(57)【要約】【課題】高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）をイメージングと位置合わせするための方法を提供する。【解決手段】温度上昇などのＨＩＦＵトランスデューサ（３２）からの送信の影響が別のイメージング用トランスデューサ（４０）によって検出される。複数の送信（１２）により、ＨＩＦＵトランスデューサからの送信の、イメージングシステムの座標における複数の位置が決定される（１６）。イメージングシステム（４０）に関係する変換情報が検出された影響から決定される（２０）。変換情報は、イメージングシステム（４０）の画像中に示される位置をＨＩＦＵの提供のためのＨＩＦＵトランスデューサ（３２）の座標と関係させるために用いることができる。【選択図】図１
2013178247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）をイメージングと位置合わせするための方法であって、
ＨＩＦＵシステム（４２）から高密度焦点式超音波の波形のサンプルを患者の第１の領域に送信するステップ（１２）と、なお、当該サンプルは当該波形とは振幅、持続期間または振幅と持続期間の両方が異なっており、
イメージングシステム（４０）により、前記患者の第１の領域を走査するステップ（１４）と、
前記サンプルに起因する応答を検出するステップ（１６）と、なお、当該検出ステップ（１６）は前記走査ステップからのものであり、
前記ＨＩＦＵシステム（４２）の座標と前記イメージングシステム（４０）の座標との間の変換情報を計算するステップ（２０）と、なお、当該変換情報は、前記応答により検出される、前記第１の領域に送信するステップにより生じる前記応答の第１の位置に基づくものであり、
前記イメージングシステム（４０）の画像を表示するステップ（２２）と、
前記画像に関連した治療位置についてのユーザ入力を受け付けるステップ（２４）と、
前記治療位置を、前記変換情報を用いて前記ＨＩＦＵシステム（４２）の座標に変換するステップ（２６）と、
前記ＨＩＦＵシステム（４２）の座標における前記治療位置に基づいて焦点合わせされた前記波形を送信するステップ（２８）と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記送信ステップ（１２）、前記走査ステップ（１４）および前記検出ステップ（１６）を、少なくとも第２の位置および第３の位置について繰り返し、なお、前記変換情報を計算するステップ（２０）は前記第１の位置、前記第２の位置および前記第３の位置に基づいて計算するステップ（２０）を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の位置はビーム軌線の一部であり、前記変換情報は、前記第１の位置を含む前記ビーム軌線に基づいて計算される（２０）、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ビーム軌線の原点を決定するステップ（１８）をさらに含み、前記計算ステップ（２０）は、当該原点に基づいて前記変換情報を計算する（２０）、
請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記計算ステップ（２０）は誤差最少化を実行するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記計算ステップ（２０）は、アフィン変換のための平行移動、回転および拡大縮小を決定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記計算ステップ（２０）は、非線形変換として前記変換情報を計算するステップ（２０）を含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記サンプルを送信するステップ（１２）は、低線量の高密度焦点式超音波の波形を送信するステップを含み、
前記波形を送信するステップ（２８）は、高線量の高密度焦点式超音波の波形を送信するステップを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記スキャンステップ（１４）および前記検出ステップ（１６）は。温度測定を実行するステップを含み、前記応答には温度が含まれる、
請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記温度測定を実行するステップは、超音波温度測定を実行するステップを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記ＨＩＦＵシステム（４２）は治療用トランスデューサ（３２）を含み、
前記イメージングシステム（４０）は前記治療用トランスデューサ（３２）とは別だが前記治療用トランスデューサ（３２）と柔軟に接続されているイメージング用トランスデューサ（３４）を含み、
前記変換情報を計算するステップ（２０）は、前記イメージング用トランスデューサ（３４）に対して前記治療用トランスデューサ（３２）を位置合わせするステップを含み、
前記変換ステップ（２６）は、前記波形が前記治療位置に焦点合わせされるように、前記柔軟な接続を説明する、
請求項１記載の方法。
【請求項１２】
高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）をイメージングと位置合わせするための、プログラムされたプロセッサ（６２）により実行可能な命令を表すデータが記録されたコンピュータ読み取り可能な不揮発性記録媒体（６４）において、
前記記録媒体（６４）は、
治療装置により、１組の処理超音波を異なる複数の治療焦点に送信するステップ（１２）、
イメージングシステム（４０）により、前記処理超音波の異なる複数の検出された焦点を検出するステップ（１６）、および
前記異なる複数の治療焦点および前記異なる複数の検出された焦点に基づいて、前記治療装置と前記イメージングシステム（４０）との間の座標変換情報を決定するステップ（２０）
のための命令を含む、
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な不揮発性記録媒体（６４）。
【請求項１３】
前記送信ステップ（１２）は、組織の温度を５度未満上昇させるのに十分な線量で前記処理超音波を送信するステップを含む、請求項１２記載のコンピュータ読み取り可能な不揮発性記録媒体（６４）。
【請求項１４】
前記検出ステップ（１６）は１つの領域の温度を検出するステップ（１６）を含み、前記複数の検出された焦点は高温の位置に対応する、請求項１２記載のコンピュータ読み取り可能な不揮発性記録媒体（６４）。
【請求項１５】
前記座標変換情報を決定するステップ（２０）は、誤差を最少化するステップを含む、請求項１２記載のコンピュータ読み取り可能な不揮発性記録媒体（６４）。
【請求項１６】
前記処理超音波のビーム軌線を検出するステップ、および、
前記ビーム軌線から、前記処理超音波に共通する原点を見つけるステップをさらに含み、
前記座標変換情報を決定するステップ（２０）は、前記原点に基づいて決定するステップを含む、
請求項１２記載のコンピュータ読み取り可能な不揮発性記録媒体（６４）。
【請求項１７】
高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）をイメージングと位置合わせするためのシステムであって、
高密度焦点式超音波を送信する少なくとも１つの治療用トランスデューサ（３２）と、
イメージングのための音響エネルギーを送信する少なくとも１つのイメージング用トランスデューサ（３４）と、
前記少なくとも１つの治療用トランスデューサ（３２）と、前記少なくとも１つのイメージング用トランスデューサとの間のコネクタと、なお、当該コネクタは患者の形状に合わされており、
前記少なくとも１つの治療用トランスデューサ（３２）に関連づけられた座標と、前記少なくとも１つのイメージング用トランスデューサ（３４）に関連づけられた座標との間の変換情報を決定するプロセッサ（６２）と、なお、当該変換情報は、前記少なくとも１つのイメージング用トランスデューサ（３４）を用いて検出された、少なくとも１つの治療用トランスデューサ（３２）の複数の焦点に基づいている、
を有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの治療用トランスデューサ（３２）は、第１の多次元エレメントアレイを含み、
前記少なくとも１つのイメージング用トランスデューサ（３４）は、第２の多次元エレメントアレイを含み、
前記システムは、
前記少なくとも１つの治療用トランスデューサ（３２）の複数の焦点に焦点合わせされた１組の低線量の処理超音波を生成する送信ビーム整形器（５２）と、
前記患者の１つの領域を走査する受信ビーム整形器（５６）と、
をさらに有し、
前記プロセッサ（６２）は、前記受信ビーム整形器（５６）から受け取ったデータから前記複数の焦点を検出する、
請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサ（６２）は低線量の高密度焦点式超音波により生じる熱に関連づけられた複数の位置を検出し、当該複数の位置は前記複数の焦点を含む、請求項１７記載のシステム。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの治療用トランスデューサ（３２）は、複数の治療用トランスデューサ（３２）を含み、
前記少なくとも１つのイメージング用トランスデューサ（３４）は、前記複数の治療用トランスデューサ（３２）と交互に配置された複数のイメージング用トランスデューサ（３４）を含み、
