JP5632847B2 - Ｈｉｆｕを用いて組織を治療する方法および装置 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／１０２，８０４号（２００８年１０月３日出願）の利益を主張し、この出願は、その全体が本明細書に参考として援用される。

（発明の分野）
本明細書に開示される技術は、体内組織の治療のための方法および装置に関し、特に、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）による体内組織の治療に関する。

体内組織の治療のために現在使用されている、多数の技術が存在する。例えば、内部癌性および非癌性腫瘍は、外科手術、放射線、おおよび化学療法等、種々の技術によって治療可能である。これらの技術はそれぞれ、利点および不利点をもたらす。体内組織を治療するための有望な非侵襲的技術の１つは、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）である。ＨＩＦＵの場合、高密度超音波エネルギーが、所望の治療体積に集束される。エネルギーは、熱的および機械的機構の両方を介して、組織破壊をもたらす。

ＨＩＦＵを使用して、体内組織を治療する欠点の１つは、所与の組織の体積を治療するために必要とされる時間である。現在提案されているＨＩＦＵ手技は、単一腫瘍を治療するために、最大３時間かかる場合があり、これは、医師および患者の両方による、これらの手技の容認の低さにつながっている。加えて、大量の組織を完全に切除するために必要とされるエネルギー量は、切除体積から相当の熱伝導をもたらし、周囲の健康な組織への熱損傷の危険性を高める可能性がある。

これらの問題を考慮して、治療時間を短縮する一方、有効性および使いやすさの両方を改善し、必要とされる総エネルギー付与を低減させるように、体内組織を治療する方法の必要性が存在する。

上述の問題を解決するために、本明細書に開示される技術は、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）を含み得るエネルギー源からのエネルギーによって、所望の体積の体内組織を治療する方法に関する。また、そのようなエネルギー源は、高周波、放射線、マイクロ波、凍結療法、レーザ等を含み得る。しかしながら、好ましい実施形態は、穿刺または切開の必要なく、身体組織内部深くに非侵襲的に集束されるその独特な能力のため、ＨＩＦＵである。

一実施形態では、所望の標的組織の体積は、いくつかの隣接する基本的な治療体積を切除し、全標的組織の体積を治療するために使用される、「構築ブロック」を形成することによって、ＨＩＦＵによって治療される。各基本的な治療体積は、焦点域自体より大きいが、所望の治療体積全体より小さい副体積を切除するように、ＨＩＦＵ変換器の焦点域を方向付けることによって、創出される。各基本的な治療体積は、治療エネルギーが印加されるのに伴って、基本的な治療体積の周縁にわたって、ＨＩＦＵ変換器の焦点域を繰り返し方向付けることによって、創出される。

一実施形態では、機械的または電子的操縦装置は、周縁によって包含される組織が、切除されるまで、基本的な治療体積の周縁の周囲に、ＨＩＦＵビームの焦点域を方向付ける。一実施形態では、基本的な治療体積の中心領域は、周縁が切除されるのに伴って、直接切除されないが、熱伝導によって治療される。

一実施形態では、開示される技術は、治療エネルギーを焦点域に送達するように構成される、ＨＩＦＵ変換器と、治療エネルギーが印加されるのに伴って、基本的な治療体積の周縁にわたって、焦点域を繰り返し配置するためのコンピュータ制御ビーム操縦器と、を含む。

一実施形態では、基本的な治療体積のパターンは、治療体積を囲繞する、切除される組織のシェル（卵を囲繞する卵の殻の幾何学形状に類似）を形成するように創出される。本種類のシェル切除を使用して、所望の組織体積を治療することは、ＨＩＦＵ療法において、２つの有用性を有する。（１）一実施形態では、切除用シェルは、治療内部の体積への血液の供給を遮断し、シェル内に位置する他の未治療組織を原位置で虚血的に壊死させる。このように、外側境界のみ、ＨＩＦＵによって直接治療されるが、体積の中心への虚血性損傷は、経時的に体積全体の破壊をもたらす。（２）別の実施形態では、シェルパターンを備える基本的な治療体積は、外側境界のみ、ＨＩＦＵエネルギーによって直接切除されるが、内部の体積に向かう熱伝導が、内側組織の即時熱破壊をもたらすように置かれる。シェル切除によって提供されるこれらの有用性は両方とも、ＨＩＦＵエネルギーによって切除されるように方向付けられる体積より大きい、有効組織治療体積をもたらすため、ＨＩＦＵ療法の効率性を大幅に改善する役割を果たす。これらのシェル切除利点の一方または両方を利用することは、所与のＨＩＦＵ手技によって達成される処理量を増加させる。

別の実施形態では、いくつかの基本的な治療体積は、標的治療体積を充填する、または部分的に充填するように創出される。本技術の場合、外側境界のみが切除される場合よりも大きな割合の治療体積内の組織が、切除エネルギーに曝露されることによって、直接壊死される。

別の実施形態では、ＨＩＦＵ治療デバイスは、組織体積を囲繞または被包する進路を移動するように、ＨＩＦＵ変換器の焦点域を方向付ける。ＨＩＦＵ変換器の焦点域が移動されるパターンは、組織体積を囲繞または被包するように積層される、可変直径の一連の切除される組織環状体の創出をもたらす。さらに別の実施形態では、焦点域は、切除される組織の螺旋シェルを創出し、治療体積を被包するように移動される。

治療時間および必要とされるユーザ技能を最小限にするために、一実施形態は、コンピュータ制御機構を採用し、ユーザが、単に、アプリケータを定常状態に保持する間、所望の幾何学的シェルを創出するように、自動的に、ＨＩＦＵ焦点域を移動させ、ＨＩＦＵエネルギーを印加する。

