(57)【要約】  高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システムは、ビーム経路に沿って集束超音波ビームを放出する超音波トランスデューサを有する。超音波トランスペアレントなウィンドウは、ビーム経路に位置付けられる。集束超音波ビームが向けられる対象を冷却する流体冷却システムが提供される。流体冷却システムは、超音波トランスペアレントなウィンドウに隣り合って載置される流体レセプタクルと、冷却剤を冷却し、冷却剤を流体レセプタクルに通過させ、すなわち流体レセプタクルへ／から通過させる、冷却ユニットと、を有する。脱気モジュールは、好適には、冷却剤から揮発性成分を除去するフィルタを有する。溶解した空気又は他の気体が冷却剤から除去され、その結果、冷却剤中の気泡の形成が回避され又は少なくとも抑制される。
2016517790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システムであって、
ビーム経路に沿って集束超音波ビームを放出する超音波トランスデューサと、
前記ビーム経路に位置付けられる超音波トランスペアレントなウィンドウと、
集束超音波ビームが方向づけられる対象の冷却を提供する流体冷却システムと、
を有し、前記流体冷却システムが、
前記超音波トランスペアレントなウィンドウに隣り合って配される流体レセプタクルと、
冷却剤を冷却し、前記流体レセプタクルに冷却剤を通過させる冷却ユニットと、
冷却剤から空気又は気体のような揮発性成分を除去する脱気モジュールと、
患者支持体であって、前記流体レセプタクルが、患者を受ける患者支持体の面において該患者支持体に一体化される冷却キャビティとして形成されている、患者支持体と、
を有する、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システム。
【請求項２】
前記冷却ユニットは、冷却剤から空気又は気体のような揮発性成分をフィルタ除去するフィルタを具備する、請求項１に記載の高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システム。
【請求項３】
前記流体レセプタクルが気密な筐体を有する、請求項１に記載の高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システム。
【請求項４】
自己閉鎖接続によって前記冷却ユニット及び前記流体レセプタクルに接続され、冷却剤を供給し及び受け取る流体チャネルを更に有する、請求項１に記載の高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システム。
【請求項５】
前記流体レセプタクル内の冷却剤の温度を測定する温度センサを具備する、請求項１に記載の高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システム。
【請求項６】
ＭＲＩガイドされる高密度焦点式超音波治療システムであって、
検査領域を有するとともに、前記検査領域から温度感受性の磁気共鳴信号を取得し、前記磁気共鳴信号から空間温度分布を再構成するＭＲＩモジュールと、
ビーム経路が前記検査領域を少なくとも部分的に通るように構成された、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システムと、
を有し、前記磁気共鳴信号の温度敏感性は、集束超音波ビームが方向づけられる対象の一部の横緩和時間（Ｔ２）の温度依存に基づく、ＭＲＩガイドされる高密度焦点式超音波治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体冷却システムを有する高密度焦点式超音波治療システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような高密度焦点式超音波治療システムは、国際出願第2012/052847号公報から知られている。
【０００３】
知られている高密度焦点式超音波治療システムは、非ターゲット組織を能動的に冷却することによって非ターゲット組織の温度を能動的に調整する。超音波照射は、ターゲット組織を能動的に加熱するためにターゲット組織にフォーカスされる。温度フィールドは、ターゲット組織及び非ターゲット組織を有する領域においてモニタされる。超音波フォーカシングは、モニタされた温度フィールドに基づいてフォーカスのロケーションを調整し又はフォーカスの強度を調整することによって、調整される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
国際出願第2012/098482号公報は、磁気共鳴イメージングシステムと組み込まれるＨＩＦＵシステムに言及している。しかしながら、超音波粉砕（ソニケート）される対象を冷却する冷却システムについては言及されていない。米国特許第2008/0077056号明細書は、流体循環システム及び脱気器を有するＨＩＦＵシステムを開示している。流体入口及び出口は、トランスデューサの表面に隣り合う流体経路と連通するように提供される。知られているＨＩＦＵシステムの流体循環は、患者の直腸壁を冷やすように機能する。
