JP2019051295A - クロスポイント・スイッチマトリックスを使用する超音波集束 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)超音波エネルギーを内側解剖学的標的に送るためのシステムであって、
超音波トランスデューサ、複数の駆動回路、複数の位相回路、スイッチマトリックスおよびコントローラーを有して成り、
超音波トランスデューサは、フェーズドアレイとして集合的に動作可能な複数のトランスデューサ要素を有して成り、
駆動回路の各々は、トランスデューサ要素の少なくとも1つに接続され、
スイッチマトリックスは、駆動回路を位相回路に選択的に結合し、
コントローラーは、(i)標的に印加される目標平均強度レベル、該標的に印加されるエネルギーレベル、または該標的における温度レベルのうちの少なくとも1つを入力として受信するように、(ii)標的と超音波トランスデューサとの間に介在する組織を横切る該標的における超音波エネルギーを、フェーズドアレイとして集束するため、および/または形成するための複数のトランスデューサ要素に対応する該複数のトランスデューサ要素のセットを識別するように、ならびに(iii)標的における目標平均エネルギーレベルを印加し、維持するようにトランスデューサ要素のセットを順次動作させるようになっており、
コントローラーは、標的組織の推定時定数にしたがって標的における目標平均強度レベル、エネルギーレベルおよび/または温度レベルを達成するように選択されたデューティ・サイクルを有するパルス幅変調パターンにしたがってトランスデューサ要素のセットの各々を動作させる、システム。
(2)位相回路は、固定位相シフトの離散数を有する信号を送り、コントローラーは、固定位相シフトの1つをトランスデューサ要素の1つに、またはトランスデューサ要素のセットの1つに適用するようにさらになっている、(1)に記載のシステム。
(3)コントローラーは、超音波エネルギーの形成または前記標的の位置の一方に基づいて、固定位相シフトを調整するようにさらになっている、(1)または(2)に記載のシステム。
(4)標的の温度をモニターするための磁気共鳴(MR)ユニットをさらに有して成り、コントローラーは、モニターされた温度に応答してデューティ・サイクルを調整するようになっている、(1)〜(3)のいずれかに記載のシステム。
(5)コントローラーは、超音波ビームパス・ゾーンまたはMRモニタリングによって検出された標的の少なくとも一方における温度の不均一性を低減するために、セットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するように、スイッチマトリックスを応答して動作させるようにさらになっている、(4)に記載のシステム。
(6)MRユニットは、焦点の位置およびプロファイルをモニターするようにさらになっており、コントローラーは、焦点のプロファイル歪みを低減するために、セットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するように、スイッチマトリックスを応答して動作させるようになっている、(4)または(5)に記載のシステム。
(7)駆動回路は、位相回路よりも数が多く、コントローラーは、位相回路の各々を複数の駆動回路に選択的に接続する、(1)〜(6)のいずれかに記載のシステム。
(8)スイッチマトリックスは、クロスポイント・スイッチマトリックスである、(1)〜(7)のいずれかに記載のシステム。
(9)焦点におけるキャビテーションを検出するためのキャビテーション検出機をさらに有して成り、コントローラーは、検出されたキャビテーションの存在下での焦点におけるピーク圧力を低減するために、セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するように、スイッチマトリックスを応答して動作させるようになっている、(1)〜(8)のいずれかに記載のシステム。
(10)キャビテーション検出機は、コントローラーに結合され、該コントローラーは、(i)セットの各々のトランスデューサ要素のうちの選択されたトランスデューサ要素を励起または接地するために、スイッチマトリックスを応答して動作させるように、また(ii)予め規定された範囲においてキャビテーション効果を達成するために、トランスデューサ要素の複数のセットを駆動する信号のパルス幅変調を容易にするようにさらになっている、(9)に記載のシステム。
(11)少なくとも1つのトランスデューサ要素は、トランスデューサ要素の少なくとも2セットの間で共用される、(1)〜(10)のいずれかに記載のシステム。
(12)コントローラーはさらに、トランスデューサ要素の1よりも多いセットを同時に動作させるようになっている、(1)〜(11)のいずれかに記載のシステム。
(13)スイッチマトリックスは、駆動回路を、位相回路、電気的接地、または一定電圧を有する電圧源のうちの少なくとも1つに結合するようになっている、(1)〜(12)のいずれかに記載のシステム。
