JP2011514181A - 超音波システムを伴う使用のための治療ヘッド - Google Patents

Abstract

少なくとも２つの平面上において、指向性エネルギーアプリケータの位置／配向を制御するための作動アセンブリを有する、治療ヘッドおよび関連医療システムが開示される。治療ヘッドは、筐体と、下方区画を上方区画から分離する間仕切と、間仕切内の開口と、開口を通って延在する制御アームと、上方区画内に位置付けられる作動アセンブリと、窓を通してエネルギーを伝達するために、下方区画内に位置付けられる指向性エネルギーアプリケータとを含む。制御アームは、上方区画内に配置される上方端と、下方区画内に配置される下方端とを含む。作動アセンブリは、制御アームが、少なくとも２つの平面上において、作動アセンブリによって移動可能であるように、制御アームの上方端と結合される。指向性エネルギーアプリケータは、制御アームの下方端と結合される。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００８年２月１日に出願された米国仮特許出願第６１／０２５，６１８号（代理人整理番号０２１３５６−００３２００ＵＳ）の利益を主張し、その全開示が本明細書に参考として援用される。

（背景）
本発明は、概して、人体にエネルギーを正確に送達するための手動医療機器に関し、より具体的には、少なくとも２つの平面上において、指向性エネルギーアプリケータの位置／配向を制御するための作動アセンブリを有する、手動医療機器および関連システムに関する。提供される位置／配向制御は、非侵襲性治療のために使用される医療超音波治療ヘッド内で使用される際に得に有益であり得る。

治療目的のための高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）の用途における一般的課題は、多くの場合、処置される組織にわたって、かなりの時間の間、治療手段を不動に保持する必要があることである。あるいは、処置される組織を通して、治療ビームを低速かつ一定速度で走査する必要がある場合もある。多くの場合、人が、機器を安定に保持する、または所望の治療効果のために容認可能な程度に、低速かつ安定した速度で走査することは、困難あるいは不可能であるため、これらの要件は両方とも、手動治療機器の使用にとって障壁となる。

ＨＩＦＵ手技は、超音波ビームが、処置容積にわたって、一定速度（例えば、５ｍｍ／秒＋／−１ｍｍ／秒）で走査され、所望の治療効果を達成することを必要とする場合がある。加えて、処置容積は、処置の隣接焦線間の間隔が２ｍｍを超えないように走査されなければならない。これらの要件は、ほとんどの人の能力を超えている。過去の解決策は、患者に対して不動であるもの（例えば、床、壁、またはベッド）に強固に搭載されるコンピュータ制御運動機器を組み込むというものであった。そのような機器は、絶対的に不動であるか、またはいかなる人の介入も伴わずに、精密なパターンかつ正確な速度で走査可能である。そのような配列は、全体的機器のサイズおよび体積、複雑性、ならびに信頼性の不利点を有する。

したがって、ユーザによって容易に操作可能である一方、依然として、信頼性があり、かつ均一な処置を提供する、ＨＩＦＵアプリケータが、当技術分野において必要とされる。

また、それらの同一容積の再処置を防止するように、処置される組織容積の追跡記録可能なＨＩＦＵ変換器の必要性もある。

さらに依然として、処置される組織の領域を識別する際にオペレータを補助可能な治療機器の必要性がある。

（簡潔な概要）
以下は、本発明の基礎的理解を提供するために、本発明のいくつかの実施形態の簡略化された概要を提示する。本概要は、本発明の網羅的概説ではない。本発明の重要／不可欠な要素を識別する、または本発明の範囲を線引きすることを意図するものではない。以下に提示される詳細な説明の前置きとして、簡略化された形態で本発明のいくつかの実施形態を提示することを目的にしているに過ぎない。

超音波変換器等の指向性エネルギーアプリケータの出力を選択的に指向するための作動アセンブリを含む、手動治療ヘッドおよび関連医療システムが提供される。そのような選択的方向は、超音波治療の間、エネルギーが処置領域にわたって送達される正確性を向上させるために使用可能であって、治療効果の改善をもたらし得る。

ある実施形態では、治療ヘッドが提供される。治療ヘッドは、手で操作されるように適合される、筐体と、筐体の下方区画を、筐体の上方区画から分離する間仕切と、間仕切内の開口と、開口を通して延在する制御アームと、上方区画内に位置付けられる作動アセンブリと、下方区画内に含まれる窓を通してエネルギーを伝達するための指向性エネルギーアプリケータとを含む。制御アームは、上方区画内に配置される上方端と、下方区画内に配置される下方端とを含む。制御アームは、開口内で移動可能である一方、開口は、上方と下方区画との間にシールされる。作動アセンブリは、制御アームが、少なくとも２つの平面上において、作動アセンブリによって移動可能であるように、制御アームの上方端と結合される。指向性エネルギーアプリケータは、制御アームの下方端と結合される。

別の実施形態では、治療ヘッドが提供される。治療ヘッドは、手によって操作されるように適合される、筐体と、筐体内に配置される、エネルギーアプリケータと、２次元処置面積にわたって、エネルギーアプリケータを指向させるように、筐体内で指向性エネルギーアプリケータを操作するための手段とを含む。筐体は、指向性エネルギーアプリケータがエネルギーを伝達する窓を含む。

別の実施形態では、医療超音波システムが提供される。医療超音波システムは、患者と平行に移動可能な基部ユニットと、基部ユニットと結合される超音波ヘッドとを含む。超音波ヘッドは、手で操作されるように適合される、筐体と、筐体の下方区画を、筐体の上方区画から分離する間仕切と、間仕切内の開口と、開口を通して延在する制御アームと、上方区画内に位置付けられる作動アセンブリと、下方区画内に含まれる窓を通してエネルギーを伝達するための超音波変換器とを含む。制御アームは、上方区画内に配置される上方端と、下方区画内に配置される下方端とを含む。制御アームは、開口内で移動可能である一方、開口は、上方と下方区画との間にシールされる。作動アセンブリは、少なくとも２つの平面上において、作動アセンブリによって移動可能であるように、制御アームの上方端と結合される。超音波変換器は、制御アームの下方端と結合される。

