(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟な固体（S）の標的部位（SP）に少なくとも1つのせん断波を生成するための方法であって、この方法は、少なくとも次のステップ、
a）前記標的部位に少なくとも1つのせん断波（SW1、SW2、SW3）を生成するステップ（1002、1004、1006）と、
b）前記標的部位の前記少なくとも1つのせん断波の伝搬パターン（P1、P2、P3）を検出するステップ（1003、1005、1007）と、
c）時間的に反転された伝搬パターンを得るために前記検出された伝搬パターンの時間反転へ進むステップ（1008）と、
d）前記時間的に反転された伝搬パターンに基づく力の励起セットに前記標的部位を従わせるステップ（1011）と、
を含み、
− ステップa）（1002、1004）が、せん断波（SW1、SW’1）の少なくとも第1のソース（62）およびせん断波（SW2、SW’2）の少なくとも第2のソース（64）を用いて少なくとも2つのせん断波（SW1、SW2）を生成することによって実施され、
− ステップb）が、
− 各超音波変換器の検出方向（Di）に垂直な第1の方向（X10）に整列した超音波変換器（Ti）の列（10）または
− その検出方向に垂直な第1の方向（X）に沿って移動可能な単一超音波変換器
を含む検出器ユニット（10）を用いて実施され、
− ステップb）の間に、第1の伝搬パターン（P1）が、前記第1のソース（62）だけがアクティブであるときに検出され（1003）、第2の伝搬パターン（P2）が、前記第2のソース（64）だけがアクティブであるときに検出され（1005）、
− ステップc）の間に、前記第1および第2の伝搬パターン（P1、P2）が、第1の反転励起スキーム（P1’）および第2の反転励起スキーム（P2’）をそれぞれ生成するために、互いに独立して時間反転され（1008、1009）、
− ステップd）において、前記第1のソース（62）が、少なくとも第1の修正せん断波（SW’1）を生成するように前記第1の反転励起スキーム（P1’）を用いて制御され（1011）、同時に、前記第2のソース（64）が、少なくとも第2の修正せん断波（SW’2）を生成するように前記第2の反転励起スキーム（P2’）を用いて制御され、一方前記第1および第2の修正せん断波が、前記標的部位の所与の点（Pi−j）に集束されることを特徴とする、少なくとも1つのせん断波を生成するための方法。
【請求項２】
前記列（10）の各超音波変換器（Ti）または前記第1の方向（X10）に沿って移動可能な単一超音波変換器の各位置について、いくつかの点（Pi−j）が、その検出方向（Di）に沿った前記超音波変換器の異なる距離において規定され、ステップb）の間に、
− 前記第1の伝搬パターン（P1）について、前記第1のソース（62）だけが、アクティブであるとき、前記検出方向（Di）に沿った前記柔軟な固体の第1の変位が、各点（Pi−j）および第1の所定期間（ΔT1）にわたるいくつかの時点（tk）において前記超音波変換器（Ti）によって検出され、
− 前記第2の伝搬パターン（P2）について、前記第2のソース（64）だけが、アクティブであるとき、前記検出方向（Di）に沿った前記柔軟な固体の第2の変位が、各点（Pi−j）および第2の所定期間（ΔT2）にわたるいくつかの時点（tk）において前記超音波変換器（Ti）によって検出される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
ステップb）の間に、前記第1および第2の伝搬パターン（P1、P2）の各々について、三次元データセットが、構築され、それは、
− 前記超音波変換器列（10）の各超音波変換器（Ti）または前記移動可能な単一超音波変換器の各位置について、
− 前記超音波変換器の前記検出方向（Di）に沿った各点（Pi−j）について、及び
− 前記第1または第2の所定期間（ΔT1、ΔT2）にわたる各時点（tk）について、
検出される前記変位に関係するデータを含む、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
− 超音波変換器（Ti）の数または前記第1の方向（X）に沿って移動可能な前記単一超音波変換器の位置の数は、2から4096の間、好ましくは64から512の間であり、より好ましくは約128に等しく、
− 各超音波変換器または各位置について規定される点（Pi−j）の数は、10から10000の間、好ましくは40から400の間であり、より好ましくは約150に等しく、
− 前記第1および第2の所定期間の2つの連続する時点の間の時間差は、0．1msから10msの間、好ましくは0．5msから2msの間、より好ましくは1msである、請求項2および3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記方法は、ステップb）の後にかつステップd）の前に実施される、
e）少なくとも1つの検出された伝搬パターン（P1、P2）の周波数パラメータを変えるステップ、
からなる追加のステップを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
柔軟な固体の標的部位についての情報を集めるためのせん断波画像化方法であって、この方法は、少なくとも次のステップ、
− m）前記標的部位（SP）に一組の結合せん断波（SW’1、SW’2、SW’3）を生成するための請求項1から5のいずれか一項に記載の方法（1001〜1011）を実施するステップと、
