JP2018501940A - 拡散音響共焦点撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2015年1月15日に出願された米国仮特許出願第62/103,882号に関連し、その利益を主張する。この優先権を有する特許出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
発明の技術分野
背景技術
Φ=Aexp(θ) 1)
として記述することができる。
概要
定義
概要
n=Cair/C
物体の屈折率は、物体の状態(例えば、その温度及び/又は組成)を決定するために使用することができる。
発明の詳細な説明
図7に示すように、デバイスとシステムの有効性は、CSPメディカルの3つの無作為に配置された等エコー病変を含む前立腺エラストグラフィファントムを用いて実証された。前立腺の縁及び明るいオレンジから明るい黄色への着色のある尿道の縁が確認できる10mmから25mmまでの走査深度で4つの音響位相画像を撮影した。超音波ビームはビーム源から放射され、画像は拡散ビームから収集される。より速い音の領域がA及びBに示されている。本技術の実施形態1−4及び6の何れかを使用して、2つの病変が走査された。これらの病変は明らかに識別可能であった。サイズ、3次元形状、位置及び位置を決定することができた。疾患組織の他の特徴は前立腺ファントムに存在しなかったため、情報は異なる特徴に限定された。
DACIは、臓器、筋肉、脂肪組織、癌性組織内、及び身体器官とその周囲との間の界面などの(但し、これらに限定されるものではない)生体内の温度変化を非侵襲的に観察するために医療診断に使用することができる。DACIはビームをある点を迅速に通過する仮想線源に集束させるので、放射線量を少なくすることで体に非常に穏やかになる。パワー密度は、一般に1ワット/平方センチメートル未満であり、検査中の物体の加熱及びキャビテーションの影響を避けるために、数ミリ秒乃至数秒の滞留時間である。内部体がDACIによって見えるようになると、強度を数十ワットから数百ワット/平方センチメートルに増加させ、ビームの滞留時間を数秒から数百秒にすることにより、ビーム加熱法及び腫瘍切除(ブレーク・アップ)方法、例えば高強度集束超音波を用いて治療が可能になる。DACI顕微鏡は、対象物のビームの音速を決定することによって温度を測定することもできるので、治療中にビーム加熱によって治療されている身体の領域の温度を監視することができ、治療の成功を確実にすることができる。更に、散乱強度は、腫瘍切除/壊死の増加と共に減少するので、散乱強度を測定することによって治療を監視することができる。
プラズマ、気体、液体、及び固体を含む物体では、例えば、対象物内に存在する3D温度及び3D組成、及び非混和性液体と混和性液体との間の界面、コンテナ及びその内容物、並びに燃焼中の単純な火炎燃焼燃料のような様々な状態を有する流体内(但し、これらに限定されるものではない)には物質の単純状態に対する多くの未解決の問題がある。物質の状態が変化すると、音の速さが変化する。より硬くて弾力のある素材については、より高い音速がある。音響ビームに透明な対象物にDACI顕微鏡を適用すると、これらの問題の多くに答えることができる。
非常に良好なビームコヒーレンスを有する音響ビームなどの放射線源が得られるようになり、数センチメートル程度の大きな物体の振幅及び位相画像が可能になる。将来の遙かに大きな物体及び小さい物体を観察することができる音響ビームに対して透明又は反射性のプラスチックなどの新しい光学集束材料の開発が可能になる。
前立腺癌の診断と治療。前立腺癌の腫瘍は硬く、細く枝分かれした多形状である。腫瘍周囲の血流が増加するが、腫瘍の硬度によって血液が腫瘍に到達するのが妨げられ、最終的に腫瘍周囲の血流が制限される。現在の技術水準は、前立腺の超音波画像化である。これは、前立腺と周囲の組織との間の界面のみを同定することができるので、腺の大きさに関する情報を提供する。この場合、ビームの拡散散乱が画像と干渉してぼやけたエッジにつながるので、画像は非常に正確ではない。