本発明の性質および利点のより完全な理解のために、以下の詳細な説明および付随の図面を参照されたい。本発明の他の局面、目的、および利点は、以下の図面および詳細な説明から明白となるであろう。

図１は、ある実施形態による、医療超音波治療システムを示す。 図２は、ある実施形態による、超音波変換器の位置／配向を変動させるための作動アセンブリを有する、超音波治療ヘッドを示す。 図３は、図２の超音波治療ヘッドの内部アセンブリを示す、斜視図である。 図４は、ある実施形態による、治療ヘッド間仕切と結合される、関節式超音波変換器アセンブリの詳細を示す、断面図である。 図５は、図２および３の超音波治療ヘッドの作動アセンブリの斜視図である。 図６Ａは、図５の作動アセンブリの中心シャフトおよび付随駆動モータの斜視図である。 図６Ｂは、図５の作動アセンブリの中心シャフトおよび付随駆動モータの上面図である。 図７Ａは、ある実施形態による、図５の作動アセンブリの平行移動／回転ハブの斜視図であって、図６Ａおよび６Ｂに示される中心シャフトと結合される、平行移動／回転ハブを示す。 図７Ｂは、図７Ａに示される中心シャフトと結合される、平行移動／回転ハブの上面図である。 図８は、ある実施形態による、溝付同心円状シャフトによって回転が制約される、平行移動／回転ハブの斜視図である。 図９は、ある実施形態による、溝付同心円状シャフトを回転させるために、平行移動／回転ハブおよび付随駆動機構と結合される、制御アーム連係構成要素の斜視図である。 図１０は、図５の作動アセンブリのサブアセンブリの側面図であって、中心シャフトと結合され、溝付同心円状シャフトによって回転が制約される、制御アーム連係構成要素を示す。 図１１は、別の実施形態による、治療ヘッド内の超音波変換器を再位置付け／再配向するための作動アセンブリを有する、筐体の斜視図である。 図１２は、図１１の筐体の斜視図であって、筐体から垂直に変位される、作動アセンブリを示す。 図１３Ａは、図１１の筐体の斜視図であって、筐体の部分図内に配置される、作動アセンブリを示す。 図１３Ｂは、ある実施形態による、図１１の筐体の斜視図であって、上方区画と下方区画との間の間仕切と、下方区画内に配置される超音波変換器の移動方向を示す。 図１４Ａおよび１４Ｂは、ある実施形態による、制御アームと治療ヘッド間仕切との間の結合の詳細と、制御アームの運動範囲を例示する、断面図である。 図１５、１６、および１７は、それぞれ、ある実施形態による、治療ヘッドハンドルと、ゴムで覆われた外被と、変換器の運動範囲の増加を提供するように成形される、治療ヘッドを例示する。 図１５、１６、および１７は、それぞれ、ある実施形態による、治療ヘッドハンドルと、ゴムで覆われた外被と、変換器の運動範囲の増加を提供するように成形される、治療ヘッドを例示する。 図１５、１６、および１７は、それぞれ、ある実施形態による、治療ヘッドハンドルと、ゴムで覆われた外被と、変換器の運動範囲の増加を提供するように成形される、治療ヘッドを例示する。

（詳細な説明）
以下の説明では、本発明の種々の実施形態が記載される。説明の目的のため、実施形態の徹底的理解を提供するために、特定の構成および詳細が示される。しかしながら、また、本発明が特定の詳細を伴わずに実践され得ることは、当業者には明白であろう。さらに、記載される実施形態を曖昧にしないように、周知の特徴は、省略または簡略化される場合がある。

本明細書に記載されるのは、医療システムと併用するための治療ヘッドの種々の実施形態である。より具体的には、超音波変換器等の指向性エネルギーアプリケータの出力を選択的に指向するための作動アセンブリを含む、治療ヘッドおよび関連医療システムが提供される。

次に、図面（同一参照番号は、いくつかの図面を通して、同一部品を表す）を参照すると、図１は、医療超音波システム１０を示す。医療超音波システム１０は、基部ユニット１２と、基部ユニットに取着される関節式アーム１４と、関節式アーム１４に取着されるユーザインターフェース機器１６とを含む。関節式アーム１４の遠位端には、超音波ヘッド２０がある。

超音波ヘッド２０の外装は、望ましくは、オペレータによって容易に取り扱われるような形状ファクターである。一実施形態の実施例は、図２に示されるが、超音波ヘッドは、多くの他の形態をとってもよい。超音波ヘッド２０は、そこから延出し、関節式アーム１４を通って、基部ユニット１２へと続くケーブルを有してもよく、またはケーブルは、随意に、曝露されてもよい。

図２に示されるように、超音波ヘッド２０は、上方区画２２と、下方区画２４、すなわち、キャップとを含む。上方区画２２は、望ましくは、乾燥しており、ワイヤ、ケーブル、モータアセンブリ、および／または下方区画２４内に搭載される変換器の他の特徴を格納する。下方区画２４は、好ましくは、変換器から、下方区画の底面近傍に位置する窓２６を通して、超音波エネルギーを移送するために使用される、脱気水等の結合流体を含有する。上方区画２２内に配置されるのは、作動アセンブリ２８である。作動アセンブリ２８は、下方区画２４内に位置する変換器の位置／配向の制御を提供する。

操作時、技術者は、医療超音波システム１０を患者に隣接して転動させる。技術者は、超音波ヘッド２０を関節式アーム１４に取付けたまま、超音波ヘッド２０を把持し、移動させる。超音波ヘッド２０は、窓２６が患者と接触するように整列される。ユーザインターフェース機器１６は、適切な処置または診断検査をもたらすように操作されてもよい。使用の間、下方区画２４内に搭載される変換器は、米国特許出願公開第２００６／０１２２５０９号に記載されるように、例えば、脂肪組織の破壊のために使用され得る、超音波エネルギーを発生させる。作動アセンブリ２８を使用して、簡略化された処置手技を提供可能である。例えば、超音波ヘッド２０は、患者と不動接触状態に保持可能である一方、作動アセンブリ２８は、所望の被覆率、持続期間、間隔等を提供する走査パターンを使用して、患者の局所領域に治療処置を適用するように、超音波変換器の位置／配向を変動させる。

