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KR20130106361A - Ｈｉｆｕ 어플리케이터 - Google Patents

Ｈｉｆｕ 어플리케이터 Download PDF

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KR20130106361A
KR20130106361A KR1020137006406A KR20137006406A KR20130106361A KR 20130106361 A KR20130106361 A KR 20130106361A KR 1020137006406 A KR1020137006406 A KR 1020137006406A KR 20137006406 A KR20137006406 A KR 20137006406A KR 20130106361 A KR20130106361 A KR 20130106361A
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hifu transducer
applicator
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롤란드 홀스
존 머코프스키
트로이 브라운
다니엘 비. 필립스
그레고리 피. 달링톤
아담 엘. 스미스
스코트 씨. 티엘만
블래이크 알. 스탠시크
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미라빌리스 메디카 인코포레이티드
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Abstract

환자에게 HIFU 치료법을 제공하기 위한 어플리케이터는 프레임에 회전 가능하게 연결된 HIFU 트랜스듀서를 포함한다. 일 구체예에서, 회전 가능한 연결은, HIFU 트랜스듀서가 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 규정된 백분율(예를 들어, 50%) 이하 큰 하우징 내에 유지되면서, HIFU 트랜스듀서가 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 치료 용적의 임의의 요망되는 위치에 정위시키도록 기계적으로 지향될 수 있도록 구성된다. 일 구체예에서, HIFU 트랜스듀서는 볼 및 소켓 조인트로 프레임에 회전 가능하게 연결된다. 다른 구체예에서, HIFU 트랜스듀서는 오프셋 짐블 어셈블리로 프레임에 회전 가능하게 연결된다. 한 쌍의 선형 액츄에이터 및 구동 샤프트는 HIFU 트랜스듀서를 요망되는 방향으로 지향시키기 위해 HIFU 트랜스듀서와 맞물린다.

Description

ＨＩＦＵ 어플리케이터{HIFU APPLICATOR}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2010년 8월 18일에 출원된 미국 가출원 제61/375,001호의 출원일의 이득을 청구하며, 이러한 문헌은 전문이 본원에 참고로 포함된다.
고강도 집속 초음파(high intensity focused ultrasound; HIFU)는 최소 침습 방식으로 환자의 내부 신체 조직을 치료하기 위해 점점 더 사용되고 있다. 자궁과 같은 비교적 깊은 조직을 정확하게 치료하기 위하여, 일반적으로 요망되는 초점 특징들을 달성하기 위해 HIFU 신호를 형성시키도록 사용되는 HIFU 트랜스듀서의 크기를 증가시키는 것이 요망된다. 다른 한편으로, 또한 HIFU 신호를 표적 조직으로 전달하기 위해 투명한 음파 윈도우를 갖는 것이 중요하다. 예를 들어, 자궁의 조직을 치료할 때 투명한 음파 윈도우를 유지시키기 위하여, 어플리케이터(applicator)가 환자의 치골과 배꼽 사이의 구역 내에 맞추는 것이 요망된다.
이러한 대립되는 개념들을 고려하여, HIFU 어플리케이터의 풋프린트(footprint)의 크기를 관리하면서 HIFU 어플리케이터에서 HIFU 트랜스듀서의 크기를 증가시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.
하기 개요는 상세한 설명에서 하기에서 추가로 기술되는 단순한 형태의 개념들의 선택을 기술하는 것이다. 이러한 개요는 청구된 대상의 주요 특징들을 확인하기 위한 것으로 의도되지 않고 청구된 대상의 범위를 결정하는데 보조로 사용되는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명에는 HIFU 신호를 치료 용적에 선택적으로 전달하도록 구성된 HIFU 치료 시스템의 구체예가 기술된다. HIFU 치료 시스템은 트랜스듀서의 초점 구역을 치료 용적 내의 요망되는 위치에 정위(position)시키기 위해 HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 이동시키는 어플리케이터를 포함한다.
적어도 하나의 구체예에서, HIFU 트랜스듀서는 볼 및 소켓 조인트에 의해 프레임에 회전 가능하게 연결된다. 조인트는, HIFU 트랜스듀서가 하우징에 둘러 싸여있는 동안에 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을 치료 용적 내의 임의 요망되는 위치에 정위시키기 위해 HIFU 트랜스듀서가 물리적으로 흔들릴 수 있도록 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경에 대해 정위되는 회전 중심을 갖는다.
다른 구체예에서, HIFU 트랜스듀서는 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을 HIFU 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 정위시킬 수 있는 오프셋 짐블 어셈블리(offset gimble assembly)에 의해 프레임에 회전 가능하게 연결된다. 오프셋 짐블 어셈블리는, HIFU 트랜스듀서가 하우징에 둘러 싸여있는 동안에 HIFU 트랜스듀서가 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을 치료 용적 내의 임의 요망되는 위치에 정위시키기 위해 물리적으로 흔들릴 수 있도록, HIFU 트랜스듀서의 최대 직경에 대해 정위되는 회전 중심을 지닌 HIFU 트랜스듀서를 제공한다.
상기 구체예들 중 하나 이상의 구체예에서, HIFU 어플리케이터의 하우징은 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 50% 이하 큰 내부 직경을 갖는다. 상기 구체예들 중 다른 구체예에서, 하우징의 내부 직경은 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 30% 이하 크다. 상기 구체예들 중 또 다른 구체예에서, 하우징의 내부 직경은 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 15% 이하 크며, 상기 구체예들 중 다른 구체예에서, 하우징의 내부 직경은 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 10% 이하 크다.
상기 구체예들 중 하나 이상에서, HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키도록 구성된 매카니즘은, HIFU 트랜스듀서의 초점 구역이 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 5도인 각도에 걸쳐 정위될 수 있도록 구성된다. 상기 구체예들 중 다른 구체예에서, 메카니즘은, 초점 구역이 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 10도인 각도에 걸쳐 정위될 수 있도록 구성된다. 상기 구체예들 중 또 다른 구체예에서, 메카니즘은, 초점 구역이 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 15도인 각도에 걸쳐 정위될 수 있도록 구성된다.
상기 구체예들 중 적어도 하나의 구체예에서, HIFU 어플리케이터는 프레임 내에 이동 가능한 모터 플레이트(movable motor plate)를 포함한다. 이동 가능한 모터 플레이트는 HIFU 어플리케이터의 종축에 대해 HIFU 트랜스듀서의 경사각(tilt angle)을 변경시키고 이에 따라 초점 구역의 방사상 위치(radial position)를 조정하기 위해 HIFU 트랜스듀서와 맞물려지는 구동 샤프트를 선택적으로 이동시키는 두 개 이상의 선형 액츄에이터를 갖는다. 이동 가능한 모터 플레이트는 또한 초점 구역의 수직 위치를 조정하기 위하여 모터 플레이트를 프레임 내에서 수직으로 이동시키도록 구성되는 선형 액츄에이터를 포함한다.
