacy and safety.

【０００５】 <<発明の開示>> 本発明の一態様によれば、組織治療方法は、囲繞された超音波発生領域及び囲
繞する超音波発生領域を有する超音波変換器を設けることを具備してなる。前記
囲繞された超音波発生領域及び前記囲繞する超音波発生領域は、超音波を発生さ
せるべく別々に作動可能である。少なくとも前記囲繞する領域は１つの焦点を有
する。前記囲繞する領域が第１治療部位に隣接すべく、前記超音波変換器は治療
すべき組織に隣接配置される。前記組織を治療して、その組織の中に第１治療領
域を形成すべく、前記囲繞された領域が非作動中に、前記囲繞する領域が作動さ
れる。DISCLOSURE OF THE INVENTION According to one aspect of the present invention, a tissue treatment method comprises providing an ultrasonic transducer having a surrounding ultrasonic wave generation region and an surrounding ultrasonic wave generation region. It becomes. The enclosed ultrasonic wave generating area and the surrounding ultrasonic wave generating area are separately operable to generate ultrasonic waves. At least the surrounding area has a focal point. The ultrasound transducer is positioned adjacent to the tissue to be treated so that the surrounding area is adjacent to the first treatment site. The surrounding area is actuated while the surrounded area is inactive to treat the tissue and form a first treatment area in the tissue.

【０００６】例示として本発明の前記態様によれば、前記方法は、前記囲繞する領域の前記
焦点が第２治療部位に隣接すべく、前記超音波変換器を治療すべき組織に隣接し
た別の位置に移動させることを、さらに具備してなる。前記組織を治療して、そ
の組織の中に第２治療領域を形成すべく、前記囲繞された領域が再度非作動中に
、前記囲繞する領域が再度作動される。[0006] By way of example, according to this aspect of the invention, the method further comprises the step of: Further comprising moving to a position. The surrounding area is re-activated while the surrounded area is inactive again to treat the tissue and form a second treatment area in the tissue.

【０００７】本発明の他の態様によれば、組織治療装置は、囲繞された超音波発生領域及び
囲繞する超音波発生領域を有する超音波変換器を具備してなる。前記囲繞された
超音波発生領域及び前記囲繞する超音波発生領域は、超音波を発生させるべく別
々に作動可能である。少なくとも前記囲繞する領域は１つの焦点を有する。前記
装置は、前記囲繞された領域を駆動して超音波を発生させる第１駆動体と、前記
囲繞する領域を駆動して超音波を発生させる第２駆動体とをさらに具備してなる
。前記第１駆動体は前記第２駆動体と別に作動可能であり、前記第２駆動体は前
記第１駆動体と別に作動可能である。前記第１駆動体は、前記囲繞する領域の前
記焦点が前記治療部位に隣接するように前記超音波変換器を治療すべき前記組織
に隣接配置させることを補助すべく、前記囲繞された領域に超音波を発生させる
動作が可能である。前記第２駆動体は、前記囲繞された領域が非作動に維持され
ている間に、前記組織を治療して、その組織の中に第１治療領域を形成すべく作
動可能である。According to another aspect of the present invention, a tissue treatment device comprises an ultrasonic transducer having a surrounding ultrasonic wave generation region and an surrounding ultrasonic wave generation region. The enclosed ultrasonic wave generating area and the surrounding ultrasonic wave generating area are separately operable to generate ultrasonic waves. At least the surrounding area has a focal point. The apparatus may further include a first driving body that drives the enclosed area to generate ultrasonic waves, and a second driving body that drives the surrounded area to generate ultrasonic waves. The first driving body is operable separately from the second driving body, and the second driving body is operable separately from the first driving body. The first driver is positioned in the enclosed area to assist in positioning the ultrasound transducer adjacent to the tissue to be treated such that the focus of the enclosed area is adjacent the treatment site. The operation of generating ultrasonic waves is possible. The second driver is operable to treat the tissue and form a first treatment area in the tissue while the enclosed area remains inactive.

【０００８】例示として本発明の前記態様によれば、前記囲繞する領域の前記焦点が第２治
療部位に隣接し、前記第１駆動体が非作動に維持されている間に、前記組織の中
に第２治療領域を形成するために前記組織を治療すべく、前記第２駆動体が前記
囲繞する領域に超音波を発生させる動作がさらに可能となるように、治療すべき
前記組織に隣接した別の位置に、前記超音波変換器が配置されるようになってい
る。[0008] By way of example, according to the aspect of the invention, the focus of the surrounding area is adjacent to the second treatment site and the first driver is maintained inoperative in the tissue. Adjacent to the tissue to be treated so that the second driver can further generate an ultrasonic wave in the surrounding region to treat the tissue to form a second treatment region therein. The ultrasonic transducer is arranged at another position.