(14)コントローラーはさらに、標的においてポイント焦点、ライン焦点またはリング状焦点を生成するために、各々のトランスデューサ要素のセットを動作させるようになっている、(1)〜(13)のいずれかに記載のシステム。
(15)コントローラーはさらに、標的において複数の焦点を生成するために、トランスデューサ要素を動作させるようになっている、(1)〜(14)のいずれかに記載のシステム。
(16)コントローラーはさらに、ラウンドロビン方式でトランスデューサ要素のセットを順次動作させるようになっている、(1)〜(15)のいずれかに記載のシステム。
(17)目標平均強度レベルは空間的平均強度レベルである、(1)〜(16)のいずれかに記載のシステム。
(18)目標平均強度レベルは時間的平均強度レベルである、(1)〜(17)のいずれかに記載のシステム。
(19)フェーズドアレイとして集合的に動作可能な複数のトランスデューサ要素と、トランスデューサ要素のうちの少なくとも1つにそれぞれ接続された複数の駆動回路と、複数の位相回路と、駆動回路を位相回路に選択的に結合するスイッチマトリックスとを有して成る超音波トランスデューサを利用して、標的に超音波エネルギーを送る方法であって、
標的に印加される目標平均強度レベル、該標的に印加されるエネルギーレベル、または該標的における温度レベルのうちの少なくとも1つを入力として受信すること、
トランスデューサ要素の複数のセットであって、該セットの各々が標的と超音波トランスデューサとの間に介在する組織を横切る標的における超音波エネルギーを、フェーズドアレイとして、形成するため、および/または集束させための複数のトランスデューサ要素に対応する、該トランスデューサ要素の複数のセットを識別すること、
標的における目標平均エネルギーレベルを印加して維持するように、トランスデューサ要素のセットを順次動作させることを含んで成り、
コントローラーが、標的の時定数にしたがって標的における目標平均強度レベル、エネルギーレベルおよび/または温度レベルを達成するように選択されたデューティ・サイクルを有するパルス幅変調パターンにしたがってトランスデューサ要素のセットの各々を動作させる、方法。
(20)標的の温度をモニターすること、およびモニターされた温度に応答してデューティ・サイクルを調整することをさらに含んで成る、(19)に記載の方法。
(21)超音波ビームパス・ゾーンもしくは標的の少なくとも一方における温度不均一性をモニターすること、および温度不均一性を低減するためにセットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させることをさらに含んで成る、(19)または(20)に記載の方法。
(22)焦点の位置およびプロファイルをモニターすること、および該焦点のプロファイル歪みを低減するためにセットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させることをさらに含んで成る、(19)〜(21)のいずれかに記載の方法。
(23)駆動回路は、位相回路よりも数が多く、方法は、位相回路の各々を複数の駆動回路に選択的に接続することをさらに含んで成る、(19)〜(22)のいずれかに記載の方法。
(24)焦点におけるキャビテーションを検出すること、および検出されたキャビテーションの存在下で焦点のピーク圧力を低減させるように、セットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させることをさらに含んで成る、(19)〜(23)のいずれかに記載の方法。
(25)焦点でキャビテーションを検出すること、
セットの各々のトランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させること、および
予め規定された範囲におけるキャビテーション効果を達成するために、トランスデューサ要素の複数のセットを駆動する信号のパルス幅変調を容易にすることを含んで成る、(19)〜(24)のいずれかに記載の方法。
(26)トランスデューサ要素の1よりも多いセットを同時に動作させることをさらに含んで成る、(19)〜(25)のいずれかに記載の方法。
(27)位相回路は固定位相シフトの離散的な数を有する信号を送り、方法は固定位相シフトのうちの1つをトランスデューサ要素の1つまたはトランスデューサ要素のセットの1つに適用することをさらに含んで成る、(19)〜(26)のいずれかに記載の方法。
(28)超音波エネルギーの形成または標的の位置の一方に基づいて、トランスデューサ要素の1つまたはトランスデューサ要素のセットの1つに適用される固定位相シフトを調整することを含んで成る、(27)に記載の方法。
(29)標的にポイント焦点、ライン焦点またはリング状焦点を生成するために、トランスデューサ要素のセットの各々を動作させることをさらに含んで成る、(19)〜(28)のいずれかに記載の方法。
(30)ラウンドロビン方式でトランスデューサ要素のセットを順次動作させることをさらに含んで成る、(19)〜(29)のいずれかに記載の方法。