本発明は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）によって組織の所望の治療体積を治療するためのシステムであって、
治療エネルギーを焦点域に送達するように構成されるＨＩＦＵ変換器と、
治療エネルギーが印加されるときに、基本的な治療体積の周縁にわたって、またはそれに沿って、該焦点域を繰り返し配置するようにプログラムされるプロセッサと
を備える、システム。
（項目２）
前記基本的な治療体積は、前記治療エネルギーが、該基本的な治療体積の周縁に印加されるときに、内部領域が、間接加熱によって治療されるように選択されるサイズを有する、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記プロセッサは、前記所望の治療体積内にいくつかの基本的な治療体積を創出するようなパターンに、前記ＨＩＦＵ変換器の焦点域を配置するようにプログラムされる、項目１に記載のシステム。
（項目４）
前記プロセッサは、前記所望の組織の治療体積の周囲に基本的な治療体積のシェルを創出するようなパターンに、前記ＨＩＦＵ変換器の焦点域を配置するようにプログラムされる、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記プロセッサは、体内の腫瘍または子宮筋腫の周囲に前記基本的な治療体積のシェルを創出するように、前記ＨＩＦＵ変換器の焦点域を配置するようにプログラムされる、項目４に記載のシステム。
（項目６）
前記治療エネルギーは、前記焦点域において非線形である、項目１に記載のシステム。
（項目７）
前記基本的な治療体積は、円筒形であり、前記焦点域の長さに略等しい直径を有する、項目１に記載のシステム。
（項目８）
前記プロセッサは、前記ＨＩＦＵ変換器の位置を調節する、機械的連結を制御するようにプログラムされる、項目１に記載のシステム。
（項目９）
前記プロセッサは、電子ビーム操縦器を制御するようにプログラムされる、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
前記プロセッサは、前記基本的な治療体積の組織が、該基本的な治療体積の周縁の周囲の前記焦点域の各通過によって部分的に切除されるように、該基本的な治療体積の周縁の周囲に前記ＨＩＦＵ変換器の焦点域を配置し、治療エネルギーの印加を制御するようにプログラムされる、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）によって、所望の組織の治療体積を治療するためのシステムであって、
治療エネルギーを焦点域に送達するように構成されるＨＩＦＵ変換器と、
周縁が、治療エネルギーによって直接治療され、内部領域が、間接的に治療されるように、該治療エネルギーが送達されるとき、基本的な治療体積の周縁の周囲に該ＨＩＦＵ変換器の焦点域を繰り返し配置することによって、該所望の組織の治療体積内に１つ以上の基本的な治療体積を創出する手段と
を備える、システム。
（項目１２）
各基本的な治療体積は、前記焦点域の長さに実質的に等しい直径を有する円筒形である、項目１１に記載のシステム。
（項目１３）
各基本的な治療体積は、前記焦点域の直径の２倍よりも大きい直径を有する円筒形である、項目１１に記載のシステム。
（項目１４）
各基本的な治療体積は、前記焦点域の長さに実質的に等しい高さを有する、項目１３に記載のシステム。
（項目１５）
前記１つ以上の基本的な治療体積を創出する手段は、前記焦点域が該基本的な治療体積の周縁の周囲に繰り返し配置されるように前記変換器を移動させる機械的連結を含む、項目１１に記載のシステム。
（項目１６）
前記１つ以上の基本的な治療体積を創出するための手段は、前記焦点域が該基本的な治療体積の周縁の周囲に繰り返し配置されるように、前記ＨＩＦＵ変換器の焦点域を電子的に配向する電子ビーム操縦器を含む、項目１１に記載のシステム。
（項目１７）
前記１つ以上の基本的な治療体積を創出するための手段は、前記所望の組織の治療体積内に基本的な治療体積のパターンを創出する、項目１１に記載のシステム。
（項目１８）
前記基本的な治療体積のパターンは、前記所望の組織の治療体積の一部を包含するシェルを画定する、項目１７に記載のシステム。
（項目１９）
前記シェルは、体内の腫瘍を包含する、項目１８に記載のシステム。
（項目２０）
前記シェルは、体内の子宮筋腫を包含する、項目１８に記載のシステム。
（項目２１）
前記治療エネルギーは、前記焦点域における組織内において非線形である、ＨＩＦＵ信号である、項目１１に記載のシステム。
（項目２２）
ＨＩＦＵ超音波デバイスを操作して、所望の組織体積を治療する方法であって、
ＨＩＦＵ変換器の焦点域が基本的な治療体積の周縁の周囲に繰り返し配置されるように、該焦点域の位置を選択的に制御することと、
該周縁が、治療エネルギーへの直接曝露によって繰り返し切除され、該基本的な治療体積の内部が、該基本的な治療体積の周縁の直接切除による熱によって間接的に治療されるように、該焦点域が、該基本的な治療体積の周縁の周囲のいくつかの位置に配向されている間、治療エネルギーを該組織に印加することと
を備える、方法。
（項目２３）
前記ＨＩＦＵ変換器の焦点域を選択的に制御して、前記所望の組織体積内に基本的な治療体積のパターンを創出することをさらに備える、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記基本的な治療体積のパターンは、前記所望の組織体積を部分的または完全に封入するシェルを画定する、項目２３に記載の方法。
（項目２５）
前記焦点域の位置は、前記シェルを形成するためにともに十分に近接している基本的な治療体積のパターンを創出するように制御される、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
前記ＨＩＦＵ変換器の焦点域は、該焦点域の長さに略等しい直径にわたって選択的に配置されて、各基本的な治療体積を創出する、項目２２に記載の方法。
（項目２７）
前記ＨＩＦＵ変換器の焦点域を選択的に制御し、前記所望の組織体積内に２つ以上のシェルを創出することをさらに備える、項目２４に記載の方法。
（項目２８）
前記治療エネルギーを印加することは、前記焦点域において非線形であるＨＩＦＵ信号を前記組織に送達することを含む、項目２２に記載の方法。
（項目２９）
前記所望の組織体積の画像を生成することと、
映像表示画面上に該組織の画像を表示することと、
該所望の組織体積の境界を示す入力をユーザから受信することと、
該ユーザからの入力に基づいて、いくつかの隣接する基本的な治療体積を創出するために前記焦点域を移動させて、前記所望の組織体積の一部または全部を封入する切除用シェルを形成するために必要とされるパターンを決定することと
をさらに備える、項目２２に記載の方法。
（項目３０）
前記基本的な治療体積の組織が、該基本的な治療体積の周縁の周囲の前記ＨＩＦＵ変換器の前記焦点域の各通過によって部分的に切除されるように、該焦点域は、該基本的な治療体積の周縁の周囲に配置され、治療エネルギーが印加される、項目２２に記載の方法。
（項目３１）
前記治療エネルギーは、パルスＨＩＦＵ信号である、項目２２に記載の方法。
（項目３２）
前記シェルは、腫瘍または子宮筋腫の全部あるいは一部を含有するように創出される、項目２４に記載の方法。
（項目３３）
高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）によって、体内の腫瘍または子宮筋腫を治療するためのシステムであって、
治療エネルギーを制御可能方向に焦点域まで送達するように構成されるＨＩＦＵ変換器と、
治療エネルギーが該腫瘍または子宮筋腫の全部または一部を含有する切除用シェルを創出するように印加されるときに、該焦点域を方向付けるようにプログラムされるプロセッサと
を備える、システム。
（項目３４）
前記プロセッサは、いくつかの基本的な治療体積から前記シェルを形成するパターンで、前記焦点域を方向付けるようにプログラムされる、項目３３に記載のシステム。
（項目３５）
前記プロセッサは、各基本的な治療体積の周縁上に前記焦点域を繰り返し方向付けるようにプログラムされる、項目３４に記載のシステム。
（項目３６）
前記プロセッサは、前記腫瘍または子宮筋腫の全部または一部を包含するように積層される環状リングのパターンで前記焦点域を方向付けるようにプログラムされる、項目３３に記載のシステム。
本発明の開示は、発明を実施するための形態にさらに後述される簡素形態として、一連の概念を紹介するように提供される。本発明の開示は、請求される主題の重要となる特徴を識別することを意図する、または請求される主題の範囲を決定する補助として使用されることを意図するものではない。

本技術の上述の側面および付帯利点の多くは、付随の図面に関連してなされる場合、以下の発明を実施するための形態を参照することによって、より容易に理解されるであろう。
図１Ａは、開示される技術の一実施形態に従う、切除用シェルによって囲繞される内部組織体積を示す。図１Ｂは、切除用シェルの内側および外側の組織の詳細図である。 図２は、治療される子宮筋腫腫瘍の超音波画像を例示する。 図３Ａおよび３Ｂは、開示される技術のある実施形態に従って創出される、円筒形基本的な治療体積を例示する。 図３Ｃは、安全および治療範囲と印加されるＨＩＦＵ信号の出力との間の関係を例示する。 図３Ｄは、開示される技術の一実施形態に従って創出される、基本的な治療体積の側面および上面図、ならびに本実施形態によって生成される、完全充填切除体積を例示する。図３Ｅは、開示される技術の別の実施形態に従って創出される、より小さい基本的な治療体積の側面および上面図、ならびに本実施形態によって生成される、完全充填切除体積を例示する。図３Ｆは、開示される技術の別の実施形態に従って創出される、より大きい基本的な治療体積の側面および上面図、ならびに本実施形態によって生成される、部分充填切除体積を例示する。 図３Ｇは、組織体積に沿ったＨＩＦＵ焦点の単回通過において、エネルギーの印加によって創出される、治療される組織の不均一断面を例示する。図３Ｈは、組織体積に沿ったＨＩＦＵ焦点の複数回通過において、エネルギーの印加によって創出される、治療される組織のより均一な断面を例示する。図３Ｉは、所望の総治療体積の周縁の一部にわたって、焦点域を前後に方向付けることによって、弧または区画基本的な治療体積を創出するステップを例示する。 図３Ｊおよび３Ｋは、開示される技術のある実施形態に従って、いくつかの基本的な治療体積から、組織体積の周囲に切除用シェルを創出するための技術を例示する。 図４Ａおよび４Ｂは、開示される技術の別の実施形態に従って、組織体積の周囲に切除用シェルを創出するための第２の技術を例示する。 図４Ａおよび４Ｂは、開示される技術の別の実施形態に従って、組織体積の周囲に切除用シェルを創出するための第２の技術を例示する。 図４Ｃは、開示される技術の別の実施形態に従って、組織体積の周囲に切除用シェルを創出するための第３の技術を例示する。 図４Ｄは、月経過多をさらに軽減するように、隣接する子宮内膜の少なくとも一部に重複する、子宮筋腫の周囲に切除用シェルを創出するための技術を例示する。 図５は、開示される技術の一実施形態に従う、ＨＩＦＵ治療デバイスを例示する。 図６は、開示される技術の一実施形態に従う、ＨＩＦＵ変換器の焦点域の位置および配向を変更するための一機構を例示する。 図６Ａおよび６Ｂは、焦点域の角度配向が、図６に示される機構に伴って、どのように変化されるかを例示する。 図６Ｃおよび６Ｄは、焦点域の深度および位置を変化させるための別の機構を例示する。 図７は、開示される技術のある実施形態に従う、ＨＩＦＵによって、組織を治療するためのシステムを例示する。 図８は、２つの異なるＨＩＦＵ信号波形を例示する。

