(57)【要約】  音響エネルギーを組織に結合するための水クッション。このクッションは、トランスデューサに適合して超音波エネルギーの結合を促進するように構成されている。このクッションは、トランスデューサを収容するパウチを有して、クッションとトランスデューサとの間のとまりばめを可能にしている。このクッションは、液体入口および液体出口を有して冷却のための液体循環を促進し、生体適合性を有し、減衰性が低く、トランスデューサの形状に適合し、様々なスタンドオフ（ｓｔａｎｄｏｆｆ）を達成するために調整可能な圧力の使用を容易にし、トランスデューサへの締まりばめを促進するために一体式のパウチを備え、冷却のための水の循環を促進し、滅菌性を有し、かつ使い捨てが可能である。組織の境界面に適合するようになされた表面、またはトランスデューサに適合するようになされた表面のいずれかまたは双方は、音響結合を促進するために液体を染み出させるように構成された孔部を備えることができる。
2008513149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響エネルギーを放射するように構成された音響トランスデューサと身体の塊状部との間に配置されて、前記トランスデューサを前記身体の塊状部と音響的に結合するようになされた音響カプラであって、前記音響カプラは液体チャンバを備えており、前記液体チャンバは、
（ａ）循環液を保つための供給量と流体連通して結合されるようになされた液体入口と、
（ｂ）循環液の放出量と流体連通して結合されるようになされた液体出口と、
（ｃ）前記トランスデューサに適合するように構成された第１の表面と、
（ｄ）前記身体の塊状部に適合するように構成された第２の表面と、
を備えていることを特徴とする音響カプラ。
【請求項２】
前記液体チャンバと結合されたパウチをさらに備えており、前記パウチは前記音響カプラを前記トランスデューサに固定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の音響カプラ。
【請求項３】
前記パウチはエラストマー材料を含んでおり、前記パウチは前記トランスデューサを受けるように構成された開口した容積部を画定していることを特徴とする請求項２に記載の音響カプラ。
【請求項４】
前記パウチは前記トランスデューサと締まりばめを達成するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の音響カプラ。
【請求項５】
前記第１の表面は、前記第１の表面を湿潤させ、かつそれによって前記音響カプラを前記トランスデューサとより効率的に音響的に結合することを促進するために、前記液体チャンバ内の液体の一部を放出するように構成された少なくとも１つの開口部を有していることを特徴とする請求項１に記載の音響カプラ。
【請求項６】
前記第２の表面は、前記第２の表面を湿潤させ、かつそれによって前記音響カプラを前記身体の塊状部とより効率的に音響的に結合することを促進するために、前記液体チャンバ内の液体の一部を放出するように構成された少なくとも１つの開口部を有していることを特徴とする請求項１に記載の音響カプラ。
【請求項７】
前記音響カプラは生体適合性材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の音響カプラ。
【請求項８】
前記音響カプラはポリウレタンを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の音響カプラ。
【請求項９】
前記液体入口と前記液体出口との相対的な向きは、前記液体チャンバを介した液体の循環を向上させるように選択されていることを特徴とする請求項１に記載の音響カプラ。
【請求項１０】
前記液体入口と前記液体出口との相対的な向きは、
（ａ）前記液体入口と前記液体出口との間の角度分離が約４０度と約１１０度の間であること、
（ｂ）前記液体入口および前記液体出口が実質的に互いに相対すること、ならびに
（ｃ）前記液体入口および前記液体出口が実質的に互いに隣接すること、
のうちの少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の音響カプラ。
【請求項１１】
前記液体入口と、前記液体出口と、前記液体チャンバとのうちの少なくとも１つに配置された温度センサをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の音響カプラ。
【請求項１２】
前記音響カプラは、前記音響カプラが前記トランスデューサに対して適切に配置されると、前記液体チャンバが実質的に前記トランスデューサを囲むように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の音響カプラ。
【請求項１３】
音響エネルギーを放射するように構成された超音波トランスデューサと身体の塊状部との間に配置されて、前記超音波トランスデューサを前記身体の塊状部と音響的に結合するようになされた音響カプラであって、
（ａ）液体チャンバであって、
（ｉ）循環液を保つための供給量と流体連通して結合されるようになされた液体入口と、
（ｉｉ）前記循環液の放出量と流体連通して結合されるようになされた液体出口と、
（ｉｉｉ）前記超音波トランスデューサに適合するように構成された第１の表面と、
（ｉｖ）前記身体の塊状部に適合するように構成された第２の表面と、を備えており、前記第１の表面と前記第２の表面とのうちの少なくとも１つは、前記超音波トランスデューサと前記身体の塊状部とのうちの少なくとも１つとの結合を強化するために、前記液体チャンバから液体の一部を放出するように構成された少なくとも１つの開口部を備えている液体チャンバ
を備えていることを特徴とする音響カプラ。
【請求項１４】
前記液体チャンバと結合されたパウチをさらに備えており、前記パウチは前記音響カプラを前記超音波トランスデューサに固定するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の音響カプラ。
【請求項１５】
前記パウチは前記超音波トランスデューサとの締まりばめを達成するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の音響カプラ。