【０００９】さらに例示として本発明によれば、前記第２治療領域は、前記第１治療領域に
少なくとも隣接している。Further by way of example, according to the invention, the second treatment area is at least adjacent to the first treatment area.

【００１０】さらにまた例示として本発明によれば、前記第２治療領域は、前記第１治療領
域と交わっている。Still further by way of example, according to the present invention, the second treatment area intersects the first treatment area.

【００１１】例示として本発明によれば、前記第２治療領域は、前記第１治療領域に重なっ
ている。Illustratively according to the invention, the second treatment region overlaps the first treatment region.

【００１２】さらに例示として本発明によれば、前記第１駆動体は、前記囲繞する領域の前
記焦点が前記第１治療部位に隣接するように、前記超音波変換器を治療すべき前
記組織に隣接配置させることを補助すべく、前記囲繞された領域に超音波を発生
させる動作が可能である。Further by way of example, in accordance with the present invention, the first driver is positioned on the tissue to be treated with the ultrasonic transducer such that the focal point of the surrounding region is adjacent to the first treatment site. An operation of generating ultrasonic waves in the enclosed area is possible to assist the adjacent arrangement.

【００１３】さらにまた例示として本発明によれば、前記第１駆動体は、前記囲繞する領域
の前記焦点が前記第２治療部位に隣接するように、前記超音波変換器を治療すべ
き前記組織に隣接配置させることを補助すべく、前記囲繞された領域に超音波を
発生させる作動が可能である。Still further by way of example, in accordance with the present invention, the first driver includes the tissue to be treated in the ultrasonic transducer such that the focal point of the surrounding area is adjacent to the second treatment site. An operation is possible to generate ultrasonic waves in the enclosed area to assist in placing it adjacent to.

【００１４】 <<実施例の詳細な説明>> 局所的な前立腺ガンの治療のために、フォーカスサージェリー，インコーポ
レイテッド（インディアナ州４６２２６、インディアナポリス、ペンドルトンウ
ェイ３９４０）から入手可能な、既存のＳｏｎａｂｌａｔｅ−２００（商標）
形ＨＩＦＵ式ＢＨＰ治療システムに、図１に例示されるような変更を加えた。多
重セクション超音波変換器１４の結像変換器部分１２を駆動する結像駆動体／受
信器１０の制御は、治療部１８の変換器１４が駆動されている時に結像部１２が
駆動されないために、治療駆動体１６の制御から分離２０、１３、１５された。
主ビームの振幅を低減して、これを多くの（本実施例では４つの）顕著な副ロー
ブで取囲むために、制御２０、並びに、治療変換器１８及び結像変換器１２それ
ぞれの駆動回路１６及び１０について、上記の変更を行った。分割ビームを備え
た構成にあっては、ＨＩＦＵビームが拡散されて超音波照射につきより大きな治
療領域を形成し、総治療時間を低減することができる。<< Detailed Description of Examples >> An existing, available from Focus Surgery, Inc. (Pendleton Way 3940, Indianapolis 46226, Indiana) for the treatment of localized prostate cancer. Sonablate-200 (trademark)
The modified HIFU BHP treatment system was modified as illustrated in FIG. The control of the imaging driver / receiver 10 that drives the imaging transducer portion 12 of the multi-section ultrasound transducer 14 is because the imaging portion 12 is not driven when the transducer 14 of the treatment unit 18 is driven. Separated from the control of the therapy driver 16, 20, 13, 15.
In order to reduce the amplitude of the main beam and surround it with many (four in this example) salient side lobes, control 20 and drive circuitry for each of therapy transducer 18 and imaging transducer 12 are provided. The above changes were made for 16 and 10. In a configuration with split beams, the HIFU beam can be diffused to form a larger treatment area for ultrasound irradiation, reducing the total treatment time.

