JP4956206B2 - Ultrasonic diagnostic apparatus, substance introduction apparatus for ultrasonic therapy, and ultrasonic scanning control program - Google Patents
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Description
本発明は、超音波を利用して細胞内に治療用物質を導入する方法に関し、特に、微小気泡存在下で超音波を送信しソノポレーション現象で細胞内に治療用物質、例えば遺伝子を導入し再生医療や遺伝子治療を効果的に行う、或いは、タンパク質等のを細胞内に導入し、局所治療を行うものである。 The present invention relates to a method for introducing a therapeutic substance into a cell using ultrasonic waves, and in particular, an ultrasonic wave is transmitted in the presence of microbubbles to introduce a therapeutic substance such as a gene into the cell by a sonoporation phenomenon. Then, regenerative medicine and gene therapy are performed effectively, or proteins and the like are introduced into cells to perform local therapy.
遺伝子を細胞内に導入する方法(遺伝子導入法)の研究は、バクテリアの形質転換の機構解明から検討が始まり、その後、酵母や植物細胞への遺伝子導入が行われ、さらに動物・植物の個体へ直接遺伝子を導入することが可能になりつつある。図14に示す様々な導入法は、上記のいろいろな目的に合わせて開発されたものであり、その中には、臨床適用の目的には利用できない方式も含まれている。 Research into methods for introducing genes into cells (gene introduction methods) began with the elucidation of the mechanism of bacterial transformation, followed by gene introduction into yeast and plant cells, and further to animals and plant individuals. It is becoming possible to introduce genes directly. The various introduction methods shown in FIG. 14 have been developed in accordance with the above-mentioned various purposes, and include methods that cannot be used for the purpose of clinical application.
一方、臨床適用としては、遺伝子導入効率の面からウイルスベクターの使用が主流である。図14に示すとおり、ウイルスベクター法にも利用するウイルスの種類により、特徴に差がある。現在は、レトロウイルスベクターを用いて行われる場合が最も多い。ウイルスベクター法は、導入効率の点で現在知られている導入法の中では圧倒的に優れている。しかし、ウイルスを扱うため、厳密な管理・取り扱いが必要である。特に、近年ウイルスベクターは、細胞内導入効率の大幅な向上が報告されているが、臨床適用については安全性に関して未知の部分もあり、より慎重に検討を重ねる必要がある。 On the other hand, for clinical applications, the use of viral vectors is the mainstream in terms of gene transfer efficiency. As shown in FIG. 14, there are differences in characteristics depending on the type of virus used in the virus vector method. Currently, it is most often done using retroviral vectors. The viral vector method is overwhelmingly superior among the introduction methods currently known in terms of introduction efficiency. However, strict management and handling are necessary to handle viruses. In particular, viral vectors have recently been reported to significantly improve the efficiency of introduction into cells, but for clinical applications, there are unknown aspects regarding safety, and more careful examination is required.
図14に示すとおりウイルスベクターは数種類存在する。代表的な例としては、レトロウイルスベクターとアデノウイルスベクターが挙げられる。レトロウイルスベクターは、代表的なRNAウイルスベクターで最も広く利用され、導入効率が高く、細胞毒性も低い特徴があるが、増殖細胞以外に感染しない制約がある。従って、神経細胞・肝細胞・筋細胞・造血細胞のような通常ほとんど分裂しない細胞への導入は利用できない。また、安全性の点では、挿入による変異原性が問題である。アデノウイルスベクターは、遺伝子治療に利用されるベクターの中で最も高い導入・発現効率を示す。動物個体でも直接発現が可能で、基礎研究の広い分野で利用されている。しかし、発現持続が十分でない。ウイルスベクターにより発現されるタンパクが外来のものの場合、そのタンパクを抗原として細胞性免疫が強く惹起され、目的遺伝子を発現した標的細胞は、1〜2週間で炎症像を呈し、除去されてしまう。また、感染域が広く感染特異性がない。臨床適用の場合、特定臓器での遺伝子発現効率は高いとは言えず、正常あるいは過剰量のタンパク質発現を要する場合は、ウイルスベクターの大量使用が必要になり、重篤な副作用が発生する場合がある。 As shown in FIG. 14, there are several types of viral vectors. Representative examples include retroviral vectors and adenoviral vectors. Retroviral vectors are the most widely used representative RNA viral vectors, and have high introduction efficiency and low cytotoxicity, but have the restriction that they do not infect non-proliferating cells. Therefore, introduction into cells that do not normally divide, such as nerve cells, hepatocytes, muscle cells, and hematopoietic cells, cannot be used. Further, in terms of safety, mutagenicity due to insertion is a problem. Adenovirus vectors exhibit the highest introduction / expression efficiency among vectors used for gene therapy. It can be expressed directly in individual animals and is used in a wide range of basic research fields. However, the sustained expression is not sufficient. When the protein expressed by the virus vector is foreign, cellular immunity is strongly induced using the protein as an antigen, and the target cell expressing the target gene exhibits an inflammatory image in 1 to 2 weeks and is removed. In addition, the infection range is large and there is no infection specificity. For clinical application, gene expression efficiency in specific organs is not high, and when normal or excessive protein expression is required, large amounts of viral vectors are required and serious side effects may occur. is there.
なお、本願に関連する公知文献としては、例えば次のようなものがある。
しかしながら、遺伝子の細胞内導入に関して臨床応用可能な技術は未だ完成されていない。 However, a clinically applicable technique for introducing a gene into a cell has not yet been completed.
例えば、ウイルスベクター法には、ウイルスの毒性の除去に関する安全性が確立されていない、目的部位以外の臓器での遺伝子導入あり部位特異性がない、ヒトでは抗体が生じ、同一ウイルスベクターを頻回使用できない、といった問題があり、未だ臨床に応用することはできない。 For example, in the virus vector method, the safety for removing the virus toxicity is not established, there is gene introduction in an organ other than the target site, there is no site specificity, an antibody is generated in humans, and the same virus vector is frequently used. There is a problem that it cannot be used, and it cannot be applied clinically yet.
