JP6980696B2 - 超音波撮像及び治療装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波撮像及び治療装置に関し、特に、拍動している心臓への心臓治療に関し、より詳細には、例えば、砕石、組織破砕、衝撃波、ＨＩＦＵ（高密度焦点式超音波療法）、又は超音波薬剤送達による非侵襲的な心臓治療に関する。

超音波は、幾つかの幅広い用途で治療ツールとして使用される：歯科衛生、腎臓結石の破砕（砕石）、腫瘍の焼灼等。近年、心臓手術への用途も示唆されてきた（心筋血行再建術による心筋虚血症、治療抵抗性狭心症、腎デナベーションによる高血圧、又は血管石灰化）。これらの用途は、砕石又は組織破砕（それぞれ超音波衝撃波による石灰化／腎臓結石又は組織の機械的な破砕）又はＨＩＦＵ（高密度焦点式超音波療法は、組織の局所加熱を誘導する）に基づく。超音波の他の治療用途としてはソノポレーションが挙げられ、ソノポレーションでは、低密度焦点式超音波による局所薬剤送達を可能にする。

体内のある体積の組織を標的とし治療するためには、治療超音波の焦点を一次元、二次元、好ましくは三次元に沿って移動させなければならない。これは、従来技術では、体表に平衡する平面及に沿って、並びに体に向かって及び体から離れて、トランスデューサを移動させることにより達成される。これは拍動している心臓に対して行うことはできず、その理由は、撮像装置を用いて心臓及び心臓の動きを常時、リアルタイムで視覚化して追跡し、安全及び効き目への懸念の両方のために、標的領域にロックオンしたままの状態にするために、三次元基準において治療超音波の焦点の位置を補正する必要があるためである。

米国特許出願公開第２０１２／００４６５９２号明細書には、凹形ＨＩＦＵトランスデューサを備える超音波撮像及び治療装置が開示されており、凹形ＨＩＦＵトランスデューサの中心に撮像トランスデューサが配置され、それにより生成される組立体は、可撓性膜により閉じられた液体充填筐体内に囲まれる。治療超音波の焦点は、ＨＩＦＵトランスデューサを傾斜させることにより横方向に−しかし、撮像トランスデューサは傾斜されない−及び撮像トランスデューサと共にＨＩＦＵトランスデューサを並進させることにより縦方向に操縦される。

拍動する心臓の治療に超音波を使用することは、心臓が常に動いているということにも拘わらず、ミスガイドされた超音波により誘導される潜在的に致命的な傷害を回避するために、リアルタイムの画像ガイド及び追跡を高精度で実行しなければならないため、高精度で実行されなければならない。そのようなリアルタイム精度要件は、超音波が経胸印加される非侵襲的用途では満たすことが特に難しく、より侵襲的な（例えば、経食道的）手法は、実施がより簡単であるが、利用できる空間が限られる又は食道が潜在的にダメージを受ける等の明らかな欠点を有する。

Ｒ．Ｍ．Ｍｉｌｌｅｒらによる論文“Ｈｉｓｔｏｔｒｉｐｓｙ ｃａｒｄｉａｃ ｔｈｅｒａｐｙ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ”，Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｉｎ Ｍｅｄ．＆ Ｂｉｏｌ．ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１２，ｐｐ．２３６２−２３７３（２０１３）には、治療する拍動している心臓の標的領域の移動を辿ることができる、リアルタイム移動補正と統合された組織破砕ベースの経胸心臓治療システムが開示されている。このシステムは、超音波検査プローブを中心に有する複数の同心環状超音波トランスデューサを備える治療装置に基づく（同様の装置について、米国特許第５，５２０，１８８号明細書参照）。適切な位相（及び任意選択的に強度）関係を有する電子駆動信号を環状トランスデューサに供給することにより、集束超音波を生成し、焦点を軸方向において、しかし大きな治療領域（表面又は体積）をカバーしないように操縦し、治療波を精密に制御された領域に拡散させることが可能であり、超音波検査プローブにより治療を監視することができる。しかしながら、現実世界での用途では、焦点の横方向の操縦も求められる。単に治療装置を並進させるだけでは少なくとも、治療のガイド、標的化、及び監視のために良質な画像をリアルタイムで取得するために、超音波検査プローブを２本の肋骨の間に非常に精密に配置する必要があり、したがって、静止したままであり、治療超音波の印加中、直接又は間接的に（例えば、通常５ｍｍ厚未満の超音波伝導媒体の薄層が介在する）患者の皮膚に接触した状態を保つ必要がある経胸用途では不満足である。

