(57)【要約】所望の組織部位へのＨＩＦＵ治療は、ＨＩＦＵまたは他の呼びかけ信号への組織の曝露に起因する、受信した後方散乱信号の１つ以上の特性の検出された変化に基づいて制御される。一実施形態において、治療領域から外側に向いた（例えば、ＨＩＦＵ変換器に向かった）後方散乱信号のブルームが検出され、監視される。ブルームが所定の位置に到達すると、治療は中止される。後方散乱信号中の周波数構成要素の角度分布、反射の変化、組織特性を飽和させるために必要な出力、減衰の変化、およびＨＩＦＵ出力の印加の結果として変化する後方散乱信号の累積エネルギー分布関数の変化等の他の信号特性もまた、開示した技術の他の実施形態に従ってＨＩＦＵ信号の送達を制御するために使用される。
2012506736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療部位で組織を治療するための高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）システムであって、
治療部位にＨＩＦＵ信号を送達するためのＨＩＦＵ変換器および制御装置と、
後方散乱信号を受信するための受信機と、
該治療部位へのＨＩＦＵ信号の送達に起因する該後方散乱信号の変化を検出するようにプログラムされるプロセッサであって、該プロセッサは、該後方散乱信号において検出された変化に基づいて、該治療部位へのＨＩＦＵ信号の送達を制御するために使用されるフィードバック制御信号を生成するようにプログラムされる、プロセッサと
を備えている、システム。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記ＨＩＦＵ変換器に向かう前記後方散乱信号の前縁の動きを検出するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記後方散乱信号中の周波数構成要素の角度分布における変化を検出するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記後方散乱信号から、前記治療部での組織の減衰における変化を検出するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記後方散乱信号の特性を飽和させるために必要な出力レベルにおける変化を検出するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記後方散乱信号の累積エネルギー分布関数における変化を検出するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記後方散乱信号における変動を強調するように該後方散乱信号を処理するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記プロセッサは、いくつかの個々の後方散乱信号から平均後方散乱信号を生成するようにプログラムされ、該平均後方散乱信号は、該個々の後方散乱信号内の振幅の変動を示す深度を強調するように重み付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記個々の後方散乱信号は、より大きなエネルギーを有する個々の後方散乱信号を強調するように重み付けられる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
基本的な治療容積の周囲で前記ＨＩＦＵ変換器の治療域を操縦する機構をさらに備え、前記プロセッサは、該治療域が該基本的な治療容積の周囲に沿って移動させられるときに、後方散乱信号を監視するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記プロセッサは、前記ＨＩＦＵ制御装置に前記フィードバック制御信号を供給して、ＨＩＦＵ治療を修正するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プロセッサは、医師によって認知することができる警報に、前記フィードバック制御信号を供給するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記後方散乱信号は、前記治療部位に送達される前記ＨＩＦＵ信号に応答して作成される信号である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記治療部位に呼びかけ信号を送達するための変換器をさらに備え、前記後方散乱信号は、該治療部位に送達される該呼びかけ信号に応答して作成される信号である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
治療部位で組織を治療するための高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）システムであって、
治療部位にＨＩＦＵ信号を送達するためのＨＩＦＵ変換器および制御装置と、
該送達されたＨＩＦＵ信号または呼びかけ信号の結果として作成される後方散乱信号を受信するための撮像変換器および受信機と、
該ＨＩＦＵ信号が該治療部位に送達されるときに、該ＨＩＦＵ変換器に向かう該後方散乱信号の画像の動きを検出するようにプログラムされるプロセッサであって、該プロセッサは、該後方散乱信号の該検出された動きに基づいて、該治療部位へのＨＩＦＵ信号の送達を制御するために使用されるフィードバック制御信号を生成するようにプログラムされる、プロセッサと
を備えている、システム。
【請求項１６】
高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）信号で組織を治療する方法であって、
該治療部位にＨＩＦＵ信号を送達するステップと、
