(57)【要約】  本発明は、勾配情報を有するプローブ及びそれを用いた超音波診断及び治療装置に関する。本発明の勾配情報を有する超音波プローブは、診断用又は治療用超音波信号を生成し、生成された超音波信号を対象物に照射する探針部と、前記探針部が装着された超音波プローブの勾配情報を収集する勾配情報収集部とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
診断用又は治療用超音波信号の生成のための診断用又は治療用転送信号を生成する信号生成部と、
前記診断用又は治療用転送信号を前記診断用又は治療用超音波信号に変換して対象物に照射し、前記対象物で反射して受信された診断用超音波の反射波を電気信号に変換して受信信号を生成し、自身の勾配情報を収集する勾配情報を有する超音波プローブと、
前記治療用転送信号又は前記受信信号を前記勾配情報と互いに同期化する同期化部と、
同期化された前記受信信号、同期化された前記治療用転送信号、及び前記勾配情報を用いて治療画像を生成する画像生成部と、
前記治療画像から治療画像情報を抽出し、抽出された治療画像情報を用いて前記治療用転送信号を制御するための制御信号を生成する制御部と、を備える、勾配情報を有する超音波プローブを用いた超音波診断及び治療装置。
【請求項２】
前記超音波プローブの物理的特性情報及び前記治療用転送信号に関する情報を保存するデータベース部をさらに備え、前記制御部が、前記抽出された治療画像情報及び前記データベース部に保存された情報を用いて、前記治療用転送信号を制御するための制御信号を生成する請求項１に記載の勾配情報を有する超音波プローブを用いた超音波診断及び治療装置。
【請求項３】
前記画像生成部が、
前記同期化された受信信号及び前記勾配情報を用いて診断画像を生成する診断画像生成部と、
前記データベース部に保存された情報、前記同期化された治療用転送信号、及び前記勾配情報を用いて治療用超音波画像を生成する治療用超音波画像生成部と、
前記診断画像及び前記治療用超音波画像をマッピング（mapping）して治療画像を生成する治療画像生成部と、を備える請求項２に記載の勾配情報を有する超音波プローブを用いた超音波診断及び治療装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記治療用転送信号を制御することで、前記超音波プローブで発生する超音波の種類、超音波のパワー、超音波ビームフィールド（field）、領域（region）の大きさ、及び集束数のうち少なくとも一種を制御する請求項１に記載の勾配情報を有する超音波プローブを用いた超音波診断及び治療装置。
【請求項５】
前記受信信号から対象物媒質の変化量を分析して領域（region）における温度を測定する温度測定部をさらに備える請求項１に記載の勾配情報を有する超音波プローブを用いた超音波診断及び治療装置。
【請求項６】
前記制御部が、前記領域における温度情報を用いて前記治療用転送信号を制御することで、前記超音波プローブで発生する超音波の種類、超音波のパワー、超音波ビームフィールド（field）、領域（region）の大きさ、及び集束数のうち少なくとも一種を制御する請求項５に記載の勾配情報を有する超音波プローブを用いた超音波診断及び治療装置。
【請求項７】
診断用又は治療用超音波信号を生成し、生成された超音波信号を対象物に照射する探針部と、
前記探針部が装着された超音波プローブの勾配情報を収集する勾配情報収集部と、を備える、勾配情報を有する超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波医療機器に関し、特に、勾配情報を有する超音波プローブ、並びにそれを用いた超音波診断及び治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、人の耳で感知することができない領域である２０ｋＨｚ以上の周波数域に属する音であり、波長が短く且つ強い振動を発生することができるため、一般的な音が示さない性質を備える。超音波は、一種の弾性波であり、互いに異なる物質の境界において反射率が異なるため、人体内部に伝播されると共に、人体組織の物理的特性によって媒質の境界面で反射又は透過されるのみならず、吸収による振幅減衰が生じることもある。このような超音波の特性を用いて、人体内部組織の画像を得、その画像から組織の大きさや特性が分かる。また、超音波を一ヶ所に集束させると、身体内部へ部分的に熱を与えることができるため、関節部分の痛症治療が可能であり、腫瘍を破壊して除去することもできる。従って、超音波は、診断及び治療に用いられる。
【０００３】