【請求項１６】
前記音響カプラは、前記音響カプラが前記超音波トランスデューサに対して適切に配置されると、前記液体チャンバが実質的に前記超音波トランスデューサを囲むように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の音響カプラ。
【請求項１７】
音響エネルギーを放射するように構成された超音波トランスデューサを身体の塊状部に音響的に結合する一方で、前記超音波トランスデューサを冷却するシステムであって、
（ａ）液体チャンバを備える音響カプラであって、前記液体チャンバは、
（ｉ）液体を前記液体チャンバ内に導くように構成された液体入口と、
（ｉｉ）液体を前記液体チャンバから除去するように構成された液体出口と、
（ｉｉｉ）前記超音波トランスデューサに適合するように構成された第１の表面と、
（ｉｖ）前記身体の塊状部に適合するように構成された第２の表面と、を備えており、前記第１の表面と前記第２の表面とのうちの少なくとも１つは、前記超音波トランスデューサと前記身体の塊状部とのうちの少なくとも１つとの結合を強化するために、前記液体チャンバから液体の一部を放出するように構成された少なくとも１つの開口部を備えている音響カプラと、
（ｂ）前記液体入口と流体連通して結合された液体供給源と、
（ｃ）前記超音波トランスデューサを前記身体の塊状部と音響的に結合するために使用される前記液体で前記液体チャンバを満たすように、かつ前記液体を前記システムによって循環させるように構成されたポンプと、
（ｄ）前記超音波トランスデューサを冷却するために前記システムによって循環されている前記液体を冷却するように、前記液体供給源と流体連通して結合された冷却ユニットと、
を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
前記液体から気泡を除去するように構成されたガス抜き部をさらに備えていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記液体供給源を前記液体入口と結合する液体ラインは、前記液体出口を前記冷却ユニットと結合する液体ラインよりも寸法が比較的大きいことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記音響カプラは、前記液体チャンバと結合されたパウチをさらに備えており、前記パウチは前記音響カプラを前記超音波トランスデューサに固定するように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
音響エネルギーを放射するように構成された超音波トランスデューサを身体の塊状部に音響的に結合する一方で、前記超音波トランスデューサを冷却するシステムであって、
（ａ）液体チャンバを備える音響カプラであって、前記液体チャンバは、
（ｉ）液体を前記液体チャンバ内に導くように構成された液体入口と、
（ｉｉ）液体を前記液体チャンバから除去するように構成された液体出口と、
（ｉｉｉ）前記超音波トランスデューサに適合するように構成された第１の表面と、
（ｉｖ）前記身体の塊状部に適合するように構成された第２の表面と、
を備えている音響カプラと、
（ｂ）前記液体入口と流体連通して結合された液体供給源と、
（ｃ）前記超音波トランスデューサを前記身体の塊状部と音響的に結合するために使用される前記液体で前記液体チャンバを満たすように、かつ前記液体を前記システムによって循環させるように構成されたポンプと、
（ｄ）前記液体供給源と流体連通して結合され、その結果、前記超音波トランスデューサを冷却するために前記システムによって循環されている前記液体を冷却する冷却ユニットと、
を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項２２】
前記第１の表面と前記第２の表面とのうちの少なくとも１つは、前記超音波トランスデューサと前記身体の塊状部とのうちの少なくとも１つとの結合を強化するために、前記液体チャンバから液体の一部を放出するように構成された少なくとも１つの開口部を備えていることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記システムを通じて循環している液体から気泡を除去するように構成されたガス抜き部をさらに備えていることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記音響カプラは、前記液体チャンバと結合されたパウチをさらに備えており、前記パウチは前記音響カプラを前記超音波トランスデューサに固定するように構成されていることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２５】
音響エネルギーを放射するように構成された超音波トランスデューサを身体の塊状部に音響的に結合する一方で、前記超音波トランスデューサを冷却する方法であって、
（ａ）前記身体の塊状部と前記超音波トランスデューサとの間に液体チャンバを配置するステップと、
（ｂ）液体を前記液体チャンバ内に導いて、前記液体チャンバの第１の表面は前記超音波トランスデューサに適合し、前記液体チャンバの第２の表面は前記身体の塊状部に適合するようにするステップと、
（ｃ）前記液体チャンバを介して前記液体の循環流れを導くステップであって、液体の前記流れは、前記超音波トランスデューサから熱を吸収し、したがって前記超音波トランスデューサを冷却するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記第１の表面を前記超音波トランスデューサに音響的に結合するのを促進するために、前記液体チャンバ内の液体の一部を前記第１の表面の開口部を介して放出するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の表面を前記身体の塊状部に音響的に結合するのを促進するために、前記液体チャンバ内の液体の一部を前記第２の表面の開口部を介して放出するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
