(57)【要約】      （修正有）【課題】目標平均強度レベル、エネルギーレベルおよび／または温度レベルを達成するようにトランスデューサ要素のセットの各々を動作させる。【解決手段】超音波エネルギーを内側解剖学的標的に送るためのシステムは、超音波トランスデューサ、複数の駆動回路、複数の位相回路、スイッチマトリックスおよびコントローラーを有し、超音波トランスデューサは、フェーズドアレイとして集合的に動作可能な複数のトランスデューサ要素を有し、駆動回路の各々はトランスデューサ要素の少なくとも１つに接続され、スイッチマトリックスは駆動回路を位相回路に選択的に結合し、コントローラーが、標的組織の推定時定数にしたがって標的における目標平均強度レベル、エネルギーレベルおよび／または温度レベルを達成するように選択されたデューティ・サイクルを有するパルス幅変調パターンにしたがってトランスデューサ要素のセットの各々を動作させる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波エネルギーを内側解剖学的標的に送るためのシステムであって、
超音波トランスデューサ、複数の駆動回路、複数の位相回路、スイッチマトリックスおよびコントローラーを有して成り、
前記超音波トランスデューサは、フェーズドアレイとして集合的に動作可能な複数のトランスデューサ要素を有して成り、
前記駆動回路の各々は、前記トランスデューサ要素の少なくとも１つに接続され、
前記スイッチマトリックスは、前記駆動回路を前記位相回路に選択的に結合し、
前記コントローラーは、（ｉ）前記標的に印加される目標平均強度レベル、該標的に印加されるエネルギーレベル、または標的における温度レベルの少なくとも１つを入力として受信するように、（ｉｉ）前記標的と前記超音波トランスデューサとの間に介在する組織を横切る該標的における超音波エネルギーを、フェーズドアレイとして集束するため、および／または形成するための複数の前記トランスデューサ要素に対応する該複数のトランスデューサ要素のセットを識別するように、ならびに（ｉｉｉ）前記標的における前記目標平均エネルギーレベルを印加し、維持するように前記トランスデューサ要素のセットを順次動作させるようになっており、
前記コントローラーは、前記標的組織の推定時定数にしたがって前記標的における前記目標平均強度レベル、前記エネルギーレベルおよび／または前記温度レベルを達成するように選択されたデューティ・サイクルを有するパルス幅変調パターンにしたがって前記トランスデューサ要素のセットの各々を動作させる、システム。
【請求項２】
前記位相回路は、固定位相シフトの離散数を有する信号を送り、前記コントローラーは、前記固定位相シフトの１つを前記トランスデューサ要素の１つに、または前記トランスデューサ要素のセットの１つに適用するようにさらになっている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラーは、前記超音波エネルギーの前記形成または前記標的の位置の一方に基づいて、前記固定位相シフトを調整するようにさらになっている、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記標的の温度をモニターするための磁気共鳴（ＭＲ）ユニットをさらに有して成り、前記コントローラーは、前記モニターされた温度に応答して前記デューティ・サイクルを調整するようになっており、オプションとして、
前記ＭＲユニットは、前記焦点の位置およびプロファイルをモニターするようにさらになっており、前記コントローラーは、前記焦点のプロファイル歪みを低減するために、前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するように、前記スイッチマトリックスを応答して動作させるようになっている、請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラーは、超音波ビームパス・ゾーンまたはＭＲモニタリングによって検出された前記標的の少なくとも一方における温度の不均一性を低減するために、前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するように、前記スイッチマトリックスを応答して動作させるようにさらになっている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記駆動回路は、前記位相回路よりも数が多く、前記コントローラーは、前記位相回路の各々を複数の前記駆動回路に選択的に接続する、請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記スイッチマトリックスは、クロスポイント・スイッチマトリックスである、請求項１〜６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記焦点におけるキャビテーションを検出するためのキャビテーション検出機をさらに有して成り、前記コントローラーは、検出されたキャビテーションの存在下での前記焦点におけるピーク圧力を低減するために、前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するように、前記スイッチマトリックスを応答して動作させるようになっている、請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記キャビテーション検出機は、前記コントローラーに結合され、該コントローラーは、（ｉ）前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するために、前記スイッチマトリックスを応答して動作させるように、また（ｉｉ）予め規定された範囲においてキャビテーション効果を達成するために、前記トランスデューサ要素の複数の前記セットを駆動する信号のパルス幅変調を容易にするようにさらになっている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
少なくとも１つのトランスデューサ要素は、前記トランスデューサ要素の少なくとも２セットの間で共用される、請求項１〜９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラーはさらに、
前記トランスデューサ要素の１よりも多いセットを同時に動作させるようになっており、および／または
前記標的においてポイント焦点、ライン焦点もしくはリング状焦点を生成するために、前記トランスデューサ要素のセットの各々を動作させるようになっており、および／または
前記コントローラーは、前記標的において複数の焦点を生成するために、前記トランスデューサ要素を動作させるようにさらになっており、および／または
ラウンドロビン方式で前記トランスデューサ要素のセットを順次動作させるようにさらになっている、請求項１〜１０のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
前記スイッチマトリックスは、前記駆動回路を、前記位相回路、電気的接地、または一定電圧を有する電圧源の少なくとも１つに結合するようになっている、請求項１〜１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記目標平均強度レベルは空間的平均強度レベルであるか、または前記目標平均強度レベルは時間的平均強度レベルである、請求項１〜１２のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
フェーズドアレイとして集合的に動作可能な複数のトランスデューサ要素と、前記トランスデューサ要素の少なくとも１つにそれぞれ接続された複数の駆動回路と、複数の位相回路と、前記駆動回路を前記位相回路に選択的に結合するスイッチマトリックスとを有して成る超音波トランスデューサを利用して、標的に超音波エネルギーを送る方法であって、
前記標的に印加される目標平均強度レベル、該標的に印加されるエネルギーレベル、または該標的における温度レベルの少なくとも１つを入力として受信すること、
トランスデューサ要素の複数のセットであって、該セットの各々が前記標的と前記超音波トランスデューサとの間に介在する組織を横切る前記標的における超音波エネルギーを、フェーズドアレイとして、形成するため、および／または集束させための複数の前記トランスデューサ要素に対応する、該トランスデューサ要素の複数のセットを識別すること、
前記標的における前記目標平均エネルギーレベルを印加して維持するように、前記トランスデューサ要素のセットを順次動作させることを含んで成り、
前記コントローラーが、前記標的材料の時定数にしたがって前記標的における前記目標平均強度レベル、前記エネルギーレベルおよび／または前記温度レベルを達成するように選択されたデューティ・サイクルを有するパルス幅変調パターンにしたがって前記トランスデューサ要素のセットの各々を動作させる、方法。
【請求項１５】
前記標的の温度をモニターすること、および前記モニターされた温度に応答して前記デューティ・サイクルを調整すること、ならびに／または
超音波ビームパス・ゾーンもしくは前記標的の少なくとも一方における温度不均一性をモニターすること、および前記温度不均一性を低減するために前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させること、ならびに／または
前記焦点の位置およびプロファイルをモニターすること、および該焦点のプロファイル歪みを低減するために前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させることをさらに含んで成る、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記焦点におけるキャビテーションを検出すること、および
（Ａ）検出されたキャビテーションの存在下で前記焦点のピーク圧力を低減させるように、または
（Ｂ）予め規定された範囲におけるキャビテーション効果を達成するために、前記トランスデューサ要素の複数の前記セットを駆動する信号のパルス幅変調を容易にするように、前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させることをさらに含んで成る、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記位相回路は固定位相シフトの離散的な数を有する信号を送り、前記方法は前記固定位相シフトの１つを前記トランスデューサ要素の１つまたは前記トランスデューサ要素のセットの１つに適用することをさらに含んで成り、オプションとして、
