(57)【要約】複数のトランスデューサ要素を有する超音波トランスデューサを使用して、超音波焦点を標的領域に発生させ、信号をそこから受信するための種々のアプローチは、標的領域と、トランスデューサ要素と標的領域との間のビーム経路上に位置する１つ以上の経路区域との複数の画像を入手することと、入手された画像に基づいて、標的領域と関連付けられた１つ以上の組織特性を決定することと、少なくとも部分的に、決定された組織特性に基づいて、トランスデューサ要素のそれぞれと関連付けられた複数のプロファイルパラメータを決定することと、少なくとも部分的に、プロファイルパラメータに基づいて、トランスデューサ要素の少なくとも第１のものを動作させ、集合的に、超音波ビームを標的領域に伝送し、それにより、所望の性質を伴う焦点をその上に作成することと、標的領域における焦点を改良することとを含む。
2022500093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波焦点を標的領域に発生させ、信号をそこから受信するためのシステムであって、前記システムは、
複数のトランスデューサ要素を備える超音波トランスデューサと、
撮像システムであって、前記撮像システムは、前記標的領域と、前記トランスデューサ要素のうちの少なくともいくつかと前記標的領域との間のビーム経路上に位置する１つ以上の経路区域との複数の画像を取得する、撮像システムと、
前記超音波トランスデューサおよび前記撮像システムに動作可能に結合されるコントローラであって、
（ａ）前記取得された画像に基づいて、前記標的領域と関連付けられた少なくとも１つの組織特性を決定することと、
（ｂ）少なくとも部分的に、前記決定された組織特性に基づいて、前記トランスデューサ要素のそれぞれと関連付けられた複数のプロファイルパラメータを決定することと、
（ｃ）少なくとも部分的に、前記プロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の少なくとも第１のものを動作させ、集合的に、超音波ビームを前記標的領域に伝送し、それにより、焦点をその上に作成することと、
（ｄ）少なくとも部分的に、前記プロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の少なくとも第２のものを動作させ、音響信号を前記標的領域から受信し、それに応答して、前記トランスデューサ要素の少なくとも第１のものの動作を調節し、それによって、前記標的領域における前記焦点を改良することと
を行うように構成される、コントローラと
を備える、システム。
【請求項２】
前記プロファイルパラメータは、前記トランスデューサ要素のそれぞれと関連付けられた、動作モード、振幅、周波数、または位相のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
マイクロバブルを前記標的領域の中に導入するための投与デバイスをさらに備え、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
シードマイクロバブルを導入するための投与デバイスをさらに備え、前記コントローラはさらに、前記シードマイクロバブルおよび前記超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブル群の発生を前記標的領域に生じさせるように構成され、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラはさらに、前記超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブルの発生を前記標的領域内で生じさせるように構成され、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラはさらに、少なくとも部分的に、前記受信された信号に基づいて、前記マイクロバブルのキャビテーション特性を検出するように構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記キャビテーション特性は、キャビテーションタイプまたはキャビテーション場所のうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラはさらに、
少なくとも部分的に、前記受信された信号に基づいて、前記プロファイルパラメータを決定することと、
前記プロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の第１のものおよび第２のものを動作させることと
を行うように構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記撮像システムは、前記標的領域を囲繞する第１の組織領域または前記経路区域のうちの１つ上の第２の組織領域のうちの少なくとも１つの第２の複数の画像を取得するように構成され、前記コントローラはさらに、前記取得された第２の複数の画像に基づいて、前記第１の組織領域および／または前記第２の組織領域と関連付けられた少なくとも第２の組織特性を決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラはさらに、
少なくとも部分的に、前記第２の組織特性に基づいて、前記プロファイルパラメータを決定することと、
前記決定されたプロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の動作を調節することと
を行うように構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラはさらに、
前記トランスデューサ要素の第１のものから伝送される超音波ビームの音響経路を予測することと、
少なくとも部分的に、前記第２の組織特性に基づいて、前記第１の領域および第２の領域の加熱プロファイルを推定することと
を行うように構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記音響経路予測および加熱プロファイル推定は、熱音響シミュレーションを含む、物理的モデルを使用して実施される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記トランスデューサ要素の第１のもののうちの少なくともいくつかは、前記トランスデューサ要素の第２のもののうちの少なくともいくつかと異なる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記トランスデューサ要素の第１のもののうちの少なくともいくつかは、前記トランスデューサ要素の第２のもののうちの少なくともいくつかと同一である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コントローラはさらに、実質的に同時に、前記トランスデューサ要素の第２のものと同一である前記トランスデューサ要素の第１のものを動作させるように構成される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記伝送される超音波ビームの周波数を有する前記受信された信号をフィルタ処理するためのスペクトルフィルタをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
時分割多重化装置をさらに備え、前記トランスデューサ要素の第１のものおよび前記トランスデューサ要素の第２のものは、異なる時間スライスの間に動作される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記トランスデューサ要素の第１のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第１の時間間隔は、前記トランスデューサ要素の第２のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第２の時間間隔と同一である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記トランスデューサ要素の第１のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第１の時間間隔は、前記トランスデューサ要素の第２のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第２の時間間隔と異なる、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記コントローラはさらに、前記受信された音響信号の周波数範囲を決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記周波数範囲外の周波数を有する前記受信された信号をフィルタ処理するためのスペクトルフィルタをさらに備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記コントローラはさらに、前記経路区域のうちの少なくとも１つ内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性に基づいて、前記周波数範囲を決定するように構成される、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記コントローラはさらに、前記標的領域における音響強度を最大限にするために、前記トランスデューサ要素の第１のものと関連付けられた最適伝送周波数を決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記コントローラはさらに、少なくとも部分的に、前記標的領域の組織特性および前記経路区域のうちの少なくとも１つ内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性に基づいて、前記最適伝送周波数を決定するように構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
複数のトランスデューサ要素を備える超音波トランスデューサを使用して、超音波焦点を標的領域に発生させ、信号をそこから受信するための方法であって、前記方法は、
前記標的領域と、前記トランスデューサ要素と前記標的領域との間のビーム経路上に位置する１つ以上の経路区域との複数の画像を入手することと、
前記入手された画像に基づいて、前記標的領域と関連付けられた少なくとも１つの組織特性を決定することと、
前記決定された組織特性に少なくとも部分的に基づいて、前記トランスデューサ要素のそれぞれと関連付けられた複数のプロファイルパラメータを決定することと、
少なくとも部分的に、前記プロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の少なくとも第１のものを動作させ、集合的に、超音波ビームを前記標的領域に伝送し、それにより、焦点をその上に作成することと、
少なくとも部分的に、前記プロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の少なくとも第２のものを動作させ、音響信号を前記標的領域から受信し、それに応答して、前記トランスデューサ要素の少なくとも第１のものの動作を調節し、それによって、前記標的領域における前記焦点を改良することと
を含む、方法。
【請求項２６】
前記プロファイルパラメータは、前記トランスデューサ要素のそれぞれと関連付けられた、動作モード、振幅、周波数、または位相のうちの少なくとも１つを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
マイクロバブルを前記標的領域の中に導入することをさらに含み、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
シードマイクロバブルを導入し、前記シードマイクロバブルおよび前記超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブル群の発生を前記標的領域に生じさせることをさらに含み、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブルの発生を前記標的領域内に生じさせることをさらに含み、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
少なくとも部分的に、前記受信された信号に基づいて、前記マイクロバブルのキャビテーション特性を検出することをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記キャビテーション特性は、キャビテーションタイプまたはキャビテーション場所のうちの少なくとも１つを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも部分的に、前記受信された信号に基づいて、前記プロファイルパラメータを決定することと、
前記プロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の第１のものおよび第２のものを動作させることと
をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記標的領域を囲繞する第１の組織領域または前記経路区域のうちの１つ上の第２の組織領域のうちの少なくとも１つの第２の複数の画像を取得することと、
前記取得された第２の複数の画像に基づいて、前記第１の組織領域および／または前記第２の組織領域と関連付けられた少なくとも第２の組織特性を決定することと
をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
少なくとも部分的に、前記第２の組織特性に基づいて、前記プロファイルパラメータを決定することと、
前記決定されたプロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の動作を調節することと
をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記トランスデューサ要素の第１のものから伝送される超音波ビームの音響経路を予測することと、
少なくとも部分的に、前記第２の組織特性に基づいて、前記第１の領域および第２の領域の加熱プロファイルを推定することと
をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記音響経路予測および加熱プロファイル推定は、熱音響シミュレーションを含む物理的モデルを使用して実施される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記トランスデューサ要素の第１のもののうちの少なくともいくつかは、前記トランスデューサ要素の第２のもののうちの少なくともいくつかと異なる、請求項２５に記載の方法。
【請求項３８】
前記トランスデューサ要素の第１のもののうちの少なくともいくつかは、前記トランスデューサ要素の第２のもののうちの少なくともいくつかと同一である、請求項２５に記載の方法。
【請求項３９】
実質的に同時に、前記トランスデューサ要素の第２のものと同一である、前記トランスデューサ要素の第１のものを動作させることをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
スペクトルフィルタを適用し、前記伝送される超音波ビームの周波数を有する前記受信された信号をフィルタ処理することをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
異なる時間スライスの間、前記トランスデューサ要素の第１のものおよび前記トランスデューサ要素の第２のものを動作させることをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記トランスデューサ要素の第１のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第１の時間間隔は、前記トランスデューサ要素の第２のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第２の時間間隔と同一である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記トランスデューサ要素の第１のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第１の時間間隔は、前記トランスデューサ要素の第２のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第２の時間間隔と異なる、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記受信された音響信号の周波数範囲を決定することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項４５】
スペクトルフィルタを適用し、前記周波数範囲外の周波数を有する前記受信された信号をフィルタ処理することをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記経路区域のうちの少なくとも１つ内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性に基づいて、前記周波数範囲を決定することをさらに含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記標的領域における音響強度を最大限にするために、前記トランスデューサ要素の第１のものと関連付けられた最適伝送周波数を決定することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項４８】
少なくとも部分的に、前記標的領域の組織特性および前記経路区域のうちの少なくとも１つ内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性に基づいて、前記最適伝送周波数を決定することをさらに含む、請求項４７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１８年６月６日に出願された米国仮特許出願第６２／６８１，２８２号の優先権および利点を主張するものであって、それを参照することによってその全体として本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、概して、集束超音波システムに関し、より具体的には、集束超音波システムを動作させ、高品質焦点区域を発生させ、キャビテーションの最適化された監視を可能にする。
【背景技術】
【０００３】
集束超音波（すなわち、約２０キロヘルツを上回る周波数を有する音響波）は、患者の内部身体組織を撮像または療法的に治療するために使用されることができる。例えば、超音波は、腫瘍のアブレーションを伴う用途において使用され、それによって、侵襲性外科手術、標的化された薬物送達、血液脳関門の制御、血餅の溶解、および他の外科手術手技の必要性を排除し得る。超音波手技の間、圧電セラミックトランスデューサが、患者の外部であるが、アブレートまたは撮像されるべき組織（すなわち、標的）に近接近して設置される。トランスデューサは、電子駆動信号を機械的振動に変換し、音響波の放出をもたらす。トランスデューサは、それらが放出する超音波エネルギーが、集合的に、標的組織領域に対応する（またはその中の）「焦点区域」に集束ビームを形成するように、他のそのようなトランスデューサとともに幾何学的に成形され、位置付けられ得る。代替として、または加えて、単一トランスデューサが、その位相および振幅がそれぞれ独立して制御され得る、複数の個々に駆動されるトランスデューサ要素から形成され得る。そのような「位相アレイ」トランスデューサは、トランスデューサ間の相対的位相を調整することによって、焦点区域を異なる場所に操向することを促進する。すなわち、焦点体積は、要素と関連付けられた振幅および位相を制御することによって成形され得る。本明細書で使用されるように、用語「要素」は、アレイ内の個々のトランスデューサのいずれか、または単一トランスデューサの独立して駆動可能な部分を意味する。磁気共鳴画像診断（ＭＲＩ）が、患者および標的を可視化し、それによって、超音波ビームを誘導するために使用され得る。
【０００４】
音響エネルギーが、組織を通して通過するにつれて、伝搬、散乱、吸収、反射、および屈折を含む、複数のプロセスを通して、組織と相互作用し得る。標的領域に到達する音響エネルギーの強度および標的領域における焦点区域のサイズは、概して、治療の療法上の有効性、すなわち、焦点区域の近傍において破壊される組織の体積を決定する。焦点区域の音響強度およびサイズは、トランスデューサ要素特性、音響エネルギーの周波数、焦点深度（トランスデューサから焦点区域までの距離）、および電力（振幅）等のシステムパラメータ、および組織不均質性等の患者関連パラメータに依存する。
【０００５】
例えば、焦点区域のサイズは、超音波位相アレイのｆ値の二乗と正に相関する、すなわち、焦点区域のより小さい面積は、トランスデューサ要素のより低いｆ値に対応する。ｆ値は、焦点深度対トランスデューサ要素の開口幅の比として定義されるため、固定焦点距離では、より大きい超音波放出面積は、より小さい焦点区域面積を生産する。小焦点区域は、高音響強度に対応するため、ｆ値を最小限にするために、可能な限り多くの離散トランスデューサ要素をアクティブ化することが望ましくあり得る。
【０００６】
他方では、また、自動集束させ、および／または印加される音響エネルギーから結果として生じる標的に及ぼされる効果を監視する目的のために、トランスデューサ要素をアクティブ化し、標的領域からの信号を測定することが有益であり得る。これは、小ガス泡（または「マイクロバブル」）を利用して達成され得る。集束超音波治療または超音波撮像セッションの間、マイクロバブルが、例えば、伝搬する超音波によって生産される負の圧力から結果として生じる応力に起因して、および／または加熱された液体およびガス／蒸気としてのその蓄積の破裂に起因して、標的組織の液体画分内に発生され得る。マイクロバブルから反射された超音波信号は、焦点を標的領域に確立するために利用され得る。加えて、音響場から印加される応力の振幅に応じて、マイクロバブルは、圧潰し（本機構は、「慣性キャビテーション」と呼ばれる）、種々の熱および／または機械的効果を標的および／またはその周囲組織内に生じさせ得る。例えば、低音響圧力では、マイクロバブルの安定（流動）キャビテーションが、誘発され、超音波焦点領域におけるエネルギー吸収を向上させ得る。安定キャビテーションは、焦点領域内の組織が、マイクロバブルの不在下で生じるであろうものより高速かつより効率的に加熱されることを可能にすることができる。しかしながら、高音響圧力では、マイクロバブルの不安定（または慣性）キャビテーションが、誘発され得、これは、出血、細胞死、および標的化されたものを越えた広範な組織損傷等の望ましくない生体効果を生じさせ得る。したがって、非標的組織への損傷を伴わずに所望の療法上の生体効果が取得されるように、標的および標的領域の外側におけるマイクロバブル活動を監視することが重要である。
【０００７】
従来、マイクロバブルからの音響信号は、１つ以上のハイドロフォンを使用して検出される。検出された信号の量および品質は、ハイドロフォンの総表面積に依存する。すなわち、複数のハイドロフォンによって組み合わせられるより大きい表面積は、単一ハイドロフォンのより小さい表面積と比較して、より高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を伴うより多くの音響信号を検出することができる。したがって、従来のアプローチは、典型的には、同時に音響信号をそこから検出するために、複数のハイドロフォンが標的領域の周囲の立体角内に実装されることを要求する。
【０００８】
ハイドロフォンの使用は、信号をマイクロバブルから検出するハイドロフォンとして使用されるようにトランスデューサアレイ内のいくつかの要素をアクティブ化することによって不要にされ得る。しかし、ハイドロフォンを利用する配列と同様に、また、マイクロバブル活動を正確に決定し、マイクロバブル活動を局所化し、および／または超音波自動集束を実施するため、高ＳＮＲを伴う十分な信号を受信するために、可能な限り多くのアレイ内のハイドロフォンとしてのトランスデューサ要素をアクティブ化することが必要であり得る。その結果、波を放出し、高品質焦点を標的に作成するためのトランスデューサ要素の動作と、自動集束させ、および／またはマイクロバブル活動を検出するために、信号をマイクロバブルから受信するためのトランスデューサ要素の動作との間には、トレードオフが存在し、本トレードオフの選択的最適化を促進する、アプローチの必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、超音波手技の間、時間の関数として各トランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素の各群）と関連付けられたプロファイルパラメータ（例えば、動作モード、振幅、周波数、および／または位相）の値を最適に決定するためのシステムおよび方法を提供し、プロファイルパラメータ値は、トランスデューサアレイが、同時に、所望の集束性質を有する焦点区域を標的領域に作成し、十分な高品質（例えば、高ＳＮＲ）の信号を標的領域に実質的に近接して発生および／または導入されるマイクロバブルから検出することを可能にする。時間的プロファイルパラメータ値は、例えば、超音波手技に先立って、および／またはその間に入手された標的および／または非標的領域の撮像データに基づいて決定されてもよい。例えば、脳腫瘍の治療のために、撮像データは、標的領域に到達する前にそれを通してトランスデューサ要素から放出される超音波ビームが進行する、頭蓋骨領域を画定し得、各頭蓋骨領域は、トランスデューサ要素と関連付けられる。種々の実施形態では、頭蓋骨領域の解剖学的特性（例えば、構造、厚さ、または密度）に基づいて、その関連付けられたトランスデューサ要素は、伝送モード（集合的に、焦点区域を標的領域に発生させるように）または受信モード（信号を標的領域から受信するように）で動作される。例えば、薄頭蓋骨領域に対応するトランスデューサ要素は、ビーム収差および頭蓋骨加熱を低減させるように、伝送モードで動作されてもよく、残りの要素は、受信モードで動作されてもよい。
【００１０】
いくつかの実施形態では、熱音響シミュレーションを伴う物理的モデルが、トランスデューサ要素から標的領域までの超音波ビームの音響経路を予測し、その解剖学的特性（例えば、骨密度）に基づいて、頭蓋骨領域の「加熱プロファイル」、すなわち、印加される音響エネルギーの所与のレベルに関して組織温度の予期される変化を推定するために利用される。各トランスデューサ要素（すなわち、伝送または受信モードにある）の動作は、モデル予測に基づいて決定されることができる。例えば、高加熱プロファイルを有する頭蓋骨領域に対応するトランスデューサ要素は、頭蓋骨の過熱を回避するために、受信モードで動作されてもよい。