上述のように、本明細書に開示される技術は、子宮筋腫、良性または悪性腫瘍等の体内組織を治療する方法に関する。以下の説明は、子宮筋腫を治療する技術の使用を対象とするが、本技術を使用して、ある体積の任意の体内組織を治療可能であることは、当業者によって理解されるであろう。一実施形態では、所望の治療体積は、組織内の１つ以上の基本的な治療体積のパターンを創出することによって、治療される。本明細書に開示される技術は、これらの基本的な治療体積のためのいくつかの可能性として考えられる幾何学形状を説明するが、各種類の基礎体積は、処方されるように、基礎体積の周囲またはそれに沿った焦点域の制御運動によって、ＨＩＦＵ焦点域の体積より大きい、切除される組織の体積から成るという共通特徴を共有する。本明細書に参照される音響焦点域は、一般に、その空間最大値から測定されるような、−６ｄＢの音響波形の音圧分布によって包含される体積として画定される。当業者は、この−６ｄＢの音圧分布の寸法がまた、半値全幅またはＦＷＨＭ寸法とも称されることを認識するであろう。本明細書に説明される実施形態に実装されるような典型的焦点域は、ビーム軸に沿って、長さ約１０ｍｍと、ビーム軸に垂直に幅２ｍｍのＦＷＨＭ寸法を有する卵形形状である。

開示される技術のある実施形態に従う治療される所望の組織の体積は、外側境界のみを直接切除する間、完全または部分的に、組織体積を囲繞するシェル状パターンに、組織を切除するエネルギーに曝露される。次いで、シェルによって包含される組織は、体内に残留し、直接切除以外の影響によって、原位置で壊死する。原位置での壊死をもたらすこれらの他の影響は、以下のいくつかの組み合わせを含んでもよい。
１．囲繞血液供給からの封入された領域の部分的または完全隔離から生じる、虚血性壊死、
２．切除用シェルの創出の際に発生する内部熱伝導から生じる、間接的熱壊死、および／または、
３．正常治癒プロセスによる、二次的損傷（炎症、アポトーシス等）。
続いて、治療体積の切除用シェル内に位置する壊死組織は、正常身体機構によって、再吸収および／または治癒される。

図１Ａは、子宮筋腫２０等の治療される組織体積を例示する。子宮筋腫は、不規則形状であり得るが、多くの場合、概して、球形または楕円形状である。子宮筋腫２０は、子宮筋腫２０に血液を供給する、１つ以上の血管２２を含む。子宮筋腫２０を治療するために、３次元の切除用シェル３０が、血液を供給する血管２２からシェル内の子宮筋腫組織を隔離し、血液を子宮筋腫２０から抜くように、子宮筋腫２０の周縁内に形成される。切除用シェル３０による、内部組織のその血液供給からの遮断によって、本内部組織は、体内に残され、虚血的に壊死され、最終的に、数日／数週間にわたって、正常身体治癒機構を介して、吸収または治癒され得る。

一実施形態では、切除用シェル３０は、直接組織壊死をもたらすように、十分な時間の間、または十分な出力において、シェル内に位置する組織をＨＩＦＵエネルギーに曝露することによって、創出される。これは、その血液供給からの遮断の結果、または上述の他の影響の結果、シェル内の組織に生じる、二次的虚血性壊死と区別されるべきである。シェルを創出するために切除される組織の体積は、治療される組織の体積全体より小さいため、組織の結合質量（すなわち、シェルと封入される体積）を治療するために必要とされる時間は、体積全体が、直接切除されるべき場合に必要とされるであろう時間未満に短縮される。本明細書で使用されるように、用語「切除」とは、エネルギー源への組織の曝露によって発生する、即時熱および／または機械的影響から生じる、組織の直接壊死を指す。また、本明細書で使用されるように、用語「シェル」とは、表面を横断する血流を減少または排除する、その切除される表面を指す。本表面の幾何学形状は、全体的に体積を封入するようなもの（例えば、球形）、または部分的にのみ体積を封入するような非閉鎖（例えば、凹面円盤）であってもよい。用語「封入」とは、そのような表面の創出を指す。

図１Ａでは、シェル３０は、子宮筋腫２０の体積内に全体的に嵌入するように示される。しかしながら、シェルのサイズは、その内側非切除領域が、子宮筋腫２０全体を封入するように、変更されてもよい。代替として、子宮筋腫２０は、その中に創出される複数のシェルを有してもよい。

別の実施形態では、１つ以上の部分的シェルが、創出され、全体的に組織部位を封入しないが、それらの部分的シェルを横断するその内部へ、またはそこからの血流を減少あるいは排除する。これは、組織体積の少なくとも一部の壊死につながる。

図１Ｂは、子宮筋腫２０の内部と、それを囲繞する切除用シェル３０の拡大図を例示する。上述のように、子宮筋腫２０は、外部血液供給から遮断された組織によって、虚血的に壊死するであろう、切除用シェル３０内の内部領域２５を含む（例えば、炎症、アポトーシス等、治癒と関連付けられた他の二次的損傷経路機構を介したいくつかの寄与を有する）。切除用シェル３０を形成する組織は、ＨＩＦＵビームの焦点域への曝露の熱および／または機械的影響を介して、直接壊死される。また、切除用シェル３０外部のいくつかの子宮筋腫組織３５は、部分的または完全に、熱壊死（切除用シェル３０から伝導される熱による）および／または二次的損傷経路機構（虚血、炎症、アポトーシス等）を介して、破壊され得る。

図２は、超音波撮像変換器および他の超音波撮像構成要素によって生成される、子宮筋腫２０の２次元画像を例示する。以下にさらに詳述されるように、一実施形態では、撮像変換器およびＨＩＦＵ変換器は、単一ユニットとして組み合わせられる。一実施形態では、超音波撮像変換器、超音波画像プロセッサ、およびディスプレイ（すべて図示せず）を使用して、医師のために、子宮筋腫２０の画像を生成する。ディスプレイは、子宮筋腫２０の画像上に、ユーザが、組織体積にＨＩＦＵ変換器の照準を合わせることが可能なように、ＨＩＦＵ変換器の焦点域に対する参照点を示す、照準線または他のマーカ３８を含んでもよい。医師は、例えば、所望の治療体積の境界または創出される切除用シェルの境界（同一であってもよい）を指定するために、照準線３８の周囲の中心に置かれる、円形マーカリング４０の半径を調節することによって、ディスプレイと相互作用可能である。マーカリング４０のサイズによって画定される境界から、汎用または特殊用途コンピュータ（図示せず）等の処理システムは、子宮筋腫２０を封入するように創出されるべき、切除用シェルのサイズを算出する。いくつかの実施形態では、マーカリング４０は、医師が、３次元切除用シェルの形状を画定可能なようにするために、例えば、マーカリング４０の辺を伸縮することによって、楕円または円錐等、円形以外の形状を形成するように調節可能であってもよい。一実施形態では、マーカリング４０のサイズは、医師によって、手動で調節される。別の実施形態では、画像処理技術を使用して、治療される組織の境界の予測に基づいて、マーカリングを自動的に定寸してもよい。境界は、所望に応じて、医師によって、さらに調節されてもよい。いくつかの実施形態では、境界は、組織の３次元画像上で調節されてもよい。創出されるシェルのサイズが決定されると、ＨＩＦＵ治療システムを有する、コンピュータは、組織を切除し、シェルを創出するように、ＨＩＦＵ変換器の焦点域の位置の制御を開始する。