상기 구체예들 중 적어도 하나의 구체예에서, HIFU 트랜스듀서는 HIFU 트랜스듀서의 중앙 개구 내에 배치된 이미징 트랜스듀서(imaging transducer)를 추가로 포함한다. 이미징 트랜스듀서는 치료 용적을 포함하는 시계(field of view)를 갖는다. 이미징 트랜스듀서는 치료 용적에서의 조직을 상이한 이미지 면(image plane)에 이미징하기 위해 이의 종축 둘레로 회전 가능하다.
본 발명의 상기한 양태들 및 다수의 수반되는 장점들은 첨부된 도면과 관련하여 하기 상세한 설명을 참조로 하여 더욱 잘 이해됨에 따라 더욱 쉽게 인식될 것이다.
도 1은 기술된 기술의 구체예들에 따라 HIFU 트랜스듀서 위에 정위된 하우징을 구비한 HIFU 어플리케이터를 도시한다.
도 2는 하우징이 제거된, 도 1에 도시된 HIFU 트랜스듀서를 도시한다.
도 3은 기술된 기술의 구체예들에 따라 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을 요망되는 위치에 정위시키기 위해 볼 및 소켓 조인트를 선택적으로 이동시키기 위한 메카니즘의 다른 세부사항을 도시한다.
도 4는 기술된 기술의 구체예들에 따르는 HIFU 어플리케이터의 단면을 도시한다.
도 5는 HIFU 트랜스듀서 위에 정위된 하우징을 구비한 HIFU 어플리케이터를 포함하는 기술된 기술의 다른 구체예를 도시한다.
도 6은 하우징이 제거된, 도 5에 도시된 HIFU 트랜스듀서를 도시한다.
도 7은 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을 요망되는 위치에 선택적으로 정위시키는 오프셋 짐블 어셈블리를 구비한, 도 5 및 도 6에 도시된 구체예의 추가 세부사항을 도시한다.
도 8은 기술된 기술의 구체예들에 따르는 도 5 및 도 6에 도시된 구체예의 단면을 도시한다.
도 9는 기술된 기술의 구체예에 따르는 기계적 유체 부피 보정 시스템을 도시한다.
도 10 내지 도 13은 도 5 및 도 6에 도시된 구체예에서 사용되는 링크 기구(linkage)의 단순화된 표현(simplified representation)을 도시한다.
하기에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 본원에 기술된 기술은 적어도 일부, 제공된 트랜스듀서 크기에 대해 보다 작은 크기의 풋프린트(footprint)를 갖는 HIFU 어플리케이터에 관한 것이다. 보다 작은 크기의 풋프린트는 HIFU 어플리케이터에서의 HIFU 트랜스듀서의 회전 중심을 HIFU 트랜스듀서의 가장 넓은 치수의 평면에 더욱 가깝게 위치시킴으로써 달성된다. HIFU 어플리케이터의 풋프린트는 통상적으로 HIFU 치료법을 제공할 때, 치료 용적에 가장 가까운 HIFU 어플리케이터의 단부의 가로 내부 직경에 대하여 측정된다. 적어도 하나의 구체예에서, HIFU 어플리케이터는 바람직하게 중앙 상에, 이미징(imaging)을 제공하는 이미징 트랜스듀서를 추가로 포함하고, 바람직하게 HIFU 송신 주파수의 고조파(harmonics)를 검출할 수 있는 광대역 수신기를 포함한다. 하나의 특정 구체예에서, 예를 들어, HIFU 트랜스듀서는 중앙에 최소 개구 컷(minimal aperture cut)을 지닌 12.5cm 직경 세라믹을 포함하는 F1 트랜스듀서이다.
유리하게, 본 발명에 따르면, HIFU 어플리케이터는 HIFU 트랜스듀서를 둘러싸는 하우징으로 구성될 수 있으며, 여기서 상기 하우징은 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 50% 이하 큰 내부 치수를 갖는다. 다른 구체예에서, 하우징의 내부 치수는, 내부 치수가 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 30% 이하 크도록 제한될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 하우징의 내부 치수는 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 15% 이하 크도록 하기 위해 또한 제한될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 하우징의 내부 치수는 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 10% 이하 클 수 있다. 이러한 구체예들 각각은 보다 큰 직경의 HIFU 트랜스듀서를 허용하면서 HIFU 어플리케이터의 풋프린트의 크기를 제한하다는 장점을 갖는다.
본원에 기술된 다양한 구체예들 중 임의의 구체예에서, HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키도록 구성된 메카니즘은 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 1.0cm에 정위하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 본원에 기술된 다양한 구체예에서, HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키는 메카니즘은 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 2.0cm에 정위하도록 구성될 수 있다. 본원에 기술된 다양한 구체예들 중 또 다른 구체예에서, HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키는 메카니즘은 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 3.0cm에 정위하도록 구성될 수 있다.
본원에 기술된 HIFU 어플리케이터의 다양한 구체예들은 또한 어플리케이터의 종축에 대한 HIFU 트랜스듀서의 각 위치 또는 경사각과 관련하여 고려될 수 있다. 예를 들어, HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키도록 구성된 메카니즘은 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을, 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 5도인 각도에 걸쳐 정위하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 본원에 기술된 다양한 구체예에서, HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키도록 구성된 메카니즘은 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을, 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 10도인 각도에 걸쳐 정위하도록 구성될 수 있다. 본원에 기술된 또 다른 구체예에서, HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키도록 구성된 메카니즘은 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을, 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 15도인 각도에 걸쳐 정위하도록 구성될 수 있다.
도 1 및 도 2는 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을 치료 용적의 요망되는 위치에 선택적으로 정위하도록 작동하는 HIFU 어플리케이터의 적어도 하나의 구체예의 주요 구성요소들을 도시한 것이다. HIFU 어플리케이터는 다수의 종방향으로 연장하는 다리(16A, 16B, 16C)에 의해 고정된 하부판(base plate)(14)에 연결되는 고정된 상부판(top plate)(12)을 구비한 프레임(10)을 포함한다. 도시된 구체예에서, 세 개의 다리(16A, 16B, 16C)는 프레임(10)의 원주(circumference) 둘레로 떨어져 대략 120도로 정위되지만, 다른 구체예에서, 보다 많거나 보다 적은 다리 또는 다리의 상이한 배치가 이용될 수 있다.
프레임의 상부판(12)과 하부판(14) 사이에 모터 플레이트(20)가 정위된다. 하기에 기술되는 바와 같이, HIFU 트랜스듀서 초점 구역의 위치를 조정하기 위하여, 모터 플레이트(20)에 HIFU 트랜스듀서(46)의 수직 위치 및 각도를 조정하도록 구성되는 다수의 선형 액츄에이터 모터(22A, 28A, 30A)가 결합된다. HIFU 트랜스듀서의 수직 위치(그리고, 이에 따라 HIFU 트랜스듀서 초점 구역의 수직 위치)를 조정하기 위하여, 제1 선형 액츄에이터(22A)는 선형 구동 샤프트(22B)와 맞물려진다. 선형 구동 샤프트(22B)의 한쪽 단부는 선형 액츄에이터(22A)에 의해 맞물려지며, 선형 구동 샤프트(22B)의 다른 단부는 하부판(14)에 고정된다. 선형 액츄에이터(22A)의 활성화는 모터 플레이트(20)를 프레임(10) 내에서 화살표(18A)로 도시된 바와 같이 하부판(14) 쪽으로 또는 이로부터 떨어지게 위 아래로 이동시킨다. 모터 플레이트(20)에 메인 튜브(26)가 고정되는데, 이러한 메인 튜브에 HIFU 트랜스듀서를 지향시키기 위한 회전 가능한 조인트의 일부가 고정된다. 이러한 구체예에서, 모터 플레이트(20) 및 메인 튜브(26)는 강성 구조로서 서로 연결된다. 메인 튜브(26)는 하부판(14) 상의 베어링 및 시일(seal)(33)을 통과한다. 메인 튜브(26)는 하기에서 논의되는 바와 같이 HIFU 트랜스듀서(46)를 지향시키기 위한 메카니즘의 일부 및 HIFU 트랜스듀서를 지지한다. 또한, 하기에서 논의되는 바와 같이, 유체 하우징(60)은 HIFU 트랜스듀서(46)를 둘러싼다. 본원에 기술된 구체예들에서, HIFU 어플리케이터의 종축은 메인 튜브(26)의 종축과 일치한다[예를 들어, 도 6에 도시된 축(114) 참조].
