(57)【要約】【課題】  集束超音波治療装置及びその焦点制御方法を提供する。【解決手段】病変除去のために、超音波を照射する対象領域を入力される段階と、対象領域の形態によって、対象領域内での焦点移動経路を決定する段階と、決定された経路上に焦点を形成し、対象領域に超音波を照射する段階と、を含む集束超音波治療装置の焦点制御方法である。【選択図】      図１
2013022450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を照射して病変を除去する集束超音波治療装置の焦点制御方法において、
病変除去のために、超音波を照射する対象領域を入力される段階と、
前記対象領域の形態によって、前記対象領域内での焦点移動経路を決定する段階と、
前記決定された経路上に焦点を形成し、前記対象領域に超音波を照射する段階と、を含む焦点制御方法。
【請求項２】
前記超音波照射に使用する焦点のサイズを決定する段階をさらに含み、
前記経路を決定する段階は、前記決定された焦点のサイズによって、前記対象領域内での焦点移動経路を決定することを特徴とする請求項１に記載の焦点制御方法。
【請求項３】
前記経路を決定する段階は、
前記対象領域を特定する境界線と同じ形態の経路を設定することを特徴とする請求項１に記載の焦点制御方法。
【請求項４】
前記経路を決定する段階は、２以上の経路を設定することを特徴とし、
前記超音波を照射する段階は、互いに異なる経路上には、互いに異なるサイズの焦点を形成して超音波を照射することを特徴とする請求項１に記載の焦点制御方法。
【請求項５】
前記超音波を照射する段階は、
多重焦点を形成して超音波を照射することを特徴とする請求項１に記載の焦点制御方法。
【請求項６】
前記超音波を照射する段階は、
前記対象領域の中心からエッジへ行くほど、焦点のサイズを小さく形成して超音波を照射することを特徴とする請求項１に記載の焦点制御方法。
【請求項７】
前記超音波を照射する段階は、
超音波の照射時間を算出する段階と、
前記算出された照射時間の間、前記対象領域に超音波を照射する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の焦点制御方法。
【請求項８】
前記照射時間を算出する段階は、
超音波を発生させる地点から前記対象領域までの距離、臓器の組織構成及び体内血流拡散程度を利用し、前記対象領域に超音波を照射する場合、経時的な対象領域の温度変化を予測し、前記予測された温度を利用し、対象領域に伝達されるエネルギーが臨界値以上になる時間を計算し、これを照射時間として決定することを特徴とする請求項７に記載の焦点制御方法。
【請求項９】
前記超音波を照射する段階は、
前記決定された経路上で焦点が形成される位置を決定する段階と、
前記決定された位置間の順序を決定し、決定された順序によって焦点を形成し、超音波を照射する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の焦点制御方法。
【請求項１０】
前記対象領域を入力される段階は、
入力された対象領域に、焦点の制御が可能であるか否かを判断した後、制御が不可能であると判断された場合、他の対象領域を入力されることを特徴とする請求項１に記載の焦点制御方法。
【請求項１１】
超音波を照射して病変を除去する集束超音波治療装置において、
病変除去のために、超音波を照射する対象領域を入力される対象領域入力部と、
病変除去のために、超音波を照射する対象領域の形態によって、前記対象領域内での焦点移動経路を決定する経路決定部と、
電気的な信号を入力されて超音波を発生させる超音波変換器と、
前記決定された経路上に焦点を形成し、前記対象領域に超音波を照射するように、前記超音波変換器を制御する焦点制御部と、を含む集束超音波治療装置。
【請求項１２】
前記経路決定部は、超音波照射に使用する焦点のサイズによって、前記対象領域内での焦点移動経路を決定することを特徴とする請求項１１に記載の集束超音波治療装置。
【請求項１３】
前記経路決定部は、
前記対象領域を特定する境界線と同じ形態の経路を設定することを特徴とする請求項１１に記載の集束超音波治療装置。
【請求項１４】
前記経路決定部は、２以上の経路を設定することを特徴とし、
前記焦点制御部は、互いに異なる経路上には、互いに異なるサイズの焦点を形成して超音波を照射するように、前記超音波変換器を制御することを特徴とする請求項１１に記載の集束超音波治療装置。
【請求項１５】