後方散乱信号を受信するステップと、
該治療部位へのＨＩＦＵ信号の送達に起因する、該後方散乱信号の変化を検出するステップと
を含み、該プロセッサは、該後方散乱信号の該検出された変化に基づいて、該治療域へのＨＩＦＵ信号の送達を制御するために使用されるフィードバック制御信号を生成するようにプログラムされる、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、米国仮出願第６１／１０８，４３５号（２００８年１０月２４日出願）の利益を主張する。該出願は、その内容のすべてが参照により本明細書に引用される。
【背景技術】
【０００２】
罹患領域が体から物理的に除去される、病理組織の外科的治療の代替として、低侵襲過程を用いた原位置での組織治療への関心が高まっている。非侵襲的方法で罹患組織を選択的に治療するそのような過程の１つは、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）である。ＨＩＦＵでは、印加した音響信号との相互作用に起因する温度の急上昇および／または機械的破壊に組織を曝露するため、高密度音響信号が、標的治療部位に向けられる。治療された組織は、典型的に体内に残される１つ以上の「病変」を形成し得、通常の生理的過程を通じて吸収され得る。
【０００３】
ＨＩＦＵ治療が所望の組織部位に適用される場合、組織の深度と、回折、減衰、音速、または音響伝播経路に沿った他の組織関連のパラメータ等の他の特性と、における変動は、堆積したエネルギー量に影響を与える。これらの変動は、結果として生じる病変のサイズおよび性質に、対応する変動を引き起こす。従って、所定量のＨＩＦＵエネルギーの印加のみに基づく治療レジメンは、これらの変動のために一貫性のない結果をもたらし得る。
【０００４】
一例として、ＨＩＦＵでの子宮筋腫の経腹腔治療では、音響ＨＩＦＵエネルギーは、多様な特性を有するさまざまな深度の複数の組織層（例えば、皮膚、脂肪、筋肉、膀胱液、および子宮筋腫自体）を通過する必要がある。慎重に制御されなければ、治療部位へのＨＩＦＵエネルギーの印加は、子宮筋腫周囲の組織への所望されない損傷や治療部位における一貫性のない結果を生じさせ得る。
【０００５】
「空洞化検出」分野の先行技術には、ＨＩＦＵ治療の進行を監視する試みにおいて、気泡反射の振幅および／またはエネルギーを監視することが含まれている。先行技術における空洞化検出の典型的な実施の１つは、多くの場合、制御されていない空洞化または煮沸の発生に起因する、歪んだまたは過剰の病変容積を回避するために、治療経路に沿った任意の時点での最初の気泡検出後にＨＩＦＵ出力の印加を停止または減少させることである。しかしながら、そのような気泡の空間的分布を考慮しないこの種類の無差別な気泡検出は、病変が所望の標的容積を充填するよりかなり前に、ＨＩＦＵ出力を早期中断させることに繋がり得るため、この用法は、結果としてのＨＩＦＵ病変の有効性を大幅に制限し得る。
【０００６】
先行技術で使用される別の提唱される技法は、標準的な撮像超音波を使用して、「高エコー」（つまり、標準的なＢモード超音波画像上の高度な輝度の領域として表示される、組織中の気泡からの反射）を監視することを伴う。しかしながら、高エコーの視覚的観察は、所与の領域から反射される信号の振幅またはエネルギーを定量化せず、従って、作成されるＨＩＦＵ病変の位置および範囲の予測においても信頼できない。
【０００７】
最後に、一部のＨＩＦＵ治療は、ＨＩＦＵ病変形成に対する代用として、温度を監視するようＭＲＩに依存する。しかしながら、この方法は非常に高価（ＭＲＩシステムの費用は典型的に１〜３百万ドル）であり、ＭＲＩ取得の間には数秒必要であるためリアルタイムではなく、かつ測定された温度は、治療期間等のＨＩＦＵパラメータを自動的に制御するのに十分正確ではないと考えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらの問題を考えれば、さまざまな深度で、かつ静的または動的に変動する特性を有する組織においてＨＩＦＵ病変の形成を監視するためには、より信頼でき、費用効率の高い方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の問題およびその他に対応するため、本明細書に開示した技術は、所望の組織部位の治療がいつ完了するか、または治療部位を超えた組織へいつ広がる可能性があるかを予測するように作動するＨＩＦＵ治療システムに対するフィードバック機構である。一実施形態において、目的の治療領域の範囲を超えて（例えば、ＨＩＦＵ変換器の近位に位置する事前焦点領域内へ）病変が進行していることが検出された時、フィードバック機構は、治療を中止するか、あるいは１つ以上のＨＩＦＵパラメータ（つまり、治療変換器音響出力）を修正することによって、組織部位に送達される全エネルギーを制限するように動作する。
【００１０】
開示した技術の一実施形態に従って、フィードバック機構は、「ブルーム検出」に基づいている。ブルームは、経時的に治療領域から外側に向いて増殖するＨＩＦＵ治療組織の特性の変化を表す一般的な用語である。ブルーム信号は、ＨＩＦＵ変換器または他の何らかの特別な用途の送信機のいずれかから送信されるＨＩＦＵ信号に応答して作成される信号である。ブルーム信号は、ＨＩＦＵ変換器または別の特別な用途の受信機のいずれかで受信される。開示した技術は、ブルームの範囲を検出かつ監視し、ＨＩＦＵエネルギーの後続の印加を制御するために情報を使用する技法を用いる。
【００１１】
一実施形態において、印加したＨＩＦＵ信号に応答して作成されるエコー信号（例えば、後方散乱信号）は、体内のある位置に送達されるエネルギー量を決定するために検出され、分析される。一実施形態において、ブルーム信号は、ＨＩＦＵ変換器に向かって移動すると、検出かつ監視される平均後方散乱信号の前縁である。前縁が、治療の中止が所望される所定の位置に到達すると、ＨＩＦＵ治療は中止されるか、または出力が減少される。
