JP2019181279A - 磁気プローブシステム及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可動プローブ（３０１）と、プローブ上に配置された磁石（３０２，３０３）と、超音波トランスデューサ（３１５）とを備えた磁気撮像・プローブシステムを提供する。【解決手段】 磁気撮像・プローブシステムは、磁石（３０２，３０３）は、プローブ（３０１）が超音波トランスデューサ（３１５）に隣接する近位第１位置を有する場合、超音波トランスデューサ（３１５）とプローブの先端において、超音波トランスデューサ（３１５）の撮像面（３０４）に時間的に変化する磁場（Ｔ）を発生させるように配置される。【選択図】図１０

Description

本発明は、概して、磁気撮像の分野に関する。特に、本発明は、磁気撮像・プローブシステム、磁気撮像・プローブアセンブリ、及び、そのような撮像・プローブシステムやアセンブリを用いた磁気撮像方法に関する。

磁気撮像は、超音波造影剤として超常磁性酸化鉄ナノ粒子を用いることのできる新規の撮像技術である。この撮像技術の本旨は、時間的に変化する磁場（パルス状や正弦波状）を微粒子が堆積されるボリュームに応用することである。磁場によって粒子の移動が引き起こされ、それによって周囲の組織も移動する。非特許文献１に開示されているような、時間的に変化する磁場の生成に使用されてきたこれまでの技術では、円錐形の鉄心の周りのコイルから成る電磁石（図１参照）が採用されてきた。電流が印加されると、鉄心の先端から磁場が形成される。粒子に作用する力は、磁場の強さ、そして磁場勾配によって決まる。このような過去の技術に伴う問題としては、ナノ粒子を含んだ領域の変位振幅が先端に近づくほど高くなり、そのため、結果的に得られる画像データにナノ粒子濃度に関して誤解を与える情報が含まれるということが挙げられる。このような問題によって、例えば、ナノ粒子が腫瘍固有又は組織固有の標的物質で標識される状況において、ナノ粒子が回収された物質や組織の性質の正確な分析を行う上での問題が必然的に起こる。例えば組織内の癌の検出に利用可能な情報に不備が生じる。このように、先行技術に伴う問題としては、これらの標的ナノ粒子を検出する精度が不十分であること、またその結果、ナノ粒子が標的とし結合する材料の検出、分解、及び、分析の精度が不十分になるということがある。

先行技術では、分析装置、例えば熱によって、分析される組織が影響を受けることも、組織の完全な分析の可能性を低下させ、さらなる問題といえる。

非特許文献２には、磁性粒子を管に入れ、粒子の操作のために磁石を収容した水槽内にその管を配置し、その水槽上に超音波装置を配置する磁気光音響撮像の方法が開示されている。このため、先行技術に伴う別の問題として、超音波トランスデューサに対する磁石の配置等、さまざまな構成要素の配置における制限や限界のため、これらの装置やその配置が、人間や大型動物への用途には適さないということがある。

先行技術の問題点としては、仮にその実施が可能であったとしても、患者の安全性が低下したり、診察により多くの時間と費用がかかったり、個々の患者に合わせた治療の可能性が低下したりしてしまうことが挙げられる。

従って、改良された装置又はアセンブリ、及び／又はシステム並びに方法が、磁気撮像の向上には有利である。

Ｅｖｅｒｔｓｓｏｎら、ＩＥＥＥ、Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ， ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ， ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ、２０１３年３月１日、第６０巻、３号、ｐ．４８１〜４９１ Ｊｉａ Ｃｏｎｇｘｉａｎら、Ｐｈｏｔｏｎｓ ｐｌｕｓ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ：Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｓｅｎｓｉｎｇ、２０１１年、Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ、２０１１年２月１０日、第７８９９巻、１号

このように、本発明の実施形態は、添付の特許請求の範囲に記載の磁気撮像・プローブアセンブリやプローブアセンブリを用いた磁気撮像方法を個々に又は組み合わせて、上記のような従来技術の一つ又は複数の欠陥やデメリットや問題点の軽減、緩和、解消を図ることが好ましい。

本発明の第１の態様によれば、可動プローブと、プローブ上に配置された磁石と、超音波トランスデューサとを備えた磁気撮像・プローブシステムが提供され、磁石は、プローブが超音波トランスデューサに隣接する近位第１位置を有する場合、超音波トランスデューサとプローブの先端において、超音波トランスデューサの撮像面（３０４）に時間的に変化する磁場（Ｔ）を発生させるように配置される。

本発明の第２の態様によれば、可動プローブと、超音波トランスデューサと、プローブ上に配置された磁石とを備えたプローブシステムを用いた磁気撮像方法が提供される。この方法は、プローブを超音波トランスデューサに隣接する近位第１位置に配置する工程と、磁石によって、超音波トランスデューサとプローブの遠位端側において、超音波トランスデューサの撮像面に時間的に変化する磁場（Ｔ）を発生させる工程と、撮像面内において、超音波トランスデューサにより、時間的に変化する磁場に応じた磁性ナノ粒子の動きを検出する工程とを備える。

本発明の第３の態様によれば、プローブ支持部と、プローブ支持部上に配置された磁石とを備えた磁気撮像・プローブアセンブリが提供される。このプローブ支持部は、超音波トランスデューサと接続し、超音波トランスデューサを磁石に対して隣接した位置に固定するように構成され、それによって、使用時、磁石は、超音波トランスデューサの撮像面に時間的に変化する磁場（Ｔ）を生成するように配置される。

