"複数のトランスデューサを有する超音波アレイと、前記複数のトランスデューサを駆動する駆動モジュールと、前記駆動モジュールに前記複数のトランスデューサを2つの異なる周波数で同時に駆動させる制御カーネルと、を含む超音波処理装置。前記制御カーネルは、マスターマイクロコントロールユニットと複数のスレーブマイクロコントロールユニットと、を含み、前記複数のスレーブマイクロコントロールユニットの各々は、前記トランスデューサのサブセットを制御するように構成され、前記マスターマイクロコントロールユニットは、前記スレーブマイクロコントロールユニットに指示を与える請求項1に記載の超音波処理装置。複数の浮動小数点ゲートアレイを更に含み、前記複数のスレーブマイクロコントロールユニットの各々は、前記浮動小数点ゲートアレイのサブセットとデータ通信する請求項2に記載の超音波処理装置。二段階VCO/PLL回路を更に含む請求項2に記載の超音波処理装置。前記二段階VCO/PLL回路は、第1特定周波数を有する波形を受信し、かつ第1スケールファクタにより前記第1特定周波数をスケーリングする第一段階、及び、第2特定周波数を有する波形を受信し、かつ第2スケールファクタにより前記第2特定周波数をスケーリングする第二段階を含む請求項4に記載の超音波処理装置。異なる周波数を有する波形をそれぞれ受け取る複数のマルチプレクサを更に含み、前記複数のスレーブマイクロコントローラの各々は、前記複数のマルチプレクサの各々のサブセットから、特定の周波数を有する波形を選択するように構成されている請求項2に記載の超音波処理装置。前記制御カーネルに対して、前記トランスデューサにより出力される電力の程度に関する情報を提供する電力感知回路を更に含む請求項1に記載の超音波処理装置。前記制御カーネルは、少なくとも2つの周波数によって少なくとも1つの前記トランスデューサを同時に駆動するように構成されている請求項1に記載の超音波処理装置複数のトランスデューサを有する超音波アレイと、前記複数のトランスデューサを駆動する駆動モジュールと、前記駆動モジュールに前記複数のトランスデューサを異なる2つの周波数で同時に駆動させる手段と、を備える超音波処理装置。標的を超音波処理する方法であって、複数のトランスデューサを有する超音波アレイを前記標的に向ける工程、複数の周波数を選択する工程、前記標的に対して、前記複数の周波数の各々を前記超音波アレイに同時に照射させる工程を含む超音波処理方法。前記超音波アレイに同時に照射させる工程は、異なる周波数で、異なる複数の前記トランスデューサを励起させる工程を含む請求項10に記載の超音波処理方法。前記超音波アレイに同時に照射させる工程は、異なる周波数で、1つの前記トランスデューサを同時に励起させる工程を含む請求項10に記載の超音波処理方法。前記アレイにより出力される電力の程度を示すフィードバックを提供する工程を更に含む請求項10に記載の超音波処理方法。前記アレイに同時に照射させる工程は、複数のスレーブの各々が、前記トランスデューサのサブセットを制御する工程と、マスターが、前記スレーブに対して、前記スレーブに前記トランスデューサを制御させる指示を提供する工程と、を含む請求項10に記載の超音波処理方法。浮動小数点ゲートアレイを提供する工程と、各前記スレーブと前記ゲートアレイのサブセットとの間にデータ通信を提供する工程とを更に含む請求項14に記載の超音波処理方法。しかし、既知の超音波フェーズドアレイは、複数の周波数を同時に出力することに関する問題によって、上記の療法を増強する能力を妨げられている。一つの態様において、本発明は、複数のトランスデューサを有する超音波アレイと、トランスデューサを駆動する駆動モジュールと、駆動モジュールに互いに異なる2つの周波数でトランスデューサを同時に駆動させる制御カーネルと、を含む超音波処理装置を特徴とする。ある実施態様において、制御カーネルは、マスターマイクロコントロールユニットと複数のスレーブマイクロコントロールユニットと、を含み、複数のスレーブマイクロコントロールユニットの各々は、前記トランスデューサのサブセットを制御するように構成され、マスターマイクロコントロールユニットは、スレーブマイクロコントロールユニットに指示を与える。