JP2023510742A - 治療前のｍｒｉ／ｃｔスキャンに基づくロボット支援組織破砕標的設定のシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

組織にキャビテーションを発生させる為の方法及び装置が提供される。標的治療ゾーンを規定することと施術トランスデューサの焦点を標的治療ゾーンまで誘導することとを含む外科手術誘導の為の方法及び装置も提供される。複数の外科手術撮像及び誘導システムを相互記録する為の実施形態が提供される。組織破砕施術を実施する為のシステムについても考察される。【選択図】図１Ａ

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、参照により本明細書に援用される「治療前のＭＲＩ／ＣＴスキャンに基づくロボット支援組織破砕標的設定のシステム及び方法(Systems and Methods for Robotically-Assisted Histotripsy Targeting Based on MRI/CT Scans Taken Prior to Treatment)」の名称で２０２０年１月７日に出願された米国仮特許出願第６２／９５８，２０９号の優先権の利益を主張する。

（連邦政府資金による研究の記載）
本発明は、アメリカ国立衛生研究所により認められたＮＳ１０８０４２に基づく政府支援により行われた。政府は本発明に対して一定の権利を有する。

（参照による援用）
本明細書で言及される全ての出版物及び特許出願は、個々の出版物及び特許出願の各々が参照により援用されることが明確かつ個別的に指摘された場合と同程度に本明細書において参照により援用される。

本開示では、音響キャビテーションを発生させるように構成された新規の高密度施術用超音波（ＨＩＴＵ）システムと、健康、病変、及び／又は、損傷組織の低侵襲性又は非侵襲性治療の為の方法、装置、及び処置が詳述される。組織破砕とも呼ばれる本明細書に記載の音響キャビテーションシステム及び方法は、トランスデューサ、駆動用電子機器、位置決めロボット、撮像システム、そして患者の軟部組織に包括的な治療及び施術を提供する統合型治療計画制御ソフトウェアを含み得る。

組織破砕、或いはパルス超音波キャビテーション施術は、極めて短く激しい音響エネルギーのバーストが焦点塊に被制御キャビテーション（マイクロ気泡形成）を誘発する技術である。これらのマイクロ気泡の活発な膨張及び破裂は、焦点塊の細胞及び組織構造を機械的に均質化する。これは、熱アブレーションの凝固壊死特性とは大きく異なる最終結果である。非熱的な組織破砕の分野での作動には、低デューティサイクルを持つ高振幅音響パルスの形で音響エネルギーを送達することが必要である。

従来の集束超音波技術と比較して、組織破砕は重要な利点を有する。１）焦点での破壊プロセスが熱的ではなく機械的である。２）超音波画像でキャビテーションが明るく見えることで治療の正確な標的設定及び位置確定が確認される。３）超音波撮像において、必ずではないが概して治療済み組織が暗く見える（より低エコーである）ので、執刀医は治療箇所を把握できる。４）組織破砕は、制御された精密なやり方で創傷を形成する。マイクロ波、高周波、高密度集束超音波（ＨＩＦＵ）のような熱アブレーション技術と異なり、組織破砕は、組織の破壊についてキャビテーションの機械的作用に依存すると強調することが重要である。

本発明は、上記従来の技術における課題を解決するためになされたものである。

外科手術誘導システムにおいて標的組織塊の第１画像を受理すること、外科手術誘導システムにより標的組織塊の第２画像を取得すること、外科手術誘導システムにおいて第１画像を第２画像と相互記録して第１画像での標的組織塊の境界座標を特定すること、外科手術誘導システムにより組織破砕施術トランスデューサの焦点の焦点座標を特定すること、外科手術誘導システムにおいて第１画像の標的組織塊の境界座標内に組織破砕施術トランスデューサ焦点を設定する移動座標を判断すること、そして移動座標に基づいて組織破砕施術トランスデューサ焦点を移動させて標的組織塊の中に組織破砕施術トランスデューサ焦点を設定することを包含する外科手術誘導方法が提供される。

幾つかの実装例において、移動ステップは更に、ロボット位置決めシステムにより組織破砕施術トランスデューサを移動させることを包含する。代替的に、移動ステップは更に、組織破砕施術トランスデューサ焦点を電子的に操向することを包含する。

一つの実装例において、第１画像は、高解像度ＭＲＩ画像、高解像度ＣＴ画像、コーンビームＣＴ画像、又は拡張蛍光透視画像など先進的な診断医療撮像システムによる高解像度画像を包含する。

他の実装例において、第２画像は超音波画像、写真、又は光学画像を包含する。

幾つかの実装例において、相互記録ステップは更に、第１画像と第２画像の両方で標準領域を特定することと、標準領域を使用して第１画像の座標系を第２画像の座標系と相関させることとを包含する。

別の実装例において、焦点座標の特定は更に、組織破砕施術トランスデューサに標準マーカを設定することと、外科手術誘導システムにより標準マーカを特定することとを包含する。

一つの実装例において、この方法は更に、標的組織塊の治療マージンを規定することと、標的組織塊と治療マージンとをカバーする３Ｄグリッド部位を計算することと、第１又は第２画像の上に３Ｄグリッド部位を表示することとを含む。別の例において、治療マージンは標的組織塊の外に延在する正の治療マージンを包含する。幾つかの実装例において、治療マージンは、標的組織塊の中に延在する負の治療マージンを包含する。

多くの実装例において、この方法は更に、標的組織塊に組織破砕施術を適用することを包含する。

幾つかの実装例において、この方法は更に、組織破砕施術を撮像することと、第１画像と第２画像との間の相互記録を術中に更新することとを含む。

一つの実装例において、この方法は更に、組織破砕治療マップを作成することと、組織破砕治療マップを第１又は第２画像にリアルタイムで重ねることとを包含する。

幾つかの例において、ロボット位置決めシステムは組織破砕施術トランスデューサを３自由度で移動させることができる。他の例で、ロボット位置決めシステムは組織破砕施術トランスデューサを６自由度で移動させることができる。

一実施形態において、移動ステップは更に、組織破砕施術トランスデューサ焦点を電子的に操向することと、ロボット位置決めシステムにより組織破砕施術トランスデューサを移動させることとの組み合わせを包含する。

様々な実装例において、標的組織塊は、腫瘍、血餅、臓器、又は脳出血を包含し得る。

標的組織塊の中又はその近くの組織へ音響検出器を挿入することと、組織破砕施術トランスデューサの焦点に対する標的組織塊の位置を音響検出器により確定することと、組織破砕施術トランスデューサ焦点を標的組織塊の中に設定するのに必要な移動座標を判断することとを包含する別の外科手術誘導方法も提供される。

幾つかの実施形態において、この方法は更に、組織破砕施術トランスデューサにより組織破砕施術を適用することを包含する。

一つの実装例において、挿入ステップは更に、標的組織塊の中又はその近くの組織へカテーテルを挿入することを包含し、カテーテルは音響検出器を含む。別の実装例において、挿入ステップは更に、標的組織塊の中又はその近くの組織へニードルを挿入することを包含し、ニードルは音響検出器を含む。

標的組織塊の中又はその近くの組織へ標準マーカを挿入することと、組織破砕施術トランスデューサの焦点に対する標的組織塊の位置を標準マーカにより確定することと、組織破砕施術トランスデューサ焦点を標的組織塊の中に設定するのに必要な移動座標を判断することとを包含する外科手術誘導方法が提供される。

幾つかの実施形態において、この方法は更に、組織破砕施術トランスデューサにより組織破砕施術を適用することを包含する。

第１撮像システムと、第２撮像システムを含む外科手術誘導システムと、ロボット位置決めアームと、ロボット位置決めアームに結合される組織破砕施術トランスデューサと、第１撮像システムと外科手術誘導システムと第２撮像システムとロボット位置決めアームと組織破砕施術トランスデューサとに動作結合される電子コントローラとを包含する施術システムが提供され、電子コントローラは、第１撮像システムからの標的組織塊の第１画像を第２撮像システムからの標的組織塊の第２撮像と相互記録して標的組織塊の境界座標を特定するように構成され、電子コントローラは更に、組織破砕施術トランスデューサの焦点を標的組織の中に設定するのに必要なロボット位置決めアームの移動座標を判断するように構成される。

本発明の新規の特徴は、以下に続く請求項に詳しく提示される。本発明の原理が利用された例示的な実施形態が提示される以下の詳細な記載と添付図面とを参照することにより、本発明の特徴及び利点のより深い理解が得られるだろう。
乃至 超音波撮像及び施術システムを図示する。 組織破砕施術システムによる一つの外科手術誘導方法が記されたフローチャートである。 定位的組織破砕施術システムの一例である。 乃至 定位的組織破砕を実施する方法を図示する。 組織破砕施術システムによる別の外科手術誘導方法が記されたフローチャートである。

本開示のシステム、方法、及び装置は、体外での、経皮的な、内視鏡、腹腔鏡による、及び／又は、ロボット利用医療システム及び処置に組み込まれるものを含めて、健康、病変、及び／又は、損傷組織の低侵襲的又は非侵襲的な音響キャビテーション及び治療に使用され得る。以下に記載されるように、音響キャビテーションシステムは、カート、施術、統合撮像、ロボット、結合、そしてソフトウェアを含む様々なサブシステムを含み得る。システムは、コンピュータ、ケーブル及びコネクタ、ネットワーク形成装置、電源、ディスプレイ、引き出し／保管庫、ドア、車輪、そして様々なシミュレーション及び訓練ツール等を限定的にではなく含む様々な他のコンポーネント、付属品、及び装備品も包含し得る。組織破砕を実行／制御／達成する全てのシステム、方法、及び手段は、本明細書に開示される新たな関連発明を含む本開示の一部と考えられる。

図１Ａは概ね、施術トランスデューサ１０２、撮像システム１０４、ディスプレイ及びコントロールパネル１０６、ロボット位置決めアーム１０８、そしてカート１１０を具備する本開示による組織破砕システム１００を図示する。システムは更に、不図示の超音波結合インタフェース及び結合媒体供給源を含み得る。

図１Ｂは、施術トランスデューサ１０２と撮像システム１０４との底面図である。図のように、撮像システムは施術トランスデューサの中心に位置し得る。しかしながら、他の実施形態は、施術トランスデューサ内の他の部位に位置するか施術トランスデューサに直接統合される撮像システムを含み得る。幾つかの実施形態において、撮像システムは、施術トランスデューサの焦点でリアルタイム撮像を行うように構成される。

組織破砕システムは、一以上の施術トランスデューサを通して音響キャビテーション／組織破砕を実行、適用、集束、及び達成できる施術サブシステムと、治療部位のリアルタイム可視化と処置全体での組織破砕作用とを可能にする統合撮像サブシステム（又はこれへの接続性）と、施術トランスデューサを機械的及び／又は電子的に操向して更に結合サブシステムと接続／支持又は相互作用を可能にして、施術トランスデューサと患者との間での音響結合を可能にする位置決めサブシステムと、システム及びコンピュータベースの制御システム（及び他の外部システム）、そして全てが部分的又は共に機能する一以上のユーザインタフェース及びディスプレイと関連の案内ワークフローとを含む他の様々なコンポーネント、付属品、及び装備品との通信、制御、相互接続を行うソフトウェアとを含む、一以上の様々なサブシステムを具備し得る。システムは更に、ポンプ、バルブ、フロー制御部、温度、脱ガス制御部、灌流及び吸引能力を限定的ではなく含むと共に、流体を提供及び保管する様々な流体及び流体管理コンポーネントを具備し得る。様々な電源及びプロテクタも格納し得る。

カート
カート１１０は、特定の用途及び処置に基づく多様な手法及びフォームファクタで概ね構成され得る。幾つかのケースで、システムは、類似又は異なる配置で構成される多数のカートを具備し得る。幾つかの実施形態において、カートは放射線環境で、そして幾つかのケースでは撮像（例えば、ＣＴ、コーンビームＣＴ、及び／又は、ＭＲＩスキャン）と協調して使用されるように構成及び配置され得る。他の実施形態では、手術室及び無菌環境での、或いはロボット利用手術室での使用の為に配置され、単独で、或いは音響キャビテーション／組織破砕のシステムの使用及び送達の前、間、又は後に外科手術ロボットが特定のタスクを実行する外科手術ロボット処置の一部として使用され得る。その為、そして上述の実施形態に基づく処置環境に応じて、カートは、充分な作業スペースと、患者の様々な身体構造部位（例えば、胴体、腹部、脇腹、頭部、頸部等）へのアクセスとを提供すると共に、他のシステム（例えば、麻酔カート、腹腔鏡タワー、外科手術ロボット、内視鏡タワー等）の為の作業スペースを提供するように位置決めされ得る。

カートはまた、術前、術中、術後の変更を可能にすることを含む多数の位置、角度、配向で患者が載置及び再配置され得るように、患者表面（例えばテーブル又はベッド）と協働し得る。更に、（例えば、組織破砕の前、間、及び／又は、後に撮像データを収集する為のコーンビームＣＴ作業スペース内で適合可能な）物理的／機械的相互運用性を含む処置及び／又は使用環境をサポートするように、一以上の方式の超音波、ＣＴ、蛍光透視、コーンビームＣＴ、ＰＥＴ、ＰＥＴ／ＣＴ、ＭＲＩ、拡張蛍光透視、光学、超音波、画像融合及び又は画像フローに限定されない一以上の外部撮像又は画像データ管理及び通信システムとの相互接続及び通信の能力を包含し得る。

幾つかの実施形態において、一以上のカートは協働するように構成され得る。一例として、一つのカートは、施術トランスデューサと施術発生器／増幅器等と共に利用可能な一以上のロボットアームを装備するベッドサイド可動カートを包含し得るが、患者から距離を置いて協調的に機能する同伴カートは、外科手術ロボット及びマスタ／スレーブ構成に類似したロボット及び施術ファセットを制御する為の統合撮像及びコンソール／ディスプレイを具備し得る。

幾つかの実施形態において、システムは、音響キャビテーション処置を実行するように装備された一つのマスタカートに全てが従属する複数のカートを具備し得る。幾つかの配置及びケースにおいて、一つのカート構成は、手術室クラッタを低減させる距離での特定サブシステムの保管を許容し得るが、別の協調カートは本質的にベッドサイドのサブシステムとコンポーネント類（例えば送達システム及び施術）とを具備し得る。

