JP2009142653A - カテーテルベースの音響放射力インパルスシステム - Google Patents

カテーテルベースの音響放射力インパルスシステム Download PDF

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Abstract

【課題】組織の焼灼、および組織の焼灼の監視を行うためのプローブが提供される。
【解決手段】組織の焼灼を行うように構成される焼灼要素を含むプローブ。プローブはまた、焼灼要素の近傍に位置する超音波トランスデューサであって、組織に音響放射力インパルス（ARFIs）を送信するように、かつ組織の焼灼を監視するために、ARFIsに応じる組織の変位を測定するように構成される超音波トランスデューサを含む。
【選択図】図２

Description

開示の内容
〔発明の分野〕
本発明は、全体として超音波システムに関し、特に、医療処置のために使用される超音波システムに関する。
〔発明の背景〕
米国のUniversity of North Carolina at Chapel HillおよびNorth Carolina State Universityの合同生体医用工学部（Joint Department of Biomedical Engineering）の超音波撮像研究室（Ultrasonic Imaging Laboratory）の、www.bme.ncsu.edu/labs/ULSLab/index.htmlで検索することもできる記事は、音響放射力インパルス（Acoustic radiation force impulse (ARFI)）撮像について説明する。この記事は参照して本明細書に組み入れる。記事は次のように述べている。“ARFI撮像においては、比較的高い音響エネルギーのインパルスを身体中に送信して、撮像対象に向けて空間的および時間的に局所化された放射力を送り出し、組織を撮像トランスデューサから離れる方向に微細に押しやるようにする（組織変位はミクロンのオーダーである）。各々のARFIインパルスには従来の超音波送受信線の集合体が続き、一次元相互相関でARFI誘発の軸方向運動を追跡するためのデータを生成する働きをする。空間および時間的に測定された変位はその後に組織の機械的特性の差を表すグラフィカルおよびパラメータ画像描写に翻訳される。”
以下に引用するいくつかの文献は、ARFIについてより多くの詳細を提供している。
IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control、第５２巻、第４号、２００５年４月、第６３１〜６４１頁で公表された、Faheyらによる“Acoustic radiation force impulse imaging of myocardial radio-frequency ablation: initial in vivo results”と題された記事において、著者は、“音響放射力インパルス（ARFI）撮像技術を、羊の心臓組織の生体内高周波（RF）焼灼を監視するために使用した”と述べている。この記事は参照して本明細書に組み入れる。
参照して本明細書に組み入れる、IEEE Symposium on Ultrasonics、２００３年、第１巻、第５６２〜5６７頁で公表された、Faheyらによる“ARFI imaging of thermal lesions in ex vivo and in vivo soft tissues”と題された記事において、著者は、“生体外および生体内の両方での軟組織焼灼を監視するARFI撮像の能力を調査した”と述べている。
参照して本明細書に組み入れる、Keidarの米国特許出願公報第２００４０１４７９２０号は、超音波測定をいかに焼灼の評価に使用することができるか説明している。
参照して本明細書に組み入れる、Swansonらへの米国特許第６，６５８，２７９号は、組織を焼灼し、撮像するためのカテーテルについて説明している。このカテーテルは多孔性電極を含んでいる。
参照して本明細書に組み入れる、Nightingaleらへの米国特許第６，３７１，９１２号は、剛性が変化した領域の特定および特徴づけのための方法および装置について説明している。
〔発明の概要〕
本発明の一つの実施の形態においては、カテーテルの遠位端に位置付けられたプローブを使用して組織の焼灼（ablation）を行う。プローブは、焼灼を監視することもできる。これらの２つの機能を実行するために、プローブは、互いに近接して取り付けられた焼灼要素と、超音波トランスデューサとを備える。焼灼を監視するために、超音波トランスデューサは、音響放射力インパルス（acoustic radiation force impulses (ARFIs)）を、焼灼要素を介して、または焼灼要素の近傍を通って、焼灼される組織に送信するように構成される。インパルスは組織の弾性によって決まる量だけ組織を変位させ、トランスデューサはこの組織の変位を測定することもできる。焼灼された組織と焼灼されていない組織は異なった弾性を有するので、異なった変位量は組織の焼灼が監視されるのを可能にする。焼灼要素とトランスデューサとを１つのプローブに組み込むことによって、プローブとは別個の第２の超音波装置を必要としない。さらに、超音波トランスデューサは焼灼部位の近くに位置するので、焼灼をより正確に監視することができると共に、より低い超音波エネルギーを使用することもでき、同時になお外部トランスデューサの成果に匹敵する成果を実現することができる。
いくつかの実施の形態において、焼灼要素は、通例超音波透過性（sonolucent）電極である高周波（RF）電極を備える。トランスデューサはこの電極と音響的に接触して取り付けられ、かつ、トランスデューサによって発生される前進超音波、ならびに戻りの超音波が感知できるほどの反射なしに電極を横切るように取り付けられる。電極を横切る超音波は、ARFIs、超音波追跡パルス、およびARFIsに起因する組織の変位を監視するのに使用される追跡パルスの反射を含む。代替的にまたは付加的に、電極は音響的に透明なアパーチャを備える。トランスデューサは、上述の超音波がアパーチャを介して電極の中を移動するように取り付けられる。