前記焦点制御部は、多重焦点を形成して超音波を照射するように、前記超音波変換器を制御することを特徴とする請求項１１に記載の集束超音波治療装置。
【請求項１６】
前記焦点制御部は、前記対象領域の中心からエッジへ行くほど、焦点のサイズを小さく形成して超音波を照射するように、前記超音波変換器を制御することを特徴とする請求項１１に記載の集束超音波治療装置。
【請求項１７】
超音波の照射時間を算出する照射時間算出部をさらに含み、
前記焦点制御部は、前記照射時間算出部で算出された照射時間の間、前記対象領域に超音波を照射するように、前記超音波変換器を制御することを特徴とする請求項１１に記載の集束超音波治療装置。
【請求項１８】
前記照射時間算出部は、
超音波を発生させる地点から前記対象領域までの距離、臓器の組織構成及び体内血流拡散程度を利用し、前記対象領域に超音波を照射する場合、経時的な対象領域の温度変化を予測し、前記予測された温度を利用し、対象領域に伝達されるエネルギーが臨界値以上になる時間を計算し、これを照射時間として決定することを特徴とする請求項１７に記載の集束超音波治療装置。
【請求項１９】
前記焦点制御部は、
前記決定された経路上で焦点が形成される位置を決定し、決定された位置間の順序を決定した後、決定された順序によって焦点を形成し、超音波を照射するように、前記超音波変換器を制御することを特徴とする請求項１１に記載の集束超音波治療装置。
【請求項２０】
前記対象領域入力部は、
入力された対象領域に、焦点の制御が可能であるか否かを判断した後、制御が不可能であると判断された場合、他の対象領域を入力されることを特徴とする請求項１１に記載の集束超音波治療装置。
【請求項２１】
請求項１ないし請求項１０のうち、いずれか一項に記載の方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腫瘍の局所治療のための非浸襲的（noninvasive）手術に使われる集束超音波治療装置（focused  ultrasound  therapy  apparatus）に関する。
【背景技術】
【０００２】
医学の発達と共に、腫瘍に対する局所治療は、最近、最小浸襲的手術からさらに、非浸襲的手術が使われている。非浸襲的手術法のうち、高強度集束超音波（ＨＩＦＵ：high  intensity  focused  ultrasound）治療は、音波を利用することによって、人体に無害であるという長所によって広く使われている。高強度集束超音波治療とは、人体内部の病変（lesion）に高強度の超音波を集束して照射することによって、病変組織を壊死させる（necrotize）方式の治療方法である。組織に集束されて照射された超音波は、熱エネルギーに変換され、照射部位の温度を上昇させ、組織と血管とに凝固性壊死を起こさせる。このとき、温度は、瞬間的に上昇するので、照射部位周辺に熱拡散を防止しつつ、照射部位だけを効果的に除去することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、多様な形態で病変を除去しつつ、治療時間を短縮させるための集束超音波治療装置及びその焦点制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記技術的課題を解決するための本発明の一実施形態による集束超音波治療装置の焦点制御方法は、病変除去のために、超音波を照射する対象領域を入力される段階と、前記対象領域の形態（shape）によって、前記対象領域内での焦点移動経路を決定する段階と、前記決定された経路上に焦点を形成し、対象領域に超音波を照射する段階と、を含む。
【０００５】
または、前記経路を決定する段階以前に、超音波照射に使用する焦点のサイズを決定する段階をさらに含み、前記経路を決定する段階は、前記決定された焦点のサイズによって、前記対象領域内での焦点移動経路を決定することができる。
【０００６】
このとき、前記経路を決定する段階は、前記対象領域を特定する境界線（boundary）と同じ形態（shape）の経路を設定することができる。
【０００７】
または、前記経路を決定する段階は、２以上の経路を設定することを特徴として、前記超音波を照射する段階は、互いに異なる経路上には、互いに異なるサイズの焦点を形成して超音波を照射してもよい。
【０００８】
また、前記超音波を照射する段階は、多重焦点（multi-focus）を形成して超音波を照射してもよい。
【０００９】
また、前記超音波を照射する段階は、前記対象領域の中心からエッジへ行くほど、焦点のサイズを小さく形成して超音波を照射してもよい。