カート設計の多数の配列及び構成を想定することが可能であり、これらの例は本開示の範囲をいかなる手法でも限定しない。

組織破砕
組織破砕は、標的設定による組織の分画及び破壊が可能な高密度で活発な「気泡群」を発生させる短い高振幅の集束超音波パルスを包含する。組織破砕は、組織／流体の界面を含む組織界面に向けられた時の被制御組織侵食の形成と共に、バルク組織が標的設定された時の細胞内レベルでの境界明瞭な組織分画及び破壊が可能である。熱及び放射線に基づく方式を含む他の形のアブレーションと異なり、細胞破砕は、組織を治療するのに熱又は電離（高）エネルギーに依存しない。代わりに細胞破砕は、焦点で発生されて組織構造に機械的に作用し、幾つかのケースでは組織を液化、懸濁、可溶化する、及び／又は、破壊して細胞内成分とする音響キャビテーションを使用する。

組織破砕は下記を含む様々な形で適用され得る。１）固有閾値組織破砕：固有閾値を超える１～２サイクルの高振幅逆相／伸張相圧力（例えば、水性の軟部組織については～２４乃至２８ＭＰａまで）によりパルスを送達して媒体にキャビテーションを発生させる。２）衝撃散乱組織破砕：一般的に持続時間が３乃至２０サイクルのパルスを送達する。発生された最初の個別マイクロ気泡から散乱する衝撃波（正相／圧縮相）が逆衝撃波を形成し、これが入来した逆相／伸張相と構造的に干渉して固有閾値を超える高振幅の逆相／希薄相を形成する。こうして、キャビテーションマイクロ気泡の集合体が発生する。パルスの伸張相の振幅は、パルス持続時間にわたって媒体の気泡核が焦点ゾーンで慣性キャビテーションを受けるのに充分である。これらの核は、反転して、固有の核生成の為の閾値を超える入射波と構造的に干渉する入射衝撃波を散乱させる。３）沸騰組織破砕：持続時間がおよそ１乃至２０ミリ秒のパルスを採用する。衝撃パルスの吸収は、媒体を急速に加熱することにより、固有の核の閾値を低下させる。この固有閾値が入射波のピーク負圧と一致すると、焦点で沸騰気泡が形成される。

焦点で発生される高い圧力により、一定の閾値レベルを上回る音響キャビテーション気泡群が形成され、これが組織における局所的な応力及び歪みと重大な熱沈着を伴わない機械的破壊とを生じる。キャビテーションが発生しない圧力レベルでは、焦点の組織で観察される作用は最小である。このキャビテーション作用は、１０乃至３０ＭＰａ程度のピーク負圧で、類似のパルス持続時間にわたる水中での慣性キャビテーション閾値を規定するものよりかなり大きい圧力レベルでのみ観察される。

組織破砕は、多くの手法で、そして異なるパラメータで実施され得る。集束超音波トランスデューサを患者の皮膚に音響結合して、上の（介在）組織を経て焦点ゾーン（治療ゾーン及び箇所）へ音響パルスを経皮的に伝達することにより、完全に非侵襲的にこれが実施され得る。組織破砕により発生した気泡群が例えばＢモード超音波画像で高ダイナミックのエコー発生領域として可視であって使用（及び関連の処置）全体での連続的な可視化が可能であると仮定すると、超音波撮像を介した直接的可視化により更なる標的設定、計画、案内、観察が行われ得る。同様に、治療及び分画済みの組織は、治療の評価、計画、観察、及び監視に使用され得るエコー輝度の動的変化（一般的には低下）を示す。

概して、組織破砕治療では、１以上の音響サイクルを持つ超音波パルスが印加され、気泡群形成は、最初の開始時の疎分布気泡（或いは単一の気泡）からの（時には１００ＭＰａを超える、Ｐ＋）正の衝撃波面の圧力解放散乱に依存する。これは「衝撃散乱機構」と呼ばれる。

この機構は、トランスデューサの焦点においてパルスの最初の負の半サイクルで開始される一つの（又はわずかな疎分布）気泡に依存する。その際には、疎状態で開始されたこれらの気泡からの正の高ピーク衝撃波面の圧力解放後方散乱の故に、マイクロ気泡群が形成される。これらの後方散乱した高振幅疎密波は固有閾値を超え、故に局所的な高密度気泡群を形成する。そして続く音響サイクルの各々は、気泡群表面からの後方散乱により更なるキャビテーションを誘発し、これがトランスデューサに向かって成長する。その結果、超音波伝搬方向と反対に音響軸線上で成長する長形の高密度気泡群が衝撃散乱機構で観察される。この衝撃散乱プロセスは、負のピーク圧力ばかりでなく音響サイクル数及び正の衝撃の振幅にも応じて気泡群を発生させる。非線形伝搬により展開される少なくとも一つの高密度衝撃波面を含まないと、負のピークの半サイクルが固有閾値を下回った時に高密度気泡群が発生しない。

２サイクル未満の超音波パルスが印加されると、衝撃散乱が最小化し、高密度気泡群の発生は、媒体の「固有閾値」を超える印加超音波パルスの負の半サイクルに依存する。これは「固有閾値機構」と呼ばれる。

この閾値は、人体の組織など、高含水率の軟部組織については２６乃至３０ＭＰａの範囲にあり得る。幾つかの実施形態では、この固有閾値機構を使用して、創傷の空間的範囲が明確に規定され、比較的予測可能である。この閾値よりそれほど高くない負のピーク圧力（Ｐ－）では、トランスデューサの－６ｄＢのビーム幅の半分ほど小さいサブ波長の再現可能な創傷が生成され得る。

高周波の組織破砕パルスにより、最小の再現可能な創傷のサイズがより小さくなり、これは精密な創傷生成を必要とする用途では有益である。しかしながら、高周波パルスは減衰及び収差を受け易く、高い侵入度（例えば身体でのアブレーション深さ）或いは高収差媒体（例えば経頭蓋処置又はパルスが骨内で伝達される処置）での治療を問題の多いものにする。組織破砕は更に、低周波「ポンプ」パルス（一般的に＜２サイクルで１００ｋＨｚと１ＭＨｚの間の周波数を有する）として印加されてもよく、高周波「プローブ」パルス（一般的に＜２サイクルで２ＭＨｚより大きい２ＭＨｚと１０ＭＨｚの範囲の周波数を有する）と共に印加され、低周波及び高周波パルスのピーク負圧が構造的に干渉して標的組織又は媒体の固有閾値を超える。減衰及び収差に対する耐性の高い低周波パルスは関心領域（ＲＯＩ）についてのピーク負圧であるＰ－レベルを上昇させるのに対して、高精度を提供する高周波パルスはＲＯＩ内の標的部位を正確に示して、ピーク負圧Ｐ－を固有閾値よりも上昇させる。このアプローチは、「二重周波数」、「二重ビーム組織破砕」、又は「パラメトリック組織破砕」と呼ばれ得る。

衝撃散乱、固有閾値、そして様々な周波数コンパウンド及び気泡操作を可能にする様々なパラメータを使用して最適化された組織破砕を達成する付加的なシステム、方法、そしてパラメータは、本明細書において、焦点の操向及び位置決めに付随して組織破砕作用を制御し、治療箇所又は介在組織内での組織作用（例えば前焦点副次的熱損傷）を同時的に管理する付加的な手段を含む本明細書に開示のシステム及び方法の一部として含まれる。更に、限定ではないが、周波数、動作周波数、中心周波数、パルス反復周波数、パルス、バースト、パルス数、サイクル、パルス長、パルス振幅、パルス周期、遅延、バースト反復周波数、前者の集合、多数集合のループ、多数及び／又は異なる集合のループ、ループ集合、様々な組み合わせ又は配列等のような複数のパラメータを含み得る様々なシステム及び方法が、将来的構想による実施形態を含めて本開示の一部として含まれることが開示される。

施術コンポーネント
施術サブシステムは、本明細書において以下では沸騰組織破砕及び他の熱的な高周波数超音波アプローチを含む「組織破砕」とも呼ばれる音響キャビテーションと、これから派生したものを形成、最適化、達成、可視化、監視、そして制御する他のサブシステムと共に機能し得る。開示される発明は更に、キャビテーション、機械的又は組織破砕コンポーネントを包含しない他の音響施術にも有利であり得ることに留意していただきたい。施術サブシステムは、超音波施術トランスデューサと、超音波パルスを組織へ送達するように構成されるパルス発生器システムとを他の特徴と共に含み得る。

組織破砕及び組織破砕から派生したものを形成及び達成する為に、施術サブシステムは、一以上のファンクション発生器、増幅器、施術トランスデューサ、そして電源を限定的にではなく含むコンポーネントも具備し得る。

施術トランスデューサは、高振幅電気パルス（＞１０００Ｖ又は生命体に害を与え得る他の電圧）で励起されるように構成される単一の要素又は多数の要素を具備し得る。組織破砕用の施術トランスデューサを駆動するのに必要な振幅は、トランスデューサの設計と、使用される材料（例えばセラミック又は単結晶を含むソリッド又はポリマー／圧電複合体）と、圧電材料の厚さに正比例するトランスデューサ中心周波数とに応じて変化する。それ故、高周波数で作動するトランスデューサは、所与の表面圧力を発生させるのに、低周波施術トランスデューサで必要とされるものより低い電圧を必要とする。幾つかの実施形態では、圧電ポリマー複合材料又はソリッド圧電材料を使用してトランスデューサ要素が形成される。更に、圧電材料は多結晶／セラミック又は単結晶形態のものであり得る。幾つかの実施形態において、トランスデューサ要素は、ＣＭＵＴ及びＰＭＵＴ設計を含むＭＥＭｓ技術を用いてケイ素の使用により形成され得る。

幾つかの実施形態において、ファンクション発生器は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又は他の適当なファンクション発生器を包含し得る。ＦＰＧＡは、周波数、パルス反復周波数、バースト、バースト数を限定的にではなく含む本明細書で既に開示のパラメータで構成され、バーストは、パルス、パルス数、パルス長、パルス周期、遅延、バースト反復周波数、又は周期を包含し、バースト集合はパラメータ集合を包含し、ループ集合は、遅延を伴うか伴わない、或いは可変遅延を伴う様々なパラメータ集合を包含し、多数のループ集合が反復される、及び／又は、時間遅延が可変であって単独で制御されると共に全体を通して様々な組み合わせ及び配列を持つ新たなループ集合が導入され得る。

幾つかの実施形態において、発生器又は増幅器は、汎用の単一サイクル又は多数サイクルのパルス発生器であると共に、クラスＤを介した駆動或いは誘導駆動と共に、本開示において後で考察される全ての想定臨床用途や使用環境においてサポートを行うように構成され得る。他の実施形態において、クラスＤ又は誘導電流ドライバは、ステップアップ／ダウンコンポーネントを更に提供する変圧器及び／又は自動変圧器駆動回路を包含すると共に、幾つかのケースでは好ましくは振幅のステップアップを可能にするように構成され得る。これらは、システムを更にサポートする特定の保護特徴を包含して、使用環境、システム及び施術システムとユーザの危害、損害、問題を潜在的に招き得る電気的安全上の危険を限定的にではなく含む様々な危険から、システムの他の部品（例えば施術トランスデューサ及び／又は増幅器回路コンポーネント）及び／又はユーザを保護する性能を提供する。

開示される発生器は、既に開示されたものを限定的にではなく含む様々なパラメータを（利用可能なソフトウェアツールを通して）選択、変更、及び制御するシステムの能力と共に、施術の開始／停止、電圧レベル、パルス及び／又はバースト反復周波数、サイクル数、デューティ比、有効なチャネル及び遅延等を設定して読み取り、高電圧供給及び／又は他のサービス、診断、又は治療特徴と無関係の高速時間尺度でパルス振幅を変調する能力を付与及びサポートし得る。

幾つかの実施形態において、施術サブシステム及び／又は増幅器などそのコンポーネントは更に、統合的なコンピュータ処理性能を包含し、ネットワーク形成、接続、アクセスが行われ得る、及び／又は、リムーバブル／ポータブル、モジュール式、及び／又は、システム間で交換可能、及び／又は、他のシステムから／により、又は様々な組み合わせで駆動／命令され得る。他のシステムは、他の音響キャビテーション／組織破砕、ＨＩＦＵ、ＨＩＴＵ、放射線施術、高周波、マイクロ波、冷凍アブレーションシステム、誘導及び位置確定システム、腹腔鏡、単一切開／単一ポート、内視鏡及び非侵襲的外科手術ロボット、腹腔鏡、或いは他のエネルギーベース又はビジョンシステム、外科手術システムラック又はブーム、撮像カート等を具備する外科手術タワーを含み得る。

幾つかの実施形態において、一以上の増幅器は、クラスＤ増幅器と、整合ネットワークコンポーネントを含む関連のドライブ回路構成とを包含し得る。トランスデューサ要素の電気インピーダンスと整合ネットワークコンポーネント（例えば直列のインダクタＬ１と並列のキャパシタＣ１とから成るＬＣ回路）の選択とに応じて、トランスデューサ要素を駆動するのに必要な高振幅電気波形を有するように合成インピーダンスが積極的に低く設定され得る。駆動ＭＯＳＦＥＴ／ＩＧＢＴトランジスタ、整合ネットワークコンポーネント又はインダクタと変圧器又は自動変圧器を含めて、使用される回路コンポーネントにクラスＤ増幅器が依存する最大振幅は、一般的には低ｋＶ（例えば１乃至３ｋＶ）範囲であり得る。

施術トランスデューサ要素は、組織破砕施術に充分な圧力出力を発生させる振幅（電圧）を持つ電気波形により励起される。励起電場は、圧電要素の厚さについて必要な波形電圧として規定され得る。例えば、１ＭＨｚトランスデューサで作動する圧電要素は同等の５００ｋＨｚ要素の半分の厚さであるので、同じ電場と表面圧力とを達成するのに半分の電圧を必要とするだろう。

