JP7063882B2 - 血液脳関門の超音波ガイド下開放 - Google Patents
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Description
・患者において血液脳関門を選択的に開くための装置及び方法、
・薬物を患者の脳に対して送達するための装置及び方法、
・動作前画像とともに超音波画像をレジストレーションするための装置及び方法、
・患者において治療のエリアを識別するための装置及び方法、
・超音波エネルギーを患者に対して送達するための装置及び方法、ならびに
・薬物を患者の脳に対して送達するための装置及び方法のためのコントローラ
を含む。
本発明の例示的な一態様は、超音波エネルギーを患者の脳に対して送達するように動作可能なシステムを提供する。超音波エネルギーは、血液脳関門の開放を容易にし得る。超音波エネルギーの送達は、血液脳関門の開放時に患者の脳に入り得る薬物の送達と協調され、それによって、治療を容易にし得る。システムは、撮像超音波トランスデューサと、治療超音波トランスデューサと、1つ以上の超音波画像を生成するように撮像超音波トランスデューサを動作させるために接続された超音波機器と、データ・プロセッサとを備える。データ・プロセッサは、以前に取得された画像の参照フレーム内の座標を超音波画像の参照フレーム内の座標に対して関係付ける変換を生ずるように、以前に取得された画像を超音波画像に対してレジストレーションするために、対応する以前に取得された画像とともに超音波画像のうちの1つを処理し、変換を使用して、超音波画像の参照フレーム内の少なくとも1つの標的領域の座標を決定し、この少なくとも1つの標的領域の座標に基づいて、超音波エネルギーを少なくとも1つの標的領域に対して送達するために治療超音波トランスデューサのための標的位置を決定するように構成される。システムは、以前に取得された画像が提供され得るデータ・ストアを含んでよい。
撮像トランスデューサは、患者の頭蓋内の低減衰音響窓に隣接して設置されてよい。この低減衰音響窓は、たとえば、患者のこめかみ、頭部の後部、又は眼の後ろを含んでよい。
非限定的な例示的な実施形態が、添付の図面において図示される。
概要
図3は、患者を治療することに関連して超音波を送達するように構成され得る1つ以上の治療トランスデューサのための位置及び方向を決定するために実行され得る非限定的な例示的な方法300を示すフローチャートである。工程305では、動作前CT画像又は動作前MRI画像がシステム200へとインポートされる。システム200は、患者の脳の少なくとも一部分を撮像し、その後、患者の血液脳関門を選択的に開くために超音波を送達するために適用されてよい。図示される実施形態では、超音波システム210は、システム200に対する全体的な制御を提供するコントローラを含み、動作前画像が、超音波システム210によってアクセス可能なデータ・ストア内で提供される、又はこれへとインポートされる。
図4は、患者Pの頭部の上に留置されてよい例示的な超音波トランスデューサ・アセンブリ220を示す。超音波トランスデューサ・アセンブリ220は、複数のトランスデューサ素子を患者の頭部上の所望の位置範囲内に保持及び位置決めする支持構造405を含む。超音波トランスデューサ・アセンブリ220の後ろにある患者Pの頭部410の部分は、太い破線で示されている。
・位置(たとえば、撮像素子415Aは、1つ以上の低減衰音響窓の近くでクラスタリング又は集結されてよく、素子415Bは、より広く分散されてよい-1つ以上の標的領域のおおよその位置が前もって知られているケースでは、トランスデューサ・アセンブリ220は、任意選択で、超音波エネルギーを標的領域に対して送達することに適したエリア内に素子415Bを集結させることによってカスタマイズされてよい)、
・受信用回路への接続(たとえば、撮像素子415Aは、超音波エコーを検出し得る受信用回路に接続され、治療素子415Bは、任意選択で、受信用回路に接続されない);
・異なる送信用回路への接続(たとえば、治療素子及び撮像素子は、異なるように設計された駆動回路によって駆動されてよい。治療素子は、たとえば、撮像素子よりも低い周波数で動作するように最適化されたより高いパワーの駆動回路によって駆動されてよい)、
・パワー(たとえば、治療素子415Bは、撮像素子415Aよりも高いパワーの超音波を生成するように構築されてよい)、
・最適な動作周波数(たとえば、治療素子415Bは、撮像素子415Aよりも低い周波数で最も効率的に動作してよい)、
・サイズ(たとえば、治療素子415Bは、撮像素子415Aよりも大きくてよい、及び/又は、これよりも広く離間されてよい);
・構成(たとえば、治療素子415Bは、撮像素子415Aとは異なる深さにおいて集束する音響レンズを含んでよい)、