【００１１】
種々の実施形態では、トランスデューサ要素のプロファイルパラメータは、超音波手技に先立って、および／またはその間に測定された標的領域からの音響信号に基づいて決定されてもよい。加えて、各トランスデューサ要素は、手技の間、伝送モードと受信モードとの間で交互してもよい。モード変化の最適な時間的パターンは、例えば、撮像データ、熱音響シミュレーション結果および／または標的／非標的領域からの音響信号に基づいて、要素毎に決定されてもよい。
【００１２】
いくつかの実施形態では、トランスデューサ要素は、実質的に同時に、伝送および受信モードの両方で動作される。スペクトルフィルタが、次いで、反射の分析を可能にするために、伝送周波数を有する信号をフィルタ処理するために採用されてもよい。これは、有利なこととして、大きな伝送される信号から結果として生じるトランスデューサ受信回路の振幅飽和を回避し得る。加えて、各トランスデューサ要素によって検出される信号の周波数範囲は、具体的マイクロバブルキャビテーション事象に対するより感度の高い測定を提供するために選択されてもよい（例えば、フィルタを使用して）。
【００１３】
最後に、超音波伝送周波数は、標的領域における音響強度を最大限にするために、標的および／または非標的組織の解剖学的特性に基づいて最適化されてもよい。トランスデューサ要素は、最適化された周波数を用いて駆動されてもよい。
【００１４】
故に、本発明は、高品質焦点区域を標的領域に発生させ、標的領域からの高品質信号の測定を可能にするように、超音波トランスデューサ要素を駆動するための種々のアプローチを提供する。
【００１５】
故に、一側面では、本発明は、超音波焦点を標的領域に発生させ、信号をそこから受信するためのシステムに関する。種々の実施形態では、本システムは、複数のトランスデューサ要素を有する、超音波トランスデューサと、（ｉ）標的領域および（ｉｉ）トランスデューサ要素のうちの少なくともいくつかと標的領域との間のビーム経路上に位置する１つ以上の経路区域の複数の画像を取得するための撮像システムと、超音波トランスデューサおよび撮像システムに動作可能に結合される、コントローラとを含む。１つの実装では、コントローラは、（ａ）取得された画像に基づいて、標的領域と関連付けられた１つ以上の組織特性（例えば、組織タイプ、場所、サイズ、厚さ、密度、構造、形状、血管分布、熱時間定数等）を決定し、（ｂ）少なくとも部分的に、決定された組織特性に基づいて、トランスデューサ要素のそれぞれと関連付けられた複数のプロファイルパラメータ（例えば、動作モード、振幅、周波数、および／または位相）を決定し、（ｃ）少なくとも部分的に、プロファイルパラメータに基づいて、トランスデューサ要素の第１のものを動作させ、集合的に、超音波ビームを標的領域に伝送し、それにより、焦点をその上に作成し、（ｄ）少なくとも部分的に、プロファイルパラメータに基づいて、トランスデューサ要素の第２のものを動作させ、音響信号を標的領域から受信し、それに応答して、トランスデューサ要素の第１のものの動作を調節し、それによって、標的領域における焦点を改良するように構成される。
【００１６】
本システムはさらに、マイクロバブルを標的領域の中に導入するための投与デバイスを含んでもよい。加えて、または代替として、投与デバイスは、シードマイクロバブルを導入してもよく、コントローラは、次いで、シードマイクロバブルおよび超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブル群の発生を標的領域に生じさせるようにさらに構成される。一実施形態では、コントローラはさらに、超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブルの発生を標的領域内で生じさせるように構成される。受信された信号は、発生／導入されたマイクロバブルからの反射である。加えて、コントローラはさらに、少なくとも部分的に、受信された信号に基づいて、マイクロバブルのキャビテーション特性（例えば、キャビテーションタイプおよび／またはキャビテーション場所）を検出するように構成されてもよい。一実施形態では、コントローラはさらに、少なくとも部分的に、受信された信号に基づいて、プロファイルパラメータを決定し、プロファイルパラメータに基づいて、トランスデューサ要素の第１のものおよび第２のものを動作させるように構成される。
【００１７】
種々の実施形態では、撮像システムは、（ｉ）標的領域を囲繞する第１の組織領域および／または（ｉｉ）経路区域のうちの１つ上の第２の組織領域の第２の画像のセットを取得するように構成され、コントローラはさらに、取得された第２の画像のセットに基づいて、第１の組織領域および／または第２の組織領域と関連付けられた１つ以上の第２の組織特性（例えば、組織タイプ、場所、サイズ、厚さ、密度、構造、形状、血管分布、熱時間定数等）を決定するように構成される。加えて、コントローラはさらに、少なくとも部分的に、第２の組織特性に基づいて、プロファイルパラメータを決定し、決定されたプロファイルパラメータに基づいて、トランスデューサ要素の動作を調節するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、コントローラはさらに、トランスデューサ要素の第１のものから伝送される超音波ビームの音響経路を予測し、少なくとも部分的に、第２の組織特性に基づいて、第１の領域および第２の領域の加熱プロファイルを推定するように構成される。１つの実装では、音響経路予測および加熱プロファイル推定は、熱音響シミュレーションを含む物理的モデルを使用して実施される。
【００１８】
一実施形態では、トランスデューサ要素の第１のもののうちの少なくともいくつかは、トランスデューサ要素の第２のもののうちの少なくともいくつかと異なる。別の実施形態では、トランスデューサ要素の第１のもののうちの少なくともいくつかは、トランスデューサ要素の第２のもののうちの少なくともいくつかと同一である。加えて、コントローラはさらに、実質的に同時に、トランスデューサ要素の第２のものと同一である、トランスデューサ要素の第１のものを動作させるように構成されてもよい。１つの実装では、本システムはさらに、伝送される超音波ビームの周波数を有する受信された信号をフィルタ処理するためのスペクトルフィルタを含む。加えて、本システムは、時分割多重化装置を含んでもよく、トランスデューサ要素の第１のものおよびトランスデューサ要素の第２のものは、異なる時間スライスの間に動作される。トランスデューサ要素の第１のものの動作と関連付けられた時間スライスの第１の時間間隔は、トランスデューサ要素の第２のものの動作と関連付けられた時間スライスの第２の時間間隔と同一または異なってもよい。
【００１９】
種々の実施形態では、コントローラはさらに、受信された音響信号の周波数範囲を決定するように構成される。本システムはさらに、周波数範囲外の周波数を有する受信された信号をフィルタ処理するためのスペクトルフィルタを含んでもよい。加えて、コントローラはさらに、経路区域のうちの少なくとも１つ内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性（例えば、組織タイプ、場所、サイズ、厚さ、密度、構造、形状、血管分布、熱時間定数等）に基づいて、周波数範囲を決定するように構成されてもよい。一実施形態では、コントローラはさらに、標的領域における音響強度を最大限にするために、トランスデューサ要素の第１のものと関連付けられた最適伝送周波数を決定するように構成される。例えば、コントローラはさらに、少なくとも部分的に、標的領域の組織特性および経路区域のうちの１つ以上のもの内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性に基づいて、最適伝送周波数を決定するように構成されてもよい。
【００２０】
別の側面では、本発明は、複数のトランスデューサ要素を有する超音波トランスデューサを使用して、超音波焦点を標的領域に発生させ、信号をそこから受信するための方法に関する。種々の実施形態では、本方法は、標的領域と、トランスデューサ要素と標的領域との間のビーム経路上に位置する１つ以上の経路区域との複数の画像を入手することと、入手された画像に基づいて、標的領域と関連付けられた１つ以上の組織特性（例えば、組織タイプ、場所、サイズ、厚さ、密度、構造、形状、血管分布、熱時間定数等）を決定することと、少なくとも部分的に、決定された組織特性に基づいて、トランスデューサ要素のそれぞれと関連付けられた複数のプロファイルパラメータ（例えば、動作モード、振幅、周波数、および／または位相）を決定することと、少なくとも部分的に、プロファイルパラメータに基づいて、トランスデューサ要素の第１のものを動作させ、集合的に、超音波ビームを標的領域に伝送し、それにより、焦点をその上に作成することと、少なくとも部分的に、プロファイルパラメータに基づいて、トランスデューサ要素の第２のものを動作させ、音響信号を標的領域から受信し、それに応答して、トランスデューサ要素の第１のものの動作を調節し、それによって、標的領域における焦点を改良することとを含む。
【００２１】
本方法はさらに、マイクロバブルを標的領域の中に導入することを含んでもよい。加えて、または代替として、本方法はさらに、超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブルの発生を標的領域内に生じさせることを含んでもよい。一実施形態では、本方法はさらに、シードマイクロバブルを導入し、シードマイクロバブルおよび超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブル群の発生を標的領域に生じさせることを含む。受信された信号は、発生／導入されたマイクロバブルからの反射である。加えて、本方法はさらに、少なくとも部分的に、受信された信号に基づいて、マイクロバブルのキャビテーション特性（例えば、キャビテーションタイプおよび／またはキャビテーション場所）を検出することを含んでもよい。一実施形態では、本方法はさらに、少なくとも部分的に、受信された信号に基づいて、プロファイルパラメータを決定することと、プロファイルパラメータに基づいて、トランスデューサ要素の第１のものおよび第２のものを動作させることとを含む。
【００２２】
種々の実施形態では、本方法はさらに、標的領域を囲繞する第１の組織領域および／または経路区域のうちの１つ上の第２の組織領域の第２の画像のセットを取得することと、取得された第２の画像のセットに基づいて、第１の組織領域および／または第２の組織領域と関連付けられた１つ以上の第２の組織特性（例えば、組織タイプ、場所、サイズ、厚さ、密度、構造、形状、血管分布、熱時間定数等）を決定することとを含む。加えて、本方法はさらに、少なくとも部分的に、第２の組織特性に基づいて、プロファイルパラメータを決定することと、決定されたプロファイルパラメータに基づいて、トランスデューサ要素の動作を調節することとを含んでもよい。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、トランスデューサ要素の第１のものから伝送される超音波ビームの音響経路を予測することと、少なくとも部分的に、第２の組織特性に基づいて、第１の領域および第２の領域の加熱プロファイルを推定することとを含む。１つの実装では、音響経路予測および加熱プロファイル推定は、熱音響シミュレーションを含む物理的モデルを使用して実施される。
【００２３】
一実施形態では、トランスデューサ要素の第１のもののうちの少なくともいくつかは、トランスデューサ要素の第２のもののうちの少なくともいくつかと異なる。別の実施形態では、トランスデューサ要素の第１のもののうちの少なくともいくつかは、トランスデューサ要素の第２のもののうちの少なくともいくつかと同一である。加えて、本方法はさらに、実質的に同時に、トランスデューサ要素の第２のものと同一である、トランスデューサ要素の第１のものを動作させることを含んでもよい。１つの実装では、本方法はさらに、スペクトルフィルタを適用し、伝送される超音波ビームの周波数を有する受信された信号をフィルタ処理することを含む。加えて、本方法はさらに、異なる時間スライスの間、トランスデューサ要素の第１のものおよびトランスデューサ要素の第２のものを動作させることを含んでもよい。トランスデューサ要素の第１のものの動作と関連付けられた時間スライスの第１の時間間隔は、トランスデューサ要素の第２のものの動作と関連付けられた時間スライスの第２の時間間隔と同一または異なってもよい。
【００２４】
種々の実施形態では、本方法はさらに、受信された音響信号の周波数範囲を決定することを含む。本方法はさらに、スペクトルフィルタを適用し、周波数範囲外の周波数を有する受信された信号をフィルタ処理することを含んでもよい。加えて、本方法はさらに、経路区域のうちの少なくとも１つ内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性（例えば、組織タイプ、場所、サイズ、厚さ、密度、構造、形状、血管分布、熱時間定数等）に基づいて、周波数範囲を決定することを含んでもよい。一実施形態では、本方法はさらに、標的領域における音響強度を最大限にするために、トランスデューサ要素の第１のものと関連付けられた最適伝送周波数を決定することを含む。例えば、本方法はさらに、少なくとも部分的に、標的領域の組織特性および経路区域のうちの１つ以上のもの内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性に基づいて、最適伝送周波数を決定することを含んでもよい。