前記コネクタは柔軟なカフを含んで構成されている、
請求項１７記載のシステム。
【請求項２１】
前記プロセッサ（６２）は、前記少なくとも１つのイメージング用トランスデューサ（３４）を用いて得られた１つの画像上の１つの治療位置を受け取り、
前記変換情報を用いて前記少なくとも１つの治療用トランスデューサ（３２）からの高密度焦点式超音波の送信のための１つの治療位置を決定し、
前記治療位置に対して高密度焦点式超音波を送信させる、
請求項１７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）に関する。特に、ＨＩＦＵシステムのために画像から治療領域が決定される。
【背景技術】
【０００２】
ＨＩＦＵ治療法において、ＨＩＦＵ治療装置によって熱による焼灼が行われ、イメージングシステムによって焼灼の進行が観察される。イメージングシステムは画像を表示し、ユーザに治療に関する所望の標的領域を指示させる。正しい対象領域に照射するため、イメージングシステムの座標はＨＩＦＵ治療装置の座標と位置合わせされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一体型システムでは、治療用トランスデューサおよびイメージング用トランスデューサは、設定されたまたは固定された相対位置を有する。結果的に、変換情報は固定され、したがって予め決定可能である。イメージングシステムが治療装置を視野に入れることができる（たとえば、イメージング用走査にＨＩＦＵ用トランスデューサの走査が含まれる）システムに関して、座標変換情報はＨＩＦＵトランスデューサの既知の位置にある基点マーカから決定可能である。これらの基点マーカが画像内で検出される。変換情報は検出されたマーカから決定可能である。しかし、関係が固定されていない環境では、基点マーカは使用できず、かつ／または、イメージング装置がＨＩＦＵトランスデューサを視野に入れることができない場合、座標変換情報を決定するための代替的な方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
まず、以下に記載の好適な実施形態には、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）をイメージングと位置合わせするための方法、コンピュータ読み取り可能媒体、命令およびシステムが含まれる。ＨＩＦＵトランスデューサからの送信による組織への影響、たとえば、組織の温度上昇または変位が、別個のイメージングシステムにより検出される。複数の送信によって、ＨＩＦＵトランスデューサからの複数の送信位置がイメージングシステムの座標において決定される。イメージングシステムの座標をＨＩＦＵトランスデューサの座標に関連づける変換情報は、検出された影響から決定される。変換情報は、たとえば、イメージングシステムの画像中に示される位置を、ＨＩＦＵの適用のためにＨＩＦＵトランスデューサの座標と関連づけるために用いられる。イメージングシステムは、ＨＩＦＵトランスデューサまたは基点を走査する必要はなく、固定された関係は必要とされない。
【０００５】
第１の態様では、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）をイメージングと位置合わせするための方法が提供される。ＨＩＦＵシステムは高密度焦点式超音波の波形のサンプルを患者の第１の領域に送信する。当該サンプルは当該波形とは振幅、持続期間または振幅と持続期間の両方が異なっている。イメージングシステムが、患者の第１の領域を走査する。サンプルに起因する応答、たとえば温度が検出される。ＨＩＦＵシステムの座標とイメージングシステムの座標との間の変換情報が計算される。当該変換情報は、上記応答により検出される、第１の領域への送信により生じる応答の第１の位置に基づくものである。イメージングシステムの画像が表示される。画像に関係する治療位置についてのユーザ入力が受け付けられる。治療位置が、変換情報を用いてＨＩＦＵシステムの座標に変換される。波形は、ＨＩＦＵシステムの座標における治療位置に基づいて焦点合わせされ、送信される。
【０００６】
第２の態様では、コンピュータ読み取り可能な不揮発性記録媒体は、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）をイメージングと位置合わせするための、プログラムされたプロセッサにより実行可能な命令を表すデータを内部に記録している。当該記録媒体は、治療装置により、１組の処理超音波を異なる複数の治療焦点に送信するステップ、イメージングシステムにより、処理超音波の異なる複数の検出された焦点を検出するステップ、および異なる複数の治療焦点および異なる複数の検出された焦点に基づいて、治療装置とイメージングシステムとの間の座標変換情報を決定するステップのための命令を含む。
【０００７】
第３の態様では、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）をイメージングと位置合わせするためのシステムが提供される。少なくとも１つの治療用トランスデューサが高密度焦点式超音波を送信する。少なくとも１つのイメージング用トランスデューサがイメージングのための音響エネルギーを送信する。コネクタが少なくとも１つの治療用トランスデューサ（３２）と、少なくとも１つのイメージング用トランスデューサとの間に設けられている、当該コネクタは患者の形状に合わされている。プロセッサが、少なくとも１つの治療用トランスデューサに関連づけられた座標と、少なくとも１つのイメージング用トランスデューサに関連づけられた座標との間の変換情報を決定する。当該変換情報は、少なくとも１つのイメージング用トランスデューサを用いて検出された、少なくとも１つの治療用トランスデューサの複数の焦点に基づいている。
【０００８】
本発明は、添付の特許請求の範囲により定められ、この部分におけるいずれの記載も、特許請求の範囲の限定とみなされるものではない。本発明の別の態様および利点は、好ましい実施形態と関連して以下に説明される。
【０００９】
構成要素および数値は必ずしも縮尺を定めるものではなく、本発明の基礎を示すものである。さらに、図面中、同様の参照番号は、種々の図を通して対応する部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）をイメージングと位置合わせするための方法の一実施形態のフローチャート図である。
【図２】温度で検出された焦点の位置を含む医用超音波画像の例である。
【図３】高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）をイメージングと位置合わせするためのシステムの一実施形態のブロック図である。
【図４】一実施形態にかかるイメージングとＨＩＦＵトランスデューサシステムとの組み合わせの外観図である。
【図５】医用診断超音波イメージングシステムの一実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
一組の処理超音波が治療装置によって組織内に送信される。処理超音波の組織への影響が、イメージングシステムにより検出される。組織への影響には温度および／または（組織）変位が含まれる。検出により、治療装置のプログラムされた複数の焦点と、イメージングシステムの検出された複数の焦点とのマッチングされた１つの組が得られる。複数のマッチングされた組が座標の変換情報（平行移動、拡大縮小および／または回転）の決定に用いられる。イメージングシステムおよび治療装置は、互いに対して固定的に位置づけされておらず、イメージング装置は治療装置の位置を十分に解像することはできず、イメージングシステムによる治療用送信の影響の検出は対応する２つの座標系を空間的に関連づけるために用いることができる。
【００１２】
図１は高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）をイメージングと位置合わせするための方法の一実施形態を示す。この方法により、２つの座標系の間の変換情報が求められ、および、この変換情報の使用が提供される。他の実施形態では、変換情報は計算されるがその後使用されない。この方法は図３、４または５のシステムまたは異なるシステムを用いて実現される。
【００１３】
追加的な、異なるまたはより少ないステップが用いられてもよい。たとえば、ステップ１８は任意である。別の例として、ステップ１２、１４、１６および２０は、少なくともステップ２２、２４、２６および２８無しで用いられる。これらのステップは、図示の順序または異なる順序で行われる。
【００１４】
これらのステップは治療のために行われる。所定の患者に対する治療では、患者は治療のための準備がなされている。音波技師または医師は患者の上に１つ以上のトランスデューサを置く。焼灼または他の治療のために高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）を開始する前に、イメージングシステムと治療装置とを位置合わせするための変換情報が決定される。イメージングシステムと治療装置との相対位置は異なる患者または配置に対して異なりうるため、治療を開始するために上記決定がなされる。変換情報が決定された後、治療装置およびイメージング装置の再配置をすること無く治療を開始することができる。相対位置が変わっても、変換情報は再計算可能である。変換情報はトリガに応じてまたは周期的に再計算可能である。熱治療が開始されると、変換情報の計算および／または使用ステップは繰り返される。
