JP5863654B2 - 治療および画像処理超音波変換器用のマイクロマニピュレータ制御アーム - Google Patents
治療および画像処理超音波変換器用のマイクロマニピュレータ制御アーム Download PDFInfo
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関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１０年８月２６日に出願した、「ＭＩＣＲＯＭＡＮＩＰＵＬＡＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＲＭ ＦＯＲ ＴＨＥＲＡＰＥＵＴＩＣ ＡＮＤ ＩＭＡＧＩＮＧ ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ」という名称の米国特許出願第１２／８６８，７６８号の優先権を主張するものであり、２００９年８月２６日に出願した、「ＭＩＣＲＯＭＡＮＩＰＵＬＡＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＲＭ ＦＯＲ ＴＨＥＲＡＰＥＵＴＩＣ ＡＮＤ ＩＭＡＧＩＮＧ ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ」という名称の米国仮特許出願第６１／２３７，０１７号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９の下での利益を主張するものである。これらの出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
参照による組み込み
[0001]本出願は、２０１０年８月２６日に出願した、「ＭＩＣＲＯＭＡＮＩＰＵＬＡＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＲＭ ＦＯＲ ＴＨＥＲＡＰＥＵＴＩＣ ＡＮＤ ＩＭＡＧＩＮＧ ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ」という名称の米国特許出願第１２／８６８，７６８号の優先権を主張するものであり、２００９年８月２６日に出願した、「ＭＩＣＲＯＭＡＮＩＰＵＬＡＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＲＭ ＦＯＲ ＴＨＥＲＡＰＥＵＴＩＣ ＡＮＤ ＩＭＡＧＩＮＧ ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ」という名称の米国仮特許出願第６１／２３７，０１７号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９の下での利益を主張するものである。これらの出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
参照による組み込み
[0002]本明細書に述べる特許および特許出願を含む全ての文献は、各個々の文献が参照により組み込まれていることを具体的かつ個別に示した場合と同程度に、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
[0003]本発明は、概略的には、超音波装置による組織の画像処理および治療に関する。より具体的には、本発明は、組織破砕術装置による組織の画像処理および除去に関する。
[0004]組織破砕術および砕石術は、人体外部から人体内部の目標組織に超音波パルスを集束させる、非侵襲的な組織除去理学療法である。組織破砕術は、細胞組織を均質化して人体が放出または吸収することができる無細胞性液体にする、微細気泡の空洞現象により組織を機械的に破壊し、砕石術は通常、音響衝撃波により尿管結石を破砕するのに使用される。
[0005]組織破砕術は、外科手術または他の治療処置の一部としての、目標組織体積または組織に取り囲まれた包含物の音響空洞現象を介する機械的破壊である。組織破砕術は、周期的な空洞現象の空間的範囲を制御する音響および変換器走査パラメータの組全体が比較的狭い範囲内にあるとき、最も良く機能する。いずれかのパラメータの小さい変化は、継続中のプロセスの中断をもたらす可能性がある。
[0006]組織破砕術は、次に大表面積集束型変換器を必要とする、高ピーク強度音響パルスを必要とする。これらの変換器は、砕石術に使用される変換器に極めて類似していることが多く、同じ周波数範囲で動作することが多い。主な相違点は、装置がどのように電気駆動されるかという点である。
[0007]組織破砕術パルスは（通常）、正弦波駆動電圧の少数の周期からなるが、砕石術は（大抵の場合）、その固有周波数で応答する変換器による単一の高電圧パルスにより駆動される。砕石術パルスは１周期のみであっても、その負圧段階長さは、組織破砕術パルスの全長さに等しいか、またはそれを上回り、数十マイクロ秒続く。この負圧段階は、気泡の発生および気泡の継続的な成長を可能にし、１ｍｍまでのサイズの気泡を提供する。砕石術パルスは、衝撃波およびこれらの１ｍｍ気泡により発生する機械的応力を使用し、組織破壊または結石の破砕を起こす。
[0008]それと比較して、組織破砕術パルスの負および正の各周期は、気泡を成長および崩壊させ、次の周期は、同じプロセスを反復する。気泡の最大サイズは、約数十乃至数百ミクロンに達する。これらのミクロンサイズの気泡は、組織表面と相互作用して組織を機械的に破壊する。
[0009]それに加えて、組織破砕術は、１秒当り数百乃至数千のパルス、すなわち１００乃至１ｋＨｚパルス反復周波数を提供する。砕石術は、狭い範囲のパルス反復周波数（通常０．５乃至１Ｈｚ）内でのみ良く機能する。パルス反復周波数が１０乃至１００Ｈｚまで増大するとき、砕石術の有効性および効率が大幅に減少することを研究は示す。効率の低減は、衝撃波および他のエネルギが結石に到達するのを防ぐｍｍサイズの気泡の数の増加によるものである可能性がある。
[0010]組織破砕術は通常、約８乃至４０ＭＰａの負の最大強度および１０ＭＰａを上回る正の最大強度を含むパルス強度、５０周期よりも短いパルス継続時間、約０．１％から５％の間でいくつかの実施形態では５％未満のデューティサイクル、ならびに５ＫＨｚ未満のパルス反復周波数を有する、約５０ＫＨｚから５ＭＨｚの間の周波数で動作する音響パルスを提供することを含む。