【００２５】
本明細書で使用されるように、用語「約」、「およそ」、および「実質的に」は、±１０％、いくつかの実施形態では、±５％を意味する。本明細書の全体を通して、「一実施例」、「ある実施例」、「一実施形態」、または「ある実施形態」の言及は、実施例と関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本技術の少なくとも１つの実施例に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体を通した種々の箇所における語句「一実施例では」、「ある実施例では」、「一実施形態」、または「ある実施形態」の出現は、必ずしも全てが同一の実施例を指すわけではない。その上さらに、特定の特徴、構造、ルーチン、ステップ、または特性は、本技術の１つ以上の実施例において、任意の好適な様式で組み合わせられてもよい。本明細書に提供される見出しは、便宜上のためだけのものであり、請求される技術の範囲または意味を限定または解釈することを意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
図面では、同様の参照文字は、概して、異なる図全体を通して同一の部分を指す。また、図面は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、概して、本発明の原理を例証することに重点が置かれている。以下の説明では、本発明の種々の実施形態は、以下の図面を参照して説明される。
【００２７】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の種々の実施形態による、例示的超音波システムを図式的に描写する。
【００２８】
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の種々の実施形態による、例示的ＭＲＩシステムを図式的に描写する。
【００２９】
【図２】図２は、種々の実施形態による、自動集束させるための標的領域の中へのマイクロバブルの発生および／または導入を描写する。
【００３０】
【図３Ａ】図３Ａは、種々の実施形態による、少なくとも部分的に、トランスデューサ要素から標的領域までの超音波ビームの音響経路に沿って位置する介在組織の解剖学的特性に基づく、トランスデューサ要素の動作を描写する。
【００３１】
【図３Ｂ】図３Ｂは、種々の実施形態による、少なくとも部分的に、石灰化の場所に基づく、トランスデューサ要素の動作を描写する。
【００３２】
【図４】図４は、種々の実施形態による、伝送および受信モードにおけるトランスデューサ要素の動作を描写する。
【００３３】
【図５Ａ】図５Ａは、種々の実施形態による、トランスデューサ要素を駆動させ、高品質焦点区域を標的領域に発生させ、標的領域からの高品質信号の測定を可能にするための例示的アプローチを図示する、フローチャートである。
【００３４】
【図５Ｂ】図５Ｂは、種々の実施形態による、トランスデューサ要素と関連付けられた時間的プロファイルパラメータを決定するための例示的アプローチを図示する、フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１Ａは、超音波を患者内の標的領域１０１上に集束させるための例示的超音波システム１００を図示する。システム１００は、種々の方法において、超音波エネルギーを成形し、例えば、点焦点、線焦点、リング形状の焦点、または複数の焦点を同時に生産することができる。種々の実施形態では、システム１００は、トランスデューサ要素１０４の位相アレイ１０２と、位相アレイ１０２を駆動するビーム形成器１０６と、ビーム形成器１０６と通信するコントローラ１０８と、入力電子信号をビーム形成器１０６に提供する周波数発生器１１０とを含む。
【００３６】
アレイ１０２は、それを頭蓋骨または頭蓋骨以外の身体部分の表面上に設置するために好適な湾曲（例えば、球状または放物線）形状を有してもよい、または１つ以上の平面または別様に成形される区分を含んでもよい。その寸法は、用途に応じて、ミリメートル〜数十センチメートルで変動してもよい。アレイ１０２のトランスデューサ要素１０４は、圧電セラミック、容量微小機械加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、または微小電気機械的システム（ＭＥＭＳ）要素であってもよく、要素１０４間の機械的結合を減衰させるために好適なシリコーンゴムまたは任意の他の材料内に搭載されてもよい。圧電複合材料、または概して、電気エネルギーを音響エネルギーに変換することが可能なように成形される任意の材料もまた、使用されてもよい。トランスデューサ要素１０４への最大電力伝達を保証するために、要素１０４は、入力インピーダンスに合致する電気共鳴のために構成されてもよい。
【００３７】
トランスデューサアレイ１０２は、ビーム形成器１０６に結合され、これは、それらが、集合的に、集束超音波ビームまたは場を生産するように、個々のトランスデューサ要素１０４を駆動する。ｎ個のトランスデューサ要素に関して、ビーム形成器１０６は、ｎ個のドライバ回路を含有してもよく、各回路は、増幅器１１８と、位相偏移回路１２０とを含み、またはそれから成り、駆動回路は、トランスデューサ要素１０４のうちの１つを駆動する。ビーム形成器１０６は、例えば、Ｓｔａｎｆｏｒｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｙｓｔｅｍｓから利用可能なモデルＤＳ３４５発生器であり得る、周波数発生器１１０から、典型的には、０．１ＭＨｚ〜４．０ＭＨｚの範囲内の無線周波数（ＲＦ）入力信号を受信する。入力信号は、ビーム形成器１０６のｎ個の増幅器１１８および遅延回路１２０のために、ｎ個のチャネルに分裂され得る。いくつかの実施形態では、周波数発生器１１０は、ビーム形成器１０６と統合される。無線周波数発生器１１０およびビーム形成器１０６は、トランスデューサアレイ１０２の個々のトランスデューサ要素１０４を、同一周波数であるが、異なる位相および／または異なる振幅で駆動するように構成される。
【００３８】
ビーム形成器１０６によって課される増幅または減衰係数α１−αｎおよび位相偏移ａ１−ａｎは、標的領域（例えば、患者の脳内の領域）上に非均質組織（例えば、トランスデューサ要素から標的領域までの超音波ビームの音響経路または「経路区域」内に位置する、患者の頭蓋骨または異なる組織）を通して超音波エネルギーを伝送および集束させる役割を果たす。増幅係数および／または位相偏移の調節を介して、焦点区域の所望の形状および強度が、標的領域に作成され得る。
【００３９】
増幅係数および位相偏移は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、結線接続、またはそれらの任意の組み合わせを通して、算出機能を提供し得る、コントローラ１０８を使用して算出されてもよい。例えば、コントローラ１０８は、トランスデューサ要素１０４の周波数、位相偏移、および／または増幅係数を決定するために、従来の様式で、かつ過度の実験を伴わずに、ソフトウェアとともにプログラムされる、汎用または特殊目的デジタルデータプロセッサを利用してもよい。ある実施形態では、コントローラ算出は、トランスデューサ１０２と標的１０１との間に位置する介在組織の特性（例えば、構造、厚さ、密度等）および音響エネルギーの伝搬に及ぼすその影響についての情報に基づく。種々の実施形態では、そのような情報は、磁気共鳴画像診断（ＭＲＩ）デバイス、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）デバイス、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）デバイス、単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）デバイス、または超音波検査デバイス等の撮像機１１２から取得される。撮像機１１２は、そこから厚さおよび密度が推測され得る、介在組織の３次元画像を再構成するために好適な２次元画像のセットを提供してもよい。代替として、画像入手は、３次元であってもよい。
【００４０】
いくつかの実施形態では、超音波システム１００は、トランスデューサ要素１０４と関連付けられた駆動信号を制御するために、ビーム形成器１０６に結合される、多重化装置１２４を含んでもよい。下記にさらに説明されるように、トランスデューサアレイ１０２は、次いで、実質的に同時に、ビームを標的１０１に伝送し、そこから信号を受信するように構成されてもよい。加えて、画像操作機能性が、撮像機１１２内、コントローラ１０８内、または別個のデバイス内に実装されてもよい。いくつかの実施形態では、超音波システム１００は、マイクロバブル２０２を患者の身体の中に非経口的に導入するために、投与システム１２６を含んでもよい。
【００４１】
図１Ｂは、例示的撮像機、すなわち、ＭＲＩ装置１１２を図示する。装置１１２は、円筒形電磁石１３４を含んでもよく、これは、必要な静的磁場を電磁石１３４のボア１３６内に発生させる。医療手技の間、患者は、移動可能な支持台１３８上のボア１３６の内側に設置される。患者内の着目領域１４０（例えば、患者の頭部）が、撮像領域１４２内に位置付けられてもよく、電磁石１３４は、実質的に均質場を発生させる。円筒形磁場勾配コイル１４４のセットもまた、ボア１３６内に提供され、患者を囲繞してもよい。勾配コイル１４４は、所定の大きさの磁場勾配を、所定の時間に、３つの相互直交方向に発生させる。場勾配を用いることで、異なる空間場所が、異なる歳差周波数と関連付けられ、それによって、ＭＲ画像にその空間分解能を与えることができる。撮像領域１４２を囲繞する、ＲＦ送信機コイル１４６は、ＲＦパルスを撮像領域１４２の中に放出し、患者の組織に磁気共鳴（ＭＲ）応答信号を放出させる。未加工ＭＲ応答信号は、ＲＦコイル１４６によって感知され、ＭＲコントローラ１４８に通過され、これは、次いで、ＭＲ画像を算出し、これは、ユーザに表示されてもよい。代替として、別個のＭＲ送信機および受信機コイルが、使用されてもよい。ＭＲＩ装置１１２を使用して取得された画像は、放射線科医および医師に、患者の生体構造の異なる組織間の視覚的コントラストおよび従来のＸ線技術を用いて可視化されることができない詳細な内部ビューを提供し得る。
【００４２】
ＭＲＩコントローラ１４８は、パルスシーケンス、すなわち、磁場勾配およびＲＦ励起パルスの相対的タイミングおよび強度および応答検出周期を制御してもよい。ＭＲ応答信号は、従来の画像処理システムを使用して、増幅された、調整され、未加工データにデジタル化され、さらに、当業者に公知の方法によって、画像データのアレイに変換される。画像データに基づいて、標的領域（例えば、腫瘍または標的ＢＢＢ）が、識別されることができる。
【００４３】
標的化薬物送達または腫瘍アブレーションを実施するために、高精度を伴って、標的領域１０１の場所を決定することが必要である。故に、種々の実施形態では、撮像機１１２が、最初に、アクティブ化され、標的領域１０１および／または非標的領域（例えば、標的領域を囲繞する健康な組織、トランスデューサアレイ１０２と標的領域１０１、および／または標的の近くに位置する任意の領域との間に位置する介在組織）の画像を取得し、それに基づいて、それと関連付けられた解剖学的特性（例えば、組織タイプ、場所、サイズ、厚さ、密度、構造、形状、および／または血管分布）を決定する。例えば、組織体積は、３Ｄ画像または一連の２Ｄ画像スライスに基づいて、ボクセルの３Ｄセットとして表されてもよく、標的領域１０１および／または非標的領域を含んでもよい。
【００４４】
図２を参照すると、種々の実施形態では、トランスデューサ要素１０４によって放出される音響エネルギーは、閾値を上回り、それによって、マイクロバブルの発生２０２を組織内に含有される液体中に生じさせてもよい。マイクロバブルは、伝搬する超音波またはパルスによって生産される負の圧力に起因して、または音響的に加熱された液体が破裂し、ガス／蒸気で充填されるとき、または軽度音響場がすでにキャビテーション核を含有する組織に印加されるとき、形成されることができる。ガスのその被包のため、マイクロバブル２０２は、超音波を反射させ、そこからの反射は、標的領域２０４における集束性質についての情報を提供することができる。加えて、または代替として、マイクロバブル２０２は、投与システム１２６によって非経口的に導入されてもよい。いくつかの実施形態では、投与デバイス１２６は、シードマイクロバブルを標的領域１０１の中に導入する。トランスデューサ１０２が、次いで、アクティブ化され、マイクロバブル群２０２（核生成）を発生させるために、超音波をシードマイクロバブルに伝送する。マイクロバブルを発生させ、および／またはマイクロバブルを標的領域１０１に導入するアプローチは、例えば、ＰＣＴ公開第ＷＯ２０１８／０２０３１５号、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０６４０５８号（２０１８年１２月５日に出願）、第ＰＣＴ／ＩＢ２０１８／００１１０３号（２０１８年８月１４日に出願）、第ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０６４８９２号（２０１８年１２月１１日に出願）、第ＰＣＴ／ＩＢ２０１８／０００８４１号（２０１８年６月２９日に出願）、および第ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０６４０６６号（２０１８年１２月５日に出願）、米国特許公開第２０１９／００８３０６５号、および米国特許出願第１５／８３７，３９２号（２０１７年１２月１１日に出願）（その内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に提供される。いくつかの実施形態では、マイクロバブル２０２からの超音波反射／放出は、トランスデューサ要素１０４および／または他の検出器デバイス（例えば、ハイドロフォン）を使用して測定され、これは、次いで、結果として生じる信号をコントローラ１０８に伝送する。測定された信号は、標的領域における超音波ビームの自動集束を促進し、および／または下記にさらに説明されるように、マイクロバブルキャビテーション事象を監視するために分析されてもよい。マイクロバブルからの信号を使用して、マイクロバブルキャビテーション事象を自動集束および監視するアプローチは、例えば、ＰＣＴ公開第ＷＯ２０１８／０２０３１５号、米国特許公開第２０１８／０２０６８１６号、および本明細書と同日に出願された「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ａｕｔｏｆｏｃｕｓｉｎｇ」と題された国際出願（その内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明される。