【００１５】
イメージングシステムの画像またはデータから識別された治療のための位置が、変換情報を用いて、治療装置の座標に変換される。治療装置は、変換情報に基づいて正しい位置を扱うように作動される。
【００１６】
ステップ１２において、高密度焦点式超音波の波形のサンプルが送信される。送信は、ＨＩＦＵシステムなどの治療装置により行われる。ＨＩＦＵシステムとして、治療装置は、治療用トランスデューサを備える。他の実施形態では、異なる種類の送信および装置が患者の組織の治療のために用いられる。
【００１７】
ＨＩＦＵに関して、送信される励起（excitation）は音響エネルギーである。この音響エネルギーは焦点合わせされ、ビームに沿った深度の焦点位置を有する三次元ビーム形状が得られる。励起はフェーズドアレイおよび／または機械焦点を用いて焦点合わせされる。焦点は固定されるかまたは操作可能とされる。励起は一次元、たとえば仰角次元においては焦点合わせされない。励起が患者の組織内に送信される。所定の送信において、単一ビームが形成される。あるいは、所定の送信において、個別の焦点を有する多重ビームが形成される。
【００１８】
励起は、治療用励起として生成される。あるいは、励起は、治療用励起を模倣（emulate）したものである。高密度焦点式超音波の波形のサンプルが送信される。治療用励起と、概して同じ焦点、振幅、周波数および／または他の特性がサンプル用に用いられる。サンプルは治療的影響を実質的に避けるように用いられる。たとえば、振幅、持続時間またはその両方が治療波形と比較して低いものとされる（たとえば、約２００Ｗ／ｃｍ２の桁のＩｓｐｐａおよび約６００マイクロ秒の桁の持続時間）。「実質的に」治療的影響を避けることで、治療領域などの領域の一般化が可能となる。単一の点が収差または焦点ひずみによって閾値レベルを超えて加熱されうるが、治療領域全体は模倣による治療的影響から回避される。治療的影響を避けることにより、組織の変化点またはキャビテーションの形成点に対する加熱が避けられる。たとえば、生物学的影響には、約４１〜４５℃の組織温度における高熱、約４５℃を超える温度でのタンパク変性および約５０℃を超える温度での組織壊死が含まれる。組織の硬度は４５℃以下の温度でさえ影響される。４５℃を越える温度では、粘性および／または硬度の上昇が起こりうる。約５０℃を越える温度では、組織は高い硬度および／または高い減衰を有しうる。模倣についての制限は任意に設けることができ、たとえば、５℃以上の温度上昇を防ぐことが試みられる。
【００１９】
高密度焦点式超音波の波形のサンプルの低線量照射は、組織内に検出可能な応答を生じさせる。たとえば、焦点領域における温度は、１〜４℃の範囲で、たとえば約２〜３℃の範囲で上昇しうる、焦点領域以外の位置では、温度はサンプルに対してほとんどまたは全く上昇しない。別の例として、検出可能な応答は、組織の変位である。代替的な実施形態では、治療波形の低線量照射によりある治療的影響、たとえば、硬度の上昇（たとえば約４５℃への温度上昇）が生じるが、他の治療的影響は避けられる（たとえば５０℃以上の温度への温度上昇は避けられる）。組織の弾性、ひずみまたは硬度はサンプルに起因して変化する。
【００２０】
ステップ１４において、イメージングシステムは、治療サンプルに対する治療的応答を検出するために患者を走査する。任意のイメージングシステムを用いることができる。一実施形態では、イメージングシステムは医用診断超音波システムである。イメージングシステムは、患者の走査用のトランスデューサを有する。別の実施形態では、イメージングシステムは磁気共鳴システムである。磁石および電気パルスが原子または分子の応答を検出するために用いられる。他のイメージングモダリティたとえば、サンプルの組織への影響を検出可能なモダリティを用いてもよい。たとえば、超音波システムおよび磁気共鳴システムの両方によって組織内の温度または温度変化を検出してもよい。変位または他の影響もまた検出可能である。
【００２１】
イメージングシステムのセンサ、たとえばトランスデューサは、治療装置とは別個である。各トランスデューサには異なるケーシングが用いられる。一実施形態では、治療用トランスデューサおよびイメージング用トランスデューサは接続されているが、柔軟なまたは可動な構造によって接続されている。別の実施形態では、接続は設けられていない。手持ち型、ロボット保持型、固定（たとえば患者のベッドに配置）または他の別個の固定化がセンサに用いられる。電子回路またはプロセッサは共有であっても無くてもよいが、相対座標系を定めるトランスデューサ同士は互いに固定位置にない。
【００２２】
ステップ１４において、イメージングシステムは、患者を走査し、ステップ１６において、ステップ１２のサンプル送信の影響を検出する。任意の種類の走査、走査フォーマットまたはイメージングモードを用いることができる。たとえば、ハーモニックイメージングが造影剤の追加的使用の有無にかかわらず用いられる。別の例として、Ｂ−モード、カラーフローモード、スペクトルドップラーモード、Ｍ−モードまたは他のイメージングモードが用いられる。任意のモードの磁気共鳴を用いることができる。
【００２３】
解剖学的または他の情報を表すデータが患者から得られる。このデータは、患者の点、線、エリアまたはボリュームを表す。超音波イメージングに関して、複数の超音波周波数における複数の波形が送信され、エコーが受信される。これらの音響エコーは、患者の領域内のサンプリングされた位置を表すために、電気信号に変換されかつビーム整形される。ビーム整形データはフィルタリングされるかまたは他の方法で処理される。ビーム整形データは検出され、たとえば強度が決定される。同じ位置からの一連のエコー信号を、速度、分散および／またはエネルギーを推定するために用いることができる。たとえば、送信波形の１つ以上の高調波におけるエコーが処理される。検出された値はフィルタリングされ、かつ／または、表示フォーマットに走査変換される。患者を表す超音波データは超音波処理経路に沿った任意の点からのものであり、たとえば、ビーム整形前のチャネルデータ、検出前の同相および直角位相データまたは無線周波数、検出データ、あるいは、走査変換データである。
【００２４】
解剖学的な超音波情報は、実際のデータである。たとえば、Ｂ−モードデータは組織構造を表している。別の例として、フローデータは血管に関連する位置を示している。代替的にまたは付加的に、解剖学的超音波情報は、実際のデータに由来する。たとえば、種々の位置における組織の種類が、スペックル特性、エコー強度、組織構造とのテンプレートマッチングまたは他の処理から決定される。別の例として、超音波データが血管または他の流体領域を表すことを決定するために、Ｂ−モードデータまたはカラーフローデータとともに領域拡張が用いられる。たとえば、生体構造の現在の分布、たとえば表示される器官のリストが決定される。
【００２５】
磁気共鳴に関して、受信データは投影強度を示している。トモグラフィーまたは他の処理を用いて、種々の位置からの応答強度が決定される。異なる複数のパルスシーケンスを走査領域における異なる分子および／または異なる特性の検出に用いることができる。
【００２６】
走査はサンプルの適用中または適用後に行われる。たとえば、温度または温度変化を検出するための走査がサンプルの送信後かつ温度平均化の前に行われる。別の例として、走査は、組織の変位または温度変化を検出するために、サンプルの送信前および直後に行われる。
【００２７】
ステップ１６において、サンプルの組織への影響が検出される。たとえば、サンプルに起因する温度または温度変化が検出される。イメージングシステムはステップ１４における走査によって得られるデータからの影響を検出する。影響は応答の変化として検出され、または、絶対値（たとえば温度）として検出される。
【００２８】
一実施形態では、検出される影響は温度である。サンプルは焦点領域におけるより大きな温度変化を生じさせる。たとえば、焦点領域における絶対温度はどの領域におけるよりも大きい。たとえば、ビームに沿った温度または温度変化はビームの外側よりも大きい。
【００２９】
走査および検出により温度測定を行うことにより、種々の位置の温度が決定可能である。温度測定画像またはデータが、サンプルに関連づけられた視野内の温度上昇を検出するために用いられる。
【００３０】
温度に関連する任意の測定を用いることができる。たとえば超音波測定が複数の異なる位置について用いられる。任意の現在既知のまたは今後開発される超音波を用いる温度関連測定を用いることができる。たとえば、加熱の際に組織は膨張する。膨張測定は温度を示しうる。温度関連測定は、温度を直接または間接的に示しうる。たとえば、導電性または含水量に関係するパラメタの測定（たとえば、組織の種類の測定）は間接的に温度に影響しうる。これらの測定は、たとえば、生の超音波データに関するものであり、または、超音波データに由来するものである。一実施形態では、組織の変位、音速、後方散乱強度および受信信号の正規化相関係数のうちの２つ以上、たとえば４つ全てが行われる。他の測定たとえば血管壁の拡張も可能である。
【００３１】
組織の変位は一次元、二次元または三次元のオフセットを決定することにより測定される。絶対差または最大相関の最小和に関連づけられた変位が決定される。現在の走査データは、基準データセットたとえば従前のまたは最初の走査に対して、平行移動され、回転され、かつ／または、拡大縮小される。最大のまたは十分な類似性に関連したオフセットが変位として決定される。Ｂ−モードデータまたはハーモニックモードデータが用いられるが、他のデータを用いてもよい。１つの位置について計算された変位を、サーチまたは別の位置のサーチまたは領域のサーチを洗練するためにも用いることができる。変位の他の測定も用いることができる。