音速は、任意の疾患又は状態、並びに疾患又は状態の各発達段階について測定される。本技術は、この決定を行うために使用される。次いで、本技術は、疾患又は状態の進行を診断又は診断し、治療し、又は追跡し、又は疾患又は状態の治療の進行を追跡するために使用される。音速の変化は、細胞サイズ、細胞粒度、組織弾性、血液蓄積、温度上昇、炎症及び免疫細胞浸潤のうちの1つ以上の変化によって引き起こされ得る。異なる速度の例は、平滑筋線維の場合1574m/s、乳頭腺癌の場合1610m/s、(よく分化した)管状腺癌の場合1610m/s、(中程度に分化した)管状腺癌の場合1600m/s、1557m/sであり、一重項 - 環細胞癌では1523m/sであった。他の知られている音速は、脂肪組織の場合1422m/s、***柔組織の場合1487m/s、悪性病変の場合1548m/s、良性病変の場合1513m/sの速度で、***組織に対するものである。標準偏差は±1.7%以下であった。
2次元音響アレイ検出器は、リニア音響アレイ検出器に置き換えられた。集束された仮想源も、線形アレイアクチュエータの放射によって生成されることが分かった。リニアアレイアクチュエータは、レンズの湾曲した表面によってビームを集束させることができ、又は、トランスデューサのアレイ(すなわち、「フェーズドアレイ」)内の発光素子の相対位相を調整することによって集束させることもできる。フェーズドアレイは小さな仮想ソースを生成することはできないが、仮想ソースを生成することができる。これは、より低い空間解像度で画像化するために使用できる。
Claims (30)
- 物体上の3次元及び状態情報を与えるためのデータアナライザと共に使用するための拡散音響共焦点撮像デバイスであって、約0.5メガヘルツ乃至約100メガヘルツの範囲の音響共焦点ビームを生成するように構成されたコヒーレント音響源と、仮想コヒーレントビームを仮想源に集束させるように構成された音響コヒーレントビーム集束器と、仮想源からの少なくとも1つの散乱ビームを検出するための音響検出器と、ベクトルネットワークアナライザとを備え、そのベクトルネットワークアナライザは、コヒーレント音響源と音響検出器との各々と電子的に通信しているデバイス。
- 請求項1のデバイスにおいて、前記音響ビーム集束器は、音響共振ビームを反射する曲面ミラーであるデバイス。
- 請求項1又は2のデバイスにおいて、前記コヒーレント音響源を移動させるソースアクチュエータをさらに備えるデバイス。
- 請求項1乃至3の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記音響検出器を移動させるための検出器アクチュエータをさらに備えるデバイス。
- 請求項4のデバイスにおいて、前記ソースアクチュエータ及び前記検出器アクチュエータとのうちの少なくとも一方と電子的に通信するプロセッサをさらに備えるデバイス。
- 請求項1乃至5の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記音響検出器は、1次元又は2次元音響領域検出器であるデバイス。
- 請求項2乃至6の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記音響検出器、前記曲面ミラー及び前記コヒーレント音響源は、ボアスコープ又は内視鏡を与えるようにウォンド内に収容されているデバイス。
- 請求項6に記載のデバイスにおいて、前記1次元又は2次元音響アレイ検出器は、空間的アパーチャを含むデバイス。
- 請求項1乃至6及び8の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記コヒーレント音響源、前記音響コヒーレントビーム集束器、及び前記音響検出器は、ユニットに一体化されているデバイス。
- 請求項1乃至6、8及び9の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記音響コヒーレントビーム集束器は、レンズであるデバイス。
- 請求項10に記載のデバイスにおいて、前記コヒーレント音響源は、前記レンズと前記音響検出器との間に取り付けられているデバイス。