− n）前記標的部位の前記結合せん断波の伝搬パターン（Q）を検出するステップ（1012）と、
を含む、せん断波画像化方法。
【請求項７】
前記少なくとも1つのせん断波を生成するための前記方法のステップd）は、前記標的部位（SP）の非線形挙動をもたらす、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
ステップn）は、ステップb）と同じ検出器ユニット（10）を用いて実施される、請求項6又は7に記載の方法。
【請求項９】
ステップn）は、MRIまたはOCTデバイスを用いて実施される、請求項6又は7に記載の方法。
【請求項１０】
柔軟な固体の標的部位についての情報を集めるための熱的マッピング方法であって、この方法は、少なくとも次のステップ、
− m）前記標的部位に一組の結合せん断波（SW’1、SW’2、SW’3）を生成するための請求項1から5のいずれか一項に記載の方法（1001〜1011）を実施するステップと、
− n）前記標的部位の温度パターンを検出するステップと、
を含む、熱的マッピング方法。
【請求項１１】
柔軟な固体の標的部位を熱的に処置するための方法であって、この方法は、少なくとも次のステップ、
− m）前記標的部位に一組の結合せん断波（SW’1、SW’2、SW’3）を生成するための請求項1から5のいずれか一項に記載の方法（1001〜1011）を実施するステップ
を含む、熱的に処置するための方法。
【請求項１２】
前記少なくとも1つのせん断波を生成するための前記方法のステップd）は、少なくとも10msの期間にわたって実施される、請求項10および11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
ステップa）からd）は、前記第1の方向（X）および各超音波変換器の前記検出方向（Di）に垂直な第2の方向（Y）に沿った前記超音波変換器（Ti）のいくつかの場所において繰り返される、請求項6から12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
柔軟な固体の標的部位（SP）に少なくとも1つのせん断波を生成するための設備であって、この設備は、
− 前記標的部位に少なくとも1つの第1のせん断波（SW1）を生成するための少なくとも第1のソース（62）と、
− 前記少なくとも1つの第1のせん断波の第1の伝搬パターン（P1）を検出するための検出器ユニット（10）と、
− 前記検出された伝搬パターンを時間反転するための計算手段（12）と、
を備え、
− 前記設備が、前記標的部位に少なくとも1つの第2のせん断波（SW2）を生成するための少なくとも第2のソース（64）を備え、
− 前記検出器ユニットが、前記少なくとも1つの第2のせん断波の第2の伝搬パターン（P2）を検出する能力があり、
− 前記検出器ユニット（10）が、
− 各超音波変換器の検出方向（Di）に垂直な第1の方向（X10）に整列した超音波変換器（Ti）の列、または
− 前記検出方向に垂直な第1の方向（X）に沿って移動可能である単一超音波変換器
を含み、
− 前記第1および第2のソース（62、64）ならびに関連する制御手段（4、12）が、前記標的部位に前記少なくとも1つの第1のせん断波（SW1）および前記少なくとも1つの第2のせん断波（SW2）を連続して生成するように構成され、
− 前記検出器ユニット（10）が、前記標的部位にそれぞれ前記少なくとも1つの第1のせん断波（SW1）が生成されるときおよび前記少なくとも1つの第2のせん断波（SW2）が生成されるときに、前記第1および第2の伝搬パターン（P1、P2）を互いに独立して検出するように構成され、
− 前記計算手段（12）が、前記第1および第2の伝搬パターン（P1、P2）の時間反転へ互いに独立して進み、第1の反転励起スキーム（P1’）および第2の反転励起スキーム（P2’）を生成するように構成され、
− 前記第1のソース（62）が、前記第1の反転励起スキーム（P1’）に基づいて制御される（S62）とき、少なくとも第1の修正せん断波（SW’1）を生成するように適合され、前記第2のソース（64）が、前記第2の反転励起スキーム（P2’）に基づいて制御される（S64）とき、少なくとも第2の修正せん断波（SW’2）を前記第1の修正せん断波（SW’1）の生成と同時に生成するように適合され、前記第1および第2のソースが、前記標的部位（SP）の所与の点（Pi−j）に前記第1および第2の修正せん断波を集束させるように適合されることを特徴とする、設備。
【請求項１５】
前記超音波変換器（Ti）の前記列（10）もしくは前記移動可能な単一超音波変換器は、前記第1の方向（X）および各超音波変換器の前記検出方向（Di）に垂直な第2の方向（Y）に沿って移動可能であり、または超音波変換器の前記列は、二次元変換器デバイスに属する、請求項14に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟な固体(soft solid)の標的部位(target region)に少なくとも1つのせん断波(shear wave)を生成するための方法に関する。本発明はまた、柔軟な固体の標的部位についての情報を集めるためのせん断波画像化方法および熱的マッピング(thermal mapping)方法にも関する。本発明はまた、柔軟な固体の標的部位を熱的に処置するための方法にも関する。本発明はまた、柔軟な固体の標的部位に少なくとも1つのせん断波を生成するための設備(installation)にも関し、この設備は、上述の方法を実施するのに役立つ。