【００３２】
音速は、加熱前からの受信時間と加熱中の受信時間との比較により測定できる。パルスが送信される。所定の位置から戻るエコーに関する時間が、トランスデューサから当該位置への、そして、当該位置から戻る音の速度を決定するために用いることができる。任意の開口を用いることができ、たとえば、種々の開口を用いて同じ位置について個別に測定して平均化する。別の実施形態では、信号が相関される。たとえば、ビーム整形後の同相の直角位相信号が基準信号と相関される。基準信号と現在の信号との間の位相オフセットが決定される。送信波形の周波数（すなわち、超音波周波数）を使用して、位相差を時間または音速に変換するために用いられる。音速に対する他の測定も用いることができる。
【００３３】
後方散乱強度はＢ−モードまたはＭ−モードである。エコー信号のエンベロープの強度またはエネルギーが決定される。
【００３４】
たとえば、受信信号の正規化相関係数が測定される。検出前のビーム整形データ、たとえば同相の直角位相データが相互相関される。一実施形態では、１つの基準サンプルまたは複数のサンプルが得られる。サンプルの送信中または送信後、その後のサンプルが得られる。各位置に関して、空間窓、たとえば深度における３つの波長によって、相互相関性についてのデータが定められる。窓は長さ、エリアまたはボリュームを定める。現在のデータは窓空間内の基準データと相互相関される。正規化相互相関が窓内のデータについて行われる。新たなデータが得られ、相互相関が行われる。
【００３５】
温度に関係する、任意の音響または物理パラメタまたは該パラメタの任意の変化が測定可能である。他の測定には組織の弾性、ひずみ、ひずみ速度、動き（たとえば、変位またはカラーフロー測定）または反射パワー（たとえば後方散乱相互セクション）が含まれる。
【００３６】
一実施形態では、温度は直接測定ではなくモデルから推定される。上述の１つ以上の種類の情報はモデルへの入力として用いることができる。実際のデータおよび／または生成されたデータはモデルと組み合わせて用いられるべき解剖学的パラメタである。超音波走査に加えて、臨床情報または他の情報を温度決定のために得てもよい。たとえば、遺伝子情報または他の組織関連データが患者記録からマイニング可能である。温度関係情報の決定に寄与する任意の特徴も用いることができる。
【００３７】
膨張、収縮、含水率または他の治療パラメタも、現在の温度を示しうる。測定の分類に関係なく、これらの測定はモデルへの入力として用いられ、または、モデルへの入力のための値の計算のために用いられる。データは１つ以上の位置に対して提供され、たとえば二次元領域または三次元領域の全ての位置に関するデータを提供する。あるいは、データは全体領域、たとえば、全体領域についての一回照射またはエネルギーレベルに一般的に関係する。
【００３８】
温度関係測定がモデルに適用される。測定またはデータは生データとして入力される。あるいは、値（すなわち、測定および／またはデータ）が処理され、処理された値が入力される。たとえば、値は空間的に及び／または時間的にフィルタリングされる。別の例として、異なる種類の値がこれらの値から計算可能であり、たとえば、これらの値から分散、導関数、正規化、または他の関数が決定される。別の例では、現在値と基準値または前値との間の変化が決定される。時間窓にわたるこれらの値の時間履歴を用いることができる。これらの値はモデルの特徴としての入力である。
【００３９】
モデルの出力は、入力として用いることができる。これらの値はサンプルの適用中に適用される。モデルの最初の適用に関して、フィードバックが基準温度、たとえば患者の温度と置き換えられる。モデルをさらに適用するために、前の出力が入力としてフィードバックされ、時間依存モデルを提供する。モデルにより出力される温度関連情報は、情報の時間履歴、たとえば、１つ以上の他の時間における温度としてフィードバックされる。サンプルの送信中、測定されたまたは受信された値は更新される（すなわち現在値はモデルの各適用のための入力である）が、前値も用いられうる。フィードバックにより前の時間における領域内の推定された温度空間分布または温度関係情報が得られる。モデルのその後の出力は超音波データまたは他の値と、モデリングの前の出力とに基づいている。値の時間履歴は入力として用いることができ、温度に関係するパラメタおよび治療的影響に関係するパラメタの時間履歴および空間分布がモデルの特徴として用いられる。代替的実施形態では、フィードバックは用いられない。
【００４０】
モデルは、入力情報から、温度または温度分布（すなわち、種々の位置および／または時間における温度）を出力する。得られる温度はカ氏またはセ氏などの任意の単位であってよい。温度の解像度は、任意のレベルであってよく、たとえば、複数の温度範囲のうちの１つとして温度を出力する。あるいは、他の温度関係情報は、温度、照射量または指標値における変化などの出力である。
【００４１】
任意のモデル、たとえば、ニューラルネットワークまたは区分的線型モデルを用いることができる。モデルは理論または実験に基づいてプログラムされまたは設計されている。一実施形態では、モデルは機械学習モデルである。モデルはバックグラウンド（ground truth）を用いて標識化された１組の訓練データ、たとえば、実際温度に関連づけられた訓練データから訓練される。たとえば、種々の測定または受信データが複数の患者のそれぞれについて経時的に得られる。サンプル治療の送信中、温度が測定される。この温度がバックグラウンドである。１つ以上の種々の機械学習プロセスを通じて、モデルは所定の値および／または任意のフィードバックから温度を予測するよう訓練される。
【００４２】
任意の機械学習アルゴリズムまたは分類アプローチを用いることができる。たとえば、サポートベクターマシン（たとえば２−ｎｏｒｍ  ＳＶＭ）、線形回帰、ブースティングネットワーク、確率ブースティングツリー、線形判別分析、関連ベクターマシン、ニューラルネットワーク、これらの組み合わせ、または、他の既知のまたは今後開発される機械学習が用いられる。機械学習により行列または他の出力が得られる。行列は既知の結果を含む訓練データのデータベースの分析から得られる。機械学習アルゴリズムにより、結果に対する異なる入力の関係が決定される。学習により入力の特徴のサブセットのみを選択することができ、または、全ての可能な入力特徴を用いることができる。プログラマは使用すべき入力特徴に対しまたは訓練の実行に対し影響を与えまたは制御してもよい。たとえば、プログラマはリアルタイムで利用可能な測定に対する利用可能な特徴を制限してもよい。分類のためのモデルが与える行列は入力特徴を結果と関連づける。機械訓練により、１つ以上の入力変数と結果との関係が得られ、これにより、人手では容易に実行できない関係の検証または生成が可能となる。
【００４３】
モデルは温度関連情報の確率を表す。この確率は温度関連情報に関する尤度である。異なる温度に関連づけられた確率の範囲が出力される。あるいは、最も高い確率を有する温度が出力される。他の実施形態では、温度関連情報は確率情報無しで出力される。
【００４４】
機械学習の代替として、人手でプログラムされたモデルを用いることができる。モデルは、機械訓練を用いて検証可能である。一実施形態では、温度分布モデルが用いられる。熱分布モデルは異なる組織、流体または構造の熱伝導性、密度または他の挙動を説明する。熱分布モデルは温度、温度関連情報、測定または他のデータを受け取る。入力情報は、疎であってよく、たとえば、すべてではないが１つ以上の位置に関する温度情報を有する。熱分布モデルは他の位置の温度を決定する。熱分布モデルは、他の複数の時間または時間および位置の両方における温度を決定することができる。
【００４５】
別の実施形態では、熱分布モデルは、生体構造に基づいて温度を修正する。たとえば、機械学習モデルは一様な組織についての温度を推定する。温度出力は、熱伝導性の血管または流体領域の周囲の温度の低下などの、領域内の組織の違いを説明するために修正される。
【００４６】
特徴の入力に応答して、モデルは温度関連情報たとえば温度を出力する。図２は温度オーバーレイを含むＢ−モード超音波画像を示す。画像の中央下方の領域は、より高温であるためにより暗い。最も暗い領域が、最も高温に対応する。温度の時間的な持続性を用いることができ、たとえば、最も高い温度が維持される所について、推定が各位置について経時的に行われる。
【００４７】
温度の空間分布がイメージング装置の座標における焦点領域の識別に用いられる。測定は領域内の複数の位置について行われる．完全なまたは粗いサンプリングを用いることができる。測定は、時間にわたって、しかし、前の測定とは独立に行われる。代替的にまたは付加的に、基準または任意の前の（たとえば直近の）測定における変化を用いることができる。
【００４８】
リアルタイムではない測定たとえばベースライン温度を用いることができる。領域内の温度分布に関するＭＲＩベースの測定を用いることができる。リアルタイム測定を用いることができ、たとえば患者の領域に熱治療を適用する間に行われる超音波測定と関連づける。
【００４９】
ＨＩＦＵのためのビーム位置または焦点領域は、組織変位情報、温度または他の特性を用いて決定される。十分な大きさの変位、温度、ひずみ、ひずみ率（strain rate）、剪断（shear）、剪断速度、または、剪断率に関連づけられた位置が識別される。変位を用いる実施例または実施形態では、代替的にひずみ、ひずみ速度、剪断、剪断速度または他の派生の変位を用いることができる。
