(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の中の可変の深度の目的の領域の処置のために構成される超音波処置システムであって、該超音波処置システムは、
該超音波処置システムの制御のために構成される制御システムと、
患者の深い処置領域と浅い処置領域との間の目的の領域へ処置を提供するための可変深度デバイスおよび音響エネルギーを生成するように構成されたトランスデューサを備える可変深度トランスデューサシステムであって、該可変深度デバイスが、該トランスデューサに対して任意の角度で傾斜するように設定され得る傾斜した反射面を備え、該傾斜した反射面は、該トランスデューサを囲み、該傾斜した反射面は、該トランスデューサの生成部の上方かつ該トランスデューサの付近に位置する近位エッジを有し、該トランスデューサの生成部の下方かつ該近位エッジよりも遠位に位置する外側エッジを有し、該傾斜した反射面は、該トランスデューサにより生成される該音響エネルギーを直接該目的の領域へと反射するように構成される、可変深度トランスデューサシステムと、
該可変深度トランスデューサシステムと該患者との間の音響的なカップリングのために構成されるカップリングシステムと、
を備える、超音波処置システム。
【請求項２】
前記可変深度トランスデューサシステムは、患者の表面の領域および皮下の領域を備える前記浅い処置領域を処置するように構成される、請求項１に記載の超音波処置システム。
【請求項３】
前記トランスデューサは、約７５０ｋＨｚから２０ＭＨｚの範囲にある中程度の周波数で時間的な制御を伴って動作するように構成される、請求項１に記載の超音波処置システム。
【請求項４】
前記可変深度トランスデューサシステムは、患者の表面の領域および皮下の領域のうちの少なくとも一つを処置するように構成される、請求項３に記載の超音波処置システム。
【請求項５】
前記トランスデューサは、前記目的の領域のイメージング、該目的の領域の温度モニタリングおよび該目的の領域に対する処置のうちの少なくとも二つを提供するように構成される、請求項１に記載の超音波処置システム。
【請求項６】
処置が表面の処置層と皮下の層との間で行われ、前記トランスデューサは、約７５０ｋＨｚから２０ＭＨｚの範囲にある中程度の周波数で時間的な制御を伴って動作するように構成される、請求項５に記載の超音波処置システム。
【請求項７】
前記トランスデューサは、前記可変深度デバイスに結合され、一つより多い目的の領域へ前記音響エネルギーのフォーカシングを提供するように構成される、請求項１に記載の超音波処置システム。
【請求項８】
前記反射面は少なくとも一つのミラーを備える、請求項１に記載の超音波処置システム。
【請求項９】
前記ミラーは形が実質的に平坦である、請求項８に記載の超音波処置システム。
【請求項１０】
前記ミラーは形が湾曲している、請求項８に記載の超音波処置システム。
【請求項１１】
前記トランスデューサは、空間的制御を伴って、該トランスデューサから前記傾斜した反射面までの距離、および前記目的の領域へ搬送される前記音響エネルギーの角度のうちの少なくとも一つを変化させるように構成される、請求項１に記載の超音波処置システム。
【請求項１２】
前記可変深度デバイスは、前記トランスデューサ内で、一つより多い目的の領域へ前記音響エネルギーのフォーカシングを提供するように構成される、請求項１に記載の超音波処置システム。
【請求項１３】
前記トランスデューサは湾曲した形で構成される、請求項１２に記載の超音波処置システム。
【請求項１４】
前記トランスデューサは複数の副変換要素を備える、請求項１３に記載の超音波処置システム。
【請求項１５】
前記トランスデューサは、前記目的の領域への前記音響エネルギーの電子的フォーカシングのために構成される、請求項１２に記載の超音波処置システム。
【請求項１６】
前記電子的フォーカシングは、約０ミリ秒と全波長周期との間で位相が遅れるように構成される、請求項１５に記載の超音波処置システム。
【請求項１７】
前記可変深度デバイスは、前記トランスデューサにより提供される前記音響エネルギーの励起の周波数を変化させることによる焦点深度の制御のために構成される周波数に依存するレンズとして構成される、請求項１に記載の超音波処置システム。
【請求項１８】
前記可変深度トランスデューサシステムは、３次元の動作のために構成される２次元のアレイを備える、請求項１に記載の超音波処置システム。
【請求項１９】
前記可変深度トランスデューサシステムは、平面状、フォーカスされた、およびデフォーカスされた波のうちの少なくとも一つを形成するように、機械的および電気的に個々の要素の組に分離される複数のリングを備える環状のアレイを備える、請求項１に記載の超音波処置システム。
【請求項２０】
前記トランスデューサは、少なくとも一つの圧電性の活性物質を備え、該圧電性の活性物質は、該圧電性の活性物質の基本周波数、ならびに対応する基本より下の周波数および／または共振の両方で、音響エネルギーのデポシションを可能にするように構成される、請求項１に記載の超音波処置システム。
【請求項２１】
前記制御システムはさらに、目的の領域の温度情報、イメージング情報および位置情報のうちの少なくとも一つを表示するためのディスプレイユニットを備える、請求項５に記載の超音波処置システム。
【請求項２２】
前記制御システムはさらに、前記可変深度トランスデューサシステムの運動を制御するためのロボットアーム装置を備える、請求項１に記載の超音波処置システム。
【請求項２３】
前記カップリングシステムは、前記トランスデューサからの音響エネルギーの焦点深度の調整を容易にするように該トランスデューサの温度を制御するために構成される、請求項１に記載の超音波処置システム。
【請求項２４】
前記トランスデューサは、２０ＭＨｚよりも大きい周波数で動作する、請求項１に記載の超音波処置システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には超音波システムに関し、さらに詳細には、可変深度超音波処置のための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
治療用超音波の従来のアプリケーションの多くは、低周波トランスデューサを使用している。これらのトランスデューサは一般的には５００ｋＨｚから１．５ＭＨｚの範囲にある使用可能な周波数を有する。そのような低周波トランスデューサは、その上を覆う組織構造を痛めることなく、音波エネルギーが体の中の深くに焦点を合わせることを可能にするので、多くの場合好まれる。
【０００３】
低周波トランスデューサを使用する非侵襲性の治療用超音波の従来のアプリケーションが、図１に示されている。従来の治療用のシステム１００は、深い処置領域１１０を処置するために低周波エネルギーを使用するトランスデューサ１０２を備える。深い処置領域１１０は、患者の表面の領域１１２（例えば、組織層および組織構造）および皮下の領域１１４より下にある深い深度１０６に位置する。深い深度１０６は数ミリメートルから５〜７センチメートル以上の範囲であり得る。従来のシステム１００は、低周波トランスデューサ１０２の使用を通じて、表面の領域１１２または皮下の領域１１４を処置し得ず、そのようなシステムのアプリケーションを制限している。例えば、一部の美容外科もまた、深い処置領域と共に、表面および／または皮下にも処置を提供することが必要になり得、その結果として低周波トランスデューサの使用を排除している。
【０００４】
低周波治療の所望されない別の副作用は、音波エネルギーが所望の深い処置エリアに届く前に、間にある組織層を通過しなければならないことである。この間にある層は音線をデフォーカスし音波エネルギーの一部を吸収する。このことは焦点のサイズを広げる原因となり、焦点の位置を制御することを困難にする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（発明の要旨）
本発明の様々な実施形態に従って、可変深度超音波処置の方法およびシステムが提供される。例示的な方法およびシステムは、深い目的の処置領域、表面の目的の領域、および／または皮下の目的の領域の少なくとも二つの間のような、一つより多い目的の領域へ超音波処置を提供するように構成される可変深度トランスデューサシステムを備える。
【０００６】
様々な実施形態に従って、可変深度トランスデューサシステムは、例示的なトランスデューサから反射面までの距離を変化させること、または目的の領域へフォーカスまたはアンフォーカスされるエネルギーの角度を変化させることなどによる空間的な制御のために構成され得、および／または周波数、ドライブの振幅および例示的なトランスデューサのタイミングの変化を制御することなどによって時間的に制御するように構成され得る。結果として、処置領域の位置での、温度状況と共に、目的のスポットまたは領域の形および大きさおよび／または体積の変化が、時間に対して動的に制御され得る。