【０００２】
本発明の意味において、柔軟な固体は、動物または植物起源を有することもある有機組織である。例えば、そのような柔軟な固体は、人体、動物体または植物の器官のこともある。柔軟な固体はまた、食物、例えばチーズ、または天然もしくは合成材料で作られたプロテーゼの非金属部分のこともある。
【背景技術】
【０００３】
せん断波エラストグラフィは、腫瘍などの柔軟な固体中の弾性の不均質性を検出するための効率的技法として数年間知られている。この技法は、せん断波伝搬速度の検出に基づいている。そのような検出は、超音波技術または磁気共鳴画像化(MRI)技術に基づいていることもある。
【０００４】
せん断波はまた、柔軟な固体の温度を局所的に増加させるために使用されることもある。これは、熱的マッピング方法、またはチーズもしくはプロテーゼの一部などの生命のない柔軟な固体の場合の非治療面を含む、柔軟な固体の標的部位を熱的に処置するための方法の基礎として使用されることもある。
【０００５】
柔軟な固体中では、せん断波は、1から数メートル毎秒(m/s)の範囲の速度で伝搬し、この速度は、これらの波の速度パターンが、柔軟な固体の標的部位のせん断弾性率を代表する画像を生成することを可能にするので、この標的部位を特徴付けるために使用されることもある。このせん断弾性率は、触診によって送られることもある弾力性に近似的に対応し、数百Paから数千kPaに及んでいる。
【０００６】
治療物理の分野では、Catheline他によって「Time reversal of elastic waves in soft solids」と題してPhysical Review Letters (PRL 100, 064 301 (2008))に公表された論文は、単一発生器によって生成され、寒天-ゼラチンファントム内を伝搬するせん断波が、時間反転を受けることもあるということを教示する。寒天-ゼラチンは、理論的観点から使用されることもあるが、しかしそのような材料は、実際的および産業的応用に使用されることもあり得る柔軟な固体を代表していない。これは、せん断波に関して現実の柔軟な固体の減衰特徴に由来する。この減衰特徴は、この既知の方法を比較的不正確にする。
【０００７】
その上、この既知の方法は、せん断波がそれを通って伝搬する媒体を構成する寒天-ゼラチンファントムの線形挙動に基づいている。場合によっては、媒体の非線形挙動を得ることが、必要なこともあり、それは、誘発される応力レベルが、このためには十分高くないので、既知の方法を用いて得ることができない。実際、それらの固有の技術のために、商用のエラストグラフィ法はどれも、非線形状態の(in the non linear regime)せん断波振幅を配送することができない。
【０００８】
実際、媒体の線形挙動は、柔軟な固体の実際の挙動の単純化した近似であり、それは、ターゲットゾーンの2つの異なる部分を区別するのに十分でないこともある。例えば、良性腫瘍および悪性腫瘍は、同じ弾性的挙動を有することもあり、それは、柔軟な固体の弾性的挙動に基づくせん断波画像化方法によるこれらの腫瘍の区別を可能にしない。他方では、良性腫瘍および悪性腫瘍は、異なる非線形挙動を有することもあり、それは、ある状況下ではそれらを区別することを可能にする。
【０００９】
同様の制限は、人が柔軟な固体の標的部位の温度を大幅に増加させる必要があるときに生じる。もしせん断波を用いて得られる応力レベルが、十分に高くないならば、媒体の温度増加は、大きくない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Catheline他、「Time reversal of elastic waves in soft solids」、Physical Review Letters (PRL 100, 064 301 (2008))
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、柔軟な固体の非線形挙動を得るのにまたはその温度を大幅に増加させるのに十分に高い応力レベルを有するせん断波を生成するために効率的である新しい方法を用いて既知の技法の問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために、本発明は、柔軟な固体の標的部位に少なくとも1つのせん断波を生成するための方法に関し、この方法は、少なくとも次のステップ、
a)標的部位に少なくとも1つのせん断波を生成するステップと、
b)標的部位の少なくとも1つのせん断波の伝搬パターンを検出するステップと、
c)検出された伝搬パターンの時間反転へ進むステップと、
d)時間的に反転された伝搬パターンに基づく力の励起セットに標的部位を従わせる(submit)ステップとを含む。この方法は、
-  ステップa)が、せん断波の少なくとも第1のソースおよびせん断波の少なくとも第2のソースを用いて少なくとも2つのせん断波を生成することによって実施され、
-  ステップb)が、
-  各超音波変換器の検出方向に垂直な第1の方向に整列した超音波変換器の列、または
-  その検出方向に垂直な第1の方向に沿って移動可能な単一超音波変換器を含む検出器ユニットを用いて実施され、
-  ステップb)の間に、第1の伝搬パターンが、第1のソースだけがアクティブであるときに検出され、第2の伝搬パターンが、第2のソースだけがアクティブであるときに検出され、