この実施態様には、複数の浮動小数点ゲートアレイをさらに含み、各スレーブマイクロコントロールユニットが浮動小数点ゲートアレイのサブセットとデータ通信するもの、二段階VCO/PLL回路をさらに含むもの、異なる周波数を有する波形をそれぞれ受け取る複数のマルチプレクサを含み、各スレーブマイクロコントローラが各マルチプレクサのサブセットから特定の周波数を有する波形を選択するように構成されているものが含まれる。二段階VCO/PLL回路を特徴とする実施態様には、二段階VCO/PLL回路が、第1特定周波数を有する波形を受け取り、第1スケールファクタにより第1特定波長をスケーリングする第一段階、及び、第2特定周波数を有する波形を受け取り、第2スケールファクタにより第2特定周波数をスケーリングする第二段階を含むものが含まれる。他の実施態様において、本装置は、トランスデューサにより出力される電力の程度に関する情報を制御カーネルに提供する電力感知回路をさらに含む。なお他の実施態様は、制御カーネルが、少なくとも2つの周波数により少なくとも1つのトランスデューサを同時に駆動するように構成されていることを特徴とする。別の態様において、本発明は、患者を超音波処理する装置を特徴とする。そのような装置は、複数のトランスデューサを有する超音波アレイと、トランスデューサを駆動する駆動モジュールと、及び駆動モジュールにトランスデューサを2つの異なる周波数で同時に駆動させる手段とを含む。別の態様において、本発明は、標的を超音波処理する方法を特徴とする。そのような方法は、複数のトランスデューサを有する超音波アレイを標的に対して向ける工程と、複数の周波数を選択する工程と、標的に対して、各周波数をアレイに同時に照射させる工程を含む。本発明の特定の実施は、アレイを同時に照射させる工程が異なるトランスデューサを異なる周波数で励起させる工程を含むこと、及び、アレイに照射させる工程が、トランスデューサを異なる周波数で同時に励起させる工程を含むことを含む。他の実施は、電力がアレイにより出力される程度を示すフィードバックを提供する工程を含む。追加的な実施において、アレイに同時に照射させる工程は、マスター及び複数のスレーブを提供する工程を含む。各スレーブは、トランスデューサのサブセットを制御するように構成され、マスターは、スレーブにトランスデューサを制御させる指示を、スレーブに提供するように構成される。この実施には、浮動小数点ゲートアレイを提供する工程及び各スレーブとゲートアレイのサブセットとの間にデータ通信を提供する工程も含まれる。本発明のこれら及び他の特徴は、以下の発明を実施するための形態及び添付の図面から明らかとなる。なお、本出願は、2010年11月15日出願の米国特許出願第12/946,256号の優先権を主張し、その内容は参照として本明細書に組み込まれる。カーネル制御図1に示すように、超音波画像化システム10は、二段階制御カーネル14と通信するPC端末12を含む。制御カーネル14は、超音波フェーズドアレイ18の超音波トランスデューサを駆動するために、多チャンネル駆動モジュール16と通信する。制御カーネル14は、マスターマイクロコントロールユニットマスターMCU20及びスレーブMCU221~Nを含む。一般に、スレーブMCU221~Nの数は、超音波フェーズドアレイ18における超音波トランスデューサの数に応じて決まる。各スレーブMCU221~Nは、対応する浮動小数点ゲートアレイFPGA241~Nを制御する。図1に示す実施態様において、マスターMCU20は、USARTユニバーサル非同期型レシーバ/トランスミッタリンク22を介してPC端末12から、各超音波トランスデューサのために指定された超音波処理パラメータを受け取る。この超音波処理パラメータはトランスデューサ毎に調整可能であり、超音波トランスデューサを稼働するための周波数、電力、バースト長、パルス繰返し周波数PRF及びトランスデューサ間の相対位相差を含む。マスターMCU20は、さらに、パルス幅変調PWM出力ポートを使用して、電圧制御バックコンバータのDC出力電圧を変更する電力制御を行う。