また、より安全性の高い遺伝子導入法として、非ウイルスベクターの研究もなされている。例えば、nakedDNAを動物個体に直接投与する方法があり、臨床研究が行われている。nakedDNAは培養細胞では全く導入できないが、生体組織では導入が起こり発現する。しかし、導入効率が小さいため、大量の遺伝子を注入する必要がある。大量投与時の毒性は未知の部分があり、投与量を低減する導入効率改善が求められている。 Further, non-viral vectors have been studied as a safer gene transfer method. For example, there is a method in which naked DNA is directly administered to an animal individual, and clinical studies are being conducted. Naked DNA cannot be introduced at all in cultured cells, but is introduced and expressed in living tissues. However, since the introduction efficiency is small, it is necessary to inject a large amount of genes. The toxicity at the time of large dose administration has an unknown part, and improvement of introduction efficiency to reduce the dose is required.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、超音波送信によりソノポレーションを発生させることで、細胞内に治療用物質をより安全に導入することができる超音波診断装置、超音波治療用物質導入装置、超音波走査制御プログラムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic therapy that can introduce a therapeutic substance into cells more safely by generating sonoporation by ultrasonic transmission. An object of the present invention is to provide a substance introduction device and an ultrasonic scanning control program.
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。 In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
請求項1に記載の発明は、印加される駆動信号に応答して、被検体の治療対象領域における複数の超音波走査方向の各々に対して超音波画像取得のための第1の超音波送信又はソノポレーションを発生させるための第2の超音波送信を行い、当該超音波走査方向の各々から前記第1の超音波送信に基づく第1のエコー信号又は前記第2の超音波送信に基づく第2のエコー信号を受信する複数の超音波振動子を備えた超音波プローブと、前記各超音波振動子に前記駆動信号を供給する駆動手段と、受信した前記第1のエコー信号に基づいて、超音波画像を生成する画像生成手段と、生成された超音波画像を表示する表示手段と、前記第2のエコー信号に基づいて前記治療対象領域におけるソノポレーションの誘発可能性を評価する評価手段と、前記誘発可能性の評価結果に応答して、前記被検体内の治療対象領域にソノポレーションを発生させるための前記第2の超音波送信を実行するように、前記駆動手段を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置又は超音波治療用物質導入装置である。
請求項25に記載の発明は、コンピュータに、印加される駆動信号に応答して、被検体の治療対象領域における複数の超音波走査方向の各々に対して超音波画像取得のための第1の超音波送信又はソノポレーションを発生させるための第2の超音波送信を行い、当該超音波走査方向の各々から前記第1の超音波送信に基づく第1のエコー信号又は前記第2の超音波送信に基づく第2のエコー信号を受信する複数の超音波振動子に前記駆動信号を供給させる信号供給機能と、前記各超音波振動子に前記駆動信号を供給する駆動手段と、受信した前記第1のエコー信号に基づいて、超音波画像を生成する画像生成手段と、生成された超音波画像を表示する表示手段と、前記造影剤を構成するバブルの崩壊に相関した指標に基づいて、ソノポレーションの誘発可能性を評価させる評価機能と、前記誘発可能性の評価結果に応答して、前記被検体内の治療対象領域にソノポレーションを発生させるための前記第2の超音波送信を実行するように、前記駆動手段を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置又は超音波治療用物質導入装置である。
According to the first aspect of the present invention, in response to an applied drive signal, first ultrasonic transmission for acquiring an ultrasonic image for each of a plurality of ultrasonic scanning directions in a treatment target region of a subject. Alternatively, the second ultrasonic transmission for generating the sonoporation is performed, and the first echo signal based on the first ultrasonic transmission or the second ultrasonic transmission is performed from each of the ultrasonic scanning directions. Based on an ultrasonic probe having a plurality of ultrasonic transducers for receiving the second echo signal, driving means for supplying the driving signal to each ultrasonic transducer, and the received first echo signal An image generation unit that generates an ultrasonic image, a display unit that displays the generated ultrasonic image, and an evaluation that evaluates the possibility of sonoporation in the treatment target region based on the second echo signal Means, In response to the serial-induced potential evaluation result, said to execute the second ultrasonic transmission to generate the Sonoporation the treated region within the object, control means for controlling the drive means An ultrasonic diagnostic apparatus or an ultrasonic therapeutic substance introduction apparatus.
The invention according to claim 25 is the first for acquiring an ultrasound image for each of a plurality of ultrasound scanning directions in the treatment target region of the subject in response to the drive signal applied to the computer . A second ultrasonic transmission for generating ultrasonic transmission or sonoporation is performed, and the first echo signal or the second ultrasonic wave based on the first ultrasonic transmission from each of the ultrasonic scanning directions. and signal supply function to supply the driving signals to the plurality of ultrasonic transducers for receiving the second echo signal based on the transmission, a drive means for supplying the drive signal to each ultrasonic transducer, the first received based on the first echo signal, an image generating means for generating an ultrasonic image, and display means for displaying the ultrasonic image generated, based on the correlation to the index to the collapse of the bubble which constitutes the contrast agent, Sonoporeshi An evaluation function to evaluate the induced potential down, in response to the evaluation result of the induced potential, run the treated area the second ultrasonic transmission to generate the Sonoporation to in the subject Thus, there is provided a control means for controlling the driving means, an ultrasonic diagnostic apparatus or an ultrasonic therapeutic substance introduction apparatus.
以上本発明によれば、超音波送信によりソノポレーションを発生させることで、細胞内に治療用物質をより安全に導入することができる超音波診断装置、超音波治療用物質導入装置、超音波走査制御プログラムを実現することができる。 As described above, according to the present invention, an ultrasonic diagnostic apparatus, an ultrasonic therapeutic substance introduction apparatus, and an ultrasonic apparatus that can introduce a therapeutic substance into cells more safely by generating sonoporation by ultrasonic transmission. A scanning control program can be realized.