超音波は、Ｘ線を撮像に使用するときに生じうるような、場合によっては有害な放射線にさらす危険性なしに、患者の内部構造を撮像するために広く用いられている。超音波検査法は、高周波音波を使用して患者の身体の内部構造の画像を生じさせる安全な診断手法である。これらの音波は無害であり、また、Ｘ線の使用が不適切となる妊婦体内の胎児の視覚化にさえも全く安全に使用できることが、多くの研究により示されている。さらに、超音波検査法では一般に、他の撮像技法を用いる検査法よりも所要時間が短くなり、また超音波検査法では通常、他の撮像技法を用いる検査法よりも費用が安くなる。
【０００２】
さらに最近では、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）を撮像にではなく治療目的で用いることが、医学界において大いに注目されている。強度水準が通常０．１Ｗ／ｃｍ2未満である超音波画像診断とは対照的に、ＨＩＦＵ治療では、１，０００〜１０，０００Ｗ／ｃｍ2を焦点に供給することができる超音波トランスデューサが利用される。これらの高強度音波からのエネルギーの一部は、熱エネルギーとして目的の位置に伝達される。このようにして伝達される熱エネルギーの量は、望ましくない組織を焼灼するに十分な、または組織を実際に物理的に焼け焦がすことなく（約７０℃を超える温度上昇を誘発することによって）望ましくない組織の壊死を引き起こすに十分な強度となることができる。組織の壊死はまた、力学的処置のみによって（すなわち、結果的に組織構造を力学的に崩壊させる空洞形成によって）達成することもできる。さらに、内部構造に血液を供給する脈管系を対象とする場合、ＨＩＦＵを用いて血流停止を誘発することができる。このエネルギー伝達の焦点領域は、小さな標的領域における異常な組織または望ましくない組織を、隣接する正常な組織に損傷を与えることなく壊死させるように、緊密に制御することができる。したがって、腫瘍部位を外科的に露出させることなく、頑固な腫瘍をＨＩＦＵで破壊することができる。
【０００３】
いかなるタイプの超音波治療システムにおいても、重要な構成要素は、音響エネルギーを組織に結合する機構である。超音波エネルギーをトランスデューサから治療部位へと効率的に伝達するためには、優れた音響カプラが必要である。理想的な音響カプラは、低い減衰性と、治療する組織に類似した音響インピーダンスとを有する均質な媒体である。水は、その音響伝達特性が望ましいことから、多数の超音波治療用途において結合媒体として広く用いられている。
【０００４】
これまでの血流停止の研究においては損傷を受けた血管および臓器の出血を制止するためにＨＩＦＵが用いられてきたが、この血流停止の研究において、ＨＩＦＵトランスデューサは、薄いポリウレタン膜を先端に有する、水で満たした円錐状のプラスチック製ハウジングに収容されていた。このカプラは、ＨＩＦＵ焦点を水入り円錐体の先端のわずか数ミリメートル向こうに配置するので、表面近くの治療のために設計されていた。この結合方法は血流停止実験には便利であったが、臨床的状況には非実用的となる多数の欠点を有している。これらの欠点には、ガス抜き、滅菌、および循環が必要であること、ならびに収容の問題が挙げられる。現在のＨＩＦＵアプリケータは限られているため、別の結合媒体が望ましい。
【０００５】
ラテックス製コンドームは、直腸および膣の超音波探触子に対する使い捨ての包皮として使用されており、また、水で満たすと、かかる包皮は音響結合を促進する。ＨＩＦＵ治療探触子に関しては、ＨＩＦＵトランスデューサは相当な量の熱を生成することがあるが、その熱は、患者を保護するため、またトランスデューサの寿命を延ばすために放散させなければならない。ラテックス製コンドーム、および特にかかる超音波結合を目的とした超音波探触子包皮は、冷却液の循環を促進するようには設計されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波トランスデューサの近くで冷却液を循環させるように構成された、超音波探触子と共に用いるための使い捨て音響カプラを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書には、音響措置（超音波撮像用トランスデューサまたは超音波治療用トランスデューサなど）を身体の塊状部に音響的に結合することを促進する音響カプラを開示しているが、ここで、この音響装置は、音響エネルギーを身体の塊状部内へ向けるまたは身体の塊状部を通過させるように構成されている。この身体の塊状部は一般に、生物学的な組織であるが、音響エネルギーを向ける対象とする身体の塊状部の種類に関する限定は意図していない。音響カプラは、トランスデューサに適合するように構成された第１の表面と、トランスデューサによって与えられる音響エネルギーを向けるべき身体の塊状部に適合するように構成された第２の表面とを有する液体チャンバ（水クッションなど）を備えている。その液体チャンバは、液体供給源に結合するように構成された液体入口と、放出量に結合するように構成された液体出口とをさらに備えている。液体チャンバを介して液体を循環させて、トランスデューサによって生成された熱を放散させるために、ポンプを使用してもよい。一般に、液体チャンバは水（または食塩水）で満たされるが、この実施形態において水を使用することが、概念を制限することであるとみなされるべきではない。
【０００８】
好ましくは、（トランスデューサに適合するように構成された）第１の表面がトランスデューサの正面を冷却する。音響カプラは、さらに好ましくは、次の特徴すなわち、音響カプラが生体適合性材料から形成されている、音響カプラが低い減衰性を示す、音響カプラの液体チャンバにおける液圧を変動させて様々なスタンドオフを達成することができる、音響カプラが、滅菌できる材料で形成されている、ならびに、音響カプラ装置を使い捨て可能であるとして考えることができる、という特徴のうちの１つまたは複数を示す。
【０００９】