一つの実施態様においてPWM出力は、8ビット解像度で0~100の範囲である。適切なマスターMCU20は、市販の8ビットユニットPIC18F452であり、これは、アメリカ合衆国アリゾナ州チャンドラーにあるMicrochip社から入手可能である。図1に示されているように、各スレーブMCU221~Nは、対応するFPGA241~Nと共に稼働して、集積MCU/FPGAモジュール261~Nを形成する。これらの各集積MCU/FPGAモジュール261~Nは、64チャンネル信号出力251~Nを提供する。制御カーネル14における複数のMCU/FPGAモジュール261~Nは、制御カーネル14が64チャンネルを超える信号出力を提供することを可能にする。例えば、4つのMCU/FPGAモジュール261~4が存在する場合、4つのMCU/FPGAモジュール261~4の1つずつが64チャンネルの出力をするので、合計256チャンネルの出力がある。特定のMCU/FPGAモジュール261内において、スレーブMCU221は、その関連する下流のFPGA241に、FPGA241により制御されるチャネルの周波数コマンド、及び、FPGA241により制御されるチャンネル間の位相差を提供する。マスターMCU20は、駆動モジュール16内の方向性結合器からA/D入力ポートを介して、アナログフィードバック信号を受け取る。アナログフィードバック信号は、各チャンネルと関連する圧電素子により提供される出力電力についての情報を運ぶ信号である。この信号はインターインテグレイテッドinterintegrated通信I2Cプロトコルリンク28を介して、マスターMCU20に戻る。各FPGAはI/O端末を有する。このI/O端末は、同期されたトリガー信号下で特定の周波数及び位相を含有する64ビット制御信号を、下流の駆動モジュール161~Nに提供するために使用される。FPGAのI/O出力と駆動モジュール161~Nとの間には、電流をプルアップするためのバッファ回路281~Nがそれぞれ対応して存在する。駆動モジュール161~Nにおける電力感知回路は、伝送電力及び反射電力を示すフィードバック信号29を提供する。これらのフィードバック信号29は、マスターMCU20に戻され、USART通信プロトコルリンク22を介してPC端末12にアップロードされる。その結果、個別の電力消費及び各チャンネルの効率についての実時間更新を、PC端末モニター12に示すことができる。同時多重周波数の発生各MCU/FPGAモジュール261~Nは、各チャンネル出力によって複数の周波数を同時発生するように構成されている。これは、振動結晶から位相同期回路/電圧制御発振器PLL/VCOモジュール28に、高周波数例えば、20MHz信号を与えることによって実現される。PLL/VCOモジュール28は、二段階PLL回路を用いることによって、拡張された周波数範囲を実現する。PLL/VCOモジュール28の第一段階は、例えば40MHzまでの小さいスケールファクタによって周波数をスケーリングする。これによって、周波数分割器は低周波数範囲で周波数を出力することができる。PLL/VCOモジュール28の第二段階は、例えば160MHzまでの大きなスケールファクタによって周波数をスケーリングする。これによって、周波数分割器は高周波数範囲で周波数を出力することができる。PLL/VCOモジュール28の出力により提供される発生周波数の簡単な計算は以下の通りである:ここで、FVCOは、PLL/VCOモジュール28からの出力周波数であり、S1及びS2は、第一及び第二段階それぞれと関連するスケールファクタであり、Aは、一定のオフセットであり、SVCOは、VCOにより同調されたスカラーであり、VCOに提供される電圧が0~5Vの範囲である場合、0~1の範囲であり、FOSCは、振動結晶によりPLL/VCOモジュール28に提供される入力周波数であり、DRは、FPGAに組み込まれた周波数分割器と関連してプログラム可能な周波数分割定数である。