(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的治療部位を治療するための高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）システムであって、
２つ以上の検査信号を組織部位の中へ伝送するように構成される超音波変換器と、
該組織部位の領域からの信号を検出するように構成される受信機であって、該信号は、該２つ以上の検査信号によって作成される、受信機と、
該２つ以上の検査信号の各々に対して、該検出された信号の信号特性を監視し、そして、該２つ以上の検査信号の伝送に応答して生じる該監視された信号特性の変化を分析することにより、該組織部位の応答曲線を決定するように構成されるプロセッサと
を備え、
該プロセッサは、
該決定された応答曲線を使用してＨＩＦＵ信号の治療パラメータを選択することであって、該ＨＩＦＵ信号の治療パラメータは、該標的治療部位を治療するために使用される、ことと、
該選択された治療パラメータを伴う該ＨＩＦＵ信号を該標的治療部位に該超音波変換器によって印加することと
を行うように構成されている、システム。
【請求項２】
前記２つ以上の検査信号は、基本周波数を伴う異なる出力レベルで伝送され、前記応答曲線は、該２つ以上の検査信号の異なる出力レベルに対して、該基本周波数の調波における検出された信号のエネルギーレベルを監視することによって決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記応答曲線は、前記組織部位の異なる深さに対して、２つの異なる周波数範囲内において検出された信号のエネルギーレベルを監視することによって決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記２つ以上の検査信号は、基本周波数を伴う異なる出力レベルで伝送され、前記応答曲線は、該２つ以上の検査信号の異なる出力レベルに対して、該基本周波数における検出された信号のエネルギーレベルを監視することによって決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記２つ以上の検査信号は、異なる出力レベルで伝送され、前記応答曲線は、該２つ以上の検査信号の異なる出力レベルに対して、２つの異なる周波数範囲における検出された信号のエネルギーレベルを監視することによって決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記２つ以上の検査信号は、異なる出力レベルで伝送され、前記応答曲線は、２つ以上の出力レベルの異なる出力レベルに対して、周波数の範囲内の検出された信号のエネルギーレベルを監視することによって決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記応答曲線が、前記治療パラメータを選択するために使用され、該選択は、
該応答曲線を複数の所定の応答曲線と比較することであって、該複数の所定の応答曲線の各々は、自身と関連する治療パラメータを有する、ことと、
該応答曲線に最も近似して適合する該所定の応答曲線を選択することと、
前記検出された信号の該応答曲線に最も近似して適合する該所定の応答曲線と関連する該治療パラメータを選択することと
による、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記応答曲線が、前記治療パラメータを選択するために使用され、該選択は、該応答曲線の特性を決定することと、該特性と関連する治療パラメータを選択することとによる、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記応答曲線の前記特性は、該応答曲線の飽和点であり、該飽和点では、前記信号特性は、該２つ以上の検査信号に応答して変化しない、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記応答曲線の前記特性は、該応答曲線の形状である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記２つ以上の検査信号は、異なる出力レベルで伝送され、前記応答曲線は、該２つ以上の検査信号の異なる出力レベルに対して、検出された信号の分散を監視することによって決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記２つ以上の検査信号は、異なる出力レベルで伝送され、前記応答曲線は、該２つ以上の検査信号の異なる出力レベルに対して、前記標的治療部位における温度変化に関連するスペックルシフトを監視することによって決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記２つ以上の検査信号は、異なる出力レベルで伝送され、同じ出力レベルで伝送される各検査信号は、逆位相を有する１対の検査信号を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
標的治療部位において組織を治療する高密度超音波（ＨＩＦＵ）システムであって、
組織部位に２つ以上の検査信号およびＨＩＦＵ信号を送達するように構成される超音波変換器と、
該超音波変換器を制御して、選択可能な治療パラメータによって該標的治療部位にＨＩＦＵ信号を送達するように構成される制御装置と、
該２つ以上の検査信号によって作成される該組織部位からの信号を検出するように構成される受信機と、
該２つ以上の検査信号の各々に対して、該検出された信号の信号特性を監視し、そして、該２つ以上の検査信号の送達に応答して生じる該監視された信号特性の変化を分析することにより、該標的治療部位の応答曲線を決定するようにプログラムされるプロセッサであって、該プロセッサは、決定された該応答曲線に基づいて、該標的治療部位の治療に使用される該ＨＩＦＵ信号の治療パラメータを選択するようにプログラムされる、プロセッサと
を備える、システム。
【請求項１５】
前記２つ以上の検査信号は、基本周波数を伴う異なる出力レベルで伝送され、前記応答曲線は、該２つ以上の検査信号の異なる出力レベルに対して、前記基本周波数の調波における検出された信号のエネルギーレベルを監視することによって決定される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記応答曲線は、前記組織部位の異なる深さに対して、２つの異なる周波数範囲内において検出された信号のエネルギーレベルを監視することによって決定される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記２つ以上の検査信号は、基本周波数を伴う異なる出力レベルで伝送され、前記応答曲線は、該２つ以上の検査信号の異なる出力レベルに対して、該基本周波数における検出された信号のエネルギーレベルを監視することによって決定される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記２つ以上の検査信号は、異なる出力レベルで伝送され、前記応答曲線は、該２つ以上の検査信号の異なる出力レベルに対して、２つの異なる周波数範囲における検出された信号のエネルギーレベルを監視することによって決定される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサは、前記治療パラメータを選択するようにプログラムされ、該選択は、
前記応答曲線を複数の所定の応答曲線と比較することであって、該複数の所定の応答曲線の各々は、自身と関連する治療パラメータを有する、ことと、
該応答曲線に最も近似して適合する該所定の応答曲線を選択することと、
前記検出された信号の該応答曲線に最も近似して適合する該所定の応答曲線と関連する該治療パラメータを選択することと
による、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記プロセッサは、前記治療パラメータを選択するようにプログラムされ、該選択は、前記応答曲線の特性を決定し、該特性と関連する治療パラメータを選択することによる、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２１】
前記応答曲線の前記特性は、該応答曲線の飽和点であり、該飽和点では、前記信号特性は、前記２つ以上の検査信号に応答して変化しない、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記応答曲線の前記特性は、該応答曲線の形状である、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記２つ以上の検査信号は、異なる出力レベルで伝送され、前記応答曲線は、該２つ以上の検査信号の異なる出力レベルに対して、前記検出された信号の分散が、異なる出力レベルによってどのように変動するかを監視することによって決定されることに関連する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２４】
前記２つ以上の検査信号は、異なる出力レベルで伝送され、同じ出力レベルで伝送される各検査信号は、逆位相を有する１対の検査信号を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２５】
前記受信機は、ＨＩＦＵ変換器である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記受信機は、超音波撮像変換器である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記受信機は、ＰＶＤＦ変換器である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２８】
前記受信機は、ハイドロフォンである、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２９】
前記プロセッサは、前記治療パラメータを調節するための信号を生成するようにプログラムされる、請求項１４に記載のシステム。
【請求項３０】
前記信号は、前記治療パラメータを手動で調節するために、人間によって知覚可能である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記信号は、前記治療パラメータを動的に調節するために、前記ＨＩＦＵシステムのフィードバックループにおいて使用される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記プロセッサは、前記応答曲線上の特性を閾値と比較することによって、前記治療パラメータを選択するようにプログラムされる、請求項１４に記載のシステム。
【請求項３３】
ＨＩＦＵ変換器の焦点位置を調節するためのシステムであって、
意図された焦点位置において異なる出力レベルで２つ以上の検査信号を組織の中へ伝送するように構成される超音波変換器と、
組織の中の複数の空間的位置におけるエコー信号を受信するように構成される受信機であって、該エコー信号は、該２つ以上の検査信号によって作成される、受信機と、
プロセッサであって、該プロセッサは、該２つ以上の検査信号の異なる出力レベルに対して、該エコー信号の信号特性を監視し、そして、該２つ以上の検査信号の異なる出力レベルに応答して生じる該監視された信号特性の変化を分析することにより、該空間的位置の各々における該組織の応答曲線を決定するように構成されている、プロセッサと