前記超音波エネルギーの前記形成または前記標的の位置の一方に基づいて、前記トランスデューサ要素の１つまたは前記トランスデューサ要素のセットの１つに適用される前記固定位相シフトを調整することを含んで成る、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
ラウンドロビン方式で前記トランスデューサ要素のセットを順次動作させること、および／または前記標的に複数の焦点を生成するように前記トランスデューサ要素を動作させることをさらに含んで成る、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記目標平均強度レベルは空間的平均強度レベルであり、または前記目標平均強度レベルは時間的平均強度レベルである、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、一般に超音波システムに関し、より詳細にはクロスポイント・スイッチマトリックスを使用する超音波集束を容易にするためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
体内組織をイメージングするために、または高強度で腫瘍などの組織を治療するための、もしくは脈管構造を破壊して薬物を送るための熱アブレーションエネルギーを生成するために集束超音波（すなわち、約２０キロヘルツよりも大きな周波数を有する音波）を使用することができる。例示のために、図１は、集束音響エネルギービーム１０２を生成して患者１０６の標的組織１０４に送るために使用される例示的集束超音波システム１００の簡略図である。システム１００は、幾何学的形状を有し、標的組織１０４内に位置付けられた３次元焦点ゾーンに超音波エネルギービーム１０２を集束させるために、患者１０６に対して物理的に配置されるトランスデューサ１０８を適用する。このシステムは、超音波エネルギーを種々の方法で形成し、例えば、ポイント焦点、ライン焦点、リング状焦点または複数の焦点を同時に形成することができる。トランスデューサ１０８は、実質的に剛性、半剛性、または実質的に可撓性であってもよく、セラミック、プラスチック、ポリマー、金属、および合金などの種々の材料から作製することができる。トランスデューサ１０８は、単一のユニットとして製造することもできるし、あるいは、複数の部品から組み立てることもできる。図示されたトランスデューサ１０８は「球形のキャップ」形状を有するが、集束音響ビームを送るために、他の非平面形状および平面形状（または直線形状）を含む種々の他の幾何学的形状および構成を適用することができる。トランスデューサの寸法は、用途に応じて、ミリメートル〜数十センチメートルの間で変えてもよい。
【０００３】
トランスデューサ１０８は、１次元、２次元もしくは３次元アレイにおいて、または他の規則的な方法において、またはばらばらに配置された多数のトランスデューサ要素１１０を含んでよい。これらの要素１１０は、電子駆動信号を機械的動作に変換し、結果として音波に変換する。それらは、例えば、圧電セラミックスまたは圧電複合材料から作製されてよく、要素１１０間の機械的結合を減衰させるのに適したシリコーンゴムまたは他の材料に取り付けられてもよい。トランスデューサ要素１１０は、電子駆動信号チャネル１１２を介して個々のトランスデューサ要素１１０を駆動する制御モジュール１１４に接続され、それによってそれらが集合的に集束された超音波ビームを生成する。より具体的には、制御モジュール１１４は、チャネル１１２における駆動信号の相対的な振幅および位相をセットするビーム形成機１１６を含んでもよい。ｎ個のトランスデューサ要素を含む従来の集束超音波システムでは、ビーム形成機１１６は、通常ｎ個の増幅機１１８およびｎ個の位相制御回路１２０を含み、各ペアはトランスデューサ要素１１０の１つを駆動させる。ビーム形成機１１６は、典型的には、周波数発生機１２２からの無線周波数（ＲＦ）入力信号を、０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚの範囲内で受信する。入力信号は、ビーム形成機１１６のｎ個の増幅機および位相回路１１８、１２０のために、ｎ個のチャネルへと分割される。したがって、典型的な従来のシステムでは、高周波発生機１２２およびビーム形成機１１６は、トランスデューサ１０８の個々の要素１１０を同じ周波数で駆動するように構成されているが、ビーム形成機１１６の位相は、異なる位相および異なる振幅を有することができ、トランスデューサ要素１１０が集合的に「フェーズドアレイ」を形成する。
【０００４】
トランスデューサ要素１１０から送信された音波は、音響エネルギービーム１０２を形成する。典型的には、トランスデューサ要素は、波が標的組織１０４における焦点ゾーンに収束するように駆動される。焦点ゾーン内では、ビーム１０２の波エネルギーは、組織によって（少なくとも部分的に）吸収され、それによって熱を発生させ、細胞が変性および／またはアブレートされるポイントまで組織の温度を上昇させる。標的組織を効果的に治療するためには、標的領域を囲む健康な組織への損傷を避けるように、音響エネルギービーム１０２を標的位置に正確に集束させなければならない。音響エネルギービーム１０２が介在する組織を通過するとき、組織の不均一性に起因してビームの散乱、吸収、反射および／または屈折が起こり得る。これはビーム収差をもたらし、焦点を歪ませて強度を低下させ、治療効率に影響を及ぼす場合がある。したがって、音響収差を補償し、それによって標的領域における集束特性を改善するように、トランスデューサ要素に関連する駆動信号のパラメータ（例えば、位相シフトおよび／または振幅）を調整することが望ましい。
【０００５】
音響ビーム１０２は、いくつかの異なる焦点ゾーンに焦点を合わせるように指示されてもよい。音響エネルギーを種々の所望の位置に集束させるように駆動信号を調整することは、ビーム１０２の「電子的ステアリング」として既知のプロセスである。ビーム形成機１１６によって制限され、ビームを導くように使用される増幅（または減衰係数）αおよび位相シフトφは、コントローラー１２４において計算される。トランスデューサ要素１１０に関連するチャネル１１２において駆動信号の相対的な位相および／または振幅を独立して調整することによって、集束音響ビームの位置および特性を制御することができる。
【０００６】
しかしながら、駆動信号の位相および／または振幅を独立して調整するためには、チャネル１１２の各々が、専用増幅機１１８および位相制御回路１２０を必要とする場合がある（例えば、ｎ個のチャネル１１２がある場合には、ｎ個の増幅機１１８およびｎ個の位相制御回路１２０が必要とされる場合がある）ので、複雑な回路を必要とする場合がある。さらに、トランスデューサ要素１１０の数が増加するにつれて、種々の位相シフトおよび種々の振幅を有する要素を独立して駆動する能力は、複雑さおよびコスト上の理由により、それほど実用的ではない。
【０００７】
したがって、トランスデューサ要素に関連する個々の増幅機および位相制御回路を使用する負担を掛けることなく、また特定の臨床用途に必要なビーム集束およびステアリング能力を犠牲にすることなく、トランスデューサ・アレイにおいて多数のトランスデューサ要素を収容する必要がある。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の実施形態は、過度の支持回路を必要とせずに、トランスデューサ・アレイ（transducer array）における要素（または素子、element）を個別にまたはグループ化して動作させることができる超音波システムを供する。種々の実施形態において、超音波システムは、トランスデューサ・アレイのための駆動信号（drive signals）を生成するためのビーム形成機（beamformer）と、駆動信号に種々の位相シフト（phase shifts）を与えるための複数の位相制御回路（phase-control circuits）とを含む。位相制御回路はそれぞれ互いに異なる位相シフトを生成することができ、生成された位相シフトは０〜２πの範囲をカバーし得る。いくらかの実施形態では、各トランスデューサ要素（または、要素がグループ化されている場合にはトランスデューサ要素の各グループ）は、クロスポイント・スイッチマトリックス（cross-point switch matrix）を介して位相制御回路の１つに接続され得る駆動チャネルに関連付けられる。クロスポイント・スイッチマトリックスは、複数のスイッチを含む。各スイッチは、駆動チャネルを位相制御回路に結合し得る。
【０００９】
超音波処置の間、超音波システムにおけるコントローラー（controller）は、トランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素のグループ）が集束して標的（または目標、もしくはターゲット、target）領域に集束超音波ビームを生成させる（離散化することができる）位相シフトを決定し得る。コントローラーまたはビーム形成機は、クロスポイント・スイッチマトリックスを動作させて、トランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素のグループ）を、決定された離散的な（または個別の、discrete）位相シフトを有する位相制御回路に結合し得る。トランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素のグループ）を活性化（または起動、activation）させて、決定された位相シフトを有する音響ビームを送る。種々の実施形態において、処理目的（例えば、標的領域における目標平均強度レベル（または標的平均強度レベル、target average intensity level）、目標平均エネルギーレベル（または標的平均エネルギーレベル、target average energy level）および／または目標温度レベル（または標的温度レベル、target temperature level））を達成するために、パルス幅変調（pulse-width modulation、ＰＷＭ）がクロスポイント・マトリックスにおけるスイッチを入れるために実施され、それによって要素の活性化時間の持続期間（すなわちデューティ・サイクル、duty cycles）を調整する。デューティ・サイクルは、標的領域に供給されるエネルギーレベルと正の相関がある。つまり、デューティ・サイクルが高いほど、エネルギーが大きくなる。これは、大部分の時間、電源がオンになっているためである。したがって、ＰＷＭは、駆動信号の振幅を変化させることなく、音響ビームのエネルギーレベルを効果的に調整することを可能にする。このことは、システムの複雑さおよびコストを有利に低減する。
【００１０】
トランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素のグループ）のデューティ・サイクルは、標的組織の機械的時定数および／または熱的時定数（以下、総称して「時定数（time constant）」という）に基づいて変化させてよい。一実施形態では、標的組織応答がトランスデューサ要素の非活性化（または停止、deactivation）（すなわち、駆動信号の「オフ時間」の間）によって著しく影響されないことを確実にするために、駆動信号のオフ時間は標的組織の時定数よりも小さい。
【００１１】
上述のように、音響ビームがトランスデューサ要素と標的領域との間に位置する組織を通過するとき、介在組織の不均一性のためにビーム収差（beam aberration）が発生する場合がある。これは、標的領域での強度レベルを低減させ得、それによって治療効率に影響を及ぼす場合がある。この効果を補償するために、一実施形態では、トランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素のグループ）のデューティ・サイクルは、標的領域で検出されたビームエネルギーレベルに基づいて調整される（標的領域で検出されたエネルギーレベルが低すぎることの軽減策の１つとして、デューティ・サイクルを増加させる必要がある）。
【００１２】
介在する組織に起因するビーム収差はまた、標的領域における焦点プロファイルを歪ませる場合があり、および／または標的部位または非標的部位でのホットスポットを含む不均一な温度分布を生成する場合がある。（用語「ホットスポット（hot spot）」は、本明細書では、組織の温度を臨床的に許容できないレベルまで上昇させる超音波エネルギーの集中した領域を暗示するために使用される。）一実施形態では、トランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素のグループ）は、ラウンドロビン方式（round-robin fashion）で順次動作する。このようにして、歪んだ音響ビームを有する要素（または要素のグループ）は、ある時間間隔の間、非活性化され、ビーム収差に起因する悪影響が低減され得る。
【００１３】
いくらかの実施形態では、イメージャー（またはイメージングデバイス、imager）（例えば、ＭＲＩ装置）および／または音響キャビテーション検出機（またはキャビテーション検出器、cavitation detector）が、標的内および／または非標的内における治療パラメータ（例えば、温度またはキャビテーションのレベル）をモニターするために使用される。モニターされたパラメータは、モニタリングによって反射／測定された治療目標を達成するように、トランスデューサ要素の動作を調整するためのフィードバックとして供される。ここでも、トランスデューサ要素の動作は、そのデューティ・サイクルを調整することによって調整されてもよい。
【００１４】
したがって、一態様では、本発明は、超音波エネルギーを標的に送るためのシステムに関する。標的は、オプションとして、ヒトまたは動物の体内にない非解剖学的標的（例えば、ゲルブランクまたは方法のテストまたはキャリブレーションに適した他の材料）または内側解剖学的標的である。種々の実施形態において、システムは、フェーズドアレイ（phased array）として集合的に動作可能な複数のトランスデューサ要素を有する超音波トランスデューサと、１以上のトランスデューサ要素に接続された複数の駆動回路と、複数の位相回路と、駆動回路を位相回路に選択的に結合するスイッチマトリックス（例えば、クロスポイント・スイッチマトリックス）と、コントローラーとを含む。コントローラーは、（ｉ）標的に印加される（または適用される、applied）目標平均強度レベル、標的に印加されるエネルギーレベル、および／または標的における温度レベルを入力として受信し、（ｉｉ）標的と超音波トランスデューサとの間に介在する材料（例えば、組織）を横切る標的における超音波エネルギーを、フェーズドアレイとして集束するため、および／または形成するための複数のトランスデューサ要素に対応する複数のトランスデューサ要素のセットを識別するように、ならびに（ｉｉｉ）標的における目標平均エネルギーレベルを印加し、維持するようにトランスデューサ要素のセットを動作させるようになっている。一実施形態において、コントローラーは、標的材料（例えば、組織）の推定時定数にしたがって標的における目標平均強度レベル、エネルギーレベルおよび／または温度レベルを達成するように選択されたデューティ・サイクルを有するパルス幅変調パターンにしたがってトランスデューサ要素のセットの各々を動作させる。
【００１５】
本出願の実施形態は、「組織（tissue）」を参照して開示されている。「組織」に対する具体的な言及は、「材料（material）」の一般的開示も包含すると理解すべきである。したがって、「組織」に関する動作を教示する本明細書の開示は、より一般的に、より具体的には、ブランクに使用されるようなゲルにも適用可能であろう。
【００１６】
目標平均強度レベルは、空間的または時間的平均強度レベル（spatial or temporal average intensity level）であってもよい。駆動回路は、位相回路よりも多くてもよく、コントローラーは、位相回路のそれぞれを複数の駆動回路に選択的に接続してもよい。さらに、位相回路は、固定位相シフトの離散的な数（discrete number of fixed phase shifts）を有する信号を送ることができ、コントローラーは、固定位相シフトの１つをトランスデューサ要素の１つまたはトランスデューサ要素のセットの１つに適用するようにさらになっていてもよい。一実施形態では、コントローラーは、超音波エネルギーの形成（または方向付け、shaping）および／または標的の位置に基づいて固定位相シフトを調整するようにさらになっている。
【００１７】
種々の実施形態において、システムは、標的の温度をモニターするための磁気共鳴（ＭＲ）ユニットを含み、コントローラーは、モニターされた温度に応じてデューティ・サイクルを調整するようになっている。さらに、コントローラーは、超音波ビームパス・ゾーン（ultrasound beam path zone）および／またはＭＲモニタリングによって検出された標的の少なくとも一方における温度の不均一性を低減するように、スイッチマトリックスを応答して動作させて、各セットのトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起（または電力を送る、energize）または接地するようにさらになっていてもよい。いくらかの実施形態では、ＭＲユニットは、焦点の位置およびプロファイルをモニターするようにさらになっており、コントローラーは、焦点のプロファイル歪み（profile distortion）を低減するためにセットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させるようになっている。
【００１８】
システムは、焦点におけるキャビテーションを検出するためのキャビテーション検出機をさらに含んでもよい。コントローラーは、検出されたキャビテーションの存在下で焦点のピーク圧力を低減または増加させるように、スイッチマトリックスを応答して動作させて、セットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するようになっている。いくらかの実施形態では、キャビテーション検出機はコントローラーに結合され、コントローラーは、（ｉ）スイッチマトリックスを応答して動作させて、セットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地し、（ｉｉ）予め規定された範囲内でキャビテーション効果を達成するようにトランスデューサ要素の複数のセットを駆動する信号のパルス幅変調を容易にするようになっている。一態様では、１以上のトランスデューサ要素は、トランスデューサ要素の２以上のセットの間で共有される。さらに、コントローラーは、トランスデューサ要素の１よりも多いセットを同時に動作させるようにさらになっていてもよい。
【００１９】
種々の実施形態において、スイッチマトリックスは、駆動回路を、位相回路、電気的接地、および／または一定電圧（または固定電圧、fixed voltage）を有する電圧源に結合するようになっている。さらに、コントローラーは、標的においてポイント焦点、ライン焦点、リング状焦点または複数の焦点を生成するために、トランスデューサ要素のセットの各々を動作させるようにさらになっていてもよい。コントローラーは、トランスデューサ要素を動作させて標的に焦点を生成するようにさらになっていてもよい。さらに、コントローラーは、トランスデューサ要素のセットをラウンドロビン方式で順次動作させるようになっていてもよい。
【００２０】
別の態様では、本発明は、フェーズドアレイとして集合的に動作可能な複数のトランスデューサ要素、各々が１以上のトランスデューサ要素に接続された複数の駆動回路と、複数の位相回路と、選択的に駆動回路を位相回路に結合させるスイッチマトリックス（例えば、クロスポイント・スイッチマトリックス）とを有する超音波トランスデューサを使用して、超音波エネルギーを標的に送るための方法に関する。標的はオプションとして、ヒトまたは動物の体内にない非解剖学的標的（例えば、ゲルブランクまたは方法を試験または較正するのに適した他の材料）、または内側解剖学的標的である。種々の実施形態では、この方法は、標的に印加される目標平均強度レベル、標的に印加されるエネルギーレベル、および／または標的における温度レベルを入力として受信することと、標的と超音波トランスデューサとの間に介在する材料（例えば、組織）を横切る標的における超音波エネルギーを、フェーズドアレイとして集束するため、および／または形成するための複数のトランスデューサ要素に対応する複数のトランスデューサ要素のセットを識別することと、標的における目標平均エネルギーレベルを印加して維持するように、トランスデューサ要素のセットを順次動作させることを含む。コントローラーは、標的材料（例えば、組織）の時定数にしたがって標的における目標平均強度レベル、エネルギーレベルおよび／または温度レベルを達成するように選択されたデューティ・サイクルを有するパルス幅変調パターンにしたがってトランスデューサ要素のセットの各々を動作させる。
【００２１】