【０００５】
本発明の目的は、処置される患者の感受性組織の不所望の加熱をより正確に回避する高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、本発明による高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システムによって達成され、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システムは、ビーム経路に沿って集束超音波ビームを放出する超音波トランスデューサと、ビーム経路に位置付けられる超音波トランスペアレントなウィンドウと、集束超音波ビームが方向付けられる対象の冷却を提供する流体冷却システムと、を有し、流体冷却システムは、超音波トランスペアレントなウィンドウに隣り合って取り付けられた流体レセプタクルを有し、超音波トランスペアレントなウィンドウは、処置される患者が配置される患者担体の支持面に取り付けられ、流体冷却システムは更に、冷却剤を冷却し、冷却剤を流体レセプタクルに通過させる冷却ユニットと、冷却剤から、空気又は気体のような揮発性成分を除去する脱気モジュールと、を有する。
【０００７】
本発明の洞察は、溶解した空気又は他の気体又は気泡のような揮発性成分が冷却剤から除去され、冷却剤中の気泡の形成が回避され又は少なくとも抑制されることである。このような気泡は、冷却剤に送信される超音波ビームと干渉しうる。特に、冷却剤自体と大幅に異なる音響インピーダンスを有する任意の「粒子」は、冷却剤に送信される超音波ビームと干渉しうる。これは、例えば任意の気泡又は固体粒子でありうる。このような気泡は、それらが生じるとき、超音波トランスデューサから放出される超音波照射の散乱及び反射により、超音波ビーム及び超音波フォーカスを乱すことがある。更に、溶解した空気又は他の気体は、高強度超音波フィールドに曝露される場合にキャビテーション及びその結果として局所化された加熱を一層容易にもたらすマイクロバブルを形成する。結果として、冷却剤中の気泡及び溶解した空気又は気体は、特に加熱されるべきでない患者の皮膚において、組織の制御できない加熱を生じさせうる。これらの気泡が形成されることを回避することによって、超音波照射が集束されるターゲットゾーンの外側の組織のこのような不所望の加熱が、効果的に回避される。特に、処置される患者の皮膚熱傷が回避される。
【０００８】
本発明の高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システムは、集束超音波ビームを生成する超音波トランスデューサを装備する。特に、通常マトリクス形式で配置される複数のトランスデューサ素子を有するトランスデューサアレイが用いられるが、トランスデューサ素子のランダムな空間装置も可能である。フォーカスは、個別のトランスデューサ素子の位相を（電子的に）調整することによって生成され制御される。更に、超音波トランスデューサは全体として、フォーカスの位置を調整するために機械的に移動され、並進され、回転されることができる。集束超音波ビームは、超音波トランスペアレントなウィンドウを通じて放出される。超音波トランスペアレントなウィンドウは、例えば患者担体に組み込まれ、処置される患者は、担体上に、集束超音波照射による処置のために配置される。特に、超音波トランスペアレントなウィンドウは、処置される患者が配置される患者担体の支持面に搭載される。超音波トランスデューサは、例えば支持面の下の、患者担体に搭載されるトランスデューサタンク内に取り付けられる。流体レセプタクルは、トランスデューサタンクの上部に、すなわち、患者担体の支持面と対向する側に取り付けられる。トランスデューサタンクは、通常、良好な超音波透過性を有し且つ処置される患者の超音波インピーダンスに近い又は等しい超音波インピーダンスを有する物質で充填される：水は良好な選択であり、代替として、水の近い音響インピーダンスを有する液体が使用されることができる。例えば、多くの油が適している。しかしながら、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）ガイドされるＨＩＦＵシステムにおいて、液体は更に、良好なＭＲＩ特性を有するべきである。ＭＲＩスキャナ内に大量に導入される場合、高い誘電率を有する水は、波長を短縮することによってＭＲＩスキャナの高周波送信フィールド（いわゆるＢ１磁界）に影響を及ぼす。その結果、特に３ＴのＭＲＩスキャナのような高磁界強度ＭＲＩスキャナでは、送信フィールドが、歪められることがありうる。従って、水より低い誘電率を有する適切な油又は他の液体が、ＭＲＩガイドされるＨＩＦＵシステムのトランスデューサタンク内において使用されることが多い。