一実施形態において、音響カプラは、液体チャンバに結合されたパウチを備えている。パウチは、トランスデューサを受けるように構成された開口した容積部を画定しており、したがってそのパウチを用いて音響カプラをトランスデューサに取り付けることができる。好ましくは、パウチは柔軟でかつエラストマー性の材料から形成されており、音響カプラは締まりばめによってトランスデューサに取り付けられている。パウチの外形寸法は、特定のトランスデューサの構成を収容するように変化させることができる。一部の実施形態において、パウチは、トランスデューサと、トランスデューサを支持するハンドルまたは探触子の少なくとも一部とを囲むように構成されている。
【００１０】
液体チャンバの液体入口および液体出口は、液体チャンバ内における液体の循環を向上させるように構成されていることが好ましい。異なる様々な構成を実験的に試みて、特定の構成の有効性を判断することができる。例示的構成には、液体入口を液体出口に実質的に隣接して配置すること、ならびに液体入口を液体出口に実質的に相対して配置することが挙げられる。一部の実施形態において、液体入口と液体出口は鋭角で分離している。一部の実施形態において、液体入口と液体出口は約４０度と約１００度の間の角度で分離している。
【００１１】
（トランスデューサの正面に適合するように構成された）第１の表面と（身体の塊状部に適合するように構成された）第２の表面のうちの少なくとも一方は、液体チャンバからの液体によって表面を湿潤させるために少なくとも１つの開口部を有しており、それによって表面とトランスデューサおよび／または身体の塊状部との間の音響カプラを向上させている。好ましくは、結合を促進するために液体を「染み出させる」ように構成された表面は、過剰量の液体を放出することなく、結合を促進するのに十分な液体を解放する複数の小さな孔部を備えている。液体チャンバを膨張させるために使用される液体に異なる様々な薬剤を加えて、かかる孔部を介して放出することができる。かかる薬剤には、超音波造影剤、治療剤、および滅菌剤を挙げることができる。
【００１２】
かかる音響カプラと共に使用されるように構成されたシステムは、液体供給源と、液体を循環させるように構成されたポンプと、液体を熱的に調整するように構成された冷却ユニットとを備えていることが好ましい。液体から気泡を除去するために、第２のポンプなどのガス抜きユニットが含められることが好ましい。一部の実施形態において、液体供給源を液体入口に結合する液体ラインは、液体出口を液体供給源に結合する液体ラインよりも大きいが、これは液体チャンバの出口における流れ抵抗をその入口に対して増大させるためである。
【００１３】
トランスデューサを身体の塊状部に音響的に結合する一方でトランスデューサを冷却する、関連した方法は、液体チャンバを身体の塊状部とトランスデューサとの間に配置するステップと、液体を液体チャンバ内に導いて、液体チャンバの第１の表面はトランスデューサに適合し、液体チャンバの第２の表面は身体の塊状部に適合するようにするステップと、付加的な液体を液体チャンバ内に導き、それによって、トランスデューサから熱を吸収する液体の循環流れを確立してトランスデューサを冷却するステップとを含んでいる。付加的な方法のステップは、液体チャンバ内に入れられた液体の一部を、第１の表面と第２の表面のうちの少なくとも一方から放出するて、表面をトランスデューサおよび／または身体の塊状部に音響的に結合するのを促進することに関するものである。さらなる他の方法のステップは、トランスデューサとのとまりばめを達成するように構成された開口した容積部を画定するパウチを用いて、液体チャンバをトランスデューサに固定することに関するものである。
【００１４】
この課題を解決するための手段は、以下の説明においてさらに詳細に述べるいくつかの概念を簡潔な形式で紹介するために記載した。しかしながら、この課題を解決するための手段は、請求する主題の主要なまたは本質的な特徴を確認することは意図されておらず、また請求する主題の範囲を決定する上での補助として用いられることも意図されていない。
【００１５】
１つまたは複数の例示的実施形態およびそれに対する修正の様々な態様および付随する利点は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することによって、より容易に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図および開示する実施形態は限定的なものではない。  
例示的実施形態を図面の参照図に示す。本明細書で開示する実施形態および図は、限定的なものではなく例示的なものであるとみなされることが意図されている。
【００１７】
図１Ａは音響カプラ１０の第１の実施形態を概略的に示しており、この第１の実施形態は、トランスデューサを身体の塊状部に音響的に結合するように、かつ冷却液を循環させてトランスデューサを冷却するように構成された液体チャンバ１２、ならびに音響カプラをトランスデューサに取り付けるように構成されたパウチ１８を備えている。液体チャンバ１２は、液体入口１４および液体出口１６を備えている。水や食塩水などの液体を、液体入口１４を介して液体チャンバ１２に導くことができる。パウチ１８は、トランスデューサを収容するように寸法が決められかつ形状が決められた開口した容積部を画定していることに留意されたい。好ましくは、パウチ１８は、音響カプラ１０を音響カプラと装置との間の締まりばめによってトランスデューサ（またはトランスデューサを含んだ音響装置）に取り付けることができるように、柔軟な（エラストマー性の）材料で形成されている。
【００１８】
図１Ｂは、トランスデューサ２０と、ハンドル２２と、トランスデューサを電源（不図示）に結合するリード線２１とを備える例示的音響装置１９を概略的に示している。一般に、トランスデューサ２０は、治療部位に治療効果を生じさせるに十分なエネルギーを有する超音波を放射するように構成されたＨＩＦＵ治療用トランスデューサである。本明細書において使用する「治療用トランスデューサ」、「ＨＩＦＵトランスデューサ」および「高強度トランスデューサ」という用語はすべて、撮像用トランスデューサによって生成される超音波パルスよりもはるかにエネルギーが高く、かつ標的領域内の治療部位など独立した場所に焦点を合わせるかまたは方向付けることができる超音波を生成するように励起できるトランスデューサを指している。かかるトランスデューサは一般に、超音波撮像用トランスデューサよりも多くの熱を使用中に発生させる。したがって、ＨＩＦＵトランスデューサでは、撮像用トランスデューサよりも冷却の必要性が高くなる。しかしながら、本明細書において開示する音響カプラはＨＩＦＵトランスデューサと共に使用したときに特に有利となることが予想されるが、これらの音響カプラは特定のトランスデューサと関連させた使用に限定されないことを理解されたい。さらには、本明細書において開示する音響カプラは、異なる多数の形状のトランスデューサと共に、またトランスデューサを組み込んだ異なる多数の音響装置と共に使用するように構成できることを理解されたい。