【００１５】単一ビームの作動構造から形成された壊死領域及び温度パターンと、分割ビー
ムの作動構造から形成された壊死領域及び温度パターンとを比較する研究を行っ
た。実験は、異なる試験対象、Ｍｙｌａｒなるポリエステル薄膜片、Ｐｌｅｘｉ
ｇｌａｓなるアクリルプラスチックシート、インヴィトロ（in vitro）である七
面鳥の胸の組織、及びインヴィヴォ（in vivo）である犬の前立腺に対して実施
した（Ｍｙｌａｒは、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓａｎｄ
Ｃｏｍｐａｎｙの登録商標であり、Ｐｌｅｘｉｇｌａｓは、Ｒｏｈｍａｎｄ
ＨａａｓＣｏｍｐａｎｙａｎｄＥＬＦＡｔｏｃｈｅｍＳ．Ａ．の登
録商標である）。上記の実験結果によって、以下の知見が確立された。即ち、分
割ビームの構成により、同一の照射時間に対して、より大きな破壊領域が形成さ
れた一方で、例えば、直腸壁のような他の解剖学上の構造体及び特徴物の付近の
温度は、安全な水準に維持されていた。A study was performed comparing the necrotic region and temperature pattern formed from a single beam actuation structure with the necrotic region and temperature pattern formed from a split beam actuation structure. The experiment was conducted with different test objects, Mylar polyester film strips, Plexi
It was performed on an acrylic plastic sheet called glass, in vitro turkey breast tissue, and in vivo dog prostate (Mylar, EI Du Pont de Nemours and.
Plexiglas, a registered trademark of Company, is Rohm and
Haas Company and ELF Atochem S. A. Is a registered trademark of). The following findings were established by the above experimental results. That is, the split beam configuration created a larger destruction region for the same irradiation time, while the temperature near other anatomical structures and features, such as the rectal wall, was , Was maintained at a safe standard.

【００１６】上記のアプローチは、現在の単一ビームによる治療に対する改良を提供してい
る。例えば、上記の結果、それほど時間のかからない治療が実現する。本結果は
、超音波の主ビームを、中央のより振幅が大きいローブ２２と、複数の（本実施
例では４つの）比較的低い振幅を有する副ローブ２４とに分割することによって
達成される。この分割ビームは、従来技術における単一の高振幅ビーム２６に比
べて、およそ３倍大きな総治療領域を焦点面に形成する。さらに、組織の熱伝導
によって、中央ローブ２２によって形成された破壊領域と、副ローブ２４によっ
て形成された破壊領域とがつながることが示され、超音波の照射サイクル当たり
、より大きな治療領域が形成される。また、単一の強力なビーム２６を用いない
ことによって、焦点位置において蒸気が形成されにくくなる。The above approach offers an improvement over current single beam treatments. For example, the above results result in a less time consuming treatment. This result is achieved by splitting the main beam of ultrasound into a central, higher amplitude lobe 22 and a plurality of (in this example, four) side lobes 24 of relatively low amplitude. This split beam creates a total treatment area in the focal plane that is approximately three times larger than the single high amplitude beam 26 of the prior art. Furthermore, it has been shown that the thermal conduction of tissue connects the rupture region formed by the central lobe 22 with the rupture region formed by the side lobes 24, creating a larger treatment area per ultrasound irradiation cycle. It Also, by not using a single powerful beam 26, vapor formation is less likely at the focal point.

【００１７】単一ローブ２６の構成と、中央ローブ２２及び副ローブ２４の構成との間の相
違及び効果を調べるために、コンピュータシミュレーションを実施した。音響的
特徴、ビームパターン、及び出力を標準的な方法で実証（verify）した。その後
、七面鳥の胸におけるインヴィトロ試験、及び犬の前立腺におけるインヴィヴォ
実験を実施し、分割ビーム変換器によって形成された破壊領域を調査した。上記
の結果により、七面鳥の胸の組織及び犬の前立腺において、単一ビーム２６より
も分割ビーム２２、２４方式の方が、より大きな領域の破壊を形成することが証
明された。単一ビーム２６方式を研究している段階では、隣接するＨＩＦＵ破壊
間隔に対して、１．８ｍｍのステップサイズを採用した。このようにしたのは、
連続した壊死領域が形成されるのを促進させるためであった。分割ビーム２２、
２４方式を研究する段階においては、２．８ｍｍのステップサイズを用いて、七
面鳥の胸の組織と犬の前立腺とにおいて連続した破壊が達成された。上記２つの
サイズの相違により、同じ大きさの領域の組織治療に費やす時間が３０％以上低
減するという結論が得られた。この結果により、七面鳥の胸の組織及び犬の前立
腺の組織において、分割ビーム２２、２４を使用する治療は、単一ビーム２６を
使用して達成された破壊領域よりも大きな領域をもたらすことが証明されている
。Computer simulations were performed to examine the differences and effects between the single lobe 26 configuration and the central lobe 22 and side lobe 24 configurations. Acoustic features, beam patterns, and powers were verified by standard methods. Then, an in vitro test on turkey breast and an in vivo test on dog prostate were performed to investigate the fracture region formed by the split beam transducer. The above results demonstrate that in turkey breast tissue and dog prostate, the split beam 22,24 system produces a larger area of destruction than the single beam 26. While studying the single beam 26 scheme, a step size of 1.8 mm was employed for adjacent HIFU break intervals. I did this
This was to promote the formation of continuous necrotic areas. Split beam 22,
In the stage of studying the 24 system, a step size of 2.8 mm was used to achieve continuous disruption in turkey breast tissue and dog prostate. It was concluded that the difference between the two sizes reduces the time spent treating tissue of the same size region by 30% or more. The results demonstrate that in turkey breast tissue and dog prostate tissue, treatment using split beams 22, 24 results in a larger area of destruction than was achieved using single beam 26. Has been done.