のうちの1つ以上を含むさまざまな様式において、互いと異なる場合がある。
図5は、撮像し、治療を患者の脳に対して送達するように動作可能な超音波システム210の制御サブシステムの動作を図示する。本明細書において説明される制御サブシステムは、他の構成を有する超音波システムに適用されてよく、及び/又はスタンド・アロン構成要素として供給されてよい。ブロック505は、他のモダリティー(たとえば、MRIスキャン又はCTスキャン)からの画像、ならびに他のデータを含有し得る、データ・ストアを備える。ブロック505は、制御及び算出ブロック510と通信し、制御及び算出ブロック510は、1つ以上のモジュールを含んでよい。制御及び算出ブロック510内のモジュールは、個々に、又は互いとの任意の組み合わせもしくは副組み合わせで、のどちらかで、用いられてよい。
たとえば、ブロック510Aは、
・どのトランスデューサ素子415又はトランスデューサ素子415を備えるサブセットが送信動作に使用されるか、
・どの波形がトランスデューサ素子415によって送信されるか、
・どの送信遅延が個々のトランスデューサ素子415に適用されるか、
・どの振幅において、個々のトランスデューサ素子415が駆動されるか、
・どの送信アポダイゼーション機能がトランスデューサ素子415に適用されるか、
・どの時間に、トランスデューサ素子415が超音波を送信するように動作させられるか、
・どの周波数でトランスデューサ素子415が駆動されるか、
・など
のうちの1つ以上を決定する制御信号を生成し得る。モジュール510Aは、トランスデューサ素子415の位置を指摘するデータ構造を含んでもよいし、又はこれにアクセスできてもよい。このデータ構造は、たとえば、特定の送信動作のために、及び/又は送信遅延を計算するために、どのトランスデューサ素子415が使用されるかという決定において使用され得る。
・どのトランスデューサ素子415が、受信するために使用されるか、
・ビームフォーミング・パラメータ
・受信アポダイゼーション機能
・受信ゲイン
・受信深さ
・適用される画像処理
・など
のうちの1つ以上を決定し得る。
ロボット的に位置決めされるトランスデューサ
図7Aは、ロボット・マニピュレータ(この例では、電気機械アームによって提供される)を特徴づける例示的な一実施形態による超音波システム700を示す。システム700では、超音波素子は、素子ハウジング705A、705B、及び705C(本明細書において素子ハウジング705と呼ばれる、又は総称して素子ハウジング705と呼ばれる、任意の個々の素子ハウジング)内にある。素子ハウジング705及びそれに含有される素子は、総称してトランスデューサ710と言われる場合がある。
・トランスデューサと患者の間の力を測定する1つ以上の圧力センサ、
・1つ以上の位置センサ、
・脳の電気活動を測定する1つ以上の脳波センサ(EEG)、
・など
のうちの1つ以上を含んでよい。そのようなセンサの構造及びそのようなセンサがどのようにトランスデューサに対して取り付けられるかが、図8を参照しながらさらに詳細に解説される。
手動で位置決めされるトランスデューサ
図7Bは、さらに別の構成を有する超音波システム750を図示する。超音波システム750は、超音波システム700に類似しており、撮像し、及び/又は治療を容易にするために超音波エネルギーを送達してもよい1つ以上のトランスデューサも備える。システム750では、1つ以上の超音波トランスデューサは、人によって手動で患者の頭部上の適切な位置に留置されてよい。いくつかの実施形態では、6DOFセンサは、トランスデューサ760A及び760Bに対して結合されてよい。そのようなセンサは、トランスデューサ760A及び760Bの位置及び方向が追跡され、超音波システム750に対して通信されることを可能にし得る。図示されていないが、患者の移動は、この構成では、ちょうど図7Aで説明されるようにモニタされてよい。他の実施形態では、撮像を実行することと治療を容易にすることの両方を行うためにオペレータが1つ以上の位置の中に適切に留置することができるであろう単一のトランスデューサが設けられてよい。
共通参照フレームの確立
共通座標系におけるさまざまなセンサの位置及び方向の測定について説明するために共通参照フレームを確立することが有利な場合がある。共通参照フレームは、すべての画像及び位置が参照されることができる原点及び方向を有する、便利であるが恣意的に選定された座標系である。たとえば、図7Aに図示される構成では、座標系740は、アーム制御ユニット720Aに対して設置されてよい。次いで、この座標系は、すべての他の位置及び方向に関係する測定のための参照フレーム(「共通参照フレーム」)として使用されてよい。図7Bに図示される構成では、座標系790は、共通参照フレームを確立するために使用されてよい。これらの例の両方において、参照フレームの原点は、機械的グラウンド(それぞれ745及び795)に設置される。図4に示される構成における参照フレームは、座標系460によって表される。この参照フレームは、この参照フレームは機械的にグラウンドされないという点で、図7A及び図7Bに示される参照フレームと異なる。座標系460は、患者が頭部を移動させた場合、移動することができる。しかしながら、超音波トランスデューサ・アセンブリ220及び頭部410は互いに対して移動していないという仮定の下で、このタイプの参照フレームは等しく有効かつ適切であり、さらなる算出複雑性をもたらさない。