本発明の第４の態様によれば、超音波トランスデューサと接続するように構成され、その上に移動可能に配置された磁石を有するプローブ支持部を備えたプローブアセンブリを用いた磁気撮像方法が提供され、この方法は、磁石を回転させて、プローブ支持部との接続時に、超音波トランスデューサの撮像面に時間的に変化する磁場（Ｔ）を発生させる工程と、撮像面内において、超音波トランスデューサにより、時間的に変化する磁場に応じた磁性ナノ粒子の動きを検出する工程とを備える。

本発明の別の態様によれば、本発明の第１又は第３の態様に係る磁気撮像・プローブアセンブリ又はシステムを使用することにより、磁性ナノ粒子の磁気超音波撮像が行われる。

本発明のさらなる実施形態は従属請求項に記載されており、本発明の第２の態様以降の態様の特徴は、必要な変更が加えられるが第１の態様の場合と同様である。

本発明のいくつかの実施形態によれば、物質内におけるナノ粒子の集中を解消する精度が向上する。

本発明のいくつかの実施形態によれば、磁気撮像の際、物質の性質を分析する精度が向上する。

本発明のいくつかの実施形態によれば、分析された物質への影響が少ない撮像を行うことができる。

本発明のいくつかの実施形態によれば、超音波撮像装置が磁気撮像装置に変換される。

本発明のいくつかの実施形態によれば、小型かつ簡便な磁気撮像・プローブアセンブリ又はシステムが提供される。

本発明のさらなる実施形態は従属請求項に記載されており、本発明の第２の態様以降の 態様の特徴は、必要な変更が加えられるが第１の態様の場合と同様である。

「備える／備えている」という用語は、本明細書で用いられると、記述されている特徴、個数、工程又は構成要素の存在を特定しているのであるが、一つ又は複数の他の特徴、個数、工程、構成要素、又は、それらの集まりの存在又は追加を排除しないことを強調されたい。

本発明の実施形態が可能なこれらの及び他の態様、特徴及び効果は、以下の添付図面を参照する本発明の実施形態の下記の説明から明らかであり、また解明されるであろう。

先行技術を示す図である。 本発明の実施形態に係る磁気撮像・プローブアセンブリを示す概略図である。 本発明の実施形態に係る磁気撮像・プローブアセンブリを示す概略図である。 本発明の実施形態に係る磁気撮像・プローブアセンブリを示す概略図である。 本発明の実施形態に係る磁気撮像・プローブアセンブリを示す概略図である。 本発明の実施形態により得られた結果を示す概略図である。 本発明の実施形態により得られた結果を示す概略図である。 本発明の実施形態により得られた結果を示す概略図である。 本発明の実施形態により得られた結果を示す概略図である。 本発明の実施形態により得られた結果を示す概略図である。 本発明の実施形態により得られた結果を示す概略図である。 本発明の実施形態により得られた結果を示す概略図である。 先行技術により得られた結果を示す概略図である。 先行技術により得られた結果を示す概略図である。 先行技術により得られた結果を示す概略図である。 本発明の実施形態により得られた結果を示す概略図である。 本発明の実施形態により得られた結果を示す概略図である。 本発明の実施形態により得られた結果を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る方法を示すフロー図である。 本発明の実施形態に係る磁気撮像・プローブを示す概略図である。 本発明の実施形態に係る方法を示すフロー図である。

次に、本発明の具体的な実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形で実施可能であり、ここに記載された実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。これらの実施形態は、本開示を徹底した完全なものとするためのものであり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるものである。添付図面に示す実施形態の詳細な説明に使用される用語は、発明の限定を意図するものではない。図において、同様の符号は同様の要素を表わす。

以下の説明では、磁気撮像のためのプローブアセンブリに適用できる本発明の実施形態に焦点を当てる。しかしながら、本発明は、このような目的に限定されるものではなく、その他のさまざまな分野や目的に応用可能であることが理解されるであろう。

図１には、背景技術で説明したような先行技術の磁気撮像装置を示す。図２には、本発明の実施形態に係る磁気撮像・プローブアセンブリ１００を示す。プローブアセンブリ１００は、プローブ支持部１０１と、プローブ支持部１０１上に配置された磁石１０２，１０３とを有する。プローブ支持部１０１は、超音波トランスデューサ１１５と接続し、超音波トランスデューサ１１５を磁石１０２，１０３に対し隣接した位置に固定するように構成されている。超音波トランスデューサ１１５は、係合／離脱接続、すなわち、解除可能な接続を行う「スナップイン」機能、及び／又は、プローブ支持部１０１を超音波トランスデューサ１１５に接続する固定手段１１６など、さまざまな方法を用いてプローブ支持部に接続することができる。磁石１０２，１０３は、第２固定手段１１７、１１７’によりプローブ支持部１０１に接続される。これにより、磁石１０２，１０３は、プローブ支持部１０１を介して超音波トランスデューサ１１５に対して固定される。プローブ支持部１０１は、さまざまな超音波トランスデューサ、すなわち、超音波プローブの形状に適合する形に形成されることで、そのようなさまざまな超音波トランスデューサ１１５に接続するように構成されている。使用時、つまり、超音波トランスデューサ１１５がプローブ支持部１０１により固定されている場合、磁石１０２，１０３は、超音波トランスデューサ１１５の撮像面１０４に時間的に変化する磁場（Ｔ）を生成するように配置されている。プローブ支持部１０１が、超音波トランスデューサ１１５を磁石１０２，１０３に隣接する位置に固定するように構成されることで、磁石１０２，１０３とトランスデューサ１１５がプローブ支持部１０１を介してプローブアセンブリ１００に一体化された、小型かつ多目的な磁気撮像・プローブアセンブリを提供する。つまり、磁石１０２，１０３は、プローブ１００が被撮像対象と空間的に相対的な位置に配置される限り、トランスデューサの撮像面１０４の同じ位置において、時間的に変化する磁場を生成する。従って、従来の技術のように、磁石を超音波トランスデューサの現在位置に対して繰り返し再配置を行う必要なく、人間や大型動物の組織の撮像や分析を行うことができる。実際、先行技術の最も阻害的な欠点は、磁場が、図１に示すように、被撮像対象物の下方の位置に固定されるなど、対象物の反対側から発生するように設計されており、もっと複雑な技術では、磁石が対象物の両側に固定されて配置されていることである。これでは、より大きな対象物の再配置や撮像を行うことができない。そのため、現在提案されている設計は、人間や大型動物への応用には適していない。さらに、被撮像物の十分な部分をカバーするよう、より強力な磁場を発生させる必要がある過去の解決法に反して、トランスデューサの位置に局所的に磁場を発生させればよいだけなので、過去の設計におけるより大きくパワフルな磁石を省くことができる。これにより、撮像物への干渉、例えば、撮像時の加熱の問題を軽減することができる。これまで説明してきた効果は、超音波トランスデューサ１１５の撮像面１０４に時間的に変化する磁場を発生させるように配置されるいかなる磁石についても実現することができる。