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.
なお、以下の実施形態においては、本発明の技術的思想を超音波診断装置に適用する場合を例として説明する。しかしながら、これに拘泥されることなく、本発明の技術的思想は、例えば、超音波を用いた治療用物質(遺伝子、薬剤、タンパク質等の生理活性物質、その他の治療を目的として生体に導入される物質)の被検体内への導入そのものを主目的とする装置(超音波治療用物質導入装置)としても実現することが可能である。 In the following embodiments, a case where the technical idea of the present invention is applied to an ultrasonic diagnostic apparatus will be described as an example. However, without being bound by this, the technical idea of the present invention is introduced into the living body for the purpose of therapeutic substances (eg, physiologically active substances such as genes, drugs, proteins, etc.) using ultrasound. It is also possible to realize a device (substance introduction device for ultrasonic therapy) whose main purpose is to introduce the substance into the subject itself.
また、本実施形態に係る各構成要素、特に後述する治療用物質の被検体内への導入のための超音波送受信シーケンスを実現するための制御については、当該各構成要素と同様の処理を実行するソフトウェアプログラムをワークステーション等のコンピュータ、コンピュータ機能を有する超音波診断装置等にインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、DVDなど)、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。 In addition, for each component according to the present embodiment, in particular, control for realizing an ultrasonic transmission / reception sequence for introducing a therapeutic substance into a subject to be described later, the same processing as that of each component is executed. It can also be realized by installing a software program to be installed in a computer such as a workstation, an ultrasonic diagnostic apparatus having a computer function, etc., and developing these on a memory. At this time, a program capable of causing the computer to execute the technique is stored in a recording medium such as a magnetic disk (floppy (registered trademark) disk, hard disk, etc.), an optical disk (CD-ROM, DVD, etc.), or a semiconductor memory. It can also be distributed.
図1は、本発明の実施形態に係る超音波診断装置10の構成図である。本超音波診断装置10は、超音波プローブ11、送受信ユニット12、エコー信号プロセッサ14、ドプラプロセッサ15、アプリケーションプロセッサ16、制御ユニット(CPU)17、表示制御ユニット18、評価ユニット19、記憶ユニット20、送受信I/F21、操作ユニット22、モニター23を具備している。
FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic
超音波プローブ11は、送信ユニット12からの駆動信号に基づき超音波を発生し、被検体からの反射波を電気信号に変換する複数の圧電振動子、当該圧電振動子に設けられる整合層、当該圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有している。当該超音波プローブ11から被検体に超音波が送信されると、生体組織の非線形性により、超音波の伝播に伴って種々のハーモニック成分が発生する。送信超音波を構成する基本波とハーモニック成分は、体内組織の音響インピーダンスの境界、微小散乱等により後方散乱され、反射波(エコー)として超音波プローブ11に受信される。
The
なお、必要に応じて、超音波プローブ11は、治療用物質導入のための超音波送受信機能(後述)に対応する専用プローブ、例えば、高音圧用特殊プローブ、シングルプローブ、大面積プローブ、カテーテル先用プローブ、体腔内プローブ/腹腔鏡等であってもよい。さらに、本超音波プローブ11は、3次元空間を走査可能な2次元アレイプローブあるいは、1次元アレイプローブを機械的に回転あるいは揺動可能なメカニカルプローブのいずれであってもよい。
If necessary, the
送受信ユニット12は、T/Rスイッチ120、送信ユニット121、受信ユニット122を有している。
The transmission /
T/Rスイッチ120は、送信時と受信時において、プローブと送信ユニット121及び受信ユニット122との間の接続を切り替える。
The T /
送信ユニット121は、図示しない遅延回路およびパルサ回路等を有している。パルサ回路では、所定のレート周波数fr Hz(周期;1/fr秒)で、送信超音波を形成するためのレートパルスが繰り返し発生される。また、遅延回路では、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間が、各レートパルスに与えられる。送信ユニット121は、このレートパルスに基づくタイミングで、所定のスキャンラインに向けて超音波ビームが形成されるように振動子毎に駆動パルスを印加する。
The
受信ユニット122は、図示していないアンプ回路、A/D変換器、加算器等を有している。アンプ回路では、プローブ11を介して取り込まれたエコー信号をチャンネル毎に増幅する。A/D変換器では、増幅されたエコー信号に対し受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与え、その後加算器において加算処理を行う。この加算により、所定のスキャンラインに対応した超音波エコー信号を生成する。
The receiving
エコー信号プロセッサ14は、受信ユニット122から受け取った超音波エコー信号に対して包絡線検波処理を施すことにより、超音波エコーの振幅強度に対応したBモード信号等を生成する。
The
ドプラプロセッサ15は、受信ユニット122から受け取ったエコー信号に対して直交検波処理、自己相関処理等を行い、遅延加算処理された超音波エコー信号のドプラ偏移成分に基づいて、被検体内で移動している組織の速度、分散、パワーに対応した組織ドプラ信号を求める。
The
アプリケーションプロセッサ16は、制御ユニット17の制御のもと、所定のプログラムをメモリ上に展開することで、後述する治療用物質導入のための超音波送受信機能、送信条件・送信プロトコルの編集等機能を実行する。
The
制御ユニット17は、情報処理装置(計算機)としての機能を持ち、本超音波診断装置本体の動作を静的又は動的に制御する。
The
表示制御ユニット18は、Bモード信号の所定断層に係る2次元分布を表したBモード超音波像を生成する。また、表示制御ユニット18は、組織ドプラ信号に基づいて、速度、分散、パワー値の所定断層にかかる2次元分布を表した組織ドプラ超音波像を生成する。さらに、表示制御ユニット18は、後述する治療用物質導入のための超音波送受信機能を用いた処理において、治療対象領域をモニタリング等するための画像を表示する。
The
評価ユニット19は、後述する治療用物質導入のための超音波送受信機能において、ソノポレーションの誘発可能性評価、治療用物質の充満度評価、バブルの消滅度の評価等を行う。ここで、ソノポレーションとは、マイクロバブル(造影剤)を破壊することでキャビテーション現象を発生させ、当該被検体の細胞膜に一過性の穿孔を形成することにより、当該被検体の細胞内に治療用物質を導入させる手法を意味する。