開示される代替的な実施の形態において、焼灼要素は低温で焼灼し、またはマイクロ波を使用して焼灼を行う。
さらに代替的な実施の形態において、組織焼灼は別個の焼灼要素を使用して行われるのではなく、超音波によって組織は焼灼される。この場合、超音波トランスデューサを使用し、焼灼超音波を放射することによって焼灼を行うこともでき、プローブ中の別個の焼灼要素は必要とされない。
ゆえに、本発明の一つの実施の形態によれば、プローブにおいて、
組織の焼灼を行うように構成される焼灼要素と、
焼灼要素の近傍に位置される超音波トランスデューサであって、組織に音響放射力インパルス（ARFIs）を送信するように、かつ、組織の焼灼を監視するために、ARFIsに応じる組織の変位を測定するように構成される超音波トランスデューサと、を含む、プローブが提供される。
一つの実施の形態において、焼灼要素はアパーチャを含み、かつ、超音波トランスデューサは、アパーチャを介して、ARFIsを組織に向けて送り出すように構成される。プローブは、アパーチャを充填する、良好な音響伝達媒体を含むこともできる。
開示される一つの実施の形態において、超音波トランスデューサは、複数のトランスデューサ要素のアレイを含む。アレイはARFIsを組織上に集束させるように構成されることもできる。代替的にまたは付加的に、アレイは組織の画像を生成するように構成されることもできる。
通例、焼灼要素は、組織の高周波（RF）焼灼を行うように構成された電極を含む。一つの実施の形態において、電極は超音波透過性（sonolucent）電極を含み、かつ、トランスデューサは、電気高周波（RF）ARFI信号の受信に応じてARFIsを送信し、電気RF追跡パルスの受信に応じて組織に超音波透過性電極を介して超音波追跡パルスを送信し、組織から超音波透過性電極を介して超音波追跡パルスのそれぞれの反射を受信し、かつ反射に応じて電気RF反射パルスを発生させるように構成される。プローブは、プロセッサであって、電気RFARFIパルスおよび電気RF追跡パルスをトランスデューサに伝達し、かつ組織の変位を測定するためにトランスデューサからの電気RF反射パルスを受信するように構成されるプロセッサを含むこともできる。
開示される一つの実施の形態において、焼灼要素は、組織の低温焼灼を行うように構成された冷却要素を含む。
開示される代替的な実施の形態において、焼灼要素は、組織のマイクロ波焼灼を行うように構成されたマイクロ波放射器を含む。
本発明の一つの実施の形態によれば、さらに、組織を焼灼するための装置において、
プローブであって、複数の超音波トランスデューサ要素のアレイを含み、該アレイは、電気高周波（RF）信号に応じて、超音波を組織に向けて送り出すように、かつ、組織から反射された超音波を受信するように構成される、プローブと、
RF送受信装置と、を含み、該RF送受信装置は、
第１の送受信状態において、アレイに電気焼灼RF信号を伝達して、アレイが、組織の焼灼をもたらすのに十分なエネルギーを有する焼灼超音波パルスを、組織に送信するようにさせるように構成され、
第２の送受信状態において、アレイに電気音響放射力インパルス（ARFI）RF信号を伝達して、アレイが、組織にARFIを送信するようにさせるように構成され、かつ、
第３の送受信状態において、
アレイに電気追跡RF信号を伝達して、アレイが、組織に１つまたは複数の追跡超音波パルスを送信するようにさせ、
アレイが組織から１つまたは複数の追跡超音波パルスの反射を受信するのに応じて発生された電気RF反射信号をアレイから受信し、かつ、組織の焼灼を監視するために、電気RF反射信号に応じて組織の変位を測定するように構成される、装置が提供される。
通例、RF送受信装置は、第４の送受信状態において、アレイに電気撮像RF信号を伝達して、アレイが、１つまたは複数の撮像超音波パルスを組織に送信するようにさせ、かつ、アレイが、組織から１つまたは複数の撮像超音波パルスの反射を受信するのに応じて発生された電気RF撮像反射信号をアレイから受信するように構成される。
本発明の一つの実施の形態によれば、さらに、組織を焼灼するための方法において、
焼灼要素を準備することと、
焼灼要素を使用して組織の焼灼を行うことと、
焼灼要素の近傍に超音波トランスデューサを位置させることと、
トランスデューサから組織に音響放射力インパルス（ARFIs）を送信することと、
組織の焼灼を監視するために、ARFIsに応じる組織の変位を測定することと、を含む、方法が提供される。
本発明の一つの実施の形態によれば、さらに、組織を焼灼するための方法において、
複数の超音波トランスデューサ要素のアレイを備えるプローブを、電気高周波（RF）信号に応じて、超音波を組織に向けて送り出すように、かつ、組織から反射された超音波を受信するように構成することと、
RF送受信装置を準備することと、を含み、該RF送受信装置は、
第１の送受信状態において、アレイに電気焼灼RF信号を伝達して、アレイが、組織の焼灼をもたらすのに十分なエネルギーを有する焼灼超音波パルスを組織に送信するようにさせるように構成され、
第２の送受信状態において、アレイに電気音響放射力インパルス（ARFI）RF信号を伝達して、アレイが、組織にARFIを送信するようにさせるように構成され、かつ、
第３の送受信状態において、
アレイに電気追跡RF信号を伝達して、アレイが、組織に１つまたは複数の追跡超音波パルスを送信するようにさせ、
アレイが組織から１つまたは複数の追跡超音波パルスの反射を受信するのに応じて発生された電気RF反射信号をアレイから受信し、かつ、組織の焼灼を監視するために、電気RF反射信号に応じて組織の変位を測定するように構成される、方法が提供される。
本発明は、以下の本発明の実施の形態の詳細な説明、および添付図面を参酌することでより完全に理解されるであろう。
〔実施の形態の詳細な説明〕
図１を参照されたい。図１は、本発明の実施の形態による患者の組織を焼灼（ablation）するためのシステム１０の概要図である。システム１０は、患者の各種の臓器における組織を焼灼するのに使用することもでき、本明細書では、一例として、焼灼される組織が患者の心臓２４に含まれるものと想定する。システム１０は、医師１４によって静脈または動脈を通じて心腔に挿入されるカテーテル１２を備える。カテーテル１２は、通例、医師がカテーテルを操作するためのハンドル１６を備える。ハンドル上の好適な調整つまみは、医師がカテーテルの遠位端に取り付けられたプローブ１８を望み通りに案内し、位置付けし、かつ向き決めするのを可能にする。システム１０は、通例、プローブ１８の場所および向き座標を測定する測位サブシステムを備える。
