JP3892439B2 - Ｍｒｉ同期化を用いてフォーカスされた超音波システム - Google Patents

Description

（発明の分野）
本発明は、一般的には、磁気共鳴画像（「ＭＲＩ」）システムと、フォーカスされた超音波および／または超音波画像システム等のＭＲＩシステムと共に使用される他の電気または電子システムとの間の干渉を最小化するためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、例えば、フォーカスされた超音波処理の間、動作パラメータまたは他の電気アクティブ化（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ）の変化を磁気共鳴画像サイクルのタイミングに同期化させるシステムおよび方法に関する。

（背景）
癌腫瘍または良性腫瘍といった患者内部の標的組織領域に熱を向けて、壊死させるか、または他の場合では、熱エネルギーを用いて組織領域を処理するフォーカスされた超音波システムが提案されてきた。例えば、患者の体外部に配置された圧電トランスデューサが、超音波（組織領域を治療的に処置するために、患者の内部組織領域において、約２０キロヘルツ（ｋＨｚ）、より典型的には、５０ｋＨｚ〜５ＭＨｚ（０．０５〜５ＭＨｚ）を有する音響波）等の高強度の音響波をフォーカスするために使用される。音響波は、腫瘍を切除するために使用され得、それにより、侵襲性手術に対する必要性を除去する。

このような処理の間、例えば磁気共鳴画像法を用いて、処置される組織を画像化することがしばしば望まれる。一般的には、ＭＲＩシステムは、静磁場マグネット（ｓｔａｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｍａｇｎｅｔ）、勾配磁場増幅器（ｇｒａｄｉｅｎｔ ｆｉｅｌｄ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ＲＦトランスミッタ、およびＲＦレシーバを含む。マグネットは、患者を受け取る領域を含み、静的な、比較的均一な磁場を患者にわたって供給する。勾配磁場増幅器は、静磁場を変化させる磁場勾配を生成する。ＲＦトランスミッタは、患者の組織にＭＲ応答信号を放出させるために、患者にわたってＲＦパルスシーケンスを送信する。生のＭＲ応答信号は、ＲＦレシーバによって検知され、次いでＭＲ画像を計算する計算ユニットに送られ得、次いで、ＭＲ画像が表示され得る。

ＭＲＩシステムは、例えば、フォーカスされた超音波切除処置等の手術または最小の侵襲性処置の前に、処置を計画するために使用され得る。標的組織領域を位置付けるために、および／または処理の準備のためエントリポイントと組織領域との間の経路を計画するために、患者がＭＲＩシステムにおいてスキャンされ得る。一旦、標的組織領域が識別されると、ＭＲＩは、例えば、組織領域を画像化するためにおよび／または外部超音波ビームから処置される標的組織領域までの経路をガイドするために、処理中に使用され得る。さらに、ＭＲＩシステムは、例えば、処理中において組織領域の温度をモニタリングするために使用され得、標的組織領域のみが、周囲の健康な組織を損傷することなく、切除処置の間に破壊されることを確実にする。

フォーカスされた超音波処理を画像化するためにＭＲＩを使用する場合に遭遇する潜在的な問題の内の１つは、ＭＲＩシステムとフォーカスされた超音波システムとの間の干渉である。ＲＦ信号（特に、ＭＲＩシステム（１．５テスラのＭＲＩシステムに対して、一般的には、約６３メガヘルツ（６３ＭＨｚ）で集中される）によって使用された帯域幅内部のＲＦ信号）に対して敏感であり得る。特に、フォーカスされた超音波システムを導き出すために使用されたような過渡的な信号は、広帯域のノイズを生成し得るか、および／またはＭＲＩシステムの敏感な範囲内に高調波を放射し得る。このノイズは、特に、ＲＦレシーバがアクティブ化され、ＭＲ応答信号を検出する場合、ＭＲＩシステムと干渉し得る。

従って、フォーカスされた超音波処理中、磁気共鳴画像の結果を改善するためのシステムおよび方法が有用である。

（発明の要旨）
本発明は、例えば、治療、画像化、診断、および／または、他の超音波処理の間に、概してＭＲＩシステムと同期化して動作するシステムに関する。これらのシステムの動作は、システム間の干渉を最小化するためにＭＲＩシステムの動作と同期化し得る。好適には、このようなシステムは、磁気共鳴画像法を用いてモニタリングされるフォーカスされた超音波処理を実行するため、ならびに、より好適には、アクティブ動作（超音波パラメータの変化、バースト送信、チャネルサンプリング等）を、ＭＲＩプロセスの敏感なセグメントとの干渉を最小化するために磁気共鳴画像法のタイミングと同期化させるためのこのようなシステムが構成される。