-  ステップc)の間に、第1および第2の伝搬パターンが、第1の反転励起スキームおよび第2の反転励起スキームをそれぞれ生成するために、互いに独立して時間反転され、
-  ステップd)において、第1のソースが、少なくとも第1の修正せん断波を生成するために第1の反転励起スキームを用いて制御され、同時に、第2のソースが、第2の修正せん断波を生成するために第2の反転励起スキームを用いて制御され、一方そのせん断波が、標的部位の所与の点に集束されることを特徴とする。
【００１３】
本発明のおかげで、第1および第2のソースから生じる修正せん断波は、互いに結合し、柔軟な固体の実際の幾何学的形状および線形挙動とは無関係に、標的部位の所与の点に集束するために、最適化されてもよい。特に、この方法は、寒天-ゼラチンファントムよりも実際的応用に使用される実際の柔軟な固体をより代表する減衰媒体とともに使用されてもよい。高応力レベルが、非線形挙動を得るために柔軟な固体のターゲットゾーンに得られてもよく、それは、せん断波画像化方法のフレームワーク内で容易に検出可能である。その上、高レベルのせん断波集中を得ることができるので、ターゲットゾーンの温度の実質的増加もまた、得ることができ、それは、柔軟な固体の標的部位の熱的マッピング方法または熱的処置方法に役立ち得る。
【００１４】
有利であるがしかし強制的でない本発明のさらなる態様によると、本方法は、任意の技術的に許容できる構成で手に入る次の特徴の1つまたはいくつかを組み込んでもよい。
-  列の各超音波変換器または第1の方向に沿って移動可能な単一超音波変換器の各位置について、いくつかの点が、その検出方向に沿った超音波変換器の異なる距離において規定され、ステップb)の間に、第1の伝搬パターンについては、第1のソースだけが、アクティブであるとき、検出方向に沿った柔軟な固体の第1の変位が、各点および第1の所定期間にわたるいくつかの時点(time moment)において超音波変換器によって検出され、一方第2の伝搬パターンについては、第2のソースだけが、アクティブであるとき、検出方向に沿った柔軟な固体の第2の変位が、各点および第2の所定期間にわたるいくつかの時点において超音波変換器によって検出される。
-  ステップb)の間に、前記第1および第2の伝搬パターンの各々について、三次元データセットが、構築され、それは、超音波変換器列の各超音波変換器または移動可能な単一超音波変換器の各位置について、超音波変換器の検出方向に沿った各点について、かつ第1または第2の所定期間にわたる各時点について、検出される変位に関係するデータを含む。
-  超音波変換器の数または第1の方向に沿って移動可能な単一超音波変換器の位置の数は、2から4096の間、好ましくは64から512の間であり、より好ましくは約128に等しく、各超音波変換器または各位置について規定される点の数は、10から10000の間、好ましくは40から400の間であり、より好ましくは約150に等しく、前記第1および第2の所定期間の2つの連続する時点の間の時間差は、0.1msから20msの間、好ましくは0.5msから2msの間であり、より好ましくは1msである。
-  本方法は、ステップb)の後にかつステップd)の前に実施され、少なくとも1つの検出された伝搬パターンの周波数パラメータを変えることにある追加のステップe)を含む。
【００１５】
本発明はまた、柔軟な固体の標的部位についての情報を集めるためのせん断波画像化方法にも関し、この方法は、少なくとも次のステップ、
-  m)標的部位に一組の結合せん断波を生成するための上述のような方法を実施するステップと、
-  n)標的部位の結合せん断波の伝搬パターンを検出するステップとを含む。
【００１６】
この方法は、標的部位に生成された結合せん断波が、標的部位の非線形挙動を得ることを可能にするほどに、より強い可能性があるので、既知の方法よりも効率的である。これに関して、少なくとも1つのせん断波を生成するための本方法のステップd)は有利には、標的部位の非線形挙動をもたらす。
【００１７】
ステップn)は好ましくは、ステップb)と同じ検出器ユニットを用いて実施される。別法として、ステップn)は、MRIまたはOCT(光コヒーレンストモグラフィ)デバイスを用いて実施される。
【００１８】
本発明はまた、柔軟な固体の標的部位についての情報を集めるための熱的マッピング方法にも関し、この方法は、少なくとも次のステップ、
-  m)標的部位に一組の結合せん断波を生成するための上述のような方法を実施するステップと、
-  p)標的部位の温度パターンを検出するステップとを含む。
【００１９】
本発明はまた、柔軟な固体の標的部位を熱的に処置するための方法にも関し、この方法は、標的部位に一組の結合せん断波を生成するための上述のような方法を実施するステップm)を少なくとも含む。
【００２０】
上述の熱的マッピング方法および熱的に処置するための方法では、少なくとも1つのせん断波を生成するための本方法のステップd)は有利には、少なくとも10msの期間にわたって実施される。
【００２１】
その上、本発明のせん断波画像化方法、熱的マッピング方法および熱的に処置するための方法では、ステップa)からd)は、第1の方向および各超音波変換器の検出方向に垂直である第2の方向に沿った超音波変換器のいくつかの場所において繰り返されてもよい。
【００２２】