The
記憶ユニット20は、治療用物質導入のための超音波送受信を実行するための専用プログラム、各時相に対応する超音波画像データ(例えば、組織ドプラモード、Bモード等によって撮影された組織画像データ)等を記憶する。なお、記憶部22が記憶する超音波画像データは、スキャンコンバート前の所謂Raw画像データであってもよい。
The
送受信I/F21は、ネットワークを介して他の装置と画像データ、患者情報データ等の各種データの送受信を行う。
The transmission / reception I /
操作ユニット22は、装置本体に接続され、オペレータからの各種指示、関心領域(ROI)の設定指示、種々の画質条件設定指示等を装置本体にとりこむためのマウスやトラックボール、モード切替スイッチ、キーボード等を有している。
The
モニター23は、表示制御ユニット18からのビデオ信号に基づいて、生体内の形態学的情報や、血流情報を画像として表示する。また、造影剤を用いた場合には、造影剤の空間的分布、すなわち血流或いは血液の存在している領域を求めた定量的な情報量に基づいて、輝度画像やカラー画像として表示する。
The
(治療用物質の被検体内への導入のための超音波送受信機能)
次に、本超音波診断装置1が有する、治療用物質の被検体内への導入のための超音波送受信機能について説明する。この機能は、超音波を用いて被検体内にソノポレーションを発生させ治療用物質を細胞内に導入する場合、当該導入がより効率的に導入されるように、特有の条件・プロトコルに従う超音波送信、所定の指標評価、モニタリング等を実行するものである。以下、当該超音波送受信機能に従う動作モードを、治療用物質導入モードと呼ぶ。
(Ultrasonic wave transmission / reception function for introducing therapeutic substances into the subject)
Next, the ultrasonic transmission / reception function for introducing the therapeutic substance into the subject of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 will be described. This function is used to generate sonoporation in a subject using ultrasound and introduce a therapeutic substance into a cell, so that the introduction is more efficiently introduced according to specific conditions and protocols. Sound wave transmission, predetermined index evaluation, monitoring, etc. are executed. Hereinafter, the operation mode according to the ultrasonic transmission / reception function is referred to as a therapeutic substance introduction mode.
図2は、治療用物質導入モードにおける本超音波診断装置の処理の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、本例では、ステップS1からステップS10までの各処理が実行される。以下、各処理(ステップ)の内容について説明する。なお、図2に示す例に拘泥されず、例えば所定の指標評価を省略する等、その治療用物質導入の際の事情に応じて、任意の変形が可能である。 FIG. 2 is a flowchart showing the flow of processing of the ultrasonic diagnostic apparatus in the therapeutic substance introduction mode. As shown in the figure, in this example, each process from step S1 to step S10 is executed. Hereinafter, the contents of each process (step) will be described. It should be noted that the present invention is not limited to the example shown in FIG. 2, and arbitrary modifications are possible depending on the circumstances at the time of introducing the therapeutic substance, for example, omitting a predetermined index evaluation.
[ステップS1、S2:治療対象部位の映像化及びROIの指定]
まず、CHIモード、Bモード、ドプラモード、又はこれらの組み合わせからなる複合モードにより、治療対象部位(例えば、腫瘍部位や新生血管領域)を映像化する。このとき、治療対象部位に応じた特異的造影剤が利用される。術者は、映像化された治療対象部位を観察しながら、操作ユニット22からの操作により、図3に示すように、治療対象領域をROIで設定する。
[Steps S1 and S2: Visualization of treatment target region and designation of ROI]
First, a site to be treated (for example, a tumor site or a new blood vessel region) is visualized by a CHI mode, a B mode, a Doppler mode, or a composite mode composed of a combination thereof. At this time, a specific contrast agent corresponding to the site to be treated is used. The surgeon sets the treatment target region with the ROI as shown in FIG. 3 by the operation from the
[ステップS3:ソノポレーションの誘発可能性評価]
次に、送受信ユニット12は、治療用(すなわち、治療用物質の導入用)の超音波を治療対象領域に送信し、当該領域からのエコー信号を受信する。評価ユニット19は、上記エコー信号に基づいて、治療対象領域におけるソノポレーションの誘発可能性を評価する。
[Step S3: Evaluation of the possibility of inducing sonoporation]
Next, the transmission /
図4は、治療対象領域におけるソノポレーションの誘発可能性評価の一例を説明するための図である。同図に示すように、ソノポレーションの誘発可能性は、治療対象領域を観察するための造影剤を投与し、治療用超音波送信によって得られる治療対象領域からのエコー信号(輝度値)に基づいてバブル崩壊に相関した指標を時系列にプロットし、これを観察することで評価できる。 FIG. 4 is a diagram for explaining an example of sonoporation induction possibility evaluation in the treatment target region. As shown in the figure, the possibility of sonoporation is based on the echo signal (brightness value) from the treatment target region obtained by administering a contrast agent for observing the treatment target region and transmitting ultrasonic waves for treatment. Based on this, it is possible to evaluate by plotting an index correlated with bubble collapse in time series and observing it.