【００１９】
図１Ｃは、図１Ｂの音響装置１９に取り付けられた図１Ａの音響カプラ１０を概略的に示している。トランスデューサ２０は、パウチ１８の開口した容積部によって囲まれていることに留意されたい。図１Ｄに示すように、音響カプラ１０が音響装置１９に対して適切に配置され、液体チャンバ１２が液体で満たされると、液体チャンバ１２の表面２４はトランスデューサ２０に実質的に適合する。トランスデューサを組み込んだ音響装置には相当な変化が存在することを理解されたい。たとえば、一部の音響装置（特にＨＩＦＵ治療用に構成された装置）においては、トランスデューサの正面が露出する。正面が露出するトランスデューサを備える音響装置と共に音響カプラ１０を使用すると、表面２４はトランスデューサの正面に概ね適合する。ある音響装置は、任意のレンズ２０ａ（図１Ｄ参照）が取り付けられたトランスデューサを備えている。たとえば、ＨＩＦＵトランスデューサの良好な焦点調節を達成するために、アルミニウムのレンズが用いられることがある。かかるレンズが結合されたトランスデューサを備える音響装置と共に音響カプラ１０を使用する場合、表面２４はレンズの正面に概ね適合する。かかるレンズは通常、良好な伝熱特性を示すため、レンズを冷却すると、その下にあるトランスデューサも冷却される。さらに、一部の音響装置は、比較的薄いハウジングを組み込んでトランスデューサを囲繞している。トランスデューサがかかるハウジングによって覆われる音響装置と共に音響カプラ１０を使用する場合、表面２４は概ねハウジングに適合してトランスデューサを覆う。この場合も、トランスデューサに隣接するハウジングを冷却すると、その下にあるトランスデューサも冷却されるように、かかるハウジングは一般に比較的薄い材料から形成される。したがって、「トランスデューサに実質的に適合する」、「トランスデューサに適合する」などの表現を用いている以下の開示および先の特許請求の範囲に関して、かかる言葉は、音響カプラが、トランスデューサを包み込むハウジングに適合するだけでなく、トランスデューサに結合されたレンズに適合できることを包含することが意図されていることを理解されたい。
【００２０】
再度、図１Ｄを参照すると、液体チャンバ１２は、トランスデューサからの音響エネルギーを向ける対象となる身体の塊状部２８に適合するように構成された表面２６をさらに備えている。十分な音響結合を確実に達成するために、表面２４と表面２６のいずれかまたは双方に鉱油（または他の結合媒体もしくは結合ゲル）を塗布してもよい。
【００２１】
上記のように、本明細書において開示する音響カプラは、好ましくは、次の特徴すなわち、生体適合性、低減衰性、さまざまなスタンドオフの達成を可能にする液体チャンバにおける液圧の変動性、滅菌性、および廃棄性のうちの１つまたは複数を示す。本明細書において開示する音響カプラは、ポリウレタンなどの高分子材料で形成することができる。かかる材料は、生体適合性があり、滅菌性があり、低い減衰性を有し、柔軟性があり（その結果、材料は、トランスデューサまたは上記のレンズもしくはハウジングだけでなく、身体の塊状部にも容易に適合する）、音響装置との締まりばめを達成することができる（ここで、パウチの寸法は、音響装置に対する特定の形状因子に対応するように選択されている）。一部の実施形態において、パウチは、より広範な形状因子に対応できるように、大き目にされている。かかる実施形態においては、ストラップ、継手、またはゴムバンドなど、付加的な取付け機構を用いて音響カプラを音響装置に固定することができる。
【００２２】
図２Ａは、様々なタイプの音響装置に取り付けられるように構成された音響カプラの第２の実施形態を概略的に示している。音響カプラ１０ａは、液体チャンバ１２ａ、液体入口１４ａ、液体出口１６ａ、およびパウチ１８ａを備えている。この場合も、パウチ１８ａは、トランスデューサを受けるように構成された開口した容積部を画定している。音響カプラ１０ａ（図２Ａ）は、音響カプラ１０（図１Ａ）とは異なり、異なる音響装置と共に使用されるように構成されているため、図２Ａのパウチ１８ａの寸法および形状は、図１Ａのパウチ１８の寸法および形状とは異なることに留意されたい。
【００２３】
図２Ｂは、トランスデューサ２０ａと、ハンドル２２ａと、トランスデューサを電源（不図示）に結合するリード線２１ａとを備える例示的な音響装置１９ａを概略的に示している。この場合も、トランスデューサ２０ａは、おそらくはＨＩＦＵ治療用トランスデューサであるが、このように例示的に音響カプラをＨＩＦＵトランスデューサと共に使用することは、限定を表すことを意図するものではない。
【００２４】
図２Ｃは、図２Ｂの音響装置１９ａに取り付けられた図２Ａの音響カプラ１０ａを概略的に示している。トランスデューサ２０ａは、パウチ１８ａの開口した容積部によって実質的に囲まれていることに留意されたい。図２Ｄに示すように、音響カプラ１０ａは、トランスデューサに（あるいは、概ね上述したように、トランスデューサに取り付けられたレンズに、またはトランスデューサを囲むハウジングに）適合するように構成された表面２４ａを備えている。音響カプラ１０ａは、トランスデューサからの音響エネルギーを向ける対象となる身体の塊状部（不図示）に適合するように構成された表面２６ａをさらに備えている。パウチ１８ａは、トランスデューサ２０ａを囲むだけでなく、トランスデューサ２０ａを支持するハンドル２２ａの一部をも囲むことに留意されたい。好ましくは、パウチ１８ａは、音響装置１９ａの形状因子に対応するように選択された外形寸法を有しており、したがって、トランスデューサ２０ａとトランスデューサ２０ａを支持するハンドル２２ａの一部とがパウチ１８ａ内に案内されると締まりばめが達成される。上記のように、一部の実施形態は、より広範な音響装置の形状因子に対応するために、大き目のパウチを含み、他の取付け具を使用して音響カプラを音響装置に固定する。
