(57)【要約】本発明は、超音波撮像及び治療の臨床応用の音響結合として、ヒドロゲルを使用するが、具体的には、高強度集束超音波（ＨＩＦＵ）に基づく治療に適用可能である。他の材料を使用することができるが、ポリアクリルアミドが、ＨＩＦＵ治療において遭遇する高温に耐えるように十分頑強で透過性であることが判明した。ヒドロゲル結合体（１６）の１つの実施形態は、超音波変換器（１０ａ）の遠位先端（１８）が組織と接触するとき、超音波変換器（１０ａ）の焦点領域（１４）が、対象領域と近接して位置することを保証する形状及びサイズ（長さ）で構成される。これらのヒドロゲル結合体（１６）は、特定の超音波変換器（１０ａ）のビーム集束特性に対応するように成形することができる。使用中にヒドロゲル結合体の先端を水和させるために、水を加えることができ、ヒドロゲル材料に吸収された薬剤を、ヒドロゲルの遠位表面と接触している組織に加えることができる。
2005527336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波変換器と、対象物及び該対象物に関連付けられる物理的境界の少なくとも一方とを音響的に結合するために、前記超音波変換器と前記対象物との間に配置されるヒドロゲル結合体であって、
前記物理的境界が前記超音波変換器と前記対象物との間に位置し、
（ａ）前記超音波変換器に隣接して位置するように構成される近位表面を有する寸法的に安定したヒドロゲルマスと、
（ｂ）前記物理的境界の少なくとも一方と音響的に結合されるように構成される遠位表面を備え、前記ヒドロゲルマスが結合される前記超音波変換器の焦点領域が、所望の前記対象物に近接して位置するように、前記近位表面と前記遠位表面の外側限界との間の距離が選択されることを特徴とするヒドロゲル結合体。
【請求項２】
前記近位表面が、前記超音波変換器の外表面に合致するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項３】
前記近位表面が、凸の形状であることを特徴とする請求項２に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項４】
前記遠位表面が、凸の形状であることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項５】
前記遠位表面が、凹の形状であることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項６】
前記ヒドロゲルマスが、全体的に円錐の形状であることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項７】
前記ヒドロゲルマスが、全体的に切頭円錐として成形されることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項８】
前記ヒドロゲルマスが、使用時に対象を見ることを遮蔽しないように、透明であることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項９】
前記ヒドロゲルマスを前記超音波変換器に取外し式に結合するように構成される保持ハウジングを備えていることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項１０】
前記保持ハウジングが、前記ヒドロゲルマスの外表面に合致していることを特徴とする請求項９に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項１１】
前記保持ハウジングが、前記遠位表面の外側限界及び前記近位表面を除いて、前記ヒドロゲルマスを封入していることを特徴とする請求項９に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項１２】
前記保持ハウジングが、ポリマーを備えていることを特徴とする請求項９に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項１３】
前記ヒドロゲルマスが、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項１４】
前記ヒドロゲルマスが、ポリアクリルアミドを備えていることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項１５】
前記ヒドロゲルマスを生成するために使用されるアクリルアミドモノマーの量が、前記ヒドロゲルマスの音響インピーダンスが、対象及び対象に関連付けられる物理的境界の少なくとも一方の音響インピーダンスとほぼ整合するように選択されていることを特徴とする請求項１４に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項１６】
（ａ）前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面が、前記超音波変換器の焦点領域に近接して位置し、
（ｂ）前記超音波変換器が、約１秒から約１００秒にわたる期間、電圧を印加され、
（ｃ）前記超音波変換器によって生成される音響ビームの強度が、約１００Ｗ／ｃｍ２から約１０，０００Ｗ／ｃｍ２にわたる場合、前記ヒドロゲルマスが、前記超音波変換器と結合されたとき、構造的完全性を維持することを可能にするように、十分に高い融点及び十分に低い音響吸収度を有することを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項１７】
前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面を水和（ｈｙｄｒａｔｅ）するための手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項１８】
前記水和するための手段が、水供給に結合されるように構成される近位端部を有し、かつ前記遠位表面に隣接して位置する遠位端部を有する流体チャネルを備えていることを特徴とする請求項１７に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項１９】
流体供給部に結合されるように構成される近位端部を有し、かつ前記遠位表面に隣接して位置する遠位端部を有する流体チャネルを備えていることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項２０】
前記流体チャネルの少なくとも一部が、前記ヒドロゲルマス内に配置されていることを特徴とする請求項１９に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項２１】
前記ヒドロゲルマスを前記超音波変換器に取外し式に結合するように構成される保持ハウジングを備え、前記流体チャネルの少なくとも一部が、前記保持ハウジングによって支持されていることを特徴とする請求項１９に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項２２】
前記流体チャネルの少なくとも一部が、前記保持ハウジングと一体式であることを特徴とする請求項２１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項２３】
前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面の近傍に薬剤を送り込む手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項２４】
前記送り込む手段が、前記薬剤を含む流体供給部に結合されるように構成される近位端部を有する流体チャネルを備え、前記流体チャネルが、前記遠位表面に隣接して位置する遠位端部を有することを特徴とする請求項２３に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項２５】
前記送り込む手段が、前記ヒドロゲルマス内に配置されるある量の薬剤を備えていることを特徴とする請求項２３に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項２６】
前記ヒドロゲルマスが、該ヒドロゲルマス内において吸収された薬剤を備えていることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項２７】
前記薬剤が、前記ヒドロゲルマスにわたって一様に分布されていることを特徴とする請求項２６に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項２８】
前記薬剤が、前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面の外側限界に近接して分布されていることを特徴とする請求項２６に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項２９】
前記ヒドロゲルマスの形状が、該ヒドロゲルマスとともに使用される前記超音波変換器の超音波ビームの形状に対応していることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項３０】
前記ヒドロゲルマスが、前記超音波変換器と取外し式に結合されるように構成され、使用後に、前記ヒドロゲルマスを容易に取り外して、寸法的に安定した異なるヒドロゲルマスと交換することができることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項３１】
複数の様々なサイズの前記ヒドロゲルマスの１つを前記超音波変換器に取外し式に結合し、該ヒドロゲルマスの各様々なサイズの前記近位表面と前記遠位表面の前記外側限界との間において様々な距離を提供する手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項３２】
前記ヒドロゲルマスが、前記超音波変換器と取外し式に結合されるように構成され、前記ヒドロゲルマスの前記近位表面と前記遠位表面の前記外側限界との間の前記距離が、前記ヒドロゲルマスと結合された前記超音波変換器の焦点領域が、所望の対象物に近接して位置しない場合、前記ヒドロゲルマスを容易に取り外して、近位表面と遠位表面の外側限界との間において異なる距離を有する異なるヒドロゲルマスと交換することができ、該ヒドロゲルマスと結合された前記超音波変換器の焦点領域が所望の対象物に近接して位置するようにされていることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項３３】
前記ヒドロゲルマスが、前記超音波変換器と取外し式に結合されるように構成され、各使用後に取り外されて廃棄されることを特徴とする請求項１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項３４】
超音波変換器と、対象物及び該対象物に関連付けられる物理的境界の少なくとも一方との間に位置するように適合され、前記超音波変換器と前記物理的境界の少なくとも一方とを音響的に結合することを目的とするヒドロゲル結合体であって、
（ａ）前記超音波変換器に隣接して位置するように構成される近位表面と、
（ｂ）前記物理的境界の少なくとも一方と音響的に結合されるように構成される遠位表面とを有する寸法的に安定したヒドロゲルマスを備え、該ヒドロゲルマスが、
（ｉ）該ヒドロゲルマスの前記遠位表面が、前記超音波変換器の焦点領域に近接して配置され、
（ｉｉ）前記超音波変換器が、約１秒から約１００秒にわたる期間、電圧を印加され、
（ｉｉｉ）前記超音波変換器によって生成される音響ビームの強度が、約１００Ｗ／ｃｍ２から約１０，０００Ｗ／ｃｍ２にわたるとき、
前記ヒドロゲルマスが、前記超音波変換器と結合されたときに構造的完全性を維持するように、十分に高い融点及び十分に低い音響吸収度を有することを特徴とするヒドロゲル結合体。
【請求項３５】
前記近位表面と前記遠位表面の外側限界との間の長さが、前記超音波変換器の焦点領域が対象に近接して位置するように選択されていることを特徴とする請求項３４に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項３６】
前記近位表面が、前記超音波変換器の外表面と合致するように構成されていることを特徴とする請求項３４に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項３７】
前記遠位表面が、凸，凹及び平坦の形状の１つであることを特徴とする請求項３４に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項３８】
前記ヒドロゲルマスが、使用時に前記対象物を見ることを遮蔽しないように、透明であることを特徴とする請求項３４に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項３９】
前記ヒドロゲルマスを前記超音波変換器に取外し式に結合するように構成される保持ハウジングを備えていることを特徴とする請求項３４に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項４０】
前記ヒドロゲルマスの形状が、該ヒドロゲルマスとともに使用される前記超音波変換器によって生成される超音波ビームの形状に対応していることを特徴とする請求項３４に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項４１】
（ａ）前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面を水和させる手段と、
（ｂ）前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面の近傍に医薬用流体を送り込む手段と
の少なくとも一方を備えていることを特徴とする請求項３４に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項４２】
前記水和させる手段が、水供給に結合されるように構成される近位端部を有し、かつ前記遠位表面に近接して位置する遠位端部を有する流体チャネルを備えていることを特徴とする請求項４１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項４３】
前記医薬用流体を送り込む手段が、医薬用流体供給に結合されるように構成される近位端部を有し、かつ前記遠位表面に近接して位置する遠位端部を有する流体チャネルを備えていることを特徴とする請求項４１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項４４】
前記医薬用流体を送り込む手段が、前記ヒドロゲルマスに吸収されたある量の医薬用流体を備えていることを特徴とする請求項４１に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項４５】
流体供給部に結合されるように構成される近位端部を有し、かつ前記遠位表面に近接して位置する遠位端部を有する流体チャネルを備えていることを特徴とする請求項３４に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項４６】
前記ヒドロゲルマスが、前記超音波変換器と取外し式に結合されるように構成され、使用後に、前記ヒドロゲルマスを容易に取り外して、異なるヒドロゲルマスと交換することができることを特徴とする請求項３４に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項４７】
複数の異なるサイズの前記ヒドロゲルマスの１つを前記超音波変換器に取外し式に結合し、前記ヒドロゲルマスの各異なるサイズの近位表面と遠位表面の外側限界との間において、様々な距離を提供する手段を備えていることを特徴とする請求項３４に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項４８】