最後に、本発明は、柔軟な固体の標的部位に少なくとも1つのせん断波を生成するための設備に関し、この設備は、標的部位に少なくとも1つの第1のせん断波を生成するための少なくとも第1のソースと、少なくとも1つの第1のせん断波の第1の伝搬パターンを検出するための検出器ユニットと、検出された伝搬パターンを時間反転するための計算手段とを備える。この設備は、
-  設備が、標的部位に少なくとも1つの第2のせん断波を生成するための少なくとも第2のソースを備え、
-  検出器ユニットが、少なくとも1つの第2のせん断波の第2の伝搬パターンを検出する能力があり、
-  検出器ユニットが、
-  各超音波変換器の検出方向に垂直な第1の方向に整列した超音波変換器の列、または
-  検出方向に垂直な第1の方向に沿って移動可能な単一超音波変換器を含み、
-  第1および第2のソースならびに関連する制御手段が、標的部位に少なくとも1つの第1のせん断波および少なくとも1つの第2のせん断波を連続して生成するように構成され、
-  検出器ユニットが、標的部位にそれぞれ少なくとも1つの第1のせん断波が生成されるときおよび少なくとも1つの第2のせん断波が生成されるときに、第1および第2の伝搬パターンを互いに独立して検出するように構成され、
-  計算手段が、第1および第2の伝搬パターンの時間反転へ互いに独立して進み、第1の反転励起スキームおよび第2の反転励起スキームを生成するように構成され、
-  第1のソースが、第1の反転励起スキームに基づいて制御されるとき、少なくとも第1の修正せん断波を生成するように適合され、第2のソースが、第2の反転励起スキームに基づいて制御されるとき、少なくとも第2の修正せん断波を同時に生成するように適合され、第1および第2のソースが、標的部位の所与の点に修正せん断波を集束させるように適合されることを特徴とする。
【００２３】
有利には、超音波変換器の列および/もしくは移動可能な単一超音波変換器は、第1の方向および各超音波変換器の検出方向に垂直な第2の方向に沿って移動可能であり、または超音波変換器の列は、二次元変換器デバイスに属する。
【００２４】
本発明は、本発明の目的を制限することなく、添付の図と対応してかつ説明に役立つ例として与えられる次の説明に基づいてより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による設備の概略図である。
【図２】図1の詳細IIの拡大図である。
【図３】図1および図2の設備におけるせん断波の伝搬パターンの概略図である。
【図４】図1および図2の設備の1つの超音波検出器についての伝搬パターンの時間経過図である。
【図５】本発明の方法のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図1および図2に表される設備2は、駆動信号S62、S64およびS66がそれを通って伝わるそれぞれの接続ライン72、74および76によって3つのせん断波ソース62、64および66に接続される交流電流発生器4を含む。各せん断波ソースは、ピストン振動子で作られており、せん断波ソースの筐体に含まれる非表示のピストンに接続される往復動ロッド68を含む。
【００２７】
設備2はまた、柔軟な固体Sが収納されるボックス8も含む。ボックス8は、オプションであり、もし柔軟な固体Sが、自立するならば、省略されてもよい。柔軟な固体Sは、筋肉もしくは脳などの、動物体の一部分、または上述の任意の他の柔軟な固体であってもよい。
【００２８】
せん断波ソース62、64および66は、それらのそれぞれのロッド68が柔軟な固体Sの1つの表面と接触している状態で、ボックス8に固定して取り付けられる。ソース62、64および66の場所は、本発明の方法のすべてのステップについて保持される。
【００２９】
128個の超音波変換器のアレイ10は、柔軟な固体Sの下方に置かれる。各超音波変換器T1からT128について、人は、各超音波変換器から上方へ行く垂直方向D1からD128としてその検出方向を規定する。各超音波変換器の検出方向はそれ故に、柔軟な固体Sの方へ配向される。
【００３０】
X10は、アレイ10の縦軸を示す。
【００３１】
X、Y、Zは、軸X10に平行な軸Xおよび方向D1からD128に平行な軸Zを有する直交座標系を示す。この直交座標系の中心Cは、図1および図2に表される設備2の構成では軸X10上に位置する。それ故に、軸XおよびX10は、重ね合わされる。アレイ10は、軸Yに沿って移動可能であり、一方軸X10は、軸Xに平行なままである。
【００３２】
iが1から128の間の整数であるとして、各超音波変換器Tiについて、人は、この変換器の検出方向Diに沿って整列した一連の150個の点Pi-1、Pi-2、Pi-3・・・からPi-150を規定し、各点Pi-iは、jが1から149の間の整数であるとして、点Pi-j+1よりも超音波変換器Piにより近い。言い換えれば、iが1から128の間で、jが1から150の間であるとして、一連の点Pi-jは、各変換器Tiの上方に規定される。実際には、点Pi-jは、点Pi-1によって規定される最小距離と点Pi-150によって規定される最大距離との間で各方向Diに沿って規則的に分配される。それ故に、図2に示されるように、仮想面SPは、軸X10およびZによって規定される平面内で超音波変換器アレイ10の上方に規定され、この仮想面は、iが1から128の間で、jが1から150の間であるとして、一組の6400個の点Pi-jを含む。
【００３３】
各超音波変換器Tiは、それより上方の各点Pi-jにおいて、軸Zに平行な方向で柔軟な固体Sの局所的変位を検出するように構成される。