[0011]組織破砕術処置中に手術の解剖学的構造を可視化し、プロセスを実時間で監視するのに、診断超音波を使用することができる。組織破砕術空洞現象気泡混濁は、診断超音波上で高エコー（明）域として極めて明瞭に出現することができ、除去均質化される組織は、低エコー（暗）域として出現することができる。組織破砕術を使用して、治療アレイの集束部を電子的に変化させることにより、または手術目標領域内に治療変換器の集束部を機械的に動かすことにより、大きく不規則な組織体積を除去することができる。
[0012]本発明は、マイクロマニピュレータシステムと、マイクロマニピュレータシステムにより支持される超音波治療システムと、マイクロマニピュレータシステムにより超音波治療システムから離間して支持される画像処理システムとを含む画像処理治療システムに関し、マイクロマニピュレータシステムは、画像処理システムの撮像視野内に超音波治療システムの焦点を維持するように適合および構成される。
[0013]いくつかの実施形態では、マイクロマニピュレータは、画像処理システムをヒトの男性患者の直腸内に配置し、画像処理システムが直腸内にある間に超音波治療システムを患者の会陰部と音響的に接触させて配置するように適合および構成される。いくつかの実施形態では、画像処理システムは、経直腸プローブを含む。
[0014]いくつかの実施形態では、超音波治療システムの焦点は、画像処理システムから約０．８ｃｍ乃至４ｃｍにある。
[0015]画像処理治療システムの多くの実施形態では、超音波治療システムは、組織破砕術システムを含む。超音波治療システムは、組織内で空洞現象微細気泡を生成するように構成される超音波治療変換器を含むことができる。いくつかの実施形態では、超音波治療システムは、約８乃至４０ＭＰａの負の最大強度および１０ＭＰａを上回る正の最大強度を含むパルス強度、５０周期よりも短いパルス継続時間、５％未満でいくつかの実施形態では５％未満のデューティサイクル、ならびに５ＫＨｚ未満のパルス反復周波数を有する、約５０ＫＨｚから５ＭＨｚの間の周波数で動作する音響パルスを供給するように構成される超音波治療変換器を含む。
[0016]いくつかの実施形態では、マイクロマニピュレータシステムは、ロボットアームを含む。ロボットアームは、例えば６自由度まで動かすことができる。別の実施形態では、マイクロマニピュレータシステムは、マイクロマニピュレータシステムを４自由度まで動かすように構成される少なくとも４つのステッパモータを含む。一実施形態では、少なくとも４つのステッパモータの１つは、画像処理システムをローリング軸に沿って回転させるように構成される。別の実施形態では、少なくとも４つのステッパモータの１つは、超音波治療システムをピッチング軸に沿って回転させるように構成される。さらに別の実施形態では、少なくとも４つのステッパモータの１つは、超音波治療システムをヨーイング軸に沿って回転させるように構成される。追加の実施形態では、少なくとも４つのステッパモータの１つは、超音波治療システムを前／後軸に沿って前進させるように構成される。
[0017]いくつかの実施形態では、画像処理治療システムは、マイクロマニピュレータシステムを自動的に制御し、画像処理システムの撮像視野内に超音波治療システムの焦点を維持するように構成される制御システムをさらに含むことができる。制御システムは、コンピュータなどの制御装置と、入力装置および表示装置とを含むことができる。
[0018]画像処理治療システムを使用する方法も提供される。一実施形態では、患者の前立腺内の組織を除去する方法は、画像処理システムおよび超音波治療システムをマイクロマニピュレータシステム上で支持するステップと、画像処理システムを患者の直腸に挿入するステップと、画像処理システムにより前立腺の画像を生成するステップと、超音波治療システムにより生成される気泡混濁を画像処理システムにより生成される前立腺の画像内に維持することにより、超音波治療システムから前立腺内に超音波エネルギを制御自在に印加するステップとを含む。
[0019]いくつかの実施形態では、本方法は、超音波治療システムを患者の会陰部と音響的に接触させて配置するステップをさらに含む。
[0020]別の実施形態では、本方法は、超音波治療システムにより生成される気泡混濁を、画像処理システムの約０．８ｃｍ乃至４ｃｍ内に維持するステップをさらに含む。
[0021]追加の実施形態では、超音波エネルギを制御自在に印加するステップは、組織破砕術治療を制御自在に施すステップを含む。別の実施形態では、超音波エネルギを制御自在に印加するステップは、８乃至４０ＭＰａの負の最大強度および１０ＭＰａを上回る正の最大強度を含むパルス強度、５０周期よりも短いパルス継続時間、５％未満でいくつかの実施形態では５％未満のデューティサイクル、ならびに５ＫＨｚ未満のパルス反復周波数を有する、約５０ＫＨｚから５ＭＨｚの間の周波数で動作する音響パルスを供給するステップを含む。別の実施形態では、超音波エネルギを制御自在に印加するステップは、制御システムによって、超音波治療システムにより生成される気泡混濁を、画像処理システムにより生成される前立腺の画像内に自動的に維持するステップをさらに含む。
[0022]いくつかの実施形態では、本方法は、前立腺内の組織を機械的に破壊するステップをさらに含む。本方法は、ＢＰＨを治療するのに前立腺内の組織を機械的に破壊するステップをさらに含む。追加の実施形態では、本方法は、前立腺癌を治療するのに前立腺内の組織を機械的に破壊するステップを含む。
[0023]一実施形態では、本方法は、前立腺の３Ｄ画像を形成するのに画像処理システムを回転させるステップを含む。
[0029]様々な疾患の治療のために組織を除去または破壊するのに組織破砕術を使用することができる。具体的には、良性前立腺過形成（ＢＰＨ）および前立腺癌の治療のために組織を除去するのに組織破砕術を使用することができる。１つの組織破砕術システムでは、画像処理システムおよび超音波治療システムは、電気機械的マイクロマニピュレータシステムにより保持および配置される。マイクロマニピュレータシステムは、処置台に取り付けることができ、または処置台上に保持し、天井に固定することができる。いくつかの実施形態では、マイクロマニピュレータシステムは、ジョイスティック制御し、またはコンピュータ追跡および配置プログラムにより制御することができる。経直腸（ＴＲ）超音波画像処理システムは、正確な目標設定および治療中に治療システムにより形成される気泡混濁の局在位置を確かめ、組織破砕術処置中の目標組織の画像処理を行うために、患者の直腸内に挿入することができる。画像処理システムは、処置中に治療の画像処理を行い、治療を追跡するのに、マイクロマニピュレータシステムに取り付け、軸方向に再配置し、半径方向に回転させることができる。
