JPH03504085A - 超音波脳リージョンシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 褒舅！すし」 本発明は、一般に、脳障害方法及び装置に関する。特に本発明は、部位局在化の 為の独立した視覚化システムを使用する脳障害用の組合わせシステムに関する。

視覚化システムからのデータは、コンピュータによってデジタル化され、ボーム リージョン（ｖｏｌｕｍｅ　Ｉｅｓｉｏａ）を生成するのに使用される超音波ト ランスジューサを位置決めする直線及び回転位置決め手段によって変換される。

独立の視覚化システムは、ＣＴ又はＭＨＩスキャンニングシステムでよく、ある いは、超音波イメージングシステムでもよい。描写形態において要求される出力 は、障害診断されるべき画像化された腫瘍又は他のボリューム（塊状体）のトラ ンスバレンシイであり、その後、デジタル化タブレットの使用によりコンピュー タに供給される。伝統的に脳腫瘍及び関連の疾患の処置に選択された方法は、脳 のＸ線フィルムを最初に得てそれを処理し、そのフィルムから腫瘍の寸法、形状 及び位置を概略的に決定する事であった。次のステップは、その腫瘍を可能な限 り外科的に取り除く事であった。技術の進歩に連れて、Ｘ線の使用は超音波、Ｃ Ｔスキャンニング技術及びＭＨＩの利用等の他の視覚化方法に変わってきた。外 科的手段は、クライオナイフ及びガンマナイフに拡張されてきた。ラドン種が移 植され、イオン化放射が使用された。これらのアプローチは、それぞれ成功を収 めてはいるが、副作用を伴う事なく完全に処置する事ができなかった。

切断手段は、特に脳の分野において腫瘍の組織を完全に除去できないか又は健康 な組織を過度に除去してしまうか、更にはそれらの両者の点で危険である。イオ ン放射は、脳組織を囲む他の箇所にイオンの累積照射の影響を生ずる。これらの 懸念及びそれに付随する問題は、脳内のボリュームリージョンを生成するための 超音波の使用に向けられ、またそれによって解決されている。周知のように、超 音波の非侵入性は、適当な照射をの安全でかつ匣利な処置手段を提供する。

超音波のアプローチは、その成功が多くの７アクタに依存している。照射（強度 及び時間）を制御しなければならないだけでなく、ビームの整列、スポットの寸 法、腫瘍又は他の選択された組織の全体積に亘る処置の完全性もまた重要である 。複雑な個々の焦点距離の障害が、超音波的に発生された特定の寸法及び形状の ボリュームリージョンを生成するために使用され得る。焦点部位での超音波強度 のレベルを知り、そのレベル以下では拡教障害が主リージョン部位の外側で生じ ない事が必要である。超音波による脳腫瘍の処置に伴うさらなる懸念は頭蓋骨の 隙間端による超音波ビームの“スキミング（ｓｋｉｍｍｉＢ）”の危険である。

最後に、超音波は“視認“処置技法ではないので、医者は腫瘍の正確な位置及び 寸法、形状を決定する手段を有する必要がある。

脳腫瘍の処置に対しての超音波の使用に関する多くの技術上及び解剖学上の懸念 は、長年に渡って腫瘍の除去のために脳内にボリュームリージョンを生成する事 をほとんど研究していなかった事である。これらの技術上及び解剖学上の問題を 扱うことができなかった事は、効果のある処置のオプションが適宜に使用されな かった事を意味していた。非侵入性の超音波が、医者の外科用メスよりも好まし いことは明らかである。本発明によって提供されるのは、超音波、ｃＴスキャン ニング又はＭＨＩのような信頼できるイメージング技術からの腫瘍の位置及び形 状の決定データを、超音波トランスジューサのコンピュータ制御方式の直線及び 回転駆動手段に変換する為の手段である。

超音波、ＣＴスキャン又はＭＨＩのデータをデジタル化する事によって、収束さ れた超音波ビームの整列は正確となり、その照射は、腫瘍の除去のために脳内の ボリュームリージョンを生成するのに超音波を使用可能にするために決定される 。本発明は極めて正確でかつ精密なまた従来技術の問題を回避する装置を提供す るために、多くのユニークで価値ある構造を提供する。

発明の要約 本発明の一実施例による脳腫瘍又は他の選択された脳組織の処置用の装置は、複 数の配列球面を与える頭部固定装置と、該複数の球面に合うように適合されたコ ツプ方法により直線及び回転位置決めデータを与えるための精密なボールを含む 可動トランスジューサアセンブリと、ＸｌＹ％２の直線位置決めデータを与える ための精密なボールとのインターフェースを協働的に行う直線エンコーダと、回 転位置決めデータを与えるための精密なボールとのインターフェースを協働的に 行う一対の回転エンコーダと、適当なイメージング又はスキャンニング技術によ って生成される画像スライドから頭部固定座標及び腫瘍データを与えるデジタル 化手段と、イメージング又はスキャンニング手段からの頭部固定座標及び腫瘍デ ータを検索しかつ記憶するために、デジタル化手段とのインターフェースを協働 的に行うコンピュータ手段と、を含み、コンピュータ手段は、直線及び回転位置 決めデータを受けるために、直線エンコーダ及び一対の回転エンコーダに作動的 に結合されてトランスジューサからの超音波の収束ビームが脳腫瘍の位置に指向 されるようにトランスジューサを直線及び回転方向の双方に自動的に移動させる ように作用可能であるよう構成されている。