【００３４】
それ故に、せん断波ソース62、64および66の1つまたは複数が、発生器4によって作動されるとき、アレイ10は、仮想面SP内の変位場を検出する能力があり、この変位場は、軸線X10の上方に、時点t1において図3に概略的に表されている。
【００３５】
設備2はまた、パーソナルコンピュータ12および超高速超音波スキャナ14も含む。アレイ10の出力データは、第1の信号S10としてスキャナ14に転送され、スキャナ14からPC12に第2の信号S14として転送される。信号S10およびS14は、それぞれの電気導体を通ってまたは無線で伝わる。
【００３６】
いったんコンピュータ12が、信号S14を受け取ると、コンピュータ12は、以下で説明されるように、アレイ10から受け取ったデータを修正する能力がある。
【００３７】
iが1から128の間であるとして、超音波変換器Tiを考察する。所与の期間、例えば1秒にわたって、超音波変換器Tiは、1ミリ秒ごとに各点Pi-jにおいて方向Diに沿った変位を検出する。言い換えれば、kが1から1000の間の整数であるとして、1000個の時点tkが、1秒の所定期間について考慮されるべきであり、各変換器Tiは、各点Pi-jおよび各時点tkにおいてその検出方向Diに平行な一組の垂直変位を検出することができる。これは、図3および図4に概略的に表され、そこでは図3の時間軸は、軸X10およびZの平面内に表される曲線の時間tによる変化の可能性を表す。図4では、超音波変換器Tiによって感知されるような変位場が、1秒の期間にわたって表される。図4の平面は、図3の軸tおよびZに平行な平面であり、この平面は、変換器Tiの真ん中を通る。この平面は、図3の2つの点線によって識別される。
【００３８】
もし人が、3つのせん断波ソース62、64および66から生じるせん断波を所与の点に集束させる必要があるならば、発生器4を介して各ソースを効率的に駆動することが、必要である。この目的を達成するために、人は、図5に表される本発明の方法を実施する。
【００３９】
第1のステップ1001では、デバイス4、12および14が、開始される。
【００４０】
第2のステップ1002では、コンピュータ12が、ソース62を作動させ、ソース64および66を作動させないために、電子信号S4を用いて発生器4を駆動する。そのような条件下では、1つのせん断波ソース62だけが、柔軟な固体Sに1つまたはいくつかのせん断波SW1を生成するためにアクティブである。せん断波ソース62が、アクティブであるとき、超音波変換器アレイ10は、ソース62から生じ、柔軟な固体S内を伝搬するせん断波SW1のせん断波伝搬パターンを検出するために、コンピュータ12によって発行される第2の信号S12を介して作動される。標的部位は、アレイ10の上方に規定され、変換器Tiがせん断波SW1を検出することができるところの仮想面SPによって規定される。せん断波ソース62だけがアクティブであるときのアレイ10の作動は、1秒の所定期間ΔT1にわたって生じ、一組のデータが、1ミリ秒(ms)ごとに変換器Tiによって取得される。
【００４１】
そのような状況下では、人は、軸Zに平行な方向D2に沿って、時点t1からt1000の間の各時点tkについて点Pi-jにおける局所的変位を示す一組のデータである伝搬パターンを取得する。iが1から128の間、jが1から50の間、kが1から1000の間である例では、図3に系統的に表され、期間ΔT1の間に取得される第1の伝搬パターンP1は、柔軟な固体Sの局所的垂直変位に対応する128×150×1000=19200000値を含む。
【００４２】
実際、上で規定される垂直変位は、点Pi-jにおける変位場のZ成分である。
【００４３】
ΦZ(Pi-j、tk)は、点Pi-jおよび時点tkにおける変位場のZ成分を示す。図3に表されるデータセットまたは伝搬パターンP1は、実際はΦZの一組の値である。
【００４４】
ΦZは、ソース62によって時点tkに放出され、任意の方向dに配向される信号e62(tk)と、dとそれぞれソースおよびレシーバのZ成分との間のインパルス応答、すなわちhdz(Pi-j、tk)との間の時間畳み込み積(time convolution product)として表される。言い換えれば、次の方程式が、成り立つ(prevail)。
【００４５】
【数１】
0006496749.tif 000002
【００４６】
いったん伝搬パターンP1が、ステップ1003において検出されると、信号S4を介して送られるコンピュータ12の命令に基づいて、発生器4によって、せん断波ソース62が、スイッチをオフにされ、せん断波ソース64が、スイッチをオンにされる。次いで、後続のステップ1004では、せん断波ソース64が、柔軟な固体Sに1つまたはいくつかのせん断波SW2を生成する。アレイ10は、1秒の第2の所定期間ΔT2の間に行われるステップ1005において、第2の伝搬パターンP2を検出するために作動される。
【００４７】
次いで、コンピュータ12の命令に基づいて、発生器4は、ステップ1004および1005にそれぞれ似ており、第3の伝搬パターンP3が、また1秒も続く第3の所定期間ΔT3の間に検出され、1つまたはいくつかのせん断波SW3が、生成され、検出されるところの2つのさらなるステップ1006および1007を実施するために、せん断波ソース64のスイッチをオフにし、せん断波ソース66のスイッチをオンにする。
【００４８】