[0030]本発明の一態様は、新規のマイクロマニピュレータシステムと、組織破砕術、砕石術、またはＨＩＦＵ組織除去の分野で治療システムおよび画像処理システムを使用する方法とを提供する。マイクロマニピュレータシステムは、小さく、移動可能で、システムを容易に使用することができ、超音波治療システムおよび画像処理システムのどちらに対する取付点も含むことができる。マイクロマニピュレータシステムは、治療システムおよび画像処理システムのどちらの運動も独立に制御するように構成することができる。
[0031]ここで図１を参照すれば、画像処理治療システム１００は、マイクロマニピュレータシステム１０２、制御システム１０４、超音波治療システム１０６、および画像処理システム１０８を含むことができる。マイクロマニピュレータシステム１０２は、超音波治療システム１０６に取り付け、超音波治療システム１０６を６自由度（例えば、図１に示すｘ、ｙ、およびｚ平面内の前／後、左／右、上／下、ヨーイング、ピッチング、およびローリング）まで動かすように適合および構成することができる。いくつかのシステムは、６自由度全ての運動を必要としない可能性があることを理解されたい。マイクロマニピュレータシステムは、画像処理システムに取り付け、画像処理システムを６自由度まで動かすように構成することもできるが、通常、画像処理システムには、前／後およびローリングの自由度のみが必要とされる。いくつかの実施形態では、マイクロマニピュレータシステムは、６自由度まで有するロボットアームを含む。ロボットアームは、配置および治療中に、画像処理システムおよび超音波治療システムのどちらの重量も堅固に保持するように構成することができる。図１の実施形態では、マイクロマニピュレータシステム１０２は、別個の可動スタンド１１６に取り付けられる。あるいは、マイクロマニピュレータシステムは、処置台（図示せず）上に取り付けることができる。
[0032]制御システム１０４は、制御装置１１０、入力装置１１２、および表示装置１１４を含むことができる。制御装置は、マイクロマニピュレータシステムの運動を制御するように構成されるハードウェアおよびソフトウェアを有するコンピュータとすることができる。例えば、制御装置は、ＣＰＵ、メモリ、オペレーティングシステム、およびソフトウェアをロードし、取り付けられたハードウェアを制御するのに必要な他の演算必須要素を含むことができる。入力装置１１２は、例えば、キーボードおよびマウス、またはジョイスティックとすることができる。表示装置１１４は、例えば、電子表示装置またはグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）とすることができる。
[0033]超音波治療システム１０６は、超音波エネルギを目標組織体積に供給するように構成される、超音波治療変換器または変換器を含むことができる。いくつかの実施形態では、超音波治療変換器は、組織内で空洞現象微細気泡を生成するように構成される組織破砕術超音波変換器とすることができる。いくつかの実施形態では、組織破砕術超音波変換器は、約８乃至４０ＭＰａのピーク負圧および１０ＭＰａを上回るピーク正圧のパルス強度、５０周期よりも短いパルス長さ、約０．１％から５％の間でいくつかの実施形態では５％未満の使用率、ならびに５ＫＨｚ未満のパルス反復周波数を有する、約５０ＫＨｚから５ＭＨｚの間の周波数で動作する音響パルスを供給するように構成することができる。他の実施形態では、超音波治療システム１０６は、砕石術超音波変換器またはＨＩＦＵ変換器を含むことができる。超音波治療システム１０６は、ベローズなどの、変換器を患者に音響的に結合する結合機構１１８を含むことができる。あるいは、結合機構は、超音波治療システムから独立し、その代わりに患者に装着することができる。適当な結合機構のいくつかの実施形態は、２０１０年８月１７日に出願した、「Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｍｅｄｉｕｍ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ」という名称の米国特許出願第１２／８５８，２４２号に述べられている。
[0034]いくつかの実施形態では、画像処理システム１０８は、目標組織体積の画像処理を行うように構成され、Ｃモード診断超音波画像処理システムを含む。いくつかの実施形態では、画像処理システムは、経直腸画像処理プローブとすることができる。画像処理システムは、２Ｄまたは３Ｄで組織の画像処理を行うように構成することができる。いくつかの実施形態では、経直腸画像処理プローブは、前立腺およびその周囲の組織の画像処理を行うのに患者の直腸に挿入されるように構成することができる。他の実施形態では、２次画像処理変換器は、超音波治療システム１０６の中心に保持することができる。
[0035]ここで画像処理治療システムを使用する方法を述べる。図２Ａは、患者の直腸Ｒに挿入される画像処理システム２０８を示す。画像処理システム２０８の画像処理変換器２２０は、患者の前立腺Ｐの近傍に配置することができる。図２Ｂは、上述のマイクロマニピュレータシステムなどのマイクロマニピュレータシステム２０２に結合する画像処理システム２０８を示す。いくつかの実施形態では、画像処理システムおよびマイクロマニピュレータシステムは、処置の開始時に手動で配置することができる。いくつかの実施形態では、画像処理システム２０８は、図２Ａに示すように直腸内に配置することができ、その際、マイクロマニピュレータシステムは、図２Ｂに示すように配置し、画像処理システムに取り付けることができる。画像処理システムは、直腸内を前進し、その結果、画像処理変換器２２０により画定されるその画像処理開口部は、前立腺の近傍にあり、前立腺の横断面の画像を取得するように構成される。画像処理システムは、前立腺の医療球欠面画像を取得するために、プローブの長手方向軸に沿って半径方向に回転することにより配置することもできる。
