生物組織を温熱治療するための組立体
生物組織の部位（６０）を温熱治療するための組立体（１）は、前記部位の焦点（Ｐ）にエネルギーを供給するエネルギー発生手段（２０）と、前記部位における空間温度分布を測定する手段（１０）と、設定された分布に一致する空間温度分布を与えるために、所定の軌道に沿って前記焦点（Ｐ）の移動を制御するための制御ユニット（４０）と、を備え、前記焦点（Ｐ）が前記軌道に沿って変位するように、前記制御ユニット（４０）は、比例−積分−微分項を含む制御法則に従って、測定温度分布および設定分布に基づいて、前記発生手段（２０）によって供給される前記エネルギーの分布を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、温熱療法による生物組織の治療に関する。
【背景技術】
【０００２】
温熱療法（ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ ｔｈｅｒａｐｉｅｓ）は、生物組織（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｉｓｓｕｅ）の局部治療のためにごく普通に使用される手法である。これらはエネルギー源（レーザ、マイクロ波、高周波、超音波）を使用して生物組織の標的部位（ｔａｒｇｅｔ ａｒｅａ）を加熱することから成る。
【０００３】
一般に、局部温熱療法による治療は最小限の侵襲で治療を可能にする。使用されるエネルギーの種類の中で、集束超音波（ＦＵＳ）が、それは標的部位が非侵襲的にかつ組織中で深さ方向に加熱されることを可能にするので特に関心が高い。
【０００４】
治療時に、標的部位およびその直近の周囲部位の温度は、厳密にかつ連続的に監視されなければならない。しかし、超音波によってもたらされる組織中の温度上昇は、このような温度上昇が標的部位中の組織の生物学的および生理学的特徴（吸収、熱拡散）に依存するので評価困難である。
【０００５】
仏国第２８２３６７８号明細書（２００２年１０月２５日公開）の文書が、治療されるべき組織の標的部位における自動的な温度制御に使用され得る温熱治療（ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）用の組立体（ａｓｓｅｍｂｌｙ）を説明する。この組立体は、超音波発生器と、標的部位の空間温度分布を測定しかつ記録するためのＭＲＩ撮像手段と、空間温度分布をドットごとにデジタル処理する手段を有する制御ユニットとを備える。制御ユニットユニットは、標的部位における温度が設定された温度プロフィルに追従するように、超音波発生器が、撮像手段によって測定された温度分布に関連して空間移動するように命令（ｃｏｍｍａｎｄ）する。
【０００６】
文書「Ｌｏｃａｌ ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ ｗｉｔｈ ＭＲ−ｇｕｉｄｅｄ ｆｏｃｕｓｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ：Ｓｐｉｒａｌ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｃａｌ ｐｏｉｎｔ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｆｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｒｅｇｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ １２：５７１〜５８３頁（２０００年に出版）が集束超音波を使用する治療方法を説明するが、その目的は、大容積の標的部位における均一な温度上昇を実現することである。この方法によれば、超音波発生器の焦点が第１の螺旋形状の軌道に沿って移動される。標的部位における空間温度分布がＭＲＩによって測定される。得られた空間分布に関連して第２の螺旋軌道が決定されるが、そこでは焦点の移動速度が、第１の軌道後に残留する温度分布における非均質性を埋め合わせるように修正される。超音波発生器の焦点は、この第２の軌道に沿って移動される。
【０００７】
しかし、該方法は組織挙動の線形モデリングに基づく。しかも幾つかの組織は、特にこれらの熱伝導特性に関して非線形的な挙動を有し得る。これは不安定な温度サーボ制御をもたらす恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の１つの目的は、生理学的な助変数に関する推定不確定性に対して適切な許容差を有する安定した治療デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のために、本発明は、生物組織部位を治療するための温熱治療組立体であって、
−この部位の焦点にエネルギーを供給するエネルギー発生手段と、
−該部位における空間温度分布を測定する手段と、
−設定された分布に一致する空間温度分布を得ることを目的に、所定の軌道に沿って焦点の移動を命令できる制御ユニットと、を備え、
制御ユニットは、焦点が変位する間に、比例−積分−微分項（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｔｅｒｍ）を有する制御法則（ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗ）に従って、測定温度分布および設定分布に関連して、軌道の長さに沿って発生手段によって供給されるエネルギーの分布を命令できることを特徴とする組立体を提案する。
【００１０】
この治療組立体で使用される制御法則は、治療中のどのような非線形的な生理学的効果にもかかわらず、広い標的部位で、予め規定された設定温度プロフィルに到達することを可能にする。
【００１１】
治療組立体の一実施形態では、制御ユニットは、一連の連続軌道に沿って焦点の移動を命令し、かつ各軌道に関して、当該軌道に関連する設定された分布および先行する軌道全体を通して測定された温度分布に関連して、対応するエネルギーの分布を命令することが可能である。
【００１２】
この実施形態では、制御ユニットは、第１の軌道に沿って焦点の移動を命令し、かつその結果、測定された温度上昇に関連して、標的部位における熱拡散係数（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）Ｄを演繹する（ｄｅｄｕｃｅ）ことが可能である。制御ユニットは、この熱拡散係数を制御法則に算入することが可能である。
【００１３】
本発明の一実施形態では、エネルギーの分布を命令するために、制御ユニットは、時間に関連して軌道に沿って焦点の位置を規定する分布関数（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を決定することが可能である。
【００１４】
本発明の一実施形態では、制御ユニットは、焦点が、軌道に沿って分布された複数の個別的な（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）音波処理点（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）に変位するように命令することが可能である。制御ユニットは、エネルギー発生手段に、これらが音波処理点ごとに同じである所与のエネルギー量を各音波処理点に堆積（ｄｅｐｏｓｉｔ）するように命令することが可能である。この実施形態では、標的部位に堆積されるエネルギーの分布を決定するのは、軌道上における音波処理点の分布である。
【００１５】
本発明は生物組織の部位を温熱治療する方法にも関し、そこでは、エネルギー発生手段が該部位における焦点にエネルギーを供給し、測定手段が該部位における空間温度分布を測定し、かつ制御ユニットが、設定された分布に一致する空間温度分布を得る目的で、所定の軌道に沿って焦点の移動を命令し、制御ユニットは、焦点が移動する間に、比例−積分−微分項を含む制御法則に従って、測定温度分布および設定分布に関連して該軌道に沿って発生手段によって供給されるエネルギーの分布を命令することを特徴とする。
【００１６】