図３は、図２の治療ヘッド２０の内部アセンブリを例示する。上方区画２２内に搭載されるのは、作動アセンブリ２８である。作動アセンブリ２８は、制御アーム３２を経由して、超音波変換器アセンブリ３０と結合される。制御アーム３２は、上方区画２２を下方区画２４から分離する間仕切と結合される容器３４と連係し、その中で旋回するように構成される。下方区画２４は、変換器アセンブリ３０によって伝達される超音波エネルギーを移送するために使用される、脱気水等の結合流体を含有するシールアセンブリである。容器３４は、少なくとも１つの流体シール（例えば、Ｏリングシール、ブレードシール等）を含み、流体が下方区画２４から上方区画２２に侵入するのを防止する。制御アーム３２は、上方区画２２内に配置される制御アーム上方端３６を含む。示される位置／配向では、超音波変換器アセンブリ３０は、超音波エネルギー断面３８によって例示されるように、窓２６を通して、焦点を合わせられた超音波エネルギーを伝達するように示される。

作動アセンブリ２８は、制御アーム３２を容器３４内で旋回させるように、制御アーム上方端３６を移動させるように動作可能である。作動アセンブリおよび制御アーム３２の運動範囲は、焦点を合わせられた超音波エネルギーが制御式に指向可能な被覆面積４０をもたらす（例えば、走査パターン、走査速度、エネルギー伝達レベル等を使用することによって）。

制御アーム上方端３６は、制御アーム連係構成要素４４内に受容され、それによって位置付けられる、ピボット玉４２（図４に最も良く示される）を経由して、作動アセンブリ２８と結合される。制御アーム連係構成要素４４は、制御アーム連係構成要素４４の位置／配向を直接制御する、平行移動／回転ハブ４６と結合される。平行移動／回転ハブ４６は、中心シャフト４８の回転によって、作動アセンブリ２８の中心線に沿って、平行移動／回転ハブ４６の位置を制御するように、中心シャフト４８と連係される。本明細書で使用されるように、作動アセンブリ２８の中心線とは、作動アセンブリ２８の中心線と整列される、基準軸である。種々の連係構成を使用して、中心シャフト４８の回転によって、作動アセンブリ２８の中心線に沿って、ハブ４６の平行移動を生じさせるように、ハブ４６を中心シャフト４８と連係可能である（例えば、アクメネジアセンブリ、玉ネジアセンブリ等）。以下に詳述されるように、作動アセンブリ２８は、作動アセンブリ２８の中心線のまわりで、ある回転範囲を通して、ハブ４６を回転させるように構成される。作動アセンブリ２８の中心線に沿ったハブ４６の平行移動と、作動アセンブリ２８の中心を中心としたハブ４６の回転との組み合わせは、超音波変換器アセンブリを被覆面積４０内の任意の点に指向するために必要とされる運動範囲を制御アーム連係構成要素４４に提供する。

図４は、治療ヘッド間仕切および制御アーム連係構成要素４４と結合される、関節式超音波変換器アセンブリ３０の詳細を例示する。超音波変換器アセンブリ３０は、下方区画２４内に位置付け／配向されるように、制御アーム３２と結合される。制御アーム３２は、制御アーム３２の瞬間回転中心が、容器３４に対して平行移動しないように、容器３４によって抑制される。容器３４は、上方区画２２を下方区画２４から分離させる間仕切に搭載される。容器３４は、結合流体（例えば、脱気水）が下方区画２４から上方区画２２内へと漏れるのを防止するために、Ｏリングシール３５を含有するシール溝を含む。上方区画２２を下方区画２４から分離させる間仕切は、種々の目的（例えば、センサ、配線、電子機器、送水管、フィルタ等）のために、区画間を通る通路として使用され得る、任意開口部２５を含むことが可能である。任意開口部２５は、結合流体が下方区画２４から上方区画２２内へと漏れるのを防止するようにシール可能である。制御アーム上方端３６は、ピボット玉４２と連係する。ピボット玉４２は、制御アーム上方端３６の円筒形外表面と連係する、中心ボア４３を含む。制御アーム連係構成要素４４は、ピボット玉４２の連係構成要素４４に対する平行移動を抑制する一方、ピボット玉４２を連係構成要素４４に対して回転させるように、ピボット玉４２と連係するために設計された嵌合表面を含む。ピボット玉４２と制御アーム上方端３６との間の連係は、作動アセンブリ２８の中心線（図３に図示）を中心とした、またはそれに沿った連係構成要素４４の回転と、容器３４内での旋回に伴って、制御アーム３２の結果として生じる運動とによって生じる、これらの構成要素間の相対的平行移動を可能にする。

図５は、作動アセンブリ２８を例示する。作動アセンブリは、作動アセンブリ２８の中心線に沿った平行移動およびそれを中心とした回転の制御を提供する。連係構成要素４４は、任意の数の方法によって、平行移動／回転ハブ４６と結合される。実施例として、連係構成要素４４は、中心ボアを含み、ハブ４６上に圧力嵌合される、連係構成要素４４およびハブ４６は、連係キー溝を含む、または連係構成要素４４およびハブ４６は、単一の一体型構成要素に結合可能である。ハブ４６および中心シャフト４８は、中心シャフト４８の回転によって、作動アセンブリ２８の中心線に沿ったハブ４６の平行移動を生じさせるように構成される。作動アセンブリ２８は、平行移動モータ５０および回転モータ５２を含む、２つの旋回モータを含む。平行移動モータ５０は、中心シャフト４８と回転式に結合され、それによって、作動アセンブリ２８の中心線に沿って、連係構成要素４４の平行移動を制御する。回転モータ５２は、作動アセンブリ２８の中心線のまわりで、連係構成要素４４の回転を制御する。平行移動モータエンコーダ５４は、平行移動モータ５０の旋回位置を追跡するために使用され、回転モータエンコーダ５６は、回転モータ５２の旋回位置を追跡するために使用される。