[0036]図３Ａ乃至図３Ｂに示すように、超音波治療システム３０６は、それが患者の肛門と陰嚢との間の会陰部に面するようにマイクロマニピュレータシステム３０２上に取り付けることができる。超音波治療システム３０６は、超音波治療システムの前面から約０．８ｃｍ乃至４ｃｍ（例えば１ｃｍなど）離れた焦点を有するように構成することができる。したがって、前立腺治療の図３Ｂを参照すれば、超音波治療システムは、超音波治療システム３０２の焦点３２２を画像処理システム３０８の撮像視野内および治療すべき前立腺内に配置するように配置することができる。図３Ａ乃至図３Ｂでは、マイクロマニピュレータシステムは、画像処理システムを患者の直腸内に配置し、画像処理システムが直腸内にある間に超音波治療システムを会陰部と音響的に接触させて配置するように適合および構成される。
[0033]超音波治療システム１０６は、超音波エネルギを目標組織体積に供給するように構成される、超音波治療変換器または変換器を含むことができる。いくつかの実施形態では、超音波治療変換器は、組織内で空洞現象微細気泡を生成するように構成される組織破砕術超音波変換器とすることができる。いくつかの実施形態では、組織破砕術超音波変換器は、８乃至４０ＭＰａの負の最大強度および１０ＭＰａを上回る正の最大強度を含むパルス強度、５０周期よりも短いパルス継続時間、５％未満でいくつかの実施形態では５％未満のデューティサイクル、ならびに５ＫＨｚ未満のパルス反復周波数を有する、約５０ＫＨｚから５ＭＨｚの間の周波数で動作する音響パルスを供給するように構成することができる。他の実施形態では、超音波治療システム１０６は、砕石術超音波変換器またはＨＩＦＵ変換器を含むことができる。超音波治療システム１０６は、ベローズなどの、変換器を患者に音響的に結合する結合機構１１８を含むことができる。あるいは、結合機構は、超音波治療システムから独立し、その代わりに患者に装着することができる。適当な結合機構のいくつかの実施形態は、２０１０年８月１７日に出願した、「Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｍｅｄｉｕｍ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ」という名称の米国特許出願第１２／８５８，２４２号に述べられている。
[0038]マイクロマニピュレータシステム４０２は、内科医などのユーザにより手動で、図１の画像処理システム１０８および表示装置１１４からの視覚案内の下で入力装置１１２を使用することにより配置することができる。他の実施形態では、マイクロマニピュレータシステムは、図１の制御装置１１０などの制御装置により自動的に配置することもできる。制御装置は、手術計画に応じてソフトウェアおよび／またはハードウェアによりプログラムし、マイクロマニピュレータシステムおよび超音波治療システムを自動的に配置し、それらを動かし、焦点を目標組織内に配置し、目標組織体積内の所望の組織を除去することができる。
[0039]引き続き図１を参照すれば、画像処理システム１０８は、超音波治療システム１０６、および手術計画用の制御システム１０４と一体化することができる。手術計画は、画像処理システム１０８により前立腺などの目標組織体積の複数の横断画像または球欠画像を取得し、これらの画像を制御システム１０４の制御装置１１０内に格納することにより容易にすることができる。いくつかの実施形態では、走査画像は、約１乃至１０ｍｍ離間させることができる。これらの画像は、制御装置１１０内に格納し、制御装置内の手術計画ソフトウェア内に入力することができる。画像は、手術計画ソフトウェアにより検索することができ、その際、治療領域は、図５に外形線を描いた除去体積５２４によって示すように、所望の除去体積を特定するのに各画像上に描画し、または印を付けることができる。
[0040]他の実施形態では、目標組織体積を走査することは、目標組織体積の３次元（３Ｄ）画像を再構築するために、球欠（長手方向）面にわたって画像処理システムを回転させ、全体積にわたって画像を取得することを含むことができる。次に、横断面または球欠面画像は、詳細な手術計画用にユーザまたは制御システムにより取得および検査することができる。治療体積は、上述のように、画像上に描画し、または印を付けることができる。
[0041]いくつかの実施形態では、手術計画ソフトウェアまたはユーザは、後続の治療体積を増分量１ｍｍ（例えば、全範囲０．２ｍｍ乃至１ｃｍ）で分離しながら、前立腺などの目標組織体積内の手術計画を作成することができる。各治療目標は、異なる線量の超音波治療を割り当てることができる。超音波線量は、例えば、供給するパルスの数または各治療目標における治療継続時間により決定することができる。いくつかの実施形態では、超音波治療は、組織破砕術治療を含む。組織破砕術は、計画された治療体積内で行うことができる。治療は、画像処理システムからの画像を表示することもできる制御システム表示装置上で追跡することができる。いくつかの実施形態では、超音波治療変換器の焦点は、マイクロマニピュレータシステムにより（例えば、前立腺の）手術治療体積にわたって自動的に動かし、画像処理システムからの実時間画像処理の下で治療体積を除去することができる。いくつかの実施形態では、超音波治療システムは、治療体積を除去し、またはそれを機械的に破壊するように構成される。超音波治療システムは、例えば、ＢＰＨまたは前立腺癌などを治療するのに、前立腺の組織を除去し、またはそれを機械的に破壊するように構成することができる。
[0042]いくつかの実施形態では、画像処理システムの初期既定位置は、前立腺の中央にあり、超音波治療システム焦点の初期既定位置は、画像処理システムの横断および球欠撮像視野内にある。いくつかの実施形態では、画像処理システムおよび治療システムの既定位置は、制御システム上の既定値制御要素（例えば、ボタンまたはキー）を押すことにより回復することができる。
[0043]引き続き図４Ａ乃至図４Ｂおよび図１を参照すれば、画像処理システム４０８は、組織破砕術処置中に手動で前進および回転させ、画像形成領域内に空洞現象気泡混濁を保持し、実時間監視を容易にすることができる。あるいは、制御システムは、マイクロマニピュレータシステム、画像処理システム、および超音波治療システムを自動的に配置し、画像処理領域内に空洞現象気泡混濁を保持することができる。例えば、マイクロマニピュレータシステムは、治療システムの運動および画像処理システムの撮像視野に基づいて計算される程度まで、制御システムにより軸方向に自動的に回転および／または前進させることができる。別の代替案として、画像処理システムの回転を案内するのに画像処理フィードバックを使用することができる。画像処理システムは、組織破砕術空洞現象気泡混濁を示す、治療領域内の高エコー域（すなわち、高後方散乱振幅）を画像処理フィードバックが示すまで、小さいステップで回転することができる。