本発明の一局面に従って、ＭＲＩシステムおよびフォーカスされた超音波システムを含むシステムが提供される。ＭＲＩシステムは、一般的には、実質的に静的な均一磁場を発生させるための静磁場マグネット、所定の態様で磁場を変更させるための勾配磁場増幅器、およびＲＦトランスミッタ／レシーバを含む。ＲＦトランスミッタ／レシーバは、例えばパルスシーケンス等のＲＦ信号を生成するためのＲＦトランスミッタ、および組織のＭＲ応答を検出するための別個のレシーバを含み得る。あるいは、ＲＦトランスミッタ／レシーバは、送信および受信モードで交互に動作するように構成される単一のデバイスであり得る。ＭＲＩシステムは、タイミングシーケンス、あるいは他の場合では、ＲＦトランスミッタ／レシーバおよび／またはＭＲＩシステムの他のコンポーネントの制御動作を提供するためのＭＲＩコントローラを含み得る。

フォーカスされた超音波システム（「ＦＵＳ」）は、圧電トランスデューサ、トランスデューサに接続された駆動回路、および駆動回路に接続されたＦＵＳコントローラを含む。駆動回路は、トランスデューサに駆動信号を供給するために構成され、このトランスデューサは、１つ以上のトランスデューサエレメントを含むことにより、トランスデューサは、患者の体内部の標的組織領域に向かって音響エネルギーを放出し得る。

ＦＵＳコントローラは、駆動信号のパラメータを変化させるか、または患者の体によって発生されたＭＲ応答信号を検出するＭＲＩシステムとの干渉を実質的に最小化するタイミングシーケンスの間の１回以上フォーカスされた超音波システムを活性化する駆動回路を制御するために構成される。例えば、ＦＵＳコントローラは、ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスを決定し、ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスに基づいて駆動回路を制御し得る。好適には、ＦＵＳコントローラは、駆動信号のパラメータ（例えば、周波数、振幅、および／または位相）を変化させる駆動回路を制御し、ならびに／あるいは、ＭＲＩシステムがＲＦ信号を送信する場合のみ、他の過渡的動作を実行する。従って、ＦＵＳコントローラは、ＭＲＩシステムが患者の体によって放出されたＭＲ応答信号を検出する場合に実質的に一定である駆動信号のパラメータを維持し得る。

一実施形態では、ＭＲＩシステムによって生成されたタイミング信号をサンプリングするためのインターフェースが提供され、タイミング信号は、ＲＦ信号を送信するため、またはＭＲ応答信号を検出するようにＲＦトランスミッタ／レシーバに命令するために使用される。好適には、インターフェースは、ＦＵＳコントローラへのＭＲＩシステムのタイミングシーケンスサンプリングポートに接続するためのケーブルを含む。ＦＵＳコントローラは、上述のようなＭＲ応答信号を検出するＭＲＩシステムとの干渉を最小化するタイミングシーケンスの間の１回以上駆動信号のパラメータのみを変化させ得る。

代替的な実施形態では、アンテナまたは他のセンサが、ＭＲＩシステムによって送信されたＲＦ信号を検出するためのコントローラに接続され得る。ＦＵＳコントローラは、アンテナによって取得されたデータを使用して、いつＭＲＩシステムがＲＦ信号の送信を開始または終了するかを決定し、および／またはＭＲ応答信号を検出し、そしてフォーカスされた超音波システムをそれに従って制御し得る。

さらなる代替では、ＦＵＳコントローラは、ＭＲＩシステムおよびトランスデューサを駆動するクロックを同期化させ、クロックのクロック速度に関連する同期化定数を取得し得る。ＭＲＩシステムが最初にアクティブ化された場合とＭＲＩシステムがＲＦ信号の送信を開始する場合との間の遅延が決定され得る（例えば経験的に）。次いで、ＦＵＳコントローラは、遅延および同期化定数によりＭＲＩシステムの所定のサイクル周期を調整することによってＭＲＩシステムのタイミングシーケンスを決定し得る。

別の局面に従って、磁気共鳴画像法を用いてモニタリングされるフォーカスされた超音波処理を実行するためのシステムが構成される。無線周波数（ＲＦ）パルスシーケンスは、患者の体（例えば、上述のようにＭＲＩシステムを用いて）を介して送信される。圧電トランスデューサは、トランスデューサが患者の体内部の標的組織領域に向かって音響エネルギーを放出するように電気駆動信号を用いて駆動され得る。ＲＦパルスシーケンスに応答して患者の体内の組織によって生成されたＭＲ応答信号が検出され得る（例えばＭＲＩシステムのレシーバによって）。例えば、フォーカスされた超音波システムならびに／あるいは他の電気または電子デバイスによって、ＭＲＩレシーバと干渉し得る任意のアクティブ化信号は、駆動信号のパラメータをトランスデューサ、サンプリングチャネル等のＭＲＩシステムと同期化し得る。好適には、これらの「ノイズの多い」アクティブ化は、ＭＲＩサイクルの送信位相の間のみ実行されることにより、ＭＲＩサイクルの受信位相の間にＭＲ応答信号の検出との干渉を実質的に最小にする。