【００１０】
またはこのとき、前記超音波を照射する段階は、前記病変の除去のために必要な超音波の照射時間を算出する段階と、前記算出された照射時間の間、前記対象領域に超音波を照射する段階と、を含んでもよい。
【００１１】
また、前記照射時間を算出する段階は、超音波を発生させる地点から前記対象領域までの距離、臓器の組織構成及び体内血流拡散程度を利用し、前記対象領域に超音波を照射する場合、経時的な対象領域の温度変化を予測し、前記予測された温度を利用し、対象領域に伝達されるエネルギーが臨界値以上になる時間を計算し、これを照射時間として決定することができる。
【００１２】
またはこのとき、前記超音波を照射する段階は、前記決定された経路上で焦点が形成される位置を決定する段階と、前記決定された位置間の順序を決定し、決定された順序によって焦点を形成し、超音波を照射する段階を含んでもよい。
【００１３】
またはこのとき、前記対象領域を入力される段階は、入力された対象領域に、焦点の制御が可能であるか否かを判断した後、制御が不可能であると判断された場合、他の対象領域を入力されてもよい。
【００１４】
前記技術的課題を解決するための本発明の他の実施形態による集束超音波治療装置は、病変除去のために、超音波を照射する対象領域を入力される対象領域入力部と、病変除去のために、超音波を照射する対象領域の形態によって、前記対象領域内での焦点移動経路を決定する経路決定部と、電気的な信号を入力されて超音波を発生させる超音波変換器（transducer）と、前記決定された経路上に焦点を形成し、対象領域に超音波を照射するように、前記超音波変換器を制御する焦点制御部と、を含んでもよい。
【００１５】
このとき、前記経路決定部は、超音波照射に使用する焦点のサイズによって、前記対象領域内での焦点移動経路を決定することができる。
【００１６】
また、前記経路決定部は、前記対象領域と同じ重心を有し、前記対象領域を特定する境界線と同じ形態の経路を設定することができる。
【００１７】
またはこのとき、前記経路決定部は、２以上の経路を設定することを特徴として、前記焦点制御部は、互いに異なる経路上には、互いに異なるサイズの焦点を形成して超音波を照射するように、前記超音波変換器を制御することができる。
【００１８】
また、前記焦点制御部は、多重焦点を形成して超音波を照射するように、前記超音波変換器を制御することができる。
【００１９】
またこのとき、前記焦点制御部は、前記対象領域の中心からエッジへ行くほど、焦点のサイズを小さく形成して超音波を照射するように、前記超音波変換器を制御することができる。
【００２０】
または、前記病変の除去のために必要な超音波の照射時間を算出する照射時間算出部をさらに含み、前記焦点制御部は、前記照射時間算出部で算出された照射時間の間、前記対象領域に超音波を照射するように、前記超音波変換器を制御することができる。
【００２１】
このとき、前記照射時間算出部は、超音波を発生させる地点から前記対象領域までの距離、臓器の組織構成及び体内血流拡散程度を利用し、前記対象領域に超音波を照射する場合、経時的な対象領域の温度変化を予測し、前記予測された温度を利用し、対象領域に伝達されるエネルギーが臨界値以上になる時間を計算し、これを照射時間として決定することができる。
【００２２】
またこのとき、前記焦点制御部は、前記決定された経路上で焦点が形成される位置を決定し、決定された位置間の順序を決定した後、決定された順序によって焦点を形成し、超音波を照射するように、前記超音波変換器を制御することができる。
【００２３】
またこのとき、前記対象領域入力部は、入力された対象領域に、焦点の制御が可能であるか否かを判断した後、制御が不可能であると判断された場合、他の対象領域を入力されてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、入力された対象領域の形態によって、対象領域内での焦点移動経路を決定し、決定された経路上に焦点を形成し、超音波を照射することによって、多様な形態で病変を除去することができる。また、使用する焦点のサイズ、超音波の照射時間、経路上に焦点を形成する位置及び順序などをあらかじめ決定し、これによって超音波を照射することによって、治療時間を短縮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態による集束超音波治療装置が実際に使われる例を図示した図である。