本発明の他の実施例に係る、脳腫を治療するために空間的形態を放射システムへ 変換するための方法は、患者を頭部固定装置に配置するステップと、頭部固定装 置に空間座標を適用するステップと、空間座標の画像データを含む患者の頭部及 び脳腫瘍の画像データを生成するステップと、画像データと空間座標とをディジ タル化手段へ転送するステップと、頭部固定装置を付けて患者を超音波治療装置 に配するステップと、基準標識を付加することによって頭部固定装置を修正する ステップと、座標変換手段を基準標識と結合して、皿部固定装置に対する基準標 識の直線及び回転座標位置を導出するステップと、基準標識の導出された座標と 画像デジタル信号とをトランスデユーサ移動データへ処理して、治療トランスデ ユーサの移動を指示するステップと、任意の脳腫瘍への超音波照射によってボリ ュームリージョンを発生する段階とを有する。

本発明の一つの目的は、収束された超音波によって脳のポリコームリージョンを 発生するための改良された方法及び装置を提供することである。

本発明の関係する目的及び、利点は以下の記述から明瞭になろう。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の典型的な実施例に係る主要部品とそれらの相互関係を概略的 に示す図である。

第１Ａ図は、初期画像作成のために配置された患者を概略的に示す図である。

第２図は、本発明の一部をなす位置データ変換手段を示す図である。

第２Ａ図は、基準標識が空間座標のために付されている頭部固定装置の斜視図で ある。

第３図は、本発明の一部をなすトランスデユーサ設計の完全部分での概略的な断 面図である。

第４図は、脳腫瘍へ向けられた収束超音波ビームを概略的に示す図である。

第５図は、頭部開口及び本発明によって指向されている超音波ビームの中心集中 を示す図である。

実施例 発明の原理の理解を助けるために、図面に示された実施例を参照し、特定の言葉 を使用して実施例を説明する。しかし、それによって発明の範囲を限定するもの ではなく、図面に示された装置の変更及び修正や、図面に示されたような発明の 原理の別の応用は、発明の関係する技術分野の当業者が通常想到するものと考え る。

第１図には、本発明の主要部が概略的に図示されている。患者ｌＯはテーブル１ １の上に寝ているように描かれている。図示のように、患者は横向きに寝ている が、患者は任意の位置を取り得るのであり、座位であってもよい。頭部１２は堅 い頭部固定装置１３に取り付けられている。当該技術分野で周知のように、頭部 を堅く固定するために、頭部１２に金属ピン１４が差し込まれる。２本のビン１ ４が図示されているけれども、頭部を適切に固定するために、３番目のピンが半 径方向に等間隔で設けられる。

超音波照射装置１７による治療のために患者を正しい位置に配する前に、患者は 第１Ａ図に示すようなある形態の画像技術を受け、患者のための基準及び方位の 精確な枠を確立する標識とＩＩＩＩ瘍の大きさ、形状及び位置を含む脳位置識別 ・位置決めデータを発生する。

画像作成装置１５は、本発明のための適切な形態の画像作成を表し、超音波、Ｃ Ｔスキャン、ＭＨＩなどを含む。ここで、線１５ａ、１５ｂは画像データの伝送 線を示し、線１５ｃは送信及び／又は受信された画Ｗ１．信号を表している。技 術とは無関係に、空間的に固定装置１３に対して頭部の特徴と腫瘍とを精確に位 置決めするために、外部標識が設けられなければならない。固定装置１３に固定 されている患者は超音波照射装置１７の中に置かれる。後に詳細に説明するよう に、超音波トランスジューサのコンピュータ制御される自動案内・配置のために 、画像データから導出された脳室間の座標から超音波照射装置に対する脳室間へ 座標変換が行われ、したがって、超音波照射装置１７の位置に関して固定装置１ ３が一定の位置を保持することが重要である。

脳腫瘍の治療における多くの貴重な利益が超音波の使用により引き出されるが、 超音波は目視される技術でないので脳腫瘍の位置即ち腫瘍の大きさ、形状と共に 脳中の位置を正確に示す為の手段を設けられねばならない。これらの詳細な特徴 及びデータが超音波画像即ちＣＴまたはＭＲＴスキャンにより形成されるので、 この技術の１つは本発明の実施におけるに後続使用に初期的に適用される。しか し、このデータを単に有することは、座標標識がトランスバレンシイ上に即ち該 データが超音波トランスジューサ用の基準の点またはフレームとして使用可能で あるように画像データ信号の一部として与えられなければ、これらスキャン装置 から形成されるトランスバレンシイまたはデータ信号の形は不十分である。スラ イドからのこの画像データのトランスジューサ用の機械的運転への変換は本発明 において重大である。しかし、トランスバレンシイが使用されない場合には、画 像データ信号はコンピュータに直接入力される。基準化された標識は多くの形を 取り得るが、該標識は固定装置１３と関連した特定の固定された既知の位置を持 ゛つことが必要である。次元（座標）の関係は位置の認識を助ける為にコンピュ ータ制御にプログラム可能である。更に、もしデータ登録にその形を使用するな ら、標識は画像スライド上で目視されねばならず、そうすることで標識の位置が デジタル化されコンピュータに入力できる。