他の特徴および利点は、純粋に例示的かつ非限定的であり、さらに添付の図面に関連して読まれるべきである以下の説明から明白となろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、図示されている治療組立体１が、磁石１０を含むＭＲＩ撮像装置を備える。組立体１は、環状配列プローブ２０の形態にあるエネルギー発生手段と、この環状配列プローブ２０にエネルギーを供給するマルチチャネル発生器５０とを備える。プローブ２０は、磁石１０の土台の中に組み込まれ、プローブが発生器５０によってエネルギーの供給を受けるとき、焦点Ｐの方向に超音波を放出することができる発生要素２１を含む。
【００１８】
環状配列プローブ２０は、例えば、８０ｍｍの半径、９６ｍｍの開口部直径、および垂直軸に沿って６０ｎｍと１１０ｍｍとの間の焦点距離の変動値を有するＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ（仏国、ブザンソン（Ｂｅｓａｎｃｏｎ）社）によって製造されたプローブである。超音波発生要素２１は、約１．５ＭＨｚの周波数で放出することができる。
【００１９】
エネルギー発生手段２０は、エルイーピー（ＬＥＰ）社（仏国、パリ市）から入手可能なピストン３１および３２を有する油圧移動システム３０によって水平面内で移動することができる。この移動システム３０は、レーザ案内手段を有し、その最大移動速度は、毎秒約３ｍｍであり、その実効速度は毎秒２ｍｍである。
【００２０】
組立体１は中央ユニットを含む制御ユニット４０も備え、その中央ユニットの入力は、ＭＲＩ撮像装置からデータを受け取ることが可能であり、このようなデータに関連して、移動システム３０に環状配列プローブ２０の焦点Ｐを修正するように命令できる。
【００２１】
温熱治療組立体１は、動作時において、患者組織の標的部位６０を治療するために使用される。制御ユニット４０は、マルチチャネル発生器５０および移動システム３０に、図２に示されたステップを実行するように命令する。
【００２２】
最初に、エネルギー発生手段２０は、焦点Ｐが治療されるべき標的部位６０の実質的に中心に配置された点Ｏに位置決めされるように、患者に対して配置される。
【００２３】
図２は、温熱治療組立体１によって実行される治療ステップを模式的に例示する。
【００２４】
第１のステップ１００の間に、制御ユニット４０は、移動システム３０に、第１の所定の軌道（ｊ＝１）に沿った複数の音波処理点に連続的にエネルギー発生手段の焦点を位置決めするように命令する。この軌道は、標的部位の中心Ｏから出発して当該部位から外向きに延びる概ね楕円形の形状である。さらには、制御ユニット５０は、エネルギー発生手段２０に、これらが軌道に沿った複数の音波処理点の各点に所与のエネルギー量を印加するように命令する。軌道の螺旋形状は、エネルギーが標的部位６０の中心Ｏから出発して、徐々に標的部位の縁部に向かって外方に及ぶように堆積されることを可能にする。該螺旋軌道は、熱拡散を標的部位の中心から当該部位の縁部に向かって促進し、標的部位における温度上昇を制御するために、このような拡散から利点が引き出されることを可能にすることが理解されよう。
【００２５】
原点が標的部位６０の中心Ｏである基準点（Ｏｘ，Ｏｚ）では、焦点Ｐの軌道の助変数方程式が次のように定義され得る。
【数１】
上式で、（ｘ，ｚ）は基準点（Ｏｘ，Ｏｚ）における焦点の座標であり、ΔａおよびΔｂは、連続的な巻き間における軸ＯｘおよびＯｚに沿ったそれぞれの間隔であり、さらにξは０と２π・Ｎ（Ｎは楕円の巻き数）との間にある軌道の助変数である。
【００２６】
第１の軌道の間に、焦点Ｐは既に治療された領域に単位時間ごとに加えられる面積Ωが一定であるように移動される。このような同等関係は、時間ｔに関して次の微分方程式として表現される。
【数２】
上式で、Ωは螺旋軌道によって既に網羅された部位に単位時間ごとに加えられる面積であり、さらにεはΔｂ／Δａに等しくかつ楕円の離心率（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ）を規定する。
【００２７】
この第１の楕円軌道は、複数の個別的な音波処理ｉ（ｉは０からｎまでの範囲にわたる）から形成され、その楕円の中心Ｏに対する位置は、ベクトルｒ１＝（ｘｉ，ｚｉ）によって規定される（但し、ｉ∈［０，ｎ］）。焦点は、規則的な速度で、位置ｒ１における１つの音波処理位置ｉから位置ｒｉ＋１における次の処理位置ｉ＋１に移動する。音波処理の持続時間Δｔは音波処理点ごとに一定である。
【００２８】
第２のステップ２００の間に、撮像装置が標的部位において得られた温度分布Ｔ１（ｘ，ｚ）を測定する。
【００２９】
標的部位の組織が完全に均質であったら、すなわち、熱吸収および拡散特性が標的部位全体において均一であれば、第１のステップ１００の間に実行された軌道は標的部位における均一な温度上昇につながることになる。
【００３０】
しかし、この場合には、治療される組織が一般に均質ではないので、そのようにはならない。
【００３１】
測定された温度分布は、平均的な熱拡散係数Ｄを決定するために使用される。
【００３２】
第３のステップ３００の間に、制御ユニットが、測定された空間温度分布Ｔ１（ｘ，ｚ）に関連して、第２の軌道（ｊ＝２）を決定する。この第２の軌道は、第１の軌道と同じ螺旋形状を有する。しかし、焦点の移動速度は、次式のように、軌道上の焦点の位置（ｘ，ｚ）に依存するエネルギー分布関数Ｒ２に従って修正される。
【数３】
【００３３】
この分布関数Ｒ２の効果は、２つの連続的な音波処理点間の距離を、したがって螺旋軌道に沿って焦点が移動する速度を修正することである。標的部位全体にわたってＲ２がＲ１＝１によって置き換えられるとき、方程式［３］は方程式［２］へ約されることが留意されるべきである。関数Ｒ２は、標的部位において局部的に送達されるエネルギー密度を変調することによって、第１の軌道の後に残留する非均質性を埋め合わせるように決定される。
【００３４】
個々の各音波処理の時間は常にΔｔであり、焦点は第１の軌道の間と同じ速度で１つの音波処理点から次の処理点に移動する。螺旋軌道に沿った個々の音波処理の数ｎ＋１は常に等しい。
【００３５】
第４のステップ４００の間に、制御ユニットは、移動システムに、エネルギー発生手段の焦点を第２の軌道の複数の音波処理点に連続的に位置決めするように命令する。
【００３６】
上述のステップ２００、３００、および４００は、設定された温度プロフィルを所定の治療時間の間に治療されるべき部位に確立するように、連続軌道の数Ｍを実現するために随意選択的に更新される。各第ｊの軌道では、制御ユニットは、新たな分布関数Ｒｊを決定し、かつこのように決定された第ｊの軌道に沿って、移動システムにエネルギー発生手段の焦点を移動させるように命令する。
【００３７】
制御ユニットによって計算される分布関数Ｒｊの計算ステップ３００の一般的な説明が下に与えられる。
【００３８】
制御モジュールは、エネルギー発生手段の焦点が所定形状の軌道の数Ｍにわたって移動するように、移動システムおよびエネルギー発生手段に命令することが考慮される。
【００３９】
以下の記号が使用される。
Ｏ 標的部位における原点（例えば、標的部位の中心に配置される）、
（Ｏｘ，Ｏｚ） 原点Ｏの２次元的記述、
θｊ（ｘ，ｚ） 第ｊの軌道の経路にわたって点（ｘ，ｚ）で到達されるべき設定温度、
Ｔｊ（ｘ，ｚ） 第ｊの軌道の終了後に、ＭＲＩ撮像装置によって点（ｘ，ｚ）で有効に測定された温度、
Ｒｊ 第ｊの軌道に関して決定された分布関数、
Ｇ（Ｄ，τ） ２つの軌道間の経過時間τにわたる、組織中の熱拡散Ｄ（第１の軌道の後で評価された）による温度の変動を評価するために使用されるグリーン関数。
【００４０】
グリーン関数は、例えば、付属文書「Ｌｏｃａｌ ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ ｗｉｔｈ ＭＲ−ｇｕｉｄｅｄ ｆｏｃｕｓｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ：Ｓｐｉｒａｌ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｃａｌ ｐｏｉｎｔ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｆｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｒｅｇｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ １２：５７１〜５８３頁（２０００年に出版）で説明されている。その表式は次式である。