【００５０】
変位、温度または温度変化が比較的高い位置が、閾値の適用によって識別される。閾値は所定のデータセットに対して予めプログラムされまたは適応されてもよい。閾値は正規化され、たとえばビームの可能な位置または焦点領域から離れた空間位置におけるデータに基づいた閾値である。別の例として、関心領域にわたる変位または温度の平均または他の割合が決定される。平均または他の割合を超えた最大の変位または温度と関連づけられた位置が、ビームまたは焦点位置を示す。変位または温度データは、閾値の適用前に空間的にフィルタリングされるか、または、フィルタリングされない。変位または温度は、閾値の適用の後にローパスフィルタリングされてもよい。他のまたは付加的な実施形態では、閾値は適用されず、または、ノイズ閾値が用いられる。
【００５１】
励起に対する組織の応答は、走査線、焦点位置、または変位の他の副領域の決定に用いられる。分布は、任意の収差、組織の違いまたは理想からの他の偏差によって影響される、中心線、焦点位置または任意の代表的形状を示す。複数の点または異なる複数の線がたとえば計算される。ここの例では、点および線が用いられる。点、線または他の領域を検出するために、任意のマニュアルの、半自動のまたは自動の方法が用いられる。
【００５２】
エリアまたはボリューム内に線または点が決定される。たとえば、線または点の位置は、ボリュームを表す温度を用いて決定される。点の位置は、一次元領域たとえば線に沿った点において決定可能である。線または領域のみについて温度が測定されるが、線または点の位置を決定するために用いられない場合であっても、温度をより付加的な次元の領域について測定できる。
【００５３】
点は線とは独立に計算されてもよい。たとえば、温度フィールド内の最大温度が決定される。温度の上昇した最大領域の中心、拡大する領域、収縮する領域または他の処理を点の探索に用いることができる。点は、細分化を用いても用いなくても決定可能である。点は、たとえば、領域の重心、たとえば、温度上昇した最大の細分化領域である。一実施形態では、点はより高い温度値の線に沿った最大温度値（たとえば最大のエコーひずみ値）である。線に沿った温度は、最大または中心の位置を決定する前に、任意の他のフィルタリングに加えてローパスフィルタリングされてもよい。
【００５４】
上昇したまたはより高い温度の線は、サンプルＨＩＦＵ送信のビーム軌線または走査線を表す。ビーム軌線の線または曲線は、単純な焦点の中心では無く、計算される。線は領域内の複数の位置の座標から計算される。収縮する領域、たとえば閾値を超える温度における骨格の走査を用いることができる。一実施形態では、直線、曲線または他の線を領域に適合させるために回帰分析が行われる。線は領域の中心または他の位置を通り、サンプルＨＩＦＵビームの中心の位置を示している。
【００５５】
図１にステップ１６からステップ１２へのフィードバックが示されている。変換情報に関して、複数の点および／または線が識別される。ステップ１２におけるサンプルＨＩＦＵの、変換ステップ１４における走査、および、ステップ１６における検出は、異なる位置について繰り返される。サンプルＨＩＦＵはエリアまたはボリューム内の異なる位置に対して連続的に送信される。１組の処理超音波が異なる複数の治療焦点で送信される。各送信の焦点は、エリアまたはボリュームのサンプリングのために変更される。低線量処理超音波のパターンが対象領域に送信される。
【００５６】
処理超音波の異なる複数の焦点が検出される。たとえば、処理超音波に関連する加熱パターンが異なる複数の焦点についてイメージングシステムによって検出される。繰り返しにより、治療装置の焦点とイメージングシステムの検出された焦点の座標とのマッチングされた組が得られる。
【００５７】
任意の回数の繰り返しを行ってもよい。たとえば、１つのボリュームに対して３つの焦点が検出される。より多くの焦点を検出してもよい。
【００５８】
ステップ１８において、焦点を除く他の位置が両方の座標系において識別される。イメージングシステムによって検出された焦点に対してマッチングされたＨＩＦＵシステムの焦点の別の空間的多様性について、サンプルに関連づけられた線が用いられる。その代わりにまたはそれに加えて、線の原点が決定される。ＨＩＦＵトランスデューサからビーム軌線が生じる位置が原点である。線の適合化（line fitting）の使用および端点またはアレイとの交点の探索により、原点が決定される。端点は温度上昇または変位が始まる位置によって見いだすことができる。アレイはイメージングシステムから戻る超音波によって検出可能であり、線のアレイとの交点が見いだされる。
【００５９】
別の実施形態では、原点または他の位置は複数のビーム軌線から識別される。サンプルＨＩＦＵの異なる複数の焦点への送信は同じ位置から生じるように制御される。位置はアレイの上、アレイの後ろまたはアレイの前である。各ビーム軌線への線の適合化により、交差点が見いだされる。したがって、交差点はイメージングシステムからのデータにより検出され、たとえば温度測定から得られ、ＨＩＦＵトランスデューサに対する送信パラメタに基づいて知られる。
【００６０】
１つ以上のビーム軌線を用いて、２つの座標系において知られている複数の焦点の他に１つ以上の位置が識別可能である。たとえば、交点が１つの位置を示しうる。その位置からの１つ以上の走査線をＨＩＦＵトランスデューサ上の異なる原点を見いだすために用いることができる。共通の原点または一本の線の原点を交点を識別せずに見いだすことができる。ビーム軌線は治療装置の中心または位置を外挿するために用いることができる。
【００６１】
ステップ２０において、ＨＩＦＵシステムの座標とイメージングシステムの座標との間の変換情報が計算される。変換情報によって、治療用トランスデューサまたは装置がイメージング用システムまたはトランスデューサに対して位置合わせされる。座標変換情報が決定され、一方のシステムに関する空間位置と、他方のシステムに関する空間位置とが関連づけられる。位置合わせがされると、イメージングシステムのデータから示される位置または画像中の位置は、治療システムのための位置に変換可能であり、治療領域の正確な識別と、治療領域に対する適用が可能となる。
【００６２】
変換情報は２つのシステムにとって既知の位置から決定される。イメージングシステムにより検出される複数のサンプル送信の複数の焦点から、２つのシステムにおけるマッチングされた位置が得られる。たとえば、治療システムは治療システムの座標中の定められた位置に対してサンプルを焦点合わせする。温度変化、変位または送信の他の影響が、イメージングシステムにけるデータから検出され、イメージングシステムにおける複数のサンプル焦点の複数の位置が識別される。治療システムの焦点および検出された焦点は、２つのシステムにおいて既知の位置である。これらのマッチングされた位置は、２つの座標系に関係する変換情報を得るために用いられる。
【００６３】
変換情報は２つの座標系においてマッチングされた他の複数の位置を用いて計算してもよい。たとえば、ビーム軌線（たとえば線または曲線）は、治療システムの送信パラメタから決定され、イメージングシステムによって検出される。原点、交点または他のマッチングされた位置を用いてもよい。
【００６４】
座標系を位置合わせするための任意の技術を用いることができる。一実施形態では、誤差最少化が行われる。異なる座標系からの同じ位置を配列しまたは空間的に関連づけるために、たとえば、最小二乗分析を用いて、誤差を最少化する。誤差最少化アルゴリズムを用いて、プログラムされたまたは設定された治療装置座標と、検出されたイメージングシステムの座標との間の変換情報を決定することができる。マッチング位置間、たとえば、サンプル送信に用いられてイメージングシステムによって検出される焦点間の誤差は、最少化される。別の例として、相関、絶対差の最小和または他の同様の方法が行われる。２つの座標系における点および／または線は、互いに対して平行移動され、回転され、拡大縮小される。差の最大相関または最小和が得られる平行移動、回転および／または拡大縮小が、変換である。
【００６５】
変換情報により、１つの座標系における座標または位置を、別の座標系における座標または位置に関連づけるための、平行移動、回転および／または拡大縮小が行われる。変換はアフィン変換であってよい。変換は座標系全体の固定的なシフトである。別の実施形態では、変換情報は、非線形変換情報として計算される。たとえば、三次元スプライン補間が座標間で計算される。非線形変換情報によってワーピングが行われ、異なる位置に関する異なるシフトが可能となる。計算された変換情報は、行列、スプラインまたは座標系間の関係の他の非線形表現である。
【００６６】
ステップ２２〜２８は変換情報の使用のためのものである。ステップ２２において、１つの画像が表示される。この画像はイメージングシステムによって得られる。画像は患者の二次元領域からなる。あるいは、画像は、三次元表現（すなわち、ボリュームを表すデータからレンダリングされた二次元画像）である。他の実施形態では、画像は１つの空間次元（たとえばＭ−モード）を表し、または、経時的な個々の距離ゲートのサンプリングを表す（たとえば１つ以上の位置におけるスペクトルドップラー）。
【００６７】
Ｂ−モード、カラーフローモード（たとえばドップラー速度、エネルギーおよび／または分散）、組織ドップラー、Ｍ−モード、スペクトルドップラー、ハーモニックモード、造影剤、灌流、弾性、ひずみ、ひずみ速度、剪断速度、弾性率、パラメトリック、または、他の現在既知のまたは今後開発されるイメージングなどを用いることができる。一実施形態では、解剖学的情報が表示され、Ｂ−モードまたはハーモニックＢ−モード画像など。イメージングシステムが磁気共鳴システムである場合、他の種類の画像を得ることができる。