統合撮像
開示のシステムは、患者の身体構造のフィードバック、関連の関心領域及び治療／処置箇所と共に周囲及び介在の組織をユーザが可視化、監視、そして収集／使用して、処置を評価、計画、実施し、必要に応じて治療パラメータを調節する為の様々な撮像方式を包含し得る。撮像方式は、様々な超音波、Ｘ線、ＣＴ、ＭＲＩ、ＰＥＴ、蛍光透視、光学、コントラスト又は薬剤強化バージョン、及び／又は、その様々な組み合わせを包含し得る。強化された可視化及びユーザ決定を供与するのに様々な画像処理及び特性化技術も利用され得ることが更に開示される。これらはユーザにより手動で、或いはシステムにより自動的に選択又は命令され得る。システムは、切り替え、重ね合わせ、３Ｄ再構築、セグメンテーション、記録、マルチモード画像融合、画像フロー、及び／又は、様々なシステムユーザインタフェース及びディスプレイに表示されるような、処置中に撮像を使用する様々な態様の特定、規定、及び通知をユーザに供与する何らかの方法を並列的に可能にするように構成され得る。例は、関心領域、臓器系、臓器又は組織の中、上、及び／又は周囲の潜在的治療箇所を設定、表示、特性化すること、そして管、血管、神経、尿管、亀裂、被膜、腫瘍、組織外傷／損傷／疾病、他の臓器、接続組織等のような臨界構造、及び／又は、そのうち一以上の相互的状況（例えば腫瘍排出リンパ又は血管、或いは臓器被膜に近接するか他の臓器の下の腫瘍）を特定することを、非限定的な例として含み得る。

システムは、内蔵の統合撮像ハードウェア、ソフトウェア、センサ、プローブ、ウェットウェアを含むように構成され得る、及び／又は、外部の撮像及び画像処理システムと通信及び相互接続を行うように構成され得る。上述のコンポーネントはシステムの施術サブシステムコンポーネントにも統合され、プローブ、撮像アレイ、その他が、電気的、機械的、又は電気機械的に施術トランスデューサに統合される。こうして一部では幾何学的に整合された撮像及び施術を有する能力が得られ、施術は直接的な視野内にあり、幾つかのケースでは撮像と一致する。幾つかの実施形態において、この統合は、施術トランスデューサの状況において撮像性能（例えば撮像プローブ）の一定配向を包含し得る。他の実施形態で、撮像ソリューションは、角度、在範囲（例えば施術トランスデューサ又は患者からの距離）、回転（例えば超音波プローブの例では撮像面）、及び／又は、他のパラメータを修正することを含めて、その位置を移動又は調節することが可能であり、能動的な撮像中の動的な移動／調節が含まれる。撮像コンポーネント又はプローブは、施術トランスデューサ及び／又はロボット利用位置決めコンポーネントのようなシステムの別の態様に対する配向及び位置が判断され得るように符号化され得る。

一実施形態において、システムは、超音波撮像及び特性化（様々な形の）と超音波案内計画及び超音波案内治療を含めて、システムディスプレイ及びソフトウェアを通して処置箇所についてのフィードバックを全てリアルタイムでユーザが可視化、監視、受理できるように更に構成される内蔵超音波を包含し得る。システムは、ユーザが患者を手動、半自動化、又は完全自動化手段で（例えば手で、又はロボット利用撮像器を使用して）撮像できるように構成され得る。

幾つかの実施形態において、撮像フィードバック及び監視は、気泡群からの後方散乱、後方散乱でのスペックル低減、後方散乱スペックル統計、組織の機械的特性（つまりエラストグラフィ）、組織灌流（つまり超音波コントラスト）、剪断波伝搬、音響放出、電気インピーダンス断層撮影、及び／又は、他の形の撮像（例えばＣＴ又はＭＲＩ）の表示或いはこれとの統合を含めてこれらの様々な組み合わせの変化を監視することを含み得る。

幾つかの実施形態において、気泡群からの後方散乱のフィードバック及び監視を含む撮像が、組織破砕プロセスが開始されたか又は適切に維持されているかどうか、或いは消滅したかどうかを即座に判断する方法として使用され得る。例えば、この方法は、リアルタイム薬品送達、組織侵食、その他の連続的な監視を可能にする。この方法は、組織破砕プロセスが高い強度で開始されてはるかに低い強度に維持されることを許容するフィードバックも提供できる。例えば、後方散乱フィードバックは何らかのトランスデューサ又は超音波撮像器により監視され得る。施術トランスデューサについてのフィードバックを測定することにより、付属のトランスデューサは質問パルスを送信できるか、キャビテーションを受動的に検出するように構成され得る。また、受理されたフィードバックの性質は、薬品送達及び／又は組織侵食プロセスを最適化するように音響パラメータ（と関連のシステムパラメータ）を調節するのに使用され得る。

幾つかの実施形態において、後方散乱からのフィードバック及び監視を含む撮像とスペックル低減とがシステムで構成され得る。

後方散乱を介したフィードバック及び監視を包含するシステムについて、そしてバックグラウンドの手段として、組織が徐々に機械的に細分される、言い換えると均質化、分裂、又は侵食された組織となるので、このプロセスは音響散乱のサイズ及び分布の変化を結果的に招く。プロセスのある点において、散乱粒子のサイズ及び密度は、超音波がほぼ散乱されないレベルまで低下するか、散乱量が著しく減少する。この結果、固有の照明源、このケースでは超音波が使用される時に画像に見られる明暗スポットに固有の建設的及び相殺的干渉パターンであるスペックルに、著しい減少が生じる。幾らかの治療時間の後に、スペックル減少の結果として施術塊に暗エリアが生じる。スペックル減少量は組織細分量に関係するので、残留組織片のサイズに関係し得る。このサイズが細胞内レベルまで減少すると、細胞は生存していないと推定される。それ故、所望のスペックル減少レベルに達するまで治療の進行が可能である。スペックルは、標準的な超音波撮像システムで容易に視認及び評価される。本明細書に開示されるものを含む特殊なトランスデューサ及びシステムも、後方散乱変化を評価するのに使用され得る。

更に、スペックルを介したフィードバック及び監視を包含するシステム、そしてバックグラウンドの手段として、画像はフレーム間で維持され、散乱分布が変化しない限りほとんど変化せず、撮像された物体に移動は見られない。しかしながら、スペックル減少を起こすのに充分なサイズまで散乱が減少するはるか前に、信号処理及び他の手段により検出されるのに充分なほど変化し得る。この一連の技術はスペックルの統計的変化の検出器として作用し得る。例えば、画像の一以上のスペックルのサイズ及び位置は、観察可能なスペックル減少が発生する前に脱相関し始めるだろう。適切な動き補償の後のスペックル脱相関は、組織の機械的破砕についての高感度測定基準であり、故に施術効果の測定基準であり得る。フィードバック及び監視技術は、音響キャビテーション／組織破砕プロセスの結果として生じる変化の早期観察を許容し、実質的又は完全な組織作用（例えば侵食発生）の前に組織の変化を特定できる。一実施形態において、この方法は、治療箇所／組織が一時的に破砕されて組織損傷／侵食が望ましくない場合に、薬品送達の改良の為の音響キャビテーション／組織破砕プロセスを監視するのに使用され得る。他の実施形態で、これは、次第に流体化した施術塊での散乱の移動によるスペックル脱相関を包含し得る。例えば、部分的又は完全な組織侵食が望ましいケースにおいて。

エラストグラフィを介したフィードバック及び監視を包含するシステムについて、そしてバックグラウンドの手段として、治療箇所／組織が更に、音響キャビテーション／組織破砕作用（均質化、破砕、又は侵食）により細分されると、その機械的特性は、軟質だが相互接続された固体から、粘性流体又は長期の相互作用をほぼ備えないペースト状に変化する。これらの機械的特性の変化は、ＭＲＩ及び超音波撮像システムを含む様々な撮像方式により測定され得る。例えば、位置確定された組織塊に力（つまり放射力）を発生させるのに超音波パルスが使用され得る。組織反応（変位、歪み、速度）が組織破砕治療中に著しく変化して、撮像又は他の定量的手段により組織破砕状態の判断が可能となる。

システムはまた、剪断波の伝搬変化を介したフィードバック及び監視も包含し得る。バックグラウンドの手段として、組織の細分により組織は流体状かつ非固体状となり、流体システムは概ね剪断波を伝搬しない。故に、組織流体化の程度により、組織破砕プロセスのフィードバック及び監視の為の機会が得られる。例えば、剪断波の伝搬を観察するのに超音波及びＭＲＩ撮像システムが使用され得る。治療後の塊でのこのような波の減衰は、組織破壊又は破砕の測定基準として使用される。一つのシステム実施形態において、システムと補助的なサブシステムとは、相互作用を行う剪断波を発生させてこれを測定するのに使用され得る。例えば、隣接する二つの超音波焦点は、或る手法で押圧することにより組織を摂動させる。隣接の焦点が流体内にある場合に、剪断波が伝搬して相互作用を行うことはない。組織が流体化しない場合には、外部手段で、例えば二つの剪断波が非線形的に相互作用を行う時にのみ検出される差分周波数により、相互作用が検出され、その消滅は組織損傷と相関する。その為、音響キャビテーション／組織破砕処置のフィードバック及び監視を改良するのにこの方式を使用するようにシステムが構成され得る。

音響放出を介したフィードバック及び監視を包含するシステムについて、そしてバックグラウンドの手段として、組織塊が細分されると、音響キャビテーション／組織破砕（例えば、ここでは気泡群）に対するその作用が変化する。例えば、気泡が大きくなり、無変化の組織と流体化した組織では、存続期間及び圧潰変化特性が異なる。組織が細分されて大きな気泡を発生させるか気泡間の協働的相互作用が生じた後にも、気泡は移動及び相互作用を行ない、その全てが音響放出の変化という結果を招く。これらの放出は治療中に可聴であって、治療中に変化する。これらの変化の分析と施術効果に対するその相関性により、施術進行の監視が可能となり、システムの特徴として構成され得る。

電気インピーダンス断層撮影を介したフィードバック及び監視を包含するシステムについて、そしてバックグラウンドの手段として、施術箇所のインピーダンスマップが施術箇所全体の空間的電気特性に基づいて作成され得る。患者の施術箇所の導電率及び誘電率の撮像は、皮膚表面電気測定から推測され得る。導電性電極が患者の皮膚に装着され、電極の幾つか又は全てにわずかな交流電流が印加される。一以上の周知の電流が表面に注入され、電極を使用して幾つかの点で電圧が測定される。多様な構成の印加電流についてプロセスが反復され得る。結果的に得られる画像の解像度は、採用される電極の数を変更することにより調節され得る。皮膚表面内の施術箇所の電気的特性の測定がインピーダンスマップから取得され、音響キャビテーション／組織破砕（例えば具体的には気泡群）での変化とその部位と組織破砕プロセスとは、システム及び補助的サブシステムとで構成されたものを使用して監視され得る。

ユーザは、システムソフトウェアとユーザインタフェースとディスプレイとを通して、様々な関心領域又は治療箇所と、撮像、検査、及び／又は治療すべきところをシステムに命令及び指示するのに使用され得る（画像上の）規定の治療標的とについて、更に選択、注解、マーク、ハイライト、及び／又は輪郭を与えることが可能である。幾つかの配置において、ユーザは処置を実施するのに手動の超音波プローブ（例えば診断用ハンドヘルドプローブ）を使用し得る。別の配置において、システムは、システムにより指示及び／又は自動化されるかその逆である処置を実行するのにロボット及び／又は電気機械的位置決めシステムを使用し、このシステムは手動と自動の使用組み合わせを可能にする。

システムは更に、治療箇所（例えば、腫瘍、臨界構造、骨構造、身体構造、及び特定特徴等）を含めて、患者へのシステムの誘導及び位置確定を可能にする撮像及び画像データ集合記録を含む画像記録を実行する能力を含み得る。一実施形態において、システムにより、ユーザは、統合超音波を使用して関心領域、例えば肝臓を撮像及び特定し、システムソフトウェアを通して、肝臓内に含まれる腫瘍（又はその代用マーカ）を選択してマークする／システムソフトウェアに表示することができ、システムにより規定された座標系にシステムが画像データを記録し、こうして更にシステムの治療及びロボットサブシステムは同期化音響キャビテーション／組織破砕を、マークされた腫瘍に送達できる。システムは、既に開示されたものを含めて様々な画像集合を互いに記録すると共に、（例えば、施術トランスデューサ及びロボットサブシステムによる画像の追跡を伴うＣＴ又はＭＲＩ／超音波融合画像への施術トランスデューサの）誘導及び位置確定を供与する能力を包含する。

システムは、単独で、或いは他のシステム（外科手術／腹腔鏡タワー、ビジョンシステム、内視鏡システム及びタワー、超音波利用の内視鏡超音波（可撓性及び剛性）、経皮的／内視鏡／腹腔鏡及び低侵襲誘導システム（例えば光学、電磁、形状検知、超音波利用等）を含む様々な介入性、内視鏡、外科手術環境で機能する能力も包含し、これらも様々な光学撮像性能（例えばファイバ及び又はデジタル）と共に機能するかこれらを包含し得る。開示されるシステムはこれらのシステムと共に機能するか、幾つかの実施形態ではこれらと協調し、或いは他の実施形態ではシステムの全て又は幾つかが上記のシステム／プラットフォームに統合され得る（例えば音響キャビテーション／組織破砕利用の内視鏡システム又は腹腔鏡外科手術ロボット）。これらの環境の多くにおいて、施術トランスデューサは、例えば光学誘導内視鏡／気管支鏡の使用時に、又はその前後に、或いは別の例では腹腔鏡ロボット（例えば直感的ダビンチ*Ｘｉシステム）が組織／治療箇所を視認／操作している時点で利用され得る。更に、これらの実施形態及び例は、通常の状況では存在しない人工の音響ウィンドウの形成を可能にするように流体を（局所的に）送達するのに他のシステム／プラットフォームが使用される場合を含み得る（例えば非侵襲的な経胸壁治療（例えば、患者に／患者の周りに外部から載置されるトランスデューサ）を介した音響キャビテーション／組織破砕の準備としての肺の分節又は肺葉の流体化）。本明細書に開示されるシステムは、本明細書に記載の他のシステムカート／コンソール／システム内にパッケージングされるサブシステムハードウェアの全て又は幾つかも包含し得る（例えば、この誘導又は腹腔鏡システムと統合されるかこれから操作される音響キャビテーション／組織破砕システム及び／又はサブシステム）。