上記磁石は、前記プローブ支持部１０１上に移動可能に配置されており、それによって、使用時、磁石１０２，１０３は、プローブ支持部１０１と超音波トランスデューサ１１５に対する磁石１０２，１０３の移動に応じて、時間的に変化する磁場（Ｔ）を生成するように配置される。このように、磁石１０２，１０３は、プローブ支持部１０１に固定された超音波トランスデューサ１１５に対してそのような移動が行えるよう、プローブ支持部１０１に移動可能に接続される。磁石１０２，１０３の移動によって、時間的に変化する磁場（Ｔ）が、超音波トランスデューサ１１５の撮像面１０４における対象位置１１０に生成される。撮像面１０４の対象位置１１０に位置する磁性ナノ粒子は、時間的に変化する磁場（Ｔ）の変動を示し、従って、磁場（Ｔ）の影響により振動せざるを得なくなる。撮像面１０４の軸方向１０５に時間的に変化する磁場が生成されるため（図４ｂも参照）、プローブアセンブリ１０１を用いて検査中の対象物をスキャンする場合、超音波トランスデューサ１１５によってナノ粒子の変位振幅が検出される。このように、電磁石を使わずに撮像を行うことができる。こうして、磁石１０２，１０３は、超音波トランスデューサ１１５に対する移動に伴って、撮像面１０４に時間的に変化する磁場を生成する。これにより、先行技術の電磁石を備えた磁気装置のように大電流を印加する必要なく、高感度な検出が行われ、強い磁場が生成される。従って、電磁石を介して大電流を印加する場合に生じる温度上昇の問題も発生しない。そのため、プローブアセンブリ１０１は、撮像・プローブが分析されたサンプルに与える影響を軽減することができ、より正確に分析を行うことが可能となる。従って、磁石１０２，１０３は永久磁石である。

図２、図４ｂに示すように、磁石１０２，１０３は、支持部１０１上に配置され、横方向１１８と平行に延在する。横方向１１８は、撮像面１０４の軸方向１０５に垂直である。プローブ支持部１０１は、撮像面１０４の幅１１９が横方向１１８に延びるように、超音波トランスデューサ１１５と接続し、その位置を固定するように構成される。そのため、図２、図４ｂに示すように、磁石１０２，１０３は、撮像面１０４の幅１１９に沿って延びるように配置される。これにより、従来の、被撮像物の下方に電磁石の先端を固定することによって撮像面の横方向に生成される不均一な磁場の問題が解消される。先端からの磁場勾配へのナノ粒子の変位振幅の依存により、検出されるナノ粒子の実際の濃度にかかわらず、先端から横方向に離れた場合に比べて、先端位置に近い位置では変位振幅が増大する。この状況を図７ａ〜図７ｃに示す。図７ａ〜図７ｃには、４Ｈｚの磁気ソレノイド励起電圧、３０Ｖｐｐの励起電圧により、図１に示すような従来技術の磁気撮像装置の場合の組織ファントムの超音波・磁気画像を示す。図４ａに示すようなナノ粒子を含むインサート４０１、４０２、４０３が図示され、また、検出されたナノ粒子の濃度（図７ｃ参照）のマッピングや、インサート４０１、４０２、４０３に対応する磁気画像７０１、７０２、７０３の検出濃度を示すスケール７０４も示される。より詳細には、上段の図７ａには、超音波Ｂモード画像が示され、中段の図７ｂには、Ｂモード画像にわたってナノ粒子の変位マグニチュードを示す、色分けされた画像が示されている。中段には、全周波数の変位が色分けされた全移動が示されている。各画素の色は、その位置での変位マグニチュードを示し、図の右側にある色のバー・スケール７０４に従って色分けされる。下段の図７ｃには、追跡された周波数と位相別撮像が示される。つまり、周波数が８Ｈｚ（磁場の励起周波数の２倍）で発生する場合にのみ変位が色分けされ、位相差は、ナノ粒子を含む領域の中心位相に対して±１．１５ラジアン未満であった。インサート４０１におけるナノ粒子の濃度は、１ｍｌ当たり０．５ｍｇのＦｅ_３Ｏ_４、インサート４０２では１ｍｌ当たり０．３ｍｇのＦｅ_３Ｏ_４、インサート４０３では１ｍｌ当たり０．４ｍｇのＦｅ_３Ｏ_４である。