【００１８】Ｓｏｎａｂｌａｔｅ−２００（商標）システムの構成及び動作の詳細は、例え
ば、以下に記載されている。Ｎ．Ｔ．Ｓａｎｇｈｖｉ、Ｆ．Ｊ．Ｆｌｙ、Ｒ．Ｂ
ｉｈｒｌｅ、Ｒ．Ｓ．Ｆｏｓｔｅｒ、Ｍ．Ｈ．Ｐｈｉｌｌｉｐｓ、Ｊ．Ｓｙｒｕ
ｓ及びＣ．Ｈｅｎｎｉｇｅ、「高強度焦点式超音波による前立腺組織の非侵入型
外科手術」、ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｏｎＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ
ｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒ
ｏｌ、第４３巻、第６号、第１０９９頁乃至第１１１０頁、１９９６年１１月。
この開示は、本明細書中に参照として援用される。手短に述べれば、Ｓｏｎａｂ
ｌａｔｅ−２００（商標）形ＨＩＦＵ装置の球面集束型変換器は、同一の圧電性
絶縁体結晶上に二重の素子１２、１８を有している。通常作動においては、中央
素子１２は、結像及び治療の両方に使用され、外側素子１８は治療に使用される
。内側素子１２及び外側素子１８の両方を治療モードに使用することにより、本
明細書で「単一ビーム」として言及している、鋭く集束したビーム２６が形成さ
れる。しかし、もし中央素子１２が治療中に作動しない時は、外側素子１８が駆
動されることによって、４つの副ローブ２４と振幅の低減された主ローブ２２と
を特徴とするビーム２２、２４が形成される。図２及び図３は、鋭く集束した単
一ビーム２６パターンにおける、ビームの横断面像及び縦断面像をそれぞれ示し
ている。これらの画像は、シュリーレン結像システムを用いて作成されている。
図４及び図５は、外側素子１８のみを駆動した結果として、４つの副ローブ２４
と振幅の低減された主ローブ２２とを有する分割ビームにおける、ビームの横断
面像及び縦断面像をそれぞれ示している。これらの像も、シュリーレン結像シス
テムを用いて作成されている。Details of the configuration and operation of the Sonablate-200 ™ system are set forth below, for example. N. T. Sanghvi, F.M. J. Fly, R.F. B
ihrle, R.I. S. Foster, M .; H. Phillips, J .; Syru
s and C.I. Hennige, "Non-invasive surgery of prostate tissue with high intensity focused ultrasound", IEEE Transaction on Ultrasonic
s, Ferroelectrics, and Frequency Contr
ol, Vol. 43, No. 6, pp. 1099 to 1110, November 1996.
This disclosure is incorporated herein by reference. In short, Sonab
The spherically-focused transducer of the late-200 (TM) HIFU device has dual elements 12, 18 on the same piezoelectric insulator crystal. In normal operation, the central element 12 is used for both imaging and treatment, and the outer element 18 is used for treatment. The use of both inner element 12 and outer element 18 in the treatment mode creates a sharply focused beam 26, referred to herein as a "single beam." However, if the central element 12 is not activated during treatment, the outer element 18 is driven to form beams 22, 24 featuring four side lobes 24 and a main lobe 22 of reduced amplitude. To be done. 2 and 3 show beam cross-sections and longitudinal cross-sections, respectively, in a sharply focused single beam 26 pattern. These images were created using a Schlieren imaging system.
4 and 5 show four side lobes 24 as a result of driving only the outer element 18.
And cross-sectional images of the beam in a split beam having a main lobe 22 of reduced amplitude and, respectively, are shown. These images were also created using the Schlieren imaging system.

【００１９】ビーム２２、２４及び２６も同様に、数値積分法を用いたコンピュータシミュ
レーションによって解析した。シミュレーションにおいては、以下のパラメータ
を使用した。即ち、周波数４ＭＨｚ、焦点距離３．５ｃｍ、変換器アパーチャ３
０ｍｍ×２２ｍｍ、及び内側素子の直径１０ｍｍである。図６及び図７は、焦点
場における分割ビーム２２、２４方式と、単一ビーム２６方式とのシミュレーシ
ョン結果をそれぞれ示している。The beams 22, 24 and 26 were similarly analyzed by computer simulation using the numerical integration method. The following parameters were used in the simulation. That is, frequency 4 MHz, focal length 3.5 cm, transducer aperture 3
0 mm × 22 mm and inner element diameter 10 mm. 6 and 7 show simulation results of the split beam 22 and 24 system in the focus field and the single beam 26 system, respectively.