１つの実施の形態において、測位サブシステムは、プローブ１８の位置および向きを決定する磁気位置追跡システムを備える。測位サブシステムは、予め定められた作用量の磁場を発生させ、これらの場をプローブにて検出する。測位サブシステムは、通例、場発生コイル２０等の一組の外部放射器を備え、該外部放射器は患者の外部の既知の固定位置に位置する。コイル２０は、心臓２４の付近に場、通例磁場を発生させる。発生した場は、プローブ１８の位置センサー２２によって検出される。プローブ１８は図２により詳細に示されている。
代替的な実施の形態において、コイル等のプローブ中の放射器が磁場を発生させる。場は患者の身体の外側のセンサーによって受信される。
位置センサー２２は、検出された場に応じて、カテーテルを通じて延びるケーブル２６によって、コンソール２８に位置関連の電気信号を送信する。代替的に、位置センサーは、無線リンクによってコンソールに信号を送信することもできる。コンソールは、測位プロセッサ３１によって動作される測位モジュール３０を備えており、該測位モジュールは上記の磁場を制御する。モジュール３０は、位置センサー２２から送られた信号に基づいて、プローブ１８の場所および向きを計算する。この計算を行うために、測位モジュール３０は、通例、センサー２２からの信号を受信し、増幅し、ろ過し、デジタル化し、および別の方法で処理する。
システム１０で使用することもできるいくつかの位置追跡システムは、例えば、米国特許第６，６９０，９６３号、第６，６１８，６１２号、および第６，３３２，０８９号、ならびに米国特許出願公報第２００２／００６５４５５号Ａ１、第２００４／０１４７９２０号Ａ１、および第２００４／００６８１７８号Ａ１に記載されており、これらの開示内容はすべて参照して本明細書に組み入れる。図１に示す測位サブシステムは磁場を使用するが、電磁場、音響または超音波測定に基づくシステム等の任意の他の好適な測位サブシステムを使用することもできる。
システム１０は、また、焼灼プロセッサ３３によって動作される焼灼モジュール３２を備える。本明細書で述べる場合を除いて、焼灼モジュール３２は送受信装置として動作し、本明細書において送受信モジュール３２と呼ばれることもある。送受信モジュール３２は、ケーブル２６を介してプローブ１８に電気信号を送信し、またプローブ１８から電気信号を受信する。転送される信号、および送受信モジュール３２によって実行される機能については、以下により詳細に説明する。ディスプレイ４４は医師１４にグラフィカルユーザーインターフェースを提供し、該ユーザーインターフェースは、システム１０の動作の結果を示すと共に、医師が通例トラックボール等のポインティング装置３６を介してシステムを制御するのを可能にする。本明細書において、システム１０は、焼灼モードで、または非焼灼モードで動作するように構成されることもでき、これら２つのモードが装置３６を使用して医師により選択可能であることが想定されている。焼灼モードにおいて、システム１０は、図５を参照して以下に説明するフローチャート１００を遂行する。非焼灼モードにおいて、プローブ１８は組織を焼灼せず、フローチャート１００は遂行されない。システム１０の要素３５および３７については以下に説明する。
図２は本発明の実施の形態によるプローブ１８の略図である。プローブ１８は、カテーテル１２の遠位端に取り付けられている。１つの実施の形態において、プローブ１８は、ほぼ１ｍｍとほぼ２ｍｍの間の範囲の直径、およびほぼ５ｍｍとほぼ８ｍｍの間の範囲の長さを有する。プローブは、位置センサー２２と、超音波トランスデューサ６０とを備え、該超音波トランスデューサは個々のトランスデューサ要素のアレイ５８から形成されている。アレイ５８は、一次元アレイまたは二次元アレイであってもよく、前向きの超音波トランスデューサアレイとなるように構成されている。超音波透過性（sonolucent）の電極６２は、トランスデューサ６０の遠位側で該トランスデューサと音響的に接触してカテーテル１２に取り付けられている。以下に説明するように、電極６２は焼灼要素として構成される。この電極は、通例、アレイ５８の複数の要素と直接物理的に接触するように取り付けられる。代替的に、電極６２は、硬質プラスチック等の実質的に無反射の音響伝導性材料６１によってアレイ５８から分離される。ケーブル２６は、それぞれ電極６２、トランスデューサ６０、およびセンサー２２と接続する別々のケーブル５２、５４、および５６を備える。
医師は、通例ポインティング装置３６またはハンドル１６を使用して、ケーブル５２を介して電極６２に高周波（RF）焼灼信号を送るようモジュール３２に指示することによって、組織６６の部分６８のRF焼灼を行うことができる。例えば、組織６６は心臓２４の大動脈壁を含むこともでき、医師はこの壁部の部分６８を焼灼することを望む。位置センサー２２を使用して、医師は、プローブ１８を焼灼される部分と実質的に接触するように位置付けし、上記プロセッサに指示してRF焼灼信号を発生させる。送受信モジュール３２は、本明細書で説明する場合を除き、RF信号発生器であることが想定される焼灼信号発生器３５を備え、プロセッサ３３がこの信号発生器を動作させてRF焼灼信号を発生させる。信号は、電極６２に印加されたときに組織の焼灼が起るよう十分なエネルギーを有するように発生される。
医師はアレイ５８を使用することによって焼灼の進行を点検する。アレイ５８は、一組の１つまたは複数の音響放射力インパルス（acoustic radiation force impulses (ARFIs)）を組織６６に向けて集束させて送り出す。各々のARFIは、通例、３０μsのオーダーの時間期間を有する集束超音波パルスを備える。送受信モジュール３２は、RF超音波信号発生器３７を備え、該信号発生器はプロセッサ３３によって動作されて電気RF信号を発生させ、該電気RF信号はケーブル５４を介してアレイ５８に転送され、かつアレイの要素トランスデューサに動力を供給するのに使用される。ARFIを発生させるために、発生器３７は、RFパルスを、各々の要素トランスデューサに向けて送り出す。RFパルスは集束超音波インパルス、すなわちARFIがアレイによって生成されるように適切な時間遅延を有する。プロセッサ３３は、個々のパルスの時間遅延を変化させて、インパルスの合焦がインパルスの伝播方向においても、また伝播方向に対して横方向にも変えられるようにすることもできる。各々の組のARFIは、組織６６に対して超音波パルスの進行方向に力を及ぼし、組織の弾性の関数である変位量によって組織を変位させる。
