JP6574758B2 - 超音波照射デバイス及び超音波照射方法 - Google Patents

Description

本発明は関心対象についての高密度焦点式超音波処理の分野に関連する。

焦点式超音波システムは、患者の中の組織領域に音響エネルギのソニケーション(sonication)を与え、熱エネルギにより組織領域を凝固させる或いは治療するために使用される。超音波加熱の典型的な用途は、ターゲットゾーンとも呼ばれる治療される組織領域内に存在する癌性又は良性の腫瘍の治療である。例えば、患者の身体の外にある圧電トランスデューサは、内的な組織領域を治療するために、患者の内的な組織領域において、超音波(約20キロヘルツ(20kHz)より高い周波数の音響波)のような強い強度の音響波を集中させるために使用される。音響波は、腫瘍を除去し、これにより侵襲的な手術の必要性を排除するために使用される。そのような焦点式超音波システムは、特に、HIFUデバイスとも言及される高密度焦点式超音波(High Intensity Focused Ultrasonic：HIFU)のためのシステムとして提供される。HIFUデバイスによりパルス化された熱が生成され、その熱は最小の侵襲性とともに患者の組織を選択的に破壊するために配置される。ターゲットゾーン内にソニケーションを集中させるために、ソニケーションはターゲットゾーンに対するビームとして提供される。更に、磁気共鳴(MR)イメージング装置を利用することにより、温度感受性パルスシーケンスとともに組織の温度をモニタするために高速スキャンMR画像を利用することが可能である。

US8,002,076B2により知られる焦点式超音波システムは、「n」個の個別的に制御可能なトランスデューサエレメントによるトランスデューサアレイと、ドライバと、コントローラと、スイッチとを含む。トランスデューサアレイは、例えば、患者の体の中の良性又は悪性の腫瘍又はその他の組織容積に音響エネルギを伝達し、ターゲット領域内の組織を除去又は治療する。トランスデューサアレイにより送信される音響エネルギを所望の方式で方向付ける及び/又は集中させるために、スイッチは、トランスデューサアレイをドライバ及びコントローラに接続する。超音波トランスデューサは、腫瘍の場所にある焦点に熱を集める。音響エネルギを与える際に、音響エネルギが組織領域に集められて治療される組織の体積に関連する「焦点ゾーン(focal zone)」の形状を制御することに加えて、トランスデューサから焦点ゾーンまでの距離である「焦点深さ」を制御すること、及び/又は、トランスデューサと組織領域との間の介在組織により引き起こされる組織逸脱を修正することが知られている。

HIFUシステムを用いる治療では、処置されることが可能な体積(volume)は、音響経路の方向における例えば傷跡、骨、腸のような近視野にある或いは例えば脊椎骨又は腸のような遠視野にある敏感な組織(sensitive tissue)の存在によってしばしば制限される。「近視野(near field)」という用語はトランスデューサとターゲットゾーンとの間の領域に対応し、「遠視野(far field)」という用語はターゲットゾーンよりもトランスデューサから更に離れた領域に対応する。

例えば、子宮筋腫の治療では、しばしば、近視野における傷跡や腸、及び、遠視野における脊椎骨や腸が考慮される。敏感な組織を、望まれない超音波照射(超音波にさらされること)から保護する必要がある。特に、敏感な組織は、高い超音波吸収性を有するだけでなく、高い反射率を有する組織界面も有する組織タイプである。そのような領域での超音波の過剰な吸収は、HIFUにより処置されるべきでない組織についての望まれない加熱や望まれないダメージを招いてしまうかもしれない。

US8,002,076B2から分かるように、ソニケーションを実行する際のエネルギ通過ゾーンに沿って、例えば障害物や非常に敏感な体積のような敏感な組織が存在することが分析により発見された場合(敏感な領域では、音響エネルギの通過を防止することが望ましい)、例えば、空気で満たされた空洞、ターゲットではない厚い骨などに関し、個々のトランスデューサエレメントはデアクティベート(非活性化)され、例えばそれらの振幅をゼロに設定し、音響エネルギが、関連するトランスデューサエレメントにより送信されることを防止する。従って、ソニケーションは、安全であると考えられるそのような領域に制限されることが可能である。

このアプローチは本質的な制限を有する。第1に、処置されることが可能な体積が制限される。第2に、除外したエレメントに起因するパワー損失は、残りのエレメントのパワーを増やして関連する表面の加熱を増やすことにより補償されなければならない。更に、過剰に多くのエレメントをスイッチオフにすると、焦点形状、ひいては達成される熱照射(thermal dose)を歪ませる。敏感なゾーンを指定し、それらに強度/エネルギ照射制限を関連付ける結果として、一般に、あるトランスデューサの位置から超音波分解すること(超音波の照射により分解すること)は不可能になる。これは、達成可能な治療体積、すなわちターゲットゾーンのサイズを制限する。一般に、壊死領域はトランスデューサの方に向いて延在するからである。最終的に、全てのエレメントのビームは同じ領域を通るので、この方法の有用性はフォーカスの方向に急速に減少する。