【図２】本発明の一実施形態による集束超音波装置に入力される対象領域の例を図示した図である。
【図３Ａ】対象領域に焦点が移動する経路を図示した図である。
【図３Ｂ】対象領域に焦点が形成される位置を図示した図である。
【図３Ｃ】対象領域に焦点が形成される順序を図示した図である。
【図４】対象領域に多重焦点を形成した例を図示した図である。
【図５Ａ】対象領域で焦点が移動する経路を決定する具体的な方法を図示した図である。
【図５Ｂ】対象領域で焦点が移動する経路を決定する具体的な方法を図示した図である。
【図５Ｃ】対象領域で焦点が移動する経路を決定する具体的な方法を図示した図である。
【図６】本発明の他の実施形態による、対象領域で焦点が移動する経路、焦点が形成される位置及び順序を図示した図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態による集束超音波治療装置の焦点制御方法について説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明のさらに他の実施形態による集束超音波治療装置の焦点制御方法について説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明のさらに他の実施形態による集束超音波治療装置の焦点制御方法について説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態による集束超音波治療装置の焦点制御方法について説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態の特徴についてさらに明確に説明するために、以下の実施形態が属する技術分野で当業者に広く知られている事項については、詳細な説明は省略する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態による集束超音波治療装置が実際に使われる例を図示した図である。図１を参照すれば、本発明の一実施形態による集束超音波治療装置（focused  ultrasound  therapy  apparatus）１００は、対象領域入力部１１０、経路決定部１２０、焦点制御部１３０及び超音波変換器１４０を含んでもよい。
【００２８】
図１に図示されているように、超音波変換器１４０は、被検者１０２が横になっているベッド１０４の内部に設けられ、被検者１０２の身体内部の特定部位に超音波を照射して病変（lesion）を除去することができる。このとき、被検者１０２とベッド１０４との間には、超音波の伝達に助けとなるゲル（gel）パッド１０６が位置しうる。また、本発明の一実施形態での超音波変換器１４０は、図１の拡大図から分かるように、真ん中が凹型の円板型の支持板１１２に、それぞれが超音波を発生させる多数のエレメント（element）１１４が配置され、各エレメント１１４によって発生する超音波の位相を制御することによって、一定の対象領域に対して焦点の位置を変更しつつ、超音波を照射することができ、また多重焦点（multi-focus）を形成することもできる。このような超音波変換器１４０は、位相を制御する方式の集束超音波治療装置で、一般的に使われるものであるから、これについての詳細な説明は省略する。以下では、集束超音波治療装置１００の具体的な動作について説明する。
【００２９】
集束超音波治療装置１００の動作は、対象領域入力部１１０で、超音波を照射しようとする対象領域を入力することから始まる。ここで、対象領域とは、超音波変換器の位相制御を介して焦点の位置を移動させ、超音波を照射することができる領域を意味する。従って、位相制御を介して焦点の位置を移動させることができる対象領域のサイズには、限界があり、現在の一般的に、１０〜２０ｍｍほどに具現されている。従って、具現可能な対象領域より大きい病変を除去しようとするときには、病変を複数個の対象領域に分けて超音波を照射する。ところで、従来には、集束超音波治療装置ごとに設定することができる対象領域の形態（例えば、円形）及びサイズが決められており、病変の形態によって多様に対象領域を設定することが不可能であった。すなわち、多様な形態の病変に対して効率的に対応することができず、このような問題点は、特に病変のエッジ部分で深刻に現れ、治療時間を延長させる原因になった。
【００３０】
