(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
腎臓結石を移動させるための非砕石性音響放射力を適用するように構成される、超音波治療システムであって、
（ａ）治療領域に向けられる超音波暴露を発生させるように構成され、治療トランスデューサを含む、治療プローブ；
（ｂ）前記治療トランスデューサの上方に配置されたレンズ；
（ｃ）前記治療トランスデューサ及び前記レンズに直接接触し、前記治療トランスデューサと前記レンズとの間に音響整合を提供するように構成される、整合層；
（ｄ）前記治療領域を超音波撮像するように構成される、撮像プローブ；及び
（ｅ）前記治療プローブ及び前記撮像プローブを包含し保持するように構成される、ハウジングであって、前記治療プローブ及び前記撮像プローブが互いに隣接している、ハウジング
を含み、
前記治療プローブが、治療暴露時間にわたり１又は複数の治療パルスを含む治療暴露を生成するように構成され、
前記治療暴露が以下の特徴：
（ｉ）１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数；
（ｉｉ）少なくとも１０ｍｓの治療暴露時間；
（ｉｉｉ）０．５ＭＰａ〜５ＭＰａの前記治療領域におけるピーク負圧；
（ｉｖ）全幅半値以上の音圧に供される空間の体積として規定される、前記治療領域であって、前記治療領域が、軸方向に２ｃｍ以上の長さ及び２ｍｍ以上の幅を有する、前記治療領域；及び
（ｖ）前記治療領域内に配置された０．５ｍｍ〜２０ｍｍの直径を有する腎臓結石に音響放射力を発生させるように構成される、前記治療領域であって、前記腎臓結石に適用される前記音響放射力は５０μＮ〜０．５Ｎであり、前記音響放射力は、前記腎臓結石を断片化しない、前記治療領域
を有する、
超音波治療システム。
【請求項２】
前記治療プローブが、１秒〜１０分間につき１０Ｗ〜２００Ｗの平均音響パワーで動作するように構成される、請求項１に記載の超音波治療システム。
【請求項３】
前記治療暴露が単一の継続的パルスである、請求項１に記載の超音波治療システム。
【請求項４】
前記治療暴露が、オフ期間によって分離された複数のパルスを含む治療バーストを含む、請求項１に記載の超音波治療システム。
【請求項５】
前記治療プローブが、５ｃｍ以下の最大開口部寸法を有する、請求項１に記載の超音波治療システム。
【請求項６】
前記治療プローブが単一の超音波治療素子を有し、これにより前記治療領域を規定する固定焦点を提供する、請求項１に記載の超音波治療システム。
【請求項７】
前記治療プローブが、中心空洞を有する環状であり、前記撮像プローブが前記中心空洞を通して撮像することを可能にするために、音響的に透明に構成される、請求項１に記載の超音波治療システム。
【請求項８】
前記治療プローブ及び前記撮像プローブが、共に同軸に合わさるように構成される、請求項１に記載の超音波治療システム。
【請求項９】
撮像プローブがパルスの合間の前記治療暴露のオフ期間中に撮像信号を生成するように、前記撮像プローブ及び治療プローブが同期される、請求項１に記載の超音波治療システム。
【請求項１０】
前記治療プローブが作動されずに前記撮像プローブのみが作動される撮像モードから、前記撮像プローブ及び前記治療プローブが両方とも作動され、前記治療領域の画像を交互に生成して前記治療領域に前記治療暴露を適用するように同期される治療モードに、前記超音波治療システムを移行するように構成されるスイッチをさらに含む、請求項９に記載の超音波治療システム。
【請求項１１】
前記撮像プローブの焦点深度の変化に応じて、治療プローブから前記治療領域の開始までの距離を調整する、又はその逆をするように、さらに構成される、請求項９に記載の超音波治療システム。
【請求項１２】
前記治療プローブを駆動するように構成される増幅器をさらに含む、請求項１に記載の超音波治療システム。
【請求項１３】
前記治療プローブから熱を除去するように構成される冷却機構をさらに含む、請求項１に記載の超音波治療システム。
【請求項１４】
前記冷却機構が、レンズ及び超音波治療素子からなる群より選択される前記治療プローブの部分から熱を除去するように構成される、請求項１３に記載の超音波治療システム。
【請求項１５】
中央処理装置（ＣＰＵ）及びユーザインターフェイスをさらに含み、前記治療プローブ、前記撮像プローブ、及び前記ユーザインターフェイスが、前記ＣＰＵを介してそれぞれ動作可能に連結され、前記ＣＰＵが、前記ユーザインターフェイスにしたがって前記治療プローブからの超音波暴露を制御するように構成される、請求項１に記載の超音波治療システム。
【請求項１６】
前記撮像プローブが、前記ユーザインターフェイス上に前記治療領域の超音波画像を生成するように構成され、前記撮像プローブが、前記治療プローブと同期されて、前記治療プローブからのパルスの合間に前記治療領域の画像を取得する、請求項１５に記載の超音波治療システム。
【請求項１７】
前記ＣＰＵが、前記ユーザインターフェイスを介した入力に応答して、前記治療プローブを介して、前記治療領域の位置又はサイズを変化させるように構成される、請求項１５に記載の超音波治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年１０月１７日に出願された米国特許出願第６２／０６５，４３２号、及び２０１５年５月１２日に出願された米国特許出願第６２／１６０，４５８の利益を主張しており、これらのそれぞれの開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
政府認可の権利に関する声明
本発明は、国立衛生研究所、国立糖尿病及び消化器腎臓疾患研究所によって授与されたＲ０１  ＤＫ０９２１９７及びＰ０１  ＤＫ０４３８８１、及び国立宇宙生物医学研究所によって授与されたＳＭＳＴ０３４０２の下での政府支援によってなされた。政府は本発明にある一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
背景
開示される実施形態は、苦しんでいる患者からの腎臓結石の排出を安全に促進する必要性に取り組んでいる。国立糖尿病及び消化器腎臓疾患研究所（ＮＩＤＤＫ）の尿路結石疾患研究機会及び挑戦（ＵＳＤＲＯＣ）ワークショップウェブサイトは、この問題を次のように特徴付けている。「尿路結石疾患（ＵＳＤ）は、成人と子供の両方に影響する重要な医療問題であり、患者には疼痛及び苦しみを引き起こし、国家には経済的負担を引き起こす。現在、１１人のアメリカ人のうちの１人がＵＳＤを有しており、患者数は増加している。ＮＩＤＤＫが資金を提供している研究、「アメリカにおける泌尿器科疾患」によれば、アメリカ合衆国におけるＵＳＤの直接的な医療費は年間１００億ドルであり、このことは、ＵＳＤを最も費用のかかる泌尿器学状態にしている。」残存破片は、ＵＳＤにおける臨床及び研究の圧倒的な優先事項であると広く考えられている。なぜなら、衝撃波砕石（ＳＷＬ）又は尿道鏡砕石（ＵＲＳ）などの現在の処置オプションが、小さい残存結石破片を置き去りにするためである。研究は、ほとんどの残存結石破片は通過するが、他のものは成長し、患者のおよそ２０％〜４０％において、疼痛、救急室訪問、又は追加の医療手当などの症候性イベントを引き起こす可能性があることを示している。しかし、現在まで、患者内で多数の残存結石破片を（並行して）操作することのできるツール又は方法は存在しない。現在、基本的な実行可能なオプションは、１回に１つの結石を操作する集束超音波の連続的使用である。しかしながら、多数の小さい結石については、この連続的方法は実現不可能である。したがって、患者内の複数の腎臓結石を操作するための新規のツール及び方法が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