一度患者が固定されと、超音波即ち放射線場に対する頭皮エリアの周囲を概略的 Ｉこ決めるに十分な大きさの穴を有する５ｔｅｒｉｄｒａｐｅ布を患者の頭皮に かぶせる。咳布はウオータサポー）１８の開口底面を通して引き上げられ、この 可塑材のラインナは頭皮の表面からウォータバスサポートの頂端への漏れない容 器を形成する。二のウォータバスサポートは患者の頭皮の上方に支持され、頭皮 の直上で支持されない。

ウォータガス抜き器１９（沸騰装置として示される）は熱交換器２０を通して熱 いガス抜きされた液状体を供給する。該熱交換器２０を通して出力された液状体 は、ウォータバスサポートＩ８がガス抜きされた液状体で満たされるとき、正常 な体温に制御される。ガス抜きされた液状体２２を固定温度に維持する為に、熱 交換器２４はウォータパス１８およびコイルを循環する液状体を供給する。また 、描かれている様に患者は医学的に前に取り除かれた側面頭蓋骨を有し、超音波 放射線が頭皮の穴に導かれる点に注意を要する。実施例で記載されたデータ登録 フオームである超音波イメージイングまたはＣＴまたはＭＲ■スキャンから形成 されたスライドはバックイルミネイト（後方照射）されたデジタル化テーブル２ ７に配置される。ライトペンまたは同様なデータピックアップ及びカーソルの如 き転送手段を有するデジタル化テーブルは内科医または専門家に基準標識を位置 付けおよび腫瘍エリアの該時的決定を可能にする。

頭蓋骨の骨開口がデジタル化され、腫瘍の中心が確立される。

当業者に知られている如く、ＣＴスキャンにより３次元の厚みのある情報を供給 する為に引き出されなければない脳全体の多数の薄い断面に基づいて複数のスラ イドが得られる。従って、このデジタル化ステップは特殊な患者の全てのＣＴス ライドの為に繰り返えされなければならい。この特殊な患者とは、該ステップの 完了時に全鍾瘍又は他の脳位置の全体の合計幾何学データが得られ、該腫瘍が基 準標識に関係して位置付けられる患者である。脳位置、頭蓋骨開口、基準標識の 全本質的特徴はデジタル化テーブル２７上でスキャンされ、この情報の全部がコ ンピュータ２８に記憶される。該暗化され且つデジタル化テーブル２７からコン ピュータ２８へ転送されるスライドから、次元情報の全部が公式化の為に供給さ れる。この公式化は選択された脳位置での必要な音強度を与える為に全位置に対 する電圧レベルを演算するためのものである。切除のための選択された脳ボリュ ームは一般的に複台形状であるので、この複合性は個々の超音波リージョンの複 合化により処理される。異なる超音波周波数が一般的に脳組織の深さを変えるの に要求される。この脳組織の深さは初期の損傷領域を越える増殖ダメージを避け るｔ；めに組織深度のｊ：めの上限超音波強度の注意深い決定を要求する。これ ら個々の切除位置の各々の焦点位置はプログラミングを通してコンピュータ２８ により選択され、トランスジューサの焦点は自動的に適当な位置にもってこられ る。トランスジューサ２９は自由度を備える。普通のＸＹｚ座標システム３０を 介しての直交動作と３０ａおよび３０ｂの回転矢印で描かれた２の回転動作があ る。

置について、トランスジューサ２９からの超音波ビームの中心光線が、頭蓋骨エ ツジでのビームスキミングを避ける様に、一般的に頭蓋骨の孔の幾何学的中心を 通る様に調整されている。

電力は電力増幅器３１からトランスジューサ２９に与えられる。

増幅器３１はその周波数源を備えたロウレベル増幅器３２によって駆動される。

インピーダンス整合器３３は増幅器３１をトランスジューサ２９に接続する。ト ランスジューサ２９かラノ要求された増幅されていない出力が決定されると、ト ランスジューサ２９に対する駆動電圧が、要求された電圧がセットされる様に増 幅器３２の入力を順次セットするようなコンピュータ２８による方法で演算され る。一度セットされると、整合器３３から増幅器３２へのフィードバックループ はこの固定された電圧レベルを維持する。トランスジューサ２９に対する電圧駆 動レベル上の付加的なチェックの時、付加的な絶対値電圧読出がオシロスコープ ３６を介して与えられる。

トランスジューサ２９からの音出力の周期的な監視は、放射パワ一方法で提供さ れる。支持部３９によりタンク３Ｂに設けらた２本つり３７は、タンク３８内に 含まれる温度制御されガス抜きされたある容積の液状体４３内で、ステンレス鋼 球４０をつるしている。この液状体の温度は、ユニット２４によりイメージ化さ れる。前記トランスジューサ２９は、タンク３８を支持部１７内に置く事によっ て（患者を適当な所に置く事なく）タンク３Ｂ内に持ち込まれる。座標システム （直線動作のＸＹＺ座標）は、トランスジューサ２９から発生された超音波ビー ムの焦点位置が前記ステンレス鋼球４０に当たるようにトランタンク３８に設け られた音吸収体４４は、測定工程の間タンク３８に波が立つことを抑える機能を 果たす。トランスジューサ２９への駆動電圧を具体的にセットするためのステン レス鋼球の振れ（＋Ｉｅｌｌｅｃｊｉｏａ）は、光学望遠鏡を使用することによ り記録される。前記望遠鏡４５はタンク３８の外側に、しかもそれに付着して設 けられている。ステンレス鋼球の水平方向の動作変位は、マイクロメータ４６に 記録される。この球の振れは、直接に、音韻域内の焦点位置における前記音出力 の強さに関係し、この特殊な方法は、青領域の強さを測定するための主要な標準 だと信じられている。