S1、S2、SVCO及びDRが全てスレーブMCU221~Nによって制御可能であるので、任意の周波数を発生し、FPGA161~Nに提供することができる。したがって、1つのPLL/VCOモジュール28は、下流のチャンネル301~Nに、1つの同調型出力周波数を提供することができる。図2に示すように、制御カーネル14が、利用可能な複数のPLL/VCOモジュール311、312を有することによって、スレーブMCU221~Nは、マルチプレクサ331~Nを使用して、チャンネル出力のために異なる周波数を選択することができる。例えば、制御カーネル14は、第1チャンネル群を指定して第1指定周波数を出力すること、及び第2チャンネル群を指定して第2指定周波数を出力すること、などが可能である。理想的には、M個の独立したPLL/VCOモジュール311~Mは、チャンネル間において指定されるM個の異なる周波数を利用可能にする。一つの実施態様において、5kHzの周波数分解能を有する0.25MHz~4MHzの範囲の出力周波数を、2つの埋め込み式PLL/VCOモジュールで発生させることができる。別の実施態様において、2つの周波数を同時に提供することができる例えば、第1チャンネル群には1MHzであり、第2チャンネル群には1MHz及び1.5MHzである。別の実施態様において、2つ以上の周波数が単一のチャンネルに提供される。チャンネルは、そのような場合、複数の周波数の重ね合わせである信号を運ぶ。これにより、そのチャンネルと関連する超音波トランスデューサを2つ以上の周波数で同時に駆動することができる。位相制御一つの実施態様において、FPGA241~Nは、8ビット位相分解能を有する32チャンネル位相割当ユニットを実現する。そのようなFPGA241~Nの一つの利点は、周波数逓倍及び多重チャンネルの位相制御の両方に使用することができる位相同期回路モジュールを含むことである。適切な市販のFPGAは、アメリカ合衆国カルフォルニア州サンノゼにあるAltera社のCycloneEP1C12である。FPGA241~Nは内部の論理素子を効率的に使用した二段階論理回路を有する。図3を参照すると、各段階において、16個のDフリップフロップDFF461~16がカスケード接続されて16段信号遅延を提供する。遅延の時間分解能は入力クロックにより決定される。ステートマシンユニットの第一及び第二段階のために、クロック入力周波数は、第一又は第二段階の埋め込み式PLLモジュールによって16から256すなわち162の倍率で逓倍され、入力信号遅延の粗調整及び微調整をそれぞれ提供する。前記の例では、粗調整は22.5度の比較的粗い位相増加で実施され、一方、微調整は1.4度のより微細な位相増加を使用する。前記の実施は、8ビット信号整相を行うために、約2N個の論理素子のみN2個の素子ではなくを用いてN2個の位相角を生じることが可能である。バーストモード励起のためには、簡単なラッチ回路がFPGA241~Nにおいて用いられる。バーストモード信号の出力を制御可能なパラメータは、バースト長、PRF、及びバーストの総数を含み、上流のマスターMCUから提供される。駆動モジュールここで図4を参照すると、駆動モジュール16は、チャンネル毎に駆動回路321~Nを含む実施例に示されているものはN=64である。各駆動回路321~Nは、PWM制御可能電源及び高電圧型インバータを含んでいる。例示の実施態様では、フルブリッジ増幅器361~N、インピーダンス整合回路381~N及び電力感知回路401~64を使用して実現されている。PWM制御可能電源は、バック回路から誘導される出力DC電圧を提供する。バック回路の出力電圧は、制御カーネル14からのPWM信号により制御される。各チャンネルのための電力出力は、8ビット解像度により定義された段階で電圧を変更することにより制御される。例示の実施態様における最大電力出力は、各チャンネルで10ワットである。そのような出力は、空洞形成関連治療の向上のため例えば、小型治療分子、DNA、ペプチドなどを細胞若しくは軟組織に送達するため、又は、数秒以内での組織の直接的な熱切除ablatationのために十分である。高電圧インバータ361~Nは、高電圧方形波を高電圧正弦波に変換する。