この概要は、以下の詳細な説明においてさらに説明される概念の選択を、簡略化された形で紹介するために提供される。この概要は、特許請求の範囲に記載の発明特定事項の重要な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に記載の発明特定事項の範囲を決定する助けとして使用されることを意図するものでもない。
【０００５】
一つの態様において、非砕石性音響放射力を腎臓結石に適用するように構成される超音波治療システムが提供される。一つの実施形態において、この超音波治療システムは、
（ａ）治療領域に向けられる超音波暴露を発生させるように構成される、治療プローブ、及び
（ｂ）治療領域を超音波撮像するように構成される、撮像プローブ、を含み、
治療プローブは、治療暴露時間にわたり１又は複数の治療パルスを含む治療暴露を生成するように構成され、治療暴露は、以下の特徴を有する：
（ｉ）１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数；
（ｉｉ）少なくとも１０ｍｓの治療暴露時間；
（ｉｉｉ）０．５ＭＰａ〜５ＭＰａの治療領域におけるピーク負圧；
（ｉｖ）１つのパルスの治療領域が、全幅半値圧力以上に供される体積を規定し、かつ治療領域が、軸方向に２ｃｍ以上の長さ及び２ｍｍ以上の幅を有する；及び
（ｖ）治療領域が、治療領域内に配置された０．５ｍｍ〜２０ｍｍの直径を有する腎臓結石に音響放射力を与えるのに十分であり、腎臓結石に適用される音響放射力は５０μＮ〜０．５Ｎであり、音響放射力は、腎臓結石を断片化するのに十分でない。
【０００６】
別の態様において、超音波推進を使用して１又は複数の標的物体を移動させる方法が提供される。一つの実施形態において、この方法は、本明細書に示され説明される超音波治療システムを使用して、標的物体に非砕石性音響放射力を適用することを含む。
【０００７】
別の態様において、超音波推進を使用して治療領域の１又は複数の腎臓結石を移動させる方法が提供される。一つの実施形態において、この方法は、広範集束超音波治療プローブを使用して、治療領域内に配置された０．５ｍｍ〜２０ｍｍの直径を有する１又は複数の腎臓結石に力を適用することを含み、１又は複数の腎臓結石のそれぞれに適用される音響放射力は、５０μＮ〜０．５Ｎであり、音響放射力は、腎臓結石を断片化するのに十分でない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の前述の態様及び付随する利点の多くは、添付の図面とあわせて以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるため、より容易に理解されるだろう。
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、本明細書に開示の実施形態に係る、超音波治療システムの治療プローブ、撮像プローブ、及び治療領域の間の関係を示す。
【００１０】
【図１Ｂ】図１Ｂは、本明細書に開示の実施形態に係る、プロトタイプの組み合わせ治療プローブ（環状）及び撮像プローブ（中心）の写真である。
【００１１】
【図１Ｃ】図１Ｃは、治療システムの別の実施形態を示し、ここで、治療プローブ及び撮像プローブは、離れて配列されているが、両方とも治療領域に集束されている。
【００１２】
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ｃに示されるタイプの非軸上の治療プローブ及び撮像プローブのプロトタイプの組み合わせの写真である。
【００１３】
【図２】図２は、本明細書に開示の実施形態に係る例示的な超音波治療暴露を示す。
【００１４】
【図３】図３−６は、本明細書に開示の実施形態に係る例示的な治療プローブを示す。
【図４】図３−６は、本明細書に開示の実施形態に係る例示的な治療プローブを示す。
【図５】図３−６は、本明細書に開示の実施形態に係る例示的な治療プローブを示す。
【図６】図３−６は、本明細書に開示の実施形態に係る例示的な治療プローブを示す。
【００１５】
【図７】図７Ａ及び７Ｂは、先行技術のプローブ（図７Ａ）及び本明細書に開示の実施形態に係る治療プローブ（図７Ｂ）によって発生させた治療領域サイズを示す。
【００１６】
【図８】図８Ａ及び８Ｂは、１２８素子の先行技術のプローブ（図８Ａ）及び本明細書に開示の実施形態に係る単一素子治療プローブ（図８Ｂ）によって発生させた、シミュレーションされた治療領域サイズをグラフで示す。
【００１７】
【図９】図９は、１又は複数の人工腎臓結石を押圧する際の超音波プローブの効能を評価するための実験システムを概略的に示す。
【００１８】
【図１０】図１０は、先行技術の及び例示的な超音波トランスデューサの超音波押圧力を比較する実験結果を示す一連の写真である。
【００１９】
【図１１】図１１は、先行技術の及び例示的な超音波トランスデューサの相対的押圧強さを決定するために、図９及び１０に示される実験の１０回の反復から回収されたデータをグラフで示す。
【００２０】
【図１２Ａ】図１２Ａ−１２Ｄは、本明細書に開示の実施形態に係る、冷却システムをその中に組み込んだ代表的な治療プローブの様々な実施形態を概略的に示す。
【図１２Ｂ】図１２Ａ−１２Ｄは、本明細書に開示の実施形態に係る、冷却システムをその中に組み込んだ代表的な治療プローブの様々な実施形態を概略的に示す。
【図１２Ｃ】図１２Ａ−１２Ｄは、本明細書に開示の実施形態に係る、冷却システムをその中に組み込んだ代表的な治療プローブの様々な実施形態を概略的に示す。
【図１２Ｄ】図１２Ａ−１２Ｄは、本明細書に開示の実施形態に係る、冷却システムをその中に組み込んだ代表的な治療プローブの様々な実施形態を概略的に示す。
【００２１】
【図１３】図１３は、メカニカルインデックス（ＭＩ）、圧力、及び超音波システムの周波数の相関をグラフで示す。
【００２２】
【図１４】図１４は、本明細書に開示の実施形態に係る、代表的な超音波治療システムの部品を図示するブロック図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
詳細な説明
本明細書に開示されるのは、超音波治療プローブ及びそのプローブを組み込むシステムである。プローブは、腎臓結石に適用された場合に、超音波推進を生成するのに十分な音響放射力を与える超音波治療暴露を生成するように構成される。しかしながら、超音波推進を生成するように構成される従来のプローブとは異なり、開示されるプローブは、超音波推進を生成するのに有効な比較的大きい（幅広かつ長い）治療領域を生成するように操作される。この大きい治療領域は、プローブが複数の腎臓結石（又は砕石からの破片）を並行して移動させることを可能にし、これにより、いくつかの結石をあるエリアから同時に除去する能力をユーザに提供する。この「広範集束」プローブは、ある実施形態において、典型的な超音波撮像プローブとともに単一のハンドヘルドユニットに組み合わされる。治療プローブ及び撮像プローブの両方によって生成された超音波信号を連係することによって、複合プローブのユーザは、広範集束超音波が患者内の結石を移動させる際に、リアルタイムで結石を撮像することができる。このプローブ及びシステムを使用して腎臓結石を移動させる方法も提供される。