図６Ａおよび６Ｂは、平行移動モータ５０と中心シャフト４８との間の結合の詳細を例示する。平行移動モータ５０の回転は、中心シャフト４８と結合される中心シャフト駆動ギア６０と連係する、平行移動モータ出力ギア５８を経由して、中心シャフト４８に移送される。平行移動モータエンコーダ５４は、平行移動モータ５０および中心シャフト４８の旋回位置を監視する。中心シャフト駆動ギア６０は、種々の方法（例えば、キーまたはキー溝）によって、中心シャフト４８と結合可能である。

図７Ａおよび７Ｂは、中心シャフト４８と平行移動／回転ハブ４６との間の結合の詳細を例示する。中心シャフト４８は、中心シャフト４８の回転に応答して、作動アセンブリ２８の中心線に沿って、平行移動／回転ハブ４６の平行移動を生じさせるように構成される（例えば、アクメネジアセンブリまたは玉ネジアセンブリ等によって）、外表面６２を含む。中心シャフト４８は、中心シャフト駆動ギア６０によって駆動され、２つの端軸受６４、６６内で回転する。

ハブ４６は、作動アセンブリ２８の中心線を中心としたハブ４６の回転を制御するために使用される、部分的周縁スロット６８を含む。図８は、作動アセンブリ２８の中心線を中心としたハブ４６の回転を制御するように、周縁スロット６８（図７に図示）と連係する、溝付同心円状シャフト７０を例示する。溝付同心円状シャフト７０は、周縁スロット６８内に嵌合し、それによって、ハブ４６を溝付同心円状シャフト７０に沿って平行移動させる一方、ハブ４６の溝付同心円状シャフト７０を中心とした回転を抑制する。２つの端軸受６４、６６は、中心シャフト４８と溝付同心円状シャフト７０との間の相対的回転を提供する。溝付同心円状シャフト７０は、２つの端軸受６４、６６を受容するように構成される、２つの端座ぐりを含む。

操作時、中心シャフト４８の回転によって、外表面６２をハブ４６と相互作用させ、それによって、ハブ４６を作動アセンブリ２８の中心線に沿って平行移動させる。溝付同心円状シャフト７０は、ハブ４６が作動アセンブリ２８の中心線のまわりで回転しないように抑制される一方、ハブ４６が作動アセンブリ２８の中心線に沿って平行移動するように、不動に保持され得る。

図９は、溝付同心円状シャフト７０の回転を制御し、それによって、連係構成要素４４の回転を制御するために使用される、作動アセンブリ２８の構成要素を例示する。溝付同心円状シャフト７０は、その運動範囲を通して、溝付同心円状シャフト７０を回転させるために十分なギア区分を含む、部分ギア７２と結合される。部分ギア７２は、遊びギア７４によって駆動される。遊びギア７４は、回転モータ５２によって駆動される、ピニオンギア（図示せず）によって駆動される。回転モータ５２は、回転モータ５２の回転位置を監視する旋回エンコーダ５６と結合され、それによって、溝付同心円状シャフト７０、ハブ４６、および連係構成要素４４の回転位置を監視する。

次に、連係構成要素４４の平行移動および回転を提供するコア作動サブアセンブリの組み合わせられた動作が、図１０を参照して説明される。溝付同心円状シャフト７０は、２つの支持軸受７６、７８内で回転する。溝付同心円状シャフト７０の回転は、上述のように、回転モータ５２を介して制御される、部分ギア７２によって制御される。連係構成要素４４の回転位置は、平行移動／回転ハブ４６内の周縁スロット６８を介して、溝付同心円状シャフト７０の回転位置によって直接制御される。部分ギア７２に対する中心シャフト駆動ギア６０の回転は、ハブ４６および連係構成要素４４が作動アセンブリ２８の中心線に沿って平行移動するように、中心シャフト４８をハブ４６に対して回転させ、中心シャフト外表面６２をハブ４６と相互作用させる。

上述の作動アセンブリは、２つのモータを含むが、単一モータを含むようにも構成され得る。例えば、単一モータを使用して、２つ以上のギアコネクタを経由して、２つ以上の軸を駆動可能である。１つ以上のクラッチを使用して、モータを平行移動／回転ハブを駆動させる軸と係合／係脱可能である。また、単一モータを使用して、他の周知の相互接続（例えば、駆動ベルト、チェーン等）を経由して、平行移動／回転ハブを駆動させる軸を駆動可能である。

上述の治療ヘッド２０は、いくつかの利点を提供する。例えば、旋回可能に搭載される制御アームの使用は、複雑な機構およびシール（例えば、嵌合球面の使用を通して）の使用を回避する一方、患者の２次元領域にわたって、エネルギーを指向するように、超音波変換器アセンブリの位置／配向を変動させる能力を提供する。同心円状回転シャフトの使用は、コンパクトな作動アセンブリを提供し、ひいては、よりコンパクトな治療ヘッドを提供する。旋回駆動モータの使用は、電気作動アセンブリの使用を可能にし、それによって、付加的サブシステム（例えば、油圧、空気圧等）の使用を回避する。旋回エンコーダの使用は、連係構成要素の平行移動および／または回転に対するモータ回転の比率によって、比較的微小な制御を可能にする。回転機構の使用は、動作寿命要件に合致するように選択され得る、旋回軸受の使用を可能にする。

次に、治療ヘッドの代替実施形態が、図１１、１２、１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、および１４Ｂを参照して説明される。代替実施形態による、治療ヘッド内で使用するための筐体８２は、図１１に示される。筐体８２は、望ましくは、作動アセンブリおよび変換器ユニットをその中に格納するために好適なケースである。筐体８２は、最終アセンブリに先立って、作動アセンブリおよび変換器構成要素の定置のために、内部へのアクセスを有する、単一片部品または複数片ユニットであってもよい。モータブラケット８８を利用する一実施形態では、モータブラケット８８は、筐体８２の上部から可視である。筐体８２は、上部、底面、および側壁に位置する複数の開口を有する。側壁開口は、望ましくは、後述の作動アセンブリ８０の部品を受容するように成形される。