高強度集束超音波（ＨＩＦＵ；High Intensity Focused Ultrasound）治療は、超音波エネルギーを一ヶ所（焦点）に集束させ、癌組織を熱（Thermal Coagulation）及び機械的エネルギー（Cavitation）で壊死させる技術である。集束点で生じる過度な高温による効果、キャビテーション効果（Cavitation effect）、機械的な効果及び音波−化学的な効果は、病変組織の凝固壊死（Coagulative necrosis）を選択的に発生させ、且つ腫瘍の増殖（Proliferation）、侵入（Invasion）及び転移（Metastasis）を防ぐ。
【０００４】
尚、超音波診断及び治療装置において、効果的な治療のためには、超音波の焦点が小さく、且つ正確でなければならない。従って、施術若しくは当該位置ではない隣接する組織又は重要な血管、臓器の損傷を防ぐために、必ず治療用超音波の正確な集束位置を明確に把握する必要がある。
【０００５】
韓国公開特許１０−２０１１−００７４３２６号公報は、高強度集束超音波治療システムに関するものであり、一端部に診断用超音波を照射する診断プローブが装着され得るパイプ状のプローブ支持部材を備えることで、人体の治療行為を遂行すると共に、治療部位の確認及び治療過程のモニタリングを容易に遂行する高強度集束超音波治療システムが開示されている。しかしながら、これによっても、治療用超音波の正確な集束位置を明確に把握することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】韓国公開特許１０−２０１１−００７４３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、診断及び治療部位を明確に把握し、超音波の集束位置を視覚化及び図式化することで、施術若しくは当該位置ではない隣接する組織又は重要な血管、臓器を損傷させることなく、超音波診断及び治療をすることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した技術的課題を解決するための、一側面による勾配情報を有する超音波プローブを用いた超音波診断及び治療装置は、診断用又は治療用超音波信号の生成のための診断用又は治療用転送信号を生成する信号生成部と、前記診断用又は治療用転送信号を前記診断用又は治療用超音波信号に変換して対象物に照射し、前記対象物で反射して受信された診断用超音波の反射波を電気信号に変換して受信信号を生成し、自身の勾配情報を収集する勾配情報を有する超音波プローブと、前記治療用転送信号又は前記受信信号を前記勾配情報と互いに同期化する同期化部と、同期化された前記受信信号、同期化された前記治療用転送信号、及び前記勾配情報を用いて治療画像を生成する画像生成部と、前記治療画像から治療画像情報を抽出し、抽出された治療画像情報を用いて前記治療用転送信号を制御するための制御信号を生成する制御部と、を備えてもよい。
【０００９】
また、勾配情報を有する超音波プローブを用いた超音波診断及び治療装置は、超音波プローブの物理的特性情報及び転送信号に関する情報を保存するデータベース部をさらに備え、制御部は、抽出された治療画像情報及びデータベース部に保存された情報を用いて、治療用転送信号を制御するための制御信号を生成することを特徴としてもよい。
【００１０】
ここで、画像生成部は、同期化された受信信号及び勾配情報を用いて診断画像を生成する診断画像生成部と、前記データベース部に保存された情報、同期化された治療用転送信号、及び勾配情報を用いて治療用超音波画像を生成する治療用超音波画像生成部と、前記診断画像及び前記治療用超音波画像をマッピング（mapping）して治療画像を生成する治療画像生成部とを備えてもよい。
【００１１】
ここで、制御部は、治療用転送信号を制御することで、超音波プローブで発生する超音波の種類、超音波のパワー、超音波ビームフィールド（field）、領域（region）の大きさ、及び集束数のうち少なくとも一種を制御することを特徴としてもよい。
【００１２】
また、勾配情報を有する超音波プローブを用いた超音波診断及び治療装置は、受信信号から対象物媒質の変化量を分析して領域（region）における温度を測定する温度測定部をさらに備えてもよい。
【００１３】
ここで、制御部は、領域における温度情報を用いて治療用転送信号を制御することで、超音波プローブで発生する超音波の種類、超音波のパワー、超音波ビームフィールド（field）、領域（region）の大きさ、及び集束数のうち少なくとも一種を制御することを特徴としてもよい。
【００１４】