前記ヒドロゲルマスが、前記超音波変換器と取外し式に結合されるように構成され、前記ヒドロゲルマスの前記近位表面と前記遠位表面の前記外側限界との間の前記距離が、該ヒドロゲルマスと結合された前記超音波変換器の焦点距離が、所望の前記対象物に近接して位置しない場合、前記ヒドロゲルマスを容易に取り外して、近位表面と遠位表面の外側限界との間において異なる距離を有する異なるヒドロゲルマスと交換することができ、該ヒドロゲルマスと結合された前記超音波変換器の焦点領域が、前記対象物に近接して位置するようにされていることを特徴とする請求項３４に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項４９】
前記ヒドロゲルマスが、前記超音波変換器と取外し式に結合されるように構成され、各使用後に取り外されて廃棄されることを特徴とする請求項３４に記載のヒドロゲル結合体。
【請求項５０】
超音波変換器を対象物と音響的に結合するためのキットであって、前記超音波変換器が、高強度集束超音波（ＨＩＦＵ）を対象物に適用するように構成され、
（ａ）（ｉ）前記高強度集束超音波（ＨＩＦＵ）を前記対象物に適用するために使用される前記超音波変換器に隣接して位置するように構成される近位表面と、
（ｉｉ）前記対象物及び該対象物に関連付けられる物理的境界との少なくとも一方と音響的に結合されるように構成される遠位表面であって、前記物理的境界が、前記超音波変換器と前記対象物との間に位置する、遠位表面とを有する寸法的に安定したヒドロゲルマスと、
（ｂ）該ヒドロゲルマスが、使用の準備において、封止パッケージから取り外されるまで、該ヒドロゲルマスを水和条件において維持するように構成されている封止パッケージと
を備えていることを特徴とするキット。
【請求項５１】
前記ヒドロゲルマスが、使用の準備において前記封止パッケージから取り外されるまで、該封止パッケージが、前記ヒドロゲルマスを無菌条件において維持していることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項５２】
前記封止パッケージが、気密封止されていることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項５３】
前記封止パッケージが、真空封止されていることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項５４】
前記高強度集束超音波（ＨＩＦＵ）を対象物に適用するのを容易にするために、前記ヒドロゲルマスを使用して前記超音波変換器を対象物と結合するための教示手段を備えていることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項５５】
前記教示手段が、前記ヒドロゲルマスを水和条件において維持する方式を指導するものであることを特徴とする請求項５４に記載のキット。
【請求項５６】
前記高強度集束超音波（ＨＩＦＵ）の適用に使用される前記超音波変換器の外表面への前記ヒドロゲルマスの前記近位表面の音響的結合を改善するために使用される半固体及び流体の結合媒体の一方を備えていることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項５７】
前記ヒドロゲルマスの前記近位表面と前記遠位表面との間の長さが、前記超音波変換器の焦点領域が対象に近接して位置するように選択されていることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項５８】
少なくとも１つの追加的な前記ヒドロゲルマスを備え、該ヒドロゲルマスが、前記超音波変換器と取外し式に結合されるように構成され、また、前記ヒドロゲルマスが、近位表面と遠位表面との間において異なる長さを有し、使用者が、様々な異なる対象物について、前記超音波変換器の焦点領域が対象物に近接して位置することを距離が保証するような特定のヒドロゲルマスを選択することが可能であることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項５９】
前記ヒドロゲルマスが、異なるパッケージにおいて封止されていることを特徴とする請求項５８に記載のキット。
【請求項６０】
前記ヒドロゲルマスが、前記超音波変換器と取外し式に結合されるように構成され、使用後、前記ヒドロゲルマスが容易に取り外されて、異なるヒドロゲルマスと交換されることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項６１】
前記ヒドロゲルマスが、使用後に廃棄可能であることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項６２】
前記ヒドロゲルマスが、使用時に対象物を見ることを遮蔽しないことように、透明であることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項６３】
前記ヒドロゲルマスを前記超音波変換器に取外し式に結合するように構成される保持ハウジングを備えていることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項６４】
（ａ）前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面を水和させる手段と、
（ｂ）前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面の近傍に医薬用流体を送り込む手段と
の少なくとも一方を備えていることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項６５】
流体供給部に結合されるように構成される近位端部と、前記ヒドロゲルマスの前記上部端部に近接して位置するように構成される遠位端部とを有する流体チャネルを備えていることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項６６】
前記ヒドロゲルマスの形状が、該ヒドロゲルマスが共に使用されることを意図する前記超音波変換器の超音波ビームの形状に対応していることを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項６７】
（ａ）前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面が、前記超音波変換器の焦点領域に近接して位置するとき、
（ｂ）前記超音波変換器が、約１秒から約１００秒にわたる期間、電圧を印加されるとき、
（ｃ）前記超音波変換器によって生成される音響ビームの強度が、約１００Ｗ／ｃｍ２から約１０，０００Ｗ／ｃｍ２にわたるとき、
前記ヒドロゲルマスが、前記超音波変換器と結合されたとき、構造的完全性を維持するのを可能にするように、前記ヒドロゲルマスが、十分に高い融点及び十分に低い音響吸収度を有することを特徴とする請求項５０に記載のキット。
【請求項６８】
寸法的に安定したヒドロゲルマスを使用して、超音波変換器を、対象物及び該対象物に関連付けられる物理的境界の少なくとも一方に音響的に結合する音響的結合方法であって、
前記超音波変換器が、高強度集束超音波（ＨＩＦＵ）を対象物に適用するように構成され、
（ａ）前記超音波変換器に電圧を印加するために使用される入力電力レベル及び所要時間を選択するステップと、
（ｂ）選択された前記入力電力レベルにおいて、前記所要時間の間、使用される前記超音波変換器に結合されるとき、構造的完全性を維持することができる前記ヒドロゲルマスを提供するステップと、
（ｃ）前記ヒドロゲルマスの近位表面を前記超音波変換器の外表面に結合するステップと、
（ｄ）前記ヒドロゲルマスの遠位表面の外表面を、前記対象物及び前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面から前記対象物を分離する物理的境界の少なくとも一方に結合するステップと、
（ｅ）選択された前記入力電力レベルにおいて、前記所要時間の間、前記超音波変換器に電圧を印加するステップと
を有することを特徴とする音響的結合方法。
【請求項６９】
前記高強度集束超音波（ＨＩＦＵ）によって生じる前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面に対する損傷を防止するために、前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面を水和させるステップを有することを特徴とする請求項６８に記載の音響的結合方法。
【請求項７０】
前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面の前記外側限界を前記対象物及び前記物理的境界の少なくとも一方に結合した後、薬剤を前記対象物及び前記物理的境界の少なくとも一方に送り込むステップを有することを特徴とする請求項６８に記載の音響的結合方法。
【請求項７１】
前記ヒドロゲルマスを提供するステップが、前記ヒドロゲルマスの前記近位表面と前記遠位表面の前記外側限界との間の長さが、前記超音波変換器の焦点領域が前記対象に近接して位置するように、形状及びサイズを有するヒドロゲルマスを選択するステップを有することを特徴とする請求項６８に記載の音響的結合方法。
【請求項７２】
（ａ）前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面の前記外側限界が、前記超音波変換器の焦点領域に近接して位置し、
（ｂ）前記超音波変換器が、約１秒から約１００秒にわたる期間、電圧を印加され、
（ｃ）前記超音波変換器によって生成される音響ビームの強度が、約１００Ｗ／ｃｍ２から約１０，０００Ｗ／ｃｍ２にわたるとき、
前記ヒドロゲルマスを提供するステップが、該ヒドロゲルマスが、前記超音波変換器と結合されたときに構造的完全性を維持するのを可能にするように、十分に高い融点及び十分に低い音響吸収度を有するヒドロゲルマスを選択するステップを有することを特徴とする請求項６８に記載の音響的結合方法。
【請求項７３】
前記ヒドロゲルマスの前記近位表面を前記超音波変換器の前記外表面に結合するステップが、保持ハウジングを使用して、前記ヒドロゲルマスを前記超音波変換器に取外し式に結合するステップを有し、前記保持ハウジングが、前記ヒドロゲルマスの前記近位表面及び前記遠位表面の前記外側限界を除いて、前記ヒドロゲルマスを包含していることを特徴とする請求項６８に記載の音響的結合方法。
【請求項７４】
前記ヒドロゲルマスの前記近位表面を前記超音波変換器の前記外表面に結合するステップが、前記ヒドロゲルマスを前記超音波変換器に取外し式に結合するステップを有することを特徴とする請求項７３に記載の音響的結合方法。
【請求項７５】
交換用のヒドロゲルマスを前記超音波変換器に結合することを可能にするために、各使用後に、前記ヒドロゲルマスを取り外すステップを有することを特徴とする請求項７４に記載の音響的結合方法。
【請求項７６】
前記対象物と関連して前記ヒドロゲルマスを使用した後、該ヒドロゲルマスを取り外して廃棄し、超音波を異なる対象物に適用するために、請求項６８のステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返すステップを有することを特徴とする請求項７４に記載の音響的結合方法。
【請求項７７】
前記高強度集束超音波（ＨＩＦＵ）を適用するように構成される前記超音波変換器を対象物に音響的に結合するために、寸法的に安定したヒドロゲルマスを作製するヒドロゲルマス作製方法であって、
前記ヒドロゲルマスが、前記超音波変換器と取外し式に結合されるように構成される近位表面と、前記対象物及び前記超音波変換器から前記対象物を分離する物理的境界の少なくとも一方と結合されるように構成される外側限界を有する遠位表面とを含み、
（ａ）前記ヒドロゲルマスを形成することができる少なくとも１つのモノマーの適量と、重合される前記少なくとも１つのモノマーを水和させるのに十分な量の水とを混合して混合物を形成するステップと、
（ｂ）前記混合物を型内に導入するステップと、
（ｃ）前記型の前記混合物が重合して、前記ヒドロゲルマスを形成するステップと、
（ｄ）前記ヒドロゲルマスを前記型から取り外すステップと
を有することを特徴とするヒドロゲルマス作製方法。
【請求項７８】
（ａ）前記混合するステップが、前記混合物において各モノマーの重合を誘起する薬剤を追加するステップを有し、
（ｂ）前記型の前記混合物が重合するステップが、各薬剤によって誘起される前記重合が完了に到達するのに十分な時間期間を待機することを特徴とする請求項７７に記載のヒドロゲルマス作製方法。
【請求項７９】
前記型の前記混合物が重合するステップが、前記型の前記混合物を、前記混合物の重合を誘起するように選択された波長を有する光で照射するステップを有することを特徴とする請求項７７に記載のヒドロゲルマス作製方法。
【請求項８０】
（ａ）前記ヒドロゲルマスの前記遠位表面の前記外側限界が、前記超音波変換器の焦点領域に近接して位置し、
（ｂ）前記超音波変換器が、約１秒から約１００秒にわたる期間、電圧を印加され、
（ｃ）前記超音波変換器によって生成される音響ビームの強度が、約１００Ｗ／ｃｍ２から約１０，０００Ｗ／ｃｍ２にわたるとき、
前記混合するステップが、前記ヒドロゲルマスが構造的完全性を維持するのを可能にするように、十分に高い融点及び十分に低い音響吸収度を有する寸法安定ヒドロゲルマスを生成するように選択される少なくとも１つのモノマーを含むステップを有することを特徴とする請求項７７に記載のヒドロゲルマス作製方法。
【請求項８１】
生成される前記ヒドロゲルマスが薬剤を含むように、前記混合物が前記型内に導入される前に、薬剤を前記混合物の追加するステップを有することを特徴とする請求項７７に記載のヒドロゲルマス作製方法。
【請求項８２】
前記ヒドロゲルマスが重合した後、薬剤を前記ヒドロゲルマスに追加するステップを有することを特徴とする請求項７７に記載のヒドロゲルマス作製方法。
【請求項８３】
前記型が、前記ヒドロゲルマスに所望されるサイズ及び形状に対応するボリュームを備え、前記混合物を前記型内に導入するステップが、前記ヒドロゲルマスに所望される前記サイズ及び形状に対応するボリューム内に前記混合物を導入するステップを有することを特徴とする請求項７７に記載のヒドロゲルマス作製方法。
【請求項８４】
前記型が、前記ヒドロゲルマスに所望されるサイズ及び形状に対応するボリュームと流体連絡する容器を備え、前記混合物を前記型内に導入するステップが、前記ボリュームが前記容器から流れる前記混合物で充填され、前記混合物の少なくとも一部を前記容器に残すように、前記混合物を前記容器内に導入するステップを有することを特徴とする請求項７７に記載のヒドロゲルマス作製方法。
【請求項８５】
前記容器からの追加の混合物が前記ボリュームに流れ込むことを可能にし、前記ボリュームの前記混合物が重合する際に、前記ボリュームにおける前記混合物の収縮に対処するために、前記ボリュームにおける前記混合物が重合している間、前記容器における前記混合物の前記重合を阻止するステップを有することを特徴とする請求項８４に記載のヒドロゲルマス作製方法。
【請求項８６】
前記容器における前記混合物の前記重合を阻止するステップが、前記容器において前記混合物を攪拌するステップを有することを特徴とする請求項８５に記載のヒドロゲルマス作製方法。
【請求項８７】
前記容器が、前記ボリュームより上に配置され、流体チャネルを経て前記ボリュームに結合されることを特徴とする請求項８４に記載のヒドロゲルマス作製方法。
【請求項８８】
前記ヒドロゲルマスを前記型から取り外す前記ステップの後、前記ヒドロゲルマスのあらゆる所望されない部分を除去するステップを有することを特徴とする請求項８４に記載のヒドロゲルマス作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波撮像及び超音波治療において使用されるヒドロゲルに基づく結合物、及び音響的結合方法並びにヒドロゲルマス作製方法に関し、より具体的には、比較的強度の高い超音波を治療部位に透過させるときに安定なままであるヒドロゲル及びヒドロゲルを使用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、以前の同時継続仮出願第６０／３８４，５６６号明細書、２００２年５月３０日出願に基づき、出願日の利益は、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下で本明細書によって主張される。