人が、ソース62、64および66からそれぞれ生じるせん断波を仮想面SPの1つの点Pi-jに集束させる必要があることを考察する。そのような状況下では、第1の伝搬パターンP1は、点Pi-jのレベルにおいてさらなるステップ1008で時間的に反転される。この反転は、点Pi-jにおける伝搬パターンP1の時間反転である。より正確には、点Pi-jおよび時点tkについてソース62に対応する反転ソース信号、
【００４９】
【数２】
0006496749.tif 000003
【００５０】
は、
【００５１】
【数３】
0006496749.tif 000004
【００５２】
に等しく設定され、ただしT1は、第1の所定期間ΔT1の継続時間、本例では1秒である。
【００５３】
そのような状況下では、点Pi-jおよび時点tkにおけるせん断波変位は、次の値、
【００５４】
【数４】
0006496749.tif 000005
【００５５】
において最大化される。
【００５６】
P1'は、すべての点Pi-jおよびすべての時点tkについての時間反転の結果を示す。このデータセットは、仮想面SP内での点Pi-jについての反転励起スキームである。
【００５７】
さらなるステップ1009では、伝搬パターンP2が、第2の反転励起スキームP2'を生成するために、ステップ1008のそれに似た手法に従って時間的に反転される。
【００５８】
なおさらなるステップ1010では、伝搬パターンP3もまた、第3の反転励起スキームP3'を生成するために、ステップ1008のそれに似た手法に従って時間的に反転される。
【００５９】
ステップ1008、1009および1010の順序は、変えられてもよい。これらのステップはまた、伝搬パターンP1、P2およびP3が、互いに独立した時間反転であるならば、並行して行われることも可能である。
【００６０】
図1では、伝搬パターンP1だけが、簡潔さのために、コンピュータ12の上方に表される。実際、上述のように、コンピュータ12は、伝搬パターンP1からP3および反転励起スキームP1'からP3'を生成し、計算するように構成される。
【００６１】
その後、せん断波ソース62、64および66は、反転励起スキームP1'、P2'およびP3'に基づいて、ステップ1011において発生器4によって同時に作動される。この手法を用いると、ステップ1011においてソース62、64および66からそれぞれ生じる修正せん断波SW'1、SW'2およびSW'3は、ステップ1011における設備2を表す図1に示されるような仮想面SPの各点Pi-jに結合するまたは集束する。これらの条件下では、もし人が、せん断波を点Pi-jに集中させる必要があるならば、ソース62、64および66は、せん断波SW'1、SW'2およびSW'3をそのような所与の点に集束させるように適合されるので、人は、この点について3つの反転励起スキームを使用する。
【００６２】
それ故に、ステップ1001から1011の方法は、高エネルギーレベルを有して、任意の選択された点Pi-jに集束される修正せん断波SW'1、SW'2およびSW'3を生成することを可能にし、それは、この点において柔軟な固体Sの非線形挙動を得ることを可能にする。
【００６３】
ステップ1011では、仮想面SPの点Pi-jが、ソース62、64および66から生じる修正せん断波SW'1、SW'2およびSW'3によって誘発される力の反転励起セットに従わされる。力のこの励起セットは、時間的に反転された伝搬パターンP1'、P2'およびP3'に基づいており、修正せん断波SW'1、SW'2およびSW'3によって運ばれる。
【００６４】
これは、せん断波画像化方法のフレームワーク内で使用されてもよく、そこではステップ1012は、ステップ1011と同時に実施され、柔軟な固体S内のせん断波の伝搬パターンQは、ステップ1003、1005および1007のそれに似た手法に従って、超音波変換器アレイ10を用いて検出される。言い換えれば、同じアレイ10が、学習ステップ1003、1005および1007ならびに実際のせん断波画像化検出ステップ1012のために使用される。
【００６５】
別法として、MRIまたはOCTデバイスが、ステップ1012において使用されてもよい。
【００６６】
別の手法によると、ステップ1001から1011は、所与の点Pi-jにおいて、この点での温度増加をもたらすいくつかのせん断波SW'1、SW'2およびSW'3を生成するために、熱的マッピング方法のフレームワーク内で使用されてもよい。その時、超音波デバイス、MRIデバイスまたはOCTデバイスなどの、任意の適切な検出デバイスが、標的部位、例えば仮想面SPに対応する領域の温度パターンを検出するために使用されてもよい。
【００６７】
別の手法によると、ステップ1001から1011の方法は、所望の効果を得るために、柔軟な固体の標的部位を熱的に処置するために、すなわち柔軟な固体の温度を局所的に増加させるために使用されてもよい。そのようなことは、柔軟な固体の一部、例えば一切れのチーズまたはプロテーゼの非金属部分を加熱することにも当てはまる可能性がある。これはまた、生きている器官を治療するために使用されてもよい。
【００６８】
熱的マッピング方法および熱的に処置するための方法では、ステップ1011は、有意な温度増加を得るために、少なくとも10ms、好ましくは少なくとも10sの期間にわたって実施される。
【００６９】
本発明の非表示の代替実施形態によると、人は、アレイ10の代わりに、軸Xに沿って移動可能である単一変換器を使用することができる。
【００７０】