【０００７】
本発明の例示的な実施形態に従って、可変深度トランスデューサは、圧電性の活性層、マッチング層および／または輻射エネルギーまたは音響エネルギー生成するための他の材料を有する変換要素を備え得る。可変深度トランスデューサは、可変深度処置を提供するために中程度の周波数で動作するように構成され得る。例えば、例示的な可変深度トランスデューサシステムは約７５０ｋＨｚから２０ＭＨｚの範囲内のような２０ＭＨｚより下の中程度の周波数、または３５ＭＨｚ以上のより高い周波数を利用して、表面の目的の領域および／または皮下の目的の領域へ処置を提供するように構成され得る。
【０００８】
本発明の例示的な実施形態に従って、変換要素は、深い目的の処置領域および表面の目的の領域、および／または皮下の目的の領域のような一つより多い目的の領域へ音響エネルギーの制御およびフォーカシング／デフォーカシングを可能にするように構成される一つ以上の材料を備える可変深度要素と共に構成され得る。制御およびフォーカシング／デフォーカシングのための可変深度要素のために利用される材料は、様々な方法、および実質的に平坦、湾曲のような形、または輻射エネルギーおよび音響エネルギーを曲げ、反射させ、および／または方向を変えるための他の配置に構成され得る。さらに、可変深度要素は、処置エネルギーのフォーカシング／デフォーカシングおよび制御を提供するように、様々な方法で変換要素の中に構成され得、または変換要素に結合されるデバイスを備え得る。
【０００９】
本発明の別の例示的な実施形態に従って、例示的なトランスデューサは、変換要素の中の圧電性の材料の基本周波数付近だけでなく、基本周波数より下の共振と共に基本周波数より上の材料の調和周波数でもまたエネルギーデポジションを可能にするように構成され得る。これらの複数の共振は、トランスデューサの共振の特性を形成するために、様々なフォーカシング技術、および追加のマッチング層および／またはバッキング層を含むトランスデューサ構造を介して制御され得、可能にされ得る。
【００１０】
本発明の別の例示的な実施形態に従って、可変深度音響トランスデューサはまた、処置目的のための高音響パワーを生成し、同時にまた良好なイメージング性能を提供するためにも構成され得る。例えば、処置スポットのサイズが様々な処置深度で最適に制御されることを可能にするために、本発明の例示的な実施形態は、副要素のアレイへと構成されるトランスデューサを備え得、各副要素は良好な軸方向の共振のための充分な帯域幅を有する音響波を処理するように構成される。
【００１１】
本発明の別の例示的な実施形態に従って、可変深度トランスデューサは処置を提供するためにプローブ配置に構成され得る。可変深度トランスデューサはまた、例えば、非侵襲性の構成を用いてのような可変深度トランスデューサの制御された配置を最適な処置およびセラピーに提供することを可能にするために様々な機械的なデバイスと共に構成され得る。さらに、可変深度トランスデューサはまた、１次元、２次元および環状のアレイ、ならびに／または３次元の処置アプリケーションとして構成され得る。
【００１２】
本発明の別の局面に従って、例示的な可変深度処置システムおよび方法はまた、セラピー用の加熱、冷却、および／または温度プロファイルの音響的なモニタリングまたは処置領域およびその概ね周辺の他の組織パラメータのモニタリングと共に、処置領域のイメージングを提供するために構成され得る。例えば例示的な実施形態に従って、例示的な可変深度システムは、可変深度トランスデューサの空間的特性および／または時間的特性を適切に調整するために、温度または他の組織パラメータのモニタリングに基づき、および／またはイメージング情報に基づき、動的なフィードバック配置と共に構成され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の主題が、本特許明細書の結論部分において詳細に指摘され、明白に述べられる。しかしながら、本発明は、構成および動作方法の両方に関して、請求項および添付の図面と共に以下の記述を参照することによって、最も良く理解され得る。図面においては、同じ部分は同じ数字によって参照され得る。
【００１４】
（詳細な説明）
本発明は、様々なコンポーネントおよび処理ステップに関して本明細書において記述され得る。そのようなコンポーネントおよびステップは、特定の機能を実行するために構成される任意の数のハードウエアコンポーネントによって実現され得ることが理解されるべきである。例えば、本発明は、一つ以上の制御システムまたは他の制御デバイスの制御の下で様々な機能を行い得る、様々な医学的処置デバイス、視覚イメージングおよびディスプレイデバイス、入力端末、および同種のものを使用し得る。さらに、本発明は任意の数の医学的なまたは処置的な状況の中で行われ得、本明細書において記述される可変深度超音波処置に関連する例示的な実施形態は、本発明の単に２、３の例示的なアプリケーションに過ぎない。例えば、論じられている原理、特徴および方法は、任意の医学的なアプリケーションまたは他の組織のアプリケーションまたは処置のアプリケーションに適用され得る。
【００１５】
本発明の様々な局面に従って、非侵襲性の可変深度超音波処置の方法およびシステムが提供される。例示的な方法およびシステムは、患者の中の一つよりも多い目的の領域へ超音波処置を提供するために構成された、可変深度音響トランスデューサシステムを備える。例えば、図２のブロック図に示される例示的な実施形態を参照すると、超音波処置のための例示的なシステム２００は、目的の領域２１０に対して処置を提供する可変深度トランスデューサシステム２０２を含む。可変深度トランスデューサシステム２０２は、可変深度デバイス２０６と共に構成されるトランスデューサ２０４を備え得る。処置を提供することにおいて、可変深度超音波システム２０２は、目的の領域２１０に対するセラピー、イメージング、および／または温度または他の組織パラメータのモニタリングを提供し得る。目的の領域２１０は、深い処置領域、表面の領域、および／または皮下の目的の領域または患者の中に位置する任意の他の目的の領域をも備え得る。目的の領域２１０に対する可変深度超音波システム２０２のカップリングを利用可能にするために、可変深度超音波システム２０２は、超音波エネルギーおよび信号の音響的カップリングのために構成されたカップリングシステム２０８をさらに備え得る。
【００１６】
例示的な可変深度トランスデューサシステム３００は、図３に示されるブロック図においてさらに例示される。可変深度トランスデューサシステム３００は、制御システム３０４、トランスデューサ３０２、可変深度要素３０６、およびカップリングシステム３０８を備え得る。制御システム３０４は、一つより多い目的の領域へ処置を提供するために、トランスデューサ３０２を制御し操作するように構成される。トランスデューサ３０２および可変深度デバイス３０６は、処置領域へ可変深度超音波処置を提供するように構成される。カップリングシステム３０８は、目的の領域に対するトランスデューサ３０２および可変深度デバイス３０６のカップリングのために構成される。
【００１７】
制御システム３０４は、超音波セラピーシステム、超音波イメージングシステム、および／またはモーション制御サブシステムを含む超音波イメージング、セラピーおよび／または処置モニタリングシステムの中で使用するように構成される。例示的な実施形態に従うと、制御システム３０４は、プロセッサ、ディスプレイおよび／または一つ以上の入力デバイスを備え得る。プロセッサは、パーソナルコンピュータ、Ｕｎｉｘ（登録商標）システム、または任意の別の従来の処理ユニットを備え得る。ディスプレイはモニター、ＬＣＤスクリーン、または画像を表示するために構成された任意の他のデバイスを備え得る。入力／出力デバイスは、キーボード、マウス、タッチスクリーン、または情報を入力するための任意の他のデバイスを備え得る。入力デバイスおよび表示された画像からの情報は、例えば手動でアナログデバイス、デジタルデバイス、および／または任意の他のメカニズムによって、任意のフォーマットで受信され、伝達され得る。プロセッサ、ディスプレイ、および／または入力デバイスは、任意の方法で互いに結合され得る。カップリングによって、制御システム３０４を備えるデバイスは、互いに直接接続され得、あるいは信号が一つのコンポーネントから他のコンポーネントへ、または他のコンポーネントから一つのコンポーネントへ移動することを可能にする一つ以上の別のデバイスまたはコンポーネントを通して接続され得る。制御システム３０４を備えるデバイスに対する様々なカップリングコンポーネントは、インターネット、ワイヤレスネットワーク、従来のワイヤーケーブル、光学ケーブルまたは信号を伝える任意の別の媒体を介する回線、および任意の別のカップリングデバイスまたは伝達媒体を含み得るが、限定されない。
