(57)【要約】【課題】超音波治療アプリケータは、磁気共鳴装置用に設けられている。【解決手段】多数の要素（５４）のアレイ（１８）、例えば多次元アレイ（１８）が用いられる。ケーブルを回避するために、送信機は、アレイ（１８）に位置決めされる。アレイ（１８）および送信機は、干渉を低減するためにシールドされる。多数の要素（５４）に対する大きなインダクタンスコイルを回避するために、音響整合層は、所望の位相角または電気インピーダンス整合を提供するような大きさに設定可能である。【選択図】図３
2013146550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴を用いた超音波治療用のシステムであって、前記システムは、
複数の要素（５４）の多次元アレイ（１８）を構成するトランスデューサアレイ（１８）と、
前記トランスデューサアレイ（１８）に接続された送信ビームフォーマ（６０）と、
前記送信ビームフォーマ（６０）に接続された通信インタフェース（６８）と、
前記トランスデューサアレイ（１８）、前記送信ビームフォーマ（６０）および前記通信インタフェース（６８）を、電磁的にシールドするとともに包囲するハウジング（５８）と、
を具え、
前記トランスデューサアレイ（１８）、前記送信ビームフォーマ（６０）および前記通信インタフェース（６８）は、磁気共鳴画像システム（１４）のボア内で操作可能である、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記システムは、前記ボア内の患者テーブル（３８）をさらに具え、
前記ハウジング（５８）は、前記患者テーブル（３８）に接続されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記通信インタフェース（６８）は、直流電力を受信し、ステアリング情報および動作情報を伝達するように構成され、
前記ステアリング情報は、治療用の位置を示し、前記複数の要素（５４）用の信号を含まない、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ハウジング（５８）は、受信ビームフォーマを含まない、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記送信ビームフォーマ（６０）は、コントローラおよび送信機を具える、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記通信インタフェース（６８）は、トリガ入力を具え、
前記送信ビームフォーマ（６０）は、前記トリガ入力の信号に応答して動作するように構成されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記通信インタフェース（６８）は、モード入力を具え、
前記送信ビームフォーマ（６０）は、前記モード入力の信号に基づいて動作するように構成されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記多次元アレイ（１８）は、少なくとも１６００の要素（５４）を具える、
請求項１のシステム。
【請求項９】
前記システムは、前記トランスデューサアレイ（１８）に隣接した整合層（５２）をさらに具え、
電気的インピーダンスの位相角が、ゼロプラスマイナス約１０度の範囲内であるように、前記整合層（５２）の厚さは、前記複数の要素（５４）の静電容量を相殺し、
前記送信ビームフォーマ（６０）と前記複数の要素（５４）との間の接続は、いかなる整合インダクタを含まない、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記送信ビームフォーマ（６０）は、前記トランスデューサアレイ（１８）に１００ワット超の音響出力を発生させるように構成されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記トランスデューサアレイ（１８）は、前記トランスデューサ内の流路（６２、６３）を具え、
前記システムは、前記流路（６２、６３）を通して流体をポンプ輸送するように操作可能なポンプ（６９）をさらに具える、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムは、前記トランスデューサの放射面にわたる流路（６２、６３）をさらに具え、
流体は、音響結合流体を構成し、
前記放射面にわたる前記流路（６２、６３）は、前記トランスデューサ内の前記流路（６２、６３）に流体接続している、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記システムは、１度未満の温度上昇を有する熱エネルギーの２０キロジュールの熱容量を有する流体リザーバ（６９）をさらに具える、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記トランスデューサアレイ（１８）および前記送信ビームフォーマ（６０）は、金属ハウジング（５８）とともに複数のモジュールを構成し、
前記送信ビームフォーマ（６０）の半導体チップは、前記金属ハウジング（５８）に対して配置され、
グラウンドフォイル（５０）は、前記金属ハウジング（５８）の端部を封止し、
前記複数の要素（５４）のサブアレイ（１８）は、前記グラウンドフォイル（５０）に対して配置され、
前記流路（６２、６３）は、前記複数のモジュール間に存在する、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
磁気共鳴を用いた超音波治療の方法であって、前記方法は、
多次元的に分散した複数の要素（５４）の音響アレイ（１８）を、磁気共鳴装置のボア内に位置決めするステップ（８０）と、
送信機を有する前記複数の要素（５４）を前記ボア内で駆動するステップ（８８）と、
前記駆動するステップ（８８）に応答して、治療用超音波を前記ボア内の患者に供給するステップ（９０）と、
前記磁気共鳴装置を用いて、前記患者を撮像するステップ（８５）と、
を含む方法。
【請求項１６】
前記位置決めするステップ（８０）は、前記音響アレイ（１８）および送信機を包囲するハウジング（５８）を、前記磁気共鳴装置の患者ベッド上に配置するステップを含み、
前記方法は、前記音響アレイ（１８）および前記送信機を前記ハウジング（５８）で電磁的にシールドするステップ（８２）をさらに含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記供給するステップ（９０）は、１００ワット超の音響出力を、前記音響アレイ（１８）から供給するステップ（９０）を含み、
前記音響アレイ（１８）は、少なくとも１６００の要素（５４）を具える、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記方法は、
直流電力をドライバにケーブルを介して供給するステップ（８４）と、
トリガ制御情報およびステアリング制御情報を、送信機とともに収納されるコントローラに光学的に通信するステップ（８６）と、
をさらに含み、
前記駆動するステップ（８８）は、前記トリガ制御情報に応答して駆動するステップ（８８）を含み、
前記供給するステップ（９０）は、前記ステアリング制御情報に応答してステアリング方向で供給するステップ（９０）を含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記方法は、前記送信機を流体で冷却するステップ（９４）をさらに含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記冷却するステップ（９４）は、流体を複数のモジュール間で輸送するステップを含み、
前記複数のモジュールの各々は、前記複数の要素（５４）および前記送信機を含む、
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
複数の要素（５４）の音響アレイ（１８）と、
前記複数の要素（５４）にそれぞれ接続された複数のチャネルを有する送信ビームフォーマ（６０）と、
前記音響アレイ（１８）の放射面に隣接した整合層（５２）と、
を具える超音波トランスデューサであって、
電気的インピーダンスの位相角が、ゼロプラスマイナス約１０度の範囲内であるように、前記整合層（５２）の厚さは、前記複数の要素（５４）の静電容量を相殺し、
前記送信ビームフォーマ（６０）と前記複数の要素（５４）との間の接続は、いかなる整合インダクタを含まない、
超音波トランスデューサ。
【請求項２２】
前記超音波トランスデューサは、ハウジング（５８）をさらに具え、
前記音響アレイ（１８）と前記送信ビームフォーマ（６０）と前記整合層（５２）とは、前記ハウジング（５８）内に存在する、
請求項２１の超音波トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この特許文献は、ＵＳＣ  １１９（ｅ）の下で２０１１年１２月１６日に出願された米国特許仮出願番号第６１／５７６９２６号の出願日の利益を請求し、それは本願明細書に参照によって取り込まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、超音波治療に関するものである。特に、超音波治療は、磁気共鳴映像法のために提供される。