【０００３】
本発明の研究は、国立衛生研究所（ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ  ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）の補助金で資金提供された。米国政府は、本発明についてある権利を有する可能性がある。
【０００４】
超音波は、撮像にＸ線を使用するときに行われる可能性がある潜在的に有害な放射に暴露させる危険を冒さずに、患者の内部構造を撮像するために広く使用されている。撮像に超音波を使用する最初の記録は、脳腫瘍を特定するために超音波を使用した、オーストラリア、バートイシュル（Ｂａｄ  Ｉｓｃｈｌ）病院において従事している精神科医のダシック博士（Ｄｒ．Ｋａｒｌ  Ｄｕｓｓｉｋ）によるものである。彼は、超音波を送信するための１つと、超音波を受信するための他の１つとを含めて、２つの対向探査子を使用した。これらの探査子で、彼は、患者の頭蓋骨を通して超音波ビームを送信し、受信信号を使用して、超音波ビームの減衰を測定することによって脳構造を視覚化した。彼は、自分の技法の記述を１９４２年に発表した（非特許文献１参照）。
【０００５】
超音波を使用するために特別に製造された医療診断機器は、１９５０年代に利用可能になった。超音波の実験は、高周波数音波を使用して患者の身体の内部構造の画像を生成する安全な診断手続きである。多くの研究が、これらの音波は無害であり、Ｘ線の使用が不適切である妊娠女性の胎児を視覚化するためでさえ、完全に安全に使用することが可能であることを示してきた。さらに、超音波の実験は、他の撮像技法より迅速であることがあり、一般により安価である。
【０００６】
さらに最近では、撮像とは対照的に、治療目的の高強度集束超音波（ＨＩＦＵ；ｈｉｇｈ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｆｏｃｕｓｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）の使用が、医療分野では大きく注目されている。このＨＩＦＵ治療は、強度レベルが通常０．１Ｗ／ｃｍ２より低い診断用撮像超音波とは対照的に、１，０００〜１０，０００Ｗ／ｃｍ２を焦点に送達することができる超音波変換器を使用する。これらの高強度集束超音波からのエネルギーの一部が、熱エネルギーとして対象位置に伝達される。このように伝達される熱エネルギー量は、組織を実際に物理的に焦がさずに、（７０℃を超えて温度を上昇させることを誘起することによって）所望されない組織を焼灼する、又は所望されない組織を壊死させるように十分に強くすることができる。組織の壊死は、機械的行為のみによって（すなわち、組織構造の機械的破壊をもたらす空洞形成によって）達成することもできる。さらに、血液を内部構造に供給する心臓システムが対象の場合、ＨＩＦＵを使用して、止血を誘起することができる。このエネルギー伝達の焦点領域（ｆｏｃａｌ  ｒｅｇｉｏｎ）は、隣接する正常な組織を損傷せずに、小さい対象領域の異常組織、又は所望されない組織の壊死を得るように、厳密に制御することができる。したがって、腫瘍部位を手術せずに、ＨＩＦＵで深部にある腫瘍を破壊することができる。
【０００７】
ある従来の治療に対するＨＩＦＵ治療の特有の利点は、ＨＩＦＵがより侵襲性（ｉｎｖａｓｉｖｅ）ではないことである。医療治療の現在の方向は、腹腔鏡及び内視鏡の技法の使用が増大していることから明らかであるように、より侵襲性ではなく、非動作式の手法を使用することに漸進的に向かっている。利点は、血液損失の低減、感染の危険性の低減、より短い入院日数、及びより低い健康管理コストを含む。ＨＩＦＵは、非侵襲性手術の方法を提供することによって、この傾向と矛盾しない追加の治療方法を提供する可能性を有する。また、ＨＩＦＵは、単一の切開を作成せずに経皮腫瘍治療（ｔｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓ  ｔｕｍｏｒ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を可能にし、それにより、血液の損失及び感染の危険性を回避する。さらに、ＨＩＦＵ治療は、麻酔を必要とせずに実施することが可能であり、それにより、手術の複雑さ及びコストを低減する。これらの治療は、通院患者に対して実施することが可能であり、健康管理（ｈｅａｌｔｈ  ｃａｒｅ）コストをさらに低減し、一方、感謝の快適さを向上させることが最も重要である。
【０００８】
腫瘍の破壊にＨＩＦＵを使用することは、比較的新しい技法である。最初の臨床試行は、運動過多（ｈｙｐｅｒｋｉｎｅｔｉｃ）及び緊張過度（ｈｙｐｅｒｔｏｎｉｃ）の疾患（パーキンソン病の症状）を有する患者に対して実施された。ＨＩＦＵを使用して、能の特定の複合体において凝固壊死病変を生成した。治療は非常にうまくいったが、ＨＩＦＵ病変形成の監視及び誘導は、容易には達成されなかった（非特許文献２によって報告されている）。
【０００９】
２つのＨＩＦＵに基づくシステムが、人の良性前立腺肥大（ＢＰＨ）の治療のために開発された（非特許文献３による報告参照）。これらのシステムは、欧州及び日本において臨床に現在使用されており、米国では、臨床試行の段階にある。両システムとも、経直腸（ｔｒａｎｓｒｅｃｔａｌ）ＨＩＦＵを使用して、１，０００〜２，０００Ｗ／ｃｍ２を、直腸壁を経て前立腺組織に送り込む。ＨＩＦＨ治療の直後に実施される直腸鏡検査中には、直腸壁に対する損傷の証拠は観察されていない（非特許文献４によって報告されている）。以上の研究は、ＢＰＨ症状の減少を示した（すなわち、尿の流量の増大、排尿後残留容積の減少、及び過敏（ｉｒｒｉｔａｔｉｏｎ）ならびに閉塞（ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）の症状の減少）（非特許文献５参照）。
【００１０】
ＨＩＦＵは、悪性腫瘍のデバルキングについても研究された（非特許文献６参照）。前立腺ガン（非特許文献７参照）及び精巣ガン（非特許文献８参照）、特に、ＨＩＦＵによる可能な治療について現在臨床的に調査されているのはガンである。様々な段階４のガンを生体外から治療する徹底的な臨床研究が、イギリスで進行している（非特許文献９参照）。含まれるガンは、前立腺、肝臓、腎臓、無名骨（ｈｉｐｂｏｎｅ）、卵巣、乳腺腫、及び眼線種である。皮膚の火傷の１つの場合を除いて、副作用は観察されていない。
【００１１】
あらゆるタイプの超音波治療システムの重要な構成要素は、音響エネルギーを組織内に結合する機構である。超音波変換器から治療部位に超音波エネルギーを効率的に伝達するために、良好な音響結合が必要である。理想的な音響カプラは、処置されている組織と同様の低い減衰及び音響インピーダンスを有する同質媒体である。所望の音響透過特性のために、多くの超音波治療応用分野において、水が結合媒体として一般に使用されてきた。
【００１２】
損傷した血管及び組織からの出血を止めるためにＨＩＦＵが使用された以前の止血研究では、ＨＩＦＵ変換器は、先端が薄いポリウレタンの膜である、水が充填された円錐形プラスチックハウジング内に包含された。このカプラは、表面的な治療のために設計されたが、その理由は、ＨＩＦＵの焦点が、円錐の先端よりわずかに数ミリメートル上にあるからである。この結合方法は、止血の実験には有用であるが、臨床設定には実用不可能とする多くの欠点を有する。これらの欠点は、脱気、殺菌、循環、及び汚染の問題を含む。現在のＨＩＦＵアプリケータは限定されるので、代替の結合媒体が所望される。
【００１３】
以前の研究は、ヒドロゲルが、超音波診断にとって効率的な結合媒体であることを示した。ヒドロゲルは、水の吸収によって膨張する親水性架橋ポリマーネットワークである。ヒドロゲルの高いＷＣ及び有益な機械的特性は、ヒドロゲルは、ソフトコンタクトレンズ、顎顔面の再構成、火傷の包帯及び人工腱を含めて、広範な生物医学的応用分野にとって魅力である。ヒドロゲルはほとんど水からなるので、組織と同様の低い減衰及び音響インピーダンスを本質的に有する。ヒドロゲルは、剛性の形状に形成することができ、比較的低い材料コストを有する。
【００１４】
診断走査に通常使用される超音波透過ゲルとは異なり、ヒドロゲルは、柔軟ゴムと同様の粘稠度（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｉｅｓ）を有することができ、また、比較的剛性の３次元（３−Ｄ）形状に形成することができる。ヒドロゲルに基づく結合、そのようなヒドロゲルを生成する方法、及びそのようなヒドロゲル結合を使用する方法を提供することが所望される。この場合、各結合及び各方法は、ＨＩＦＵの適用に使用されるように特別に構成される。撮像とは対照的に、ＨＩＦＵでは電力が著しく増大されるので、ＨＩＦＵの適用は、診断又は撮像の応用分野において必要とされるより、材料を経て伝達されるはるかに高いエネルギーに耐えることができるはるかにより頑強なカプラを必要とすることを理解されたい。
【００１５】
ポリアクリルアミド（ＰＡ）ゲルが、ＨＩＦＵの適用以外の音響カプラとして使用された。ポリアクリルアミドの構造及び特性は、過去３０年にわたって徹底的に研究されてきた。現在、その最も一般的な生物医学的応用分野は、帯電巨大分子を分離するためのゲル電気泳動である。ＰＡゲルは、重量で７０％から９０％を超える範囲の非常に高いＷＣを有することができる。また、ＰＡゲルは、室温において比較的容易かつ迅速に準備することができる。さらに、ＰＡゲルは、様々な生物医学的応用分野に使用されており、多くの研究において、非常に良好な生物学的共存性を有することが示されている。あらゆる血液包含装置について重要な考慮事項は、その表面上において血栓症を生じることに対する耐性である。実験は、ＰＡが血小板の接着を呈示しないことを示した。ＰＡに基づく血液ろ過の技法の使用を調査した最近の臨床研究は、溶血又は血液凝固の兆候のない、良好な血液親和性を有する材料を示した。したがって、ＰＡゲルに基づく結合材料、そのような材料を作成する方法、及びそのような材料を使用する方法を開発することが所望される。この場合、材料は、ＨＩＦＵ治療応用分野について限定的に構成される。
【００１６】
【非特許文献１】論文「Ｈｙｐｅｒｐｈｏｎｏｇｒａｐｈｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｂｒａｉｎ」、１９４２年
【非特許文献２】Ｎ．Ｔ．Ｓａｎｇｈｖｉ及びＲ．Ｆ．Ｈａｗｅｓ、（１９９４）、「Ｈｉｇｈ−ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｆｏｃｕｓｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ」、Ｇａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ  Ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ  Ｃｌｉｎｉｃｓ  ｏｆ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ、４：３８５〜９５
【非特許文献３】Ｅ．Ｄ．Ｍｕｌｌｉｇａｎ、Ｔ．Ｈ．Ｌｙｎｃｈ、Ｄ．Ｍｕｌｖｉｎ、Ｌ．Ｇｒｅｅｎｅ、Ｊ．Ｍ．Ｓｍｉｔｈ、及びＪ．Ｍ．Ｆｉｔｚｐａｔｒｉｃｋ、（１９９７）、「Ｈｉｇｈ−ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｆｏｃｕｓｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｆ  ｂｅｎｉｇｎ  ｐｒｏｓｔａｔｉｃ  ｈｙｐｅｒｐｌａｓｉａ」、Ｂｒ  Ｊ  Ｕｒｏｌ、７０：１７７〜８０
【非特許文献４】Ｓ．Ｍａｄｅｒｓｂａｃｈｅｒ、Ｃ．Ｋｒａｔｚｉｋ、Ｍ．Ｓｕｓａｎｉ、及びＭ．Ｍａｒｂｅｒｇｅｒ、（１９９４）、「Ｔｉｓｓｕｅ  ａｂｌａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｂｅｎｉｇｎ  ｐｒｏｓｔａｔｉｃ  ｈｙｐｅｒｐｌａｓｉａ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｆｏｃｕｓｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｕｒｏｌｏｇｙ、１５２：１９５６〜６０、議論１９６０〜６１
【非特許文献５】Ｓ．Ｍａｄｅｒｓｂａｃｈｅｒ、Ｃ．Ｋｒａｔｚｉｋ、Ｎ．Ｓｚａｂｏ、Ｍ．Ｓｕｓａｎｉ、Ｌ．Ｖｉｎｇｅｒｓ、及びＭ．Ｍａｒｂｅｒｇｅｒ、（１９９３）、「Ｔｉｓｓｕｅ  ａｂｌａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｂｅｎｉｇｎ  ｐｒｏｓｔａｔｉｃ  ｈｙｐｅｒｐｌａｓｉａ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ−ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｆｏｃｕｓｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ」、Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｕｒｏｌｏｇｙ、２３：１：３９〜４３
【非特許文献６】Ｃ．Ｒ．Ｈｉｌｌ及びＧ．Ｒ．ｔｅｒＨａａｒ、（１９９５）、「Ｒｅｖｉｅｗ  ａｒｔｉｃｌｅ：  ｈｉｇｈ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｆｏｃｕｓｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ−ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｆｏｒ  ｃａｎｃｅｒ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ」、Ｂｒ  Ｊ  Ｒａｄｉｏｌ、６８：１２９６〜１３０３
【非特許文献７】Ｓ．Ｍａｄｅｒｓｂａｃｈｅｒ、Ｍ．Ｐｅｄｅｖｉｌｌａ、Ｌ．Ｖｉｎｇｅｒｓ、Ｍ．Ｓｕｓａｎｉ、及びＭ．Ｍａｒｂｅｒｇｅｒ、（１９９５）、「Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｈｉｇｈ−ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｆｏｃｕｓｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｏｎ  ｈｕｍａｎ  ｐｒｏｓｔａｔｅ  ｃａｎｃｅｒ  ｉｎ  ｖｉｖｏ」、Ｃａｎｃｅｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、５５：３３４６〜５１）
【非特許文献８】Ｓ．Ｍａｄｅｒｓｂａｃｈｅｒ、Ｃ．Ｋｒａｔｚｉｋ、Ｍ．Ｓｕｓａｎｉ、Ｍ．Ｐｅｄｅｖｉｌｌａ、及びＭ．Ｍａｒｂｅｒｇｅｒ、（１９９８）、「Ｔｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓ  ｈｉｇｈ−ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｆｏｃｕｓｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ａｎｄ  ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ：  ａｎ  ｏｒｇａｎ−ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｆ  ｃａｎｃｅｒ  ｉｎ  ａ  ｓｏｌｉｔａｒｙ  ｔｅｓｔｉｓ」、Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｕｒｏｌｏｇｙ、３３：１９５〜２０１