Ｒ．Ｍ．Ｍｉｌｌｅｒ及び同僚は、二次元超音波位相アレイを使用して、超音波の焦点の三次元電子操縦を実行することを示唆する。この手法は、実施が極めて複雑であり、各超音波トランスデューサに向けられる数十又は数百もの精密なフェーズド駆動信号を必要とする。適する電子駆動器は市販されておらず、開発が極めて高価である。

博士号論文“Ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｉｅ ｐｏｕｒ ｌｅ ｓｕｉｖｉ ｄｅｓ ｔｈｅｒａｐｉｅｓ ｐａｒ ｕｌｔｒａｓｏｎｓ ｆｏｃａｌｉｓｅｓ ｅｔ ｎｏｕｖｅａｕ ｃｏｎｃｅｐｔ ｄｅ ｃａｖｉｔｅ ａ ｒｅｔｏｕｒｎｅｍｅｎｔ ｔｅｍｐｏｒｅｌ ｐｏｕｒ ｌ’ｈｉｓｔｏｒｉｐｓｉｅ”（“Ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｆｏｃｕｓｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｔｈｅｒａｐｙ ａｎｄ ｎｅｗ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｔｉｍｅ−ｒｅｖｅｒｓａｌ ｃａｖｉｔｙ ｆｏｒ ｈｉｓｔｏｔｒｉｐｓｙ”），Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐａｒｉｓ ＶＩＩ，Ｊａｎｕａｒｙ １７^ｔｈ，２０１３において、Ｂａｓｔｉｅｎ Ａｒｎａｌは、時間反転キャビティ（ｔｉｍｅ−ｒｅｖｅｒｓａｌ ｃａｖｉｔｙ）を使用して、僧帽弁腱索を切断するための集束超音波の三次元電子操縦を実行することを示唆している。組織破砕治療に適する時間反転キャビティは、Ｂ．Ａｒｎａｌらによる論文“Ｔｕｎａｂｌｅ ｔｉｍｅ−ｒｅｖｅｒｓａｌ ｃａｖｉｔｙ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｐｕｌｓｅｓ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：Ａ ｔｒａｄｅｏｆｆ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ １０１，０６４１０４（２０１２）にも記載されている。ここでも、この手法は実施が非常に難しく、高度な電子回路を必要とする。

超音波検査プローブを中心に有する１つの凹形超音波トランスデューサに基づくはるかに単純な装置が、実験セットアップで使用されているが、治療プローブを機械的に操縦しながら、同時に超音波検査撮像プローブを静止したまま、患者の皮膚に直接的又は間接的に接触した状態を保つことにより、超音波の焦点を操縦することは不可能であるため、現実の用途には適さない。より詳細には、体に向けて又は体から離れて超音波検査撮像プローブを動かさずに、拍動する心臓等の生体器官の良質な画像のリアルタイム取得及び追跡を可能にする位置において治療超音波の焦点深度を変更することは不可能である。体に向けて又は体から離れて超音波検査撮像プローブを動かすことは、即座に撮像品質の大きな低下に繋がり、その理由は、非侵襲的心エコー検査では、超音波検査撮像プローブを皮膚に接触した肋間空間に意図的に位置決めする必要があるためである。