図３Ａおよび３Ｂは、全所望治療体積を構築するために使用される、円筒形基本的な治療体積８０の一例示的構成を例示する。基本的な治療体積８０は、基本的な治療体積の周縁の周囲に、ＨＩＦＵビーム８３の焦点域８１を方向付けることによって、創出される。焦点域８１は、基本的な治療体積８０の周縁が、十分に切除されるまで、ＨＩＦＵ送信機が、ＨＩＦＵパルスを継続的に送信する間、１回以上、基本的な治療体積の周縁の周囲を継続的に移動可能である。代替として、焦点域８１は、周縁の離散位置へと移動し、ＨＩＦＵビーム８３が、基本的な治療体積の周縁の周囲の異なる位置を完全に切除するように、断続的にパルス送信可能である。

図３Ｂに示されるように、基本的な治療体積８０は、ＨＩＦＵビーム８３の焦点域８１に、直接曝露されない、または最小限に曝露される、中心面積７９を有する。本中心面積７９は、基本的な治療体積の周縁が切除されるのに伴って創出される熱伝導によって、能動的に壊死される。一特定の好ましい実施形態では、基本的な治療体積８０は、約１１ｍｍの直径および約１０ｍｍの高さを有し、それによって、約１ｃｃの体積を生成する。したがって、本特定の好ましい実施形態では、基本的な治療体積の体積は、焦点域の体積の約４０倍大きい。基本的な治療体積の周縁の切除による熱は、中心面積７９を治療するために、矢印６７によって示されるように、内側に伝導される。基本的な治療体積の外部では、熱は、矢印６９によって示されるように、外側に消散される。

図３Ｃは、ＨＩＦＵ治療計画の得られた治療範囲および安全域上に印加されるＨＩＦＵ出力レベルの影響を概念化する。本明細書に開示される技術の影響を組み合わせない従来の技術の場合、治療計画が有効かつ安全である、音響出力レベルの範囲は、範囲「ａ」によって示されるように、比較的に狭くなり得る。すなわち、狭小領域「ａ」外となるＨＩＦＵ出力へのわずかな変化は、治療を非有効または可能性として非安全にする。しかしながら、（１）基本的な治療体積を生成するための焦点走査、（２）基礎体積内の内部熱伝導、および（３）中程度に低い基本周波数による高度に非線形な音響エネルギーの印加から生じる空間的特異性のうちの１つ以上を含む、組み合わされた影響集合を使用して、標的組織を治療することによって、安全かつ有効ＨＩＦＵ出力レベルの範囲は、範囲「ｂ」によって示されるように、治療方法が、送達されるＨＩＦＵ出力の変化に影響を受けにくくなるように、増大可能であると考えられる。ＨＩＦＵ治療の効率および付随的組織安全を改善するために相乗的に作用する、これらの種々の影響は、以下に詳述される。

基本的な治療体積のサイズは、治療エネルギーを印加するであろう、デバイスの幾何学形状を含む、種々の要因に応じて、変更可能である。図３Ｄに示される実施形態では、基本的な治療体積８０は、上面および側面図として示される。本基本的な治療体積は、概して、両方とも、ＨＩＦＵ変換器の焦点域の長さに略等しい、幅Ｗおよび長さＬを有する、円筒形である。焦点域が、速度Ｖで、基本的な治療体積の周縁の周囲を移動するのに伴って、基本的な治療体積の横断面８０ａ全体が、ＨＩＦＵビームへの直接曝露、または治療される周縁からの熱の内部伝導によって生じる間接的熱壊死のいずれかによって、治療される。

図３Ｅは、焦点域の直径の約２倍の直径を有する、より小さい基本的な治療体積８５の上面および側面図を示す。本実施形態の場合、基本的な治療体積は、依然として、創出されるのに伴って、基本的な治療体積の周縁の周囲の焦点域の運動によって、明確に画定された境界を有する。基本的な治療体積は、概して、内部の体積全体を通して、不均一に治療される、横断面８５ａを有する。本基本的な治療体積８５の不利点は、図３Ｄに示される基本的な治療体積と比較して小さく、したがって、所望の組織部位を治療するために、より多くの基本的な治療体積が、必要とされ得ることである。

図３Ｆは、ＨＩＦＵ変換器の焦点域より大幅に大きい直径を有する、さらに別の基本的な治療体積８９の上面および側面図を示す。この場合、基本的な治療体積の内部の連動加熱は発生せず基本的な治療体積の周縁８９ｃのみ切除される。その結果、内部は、切除されるリング内の開放中心によって描写されるように、治療されなくてもよい。基本的な治療体積８９の幾何学形状は、現時点では、組織の体積を治療するために使用される、構築ブロックを創出するために好ましくないが、以下に詳述されるように、幾何学形状は、組織治療部位の周囲に切除用シェルを創出際に有用であり得る。さらに別の実施形態では、構築ブロック（基本的な治療体積）は、その長さに沿って、数回、ビームを通過させることによって創出される、線形区分から形成されてもよい。

図３Ｇは、全用量の治療エネルギーが、基礎体積に沿って、またはその周囲における、ＨＩＦＵ焦点域の単回通過において、組織に印加されるシナリオを例示する。このようなエネルギーの高速付与は、治療エネルギーを反射し、したがって、基礎体積に沿って、またはその周囲の全深度において、均等切除を防止する、組織内に大型の集束前気泡の形成をもたらし得る。その結果、不均等または「凸凹」治療パターン９１ａが、創出され、異なる深度の治療組織を有する。対照的に、基礎体積に沿って、またはその周囲において、一連の通過にわたって、治療エネルギーの用量を分散することによって、図３Ｈに示されるように、より均等かつ均一治療パターン９１ｂが、創出される。通過毎に、基本的な治療体積の一部が、切除され、基礎治療の構築が、開始される。複数回通過技術は、後述の基本的な治療体積の創出において使用される。

図３Ｉは、弧または区画型幾何学形状を有する基本的な治療体積の別の実施形態を創出するために技術を例示する。本基本的な治療体積を使用して、均一治療深度を有する、リングまたは他の形状を創出し、一方法では、所望の治療体積の周囲にシェルを形成可能である。本実施形態では、ＨＩＦＵ変換器の焦点域は、周縁の一部（例えば、弧）にわたって、前後に移動される。ＨＩＦＵ焦点の前後の運動は、治療の際、より広範囲の領域にわたって、音響エネルギーを分散するため、均一深度での組織切除をもたらし、したがって、エネルギーを反射し、不均等または「凸凹」治療パターンをもたらし得る、大型の集束前気泡の形成を防止する。したがって、複数の治療弧が、並列に創出され、所望の治療体積の治療周縁を完成可能である。

図３Ａ−３Ｂ、３Ｄ−３Ｉに示される実施例それぞれでは、基本的な治療体積は、ＨＩＦＵ変換器の焦点域と約同一の高さまたは長さを有する。いくつかの実施形態では、基本的な治療体積の高さは、治療エネルギーの印加の際、焦点域の深度を変更することによって増加されてもよい。

以下にさらに詳述される一実施形態では、ＨＩＦＵビーム８３の焦点域８１は、基本的な治療体積が創出されるのに伴って、治療体積の中心７９内に熱の大部分を閉じ込めるように作用する速度で、機械的揺動装置によって、円筒形基本的な治療体積８０の周縁にわたって、操縦される。ＨＩＦＵ信号の焦点域は、治療体積の内部が、内部熱伝導によって切除されるが、その外側境界を越えて付与されるエネルギーは、熱または機械的損傷を誘発するために必要とされる閾値を下回ったままであるように、基本的な治療体積の周縁の周囲に方向付けられる。代替として、ＨＩＦＵビーム８３の焦点域８１は、電子ビーム操縦器によって、基本的な治療体積の周縁の周囲に操縦可能である。