図3における例示的な方法300に戻ると、工程305において、頭部の動作前MRI画像又は動作前CT画像が取得され、超音波システムへとインポートされた後、工程310において、患者の頭部の少なくとも一部分のリアル・タイム撮像が実行される。脳内のいくつかの構造を含む患者の脳の部分の画像を取得することが望ましい。以前に説明されたように、いくつかの構造は、超音波を使用して低減衰音響窓を通して撮像されてよい。したがって、いくつかの実施形態では、画像を形成するために使用される超音波トランスデューサは、これらの低減衰音響窓に位置決めされてよい。次いで、超音波撮像が実行されてよく、これらの画像内で可視の構造は、超音波画像参照領域として働くために選択されてよい。選択のプロセスは、以下で解説されるように、セグメンテーションによって達成されてよい。
工程315において、工程310において取得される超音波画像参照領域内で見られる構造の画像は、動作前MRスキャン又は動作前CTスキャン内で識別され得る。一例として、これは、人間オペレータがこの構造を動作前画像データ・セットのスライス内又は動作前画像データ・セットから構築された3Dモデル内で選択することを伴う場合がある。また、この選択も、セグメンテーションによって達成されてよい。共通構造を含有する動作前画像と超音波画像の両方における領域は、総称して「参照領域」と呼ばれる。いくつかの実施形態では、参照領域は、以下の構造すなわち、ウィリス動脈輪、脳室、及び/又は脳梁、のうちの1つ以上を含んでよい。工程315において識別された共通構造を利用して、超音波スキャンの画像は、工程320において動作前MRIスキャン又は動作前CTスキャンに対してレジストレーションされることができる。
レジストレーション・プロセスは、参照領域の1つ以上の特徴を使用してよい。一例として、レジストレーションは、超音波と動作前モダリティーの両方における参照領域の形状をマッチングさせることによって実行されてよい。予想方向に対する参照領域の方向、又は2つ以上の参照領域が現存する場合は2つ以上の参照領域の相対的方向などの、他の特性が使用されてよい。一例として、ウィリス動脈輪は、典型的には、超音波画像内では、一般に不規則な六角形又は凹凸のある円のように見える独特の形状を有する。しかしながら、形状に関係なく、同じ解剖学的構造が2つのモダリティーによって撮像されるので、2つのモダリティーにおける参照領域の画像の間に、強い相関が現存し得る。
方法300において、工程305において動作前画像が取得された後で、かつ使用されることになるサブセット及びトランスデューサの構成が工程330において決定される前の、任意の時点で、1つ以上の領域が、工程325において超音波エネルギーが送達されるために動作前画像内で医師によって選択されてよい(上記で「標的領域」と定義される)。図10では、そのような1つの標的領域は、黒い点1025によって表されている。レジストレーションのプロセスを通して、標的領域1025の位置は、それがひとたび選択されると、座標系1000内で知られる。ひとたび工程320におけるレジストレーションが発生すると、標的領域の座標が知られる場合があり、これは、本明細書において論じられるさまざまな超音波システム構成のうちの1つに対して提供される場合がある。いくつかのシナリオでは、患者の治療を始める前に標的領域を選択することが有利な場合がある。たとえば、医師は、治療の前にこの工程を実行するかもしれない。患者を治療する間に存在する時間制約がなければ、標的領域のより注意深い考慮によって、より良い成果がもたらされるであろう。
方法300の工程330において、超音波システムの構成に応じて、超音波エネルギーを標的領域に対して送達するために利用され得る、素子のサブセットを見つけること又はトランスデューサの位置及び方向を見つけること(どちらも送達サブセットと呼ばれる場合がある)のどちらかのために計算がなされる。そうする際の目標は、血液脳関門の開放を促進することが望ましい1つ以上の位置に対して送達されることになる超音波が、薬物が脳組織に入ることを可能にすることを、可能にすることである。これらの計算は、たとえば、図10のトランスデューサ1030などの第2のトランスデューサが、標的領域に対して超音波を照射するために、どこに位置決めされるべきかを決定するために使用されてよい。この例では、計算によって、参照座標系1000内の位置及び方向Ρ2(Χ2,Y2,Ζ2,α2,β2,φ2)がもたらされる場合、トランスデューサ1030は、標的領域1025に対して超音波を照射するためにP2に留置されてよい。