【００６８】
画像はたとえば温度関連情報を含む。温度関連情報は、温度または照射量などの値として表示される。時間に基づくまたは線に沿った温度グラフが表示されうる。一実施形態では、温度は色にマッピングされ、二次元画像または三次元表現にオーバーレイされる。マッピングでは温度関連情報に基づいて色が調節され、たとえば、赤のシェードまたは赤と黄の間の色が異なる温度に対して異なっている。温度変化は、その代わりに、出力色にマッピングされるか、または、それに加えて色の輝度または他の態様にマッピングされる。オーバーレイが生体構造を表す超音波画像に重ね合わされ、たとえば、Ｂ−モード画像上にオーバーレイされる。オーバーレイは、解剖学的情報に位置合わせされる。オーバーレイは治療システムに関する焦点の現在位置を示し、背景となる生体構造画像は治療されるべき解剖構造を示す。
【００６９】
イメージングシステムは画像を生成する。この画像は変換情報の計算の一部として得られたデータからのものである。あるいは、この画像は、変換情報の計算後に得られたデータ、または、変換情報の計算中にインターリーブされたデータからのものである。
【００７０】
ステップ２４において、ユーザ入力が受け取られる。タッチ画面、マウス、トラックボールとボタン、矢印キーなどのユーザインタフェースからの信号が受け取られる。
【００７１】
ユーザは、表示画像に関係する治療領域を指定する。たとえば、画像上の１つの位置（たとえば点）または複数の位置（たとえば、線、エリアまたはボリューム位置）がユーザにより選択される。これらの位置は治療されるべき生体構造からなる。代替的実施形態では、プロセッサはユーザ入力無く治療領域を識別する。たとえば、プロセッサは病変を見いだすためにコンピュータ支援診断を適用する。
【００７２】
ユーザは同様に照射量または他の情報を入力可能である。種々の設定はＨＩＦＵにさらされる健康な組織を最少化しつつ、治療すべき組織全体に所望のビームを与える。
【００７３】
ステップ２６において、選択された治療位置がイメージングシステムの座標から治療システムの座標に変換される。治療位置は、患者の一次元、二次元または三次元領域である。治療システムにおける選択された領域に関する位置は、イメージングシステムからの位置を変換することにより決定される。組織の治療の前に、ＨＩＦＵビームまたは治療の位置が決定される。治療のための焦点は、イメージングシステムから識別された位置に、または、これに関連して設定される。
【００７４】
変換は補間または他の数学的計算である。イメージングシステムにおける位置を考えるとき、変換における平行移動、回転および／または拡大縮小が治療システムにおける位置を決定するために位置に対して用いられる。変換によって、治療波形は、治療位置に焦点合わせされる。
【００７５】
治療システムおよびイメージングシステムの独立性の主要因は変換である。たとえば、治療用トランスデューサおよびイメージング用トランスデューサは、カフまたはブランケットで、患者の上に配置される。異なるシステムのトランスデューサ同士が互いに柔軟に接続されているが、相対的な位置は知られていない。これら自身が基点またはアレイを検知するのではなく、または、それに加えて、温度または影響測定に基づく位置合わせを用いることができる。位置センサ（たとえば角度測定、光学測定、磁気位置センサまたは他の装置）を用いることなくまたはそれに加えて、影響測定に基づく位置合わせを用いることができる。
【００７６】
ステップ２８において、治療波形が送信される。焦点位置、原点、走査線または治療の適用は変換情報に基づいている。患者の治療位置に関する治療システムにおける座標は、変換情報から決定される。照射量、焦点および／または他の治療特性は治療位置について確立される。
【００７７】
ＨＩＦＵの実施形態において、高密度焦点式超音波治療波形が送信される。高電圧波形が高密度焦点式超音波トランスデューサに適用され、これが音響領域のＨＩＦＵ治療波形を生成する。ＨＩＦＵパルスは、位相アレイおよび／または機械焦点を用いて焦点合わせされ、高強度音響エネルギーを焦点またはビーム位置における組織に与える。
【００７８】
治療では、ステップ１２において送信された、サンプルよりも多量の照射量が与えられる。治療用超音波パルスは任意の所望の周波数および振幅において複数のサイクルを有している。一実施形態では、治療用パルスは、たとえば５００ＫＨｚ〜２０ＭＨｚの超音波周波数においてわずか一秒または数秒の間持続する。任意のピーク強度が可能であり、たとえば、１００Ｗ／ｃｍ２以上、５００Ｗ／ｃｍ２以上または１０００〜２０００Ｗ／ｃｍ２あるいは約１０００Ｗ／ｃｍ２であってよい。任意の既知のまたは今後開発される治療波形が、任意の強度、周波数および／またはサイクルで用いることができる。波形は連続的または間欠的である。
【００７９】
治療用超音波パルスは所望の組織位置に熱を発生させることにより組織を治療する。その強度は、また組織に応力を発生させる。パルスは組織を、正および負の音響圧力でもって、トランスデューサに向かう方向およびトランスデューサから離れる方向に押圧する。十分に長い治療パルスの間、組織に実質的に一定のひずみが形成される。ひずみεは組織硬度Ｅ、粘性ηおよびＨＩＦＵ放射力からの応力に依存する。治療パルス中の定常状態の応力は平均ＨＩＦＵ強度Ｉの組織内音速ｃに対する比に比例する。
【００８０】
ＨＩＦＵ波形は生化学的変化も生成しうる。治療用音響エネルギーの熱的影響は熱膨張によるボリューム、音速（ｃ）、組織硬度（Ｅ）および／または組織中の流体の粘性（η）における変化を生じさせうる。治療用音響エネルギーはまた、放射圧などの機械的影響、ストリーミングおよび／またはキャビテーションも誘導しうる、生物学的影響にはたとえば約４１〜４５℃の組織温度での異常高熱、４５℃超の温度でのタンパク質変性、および、５０℃超の温度での組織壊死が含まれる。組織の硬度は４５℃以下の温度でさえも影響されうる。４５℃超の温度では、粘性および／または硬度の増大が生じうる。５０℃超の温度では、組織は高い硬度および／または高い減衰（attenuation）を有しうる。
【００８１】
ＨＩＦＵは連続的であっても散発的であってもよい。任意の処理レジームを用いることができる。現在の治療中または治療の異なる期間中において、ステップ２２のイメージングと、ステップ２４の入力と、ステップ２５の変換が繰り返されてもよい。ステップ２８の治療波形はステップ２２のイメージングによりインターリーブされる。ＨＩＦＵ治療はビーム位置が決定される間、停止する。別の代替例では、ＨＩＦＵは１つの周波数またはコーディングにて実行され、励起の送信およびイメージングのための対応する受信が、異なる周波数またはコーディングにて行われ、同時の作動が可能とされる。インターリービングにより、ユーザまたはシステムは継続的にＨＩＦＵビームを位置づけすることができる。患者またはトランスデューサが位置を動かすと、ビームは適当な組織を処理するために変更可能である。組織内の音速が治療によって変化する場合、ビームは適当な組織の治療のために変更可能である。
【００８２】
変換情報は一度計算されるか、または、更新される。たとえば、患者またはトランスデューサの位置はシフトしうる。変換情報は２つの座標系の間のこのような配置の変化を説明するために更新されうる。
【００８３】
図３は高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）のイメージングとの位置合わせのためのシステムの一実施形態を示す。システムは上述の方法または異なる方法を実行する。他のシステムを用いてもよい。
【００８４】
システムは、患者４４について用いるためのイメージングシステム４０と治療用システム４２とを含む。イメージングシステム４０は磁気共鳴、治療用超音波、Ｘ線、コンピュータトモグラフィーまたは他のイメージングシステムである。治療用システム４２はＨＩＦＵシステム、マイクロ波システム、照射システムまたは他の送信される治療エネルギーの線源である。
【００８５】
イメージングシステム４０と治療システム４２とは個別のシステムである。２つのシステム４０、４２の座標同士は異なっている。たとえば、個別のトランスデューサが、治療用とイメージング用とに用いられる。
【００８６】
イメージングシステム４０と治療システム４２とは、変換情報の計算を可能とするために通信する。一方のシステムの位置または座標情報は、他方のシステムに通信される。代替的に、治療用システム４２の予め定めた焦点および対応する座標情報は、既知であるか、または、イメージング用システム４０に保存されている。
【００８７】
システムの一方のプロセッサが変換情報を計算する。あるいは、別個のコンピュータが変換情報の計算のために設けられている。たとえば、パーソナルコンピュータ、ワークステーションまたはサーバがシステム４０、４２の一方または両方から受け取ったデータから変換情報を計算する。
【００８８】
いくつかの構成エレメント、たとえば、処理回路は共有されていてよい。一実施形態では、個別のトランスデューサが用いられるが、しかし、そうでなければ、処理は共通のシステムにより実行される。図４は、個別のトランスデューサ３２、３４の１つの実施例の構成を示す。図５は、図４のトランスデューサ３２、３４の動作のための１つの実施例の超音波システム、または、他の治療およびイメージング用トランスデューサ構成を示す。
【００８９】