本発明の課題は、超音波照射を利用して、所定の加熱条件に従って、関心対象のターゲットゾーンを加熱するための方法及び装置を提供することであり、その方法及び装置は、敏感なゾーンがトランスデューサとターゲットゾーンとの間に位置していたとしても、敏感なゾーンの近辺にあるターゲットゾーンの治療を可能にし；ターゲットゾーンの効率的な加熱をもたらし；敏感なゾーンの組織に対する損傷の危険を減らし、敏感なゾーンは、高い超音波吸収性を有し、及び/又は、高い反射率を有する各自の境界で組織界面を有する。

本課題は、超音波照射を用いて、所定の加熱条件に従って、関心対象(又は興味の対象)のターゲットゾーンを加熱する方法により達成され、その方法は、前記ターゲットゾーンの近辺に、個別的に制御可能な一群のトランスデューサエレメントを有する超音波照射デバイスを提供するステップと、超音波照射デバイスによりカバーされる領域内で少なくとも1つの敏感なゾーンを決定するステップと、前記ターゲットゾーンに対する超音波エネルギのソニケーション(超音波処理、超音波分散又は超音波破砕などと言及されてもよい)の適用を、所望の加熱を達成するように制御するステップとを有し、前記トランスデューサエレメントは、前記ターゲットゾーンの方に向けられるビームとして前記ソニケーションを提供するように、位相及び振幅により個別的に制御され、前記ターゲットゾーンの前記所定の加熱条件が充足されかつ前記少なくとも1つの敏感なゾーンについての照射が最小化されるように、前記ビームは、前記トランスデューサエレメントの位相及び振幅により制御される内的に不均一なエネルギ分布を有する、方法である。

本課題は、所定の加熱条件に従って、超音波照射を用いて関心対象のターゲットゾーンを加熱する超音波照射デバイスによっても達成され、その超音波照射デバイスは、個別的に制御可能な一群のトランスデューサエレメントと、前記ターゲットゾーンに対する超音波エネルギのソニケーションの適用を、所望の加熱を達成するように制御する制御ユニットと、を有し、前記制御ユニットは、超音波照射デバイスによりカバーされる領域内の少なくとも1つの敏感なゾーンの定義を受け入れるように構成され、前記制御ユニットは、前記ターゲットゾーンの方に向けられるビームとして前記ソニケーションを提供するように、位相及び振幅により前記トランスデューサエレメントを個別的に制御するように更に構成され、前記ターゲットゾーンの前記所定の加熱条件が充足されかつ前記少なくとも1つの敏感なゾーンについての照射が最小化されるように、前記ビームは、前記トランスデューサエレメントの前記位相及び振幅により制御される内的に不均一なエネルギ分布を有する、超音波照射デバイスである。

トランスデューサエレメントを個別的に制御することにより、超音波照射のビームのビーム形状は、強度制限又はエネルギ照射制限に関わることなく、傷跡、骨、腸、脊椎骨などのような敏感なゾーンにわたって適用されることが可能である。従って、内的に不均一なエネルギ分布を有する所与の形状のビームを提供することが可能であり、すなわちビームのうち異なる部分は、異なるエネルギレベルの超音波照射を有することが可能である。焦点特性を損なうことなく及びアクティブエレメントの個数に関する制約に違反することなく、敏感なゾーンに対する照射が最小化されるようなアクティブエレメントの構成が見出される。保護されるべき敏感なゾーンの何れの部分においても、ビームの整形がなされない場合(すなわち、トランスデューサが敏感なゾーンに配慮せずに使用される場合)に存在するレベルを超えて強度あるいはエネルギは上昇しないことが、要求されるに過ぎない。好ましくは、敏感なゾーン内で最小の(最大又は平均の)(強度又はエネルギ)をもたらす一群のアクティブなトランスデューサエレメントが、自動的に決定される。従って、制御は、先ず、所定の加熱条件に従ってターゲットゾーンの加熱に関して焦点を合わせ、その焦点の中で、少なくとも1つの敏感なゾーンについての照射が最小化される。従って、処置(又は治療又は処理)は効率的に事項されることが可能であると同時に、敏感なゾーンは保護される。例えば、傷跡が敏感なゾーンを規定する場合、最適な照射制限を決定することは事実上不可能である。傷跡は対象者毎に異なり、傷跡を通るソニケーションがしばしば実行可能であるが、最新方法によっては推奨されない。従って、最新方法は、実際には可能であるソニケーションを否定する。上記の実施形態によれば、傷跡を通るソニケーションが実行可能になる一方、穏やかな保護も提案される。

ビームは、処置を実行するための任意の所望の形状を有することが可能である。好ましくはビームは円錐形状を有し、円錐の先端がターゲットゾーン内に位置付けられることが好ましい。代替的に、ビームは管状(チューブ状)の形状を有することが可能である。