本明細書に説明される基本的な治療体積を創出するために、図８に示される波形２３０等のＨＩＦＵエネルギーの実質的に非線形のパルス波形が、基本的な治療体積の周縁に印加される。本基礎単位体積技術の現在好ましい実施形態は、本質において、実質的に非線形（元々は、正弦波である入射波形の特性が、ＨＩＦＵ焦点に到達するまでに大きく歪曲されることを意味する）である、ＨＩＦＵ治療波形に依存する。集束音響波形における非線形性の存在は、基本音響周波数から、より高い高調波へのエネルギーの変換を示し、順に、焦点域内に常駐し、直接隣接する組織によって、より容易に吸収される。本影響は、集束領域に密集して局在されたまま、劇的に増加した加熱率をもたらし、治療効率の増加につながる一方、付随的組織の安全を維持する。本好ましい実施形態において必要とされる集束波形の非線形性度は、中程度の歪曲（圧縮波の圧力が、希薄波の圧力の約２倍）から、衝撃波形成点に到達する重度の歪曲（圧縮波の圧力が、希薄波の圧力の５倍大きくなり得る）に及ぶ。

一つの特定の実験的構図では、ＨＩＦＵ焦点域内の非線形性の所望のレベルを達成するために使用される、ピーク音響出力は、身体表面に対する特定の基礎組織体積の深度に応じて、８００−１７００ワットに及ぶ。これらの音響出力は、パルス方式で基礎体積に送達され、そこでのパルスは、１ＭＨｚの公称動作周波数で１５−３０のサイクルから構成され、４−８ｋＨｚのパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）で送達され、約１０％のパルス占有率をもたらす。本パルス占有率は、ＨＩＦＵ治療の際、インタリーブ超音波撮像の使用を通して、約５％の全体占有率に低減される（米国特許第６，４２５，８６７号に記載され、参照することによって、本明細書に組み込まれる）。ＨＩＦＵ送信機が、これらの仕様のエネルギーを印加している間、円筒形基本的な治療体積が、ＦＷＨＭ寸法の長さ約１０ｍｍおよび幅２ｍｍである、ＨＩＦＵ焦点を機械的に揺動することによって、約２Ｈｚの速度で、直径１０ｍｍの軌跡の周囲に創出される。この場合、ＨＩＦＵ焦点が回転する直径は、ＨＩＦＵ焦点域長に略等しく、ＨＩＦＵ焦点域幅より５倍大きい。機械的揺動およびＨＩＦＵ治療は、基礎体積が位置する組織内の深度および所望される全体組織治療体積に応じて、基礎体積あたり１０−５０秒の合計時間の間、継続する。

現在好ましい実施形態は、非線形パルス波形を使用するが、連続波（ＣＷ）または図８に示される波形２３２等の線形ＨＩＦＵ信号もまた、使用される出力レベルおよび焦点域が移動する速度に応じて、使用されてもよいことを理解されるであろう。

本上述の実施例は、基礎体積の周縁の周囲において、２Ｈｚの機械的回転速度の使用を指定するが、より低速およびより高速の両方を使用しても、これらの種類の基礎体積を切除可能である。しかしながら、低すぎる速度が使用される場合、基本的な治療体積の周縁を切除する熱は、基礎体積の内部内に十分に含有され得ず、付随的組織内に悪影響を及ぼし得る。より高速の回転速度は、機械的回転の代わりに、電子ビーム形成器の使用を必要とし得、また、必要ＨＩＦＵ治療出力に影響を及ぼし得る。一実施形態では、単位体積直径を中心とするＨＩＦＵ焦点の機械的回転速度は、少なくとも０．２５Ｈｚである。別のより好ましい実施形態では、本回転速度は、少なくとも１Ｈｚである一方、最も好ましい実施形態では、本速度は、少なくとも２Ｈｚである。使用される回転速度にかかわらず、切除される基礎体積の対称幾何学形状を達成し、歪曲を防止し、均等に切除された組織部位を生成するために、基本的な治療体積全体を一体として切除可能にする速度および出力レベルにおいて、周縁の周囲の数回の通過（例えば、２回以上）にわたって、エネルギーを印加することが好ましい。

理解されるように、基本的な治療体積のサイズは、好ましくは、中心領域７９が、間接的に治療可能である一方、所望の組織の体積を治療するために必要とされる治療時間を過度に増加させないように選択される。基本的な治療体積のサイズが大きすぎる場合、中心領域７９は、内部の体積中への効果的熱の伝導によって切除されないであろう。反対に、基本的な治療体積のサイズが小さすぎる場合、所望の治療体積を治療するために必要とされる時間は、基礎体積への過度の投与および付随的組織への潜在的損傷を回避するように調節されなければならない。加えて、各基本的な治療体積を創出するための時間は、より遠位の基礎体積の切除からの治療体積内に残存する残留熱のため、焦点域が、身体表面に向かって近位に移動されるのに伴って、短縮させてもよい。

図３Ａおよび３Ｂに示される基本的な治療体積８０は、円筒形形状であるが、球形または立方体の基本的な治療体積等の他の形状も、ＨＩＦＵビーム８３の操縦能力に応じて、創出可能であることを理解されるであろう。

現在好ましい実施形態では、基本的な治療体積を創出する方法は、高度に非線形な音響波形と、単位体積の周縁を中心としたＨＩＦＵ焦点の機械的または電子的運動との相乗効果から生じる、ＨＩＦＵ療法のいくつかの特徴を利用する。これらの組み合わせられた効果は、本治療方法を使用する際に認められる安全および有効性の向上をもたらす、動作点集合を備える。本動作点集合は、以下の組み合わせを含む。（１）基本的な治療体積は、内部領域が、主として、熱の内部伝導を通して破壊され、ＨＩＦＵによって直接切除されないように、切除される。本特徴は、そのために組織に送達される必要があるＨＩＦＵ用量を増加させずに、基礎体積のサイズを拡大する。（２）基本的な治療体積周縁を中心とするＨＩＦＵ焦点域の運動は、切除を達成するために、単位体積の外周の周囲を単回通過させるのとは対照的に、指定された回転速度を使用して、周縁の周囲を複数回通過させることによって達成される。本特徴は、周縁の周囲の実質的に全地点において、均一な平滑境界および等長を伴って、基本的な治療体積内の組織を切除可能にする。（３）基本的な治療体積は、焦点域内の加熱率を劇的に向上させる、高度に非線形な音響波形の使用によって、ＨＩＦＵビームの集束領域内においてのみ、高濃度音響エネルギーに曝露される。（４）ＨＩＦＵアプリケータの基本音響周波数は、身体表面近位の付随的組織を通して、安全な伝搬を保証するために、十分に低く維持される。

図３Ｊおよび３Ｋは、基本的な治療体積８０を使用し、所望の組織の体積を治療するための一技術を例示する。本実施形態では、隣接する基本的な治療体積の３次元パターンが、ともに、所望の組織治療体積の全部または一部を囲繞する切除用シェルを形成するように創出される。図３Ｊおよび３Ｋに示される実施形態では、切除用シェル８７は、いくつかのより小さい切除される基本的な治療体積８０、８２、８４、８６、８８等から形成される。基本的な治療体積はそれぞれ、ともに十分に近接して創出され、封入される組織とその血液供給との間に、切除される組織の壊死シェルまたは障壁を形成する。示されるように、基本的な治療体積８０、８２、８４、８６、８８等は、治療体積の直径が最大である、所望の組織治療体積の遠位端から組織体積の略中央まで延在する、拡内径の環状パターンに、相互に隣接して創出される。次いで、環状パターンの直径は、治療される組織体積の近位端に向かって徐々に減少する。環状パターンはともに、治療される所望の組織体積の一部を封入する、「中空」内部空間９０を有する、シェルを創出する。相互に十分に近接するように配置される基本的な治療体積によって、組織が、体内に残留されると、虚血的に壊死するように、子宮筋腫または治療される他の組織への血液供給が遮断または実質的に低減される。加えて、シェルの中心内の組織の一部または全部が、シェルが創出される際の熱伝導によって、壊死し得る。治療体積全体が切除されないため、非標的組織を損傷し得る過剰な熱が、体内に創出される可能性がほとんどなく、治療時間が、体積全体が直接切除される場合に必要とされる時間よりも大幅に短縮される。