を備え、
該プロセッサは、
実際の焦点位置の推定を決定するために該応答曲線を分析することと、
コントローラに、該実際の焦点位置の該推定に基づいて、該意図された焦点位置を調節させることと
を行うようにさらに構成されている、システム。
【請求項３４】
前記調節は、前記推定された実際の焦点位置と意図された焦点位置との間の最小の必要差が達成されるまで連続的に実行される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記調節は、最大数の反復が達成されるまで連続的に実施される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３６】
標的治療部位において組織を治療する高密度超音波（ＨＩＦＵ）システムであって、
異なる出力レベルで２つ以上の検査信号を送達するように構成される超音波変換器と、
該超音波変換器の焦点位置を調節するために動作可能である制御装置と、
複数の空間的位置でエコー信号を検出するように構成される受信機であって、該エコー信号は該２つ以上の検査信号によって作成される、受信機と、
異なる空間位置に対して、該２つ以上の検査信号によって作成される該検出された信号の信号特性を監視し、そして、該２つ以上の検査信号の送達に応答して生じる該監視された信号特性の変化を分析することにより、該空間的位置における組織の応答曲線を決定するようにプログラムされるプロセッサであって、該プロセッサは、該決定された応答曲線に基づいて、該制御装置に該超音波変換器の該焦点位置を調節させるようにプログラムされる、プロセッサと
を備える、システム。
【請求項３７】
標的治療部位において組織を治療する高密度超音波（ＨＩＦＵ）システムであって、
２つ以上の検査信号を意図された焦点位置における組織部位に送達するように構成される超音波変換器と、
該超音波変換器の焦点位置を調節するように動作可能である制御装置と、
該２つ以上の検査信号によって作成された該組織部位の中の複数の空間的位置においてエコー信号を検出するように構成される受信機と、
異なる空間位置に対して、第１の周波数範囲および第２の周波数範囲内の該受信されたエコー信号のエネルギーを監視し、そして、該異なる空間位置に対して、該第１の周波数範囲および第２の周波数範囲内の該エネルギーの差を計算することにより、該組織部位の応答曲線を決定するようにプログラムされるプロセッサであって、該プロセッサは、実際の焦点位置の推定として、該第１および第２の周波数範囲内の該エネルギーの最大差の位置を決定し、該実際の焦点位置の該推定に基づいて、該制御装置に該意図された焦点位置を調節させる、プロセッサと
を備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国特許出願第１２／１８７，３１８号（２００８年８月６日出願）および米国特許出願第６１／１８０，１８７号（２００９年５月２１日）の利益を主張し、これらの両出願は、その全体が本明細書に参考として援用される。
【背景技術】
【０００２】
比較的侵襲性のタイプの外科的処置の代替として、多くの医師は、体内組織を治療的に処置するための技法として、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）の使用を採用している。ＨＩＦＵを用いた十分な出力（圧力および粒子速度）および時間の超音波信号は、加熱および／または空洞形成によって組織の状態を変更するために組織の標的容積に集束される。
【０００３】
組織の治療に効果的であるように、送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギーは、所望の物理的効果を生じるのに十分でなければならない。加えて、エネルギーは、標的容積を包囲する健常組織に、意図されない付帯的な損傷を生じるほど大きいか、または制御不可であってはならない。身体の非均質組織の性質は、均質物質と比較すると、予想される音波伝搬および標的組織容積に送達されるＨＩＦＵエネルギーの堆積を変更する減衰、伝搬速度、および音響インピーダンスに変動を引き起こす。本明細書に開示される技術は、組織において所望の物理的効果が得られ、周囲組織への付帯的な損傷が最小に抑えられるように、エネルギーが方向付けされる、ＨＩＦＵ信号のエネルギーおよび／または位置に影響を及ぼすパラメータを動的に制御する、および／または選択するための方法および装置である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記のように、本明細書に開示される技術は、変換器によって患者の中の所望の位置に送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギー等の、１つ以上の治療パラメータを選択する、および／または制御するための方法および装置である。１つ以上の治療パラメータは、組織を通って移動する高振幅圧力波形の結果として生じる、検出された信号特性の調波の歪み、または他の変化の分析に基づき、選択または制御される。
【０００５】
標的組織部位を治療するために使用されるＨＩＦＵ信号の治療パラメータを選択するために、１つ以上の検査信号が組織に送達される。各検査信号は、患者の標的容積に集束される連続波（ＣＷ）またはパルスモード超音波信号である。検査信号により作成される信号は、信号特性が、１つ以上の検査信号に応答してどのように変化するかを示す組織の応答曲線を決定するように、受信および分析される。検出された信号特性の例としては、エネルギー、出力、振幅、周波数、１つ以上の周波数もしくは周波数範囲内のエネルギー、持続時間、温度変化、分散、または音響放射力が挙げられるが、これらに限定されない。治療パラメータは、応答曲線に基づき選択または制御される。
【０００６】
一実施形態において、応答曲線は、それと関連する治療パラメータを有する予め定義された応答曲線に対する一致を見出すために比較され、最も良く一致する応答曲線の治療パラメータが選択される。
【０００７】
別の実施形態において、治療パラメータは、飽和点または勾配等の、応答曲線の特性を分析することにより選択され、特性と関連する治療パラメータが選択される。
【０００８】
また別の実施形態において、治療パラメータは、応答曲線を閾値と比較することにより選択される。
【０００９】
一実施形態において、応答曲線は、一周波数範囲内の検査信号から作成される受信された信号のエネルギーを第２の周波数範囲内の受信された信号のエネルギーと比較することにより決定される。この比較は、２つの周波数範囲内のエネルギーの比率であるＫを計算するために使用される。一実施形態において、波形の調波成分中のエネルギーは、基本周波数中のエネルギーと比較される。別の実施形態において、第２の調波等の単一調波中のエネルギーは、基本周波数におけるエネルギーと比較される。また別の実施形態において、周波数の一群中のエネルギーは、１つが基本周波数を含有してもよい周波数の別の群と比較される。また別の実施形態において、調波の相差がＫを計算するために使用され得る。
【００１０】
比率Ｋは、変換器から多数の空間的位置について見出されてもよい。これは、特定の時間で組織から受信された信号のウィンドウ、およびフーリエ変換の計算を通して達成されてもよい。空間的位置の関数としてＫの値により形成される応答曲線は、ベースラインの応答曲線と比較され、励起信号は、意図される標的容積に送達されるＨＩＦＵエネルギーを最適化するために調節されてもよい。
【００１１】
特定の一実施形態において、開示される技術は、基本周波数を有する検査信号を標的容積に伝送すること、１つ以上の位置から超音波エコーを受信するステップと、第１の周波数範囲の受信されるエコーのエネルギー、および第２の周波数範囲内のエコー信号のエネルギーを決定するステップと、第１の周波数範囲内の受信されたエコーのエネルギーと第２の周波数範囲内のエコー信号のエネルギーを比較するステップと、比較に基づき、ＨＩＦＵ変換器により送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギーを調節するように、ＨＩＦＵ信号の１つ以上の特性を調節するステップとによって操作される、ＨＩＦＵ変換器により送達される高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）信号の出力レベルを選択するための方法および装置に関する。
【００１２】
またさらなる実施形態において、方法および装置は、第１の周波数範囲が、検査信号の基本周波数を含まず、第２の周波数範囲が、検査信号の基本周波数を含むように操作される。
【００１３】
またさらなる実施形態において、方法および装置は、第１の周波数範囲が、検査信号の基本周波数の１つ以上の調波を含むように操作される。
【００１４】
またさらなる実施形態において、方法および装置は、第１の周波数範囲の受信されたエコーのエネルギーおよび第２の周波数範囲のエコーのエネルギーが、第２の周波数範囲のエコーのエネルギーに対する、第１の周波数範囲のエコーのエネルギーの比率を決定することにより比較されるように操作される。
【００１５】
また別の実施形態において、方法および装置は、送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギーが、選択された位置での比率が閾値より低いかどうかを決定し、そうであれば、選択された位置で送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギーを増大するように、ＨＩＦＵ信号の特性を調節することにより調節されるように操作される。
【００１６】
また別の実施形態において、方法および装置は、送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギーが、選択された位置での比率が閾値を上回るかどうかを決定し、そうであれば、選択された位置での送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギーを低減するために、ＨＩＦＵ信号の特性を調節することにより調節されるように操作される。
【００１７】
またさらなる実施形態において、方法および装置は、第１の周波数範囲のエコーのエネルギーおよび第２の周波数範囲のエコーのエネルギーが、第１の周波数範囲および第２の周波数範囲のエコー間の相の差を決定することにより比較されるように操作される。
【００１８】
また別の実施形態において、方法および装置は、ＨＩＦＵ信号の１つ以上の特性の調節が、相の差の規模に基づき行われるように操作される。
【００１９】
別の実施形態において、信号特性の応答曲線は、エコー信号の分散を検査信号出力の変動と関連付ける。分散は、ＨＩＦＵ変換器方向へのスペックルシフトの量として検出されてもよい。１つ以上の治療パラメータは、検出されるスペックルシフトの量に基づき、制御または選択される。
【００２０】
別の実施形態において、信号特性の応答曲線は、検査信号の１つの調波または基本周波数で受信される信号に含有されるエネルギーが、検査信号出力の変動に応答してどのように変動するかに関連する。
【００２１】
別の実施形態において、信号特性の応答曲線は、加熱による組織内のスペックルシフトが、検査信号出力における変化とともにどのように変化するかに関連する。
【００２２】
