(57)【要約】  治療装置（３００、４００、５００）が、超音波トランスデューサ（３０６）を含む高密度焦点式超音波システム（３０２）を含む。超音波トランスデューサは、電子的調整可能焦点（３１８）を有する。高密度焦点式超音波システムは、ビーム偏向ゾーン（３２２、６０８、７０４、１０１０）を有する。放出される音響パワーにより分割される電子的調整可能焦点における超音波の密度が、ビーム偏向ゾーンの範囲内で所定閾値（６０６、１００８）を上回る。治療装置は、治療装置を制御するプロセッサ（３２８）をさらに含む。機械実行可能命令（３５０、３５２、３５４）の実行が、プロセッサに、動く標的（３２０、８０２）の場所を示すリアルタイム医用データ（３４２、４２４、５０６）を受信する（１０２、２０２）動作と、リアルタイム医用データを用いて電子的調整可能焦点を調整して（１０４、２０４）動く標的を標的化する動作と、動く標的がビーム偏向ゾーンの範囲内にあるときに動く標的を超音波処理する（１０６、２０６）動作と、を成させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療装置であって：
超音波トランスデューサを含む高密度焦点式超音波システムであって、前記超音波トランスデューサは電子的調整可能焦点を有し、前記高密度焦点式超音波システムはビーム偏向ゾーンを有し、前記超音波トランスデューサは交流電力を供給されたときに音響パワーを生成するように構成され、放出される前記音響パワーにより分割される前記電子的調整可能焦点における超音波の密度が前記ビーム偏向ゾーンの範囲内で所定閾値を上回る、高密度焦点式超音波システムと、
機械実行可能命令を記憶するメモリと、
当該治療装置を制御するように構成されたプロセッサであって、前記機械実行可能命令の実行が前記プロセッサに
‐リアルタイム医用データを受信する動作であって、前記リアルタイム医用データは動く標的の場所を示す、受信する動作、
‐前記リアルタイム医用データを用いて前記動く標的を標的化するように前記電子的調整可能焦点を調整する動作、及び
‐前記動く標的が前記ビーム偏向ゾーンの範囲内にあるときに前記動く標的を超音波処理する動作
を成させる、プロセッサと、
を含む、治療装置。
【請求項２】
前記動く標的は、前記リアルタイム医用データの範囲内で前記標的のリアルタイム追跡を少なくとも部分的に用いて位置決めされる、請求項１に記載の治療装置。
【請求項３】
前記機械実行可能命令の実行は前記プロセッサに動き追跡モデルを受信させ、該動き追跡モデルは前記リアルタイム医用データを用いて前記動く標的の場所を予測するように構成され、前記電子的調整可能焦点は前記動き追跡モデルにより予測される場所に少なくとも部分的に従い調整される、請求項１又は請求項２に記載の治療装置。
【請求項４】
前記動く標的は少なくとも１つの局所的体積を含む、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の治療装置。
【請求項５】
前記動く標的は複数の局所的体積を含み、前記電子的調整可能焦点は前記複数の局所的体積から選択された局所的体積のシーケンスを特定することによって前記動く標的を標的化し、前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに前記シーケンスが前記リアルタイム医用データに従うかどうかを決定させる、請求項４に記載の治療装置。
【請求項６】
前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに超音波処理校正を受信させ、該超音波処理校正は前記ビーム偏向ゾーンの範囲内の前記電子的調整可能焦点における超音波の空間依存する密度を示し、前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに前記超音波処理校正と前記リアルタイム医用データとに従って各局所的体積について超音波処理時間を決定させ、当該治療装置は前記超音波処理時間について各局所的体積を超音波処理するように構成される、請求項４又は請求項５に記載の治療装置。
【請求項７】
前記動く標的は少なくとも１つの経路を含む、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の治療装置。
【請求項８】
前記電子的調整可能焦点は前記少なくとも１つの経路に沿う軌道を進み、前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに前記軌道が前記リアルタイム医用データに従うかどうかを決定させる、請求項７に記載の治療装置。
【請求項９】
前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに超音波処理校正を受信させ、該超音波処理校正は前記ビーム偏向ゾーンの範囲内の前記電子的調整可能焦点における超音波の空間依存する密度を示し、前記少なくとも１つの経路の各々が部分へと分割され、前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに前記超音波処理校正と前記リアルタイム医用データとに従って前記部分の各々について超音波処理時間を決定させ、当該治療装置は前記超音波処理時間について前記部分の各々を超音波処理するように構成される、請求項７又は請求項８に記載の治療装置。
【請求項１０】
前記動く標的の場所は前記リアルタイム医用データの動的解析を用いて予測される、請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の治療装置。
【請求項１１】
前記リアルタイム医用データはリアルタイムの医用画像データであり、前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに医用イメージングシステムを用いて前記リアルタイムの医用画像データを取得させ、前記医用イメージングシステムは以下の、磁気共鳴イメージングシステムと超音波診断イメージングシステムと、のうちいずれか１つである、請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の治療装置。
【請求項１２】
前記医用画像データは動きデータとリアルタイムの温度測定データとを含み、前記動く標的は前記動きデータを用いて位置決めされる、請求項１１に記載の治療装置。
【請求項１３】
前記動く標的の超音波処理が前記温度測定データに従い制御される、請求項１２に記載の治療装置。
【請求項１４】
治療装置を動作させる方法であって、前記治療装置は超音波トランスデューサを含む高密度焦点式超音波システムを含み、前記超音波トランスデューサは電子的調整可能焦点を有し、前記高密度焦点式超音波システムはビーム偏向ゾーンを有し、前記超音波トランスデューサは交流電力を供給されたときに音響パワーを生成するように構成され、放出される前記音響パワーにより分割される前記電子的調整可能焦点における超音波の密度が前記ビーム偏向ゾーンの範囲内で所定閾値を上回り、当該方法は、
‐リアルタイム医用データを受信するステップであって、前記リアルタイム医用データは動く標的の場所を示す、受信するステップと、
‐前記リアルタイム医用データを用いて前記動く標的を標的化するように前記電子的調整可能焦点を調整するステップと、
‐前記動く標的が前記ビーム偏向ゾーンの範囲内にあるときに前記動く標的を超音波処理するステップと、
を含む、方法。
【請求項１５】
治療装置を動作させる機械実行可能命令を含むコンピュータプログラムであって、前記治療装置は超音波トランスデューサを含む高密度焦点式超音波システムを含み、前記超音波トランスデューサは電子的調整可能焦点を有し、前記高密度焦点式超音波システムはビーム偏向ゾーンを有し、前記超音波トランスデューサは交流電力を供給されたときに音響パワーを生成するように構成され、放出される前記音響パワーにより分割される前記電子的調整可能焦点における超音波の密度が前記ビーム偏向ゾーンの範囲内で所定閾値を上回り、前記治療装置は前記治療装置を制御するように構成されたプロセッサをさらに含み、前記機械実行可能命令の実行が前記プロセッサに
‐リアルタイム医用データを受信する動作であって、前記リアルタイム医用データは動く標的の場所を示す、受信する動作と、
‐前記リアルタイム医用データを用いて前記動く標的を標的化するように前記電子的調整可能焦点を調整する動作と、
‐前記動く標的が前記ビーム偏向ゾーンの範囲内にあるときに前記動く標的を超音波処理する動作と、
を成させる、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度焦点式超音波に関し、より詳細には、動く標的の超音波処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、急速に、特定の治療介入に対して所望される手法になりつつある。具体的には、高密度焦点式超音波の利用が、子宮筋腫に対する熱的治療介入のための手法として現在利用されつつあり、肝臓、脳、前立腺、及び他のがん性病変の治療においての利用可能性を試験されている。組織アブレーションのための超音波治療は、吸収され、組織の温度を上昇させる熱へと変換される高密度超音波を用いて、関心組織を超音波処理することによって機能する。温度が上昇するにつれて、組織の凝固壊死が発生し、即時の細胞死をもたらすことになる。治療において使用されるトランスデューサは、身体の外部にあってよく、あるいは例えば血管、尿道、直腸などを通じて、身体の内部に挿入されてよい。
【０００３】
高密度焦点式超音波において、トランスデューサ素子のアレイを使用して、超音波トランスデューサを形成する。トランスデューサ素子に交流電力を供給することにより、トランスデューサ素子に超音波を生成させる。トランスデューサ素子の各々からの超音波は、建設的に増大するか、又は破壊的に増大するかのいずれかである。トランスデューサ素子のそれぞれに供給される交流電力の位相を制御することによって、超音波が焦点合わせされる焦点のポイント又は体積を制御することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＨＩＦＵトランスデューサの機械的変位が約１０ｃｍという大きな変位を可能とさせ、このことは治療する体積へ焦点ポイントを集中させるにあたり非常に便利である。しかしながら、機械的変位は、加熱時間及び標的の運動速度と比べてかなり遅い。ＭＲイメージングにより得られる動き情報に基づいたＨＩＦＵトランスデューサの焦点領域の調整は、国際出願ＷＯ９７／２２０１５などに伝えられている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、独立請求項において、治療装置、治療装置を動作させる方法、及びコンピュータプログラム製品を提供する。実施形態が従属請求項に与えられる。
【０００６】
多くの臨床的状況において、超音波処理される対象者の外部運動及び／又は内部運動が存在しうる。ゆえに、超音波処理する場合に動く標的の運動を追跡することは有益である。現在の解決法には、超音波をゲート開閉することと、標的が特定の場所にある場合に限り超音波処理することとを含む。標的の位置を追跡し、超音波の焦点を調整して超音波処理の実行に必要とされる時間を低減できるようにすることは有益であろう。
【０００７】
焦点の機械的操縦は、過度に遅い場合がある。本発明の実施形態は、超音波処理中に焦点を電気的に操縦して動く標的のために必要とされる合計超音波処理時間を削減する、操縦する手段を含む。実施形態は、アブレーションを拡大することができ、焦点ポイントの電子的操縦の使用によって高密度焦点式超音波（High  Intensity  Focused  Ultrasound：ＨＩＦＵ）加熱中に標的組織を追跡することができる。焦点ポイントの偏向を、位相調整された（phased）アレイトランスデューサのそれぞれの個々のチャネルの位相を変化させて希望の場所において建設的干渉を形成することによって、行うことができる。電子的操縦は、電気信号を更新するための最小限の時間を除き、速度制限がまったくないため、非常に速い。したがって、電子的操縦は、典型的には数ミリ秒未満において焦点ポイントの場所を変化させることを可能にし、熱マップにおいてまったく摂動を誘導しない。しかし、焦点ポイントの電子的操縦は、偏向の振幅の関数のように密度低減を誘導する。結果として、電子的操縦は、特に焦点に堆積されない残りのエネルギーが患者内のいくつかの制御されていない場所に吸収されるため、ビーム偏向ゾーン内の小さい変位に限定されて過剰な密度低減を回避する。すなわち、超音波トランスデューサの焦点の電子的偏向が大きな偏向に対する課題につながる可能性があるということを、本発明は認識している。焦点の大きな偏向をトランスデューサアレイのトランスデューサ素子のそれぞれの位相の調整によって適用する場合、焦点ポイントにおける密度が低減される。本発明は、関連する密度が所定閾値を上回るビーム偏向ゾーンの範囲内に焦点調整を限定することによって、密度の上記低減を回避する。次いで、トランスデューサアレイは、動く標的がビーム偏向ゾーン内にある場合に限り、始動される。