【０００９】
ＨＩＦＵ治療の間、患者は、直接に又はゲルパッドのような結合媒体を介して、超音波ウィンドウの上部に位置し、その結果、音響エネルギーが、患者に送信されることができる。人間体温調節システムは、３７°に近い中核体温を維持し、温度は、皮下脂肪及び皮膚層を通じて低下し、超音波接触媒質及び超音波ウィンドウを通じて超音波タンク内の液体温度に向かって低下する。
【００１０】
超音波タンク内の液体温度は、通常、最初は室温である。しかしながら、患者は接触インタフェース及び超音波タンク内の液体を加熱する熱源であるので、これらの層の温度は一定でない。更に、これらのインタフェース及びタンク液体は、超音波ソニケーションの最中のそれぞれ異なる層の音響損失により及び例えばトランスデューサによってもたらされる電気損失により、加熱されうる。その結果、タンク液体及びインタフェース温度は、治療の進行において増大する傾向があり、これは、皮膚及び皮下脂肪の温度を上昇させ、従って、最悪の場合には熱傷をもたらす組織の過剰な加熱のリスクを高める。
【００１１】
超音波コンタクトの加熱を回避し、対象、特に、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システムが動作中であるときに超音波ビームが向けられる処置されるべき患者、の一部を冷却するために、流体冷却システムが提供される。流体冷却システムは流体レセプタクルを有する。流体冷却剤が、流体レセプタクルに通過され、すなわち、冷却剤によって受け取られる熱が、レセプタクルから運び出され、より低い温度の冷却剤がレセプタクルに供給されるように、流体冷却剤が、流体レセプタクルへ／から通過される。従って、冷却剤が通過するレセプタクルは、処置される患者から熱を除去するために熱を受け取る。冷却剤を有するレセプタクルは、トランスデューサタンクの上部に取り付けられ、例えば、流体レセプタクルは、患者支持体に組み込まれる、特にトランスデューサタンクの上部に組み込まれる、冷却キャビティとして形成される。この構造は、簡素であるとともに、冷却剤と患者皮膚との間に良好な熱接触を提供する。流体レセプタクルは、超音波ウィンドウに隣り合って載置されるので、処置される患者が、超音波照射による処置のために超音波ウィンドウ上の適切な位置に配置されるとき、熱接触が、処置される患者身体と流体レセプタクルとの間に確立される。流体レセプタクルの冷却剤によって受け取られる処置される患者からの熱を運び出すために、冷却剤が、冷却ユニットによって流体レセプタクルを通過される。冷却ユニットは、流体レセプタクルから戻る冷却剤を冷却するための熱交換器を有する。冷却ユニットは、冷却された流体を、流体レセプタクルに通過させる。冷却ユニットは、流体レセプタクルを通る冷却剤のフローを生成するために、流体ポンプを装備する。
【００１２】
気泡の形成を回避するために、脱気モジュールが、冷却剤から揮発性成分を除去するために、流体冷却システムに提供される。
【００１３】
本発明のこれら及び他の見地は、従属請求項に規定される実施形態を参照して更に詳しく述べられる。
【００１４】
本発明の１つの見地によれば、例えばチェックバルブを有するクイックカップリング油圧コネクタのような自動閉鎖接続部が、管体のような流体チャネルを、流体レセプタクル及び冷却ユニットに接続するために用いられる。このようにして、閉鎖流路が、冷却ユニット、流体チャネル及び流体レセプタクルによって形成され、それらの中には気体又は揮発性成分がほとんど又は全くリークすることができない。
【００１５】
本発明の更に別の見地によれば、冷却キャビティとして形成される流体レセプタクルは、気密な筐体を装備する。これは更に、冷却剤への揮発性成分のリークを回避する。これは、冷却剤中における気泡の形成を低減する。
【００１６】
本発明の別の見地によれば、揮発性成分をフィルタ除去するフィルタが、冷却ユニットに設けられる。こうして、例えば空気又は他の気体のような揮発性成分の残留量が、冷却剤から除去される。従って、冷却剤中の気泡形成の一層の低減が達成される。
【００１７】
本発明の別の見地によれば、温度センサが、流体レセプタクル内の冷却剤上の温度を測定するために設けられる。流体冷却システムは、流体レセプタクル内の冷却剤の測定された温度に基づいて、高密度焦点式超音波処置の間の不所望の加熱を回避し、特に皮膚熱傷を回避するために、患者の温度を正確に制御するように制御される。
【００１８】
更に、本発明は、磁気共鳴画像ガイドされる高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システムに組み込まれることができる。磁気共鳴ガイディングは、取得された磁気共鳴信号から温度分布を導き出すように構成されるＭＲサーモグラフィイメージングモジュールによって提供される。温度分布は、例えば、温度に関するプロトン共振周波数シフトを利用して磁気共鳴信号の位相から導き出される。代替として、温度分布は、例えば縦方向の磁化（Ｔ１）又は横方向の磁化（Ｔ２）の減衰レートの温度依存を利用して、磁気共鳴信号の緩和レートから導き出される。温度画像に基づいて、患者に対する冷却の効果がモニタされることができ、実際の近距離場温度が、治療の実行中に考慮されることができる。