[ステップS4:造影剤、遺伝子等の治療用物質を投与]
ステップS3において、評価ユニット19が例えばバブル崩壊に相関した指標が所定の閾値を越えたと評価した場合には、制御ユニット17の制御に基づいて自動的に又は手動により、造影剤と遺伝子等の治療用物質が投与される。
[Step S4: Administration of a therapeutic substance such as a contrast agent or gene]
In step S3, when the
[ステップS5、S6:治療用物質の充満度評価及び判定]
次に、評価ユニット19は、投与後の染影像を投与後から、図5に示すように治療対象領域をモニタリングモードでリアルタイムに観察し、治療対象領域におけるエコー信号(輝度値)の時間的変化を取得してプロットし、治療用物質及びバブルの充満度として評価する。ここで、モニタリングモードとは、造影剤を壊さない程度の低MI値(Mechanical Index値)により超音波送受信を連続的に実行し、観察するモードである。
[Steps S5 and S6: Evaluation and determination of the fullness of the therapeutic substance]
Next, the
また、評価ユニット19は、プロットされたエコー信号の時間変化に基づいて、治療用物質及びバブルの充満が最も期待されるタイミングを判定する。
Moreover, the
[ステップS7:治療用超音波の送信/モニタリング]
治療用物質及びバブルの充満が最も期待されるタイミングが判定されると、そのタイミングで、アプリケーションプロセッサ16は、図6に示すように設定されたROI内に治療用超音波を送信する。本治療用物質導入モードにおいて実行される超音波送信は、効率的にソノポレーションを発生させるためのものであり、通常の画像形成のためのものではない。従って、送信条件・送信プロトコルを例えば次のように積極的に制御することができる。
[Step S7: Transmission / monitoring of therapeutic ultrasound]
When the timing at which the filling of the therapeutic substance and the bubble is most expected is determined, the
まず、本治療用物質導入モードでは、超音波ビームの形状、送信タイミングを、ソノポレーションを効率的に発生させるために固有の形態にて制御する。例えば、同一方向での繰り返し送信数、ビーム毎での音圧・周波数・波形・繰り返し送信数、ビーム毎の口径、Weighting、焦点位置、送信遅延パターン・各素子の波形等を制御する。また、広範囲においてソノポレーションを発生させるため、スライス厚の薄いビームを形成する画像診断モードに比して、スライス方向/スキャン方向(すなわち、三次元的に)のビーム幅が広い走査を行う。これは、例えば素子毎の位相をずらしビームを拡散させることで実現することができる。さらに、深さや被検体毎の減衰特性で、送信時間・周波数・音圧を変えることで、エネルギー量の領域間補正も可能である。 First, in the therapeutic substance introduction mode, the shape and transmission timing of the ultrasonic beam are controlled in a specific form in order to efficiently generate sonoporation. For example, the number of repeated transmissions in the same direction, sound pressure / frequency / waveform / number of repeated transmissions for each beam, aperture for each beam, weighting, focal position, transmission delay pattern, waveform of each element, and the like are controlled. Further, in order to generate sonoporation in a wide range, scanning with a wide beam width in the slice direction / scan direction (that is, three-dimensionally) is performed as compared with the image diagnosis mode in which a beam having a thin slice thickness is formed. This can be realized, for example, by shifting the phase of each element and diffusing the beam. Furthermore, the amount of energy can be corrected between regions by changing the transmission time, frequency, and sound pressure according to the depth and attenuation characteristics of each subject.
なお、図7に送信口径(ビーム口径)を治療対象領域内の特定部位で収束させる超音波送信の例、図8に治療対象領域内においてビームの焦点位置を同一方向にずらす超音波送信の例、図9に素子毎の位相をずらしビームを拡散させる超音波送信の例をそれぞれ示した。 7 shows an example of ultrasonic transmission in which the transmission aperture (beam aperture) is converged at a specific part in the treatment target region, and FIG. 8 shows an example of ultrasonic transmission in which the focal position of the beam is shifted in the same direction in the treatment target region. FIG. 9 shows an example of ultrasonic transmission in which the phase of each element is shifted and the beam is diffused.
また、本治療用物質導入モードでは、少なくとも治療対象領域内における超音波のエネルギー密度の空間的分布又は時間的分布の制御が可能である。 Further, in this therapeutic substance introduction mode, it is possible to control the spatial distribution or temporal distribution of the ultrasonic energy density at least in the treatment target region.
超音波のエネルギー密度の空間的分布は、例えば、超音波走査の走査線密度及びパルス繰り返し周波数(PRF)の少なくとも一方を制御する、超音波走査の走査線の位置をフレーム毎にずらす等の手法により、二次元的又は三次元的に、或いは均等に又は特定部位に集中するように制御される。特に、治療用物質導入モードでは、通常の画像診断モードとは異なり受信時間帯を考慮せずPRFの選択できる。そのため、画像診断モードに比してより自由度の高い超音波エネルギー密度の制御が可能である。 The spatial distribution of the energy density of the ultrasonic wave is, for example, a method of controlling at least one of the scanning line density and pulse repetition frequency (PRF) of the ultrasonic scanning, or shifting the position of the scanning line of the ultrasonic scanning for each frame Thus, control is performed so as to concentrate two-dimensionally or three-dimensionally or evenly or at a specific part. In particular, in the therapeutic substance introduction mode, unlike the normal diagnostic imaging mode, the PRF can be selected without considering the reception time zone. Therefore, it is possible to control the ultrasonic energy density with a higher degree of freedom than in the diagnostic imaging mode.