【０００８】
本明細書において用いられる「コンピュータ読取可能ストレージ媒体」は、コンピューティングデバイスのプロセッサにより実行可能な命令を記憶することができる、いかなる有形ストレージ媒体も包含する。コンピュータ読取可能ストレージ媒体を、コンピュータ読取可能固定ストレージ媒体と呼ぶ場合がある。さらに、コンピュータ読取可能ストレージ媒体を、有形コンピュータ読取可能媒体と呼ぶ場合もある。いくつかの実施形態において、コンピュータ読取可能ストレージ媒体は、さらに、コンピューティングデバイスのプロセッサによりアクセスすることができるデータを記憶することもできる。コンピュータ読取可能ストレージ媒体の例には、これらに限定されないが、フロッピー（登録商標）ディスク、穿孔テープ、穿孔カード、磁気ハードディスクドライブ、ソリッドステートハードディスク、フラッシュメモリ、ＵＳＢメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、光ディスク、光磁気ディスク、及びプロセッサのレジスタファイルを含む。光ディスクの例には、コンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を含み、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、又はＤＶＤ−Ｒディスクを含む。コンピュータ読取可能ストレージ媒体という用語は、さらに、ネットワーク又は通信リンクを介してコンピュータデバイスによりアクセスされることが可能な様々な種類の記録媒体を示す。例えば、データを、モデムを通じて、インターネットを通じて、又はローカルエリアネットワークを通じて検索することができる。コンピュータ読取可能ストレージ媒体という言葉は、複数のコンピュータ読取可能ストレージ媒体が存在する可能性があるとして解釈されるべきである。プログラム又はプログラム群の種々の実行可能コンポーネントを、種々の場所に記憶することができる。コンピュータ読取可能ストレージ媒体は、例えば、同一のコンピュータシステムの内部にある複数のコンピュータ読取可能ストレージ媒体であってよい。コンピュータ読取可能ストレージ媒体は、さらに、複数のコンピュータシステム又はコンピューティングデバイスにわたって分散されたコンピュータ読取可能ストレージ媒体であってもよい。
【０００９】
「コンピュータメモリ」又は「メモリ」は、コンピュータ読取可能ストレージ媒体の一例である。コンピュータメモリは、プロセッサが直接的にアクセス可能である任意のメモリである。コンピュータメモリの例には、これらに限定されないが、ＲＡＭメモリ、レジスタ、及びレジスタファイルを含む。「コンピュータメモリ」又は「メモリ」という言葉は、複数のメモリが存在する可能性があるとして解釈されるべきである。メモリは、例えば、同一のコンピュータシステムの内部にある複数のメモリであってよい。メモリは、さらに、複数のコンピュータシステム又はコンピューティングデバイスにわたって分散された複数のメモリであってもよい。
【００１０】
「コンピュータストレージ」又は「ストレージ」は、コンピュータ読取可能ストレージ媒体の一例である。コンピュータストレージは、任意の不揮発性コンピュータ読取可能ストレージ媒体である。コンピュータストレージの例には、これらに限定されないが、ハードディスクドライブ、ＵＳＢメモリ、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、スマートカード、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ソリッドステートハードドライブを含む。いくつかの実施形態において、さらに、コンピュータストレージはコンピュータメモリであってよく、あるいは逆もまた同様である。「コンピュータストレージ」又は「ストレージ」という言葉は、複数のストレージデバイスが存在する可能性があるとして解釈されるべきである。ストレージは、例えば、同一のコンピュータシステム又はコンピューティングデバイスの内部にある複数のストレージデバイスであってよい。ストレージは、さらに、複数のコンピュータシステム又はコンピューティングデバイスにわたって分散された複数のストレージであってもよい。
【００１１】
本明細書において用いられる「プロセッサ」は、プログラム又は機械実行可能命令を実行することができる電子的コンポーネントを包含する。「プロセッサ」を含むコンピューティングデバイスという言葉は、１つ以上のプロセッサ又はプロセッシングコアを含む可能性があるとして解釈されるべきである。プロセッサは、例えば、マルチコアプロセッサであってよい。プロセッサは、さらに、単一のコンピュータシステムの内部にあるプロセッサの集合、又は複数のコンピュータシステムにわたって分散されたプロセッサの集合を示す場合がある。コンピューティングデバイスという用語は、さらに、それぞれがプロセッサ又はプロセッサ群を有するコンピューティングデバイスの集合又はネットワークを場合により示すように、解釈されるべきである。多くのプログラムが複数のプロセッサにより実行される命令を有し、上記のプロセッサは同一のコンピューティングデバイスの内部にあってよく、又は複数のコンピューティングデバイスにわたって等しく分散されてよい。
【００１２】
本明細書において用いられる「ユーザインタフェース」は、ユーザ又はオペレータがコンピュータ又はコンピュータシステムとやりとりすることが可能となるインタフェースである。「ユーザインタフェース」を、さらに、「ヒューマンインタフェースデバイス」とも呼ぶ場合がある。ユーザインタフェースは、情報又はデータを提供することができ、かつ／あるいはオペレータからの情報又はデータを受け取ることができる。ユーザインタフェースは、オペレータからの入力をコンピュータにより受け取ることを可能にすることができ、コンピュータからユーザに出力を提供することができる。換言すると、ユーザインタフェースは、オペレータがコンピュータを制御又は操作することを可能にさせ、コンピュータにオペレータの制御又は操作の効果を示させることができる。ディスプレイ又はグラフィカルユーザインタフェースにおけるデータ又は情報の表示が、オペレータに情報を提供することの一例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、触知性スクリーン、ポインティングスティック、グラフィックタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブカメラ、ヘッドセット、ギアスティック、ステアリングホイール、ペダル、有線グローブ、ダンスパッド、リモートコントロール、１つ又は複数のボタン、１つ又は複数のスイッチ、及び加速度計を通じてデータを受け取ることが、オペレータから情報又はデータを受け取ることを可能にするユーザインタフェースコンポーネントの例のすべてである。
【００１３】
本明細書において用いられる「ハードウェアインタフェース」は、コンピュータシステムのプロセッサが外部のコンピューティングデバイス及び／又は装置とやりとりし、かつ／あるいは外部のコンピューティングデバイス及び／又は装置を制御することが可能となるインタフェースを包含する。ハードウェアインタフェースは、プロセッサに、外部のコンピューティングデバイス及び／又は装置に制御信号又は命令を送信させることができる。ハードウェアインタフェースは、さらに、プロセッサが、外部のコンピューティングデバイス及び／又は装置とデータを交換することを可能にすることもできる。ハードウェアインタフェースの例には、これらに限定されないが、ユニバーサルシリアルバス、ＩＥＥＥ１３９４ポート、パラレルポート、ＩＥＥＥ１２８４ポート、シリアルポート、ＲＳ−２３２ポート、ＩＥＥＥ４８８ポート、ブルートゥース接続、無線ローカルエリアネットワーク接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、イーサネット（登録商標）接続、制御電圧インタフェース、ＭＩＤＩインタフェース、アナログ入力インタフェース、及びデジタル入力インタフェースを含む。
【００１４】
磁気共鳴（Magnetic  Resonance；ＭＲ）データは、本明細書において、磁気共鳴イメージングスキャン中に原子スピンにより放射された高周波信号の、磁気共鳴装置のアンテナによる記録結果として定義される。磁気共鳴イメージング（Magnetic  Resonance  Imaging；ＭＲＩ）画像は、本明細書において、磁気共鳴イメージングデータの中に含まれる解剖学的データの、再構成された２次元又は３次元の視覚化として定義される。この視覚化を、コンピュータを用いて行うことができる。
【００１５】
サーモグラフィデータは、対象者の少なくとも一部分の範囲内の空間的に依存する温度を記述したデータである。例えば、超音波診断システムにより取得される超音波データ、又は磁気共鳴データは、サーモグラフィデータであってよく、あるいはサーモグラフィデータを含んでよい。
【００１６】
磁気共鳴温度測定データは、本明細書において、磁気共鳴イメージングスキャン中に原子スピンにより放射された高周波信号の、磁気共鳴装置のアンテナによる記録結果として定義され、磁気共鳴温度測定のために使用することができる情報を含む。磁気共鳴温度測定データは、サーモグラフィデータの一例である。磁気共鳴温度測定は、温度を感知できるパラメータにおける変化を測定することによって機能する。磁気共鳴温度測定中に測定することができるパラメータの例は、プロトン共鳴周波数シフト、拡散係数、又はＴ１及び／若しくはＴ２緩和時間における変化であり、それらを使用して磁気共鳴を用いて温度を測定することができる。個々のプロトン、水素原子が晒される磁界は周辺の分子構造に依存するため、プロトン共鳴周波数シフトは温度依存である。温度の増加は、水素結合に影響を与える温度に起因する分子スクリーニングを低減する。これは、プロトン共鳴周波数の温度依存につながる。
【００１７】
プロトン密度は、平衡磁化に線形に依存する。ゆえに、プロトン密度で重み付けされた画像を用いて温度変化を決定することが可能となる。
【００１８】
緩和時間Ｔ１、Ｔ２及びＴ２スター（時にＴ２＊と記載される）は、さらに、温度依存である。ゆえに、Ｔ１、Ｔ２及びＴ２スターで重み付けされた画像の再構成を用いて熱マップ又は温度マップを構築することができる。
【００１９】
温度は、さらに、水溶液中の分子のブラウン運動に影響を与える。ゆえに、パルス拡散勾配スピンエコーなどの拡散係数を測定することができるパルスシーケンスを用いて温度を測定することができる。
【００２０】
磁気共鳴を用いて温度を測定する最も有用な方法の１つは、水プロトンのプロトン共鳴周波数（proton  resonance  frequency；ＰＲＦ）シフトを測定することによるものである。プロトンの共鳴周波数は温度依存である。温度がボクセルにおいて変化する場合、周波数シフトが水プロトンの測定された位相を変化させることになる。ゆえに、２つの位相の画像間の温度変化を決定することができる。温度を決定するこの方法は、他の方法と比べて比較的速いという利点を有する。ＰＲＦ方法が、本明細書において、他の方法よりもさらに詳細に説明される。しかしながら、本明細書において説明する方法及び手法は、さらに、磁気共鳴イメージングを用いて温度測定を行う他の方法に適用可能である。
【００２１】
本明細書において用いられる「超音波ウィンドウ」は、超音波又は超音波エネルギーを送信することができるウィンドウを包含する。典型的には、薄膜又は膜組織が超音波ウィンドウとして使用される。超音波ウィンドウを、例えば、ＢｏＰＥＴ（２軸延伸ポリエチレンテレフタレート）の薄膜組織から作成することができる。
【００２２】