【００１９】
本発明のこれら及び他の見地は、以下記述される実施形態及び添付の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システムを示す概略図。
【図２】図１の高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システムの流体冷却システムを示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）治療システムの概略図を示す。患者支持体は、超音波トランスデューサ（３）が位置する液体リザーバ（２）の形のトランスデューサタンクを有するＨＩＦＵ治療テーブル（１）によって形成される。集束超音波ビーム（４）が、治療目的で（例えば腫瘍を切除するために）、処置される患者（５）に送信される。超音波ビームは、超音波トランスペアレントな液体で充填されるキャビティ（６）として形成される流体レセプタクルを透過される。一般に、この液体は水でありうるが、適切な特性を有する他の液体が使用されることもできる。液体の選択基準は、ｉ）超音波特性、ｉｉ）冷却特性、及びＭＲガイドされるＨＩＦＵの場合はｉｉｉ）ＭＲ特性（例えばＭＲ画像内の可視性）を有する。キャビティ（６）の下側（６ａ）及び上側（６ｂ）の表面は、超音波「トランスペアレント」な材料（物質）によって形成され、すなわち、超音波の大部分が透過され、超音波のほんの一部のみが反射され又は吸収される材料によって形成される。このような条件は、下側の表面ではリザーバ液体の音響インピーダンスに十分近く、上側表面では組織の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する材料を使用することによって、又は音響マッチングが十分であるように表面材料の厚さを選択することによって、準備される。更に、材料は、空気を浸透させるべきでなく、それにより、気泡の形成が回避される。一般に、材料は、良好な音響特性を有する薄いプラスチックである。更に、表面材料は可撓性でありえ、表面の形状は、上側表面（６ｂ）の上部に位置される患者の解剖学的構造の形状に適応される。キャビティ（６）は、ＨＩＦＵテーブル（１）の一部として組み込まれることができ、又はそれは、超音波ウィンドウの上部に位置付けられることができる取り外し可能なユニットでありうる。皮膚及び皮下脂肪の温度を低下させるために及びこれらの領域を冷却するために、冷却された液体が、冷却循環ユニット（７）を有する冷却ユニットを使用して、キャビティ（６）を通じて循環される。このようなユニットは一般に、液体循環を作るポンプ（７ａ）、循環される液体を冷却する冷却ユニット（７ｂ）、及び循環される液体温度を制御する温度調節装置（７ｃ）を有する。液体温度のみを制御する代わりに、システムは、２つの温度液体源からの液体フローを統制し又は適切な温度の液体を混合することができる。更に、液体循環は、バルブ（７ｄ）又は（ポンプを制御するのものような）他の手段を通じて外部制御下にあってもよい。これは例えば、ＭＲガイドされるＨＩＦＵ治療において、ＨＩＦＵ制御ユニット（８）が、キャビティ（６）及び接続パイプを流れる液体から生じる可能性のある画像アーチファクトを回避するために、ＭＲＩイメージング（例えばＭＲサーモメトリイメージング）の最中に液体循環をオフに切り替え又は低減することを可能にする。バルブ（７ｄ）は、ＭＲイメージングが実施されないときに冷却循環を可能にするために再び開かれることができる。装置は、キャビティ（６）における実際の液体温度を測定するために温度センサ（９）を更に有することができる。更に、センサは、そのポイントにおける実際の温度を測定するために、現在示されている流出部及び流入部の両方に提供されることができる。一般に、温度は、チューブが可能な限り隔てられていることが意図されるとしても、この例では冷却クッションによって形成される流体レセプタクルへ行く途中にわずかに上昇する、実際の流入温度は、患者冷却が可能であるか否かを決めるものであり、流出温度に対する差は、患者から離れて伝わる熱エネルギーの考えを与える。この情報は、ＨＩＦＵ治療制御ユニットによって、又は、例えば循環される水温又は循環スピードを設定することにより冷却を調整するために直接に冷却循環ユニットによって、使用されることができる。更に、キャビティ温度は、患者に組織損傷又は他の損傷をもたらしうる低すぎる温度を回避するために安全限界として用いることができる。感受性領域の冷却は、Gelet A, Chapelon JY, Bouvier R, Pangaud C, Lasne Y. Local control of prostate cancer by transrectal high intensity focused ultrasound therapy: preliminary results. in J.Urol.1999;161:156 -162による文献から前立腺癌の高密度焦点式超音波処置の分野においてそれ自体知られている。ここで、冷却システムは、各々のショットの出射時にバルーンと直腸のインタフェースでリリースされる熱エネルギーを除去することによって直腸粘膜を保護するために、カップリング液体がバルーン内で循環することを可能にすることを述べておく。直腸を冷却することにより、温度は３７°を決して越えない。