【００４５】
種々の実施形態では、各個々のトランスデューサ要素１０４は、２つのモード、すなわち、伝送モードおよび受信モードで動作されることができる。伝送モードは、音響エネルギーを標的領域に１０１に送達し、受信モードは、標的におけるマイクロバブル２０２からの音響信号を検出する。加えて、トランスデューサ要素は、所望に応じて、アクティブ化解除されてもよい（アクティブ化解除モード）。さらに、トランスデューサ要素は、時間的に分離された様式で、伝送モードに続き、受信モードで使用されてもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態では、トランスデューサ要素１０４は、群化され、各群内の要素は、駆動信号を単一チャネルから受信するようにともに動作される。各群は、トランスデューサ要素１０４の１、２、または３次元アレイ（すなわち、列、行列、または湾曲行列）を備えてもよい。異なる群は、１つ以上のトランスデューサ要素１０４を共有する場合とそうではない場合がある。各群内の要素は、トランスデューサ表面の単一の連続的面積を形成してもよい、または複数の非連続的表面部分を含んでもよい。種々の実施形態では、トランスデューサ要素１０４の群は、別個に制御可能である。例えば、それらはそれぞれ、他の群の周波数、振幅および／または位相から独立する周波数、振幅および／または位相を伴う、超音波を放出することが可能であり得る。加えて、各群は、他の群の動作モードから独立して、伝送または受信モードで動作される、または、非アクティブ化解除されることができる。
【００４７】
トランスデューサ要素１０４（または要素１０４の群）の動作は、時間の関数としてそのプロファイルパラメータ（各トランスデューサ要素またはトランスデューサ要素の各群と関連付けられた動作モード、振幅、周波数、および／または位相等）によって規定されてもよい。種々の実施形態では、これらの時間的プロファイルパラメータは、自動集束させ、および／またはマイクロバブル活動を監視する目的のために、標的領域１０１における最適集束性質を達成し、同時に、高品質（例えば、高ＳＮＲ）信号をマイクロバブル２０２から取得するために決定される。コントローラ１０８は、決定されたプロファイルパラメータに基づいて、トランスデューサ要素１０４の動作（例えば、伝送モードと受信モードとの間の切替）を制御してもよい。
【００４８】
種々の実施形態では、プロファイルパラメータは、超音波手技に先立って、および／またはその間に、撮像機１１２を使用して入手された標的および／または非標的領域（標的領域を囲繞する組織および標的とトランスデューサ要素１０４との間に位置する介在組織を含む）の撮像データに基づいて決定される。撮像データを分析することによって、標的組織および非標的組織のタイプ、場所、および解剖学的特性（例えば、厚さ、密度、および幾何学形状）等の組織情報が、取得されることができる。加えて、入手された組織情報および／またはそれと関連付けられた臨床要件（例えば、最大許容可能温度）に基づいて、各トランスデューサ要素（またはトランスデューサ要素の各群）の動作モードは、最適に決定されることができる。例えば、図３Ａを参照すると、患者の頭蓋骨を通して、音響エネルギーを脳腫瘍３０２に効率的に伝送し、十分な高品質信号を腫瘍３０２におけるマイクロバブルから受信するために、トランスデューサ要素１０４の動作モードが、頭蓋骨の厚さに基づいて決定されてもよい。一実施形態では、トランスデューサ要素３０６から腫瘍３０２までのビーム経路上の薄頭蓋骨領域（例えば、こめかみ）３０４は、最初に、撮像データを使用して識別される。これらの薄い頭蓋骨領域３０４は、他のより厚い頭蓋骨領域３０８と比較して、超音波ビームのより少ない収差を生じさせ得るため、薄頭蓋骨領域３０４と関連付けられた（すなわち、そのビームが通過するであろう）トランスデューサ要素３０６は全て、エネルギーを腫瘍３０２に効率的に送達するために、伝送モードでアクティブ化されてもよい。全て（または少なくともいくつかの）他のトランスデューサ要素３１０は、音響信号をマイクロバブルから検出するために、受信モードでアクティブ化されてもよい。
【００４９】
図３Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、介在組織（例えば、脳）３１４内の石灰化３１２が、撮像データを使用して識別されることができる。石灰化３１２は、超音波ビームによって横断されるとき、石灰化近隣の組織の望ましくない温度増加をもたらし得るため（その高音響吸収に起因して）、それを通した超音波伝送を回避する（または少なくとも低減させる）ことが有利であり得る。故に、一実施形態では、石灰化３１２および標的３０２の識別された場所およびトランスデューサ幾何学形状に基づいて、介在組織を通して進行するビーム経路を予測する物理的モデルが、標的３０２に到達することに先立って、その放出されるビームが石灰化部位３１２を横断する可能性が高いであろう、トランスデューサ要素３１６を識別するために採用されてもよい。これらの要素３１６は、次いで、受信モードでアクティブ化され、標的／非標的領域内のマイクロバブルからの音響信号を測定してもよい。そのビーム経路が石灰化部位３１２を横断しない、残りの要素３１８（またはそれらのうちの少なくともいくつか）は、伝送モードでアクティブ化され、音響エネルギーを標的領域に送達してもよい。一実施形態では、石灰化についての情報は、頭蓋骨特性と組み合わせられ、トランスデューサ要素の動作モードを決定することができる。
【００５０】
トランスデューサ要素の動作は、連続的であってもよい。すなわち、トランスデューサ要素３０６、３１８は、波を標的領域３０２に持続的に伝送してもよく、トランスデューサ要素３１０、３１６は、超音波手技全体を通して、信号を標的領域３０２から持続的に受信してもよい。代替として、トランスデューサ要素は、時間的パターンに基づいて動作されてもよい。一実施形態では、時間的パターンは、撮像データを使用して入手された組織特性に基づいて決定される。例えば、トランスデューサ要素３０６からの伝送は、頭蓋骨の過熱を回避するために、周期的様式（例えば、１０ｍｓｅｃ毎に１ｍｓｅｃ）で一時的に中止されてもよい。同様に、標的３０２からの信号は、トランスデューサ要素３１０によって、周期的に測定され（例えば、３分毎に）、望ましくない加熱を最小限にしてもよい。加えて、トランスデューサ要素の時間的動作パターンは、下記にさらに説明されるように、超音波手技に先立って、および／またはその間に測定されたマイクロバブル２０２からの音響信号に基づいて決定されてもよい。
【００５１】
いくつかの実施形態では、物理的モデルは、複数のステップを伴う熱音響シミュレーションを含む。最初に、シミュレーションは、例えば、上記に説明されるように、撮像データによって入手された情報およびトランスデューサ幾何学形状を使用して、頭蓋骨領域を通した各関連トランスデューサ要素から標的までの音響経路を予測してもよい。加えて、シミュレーションは、熱シミュレーションを実施し、撮像データによって入手されたその解剖学的特性および／または音響ビーム周波数に基づいて、異なる頭蓋骨領域が音響エネルギーを吸収し、異なる加熱プロファイルを有する程度を推定してもよい。シミュレーションは、次いで、有意な量のエネルギーを吸収し、その温度を所定の閾値を上回って上昇させる可能性が高いであろう、頭蓋骨領域を識別してもよい。いくつかの実施形態では、これらの識別された頭蓋骨領域と関連付けられたトランスデューサ要素は、頭蓋骨の過熱を回避するために、受信モードで動作され、低加熱プロファイルを有する頭蓋骨領域に対応する残りの要素（またはそれらのうちの少なくともいくつか）は、伝送モードで動作される。
【００５２】
加えて、または代替として、トランスデューサ要素のプロファイルパラメータが、超音波手技直前に、および／またはその間に測定された標的領域からの音響信号に基づいて決定されてもよい。例えば、トランスデューサ要素が、較正された後であるが、超音波手技のためにアクティブ化されることに先立って、全て（または少なくともいくつかの）トランスデューサ要素は、伝送モードで動作され、信号を標的に放出してもよい。トランスデューサ要素は、続いて、受信モードに切り替えられ、標的から反射された信号を検出してもよい。一実施形態では、検出された信号は、コントローラ１０８によって分析され、そのＳＮＲを決定する。所定の閾値を上回るＳＮＲを有する信号を検出する、要素１０４は、次いで、超音波手技の間、受信モードで動作されてもよい。低ＳＮＲを有する受信される信号に対応する他の要素は、伝送モードで動作されてもよい。
【００５３】
加えて、各個々のトランスデューサ要素１０４（またはトランスデューサ要素の各群）は、超音波信号をマイクロバブル２０２に伝送することとマイクロバブル２０２から反射された超音波信号を受信することとの間で交互してもよい。要素１０４毎に、伝送モードの時間間隔は、受信モードのものと同一または異なってもよい。加えて、異なるトランスデューサ要素１０４は、同一または異なる伝送するモードおよび受信モード時間間隔を有してもよい。例えば、図４を参照すると、トランスデューサ要素４０２は、同一時間間隔を有する伝送および受信モードで動作されてもよい一方、別のトランスデューサ要素４０４は、受信モードのものより長い時間間隔を伴う伝送モードで動作されてもよい。再び、各トランスデューサ要素１０４と関連付けられた伝送および受信モードの時間間隔は、撮像データ（例えば、標的／非標的領域の組織情報）、標的／非標的領域からの熱音響シミュレーション結果および／または音響信号、およびアレイ内のトランスデューサ要素の位置に基づいて決定されてもよい。
【００５４】
一実施形態では、トランスデューサアレイ１０２は、実質的に同時に、ビームを標的１０１に伝送し、そこから信号を受信するように構成されてもよい。例えば、再び図１を参照すると、超音波システム１００は、トランスデューサ要素１０４と関連付けられた駆動信号を制御するために、ビーム形成器１０６に結合される、多重化装置１２４を含んでもよい。時分割多重化（ＴＤＭ）では、各トランスデューサ要素と関連付けられた伝送モードおよび受信モードの駆動信号は、時間スライス間でパーティション化される。すなわち、信号は、信号チャネルの分割された時間ドメイン上で物理的に「交替する」。１つの実装では、トランスデューサ要素を受信モードで動作させる、スライスの時間間隔は、標的化された組織の音響および／または熱時間定数に基づいて決定される。例えば、受信モードにおける要素１０４を駆動させる時間間隔は、標的組織の時間定数より小さくてもよい。これは、組織応答がトランスデューサ要素を受信モードで動作させることによって有意に影響されないことを確実にする。標的組織の時間定数を決定するためのアプローチは、例えば、米国特許公開第２０１８／０３６０４２０号（その内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に提供される。
【００５５】
トランスデューサ要素１０４が、実質的に同時に、伝送および受信モードで駆動されるとき、大きい伝送される信号は、敏感な受信回路を直ちに飽和させ得る。伝送される駆動信号が終了すると、受信回路をもはや飽和させないために十分に小さい振幅まで伝送側トランスデューサの電気出力信号を減弱させるために、ある程度の時間がかかり得る。これは、信号測定に遅延を生じさせ得る。故に、種々の実施形態では、受信回路は、スペクトルフィルタ（受信チャネルのダイナミックレンジが前処理段階における飽和を回避するために十分に広い場合、ハードウェアおよび／またはソフトウェア内に実装されてもよい）を含み、伝送周波数を有する信号をフィルタ除去する。その結果、伝送モードの間の受信回路の飽和は、回避される。本アプローチは、したがって、トランスデューサ要素が、実質的に同時に、伝送および受信モードで動作されることを可能にする一方、有意な遅延を伴わずに、マイクロバブルからの信号の検出を可能にする。
【００５６】