【非特許文献９】Ａ．Ｇ．Ｖｉｓｉｏｌｉ、Ｉ．Ｈ．Ｒｉｖｅｎｓ、Ｇ．Ｒ．ｔｅｒＨａｒｒ、Ａ．Ｈｏｒｗｉｃｈ、Ｒ．Ａ．Ｈｕｄｄａｒｔ、Ｅ．Ｍｏｓｋｏｖｉｃ、Ａ．Ｐａｄｈａｎｉ、及びＪ．Ｇｌｅｅｓ、（１９９９）、「Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ  ｒｅｓｕｌｔｓ  ｏｆ  ａ  ｐｈａｓｅ  Ｉ  ｄｏｓｅ  ｅｓｃａｌａｔｉｏｎ  ｃｌｉｎｉｃａｌ  ｔｒｉａｌ  ｕｓｉｎｇ  ｆｏｃｕｓｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｆ  ｌｏｃａｌｉｚｅｄ  ｔｕｍｏｒｓ」、Ｅｕｒ  Ｊ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ、９：１１〜１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、超音波撮像及び超音波治療において使用されるヒドロゲルに基づく結合物、及びその音響的結合方法並びにヒドロゲルマス作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１実施態様は、超音波変換器を対象物（ｔａｒｇｅｔ）及び対象物に関連付けられる物理的境界の少なくとも一方と音響的に結合するために使用される、超音波変換器と対象物との間に配置されるように適合されるヒドロゲル結合体（ｈｙｄｒｏｇｅｌ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を対象とする。所望の対象物は、患者の表面組織、ならびに患者の身体内の真皮下領域を含む可能性がある。したがって、物理的境界は、患者の皮膚層とすることができ、対象領域は、真皮下領域とすることができ、したがって、音響変換器は、皮膚層と結合されなければならない。音響変換器によって生成される音響エネルギーは、結合を経て、皮膚層（物理的境界）を経て移動し、対象の上に集束されなければならない。
【００１９】
さらに、対象物又は物理的境界は、内部身体空洞の壁をも表さなければならない。例えば、超音波変換器及び本発明によるヒドロゲル結合体を含む探査子は、身体空洞内に挿入することが可能であり、それにより、ヒドロゲル結合体は、音響変換器を身体空洞の壁に音響的に結合する。超音波変換器の焦点距離に応じて、焦点領域は壁に近接することができ、この場合、壁は対象物である。他の場合、焦点領域は壁を超えることがあり、この場合、壁は物理的境界であり、対象物は壁を超える。
【００２０】
いくつかの場合、探査子を外科的に患者に挿入することが可能であり、それにより、本発明のヒドロゲル結合体が内部組織に結合される。上述した空洞壁の場合と同様に、そのような内部組織は、音響変換器の焦点距離及びヒドロゲル結合体のサイズならびに形状、また処置される組織の位置に応じて、境界又は対象と見なすことができる。
【００２１】
本発明の第１実施態様では、ヒドロゲル結合体は、超音波変換器に隣接して位置するように構成される近位表面と、対象物及び対象物に関連付けられる物理的境界の少なくとも一方と音響的に結合されるように構成される遠位表面とを有する寸法的に安定したヒドロゲルマス（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｌｙ  ｓｔａｂｌｅ  ｈｙｄｒｏｇｅｌ  ｍａｓｓ（集合体）；以下、単にヒドロゲルマスという）を含んでいる。このヒドロゲルマスの近位表面と遠位表面の外側限界（ｏｕｔｅｒ  ｅｘｔｅｎｔ）との間の距離（すなわち、その長さ）は、超音波変換器の焦点領域が対象物に近接して位置することを保証するように選択される。いくつかの場合、対象物は、皮膚層又は空洞壁などの境界に近接し、距離は、音響変換器の焦点距離とは比較的少量だけ異なる。他の場合、対象物は、そのような境界を超えて位置し、距離は、音響変換器が境界と結合されるときなど、ヒドロゲルマスが音響変換器と境界との間に配置されるとき、音響変換器の焦点領域が対象物に近接することを保証するように選択される。より長い焦点距離は、より長い長さを有するヒドロゲルマスを必要とする。適切な長さを有するヒドロゲルマスを選択することによって、焦点領域は対象と重なる。
【００２２】
ヒドロゲルマスの近位表面は、超音波変換器の外表面と合致するようにさらに構成される。いくつかの実施形態では、近位表面は凸の形状である。ヒドロゲルマスの遠位表面は、所望の形状とすることができる。有益な遠位表面の形状は、凹表面、凸表面、及び平坦表面を含んでいる。ヒドロゲルマスの本体（すなわち、近位表面と遠位表面との間の部分）は、所望の形状とすることができる。一般に円錐の形状であるヒドロゲルマスが好ましいとされることが多いが、その理由は、ＨＩＦＵを適用するように構成された超音波変換器からの音響ビームは、一般に、円錐の形状に集束され、超音波変換器の付近の広いフットプリントで始まって、小さい焦点領域へと狭くなっていくからである。円錐及び切頭円錐の形状の寸法安定ヒドロゲルマスは、有用であると実験的に判定されている。
【００２３】
少なくとも１つの実施形態では、ヒドロゲルマスは、使用時に対象を見ることを遮蔽するのを防止するために、ほぼ透明である。この特性は、ヒドロゲル結合体の使用を容易にするが、その理由は、臨床医が、遠位表面の外側限界が境界又は対象物と接触している場所を確認するために、ヒドロゲルマスを通して見ることができるからである。
【００２４】
本発明によるヒドロゲル結合体のいくつかの実施形態は、ヒドロゲルマスを超音波変換器に取外し式に結合するように構成された保持ハウジング（ｒｅｔａｉｎｉｎｇ  ｈｏｕｓｉｎｇ）を含んでいる。したがって、ヒドロゲルマスは、使用し、取り外し、廃棄し、及び他のヒドロゲルマスと交換することができる。保持ハウジングは、ヒドロゲルマスの外表面にほぼ合致することが好ましい。保持ハウジングは、遠位表面の外側限界及び近位表面を除いて、ヒドロゲルマスをほぼ封入することができる。保持ハウジングは、ポリマー材料から形成されることが好ましい。
【００２５】
ヒドロゲルマスは、ポリ（２ヒドロキシエチルメタクリレート）、ＰＡ、又はその組合せから作成することができる。このヒドロゲルマスを生成するために、ＰＡが使用されるとき、ヒドロゲルマスの音響インピーダンスが、ヒドロゲルマスが音響的に結合される対象物及び対象物に関連付けられる物理的境界の少なくとも一方の音響インピーダンスとほぼ一致するように、ヒドロゲルマスにおいて使用されるアクリルアミドモノマーの量を変更することができる。
【００２６】
本発明によるヒドロゲル結合体の１つの特に有益な実施形態は、以下の条件：（ａ）超音波変換器は約１秒から約１００秒にわたる期間、電圧を印加される、及び（ｂ）超音波変換器によって生成される音響ビームの強度は、約１００Ｗ／ｃｍ２から約１０，０００Ｗ／ｃｍ２の範囲である、の下で、超音波変換器を対象物及び対象物と関連付けられる物理的境界の少なくとも一方と結合するために使用されるとき、ヒドロゲルマスが構造的完全性を維持するのを可能にするように、十分に高い融点及び十分に低い音響吸収度を有するヒドロゲルマスを含んでいる。
【００２７】
本発明の他の実施形態は、ヒドロゲルマスを水和させる手段を含んでいる。マスは、水供給に結合されるように構成された近位端部を有し、かつ遠位表面の外側限界に隣接して位置する遠位端部を有する流体チャネルと水和することができる。そのような流体チャネルは、ヒドロゲルマス内に含まれることが好ましい。保持ハウジングを含む実施形態では、流体チャネルの少なくとも一部は、保持ハウジングと結合することができ、又は保持ハウジングと一体式とすることができる。
【００２８】
本発明の第１実施形態の他の実施例は、ヒドロゲルマスの遠位表面の外部に薬剤（ｍｅｄｉｃｉｎａｌ  ａｇｅｎｔ）を送り込む手段を含み、ヒドロゲルマスは、薬剤の流体供給に結合されるように構成された近位端部を有する流体チャネルを含み、流体チャネルは、遠位表面を通って延びる遠位端部を有し、代替として、ある量の薬剤が、ヒドロゲルマスの内部に配置されている。
【００２９】
ヒドロゲルマスが薬剤を含むとき、薬剤は、ヒドロゲルマスにわたってほぼ一様に分布させることができ、又は、ヒドロゲルマスの遠位表面に近接して分布させることができる。
【００３０】
本発明の関係する他の実施態様は、超音波変換器を対象物及び対象物に関連付けられる物理的境界の少なくとも一方と音響的に結合するために、超音波変換器と対象物及び対象物に関連付けられる物理的境界の少なくとも一方との間に配置されるように適合されるヒドロゲル結合体を対象とする。本発明の第２実施態様では、ヒドロゲルマスは、以下の条件：（ａ）超音波変換器は、約１秒から約１００秒にわたる期間、電圧を印加される、及び（ｂ）超音波変換器の焦点領域における音響ビームの強度は、約１００Ｗ／ｃｍ２から約１０，０００Ｗ／ｃｍ２の範囲である、の下で、超音波変換器を対象物及び対象物と関連付けられる物理的境界の少なくとも一方と結合するために使用されるとき、ヒドロゲルマスが構造強度を維持するのを可能にするように、十分に高い融点及び十分に低い音響吸収度を有する。
【００３１】
本発明の第１実施態様の各実施例と同様に、本発明の第２実施態様の各実施例において、ヒドロゲルマスは、超音波変換器に隣接して位置するように構成される近位表面と、対象物及び対象物に関連付けられる物理的境界の少なくとも一方と音響的に結合されるように構成される遠位表面とを有する。しかし、本発明のこの第２実施態様の各実施例では、第１部分と第２部分との分離は制御する必要はないが、所望であれば制御することができる。
【００３２】
本発明の第１実施態様と同様に、ヒドロゲルマスの遠位表面及び近位表面は、所望通りに構成することができ、したがって、近位表面は、超音波変換器の外表面と合致するように構成され、遠位表面は、凸，凹又は平坦とすることが可能である。
【００３３】
本発明の他の実施態様は、超音波変換器を対象物と音響的に結合するために使用される構成要素を包含するキットを対象とする。この場合、超音波変換器は、ＨＩＦＵを対象に適用するように構成される。キットは、対象に適用されるＨＩＦＵを生成するように設計される超音波変換器に隣接して位置するように構成される遠位表面と、対象物及び対象物に関連付けられる境界の少なくとも一方と音響的に結合されるように構成される外側限界を有する遠位表面とを有する少なくとも１つのヒドロゲルマスを含んでいる。この場合、境界は、超音波変換器と対象物との間に位置する。キットは、ヒドロゲルマスが、使用の準備のために封止パッケージから取り外されるまで、ヒドロゲルマスを水和条件において維持するように構成された少なくとも１つの封止パッケージをも包含する。
【００３４】
少なくとも１つの実施形態では、封止パッケージは、ヒドロゲルマスが、使用の準備のために封止パッケージから取り外されるまで、ヒドロゲルマスを無菌条件において維持するようにさらに構成される。封止パッケージは、気密封止及び／又は真空封止されることが好ましい。
【００３５】
そのようなキットのいくつかの実施形態は、ＨＩＦＵを対象に適用するのを容易にするために、ヒドロゲルマスを使用して超音波変換器を対象物と結合するための教示手段（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；使用説明書）を含む。この教示手段は、ヒドロゲルマスの遠位表面を水和条件において維持する方式について、使用者に少なくとも通知するものである。キットの少なくとも１つの実施形態は、ヒドロゲルマスの下面と、ＨＩＦＵを適用する超音波変換器の外面との音響結合を改善するために使用される半固体又は流体の結合媒体を含んでいる。
【００３６】
キットは、（１）ヒドロゲルマスを超音波変換器と取外し式に結合するように構成される保持ハウジング、（２）ヒドロゲルマスの遠位表面を水和させる手段、（３）ヒドロゲルマスの遠位表面の近傍に医薬用流体を送り込む手段、及び（４）流体供給と結合されるように構成される近位端部と、ヒドロゲルマスの遠位端部の近傍に配置されるように構成される遠位端部とを有する流体チャネルの任意の組合わせを含むことができる。
【００３７】
本発明の他の実施態様は、ヒドロゲルマスを使用して、超音波変換器を対象物及び対象物に関連付けられる物理的境界の少なくとも一方と音響的に結合する方法を対象とする。この場合、超音波変換器は、ＨＩＦＵを対象に適用するように構成される。音響的結合方法は、超音波変換器に電圧を引火するために使用される入力電力レベル及び所要時間を選択するステップと、超音波変換器を対象物及び対象物と関連付けられる物理的境界の少なくとも一方を結合するために使用されるとき、構造的完全性を維持することができるヒドロゲルマスを提供するステップと、選択された入力電力レベルを選択された所要時間使用するステップとを含んでいる。音響的結合方法の他のステップは、ヒドロゲルマスの近位表面を超音波変換器の外表面と結合することと、ヒドロゲルマスの遠位表面の外側限界を、対象物及びヒドロゲルマスの遠位表面から対象物を分離する物理的境界の少なくとも一方と結合することとを含んでいる。
【００３８】
結合が完了した後、選択された入力レベルにおいて、選択された所要時間、超音波変換器に電圧を印加するステップが実施され、ヒドロゲルマスは、音響変換器を、対象物及びヒドロゲルマスの遠位表面から対象物を分離する物理的境界の少なくとも一方と音響的に結合する。
【００３９】
追加のステップは、ヒドロゲルマスの遠位表面を対象物の少なくとも１つ及び物理的境界に結合した後、ＨＩＦＵによってヒドロゲルマスの遠位表面を損傷するのを防止するために、ヒドロゲルマスの遠位表面を水和させること、及び／又は、薬剤を対象物及び物理的境界の少なくとも一方に送り込むことができる。
【００４０】
少なくとも１つの実施形態では、ヒドロゲルマスを提供するステップは、ヒドロゲルマスの下面と遠位表面との間の長さが、超音波変換器の焦点領域が対象物の近傍に位置することを保証するヒドロゲルマスを選択するステップを含んでいる。
【００４１】
他の実施形態では、ヒドロゲルマスを提供するステップは、以下の条件：（ａ）超音波変換器は約１秒から約１００秒にわたる期間、電圧を印加される、及び（ｂ）超音波変換器によって生成される音響ビームの強度は、約１００Ｗ／ｃｍ２から約１０，０００Ｗ／ｃｍ２の範囲である、の下で、超音波変換器を対象物及び対象物と関連付けられる物理的境界の少なくとも一方と結合するために使用されるとき、ヒドロゲルマスが構造強度を維持するのを可能にするように、十分に高い融点及び十分に低い音響吸収度を有するヒドロゲルマスを選択するステップを含んでいる。
【００４２】
ヒドロゲルマスの近位表面を超音波変換器の外表面結合するステップは、ヒドロゲルマスを超音波変換器と取外し式に結合するために保持ハウジングを使用するステップを含むことができる。保持ハウイングは、近位表面及び遠位表面の外側限界を除いて、ヒドロゲルマスの各表面をほぼ包含する。
【００４３】
本発明の他の実施態様は、ＨＩＦＵを対象に適用するように構成された超音波変換器と音響的に結合されるように、ヒドロゲルマスを作製する方法を対象とする。この場合、ヒドロゲルマスは、超音波変換器と結合されるように構成される近位表面と、対象物及び対象物を超音波変換器から分離する物理的境界の少なくとも一方と結合されるように構成される遠位表面とを含んでいる。ヒドロゲルマス作製方法は、重合及び水和されたとき、ヒドロゲルマスを形成することができる少なくとも１つのモノマーを提供するステップと、少なくとも１つのモノマーの重合を誘起する薬剤を提供するステップと、重合される少なくとも１つのモノマーの量を水和させるのに十分な量の水を提供するステップと、ヒドロゲルマスを所望のサイズ及び形状に形成するように構成される型を提供するステップとを含んでいる。
【００４４】