本発明の一態様において、超音波トランスデューサを含む高密度焦点式超音波システムを含む治療装置を提供する。超音波トランスデューサは、電子的調整可能焦点を有する。超音波トランスデューサは、複数のトランスデューサ素子を含んでよい。超音波トランスデューサを構成する個々の素子に与えられる交流電力の振幅と特に位相とが、焦点を電子的に調整することを可能にする。それぞれの素子により生成される超音波は、他の素子からの超音波を用いて建設的に増大するか、又は破壊的に増大するかのいずれかである。位相を制御することによって、これを用いて焦点の場所を偏向させ、又は調整することができる。高密度焦点式超音波システムは、ビーム偏向ゾーンを有する。超音波トランスデューサは、交流電力を供給されるときに音響パワーを生成するように構成される。超音波トランスデューサが複数のトランスデューサ素子を含む場合、これらの素子を、制御可能な位相を用いて音響パワーを生成するように構成してよい。放出される音響パワーにより分割される電子的調整可能焦点における超音波の密度が、ビーム偏向ゾーンの範囲内で所定閾値を上回る。換言すると、ビーム偏向ゾーンは、音響パワーにより分割される焦点における密度が所定閾値を上回るところのゾーンである。ビームが電子的に偏向されるにつれて、音響パワーにより分割される焦点における密度が減少してよい。電子的調整可能焦点が自然な焦点からあまりに離れてそらされる場合、音響パワーにより分割される焦点における密度は大きく縮小されることになる。
【００２３】
ビーム偏向ゾーンは、基本的に、電子的調整可能焦点の場所における超音波が標的を超音波処理するにあたり有用なほど十分に強力であるところの領域を画定する。治療装置は、さらに、機械実行可能命令を記憶するメモリを含む。治療装置は、さらに、治療装置を制御するように構成されたプロセッサを含む。機械実行可能命令の実行は、プロセッサに、リアルタイム医用データを受信させる。リアルタイム医用データは、動く標的の場所を示す。リアルタイム性によって、動く標的の場所が所定時間の範囲内で正確であるということが意味される。すなわち、リアルタイム医用データは動く標的の現在の場所を識別することに有用である。リアルタイム医用データを用いて、動く標的を標的化する。動く標的が種々の場所に、又は所定距離よりも離れた場所にある場合、リアルタイム医用データは動く標的の場所を識別することに有用ではない。機械実行可能命令の実行はさらに、プロセッサに、リアルタイム医用データを用いて動く標的を標的化するように電子的調整可能焦点を調整させる。機械実行可能命令の実行は、プロセッサに、動く標的がビーム偏向ゾーンの範囲内にあるときに動く標的を超音波処理させる。いくつかの実施形態において、動く標的がビーム偏向ゾーンの範囲内にあるときに、動く標的を連続的に超音波処理する。この実施形態は、動く標的が特定の場所にあるときに超音波処理がゲート開閉だけされる場合よりも長い時間について動く標的を超音波処理するため、有益であろう。これは、より迅速に超音波処理を行うことができるという利点を有しうる。
【００２４】
別の実施形態において、動く標的は、リアルタイム医用データの範囲内で標的のリアルタイム追跡を少なくとも部分的に用いて位置決めされる。リアルタイム医用データは、標的の場所を所定遅延とともに示しうる。リアルタイム追跡は、モデルを使用してよく、あるいは標的の以前の軌道又はふるまいに基づいて標的の軌道を予測してよい。この実施形態は、動く標的の場所のより正確な決定を可能にし、ゆえに超音波処理中のより正確な標的化を可能にするため、有益であろう。
【００２５】
別の実施形態において、命令の実行は、プロセッサに、動き追跡モデルを受信させる。動き追跡モデルは、リアルタイム医用データを用いて動く標的の場所を予測するように構成される。いくつかの実施形態において、動き追跡モデルは、標的ゾーンの動きに基づいて適合又は変更される。動く標的が追跡されるにつれて、動き追跡モデルをリアルタイム医用データを用いて適合させ、又は変更してよい。
【００２６】
電子的調整可能焦点は、動く標的の予測された場所を用いて調整される。基本的に、リアルタイム医用データを動き追跡モデルに対する入力として使用し、動き追跡モデルは予測した場所を出力する。次いで、電子的調整可能焦点を、予測された場所に対して調整する。呼吸などの対象者内部の多くの種類の動きは、種々のタイムスケールにわたって周期的又は反復的である。ゆえに、内部生体構造の動きを、種々の解剖学的パラメータを測定することによって予測することができる。例えば、横隔膜の位置は、胸腔内部の種々の臓器の場所を予測することに有用である。対象者の心臓の鼓動もまた、特定の解剖学的特性の転位をもたらしうる。内部の解剖学的特性の場所を予測するモデルが、当分野において知られている。そうした既知のモデルを使用することができ、さらに個々の患者に適合させることもできるであろう。上記の適合を、治療開始前に関心のある臓器の動きを捕捉する測定により行ってよい。
【００２７】
別の実施形態において、動く標的は少なくとも１つの局所的体積を含む。本明細書において用いられる局所的体積は、所定サイズの体積である。例えば、高密度焦点式超音波システムを使用して、対象者内部の単一ポイントを標的化することができる。しかしながら、高密度焦点式超音波システムは、有限差分（finite  difference）の中で超音波処理を作り出さない。いくつかの実施形態において、局所的体積は、高密度焦点式超音波システムが超音波処理することができる最小の体積である。
【００２８】
別の実施形態において、動く標的は複数の局所的体積を含む。電子的調整可能焦点は、複数の局所的体積から選択された局所的体積のシーケンスを特定することによって、動く標的を標的化する。上記命令の実行はさらに、プロセッサに、リアルタイム医用データに従ってシーケンスを決定させる。換言すると、動く標的は、超音波処理すべき複数の場所を含んでよい。これらの複数の局所的体積のすべてがビーム偏向ゾーンの範囲内に存在しうるとは限らない。ゆえに、リアルタイム医用データを使用して、複数の局所的体積のうちどれを超音波処理すべきかを決定してよい。この実施形態は、超音波処理すべき局所的体積をリアルタイムで決定することができることから、動く標的のより迅速な超音波処理を可能にするため、有利であろう。
【００２９】
別の実施形態において、上記命令の実行はさらに、プロセッサに、超音波処理校正を受信させる。超音波処理校正は、ビーム偏向ゾーンの範囲内の電子的調整可能焦点における超音波の空間依存する密度を示す。換言すると、超音波処理校正は、焦点合わせされた超音波がビーム偏向ゾーンの種々の場所の範囲内においてどれほど強い、又はどれほど激しいかを示すデータを含む。上記命令の実行はさらに、プロセッサに、超音波処理校正とリアルタイム医用データとに従って各局所的体積について超音波処理時間を決定させる。リアルタイム医用データと超音波処理校正とを使用して、特定の局所的体積をどれほどの時間超音波処理すべきかを決定することができる。これは、いつくかの超音波処理ポイントがより短い時間について変更ゾーンの範囲内にある可能性があり、いくつかのポイントがビーム偏向ゾーンの範囲内で場所に起因してより多くの超音波処理エネルギーを受ける可能性があるため、重要である。ゆえに、各局所的体積について超音波処理時間を決定することは、動く標的の温度上昇及び／又は熱量送配についてのより良好な制御を行うことに有益である。この制御を設定して、標的にわたる一様な温度上昇及び／又は熱量送配を達成するか、あるいは放出すべき合計エネルギーを削減する分布などの、標的にわたるいかなる所定送配分布も達成するかのいずれかを行うことができる。別の実施形態において、動く標的は少なくとも１つの経路を含む。本明細書において用いられる経路は、１つ又は複数の方向において電子的調整可能焦点を移動させることによって超音波処理することができる、連続的な体積である。
【００３０】
別の実施形態において、電子的調整可能焦点は、少なくとも１つの経路に沿って軌道を進む。上記命令の実行はさらに、プロセッサに、リアルタイム医用データに従って軌道を決定させる。この実施形態において、電子的調整可能焦点は、軌道に沿って超音波処理するように調整される。しかしながら、超音波処理される軌道の部分がビーム偏向ゾーンの範囲内にある必要がある。これは、軌道をより迅速に超音波処理することができるため、有益であろう。
【００３１】
別の実施形態において、命令の実行はさらに、プロセッサに、超音波処理校正を受信させる。超音波処理校正は、ビーム偏向ゾーンを有する電子的調整可能焦点における超音波の空間依存する密度を示す。少なくとも１つの経路のぞれぞれが、部分へと分割される。上記命令の実行はさらに、プロセッサに、上記部分のぞれぞれについて超音波処理校正とリアルタイム医用データとに従って超音波処理時間を決定させる。治療装置は、超音波処理時間について上記部分のそれぞれを超音波処理するように構成される。この実施形態の便益は、超音波処理時間が１つ又は複数の局所的体積について決定されるところの実施形態に対する便益の多くと同等である。
【００３２】
別の実施形態において、動く標的の場所は、リアルタイムの医用イメージングデータの動的解析を用いて予測される。動的解析において、動きを、オプティカルフロー法により推定してよい。画像のセグメンテーションを、輪郭の検出に基づいて行ってよい。オプティカルフローは、データセットからの２つの画像間の相互相関に基づいて、各ボクセルのマッチング場所を識別する。この方法は、比較的に速く、組織輪郭の変位よりはむしろ各ボクセルの変位をもたらすことが、利点である。
【００３３】
別の実施形態において、リアルタイム医用データは、リアルタイムの医用画像データである。上記命令の実行はさらに、プロセッサに、医用イメージングシステムを用いてリアルタイムの医用画像データを取得させる。
【００３４】
別の実施形態において、医用イメージングシステムは、磁気共鳴イメージングシステムである。
【００３５】
別の実施形態において、医用イメージングシステムは、超音波診断イメージングシステムである。超音波診断イメージングシステムは、超音波診断測定を行うためのさらなるトランスデューサを有しうる。さらに他の実施形態において、超音波診断システムのためのトランスデューサは、あるいは、高密度焦点式超音波システムの超音波トランスデューサに組み込まれた超音波診断トランスデューサを使用する。
【００３６】
別の実施形態において、医用画像データは、動きデータとリアルタイムの温度測定データとを含む。動く標的は、動きデータを用いて位置決めされる。
【００３７】
別の実施形態において、動く標的の超音波処理は、温度測定データに従って制御される。例えば、温度測定データは、磁気共鳴温度測定データであってよい。さらに、超音波イメージング手法を使用して、温度データを取得してもよい。リアルタイム温度測定データの取得は、対象者のある領域に送配される熱投与量の計算を可能にする。十分に超音波処理されていない領域に対して、さらに超音波処理してよく、あるいは超音波処理についての優先権を与えてよい。完全に超音波処理された領域は、さらなる超音波処理について省略してよい。これは、超音波処理をより効率的にするという利点を有する。
【００３８】
別の態様において、本発明は、治療装置を動作させる方法を提供する。治療装置は、超音波トランスデューサを含む高密度焦点式超音波システムを含む。超音波トランスデューサは、電子的調整可能焦点を有する。高密度焦点式超音波システムは、ビーム偏向ゾーンを有する。超音波トランスデューサは、交流電力を供給されたときに音響パワーを生成するように構成される。放出される音響パワーにより分割される電子的調整可能焦点における超音波の密度がビーム偏向ゾーンの範囲内で所定閾値を上回る。当該方法は、リアルタイム医用データを受信するステップを含む。リアルタイム医用データは、動く標的の場所を示す。当該方法はさらに、リアルタイム医用データを用いて動く標的を標的化するように電子的調整可能焦点を調整するステップを含む。当該方法はさらに、動く標的がビーム偏向ゾーンの範囲内にあるときに動く標的を超音波処理するステップを含む。この方法の便益は上述されている。
【００３９】
別の態様において、本発明は、治療装置を動作させる機械実行可能命令を含むコンピュータプログラム製品を提供する。治療装置は、超音波トランスデューサを含む高密度焦点式超音波システムを含む。超音波トランスデューサは、電子的調整可能焦点を有する。高密度焦点式超音波システムは、ビーム偏向ゾーンを有する。超音波トランスデューサは、交流電力を供給されたときに音響パワーを生成するように構成される。放出される音響パワーにより分割される電子的調整可能焦点における超音波の密度が、ビーム偏向ゾーンの範囲内で所定閾値を上回る。治療装置は、治療装置を制御するように構成されたプロセッサをさらに含む。機械実行可能命令の実行が、プロセッサに、リアルタイム医用データを受信させる。機械実行可能命令の実行がさらに、プロセッサに、リアルタイム医用データを用いて動く標的を標的化するように電子的調整可能焦点を調整させる。機械実行可能命令の実行がさらに、プロセッサに、動く標的がビーム偏向ゾーンの範囲内にあるときに動く標的を超音波処理させる。このコンピュータプログラム製品の便益は上述されている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