【数４】
【００４１】
第１の軌道の間の加温有効性は、点Ｏにおける係数α１の形式で表現され得る。
【数５】
【００４２】
設定された温度の空間プロフィルは、次式によって与えられる。
【数６】
【００４３】
この方程式では、ηｊ＋１の値は、第ｊの軌道と第（ｊ＋１）の軌道との間の望ましい温度傾向を規定する。ηｊ＋１＝１は、標的部位における静的温度に対応する。すなわち、第（ｊ＋１）の軌道の間に、分布関数Ｒｊ＋１によって規定された標的部位におけるエネルギーの堆積は、もっぱら組織中の熱伝導による熱損失を埋め合わせなければならない。
【００４４】
ηｊの値は、反復的アルゴリズムによって、各軌道ｊに関して、エネルギー発生手段によって供給される必要な出力が機器の技術的限界許容値を超えない最大値（αと１との間）に固定される。この限界許容値はエネルギー発生手段に依存し、このような限界値はこれらのエネルギー発生手段の製造業者によって規定される。
【００４５】
第（ｊ＋１）の軌道の終了後に得られることになる点ｒ（ｘ，ｚ）における温度は、次のように評価され得る。
【数７】
【００４６】
この温度は、第ｊの軌道と第（ｊ＋１）の軌道との間の熱拡散、および新たなエネルギー分布Ｒｊ＋１を考慮する。熱拡散係数Ｄが一定であると想定されかつ持続時間τが各軌道に関して同じである限り、グリーン関数は常に同じである。
【００４７】
自動制御に関する１つの条件は、Ｔｊ＋１＝θｊ＋１である。
【００４８】
その結果、次式が演繹される。
【数８】
【００４９】
この方程式は、微分型（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｙｐｅ）および比例型（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｔｙｐｅ)の制御法則の中心的な方程式である。本発明の下では、この式はＰＩＤ制御法則（比例、積分および微分）を得るために修正される。このＰＩＤ制御法則の方程式は、次に以下の式になる。
【数９】
【００５０】
方程式［８］において、第１項（１）は２つの連続軌道ｊとｊ＋１との間における組織中の熱拡散による温度変動を考慮する。第２項（２）は第（ｊ＋１）の軌道によって温度プロフィルに追加された追加的階層を考慮する制御法則の微分項である。第３項（３）は、測定温度と先行する第ｊの軌道に関して規定された設定温度との間の瞬間誤差を考慮する制御法則の比例項である。最後に、第４項（４）は、測定温度と各先行軌道に関して規定された設定温度との間の誤差を考慮する制御法則の積分項である。助変数αは、エネルギー発生手段の移動システムの制御ループの応答時間に関する無次元の大きさである。制御ループの応答時間は２τ／αである。
【００５１】
助変数αが大きくなればなるほど、それだけ大幅に自動制御が、予想変動を含む実験雑音に対して敏感になることに留意されるべきである。助変数αに関する推奨値は、
【数１０】
である。この値は、第１の軌道の終了後にＲ２を計算するとき、方程式［８］中の項（３）および（４）の消去に導く。次いで、制御ループの応答時間は２τ／α≒２．４１４３・τとなり、この値は測定温度の誤差をいずれも補正するために自動制御によって必要とされる時間を表す。
【００５２】
方程式［８］は次式に等しい。
【数１１】
【００５３】
軌道の時間が常に一定に留まるように、軌道は、その継続時間を値τにするために、時間拡張されるかまたは時間が圧縮される。同時に、エネルギー発生手段によって堆積された超音波出力は、考慮中の当該領域におけるＲｊ＋１の空間平均に等しい因数によって逆方向に再正規化（ｒｅ−ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）される。
【００５４】
図３は、設定温度の空間プロフィルＲｊ（ｒ）・θ１（ｒ）の実施例ａおよびｂを示し、これらが螺旋形状の軌道に関して命令され得るようなっている。これらの実施例は、軸ＯｘおよびＯｚに沿って、それぞれ１２ｍｍおよび１６ｍｍの直径を有する螺旋軌道に基づいている。拡散係数Ｄは０．０５ｍｍ２／秒である。軌道はｎ＋１＝１００個の音波処理点を含み、これらの音波処理点はΔｔ＝１．６秒だけ離間されている。実施例ａは、均一の分布関数Ｒ１（ｘ，ｚ）＝１に関し、他方で実施例ｂは、一定の傾き（軸Ｏｘに沿って、−０．０２５ｍｍ−１の一定の勾配）を有する分布関数Ｒｊに対応する。
【００５５】
図４は、エネルギー発生手段の焦点によって追従された楕円形の螺旋軌道の実施例である。視野は、画像１では１２８×１２８ｍｍ２であり、他方で画像２は４倍に拡大された。螺旋軌道は、軸ＯｘおよびＯｚに沿って、それぞれ１５ｍｍおよび１１ｍｍの直径を有する。背景画像は、ＭＲＩ温度測定に使用された勾配エコー・シーケンス（ｅｃｈｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）によって得られる。寒天ゲルの３つの試料が画像１に見られる。これらの試料は、温度測定の３点補正を可能にする。処理された試料の構造の中に非均質性が見られる。
【００５６】
図５では、グラフは、エネルギー発生手段の焦点が、図４に示された螺旋軌道にわたって移動した後の測定温度の分布を示す。グラフｂは、治療されるべき組織の均一な熱拡散係数Ｄ＝０．１３ｍｍ２／秒に関するシミュレートされた温度分布を示す。グラフｂは、グラフａの実験プロフィルに最も近似するグラフである。このグラフｂは、治療されるべき標的部位における平均的な熱拡散係数を推定するために使用され得る。
【００５７】
図６は、エキソビボ実験（ｅｘ ｖｉｖｏ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｎｇ）中に、時間に関して標的部位の中心Ｏにおいて測定された温度の傾向を示すグラフである。測定温度は一連のＭ＝１０個の連続軌道にわたって変化する。設定温度は標的部位全体において８℃である（亜致死温熱療法（ｓｕｂｌｅｔｈａｌ ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ））。
【００５８】
図７は、列１において、図６の実験中に行われた一連の１０個の各軌道の焦点座標ｘの傾向を示す。第２の列は、各軌道の間にエネルギー発生手段によって堆積された超音波出力を示す。第３の列は、各軌道の後に、点Ｏ、すなわち、標的部位の中心を通過する標的部位区分において測定された温度プロフィルを与える。第４の列は、各軌道の間に得られた、標的部位区分において測定された温度上昇プロフィルを与える。
【００５９】
図８は、エキソビボ実験中に、時間に関して標的部位の中心Ｏにおいて測定された温度の傾向を示すグラフである。測定温度は一連のＭ＝１０個の連続軌道にわたって変化する。設定温度は、熱切除を実現する目的のために、標的部位全体において初期温度よりも１８℃高い（致死温熱療法（ｌｅｔｈａｌ ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ））。
【００６０】
図９は、列１において、図８の実験中に行われた一連の１０個の各軌道の焦点座標ｘの傾向を示す。第２の列は、各軌道の間にエネルギー発生手段によって堆積された超音波出力を示す。第３の列は、各軌道の後に、点Ｏ、すなわち、標的部位の中心を通過する方向で計算された分布関数Ｒのプロフィルを示す。第４の列は、各軌道の間に得られた、標的部位区分中で測定された温度上昇プロフィルを示す。
【００６１】
図１０は、図１１に対応する第６の軌道の端部でＭＲＩ装置を使用して得られた３次元温度マップ標本である。実験データは、１×１×５ｍｍ３の空間解像度で得られ、各方向（Ｏｘ）および（Ｏｚ）における１ｍｍの標準偏差の２次元ガウス関数を使って、たたみこみによって平滑化された。温度分布は、熱拡散のために高い空間周波数を含むことはできない。
【００６２】