[0044]いくつかの実施形態では、超音波治療システムは、５ＭＰａを上回る負の最大強度の高振幅圧力波、１乃至１０００周期の超音波パルス継続時間、約５ｋＨｚ未満のパルス反復周波数、および約５％未満のデューティサイクルを有する、約１００ｋＨｚから約５ＭＨｚの間の周波数の超音波パルスを使用して、組織体積内に超音波誘導される空洞現象気泡混濁を生成することができる。
[0045]他の実施形態では、超音波治療変換器の焦点は、約２５０ｋＨｚから約１．５ＭＨｚの間の超音波周波数と、２０００Ｗ／ｃｍ２を上回る強度、約２０ＭＰａを上回る（例えば、３０ＭＰａから５００ＭＰａの間などの）正の最大強度、および約５ＭＰａ未満（例えば、５ＭＰａから４０ＭＰａの間など）の負の最大強度を有する高振幅圧力波と、３０周期未満（例えば、０．２μｓから３０μｓの間（１乃至２０周期）など）の超音波パルス継続時間と、約５ｋＨｚ未満のパルス反復周波数と、約５％未満のデューティサイクルとを使用して、組織体積内に超音波誘導される空洞現象気泡混濁を生成する。
[0046]以上の図１乃至図４は、マイクロマニピュレータシステムをロボットアームとして述べ、示した。しかし、図６Ａ乃至図６Ｂは、マイクロマニピュレータシステム６０２の別の実施形態を示す。上述のように、超音波治療システム６０６および画像処理システム６０８をマイクロマニピュレータシステムに取り付けることができる。図６Ａに示すマイクロマニピュレータシステムは、超音波治療システム６０６を３自由度（例えば、前／後、ヨーイング、およびピッチング）まで動かすように構成することができ、画像処理システム６０８を１自由度（例えば、ローリング）で動かすように構成することができる。さらに、図６Ａ乃至図６Ｂのマイクロマニピュレータシステム６０２は、図１の制御システム１０４などの制御システムにより自動的に制御され、本明細書に述べる超音波治療システムおよび画像処理システムを自動的に配置および制御することができる。
[0047]矢印６２６で規定される、ヨーイング軸に沿った回転を達成するのに、ステッパモータ６２８は、ねじ式ロッド６３２により摺動ブロック６３０に取り付けることができる。ねじ式ロッドおよび摺動ブロックは、それぞれ、外部および内部のねじ切り接合を含むことができる。ステッパモータ６２８がねじ式ロッド６３２を回転させるとき、ねじ式ロッドのねじ切りにより、摺動ブロックは、溝６３４に沿って直線的に動く。摺動ブロック６３０は、接続ロッド６３８により回転棚６３６に取り付けることができる。接続ロッドは、棚の回転ピン６４０から離間した適当な位置で回転棚に取り付けることができる。摺動ブロックが溝６３４に沿って直線的に動くとき、接続ロッド６３８は、回転棚６３６を押し、棚、したがって超音波治療システム６０６をヨーイング軸の回転ピン６４０の周りに回転させる。
[0048]マイクロマニピュレータシステムは、同様に、矢印６４２で規定される、ピッチング軸に沿った回転を達成することができる。図６Ａでは、ステッパモータ６４４は、ねじ式ロッド６４６を回転させ、摺動ブロック６４８を溝６５０内で直線的に動かす。これにより、接続ロッド６５２は超音波治療システム６０６を押し、ピッチング軸の回転ピン６５４の周りに回転させることができる。
[0049]マイクロマニピュレータシステムは、同様に、矢印６５６で規定される、前／後軸に沿った運動を達成することができる。図６Ａ乃至図６Ｂでは、ステッパモータ６５８は、ねじ式ロッド６６０を回転させ、摺動ブロック６６２を溝６６４内で直線的に動かすことができる。摺動ブロック６６２は、超音波治療システム６０６に取り付けられたフレーム６６６に取り付けることができる。したがって、摺動ブロックの直線運動により、フレームをホイール６６８に沿って直線的に動かし、それにより、超音波治療システム６０６を前／後方向６５６に前進させることができる。
[0050]マイクロマニピュレータシステムは、同様に、矢印６７６で規定される、ローリング軸における画像処理システム６０８の運動を達成することができる。ステッパモータ６７０は、ねじ式ロッド６７２により画像処理システム６０８に直接取り付けることができる。ステッパモータ６７０は、ねじ式ロッド６７２を回転させ、画像処理システム６０６の回転を起こすことができる。さらに、ステッパモータ６７０は、画像処理システム６０８の手動回転を可能にするように、つまみ６７４を含むことができる。
[0051]本発明に関連する追加的な詳細に関して、材料および製造技術は、当業者のレベル内で使用することができる。同じことが、本発明の方法に基づく態様に関して、通常または論理的に使用される追加的な機能において当てはまる。さらに、上述の発明の変形の任意のどんな特徴も、独立に、または本明細書に述べた特徴の１つもしくは複数を組み合わせて記載し、主張することができることが企図される。同様に、単数の項目への言及は、複数の同じ項目が存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎｄ」、「ｓａｉｄ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が特段、明白に示していなければ、複数の対象を含む。特許請求の範囲が、任意選択要素を除外するように記載することができることにさらに留意されたい。したがって、この記述は、特許請求の範囲構成要素の記述、または「否定的な」制限の使用と組み合わせた「ｓｏｌｅｌｙ」、「ｏｎｌｙ」などのそうした排他的な用語の使用を前提として機能するものとする。特段、本明細書に規定していなければ、本明細書に使用される全ての技術的および科学的な用語は、本発明が属する技術の当業者により一般に理解されるものと同じ意味を有する。本発明の範囲は、本明細書によってではなく、むしろ、使用される特許請求の範囲の項目の明白な意味によってのみ限定される。
［形態１］
画像処理治療システムにおいて、
マイクロマニピュレータシステムと、
前記マイクロマニピュレータシステムにより支持される超音波治療システムと、
前記マイクロマニピュレータシステムにより前記超音波治療システムから離間して支持される画像処理システムとを含み、