以降に、本発明の好適な実施形態を、単に実施例として図面を参照しながら説明する。
【図１】本発明の一実施形態による方法を図示するフローチャートを示す。
【図２】本発明の別の実施形態による方法を図示するフローチャートを示す。
【図３】本発明の一実施形態による治療装置を図示する。
【図４】本発明の別の実施形態による治療装置を図示する。
【図５】本発明の別の実施形態による治療装置を図示する。
【図６】ビーム軸に対して垂直な偏向の関数として、高密度焦点式超音波センサにより生成された超音波の、正規化された密度のプロットを示す。
【図７】ビーム軸に沿った偏向の関数として、高密度焦点式超音波センサにより生成された超音波の、正規化された密度のプロットを示す。
【図８】図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄ及び図８Ｅは、動く標的を有する対象者を図示する。
【図９】図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄ及び図９Ｅは、図８Ａ乃至図８Ｅに示す運動の平面図を示す。
【図１０】直線状の周期的運動の平面的表現を図示する。
【図１１】図１０に示す周期的運動についての超音波処理時間を図示する。
【図１２】曲線状の周期的運動軌道の平面的表現を図示する。
【図１３】図１２に示す周期的運動についての超音波処理時間を図示する。
【図１４】５つの超音波処理ポイントを有する直線状の周期的運動の平面的表現を図示する。
【図１５】図１４に示す周期的運動についての超音波処理時間を図示する。
【図１６】図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃ、図１６Ｄ及び図１６Ｅは、動く標的を有する対象者を図示する。
【図１７】各ポイントにおいてより高いエネルギー堆積が存在することを除き、図１４に類似する。
【図１８】図１７に示す周期的運動についての超音波処理時間を図示する。
【図１９】図１７及び図１８に示す例のサイクルのそれぞれの時間部分中に超音波処理されるポイントの数を示す。
【図２０】複数のポイントが同時に超音波処理されることを除き、図１７に類似する。
【図２１】図２０に示す周期的運動についての超音波処理時間を図示する。
【図２２】超音波処理経路が曲線状であることを除き、図２０に類似する。
【図２３】図２３に示す周期的運動についての超音波処理時間を図示する。
【図２４】図２４Ａ、図２４Ｂ、図２４Ｃ、図２４Ｄ及び図２４Ｅは、動く標的を有する対象者を図示する。
【図２５】図２５Ａ、図２５Ｂ、図２５Ｃ、図２５Ｄ及び図２５Ｅは、動く標的を有する対象者を図示する。
【図２６】図２６Ａ、図２６Ｂ、図２６Ｃ、図２６Ｄ及び図２６Ｅは、動く標的を有する対象者を図示する。
【図２７】連続的な線形の変位についての超音波処理の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
これらの図面において同様に番号付けされた要素は、同等の要素であるか、又は同一の機能を実行するかのいずれかである。上記で説明した要素は、機能が同等である場合、必ずしも後続の図面において説明されない。
【００４２】
図１は、本発明の一実施形態による方法を図示するフロー図である。ステップ１００において、方法が開始される。次にステップ１０２において、リアルの医用データを受信する。次にステップ１０４において、リアルタイムの医用データ（リアルタイム医用データ）を用いて、動く標的を標的化するように、電子的に調整可能な焦点（電子的調整可能焦点）を調整する。次にステップ１０６において、動く標的がビーム偏向ゾーンの範囲内にある場合、標的を超音波処理する。これには、さらに、ビーム偏向ゾーンの範囲内にある標的の一部分を超音波処理することを含んでよい。ボックス１０８は、判断ボックスである。超音波処理が完了していない場合、次いで本方法はステップ１０２に戻る。超音波処理が完了するまで、連続的なループにおいてステップ１０２乃至１０６を繰り返す。このようにして、リアルタイム医用データを受信及び使用して、超音波処理を連続的に調整する。超音波処理が完了した場合、次いで本方法はステップ１１０において終了する。
【００４３】
図２は、本発明の一実施形態による別の方法を図示するフロー図である。図２に示す方法は、ブロック２００で開始される。次にステップ２０２において、リアルタイムの医用画像データを、医用イメージングシステムを用いて取得する。この場合、医用イメージングシステムによるリアルタイム医用データの取得は、リアルタイム医用データを受信することと同等である。次にステップ２０４において、リアルタイム医用データを用いて動く標的を標的化するように電子的調整可能焦点を調整する。ステップ２０６において、動く標的がビーム偏向ゾーンの範囲内にある場合に標的を超音波処理する。この場合も先と同様に、ビーム偏向ゾーンの範囲内にある標的の一部分を超音波処理してもよい。ブロック２０８は判断ブロックである。超音波処理が完了していない場合、次いで、超音波処理が完了するまでループにおいてステップ２０２、２０４及び２０６を繰り返す。超音波処理が完了した場合、次にステップ２１０において本方法が終了する。
【００４４】
図３は、本発明の一実施形態による治療装置３００を図示する。図３のコンポーネントに加えて、図４に示す実施形態は、対象者３０１を超音波処理する高密度焦点式超音波システム３０２である、温度治療システムを含む。高密度焦点式超音波システムを、対象者支持体３０３の下に取り付ける。対象者３０１は、対象者支持体３０３の上で安静にしている。高密度焦点式超音波システムは、流体で満たされたチャンバ３０４を含む。流体で満たされたチャンバ３０４の内部に、超音波トランスデューサ３０６がある。この図には示していないが、超音波トランスデューサ３０６には、それぞれが超音波の個々のビームを生成する能力がある、複数の超音波トランスデューサ素子を含んでよい。これを用いて、超音波トランスデューサ素子のそれぞれに供給される交流電流の位相及び／又は振幅を制御することによって電子的に超音波処理ポイント３１８の場所を操縦することができる。
【００４５】
超音波トランスデューサ３０６を、機構３０８に接続する。機構３０８は、超音波トランスデューサ３０６を機械的に再位置付けすることを可能にする。機構３０８を、機械的アクチュエータ３１０に接続する。機械的アクチュエータ３１０は、機構３０８を作動させるように適合される。機械的アクチュエータ３１０は、さらに、超音波トランスデューサ３０６に電力を供給するパワーサプライを表す。いくつかの実施形態において、パワーサプライは、個々の超音波トランスデューサ素子に対する電力の位相及び／又は振幅を制御することができる。超音波トランスデューサ３０６は超音波を生成し、超音波は経路３１２を進むことが示されている。超音波３１２は、流体で満たされたチャンバ３０４を通過し、超音波ウィンドウ３１４を通過する。この実施形態において、超音波は、次いで、ジェルパッド３１６を通過する。ジェルパッドは、必ずしもすべての実施形態において存在する必要はないが、この実施形態においては、対象者支持体３０３の中にジェルパッド３１６を受容する収納部が存在する。ジェルパッド３１６は、トランスデューサ３０６と対象者３０１との間の超音波パワーを結合する（couple）ことに役立つ。ジェルパッド３１６を通過した後、超音波３１２は、対象者３０１を通過し、超音波処理ポイント３１８に焦点合わせされる。超音波処理ポイントは、超音波が焦点合わせされる有限の体積又は局所的な体積であると解される。超音波処理ポイント３１８は、動く標的３２０の範囲内に焦点合わせされている。超音波処理ポイント３１８は、超音波トランスデューサ３０６を機械的に位置付けることと超音波処理ポイント３１８の位置を電子的に操縦することとの組み合わせを通じて移動させることができる。
【００４６】
３２２とマーク付けされた領域は、ビーム偏向ゾーンである。ビーム偏向ゾーンは、トランスデューサ３０６により放射された音響パワーにより分割された電子的調整可能焦点３１８における超音波の密度が所定閾値を上回るように、電子的調整可能焦点３１８を調整することができる領域である。この例において、動く標的３２０の全体がビーム偏向ゾーン３２２の範囲内にある。しかしながら、他の実施形態又は例において、動く標的３２０の一部分だけがビーム偏向ゾーン３２２の範囲内にあってよい。さらに、いくらかの時間において、動く標的が全体的又は部分的にビーム偏向ゾーン３２２の範囲内にあってよく、他の時間において、動く標的が部分的又は完全にビーム偏向ゾーン３２２の外側にあってよい。
【００４７】
高密度焦点式超音波システム３０２を、コンピュータ３２４のハードウェアインタフェース３２６に接続するものとして示す。ハードウェアインタフェース３２６を、プロセッサ３２８に接続する。ハードウェアインタフェース３２６は、プロセッサ３２８がデータ及びコマンドを送信及び受信して治療装置３００の動作及び機能を制御することを可能にする。プロセッサ３２８を、さらに、ユーザインタフェース３３０、コンピュータストレージ３３２、及びコンピュータメモリ３３４に接続する。
【００４８】
コンピュータストレージ３３２を、治療計画３４０を含むものとして示す。治療計画３４０には、動く標的を超音波処理する、又は動く標的の超音波処理を特定する詳細な命令又は制御を含んでよい。さらにコンピュータストレージ３３２を、リアルタイム医用データ３４２を含むものとして示す。リアルタイム医用データを、リアルタイム医用データを生成する能力があるいくつかの他の機器又はデバイスから受信してよい。例えば、治療装置３００を、ある医用イメージングシステムに対して接続又はネットワーク接続してよい。さらにコンピュータストレージ３３２を、リアルタイム医用データ３４２を用いて生成された超音波処理制御コマンド３４４を含むものとして示す。さらにコンピュータストレージ３３２を、超音波処理校正３４６を含むものとして示す。超音波処理校正は、放射された音響パワーにより分割された超音波の空間依存する密度の記述である。さらにコンピュータストレージ３３２に示されるものは、超音波処理時間３４８のセットである。超音波処理時間３４８は、動く標的３２０の種々の部分又は部位のためのものである。超音波処理時間を、超音波処理校正３４６を用いて計算してよい。
【００４９】
コンピュータメモリ３３４を、制御モジュール３５０を含むものとして示す。制御モジュール３５０は、プロセッサ３２８が治療装置３００の動作及び機能を制御することが可能となるコンピュータ実行可能コードを含む。さらにコンピュータメモリ３３４を、超音波処理制御コマンド生成モジュール３５２を含むものとして示す。超音波処理制御コマンド生成モジュール３５２は、プロセッサ３２８がリアルタイム医用データ３４２を用いて超音波処理コマンド３４４を生成することが可能となるコンピュータ実行可能コードを含む。さらにコンピュータメモリ３３４を、動き追跡モジュール３５４を含むものとして示す。これは、いくつかの実施形態における随意的なモジュールであり、その実施形態において、超音波処理コマンド生成モジュール３５２は、動き追跡モジュール３５４とリアルタイム医用データ３４２とを用いて動く標的３２０の現在の場所を予測する。これは、動く標的３２０のより正確な超音波処理を可能にする。
【００５０】
図４は、本発明の別の実施形態による治療装置４００を示す。図４に示す治療装置４００は、図３に示す治療装置３００に類似する。治療装置４００は、磁気共鳴イメージングシステム４０２を含む。磁気共鳴イメージングシステムは、磁石４０４を含む。磁石４０４は、円筒形タイプの超伝導磁石であり、その中心を通る内径４０６を有する。磁石は、液体ヘリウムで冷却されたクライオスタットを、超伝導コイルとともに有する。さらに、永久磁石又は常伝導磁石を使用することも可能である。さらに、種々の種類の磁石の使用が可能であり、例えば、分割した円筒形磁石といわゆるオープンマグネットとの双方を使用することも可能である。分割した円筒形磁石は、クライオスタットが２つのセクションに分割されて磁石のアイソプレーンにアクセスすることが可能となることを除き、標準の円筒形磁石に類似する。上記のような磁石を、例えば、荷電粒子ビーム治療と関連して使用することができる。オープンマグネットは、２つの磁石セクションを有し、一方が他方の上側にあってその間に対象者を受容するほど十分に大きな空間を有する。２つのセクション領域の配置は、ヘルムホルツコイルの配置に類似する。対象者があまり閉じ込められなくなる（less  confined）ため、オープンマグネットは人気がある。円筒形磁石のクライオスタットの内部には、超伝導コイルの集合が存在する。円筒形磁石の内径４０６の内側には、磁界が磁気共鳴イメージングを行うのに十分なほど強くて一様である、イメージングゾーン４０８が存在する。