ヒドロゲルマスは、適切な量の各モノマーと、重合を誘起する薬剤と、水とを合わせて混合して、混合物を形成し、混合物を型内に導入して、混合物が型において重合することを可能にすることによって生成される。重合が完了した後、ヒドロゲルマスは、型から取り外される。
【００４５】
少なくとも１つの実施形態では、型は、流体連絡する容器及び型ボリューム（ｍｏｌｔ  ｖｏｌｕｍｅ）を含んでいる。この型ボリュームは、生成されるヒドロゲルマスの所望のサイズ及び形状に合致する。そのような実施形態では、混合物は、型ボリュームが混合物で満たされるまで、容器を経て型内に導入され、追加の混合物は容器にある。容器における混合物の重合は阻止されるが、型ボリュームにおける混合物の重合は可能である。重合は、型ボリュームにおける混合物の容積を低減し、それにより、容器の混合物が型ボリューム内にさらに流れ込み、重合する。型ボリュームが重合ヒドロゲルマスで満たされた後、容器ボリュームの混合物は、重合が可能になる。ヒドロゲルマスは、型から取り外され、ヒドロゲルマスのあらゆる所望されない部分（すなわち、容器に対応する部分）が除去される。
【００４６】
少なくとも１つの実施形態では、容器における混合物の重合を阻止するステップは、容器の混合物を攪拌するステップを含んでいる。容器は、所望されるヒドロゲルマスの遠位表面に対応する型ボリュームの部分より上に配置されることが好ましい。容器は、遠位表面が凸、平坦、又は凹であるヒドロゲルマスを生成するように成形することができる。
【００４７】
ヒドロゲルマス作製方法は、ヒドロゲルマスが、事前に確定された条件下において音響変換器を対象に結合するために使用されたとき、構造的完全性を維持することが可能であるように、所望の融点及び所望の音響吸収度を有するヒドロゲルマスを生成するために選択された少なくとも１つのモノマー及び重合を誘起する薬剤を使用することが好ましい。
【００４８】
流体チャネルが、生成されるヒドロゲル内に形成されることが好ましい。
【００４９】
随意選択として、ヒドロゲルマス作製方法は、混合物が型に導入される前に、薬剤を混合物に追加するステップを含むことができ、それにより、生成されるヒドロゲルマスは、薬剤を含んでいる。ヒドロゲルマスが重合した後、薬剤をヒドロゲルマスに追加することができる。
【００５０】
本発明の以上の実施態様及び付随する利点の多くは、添付の図面と関連して取り入れられるとき、以下の詳細な記述を参照することによってより良好に理解される際に、より容易に認識されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、図面を参照して本発明の実施態様について説明する。  
本発明は、超音波撮像及び具体的にはＨＩＦＵに基づく超音波治療である、治療の臨床適用のために、音響結合として固体ヒドロゲルを使用することに関する。本発明の様々な実施態様が、ヒドロゲルに基づく結合体、そのような結合体を使用する結合方法、及びそのような結合体を作製する方法の様々な実施形態に関して開示される。
【００５２】
本発明を開発する過程で、本発明によるヒドロゲル結合体は、既知の音響変換器を様々な対象に音響的に結合するためにそのようなヒドロゲル結合体を使用することによって評価された。
【００５３】
図１は、従来の、ＨＩＦＵを治療に適用するために使用することができる３．５ＭＨｚ音響変換器の寸法及びビーム特性を概略的に示す図である。
【００５４】
図１に示すように、使用された特定の音響変換器は、ソニックコンセプツ（Ｓｏｎｉｃ  Ｃｏｎｃｅｐｔｓ、ワシントン州ウッディンビル在）から得られる従来の技術のＨＩＦＵ変換器１０（ＳＵ−１０２−０１）であった。具体的には凸変換器である単一要素は、３．５ＭＨｚの中心周波数を有する。その開口の直径及び曲率半径は、それぞれ、３５ｍｍ及び５５ｍｍであり、１．５７のｆ数を与える。焦点領域のフィールドマッピングは、６ｄＢの焦点幅及びそれぞれ１．０ｍｍ及び１０．６ｍｍの焦点深度を示した。この音響変換器の基本的なビーム特性も、図１に示されている。
【００５５】
本発明は、経験的試験において使用された特定の変換器との使用に限定されるものではないことを理解されたい。ＨＩＦＵの適用に適切な他の音響変換器は、様々な仕様を有することが可能であるが（すなわち、様々な開口直径、様々な曲率、様々なｆ数、及び様々な焦点領域）、ＨＩＦＵの適用に適切な多くの音響変換器は、全体的に円錐の形状のビーム１２、及びかなりより小さい焦点領域１４を呈示する。
【００５６】
図２Ａは、全体的に円錐の形状を有するヒドロゲル結合体を示す図である。ヒドロゲル結合体１６の下面２０が、超音波変換器と良好に音響接触して容易に結合されるように構成されることが好ましい。結合は、近位表面２０の形状が超音波変換器の外表面の形状に対応する場合、最も容易に達成される。しかし、十分な液体又はゲルに基づく結合媒体が、超音波変換器の外表面とヒドロゲル結合体１６の近位表面との間に配置される場合、形状の不整合は決定的ではない。多くのＨＩＦＵ変換器が全体的に円錐の形状のビームを呈示するので、同様の形状を有するヒドロゲル結合体１６は、そのような超音波変換器を対象物に結合するのに特によく適している。本発明の開発と関連して実施された経験的な研究では、円錐形のヒドロゲル結合体１６に選択された寸法は、図１に示したビームの寸法にほぼ対応する。様々なビーム寸法を有する超音波変換器を結合するように構成されるヒドロゲル結合体を、特定の超音波変換器のビーム寸法にほぼ対応する寸法を有して、同様に生成することができる。
【００５７】
したがって、ヒドロゲル結合体１６は、特定の超音波変換器のビーム寸法にほぼ対応し、ヒドロゲル結合体１６の遠位表面１８が、超音波変換器の焦点領域内に延びる。ヒドロゲル結合体１６の形状は、本発明の各実施態様において、超音波変換器のビーム寸法にほぼ整合する必要はないが、少なくともいくつかの実施形態では、ヒドロゲル結合体１６の寸法は、選択された超音波変換器からのビームの寸法にほぼ整合する。以下でより詳細に記述するように、本発明のいくつかの実施態様では、ヒドロゲル結合体１６の寸法は、具体的には、特定の目的変換器のビーム寸法とは異なる形状を達成するように操作される。
【００５８】
図２Ｂは、ヒドロゲル結合体が、超音波変換器によって生成されるビームの焦点特徴にほぼ対応することを明瞭に示す図である。超音波変換器１０ａは、超音波変換器１０ａがベース１５において取り付けられ、一方、ベース１５は超音波変換器１０ａに関しては示されていないという点で、超音波変換器１０ａとは異なる。当業者なら、超音波変換器１０ａの上部湾曲表面は、様々なサイズ及び形状のベース１５に収容することができることを理解するであろう。超音波変換器１０ａと共に使用されるベース１５は、以下で説明するように、超音波変換器１０ａを探査子に取り付けるのを容易にする。
【００５９】
図２Ｂでは、ヒドロゲル結合体１６は、超音波変換器１０ａと結合されている。遠位表面１８の外側限界は、焦点領域１４に隣接して位置する。ヒドロゲル結合体１６は、遠位表面１８（焦点領域の近傍に位置する）が、患者の組織との音響結合を維持することをできなくさせる融解又は損傷を有さずに、ＨＩＦＵの適用に耐えるように十分頑強でなければならないことを理解されたい。ヒドロゲル結合体１６が、特定の超音波変換器１０ａのビーム１２の寸法とほぼ同様の寸法を有するとき、結合の遠位表面の外側限界又は先端は、焦点領域に近接して位置する。結合のその部分は、撮像変換器を対象に結合するために使用される結合によって経験される温度よりはるかに高い温度に暴露される。したがって、特定の結合材料が、撮像変換器を対象に結合するために許容可能である可能性があるが、同じ材料は、ＨＩＦＵの適用ではそのような使用に耐えることができない。経験的なデータは、構造上の欠陥が、寒天などの媒体で作成された結合において生じることがあるという結論を支持する。ＨＩＦＵ変換器の焦点領域に隣接する結合の遠位表面の先端又は外側限界における高温は、その位置における遠位表面の亀裂、融解及び構造的完全性の損失をもたらすことがある。したがって、ＨＩＦＵの適用では、結合として使用される材料を選択するとき、慎重でなければならない。撮像変換器を対象に結合するのに適切な多くの材料は、ＨＩＦＵ変換器を対象に結合する際に遭遇する温度に耐えることができない。
【００６０】
本発明の一実施態様は、ヒドロゲル結合体１６がＨＩＦＵの適用の使用に十分に頑強であることを補償するために、特有のヒドロゲルが選択されるヒドロゲル結合体１６を対象とする。選択された材料は、超音波エネルギーを吸収する結果である過熱を回避するために、十分な透過性を有さなければならない。すなわち、結合材料は、可能な限り多くのＨＩＦＵエネルギーを焦点領域に送達し、かつエネルギーを吸収しないことが重要である。
【００６１】
超音波変換器の焦点領域に近接して位置する結合媒体に蓄積するエネルギーは、以下のように計算することができる。
【００６２】
【数１】
2005527336.tif 000003
【００６３】
上式（１）で、Ｔは時間ｔより後の温度、Ｔ０はＨＩＦＵの適用開始時の温度（ｔ＝０）、Ｉは時間平均強度、ｔは時間、αはネーパー／ｃｍで表された吸収係数、ρは媒体の密度、ｃｍは単位質量あたりの比熱を示している。減衰の大部分（９５％を超える）は、吸収に起因し、その結果、吸収は減衰とほぼ同等であると想定される。
【００６４】
上述した式（１）は、ＨＩＦＵの焦点の位置が結合剤の先端に近いことを必要とするＨＩＦＵ装置について、様々な結合材を調査するのに有用である。上式で使用することができる通常の値は、以下の通りである。
【００６５】
・ＨＩＦＵの強度Ｉ、１０００Ｗ／ｃｍ２の大きさ
・ＨＩＦＵの適用時間ｔ、１００秒の大きさ
・密度ρ、１ｇ／ｍｌの大きさ
・単位質量あたりの比熱ｃｍ、ＰＡについて６．５Ｊ／ｇの大きさ
・減衰係数α、ＰＡについて３ＭＨｚにおいて、０．０３５Ｎｐ／ｃｍの大きさ
したがって、上式から決定される温度上昇は、以下の通りである。
【００６６】
【数２】
2005527336.tif 000004
【００６７】
この比較的大きい温度上昇は、臨床設定では起きない。相殺パラメータは、ＨＩＦＵ焦点外への熱対流散逸エネルギー及び血流による冷却である。しかし、式は、結合媒体の大きな温度上昇は、焦点において、又は焦点の付近において予測することができることを示す。頑強な結合媒体が、高い融点を有し、ならびに温度上昇を低減する低減衰を有することによって、大きな温度上昇に対処することができなければならない。
【００６８】
本発明の第１実施態様によれば、ヒドロゲル結合体１６が、あるパラメータに従って音響変換器と関連して使用されるとき、及びヒドロゲル結合体１６の一部が、音響変換器の焦点領域に近接して位置する場合、ヒドロゲルマスが構造的完全性を維持するのを可能にするために、結合を形成するヒドロゲルマスが十分に高い融点及び十分に低い音響吸収度を有することを保証するように、ヒドロゲル結合体１６を生成するために使用されるヒドロゲルが選択される。パラメータは、以下の通りである：（ａ）音響変換器は、約１秒から約１００秒にわたる期間、電圧を印加される、及び（ｂ）音響変換器によって生成される音響ビームの強度は、約１００Ｗ／ｃｍ２から約１０，０００Ｗ／ｃｍ２にわたる。
【００６９】
経験的試験は、上述した範囲内にあるＰＡヒドロゲルを生成するために、アクリルアミドモノマーを使用することができると判定した。ＰＡの構造及び特性は、過去３０年にわたって徹底的に研究された。現在、ＰＡの最も一般的な生物医学的応用分野は、帯電巨大分子を分離するためのゲル電気泳動である。多くの異なるヒドロゲルが利用であるが、ＰＡヒドロゲルは、上述した範囲内にある特性を有することの他に、他の所望の特性を呈示する。ＰＡヒドロゲルは、重量で７０％から９０％を超える範囲の非常に高いＷＣを有することができ、また、室温で比較的容易にかつ迅速に準備することができる。ＰＡヒドロゲルの機械的特性、したがって音響特性は、材料のアクリルアミドモノマーの全体的な濃度を単に変化させることによって、直接的な方式で変更することができる。さらに、ＰＡは、様々な生物医学的応用分野に使用され、多くの研究において、非常に良好な生体親和性を有することが示されている。
【００７０】
血液接触装置の重要な考慮事項は、表面上で血栓症を起こすことに対する耐性である。実験は、ＰＡが血小板付着を呈示しないことを示した。ＰＡに基づく血液ろ過技法の使用を調査した最近の臨床研究は、材料が良好な血液親和性を有することを示し、溶血又は血液凝固の兆候はなかった。中庸な材料コスト及び直接的な製造方法により、安価で、特注の、廃棄可能なＨＩＦＵ結合装置をＰＡゲルから作成することが可能になる。
【００７１】
図３Ａ〜図３Ｃは、ＨＩＦＵの適用に適切なヒドロゲル結合体に関する経験的データを得るために製造された３つのＰＡゲル試験プラグを概略的に示す図である。各サンプルは、２．５ｃｍの直径及び約３ｃｍの高さを有する。剛性及び透明度は、アクリルアミドの濃度と共に増大する。プラグ２２ａは、１０％の濃度のアクリルアミドモノマーを使用して形成され、このプラグの陰影によって示すように、わずかに不透明であることに留意されたい。プラグ２２ｂは、１５％の濃度のアクリルアミドモノマーを使用して形成され、プラグ２２ｂの低減された陰影によって示すように、より透明である。プラグ２２ｃは、２０％の濃度のアクリルアミドモノマーを使用して形成され、陰影がないことによって示すように、ほぼ透明である。ゲルプラグを生成する手続きについて、以下で詳細に説明する。この手続きは、全体的に円錐形のＰＡヒドロゲル結合体、ならびに他の形状を有するＰＡヒドロゲル結合体を生成するためにも使用された。ほぼ透明の結合は、臨床医が、対象領域をより良好に見るために、結合を通して見ることを可能にするという利点を有する。
【００７２】
本発明において使用されるＰＡゲルを作成するプロセスの概要について、以下に説明する。当業者なら、以下で記述されるプロセスに対する修正を容易に実施することができることを理解するであろう。
【００７３】
合成な３−Ｄヒドロゲルを形成するために、架橋剤を使用して、長いポリマーチェーンを共に１つの基質において保持する。Ｎ，Ｎ’−メチレンビス（アクリルアミド）としても知られるビスアクリルアミドが、ＰＡの形成に使用される架橋剤であることが好ましい。ビスアクリルアミド分子は、メチル基によってアミド基において接合された２つのアクリルアミド残留物からなる。２つのアクリルアミド残留物は、２つの独立したモノマーであるかのように、重合反応に関与する。
【００７４】
電気泳動に使用されるＰＡゲルでは、この緩衝剤は、ゲルのｐＨをｐＨ８に調整するために使用される。ＰＡゲル電気泳動では、媒体のｐＨは、使用される生物医学的分子上の電荷を決定する際に重要である。溶液のｐＨは、アクリルアミドモノマーの−ＮＨ２基のプロトン化状態に影響を与える可能性がある。本発明に関して、ｐＨの影響は調査されておらず、単に各ゲルについて一定に維持された。ＰＡ電気泳動の生成は周知であるので、本発明において使用されるＰＡの作成には、同じｐＨレベルが使用された。使用された緩衝溶液は、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンとも呼ばれるトリズマ（Ｔｒｉｚｍａ）ベース、及びトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン塩酸塩とも呼ばれるトリズマ塩酸塩であった。
【００７５】
アンモミウム過硫酸塩（ＡＰＳ）は、遊離基の源であるので、重合の開始剤として使用された。溶液において、ＡＰＳは、過硫酸塩イオンＳ２Ｏ８２−を形成する。この一般的な水溶性開始剤は、既知の最も強力な化学酸化剤の１つである。
【００７６】
Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−Ｔテトラメチルエチレンジアミンとしても知られるＴＥＭＥＤは、基の形成プロセスに触媒作用を及ぼす。ＡＰＳ及びＴＥＭＥＤは、酸化還元システムを形成し、この場合、ＡＰＳが酸化剤、ＴＥＭＥＤが還元剤である。過硫酸塩−ＴＥＭＥＤシステムの酸化還元開始機構は、よく理解されていないが、ＴＥＭＥＤは、過硫酸塩遊離基の他に遊離基を形成し、両方の基が、開始プロセスに関与するようである。
【００７７】