一実施形態において、各出力レベルでの単一検査信号は、信号特性の応答を測定するように使用される。別の実施形態において、２つの呼びかけ信号は、検査される各出力レベルに使用される。呼びかけ信号は、同一の総出力を有するが、位相が１８０度ずれる。この場合、２つの信号により作成される組織から受信された信号を一緒にして、基本周波数を抑制し、組織内で生成される調波の記録を得る。
【００２３】
以下の発明を実施するための形態でさらに記載される簡略化した形態で、概念の選択を紹介するために、本要約を提供する。本要約は、請求の対象内容の重要な特徴を同定するものではなく、また請求の対象内容の範囲を決定する補助として使用されるものではない。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）システムを操作して標的治療部位を治療する方法であって、
１つ以上の検査信号を組織部位の中へ伝送することと、
該組織部位の領域からの信号を検出することであって、該信号は、該１つ以上の検査信号によって作成される、ことと、
該組織部位の応答曲線を決定することであって、該組織部位の応答曲線は、該１つ以上の検査信号に応答して該検出された信号の信号特性がどのように変化するかを示す、ことと、
該決定された応答曲線を使用してＨＩＦＵ信号の治療パラメータを選択することであって、該ＨＩＦＵ信号の治療パラメータは、該標的治療部位を治療するために使用される、ことと、
該選択された治療パラメータを伴うＨＩＦＵ信号を該標的治療部位に該ＨＩＦＵシステムによって印加することと
による、方法。
（項目２）
上記検査信号は、基本周波数を伴う異なる出力レベルで伝送される２つ以上の検査信号を含み、上記応答曲線は、該基本周波数の調波における検出された信号のエネルギーレベルが、異なる出力レベルによってどのように変動するかに関連する、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記応答曲線は、２つの異なる周波数範囲内において検出された信号のエネルギーレベルが、上記組織部位の深さによってどのように変動するかに関連する、項目１に記載の方法。
（項目４）
上記検査信号は、基本周波数を伴う異なる出力レベルで伝送される２つ以上の検査信号を含み、上記応答曲線は、上記基本周波数における検出された信号のエネルギーレベルが、異なる出力レベルによってどのように変動するかに関連する、項目１に記載の方法。
（項目５）
上記検査信号は、異なる出力レベルで伝送される２つ以上の検査信号を含み、上記応答曲線は、２つの異なる周波数範囲における検出された信号のエネルギーレベルが、異なる出力レベルによってどのように変動するかに関連する、項目１に記載の方法。
（項目６）
上記検査信号は、異なる出力レベルで伝送される２つ以上の検査信号を含み、上記応答曲線は、周波数の範囲内の検出された信号のエネルギーレベルが、異なる出力レベルによってどのように変動するかに関連する、項目１に記載の方法。
（項目７）
上記応答曲線が、上記治療パラメータを選択するために使用され、該選択は、該応答曲線が複数の所定の応答曲線のうちの最も近似して適合するものを決定することであって、該複数の所定の応答曲線の各々は、自身と関連する治療パラメータを有する、ことと、上記検出された信号の該応答曲線に最も近似して適合する該所定の応答曲線と関連する該治療パラメータを選択することとによる、項目１に記載の方法。
（項目８）
上記応答曲線が、上記治療パラメータを選択するために使用され、該選択は、該応答曲線の特性を決定することと、該特性と関連する治療パラメータを選択することとによる、項目１に記載の方法。
（項目９）
上記応答曲線の上記特性は、該応答曲線の飽和点である、項目８に記載の方法。
（項目１０）
上記応答曲線の上記特性は、該応答曲線の形状である、項目８に記載の方法。
（項目１１）
上記検査信号は、異なる出力レベルで伝送される２つ以上の検査信号を含み、上記応答曲線は、検出された信号の分散が、異なる出力レベルによってどのように変動するかに関連する、項目１に記載の方法。
（項目１２）
上記検査信号は、異なる出力レベルで伝送される２つ以上の検査信号を含み、上記応答曲線は、上記標的治療部位における温度変化に関連するスペックルシフトが、異なる出力レベルによってどのように変動するかに関連する、項目１に記載の方法。
（項目１３）
上記検査信号は、異なる出力レベルで伝送される２つ以上の検査信号を含み、同じ出力レベルで伝送される各検査信号は、逆位相を有する１対の検査信号を含む、項目１に記載の方法。
（項目１４）
標的治療部位において組織を治療する高密度超音波（ＨＩＦＵ）システムであって、
組織部位に検査信号およびＨＩＦＵ信号を送達するように構成される超音波変換器と、
該超音波変換器を制御して、選択可能なパラメータによって該標的治療部位にＨＩＦＵ信号を送達するように構成される制御装置と、
該１つ以上の検査信号によって作成される該組織部位からの信号を検出するように構成される受信機と、
該検出された信号を分析して、該組織部位に対して応答曲線を決定するようにプログラムされるプロセッサであって、該応用曲線は、該検出された信号の信号特性が該検査信号に応答してどのように変化するかを示し、該プロセッサは、決定された該応答曲線に基づいて、該標的治療部位の治療に使用される該ＨＩＦＵ信号の治療パラメータを選択するようにプログラムされる、プロセッサと
を備える、システム。
（項目１５）
上記検査信号は、基本周波数を伴う異なる出力レベルで伝送される２つ以上の検査信号を含み、上記応答曲線は、上記基本周波数の調波における検出された信号のエネルギーレベルが、異なる出力レベルによってどのように変動するかに関連する、項目１４に記載のシステム。
（項目１６）
上記応答曲線は、２つの異なる周波数範囲内において検出された信号のエネルギーレベルが、上記組織部位の深さによってどのように変動するかに関連する、項目１４に記載のシステム。
（項目１７）
上記検査信号は、基本周波数を伴う異なる出力レベルで伝送される２つ以上の検査信号を含み、上記応答曲線は、該基本周波数における検出された信号のエネルギーレベルが、異なる出力レベルによってどのように変動するかに関連する、項目１４に記載のシステム。
（項目１８）
上記検査信号は、異なる出力レベルで伝送される２つ以上の検査信号を含み、上記応答曲線は、２つの異なる周波数範囲における検出された信号のエネルギーレベルが、異なる出力レベルによってどのように変動するかに関連する、項目１４に記載のシステム。
（項目１９）
上記プロセッサは、上記治療パラメータを選択するようにプログラムされ、該選択は、該応答曲線が複数の所定の応答曲線のうちの最も近似して適合するものを決定することであって、該複数の所定の応答曲線の各々は、自身と関連する治療パラメータを有する、ことと、上記検出された信号の該応答曲線に最も近似して適合する該所定の応答曲線と関連する該治療パラメータを選択することとによる、項目１４に記載の方法。
（項目２０）
上記プロセッサは、上記治療パラメータを選択するようにプログラムされ、該選択は、上記応答曲線の特性を決定し、該特性と関連する治療パラメータを選択することによる、項目１４に記載のシステム。
（項目２１）
上記応答曲線の上記特性は、該応答曲線の飽和点である、項目２０に記載のシステム。
（項目２２）
上記応答曲線の上記特性は、該応答曲線の形状である、項目２０に記載のシステム。
（項目２３）
上記検査信号は、異なる出力レベルで伝送される２つ以上の検査信号を含み、上記応答曲線は、上記検出された信号の分散が、異なる出力レベルによってどのように変動するかに関連する、項目１４に記載のシステム。
（項目２４）
上記検査信号は、異なる出力レベルで伝送される２つ以上の検査信号を含み、同じ出力レベルで伝送される各検査信号は、逆位相を有する１対の検査信号を含む、項目１４に記載のシステム。
（項目２５）
上記受信機は、ＨＩＦＵ変換器である、項目１４に記載のシステム。
（項目２６）
上記受信機は、超音波撮像変換器である、項目１４に記載のシステム。
（項目２７）
上記受信機は、ＰＶＤＦ変換器である、項目１４に記載のシステム。
（項目２８）
上記受信機は、ハイドロフォンである、項目１４に記載のシステム。
（項目２９）
上記プロセッサは、上記治療パラメータを調節するための信号を生成するようにプログラムされる、項目１４に記載のシステム。
（項目３０）
上記信号は、上記治療パラメータを手動で調節するために、人間によって知覚可能である、項目２９に記載のシステム。
（項目３１）
上記信号は、上記治療パラメータを動的に調節するために、上記ＨＩＦＵシステムのフィードバックループにおいて使用される、項目２７に記載のシステム。
（項目３２）
上記プロセッサは、上記応答曲線上の特性を閾値と比較することによって、上記治療パラメータを選択するようにプログラムされる、項目１４に記載のシステム。
（項目３３）
対象にＨＩＦＵ信号を印加するシステムであって、
電子ＨＩＦＵ駆動信号を生成するＨＩＦＵ制御装置であって、該電子ＨＩＦＵ駆動信号は、送達されたＨＩＦＵ信号のエネルギーに影響を及ぼす、１つ以上の調節可能な特性を有する、ＨＩＦＵ制御装置と、
ＨＩＦＵ変換器であって、該電子ＨＩＦＵ駆動信号を受信し、基本周波数で音響ＨＩＦＵ信号を生成し、該音響ＨＩＦＵ信号を該対象の組織に印加する、ＨＩＦＵ変換器と、
該対象の組織からエコー信号を検出する受信変換器と、
該エコー信号を受信するプロセッサであって、該プロセッサは、該組織の中の複数の位置において、第１の周波数範囲内の該エコー信号のエネルギーを第２の周波数範囲内の該エコー信号のエネルギーと比較する、プロセッサと、
該組織の画像が、該組織の中の１つ以上の位置における比較を表す画像とともに表示されるディスプレイと
を備える、システム。
（項目３４）
上記プロセッサは、上記第１の周波数範囲内の上記エコー信号の上記エネルギーを上記第２の周波数範囲内の上記エコー信号の上記出力と比較することを、該第２の周波数範囲内の該エコー信号の出力に対する該第１の周波数範囲内の該エコー信号の出力の比率を計算することによって行い、視覚的または可聴的に知覚可能な形態で該比率を定量化する、項目３３に記載のシステム。
（項目３５）
上記視覚的に知覚可能な形態は、カラーコードである、項目３３に記載のシステム。
（項目３６）
ＨＩＦＵ変換器の焦点位置を調節する方法であって、
意図された焦点位置において異なる出力レベルで検査信号を伝送することと、
組織の中の複数の空間的位置におけるエコー信号を受信することであって、該エコー信号は、該検査信号によって作成される、ことと、
該空間的位置の各々において該組織についての応答曲線を決定することであって、該応答曲線は、該エコー信号の信号特性が該検査信号の出力の変化によって変化する程度を示す、ことと、
実際の焦点位置の推定を決定するために該応答曲線を分析することと、
該実際の焦点位置の該推定に基づいて、該意図された焦点位置を調節することと
を含む、方法。
（項目３７）
上記調節は、上記推定された実際の焦点位置と意図された焦点位置との間の最小の必要差が達成されるまで連続的に実行される、項目３６に記載の方法。
（項目３８）
上記調節は、最大数の反復が達成されるまで連続的に実施される、項目３６に記載の方法。
（項目３９）
標的治療部位において組織を治療する高密度超音波（ＨＩＦＵ）システムであって、
異なる出力レベルで複数の検査信号を送達するように構成される超音波変換器と、
該超音波変換器の焦点位置を調節するために動作可能である制御装置と、
複数の空間的位置でエコー信号を検出するように構成される受信機であって、該エコー信号は該複数の検査信号によって作成される、受信機と、