特に、図７ｃから、この従来の装置では、インサート４０１、４０２、４０３が、電磁石の先端が位置する画像の中央に向けて移動していることがはっきりと分かる。従って、対応する磁気画像７０２からもわかるように、一番大きく移動しているインサートは、真ん中のもの、すなわち、インサート４０２であり、実際、ナノ粒子の濃度が一番低い（１ｍｌ当たり０．３ｍｇのＦｅ_３Ｏ_４）。これは、前述のように、電磁石の先端に一番近いインサート、この場合ではインサート４０２に作用する力がインサート４０１、４０３に比べて大きいといった、不均一な磁場のためである。従ってこの従来装置では、測定されたナノ粒子の変位振幅をナノ粒子の濃度などの特性と関連付けることは不可能であるが、それは対象物質の正確かつ完全な分析を行うためには不可欠である。

図８ａ〜図８ｃは、本発明に係る磁気撮像・プローブアセンブリ１０１を用いることによって得られた対応する磁気画像を示す。撮像面１０４の幅１１９に沿って横方向１１８に延びるプローブ支持部上に配置された磁石１０２，１０３により生成された横方向に均一な磁場のため、ナノ粒子は軸方向１０５に沿って撮像面１０４と平行にしか移動しない。そのため、ナノ粒子の変位により、横方向１１８の濃度が正確に示される。ここでは、対応する図８ｃの磁気画像に対象物８０１として描かれる左側のインサート４０１が一番高いナノ粒子濃度（０．５ｍｇ Ｆｅ_３Ｏ_４／ｍｌ）を有するインサートとして、右側のインサート４０３／８０３が２番目に高いナノ粒子濃度（０．４ｍｇ Ｆｅ_３Ｏ_４／ｍｌ）を有するインサートとして、真ん中のインサート４０２／８０２が一番低いナノ粒子濃度（０．３ｍｇ Ｆｅ_３Ｏ_４／ｍｌ）を有するインサートとして正確に示されている。従って、この磁気撮像・プローブアセンブリ１００により、背景材料のインサートの横の位置とは無関係に、ナノ粒子の移動は、ナノ粒子濃度の増加と共に大きくなる。超音波トランスデューサ１１５は、先端部１２０、すなわち、トランスデューサ面を有する。プローブ支持部１０１は、先端部１２０が磁石１０２，１０３及び横方向１１８とほぼ平行に、及び／又は、面１０８とほぼ平行に配置されるよう、超音波トランスデューサを固定する。

前述の利点は、横方向１１８と平行な撮像面１０４の幅に沿って延在するように配置され、また、超音波トランスデューサ１１５の撮像面１０４に時間的に変化する磁場を生成する、いかなる磁石を用いた場合にも達成される。図２〜図４の例において、磁石１０２，１０３は、プローブ支持部１０１上に移動可能に配置され、プローブ支持部１０１と超音波トランスデューサ１１５に対する磁石の移動に応じて、横方向に均一な時間的に変化する磁場（Ｔ）を生成するように配置される。

磁気プローブアセンブリ１００の配置を図４ａに示す。図４は、プローブアセンブリ１００の対象撮像位置１１０に関して、組織ファントム４０４に位置する異なるナノ粒子濃度を有する円筒形状のインサート４０１，４０２，４０３を示す。

固定手段１１６は、磁石１０２，１０３から異なる距離で、超音波トランスデューサ１１５をプローブ支持部１０１に接続できるよう配置される。この距離は軸方向１０５に沿って可変で、励起信号を最適化する。ナノ粒子の変位は、磁石１０２，１０３とインサート４０１，４０２，４０３との間の距離に依存する。図５ａ〜図５ｆは、インサートのさまざまな濃度や、磁石とインサートとの間の２つの異なる距離に関して、ナノ粒子の変位振幅と周波数を示す。三角はサンプルに近い磁石１０２，１０３を有するプローブアセンブリ１００からの測定値を示し、四角は磁石１０２，１０３がインサートから３ｍｍ離れていることを除いて同様の配置を示し、丸は従来技術の電磁コイル装置を示す。各記号は３つの断面の平均値であり、標準偏差がエラーバーで印を付けられている。図５ａ〜図５ｆからも分かるように、プローブアセンブリ１００は、従来技術の電磁コイル装置よりも大きな変位を引き起こす。最大の変位は、磁石１０２，１０３がファントム／インサートに近づいたときに生じる（三角）。また、本発明に係るプローブアセンブリ１００によるナノ粒子の変位振幅の増加を図６にも示す。図６は、プローブアセンブリ１００（四角）と従来の電磁コイル装置（丸）に関して、測定された変位振幅を軸６０１、ナノ粒子濃度を軸６０２に示す。その結果、プローブアセンブリ１００には、バックグラウンド比に対してより良好な信号が検出され、それにより、例えば、低ナノ粒子濃度のサンプルの撮像や分析が向上する。図６からは、同様に、従来装置の横方向に不均一な磁場により、ナノ粒子濃度に対する変位振幅の非線形の依存が生じることが分かる。この場合、０．３ｍｇ Ｆｅ_３Ｏ_４／ｍｌの濃度を有するインサート４０２が最大の変位を有する。このことは、図６に見られるような本発明のプローブアセンブリ１００（四角）により得られるより線形の依存とは対照的である。