一方、本発明の一実施形態による集束超音波治療装置１００は、装置を運用（operating）するユーザから、自由に決定した形態の対象領域を入力され、対象領域の形態によって、焦点が移動する経路を決定し、超音波照射を行うことによって多様な形態の病変に効率的に対応を行うことができる。また、対象領域入力部１１０は、ユーザから入力された対象領域が、焦点の制御が可能である領域であるか否かを判断し、制御が不可能である領域である場合、新たな対象領域をさらに入力することもできる。対象領域入力部１１０で入力された対象領域は、経路決定部１２０及び焦点制御部１３０に伝えられ、焦点が移動する経路の決定及び使用する焦点のサイズの決定などに使われる。
【００３１】
経路決定部１２０は、入力された対象領域の形態によって、焦点が移動する経路を決定する。具体的には、対象領域を特定する境界線（boundary）と同一形態または類似した形態になるように経路を決定することができる。例えば、対象領域が菱形の形態をしているのであるならば、経路もまた菱形の形態によって決定することができる。このとき、対象領域と類似した形態を有する、互いに異なる割合で縮小された複数個の経路を決定することができ、または対象領域と同じ形態及び重心を有する互いに異なる割合で縮小された複数個の経路を決定することもできる。経路の決定についての詳細な説明は、図５について説明部分で行う。経路決定部１２０は、決定した経路を焦点制御部１３０に伝達し、経路に沿って焦点を移動させ、超音波照射を可能にする。
【００３２】
焦点制御部１３０は、入力された対象領域及び決定された経路によって、対象領域に焦点を形成して超音波を照射するように、超音波変換器１４０を制御することができる。焦点制御部１３０は、決定された経路によって、使用する焦点のサイズを決定し、このとき、互いに異なる複数個の経路については、使用する焦点のサイズをそれぞれ異なって決定することもできる。例えば、対象領域の中心では、大きい焦点を使用し、治療時間が短縮されるという効果を得ることができ、対象領域のエッジへ行くほど、焦点のサイズを小さくすることにより、精密な照射を可能にすることができる。焦点制御部１３０は、超音波変換器１４０が、多重焦点（multi-focus）を形成するように制御することができ、超音波変換器１４０の各エレメント１１４で発生する超音波の位相を制御することによって、多重焦点のサイズ及び形成される位置を制御することができる。また、焦点制御部１３０は、経路決定部１２０で決定された経路上で焦点が形成される位置及び順序を決定し、これによって、超音波照射を行うように、超音波変換器１４０を制御することもできる。また、焦点制御部１３０が使用する焦点のサイズをまず決定し、これを経路決定部１２０に知らせれば、経路決定部１２０は、決定された焦点のサイズ及び対象領域の形態によって、焦点が移動する経路を決定することもできる。
【００３３】
本発明の他の実施形態による集束超音波治療装置１００は、付加的に照射時間算出部１５０をさらに含んでもよい。照射時間算出部１５０が、対象領域に超音波を照射する照射時間をあらかじめ算出すれば、焦点制御部１３０は、算出された照射時間ほど超音波を照射するように、超音波変換器１４０を制御することによって、治療時間の短縮を図ることができる。照射時間算出部１５０で、対象領域の組織が壊死するのに必要な最小限の時間を算出する具体的な方法は、次の通りである。
【００３４】
まず、焦点が移動する経路及び使用する焦点のサイズなどが決定されれば、次の式（１）のPennesの生物熱伝達方程式（Pennes’ bioheat transfer equation）を利用して超音波の照射する場合、対象領域での経時的な温度変化を求めることができる。
【００３５】
【数１】
2013022450.tif 000003
前記式（１）で、ρは対象領域組織の密度、Ｃｔは組織の比熱、ｋは組織の熱伝導率、Ｗｂは血管流（blood  perfusion）、Ｃｂは血液の比熱、Ｔａは血液の温度、αは組織減殺係数、ｆは超音波の周波数、ｐは超音波の圧力、そしてｃは超音波の速度を意味する。超音波を発生させる超音波変換器１４０から対象領域までの距離が分かれば、前記式（１）を利用し、対象領域での経時的な温度変化を求めることができる。
【００３６】
対象領域での経時的な温度変化を求めれば、次の式（２）のSapareto and  Dewey方程式を利用し、組織の壊死に必要な照射時間を算出することができる。
【００３７】
【数２】
2013022450.tif 000004
前記式（２）で、
【００３８】
【数３】
2013022450.tif 000005
は、照射時間の間の対象領域の平均温度であり、Ｒは、
【００３９】
【数４】