【０００３】
磁気共鳴（ＭＲ）互換機器のシステムデザインは、コンポーネントの磁気特性に対する慎重な注意を必要とする。能動回路とＭＲシステムの無線周波数（ＲＦ）コイルとの間の電磁干渉は、回避されるべきである。干渉を最小限にするために、必要な超音波コンポーネントのみが、ＭＲ機械のボア内に配置される。例えば、トランスデューサアレイは、ボア内に位置決めされる。ケーブル（例えば同軸ケーブル）は、残りの機器（例えば、送信機）をトランスデューサに接続する。送信機またはドライバは、ＭＲシステムを包囲する部屋またはファラデー箱の外側に存在することができる。駆動エレクトロニクスおよび制御知能をＭＲボアの外側に配置することによって、ＭＲ磁場に対するそれらの干渉およびＲＦ信号ピックアップは最小化される。しかしながら、１つの同軸ケーブルが、トランスデューサの要素ごとに必要である。ケーブル自体は、干渉の潜在的原因であり、通常、厳重にシールドされ、放出および感受の両方の問題を防止する。それゆえ、要素の数は、例えば１２８または２５６に制限されうる。駆動増幅器とトランスデューサとの間の物理的な分離は電力伝達効率に妥協があることを意味する。なぜなら、同軸ケーブルは進行電力（フォワードパワー）および反射電力の両方を通過させるためである。
【０００４】
ケーブルを減らすために、１つの同軸ケーブルしか必要としない単一の球面要素を用いることができる。音響エネルギーの進路を決めるために、要素は機械的に移動する。しかしながら、要素を移動するための典型的には磁気ベースのモーターおよび金属移動ステージは、ＭＲシステムの主磁場を歪めうる。
【０００５】
１つの方法では、約２５６の要素は、球状ボウル内に密集した集合体として配置される。要素位相制御は、電子ビームを限られた角度、例えば約７°にステアリング可能にする。送信機の位相電子機器は、大きな同軸ケーブル束を介して遠隔に位置する。さらなるステアリングは、３軸の並進および２軸の回転を備えている。ロボットおよびアレイは、ＭＲ検査テーブルに組み込まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
導入として、後述する好適実施形態は、磁気共鳴を用いた超音波治療のための方法、システム、命令およびコンピュータ可読の媒体を含む。複数の要素のアレイ、例えば多次元アレイが用いられる。ケーブルを回避するために、送信機はアレイに位置決めされる。アレイおよび送信機はシールドされ、干渉を低減する。複数の要素用の大きなインダクタンスコイルを回避するために、音響整合層は、所望の位相角または電気インピーダンス整合を提供するような大きさに設定可能である。
【０００７】
第１の態様において、システムは、磁気共鳴を用いた超音波治療のために提供される。トランスデューサアレイは、要素の多次元アレイを含む。送信ビームフォーマは、トランスデューサアレイに接続されている。通信インタフェースは、送信ビームフォーマに接続されている。ハウジングは、トランスデューサアレイ、送信ビームフォーマおよび通信インタフェースを電磁的にシールドし、包囲する。トランスデューサアレイ、送信ビームフォーマおよび通信インタフェースは、磁気共鳴画像処理システムのボア内で動作可能である。
【０００８】
第２の態様において、方法は、磁気共鳴を用いた超音波治療のために提供される。多次元的に分布された要素の音響アレイは、磁気共鳴装置のボア内に位置決めされる。要素は、ボア内で送信機により駆動される。超音波治療は、駆動に応答してボア内で患者に適用される。患者は、磁気共鳴装置で撮像される。
【０００９】
第３の態様において、超音波トランスデューサは、複数の要素の音響アレイを含む。送信ビームフォーマは複数のチャネルを有し、これらの複数のチャネルは、それぞれ、複数の要素に接続されている。整合層は、音響アレイの放射面に隣接している。電気的インピーダンスの位相角がゼロプラスマイナス約１０度の範囲内であるように、整合層の厚さは要素の静電容量を相殺する。送信ビームフォーマと要素との間の接続は、いかなる整合インダクタも含まない。
【００１０】
本発明は以下の特許請求の範囲によって定義されるものであり、明細書を、請求項に対する制限としてみなしてはならない。本発明のさらなる態様および利点は、好適実施形態と連動して後述され、特許請求の範囲に独立項あるいは従属項として記載される。
【００１１】
コンポーネントおよび図は、必ずしも原寸に比例しておらず、代わりに、本発明の原理を示すために強調される。さらに、複数の図面にわたり、同様の参照番号は対応するパーツを示す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】磁気共鳴を用いた超音波治療のシステムの一実施形形態のブロック図である。
【図２】超音波治療およびＭＲイメージングの複合システムの一実施形態の断面図である。
【図３】磁気共鳴を用いた超音波治療のシステムの一実施形態の断面図である。
【図４】一実施例による統合された送信ビームフォーマおよびトランスデューサのブロック図である。
【図５】超音波治療アプリケータ用のモジュールの一例である。
【図６】磁気共鳴を用いた超音波治療用の構成の一例である。
【図７】磁気共鳴を用いた超音波治療の方法の一実施形態のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
小型で、高度に集積され、多数の多次元要素を有する高出力集束超音波（ＦＵＳ）システムは、患者アプリケータ内に含まれている。配列された駆動エレクトロニクスおよび計算資源を有する多次元ＦＵＳシステムは、結果として、簡略化されたＭＲ互換システムになる。ＦＵＳシステムは、ＭＲの他の用途、例えば超音波イメージングまたは治療に用いられうる。患者アプリケータ内のシステム制御、ビームフォーミング計算および高出力送信機の集積は、多数のアレイ要素を可能にする。複数の要素用のケーブルは必要なく、ＭＲイメージングに用いられる際の干渉の可能性を低減する。超音波ビームは大きな領域にわたって電子的に進路を決められ、高い導体数ケーブル、エレクトロニクスの大きなキャビネットおよびアレイのロボット位置決めを除去することができる。コンポーネントを各チャネルに電磁的に整合する必要を除去することができる。
【００１４】
２つの電気接続、ＤＣ電力および低帯域幅通信リンクを用いることができる。患者アプリケータは、ＤＣ電力、ポンプ輸送された冷却流体および／または通信リンクを使用し、超音波治療エネルギー付与に関して高レベル記述コマンドを通過させる、例えば、周波数、電力強度、期間、デューティサイクルおよび焦点位置を送信する。包囲（筐体）および最小のケーブルは、電磁干渉（ＥＭＩ）遮蔽を提供する。一束の同軸ケーブル（または他の制御されたインピーダンス相互接続）または高帯域デジタルデータリンクに対する要求は存在しない。その結果、１つの単相の３ｋＶＡの電気回路のみからの操作が可能な小型の効率的な多次元システムが提供される。制御信号の性質を考えて、ユーザ・インタフェースを有する支持カートまたはキャビネットは、ファラデー箱またはＭＲ室の外に配置可能である。
【００１５】
図１は、磁気共鳴を用いた超音波治療のシステム１０を示す。システム１０は、メモリ１２、ＭＲシステム１４、超音波システム１６、トランスデューサ１８、プロセッサ２４およびディスプレイ２６を含む。超音波システム１６およびトランスデューサ１８は、ＭＲシステム１４とともに用いられる。図２に示すように、超音波システム１６およびトランスデューサ１８は、サブシステム２２およびアプリケータ２１に分割可能である。図２は、トランスデューサ１８および超音波システム１６を、ＭＲシステム・コンポーネントに対して位置決めする一例を示す。
【００１６】
追加のコンポーネントおよび異なるコンポーネントを設けてもよいし、コンポーネントを減らしてもよい。例えば、医学画像ネットワークあるいはデータ保管システムとネットワーク接続するために、ネットワークまたはネットワーク接続が設けられる。他の例では、ＭＲシステム１４、プロセッサ２４、メモリ１２および／またはディスプレイ２６は設けられていない。
【００１７】
メモリ１２、プロセッサ２４およびディスプレイ２６は、医療画像処理システム、例えば超音波治療システム１６、ＭＲシステム１４または他のシステムの一部である。あるいは、メモリ１２、プロセッサ２４およびディスプレイ２６は、例えば医療記録データベース・ワークステーションまたはサーバに関連した保管および／または画像処理システムの一部である。他の実施形態では、メモリ１２、プロセッサ２４およびディスプレイ２６は、デスクトップまたはラップトップのようなパーソナル・コンピュータ、ワークステーション、サーバ、ネットワークまたはそれらの組み合わせである。
【００１８】