【００１２】
ブルーム信号は、沸騰または空洞化活動を受動的に反射する、および／または沸騰または空洞化活動から能動的に発生する高振幅音響信号で構成されることが可能である。この分類のブルーム信号は、ＨＩＦＵ印加の機械的および熱的効果の組み合わせから発生する組織中の気体または蒸気体の存在に起因する。しかしながら、ブルーム信号は、気泡関連の活動の検出に限定されるものではない。ブルーム信号はまた、限定されないが、非気泡原因による剛性、音速、回折、減衰、調波成分および／または反射性の変化等、組織における他のＨＩＦＵ誘発効果に起因して作成され得る。
【００１３】
別の実施形態において、ブルーム信号は、治療中に物理的に外側に向いて移動（例えば、変換器に向かって移動）しないが、代わりに、受信した後方散乱信号の特性の何らかの変化に反映される。例えば、別の実施形態において、反射信号の調波成分は、治療中に検出され、監視される。特定の空間的位置で、調波成分がある値または比率に到達すると、治療は停止される。
【００１４】
別の実施形態において、印加したＨＩＦＵは、後方散乱信号中の周波数構成要素の角度分布を変化させる。後方散乱信号の角度分布は、治療中に測定され、治療は、角度分布が特定の値に到達した時に、または分布が特定の値を超えて変化した場合、停止される。
【００１５】
別の実施形態において、治療部位中の組織の減衰は、印加したＨＩＦＵに伴って変化する。減衰は治療中に測定され、治療は、減衰が閾値に到達した時、または閾値を超えて変動した時に修正される。
【００１６】
さらに別の実施形態において、後方散乱信号の特性を飽和させるために必要なＨＩＦＵ信号の出力は、印加したＨＩＦＵに伴って変化する。特性を飽和させるために必要な出力レベルが測定され、治療は、出力レベルが閾値に到達した時、または閾値を超えて変化した時に修正される。
【００１７】
開示した技術のさらに別の実施形態において、治療部位での組織の累積エネルギー分布関数（つまり、深度の関数としてのＨＩＦＵ信号の蓄積された後方散乱エネルギー）は、印加したＨＩＦＵに伴って変動する。累積エネルギー分布関数は、治療中に計算され、監視される。所定の位置で吸収されたエネルギーが閾値に到達すると、または累積エネルギー分布関数が閾値を超えて変化すると、治療は修正される。
【００１８】
以下の発明を実施するための形態でさらに記載される簡略化した形態で、概念の選択を紹介するために、本要約を提供する。本要約は、請求の対象内容の重要な特徴を同定するものではなく、また請求の対象内容の範囲を決定する補助として使用されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明の前述の態様および多くの付随する利点は、添付の図面と組み合わせて以下の詳細な説明を参照することにより、より良く理解されるように、容易に認識されるであろう。
【図１】図１は、開示した技術の一実施形態に従うＨＩＦＵ治療システムのブロック図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、印加したＨＩＦＵ信号に応答して作成される未処理の反射後方散乱信号を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、開示した技術の一実施形態に従う閾値レベルを下回る積分後方散乱エンベロープを示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、開示した技術の実施形態に従う閾値レベルにある積分後方散乱エンベロープを示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、開示した技術の実施形態に従う閾値レベルを上回る積分後方散乱エンベロープを示す。
【図３Ａ】図３Ａおよび３Ｂは、開示した技術の別の実施形態に従う、治療部位に送達されるＨＩＦＵエネルギーを制御するために用いる、経時的に移動する音響後方散乱信号およびこの信号移動に対応する病変増殖の図を示す。
【図３Ｂ】図３Ａおよび３Ｂは、開示した技術の別の実施形態に従う、治療部位に送達されるＨＩＦＵエネルギーを制御するために用いる、経時的に移動する音響後方散乱信号およびこの信号移動に対応する病変増殖の図を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、開示した技術に従う、ブルーム検出で使用されるいくつかのＨＩＦＵ発射に関するいくつかの後方散乱信号データを示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、開示した技術の実施形態に従う、図４Ａに示す各信号に対する後方散乱信号対深度の振幅の変化から決定された重み関数を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａで検出された各後方散乱信号中のエネルギーから決定された重み関数を示す。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図４Ｂおよび４Ｃに示す重み関数で重み付けした後の図４Ａに示す後方散乱信号を示す。
【図４Ｅ】図４Ｅおよび４Ｆは、重み関数を適用した状態および適用していない状態の後方散乱信号の差異を示す。
【図４Ｆ】図４Ｅおよび４Ｆは、重み関数を適用した状態および適用していない状態の後方散乱信号の差異を示す。
【図４Ｇ】図４Ｇおよび４Ｈは、複数重み付けされた後方散乱信号およびエネルギーにより重み付けされた後方散乱信号の可変性を示す。