【００２０】両ビーム方式はまた、焦点面に配置されたＭｙｌａｒ片を用いて試験された。
焦点面上に形成された破壊領域を、図８において、比較のために並べて示す。両
方の試験において使用したパワーは同じで、３０ワットである。分割ビーム２２
、２４で治療された領域は左側に示されている。ここでもまた、連続した治療の
間の間隙は２．８ｍｍである。図に示されているように、分割ビーム２２、２４
を用いて得られた、連続した超音波治療領域の中心間の間隙は、破壊の痕跡が存
在することによって特徴付けられている。同様に、図示されているように、単一
ビーム２６方式が使用されている、図８の右側の破壊領域間には、顕著なギャッ
プが存在する。Both beam formats were also tested with a Mylar strip placed in the focal plane.
The destroyed regions formed on the focal plane are shown side by side for comparison in FIG. The power used in both tests was the same, 30 watts. Split beam 22
, 24 treated area is shown on the left. Again, the gap between successive treatments is 2.8 mm. As shown, the split beams 22, 24
The gap between the centers of successive ultrasound treatment areas, obtained with, is characterized by the presence of fracture signatures. Similarly, as shown, there is a significant gap between the fracture regions on the right side of FIG. 8 where the single beam 26 scheme is used.

【００２１】インヴィトロ実験は、七面鳥の胸の生の組織を用いて実施された。この組織は
、およそ３７℃に維持された水浴に浸漬された。組織への超音波ビームの入口で
あり、焦点近傍でもある場所における温度をモニタするために、試験組織には細
針によって、およそ０．０５０８ｍｍ（およそ０．００２インチ）の直径を有す
る熱電対（ニュージャージー州のＰｈｙｓｉｔｅｍｐ社から入手可能）を挿入し
た。超音波が照射された端部において、組織をスライスし、破壊領域の寸法及び
形状を計測した。分割ビーム方式によって形成された個々の破壊領域は、その寸
法が顕著に大きかった。The in vitro experiments were performed with raw turkey breast tissue. The tissue was immersed in a water bath maintained at approximately 37 ° C. In order to monitor the temperature at the entrance of the ultrasonic beam to the tissue, which is also near the focal point, the test tissue was fine needled to a thermocouple (.about.0.002 inch) in diameter with a fine needle. (Available from Physitemp, NJ). At the end irradiated with ultrasonic waves, the tissue was sliced and the size and shape of the fractured region were measured. The size of each fracture region formed by the split beam method was remarkably large.

【００２２】血液が潅流している状況でＨＩＦＵ治療を実現する分割ビーム方式の効能及び
安全性を検証するため、Ｓｏｎａｂｌａｔｅ−２００機器を使用して、オスの犬
に対してインヴィヴォの動物実験を実施した。まず、動物には麻酔を施した。そ
して、人間におけるＨＩＦＵによるＢＰＨの通常の治療と同様に、前記したタイ
プの超音波プローブを直腸内に挿入した。熱電対を、リアルタイム超音波ガイド
の下に設置し、温度はＬＴ−１００形１６チャネル温度測定システム（イリノイ
州シャンペインのＬａｂｔｈｅｒｍｉｃｓ社から入手可能）を使用して記録した
。治療完了後、動物を処分し、組織学の検査のために、前立腺、膀胱及び直腸壁
に隣接した部位をホルマリン溶液に保存した。To verify the efficacy and safety of the split-beam method for achieving HIFU treatment in a blood-perfused situation, an in vivo animal study was performed on male dogs using the Sonablate-200 instrument. did. First, the animals were anesthetized. An ultrasound probe of the type described above was then inserted into the rectum, similar to the usual treatment of BPH with HIFU in humans. A thermocouple was placed under the real-time ultrasonic guide and temperatures were recorded using the LT-100 Model 16 channel thermometry system (available from Labthermics, Inc., Champain, IL). After completion of treatment, animals were sacrificed and the prostate, bladder and sites adjacent to the rectal wall were stored in formalin solution for histological examination.