【００２４】
開示される広範集束ビームの利点は、より容易な位置合わせを含む。幅広ビームは、結石を標的化する確率を高くする。比較的長い治療領域は、使用中の焦点深度を変化させて、その結果として標的化を簡単にするのが難しいことの主な原因である。さらに、開示されるシステムは、特に単一の治療トランスデューサ（「固定焦点」）を利用する実施形態において、より単純で安価なシステムを可能にする。最終的に、開示される実施形態は、処置中に、高振幅（焦点圧力と比較して＞−６ｄＢ）の「ホットスポット」を生じず、このことが、患者に適用されたときに、装置及び方法をより安全で予測可能なものにする。
【００２５】
一つの態様において、非砕石性音響放射力を腎臓結石に適用するように構成される、超音波治療システムが提供される。一つの実施形態において、この超音波治療システムは、
（ａ）治療領域に向けられる超音波暴露を発生させるように構成される、治療プローブ；及び
（ｂ）治療領域を超音波撮像するように構成される、撮像プローブを含み、
治療プローブは、治療暴露時間にわたり１又は複数の治療パルスを含む治療暴露を生成するように構成され、治療暴露は以下の特徴：
（ｉ）１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数；
（ｉｉ）少なくとも１０ｍｓの治療暴露時間；
（ｉｉｉ）０．５ＭＰａ〜５ＭＰａの治療領域におけるピーク負圧；
（ｉｖ）１つのパルスの治療領域が、全幅半値圧力以上に供される体積を規定し、かつ治療領域が、軸方向に２ｃｍ以上の長さ及び２ｍｍ以上の幅を有する；及び
（ｖ）治療領域が、治療領域内に配置された０．５ｍｍ〜２０ｍｍの直径を有する腎臓結石に音響放射力を与えるのに十分であり、腎臓結石に適用される音響放射力は５０μＮ〜０．５Ｎであり、音響放射力は、腎臓結石を断片化するのに十分でない
を有する。
【００２６】
超音波システムは、治療プローブ１０５及び撮像プローブ１１０の両方を含む複合プローブ１００を示す、図１Ａの概略図を参照することによって、よりよく理解することができる。プローブ１０５及び１１０の両方の軸Ａに沿って治療領域１１５が配置されている。
【００２７】
治療領域１１５は、本明細書において、全幅半値（ＦＷＨＭ）圧力以上に供される（例えば、患者内の）空間の体積として規定される。これに関して、治療プローブ１０５は、治療領域１１５のある特定の点で最大圧力を生成することとなり、治療領域１１５の境界は、圧力が最大圧力のＦＷＨＭである領域によって規定される。治療領域１１５は、中心点Ｃ、長さＬ、及び幅Ｗを有し、治療プローブ１０５から距離Ｄ離れて始まる。本明細書で使用されるように、治療領域「幅」は、圧力がピーク焦点圧力に対して−６ｄＢに達する、音響軸Ａに直交する場における位置間の距離として規定される。
【００２８】
図１Ａに示されるように、治療プローブ１１５は環状（少なくともおおよそ円形）であり、外形寸法ＯＤを有する。一つの実施形態において、治療プローブ１１５は円形である。撮像プローブ１１０は典型的には、高さｈ及び幅ｗを有する長方形である。複合プローブ１００並びに、関連して、治療プローブ１０５及び撮像プローブ１１０のサイズは、非常に重要である。複合プローブ１００は、オペレーターによって容易にハンドヘルドされるように、かつ患者の皮膚に沿った任意の点に位置決めするのに操作しやすいように、コンパクト（例えば、５ｃｍ以下のＯＤ）でなければならない。これらの寸法上の制約のために、プローブ１０５及び１１０の同軸の組み合わせがなされて、コンパクトな複合プローブ１００を形成する。例示的な複合プローブ１００が、図１Ｂに写真で示されている。
【００２９】
図１Ａ及び１Ｂのシステムとは異なるシステムの一実施形態において、図１Ｃは、一体化された撮像プローブ１１０のないシステムを示す。代わりに、離れて配置された撮像プローブ１１０'が利用される。撮像プローブ１１０'は、使用中に、依然として治療プローブ１０５と連係され、依然として治療領域１１５に集束される。しかしながら、撮像プローブ１１０'は軸Ａと同軸に配置されていない。この配列は、治療領域１１５に同軸に集束させる場合の使用の容易さの利益を提供しないが、特注の同軸プローブ（例えば、複合プローブ１００）を製造する必要がないので、この実施形態は、既製品の部品から、より容易に製造することができる。
【００３０】
動作中、治療プローブ１０５は、治療暴露時間にわたり１又は複数の超音波治療パルスを含む治療暴露を放出する（治療暴露信号の視覚的説明については図２を参照のこと）。撮像が利用される場合、それらの信号が重複しないが、画像が十分に頻繁に（例えば、少なくとも１フレーム毎秒、ｆｐｓ）取得されるように、治療プローブ１０５及び撮像プローブ１１０は連係される。治療暴露中に治療領域１１５の画像を取得することによって、オペレーターは、処置を達成する（例えば、結石を移動して腎臓又は他の領域から排出させる）ために必要に応じて、リアルタイムで結石の移動を見て、狙い及び／又は焦点を調整することができる。
【００３１】
用語「治療暴露」は、本明細書では、ある暴露時間にわたる一連のパルスに関する。ある実施形態において、暴露時間は、ユーザがオンスイッチ又は他の機構によって治療プローブを作動させることによって規定される。例示的な機構は、足で作動されるスイッチなどのオン／オフスイッチ上にある。いくつかの治療暴露が、患者の処置中に、累積的治療暴露セッションのために、ユーザによって利用されてよい。治療暴露は、システムが長期間（例えば、１秒以上）継続的にオフになったときに終了する。パルスの合間の「オフ」期間（すなわち、デューティサイクルが１００％未満の期間）は、治療暴露の終了を示すものではない。
【００３２】
超音波治療システムは非砕石性であり、それ故に、システムによって適用される超音波は、腎臓結石を破壊するのに十分ではない。システムの目的は、治療プローブが治療領域内の任意の腎臓結石を移動させるのに十分な音響放射力を生成する、比較的大きい治療領域を提供することである。本明細書中の説明は、複数の結石又は破片を移動させる際のシステムの独特な実用性を論じているが、ある実施形態において、単一の結石、さらに単一の大きい結石の移動も予期されることが理解されるだろう。一例として、尿管を閉鎖している単一の大きい結石を移動させることができる。
【００３３】
治療暴露は、図２に示されるような超音波信号である。それは、周波数、治療暴露時間、治療領域におけるピーク負圧、音響パワー、強度、及び駆動電圧を含む多数のパラメーターによって規定することができる。
【００３４】