도 2에 도시된 구체예에서 알 수 있는 바와 같이, HIFU 트랜스듀서(46)는 메인 튜브(26)의 단부에 회전 가능하게 고정된다. 모터 플레이트(20)가 선형 액츄에이터(22A)에 의해 프레임(10)에서 위 아래로 이동될 때, HIFU 트랜스듀서(46)의 수직 위치는 또한 프레임(10)에 대해 위 아래로 이동된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 구체예에서, HIFU 트랜스듀서(46)는 볼 및 소켓 조인트로 메인 튜브(26)에 회전 가능하게 고정된다. 적어도 하나의 구체예에서, 볼 및 소켓 조인트는 메인 튜브(26)의 단부에 고정된 소켓(40)을 포함한다. 적어도 하나의 구체예에서, 소켓(40)은 다수의 방사상으로 연장하는 암(arm)을 갖는 환상형 티타늄 고리로서, 이의 내부 표면은 조인트의 볼 부분의 외부 표면과 일치하도록 기계처리된다. 볼 및 소켓 조인트의 볼 부분(44)은 소켓(40)의 오목한 내부 표면과 일치하는 매끄러운(lubricious) 볼록한 외부 표면을 갖는 폴리머 재료의 반구형 애뉼러스(semi-spherical annulus)이다. 볼(44)은 HIFU 트랜스듀서(46)에 고정된다. 기술된 구체예들이 메인 튜브(26)에 고정된 소켓(40) 및 HIFU 트랜스듀서(46)에 고정된 볼(44)을 가지지만, 볼(44)이 메인 튜브(26)에 고정되며 소켓(40)이 HIFU 트랜스듀서(46)에 고정되도록 부품들이 서로 바뀌어질 수 있는 것이 인식될 것이다. 다른 구체예에서, 상이한 기하학적 구조가 사용될 수 있다. 예를 들어, 소켓은 볼과 소켓 사이의 접점이 선 접촉(line contact)이도록 원뿔 곡선(conical section)일 수 있다.
도 1에 도시된 구체예에서, 모터 플레이트(20)는 또한 두 개의 상응하는 선형 구동 샤프트(28B, 30B)를 화살표(18B 및 18C)에 의해 도시되는 바와 같이, 상향 또는 하향 방향으로 이동하도록 작동시키는 한 쌍의 선형 액츄에이터(28A, 30A)를 포함한다. 선형 구동 샤프트(28B, 30B)는 HIFU 트랜스듀서(46)에 연결되는 단부를 갖는다. 도 2에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 선형 구동 샤프트(28B, 30B)는 한 쌍의 링크 기구(linkage)(72A, 74A)를 통해 HIFU 트랜스듀서(46)에 연결된다. 각 링크 기구의 한쪽 단부는 볼 조인트 또는 다른 메카니즘으로 HIFU 트랜스듀서(46)의 배면(rear surface)에 회전 가능하게 연결된다. 링크 기구의 다른 한쪽 단부는 상응하는 가이드(guide)(72C, 74C)로 슬라이딩하는 상응하는 이동 가능한 카(car)(72B, 74B)에 연결된다. 각 가이드(72C, 74C)는 소켓(40)에 고정된다. 각 구동 샤프트(28B, 30B)의 한쪽 단부는, 선형 구동 샤프트의 수직 이동이 상응하는 가이드(72C, 74C) 내에서 카를 슬라이딩시켜 HIFU 트랜스듀서(46)를 이동시키도록 상응하는 카(72B, 74B)에 연결된다. 링크 기구(72A, 74A), 카(72B, 74B), 및 가이드(72C, 74C)는 HIFU 치료법 트랜스듀서의 회전 운동의 양을 구동 샤프트를 결합시키지 않게 일어나도록 제한한다.
기술된 실행예가 링크 기구(72A, 74A)의 양 단부 상에서 볼 조인트에 의해 야기되는 소켓에 대한 볼의 트위스팅(twisting) 또는 다른 운동으로 인하여 약간의 위치 오차를 초래할 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 본 구체예에서, 이러한 오차는 링크 기구(72A, 74A)의 이동(travel)을 제한하고 이러한 기구의 측면 위치로 편향되도록 스프링 부재 링크 기구 구속 장치(72D, 74D)를 상응하는 카(72C, 74C)에 배치시킴으로써 허용 가능한 수준으로 제어된다.
다른 구체예에서, 링크 기구, 카, 가이드, 및 링크 기구 구속 장치는 한쪽 단부에서 선형 구동 샤프트(28B, 30B)에 그리고 다른 한쪽 단부에서 HIFU 트랜스듀서(46)에 견고하게(rigidly) 결합된 신축성 링크(flexible link)로 대체된다. 이러한 경우에, 선형 구동 샤프트(28B, 30B)가 소켓에 대해 이동되고 볼을 편향시킴에 따라 신축성 링크 둘 모두는 적절하게 구부러질 것이며, 이에 의해 상술된 위치 오차를 허용 가능한 수준으로 최소화시킨다.
또 다른 구체예에서, 링크 기구는 케이블로 대체될 수 있으며, 여기서 케이블은 하부판(14)의 유체 측면의 드럼 상에 랩핑되며(wrap), 드럼을 구동시키는 회전 모터는, 모터 샤프트가 하부판을 통과함에 따라 회전 샤프트 상의 시일로 하부판(14)의 건조 측면 상에 존재한다. 이러한 구체예에서, 두 개의 구동 케이블 및 스프링 모두는 팽팽한 상태(in tension)가 되며, 두 개의 구동 케이블 및 볼-인-소켓(ball-in-socket)은 HIFU 트랜스듀서(46)의 각 위치(angular position)를 규정한다.
