(57)【要約】【課題】超音波療法では局所的な組織領域は熱により破壊される。従来では、これを単一周波数連続波の超音波信号で行っていたが、組織内での最適化されていない熱分布並びに最適化されていない局所加熱が生じていた。実際に次のような照射量の問題が生じる。つまり、目標領域での十分に大きな損傷効果と同時に、前側に存在する組織中での不要な組織破壊の回避の問題である。【解決手段】熱分布の最適化又は加熱のローカリゼーションを向上させるために、組織内における非線形超音波−伝播特性及び減衰特性の目標とされる利用に適合させた変調送信信号（例えば、多周波数信号）を使用する。これにより、目標領域に限定した、非線形の超音波効果により引き起こされる非線形加熱効果が達成される。この非線形加熱効果は加熱のローカリゼーションを著しく改善する。この最適化に基づき、線量の問題が緩和されかつ深部に存在する腫瘍を、前側の組織の不要な焼損を生じさせずに熱的に破壊することが可能となる。これにより、超音波療法の実際の取り扱いが改善され、その副作用もさらに低減される。
2005534432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標領域に集束する音波信号を用いて、焦点近傍位置にある体積内の物質内部に、局所的な温度上昇を生じさせる方法であって、
前記音波信号は、吸音の結果として熱の上昇を生じさせるために目標領域に発生させられ、かつ１つの音波エミッタによって放射されるが、単一正弦波圧力−時間信号の放射によっては形成されず、前記目標領域における前記音波信号の圧力−時間曲線は、正弦波ではなくかつ同じ大きさの圧力振幅及び歪み振幅を有するものではないが、前記圧力振幅の大きさが前記歪み振幅の大きさよりも大きくされるように構成され、前記圧力−時間曲線が、物質の静止圧力状態に関して、物質の非線形弾性特性及び非線形吸収特性と協同した集束音波の伝搬範囲内で、前記物質の非線形弾性特性及び非線形吸収特性に対して非対称になるように同一出力の正弦波信号と比較した場合に目標領域に局所加熱効果を生じるように、構成されることを特徴とする物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項２】
前記目標領域における前記圧力−時間曲線は、前記１つの音波エミッタから放射される複数の単一周波数信号が重ね合わせられて形成される請求項１に記載の物資の内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項３】
前記目標領域における前記圧力−時間曲線は、前記１つの音波エミッタから非対称の音波信号が放射されて形成される請求項１に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項４】
前記目標領域における前記圧力−時間曲線は、前記１つの音波エミッタから周波数変調されたチャープ信号が放射されて形成される請求項１に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項５】
前記目標領域における前記圧力−時間曲線は、請求項３記載の非対称の音波信号と少なくとも１つの単一周波数信号との重ね合わせにより形成され、前記１つの音波エミッタから放射される請求項１に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項６】
前記目標領域における前記圧力−時間曲線は、請求項に４記載の周波数変調されたチャープ信号と少なくとも１つの単一周波数信号との重ね合わせにより形成され、前記一つの音波エミッタから放射される請求項１に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項７】
生体物質に適用される請求項１〜６のいずれか１項に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項８】
工業物質に適用される請求項１〜６のいずれか１項に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項９】
生物の体外治療に適用される請求項１〜７のいずれか１項に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項１０】
生物の低侵襲性治療に適用される請求項９に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項１１】
自己集束する装置を用いて焦点合わせが実行される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項１２】
反射集束する装置を用いて焦点合わせが実行される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項１３】
レンズ集束する装置を用いて焦点合わせが実行される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項１４】