超音波照射デバイスは、関心対象に対するソニケーションの内的又は外的なソニケーションのために提供されることが可能である。従って、超音波照射デバイスは、関心対象の皮膚の上に配置されることが可能であり、或いは、例えば関心対象の何らかの既存の開口を通して導入されてもよい。ソニケーションの外的な印加のためのデバイスは、例えば、HIFUデバイス(高密度焦点式超音波装置)として知られている。

所定の加熱条件は、例えば、熱照射、組織の温度及び/又はエネルギ等による必要な処置の適切な任意の定義を含んでよい。ターゲットゾーンは、処置の前に、超音波照射デバイスにおいて決定される。ゾーン/エリア(領域)はしばしば2次元的な対象に関して言及されるが、本願の文脈において、ゾーン/エリアの対象は2次元的又は3次元的な広がりを有することに留意すべきである。

近辺という用語は、例えば関心対象の皮膚の上又は内部において、ターゲットゾーンの所望の加熱を可能にする任意の位置(又は場所)を指す。一般に、超音波照射デバイスとターゲットゾーンとの間の距離が短いほど、ターゲットゾーンの加熱は容易である。更に好ましくは、例えば超音波照射デバイスが関心対象の皮膚の上に配置されるような場合に、超音波照射デバイスと関心対象との間に、超音波が伝わる接触媒体が設けられる。

超音波照射デバイスは適切な如何なる設計を有してよい。それは様々なタスクのための個々のユニットを有してもよいし、あるいは、超音波照射デバイスの様々なユニットが様々なタスクを実行するように構成されてもよい。特に、超音波照射デバイスはデータ処理ユニットを有してもよい。制御ユニットは、ソニケーションを実行するようにトランスデューサエレメントを制御する。それは超音波照射デバイスの別のコンポーネントの制御を実行する。制御ユニットは、超音波照射を適用することに関する追加的なタスクを実行するように更に構成されてよい。好ましくは、制御ユニットはデータ処理ユニットを有する。制御ユニットは、少なくとも1つの敏感なゾーンの定義を受信するインタフェースを有する。インタフェースは、ユーザとのやりとりのためのユーザインタフェースであってもよいし、或いは、少なくとも1つの敏感なゾーンの定義を電子的に受信する他の任意の電子的なインタフェースであってもよい。

好ましい実施形態によれば、前記制御ユニットは、ゼロ及び最大振幅値の間の連続的な範囲にわたって各トランスデューサエレメントの前記振幅を調整するように構成される。対応する方法では、位相及び振幅によりトランスデューサエレメントを個別的に制御することが、ゼロ及び最大振幅値の間の連続的な範囲にわたって各トランスデューサエレメントの振幅を調整することを含む。

好ましい実施形態によれば、前記制御ユニットは、位相値の連続的な範囲にわたって各トランスデューサエレメントの前記位相を調整するように構成される。対応する方法では、位相及び振幅によりトランスデューサエレメントを個別的に制御することが、位相値の連続的な範囲にわたって各トランスデューサエレメントの位相を調整することを含む。

上述したように、各トランスデューサエレメントは、連続的な範囲にわたる調整を実行することにより個別的に制御されることが可能であり、例えば、振幅の場合、ゼロ及び最大振幅値の間でトランスデューサエレメントの任意の振幅が設定されることが可能である。この連続的な調整は、ターゲットゾーンの所定の加熱条件に合致するように、及び、少なくとも1つの敏感なゾーンの照射を最小化するように、正確な制御を可能にする。

好ましい実施形態によれば、前記制御ユニットは、超音波照射デバイスによりカバーされる前記領域を少なくとも部分的にカバーする診断画像を受信するように構成され、前記制御ユニットは、前記診断画像の中で前記少なくとも1つの敏感なゾーンを識別するように構成される。対応する方法において、超音波照射デバイスによりカバーされる領域内で少なくとも1つの敏感なゾーンを決定することは、超音波照射デバイスによりカバーされる領域を少なくとも部分的にカバーする診断画像を受信し、診断画像の中で少なくとも1つの敏感なゾーンを識別することを含む。診断画像は、処置の開始前に、敏感なゾーンを正確に決定するために使用されることが可能である。更に、診断画像は、例えば敏感なゾーンが関心対象の内部に位置する場合に、敏感なゾーンを識別するために使用されることが可能である。診断画像は、磁気共鳴イメージングデバイスを利用するMRスキャンとして提供されてもよいし、或いは、診断画像を提供する適切な他の任意の方法によって提供されてもよい。診断画像は、2次元的な画像、一群の2次元的な画像、あるいは、3次元的な画像として提供されてもよい。