米国特許出願公開第２０１２／００４６５９２号明細書 米国特許第５，５２０，１８８号明細書

Ｒ．Ｍ．Ｍｉｌｌｅｒらによる論文"Ｈｉｓｔｏｔｒｉｐｓｙ ｃａｒｄｉａｃ ｔｈｅｒａｐｙ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ"，Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｉｎ Ｍｅｄ．＆ Ｂｉｏｌ．ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１２，ｐｐ．２３６２−２３７３（２０１３） Ｂａｓｔｉｅｎ Ａｒｎａｌの博士号論文"Ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｉｅ ｐｏｕｒ ｌｅ ｓｕｉｖｉ ｄｅｓ ｔｈｅｒａｐｉｅｓ ｐａｒ ｕｌｔｒａｓｏｎｓ ｆｏｃａｌｉｓｅｓ ｅｔ ｎｏｕｖｅａｕ ｃｏｎｃｅｐｔ ｄｅ ｃａｖｉｔｅ ａ ｒｅｔｏｕｒｎｅｍｅｎｔ ｔｅｍｐｏｒｅｌ ｐｏｕｒ ｌ’ｈｉｓｔｏｒｉｐｓｉｅ"（"Ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｆｏｃｕｓｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｔｈｅｒａｐｙ ａｎｄ ｎｅｗ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｔｉｍｅ−ｒｅｖｅｒｓａｌ ｃａｖｉｔｙ ｆｏｒ ｈｉｓｔｏｔｒｉｐｓｙ"），Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐａｒｉｓ ＶＩＩ，Ｊａｎｕａｒｙ １７ｔｈ，２０１３ Ｂ．Ａｒｎａｌらによる論文"Ｔｕｎａｂｌｅ ｔｉｍｅ−ｒｅｖｅｒｓａｌ ｃａｖｉｔｙ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｐｕｌｓｅｓ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：Ａ ｔｒａｄｅｏｆｆ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ １０１，０６４１０４（２０１２）

本発明は、従来技術のこれらの欠点の解消を目的とする。より詳細には、本発明は、超音波ガイダンスの過度の複雑性、コスト、及び画像の品質低下を回避しながら、リアルタイムガイダンス下で集束超音波の二次元又は三次元操縦を可能にし、超音波撮像装置（例えば、超音波検査プローブ）から監視する撮像・治療装置を提供することを目的とする。

この目的を達成することができる本発明の対象は、治療集束波を生成する同心環状超音波トランスデューサのアレイと、上記複数の同心環状超音波トランスデューサの最も内側のトランスデューサ内部に配置される超音波撮像装置とを備える超音波撮像及び治療装置であって、超音波撮像装置に対する同心環状超音波トランスデューサのアレイの傾斜移動を可能にする機械的リンクを更に備えることを特徴とし、それにより、同心環状超音波トランスデューサのアレイが傾斜して、同心環状超音波トランスデューサにより生成される超音波の焦点を上記超音波撮像装置の撮像領域内で移動させる間、超音波撮像装置は、静止したままであり、患者の皮膚に直接又は間接的に接触したままであることができる、超音波撮像及び治療装置である。重要なことに、超音波撮像装置は、同心環状超音波トランスデューサのアレイから軸方向に突出する（より詳細には、超音波撮像装置は、トランスデューサが傾斜した場合であっても、超音波の伝搬方向においてアレイの最初の点を超えて延びる）。これは、治療中、超音波撮像装置が患者の皮膚に直接又は間接的に接触した状態を保つことができるようにするのに役立つ。例えば、超音波撮像装置は、１０ｍｍ〜１００ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ〜５０ｍｍ、更に好ましくは１０ｍｍ〜２４ｍｍに含まれる長さだけ同心環状超音波トランスデューサのアレイから突出し得る。実際の値は、最も外側の環状トランスデューサの外径及び必要とされる傾斜振幅の直径に依存する。例えば、直径５５ｍｍを有する最も外側のトランスデューサを考えると、超音波撮像装置は、装置が平面に適用される場合、±１０°の傾斜を可能にするために、少なくとも１０ｍｍ突出すべきである。