前記目標領域中に同時に作用する少なくとも２つの異なる音波信号を形成する相互に異なる固有振動数を有する圧電セラミックを備えた圧電性エミッタを、前記目標領域内における前記圧力−時間曲線の形成に使用する請求項１〜１３のいずれか１項に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項１５】
前記目標領域中に同時に作用する少なくとも２つの異なる音波信号を形成する少なくとも２つの領域を含んで構成される圧電エミッタを、前記目標領域内における前記圧力−時間曲線の形成に使用する請求項１〜１３のいずれか１項に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【請求項１６】
画像表示法と組み合わせされる請求項１〜１５のいずれか１項に記載の物質内部に局所的な温度上昇を生じさせる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
固形腫瘍の治療に関する外科手術において、器官や組織を維持したままの治療が次第に定着してきている。この場合、高集束超音波（ＵＳ）の治療への応用は多くの相応する代替治療の形態として期待されている（例えば、非特許文献１５，ｐ．１１０４参照）。高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ：High Intensive Focussed Ultrasound）の体外適用により、体内深くに存在する腫瘍を非侵襲性で熱により破壊することが可能である。従って、ＨＩＦＵの適用は多くの腫瘍疾病、例えば、乳腺、前立腺、腎臓、膀胱及び肝臓等の腫瘍治療に適している（例えば、非特許文献８参照）。通常の腫瘍治療と比較した超音波を用いる治療の利点は、特に、患者に外傷をつけない点にあり、かつそれによりこの治療は患者に受け入れられることが多くなっている。
【背景技術】
【０００２】
概略的な原理を図１に示す。集束ＵＳエミッタは高集束超音波を放射する。この超音波は、前面の水媒介区域を介して身体内で結合され、焦点領域中へと集束される。この焦点領域に治療すべき腫瘍が存在する。組織内における超音波の吸収は熱を誘導する。超音波領域の治療効果は焦点領域で最大となる。この超音波熱治療（ＵＳＴＴ：Ultrasonic thermo-therapy）では、数秒以内に腫瘍のネクローシス（壊死）を焦点領域（ネクローシススポット）中に誘導し、同時に腫瘍を取り囲む組織の過熱を回避するため腫瘍内の局所温度を約７０〜９０℃にすることが要求される。完全な腫瘍治療は、個々のネクローシススポットを相互に点状に連結することによって行われる。熱を原因とする細胞死の蓋然性は達成された温度及びその温度の作用時間に依存する。この熱効果の他、例えばキャビテーション（ガス及び蒸気に満たされた中空室の形成（空洞形成））による機械的影響も存在する。
【０００３】
現在の超音波治療の適用は以下に記載の諸問題を内包する。
【０００４】
目標とされる局所ネクローシスの生成は、熱治療において一定の適切な熱を要求するが、腫瘍前側に存在する組織又は腫瘍を取り囲む組織内に、いわゆる”ホットスポット”と呼ばれる不要な焼損を作り出さないようにするため正確な線量（吸収量）を必要とする。この線量に関する問題は、この治療の急速な定着を阻害し、多くの適用領域における制限的な要因となっている。深部に存在する腫瘍の実際の治療では、装置のハンドリング性又は人体におけるＵＳ窓の限界に起因して、一般に焦点を弱く合わせた集束ＵＳエミッタが適用される。これは、焦点を強く合わせた集束システムと比較して、著しく悪い加熱のローカリゼーションを示す（図２）。従って、実際には、例えば、前側に存在する組織中に不要な「ホットスポット」を形成させずかつ治療すべき組織中には不要な「コールドスポット」を形成させずにネクローシススポットを形成するための加熱時間等を正確に選択する必要があるため、非常に限られた領域に対してだけの適用となる。図２は加熱のローカリゼーションの概念を示している。このローカリゼーションは焦点領域における熱源の最大値と前側に存在する組織中の熱源の最大値との商として表される。
【０００５】
完全な腫瘍の治療は、個々のサーモネクローシスを相互に点状に連結すること（スキャニング）により行われる。この超音波熱治療における現在まで未解決の１つの問題として、大容量の腫瘍を治療する場合に長期の治療期間を必要とする点がある。熱の蓄積効果及びそれによる前側に存在する組織の過熱を回避するには休止期間を一時的に個々の超音波適用の間に設けなければならず、該休止期間がこの治療で実際に必要とされる適用時間を極めて長くしている。
【０００６】
集束ＵＳによるサーモアブレーションが転移を増大させるか否かの問題は未だ解明されていない。しかしながら、現在では、腫瘍中に単に熱エネルギーだけが作用し、機械的なキャビテーションが作用しない場合、転移率は上昇しないという前提から出発することができる（例えば、非特許文献１１，１４参照）。従って、キャビテーションによる組織の機械的な負荷を可能な限り最小の状態にしなければならない。
【０００７】