第２図および第２Ａ図について述べると、放射器具の座標変位装置が示されてい る。この変位は、フォーカシングトランスジユーザ２９のハウジングの背部に付 けられた精度ジョイスティック装置４Ｂを使用することにより達成される。この ジョイスティック装置は、精度法５０によって直線的に変位され得る部材４９を 含んでいる。部材４９のあらゆる角動作は、精度法５０により直接に提供される 。カップ５１は、対応する直立部材５３によって頭蓋骨の固定器具１３に加えら れかつ支持された前記球５２（第２Ａ図参照）のそれぞれに正確にフィツトする ように、設計され寸法を決められた半球の凹状表面を含む部材４９に付けられて いる。部材５３と球５２の各組み合わせは、互いに分離可能であるが、器具１３ にあけられた精度穴に適合している。全部の調整が適切になるように、３つの球 と部材の相み合わせか、頭蓋骨の固定器具１３に加えられている。これらの３つ の組み合わせおよびそれぞれのカップ５１との連結により、すべての座標変位が コンピュータ２８へ送られる。

患者は前記器具１３内に配置され、調整球５°２が付けられる。

さらに、器具１３は、前記カップ５１が各球５２上の位置へ移動するような既知 の位置であって、しかもこの位置座標はある装置１７に関連して生じるものであ る既知の位置へ厳密に配置される。理解されるように、この手順に使用される各 部分は、それらの全てが公知でコンピュータにプログラムされている、配置のた めの特定の面積と点を有している。前記外的装着はシーケンシャルであるが、複 雑ではない。前記調整球の自由空間座標は、トランスジューサ２９の動きに関連 して導かれる。これらの球は固定器具１３に関連して決められた位置（既知）を 有しており、器具は前記脳腫瘍に関連した決められた位置（既知）を有している 。部材４９は、直線エンコーダ５６と回転度を得る為に使用される２つの回転エ ンコーダ（ポテンショメータ）５７および５Ｂに電気的に接続されている。前記 ２つの回転エンコーダは互いにライト角度に位置している。第２図および第２Ａ 図の前記座標変位システムは、予めデジタル化された画像データと標識の上に形 成される。このより早く引き出された情報は、脳腫瘍の寸法と形状に関する面積 データと空間座標、および頭蓋骨の固定装置に関連するそれらの配置を提供する 。

欠けているのは、装置１３に関連する前記超音波放射装置１７の位置データであ る。いったん前記球５２および部材５３の組み合わせが固定器具の正確な位置に 取り付けられると、それらは前記トランスジューサの位置決めの基準枠組みとな る。

前記Ｘ、ＹおよびＺ座標と前記カップ５１が各法５２の上に置かれる各位置にお けるトランスジューサの２つの回転自由度は、いったんコンピュータに入力され ると、前記トランスジューサを、ボリュームリージョン形成のためにコンピュー タ制御により各腫瘍位置へ移動することを可能にさせる。注目すべきキーポイン トは、このシステムでは正確な調整は要求されないと言うことである。これが要 求されるのは、前記座標を確立するために前記カップが各法の上に導かれるよう に、カップ５１を各法５２の近傍に位置づけることだけである。この一連のステ ップは、完全な変位のための合計３セツトのデータのために繰り返され、前記シ ステムが極めて正確である間はどんな正確な調整も要求されない。

第３図を参照すると、一定の音響出力が全ての予め選択された駆動レベルで得ら れるように順次提供される幾つかのユニークな特性を含むトランスジューサ２９ が詳細に示されている。

これらの駆動レベルは、焦点を制御された深い脳の場所にある脳障害を生成させ るために要求される。これらの必要な目的を達成するために、この特定の実施例 で使用される一般に円形の（ディスク）クォーツ板６】のような安定した音発生 源が必要とされる。前記クォーツ板６１は、後述されるような構成により一般に 円形の平凹レンズ６２に対して平坦にかつ平行に保たれる。レンズ６２は、焦点 でビームの半強度長を最小にするだめの長円形の凹状表面を持つ陽極地理された 固いアルミニウムレンズである。板６１とレンズとの平坦さおよびそれらの間の 一定の空間距離をもつ平行状態を維持するため、前記レンズのアルミニウムの平 坦な側は、前記表面上で機械加工された少なくとも２８．５８ミリメートル（１ ，１２５インチ）の直径のロッド６３が、前記レンズの表面上の１／４波長に等 しい距離だけ空間６６のシリコンオイル６５に延びるように、正確に平坦となる ように機械加工されている。このアプリケーション装置のための適当なシリコン オイルは、Ｄｏｖ　Ｃｏｒ＋＋ｉｎ（７１０液である。