【００１８】
カップリングシステム３０８は、トランスデューサ３０２および可変深度デバイス３０６と目的の領域との間に超音波エネルギーおよび信号をカップリングするように構成される。カップリングシステム３０８は、空気および別のガス、水および別の液体、ゲル、固体、および／またはそれらの任意の組み合わせを含む様々なカップリング媒体、あるいはトランスデューサ３０２／可変深度デバイス３０６と目的の領域との間で信号を伝達することを可能にする任意の他の媒体、の使用を介したそのようなカップリングを容易にし得る。カップリング機能を提供することに加え、例示的な実施形態に従うと、カップリングシステム３０８はまた、処置のアプリケーションの間に温度制御を提供するように構成され得る。例えば、カップリングシステム３０８は、カップリング媒体の温度を適切に制御することによって、インターフェイス表面、またはトランスデューサ３０２／可変深度デバイス３０６と目的の領域との間の領域の冷却を制御するように構成され得る。そのようなカップリング媒体のための適切な温度は、様々な方法で達成され得、熱電対、サーミスター、またはカップリング媒体を温度測定するように構成された任意の別のデバイスまたはシステムのような、様々なフィードバックシステムを利用し得る。そのような制御された冷却は、可変深度トランスデューサシステム３００の空間的制御をさらに利用可能にするように構成され得る。
【００１９】
例示的可変深度トランスデューサ３０２は様々な方法で構成され得る。例えば、可変深度トランスデューサシステムは、例示的トランスデューサから反射面までの距離の変化を制御することによって、または目的の領域に対してフォーカスまたはアンフォーカスされたエネルギーの角度の変化を制御することによって、空間的に制御するように構成され得、例えば、可変深度トランスデューサ３０２は、可変深度トランスデューサ３０２の励起の周波数を変えることによって焦点深度および位置を制御するように構成された周波数に依存するレンズを備える可変深度要素３０６と共に構成され得る。さらに、可変深度トランスデューサ３０２はまた、周波数、ドライブの振幅および例示的なトランスデューサのタイミングの変化を制御することによって一時的に制御するように構成され得る。したがって、例示的可変深度トランスデューサは空間的および／または一時的制御を用いて構成される。結果として、温度条件の変化と共に、処置領域の位置の変化、目的の地点または領域の形、大きさおよび／または量の変化は、時間に対して動的に制御され得る。
【００２０】
可変深度要素３０６は、可変深度処置を利用可能にするようにトランスデューサ３０２と適切に結合され得る。結合によって、トランスデューサ３０２は可変深度デバイス３０６に直接および／または移動可能なように接続され得、あるいはエネルギーおよび／または信号が一つのコンポーネントから他のコンポーネントへ／他のコンポーネントから一つのコンポーネントへ移動することを可能にする一つ以上の様々なコンポーネントまたは要素を介して接続され得る。トランスデューサ３０２および可変深度要素３０６はまた、単一のデバイスに組合わされ、可変深度デバイス３０６は、例えばトランスデューサ３０２の変換要素の一部として、トランスデューサ３０２の中に構成される。
【００２１】
可変深度要素３０６は、可変深度処置システム３００が、深い処置の目的の領域、表面の目的の領域、および／または皮下の目的の領域、または間にある別の領域のうちの一つより多い目的の領域へ処置を提供することを可能にするように構成される。そのような処置は、単一の目的の領域または一つより多い目的の領域の中で、同時に起こり得る。例えば、図４を一時的に参照すると、可変深度処置システム４００の例示的な実施形態が示されている。可変深度処置システム４００は、約７５０ｋＨｚから２０ＭＨｚ以上の範囲にある適切な周波数の中で動作するように構成され得る。可変深度処置システム４００は、可変深度デバイスと共に構成されるトランスデューサを備える可変深度トランスデューサシステム４０２と共に構成され得る。可変深度トランスデューサシステム４０２は信号を目的の領域へ伝達するための、または目的の領域から受信するための制御システムと結合され得る。
【００２２】
操作の間、可変深度トランスデューサシステム４０２は、患者の中の深い深度４０６に位置する深い処置領域４１０を処置するために、信号を伝達または受信するように構成され得る。例えば、深い治療領域４１０に関する深さ４０６は、約５０ｍｍから７ｃｍ以上の範囲であり得る。
【００２３】
可変深度トランスデューサシステム４０２はまた、患者の第二の内部領域４２２を処置するようにも構成され得る。内部領域４２２は、患者の表面層４１２および／または患者の皮下の層４１４を備え得る。内部領域４２２は、患者の組織層の中の浅めの深さ４２０に位置する。例えば、深さ４２０は、患者の中の約０ｍｍから５ｃｍ以上の範囲にあり得、０ｍｍの範囲は患者の表面層４１２の外面を含む。言い換えると、患者の表面層４１２は、患者の表面上のまたは表面付近の任意の範囲を含み得る。可変深度処置システム４００による処置は、深い領域４１０および内部領域４２２の両方、または一つの目的の領域だけの中の処置を含み得る。
【００２４】
可変深度要素３０６は、内部領域４２２および／または深い領域４１０のような一つより多い目的の領域の処置を容易にするように様々な方法で構成され得る。本発明の例示的実施形態に従うと、トランスデューサ３０２は、一つより多い目的の領域に対して音響的エネルギーの制御およびフォーカシング／デフォーカシングを可能にするように構成された一つ以上の材料を備える可変深度要素３０６と共に構成され得る。例えば、図５Ａおよび図５Ｂに示される例示的実施形態を参照すると、可変深度トランスデューサシステム５００は、トランスデューサ５０２、電気リード５１０、および処置を利用可能にするようにトランスデューサ５０２と共に適切に構成された可変深度デバイス５２８または５３０を備え得る。
【００２５】
トランスデューサ５０２は、リチウムニオブ酸塩、チタン酸鉛、チタン酸バリウムおよび／またはメタニオブ酸鉛と共に、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）のような圧電性の活性物質または圧電性のセラミック、クリスタル、プラスチックのような任意の他の圧電性の活性物質、および／または複合材料を備える変換要素を備え得る。圧電性の活性物質に加え、または代わりに、可変深度トランスデューサ５０２は、輻射および／または音響エネルギーを生成するように構成された任意の別の物質を含み得る。可変深度トランスデューサ５０２はまた、トランスデューサ５０２の共鳴の特性を最適に表すように、一つ以上のマッチング層および／またはバッキング層を備え得る。例えば、可変深度トランスデューサ５０２は、変換要素と共に、圧電性の活性物質または輻射エネルギーおよび／または音響エネルギーを生成するように構成された任意の別の物質に対して結合される、マッチング層および／またはバッキング層と共に構成され得る。
【００２６】
一時的な制御に関しては、可変深度トランスデューサ５０２の変換要素の厚さは、例えば、約７５０ｋＨｚから３０ＭＨｚ以上の適切な範囲の中心動作周波数を提供するように選択され得る。例えば約７５０ｋＨｚと８ＭＨｚとの間の低周波数は、深い浸透を容易にし得、例えば約８ＭＨｚから２０ＭＨｚ以上の間にある中程度の周波数であるけれどもより高周波数は、より優れた分解を容易にする。動作のための周波数を選択することは、アプリケーションに対して所望されるエネルギーの浸透および分解の程度およびバランスに基づき得る。
【００２７】
電気リード５１０は、電力を可変深度トランスデューサ５０２へ伝達し、可変深度トランスデューサ５０２から信号を受信することを可能にするように構成され得、超音波トランスデューサと共に使用するための任意の配線のタイプ、構成および装置を含み得る。可変深度トランスデューサ５０２はまた、様々な方法で電気リード５１０に結合され得る。例えば、図５は、電気リード５１０が可変深度トランスデューサの一端のみで結合されていることを示すが、電気リード５１０はまた、他端または可変深度トランスデューサ５０２に沿った任意の別の位置にも結合され得る。
【００２８】
例示的な実施形態において、空間的制御を容易にするために、可変深度デバイス５２８は、可変深度トランスデューサから目的の領域５１８への音響または輻射エネルギーの制御およびフォーカシングを提供するように構成される一つ以上の反射材料５０４を備え得る。例示的な実施形態に従うと、反射材料５０４は、音響または輻射エネルギーのフォーカシングのために構成された、音響ミラー、レンズ、反射器またはプリズムを備え得る。例示的なミラー、反射器、またはプリズムは、音響または輻射エネルギーを反射し、曲げ、方向を変えるための任意の材料を備え得る。例えば、そのような材料は、ステンレス鋼、アルミニウム、または任意の別の合金、ガラス、プラスチック、あるいは音響エネルギーを曲げ、方向を変え、または表面から他の方向に反射し返すことが可能な任意の別の素材を含み得る。