その他の側面による勾配情報を有する超音波プローブは、診断用又は治療用超音波信号を生成し、生成された超音波信号を対象物に照射し、対象物から反射された反射波を受信する探針部と、探針部が装着された超音波プローブの勾配情報を収集する勾配情報収集部とを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、診断及び治療部位を明確に把握し、超音波の集束位置を視覚化及び図式化することで、施術若しくは当該位置ではない隣接する組織又は重要な血管、臓器を損傷させることなく、超音波診断及び治療をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による勾配情報を有する超音波プローブを用いた超音波診断及び治療装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による超音波診断及び治療装置の画像生成部の詳細な構成図である。
【図３】本発明の一実施形態による勾配情報を有する超音波プローブの構成図である。
【図４】超音波プローブの勾配情報によるビームフィールド（field）を示した図である。
【図５】超音波プローブの勾配情報による領域（region）を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付された図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明の説明において、係る公知技能又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明確にする可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。そして、後述する用語は、本発明における機能を考慮して定義した用語であって、これは使用者、運用者の意図又は慣例等によって変わり得る。従って、この定義は、本明細書の全般にわたって記載された内容に基づいて行われるべきものである。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による勾配情報を有する超音波プローブを用いた超音波診断及び治療装置の構成図である。
【００１９】
図示したように、本発明の一実施形態による勾配情報を有する超音波プローブを用いた超音波診断及び治療装置は、勾配情報を有する超音波プローブ１００と、信号伝達部２００と、信号処理部３００とを備えてもよい。
【００２０】
勾配情報を有する超音波プローブ１００は、診断用又は治療用転送信号を診断用又は治療用超音波信号に変換して対象物に照射し、対象物で反射して受信された超音波の反射波を電気信号に変換して受信信号を生成し、自身の勾配情報を収集する。一例としては、勾配情報を有する超音波プローブ１００は、探針部１１０と、勾配情報収集部１２０とを備えてもよい。探針部１１０は、信号処理部３００で生成された診断用又は治療用転送信号を受信して診断用又は治療用超音波信号に変換した後、変換された超音波信号を対象物に照射し、対象物から反射された反射波を受信する。その後、受信された反射波を電気信号に変換して受信信号を生成し、生成された受信信号を信号処理部３００に送信する。勾配情報収集部１２０は、超音波プローブ１００の勾配情報を収集して信号処理部３００に送信する。
【００２１】
信号伝達部２００は、勾配情報を有する超音波プローブ１００と信号処理部３００との間に連結され、超音波プローブ１００と信号処理部３００との間の信号を伝達する。一例としては、信号伝達部２００は、有線の場合、電線又はコネクター等であってよく、無線の場合、送受信モジュール等であってよい。また、信号伝達部２００は、超音波プローブ１００内に具現されてもよく、信号処理部３００がＳｏＣ（System on Chip）で具現されて超音波プローブ１００内に具現される場合、ＳｏＣに備えられる具現機能部によって、コネクタータイプ又は無線転送モジュールで求められる転送規格が変化してもよい。
【００２２】
信号処理部３００は、送受信部３１０と、信号生成部３２０と、同期化部３３０と、画像生成部３４０と、温度測定部３５０と、データベース部３６０と、制御部３７０とを備えてもよい。
【００２３】
送受信部３１０は、信号生成部３２０で生成された診断用又は治療用転送信号を超音波プローブ１００に送信し、超音波プローブ１００から受信信号及び超音波プローブ１００の勾配情報を受信することができる。
【００２４】
信号生成部３２０は、診断用又は治療用超音波信号の生成のための診断用又は治療用転送信号を生成することができる。この時、治療用転送信号には、焦点深度（focal depth）、超音波のパワー、集束数、及びステアリング（steering）情報等が含まれる。
【００２５】
同期化部３３０は、受信信号及び超音波プローブ１００の勾配情報を互いに時間同期化することができる。また、同期化部３３０は、信号生成部３２０で生成された治療用転送信号と超音波プローブ１００の勾配情報とを互いに時間同期化することができる。また、同期化部３３０は、治療画像生成のための同期化信号を生成することができる。