該検出された信号を分析して応答曲線を決定するようにプログラムされるプロセッサであって、該応答曲線は、該検出された信号の信号特性が、該空間的位置での該検査信号に応答してどのように変化するかを示し、該プロセッサは、該決定された応答曲線に基づいて、該制御装置に該超音波変換器の該焦点位置を調節させるようにプログラムされる、プロセッサと
を備える、システム。
（項目４０）
超音波変換器の焦点位置を調節する方法であって、
意図された焦点位置における組織の中へ第１の変換器によって超音波信号を伝送することと、
該組織からのエコー信号を第２の変換器によって受信することと、
第１の周波数範囲および第２の周波数範囲内の該受信されたエコー信号のエネルギーを決定することと、
実際の焦点位置の推定として、該第１および第２の周波数範囲内の該エネルギーの最大差の位置を決定することと、
該実際の焦点位置の該推定に基づいて、該意図された焦点位置を調節することと
を含む、方法。
（項目４１）
標的治療部位において組織を治療する高密度超音波（ＨＩＦＵ）システムであって、
検査信号を意図された焦点位置における組織部位に送達するように構成される超音波変換器と、
該超音波変換器の焦点位置を調節するように動作可能である制御装置と、
該組織部位の中の複数の空間的位置においてエコー信号を検出するように構成される受信機と、
該空間的位置についての第１の周波数範囲および第２の周波数範囲内の該受信されたエコー信号のエネルギーを示す応答曲線を決定するようにプログラムされるプロセッサであって、該プロセッサは、実際の焦点位置の推定として、該第１および第２の周波数範囲内の該エネルギーの最大差の位置を決定し、該実際の焦点位置の該推定に基づいて、該制御装置に該意図された焦点位置を調節させる、プロセッサと
を備える、システム。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
開示される技術の前述の態様および多くの付随する利点は、添付の図面と組み合わせて以下の詳細な説明を参照することにより、より良く理解されるように、容易に認識されるであろう。
【図１】図１は、開示される技術の実施形態に従う、送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギーを制御するための基本システムを図示する。
【図２Ａ】図２Ａは、時間の関数として受信されたエコーを示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、距離の関数として受信されたエコーを示す。
【図３】図３は、３つの異なる距離で受信されたエコーのウィンドウセクションを示す。
【図４】図４は、同定された基本、３番目、および５番目の調波のウィンドウエコー（３５ｍｍの距離）の周波数スペクトルを示す。
【図５】図５は、グレースケールにマッピングされる周波数および距離の関数として、デジベルで出力の表面プロットを示す。
【図６】図６は、距離「ｒ」の関数として、予想されるＫ値曲線を示す。
【図７Ａ】図７Ａ〜７Ｃは、ｔ０、ｔ１、およびｔ２の３つの異なる時間で取得された周波数および深さの関数として、デシベルで出力の表面プロットを示す。
【図７Ｂ】図７Ａ〜７Ｃは、ｔ０、ｔ１、およびｔ２の３つの異なる時間で取得された周波数および深さの関数として、デシベルで出力の表面プロットを示す。
【図７Ｃ】図７Ａ〜７Ｃは、ｔ０、ｔ１、およびｔ２の３つの異なる時間で取得された周波数および深さの関数として、デシベルで出力の表面プロットを示す。
【図８−１】図８は、異なる距離および取得時間のＫ値マトリックスのグラフ表示を示す。
【図８−２】図８は、異なる距離および取得時間のＫ値マトリックスのグラフ表示を示す。
【図９】図９は、開示される技術の実施形態に従う、Ｋ値曲線を取得し、送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギー／出力を変更するように実施されるステップのグラフ表示を示す。
【図１０】図１０Ａ〜１０Ｃは、パルスＨＩＦＵ信号のバースト長、バースト間隔、パルス長、およびパルス繰り返し数間隔間の差を図示する。
【図１１】図１１は、開示される技術が実装され得る、ＨＩＦＵ治療システムの実施形態を図示する。
【図１２】図１２Ａおよび１２Ｂは、ＨＩＦＵ信号を伝送し、患者からエコー信号を受信する変換器プローブの異なる型を図示する。
【図１３】図１３Ａおよび１３Ｂは、送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギーを調節するための、異なるフィードバック制御システムを図示する。
【図１４】図１４は、開示される技術の別の実施形態に従う、送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギーを調節するためのシステムを図示する。
【図１５】図１５は、ＨＩＦＵ信号の結果として組織の中に作成された、エコー信号の振幅対深さを図示する。
【図１６】図１６は、ＨＩＦＵ信号対深さの基本周波数でのエコー信号におけるエネルギーのグラフである。
【図１７】図１７は、ＨＩＦＵ信号対深さの第２の調波でのエコー信号におけるエネルギーのグラフである。
【図１８】図１８は、ＨＩＦＵ信号対深さの第２の調波でのエコー信号のエネルギーと、ＨＩＦＵ信号の出力レベルとの二次元プロットである。
【図１９】図１９は、ＨＩＦＵ信号の第２の調波でのエコー信号のエネルギー対ＨＩＦＵ信号の出力レベルのプロットである。
【図２０】図２０は、異なる出力レベルで伝送されるＨＩＦＵ信号に応答してエコー信号で作成された分散のプロットである。
【図２１】図２１は、異なる出力レベルで伝送されるＨＩＦＵ信号に応答してエコー信号で作成された分散のプロットである。
【図２２】図２２は、開示される技術の実施形態に従う、組織部位を治療するために使用されるＨＩＦＵ信号の出力レベルを選択するように実装されるステップのフローチャートである。
【図２３】図２３は、開示される技術の別の態様に従う、送達されるＨＩＦＵ信号の焦点を調節するためのシステムを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本明細書に開示される技術は、技術を実践するための現在の好適な実施形態および既知の最良のモードに関して記載されるが、説明は、限定されるものとみなされない。開示は、単独または組み合わせのいずれかで取られる全ての新規および明白でない特徴、並びに開示される実施形態の態様を対象とする。上述のように、本明細書に開示される技術は、ＨＩＦＵ信号のエネルギー等の、ＨＩＦＵ信号および／またはエネルギーが送達される位置の１つ以上の治療パラメータを調節または選択するための技術に関する。この用途の目的において、ＨＩＦＵ信号のエネルギーは、その出力、圧力、または他の関連する特性により特徴付けされてもよい。制御または選択され得る他の治療パラメータは、ＨＩＦＵ信号の治療時間、パルス繰り返し周波数、ＨＩＦＵ信号のパルス持続時間、またはエネルギーが組織治療部位で堆積される量または速度に影響を及ぼす他のパラメータを含む。
【００２６】
以下にさらに詳細に記載する、組織部位を治療するために使用されるＨＩＦＵ信号の１つ以上の治療パラメータは、受信された信号の信号特性が、１つ以上の検査信号に応答してどのように変動するかの分析に基づき、制御または選択される。現在の好適な実施形態において、検査信号は、１つ以上のＨＩＦＵ信号である。しかしながら、検査信号は、非焦点式または撮像超音波信号を含む、超音波信号の任意の種類であってもよい。同じ変換器が、治療的ＨＩＦＵ信号および検査信号の両方を送達するために使用されるか、または異なる超音波変換器が使用されてもよい。
【００２７】
一実施形態において、治療パラメータの値を選択するために、異なる出力レベルのいくつかの検査信号が、組織の中に伝送される。検査信号は、標的治療部位として同じ組織領域に伝送されるか、または検査信号は、標的治療部位に近い組織の中に伝送されてもよい。
【００２８】
検査信号の出力レベルが増加すると、伝送される検査信号は、超音波変換器の焦点域の組織において、ますます非線形となる。非線形は、適切な治療パラメータを選択するために検出され、使用され得る信号特性の対応する応答曲線を作成する。一実施形態において、応答曲線は、検出される信号特性を飽和させる検査信号の出力レベルについて分析される。飽和出力レベルは、治療パラメータを選択するための基盤として使用される。
【００２９】
治療パラメータは、治療される各組織部位について選択されてもよい。代替的に、選択される治療パラメータは、治療される組織部位のいくつかの異なる領域、または断面を治療するように使用されてもよい。
【００３０】
図１は、開示される技術の実施形態に従う、組織部位の治療に使用するためのＨＩＦＵ信号のエネルギー等の、治療パラメータを選択するためのシステムの図を示す。システム１０は、ＨＩＦＵ信号を組織１４に送達するＨＩＦＵ変換器１２と、変換器１２を励起するＨＩＦＵ電子機器１６とを備える。電圧プローブ１８は、ＨＩＦＵ変換器１２で電気信号を検出する。システムは、オシロスコープまたは他のデータ取得システム２０をさらに備える。この場合、ＨＩＦＵ電子機器１６からの励起信号は、高エネルギー超音波信号が、組織１４の意図される標的に伝送されるように、ＨＩＦＵ変換器１２を刺激する。ＨＩＦＵ信号のエネルギーは、組織内で伝搬されると、散乱し、反射し、伝送され、吸収される。吸収されたエネルギーは、熱に変換され、組織の温度を上昇させる。吸収されるエネルギー量は、圧力振幅および周波数並びに組織特性に依存する。典型的に、ＨＩＦＵデバイスは、最大圧力および吸収が、組織において、デバイスの焦点で生じるように設計される。吸収されない信号のエネルギーは、より深部の組織に伝送されるか、または反射し、散乱するかのいずれかである。開示される技術の一実施形態において、調波の歪みについて検出され、分析され得るのは、反射し、散乱するエネルギー（超音波エコー）である。この散乱する音響エネルギーの一部は、ＨＩＦＵ変換器１２により検出され、電気信号に変換される。電気信号は、電圧プローブ１８を使用して感知され、オシロスコープまたは他のデータ取得システム２０上に表示／取得される。
【００３１】
図２Ａは、３つの同定された領域、すなわち、伝送、パルス−エコー飽和、およびパルス−エコー信号の、データ取得システム２０で獲得された代表的な信号を示す。この例における焦点深度は、ＨＩＦＵ変換器において、３５ｍｍである。伝送が開始されて直ちに取得が開始されると仮定する場合、最初に検出される信号は、ほぼ、伝送パルス（伝送領域）からの情報を含有する。伝送終了後、最初のいくつかのエコーの一部は、検出システムでせん断（パルス−エコー飽和）を生じる可能性が予想される。パルス−エコー飽和の問題は、良好な動的範囲および帯域（例えば、時間−増加制御）を確実にするように、検出回路を適切に設計することにより緩和される場合がある。初期の大きな振幅エコーが受信された後、組織からのエコーは、検出システムから付加される（パルス−エコー信号）任意の追加の歪みなしに検出されてもよい。示される実施形態において、ＨＩＦＵ変換器および検出変換器が同一のため、時間軸は、図２Ｂに示す、組織の伝搬速度の認識を通して、深度も表す。
【００３２】