組織に対するARFIの効果を監視するために、アレイ５８は超音波追跡パルスを送信する。超音波追跡パルスは一組のARFIの前に、間に、および後に発生されるパルスを含むこともできる。追跡パルスは、焼灼プロセッサ３３がARFIによってもたらされた変位を空間および時間の両方において測定するのを可能にする。変位は、追跡パルスの移動時間、および追跡パルスの組織からの反射時間を測定することによって計測される。通例、追跡パルスの時間期間は０．２μsのオーダーである。超音波追跡パルスを発生させるために、プロセッサ３３はRF超音波信号発生器３７を動作させて、ケーブル５４によってアレイ５８に転送される適切な電気RF信号を形成する。追跡パルスの反射はアレイ５８によって受信され、該アレイは反射されたエコーの超音波を、ケーブル５４によってプロセッサ３３に転送される電気RF信号に変換する。
測定された変位量から、組織６６の弾性を計算することもできる。焼灼されていない組織の弾性は焼灼された組織の弾性と異なるので、送受信モジュール３２はこの差を使用して、焼灼された組織と焼灼されていない組織とを区別することができる。もし、以下に説明するように、アレイ５８が組織６６を撮像するのであれば、この差を使用して、ディスプレイ４４に現される組織の画像に焼灼された組織と焼灼されていない組織とを示すこともできる。
上述のように、ARFIと超音波追跡パルスとは共にアレイ５８によって発生され、これらのインパルスと追跡パルスは、超音波透過性電極６２を通じて組織６６に送信されるが、送信波の反射またはエネルギー損失は実質的にない。同様に、組織からの追跡パルスの反射は、実質的にエネルギーの変化または損失なしに、電極を横切ってアレイ５８に至る。
上述の機能に加えて、トランスデューサ６０が複数の要素からなるアレイを備えているという事実のため、アレイは、プロセッサ３３と共に、組織６６の超音波画像を形成するように構成されることもできる。この場合、プロセッサ３３はアレイに電気撮像RF信号を向けて送り出し、アレイに１つまたは複数の撮像超音波パルスを組織に送信させる。プロセッサは、アレイが撮像超音波パルスの反射を受信するのに応じて発生された電気RF撮像反射信号をアレイから受信し、それに応じて組織６６の画像を形成する。
プロセッサ３３およびアレイ５８は、したがって、共同して動作し、以下の４つの別個の機能を実行する。
・RF信号からのARFIの生成
・RF信号からの超音波追跡パルスの生成
・超音波追跡パルスの反射のRF信号への変換
・超音波画像の形成
図２の矢印６４は、これらの４つの機能のために発生される超音波の経路および方向を略図的に図示する。
図３は、本発明の実施の形態によるプローブ７０の略図である。以下に説明する相違を除いて、プローブ７０の動作はプローブ１８（図２）の動作と全体として類似し、両プローブ１８および７０において同じ参照番号によって指示される要素は、構成および動作において全体として類似する。複数の要素のアレイで形成されるトランスデューサ６０（プローブ１８）と異なり、プローブ７０は、単一の超音波要素として動作する超音波トランスデューサ７２を備える。
しかしながら、単一要素のトランスデューサ７２はプロセッサ３３と共に、超音波画像の形成を除いて、プロセッサ３３およびアレイ５８について上に列記したすべての機能を実行するように構成されることもできる。したがって、プローブ７０を使用して、組織焼灼を行い、かつ焼灼の進行を追跡することもできる。その結果は、通例、プローブ７０とは別個の撮像源から得られた組織６６の画像に焼灼されたおよび焼灼されていない組織を表す色を重ね合わせることによって、および／またはディスプレイ４４上のグラフィカル表示または数値表示によって、および／またはARFIによって生成された焼灼を表示するための任意の他の便利なシステムによって、ディスプレイ４４上に現されることもできる。
図４Ａは、本発明の実施の形態によるプローブ８０の略図である。以下に説明する相違を除いて、プローブ８０の動作はプローブ７０（図３）の動作と全体として類似し、両プローブ７０および８０において同じ参照番号によって指示される要素は、構成および動作において全体として類似する。
プローブ８０は、超音波透過性電極６２の代わりに、中央アパーチャ８６を有する電極８２を備えている。電極８２は焼灼要素として作用し、電極６２と全体として類似のやり方で組織を焼灼する。トランスデューサ７２は、アパーチャの近位端に取り付けられ、該アパーチャは、通例、良好な音響伝達媒体であるシリコーン等の材料８８で充填される。したがって、アパーチャ８６は、超音波のARFIおよび追跡パルスがトランスデューサから電極を介して組織６６に送信されるのを可能にする。アパーチャ８６は、また、追跡パルスの反射が組織６６から電極を介してトランスデューサ７２に伝送されるのを可能にする。
プローブ８０は、プローブ７０について上述した３つの機能を実行する。プローブ８０によって行われる焼灼は、実質的にプローブ７０について上述したように追跡することもできる。
プローブ８０の代替的な実施の形態において、トランスデューサ７２は、全体としてアレイ５８（図２）と類似の、複数のトランスデューサ要素のアレイ９０を備える。この実施の形態において、プローブ８０はプローブ１８について上述した４つの機能を実行することができる。
図４Ｂは、本発明の実施の形態によるプローブ９１の略図である。以下に説明する相違を除いて、プローブ９１の動作はプローブ７０および８０（図３および４Ａ）の動作と全体として類似し、プローブ７０、８０および９１において同じ参照番号によって指示される要素は、構成および動作において全体として類似する。