筐体８２内部には、作動アセンブリ８０と、変換器１０２と、作動アセンブリ８０と変換器１０２との間の制御アーム１００とが存在する。作動アセンブリ８０と変換器１０２とを接続する制御アーム１００は、間仕切１０８を貫通する。作動アセンブリ８０は、筐体８２の上方区画１１０内に位置付けられる一方、変換器１０２は、筐体８２の下方区画１１２内に位置付けられる。制御アーム１００は、単一固定開口を通って、間仕切１０８を貫通する。車輪止め１１４内に嵌合させられる玉継手１０４は、望ましくは、固定開口内に位置付けられ、制御アーム１００は、玉継手１０４を貫通する。作動アセンブリ８０は、可動送りネジ架９６を介して、制御アーム１００の上方端に接続する。作動アセンブリ８０は、２次元（例えば、ネジレール９４に沿って長手方向に、かつネジレール９４を側方に移動させることによってネジレール９４に対して横断方向に）に、送りネジ架９６を移動可能である。送りネジ架９６は、その上に可変コネクタを有し、送りネジ架９６が移動されると、制御アーム１００との接触を維持し、そこに機械的力を伝達可能である。送りネジ架９６は、ジョイスティックのように、制御アーム１００の上方端を移動させ、下方区画１１２内の変換器１０２の対応する移動を生じさせることが可能である。

図１２は、筐体８２から垂直に変位された作動アセンブリ８０を示す。作動アセンブリ８０は、車軸駆動モータ８４と、モータブラケット８８上に搭載される振動モータ８６とを有する。車軸駆動モータ８４は、ギア機構９０、９２に係合し、ネジレール９４を駆動する。ネジレール９４に乗設されるのは、送りネジ架９６である。ネジレール９４は、モータブラケット８８の開口９８および筐体８２のスロット形の開口８２ａ内に乗設される。振動モータ８６は、モータブラケット８８と結合され、モータブラケット８８を旋回軸８８ａの周囲で回転させ、ネジレール９４の横断方向移動を提供する。モータ８４、８６の組み合わせを使用して、制御アーム１００をジョイスティックのように移動させ、玉継手１０４内の支点のまわりで、変換器１０２を移動させることが可能である。玉継手１０４は、制限止め１０６を有し、玉継手１０４が所望の位置を越えて移動するのを防止する。

いくつかの実施形態では、制御アーム１００は、３軸旋回を経由して、作動アセンブリ上の送りネジ架９６と結合される。３軸旋回は、送りネジ架９６に対して、制御アーム１００を軸方向上下に摺動させる一方、送りネジ９４に沿った軸運動の間、送りネジ架９６の回転を防止する。

図１３Ａは、筐体８２内の作動アセンブリの相対的位置を示す。筐体８２を上方区画１１０と下方区画１１２とに分離する間仕切１０８は、図１３Ｂに示される。環状アレイ型変換器１０２の振動および軸運動は、矢印を介して示される。筐体８２内の種々の開口は、明確にするために省略されている。間仕切１０８は、変換器１０２の運動に対して示される。

変換器１０２は、制御アーム１００端において移動し、超音波エネルギーを筐体８２外に焦点させる。治療ヘッドが、患者に適切に結合されると、超音波エネルギーは、所望の治療効果のために、患者の組織内に焦点する。変換器１０２が固定長の制御アーム１００上にあり、旋回点のまわりで移動するように抑制されるため、変換器１０２は、球形の移動円弧を生成する３次元の円弧内で移動する。変換器１０２が作動時、変換器１０２の焦点域は、類似の球形の移動円弧を生成する。この円弧は、本明細書では、処置円弧または掃引面積と称される。変換器１０２が、固定焦点変換器である場合、掃引面積は球状である。変換器１０２の焦点深度が、機械的または電子的に変化され得る場合、掃引面積形状は変化し得る。湾曲掃引面積または平坦掃引面積のいずれかが、本明細書に説明される治療ヘッドによって生成され得る。有利なことに、平坦掃引面積は、電子的に制御されるアレイ変換器と組み合わせて、作動アセンブリを使用して生成可能である。

焦点の深度調節は、種々の技術を通して達成されてもよい。変換器の焦点域は、変換器の垂直位置を変化させることによって、機械的に調節可能である。これは、アクチュエータを使用して、運動の円弧の通過に伴って、変換器を上下に移動させることによって達成可能である。また、変換器焦点域の深度は、環状アレイまたは位相アレイ変換器を使用して、変換器の焦点深度を操作することによって、電子的に制御可能である。また、変換器焦点域の深度は、キャップ内のレンズを使用することによって調節可能である。所望の掃引面積に応じて、湾曲または平坦キャップを使用可能である。機械的に焦点を合わせられた変換器によって、機械的焦点と、変換器から皮膚までの距離（間隔距離）とによって決定される深度において、ＨＩＦＵ部位を組織内に形成可能である。可変深度の部位は、機械的Ｚ軸制御機構によって、間隔距離を変動させることによって得ることが可能である。また、部位深度は、Ｚ軸機構を環状輪に分離された変換器と置換し、各輪を独立して電気的に駆動することによって、変動させることが可能である。各輪に対する駆動エネルギーの時間遅延を適切に変動させることによって、焦点深度は変化し得る。故に、平坦掃引面積は、変換器が旋回点のまわりで移動する場合であっても、種々の技術を使用して生成可能である。