周波数の関数としてのエコー信号のエネルギーは、異なる深度または空間的位置で計算されてもよい。一例において、受信されたエコー信号は、特定の深度でセンタリングされる窓関数により乗算され、フーリエ変換演算子が適用される。図３に示す実施例において、エコー信号は、幅が５ｍｍである長方形関数を用いて、２５、３５、および４５ｍｍでセンタリングされる深度で分離される。ウィンドウ幅および振幅は、エコー信号の周波数表示を最適化するために調節されることが予想される。各深度信号でのエコー信号のフーリエ変換は、周波数の関数として、エコー信号のエネルギーを決定するように計算される。図４は、３５ｍｍでウィンドウ表示される信号の周波数スペクトルを示す。この場合、基本周波数、３番目調波、および５番目調波が同定される。偶数調波は、典型的に、治療変換器の限界のため、検出が容易ではない。３つの深度のみが図３に示されるが、窓関数は、パルス−エコー信号またはベクトルの全長に沿って実行することができる。この場合、データのマトリックスは、一方の軸が深度で、他方の軸が周波数であるように計算される。図５は、深度規模に沿った連続分析のグレースケールでの３次元表面プロットを示す。この表示において、１．１ＭＨｚの基本周波数は、３．３ＭＨｚおよび５．５ＭＨｚで見られる調波を強調する、デジタルフィルタを使用して除去される。
【００３３】
フーリエ変換は、いくつかの周波数ビンで生じるエネルギーを決定する。したがって、特定の周波数ビンにおけるエネルギーは、他の周波数ビンにおけるエネルギーと比較されるか、または複数の周波数ビンに対するエネルギーが加算され、比較されてもよい。例えば、基本周波数周辺の周波数（例えば、帯域）は、良好な出力の表示であってもよい。式１Ａおよび１Ｂは、２つの異なる周波数での、または異なる周波数範囲の出力により表されるエネルギーの比率Ｋを計算するための、２つの異なる事例を示す。
【００３４】
多くの信号処理スキームと同様に、信号調整は、種々の周波数でのエコー信号のエネルギーを検出し、適切に表示するために要求されてもよい。例えば、組織における種々の周波数で、エネルギーの差を完全に理解するために、検出変換器の感度、または周波数および深度の関数としての減衰を導入する必要がある場合がある。
【００３５】
【数１】
0005766604.tif 000002
【００３６】
図５は、空間的位置または深度の関数として、Ｋ値を計算することができ、したがって、Ｋは、ｒまたは空間的距離の関数である。計算は、１つの周波数、または複数の周波数を含んでもよいことに留意することが重要である。例えば、Ｋ値は、基本波のエネルギーと比較される調波のエネルギーを表す場合がある。
【００３７】
図６は、Ｋ値が深度の関数としてどのように変動することが予想されるかの例を示す。この例において、基本波周辺のエネルギーは、調波のエネルギーと比較される。認められるように、比率Ｋは、ＨＩＦＵ信号の焦点で、またはその近くで最大値を有し、その後、変換器から離れる距離を増大しながら減少する。
【００３８】
記載するように、エコーの周波数および空間的位置の関数として、エネルギー比をマッピングすることが可能である。変換器での励起レベルが修正される場合、異なるＨＩＦＵ変換器圧のＫ値を比較することも可能である。エコーは、異なるサンプリング間隔（パルス繰り返し間隔）でも入手可能である。例えば、パルスモードのＨＩＦＵ励起が使用される場合、エコーは、励起信号間で検出され、分析されてもよい。これは、複数の励起レベルおよび／または複数時間について、Ｋ値を比較することを可能にする。図７Ａ〜７Ｃは、時間ｔ０、ｔ１、およびｔ２で、異なるエコーから取得された複数の表面プロットを示す。これは、励起レベル、または単に励起時間間の処理のばらつきによる場合がある。各空間的位置での周波数スペクトルが計算され、その後、Ｋが計算される。
【００３９】
図８は、コンピュータメモリにＫデータを保存するための代表的な形式を示す。一実施形態において、データは、一方の軸５２が空間的位置（深度）であり、他方の軸５４が取得時間である、表５０に保存される。特定の深度および時間の各エントリーは、２つの周波数間の出力比率が計算され、保存される、マトリックス、例えば、５６を含有する。この表示において、Ｋｆ２ｆ０は、基本周波数に対する３番目での調波の出力比である。Ｋｆ２ｆ１は、第２の調波に対する３番目での調波の出力比である。Ｋは、単に、２つの周波数の出力の比率であるため、Ｋｆ２ｆ１は、単純に、Ｋｆ１ｆ２の逆数である。基本波の出力を全ての調波と比較することが必要である場合、式２に記載するように、基本的に、カラムは、加算される必要がある。
【００４０】
【数２】
0005766604.tif 000003
【００４１】
図８も、Ｋ値が異なる励起時間、ｔ０、ｔ１、ｔ２等で計算されてもよいことを示す。相互間のこれらの時間で、またはベースラインとＫ値を比較することにより（注記：励起は、これらの異なる時間で変動してもよい）、焦点の略位置が決定されてもよく、また組織に送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギーの推定であってもよい。
【００４２】
Ｋの値は、組織について決定されたＫ曲線を分析することにより、組織部位の治療に使用されるＨＩＦＵ信号の治療パラメータを選択するように使用され得る。上述のように、システムは、１つ以上の検査信号を患者に伝送し、検査信号により作成される信号を検出する。異なる周波数帯域対深度において検出されるエネルギーの比率Ｋは、Ｋ曲線を作成するために使用され得る。検出された信号のＫ曲線は、治療パラメータが既に決定された既知のＫ曲線に対して比較され得る。例えば、胸部組織は、第１の１つ以上の治療パラメータ一式を有するＫ曲線に関連してもよい。類線維組織は、異なる治療パラメータを有するＫ曲線に関連してもよい。一実施形態において、プロセッサは、最も緊密な一致を決定し、最も緊密な一致と関連する治療パラメータを選択するように、検出された信号のＫ曲線をライブラリのＫ曲線と比較する。
【００４３】
別の実施形態において、検出された信号のＫ曲線上の１つ以上の個別の点を、所定のベースラインＫ曲線と比較することができる。治療パラメータの値は、比較に基づき調節され得る。例えば、検出された信号の空間的位置の関数として、Ｋにより形成される特性曲線が、ベースラインの曲線より著しく高い比率を示す場合、出力エネルギー（圧力）を、減少してもよい。同様に、検出された信号の空間的位置の関数として、Ｋにより形成される特性曲線が、ベースラインの曲線より著しく低い（またはより平坦な）比率を示す場合、出力エネルギーを増加してもよい。
【００４４】
特定の深度についての励起振幅の関数としてＫ値をグラフにすることにより、調波飽和（比率Ｋの最大値）を示すことも可能である。この場合、いくつかの検査ＨＩＦＵ信号は、異なる出力レベルで伝送され、検出された信号のＫ値が比較される。特定の深度のＫの変化対ＨＩＦＵ出力の変化の曲線またはプロットが計算される。曲線またはプロットは、次に、それらと関連する治療パラメータを有する既知のプロットに対して比較され得る。代替的に、Ｋ曲線は、ベースラインＫ曲線および選択された治療パラメータと比較され得る。
【００４５】
一実施形態において、検出された信号のＫ曲線上の１つ以上の点は、治療パラメータを選択するように使用される。一実施形態において、Ｋ曲線は、Ｋの値を飽和させるＨＩＦＵ出力レベルについて検索され得る。組織試料を治療するように使用されるＨＩＦＵ信号の治療パラメータは、したがって、Ｋ値を飽和させるＨＩＦＵ出力に基づき選択され得る。例えば、Ｋの値を飽和させるＨＩＦＵ出力は、１５００ワットである場合、１５００ワットレベルと関連する治療パラメータが、組織を治療するように使用され得る。いくつかの場合において、組織を治療するために、Ｋの値を飽和させる出力と同じ出力を使用することが有用である場合がある。他の場合において、（それを上回る、またはそれより低い）他の出力レベルが使用され得る。
【００４６】
また別の実施形態において、検出された信号のＫ曲線の他の特性が、治療パラメータを選択するように使用され得る。例えば、Ｋ曲線の勾配は、それらと関連する治療パラメータを有するＫ曲線の勾配と比較されるか、または検出された信号のＫ曲線の勾配が、ベースラインおよび適宜に調節された治療パラメータと比較され得る。
【００４７】
励起レベルが、治療中、一定である場合、調波およびその位置のエネルギーレベルは、組織全体に生じる加熱量を示唆してもよい。これは、意図される標的に送達されるエネルギー量の限界を決定する補助となるであろう。
【００４８】
出力スペクトルは、異なる深度および取得時間で計算されるが、組織中の加熱量を決定するために、位相も使用されてもよいことにも留意されたい。
【００４９】
Ｋ値は、エコー信号のフーリエ変換を行うことにより送達されてもよいため、各周波数ビン内に収まる出力（単位時間当たりのエネルギー）並びに位相は、計算に利用可能である。特定の周波数ビンの規模および位相は、以下の式で表される場合があり、
【００５０】
【数３】
0005766604.tif 000004
【００５１】
式中、Ａ（ｆ１）は、周波数ｆ１（出力は、単純に、Ａの二乗である）での信号の振幅であり、φ（ｆ１）は、周波数ｆ１での信号の位相である。したがって、２つの周波数ビン間の相差は、１に正規化した規模で、式３の比率を取ることにより計算されてもよい。
【００５２】
【数４】
0005766604.tif 000005
【００５３】
式４は、
【００５４】
【数５】
0005766604.tif 000006
【００５５】
のように書き換えられてもよい。式５の独立変数は、２つの信号間の相差である。異なる励起レベルでの深度の関数としての相差は、異なる周波数または周波数帯域におけるエネルギーの相対尺度としても使用されてもよく、これは、同様に、ＨＩＦＵ信号の治療パラメータを動的に制御または選択するように使用されてもよい。例えば、相差を組織の中に送達されたエネルギーと関連付けるために、相差の規模を、以前から既知の閾値と比較することができる。ＨＩＦＵ信号の１つ以上の特性は、次に、比較に従い調節され得る。
【００５６】
図９は、開示される技術の一実施形態に従う、Ｋ値を取得するための基本ステップの要約を示す。最初に、ＨＩＦＵ変換器は、グラフ１に示す、単一の周波数（ｆ０）で励起される。ＨＩＦＵ信号は、連続波（ＣＷ）または基本周波数ｆ０を伴うパルス性正弦曲線であってもよい。ＣＷの場合、パルス繰り返し間隔は、パルス長と等しい。グラフ１に示す、ＨＩＦＵ変換器プローブで生成されたＨＩＦＵ励起信号は、調波ｆ１、ｆ２、ｆ３等のＨＩＦＵ信号の基本周波数と異なる周波数構成要素のエネルギーが、基本周波数ｆ０のエネルギーと比較してごくわずかである場合、標識スペクトルを有する。伝送されたＨＩＦＵ信号から作成された高圧力は、エネルギーを基本波で調波に、および組織において変換する（グラフ２）。特に、基本周波数ｆ０と異なる周波数での信号のエネルギーにおいて、ＨＩＦＵ信号（調波ｆ１、ｆ２、ｆ３等の１つ以上の周波数等）は、グラフ２に示す、基本周波数ｆ０での信号のエネルギーと比較して変化する。Ｋ値は、グラフ３ａ、ｂおよびｃに示す、これらの種々の周波数でのエネルギーを組み合わせることにより計算される。例えば、調波の１つ以上におけるエネルギーは、基本周波数と比較されてもよい。いくつかの低次調波および基本波におけるエネルギーは、高周波数調波のものと比較されてもよい。代替的に、基本波におけるエネルギーは、高次調波のものとのみ比較されてもよい。これらのグラフは、種々の周波数でのエネルギーの組み合わせ、および比較の可能性を使い果たすものではない。当業者に理解されるように、Ｋの値は、分子および分母の計算に使用される周波数の範囲、または特定の調波に応じて変動してもよい。
【００５７】