治療領域は、治療領域内に配置された０．５ｍｍ〜２０ｍｍの直径を有する腎臓結石に音響放射力を与えるのに十分であり、腎臓結石に適用される音響放射力は、５０μＮ〜０．５Ｎであり、音響放射力は、腎臓結石を断片化するのに十分でない。システム及び治療領域のこの特徴は、治療プローブによって与えられる力の性質を示す：非砕石性であり、音響放射力を使用して「押圧する」。音響放射力は、音響放射力秤又はロードセル、放射力放射計、又は当業者に知られている任意の他の技術を使用して、実験的にインビトロで（例えば、ベンチ上で）測定することができる。
【００３５】
複合プローブ１００は、臨床で容易に使用できるように、ハンドヘルドフォームファクタを有する。例示的な複合プローブ１００が、図１Ｂに写真で示されており、図３−６は、ハウジング及び治療プローブを図示する線図である。ここで図３−６を参照すると、ハウジング３００は、治療プローブトランスデューサ３０５、レンズ３１０、細長いハンドル３１５、及びそれぞれ開口部３１１を介し、レンズ３１０及び治療トランスデューサ３０５を貫通してぴったり合う、撮像プローブを保持するように構成されるハウジング３２０を含む。図６はハウジング３００の断面図である。
【００３６】
例示的な実施形態において、治療プローブトランスデューサ３０５は特注ＰＺＴトランスデューサであり、撮像プローブは市販の撮像プローブである。しかしながら、他の実施態様においては、両方のプローブが特注であるか、又は両方のプローブが市販のものであることが理解されるだろう。
【００３７】
図７Ａ及び７Ｂは、市販の治療プローブ（図７Ａ）と、本明細書に開示される広範集束治療プローブ（図７Ｂ）の相対的治療領域サイズを比較する。治療領域のサイズは、１桁大きくなることができ、このことにより、複数の結石又は破片をより広く押圧することができる。
【００３８】
開示される実施形態は、広範集束超音波を使用して腎臓結石（又はその破片）を移動させる文脈において説明されているが、本明細書に開示される概念は、他の埋め込まれた物体を移動させるのに使用することもでき、この埋め込まれた物体としては、結石、破片、血餅、弾丸、粘液、嚢胞性繊維症粘液、流れる血液、便秘で詰まった便、直腸、尿道及び膀胱異物、尿管結石、膀胱結石、気道異物、鼻づまり、洞閉塞、詰まった耳垢（耳糞）、（剥離した網膜のような）組織片、又は眼中の浮遊物体、及びヒト又は他のほ乳類の胆嚢、唾液管、胆道管又は任意の他の解剖学的位置のいずれかに位置する塵埃が含まれるが、これらに限定されないことに注意すべきである。開示される実施形態の追加の使用は、経時的に堆積又は閉塞を防止する、移植された異物のメンテナンスプログラムの一部となることである。例えば、尿管ステントには、ステントの表面上に経時的に沈殿する尿溶質が堆積する。ステントを３週間毎に断続的に押圧して、この堆積プロセスを「中断する」又は遅らせることができる。同様の実施形態が、心臓ステントについても想定され得る。
【００３９】
本明細書で使用されるように、用語「約」は、対象値がプラス又はマイナス５％によって修飾され、依然として開示される実施形態の範囲内にあることができることを示す。加えて、記載されている値は原位置である。関連して、本明細書で使用される用語「ディレーティングされた」は、水タンク内で測定され、原位置の値に挿入されたことを意味する。ディレーティングされた超音波値を生成するための等式は、当業者に知られている。例えば、等式Ｘ（ＭＨｚのディレーティングされた圧力）＝０．０３ｄｂ／ｃｍ／ＭＨｚ＊組織侵入の深さ（ｃｍ）＊パルスのＭＨｚ中心周波数＊水中で測定された焦点圧力の初期振幅（ＭＰａ）＊Ｎｐ／８．７ｄｂ（Ｎｐ＝ネーパー）。
【００４０】
超音波治療システム及び方法の特定の態様を、ここでさらに詳細に説明する。
【００４１】
＜治療プローブの特徴＞
【００４２】
治療プローブは超音波トランスデューサである。超音波トランスデューサは、本技術分野において一般に知られており、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料から形成される。
【００４３】
一つの実施形態において、パルスは１ｍｓ〜３５０ｍｓの持続時間を有する。さらなる実施形態において、パルスは１０ｍｓ〜２００ｍｓの持続時間を有する。またさらなる実施形態において、パルスは５０ｍｓ〜２００ｍｓの持続時間を有する。例示的な実施形態は、２５ｍｓのパルス持続時間を利用する。
【００４４】
治療プローブを撮像プローブと連係させたいために、３５０ｍｓがパルス持続時間の上限である。治療プローブの送信中に、撮像プローブは画像を作るための信号を受信していてはならない。そのため、撮像パルスのための時間を作るために、治療パルスは「オフ」にされなければならない。この関係は、多数のパルス２０５、２１０、２１５を含む治療暴露２００を示す図２を参照するとよりよく理解されるだろう。パルス２０５等のそれぞれは、オン時間と、それに続く、撮像プローブが毎秒少なくとも２フレームを生成するように動作することのできるオフ時間２０６とを有する。このフレームレートは低いが、オペレーターが治療暴露に十分に暴露された腎臓結石を撮影することを依然として可能にする。
【００４５】
代わりの実施形態において、撮像は治療暴露中に使用されない。しかしながら、治療領域を撮像することは、使用に顕著な利益をもたらす。
【００４６】
治療プローブが動作する合計時間は「治療暴露時間」と呼ばれる。デューティサイクルは、オン時間及び新しいパルスが始まる前のオフ時間の合計と比較したときの、オン時間のパーセンテージとして規定される。
【００４７】
治療プローブの周波数及び音響パワーが低いために、１００％デューティサイクルが可能であるが、そのような状況での撮像は、治療プローブを妨害しないようなやり方で達成されなければならない。したがって、一つの実施形態において、治療暴露は単一の継続的パルスである。
【００４８】
平均音響パワーは、治療プローブ及び治療暴露を規定するのに有用な別の特徴である。平均音響パワーは、プローブのアクティブエリアにわたって放出された合計音響パワーを、治療暴露の持続時間にわたって平均したものとして規定される。一つの実施形態において、治療プローブは、１秒〜１０分間につき５Ｗ〜２００Ｗの平均音響パワーを生成するように構成される。一つの実施形態において、治療プローブは、１秒〜１０分間につき１０Ｗ〜２００Ｗの平均音響パワーを生成するように構成される。一つの実施形態において、治療プローブは、１秒〜１０分間につき１５Ｗ〜６０Ｗの平均音響パワーを生成するように構成される。
【００４９】
一つの実施形態において、治療領域は、単一の治療パルスによって規定される。本明細書で説明されるビーム幅の規定は、１つの焦点への暴露のためのものである。このことは、様々な点に集束された一連のパルスを使用して合計暴露幅を広げるシステムとは対照的である。本明細書で使用される幅は、ある時点でのスナップショットにおけるビームの幅である。これは、パルスの連続によって構成される幅ではない。
【００５０】
一つの実施形態において、治療領域は２ｃｍ〜１５ｃｍの長さを有する。一つの実施形態において、治療領域は４ｃｍ〜１０ｃｍの長さを有する。一つの実施形態において、治療領域は３ｃｍ以上の長さを有する。一つの実施形態において、治療領域は５ｃｍ以上の長さを有する。一つの実施形態において、治療領域は１５ｃｍ以下の長さを有する。
【００５１】