この１／４波長間隔を±Ｏ，Ｈ２Ｓｍ　ｍ　（±０．０Ｏｆｌ１インチ）内に維 持するためには、アルミニウム・レンズ６２の外周リップ６２シが非陽極処理面 （平らな頂面と底面、並びに外縁の面）とを供し、これが、ハウジング６４の平 らに機械加工した表面と端部プレート６４ａとに直接接していることが必要であ る。ハウジング６４は、環状リング形状の内側にかつ上側に向いたリップ６４ｂ を備えており、このリップ６４ｂの下側面はリップ６２ａのその頂面に接し、ま たその上側面はプレート６１を支えている。このリップはプレート６１とレンズ ６２との間のｌ／４波長の分離を定める手段であるため、そのリップの高さは、 精密に機械加工しである。ロッド６３は、そのプレートの周縁支持間の空間的距 離並びにこのクォーツプレー１・の上面と下面との間の圧力差のため、そのプレ ートの中心安定を与えるよるようになっている。このプレート６１とレンズ６２ との間のスペース６６（上記の１７４波長の間隔）には、シリコンオイル６５を 満たしてあり、これは、リップ６４ｂ内の径方向に開いたチャンネルを通して交 換が自由に行える。

クォーツプレート６１には、金メッキして研磨した１つの電極（図示せず）を電 気的に接続し、しかもこれをリップ６４ｂの機械加工した頂面と直接接触さセて 置き、そのクォーツプレート用の電気的な接地接触を与えるよう！ニしである。

プレート６１をハウジング６４に加圧接触状態で保つために、平らでかつ可撓性 の圧縮ガスケット７１を、金属部材７２でプレート６１にしっかり押し付けてい る。また、プレート６１に対する給電用の電気的接触を与えるために、およそ０ ．ＨＩ厚の軟質金属箔（金、真ちゅう、銀）から作った別の箔電極７３を、その 圧縮ガスケット７１の下の途中（ガスケット７１の残りの部分がシリコンオイル のシールとして働く）から延ばして設けている。グレー１−６１上のそれら給電 電極及び接地電極は、そのプレート６１の縁まで延びておらず、従って、シリコ ンオイルはその縁の回りの絶縁を与えている。箔電極７３は、金属部材７２に一 連の金属ネジ７４で取り付けである。

クォーツプレー）６１１．１：ＲＰ電力を供給して駆動するため、外側に金属ジ ャケット８０のある同軸ケーブル７９を使用する。

このジャケット８０は、切ってむき上げ、ジャケットのその切った自由端をプレ ート８１とプレート８２との間に配置する。それらプレート８１及び８２は、機 械的なファスナーを使って互いに締め付け、ジャケット８０に電気的な接地を定 める。上記の同軸ケーブルは、先端プラグ８４を有しており、これは、プレート （金属部材）７２にその中央孔で側面が圧接している。

スペース８５は、空気スペースとなっていて、クォーツプレート６１に逆音響負 荷をかけないようにし、これによって、その音響出力を全てインタースペース６ ６とレンズ６２を通してレンズ６２の前方の流体に向けるようにしている。クォ ーツプレート６１の平坦さ並びにレンズ６２の平坦な表面との平行状態を確保す るため、このトランスジューサのハウジング６４内のその空気スペース８５並び にその他全ての空気スペースは、ニレメン１−８７へのチューブ８６を介して加 圧している。この空気圧は、クォーツプレート６１を機械加工ロッド６３に押し 付けて保持し、その必要な平行性を維持するようにする。この圧力は、ソース８ Ｂから加える。

インタースペース６６内の圧力に対する差が正の圧力をスペース８５内に維持す るため、流体連通を、インタースペース６６から流体アクセスチャンネル８９を 経てコラ゛ム９０及びウェル９１内まで設けである。これらの領域は全て、シリ コンオイルで満たしており、従って圧力平衡状態にあるのはウェル９１を覆った 薄い可撓性のダイアフラム９２である。このダイアフラム９２の上方の空気スペ ース９３は、可撓性チューブ９４及びリジッドチューブ９５で外側大気に排気し である。

また、本システムがその最高音響出力パワーで作動している場合にクォーツプレ ート６１とレンズ６２との間のスペース中のオイル６５内でのキャビテーション を抑える、という別の特徴は、大気より高い圧力をスペース９３に与える圧力シ ステム９６により提供する。代表的には、この圧力は、スペース６５内のどのよ うなギヤビテーンランも防ぐようなもの（平方インチ当たり４０〜５０ポンドの 桁のもの）となる。スペース９３内のこの圧力は、ダイアフラム９２を経てウェ ル９１内のシリコンオイルに、そして次にコラム９０を経てスペース６６内へす ぐに伝達される。ソース８８が与える圧力は、システム９６内のその圧力よりも 平方インチ当たり２ボンド程度高く、プレート６１を平らにまたこれをレンズ６ ２にロッド６３を介して押し付けて保つようになっている。　本トランスジュー サア・ノセンブリ内のエレメント９９は、絶縁部材であり、これにはエレメント ７２をネジ１００（１つまたはそれ以上）でボルト締めしである。ガスケットｌ ｏｔは、コラム９０内に含んだンリコンオイルを、同軸ケーブル７９に達しない ように保っている。

金属プレート８２は、ハウジング６４にそのプレート８２の外周の付近でボルト 締めしている。オイルは、ハウジング６４とプレート８２との間に配置したＯリ ングシール１０３とガスケットとを用いることにより、コラム９０内に保ってい る。部材１０６は、プレート８２にボルト締めしシールじである。頂部の金属プ レート１０７は、ネジ１０８でハウジングにボルト締めしそしてそれにＯリング １０９でシールしである。同軸ケーブル７９は、防水形であり、そしてその頂部 プレート１０７に対し部材１１１及びＯリング１１２でシールしである。