上記開示によるプローブ支持部１０１上の磁石１０２，１０３の配置によって、撮像面１０４の軸方向１０５の軸方向座標が変位振幅に与える影響がさらに軽減される。よって、撮像面１０４のこの方向においても、変位振幅をより正確に検出することが可能となる。

撮像・プローブアセンブリ１００は、磁石１０２，１０３に隣接して配置された超音波トランスデューサ１１５を備える。当然、上記のような発明の特徴により、プローブアセンブリ１００が既存の超音波トランスデューサ／プローブに対する「スナップオン」アクセサリとして機能する、又は、プローブアセンブリ１００の一部としてプローブ支持部１０１に固定搭載された超音波トランスデューサ／プローブを有することにかかわらず、前述の利点が提供される。いずれの場合も、プローブ支持部１０１によって、超音波トランスデューサ１１５の位置が磁石１０２，１０３に対して固定され、磁石１０２，１０３は、プローブ支持部１０１上に移動可能に搭載されることで超音波トランスデューサ１１５の撮像面１０４に時間的に変化する磁場を生成する。あるいは又は加えて、プローブ支持部１０１によって、磁石１０２，１０３が撮像面１０４の幅に沿って延在するように磁石１０２，１０３に対して超音波トランスデューサ１１５の位置を固定する。

磁石１０２，１０３は、プローブ支持部１０１に接続される際、プローブ支持部１０１や隣接する超音波トランスデューサ１１５上に回転可能に配置される。この際の移動は回転移動である。磁石１０２，１０３を回転することにより、対象位置１１０での磁場が変化する。この磁石１０２，１０３の移動により、永久磁石１０２，１０３の磁極ＮとＳは、撮像面１０４の対象位置１１０から時間と共に移動し、それによって、磁場（Ｔ）に変化が生じる。この変位は、上記回転移動によって与えられてもよく、対象位置１１０において時間と共に磁場（Ｔ）に振動を生じさせるその他の移動によって与えられてもよい。従って、永久磁石１０２，１０３の磁極（Ｎ、Ｓ）は、振動により撮像面１０４の対象位置１１０から変位可能な上記移動に基づいている。

図２に示すように、磁石１０２，１０３は、第１磁石１０２と第２磁石１０３を備え、それぞれ、プローブ支持部１０１に接続される際、プローブ支持部１０１と隣接する超音波トランスデューサ１１５上に回転可能に配置されている。第１及び第２磁石１０２、１０３を備えることにより、横方向に均一な時間的に変化する磁場（Ｔ）が改善される。第１及び第２磁石１０２，１０３は、図２の矢印（ｗ_１，ｗ_２）で示すように、それぞれ反対方向に回転可能である。あるいは、第１及び第２磁石１０２，１０３は、それぞれ、図２に示す方向とは反対の方向に回転可能である。すなわち、そのような場合にも、第１及び第２磁石１０２，１０３は、それぞれ反対方向に回転する。図示のように、各永久磁石の磁極は、同一の極が互いに対向し、撮像面１０４に沿って磁場勾配を作成するように回転配置される。例えば、磁石１０２，１０３のＮ極は、図２に示す状態では、一瞬互いに対向している。その後の磁石１０２，１０３の回転によって、Ｓ極が互いに向かうよう配置され、回転中は対象位置１１０の磁場が変化して磁性粒子を移動させる。そのような変化は、互いに関係のあるあらゆる数の磁石の移動又は振動、また、さまざまな方向の振動により、発生し得る。図２に示す配置の対称性によって、撮像面１０４の対象位置１１０における時間的に変化する磁場（Ｔ）が最適となる。これにより、対象位置１１０での対象物の撮像及び分析が、正確に、さらに、上述のような磁場（Ｔ）における不要な横勾配の影響を受けずに行われる。

プローブ支持部１０１は、超音波トランスデューサ１１５の撮像面１０４が、図２に見られるように、第１及び第２磁石１０２，１０３の間で軸方向１０５に沿って延びるように、超音波トランスデューサ１１５に接続し、その位置を固定するように構成されている。このように、第１及び第２磁石１０２，１０３は、撮像面１０４の両側に配置されて均一な時間的に変化する磁場（Ｔ）を与える。第１磁石１０２と撮像面１０４の距離は、第２磁石１０３と撮像面１０４の距離と同一である。第１及び第２磁石１０２，１０３は、それぞれ、面１０８にわたり、それに沿って分離される第１及び第２回転軸１０６，１０７を有する。軸方向１０５は面１０８に対してほぼ垂直であり、及び／若しくは回転軸１０６，１０７は横方向１１８に対してほぼ平行である。これにより、時間的に変化する磁場（Ｔ）の不要な勾配をさらに最小限にとどめる。ナノ粒子は、超音波撮像面１０４の軸方向１０５に沿って延びる振幅で変位する。このように、磁石１０２，１０３の回転軸１０６，１０７が面１０８に延びることで、磁石１０２，１０３が回転軸１０６，１０７に沿って均一な断面寸法を有する場合、各磁石１０２，１０３と超音波トランスデューサ１１５の先端部分１０９の距離が同一となる。これにより、時間的に変化する磁場（Ｔ）が撮像面１０４の幅１１９に沿って同じ特徴を有し、その幅が回転軸１０６，１０７と同じ方向に延びる。磁石１０２，１０３と超音波トランスデューサ１１５の相対位置は、プローブ支持部１０１に固定された場合に、特定の撮像用途に合わせたカスタマイズが可能になるように変化し、そのようなさまざまな用途に合わせて最適化される。従って、回転軸１０６，１０７によって定義される超音波トランスデューサ１１５と面１０８間の角度を変化させ、磁石１０２，１０３間の距離を変化させることが考えられる。

