JP5882899B2

JP5882899B2 - 超音波振動子用超音波電源

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Publication number: JP5882899B2
Application number: JP2012533713A
Authority: JP
Inventors: バラスンダライッヤヴラジュ; シウェイゾウ; シュンムガヴェルソッカ
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2016-03-09
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Also published as: WO2011045695A1; JP2013508003A; EP2488255A1; BR112012008498A2; CN102548616B; CN102548616A; US20120203098A1

Description

本発明は超音波システムの制御に関し、特に超音波振動子を駆動するための電力の変調に関する。

癌治療の進歩は、遊離型薬物投与と比較して患者への全身性副作用を減らすことができる局所化学療法を含む。こうした方法の１つはドキソルビシンなどの細胞毒性薬のリポソームカプセル化である。近年の研究は病変をターゲットとする温度感受性のリポソームの開発につながった。温度感受性リポソーム（ＴＳＬ）は４２℃から４５℃の範囲でトリガされる従来のものか、又は３９．５℃から４２℃の範囲でそのペイロードを放出する低温感受性リポソーム（ＬＴＳＬ）であり得る。ＴＳＬを活性化させるために温度上昇をもたらす様々な方法が利用可能である。これらは高周波、マイクロ波及び超音波を含む。

超音波は急速に特定の治療インターベンションにとって望ましい方法となりつつある。特に、高密度焦点式超音波の使用は子宮筋腫に対する温熱治療インターベンションのための方法として現在使用されており、肝臓、脳、前立腺及び他の癌病巣の治療における使用可能性が調べられている。組織アブレーションのための超音波治療は、吸収されて熱に変換され、組織の温度を上昇させる高密度超音波で関心組織を照射することによって作用する。温度が５５℃を超えると、組織の凝固壊死が起こり直ちに細胞死に至る。治療に使用される振動子は体外にあるか、又は例えば血管、尿道、直腸などを通して体内に挿入されることができる。同じ振動子は、超音波処理の出力及び持続期間の適切な調節を通してほんの数度の非アブレーション温度上昇を生じるために使用されることができ、これはＴＳＬを用いる薬物送達を可能にする。

米国特許５，３２３，７７９は、患者内の特定組織内の領域を選択的に加熱して組織を破壊するパルス熱発生装置を開示する。一実施形態においてパルス熱発生装置は特定組織内の焦点に超音波エネルギーを集中させる集束型超音波振動子である。

本発明は超音波電源、超音波システム、コンピュータプログラム、及び超音波電源を操作する方法を独立請求項において提供する。実施形態は従属請求項において与えられる。

本発明の実施形態は、尿道内に置かれる超音波振動子素子のアレイを持つアプリケータを用いる前立腺癌治療のための癌治療にとって有用であり得るが、例えば乳房、肝臓、脳、及び骨など他の身体部位における癌にも適用可能である。前立腺癌は後方へ向かう被膜の辺縁付近にしばしば見られる。神経血管束などの重要構造が腫瘍部位の近くに位置することが多く、保存される必要がある。

隣接する組織、例えば前立腺治療の場合は神経束を保存しながら、腫瘍を含む部位においてＬＴＳＬを活性化することが有利である。腫瘍部位における治療温度（３９．５℃から４２℃）は、薬物ペイロードを持つリポソームが循環によって補充されるために相当の時間、例えば３０分間維持される必要があり得る。連続超音波処理スキームがこの期間中に使用される場合、治療部位の外側にすぐ近くに位置する重要構造における望ましくない治療温度上昇につながり得る。この問題は、重要構造が治療スポットに接近している、例えば前立腺治療の場合は神経束が腫瘍に接近している、集束型及び非集束型振動子の両方で存在する。

以前に、経尿道的超音波アプリケータを用いる前立腺の治療が従来技術で記載されており、単素子振動子が尿道に挿入され、その前の部位を超音波照射し、全断面をカバーするために時々回転させる。こうした振動子は設計の簡潔さと低コストのために集束型振動子よりも有利である。経尿道的設計は、介在組織の影響なしに前立腺への直接音響アクセスを提供するため、有利である。実際には、３Ｄボリュームをカバーするために複数の振動子素子が尿道軸に沿って置かれる。全治療過程は磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）、超音波若しくは他の技術を用いる画像ガイダンス下で実行されることができる。ＭＲＩは特に空間領域内の組織内の温度上昇についての情報を与える能力を持つ。こうしたアプリケータは感熱リポソームを用いて薬物を送達するためにも利用されることができる。

本発明の実施形態は、ＬＴＳＬを通じた薬物送達に必要な温度に治療部位を維持しながら、外側のただし近くにある部位をこの閾値未満の温度レベルに維持することを可能にし得る。従って治療は真に局所的であり、望ましくない副作用を軽減し得る。