ステップ1001から1012の方法は、アレイ10が、仮想面SPによって規定される標的部位のために使用される場合に上で説明される。実際、この方法、ならびに対応するせん断波画像化方法、熱的マッピング方法および標的部位を熱的に処置するための方法は、柔軟な固体S内の所定体積によって規定される標的部位のために使用されてもよい。その場合、アレイ10は、軸Yに沿って移動可能であり、その縦軸X10は、軸Xに平行なままである。これは、軸Yに沿ったアレイ10の異なる場所においてステップ1002から1012を実施することを可能にする。そのような場合、本発明による方法は、アレイ10が軸Yに沿って動かされるさらなるステップ1013を含む。その時、本方法は、ステップ1002において再度開始される。いったん所定体積をカバーするのに必要なすべての位置が、軸Yに沿って達せられると、本方法は、ステップ1014において停止する。
【００７１】
本発明のなお別の実施形態によると、単一アレイ10を使用する代わりに、いくつかのそのようなアレイが、軸Yに沿って互いに隣接して設置されてもよい。これらのアレイは、次々に使用されてもよく、それは、移動するアレイ10の代わりに、人が1つのアレイから他のアレイに切り替えるところの、ステップ1013に等価なステップにおいて実施される。
【００７２】
別法として、軸XおよびYに平行な方向に沿ってそれぞれ整列した超音波変換器の行および列を含む二次元変換器デバイスが、使用されてもよい。
【００７３】
本発明は、ボックス8および柔軟な固体Sに関してせん断波ソース62、64および66の正確な場所に依存しない。実際、伝搬パターンP1からP3は、いったんこれらのソースが、柔軟な固体Sに関して固定して設置されると、集められるので、これらのパターンの時間反転は、これらのソースの実際の位置とともに集められるデータに基づいて行われ、その結果これらの位置は、反転励起スキームP1'、P2'およびP3'を生成するために考慮される。言い換えれば、本発明の方法は、柔軟な固体に関するせん断波ソースの実際の位置に関して自己適応する。
【００７４】
本方法は、人が3つのせん断波ソースを使用する場合に上で述べられる。それは、2つのせん断波ソースまたは4以上の数のせん断波ソースとともに働く。実際、せん断波ソースの数は有利には、8から64の間、好ましくは10から15の間で選択される。
【００７５】
アレイ10の超音波変換器Tiの実際の数は、2から4096の間、好ましくは64から512の間とすることができ、128の値は、市場で、例えば参照番号ATL L7-4の線形アレイで会社Philipsから入手できる製品に対応するので、好ましい。
【００７６】
超音波変換器Tiの検出方向Di上で規定される点Pi-jの数は、10から10000の間、好ましくは40から400の間である。150の値が、実際には非常に便利である。
【００７７】
2つの連続する時点tkの間の時間間隔は、1msと異なることもある。それは、使用される期間の実際の継続時間T1、T2、その他に応じて、0.1msから10msの間、好ましくは0.5msから2msの間で選択される。
【００７８】
図5には表示されない、本発明のオプションの態様によると、本方法は、伝搬パターンP1の周波数パラメータが変えられる追加のステップをステップ1003とステップ1012との間に含む。同様のステップが、伝搬パターンP2およびP3について存在してもよい。これは、伝搬パターンのいくつかの高調波を取り除くまたは強化することを可能にする。せん断波の周波数成分(frequency content)を操作することは、集束の効率を高めることもある。
【００７９】
本発明の1つの潜在的使用は、脳機能調整(brain function modulation)のための人間または動物の脳内でのせん断波の生成に関する。特に、脳の一次的および/または二次的体性感覚(somato-sensory)領域内にせん断波を集束させることは、患者が感じる痛みのレベルを制御するのに役立つまたは脳血管障害後の回復を容易にすることもある。
【００８０】
上で考察された実施形態および代替実施形態は、本発明の新しい実施形態を生成するために組み合わされてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
2  設備
4  交流電流発生器、発生器
8  ボックス
10  超音波変換器のアレイ、検出器ユニット
12  パーソナルコンピュータ
14  超高速超音波スキャナ
62  せん断波ソース
64  せん断波ソース
66  せん断波ソース
68  往復動ロッド
72  接続ライン
74  接続ライン
76  接続ライン
Di  検出方向
P1  伝搬パターン
P1'  第1の反転励起スキーム
P2  伝搬パターン
P2'  第2の反転励起スキーム
P3  伝搬パターン
P3'  第3の反転励起スキーム
Pi-j  点
Q  伝搬パターン
S  柔軟な固体
S10  第1の信号
S14  第2の信号
S62  駆動信号
S64  駆動信号
S66  駆動信号
SP  仮想面
SW1  せん断波
SW'1  修正せん断波
SW2  せん断波
SW'2  修正せん断波
SW3  せん断波
SW'3  修正せん断波
Ti  超音波変換器
tk  時点
X10  アレイの縦軸
ΔTi  所定期間
【図１】
0006496749.tif 000006
【図２】
0006496749.tif 000007
【図３】
0006496749.tif 000008
【図４】
0006496749.tif 000009
【図５】
0006496749.tif 000010