プローブ７０および８０とは異なり、プローブ９１は低温で焼灼を行い、そのためプローブ９１の焼灼要素は冷却要素９３を備えている。要素９３は、通例、全体として中空のトロイド形に形成され、トロイドの中心の領域、すなわちアパーチャ８６は材料８８で充填される。要素９３は焼灼モジュール３２から供給管９２を介して冷ガスを受け取り、またこのガスを図４Ｂに図示しない管を介して排出する。要素９３の外壁は、したがって、組織６６を冷却し焼灼する。しかしながら、プローブ９１が組織６６を焼灼するための任意の他の便利な低温システムを備えることもできることは認識されよう。プローブ９１を動作させるために、モジュール３２は、送受信装置として構成されるほかに、通例液体窒素を蒸発させることによって、管９２に冷ガスを供給する。
プローブ９１は、プローブ７０について上述した３つの機能を実行し、プローブ９１によって行われる焼灼は、実質的にプローブ７０について上述したように追跡することもできる。プローブ９１の代替的な実施の形態において、トランスデューサ７２は、全体としてアレイ５８（図２）と類似の、複数のトランスデューサ要素のアレイ９０を備える。この実施の形態において、プローブ９１はプローブ１８について上述した４つの機能を実行することができる。
図４Ｃは、本発明の実施の形態によるプローブ９４の略図である。以下に説明する相違を除いて、プローブ９４の動作はプローブ７０および８０（図３および４Ａ）の動作と全体として類似し、プローブ７０、８０および９４において同じ参照番号によって指示される要素は、構成および動作において全体として類似する。
プローブ７０および８０とは異なり、プローブ９４はマイクロ波エネルギーを使用して焼灼を行い、そのためプローブ９１の焼灼要素はマイクロ波放射器９６を備えている。要素９６は、通例、トロイド形に形成され、トロイドの中心の領域、すなわちアパーチャ８６は材料８８で充填される。要素９６は焼灼モジュール３２からケーブル５２を介してマイクロ波エネルギーを受け取る。プローブ９４の動作のために、モジュール３２中の焼灼信号発生器３５は、マイクロ波発生器を備える。この発生器は通例２ＧＨｚのオーダーの周波数で動作する。
プローブ９４は、プローブ７０について上述した３つの機能を実行し、プローブ９４によって行われる焼灼は、実質的にプローブ７０について上述したように追跡することもできる。プローブ９４の代替的な実施の形態において、トランスデューサ７２は、全体としてアレイ５８（図２）と類似の、複数のトランスデューサ要素のアレイ９０を備える。この実施の形態において、プローブ９４はプローブ１８について上述した４つの機能を実行することができる。
図５は、本発明の実施の形態による、システム１０を動作させるのに必要なステップを示すフローチャート１００である。以下のフローチャート１００の説明において、医師１４はプローブ１８（図１および図２）を使用して組織６６の部分６８を焼灼することが想定されている。当業者は、図３および図４Ａ、図４Ｂ、ならびに図４Ｃを参照して上述したプローブ等の他のプローブ用に、必要な変更を加えて、本説明を適合させることができるであろう。
第１のステップ１０２で、医師は患者の体内にカテーテル１２を挿入し、センサー２２からの信号を使用してプローブ１８の位置を調節する。医師は、組織６６と接触するように、かつ部分６８と正しく整列するようにプローブの位置を調節し、電極６２が部分６８を焼灼できるようにする。
第２のステップ１０４において、医師はシステム１０を作動させ、焼灼モードで動作するように該システムを設定することによって焼灼を開始する。作動させると、RF焼灼信号発生器３５は、上述のように、電極と組織との間の相互作用が焼灼をもたらすのに十分な出力で電極６２にRFエネルギーを転送する。通例、システム１０はほぼ２分の期間の間焼灼を行う。
第３のステップ１０６において、焼灼が行われている間に、RF超音波信号発生器３７は、上述のように、アレイ５８をして一組の１つまたは複数の集束ARFIを部分６８に向けて送信させるRF信号をアレイに転送する。また、上述のように、このARFI組の送信前に、送信中に、および／または送信後に、RF超音波信号発生器３７は、アレイが、超音波追跡パルスを送信させるRF追跡信号をアレイに転送するようにする。
第４のステップ１０８において、超音波追跡パルスの反射がアレイ５８によって受信され、該アレイはこの反射を電気信号に変換する。モジュール３２はこの電気信号を使用して部分６８の弾性の尺度を形成する。この弾性を使用して、モジュール３２は、部分６８の焼灼された領域および焼灼されていない領域を示す部分６８の画像を生成する。弾性測定値は、また、焼灼された領域の焼灼度を測定することを可能とし、焼灼度はまた画像上に現される。
ステップ１１０で、医師は部分６８の画像から該部分が十分に焼灼されたか評価し、十分に焼灼されている場合は、医師はシステム１０を非焼灼モードに切り替え、フローチャート１００は終了する。十分な焼灼が行われていなければ、フローチャートはステップ１０４に戻り、電極６２が組織６６を焼灼し続けるようにする。したがって、ステップ１０４、１０６、１０８、および１１０は、部分６８が十分に焼灼されるまで反復して実行される。
本発明の代替的な実施の形態において、医師は、実質的にステップ１０４で上述したように、通例２０ｓ〜３０ｓのオーダーの焼灼を断続的に行う。各々の焼灼と焼灼の間に、システム１０および医師は、ステップ１１０について上述したように、部分６８が十分に焼灼されるまでステップ１０６、１０８、および１１０を実行する。医師はその後に非焼灼モードで動作するようにシステム１０を設定し、ここではフローチャート１００は適用されない。
図６は、本発明の代替的な実施の形態によるプローブ１１８の略図である。以下に説明する相違を除いて、プローブ１１８の動作はプローブ１８（図２）の動作と全体として類似し、両プローブ１８および１１８において同じ参照番号によって指示される要素は、構成および動作において全体として類似する。プローブ１８と異なり、プローブ１１８は、超音波透過性電極６２または該電極の接続ケーブル５２を備えていない。むしろ、電極によって転送されるRFエネルギーを使用して組織を焼灼する代わりに、プローブ１１８は、焼灼をもたらすのに十分なエネルギーを有する高密度焦点式超音波（High Intensity Focused Ultrasound (HIFU)）をアレイ１５８から送り出し集束させることによって、組織を焼灼する。