好ましい実施形態によれば、超音波照射デバイスは、前記ターゲットゾーンの前記所望の加熱を達成するために、前記超音波照射デバイスの前記トランスデューサエレメントから超音波照射デバイスによりカバーされる前記領域への超音波エネルギの前記ソニケーションをシミュレーションするシミュレーションユニットと、前記シミュレーションユニットにより実行される前記シミュレーションの結果であって前記少なくとも1つの敏感なゾーンの保護レベルを示す結果を可視化する可視化ユニットとを有する。対応する方法は、前記ターゲットゾーンの前記所望の加熱を達成するために、前記超音波照射デバイスの前記トランスデューサエレメントから超音波照射デバイスによりカバーされる前記領域への超音波エネルギの前記ソニケーションをシミュレーションするステップと、前記シミュレーションするステップによる結果であって前記少なくとも1つの敏感なゾーンの保護レベルを示す結果を可視化するステップとを有する。少なくとも1つの敏感なゾーンにおける処置が実現可能であって実行されるべき場合に、シミュレーションは、処置に先行して、予測を可能にする。好ましくは、シミュレーション結果に基づいて、ユーザは、処置の中で選択を行うことが可能であり、すなわちトランスデューサエレメントを制御するための様々な方法の中で選択を行うことが可能である。従って、ユーザは、最も適切なシミュレーション結果に基づいて、適用されるべき処置を選択することが可能である。シミュレーションは、好ましくは、超音波照射デバイスによりカバーされる領域の診断画像に基づき、その領域内の組織に関する情報(知識)により、超音波照射デバイスによりカバーされる領域の加熱についての予測を可能にする。シミュレーションの結果は、パワーの強度又はエネルギを表現する色又は輪郭(外形)によって可視化されることが可能である。可視化は、敏感なゾーンを様々な方法で可視化することによって行われることが可能であり、例えば、得られる強度又はエネルギ減衰の量を表現してもよく、その量は、例えば、超音波照射デバイスによりカバーされる領域内の様々なゾーンを着色する又は陰影(明暗)を付けることによって可視化されてもよい。好ましくは、システムは、敏感なゾーン内で達成される保護レベルをユーザに見せる。更に好ましくは、それは、敏感なゾーンの内側及び外側、パワーの強度又はエネルギを表現する色又は輪郭によって可視化される。シミュレーションユニットは、制御ユニットとともに一体的に提供されてもよいし、或いは、別個のユニットとして提供されてもよい。可視化ユニットは、シミュレーションの結果を可視化する任意の種類のディスプレイを含んでもよい。

好ましい実施形態によれば、前記超音波照射デバイスは、前記少なくとも1つの敏感なゾーンの前記保護レベルを示す数値を、前記可視化ユニットにおいて表示するように構成される。対応する方法において、前記少なくとも1つの敏感なゾーンの前記保護レベルを示すシミュレーションステップの結果を視覚化するステップは、前記少なくとも1つの敏感なゾーンの前記保護レベルを示す数値を表示することを含む。例えば、トランスデューサエレメントの選択された最適制御による少なくとも1つの敏感なゾーン内での最大のシミュレーションされた強度又はエネルギは、ビームの整形が成されない場合に敏感なゾーン内に存在する最大の強度又はエネルギに対する割合として表示されることが可能である。

好ましい実施形態において、前記超音波照射デバイスは、前記少なくとも1つの敏感なゾーンの前記保護レベルを、前記敏感なゾーンの外側の領域と比較した前記敏感なゾーンの相対的な保護レベルとして、前記可視化ユニットにおいて可視化するように構成される。対応する方法において、前記少なくとも1つの敏感なゾーンの前記保護レベルを示すシミュレーションステップの結果を可視化するステップは、前記少なくとも1つの敏感なゾーンの前記保護レベルを、前記敏感なゾーンの外側の領域と比較した前記敏感なゾーンの相対的な保護レベルとして可視化することを含む。相対的な保護レベルは、敏感なゾーンの内側及び外側において得られる強度又はエネルギの減少の観点から指定されることが可能である。

好ましい実施形態において、前記制御ユニットは、超音波照射デバイスによりカバーされる前記領域の少なくとも一部分についての温度情報を受信するように構成され、前記制御ユニットは、前記温度情報を前記所定の加熱条件と比較することにより、前記トランスデューサエレメントを個別的に制御するように構成される。対応する方法は、超音波照射デバイスによりカバーされる前記領域の少なくとも一部分についての温度情報を提供する追加的なステップを含み、前記所定の加熱条件が充足されかつ前記少なくとも1つの敏感なゾーンについての照射が最小化されるように、位相及び振幅によりトランスデューサエレメントを個別的に制御するステップは、前記温度情報を前記所定の加熱条件と比較することにより、前記トランスデューサエレメントを個別的に制御することを含む。温度情報の知識とともに、ターゲットゾーンの加熱だけでなく敏感なゾーンが受ける照射も、超音波照射デバイスの制御を適応させるために決定されることが可能である。特に、敏感なゾーンは予測困難であり、ソニケーションにさらされることを最小化するようにそれらが効果的に監視されることが可能になる。好ましくは、温度情報は磁気共鳴スキャンを実行することにより取得される。制御ユニットは、何らかの適切なフォーマットで温度情報を受信する電子インタフェースを有してもよい。