前記マイクロマニピュレータシステムは、前記画像処理システムの撮像視野内に前記超音波治療システムの焦点を維持するように適合および構成された、画像処理治療システム。
［形態２］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記マイクロマニピュレータは、前記画像処理システムをヒトの男性患者の直腸内に配置し、前記画像処理システムが前記直腸内にある間に前記超音波治療システムを前記患者の会陰部と音響的に接触させて配置するように適合および構成された、画像処理治療システム。
［形態３］
形態２に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記超音波治療システムの前記焦点は、前記画像処理システムから約０．８ｃｍ乃至４ｃｍにある、画像処理治療システム。
［形態４］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記超音波治療システムは、組織破砕術システムを含む、画像処理治療システム。
［形態５］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記超音波治療システムは、組織内で空洞現象微細気泡を生成するように構成された超音波治療変換器を含む、画像処理治療システム。
［形態６］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記超音波治療システムは、約８乃至４０ＭＰａのピーク負圧および１０ＭＰａを上回るピーク正圧のパルス強度、５０周期よりも短いパルス長さ、５％未満の使用率、および５ＫＨｚ未満のパルス反復周波数を有する、約５０ＫＨｚから５ＭＨｚの間の周波数で動作する音響パルスを供給するように構成される超音波治療変換器を含む、画像処理治療システム。
［形態７］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記画像処理システムは、経直腸プローブを含む、画像処理治療システム。
［形態８］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記マイクロマニピュレータシステムは、ロボットアームを含む、画像処理治療システム。
［形態９］
形態８に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記ロボットアームは、６自由度まで動かすことができる、画像処理治療システム。
［形態１０］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記マイクロマニピュレータシステムは、前記マイクロマニピュレータシステムを４自由度まで動かすように構成された少なくとも４つのステッパモータを含む、画像処理治療システム。
［形態１１］
形態１０に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記少なくとも４つのステッパモータの１つは、前記画像処理システムをローリング軸に沿って回転させるように構成された、画像処理治療システム。
［形態１２］
形態１０に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記少なくとも４つのステッパモータの１つは、前記超音波治療システムをピッチング軸に沿って回転させるように構成された、画像処理治療システム。
［形態１３］
形態１０に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記少なくとも４つのステッパモータの１つは、前記超音波治療システムをヨーイング軸に沿って回転させるように構成された、画像処理治療システム。
［形態１４］
形態１０に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記少なくとも４つのステッパモータの１つは、前記超音波治療システムを前／後軸に沿って前進させるように構成された、画像処理治療システム。
［形態１５］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記マイクロマニピュレータシステムを自動的に制御し、前記画像処理システムの前記撮像視野内に前記超音波治療システムの前記焦点を維持するように構成された制御システムをさらに含む、画像処理治療システム。
［形態１６］
患者の前立腺内の組織を除去する方法において、
画像処理システムおよび超音波治療システムをマイクロマニピュレータシステム上で支持するステップと、
前記画像処理システムを前記患者の直腸に挿入するステップと、
前記画像処理システムにより前記前立腺の画像を生成するステップと、
前記超音波治療システムにより生成された気泡混濁を前記画像処理システムにより生成された前記前立腺の前記画像内に維持することにより、前記超音波治療システムから前記前立腺内に超音波エネルギを制御自在に印加するステップと
を含む、方法。
［形態１７］
形態１６に記載の方法において、
前記超音波治療システムを前記患者の会陰部と音響的に接触させて配置するステップをさらに含む、方法。
［形態１８］
形態１６に記載の方法において、
超音波エネルギを制御自在に印加する前記ステップは、前記超音波治療システムにより生成された前記気泡混濁を、前記画像処理システムの約０．８ｃｍ乃至４ｃｍ内に維持するステップをさらに含む、方法。
［形態１９］
形態１６に記載の方法において、
超音波エネルギを制御自在に印加する前記ステップは、組織破砕術治療を制御自在に施すステップを含む、方法。
［形態２０］
形態１６に記載の方法において、
超音波エネルギを制御自在に印加する前記ステップは、約８乃至４０ＭＰａのピーク負圧および１０ＭＰａを上回るピーク正圧のパルス強度、５０周期よりも短いパルス長さ、５％未満の使用率、および５ＫＨｚ未満のパルス反復周波数を有する、約５０ＫＨｚから５ＭＨｚの間の周波数で動作する音響パルスを供給するステップを含む、方法。
［形態２１］
形態１６に記載の方法において、
超音波エネルギを制御自在に印加する前記ステップは、制御システムによって、前記超音波治療システムにより生成された前記気泡混濁を、前記画像処理システムにより生成される前記前立腺の前記画像内に自動的に維持するステップをさらに含む、方法。
［形態２２］
形態１６に記載の方法において、
前記前立腺内の組織を機械的に破壊するステップをさらに含む、方法。
［形態２３］
形態２２に記載の方法において、