さらに、プローブ支持部１０１は、図２に示すように、超音波トランスデューサの先端部１０９が、第１及び第２磁石１０２，１０３がプローブ支持部１０１に接続された場合にその間に配置され、適切な検出信号が得られるように、超音波トランスデューサ１１５に接続し、その位置を固定するように構成されている。先端部１０９，１２０間の距離、すなわち、トランスデューサ面と面１０８間の距離は、例えば、プローブ支持部１０１の高さ可変固定手段１１６に沿って超音波トランスデューサ１１５を降下又は上昇させることで変化する。このようにして、超音波トランスデューサ１１５は、磁石１０２，１０３によって生成される磁場（Ｔ）におけるさまざまな上下方向の位置に配置される。上述したように、さらに相対的な調整を行って、トランスデューサ１１５と撮像面１０４を磁場（Ｔ）のどの位置に配置することも可能である。

上記のように、第１及び第２磁石１０２，１０３は、ほぼ撮像面１０４の幅１１９に沿って延在する。その結果、磁場が撮像面１０４の全幅に沿って均一となり、撮像能力が向上する。

図２に示すように、第１及び第２磁石１０２，１０３はそれぞれ、横方向（１１８）に延びる第１及び第２回転軸１０６、１０７を有し、各磁石の直径に沿って半径方向（ｒ）に分離された反対の磁極（Ｎ、Ｓ）をそれぞれ有する円筒形状の磁石１０２，１０３を備え、磁石１０２，１０３の回転によって、対象位置１１０において、各磁石１０２，１０３から時間的に変化する磁場が発生する。磁石１０２，１０３が他の形状を有していても、同様の効果が得られると考えられる。

磁気撮像・プローブアセンブリ１００は、制御部１１１と、モーター１１２とを備える。モーター１１２は、制御部１１１と磁石１０２，１０３に接続され、磁石１０２，１０３の移動に動力を供給する。制御部１１１は、所定のパターンに応じて、磁石１０２，１０３の移動速度（ｗ_１，ｗ_２）を変化させるように構成され、それによって、時間的に変化する磁場（Ｔ）の周波数を所定の周波数インパルスとして変化させ、対象位置１１０に磁性ナノ粒子の周波数インパルス応答を生成する。これにより、粘度や密度などの物質の性質を示すナノ粒子からのインパルス応答を決定する。従って、ナノ粒子は磁性インパルスによって変位し、物質の性質は、その変位がどのように経時変化するかに影響を与える。例えば、優位周波数、最大振幅、減衰速度は、物質の密度、弾性、粘度を示す。

制御部１１１は、一定の最大速度まで速度を直線的に上げるなどして、磁石１０２，１０３の移動速度（ｗ_１，ｗ_２）を変化させ、その後速度を下げるよう構成され、周波数にわたって掃引（スイープ）し、その結果得られるナノ粒子の変位振幅を検出する。このように、制御部１１１は、そのような所定パターンに応じて磁石１０２，１０３の移動速度（ｗ_１，ｗ_２）を変化させ、周波数インパルス応答が検出されるよう構成される。制御部は、磁石１０２，１０３の移動速度（ｗ_１，ｗ_２）を一定に設定するように構成される。このように、制御部１１１は、各磁石１０２，１０３の運動量を変化させる制御信号を補正する磁力を利用することで、磁石１０２，１０３のＮ極とＳ極間で変化する磁力が補正され、一定の回転速度が得られる。そうでなければ、第１磁石１０２の磁極Ｓは、磁極間の磁力のため、第２磁石１０３の磁極Ｎにロックする傾向があるため、角速度を一定に保つことができない。磁石の回転中のＮ極に対するＳ極の位置によって磁力が変化し、その変化が制御部１１１によって補正される。

さらに、制御部１１１は、正確な周波数での超音波検出を行い、さらに、超音波撮像に対して正しい位相での検出を可能にするため、磁石１０２，１０３の周波数又は移動速度（ｗ_１，ｗ_２）と超音波撮像とを同期させるように構成される。

また、超音波トランスデューサ１１５は、超音波機器に関して必要な制御と分析を行う超音波制御部１１４を有する。

図３は、プローブアセンブリ１００の例を概略的に示す図であり、モーター１１２に接続された磁石１０２，１０３と超音波トランスデューサ１１５を示す。図示を分かりやすくするため、プローブ支持部１０１は省略されている。図４は、プローブアセンブリ１００の別の例を概略的に示す図であり、プローブ支持部１０１に固定された超音波トランスデューサ１１５と磁石１０２，１０３を示す。プローブ支持部１０１は、プローブアセンブリ１００の内部から撮像対象物を分離するプローブアセンブリのケーシングとしても機能する。つまり、磁石が対象物との干渉を避けるためにケーシング内に存在する。