【００５１】
磁石の内径４０６の内側には、さらに、磁界勾配コイル４１０のセットが存在する。磁界勾配コイル４１０を磁気共鳴データの取得のために使用して、磁石４０４のイメージングゾーン４０８の内側の磁気スピンを空間的に符号化する。磁界勾配コイルを、磁界勾配コイルパワーサプライ４１２に接続する。磁界勾配コイル４１０は、代表的なものであることが意図される。典型的には、磁界勾配コイルは、３つの直行する空間次元を空間的に符号化するために、３つの別個のセットのコイルを含む。磁界勾配パワーサプライ４１２は、磁界勾配コイル４１０に電流を供給する。磁界コイルに供給された電流を時間の関数として制御し、さらに傾斜をつけてよく、又はパルスを発生させてよい。
【００５２】
イメージングゾーン４０８に隣接するのは、イメージングゾーン４０８の内側の磁気スピンの方向付けを操作して、さらにイメージングゾーンの内側のスピンからの電波送信を受信する高周波コイル４１４である。高周波コイルには、複数のコイル素子を含んでよい。高周波コイルを、チャネル又はアンテナと呼ぶ場合もある。高周波コイル４１４を、高周波トランシーバ４１６に接続する。高周波コイル４１４及び高周波トランシーバ４１６は、別個の送信コイル及び受信コイルと置き換えることができ、別個の送信機及び受信器であってよい。高周波コイル４１４及び高周波トランシーバ４１６は、代表的なものと解される。高周波コイル４１４は、さらに、専用送信アンテナ及び専用受信アンテナを表すことも意図される。同様にして、トランシーバ４１６は、別個の送信機及び受信器を表してもよい。
【００５３】
コンピュータストレージ３３２を、パルスシーケンス４２０を追加的に含むものとして示す。本明細書において用いられるパルスシーケンスは、プロセッサ３２８が磁気共鳴イメージングシステム４０２を制御して磁気共鳴データ４２４を取得することが可能となる命令セットを包含する。さらにコンピュータストレージ３３２を、磁気共鳴イメージングシステム４０２を用いて取得された磁気共鳴データ４２４を含むものとして示す。磁気共鳴データ４２４は、この実施形態において、リアルタイム医用データである。さらにコンピュータストレージ３３２を、磁気共鳴温度測定パルスシーケンス４２２を含むものとして示す。磁気共鳴温度測定パルスシーケンス４２２は、磁気共鳴イメージングシステム４０２が磁気共鳴温度測定データを含む磁気共鳴温度測定データを取得することが可能となるパルスシーケンスである。さらにコンピュータストレージ３３２を、磁気共鳴データ４２４から再構成された磁気共鳴画像４２６を含むものとして示す。さらにコンピュータストレージ３３２を、磁気共鳴データ４２４から再構成された温度マップ４２８を含むものとして示す。この場合、磁気共鳴データは、磁気共鳴温度測定データを含む。さらにコンピュータメモリ３３４を、磁気共鳴データ４２４を磁気共鳴画像４２６へと再構成するために使用される画像再構成モジュール４３０を含むものとして示す。さらにコンピュータメモリ３３４を、磁気共鳴データ４２４から温度マップ４２８を再構成するために使用される温度マッピングモジュール４３２を含むものとして示す。いくつかの実施形態において、超音波処理制御コマンド生成モジュール３５２は、超音波処理制御コマンド３４４を生成する際に、磁気共鳴画像４２６及び／又は温度マップ４２８を使用する。例えば、磁気共鳴画像は、リアルタイムの医用画像であってよく、対象者内部の動く標的３２０の場所の識別を提供することができる。別の例として、温度マップ４２８を使用して、動く標的３２０の特定領域がどれほどの時間超音波処理され続けているかを識別することができる。これを用いて、超音波処理時間３４８を調整できるであろう。いくつかの実施形態において、コンピュータメモリ３３４は、画像セグメンテーションモジュール４３４を含む。超音波処理コマンド生成モジュール３５２は、磁気共鳴画像４２６とともに画像セグメンテーションモジュール４３４を用いて、動く標的３２０の場所を識別することができる。
【００５４】
図５は、本発明の別の実施形態による治療装置５００を示す。図５に示す実施形態は、図３に示す実施形態に類似する。図５において、超音波診断装置５０２が、治療装置５００に追加されている。超音波診断トランスデューサ５０４が、超音波トランスデューサ３０６に組み込まれている。いくつかの代替的な実施形態において、超音波診断送信５０４は、超音波トランスデューサ３０６とは別個である。超音波診断トランスデューサ５０４を、超音波診断システム５０２に接続する。超音波診断システム５０２を、さらに、ハードウェアインタフェース３２６に接続する。この実施形態における制御モジュール３５０を、さらに、超音波診断システム５０２を制御するように適合させる。
【００５５】
コンピュータストレージ３３２を、超音波診断データ５０６を含むものとして示す。この実施形態における超音波診断データ５０６は、リアルタイム医用データと同等である。さらにコンピュータストレージ３３２を、超音波診断画像５０８を含むものとして示す。超音波診断画像５０８は、超音波診断データ５０６から再構成される。さらにコンピュータメモリ３３４を、画像再構成モジュール５１０を含むものとして示す。画像再構成モジュール５１０には、超音波診断データ５０６から超音波診断画像５０８を再構成するためのコンピュータ実行可能コードを含む。さらにコンピュータメモリ３３４を、画像セグメンテーションモジュール５１２を含むものとして示す。画像セグメンテーションモジュール５１２には、超音波診断画像５０８の範囲内の動く標的３２０の場所を識別するためのコンピュータ実行可能コードを含む。超音波処理制御コマンド生成モジュール３５２は、超音波処理制御コマンド３４４を生成しているときに、画像セグメンテーションモジュール５１２を用いて、動く標的３２０の場所を識別することができる。
【００５６】
図６は、高密度焦点式超音波トランスデューサにより生成される超音波の正規化された密度のプロットを示す。ｘ軸上のプロットは、ビームに対して垂直な偏向であり、トランスデューサのｙ軸又はｚ軸６０２に対応する。ｙ軸は、正規化された密度６０４である。正規化された密度は、典型的な凹状のＨＩＦＵトランスデューサの幾何学的焦点において音響パワーにより分割された密度により正規化された、超音波トランスデューサにより放射された音響パワーにより分割された電子的調整可能焦点における超音波の密度である。非凹状のＨＩＦＵトランスデューサについて、音響パワーにより分割される最大限の密度を生成するものなどのいかなる他の基準ポイントも使用してよい。点線６０６は、５０％において正規化された密度を示す。これは所定閾値の一例であってよく、所定閾値について正規化された密度が上回っている。領域６０８は、閾値６０６により画定されるビーム偏向ゾーンの一例であってよい。
【００５７】
図７は、ビーム軸又はｘ軸に沿った偏向のための、正規化された密度７００を示す。ｘ軸は、トランスデューサのｘ軸に沿ったビーム偏向である。ｙ軸は、この場合も先と同様に、正規化された密度６０４である。点線６０６は５０％の正規化された密度を示す。これを用いて、図７に示すビーム偏向ゾーン７０４を画定する。
【００５８】
大抵の場合、ＭＲ−ＨＩＦＵによる可動性臓器の治療について、３つの戦略が存在する。簡易なものは、連続的に独立して運動を超音波処理することから成る。その場合、加熱が、標的組織の制御されていない運動軌道に沿って広がる。代替的に、呼吸サイクル又は心臓周期を用いて超音波処理をゲート開閉して、標的場所だけにおける加熱を達成することができる。しかしながら、加熱デューティサイクルは、たいてい、肝臓又は腎臓などのかん流臓器を治療するにはあまりに低い。代替的に、焦点ポイントを電子的に移動させて標的組織の変位を補償することができる。しかしながら、必要とされる大きな焦点ポイントの変位が加熱効果を縮小し、同時的な体積測定（volumetric）加熱にも基づく電子的な操縦の使用を制限する。
【００５９】
本発明の実施形態は、組織の変位を用いて、必要とされる電子的な操縦を最小化して、体積測定加熱との組み合わせでより効率的な加熱を達成することができる。例えば、ある体積測定サークルの加熱が、１つの方向に沿って動く臓器において達成されることになり、このサークルを超音波処理するために必要なものが、運動方向に対して垂直な変位だけであってよい。
【００６０】
図６及び図７は、ビーム軸に対して垂直な変位（一般に、足部‐頭部（Foot-Head；ＦＨ）及び左‐右（ＬＲ）の方向）と、ビーム軸に沿った変位（一般に、前部‐後部（Anterior-Posterior；ＡＰ)）の方向）とを用いながら、密度の減少を図示している。正規化された密度に対する基準は、焦点ポイントが典型的な凹状のトランスデューサ（位相におけるトランスデューサのすべてのチャネル）の幾何学的中心により画定される自然な焦点場所に位置決めされる間の密度である。しかしながら、トランスデューサの近傍においてより多くのエネルギーが存在するため、トランスデューサに向かってのビーム軸に沿った焦点ポイントの操縦は密度増加を（時に最大で２０％まで）誘導する可能性があるという、特定のケースに気付くであろう。
【００６１】
図６及び図７は、ビーム軸に対して垂直な最大の偏向（図６）とビーム軸に沿った最大の偏向（図７）とを示し、上記の偏向は、典型的には、自然な焦点場所における密度の閾値５０％により画定される。この例において、最大限許容可能な操縦を定義する閾値は、大抵、正規化された密度の５０％であるように設定されている。
【００６２】
この最大の操縦範囲は、ビーム軸に対して垂直な操縦範囲と比べて、ビーム軸に沿って典型的には２倍長くなる。操縦を用いてビーム軸に沿って焦点ポイントを移動させる場合、ビーム軸に対して垂直な最大操縦範囲はより小さくなるであろう。図６及び図７は、２つの軸に沿った密度減少を表示しているが、実際には、この密度減少を３Ｄにおいて評価してトランスデューサへより高い電力レベルを印加することによってすべての場所について密度補償を処理する。
【００６３】
腎臓又は肝臓などの可動性組織の治療は、大抵は治療プラットフォームに取り付けられて固定の位置にあるトランスデューサに対して標的組織が移動するため、問題がある。上記の運動を考慮しない場合、静的な焦点ポイントにより誘導される加熱が組織の運動軌道に沿って広がり、それは加熱の有効性を低くし、さらに健康な組織が切除されるおそれもある。この問題を克服するために提案される第１の戦略は、心臓又は呼吸の周期サイクルにおいてゲート開閉される超音波処理の使用であった。その場合、加熱の場所は十分に局所化されるが、組織を運動サイクルのうちの小さな断片の間に限り加熱するため、加熱は比較的に非効率なままとなる。この低いデューティサイクルを克服するために、代替的な解決法には、電子的な操縦を行って、運動と同等な偏向を適用することにより標的組織の同一部分を連続的に加熱することを含む。
【００６４】
しかしながら、運動の振幅は、最大の電子的な操縦範囲と同じ大きさになる可能性があり、あるいはより大きくなる可能性すらある。例えば、肝臓の上側部分が、足部から頭部への（ＦＨ）方向に沿って４ｃｍの振幅を有して動く場合があり、上記の振幅は、この方向に沿って約２ｃｍというＨＩＦＵシステムの典型的な操縦範囲より大きい。加えて、最大限の操縦範囲能力を用いて組織運動の補償を行う場合、高密度パワー補償ファクタを使用して標的密度を達成しなければならない。このことは、体積測定超音波処理を介して加熱される体積を拡大するさらなる操縦の実行を不可能なままとする。
【００６５】
本発明の実施形態は、組織運動又は標的運動を使用して、運動と焦点ポイント偏向との賢い組み合わせを用いて制御拡張へのエネルギー送配を拡大することができる。計画されたエネルギー送配アブレーションを得るために、運動軌道の最適な部分を識別することにより偏向の振幅を最小化することによってエネルギーの最適利用を行い、それぞれの標的ポイントについて超音波処理を行うことができる。
【００６６】
超音波処理パラメータには、時間の関数として、焦点ポイントの位置（例えば、超音波処理軌道）、焦点ポイントの形状（複数若しくは単一の焦点ポイント又は任意の圧力分布）、焦点における音響パワー、及び／又はトランスデューサに印加される電力（種々のパワーレベル又はデューティサイクルの使用）を含みうる。
【００６７】