一つの実施形態において、治療領域は２ｍｍ〜２０ｍｍの幅を有する。一つの実施形態において、治療領域は１ｍｍ〜１０ｍｍの幅を有する。一つの実施形態において、治療領域は５ｍｍ〜８ｍｍの幅を有する。一つの実施形態において、治療領域は３ｍｍより大きい幅を有する。一つの実施形態において、治療領域は５ｍｍより大きい幅を有する。一つの実施形態において、治療領域は１０ｍｍ未満の幅を有する。一つの実施形態において、治療領域は２０ｍｍ未満の幅を有する。
【００５２】
一つの実施形態において、治療領域は、少なくとも１ｍｍの幅及び少なくとも２ｃｍの長さを有する。一つの実施形態において、治療領域は、少なくとも２ｍｍの幅及び少なくとも１ｃｍの長さを有する。一つの実施形態において、治療領域は、少なくとも１ｍｍの幅及び少なくとも１ｃｍの長さを有する。
【００５３】
一つの実施形態において、周波数は２００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚである。一つの実施形態において、周波数は３００ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚである。
【００５４】
一つの実施形態において、治療領域におけるピーク負圧は１．０ＭＰａ〜４．０ＭＰａである。一つの実施形態において、治療領域におけるピーク負圧は１．５ＭＰａ〜３．５ＭＰａである。
【００５５】
一つの実施形態において、治療領域は、治療プローブから少なくとも１ｃｍ離れて始まる一つの実施形態において、治療領域は、治療プローブから少なくとも３ｃｍ離れて始まる。一つの実施形態において、治療領域は、治療プローブから少なくとも５ｃｍ離れて始まる。
【００５６】
一つの実施形態において、治療暴露は少なくとも１秒の長さである。一つの実施形態において、治療暴露は少なくとも１０秒の長さである。一つの実施形態において、治療暴露は少なくとも３０秒の長さである。一つの実施形態において、治療暴露は少なくとも６０秒の長さである。一つの実施形態において、治療暴露は少なくとも５分間の長さである。一つの実施形態において、治療暴露は少なくとも１０分間の長さである。
【００５７】
一つの実施形態において、治療暴露は、オフ期間によって分離された複数のパルスを含む治療バーストを含む。この構成を図２に示す。
【００５８】
一つの実施形態において、治療バーストは３０％より大きいデューティサイクルを有する。一つの実施形態において、治療バーストは５０％より大きいデューティサイクルを有する。一つの実施形態において、治療バーストは７５％より大きいデューティサイクルを有する。
【００５９】
開示されるシステムは、メカニカルインデックスの規定された範囲内で動作する。メカニカルインデックスは本明細書中で、ピーク負圧（ＭＰａ）／周波数の平方根（ＭＨｚ）として規定される。図１３は、メカニカルインデックス（ＭＩ）、圧力、及び超音波システムの周波数の相関をグラフで示す。一つの実施形態において、メカニカルインデックスは１０以下であり、これは結石の断片化が起こりそうになる前の上限である。一つの実施形態において、メカニカルインデックスは４以下であり、これは撮像に関連するＦＤＡ限界である。一つの実施形態において、メカニカルインデックスは１．９以下であり、これはより低いＦＤＡ限界である。
【００６０】
＜プローブ形状＞
【００６１】
一つの実施形態において、治療プローブは５ｃｍ以下の最大開口部寸法（例えば、図１ＡのＯＤ）を有する。一つの実施形態において、治療プローブは２ｃｍ以上の最大開口部寸法（例えば、図１ＡのＯＤ）を有する。他の実施態様において、ＯＤは５ｃｍより大きい。したがって、一つの実施形態において、ＯＤは１０ｃｍ未満である。さらに別の実施形態において、ＯＤは７ｃｍ未満である。
【００６２】
一つの実施形態において、治療プローブは単一の超音波治療素子を有し、これにより治療領域を規定する固定焦点を提供する。
【００６３】
一つの実施形態において、治療プローブは、中心空洞を有する環状であり、撮像プローブが中心空洞を通して撮像することを可能にするために、音響的に透明に構成される。
【００６４】
一つの実施形態において、治療プローブ及び撮像プローブは、共に同軸に合わさるするように構成される。同軸のプローブが図１Ａに示され、長い軸Ａに沿って配置されている。本明細書で使用されるように、用語「合わさる（ｍａｔｅ）」は、図１Ａ及び１Ｂに示されるように、治療プローブ及び撮像プローブが同じ複合プローブ内に配置される配列を指す。同様に、図３−６は、図１Ｃが非同軸のプローブを示しているが、このような構成においても、治療プローブ１０５及び撮像プローブ１１０'が依然として同期されて、治療暴露を提供し治療領域１１５を撮像することを示す。
【００６５】
撮像プローブは、治療領域を撮像し、治療プローブと同期するのに十分な、当業者に知られている任意の撮像プローブであることができる。図１Ａ及び１Ｃを参照すると、撮像プローブ１１０又は１１０'は、高さｈ及び幅ｗを有する。一つの実施形態において、高さは１ｃｍ〜２ｃｍである。一つの実施形態において、幅は１ｃｍ〜３ｃｍである。
【００６６】
＜撮像同期＞
【００６７】
一つの実施形態において、撮像プローブがパルスの合間の治療暴露のオフ期間中に撮像信号を生成するように、撮像プローブ及び治療プローブは同期される。
【００６８】
一つの実施形態において、超音波治療システムは、治療プローブが作動されずに撮像プローブのみが作動される撮像モードから、撮像プローブ及び治療プローブが両方とも作動され、治療領域の画像を交互に生成して治療領域に治療暴露を適用するように同期される治療モードに、超音波治療システムを移行するように構成されるスイッチをさらに含む。
【００６９】
一つの実施形態において、超音波治療システムはさらに、撮像プローブの焦点深度の変化に応じて、治療プローブから治療領域の開始までの距離を調整する、又はその逆をするように構成される。
【００７０】
＜レンズ＞
【００７１】
一つの実施形態において、超音波治療システムは、治療プローブに関連するレンズをさらに含む。レンズは本質的に、超音波を組織に結合させるのに使用される任意の材料である。一つの実施形態において、レンズは遠位表面で平面状である。別の実施形態において、レンズは遠位表面で凸状である。別の実施形態において、レンズは遠位表面で凹状であり、これにより、ゲル又は使い捨てパッドで満たすことのできる小さい空洞を有する。
【００７２】
一つの実施形態において、レンズは、プラスチック、オイル、セラミック、アルコール、水性流体、ゲル、金属（例えばアルミニウム）、グラファイト、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される材料から形成される。代表的なプラスチックは、シロキサン及びウレタンを含む。室温で重合させることができるポリマーが特に有益である。
【００７３】
一つの実施形態において、レンズは、治療プローブと治療標的との間の音響整合を提供する。
【００７４】
別の実施形態において、整合層がトランスデューサとレンズとの間に含まれる。例えば、図１２Ａの部材６１５を参照されたい。整合層は、集束を提供するのではなく、トランスデューサとレンズとの間のインピーダンスを移行させるように機能する。インピーダンスの不整合は、音響エネルギーノイズを生成することになる。代表的な整合層材料は、タングステン、アルミニウム又はグラファイトをロードしたエポキシなどのコンポジットを含む。