図１１は、インビボ実験（ｉｎ ｖｉｖｏ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｎｇ）において標的部位（標的部位の直径は１１ｍｍ）の中心Ｏにおける、時間に関する温度の傾向を示すグラフである。測定温度は、一連のＭ＝６個の連続軌道にわたって上昇する。点線は、設定温度上昇（摂氏で生理学的温度を１３度超える）を表す。２つの連続軌道の差は２分である。
【００６３】
図１２では、図表が、第１の軌道（ｊ＝１）に沿った異なる音波処理点の位置と、治療されるべき標的部位の限界（楕円）とを示す。この図で分かるように、螺旋軌道は徐々に標的部位を網羅する。軌道は、標的部位の外側に達する追加的な巻きも含む。このような追加的な巻きは、実際には、エネルギー発生手段によって現実には実行されない。それは、もっぱら標的部位の境界に堆積されるべきエネルギー量を計算するために使用される。
【００６４】
図１２では、図表ｂが、径方向の投影方向へ標的部位の輪郭（楕円）上に追加的巻きの音波処理点を投影することから成るステップを示す。
【００６５】
図１２では、図表ｃが、軌道がエネルギー発生手段によって効果的に実行されるような、連続音波処理点を有する軌道を示す。この実際の軌道は、標的部位の輪郭の上に投影された追加的な巻きの音波処理点を含む。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る一実施形態に適合する温熱治療組立体の実施例を模式的に示す図である。
【図２】温熱治療組立体によって実行される治療ステップを模式的に例示する図である。
【図３】設定点の温度の空間プロフィルの実施例ａおよびｂを示す図であり、これらは螺旋形状の軌道に関して命令され得るようになっている。
【図４】エネルギー発生手段の焦点によって追従された楕円形の螺旋の形態にある軌道の実施例を示す図である。
【図５】２つのグラフであり、エネルギー発生手段の焦点が螺旋軌道に追従した後で測定された温度分布と、治療されるべき組織における均一な熱拡散係数に関してシミュレートされた温度分布とをそれぞれ示す。
【図６】エキソビボ実験中における、一連の１０個の連続軌道にわたって、治療されるべき標的部位の中心における時間に関する温度の傾向を示すグラフであり、設定温度は標的部位全体における初期温度よりも８℃高い。
【図７】図６に関して実施された一連の各軌道の間における助変数の傾向を示すグラフであり、これらの助変数は、軌道が形成される基準点の軸（Ｏｘ）の１つに沿った焦点の座標と、エネルギー発生手段によって堆積された超音波出力と、標的部位の１つの区分において測定された温度プロフィルと、この標的部位区分における温度上昇プロフィルとを含む。
【図８】エキソビボ実験中における、一連の１０個の連続軌道にわたって、治療されるべき標的部位の中心における時間に関する温度の傾向を示すグラフであり、設定温度は標的部位全体における初期温度よりも１８℃高い。
【図９】図８に関して実施された一連の各軌道の間における助変数の傾向を示すグラフであり、これらの助変数は、軌道が形成される基準点の軸（Ｏｘ）の１つに沿った焦点の座標と、エネルギー堆積手段によって堆積された超音波出力と、標的部位の１つの区分におけるエネルギー分布プロフィルと、この標的部位の区分において規定された温度上昇プロフィルとを含む。
【図１０】ＭＲＩ撮像装置を使用して得られた３次元温度マップの標本である。
【図１１】インビボ実験中における、治療されるべき標的部位の中心における時間に関する温度の傾向を示すグラフである。
【図１２】３つの図表ａ、ｂ、およびｃであり、それぞれに、理論上の螺旋軌道を例示し、追加的な巻き（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｔｕｒｎ）が治療されるべき標的部位の外側に達するのを示し、追加的な巻きの音波処理点が標的部位の輪郭上に投影されるのを示すが、実際の軌道は追加的な巻きの投影された音波処理点を含む。
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、温熱療法による生物組織の治療に関する。
【背景技術】
【０００２】
温熱療法（ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ ｔｈｅｒａｐｉｅｓ）は、生物組織（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｉｓｓｕｅ）の局部治療のためにごく普通に使用される手法である。これらはエネルギー源（レーザ、マイクロ波、高周波、超音波）を使用して生物組織の標的部位（ｔａｒｇｅｔ ａｒｅａ）を加熱することから成る。
【０００３】
一般に、局部温熱療法による治療は最小限の侵襲で治療を可能にする。使用されるエネルギーの種類の中で、集束超音波（ＦＵＳ）が、それは標的部位が非侵襲的にかつ組織中で深さ方向に加熱されることを可能にするので特に関心が高い。
【０００４】
治療時に、標的部位およびその直近の周囲部位の温度は、厳密にかつ連続的に監視されなければならない。しかし、超音波によってもたらされる組織中の温度上昇は、このような温度上昇が標的部位中の組織の生物学的および生理学的特徴（吸収、熱拡散）に依存するので評価困難である。
【０００５】
仏国第２８２３６７８号明細書（２００２年１０月２５日公開）の文書が、治療されるべき組織の標的部位における自動的な温度制御に使用され得る温熱治療（ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）用の組立体（ａｓｓｅｍｂｌｙ）を説明する。この組立体は、超音波発生器と、標的部位の空間温度分布を測定しかつ記録するためのＭＲＩ撮像手段と、空間温度分布をドットごとにデジタル処理する手段を有する制御ユニットとを備える。制御ユニットユニットは、標的部位における温度が設定された温度プロフィルに追従するように、超音波発生器が、撮像手段によって測定された温度分布に関連して空間移動するように命令（ｃｏｍｍａｎｄ）する。
【０００６】
文書「Ｌｏｃａｌ ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ ｗｉｔｈ ＭＲ−ｇｕｉｄｅｄ ｆｏｃｕｓｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ：Ｓｐｉｒａｌ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｃａｌ ｐｏｉｎｔ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｆｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｒｅｇｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ １２：５７１〜５８３頁（２０００年に出版）が集束超音波を使用する治療方法を説明するが、その目的は、大容積の標的部位における均一な温度上昇を実現することである。この方法によれば、超音波発生器の焦点が第１の螺旋形状の軌道に沿って移動される。標的部位における空間温度分布がＭＲＩによって測定される。得られた空間分布に関連して第２の螺旋軌道が決定されるが、そこでは焦点の移動速度が、第１の軌道後に残留する温度分布における非均質性を埋め合わせるように修正される。超音波発生器の焦点は、この第２の軌道に沿って移動される。
【０００７】
しかし、該方法は組織挙動の線形モデリングに基づく。しかも幾つかの組織は、特にこれらの熱伝導特性に関して非線形的な挙動を有し得る。これは不安定な温度サーボ制御をもたらす恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の１つの目的は、生理学的な助変数に関する推定不確定性に対して適切な許容差を有する安定した治療デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のために、本発明は、生物組織部位を治療するための温熱治療組立体であって、
−この部位の焦点にエネルギーを供給するエネルギー発生手段と、
−該部位における空間温度分布を測定する手段と、
−設定された分布に一致する空間温度分布を得ることを目的に、所定の軌道に沿って焦点の移動を命令できる制御ユニットと、を備え、