概して、種々のタイプのマイクロバブルキャビテーションが、超音波手技の間に生じてもよく、各場所におけるキャビテーションの各タイプは、泡のユニークな応答を表す、その独自のスペクトル「シグネチャ」を有してもよい。例えば、中間音響電力において誘発される安定キャビテーションは、強サブ高調波応答（すなわち、サブ高調波周波数においてより多くの成分を有し、および／またはサブ高調波周波数のより大きい振幅を有する）を生産し得る一方、高音響電力において誘発される慣性キャビテーションは、広帯域（白色）雑音を生産し得る。故に、マイクロバブルから放出される音響信号を検出および分析することによって、超音波手技の間に組織内に誘発されるキャビテーションの存在、タイプ、および／または場所は、決定されることができる。マイクロバブルからの信号を使用して、マイクロバブルキャビテーションの存在、タイプおよび／または場所を決定するアプローチは、例えば、米国特許公開第２０１８／０２０６８１６号（その内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明される。
【００５７】
マイクロバブルからの音響信号が、マイクロバブルからトランスデューサ要素まで進行するとき、マイクロバブルとトランスデューサ要素１０４との間に介在する異なるタイプの組織（例えば、頭蓋骨および／または脳組織）の不均質性が、スペクトルシグネチャのある特性を変化させ得る。種々の実施形態では、上記に説明される物理的モデルが、例えば、撮像機データから入手された組織情報および／またはトランスデューサ幾何学形状に基づいて、不均質介在組織から結果として生じる音響信号の変化を予測するために実装される。いくつかの実施形態では、スペクトルシグネチャの変化は、要素毎に変調伝達関数を使用して定量化される。故に、マイクロバブルキャビテーション事象のシグネチャおよび変調伝達関数を使用して予測されるスペクトル信号の変化に基づいて、受信モードにおける各トランスデューサ要素の検出された周波数範囲が、マイクロバブルからの信号のより感度の高い測定を可能にするように、選択または調節されることができる（例えば、フィルタを使用して）。
【００５８】
概して、超音波手技の目標は、超音波への健康な非標的組織の暴露を最小限にしながら、標的領域で吸収されるエネルギーの量を最大限にすることである。組織内の超音波吸収の程度は、周波数の関数であって、以下によって与えられる。
【化１】
2022500093.tif 000003
式中、Ｉ０は、組織の中への進入点における超音波強度（Ｗ／ｃｍ２単位で測定される）であって、Ｉは、距離ｚにわたる組織を通したビーム伝搬後の強度（ｃｍ単位で測定される）であって、ｆは、超音波の周波数（ＭＨｚ単位で測定される）であって、αは、その周波数における吸収係数（ｃｍ−１・ＭＨｚ−１単位で測定される）である。積α・ｆの値が高いほど、標的領域内の吸収の程度がより大きくなるが、また、標的領域に到達する前に吸収される超音波のより大きい割合をもたらす。したがって、組織内のある深度ｚにおいて、印加される波の超音波周波数は、経路区域内の音響出力の吸収と焦点区域におけるピーク強度との間のトレードオフを反映し得る。いくつかの実施形態では、超音波伝送周波数は、標的におけるピーク強度を達成するように、標的および／または介在組織の解剖学的特性（例えば、タイプ、サイズ、場所、性質、構造、厚さ、密度等）に基づいて決定される。超音波手技の間、コントローラ１０８は、次いで、トランスデューサ要素１０４を駆動し、最適化された周波数を伴う超音波を放出してもよい。最適超音波伝送周波数を決定するアプローチは、例えば、米国特許出願第１６／２３３，７４４号（２０１８年１２月２７日に出願）（その内容は参照することによって、本明細書に組み込まれる）に提供される。
【００５９】
故に、本発明の種々の実施形態は、有利なこととして、超音波手技の間、各トランスデューサ要素１０４（または要素１０４の各群）と関連付けられた時間的プロファイルパラメータ（例えば、動作モード、振幅、周波数、および／または位相）を最適に決定するアプローチを提供する。プロファイルパラメータは、自動集束させ、マイクロバブル活動を監視し、および／または超音波手技のための最適周波数を選択する目的のために、トランスデューサアレイが、同時に、効果的治療のために、所望の集束性質を伴う焦点区域を標的領域に発生させ、マイクロバブルからの高品質音響信号を測定することを可能にする。
【００６０】
図５Ａは、本明細書による、トランスデューサ要素１０４を駆動し、高品質焦点区域を標的領域１０１に発生させ、標的領域からの高品質信号の測定を可能にするためのアプローチ５００を図示する、フローチャートである。第１のステップ５０２では、１つ以上の撮像機１１２が、アクティブ化され、標的領域および／または１つ以上の非標的領域（例えば、標的領域を囲繞し、および／またはトランスデューサ要素のうちの少なくともいくつかと標的領域との間のビーム経路上に位置する経路区域上にある、領域）の画像を取得する。第２のステップ５０４では、取得された画像が、分析され、標的領域および／または非標的領域と関連付けられた１つ以上の組織特性（例えば、組織タイプ、場所、サイズ、厚さ、密度、構造、形状、血管分布、熱時間定数等）を決定する。第３のステップ５０６では、各トランスデューサ要素と関連付けられた時間的プロファイルパラメータ（例えば、動作モード、振幅、周波数、および／または位相）が、少なくとも部分的に、決定された組織特性に基づいて決定されることができる。随意に、マイクロバブルは、直接または間接的に、標的領域の中に発生および／または導入されてもよい（ステップ５０８）。ステップ５１０では、トランスデューサ要素のうちの少なくともいくつかが、決定された時間的プロファイルパラメータに基づいて駆動され、所望の性質を伴う焦点を標的領域内で作成し得る。加えて、少なくとも部分的に、プロファイルパラメータに基づいて、トランスデューサ要素のうちの少なくともいくつかが、決定された時間的プロファイルパラメータに基づいて、駆動され、音響信号を標的領域におけるマイクロバブルから受信してもよい（ステップ５１２）。ステップ５１０において音響波を標的に伝送するように駆動されるトランスデューサ要素は、ステップ５１２において音響信号をマイクロバブルから受信するように駆動されるトランスデューサ要素と同一または異なってもよい。いくつかの実施形態では、トランスデューサ要素のうちの１つ以上のものは、実質的に同時に、動作され、音響波を標的に伝送し、音響信号をマイクロバブルから受信する。例えば、時分割多重化装置が、実質的に同時に動作されるトランスデューサ要素が、異なる時間スライスの間に動作されるように実装されてもよい。一実施形態では、スペクトルフィルタが、随意に、伝送される超音波ビームの周波数を有する受信された信号をフィルタ処理するように適用される（ステップ５１４）。
【００６１】
種々の実施形態では、少なくとも部分的に、ステップ５１２において受信される信号に基づいて、マイクロバブルのキャビテーション特性（例えば、キャビテーションタイプおよび／またはキャビテーション場所）が、検出されることができる（ステップ５１６）。受信された音響信号および／または検出されたキャビテーション特性に基づいて、少なくともいくつかのトランスデューサ要素と関連付けられた時間的プロファイルパラメータ（例えば、動作モード、振幅、周波数および／または位相）が、調節され、それによって、標的領域における焦点を改良することができる（ステップ５１８）。ステップ５１０−５１８は、所望の性質を有する焦点が標的領域内に作成されるまで、反復的に実施されてもよい。いくつかの実施形態では、キャビテーション事象のスペクトルシグネチャの変化は、要素毎に変調伝達関数（すなわち、異なる空間周波数の正弦波に対するシステムの大きさ応答）を使用して予測されることができる（ステップ５２０）。検出されたマイクロバブルキャビテーション事象およびスペクトルシグネチャの予測される変化に基づいて、受信モードにおける各トランスデューサ要素の検出された周波数範囲が、マイクロバブルから信号のより感度の高い測定を可能にするように、選択または調節されることができる（例えば、フィルタを使用して）（ステップ５２２）。
【００６２】
図５Ｂは、本明細書による、トランスデューサ要素と関連付けられた時間的プロファイルパラメータを決定するための例示的アプローチ５３０を図示する、フローチャートである。種々の実施形態では、標的領域および／または非標的領域と関連付けられた組織特性が決定された後、熱音響シミュレーションを含む物理的モデルが、少なくとも部分的に、決定された組織特性に基づいて、トランスデューサ要素から標的領域に伝送される超音波ビームの音響経路を予測するために実装されてもよい（ステップ５３２）。加えて、物理的モデルは、少なくとも部分的に、決定された組織特性に基づいて、標的領域および／または非標的領域の加熱プロファイルを推定し得る（ステップ５３４）。加えて、または代替として、ステップ５０２において入手された画像は、非標的領域内の石灰化を識別するために分析されてもよい（ステップ５３６）。いくつかの実施形態では、トランスデューサ要素が較正された後であるが、超音波手技のためにアクティブ化されることに先立って、全て（または少なくともいくつかの）トランスデューサ要素は、伝送モードで動作され、信号を標的に放出する（ステップ５３８）。トランスデューサ要素は、続いて、受信モードに切り替えられ、標的から反射された信号を検出してもよい（ステップ５４０）。検出された信号は、コントローラ１０８によって分析され、それと関連付けられた情報（例えば、ＳＮＲ）を決定してもよい（ステップ５４２）。種々の実施形態では、組織特性、加熱プロファイル、石灰化、および／または標的領域から受信される音響信号に基づいて、各トランスデューサ要素と関連付けられた時間的プロファイルパラメータが、決定されてもよい（ステップ５０６）。
【００６３】
一般に、上記に説明されるように、トランスデューサ要素を駆動し、高品質焦点区域を標的領域に発生させ、標的領域からの高品質信号の測定を可能にするための機能性は、超音波システム１００、撮像機１１２、および／または投与システム１２６のコントローラ内に統合されるか、または別個の外部コントローラまたは他の算出エンティティまたはエンティティによって提供されるかにかかわらず、ハードウェア、ソフトウェア、または両方の組み合わせ内に実装される、１つ以上のモジュール内に構造化されてもよい。そのような機能性は、例えば、上記に説明されるように、撮像機１１２を使用して入手された標的および／または非標的領域の撮像データを分析する、撮像データに基づいて、標的組織および／または非標的組織の領域を決定する、標的／非標的組織と関連付けられた解剖学的／組織特性（例えば、組織タイプ、場所、サイズ、厚さ、密度、構造、形状、血管分布、熱時間定数等）を決定する、画像を分析し、非標的領域内の石灰化を識別する、物理的モデルを使用して、トランスデューサ要素から標的領域に伝送される超音波ビームの音響経路を予測し、標的領域および／または非標的領域の加熱プロファイルを推定する、マイクロバブルを標的領域内に発生および／または導入させる、全て（または少なくともいくつかの）トランスデューサ要素を伝送モードで駆動し、信号を標的に放出する、全て（または少なくともいくつかの）トランスデューサ要素を受信モードで駆動し、標的におけるマイクロバブルから反射された信号を検出する、検出された信号を分析し、それと関連付けられた情報（例えば、ＳＮＲ）を決定する、少なくとも部分的に、組織特性、加熱プロファイル、石灰化、および／または標的領域から受信される音響信号に基づいて、各トランスデューサ要素と関連付けられた時間的プロファイルパラメータを決定する、時間的プロファイルパラメータに基づいて、トランスデューサ要素を駆動し、標的化された集束性質を有する焦点を標的領域内に作成する、要素時間的プロファイルパラメータに基づいて、トランスデューサを駆動し、音響信号を標的領域におけるマイクロバブルから受信する、スペクトルフィルタを適用し、伝送される超音波ビームの周波数を有する受信された信号をフィルタ処理する、受信された信号に基づいて、マイクロバブルのキャビテーション特性を検出する、受信された音響信号および／または検出されたキャビテーション特性に基づいて、少なくともいくつかのトランスデューサ要素と関連付けられた時間的プロファイルパラメータを調節する、要素毎に変調伝達関数を使用して、キャビテーション事象のスペクトルシグネチャの変化を予測する、および検出されたキャビテーション事象およびスペクトルシグネチャの予測される変化に基づいて、受信モードにおける各トランスデューサ要素の検出された周波数範囲を選択／調節することを含んでもよい。
【００６４】
加えて、超音波コントローラ１０８、ＭＲコントローラ１４８、および／または投与システム１２６と関連付けられたコントローラは、ハードウェア、ソフトウェア、または両方の組み合わせ内に実装される、１つ以上のモジュールを含んでもよい。機能が１つ以上のソフトウェアプログラムとして提供される実施形態に関して、プログラムは、ＰＹＴＨＯＮ、ＦＯＲＴＲＡＮ、ＰＡＳＣＡＬ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ＢＡＳＩＣ、種々のスクリプト言語、および／またはＨＴＭＬ等のいくつかの高レベル言語のうちのいずれかで書かれてもよい。加えて、ソフトウェアは、標的コンピュータ上に常駐するマイクロプロセッサにダイレクトされるアセンブリ言語で実装されることができる。例えば、ソフトウェアは、ＩＢＭＰＣまたはＰＣクローン上で起動するように構成される場合、Ｉｎｔｅｌ８０ｘ８６アセンブリ言語で実装されてもよい。ソフトウェアは、限定ではないが、フロッピー（登録商標）ディスク、ジャンプドライブ、ハードディスク、光ディスク、磁気テープ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、またはＣＤ−ＲＯＭを含む、製造品上で具現化されてもよい。ハードウェア回路を使用する実施形態は、例えば、１つ以上のＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、またはＡＳＩＣプロセッサを使用して実装されてもよい。