フルブリッジインバータを使用して高電圧方形波を発生させ、高電圧ダイオードを使用してオーバーシュートのような高電圧スイッチング過渡に対処する。インバータ361~Nの出力インピーダンスは、少なくとも二桁の大きさでインピーダンス不整合をもたらすため、インピーダンス整合回路381~Nを用いることが有効である。インピーダンス整合なしでは、トランスデューサ421~Nへの電力伝達の効率が悪くなる。典型的なインピーダンス整合回路381~Nは、中間LC共振段階を有する二段階変圧器を使用することにより実現される。各チャンネルでインピーダンス整合回路381~Nが微調整を行うことにより、セラミック素子に供給するために必要な周波数及び電力を有する高電圧正弦波が与えられる。最後に、方向性結合器を含む電力感知回路401~Nが、電力のモニタリングのために備えられている。トランスデューサとインピーダンス整合回路381~Nの間に取り付けられた電力感知回路401~Nは、伝送電力及び反射電力を表す2つの電圧のフィードバックに基づいて伝送電力及び反射電力をモニターするように設計されている。電力伝達効率の測度であるとされる電圧定在波比SWRは、以下の式により計算される。ここで、Vr及びVtは反射電圧及び伝送電圧を表し、Pr及びPtは反射電力及び伝送電力を表す。トランスデューサへの最大電力伝達効率=100は、VSWR=1に相当する。本明細書に記載されている実施態様において、各チャンネルを駆動する回路は、95を超える効率を達成するために、VSWRを少なくとも1.5に最小化するように調整される。チャンネル数の拡張例示の制御カーネル14の回路レイアウトは、独立的に制御されるチャンネルを64個まで実現する。チャンネルの数が64個を超えて増加すると、FPGA241~N内の論理ゲートは、8ビット位相解像度を提供するには不十分になることがある。制御カーネル14により実現されるチャンネルの数を拡張するため、MCU/FPGAモジュール261~Nは、並行に稼働され、同期される。全てのMCU/FPGAモジュール261~Nは、1つのマスターMCU20に連結されている。これは、64N個のチャンネルまでシステムを拡張する。理論的には、MCU/FPGAモジュール261~Nの数を拡張するのに限界はない。フェーズドアレイの選択駆動モジュール16は、その負荷として、最終的に一次元又は二次元のフェーズドアレイを駆動する。図5A及び5Bは、仰角方向に沿って圧電材料を一次元的にダイスカットしている一次元フェーズドアレイ52、54の例を示す。そのようなアレイは、図5Aで示されている平面アレイ52又は図5Bで示されている曲面アレイ54であってもよい。N個の独立した素子にダイスカットされた一次元フェーズドアレイ52、54を、N個を超える独立した駆動チャンネルを有する駆動システムと結合したとき、超音波エネルギー出力の発生のために使用することができる。当該システムがM個の独立した同時周波数を選択する工程を含むとき、各素子の位相及び周波数を、任意に、設計し、組み合わせることができる。ここで、MはNよりも大きい。MがNよりも小さい場合、N個の異なる周波数出力を同時に行うことは可能ではない。その場合、駆動対象の素子は、特定のチャンネルに対応しないが、代わりに一連のチャンネル又は駆動群に対応する。同様の原理は、図5Cから図5Fのいずれかに示すような他のフェーズドアレイ構成に当てはめることができる。図5Cは、環状にダイスカットされたトランスデューサ56から形成される曲面アレイを示す。図5Dは、直径に沿って分けられて2つの素子を形成するトランスデューサ57を示す。図5Eは、四分の一に切断された4素子球状曲面トランスデューサ58を示す。図5Fは、二次元球状曲面トランスデューサ59を示す。実施例図6及び図7は、制御カーネル14からの多重周波数RF信号出力を発生し、正確な相対位相制御で稼働する実施例からの出力を示す。図6は、4つのチャンネルを250kHzで稼働し、更に4つのチャンネルを400kHzで稼働するように無作為に指定することにより、0、90、180及び270度にそれぞれ相対位相制御された整相信号を正確に出力できることを示す。