本発明の他の目的および／または特徴が添付図面と共に考慮される以下の説明の考慮から明らかになる。

本発明の好適な実施形態は、例によって示され、添付の図面においての図において限定されない。この図面では、同様の参照符号は同様の構成要素を指す。

（好適な実施形態の詳細な説明）
ここで、図面を参照すると、図１〜図３は、本発明によるＭＲＩ誘導フォーカス超音波システム１０の好適な実施形態を示す。一般的には、システム１０は、フォーカス超音波システム１２およびＭＲＩシステム５０を含む。一般的には、フォーカス超音波システム１２は、圧電トランスデューサ１４、駆動回路１６、およびコントローラ１８（以後、ＦＵＳコントローラと呼ぶ）を含む。

図２および図３を特に参照すると、トランスデューサ１４は、好適には、当業者に公知であるように構成された圧電材料から形成されたトランスデューサアレイである。好適な実施形態では、トランスデューサ１４は、「球キャップ（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｃａｐ）」形状（すなわち、トランスデューサ１４が球の部分を規定する内側表面２０を有するように実質的に一定の曲率半径を有する）等の凹形状またはボウル形状を有し得る。あるいは、トランスデューサ１４は、実質的に平坦な構成（図示されない）を有してもよいし、および／または、一般的であるが、必ずしも真実であるとは限らない円形（図示されない）である外周を含んでもよい。

図３は、放射状に６つの同心リングおよび円周方向に８つのセクタに分割されるトランスデューサ１４の例示的実施形態を示し、それにより、トランスデューサ１４を４８のトランスデューサエレメント２２に分割する。あるいは、トランスデューサ１４は、任意の所望の数のリングおよび／またはセクタ（図示せず）に分割され得る。好適な実施形態では、トランスデューサ１４は、約８〜１２ｃｍの外径、約８〜１６ｃｍの曲率半径１６、ならびに、１つ以上のリングおよび４〜１６セクタを含む。

代替的な実施形態では、トランスデューサ１４は、六角形、三角形、四角形等の種々の幾何学的形状を有する１つ以上のトランスデューサエレメントを含み得、好適には、必ずしも必要ではないが、実質的に一様なまたは対象的な構成で中心軸２８の周りに配置され得る。しかし、トランスデューサ１４の構成は、本発明に対して重要ではなく、公知の種々の任意の超音波トランスデューサ（フラット環状アレイ、線形アレイ等）が使用され得る。本発明と共に使用するために適切な位相アレイトランスデューサの構成に関するさらなる情報は、例えば、Ｃ．ＣａｉｎおよびＳ．Ｕｍｅｍｕｒａによる「Ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ−Ｒｉｎｇ ａｎｄ Ｓｅｃｔｏｒ−Ｖｏｒｔｅｘ Ｐｈａｓｅｄ−Ａｒｒａｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、ｖｏｌ．ＭＴＴ−３４、第５号、５４２〜５５１頁（１９８６年５月）、およびＴ．ＦｊｉｅｌｄおよびＫ．Ｈｙｎｙｎｅｎ、「Ｔｈｅ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ−Ｒｉｎｇ ａｎｄ Ｓｅｃｔｏｒ−Ｖｏｒｔｅｘ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ ｆｏｒ ＭＲＩ Ｇｕｉｄｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｓｕｒｇｅｒｙ」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ、Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ、ａｎｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ，ｖｏｌ ４４、第５号、１１５７〜１１６７頁（１９９７年９月）に見出され得る。

図１に戻ると、トランスデューサ１４は、排出された水または同様の音響送信流体で満たされたチャンバ３２内部に取り付けられる。上部に患者４０が配置され得るテーブル３０または患者の体に対して配置され得る可動アーム（図示せず）上に取り付けられた流体充填バッグの内部にチャンバ３２が配置され得る。トランスデューサ１４は、以下にさらに詳細に説明されるように、トランスデューサ１４によって放出された超音波エネルギーを生成および／または制御するために、駆動回路１６および／またはＦＵＳコントローラ１８に接続される。

ポジショニングシステム３４は、１つ以上の方向（好適には、３つの直交方向の内のいずれか）にトランスデューサ１４を機械的に移動させるために、トランスデューサ１４に接続され得る。あるいは、焦点距離（トランスデューサ１４からトランスデューサ１４によって放出された超音波エネルギーの焦点領域３８への距離）は、（例えば、公知の方法を用いて、または機械的および電子的ポジショニングを用いて）電気的に調整され得る。例示的なトランスデューサおよびポジショニングシステムは、米国出願第０９／５５６，０９５号および第０９／５５７，０７８号（両出願とも２０００年４月２１日に出願された）に開示される。