グラフ４は、Ｋ値が位置の関数としてグラフにされてもよいことを示す。比率Ｋは、組織における深度、並びに伝送励起の異なるレベルとともに変動してもよい。一実施形態において、比率Ｋは、組織における深度の増加とともに増加するが、ほぼＨＩＦＵ信号の焦点の深度で最大（または飽和）に達する傾向がある、非線形であることが予想される。Ｋ値が、各伝送パルス（グラフ５）後に計算される場合、複数のＫ値曲線は、グラフ４に示すように生成されてもよい。
【００５８】
グラフ５は、伝送パルスの周波数が、パスル繰り返し間隔で生じてもよいことを示す。図１０Ａ〜１０Ｃは、バーストでのパルス長およびパルス繰り返し間隔を図示する。多くのパルス長がバーストを構成する。各バーストは、定義されたバースト長を有し、各バーストの開始間の時間は、図１０Ａに示すバースト間隔である。各ＨＩＦＵバーストは、各パルスの開始間の時間が、図１０Ｂに示すパルス繰り返し数間隔であるパルス長を有する、いくつかのＨＩＦＵパルスを含む。伝送励起の合計時間は、図１０Ｃに示すパルス長である。各ＨＩＦＵパルスは、基本周波数ｆ０を有する正弦曲線波形である。
【００５９】
図９に戻ると、グラフ４中の最初の曲線７０は、ＨＩＦＵ信号の最初に送達されたエネルギーレベルの比率Ｋを図示し、第２の曲線７４は、高レベルのエネルギーのＫの比率を図示する。深度、時間、または伝送励起の関数としてＫ値の変化を観察することにより、空間的に堆積されるエネルギーの相対尺度は、概算されてもよい。
【００６０】
ＨＩＦＵ信号のエネルギーは、バースト長、バースト間隔、パルス長、パルス繰り返し数間隔、またはパルス振幅等の他の特性のいずれかを増加または減少することにより修正され得る。一実施形態において、ＨＩＦＵ治療システムは、ベースライン特性曲線に対する特性Ｋ曲線、およびデバイスがＫの値の許容範囲内であるかどうかの両方の関数として、音響出力エネルギーまたは出力を自動的に変動する。Ｋの許容範囲は、安全レベルに基づく、Ｋの事前局限値および局限値の上限を有する場合がある。ＨＩＦＵ信号の治療時間またはパルス繰り返し周波数等の他の治療パラメータは、同様の様式で選択され得る。
【００６１】
図１〜１０は、単純なブロック図で開始される、開示される技術の実施形態を図示する。当業者が理解するように、同様の利点を生成するこの技術の他の変形が存在する。図１１は、本明細書に開示される技術を実装するためのＨＩＦＵ治療システムの別のブロック図である。実施形態において、ＨＩＦＵ制御装置１１０は、同様に、駆動信号を音響ＨＩＦＵ信号に変換する外部または内部変換器プローブ１１６に電子駆動信号を送達する。図１１において、ＨＩＦＵ変換器プローブ１１６は、棒のような装置として示される。ＨＩＦＵ変換器の多くは、意図される標的に超音波信号を適切に方向付けるように、機械的または電子的に操縦される多次元で複数の要素を有することに留意することが重要である。例えば、ＨＩＦＵ信号は、電子的または機械的手段を通して、標的容積１１８に向けられる焦点域に方向付けられてもよい。標的容積１１８は、子宮１２０の類線維の全てまたは一部を含んでもよい。ＨＩＦＵ信号は、音響伝搬により遮断される、組織からの対応するエコー信号を作成する。多くの場合、ＨＩＦＵ信号エネルギーは、変換器プローブ１１６と焦点域との間に位置する軸上に集中する。
【００６２】
エコー信号は、変換器プローブ１１６により受信され、電子形態に変換され、ＨＩＦＵ制御装置１１０に供給される。エコー信号の検出は、ＨＩＦＵ変換器、または変換器プローブ１１６内に含有される別の特定的に設計されるデバイスで行われてもよい。さらに、検出デバイスは、変換器プローブ１１６内に含有されない別個のホルダの中にあってもよい。
【００６３】
前述のように、エコー信号からのＫ値は、１つ以上の治療パラメータを制御または選択するように、計算（図９）、分析、および使用される。ＨＩＦＵ制御装置１１０に接続される、またはその内に組み込まれる超音波プロセッサ１２４は、受信されたエコー信号を分析し、Ｋ値を計算する。分析に基づき、１つ以上の治療パラメータ、またはＨＩＦＵ励起信号の特性（例えば、最大出力、平均出力、パルス持続時間、パルス繰り返し間隔等）は、超音波プロセッサ１２４により自動的に、または半自動的に調節される。いくつかの場合、オペレータは、デバイス上の制御（例えば、主コンソール制御１１２、アプリケータ、フットスイッチ）を通して、デバイスパラメータの１つを手動で調節するための、可聴、可視、または触覚警告１３０を介して警告されてもよい。適切なフィードバック信号なしに継続しない治療を確実にするための安全機構も、利用されてもよい。いくつかの場合、システムは、ビデオ表示１３２上に組織の画像を生成する超音波撮像機能も含んでもよい。画像は、別個の、または組み込まれた撮像超音波変換器を用いて取得されてもよい。これらの画像は、適切なＨＩＦＵ励起特性の調節を確認するために使用されてもよい。
【００６４】
入射ＨＩＦＵ信号が、またはＨＩＦＵ信号の焦点で、もしくはその近くの種々の位置で、組織によりどれだけ吸収されたかを推定するために、比率Ｋの値は、組織の所与の点から受信されるエコー信号から決定される。一実施形態において、比率は、以前の検査で決定されたＫの所望の値と比較される。検出された信号の比率Ｋの値は、したがって、ＨＩＦＵ信号の１つ以上の特性を調節して、吸収に影響を及ぼすフィードバック信号として使用され得、それゆえに、ＨＩＦＵは、所与の点で組織に影響を及ぼす。飽和（音響衝撃波）の検出、または伝送励起の関数としてのＫ値増加の勾配も、以前の検査に依存するよりも、ＨＩＦＵ信号の１つ以上の特性を調節するためのフィードバック機構として使用されてもよい。
【００６５】
一実施形態において、検出された信号について決定されたＫの値が、患者の特定の位置の閾値以下である場合、振幅、最大または平均出力、負荷サイクル、パルス繰り返し数、または送達されるＨＩＦＵ信号の他の特性等の信号特性は、その位置での比率Ｋを増加するように、電子的または手動で増加され得る。逆に、決定されたＫの値が、閾値を越える場合、振幅、出力、負荷サイクル、パルス繰り返し数、またはＨＩＦＵ信号の他の特性の１つ以上は、Ｋの値を減少するように減少され得る。Ｋの異なる閾値は、標的容積内、および身体の容積を標的とする外部から受信したエコー信号を分析するために使用されてもよい。
【００６６】
図１２Ａおよび１２Ｂは、ＨＩＦＵ信号を標的容積に送達し、ＨＩＦＵ信号の基本周波数で、および調波または他の周波数でエコー信号を検出する２つの可能なアプリケータ構成を図示する。図１２Ａに示す実施例において、ＨＩＦＵ変換器プローブ２００は、１つ以上のＨＩＦＵ信号を標的容積に送達する。ＨＩＦＵ変換器プローブは、固定または可変焦点を有してもよい。エコー信号は、別個の受信変換器２２０により受信される。受信変換器２２０は、変換器プローブ２００により生成されるＨＩＦＵ信号の基本周波数およびその調波を含んでもよい、周波数の範囲にわたってエコー信号を検出するのに十分である帯域を有する。受信変換器２２０は、超音波撮像変換器、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）変換器等の非撮像変換器、光ファイバーハイドロフォン、または他の形態のハイドロフォンであってもよい。受信変換器２２０は、焦点から反射して戻ってくるエコー信号を検出するように位置付けされてもよい。代替的に、受信変換器２２０は、焦点を通してＨＩＦＵ変換器から離れて伝送される信号を検出するように位置付けされてもよい。
【００６７】
図１２Ｂに示す例において、ＨＩＦＵ伝送および受信変換器プローブ２３０の組み合わせは、ＨＩＦＵ信号を生成するＨＩＦＵ伝送要素２３２と、ＨＩＦＵ信号の基本周波数を含み、また、１つ以上の調波も含んでもよい周波数の範囲にわたってエコー信号を検出するために使用される、高帯域受信要素２３４のアレイとを含む。図１２Ｂの変換器は、ＰＶＤＦまたは他の種類のセンサを利用してもよい。
【００６８】
図１３Ａおよび１３Ｂは、送達されるＨＩＦＵ信号の治療パラメータを調節するための、２つの異なるフィードバック機構を図示する。図１３Ａにおいて、ＨＩＦＵ制御装置１１０からの制御信号２３９は、患者に印加されるＨＩＦＵ信号の波形を生成するために、波形発生器２４０に印加される。制御信号２４９は、ＨＩＦＵ信号の伝送および受信と相関する、超音波プロセッサ２２４内のプログラム可能なマイクロプロセッサまたは専用マイクロプロセッサ等のシグナル処理ユニット２４８により、波形発生器２４０にも印加される。代替的に、信号処理ユニット２４８は、単独デバイスであってもよい。波形発生器２４０からの信号は、超音波音響信号を生成するために、信号の電圧をＨＩＦＵ変換器２４４により要求されるレベルに増加するパルス発生器２４２に供給される。エコー信号は、受信機２４６に供給するための電子形態に再度変換される、ＨＩＦＵ変換器２４４により受信される。受信機２４６から、エコー信号は、上述の比率Ｋを決定するための制御に従い、エコー信号を分析する信号処理ユニット２４８に供給される。信号処理ユニット２４８は、検出された比率Ｋが所望の範囲内に収まるように、患者に送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギーまたは他の特性を変更するために、ＨＩＦＵ信号の１つ以上の特性を電子的に変更するための波形発生器２４０に返される制御信号（信号）２４９を生成する。
【００６９】
図１３Ｂに示されるフィードバック機構は、別個の変換器２４５が、患者からのエコーまたは他の（例えば、伝送される）信号を検出するように使用されることを除き、図１３Ａに示すものに類似する。例えば、変換器２４５は、ＰＶＤＦ材料を有する変換器等の高帯域単一要素変換器であるか、または撮像変換器であってもよい。変換器２４５により受信されるエコーまたは非反射信号は、比率Ｋの値、およびもしあれば、患者に送達されるエネルギーまたはＨＩＦＵ信号の他の特性を制御するために、ＨＩＦＵ信号のどの特性が電子的に調節されるべきかを決定する、受信機２４６および信号処理ユニット２４８に供給される。
【００７０】
また別の実施形態において、システムは、組織のＢモード画像等の超音波画像を生成する、内蔵された、または別個の超音波撮像システムを含む。比率Ｋの値は、身体中の種々の点について決定され、色分けされるか、さもなければ視覚的に区別される。組織の中で視覚的に区別されたＫ値を、Ｂモード、または他の種類の超音波画像と組み合わすことができる。一実施形態において、色分けされたＫ値１３４は、図１１に示す表示１３２上でＢモード画像と重ね合わされる。種々のレベルのＫを考察することにより、医師は、ＨＩＦＵ信号の高周波数成分が、どこで作成されるかを見ることができる。医師は、次に、ＨＩＦＵ信号が、所望の領域に送達されるように、ＨＩＦＵ変換器プローブの位置を調節することができる。加えて、または代替的に、医師は、ＨＩＦＵ信号の１つ以上の特性が、患者に送達されるエネルギー量を変更するように調節されるべきであるかを見ることができる。
【００７１】
別の実施形態において、システムは、システムにより受信された調波を分析することにより、医師の表示画面で使用するための、図心とも呼ばれる、質量の中心を計算してもよい。これは、表示画面での全体的な混雑を低減する。
【００７２】
別の実施形態において、システムは、Ｋ比の値を提供する入力の値を記録する。これは、フィードバック特性における傾向の連続映像を構築するために、システムにパルス間の相関を検知することを可能にする。これは、例えば、空洞化、または他の組織特性が生じたかどうかの決定に有益である情報を提供してもよい。システムは、基本波を排除するフィードバック分析で使用するための、経時的なＫ比の値のデータセットを作成するために、パルス反転も利用してもよい。