ＢＰＨを治療するのに前記前立腺内の組織を機械的に破壊するステップをさらに含む、方法。
［形態２４］
形態２２に記載の方法において、
前立腺癌を治療するのに前記前立腺内の組織を機械的に破壊するステップを含む、方法。
［形態２５］
形態２２に記載の方法において、
前記前立腺の３Ｄ画像を形成するのに前記画像処理システムを回転させるステップをさらに含む、方法。
［形態１］
画像処理治療システムにおいて、
マイクロマニピュレータシステムと、
前記マイクロマニピュレータシステムにより支持される超音波治療システムと、
前記マイクロマニピュレータシステムにより前記超音波治療システムから離間して支持される画像処理システムとを含み、
前記マイクロマニピュレータシステムは、前記画像処理システムの撮像視野内に前記超音波治療システムの焦点を維持するように適合および構成された、画像処理治療システム。
［形態２］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記マイクロマニピュレータは、前記画像処理システムをヒトの男性患者の直腸内に配置し、前記画像処理システムが前記直腸内にある間に前記超音波治療システムを前記患者の会陰部と音響的に接触させて配置するように適合および構成された、画像処理治療システム。
［形態３］
形態２に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記超音波治療システムの前記焦点は、前記画像処理システムから約０．８ｃｍ乃至４ｃｍにある、画像処理治療システム。
［形態４］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記超音波治療システムは、組織破砕術システムを含む、画像処理治療システム。
［形態５］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記超音波治療システムは、組織内で空洞現象微細気泡を生成するように構成された超音波治療変換器を含む、画像処理治療システム。
［形態６］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記超音波治療システムは、約８乃至４０ＭＰａのピーク負圧および１０ＭＰａを上回るピーク正圧のパルス強度、５０周期よりも短いパルス長さ、５％未満の使用率、および５ＫＨｚ未満のパルス反復周波数を有する、約５０ＫＨｚから５ＭＨｚの間の周波数で動作する音響パルスを供給するように構成される超音波治療変換器を含む、画像処理治療システム。
［形態７］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記画像処理システムは、経直腸プローブを含む、画像処理治療システム。
［形態８］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記マイクロマニピュレータシステムは、ロボットアームを含む、画像処理治療システム。
［形態９］
形態８に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記ロボットアームは、６自由度まで動かすことができる、画像処理治療システム。
［形態１０］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記マイクロマニピュレータシステムは、前記マイクロマニピュレータシステムを４自由度まで動かすように構成された少なくとも４つのステッパモータを含む、画像処理治療システム。
［形態１１］
形態１０に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記少なくとも４つのステッパモータの１つは、前記画像処理システムをローリング軸に沿って回転させるように構成された、画像処理治療システム。
［形態１２］
形態１０に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記少なくとも４つのステッパモータの１つは、前記超音波治療システムをピッチング軸に沿って回転させるように構成された、画像処理治療システム。
［形態１３］
形態１０に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記少なくとも４つのステッパモータの１つは、前記超音波治療システムをヨーイング軸に沿って回転させるように構成された、画像処理治療システム。
［形態１４］
形態１０に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記少なくとも４つのステッパモータの１つは、前記超音波治療システムを前／後軸に沿って前進させるように構成された、画像処理治療システム。
［形態１５］
形態１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記マイクロマニピュレータシステムを自動的に制御し、前記画像処理システムの前記撮像視野内に前記超音波治療システムの前記焦点を維持するように構成された制御システムをさらに含む、画像処理治療システム。
［形態１６］
患者の前立腺内の組織を除去する方法において、
画像処理システムおよび超音波治療システムをマイクロマニピュレータシステム上で支持するステップと、
前記画像処理システムを前記患者の直腸に挿入するステップと、
前記画像処理システムにより前記前立腺の画像を生成するステップと、
前記超音波治療システムにより生成された気泡混濁を前記画像処理システムにより生成された前記前立腺の前記画像内に維持することにより、前記超音波治療システムから前記前立腺内に超音波エネルギを制御自在に印加するステップと
を含む、方法。
［形態１７］
形態１６に記載の方法において、
前記超音波治療システムを前記患者の会陰部と音響的に接触させて配置するステップをさらに含む、方法。
［形態１８］
形態１６に記載の方法において、
超音波エネルギを制御自在に印加する前記ステップは、前記超音波治療システムにより生成された前記気泡混濁を、前記画像処理システムの約０．８ｃｍ乃至４ｃｍ内に維持するステップをさらに含む、方法。
［形態１９］
形態１６に記載の方法において、
超音波エネルギを制御自在に印加する前記ステップは、組織破砕術治療を制御自在に施すステップを含む、方法。
［形態２０］
形態１６に記載の方法において、