【００２５】
再度、図２Ｄを参照する。表面２６ａは、液体チャンバ１２ａ内の液体によって表面２６ａを湿潤させ、それによって表面２６ａと身体の塊状部との間の音響カプラを向上させることができるように構成された少なくとも１つの開口部を任意選択で備えることができる。具体的には示していないが、かかる開口部もまた好都合にも表面２４ａに組み込んで表面２４ａとトランスデューサ（あるいは、概ね上述したように、トランスデューサを覆うレンズ、またはトランスデューサを覆うハウジング）との間の音響カプラを同様に向上させることができることは理解されたい。好ましくは、かかる開口部の寸法、形状、および位置は、結合の促進に必要となるよりも実質的に多くの液体を放出することなく、液体の薄い層を表面に生成するように選択される。一部の特定の用途においては、音響装置が液体で結合されている身体の塊状部に連続して流しかける（ｆｌｕｓｈ）ことが望ましいことがある。（たとえば、現場の条件下で緊急治療を行うように構成された音響装置は、身体の塊状部に連続して流しかけるに十分な液体流れを供給する開口部を含んでいることがある。）かかる実施形態において、開口部は、所望の流れを達成するように寸法が決められ、形状が決められ、向きが決められる。図２Ｅは、複数の孔部（全体として矢印３０ａで示す）を備える液体チャンバ１２ｂを概略的に示しており、これらの孔部は、液体チャンバ１２ｂから流れる液体で表面２６ｂを湿潤させるように構成されている。音響装置によって音響エネルギーを向けられている身体の塊状部と結合するように構成された液体チャンバの壁または表面が、少なくとも１つの開口部を備える実施形態においては特に、その開口部を使用して異なる複数の薬剤を表面に供給することができる。かかる薬剤には、超音波造影剤、治療剤、および滅菌剤を挙げることができる。上記の現場の条件下で緊急治療を行うように構成された音響装置に関しては特に、生じうる感染症を防止するために、消毒剤を液体に添加することができる。
【００２６】
再度、図１Ａの音響カプラ１０を参照して、液体入口１４および液体出口１６が実質的に相対している（すなわち、約１８０度の角度がそれらの間に画定されている）ことに留意されたい。その一方で、音響カプラ１０ａ（図２Ａ）の液体入口１４ａおよび液体出口１６ａは実質的に隣接している（すなわち、それらは約０度の角度で分離している）。液体入口と液体出口の相対的な向きは液体チャンバ内での液体の循環に影響を及ぼす可能性があり、このことは、トランスデューサによって生成された熱を循環液が放散させる能力に影響を及ぼす可能性があることを理解されたい。液体チャンバの液体入口および液体出口は、液体チャンバ内における液体の循環を向上させるように構成されていることが好ましい。特定の構成の有効性を判断するために、異なる様々な構成を実験的に試みることが可能である。例示的構成には、（図２Ａの音響カプラ１０ａによって例示するように）液体入口を液体出口に実質的に隣接して配置すること、ならびに（図１Ａの音響カプラ１０によって例示するように）液体入口を液体出口に対して実質的に反対側に配置することが挙げられる。一部の実施形態においては、液体入口と液体出口は、図２Ｄで液体入口１３ａおよび液体出口１５ａによって概略的に示すように鋭角で分離されており、この図２Ｄにおいては鋭角１７ａで液体入口が液体出口から分離されている。一部の実施形態においては、液体入口と液体出口は約４０度と約１００度の間の角度で分離している。図２Ｆは約１００度の角度１７ｂを概略的に示し、図２Ｇは約４０度の角度１７ｃを概略的に示しているが、それらの角度のいずれか（ならびにそれらの間の任意の角度）を液体入口と液体出口との間の分離角度として用いることができる。音響カプラ１０および音響カプラ１０ａを用いた実験的研究により、液体出口に実質的に相対する液体入口を有する音響カプラはより高度な熱除去率を示すことが示唆されている。しかしながら、音響カプラ１０と音響カプラ１０ａの熱除去率の間の差異は、小型で比較的低出力のトランスデューサに対しては有意なものではなく、より多くの熱を生成する比較的大型のトランスデューサを用いるときにのみ有意となる。
【００２７】
図２Ｈは、図２Ｂの音響装置１９ａに取り付けられた図２Ａの音響カプラ１０ａの画像であり、液体チャンバ１２ａにおける液圧を変化させて異なるスタンドオフを達成する方法を示している。第１の液圧を用いると、液体チャンバ１２ａは、線２３で示す最大高さに膨張する。液体チャンバ内に押し込む液体の量を増加させると、圧力が上昇すると共に液体チャンバ１２ａが（概ね曲線２５で示すように）さらに膨張し、その結果、液体チャンバは、概ね線２７で示すように、異なる最大高さを示す。このように液体チャンバにおける液圧の変動を用いて、様々なスタンドオフを達成することができる。
【００２８】
図３は、（図１Ａおよび２Ａに示すような）音響カプラ１０ｂと、循環ポンプ３６と、液体タンク３４と、冷却ユニット３５と、流量計３７と、温度センサ３９と、（好ましいが）任意選択のガス抜きユニット３８とを備えるシステム３２の機能ブロック図である。循環ポンプ３６の役割は、音響カプラ１０ｂの液体チャンバ内に液体の循環を確立するための原動力を与えることである。液体タンク３４の役割は、水や食塩水などの循環液の供給を行うこと、ならびに冷却された液体を冷却ユニット３５から受けることである。冷却ユニット３５は、ファンと熱交換器の組合せを用いて提供できると有利であることに留意されたい。熱電冷却機、および他のタイプの電気機械式冷却装置など、多数のタイプの冷却ユニットを利用できることは、当業者には理解されよう。
【００２９】
冷却ユニットの相対的な位置は重要でないことを理解されたい。たとえば、冷却ユニットは音響カプラの液体出口と流体連通結合しており、したがって音響カプラから戻る液体は再循環のために液体供給源に戻される前に冷却されることが、図３により示唆される。別の構成は、冷却ユニットを液体供給源と音響カプラの液体入口との間に配置して、液体が、液体容積部を抜け出した後に冷却されるのではなく、液体容積部内に導かれる前に冷却されるようにすることである。