同様に、図7は、4つのチャンネルを1.2MHz及び2MHzで稼働するように無作為に指定することにより、0、90、180及び270度にそれぞれ相対位相制御された整相信号を正確に出力できることを示す。制御カーネル14は、同調型駆動周波数を用いて整相信号を生成できることに加えて、2つ以上の周波数を同時に生成することもできる。例えば、図8は、一方のチャンネルが250kHzの信号を運び、他方のチャンネルが1MHzの信号を運ぶ2つのチャンネルからの出力を示す。本明細書に記載されている構成は、駆動モジュール16から複数の周波数を同時に出力することができることは明らかである。その結果、本明細書に記載されている構成により、空洞形成及び/又は熱切除を増強することができる。上記で説明した図面は、連続波CW出力を生成する制御カーネル14を示すものである。しかし、制御カーネル14は、バーストモード出力を生成することもできる。図9に示すように、出力信号が10ミリ秒から100ミリ秒の範囲のバースト長を有するように制御することができる。バーストモード稼働は特に有用である。なぜならば、バースト間のギャップが熱の放散を可能にするため、隣接組織への熱損傷を抑制するからである。図10A~Cは、出力電力を調節するカーネルの能力を例示する。図10Aは、31チャンネルアレイにおける印加電圧と出力電力の関係を示す。印加電圧が5Vから55Vに増加すると、出力電力は、0.3Wから約10Wに直線的に増加し、31個のチャンネルの間では小さな変動しかなかった。この効果は、出力電力を調節するために既に確立されている電圧対電力ルックアップテーブルをモニターすることにより達成された。図10Bは、更に、方向性結合器を使用してモニターしたSWRを示す。測定されたSWRは、殆どの印加電圧で殆どの場合において1.5未満であった。これは、順方向伝達電力効率が95を超えることを示した。SWRは、小さい電力出力では僅かに低かったが、依然として1.5にかなり近かった。図10Cは、フィードバック電圧が印加電圧の線形関数に近似していることを示す。出力とフィードバック電圧との間の高い線形性は、リニア電圧-電圧変換回路設計から生じている。31個のチャンネルにおける最小限の変動は、異質成分から生じる差異も最小限であることを示唆している。この線形関係の結果として、フィードバック電圧を線形にスケーリングすることにより出力電圧を容易に検出することができ、確立されたルックアップテーブルを使用することにより出力電圧から出力伝両を変換することができる。これらの2つの機能は、FPGAメモリーに埋め込まれており、容易にアップグレードすることができる。本明細書に記載されている駆動装置は、操作者がGUIを使用して、周波数同調性を制御すること及び多重周波数を発生させることを可能にする。加えて、本装置により、8ビット解像度を有する電力制御、及び、8ビットの解像度に基づいたチャンネル1個毎の位相制御、並びに任意のチャンネルに伝送される電力及びチャンネルから戻る電力を実時間でモニターする能力を達成することができる。多重周波数を発生する能力は、頭蓋又は腹腔のような体腔を超音波処理するときの定在波抑制に有用である。温熱療法では、本明細書に記載されている装置により、選択されたトランスデューサの出力で、ベースバンドfとその高調波例えば、2f、3f...、超高調波例えば、1.5f、2.5f...及び低調波例えば、0.5f又は任意の周波数を組み合わせたそれぞれの超音波処理によって、大きな体積の組織を切除することが可能となる。例えば、遺伝子導入、薬剤送達、音波導入sonophoresis又は臨床的若しくは生物学的用途を有する他の音響効果を改善するための空洞形成の増強に関して、本明細書に記載されている装置は、上記に記載されたようにベースバンド周波数を高調波、超高調波及び低調波と組み合わせてそのような効果の増強を可能にする。最後に、2つの出力周波数を発生する能力は、2つの適用周波数の差に基づいたビート信号の発生を可能にする。そのようなビート信号は、温度変化の検出のような診断目的又は放射力マッピングに有用である。"