【図４Ｈ】図４Ｇおよび４Ｈは、複数重み付けされた後方散乱信号およびエネルギーにより重み付けされた後方散乱信号の可変性を示す。
【図５Ａ】図５Ａおよび５Ｂは、開示した技術の別の実施形態に従って、検出した後方散乱信号中の周波数構成要素の角度分布が、どのように印加したＨＩＦＵに伴って変動し得るか、送達されるＨＩＦＵ治療を制御するために使用され得るかを示す。
【図５Ｂ】図５Ａおよび５Ｂは、開示した技術の別の実施形態に従って、検出した後方散乱信号中の周波数構成要素の角度分布が、どのように印加したＨＩＦＵに伴って変動し得るか、送達されるＨＩＦＵ治療を制御するために使用され得るかを示す。
【図６】図６は、開示した技術の別の実施形態に従って、送達されるＨＩＦＵ治療を制御するために使用することができる、受信した後方散乱信号の特性を飽和させるために必要な出力レベルの変動を示す。
【図７Ａ】図７Ａおよび７Ｂは、開示した技術の別の実施形態に従って、減衰の変化が、どのように送達されるＨＩＦＵ治療を制御するために決定および使用され得るかを示す。
【図７Ｂ】図７Ａおよび７Ｂは、開示した技術の別の実施形態に従って、減衰の変化が、どのように送達されるＨＩＦＵ治療を制御するために決定および使用され得るかを示す。
【図８Ａ】図８Ａおよび８Ｂは、開示した技術の別の実施形態に従って、後方散乱信号の累積エネルギー分布関数が、どのように印加したＨＩＦＵに伴って変化するか、送達されるＨＩＦＵ治療を制御するために使用され得るかを示す。
【図８Ｂ】図８Ａおよび８Ｂは、開示した技術の別の実施形態に従って、後方散乱信号の累積エネルギー分布関数が、どのように印加したＨＩＦＵに伴って変化するか、送達されるＨＩＦＵ治療を制御するために使用され得るかを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本明細書に開示した技術は、変換器を使用して、治療部位に印加されるＨＩＦＵエネルギーの印加に起因するエコー信号の変化を検出する。治療がいつ完了するかを決定し、音響ビーム軸に沿って、または音響ビーム軸に対する任意角でＨＩＦＵ病変の空間的範囲を評価するために、プロセッサはこれらの変化を分析する。一実施形態において、技術は、有用なヒト認識可能および／または自動フィードバック信号を生成して、治療領域がどのように十分に治療されたかを示せるような方法で、ＨＩＦＵ印加に起因する組織変化に応答して音響送信機／受信機により作成されるエコー信号を検出、取得、および処理する方法に関する。伝播経路または局部組織パラメータに関係なく、より一貫した治療効果を生成できるように、このフィードバック信号を使用して、ＨＩＦＵ治療を中止または修正することができる。
【００２１】
後述のいくつかの実施形態において、治療部位へのＨＩＦＵ信号の送達は、組織特性における検出したＨＩＦＵ関連変化に基づいて制御される。例えば、ＨＩＦＵ誘発ガス気泡または蒸気泡は、ＨＩＦＵ信号の反射性の向上に貢献することができ、治療が進行すると、両方ともＨＩＦＵ変換器に向かって移動する傾向がある。しかしながら、ＨＩＦＵは、反射したＨＩＦＵ信号を分析することにより検出可能であり得る種々の他の変化を含むことができるため、開示した技術は、気泡関連の活動に限定されるものではない。そのような変化は、（限定されないが）非気泡原因による剛性、音速、回折、減衰、調波成分、および／または反射性の変化を含み得る。印加したＨＩＦＵ信号（そのエネルギーおよび位置に関連する尺度を含む）に応答して作成される後方散乱信号の変化を監視することを、本明細書において「ブルーム検出」という。
【００２２】
本明細書に記述した本技術はまた、（限定されないが）治療部位の近位にある範囲を含む、反射信号の空間的範囲を定量化することによって、音響軸に沿って、または音響軸に対する任意角で結果としての病変寸法を遠隔で評価する能力を提供する。この特徴は、病変サイズ（例えば、病変長または容積）を非侵襲的に推定するために使用することができる。病変を発生させる物理的範囲を非侵襲的に評価するブルーム検出のこの用途は、ＨＩＦＵ病変を周囲の非損傷組織と区別するのに十分な感受性が典型的に欠けている、従来の超音波撮像法に優る利点を提供する。治療の間中、後方散乱信号の前縁の位置および振幅（または関連する測定基準）を監視することによって、治療した組織領域の空間的範囲をリアルタイムで追跡することができる。
【００２３】
一実施形態において、開示した技術は、変換器を使用して、治療領域から反射されるＨＩＦＵエネルギーを受信する。変換器によって生成される信号は、治療がいつ完了するか決定し、ＨＩＦＵ病変の空間的範囲を評価するために、コンピュータまたは他のプログラムされたプロセッサを用いて分析される。反射したＨＩＦＵエネルギーを表す信号は、治療部位の近位にある領域が増加したエネルギーを含むことが検出された時に、治療を中止または修正することによって、治療領域に送達される全エネルギーを制限するためにさらに使用される。
【００２４】
図１は、開示した技術を実施するために使用することができるＨＩＦＵ超音波治療システムのブロック図を示す。システム１０は、スタンドアローンまたはネットワークコンピュータシステムであり得る、コンピュータ２０を含む。コンピュータ２０は、下記に詳述する技法を実施するようにプログラムされる１つ以上のプロセッサを含む。当業者により理解されるように、コンピュータ２０（またはプロセッサ）は、超音波信号プロセッサに組み込まれてもよい。コンピュータ２０は、ＨＩＦＵ変換器２６に印加される駆動信号を生成するＨＩＦＵ制御装置２４と通信している。ＨＩＦＵ変換器２６は、変換器の治療域に向けられる対応するＨＩＦＵ信号を産生する。変換器は、固定治療域または機械的または電気的に操縦可能な治療域を有し得る。加えて、ＨＩＦＵ変換器は、病変を作成している間に治療域をあるパターンで移動させる機械的ウォブラで操縦され得る。一実施形態において、周囲を直接切除し、かつ治療部位の中央を熱伝導によって間接的に切除するために、ＨＩＦＵエネルギーが印加されると、ＨＩＦＵ変換器２６の治療域は、治療部位で作成される基本的な治療容積の周りを円形パターンで移動させられる。好適な機械的ウォブラおよびＨＩＦＵ病変を作成する方法は、参照することによって本明細書に組み込まれる米国特許第１２／５７３，８４０号に開示されている。この例では、治療域が、反復幾何パターンの経路に沿ってまたは一部の基本的な治療容積（例えば、円）の周囲で移動させられると、後方散乱信号を監視することができる。後方散乱信号は、連続して処理されてもよく、周期的に試料採取されてもよく、および／または（例えば、反復幾何パターンにわたって）空間的に平均され得る。