強力な集束させた超音波でヒトの脳の中にどのような複雑なサイズ又は形のリー ジョンをも生成するというタスクを行うためには、超音波ドーシッジ（放射線量 ）条件を規定する必要があり、これら条件とは、個々の小部分リージョン（これ らから複雑な塊を生成できる）を発生するものであって、その意図する小部分リ ージョン位置の外側の脳組織を危うくせずしかも後続の個々の小部分リージョン を隣接形式で可能にするものである。灰白質と白質の両方並びに異常脳組織にお いてこれを行うためには、その主小部分位置におけるマイクロバブル形成の発生 を抑止して、その主小部分からのそのようなマイクロバブルの導管性散乱が生じ 得ないようにする（そのマイクロバブルは、超音波がマイクロバブル包含の組織 を通過することにより、主位置リージョン生成及び出血を開始させる可能性があ る）主要リージョン部の形成を可能にしながら、この作業を行うためには、主リ ージョン部にマイクロバルブを発生させない音の強さを周波数の関数として引き 出す必要がある。Ｉ　Ｍ　Ｈｚの音響周波数（人間の脳に深く浸透する周波数） に対して、多数の単一部位リージョンから発生される体積リージョンについて使 用することができ、１〜５分程度のタイムンーケンスで送出される主要部位の音 の強さは平方センチメートル当たり３００ワ７トを越えてはならない。この強さ 及びこれより低い強さで多数の各々の隣接部位の灰白質及び白質リージョン形成 が、不所望な側面効果（マイクロバルブ）やリージョン部位の外部にダメージを 拡散させないで可能となる。

皮質表面から距離の短いリージョンに対しては、超音波周波数はＩ　Ｍ　Ｈｚ以 上にすることができ、主要部位の音の強さもマイクロバルブを発生させず、また 主要部位を越えてダメージを発生させる事なく周波数に比例して増大させること が可能である。より高い周波数においては、脳組織における浸透能力は小さくな る。例えば、４ＭＨｚは、皮質表面から３ｃｍ程度の表面に近い箇所に脳のリー ジョンを形成することが可能な上限周波数であり、マイクロバルブを発生させな い強さは平方センナメートル当たり約１２００ワツトである。これらの強さの限 度においては、個々の部位の同時音響放射を、マイクロバルブを形成させないで 局部の組織を除去するに必要な秒数に延ばすことができる。このように１〜４　 Ｍ　Ｈｚの周波数に対して、安全な音の強さは３００〜１２０　ｏｗ、’　Ｃｍ ２となり、音の強さは周波数の増加と共に増大する。

個々のリージョン部位を絞って所望の体積リージョンの境界が限定できるように するため、使用されるトランスジューサ形状は、リージョン焦点領域の半強度長 をＩ　Ｍ　Ｈｚの動作周波数で１５ｍｍ程度にする。この半強度長は人間の脳に リージョン形成を制限する必要性と一致し、個別リージョン形成の白質への広が りを制限することが可能となる（白質は、灰白質よりも敏感である）。

第４及び５図を参照すると、焦点の合わされた（収差された）超音波及び中心ビ ーム軸の詳細が頭蓋骨開口、リージョン形成すべき脳体積部位、及び組織深度と 関連して示され、組織深度は、頭皮表面からリージョン形成の為に選択された脳 体積部までの組織減衰を計算するために記載されている。

頭蓋開口外郭線１１７を有する頭蓋１１６は、脳組織体積部１１８と頭皮及び筋 肉組織１１９と共にコンピュータ２８において構成（デジタル化）される。個々 の脳リージョン部１２０の寸法について前の情報及び個々の脳リージョン部位１ ２０が示されるパターンの予選択、組織境界パターンにおいて所望の重なりを与 える個々のり−ジョン部の間隔がコンピュータにおいて処理される。体積部１１ ８内の個々のリージョン部の１２０は、ビームの中心字句１２１に沿って放射さ れ、軸は幾何学的中心１２４で頭蓋開口１１７を通過するようにプログラムされ る。トランスジューサがコンピュータ制御によって方向を変えると、中心軸はシ フトするがビームの焦点は所望のリージョン部位にあり、中心軸は中心１２４に 近接する。

体積部１１８内の各リージョン部１２０は、頭皮表面１２５からはじまり、頭皮 及び筋肉１】９を通り（距離Ａ）、脳組織１２６を通る（距離Ｂ）トランスジュ ーサのビーム軸に沿って計算された各々の距離を有する。頭皮及び筋肉の平均減 衰定数と距離Ａ及びＢをともなった脳減衰定数は、全体的な音響ビーム損失の計 算に含まれる。これらの計算から、トランスジューサ２９への必要となる駆動電 圧は、脳組織体積部１１８内の各リーグ５ン部位１２０に対して自動的に供給さ れる。

前記したンステム及び技術を、健全な頭皮及び頭蓋骨を通して脳内の巣状リージ ョン形成に適用することも可能である。この場合、頭蓋に対する減衰定数は付加 的減衰として考慮しなければならず、また、トランスジューサ２９の中心ビーム 軸は各リージョン部位１２０への経路上の頭蓋表面と垂直方向に±５度以内に保 持しなければならない。このシステ台は特に脳のために設計されたけれども、経 皮性モードで使用してリージョン形成を行うことも、また他の適当な体組織につ いて行うことも可能である。