2013022450.tif 000006
によって値が変わる定数であり、
【００４０】
【数５】
2013022450.tif 000007
が４３℃であるならば、Ｒ＝０．５であり、４３℃未満であるならば、Ｒ＝０．２５である。ｔ４３は、熱照射量（thermal  dose）を意味し、単位はＣＥＭ（cumulative  equivalent  minutes）であり、ｔ４３が２４０ＣＥＭであるならば、組織は、壊死したものであると判断することができる。例えば、平均４３℃の温度で、２４０分が経過すれば、組織は、壊死されたものであると判断する。従って、ｔ４３＝２４０ＣＥＭにするｔｆを計算すれば、組織の壊死に必要な照射時間になる。
【００４１】
前記のような方法で、照射時間算出部１５０が必要な最小照射時間を算出し、焦点制御部１３０は、算出された時間の間ほど超音波を照射するように、超音波変換器１４０を制御することによって、治療時間を短縮させることができる。
【００４２】
図２は、本発明の一実施形態による集束超音波装置に入力される対象領域の例を図示した図である。図２を参照すれば、除去しようとする病変２１０上に超音波を照射しようとする対象領域２２０が設定された。病変２１０の形態によって、対象領域２２０の形態を決定することによって、多様な形態の病変をさらに効率的に除去することができるのである。集束超音波治療装置を運用するユーザが対象領域を設定する方法は、多様に具現され、例えば、複数の地点（point）２２１ないし２２６をユーザが指定すれば、指定された地点を連結した多角形の内部を対象領域として設定することができる。このとき、対象領域は、焦点制御部１３０が焦点を制御することができる形態として設定されねばならないので、対象領域入力部１１０は、入力された対象領域に、焦点の制御が可能であるか否かを判断し、不可能である場合には、新たな対象領域を入力される。図２に図示された対象領域２２０は、病変２１０上に形成されるいずれか１つの対象領域２２０だけを例示的に表したものであり、これと類似した方法で病変２１０上には、他の複数の対象領域が形成されてもよい。
【００４３】
図３Ａないし図６は、本発明の他の実施形態による集束超音波装置の焦点制御方法について説明するための図である。入力された対象領域によって、焦点が移動する経路、使用する焦点のサイズ、焦点が形成される位置及び順序を決定する具体的な方法について、前記図面を参照しつつ、以下で説明する。
【００４４】
図３Ａないし図３Ｃは、対象領域２２０に焦点が移動する経路、焦点が形成される位置及び順序を図示した図である。図３Ａで対象領域２２０には、対象領域２２０と同じ形態の焦点移動経路３１０が設定された。図３Ｂでは、経路３１０上に形成される焦点３１５の位置及び形態を表した。焦点は、経路３１０上に表示された位置に形成され、このとき、一定の順序によって、各位置に焦点が形成される。使用する焦点のサイズによって、経路３１０上に形成される焦点の個数が決定される。さらに大きい焦点を使用すれば、同じ経路上に形成される焦点の個数が減少するので、治療時間は短縮されるが、精密さが低下する。従って、エッジに比べて、比較的精密性が要求されない中心では、大きい焦点を形成し、エッジへ行くほど焦点のサイズを小さく形成することによって、全体的に治療時間を短縮させることができる。図３Ｃでは、対象領域２２０に２つの経路３１０，３２０が設定され、これら経路３１０，３２０及び対象領域２２０の重心に形成される焦点３１５，３２５，３３５を表した。また、図３Ｃでは、焦点が経路に沿って形成される順序を、重心に形成される焦点３３５、及び内側の経路３２０に形成される焦点３２５に数字で表示した。換言すれば、対象領域２２０の重心に形成される焦点に表示された数字が１であるから、まず第一に形成され、次に、２、３、４の数字が表示された焦点が形成されるということを意味する。このような焦点が形成される順序は、状況によって、制御が便利な方向にいくらでも自由に設定することができる。
【００４５】
図４は、対象領域２２０に多重焦点を形成した例を図示した図である。図４を参照すれば、多重焦点を形成する方式を介して、焦点のサイズを調節する。対象領域２２０の重心に形成される多重焦点３３５のサイズが最も大きく、内側の経路３２０に形成された焦点３２５より、外側の経路３１０に形成された焦点３１５のサイズが、さらに小さいということを確認することができる。このように、多様な形態の多重焦点を形成することは、超音波変換器の各エレメントの位相制御を介して可能である。
【００４６】