【００２５】
一部の実施形態において、ＨＩＦＵ変換器２６およびＨＩＦＵ制御装置２４はまた、印加したＨＩＦＵ信号に応答して作成される後方散乱信号を検出することができる。
【００２６】
印加したＨＩＦＵ信号に応答して、治療される組織は、第２の超音波変換器２８によって検出される後方散乱信号を生成する。一実施形態において、第２の変換器２８は、ＨＩＦＵ変換器２６の中央に搭載されるフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）変換器であり、治療領域から反射音響エネルギー（例えば、後方散乱信号）を受信するために使用される。この実施形態において、ＨＩＦＵ変換器２６は、治療効果を提供するために、治療部位に超音波エネルギー（１つ以上の治療パルス）を送達する。ＨＩＦＵ（または、代替音響送信機からの呼びかけエネルギー）は、組織パラメータの変動および入射ＨＩＦＵパルスに起因する組織の変化のため、異なる深度の変動する強度で治療部位から反射される。後方散乱信号は、従来の超音波信号処理ハードウェア（前置増幅器、フィルタ、Ａ／Ｄコンバータ等）を含む後方散乱データ収集システム３０に渡される、対応する電気信号を生成するＰＶＤＦ変換器によって検出される。後方散乱データ収集システム３０は、コンピュータ２０による分析のために、検出した後方散乱信号を受信し、デジタル化する。コンピュータ２０は、検出した後方散乱信号を分析し、ＨＩＦＵ制御装置２４に伝送される制御信号を生成して、フィードバックループにおけるＨＩＦＵ信号の送達を調整および／または中止する。代替として、コンピュータ２０によって生成される制御信号は、ＨＩＦＵ治療の出力を停止または低減するように、医師用の可聴または視覚警報を発報するために使用することができる。
【００２７】
システムはまた、医師が治療過程を見ることができる表示部３２を備える。コンピュータ読み取り可能記憶媒体３４は、記載した技術を実施するために、コンピュータシステム２０のプロセッサによって実行可能な命令を含む。コンピュータ読み取り可能記憶媒体３２は、ＣＤ、ＤＶＤ、ハードドライブ、フラッシュドライブ、または有線もしくは無線通信リンク等であり得る。
【００２８】
別の実施形態において、治療部位から反射される後方散乱ＨＩＦＵエネルギーは、（別個のＰＶＤＦ変換器よりはむしろ）ＨＩＦＵ変換器２６自体によって受信され、次いで、データ収集システム３０に渡される。
【００２９】
さらに別の実施形態において、反射ＨＩＦＵエネルギーは、単一の撮像変換器要素または一連の撮像変換器要素等の、１つ以上の別個の超音波受信機２９（つまり、ＰＶＤＦまたはＨＩＦＵ変換器以外）によって受信される。一連の変換器要素は、治療変換器（例えば、撮像アレイ）に対して、規定領域内で共にクラスター形成されてもよく、または一連の変換器要素は、多数の受信角度が治療部位を呼びかけるために使用され得るように、著しく大きい領域にわたって広がり得る。これらの全ての場合において、受信した後方散乱ＨＩＦＵ信号は、後方散乱データ収集システム３０に渡され、かつコンピュータ２０によって分析され得る、対応する電気信号を産生する。受信した電気信号は処理されて、治療がいつ完了するかに関してフィードバックを提供する。
【００３０】
受信した信号を直接処理するのではなく、撮像変換器によって後方散乱信号が受信される場合において、治療をいつ停止すべきかを決定するために、撮像変換器によって生成される結果として生じる画像を処理することができる。後方散乱信号の前縁は、事前焦点領域の画像の各画素での輝度の変化を検出することによって、監視され得る。これは、視覚的に行うことも可能だが、より好適には、各表示される画素の輝度の変化を定量化し、かつある期間にわたって、画素のある領域内におけるこの変化を積分するコンピュータプロセッサを介して行うことが可能である。
【００３１】
図２Ａは、ＨＩＦＵ変換器からの反射後方散乱信号５０の振幅対深度のグラフを示す。示した実施例において、後方散乱信号は、ＨＩＦＵ変換器の焦点性質のため、深度約３．２ｃｍで最大振幅を有することが分かる。後方散乱信号５０のブルームを検出するために、一式のＨＩＦＵ発射からの多数の後方散乱信号が受信され、デジタル化され、メモリに記憶される。各発射からの後方散乱信号は、エンベロープ検出され、平均化される。一実施形態において、平均後方散乱信号の前縁は、ＨＩＦＵ治療が進行すると、ＨＩＦＵ変換器に向かって移動する。ＨＩＦＵエネルギーの印加を制御するために、前縁が所定の量を超えて移動した時、または体内の所定の位置に印加されるエネルギーが閾値に到達した時、前縁の動きは監視され、治療は修正、つまり停止される。
【００３２】
一実施形態において、ＨＩＦＵ変換器に向かった平均後方散乱信号の動きは、図２Ｂに示すように、情報を生成するために、コンピュータを用いて平均化かつエンベロープ検出された後方散乱信号を積分することによって測定される。このグラフにおいて、積分後方散乱信号６０は、信号エネルギーが積分されるので、組織の深度の増加に伴って増大する規模を有する。平均音速と、ＨＩＦＵパルス送信と対応する後方散乱信号の受信との間の時間とに基づいて、組織中のこの深度を計算することができる。