- 請求項9又は10に記載のデバイスにおいて、ウォンドをさらに備え、前記ユニットは前記ウォンドの端部に取り付けられているデバイス。
- 組織中の疾患を診断する方法であって、約0.5乃至約100メガヘルツの音響共焦点ビームを放出し、この音響共焦点ビームを前記組織内の仮想源に集束させ、低い滞留時間にて前記仮想源によって組織を走査し、仮想源からの複数の拡散散乱されたビームを検出して複数のデータを与え、この複数のデータを分析する方法。
- 請求項13に記載の方法おいて、拡散音響共焦点画像形成デバイスが前記音響共焦点ビームを放出する方法。
- 請求項14に記載の方法において、プロセッサ及び検出器アクチュエータを用いて前記複数の散乱ビームを検出することをさらに含む方法。
- 請求項13乃至15の何れか一項に記載の方法において、前記滞留時間を高滞留時間まで増加させることによって前記組織における前記疾患を治療することをさらに含む方法。
- 請求項13乃至16の何れか一項に記載の方法において、前記音響共焦点ビームは、カップ形状ユニット内に放射されて集束され、前記複数の拡散散乱されたビームが前記カップ形状ユニット内で検出される方法。
- 請求項17の方法において、前記疾患が前立腺癌であり、前記カップ形状ユニットが、前立腺に適合する形状及び大きさである方法。
- 請求項17の方法において、前記疾患が乳癌であり、前記カップ形状のユニットが、***に嵌合する形状及び大きさである方法。
- 組織内の腫瘍を診断する方法であり、請求項1に記載のデバイスとデータ分析器とを用いる方法。
- 請求項20の方法において、組織内の腫瘍を診断すると直ちにこの腫瘍を治療することをさらに含む方法。
- 対象物に関する3次元及び状態情報を提供するためのデータ分析器と共に使用する拡散音響共焦点撮像デバイスであって、線形アレイ音響検出器であり、そのアレイ内に複数の放射素子を含む線形アレイ音響検出器と、約0.5メガヘルツ乃至約100メガヘルツの範囲の音響共焦点ビームを生成し、仮想源からの少なくとも1つの散乱ビームを検出するように構成された二次元音響アレイ検出器と、音響コヒーレントビームを仮想源へ集束するように構成された音響コヒーレントビーム集束器と、ベクトルネットワークアナライザとを備え、そのベクトルネットワークアナライザは、リニアアレイ音響アクチュエータの検出器と電子的に通信するデバイス。
- 請求項22に記載の拡散音響共焦点撮像デバイスにおいて、前記音響コヒーレントビーム集束器がレンズである拡散音響共焦点撮像デバイス。
- 請求項22又は23に記載の拡散音響共焦点撮像デバイスにおいて、プロセッサをさらに備え、このプロセッサは、前記複数の発光素子の相対位相を調整するように構成されている拡散音響共焦点撮像デバイス。
- 請求項22乃至24の何れか一項に記載の拡散音響共焦点撮像デバイスにおいて、少なくとも1つのレーザーエミッタをさらに備える拡散音響共焦点撮像デバイス。
- 組織内の疾患を治療する方法であって、この方法は、請求項22乃至25の何れか一項に記載の拡散音響共焦点撮像デバイスを利用し、約0.5乃至約100メガヘルツの音響共焦点ビームを放射し、この音響共焦点ビームを組織内の仮想源へ集束させ、低滞留時間にて前記仮想源で組織を走査し、前記仮想源からの複数の拡散散乱されたビームを検出して複数のデータを与え、この複数のデータを分析することを含む方法。
- 請求項26に記載の方法において、前記仮想源の滞留時間を増加させることによって前記組織内の前記疾患を治療することをさらに含む方法。
- 請求項26に記載の方法において、前記少なくとも1つのレーザーエミッタからのレーザービームを前記疾患の仮想源に集束させることによって、前記組織内の前記疾患を治療することをさらに含む方法。
- 請求項28に記載の方法において、前記レーザービームは、赤外線レーザービームである方法。
- 請求項28に記載の方法において、前記レーザービームは、ヘリウム - ネオンレーザービームである方法。
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