テーブル３０の上部は、一般的には、超音波に対して実質的に透過性のある、マイラー（ｍｙｌａｒ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、または他の適切なプラスチック材料等の可撓性膜３６を含む。流体充填バッグ（図示せず）は、テーブル３０上に配置された患者４０の輪郭に容易に適合し得る膜３６上に設けられ得ることにより、チャンバ３２内部のトランスデューサ１４に患者４０を音響的に接続させる。さらにまたは代替的には、音響ゲル、水、または他の流体（図示せず）が、さらなる音響接続を容易にするために、患者４０と膜３６との間に設けられ得る。

図２を特に参照すると、トランスデューサエレメント２２の各々は、従来の態様で駆動回路１６に個々に接続される。駆動回路１６は、１つ以上の周波数、好適には、無線周波数（例えば、約０．５〜１０ＭＨｚ、より好適には約１．０〜２．０ＭＨｚ）において、電気駆動信号１７をトランスデューサエレメント２２に提供するように構成される。電気駆動信号１７がトランスデューサエレメント２２に供給される場合、トランスデューサ１４は、当業者に公知のように、その内側表面２０から超音波エネルギーを放出する。

ＦＵＳコントローラ１８は、駆動回路１６によって生成された駆動信号１７のいくつかの局面（振幅、周波数、および／または位相等）を制御するために、駆動回路１６に接続される。例えば、ＦＵＳコントローラ１８は、実質的に従来の態様で、トランスデューサ１４によって送られた超音波エネルギーの強度を制御するために、駆動信号１７の振幅を制御し得る。

さらに、ＦＵＳコントローラ１８は、各トランスデューサエレメント２２に対する駆動信号１７の位相成分を制御し、トランスデューサ１４によって生成された焦点領域の形状を制御し、および／または焦点領域を所望の場所に移動させ得る。例えば、ＦＵＳコントローラ１８は、例えば、焦点面の焦点距離（すなわち、トランスデューサの面から焦点領域の中心までの距離）を調整するために、各トランスデューサエレメント２２の放射位置に基づいて駆動信号の位相シフトを制御し得る。さらにまたは代替的には、ＦＵＳコントローラ１８は、トランスデューサ１４、およびその後トランスデューサ１４の焦点領域３８の場所を所望の場所（すなわち、標的組織領域４２）に移動させるようにポジショニングシステム３４を制御し得る。

好適には、以下にさらに説明されるように、ＭＲＩシステム５０との干渉を実質的に最小化するように、駆動回路１６および／またはトランスデューサ１４を同期化、ならびに／あるいは、他の場合制御するために、ＦＵＳコントローラ１８はさらに構成される。

図１を参照すると、ＭＲＩシステム５０は、静磁場マグネット５２、勾配磁場増幅器５４、ＲＦトランスミッタ５６、ＲＦレシーバ５８、制御プロセッサ６４（以後、ＭＲＩコントローラと呼ばれる）、ならびに患者４０のイメージ（例えば、組織構造４２）を獲得し得る計算ユニット６０を含む。マグネット５２は、そこで患者４０を受信するための領域を含み、当業者に周知のように、患者４０上に静的な比較的均一な磁場を提供する。勾配磁場増幅器５４は、公知の態様で静的な磁場を変化させる磁場勾配を生成する。

ＲＦトランスミッタ５６は、患者４０上のＲＦパルスシーケンスまたは他の信号を生成かつ送信し、組織構造４２にＭＲ応答信号を放出させ、ＭＲ応答信号は、自由誘導減衰（ｆｒｅｅ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｄｅｃａｙ）（ＦＩＤ）信号および／またはエコー信号を含み得る。好適な実施形態では、ＲＦトランスミッタ５６は、マグネット５２においてＲＦコイル（図示せず）、およびパルストランスミッタ（図示せず）を含み、パルストランスミッタは、合成器（図示せず）によって提供され、および／またはＭＲＩコントローラ６４によって制御されるパルストランスミッタ周波数を有し得る。

生のＭＲ応答信号は、レシーバ５８によって感知され得、レシーバは、ＲＦトランスミッタ５０からＲＦコイル（図示せず）の別個のセットを含み得る。あるいは、ＲＦパルスシーケンスを送信するための送信モードおよびＭＲ応答信号を受信するための受信モードで交互に動作するように構成されるＲＦトランスミッタ／レシーバ（図示せず）が提供され得る。この代替の実施形態に対して、ＭＲＩコントローラ６４は、例えば、送信モードと受信モードとの間のＲＦトランスミッタ５６のＲＦコイルを切り替えることによってこの動作を制御し得る。