【００７５】
＜増幅器＞
【００７６】
一つの実施形態において、超音波治療システムは、治療プローブを駆動するように構成される増幅器をさらに含む。増幅器は、既製品又は必要な音響パワーを生成するように設計された特注品が可能である。増幅器の一例が図１４の代表的なシステムに組み込まれている。一つの実施形態において、増幅器は、１００Ｖ〜３，０００Ｖの電圧（ピーク・ツー・ピーク）で動作するように構成される。一つの実施形態において、増幅器は、１０Ｗ〜１０００Ｗの（時間平均）音響パワーで動作するように構成される。一つの実施形態において、増幅器は、２０Ｗ〜１０００Ｗの（時間平均）音響パワーで動作するように構成される。一つの実施形態において、増幅器は、２０Ｗ〜５００Ｗの（時間平均）音響パワーで動作するように構成される。
【００７７】
＜冷却＞
【００７８】
一つの実施形態において、超音波治療システムは、治療プローブから熱を除去するように構成される冷却機構をさらに含む。図１２Ａ−１２Ｄは、組み込まれた冷却システムを備えるプローブ６００の代表的な実施形態を示す。一般に、プローブ６００は、トランスデューサ６０５、レンズ６１０、及びトランスデューサ６０５とレンズ６１０との間にあり音響整合を提供するための整合層６１５を含む。入口及び出口６２５は、液体又は気体が冷却空洞６２０へアクセスできるようにする。
【００７９】
任意選択の熱電対６０６又は他の温度測定部品が、トランスデューサ６０５（図１２Ａ）又はレンズ６１０（図１２Ｂ）、又はその両方（図示せず）に適用される。過熱が危険である場合にはトランスデューサ６０５の温度の、又は患者の皮膚を焼くことが危険である場合にはレンズ６１０の温度の、視覚的表示をオペレーターに提供するために、熱電対６０６をディスプレイに取り付けることができる。危険な状態の表示を自動化するために、又はトランスデューサ６０５を駆動させるのに関連するフィードバック信号を提供するために、熱電対をＣＰＵ又は他のシステム部品とインターフェイスさせることもできる（例えば、トランスデューサ６０５の温度が危険に上昇すると、システムがトランスデューサ６０５を止め、冷却を作動させ、及び／又はオペレーターに警告することになる）。
【００８０】
一つの実施形態において、冷却空洞６２０は、気体（例えば、空気）で満たされる。別の実施形態において、冷却空洞は、液体（例えば、水）で満たされる。気体又は液体を入口及び出口６２５を通して循環させて、冷却を向上させることができる。
【００８１】
図１２Ｂを参照すると、ヒートシンク６３０はトランスデューサ６０５とインターフェイスされて、そこから熱を除去する。ヒートシンク６３０の複数のフィンが、冷却空洞６２０内に延在して、さらに放熱する。
【００８２】
図１２Ｃを参照すると、ヒートシンク６３０は代わりに、冷却空洞６２０のトランスデューサ６０５とは反対側の壁に配置される。トランスデューサ６０５から伝達された熱を、冷却空洞６２０へ、第１のヒートシンク６３０及び次いで第２のヒートシンク６４０を介して放熱するために、第２のヒートシンク６４０（又は第１のヒートシンク６３０の第２の部分）が、冷却空洞６２０の外側に配置される。
【００８３】
図１２Ｄは、熱電冷却器６５０（ＴＥＣ又はペルチェ素子）を一体化して、トランスデューサ６０５から伝達された熱を管理する、またさらなる実施形態である。
【００８４】
一つの実施形態において、冷却機構は、空気冷却、液体冷却、ヒートシンク、ヒートパイプ、熱電冷却器、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。
【００８５】
一つの実施形態において、冷却機構は、レンズ及び超音波治療素子からなる群より選択される治療プローブの部分から熱を除去するように構成される。
【００８６】
＜中央処理装置（ＣＰＵ）＞
【００８７】
一つの実施形態において、超音波治療システムは、中央処理装置（ＣＰＵ）及びユーザインターフェイスをさらに含み、治療プローブ、撮像プローブ、及びユーザインターフェイスは、ＣＰＵを介してそれぞれ動作可能に連結され、ＣＰＵは、ユーザインターフェイスにしたがって治療プローブからの超音波暴露を制御するように構成される。ＣＰＵは、パーソナルコンピュータなどの当業者に知られている任意のＣＰＵが可能である。図１４を参照して以下により詳細に説明されるように、ＣＰＵを使用して、様々なシステム部品（例えば、プローブ、増幅器、撮像）の活動を連係してよい。
【００８８】
一つの実施形態において、撮像プローブは、ユーザインターフェイス上に治療領域の超音波画像を生成するように構成され、撮像プローブは、治療プローブと同期されて、治療プローブからのパルスの合間に治療領域の画像を取得する。
【００８９】
一つの実施形態において、ＣＰＵは、ユーザインターフェイスを介した入力に応答して、治療プローブを介して、治療領域の位置又はサイズを変化させるように構成される。
【００９０】
＜拡張システム＞
【００９１】
図１４は、既に開示された部品の多くを含む「拡張」システム７００を概略的に示す。複合プローブ７０１は、治療プローブ７０５及びその中に埋め込まれた撮像プローブ７１０を含む。治療領域７１５は、複数の標的（例えば、腎臓結石）を含んで示されている。ＣＰＵ／増幅器７１７は最終的に、治療プローブ７０５を駆動し、超音波撮像システム７３０と連係して、撮像プローブ７１０及び治療プローブ７０５を連係させる。ＣＰＵ及び増幅器は、様々な部品に分割してよく、又は単一のユニットに組み合わせてよい。増幅器７１７は、いくつかの機構によって作動させることができ、図１４の機構はフットペダル７２０である。動作中、ユーザはフットペダル７２０を押して、増幅器７１７及び治療プローブ７０５を介して治療暴露を作動させる。フットペダル７２０の使用によって、システム７００をユーザがハンズフリーで作動させることができる。足がペダル７２０から除去されると、治療暴露は止まる。治療暴露中に、多数のパルスが治療プローブ７０５から放出される。
【００９２】
増幅器７１７は、適切な音響パワー特性を治療プローブ７０５に提供して所望の信号を発生させる整合ネットワーク７２５を介して、治療プローブ７０５に音響パワーを供給する。
【００９３】
撮像プローブ７１０は、当業者に知られているタイプの超音波撮像システム７３０を介して撮像を行う。増幅器７１７との連係は、同期７３５ブリッジ並びに（例えば、ＵＳＢによる）連係７４０である設定及び制御を介して行われる。
【００９４】
任意選択の冷却システム７４５を作動させて、複合プローブ７０１を冷却することができ、この冷却システム７４５は温度センサー（例えば、熱電対）からの入力を受信してよい。冷却システム７４５は、ＣＰＵ／増幅器７１７とインターフェイスして、温度が設定限界に達した場合に治療プローブ７０５の使用を止める又は低減してよい。あるいは、センサーを使用して、冷却システム７４５を作動させて治療プローブ７０５を冷却してよい。
【００９５】
＜プローブ＞
【００９６】
別の態様において、示されたかつ説明された実施形態に係る複合プローブが提供される。プローブは、治療プローブ及び撮像プローブを同軸に配置するための少なくとも１つの空洞を含む。ある実施形態において、複合プローブは、空洞内に配置された撮像プローブを含む。複合プローブは、本明細書に開示されるように増幅器及び撮像システムとインターフェイスすることができ、本明細書に開示される方法を実施するのに使用することができる。