コンピュータ処理された患者の頭部の3Dモデルが、超音波システムによって頭部モデル生成モジュール510H内で生成され得る。このモデルは、共通参照フレーム内でレジストレーションされた動作前画像に基づいて生成され得る。治療中の患者の頭部の移動は、この概念の有用な一態様を図示する助けとなる。患者の頭部の移動が発生すると、その移動は、本明細書において他の場所で説明されるように、さまざまなセンサによって追跡されることができる。参照フレーム内のモデルの位置は、参照座標系内の新しい位置を反映するために再計算されてよい。これは、患者の頭部の位置が変更されるたびにレジストレーション工程320を実行しなくてもよい利点を提供する。
いくつかの実施形態では、2つ以上のサブセットが生成される。各サブセットは、最終的な影響はビーム・パターンが交差する領域において血液脳関門を開くことであるように協調されたやり方で励起され得る1つ以上のトランスデューサ素子を備える。さらに、サブセットは近接する必要はない。複数の非近接サブセットの1つの利点は、1つ以上の標的領域において必要とされるパワーを送達しながら、介在組織に対して送達されるパワーは最小にされることができることである。
いくつかの実施形態では、送達サブセットは、あらかじめ決定されてもよいし、ルック・アップ・テーブル(LUT)への参照を介して見つけられることもできる。一例として、神経膠腫は、多くの場合に脳幹内に発現する、ありふれたタイプの脳腫瘍である。そのため、脳幹に最も近い血液脳関門の領域に対して超音波を送達するために治療トランスデューサ素子が頭部の後部のまわりに局所化される超音波トランスデューサ・アセンブリ(図4に示されるものなど)を構築することが有利な場合がある。使用されることになる治療素子のサブセットを決定するこのシナリオでは、計算は実行されなくてよいであろう。これは、デバイスの構築及び維持のコストを減少し、ならびに、治療中に使用されるシステムの算出複雑性を減少し得る。
上記で説明されたシステムのさまざまな構成において、及び等価な構成において、いくつかのトランスデューサ素子は送信及び受信するように動作可能であってよいが、いくつかの他のトランスデューサ素子は、送信するアビリティのみを有してよい。図14Aは、撮像モードで動作することが可能であるトランスデューサ素子において作成及び受信される例示的な波形を図示する。このモードでは、素子は、超音波エネルギーを送信することと受信することの両方を行うことができる。この図では、2つのグラフが図示されている。1つは送信動作に関するものであり、もう1つは受信動作に関するものである。領域Aでは、素子は、2サイクル・パルスによって2MHzの周波数にて振幅Pで励起される。これは、素子が送信の結果として頭蓋からエコー・データを受信する領域Bによって続かれる。ある時間期間の後、素子が再び励起される。このサイクルは、画像を形成するために、必要に応じて繰り返される。
コントラスト撮像は、組織からの信号を増強するために超音波撮像において使用される技法である。コントラスト撮像では、マイクロバブルが循環系へと注入される。超音波エネルギーによって超音波が照射されるとき、バブルが壊れないならば、バブルは振動し、調波周波数でエネルギーを反射する。したがって、典型的なケースでは、送信のエネルギーがf0の周波数である場合、バブルは、f0で、及び2f0などの他の周波数で、エネルギーを反射する。バブルからの反射は、組織インタフェースからの典型的な反射と比較して極めて強い。したがって、画像は、組織に血管が新生した(vascularized)エリアから形成されることができる。脳を撮像し、治療を提供する目的のために、マイクロバブル技法は、以下で説明されるように修正及び適合されてよい。
工程1515において標的領域が選択された後、方法1500は、1つ以上のトランスデューサ、又はトランスデューサ素子のサブセットが、超音波エネルギーを標的領域に対して送達するために選択及び/又は位置決めされる、工程1520へと続く。これを達成するための方法は、異なる超音波システム構成のために方法300の工程330に関して上記で説明された方法に実質的に類似していてよい。ひとたび素子のサブセットが選択されると、又は治療トランスデューサが適切に位置決めされると、工程1525において、患者は、治療マイクロバブルを注入される。