本方法は、標的の温度をモニターし、モニターされた温度に応じてデューティ・サイクルを調整することをさらに含んでもよい。一実施形態では、この方法は、超音波ビームパス・ゾーンおよび／または標的の少なくとも一方における温度不均一性をモニターすること、ならびに温度不均一性を低減するために、セットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させることを含む。この方法は、焦点の位置およびプロファイルをモニターすること、および焦点のプロファイル歪みを低減するために、セットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させることをさらに含む。
【００２２】
さらに、位相回路は、固定位相シフトの離散的な数を有する信号を送ることができる。この方法は、固定位相シフトの１つをトランスデューサ要素の１つまたはトランスデューサ要素のセットのうちの１つに適用することをさらに含む。一実施形態では、この方法は超音波エネルギーの形成および／または標的の位置に基づいて、トランスデューサ要素の１つまたはトランスデューサ要素のセットの１つに適用される固定位相シフトを調整することを含む。駆動回路は位相回路よりも数が多くてよい。この方法は、各々の位相回路を複数の駆動回路に選択的に接続させることをさらに含む。
【００２３】
本方法は、焦点におけるキャビテーションを検出すること、および検出されたキャビテーションの存在下で焦点におけるピーク圧力を増加または低減させるようにセットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させることをさらに含んでもよい。いくらかの実施形態では、この方法は、焦点におけるキャビテーションを検出すること、およびセットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させること、および予め規定された範囲におけるキャビテーション効果を達成するために、トランスデューサ要素の複数のセットを駆動する信号のパルス幅変調を容易にすることを含む。一実施形態では、この方法は、トランスデューサ要素の１以上のセットを同時に動作させることを含む。
【００２４】
種々の実施形態では、本方法は、ポイント焦点、ライン焦点、リング形状焦点または標的における複数の焦点を生成するために、トランスデューサ要素のセットの各々を動作させることをさらに含む。さらに、この方法は、トランスデューサ要素のセットをラウンドロビン方式で順次動作させることを含んでもよい。目標平均強度レベルは、空間的または時間的平均強度レベルであってもよい。
【００２５】
本明細書で使用される場合、「実質的に（substantially）」という用語は、±１０％を意味し、いくらかの実施形態では±５％を意味する。さらに、「要素（element）」という用語は、アレイ内の個々のトランスデューサまたは単一のトランスデューサが独立して駆動可能な部分のいずれかを意味し、用語「ビーム（beam）」、「エネルギービーム（energy beam）」または「音響エネルギービーム（acoustic energy beam）」は、一般に集束超音波システムの種々のトランスデューサ要素によって放射される波の総和を指す。本明細書を通して、「一例（one example、 an example）」、「一実施形態（one embodiment、 an embodiment）」とは、例に関連して記載される特定の特徴、構造、または特性が、本技術の少なくとも一例であることを含むことを意味する。したがって、本明細書全体の種々の箇所における「一例において（in one example、 in an example）」、「一実施形態（one embodiment、 an embodiment）」という語句は、必ずしもすべて同じ例を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、ルーチン、ステップ、または特性は、技術の１以上の例において、いかなる適切な方法で組み合わせてもよい。本明細書で供される見出しは、便宜上のものであり、請求される技術の範囲または意味を限定または解釈することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
図面において、同様の参照符号は、概して異なる図を通して同じ部分を指す。また、図面は必ずしも原寸に比例するものではなく、一般に本発明の原理を例示するものと位置付けられる。以下の記載では、本発明の種々の実施形態を以下の図面を参照して説明する。
【００２７】
【図１】図１は、従来技術に記載された集束超音波システムを示す。
【図２】図２は、種々の実施形態による例示的な集束超音波システムを模式的に示す図である。
【図３】図３は、種々の実施形態によるトランスデューサ要素をビーム形成機に結合するためのクロスポイント・スイッチマトリックスを示す。
【図４Ａ】図４Ａは、種々の実施形態によるトランスデューサ要素を駆動する例示的な駆動信号を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、種々の実施形態によるトランスデューサ要素を駆動する例示的な駆動信号を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、種々の実施形態によるトランスデューサ要素を駆動する例示的な駆動信号を示す図である。
【図５】図５は、種々の実施形態によるトランスデューサ・アレイの構成を示す図である。
【図６】図６は、種々の実施形態によるトランスデューサ要素の非活性化に対する組織応答を模式的に示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、種々の実施形態によるトランスデューサ要素の複数のグループによって生成される複数の焦点ゾーンを示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、種々の実施形態によるトランスデューサ要素の複数のグループによって生成される複数の焦点ゾーンを示す。
【図８】図８は、種々の実施形態による焦点ゾーンおよび／または非焦点ゾーンで生成されるホットスポットを模式的に示す。
【図９】図９は、種々の実施形態による焦点ゾーンで生成されたマイクロバブルを模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の種々の実施形態によるフェーズドアレイ超音波トランスデューサは、一般に、その線形寸法が動作中に生成される音波の波長よりも一般に大きくない多数（例えば、数百から数千まで）の個々のトランスデューサ要素を含む。小さなトランスデューサ要素を使用すると、３次元において音響ビームのステアリング可能性が増大する。すなわち、大きな量にわたって、焦点深度および側方焦点位置の両方をステアリングする（または操縦する、steer）。例えば、半波長以下のトランスデューサ要素寸法の場合、各方向のステアリング角度（すなわち、達成され得るトランスデューサ表面の法線に対する最大角度）は±π／２であり、完全に半球をカバーすることを容易にする。特定の実施形態では、トランスデューサ要素は、均一なサイズおよび形状であり、等方性アレイを形成するように均一に（例えば、タイル状に）配置される。他の実施形態では、トランスデューサ要素は、種々のサイズおよび／または形状を有し、臨床用途および／またはトランスデューサ要素が近位に配置される患者の身体の形状および位置に応じて、あらゆる適切な方法で配置されてもよい。
【００２９】
図１に示すように、従来の超音波システムでは、トランスデューサ・アレイ１０８の各要素１１０は、１つの電子駆動信号チャネル１１２に関連付けられている。制御設備１１４におけるビーム形成機１１６は、個々のトランスデューサ要素１１０を対応する設定で駆動するように、チャネル１１２内の駆動信号の相対的な振幅および位相をセットし、集束超音波ビームを集合的に生成する。しかし、単一チャネルにおける駆動信号の振幅および位相の両方を制御するためには、チャネルレベルで追加の電子回路層が必要となる。これは設計の負担とコストを増加させる。複雑さおよびコストを低く抑えるために、本発明の種々の実施形態では、駆動信号の相対的な位相は、ビーム形成機１１６によって調整されるが、駆動信号の振幅は、以下に記載するように、超音波処置中に１つまたは複数の所望の値に固定される。さらに、コントローラー１２４は、要素１１０の駆動信号の相対的なデューティ・サイクルをセットおよび調整する。これは、駆動信号によって生成される音響ビームのエネルギーレベルを効果的に制御する。例えば、８０％のデューティ・サイクルは、３０％のデューティ・サイクルと比較して、より大きい量の熱エネルギーを標的領域に送る。したがって、本発明の種々の実施形態は、トランスデューサ要素のデューティ・サイクルを変化させることによって音響ビームの強度レベルまたはエネルギーレベルを効果的に調整する。これにより、トランスデューサ駆動信号の振幅を調整するための個別の増幅機１１８および対応する支持回路を実装する必要がなくなる。
【００３０】
種々の実施形態において、ビーム形成機１１６に関連する回路は、要素１１０に利用可能な位相シフトをいくつかの離散値に制限することによって単純化される。例えば、利用可能な位相シフトφ１、φ２、φ３、．．．φ８の８つの値があってもよく、各要素は８つの位相シフトのうちの１つを受信してもよい。
【００３１】
さらに、トランスデューサ要素はグループ化されてもよく、各グループ内の要素は、単一のチャネル１１２から駆動信号を受信するように共に配線されてもよい。その結果、チャネルの数は、トランスデューサ要素の数よりも有意に少なくなってもよい。各グループは、トランスデューサ要素１０８の１次元または２次元アレイ（すなわち、行またはマトリックス）を含んで成ってもよい。異なるグループは、１以上のトランスデューサ要素１０８を共有してもしなくてもよい。各グループ内の要素１１０は、トランスデューサ表面の単一の連続領域を形成してもよく、または複数の非連続表面部分を含んでもよい。種々の実施形態では、トランスデューサ要素１１０のグループは、個別に制御可能であり、すなわち、それぞれ、他のグループの周波数および／または位相とは独立した周波数および／または位相を有する超音波を放射することができる。そのような超音波集束システムの例示的な実施形態は、図２に例示的に示されている。図示のシステム２００では、トランスデューサ要素１１０の各グループは、駆動信号チャネル１１２を介して位相制御回路１２０に接続されている。駆動信号チャネル１１２の数は、トランスデューサ要素１１０の数よりも少ないので、（各要素の位相が別々に制御可能である従来のシステムにおけるビーム形成機の複雑さと比較して）ビーム形成機２０２の複雑さが低減される。
【００３２】