システムはまた、上述した様々なパラメータと他のパラメータとを通して、組織／気泡群相互作用から結果的に生じる治療中／治療後の組織作用を含めて時空間方式で気泡群のリアルタイム可視化を表示するように構成され、システムは、強度、形状、サイズ、部位、形態、持続性等を含み得る気泡群とその変化（エコー輝度の低下及び上昇）とを動的に撮像、可視化、表示できる。これらの特徴により、ユーザは、一つの統合処置及びインタフェース／システムにおいて治療を連続的に追跡してリアルタイムでこれに従い、（他の介入性又は外科手術方式に対する）治療安全性及び効果をその場で確認することができ、これを達成するのに多数の施術を必要とするか、治療効果がリアルタイムで視認不能である（例えば放射線施術）か、或いはその達成が可能でない（例えば熱アブレーション中の局所組織のリアルタイム可視化）、及び／又は、他の施術が更に侵襲性アプローチ（例えば切開又は穿刺）と施術ステップ間のスキャナでの反復的撮像（例えばＣＴ又はＭＲＩスキャン）を必要とする。上に開示のシステム、サブシステム、コンポーネント、方式、特徴、そしてワークフロー／使用方法は、有効なハードウェア、ソフトウェア、ユーザインタフェース、そして使用環境を通して無制限に実装され、そしてこの分野での更なる改善、改良、そして発明は、結果的に得られるデータと、分析、人工知能、又はデジタルヘルス応用及びシステムの為のこのデータの使用手段と共に、本開示の範囲に含まれると考えられる。

ロボット工学
システムは、一以上のロボットアーム及びコントローラを限定的にではなく含む様々なロボットサブシステム及びコンポーネントを具備し、これらは更にシステムの他のサブシステム又はコンポーネントと共に機能して音響キャビテーション／組織破砕を達成及び監視し得る。本明細書で既に考察したように、ロボットアーム及びコントロールシステムは一以上のカート構成に統合され得る。

例えば、一つのシステム実施形態は、統合ロボットアーム及びコントロールシステムを備えるカートと、施術と、統合撮像と、ソフトウェアとを包含し、ロボットアームと、挙げられた他のサブシステムとは、単一のベッドサイドカートのフォームファクタを通してユーザにより制御される。

他の実施形態において、ロボットサブシステムは一以上の別々のカートで構成され、これらは別々のマスタ又はカートからマスタ／スレーブ構成で駆動され、ロボット利用カートはベッド／患者の傍に位置し、マスタはカートから距離を置いている。

開示されるロボットアームは複数のジョイント、セグメント、そして自由度から成り、様々な使用及び安全特徴の為に実装される様々な統合センサタイプ及び符号器も含み得る。検知技術及びデータは、一例として、ビジョン、電位差計、位置／位置確定、運動力学、力、トルク、速度、加速度、動的荷重、及び／又は、その他を包含し得る。幾つかのケースでは、ユーザがロボット命令（例えば、ロボットを好適な設定位置又はドックホームへ移動させるハンドジェスチャ）を指示するのにセンサが使用され得る。ロボットアームについての付加的な詳細は、参照により全体が本明細書に開示されるカッソーその他(Kassow et al.)の米国特許出願公開第２０１３／０２５５４２６号に見られる。

ロボットアームは、カートに収容され得るロボットコントロールシステムから制御信号及び命令を受理する。システムは、位置、追跡、パターン、起動、そして事象／動作を限定的にではなく含む様々な機能性を提供するように構成され得る。

位置は、定位置、パレット位置、時間制御位置、距離制御位置、可変時間制御位置、可変距離制御位置を包含するように構成され得る。

追跡は、時間制御追跡及び／又は距離制御追跡を包含するように構成され得る。

移動のパターンは、空間内の規定経路上の中間位置又は経由点と共に位置シーケンスを包含するように構成され得る。

トリガは、視覚的／撮像ベースの力、トルク、位置確定、エネルギー／動力フィードバック、及び／又はその他を限定的にではなく含む、距離時間測定手段、時間、及び／又は、本明細書に開示されたものを含む様々なセンサ手段を具備するように構成され得る。

事象／動作は、近接度（標的物体に対する接近／離間）ベースの様々なエンドエフェクタ（例えば施術トランスデューサ）の起動又は起動停止、事象の開始／停止／中断、事象／動作のトリガの間での起動又は切り替え、移動パターンの開始と移動パターン間の変更／切り替え、及び／又は、時間ベースの作業及び時空間の一時的規定を含む様々な例を包含するように構成され得る。

一実施形態において、システムは、（システムのソフトウェア及び関連のユーザインタフェースを通した）Ｘ，Ｙ，Ｚ座標系における施術トランスデューサのマイクロ位置決めをユーザが行えるようにする３自由度のロボット位置決めシステムを包含し、トランスデューサの大まかなマクロ位置決め（例えば患者の身体へのトランスデューサの整合）が手動で完了される。幾つかの実施形態において、ロボットは、Ｘ，Ｙ，Ｚとピッチ、ロール、ヨーとを含む６自由度を包含し得る。他の実施形態において、ロボットサブシステムは、ベースを支持するロボットアームを、患者表面の概略方向に対して平行に延びる線形軸線上に配置させる、及び／又は、支持ベースの高さを上下に調節させる更なる自由度を包含して、患者、患者表面、カート、結合サブシステム、付加的なロボット／ロボットアーム、及び／又は、外科手術タワー、撮像システム、内視鏡／腹腔鏡システム、及び／又は、その他を限定的にではなく含む付加的な外科手術システムに対するロボットアームの位置を修正させ得る。

一以上のロボットアームは、アーム位置を手動、又は半手動で操作及び修正する際の補助となる様々な特徴も包含し、この特徴は、施術トランスデューサとロボットアームのほとんどの遠位ジョイントに、又はその間に相互接続され得る。幾つかの実施形態において、特徴は、片手又は両手による操作及び手動制御を可能にするハンドルを包含するように構成される。ハンドルは、ロボットアームのユーザ入力及び電子制御特徴を含み、様々な駆動性能又はモードを命令し、アームの大まかな、又は細かい位置決めを補助するようにロボットを作動させる（例えば自由駆動モードを起動又は起動停止する）ようにも構成され得る。ロボットアーム及び施術ヘッドの初期位置決めの為のワークフローは、結合ソリューションにおいて最初に施術トランスデューサ／ヘッドを位置決めして施術トランスデューサがアームと直接的に相互接続されるか、異なるワークフローでは、ユーザが最初に結合ソリューションを設定して、後の／最終的な設定ステップとしてロボットアームを施術トランスデューサ／結合ソリューションに相互接続させるように構成され得る。

幾つかの実施形態において、ロボットアームは、腹腔鏡、単一ポート、内視鏡、その混成又は組み合わせ、及び／又は、他のロボットのロボットアームを包含し、システムのロボットは、アームを制御するマスタに対するスレーブであると共に、潜在的には、一以上の腹腔鏡アーム（及び器具）と様々な組織破砕システムコンポーネントを作動させることを含む他のタスク（ビジョン、撮像、把持、切断、結紮、密閉、閉止、ステープル固定、アブレーション、縫合、マーキング等）を同時的に実行するように装備された他の複数のアームであり得る。例えば、より理想的な音響アクセスが得られるように臓器位置を操作し、更に幾つかのケースでこの臓器を更に安定させて呼吸運動を最小化することを含めて外科手術箇所を準備するのに腹腔鏡ロボットが利用され得る。これと併せて、またこれと並行して、施術トランスデューサ（例えば超音波）からのリアルタイム撮像により観察されるように、体腔を通した非侵襲的な音響キャビテーションを達成して、腹腔鏡カメラを介した同時可視化を行うのに第２ロボットアームが使用され得る。他の関連の態様では、内視鏡と非侵襲的アプローチとの組み合わせで、更に内視鏡と腹腔鏡と非侵襲的アプローチとの組み合わせで類似のアプローチが利用され得る。

結合
システムは様々な結合サブシステム実施形態を包含し、これは患者への音響結合を可能にして効果的な音響キャビテーション／組織破砕を供与する（例えばトランスデューサと患者及びその支持体との間に音響媒体を設ける）ように利用及び構成される。これらは開放及び封入ソリューションを含めて異なるフォームファクタと、音響媒体に対する動的制御（例えば、温度、溶解ガス含有量、粒子濾過レベル、無菌状態等）を可能にするように構成され得る幾つかの配置とを含み得る。このような動的制御コンポーネントは（カート内の）システムに直接的に統合され得るか、システムとの通信状態にあるが外部に所在し得る。

結合サブシステムは一般的に、結合媒体、結合媒体を格納するリザーバ／容器、そして支持構造を最低でも包含する。ほとんどの実施形態において、結合媒体は水であり、水は処置（例えば冷蔵、脱ガス、濾過等）の前又は後に調整され得る。システムの構成とその想定用途／応用に基づいて、様々な調整パラメータが採用され得る。

リザーバ又は媒体容器は、患者に適応／適合するように形成されるかそのような形状を持ち、規定された必要な作業空間についての音響媒体（一以上の治療位置又はパターンで、そして患者からの様々な距離又は奥行等に施術トランスデューサが配置される、及び／又は、これを移動させることが可能な最少量の媒体）に施術トランスデューサが関与してその中で機能することを可能にし、このリザーバ又は媒体容器は、機械的及び／又は電気機械的な支持構造の使用を通して荷重及び荷重分布を機械的にサポートし得る。容器は様々な形状、サイズ、曲率、寸法のものであって、絶えず変化し得る多様な材料（単一、多数、複合体等）から成る。幾つかの実施形態では、挿入可能及び着脱可能である、及び／又は、中に製作され得るフィルム、ドレープ、膜、ベローズ等の特徴を包含し得る。更に様々なセンサ、ドレーン管、ライト（例えばＬＥＤ）、マーキング、テキスト等を格納し得る。

一実施形態において、リザーバ又は媒体容器は密閉可能なフレームを格納し、その膜及び／又はフィルムが中に位置し、患者への境界面として（後に施術トランスデューサを具備する）リザーバと接触する快適な手段を供与し、更に患者とトランスデューサとの間において媒体（例えば水）へのバリヤとなる。他の実施形態において、膜及び／又はフィルムは開口部を具備し、その縁部は患者に機械的密閉を供与するが、対照的に患者との媒体連通（患者と水の直接的な境界面）を可能にする。これらの両方の例でのリザーバ又は媒体容器の上部構造は更に、開放又は封入される（例えば漏出を防止するか付加的な特徴を供与する）構造の近位部分（例えば上部）を供与し得る。

開示される膜は、様々なエラストマ、粘弾性ポリマー、熱可塑性物質、熱可塑性エラストマ、熱硬化性ポリマー、シリコーン、ウレタン、剛性／可撓性コポリマー、ブロックコポリマー、ランダムブロックコポリマー等から成り得る。材料は、親水性や疎水性であるか、表面改質、コーティング、抽出等が行われ、性能、外観、又は安定性を向上させる様々な添加剤も含有し得る。幾つかの実施形態において、熱可塑性エラストマは、スチレン・エチレン・ブチレン・スチレン（ＳＥＢＳ）、又は他の同様の強力及び可撓性エラストマであり得る。

この材料は、成形、鋳造、噴射、超音波噴射、及び／又は、有益な実施形態を生み出す他のいずれかの処理方法を通して有益な膜に形成され得る。使い捨て又は処分可能／再利用可能であり得る。これらは非無菌性であるか、無菌クリーニングされるか、無菌状態であり、殺菌は、酸化エチレン、ガンマ、Ｅビーム、オートクレーブ、スチーム、過酸化物、プラズマ、化学薬品等を限定的にではなく含む何らかの周知の方法を包含し得る。膜は更に、結合サブシステムの組立中に機械的安定性を提供する外側成形フレームを備える構成であり得る。膜の様々なパラメータは、厚さ、厚さプロファイル、密度、形態（例えばポリマー分子重量及びコポリマー比）を含めて、この使用方法の為に最適化され、音響特性を最大化する明確な最適化を含むと共に、キャビテーション初期閾値への影響の最小化及び／又は膜反射を限定的にではなく含む超音波撮像アーチファクトを含む。

開口リザーバ又は媒体容器は、予め準備されてこれに送達される媒体又は水の使用を含めて、幾つかのケースでは規定仕様（温度及びガス飽和レベル等）の水の様々な充填方法を包含し得るか、或いは充填及び排水を可能にする設計に一体化された付加的な特徴（例えば、ポート、バルブ、ホース、チューブ類、継手、バッグ、ポンプ等）を包含し得る。

封入される形のリザーバ又は媒体容器は、密閉、幾つかの実施形態ではリザーバ／容器の近位／上方部分又は構造への密閉の為の様々な特徴を包含し得るか、他のケースではトランスデューサへ密閉する実施形態又はトランスデューサハウジング上の特徴を包含し得る。更に、幾つかの実施形態はこれらの設計内での流体の体積を制御して、流体内での気泡又は乱流の潜在性を最小にする動的能力を包含し得る。その為、幾つかは上に開示された様々な流体パラメータを監視及び制御する能力を含めて、流体流通及びその制御を可能にする統合特徴（要求に応じて流体を供給／除去する能力）が提供され得る。この機能性を提供する為に、システム全体と、その一部としての結合サブシステムとは、様々な電気機械装置、システム、動力、検知、計算、そして制御のシステム等を格納し得る流体調整システムを包含し得る。

結合支持システムは、リザーバ／容器と媒体とを患者及び作業空間（例えばベッド）に相互接続する様々な機械的支持装置を含み得る。幾つかの実施形態において、支持システムは３以上の自由度を持つ機械的アームを具備し得る。このアームは、フレーム、レール、カスタマイズレール、又はインサートを限定的にではなく含むベッドの一以上の部位（及び特徴）と共に、リザーバ又は容器の一以上の部位と相互接続され得る。アームは、一以上のカートに実装される特徴であり、カートは様々な非限定的配列で構成され、幾つかのケースにおいて、カートは、開示の支持構造を支持及び提供する役割のみを包含し得る。

幾つかの実施形態において、支持構造及びアームは、独立型カートとして実装されるか、二以上のシステム及びサブシステムを更に具備するカートに統合されるロボット利用アームであり、ロボット利用アームは介入性の外科手術用又は他のタイプの別のロボットのアームであり、ロボットアームを作動させる／制御する様々なユーザ入力特徴（例えば結合媒体への／結合媒体内の位置決め）及び／又は結合ソリューション特徴（例えば充填、排水等）を更に包含し得る。