図５の超音波システムは送信ビーム整形器５２と、トランスデューサ５４と、受信ビーム整形器５６と、イメージプロセッサ５８と、ディスプレイ６０と、プロセッサ６２と、メモリ６４とを有する。付加的な、異なるまたはより少ないコンポーネントを有するようにしてもよい。たとえば、独立したディテクタおよび走査変換器をさらに設けてもよい。別の例として、個別の送信ビーム整形器が治療用に設けられる。
【００９０】
超音波システムは医用診断超音波イメージングシステムである。イメージングには、二次元、三次元、Ｂ−モード、ドップラー、カラーフロー、スペクトルドップラー、Ｍ−モードまたは他の既知のまたは今後開発されるイメージングモダリティが含まれる。超音波システムはフルサイズのカート搭載型システム、比較的小型のポータブルシステム、携帯型システムまたは他の既知のまたは今後開発される超音波イメージングシステムである。別の実施形態では、プロセッサ６２およびメモリ６４は個別のシステムの一部である。たとえば、プロセッサ６２およびメモリ６４は、超音波システムから独立して動作するワークステーションまたはパーソナルコンピュータである。別の例として、プロセッサ６２およびメモリ６４は治療システム４２の一部である。
【００９１】
トランスデューサ５４は、１つ以上の治療用トランスデューサ３２を含む（図４参照）。治療用トランスデューサ３２は、任意の既知のまたは今後開発される、電気エネルギーから高密度焦点式超音波を生成するトランスデューサである。ムーブメントまたはレンズにより機械的に焦点が調整されるような、１つの部材を設けてもよい。電気的な焦点合わせまたは操作のための、一次元または多次元アレイの複数のエレメント、たとえばＮｘＭ（ＮおよびＭは１より大きい）個のエレメントのアレイを用いることができる。
【００９２】
エレメントは、電気エネルギーを音響エネルギーに変換するための、圧電、微小電気機械または他のトランスデューサである。たとえば、治療用トランスデューサ３２は、容量性膜超音波トランスデューサである。
【００９３】
治療用トランスデューサ３２は、患者の外部から作用可能である。たとえば、治療用トランスデューサ３２は患者の肌に対するプローブまたは他の装置である。治療用トランスデューサ３２は手持ちされるか、装置により位置づけされるか、または、患者に対してベルトで固定される。他の実施形態では、治療用トランスデューサ３２は、患者の内部からの作用のために、プローブ、カテーテルまたは他の装置の内部にある。
【００９４】
一実施形態では、ただ１つの治療用トランスデューサ３２が設けられている。他の実施形態では、複数の治療用トランスデューサ３２が設けられている。たとえば、エレメントの複数の二次元アレイが、異なる複数の位置から治療領域への送信のために用いられる。図４は、少なくとも３つの治療用トランスデューサ３２を有するカフ構造を示す。
【００９５】
各トランスデューサエレメントは、送信ビーム整形器５２からの電気エネルギーを受け取るために送信ビーム整形器５２に接続されている。治療用トランスデューサ３２は電気エネルギーを治療またはサンプリングのための音響ビームに変換する。
【００９６】
トランスデューサ５４（図５参照）は、１つ以上のイメージング用トランスデューサ３４（図４参照）を有する。イメージング用トランスデューサ３４は、治療用トランスデューサ３２と、種類、材料、寸法、形状および構造が同一であるかまたは異なっている。たとえば、１つ以上のイメージング用トランスデューサ１４はそれぞれ超音波トランスデューサエレメントの１つの多次元アレイを有する。イメージング用トランスデューサ３４は、任意の既知のまたは今後開発される診断用超音波イメージング用トランスデューサである。イメージング用トランスデューサ３４は音響エネルギーを送受信するよう動作可能である。
【００９７】
一実施形態では、ただ１つのトランスデューサ３４が設けられている。他の実施形態では、複数のイメージング用トランスデューサ３４が設けられている。たとえば、複数のエレメントの複数の二次元アレイが、異なる複数の位置から治療領域を含む患者領域へ送信するために用いられる。図４は、少なくとも３つのイメージング用トランスデューサ３４を有するカフ構造を示す。
【００９８】
治療用トランスデューサ３２およびイメージング用トランスデューサ３４は、互いに別個のものである。固定位置または既知の相対位置は用いられない。たとえば、異なる柔軟なケーブルが、同一の電子回路と接続されているが、ケーブルは、生じうる離間距離を限定する以外の相対位置を示さない。
【００９９】
別の実施形態では、治療用トランスデューサ３２はイメージング用トランスデューサ３４と接続されているが固定的ではない。コネクタは柔軟であるかまたは可動である。たとえば、治療用トランスデューサ３２およびイメージング用トランスデューサ３４はカフまたはブランケットに設けられている（図４参照）。ブランケットは、ビーム整形器５２、５６および／またはプロセッサ６２を有するかまたは有しない、複数のトランスデューサ３２、３４を固定的に、半固定的にまたは柔軟に保持するための、プラスチック、金属、繊維、または他の材料である。たとえば、図４は、複数のトランスデューサ３２、３４を有するブランケットを示す。ヒンジ、他の構造、または。外部ケーシングはトランスデューサ３２、３４を相互接続する。たとえば、ヒンジはトランスデューサ３２、３４を相互接続する。トランスデューサ３２、３４の１つ以上の組がより固定的に接続されてよい。
【０１００】
ブランケットは、イメージング用トランスデューサ３４および治療用トランスデューサ３２としての他のすべてのトランスデューサを含む。他の比率及び／または構成も用いることができる。１つ、複数、または全てのトランスデューサは二重使用装置であってよく、たとえば、各トランスデューサは治療用かつイメージング用である。一実施形態では、各イメージング用トランスデューサ３４は、ボリュームを表すデータを取得するために、三次元的に、電子的または電気的にかつ機械的に走査するよう動作可能である。たとえば、トランスデューサ３４は、少なくともより深い深度において、隣接するイメージング用トランスデューサ３４の走査ボリューム同士が重なるように配置されている。
【０１０１】
繊維、プラスチックまたは他の材料などのカバーが、トランスデューサ３２、３４を相対的に接続している。ブランケットは患者を包囲し、または患者の上に置かれるためのカフまたは他の構造である、図４は、骨により示される腕または脚の周囲を少なくとも部分的に巻くトランスデューサ３２、３４のブランケットを示す。超音波装置は、柔軟な表面内に埋め込まれ、医学的な注意を必要とする体の領域の周囲に巻かれている。この形状により、肢の回りの３６０度画像を取得でき、または、複数のトランスデューサアレイのうちの１つのアレイを用いるよりも、より大きい複数のボリュームを取得できる。
【０１０２】
配置に応じて、治療用トランスデューサ３２とイメージング用トランスデューサ３４との相対位置は異なりうる。これらのトランスデューサ３２、３４の間の空間関係は測定可能である。位置合わせおよび対応する変換情報の計算は、たとえば、患者の上への配置の後に行われる。サンプル処置が行われ、結果的な影響（たとえば温度または変化）が検出される。送信および検出からのマッチングされた位置は変換情報を計算するために用いられる。
【０１０３】
相対位置の付加的な指標を測定してもよい。たとえば、センサは両者の間の相対的な動きを測定する。任意のセンサ、たとえば、磁気位置センサ、ひずみゲージ、光ファイバまたは他のセンサを用いることができる。代替的にまたは付加的に、アレイからの音響応答は相対位置を示す。基点を用いてもよい。イメージングデータの相関は、イメージング用トランスデューサ３４同士の間の空間関係を示しうる。他の実施形態では、同じアレイが治療用とイメージング用の両方に用いられ、データ相関はイメージング用トランスデューサ３４と治療用トランスデューサ３２との空間関係を示す。付加的な位置指標が、変換情報を決定するためのさらに別の情報として用いられる。代替的に、個別の変換情報が得られて、結果が平均される。
【０１０４】
送信ビーム整形器５２は、１つ以上の、超音波送信器、メモリ、パルサー、波形生成器、増幅器、遅延器、位相回転器、乗算器、加算器、デジタルアナログ変換器、フィルタ、これらの組み合わせ、および、他の既知のまたは今後開発される送信ビーム整形器コンポーネントである。送信ビーム整形器５２は、送信開口の各エレメントのための送信信号を生成するための複数のチャネルに構成されている。各エレメントのための送信信号は、１つ以上の走査線に沿って音響エネルギーを焦点合わせするために、互いに対して相対的に遅延され、アポダイズされている。異なる振幅、周波数、帯域幅、遅延、スペクトルエネルギー分布または他の特性の信号が、送信中に、１つ以上のエレメントのために生成される。
【０１０５】
送信ビーム整形器５２は、治療用トランスデューサ３２および／またはイメージング用トランスデューサ３４に接続されている。一実施形態では、同じ送信ビーム整形器５２が両方のために用いられる。他の実施形態では、異なるまたは個別の送信ビーム整形器５２が用いられる。
【０１０６】
イメージングのため、送信ビーム整形器５２は所定走査パターンで複数のビームを送信する。生成波に応じたトランスデューサ３４からの音響波の送信の際、１つ以上のビームが形成される。一連の送信ビームが、二次元または多次元領域を走査するために生成される。セクタ、Ｖｅｃｔｏｒ（商標）、線形または他の走査フォーマットを用いることができる。同じ領域が複数回走査される。フローまたはドップラーイメージングのため、および、ストレインイメージングのため、一連の走査が用いられる。ドップラーイメージングにおいて、たとえば、一連の走査には隣接走査線の走査の前に、同じ走査線に沿った複数のビームが含まれる。ストレインイメージングのため、走査またはフレームインターリーブを用いることができる（すなわち、再走査の前に全体領域を走査する）。代替的実施形態では、送信ビーム整形器５２はより高速な走査のために、平面波または発散波を生成する。