【００２３】３５ワットの同一な総音響パワー（ＴＡＰ）と、４．０ｃｍの同一な焦点距離
との下で、分割ビーム方式を用いて達成された組織の壊死領域は、単一ビーム方
式の場合に比べて広かったが、破壊の深さは同程度であった。分割ビーム方式を
用いて達成された、焦点における破壊領域の幅は、３ｍｍよりも大きいと見積も
られる。熱電対で測定した温度プロファイルを、図９に示す。図１０は、オスの
犬の前立腺に形成された破壊領域を示している。連続照射位置間の間隙を２．８
ｍｍとすることにより、治療時間は１時間から３５分に短縮された。前立腺組織
の治療領域における壊死は、直腸を損傷することなく達成された。以上から、前
立腺ガンの治療における分割ビーム方式の性能及び安全性は、単一ビーム治療に
比べて、改良されたと考えられる。Under the same total acoustic power (TAP) of 35 watts and the same focal length of 4.0 cm, the necrotic area of the tissue achieved using the split beam method is the case of the single beam method. It was wider than that of, but the depth of destruction was about the same. The width of the fracture area at the focus, achieved using the split beam method, is estimated to be greater than 3 mm. The temperature profile measured by the thermocouple is shown in FIG. FIG. 10 shows a fracture area formed in the prostate of a male dog. The gap between consecutive irradiation positions is 2.8.
mm, the treatment time was shortened from 1 hour to 35 minutes. Necrosis in the treated area of prostate tissue was achieved without damaging the rectum. From the above, it is considered that the performance and safety of the split beam method in the treatment of prostate cancer are improved as compared with the single beam treatment.

【００２４】本発明は、本発明を例示した添付の図面及び記述を参照することによって、最
もよく理解されることが可能である。以下、図面における説明である。The present invention can be best understood by referring to the accompanying drawings and description which illustrate the invention. The following is a description of the drawings.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】一部は、本発明に従って構成されたシステムの構成図、及び、一部
は、本発明に従って構成されたシステムのブロック図を示す。FIG. 1 shows, in part, a block diagram of a system constructed in accordance with the present invention and, in part, a block diagram of a system constructed in accordance with the present invention.

【図２】シュリーレン結像システムを用いて生成された、鋭く集束した単一
ビームパターンのビームの横断面像を示す図である。FIG. 2 shows a cross-sectional image of a beam of a sharply focused single beam pattern produced using a Schlieren imaging system.

【図３】シュリーレン結像システムを用いて生成された、鋭く集束した単一
ビームパターンのビームの縦断面像のネガを示す図である。FIG. 3 shows a negative of a longitudinal cross-sectional image of a beam of a sharply focused single beam pattern produced using a Schlieren imaging system.

【図４】シュリーレン結像システムを用いて生成された、本明細書では「分
割ビーム」として適時言及されている、４つの副ローブと振幅の低減された主ロ
ーブとを有するビームの横断面像を示す図である。FIG. 4 is a cross-sectional image of a beam produced using a Schlieren imaging system, having four side lobes and a reduced amplitude main lobe, referred to herein as “split beam” in time. FIG.

【図５】シュリーレン結像システムを用いて生成された、分割ビームの縦断
面像のネガを示す図である。FIG. 5 shows a negative of a longitudinal cross-sectional image of a split beam produced using a Schlieren imaging system.

【図６】焦点面における、分割ビーム方式に対するシミュレーション結果を
示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a simulation result for a split beam system in a focal plane.

【図７】焦点面における、単一ビーム方式に対するシミュレーション結果を
示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a simulation result for a single beam system in a focal plane.

【図８】ポリエステル薄膜表面上に、単一ビーム方式によって形成された破
壊領域、及び分割ビーム方式によって形成された破壊領域を比較のために並べて
示した図である。FIG. 8 is a view showing, for comparison, a breakdown region formed by a single beam method and a breakdown region formed by a split beam method on a surface of a polyester thin film.

【図９】熱電対によって測定された温度プロファイルを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a temperature profile measured by a thermocouple.

【図１０】本発明によるシステムを用いて、実験動物の前立腺上に形成され
た破壊領域を示す図である。FIG. 10 shows a fracture area formed on the prostate of an experimental animal using the system according to the invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者フィリップス，マイケル，エイチ．アメリカ合衆国・インディアナ州 46256・インディアナポリス・パインクリークウェイ 9047 Ｆターム(参考） 4C060 JJ11 JJ22 JJ25 JJ27 5D019 AA02 AA04 AA06 BB01 BB11 FF04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Phillips, Michael, H. Indiana, United States 46256 Indianapolis Pinek Leak Way 9047 F-term (reference) 4C060 JJ11 JJ22 JJ25 JJ27 5D019 AA02 AA04 AA06 BB01 BB11 FF04

Claims

【特許請求の範囲】[Claims]