ディスプレイ２６は、モニタ、ＬＣＤ、プロジェクタ、プラズマ・ディスプレイ、ＣＲＴ、プリンタ、または、視覚情報を出力するための既に周知であるか将来開発される他の装置である。ディスプレイ２６は、プロセッサ２４、メモリ１２、ＭＲシステム１４または超音波システム１６から画像、グラフィックスまたは他の情報を受信する。超音波システム１６が治療だけのためにある場合、超音波画像を表示することなく、ＭＲイメージング用にディスプレイ２６を用い、ユーザ・インタフェースによって治療の進行を誘導することができる。
【００１９】
一実施形態では、ＭＲシステム１４を用いて、患者の組織を表す１つ以上の画像をディスプレイ２６上に表示する。例えば、ＭＲ解剖情報の３次元データセットから描写される１つまたは複数の画像が提供される。多平面の再構築が提供可能である。ユーザは、患者の治療箇所を画像上に示すことができる。あるいは、プロセッサ２４は、治療箇所を識別する。
【００２０】
超音波システム１６は、既に周知であるか将来開発される任意の超音波治療システムである。例えば、超音波システム１６は、音響エネルギーと電気エネルギーとの間で変換を行うトランスデューサ１８を含む。送信ビームフォーマは、トランスデューサ１８の異なる要素用の信号を相対的に遅延し、アポダイズする。代替実施形態では、超音波システム１６は、超音波イメージを生成する受信ビームフォーマを含む。超音波画像を、治療ガイダンス用のＭＲイメージングに加えて、または、それに代わるものとして用いることができる。
【００２１】
図２を参照すると、磁気共鳴（ＭＲ）システム１４は、ＲＦキャビン内に、例えば、例えばファラデー箱によって分離される部屋内に、超電導磁石３０、傾斜磁場コイル３２および本体コイル３６を含む。管状の、すなわち横方向が開かれた検査対象ボアは、視野を囲む。より開かれた構成を提供することもできる。患者ベッド３８（例えば、患者ガーニーまたはテーブル）は、検査対象、例えば患者を、１つ以上のローカル・コイルの有無にかかわりなく支持する。患者ベッド３８は、患者の画像を生成するために、検査対象ボア内に移動可能である。受信信号は、例えば、ローカライゼーションのための同軸ケーブルまたは無線リンク（例えば、アンテナを介して）を介してローカル・コイル装置によってＭＲ受信機に送信可能である。
【００２２】
ＭＲシステム１４の他の部分は、同一ハウジング内に、同一室内に（例えば、無線周波数キャビン内に）、同一施設内に、あるいは、遠隔で接続されて提供される。ＭＲシステム１４の他の部分は、ローカル・コイル、冷却システム、パルス発成システム、画像処理システムおよびユーザインタフェースシステムを含むことができる。既に周知であるか将来開発される任意のＭＲ画像処理システム１４を用いることができる。ＭＲシステムの複数のコンポーネントの位置は、ＲＦキャビンの中か外に存在し、例えば、画像処理コンポーネント、断層撮影コンポーネント、発電コンポーネントおよびユーザ・インタフェース・コンポーネントは、ＲＦキャビンの外に存在する。パワーケーブル、冷却線および通信ケーブルは、ＲＦキャビン内のパルス生成、磁気制御および検出システムを、ＲＦキャビン外のコンポーネントに、フィルタ板を介して接続する。
【００２３】
ＭＲシステム１４は、ソフトウェア、ハードウェアまたはその両方によって、患者内の平面またはボリュームを表しているデータを獲得するように構成されている。患者を検査するために、複数の磁場は、時間的かつ空間的に互いに連携し、患者へ適用される。超電導磁石３０は、０．２テスラから３テスラかそれ以上の範囲の強い主静磁場Ｂ０を生成する。主磁場Ｂ０は、視野においてほぼ均一である。
【００２４】
患者の原子核の核スピンは、磁気高周波励振パルスによって発生し、磁気高周波励振パルスは、無線周波アンテナ、例えば全身コイル３６および／またはローカル・コイルを介して送信される。高周波励振パルスは、例えば、パルス列制御装置によって制御されるパルス発生装置によって発生する。高周波増幅器を用いて増幅された後、高周波励振パルスは、本体コイル３６および／またはローカル・コイルに送信される。本体コイル３６は、１つの部分であるかまたは複数のコイルを含む。信号は所定の周波数帯である。例えば、３テスラ・システム用のＭＲ周波数は、約１２３ＭＨｚ±５００ｋＨｚである。異なる中心周波数または帯域幅を用いることができる。
【００２５】
傾斜磁場コイル３２は、測定の間、傾斜磁場を放散し、選択的な層励起を生じ、測定信号を空間的にコード化する。傾斜磁場コイル３２は、傾斜磁場コイル制御装置によって制御され、この傾斜磁場コイル制御装置は、パルス発生装置のように、パルス列制御装置に接続されている。
【００２６】
励起した核スピンによって放射される信号は、ローカル・コイルおよび／または本体コイル３６によって受信される。ＭＲ断層撮影手順では、高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する画像は、ローカル・コイル装置（例えば、ループ、ローカル・コイル）を使用して記録可能である。ローカル・コイル装置（例えば、アンテナシステム）は、患者の上部（前方）、下部（後方）あるいは内部の検査対象の極近傍に配置されている。受信信号は、関連する高周波前置増幅器によって増幅され、アナログ形式あるいはデジタル形式で送信され、さらに処理され、ＭＲ受信機によってデジタル化される。
【００２７】
記録された測定データは、デジタル化された形で複素数値としてｋ空間行列に保存される。１次元または多次元フーリエ変換は、対象または患者空間を、ｋ空間行列データから再構築する。
【００２８】
ＭＲシステム１４は、異なるタイプのデータを獲得するように構成可能である。例えば、ＭＲデータは、患者の解剖学を表す。ＭＲデータは、磁場および高周波パルスに対する組織の反応を表す。任意の組織、例えば軟組織、骨または血液を表すことができる。ＭＲシステム１４は、専門の機能的または解剖的な情報を獲得するように構成可能である。例えば、Ｔ１強調、拡散、温度測定またはＴ２強調ＭＲデータが得られる。ＭＲシステム１４は、弾性率情報を獲得するように構成可能である。任意のＭＲ弾性率走査を用いることができる。トランスデューサ１８を用いて、歪または弾性のＭＲイメージングのために、患者内に力学的な波を導入することができる。
【００２９】
他の実施形態では、ＭＲシステム１４は設けられていない。トランスデューサ１８および超音波システム１６が、ＭＲコンテクストの外で用いられる。
【００３０】
メモリ１２は、グラフィックスプロセッシングメモリ、ビデオランダムアクセスメモリ、ランダムアクセスメモリ、システムメモリ、ランダムアクセスメモリ、キャッシュメモリ、ハードディスクドライブ、光媒体、磁気媒体、フラッシュドライブ、バッファ、データベース、それらの組み合わせ、または、データまたはビデオ情報を格納するための既に周知であるか将来開発される他のメモリデバイスである。メモリ１２は、画像処理システムの一部、プロセッサ２４に関連したコンピュータの一部、データベースの一部、他のシステムの一部またはスタンドアロンデバイスである。
【００３１】
メモリ１２は、３次元の患者のボリュームまたは二次元の患者の平面を表している１つ以上のデータセットを保存する。患者のボリュームまたは平面は、患者の領域、例えば、胸部、腹部、脚部、頭部、腕部またはそれらの組み合わせの領域である。患者のボリュームは、ＭＲシステム１４によって走査される領域である。
【００３２】
医学画像データのような任意の種類のデータを保存することができる。データは、処理前、処理中または他の手順中の患者を表す。例えば、ＭＲ解剖データは、手順の前に、例えば、ちょうど数分または数秒前か、または、異なる日の以前の指定の間に得られる。この保存データは、好ましくは高解像度で組織を表す。
【００３３】
ボリューム・データのために、記憶データは、補間され、または、均一な間隔の３次元格子に変換され、または、走査フォーマットに変換される。各データは、患者ボリューム内の異なるボリューム位置（ボクセル）に関連している。各ボリューム位置は、データセット内で同一のサイズおよび形状である。異なるサイズ、形状または次元数を有するボリューム位置を、同一のデータセットに含めることができる。ボクセル・サイズおよび／または分布は、ＭＲデータの異なる種類ごとに異なってもよい。
【００３４】
メモリ１２は、トランスデューサ１８および超音波システム１６の座標をＭＲシステム１４に関連付けている較正、基準または変換データを含むことができる。データ座標系は、患者に対する走査デバイスの位置を表し、ＭＲシステム１４と超音波システム１６との間で直接変換することができる。例えば、ＭＲデータ内で検出可能な基準は、トランスデューサ１８上に、あるいは、トランスデューサ１８に対して既知の位置上に配置される。変換は、基準から生成され、２つの座標系を関連させる。ＭＲデータを用いて、変換を生成するためのトランスデューサ１８を直接検出することができる。他の代替例では、トランスデューサ１８の位置はＭＲシステム１４に対して固定されているので、所定の変換を用いることができる。さらに別の代替実施形態では、超音波透過の効果（例えば、温度または組織置換）は、ＭＲスキャンによって検出され、座標を関連させるために用いられる。
【００３５】