種々の実施形態において、２以上のグループ２０４、２０６の駆動チャネル１１２は、共通の増幅機２０４を共有して、システムの複雑さをさらに低減する。グループ２０４、２０４におけるトランスデューサ要素は同じ振幅で駆動される。一実施形態では、超音波システム２００は、１つの増幅機のみを含む。したがって、トランスデューサ要素の全てのグループは、同じ振幅の信号で駆動される。トランスデューサ要素のグループ２０４、２０６、２０８は、後述するように、超音波を標的領域に送るために一度に１以上、選択的に活性化および非活性化されてもよい。グループ２０４、２０６、２０８に関連付けられた駆動信号の周波数、位相および／またはデューティ・サイクルは、超音波操作中に調整されて、標的領域１０４における治療の目標を達成し得る。
【００３３】
トランスデューサ要素１００（またはトランスデューサ要素のグループ）から送られる音響ビームは、トランスデューサ・アレイ１０８と標的領域１０４との間に位置づけられた介在組織を横切り（または通過し、traverse）、標的領域１０４に焦点ゾーンを生成することができる。介在組織の不均一性は、焦点ゾーンにおける音響エネルギーの強度を減少させ、焦点プロファイルを歪ませ、焦点ゾーンの位置を動かし得る。具体的には、異なるタイプの組織では音速が異なるので、音響エネルギーのビームの部分が焦点ゾーンに向かう異なる組織タイプを有する異なるパスに沿って進むにつれて、音速が異なる場合があり、各トランスデューサ要素から送られた音響エネルギーの相対的な位相をシフトし得る。この位相シフトは、焦点ゾーンでの音響エネルギーの強め合う干渉を減少させる場合があり、治療の有効性を低下させるか、または焦点ゾーンを予測不能に動かす場合がある。
【００３４】
組織の不均一性はまた、異なる音速を有する組織領域の境界で音響エネルギーの屈折を引き起こす場合がある。屈折は、強め合う干渉、特に音響エネルギーが骨を通過する場合に、焦点ゾーンにおける音響エネルギーの強度を減少させる場合がある。したがって、不均質な組織構造は、ビームの吸収、収差および屈折を生じ得、焦点を歪ませて強度を低下させ、治療効率に影響を及ぼす場合がある。
【００３５】
不均一な介在組織によって引き起こされる音響収差は、各トランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素の各グループ）の位相シフトを調整することによって説明することができる。図３を参照して、種々の実施形態において、クロスポイント・スイッチマトリックス３０２は、ビーム形成機２０２とトランスデューサ要素１１０との間に直列に実装される。クロスポイント・スイッチマトリックス３０２は、ビーム形成機２０２の位相制御回路に接続される複数の位相制御ライン３０４と、駆動チャネル１１２を位相制御ライン３０４から選択的に結合および分離する複数の電気スイッチ３０６とを含む。スイッチ３０６は、例えば、機械的スイッチおよび／または電気スイッチ（例えば、トランジスタ）であってもよい。各スイッチ３０６は、起動時に位相制御ライン３０４を１つ（または複数のグループ）のトランスデューサ要素１１０に関連する駆動チャネル１１２に電気的に結合する。ビーム形成機２０２は、異なる位相制御ライン３０４において駆動信号に異なる位相シフトを与えることができる。例えば、ビーム形成機２０２は、位相制御ライン３０４ａ〜３０４ｄにそれぞれ位相シフトφ１〜φ４を有する駆動信号を生成することができる。いくらかの実施形態では、位相制御ライン３０４のいくつかの駆動信号は、同じ位相シフトを有する。
【００３６】
いくらかの実施形態では、駆動チャネル１１２は、位相制御ライン３０４よりも多い。したがって、超音波処置の間、少なくともいくつかのトランスデューサ要素は位相制御ライン３０４に結合されていない。これらの要素１１０は、駆動チャネル１１２を介して一定電圧を有する電圧源に接地または結合されてもよい。より少ない数の位相制御ライン３０４を使用すると、回路の複雑さおよびコストを有利に低減することができる。しかし、これにはトレードオフがあり、標的領域での焦点特性を正確に制御する能力が低下する。不連続位相または遅延値の数が少ないほど、位相制御ライン間の位相差が大きくなるであろう。これは、次に、トランスデューサ要素から送られた各音響ビームの位相シフトを正確に制御するビーム形成機の能力を制限する。結果として、集束特性を改善する能力が制限される。
【００３７】
超音波動作の前または間に、イメージャー３０８を利用して、標的（標的は組織であってもよい）についての情報、例えば、標的の位置、標的における材料の特徴、標的組織の位置、ならびに標的組織および／または標的を囲む組織の解剖学的特徴を決定することができる。イメージャー３０８は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイス、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）デバイス、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）デバイス、単一光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）デバイス、または超音波デバイスを含んでもよい。イメージャー３０８によって取得された情報に基づいて、コントローラー１２４は、いくらか、または全ての要素１１０のための（またはトランスデューサ要素１１０の各グループのための）位相シフトを決定することができる。要素１１０が印加された場合、放出される超音波ビームに標的領域１０４における構成的な焦点ゾーンを集束的に形成させる。決定された位相シフトは、次に、ビーム形成機２０２に伝達され、それに基づいて、ビーム形成機２０２は、決定された位相シフトを有する位相制御ライン３０４を、スイッチ３０６を介して、対応するトランスデューサ要素１１０（またはトランスデューサ要素のグループ）に結合させる。例えば、図３におけるトランスデューサ要素のグループ３１０ａ〜３１０ｄは、標的領域１０４において焦点を形成するように、それぞれ、φ１〜φ４の位相シフトで駆動することができる。コントローラー１２４からの決定された位相シフトを受信すると、ビーム形成機２０２は、標的位相制御ライン３０４ａ〜３０４ｄをそれぞれ駆動チャネル１１２ａ〜１１２ｄに結合するように、スイッチ３０６ａ〜３０６ｄを閉じることができる。その結果、トランスデューサ要素３１０ａ〜３１０ｄは、それぞれ、所定の位相シフトφ１〜φ４を有する駆動信号によって駆動される。したがって、異なる位相シフトを有する種々の位相制御ライン３０４に駆動チャネル１１２を選択的に結合することによって、トランスデューサ要素からの音響エネルギーを種々の所望の位置に集束させることができ、それによって電子的なステアリングを供する。
【００３８】
種々の実施形態において、標的領域１０４内の組織を効果的に治療するために、例えば、標的領域１０４に関連する目標平均強度レベル、目標平均エネルギーレベルおよび／または目標温度レベルを含む治療プランが、イメージャー３０８を使用することで得られる標的組織の解剖学的特徴に基づいて、治療前または治療中に決定される。しかしながら、上述したように、トランスデューサ・アレイ１０８と標的領域１０４との間に位置する介在する組織の不均一性は、音響ビームを歪ませる場合があり、それによって、焦点ゾーンに到達する音響エネルギーの強度が減少する場合があり、および／またはビームパスにおいて、もしくは標的領域にて望ましくないホットスポットを生成する場合がある。したがって、治療プランを達成するように、ビーム歪みから生じる影響を補償するためにトランスデューサ要素１１０の動作パラメータ（例えば、デューティ・サイクル）を調整することが望ましい。一実施形態では、個々のトランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素の各グループ）から送られる音響ビームのエネルギーは、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用してその駆動信号のデューティ・サイクルを調整することを介して制御される。駆動信号のデューティ・サイクルは、クロスポイントマトリックス３０２におけるスイッチ３０６を作動および停止することによって簡単に操作することができるため、この実施形態において、コントローラー１２４が音響ビームのエネルギーレベルを効果的に制御でき、複雑な振幅制御回路の実装を回避することができる。
【００３９】
図４Ａは、本発明の種々の実施形態によるトランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素のグループ）を駆動する例示的な駆動信号４０２を示す。規則的な間隔（すなわち、時間の期間）Ｔに対する要素の活性化時間（activation time）Ｔｄの持続時間の比は、標的領域に送られる音響エネルギーを決定することができる駆動信号４０２のデューティ・サイクルを供する。低いデューティ・サイクルは、電力がほとんどの時間オフであるため、低エネルギーに対応する。デューティ・サイクルは、通常１００％が完全にオン、０％が完全にオフの状態で、パーセントで表される。したがって、駆動信号４０２のデューティ・サイクルを変化させることによって、個々のトランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素の各グループ）から送られた音響ビームのエネルギーを効果的に調整して、治療プランにおいて規定される意図されたレベルを供することができる。また、図４Ｂおよび図４Ｃは、ＰＷＭを使用して、駆動信号のデューティ・サイクルを、どのように７５％まで増加させることができ、または２５％まで減少させることができるかをそれぞれ示している。
【００４０】
超音波動作の間、トランスデューサ要素１１０の種々のグループは、ラウンドロビン方式で順次活性化されて、標的領域における目標平均エネルギーレベルを適用および維持することができる。例えば、図５を参照すると、トランスデューサ要素は、グループ１〜５にグループ化されてもよい。所望の量の音響エネルギーを標的領域に送るために、クロスポイントマトリックス３０２のスイッチ３０６を介して、グループ１〜５を順次アクティブ化および非アクティブ化することができる。いくらかの実施形態では、コントローラー１２４は、標的領域に到達する対応の放射音響エネルギーおよび治療プランに示される目標平均エネルギーレベルに基づいて、トランスデューサ要素の各グループに関連する駆動パルスのデューティ・サイクルを調整する。一般に、より高い目標平均エネルギーレベルは、より高いデューティ・サイクルに対応し、減衰の程度が大きいほど（すなわち、標的領域に到達する送信エネルギーが低いほど）、要求されるデューティ・サイクルが高くなる。例えば、目標平均エネルギーレベルがＥＴであり、グループ１の要素から生成され、標的領域１０４に到達するエネルギーがＥ１である場合、グループ１の要素のデューティ・サイクルは、ＥＴ／Ｅ１の比によって（または比に比例して）決定することができる。他のグループのデューティ・サイクルも同様に決定することができる。したがって、トランスデューサ要素のグループが、決定された対応するデューティ・サイクルで順次活性化される場合、それらの各々は、標的領域において実質的に同一の平均エネルギーレベルＥＴを生成する。これにより、超音波処置全体の間、目標平均レベルが維持されることが保証される。適切な初期デューティ・サイクルは、過度の実験なしに温度測定を使用して種々のデューティ・サイクルの温度効果を測定することによって数学的に計算するか、または経験的に決定（または精緻化）することができる。