ソフトウェア
システムは、多数の臨床用途の為にユーザがシステムと相互作用、制御、使用を行うことを可能にする様々なソフトウェアアプリケーション、特徴、そしてコンポーネントを具備し得る。ソフトウェアは、施術、統合撮像、ロボット工学、そしてシステムの他のコンポーネント、付属品及び装備品を限定的にではなく含むサブシステムのうち一以上と通信してこれと機能し得る。

全体として、重要度に特定の順序はないが、ソフトウェアは、システムの初期化及び設定、システムへのサービス提供、データの通信と導入／導出／記憶、ユーザによる様々な設定及びパラメータの修正／操作／構成／制御／命令、安全性及びユーザ関連リスクの解消、処置の計画、トランスデューサ、ロボットアーム、駆動システムの様々な構成へのサポートの提供、ファンクション発生器及び増幅器回路／スレーブ、検査及び治療の超音波シーケンス、トランスデューサの操向及び位置決め（電気機械及び電子ビーム操向等）、治療パターン、撮像及び撮像プローブのサポート、手動及び電気機械的／ロボット利用の移動、処置及び治療箇所又はその周囲の様々な寸法（一つの身体構造部位から別の部位までの奥行）の測定／特性化の為の撮像サポート、現場の治療箇所及び条件（例えば音響キャビテーション／組織破砕閾値及びその異質性）の測定／特性化の為の治療前評価及びプロトコル、標的設定及び標的整合、校正、マーキング／注解、位置確定／誘導、記録、案内、ワークフロー、処置ステップの提供及び案内、、通信ツール（映像、音声、共有等）の視認の為の様々なビュー及びビューポートを含めてソフトウェアを通して表示されるリアルタイム撮像を伴う直接監視及び視認の間の治療計画及びプロトコルの自律的、自律的な実行、トラブルシューティング、指示、警告、アラートの提供、及び／又は、様々なネットワーク形成装置及びプロトコルを通した通信可能性を提供し得る。ソフトウェアユーザインタフェース及びサポートディスプレイが、ユーザフレンドリーかつ効果的なやり方でユーザがシステムと相互作用を行う為の様々なボタン、コマンド、アイコン、グラフィック、テキスト等を包含し得ることが更に想定され、これらは、非限定数の配列、レイアウト、及び設計で提示され、一以上のディスプレイ（例えばタッチ画面モニタ及びタッチパッド）を具備し得るシステムについて類似か異なるやり方又は特徴集合で表示され得る、及び／又は、一以上の外部ディスプレイ又はシステム（例えば、別のロボット、誘導システム、システムタワー、コンソール、モニタ、タッチディスプレイ、モバイル装置、タブレット等）にネットワーク形成され得る。

一以上のコンピュータプロセッサを含む代表的なシステムの一部としてのソフトウェアは、上述した様々なファンクション発生器（例えばＦＰＧＡ）、増幅器、電源、及び施術トランスデューサをサポートし得る。ソフトウェアは、音響キャビテーション／組織破砕の様々なパラメータ及び設定をユーザに選択、判断、監視させると共に、性能及び条件のフィードバックを観察／受理した際にはこのパラメータ及び設定をユーザに停止／開始／修正させるように構成され得る。

ソフトウェアは、ユーザが多数のトランスデューサのリスト又はメニューから選択し、システムへの接続時にトランスデューサの自動検出（選択されたアプリケーションに基づく適切なシーケンスの検証及びパラメータ設定）をサポートするように構成され得る。他の実施形態において、ソフトウェアは、特定のトランスデューサ選択に基づいて標的設定及び増幅器設定（例えばチャネル）を更新し得る。ソフトウェアはまた、治療前及び計画入力に基づいてトランスデューサ推奨も提供し得る。逆に、施術トランスデューサ、増幅器、及び／又は、ファンクション発生器の選択又はパラメータが間違っていて過失又は不具合をもたらす場合に、ソフトウェアはエラーメッセージ又は警告をユーザに提供し得る。これは更に、その詳細と部位とを報告することを包含し得る。

上記に加えて、ソフトウェアは、ユーザがリスト又はメニューから治療シーケンス及びプロトコルを選択して、特定の臨床使用又は患者プロファイルと関連して選択された及び／又は前に選択されたシーケンス及びプロトコルを記憶できるように構成され得る。関係するプロファイルは、関連の患者、処置、臨床及び／又は工学データを包含し、処置自体の決定支援であれ、能動部分（例えば、新たな治療を構築及び案内する為のシリアルデータ集合の使用）であれ、現在或いは今後の治療又は処置／介入を通知、修正、及び／又は、案内するのに使用され得る。

計画の一部として、或いは治療中に、（及びシステムの他のコンポーネントと共に機能する）ソフトウェアにより、ユーザは、ユーザ選択による関心領域又は規定の治療エリア／塊での様々な部位の音響キャビテーション／組織破砕閾値を評価及び検査し、この領域又はエリア／塊における最小キャビテーション閾値を判断し、音響キャビテーション／組織破砕を達成、維持、動的制御するように治療パラメータが確実に最適化され得る。一実施形態では、システムにより様々な点での閾値パラメータをユーザが手動で評価及び検査できる。この点は、選択された関心領域及び治療エリア／塊の、境界及び中心部位／位置の内部における規定境界の点を含み、結果的に得られる閾値測定はユーザに報告／表示されると共に、治療前に施術パラメータを更新するのに利用され得る。別の実施形態において、上述のロボットサブシステムを利用した自動化閾値測定及び更新を可能にするようにシステムが構成され、ユーザがロボットに指示するか、測定を自律的に実行するようにロボットが命令され得る。

ソフトウェアは、コンピュータプロセッサと一以上のファンクション発生器、増幅器、そして施術トランスデューサと共に機能することにより、選択されたエリア／塊での、またこれを通した最適な音響キャビテーション／組織破砕を様々な配列で送達及び位置決めできるようにも構成され得る。これは、純粋に電気機械的な位置決め構成を使用して固定／自然の焦点配置で構成されるシステム、（電気機械的位置決めを伴うか伴わない）電子ビーム操向、更なる電気機械的位置決めを伴う新たに選択された固定焦点までの電子ビーム操向、横方向（Ｘ及びＹ）の電気機械的位置決めを伴う軸方向（Ｚ軸）電子ビーム操向、横方向の電気機械的位置決めを伴う高速の軸方向電子ビーム操向、３Ｄ空間での高速ビーム操向、閾値測定に基づいて治療パラメータを更新する上述の能力に基づいて一以上の音響キャビテーション／組織破砕パラメータを動的に変化させること（例えば治療エリア／塊での振幅を動的に調節すること）を含む様々な組み合わせを限定的にではなく含み得る。

他のコンポーネント、付属品、装備品
システムは、コンピュータ、コンピュータプロセッサ、高圧電源を含む電源、コントローラ、ケーブル、コネクタ、ネットワーク形成装置、セキュリティ用ソフトウェアアプリケーション、通信、病院情報システムを含む情報システムへの統合、セルラー通信装置及びモデム、ハンドヘルドの有線又は無線コントローラ、先進的可視化の為のゴーグル又はメガネ、拡張又は仮想現実アプリケーション、カメラ、センサ、タブレット、スマート装置、電話、モノのインターネットを利用する性能、特殊用途の「アプリ」又はユーザ訓練材料及びアプリケーション（ソフトウェア又は紙ベース）、仮想プロトコル或いは訓練装置及び／又は他の有効な特徴、装置、システム、又はアプリケーション、及び／又は、上記の使用方法を限定的にではなく含む、他の様々なコンポーネント、付属品、装備品を具備し得る。

システム変形及び方法／アプリケーション
広範囲の処置の実施に加えて、システムは、ユーザを補助する改良計画、撮像、案内などの付加的な利点を可能にし得る。一実施形態において、システムは、患者、標的、アプリケーション固有の治療計画をユーザに作成させ、システムは計画中のシステムへのフィードバックに基づいて治療パラメータを最適化するように構成され、計画は更に、様々な検査プロトコルを実行してシステム及び計画への特定入力を収集する能力を包含し得る。

フィードバックは、様々なエネルギー、出力、部位、位置、組織、及び／又は、他のパラメータを含み得る。

システムと上記のフィードバックはまた、処置中のリアルタイム撮像により可視化されるような最適の治療計画及びプロトコルの達成を自律的に（及びロボットにより）実行するように構成及び使用され、治療を進める際にユーザは局所的な治療組織作用を直接的に観察して、任意で治療を開始／停止／修正することができる。検査及び治療の両方のプロトコルは、ユーザの指示により、或いは幾つかの実施形態ではシステムに埋め込まれたロジックに基づいて施術の過程で更新され得る。

これらの利点の多くが、高密度集束超音波（ＨＩＦＵ）、沸騰組織破砕（熱キャビテーション）を含む高密度施術用超音波（ＨＩＴＵ）による熱アブレーションを含む他の形の音響施術を更に向上させ、本開示の一部と考えられることも認識される。

別の態様において、一部には一以上の増幅器、トランスデューサ、及び電源を具備する施術サブシステムは、応用、方法、及び／又は、患者に固有の用途に基づいて特定の利点を供与する多数の音響キャビテーション及び組織破砕駆動性能を可能にするように構成され得る。これらの利点は、治療パラメータをより最適化して制御する能力を限定的にではなく含み、これにより、より望ましい熱プロファイルと高い治療速度と短い処置時間とを含むエネルギーをより多く送達することができ、電子ビーム操向及び／又は他の特徴を可能にする。

本開示は、多数の駆動アプローチ（例えばシングル及びマルチサイクルのパルス発生）を可能にする新規の「汎用」増幅器を具備するシステム及びサブシステムに関係する新規のシステム及び概念も含む。幾つかの実施形態において、これは、電気的安全性又は他の危険（例えばトランスデューサ及び／又は増幅器回路構成への損傷）についてシステム及びユーザを更に保護する様々な新規の特徴を含み得る。

別の態様において、システム及び施術サブシステムは多数の施術トランスデューサを含み、施術トランスデューサは特定の応用及び用途の為に構成され、広範囲の作業パラメータ（標的サイズ、奥行、部位等）にわたる治療に対応し、広範囲の作業仕様（下記で詳述）を包含し得る。トランスデューサは更に、ロボット利用システムと共に結合サブシステムに適応、相互接続、接続されて、トランスデューサが音響結合装置内で、又はこれと共に位置決めされ、多くの実施形態では、受容可能な音響ウィンドウを通した同時的な撮像及び組織破砕治療を可能にする。施術トランスデューサは、治療箇所内でのトランスデューサ位置を表示及び判断して治療箇所に直接的な視野（又はその表現）を供与することが可能な統合撮像プローブ又は位置確定センサも具備し、治療全体を通して、そして治療内でのその部位（例えば、腫瘍、健康な周囲組織、臨界構造、脂肪組織等）に応じて、音響キャビテーション／組織破砕組織作用及び気泡群が外観及び強度を変化させてもさせなくてもよい。

本明細書に開示されるシステム、方法、そしてシステムの使用は、軟部組織アブレーション、腫瘍学、免疫腫瘍学、先進的な画像誘導処置、開放、腹腔鏡、単一切開、自然開口部、内視鏡、非侵襲的、その様々な組み合わせを限定的にではなく含む外科手術処置の分野、血管、心臓血管及び／又は神経関連の空間、化粧品／美容、代謝（例えば２型糖尿病）、可塑性物質及び再構築、眼科及び眼科学、婦人科及び男性医学のカテーテルベース施術用の様々な介入性空間、そして疾患、負傷、望ましくない、又は健康な組織、臓器、或いは細胞を治療する他のシステム、装置、及び方法において叶えられていない重要な必要性を満たすのに有益であり得る。

治療時間を短縮し、効果を高め、患者に送達されるエネルギー及び前焦点組織加熱の量を減少させ得る組織内の治療パターンを改良する為のシステム及び方法も提供される。

使用環境
開示のシステム、使用方法、システムの使用は、施術用一式、手術室、ハイブリッド手術室、患者内外の設定、救急設定、撮像センター、放射線、放射線施術、腫瘍学、外科手術及び／又は医療センターと共に、診療所、モバイル健康管理センター又はシステム、自動車及び関連車両（例えばバン）、及び／又は一時的な施術支援（例えばテント）の提供が可能な何らかの構造を限定的にではなく含んで麻酔など様々な支援システムを伴うか伴わない多数の環境及び設定で実行され得る。幾つかのケースで、本明細書に開示されるシステム及び／又はサブシステムは、他の環境への統合特徴、例えば組織破砕の直接的統合として提供され得る。最低でも施術用発生器及びトランスデューサが統合されて、他のケースではスキャナに統合され得るロボット位置決めシステム又はベッド中心設計を組織破砕構成が更に含む施術サブシステムが、ＭＲＩスキャナ又は患者表面／ベッドに統合される。

撮像とロボットサブシステムの間の調整
組織破砕超音波施術で組織を効果的に治療する為に、施術システムの超音波焦点は身体内の標的組織（例えば腫瘍及び血餅）に正確に設定される必要がある。組織破砕などの非侵襲的治療については、超音波又はＭＲＩなどのリアルタイム撮像により正確な標的設定が案内され得る。超音波撮像を使用する利点は、超音波が低コストで広く利用可能であって、組織破砕によるキャビテーションを明瞭に可視化できることである。しかしながら超音波撮像は、以下を含めて、組織破砕施術における多くの制限を有する。１）腫瘍など多くの臨床標的が超音波では明瞭に視認できない。２）本来的な超音波撮像は一般的に２Ｄであって、組織についての正確な３Ｄ塊情報を提供しない。３）頭蓋骨と撮像に必要な音響ウィンドウの制限とにより脳内の標的が撮像されない。

組織破砕標的設定はリアルタイムＭＲＩでも案内され得る。腫瘍及び血餅はＭＲＩで明瞭に視認され、ＭＲＩは一般的に３Ｄ撮像を提供する。しかしながら、リアルタイムＭＲＩ案内は以下を含む組織破砕施術における制限も有する。１）ＭＲＩスキャン時間が高コストである、２）ＭＲＩ適合性で直接統合的である特殊な組織破砕機器が必要である、３）ＭＲＩスキャナ有効性が制限される。