【０１０７】
治療のために、送信ビーム整形器５２は１つ以上のビームを送信する。変換情報を計算するため、音響ビームは高密度焦点式超音波のサンプルである。これらのサンプルは、治療用に用いられるよりも、より小さい開口、振幅またはこれらの組み合わせを有する。これらのサンプルはＨＩＦＵ波形を模倣し、温度を上昇させるまたは組織に他の検出可能な影響（たとえば変位）を生じるために十分なものである。
【０１０８】
これらのサンプルは治療領域に関わらず異なる複数の焦点に送信される。これらの焦点は、対象のボリュームまたはエリア全体にわたってランダムにまたは規則的に分散される。１組のサンプルが送信される。
【０１０９】
実際の治療のために、送信ビーム整形器５２はＨＩＦＵ用の音響エネルギーを生成する。高密度焦点式超音波トランスデューサ３４は、高密度焦点式超音波治療波形を発生させる。相対的な遅延同士により音響エネルギーが焦点合わせされる。所定の送信は、実質的に同時の、所与の複数の遅延での、異なる複数のエレメントによる音響エネルギーの送信に対応する。送信は、組織の治療のための超音波エネルギーのパルスを供給する。送信はたとえば、繰り返されるか、または、進行している（複数サイクルの）複数の波形を含んでいる。
【０１１０】
受信ビーム整形器５６は、患者の領域を表す超音波データを取得するよう構成されている。超音波データは温度関連情報の測定用、解剖学的情報の取得用、変位の検出用および／または他のデータの受信用である。解剖学的情報は、少なくとも部分的に、超音波データからのものである。
【０１１１】
受信ビーム整形器５６は、トランスデューサ５４の異なる複数のエレメントから受信される信号を個別に処理するための複数のチャネルを有する。各チャネルは、たとえば、遅延、位相回転器、増幅器、フィルタ、乗算器、加算器、アナログデジタル変換器、制御プロセッサ、これらの組み合わせ、および、任意の既知のまたは今後開発される受信ビーム整形器を含む。受信ビーム整形器５６はまた、異なる複数のチャネルからの信号を１つのビーム整形された信号に混合するための１つ以上の加算器を有する。後続のフィルタをさらに設けてもよい。他の現在既知のまたは今後開発される受信ビーム整形器を用いてもよい。１回の送信からの音響エコーを表す複数の電気信号は、受信ビーム整形器５６の複数のチャネルを通される。受信ビーム整形器５６は、走査領域内の１つ以上の位置を表す、同相かつ直角位相の、無線周波数、または、他のデータを出力する。検出前の、チャネルデータまたは受信ビーム整形されたデータは、プロセッサ６２によって用いられうる。
【０１１２】
受信ビーム整形された信号は、その後検出され、画像プロセッサ５８により超音波画像を生成するために用いられる。画像プロセッサ５８はＢ−モード／Ｍ−モード検出器、ドップラー／フロー／組織動き予測器、調波検出器、造影剤検出器、スペクトルドップラー予測器、これらの組み合わせ、または、現在既知のまたは今後開発される、受信信号から画像を生成するための装置である。画像プロセッサ５８は走査変換器を含んでよい。検出されたまたは予測された信号は、たとえば、走査変換の前または後に、プロセッサ６２によって用いられる。
【０１１３】
ディスプレイ６０はモニタ、ＬＣＤ、プラズマ、プロジェクタ、プリンタまたは他の既知のまたは今後開発されるディスプレイ装置である。ディスプレイ６０は、患者の領域および／または熱治療の影響を表す画像を表示するよう構成されている。たとえば、生体構造画像が表示される。別の例として、温度または関連情報は値、グラフまたは二次元表示として出力される。プロセッサ６２および／または画像プロセッサ５８はディスプレイ６０用の表示信号を生成する。表示信号は、たとえばＲＧＢ値であり、プロセッサ６２により使用可能である。
【０１１４】
プロセッサ６２は、制御プロセッサ、ビーム整形器プロセッサ、汎用プロセッサ、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、デジタルコンポーネント、アナログコンポーネント、ハードウェア回路、これらの組み合わせ、および、情報処理用の他の現在既知のまたは今後開発される装置である。プロセッサ６２はコンピュータコードにより、サンプル治療送信からの影響の位置を識別するように構成されている。たとえば、プロセッサ６２は、熱治療の治療領域への影響をモデル化する。治療領域内の１つ以上の位置の温度が、モデルへの入力に基づいて推定される。温度または温度関連情報を推定するために、コンピュータコードによって、機械学習モデルおよび／または熱モデルが実現される。このモデルは、１つ以上の入力特徴に基づいて推定するための、行列、アルゴリズムまたはこれらの組み合わせである。一実施形態では、プロセッサ６２は米国特許出願公開２０１１／００６０２２１（本明細書中に参照により含まれる）に開示されるように温度情報を推定する。他の実施形態では、プロセッサ６２はモデルを用いずに温度を推定するための１つ以上のパラメタの測定を用いる。
【０１１５】
プロセッサ６２は温度または他のイメージングに基づく情報からサンプルＨＩＦＵ送信の種々の焦点を検出する。たとえば、受信ビーム整形器５６から受信したデータが低線量の高密度焦点式超音波により生じるピーク加熱または他の治療に関連する位置を検出するために用いられる。たとえば、１つ以上のサンプルに関するビーム軌線または走査線が検出される。軌線の原点および／または交点がたとえば検出される。
【０１１６】
プロセッサ６２は、治療用トランスデューサ３２と関連する座標とイメージング用トランスデューサ３４と関連する座標との間の変換情報を決定する。変換情報は、たとえば、所定の治療用トランスデューサ３２とは別のイメージング用トランスデューサ３４についての、または、これらのグループについてのものである。一実施形態では、たとえば、全てのトランスデューサ３２、３４の共通のグリッドまたは座標系への変換情報が計算される。イメージング用トランスデューサ３４はたとえば共通の座標系上にあり、たとえば相対位置を検出するために異なるトランスデューサ３４からデータ相関を用いる。１つ以上の治療用トランスデューサ３２はイメージング用の座標系と位置合わせされる。
【０１１７】
変換情報は、治療用トランスデューサ３２から送信されてイメージング用トランスデューサ３４によって検出された複数のサンプルの焦点に基づいている。両方のシステムからの焦点を用いることにより、両座標空間の間の誤差が最少化される。任意の種類の変換情報が計算可能である。
【０１１８】
プロセッサ６２はイメージングシステム４０の複数画像から識別された治療領域に対する直接の治療に、変換情報を用いる。１つ以上のイメージング用トランスデューサ３４で取得される１つの画像上の１つの治療位置が受信される。１つ以上の治療用トランスデューサ３２からの高密度焦点式超音波の送信のための１つの治療位置が、変換情報を用いて決定される。イメージングシステム４０における位置が治療システム４２における位置に変換される。プロセッサ６２は、次いで、治療位置に対して、高密度焦点式超音波を送信させる。これらの位置は、治療システム４２に送信されるか、または、治療システム４２の焦点に関する制御のために用いられる。
【０１１９】
メモリ６４は、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）をイメージングと位置合わせするためのプログラムされたプロセッサによって実行可能な命令を示すデータが保存されている不揮発性コンピュータ読み取り可能媒体である。本明細書中に記載の処理、方法および／または技術を実現するための命令が、コンピュータ読み取り可能媒体またはメモリ、たとえば、キャッシュ、バッファ、ＲＡＭ、リムーバブル媒体、ハードドライブまたは他のコンピュータ読み取り可能媒体に保存されている。コンピュータ読み取り可能媒体には、様々な種類の揮発性および不揮発性の保存媒体が含まれる。図面中に記載のまたは本明細書中に記載の機能、ステップまたはタスクは、コンピュータ読み取り可能媒体に保存された１つ以上の命令の組に応じて実行される。機能、ステップまたはタスクは、特定の命令の組、記録媒体、プロセッサまたは処理ストラテジによらず、ソフトウェア、ハードウェア、集積回路、ファームウェア、マイクロコード等によって、単独でまたは組み合わせで実行可能である。同様に、処理ストラテジには、たとえば、多重処理、多重タスキング、並行処理等が含まれる。一実施形態では、命令は、ローカルまたはリモートシステムによる読み込みのためのリムーバブル媒体に保存される。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を通じた転送のためにリモート位置に保存される。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。
【０１２０】
本発明について種々の実施形態を参照して上記で説明したが、多くの変更および修正が、本発明の範囲から逸脱すること無くなしうる。したがって、上述の詳細な説明は、限定的なものではなく、例示的なものであり、添付の特許請求の範囲は、全ての均等物を含め、本発明の中心および範囲を定めるものではない。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【外国語明細書】
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