本発明の装置は、電子回路と機械的操縦との混成組み合わせを使用する。軸方向操縦は、Ｒ．Ｍ．Ｍｉｌｌｅｒらによる先に引用した論文と同様に、電子的に実行され、焦点を複数の深さに移動させることができ、横方向操縦は、撮像装置を移動させずに、超音波トランスデューサを傾斜させることにより機械的に実行される。電子的な軸操縦と機械的な横方向操縦との組み合わせにより、超音波の焦点を二次元又は三次元で移動させることができる。上述したように、これは、焦点の電子的な軸方向操縦及び突出する撮像装置のおかげで、画質を犠牲に達成されるものではない。

そのような治療装置の特定の実施形態は、従属クレームの趣旨を構成する。

本発明の追加の特徴及び利点は、添付図面と併せて解釈される続く説明から明らかになる。

本発明の実施形態による撮像・治療装置の簡略化された側面図である。 図１の装置の底面図である。 動作状況時に見られる図１の装置の断面図である。 単一平面撮像により監視された二次元操縦の概略表現である。 単一平面撮像により監視された二次元操縦の概略表現である。 二平面撮像により監視された三次元操縦の概略表現である。 二平面撮像により監視された三次元操縦の概略表現である。

図面は一定の縮尺で描かれていない。

図１、図２、及び図３に示される本発明の実施形態による撮像・治療装置は、同心に配置され、球形ボウルＳＢ上に位置合わせされた、半径が増大する環状超音波トランスデューサＵＴ１〜ＵＴ５のアレイＡＴＡを備える。図示されない異なる実施形態によれば、トランスデューサは、凹形であるが、非球形（例えば、放物形）のボウルに配置してもよく、又は平面に配置してもよい。そのようなトランスデューサのアレイは、例えば、上記引用した文献である米国特許第５，５２０，１８８号明細書に記載されている。

５つのトランスデューサが図２及び図３に表されているが、異なる数、例えば、最高で数十までを使用してもよく、過度の複雑性を回避するために、５〜２０に含まれる数が好ましい。環状トランスデューサは、好ましくは、図２に表されるように円形であり、より正確には、各環状トランスデューサは、円形ベースの直角円錐形切頭体の形状を有し得る。他の形状も可能である（例えば、楕円形、矩形・・・）。環状トランスデューサは、連続してもよく、又は離散したセグメントによって形成されてもよい。

米国特許第５，５２０，１８８号明細書及びＲ．Ｍ．Ｍｉｌｌｅｒらによる上記引用した論文と同様に、超音波撮像装置ＵＩＤ−例えば、二次元、二平面、又は三次元超音波検査プローブ−は、最も内側のトランスデューサＵＴ１内部のアレイＡＴＡの中心に配置される。

しかしながら、従来技術とは異なり、撮像装置はトランスデューサアレイＡＴＡに直接固定されず、機械的リンクＭＬを通してトランスデューサアレイＡＴＡに接続され、機械的リンクＭＬの可能な構造を図１及び図２に示す。機械的リンクＭＬにより、撮像装置ＵＩＤに対してトランスデューサアレイＡＴＡを傾斜させることができ、すなわち、少なくとも、撮像装置ＵＩＤの視軸Ｏｚに直交する軸Ｏｘの回りでトランスデューサアレイＡＴＡを回転させることができる。本発明の異なる実施形態によれば、機械的リンクＭＬにより、相互に直交するとともに、視軸Ｏｚに直交する２つの軸Ｏｘ、Ｏｙの回りでトランスデューサアレイＡＴＡを回転させることができる。好ましくは、旋回点Ｏは、トランスデューサアレイＡＴＡの凹形ボウルの中心に対応する。

電気モータＭ１（図２のみに表される）は、リンクＭＬの回転自由度を作動させる。２自由度の実施形態では、通常、２つの独立したモータが提供される。

図１〜図３の実施形態では、機械的リンクＭＬは旋回継手に基づく。より正確には、機械的リンクＭＬは、
−撮像装置ＵＩＤが固定接続される固定枠Ｆ、及び
−モータＭ１により作動する軸Ｏｘの旋回継手ＰＪであって、枠Ｆに固定接続された固定子Ｓ１及びトランスデューサアレイに固定接続される回転子Ｒ１を備える、旋回継手ＰＪを備える。