現在では、ＵＳＴＴによる組織の加熱及び過熱のために、もっぱら単一（モノラル）周波数のＣＷ（continuous wave）圧力信号がＵＳエミッタから放射される。ＵＳ信号の振幅及び周波数の選択は、簡易な線形の認識並びに多数のインビトロ及びインビボ試験の評価に基づく腫瘍の位置に依存する（例えば、非特許文献１３，７参照）。軟組織に対する典型的なＵＳ減衰は周波数と共に指数的に増大するため、一般的にＵＳＴＴでは、表面付近の腫瘍に対しては高周波数で微小振幅を有するＣＷ正弦波信号が選択される。腫瘍が組織内部の深部に存在する場合は、ＵＳの侵入深さを高めるため通常、周波数をわずかに低減させている。絞りが一定なエミッタの周波数が低減されることによって、深部に存在する組織治療のための焦点効果がさらに弱められ、これにより加熱のローカリゼーションがさらに悪化することになる。”最適な”振幅及び周波数は、今まではもっぱら、到達加熱を単に信号の基本周波数減衰と同一と考える線形の認識に基づいて選択されていた（例えば、非特許文献１３，７参照）。不要なキャビテーションの影響を回避するため微小振幅の正弦波信号が適用される。ＣＷ正弦波信号によるキャビテーションの蓋然性は、信号周波数の低減と共にかつ圧力振幅の増大と共に（つまり、圧力波の歪み成分の増大と共に）増加する。従って、ＵＳの非線形効果による急峻化を引き起こす高圧力振幅は一般に避けられる。従って、一般的に線形効果だけが加熱に関する役割を担う。このことは、ＵＳＴＴにおいて目標とされる深部に存在する組織を加熱しつつ、前側に存在する組織に対して不要に高い熱負荷をかけないことを回避しにくいことを意味する。
【０００８】
治療ヘッドの機械的な交換を行わずに治療深さに応じて放射周波数の切り替えを実施できる多周波治療装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
しかしながら、これによっても深部に存在する腫瘍を治療する場合には、全般的な線量の問題、例えば、前側に存在する組織中の不要熱の蓄積効果又は加熱のローカリゼーション悪化の問題は解決されていない。
【００１０】
組織内に複数の温度焦点を同時に設定できるフェイズドアレー（Phased-Array）ＵＳエミッタが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。これによれば、スキャニングポイントの目標とされるネクローシススポットが著しく拡大され、治療時間を短縮することが可能となる。しかしながら、複数の隣接する焦点上に目標とされる焦点領域を拡大すると、加熱のローカリゼーションが低下し、これにより線量の問題が更に大きくなる。この問題を解決するためには、治療に付随して、線量を照射する加減を制御補助する非侵襲性の温度モニタリングを使用しなければならない。このため、画像を形成するＵＳの他に少なくともＭＲ−断層撮影が使用される。これは、低コストのＵＳ治療法を著しくコストのかかるものにしてしまう。
【００１１】
前側に位置する組織内の熱蓄積を減少する一つの提案は、腫瘍容積のスキャニングに基づき時間的に次のネクローシススポットを特別に設定することをベースとしている（例えば、非特許文献１２参照）。これは、隣接するネクローシススポット形成の間に可能な限り大きな時間間隔を設けて、当該時間間隔の間に温度を低下させることができるように行われる。従って、個々のネクローシス間に適用する休止時間をさらに減少させることが可能となる。
【００１２】
線形認識に基づく当該提案は、ＣＷ正弦波信号の使用と強く結びついており、適切な周波数選択のために、線型予測によって侵入深さ及び加熱の最適条件を達成することが試みられている。このことは、加熱のローカリゼーションによって次善の結果を導くことになる。この治療法の実際の適用では、費用のかかるモニタリングを使用せずに深部に位置する腫瘍をＵＳＴＴすることができる一方で、「ホットスポット」又は「コールドスポット」が生じて初めて適用可能であることを意味する。さらに、加熱のローカリゼーションが悪いため、それ自体が増加する治療時間を受け入れられない程度にまで延長してしまうことから、冷却のための十分な休止時間を個々のサーモネクローシス間に設けなければならない。この提案（例えば、非特許文献１２参照）は、単にネクローシススポット形成の際に次善の結果を用いることの不利な影響の緩和を試みているにすぎず、特に、完全な腫瘍治療の際に、前側に存在する組織に不要に増加した熱負荷を巧みなスキャニング−アルゴリズムによって弱めることを試みているにすぎない。
【００１３】
前述の提案のいずれもが、加熱のローカリゼーションを改善するものではなく、すなわち、ネクローシススポット形成の際に、焦点領域内での熱源の最大値対前側に存在する組織中での熱源の最大値の比率を向上させるものではない。
【００１４】
【特許文献１】米国特許第５４６０５９５号明細書
【特許文献２】国際公開第９３／１９７０５号
【非特許文献１】D. R. Daum and K. Hynynen. A 256-element ultrasonic phased array system for the treatment of large volumes of deep seated tissue. IEEE Trans. Utlras. Ferro. Freq. Control, 46 (5) : 1254-1268,1999.