いくつかの実施形態では、送達サブセットが治療モードで動作している間、送信パラメータは、具体的には、送達されている薬物に基づいて選択されてよい。一例として、以前の知識及び/又は実験を通じて、薬物Aが、10分の期間にわたって1KHzのパルス繰り返し周波数とともに0.5MHzにおいて10サイクル・パルスを用いて最適に送達されており、薬物Bが、15分の期間にわたって1.2KHzのパルス繰り返し周波数とともに0.25MHzにおいて15サイクル・パルスを用いて最適に送達されていることが知られている場合がある。これらの最適な値は、限定されるものではないが、動物試験で取得された結果、人間試験で取得された結果、薬物組成の知識、マイクロバブル組成の知識、及び患者の体形などの、いくつかの要因に依存し得る。
頭蓋腔内の定在波は、著しいリスクを患者に対して提示し得る。定在波は、撮像モードと治療モードの両方の間に作成され得る。不均一なパルス繰り返し間隔を使用することによって、定在波の作成の可能性が減少又は解消され得る。この方法は撮像動作に有利な場合があるが、この方法は、治療モードに理想的でない場合がある。上記で解説されたように、薬物は、送信パラメータの特定のセットを用いて最も効果的に送達され得る。これは、標的領域を超音波に対して特定の時間量、曝露することを伴ってよい。いくつかの実施形態では、必要な曝露時間を提供するため、及び定在波の生成の可能性を減少又は解消するために、素子の異なるサブセット(図4のサブセット425Aなど)が、エネルギーを送達するために使用されてよい。
従来の超音波撮像システムでは、3D画像又は4D画像は、典型的には、素子が同じ平面内にあり、1D配列が高さ寸法(elevation dimension)において「ぐらつく(wobbled)」2Dトランスデューサ、又は経食道的撮像において使用されるトランスデューサなどの1D回転トランスデューサによって作成される。脳の構造のより代表的なモデルは、レジストレーション・プロセス中に動作前画像との比較を実行する際に、より高い精度を可能にするので、ボリュメトリック画像を造ることは、本明細書において説明される超音波システムにおいて望ましい場合がある。別の例では、超音波撮像によって取得される構造の分解能が十分に高い(たとえば、マイクロバブルの使用を通じて)場合、ボリュメトリック超音波画像は、標的領域が選択されることを可能にし得る。しかしながら、図4に示される構成では、たとえば、超音波トランスデューサ・アセンブリ220内の素子は、典型的なトランスデューサ配置と比較して、異なるように配置される。そのため、異なるスキャニング技法が、本明細書において説明されるシステムを用いて3D画像又は4D画像を形成するために必要とされる場合がある。
任意の適切な超音波撮像技術が適用されてよい。例示的な超音波撮像技術は、ビームフォーミング技術及び合成開口撮像技術を含む。
頭蓋の表面に近い領域に対して超音波を照射する
追加の難題は、頭蓋の表面に近い標的領域に対して超音波を照射しようと試みるときに遭遇される。たとえば、素子が接点において頭蓋の表面と平行であり、依然としてエネルギーを標的領域に対して向けるように、素子を位置決めすることは、困難である。超音波エネルギーを集束することも、低い周波数及び標的領域と素子との間の短い距離により、難しい場合がある。いくつかの実施形態では、標的領域から比較的遠い素子のサブセットは、これらのサブセットが接点において頭蓋と平行又はほぼ平行であるように選定される。非限定的な例では、頭部の左側の、耳の近くの標的領域は、頭部の右側からの素子のサブセットによって超音波が照射されてよい。適切な送信パラメータを使用すると、左側の血液脳関門は、薬物が通過することを可能にするまで開くようになされることができる。位置に加えて、限定されるものではないが、周波数及びパワーなどの送信パラメータは、そのような標的領域に対してある距離から超音波を照射するように調整されてよい。
サブセット固有のシステム・パラメータ
いくつかの実施形態では、各サブセット又はトランスデューサは、限定されるものではないが、送信パラメータ、受信パラメータ、素子の数、素子構成、開口寸法などのそれ自体のパラメータのセットとともに動作させられてよい。非限定的な例では、側頭骨の近くで治療モードで動作するサブセットは、0.5MHzで動作し得る頭部の上部に近いサブセットと比較して、より高い周波数、たとえば2MHzで、動作してよい。同様に、側頭骨に近いアクティブな開口は、一般に半径20mmの円の中にある素子を含んでよいが、頭部の上部に近い開口は、一般に形状に関して方形であってよく、70mm×10mmの寸法をもつ。