２自由度の実施形態では、リンクＭＬは、直交する軸を有し、直列接続された２つの旋回継手又はｚ軸回りの追加の、通常は不必要な回転自由度を提供する玉継手を含む自在継手含み得る。

図１及び図３において、トランスデューサアレイへの法線軸が、撮像装置の撮像軸Ｏｚに対して角度αだけ傾斜することを見て取ることができ、撮像装置の撮像軸Ｏｚは、患者の体Ｂの皮膚ＳＫに略直交した状態を保つ。超音波トランスデューサＵＴ１〜ＵＴ５により放射される超音波ＦＵＷは、ｚ’軸上にある焦点ＦＰにおいて集束する。トランスデューサアレイの球形（より一般的には凹形）の形状は、超音波が「幾何学的」又は「自然な」焦点距離で集束することを保証する。トランスデューサに供給される信号間に適する遅延を導入することにより得られる電子回路による集束は、焦点を複数の深さに移動させることができる。

次に、焦点ＦＰは、Ｏｚ’方向において、超音波トランスデューサの駆動信号の相対位相を変更することにより電子的にかつＯｚに直交する方向又は平面（実際には、直線により近似することができる円形セグメント若しくは球面又は傾斜角αが小さい場合、平面）においてトランスデューサアレイを傾斜させることにより機械的に操縦することができる。このように、焦点ＦＰは、動かない撮像装置ＵＩＤからの常時監視下で、体Ｂの標的領域Ｔ内で二次元又は三次元経路ＳＰに沿って操縦することができる。図１の例では、撮像装置ＵＩＤは２つの隣接する肋骨Ｒ間に位置決めされ、それにより、標的領域Ｔの高質画像を取得することができる。

大半の用途で小さな傾斜角αが十分であることに留意することが興味深い。例えば、超音波ＦＵＷが患者の皮膚の５ｃｍ下の深さにおいて集束する場合、±６°未満の傾斜が、１ｃｍ幅標的領域のスキャンに十分である。本発明の異なる実施形態によれば、機械的リンクＭＬは、傾斜又は±１０°又は±２０°を可能にするのに十分であり得る。

撮像装置ＵＩＤが静止したままであり、患者の皮膚に直接又は間接的に接触した状態を保つ間（実際には「直接」の接触でさえ通常、超音波検査ゲルの薄層の介在を暗示する）、超音波トランスデューサＵＴ１〜ＵＴ５は、超音波撮像装置がアレイから突出し、傾斜を可能にする自由空間を提供するため、できない。変形可能なゲル充填又は脱気水充填バッグＧＦＢ−恐らくは、撮像装置ＵＩＤと位置合わせされて中心に穴を有する−が、トランスデューサアレイＡＴＡと患者の皮膚との間に介在して、集束超音波の伝搬を可能にし得る。

図３では、参照ＥＳＧは、アレイＡＴＡの超音波トランスデューサの個々の駆動信号を生成する電子信号生成器を示す。信号は、焦点ＦＰの軸方向位置（すなわち、Ｏｚ’軸に沿った位置）を決める可変位相シフトを用いて生成される。コントローラＣ−例えば、適宜プログラムされたコンピュータ又はマイクロコントローラ−は、リンクＭＬを作動して、焦点ＦＰを操縦する電子信号生成器ＥＳＧ及びモータＭ１（又は２自由度の実施形態では２つのモータ）を駆動する。コントローラは、撮像装置ＵＩＤから画像データを受信して、操縦を自動的に実行し得る。例えば、コントローラＣは、焦点ＦＰが、標的の生理学的運動を補償しながら同時に、所定の経路ＳＰを辿って心臓の標的領域Ｔをスキャンするように電子信号生成器ＥＳＧ及びモータＭ１を駆動し得る。適する運動補償アルゴリズムは、Ｒ．Ｍ．Ｍｉｌｌｅｒらによる上記引用した論文及びＭ．Ｐｅｒｎｏｔら著“３−Ｄ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｈｉｇｈ−ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｆｏｃｕｓｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｔｈｅｒａｐｙ”Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｉｎ Ｍｅｄ Ｂｉｏｌ ２００４，３０，９，１２３９−１２４９に記載されている。