【００９７】
＜方法＞
【００９８】
別の態様において、超音波推進を使用して１又は複数の標的物体を移動させる方法が提供される。一つの実施形態において、この方法は、本明細書に示され説明されるように、超音波治療システムを使用して非砕石性音響放射力を標的物体に適用することを含む。開示される実施形態は、腎臓結石を移動する文脈で主に説明されているが、このシステムを、治療プローブからの適切な範囲内にある任意の小さい物体を移動させるために適用することができることが理解されるだろう。標的は、生物の中にある必要はない。
【００９９】
一つの実施形態において、標的物体は、少なくとも１つのインビボ腎臓結石である。システムは、当業者にとって有用な任意の方法で、必要とする患者に適用することができる。システムは、身体からの腎臓結石又は破片の移動及び最終的な除去を容易にするように設計される。それ故に、開示される方法は、１又は複数の腎臓結石を移動するための開示されるシステムを利用する。
【０１００】
一つの実施形態において、少なくとも１つの腎臓結石は、患者内の、腎臓、尿管腎盂移行部（ＵＰＪ）、膀胱、尿管膀胱移行部（ＵＶＪ）、及び尿管からなる群より選択されるエリアにある。これらは、１又は複数の腎臓結石が存在する可能性があり、その除去を本システム及び方法が促進することのできる、ヒトの典型的な部分である。
【０１０１】
一つの実施形態において、少なくとも１つの腎臓結石は、少なくとも３ｍｍの距離だけ移動される。これは患者内の顕著な距離であり、本システム及び方法の広範な移動効果を示す。
【０１０２】
またさらなる実施形態において、複数の腎臓結石は、少なくとも３ｍｍの距離だけ同時に移動される。この実施形態において、少なくとも１つの腎臓結石は複数の腎臓結石であり、複数の腎臓結石は、治療暴露時間中に少なくとも３ｍｍの距離だけ移動される。
【０１０３】
別の態様において、超音波推進を使用して治療領域の１又は複数の腎臓結石を移動させる方法が提供される。一つの実施形態において、この方法は、広範集束超音波治療プローブを使用して、治療領域内に配置された０．５ｍｍ〜２０ｍｍの直径を有する１又は複数の腎臓結石に力を適用することを含み、１又は複数の腎臓結石のそれぞれに適用される音響放射力は、５０μＮ〜０．５Ｎであり、音響放射力は、腎臓結石を断片化するのに十分でない。この態様は、本明細書に開示される正確な装置に必ずしも結びついているわけではないが、このような装置及びシステムは、本方法と適合性である。しかしながら、本態様は、その最も基本的なレベルで、圧力を腎臓結石に適用するための、広範集束超音波の使用に向けられている。一つの実施形態において、撮像プローブは治療プローブと同期される。この方法は、本明細書の他の場所で開示されるシステム、装置、及び方法の全てと適合性である。
【０１０４】
以下の実施例は、説明された実施形態を、限定するためではなく、例示するために含まれる。
【実施例】
【０１０５】
＜治療プローブ設計＞
【０１０６】
この例において、我々は、単一素子低周波数設計について論じる。具体的には、先行技術の砕石及び超音波推進システムは、結石破片の塊を放出する必要性及び能力を明らかにした。これらのシステムはまた、大きい結石を観察可能に移動することができず、結石を切り離さなかった。開示される新規の単一素子により、広範集束されることで、我々は、塊のより多くの破片を、より迅速に放出することができる。この変化は、１桁であり、１０倍のパルス数を可能にし、各パルスが１０倍幅広で結石塊全体に広がる。それ故に、この新規の設計はまた、大きい結石を切り離して移動することをより確実にする。これらの進歩は、潜在的に、処置を数時間から数分に短縮し、超音波推進を臨床的に実行可能にする。
【０１０７】
先行技術の１２８素子、２ＭＨｚ撮像／押圧プローブから、単一素子、低周波数（３００ｋＨｚ）治療プローブへシフトすることにより、結石の塊全体を動かすことができるようになる。埋め込まれた撮像プローブは、領域の結石を効果的に一掃しながら、ユーザが破片及び塊の移動を観察することを可能にする。
【０１０８】
より低い周波数の利点としては以下のものがある。
・より少ない焦点加熱＝より多くのパルスを送る能力
・組織又は肋骨によるより少ない減衰
・非線形飽和のないより高い強度
・より広範なビーム＝より容易な標的化及び山のような破片を移動する潜在能力
・粉砕のために３００ｋＨｚが使用されるときの、結石を付着から破壊する潜在能力
【０１０９】
潜在的欠点は次のとおりである。
・キャビテーションは低周波数でより起こり得る。キャビテーションは組織を傷つけ得るが、結石を破壊することを助けもする。キャビテーションモニターが追加された。
・より低い周波数では＜１ｍｍの破片に与える放射力が潜在的により少ない。しかし、そのような小さい結石にはほとんど力が必要とされない。
【０１１０】
単一素子、単一焦点の利点としては、以下のものがある。
・プローブ加熱を最小限にする
・比類のない低コストの治療部品
・一般的な改造されていない超音波撮像ハードウェア（撮像プローブで「押圧」する必要がない）
・単一のユーザ動作
【０１１１】
潜在的欠点は次のとおりである。
・ユーザは、焦点に結石を位置合わせする必要がある。
・ほとんどの医用超音波がＭＨｚの範囲にあり、比較的少しの医用超音波しか３００ｋＨｚにされない、技術的理由が存在する。
【０１１２】
いくつかのプロトタイプが設計され構築されている。すべては、３３０ｋＨｚのおおよそ環状の治療素子を有する。真ん中の穴にあるのは撮像プローブである。これは、医用撮像のための低周波数撮像プローブであり、医学的治療には通常使用されない。より厚い素子はより多くの電圧を使用する。加えて、ＰＺＴの適用のほとんどが、他の２つの寸法よりもはるかに大きい１つの寸法を必要とし、この他の２つの寸法は波長についてのものである。より厚い素子は、これを行うことをより困難にし、リスクは、エネルギーを奪って加熱を引き起こす他のモードである。１つの実施形態はｐ７−４イメージャを有し、他の実施形態はｐ４−２イメージャを有し、最後の実施形態は４−５ＭＨｚを中心とした線形１２８素子イメージャ（ｐ６−３イメージャ）を有する。これらは全て、腎臓に通常使用されるよりも高い周波数のイメージャである傾向があり、これらはより小さい視野を有する。
【０１１３】
フットプリント全体の直径は５ｃｍ以下である。このサイズ因子は、臨床的文脈におけるプローブの使い勝手を考える場合に重要である。第１に、プローブは容易にハンドヘルドされ、片手で動作可能でなければならない。第２に、プローブは、身体のいくつかの異なる点で、患者に適用するのに十分に小さくなければならず、これは、任意の皮膚表面と合わさることのできる小さいプローブを必要とする。
【０１１４】
我々は、音響特性の適切な整合を介する被験体への良好なエネルギー伝達及びモードの低減のために選択されるレンズを、治療プローブ上に設ける。我々はこのレンズを、プラスチック、金属及びグラファイトから構築した。この選択は面の湾曲にも影響する。我々は、最良の撮像のために、撮像プローブを湾曲の開口部に置く（それを開口部の後ろに設定することは、画像の質を低減するが、治療プローブの穴をより小さくすることができる）。次いで我々は、音響的に透明なカバー、及び空間内の結合ゲル又は流体を使用して、結合のために、プローブ上に平面状面を作る。使用され得るこの流体は、任意選択的に冷却のためにも使用され、カバーは使い捨てが可能である。