【請求項１】囲繞された超音波発生領域及び囲繞する超音波発生領域を
有する超音波変換器であって、前記囲繞された超音波発生領域及び前記囲繞する
超音波発生領域は、超音波を発生させるべく別々に作動可能であり、少なくとも
前記囲繞する領域は１つの焦点を有する超音波変換器を設ける工程と、前記囲繞する領域が第１治療部位に隣接すべく、前記超音波変換器を治療すべ
き組織に隣接配置する工程と、前記組織を治療して、その組織の中に第１治療領域を形成すべく、前記囲繞す
る領域を作動させるとともに、前記囲繞された領域の非作動を維持する工程とを具備してなる組織治療方法。1. An ultrasonic transducer having an enclosed ultrasonic wave generation region and a surrounding ultrasonic wave generation region, wherein the enclosed ultrasonic wave generation region and the surrounding ultrasonic wave generation region generate ultrasonic waves. Providing an ultrasound transducer that is separately actuatable to generate and has at least one focal point in the surrounding region; and the ultrasound transducer so that the surrounding region is adjacent the first treatment site. Arranging adjacent to the tissue to be treated, activating the surrounding area to treat the tissue to form a first treatment area in the tissue and deactivating the surrounded area. A method for treating tissue, comprising the step of maintaining.

【請求項２】前記囲繞する領域の前記焦点が第２治療部位に隣接すべく
、前記超音波変換器を治療すべき組織に隣接した別の位置に移動させる工程と、前記組織を治療して、その組織の中に第２治療領域を形成すべく、前記囲繞す
る領域を作動させるとともに、前記囲繞された領域の非作動を維持する工程とを具備してなる請求項１に記載の組織治療方法。2. Moving the ultrasonic transducer to another position adjacent to the tissue to be treated so that the focus of the surrounding area is adjacent to the second treatment site; and treating the tissue. Activating the surrounding area to maintain a non-actuation of the surrounded area to form a second treated area in the tissue. Method.

【請求項３】前記囲繞する領域の前記焦点が第２治療部位に隣接すべく
、前記超音波変換器を別の位置に移動させる工程は、前記囲繞する領域の前記焦
点が前記組織の中の前記第１治療領域に少なくとも隣接すべく、前記超音波変換
器を、治療すべき組織に隣接した別の位置に移動させる工程を含む請求項２に記
載の組織治療方法。3. The step of moving the ultrasound transducer to another position so that the focus of the surrounding area is adjacent to the second treatment site, the step of moving the ultrasound transducer to another position is such that the focus of the surrounding area is within the tissue. The tissue treatment method according to claim 2, further comprising moving the ultrasonic transducer to another position adjacent to the tissue to be treated so as to be at least adjacent to the first treatment region.

【請求項４】前記組織を治療して、その組織の中に第２治療領域を形成
すべく、前記囲繞する領域を作動させるとともに、前記囲繞された領域の非作動
を維持する工程は、前記組織を治療して、その第１治療領域と交わる第２治療領
域を形成すべく、前記囲繞する領域を作動させるとともに、前記囲繞された領域
の非作動を維持する工程を含む請求項３に記載の組織治療方法。4. Treating the tissue to actuate the surrounding area to form a second treatment area in the tissue while maintaining the non-actuated area of the surrounded area, 4. The method of claim 3 including the step of activating the surrounding area and maintaining the non-operation of the surrounded area to treat tissue to form a second treatment area intersecting the first treatment area. Tissue treatment method.

【請求項５】前記組織を治療して、前記第１治療領域と交わる第２治療
領域を形成すべく、前記囲繞する領域を作動させるとともに、前記囲繞された領
域の非作動を維持する工程は、前記組織を治療して、前記第１治療領域に重なる
第２治療領域を形成すべく、前記囲繞する領域を作動させるとともに、前記囲繞
された領域の非作動を維持する工程を含む請求項４に記載の組織治療方法。5. A step of treating the tissue to actuate the surrounding area to maintain a non-actuation of the surrounded area to form a second area of treatment intersecting the first area of treatment. 5. Treating the tissue to actuate the surrounding area to maintain a non-actuation of the surrounded area to form a second treatment area that overlaps the first treatment area. The method for treating tissue according to.

【請求項６】囲繞された超音波発生領域及び囲繞する超音波発生領域を
有する超音波変換器であって、少なくとも前記囲繞する領域は１つの焦点を有す
る超音波変換器と、前記囲繞された領域を駆動して超音波を発生させる第１駆動体及び前記囲繞す
る領域を駆動して超音波を発生させる第２駆動体であって、前記第１駆動体は前
記第２駆動体と別に作動可能であり、前記第２駆動体は前記第１駆動体と別に作
動可能であり、前記囲繞された領域が非作動に維持されている一方で、前記第２
駆動体は、前記組織の中に第１治療領域を形成すべく前記組織を治療する動作が
可能である、第１駆動体及び第２駆動体とを具備してなる組織治療装置。6. An ultrasonic transducer having an enclosed ultrasonic wave generation region and an enclosed ultrasonic wave generation region, wherein at least the surrounding region has one focal point and the enclosed ultrasonic wave transducer. A first driving body that drives a region to generate ultrasonic waves and a second driving body that drives the surrounding region to generate ultrasonic waves, the first driving body operating separately from the second driving body. Yes, the second driver can be actuated separately from the first driver, and the enclosed area is kept inactive while the second driver is actuated.
A tissue treatment apparatus comprising a driver and a second driver operable to treat the tissue to form a first treatment region in the tissue.