(31)標的に複数の焦点を生成するようにトランスデューサ要素を動作させることをさらに含んで成る、(19)〜(30)のいずれかに記載の方法。
(32)目標平均強度レベルは空間的平均強度レベルである、(19)〜(31)のいずれかに記載の方法。
(33)目標平均強度レベルは時間的平均強度レベルである、(19)〜(31)のいずれかに記載の方法。
Claims (19)
- 超音波エネルギーを内側解剖学的標的に送るためのシステムであって、
超音波トランスデューサ、複数の駆動回路、複数の位相回路、スイッチマトリックスおよびコントローラーを有して成り、
前記超音波トランスデューサは、フェーズドアレイとして集合的に動作可能な複数のトランスデューサ要素を有して成り、
前記駆動回路の各々は、前記トランスデューサ要素の少なくとも1つに接続され、
前記スイッチマトリックスは、前記駆動回路を前記位相回路に選択的に結合し、
前記コントローラーは、(i)前記標的に印加される目標平均強度レベル、該標的に印加されるエネルギーレベル、または標的における温度レベルの少なくとも1つを入力として受信するように、(ii)前記標的と前記超音波トランスデューサとの間に介在する組織を横切る該標的における超音波エネルギーを、フェーズドアレイとして集束するため、および/または形成するための複数の前記トランスデューサ要素に対応する該複数のトランスデューサ要素のセットを識別するように、ならびに(iii)前記標的における前記目標平均エネルギーレベルを印加し、維持するように前記トランスデューサ要素のセットを順次動作させるようになっており、
前記コントローラーは、前記標的組織の推定時定数にしたがって前記標的における前記目標平均強度レベル、前記エネルギーレベルおよび/または前記温度レベルを達成するように選択されたデューティ・サイクルを有するパルス幅変調パターンにしたがって前記トランスデューサ要素のセットの各々を動作させる、システム。 - 前記位相回路は、固定位相シフトの離散数を有する信号を送り、前記コントローラーは、前記固定位相シフトの1つを前記トランスデューサ要素の1つに、または前記トランスデューサ要素のセットの1つに適用するようにさらになっている、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラーは、前記超音波エネルギーの前記形成または前記標的の位置の一方に基づいて、前記固定位相シフトを調整するようにさらになっている、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記標的の温度をモニターするための磁気共鳴(MR)ユニットをさらに有して成り、前記コントローラーは、前記モニターされた温度に応答して前記デューティ・サイクルを調整するようになっており、オプションとして、
前記MRユニットは、前記焦点の位置およびプロファイルをモニターするようにさらになっており、前記コントローラーは、前記焦点のプロファイル歪みを低減するために、前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するように、前記スイッチマトリックスを応答して動作させるようになっている、請求項1〜3のいずれかに記載のシステム。 - 前記コントローラーは、超音波ビームパス・ゾーンまたはMRモニタリングによって検出された前記標的の少なくとも一方における温度の不均一性を低減するために、前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するように、前記スイッチマトリックスを応答して動作させるようにさらになっている、請求項4に記載のシステム。
- 前記駆動回路は、前記位相回路よりも数が多く、前記コントローラーは、前記位相回路の各々を複数の前記駆動回路に選択的に接続する、請求項1〜5のいずれかに記載のシステム。
- 前記スイッチマトリックスは、クロスポイント・スイッチマトリックスである、請求項1〜6のいずれかに記載のシステム。
- 前記焦点におけるキャビテーションを検出するためのキャビテーション検出機をさらに有して成り、前記コントローラーは、検出されたキャビテーションの存在下での前記焦点におけるピーク圧力を低減するために、前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するように、前記スイッチマトリックスを応答して動作させるようになっている、請求項1〜7のいずれかに記載のシステム。
- 前記キャビテーション検出機は、前記コントローラーに結合され、該コントローラーは、(i)前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起または接地するために、前記スイッチマトリックスを応答して動作させるように、また(ii)予め規定された範囲においてキャビテーション効果を達成するために、前記トランスデューサ要素の複数の前記セットを駆動する信号のパルス幅変調を容易にするようにさらになっている、請求項8に記載のシステム。