【００２２】
本発明の１つの新しい重要な技術的側面は、例えば冷却循環空の空気の取り扱いである。循環システムから空気及び他の気体を締め出すために、システム全体が、空気及び他の気体を浸透させない材料及び設計を使用して、空気／気体に関して気密にされる。
【００２３】
更に、冷却剤液体の溶解した気体の含量は、キャビテーションのリスクを回避するために及び循環される水を脱気器ユニット（１０）に通すことによって冷却剤液体から気泡を除去するために、十分に低くされる。脱気器ユニットは、冷却剤液体から、脱気器を通じて循環される溶解した気体及び気泡を除去する。脱気ユニットは、例えば、メンブレン構造を一般に有する脱気器カートリッジ（１０ａ）を有し、メンブレン構造は、冷却剤液体の循環を保持しつつ、気体がメンブレンを通り抜けて冷却剤循環から出ることを可能にする。溶解した気体は、真空ポンプ（１０ｂ）により脱気器カートリッジから排気される。脱気器の他の実現例が、記述されたものに代わって同様に用いられることができる。冷却ユニットが冷却キャビティから切断されることが可能である必要がある場合、チェックバルブ（１１）を有するクイックカップリング油圧コネクタが、循環システムへの空気のリーク及び循環システムから液体のリークを回避するために使用されることができる。更に、循環は、循環フローにより超音波ウィンドウ領域に気泡が入ることを不可能にするために、空気／気体気泡フィルタ（１２）を有することができる。このようなエアフィルタは、一般に、メッシュ孔径より大きい空気／気体の気泡を止め、空気キャビティ内に空気をトラップする機械的なメッシュ構造を有する。
【００２４】
更に、冷却は、患者支持体に組み込まれることができる。これは、元の超音波ウィンドウメンブレンの上部に、気泡が間にトラップされないように着脱可能な冷却される接触部を組み立てるためのユーザにとっての問題を回避し、それにより、組み込みの概念はワークフローの利点を有する。着脱可能な解決策は、ビーム経路に沿って互いに近い複数の薄いプラスチック層を採り入れ、複数の薄いプラスチック層は、超音波反射を増大させ及びゆえに超音波トランスデューサに損傷をもたらす。組み込み型の解決策の場合、反射の少ない表面が要求される。更に、超音波タンクと患者との間に別個の中間キャビティとして冷却ユニットを組み込むことは、冷却される必要のある液体ボリュームを低減し、ゆえに、ターゲット温度に達するための初期冷却期間を一層速くするという利点を有する。水が冷却剤として使用される場合、冷却ボリュームのサイズを最小限にすることはＭＲＩ環境においても重要である。これは、特に３Ｔのようなより高い磁界強度が使われる場合、水のボリュームがより大きくなると、ＲＦ送信フィールド（いわゆるＢ１フィールド）の均一性に影響を及ぼし始めるからである。組み込み型の解決策は更に、冷却がトランスデューサと一体化される経直腸的前立腺のＨＩＦＵソリューションとは異なり、トランスデューサが冷却から独立して移動されることを可能にするという利益を有する。
【００２５】
冷却される接触部を利用するために重要である他の見地は、冷却の利益を定量化するために脂肪の絶対温度を測定することが可能であることである。本実現例において、これは、国際出願第2012/029006号公報からそれ自体知られている（見かけの）Ｔ２ベースの脂肪温度マッピングプロトコルによって行われる。図３は、従来のプロトン共振周波数シフト方法（ＰＲＦ）にまさるこの方法の利点を示す。ＰＲＦ方法は、温度変化のみを測定し、開始温度は、例えば体温であると「考えられる」。方法は信号位相測定に基づくものであり、位相が多くの種類のエラー（システムドリフト、患者運動、...）に非常に感受性があるので、より長い持続時間にわたる温度展開追跡は、一般にＰＲＦによっては可能でない。しかしながら、Ｔ２ベースの方法は、２つの異なるエコー時間によって作られた強度画像から決定される見かけのＴ２値から、脂肪温度を決定する。絶対温度が、較正された見かけのＴ２対温度挙動に基づいて計算される。これは、絶対温度値が計算されることを可能にし、処置時間全体（一般に数時間）にわたって温度変化がモニタされることを可能にする。
【図１】
2016517790.tif 000003
【図２】
2016517790.tif 000004
【国際調査報告】
2016517790.tif 000005
2016517790.tif 000006
2016517790.tif 000007