【非特許文献２】F. A. Duck. Physical Properties of Tissue. Academic Press, London, 1990.
【非特許文献３】R. Feng, C. Zhu, J. Xu, Z. Chen, and H. Li. Enhancement of ultra- sonic cavitation yield by a bifrequency irradiation and its fre- quency effect. In P. K. Kuhl and L. A. Crum, editors, Proceedings of the 135TH Meeting of the ASA, Seattle, USA, volume 111, pages 1715-1716. Acoustical Society of America, Juni 1998.
【非特許文献４】E. A. Filonenko. Effect of acoustic NONLINEARITY on heating of bio- logical tissue by high-intensity focused ultrasound. Acoustical Physics, 47 (4) : 468-475, 2001.
【非特許文献５】K. Fujimoto, Y. Ishibashi, M. Shibata, T. Suzuki, S. Aida, N. loritani, S. SHIRAI, and S. ORIKASA. A new cavitation suppression technique for local ablation using high-intensity focused ULTRASOUND. IN IEEE Ultrasonics Symposium-1995, pages 1629-1632,1995.
【非特許文献６】S. Ginter. Numerical simulation of ultrasound-thermotherapy combining nonlinear wave propagation with broadband soft- tissue absorption. Ultrasonics, 37 : 693-696, 2000.
【非特許文献７】C. R. Hill. Optimum acoustic frequency for focused ultrasound surgery. Ultrasound Med. and BOL., 20 (3) : 271-277,1994.
【非特許文献８】C. R. Hill and G. R. ter Haar. Review article : High intensity focused ultrasound-potential for cancer treatment. Brit. J. Radio., 68 (816) : 1296-1303,1995.
【非特許文献９】V. Khokhlova, O. Sapozhnikov, Yu. PISHCHALNIKOV, T. SINILO, E. FILONENKO, M. Bailey, and L. Crum. Enhancement of ultrasound- induced heating in tissue phantoms due to formation of shocks : experimental measurements and numerical simulations. Hand- out : WFUMB 2000, Florence, 2000.
【非特許文献１０】B. -Y. Lu, W.-L. Lin, Y. -Y. Chen, R. -S. Yang, T. -S. Kou, and C.-Y. Wang. A multifrequency driving system for ultrasound hyper- thermia. IEEE Engineering in Medicine and Biology, 18 (5) : 106-111, 1999.
【非特許文献１１】G. O. N. Oosterhof, E. B. Cornel, G. A. H. J. Smits, F. M. J. De- bruyne, and J. A. Schalken. Influence of high-intensity focused ul- trasound on the development of metastases. European Urology, 32 (1) : 91-95,1997.
【非特許文献１２】R. Rastert, I. Simiantonakis, M. Moosmann, P. Huber, J. Debus, and, J., Jenne. Treatment acceleration by modification of sound fields and SONICATION modatities. In S. C. Schneider, M. Levy, and B. R. MCAVOY, editors, IEEE Ultrasonics Symposium, San Juan, Puerto Rico, volume 2, pages 1441-1444. IEEE ULTRASONICS, Ferro- etectrics and Frequency Control Society, October 2000.