個々の環状輪の幅に対するいくつかの標準的設計が存在し、例えば、等面積または等ピッチ設計であるが、それらに限定されない。変換器の焦点屈折力は、焦点深度の変動に伴って変化する。焦点屈折力は、焦点距離と変換器開口（Ｆ値）との比率として表され、したがって、アレイの所与の開口に対して、焦点を電子的に変化させることによって、Ｆ値および焦点屈折力が変化する。Ｆ値は、より高度な設計では外輪をオンまたはオフに切り替え、したがって開口を変化させる一方、また焦点も変化させることによって、ほぼ一定に維持可能である。診断分野では、本技術は「開口の拡張」として知られる。

環状アレイ変換器の設計は、いくつかの重要な考慮事項を提示する。例えば、環状アレイ内の輪の数が重要である。輪が少な過ぎる場合、格子ローブ効果による第２焦点が、近接場に生じ、治療用途において、潜在的に、火傷のような悪影響を及ぼし得る。輪が多過ぎる場合、等面積設計におけるように、外輪が薄くなり過ぎ、実践的に、構築が不可能である。第２焦点の問題は、アレイを内蔵機械的焦点により構築することによって、大幅に改善可能であって、また、アレイ内の輪の数、したがって、電子的チャネルを低減する。環状アレイ設計のシミュレーションでは、有利な輪の数は、８乃至１０、全体Ｆ値１乃至２、２ＭＨｚ動作周波数、および変換器直径約３８ｍｍとして示される。環状アレイ内の輪は、容認可能な焦点ビームパターンを達成するために、互いから音響的に遮断されなければならない。遮音は、超音波衝撃破砕装置の拡声器上に搭載される一式の入れ子式同心円状薄鋼輪等の適切なツールによって、圧電層を個々の輪に単に分離することによって達成可能である。次いで、結果として得られるアレイは、裏当て構造および／またはダイスカットされていない整列層によって支持され得る。固体圧電材料（ほとんどの場合、セラミックであって、区分毎にダイスカットされる場合、区分毎の任意の側方拡張は、セラミック厚の約０．７乃至５倍である）は、横モードへの結合によって、異なる周波数で振動するであろう。大部分の環状アレイ設計は、上述の「禁止領域」内のアスペクト比を伴う１つ以上の輪となり、アレイ開口にわたって容認不可能な周波数変動をもたらす。環状アレイ設計は、１−３の合成圧電セラミック材料を利用可能であって、セラミックは、アスペクト比約０．５を伴う細長い支柱にダイスカットされ、ダイスカット切口は、エポキシ樹脂等のポリマー材料で充填される。これらの材料は、良好な設計において、均一周波数応答、低レベル横モード、高電磁結合定数、高帯域幅を呈する。耐高動作温度に設計される治療アレイでは、ポリマー充填材料は、通常は、高ガラス転移温度を伴うエポキシ樹脂である。多くの場合、アレイの個々の輪は、上述のように、容認可能なクロスカップリングレベルを達成するために、依然として、ある程度物理的に分離される必要がある。部位は、次いで、変換器を機械的Ｘ−Ｙ走査装置とともに側方に移動させることによって、側方区域に生成可能である。

レンズを伴うキャップの使用は、機械的または電子的（アレイ変換器）焦点深度調節技術と組み合わせられても、または標準的単一焦点距離変換器と併用されてもよい。キャップが湾曲される場合、治療ヘッドは、皮膚に押圧可能であって、したがって、患者の組織が、キャップの輪郭に一致する。変換器がある面積を掃引すると、処置される面積は、皮膚表面から掃引面積にわたって等距離であるだろう。キャップは、この場合、変換器の掃引円弧の半径と整列するように設計される半径を有する。キャップが平坦レンズによって設計される場合、標準的単一焦点距離変換器の焦点域は、皮膚下の湾曲処置面積を掃引するであろう。

図１４Ａは、垂直に位置付けられる制御アーム１００とともに、「中立」位置にある玉継手１０４を例示する。玉継手１０４は、間仕切１０８によって抑制され、車輪止め１１４によって囲繞される。急停止部または制限機構１０６は、玉継手１０４が車輪止め１１４の境界外に移動するのを防止するために提供される。変換器１０２のための電気制御は、シャフト１００を通ってまたは沿って、玉継手１０４を経てルーティングされ、変換器１０２に接続可能である。図１４Ｂは、片側に傾斜したシャフトによって一方向運動に制限された玉継手１０４と、車輪止め１１４の急停止部における制限機構１０６を例示する。

治療ヘッドは、操作を促進するように構成可能である。例えば、図１５に例示されるように、治療ヘッド１２０は、ハンドル１２２を含むことが可能である。図１６に例示されるように、治療ヘッド１３０は、ゴムで覆われた外被１３２または他の人間工学的付属品を含み、ユーザが一方または療法の手で治療ヘッドを保持する際の補助となることが可能である。図１７に例示されるように、治療ヘッド１４０は、変換器の運動範囲の増加を提供するように成形可能である。

上述の実施形態は、いくつかの利点を提供し、例えば、ＨＩＦＵ変換器を関節するためのジョイスティック状制御アームの使用は、作動アセンブリのサイズと必要とされる正確性の均衡を保つために可変の設計パラメータを提供する。変換器は、制御アームに搭載され、次いで、回転点として作用する３軸旋回を経る。旋回点と作動アセンブリとの間の距離および旋回点と変換器との間の距離の比率を変動させることによって、達成可能な、また、ＨＩＦＵ焦点の正確性に影響を及ぼし得る、変換器の移動量を増減可能である。例えば、旋回点と変換器との間の距離が、旋回点と作動アセンブリとの間の距離の２倍である場合、変換器の運動軌跡に必要とされるものの半分の進行距離が可能であることのみ必要であるため、作動アセンブリの設置面積は、縮小可能である。上述の距離の比率は、作動アセンブリのサイズと正確性との間の最も効率的均衡を提供するように調節され得る。比率が１対１の場合、ギア反動、組み立て間隙、モータの遊び等による何らかの作動アセンブリの遊びは、比率１：１におけるＨＩＦＵ変換器焦点に平行移動される。