アレイ１５８は、アレイ５８に全体として類似するが、上に列記したアレイ５８の４つの機能を実行できることに加えて、アレイ１５８はHIFUを発生させることもできる。
図７は、本発明の代替的な実施の形態による、患者の組織を焼灼するためのシステム１５０の概要図である。以下に説明する相違を除いて、システム１５０の動作はシステム１０（図１）の動作と全体として類似し、システム１０および１５０において同じ参照番号によって指示される要素は、構成においておよび動作において全体として類似する。
システム１５０において、プローブ１１８はプローブ１８に取って代わり、カテーテル１２の遠位端に取り付けられている。焼灼送受信モジュール１５２は送受信モジュール３２に全体として類似する。しかしながら、プローブ１１８はRF電気信号を使用して組織を焼灼しないので、モジュール１５２はRF焼灼信号発生器３５を備えていない。RF超音波信号発生器３７の代わりに、モジュール１５２はRF超音波信号発生器１５４を備えている。したがって、プロセッサ３３は、発生器１５４を使用して、アレイ５８を備えたプロセッサについて上に列記した４つの機能を提供することができる。加えて、発生器１５４はアレイ１５８をしてHIFUを発生させる超音波焼灼RF信号を発生することができる。
システム１０と同様に、システム１５０は、焼灼モードで、または非焼灼モードで動作し、これら２つのモードが装置３６を使用して医師により選択可能であるように構成されることもできる。焼灼モードにおいて、システム１５０は、図８を参照して以下に説明するフローチャート２００を実行する。非焼灼モードにおいて、フローチャート２００は実行されない。
図８は、本発明の実施の形態による、システム１５０を動作させるのに必要なステップを示すフローチャート２００である。以下に説明する相違を除いて、フローチャート２００のステップはフローチャート１００（図５）のステップに全体として類似し、フローチャート１００および２００において同じ参照番号によって指示されるステップの処置は全体として類似する。
フローチャート２００では、ステップ１０４の代わりに、ステップ２０２がある。ステップ２０２において、医師は、システム１５０を作動させ、焼灼モードで動作するように該システムを設定することによって焼灼を開始する。焼灼モードにおいて、プロセッサ３３は、超音波焼灼RF信号を発生するように超音波RF信号発生器１５４を構成する。焼灼RF信号は、アレイ１５８をしてHIFUを発生させ、したがって組織６８（図６）を焼灼させる。通例、焼灼は２０ｓ〜３０ｓのオーダーの時間の間、継続される。
ステップ２０６および２０８はそれぞれステップ１０６および１０８と全体として類似する。しかしながら、フローチャート２００において、ステップ２０６および２０８は、ステップ２０２で発生された焼灼信号が止んだ時に実行される。
プローブ１８、７０、８０、９１、９４、および１１８について上述した機能に加えて、プローブと、プローブが連結されるシステムは、Ｂモード撮像（B-mode imaging）および／またはドップラー撮像（Doppler imaging）等の他の超音波ベースの撮像手段において使用されることもできることは理解されよう。また、本発明の実施の形態は、心臓以外の臓器の焼灼、および焼灼の監視のために使用されることもできることは理解されよう。さらに、本明細書で具体的に説明した焼灼処置以外の焼灼処置を本発明の実施の形態において使用することもできる。例えば、焼灼は組織状態に実質的に何らかの便利な局所化された変化を実現することによって行うこともできる。抵抗方式の組織の加熱によって達成することもできる等である。かかるすべての焼灼処置は、本発明の範囲に含まれることが想定されている。
したがって、上述の実施の形態は一例として挙げられたものであり、本発明が先に具体的に図示し、説明したものに限定されるものでないことは認識されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、先に説明したさまざまな特徴のコンビネーションおよびサブコンビネーション、ならびに先述の説明を読むことによって当業者に想到され、かつ先行技術には開示されていない、先に説明したさまざまな特徴の変更例および修正例を含むものである。
〔実施の形態〕
（１） プローブにおいて、
組織の焼灼（ablation）を行うように構成される焼灼要素と、
前記焼灼要素の近傍に位置される超音波トランスデューサであって、前記組織に音響放射力インパルス（acoustic radiation force impulses (ARFIs)）を送信するように、かつ、前記組織の前記焼灼を監視するために、前記ARFIsに応じる前記組織の変位を測定するように構成される、超音波トランスデューサと、
を備える、プローブ。
（２） 実施態様１に記載のプローブにおいて、
前記焼灼要素は、アパーチャ（aperture）を備え、
前記超音波トランスデューサは、前記アパーチャを介して、前記ARFIsを前記組織に向けて送り出すように構成されている、プローブ。
（３） 実施態様２に記載のプローブにおいて、
前記アパーチャを充填する、良好な音響伝達媒体（good acoustic transmission medium）、
を備える、プローブ。
（４） 実施態様１に記載のプローブにおいて、
前記超音波トランスデューサは、複数のトランスデューサ要素のアレイを備える、プローブ。
（５） 実施態様４に記載のプローブにおいて、
前記アレイは、前記ARFIsを前記組織上に集束させるように構成されている、プローブ。
（６） 実施態様４に記載のプローブにおいて、
前記アレイは、前記組織の画像を生成するように構成されている、プローブ。
（７） 実施態様１に記載のプローブにおいて、
前記焼灼要素は、前記組織の高周波（RF）焼灼を行うように構成された電極を備える、プローブ。
（８） 実施態様７に記載のプローブにおいて、
前記電極は、超音波透過性（sonolucent）電極を備え、
前記トランスデューサは、電気高周波（RF）ARFI信号の受信に応じて前記ARFIsを送信し、電気RF追跡パルスの受信に応じて前記超音波透過性電極を介して超音波追跡パルスを前記組織に送信し、前記組織から前記超音波透過性電極を介して前記超音波追跡パルスのそれぞれの反射を受信し、かつ、前記反射に応じて電気RF反射パルスを発生させるように構成されている、プローブ。