好ましい実施形態において、前記超音波照射デバイスは偏向ユニットを有し、前記制御ユニットは、前記少なくとも1つの敏感なゾーンの加熱を最小化するために、前記超音波照射デバイスから前記ターゲットゾーンへの超音波エネルギの前記ソニケーションを偏向させるように、前記偏向ユニット及び/又は前記トランスデューサエレメントの制御を実行するように構成される。対応する方法において、前記所定の加熱条件が充足されかつ前記少なくとも1つの敏感なゾーンについての照射が最小化されるように、位相及び振幅によりトランスデューサエレメントを個別的に制御するステップは、前記少なくとも1つの敏感なゾーンの加熱を最小化するために、前記超音波照射デバイスから前記ターゲットゾーンへの超音波エネルギの前記ソニケーションを偏向させることを含む。従って、超音波照射は、敏感なゾーンを通らずにターゲットゾーンの方へ少なくとも部分的に方向付けられることが可能である。偏向させない場合、超音波照射のビームと敏感なゾーンとの間には大きなオーバーラップ(又は重なり)が存在し得る。偏向を利用することにより、オーバーラップを削減する一方で、それでも同じ焦点を狙うことが可能である。

好ましい実施形態において、前記偏向ユニットは、前記ソニケーションを電子的に偏向させる電子偏向ユニットである。対応する方法において、超音波照射デバイスからターゲットゾーンへの超音波エネルギのソニケーションを偏向させるステップは、ソニケーションを電子的に偏向させることを含む。これは、ソニケーションの偏向を実行する際に容易に適用可能である。好ましくは、電子偏向は、敏感なゾーンについての音響照射が超えられない基準に基づいて選択される。

好ましい実施形態において、前記制御ユニットは、体積ソニケーション(volumetric sonication)を実行するように前記トランスデューサエレメントを制御するように構成される。対応する方法において、前記所定の加熱条件が充足されかつ前記少なくとも1つの敏感なゾーンについての照射が最小化されるように、位相及び振幅によりトランスデューサエレメントを個別的に制御するステップは、体積ソニケーションを実行するように前記トランスデューサエレメントを制御することを含む。シングルポイントのソニケーションでは、超音波照射の焦点は固定点に維持され、熱照射は、ソニケーションの持続時間及び印加されるパワーにより制御される。体積ソニケーションは、熱拡散の時間スケールに関して瞬間的に見える急速に交代する(又はインタリーブされる)一連のシングルポイントソニケーションにより構成される。従って、体積ソニケーションを実行する場合に、予定された軌跡に沿って焦点が動かされ、所望の体積にわたって熱を分散させる。好ましくは、これは、複数のトランスデューサエレメントのフェーズドアレイを有するトランスデューサ及び電子偏向を利用することの組み合わせにより達成される。体積ソニケーションは、敏感なゾーンの音響照射が超過されない基準に基づいて選択される。これは、敏感なゾーンを危険にさらすことなく処置可能な体積を最大化する。これは、傷跡又はその他の敏感な組織を保護するために近視野に適用されてもよいし、或いは、脊椎骨及び/又は腸を保護するために遠視野に適用されてもよい。体積ソニケーションの利点は、シングルポイントソニケーションよりもエネルギ効率に優れ、同じエネルギ量でもより多くの体積が処置可能になることである。

好ましい実施形態において、前記制御ユニットは、所定の体積セル(又は体積細胞組織)のリストから体積セルを選択するように構成され、前記制御ユニットは、前記ターゲットゾーン内で前記体積セルを特定するように更に構成される。対応する方法において、体積ソニケーションを実行するようにトランスデューサエレメントを制御するステップは、ターゲットゾーンの形状、及び/又は、少なくとも1つの敏感なゾーンの形状及び場所に基づいて、ターゲットゾーン内の体積セルを形成し、その体積セルをターゲットゾーン内で特定することを含む。所定のセルは、球状、楕円体状、立方体状又はその他の形状のような任意の形状を有することが可能である。従って、体積セルは、短い準備時間で処置を可能にするように、各々の処置に関して容易に適用可能である。制御ユニットは、自動的に、体積セルを選択してそれらをターゲットゾーン内で特定することが可能であり、或いは、体積セルの選択及びそれらの位置を受信するように構成されることも可能である。制御ユニットは、体積セルを選択及び特定するためにユーザとやり取りを行うユーザインタフェースを含むことが可能である。

好ましい実施形態において、前記制御ユニットは、前記ターゲットゾーンの形状及び/又は前記少なくとも1つの敏感なゾーンの形状及び位置に基づいて、前記ターゲットゾーン内の体積セルを形成するように構成され、前記制御ユニットは、前記ターゲットゾーンの中で前記体積セルを特定するように更に構成される。対応する方法において、体積ソニケーションを実行するようにトランスデューサエレメントを制御するステップは、前記ターゲットゾーン及び/又は前記少なくとも1つの敏感なゾーンの情報に基づいて体積セルを形成し、前記ターゲットゾーンの中で前記体積セルを特定することを含む。従って、体積セルは、ターゲットゾーンの最良の加熱を達成するために、各々の処置に個別的に適用されることが可能である。制御ユニットは、自動的に、体積セルを形成してそれらをターゲットセル内で特定することが可能であり、或いは、体積セルの定義及びそれらの位置を受信するように形成されることも可能である。制御ユニットは、体積セルを決定及び特定するためにユーザとやり取りを行うユーザインタフェースを含むことも可能である。