制御ユニットは、焦点が変位する間に、比例−積分−微分項（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｔｅｒｍ）を有する制御法則（ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗ）に従って、測定温度分布および設定分布に関連して、軌道の長さに沿って発生手段によって供給されるエネルギーの分布を命令できることを特徴とする組立体を提案する。
【００１０】
この治療組立体で使用される制御法則は、治療中のどのような非線形的な生理学的効果にもかかわらず、広い標的部位で、予め規定された設定温度プロフィルに到達することを可能にする。
【００１１】
治療組立体の一実施形態では、制御ユニットは、一連の連続軌道に沿って焦点の移動を命令し、かつ各軌道に関して、当該軌道に関連する設定された分布および先行する軌道全体を通して測定された温度分布に関連して、対応するエネルギーの分布を命令することが可能である。
【００１２】
この実施形態では、制御ユニットは、第１の軌道に沿って焦点の移動を命令し、かつその結果、測定された温度上昇に関連して、標的部位における熱拡散係数（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）Ｄを演繹する（ｄｅｄｕｃｅ）ことが可能である。制御ユニットは、この熱拡散係数を制御法則に算入することが可能である。
【００１３】
本発明の一実施形態では、エネルギーの分布を命令するために、制御ユニットは、時間に関連して軌道に沿って焦点の位置を規定する分布関数（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を決定することが可能である。
【００１４】
本発明の一実施形態では、制御ユニットは、焦点が、軌道に沿って分布された複数の個別的な（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）音波処理点（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）に変位するように命令することが可能である。制御ユニットは、エネルギー発生手段に、これらが音波処理点ごとに同じである所与のエネルギー量を各音波処理点に堆積（ｄｅｐｏｓｉｔ）するように命令することが可能である。この実施形態では、標的部位に堆積されるエネルギーの分布を決定するのは、軌道上における音波処理点の分布である。
【００１５】
本発明は生物組織の部位を温熱治療する方法にも関し、そこでは、エネルギー発生手段が該部位における焦点にエネルギーを供給し、測定手段が該部位における空間温度分布を測定し、かつ制御ユニットが、設定された分布に一致する空間温度分布を得る目的で、所定の軌道に沿って焦点の移動を命令し、制御ユニットは、焦点が移動する間に、比例−積分−微分項を含む制御法則に従って、測定温度分布および設定分布に関連して該軌道に沿って発生手段によって供給されるエネルギーの分布を命令することを特徴とする。
【００１６】
他の特徴および利点は、純粋に例示的かつ非限定的であり、さらに添付の図面に関連して読まれるべきである以下の説明から明白となろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、図示されている治療組立体１が、磁石１０を含むＭＲＩ撮像装置を備える。組立体１は、環状配列プローブ２０の形態にあるエネルギー発生手段と、この環状配列プローブ２０にエネルギーを供給するマルチチャネル発生器５０とを備える。プローブ２０は、磁石１０の土台の中に組み込まれ、プローブが発生器５０によってエネルギーの供給を受けるとき、焦点Ｐの方向に超音波を放出することができる発生要素２１を含む。
【００１８】
環状配列プローブ２０は、例えば、８０ｍｍの半径、９６ｍｍの開口部直径、および垂直軸に沿って６０ｎｍと１１０ｍｍとの間の焦点距離の変動値を有するＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ（仏国、ブザンソン（Ｂｅｓａｎｃｏｎ）社）によって製造されたプローブである。超音波発生要素２１は、約１．５ＭＨｚの周波数で放出することができる。
【００１９】
エネルギー発生手段２０は、エルイーピー（ＬＥＰ）社（仏国、パリ市）から入手可能なピストン３１および３２を有する油圧移動システム３０によって水平面内で移動することができる。この移動システム３０は、レーザ案内手段を有し、その最大移動速度は、毎秒約３ｍｍであり、その実効速度は毎秒２ｍｍである。
【００２０】
組立体１は中央ユニットを含む制御ユニット４０も備え、その中央ユニットの入力は、ＭＲＩ撮像装置からデータを受け取ることが可能であり、このようなデータに関連して、移動システム３０に環状配列プローブ２０の焦点Ｐを修正するように命令できる。
【００２１】
温熱治療組立体１は、動作時において、患者組織の標的部位６０を治療するために使用される。制御ユニット４０は、マルチチャネル発生器５０および移動システム３０に、図２に示されたステップを実行するように命令する。
【００２２】
最初に、エネルギー発生手段２０は、焦点Ｐが治療されるべき標的部位６０の実質的に中心に配置された点Ｏに位置決めされるように、患者に対して配置される。
【００２３】
図２は、温熱治療組立体１によって実行される治療ステップを模式的に例示する。
【００２４】
第１のステップ１００の間に、制御ユニット４０は、移動システム３０に、第１の所定の軌道（ｊ＝１）に沿った複数の音波処理点に連続的にエネルギー発生手段の焦点を位置決めするように命令する。この軌道は、標的部位の中心Ｏから出発して当該部位から外向きに延びる概ね楕円形の形状である。さらには、制御ユニット５０は、エネルギー発生手段２０に、これらが軌道に沿った複数の音波処理点の各点に所与のエネルギー量を印加するように命令する。軌道の螺旋形状は、エネルギーが標的部位６０の中心Ｏから出発して、徐々に標的部位の縁部に向かって外方に及ぶように堆積されることを可能にする。該螺旋軌道は、熱拡散を標的部位の中心から当該部位の縁部に向かって促進し、標的部位における温度上昇を制御するために、このような拡散から利点が引き出されることを可能にすることが理解されよう。
【００２５】
原点が標的部位６０の中心Ｏである基準点（Ｏｘ，Ｏｚ）では、焦点Ｐの軌道の助変数方程式が次のように定義され得る。
【数１】
上式で、（ｘ，ｚ）は基準点（Ｏｘ，Ｏｚ）における焦点の座標であり、ΔａおよびΔｂは、連続的な巻き間における軸ＯｘおよびＯｚに沿ったそれぞれの間隔であり、さらにξは０と２π・Ｎ（Ｎは楕円の巻き数）との間にある軌道の助変数である。
【００２６】
第１の軌道の間に、焦点Ｐは既に治療された領域に単位時間ごとに加えられる面積Ωが一定であるように移動される。このような同等関係は、時間ｔに関して次の微分方程式として表現される。
【数２】
上式で、Ωは螺旋軌道によって既に網羅された部位に単位時間ごとに加えられる面積であり、さらにεはΔｂ／Δａに等しくかつ楕円の離心率（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ）を規定する。
【００２７】
この第１の楕円軌道は、複数の個別的な音波処理ｉ（ｉは０からｎまでの範囲にわたる）から形成され、その楕円の中心Ｏに対する位置は、ベクトルｒ１＝（ｘｉ，ｚｉ）によって規定される（但し、ｉ∈［０，ｎ］）。焦点は、規則的な速度で、位置ｒ１における１つの音波処理位置ｉから位置ｒｉ＋１における次の処理位置ｉ＋１に移動する。音波処理の持続時間Δｔは音波処理点ごとに一定である。
【００２８】
第２のステップ２００の間に、撮像装置が標的部位において得られた温度分布Ｔ１（ｘ，ｚ）を測定する。
【００２９】
標的部位の組織が完全に均質であったら、すなわち、熱吸収および拡散特性が標的部位全体において均一であれば、第１のステップ１００の間に実行された軌道は標的部位における均一な温度上昇につながることになる。
【００３０】
しかし、この場合には、治療される組織が一般に均質ではないので、そのようにはならない。
【００３１】
測定された温度分布は、平均的な熱拡散係数Ｄを決定するために使用される。
【００３２】
第３のステップ３００の間に、制御ユニットが、測定された空間温度分布Ｔ１（ｘ，ｚ）に関連して、第２の軌道（ｊ＝２）を決定する。この第２の軌道は、第１の軌道と同じ螺旋形状を有する。しかし、焦点の移動速度は、次式のように、軌道上の焦点の位置（ｘ，ｚ）に依存するエネルギー分布関数Ｒ２に従って修正される。