また、ジョイスティック状制御アームの使用は、制御アームの任意の位置に対する変換器の焦点におけるＺ高度変化の計算を可能にする。振子設計の効果は、変換器の旋回点を中心とした揺動に伴って、変換器焦点Ｚ深度が、平坦平面に対して変化するものである。これは、旋回点と変換器焦点との間の距離によって駆動される。本距離は、Ｚ高度変化が、作動アセンブリの位置／回転の関数として計算可能であるように、有効半径を生成する。

また、ジョイスティック状制御アームの使用は、作動アセンブリの容易な統合を提供する。制御アームは、変換器に搭載され、次いで、周知の距離における旋回点と、旋回点と作動アセンブリとの間の距離に対する比率を経る。また、変換器と作動アセンブリとの間のある場所において、制御アームは、乾燥作動アセンブリ区画と湿潤変換器区画との間を移行する。単一旋回点は、付随表面に摺動接触を起こさせ、単純なシール部材（例えば、Ｏリングシール、ブレードシール等）を使用する能力を提供する。

他の変形例も、本発明の精神内に存在する。したがって、本発明は、種々の修正および代替構造を受け入れる余地があり、それらの例示されるある実施形態は、図面に示され、詳細に上述されている。しかしながら、本発明を特定の形態または開示される形態に限定する意図はなく、対照的に、添付の請求項に規定されるように、本発明の精神および範囲内にあるあらゆる修正、代替構造、および均等物を網羅することが意図されることを理解されたい。

本発明を説明する文脈（特に、以下の請求項の文脈）において、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」および類似指示対象の使用は、本明細書に別途明示される、または文脈によって明示的に否定されない限り、単数形および複数形の両方を網羅するものと解釈されたい。「備える」、「有する」、「含む」、および「含有する」とは、別途記載がない限り、非限定用語（すなわち、「含むが、それらに限定されない」ことを意味する）として解釈されたい。「接続される」とは、介在する物が存在する場合であっても、部分的または全体的に、その中に含有される、それに付着される、またはともに結合されるものとして解釈されたい。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書に別途記載がない限り、単に、その範囲内にある各別個の値を個々に参照する簡単な方法としての役割を果たし、各別個の値は、本明細書に個々に列挙されるように明細書に組み込まれることが意図される。本明細書に記載の全方法は、本明細書に別途記載がある、または別様に文脈によって明示的に否定されない限り、任意の好適な順番で行なうことが可能である。あらゆる実施例、または本明細書に提供される例示的用語（例えば、「等」）の使用は、別途請求されない限り、単に、本発明の実施形態をより適切に例示することを意図し、本発明の範囲の限定を提起するものではない。明細書内のいずれの用語も、本発明の実践に不可欠なものとして、任意の非請求要素を示すものとして解釈されない。

本発明を実行するために、発明者らに周知の最良の形態を含む、本発明の好ましい実施形態が、本明細書に説明される。それらの好ましい実施形態の変形例は、上述の説明を熟読することによって、当業者には明白となるであろう。発明者らは、必要に応じて、当業者がそのような変形例を採用することを予期し、発明者らは、本発明が、具体的に本明細書に説明される以外に実践されることを視野に入れる。故に、本発明は、適用法によって認められているように、本明細書に添付の請求項に列挙される主題のあらゆる修正例および均等物を含む。さらに、それらのあらゆる可能性のある変形例における上述の要素のあらゆる組み合わせが、本明細書に別途記載される、または文脈によって明示的に否定されない限り、本発明によって包含される。

Claims (29)