患者が超音波スキャン、MRIスキャン、及びにCTスキャンにおいて観察可能な、ネジ又は歯科用インプラントなどの物体を頭部内に有する場合がある。いくつかの実施形態では、そのような物体は、レジストレーションの精度を改善するために基準点マーカとして使用される場合がある。非限定的な例では、歯科用インプラントは、1つ以上のトランスデューサ素子によって撮像されてよい。トランスデューサ素子の位置が知られている場合、超音波トランスデューサ・アセンブリ(図4の超音波トランスデューサ・アセンブリ220を参照されたい)又はトランスデューサは、歯科用インプラントに対して留置されることができる。同じインプラントの位置が動作前画像内で知られる場合、動作前画像に対する超音波画像のレジストレーションが、歯科用インプラントに対して実行されてよい。この方法は、トランスデューサ素子が具体的には低音響減衰窓において設置されることを必要としない、動作前画像及び超音波画像をレジストレーションすることの代替形態を提案する。
マイクロバブルなどの造影剤は、薬物の送達を容易にし、薬物が送達されたという確認を取得するために使用されてよい。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ又はサブセットは、血液脳関門が開くときマイクロバブルから放出されたエネルギーを受信するように特別に同調された素子が点在させられている。このエネルギーは、低調波範囲又は調波範囲内であってよい。より具体的な一実施形態では、1つ以上の受信専用素子は、超音波用量及び/又は薬物の送達を確認するために、これらの具体的な周波数を検出するように同調される。
ディスプレイ及びユーザ・インタフェース
図18は、上記で説明された例示的な超音波システムと相互作用するために医師などの許可された人に提供され得るディスプレイ及びユーザ・インタフェース1800の非限定的な例を図示する。この構成では、ディスプレイは、4つのウィンドウすなわち1810と、1830と、1850と、1870とを含有してよい。ウィンドウ1810において、低減衰音響窓からの超音波画像が表示されてよい。画像1815は、低減衰音響窓から取得され、ウィリス動脈輪1820がその中に描かれる。ウィンドウ1830において、動作前画像1835が同時に表示されてもよい。動作前画像1835は、たとえば、MRIスキャンから取得された画像の3Dレンダリングであってよい。動作前画像内で1840とラベル付けされたウィリス動脈輪は、しかし、物理的に、それは、超音波画像1815内の1820と同じ構造である。
文脈が別途明白に要求しない限り、説明及び特許請求の範囲の全体にわたって、以下のとおりである。
・「備える、含む(comprise)」、「備える、含む(comprising)」などは、排他的又は網羅的な意味とは対照的に、包括的な意味で解されるべきである。すなわち、「限定されるものではないが、~を含む」の意味で解されるべきである。
・「接続される」、「結合される」、又はそれらのいかなる変形も、2つ以上の要素間の、直接的又は間接的のどちらかの、任意の接続又は結合を意味する。要素間の結合又は接続は、物理的、論理的、又はそれらの組み合わせとすることができる。
・「本明細書において」、「上記で」、「以下で」、及び類似の趣旨の単語は、本明細書について説明するために使用されるとき、本明細書を全体として参照し、本明細書の特定の一部分を参照しないものとする。
・2つ以上の項目のリストに関する「又は、もしくは」は、単語の、以下の解釈のすべてを包含する。すなわち、リスト内の項目のいずれか、リスト内の項目のすべて、及びリスト内の項目の任意の組み合わせ。
・単数形「a」、「an」、及び「the」は、任意の適切な複数形の意味も含む。
Claims (27)
- 超音波エネルギーを患者の脳に対して送達すべく動作可能なシステムにおいて、
少なくとも1つの撮像超音波トランスデューサ(415A)、及び
少なくとも1つの治療超音波トランスデューサ(415B)を備える超音波トランスデューサ・アセンブリ(220)であって、
前記少なくとも1つの撮像超音波トランスデューサ(415A)及び少なくとも1つの治療超音波トランスデューサ(415B)は、前記少なくとも1つの撮像超音波トランスデューサ(415A)が人の頭蓋にある音響窓に対応する撮像位置にあるようにその人の頭部に対して支持されるべく配備される、超音波トランスデューサ・アセンブリ(220)と、
前記脳の構造の1つ以上の超音波画像を生成するように前記少なくとも1つの撮像超音波トランスデューサを第1の周波数の範囲で動作させ、及び、少なくとも1つの治療超音波トランスデューサが前記第1の周波数の範囲よりも低い第2の周波数の範囲で前記脳内の少なくとも1つの標的領域に超音波エネルギーを送達するように動作させるために接続された超音波機システム(210)であって、前記システムが、患者の頭部を受け入れるような寸法とされた空洞を画定するような形状にされた支持具と、前記支持具の上に分散された複数のトランスデューサ素子とを備え、前記撮像超音波トランスデューサが前記トランスデューサ素子の第1のサブセットを備え、前記治療超音波トランスデューサが前記トランスデューサ素子の第2のサブセットを備え、前記支持具が、1つ以上の機械的サブ構造を備え、各機械的サブ構造が、前記トランスデューサ素子のうちの1つ以上を担持し、前記システムが、前記サブ構造の位置及び方向を調整するために結合された1つ以上のアクチュエータを備える、超音波機システム(210)と、