- 少なくとも1つのトランスデューサ要素は、前記トランスデューサ要素の少なくとも2セットの間で共用される、請求項1〜9のいずれかに記載のシステム。
- 前記コントローラーはさらに、
前記トランスデューサ要素の1よりも多いセットを同時に動作させるようになっており、および/または
前記標的においてポイント焦点、ライン焦点もしくはリング状焦点を生成するために、前記トランスデューサ要素のセットの各々を動作させるようになっており、および/または
前記コントローラーは、前記標的において複数の焦点を生成するために、前記トランスデューサ要素を動作させるようにさらになっており、および/または
ラウンドロビン方式で前記トランスデューサ要素のセットを順次動作させるようにさらになっている、請求項1〜10のいずれかに記載のシステム。 - 前記スイッチマトリックスは、前記駆動回路を、前記位相回路、電気的接地、または一定電圧を有する電圧源の少なくとも1つに結合するようになっている、請求項1〜11のいずれかに記載のシステム。
- 前記目標平均強度レベルは空間的平均強度レベルであるか、または前記目標平均強度レベルは時間的平均強度レベルである、請求項1〜12のいずれかに記載のシステム。
- フェーズドアレイとして集合的に動作可能な複数のトランスデューサ要素と、前記トランスデューサ要素の少なくとも1つにそれぞれ接続された複数の駆動回路と、複数の位相回路と、前記駆動回路を前記位相回路に選択的に結合するスイッチマトリックスとを有して成る超音波トランスデューサを利用して、標的に超音波エネルギーを送る方法であって、
前記標的に印加される目標平均強度レベル、該標的に印加されるエネルギーレベル、または該標的における温度レベルの少なくとも1つを入力として受信すること、
トランスデューサ要素の複数のセットであって、該セットの各々が前記標的と前記超音波トランスデューサとの間に介在する組織を横切る前記標的における超音波エネルギーを、フェーズドアレイとして、形成するため、および/または集束させための複数の前記トランスデューサ要素に対応する、該トランスデューサ要素の複数のセットを識別すること、
前記標的における前記目標平均エネルギーレベルを印加して維持するように、前記トランスデューサ要素のセットを順次動作させることを含んで成り、
前記コントローラーが、前記標的材料の時定数にしたがって前記標的における前記目標平均強度レベル、前記エネルギーレベルおよび/または前記温度レベルを達成するように選択されたデューティ・サイクルを有するパルス幅変調パターンにしたがって前記トランスデューサ要素のセットの各々を動作させる、方法。 - 前記標的の温度をモニターすること、および前記モニターされた温度に応答して前記デューティ・サイクルを調整すること、ならびに/または
超音波ビームパス・ゾーンもしくは前記標的の少なくとも一方における温度不均一性をモニターすること、および前記温度不均一性を低減するために前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させること、ならびに/または
前記焦点の位置およびプロファイルをモニターすること、および該焦点のプロファイル歪みを低減するために前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させることをさらに含んで成る、請求項14に記載の方法。 - 前記焦点におけるキャビテーションを検出すること、および
(A)検出されたキャビテーションの存在下で前記焦点のピーク圧力を低減させるように、または
(B)予め規定された範囲におけるキャビテーション効果を達成するために、前記トランスデューサ要素の複数の前記セットを駆動する信号のパルス幅変調を容易にするように、前記セットの各々の前記トランスデューサ要素のうち選択された複数のトランスデューサ要素を励起もしくは接地するようにスイッチマトリックスを応答して動作させることをさらに含んで成る、請求項14に記載の方法。 - 前記位相回路は固定位相シフトの離散的な数を有する信号を送り、前記方法は前記固定位相シフトの1つを前記トランスデューサ要素の1つまたは前記トランスデューサ要素のセットの1つに適用することをさらに含んで成り、オプションとして、
前記超音波エネルギーの前記形成または前記標的の位置の一方に基づいて、前記トランスデューサ要素の1つまたは前記トランスデューサ要素のセットの1つに適用される前記固定位相シフトを調整することを含んで成る、請求項14に記載の方法。 - ラウンドロビン方式で前記トランスデューサ要素のセットを順次動作させること、および/または前記標的に複数の焦点を生成するように前記トランスデューサ要素を動作させることをさらに含んで成る、請求項14に記載の方法。
- 前記目標平均強度レベルは空間的平均強度レベルであり、または前記目標平均強度レベルは時間的平均強度レベルである、請求項14に記載の方法。
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