本発明は被験者と接する超音波振動子を駆動するための電力を供給するのに適した超音波電源を提供する。被験者と接するとは、超音波振動子が被験者と直接接するか、又は超音波振動子が超音波伝導媒体を介して被験者と接し得ることを意味し得ることが理解される。本明細書で使用される非集束型超音波振動子は、被験者のボリュームを加熱することができるが、特定点に集束しない超音波を発する超音波振動子と定義される。非集束型超音波振動子は複数の超音波振動子素子を持ち得るが、これらは集束しない。個々の超音波振動子素子の位相と振幅を制御することによって、非集束型超音波振動子によって付与される超音波エネルギーのボリュームは小さな程度まで調節され得る。複数の超音波振動子の使用は、より均一なボリュームにわたって超音波が分布することも可能にし得る。非集束型超音波振動子は超音波振動子素子の線形アレイの形であり得、また被験者の開口部に挿入されることができるようにパッケージ化され得る。本明細書で使用される集束型超音波振動子は、焦点領域に超音波エネルギーを集束する超音波振動子である。

超音波電源は被験者の第１のボリュームの第１の温度測定と被験者の第２のボリュームの第２の温度測定を受信するのに適した通信インターフェースを有する。コンピュータ通信インターフェースは様々な方法で実現され得、第１のボリュームと第２のボリュームの温度測定を行うために使用される方法に依存し得る。従って通信インターフェースは様々な形をとり得る。例えば通信インターフェースはデジタルインターフェースであり得、ネットワーク接続であり得、単一機器内の内部バス若しくはインターフェースであり得、又はアナログインターフェースでさえあり得る。例えば電圧若しくは電流を供給する熱電対が第１の温度測定と第２の温度測定を通信インターフェースへ送信するために使用され得る。第１の温度測定を受信するための個別の通信インターフェースと、第２の温度測定を受信するための個別の通信インターフェースがあり得る。代替的に、第１及び第２の温度測定のための通信インターフェースは統合されてもよい。

超音波電源は、超音波振動子による超音波加熱を介して、第１の温度測定が第１の所定閾値よりも上で第２の所定閾値よりも下に維持されるように超音波振動子を駆動するための電力の出力を変調するのに適したコントローラをさらに有する。第２の温度測定は第３の所定閾値よりも下に維持される。第１の所定閾値は第３の所定閾値以上である。第１のボリュームは超音波振動子と第２のボリュームの間にあり得る。この実施形態は、被験者に特定効果を持ち得る温度まで第１のボリュームが加熱されることができるため有益である。例えば第１の所定閾値は薬物放出が起こる温度であり得る。第３の所定閾値は、それよりも下では被験者の第２のボリュームに効果がない又は永続効果がある温度であり得る。この実施形態は、一部の温度活性化薬物が所定温度範囲内で最高化学反応性を持つため有益である。

別の実施形態において、超音波振動子は非集束型超音波振動子である。第１のボリュームは超音波振動子と第２のボリュームの間にある。

別の実施形態において、超音波振動子は集束型超音波振動子である。別の実施形態において、コントローラは電力の出力をゲートすることによって電力の出力を変調するのに適している。この電力変調は超音波振動子を構成する全超音波振動子素子への電力の出力を変調することによって達成され得る。代替的に電力は超音波振動子を構成する超音波振動子素子の部分選択についてゲートされ得る。この方法の別の変形例は、時間の関数としてデューティサイクルを変化させることである。例えば電力を増すために、デューティサイクルが増加され得、電力を減らすためにデューティサイクルが減少され得る。

別の実施形態においてコントローラは超音波振動子に供給される電力を持続的にベアリングすることによって電力の出力を変調するのに適している。これは電力を単純にゲートする代わりに超音波振動子に供給される電力が増加若しくは減少され得るので、有利である。超音波振動子に供給される電力は経時的にランプされ得る。この実施形態は超音波振動子への電力が単純にオン・オフされる場合よりも第１及び第２のボリューム内の温度がより安定し得るため、有利である。超音波振動子の個々の超音波振動子素子間の振幅は時間にわたって超音波出力の分布を変化させるために相互に対して変化し得る。

別の実施形態において第１のボリュームと第２のボリュームは０．２５ｍｍ及び５ｍｍの間の直線距離で分離される。これは被験者の第２のボリュームを損傷することなく被験者の第１のボリュームが第１の所定閾値を超えて加熱されることができるため、有利である。

別の実施形態において、第１の温度測定は第１の所定閾値と第２の所定閾値の間に維持され、第２の温度測定は１０秒及び１時間の間の期間にわたって第３の所定閾値よりも下に維持される。

別の実施形態において第１の所定閾値は３９．５℃であり第２の所定閾値は４２℃である。この実施形態はこれらの温度において薬物ペイロードを放出するために使用されることができる温度感受性リポソームがあるため、有利である。

別の実施形態において第１の所定閾値は４２℃であり第２の所定閾値は４５℃である。この実施形態はこれらの温度において薬物ペイロードを放出するために使用されることができる温度感受性リポソームがあるため、有利である。