선형 구동 샤프트(28B, 30B)의 위치, 및 소켓(40)에서의 볼(44)의 회전 중심은 HIFU 트랜스듀서(46)의 초점 구역의 방사상 위치를 결정하기 위해 가변적인 평면(plane)을 공동으로 규정한다. 적어도 하나의 구체예에서, 선형 구동 샤프트(28B, 30B), 및 상응하는 선형 액츄에이터(28A, 30A)는 HIFU 트랜스듀서(46)의 원주 둘레에 120도 떨어지게 위치되지만, 다른 구체예에서, 구동 샤프트 및 상응하는 선형 액츄에이터는 상이한 원주 위치에 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 구체예를 참조로 하여, 스프링(미도시됨)은 HIFU 치료법 트랜스듀서(46)의 배면에 연결된 한쪽 단부 및 두 개의 링크 기구(72A, 72B)와 함께 소켓(40)에서 볼(44)을 유지시키도록 소켓(40)에 연결된 다른 한쪽 단부를 갖는다. 스프링은 금속 코일 스프링, 탄성중합체 부재, 또는 이러한 기능을 제공하도록 제공된 다른 재료 또는 기하학적 구조일 수 있다.
도 3에 도시된 다른 구체예에서, 한 쌍의 링크 기구(82A)(및 82B(보이지 않는 곳))는 HIFU 트랜스듀서(46)의 반대 측면 상에 정위되고 HIFU 트랜스듀서(46)의 배면에 연결된 한쪽 단부를 갖는다. 링크 기구(82A, 82B)의 다른 한쪽 단부는 소켓(40)에서 볼(44)을 유지시키기 위해 케이블(84)과 함께 도르래 및 스프링(미도시됨)을 통해 전달되는(route) 케이블(84)로 서로 연결된다. 도 3에 도시된 구체예에서, 링크 기구(82A) 중 하나가 연장될 때, 다른 링크 기구는 수축하며, 그 반대로도 이루어진다.
또 다른 구체예에서, 소켓(40)에서 볼(44)을 유지시키기 위해 도움을 주는 스프링은 하부판(14)에 결합된다. 또 다른 구체예에서, 소켓(40)에서 볼(44)을 유지시키는 스프링은 모터 플레이트(20)에 결합된다. 또 다른 구체예에서, 볼(44)은 포스 모드(force mode)에서 선형 액츄에이터로 소켓(40)에 유지된다.
적어도 하나의 구체예에서, 선형 액츄에이터(28A, 30A)는, 미국특허출원번호 제12/573,840호 및 제12/753,813호(이들 문헌의 전문은 본원에 참고로 포함됨)에 기술된 바와 같이 HIFU 치료 신호가 적용됨에 따라 HIFU 트랜스듀서(46)의 초점 구역을 원통형 기본 치료 용적(cylindrical elemental treatment volume)의 주위 둘레로 조정하기 위하여, 선형 구동 샤프트(28B, 30B)가 서로에 대해 위상이 다르게 이동하도록 컴퓨터(미도시됨)에 의해 제어된다. 선형 액츄에이터(22A)는 치료 용적에서 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역의 수직 위치를 조정하기 위해 컴퓨터에 의해 제어된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(60)은 HIFU 트랜스듀서(46)를 둘러싼다. HIFU 어플리케이터의 풋프린트의 크기를 관리하기 위하여, 볼 및 소켓 조인트에 대한 회전 중심은 HIFU 트랜스듀서(46)의 최대 직경에 가깝게 정위된다. 자궁과 같은 환자 내의 조직의 용적을 치료하기 위하여, 적어도 하나의 구체예에서 HIFU 트랜스듀서(46)가 적어도 8cm, 더욱 바람직하게 적어도 12cm의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 환자의 치골과 배꼽 사이의 구역에 의해 규정된 바와 같은 음파 윈도우(acoustic window) 내에 맞추기 위하여, 하우징의 직경이, 예를 들어 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 15% 이하 큰, 더욱 바람직하게 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 10% 이하 크도록 제한되는 것이 요망된다. 또한, HIFU 트랜스듀서는 바람직하게 어플리케이터의 종축으로부터 최대 적어도 15도로 흔들릴 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 구체예에서, HIFU 트랜스듀서(46)는 12.5cm의 직경을 갖는 활성 구역을 지닌 F1 개구를 갖는다. 후면층(backing layer) 및 보호 외부 림(protective outer rim)을 갖는 경우에, HIFU 치료법 트랜스듀서(46)의 최대 직경은 대략 13.7cm이다. 이러한 특정 구체예에서, 하우징(60)의 내부 직경은 대략 14.8cm이거나 HIFU 치료 트랜스듀서의 최대 직경보다 8% 크며, HIFU 치료법 트랜스듀서의 초점 구역이 HIFU 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 최대 4cm 또는 적어도 17.75도 흔들리게 할 수 있다.
사용하는 동안에, 하우징(60)은 HIFU 트랜스듀서(46)와 환자의 피부 사이에 양호한 음파 커플링(acoustic coupling)을 제공하기 위해, 액체, 예를 들어 탈기된 물로 채워진다. 하우징(60)의 전면은 Dupont Kapton(상표명)에서 제조된 멤브레인(미도시됨) 또는 HIFU 어플리케이터의 전면을 환자의 피부와 양호하게 접촉시킬 수 있고 양호한 음파 전달을 허용하는 다른 신축성 재료를 갖는다. 프레임의 하부판(14)은 다수의 시일을 포함하는데, 여기에서 HIFU 트랜스듀서(46), 선형 액츄에이터 샤프트(28B, 30B), 및 HIFU 트랜스듀서(46)를 지지하는 메인 튜브(26)를 위한 배선(wiring)이 하부판(14)으로 통과한다. 시일은 하우징(60)으로부터 액체가 누출되는 것을 방지한다.
도 3에서 가장 잘 도시된 바와 같이, HIFU 어플리케이터는 또한 HIFU 어플리케이터의 종축을 따라 배치된 이미징 트랜스듀서(50)를 포함한다. 이미징 트랜스듀서(50)는 메인 튜브(26)를 통해 그리고 볼 및 소켓 조인트 및 HIFU 트랜스듀서에서의 중앙 개구를 통해 연장한다. 이미징 트랜스듀서(50)는 HIFU 트랜스듀서(46)의 초점 구역이 정위될 수 있는 위치의 범위에 걸쳐 연장하는 시계(field of view)를 갖는다. 모터 플레이트(20) 상의 모터 및 기어(미도시됨)는 이미징 트랜스듀서의 평면을 변경시키기 위하여, 화살표(52)로 도시되는 바와 같이 아미징 트랜스듀서(50)를 이의 종축 주변으로 선택적으로 회전시키도록 활성화될 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 모터 및 기어는 3D 이미징을 가능하게 하거나, 타겟 용적을 통한 스위핑(sweeping)을 가능하게 하거나, 임의적인 이미지 면을 선택하기 위해 이미징 트랜스듀서를 180도의 원호로 이동시킬 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 이미징 트랜스듀서(50)는 두 개의 직교 면에서 처리되는 조직의 이미지를 캡쳐하기 위해 90도의 각도에 걸쳐 앞뒤로 회전된다. 압력 센서(80)(도 4 참조)는 선형 액츄에이터(22A)가 HIFU 트랜스듀서(46)의 수직 위치를 조정함에 따라 컴퓨터로 유체 부피를 자동적으로 조정하기 위해 유체 압력을 모니터링하도록 구성될 수 있다.