また、超音波のエネルギー密度の時間的分布は、例えば、パルス繰り返し周波数、送信超音波の周波数、音圧、音場型、焦点、走査線位置、パルス送信のうちの少なくとも一つを経時的に変化(スイープ)させる等の手法により、二次元的又は三次元的に制御することができる。この様な手法により、図10、図11に示すようなパルス繰り返し周波数の違いにより超音波エネルギー密度の時間的分布が異なる超音波送信を、図12に示すような超音波エネルギー密度が時間的に均一な超音波送信、図13に示すような周波数スイープを発生が発生する超音波送信を実行することができる。特に、図12に示す超音波送信では連続的なソノポレーションの誘発を実現でき、図13に示す超音波送信では、段階的なマイクロバブル破壊によるソノポレーションの誘発を実現できる。治療用物質導入モードでは画像形成を必要としない。そのため、連続波から所望の波連長/PRFでのパルス波送信までの所望の時間的調整を行うことが可能であり、例えばChirp送信など、一定周波数ではなく、物質導入に効果的な任意波形を対象や導入物質により選択することができる。 In addition, the temporal distribution of the ultrasonic energy density is, for example, at least one of a pulse repetition frequency, a transmission ultrasonic frequency, a sound pressure, a sound field type, a focal point, a scanning line position, and a pulse transmission over time. It can be controlled two-dimensionally or three-dimensionally by a method such as a change (sweep). With such a method, ultrasonic transmission in which the temporal distribution of the ultrasonic energy density is different due to the difference in pulse repetition frequency as shown in FIGS. 10 and 11, and the ultrasonic energy density as shown in FIG. Uniform ultrasonic transmission, ultrasonic transmission that generates a frequency sweep as shown in FIG. 13 can be executed. In particular, the ultrasonic transmission shown in FIG. 12 can realize continuous sonoporation induction, and the ultrasonic transmission shown in FIG. 13 can realize sonoporation induction by gradual microbubble destruction. Image formation is not required in the therapeutic substance introduction mode. Therefore, it is possible to perform a desired time adjustment from a continuous wave to a pulse wave transmission with a desired wave length / PRF. For example, an arbitrary waveform that is not a constant frequency but effective for substance introduction, such as Chirp transmission. Can be selected depending on the target and the substance to be introduced.
治療用物質導入モードでは、治療対象領域の送信状況をモニターするための画像を、マニュアル操作による設定・ECG等トリガー連動・内部クロック等を用いて、所望のタイミングにより所望期間取得する。この画像取得するための超音波送信条件・送信プロトコルは、治療用物質導入のための超音波送信条件・送信プロトコルとは独立に設定可能である。送信ユニット121は、それぞれ設定された条件等に従って超音波送信を行い、受信ユニット122は、受信したエコー信号の周波数等でモニタリング画像取得のためのエコー信号であるかを弁別する。弁別されたエコー信号は、エコー信号プロセッサ14等において所定の処理を受け、モニタリング画像としてモニター23にリアルタイム表示される。
In the therapeutic substance introduction mode, an image for monitoring the transmission status of the treatment target region is acquired at a desired period using a manual operation setting, an ECG trigger interlock, an internal clock, and the like. The ultrasonic transmission condition / transmission protocol for acquiring the image can be set independently of the ultrasonic transmission condition / transmission protocol for introducing the therapeutic substance. The
[ステップS8:バブルの消滅度評価]
次に、治療対象領域への遺伝子導入と連関するパラメータを観察することにより、当該治療対象領域におけるバブル消滅度(治療用物質導入度)を評価する。例えば、モニタリングモードによって治療対象領域の輝度変化を観察することで、造影剤がROI内でのバブル消滅度を評価することができる。また、治療用物質導入時に細胞が死亡した場合には、CHI(Contrast Harmonic Imaging)の欠損像として評価する 。
[Step S8: Evaluation of bubble disappearance]
Next, by observing parameters associated with gene introduction into the treatment target region, the bubble extinction degree (treatment substance introduction degree) in the treatment target region is evaluated. For example, it is possible to evaluate the degree of bubble extinction of the contrast medium in the ROI by observing the change in luminance of the treatment target region in the monitoring mode. In addition, when cells die upon introduction of a therapeutic substance, they are evaluated as CHI (Contrast Harmonic Imaging) defect images.
なお、必要に応じて、磁気共鳴イメージング装置等の他のモダリティを用いて評価することも可能である。 In addition, it is also possible to evaluate using other modalities, such as a magnetic resonance imaging apparatus, as needed.
[ステップS9:評価結果の表示]
制御ユニット17は、ステップS8において計算されたバブル消滅度の評価結果を、所定の形態にてモニター23に表示する。術者は、このバブル消滅度を観察することで、治療対象領域への治療用物質の導入具合を把握することができる。
[Step S9: Display of Evaluation Results]
The
(送信条件・送信プロトコルの編集等機能)
次に、本超音波診断装置が有する送信条件・送信プロトコルの編集等機能について説明する。この機能は、送信条件・送信プロトコルの編集、登録、読み出し等を可能とするものである。
(Functions such as editing transmission conditions and transmission protocols)
Next, functions such as editing transmission conditions / transmission protocols of the ultrasonic diagnostic apparatus will be described. This function makes it possible to edit, register, read out transmission conditions and transmission protocols.
治療用物質導入モードにおいて設定・使用された超音波送信条件、超音波送信プロトコルは、導入治療用物質(遺伝子・タンパク質・生体内物質・薬剤など)毎あるいは導入目的毎に登録することが可能である。登録された超音波送信条件は、記憶ユニット20等に記憶され、データベースとして活用される。また、DVD・CD−R・MO・FDなどの記録媒体やインターネット等の通信経由から取得された、超音波送信条件、超音波送信プロトコルをさらに登録しデータベースとして活用するようにしてもよい。
The ultrasonic transmission conditions and ultrasonic transmission protocols set and used in the therapeutic substance introduction mode can be registered for each introduced therapeutic substance (gene, protein, in-vivo substance, drug, etc.) or for each purpose of introduction. is there. The registered ultrasonic transmission conditions are stored in the
以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。 According to the configuration described above, the following effects can be obtained.
本超音波診断装置によれば、超音波を利用したソノポレーションにより、治療用物質を被検体内に導入する。従って、例えばウイルスベクターを用いる場合に比してより安全に治療用物質を導入することができる。また、本超音波診断装置を用いた治療用物質の導入では、対象臓器/領域に限局して遺伝子導入が可能であり、抗体反応なく繰り返し試行可能である。さらに、導入物質は、遺伝子のみならずタンパク質・薬剤など生理活性物質を採用することもできる。従って、ウイルスベクターと異なり、物質導入をより実用的且つ簡便に実行することができ、物質導入治療の普及に寄与することができる。 According to this ultrasonic diagnostic apparatus, a therapeutic substance is introduced into a subject by sonoporation using ultrasonic waves. Therefore, for example, a therapeutic substance can be introduced more safely than when a viral vector is used. In addition, in the introduction of a therapeutic substance using this ultrasonic diagnostic apparatus, gene introduction can be performed limited to the target organ / region, and repeated trials can be performed without antibody reaction. Further, as the introduced substance, not only genes but also physiologically active substances such as proteins and drugs can be adopted. Therefore, unlike virus vectors, substance introduction can be carried out more practically and easily, which can contribute to the spread of substance introduction treatment.