【００４１】
一実施形態では、トランスデューサ要素の１よりも多いグループが、実質的に同時に活性化されて、音響ビームを標的領域１０４に供給する。この実施形態は、音響ビームのエネルギーレベルが、介在する組織によって著しく減衰される場合に好ましい。この状況では、一群の要素からの標的領域におけるエネルギーレベルは、完全なデューティ・サイクル（すなわち、１００％）であっても目標平均エネルギーレベルを生成するには小さすぎる場合がある。したがって、標的領域における合計エネルギーレベルが所望の目標平均レベルに達することができるように、トランスデューサ要素の１よりも多いグループを同時に活性化させることが望ましい。
【００４２】
種々の実施形態では、トランスデューサ要素のグループに関連する駆動信号のデューティ・サイクルは、標的組織の時定数に基づいて決定される。これは、標的組織が印加された音響パルスに機械的および熱的に応答し得るが、そのような組織応答は、典型的には、印加されるビームエネルギーに対して瞬間的ではないためである。例えば、駆動信号の「オフ時間」の間（すなわち、トランスデューサ要素が非活性化されている場合）、組織は、図４に示すように徐々に緩和され得る。機械的時定数ＴＭおよび熱時定数ＴＴＨは、緩和挙動を表す。したがって、組織応答がトランスデューサ要素の非活性化によって著しく影響を受けないことを保証するために、駆動信号のオフ時間および／または２つの駆動信号間の時間は、好ましくは、標的組織の（集合的な）時定数よりも小さい。一般に、組織応答が２つの音響パルスの間に有意に影響されないことを十分に保証するために、オフ時間は、ＴＭおよびＴＴＨの数倍小さくなり得る。いくらかの実施形態では、オフ時間はＴＭおよびＴＴＨより少なくとも１桁小さい。
【００４３】
一般に、組織の機械的応答および熱的応答は、組織のタイプに大きく依存する。したがって、一実施形態では、種々の組織タイプの時定数が治療前に経験的に得られる。この情報は、データベースにおいてルックアップテーブルとして保存され、トランスデューサ要素を駆動するための信号のデューティ・サイクルを決定するときに取り出すことができる。別の実施形態では、種々の組織タイプの時定数が治療中に取得される。例えば、トランスデューサ・アレイは、まず、標的領域１０４に音響パルスを送り、イメージャー３０８を用いてモニターされた組織応答に基づいて、標的組織に関連する機械的時定数および熱的時定数を決定することができる。
【００４４】
しかしながら、標的組織の機械的応答および／または熱的応答は、累積熱エネルギーに起因する非線形であり得る。したがって、種々の実施形態において、イメージャー３０８は、治療中にリアルタイムで組織応答をモニターし、モニターされた情報をフィードバックとしてコントローラーに供する。治療中に機械的時定数および／または熱時定数が著しく変化する場合、コントローラー１２４は、トランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素のグループ）に対する駆動信号のデューティ・サイクルを応答的に調整して、要素の活性化および非活性化が標的組織に対して臨床的に有意な影響をもたらさないことを保証する。
【００４５】
一実施形態では、モニターされた組織応答時定数に基づいて、コントローラーは、所望の治療結果を達成しながら、トランスデューサ要素１１０の（デューティ・サイクルを決定する）最大オフ時間を計算することができる。このアプローチは、依然として所望の治療プランを達成しながら（その動作時間を短縮することによって）トランスデューサの寿命を延ばすことができる。
【００４６】
種々の実施形態において、イメージャー３０８（例えば、ＭＲＩ装置）は、超音波処置中に標的の温度を同時にモニターする。これは、治療の進行状況を評価し、熱伝導およびエネルギー吸収における局所的な差異を補正して、標的化された組織を処置し、処置領域の周囲の組織への損傷を回避するために、治療領域の温度を連続的にモニターする必要がある、ＭＲガイドサーマル療法（例えば、ＭＲｇＦＵＳ治療）において特に有用である。ＭＲイメージングによる温度のモニタリング（例えば、測定および／またはマッピング）は、一般に、ＭＲサーモメトリーまたはＭＲサーマルイメージングを指す。
【００４７】
ＭＲサーモメトリーに利用可能な種々の方法の中で、プロトン共鳴周波数（ＰＲＦ）シフト法は、温度変化、組織タイプからの独立性に関するその優れた線形性、および高い空間的解像度および時間的解像度で取得される温度マップに起因して、しばしば用いられる方法である。ＰＲＦシフト法は、水分子中のプロトンのＭＲ共鳴周波数が温度と共に線形的に変化する（有利には比例定数が組織タイプ間で比較的一定である）現象に基づいている。温度による周波数変化は小さく、バルク水では−０．０１ｐｐｍ／℃程度であり、組織では約−０．００９６から−０．０１３ｐｐｍ／℃であるので、ＰＲＦシフトは、典型的には位相差イメージング法で検出される。位相差イメージング法において、イメージングは、２度実施される。つまり、最初に、温度変化に先立ってベースラインＰＲＦ位相画像を取得し、次に温度変化の間またはその後の第２位相画像（すなわち、治療画像）を取得し、それによって、温度変化に比例する小さな位相変化を捕捉する。次いで、磁場の強さおよびエコー時間（ＴＥ）（例えば、グラジエント・リコールされたエコー（gradient-recalled echo））などのイメージング・パラメータを考慮に入れながら、ベースライン画像と治療画像との間の位相差を画素ごとに決定し、ＰＲＦ温度依存性に基づいて位相差を温度差に変換することによって得られた、（再構成された、すなわち実空間の）画像から温度変化のマップを計算してもよい。
【００４８】
ベースライン画像の取得時の撮像領域における温度分布が分かっている場合、そのベースライン温度に温度変化マップ（または温度差マップ、temperature-difference map）を加えて、治療画像に対応する絶対温度分布を得ることができる。いくらかの実施形態では、ベースライン温度は、撮像領域全体にわたって単純に均一な体温である。いくらかの実施形態では、より複雑なベースライン温度分布は、数学的フィッティング（例えば、滑らかな多項式フィッティング）に基づく内挿および／または外挿と組み合わせて、種々の位置での直接温度測定によって、治療の前に決定される。
【００４９】
種々の実施形態では、モニターされた温度は、コントローラー１２４に供給され、コントローラー１２４は、治療プランに示された所望の温度レベルが、達成されるようにトランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素のグループ）のデューティ・サイクルを調整する。例えば、標的領域におけるモニターされた温度が、治療プランに示された目標温度レベルよりも低い場合、コントローラー１２４は、標的領域に伝達する総エネルギーを増加させ、これによって温度を上昇させるように、トランスデューサ要素を駆動する信号のデューティ・サイクルを増加させてもよい。あるいは、標的領域に伝達されるエネルギーを増加させるように、すべての要素（または要素のすべてのグループ）に関連する駆動信号の振幅を実質的に同時に増加させてもよい。同様に、標的領域におけるモニター温度が目標温度レベルより高い場合、コントローラー１２４は、デューティ・サイクルおよび／または振幅を低減して過熱を防止することができる。モニターされた温度レベルが目標温度レベルと実質的に一致するまで、デューティ・サイクルおよび／または振幅の調整を繰り返してもよい。
【００５０】
上述のように、トランスデューサ要素のグループを順次活性化させることは、有利には、標的領域を囲む組織の損傷を回避することができる。図７Ａを参照すると、いくらかの実施形態では、トランスデューサ要素の各グループは、標的領域に焦点ゾーンを生成する。理想的には、生成された各焦点ゾーンは、標的領域の領域に正確に一致する。しかし実際には、音響ビームは、介在する組織の不均一性のために歪むことがある。その結果、１以上の焦点ゾーンが歪んで、標的領域の境界を越えて周囲の組織に広がる場合がある。例えば、図７Ａに示すように、トランスデューサ要素のグループ１およびグループ２は、それぞれ焦点ゾーン１および２を生成することができる。焦点ゾーン２の全体が標的領域の境界内にあるが、焦点ゾーン１の一部７０２は、標的を囲む組織を覆う。標的領域にエネルギーを集中させる試みが、単にグループ１のトランスデューサ要素を活性化させることによって実施される場合、過度の熱が領域７０２の周囲組織に送られ、それに損傷を引き起こす場合がある。しかしながら、トランスデューサ要素のグループ１およびグループ２が、上述のようにそれらの決定されたデューティ・サイクルにしたがって順次活性化および非活性化される場合、領域７０２に送られる熱エネルギーは過剰ではなく、それに対する損傷を回避することができる。種々の実施形態において、超音波処置中の周囲組織の温度は、イメージャー３０８を使用してモニターされる。温度が安全な閾値を超え、それゆえ損傷を引き起こす可能性がある場合、コントローラー１２４は、グループ１のトランスデューサ要素を完全に非活性化させてよく、グループ１のトランスデューサ要素のデューティ・サイクルを少なくとも低減させてもよい。
【００５１】