【００３３】
ＨＩＦＵエネルギーの印加を制御するために、コンピュータは、予め規定された深度における積分後方散乱信号の規模を分析する。この深度は、典型的には、作成されている病変を中止すべき、またはこれ以上治療を延長すべきではない上限（近位）境界である。示した実施例において、積分後方散乱信号６０の規模は、病変増殖を中止することが所望される時点に対応する２．５５ｃｍの深度に対して決定される。図２Ｂにおいて、所望の深度での積分後方散乱信号６０の規模は、所定の閾値６４と比較される。規模が閾値６４より小さい場合、コンピュータ２０は、ＨＩＦＵ治療を継続する。
【００３４】
図２Ｃは、２．５５ｃｍの深度で積分後方散乱信号６０が、所定の閾値６４と等しい規模を有する実施例を示すグラフである。この場合には、コンピュータ２０は、ＨＩＦＵ治療を停止またはその出力を減少させるために使用されるフィードバック信号を生成することができる。
【００３５】
図２Ｄにおいて、グラフは、所定の閾値６４を超え、それによって所望よりもさらにブルームしたことを示す、２．５５ｃｍの深度での規模を有する積分後方散乱信号６０を示す。従って、結果として生じる病変は、所望されるよりも大きく、空間的範囲において予測し難い／一貫性が低い。
【００３６】
図２Ｂ〜２Ｄに示すグラフを見ると分かるように、積分後方散乱信号の前縁は、ＨＩＦＵ変換器に向かって近位に移動している。従って、積分後方散乱信号６０のある点が、いつ組織中の予め規定された深度に到達するかを検出することによって、ＨＩＦＵ治療の制御を制御することもできる。
【００３７】
図３Ａに示すグラフにおいて、ＨＩＦＵ変換器から距離Ｄ初期で受信された後方散乱信号の前縁が示される。ＨＩＦＵエネルギーが連続して印加されると、ある時間後に、前縁が、ＨＩＦＵ変換器から距離Ｄ最終離れて位置できるように、後方散乱信号の前縁はＨＩＦＵ変換器に向かって移動することが図３Ａから分かり、Ｄ最終は、Ｄ初期より小さい（つまり、変換器により近い）。後方散乱信号の前縁が、図３Ｂに示すように、ＨＩＦＵ変換器に向かって移動したため、作成した病変のサイズもまた、初期長Ｌ初期から最終長Ｌ最終に増加した。最終病変長Ｌ最終は、Ｄ最終とＤ初期との間の差異に比例する。従って、差異（Ｄ最終−Ｄ初期）を知ることによって、作成した病変の長さを推定することが可能である。長さが所望の長さに到達した時、ＨＩＦＵ治療を停止することができる。ＨＩＦＵ治療の間に、病変が空間的に拡大する実際の範囲を過剰評価しないように、後方散乱信号の前縁の実際の物理的移動から、温度依存性音速変化によるあらゆる明白な後方散乱シフトを分離することが、病変増殖評価のこの技法には必要であろうことに留意されたい。
【００３８】
後方散乱信号の動きは、動的に変化する気泡、他の空洞化活動または温度変化を含む、いくつかの物理現象によって起こり得る。根底にある物理的原因に関係なく、動きを検出するために使用される、検出した後方散乱信号における大きな振幅変動は、長続きせず、高度に可変である。従って、一実施形態において、後方散乱信号は、大きな変動を強調し、クラッタを減少させるように事前処理される。
【００３９】
図４Ａは、一群の２１０ＨＩＦＵ発射に応答して検出される一式の後方散乱信号（ベクトル）を示す。各ベクトルは、ＨＩＦＵ変換器から離れた４０から８０ｍｍの深度で、検出した後方散乱信号の振幅を記録する。示した図において、振幅は色別に示され、黒は、低振幅信号を表し、白は、高振幅信号を表す。図に示すように、最も高い振幅後方散乱信号は、１００番目の発射と１９０番目の発射と間で、約５８〜６５ｍｍの深度で発生する。
【００４０】
高振幅信号の強調するために、一対の重み関数が、検出した後方散乱信号から決定される。図４Ｂは、振幅で最も高い変化が発生している深度を決定する第１の重み関数を示す。一実施形態において、重み関数は、各深度で後方散乱信号振幅の標準偏差を計算し、結果を正規化することによって決定される。図４Ａに示す後方散乱信号に対して、結果として生じる重み関数８０を図４Ｂに示す。図に示すように、重み関数８０は、後方散乱信号の振幅（変動）の変化が最大となる深度に対応する５８ｍｍから６５ｍｍの間にピークを有する。
【００４１】
後方散乱信号の振幅の変化が最大となる深度を決定することに加えて、開示した技術の一実施形態はまた、最大エネルギーを有する後方散乱信号のベクトルを決定する。これを計算するために、各ベクトルのＲＭＳ出力が決定され、各ＨＩＦＵ発射に対して正規化される。図４Ｃは、図４Ａに示す後方散乱信号から生成された重み関数９０を示す。
【００４２】
重み関数を計算した後、それらは、検出された後方散乱信号を拡大縮小して、高変動／高エネルギー領域を強調し、低変動／低エネルギー領域を抑制するために使用される。図４Ａに示すベクトルに重み関数８０および９０を適用すると、図４Ｄに示す重み付けされた後方散乱信号が得られる。次いで、結果として生じるベクトルは、ブルーム検出での使用に対して十分に安定している、複合エンベロープ検出された平均後方散乱信号を生成するために、各発射に対して平均化される。
【００４３】
図４Ｅは、重み関数８０および９０により重み付けせずに、図４Ａに示すベクトルを使用する平均後方散乱信号１００を示す。図に示すように、後方散乱信号の変動が最大である、５８〜６５ｍｍ間以外の位置にある信号に顕著な雑音が存在する。上に示した実施形態において、平均後方散乱信号の前縁は、ＨＩＦＵ変換器に向かって移動すると、検出され、監視される。信号１００が使用された場合、後方散乱信号が最も強力である前縁１０２と雑音である前縁１０４との間の差異を区別することは困難であろう。