【００２９】
一つの例示的な実施形態に従うと、反射材料５０４は、可変深度トランスデューサ５０２に対して約４５度の角度で適切に傾斜する。しかしながら、反射材料５０４は、可変深度トランスデューサ５０２から伝達されるエネルギーが曲げられ、方向を変えられ、または反射材料５０４から目的の領域５１８へ向けて反射されるように、可変深度トランスデューサ５０２に対して任意の角度で傾斜するように配置され得る。傾斜の角度を変えることは、深い目的の処置領域、表面の目的の領域、または皮下の目的の領域のような任意の一つの目的の領域５１８に対する音響エネルギーのフォーカシングを適切に制御し得る。
【００３０】
可変深度デバイス５２８および５３０は、実質的に平坦、湾曲、あるいは音響エネルギーまたは輻射エネルギーを反射し、曲げ、方向を変えるのに適切な任意の配置のような、様々な方法で構成され得る。例えば図５Ａを参照すると、可変深度デバイス５２８は、実質的に平坦な形に構成されるミラー５０４を備え得る。しかしながら、図５Ｂを参照すると、可変深度デバイス５３０はまた、可変深度トランスデューサ５０２からのエネルギーを目的の領域５２０へフォーカシングすることを可能にするように、湾曲した配置で構成されるミラー５０６を備え得る。図５Ｂはミラー５０６を実質的に球状で対称的なものとして示しているが、ミラー５０６はまた、可変深度トランスデューサ５０２から伝達されたエネルギーをミラー５０６から目的の領域５２０へ向けて曲げ、方向を変え、反射するような非球面状、および／または非対称的な形に湾曲され得る。さらに、ミラー５０６はまた、ぎざぎざ状、鋸歯状、波状、または別の平面ではない面、あるいは音響エネルギーまたは輻射エネルギーを反射し、曲げ、または方向を変えるように構成された任意の別の面または複合面のような別の形状および配置に構成され得る。
【００３１】
さらに、図５Ａは実質的に平坦であるように構成されたミラー５０４を有する可変深度デバイス５２８を示し、図５Ｂは湾曲するように構成されたミラー５０６を有する可変深度デバイス５３０を示すが、可変深度デバイス５２８、５３０はまた、実質的に平坦、湾曲したミラー、および／または空間的制御を容易にするような別の平面、非平面、または別の配置の任意の組合せと共に構成され得る。空間的制御および時間的制御を利用する例示的な実施形態に従うと、可変深度デバイス５２８および５３０は、可変深度トランスデューサ５０２の励起の周波数を変化させることによって焦点の深度および位置を空間的に制御するように構成された、周波数に依存するミラーまたはレンズと共に構成され得る。
【００３２】
結果として、例示的トランスデューサシステム５００は、約２０ＭＨｚより下の中程度の周波数を利用して、表面の目的の領域、および／または皮下の目的の領域に対する処置を提供するように構成され得る。例えば、例示的なトランスデューサシステム５００は、約７５０ｋＨｚから３５ＭＨｚ以上の範囲の周波数で動作する美容外科でのアプリケーションにおいて、よく扱われる表面の領域、および／または皮下の領域に対して処置を提供し得る。
【００３３】
可変深度トランスデューサシステム５００は、非侵襲性の処置を提供するように様々な配置で構成され得る。例えば例示的な実施形態に従うと、可変深度デバイス５２８、５３０は、ハウジング５３６の中に可変深度トランスデューサ５０２と共に構成され得る。ハウジング５３６は、トランスデューサを含むための、および非侵襲性の処置を容易にするような処置を可能にするために患者とインターフェースするための、トランスデューサのハウジングの任意の構成を備え得る。トランスデューサ５０２および可変深度デバイス５０４、５０６から目的の領域へのハウジング５３６を介する信号のカップリングは、空気および別のガス、水および別の液体、ゲル、固体、それらの任意の組合せのような任意のカップリング媒体、および／またはトランスデューサ５０２／可変深度デバイス５２８、５３０から目的の領域に信号を伝達することを可能にする任意の別の媒体を介することにより容易にされ得る。
【００３４】
別個のデバイスおよびコンポーネントを備えることに加えて、可変深度トランスデューサ３０２および可変深度要素３０６はまた、同じデバイスを備え得る。すなわち、可変深度要素３０６はトランスデューサ３０２の中に構成される。例えば図６に示される例示的な実施形態を参照すると、可変深度トランスデューサシステム６００は、目的の領域６３０に対する音響エネルギー６２０の制御およびフォーカシングを提供するために、可変深度デバイスとして構成される可変深度トランスデューサ６０２を備え得る。
【００３５】
可変深度トランスデューサ６０２は、リチウムニオブ酸塩、チタン酸鉛、チタン酸バリウムおよび／またはメタニオブ酸鉛と共に、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）のような圧電性の活性物質、あるいは圧電性のセラミック、クリスタル、プラスチック、および／または複合材料のような任意の他の圧電性の活性物質を備える変換要素を備え得る。可変深度トランスデューサ６０２はまた、圧電性の活性物質と共に構成される一つ以上のマッチング層、および／またはバッキング層を備え得る。圧電性の活性物質に加え、または代わりに、可変深度トランスデューサ６０２は、輻射エネルギーおよび／または音響エネルギーを生成するように構成された任意の別の材料を備え得る。
【００３６】
例示的な実施形態に従うと、可変深度トランスデューサ６０２は、音響エネルギー６２０を目的の領域６３０へフォーカシングすることを可能にするように湾曲した形で構成される。湾曲は、実質的に球面状および／または対称的な形であり得、あるいは非球面状および／または非対称的な形に湾曲され得る。さらに、可変深度トランスデューサ６０２は、目的の深い処置領域、表面の目的の領域、および／または皮下の目的の領域のような目的の領域６３０に音響エネルギー６２０をフォーカシングすることを可能にするような任意の別の構成を備え得る。例えば、可変深度トランスデューサ６０２は、任意の平面状、または非平面状の配置で構成され得る。
【００３７】
一時的制御に関しては、可変深度トランスデューサ６０２の変換要素の厚さは、例えば、約７５０ｋＨｚから２０ＭＨｚの適切な範囲の中心動作周波数を提供するように提供され得る。例えば約７５０ｋＨｚと８ＭＨｚとの間の低い周波数は、深い浸透を容易にし得、例えば約８ＭＨｚから３０ＭＨｚ以上の間のより高い周波数は、より優れた分解を容易にする。結果として、例示的なトランスデューサシステム６００は、２０ＭＨｚより下の適切な周波数を利用して、表面の目的の領域、および／または皮下の目的の領域に対する処置を提供するように構成され得る。例えば、例示的なトランスデューサシステム６００は、約７５０ｋＨｚから１．５ＭＨｚ以上の範囲の周波数で動作する美容アプリケーションにおいて、よく扱われる表面の領域、および／または皮下の領域に処置を提供し得る。
【００３８】
電気リード６１０は、電力を可変深度トランスデューサ６０２に伝達し、信号を可変深度トランスデューサ６０２から受信することを可能にするように構成され、超音波トランスデューサと共に使用するための任意の配線タイプ、構成および配置を備え得る。可変深度トランスデューサ６０２はまた、様々な方法で電気リード６１０と結合される。例えば、図６は、可変深度トランスデューサ６０２の一端のみに結合された電気リード６１０を示すが、電気リード６１０はまた、他端、あるいは可変深度トランスデューサ６０２に沿った任意の別の位置にも結合され得る。
【００３９】
目的の領域６３０への音響的エネルギー６２０の制御およびフォーカシングを提供するために、可変深度デバイスとして構成される可変深度トランスデューサ６０２を有することに加え、例示的な実施形態に従うと、可変深度トランスデューサはまた、音響エネルギーの制御およびフォーカシングを提供するように、電子工学的に構成され得る。例えば、図７に示される例示的な実施形態を参照すると、例示的な電子的フォーカシングトランスデューサシステム７００が示されている。電子的フォーカシングトランスデューサシステム７００は、可変深度トランスデューサ７０２と共に構成される。トランスデューサ５０２および６０２と同様に、可変深度トランスデューサ７０２は、圧電性の活性物質、複合材料、一つ以上のマッチング層、および／または輻射エネルギーおよび／または音響エネルギーを生成するように構成された任意の別の材料を備え得る。可変深度トランスデューサ７０２はまた、一次元、あるいは二次元のトランスデューサのアレイを備え得る。