【０１１５】
例示的な複合プローブが図１Ｂに写真で示されており、このモデルは凸状穴及び比較的大きい（約１ｘ２ｃｍ）撮像プローブを有すると言及されている。環状治療プローブは典型的には、４００ＫＨｚで駆動される。環状の、単一素子治療トランスデューサは、外周の周りに見ることができ、中央の特徴は埋め込まれた撮像プローブである。
【０１１６】
別のプローブ、Ｐｒｏｐｕｌｓｅ−２Ｒは以下のとおりである：プローブの中央の空洞から除去することのできる、ハンドヘルドの既製品Ｐ４−２  Ｐｈｉｌｉｐｓフェーズドアレイ撮像プローブ；治療プローブは直径が約５ｃｍである；撮像プローブは同軸である；治療プローブトランスデューサの埋め込まれた熱電対；凸状ＲＴＶ（室温加硫）レンズ；及び冷却システムなし。
【０１１７】
図１Ｃに示され、図１Ｄに写真で示されているように、別の例示的な複合プローブは、撮像プローブを中心から離れたところに備える単一素子治療トランスデューサを含む。図１Ｄの例示的なプローブは、凹状アルミニウムレンズ、水結合を備える凹状レンズを有する３Ｄプリントハウジング、ＲＴＶケイ素で形成される凹状の第２のレンズを含む。
【０１１８】
実験プローブにおいて利用される他のバリエーションは以下のとおりである：
プローブの外側の冷水冷却
裏面冷却。治療トランスデューサの裏面のオイル冷却。強制空気裏面冷却。渦流式裏面冷却
イメージャを用いず、治療プローブのみのシステムを製造した。
ある特定のプロトタイプは、金属レンズ、冷却システム、ラテックスあり及びなし、及び凹状レンズを含んだ。
イメージャ及び治療プローブが連結されているが、同心ではないシステムを製造した。
積層されたトランスデューサ。
多孔性セラミック及びコンポジットトランスデューサ。
撮像プローブの両面上の１−１６素子治療素子
撮像プローブをより平面状にして、さらに集束し、周波数を下げ、より良好に冷却するように再設計された撮像プローブ
【０１１９】
＜例示的な試験結果＞
【０１２０】
図８Ａ及び８Ｂは、先行技術の治療プローブ（図８Ａ）及び例示的なプローブ（図８Ｂ）に関するシミュレーションデータをグラフで示したものである。シミュレーションデータは、ミシガン州立大学のＦＯＣＵＳ超音波シミュレータを使用して発生させた。比較例の図８Ａは、２．４ＭＨｚで動作する１２８素子トランスデューサであり、例示的な図８Ｂは、４００ｋＨｚで動作する単一のトランスデューサ素子であり、寸法が内径３ｃｍ、外径５ｃｍであり、幾何学的焦点が５ｃｍである。
【０１２１】
この図はカラーから変換されているため、本明細書では完全なデータを適切に表すことができない。しかしながら、各図において、境界の周りに黒い線が描かれており、これは最も高い圧力の領域を示し、それぞれの治療領域を規定する。
【０１２２】
図９−１１は、開示される実施形態に係る治療プローブ（本明細書中では時折「ＬＦＰ）又は低周波数押圧プローブと呼ばれる）の「結石押圧」効能を決定し、それらを先行技術の治療プローブと比較するための実験的試験に関する。これを達成するために、図９に係る実験設計を採用した。具体的には、デジタルカメラ及びその後の画像分析を使用して結石の「押圧」を記録しながら、模擬腎臓結石をトランスデューサによって押圧した。
【０１２３】
この例において、高さ１ｃｍｘ直径６ｍｍの円筒状の型中でＢＥＧＯ模擬腎臓結石材料セメントを使用して、結石破片を作製した。硬化したモデル結石を破片に破砕し、３−４ｍｍ、２−３ｍｍ、１−２ｍｍ、及び＜１ｍｍの群にふるい分けた。各群の合計質量は８０ｍｇであった。加えて、１６０ｍｇの単一のモデル結石及び８０ｍｇの単一のモデル結石を用意した。各群をピペット内に入れ、蒸留脱気水で満たした。
【０１２４】
トランスデューサと結石との間に５ｃｍのファントムがくるようにして、各ピペットをホルダー内に垂直に置いた。
【０１２５】
ファントム（ＩＥＣ  ６０６０１−２−３７）は、およそ０．５ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚの減衰及び１５４０ｃｍ／ｓ付近の音速を有するヒト組織をシミュレーションした。
【０１２６】
ビデオカメラを使用して、結石の動きをおよそ６０ｆｐｓで記録した。
【０１２７】
各システム構成及び結石群ごとに、１０回の取得を行った。例示的なＬＦＰプローブを３５０ｋＨｚで動作させた。Ｐｒｏｐｕｌｓｅ−Ｉシステム（Ｃ５−２診断用プローブを備える臨床システム、焦点体積がディザリングされ、１２８素子が作動される）及び４０素子構成（ディザリング無しで４０素子が作動されるＣ５−２診断用プローブ）の両方を、それらの最大出力音響パワーで動作させた。低周波数プローブを１．１ＭＰａ及び２．４ＭＰａ及び１００ｍｓ及び２００ｍｓで試験した。各ビデオフレームを、２つの異なる方法を使用して処理した。１つの方法は、全ての破片を離してセグメント化し、破片の中心の高さを測定し、セグメント化された断面積に基づいて破片の合計体積を推定した。高さに体積を掛け、視野中の全てのセグメント化破片について合計した。この合計値はこの方法の測定基準である。この方法は、破片が＞１ｍｍであるが、小片を効果的にセグメント化できない全ての方法でうまくいく。第２の方法は、単純に画像を適切に閾値処理し、得られる全てのピクセルをそれらの高さによってスケーリングしたものの総計を取る。
【０１２８】
図１０は、試験されたトランスデューサのそれぞれについての試験実行の終点（最大押圧距離）での静止画像をまとめている。トランスデューサは全て、同じ模擬腎臓結石及び関連する環境を使用して試験した。ＬＦＰトランスデューサは、特により高い圧力で、複数の結石をより長い距離移動させるのに、より有効であった。これらの結果に関して、図８Ａ及び８Ｂのシミュレーションに戻り、ＬＦＰトランスデューサ（図８Ｂ）は、従来の治療プローブ（図８Ａ）よりも、結石に対してより高い押圧力を有する、はるかに大きい治療領域を生成する。これまで、このような広範な焦点は望ましくなかった。
【０１２９】
図１１は、トランスデューサの効能を数値的に特徴づけるために、図１０に示されるタイプの１０回のサンプル実行についてのデータをまとめている。Ｙ−軸は相対的押圧量に関連し、これは１０回の押圧実行を平均することによって計算される。これは、暗いピクセル（結石に関連するピクセル）の高さの合計と標準偏差エラーバーである。図１０に見られるように、開示される実施形態に係るＬＦＰトランスデューサは、結石に顕著に優れた押圧力を提供した。図１１を見ると、先行技術と比較した本発明のトランスデューサの独特で予想外の効能は明らかである。
【０１３０】
実例となる実施形態を図示し説明してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、そこに様々な変更を行うことができることが理解されるだろう。
【図１Ａ】
0006412275.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４】
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