【００２６】
データベース部３６０は、超音波プローブ１００の物理的特性情報及び超音波生成のための転送信号に関する情報等を保存することができる。一例としては、超音波プローブ１００の物理的特性情報は、超音波プローブ１００の幾何学的形状（geometry）に関する情報、探針部１１０の超音波反射テスト結果に関する情報等が含まれてもよい。また、超音波生成のための転送信号に関する情報は、焦点深度（focal depth）、診断及び治療転送信号の特性種類、周波数及びパワーの強度等に関する情報が含まれてもよい。また、データベース部３６０は、超音波プローブ１００の物理的特性情報及び超音波生成のための転送信号に関する情報による治療用超音波ビームフィールド（field）及び領域（region）情報等を保存することもできる。
【００２７】
画像生成部３４０は、同期化された受信信号、同期化された治療用転送信号、超音波プローブ１００の勾配情報及びデータベース部３６０に保存された情報を用いて治療画像を生成することができる。一例としては、画像生成部３４０は、同期化された受信信号及び超音波プローブ１００の勾配情報を用いて診断画像を生成し、同期化された治療用転送信号、超音波プローブ１００の勾配情報及びデータベース部３６０に保存された情報を用いてビーム集束（beam focusing）画像情報を抽出し、治療用超音波画像を生成することができる。この時、データベース部３６０に保存された情報は、超音波プローブ１００の物理的特性情報及び超音波生成のための転送信号に関する情報等をいい、ビーム集束画像情報には、ビームフィールド（field）、領域（region）の大きさ等に関する情報が含まれてもよい。また、画像生成部３４０は、同期化部３３０の同期化信号によって、診断画像と治療用超音波画像とをマッピング（mapping）して治療画像を生成することができる。
【００２８】
温度測定部３５０は、治療用超音波信号によって変化された対象物媒質について、受信信号を分析し、媒質の変化量を分析することができる。また、分析された媒質の変化量に応じて、当該照射部位における温度を測定することができる。一例としては、脂肪が融解される温度は凡そ４２度程度であるため、照射範囲の大きさ又は融解される面積の体積、及び時間による変化量を分析して当該照射部位における温度を予測することができる。
【００２９】
制御部３７０は、治療画像から治療画像情報を抽出し、抽出された治療画像情報を用いて信号生成部３２０を制御することができる。一例としては、制御部３７０は、制御信号を生成して信号生成部３２０で生成される転送信号の周波数、振幅等を制御することで、超音波プローブで発生する超音波の種類、超音波のパワー、超音波ビームフィールド（field）、領域（region）の大きさ、及び集束数等を調節することができる。この時、信号生成部３２０の制御において、データベース部３６０に保存された超音波プローブ１００の物理的特性情報及び超音波生成のための転送信号に関する情報を用いることもできる。
【００３０】
また、制御部３７０は、温度測定部３５０から受信した領域（region）における温度情報を用いて転送信号の周波数、振幅等を制御することで、超音波プローブで発生する超音波の種類、超音波のパワー、超音波ビームフィールド（field）、領域（region）の大きさ、及び集束数等を調節することができる。
【００３１】
図２は、本発明の一実施形態による超音波診断及び治療装置の画像生成部の詳細な構成図である。
【００３２】
図示したように、画像生成部３４０は、診断画像生成部３４１と、治療用超音波画像生成部３４２と、治療画像生成部３４３とを備えてもよい。
【００３３】
診断画像生成部３４１は、同期化された受信信号及び超音波プローブ１００の勾配情報を用いて診断画像を生成することができる。
【００３４】
治療用超音波画像生成部３４２は、同期化された治療用転送信号、超音波プローブ１００の勾配情報、及びデータベース部３６０に保存された情報を用いてビーム集束画像情報を抽出し、治療用超音波画像を生成することができる。この時、データベース部３６０に保存された情報は、超音波プローブ１００の物理的特性情報及び超音波生成のための転送信号に関する情報等をいい、ビーム集束画像情報には、ビームフィールド（field）、領域（region）の大きさ等に関する情報等が含まれてもよい。
【００３５】
治療画像生成部３４３は、診断画像及び治療用超音波画像を同期化部３３０の同期化信号によってマッピング（mapping）し、治療画像を生成することができる。
【００３６】
図３は、本発明の一実施形態による勾配情報を有する超音波プローブの構成図である。
【００３７】