メモリ１２または他のメモリは、ＭＲ環境での超音波治療用に、プログラムプロセッサ２４によって実行可能な命令を表すデータを保存している持続性のコンピュータ可読の記憶媒体である。本明細書に記載のプロセス、方法および／または技術を実施するための命令は、コンピュータ可読の記憶媒体またはメモリ、例えば、キャッシュ、バッファ、ＲＡＭ、取り外し可能媒体、ハードディスクドライブまたは他のコンピュータ可読の記憶媒体に設けられている。コンピュータ可読の記憶媒体は、様々な種類の揮発性および不揮発性記憶媒体を含む。図面に示されているかまたは本明細書に記載されている機能、動作またはタスクは、コンピュータ可読の記憶媒体に保存された１つ以上の命令セットに応答して実行される。機能、動作またはタスクは、命令セット、記憶媒体、プロセッサまたはプロセッシングストラテジの特定の種類とは無関係であり、ソフトウェア、ハードウェア、集積回路、ファームウェア、ミクロコードなどによって単独で、または、協同で実行可能である。同様に、プロセッシングストラテジは、マルチプロセシング、マルチタスキング、並列処理などを含むことができる。
【００３６】
一実施形態では、命令は、ローカルシステムまたは遠隔システムによって読み出される取り外し可能媒体装置に保存される。他の実施形態では、命令は、コンピュータ・ネットワークまたは電話線による転送のための遠隔位置に保存される。さらに他の実施形態では、命令は、所定のコンピュータ、ＣＰＵ、ＧＰＵまたはシステム内に保存される。
【００３７】
プロセッサ２４は、一般のプロセッサ、中央演算処理装置、制御処理装置、グラフィクスプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、３次元レンダリングプロセッサ、画像プロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、デジタル回路、アナログ回路、それらの組み合わせ、または治療をガイドし、登録し、および／または、イメージを生成するための既に周知であるか将来開発される他の装置である。プロセッサ２４は、単一のデバイス、または、シリアルに、パラレルに、あるいは別個に動作する複数の装置である。プロセッサ２４は、コンピュータ、例えばラップトップまたはデスクトップ・コンピュータのメインプロセッサとすることもできるし、画像処理システム（例えば、ＭＲシステム１４）のようなより大きいシステムのタスクを処理するためのプロセッサとすることもできる。プロセッサ２４は、ソフトウェアおよび／またはハードウェアによって構成されている。
【００３８】
プロセッサ２４は、座標系を関連させている変換を算出するように構成されている。プロセッサ２４は、ＭＲイメージを生成するように構成可能である。一実施形態では、プロセッサ２４は、ＭＲシステム１４とユーザと超音波システム１６との間の相互作用を制御する。治療位置および／または治療パラメータ（例えば、周波数、期間、デューティサイクル、波形、開口および／または振幅）は、プロセッサ２４によって決定される。対応する制御信号は、超音波システム１６に提供される。プロセッサ２４は、超音波システム１６の制御のためのユーザ・インタフェースを生成することができる。
【００３９】
プロセッサ２４は、トランスデューサ１８および／またはＭＲシステム１４の動作をトリガするように構成可能である。スキャンおよび治療を挟むことができる。スキャンおよび治療は、同時に発生させることもできる。
【００４０】
プロセッサ２４は、超音波システム１６の動作モードを制御するように構成可能である。治療のために、動作モードは、テスト動作（例えば、サンプルの治療光線を生成する）、治療の適用、較正、変換の決定のための置換生成または他のモードを含むことができる。
【００４１】
超音波システム１６およびトランスデューサ１８は、ＭＲ環境用に構成される。ＭＲシステム１４は、非常に小さい電磁干渉にさえ影響されやすいにもかかわらず、トランスデューサ１８は、ボアおよび対応する主磁場に位置決めされる。少なくとも、いくつかのアクティブな電子機器または回路は、トランスデューサ１８を備えている。例えば、送信ビームフォーマおよび通信インタフェースは、アプリケータ２１内でトランスデューサ１８を備えている。トランスデューサ１８に送信ビームフォーマを設けると、長いケーブルに関連した電気的インピーダンスの懸念を回避する。多数の要素のアレイを設け、対応する多くの同軸ケーブルが必要ではないため、同軸ケーブルに関連した電磁干渉を回避することができる。
【００４２】
図２に示すように、超音波システム１６の部分であるサブシステム２２は、ＭＲシステム１４から、または、少なくともボアおよび主磁場から間隔を置いて配置されている。サブシステム２２は、ユーザ・インタフェースおよび超音波治療のハイレベルまたは一般的な制御機能を提供する。例えば、プロセッサ２４は、サブシステム２２の一部である。これらの制御機能およびユーザ・インタフェース機能は、ＭＲシステム１４または超音波治療システム１６に組み込み可能である。
【００４３】
トランスデューサ１８とサブシステム２２との接続４０は、１つ、２つまたは少数のケーブルとすることができる。例えば、接続４０は、制御信号をトランスデューサ１８に送信するための光ケーブルまたは光ファイバーケーブルである。別々の接続をトリガおよび／またはモード選択のために提供することもできるし、同一のケーブルを用いてもよい。接続４０は、流体用のパイプ、チューブまたはホースを含むことができる。
【００４４】
図３は、少なくとも部分的にＭＲシステム１４を用いた、小型の統合された超音波治療システムの一実施形態を示す。システムは、トランスデューサアレイ１８の要素５４、要素５４のためのグラウンドフォイル５０、音響整合層５２、音響吸収バッキング５６、ハウジング５８、送信ビームフォーマ６０、流路６２、流路６３、膜６４、コントローラ６６および通信インタフェース６８を含む。追加のコンポーネントおよび異なるコンポーネントを設けてもよいし、コンポーネントを減らしてもよい。例えば、流路６２、６３および膜６４を設けなくてもよい。他の例として、通信インタフェース６８、コントローラ６６および／または送信ビームフォーマ６０は、例えば半導体上でともに結合される。
【００４５】
要素５４、バッキング５６、整合層５２および／またはグラウンドフォイル５０は、電気エネルギーと音響エネルギーとの間の変換用のトランスデューサ１８の一部とみなすことができる。トランスデューサ１８は、追加のコンポーネント、例えば各要素５４用の信号電極を含むことができる。
【００４６】
ハウジング５８は、電磁干渉を制限または防止する。ハウジング５８は、トランスデューサアレイ１８、送信ビームフォーマ６０および通信インタフェース６８を電磁的にシールドするとともに包囲する。トランスデューサ１８およびドライブエレクトロニクスは、計算資源を有する完全に埋め込まれたユニットであるか、または、ハウジング５８のＥＭＩ遮蔽空間内の、計算済みのパラメータ・テーブルおよび駆動増幅器である。システム送信機７０、ビームフォーマ６０、通信インタフェース６８および多数の要素のアレイ１８は、患者および互いに隣接して位置する。
【００４７】
超音波治療のために、ハウジング５８は、受信ビームフォーマを包囲しない。受信ビームフォーマは、超音波システム１６の一部として設けられていない。あるいは、受信ビームフォーマは、例えば送信ビームフォーマ６０と同一の特定用途向け集積回路に設けられているか、あるいは、または送信ビームフォーマ６０に隣接した別個のコンポーネントに設けられている。
【００４８】
ハウジング５８は、任意の形状を有する。図３に示す実施形態では、ハウジング５８は、トランスデューサ１８および送信ビームフォーマ６０の周辺に延在する。ハウジング５８は、トランスデューサ１８とコントローラ６６とを接続しているネック領域を含む。コントローラ６６および通信インタフェース６８は、同一のハウジング５８内に存在する。ハウジング５８は、コンポーネントを区画し、あるいは分離し、電磁干渉を制限することができる。例えば、通信インタフェース６８は、プリント回路基板上にある。ハウジング５８は、入力または出力ワイヤ、トレースまたはケーブル（例えば、フレキシブル回路入出力）用のギャップ以外のプリント回路基板を囲む。同様に、コントローラ６６は、送信ビームフォーマ６０用のシリアルデータおよびパワーのような入力または出力ワイヤ、トレースまたはケーブル用のギャップ以外のハウジング５８の別個のチャンバに存在する。他のハウジング構成も可能であり、例えば、コントローラ６６および／または通信インタフェース６８を、同一あるいは異なるハウジングまたはチャンバ内のトランスデューサ１８を有する送信ビームフォーマ６０と同一のボックスまたはチャンバ内に位置決めすることができる。別個のハウジング５８を、複数のコンポーネント用に設けることができる。
【００４９】
一実施形態では、ハウジング５８は、少なくともトランスデューサの部分用には、真鍮か銅のボックスまたはキューブである。例えば、ハウジング５８は、トランスデューサ１８の製造のために、４つの側面と、開口した上面と、底面と、を含む。ボックスの上部は、グラウンドフォイル５０から形成される。整合層５２、要素５４、バッキング５６および送信ビームフォーマ６０は、ハウジング５８のこのチャンバまたはボックス内に存在する。