ＡＰＳ−ＴＥＭＥＤ酸化還元システムは、熱開始剤のタイプである。１５％の単位容積重量のＰＡゲルでは、重合中の最高温度は、約６１℃であった。全溶液に対するＡＰＳ−ＴＥＭＥＤ開始剤の割合は、重合が行われる率を決定する。重合率は、開始剤の割合の増大と共に増大する。さらに、反応率及び温度は、溶液のアクリルアミドの濃度と共に増大する。したがって、より高濃度のゲルは、より低濃度のゲルより迅速な率で重合して、より高い温度に達する傾向がある。
【００７８】
ＰＡの物理的特性は、ゲルのアクリルアミドモノマーの濃度に従って変化する。本発明に関する経験的データの収集に使用されるアクリルアミドの濃度は、１０％から２０％の単位容積重量（ｗ／ｖ）にわたる。パーセント濃度は、全アクリルアミドの質量と重合前溶液の容積との比によって決定された。ゲルを準備するために、１９：１のモノマー対架橋剤の比を有する４０％ｗ／ｖアクリルアミドの水溶液（ＬＩＱＵＩ−ＧＥＬ；ＩＣＮ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌｓ、オハイオ州オーロラ（Ａｕｒｏｒａ、Ｏｈｉｏ）在）が使用された。ヒドロゲルは、上記で留意した遊離基チェーン反応重合プロセスによって溶液において形成された。開始された溶液は、円筒の型（図３Ａ〜図３Ｃ参照）、又は以下で記述するほぼ円錐形の型（図７及び図８参照）に移される。円筒の型は、材料の試験及び特徴付け用のプラグを生成するために主に使用され、一方、円錐形の型は、図１に関連して記述した音響変換器で試験されたヒドロゲル結合体を生成するために使用された。円筒の型に関して、型は、ゲルの上面が底面に平行に形成されるように、直立に維持された。各ゲルプラグは、約２５分から３０分間重合することが可能とされた。結果的な円筒ゲルプラグは、直径が２．５ｃｍで、高さが約３ｃｍであった（図３Ａ〜図３Ｃ）。ヒドロゲルを使用することに関連する困難は、ヒドロゲルは、周囲空気に暴露されたままであるとき脱水され、水中に置かれるとき、水の吸収の増大のために膨張することである。したがって、ゲルは、重合後１時間以内に試験されるか、又は、後に使用するために、真空封止されたプラスチックバッグに格納された。
【００７９】
＜バルク特性＞
水の含有量（ＷＣ）及び密度は、アクリルアミドの濃度を変化させて、ゲルについて測定された。ＷＣは、１０％、１５％、及び２０％ｗ／ｖのアクリルアミド濃度について決定された。６つのゲルサンプルが、各濃度について試験された。密度は、１０％、１２，５％、１５％、１７．５％、及び２０％ｗ／Ｖの濃度について測定された。７つのゲルサンプルが、この濃度について試験された。
【００８０】
ＷＣは、重合直後の水和ゲルの質量ｍｈと脱水ゲルの質量ｍｄとを比較することによって決定された。水の含有量は、以下の式を使用して計算された。
【００８１】
【数３】
2005527336.tif 000005
【００８２】
様々な濃度におけるＰＡゲルのバルク特性及び音響特性の測定値を表１に列挙する。
【００８３】
【表１】
2005527336.tif 000006
【００８４】
重合直後のゲルの密度ρは、ゲルの質量をその容積で除算することによって計算された。質量は電子スケール（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｓｃａｌｅ）で測定され、容積は水変位技法を使用して測定された。
【００８５】
ＰＡのＷＣは、増大するアクリルアミド濃度の線形関数として、８７％から７６％まで減少した。ゲルの密度は、水の密度よりわずかに大きいとことが判明し、増大するアクリルアミド濃度の線形関数として、１．０２から１．０５ｇ／ｍｌに増大した。
【００８６】
＜ＰＡヒドロゲルの音響特性＞
音速ｃ（ｍ／ｓ）、音響インピーダンスＺ（Ｍｒａｙｌ）、及び減衰α（ｄＢ／ｃｍ）が、１０％、１２．５％、１５％、１７．５％、及び２０％ｗ／ｖの５つの異なるアクリルアミド濃度のゲルについて測定された。各濃度について、７つのゲルサンプルが、２５℃において試験された。さらに、音響特性が、２３℃から４５℃にわたる異なる温度において、１つの１５％ｗ／ｖアクリルアミドゲルサンプルについて測定された。
【００８７】
パルス伝送技法を使用して、ＰＡサンプルの減衰係数及び音速を測定した。計算は、２つの音響経路が比較される周知の代入法に基づいていた。サンプル経路は、両側面上に約２センチメートルの水を有するゲルサンプルを包含し、基準経路は、水のみを包含した。減衰係数は、１ＭＨｚから５ＭＨｚの周波数において測定された。
【００８８】
試験された濃度範囲では、ＰＡの音響特性は、増大するアクリルアミド濃度の線形関数として増大した。音速は、１０％及び２０％ｗ／ｖのゲルについて、それぞれ１５４６から１５９５ｍ／ｓの範囲であった（図４Ａ）。音響インピーダンスは、１．５８から１．６８Ｍｒａｙｌであった（図５Ａ）。減衰は、１ＭＨｚにおいて、０．０８から０．１４ｄＢ／ｃｍであった（図６Ａ）。線形回帰は、濃度に関する減衰係数の増大率が、より高い周波数においてより大きいことを示した。減衰係数対周波数のプロットは、減衰が周波数の線形関数ではないことを示した（図６Ｂ）。２次多項式がデータによく当てはまるが、データは、水の場合のようには、厳密な周波数２乗依存を示していない。音速及び音響インピーダンスは、温度と共に増大することが示されたが、減衰は、温度と共に減少することが示された（図４Ｂ、図５Ｂ及び図６Ｃ）。
【００８９】
＜ＰＡヒドロゲルの熱特性＞
ＰＡの熱伝導率ｋ（Ｗ／ｍ／℃）及び比熱容量Ｃｐ（Ｊ／ｋｇ／℃）は、熱インパルスの熱散逸を監視することによって測定された。ニッケル−クロミウム加熱ワイヤが、特注の測定セルの中心を通ってぴんと張られた。開始されたＰＡ溶液は、測定セルに注ぎ込まれ（近似的に５ｃｍの縁を有する立方体）、ヒドロゲルに重合することが可能とされた。４つの針のＴ型熱電対（オメガエンジニアリングインク（Ｏｍｅｇａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｉｎｃ．コネチカット州スタンフォード在））が、加熱ワイヤに平行にゲルに挿入された。熱電対は、４ｍｍから１１ｍｍにわたって、ワイヤから異なる径方向距離に配置された。接合部から加熱ワイヤまでの正確な距離は、超音波撮像システム（ＡＴＬコープ（ＡＴＬ  Ｃｏｒｐ．ワシントン州ボゼル在）のモデルＨＤＩ１０００（商標））を使用して測定された。ＬａｂＶＩＥＷＴＭ（ナショナルインストルメンツ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、テキサス州オースティン在））プログラムが、加熱ワイヤに送達される電流パルスの長さを制御して、時間の経過に伴う４つの熱電対の温度を記録した。
【００９０】
以下の式（３）は、円筒座標における伝熱のフーリエの法則に基づいており、加熱後のある時間における径方向の温度分布を決定するために使用された。
【００９１】
【数４】
2005527336.tif 000007
【００９２】
上式（３）で、Ｔ（℃）はワイヤからのある径方向距離ｒ（ｍ）における周囲からの温度上昇、ｔ（ｓ）は測定が行われた加熱後の時間、Ｑ（Ｊ）は分配された熱全体（Ｊ）、Ｌ（ｍ）はワイヤの長さ、ρ（ｋｇ／ｍ３）はゲルの密度、及びχ（ｍ２／ｓ）はゲルの熱拡散率であった。この式は、測定までの時間が加熱時間より著しく長く、かつワイヤの直径が無視できることを想定している。
【００９３】
熱特性が、１０％、１５％、及び２０％ｗ／ｖの３つの異なるアクリルアミド濃度について測定された。熱は５ｓ間加えられ、これにより、ワイから４ｍｍにおいて、温度が約１℃上昇した。Ｌｎ（Ｔｔ）対ｒ２／ｔが、４つの熱電対の位置のそれぞれについてグラフ化された。線をデータに当てはめることによって、傾斜及び切片を使用して、Ｃｐ及びｋを計算した。２つの独立した実験が、各アクリルアミド濃度について実施された。
【００９４】
熱伝導率及び比熱容量は、試験された範囲にわたってアクリルアミドの濃度に関して計測される程度には変化しなかった。ＰＡの全体的な平均熱伝導率０．８４Ｗ／ｍ／℃及び比熱容量６４７０Ｊ／ｋｇ／℃は、水の対応する値０．６１Ｗ／ｍ／℃及び４１７８Ｊ／ｋｇ／℃よりわずかに大きいことが判明した。
【００９５】
＜電力効率＞
電力効率が、集束音波を水に送達する際のＰＡカプラの有効性を判定するために測定された。変換器カプラ装置の全体的な電力効率ＥＯｖｅｒａｌｌが、水バスに送達される出力音響電力と変換器に供給される入力電力との比として確定された。ＥＯｖｅｒａｌｌは、以下のように確定された。
【００９６】
ＥＯｖｅｒａｌｌ＝ＥＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ×ＥＣｏｕｐｌｅｒ        （４）
【００９７】
上式（４）で、ＥＴｒａｎｓｄｕｃｅｒは変換器の効率であり、Ｅｏｕｐｌｅｒはカプラの効率であった。ＥＴｒａｎｓｄｕｃｅｒは、カプラがまったく取り付けられていない変換器の出力された音響出力を測定することによって決定された。次いで、カプラの効率を式３から計算することができた。アクリルアミドの濃度が装置の出力効率にどのような影響を与えるかを決定するために、試験が実施された。比較のために、完全長のゲルカプラと同じ寸法を有する水充填結合円錐も試験された。カプラは、３．５ＭＨｚＨＩＦＵ変換器に取り付けられた。放射力反射天秤（オーミックインストルメンツコ（Ｏｈｍｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｃｏ．メリーランド州イーストン在））を使用して、２Ｗから９０Ｗにわたる５つの入力電力レベルについて出力音響電力を測定した。出力電力が、入力電量に対してプロットされ、全効率が、データに対する最適当てはめ線の傾斜として計算された。効率が、１０％、１５％、及び２０％のアクリルアミド濃度を有する完全長凸先端ゲルカプラについて測定された。これらのデータは、ゲルにおける減衰に基づく理論上の効率と比較された。ゲルの理論的な効率ＥＣｏｕｌｅｒ Ｔｈｅｏｒｙは、以下の式を使用して計算された。
【００９８】
ＥＣｏｕｐｌｅｒ・Ｔｈｅｏｒｙ＝ｅｘｐ（−２αｄ）          （５）
【００９９】
上式（５）で、α’（ネーパー／ｃｍ）は、３．５ＭＨｚにおいて測定されたゲルの減衰係数、ｄ（５．２ｃｍ）は、ゲルの長さであった。この計算では、音響電力の損失は、ゲルカプラにおける減衰のみのためであると想定された。水による減衰は無視できると想定された。
【０１００】
表２は、異なるカプラの測定された電力効率及び理論的な電力効率を列挙する。変換器の効率は、５５．８％において測定された。５．２ｃｍのゲル円錐を変換器に取り付けることにより、全効率は、２０％及び１０％のアクリルアミド濃度について、それぞれ２２．４％と２８．６％との間に降下した。変換器効率に対する全効率を正規化することにより、ゲル円錐は、４０．１％から５１．３％のカプラ効率を有することが示された。比較のために、水充填円錐のカプラ効率が、６５．３％において測定された。ゲル円錐の測定されたカプラ効率は、計算された理論上の効率より１４％から２３％小さい。３．５ＭＨｚにおいてＰＡについて使用された減衰係数は、測定減衰データに当てはめられた多項式から計算され、１０％、１５％、及び２０％のアクリルアミドについて、それぞれ、０．０２９、０．０４６、及び０．０５９ネーパー／ｃｍであることが判明した。
【０１０１】
【表２】
2005527336.tif 000008
【０１０２】
＜ＰＡヒドロゲル結合体の有益な特性＞
ＰＡの有益な音響特性により、材料は、超音波治療及び超音波診断の両方の適用について良好な結合媒体となる。ゲルは、ほとんど水からなる同質材料である。これは、低減衰を有し、音速及び音響インピーダンスは、組織の音速及び音響インピーダンスと同様である。ゲルの理想的なインピーダンスのために、最小限の反射が、ゲル組織境界において起きる。ＰＡ結合の利点は、その音響特性が、アクリルアミドの濃度と共に線形に変化することである。したがって、材料の音響特性は、ゲルの濃度が既知である場合、直線的なプロセスであり、患者の身体における特有の組織のインピーダンスと整合させることを比較的容易にする。
【０１０３】
ＰＡカプラは、ＨＩＦＵの適用に所望されるものとするいくつかの特性を有する。音響特性は、アクリルアミドの濃度と共に線形に変化し、これは、ゲルの音響及びインピーダンス特性の直接的な修正を見込む。ＰＡカプラの音響インピーダンスは、単にアクリルアミドの濃度を変化させることによって、特定の組織に整合させることができる。経皮的なＨＩＦＵの適用では、ゲル組織境界におけるインピーダンス不整合を低減することにより、反射波及び定常波によって生じる皮膚火傷の発生を減少させることができる。ＰＡの音速を特定の組織タイプに整合させることにより、ゲル組織境界において超音波ビームの反射によって生じる悪影響を低減することができる。いくつかのＨＩＦＵの適用では、焦点の位置が変位することにより、回りの正常な組織に所望されない損傷が起きることがあるので、この問題は、特に重要である可能性がある。
【０１０４】
低減衰のために、ＰＡ結合は、許容可能な電力伝達効率を有する。効率は、カプラの長さが増大すると共に減少するので、表面的なＨＩＦＵ処置では、焦点距離の短い変換器を使用することが有利である可能性がある。
【０１０５】
＜ヒドロゲル結合体の有益な特性＞
ヒドロゲルは、一般に、固体結合材料であることに関連する利点を有する。水充填カプラとは異なり、ヒドロゲル結合媒体の包含及び漏れに関しては問題がない。適切な型を使用して、特定のＨＩＦＵ変換器に適合するように、結合を形成することができる。形状及びサイズも、特定の応用分野について修正することができる。表皮的な適用では、組織境界より下の焦点深度は、以下で詳細に記述するように、様々な長さを有する結合を使用することによって調節することができる。外科的な止血の応用分野では、円錐先端の形状及び高さは、より有効な処置を達成するように変更することができる。先端の形状の修正は、以下で記述するように、適切な型を選択することによって行われる。
【０１０６】
ヒドロゲル結合体は、ＨＩＦＵ変換器に永続的に取り付けられる必要はない。エポキシによってＰＺＴ要素に保持されていた従来の技術のアルミニウムカプラとは異なり、ヒドロゲル結合体は、水又はソノグラフィゲルの薄層で一次的に取り付けて、異なるヒドロゲル結合体と容易に交換することができる。ヒドロゲル結合体の廃棄可能な性質は、焦点がヒドロゲル結合体の遠位先端の付近にあるＨＩＦＵの適用に理想的である。ゲルが、先端に対するＨＩＦＵ又は機械に関係するある程度の損傷を最終的に保持する可能性があるが、新しいヒドロゲル結合体が現在のヒドロゲル結合体と容易に置き換わることができるので、この損傷は、その後の使用について変換器を永続的に損なうことはない。
【０１０７】
ＰＡヒドロゲルは、経験的に試験され、ＨＩＦＵの適用に使用されることができることが実証されたが、他のヒドロゲル材料又は異なるヒドロゲルの混合物が、ＨＩＦＵを適用するためのカプラとして使用されるのに十分頑強であると識別されることが予期される。たとえば、ポリ（２−ヒドロキシルエチルメタクリレート）、又はｐＨＥＭＡは、ＨＩＦＵの適用に有用なヒドロゲルである可能性が高い。
【０１０８】
上述した機能試験は、図１に関連して記述した変換器に適合するように設計された円錐ＰＡ結合に対して実施された（５．５ｃｍ焦点距離及び３．５ｃｍ開口直径を有する３．５ＭＨｚ球状凸単一要素ＨＩＦＵ変換器）。そのような円錐形の結合は、図７及び図８に示す特注の３部分型３０を使用して生成された。ゲル円錐は、変換器の曲率に整合する球状凸ベースを有していた。完全長又は切頭の円錐プラスチックハウジングが、ゲルカプラを変換器に保持した。完全長の平坦先端円錐は、４．９ｃｍの長さであり、ＨＩＦＵの焦点の中心を先端から０．６ｃｍに置いた。先端の形状及び高さは、先端から異なる距離に焦点を置くように変更することができる。大部分の試験では、高さが０．３ｃｍの凸状の先端が使用され、ＨＩＦＵの焦点の中心を先端から約０．３ｃｍに置いた。
【０１０９】