【００４４】
図４Ｆは、図４Ａに示すベクトルデータに適用された、上述の重み関数８０、９０を使用する、平均化され重み付けされた後方散乱信号の結果を示す。図に示すように、信号中のクラッタは著しく減少し、後方散乱信号の振幅の変化が最大である信号の明確な前縁１０２が存在する。
【００４５】
後方散乱信号を重み付けしたとしても、異なる群の発射に対して計算された、平均化され重み付けされた後方散乱信号の変動は顕著であり得る。図４Ｇは、８つの異なる群のＨＩＦＵ発射から計算された、平均化され重み付けされた後方散乱信号を示す。クラッタをさらに除去するために、開示した技術の一実施形態は、それ自体のエネルギーによって、平均化され重み付けされた後方散乱信号をさらに重み付けして、大きいエネルギーでそれらの信号を強調し、より低いエネルギーでそれらの信号を非強調する。これを行うために、一群の発射から作成された、平均化され重み付けされた各後方散乱信号のエネルギーが決定される。エネルギーは正規化され、次いで、平均化され重み付けされた各後方散乱信号は、それ自体のエネルギーによってさらに重み付けされ、次いで、結果が共に平均化される。
【００４６】
このさらなる重み付けの結果を、図４Ｈのグラフに示す。グラフに示すように、５８ｍｍより浅い領域中のクラッタは著しく減少し、ブルーム検出および監視に使用することができる非常にきれいな前縁が存在する。
【００４７】
開示した技術の別の実施形態において、後方散乱信号の他の特徴は、治療が完了したことを示すフィードバック信号を産生するために使用される。図５Ａおよび５Ｂに示す実施形態において、治療がいつ完了するかを決定するために、前縁の動きの代わりに、後方散乱信号中の周波数構成要素の角度分布における変動を使用することができる。図５Ａは、１つはＨＩＦＵ変換器に対して軸上にあり、１つは変換器の治療域に対して角度Φで軸外にある、２つの受信機を有する超音波検出システムを示す。軸外の受信機で検出されたエネルギー量は、方程式に従って変動する。
【００４８】
【数１】
2012506736.tif 000003
式中、ｂは、反射面の幅であり、ｋは、波数（２π／λ）であり、φは、治療ビーム軸と標的に対する受信機方向ベクトルとの間に形成される角度である。この方程式において、周波数が増加すると、波長（λ）は減少し、ビーム軸から離れるエネルギーの角拡散
を減少させる。言い換えれば、より高い周波数エネルギーは、側面よりはむしろ反射面の前面に向けられる。角度反射の変化を測定し、これを、完了したＨＩＦＵ治療の量と関連付けることが可能である。
【００４９】
図５Ｂは、比率（つまり、ＨＩＦＵ信号の基本周波数に対する第２の調波）の角度分布が、治療前およびＨＩＦＵ治療中／ＨＩＦＵ治療後にどのように変動すると予想されるかを示す。この実施例において、曲線１１０は、治療前に角度の関数として検出される基本エネルギーに対する第２の調波エネルギー量の比率を描画する。曲線１２０は、治療中または治療後に検出される基本エネルギーに対する第２の調波エネルギーの比率を描写する。従って、ある角度で検出される調波エネルギー量を測定するか、または曲線のシフトを決定する（つまり、所定の量の調波エネルギーが検出される角度を決定する）ことによって、組織が曲線上のどこにあるかを判断すること、従って、治療がいつ中止されるべきかを判断することが可能である。多数の空間的位置で、角度の関数としての後方散乱のシフトを決定することができる。エネルギー、角度、および治療の量の特定の関係は、以前に決定された臨床的または理論的派生データに基づいて、コンピュータ読み取り可能メモリに記憶され得る。
【００５０】
さらに別の実施形態において、印加したＨＩＦＵに伴って変化する組織の他の特性は、組織がいつ完全に治療されるかを検出するために使用される。図６は、後方散乱信号において検出されたＨＩＦＵ基本周波数に対する調波（例えば、第２の調波）の比率が、ＨＩＦＵ送信出力の増加に伴って飽和する実施例を示す。この実施例において、曲線１３０は、治療前の飽和曲線を表し、曲線１４０は、ＨＩＦＵに曝露されるこの同じ組織位置において飽和を達成するために、増加したエネルギーが必要である事実を表す。図６に示す実施形態を用いるために、異なる出力レベルでいくつかの検査ＨＩＦＵパルスを送信し、後方散乱信号中の第２の調波エネルギーおよび基本エネルギーの量を検出することによって、初期曲線１３０が決定される。多数の出力レベルの比率が決定され、曲線を形成する。代替として、以前に取得されたまたは予測されたデータに基づいて、曲線１３０を、メモリから呼び戻すことが可能である。治療中、異なる出力レベルでのさらなる検査ＨＩＦＵパルスが組織に送信され、後方散乱信号が検出され、信号における基本エネルギーに対する調波の比率が計算されて、曲線１４０を生成する。曲線１３０と１４０との間の差異に基づき、組織がいつ完全に治療されるかを、以前に決定された飽和曲線と組織治療量とにおける差異間の関係に基づいて決定することができる。飽和におけるこれらのシフトを、多数の空間的位置で計算し、監視することができる。例えば、飽和曲線におけるシフトは、治療部位を除いてのみ重要であり得る。
【００５１】
図７Ａおよび７Ｂは、開示した技術のさらなる実施形態を示す。この実施形態において、ＨＩＦＵで治療される結果として組織中で起こる減衰における差異は、組織が完全に治療された時の尺度として使用される。図７Ａに示す実施例において、後方散乱信号中のエネルギー量は、いくつかの異なる組織深度１４６、１４８、１５０、１５２、１５４等で検出される。固定焦点を有する場合に変換器を移動すること、または、例えば、電子ビーム形成を有する変換器が使用される場合に、変換器の焦点を調整することのいずれかによって、ＨＩＦＵ信号を各深度に向けることができる。２つの隣接する深度から受信される後方散乱信号のエネルギーにおける差異は、これらの２つの深度間での組織の減衰の尺度である。図７Ｂのグラフにおいて、治療前の各深度の減衰が決定され、描画される。治療中、各深度での減衰が再度決定され、描画される。いつ治療部位が完全に治療されるかに関する判定は、組織中の特定の深度での減衰が、いつ所定の値に到達するか、または減衰値が、いつまでに所定の量を超えて変化するかのいずれかに基づくことができる。完全に治療された組織を示すために使用される減衰の特定の値は、実験的にまたは理論的に決定することができる。