【００４０】
例示的な実施形態に従うと、可変深度トランスデューサ７０２は、適切な位相の遅れを有する様々なドライブ周波数によって活性化され得る一つ以上のトランスデューサおよび／または変換要素を備える。例えば、可変深度トランスデューサ７０２は、第一ドライブ周波数７０４によって活性化され、続いて、少なくとも一つ以上の遅れたドライブ周波数７０６または７０８によって活性化され得る。ドライブ周波数における位相の遅れは、音響エネルギーのフォーカシングが接線方向７２０と軸方向７３０との両方に起こることを可能にする。
【００４１】
可変深度トランスデューサ７０２へ伝達されるドライブ周波数７０４、７０６、７０８は、実質的に同じ周波数、および／または異なった周波数を備え得、全ての周波数は、中程度の範囲内に、すなわち、約７５０ｋＨｚと２０ＭＨｚとの間にある。ドライブ周波数７０４と７０６と７０８との間の遅れは、０ミリ秒からドライブ周波数のおよそ全周期までの範囲であり得る。例えば、遅れはゼロまたはドライブ周波数の周期の約１０００分の１からドライブ周波数の周期の１６分の１５、３２分の３１以上までを含み得、時間遅れにおける全波長の任意の部分を備える変動を有する。
【００４２】
可変深度トランスデューサ７０２の電子的位相の遅れのあるフォーカシングは、接線方向に、および／または軸方向に行われ得る。例えば、ドライブ周波数７０４、７０６、７０８、および／またはドライブ周波数７０４、７０６、７０８と関連する位相は、接線方向、および／または軸方向にフォーカシングを提供するように変化され得る。例示的な実施形態に従って、可変深度トランスデューサ７０２は、副開口部を備え得、それはまた、接線方向、および／または軸方向にフォーカシングを提供するためにも開かれ、閉じられ得る。位相を等しくされたフォーカシングは、処置領域へのフォーカス時間および処置時間を自動化することによって目的の領域への過度の処置を防ぎ得る。こうして、例えば、可変深度トランスデューサ７０２の電子的制御は、ソース／レシーバーの効果的な音響サイズを制御するために様々な副開口部を共にシャントすることによって、容易になり得る。
【００４３】
こうして、例示的なトランスデューサシステムは、可変深度トランスデューサ５０２、６０２、７０２、または患者の中の一つより多い目的の領域へ音響エネルギーおよび輻射エネルギーの制御およびフォーカスを提供するための任意の他のトランスデューサ構成を備え得る。そのような例示的なトランスデューサシステムは、一つより多い目的の領域へエネルギーを提供するための、可変深度デバイスまたは機能をもって構成され、または可変深度デバイスまたは機能に結合される、トランスデューサを備え得る。さらに、例示的なトランスデューサシステムは、３０ＭＨｚよりも下、またはそれ以上の、従来技術の低周波トランスデューサによっては達成できない約７５０ｋＨｚから８ＭＨｚまでもの範囲の動作周波数を用いる美容アプリケーションでよく扱われる、表面の領域、および／または皮下の領域へ処置を提供し得る。
【００４４】
本発明の他の局面に従って、可変深度音響トランスデューサはまた、処置の目的で高音響パワーを生成するために、そしてまた適切なイメージング能力を提供するために構成され得る。処置スポットの大きさが様々な処置深度で最適に制御されることを可能にするために、本発明の例示的な実施形態は副要素のアレイとして構成されるトランスデューサを備え得る。
【００４５】
例えば、再び図６を参照して例示的な実施形態に従うと、可変深度トランスデューサ６０２は複数の副変換要素を備え得、任意の複数の副変換要素は、フォーカシングエネルギー６２０を提供するように構成され得る。例えば、任意の複数の副変換要素は、充分な帯域幅を有する音響波を良好な軸方向の分解能で処理するように構成され得る。副変換要素は、すべてが例えば、同じまたは異なる湾曲を有する局面であるように、または実質的に平坦な一つ以上の副変換要素を有し、残りの副変換要素は曲面であるように構成され得る。さらに、副変換要素は、目的の領域６３０への音響エネルギー６２０の制御およびフォーカシングを提供するために構成される任意の別の形にも構成され得る。
【００４６】
本発明の別の例示的な実施形態に従うと、例示的な可変深度トランスデューサシステム３００は、変換要素の中の圧電性の物質のおよその基本周波数だけでなく、基本周波数より下の共振と共に、基本周波数より上の、物質の調和周波数のような別の周波数でもまた、エネルギーデポジットを可能にするように構成され得る。これらの調和共振および基本周波数以下での共振は、トランスデューサの共振特性を形作るためのマッチング層および／またはバッキング層の付加を含む、様々なフォーカシング技術およびトランスデューサ構造を用いて制御され可能にされ得る。
【００４７】
例えば、圧電性の活性物質が基本周波数付近で駆動されるときには、トランスデューサ３０２の音響出力のピークまたは音響伝達効率のピーク付近の周波数で、エネルギーが処置領域に最適に提供され得る。異なる大きさおよび形の圧電性の物質は様々な電極構成のための異なる基本周波数を有する。例示的な実施形態に従うと、圧電性の物質が基本周波数よりも上の、例えば調和周波数で駆動され、または基本周波数よりも下で駆動されるときにも、エネルギーはデポジットされ得る。トランスデューサ３０２のマルチ周波数特性の使用は、様々なトランスデューサ構成、音響制御技術、および／またはフォーカシング技術を用いて制御され得、可能にされ得る。
【００４８】
例示的な実施形態に従って、マルチ周波数は可変深度デバイス３０６を用いた音響エネルギーの集中によって可能にされ得る。マルチ周波数を可能にすることは、異なった周波数に対応する様々な深度での処置を可能にする。例えば、図８に示される音響出力対周波数の曲線をさらに参照すると、可変深度トランスデューサシステム３００は、曲線８００によって表される複合的な領域を処置し得る。トランスデューサ３０２および可変深度デバイス３０６を介して中程度の周波数を駆動することは、第１の深い領域８０４の処置、第２のより浅い領域８０８の処置、および第３の内部領域８１２の処置を可能にし得る。処置技術に関しては、様々なセラピー、イメージング、および／または温度モニタリングのアプリケーションが領域８０４、８０８、および／または８１２に提供され得る。三つの処置領域が図８に示されているが、可変深度トランスデューサシステム３００は、二つ、四つ、またはそれ以上の領域の処置のためのマルチ周波数を可能にするように構成され得る。
【００４９】
本発明の別の局面に従って、可変深度トランスデューサ３０２は、一つ以上の目的の領域に音響エネルギーをフォーカシングするために１次元、２次元、または３次元の処置アプリケーションを提供するように構成され得る。例えば上記のように、可変深度トランスデューサ３０２は、例えば副変換要素の単一のアレイを備えるトランスデューサ６０２のような、１次元のアレイを形成するように適切なさいの目状に並べられ得る。
【００５０】
他の例示的な実施形態に従って、可変深度トランスデューサ３０２は、２次元のアレイを形成するために２次元の適切なさいの目状に並べられ得る。例えば図９を参照すると、例示的な２次元のアレイ９００は、複数の２次元の部分９０２へと適切にさいの目状に分割され得る。２次元の部分９０２は所定の深度の処置領域上にフォーカスするように適切に構成され得、処置領域のそれぞれに対応するスライス９０４を提供し得る。結果として、２次元のアレイ９００は処置領域の画像部分の２次元のスライスを提供し得、かくして２次元の処置を提供する。
【００５１】
別の例示的な実施形態に従って、可変深度トランスデューサ３０２は３次元の処置を提供するために適切に構成され得る。例えば図３を再び参照すると、目的の領域への３次元の処置を提供するために、３次元のシステムは、例えば制御システム３０４のような制御システムの中に含まれる３次元のグラフィックソフトウエアを使用するような、適応アルゴリズムと共に構成される可変深度トランスデューサ３０２を備え得る。適応アルゴリズムは、目的の領域に関する２次元のイメージング、温度、および／または処置情報を受信し、受信した情報を処理し、次いで対応する３次元のイメージング、温度、および／または処置情報を提供するように適切に構成される。
【００５２】
例示的な実施形態に従って、図９を再び参照すると、例示的な３次元のシステムは、処置領域の異なる画像面からスライス９０４を適切に受信し、受信した情報を処理し、例えば３次元のイメージング、温度、および／または処置情報のような空間的な（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ）情報９０６を提供するように、適応アルゴリズムと共に構成される２次元のアレイ９００を備え得る。さらに、受信した情報を適用アルゴリズムにより処理した後で、２次元のアレイ９００は、所望される空間的な領域９０６にセラピー用の熱を適切に提供し得る。