また、本超音波診断装置によれは、超音波を用いて治療用物質を被検体内に導入する場合、当該導入がより効率的に導入されるように、特有の条件・プロトコルに従う超音波送信、所定の指標評価、モニタリング等を実行する。従って、術者は、特別な設定を別途行うことなく好適な条件で物質導入治療を実現することができる。その結果、治療時における術者の作業負担を軽減させることができる。 In addition, according to this ultrasonic diagnostic apparatus, when a therapeutic substance is introduced into a subject using ultrasonic waves, ultrasonic transmission according to specific conditions / protocols is performed so that the introduction is more efficiently introduced. Execute predetermined index evaluation, monitoring, etc. Therefore, the surgeon can realize the substance introduction treatment under suitable conditions without separately performing special settings. As a result, the burden on the operator during treatment can be reduced.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
(1)例えば、上記ソノポレーションを実現する本超音波診断装置等を使用する場合において、エレクトロポレーション等の物理的手法やリポソームやベクターなど生化学的手法との組み合わせるようにしてもよい。 (1) For example, when using the present ultrasonic diagnostic apparatus that realizes the sonoporation, it may be combined with a physical method such as electroporation or a biochemical method such as a liposome or a vector.
(2)上記実施形態において用いるソノポレーションは、主にマイクロバブル投与下での超音波送信でのキャビテーションにより発生させた。しかしながら、これに拘泥されず、超音波単独の他、マイクロバブル以外のキャビテーション誘発物質を投与し、本実施形態と同様の手法によってキャビテーションを発生させるようにしてもよい。 (2) The sonoporation used in the above embodiment was generated mainly by cavitation by ultrasonic transmission under microbubble administration. However, the present invention is not limited to this, and cavitation may be generated by administering a cavitation-inducing substance other than the ultrasonic wave alone or other than microbubbles by the same method as in this embodiment.
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
以上本発明によれば、ウイルスベクターでの問題点を解決し、臨床で適用可能な遺伝子導入技術を提供する。さらに、細胞内の導入物質として遺伝子に限らず、タンパク質・薬剤などの導入も可能とする超音波診断装置及び超音波治療用物質導入装置を実現することができる。 As described above, according to the present invention, the problems associated with viral vectors are solved, and a gene transfer technique applicable clinically is provided. Furthermore, it is possible to realize an ultrasonic diagnostic apparatus and an ultrasonic therapeutic substance introduction apparatus that can introduce not only genes but also proteins and drugs as intracellular introduction substances.
10…超音波診断装置、11…超音波プローブ、12…送信ユニット、13…受信ユニット、14…Bモード処理ユニット、15…組織ドプラ処理ユニット、17…表示制御ユニット、18…表示ユニット、20…TSI処理ユニット、21…ボリュームデータ生成ユニット、22…記憶部、23…制御ユニット(CPU)、24…マッピング処理ユニット、25…入力ユニット25
DESCRIPTION OF
Claims (39)
前記各超音波振動子に前記駆動信号を供給する駆動手段と、
受信した前記第1のエコー信号に基づいて、超音波画像を生成する画像生成手段と、
生成された超音波画像を表示する表示手段と、
前記第2のエコー信号に基づいて前記治療対象領域におけるソノポレーションの誘発可能性を評価する評価手段と、
前記誘発可能性の評価結果に応答して、前記被検体内の治療対象領域にソノポレーションを発生させるための前記第2の超音波送信を実行するように、前記駆動手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置又は超音波治療用物質導入装置。 In response to an applied drive signal, for generating a first ultrasonic transmission or sonoporation for acquiring an ultrasonic image for each of a plurality of ultrasonic scanning directions in a treatment target region of a subject . performing a second ultrasonic transmission, a plurality of receiving a first echo signal or the second second echo signals based on ultrasonic transmission based on the first ultrasound transmission from each of the ultrasonic scanning direction An ultrasonic probe equipped with an ultrasonic transducer of
Drive means for supplying the drive signal to each ultrasonic transducer;
Image generating means for generating an ultrasonic image based on the received first echo signal;
Display means for displaying the generated ultrasound image;
Evaluation means for evaluating the possibility of inducing sonoporation in the treatment target region based on the second echo signal;
Control means for controlling the driving means so as to execute the second ultrasonic transmission for generating sonoporation in the treatment target region in the subject in response to the evaluation result of the inducibility When,
An ultrasonic diagnostic apparatus or a substance introduction apparatus for ultrasonic therapy, comprising:
高音圧用特殊プローブ、シングルプローブ、大面積プローブ、カテーテルを備えたプローブ、腹腔鏡を備えた体腔内プローブのいずれかであることを特徴とする請求項1乃至13のうちいずれか一項記載の超音波診断装置又は超音波治療用物質導入装置。 The ultrasonic probe is
The super probe according to any one of claims 1 to 13, which is one of a special probe for high sound pressure, a single probe, a large-area probe, a probe with a catheter, and an intracavity probe with a laparoscope. Ultrasound diagnostic apparatus or ultrasonic therapeutic substance introduction apparatus.
前記制御手段は、前記管理手段によって登録された送信条件に従って、前記被検体内にソノポレーションを発生させるための超音波送信のための制御を実行すること、
を特徴とする請求項1乃至14のうちいずれか一項記載の超音波診断装置又は超音波治療用物質導入装置。 A management means for editing and registering at least one of a transmission condition and a transmission protocol in ultrasonic transmission for generating sonoporation in the subject;
The control means executes control for ultrasonic transmission for generating sonoporation in the subject according to the transmission condition registered by the management means;
15. The ultrasonic diagnostic apparatus or ultrasonic therapeutic substance introduction apparatus according to any one of claims 1 to 14.