動作の間、ＭＲＩコントローラ６４は、ＭＲＩシステム５０を動作するために使用されたタイミングシーケンスを提供し得、および／または他の場合ではこれを制御し得る。ＭＲＩシステム５０は、例えば、実質的に一定の周期を有する所定のタイミングシーケンスを用いて動作され得る。タイミングシーケンスは、ＲＦ信号５６に、ＲＦパルスシーケンスを送信するように命令し、および／またはレシーバ５８に、ＭＲ応答シーケンスを聞く（ｌｉｓｔｅｎ ｆｏｒ）ように命令する１つ以上の信号を含み得る。

図４Ａを参照すると、ＭＲＩコントローラ６４は、ＲＦ送信／受信信号（例えばゲート信号）を生成し得る。この信号は、ＲＦトランスミッタ５６および／またはレシーバ５８をアクティブ化するために使用されてもよいし、あるいは、別個の信号がトランスミッタ５６および／またはレシーバ５８に提供されてもよい。タイミングシーケンスは、約１０〜５０ｍｓの周期、好適には、約３０ｍｓを有する画像化サイクルを含み得る。各サイクルの間、ＭＲＩコントローラ６４は、点「ａ」において信号をまず供給し得、点「ｂ」において中断するまで、図４Ａに示された比較的短い持続時間であるＴ_{ＴＲＡＮＳＭＩＴ}（例えば、約１〜３ｍｓ）の間にＲＦトランスミッタ５６をアクティブ化する。ＲＦトランスミッタ５６は、サイクルのこの部分の間に１つ以上のパルスシーケンスを送信してもよいし、あるいは、複数の時間（図示せず）でアクティブ化されてもよい。所定の遅延の後、または送信信号の終了直後に、ＭＲＩコントローラ６４は、点「ｃ」において信号を供給し、点「ｄ」で中断されるまで、レシーバ５８をアクティブ化し得る。レシーバ５８は、次のサイクルの開始までアクティブのままであってもよいし、あるいは、レシーバ５８は、サイクル間（例えば、患者の体がＭＲ応答信号を生成することが予測される場合、一部のサイクル間）の複数の時間においてアクティブ化され得る。

ＭＲ応答信号は、レシーバ５８から計算ユニット６０に通過し得、計算ユニット６０は、アナログデジタルコンバータおよび／またはＭＲ画像を計算する画像プロセッサ（両方とも図示せず）を含み得る。次いで、計算ユニット６０は、ディスプレイ６２上にＭＲ画像を表示し得る。

ＭＲＩシステム５０は、ＭＲ画像を生成するために種々のＲＦパルスシーケンスを使用し得る。さらにまたは代替的に、ＭＲＩシステム５０は、患者４０の温度に敏感な画像を速やかに獲得するために、リアルタイム感温パルスシーケンスを利用し得る。随意に、感温画像は、他の医療診断画像（従来のＭＲ画像等）上に重ね合わされてもよいし、別個のディスプレイ上に提供されてもよい。好適には、組織構造４２およびフォーカスされた超音波システム１２によって加熱された領域と共に同時に画像化され得、それにより、オペレータは、標的組織領域４２に対応する加熱された領域（すなわち、焦点領域３８）を正確に位置付けることが可能になる。温度に敏感なＭＲ画像を取得するためのシステムおよび方法に関するさらなる情報は、２０００年１０月２０日に出願された米国出願第０９／６９６，６２４号に見出され得る。

図１を参照すると、本発明によるシステム１０は、ＭＲＩシステム５０と干渉するフォーカスされた超音波システム１２を実質的に最小化するために、フォーカスされた超音波システム１２のアクティブ化とＭＲＩシステム５０のタイミングシーケンスとを同期化し得る。ＭＲＩシステムは、その帯域幅内部にあるＲＦ信号に非常に敏感であり得、その帯域幅は、比較的狭くかつ集中され得る（例えば、１．５テスラのＭＲＩシステムに対して約６３ＭＨｚ）。トランスデューサ１４を駆動するために使用される駆動信号１７が、遷移周期の間（例えば、駆動信号１７が変化される場合）、ＭＲＩシステム５０の信号よりも実質的に小さくなり得るが、ノイズが生成され得、ＭＲＩシステム５０の帯域幅に高調波を含む。

干渉を最小化するために、ＦＵＳコントローラ１８は、例えば、ＭＲＩサイクルの敏感な部分との干渉を実質的に最小化するタイミングシーケンスの部分の間に、駆動回路１６が単に、駆動信号１７のパラメータを変化させるような態様で駆動回路１６を制御し得る。さらにまたは代替的には、ＦＵＳコントローラ１８は、駆動信号１７をサンプリングし得るか、またはＭＲＩサイクルのこのような不感部分の間に他のアクティブ化を実行する。