超音波エネルギを制御自在に印加する前記ステップは、約８乃至４０ＭＰａのピーク負圧および１０ＭＰａを上回るピーク正圧のパルス強度、５０周期よりも短いパルス長さ、５％未満の使用率、および５ＫＨｚ未満のパルス反復周波数を有する、約５０ＫＨｚから５ＭＨｚの間の周波数で動作する音響パルスを供給するステップを含む、方法。
［形態２１］
形態１６に記載の方法において、
超音波エネルギを制御自在に印加する前記ステップは、制御システムによって、前記超音波治療システムにより生成された前記気泡混濁を、前記画像処理システムにより生成される前記前立腺の前記画像内に自動的に維持するステップをさらに含む、方法。
［形態２２］
形態１６に記載の方法において、
前記前立腺内の組織を機械的に破壊するステップをさらに含む、方法。
［形態２３］
形態２２に記載の方法において、
ＢＰＨを治療するのに前記前立腺内の組織を機械的に破壊するステップをさらに含む、方法。
［形態２４］
形態２２に記載の方法において、
前立腺癌を治療するのに前記前立腺内の組織を機械的に破壊するステップを含む、方法。
［形態２５］
形態２２に記載の方法において、
前記前立腺の３Ｄ画像を形成するのに前記画像処理システムを回転させるステップをさらに含む、方法。
Claims (14)
- 画像処理治療システムにおいて、
マイクロマニピュレータシステムと、
前記マイクロマニピュレータシステムにより支持される超音波治療システムであって、該超音波治療システムの焦点において目標組織体積内に空洞現象気泡混濁を生成するように構成された前記超音波治療システムと、
前記マイクロマニピュレータシステムにより前記超音波治療システムから離間して支持される画像処理システムであって、前記目標組織体積の１又は複数の画像を生成し、実時間画像処理で前記目標組織体積内の空洞現象気泡混濁を監視するように構成された前記画像処理システムと、を備え、
前記マイクロマニピュレータシステムは、制御システムを備え、該制御システムは、前記マイクロマニピュレータシステム及び前記超音波治療システムを自動的に位置合わせ及び移動させて、前記目標組織体積内の所望の組織を切除するために前記焦点を位置合わせし、
前記空洞現象気泡混濁は、前記超音波治療システムにより前記画像処理システムの撮像視野内に生成され、前記制御システムは、前記制御システム内で定義された治療体積内の空洞現象気泡混濁を自動的に維持して前記治療体積内の前記目標組織を除去するように、前記超音波治療システム及び前記画像処理システムの運動を独立に制御するように構成された、画像処理治療システム。 - 請求項１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記マイクロマニピュレータは、前記画像処理システムをヒトの男性患者の直腸内に配置し、前記画像処理システムが前記直腸内にある間に前記超音波治療システムを前記患者の会陰部と音響的に接触させて配置するように適合および構成された、画像処理治療システム。 - 請求項２に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記超音波治療システムの焦点は、前記画像処理システムから０．８ｃｍ乃至４ｃｍにある、画像処理治療システム。 - 請求項１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記超音波治療システムは、組織破砕術システムを含む、画像処理治療システム。 - 請求項１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記超音波治療システムは、８乃至４０ＭＰａの負の最大強度および１０ＭＰａを上回る正の最大強度を含むパルス強度、５０周期よりも短いパルス継続時間、５％未満のデューティサイクル、および５ＫＨｚ未満のパルス反復周波数、を有する、５０ＫＨｚから５ＭＨｚの間の周波数で動作する音響パルスを供給するように構成される超音波治療変換器を含む、画像処理治療システム。 - 請求項１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記画像処理システムは、経直腸プローブを含む、画像処理治療システム。 - 請求項１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記マイクロマニピュレータシステムは、ロボットアームを含む、画像処理治療システム。 - 請求項７に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記ロボットアームは、６自由度まで動かすことができる、画像処理治療システム。 - 請求項１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記マイクロマニピュレータシステムは、前記マイクロマニピュレータシステムを４自由度まで動かすように構成された少なくとも４つのステッパモータを含む、画像処理治療システム。 - 請求項９に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記少なくとも４つのステッパモータの１つは、前記画像処理システムをローリング軸に沿って回転させるように構成された、画像処理治療システム。 - 請求項９に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記少なくとも４つのステッパモータの１つは、前記超音波治療システムをピッチング軸に沿って回転させるように構成された、画像処理治療システム。 - 請求項９に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記少なくとも４つのステッパモータの１つは、前記超音波治療システムをヨーイング軸に沿って回転させるように構成された、画像処理治療システム。 - 請求項９に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記少なくとも４つのステッパモータの１つは、前記超音波治療システムを前／後軸に沿って前進させるように構成された、画像処理治療システム。 - 請求項１に記載の画像処理治療システムにおいて、
前記制御システムは、前記画像処理システム及び前記超音波治療システムの運動を自動的に制御するように構成された、画像処理治療システム。
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