【請求項７】前記囲繞する領域の前記焦点が第２治療部位に隣接し、前
記第１駆動体が非作動に維持されている間に、さらに、前記組織の中に第２治療
領域を形成するために前記組織を治療すべく、前記第２駆動体が前記囲繞する領
域に超音波を発生させる動作が可能となるように、治療すべき前記組織に隣接し
た別の位置に、前記超音波変換器が配置されるようになっている請求項６に記載
の組織治療装置。7. The second treatment area is further formed in the tissue while the focal point of the surrounding area is adjacent to the second treatment area and the first driver is maintained inactive. In order to treat the tissue in order to allow the second driver to operate to generate ultrasonic waves in the surrounding area, the ultrasonic wave is moved to another position adjacent to the tissue to be treated. 7. The tissue treatment device according to claim 6, wherein a transducer is arranged.

【請求項８】前記組織の中の前記第２治療領域は、前記第１治療領域に
少なくとも隣接している請求項７に記載の組織治療装置。8. The tissue treatment device according to claim 7, wherein the second treatment region in the tissue is at least adjacent to the first treatment region.

【請求項９】前記第２治療領域は、前記第１治療領域と交わっている請
求項８に記載の組織治療装置。9. The tissue treatment apparatus according to claim 8, wherein the second treatment region intersects with the first treatment region.

【請求項１０】前記第２治療領域は、前記第１治療領域に重なっている
請求項９に記載の組織治療装置。10. The tissue treatment apparatus according to claim 9, wherein the second treatment region overlaps with the first treatment region.

【請求項１１】前記第１駆動体は、前記囲繞する領域の前記焦点が治療
部位に隣接するように、前記超音波変換器を、治療すべき前記組織に隣接配置さ
せることを補助すべく、前記囲繞された領域に超音波を発生させる動作が可能で
ある請求項６に記載の組織治療装置。11. The first driver assists in positioning the ultrasound transducer adjacent the tissue to be treated such that the focal point of the surrounding area is adjacent to the treatment site. The tissue treatment apparatus according to claim 6, wherein an operation of generating an ultrasonic wave in the enclosed area is possible.

【請求項１２】前記第１駆動体は、前記囲繞する領域の前記焦点が前記
第２治療部位に隣接するように、前記超音波変換器を治療すべき前記組織に隣接
配置させることを補助すべく、前記囲繞された領域に超音波を発生させる動作が
可能である請求項７に記載の組織治療装置。12. The first driver assists in positioning the ultrasound transducer adjacent to the tissue to be treated such that the focal point of the surrounding area is adjacent to the second treatment site. Therefore, the tissue treatment apparatus according to claim 7, which is operable to generate an ultrasonic wave in the surrounded area.

【請求項１３】前記第１駆動体は、前記囲繞する領域の前記焦点が前記
第２治療部位に隣接するように、前記超音波変換器を治療すべき前記組織に隣接
配置させることを補助すべく、前記囲繞された領域に超音波を発生させる動作が
可能である請求項８に記載の組織治療装置。13. The first driver assists in positioning the ultrasound transducer adjacent to the tissue to be treated such that the focal point of the surrounding region is adjacent to the second treatment site. Therefore, the tissue treatment apparatus according to claim 8, which is capable of generating ultrasonic waves in the enclosed area.

【請求項１４】前記第１駆動体は、前記囲繞する領域の前記焦点が前記
第２治療部位に隣接するように、前記超音波変換器を治療すべき前記組織に隣接
配置させることを補助すべく、前記囲繞された領域に超音波を発生させる動作が
可能である請求項９に記載の組織治療装置。14. The first driver assists in positioning the ultrasound transducer adjacent to the tissue to be treated such that the focus of the surrounding area is adjacent to the second treatment site. Therefore, the tissue treatment apparatus according to claim 9, which is operable to generate an ultrasonic wave in the surrounded area.

【請求項１５】前記第１駆動体は、前記囲繞する領域の前記焦点が前記
第２治療部位に隣接するように、前記超音波変換器を治療すべき前記組織に隣接
配置させることを補助すべく、前記囲繞された領域に超音波を発生させる動作が
可能である請求項１０に記載の組織治療装置。15. The first driver assists in positioning the ultrasound transducer adjacent to the tissue to be treated such that the focus of the surrounding area is adjacent to the second treatment site. Therefore, the tissue treatment apparatus according to claim 10, which is operable to generate ultrasonic waves in the surrounded area.