【００５３】
あるいは、３次元のソフトウエアのような適応アルゴリズムを使用するよりもむしろ、３次元のイメージングおよび／または温度情報を提供するために、例示的な３次元システムは、標的領域に対して相対的な様々な回転位置、および／または平行移動位置から動作するプローブ配置を有するように構成される、単一の可変深度トランスデューサ３０２を備え得る。
【００５４】
例えば図１０を参照すると、プローブ１０１０が、処置領域１０１４の周辺を回転し、３次元のイメージングおよび温度情報を提供するように構成され得る。プローブ１０１０は、例えば図３を参照すると、可変深度デバイス３０６と共に構成される可変深度トランスデューサ３０２のような可変深度トランスデューサシステムを備え得る。例示的な実施形態において、プローブ１０１０はコネクター１０１２を介して制御システム３０４へ結合され得る。コネクター１０１２は、ワイヤー、光ケーブル、ワイヤレス接続、または制御システム３０４からプローブ１０１０の中に収容される可変深度トランスデューサ３０２および可変深度デバイス３０６へ情報を送信および／または受信することが可能な任意の他のデバイスを備え得る。
【００５５】
プローブ１０１０は、３次元の情報を提供するために軸１０１６の周りを回転するように構成され得る。回転運動は、時計方向または半時計方向のどちらか、または両方への運動を含み得る。さらに、回転運動は完全な回転または部分的な回転を含み得る。かくして、回転運動は二点の間のみの運動、または任意の他の数の回転位置の間の運動を含み得る。さらに、プローブ１０１０は、より大きな視野を提供するために軸１０１６に沿って平行移動またはスイープするように構成され得、追加の３次元の情報を容易にする。従って、プローブシステム１０００は、３次元情報を提供するために適切に構成される回転運動、および／または平行移動運動を備え得る。
【００５６】
プローブ１０１０の回転運動および／または平行移動運動は、処置領域１０１４の周りの様々な所望の回転位置にプローブ１０１０を手動で配置することによって、制御され得る。プローブ１０１０の中の可変深度トランスデューサ３０２の様々な回転位置および／または平行移動位置への運動はまた、すでに公知のまたは自動的な運動のために今後考案される任意の機械的なスキャニングデバイスによって制御され得る。例えば、図１１に示される例示的な実施形態を参照すると、自動化された回転運動および／または平行移動運動は、ロボットアームメカニズム１１００の使用によって達成され得る。ロボットアームメカニズム１１００は、プローブ１１１０および制御１１１４と結合される手動および／または電気機械的に動かされるロボットアーム１１１２を備える。
【００５７】
プローブ１１１０は、可変深度デバイス３０６と共に構成される可変深度トランスデューサ３０２のような、可変深度トランスデューサシステムを備え得る。プローブ１１１０の運動はロボットアーム１１１２の動作によって機械的に提供される。ロボットアーム１１１２は、正確な運動および一つ以上の任意の方向において位置の正確な測定を可能にする、一つ以上のサブセグメントを備え得る。ロボットアーム１１１２は制御システム１１１４によって駆動され得る。制御システム１１１４は、ドライブボックス、ギア、またはロボットアーム１１１２の機械的な運動を提供する任意の他のデバイスを備え得る。制御システム１１１４はまた、プロセッサ、ディスプレイ、および／または入力／出力デバイスを備え得る。プローブ１１１０はさらに、ロボットアーム１１１２に沿ってまたは中に構成されるワイヤーまたは光ケーブル、ワイヤレス接続、または制御システム１１１４からプローブ１１１０の中に収容される可変深度トランスデューサ３０２および可変深度デバイス３０６へ情報を送信しおよび／または受信することが可能な任意の他のデバイスを介して、制御システム１１１４へ結合され得る。
【００５８】
制御システム１１１４は、６段階までの自由度でロボットアーム１１１２の運動および制御を提供し得る。制御システム１１１４は、ロボットアーム１１１２の運動が、空間の中の一つ以上の所定の位置に参照されることを可能にし得る。制御システム１１１４はまた、ロボットアーム１１１２の運動が、患者の一つ以上の所定の位置に参照されることを可能にし得る。
【００５９】
３次元のシステムは、２次元のアレイ９００と共に構成される単一の音響トランスデューサ、および３次元のイメージング、温度のモニタリング、およびセラピー用の熱を処置領域へ提供するための適応アルゴリズムを含み得るが、３次元のシステムはまた、適応アルゴリズム、および追加の情報を提供するための回転運動および／または平行移動運動の両方を含むように構成され得る。ゆえに、適応アルゴリズム、および回転運動および／または平行移動運動の両方の使用によって、さらに広い処置の範囲が得られ得る。
【００６０】
この例について引き続き述べると、いったん、可変深度トランスデューサ３０２が様々な回転位置において固定され維持されると、３次元のシステムは、イメージングおよび温度の情報を獲得し、可変深度トランスデューサ３０２からセラピー用の熱を提供するように適切に構成され得る。３次元のシステムはまた、位置が固定される直前、または直後に、イメージングおよび温度情報を獲得し、セラピー用の熱を提供するように適切に構成され得る。３次元のシステムはまた、様々な回転位置の周りでの運動の間に、イメージングおよび温度の情報を獲得し、セラピーを提供するように構成され得る。
【００６１】
１次元、２次元、または３次元のアレイに加え、例示的な可変深度トランスデューサはまた、平面状の、フォーカスされたおよび／またはデフォーカスされた音響エネルギーを、一つ以上の目的の領域へ提供するように、環状のアレイとして構成され得る。例えば例示的な実施形態に従って、図１２Ａおよび図１２Ｂを参照すると、環状のアレイ１２００は複数のリング１２０２、１２０４、１２０６からＮを備える。リング１２０２、１２０４、１２０６からＮは、個々に独立した一組の要素として、機械的および電気的に分離され得、平面状の、フォーカスされた、またはデフォーカスされた波を形成し得る。例えば、そのような波は、対応する伝達および／または受信の遅れ、τ１、τ２、τ３．．．τＮを調整する方法などによって、軸の上に中心を合わされ得る。電子的フォーカスは様々な深度位置に沿って適切に移動され得、可変の強度またはビーム集束度を可能にし得、一方、電子的デフォーカスは、デフォーカシングの量を可変とする。例示的な実施形態に従って、レンズがまた、フォーカシングまたはデフォーカシングを補助するように提供され得、その結果として任意の時間差の遅れが低減され得る。プローブ１０００の使用および／またはロボットアームメカニズム１１００の使用によるような、１次元、２次元または３次元での、または任意の経路に沿った環状のアレイ１２００の運動は、目的の領域の中にある体積または任意の対応する空間をスキャンおよび／または処置するように実装され得る。
【００６２】
本発明の別の例示的な実施形態に従って、例示的な可変深度処置システムおよび方法はまた、温度のプロファイルまたは処置領域およびそのおおむね周辺をモニタリングしている他の組織パラメータを、音響的にモニタリングすることと共に、セラピー用の加熱、冷却および／または処置領域のイメージングを提供するように構成され得る。例示的な実施形態に従って、例示的な可変深度システムは、可変深度トランスデューサの空間的および／または時間的な特性を適切に調整するために、温度または他の組織パラメータのモニタリングに基づく、および／またはイメージング情報に基づく動的なフィードバック装置と共に構成され得る。そのようなイメージングおよび他の温度または組織パラメータの情報は、例示的な可変深度トランスデューサから、または温度イメージングまたは他のそのような情報をプロファイリングするためのレシーバーと共に構成される、例えばレーザーデバイスのような、そのような情報を収集するように構成される別個のデバイスから伝送される、超音波信号から適切に収集され得る。
【００６３】
例えば図４を再び参照すると、そのようなフィードバック情報は、例えば隔離距離を有する高さ、または表面層４１２からの可変深度トランスデューサシステム４０２の中の変換要素の距離を、動的に調整するように使用され得る。可変深度トランスデューサシステム４０２の距離および／または位置のそのような調整は、手動でまたは機械的に制御され得る。可変深度トランスデューサシステム４０２の距離の変化は、例えば内部領域４２２から深い領域４１０までのような、目的の領域の中の音響エネルギーの浸透の深度の変化という結果をもたらし得る。音響エネルギーの浸透の深度はまた、可変深度トランスデューサシステム４０２と表面層４１２との間に構成される任意のカップラントの温度、および／または任意のクーラントの温度の変化によってもまた適切に変化され得る。