（９） 実施態様８に記載のプローブにおいて、
プロセッサであって、前記電気RFARFIパルスおよび前記電気RF追跡パルスを前記トランスデューサに伝達し、かつ、前記組織の前記変位を測定するために、前記トランスデューサからの前記電気RF反射パルスを受信するように構成される、プロセッサ、
を備える、プローブ。
（１０） 実施態様１に記載のプローブにおいて、
前記焼灼要素は、前記組織の低温焼灼を行うように構成された冷却要素を備える、プローブ。
（１１） 実施態様１に記載のプローブにおいて、
前記焼灼要素は、前記組織のマイクロ波焼灼を行うように構成されたマイクロ波放射器を備える、プローブ。
（１２） 組織を焼灼するための装置において、
プローブであって、複数の超音波トランスデューサ要素のアレイを備え、前記アレイは、電気高周波（RF）信号に応じて、超音波を前記組織に向けて送り出すように、かつ、前記組織から反射された超音波を受信するように構成される、プローブと、
RF送受信装置と、
を備え、
前記RF送受信装置は、
第１の送受信状態において、前記アレイに電気焼灼RF信号を伝達して、前記アレイが、前記組織の焼灼をもたらすのに十分なエネルギーを有する焼灼超音波パルスを、前記組織に送信するようにさせるように構成され、
第２の送受信状態において、前記アレイに電気音響放射力インパルス（ARFI）RF信号を伝達して、前記アレイが、ARFIを前記組織に送信するようにさせるように構成され、かつ、
第３の送受信状態において、
前記アレイに電気追跡RF信号を伝達して、前記アレイが、１つまたは複数の追跡超音波パルスを前記組織に送信するようにさせ、
前記アレイが前記組織から前記１つまたは複数の追跡超音波パルスの反射を受信するのに応じて発生された電気RF反射信号を前記アレイから受信し、かつ、前記組織の前記焼灼を監視するために、前記電気RF反射信号に応じて前記組織の変位を測定する
ように構成されている、装置。
（１３） 実施態様１２に記載の装置において、
前記RF送受信装置は、第４の送受信状態において、前記アレイに電気撮像RF信号を伝達して、前記アレイが１つまたは複数の撮像超音波パルスを前記組織に送信するようにさせ、かつ、前記アレイが前記組織から前記１つまたは複数の撮像超音波パルスの反射を受信するのに応じて発生された電気RF撮像反射信号を前記アレイから受信するように構成されている、装置。
（１４） 組織を焼灼するための方法において、
焼灼要素を準備することと、
前記焼灼要素を使用して前記組織の焼灼を行うことと、
前記焼灼要素の近傍に超音波トランスデューサを位置させることと、
前記トランスデューサから前記組織に音響放射力インパルス（ARFIs）を送信することと、
前記組織の前記焼灼を監視するために、前記ARFIsに応じる前記組織の変位を測定することと、
を備える、方法。
（１５） 実施態様１４に記載の方法において、
前記焼灼要素は、アパーチャを備え、前記アパーチャを介して、前記ARFIsを前記組織に向けて送り出すように前記超音波トランスデューサを構成する、方法。
（１６） 実施態様１５に記載の方法において、
前記アパーチャを、良好な音響伝達媒体によって充填すること、
を備える、方法。
（１７） 実施態様１４に記載の方法において、
前記超音波トランスデューサは、複数のトランスデューサ要素のアレイを備える、方法。
（１８） 実施態様１７に記載の方法において、
前記ARFIsを前記組織上に集束させるように前記アレイを構成すること、
を備える、方法。
（１９） 実施態様１７に記載の方法において、
前記組織の画像を生成するように前記アレイを構成すること、
を備える、方法。
（２０） 実施態様１４に記載の方法において、
前記焼灼要素は、前記組織の高周波（RF）焼灼を行うように構成された電極を備える、方法。
（２１） 実施態様２０に記載の方法において、
前記電極は、超音波透過性電極を備え、
前記トランスデューサは、電気高周波（RF）ARFI信号の受信に応じて前記ARFIsを送信し、電気RF追跡パルスの受信に応じて前記組織に前記超音波透過性電極を介して超音波追跡パルスを送信し、前記組織から前記超音波透過性電極を介して前記超音波追跡パルスのそれぞれの反射を受信し、かつ、前記それぞれの反射に応じて電気RF反射パルスを発生させるように構成されている、方法。
（２２） 実施態様１４に記載の方法において、
前記焼灼要素は、前記組織の低温焼灼を行うように構成された冷却要素を備える、方法。
（２３） 実施態様１４に記載の方法において、
前記焼灼要素は、前記組織のマイクロ波焼灼を行うように構成されたマイクロ波放射器を備える、方法。
（２４） 組織を焼灼するための方法において、
複数の超音波トランスデューサ要素のアレイを備えるプローブを、電気高周波（RF）信号に応じて、超音波を前記組織に向けて送り出すように、かつ、前記組織から反射された超音波を受信するように構成することと、
RF送受信装置を準備することと、
を備え、
前記RF送受信装置は、
第１の送受信状態において、前記アレイに電気焼灼RF信号を伝達して、前記アレイが、前記組織の焼灼をもたらすのに十分なエネルギーを有する焼灼超音波パルスを前記組織に送信するようにさせるように構成され、
第２の送受信状態において、前記アレイに電気音響放射力インパルス（ARFI）RF信号を伝達して、前記アレイが、前記組織にARFIを送信するようにさせるように構成され、かつ、
第３の送受信状態において、
前記アレイに電気追跡RF信号を伝達して、前記アレイが前記組織に１つまたは複数の追跡超音波パルスを送信するようにさせ、
前記アレイが前記組織から前記１つまたは複数の追跡超音波パルスの反射を受信するのに応じて発生された電気RF反射信号を前記アレイから受信し、かつ、前記組織の前記焼灼を監視するために、前記電気RF反射信号に応じて前記組織の変位を測定する
ように構成されている、方法。
（２５） 実施態様２４に記載の方法において、
前記RF送受信装置は、第４の送受信状態において、前記アレイに電気撮像RF信号を伝達して、前記アレイが、１つまたは複数の撮像超音波パルスを前記組織に送信するようにさせ、かつ、前記アレイが前記組織から前記１つまたは複数の撮像超音波パルスの反射を受信するのに応じて発生された電気RF撮像反射信号を前記アレイから受信するように構成されている、方法。