【００６５】
本明細書に採用される用語および表現は、限定ではなく、説明の用語および表現として使用され、そのような用語および表現の使用において、示され、説明される特徴の任意の均等物またはその一部を除外するいかなる意図も存在しない。加えて、本発明のある実施形態を説明しているが、本明細書に開示される概念を組み込む他の実施形態も、本発明の精神および範囲から逸脱することなく使用され得ることが、当業者に明白となるであろう。故に、説明される実施形態は、あらゆる点で例証的にすぎず、制限的ではないと見なされるものである。
【図１Ａ】
2022500093.tif 000004
【図１Ｂ】
2022500093.tif 000005
【図２】
2022500093.tif 000006
【図３Ａ】
2022500093.tif 000007
【図３Ｂ】
2022500093.tif 000008
【図４】
2022500093.tif 000009
【図５Ａ】
2022500093.tif 000010
【図５Ｂ】
2022500093.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和3年7月5日(2021.7.5)
【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】
超音波焦点を標的領域に発生させ、信号をそこから受信するためのシステムであって、前記システムは、
複数のトランスデューサ要素を備える超音波トランスデューサと、
撮像システムであって、前記撮像システムは、前記標的領域と、前記トランスデューサ要素のうちの少なくともいくつかと前記標的領域との間のビーム経路上に位置する１つ以上の経路区域との複数の画像を取得する、撮像システムと、
前記超音波トランスデューサおよび前記撮像システムに動作可能に結合されるコントローラであって、
（ａ）前記取得された画像に基づいて、前記標的領域と関連付けられた少なくとも１つの組織特性を決定することと、
（ｂ）前記決定された組織特性に少なくとも部分的に基づいて、前記トランスデューサ要素のそれぞれと関連付けられた複数のプロファイルパラメータを決定することと、
（ｃ）前記プロファイルパラメータに少なくとも部分的に基づいて、前記トランスデューサ要素の少なくとも第１のものを動作させ、集合的に、超音波ビームを前記標的領域に伝送し、それにより、焦点をその上に作成することと、
（ｄ）前記プロファイルパラメータに少なくとも部分的に基づいて、前記トランスデューサ要素の少なくとも第２のものを動作させ、音響信号を前記標的領域から受信し、それに応答して、前記トランスデューサ要素の前記少なくとも第１のものの動作を調節し、それによって、前記標的領域における前記焦点を改良することと
を行うように構成される、コントローラと
を備える、システム。
【請求項２】
前記プロファイルパラメータは、前記トランスデューサ要素のそれぞれと関連付けられた、動作モード、振幅、周波数、または位相のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
マイクロバブルを前記標的領域の中に導入するための投与デバイスをさらに備え、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
シードマイクロバブルを導入するための投与デバイスをさらに備え、前記コントローラは、前記シードマイクロバブルおよび前記超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブル群の発生を前記標的領域に生じさせるようにさらに構成され、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブルの発生を前記標的領域内で生じさせるようにさらに構成され、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記受信された信号に少なくとも部分的に基づいて、前記マイクロバブルのキャビテーション特性を検出するようにさらに構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記キャビテーション特性は、キャビテーションタイプまたはキャビテーション場所のうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラは、
前記受信された信号に少なくとも部分的に基づいて、前記プロファイルパラメータを決定することと、
前記プロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の前記第１のものおよび第２のものを動作させることと
を行うようにさらに構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記撮像システムは、前記標的領域を囲繞する第１の組織領域または前記経路区域のうちの１つ上の第２の組織領域のうちの少なくとも１つの第２の複数の画像を取得するように構成され、前記コントローラは、前記取得された第２の複数の画像に基づいて、前記第１の組織領域および／または前記第２の組織領域と関連付けられた少なくとも第２の組織特性を決定するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラは、
前記第２の組織特性に少なくとも部分的に基づいて、前記プロファイルパラメータを決定することと、
前記決定されたプロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の動作を調節することと
を行うようにさらに構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラは、
前記トランスデューサ要素の前記第１のものから伝送される超音波ビームの音響経路を予測することと、
前記第２の組織特性に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の領域および第２の領域の加熱プロファイルを推定することと
を行うようにさらに構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記音響経路予測および加熱プロファイル推定は、熱音響シミュレーションを含む物理的モデルを使用して実施される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記トランスデューサ要素の前記第１のもののうちの少なくともいくつかは、前記トランスデューサ要素の前記第２のもののうちの少なくともいくつかと異なる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記トランスデューサ要素の前記第１のもののうちの少なくともいくつかは、前記トランスデューサ要素の前記第２のもののうちの少なくともいくつかと同一である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コントローラは、実質的に同時に、前記トランスデューサ要素の前記第２のものと同一である前記トランスデューサ要素の前記第１のものを動作させるようにさらに構成される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記伝送される超音波ビームの周波数を有する前記受信された信号をフィルタ処理するためのスペクトルフィルタをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
時分割多重化装置をさらに備え、前記トランスデューサ要素の前記第１のものおよび前記トランスデューサ要素の前記第２のものは、異なる時間スライスの間に動作される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記トランスデューサ要素の前記第１のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第１の時間間隔は、前記トランスデューサ要素の前記第２のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第２の時間間隔と同一である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記トランスデューサ要素の前記第１のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第１の時間間隔は、前記トランスデューサ要素の前記第２のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第２の時間間隔と異なる、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記コントローラは、前記受信された音響信号の周波数範囲を決定するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記周波数範囲外の周波数を有する前記受信された信号をフィルタ処理するためのスペクトルフィルタをさらに備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記コントローラは、前記経路区域のうちの少なくとも１つ内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性に基づいて、前記周波数範囲を決定するようにさらに構成される、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記コントローラは、前記標的領域における音響強度を最大限にするために、前記トランスデューサ要素の前記第１のものと関連付けられた最適伝送周波数を決定するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記コントローラは、前記標的領域の組織特性および前記経路区域のうちの少なくとも１つ内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性に少なくとも部分的に基づいて、前記最適伝送周波数を決定するようにさらに構成される、請求項２３に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本明細書で使用されるように、用語「約」、「およそ」、および「実質的に」は、±１０％、いくつかの実施形態では、±５％を意味する。本明細書の全体を通して、「一実施例」、「ある実施例」、「一実施形態」、または「ある実施形態」の言及は、実施例と関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本技術の少なくとも１つの実施例に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体を通した種々の箇所における語句「一実施例では」、「ある実施例では」、「一実施形態」、または「ある実施形態」の出現は、必ずしも全てが同一の実施例を指すわけではない。その上さらに、特定の特徴、構造、ルーチン、ステップ、または特性は、本技術の１つ以上の実施例において、任意の好適な様式で組み合わせられてもよい。本明細書に提供される見出しは、便宜上のためだけのものであり、請求される技術の範囲または意味を限定または解釈することを意図していない。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
超音波焦点を標的領域に発生させ、信号をそこから受信するためのシステムであって、前記システムは、
複数のトランスデューサ要素を備える超音波トランスデューサと、
撮像システムであって、前記撮像システムは、前記標的領域と、前記トランスデューサ要素のうちの少なくともいくつかと前記標的領域との間のビーム経路上に位置する１つ以上の経路区域との複数の画像を取得する、撮像システムと、
前記超音波トランスデューサおよび前記撮像システムに動作可能に結合されるコントローラであって、
（ａ）前記取得された画像に基づいて、前記標的領域と関連付けられた少なくとも１つの組織特性を決定することと、
（ｂ）少なくとも部分的に、前記決定された組織特性に基づいて、前記トランスデューサ要素のそれぞれと関連付けられた複数のプロファイルパラメータを決定することと、
（ｃ）少なくとも部分的に、前記プロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の少なくとも第１のものを動作させ、集合的に、超音波ビームを前記標的領域に伝送し、それにより、焦点をその上に作成することと、
（ｄ）少なくとも部分的に、前記プロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の少なくとも第２のものを動作させ、音響信号を前記標的領域から受信し、それに応答して、前記トランスデューサ要素の少なくとも第１のものの動作を調節し、それによって、前記標的領域における前記焦点を改良することと
を行うように構成される、コントローラと
を備える、システム。
（項目２）
前記プロファイルパラメータは、前記トランスデューサ要素のそれぞれと関連付けられた、動作モード、振幅、周波数、または位相のうちの少なくとも１つを含む、項目１に記載のシステム。
（項目３）