1. 患者への指向性エネルギーの印加のための治療ヘッドであって、該治療ヘッドは、
   手で操作されるように適合される、筐体と、
   該筐体の下方区画を、該筐体の上方区画から分離する間仕切であって、該下方区画は、窓を含む、間仕切と、
   該間仕切内の開口と、
   該開口を通して延在する制御アームであって、該制御アームは、該上方区画内に配置される上方端と、該下方区画内に配置される下方端とを有し、該開口が該上方と下方区画との間でシールされる一方で、該制御アームは該開口内で移動可能である、制御アームと、
   該上方区画内に位置付けられる作動アセンブリであって、該作動アセンブリは、該制御アームが少なくとも２つの平面上において該作動アセンブリによって移動可能であるように、該制御アームの該上方端と結合される、作動アセンブリと、
   該窓を通してエネルギーを伝達するための指向性エネルギーアプリケータであって、該エネルギーアプリケータは、該制御アームの該下方端と結合される、エネルギーアプリケータと
   を備える、治療ヘッド。
2. 前記エネルギーアプリケータは、超音波変換器を備える、請求項１に記載の治療ヘッド。
3. 前記超音波変換器は、環状アレイまたは位相アレイを備える、請求項２に記載の治療ヘッド。
4. 前記超音波変換器は、高密度焦点式超音波変換器を含む、請求項２に記載の治療ヘッド。
5. 前記変換器は、固定焦点距離を有し、前記窓は、前記変換器の処置掃引面積に基づいて成形される、請求項２に記載の治療ヘッド。
6. 前記窓は、レンズを備える、請求項１に記載の治療ヘッド。
7. 前記制御アームは、前記間仕切と結合される、請求項１に記載の治療ヘッド。
8. 前記制御アームは、該制御アームの瞬間回転中心が、前記間仕切に対して平行移動しないように抑制され、該制御アームが、少なくとも２つの回転軸の周囲の該瞬間中心のまわりで回転可能であるように、該間仕切と結合される、請求項７に記載の治療ヘッド。
9. 前記制御アームと前記間仕切との間の前記結合は、嵌合球面を含む、請求項１に記載の治療ヘッド。
10. 前記制御アームと前記間仕切との間の前記結合は、流体シールを含む、請求項９に記載の治療ヘッド。
11. 前記作動アセンブリは、
    前記上方区画に対して、固定の位置および配向を有する、中心線と、
    前記制御アームと結合される、制御アーム連係構成要素と、
    該中心線に沿って、該制御アーム連係構成要素を位置付けるための第１のモータと、
    該中心線のまわりで、該制御アーム連係構成要素を回転させるための第２のモータと
    を備える、請求項１に記載の治療ヘッド。
12. 前記第１のモータは、第１の回転シャフトを駆動し、該第１の回転シャフトは、前記中心線に沿って、前記制御アーム連係構成要素の位置を制御し、
    前記第２のモータは、第２の回転シャフトを駆動し、該第２の回転シャフトは、該中心線のまわりで、該制御アーム連係構成要素の回転を制御する、請求項１１に記載の治療ヘッド。
13. 前記作動アセンブリは、
    前記上方区画に対して、固定の位置および配向を有する、第１の中心線と、
    該第１の中心線のまわりで、旋回可能に搭載されるブラケットと、
    該第１の中心線のまわりで、該ブラケットを回転させるための第１のモータと、
    該ブラケットに対して、固定の位置および配向を有する、第２の中心線と、
    前記制御アームと結合される、制御アーム連係構成要素と、
    該第２の中心線に沿って、該制御アーム連係構成要素を位置付けるための第２のモータと
    を備える、請求項１に記載の治療ヘッド。
14. 前記第２のモータは、回転シャフトを駆動し、該回転シャフトは、前記中心線に沿って、前記制御アーム連係構成要素の位置を制御する、請求項１３に記載の治療ヘッド。
15. 前記作動アセンブリは、
    前記上方区画に対して、固定の位置および配向を有する、中心線と、
    前記制御アームと結合される、制御アーム連係構成要素と、
    該中心線に沿って、該制御アーム連係構成要素を位置付け、該中心線のまわりで、該制御アーム連係構成要素を回転させるためのモータと
    を備える、請求項１に記載の治療ヘッド。
16. 治療ヘッドであって、
    窓を有する筐体であって、該筐体は、手によって操作されるように適合される、筐体と、
    該窓を通してエネルギーを伝達するための指向性エネルギーアプリケータであって、該エネルギーアプリケータは該筐体内に配置される、エネルギーアプリケータと、
    ２次元処置面積にわたって、該エネルギーアプリケータを指向させるように、該筐体内で該指向性エネルギーアプリケータを操作するための手段と
    を備える、治療ヘッド。
17. 前記エネルギーアプリケータは、超音波変換器を備える、請求項１６に記載の治療ヘッド。
18. 前記超音波変換器は、高密度焦点式超音波変換器を含む、請求項１７に記載の治療ヘッド。
19. 医療超音波システムであって、
    患者と並んで移動可能な基部ユニットと、
    該基部ユニットと結合される超音波ヘッドであって、該超音波ヘッドは、
    手で操作されるように適合される、筐体と、
    該筐体の下方区画を、該筐体の上方区画から分離する間仕切であって、該下方区画は窓を含む、間仕切と、
    該間仕切内の開口と、
    該開口を通して延在する制御アームであって、該制御アームは、該上方区画内に配置される上方端と、該下方区画内に配置される下方端とを有し、該開口が該上方と下方区画との間でシールされる一方で、該制御アームは該開口内で移動可能である、制御アームと、
    該上方区画内に位置付けられる作動アセンブリであって、該作動アセンブリは、該制御アームが少なくとも２つの平面上において該作動アセンブリによって移動可能であるように、該制御アームの該上方端と結合される、作動アセンブリと、
    該窓を通してエネルギーを伝達するための超音波変換器であって、該変換器は、該制御アームの該下方端と結合される、変換器と
    を含む、超音波ヘッドと
    を備える、システム。
20. 前記超音波変換器は、環状アレイまたは位相アレイを備える、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記変換器は、固定焦点距離を有し、前記窓は、前記変換器の処置掃引面積に基づいて成形される、請求項１９に記載のシステム。
22. 前記窓は、レンズを備える、請求項１９に記載のシステム。
23. 前記超音波変換器は、高密度焦点式超音波変換器を含む、請求項１９に記載のシステム。
24. 前記制御アームは、該制御アームの瞬間回転中心が、前記間仕切に対して平行移動しないように抑制され、該制御アームが、少なくとも２つの回転軸の周囲の該瞬間中心のまわりで回転可能であるように、該間仕切と結合される、請求項１９に記載のシステム。
25. 前記作動アセンブリは、
    前記上方区画に対して、固定の位置および配向を有する、中心線と、
    前記制御アームと結合される、制御アーム連係構成要素と、
    該中心線に沿って、該制御アーム連係構成要素を位置付けるための第１のモータと、
    該中心線のまわりで、該制御アーム連係構成要素を回転させるための第２のモータと
    を備える、請求項１９に記載のシステム。
26. 前記第１のモータは、第１の回転シャフトを駆動し、該第１の回転シャフトは、前記中心線に沿って、前記制御アーム連係構成要素の位置を制御し、
    前記第２のモータは、第２の回転シャフトを駆動し、該第２の回転シャフトは、該中心線のまわりで、該制御アーム連係構成要素の回転を制御する、請求項２５に記載のシステム。
27. 前記作動アセンブリは、
    前記上方区画に対して、固定の位置および配向を有する、第１の中心線と、
    該第１の中心線のまわりで、旋回可能に搭載されるブラケットと、
    該第１の中心線のまわりで、該ブラケットを回転させるための第１のモータと、
    該ブラケットに対して、固定の位置および配向を有する、第２の中心線と、
    前記制御アームと結合される、制御アーム連係構成要素と、
    該第２の中心線に沿って、該制御アーム連係構成要素を位置付けるための第２のモータと
    を備える、請求項１９に記載のシステム。
28. 前記第２のモータは、回転シャフトを駆動し、該回転シャフトは、前記中心線に沿って、前記制御アーム連係構成要素の位置を制御する、請求項２７に記載のシステム。
29. 前記作動アセンブリは、
    前記上方区画に対して、固定の位置および配向を有する、中心線と、
    前記制御アームと結合される、制御アーム連係構成要素と、
    該中心線に沿って、該制御アーム連係構成要素を位置付け、該中心線のまわりで、該制御アーム連係構成要素を回転させるためのモータと
    を備える、請求項１９に記載のシステム。

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