さらに、イメージャー３０８は、トランスデューサ・アレイ全体によって生成される焦点の位置および／またはプロファイルをモニターするようにさらになっていてもよい。モニターされたデータに基づいて、コントローラー１２４は、焦点ゾーンを所望の標的位置に向ける、および／または焦点ゾーンのプロファイルの歪みを低減させるように、クロスポイント・スイッチマトリックス３０２を操作して、トランスデューサ要素のグループのデューティ・サイクルを調整してもよい。例えば、図７Ｂを参照すると、トランスデューサ要素のグループ１は、領域Ａおよび領域Ｂを含む焦点ゾーン１を生成することができ、トランスデューサ要素のグループ２は、領域Ａおよび領域Ｃを含む焦点ゾーン２を生成することができる。したがって、グループ１およびグループ２における要素によって生成された「効果的な（effective）」焦点ゾーンは、領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃを含む。領域Ａは、焦点ゾーン１および焦点ゾーン２のオーバーラップであるため、領域Ａは、領域Ｂおよび領域Ｃと比較して、より高いエネルギーレベルを有することができる。この焦点歪みの検出時に、コントローラー１２４は、歪みを低減するようにグループ１のトランスデューサ要素のデューティ・サイクルを低減することができる。この調整に応答して、コントローラー１２４は、領域Ａにおいて特に低減されたエネルギーを補償するために、グループ２のトランスデューサ要素のデューティ・サイクルをオプションとして増加させることができる。したがって、このアプローチは、介在する組織によって引き起こされるビーム歪みに起因する望ましくない影響を最小にする（または少なくとも低減する）ように、トランスデューサ・アレイの焦点ゾーンを効果的に「形成する（shaped）」。
【００５２】
いくらかの実施形態では、介在する組織の不均一性は、意図された焦点ゾーン以外の位置での不均一な温度分布の１以上のホットスポットを生成する場合がある。そのようなホットスポットは、望ましくない加熱、患者の痛み、および／または可能性として非標的組織の壊死を招き得る。標的組織内であっても、例えば、標的領域の外側に組織壊死を引き起こすことによって、ホットスポットが問題となり得る。さらに、各トランスデューサが有限数の要素で構成されている場合には、上述のように離散位相ステップで位相合わせを実行すると、これも第２のホットスポットの生成に寄与する場合がある。図８は、トランスデューサ要素のグループ１の活性化が、標的領域に焦点ゾーン８００を生成するとともに、ビームパスにおける望ましくないホットスポット８０２および焦点ゾーンにおける望ましくないホットスポット８０４を生成する例示的な状況を示し、一方、トランスデューサ要素のグループ２の活性化は、望ましくないホットスポットを伴わずに、同一の焦点ゾーン８００で集束ビームを生成する。種々の実施形態において、イメージャー３０８は、ホットスポットの生成および位置をモニターするようになっている。望ましくないホットスポットが検出された場合、イメージャー３０８は、コントローラー１２４にそれらの位置を伝える。これに応答して、コントローラーは、ホットスポットを生成するトランスデューサ要素のグループのすべての要素のデューティ・サイクルおよび／または振幅を低減させる。したがって、ホットスポットの影響を、それらが標的組織または介在組織に臨床的に有害な影響を及ぼすのに十分な時間持続しないため、低減することができる。したがって、このアプローチは、標的領域における結果として生じる温度分布の均一性を効果的に改善し、ホットスポットによる周囲組織への損傷を防止することができる。
【００５３】
しかしながら、トランスデューサ要素のデューティ・サイクルを低減することは、同様に、標的領域における熱エネルギーを低減し、それによって治療効果を損なうというトレードオフを伴う。この問題を回避するために、いくらかの実施形態では、デューティ・サイクルが所定の閾値（例えば、集束ピーク強度を生成するデューティ・サイクルのパーセンテージとして規定される閾値）まで低下した後、標的領域における熱エネルギーの減少を補償するために、ホットスポットを生成するトランスデューサ要素のグループの振幅を増加させてもよい。
【００５４】
図９を参照して、集束超音波処置の間に、例えば、超音波を伝搬することによって発生する負圧から生じる応力のために、および／または加熱された液体が破裂し、気体／蒸気で満たされた場合に生じる応力のために、標的組織に含まれる液体中に小さな気泡（または「マイクロバブル（microbubbles）」）９０２が生成される場合がある。安定したキャビテーションでは、マイクロバブルは、その体積が一定のままである間にスチーム処理されるか、場合によっては、数サイクルにわたって音響圧力の緩和および圧縮とともにマイクロバブルを膨張および収縮させ、そのような動作によって、近傍の組織の剪断力および膨張および収縮をもたらすことができる。慣性キャビテーションでは、マイクロバブルは、平衡半径よりも大きいいくつかの因子に膨張し、その後周囲の組織の慣性により崩壊することがある。両方の場合において、標的組織の結果的な破壊は、そのアブレーションを補助することができる。
【００５５】
しかしながら、制御されていないマイクロバブル・キャビテーションは、標的組織およびその周辺への望ましくない損傷を引き起こす場合がある。したがって、キャビテーションから生じる望ましくない影響を最小限に抑えながら、標的組織のアブレーションを促進することができるキャビテーション量（またはキャビテーション用量）の好ましい範囲が存在する。キャビテーションの程度が好ましい範囲にあることを保証するために、種々の実施形態では、コントローラーに結合されたキャビテーション検出機９０４が、超音波処置の間、焦点ゾーン９０６および／または焦点ゾーンの外側においてキャビテーションを検出するために実装される。キャビテーション検出機９０４は、マイクロバブル９０２からの透過音波または反射音波を測定し、続いて受信した信号をコントローラー１２４に供して、焦点ゾーン９０６に生じるキャビテーションの量を決定する。決定されたキャビテーション量に基づいて、焦点ゾーンにおけるキャビテーションの程度が好ましい範囲内に入るように、１以上のトランスデューサ要素のグループを活性化または非活性化する、および／またはそのデューティ・サイクルを調整するためにクロスポイント・スイッチマトリックス３０２を操作してもよい。例えば、測定されたキャビテーション量が好ましい範囲を超え、標的組織またはその周辺組織に望ましくない損傷を引き起こす可能性がある場合、コントローラー１２４は、トランスデューサ要素の１以上のグループを非活性化させてよく、および／または、焦点ゾーンでのピーク圧力を減少させるようにグループのデューティ・サイクルを低減させてもよい。その結果として、キャビテーション量が低減される。しかしながら、組織アブレーションを補助するために、測定されたよりも多くのキャビテーションが望まれる場合、コントローラー１２４は、トランスデューサ要素の１以上のグループを活性化させてよく、および／またはグループのデューティ・サイクルを増加させてもよい。その結果、より大きなピーク圧力が焦点ゾーンで生成され、より多くのマイクロバブル・キャビテーションが誘発される。
【００５６】
種々の実施形態では、トランスデューサ・アレイの一部がキャビテーション検出機として機能する。例えば、コントローラー１２４は、マイクロバブル９０２から送信または反射された音響信号を測定するように、トランスデューサ要素の１以上のグループを割り当てることができる。再び、焦点ゾーン９０６におけるキャビテーション量をけっていするために、測定された信号はコントローラー１２４に送信され、トランスデューサ要素の動作を調整して所望のキャビテーション量を生成することができる。この実施形態は、別個のキャビテーション検出機を実施する必要性を有利に回避する。
【００５７】
したがって、本発明の実施形態は、コントローラー１２４が、所望の集束特性を有する目標位置に焦点ゾーンを生成するために、トランスデューサ要素を動作させることを可能にするアプローチを供する。これは、トランスデューサ要素とビーム形成機との間にクロスポイント・スイッチマトリックスを実装することによって達成される。１以上のトランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素のグループ）に関連するスイッチを選択的に活性化および非活性化にすること、ならびに／またはそのデューティ・サイクルを調整することによって、治療プラン（例えば、目標平均強度レベル、目標平均エネルギーレベルおよび／または目標温度レベル）を達成することができる。スイッチはＰＷＭを使用して簡単に操作できるため、この実装では過度のシステムの複雑さとコストを必要としない。さらに、イメージャー（例えば、ＭＲＩ装置）および／またはキャビテーション検出機を用いて、標的領域および／または非標的領域における治療パラメータ（例えば、温度またはキャビテーション量）をモニターすることができる。モニターされたパラメータは、治療プランを達成するために、トランスデューサ要素の動作を調整するようにコントローラーにフィードバックとして供されてもよい。
【００５８】
一般に、上述したような、クロスポイントマトリックスにおけるスイッチの活性化および非活性化の実行、トランスデューサ要素のデューティ・サイクルの調整、標的領域および非標的領域内の温度の測定、ならびに／または焦点ゾーンにおけるキャビテーション量の検出のための機能は、イメージャーのコントローラーおよび／もしくは超音波システムと一体化されているか、または別個の外部コントローラーによって供されているかどうかにかかわらず、ハードウェア、ソフトウェアまたはその両方の組合せで実施される１以上のモジュールで構成されてもよい。機能が１以上のソフトウェアプログラムとして供される態様では、プログラムは、ＦＯＲＴＲＡＮ、ＰＡＳＣＡＬ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ＢＡＳＩＣ、様々なスクリプト言語および／またはＨＴＭＬなどのいくらかの高レベル言語のいずれかで書かれてもよい。さらに、ソフトウェアは、対象コンピュータ（例えば、コントローラー）に存するマイクロプロセッサに向けられたアセンブリ言語で実装することができる。例えば、ソフトウェアが、ＩＢＭ ＰＣまたはＰＣクローンにおいて動作するように構成されている場合、インテル８０ｘ８６アセンブリ言語で実装してもよい。ソフトウェアは、限定されないが、フロッピー（登録商標）ディスク、ジャンプドライブ、ハードディスク、光ディスク、磁気テープ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フィールド−プログラマブル・ゲートアレイまたはＣＤ−ＲＯＭを含む製品で具体的に表現されてもよい。ハードウェア回路を使用する態様は、例えば、１以上のＦＰＧＡ、ＣＰＬＤまたはＡＳＩＣプロセッサを使用して実装してもよい。
【００５９】
さらに、本明細書で使用される「コントローラー（controller）」という用語は、上述したようなあらゆる機能を実行するために利用される全ての必要なハードウェアコンポーネントおよび／またはソフトウェアモジュールを広く含む。コントローラーは、複数のハードウェアコンポーネントおよび／またはソフトウェアモジュールを含んでもよく、機能は、異なるコンポーネントおよび／またはモジュール間に広げることができる。
【００６０】