マイクロバブルを前記標的領域の中に導入するための投与デバイスをさらに備え、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、項目１に記載のシステム。
（項目４）
シードマイクロバブルを導入するための投与デバイスをさらに備え、前記コントローラはさらに、前記シードマイクロバブルおよび前記超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブル群の発生を前記標的領域に生じさせるように構成され、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記コントローラはさらに、前記超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブルの発生を前記標的領域内で生じさせるように構成され、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、項目１に記載のシステム。
（項目６）
前記コントローラはさらに、少なくとも部分的に、前記受信された信号に基づいて、前記マイクロバブルのキャビテーション特性を検出するように構成される、項目５に記載のシステム。
（項目７）
前記キャビテーション特性は、キャビテーションタイプまたはキャビテーション場所のうちの少なくとも１つを含む、項目６に記載のシステム。
（項目８）
前記コントローラはさらに、
少なくとも部分的に、前記受信された信号に基づいて、前記プロファイルパラメータを決定することと、
前記プロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の第１のものおよび第２のものを動作させることと
を行うように構成される、項目５に記載のシステム。
（項目９）
前記撮像システムは、前記標的領域を囲繞する第１の組織領域または前記経路区域のうちの１つ上の第２の組織領域のうちの少なくとも１つの第２の複数の画像を取得するように構成され、前記コントローラはさらに、前記取得された第２の複数の画像に基づいて、前記第１の組織領域および／または前記第２の組織領域と関連付けられた少なくとも第２の組織特性を決定するように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
前記コントローラはさらに、
少なくとも部分的に、前記第２の組織特性に基づいて、前記プロファイルパラメータを決定することと、
前記決定されたプロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の動作を調節することと
を行うように構成される、項目９に記載のシステム。
（項目１１）
前記コントローラはさらに、
前記トランスデューサ要素の第１のものから伝送される超音波ビームの音響経路を予測することと、
少なくとも部分的に、前記第２の組織特性に基づいて、前記第１の領域および第２の領域の加熱プロファイルを推定することと
を行うように構成される、項目９に記載のシステム。
（項目１２）
前記音響経路予測および加熱プロファイル推定は、熱音響シミュレーションを含む、物理的モデルを使用して実施される、項目１１に記載のシステム。
（項目１３）
前記トランスデューサ要素の第１のもののうちの少なくともいくつかは、前記トランスデューサ要素の第２のもののうちの少なくともいくつかと異なる、項目１に記載のシステム。
（項目１４）
前記トランスデューサ要素の第１のもののうちの少なくともいくつかは、前記トランスデューサ要素の第２のもののうちの少なくともいくつかと同一である、項目１に記載のシステム。
（項目１５）
前記コントローラはさらに、実質的に同時に、前記トランスデューサ要素の第２のものと同一である前記トランスデューサ要素の第１のものを動作させるように構成される、項目１４に記載のシステム。
（項目１６）
前記伝送される超音波ビームの周波数を有する前記受信された信号をフィルタ処理するためのスペクトルフィルタをさらに備える、項目１５に記載のシステム。
（項目１７）
時分割多重化装置をさらに備え、前記トランスデューサ要素の第１のものおよび前記トランスデューサ要素の第２のものは、異なる時間スライスの間に動作される、項目１４に記載のシステム。
（項目１８）
前記トランスデューサ要素の第１のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第１の時間間隔は、前記トランスデューサ要素の第２のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第２の時間間隔と同一である、項目１７に記載のシステム。
（項目１９）
前記トランスデューサ要素の第１のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第１の時間間隔は、前記トランスデューサ要素の第２のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第２の時間間隔と異なる、項目１７に記載のシステム。
（項目２０）
前記コントローラはさらに、前記受信された音響信号の周波数範囲を決定するように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目２１）
前記周波数範囲外の周波数を有する前記受信された信号をフィルタ処理するためのスペクトルフィルタをさらに備える、項目２０に記載のシステム。
（項目２２）
前記コントローラはさらに、前記経路区域のうちの少なくとも１つ内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性に基づいて、前記周波数範囲を決定するように構成される、項目２１に記載のシステム。
（項目２３）
前記コントローラはさらに、前記標的領域における音響強度を最大限にするために、前記トランスデューサ要素の第１のものと関連付けられた最適伝送周波数を決定するように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目２４）
前記コントローラはさらに、少なくとも部分的に、前記標的領域の組織特性および前記経路区域のうちの少なくとも１つ内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性に基づいて、前記最適伝送周波数を決定するように構成される、項目２３に記載のシステム。
（項目２５）
複数のトランスデューサ要素を備える超音波トランスデューサを使用して、超音波焦点を標的領域に発生させ、信号をそこから受信するための方法であって、前記方法は、
前記標的領域と、前記トランスデューサ要素と前記標的領域との間のビーム経路上に位置する１つ以上の経路区域との複数の画像を入手することと、
前記入手された画像に基づいて、前記標的領域と関連付けられた少なくとも１つの組織特性を決定することと、
前記決定された組織特性に少なくとも部分的に基づいて、前記トランスデューサ要素のそれぞれと関連付けられた複数のプロファイルパラメータを決定することと、
少なくとも部分的に、前記プロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の少なくとも第１のものを動作させ、集合的に、超音波ビームを前記標的領域に伝送し、それにより、焦点をその上に作成することと、
少なくとも部分的に、前記プロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の少なくとも第２のものを動作させ、音響信号を前記標的領域から受信し、それに応答して、前記トランスデューサ要素の少なくとも第１のものの動作を調節し、それによって、前記標的領域における前記焦点を改良することと
を含む、方法。
（項目２６）
前記プロファイルパラメータは、前記トランスデューサ要素のそれぞれと関連付けられた、動作モード、振幅、周波数、または位相のうちの少なくとも１つを含む、項目２５に記載の方法。
（項目２７）
マイクロバブルを前記標的領域の中に導入することをさらに含み、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、項目２５に記載の方法。
（項目２８）
シードマイクロバブルを導入し、前記シードマイクロバブルおよび前記超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブル群の発生を前記標的領域に生じさせることをさらに含み、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、項目２５に記載の方法。
（項目２９）
前記超音波トランスデューサを使用して、マイクロバブルの発生を前記標的領域内に生じさせることをさらに含み、前記受信された信号は、前記マイクロバブルからの反射である、項目２５に記載の方法。
（項目３０）
少なくとも部分的に、前記受信された信号に基づいて、前記マイクロバブルのキャビテーション特性を検出することをさらに含む、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
前記キャビテーション特性は、キャビテーションタイプまたはキャビテーション場所のうちの少なくとも１つを含む、項目３０に記載の方法。
（項目３２）
少なくとも部分的に、前記受信された信号に基づいて、前記プロファイルパラメータを決定することと、
前記プロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の第１のものおよび第２のものを動作させることと
をさらに含む、項目２９に記載の方法。
（項目３３）
前記標的領域を囲繞する第１の組織領域または前記経路区域のうちの１つ上の第２の組織領域のうちの少なくとも１つの第２の複数の画像を取得することと、
前記取得された第２の複数の画像に基づいて、前記第１の組織領域および／または前記第２の組織領域と関連付けられた少なくとも第２の組織特性を決定することと
をさらに含む、項目２５に記載の方法。
（項目３４）
少なくとも部分的に、前記第２の組織特性に基づいて、前記プロファイルパラメータを決定することと、
前記決定されたプロファイルパラメータに基づいて、前記トランスデューサ要素の動作を調節することと
をさらに含む、項目３３に記載の方法。
（項目３５）
前記トランスデューサ要素の第１のものから伝送される超音波ビームの音響経路を予測することと、
少なくとも部分的に、前記第２の組織特性に基づいて、前記第１の領域および第２の領域の加熱プロファイルを推定することと
をさらに含む、項目３３に記載の方法。
（項目３６）
前記音響経路予測および加熱プロファイル推定は、熱音響シミュレーションを含む物理的モデルを使用して実施される、項目３５に記載の方法。
（項目３７）
前記トランスデューサ要素の第１のもののうちの少なくともいくつかは、前記トランスデューサ要素の第２のもののうちの少なくともいくつかと異なる、項目２５に記載の方法。
（項目３８）
前記トランスデューサ要素の第１のもののうちの少なくともいくつかは、前記トランスデューサ要素の第２のもののうちの少なくともいくつかと同一である、項目２５に記載の方法。
（項目３９）
実質的に同時に、前記トランスデューサ要素の第２のものと同一である、前記トランスデューサ要素の第１のものを動作させることをさらに含む、項目３８に記載の方法。
（項目４０）
スペクトルフィルタを適用し、前記伝送される超音波ビームの周波数を有する前記受信された信号をフィルタ処理することをさらに含む、項目３９に記載の方法。
（項目４１）
異なる時間スライスの間、前記トランスデューサ要素の第１のものおよび前記トランスデューサ要素の第２のものを動作させることをさらに含む、項目３８に記載の方法。
（項目４２）
前記トランスデューサ要素の第１のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第１の時間間隔は、前記トランスデューサ要素の第２のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第２の時間間隔と同一である、項目４１に記載の方法。
（項目４３）
前記トランスデューサ要素の第１のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第１の時間間隔は、前記トランスデューサ要素の第２のものの動作と関連付けられた前記時間スライスの第２の時間間隔と異なる、項目４１に記載の方法。
（項目４４）
前記受信された音響信号の周波数範囲を決定することをさらに含む、項目２５に記載の方法。
（項目４５）
スペクトルフィルタを適用し、前記周波数範囲外の周波数を有する前記受信された信号をフィルタ処理することをさらに含む、項目４４に記載の方法。
（項目４６）
前記経路区域のうちの少なくとも１つ内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性に基づいて、前記周波数範囲を決定することをさらに含む、項目４５に記載の方法。
（項目４７）
前記標的領域における音響強度を最大限にするために、前記トランスデューサ要素の第１のものと関連付けられた最適伝送周波数を決定することをさらに含む、項目２５に記載の方法。
（項目４８）
少なくとも部分的に、前記標的領域の組織特性および前記経路区域のうちの少なくとも１つ内に位置する介在組織と関連付けられた第２の組織特性に基づいて、前記最適伝送周波数を決定することをさらに含む、項目４７に記載の方法。
【国際調査報告】
2022500093.tif 000012
2022500093.tif 000013
2022500093.tif 000014
2022500093.tif 000015