【００５０】
グラウンドフォイル５０は、銅、アルミニウムまたは他の導電性のフォイルである。シリコーン、エポキシまたははんだのような接着剤は、グラウンドフォイル５０をハウジング５８に封止する。接着剤が導電性粒子を含むか、または、グラウンドフォイル５０は、導電性ハウジング５８と接触して接地している。
【００５１】
製造のために、バッキング５６とコントローラ６６との間のボックスの後ろは、例えば銅または黄銅のプレートである。トランスデューサ１８をハウジング５８に挿入あるいは形成した後、後部プレートを、ハウジング５８の側面に接続して封止する。可撓性の回路材料のために、後部プレートにギャップを設けることができる。可撓性の回路材料を用いて、トレースを配線し、送信ビームフォーマ６０をコントローラ６６に電気的に接続する。
【００５２】
ハウジング５８は、流体が入らないように密閉される。例えば、粘着性のシリコーン、エポキシまたははんだを使用すると、ハウジング５８の部品を保持するとともに、水の密封を提供することができる。代替実施形態では、流体の密封は用いられない。
【００５３】
一実施形態では、単一のハウジング５８が、所定のトランスデューサ１８用に用いられる。図３に示す実施形態では、モデュール的方法が用いられる。トランスデューサ１８、送信ビームフォーマ６０およびコントローラ６６は、各モジュールで設けられている。各モジュールは、サブアレイ、例えば要素５４の４０×４０の配置に対応する。全体のトランスデューサ１８を形成するために、複数のモジュールは互いに隣接して配置される。各モジュールは個別のハウジング５８を含むが、共通ハウジング５８を用いることもできる。トランスデューサアレイ１８は、要素５４および送信ビームフォーマ６０のサブアレイを含む自己完結型のサブアレイから構成されている。
【００５４】
任意の配置を、所定のモジュール内に設けることができる。図３に示す実施形態では、送信ビームフォーマ６０を形成している１つまたは複数の半導体チップは、ハウジング５８に熱的に結合される。チップのハウジングとは反対側で、可撓性の回路材料は、入出力パッドを要素５４およびコントローラ６６に接続する。グラウンドフォイル５０は、トランスデューサ１８を、モジュールのハウジング５８内に封止する。図示例では、要素５４がハウジング５８まで延在しているが、要素５４はより短い横幅を有することもできる。同様に、送信ビームフォーマ６０がより低い高さを有することにより、バッキング５６を、モジュールの要素５４の全ての後方に配置することができる。要素５４は、変換のため、グラウンドフォイル５０に対向して配置される。１つ以上の音響整合層５２を、要素５４とグラウンドフォイル５０との間に配置することができる。あるいは、整合層５２は、グラウンドフォイル５０の反対側のモジュールの外側に配置することもできる。
【００５５】
モジュールは、平板に位置決めされ、トランスデューサ１８の平坦な放射面を形成する。あるいは、モジュールは、患者に焦点を合わせるおよび／または適合するための曲面を形成するように位置決めされる。モジュール間の接続は、可撓性とすることができる。あるいは、接続はリジッドであり、例えば、モジュールを、通信インタフェース６８のハウジング５８の平面あるいは曲面の上板に結合する。同様に、各モジュールの要素５４は、平面または曲面上に配置され、互いに対して屈曲してもしなくてもよい。
【００５６】
モジュール、モジュールのグループまたは全体のトランスデューサ１８および送信ビームフォーマ６０用にかかわらず、ハウジング５８は、ＭＲシステム１４の患者テーブル３８に接続するために、大きさ、形状および配置が設定可能である。例えば、４、１６または他の数のモジュールを使用して、超音波治療用のアプリケータ２１は、厚さ（すなわち、高さ）が２〜３インチであり、大きさが６×８インチである。アプリケータは、０．２立方メートル未満を占める。より小さいボリュームあるいはより大きいボリュームとすることができる。個別のハウジングは、包囲するように、アプリケータ２１用の外の筐体を形成することができる。あるいは、アプリケータの外部ハウジングの少なくとも一部分は、モジュールハウジング５８および／または膜６４によって形成される。
【００５７】
このアプリケータ２１は、テーブル３８のインデント（indention）または穴に位置決めされる。アプリケータ２１は、患者との接触を許容するために、テーブルに対して上昇可能である。膨張式チャンバおよび／または他のロボット装置を用いて、アプリケータ２１を患者テーブル３８上に寝ている患者と接触させたり、離したりできる。代替実施形態では、アプリケータ２１は、ハンドヘルドの使用のため、患者が装着するカフまたはブランケットの一部としたり、アプリケータ２１をＭＲシステム１４のボア内の患者と隣接させるためのアームまたは他の装置に位置決めされる。さらに他の実施形態では、アプリケータ２１は、テーブルを変更せずに、テーブル上に配置するのに十分薄い。例えば、アプリケータ２１は、テーブル上のクッションと類似の厚みを有する。
【００５８】
単一のアレイとして、または、サブアレイの集合として形成されるか否かに関係なく、トランスデューサ１８は複数の要素５４を含む。トランスデューサ１８は、圧電性または容量性膜要素の多次元アレイである。要素は、２次元、例えばＮ×Ｍ要素のように（ＮおよびＭは１より大きい）、方形、三角形、あるいは他の格子パターンに沿って分布している。
【００５９】
モジュールのために、アレイの要素５４は、ギャップを含むことができる。ギャップは、約１〜１０の要素の幅とすることができる。複数のモジュールの要素５４が治療伝送用の同一の開口の一部として用いられるので、複数のモジュールからの要素５４は同一のトランスデューサアレイ１８の一部である。
【００６０】
任意数の要素５４を用いることができる。一実施形態では、少なくとも１６００の要素が用いられる。効率的で、高出力で、高チャネル数かつ高強度の超音波アレイシステムは、システムおよびすべての支援機能のために出力３．３ｋＶＡまで提供する１５００超の要素を有し、１５０音響ワット超の音響エネルギーを生成することができる。要素５４が４０×４０で配置された１６台のモジュールを使用すると、１つのアレイで２５０００以上の要素を提供する。一実施形態では、１１５２の要素の１６台のモジュールは、各々、２×８に配置され、約１６０００の要素を構成する。
【００６１】
送信ビームフォーマ６０は、特定用途向け集積回路である。別個のコンポーネント、プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、メモリ、デジタル／アナログ変換器または他の装置を、代替的にあるいは追加的に用いることができる。所定のサブアレイのために、または、全てのアレイ１８のために、１つ以上の送信ビームフォーマ６０を用いることができる。例えば、２つ、３つまたは、４つの個別のチップは、４０×４０または他のサブアレイのために提供される。一実施形態では、各モジュールは、３２個の送信チップ（各々３６チャネル）および１６個のビームフォーマチップ（各々７２チャネル）を有する１２×３６の要素を備えている。チップ当たり２２８チャネルまたは他の数を用いることができる。
【００６２】
送信ビームフォーマ６０は、メモリ、遅延器、増幅器、トランジスタ、位相回転器および／またはチャネル内に配置される他の装置を含む。各チャネルは、所定の要素５４のための送信波形を生成する。チャネルは、特定の要素５４に関連している。あるいは、マルチプレクサによって、チャネルは異なる時間に異なる要素５４に接続可能である。
【００６３】
図４は、送信ビームフォーマ６０の一実施形態を示す。送信ビームフォーマ６０のチャネルは、送信機７０を含む。飽和状態までドライブされる出力トランジスタ段を有する高効率送信機を用いることができる。例えば、各送信機７０は電界効果トランジスタであるが、他の波形発生器を用いることもできる。送信機７０のソースは、高電圧（例えば、５０〜１２０ボルト）レールに連結されている。複数のレール電圧は、振幅アポディゼーションのために提供可能である。送信機７０をオン／オフすることによって、矩形波は、対応する要素５４のために発生する。
【００６４】
代替実施形態では、正弦波が発生する。典型的な高出力が集中する超音波システムの送信機７０はインピーダンス整合回路要素を有する線形送信機を使用し、この線形送信機は最小限の高調波歪みのために正弦波ドライブ波形を生成する。この方法は、送信機ステージの電気効率のために５０％の上限を有する。
【００６５】
送信ビームフォーマ６０は、異なる要素に対する波形を同期して発生させる。相対遅延および／または位相シフトを導入することによって、１つ以上の位置に焦束される送信ビームを発生することができる。遅延および／または位相シフトは、要素５４から治療位置までの複数の距離を構成する。任意のステアリングは、送信ビームフォーマ６０によって使用および実施可能である。複数のチャネルのための複数の振幅を有する波形を増幅または生成するアポディゼーションを設けても設けなくてもよい。
【００６６】