다른 구체예에서, 이미징 트랜스듀서(50)는 HIFU 어플리케이터의 중앙보다는 HIFU 어플리케이터의 주변 상에 배치될 수 있다. 이러한 경우에, 이미징 트랜스듀서는 단일 고리 어레이 또는 스플릿 개구(4 트랜스듀서)를 갖는, 이면상 이미징(bi plane imaging)(2 트랜스듀서)을 위한 주변 둘레에 복제된 통상적인 이미징 어레이, 및/또는 미국특허출원번호 제12/165,346호(이러한 문헌은 본원에 참고로 포함됨)에 기술된 바와 같은 전체 부피(full volumetric) 또는 다중면 이미징을 위해 주변 둘레로 기계적으로 이동되는 트랜스듀서일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, HIFU 어플리케이터는 또한 조직으로부터 반사된 HIFU 신호를 수신하기 위한 PVDF 트랜스듀서와 같은 광대역 트랜스듀서(90)를 포함할 수 있다. 광대역 트랜스듀서는 미국특허출원번호 제12/537,217호(이러한 문헌은 본원에 참고로 포함됨)에 기술된 바와 같이 출력 보정(output compensation)을 수행하기 위해 HIFU 송신 주파수의 고조파를 검출할 수 있다. 본원의 구체예에서, 광대역 트랜스듀서(90)는 HIFU 트랜스듀서(46)를 따른다.
도 5 내지 도 8은 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을 치료 용적의 요망되는 위치에 선택적으로 정위시키도록 작동하는 다른 구체예의 HIFU 어플리케이터의 주요 구성요소들을 도시한 것이다. 도 1 내지 도 4에 도시된 구체예와 관련하여, 도 5 내지 도 8에서의 HIFU 어플리케이터는 종방향으로 연장하는 다리(16A, 16B, 16C)에 의해 고정된 하부판(14)에 연결되는 고정된 상부판(12)을 갖는 프레임(10)을 포함한다. 모터 플레이트(20)는 상부판(12)과 하부판(14) 사이에 정위된다. 선형 액츄에이터 모터(22A, 28A, 30A)는 모터 플레이트(20)에 결합되고 HIFU 트랜스듀서 초점 구역의 위치를 조정하기 위해 HIFU 트랜스듀서(46)의 수직 위치 및 각도를 조정하도록 구성된다. 제1 선형 액츄에이터(22A)는 HIFU 트랜스듀서의 수직 위치를 조정하기 위해 선형 구동 샤프트(22B)와 맞물려진다. 메인 튜브(26)는 모터 플레이트(20)에 고정되고 하부판(14) 상의 베어링 및 시일(33)로 통과한다. 메인 튜브(26)는 HIFU 트랜스듀서, 및 치료 용적에 대해 HIFU 트랜스듀서(46)를 지향시키는 메카니즘의 일부를 지지한다. 메인 튜브(26)는 본원에 기술된 구체예에서 HIFU 어플리케이터의 종축과 일치하는 종축(114)(도 6)을 갖는다.
프레임의 상부판(12)과 하부판(14) 사이에, 모터 플레이트(20)가 정위된다. HIFU 트랜스듀서 초점 구역의 위치를 조정하기 위하여, 모터 플레이트(20)에 HIFU 트랜스듀서의 수직 위치 및 각도를 조정하는 선형 액츄에이터 모터가 결합된다. 초점 구역의 수직 위치를 조정하기 위하여, 제1 선형 액츄에이터(22A)는 선형 구동 샤프트(22B)와 맞물려진다. 선형 구동 샤프트(22B)의 한쪽 단부는 선형 액츄에이터(22A)에 의해 맞물려지며, 선형 구동 샤프트(22B)의 다른 한쪽 단부는 하부판(14)에 고정된다. 선형 액츄에이터(22A)의 활성화는 모터 플레이트(20)를 프레임(10) 내에서 하부판(14) 쪽으로 또는 이로부터 떨어지게 상하로 이동시킨다.
모터 플레이트(20)에 메인 튜브(26)가 고정된다. 모터 플레이트(20) 및 메인 튜브(26)는 강성 구조로서 서로 연결된다. 메인 튜브(26)는 하부판(14) 상의 베어링 및 시일(33)로 통과한다. 메인 튜브(26)는 HIFU 트랜스듀서, 및 HIFU 트랜스듀서(46)를 지향시키도록 작동하는 오프셋 짐블 어셈블리(104)를 지지한다. HIFU 트랜스듀서(46)는 메인 튜브(26)의 단부에 회전 가능하게 고정된다.
도 5 내지 도 8에 도시된 구체예에서, HIFU 트랜스듀서(46)는 피봇 링크(pivot link)(104C)에 의해 오프셋 짐블 스윙 암(offset gimble swing arm)(104B)에 회전 가능하게 부착되는 오프셋 짐블 피봇팅 마운트 암(offset gimble pivoting mount arm)(104A)으로 이루어진 단일 측면 오프셋 짐블에 의해 메인 튜브(26)에 회전 가능하게 고정된다. 오프셋 짐블 피봇팅 마운트 암(104A)은 환형 베어링 세트(105)에 의해 메인 튜브(26)의 하부 단부에 회전 가능하게 결합된다. 이에 따라, 오프셋 짐블 피봇팅 마운트 암(104A)은 단지 메인 튜브(26)의 종방향 중앙선 축(114) 둘레로 회전하도록 제한된다. 오프셋 짐블 스윙 암(104B)은 피봇 링크(104D)에 의해 HIFU 트랜스듀서(46)에 회전 가능하게 결합된다.
도 5를 참조로 하여, 도시된 바와 같이 오프셋 짐블 어셈블리(104)는 메인 튜브(26) 중앙성 축(114)을 통과하기 위해 오프셋 짐블 피봇팅 마운트 암(104A)의 단부에서 피복 링크(104C)의 피봇 축의 각도에 의해 규정되는 제1 짐블 피봇 축(116)을 갖는다. 제1 짐블 피봇 축(116)은 HIFU 트랜스듀서(46)의 규정된 회전 중심에서 중앙선 축(114)으로 통과한다. 제1 짐블 피봇 축에서, HIFU 트랜스듀서(46)의 회전 중심은 오프셋 짐블 피봇팅 마운트 암(104A)의 모든 방향에 대해 일정할 것이다.
HIFU 트랜스듀서(46)는 단일 측면 오프셋 짐블 스윙 암(104B)을 통해 오프셋 짐블 피봇팅 마운트 암(104A)의 단부에 결합된다. 짐블 메카니즘의 제2짐블 피봇 축(118)은 피봇 링크(104D)의 피봇 축에 의해 규정된다. 오프셋 짐블 스윙 암(104B)은 HIFU 트랜스듀서(46)의 규정된 회전 중심을 통과하도록 회전 축이 제한되는 양 단부에서 베어링 세트를 수용한다. 이에 따라, 제2짐블 피봇 축(118)을 통한 HIFU 트랜스듀서(46)의 회전 중심은 오프셋 짐블 피봇팅 마운트 암(104A) 및 오프셋 짐블 스윙 암(104B) 둘 모두의 모든 방향에 대해 일정할 것이다. 오프셋 짐블 어셈블리(104)는 모든 이용 가능한 방향에 대해 회전의 일정한 중심점을 유지시키기 위하여 HIFU 트랜스듀서(46)의 이동을 제한한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 구체예와 관련하여, 도 5 내지 도 8에 도시된 구체예들은 HIFU 트랜스듀서(46)에 연결되는 단부들을 갖는 한 쌍의 상응하는 선형 구동 샤프트(28B, 30B)를 이동시키는 한 쌍의 선형 액츄에이터(28A, 30A)를 포함한다. 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 선형 구동 샤프트(28B, 30B)는 한 쌍의 링크 기구(106, 108)를 통해 HIFU 트랜스듀서(46)에 연결된다. 구동 샤프트(30B)의 한쪽 단부는 구동 링크 피봇(106A)에서 상응하는 구동 링크 기구(106)에 연결된다.