本発明の実施形態は、超音波エネルギー送配の場所を制御するための複数のチャネルを含む超音波トランスデューサを含むことができ、この目的のために使用することができるであろう。焦点ポイントの電子的な変位を、本明細書において、軌道として「超音波処理軌道」と名付けて特徴付けることができる。
【００６８】
本発明の実施形態は、運動を定量化する手段を含みうる。これは、例えば磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）又は超音波イメージングデバイスなどの、運動の定量化を可能にするいかなるイメージングモダリティであってもよく、これを用いて運動を特徴づけることができるであろう。さらに、運動のこの特徴付けを、ＭＲＩなどのいくつかのイメージングモダリティ（良好な空間的組織コントラストのため）と超音波（高い時間分解能のため）との組み合わせによって得ることもできるであろう。組織全体の大局的な変位、又は標的体積の各ポイントの変位を使用して、剛体モデル又は弾性モデルのいずれかを用いて運動を特徴づけることができる。考えられる軌道を、呼吸若しくは心臓サイクル、又は筋収縮等の準周期運動などの周期運動について、１次元、２次元又は３次元において評価できるであろう。同様にいくつかの種類の運動の組み合わせ含むモデルを、さらに、心臓サイクル及び呼吸サイクルなどと見なすこともできるであろう。さらに、例えば呼吸べローズ（respiratory  bellows）、心臓のＥＣＧ又はＶＣＧなどの外部のセンサを用いて、呼吸又は心臓のサイクルにおける場所を識別することもできる。
【００６９】
組織の運動に起因する標的ポイントの変位を、この明細書に関して、「運動軌道」と名付けられる軌道により特徴付けることができる。「超音波処理軌道」及び「運動軌道」の使用は、標的ポイント変位の種類を区別することを可能にする。
【００７０】
図８Ａ、８Ｂ，８Ｃ、８Ｄ及び８Ｅは、動く標的８０２を有する対象者８００を示す。フレームＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥのそれぞれは、異なる時間である。トランスデューサをアイテム８０４として示す。８０６とラベルづけされた矢印又はポイントは、動く標的８０２の変位を示す。動く標的８０２は、ビーム偏向ゾーンの範囲内にある場合、超音波８０８を用いて超音波処理される。超音波処理は、図８Ｂ、８Ｃ及び８Ｄにおいてのみ行われている。図８は、変位の一部分中に動き追跡を用いて、ＦＨ方向に沿って動いている標的ポイントの超音波処理の側面図を示している。矢印は、それぞれの時間フレームについて、中央位置に対する組織変位を示す。
【００７１】
図９は、図８に示したものと同一の超音波処理の平面図を示す。図９は、変位の一部分中に動き追跡を用いて、ＦＨ方向に沿って動いている標的ポイントを示す図８と同一の超音波処理の平面図を示す。矢印は、それぞれの時間フレームについて、中央位置に対する組織変位を示す。
【００７２】
シングルポイント加熱：
簡易なケースから始めると、トランスデューサの幾何学的中心を横切る周期的な直線状の運動軌道を有する、単一の標的組織ポイント（１と名付ける）の加熱を考えることができる。図８及び図９に図示するように、標的ポイント（Pt）をサイクル（CYCLE）のうち一部分中に限り超音波処理（Sonic）して、使用される偏向の振幅を抑制しながら要求のアブレーションを達成することができる。
【００７３】
温度及び／又は投与量の制御アルゴリズムが、ハーフサイクルＴCYCLE／２について、このポイントへ送配すべきエネルギーＥ1の量を処理することができる。高いパワーレベルは希望されないキャビテーション効果を誘導する可能性があるため、あるいはトランスデューサ又は振幅器の過熱などのハードウェア制約のため、すべてのこのエネルギーを単一の短いパルスにおいて送配することはできない。焦点ポイントにおいて適用される最大の音響パワーレベルＰMAX（ユーザにより選択されるか、又はシステム使用に基づく）という情報に基づいて、最小の要求される加熱時間を、Ｔ01＝Ｅ1／ＰMAXによって定義することができる。いくつかのケースにおいて、加熱時間はいくつかの離散的な時間に分割される必要があるであろう。例えば、標的ポイントは、対象者が呼吸するにつれて、ビーム偏向ゾーンの内へ外へと動く可能性がある。特定の呼吸サイクル中、標的ポイントは、ハーフサイクル内で完全な治療を完了するほど十分に長くビーム偏向ゾーンの範囲内にない可能性がある。完全な治療を行うためのエネルギーを、温度及び／又は熱投与量フィードバックアルゴリズムに基づいて動的に調整することができる送配すべき要求のエネルギーＥ1を用いて、いくつかのサイクルにおいて分配することができる。標的ポイントの運動軌道のそれぞれの場所に到達するために行われる偏向について、正規化された密度を評価することができる。結果として得られるグラフは、正規化された密度が図１１に示すように焦点ポイント場所ではなく時間の関数として表示されることを除き、図６及び図７に示されたものと類似することになる。時間及び場所の間の関係を、標的ポイントの運動軌道によって定義する。
【００７４】
図１０は、直線状の周期的運動の平面的な表現１０００を示す。ｘ軸は、トランスデューサのｙ軸変位１００２である。ｙ軸は、トランスデューサのｚ軸変位１００４である。点線１００６は、５０％の正規化された密度を示す。点線１００８は、所定閾値１００８の一例を示す。領域１０１０は、線１００８により画定されるビーム偏向ゾーンである。太線１０１２は、軌道１０００のうち超音波処理された部分を示す。
【００７５】
図１１は、図１０に示す周期的運動についての超音波処理時間を図示する。正規化された密度を、時間の関数１１００として示す。ｘ軸は時間１１０２である。ｙ軸は正規化された密度１１０４である。点線１００６は、密度の５０％のレベルを示す。点線１００８は、所定閾値１００８を示す。正規化された密度が所定閾値１００８を上回る場合、標的はビーム偏向ゾーン１０１０の範囲内にある。Ｔ1ともラベル付けされている時間１１０６が超音波処理時間である。
【００７６】
図１０及び図１１は、図１０が直線状の周期的運動軌道の平面的な表現を図示し、図１１がこの軌道についての正規化された密度を時間の関数として図示する。細い実線は、軌道のうち超音波処理されていない部分に対応し、太い実線は、運動軌道のうち超音波処理された部分に対応する。短い点線と長い点線とは、それぞれ、５０％の正規化された密度閾値とＩ1の正規化された密度閾値とに対応する。トランスデューサの軸Ｙは、図８及び図９のＦＨ方向に対応する。
【００７７】
最大限の検索を行うことによって、最大の正規化された密度閾値Ｉ01を見出すことができる。図１０及び図１１に示すようなＴ01に等しい時間について、運動軌道のすべてのポイントがこの閾値を上回る。Ｉ01とＴ01とを図１０及び図１１上のＩ1とＴ1とに置き換える理由を、テキストにおいてさらに説明する。閾値Ｉ１は、好ましくは、５０％より高い値に選択されなければならない。そうでなければ、標的組織を追跡するために、過剰な偏向が必要となるおそれがある。
【００７８】
図１０及び図１１に示す、組織運動軌道のうちの超音波処理された部分は、正規化された密度がＩ01よりも高い（太線）、すべてのポイントに対応することになる。運動軌道のこの部分は時間Ｔ01に対応するため、加熱デューティサイクル２Ｔ01／ＴCYCLEは要求の加熱を達成するほど十分である。加熱される軌道の部分のこの選択は、したがって、偏向に起因する密度減少を最小化するものである。さらに、本方法は、２方向又は３方向に沿ったより複雑な周期的軌道を考慮できるであろう。図１２及び図１３は、（３Ｄ変位よりは描画することが容易である）２Ｄ変位の一例を示す。しかしながら、運動軌道の各ポイントについての正規化された密度を、同一の方法を用いて３Ｄにおいて処理することができるため、本方法は３方向において補間できるということが、容易に理解されるであろう。さらに、サイクルのもう半分が同一であることを仮定し、運動サイクルのうち半分だけを考慮して、図示を簡易化した。しかしながら、ヒステリシスを有する軌道などのように、半分の期間の運動軌道が２つ同一ではない場合、サイクル全体を考慮してよい。
【００７９】
図１２は、図１０に示すものと類似するケースを示す。しかしながら、このケースでは、曲線状の周期的運動軌道の平面的な表現１２００を示す。この例において、軌道１２００の超音波処理部分を１２１２とラベル付けしている。
【００８０】
図１３は、図１１に類似する。正規化された密度は、軌道１２００の時間の関数１３００であり、この場合も先と同様に時間の関数として示される。図１３における超音波処理時間を１３０６とラベル付している。
【００８１】
図１２及び図１３に表示の特定の例において、標的ポイントの運動軌道はトランスデューサの幾何学的中心を横切らず、したがって正規化された密度は決して１００％に達しないが、１００％はこの方法について必須ではない。
【００８２】
種々の戦略を用いて密度減少について補償することができるであろう。最も頻繁に使用される方法には、正規化された密度に対して反比例するファクタによってトランスデューサに印加される電力を増加させることを含む。したがって、焦点ポイントにおける密度を一定に、例えばキャビテーション閾値のすぐ下に保つことができる。
【００８３】
しかしながら、最大のパワーがハードウェア制約により制限される場合、例えば、トランスデューサに印加される電力が増加されるべきではない場合、Ｔ01より大きい値へと超音波処理時間を増加させてよい。
【００８４】
上記のような時間増加について、運動軌道のうち選択された部分の長さにわたって平均の正規化された密度<Ｉ>01を考慮する、反復的なアルゴリズムを使用することができる。<Ｉ>01は、Ｉ01と１００％との間の値である。アルゴリズムは、前述の値
Ｔ01＝Ｅ1／ＰMAX
Ｉ01は閾値として決定され、正規化された密度Ｉはある期間について上記閾値を上回り続ける
ｔ（Ｉ＞Ｉ01）＝Ｔ01
<Ｉ>01＝この軌道部分についての平均の正規化密度
を用いて開始され、続いて、次の式
Ｔn1＝Ｔ01／<Ｉ>n-11
Ｉn1は閾値として決定され、正規化された密度Ｉはある期間について上記閾値を上回り続ける
ｔ（Ｉ＞Ｉn1）＝Ｔn1
<Ｉ>n1＝この軌道部分についての平均密度
に基づいて反復が行われる。それぞれの反復について、時間Ｔn1は増加し、閾値Ｉn1及び<Ｉ>n1は減少する。時間Ｔn1は半分の時間サイクルＴCYCLE／２を超えることができないため、この問題は収束する。したがって、収束において得られる値を、Ｔ1、Ｉ1及び<Ｉ>1とラベル付することができる。したがって、標的において堆積される結果として得られるエネルギーは、Ｅ1＝ＰMAX×<Ｉ>1×Ｔ1である。
【００８５】
図１４は、このケースにおいて超音波処理されるポイントが５つ存在することを除き、図１０に示すものと類似する状況を図示する。軌道はそれぞれ１４００とラベル付けされ、各軌道のうち超音波処理された部分は１４１２とラベル付されている。
【００８６】
図１５は、図１１に類似する。図１５において、３つの正規化された密度曲線１５００が示されている。１５０２とラベル付けされた曲線の部分は、３つの超音波処理期間に対応する。
【００８７】
図１４及び図１５は、５つのポイントの軌道が考慮されていることを除き、図１０及び図１１と同一の表現を示す。標的組織運動サイクルの中間における各ポイントの位置を、小さい白いサークルにより示す。これは、組織におけるポイントの場所に対応する。これらの５つのポイントを、サークルの標的に沿って位置決めする。細い実線は、運動軌道のうち超音波処理されていない部分に対応し、太い実線は、運動軌道のうち超音波処理された部分に対応する。標的組織は、サイクルの前半の間に、Ｙ軸に沿って左から右へと動く。
【００８８】
図１６を用いて、図１４及び図１５に示される運動を図示する。図１６は、変位の一部分中に動き追跡を用いた、ＦＨ方向に沿って動いている５つの標的ポイントの超音波処理の平面図である。図１６は、フレームＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥを有する。図１６は、変位の一部分中に動き追跡を用いて、ＦＨ方向に沿って動いている５つの標的ポイント（Pt）の超音波処理（Sonic）の平面図を示している。矢印が、各時間フレームについて、中央位置に対する組織変位を示し、ポイントが、図１４及び図１５に図示した偏向最小化による超音波処理に関して選択されている。
【００８９】
図１７及び図１８は、類似する最大の密度基準を有する各ポイントにおいてより高いエネルギー堆積が存在することを除き、図１４及び図１５に示す例と同一の表現を示す。これは、各ポイントについて、超音波処理デューティサイクルを増加させる。図１７及び図１８は、５つのポイントの軌道を有する図１４及び図１５と同一の表現を示すが、類似する最大の密度基準を有する各ポイントにおいてより大きいエネルギー堆積を考慮しており、したがって各ポイントについて超音波処理デューティサイクルを増加させている。