本開示には、リアルタイム撮像を必要としない組織破砕標的設定の為の新規のアプローチが記載されている。治療前又は治療中に行われた撮像スキャン（例えばＭＲＩ又はＣＴ）に基づいて正確な標的設定を達成するシステム及び方法が、本明細書に記載される。本明細書に記載のアプローチは、外科手術誘導性能及び／又はシステム、定位的設定、及び／又は、挿入される標準マーカと組織破砕との組み合わせを含み得る。

撮像前スキャンに基づく組織破砕標的設定の方法及びシステムは、３Ｄ撮像の為のＭＲＩ／ＣＴの性能と腫瘍／血餅コントラストの明瞭な可視化とを活用できる。これらの技術は、組織破砕システムと、或いは組織破砕システムの一部として相互作用及び通信／相互接続を行うが、ＭＲＩ／ＣＴの物理的及び電気機械的統合をシステムが必要とする特殊な組織破砕システムは必要としないソフトウェア及びハードウェアコンポーネントを使用する。幾つかの実施形態において、治療前撮像スキャンのみが使用されると、これらの技術は、治療期間においてリアルタイムＭＲＩ／ＣＴを必要とせず、故に高い標的設定精度を維持しながら施術コストを著しく低減させる。幾つかの実施形態で、組織破砕システムは手術中ＭＲＩ／ＣＴとの通信及び相互作用を行ってこれらとの協調状態のみで機能し得る（スキャナ自体の一部として統合される訳ではない）。

本明細書に記載の組織破砕標的設定システム及び方法は、組織破砕施術トランスデューサ、組織破砕処置トランスデューサに結合されて施術中に組織破砕施術トランスデューサの位置及び配向を制御及び移動させるように構成されるロボット位置決めシステム、標的組織塊の解像度可変（低解像度又は高解像度）画像の作成が可能な外科手術誘導システム又はサブシステム、そしてＭＲＩ又はＣＴシステムからの撮像スキャンなど事前の標的組織塊の高解像度撮像前スキャンを限定的にではなく含む多様な手法で構成され得る特定のハードウェア及びソフトウェアシステム集合を概ね必要とする。例えば、本明細書（図１）に記載の組織破砕施術トランスデューサとロボット位置決めアームとが、これら新規の標的設定システム及び方法に使用され得る。いかなる外科手術誘導システムも使用され得るが、概して外科手術誘導システムは更に、超音波又は静止カメラ画像など標的組織塊の低解像度画像を取得するように構成され得る。ロボット及び誘導システム／サブシステムは、ロボット符号化位置データ、低解像度リアルタイム画像（例えば超音波又は光学カメラ）、ＭＲＩ／ＣＴ処置前画像を更に記録して、ＭＲＩ／ＣＴにリアルタイム誘導を供与するのに使用され得る。幾つかの実施形態において、そして本明細書で既に記載されたように、ＭＲＩ／ＣＴデータは、剛性及び／又は弾性で変形可能なモデルを使用して記録され、手術前撮像データをリアルタイムデータとベストフィットさせ、最小のＭＲＩ／ＣＴ身体発散で可能な最高精度の記録を達成し得る。

図２には、組織破砕施術トランスデューサとロボット位置決めシステムと外科手術誘導システムとを含む本明細書に記載のシステムコンポーネントを使用した組織破砕による標的設定及び施術を実施する為の幾つかの代表的な実施形態のステップが記されたフローチャート２００が示されている。フローチャート２００のステップ２０２で、外科手術誘導システムは、患者の表面又は内部の標的組織塊を含む患者の事前高解像度画像を受理するかこれにアクセスできる。高解像度画像は、例えば、標的組織塊を含めて患者の２Ｄ又は３ＤのＭＲＩ又はＣＴスキャン、コーンビームＣＴ、拡張蛍光透視画像等を包含し得る。これらの画像は、結合又は他の処置前／処置中の身体構造の変化による発散又はシフトを説明する変形モデルを含む様々な２Ｄ又は３Ｄモデルへと身体構造的に分割及び再構築され得る。標的組織塊は、例えば、腫瘍又は癌性増殖、血餅、ポリープ、結節、臓器等のような疾病又は異常組織を包含し得る。

次に、ステップ２０４で、外科手術誘導システムは、標的組織塊の低解像度画像を取得できる。一般的に、外科手術誘導システムは、光学撮像、近赤外線、共焦点、コヒーレンス断層撮影、写真、超音波等を含み得る独自の撮像システムを有する。故に、本開示での考察を目的とすると、「高解像度画像」は概して、ＭＲＩ及びＣＴを含む高度な医療用撮像及び診断システムにより取得される画像のタイプを指す。これらの画像は２Ｄ又は３Ｄ画像であるか、様々な分割、再構築、変形等を含めて更なる後処理を受ける。更に、本明細書で考察される「低解像度画像」は概して、診断超音波と静止画像／カメラ／光学撮像など、よりユビキタスで詳細度の低い撮像及び診断システムで取得されるタイプの画像を指す。

次に、フローチャート２００のステップ２０６で、外科手術誘導システム又はサブシステムは、外科手術誘導システム／サブシステムにより生成された低解像度画像を、既に取得された高解像度画像（例えば手術前又は手術中のＣＴ又はＭＲＩ画像）と相互記録することにより標的組織塊を位置確定するように構成され得る。誘導システムからの画像を事前ＣＴ／ＭＲＩ画像と相互記録すると、誘導システムは、画像間の座標系を相関させて２Ｄ又は３Ｄ空間での標的組織塊の正確な部位を特定できる。幾つかの例で、外科手術誘導システムで生成された低解像度画像は超音波画像を包含して、組織破砕トランスデューサ内で、又はこれに対して固定の幾何学形状で超音波プローブが配置され、或いは他の実施形態において、低解像度画像は、特定の目印を持つ患者の皮膚表面のデジタル光学画像を包含し得る。低解像度画像と高解像度画像との相互記録は、高解像度画像と低解像度画像の両方の目印又は標準領域を特定することと、目印又は標準領域（例えば脳スキャンを相互記録する頭蓋骨又は顔面上の或る特徴）を使用して高解像度画像の座標系を低解像度画像の座標系と相関させることとを高いレベルで含み得る。低解像度画像が誘導システム自体により、そしてロボットを使用して取得され得るので、誘導システムは（ベース・ツール）座標系のこの相関性を使用し、高解像度画像を使用して効果的に誘導し、ロボット符号化位置データが撮像データ集合に記録される。システムユーザインタフェースに提示される記録器ワークフローは、完全自動化ワークフロー、部分的自動化ワークフロー、完全手動処置ステップを包含し得る。更に、組織破砕により高可視性の治療ゾーンが形成されるとすると、超音波、ＭＲＩ、及び／又は、ＣＴにより可視化される治療自体が処置中に更に使用されて、必要又は所望に応じて記録の更新／向上も行う。

次に、フローチャート２００のステップ２０８で、外科手術誘導システム又はサブシステムは、組織破砕トランスデューサ焦点の部位を特定できる。幾つかの例で、外科手術誘導は、組織破砕トランスデューサ自体の位置及び配向をトランスデューサの焦点距離との組み合わせで使用して、焦点の部位を判断できる。標準マーカ（例えば、光学、電気、磁気）をトランスデューサに配置することと、外科手術誘導システムでこれらの標準マーカを特定することとを含めて、組織破砕トランスデューサ焦点の部位を特定するのに多くの技術が使用され得る。外科手術誘導システムが検出できる標準マーカを組織破砕用超音波トランスデューサに配置することにより、外科手術誘導システムの座標系で組織破砕トランスデューサの位置が認識され得る。一例で、標準マーカは、周知のツール／装置に固有の配置構成を持つマーカ集合を包含し得る。固有のマーカ構成配置（例えば、ステルスステーション(Stealth Station)又はブレインラボ(Brainlab)外科手術誘導システム用の光学追跡マーカなど、特定パターンで配置される５個の球体光学マーカ）が、外科誘導システムにより（例えばマーカの撮像又は検知により）検出され得る組織破砕トランスデューサの表面に装着され得る。その為、外科手術誘導システムは、マーカ配置構成部位／配向と組織破砕トランスデューサ焦点長とに基づいて外科手術誘導システム座標での組織破砕焦点部位を自動的に位置確定及び特定できる。他の実施形態において、トランスデューサの周知の幾何学形状と予測による焦点長とが与えられると、ロボット位置符号器データ（及び画像集合に対する姿勢）を使用して部位を予測して最終的な気泡群部位を予測するのに、施術中スキャンが使用され得る。

次に、フローチャート２００のステップ２１０で、外科手術誘導システム、或いは組織破砕トランスデューサの位置及び動作／移動を制御するロボット位置決めシステムは、組織破砕焦点を標的組織塊に設定するのに必要な移動座標を計算できる。そしてこれらの移動座標がロボット位置決めシステムへ入力されて組織破砕トランスデューサを適宜移動させ、ベース／ツール座標系を調和させられる。幾つかの実施形態において、ソフトウェア監視機構は位置及び姿勢を監視して、計画と実際の部位／位置が正確であるかを検証し得る。付加的な実施形態では、トランスデューサ（フェーズドアレイ）による焦点の電子操向とロボット位置決めシステムによるトランスデューサの機械的移動との組み合わせで、組織破砕施術焦点の移動が達成され得る。

ステップ２１２で、組織破砕トランスデューサが適正な位置にある（例えば、記録されたリアルタイム及び仮想の撮像データを使用して検証されると焦点が標的組織塊の上又は中に設定される）時に、組織破砕施術トランスデューサにより組織破砕施術が標的組織塊に適用され得る。一般的に、標的組織は塊、例えば腫瘍又は血餅の塊である。標的塊を治療するには、高解像度ＭＲＩ／ＣＴスキャンで標的組織塊の境界の外形又は輪郭を指定できる。例えば、正のマージン（例えば癌性腫瘍を治療する為など標的組織塊の外に延在するかこれより大きい治療マージン）或いは負のマージン（例えば、血餅を治療する為など標的組織塊の中にあるかこれより小さい治療マージン）と、治療マージンの範囲（例えば１ｃｍ）とをユーザが規定する為の入力特徴を外科手術誘導システムが含み得る。例えば、腫瘍が標的組織塊である場合に、ユーザにより予め規定されたマージンが腫瘍を囲繞する状態で治療マージンが腫瘍全体をカバーし、全ての腫瘍細胞の治療が保証される。例えば、血餅が標的組織塊である場合に、治療マージンは血餅の大部分をカバーするが、ユーザにより規定される周囲の正常組織への損傷を防止するように血餅の縁部は未治療のままとする。治療マージンが規定された後に、外科手術誘導システム又はロボットアームが、標的組織塊をカバーする治療パラメータを計算及び作成して、患者に対する事前ＭＲＩ／ＣＴスキャンに重ねられた治療マージンを表示できる。ユーザにより所望される場合に、治療マージン又は座標に対する微調整又は更なる調節が行われ得る。そして治療マージン部位座標がロボット制御システムへ送られ、組織破砕トランスデューサを適宜移動させて、所望の経路、パターン、方向、及び順序によるものを含めて、そして（非標的組織への作用を防止するように）判断された冷却及び／又はオフタイムを含めて、治療を達成する。これらのパラメータは更に、本明細書で既に開示されたように、一以上のユーザインタフェース及びディスプレイを通して表示され得る。

定位的組織破砕
組織破砕標的設定についての別の実施形態は、定位的アプローチを使用する。外科手術誘導システムを備える上の図２に記載のアプローチと同様に、定位的組織破砕を使用する標的設定も患者の事前ＭＲＩ又はＣＴスキャンに依存し、リアルタイム撮像を使用し得るが、これを必要とする訳ではない。しかしながら、定位的組織破砕は標的設定の為に定位的フレームを必要とする。図３は、治療ベッド０、定位的フレーム１、組織破砕施術トランスデューサ３、そして一以上の標準マーカ４を含み得る定位的組織破砕治療システムの一実施形態を図示している。図３を参照すると、定位的フレーム１が治療ベッドに装着され、組織破砕トランスデューサが定位的フレームに付着される。組織破砕トランスデューサは定位的フレームに対して定位置になければならないので、定位的フレームの位置についての組織破砕施術トランスデューサの位置／配向が常に把握されている。

大抵の例において、定位的フレームは標的組織塊に応じて患者の頭部又は胴体に強固に取り付けられ得る。治療の前に患者及び標的組織塊のＭＲＩ又はＣＴスキャンが定位的フレームで取得され得る。定位的フレームは、ＭＲＩ又はＣＴにより検出可能である標準マーカを含むので、これらの標準マーカは処置前及び／又は処置中のＭＲＩ又はＣＴスキャンで撮像される（図４Ａの標準マーカ４参照）。これらのスキャンに基づいて、腫瘍部位Ｔについての標準マーカの部位は、標準マーカの位置に基づいて特定され得る（図４Ｂ参照）。そして組織破砕トランスデューサは定位的フレームに機械的に取り付けられるので、定位的フレーム上の標準マーカについての、また標準マーカに対する組織破砕トランスデューサ及び焦点の部位が把握される。これらの条件が満たされると、組織破砕トランスデューサ及びその位置、部位及び動作、そして組織破砕システムソフトウェアを制御するロボット位置決め制御システムは、標的組織塊及び関心の標的／領域についての現在組織破砕焦点Ｆの部位を計算又は判断できる（図４Ｃ参照）。そして施術トランスデューサを移動させて組織破砕焦点を標的部位と整合させるのにロボット位置決めシステムが使用され得る。