好適には、ＦＵＳコントローラ１８は、ＲＦトランスミッタ５６がＲＦパルスシーケンスを送信する場合に限り、例えば、振幅、位相、および／または周波数等のパラメータを変化させるために、駆動回路１６を制御する。トランスデューサ１４を駆動するために使用された駆動信号１７と比較した場合、ＲＦパルスシーケンスが比較的高い強度を有するために、駆動信号１７によって生成された任意のノイズは、ＲＦパルスシーケンスによって打ち消され得る。従って、駆動信号１７の周波数および／または他のパラメータを変化させることにより、ノイズを発生し、ＭＲＩシステム５０の帯域幅に高調波を含む可能性があり得る場合であっても、生成されたノイズは、ＲＦトランスミッタ５６によって生成されたＲＦパルスシーケンスに実質的に影響を与え得ない。

レシーバ５８がアクティブ化される場合（すなわち、ＭＲＩサイクルの１つ以上の受信位相の間）、駆動信号１７のパラメータは、実質的に一定に維持され得る（例えば、明瞭かつ定常状態）。従って、フォーカスされた超音波システム１２によるノイズ生成が実質的に低減される一方で、ＭＲＩシステム５０は、患者の体によって生成されたＭＲ応答信号を検出し、それにより、取得されたＭＲ画像の精度および／または信頼性を改善する。

図４Ｂおよび図４Ｃを参照すると、図４Ａに示されたＭＲＩシステム５０のタイミングシーケンスと同期化され得るフォーカスされた超音波システム１２の例示的なアクティブ化が示される。例えば、図４Ｂは、メジアン付近の振動であり得る、図示されない、例示的な駆動信号パラメータ（例えば、ＲＦトランスミッタ５６がアクティブ化され、レシーバ５８が非アクティブ化される場合、ＭＲＩサイクルの点「ａ」と「ｂ」との間（すなわち、Ｔ_{ＴＲＡＮＳＭＩＴ}の間）のみで変化され得る周波数）を示す。一般的には、フォーカスされた超音波システムのパラメータを変化させるために（すなわち、各周波数、振幅、および／または位相シフトを含む駆動信号の新しいセットをトランスデューサ１４に提供するために）必要とされた時間は、３ｍｓよりも実質的に小さい時間がかかる。例えば、約２００のトランスデューサエレメントを含むトランスデューサ１４に対して、新しい駆動信号１７は、約１００「μ」ｓ以下の全ての２００チャネルに提供され得る。従って、レシーバ５８が点「ｃ」においてアクティブ化されるまで、駆動信号１７は、実質的に一定であり得ることにより、ノイズ生成を最小化し、他の場合は、ＭＲ応答信号の受け取りを妨害し得る。

同様に、図４Ｃに示されるように、ＦＵＳコントローラ１８は、例えば診断または他の目的のために、駆動回路１６によって供給された駆動信号をトランスデューサ１４にサンプリングし得る。このようなサンプリングは、約３ｍｓ未満で発生し得、そしてその後、ＭＲＩサイクルの送信部分の間に終了され得る。

ＭＲＩシステム５０タイミングシーケンスにフォーカスされた超音波システム１２を同期化するために、ＦＵＳコントローラ１８は、いつ駆動信号１７を変化させることまたは他のアクティブ化を実行することが最良であるか（例えば、ＭＲＩサイクルの送信モードの間のみ、および／または受信モードの静定（ｑｕｉｅｔ）時間の間に）を決定するために、ＭＲＩシステム５０のタイミングシーケンスを決定し得る。

図１に戻ると、第１の実施形態では、これは、ＭＲＩコントローラ６４によって供給されたタイミング信号をＲＦトランスミッタ５６および／またはレシーバ５８にサンプリングならびに／あるいはスイッチングするために、ＦＵＳコントローラ１８をＭＲＩコントローラ６４に接続することによって達成され得る。例えば、ＭＲＩシステム５０は、ＭＲＩコントローラ６４に接続されたＲＦ信号ポート６６を含み得る。ポート６６は、較正、診断、ならびに／あるいは、ＲＦトランスミッタ５６および／またはレシーバ５８に供給されるＲＦ送信／受信信号を獲得することを含む他の目的のために使用された従来のポートであり得る。あるいは、専用のポートがＦＵＳコントローラ１８によってサンプリングするために特に設けられ得る。ケーブル６８または他のコントローラは、ポート６６をＦＵＳコントローラ１８に接続するために提供され得る。ＦＵＳコントローラ１８は、サンプリングされた信号からＭＲＩシステム５０のタイミングシーケンスを決定し、かつ上記のように、ＭＲＩシステム５０との干渉を最小化するように、フォーカスされた超音波システム１２のトランスデューサ１４および／または他のコンポーネントの動作を制御し得る。