図示したように、勾配情報を有する超音波プローブ１００は、探針部１１０と、勾配情報収集部１２０とを備えてもよい。この時、図３には、超音波プローブ１００の外観をコンベックス状（convex）で示したが、これに限定されるものではなく、リニア状（linear）、フェーズド状（phased）等様々な形状の外観を有してもよい。
【００３８】
探針部１１０は、診断用又は治療用超音波信号を生成し、生成された超音波信号を対象物に照射し、対象物から反射された反射波を受信することができる。一例としては、探針部１１０は、診断用又は治療用転送信号を受信して診断用又は治療用超音波信号に変換し、対象物に超音波を照射した後、対象物から反射された反射波を受信して電気信号である受信信号へと変換される。そして、図示していないが、探針部１１０は、超音波信号及び電気信号を互いに変換する変換器（transducer）を備えており、一般的に変換器は、複数の超音波振動子の集合体を備えてもよい。
【００３９】
勾配情報収集部１２０は、探針部１１０が装着された超音波プローブ１００の勾配情報を収集する。一例としては、勾配情報収集部１２０は勾配センサーであってよい。
【００４０】
この時、探針部１１０及び勾配情報収集部１２０は、単一クロック又は同期化制御信号で制御され、診断用又は治療用超音波信号に対して、超音波プローブ１００の勾配情報が適用され得るようにリアルタイムで同期化されてもよい。
【００４１】
また、図示していないが、図１の信号伝達部２００及び信号処理部３００は、ＳｏＣ（System on-Chip）で超音波プローブ１００内に具現されてもよい。
【００４２】
勾配情報を有する超音波プローブ１００は、超音波診断又は治療装置等に用いられてもよい。高集束超音波治療装置（ＨＩＦＵ；High Intensity Focused Ultrasound）に用いられる場合、ＭＲ（magnetic resonance）ガイダンス（guidance）ＨＩＦＵ装置、超音波ガイダンスＨＩＦＵ装置等に用いられてもよい。しかしながら、これらに限定されるものではない。
【００４３】
図４及び図５は、超音波プローブ１００の勾配情報によるビームフィールド（field）及び領域（region）を示した図である。
【００４４】
先ず、勾配情報を有する超音波プローブ１００と対象物との接触面を「０」として基準点とし、接触面の上を「＋」、接触面の下を「−」で表現することができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、ユーザや開発者の選択によって領域５００の座標位置を容易に表記し得る様々な方法を選択することができる。
【００４５】
図４を参照すると、Ｘ−Ｙ−Ｚ平面上において、超音波プローブ１００の勾配（θｘ，θＹθＺ）が（０，０，０）を示す場合、予め設定された焦点深度（focal depth）に該当する位置に焦点座標が設定され、当該位置に領域が形成される。そして、この時の位置情報に該当するビームフィールド（field）４００の情報と領域５００の大きさ情報とを診断画像にマッピング（mapping）させて治療画像を生成することができる。
【００４６】
図５を参照すると、Ｘ−Ｙ−Ｚ平面上において、超音波プローブ１００が任意の（θｘ，θＹθＺ）の勾配値を有する場合、その勾配値と対称をなす（−θｘ，−θＹ−θＺ）と、予め設定された焦点深度（focal depth）とによって、当該焦点座標が設定され、当該位置に領域５００が形成される。そして、この時の位置情報に該当するビームフィールド（field）４００の情報と領域５００の大きさ情報とを診断画像にマッピング（mapping）させて治療画像を生成することができる。
【００４７】
以上、本発明に対してその好ましい実施形態を中心に詳しく説明した。本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明が、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲において変形された形態で具現され得ることを理解することができる。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された内容と同等な範囲内に属する様々な実施形態を含むように解析されるべきである。
【図１】
2015524699.tif 000003
【図２】
2015524699.tif 000004
【図３】
2015524699.tif 000005
【図４】
2015524699.tif 000006
【図５】
2015524699.tif 000007
【国際調査報告】
2015524699.tif 000008
2015524699.tif 000009
2015524699.tif 000010
2015524699.tif 000011