有利なことに、コントローラは、焦点が標的領域外に移動したことを撮像装置からの画像データが示す場合、治療を即座に停止するように構成し得、それにより、心臓組織に損傷を負わすリスクを低減する。

幾つかの実施形態では、コントローラは、撮像装置から受信した画像データを処理して、治療に関連する情報、例えば、キャビテーション活動インジケータをそこから抽出するように構成することもできる。次に、この情報を使用して、集束超音波の強度レベルを自動的に適合し得る。Ｂ．Ａｒｎａｌらによる論文“Ｉｎ ｖｉｖｏ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ ｉｎ ｍｏｖｉｎｇ ｏｒｇａｎｓ”，Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ＆ Ｂｉｏｌｏｇｙ ６２，８４３−８５７（２０１７）には、中心に超音波撮像装置が設けられた凹形超音波トランスデューサにより放射される集束超音波により生成されるキャビテーション気泡を撮像する方法が記載されている。この方法によれば、超音波撮像装置は、一連の撮像パルスを放射し、２つの連続したキャビテーション誘導パルス間の対応するエコーを取得する。次に、エコーを処理して、周囲組織から区別されるキャビテーション気泡の画像を抽出する。キャビテーション気泡が検出されない場合、コントローラは、超音波力が不十分であると推測し、超音波力を上げる（好ましくは、人間オペレータの制御下で）。キャビテーション気泡が、予期される焦点よりもトランスデューサの近傍で検出される場合、コントローラは、超音波力が過剰であると推測し、超音波力を下げ得る。

本発明の例示的な実施形態では、撮像・治療装置は、半径が以下の表１に列挙される、球形ボウルに配置された１２個の環状超音波トランスデューサを備える。

そのようなアレイは、「自然」な焦点距離１１０ｍｍ（球形ボウルＳＢの半径に対応する）を有し、焦点距離は、４０ｍｍ〜１８０ｍｍで電子的に調整し得る。患者に接触した、固定された撮像トランスデューサにより、撮像トランスデューサの固定に起因した損失が限定的である状態で、±２０°のトランスデューサ傾斜が可能なことが分かっている。焦点深度と傾斜値との組み合わせにより、そのようなトランスデューサアレイは焦点を±６６ｍｍ、横方向に移動させることができる。そのようなトランスデューサアレイを治療に使用すると、２自由度リンクを用いる場合、患者から撮像トランスデューサを変位させずに、８１０立方ｃｍを超える体積を焦点により掃引し得る。この実施形態では、ステッパモータが２つの回転軸（Ｏｘ、Ｏｙ）のそれぞれに直接搭載されて、トランスデューサアレイを機械的に傾斜させる。２００Ｈｚで駆動される２００ステップを有するそのようなステッパモータは、０．３ｍｍ／ｍｓ〜２０ｍｍ／ｍｓの範囲の速度で焦点を機械的に移動させることができる。

図４Ａ及び図４Ｂは、超音波撮像装置ＵＩＤが、略平坦であり、ｙｚ平面（撮像面）にある撮像領域ＩＲを画定する二次元超音波検査プローブである実施形態を示す。超音波トランスデューサのアレイＡＴＡは、軸Ｏｘの回りを回転可能なように搭載される。Ｏｚ軸に沿った電子的な操縦及びＯｘ軸の回りのアレイＡＴＡの傾斜により、平坦な撮像領域ＩＲ内で焦点ＦＰ（実際には、有限体積の領域であり、Ｏｚ’に沿って長尺形を有する）を変位させることができる。