구동 링크 기구(106)는, 선형 구동 샤프트(30B)의 수직 이동이 구동 링크 피봇(106A)과 상응하는 구동 링크 이축 피봇(106C) 사이에 구동 보정 링크(106B)를 피봇팅시키도록 구동 링크 피봇(106A), 구동 보정 링크(106B), 및 구동 링크 이축 피봇으로 이루어진다. 구동 보정 링크(106B)의 이러한 피봇팅(pivoting)은 구동 샤프트(30B)의 이동 거리(translation distance)와 구동 샤프트(30B)의 이동 범위 전반에 걸쳐 HIFU 트랜스듀서(46)의 회전 각도 간의 관계를 선형화시키기 위하여 구동 샤프트(30B) 및 구동 링크 기구(106)의 합쳐진 유효 길이를 동적으로 조정한다. 구동 링크 기구(106)의 이동은 하부판(14) 내의 선형 베어링 및 메인 튜브(26)의 단부에 결합된 연장된 선형 베어링 가이드(102)에 의해 구동 샤프트(30B) 및 메인 튜브(26)의 중앙선 축으로 통과하는 평면으로 제한되며, 이는 메인 튜브(26)의 중앙선 축(114) 둘레로 HIFU 트랜스듀서(46)의 회전을 효과적으로 제한한다.
유사하게, 구동 샤프트(28B)의 한쪽 단부는 상응하는 구동 링크 기구(108)에 연결된다. 구동 링크 기구(108)는, 선형 구동 샤프트(28B)의 수직 이동이 구동 링크 피봇(108A)과 상응하는 구동 링크 이축 피봇(108C) 사이에 상응하는 구동 보정 링크(108B)를 피봇팅시키도록, 구동 링크 피봇(108A), 구동 보정 링크(108B), 및 구동 링크 이축 피봇(108C)으로 이루어진다. 구동 링크 기구(108)는 구동 링크 기구(108)가 HIFU 트랜스듀서(46)를 구동 링크 기구(106 및 108)에 연결시키는 두 개의 피봇들(106C 및 108C) 사이의 수평 분리 거리의 동적 변화를 가능하게 하는 것을 추가로 구동 링크 기구(106)와 유사하게 작동한다. 구동 링크 기구(108)는 구동 링크 이축 피봇(108C)의 선형 글라이드에 구동 링크 선형 글라이드 샤프트(108D) 및 상응하는 선형 베어링을 첨가함으로써 수평 분리 거리의 이러한 동적 변화를 가능하게 한다. 구동 링크 선형 글라이드 샤프트(108D)는 글라이드 샤프트(108D)의 종축을 따라 이축 피봇(108C)의 선형 글라이드 내에 슬라이딩할 수 있다.
선형 액츄에이터(28A, 30A)는, 예를 들어 미국특허출원번호 제12/573,840호 및 제12/753,813호에 기술된 바와 같이 HIFU 치료 신호가 적용됨에 따라 원통형 기본 치료 용적의 주변 둘레로 HIFU 트랜스듀서(46)의 초점 구역을 조정하기 위하여, 선형 구동 샤프트(28B, 30B)가 서로에 대해 위상이 다르게 이동하도록 컴퓨터(미도시됨)에 의해 제어될 수 있다. 컴퓨터는 치료 용적에서 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역의 수직 위치를 조정하기 위해 선형 액츄에이터(22A)를 제어할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 유체 하우징(60)은 HIFU 트랜스듀서(46)를 둘러싼다. HIFU 어플리케이터의 풋프린트의 크기를 관리하기 위하여, HIFU 어플리케이터는 HIFU 트랜스듀서(46)의 회전 중심을 HIFU 트랜스듀서(46)의 최대 직경 가까이에 정위시키는 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같은 단일 측면 오프셋 짐블을 포함한다.
상기에 기술된 구체예와 관련하여, 도 5 및 도 6에 도시된 HIFU 트랜스듀서(46)는 대략 13.7cm의 최대 직경을 가질 수 있다. 하우징(60)의 내부 직경이 대략 14.8cm인 경우에, 하우징은 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 8% 큰 직경을 가질 것이다.
사용하는 동안에, 하우징(60)은 유체, 예를 들어 탈기된 물로 채워지는데, 이러한 유체는 하우징(60)의 하부 전면을 가로질러 늘어나는 멤브레인 캡(예를 들어, Dupont Kapton(상표명)에서 제조됨) 또는 다른 가요성 재료에 의해 하우징 내에서 유지된다. 유체는 HIFU 트랜스듀서(46)와 환자의 피부 사이의 환자 경계면에서 양호한 음파 커플링을 제공한다.
메인 튜브(46)를 환자 경계면 쪽으로 그리고 이로부터 떨어지게 이동시킴에 따라, 유체 하우징(60) 내의 유체 부피는 각각 감소하고 증가한다. 이에 따라, 본원에서 "FVCS"로 지칭되는 기계적 유체 부피 보정 시스템(100)은 유체 부피의 이러한 동적 변화를 처리하기 위해 제공된다. 유체 부피 보정 시스템(100)은 유체 하우징(60)에 연결되고, 하우징(60) 및 유체-충전 부분의 합쳐진 부피가 일정한 유체 부피를 유지하도록 하우징(60)으로부터 유체로 채울 수 있는 하나 이상의 실린더를 포함한다. 도 8 및 도 9를 참조로 하여, 한 쌍의 유압 피스톤(100B)은 FVCS 실린더(100A) 내에 정위된다. 유압 피스톤(100B)은 FVCS 벨트(100E)를 거쳐 역전 관계로 메인 튜브(26)에 연결된다. FVCS 벨트(100E)는 고정된 하부 아이들러(idler) 도르래(100H) 및 FVCS 벨트 텐셔너(tensioner)(100K)에 의해 조여지는(tensioned) 조정 가능한 상부 아이들러 도르레(100G) 상에 마운팅된다. 적어도 하나의 구체예에서, FVCS 벨트(100E)의 조임은 볼트 또는 세트 스크류(100L)를 회전시킴으로써 조정된다. 조정 후에, 볼트 또는 스크류(100L)는 상응하는 너트에 의해 적소에 고정될 수 있다.