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【非特許文献１５】F. Wu, W. -Z. Chen, J. Bai, J. -Z. Zou, Z.-L. Wang, H. Zhu, and Z.-B. Wang. Pathological changes in human malignant carcinoma treated with High-Intensity Focused ULTRASOUND. UTRASOUND Med. and BIOL., 27 (8) : 1099-1106, 2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、本発明が解決しようとする課題は、非線形ＵＳ伝搬効果の目標を定めた利用下で、加熱のローカリゼーションの直接的な改善を達成することにある。これを通じて、一方で、線量を照射する加減が深部に存在する腫瘍の場合であっても大幅に緩和されるため、高価なオンラインモニタリングを使用せずに実際の治療が可能となる。他方、改善された加熱のローカリゼーションにより、腫瘍のネクローシス形成と同時に前側に存在する組織に対する熱負荷の低減を達成することが可能となり、個々のネクローシススポット間の休止時間を大幅に減少させることができるようになる。このことは最終的に、治療における実際の操作に注意が払われるようになり、患者に対する更なる負担軽減につながるＵＳＴＴの最適化が達成されることになる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この課題を解決する方法は請求項１に記載されている。引用形式請求項は、他の有利な方法の実施態様に関する。
【００１７】
本発明は、吸音の結果としての熱の上昇をさせるために、目標領域中に以下の音波信号を発生させる。該音波信号は、１つの音波エミッタによって放射されるが、単一正弦波圧力−時間（圧力対時間）信号の放射によって形成されず、前記目標領域における前記音波信号の圧力−時間（圧力対時間）曲線は、正弦波ではなくかつ同じ大きさの圧力振幅と歪み振幅を有するものではないが、前記圧力振幅の大きさが前記歪み振幅の大きさよりも大きくされるように構成され、前記圧力−時間（圧力対時間）曲線が、物質の静止圧力状態に関して、物質の非線形弾性特性及び非線形吸収特性と協同した集束音波の伝搬範囲内で、前記物質の非線形弾性特性及び非線形吸収特性に対して非対称になるように同一出力の正弦波信号と比較した場合に目標領域に局所加熱効果を生じるように、構成される。
【００１８】
一方、目標領域における圧力−時間曲線は、それぞれ１つの音波エミッタによって放射される複数の単一周波数信号が重ね合わせられて（ヘテロダイン）により、非対称の音波信号の形成により及び周波数変調されたチャープ信号により形成されることができる。
【００１９】
他方、目標領域における圧力−時間曲線は、非対称の音波信号と少なくとも１つの単一周波数信号との重ね合わせにより、又は、周波数変調されたチャープ信号と少なくとも１つの単一周波数信号との重ね合わせにより形成されることができる。
【００２０】
この音波信号の焦点合わせは、自己集束する装置を用いて、反射集束する装置を用いて又はレンズ集束する装置を用いて実行されることができる。
【００２１】
目標領域における圧力−時間曲線の形成には、圧電エミッタが適している。該圧電エミッタは、目標領域中に同時に作用する少なくとも２つの異なる音波信号を形成する相互に異なる固有振動数を有する圧電セラミック備えている。また、目標領域中に同時に作用する少なくとも２つの異なる音波信号を形成する少なくとも２つの領域を有する圧電エミッタも適している。
【００２２】
本発明による方法は、画像表示方法と組み合わせることもでき、例えば、生物の体外治療を通じて生体物質に対し、特に、体組織の局所的な温度上昇のための最小の侵襲性治療の範囲内で適用することができる。本発明によるこの方法は、一般に、目標領域の範囲内で局所的に制限された温度上昇が形成されるべき工業物質にも適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