別の態様において本発明は超音波システムを提供する。超音波システムは本発明の一実施形態にかかる超音波電源を有する。超音波システムは第１のボリュームと第２のボリュームの温度を測定するのに適した温度測定システムをさらに有する。超音波システムは超音波振動子をさらに有する。温度測定システムは様々な異なる方法で実現され得る。侵襲法が使用され得るか、又は医用画像法が使用され得る。侵襲法の一実施例は第１のボリュームと第２のボリュームに針によって挿入される熱電対を使用することであり得る。温度は超音波技術を用いて第１のボリュームと第２のボリュームにおいて測定される。代替的に、第１のボリュームと第２のボリュームにおける温度は磁気共鳴温度測定を用いて測定され得る。

別の実施形態において超音波システムは磁気共鳴イメージングシステムをさらに有する。超音波電源は第１及び第２の温度測定を磁気共鳴イメージングシステムから受信するのに適している。磁気共鳴イメージングシステムはイメージングボリューム内に位置する被験者の核磁気スピンを配向させるための磁場を発生させるのに適した磁石を有する。イメージングは第１のボリュームと第２のボリュームを含む。第１のボリュームと第２のボリュームはイメージングボリューム内にある。磁気共鳴イメージングシステムは磁気共鳴イメージングデータを取得するのに適したコイルを有する高周波システムをさらに有する。コイルは個別の送信及び受信コイルであり得るか、又はコイルは統合機能を持ち、高周波システムからの信号の送信及び受信の両方のために使用され得る。本明細書で使用される磁気共鳴イメージングデータは、磁気共鳴イメージングシステムによって取得され、磁気共鳴イメージングシステムが動作しているときに取得される画像若しくは温度マップなどの他の情報を再構成するために使用され得るデータである。磁気共鳴イメージングシステムはイメージングボリューム内の核磁気スピンの空間エンコーディングに適した傾斜磁場コイルをさらに有する。磁気共鳴イメージングシステムは磁気共鳴イメージングデータから画像を構成し、磁気共鳴イメージングシステムの操作を制御するのに適したコンピュータシステムをさらに有する。

コンピュータシステムは磁気共鳴イメージングデータを用いて第１のボリュームと第２のボリュームにおける温度を計算するのに適している。コンピュータシステムは超音波システムをガイドするためにも使用され得る。超音波電源のコントローラがコンピュータシステムでもあり得る。コンピュータシステムの機能は一部の実施形態では磁気共鳴イメージングシステムに限定されない。本明細書で使用されるコンピュータシステムは機械実行可能命令を実行するのに適した機械である。コンピュータシステムの実施例は単一コンピュータシステム、内蔵コントローラ、マイクロコントローラ、コンピュータのネットワーク、若しくはコントローラであり得る。この実施形態は、第１及び第２のボリュームの温度測定が非侵襲性である上に、磁気共鳴イメージングシステムの撮像能力が超音波システムをガイドするために使用され得るため、特に有利である。別の実施形態において温度測定システムは第１のボリュームと第２のボリュームの温度を測定するために熱電対を使用する。前述の通り熱電対は被験者の第１のボリュームと第２のボリュームに挿入され得る。

別の実施形態において温度測定システムは第１のボリュームと第２のボリュームの温度を測定するために超音波を使用する。この実施形態は非侵襲性であるため有利である。

別の実施形態において超音波システムは被験者に温度感受性リポソームを注射するのに適した注射器をさらに有する。この実施形態は、温度感受性リポソームが領域の温度に基づいて薬物送達を制御するために使用されることができるため有利である。第１のボリュームの温度を制御することによって、温度感受性リポソームが第２のボリュームではなく第１のボリュームへ選択的に送達されることができる。

別の実施形態において超音波システムは超音波振動子を動かす及び／又は回転させるのに適した超音波振動子アクチュエータをさらに有する。超音波振動子は超音波電源から制御信号を受信するのに適している。超音波電源は超音波振動子を回転させる及び／又は動かすことによって第１のボリュームと第２のボリュームの温度を制御するのに適している。

本発明は被験者と接する超音波振動子を駆動するための電力を供給するのに適した超音波電源のための、コントローラによる実行のための機械実行可能命令を有するコンピュータプログラムを提供する。コンピュータプログラムは被験者の第１のボリュームの第１の温度測定と第２のボリュームの第２の温度測定を受信するステップを実行するための命令を有する。コンピュータプログラムは電力の出力を変調し、第１の温度測定が第１の所定閾値よりも上で第２の所定閾値よりも下に維持されるように超音波振動子を駆動するステップをさらに有する。第２の温度測定は第３の所定閾値よりも下に維持される。第１の所定閾値は第３の所定閾値よりも上である。第１のボリュームは超音波振動子と第２のボリュームの間にあり得る。

別の実施形態において第１の温度測定と第２の温度測定は磁気共鳴イメージングシステムから受信される。コンピュータプログラムは実施形態に応じてコンピュータシステム上でも実行可能であり得る。コンピュータプログラムは複数のコントローラ若しくはコンピュータにわたっても分布し得る。