図３Ｊおよび３Ｋに例示されるシェル８７は、中空として示されるが、いくつかの状況では、シェルの内部内に１つ以上の基本的な治療体積を創出し、シェル８７内の組織の一部または全部を能動的に壊死させることが望ましい場合があることを理解されるであろう。基本的な治療体積の数および空間は、経験、治療のために利用可能な時間、治療される組織の種類、または他の要因に基づいて、医師によって決定可能である。代替として、プロセッサが、シェルを空にする、または１つ以上の基本的な治療体積によって充填されるべきかどうかを決定するようにプログラム可能である。

シェル８７は、図３Ｊでは、その外側表面を中心として、実質的に密封されるように示される。しかしながら、シェル８７は、個々の基本的な治療体積間に空隙がある場合であっても、依然として、創出可能であることを理解されるであろう。シェルを創出するために配置される基本的な治療体積の近接度は、治療される組織の種類、組織の熱伝導性、その吸収特性、または他の要因に基づいてもよい。

理解されるように、基本的な治療体積のシェル以外の他のパターンを使用しても、所望の組織体積を治療可能である。例えば、水平に離間された隣接する基本的な治療体積の層が、所望の組織体積内に創出可能である。層内の基本的な治療体積間の距離は、近接して離間される、またはより離れて拡散可能である。

図４Ａ−４Ｂは、開示される技術に従って、組織体積の周囲に切除用シェル９２を創出するための代替技術を示す。本実施形態では、切除用シェルは、それぞれ、可変内径を有する、積層された一連の環状体を備える。最小内径の環状体９４（または、中実円盤）が、ＨＩＦＵ変換器に対して、治療される組織の遠位端に配置される。環状体が最大内径を有する、環状体１００までの拡径の環状体９５、９６、９８を含む、付加的環状体が、遠位環状体９４の近位に創出される。次いで、治療体積内の最近位位置で最小内径の環状体１０８（または、中実円盤）によってシェル９２を閉鎖する前に、ＨＩＦＵ焦点域が、より近位に移動するのに伴って、環状体の内径は、環状体１０２、１０４、１０６とともに、徐々により小さくなる。図４Ｂから分かるように、環状体９４−１０８のそれぞれの内部は、積層されると、治療される組織の体積を封入し、その血液供給から隔離する、「中空」（すなわち、非切除）領域１１０によって、シェルを画定する。一実施形態では、環状体９４−１０８の外径は、ＨＩＦＵによって直接切除される組織の体積を最小限にするために、子宮筋腫の外側寸法に対応するように選択される。別の実施形態では、切除用シェル９２外側の子宮筋腫組織を、熱壊死（切除用シェル９２から伝導される熱による）および／または二次的損傷経路機構（虚血、炎症、アポトーシス等）を介して、部分的あるいは完全に破壊させるために、環状体９２−１０６の外径は、子宮筋腫の外側境界内部の設定距離内になるように選択される。さらに別の実施形態では、環状体９４−１０８の内径は、創出される切除用シェル９２の内部１１０が、組織体積より若干大きく、可能性として、小量の周囲の健康な子宮筋層の破壊を犠牲にして、腫瘍組織のより完全な破壊を可能にするように、組織体積の外径に対応する。そのような実施形態の別の利点は、子宮内膜に重複し、したがって、近傍子宮内膜の少なくとも一部を壊死させ、月経過多を軽減させ得るように、切除用シェル９２を創出する能力である。

図４Ｃは、組織体積を封入し、外部血液供給から隔離するための切除用シェルを創出する、切除パターンのさらに別の実施形態を示す。示される実施形態では、切除用シェルは、螺旋パターン１２０から創出される。螺旋は、治療される組織体積の遠位端１２２に最小直径を有し、組織体積の略中点で、最大直径に拡張し、次いで、組織体積の近位端１２４に向かって、徐々に直径が減少する。螺旋パターン１２０の各ループは、シェル内の組織をその血液供給から遮断する、組織体積の周囲に切除用シェルを創出するために、組織が能動的に壊死する隣接するループに十分に近接する。また、理解されるように、螺旋パターン１２０を使用して、ＨＩＦＵ変換器の焦点域のサイズおよび基本的な治療体積の所望のサイズに応じて、上述ならびに図３Ａおよび３Ｂに示されるより小さい基本的な治療体積を創出可能である。

図４Ｄは、壁内子宮筋腫１３０、漿膜下子宮筋腫１３２、および粘膜下子宮筋腫１３４を含む、３つの異なる種類の子宮筋腫を有する子宮を例示する。示される実施例では、切除用シェル１３５が創出され、子宮壁の片側で、粘膜下子宮筋腫１３４全体を、ならびに子宮壁の反対側で、近傍子宮内膜組織１３６の一部を封入する。切除用シェル１３５を創出し、子宮筋腫１３４だけではなく、隣接する子宮内膜１３６の一部も封入することによって、月経過多が、軽減され得る。

切除用シェルの形状は、図３Ｊ−３Ｋ、４Ａ−４Ｂ、および４Ｃでは、概して、球形として示されるが、円錐または二重円錐、卵形（例えば、卵形状）、あるいは矩形等の他の形状も使用可能であることを理解されるであろう。創出されるシェルの特定の形状は、治療される組織体積の形状および所望のパターンでＨＩＦＵ変換器の焦点域を操縦するために使用される機器の能力に依存してもよい。シェル内部の組織とその外部血液供給との間に障壁を形成する、切除される組織の任意のシェル形状は、体内に残留されると、封入される組織を虚血的に壊死させるように機能するであろう。また、過度に大型または不規則形状シェルの代替として、相互に隣接する２つ以上の規則形状シェルを切除し、所望の体積の大部分または全部を治療可能であることを理解されるであろう（例えば、１つの楕円シェルを切除するのではなく、２つの球形シェルが、楕円腫瘍内に隣接して切除可能である）。多数のシェルが、組織体積内に創出される場合、また、続いて、原位置で虚血的に壊死する、非切除組織の散在領域によって、切除される基礎組織体積のマトリクス（または「蜂巣」）を形成可能である。そのようなマトリクスは、切除される基本的な治療体積の規則的または無作為間隔を伴い、同一効果を達成可能であって、マトリクスは、多数の閉鎖シェル（例えば、球形シェル）または積層／重複基本的な治療体積の層から成り得る。

当業者は、シェル切除アプローチの他の利点が、（１）エネルギーが、組織の副体積に印加され、最終的に治療されるためによる、治療速度の加速、（２）治療時間の所与の割当に対して、より大きい治療サイズ、（３）その内部を含む、体積全体が、直接切除される場合に使用されるであろうエネルギーと比較した場合の必要とされるエネルギーの少なさであることを容易に理解するであろう。対称（例えば、球形）シェルを切除するように、ＨＩＦＵシステムを自動化することは、撮像、標的化、およびプローブ操作に関して、ユーザへの要求を軽減するであろう。シェルが対称である場合、ユーザは、超音波撮像器、ＭＲＩ、Ｘ線等の撮像機構によって視覚化されるように、腫瘍境界に対して投影されたその関係を容易に視覚化可能にする。ユーザは、標的組織の画像内に投影されたシェルのオーバーレイを中心に置くように、ＨＩＦＵシステムを操作し、シェルの直径を所望の寸法（例えば、腫瘍のすぐ内側の周縁）まで拡大し、次いで、システムが、指定されたシェルパターンを自動的に切除する間、システムを静止状態に保持するのみを必要とする。

図５は、上述のように組織を治療するために使用可能なＨＩＦＵ治療デバイスの一実施形態を示す。ＨＩＦＵ治療デバイス１５０は、撮像変換器１５２と、ＨＩＦＵ変換器１５４と、を含む、手持ち式またはハンドグリップ付きアプリケータデバイスである。撮像変換器１５２は、ＨＩＦＵ変換器１５４の焦点域を含む、体内の組織の画像を捕捉する位置に固定される。さらに以下に詳述されるように、ＨＩＦＵ変換器１５４の焦点域は、隣接して配置され、所望の組織体積を囲繞または封入するシェルを創出する、あるいは別のパターンを創出する、いくつかの基本的な治療体積を切除するように、機械的におよび／または電気的に操縦可能である。治療デバイス１５０を所望の場所に安定させて保持している間、撮像変換器１５２から得られた信号から生成される画像から決定されるように、ＨＩＦＵ変換器１５４の焦点域は、治療体積の周囲にシェルを創出する、または別の基本的な治療体積のパターンを創出するために、基本的な治療体積のパターンを切除するように移動される。