図９は、プローブアセンブリ１００による磁気撮像方法２００のフロー図を示し、プローブアセンブリ１００は、超音波トランスデューサ１１５とプローブ支持部１０１に移動可能に配置された磁石１０２，１０３とに接続するように構成されたプローブ支持部１０１を備える。方法２００は、プローブ支持部１０１に接続されると、超音波トランスデューサ１１５の撮像面１０４に時間的に変化する磁場（Ｔ）を生成するように磁石１０２，１０３を回転させる工程２０１を備える。この方法は、さらに、撮像面１０４において、超音波トランスデューサ１１５によって時間的に変化する磁場に応じた、磁性ナノ粒子の移動を検出する工程２０５を備える。これにより、上述のように、ナノ粒子の濃度を正確に判別することができ、検査物質の分析のさらなる改善が得られる。

上記方法２００は、各磁石の直径に沿って半径方向（ｒ）に分離された反対の磁極（Ｎ、Ｓ）をそれぞれ有する円筒形状の第１及び第２永久磁石１０２，１０３を、撮像面の両側でそれぞれ反対の回転方向に回転させる工程２０２を備える。

上記方法２００は、時間的に変化する磁場（Ｔ）の周波数を所定の周波数インパルスとして変化させ、磁性ナノ粒子の周波数インパルス応答を生成するよう、円筒形状の第１及び第２永久磁石１０２，１０３を所定パターンに応じて回転させる工程２０３を備える。これにより、分析された対象物の物質の特性が判定される。上記所定パターンには、例えば、一定の、又は、わずかな秒数又は分数などの期間に、一定の回転数、又は、半回転などのわずかな回転数だけ磁石を回転させ、ナノ粒子からの応答を検出することが含まれる。あるいは又は加えて、上記方法２００は、円筒形状の第１及び第２永久磁石１０２，１０３を一定の回転速度で回転させる工程２０４を備える。

上記開示に係る磁気撮像・プローブアセンブリ１００は、磁性ナノ粒子の磁気超音波撮像に使用されてもよい。

図１０は、本発明の磁気撮像・プローブシステム３００を示す。このシステム３００は、可動プローブ３０１と、プローブ上に配置された磁石３０２，３０３と、超音波トランスデューサ３１５とを備える。磁石３０２，３０３は、プローブ３０１が超音波トランスデューサに隣接する近位第１位置３０５を有する場合、超音波トランスデューサ３１５とプローブ３０１の先端において、超音波トランスデューサ３１５の撮像面３０４に時間的に変化する磁場（Ｔ）を発生させるように配置される。プローブは移動可能であるため、超音波トランスデューサ３１５に対してさまざまな位置に自由に配置することができる。これは撮像面３０４の異なる領域をプローブできるということで、つまり、磁性粒子が、撮像面３０４のさまざまな領域で異なる方向に変位する。これにより、関心領域における検出が円滑化かつ最適化され、対象領域における物質の特性の精度や抽出が改善する。さらに、超音波トランスデューサ３１５は、分析対象物に対してさまざまな位置にも移動するため、システム３００は、例えば、複雑な生体構造の組織領域の特性化が望まれる手術時における柔軟性を改善する。プローブ３０１を超音波トランスデューサに隣接する近位位置３０５に配置し、超音波トランスデューサとプローブ３０１の先端に時間的に変化する磁場（Ｔ）を生成するように配置することで、上記のような複数の対象位置や関心領域に複数の介入を含む複雑な生体構造や手術などのように、対象物及び／又は関心領域に対して頻繁に再配置が必要な場合に、撮像や組織の特性化が改善される。プローブ３０１と超音波トランスデューサ３１５はいずれも、分析対象物の大きさに関する制限なく、分析対象物の近位に配置され、それに対して移動可能である。

そのため、プローブ３０１は、超音波トランスデューサ３１５に対して移動可能であり、手持ち式プローブ３０１であってもよい。

磁石３０２，３０３は、プローブ３０１上に移動可能に配置され、使用時には、超音波トランスデューサ３１５に対する磁石の移動に応じて、時間的に変化する磁場（Ｔ）を生成するように配置される。そのため、磁石３０２，３０３は、図２〜図９に関連する実施形態の場合で説明したような上記利点を有する永久磁石である。磁石は、図２で説明した第１及び第２磁石１０２，１０３のように、第１磁石３０２と第２磁石３０３を備える。あるいは、プローブ３０１に移動可能に配置された単一の磁石を用いてもよい。一般的に、磁石３０２，３０３は、前述のように可動プローブ３０１上に配置されることで、超音波トランスデューサ３１５に対して再配置可能であるといった、図１０のシステム３００に付加された特徴により、図２〜図９に関連する実施形態の場合で説明したようなどのような配置であってもよい。

磁石３０２，３０３は、振動により、撮像面３０４の対象位置１１０から変位可能である。これにより、対象位置１１０における分析対象物の撮像及び／又は特性化が改善される。また、小型かつ簡便なプローブ３０１が得られる。あるいは又は加えて、磁石３０２，３０３は、図２に関連して説明したように、プローブ３０１に対して回転移動を行う。

あるいは、磁石３０２，３０３は電磁石である。

システム３００は、制御部１１１と、プローブ３０１に接続されたモーター１１２を備える。モーターは、制御部と磁石３０２，３０３に接続され、磁石の移動に動力を供給する。制御部は、所定のパターンに応じて、磁石３０２，３０３の移動速度（ｗ_１，ｗ_２）を変化させるように構成され、それによって、前述したように、時間的に変化する磁場（Ｔ）の周波数を所定の周波数インパルスとして変化させ、対象位置１１０に磁性ナノ粒子の周波数インパルス応答を生成する。あるいは又は加えて、制御部は、磁石３０２，３０３の一定移動速度（ｗ_１，ｗ_２）を設定するように構成されている。