【００６４】
フィードバック情報は、Ｂ−スキャン画像、Ａ−ライン、ドップラーまたはカラーのフロー画像、表面音響波デバイス、ハイドロホン、弾性測定、または剪断波ベースのデバイスのような任意の一つ以上の音響源によって適切に生成されまたは提供され得る。さらに、例えば、ビデオおよび／または赤外線カメラ、レーザードップラー画像、光干渉性トモグラフィー画像、および温度センサーなどの光源がまた使用され得る。さらに、フィードバック情報はまた、サーミスターまたはソリッドステート温度センサーのような半導体、インピーダンスおよび静電容量測定デバイスおよび／または熱電対のような電子的および電磁気的センサー、剛性ゲージ、ひずみゲージ、または応力測定センサー、またはそれらの任意の適切な組合せのような機械的センサーによって適切に提供され得る。さらに、様々な他のスイッチ、音響的または他の感知メカニズムおよび方法が、トランスデューサ４０２が一つ以上の目的の領域へ音響的に結合されることを可能にするために適切に使用され得る。
【００６５】
上述のように様々な例示的な実施形態に従って、例示的な可変深度トランスデューサはイメージングおよびセラピーおよび／または組織パラメータのモニタリングを組み合わせたトランスデューサとして構成され得る。例えば、例示的な可変深度トランスデューサは、「Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｔｈｅｒａｐｙ  ａｎｄ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍ」の名称を両者ともに有し、本明細書において参考として援用される、米国特許第６，０５０，９４３号および米国特許第６，５００，１２１号で示されるように、イメージング／セラピーまたはイメージング／セラピー／組織パラメータのモニタリングを提供する単一のトランスデューサを備え得る。例えば図１３を参照すると、イメージング／セラピーの組み合わされた音響トランスデューサアセンブリ１３００は、圧電性のセラミックプレート１３１０を含み得る。セラミックプレート１３１０のエアバックされた側は、線状のアレイ構造を形成するために複数の湾曲した（例えば、凹状の）部分１３１５を有するように部分的にさいの目状に分割される。さいの目状にされたセラミックプレートの厚さは、例えば、５００ｋＨｚから２０ＭＨｚの、より深い浸透を生じる低い周波数および良好な解像度を提供するより高い周波数を有する、中心周波数を提供するように選択され得る。トランスデューサアレイを構成する凹状の部分１３１５は、イメージング機能における良好な横方向の解像度を達成するように間隔を開けて配置され得る。各凹状の部分１３１５の前面に金属の電極１３２０が、ケーブル１３３０およびターミナル１３４０を介してシステム制御電子回路（図には示されていない）へセラミックプレート１３１０を接続するために提供され得る。セラミックプレート１３１０の他の面は、例えば共通の金属電極１３２５を受容するように構成される。共通の電極１３２５はまた、ケーブル１３３５およびターミナル１３４５を介して、システム制御エレクトロニクと接続される。
【００６６】
さらに、凹状の部分が上記説明されたが、部分１３１５はまた、例えばフォーカシングレンズを有さないような、自然のフォーカス配置を有する、実質的に平坦な構成を備え得ることに注意すべきである。さらに、部分１３１５はまた、凸レンズまたは凹レンズ配置を有する実質的に平坦な構成と共に構成され得る。従って、部分１３１５は様々な方法で構成され得る。
【００６７】
共通の電極１３２５上で、一つ以上の音響マッチング層１３５０は、エポキシのような接着剤を使用して接着され得る。添加物を含むエポキシが接着剤として使用されるときには、音響マッチング層１３５０は自然に相互に接着するので、音響マッチング層１３５０が単純にその上に成型され得る。音響マッチング層１３５０は、セラミックプレート１３１０と標的組織との間の適切なインピーダンスのマッチングを得ることを意図される。結果として、セラミックプレート１３１０から標的組織への音響パワーの効果的な伝達が、標的組織での適切な温度増加を達成するために維持され得、所望のセラピー結果をもたらす。音響マッチング層（一つまたは複数の層）１３５０が、添加物を含むエポキシを使用してセラミックプレート１３１０（正確には、共通の電極１３２５）へ接着されるときには、音響インピーダンスはエポキシの中に添加される金属粒子の量を変えることによって、容易に調整され得る。同時に、音響マッチング層１３５０は、放出される音響波の周波数領域における帯域幅を増加させ得る。この局面は効果的なイメージング機能に適している。
【００６８】
音響マッチング層１３５０がなければ、放出される音響波の帯域幅は、音響波を実際に生成するセラミックプレート１３１０のデザインに主に基づき決定される。このことは帯域幅を調整するための自由度が制限されるという結果になる。一つ以上の音響マッチング層１３５０を提供することは、セラミックプレート１３１０のデザインを実質的に変化させることなく、帯域幅を広い範囲で適切に調整することを可能にする。一般的には、音響マッチング層１３５０の厚さは、音響波の波長の４分の１程度になるように設定される。さらに、音響マッチング層１３５０の音響インピーダンスは、セラミックプレート１３１０の音響インピーダンス掛ける標的組織の音響インピーダンスの平方根、さらに望ましくは、
0005473220.tif 000002
【００６９】
乗されたセラミックプレートの音響インピーダンス掛けるＫ乗された標的組織の音響インピーダンスにおおむね等しくなるように設定されることが望ましい。また、層のインピーダンスの適切な変化を有する、複数のマッチング層がもちろん使用され得る。
【００７０】
音響マッチング層１３５０は、セラミック、プラスチック、金属、およびそれらの複合材料のような様々なタイプの材料から作られ得る。望ましくは、マッチング層は良好な熱伝導性および低音響減衰を示し得る。マッチング層１３５０は、高音響分離、すなわち低音響混信を維持するために、図１３に示されるように、切分けられ、またはさいの目状に分割され得る。しかしながら、セラミックのマッチング層の任意の加熱が、ドライブ信号のデューティーサイクル、またはアクティブまたはパッシブの冷却方法によって制御され得る。さらに、任意の他の従来の冷却技術および／または方法が使用され得る。図１３には示されていないが、トランスデューサアセンブリ１３００には、トランスデューサの帯域幅を修正し、および／またはヒートシンクとして役立つように適切に構成される、バック層（示されていない）が提供され得ることが理解されるべきである。
【００７１】
セラミックプレート１３１０および上記で述べられたように構成される他の関連するコンポーネントは、音響マッチング層１３５０と音響的に透明な膜１３６０との間を循環している流体１３７０を介して標的組織へ結合される。流体１３７０はまた、セラミックプレート１３１０および音響マッチング層１３５０のためのクーラントとして機能し、また、界面での組織の温度の制御を補助し得る。循環する流体、熱電性の冷却モジュール、および／または空気圧または他のデバイスによる温度制御はまた、本発明の様々な局面に従って利用され得る。さらに、前記の構成を有する音響トランスデューサアセンブリ１３００は、水密性のハウジング（図には示されていない）に収容される。
【００７２】
循環する流体１３７０は、上述のような二つの主要な機能を有する。それらのうちの一つは、セラミックプレート１３１０および音響マッチング層１３５０を標的組織へ結合することである。もう一つは、音響トランスデューサアセンブリ１３００から無駄な熱を取り除くことである。特に、音響トランスデューサアセンブリ１３００のエネルギー変換効率は一般的には約８０％であり、結果として、入力電力の一部の部分は無駄な熱となる。大量の電力が、組み合わされたイメージング／セラピーの音響トランスデューサアセンブリ１３００に入力されるときには、アセンブリ１３００は熱せられる。このことは、効率の低減および変化した動作特性ををもたらし、それはセラピーの目的に対して逆の効果を作り出し得る。ゆえに、循環する流体１３７０は、音響トランスデューサアセンブリ１３００を冷却することによって、安定した一定の温度に音響トランスデューサアセンブリ１３００を保つ。流体１３７０は代表的には水である。代わりとして、任意の適切な鉱油、植物油、または他の適切な液体が流体１３７０として使用され得る。
【００７３】
図１３は、単一のトランスデューサの中で組み合わされたイメージング／セラピーおよび／または組織パラメータのモニタリングを提供するための例示的な実施形態を示すが、本明細書で開示されるおよび／または今後開発される構成および実施形態を含む、様々な他の構成および実施形態が適切に実現され得、組み合わされたイメージング／セラピー、および／または組織パラメーターのモニタリングを提供するために構成されるアセンブリ１３００の中のコンポーネントの任意の組合せが、様々な例示的な実施形態の中で実装され得る。