図７及び図８を再び参照すると、３部分型は、ベース部分３２、中央部分３４、及び上部部分３６を含む。ベース部分３２は、変換器の凹外表面に整合するように構成され、したがって凸表面４０を含む。ベース部分３２は、異なる形状又は寸法を有する遠位表面を有する異なる変換器についてヒドロゲル結合体を生成するように構成される型を達成するように修正することができる。型３０によって生成されるヒドロゲル結合体の近位表面は、ヒドロゲルマスが共に使用される変換器の外表面の形状に対応する。図７は、ベース部分３２にあるヒドロゲル結合体３８を示す。
【０１１０】
中央部分３４は、図１及び図２Ｂに示すように、上述した例示的な変換器の集束特性に整合するように、ほぼ円錐の形状である。当然、所望に応じて、他の形状を使用することができる。上部部分３６は、先端成型部分４２を含む。これは、以下で詳細に説明するように、型３０を使用して生成されるヒドロゲル結合体の遠位表面の外側限界又は先端について、所望の形状を達成するように修正することができる。上部部分３６は、容器４６を型ボリューム４８と流体連絡して結合するドリップチャネル４４を含む。型ボリューム４８は、ベース部分３２、中央部分３４、及び上部部分３６によって形成される。
【０１１１】
容器４６の機能を、図９Ａ〜図９Ｃに示す。図９Ａでは、液体混合物（上述したアクリルアミドモノマーに基づく混合物など）が、型３０の容器４６内に導入される。図９Ｂでは、型ボリューム内の混合物は、重合することが可能であるが、容器の混合物の重合は阻止される。重合を防止する例示的な技法は、容器における攪拌又はかき混ぜである。ポリマーの分野の当業者なら、容器における混合を阻止する他の技法が適切である可能性があることを理解するであろう。例えば、いくつかのポリマー反応は、適切な波長の光で照明することによって開始される（水銀アマルガムを交換するために使用される歯科用ポリマーが一例である）。したがって、重合の阻止は、光が型ボリュームの混合物に加えられる間、その波長の光が容器の混合物に到達することを防止することを含む可能性がある。上記で詳細に記述したＰＡヒドロゲルは、例示的なヒドロゲルを表すが、型３０及び型３０の変形形態を使用して、他のヒドロゲルを音響結合に形成することができ、したがって、容器における重合を阻止する技法は、特有の反応及び使用される材料において重合を誘起するために使用される開始剤によって命令されることになることに留意されたい。
【０１１２】
ヒドロゲルは、重合する際に収縮する。図９Ｂに示す固体部分は、型ボリュームに導入された当初の混合物を表す。追加の混合物が型ボリューム内に導入されない場合、最終ヒドロゲルの形状は、所望通りではない（すなわち、上端５０が失われる）。しかし、型ボリューム内に当初導入された混合物が重合し、収縮する際に、容器からの追加の液体混合物が、型ボリュームに流れ込み、重合する。
【０１１３】
型ボリュームが重合混合物（すなわち、ヒドロゲル）で満たされた後、容器の混合物は、重合が可能になる。型は取り外され、容器内（及び容器を型ボリュームに結合するドリップチャネルの内）のヒドロゲルの部分をトリミングすることができる。
【０１１４】
型３０は、実験目的では見事に実施されたが、ヒドロゲル結合体の大量生産は、高速生産に特別に適合された型を使用して達成される可能性が高いことに留意されたい。明らかに、本発明は、具体的には型３０を使用する製造、又はさらには３部分型に限定されるものではない。
【０１１５】
図１０Ａ〜図１１Ｄは、上部部分３６を修正することにより、様々な構成の遠位表面を有するヒドロゲル結合体を達成することを可能にすることができる方式に関する詳細を提供する。対象物又は対象物と変換器との間に位置する境界との良好な結合を達成するために、ヒドロゲル結合体の遠位表面は、対象物又は境界の表面にそれぞれ密接に合致すべきである。結合ゲルを使用して、あらゆるギャップを埋めることができるが、密接に整合された表面は、結合及び使用の容易さを改善する。
【０１１６】
図１０Ａ及び図１０Ｂでは、上部部分３６は、外側リング３６ａ及び内側部分３６ｂを備える。内側部分３６ｂは、上述した容器及びドリップチャネルを含む（図を簡単にするために、参照符合は省略されている、図８参照）。表面５４ａが、生成されるヒドロゲル結合体の遠位表面の先端の形状を決定する。
【０１１７】
具体的には図示されていないが、リング３６ａ及び中央部分３４は、領域６２においてスレッドを使用して、回転式に共に結合することができる。リング３６ａ及び中央部分３４の寸法は、ＰＡ材料の成型中に型が離れないように十分きつくであるが、型の使用後に型を解体するためにリングを取り外すことができるように十分ゆるく、リング３６ａが中央部分３４の上にプレスばめされるように、領域６２において構成することができる。また、図１０Ｂに示すようにリング３６ａ及び内側部分３６ｂは、内側部分３６ｂを適切な位置に確実に保持することを可能にするために、領域６４においてノッチングされることに留意されたい。
【０１１８】
図１１Ａ〜図１１Ｄは、様々な形状の内側部分、及びその内側部分を使用して達成されるヒドロゲル結合体の遠位表面の先端を示す。図１１Ａでは、内側部分３６ｂは、内側部分３６ｂの底面の完全な凹表面５４ａに対応して、完全な凸である遠位表面５４ｂの上に先端を有するヒドロゲル結合体を生成するために使用することができる。表面５４ａの有用な曲率半径は、約４．８ｍｍである。
【０１１９】
図１１Ｂでは、内側部分３６ｃは、内側部分３６ｃの底面の短い凹表面５４ａに合致して、短い凸である遠位表面５６ｂの上に先端を有するヒドロゲル結合体を生成するために使用することができる。凸表面５６ａの有用な曲率半径は、７．３ｍｍである。
【０１２０】
図１１Ｃでは、内側部分３６ｄは、平坦５８ａに合致して、平坦である遠位表面５８ｂの上に先端を有するヒドロゲル結合体を生成するために使用することができ、一方、図１１Ｄでは、内側部分３６ｅは、凸表面６０ａに合致して、凹である遠位表面６０ｂの上に先端を有するヒドロゲル結合体を生成するために使用することができる。凸表面６０ａの有用な曲率半径は、７．３ｍｍである。
【０１２１】
上述した曲率の寸法は、例示を意図しており、本発明を限定するものではないことを理解されたい。当然、あらゆる所望のヒドロゲル結合体の形状を達成するために、型について他の形状を使用することができる。
【０１２２】
図１２Ａは、本発明によるヒドロゲル結合体の例示的な使用を示す図である。探査子６５では、円錐ヒドロゲル結合体６６が、ハンドル７０に取り付けられた音響変換器６８に添付される。リード７２が、音響変換器を電源７４に結合する。図１２Ｂでは、探査子６５は、患者の皮膚層７６に近接する対象にＨＩＦＵを適用するために使用されている（そうでない場合は図示せず）。焦点領域１４が、皮膚層に近接する（皮膚層内にある）。そのような構成では、結合６６の遠位表面は、音響変換器の焦点領域に近接して位置する。したがって、ヒドロゲルが、ＨＩＦＵ治療の適用中、構造的完全性を維持するように十分頑強であることが重要である。探査子６５は、患者の体内において使用して、身体の空洞又は切開により挿入することができ、外面的な使用に限定されないことを理解されたい。探査子６５の重要性は、ヒドロゲル結合体６６の先端が処置部位に直接隣接するように、音響変換器の焦点距離が、ヒドロゲル結合体６６の遠位表面に近接して位置することである。したがって、ＨＩＦＵは、ヒドロゲル結合体６６の遠位表面の先端を観測することによって、容易に照準することができる。
【０１２３】
図１２Ｃに示す探査子６５ａは、ヒドロゲル結合６６ａの遠位表面が、音響変換器の焦点領域に直接隣接して、又はそれに近接して位置しないという点で異なる。ヒドロゲル結合体６６ａは、ヒドロゲル結合体６６ａの先端が患者の皮膚層に接して位置するとき、音響変換器の焦点領域が、皮下対象７８内にあるように、著しくより短い。さらにより短いヒドロゲル結合体を選択することにより、焦点領域が、皮膚層のさらに下にある皮下対象内により深く貫通することが可能になり、一方、より長いヒドロゲル結合体を選択することにより、焦点領域は、皮膚層により近くなる。したがって、対象物の位置が既知である場合、音響変換器の収束領域が所望の対象物に近接して位置することを保証するように、適切な長さのヒドロゲル結合体を選択することができる。より短いヒドロゲル結合体が使用されるとき、頑強性の劣るヒドロゲルを使用することができるが、その理由は、遠位表面が、最高温度に遭遇する可能性が高い焦点領域にもはや近接していないからである。
【０１２４】
図１３Ａ〜図１３Ｃは、制約ハウジングを使用して、ヒドロゲル結合を変換器に取外し式に固定することができる方式を示す図である。図１３Ａは、制約ハウジング８０ａをヒドロゲル結合体６６の上にはめ込む様子を示す分解図である。図１３Ｂでは、制約ハウジング８０ａは、変換器６８（又はハンドル７０）に固定されており、それにより、ヒドロゲル結合６６を適所に取り付ける。制約ハウジング８０ａは、円錐端部において開いており、それにより、ヒドロゲル結合体６６の遠位表面８２の先端が暴露されて、制約ハウジング８０ａを超えて延びる。図１３Ｃは、電圧を印加されており、音波８４をもたらす変換器６８を示す図である。変換器の焦点領域は、ヒドロゲル結合体６６の遠位表面８２の上部限界に近接することに留意されたい。
【０１２５】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、より短いヒドロゲル結合体８６を同じ変換器に結合するために使用されているより短い制約ハウジング８０ｂを示す図である。図１４Ａは、制約ハウジング８０ｂをヒドロゲル結合体８６の上にはめ込む方式を示す分解図であり、一方、図１４Ｂは、組み立て図である。図１４Ｂは、ビーム寸法１２及び焦点領域１４をも含み、ヒドロゲル結合体８６の遠位表面８８が、焦点領域に近接して位置しないことを示す図である。
【０１２６】
図１５Ａ〜図１５Ｇは、焦点領域が対象に隣接して位置することを可能にするように、ヒドロゲル結合体の長さを選択することができる方式を示す図である。図１５Ａでは、ヒドロゲル結合体９０が、変換器６８の上に位置して示されている。ヒドロゲル結合体９０は、長さ９２を有する。それぞれが異なる長さを有する複数のヒドロゲル結合体９４ａ〜９４ｆを提供することによって、ヒドロゲル結合体の遠位表面に対する焦点領域の位置を変更することができる。より長いヒドロゲル結合体（たとえば、ヒドロゲル結合９４ｅ）は、焦点領域により近く位置する結合の遠位表面をもたらす。より短いヒドロゲル結合体（たとえば、ヒドロゲル結合体９４ａ）は、焦点領域からさらに遠く位置するヒドロゲル結合体の遠位表面をもたらす。図１２Ｃに示すように、結合が短くなると、焦点領域は、結合の遠位表面からより遠くなり、介在組織の表面と接触するようになる。
【０１２７】
図１６は、可変長のヒドロゲル結合体を使用して得られるシュリーレン画像を示す図である。ヒドロゲルカプラが添付されているＨＩＦＵ変換器から放出される超音波場を視覚化して、ゲルカプラが何らかの方式でＨＩＦＵ場をゆがめているかを判定するために、シュリーレン撮像が使用された。２ｃｍの切頭円錐、３ｃｍの切頭円錐、平坦先端を有する完全長の円錐、及び凸型の丸い先端を有する完全長のゲル円錐の形状の異なる４つの１５％ゲル円錐が試験された。光の照準ビームが、脱気された水を包含する随意選択の透光性タンクを通過した。ＨＩＦＵビームは、光ビームの軸と垂直の水タンク内に向けられた。タンクを出る光は、集束及びろ過され、画像は、スクリーンに表示された。
【０１２８】
得られた画像は、ＨＩＦＵ場が、様々なゲルカプラの存在によって本質的には影響を受けないことを示した。完全長の平坦及び丸い先端のカプラでは、超音波場の画像は、カプラ先端の影ににじみ出ているように見えた。この効果は、おそらくは光ビームの回折によって生じた。
【０１２９】
上述したように、具体的にはＨＩＦＵの適用において、ヒドロゲル結合体の遠位表面が焦点領域に近接して位置するとき、強度の温度及び圧力により、ヒドロゲル結合体の遠位表面が損傷されることがある。ヒドロゲル結合体は、重量で多量の水を含むので、そのような温度及び圧力は、遠位表面を乾燥させて、表面を損傷することになることが経験的に示されている。したがって、本発明の実施態様は、ヒドロゲル結合体の遠位表面を水和させる（又はヒドロゲル結合体の水和を維持する）手段を組み込む。
【０１３０】
図１７Ａ〜図１７Ｃは、そのような水和を達成するために使用することができるいくつかの構造を示す図である。図１７Ａでは、流体チャネル９８が水供給（図示せず）と結合され、流体チャネルの他端は、ヒドロゲル結合体９６の遠位表面の先端９５に隣接して位置する。図１７Ｂでは、流体チャネル９８ａが、制約ハウジング１００に添付され、水供給（図示せず）と結合される。流体チャネルの他端は、ヒドロゲル結合体９６の遠位表面の先端９５に隣接して位置する。図１７Ｃに示す実施形態では、流体チャネル１０２が、ヒドロゲル結合体９６ａ内に配置される。流体チャネル１０２は、水供給（図示せず）と結合され、流体チャネルの他端は、表面が水和するのを可能にするように、ヒドロゲル結合体９６ａの遠位表面の先端９５ａに隣接して位置する。
【０１３１】
ヒドロゲルを使用する固有の利点は、抗生物質などの薬剤をヒドロゲル結合体内に導入して、ヒドロゲル結合体が患者の組織に接触するところにそのような薬剤を投与することが可能であることである。手術中、ヒドロゲルカプラを使用して、超音波の他に、抗生物質を処置部位内に移送することができる。
【０１３２】
図１８Ａ〜図１８Ｃは、そのような投薬を達成するために使用することができる構造を示す図である。図１８Ａでは、ヒドロゲル結合体９６ｂが、ヒドロゲル全体に分布した薬剤１０４を有する。薬剤は、ヒドロゲルが生成された後に追加することができる。ヒドロゲルは、そのような薬剤を吸収及び格納することができる多くのチャネルをヒドロゲル内に含む。重合が薬剤にとって有害ではない場合、ヒドロゲルが生成される前に薬剤を追加することができることが予期される。図１８Ｂでは、ヒドロゲルに結合された変換器に電圧を印加することにより、いくらかの薬剤が、ヒドロゲル結合体の遠位表面の先端９５ｂから「押し出される」。治療剤の効果は、ＨＩＦＵと相乗的である、又はＨＩＦＵとは独立であるとすることができる。したがって、治療の結果は、治療剤及びＨＩＦＵの投与量に応じて、指数関数的、又は算術的に改善することができる。
【０１３３】
図１８Ｃでは、治療剤１０４は、ヒドロゲル結合体９６ｃ全体にわたってではなく、遠位表面の先端９５ｃに隣接して分布していた。流体チャネル９８ａが、随意選択要素として示されており、これを使用して、ヒドロゲル結合体９６ｃの遠位表面の先端９５ｃを水和させる、又はさらに追加の薬剤を送り込むことができる。所望であれば、流体チャネル９８ａは、薬剤を送り込む唯一の方法として使用することができる。
【０１３４】
図１９に示すように、本発明の他の態様は、超音波変換器を対象と音響的に結合するために使用される構成要素を包含するキット１１０である。キット１１０は、超音波変換器に隣接して位置するように構成される近位表面と、対象物及び対象物に関連付けられる境界の少なくとも一方と音響的に結合されるように構成される遠位表面とを有する、少なくとも１つのヒドロゲル結合体１１２を含んでいる。キットは、使用の準備のために封止パッケージから取り外されるまで、ヒドロゲル結合を水和条件において維持するように構成される少なくとも１つの封止パッケージ１２２をも含む。封止パッケージは、パッケージの内容物を無菌状態において維持し、ヒドロゲルカプラの水和の損失を回避するように、気密封止及び／又は真空封止することができる。
【０１３５】
随意選択として、キット１１０は、ＨＩＦＵ治療の適用を容易にするために、ヒドロゲル結合体を使用して超音波変換器を対象物と結合するための教示手段（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；使用説明書）１１８を含んでいる。この教示手段１１８は、ヒドロゲル結合の遠位表面を水和条件において維持する方式を使用者に通知することも可能である。
【０１３６】
他の随意選択要素は、結合ゲル１１６であり、これは、ＨＩＦＵ治療を施すために使用される超音波変換器の外表面にヒドロゲル結合体の近位表面を音響結合するのを改善するために使用される半固体又は流体の結合媒体である。そのようなキットの他の随意選択要素は、ヒドロゲル結合体を超音波変換器に取外し式に結合するように構成される保持ハウジング１１４である。