別の態様において本発明は被験者と接する超音波振動子を駆動するための電力を供給するのに適した超音波電源を操作する方法を提供する。方法は被験者の第１のボリュームからの第１の温度測定と被験者の第２のボリュームからの第２の温度測定を受信するステップを有する。方法は第１の温度測定が第１の所定閾値よりも上で第２の所定閾値よりも下に維持されるように超音波振動子を駆動する電力の出力を変調するステップをさらに有する。第２の温度測定は第３の所定閾値よりも下に維持される。第１の所定閾値は第３の所定閾値以上である。第１のボリュームは超音波振動子と第２のボリュームの間にあり得る。

本発明の一実施形態にかかる超音波システムは被験者の超音波を介した薬物送達のための方法を実行するために使用され得る。方法は被験者の治療計画データにアクセスするステップを有する。治療計画データは被験者の解剖学を説明するものであり、被験者の治療部位の磁気共鳴画像などの画像を含み得る。方法は治療部位の近くに超音波振動子を置くステップをさらに有する。方法は第１のボリュームと第２のボリュームの温度をモニタリングするステップをさらに有する。第１及び第２のボリュームは治療計画データにおいて特定され得る。温度は様々な方法でモニタリングされ得、超音波、磁気共鳴イメージング、若しくは熱電対が使用され得る。磁気共鳴イメージングの場合、磁気共鳴イメージング温度測定が使用され得る。第１のボリュームは超音波振動子と第２のボリュームの間にあり得る。方法は温度感受性リポソームを静脈内に若しくは治療部位へ直接注射するステップをさらに有する。方法は超音波振動子を用いて第１のボリュームの温度を第１の所定閾値よりも上で第２の所定閾値よりも下に維持するステップをさらに有する。方法は第２のボリュームの温度を第３の所定閾値よりも下に維持するステップをさらに有する。第２のボリュームの温度は超音波振動子を駆動する電力を制御することによって第３の所定閾値よりも下に維持される。超音波振動子を駆動する電力は電力をゲートすることによって変調され得る。代替的に、超音波振動子への電力は第１及び第２のボリュームの温度を制御するために連続的に変更され得る。

以下、本発明の好適な実施形態が、ほんの一例として図面を参照して記載される。

超音波電源の一実施形態を図示する。本発明の一実施形態にかかる超音波システムを図示する。本発明の一実施形態にかかる統合磁気共鳴イメージングシステムを持つ超音波システムを図示する。本発明にかかる方法の一実施形態を図示する。中に尿道がある前立腺の形状を図示する。音響及び生体熱シミュレーションの結果を示す。本発明のさらなる実施形態にかかる統合磁気共鳴イメージングシステムを持つ超音波システムを図示する。被験者の超音波を介した薬物送達の方法を図示する。

これらの図中の同様の数字の要素は均等な要素であるか若しくは同じ機能を実行する。前に論じられた要素は機能が均等である場合は後の図において必ずしも論じられない。

図１は超音波電源１００の一実施形態を示す。超音波電源１００は通信インターフェース１０２と超音波振動子用付属部品１０４を持つ。超音波振動子用付属部品１０４は電圧発生器１０６へ接続される。電圧発生器は超音波振動子素子を駆動するために使用される電圧を発生させるのに適している。コントローラ１０８も図１に示される。コントローラ１０８は第１の温度測定と第２の温度測定を通信インターフェース１０２から受信する。コントローラ１０８は電圧発生器１０６を制御するためのコマンドを生成するのに適している。これはデジタル信号によって若しくはアナログ制御信号を生成することによって達成されることができる。コントローラ１０８は機械実行可能命令を実行するのに適した中央処理ユニット１１０を有する。揮発性若しくは不揮発性コンピュータメモリ内又はコンピュータ可読媒体上のいずれかにコンピュータプログラム１１２が含まれる。コンピュータプログラム１１２は電圧発生器１０６を制御するためのコマンドを生成するために中央処理ユニット１１０が使用する命令を含む。

図２は本発明の一実施形態にかかる超音波システムを図示する。超音波電源１００が図２に示される。非集束型超音波振動子用付属部品１０４が非集束型超音波振動子２０２に取り付けられる。この図に図示される非集束型超音波振動子２０２は長い円筒振動子である。エポキシなどの超音波媒体で充填される空洞２０６が存在する。空洞２０６内には超音波振動子素子２０４の線形アレイがある。非集束型超音波振動子２０２によって生成される超音波の指向性は非集束型超音波振動子を動かす若しくは回転させることによって制御される。

非集束型超音波振動子２０２によって生成される超音波のパターンは超音波振動子素子２０４の各々に印加される電力の位相及び／又は振幅を制御することによって調節されることができる。非集束型超音波振動子２０２は被験者２０８の開口部２１０へ挿入される。この図には非集束型超音波振動子２０２によって生成される超音波によって加熱される第１のボリューム２１１が図示される。線２１２は振動子２０２から第１のボリュームへの超音波の経路を示す。第１のボリューム２１１に隣接して第２のボリューム２１４がある。第２のボリュームは距離２１６だけ離れている。第１のボリューム２１１内の温度と第２のボリューム２１４内の温度を測定するために、熱電対２１８が被験者２０８へ挿入されている。この実施形態において通信インターフェース１０２は熱電対２１８を用いて温度を測定するための電子機器としても機能する。