図５Ａ及び図５Ｂは、超音波撮像装置ＵＩＤが、略平坦であり、それぞれｙｚ平面及びｘｚ平面（撮像面）にある２つのサブ領域ＩＲ１及びＩＲ２により構成される撮像領域を画定する二方面超音波検査プローブである別の実施形態を示す。超音波トランスデューサのアレイＡＴＡは、軸Ｏｘ及びＯｙの回りを回転可能なように搭載される。Ｏｚ’軸に沿った電子的な操縦並びにＯｘ軸及びＯｙ軸の回りのアレイＡＴＡの傾斜により、２つの平坦撮像領域ＩＲ１及びＩＲ２内で焦点ＦＰ（実際には、有限体積の領域であり、Ｏｚ’に沿って長尺形を有する）を変位させることができる。

図示されない本発明の更に別の実施形態によれば、超音波撮像装置ＵＩＤは、Ｏｚ軸を全て含む無限に多くの撮像平面を含む完全な三次元領域を画定する三次元行列超音波検査プローブである。超音波トランスデューサのアレイＡＴＡは、軸Ｏｘ及びＯｙの回りを回転可能なように搭載される。Ｏｚ’軸に沿った電子的な操縦並びにＯｘ軸及びＯｙ軸の回りのアレイＡＴＡの傾斜により、三次元撮像領域内で焦点ＦＰ（実際には、有限体積の領域であり、Ｏｚ’に沿って長尺形を有する）を変位させることができる。

上述したように、トランスデューサは、適する電子回路ＥＳＧにより駆動されて、超音波を生成する。１つの可能な駆動回路ＥＳＧは、各環状トランスデューサで時間遅延信号を生成するパルス電力増幅器である。本発明の特定の実施形態では、１００ｋＨｚ〜４ＭＨｚ、好ましくは５００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲の中心周波数における１組の正弦周期がトランスデューサに適用される。バーストと呼ばれるこの１組の正弦周期は、０．０１Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲のパルス反復周波数（ＰＲＦ）として既知の一定の周波数で繰り返される。本発明では、バーストの長さは１μｓから最高で１００ｍｓの範囲である。砕石又は細胞破砕等の衝撃波ベースの用途では、生成される超音波の振幅は、焦点における生物組織にキャビテーションを誘導するのに十分なものであるべきである。これは、焦点において生成されるピーク正圧が、少なくとも１０ＭＰａ、好ましくは少なくとも５０ＭＰａであるべきであり、ピーク負圧が少なくとも−５ＭＰａ、好ましくは少なくとも−１０ＭＰａであるべきであることを意味する。

本発明の装置は、様々な医療用途に役立つ。心臓病学では、本発明の装置により、僧帽弁腱索を切断して、僧帽弁逆流を治療し、心臓弁を軟化させて、弁狭窄を治療し、心臓内連通等が可能になる。本発明の装置は、非心臓用途、すなわち、腎臓結石、血管石灰化、腫瘍の焼灼にも適する。本発明の装置は特に、非侵襲的な用途に適するが、侵襲的に使用することもでき、例えば、胸骨切開後に心膜に使用することもできる。本発明の装置は、超音波ソノポレーション又は心臓疾患の制御された薬剤治療での心臓における治療薬剤の薬剤送達に使用することもできる。

Claims (15)