【００９０】
体積測定加熱：
シングルポイントについての前述の方法を、複数の標的ポイントを含む標的体積に対して一般化することができる。温度及び／又は投与量制御アルゴリズムが、２Ｄ又は３Ｄにおいて、ハーフサイクルＴCYCLE／２について、各ポイントＫへ送配すべきエネルギーの量ＥKを処理することができる。前述と類似する方法を用いて、各ポイントＫについての最小限の必要とされる加熱時間を、Ｔ0K＝ＥK／ＰMAXによって定義することができるであろう。ハードウェア制約に起因して、また非常に高い超音波圧力において発生するおそれがある機械的な損傷を引き起こすことを回避するために、体積全体を（少なくともより大きな体積について）切除するには２つ以上の運動サイクルが大抵必要であることに留意すべきである。
【００９１】
図１７及び図１８は、標的のサークルに沿って位置決めされた５つのポイントを用いた体積測定動き追跡方法を図示する。図示を簡易化するために、ポイント２、５とポイント３、４とは、最小の加熱時間において、要求されるエネルギーの同一量を対称的に分配されることを仮定し、図１８は５つの曲線に代わって３つの曲線を有する。最大限の検索を行って、最大の正規化された密度閾値Ｉ0Kを見出すことができる。ポイントＫの運動軌道のすべてのポイントが、Ｔ0Kに等しい時間中、この閾値を上回る。
【００９２】
図１６に図示するように、サイクルの始めにおいて標的ポイントはいずれも超音波処理されず、次いでポイント１だけが超音波処理され、続いてポイント２及び５が同時に超音波処理され、続いてポイント３及び４が同時に超音波処理され、ハーフサイクルの終了においてどのポイントも超音波処理されないという結果となる。エネルギーは円形の超音波処理軌道の５つのポイントのそれぞれにおいて送配されているが、偏向は運動軸に対して直交するほぼ１つの軸に沿ってしか行われていないという結果となる。
【００９３】
この方法が種々の量のエネルギーを送配可能であるという事実を図示するために、図１７及び図１８は、５つのポイントの軌道の類似する例を表示するが、各ポイントの超音波処理時間を増加させることによって図１４及び図１５と比べて２倍多いエネルギーを送配している。
【００９４】
図１９は、超音波処理されるポイントの数のプロットを時間の関数として示す。ｘ軸は時間１１０２を示し、ｙ軸１９００は時間１１０２の関数として超音波処理されるポイントの数を示す。図１９は、図１７及び図１８に示す例について、ハーフサイクルの各時間部分中に超音波処理すべきポイントの数を示す。しかしながら、いくつかのケースにおいて、ポイント３及び４などのように、同一の期間に２つ以上のポイントを処理しなければならない。これを、複数の焦点ポイントを形成することか、又はある場所から別の場所へと焦点ポイントを非常に速く切り替えることかのいずれかによって、行うことができる。速く切り替える手法は、複数の焦点ポイント（エネルギー損失の増加をもたらす）よりサイドローブの量の低減を誘導するため、大抵好まれる。双方のケースにおいて、この期間中のトランスデューサにより送配される合計エネルギーを、いくつかのポイント間で分配しなければならない。この効果を考慮するために、図１９に示すように、
〔外１〕
2014533977.tif 000003
（以降「Ｎ」と表記）と名付けられる関数を定義して、サイクルの各時間部分中に超音波処理すべきポイントの数を定量化する。
【００９５】
偏向により誘導される密度減少と同一期間において超音波処理すべきポイントの数とを補償するために、反復的なアルゴリズムを使用することができる。期間増加について、運動軌道のうち選択された部分の長さにわたって、超音波処理の数により乗算された正規化された密度の平均<ＩＮ>Kを考慮する、反復的なアルゴリズムを用いることができる。
【００９６】
上記のアルゴリズムは、前述の値
Ｔ0K＝ＥK／ＰMAX
Ｉ0Kは閾値として決定され、正規化された密度Ｉはある期間について上記閾値を上回り続ける
ｔ（Ｉ＞Ｉ0K）＝Ｔ0K
<ＩＮ>0K＝この軌道部分についての、超音波処理の数により乗算された平均の正規化密度
を用いて開始される。
【００９７】
その後、次の式
ＴnK＝Ｔ0K／<ＩＮ>n-1K
ＩnKは閾値として決定され、正規化された密度Ｉはある期間について上記閾値を上回り続ける
ｔ（Ｉ＞ＩnK）＝ＴnK
<ＩＮ>nK＝この軌道部分についての、超音波処理の数により乗算された平均の正規化密度
に基づいて反復を行う。
【００９８】
それぞれの反復において、時間ＴnKは増加し、閾値Ｉn1及び<Ｉ>n1は減少する。時間ＴnKは半分の時間サイクルＴCYCLE／２を超えることができないため、この一式は収束する。したがって、収束において得られる値を、ＴK、ＩK及び<ＩＮ>Kとラベル付することができる。したがって、標的において堆積される結果として得られるエネルギーは、Ｅ1＝ＰMAX×<ＩＮ>1×Ｔ1である。前述のように、閾値ＩKは、好ましくは、５０％より大きな値に選択されなければならず、そうでなければ、標的組織を追跡するために、過剰な偏向が必要となるであろう。
【００９９】
図２０及び図２１は、図１７及び図１８に類似する。図２０及び図２１において、図１７及び図１８に示す例について、超音波処理時間の最適化後に結果として得られる超音波処理軌道は、同時に超音波処理されるポイントの数を考慮している。図２０及び図２１は、同時に超音波処理されるポイントの数を考慮している図８に示す例について、超音波処理時間の最適化後に結果として得られる超音波処理される軌道を示す。図８と比べて、期間Ｔ１は減少し、期間Ｔ２、Ｔ５と期間Ｔ３、Ｔ４とが増加している。
【０１００】
図１７及び図１８に示す例について、ポイント１は、他のポイントと同じ期間中には決して超音波処理されないという結果になり、選択された期間において関連する高い平均の正規化された密度が必要とする超音波処理時間の割り当ては、図２０及び図２１に示すような他のポイントよりも大分短いであろう。図１４、図１５、図１７、図１８、図２０及び図２１に示す例において、運動は軸Ｙに沿って、標的サークルの直径よりも大きな振幅を有して発生することに、留意すべきである。しかしながら、このサークルへのエネルギー送配のために行われる偏向は、主として、運動に対して直行する軸に沿って行われる。各ポイントにおいて十分なエネルギー送配を得るためだけに、運動方向に沿った偏向を調整する。それは、体積測定加熱の特定の場合において、動きの振幅より大きくなるであろうし、この場合、さらなる電子的操縦を運動の方向に沿って必要とするであろう。上記のような場合においてさえ、記載したアルゴリズムはまったく同じままとなる。
【０１０１】
図２２及び図２３は、図２０及び図２１に類似する。図２２及び図２３に図示する例は、直線軌道に代わって曲線軌道が使用されていることを除き、図２０及び図２１と類似する。図２２及び図２３に図示するように、この方法を、それぞれの標的ポイントについて、例えば変形可能な標的臓器の弾性変位の結果であろう異なる曲線状の軌道に対して、まったく同じアルゴリズムを用いて適用することができる。複数の標的ポイントとしての単一の標的ポイントについて、送配すべき要求されるエネルギーＥKを、温度及び／又は熱投与量フィードバックアルゴリズムに基づいて動的に調整することができる。結果として、期間ＴK、密度閾値ＩK、及び加熱されるサイクルの部分を、動的に（すなわち各サイクルについて）調整することもできる。
【０１０２】
図２４は、３つの標的８０２が超音波処理されていることを除き、図９に類似する。図２４は、偏向により誘導されるエネルギー損失を最小化するためのアルゴリズムを用いている、軸ＦＨに沿って置かれた３つの標的ポイント（Pt）の超音波処理（Sonic）を図示する。
【０１０３】
運動軌道に沿った標的領域の拡大
いくつかのケースにおいて、運動軌道に沿った細長いアブレーションを行うことが要求されるであろう。上記の結果を、例えば、図２４に表示したようなＦＨ軸などの運動軌道に沿った３つのポイントを選択することによって得ることができる。前述した偏向を最小化するアルゴリズムの結果として、標的ポイントがトランスデューサの前に来た場合、超音波処理が各ポイントにおいて連続的に行われる。
【０１０４】
図２５は、単一ポイント８０２が、組織軌道の半分の間に、動き追跡を用いずに、エネルギー送配を拡張して運動軌道の振幅より２倍短く整合させるように超音波処理されていることを除き、図９に類似する。図２５は、運動軌道の振幅よりも２倍短いラインにエネルギー送配を拡張するための、組織軌道の半分の間に動き追跡を用いない、単一ポイント（Pt）の超音波処理（Sonic）を示す。運動軌道に沿っていくつかのポイントを定義することに代わって、偏向により誘導されるエネルギー損失を最小化する代替的なアルゴリズムを、１つのポイントだけを定義することと、この超音波処理されるポイントを運動軌道に沿って制御拡張へと広げさせることとによって、考えることができるであろう。上記のアルゴリズムは、偏向が増幅する運動軌道のポイントを識別することができ、標的軌道をカバーするために運動軌道の一部分中に同一の偏向を用いて超音波処理を維持することができる。図２５に図示するように、超音波処理は、常時トランスデューサに対して同一の場所において行われるが、運動の振幅より２倍短いラインにわたってエネルギーを送配するために運動軌道の半分の間だけ行われる。図２４に図示の第１の方法と比較して、図２５に図示の第２の方法は、一連のポイントではなく１つのポイントだけを運動軌道に沿って考慮しなければならないため、より多くの連続的なエネルギー送配を行うための利点を提供する。しかしながら、第１の方法は、運動軌道よりも大きい超音波処理軌道にわたるエネルギー送配を可能にする。
【０１０５】
図２６は、サークルの領域にわたってエネルギー送配を行うように調整されたデューティサイクル中に、３つのポイント８０２が動き追跡なしに超音波処理されていることを除き、図９に類似する。図２６は、サークルの領域にわたってエネルギー送配を行うように調整されたデューティサイクルを有する、動き追跡なしの、３つのポイント（Pt）の超音波処理（Sonic）を示す。第１の方法と同一の方法で、第２の方法を、超音波処理されるいくつかのポイントへと一般化することができる。したがって、運動方向に沿ったエネルギー送配の拡張を、各ポイントに対して異なる超音波処理時間を用いて、各ポイントについて個々に制御することができる。図２６に示すように、ポイント１を使用して、ポイント２及び３により形成される線よりも長い線に沿ってエネルギーを送配して、円盤状にわたってエネルギーを堆積させる。均質のエネルギー送配、又はコントローラアルゴリズム（例えば温度及び／又は線量制御）に従って送配されるエネルギーを得るために、トランスデューサへの電力を、偏向振幅と瞬間的な組織変位速度との関数として調節することができる。先の図１４、図１５、図１７、図１８、図２０及び図２１に示した例との差分は、この場合には運動の方向（すなわち、ＦＨ方向）に沿った焦点スポットの電子的な操縦がまったく存在しないということである。超音波処理の手順がまったく同一であるということからは離れる。動き追跡と関連する偏向に起因するエネルギー損失を最小化するために、前述のアルゴリズムよりも粗いアルゴリズムを考えることができるであろう。例えば、ユーザが、正規化密度閾値ＩTを単に選択してよい。したがって、正規化密度が閾値ＩTよりも高い領域の範囲内に、標的ポイントが位置決めされている限り、システムは組織を超音波処理する。結果として、最大のエネルギー堆積が、各ポイントにおいて、偏向に関するエネルギー損失の許容可能なパーセンテージに限定された偏向を用いて達成される。上記の最大のエネルギー送配は、迅速な温度上昇を必要とする、肝臓及び腎臓などのより多くかん流される臓器におけるアブレーションに特に有用である。
【０１０６】
図２７は、図２７に示す例における超音波処理が、正規化された密度閾値１００８に基づいた連続的な直線状の変位を有する３つのポイントに対するものであることを除き、図１０に類似する。図２７は、正規化された密度閾値領域ＩTに基づいた連続的な直線状の変位（非周期的）についての超音波処理の一例を示す。さらに、偏向に起因する密度損失を最小化するアルゴリズムの使用を、突然の筋収縮などの周期的な変位に従っていない臓器に、適用してもよい。例えば、図２７は、３つのポイントについて、１つの軸に沿った連続的な剛体変位の一例を示す。密度閾値が選択された閾値ＩTよりも低くならない限り、３つの標的ポイントの動き追跡を適用する。