標的組織塊が腫瘍である時に、腫瘍境界の部位は処置前又は処置中のＭＲＩ又はＣＴスキャンで外形及び輪郭が指定され、標準マーカ及び現在組織破砕焦点についての腫瘍境界座標は、ロボット位置決め及び組織破砕システムにより計算され得る。上に記載されたように、正と負の治療マージン（例えば正のマージンは腫瘍の外に延在するか、負のマージンは血餅内を治療する）と、マージンの範囲（例えば１ｃｍ）とをユーザが規定できるようにシステムが構成され得る。治療マージンが規定されると、システムは、標的組織塊をカバーする３Ｄグリッド部位を計算及び作成して、患者の事前ＭＲＩ／ＣＴスキャンに重ねられた３Ｄグリッド部位を表示できる。グリッド部位の調節が必要であることをユーザが確信する場合には、その場で治療マージン又は座標の調節を行うことができる。幾つかの実施形態では、大抵の臨床関連の画像集合でのグリッド及び計画による群の部位を更に可視化するように弾性及び変形モデルを使用して調節が行われ得る。ユーザが座標を確認すると、３Ｄグリッド部位座標がロボット位置決めシステム及びソフトウェアへ送られて、組織破砕トランスデューサを適宜移動させ、パターン、経路、そして所定の冷却及び／又はオフタイムを限定的にではなく含む既定の計画により治療を送達し、前焦点での熱又は他の望ましくない組織作用を管理する。ロボットによる機械的送達に加えて、システムは、電子的な焦点操向を一部又は全体的に使用して、治療計画ステップ（例えば検査パルス）及び／又は施術自体（例えば最大容量アブレーション）を含む所望の計画を達成し得る。

カテーテル挿入による標的設定
ある種の治療では、カテーテル又はニードルの挿入が必要とされる。一つの例は、組織破砕施術により液化した血餅を排出するのに一般的にカテーテルが使用される脳内出血の治療である。この例で、カテーテル又はニードルが標的組織へ挿入される。ニードル又はカテーテルの挿入は、外科手術誘導システム、或いはルーチンとして臨床で実施される何らかの形の撮像により案内され得る。施術中にカテーテル又はニードルを案内する為、標的組織塊の境界についてのカテーテル又はニードルの先端が挿入点で確認されるべきである。一実施形態において、カテーテル又はニードルの先端は、組織破砕トランスデューサからの超音波信号を受理又は放出する、及び／又は、これにより測定されるようにそれぞれ構成される音響検出器及び／又は発生源を含み得る。代替的に、カテーテル又はニードルは標準マーカを含み得る。これらの超音波信号又は標準マーカは、組織破砕トランスデューサの位置に対する標的組織塊の位置を確定するのに使用され得る。そして組織破砕トランスデューサの移動を制御するロボット位置決めシステムは、カテーテル先端、故に標的組織に関する組織破砕トランスデューサ又は焦点の座標を計算できる。そしてロボット位置決めシステムは、組織破砕焦点を標的組織塊に整合させるのに必要な移動座標を計算できる。上に記載されたように、治療マージンが計算及び調節され得る。更に、カテーテル部位を含む処置中画像集合（ＭＲＩ又はＣＴ）が捕捉される場合に、ロボット符号器位置データは、このデータストリームを音響データに更に記録して記録精度を更に向上させるのに使用され得る。

マーカ挿入による標的設定
カテーテル又はニードル挿入を必要としないケースについては、生検時に標的組織塊の内側又は近くに標準マーカを埋め込むことも可能である。そしてこれらの標準マーカはＭＲＩ又はＣＴで可視化され得る。これらのマーカは、施術中に組織破砕トランスデューサがこれらのマーカからの音響反射信号を受理してこれらのマーカの位置を確定することを可能にする超音波反射性であると好ましい。こうして、組織破砕施術システムは、標準マーカについての現在組織破砕焦点の座標をリアルタイムで特定できる。標的組織塊に対するマーカの部位に基づいて、現在組織破砕焦点に対する治療マージン座標が計算される。標的組織塊は上に記載された技術を使用して治療され得る。

図５を参照すると、組織破砕施術トランスデューサ、ロボット位置決めシステム、及び／又は、外科手術誘導システムを含む上に記載のシステムコンポーネントを使用して組織破砕標的設定及び施術を実施する為の幾つかの代表的な実施形態のステップが記されたフローチャート５００が提供される。

フローチャート５００のステップ５０２で、この方法は、標準マーカ又は音響検出器を組織塊の近くで患者へ挿入することを含み得る。上に記載されたように、幾つかの実施形態で、外科手術処置は標的組織箇所の近くにカテーテル又はニードルを挿入することを含み得る。カテーテル又はニードルは、例えば、上に記載されたようにその上又は中に配設される標準マーカを含み得る。代替的に、カテーテル又はニードルは超音波センサ又は送信器を含み得る。代替実施形態において、標準マーカ又は音響センサ／送信器は標的組織箇所の内又はその近くで患者の組織へ注入され得る。

次に、フローチャート５００のステップ５０４で、この方法は、組織破砕トランスデューサの位置に対して標的組織塊を位置確定することを含み得る。幾つかの実施形態で、標的組織塊の位置の確定は、超音波センサを含む組織内のニードル又はカテーテルへ組織破砕施術トランスデューサから超音波エネルギーを伝達することを含み得る。超音波センサにより受理された信号は、組織破砕施術トランスデューサに対する標的組織塊の部位を判断するのに使用され得る。他の実施形態で、ニードル又はカテーテルの標準マーカ、或いは代替的に、組織へ注入される標準マーカは、組織破砕施術システム及び／又は外科手術誘導システムの座標系を標的組織塊の部位に相関させるのに使用され得る。

幾つかの実装例で、外科手術誘導システム又はサブシステムは、組織破砕トランスデューサ焦点の部位を特定できる。幾つかの例で、外科手術誘導は、トランスデューサの焦点距離との組み合わせで組織破砕トランスデューサ自体の位置及び配向を使用して焦点の部位を判断できる。標準マーカ（例えば光学、電気、又は磁気）をトランスデューサに配置して、これらの標準マーカを外科手術誘導システムで特定することを含めて、組織破砕トランスデューサ焦点の部位を特定するのに、多くの技術が使用され得る。外科手術誘導システムが検出できる組織破砕超音波トランスデューサに標準マーカを配置することにより、外科手術誘導システムの座標系において組織破砕トランスデューサの位置が認識され得る。一例において、標準マーカは、周知のツール／装置に固有の構成配置を持つマーカ集合を包含し得る。固有のマーカ配置構成（例えば、ステルスステーション(Stealth Station)又はブレインラボ(Brainlab)外科手術誘導システム用の光学追跡マーカなど特定パターンで配置される５個の球体光学マーカ）は、外科手術誘導システムにより（例えば、マーカの撮像又は検知により）検出され得る組織破砕トランスデューサの表面に装着され得る。その為、外科手術誘導システムは、マーカ配置構成の部位／配向と組織破砕トランスデューサ焦点長とに基づいて外科手術誘導システム座標での組織破砕焦点部位を自動的に位置確定及び特定できる。他の実施形態では、トランスデューサの周知の幾何学形状と予測による焦点長とが与えられると、ロボット位置符号器データ（と画像集合に対する姿勢）を使用して部位を予測する為に処置中スキャンが使用され、最終的な気泡群部位を予測し得る。

次に、フローチャート５００のステップ５０６で、外科手術誘導システム、或いは組織破砕トランスデューサの位置及び動作／移動を制御するロボット位置決めシステムは、組織破砕焦点を標的組織塊に設定するのに必要とされる移動座標を計算できる。そしてこれらの移動座標がロボット位置決めシステムへ入力されて組織破砕トランスデューサを適宜移動させ、ベース／ツール座標系を調和させられる。幾つかの実施形態で、ソフトウェア監視機構は位置及び姿勢を監視して、計画と実際の部位／位置が正確であるかを検証し得る。

ステップ５０８で、組織破砕トランスデューサが適正位置にある（例えば、記録されたリアルタイム及び仮想の撮像データを使用して検証されるように標的組織塊又はその中に焦点が位置する）時に、組織破砕施術トランスデューサにより標的組織塊に組織破砕施術が適用され得る。一般的に、標的組織は塊、例えば腫瘍又は血餅の塊である。標的塊を治療する為に、ユーザは、高解像度ＭＲＩ／ＣＴスキャンで標的組織塊の境界の外線及び輪郭を指定できる。例えば、外科手術誘導システムは、正のマージン（例えば、癌性腫瘍の治療など、標的組織塊の外に延在するかこれより大きい治療マージン）或いは負のマージン（例えば、血餅の治療など標的組織塊の中にあるかこれより小さい治療マージン）と治療マージンの範囲（例えば１ｃｍ）とをユーザが規定する為の入力特徴を含み得る。例えば、腫瘍が標的組織塊である場合に、治療マージンは、ユーザにより予め規定された腫瘍の周囲のマージンを含めて腫瘍の全体をカバーして、全ての腫瘍細胞が治療されることが保証される。例えば、血餅が標的組織塊である場合に、治療マージンは血餅の大部分をカバーするが、未治療の血餅の縁部は残して、ユーザにより規定される周囲の正常組織への損傷を防止できる。治療マージンが規定された後に、外科手術誘導システム又はロボットアームは、標的組織塊をカバーする治療パラメータを計算及び作成して、患者の事前ＭＲＩ／ＣＴスキャンに重ねられる治療マージンを表示できる。ユーザにより所望される場合に、治療マージン又は座標の微調整又は更なる調節が行われ得る。そして治療マージン部位座標がロボット制御システムへ送られて組織破砕トランスデューサを適宜移動させ、所望の経路、パターン、方向、及び順序によるものを含めて、そして（非標的組織作用を防止するように）判断された冷却及び／又はオフタイムを含めて、治療を達成できる。これらのパラメータは更に、本明細書で既に開示されたように一以上のユーザインタフェース及びディスプレイを通して表示され得る。

付加的撮像及び治療計画特徴
幾つかの例で、外科手術誘導システムは、治療前ＭＲＩ又はＣＴスキャンから標的組織塊の境界メッシュ座標を捕捉するのに使用され得るモデリングツールを含み得る。これらのメッシュ座標は、治療前ＭＲＩ又はＣＴスキャンに重ねられ得る治療マージンの３Ｄグリッド点を計算するのに直接使用され得る。代替的に、これらのメッシュ座標は、３Ｄグリッド点を計算するようにロボットアームへ、及び／又は、標的組織及び治療マージンをカバーする電子的焦点操向座標／命令を提供するように組織破砕施術制御システムへ送られ得る。

高解像度及び低解像度の画像が相互記録されると、ＭＲＩ又はＣＴスキャンの身体構造目印の間の距離を測定するのに外科手術誘導システムが使用され得る。例えば、外科手術誘導システムは、標的組織塊の中心及び標的塊の境界からの距離を異なる軸線上で測定できる。これらの距離値がロボットアームへ送られて、標的組織塊を治療する為の操向距離として使用される最大距離を制限できる上限が計算され得る。

組織破砕は、キャビテーションを通して細胞を破砕して標的組織を破壊する。組織破砕超音波トランスデューサは、キャビテーションを発生させる送信性能とキャビテーションからの放出信号を受信する受信性能の両方を有し得る。その為、治療中に組織破砕トランスデューサによりリアルタイムで生成されるキャビテーションマッピングが、患者の事前ＭＲＩ／ＣＴスキャンに重ねられて、標的設定により規定される境界内に治療が含まれることが保証される。外形指定された標的塊の外側でキャビテーションが発生した場合。治療が停止され得る。送信・受信性能を備える組織破砕トランスデューサアレイにより、３Ｄキャビテーションマップ（つまり組織破砕治療マップ）が治療中に作成されて、キャビテーションで治療されている組織部位がリアルタイムで正確に指示され得る。このキャビテーションマップはＭＲＩ／ＣＴスキャンにリアルタイムで重ねられて、ユーザは治療を高解像度でリアルタイムに監視できる。幾つかの例で、治療キャビテーションマップが外科手術誘導システム又はロボット位置決めシステムへ導入される、及び／又は、計画による治療塊を示す治療前ＭＲＩ／ＣＴスキャンに重ねられ得る。

別の例で、外科手術誘導システムは、同じ患者の同じ身体部分又は身体構造目印（例えば頭部、腹部等）の、しかし異なる配向でのＭＲＩ、ＣＴ、又は他の画像を相互記録する為の「融合」特徴を含み得る。治療後画像が導入されて同じ画像計画での治療前画像と相互記録され、治療後塊と計画による治療塊との正確な整合を可能にする。

標的組織塊が移動標的（例えば呼吸動作を伴う腹部の臓器）である場合に、動作の結果、上に記載されたシステムでは標的設定エラーが生じ得る。この例で、組織破砕の実装例は患者の呼吸／排気でゲート制御され得るので、固定焦点トランスデューサについて標的が休止位置にある時にのみ組織破砕が適用される。例えば、加速度計又は他のセンサが標的組織塊の近くで患者の身体に配置されて移動を検出し、センサからの測定値が組織破砕施術システムに送られ得る。システムが閾値を上回る移動を検出した場合には、移動値が閾値より下に戻るまで組織破砕施術の送達が中断又は遅延し得る。同様に、簡易呼吸モニタが患者に適用されてもよく、呼吸データがシステムに使用されて、患者が休止位置にある時にのみ治療を送達し得る。治療達成中に息止めを実施するように患者に求めることも可能である。実際に患者が処置中に人工呼吸器につながれる場合には、呼吸機械の送達量が予め規定された閾値を下回った時に施術が達成され得る。フェーズドアレイトランスデューサにより組織破砕が達成されてトランスデューサ焦点が電子操向を介して瞬間的に移動するケースでは、組織破砕焦点部位が呼吸と共に移動して移動標的がリアルタイムで追跡され得る。例えば、移動標的の部位が加速度計の出力に基づいて推定され得るか、患者の身体、呼吸モニタ、又は人工呼吸器に他のセンサが配置され得る。別の例では、撮像の起動が行われ、記録されたリアルタイム及び仮想のデータが、所望の焦点ゾーン部位に標的がある時に施術が起動される場合に治療トリガを計画するのに使用され、標的が所望の焦点ゾーン部位から出る時にオフになる。

本明細書に記載の方法を使用した事前ＣＴ／ＭＲＩスキャンに標的が基づく時に、身体の変形が発生し得ることに留意すべきである。例えば、治療中に事前スキャンと比較して異なる位置で患者が横になっていることがあり得る。組織破砕トランスデューサを患者の皮膚に音響結合するのに使用される超音波結合装置も、患者の身体を変形させ得る。これらのケースでは、治療精度を保証する為に、事前ＭＲＩ又はＣＴスキャンデータ集合が処理（例えば回転）され、既存の放射線ツールを使用した治療では、変形した弾性の身体部分と相互記録される。

例
例１－外科手術誘導システムによる組織破砕標的設定。この例で、組織破砕施術トランスデューサを備えるロボット位置決めシステムは、腫瘍、特に肝臓腫瘍を治療するように外科手術誘導システムにより案内される。標的設定は、下に記載されるステップで実装され得る。