本発明の実施の形態による、患者の組織を焼灼するためのシステムの概要図である。 本発明の実施の形態による、図１のシステムで使用されるプローブの略図である。 本発明の代替的な実施の形態による、図１のシステムで使用されるプローブの略図である。 図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃは、本発明のさらに代替的な実施の形態による、図１のシステムで使用されるプローブの略図である。 本発明の実施の形態による、図１のシステムを動作させるのに必要なことを示すフローチャートである。 本発明のまださらに代替的な実施の形態による、組織を焼灼するのに使用されるプローブの略図である。 本発明の代替的な実施の形態による、患者の組織を焼灼するためのシステムの概要図である。 本発明の実施の形態による、図７のシステムを動作させるのに必要なことを示すフローチャートである。

Claims (14)

  1. プローブにおいて、
    組織の焼灼を行うように構成される焼灼要素と、
    前記焼灼要素の近傍に位置される超音波トランスデューサであって、前記組織に音響放射力インパルス (ARFIs)を送信するように、かつ、前記組織の前記焼灼を監視するために、前記ARFIsに応じる前記組織の変位を測定するように構成される、超音波トランスデューサと、
    を備える、プローブ。
  2. 請求項１に記載のプローブにおいて、
    前記焼灼要素は、アパーチャを備え、
    前記超音波トランスデューサは、前記アパーチャを介して、前記ARFIsを前記組織に向けて送り出すように構成されている、プローブ。
  3. 請求項２に記載のプローブにおいて、
    前記アパーチャを充填する、良好な音響伝達媒体、
    を備える、プローブ。
  4. 請求項１に記載のプローブにおいて、
    前記超音波トランスデューサは、複数のトランスデューサ要素のアレイを備える、プローブ。
  5. 請求項４に記載のプローブにおいて、
    前記アレイは、前記ARFIsを前記組織上に集束させるように構成されている、プローブ。
  6. 請求項４に記載のプローブにおいて、
    前記アレイは、前記組織の画像を生成するように構成されている、プローブ。
  7. 請求項１に記載のプローブにおいて、
    前記焼灼要素は、前記組織の高周波（RF）焼灼を行うように構成された電極を備える、プローブ。
  8. 請求項７に記載のプローブにおいて、
    前記電極は、超音波透過性電極を備え、
    前記トランスデューサは、電気高周波（RF）ARFI信号の受信に応じて前記ARFIsを送信し、電気RF追跡パルスの受信に応じて前記超音波透過性電極を介して超音波追跡パルスを前記組織に送信し、前記組織から前記超音波透過性電極を介して前記超音波追跡パルスのそれぞれの反射を受信し、かつ、前記反射に応じて電気RF反射パルスを発生させるように構成されている、プローブ。
  9. 請求項８に記載のプローブにおいて、
    プロセッサであって、前記電気RFARFIパルスおよび前記電気RF追跡パルスを前記トランスデューサに伝達し、かつ、前記組織の前記変位を測定するために、前記トランスデューサからの前記電気RF反射パルスを受信するように構成される、プロセッサ、
    を備える、プローブ。
  10. 請求項１に記載のプローブにおいて、
    前記焼灼要素は、前記組織の低温焼灼を行うように構成された冷却要素を備える、プローブ。
  11. 請求項１に記載のプローブにおいて、
    前記焼灼要素は、前記組織のマイクロ波焼灼を行うように構成されたマイクロ波放射器を備える、プローブ。
  12. 組織を焼灼するための装置において、
    プローブであって、複数の超音波トランスデューサ要素のアレイを備え、前記アレイは、電気高周波（RF）信号に応じて、超音波を前記組織に向けて送り出すように、かつ、前記組織から反射された超音波を受信するように構成される、プローブと、
    RF送受信装置と、
    を備え、
    前記RF送受信装置は、
    第１の送受信状態において、前記アレイに電気焼灼RF信号を伝達して、前記アレイが、前記組織の焼灼をもたらすのに十分なエネルギーを有する焼灼超音波パルスを、前記組織に送信するようにさせるように構成され、
    第２の送受信状態において、前記アレイに電気音響放射力インパルス（ARFI）RF信号を伝達して、前記アレイが、ARFIを前記組織に送信するようにさせるように構成され、かつ、
    第３の送受信状態において、
    前記アレイに電気追跡RF信号を伝達して、前記アレイが、１つまたは複数の追跡超音波パルスを前記組織に送信するようにさせ、
    前記アレイが前記組織から前記１つまたは複数の追跡超音波パルスの反射を受信するのに応じて発生された電気RF反射信号を前記アレイから受信し、かつ、前記組織の前記焼灼を監視するために、前記電気RF反射信号に応じて前記組織の変位を測定する
    ように構成されている、装置。
  13. 請求項１２に記載の装置において、
    前記RF送受信装置は、第４の送受信状態において、前記アレイに電気撮像RF信号を伝達して、前記アレイが１つまたは複数の撮像超音波パルスを前記組織に送信するようにさせ、かつ、前記アレイが前記組織から前記１つまたは複数の撮像超音波パルスの反射を受信するのに応じて発生された電気RF撮像反射信号を前記アレイから受信するように構成されている、装置。
  14. 組織を焼灼するための方法において、
    焼灼要素を準備することと、
    前記焼灼要素を使用して前記組織の焼灼を行うことと、
    前記焼灼要素の近傍に超音波トランスデューサを位置させることと、
    前記トランスデューサから前記組織に音響放射力インパルス（ARFIs）を送信することと、
    前記組織の前記焼灼を監視するために、前記ARFIsに応じる前記組織の変位を測定することと、
    を備える、方法。
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