메인 튜브(26)는 튜브 측면 벨트 클램프(100J)를 이용하여 FVCS 벨트(100E)의 한쪽 측면에 결합된다. FVCS 피스톤(100B)은 FVCS 구동 샤프트 브릿지(100D) 및 브릿지 측면 벨트 클램프(100F)를 통해 벨트(100E)의 반대쪽 측면에 결합되는 FVCS 구동 샤프트(100C)에 의해 구동된다.
또한, 두 개의 FVCS 피스톤(100B)은 메인 튜브(26)와 동일한 단면적을 갖는다. 메인 튜브(26)가 상향으로 이동함에 따라(이에 따라, 환자 경계면으로부터 떨어지게 HIFU 트랜스듀서(46)를 상승시킴에 따라), 두 개의 FVCS 피스톤(100B)은 동일한 속도로 하향으로 이동한다. 메인 튜브(26)와 두 개의 FVCS 피스톤(100B)의 매칭된 단면적의 이러한 원-투-원(one-to-one) 역전 연결(inverse coupling)은, 메인 튜브(26)의 이동 동안에 모든 유체 부피가 변하는 것은 아니지만 대부분 수동적이고 효과적으로 제거된다.
HIFU 어플리케이터 시스템의 필요에 따라, 피스톤(100B) 아래 실린더(100A) 내의 부피는 예를 들어 HIFU 어플리케이터 시스템의 다중 사용에 걸쳐 일어나는 하우징(60)에서의 유체 부피의 변화를 수용하도록 동적으로 조정될 수 있다. HIFU 어플리케이터 시스템은 피스톤(100B) 아래의 실린더(100A) 및 하우징(60)의 합쳐진 부피의 요망되는 변화를 달성하기 위해 이들 개개 실런더(100A) 내에서 FVCS 피스톤(100B)의 초기 위치를 조정하도록 구동 샤프트(100C)에 연결되는 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 이러한 시스템은 또한 예를 들어, 하우징(60)에서의 유체 압력을 모니터링하거나 환자 경계면에서 멤브레인 캡의 장력(tension)을 모니터링함으로써, 유체 부피의 변화를 모니터링하는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 센서로부터의 신호는 하우징(60) 내의 유체 상태를 해석하고 필요한 경우에 상기에서 논의된 바와 같이 액츄에이터로 실린더(100A) 내에서 피스톤(100B)의 정지 상태 위치를 조정하게 하는 컴퓨터로 다시 제공될 수 있다.
유체 부피 보정 시스템(100)이 도 5 및 도 6에 도시된 HIFU 어플리케이터에 도입되는 것으로 도 8 및 도 9에 도시되어 있지만, FVCS(100)는 도 1 내지 도 4에 도시된 구체예들을 포함하는, HIFU 어플리케이터의 다른 구체예들에 도입될 수 있는 것으로 인식될 것이다.
도 10 내지 도 13에서, 링크 기구(106, 108)의 단순화된 표현은 이해를 더욱 명확하게 하기 위해 제공된 것이다. 구동 링크 피봇(106A, 108A)은 피봇 포인트(E)로서 표시된다. 구동 링크 이축 피봇(106C) 및 구동 링크 이축 피봇(108C)(선형 글라이드를 지님)은 피봇 포인트(F)로서 표시된다. 구동 보정 링크(106B, 108B)는 포인트(E 및 F)에 피봇팅을 허용하는 피봇 포인트(E와 F) 사이로 연장하는 단일 라인으로 표시된다. 피봇 포인트(E)에서 구동 보정 링크(106B, 108B)에 결합된 구동 샤프트(30B, 28B)는 단지 위 아래로 이동할 수 있는 단일 선으로 표시된다. HIFU 트랜스듀서(48)는 포인트(F) 및 회전(D)의 HIFU 트랜스듀서의 중앙점 모두에서 피봇팅을 허용하는 단일 라인으로 표시된다.
HIFU 트랜스듀서 상의 피봇 포인트(F)의 위치 및 구동 샤프트(30B, 28B)의 위치뿐만 아니라, 보정 링크(106B, 108B)의 길이는 구동 샤프트(30B, 28B) 이동 거리(B)와 HIFU 트랜스듀서 경사각(C) 간의 관계를 가장 잘 선형화시키기 위해 최적화된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 원 둘레로 이동되는 거리의 수직 구성요소(G, H)는 이동되는 각도(K, J)와 선형적으로 관련되지 않는다. 도 13에서는, 이동되는 수직 거리(G, H)가 동일하지만, 각도(K)가 각도(J)보다 매우 작은 것으로 도시되어 있다. 이는 구동 보정 링크(106B, 108B)가 링크 기구(106, 108)에서 선형에 가깝게 만드는 비선형이다.
도 10에서, HIFU 트랜스듀서(46)의 단순화된 표현은 수평 위치로 도시되어 있다. 구동 샤프트(30B, 28B)가 상향(도 11) 또는 하향(도 12)으로 구동됨에 따라, 구동 보정 링크(106B, 108B)는 피봇 포인트(E) 둘레로 상향(도 11) 또는 하향(도 12)으로 구동된다. 구동 보정 링크(106B, 108B)의 다른 단부가 단지 HIFU 트랜스듀서(46) 상의 포인트(F) 둘레로 피봇팅되도록 제한되며 HIFU 트랜스듀서(46)가 단지 포인트(D) 둘레로 피봇팅시킬 수 있기 때문에, 구동 보정 링크는, HIFU 트랜스듀서가 수평으로 위 또는 아래로 젖혀짐에 따라 수직 쪽으로 회전해야 한다(도 10). 이는, HIFU 트랜스듀서(46)가 수평으로 위 또는 아래로 젖혀짐에 따라 수직 거리(A)를 증가시키고 수평 거리(B)를 감소시키는 구동 보정 링크(106B, 108B)의 이러한 동적 회전이다(도 10). 거리(B)가 감소됨에 따라, HIFU 트랜스듀서(46)의 각도(C) 변경 속도가 증가되어, 구동 샤프트(30B, 28B)의 변위(B) 및 HIFU 트랜스듀서(46)의 경사(tilt)(C)의 비를 선형화시킨다.
상기에 기술된 HIFU 어플리케이터 시스템이 오버-제한된 시스템(over constrained system) 또는 언더-제한된 시스템(under constrained system)이 아닌 완전히 제한된 시스템(fully constrained system)인 것으로 주지될 수 있다. 다시 말해서, HIFU 트랜스듀서(46)의 위치, 및 이에 따른 치료 용적 내의 트랜스듀서의 초점 구역의 위치는 항상 구동 샤프트(28B, 30B)의 상대적 변위에 의해 결정될 수 있다.
예시된 구체예들이 예시되고 기술되었지만, 본원에서 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형이 이루어질 수 있는 것으로 인식될 것이다. 예를 들어, 특정의 기술된 구체예들이 치료되는 조직을 이미징하기 위해 이미징 초음파를 사용하지만, 다른 구체예들이 상이한 이미징 시스템, 예를 들어 자기 공명 이미징(MRI)을 이용할 수 있는 것으로 인식될 것이다. 또한, 어플리케이터는 자궁 조직을 치료하는데 사용하는 것으로 한정되지 않는다. 어플리케이터는 다른 내부 신체 조직, 예를 들어 유방, 전립선, 신장, 간 등을 치료하는데 사용될 수 있다.