【００３０】
温度センサ３９は、複数の異なる位置に配置することができる。温度センサは、音響カプラ１０ｂの液体チャンバに、あるいは音響カプラ１０ｂの液体入口と液体出口の一方または双方に挿入することができる。温度センサの目的は、循環液の温度を監視して、トランスデューサを十分に冷却するためにさらなる冷却すなわちさらなる冷却液の流れが必要であるかどうかを判断することである。流量計３７は、流量を変化させることができるように構成された１つまたは複数の弁を使用して実現することができ、好ましくは、現在の流量を表示する計器、ならびにそれを制御する１つまたは複数の弁を備えている。本明細書において開示する構想を試みるために開発された実験システムにおいて、ガス抜きユニット３８は、付加的なポンプを使用して実現された。他の通常のガス抜き技法を利用できることは、当業者には理解されよう。上記の実験システムにおいて、音響カプラの液体出口における流れ抵抗は、液体入口の流れ抵抗と比較して増加したが、これは、音響カプラの液体入口を液体供給源に結合する液体ラインを、音響カプラの液体出口を冷却ユニットに結合するために設けた液体ラインよりも大きいもので設けたことによる。
【００３１】
図４Ａは、概ねスプーン形状のトランスデューサ４２およびハンドル４４を備える他の例示的音響装置４０を概略的に示している。トランスデューサ４２は、１１個の異なるトランスデューサ要素を備えるフェーズドアレートランスデューサ（ｐｈａｓｅｄ  ａｒｒａｙ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）であり、それらのトランスデューサ要素のうちの６個は完全な環形を有しており、それらのトランスデューサ要素のうちの５個は切断された環形を有している。トランスデューサ４２は、約３ｃｍ〜６ｃｍの集束範囲を示す。
【００３２】
図４Ｂはトランスデューサ４２のさらなる詳細を示しており、その中に含まれている複数の異なるエミッタ要素を明確に表している。概ねスプーン形状のトランスデューサ４２は、すべて面積が等しい１１個の別個のエミッタ要素を備えており、各要素はその隣接するものから約０．３ｍｍ離隔されている。エミッタ要素のうちの６個は完全な環形を有しており、５個は切断された環形を有している。全体的なトランスデューサの外形寸法は約３５ｍｍ×６０ｍｍである。概ねスプーン形状のトランスデューサ４２は、３ＭＨｚ付近の中心周波数、約３ｃｍ〜６ｃｍの焦点距離、約５ｃｍの幾何学的焦点、および約３０００Ｗ／ｃｍ2の最大焦点強度を有している。
【００３３】
図４Ｃは、図４Ａの音響装置４０および音響カプラのさらなる他の実施形態の画像である。超音波撮像探触子５４は、同時の撮像および治療を容易にするために、機械式結合装置５７によって音響装置４０（ＨＩＦＵ治療探触子）に結合されている。像平面５４ａは撮像探触子５４によってもたらされており、音響装置４０は高度に収束された音響ビーム４２ａをもたらしている。音響カプラ４６はトランスデューサ４２に取り付けられている。音響カプラ４６は、液体入口５０と、液体出口５２と、液体チャンバ４９と、（トランスデューサ４２の寸法および形状に対応するように選択された寸法および形状を有する）開口パウチ４８とを備えている。音響カプラ４６は、パウチ４８がもたらす締まりばめによってトランスデューサ４２に取り付けられている。
【００３４】
実験的研究において、音響カプラ４６はポリウレタンで作製され、ポンプはトランスデューサ４２の表面上に約６０ｍｌ／分の割合で水を循環させた。この割合は、液体チャンバが過度に膨張するのを防止し、トランスデューサ温度が４０℃を超えて上昇しないようにするために、実験的に決定した。水は扱いが容易であり、かつトランスデューサ冷媒として効果的であることから、水を冷却媒体として選択した。
【００３５】
図４Ｄは、トランスデューサ４２に取り付ける前の音響カプラ４６の画像であり、液体入口５０、液体出口５２、およびパウチ４８をより明確に表している。図４Ｅは、図４Ａの音響装置４０に取り付けられた図４Ｄの音響カプラ４６の画像であり、液体チャンバ４９が、トランスデューサ４２に適合するように構成された表面５８と、高度に収束したビーム４２ａをトランスデューサがそれに放つ身体の塊状部に適合するように構成された表面５６とを備えていることを示している。
【００３６】
図５Ａは、音響装置のトランスデューサを組織に音響的に結合するために使用されている音響カプラのさらなる他の実施形態を概略的に示している。治療用トランスデューサ８２を備える音響装置８０は体腔に挿入されており、かつ、トランスデューサ８２によって生成された高収束音響ビーム８８が組織６３内の標的８６に治療効果を与えることができるように配置されている。音響装置８０を体腔に挿入する前に、音響カプラ６０を音響装置に取り付ける。音響カプラ６０も同様に、液体チャンバ６２と、パウチ６４と、液体入口６６と、液体出口６８とを備えている。重要なこととして、パウチ６４の外形寸法は、実質的に（トランスデューサ８２を含む）音響装置８０の遠位端の全体をパウチ６４に挿入することができるように選択されている。図５Ｂに示すように、音響カプラ６０は表面７０を備えており、この表面７０は、パウチ６４の開口した容積部を画定しており、かつトランスデューサ８２の形状および寸法に適合するように構成されている。音響カプラ６０はまた表面７２を備えており、この表面７２は、音響カプラの外側の範囲を画定しており、かつ組織６３に適合するように構成されている。パウチ６４は、音響装置８０の遠位端との締まりばめを達成するように構成されてもよい。特に図５Ａに示すように使用する場合、液体チャンバ６２が膨張することによって、音響カプラが音響装置に固定され、さらには、パウチの外形寸法が締まりばめを達成するのに十分でない場合にも、体腔において音響カプラと音響装置との組合せが固定される。
【００３７】
図６は、図１Ａの音響カプラ１０（図６では「相対」と記す）および図２Ａの音響カプラ１０ａ（図６では「隣接」と記す）と概ね一致する実験的な音響カプラの性能を示す表である。音響カプラの構成は両方とも、３．５ＭＨｚのトランスデューサまたは５．０ＭＨｚのトランスデューサによって生成された熱を除去することができた。