データ・ストアと、
以前に取得された画像の参照フレーム内の座標を前記超音波画像の参照フレーム内の座標に対して関係付ける変換を生ずるように、前記超音波画像に対して前記以前に取得された画像をレジストレーションするために、前記データ・ストア内の対応する前記以前に取得された画像とともに前記超音波画像のうちの1つを処理し、
前記変換を使用して、前記超音波画像の前記参照フレーム内の少なくとも1つの標的領域の座標を決定し、
前記少なくとも1つの標的領域の前記座標に基づいて、前記超音波エネルギーを前記少なくとも1つの標的領域に対して送達するために1つ以上の前記治療超音波トランスデューサのための少なくとも1つの標的位置を決定する
ように構成されたデータ・プロセッサと
を備えるシステム。 - 前記治療トランスデューサが、超音波信号を送信するために接続され、受信用回路に接続されない1つ以上のトランスデューサ素子を備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記治療超音波トランスデューサが、前記トランスデューサ素子の複数のサブセットを備え、前記複数のサブセットの各々が、同じ標的領域に対して超音波エネルギーを送達するように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記アクチュエータが、親ネジと、前記親ネジを回転させるために接続されたモータとを備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記標的位置において患者の頭蓋に対する接平面を決定するために前記以前に取得された画像を処理するように、及び前記サブ構造によって担持された前記トランスデューサ素子が前記接平面に対して直角をなして方位付けされるように前記サブ構造を方位付けさせるために前記1つ以上のアクチュエータを動作させるように、構成される、請求項1又は4に記載のシステム。
- 前記データ・プロセッサが、前記標的位置に基づいて前記トランスデューサ素子から前記トランスデューサ素子の前記第2のサブセットを選択するように構成される、請求項2に記載のシステム。
- 前記データ・プロセッサが、前記標的領域と前記標的位置の間の距離に少なくとも一部は基づいて、前記トランスデューサ素子の前記第2のサブセット内に含む前記トランスデューサ素子の数を決定するように構成される、請求項6に記載のシステム。
- 前記データ・プロセッサが、前記標的位置と前記標的領域の間を進行する超音波の推定減衰を計算するように、ならびに、前記トランスデューサ素子の前記第2のサブセット内に含む前記トランスデューサ素子の数、及び前記推定減衰に少なくとも一部は基づいて前記トランスデューサ素子の第2のサブセット内の前記トランスデューサ素子を駆動するためのパワーレベル、のうちの少なくとも1つを決定するように構成される、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記システムが薬物送達システムを備え、前記データ・プロセッサが、前記薬物送達システムの動作をトリガするように構成される、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記データ・プロセッサが、前記薬物送達システムの動作をトリガした後、所定の時間、前記治療超音波トランスデューサの動作をトリガするように構成される、請求項9に記載のシステム。
- 前記薬物送達システムに対して接続された第1のマイクロバブル及び第2のマイクロバブルのうちの1つ以上のソースを備え、
前記第1のマイクロバブルが、前記撮像トランスデューサに対して反射された信号を増幅するように構成され、
前記第2のマイクロバブルが、前記治療トランスデューサから超音波エネルギーを受信するとき、振動する又は壊れるように構成される、請求項9又は10に記載のシステム。 - 前記第2のマイクロバブルが1つ以上の薬物を含有する、請求項11に記載のシステム。
- 前記治療超音波トランスデューサが0.25MHzから5MHzの周波数範囲内で動作する、請求項1乃至12のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記撮像トランスデューサが1.75MHzから10MHzの周波数範囲内で動作する、請求項1乃至13のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの治療超音波トランスデューサが複数の治療トランスデューサを備え、前記システムが、連続して前記複数の治療トランスデューサによって前記標的領域に対して超音波を送達するように構成される、請求項1乃至14のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記複数の治療トランスデューサの各々が、エリアの上に分散された複数のトランスデューサ素子を備え、前記複数の治療トランスデューサのうちの2つ以上の前記エリアが重複する、請求項15に記載のシステム。