독점물(exclusive property) 또는 특혜(privilege)가 청구되는 본 발명의 구체예들은 하기와 같이 규정된다.

Claims (20)

  1. 치료 용적에 고강도 집속 초음파(high intensity focused ultrasound: HIFU) 신호를 전달하도록 구성된 HIFU 어플리케이터(applicator)로서,
    프레임,
    상기 프레임에 이동 가능하게 연결되고 HIFU 치료 신호를 초점 구역으로 전달하도록 구성된 HIFU 트랜스듀서,
    상기 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역이 상기 HIFU 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측에 정위(position)될 수 있도록 상기 프레임에 대해 상기 HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키도록 구성된 메카니즘, 및
    상기 HIFU 트랜스듀서를 둘러싸는 하우징으로서, 상기 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 50% 이하 큰 내부 직경을 갖는 상기 하우징을 포함하는 HIFU 어플리케이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을 상기 프레임에 대해 수직으로 정위시키기 위해 상기 HIFU 트랜스듀서를 선택적으로 상승시키고 하강시키도록 구성된 메카니즘을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키도록 구성된 상기 메카니즘이 회전 가능한 볼 및 소켓을 갖는 조인트를 포함하며, 상기 볼이 상기 프레임 또는 상기 HIFU 트랜스듀서 중 하나에 연결되며, 상기 소켓이 상기 프레임 또는 상기 HIFU 트랜스듀서 중 다른 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키도록 구성된 상기 메카니즘이 상기 볼을 상기 소켓에 대해 선택적으로 이동시키기 위해 상기 HIFU 트랜스듀서와 맞물리는 복수의 구동 샤프트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  5. 제3항에 있어서, 상기 볼 및 소켓 조인트는, 상기 HIFU 트랜스듀서가 상기 초점 구역을 상기 HIFU 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측 방향으로 정위시키기 위해 물리적으로 기울어질 수 있도록 상기 프레임에 상기 HIFU 트랜스듀서를 회전 가능하게 연결시키며,
    상기 볼 및 소켓 조인트는, 상기 HIFU 트랜스듀서를 둘러싸는 상기 하우징이 상기 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 10% 이하 큰 내부 직경을 가지면서 상기 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역이 적어도 10cm의 깊이에서 상기 HIFU 어플리케이터의 종축으로부터 4cm 이하로 떨어지게 방사상으로 지향될 수 있도록 상기 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경에 대해 위치된 회전 중심을 지닌 상기 HIFU 트랜스듀서를 제공하는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키도록 구성된 메카니즘은 상기 HIFU 트랜스듀서를 상기 프레임에 연결시키고 상기 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역을 상기 HIFU 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측에 정위될 수 있는 오프셋 짐블 어셈블리(offset gimble assembly)를 포함하는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키도록 구성된 메카니즘은 상기 오프셋 짐블 어셈블리의 구속 기구(constraint) 내에서 상기 프레임에 대해 상기 HIFU 트랜스듀서를 이동시키고 상기 HIFU 어플리케이터의 종축에 대한 각 위치(angular position)에서 상기 HIFU 트랜스듀서를 지향시키기 위해 상기 HIFU 트랜스듀서와 맞물리는 복수의 구동 샤프트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키도록 구성된 메카니즘이 각 상기 구동 샤프트와 상기 HIFU 트랜스듀서 사이에 연결되는 구동 링크 기구(drive linkage)를 추가로 포함하며, 상기 구동 링크 기구가 상기 구동 샤프트의 이동 거리(translation distance)와 상기 HIFU 트랜스듀서의 각 위치 간의 관계를 선형화시키기 위해 개개 구동 샤프트 및 상기 구동 링크 기구의 합쳐진 유효 길이를 동적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 HIFU 트랜스듀서가 중앙 개구를 가지며, 상기 어플리케이터가 상기 중앙 개구 내에 정위된 이미징 트랜스듀서(imaging transducer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키도록 구성된 메카니즘은 상기 치료 용적에서 상기 초점 구역의 방사상 위치를 변경시키기 위하여 상기 HIFU 트랜스듀서를 상기 이미징 트랜스듀서에 대해 물리적으로 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  11. 제1항에 있어서, 상기 HIFU 트랜스듀서를 상기 프레임에 대해 기계적으로 지향시키도록 구성된 메카니즘은, 상기 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역이 상기 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 1.0cm에 정위될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  12. 제1항에 있어서, 상기 HIFU 트랜스듀서를 상기 프레임에 대해 기계적으로 지향시키도록 구성된 메카니즘은, 상기 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역이 상기 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 2.0cm에 정위될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  13. 제1항에 있어서, 상기 하우징의 내부 직경이 상기 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 30% 이하 큰 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  14. 제1항에 있어서, 상기 하우징의 내부 직경이 상기 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 15% 이하 큰 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  15. 제1항에 있어서, 상기 하우징의 내부 직경이 상기 HIFU 트랜스듀서의 최대 직경보다 10% 이하 큰 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  16. 제1항에 있어서, 상기 HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키기 위한 메카니즘은, 상기 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역이 상기 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 5도인 각도에 걸쳐 정위될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  17. 제1항에 있어서, 상기 HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키기 위한 메카니즘은, 상기 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역이 상기 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 10도인 각도에 걸쳐 정위될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  18. 제1항에 있어서, 상기 HIFU 트랜스듀서를 기계적으로 지향시키기 위한 메카니즘은, 상기 HIFU 트랜스듀서의 초점 구역이 상기 어플리케이터의 종축으로부터 방사상으로 외측으로 적어도 15도인 각도에 걸쳐 정위될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  19. 제1항에 있어서, 상기 프레임이 상기 치료 용적 쪽으로 그리고 이로부터 떨어지게 수직으로 이동하도록 구성되는 메인 튜브(main tube)를 포함하고, 상기 HIFU 트랜스듀서를 둘러싸는 상기 하우징이 유체를 포함하며, 상기 메인 튜브가 수직으로 이동함에 따라 상기 하우징 내의 상기 유체의 부피가 변화하고,
    상기 HIFU 어플리케이터가 일정한 유체 부피를 기계적으로 유지시키도록 구성되는 유체 부피 보정 시스템을 추가로 포함하며, 상기 유체 부피 보정 시스템이 하나 이상의 실린더를 포함하고, 상기 메인 튜브가 하향으로 이동함에 따라 유압 피스톤이 상향으로 이동하도록 상기 메인 튜브에 역전 관계(inverse relationship)로 연결되는 유압 피스톤이 각 실린더에 배치되며, 유체로 채워지고 메인 튜브의 이동을 초래하는 하우징에서의 유체 부피 변화를 전부가 아니더라도 대부분을 조정하는 실린더의 부분을 제공하는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
  20. 제19항에 있어서, 상기 유압 피스톤의 상응하는 구동 샤프트에 연결되는 하나 이상의 액츄에이터를 추가로 포함하되, 상기 하나 이상의 액츄에이터가 하우징 및 실린더의 유체 충전 부분의 합쳐진 용적의 요망되는 변화를 달성하기 위해 이들의 개개 실린더 내에 유압 피스톤의 위치를 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 HIFU 어플리케이터.
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