図２は空洞内若しくは間質応用において使用されることができる非集束型超音波振動子２０２を示す。典型的な実施例は前立腺治療であり、このアプリケータが尿道を通して挿入され尿道前立腺部に置かれる。装置は各々４ｍｍ×５ｍｍの面積を持つ９個の素子を持つ。これらの素子が適切な周波数で電力供給されるとき、超音波が組織に放出される。超音波は前立腺組織によって吸収され、これは温度上昇を引き起こす。温度上昇は磁気共鳴温度測定技術によって測定されることができる。磁気共鳴温度測定は温度感受性パラメータにおける変化を測定することによって機能する。磁気共鳴温度測定中に測定され得るパラメータの例としては、プロトン共鳴周波数シフト、拡散係数、若しくはＴ１及び／又はＴ２緩和時間における変化が、磁気共鳴を用いて温度を測定するために使用され得る。プロトン共鳴周波数シフトは個々のプロトン、水素原子が経験する磁場が周辺分子構造に依存するため、温度依存性である。温度は水素結合に影響を及ぼすため、温度の増加は分子スクリーニングを減少させる。これはプロトン共鳴周波数の温度依存性につながる。

図３は本発明の一実施形態にかかる統合磁気共鳴イメージングシステム３００を持つ超音波システムを図示する。磁石３０２があり、磁石３０２のボア内に被験者２０８が被験者支持台３１２上にある。イメージングボリューム３１４内の磁気共鳴イメージングデータを取得するのに適した高周波コイル３０６が被験者２０８の上にある。高周波コイル３０６は高周波送受信機３０４に接続される。磁石のボア内には傾斜磁場電源３１０に接続される傾斜磁場コイル３０８もある。非集束型超音波振動子２０２は被験者２０８の開口部に挿入される。

非集束型超音波振動子２０２を回転させる若しくは動かすのに適した超音波振動子アクチュエータ３１６がある。イメージングボリューム３１４内に第１のボリューム３１８と第２のボリューム３２０がある。第１のボリューム３１８は非集束型超音波振動子２０２と第２のボリューム３２０の間にある。温度感受性リポソームを被験者へ注射するのに適した、被験者２０８に接続される注射器３２２も存在する。超音波電源１００はコンピュータシステム３２４のハードウェアインターフェース３２６に接続される。同様に傾斜磁場電源３１０、注射器３２２及び送受信機３０４も全てハードウェアインターフェース３２６に接続される。コンピュータシステム３２４はユーザインターフェース３３０、ハードウェアインターフェース３２６、コンピュータストレージ３３２及びコンピュータメモリ３３４に接続されるマイクロプロセッサ３２８も有する。コンピュータメモリ３３４はコンピュータプログラム３３６を含む。

コンピュータプログラム３３６は超音波システム若しくは磁気共鳴イメージングシステム３００の様々な機能を操作するためのモジュールを含む。この実施形態においてコンピュータプログラムは、磁気共鳴温度測定を用いて温度マップを計算するために磁気共鳴イメージングデータを使用するための機械実行可能命令を含む磁気共鳴温度計算モジュール３３８を含む。コンピュータプログラム３３６は超音波システム制御モジュール３４０の形のコードも有する。超音波システム制御モジュール３４０はマイクロプロセッサ３２８が超音波電源１００を制御するための命令を送信することを可能にする命令を有する。コンピュータプログラムはマイクロプロセッサ３２８が磁気共鳴イメージングシステムの機能と操作を制御することを可能にする命令を含む磁気共鳴システム制御モジュール３４２も含む。コンピュータプログラム３３６は画像再構成モジュール３４４も有する。画像再構成モジュール３４４はマイクロプロセッサ３２８が取得した磁気共鳴イメージングデータを用いて被験者２０８の画像若しくは視覚化を計算することを可能にする機械実行可能命令を含む。

コンピュータストレージ３３２はデータ用若しくは機械実行可能命令用のストレージを含む。例えばストレージは磁気共鳴イメージングデータのアーカイブ３４６を含み得る。ストレージ３３２はコンピュータプログラムのコピー３４８も含み得る。

操作中、図３に示す装置は磁気共鳴イメージングシステム３００と超音波システムの機能を統合する。オペレータは最初に磁気共鳴イメージングシステムを用いて画像をとり、非集束型超音波振動子２０２で加熱されることが意図される被験者２０８の特徴若しくは生体構造を特定し得る。次に温度感受性リポソーム３２２が注射器３２２によって被験者２０８に注射され得る。温度感受性リポソームが体中に拡散した後、第１の領域３１８を温度感受性リポソームを活性化させる温度に加熱するために非集束型超音波振動子２０２が使用される。第２のボリューム３２０は第１のボリューム３１８に隣接する繊細な領域であり、温度感受性リポソームが第２のボリューム３２０内で活性化される場合損傷する可能性がある。超音波電源１００は磁気共鳴温度測定を用いて磁気共鳴イメージングシステム３００によって取得された第１のボリューム３１８と第２のボリューム３２０の温度測定を受信する。第１の線３１８の位置は超音波振動子アクチュエータ３１６を用いることによってさらに制御され得る。