以上、本発明を図面に関連して詳述したが、これらは例示であり、これらに限定 されるものではないと考えるべきであり、また、好適な実施例のみを示したもの であって、本発明の趣旨に含まれる総ての変更及び修正が保護されるべきもので ある。

浄書（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし） 手続補正書（３式） １．事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８９１００８４］ 平成１年特許願第５０３６６２号 ２、発明の名称 超音波脳リージョンシステム ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 名　称　　ラボラトリ−・イクイプメント・コーポレーション４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 ５、補正命令の日付　　平成　３年　６月　４日（発送日）６、補正の対象 （１）発明者の住所を正確に記載した国内書面国際調査報告

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. １．患者の患部の解剖学上の位置データを、該患部の超音波治療を行うための治 療トランスジューサ用の移動データに変換するための方法において、 患者に関する空間座標基準を設定し、 上記患部及び基準を画像化し、 上記患部及び基準空間座標用語の画像データを発生し、上記患部及び基準画像デ ータを、上記治療トランスジューサのための移動制街手段に転送し、 上記治療トランスジューサによって、患者を治療のために位置決めし、 上記患部及び基準の画像データを、上記治療トランスジューサを移動させるため の移動データに処理し、かつ超音波による上記患部の治療のために、上記患部に 対する位置に治療トランスジューサが移動するように該トランスジューサを駆動 ずる ステップを有している事を特徴とする方法。
2. ２．請求項１記載の方法において、上記画像化するステップは、ＣＴスキャン手 段によって患部を画像化する事によって実行されることを特徴とする方法。
3. ３．請求項２記載に方法において、上記画像データを発生するステップは、スラ イドを形成して該スライドの画像データをデジタル化する事によって実行される 事を特徴とする方法。
4. ４．請求項３記載の方法において、上記トランスジューサを駆動するステップは 、上記治療トランスジューサが患部の新しい位置に移動する度に実行され、該そ れぞれの新しい位置においてボリュームリージョンを発生する事を特徴とする方 法。
5. ５．請求項１記載の方法において、上記トランスジューサを駆動するステップは 、上記治療トランスジューサが患部の新しい位置に移動する度に実行され、該そ れぞれの新しい位置においてポリュームリージョンを発生する事を特徴とする方 法。
6. ６．請求項１記載の方法において、上記画像化するステップは、磁気共鳴イメー ジング手段によって実行される事を特徴とする方法。
7. ７．請求項６記載の方法において、上記画像データを発生するステップは、トラ ンスパレンシイを形成して該トランスパレンシイの画像データをデジタル化する 事によって実行される事を特徴とする方法。
8. ８．請求項１記載の方法において、上記画像化するステップは、超音波手段によ って患部を画像化する事によって実行される事を特徴とする方法。
9. ９．空間幾何を脳障害のような治療のための放射システムに変換する方法におい て、 （ａ）患者を頭部固定装置に位置決めし、（ｂ）空間座標標識を上記頭部固定装 置に適用し、（ｃ）空間座標標識を含む、患者の頭及び脳腫瘍の画像データを発 生し、 （ｄ）上記画像データ及び空間座標標識をデジタル化手段に転送し、 （ｅ）上記頭部固定装置を固定した超音波治療装置に患者を位置決めし、 （ｆ）基準標識を加える事によって頭部固定装置を調整し、（ｇ）上記基準標識 の直線及び回転座標位置を上記頭部固定装置に生じさせるために、座標変換手段 を上記座標費用識に結合し、（ｈ）治療トランスジューサの移動を指示するため に、上記画像データ及び生じた上記基準標識の座標をトランスジューサ移動デー タに処理し、 （ｉ）超音波装置によって脳腫瘍にポリュームリージョンを発生する ステップを含む事を特徴とする方法。
10. １０．請求項９記載の方法において、上記標識を適用するステップは、上記座標 標識と共に透明スリーブを頭部固定装置に装着する事によって実行される事を特 徴とする方法。
11. １１．請求項１０記載の方法において、上記画像データを発生するステップは、 画像トランスパレンシイを形成する事により実行される事を特徴とする方法。
12. １２．請求項１１記載の方法において、上記頭部固定装置を調整するステップは 、３つの球状標識を上記頭部固定装置に付加する事によって実行される事を特徴 とする方法。
13. １３．請求項９記載の方法において、上記画像データを発生するステップは、画 像トランスパレンシイを形成する事によって実行される事を特徴とする方法。
14. １４．請求項９記載の方法において、上記頭部固定装置を調整するステップは、 ３つの球状標識を上記頭部固定装置に付加する事によって実行される事を特徴と する方法。
15. １５．患者の患部の視覚化データを移動データに変換して、治療のために上記患 部にフォーカッシングトランスジューサをガイドする超音波治療システムにおい て、 上記フォーカッシングトランスジューサを上記患部に指向させるためのトランス ジューサ制御手段、上記可視化データを空間座標データに変換し、上記空間座標 データを上記トランスジューサ制御手段に供給するためのデータ転送手段、 患者に付与される標識基準手段であって、該基準手段と患者の間の空間基準を発 生するための標識基準手段、及び上記トランスジューサ制御手段に接続され、上 記標識基準手段とのインターフェースをするように設計されかつ配置されて、上 記患者に対する、牽いては上記患部に対するフォーカッシングトランスジューサ のための基準空間アレームを設定する空間変換手段、 を具備している事を特徴とするシステム。