送信ビームフォーマ６０は、トランスデューサアレイ１８に音響エネルギーの治療ビームを形成させる。任意の放射線量または出力を用いることができる。例えば、１００ワットの持続波出力より大きい音響出力が発生する。
【００６７】
コントローラ６６は、送信ビームフォーマ・コントローラである。プロセッサ、特定用途向け集積回路、アナログ回路、デジタル回路、メモリ、それらの組み合わせまたは他の装置を用いることができる。コントローラ６６は、通信インタフェース６８を介してハイレベル・コマンドを受信し、送信ビームフォーマ６０を構成するためのコマンドを処理する。例えば、焦点位置が受信される。コントローラ６６は、焦点位置に進路を決定するための遅延および／または位相シフトを決定する。遅延および／または位相シフトは、メモリからロードされ、あるいは、算出されうる。他の例として、周波数および／または振幅は、コントローラ６６によって設定される。他の実施形態では、送信ビームフォーマ６０は、遅延および／または位相シフトを決定し、コントローラ６６は、より少数のワイヤ（例えば、単一ワイヤまたは高速シリアル・バス）の上の送信ビームフォーマ６０を制御する。
【００６８】
さらに他の例では、モード制御信号を用いて、送信ビームフォーマ６０を構成する。コントローラ６６は、周波数、出力、開口（数および要素５４の区別）、波形振幅、デューティサイクルおよび／またはモードに基づく他の特性を選択する。モードは、試験用またはサンプル治療伝送用とすることができる。サンプルに応答する組織の影響（例えば、変位または温度変化）は、ＭＲシステム１４によって検出可能である。焦点位置または他の特性は、ＭＲシステム１４からのフィードバックに基づいて変更され、より正確な治療に導くことができる。モードは、治療用とすることができる。期間、周波数、振幅、出力、放射線量、開口、位置、一連の位置、デューティサイクルまたはそれらの組み合わせは、治療用に設定される。モードは弾性イメージングのためとすることができ、例えば、組織変位を引き起こすために送信ビームフォーマ６０を設定する。
【００６９】
コントローラ６６は、トリガ入力に応答するように送信ビームフォーマ６０を構成することができる。ＭＲシステム１４によるモニタリングと併用して治療を行うことができる。ＭＲシステム１４によってトリガされたとき、または、ＭＲシステム１４と同期して、コントローラ６６は送信ビームフォーマ６０に治療用の波形を生成させる。ＭＲシステム１４によるスキャンまたはイメージングは、トリガが繰り返されるように、治療に挟まれうる。
【００７０】
駆動増幅器（例えば、送信機７０）と要素５４の多次元アレイ１８とを一緒に用いることによって、同軸ケーブルの束が存在しない。その代わりに、制御信号は、コントローラ６６によって受信される。コントローラ６６は、隣接する（例えば、０．１〜１０ｃｍ離れた）送信ビームフォーマ６０と、ハウジング５８内の１つ以上のトレースまたは信号回線を通じて通信する。多数の同軸ケーブルまたは相互接続の他のインピーダンス制御された方法を管理する必要なく、アレイ１８は、微細に分割可能であり（例えば、何百または何千の要素）、ロボットアームまたは他の補足的な機械的運動制御を必要とせずにビームの進路を決めることができる。
【００７１】
要素５４に隣接して送信ビームフォーマ６０を位置決めすることによって、同軸ケーブルの欠点に関連した電気インピーダンス不整合を低減することができる。不整合は、要素５４の静電容量のため依然発生する場合がある。要素５４は、間隔をおかれた電極、例えばＰＺＴによってグラウンドフォイル５０から間隔をおいて配置された信号電極から部分的に形成される。
【００７２】
整合層５２を用いて、要素５４の静電容量を相殺することができる。整合層５２は、エポキシ、シリコーンまたは他の材料である。整合層５２は、所望の密度の粒子、例えば導電性のタングステン粒子を含んでもよいし含まなくてもよい。整合層５２の材料は、要素５４と患者との中間の密度を有するように選択される。密度は、音響インピーダンスを段階的に移行するように選択され、音響エネルギーのより良好な透過効率を可能にする。反射または減衰を回避するために、整合層５２は、概して、厚さが超音波波長の１／４である。厚さおよび材料は、動作の所望の帯域形状または帯域幅に基づく。複数の整合層を、音響インピーダンスの段階的な移行のために用いることができる。
【００７３】
整合層５２は、要素５４から送信ビームフォーマ６０の送信機７０までの電気的インピーダンスに影響を及ぼすこともできる。長いケーブルを用いないので、整合層５２の厚さは要素５４の静電容量を相殺することができる。オフセット（相殺）は、ゼロプラスマイナス約１０度の範囲内で、電気的インピーダンスの位相角を提供する。許容度は、より小さくてもよいし、より大きくてもよい。送信機７０は、電気的な誘導整合よりもむしろ機械整合を使用して、音響アレイ要素５４に電気的に整合可能である。音響整合層５４は、動作周波数で、各要素５４の電気的インピーダンスのゼロ度位相角のために調整される。これは、電気送信機７０の出力効率を最大にする。音響エネルギーの帯域幅がイメージング用より治療において制限されうるので、音響目的の代わりに、またはそれに加えて電気的整合のために、整合層５４の厚さは調整される。一実施形態では、整合層５２は超音波波長の１／４より薄い。例えば、約６ＭＲａｙｌの音響インピーダンスと、波長の約１／７の厚さと、を有する材料（例えば、黒鉛）である。これは、帯域幅を低減し、低出力要素を回避することができる（例えば、出力伝達を改善する）。
【００７４】
送信ビームフォーマ６０の送信機７０と要素５４との間の接続は、インダクタがなくてもよい。整合層５２を電気的インピーダンスに基づいて設定することによって、電気インピーダンス整合のための個別のインダクタを回避することができる。その結果、２０％を超えるようなより大きい効率が得られる（すなわち、（供給された音響出力／全システムによって消費される電気主要出力）×１００）。
【００７５】
受動冷却または能動冷却を設けることができる。受動冷却のために、熱伝導性材料は、熱を、トランスデューサアレイ１８の放射面からおよび／または送信ビームフォーマ６０から離して伝達することができる。
【００７６】
一実施形態では、１つ以上の流路６２、６３が設けられている。流路６３は、要素５４および／または送信ビームフォーマ６０（または送信機７０）の間にある。流路６３によって、流体は、要素５４と、例えば要素５４の側面と熱的に接触することができる。流路６３は、例えば、バッキングを通って流体を流すことにより要素５４の上または下に存在することができる。
【００７７】
流路６３は任意の間隔を有し、例えば要素毎である。例えば、２つ毎、４つ毎、またはより多くの要素５４は、流路６３によって間隔をあけて離れている。流路６３は、相互接続する。あるいは、各流路６３は、閉ループである。流路６３は、任意の方向に延在し、例えばアレイ１８の１次元（１方向）に沿って平行である。
【００７８】
一実施形態では、流路６３は、モジュール間の空間によって形成される。モジュールのハウジング５４は、バリアを流路６３に提供する。グラウンドフォイル５０は、他のバリアを提供する。膜、板または他の材料は、下から（すなわち、放射面から離れて）流路６３を包囲する。流路６３がモジュールによって形成される場合、流路６３は１６×１６、２×８またはモジュールの他の配置による市松模様パターンにおいて相互接続する。要素５４自体またはチップ自体のような他の境界を用いることもできる。流路６３は、モジュール（ハウジング５８）内に、または、モジュール（ハウジング５８）を通って延在することができる。
【００７９】
ＳＦ成形法は、モジュールの機械的支持のために使用可能であり、ハウジング５８は、ＡＳＩＣが結合される金属箔によって製造可能である。これは、形が相違する冷却チャネルを許容することができ、例えば、ＳＦ成形法が横断面において三角である場合、チャネルの後面または底面で冷却チャネル幅を増加させることができる。
【００８０】
送信ビームフォーマ６０の半導体チップ、例えば送信機７０を有する半導体チップを、熱伝導ハウジング５８に隣接して位置決めすることによって、ハウジング５８の他の側面の横を流れる流路６３は、ヒートシンクとして作用することができる。図５は、ハウジングに隣接したチップを有するモジュールの一例を示す。送信ビームフォーマ６０によって発生する熱は、厚さ０．５ｍｍのハウジング５８を通して取り除かれる。他の厚さを用いることもできる。ハウジング５８は、送信ビームフォーマ６０と流路６３との間の熱伝達を提供する。患者アプリケータ２１内の電子機器からの廃熱は、非常に短い熱経路（例えば、５ｍｍ）によって、流体に連結されている。
【００８１】
代替のあるいは追加の流路６２は、トランスデューサ１８の放射面にわたって存在する。流路６２は、グラウンドフォイル５０および／または整合層５２によって底面側で、結合されている。グラウンドフォイル５０がすべてのモジュールまたは要素５４にわたって延在する場合、グラウンドフォイル５０は下のバリアとして作用する。流路６３に接続されたギャップを、下のバリア内に設けてもよいし、設けなくてもよい。一実施形態では、グラウンドフォイル５０は連続的でないので、流路６３はチャネル６２に接続する。他の実施形態では、グラウンドフォイル５０は連続的でないが、流路６３はアプリケータの端で、チャネル６２に接続し、モジュール間で個別に封止される。