図４は本発明にかかる方法の一実施形態を図示する。ステップ４００において第１及び第２のボリュームに対する第１及び第２の温度測定がそれぞれ受信される。ステップ４０２において、第２の温度が第３の所定閾値よりも下のままであるように、第１の温度を第１の所定閾値よりも上で第２の所定閾値よりも下に維持するために超音波振動子を駆動する電力が変調される。第３の所定閾値温度の温度は第１の所定閾値未満である。

図５は中に尿道５００がある前立腺の形状を図示する。非集束型超音波振動子は尿道５００に挿入され得る。前立腺の境界５０２が示される。点５０４は非集束型超音波振動子による加熱処理から利益を得る前立腺の境界５０２内の第１のボリュームをあらわす。５０６とラベルされた点は、非集束型超音波振動子によって第３の所定閾値を超えて加熱された場合損傷する可能性がある神経血管束をあらわし得る第２のボリュームをあらわす。

図５は中に尿道５００がある前立腺５０２の形状を示す。点５０４は尿道から２ｃｍの前立腺５０２被膜の端にある治療点としてとられ得る。点５０６は尿道から２．４ｃｍ離れ、患者の能力のために必要な好適には保存される神経血管束をあらわす。目的は、点５０４におけるボリュームをＬＴＳＬの活性化を引き起こす温度に長時間点維持しながら同時に、点５０６におけるボリュームをその閾値未満の温度に維持することである。尿道内に置かれる治療アプリケータは通常、尿道を保存し、及び振動子温度を安全レベル内に維持するために冷却機構を持つ。

図６は音響及び生体熱シミュレーションの結果を示す。シミュレーションは図５に図示した状況を説明するために選ばれた。ｘ軸６００は時間を秒で示す。ｙ軸は尿道から様々な距離の領域の温度をセ氏で示す。曲線マーク６０２は尿道から２ｃｍである。これは図５に示す第１のボリューム５０４をあらわす。６０４とラベルした曲線は尿道から２．４ｃｍ離れ、図５に示す第２のボリューム５０６をあらわす。６０６とラベルした曲線は尿道から１ｃｍ離れ、６０８とラベルした曲線は尿道から７ｍｍ離れ、６１０とラベルした曲線は尿道から５ｍｍ離れる。

図６に示す結果を生じるために使用されるシミュレーションに対して、電力変調が使用された。ＬＴＳＬは時間ゼロにおいて注射されるものと仮定した。音響シミュレーションは尿道内に置かれるアプリケータで３ＭＨｚの超音波処理周波数を仮定する有限要素シミュレーションを用いて実行された。尿道は２０℃に維持される温度で冷却水を循環させて冷却される。前立腺媒体の特性は文献からとられた：密度＝１０５０ｋｇ／ｍ３、音速＝１５３０ｍ／ｓ、超音波減衰＝５．３Ｎｐ／ｍ／ＭＨｚ（線形周波数依存性を伴う）、比熱＝３６３９Ｊ／Ｋｇ／Ｋ、熱伝導率＝０．５６Ｗ／ｍ／Ｋ、血液かん流速度＝５Ｋｇ／ｍ３／ｓ。血液の比熱容量は３６５０Ｊ／Ｋｇ／Ｋとされる。出力音響強度は１０Ｗ／ｃｍ２に設定された。時間の関数としての温度特性は領域全体にわたって取得され、５つの位置に対してプロットされる：図５において尿道から５ｍｍ（線６１０）、７ｍｍ（線６０８）、１ｃｍ（線６０６）、２ｃｍ（線６０２）、及び２．４ｃｍ（線６０４）。制御スキームは２ｃｍにおける図５の点５０４が少なくとも３９．５℃に達するまで素子への電力をオンにし、２．４ｃｍにおける図５の点５０６がちょうど３９．５℃に達するまでさらに電力を維持し続けた。この時点において、超音波処理電力はオフにされ組織が冷却できるようになった。点５０４及び点５０６における温度は両方ともこの時間内に減少した。点５０４における温度が３９．５℃に低下すると、電力は点５０６における温度が３９．５℃に達したときの点までオンにされた。このプロセスが繰り返された。結果として点５０４における温度プロファイルは常にＬＴＳＬの活性化のための温度である３９．５℃よりも上になるよう維持されながら、同時に点５０６における温度を３９．５℃未満になるよう維持した。約１５０秒後くらいで、温度プロファイルは予測可能になり定常状態パターンに達した。従って、シミュレーションはその時間を超えて継続されなかったが、実際の治療は１０〜３０分などかなりの長時間継続される。実際にはこのスキームはＭＲＩ若しくは超音波法からの温度測定情報を用いて達成されることができる。

上記スキームにおいて、例えば５ｍｍ（線６１０）及び７ｍｍ（線６０８）離れている尿道に近い位置は治療温度に達せず、３９．５℃をはるかに下回ることもまたわかる。これは尿道内の冷却の存在のためである。７ｍｍ（線６０８）から１０ｍｍ（不図示）離れた位置も、温度プロファイルの全体的な減少特性のために、患者への薬物の注射のタイミングを適切にすることによって保存されることができる。