前記制御手段は、前記誘発可能性の評価結果に応答して、前記被検体内の治療対象領域にソノポレーションを発生させるための造影剤バブルと治療用物質を投与した後、前記第2の超音波送信を実行するように、前記駆動手段を制御すること、
を特徴とする請求項22記載の超音波診断装置又は超音波治療用物質導入装置。 The evaluation means evaluates the possibility of inducing the sonoporation when an index correlated with the collapse of the contrast agent bubble for imaging the treatment target region exceeds a predetermined threshold,
In response to the evaluation result of the inducibility, the control means administers a contrast agent bubble and a therapeutic substance for generating sonoporation in a treatment target region in the subject, and then Controlling the drive means to perform ultrasonic transmission;
The ultrasonic diagnostic apparatus or ultrasonic therapeutic substance introduction apparatus according to claim 22 .
前記画像生成手段は、前記受信した前記エコー信号のうち前記第1の送信周波数に基づいて弁別されたエコー信号に基づいて、モニタリング画像としての前記超音波画像を生成すること、 The image generating means generates the ultrasonic image as a monitoring image based on an echo signal discriminated based on the first transmission frequency among the received echo signals;
を特徴とする請求項1乃至23のうちいずれか一項記載の超音波診断装置又は超音波治療用物質導入装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus or ultrasonic therapeutic substance introduction apparatus according to any one of claims 1 to 23.
印加される駆動信号に応答して、被検体の治療対象領域における複数の超音波走査方向の各々に対して超音波画像取得のための第1の超音波送信又はソノポレーションを発生させるための第2の超音波送信を行い、当該超音波走査方向の各々から前記第1の超音波送信に基づく第1のエコー信号又は前記第2の超音波送信に基づく第2のエコー信号を受信する複数の超音波振動子に前記駆動信号を供給させる信号供給機能と、
前記各超音波振動子に前記駆動信号を供給する駆動手段と、
受信した前記第1のエコー信号に基づいて、超音波画像を生成する画像生成手段と、
生成された超音波画像を表示する表示手段と、
前記造影剤を構成するバブルの崩壊に相関した指標に基づいて、ソノポレーションの誘発可能性を評価させる評価機能と、
前記誘発可能性の評価結果に応答して、前記被検体内の治療対象領域にソノポレーションを発生させるための前記第2の超音波送信を実行するように、前記駆動手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置又は超音波治療用物質導入装置。 On the computer,
In response to an applied drive signal, for generating a first ultrasonic transmission or sonoporation for acquiring an ultrasonic image for each of a plurality of ultrasonic scanning directions in a treatment target region of a subject . performing a second ultrasonic transmission, a plurality of receiving a first echo signal or the second second echo signals based on ultrasonic transmission based on the first ultrasound transmission from each of the ultrasonic scanning direction A signal supply function for supplying the drive signal to the ultrasonic transducer of
Drive means for supplying the drive signal to each ultrasonic transducer;
Image generating means for generating an ultrasonic image based on the received first echo signal;
Display means for displaying the generated ultrasound image;
Based on an index correlated with the collapse of bubbles constituting the contrast agent, an evaluation function for evaluating the possibility of sonoporation,
Control means for controlling the driving means so as to execute the second ultrasonic transmission for generating sonoporation in the treatment target region in the subject in response to the evaluation result of the inducibility When,
An ultrasonic diagnostic apparatus or a substance introduction apparatus for ultrasonic therapy, comprising:
前記治療対象領域からのエコー信号に基づいて計算された造影剤崩壊に相関する指標を用いて、前記被検体内のソノポレーションの誘発可能性を評価する評価機能をさらに実現させることを特徴とする請求項25乃至33のうちいずれか一項記載の超音波走査制御プログラム。 On the computer,
Characterized in that it further realizes an evaluation function for evaluating the possibility of inducing sonoporation in the subject by using an index correlated with the contrast agent collapse calculated based on an echo signal from the treatment target region, The ultrasonic scanning control program according to any one of claims 25 to 33.
前記治療対象領域からのエコー信号の強度の経時的変化に基づいて、前記被検体内における導入治療用物質の到達度又は充満度を評価する評価機能をさらに実現させることを特徴とする請求項25乃至34のうちいずれか一項記載の超音波走査制御プログラム。 On the computer,
The evaluation function for evaluating the degree of reach or fullness of the introduced therapeutic substance in the subject is further realized based on a temporal change in the intensity of the echo signal from the treatment target region. 35. The ultrasonic scanning control program according to any one of items 34 to 34.
前記治療対象領域からのエコー信号の強度の経時的変化に基づいて、前記被検体内への導入治療用物質の導入度を評価する評価機能をさらに実現させることを特徴とする請求項25乃至35のうちいずれか一項記載の超音波走査制御プログラム。 On the computer,
36. An evaluation function for evaluating the degree of introduction of a substance for introduction treatment into the subject based on a change over time in the intensity of an echo signal from the treatment target region is further realized. The ultrasonic scanning control program as described in any one of these.
前記被検体内にソノポレーションを発生させるための超音波送信における送信条件及び送信プロトコルの少なくとも一方を編集及び登録するための管理機能をさらに実現させ、
前記制御機能は、前記管理手段によって登録された送信条件に従って、前記被検体内にソノポレーションを発生させるための超音波送信のための制御を実行すること、
を特徴とする請求項25乃至37のうちいずれか一項記載の超音波走査制御プログラム。 On the computer,
Further realizing a management function for editing and registering at least one of a transmission condition and a transmission protocol in ultrasonic transmission for generating sonoporation in the subject,
The control function executes control for ultrasonic transmission for generating sonoporation in the subject according to the transmission condition registered by the management means;
An ultrasonic scanning control program according to any one of claims 25 to 37.
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