図１１は、可動プローブ３０１と、超音波トランスデューサ３１５と、プローブ上に配置された磁石３０２，３０３とを備えたプローブシステム３００を用いた磁気撮像方法４００を示す。この方法４００は、プローブを超音波トランスデューサに隣接する近位第１位置３０５に配置する工程４０１と、磁石によって、超音波トランスデューサとプローブの先端において、超音波トランスデューサの撮像面１０４に時間的に変化する磁場（Ｔ）を発生させる工程４０２と、撮像面内において、超音波トランスデューサにより、時間的に変化する磁場に応じた磁性ナノ粒子の動きを検出する工程４０３とを備える。

上記時間的に変化する磁場（Ｔ）を発生させる工程は、磁石３０２，３０３を超音波トランスデューサ３１５に対して移動させる工程４０４を備える。磁石３０２，３０３を移動させる工程は、磁石３０２，３０３を、振動により、撮像面３０４内の対象位置１１０から変位させる工程４０５を備える。

当業者には理解されるように、本発明は、装置、システム又は方法として具体化することができる。

以上、具体的な実施形態を参照して本発明を説明したが、上記以外の実施形態も本発明の範囲内で同様に可能である。上記とは異なる方法の工程も本発明の範囲内で可能である。本発明のさまざまな特徴及び工程が、上記以外の組み合わせで行われてもよい。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。

より一般的には、ここに記載されたすべてのパラメータ、寸法、材料、構成は、例示を目的としてものであり、実際のパラメータ、寸法、材料及び／又は構成は、本発明の教えを採用した一つ又は複数の応用に依存することが当業者には容易に理解される。

Claims (8)

1. 可動プローブ（３０１）と、
   前記プローブ上に配置された磁石（３０２，３０３）と、
   超音波信号の送受信によって、撮像面（３０４）において組織を撮像するための超音波トランスデューサ（３１５）と
   を備え、
   前記磁石は、前記プローブが前記超音波トランスデューサに隣接する近位第１位置（３０５）に配置されている場合、前記超音波トランスデューサ及び前記プローブの遠位端側において、前記超音波トランスデューサの前記撮像面（３０４）に時間的に変化する磁場（Ｔ）を発生させるように配置され、
   前記プローブは、磁性粒子が前記撮像面（３０４）のさまざまな領域で異なる方向に変位することにより前記撮像面の異なる領域をプローブするために、前記超音波トランスデューサに対してさまざまな位置に自由に配置することができるように移動可能である、磁気撮像・プローブシステム。
2. 前記プローブは、手持ち式プローブのように、前記超音波トランスデューサに対して移動可能である、請求項１に記載の磁気撮像・プローブシステム。
3. 前記磁石は、前記プローブ上に移動可能に配置されており、それによって、使用時、前記磁石は、前記超音波トランスデューサに対する前記磁石の移動に応じて、前記時間的に変化する磁場（Ｔ）を生成するように配置される、請求項１又は２に記載の磁気撮像・プローブシステム。
4. 前記磁石は、振動により、前記撮像面内の対象位置（１１０）に対して移動可能であり、それにより前記時間的に変化する磁場（Ｔ）を生成する、請求項３に記載の磁気撮像・プローブシステム。
5. 制御部（１１１）と、
   前記制御部及び前記磁石に接続され、前記磁石の前記移動に動力を供給するモータ（１１２）と
   を備え、
   前記制御部は、所定のパターンに応じて、前記磁石の移動速度（ｗ１，ｗ２）を変化させるように構成され、それによって、前記時間的に変化する磁場（Ｔ）の周波数を所定の周波数インパルスとして変化させ、前記対象位置に磁性ナノ粒子の周波数インパルス応答を生成する、及び／又は、
   前記制御部は、前記磁石の一定移動速度（ｗ１，ｗ２）を設定するように構成されてい
   る、
   請求項３に記載の磁気撮像・プローブシステム。
6. 可動プローブ（３０１）と、超音波信号の送受信によって、組織を撮像するための超音波トランスデューサ（３１５）と、前記プローブ上に配置された磁石（３０２，３０３）とを備え、前記プローブは前記超音波トランスデューサに対してさまざまな位置に自由に配置することができるように移動可能である、プローブシステムを用いた磁気撮像方法（４００）であって、
   前記プローブを前記超音波トランスデューサに隣接する近位第１位置（３０５）に配置する工程（４０１）と、
   前記磁石によって、前記超音波トランスデューサ及び前記プローブの遠位端側において、前記超音波トランスデューサの撮像面（１０４）に時間的に変化する磁場（Ｔ）を発生させる工程（４０２）と、
   前記撮像面内において、前記超音波トランスデューサにより、前記時間的に変化する磁場に応じた磁性ナノ粒子の動きを検出する工程（４０３）と、
   磁性粒子が前記撮像面（３０４）のさまざまな領域で異なる方向に変位することにより、前記撮像面の異なる領域をプローブする工程と
   を備える、プローブシステムを用いた磁気撮像方法。
7. 前記時間的に変化する磁場（Ｔ）を発生させる工程は、
   前記磁石を前記超音波トランスデューサに対して移動させる工程（４０４）
   を備える、請求項６に記載のプローブシステムを用いた磁気撮像方法。
8. 前記磁石を移動させる工程は、
   前記磁石を、振動により、前記撮像面内の対象位置（１１０）に対して移動させ、それにより前記時間的に変化する磁場（Ｔ）を生成する工程（４０５）
   を備える、請求項７に記載のプローブシステムを用いた磁気撮像方法。

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