高集束超音波の適用と関連するＵＳの非線形効果による急峻化は、当該ＵＳの基本周波数からより高い調波周波数成分への音響エネルギーのエネルギー伝達と関連していることは一般に周知である。図３は、波形に歪みが生じる非線形の急峻化プロセスを示している。初期の正弦波信号は前方の波長フロント部で振幅の急峻化が生じて上昇増加と共に変形する。さらに、これら音場の高周波成分は、周波数の増大と共に指数関数的に増大する減衰、つまり軟組織による減衰に基づき著しく減衰させられる（例えば、非特許文献２参照）。従って、組み合わせにより、非線形音波の伝搬及び組織による減衰は、非線形の誘導された熱の上昇を引き起こし、当該箇所では非線形に急峻化された音波が存在する（例えば、非特許文献９，６，４参照）。
【００２４】
集束ＵＳエミッタの適用により、基本的に焦点領域及び前側に存在する焦点領域において、主として非線形ＵＳ効果を生じさせる圧力増幅の向上が達成される。同時に、該ＵＳは、体内組織中で減衰され、この減衰は圧力増幅の低減を引き起こす。前側に存在する組織中での集束効果（利得）がＵＳ減衰を上回る限り、焦点領域における非線形効果を見積もることが可能であり、これにより加熱の非線形効果（利得）を見積もることができる。
【００２５】
目標領域における非線形の加熱効果（利得）を増加することができる適切な単一周波数のＣＷ信号は、線形の重ね合わせによって「最適な」設定から外れる一方、前側に存在する組織中のＵＳ減衰を最小にするために信号の基本周波数を減少させなければならない。同時に、他方で、エミッタからの圧力振幅は、焦点領域に非線形効果による急峻化を形成するために増幅されなければならない。従って、原理として、加熱のローカリゼーションを任意に高めることができる。しかしながら、実際の観点から見て、機械的負荷閾値の超過は音波の歪み成分によって制限される。これにより、前側に存在する組織中に機械的な組織の破壊を誘導する不要なキャビテーション効果が生じる。従って、今まで常用されていた単一周波数のＣＷ信号を適用しても、非線形効果の利用は実質的にほとんど不可能であった。
【００２６】
特許文献２の特許明細書には、加熱のローカリゼーションを最適化する実用的な実現化が記載されている。ここでは、空間的に離れた２つのＵＳエミッタからそれぞれ２つの超音波ビームを照射して共焦点での重ね合わせにより非線形の加熱効果（利得）を得ることを達成しており、これにより焦点内に非線形の相互変調積を生じさせている。
【００２７】
本発明による方法の基本思想は、非線形効果に起因する加熱を不可避的なのとして受け入れるだけではなく、加熱のローカリゼーションひいては完全なＵＳＴＴとして最適化するために、目標とされかつ制御された非線形の加熱効果（利得）をも利用して、焦点領域における非線形のＵＳ伝搬効果及びＵＳ吸収効果の目標とされた集束を達成し、キャビテーションによる機械的な過負荷を誘発させない非線形の振幅効果を備えた、単一周波数のＣＷ信号とは別の放射信号を適用する。非線形の加熱効果（利得）が複数の別々のＵＳビームの重ね合わせにより達成される特許文献２の特許明細書に記載された方法とは異なり、１つのＵＳエミッタから直接放射される焦点に非線形の加熱効果（利得）を生じさせる別の放射信号が特別に設定される。
【００２８】
本発明の本質的な利点は、非線形の加熱効果（利得）を単一周波数のＣＷ信号の放射によって達成するのではなく、別の信号形状（形態）の適用によって加熱を生じさせることにある。これは、一方で、前側に存在する組織に対する負荷（熱的負荷、機械的負荷）を低減するとともに、他方で、同時に、目標領域における非線形の加熱効果（利得）を通じて多くのＵＳエネルギーを熱に変換するという構想である。これにより、ローカリゼーションが改善され、制御（閉ループ）のための高価なオンラインモニタリング構想を必要とせず、特に、深部に存在する腫瘍の治療において実際の線量を低減することができるので、簡易な治療が可能となる。図４は、別の信号形状（形態）の適用によりローカリゼーションの向上が可能であることを例示的に示した図である（この結果は独自にこのために開発したシミュレーション装置の結果である）。特許文献２の特許明細書と対比すると、単一エミッタの適用により、治療機器の実際の取り扱いは簡素化される。また、特許文献２において必要となる個々のエミッタの共焦点調整操作をなくすことができる。更に、複数の個々のエミッタで構成されるシステムでは身体への極めて大きなＵＳ入射窓を必要とする。このような大きなＵＳ入射窓は、特に、非線形の加熱効果（利得）を利用した、治療上重要である目標とされる深部に存在する組織の治療のために常に存在するとは限らない。