図５Ａないし図５Ｃは、対象領域２２０に焦点が移動する経路を決定する具体的な方法を図示した図である。まず、対象領域２２０の重心点を求める。図５Ａには、対象領域２２０の重心点４１０、及び重心点４１０と対象領域２２０の各頂点２２１ないし２２６とを連結する線分４２１ないし４２６を表した。次に、図５Ｂでのように、各線分４２１ないし４２６上に位置し、対象領域２２０の頂点２２１ないし２２６から、重心点４１０までの距離を、一定の割合で分ける地点４３１ないし４３６を求める。このとき、距離を分ける比率は、対象領域のサイズ及び使用する焦点のサイズなどを考慮し、適切に定めることができる。前記地点４３１ないし４３６を連結し、焦点が移動する経路４２０として設定する。図５Ｃには、同じ方法で、１つの経路４２０以外に、さらなる経路４３０をさらに設定したところを図示した。
【００４７】
図６は、本発明の他の実施形態による、対象領域で焦点が移動する経路、焦点が形成される位置及び順序を図示した図である。図６から分かるように、対象領域６００は、円形になるように設定することもできる。円形の対象領域６００には、対象領域と同じ重心点を有して円形の複数個の焦点移動経路６１０，６２０が設定することができる。使用する焦点のサイズは、対象領域６００の重心点に形成される焦点６３５のサイズが最も大きく、外側の経路６１０に形成される焦点６１５が最も小さい。各焦点に表示された数字は、焦点が形成される順序を意味する。すなわち、１が表示された重心点に形成される焦点６３５がまず最初に形成され、次に、内側経路６２０上に形成される焦点６２５のうち、２が表示された焦点が形成される。このとき、同じ数字が表示された、すなわち、同じ順序を有する焦点が複数個存在するが、これは、対称性を利用し、同時に複数個の焦点を形成するように、超音波変換器を制御できるためである。このように、同時に複数個の焦点を形成するように制御することによって、治療時間を短縮させることができる。
【００４８】
図７ないし図１１は、本発明のさらに他の実施形態による集束超音波治療装置の焦点制御方法について説明するためのフローチャートである。以下では、図７ないし図１１を参照しつつ、本発明のさらに他の実施形態による集束超音波治療装置の焦点制御方法について詳細に説明する。
【００４９】
図７を参照すれば、まず、超音波を照射しようとする対象領域を入力される（Ｓ７０１）。ここで、対象領域とは、超音波変換器の位相制御を介して、焦点の位置を移動させ、超音波を照射することができる領域を意味する。従って、位相制御を介して、焦点の位置を移動させることができる対象領域のサイズには、限界があり、現在一般的に、１０〜２０ｍｍほどに具現されている。従って、具現可能な対象領域よりさらに大きい病変を除去しようとするときには、病変を複数個の対象領域に分けて超音波を照射する。ところで、従来には、集束超音波治療装置ごとに設定することができる対象領域の形態（例えば、円形）及びサイズが決められており、病変の形態によって、多様に対象領域を設定することが不可能であった。すなわち、多様な形態の病変に対して効率的に対応することができず、このような問題点は、特に病変のエッジ部分で深刻に現れ、治療時間を延長させる原因になった。一方、本発明の一実施形態による集束超音波治療装置の焦点制御方法は、装置を運用するユーザが、自由に決定した形態の対象領域を入力され、対象領域の形態によって、焦点が移動する経路を決定し、超音波照射を行うことによって、多様な形態の病変に効率的に対応を行うことができる。
【００５０】
対象領域を入力されれば、対象領域が、焦点制御が可能である領域であるか否かを判断し、不可能である領域であると判断される場合、Ｓ７０１段階に戻り、新たな対象領域を入力され、可能である領域であると判断される場合、Ｓ７０５段階に進む（Ｓ７０３）。Ｓ７０５段階では、対象領域の形態によって、対象領域内での焦点移動経路を決定する。本発明のさらに他の実施形態によるＳ７０５段階の具体的な細部段階は、図８に図示した。図８を参照すれば、対象領域の重心点を求め（Ｓ８０１）、対象領域と同じ重心点を有し、対象領域を特定する境界線と同一であるか、あるいは類似した形態の経路を決定する（Ｓ８０３）。対象領域を特定する境界線と同一であるか、あるいは類似した形態の経路を決定する具体的な方法は、図５Ａないし図５Ｃの説明部分で説明したので、ここでは、具体的な説明は省略する。Ｓ８０３段階で、経路を設定したならば、対象領域内に他の経路を追加する必要があるか否かを判断した後、必要であると判断されれば、Ｓ８０３段階に戻り、再び経路を設定し、必要ではないと判断されれば、経路を決定する作業を終了する。このとき、他の経路を追加する必要があるか否かに係わる判断は、対象領域の形態及び使用する焦点のサイズなどを考慮して行われる。