非集束型超音波振動子への電力をオン及びオフにスイッチすることによって電力を変調するステップの代替案として、複数の他の実施形態がある。
‐冷却フェーズ中に異なる部位へ治療を施すためにアプリケータが回転されるか若しくは動かされる。
‐電源をオン及びオフにする代わりにスキームはより滑らかな温度プロファイルを得るために電力レベルを漸増若しくは漸減し、これは温度測定に必要な時間更新速度を減少させ、その結果温度マップの空間精度を増加させる。

図７は本発明のさらなる実施形態にかかる統合磁気共鳴イメージングシステムを持つ超音波システムを図示する。この実施形態において高密度焦点式超音波システム７００が示される。高密度焦点式超音波システムは集束型超音波振動子７０２を有する。高密度焦点式超音波システムは超音波の通過を可能にするのに適した超音波窓７０４をさらに有する。患者支持台３１２の中に超音波の通過を可能にするのに適した開口７０８が見えている。開口７０８は高密度焦点式超音波システム７００から患者２０８への経路を確立するためにゲルパッド若しくは超音波伝導ゲルなどの超音波伝導媒体を受けるのに適し得る。線７０８は第１のボリューム３１８への超音波の経路をマークする。第１のボリューム３１８は集束型超音波振動子７０２と第２のボリューム３２０の間にある。集束型超音波振動子７０２では、第１のボリューム３１８は第２のボリューム３２０と集束型超音波振動子７０２の間にある必要はない。

図８は超音波を介した薬物送達を実行する方法を図示する。本発明の一実施形態にかかる超音波システムがこの方法を実行するために使用され得る。ステップ８００において治療計画データがアクセスされる。治療計画データは治療される被験者の１つ若しくは複数のボリュームをあらわす解剖学データを含み得る。治療計画データは被験者の第１のボリュームが加熱される温度範囲をあらわすデータも含み得る。加えて治療計画データは被験者の第１のボリュームが加熱される期間をあらわすデータも含み得る。治療計画データは被験者の第２のボリュームと、第２のボリュームが加熱され得る最大温度をあらわすデータも含み得る。ステップ８０２において第１のボリュームと第２のボリュームの温度が治療計画データに基づいてモニタリングされる。温度は連続的にモニタリングされ得るか、又は周期的にモニタリングされ得る。ステップ８０４において、温度感受性リポソームが被験者に注射される。温度感受性リポソームは静脈注射され得るか、又は第１のボリューム内に直接注射され得る。代替的に温度感受性リポソームは隣接ボリュームに注射され得る。隣接ボリュームは第１のボリュームに隣接する被験者のボリュームである。ステップ８０６において、超音波システムの超音波振動子を用いて加熱することによって第１のボリュームの温度が第１の所定閾値と第２の所定閾値の間で維持される。ステップ８０８において、第２のボリュームの温度が第３の所定閾値よりも下に維持される。第２のボリュームの温度は超音波振動子に供給される電力を制御することによって第３の所定閾値よりも下に維持される。超音波振動子への電力はゲートされ得るか又は連続的に変更され得る。例えば、超音波振動子への電力は時間の関数として変化するランプ関数であり得る。