16. １６．請求項１５記載の超音波治療システムにおいて、上記トランスジューサ制 御手段は、コンピュータによって制御される駆動モータを含んでいる機械的駆動 装置を具備している事を特徴とするシステム。
17. １７．請求項１６記載の超音波治療システムにおいて、上記データ転送手段はデ ジタル化タブレットを具備している事を特徴とするシステム。
18. １８．請求項１７記載の超音波治療システムにおいて、上記標識基準手段は、上 記患者に間接的に付加された複数の球状メンバーを含んでいる事を特徴とするシ ステム。
19. １９．請求項１８記載の超音波治療システムにおいて、上記空間変換手段は、位 置的移動を記憶するよう設計されかつ配置された機械的結合手段であって直線及 び回転エンコーダを含んでいる機械的結合手段を具備している事を特徴とするシ ステム。
20. ２０．請求項１５記載の超音波治療システムにおいて、上記データ転送手段はデ ジタル化タブレットを具備している事を特徴とするシステム。
21. ２１．請求項１５記載の超音波治療システムにおいて、上記標識基準手段は、上 記患者に間接的に付与された複数の球状メンバーを含んでいる事を特徴とするシ ステム。
22. ２２．請求項１５記載の超音波治療システムにおいて、上記空間変換手段は、位 置的移動を記憶するよう設計されかつ配置された機械的結合手段であって直線及 び回転エンゴーダを含んでいる機械的結合手段を具備している事を特徴とするシ ステム。
23. ２３．脳腫瘍等に対する走査された画像トランスバレンシイデータをトランスジ ューサの移動に変換して、フォーカッシング超音波装置によってポリュームリー ジョンを発生させるための装置において、 少なくとも１つの整列球状体を含んでいる頭部固定装置、上記球状体に合致する よう構成されたカップによって線形変換を提供する精密ボールを含んでいる移動 可能なトランスジューサアセンブリ、 直線的位置データを発生するために、上記精密ボールとのインターフェースを協 働的に行う直線エンコーダ、回転位置データを発生するために、上記精密ボール とのインターフェースを協働的に行う一対の回転エンコーダ、頭部固定座標及び 腫瘍データを発生するデジタル化手段、上記頭部固定座標及び腫瘍データを再生 しかつ記憶するために、上記デジタル化手段とのインターフェースを協働的に行 うコンピュータ手段、 を具備しており、 上記コンピュータ手段は、上記直線エンコーダ及び一対の回転エンコーダに椿合 されて直線的及び回転位置データを受け取り、上記トランスジューサの収束ビー ムを上記脳腫瘍の位置に自動的に移動させるよう構成されている事を特徴とする 装置。
24. ２４．解剖学上の位置に収束ビームを指向させるための超音波治療トランスジュ ーサアセンブリにおいて、凹部前表面及びほぼ平坦な後表面を有するアコーステ ィック（音響的）フォーカシングレンズ、 上記フォーカシングレンズと隔てられて配置されたほぼ平坦な圧電トランスジュ ーサプレートであって、後表面及び上記フォーカフシングレンズの後表面と所定 距離隔てられている前表面を有している圧電トランスジューサプレート、上記フ ォーカッシングレンズの後表面及び上記トランスジューサプレートの前表面の閥 に配置された音響結合媒体、上記トランスジューサプレートと上記フォーカッシ ングレンズとの間に上記音響結合媒体を所定の圧力で保持するために、上記音響 結合媒体と共に配置された第１の加圧手段、及び上記トランスジューサプレート の後表面に配置された空気圧力手段であって、上記後表面に対して空気圧を供給 する空気圧力手段 を具備して構成され、 上記空気圧力手段によって上記後表面に供給される圧力は、上記音響結合手段に よって上記トランスジューサプレートの前表面に生じる圧力よりも大きく設定さ れている事を特徴とする超音波治療トランスジューサアセンブリ。
25. ２５．請求項２４記載の超音波治療トランスジューサアセンブリにおいて、上記 第１の加圧手段は、上記音響結合媒体で満たされた封状体及び空気圧力源を含ん でおり、該封状体と空気圧力源は可撓性膜で隔てられている事を特徴とするアセ ンブリ。
26. ２６．請求項２５記載の超音波治療トランスジューサアセンブリにおいて、上記 音響結合媒体はシリコンオイルである事を特徴とするアセンブリ。
27. ２７．請求項２６記載の超音波治療トランスジューサアセンブリにおいて、該ア センブリは更に、上記トランスジューサプレートの前表面と上記フォーカッシン グレンズの後表面との間に配置されかつこれらに接触するスペーサを具備してい る事を特徴とするアセンブリ。
28. ２８．請求項２７記載の超音波治療トランスジューサアセンブリにおいて、上記 トランスジューサプレートの前表面と上記フォーカッシングレンズの後表面との 離間距離は、上記スペーサによって制御されて上記シリコンオイルにおける波長 の約１／４に設定されている事を特徴とするアセンブリ。
29. ２９．請求項２４記載の超音波治療トランスジューサアセンブリにおいて、上記 音響結合媒体はシリコンオイルである事を特徴とするアセンブリ。
30. ３０．請求項２４記載の超音波治療トランスジューサアセンブリにおいて、上記 トランスジューサプレートの前表面と上記フォーカフシングレンズの後表面との 離間距離は、上記スペーサによって調整されて上記シリコンオイルにおける波長 の約１／４に設定されている事を特徴とするアセンブリ。