治療デバイス１５０は、撮像変換器１５２を操作し、組織体積の画像を生成するために必要とされる、画像プロセッサおよびディスプレイを含む、治療システムの他の構成要素に連結可能である。また、ＨＩＦＵ変換器およびコンピュータを駆動させ、組織体積の周囲のシェル等の所望のパターン内に基本的な治療体積を創出するためのパターンに、ＨＩＦＵ変換器の焦点域を配向するために費用とされる信号源も、含まれる。

図６は、シェルまたは他のパターン内に一連の基本的な治療体積を創出するために、ＨＩＦＵ信号によって、体内組織を治療するためのより詳細な機構の一実施形態を例示する。治療デバイス１５０は、ＨＩＦＵ変換器１５４を含む。示される実施形態では、ＨＩＦＵ変換器１５４は、変換器ヘッドを備える、圧電要素の湾曲によって画定されるように、固定焦点域を有する。ＨＩＦＵ信号を大幅に反射させない可撓性膜が、ＨＩＦＵ変換器の正面に配置され、液体が導入、格納、および／または循環され得る、チャンバを形成する。次いで、水または脱気水等の液体が、液体チャンバを充填し、変換器１５４を囲繞し、組織に対して、音響カプラントとしての役割を果たす。ポート１５６は、治療デバイスをポンプに接続し、一定体積の液体をＨＩＦＵ変換器の周囲に流動させる。

ＨＩＦＵ信号が患者に送達される、焦点域の深度を調節するために、線形アクチュエータ１６０またはモータは、ねじ棒または他の機構を介して、治療デバイス１５０の筐体内のＨＩＦＵ変換器１５４を昇降させる。筐体内の変換器１５４の高さを調節することによって、ＨＩＦＵ信号が体内で送達される深度を制御可能である。

加えて、治療デバイス１５０は、モータ１６８によって回転されると、偏移軸受１７０の中心の周囲において、シャフト１７２の一端を揺動させる、偏移軸受１７０を含む。ＨＩＦＵ変換器１５４は、摺動可能軸受を通して、シャフト１７２の他端に連結される。線形アクチュエータ１６４またはモータは、シャフト１７２を囲繞する球形軸受１７４を、偏移軸受１７０に向かって、またはそこから離れるように配置する。シャフト１７２上の球形軸受１７４の位置は、ＨＩＦＵ変換器１５４の焦点域の角度配向を制御する。

図６Ａおよび６Ｂに示されるように、モータ１６８のシャフトを転向し、シャフト１７２の長さに沿って、球形軸受１７４の位置を調節することによって、ＨＩＦＵ変換器の焦点域の角度配向を変化させることによって、切除される組織の環状体リングまたは切除される円筒形／球形から成る環状パターンが、種々の深度において、体内に創出可能である。

モータ１６４および１６８が、約９０度位相がずれて、信号によって、所望の角度を通して前後に同時に回転される場合、ＨＩＦＵ変換器の焦点域は、治療デバイス１５０の中心軸からずれて、実質的に円形パターンを辿り、それによって、図６Ｂに示されるように、体内の所望の場所に、基本的な治療体積の創出を可能にする。球形軸受１７４が、モータ１６８から最も遠くにある間、モータ１６８を継続的に回転させることによって、基本的な治療体積が、焦点域の深度に応じて、シェルの上下に創出可能である。

一実施形態では、所望の組織体積を治療するために、医師は、撮像変換器１５２によって、組織体積の画像を取得し、画像上のマーカリングの半径を調節する、あるいはいくつかの他のグラフィカルユーザインターフェースまたはキーボードと相互作用し、所望のシェルの境界を画定する。マーカリングの半径に基づいて、コンピュータは、体内に創出される切除用シェルの体積または形状を計算する。次いで、治療デバイス１５０内のＨＩＦＵ変換器およびモータが、基本的な治療体積のパターンが切除され、組織体積を囲繞または封入するシェルあるいはいくつかの他の所望の基本的な治療体積のパターンを形成するように、起動される。基本的な治療体積を創出する際、ＨＩＦＵ変換器の焦点域は、治療体積が切除されるまで、継続的に移動されてもよい、または焦点域は、基本的な治療体積の周縁の周囲の離散位置に移動され、ＨＩＦＵ信号が印加され、基本的な治療体積を創出してもよい。

別の実施形態では、焦点域深度を調節する線形アクチュエータ１６０、ＨＩＦＵ変換器の角度を調節する線形アクチュエータ１６４、およびシャフト１７２を回転させるモータ１６８が、同時に動作され、図４Ｃに示される種類の螺旋シェル切除パターンを創出する。

治療後、患者に造影剤が注入され、医師は、血液灌流が、標的組織体積内で適切に低減または排除されていることを確認可能となってもよい。無灌流は、治療される組織体積が、虚血性壊死を被るであろう（または、被っている）ことの濃厚な可能性を提供するであろう。そのような造影剤は、超音波、ＭＲＩ、Ｘ線、ＣＴ等を含む、種々の異なる撮像モダリティとの併用のために、当技術分野において周知である。

理解されるように、ＨＩＦＵ変換器の焦点域を選択的に配置し、基本的な治療体積を創出し、所望の組織体積を治療するための他の機構も可能である。図６Ｃおよび６Ｄは、変換器１８０が、一対の線形アクチュエータ１８２、１８４によって、２つの直交方向（ｘ、ｙ）に移動される、別の代替実施形態を例示する。ウォームギアまたは他の機構を駆動するモータであり得る、線形アクチュエータは、ＨＩＦＵ変換器１８０の焦点域の位置が、所望に応じて移動されるように、コンピュータ制御される。第３のモータまたはアクチュエータ（図示せず）は、変換器１８０の高さを変更し、焦点域の深度を変化させるように、コンピュータ制御可能である。

図７は、開示される技術の一実施形態に従う、ＨＩＦＵ超音波治療システムの基礎ブロック図を例示する。本実施形態では、患者治療デバイスは、ＨＩＦＵ変換器１５４および超音波撮像変換器１５２の両方を含む。変換器は、図６に示されるように、別個のデバイスであってもよく、または同一変換器ヘッド上に位置するＨＩＦＵおよび撮像超音波要素を有する、統合デバイスであってもよい。撮像およびＨＩＦＵ変換器の動作の制御は、本明細書に説明される機能を行うようにプログラムされる、１つ以上の汎用または特殊用途用にプログラムされたプロセッサを含み得る、システムコントローラ２００による。システムコントローラ２００は、ＨＩＦＵ変換器１５４によって提供されるＨＩＦＵ信号の出力を選択する、ＨＩＦＵ制御ユニット２０２に制御信号を供給する。

一実施形態では、動作出力レベルは、異なる出力レベルでいくつかの試験信号を送信し、送信された試験信号に応答して生成されるエコー信号を分析することによって、選択される。ＨＩＦＵ治療のための動作出力レベルは、エコー信号内の異なる周波数成分の出力の比率等、エコー信号の所望の特性が、飽和し始めると選択される。一実施形態では、選択される動作出力は、ＨＩＦＵ信号の基本周波数の出力のさらなる増加に関係なく、第２の調波信号の出力を飽和させるものである。ＨＩＦＵ出力を選択および制御する可能な方法のさらなる詳細は、２００９年８月６日出願の米国特許出願第１２／５３７，２１７号（参照することによって、本明細書に組み込まれる）に見出すことが可能である。

撮像変換器１５２は、送／受信スイッチ、ビーム形成器、ＲＦ増幅器、および信号プロセッサ等の従来の超音波構成要素を含む、撮像超音波コントローラ２０４によって制御される。超音波コントローラ２０４の出力は、ビデオモニタ２１２または他のディスプレイ上に表示するための超音波撮像信号を生成するように動作する、超音波信号プロセッサ２１０に送出される。また、画像信号は、コンピュータ可読媒体（ＤＶＤ等、ビデオテープ）に記憶される、プリンタによって印刷される、または別様に、後の診断または分析のために記憶可能である。