【００８２】
膜６４は、上のバリアとして作用する。膜６４は、水に近い音響インピーダンスを有する可撓性材料である。例えば、膜６４は、ウレタンまたは他の可撓性材料である。流路６２の側面は、アプリケータ２１の全体ハウジングまたはグラウンドフォイル５０まで延在し、結合している膜６４の部分とすることができる。
【００８３】
放射面上の流路６２は、トランスデューサアレイ１８全体にわたって延在する１本のチャネルとすることもできる。あるいは、拡張部は膜６４を形成し、拡張部はグラウンドフォイル５０を形成し、または、挿入物は放射面全体にわたる二つ以上の個別のチャネルを形成する。
【００８４】
流路６２は、音響結合を提供することができる。患者の皮膚上の音響ゲルに加えてまたはそれに代わるものとして、膜６４は、患者に対して配置される。流路６２内の流体によって、膜６４は患者に従い、音響的に要素５４を患者に結合する。
【００８５】
任意の流体を用いることができる。例えば、水が使われる。多少の粘性流体を用いることができる。
【００８６】
ハウジング５８間の流路６３および要素５４上の流路６２の両方が設けられている所で、チャネルは相互接続する。例えば、流体は、モジュールの間から、別々のグラウンドフォイル５０が各モジュールをカバーしている放射面に流れ、モジュール間に延在しないことができる。あるいは、特定の流体接続を、流れを制御するために用いる。例えば、流体は、熱を送信ビームフォーマ６０から移動させるための流路６３を通過する前に、患者の横の流路６２を通過する。任意の流れ方向を用いることができる。
【００８７】
流路６２、６３は、音響結合流体を用いて、熱エネルギーを患者から運ぶことができる。あるいは、音響継手用に使われた個別の流体が、熱制御のために用いられる。
【００８８】
ポンプおよび／またはリザーバ６９は、アプリケータ２１から離れて、例えば、サブシステム２２の部分、または、サブシステム２２に隣接して、または、ＭＲシステム１４のファラデー箱の外側に位置決めされる。あるいは、ポンプおよび／またはリザーバ６９は、同一の部屋内および／またはボア内に（例えば、患者テーブル３８の下）位置決めされる。ポンプ６９は、アプリケータ２１の一部とすることができる。一実施形態では、流体は、接続チューブによって、含まれた熱が受動冷却または能動冷却によって消失可能な位置に運ばれる。流体ポンプおよび／またはリザーバ６９は、クリオ磁石のための冷却に接続され、トランスデューサ１８用の流体の温度を、患者にとって快適な温度に移行するインタフェースを有する。冷却は、患者接触面の独立温度調節を可能にする。
【００８９】
一実施形態では、流体リザーバが、ポンプの代わりに、または、ポンプとともに用いられる。例えば、流体は、チャネル６２、６３を通してポンプ輸送されず、その代わりに、流れの有無にかかわらず熱経路を提供する。１度未満の温度上昇を有する熱エネルギーの２０キロジュール（２０ＫＪ／Ｋ）の熱容量を有する流体リザーバは、例えばアプリケータ２１内で、流体に接続されている。低いデューティーファクターを有する短い期間の治療パルスのために、音響結合流体は循環する必要はなく、流体はリザーバから患者の周囲環境への受動的な熱消散を有する十分に大きい熱リザーバとして作用する。チャネル６２、６３もまた、熱容量（例えば、摂氏1度につき１９２ジュール）を提供する。
【００９０】
通信インタフェース６８は、高レベル制御をサブシステム２２から受信し、コントローラ６６に送信するための回路である。一実施形態では、通信インタフェース６８は、イーサネット（登録商標）インタフェースである。通信インタフェース６８は、コントローラ６６にアドレスされる信号またはデータを送ることができる。あるいは、すべてのデータは、すべてのコントローラ６６へ進む。通信インタフェース６８は、治療的な送信を設定および引き起こすために、コントローラ６６を介して送信ビームフォーマ６０に接続されている。
【００９１】
通信インタフェース６８は、アプリケータ２１用の直流電力を受信するための接続を含むことができる。例えば、１００ボルトのＤＣ接続は、同軸ケーブルを通じて提供される。３相１０ｋＶＡ出力を設けてもよい。パワーケーブルは、電磁干渉を低減するために、遮蔽およびバランを含むことができる。通信インタフェース６８は、送信機７０に出力を送出する。分圧器、調整器または通信インタフェース６８、コントローラ６６もしくは送信ビームフォーマ６０の他の装置は、出力をデジタル信号処理に適合させることができる。
【００９２】
通信インタフェース６８は、流量のための弁または他の制御を含んでもよいし含まなくても良い。例えば、流体を保持している管は、通信インタフェース６８上の弁に接続されている。
【００９３】
通信インタフェース６８は、遠隔サブシステム２２により受信されたステアリングおよび他の動作情報を、コントローラ６６に伝達する。ステアリング情報は、治療用の１つ以上の位置を示すことができる。位置は、チャネルに特有のデータなしで伝達される。例えば、位置は、座標であり、遅延プロフィルではない。あるいは、位置は、開口に適用される遅延プロフィルとして提供される。要素５４に適用される波形は、接続を通じて通信インタフェース６８には提供されない。チャネル波形の特徴、例えばアポディゼーション、期間、周波数および／または開口は示される。
【００９４】
アプリケータ２１内の送信ビームフォーマ６０を使用することにより、外部の電気接続を最小数にすることができる。例えば、２つのみの外部の電気接続であり、一方は、ＤＣ出力用であり、他方は、高レベル治療的な電力堆積情報（high level therapeutic power deposition information）を提供する単純な通信リンク用である。このレベルの情報のデータ帯域幅要件は、最小限であり、多くの方法で、例えばＭＲ互換の光通信にて実現可能である。計算資源を配列することによって、位相および出力のアポディゼーション算出は局所的に実行され、外部計算エンジンに対する高速かつ高帯域の通信リンクの必要を除去する。システム制御は、患者アプリケータ２１内に位置することができ、外部モニタおよびキーボードのみ、または、超音波治療エネルギー付与に関する高レベル命令のための外部インタフェースを必要とする。
【００９５】
通信インタフェース６８は、別個の入力を含むことができるかまたはトリガおよび／またはモード入力用の制御入力を使用する。トリガおよびモード制御接続は、外部インタフェース内で用いられる。他の接続もまた、同一の入力または異なるポートを使用して提供可能である。例えば、非常停止が提供される。患者および／またはオペレータによって、電力が切断される場合および／または送信機７０をオフにする場合がある。
【００９６】
図６は、ＭＲ環境における超音波治療の一例のシステムを示す。カートはサブシステム２２であり、アプリケータ２１の遠隔制御および動作のための出力および冷却を含む。カートは移動して、異なるＭＲシステム１４でのアプリケータ２１に接続可能である。カートは、トリガまたは同期のために、ＭＲシステム１４に接続可能である。治療は、トリガされ、または、イメージングと同期することができる。ファラデー箱内の使用のために、カートは、任意の電源用の隔離を含むことができる。出力は、接続可能なコード・ベースのＡＣ主電源回路とすることができる。
【００９７】
図７は、磁気共鳴を用いた超音波治療の方法の一実施形態を示す。方法は、トランスデューサ１８、図３のアプリケータ２１、図１のシステム、図２のシステム、図６のシステムまたは異なるトランスデューサ、アプリケータおよび／またはシステムを用いて実現される。動作は、図示の順序または異なる順序で実行される。例えば、動作８５、８６は並列に発生する。他の例として、動作８４は、動作８６、８５、８０、８２の前に実行可能である。さらに他の例では、動作８５は、動作８８、９０、９４に挟まれる。
【００９８】
追加の動作および異なる動作を設けてもよいし、動作を減らしてもよい。例えば、動作９４は実行されない。動作８０、８２、８４は、ＭＲ環境における治療をセットアップするために実行される。これらの動作は、動作８５のイメージングおよび動作８８、９０および９４の治療の適用時には、特に実行されなくてもよい。
【００９９】
動作８０において、要素の音響アレイは、磁気共鳴装置のボア内に位置決めされる。ボアは、患者を撮像するＭＲシステムの領域である。アレイは、患者ベッド上に、または、患者上に位置決めされる。患者がＭＲイメージングのためのボアに移動されるとき、アレイもまたボア内に移動され、ボア内に存在する。
【０１００】
アレイは、患者ベッド内のくぼみにフィットするような形および大きさに設定されるか、あるいは、患者ベッドに取り付けられる。スナップフィット、クランプ、ボルト、クリップまたは他の取り付け具を使用して、アレイは患者ベッドに接続される。
【０１０１】