【数３】
【００３３】
この分布関数Ｒ２の効果は、２つの連続的な音波処理点間の距離を、したがって螺旋軌道に沿って焦点が移動する速度を修正することである。標的部位全体にわたってＲ２がＲ１＝１によって置き換えられるとき、方程式［３］は方程式［２］へ約されることが留意されるべきである。関数Ｒ２は、標的部位において局部的に送達されるエネルギー密度を変調することによって、第１の軌道の後に残留する非均質性を埋め合わせるように決定される。
【００３４】
個々の各音波処理の時間は常にΔｔであり、焦点は第１の軌道の間と同じ速度で１つの音波処理点から次の処理点に移動する。螺旋軌道に沿った個々の音波処理の数ｎ＋１は常に等しい。
【００３５】
第４のステップ４００の間に、制御ユニットは、移動システムに、エネルギー発生手段の焦点を第２の軌道の複数の音波処理点に連続的に位置決めするように命令する。
【００３６】
上述のステップ２００、３００、および４００は、設定された温度プロフィルを所定の治療時間の間に治療されるべき部位に確立するように、連続軌道の数Ｍを実現するために随意選択的に更新される。各第ｊの軌道では、制御ユニットは、新たな分布関数Ｒｊを決定し、かつこのように決定された第ｊの軌道に沿って、移動システムにエネルギー発生手段の焦点を移動させるように命令する。
【００３７】
制御ユニットによって計算される分布関数Ｒｊの計算ステップ３００の一般的な説明が下に与えられる。
【００３８】
制御モジュールは、エネルギー発生手段の焦点が所定形状の軌道の数Ｍにわたって移動するように、移動システムおよびエネルギー発生手段に命令することが考慮される。
【００３９】
以下の記号が使用される。
Ｏ 標的部位における原点（例えば、標的部位の中心に配置される）、
（Ｏｘ，Ｏｚ） 原点Ｏの２次元的記述、
θｊ（ｘ，ｚ） 第ｊの軌道の経路にわたって点（ｘ，ｚ）で到達されるべき設定温度、
Ｔｊ（ｘ，ｚ） 第ｊの軌道の終了後に、ＭＲＩ撮像装置によって点（ｘ，ｚ）で有効に測定された温度、
Ｒｊ 第ｊの軌道に関して決定された分布関数、
Ｇ（Ｄ，τ） ２つの軌道間の経過時間τにわたる、組織中の熱拡散Ｄ（第１の軌道の後で評価された）による温度の変動を評価するために使用されるグリーン関数。
【００４０】
グリーン関数は、例えば、付属文書「Ｌｏｃａｌ ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ ｗｉｔｈ ＭＲ−ｇｕｉｄｅｄ ｆｏｃｕｓｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ：Ｓｐｉｒａｌ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｃａｌ ｐｏｉｎｔ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｆｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｒｅｇｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ １２：５７１〜５８３頁（２０００年に出版）で説明されている。その表式は次式である。
【数４】
【００４１】
第１の軌道の間の加温有効性は、点Ｏにおける係数α１の形式で表現され得る。
【数５】
【００４２】
設定された温度の空間プロフィルは、次式によって与えられる。
【数６】
【００４３】
この方程式では、ηｊ＋１の値は、第ｊの軌道と第（ｊ＋１）の軌道との間の望ましい温度傾向を規定する。ηｊ＋１＝１は、標的部位における静的温度に対応する。すなわち、第（ｊ＋１）の軌道の間に、分布関数Ｒｊ＋１によって規定された標的部位におけるエネルギーの堆積は、もっぱら組織中の熱伝導による熱損失を埋め合わせなければならない。
【００４４】
ηｊの値は、反復的アルゴリズムによって、各軌道ｊに関して、エネルギー発生手段によって供給される必要な出力が機器の技術的限界許容値を超えない最大値（αと１との間）に固定される。この限界許容値はエネルギー発生手段に依存し、このような限界値はこれらのエネルギー発生手段の製造業者によって規定される。
【００４５】
第（ｊ＋１）の軌道の終了後に得られることになる点ｒ（ｘ，ｚ）における温度は、次のように評価され得る。
【数７】
【００４６】
この温度は、第ｊの軌道と第（ｊ＋１）の軌道との間の熱拡散、および新たなエネルギー分布Ｒｊ＋１を考慮する。熱拡散係数Ｄが一定であると想定されかつ持続時間τが各軌道に関して同じである限り、グリーン関数は常に同じである。
【００４７】
自動制御に関する１つの条件は、Ｔｊ＋１＝θｊ＋１である。
【００４８】
その結果、次式が演繹される。
【数８】
【００４９】
この方程式は、微分型（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｙｐｅ）および比例型（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｔｙｐｅ)の制御法則の中心的な方程式である。本発明の下では、この式はＰＩＤ制御法則（比例、積分および微分）を得るために修正される。このＰＩＤ制御法則の方程式は、次に以下の式になる。
【数９】
【００５０】
方程式［８］において、第１項（１）は２つの連続軌道ｊとｊ＋１との間における組織中の熱拡散による温度変動を考慮する。第２項（２）は第（ｊ＋１）の軌道によって温度プロフィルに追加された追加的階層を考慮する制御法則の微分項である。第３項（３）は、測定温度と先行する第ｊの軌道に関して規定された設定温度との間の瞬間誤差を考慮する制御法則の比例項である。最後に、第４項（４）は、測定温度と各先行軌道に関して規定された設定温度との間の誤差を考慮する制御法則の積分項である。助変数αは、エネルギー発生手段の移動システムの制御ループの応答時間に関する無次元の大きさである。制御ループの応答時間は２τ／αである。
【００５１】
助変数αが大きくなればなるほど、それだけ大幅に自動制御が、予想変動を含む実験雑音に対して敏感になることに留意されるべきである。助変数αに関する推奨値は、
【数１０】
である。この値は、第１の軌道の終了後にＲ２を計算するとき、方程式［８］中の項（３）および（４）の消去に導く。次いで、制御ループの応答時間は２τ／α≒２．４１４３・τとなり、この値は測定温度の誤差をいずれも補正するために自動制御によって必要とされる時間を表す。
【００５２】
方程式［８］は次式に等しい。
【数１１】
【００５３】
軌道の時間が常に一定に留まるように、軌道は、その継続時間を値τにするために、時間拡張されるかまたは時間が圧縮される。同時に、エネルギー発生手段によって堆積された超音波出力は、考慮中の当該領域におけるＲｊ＋１の空間平均に等しい因数によって逆方向に再正規化（ｒｅ−ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）される。
【００５４】
図３は、設定温度の空間プロフィルＲｊ（ｒ）・θ１（ｒ）の実施例ａおよびｂを示し、これらが螺旋形状の軌道に関して命令され得るようなっている。これらの実施例は、軸ＯｘおよびＯｚに沿って、それぞれ１２ｍｍおよび１６ｍｍの直径を有する螺旋軌道に基づいている。拡散係数Ｄは０．０５ｍｍ２／秒である。軌道はｎ＋１＝１００個の音波処理点を含み、これらの音波処理点はΔｔ＝１．６秒だけ離間されている。実施例ａは、均一の分布関数Ｒ１（ｘ，ｚ）＝１に関し、他方で実施例ｂは、一定の傾き（軸Ｏｘに沿って、−０．０２５ｍｍ−１の一定の勾配）を有する分布関数Ｒｊに対応する。
【００５５】
図４は、エネルギー発生手段の焦点によって追従された楕円形の螺旋軌道の実施例である。視野は、画像１では１２８×１２８ｍｍ２であり、他方で画像２は４倍に拡大された。螺旋軌道は、軸ＯｘおよびＯｚに沿って、それぞれ１５ｍｍおよび１１ｍｍの直径を有する。背景画像は、ＭＲＩ温度測定に使用された勾配エコー・シーケンス（ｅｃｈｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）によって得られる。寒天ゲルの３つの試料が画像１に見られる。これらの試料は、温度測定の３点補正を可能にする。処理された試料の構造の中に非均質性が見られる。