Claims

被験者と接する超音波振動子を駆動するための電力を供給する超音波電源であって、
前記被験者の第１のボリュームの第１の温度測定と前記被験者の第２のボリュームの第２の温度測定とを受信する通信インターフェースであり、前記第１のボリュームは、前記被験者内に供給された温度感受性リポソームが活性化される部位であり、前記第１のボリュームが前記超音波振動子と前記第２のボリュームとの間にある、前記通信インターフェースと、
前記被験者の前記第１のボリュームにおける前記温度感受性リポソームの活性化のため、前記超音波振動子による超音波加熱を介して、
ａ．前記第１の温度測定が第１の所定閾値よりも上に維持され、
ｂ．前記第１の温度測定が第２の所定閾値よりも下に維持され、
ｃ．前記第２の温度測定が第３の所定閾値よりも下に維持され、
前記第１の所定閾値が前記第３の所定閾値よりも上である、ように、前記超音波振動子を駆動するための電力の出力を変調するコントローラであり、前記超音波加熱中、前記第１及び前記第２の温度測定が、前記a、ｂ及びｃを実現する予め決められた時間的な温度プロファイルを達成するように、前記超音波振動子への電力を時間の関数として変調する、コントローラと、
を有する、超音波電源。
前記超音波振動子が非集束型超音波振動子である、請求項１に記載の超音波電源。
前記コントローラが前記超音波振動子の素子の少なくとも１つへの前記電力の出力をゲートすることによって前記電力の出力を変調する、請求項１に記載の超音波電源。
前記コントローラが前記超音波振動子の素子の少なくとも１つへ供給される前記電力を連続的に変化させることによって前記電力の出力を変調する、請求項１又は２に記載の超音波電源。
前記第１のボリュームと前記第２のボリュームが０．２５ｍｍ乃至５ｍｍの直線距離で分離される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の超音波電源。
１０秒乃至１時間の期間にわたって、前記第１の温度測定が前記第１の所定閾値と前記第２の所定閾値の間に維持され、前記第２の温度測定が前記第３の所定閾値よりも下に維持される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の超音波電源。
前記第１の所定閾値が３９．５℃であり、前記第２の所定閾値が４２℃である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の超音波電源。
超音波システムであって、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の超音波電源と、
前記第１のボリュームと前記第２のボリュームの温度を測定する温度測定システムと、
超音波振動子と、
を有する、超音波システム。
前記超音波システムが磁気共鳴イメージングシステムをさらに有し、前記超音波電源が前記磁気共鳴イメージングシステムから前記第１及び第２の温度測定を受信し、前記磁気共鳴イメージングシステムが、
前記第１のボリュームと前記第２のボリュームを有するイメージングボリューム内に位置する被験者の核磁気スピンを配向させるための磁場を発生させる磁石と、
磁気共鳴イメージングデータを取得するコイルを有する高周波システムと、
前記イメージングボリューム内の前記核磁気スピンを空間エンコードする傾斜磁場コイルと、
前記傾斜磁場コイルに電流を供給する傾斜磁場コイル電源と、
前記磁気共鳴イメージングデータから画像を構成し、前記磁気共鳴イメージングシステムの操作を制御するコンピュータシステムであって、前記磁気共鳴イメージングデータを用いて前記第１のボリュームと前記第２のボリュームの温度を計算する、コンピュータシステムと、
を有する、請求項８に記載の超音波システム。
前記温度測定システムが前記第１のボリュームと前記第２のボリュームの温度を測定するために熱電対を使用する、請求項８に記載の超音波システム。
前記温度測定システムが前記第１のボリュームと前記第２のボリュームの温度を測定するために超音波を使用する、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の超音波システム。
前記超音波システムが温度感受性リポソームを前記被験者へ注射する注射器をさらに有する、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の超音波システム。
前記超音波システムが、前記超音波振動子を動かす及び／又は回転させる超音波振動子アクチュエータをさらに有し、前記超音波振動子が前記超音波電源から制御信号を受信し、前記超音波電源が前記超音波振動子を回転させる及び／又は動かすことによって前記第１のボリュームと前記第２のボリュームの温度を制御する、請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の超音波システム。
被験者と接する超音波振動子を駆動するための電力を供給する超音波電源のための、コントローラによる実行のための機械実行可能命令を有するコンピュータプログラムであって、
前記被験者の第１のボリュームの第１の温度測定と前記被験者の第２のボリュームの第２の温度測定とを受信するステップであり、前記第１のボリュームは、前記被験者内に供給された温度感受性リポソームが活性化される部位であり、前記第１のボリュームが前記超音波振動子と前記第２のボリュームとの間にある、受信するステップと、
前記被験者の前記第１のボリュームにおける前記温度感受性リポソームの活性化のため、前記超音波振動子による超音波加熱を介して、
ａ．前記第１の温度測定が第１の所定閾値よりも上に維持され、
ｂ．前記第１の温度測定が第２の所定閾値よりも下に維持され、
ｃ．前記第２の温度測定が第３の所定閾値よりも下に維持され、
前記第１の所定閾値が前記第３の所定閾値以上であるように、前記超音波振動子を駆動する電力の出力を変調するステップであり、前記超音波加熱中、前記第１及び前記第２の温度測定が、前記a、ｂ及びｃを実現する予め決められた時間的な温度プロファイルを達成するように、前記超音波振動子への電力を時間の関数として変調する、ステップと、
を実行させるための命令を有する、コンピュータプログラム。
被験者と接する超音波振動子を駆動するための電力を供給する超音波電源を操作する方法であって、前記超音波電源が通信モジュール及びコントローラを有し、前記方法が、
前記通信モジュールが、前記被験者の第１のボリュームからの第１の温度測定と前記被験者の第２のボリュームからの第２の温度測定とを受信するステップであり、前記第１のボリュームは、前記被験者内に供給された温度感受性リポソームが活性化される部位であり、前記第１のボリュームが前記超音波振動子と前記第２のボリュームとの間にある、受信するステップと、
前記コントローラが、前記被験者の前記第１のボリュームにおける前記温度感受性リポソームの活性化のため、前記超音波振動子による超音波加熱を介して、
ａ．前記第１の温度測定が第１の所定閾値よりも上に維持され、
ｂ．前記第１の温度測定が第２の所定閾値よりも下に維持され、
ｃ．前記第２の温度測定が第３の所定閾値よりも下に維持され、
前記第１の所定閾値が前記第３の所定閾値以上であるように、前記超音波振動子を駆動する電力の出力を変調するステップであり、前記超音波加熱中、前記第１及び前記第２の温度測定が、前記a、ｂ及びｃを実現する予め決められた時間的な温度プロファイルを達成するように、前記超音波振動子への電力を時間の関数として変調する、ステップと、
を有する、方法。