ＦＵＳコントローラ１８およびＭＲＩコントローラ６４は、別個のコンポーネントとして説明されてきたが、これらのコントローラの内の１つ以上によって実行される動作は、１つ以上のコントローラ、プロセッサ、および／またはソフトウエアまたはハードウエアコンポーネントを含む他の電子コンポーネントによって実行され得、これらは、フォーカスされた超音波システム１２、ＭＲＩシステム５０の一部として、および／または別個のサブシステムとして設けられ得ることが当業者によって理解される。

図５を参照すると、以前の実施形態と同様のコンポーネント（同様の参照符号を有する同様なコンポーネント）を有するフォーカスされた超音波システム１１２およびＭＲＩシステム５０を含む、システム１１０の代替の実施形態が示される。以前の実施形態とは異なり、フォーカスされた超音波システム１１２は、ＦＵＳコントローラ１１８に接続され得るアンテナ１６６または他のセンサを含む。アンテナ１６６は、ＭＲＩシステム１５０に近接するように設けられ得る（例えば、テーブル３０内部）。アンテナ１６６は、いつＲＦトランスミッタ５６が、例えば比較的高強度ＲＦ信号を検出することによって、ＲＦパルスシーケンスを送信しているかを決定する。ＦＵＳコントローラ１１８は、いつＲＦパルスシーケンスが開始および／または終了するかを決定し、それにより、いつ干渉を最小化するためにフォーカスされた超音波システム１１２の駆動回路１６および／または他のコンポーネントを制御するかを決定するために、アンテナ１６６によって検出された信号と相関し得る。

さらなる代替（図示せず）では、本発明によるフォーカスされた超音波システムは、ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスを決定するために「開ループ（ｏｐｅｎ ｌｏｏｐ）」処理を使用し得る。例えば、図１を参照すると、ＦＵＳコントローラは、ＭＲＩシステム５０を駆動するクロック（図示せず）と、駆動回路１６および／またはＦＵＳコントローラ１８を駆動するクロック（図示せず）とを同期化させ得る。ＦＵＳコントローラ１８は、ポート６６を介してＭＲＩコントローラ６４からのクロック振動をサンプリングし得、そしてクロックのクロック速度に関連する同期化定数を計算する。

ＦＵＳコントローラは、ＭＲＩシステム５０が最初にアクティブ化されるときと、ＲＦトランスミッタ５６が、例えば、ＦＵＳコントローラ１８に供給された経験的データからＲＦパルスシーケンスの送信を開始するときとの間の遅延を決定し得る。従って、ＦＵＳコントローラ１８はまた、ＭＲＩシステム５０をアクティブ化するために最初に使用され得る。次いで、ＦＵＳコントローラ１８は、ＭＲＩシステム５０の所定のサイクル周期を遅延および同期化定数だけ調整することによって、ＭＲＩシステム５０のタイミングシーケンスを計算し得る。次いで計算されたタイミングシーケンスは、上述のように、ＭＲＩシステム５０との干渉を最小化するために、フォーカスされた超音波システム１２のコンポーネントを制御するために使用され得る。

本明細書中で説明されたフォーカスされた超音波システムは、単に、ＭＲＩシステムと同期化され得る電気または電子システムの例示であるに過ぎないことが当業者によって理解される。例えば、他の治療、画像化、および／または診断システム、ならびに処置（例えば超音波画像化）は、ＭＲＩと共に使用され得る。さらに、ＭＲＩシステムは、ＭＲＩシステムが敏感なコンポーネントおよび／またはこれらのシステムの位相を引き起こし得るノイズおよび／または他の干渉を実質的に最小化するために、治療、画像化、および／または他のシステムと同期化され得る。

本発明は、種々の変更、および代替の形態の影響を受けるが、本発明の特定の例は、図面において示され、本明細書中に詳細に説明される。しかし、本発明は、開示された特定の形態または方法に限定されず、それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲内に含まれる、全ての改変、均等物、および代替を網羅すべきである。

図１は、本発明によるＭＲＩ誘導フォーカス超音波処理を実行するための一ステムの概略図である。 図２は、図１のシステムと共に使用するためにフォーカスされた超音波システムの概略図である。 図３は、図２のフォーカスされた超音波システムと共に使用するために、トランスデューサアレイの例示的な実施形態の上面図である。 図４は、本発明による、ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスと同期化されたフォーカスされた超音波システムのアクティブ化を示すグラフである。 図５は、本発明による、ＭＲＩで誘導された超音波処理を実行するための代替の実施形態である。

Claims (16)