【００２９】
別の信号形状（形態）として、多周波ＣＷ信号、パルス信号及び多周波信号とパルス信号の組み合わせ等が挙げられる。
【００３０】
多周波ＣＷ信号（少なくとも２つの単一周波数のＣＷ信号又はチャープ信号の付加的な重ね合わせ）は、単一周波数のＣＷ信号のみの場合と比べて変化したキャビテーション効果を示す（例えば、非特許文献１０、３、５参照）。周波数及びその周波数の組み合わせの選択によって、キャビテーションによる機械的な過負荷をかけることなく圧力振幅を増幅することができる。これは目標領域における非線形の加熱効果（利得）に利用することができる。より高い調波周波数成分を追加した信号（図４、信号Ｓ２）を、基本周波数を有する単一周波数信号（図４、信号Ｓ１）と比較すると、一方で、組織内の圧力波の歪み成分がさらに減少するとともに、他方で、非線形の急峻化プロセスが放射されたＵＳ出力が低下する場合であってもいっそう強まる。基本周波数成分と低周波数成分との重ね合わせにより（図４、信号Ｓ３）、前側に存在する組織中では低周波数成分のＵＳ吸収が弱いためにほとんど付加的加熱が生じない。また、低周波数成分の集合によって生じる目標領域における付加的な圧力フィールドを通じて、基本周波数の場合、主要フィールドは非線形の領域にもたらされ、これによりローカリゼーションの明らかな改善が生じる。２つの周波数成分の振幅は、それぞれの信号が本質的にキャビテーションを引き起こさないように選択される。これら全てのプロセスが非線形であるため、焦点領域において生じる付加的な非線形の加熱過程は、線形の場合に生じる加熱の何倍にもなる。従って、治療の挙動を支配することができるようになる。
【００３１】
さらに、ＣＷ信号からパルス信号への移行時に、強め合う干渉領域において、ＣＷ信号の重ね合わせによって発生する前側に存在する組織内で高められた熱的及び機械的な負荷を生じさせる干渉を回避できるという利点が得られる。これにより、パルス信号の場合には、ＣＷ信号と同一の歪み負荷に対して、エミッタでの圧力振幅を倍にすることができ、これにより目標領域における波長の非線形の急峻性が著しく増加されることになる。さらに、このパルス信号はＣＷ正弦波信号と比較してパルス形成のための多くのフリースペースを提供する。パルス信号中でのパルス形成（整形）によって、前側に存在する組織の機械的負荷の原因となる歪み成分から、非線形波長の急峻化の原因となる正成分を分離することができる。これにより、長く、そのために弱い減圧成分の後に続く、短く強い過度の圧縮パルスにより非線形伝搬の目標とされる増幅を生じさせることができる。これはＣＷ正弦波信号を適用する場合には不可能である。加熱は１ｋＨｚ以上の高速パルス繰返し周波数によってもたらされる。砕石術分野における従来の圧力パルスの使用は、別の信号形状に適していない。このパルスの形は、加熱用には想定されておらず、大きな歪み成分によって数Ｈｚのパルス繰返し周波数でもキャビテーションの増加を生じさせる。従って、加熱のために必要な１ｋＨｚ以上のパルス繰返し周波数を使用することはできない。
【００３２】
最終的に、単一周波数信号又は多周波ＣＷ信号とパルス信号の組み合わせにより最適化を達成することができる。加熱はパルスによってもたらされる。焦点領域及び定焦点領域における集束を通じた低周波数のＣＷ圧力フィールドは、ＵＳ伝搬における非線形性をさらに増幅できるようにプレストレスを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】超音波療法のための基本原理を示す図。
【図２】単位時間当たりに吸収されたＵＳエネルギー密度の軸方向の断面についての図。
【図３】ＣＷ正弦波信号の非線形の急峻化特性を示す図。
【図４】異なる信号を使用することによる加熱のローカリゼーションの向上を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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