1. 同心環状超音波トランスデューサ（ＵＴ１〜ＵＴ５）のアレイ（ＡＴＡ）、及び
   前記複数の同心環状超音波トランスデューサの最も内側のトランスデューサ内部に配置される超音波撮像装置（ＵＩＤ）
   を備える超音波撮像及び治療装置であって、
   前記超音波撮像装置に対する前記同心環状超音波トランスデューサのアレイの傾斜移動を可能にする機械的リンク（ＭＬ）を更に備え、前記超音波撮像装置が、前記同心環状超音波トランスデューサのアレイにおける超音波の伝搬方向でいう最も前方のアレイを超えて、超音波の伝搬方向の前方に延びること
   を特徴とし、
   それにより、前記同心環状超音波トランスデューサのアレイ（ＡＴＡ）が傾斜して、前記同心環状超音波トランスデューサにより生成される超音波の焦点を前記超音波撮像装置の撮像領域（ＩＲ、ＩＲ１、ＩＲ２）内で移動させる間、前記超音波撮像装置（ＵＩＤ）は、静止したままであり、患者の皮膚に直接又は間接的に接触したままであることができる、超音波撮像及び治療装置。
2. 前記機械的リンクは、前記超音波撮像装置の撮像面（ｙｚ）に直交する１つの回転軸（Ｏｘ）の回りの前記超音波撮像装置に対する前記同心環状超音波トランスデューサのアレイの回転自由度を可能にするように構成される、請求項１に記載の超音波撮像及び治療装置。
3. 前記超音波撮像装置は、少なくとも２つの相互に直交する撮像面（ｘｚ，ｙｚ）を画定し、前記機械的リンクは、前記撮像面のそれぞれ１つにそれぞれ直交する２つの直交する回転軸（Ｏｘ，Ｏｙ）の回りの前記超音波撮像装置に対する前記同心環状超音波トランスデューサのアレイの回転自由度を可能にするように構成される、請求項１に記載の超音波撮像及び治療装置。
4. 前記回転軸又は各前記回転軸は、前記同心環状超音波トランスデューサのアレイの中心点（Ｏ）を通る、請求項３に記載の超音波撮像及び治療装置。
5. 前記同心環状超音波トランスデューサのアレイは、凹形を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波撮像及び治療装置。
6. 調整可能な焦点距離で集束超音波（ＦＵＷ）を放射するように、独立した時間遅延で前記同心環状超音波トランスデューサを駆動するように構成される電子信号生成器（ＥＳＧ）を更に備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波撮像及び治療装置。
7. 前記電子信号生成器は、前記同心環状超音波トランスデューサに直交し、前記トランスデューサの共通の中心を通る軸（Ｏｚ’）配置された焦点（ＦＰ）を有する前記集束超音波を放射するように、前記同心環状超音波トランスデューサを駆動し、前記軸に沿って前記焦点の位置を変更するように構成される、請求項６に記載の超音波撮像及び治療装置。
8. 前記電子信号生成器及び前記同心環状超音波トランスデューサは、前記焦点において、少なくとも１０ＭＰａのピーク正圧を生成するのに十分な強度レベルで前記集束超音波を生成するように構成される、請求項６又は７に記載の超音波撮像及び治療装置。
9. 前記電子信号生成器及び前記同心環状超音波トランスデューサは、前記焦点において、ＨＩＦＵ治療用途又は超音波薬剤送達で３ＭＰａ〜１０ＭＰａに含まれる正圧を生成するのに十分な強度レベルで前記集束超音波を生成するように構成される、請求項６又は７に記載の超音波撮像及び治療装置。
10. 前記機械的リンクの作動システム（Ｍ１）を更に備える、請求項８〜９のいずれか一項に記載の超音波撮像及び治療装置。
11. 二次元経路又は三次元経路（ＳＰ）に沿って前記集束超音波の前記焦点を操縦するよう前記電子信号生成器及び前記作動システムを駆動するように構成されるコントローラ（Ｃ）を更に備える、請求項１０に記載の超音波撮像及び治療装置。
12. 前記コントローラは、前記超音波撮像装置と協働して、前記集束超音波の前記焦点を患者の被撮像解剖学的（Ｔ）標的に向けるように更に構成される、請求項１１に記載の超音波撮像及び治療装置。
13. 前記コントローラは、前記超音波撮像装置により提供される画像データを受信し、前記画像データを処理して、超音波治療装置によって行われる非侵襲的な心臓治療に関連する情報を抽出し、前記情報を使用して、前記集束超音波の前記強度レベルを自動的に適合させるように更に構成される、請求項１１又は１２に記載の超音波撮像及び治療装置。
14. 治療に関連する情報は、キャビテーション活動についての情報を含む、請求項１３に記載の超音波撮像及び治療装置。
15. 前記コントローラは、前記超音波撮像装置により提供される画像データを受信し、前記画像データを処理して、生成された超音波の焦点の位置をリアルタイムで監視し、生成された超音波の焦点が予め定義される標的領域外である場合、超音波治療装置によって行われる非侵襲的な心臓治療を停止するように更に構成される、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の超音波撮像及び治療装置。

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