１．事前ＣＴ／ＭＲＩスキャン－診断の一部として、治療の前に患者の腹部がＣＴ又はＭＲＩにより微細解像度でスキャンされ得る。治療の前に、粗解像度の外科手術誘導システム（例えば超音波又はデジタルカメラ）で腹部が撮像されてもよい。

２．外科手術誘導システムによる標的部位の特定－事前ＣＴ又はＭＲＩスキャンに基づいて、標的腫瘍の３Ｄ部位及び境界を特定するのに外科手術誘導システムが使用され得る。例えば、外科手術誘導システムで撮影された粗解像度の画像が、治療の前に微細解像度で撮影されたＣＴ又はＭＲＩ画像と相互記録され得る。そして外科手術誘導システムにより腫瘍境界座標が把握及び計算され得る。

３．組織破砕トランスデューサ部位の特定－外科手術誘導システムにより検出可能である組織破砕治療トランスデューサ又はその近くの固定部位に標準センサが配置され得る。そして外科手術誘導システムは、組織破砕トランスデューサの座標を把握し、これらの座標を使用して組織破砕焦点の部位を判断する。

４．標的組織塊への組織破砕焦点の整合－上記の座標に基づいて、組織破砕トランスデューサを移動させて組織破砕焦点を整合させ、標的組織塊内の中央部位に整合させるのに必要な移動座標が、外科手術誘導システム、或いは組織破砕トランスデューサを移動させるロボット位置決めシステムにより計算され得る。そしてロボット位置決めシステムは、組織破砕トランスデューサを移動させて組織破砕焦点を標的組織塊に整合させるように構成され得る。

５．治療マージンを含む腫瘍塊を標的設定する為の３Ｄグリッド座標の作成－システムのユーザは、事前ＭＲ又はＣＴスキャンの各スライス又は画像で腫瘍の境界を特定できる。ユーザは、所望の治療マージン（例えば腫瘍境界から１ｃｍのマージン）も入力できる。そして外科手術誘導システム又はロボット位置決めシステムは、腫瘍を囲繞する所望の１ｃｍ治療マージンを含む腫瘍全体をカバーする３Ｄグリッド部位を計算及び作成できる。そして外科手術誘導システム又はロボット位置決めシステムは、患者の事前ＭＲＩ／ＣＴスキャンに重ねられた３Ｄグリッド部位を表示できる。それから３Ｄグリッド部位座標がロボット位置決めシステムへ送られて、組織破砕トランスデューサを治療中に適宜移動させる。

例２－例１で詳述されたように、誘導システム、組織破砕システム、そしてロボット送達システムは全て、一つの統合電子機械ソフトウェア制御システム及びフォームファクタとして構成される。

例３－例１及び２で詳述されたように、処置前ＭＲＩ／ＣＴは患者側での結合ソリューションにより取得されるので、組織破砕アブレーション／治療を計画する前に、観察によるＭＲＩ／ＣＴ身体発散が計算及び把握される。

例４－定位的組織破砕。この例で、脳腫瘍を標的設定するのに定位的組織破砕が使用される。標的設定は、下に記載されるステップで実装される。

１．事前ＣＴ／ＭＲＩスキャン－治療の前に、定位的フレームが患者の頭部に強固に固定され得る。定位的フレームは複数（例えば４個）の標準マーカを含み得る。標的組織塊と標準マーカとを撮像するように、患者の頭部が定位的フレームと共にＭＲＩ又はＣＴによりスキャンされ得る。

２．標的部位の特定－ＣＴ又はＭＲＩスキャンは標準マーカと脳腫瘍の両方を可視化するので、標準マーカに対する腫瘍の部位が把握される。

３．組織破砕トランスデューサ部位の特定－組織破砕トランスデューサは予め設計された接続点で定位的フレームに強固に装着されるので、定位的フレーム上の標準マーカに対する組織破砕トランスデューサ焦点の部位は固定であって常に把握されている。

４．組織破砕焦点と標的との整合－標的マーカの座標に基づいて、選択された腫瘍中心、組織破砕焦点、そして腫瘍内の中心部位と整合するように組織破砕焦点を移動させる移動座標が、ロボット位置決めシステムにより計算され得る。そして、ロボット位置決めシステムは、組織破砕トランスデューサを移動させて現在組織破砕焦点を腫瘍中心に整合させるように構成され得る。脳の標的については、厚さの変化する頭蓋骨で超音波が伝搬され、これが収差を導入してピンぼけと焦点圧力の低下とを起こす。焦点圧力の集束を向上させるように、事前ＣＴスキャンに基づいて収差補正アルゴリズムが適用され得る。

５．マージンを含む腫瘍塊を標的設定する３Ｄグリッド座標の作成－組織破砕焦点が腫瘍中心へ移動する。ユーザは、ＭＲ又はＣＴスキャンの各画像での標的組織塊境界を特定できる。そしてユーザが所望の治療マージン（事前ＭＲＩ／ＣＴスキャンで円形に切り抜かれた腫瘍境界から１ｃｍのマージン）を入力できる。ロボット位置決めシステムは、腫瘍を囲繞する１ｃｍの治療マージンを含む腫瘍の全体をカバーする３Ｄグリッド部位を計算及び作成するように構成され得る。ロボットアームシステムは、患者の事前ＭＲＩ／ＣＴスキャンに重ねられた３Ｄグリッド部位を表示できる。

例５－カテーテル挿入を伴う組織破砕標的設定。この例で、組織破砕標的設定はカテーテル挿入により案内され、標的治療塊は、出血性卒中或いは脳内出血（ＩＣＨ）の治療の為の脳の血餅である。ＩＣＨ治療の為に、頭蓋骨の外側から適用される組織破砕が血餅を急速に液化するのに使用され、血餅へ挿入されるカテーテルは液化後に血餅を排出するのに使用され得る。標的設定は下に記載されるステップで実装され得る。

１．事前ＣＴスキャン－治療の前に、ＣＴ又はＭＲＩにより患者の脳が微細解像度でスキャンされ得る。

２．カテーテルハイドロホン挿入－カテーテルハイドロホンが頭蓋骨の穿頭孔から血餅の中心へ挿入され得る。挿入は外科手術誘導システム又はリアルタイム撮像により案内され得る。血餅境界についてのカテーテル先端の部位が把握されるべきである。このカテーテルは、ガイドワイヤの先端に組み込まれた小型ハイドロホンを含み得る。

３．組織破砕焦点と標的の整合－このカテーテルハイドロホンは、組織破砕超音波アレイ素子からの超音波信号を測定するのに使用され得る。各組織破砕アレイ素子からカテーテルハイドロホンへの超音波移動時間を計算するのに信号が使用され得る。ハイドロホン信号に基づいて、現在組織破砕焦点についてのカテーテル先端の部位が計算され、収差補正が実施され得る。そしてロボットアームシステムは、組織破砕トランスデューサを移動させて組織破砕焦点をカテーテル先端に整合させるのにこれらの座標を使用できる。

４．血餅塊を標的設定する３Ｄグリッド座標の作成－ユーザは、ＭＲ又はＣＴスキャンの各画像で血餅境界を特定できる。血餅を囲繞する正常な脳組織への損傷を回避する為に、臨床医は、所望の負のマージンを入力できる（例えば組織破砕で血餅を液化するが、無傷の血餅の縁部に～５ｍｍのマージンを残す）。そして、ロボット位置決めシステムは、血餅を囲繞する正常な脳組織を保存する為に～５ｍｍの血餅マージンを残しながら血餅全体をカバーする３Ｄグリッド部位を計算及び作成できる。ロボット位置決めシステムは、事前ＭＲＩ／ＣＴスキャンに重ねられた３Ｄグリッド部位を表示するようにも構成され得る。

他のシステム及び使用方法
本明細書に記載のシステム及び方法は、２０１９年１１月２７日に出願された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０６３７２８号に記載されたシステム及び方法に関係し、同出願は参照により本明細書に援用される。本明細書に記載のシステムのいずれも、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０６３７２８号に記載の方法を実施するように更に構成され得る。

４ 標準マーカ
１００ 組織破砕システム
１０２ 施術トランスデューサ
１０４ 撮像システム
１０６ 表示制御パネル
１０８ ロボット位置決めアーム
１１０ カート
Ｆ 現在組織破砕焦点
Ｔ 腫瘍部位

Claims (31)

1. 外科手術誘導システムにおいて標的組織塊の第１画像を受理することと、
   前記外科手術誘導システムにより前記標的組織塊の第２画像を取得することと、
   前記外科手術誘導システムにおいて前記第１画像を前記第２画像と相互記録して前記第１画像での前記標的組織塊の境界座標を特定することと、
   前記外科手術誘導システムにより組織破砕施術トランスデューサの焦点の焦点座標を特定することと、
   前記外科手術誘導システムにおいて、前記第１画像での前記標的組織塊の前記境界座標の中に前記組織破砕施術トランスデューサ焦点を設定する移動座標を判断することと、
   前記移動座標に基づいて前記組織破砕施術トランスデューサ焦点を移動させて前記組織破砕施術トランスデューサ焦点を前記標的組織塊の中に設定することと、
   を包含する外科手術誘導方法。
2. 前記移動ステップが更に、ロボット位置決めシステムにより前記組織破砕施術トランスデューサを移動させることを包含する、請求項１の方法。
3. 前記移動ステップが更に、前記組織破砕施術トランスデューサ焦点を電子的に操向することを包含する、請求項１の方法。
4. 前記第１画像が先進的診断医療用撮像システムからの高解像度画像を包含する、請求項１の方法。
5. 前記第１画像が高解像度ＭＲＩ画像を包含する、請求項４の方法。
6. 前記第１画像が高解像度ＣＴ画像を包含する、請求項４の方法。
7. 前記第２画像が超音波画像を包含する、請求項１の方法。
8. 前記第２画像が光学画像を包含する、請求項１の方法。
9. 前記相互記録ステップが更に、前記第１画像と前記第２画像の両方の標準領域を特定することと、前記標準領域を使用して前記第１画像の座標系を前記第２画像の座標系と相関させることとを包含する、請求項１の方法。
10. 焦点座標の特定が更に、前記組織破砕施術トランスデューサに標準マーカを設定することと、前記外科手術誘導システムにより前記標準マーカを特定することとを包含する、請求項１の方法。
11. 前記標的組織塊の治療マージンを規定することと、
    前記標的組織塊と前記治療マージンとをカバーする３Ｄグリッド部位を計算することと、
    前記第１又は第２画像の上に前記３Ｄグリッド部位を表示することと、
    を更に包含する、請求項１の方法。
12. 前記標的組織塊の外に延在する正の治療マージンを前記治療マージンが包含する、請求項１１の方法。
13. 前記標的組織塊の中に延在する負の治療マージンを前記治療マージンが包含する、請求項１１の方法。
14. 前記標的組織塊に組織破砕施術を適用することを更に包含する、請求項１の方法。
15. 前記組織破砕施術を撮像することと、前記第１画像と前記第２画像との間の相互記録を術中に更新することとを更に包含する、請求項１４の方法。
16. 組織破砕治療マップを作成することと、前記組織破砕治療マップを前記第１又は第２画像にリアルタイムで重ねることとを更に包含する、請求項１の方法。
17. 前記ロボット位置決めシステムが前記組織破砕施術トランスデューサを３自由度で移動させ得る、請求項２の方法。
18. 前記ロボット位置決めシステムが前記組織破砕施術トランスデューサを６自由度で移動させ得る、請求項２の方法。
19. 前記移動ステップが更に、前記組織破砕施術トランスデューサ焦点を電子的に操向することと、前記組織破砕施術トランスデューサをロボット位置決めシステムにより移動させることとの組み合わせを包含する、請求項１の方法。
20. 前記第１画像がコーンビームＣＴ画像を包含する、請求項４の方法。
21. 前記第１画像が拡張蛍光透視画像を包含する、請求項４の方法。
22. 前記標的組織塊が腫瘍を包含する、請求項１の方法。
23. 前記標的組織塊が血餅を包含する、請求項１の方法。
24. 前記標的組織塊が脳出血を包含する、請求項１の方法。
25. 標的組織塊の中又は近くの組織に音響検出器を挿入することと、
    前記音響検出器により組織破砕施術トランスデューサの焦点に対する前記標的組織塊の位置を確定することと、
    前記組織破砕施術トランスデューサ焦点を前記標的組織塊の中に設定するのに必要な移動座標を判断することと、
    を包含する外科手術誘導方法。
26. 前記組織破砕施術トランスデューサにより組織破砕施術を適用することを更に包含する、請求項２５の方法。
27. 前記挿入ステップが更に、前記標的組織塊の中又は近くの組織へカテーテルを挿入することを包含し、前記カテーテルが前記音響検出器を含む、請求項２５の方法。
28. 前記挿入ステップが更に、前記標的組織塊の中又は近くの組織へニードルを挿入することを包含し、前記ニードルが前記音響検出器を含む、請求項２５の方法。
29. 標的組織塊の中又は近くの組織へ標準マーカを挿入することと、
    前記標準マーカにより組織破砕施術トランスデューサの焦点に対する前記標的組織塊の位置を確定することと、
    前記組織破砕施術トランスデューサ焦点を前記標的組織塊の中に設定するのに必要な移動座標を判断することと、
    を包含する外科手術誘導方法。
30. 前記組織破砕施術トランスデューサにより組織破砕施術を適用することを更に包含する、請求項２９の方法。
31. 第１撮像システムと、
    第２撮像システムを含む外科手術誘導システムと、
    ロボット位置決めアームと、
    前記ロボット位置決めアームに結合される組織破砕施術トランスデューサと、
    前記第１撮像システムと前記外科手術誘導システムと前記第２撮像システムと前記ロボット位置決めアームと前記組織破砕施術トランスデューサとに動作結合される電子コントローラであって、前記第１撮像システムからの前記標的組織塊の第１画像を前記第２撮像システムからの前記標的組織塊の第２撮像と相互記録して前記標的組織塊の境界座標を特定するように構成される電子コントローラであり、前記組織破砕施術トランスデューサの焦点を前記標的組織塊の中に設定するのに必要な前記ロボット位置決めアームの移動座標を判断するように更に構成される電子コントローラと、
    を具備する施術システム。

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