1. 磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システムを用いてモニタリングされるフォーカスされた超音波処理を実行するためのシステムであって、該ＭＲＩシステムは、無線周波数（ＲＦ）信号の送信と該ＲＦ信号に応答して患者の体からの磁気共鳴（ＭＲ）応答信号の検出とを制御するためにタイミングシーケンスを使用し、
   該システムは、
   圧電トランスデューサと、
   該トランスデューサに接続された駆動回路であって、該駆動回路は、駆動信号を該トランスデューサに供給するように構成されており、それにより該トランスデューサは、該患者の体の内部の標的組織領域に向かって音響エネルギーを放出する、駆動回路と、
   該ＭＲＩシステムと同時に該トランスデューサをアクティブ化するように該駆動回路に接続されたコントローラであって、該コントローラは、該患者の体によって生成された該ＭＲ応答信号を検出する該ＭＲＩシステムとの干渉を最小化するタイミングシーケンスの間に１回以上該駆動信号のパラメータを変化させるように該駆動回路を制御するように構成されている、コントローラと、
   該ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスを決定するように構成された手段であって、該コントローラに接続された手段と
   を含み、
   該コントローラは、該ＭＲＩシステムがＲＦ信号を送信する場合に限り、実質的なノイズを生成する該駆動信号のパラメータを変化させるように構成されている、システム。
2. 前記コントローラは、前記駆動回路を制御するように構成されており、前記ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスに基づいてパラメータを変化させる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスを決定するように構成された手段は、ＲＦ信号を送信すること、または、ＭＲ応答信号を検出することを該ＭＲＩシステムに命令するために、該ＭＲＩシステムによって生成されたタイミング信号をサンプリングするためのインターフェースを含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記インターフェースは、前記ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスサンプリングポートを接続するためのケーブルを含む、請求項３に記載のシステム。
5. 前記ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスを決定するように構成された手段は、
   クロックのクロック速度に関連する同期化定数を獲得するように前記トランスデューサを駆動するクロックと該ＭＲＩシステムを駆動するクロックとを同期化するように構成された手段と、
   該ＭＲＩシステムが最初にアクティブ化されるときと、該ＭＲＩシステムがＲＦ信号の送信を開始するときとの間の遅延を決定するように構成された手段とを含み、
   該コントローラは、該遅延によっておよび該同期化定数によって該ＭＲＩシステムの所定のサイクル周期を調整することによって該ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスを決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスを決定するように構成された手段は、いつＲＦ信号が該ＭＲＩシステムによって送信されるかを決定するように構成された手段を含む、請求項１に記載のシステム。
7. いつＲＦ信号が前記ＭＲＩシステムによって送信されるかを決定するように構成された手段は、前記コントローラに接続されたアンテナであって、該ＭＲＩシステムによって送信されたＲＦ信号を検出するアンテナを含む、請求項６に記載のシステム。
8. 前記コントローラは、前記音響エネルギーを前記標的組織領域にフォーカスするための前記各駆動信号の振幅、周波数、および位相シフトのうちの少なくとも１つを制御するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
9. 前記コントローラは、前記ＭＲＩシステムが前記患者の体によって放出されたＭＲ応答信号を検出する場合、前記各駆動信号の振幅、周波数、および位相シフトのうちの少なくとも１つを一定に維持するように構成されている、請求項８に記載のシステム。
10. 前記システムは、
    前記患者の体上に無線周波数（ＲＦ）パルスシーケンスを送信し、
    該患者の体内部の標的組織領域において治療または診断処置を実行するために駆動回路からの電気駆動信号を用いて前記トランスデューサを動作し、
    該ＲＦパルスシーケンスに応答して、該患者の体内部の組織によって生成されたＭＲ応答信号を検出し、
    該ＭＲ応答信号を検出しながら該電気信号を一定に維持し、それにより、ＭＲ応答信号の検出との干渉を最小化するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
11. 前記トランスデューサの動作は、音響エネルギーを前記標的組織領域に向けるように電気駆動信号を用いて該トランスデューサを駆動することを含み、該電気信号を維持することは、前記ＲＦパルスシーケンスが送信される場合に限り、該駆動信号のパラメータを変化させることを含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記システムは、前記ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスを決定するようにさらに構成されており、該システムは、前記ＭＲ応答信号の検出との干渉を最小化するタイミングシーケンスの間に１回以上前記駆動信号のパラメータのみを変化させる、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記ＭＲＩシステムは、いつ前記ＲＦシケーケンスが送信される、およびいつ前記ＭＲ応答信号が検出されるかを制御するタイミングシーケンスを使用し、該システムは、該ＭＲ応答信号を検出する該ＭＲＩシステムとの干渉を最小化する該タイミングシーケンスの間の１回以上前記トランスデューサを駆動する駆動信号をサンプリングすることによってパラメータを変化させる、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスは、該ＭＲＩシステムによって生成されたタイミング信号をサンプリングすることによって決定される、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記ＭＲＩシステムのタイミングシーケンスは、いつ前記ＲＦパルスシーケンスを送信ステップが開始または終了するかを感知することによって決定される、請求項１２に記載のシステム。
16. 前記パラメータは、前記駆動信号の振幅、周波数、および位相シフトのうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載のシステム。

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