- 前記システムが、前記サブ期間のうちの異なるサブ期間内に前記複数の治療トランスデューサのうちの1つ以上の異なるセットを動作させることによって、複数のサブ期間を含む治療期間にわたって前記標的領域に対して超音波を実質的に連続的に照射するように構成される、請求項15又は16に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの撮像トランスデューサ及び前記少なくとも1つの治療トランスデューサの一方又は両方の位置を追跡するように動作する電磁(EM)追跡システムを備える、請求項9乃至17のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記EM追跡システムが、前記撮像トランスデューサ及び前記治療トランスデューサのうちの1つ以上に取り付けられたEM送信機とEMセンサを備える、請求項18に記載のシステム。
- 前記データ・プロセッサが、
1つ以上の平面に沿って再構築画像を取得するように前記以前に取得された画像を処理し、前記再構築画像及び前記超音波画像内の共通構造を識別することと、
前記再構築画像の各々と前記超音波画像の間の相関値を決定することと、
閾値を上回る最大相関値を有するある前記再構築画像のうちの1つを選択することと、
前記選択された再構築画像内の前記共通構造に、前記超音波画像の参照フレーム内の前記超音波画像内の前記共通構造の座標を割り当てることと
によって前記変換を取得するように構成される、請求項1に記載のシステム。 - 前記データ・プロセッサが、スケール・ファクタを変更すること、方向角度を変更すること、及び前記再構築画像のうちの1つ以上の上で、ある角度回転させること、のうちの1つ以上を実行することによって、前記相関値を見つけるように構成される、請求項20に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの治療超音波トランスデューサは複数の治療超音波トランスデューサ素子からなり、前記少なくとも1つの撮像超音波トランスデューサは複数の撮像超音波トランスデューサ素子からなり、前記超音波システムは前記治療超音波トランスデューサ素子のための駆動回路及び前記撮像超音波トランスデューサ素子のための駆動回路を備え、前記治療超音波トランスデューサ素子のための駆動回路は、前記撮像超音波トランスデューサ素子のための駆動回路よりも高電力である、請求項1~21に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの治療超音波トランスデューサは複数の治療超音波トランスデューサ素子からなり、前記少なくとも1つの撮像超音波トランスデューサは複数の撮像超音波トランスデューサ素子からなり、前記治療超音波トランスデューサ素子は前記撮像超音波トランスデューサ素子よりも大きいこと、及び広い距離をもって離間していることのうちの少なくとも一方を満たす、請求項1~21に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの撮像超音波トランスデューサは、前記支持具において前記空洞に受け入れられた前記頭のこめかみに対応する箇所にトランスデューサ素子を備える、請求項1~8のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの撮像超音波トランスデューサは、前記支持具において前記空洞に受け入れられた前記頭の後部に対応する箇所にトランスデューサ素子をさらに備える、請求項24に記載のシステム。
- 前記プロセッサは異なる低減衰音響窓から取得した超音波画像を使用して、以前に取得した画像を前記超音波画像にレジストレーションするために複数の超音波画像のうちの1つを前記データ・ストア内の以前に取得した対応する画像で処理すること、及び、最も高い相関値を作成する、超音波画像のうちの1つと、対応する以前に取得した画像とのペアを選択することとを繰り返す、請求項24又は25に記載のシステム。
- 前記超音波システムは、前記少なくとも1つの撮像超音波トランスデューサを不均一なパルス繰り返し間隔を使用することによって動作する、請求項1~26のいずれか1項に記載のシステム。
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