【００５２】
図８Ａおよび８Ｂは、治療部位で組織がいつ完全に治療されるかを決定するために、後方散乱信号の特性を分析するためのさらに別の技法を示す。図８Ａは、後方散乱信号に対して計算される累積エネルギー分布関数のグラフを示す。当業者によって理解されるように、累積エネルギー分布関数は、後方散乱信号の全エネルギーのある割合が含まれる深度を描画する。一実施形態において、正規化された累積エネルギー分布関数は、次の方程式によって決定される。
【００５３】
【数２】
2012506736.tif 000004
示した実施例において、曲線１８０は、２５ｍｍから約３８ｍｍの深度で後方散乱信号のエネルギーの５０％が含まれることを示す。２５ｍｍから４２ｍｍで、後方散乱信号のエネルギーの約７５％が含まれる。ＨＩＦＵ信号が組織に印加されると、ＨＩＦＵ変換器により近い深度で含まれるエネルギー量が増加する。例えば、曲線１８６は、治療後または治療中の組織の累積エネルギー分布関数を表す。曲線１８６は、より多くのエネルギーが、ＨＩＦＵ変換器に向かって堆積されている（つまり、病変がブルームしている）ことを示す。
【００５４】
図８Ｂは、２５％、５０％、および７５％値対治療時間で取得された累積エネルギー分布の図を示す。図に示すように、各エネルギーレベルに対する深度は、治療時間の増加に伴ってＨＩＦＵ変換器に向かって移動する。治療部位がいつ完全に治療されるかを決定するため、累積エネルギー分布関数を、各群の発射から作成された後方散乱信号に対して、ならびに決定された特定の深度での値か、または決定された累積エネルギー分布関数のシフトのいずれかに対して計算することができる。
【００５５】
上述の実施形態において、後方散乱信号の特性の１つの変化のみが、いつＨＩＦＵ治療が完了するかを決定するために使用される。しかしながら、治療がいつ完了するかを決定するために、特性（例えば、減衰および累積エネルギー分布等）の２つ以上の変化に目を向けることも可能であることを理解すべきである。
【００５６】
上記のように、上述した一実施形態において、ＨＩＦＵ治療信号は、完全な治療を検出するために使用される後方散乱信号を生成する呼びかけ信号として使用される。しかしながら、撮像変換器等の別の変換器で、またはより低い出力で作動するＨＩＦＵ変換器で、呼びかけ信号を生成することも可能である。組織にＨＩＦＵ治療信号が送達された後に、そのような呼びかけ信号を組織に送達することができる。次いで、治療がいつ完了するかを決定するために、呼びかけ信号に応答して作成される後方散乱信号において起こる変化を使用することができる。これらの呼びかけ信号は、ＨＩＦＵ変換器または他の何らかの特別な用途の呼びかけ変換器からのいずれかの信号で構成されることが可能である。
【００５７】
本発明を、１つ以上の好適な実施形態に関連して記述してきたが、他の実施形態が、記載および特許請求の範囲に入ることを、当業者は理解するであろう。本明細書全体にわたって、用語「ＨＩＦＵパラメータ」は、ＨＩＦＵの制御と、（限定されないが）治療期間、パルス期間、パルス繰り返し率、周波数、ピークおよび平均出力レベル、ピークおよび平均振幅、負荷サイクル、標的組織中の治療域の運動等を含むその治療効果とに関連する全ての変数を含むことを理解すべきことに留意されたい。また、用語「エネルギー」、「振幅」、または「出力」は、本明細書に包含される記載および特許請求の範囲を評価する場合、置き換え可能であるとみなされるべきである。用語「深度」は、「組織深度」、「ＨＩＦＵ変換器からの距離」、または「ＨＩＦＵ治療域からの距離」と置き換え可能であるとみなされるべきである。
【００５８】
排他的所有権または特権が請求される本発明の実施形態を以下に定義する。
【図１】
2012506736.tif 000005
【図２Ａ】
2012506736.tif 000006
【図２Ｂ】
2012506736.tif 000007
【図２Ｃ】
2012506736.tif 000008
【図２Ｄ】
2012506736.tif 000009
【図３Ｂ】
2012506736.tif 000010
【図４Ｂ】
2012506736.tif 000011
【図４Ｃ】
2012506736.tif 000012
【図４Ｅ】
2012506736.tif 000013
【図４Ｆ】
2012506736.tif 000014
【図４Ｇ】
2012506736.tif 000015
【図４Ｈ】
2012506736.tif 000016
【図５Ａ】
2012506736.tif 000017
【図５Ｂ】
2012506736.tif 000018
【図６】
2012506736.tif 000019
【図７Ａ】
2012506736.tif 000020
【図７Ｂ】
2012506736.tif 000021
【図８Ａ】
2012506736.tif 000022
【図８Ｂ】
2012506736.tif 000023
【図３Ａ】
2012506736.tif 000024
【図４Ａ】
2012506736.tif 000025
【図４Ｄ】
2012506736.tif 000026
【国際調査報告】
2012506736.tif 000027
2012506736.tif 000028