アレイは、統合したアプリケータとして配置される。アプリケータは、ハウジングを有する。ハウジングは、アレイおよび対応する送信機を含む。コントローラおよび／またはビームフォーマは、ハウジングによって包囲されうる。アレイを位置決めすることによって、送信機および送信ビームフォーマもまた、ＭＲシステムのボア内に位置決めされる。
【０１０２】
動作８２において、音響アレイおよび関連する電子機器（例えば、送信機、ビームフォーマ、通信インタフェースおよび／またはコントローラ）はシールドされる。ＭＲイメージング用の逆のイメージング効果を回避するために、主磁場またはボア内の超音波コンポーネントはシールドされる。
【０１０３】
任意の電磁遮蔽を用いることができる。例えば、接地した伝導ハウジングは、入力または出力ケーブル用以外のコンポーネントを包囲する。入出力ケーブルは、シールドされ、バランに接続可能である。ハウジングは区画され、フィードバック内、または、信号経路に沿った電磁干渉を回避することができる。プリント回路基板、または、他の位置のグラウンド面を、ハウジング内に含めることができる。ハウジングは、回路基板上のグラウンドストリップに接触するフランジまたは拡張部を有することができる。フィルタを用いて、フィードバックまたは共鳴を低減することができる。他の遮蔽を設けてもよい。
【０１０４】
動作８４において、電力はアプリケータのドライバへ供給される。ＭＲシステムがオンにされているとき、または、イメージング用に設定されるとき、電力が供給される。あるいは、別個の電力制御が用いられる。一実施形態では、電力はオンとオフを循環する。例えば、ＭＲイメージングが発生しているときはいつでも、電力はオフである。ＭＲイメージング・シーケンスの中断の間、アプリケータに対する電力はオンにされ、超音波治療は発生することができる。
【０１０５】
電力は、ケーブルを通じて供給される。干渉を回避するために、電力は直流でもよい。直流は、パルサー用電圧を印加し、超音波波形を生成することができる。あるいは、交流が供給される。
【０１０６】
動作８５において、患者は撮像される。ＭＲシステムにより、制御磁場内の一連の無線周波数パルスを用いて、選択された分子からの応答を生成する。任意のＭＲシーケンスを用いることができる。応答を用いて画像を作成する。画像は、患者の点、線、平面またはボリューム（例えば、複数の平面）を表す。
【０１０７】
イメージングを用いて、治療用の腫瘍または他の領域を位置決めする。ユーザおよび／またはプロセッサは、治療領域の位置を識別する。座標変換を使用して、音響アレイに対する位置が決定される。
【０１０８】
イメージングは、超音波治療の適用の間か後に、代替的または追加的に実行可能である。治療およびイメージングを交互または同時に使用することにより、治療の進展および／または所望の位置に治療を正確に方向付けているかは、イメージングによって継続してモニタされる。
【０１０９】
動作８６において、制御信号は、アプリケータに、例えばアプリケータのコントローラに伝送される。制御信号は、ユーザ・インタフェースからの制御信号、あるいは、アプリケータから離れた他の制御信号である。任意の種類の制御信号、位置、周波数、期間、開口、振幅、放射線量、パルス繰返し周波数、デューティサイクルまたは超音波治療の他の特性を送信可能である。例えば、ステアリング情報が送信される。動作モードを送信してもよい。治療の適用を起動させるトリガを送信してもよい。
【０１１０】
一実施形態では、コミュニケーションは光学である。光信号は、光ファイバーケーブルを通じて送信される。光はＭＲイメージングに干渉することがない。あるいは、電気信号が、デジタル形式またはアナログ形式で送信される。
【０１１１】
動作８８において、アレイの要素は駆動される。電気波形は要素に供給される。交流電気波形を対向電極上の１つの電極およびグラウンドに配置することによって、振動は、ピエゾ電気材料または容量性膜に形成される。振動は、音響波面を要素から伝播させる。異なる要素のための波面を計時することによって、点、線、面積または領域焦点を有する音響ビームが発生する。
【０１１２】
電気波形は、アプリケータのおよび／またはＭＲシステムのボア内の送信機によって発生する。送信機は、送信ビームフォーマから遅延および／または位相に応答して動作する。アポディゼーション制御を用いることもできる。
【０１１３】
任意の所定の治療ビーム用の電気波形はトリガ可能である。インターリーブ用に、治療ビームの生成は、ＭＲイメージングに対する干渉を回避するために制御される。すべての所望の準備が完了し、患者が治療の準備ができているとき、トリガは、追加的または代替的に制御可能である。
【０１１４】
動作９０において、超音波治療は患者に適用される。電気波形に応答して、治療ビームは発生する。患者がＭＲシステムのボア内にいる間、ビームは患者内の領域に焦束される。
【０１１５】
任意のレベルの治療が適用可能である。例えば、１００ワットより大きい音響出力は、音響アレイから伝送される。音響アレイが多数の要素（例えば、少なくとも１６００の要素）を有するので、より大きな出力のステアリングおよび最高点は治療ビームのために発生することができる。ステアリング制御情報は、角度範囲にわたる、例えばアレイに対する９０度アークまたは円錐の範囲内で、焦点位置を示すことができる。多くの要素を有することによって、開口を制御して、開口およびビーム源をアレイ上の異なる位置へシフトすることができる。
【０１１６】
動作９４において、送信機およびアレイは冷却される。冷却は受動的でも能動的でもよい。熱伝導性材料を使用して、熱エネルギーを、患者およびアプリケータから移動し、取り除くことができる。
【０１１７】
一実施形態では、流体を用いて冷却する。流体は熱伝導する。リザーバを用いて、熱を分散または消散することができる。ポンプを用いて、流体を輸送することができる。流体は、アプリケータによって加熱される。加熱された流体は、冷却された流体と置き換えられる。加熱された流体は、ホースまたは他のチャネルによってアプリケータから離れたところに輸送される。流体は、冷凍および／またはラジエータ（例えば、フィン）によって冷却される。
【０１１８】
流体は、音響アレイおよび／または送信ビームフォーマの要素の間を通過することができる。例えば、流体は、サブアレイのモジュール間にポンプ輸送される。流体は、患者と音響アレイとの間を通過することができる。例えば、流体は、アレイを患者に音響結合するためおよび冷却のために用いられる。
【０１１９】
各種実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の範囲内において、多数の変更および修正が可能であることを理解されたい。それゆえ、上述した詳細な説明が、制限するためではなく説明のためであり、本発明の趣旨および範囲を定めるのは、すべての等価物を含む以下の特許請求の範囲であることを理解されたい。
【図１】
2013146550.tif 000003
【図２】
2013146550.tif 000004
【図３】
2013146550.tif 000005
【図４】
2013146550.tif 000006
【図５】
2013146550.tif 000007
【図６】
2013146550.tif 000008
【図７】
2013146550.tif 000009
【外国語明細書】
2013146550.tif 000010
2013146550.tif 000011
2013146550.tif 000012
2013146550.tif 000013
2013146550.tif 000014
2013146550.tif 000015
2013146550.tif 000016
2013146550.tif 000017
2013146550.tif 000018
2013146550.tif 000019
2013146550.tif 000020
2013146550.tif 000021
2013146550.tif 000022
2013146550.tif 000023
2013146550.tif 000024
2013146550.tif 000025
2013146550.tif 000026
2013146550.tif 000027
2013146550.tif 000028
2013146550.tif 000029
2013146550.tif 000030
2013146550.tif 000031
2013146550.tif 000032
2013146550.tif 000033
2013146550.tif 000034
2013146550.tif 000035
2013146550.tif 000036
2013146550.tif 000037
2013146550.tif 000038
2013146550.tif 000039
2013146550.tif 000040
2013146550.tif 000041
2013146550.tif 000042
2013146550.tif 000043
2013146550.tif 000044
2013146550.tif 000045
2013146550.tif 000046
2013146550.tif 000047
2013146550.tif 000048