【０１０７】
本発明を図面及び上記説明において詳細に図示及び説明してきたが、上記の図示及び説明は図示的又は例示的と見なされるべきであって、限定的と見なされるべきではない。本発明は開示した実施形態に限定されない。
【０１０８】
開示した実施形態に対する他の変形を、請求された発明を実施する際に図面、開示、及び別記の請求項の調査から、当業者が理解し、達成する可能性がある。請求項において、単語「含む（comprising）」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ある（“a”，“an”）」は複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に列挙された複数のアイテムの機能を満たしてよい。特定の手段が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの組み合わせを使用して利点を得られないということを示すものではない。コンピュータプログラムを、他のハードウェアとともに、又はその一部として供給される光ストレージ媒体又はソリッドステート媒体などの適切な媒体において、記憶／配布してよいが、さらに、インターネット又は他の有線若しくは無線の通信システムなどを介して、他の形式において配布してよい。請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものと見なされるべきではない。
【符号の説明】
【０１０９】
３００  治療装置
３０１  対象者
３０２  高密度焦点式超音波システム
３０３  対象者支持体
３０４  流体で満たされたチャンバ
３０６  超音波トランスデューサ
３０８  機構
３１０  機械的アクチュエータ／パワーサプライ
３１２  超音波の経路
３１４  超音波ウィンドウ
３１６  ジェルパッド
３１８  超音波処理ポイント
３２０  動く標的
３２２  ビーム偏向ゾーン
３２４  コンピュータ
３２６  ハードウェアインタフェース
３２８  プロセッサ
３３０  ユーザインタフェース
３３２  コンピュータストレージ
３３４  コンピュータメモリ
３４０  治療計画
３４２  リアルタイム医用データ
３４４  超音波処理制御コマンド
３４６  超音波処理校正
３４８  超音波処理時間
３５０  制御モジュール
３５２  超音波処理制御コマンド生成モジュール
３５４  動き追跡モジュール
４００  治療装置
４０２  磁気共鳴イメージングシステム
４０４  磁石
４０６  磁石の内径
４０８  イメージングゾーン
４１０  磁界勾配コイル
４１２  磁界勾配コイルパワーサプライ
４１４  高周波コイル
４１６  トランシーバ
４２０  パルスシーケンス
４２２  磁気共鳴温度測定パルスシーケンス
４２４  磁気共鳴データ
４２６  磁気共鳴画像
４２８  温度マップ
４３０  画像再構成モジュール
４３２  温度マッピングモジュール
４３４  画像セグメンテーションモジュール
５００  治療装置
５０２  超音波診断装置
５０４  超音波診断トランスデューサ
５０６  超音波診断データ
５０８  超音波診断画像
５１０  画像再構成モジュール
５１２  画像セグメンテーションモジュール
６００  正規化された密度
６０２  垂直な方向
６０４  正規化された密度
６０６  ５０％の正規化された密度
６０８  ビーム偏向ゾーン
７００  正規化された密度
７０２  ビーム経路に沿った偏向
７０４  ビーム偏向ゾーン
８００  対象者
８０２  動く標的
８０４  超音波トランスデューサ
８０６  変位
８０８  超音波
１０００  直線状の周期的運動軌道の平面的な表現
１００２  トランスデューサのｙ軸変位
１００４  トランスデューサのｚ軸変位
１００６  ５０％の正規化された密度
１００８  所定閾値（Ｉ1）
１０１０  ビーム偏向ゾーン
１０１２  軌道のうち超音波処理された部分
１１００  時間の関数としての正規化された密度
１１０２  時間
１１０４  正規化された密度
１１０６  超音波処理時間
１２００  曲線状の周期的運動軌道の平面的な表現
１２１２  軌道のうち超音波処理された部分
１３００  時間の関数としての正規化された密度
１３０６  超音波処理時間
１４００  運動軌道
１４１２  軌道のうち超音波処理された部分
１５００  正規化された密度
１５０２  超音波処理時間
２７００  運動軌道
２７１２  軌道のうち超音波処理された部分
【図１】
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【図２】
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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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月28日(2014.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療装置であって：
超音波トランスデューサを含む高密度焦点式超音波システムであって、前記超音波トランスデューサは電子的調整可能焦点を有し、前記高密度焦点式超音波システムはビーム偏向ゾーンを有し、前記超音波トランスデューサは交流電力を供給されたときに音響パワーを生成するように構成され、放出される前記音響パワーにより分割される前記電子的調整可能焦点における超音波の密度が前記ビーム偏向ゾーンの範囲内で所定閾値、典型的に５０％を上回る、高密度焦点式超音波システムと、
機械実行可能命令を記憶するメモリと、
当該治療装置を制御するように構成されたプロセッサであって、前記機械実行可能命令の実行が前記プロセッサに
‐リアルタイム医用データを受信する動作であって、前記リアルタイム医用データは動く標的の場所を示す、受信する動作、
‐前記リアルタイム医用データを用いて前記動く標的を標的化するように前記電子的調整可能焦点を調整する動作、及び
‐前記動く標的が前記ビーム偏向ゾーンの範囲内にあるときに前記動く標的を超音波処理する動作
を成させる、プロセッサと、
を含む、治療装置。
【請求項２】
前記動く標的は、前記リアルタイム医用データの範囲内で前記標的のリアルタイム追跡を少なくとも部分的に用いて位置決めされる、請求項１に記載の治療装置。
【請求項３】
前記超音波トランスデューサは機械的アクチュエータに接続されて前記超音波トランスデューサを機械的に再位置付けする、請求項１又は請求項２に記載の治療装置。
【請求項４】
前記機械実行可能命令の実行は前記プロセッサに動き追跡モデルを受信させ、該動き追跡モデルは前記リアルタイム医用データを用いて前記動く標的の場所を予測するように構成され、前記電子的調整可能焦点は前記動き追跡モデルにより予測される場所に少なくとも部分的に従い調整される、請求項１又は請求項２に記載の治療装置。
【請求項５】
前記動く標的は複数の局所的体積を含み、前記電子的調整可能焦点は前記複数の局所的体積から選択された局所的体積のシーケンスを特定することによって前記動く標的を標的化し、前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに前記シーケンスが前記リアルタイム医用データに従うかどうかを決定させる、請求項４に記載の治療装置。
【請求項６】
前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに超音波処理校正を受信させ、該超音波処理校正は前記ビーム偏向ゾーンの範囲内の前記電子的調整可能焦点における超音波の空間依存する密度を示し、前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに前記超音波処理校正と前記リアルタイム医用データとに従って各局所的体積について超音波処理時間を決定させ、当該治療装置は前記超音波処理時間について各局所的体積を超音波処理するように構成される、請求項４又は請求項５に記載の治療装置。
【請求項７】
前記動く標的は少なくとも１つの経路を含む、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の治療装置。
【請求項８】
前記電子的調整可能焦点は前記少なくとも１つの経路に沿う軌道を進み、前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに前記軌道が前記リアルタイム医用データに従うかどうかを決定させる、請求項７に記載の治療装置。
【請求項９】
前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに超音波処理校正を受信させ、該超音波処理校正は前記ビーム偏向ゾーンの範囲内の前記電子的調整可能焦点における超音波の空間依存する密度を示し、前記少なくとも１つの経路の各々が部分へと分割され、前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに前記超音波処理校正と前記リアルタイム医用データとに従って前記部分の各々について超音波処理時間を決定させ、当該治療装置は前記超音波処理時間について前記部分の各々を超音波処理するように構成される、請求項７又は請求項８に記載の治療装置。
【請求項１０】
前記動く標的の場所は前記リアルタイム医用データの動的解析を用いて予測される、請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の治療装置。
【請求項１１】
前記リアルタイム医用データはリアルタイムの医用画像データであり、前記機械実行可能命令の実行はさらに前記プロセッサに医用イメージングシステムを用いて前記リアルタイムの医用画像データを取得させ、前記医用イメージングシステムは以下の、磁気共鳴イメージングシステムと超音波診断イメージングシステムと、のうちいずれか１つである、請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の治療装置。
【請求項１２】
前記医用画像データは動きデータとリアルタイムの温度測定データとを含み、前記動く標的は前記動きデータを用いて位置決めされる、請求項１１に記載の治療装置。
【請求項１３】
前記動く標的の超音波処理が前記温度測定データに従い制御される、請求項１２に記載の治療装置。
【請求項１４】
治療装置を動作させる方法であって、前記治療装置は超音波トランスデューサを含む高密度焦点式超音波システムを含み、前記超音波トランスデューサは電子的調整可能焦点を有し、前記高密度焦点式超音波システムはビーム偏向ゾーンを有し、前記超音波トランスデューサは交流電力を供給されたときに音響パワーを生成するように構成され、放出される前記音響パワーにより分割される前記電子的調整可能焦点における超音波の密度が前記ビーム偏向ゾーンの範囲内で所定閾値を上回り、当該方法は、
‐リアルタイム医用データを受信するステップであって、前記リアルタイム医用データは動く標的の場所を示す、受信するステップと、
‐前記リアルタイム医用データを用いて前記動く標的を標的化するように前記電子的調整可能焦点を調整するステップと、
‐前記動く標的が前記ビーム偏向ゾーンの範囲内にあるときに前記動く標的を超音波処理するステップと、
を含む、方法。
【請求項１５】
治療装置を動作させる機械実行可能命令を含むコンピュータプログラムであって、前記治療装置は超音波トランスデューサを含む高密度焦点式超音波システムを含み、前記超音波トランスデューサは電子的調整可能焦点を有し、前記高密度焦点式超音波システムはビーム偏向ゾーンを有し、前記超音波トランスデューサは交流電力を供給されたときに音響パワーを生成するように構成され、放出される前記音響パワーにより分割される前記電子的調整可能焦点における超音波の密度が前記ビーム偏向ゾーンの範囲内で所定閾値を上回り、前記治療装置は前記治療装置を制御するように構成されたプロセッサをさらに含み、前記機械実行可能命令の実行が前記プロセッサに
‐リアルタイム医用データを受信する動作であって、前記リアルタイム医用データは動く標的の場所を示す、受信する動作と、
‐前記リアルタイム医用データを用いて前記動く標的を標的化するように前記電子的調整可能焦点を調整する動作と、
‐前記動く標的が前記ビーム偏向ゾーンの範囲内にあるときに前記動く標的を超音波処理する動作と、
を成させる、コンピュータプログラム。
【国際調査報告】
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