【００５６】
図５では、グラフは、エネルギー発生手段の焦点が、図４に示された螺旋軌道にわたって移動した後の測定温度の分布を示す。グラフｂは、治療されるべき組織の均一な熱拡散係数Ｄ＝０．１３ｍｍ２／秒に関するシミュレートされた温度分布を示す。グラフｂは、グラフａの実験プロフィルに最も近似するグラフである。このグラフｂは、治療されるべき標的部位における平均的な熱拡散係数を推定するために使用され得る。
【００５７】
図６は、エキソビボ実験（ｅｘ ｖｉｖｏ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｎｇ）中に、時間に関して標的部位の中心Ｏにおいて測定された温度の傾向を示すグラフである。測定温度は一連のＭ＝１０個の連続軌道にわたって変化する。設定温度は標的部位全体において８℃である（亜致死温熱療法（ｓｕｂｌｅｔｈａｌ ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ））。
【００５８】
図７は、列１において、図６の実験中に行われた一連の１０個の各軌道の焦点座標ｘの傾向を示す。第２の列は、各軌道の間にエネルギー発生手段によって堆積された超音波出力を示す。第３の列は、各軌道の後に、点Ｏ、すなわち、標的部位の中心を通過する標的部位区分において測定された温度プロフィルを与える。第４の列は、各軌道の間に得られた、標的部位区分において測定された温度上昇プロフィルを与える。
【００５９】
図８は、エキソビボ実験中に、時間に関して標的部位の中心Ｏにおいて測定された温度の傾向を示すグラフである。測定温度は一連のＭ＝１０個の連続軌道にわたって変化する。設定温度は、熱切除を実現する目的のために、標的部位全体において初期温度よりも１８℃高い（致死温熱療法（ｌｅｔｈａｌ ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ））。
【００６０】
図９は、列１において、図８の実験中に行われた一連の１０個の各軌道の焦点座標ｘの傾向を示す。第２の列は、各軌道の間にエネルギー発生手段によって堆積された超音波出力を示す。第３の列は、各軌道の後に、点Ｏ、すなわち、標的部位の中心を通過する方向で計算された分布関数Ｒのプロフィルを示す。第４の列は、各軌道の間に得られた、標的部位区分中で測定された温度上昇プロフィルを示す。
【００６１】
図１０は、図１１に対応する第６の軌道の端部でＭＲＩ装置を使用して得られた３次元温度マップ標本である。実験データは、１×１×５ｍｍ３の空間解像度で得られ、各方向（Ｏｘ）および（Ｏｚ）における１ｍｍの標準偏差の２次元ガウス関数を使って、たたみこみによって平滑化された。温度分布は、熱拡散のために高い空間周波数を含むことはできない。
【００６２】
図１１は、インビボ実験（ｉｎ ｖｉｖｏ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｎｇ）において標的部位（標的部位の直径は１１ｍｍ）の中心Ｏにおける、時間に関する温度の傾向を示すグラフである。測定温度は、一連のＭ＝６個の連続軌道にわたって上昇する。点線は、設定温度上昇（摂氏で生理学的温度を１３度超える）を表す。２つの連続軌道の差は２分である。
【００６３】
図１２では、図表が、第１の軌道（ｊ＝１）に沿った異なる音波処理点の位置と、治療されるべき標的部位の限界（楕円）とを示す。この図で分かるように、螺旋軌道は徐々に標的部位を網羅する。軌道は、標的部位の外側に達する追加的な巻きも含む。このような追加的な巻きは、実際には、エネルギー発生手段によって現実には実行されない。それは、もっぱら標的部位の境界に堆積されるべきエネルギー量を計算するために使用される。
【００６４】
図１２では、図表ｂが、径方向の投影方向へ標的部位の輪郭（楕円）上に追加的巻きの音波処理点を投影することから成るステップを示す。
【００６５】
図１２では、図表ｃが、軌道がエネルギー発生手段によって効果的に実行されるような、連続音波処理点を有する軌道を示す。この実際の軌道は、標的部位の輪郭の上に投影された追加的な巻きの音波処理点を含む。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る一実施形態に適合する温熱治療組立体の実施例を模式的に示す図である。
【図２】温熱治療組立体によって実行される治療ステップを模式的に例示する図である。
【図３】設定点の温度の空間プロフィルの実施例ａおよびｂを示す図であり、これらは螺旋形状の軌道に関して命令され得るようになっている。
【図４】エネルギー発生手段の焦点によって追従された楕円形の螺旋の形態にある軌道の実施例を示す図である。
【図５】２つのグラフであり、エネルギー発生手段の焦点が螺旋軌道に追従した後で測定された温度分布と、治療されるべき組織における均一な熱拡散係数に関してシミュレートされた温度分布とをそれぞれ示す。
【図６】エキソビボ実験中における、一連の１０個の連続軌道にわたって、治療されるべき標的部位の中心における時間に関する温度の傾向を示すグラフであり、設定温度は標的部位全体における初期温度よりも８℃高い。
【図７】図６に関して実施された一連の各軌道の間における助変数の傾向を示すグラフであり、これらの助変数は、軌道が形成される基準点の軸（Ｏｘ）の１つに沿った焦点の座標と、エネルギー発生手段によって堆積された超音波出力と、標的部位の１つの区分において測定された温度プロフィルと、この標的部位区分における温度上昇プロフィルとを含む。
【図８】エキソビボ実験中における、一連の１０個の連続軌道にわたって、治療されるべき標的部位の中心における時間に関する温度の傾向を示すグラフであり、設定温度は標的部位全体における初期温度よりも１８℃高い。
【図９】図８に関して実施された一連の各軌道の間における助変数の傾向を示すグラフであり、これらの助変数は、軌道が形成される基準点の軸（Ｏｘ）の１つに沿った焦点の座標と、エネルギー堆積手段によって堆積された超音波出力と、標的部位の１つの区分におけるエネルギー分布プロフィルと、この標的部位の区分において規定された温度上昇プロフィルとを含む。
【図１０】ＭＲＩ撮像装置を使用して得られた３次元温度マップの標本である。
【図１１】インビボ実験中における、治療されるべき標的部位の中心における時間に関する温度の傾向を示すグラフである。
【図１２】３つの図表ａ、ｂ、およびｃであり、それぞれに、理論上の螺旋軌道を例示し、追加的な巻き（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｔｕｒｎ）が治療されるべき標的部位の外側に達するのを示し、追加的な巻きの音波処理点が標的部位の輪郭上に投影されるのを示すが、実際の軌道は追加的な巻きの投影された音波処理点を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物組織の部位（６０）のための温熱治療組立体（１）であって、
前記部位の焦点（Ｐ）にエネルギーを供給するエネルギー発生手段（２０）と、
前記部位における空間温度分布を測定する手段（１０）と、
設定された分布に一致する空間温度分布を得ることを目的に、所定の軌道（ｊ）に沿って前記焦点（Ｐ）の移動を命令できる手段を含む制御ユニット（４０）と、を備え、
前記制御ユニット（４０）は、前記焦点（Ｐ）が変位する間に、比例−積分−微分項を有する制御法則に従って、測定温度分布および設定分布に関連して、前記軌道に沿って前記発生手段（２０）によって供給される前記エネルギーの分布を命令できる手段を含むことを特徴とする組立体。
【請求項２】
前記制御法則は前記標的部位の熱拡散係数（Ｄ）を算入する、請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
前記制御ユニット（４０）は、一連の連続軌道（ｊ）に沿って前記焦点（Ｐ）の移動を命令し、かつ各軌道に関して、当該軌道に関連する設定された分布および先行する軌道全体を通して測定された温度分布に関連して、対応するエネルギーの分布を命令できる手段を含む、請求項１または２に記載の組立体。
【請求項４】