【００７４】
図１４Ａを参照すると、例示的なイメージング／セラピーおよび／または組織パラメータのモニタリングをする音響トランスデューサアセンブリ１３００にインターフェイスされるイメージングサブシステム１４１０が以下で説明される。ケーブル１４１０を介してトランスデューサアセンブリ１３００に接続されるイメージングサブシステム１４１０は、ビームを形成する制御ユニットを含む。このユニットは、音響トランスデューサアセンブリ１３００が音響波を使用して標的組織１４８０の処置領域を含む目的の領域をスキャンするように、動作される。戻りの音響信号は、音響トランスデューサアセンブリ１３００によって受信され、処置領域の超音波画像を生成するために、イメージングサブシステム１４１０へ送信される。このように生成された画像は、セラピーの処置プロセスを実際に開始する前に、標的組織１４８０の中の処置領域に関して音響トランスデューサアセンブリ１３００をおおまかに配置することでユーザーを助けるために、ビデオディスプレイターミナル１４５０上に表示される。
【００７５】
図１４Ｃを参照すると、例示的なイメージング／セラピーを組み合わせた音響トランスデューサアセンブリ１３００とインターフェイスし、ケーブル１４１０を介してイメージング／セラピーを組み合わせた音響トランスデューサアセンブリ１３００へ接続されるセラピーサブシステム（セラピー用の加熱システム）１４２０は、音響トランスデューサアセンブリ１３００の線状のアレイに、すなわち図１３に示されるセラミックプレート１３１０のそれぞれの各部分１３１５にインターフェイスされるパワーＲＦドライバーを含む。パワーＲＦドライバーはまた、セラミックプレート１３１０の他の面に提供される共通の電極１３２５へ接続される。このように接続されたパワーＲＦドライバーからセラミックプレート１３１０へＲＦ信号電圧を適切に加えることによって、高パワーの音響エネルギーが生成される。ドライバーは、音響トランスデューサアセンブリ１３００が、標的組織１４８０の中の処置領域を含む目的の領域へ音響波を伝達し、向きを変え、フォーカスするように、インタイムで制御される。トランスデューサの陽極酸化（ａｎｏｄｉｚａｔｉｏｎ）と加熱パワーおよび加熱時間は、適切な加熱パターンおよび適切なセラピーの適用量を達成するために、セラピーの処置プロセスの間で全て制御される。
【００７６】
温度のような組織パラメータのモニタリングは、組織の動きの人為結果を避けるように計算された方法でモニターされ得る。例えば、局部的な領域が加熱された場合には、加熱された領域に対して、パルスエコー信号を用いて実質的にその直後に問い合わせがなされる。そのような場合には、加熱された領域からのエコーは時間および振幅の変化を生じ得る。例えば、組織の中の音響的減衰は５０℃から７０℃でおよそ２倍になる。その領域は加熱の前および後に直ちに測定され、そうして任意の音響伝播の影響と共に組織の動きの人為結果が回避され得る。
【００７７】
一回に小さな領域のみが処置された場合には、ホットスポットのまわりに等温の領域が発生する。ゆえに、加熱された領域へ入射する波の到達時間（ｔｉｍｅ‐ｏｆ‐ｆｌｉｇｈｔ）および振幅は、セラピーのエネルギーが伝達される前および後で同じである。このようにして、セラピーの後に測定される振幅の変化および時間の変化は、処置された組織に実質的に起因する。
【００７８】
図１４Ｃを参照すると、イメージング／セラピーを組み合わせたトランスデューサアセンブリ１３００は小さい領域１４８０を加熱するために使用され、温度モニタリングサブシステム１４３０はディスプレイ１４５０に接続されている。温度モニタリングサブシステム１４３０はまた、適切なケーブル１４１０などによってトランスデューサアセンブリ１３００に接続される。この例に従って、全体積がスキャンされ、パルスエコーをスイープすることによって、効果的な熱線量（時間／温度の履歴）（例えば再交差された体積）が決定され得る。熱線量の用語は温度と継続期間との積分関数と関連し、それによって例えば壊死の決定が行われ得る。
【００７９】
本発明は様々な例示的な実施形態を参照して上述されている。しかしながら、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態に変更および修正を行い得ることを認識する。例えば、操作上のステップを実行するためのコンポーネントと共に様々な操作上のステップが、特定のアプリケーションに従った代替的な方法で、またはシステムの動作と関連する任意の数のコスト関数を考慮して、実装され得る。例えば様々なステップが削除され、修正され、または他のステップとの組合せられ得る。さらに、上述のとおりの可変深度トランスデューサを使用した超音波処置のための方法およびシステムは、患者のそばにいる医療従事者による使用にふさわしいが、そのシステムはまた、遠隔的にもアクセスされ得、すなわち、医療従事者は、衛星／ワイヤレスによって、またはＩＰもしくはデジタルケーブルネットワークおよび同様のものなどのようなワイヤーによる接続などによって、様々な通信方法で伝達されるイメージング情報を有する遠隔ディスプレイを通じて見ることができ、トランスデューサの適切な配置に関して現地の従事者に指示し得ることに留意すべきである。さらに、様々な例示的な実施形態は非侵襲性の構成を備え得るが、例示的な可変深度トランスデューサシステムはまた、少なくともある水準の侵襲性の処置アプリケーションのためにも構成され得る。これらのおよび他の変更または修正は、特許請求の範囲で述べられるように、本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１は、従来技術の超音波処置システムを使用する処置の図を示す。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態に従った超音波処置システムのブロック図を示す。
【図３】図３は、本発明の例示的な実施形態に従った可変深度超音波処置システムのブロック図を示す。
【図４】図４は、本発明の例示的な実施形態に従った可変深度超音波処置システムの図を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明に従った処置のための可変深度超音波トランスデューサに関する例示的な実施形態を示す。
【図５Ｂ】５Ｂは、本発明に従った処置のための可変深度超音波トランスデューサに関する例示的な実施形態を示す。
【図６】図６は、本発明に従った処置のための可変深度超音波トランスデューサに関する別の例示的な実施形態を示す。
【図７】図７は、本発明に従ったトランスデューサの電気的フォーカシングに関する例示的な実施形態を示す。
【図８】図８は、本発明に従った基本周波数、および基本周波数よりも上および下の他の周波数および／または共振で動作する、例示的なトランスデューサの処置特性の例示的な図を示す。
【図９】図９は、本発明に従った二次元のアレイの例示的な実施形態を示す。
【図１０】図１０は、本発明に従った処置のためのプローブフォーマットの例示的な実施形態を示す。
【図１１】図１１は、本発明に従った処置のためのメカニズムの例示的な実施形態を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明に従った環状のアレイの例示的な実施形態を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明に従った環状のアレイの例示的な実施形態を示す。
【図１３】図１３は、本発明に従ったイメージング／セラピーおよび／または組織パラメーターのモニタリングを組み合わされた、音響トランスデューサアセンブリの例示的な実施形態の断面図を示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明に従ったイメージング、セラピーおよび組織パラメーターのモニタリングのサブシステムの、例示的な実施形態を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明に従ったイメージング、セラピーおよび組織パラメーターのモニタリングのサブシステムの、例示的な実施形態を示す。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、本発明に従ったイメージング、セラピーおよび組織パラメーターのモニタリングのサブシステムの、例示的な実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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