【０１３７】
様々な円錐の高さ及びインピーダンスを有するカプラが、医師に利用可能であることが理想的である。さらに、様々な長さのヒドロゲルカプラ（図１５Ｂ〜１５Ｇ参照）を包含するキットが、利用可能であることが好ましい。
【０１３８】
図２０〜図２３は、本発明の実施に使用される論理ステップのシーケンスをフローチャートに示す図である。図２０は、使用される超音波に耐えるように十分頑強なヒドロゲル結合を使用するステップを示す図である。図２１は、変換器の焦点領域が対象に近接することを保証するステップを示す図である。図２２は、変換器の焦点領域が対象に近接することを保証するように構成されるヒドロゲル結合を作成するステップを示す図である。図２３は、重合中の収縮に対処するヒドロゲルを生成するステップを示す図である。
【０１３９】
図２０を参照すると、フローチャート１２０が、ブロック１２２において開始され、特定の音響変換器が選択される。ブロック１２４において、超音波変換器に電圧を印加する入力電力レベル及び所要時間が選択される。ブロック１２６は、選択された入力電力レベル及び所要時間の下で、超音波変換器を対象及び対象と関連付けられる物理的境界の少なくとも一方と結合するために使用されるとき、構造的完全性を維持することができるヒドロゲル結合体を提供することに言及する。少なくとも１つの実施形態では、提供されるヒドロゲル結合体は、超音波変換器の焦点領域が対象に近接して位置することを保証する長さを有する。
【０１４０】
ブロック１２８において、ヒドロゲル結合体の近位表面は、超音波変換器の外表面と結合され、ブロック１３０において、ヒドロゲル結合体の遠位表面は、対象物及び対象物をヒドロゲル結合体の遠位表面から分離する物理的境界の少なくとも一方と結合される。ヒドロゲル結合体を固定するために、制約ハウジングを使用することができる。最後に、ブロック１３２において、超音波変換器は、選択された入力電力レベル及び所要時間において電圧を印加される。追加のステップが、ＨＩＦＵによってヒドロゲルマスの遠位表面の先端を損傷することを防止するために、ヒドロゲルマスの遠位表面を水和させること、及び／又はヒドロゲルマスの遠位表面を対象及び物理的境界の少なくとも一方に結合した後、薬剤を対象物及び物理的境界の少なくとも一方に送達することを含むことができる。ここで図２１を参照すると、フローチャート１３４がブロック１３６において開始され、使用される特定の超音波変換器が選択される。ブロック１３８において、超音波変換器に電圧を印加するために、入力電力レベル及び所要時間が選択される。ブロック１４０は、超音波変換器の焦点領域が対象物に近接して位置することを保証する長さを有するヒドロゲル結合体が提供されることを示している。
【０１４１】
ブロック１４２において、ヒドロゲル結合体の近位表面は、超音波変換器の外表面と結合され、ブロック１４４において、ヒドロゲル結合体の遠位表面は、対象物及びヒドロゲル結合体の遠位表面から対象を分離する物理的境界の少なくとも一方と結合される。上述したように、ヒドロゲル結合体を固定するために、制約ハウジングを使用することができる。最後に、ブロック１４６において、超音波変換器は、選択された入力電力レベル及び所要時間において電圧を印加される。
【０１４２】
図２２のフローチャート１４８は、特定の超音波変換器の焦点領域が対象に近接して位置することを保証する長さを有するヒドロゲル結合体の生成に包含されるステップを示す図である。ブロック１５０において、モノマー又はモノマーの混合物が選択され、これから、ヒドロゲルが生成される。上述したように、アクリルアミドモノマーを使用することが有益であることがある。しかし、本発明はそのようには限定されず、他のモノマーを代替として使用することができる。ブロック１５２において、少なくとも１つのモノマーの重合を誘起する薬剤が提供され、選択されたモノマーの量を水和させるのに十分な量の水が提供される。
【０１４３】
ブロック１５４において、所望のサイズ及び形状を有するヒドロゲル結合体を形成するように構成された型が提供される。型は、上述したように、特定の超音波変換器の焦点領域が対象物に近接して位置することを保証する長さを有するヒドロゲル結合体を生成するように構成される。ブロック１５６において、モノマー、薬剤、及び水が、適切な量で共に混合される。当業者なら、ヒドロゲルを生成する多くの他の構成要素が既知であることを理解するであろう。ブロック１５８において、混合物は、型内に導入される。ブロック１６０において、混合物は、重合が可能になり、ブロック１６２において、ヒドロゲル結合体は、型から取り外される。
【０１４４】
ここで図２３を参照すると、フローチャート１６４は、収縮に対処するために、容器を有する型を使用してヒドロゲル結合体を生成する論理的ステップを示す。ブロック１６６において、モノマーが選択され、ブロック１６８において、モノマーの重合を誘起する薬剤、及び水が提供される。ブロック１７０において、所望のサイズ及び形状を有するヒドロゲル結合体を形成するように構成された型が提供される。型は、所望のヒドロゲル結合体のサイズ及び形状に対応する型ボリュームと、型ボリュームと流体連絡する容器との両方を含んでいる。
【０１４５】
ブロック１７２において、モノマー、薬剤、及び水は、適切な量で共に混合される。ブロック１７４において、混合物は、型内に導入される。ブロック１７６において、容器の混合物は、重合を阻止され、一方、ブロック１７８において、型ボリュームの混合物は、重合が可能になる。
【０１４６】
型ボリュームの混合物が重合した後、容器の混合物は、ブロック１８０において示すように、重合が可能になる。ブロック１８２において、ヒドロゲル結合体は、型から取り外され、ヒドロゲル結合体は、容器部分及び型への相互接続に対応する部分を除去するために、ブロック１８４においてトリミングされる。
【０１４７】
ヒドロゲルの１つの有益な特性は、ヒドロゲルが、撮像変換器を組織に結合するために頻繁に使用される半固体、ペースト状の結合ゲルとは明らかに対照的に、寸法が安定な固体の外見の材料であるということである。請求項では、「寸法的に安定したヒドロゲルマス」という用語は、この特性を強調するために使用されている。
【０１４８】
本発明について、それを実施する好ましい形態に関連して記述してきたが、当業者なら、以下の請求項の範囲内において、本発明に対し多くの修正を実施することができることを理解するであろう。さらに、本発明の技術的範囲は、上述した方式で限定されることをまったく意図しておらず、代わりに、もっぱら以下の請求項を参照することによって決定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】従来の、ＨＩＦＵを治療に適用するために使用することができる３．５ＭＨｚ音響変換器の寸法及びビーム特性を概略的に示す図である。
【図２Ａ】本発明によるヒドロゲル結合体の例示的な形状を概略的に示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示したヒドロゲル結合体の例示的な形状が、どの程度厳密に図１の音響変換器の集束ビーム特性に対応するかを概略的に示す図である。
【図３Ａ】１０％アクリルアミドモノマーを使用して生成される、本発明によるポリアクリルアミド（ＰＡ）ゲルカプラを概略的に示す図である。
【図３Ｂ】１５％アクリルアミドモノマーを使用して生成される、本発明によるＰＡゲルカプラを概略的に示す図である。
【図３Ｃ】２０％アクリルアミドモノマーを使用して生成される、本発明によるＰＡゲルカプラを概略的に示す図である。
【図４Ａ】線形データ当てはめを示す、アクリルアミド濃度に対するＰＡヒドロゲル結合体における音速をグラフに示す図である。
【図４Ｂ】多項式データ当てはめを示す、アクリルアミド濃度に対するＰＡヒドロゲル結合体における音速をグラフに示す図である。
【図５Ａ】線形データ当てはめを示す、アクリルアミド濃度に対するＰＡヒドロゲル結合体の音響インピーダンスをグラフに示す図である。
【図５Ｂ】多項式データ当てはめを示す、アクリルアミド濃度に対するＰＡヒドロゲル結合体の音響インピーダンスをグラフに示す図である。
【図６Ａ】線形データ当てはめを示す、アクリルアミド濃度に対するＰＡヒドロゲル結合体の減衰係数をグラフに示す図である。
【図６Ｂ】多項式データ当てはめを示す、異なるアクリルアミド濃度に対するＰＡヒドロゲル結合体の減衰係数をグラフに示す図である。
【図６Ｃ】ゲル温度に対する１５％ＰＡヒドロゲル結合体の減衰係数をグラフに示す図である。
【図７】本発明による、型がほぼ円錐の形状のヒドロゲル結合体を生成するように構成される、型が組み立てられていない状態にある３部分ゲル型の各構成要素を概略的に示す図である。
【図８】図７の３部分ゲル型を組み立てられた状態で概略的に示す図である。
【図９Ａ】固体ヒドロゲル結合体を形成するように重合する混合物で満たされている図７の３部分ゲル型を概略的に示す図（その１）である。
【図９Ｂ】固体ヒドロゲル結合体を形成するように重合する混合物で満たされている図７の３部分ゲル型を概略的に示す図（その２）である。
【図９Ｃ】固体ヒドロゲル結合体を形成するように重合する混合物で満たされている図７の３部分ゲル型を概略的に示す図（その３）である。
【図１０Ａ】型の上部部分の形状が、型によって生成されるヒドロゲル結合体の遠位表面の形状を決定する方式を示す、図７の３部分ゲル型の上部部分を概略的に示す図（その１）である。
【図１０Ｂ】型の上部部分の形状が、型によって生成されるヒドロゲル結合体の遠位表面の形状を決定する方式を示す、図７の３部分ゲル型の上部部分を概略的に示す図（その２）である。
【図１１Ａ】図７の３部分ゲル型の上部部分に対する変更が、型によって生成されるヒドロゲル結合体の遠位表面の形状にどのような影響を与えるかを概略的に示す図（その１）である。
【図１１Ｂ】図７の３部分ゲル型の上部部分に対する変更が、型によって生成されるヒドロゲル結合体の遠位表面の形状にどのような影響を与えるかを概略的に示す図（その２）である。
【図１１Ｃ】図７の３部分ゲル型の上部部分に対する変更が、型によって生成されるヒドロゲル結合体の遠位表面の形状にどのような影響を与えるかを概略的に示す図（その３）である。
【図１１Ｄ】図７の３部分ゲル型の上部部分に対する変更が、型によって生成されるヒドロゲル結合体の遠位表面の形状にどのような影響を与えるかを概略的に示す図（その４）である。
【図１２Ａ】探査子の上に取り付けられた音響変換器に結合された、本発明によるヒドロゲル結合体を概略的に示す図である。
【図１２Ｂ】ＨＩＦＵを患者の皮膚層の上の対象位置に送達するために使用される図１２Ａのヒドロゲル結合体、音響変換器、及び探査子を概略的に示す図である。
【図１２Ｃ】音響変換器の焦点領域が、ＨＩＦＵを真皮下対象に送達するために、患者の皮膚層の下の対象まで延びるように選択された長さを有する、本発明による、図１２Ａ及び図１２Ｂの探査子及び音響変換器と、異なるヒドロゲル結合体とを概略的に示す図である。
【図１３Ａ】音響変換器、ヒドロゲル結合体、及び制約ハウジングを含む探査子の分解図を概略的に示す図である。
【図１３Ｂ】ヒドロゲル結合体が制約ハウジングによって音響変換器に結合されている、図１３Ａの探査子を概略的に示す図である。
【図１３Ｃ】音響変換器に電圧が印加されるとき、図１３Ｂの探査子によって達成されるビーム特性を概略的に示す図である。
【図１４Ａ】図１３Ａの探査子、異なるヒドロゲル結合体及び異なる制約ハウジングの分解図を概略的に示す図である。
【図１４Ｂ】異なるヒドロゲル結合体が異なる制約ハウジングを使用して音響変換器に固定されている、図１４Ａの探査子を概略的に示す図である。
【図１５Ａ】ヒドロゲル結合体が、ヒドロゲル結合体の遠位表面の外側限界が対象に重なる表面と接触するとき、音響変換器の焦点領域が所望の対象と重なるように選択された長さを有する、本発明による、音響変換器及びヒドロゲル結合体を概略的に示す図である。
【図１５Ｂ】各ヒドロゲル結合体の遠位表面の外側限界が、音響変換器の焦点領域から異なる量だけずれるように、各異なるヒドロゲルが異なる長さを有する、本発明によるヒドロゲル結合体を概略的に示す図（その１）である。
【図１５Ｃ】各ヒドロゲル結合体の遠位表面の外側限界が、音響変換器の焦点領域から異なる量だけずれるように、各異なるヒドロゲルが異なる長さを有する、本発明によるヒドロゲル結合体を概略的に示す図（その２）である。
【図１５Ｄ】各ヒドロゲル結合体の遠位表面の外側限界が、音響変換器の焦点領域から異なる量だけずれるように、各異なるヒドロゲルが異なる長さを有する、本発明によるヒドロゲル結合体を概略的に示す図（その３）である。
【図１５Ｅ】各ヒドロゲル結合体の遠位表面の外側限界が、音響変換器の焦点領域から異なる量だけずれるように、各異なるヒドロゲルが異なる長さを有する、本発明によるヒドロゲル結合体を概略的に示す図（その４）である。
【図１５Ｆ】各ヒドロゲル結合体の遠位表面の外側限界が、音響変換器の焦点領域から異なる量だけずれるように、各異なるヒドロゲルが異なる長さを有する、本発明によるヒドロゲル結合体を概略的に示す図（その５）である。
【図１５Ｇ】各ヒドロゲル結合体の遠位表面の外側限界が、音響変換器の焦点領域から異なる量だけずれるように、各異なるヒドロゲルが異なる長さを有する、本発明によるヒドロゲル結合体を概略的に示す図（その６）である。
【図１６】この段階において、ヒドロゲル結合体が、異なる長さのヒドロゲル結合体の画像との比較に使用されたときの画像を示す、図１の３．５ＭＨｚ球状凸変換器によって生成される超音波場の複数のシュリーレン画像を表す図である。
【図１７Ａ】外部流体チャネルが、ヒドロゲル結合体の先端を水和させるために使用される、ヒドロゲル結合体及び外部流体チャネルを概略的に示す図である。
【図１７Ｂ】ヒドロゲル結合体、制約ハウジング及び制約ハウジングに取り付けられた外部流体チャネルを概略的に示す図である。
【図１７Ｃ】内部流体チャネルを有するヒドロゲル結合体を概略的に示す図である。
【図１８Ａ】薬剤がヒドロゲル結合体内に分散されているヒドロゲル結合体を概略的に示す図である。
【図１８Ｂ】音響ビームが薬剤をヒドロゲル結合体の外部に駆動する様子を示す、ヒドロゲル結合体を通過する音響ビームに応答する図１８Ａのヒドロゲル結合体を概略的に示す図である。
【図１８Ｃ】薬剤を先端に送り込むために使用される随意選択の流体チャネルを示す、薬剤がヒドロゲル結合体の先端にほぼ隣接して位置しているヒドロゲル結合体を概略的に示す図である。
【図１９】少なくとも１つのヒドロゲル結合体を含み、制約ハウジング、命令、及びヒドロゲル結合体を音響変換器と結合するための結合ゲルの１つ又は複数を随意選択として含むことが可能である、本発明によるキットを概略的に示す図である。
【図２０】ヒドロゲル結合体が、ＨＩＦＵの適用において破損又は融解しないように十分頑強でなければならない、本発明の一実施態様によるヒドロゲル結合体を使用するために使用される論理ステップのシーケンスのフローチャートを示す図である。
【図２１】ヒドロゲル結合体が、音響変換器の焦点領域が対象に近接することを保証する長さを有する、本発明の他の実施態様によるヒドロゲル結合体を使用するために使用される論理ステップのシーケンスのフローチャートを示す図である。
【図２２】音響変換器の焦点領域が、対象に近接することを保証する長さを有するヒドロゲル結合体を生成するために使用される論理ステップのシーケンスのフローチャートを示す図である。
【図２３】容器及び型ボリュームを有し、かつ重合中にヒドロゲル材料の収縮に対処する型を使用してヒドロゲル結合体を生成するために使用される論理ステップのシーケンスのフローチャートを示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１５Ｇ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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