【００５１】
経路が決定されれば、図７のＳ７０７段階に進み、決定された経路に沿って焦点を形成し、超音波照射を行う。本発明のさらに他の実施形態によるＳ７０７段階の具体的な細部段階は、図９に図示した。図９を参照すれば、図７のＳ７０５段階で、焦点が移動する経路が決定されたならば、経路上に形成される焦点のサイズを決定する（Ｓ９０１）。決定された焦点のサイズを反映し、経路上で焦点が形成される位置及び順序を決定し（Ｓ９０３）、決定された経路、焦点のサイズ及び焦点が形成される位置を利用し、病変の除去のために必要な超音波の照射時間を算出する（Ｓ９０５）。Pennesのbioheat  transfer  equationと、Apareto  and  Dewey  equationとを利用して照射時間を算出する具体的な方法は、図１についての説明部分で説明したので、ここでは、具体的な説明を省略する。そして、決定された経路、焦点のサイズ、焦点が形成される位置及び順序、照射時間によって、対象領域に超音波を照射する（Ｓ９０７）。
【００５２】
再び図７に戻り、Ｓ７０７段階で超音波の照射が行われたならば、病変が除去されたか否かをモニタリングし、もし除去が完了していないとするならば、Ｓ７０７段階に戻って超音波照射をさらに行い、除去が完了したとするならば、プロセスを終了する（Ｓ７０９）。
【００５３】
図１０は、本発明のさらに他の実施形態による集束超音波治療装置の焦点制御方法について説明するためのフローチャートである。図１０を参照すれば、対象領域を入力され（Ｓ１００１）、焦点が移動する経路を決定する前に、使用する焦点のサイズをまず決定する（Ｓ１００３）。そして、入力された対象領域の形態及び決定された焦点のサイズによって、焦点が移動する経路を決定する（Ｓ１００５）。すなわち、対象領域を特定する境界線と同一であるか、あるいは類似した形態で、焦点が移動する経路を決定し、複数個の経路を設定する場合、各経路上に形成される焦点のサイズによって、経路間の距離を決定する。次に、経路上で焦点が形成される位置及び順序を決定し（Ｓ１００７）、病変除去のために必要な超音波の照射時間を算出（Ｓ１００９）した後、決定されたサイズ、経路、照射時間、位置及び順序によって、焦点を形成し、超音波を照射（Ｓ１０１１）することにより、プロセスは終了する。
【００５４】
以上意、本発明についてその望ましい実施形態を中心に説明した。本発明に属する技術分野で当業者であるならば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態で具現することができるということを理解することができるであろう。従って、開示された実施形態は、限定的な観点ではなくして、説明的な観点から考慮されねばならない。本発明の範囲は、前述の説明ではなくして、特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にあるあらゆる差異点は、本発明に含まれたものであると解釈されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、非侵襲治療関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１００    集束超音波治療装置
１０２    被検者
１０４    ベッド
１０６    ゲルパッド
１１２    支持板
１１４    エレメント
１１０    対象領域入力部
１２０    経路決定部
１３０    焦点制御部
１４０    超音波変換器
１５０    照射時間算出部
２１０    病変
２２０，６００    対象領域
２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，４３１，４３２，４３３，４３４，４３５，４３６    地点
３１０，３２０，４２０，４３０，６１０，６２０    経路
３１５，３２５，３３５，６１５，６２５，６３５    焦点
４１０    重心点
４２１，４２２，４２３，４２４，４２５，４２６    線分
【図１】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図２】
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