コンピュータ制御操縦器２０５は、システムコントローラ２００によって制御され、所望の組織の体積を治療するためのいくつかの基本的な治療体積を創出する。一実施形態では、コンピュータ制御操縦器２０５は、ＨＩＦＵ変換器１５４の角度配向またはｘ、ｙ位置、およびＨＩＦＵエネルギーを所望の場所に方向付けるための焦点域の深度を機械的に調節する。別の実施形態では、コンピュータ制御操縦器２０５は、ＨＩＦＵ変換器１５４の焦点域の角度配向またはｘ、ｙ位置、および基本的な治療体積を創出するためのＨＩＦＵ変換器１５４の焦点域の深度を電子的に調節する。

フットスイッチ２１４によって、医師またはそのアシスタントは、組織部位を治療するために、ＨＩＦＵエネルギーを患者に選択的に送達可能となる。加えて、医師は、制御パネル２１６上の１つ以上の制御を使用して、治療体積のサイズおよび形状ならびにシステムの他の機能を手動で変更可能である。

いくつかの実施形態では、システムは、医師が、治療される所望の標的組織体積を異なる角度または異なる平面から視認可能なように、撮像変換器１５２の配向を変化させる、画像位置制御２２０を含んでもよい。画像位置制御は、機械的または電子的であって、システムコントローラ２００によって制御される。

例示的実施形態が、例示および説明されたが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が成され得ることを理解されるであろう。例えば、切除用シェルを創出するために使用されるエネルギー源は、開示される実施形態では、ＨＩＦＵであるが、放射線、レーザ、高周波、マイクロ波、冷凍切除等、他のエネルギー源も使用され得る。これらのエネルギー源のうちのいくつかは、カテーテル、内視鏡等によって、組織体積に送達されなければならないように、低侵襲性である。これらのエネルギー源からのエネルギーの印加は、組織体積の周縁を切除し、切除用シェルを創出する。別の実施形態では、ＨＩＦＵ変換器は、経膣的または経直腸的に等、身体に挿入可能であってもよい。治療される組織体積が、ＨＩＦＵ変換器の位置から見える場合、組織の画像は、超音波画像センサ以外の画像センサによって、取得可能である。いくつかの実施形態では、所望の治療体積の撮像は、医師が、ＨＩＦＵが所望の標的組織体積の面積に送達されていることを確認可能なように、ＭＲＩ、Ｘ線、赤外線等の別の種類の撮像モダリティによって行われてもよい。したがって、発明の範囲は、以下の請求項およびその均等物から決定されるべきである。

排他的特性または特権が請求される、本発明の実施形態が、以下に定義される。

Claims (20)

1. 高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）によって組織の所望の治療体積を治療するためのシステムであって、
   治療エネルギーを焦点域に送達するように構成されるＨＩＦＵ変換器と、
   治療エネルギーが印加されるときに、基本的な治療体積の周縁にわたって、または該周縁に沿って、該焦点域を繰り返し配置するようにプログラムされるプロセッサと
   を備え、
   該プロセッサは、該組織の所望の治療体積の周囲に基本的な治療体積のシェルを創出するようなパターンに該ＨＩＦＵ変換器の焦点域を配置するようにプログラムされ、
   該基本的な治療体積は、該所望の治療体積の内部領域が、該基本的な治療体積の周縁の外側にあり、該治療エネルギーが該基本的な治療体積に印加された結果として間接的に治療されるように、該所望の治療体積の周囲に創出される、システム。
2. 少なくとも１つの基本的な治療体積は、前記治療エネルギーが、該基本的な治療体積の周縁に印加されるときに、該基本的な治療体積の内部領域が間接加熱によって治療されるように選択されるサイズを有する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記プロセッサは、前記所望の治療体積内にいくつかの基本的な治療体積を創出するようなパターンに前記ＨＩＦＵ変換器の焦点域を配置するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
4. 前記プロセッサは、体内の腫瘍または子宮筋腫の周囲に前記基本的な治療体積のシェルを創出するように、前記ＨＩＦＵ変換器の焦点域を配置するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
5. 前記治療エネルギーは、前記焦点域において非線形である、請求項１に記載のシステム。
6. 少なくとも１つの基本的な治療体積は、円筒形であり、前記焦点域の長さに略等しい直径を有する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記プロセッサは、前記ＨＩＦＵ変換器の位置を調節する機械的連結を制御するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
8. 前記プロセッサは、電子ビーム操縦器を制御するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
9. 前記プロセッサは、前記基本的な治療体積の組織が、該基本的な治療体積の周縁の周囲の前記焦点域の各通過によって部分的に切除されるように、各基本的な治療体積の周縁の周囲に前記ＨＩＦＵ変換器の焦点域を配置し、治療エネルギーの印加を制御するようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
10. 高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）によって、組織の所望の治療体積を治療するためのシステムであって、
    治療エネルギーを焦点域に送達するように構成されるＨＩＦＵ変換器と、
    基本的な治療体積の周縁が治療エネルギーによって直接治療され、該基本的な治療体積の内部領域が間接的に治療されるように、該治療エネルギーが送達されるとき、該周縁の周囲に該ＨＩＦＵ変換器の焦点域を繰り返し配置することによって、該組織の所望の治療体積内に複数の基本的な治療体積を創出する手段と
    を備え、
    該複数の基本的な治療体積を創出する手段は、該組織の所望の治療体積の一部を囲繞するシェルを画定する該組織の所望の治療体積内に基本的な治療体積のパターンを創出し、
    該基本的な治療体積は、該所望の治療体積の内部領域が、該基本的な治療体積の周縁の外側にあり、該治療エネルギーが該基本的な治療体積に印加されたことから間接的に治療されるように、該所望の治療体積の周囲に創出される、システム。
11. 各基本的な治療体積は、前記焦点域の長さに実質的に等しい直径を有する円筒形である、請求項１０に記載のシステム。
12. 各基本的な治療体積は、前記焦点域の直径の２倍よりも大きい直径を有する円筒形である、請求項１０に記載のシステム。
13. 各基本的な治療体積は、前記焦点域の長さに実質的に等しい高さを有する、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記複数の基本的な治療体積を創出する手段は、前記焦点域が各基本的な治療体積の周縁の周囲に繰り返し配置されるように前記変換器を移動させる機械的連結を含む、請求項１０に記載のシステム。
15. 前記複数の基本的な治療体積を創出する手段は、前記焦点域が各基本的な治療体積の周縁の周囲に繰り返し配置されるように、前記ＨＩＦＵ変換器の焦点域を電子的に配向する電子ビーム操縦器を含む、請求項１０に記載のシステム。
16. 前記シェルは、体内の腫瘍を囲繞する、請求項１０に記載のシステム。
17. 前記シェルは、体内の子宮筋腫を囲繞する、請求項１０に記載のシステム。
18. 前記治療エネルギーは、前記焦点域における組織内において非線形であるＨＩＦＵ信号である、請求項１０に記載のシステム。
19. 高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）によって、体内の腫瘍または子宮筋腫を治療するためのシステムであって、
    治療エネルギーを制御可能方向に焦点域まで送達するように構成されるＨＩＦＵ変換器と、
    治療エネルギーが該腫瘍または子宮筋腫の全部または一部を囲繞する切除用シェルを創出するように印加されるときに、該焦点域を移動させるようにプログラムされるプロセッサと
    を備え、
    該プロセッサは、いくつかの基本的な治療体積から該シェルを形成するパターンで該焦点域を移動させ、各基本的な治療体積の周縁上で該焦点域を繰り返し移動させるようにプログラムされ、
    該基本的な治療体積は、該腫瘍または子宮筋腫の内部領域が、該基本的な治療体積の周縁の外側にあり、該治療エネルギーが該基本的な治療体積に印加されたことから間接的に治療されるように、該腫瘍または子宮筋腫の周囲に創出される、システム。
20. 前記プロセッサは、前記腫瘍または子宮筋腫の全部または一部を囲繞するように積層される環状リングのパターンで前記焦点域を移動させるようにプログラムされる、請求項１９に記載のシステム。

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