本発明のこれら及び他の側面は以下に説明される実施形態から明らかになり及び実施形態に関連して説明される。しかしながら、そのような実施形態は本発明の全体的な範囲を表現しているわけではなく、本発明の範囲を解釈する際には特許請求の範囲等が参照される。
関心対象及び超音波照射デバイスの超音波ビームを偏向ビームとともに概略的に示す。

図1は、この実施形態では傷跡(scar)である敏感なゾーン2を有する関心対象1の概略を示す。更に、癌性の組織のゾーンが図1に見受けられ、癌性の組織は、この実施形態ではHIFUデバイスである超音波照射デバイスによる治療のためのターゲットゾーン(又は標的ゾーン)3に対応する。HIFUデバイスは図1には示されていない。ターゲットゾーン3は、HIFUデバイスからの超音波照射を利用して所定の加熱条件に従って加熱される。この実施形態における所定の加熱条件は、ターゲットゾーン3の中の組織を取り除く(ablate)ためにターゲットゾーン3に適用される熱照射に関連する。

敏感なゾーン(感受ゾーン又はセンシティブゾーン)2は、診断画像に基づいて超音波照射デバイスによりカバーされる領域4の中で規定され、診断画像はこの実施形態では磁気共鳴イメージングデバイスを用いて提供される3次元MRスキャンである。診断画像は、超音波照射デバイスによりカバーされる領域4をカバーし、ターゲットゾーン3及び敏感なゾーン2を含む。ターゲットゾーン3及び敏感なゾーン2は、処置を開始する前に、診断画像の中で識別及び特定される。超音波照射デバイスによりカバーされる領域4、ターゲットゾーン3及び敏感な領域2は、3次元的な広がりを有する。ターゲットゾーン3及び敏感な領域2の定義は、HIFUデバイスの制御ユニットに提供される。

超音波照射デバイスは、この実施形態では、関心対象1に関するソニケーションの外的印加のために提供され、この実施形態では関心対象1の皮膚の上に配置される。超音波照射デバイスによりカバーされる領域4、ターゲットゾーン3及び敏感な領域2は、関心対象1の内部(すなわち、皮膚より下側)に位置する。超音波照射デバイスはターゲットゾーン3の近くに配置され、すなわちターゲットゾーン3の近接して配置され、従って、ターゲットゾーン3と超音波照射デバイスとの間の距離は短く、ターゲットゾーン3と超音波照射デバイスとの間では、照射についての僅かなパワー損失しか生じない。

超音波照射デバイスは、個別的に制御可能なトランスデューサエレメントの群(一群のトランスデューサエレメント)を有し、所望の加熱を達成するためにターゲット3に超音波エネルギのソニケーションを適用するように制御される。(複数の)トランスデューサエレメントは、ターゲットゾーン3についての所定の加熱条件が充足されるように、ゼロ及び最大振幅値の間の連続的な範囲にわたって振幅を及び位相値の連続的な範囲にわたって位相を調整するように個別的に制御され、すなわち、振幅の場合には、各々のトランスデューサエレメントについてゼロ及び最大振幅値の間の任意の振幅が個別的に設定可能である。この制御はビーム5のようなソニケーションを提供することが可能であり、ビーム5はターゲットゾーン3の方に向けられる。この制御は更にビーム変形を可能にし、ビーム5は、ターゲットゾーン3についての所定の加熱条件が充足されかつ敏感なゾーン2の受ける照射が最小化されるようなエネルギ分布を有する。従って、内的に不均一なエネルギ分布を有する所定の形状のビーム5が提供され、すなわち、ビーム5のうちの様々な領域は様々なエネルギレベルの超音波照射を有する。その制御は制御ユニットにより実行される。

この実施形態では、超音波照射デバイスからターゲットゾーン3への超音波エネルギのソニケーションは、敏感なゾーン2の加熱を更に最小化するために電子的に偏向される。これは、図1から理解できるように、超音波照射のビーム5を、敏感なゾーン2を通ることなく、ターゲットゾーン3の方へ仕向けることにより達成される。ターゲットゾーン3の中で焦点6を有する超音波照射のビーム5は、敏感な領域2とオーバーラップを有する。そこで、焦点6は同じであるが、敏感なゾーン2とのオーバーラップがほとんどゼロまで減らされるように、ビーム5は、偏向ビーム7により示されるように偏向される。HIFUデバイスは、超音波照射を偏向するための電子偏向ユニットを有し、電子偏向ユニットは制御ユニットにより制御される。偏向ビーム7の敏感なゾーン2との残存するオーバーラップが、敏感なゾーン2とオーバーラップしない偏向ビーム7の部分と比較して小さくなるように、ビーム5内のエネルギ分布が選択される。