エネルギーの分布を命令するために、前記制御ユニット（４０）は、時間に関連して前記軌道に沿って前記焦点（Ｐ）の位置を規定する分布関数（Ｒｊ）を決定できる手段を含む、請求項１ないし３の何れかに記載の組立体。
【請求項５】
前記制御ユニット（４０）は、前記焦点（Ｐ）が、前記軌道に沿って分布された複数の個別的な音波処理点（ｉ）に変位するように命令できる手段を含む、請求項１ないし４の何れかに記載の組立体。
【請求項６】
前記制御ユニット（４０）は、前記エネルギー発生手段（２０）に、これらが音波処理点（ｉ）ごとに等しい所与のエネルギー量を各音波処理点に堆積するように命令できる手段を含む、請求項５に記載の組立体。
【請求項７】
前記制御ユニット（４０）は、一連の連続軌道に沿って前記焦点（Ｐ）の移動を命令し、かつ各軌道（ｊ）に関して、次式のように、対応するエネルギーの分布（Ｒｊ）を命令できる手段を備え、
【数１】
上式で、ｒは前記標的部位における点の位置であり、
θ１は第１の軌道を実行する間に到達されるべき設定温度分布であり、
θｊは第ｊの軌道を実行する間に到達されるべき設定温度分布であり、
Ｔｊは第ｊの軌道の終了後に、前記測定手段によって有効に測定された温度分布であり、
Ｇ（Ｄ，τ）は２つの軌道ｊとｊ＋１との間の経過時間τにわたる前記標的部位における熱拡散Ｄに依存するグリーン関数であり、
αは自動制御に関する無次元の助変数である、請求項１に記載の組立体。
【請求項８】
前記制御ユニット（４０）は、概ね螺旋形状の軌道に沿って前記焦点（Ｐ）を移動できる手段を含む、請求項１ないし７の何れかに記載の組立体。
【請求項９】
前記制御ユニット（４０）は、前記標的部位（６０）において均一である設定温度分布に関連して、前記焦点（Ｐ）の変位を命令できる手段を含む、請求項１ないし８の何れかに記載の組立体。
【請求項１０】
前記制御ユニット（４０）は、前記標的部位において一方向に均一な勾配を有する設定温度分布に関連して、前記焦点（Ｐ）の変位を命令できる手段を含む、請求項１ないし９の何れかに記載の組立体。
【請求項１１】
生物組織の部位を温熱治療する方法であって、エネルギー発生手段（２０）が前記部位（６０）における焦点（Ｐ）にエネルギーを供給し、測定手段（１０）が前記部位（６０）における空間温度分布を測定し、かつ制御ユニット（４０）が、設定された分布に一致する空間温度分布を得るために、所定の軌道（ｊ）に沿って前記焦点（Ｐ）の移動を命令し、前記制御ユニット（４０）は、前記焦点（Ｐ）が変位する間に、比例−積分−微分項を有する制御法則に従って、前記測定温度分布および前記設定分布に関連して、前記軌道に沿って前記発生手段（２０）によって供給されるエネルギーの分布を命令することを特徴とする方法。
【請求項１】
生物組織の部位（６０）のための温熱治療組立体（１）であって、
前記部位の焦点（Ｐ）にエネルギーを供給するエネルギー発生手段（２０）と、
前記部位における空間温度分布を測定する手段（１０）と、
設定された分布に一致する空間温度分布を得ることを目的に、所定の軌道（ｊ）に沿って前記焦点（Ｐ）の移動を命令できる手段を含む制御ユニット（４０）と、を備え、
前記制御ユニット（４０）は、前記焦点（Ｐ）が変位する間に、比例−積分−微分項を有する制御法則に従って、測定温度分布および設定分布に関連して、前記軌道に沿って前記発生手段（２０）によって供給される前記エネルギーの分布を命令できる手段を含むことを特徴とする組立体。
【請求項２】
前記制御法則は前記標的部位の熱拡散係数（Ｄ）を算入する、請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
前記制御ユニット（４０）は、一連の連続軌道（ｊ）に沿って前記焦点（Ｐ）の移動を命令し、かつ各軌道に関して、当該軌道に関連する設定された分布および先行する軌道全体を通して測定された温度分布に関連して、対応するエネルギーの分布を命令できる手段を含む、請求項１または２に記載の組立体。
【請求項４】
エネルギーの分布を命令するために、前記制御ユニット（４０）は、時間に関連して前記軌道に沿って前記焦点（Ｐ）の位置を規定する分布関数（Ｒｊ）を決定できる手段を含む、請求項１ないし３の何れかに記載の組立体。
【請求項５】
前記制御ユニット（４０）は、前記焦点（Ｐ）が、前記軌道に沿って分布された複数の個別的な音波処理点（ｉ）に変位するように命令できる手段を含む、請求項１ないし４の何れかに記載の組立体。
【請求項６】
前記制御ユニット（４０）は、前記エネルギー発生手段（２０）に、これらが音波処理点（ｉ）ごとに等しい所与のエネルギー量を各音波処理点に堆積するように命令できる手段を含む、請求項５に記載の組立体。
【請求項７】
前記制御ユニット（４０）は、一連の連続軌道に沿って前記焦点（Ｐ）の移動を命令し、かつ各軌道（ｊ）に関して、次式のように、対応するエネルギーの分布（Ｒｊ）を命令できる手段を備え、
【数１】
上式で、ｒは前記標的部位における点の位置であり、
θ１は第１の軌道を実行する間に到達されるべき設定温度分布であり、
θｊは第ｊの軌道を実行する間に到達されるべき設定温度分布であり、
Ｔｊは第ｊの軌道の終了後に、前記測定手段によって有効に測定された温度分布であり、
Ｇ（Ｄ，τ）は２つの軌道ｊとｊ＋１との間の経過時間τにわたる前記標的部位における熱拡散Ｄに依存するグリーン関数であり、
αは自動制御に関する無次元の助変数である、請求項１に記載の組立体。
【請求項８】
前記制御ユニット（４０）は、概ね螺旋形状の軌道に沿って前記焦点（Ｐ）を移動できる手段を含む、請求項１ないし７の何れかに記載の組立体。
【請求項９】
前記制御ユニット（４０）は、前記標的部位（６０）において均一である設定温度分布に関連して、前記焦点（Ｐ）の変位を命令できる手段を含む、請求項１ないし８の何れかに記載の組立体。
【請求項１０】
前記制御ユニット（４０）は、前記標的部位において一方向に均一な勾配を有する設定温度分布に関連して、前記焦点（Ｐ）の変位を命令できる手段を含む、請求項１ないし９の何れかに記載の組立体。
【請求項１１】
生物組織の部位を温熱治療する方法であって、エネルギー発生手段（２０）が前記部位（６０）における焦点（Ｐ）にエネルギーを供給し、測定手段（１０）が前記部位（６０）における空間温度分布を測定し、かつ制御ユニット（４０）が、設定された分布に一致する空間温度分布を得るために、所定の軌道（ｊ）に沿って前記焦点（Ｐ）の移動を命令し、前記制御ユニット（４０）は、前記焦点（Ｐ）が変位する間に、比例−積分−微分項を有する制御法則に従って、前記測定温度分布および前記設定分布に関連して、前記軌道に沿って前記発生手段（２０）によって供給されるエネルギーの分布を命令することを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２００７−５３４３９７（Ｐ２００７−５３４３９７Ａ）
【公表日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１００４０（Ｐ２００７−５１００４０）
【出願日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００５／０５１９２６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１０７８６９
【国際公開日】平成１７年１１月１７日（２００５．１１．１７）
【出願人】（５９４０１６８７２）サントル、ナショナール、ド、ラ、ルシェルシュ、シアンティフィク、（セーエヌエルエス） (83)
【出願人】（５０３１２７８７３）ユニヴェルシテ ヴィクトール セガラン ボルドー ２ (7)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００５／０５１９２６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１０７８６９
【国際公開日】平成１７年１１月１７日（２００５．１１．１７）
【出願人】（５９４０１６８７２）サントル、ナショナール、ド、ラ、ルシェルシュ、シアンティフィク、（セーエヌエルエス） (83)
【出願人】（５０３１２７８７３）ユニヴェルシテ ヴィクトール セガラン ボルドー ２ (7)
【Ｆターム（参考）】
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