【００３８】
図７は、（液体チャンバを含む）音響カプラによって除去された熱の百分率をトランスデューサの焦点深度に関してグラフで示しており、流量を増加させると、除去される熱の百分率が高くなることを示唆している。
【００３９】
本発明について、それを実施する好ましい形態およびその形態に対する修正に関連して説明したが、先の特許請求の範囲内で本発明に対して他の多数の修正を行うことができることは、当業者には理解されよう。したがって、本発明の範囲が、先の特許請求の範囲を参照することによって完全に定められる代わりに、上記の説明によって限定されることは意図されていない。
【００４０】
独占権を請求する本発明は、特許請求の範囲によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】音響カプラの第１の実施形態の概略図であり、この実施形態は、トランスデューサを身体の塊状部に音響的に結合するように、かつ冷却液を循環させてトランスデューサを冷却するように構成された液体チャンバ、ならびに音響カプラをトランスデューサに取り付けるように構成されたパウチを備えている。
【図１Ｂ】トランスデューサおよびハンドルを備える例示的音響装置の概略図である。
【図１Ｃ】図１Ｂの音響装置に取り付けられた図１Ａの音響カプラの概略図である。
【図１Ｄ】図１Ａの音響カプラの液体チャンバ部の拡大図であり、液体チャンバが、トランスデューサに適合するように構成された第１の表面と、トランスデューサから音響エネルギーが向けられる身体の塊状部に適合するように構成された第２の表面とを備えていることを示している。
【図２Ａ】様々なタイプの音響装置に取り付けられるように構成された音響カプラの第２の実施形態の概略図である。
【図２Ｂ】トランスデューサおよびハンドルを備える他の例示的音響装置の概略図である。
【図２Ｃ】図２Ｂの例示的音響装置に取り付けられた図２Ａの音響カプラの概略図である。
【図２Ｄ】図２Ａの音響カプラの液体チャンバ部の図であり、液体チャンバからの液体を放出することができるように液体チャンバの壁に開口部または孔部を設けて、液体チャンバとトランスデューサおよび身体の塊状部の少なくとも一方との間の音響カプラを向上させることができることを示している。
【図２Ｅ】図２Ａの音響カプラの液体チャンバ部の図であり、液体チャンバからの液体を放出することができるように液体チャンバの壁に開口部または孔部を設けて、液体チャンバとトランスデューサおよび身体の塊状部の少なくとも一方との間の音響カプラを向上させることができることを示している。
【図２Ｆ】図２Ａの液体チャンバの液体入口および液体出口部の別の構成の概略図であり、この構成においては、液体入口と液体出口との間に約１００度の角度が規定されている。
【図２Ｇ】図２Ａの液体チャンバの液体入口および液体出口部の別の構成の概略図であり、この構成においては、液体入口と液体出口との間に約４０度の角度が規定されている。
【図２Ｈ】図２Ｂの音響装置に取り付けられた図２Ａの音響カプラの画像であり、液体チャンバにおける液圧をどのように変化させて異なるスタンドオフを達成できるかを示している。
【図３】図１Ａおよび２Ａに示すような音響カプラと、循環ポンプと、液体タンクと、冷却ユニットと、流量計と、ガス抜きユニットとを備えるシステムの機能ブロック図である。
【図４Ａ】概ねスプーン形状のトランスデューサおよびハンドルを備える他の例示的音響装置の概略図である。
【図４Ｂ】図４Ａの音響装置の構造のさらなる詳細図である。
【図４Ｃ】図４Ａの音響装置および音響カプラのさらなる他の実施形態の画像である。
【図４Ｄ】図４Ａの音響装置と共に使用されるように構成された音響カプラの画像である。
【図４Ｅ】図４Ａの音響装置に取り付けられた図４Ｄの音響カプラの画像である。
【図５Ａ】音響装置のトランスデューサを組織に音響的に結合するために使用されている音響カプラのさらなる他の実施形態の概略図である。
【図５Ｂ】図５Ａの音響カプラの拡大図であり、音響カプラのパウチ部が音響カプラの中心部に配置されており、したがって、音響カプラを音響装置に取り付けると、音響カプラが、トランスデューサに近接して音響装置を実質的に包含することを示している。
【図６】本明細書で説明する例示的音響カプラが、ＨＩＦＵトランスデューサの十分な冷却を達成しうることを示す表である。
【図７】液体チャンバを備える音響カプラによって除去される熱の百分率を、トランスデューサの焦点深度の関数として示すグラフである。
【図１Ａ】
2008513149.tif 000003
【図１Ｂ】
2008513149.tif 000004
【図１Ｃ】
2008513149.tif 000005
【図１Ｄ】
2008513149.tif 000006
【図２Ａ】
2008513149.tif 000007
【図２Ｂ】
2008513149.tif 000008
【図２Ｃ】
2008513149.tif 000009
【図２Ｄ】
2008513149.tif 000010
【図２Ｅ】
2008513149.tif 000011
【図２Ｆ】
2008513149.tif 000012
【図２Ｇ】
2008513149.tif 000013
【図３】
2008513149.tif 000014
【図４Ａ】
2008513149.tif 000015
【図４Ｂ】
2008513149.tif 000016
【図５Ａ】
2008513149.tif 000017
【図５Ｂ】
2008513149.tif 000018
【図６】
2008513149.tif 000019
【図７】
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【図２Ｈ】
2008513149.tif 000021
【図４Ｃ】
2008513149.tif 000022
【図４Ｄ】
2008513149.tif 000023
【図４Ｅ】
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【国際調査報告】
2008513149.tif 000025