以上、本発明の特定の実施形態について記載した。しかしながら、本発明はこれらの実施形態に限定されないことは明らかである。むしろ、本明細書に明示的に記載されているものへの追加および変更も本発明の範囲内に含まれる。
【００６１】
本開示の発明は、以下の番号の付いた節のいずれかによる実施形態をさらに包含し得る。
（１）超音波エネルギーを内側解剖学的標的に送るためのシステムであって、
超音波トランスデューサ、複数の駆動回路、複数の位相回路、スイッチマトリックスおよびコントローラーを有して成り、
超音波トランスデューサは、フェーズドアレイとして集合的に動作可能な複数のトランスデューサ要素を有して成り、
駆動回路の各々は、トランスデューサ要素の少なくとも１つに接続され、
スイッチマトリックスは、駆動回路を位相回路に選択的に結合し、
コントローラーは、（ｉ）標的に印加される目標平均強度レベル、該標的に印加されるエネルギーレベル、または該標的における温度レベルのうちの少なくとも１つを入力として受信するように、（ｉｉ）標的と超音波トランスデューサとの間に介在する組織を横切る該標的における超音波エネルギーを、フェーズドアレイとして集束するため、および／または形成するための複数のトランスデューサ要素に対応する該複数のトランスデューサ要素のセットを識別するように、ならびに（ｉｉｉ）標的における目標平均エネルギーレベルを印加し、維持するようにトランスデューサ要素のセットを順次動作させるようになっており、
コントローラーは、標的組織の推定時定数にしたがって標的における目標平均強度レベル、エネルギーレベルおよび／または温度レベルを達成するように選択されたデューティ・サイクルを有するパルス幅変調パターンにしたがってトランスデューサ要素のセットの各々を動作させる、システム。
（２）位相回路は、固定位相シフトの離散数を有する信号を送り、コントローラーは、固定位相シフトの１つをトランスデューサ要素の１つに、またはトランスデューサ要素のセットの１つに適用するようにさらになっている、（１）に記載のシステム。
（３）コントローラーは、超音波エネルギーの形成または前記標的の位置の一方に基づいて、固定位相シフトを調整するようにさらになっている、（１）または（２）に記載のシステム。
（４）標的の温度をモニターするための磁気共鳴（ＭＲ）ユニットをさらに有して成り、コントローラーは、モニターされた温度に応答してデューティ・サイクルを調整するようになっている、（１）〜（３）のいずれかに記載のシステム。
（５）コントローラーは、超音波ビームパス・ゾーンまたはＭＲモニタリングによって検出された標的の少なくとも一方における温度の不均一性を低減するために、セットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するように、スイッチマトリックスを応答して動作させるようにさらになっている、（４）に記載のシステム。
（６）ＭＲユニットは、焦点の位置およびプロファイルをモニターするようにさらになっており、コントローラーは、焦点のプロファイル歪みを低減するために、セットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するように、スイッチマトリックスを応答して動作させるようになっている、（４）または（５）に記載のシステム。
（７）駆動回路は、位相回路よりも数が多く、コントローラーは、位相回路の各々を複数の駆動回路に選択的に接続する、（１）〜（６）のいずれかに記載のシステム。
（８）スイッチマトリックスは、クロスポイント・スイッチマトリックスである、（１）〜（７）のいずれかに記載のシステム。
（９）焦点におけるキャビテーションを検出するためのキャビテーション検出機をさらに有して成り、コントローラーは、検出されたキャビテーションの存在下での焦点におけるピーク圧力を低減するために、セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するように、スイッチマトリックスを応答して動作させるようになっている、（１）〜（８）のいずれかに記載のシステム。
（１０）キャビテーション検出機は、コントローラーに結合され、該コントローラーは、（ｉ）セットの各々のトランスデューサ要素のうちの選択されたトランスデューサ要素を励起または接地するために、スイッチマトリックスを応答して動作させるように、また（ｉｉ）予め規定された範囲においてキャビテーション効果を達成するために、トランスデューサ要素の複数のセットを駆動する信号のパルス幅変調を容易にするようにさらになっている、（９）に記載のシステム。
（１１）少なくとも１つのトランスデューサ要素は、トランスデューサ要素の少なくとも２セットの間で共用される、（１）〜（１０）のいずれかに記載のシステム。
（１２）コントローラーはさらに、トランスデューサ要素の１よりも多いセットを同時に動作させるようになっている、（１）〜（１１）のいずれかに記載のシステム。
（１３）スイッチマトリックスは、駆動回路を、位相回路、電気的接地、または一定電圧を有する電圧源のうちの少なくとも１つに結合するようになっている、（１）〜（１２）のいずれかに記載のシステム。
（１４）コントローラーはさらに、標的においてポイント焦点、ライン焦点またはリング状焦点を生成するために、各々のトランスデューサ要素のセットを動作させるようになっている、（１）〜（１３）のいずれかに記載のシステム。
（１５）コントローラーはさらに、標的において複数の焦点を生成するために、トランスデューサ要素を動作させるようになっている、（１）〜（１４）のいずれかに記載のシステム。
（１６）コントローラーはさらに、ラウンドロビン方式でトランスデューサ要素のセットを順次動作させるようになっている、（１）〜（１５）のいずれかに記載のシステム。
（１７）目標平均強度レベルは空間的平均強度レベルである、（１）〜（１６）のいずれかに記載のシステム。
（１８）目標平均強度レベルは時間的平均強度レベルである、（１）〜（１７）のいずれかに記載のシステム。
（１９）フェーズドアレイとして集合的に動作可能な複数のトランスデューサ要素と、トランスデューサ要素のうちの少なくとも１つにそれぞれ接続された複数の駆動回路と、複数の位相回路と、駆動回路を位相回路に選択的に結合するスイッチマトリックスとを有して成る超音波トランスデューサを利用して、標的に超音波エネルギーを送る方法であって、
標的に印加される目標平均強度レベル、該標的に印加されるエネルギーレベル、または該標的における温度レベルのうちの少なくとも１つを入力として受信すること、
トランスデューサ要素の複数のセットであって、該セットの各々が標的と超音波トランスデューサとの間に介在する組織を横切る標的における超音波エネルギーを、フェーズドアレイとして、形成するため、および／または集束させための複数のトランスデューサ要素に対応する、該トランスデューサ要素の複数のセットを識別すること、
標的における目標平均エネルギーレベルを印加して維持するように、トランスデューサ要素のセットを順次動作させることを含んで成り、
コントローラーが、標的の時定数にしたがって標的における目標平均強度レベル、エネルギーレベルおよび／または温度レベルを達成するように選択されたデューティ・サイクルを有するパルス幅変調パターンにしたがってトランスデューサ要素のセットの各々を動作させる、方法。
（２０）標的の温度をモニターすること、およびモニターされた温度に応答してデューティ・サイクルを調整することをさらに含んで成る、（１９）に記載の方法。
（２１）超音波ビームパス・ゾーンもしくは標的の少なくとも一方における温度不均一性をモニターすること、および温度不均一性を低減するためにセットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させることをさらに含んで成る、（１９）または（２０）に記載の方法。
（２２）焦点の位置およびプロファイルをモニターすること、および該焦点のプロファイル歪みを低減するためにセットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させることをさらに含んで成る、（１９）〜（２１）のいずれかに記載の方法。
（２３）駆動回路は、位相回路よりも数が多く、方法は、位相回路の各々を複数の駆動回路に選択的に接続することをさらに含んで成る、（１９）〜（２２）のいずれかに記載の方法。
（２４）焦点におけるキャビテーションを検出すること、および検出されたキャビテーションの存在下で焦点のピーク圧力を低減させるように、セットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させることをさらに含んで成る、（１９）〜（２３）のいずれかに記載の方法。
（２５）焦点でキャビテーションを検出すること、
セットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させること、および
予め規定された範囲におけるキャビテーション効果を達成するために、トランスデューサ要素の複数のセットを駆動する信号のパルス幅変調を容易にすることを含んで成る、（１９）〜（２４）のいずれかに記載の方法。
（２６）トランスデューサ要素の１よりも多いセットを同時に動作させることをさらに含んで成る、（１９）〜（２５）のいずれかに記載の方法。
（２７）位相回路は固定位相シフトの離散的な数を有する信号を送り、方法は固定位相シフトのうちの１つをトランスデューサ要素の１つまたはトランスデューサ要素のセットの１つに適用することをさらに含んで成る、（１９）〜（２６）のいずれかに記載の方法。
（２８）超音波エネルギーの形成または標的の位置の一方に基づいて、トランスデューサ要素の１つまたはトランスデューサ要素のセットの１つに適用される固定位相シフトを調整することを含んで成る、（２７）に記載の方法。
（２９）標的にポイント焦点、ライン焦点またはリング状焦点を生成するために、トランスデューサ要素のセットの各々を動作させることをさらに含んで成る、（１９）〜（２８）のいずれかに記載の方法。
（３０）ラウンドロビン方式でトランスデューサ要素のセットを順次動作させることをさらに含んで成る、（１９）〜（２９）のいずれかに記載の方法。
（３１）標的に複数の焦点を生成するようにトランスデューサ要素を動作させることをさらに含んで成る、（１９）〜（３０）のいずれかに記載の方法。
（３２）目標平均強度レベルは空間的平均強度レベルである、（１９）〜（３１）のいずれかに記載の方法。
（３３）目標平均強度レベルは時間的平均強度レベルである、（１９）〜（３１）のいずれかに記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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