この実施形態では、トランスデューサエレメントは、体積ソニケーションを実行するように制御ユニットにより更に制御される。シングルポイントのソニケーションでは、超音波照射の焦点6は固定された位置に維持され、熱照射は、ソニケーションの持続時間及び印加されるパワーにより制御される。体積ソニケーションは、一連の連続的な(複数の)シングルポイントソニケーションを有する。従って、体積ソニケーションを実行する場合に、焦点6は、所望の体積にわたる加熱を規定する計画された軌跡に沿って動かされる。この制御は、上述の偏向との組み合わせにおける位相及び振幅の連続的な値に関し、トランスデューサエレメントの個別的な制御及び調整の組み合わせにより達成される。体積ソニケーションは、敏感なゾーン2に対する音響波照射が超過しないという基準に基づいて選択される。図1に示されるように、この実施形態では、球状の3つの体積セル(又は細胞組織)8が、所定の体積セルのリストから選択され、ターゲットゾーン3の中で位置付けられ、体積ソニケーションを決定する。

処置(又は治療)の間に、領域4のMRスキャンがなされ、MRスキャンは、超音波照射デバイスによりカバーされる領域4(すなわち、ソニケーションゾーン)の温度情報を含む。温度情報は、処置の間にトランスデューサエレメントの制御を連続的に適応させるために、制御ユニットにより、熱照射に対して比較される。

この実施形態において、ターゲットゾーン3の所望の加熱を達成するために、超音波照射デバイスのトランスデューサエレメントから、超音波照射デバイスによりカバーされる領域4へのソニケーションは、処置の開始前に、HIFUデバイスのシミュレーションユニットにおいてシミュレーションされる。シミュレーションの結果は、敏感なゾーン2の保護レベルを示すようにHIFUデバイスの可視化ユニットを用いて可視化される。シミュレーション結果に基づいて、ユーザは、様々な処置の中で選択を行う、すなわちトランスデューサエレメントを制御する様々な方法の中で選択を行う。シミュレーションは、超音波照射デバイスによりカバーされる領域4の診断画像に基づく。シミュレーションステップの結果は、超音波のエネルギを表現する色で可視化され、これにより、エネルギ削減量は、超音波照射デバイスによりカバーされる領域4の中で、様々なゾーン2、3を着色することにより可視化される。追加的に、保護レベルを示す数値が可視化され、ビーム形状を変えない場合に敏感なゾーン2内に存在することになる最大エネルギに対する割合(パーセンテージ)を表示する。

概して、アクティブエレメントの数に関する制約を破ることなく及び焦点の特性を損なうことなく、敏感なゾーン2における照射が最小化されるように、トランスデューサエレメントは振幅及び位相により個別的に制御される。敏感なゾーン2の何れの部分においても、ビームの整形がなされない場合(すなわち、トランスデューサが敏感なゾーン2に配慮せずに使用される場合)のレベルを超えて強度あるいはエネルギは上昇しないことが、要求されるに過ぎない。敏感なゾーン2内で最小の最大エネルギ又は最小の平均エネルギをもたらす一群のアクティブなトランスデューサエレメントは、シミュレーションステップにおいて自動的に決定される。

本発明は図面及び明細書により詳細に図示及び記述されるが、そのような図示及び記述は説明的ないし例示的であり、限定的ではないように解釈されるべきであり；本発明は開示される実施形態には限定されない。開示される実施形態に対する他の変形例は、本明細書、添付の特許請求の範囲及び図面を学ぶことにより、請求項に係る発明を実施する当業者にとって理解可能でありかつ実現可能である。特許請求の範囲において、「有する」という言葉は他の要素やステップを排除せず、「ある」又は「或る」のような不定冠詞的な言葉は複数個を排除しない。所定の複数の事項が互いに異なる従属請求項で引用されるということそれ自体では、それらの事項の組み合わせが有利に使用できないことを意味しない。特許請求の範囲における如何なる参照符号も(存在する場合)、本願の範囲を制限するように解釈されるべきでない。

1 関心対象
2 敏感なゾーン
3 ターゲットゾーン
4 超音波照射デバイスによりカバーされる領域
5 ビーム
6 焦点
7 偏向ビーム
8 体積セル

Claims (12)