【００７３】
図１４は、フーリエ変換により値Ｋを計算する代わりに、いくつかのフィルタ３００が、種々の周波数範囲内のエコー信号のエネルギーを検出する、開示される技術の別の実施形態を図示する。フィルタは、デジタル（例えば、ＦＩＲまたはＩＩＲ）またはアナログ（例えば、帯域通過、ノッチ等）であり得る。値Ｋは、次に、デジタル的に、またはアナログ回路３０２により決定され得る。
【００７４】
この技術の別の可能な実施形態は、基本波並びに１つ以上の調波で検出された信号のエネルギーを決定するように、低域通過フィルタとともにベースバンド検出を使用することである。特定の出力設定で取得されたｒｆベクトルは、ベースバンドデータを取得するように、検出され、基本波または調波周波数でサイン波およびコサイン波により乗じられ、
【００７５】
【数６】
0005766604.tif 000007
【００７６】
式中、ｆは、いずれかの基本周波数であり、ｎは、調波の次数であり（例えば、ｎは、基本波において１であり、第２の調波において２である）、ｔは、時間ベクトルであり、ｘ（ｔ）は、元のｒｆ波形であり、Ｂｎは、ベースバンドの検出された信号である。
【００７７】
サイン波およびコサイン波と混合した後、信号は、他の調波からエネルギーを排除するように低域通過フィルタされる。低域通過フィルタの帯域は、元の励起の帯域によって動かされる。低域通過フィルタ後、信号は、低域サンプリング周波数に縮小されてもよい。ベースバンドの検出された信号は、特定の送信出力と関連付けされ、深度の関数である。
【００７８】
異なる周波数範囲のエネルギーの比率に基づく治療パラメータの制御に加えて、またはその代替として、検出された信号の他の特性も、治療パラメータを選択または制御するために使用され得る。
【００７９】
図１５は、ＨＩＦＵ信号の標的が１０７ｍｍである、生体内ブタ対象から取得した元の超音波エコーを示す。図１６および１７は、エコー信号の基本波および第２の調波のベースバンドのそれぞれ検出された信号を示す。異なる出力レベルで信号がより多く取得されると、ノイズ偽信号を減少させるために、検出される信号の集合にわたってフィルタを適用してもよい。さらに、深度および出力規模の追加フィルタは、予測される変移により、適用されてもよい。図１８は、深度および励起出力の関数として、第２の調波エネルギーの２Ｄ画像を示す。所望の送信出力等の治療パラメータを選択するために、検索領域は、予測される焦点の周囲で定義されてもよい。検索領域のサイズは、変換器の焦点深度および伝搬速度の電位変動に応じて変動する。
【００８０】
以下に記載する、伝送されるＨＩＦＵ信号の出力における変化に対する信号特性の応答は、組織部位を治療するために使用される、ＨＩＦＵ信号の１つ以上の治療パラメータを選択するように使用される。図１９は、ＨＩＦＵ検査信号の第２の調波で受信される信号のエネルギーが、変換器の焦点近くの組織領域のＨＩＦＵ出力における変化によってどのように変動するかを示す応答曲線を図示する。どれだけの検査信号が使用されるかに応じて、応答曲線は、後に、数学的に補整される異なる送信出力について取得される、一連の離散データ点から作成される。
【００８１】
示される実施例において、図１９に示す応答曲線は、ＨＩＦＵ伝送周波数の第２の調波で受信されたエコー信号から計算される。しかしながら、検出された信号は、治療部位を通過する信号であり得るか、または別の調波、または周波数の範囲、もしくは調波の組み合わせについて計算され得ることを理解する。一般的に、応答曲線は、伝送されるＨＩＦＵ出力の変化を用いて測定可能な変化を表す、信号特性について計算される。
【００８２】
一実施形態において、組織部位の治療に使用される１つ以上の治療パラメータを選択するために、組織の応答曲線は、異なる出力レベルで伝送されるいくつかの検査信号を使用して決定される。応答曲線は、それらと関連する治療パラメータを有する、以前から既知の応答曲線と比較されてもよい。問題の組織部位の応答曲線と最も良く一致する、以前から既知の応答曲線と関連する治療パラメータが、組織部位を治療するために使用され得る。代替的に、組織の応答曲線上の１つ以上の点は、１つ以上の治療パラメータを選択するように分析され得る。
【００８３】
一実施形態において、応答曲線は、飽和点、勾配、または曲線形状等の他の特性を決定するように分析され得る。図１９は、約１５００Ｗの出力飽和値の焦点近くの、第２の調波信号の飽和点を示す。１５００ワット飽和点と関連する治療パラメータは、したがって、組織を治療するために使用され得る。
【００８４】
焦点域の飽和レベルの決定を自動化するために、応答曲線は、適切にプログラムされたプロセッサまたはコンピュータを用いて分析される。一実施形態において、目標は、散乱したエネルギーの最大レベルを示す出力、したがってエネルギー吸収を同定することである。理想的には、大量の調波エネルギーを有する領域は、信号：ノイズの比率を最大限にするように使用されるであろう。例えば、各サンプルよりも、検索領域全体を通したピークが選択されてもよい。
【００８５】
一実施形態において、予想される応答曲線の参照表（ＬＵＴ）が、焦点の周囲の飽和値を決定するために使用される。このＬＵＴは、減衰および等エントロピー非線形性パラメータＢ／Ａ等の、異なる特性を用いて理論的に予測される応答曲線からなってもよい。相関等の統計手法は、理論的曲線を検出された応答曲線と比較するように使用される。この場合、飽和出力、並びに組織部位を治療するための治療時間の長さを決定するように使用され得る減衰等の、有効な組織経路の特性を得ることが可能である。
【００８６】
別の実施形態において、プロセッサまたはコンピュータは、決定された応答曲線の第１および第２の導関数を決定するようにプログラムされる。次に、いずれかの側の正および負の両方の勾配を伴う、下に凹である領域が、同定され、飽和値が検討される。
また別の実施形態において、予想された第１および第２の導関数は、特定の深度で波形を符号化するために使用される。ゼロの勾配を有し、下に凹である場所を探すよりも、プロセッサまたはコンピュータは、正しい飽和値が選択される信頼度を増大するように、理論または他の制御された実験により予測された予想曲線の他の特性を使用するようにプログラムされる。符号は、予想された波形に割り当てられ、実験データの符号は、第１および第２の導関数の記号に基づき決定される。例えば、ゼロの符号はゼロの勾配に、１の符号は負の勾配に、および２の符号は、正の勾配に割り当てられる。この場合、応答曲線上で分析された各点は、９つの可能な符号のうちの１つを有することができる（例えば、００、０１、０２、１０、１１等）。符号は、さらにデータを圧縮するサンプル間の、第１と第２の導関数の値の間で変化があった場合にのみ修正される。相関値は、アルゴリズムの信頼度を増大するように、符号化された予想値と符号化された実験値との間で決定されてもよい。相関が特定値以上でない場合、飽和は決定することができない。
【００８７】
いくつかの実施形態において、最小飽和値を有する曲線は、予測として使用される。別の方法は、検索領域を通して結果を平均化し、これを治療に利用することである。理想的には、飽和値を決定するための工程は、不当な出力値が使用されないように、リアルタイムで行う。
【００８８】
この案は、異なる深度での病変に及んでもよい。この場合、異なる病変位置での照合を完了する。推定された飽和レベルを比較する。これは、治療領域における有効な減衰の可能な計算を可能にする。
【００８９】
開示される技術のまた別の代替的な実施形態において、治療パラメータを決定するように分析される、検出された信号の応答曲線は、焦点域における温度変化に関係する。この場合、ＨＩＦＵ検査信号が伝送され、温度の変化は、反射信号（エコー）または伝送された信号の検出されたスペックルシフトに基づき決定される。スペックルシフトは、応答曲線を生成するために、異なる出力レベルで伝送されるいくつかのＨＩＦＵ信号について決定される。好ましくは、検査ＨＩＦＵ信号は、焦点域の組織が、治療前または検査信号間で、持続した加熱を受けないように十分に短い。応答曲線は、所定の応答曲線に対する比較により、またはその飽和点等のいくつかの特性を決定することにより分析され、これによって、スペックルシフトは、送達されたＨＩＦＵ信号出力の増加とともに、もはや増加も減少もしない。応答曲線が、以前に決定された応答曲線と比較すること、または応答曲線上の選択された点を分析することのいずれかによって分析されると、治療パラメータを選択することができる。
【００９０】
また別の代替的な実施形態において、組織の中に伝送された波形の分散に関連する応答曲線は、標的組織部位を治療するために使用される、ＨＩＦＵ信号の治療パラメータを制御または選択するように使用される。
【００９１】
分散は、音響波内で生じ、群速度は一定のままであるかもしれないが、周波数の関数である波面の僅かな速度の差によってわかる。高強度音響において、パルス波内の分散は、調波の生成による高圧縮の領域で自然に生じる。組織の高圧力および非線形性は、最終的に、最大圧縮圧で音響衝撃を導く。調波および分散の生成は、低圧力パルスにおいて生じる可能性が少ない。圧力が増加すると、調波がより簡単に生成されるため、分散量も増加する。励起の振幅が低圧力から高圧力に移動すると、この分散は、波形の位相シフトとして検出される。分散は、変換器方向のｒｆ信号の動きとして見られ、高圧力の領域により局在化される。これは、音響放射力（ＡＲＦ）および温度変化による見かけ位相シフト等の、他の効果と比較すると固有である。これら両方の場合において、予想は、変換器から離れる位相シフトである。さらに、温度による速度変化は、組織において統合的効果である。つまり、局所温度が上昇すると、シフトは、その点並びに熱増加の後の各点で現れる。
【００９２】
図２０は、増加する伝送圧力４００、４０２、４０４、４０６での、焦点での圧力パルスにおいて生じる変化を示す。各パルスは、図示の目的で正規化されている。この場合、光ファイバー圧力ハイドロフォン（ＦＯＰＨ）は、焦点（この場合、６４ｍｍ）で伝送されたパルスを受信している。高圧縮圧は、図２０の２．９μｓｅｃから３．１μｓｅｃの間で現れる衝撃を生成する。圧力が増加すると、焦点で検出された分散を起こす焦点前に、衝撃波面が生成される。図２０は、低励起レベル（４００）から高励起レベル（４０６）までの圧縮ピークの動きを捕える。この場合、動きは、約０．１μｓｅｃである。図２１は、同じ伝送出力レベル４００、４０２、４０４、４０６で、焦点での点標的から受信されたエコーを示す。ＰＶＤＦセンサは、負圧力並びに正圧力に対して生じる分散を示す。これは、ＰＶＤＦセンサインパルス応答によるものである。図２１に示すもの等の広帯域幅波面が、ＰＶＤＦセンサの表面に入射すると、センサは、圧縮および希薄において、同様に、機械的に振動する。
【００９３】
図２０および２１に示す得られた位相シフトは、超音波画像において、空間的シフトとして検出される。この空間的シフトは、ｒｆ並びに検出されたデータ上で検出されてもよい。さらに、検出された位相シフトは、高圧力の領域を局在化するように使用されてもよい。したがって、分散に基づき、身体の圧力図を作成することが可能である。
【００９４】
連続する高出力の検査信号が組織に印加されると、分散は、ＨＩＦＵ変換器方向への画像またはスペックルの僅かなシフトとして検出されてもよい。これは、高レベルのＤＡＱ設定が高出力レベルに対応し、波面を受信する時間が変換器に対するその位置に対応する、図２０および２１に図示される。