1. 所定の加熱条件に従って、超音波照射を用いて関心対象のターゲットゾーンを加熱する超音波照射デバイスであって、
   個別的に制御可能な一群のトランスデューサエレメントと、
   前記超音波照射を偏向させる偏向ユニットと、
   前記ターゲットゾーンに対する超音波エネルギのソニケーションの適用を、所望の加熱を達成するように制御する制御ユニットと、
   を有し、前記制御ユニットは、超音波照射デバイスによりカバーされる領域内の少なくとも１つの敏感なゾーンの定義を受け入れるように構成され、
   前記制御ユニットは、前記ターゲットゾーンの方に向けられるビームとして前記ソニケーションを提供するように、位相及び振幅により前記トランスデューサエレメントを個別的に制御するように更に構成され、前記ビームは、前記ターゲットゾーンの前記所定の加熱条件が充足されかつ前記少なくとも１つの敏感なゾーンについての照射が最小化されるように、前記トランスデューサエレメントの前記位相及び振幅により制御される内的に不均一なエネルギ分布を有し、
   前記制御ユニットは、前記少なくとも１つの敏感なゾーンの加熱を最小化するために、前記超音波照射デバイスから前記ターゲットゾーンへの超音波エネルギの前記ソニケーションを偏向させるように、前記偏向ユニット及び／又は前記トランスデューサエレメントの制御を実行するように構成され、
   前記偏向ユニットは、前記ソニケーションを電子的に偏向させる電子偏向ユニットである、超音波照射デバイス。
2. 前記制御ユニットは、ゼロ及び最大振幅値の間の連続的な範囲にわたって各トランスデューサエレメントの前記振幅を調整するように構成される、
   請求項１に記載の超音波照射デバイス。
3. 前記制御ユニットは、位相値の連続的な範囲にわたって各トランスデューサエレメントの前記位相を調整するように構成される、
   請求項１に記載の超音波照射デバイス。
4. 前記制御ユニットは、超音波照射デバイスによりカバーされる前記領域を少なくとも部分的にカバーする診断画像を受信するように構成され、
   前記制御ユニットは、前記診断画像の中で前記少なくとも１つの敏感なゾーンを識別するように構成される、
   請求項１に記載の超音波照射デバイス。
5. 前記ターゲットゾーンの前記所望の加熱を達成するために、前記超音波照射デバイスの前記トランスデューサエレメントから超音波照射デバイスによりカバーされる前記領域への超音波エネルギの前記ソニケーションをシミュレーションするシミュレーションユニットと、
   前記シミュレーションユニットにより実行される前記シミュレーションの結果であって前記少なくとも１つの敏感なゾーンの保護レベルを示す結果を可視化する可視化ユニットと、
   を有する請求項１に記載の超音波照射デバイス。
6. 前記超音波照射デバイスは、前記少なくとも１つの敏感なゾーンの前記保護レベルを示す数値を、前記可視化ユニットにおいて表示するように構成される、
   請求項５に記載の超音波照射デバイス。
7. 前記超音波照射デバイスは、前記少なくとも１つの敏感なゾーンの前記保護レベルを、前記敏感なゾーンの外側の領域と比較した前記敏感なゾーンの相対的な保護レベルとして、前記可視化ユニットにおいて可視化するように構成される、
   請求項５に記載の超音波照射デバイス。
8. 前記制御ユニットは、超音波照射デバイスによりカバーされる前記領域の少なくとも一部分についての温度情報を受信するように構成され、
   前記制御ユニットは、前記温度情報を前記所定の加熱条件と比較することにより、前記トランスデューサエレメントを個別的に制御するように構成される、
   請求項１に記載の超音波照射デバイス。
9. 前記制御ユニットは、体積ソニケーションを実行するように前記トランスデューサエレメントを制御するように構成される、請求項１に記載の超音波照射デバイス。
10. 前記制御ユニットは、所定の体積セルのリストから体積セルを選択するように構成され、
    前記制御ユニットは、前記ターゲットゾーン内で前記体積セルを特定するように更に構成される、
    請求項９に記載の超音波照射デバイス。
11. 前記制御ユニットは、前記ターゲットゾーンの形状及び／又は前記少なくとも１つの敏感なゾーンの形状及び位置に基づいて、前記ターゲットゾーン内の体積セルを形成するように構成され、
    前記制御ユニットは、前記ターゲットゾーンの中で前記体積セルを特定するように更に構成される、
    請求項９に記載の超音波照射デバイス。
12. 超音波照射を用いて、所定の加熱条件に従って、関心対象のターゲットゾーンを加熱する方法であって、前記ターゲットゾーンの近辺に、個別的に制御可能な一群のトランスデューサエレメントを有する超音波照射デバイスが提供されており、当該方法は、
    超音波照射デバイスによりカバーされる領域内で少なくとも１つの敏感なゾーンを制御ユニットが決定するステップと、
    偏向ユニットが前記超音波照射を偏向させるステップと、
    前記ターゲットゾーンに対する超音波エネルギのソニケーションの適用を、所望の加熱を達成するように、前記制御ユニットが制御するステップと、
    を有し、前記制御ユニットは、前記ターゲットゾーンの方に向けられるビームとして前記ソニケーションを提供するように、位相及び振幅により個別的に前記トランスデューサエレメントを制御し、前記ビームは、前記ターゲットゾーンの前記所定の加熱条件が充足されかつ前記少なくとも１つの敏感なゾーンについての照射が最小化されるように、前記トランスデューサエレメントの位相及び振幅により制御される内的に不均一なエネルギ分布を有し、
    前記少なくとも１つの敏感なゾーンの加熱を最小化するために、前記超音波照射デバイスから前記ターゲットゾーンへの超音波エネルギの前記ソニケーションを偏向させるように、前記制御ユニットは、前記偏向ユニット及び／又は前記トランスデューサエレメントを制御し、
    前記偏向ユニットは、前記ソニケーションを電子的に偏向させる電子偏向ユニットである、方法。

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