【００９５】
出力レベルが増加すると、焦点域での調波の生成において対応する増加があり、これは、同様に、分散により焦点域から散乱した信号を受信する時間を削減する。変換器方向への超音波画像の空間的シフトとして、この削減された時間を認知することができ、信号が図表で表示されると想定することができる。
【００９６】
添付の図２２のフローチャートに示すように、組織治療部位に送達されるＨＩＦＵの出力レベルの設定等の、治療パラメータを決定するために、治療変換器は、いくつかの検査出力レベルの設定で、一時的に励起される。各そのような設定で、後方散乱された超音波信号は、信号を送達する同じ変換器で、または異なる変換器で検知される。後方散乱された信号は、それぞれの可能な出力レベルが検査されるまで、または最適な出力レベルが決定されるまで、保存される。
【００９７】
異なる出力レベル設定で検査信号を送達した後、近接の出力レベル設定と関連するスペックルシフトが決定される。スペックルシフトにおける変化対ＨＩＦＵ出力における変化を示す応答曲線は、プログラムされたプロセッサまたはコンピュータを用いて作成される。応答曲線が分析され、１つ以上の治療パラメータを選択するように使用される。例えば、プログラムされたプロセッサは、スペックルシフトが飽和する、すなわち、出力のさらなる増加によって変化しない、またはさらなる出力の増加とともにスペックルシフトの量が減少する出力レベルを決定するように、応答曲線を分析することができる。一実施形態において、治療パラメータは、飽和を生じるＨＩＦＵの出力レベルに基づき選択される。治療パラメータを選択するように、応答曲線の勾配等の他の信号特性を使用することができる。また別の代替的な実施形態において、応答曲線は、それらと関連する治療パラメータを有する、予め定義された応答曲線と比較され得る。所定の応答曲線と最も良く一致する応答曲線と関連する治療パラメータが、組織を治療するために使用され得る。
【００９８】
一実施形態において、意図される治療容積内の各位置の治療は、位置についての治療パラメータの決定によって、直ちに開始される。別の実施形態において、治療パラメータは、任意のそのような位置の治療を開始する前に、意図される治療容積内の種々の位置で決定されてもよい。各位置についての治療パラメータは、次に、メモリまたは他のコンピュータ可読媒体に保存される。治療が開始されると、選択された治療パラメータは、それぞれのそのような位置に対して再生され、その位置を治療するように使用される。また別の実施形態において、１つの位置に対して選択された治療パラメータは、組織の全容積を治療するように使用され得る。
【００９９】
治療パラメータを選択するための、この方法の正確性および一貫性を最大にするために、連続した検査ＨＩＦＵ信号は、組織動作により（例えば、呼吸または他の患者の動作により）生じる、任意の空間的シフトを最小にするように、時間的に密接して一緒に配置されるべきである。
【０１００】
加えて、検査信号は、局所音速の変化により生じる場合があるシフトを避けるために、組織の局所加熱を最小にする様式で印加されるべきである。
【０１０１】
また別の実施形態において、ＨＩＦＵ信号の基本周波数の調波で受信された信号におけるエネルギーは、基本周波数でのエネルギーを測定することにより推定され得る。この技法は、より狭い帯域の検出システムの使用を可能にする。
【０１０２】
ＨＩＦＵ信号が、出力Ｐ１（組織における調波でエネルギーを作成しないように十分に低いように選択される）、および距離ｒで組織に送達される場合、ＨＩＦＵ信号は、関数
【０１０３】
【数７】
0005766604.tif 000008
【０１０４】
により定義されるＨＩＦＵ信号の基本周波数でのエネルギーで信号を生成する。
【０１０５】
組織が線形に動く場合、高出力レベルＰ２で伝送されるＨＩＦＵ信号から作成される信号の基本波でのエネルギーは、関数
【０１０６】
【数８】
0005766604.tif 000009
【０１０７】
による異なる出力レベルに関連する。
【０１０８】
しかしながら、組織は、一般的に、高出力レベルのＨＩＦＵ信号に線形に応答しない。したがって、高出力ＨＩＦＵ信号に応答して作成される信号の基本周波数で測定されたエネルギーは、予測と異なる。差は、調波でエネルギーに変換されるエネルギーに関連する。
【０１０９】
調波でエネルギーを推定するために、出力レベルＰ２で送達されるＨＩＦＵ信号の基本周波数で受信された信号のエネルギーが、決定される。測定されたエネルギーと予測されたエネルギーとの間の差が、関数
【０１１０】
【数９】
0005766604.tif 000010
【０１１１】
に従って計算され、式中、Ｘｈは、調波でのエネルギーである。ＨＩＦＵ信号の基本周波数でのエネルギーに対する調波におけるエネルギーの比率は、関数
【０１１２】
【数１０】
0005766604.tif 000011
【０１１３】
により得られる。
【０１１４】
したがって、送達されるＨＩＦＵ信号のエネルギーの増加に調波のエネルギーを関連付ける応答曲線が作成され得る。応答曲線は、プログラムされたプロセッサまたはコンピュータによって分析され、それと関連する治療パラメータを有する所定の応答曲線に対する比較か、または応答曲線の特性を分析し、特性に関連する治療パラメータを選択するかのいずれかにより、治療パラメータを選択するように使用され得る。
【０１１５】
また別の実施形態において、「焦点増加」、すなわち、組織の中で作成される調波のエネルギーレベルにより生じるエネルギー吸収の増加は、異なる出力でＨＩＦＵ信号から作成された信号のエネルギーを比較することにより推定され得る。組織が線形であった場合、以下の関係は、異なるＨＩＦＵ出力レベルについて保持されるはずである。
【０１１６】
【数１１】
0005766604.tif 000012
【０１１７】
しかしながら、出力レベルが増加すると、より多くのエネルギーが調波に移行され、比率は、狭帯域受信機で測定された場合、飽和を生じるＨＩＦＵ出力レベルで検出されたエネルギーにおいて落下を伴い、広帯域受信機で測定された場合、飽和を生じるエネルギーレベルで検出されたエネルギーにおいて増加を伴って、１より低くなるはずである。したがって、いくつかの異なるＨＩＦＵ出力レベルで、予測されたエネルギーに対する検出されたエネルギーの比率に関連する応答曲線が決定され得る。次に、応答曲線は、１つ以上の治療パラメータを選択するために、分析されるか、または他の応答曲線と比較され得る。
【０１１８】
当業者に理解されるように、治療部位でのエネルギーの堆積は、減衰並びに組織の等エントロピー非線形性パラメータＢ／Ａに関連するその「Ｂ／Ａ」値に関連する、組織の「アルファ」値によってもたらされる。
【０１１９】
組織治療部位のアルファ値は、固定出力で、検査ＨＩＦＵ信号に応答して作成される信号のエネルギーを測定することにより推定され得る。次に、変換器を治療部位から離し、例えば、水等の既知の減衰媒体で空間を充填することができる。次に、第２の検査ＨＩＦＵ信号は、組織に印加され、エネルギーが検出される。したがって、この実施例の応答曲線は、検出されたエネルギーおよび変換器が移動された距離に関連する。組織の推定される減衰から、治療レジメン（出力および治療期間、または他の治療パラメータ）は、類似するアルファ値を有する組織タイプ上で実施された、所定の臨床データに基づき選択され得る。組織のアルファ値は、組織の異なる空間的位置の応答曲線を比較することにより決定され得る。
【０１２０】
治療される組織部位のＢ／Ａ値は、組織応答曲線の既知のＢ／Ａ値を有する組織タイプについて計算された応答曲線との比較に基づき推定され得る。
【０１２１】
上述のように、出力レベル、パルス持続時間、パルス繰り返し周波数等の治療パラメータは、治療される組織のＨＩＦＵパルスへの応答の分析に基づき選択される。これらの治療パラメータの特定の値は、臨床データに基づき、治療部位の応答曲線の分析に基づいて索引を付けることができる様式で保存される。パラメータデータは、典型的には、ローカルまたは遠隔コンピュータによってアクセスされる、コンピュータ可読媒体、ハードドライブ、ＣＤ  ＲＯＭ、固体メモリ等に保存される。必要であれば、組織を治療することができるように、再生治療パラメータが、ＨＩＦＵ制御ハードウェアに適用される。
【０１２２】
送達されたＨＩＦＵ信号のエネルギーを選択するステップ、または調節するステップに加えて、または代替的に、開示される技術は、送達される信号の焦点を変更するように使用され得る。図２３に示す実施形態において、治療変換器３５０は、同一のまたは異なる出力レベルで、いくつかの検査信号を組織部位に送達する。検出変換器３５２は、組織のいくつかの位置で、上述のＫ値等の応答曲線、または他の信号特性に基づく応答曲線を計算するプロセッサ（図示せず）に提供される、対応するエコーまたは他の信号を受信する。示す実施例において、Ｋ値は、検査信号の意図される焦点３６２からオフセットである点３６０で、最大値を有する。最大Ｋ値の位置を意図される焦点と比較することにより、プロセッサは、焦点が誤って位置合わせされていないかを決定することができる。３６０での最大Ｋ値の位置と３６２での意図される焦点との間のオフセットを比較することにより、差のベクトルが決定され、該差のベクトルは、治療変換器３５０に、所望の焦点３６２方向にＨＩＦＵプロセスの焦点を変更させるように、波形発生器により使用されるビーム形成式に提供され得る。代替的に、差のベクトルは、ＨＩＦＵ変換器の焦点を物理的に再設定する機械的機構（図示せず）に提供され得る。最大Ｋ値が、所望の焦点の所定の距離内になるそのような時まで、受信されたエコー信号からＫ値の測定を継続し、最大Ｋ値の位置を計算し、それを所望の焦点と比較することにより、プロセスは継続する。
【０１２３】
応答曲線が、他の信号特性に基づき作成される場合、焦点は、空間的位置のそれぞれについて決定された応答曲線に基づき、再設定され得る。
【０１２４】
開示される技術の図示の実施形態が、図示され、説明されたが、技術の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができる。例えば、応答曲線は、組織の動作を検査信号の出力の変化と関連付ける、音響放射力（ＡＲＦ）の変化についても生成されてもよい。加えて、開示される技術は、患者へのＨＩＦＵ信号の送達に限定されるものではなく、組織等の非線形媒体への、非焦点式超音波等の任意の波形の送達に適用され得る。したがって、技術の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその等価物によってのみ決定される。
【０１２５】
排他的所有権または特権が請求される本発明の実施形態を以下に定義する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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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７Ｃ】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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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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