JP2001104358A - 超音波治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波伝播媒質の保持が確実に行え、体表へ
の接触性も良く、焦点位置を容易に設定可能な超音波治
療装置を提供する。 【解決手段】 内側カップリング４と外側カップリング
３とを備え、それぞれに互いに隔離して超音波伝播媒質
２０、２１を保持する。外側カップリング１４を数種類
用意して交換することで媒質深さを変える。硬い対象に
対しても変形しない硬度の外側カップリング３を用い
る。外側アプリケータ１５とベース１６とにそれぞれ案
内突起１７と案内溝１８とを設けて媒質深さを可変に
し、焦点を変える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、治療対象部位に超
音波を照射して治療を行う超音波治療装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術として、連続的な超音波を照
射することにより、超音波照射領域における治療対象部
位の加熱を可能とする技術が知られている。これらの超
音波を発生させるための手段としては、たとえばピエゾ
素子を用いた圧電方式や電磁変換方式などが用いられて
きた。

【０００３】これらの従来技術を、たとえば超音波治療
装置へ適用するといった構成が知られており、治療対象
となる患者の体外から超音波発生源にて発生させた治療
用超音波を、体内の治療対象部位である病変組織などに
照射する構成を備えている。

【０００４】また、前述の超音波治療装置において照射
する超音波を集束する集束手段を備えることにより、意
図する部位に集束させることもでき、治療対象部位であ
る病変部に超音波の集束による焦点を結ばせることが行
われている。この超音波の集束により、その焦点部位に
おいては超音波エネルギの集中による温度上昇が生じ
る。この温度上昇により治療対象部位の温度を瞬時に摂
氏８０度以上にまで加熱できるので、腫瘍などの病変部
分を組織変性させて治療することができる。

【０００５】これらの超音波治療装置に備えられている
振動子は、駆動用の電圧が加えられることにより所定の
強度や周波数の超音波を治療対象部位に向けて照射す
る。この照射を行うために振動子は凹面鏡形状を成して
おり、この凹面の曲率により決定される位置に超音波の
焦点が結ばれる。超音波治療装置では、治療対象部位に
焦点を結ばせるための一つの構成として、この凹面鏡形
状の振動子の超音波発生面と患者の体表との間で超音波
の伝播を行うために超音波伝播媒質が設けられている。

【０００６】この超音波伝播媒質は超音波の減衰が少な
い物質が用いられており、一般には水が使用されてい
る。この水を漏れないように保持して、かつ患者の体表
との接触性を確保するためにゴム膜などで構成されるカ
ップリングが振動子を含む超音波発生源に組み合わされ
て用いられている。この超音波伝播媒質を保持したカッ
プリングの構成を指して一般に超音波を伝播するための
媒体と呼んでいる。このカップリングは中に水を保持し
たまま自在に変形して患者の体表面に密着するので、体
表面とカップリングとの密着面の間に、たとえば空気な
どが進入して超音波の患者体内への進入の妨げとなるこ
とが無い。

【０００７】また近年においては、この超音波を発生す
るための音源を、患者の体内に挿入して治療対象領域の
近傍もしくは直接に接触させて超音波治療を施術する超
音波治療装置も知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のような超音波治
療装置を用いて超音波治療を行う際において、カップリ
ングに超音波を透過させるため、超音波透過部分の厚み
がなるべく薄い必要があり、そのため使用中や日常のメ
ンテナンスなどの操作に対する機械的な強度を十分に確
保するのが難しいという欠点がある。

【０００９】また、超音波発生源に用いられる振動子に
は圧電セラミックが使用されることがあるが、この場
合、圧電セラミック中の含有物が超音波伝搬媒体に溶出
してしまう可能性も否定できない。

【００１０】また、従来は生体との密着性を考えてゴム
等の素材を用い、かつ変形しやすい形状、たとえば薄膜
形状に加工され、カップリング材料として用いられてい
る。例えばシリコーンゴムやイソプロピレンゴムのよう
なゴム素材を用いて、加工により変形しやすい形状にさ
れて利用されていた。これらは体表の様な滑らかに変化
する曲面に対して密着性が良いという特性を持つため、
体表とカップリングとの間の気泡を取り除きやすく、素
材自件の超音波透過性も評価されて超音波透過膜として
多くの機器で用いられてきた。

【００１１】しかし最近は集束超音波による加熱治療が
体内に集束超音波発生源を挿入した状態で利用されるよ
うになり、肝臓のような臓器に対しても適応しようとす
る試みが報告されている。肝臓は通常であればその表面
は滑らかで、弾力性のある臓器であり、このようなもの
に対しては従来のゴム素材を用いて加工した薄膜形状の
容易に変形する物でも十分対応することができる。しか
し肝硬変のように弾力性を失い、硬く、表面に凹凸が生
じたりしている症例に対しては、その凹凸の溝の間にま
でこの変形が追従することができないので、カップリン
グと臓器表面との間に気泡が留まってしまう。

【００１２】気泡が超音波伝播経路中に存在してしまう
と気泡中を超音波が伝達することができないために、そ
の部分の超音波エネルギが集束領域に達することができ
ず、所望の加熱能力を得ることができないという問題が
生じる。例えば肝硬変のような症例を対象とする際は肝
臓表面が硬く、凹凸が激しく存在する場合がある。この
ような場合には、ゴム等を用いて加工された薄膜形状の
変形しやすいカップリングでは逆に窪み部分などに十分
に密着できず、カップリングと生体表面との間に気泡が
入り込んでしまい、超音波の伝達が十分にできないとい
う問題がある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載の本発明においては、振動子で発生した
超音波を媒体を介して被検体に伝播して治療する超音波
治療装置において、前記媒体は隔壁を介して前記振動子
側と前記被検体側とに離間されることを特徴とする超音
波治療装置をもって解決手段とする。

【００１４】また、請求項２記載の本発明においては、
前記媒体は深さを自在に可変できる深さ可変手段を備え
ることを特徴とする請求項１記載の超音波治療装置をも
って解決手段とする。

【００１５】また請求項３記載の本発明においては、前
記媒体は前記被検体と前記振動子との距離を変更するた
めに当該媒体の深さがそれぞれ異なる複数個が用意さ
れ、変更される深さに応じて任意に着脱自在に装着可能
な装着手段を有することを特徴とする請求項１または２
記載の超音波治療装置をもって解決手段とする。

【００１６】また請求項４記載の本発明においては、前
記媒体は前記被検体との接触において変形することなく
形状を保つに十分な硬度を有することを特徴とする請求
項１から３のうちのいずれか一つに記載の超音波治療装
置をもって解決手段とする。

【００１７】このようにすれば、カップリングを２重に
することによって被加熱物に接する部分においてゴム膜
などに破れが生じても、振動子の超音波放射がされる前
面に配置されたゴム膜までは敗れないので、振動子に接
している超音波伝搬媒体が流出する可能性が無くなり安
全性を向上させることができる。

【００１８】また、披加熱物表面が肝硬変の肝臓表面の
ように硬く、凹凸があるような場合においても、カップ
リングが適当な強度を保つため、凹凸を均してカップリ
ングが被加熱物表面に密着することができるので、気泡
をカップリングと披加熱物表面との聞から取り除くこと
ができ、超音波伝達を良好に保つことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１に本発明の第１の実施の形態
の装置構成を示す。

【００２０】この図１に示されているのは本発明の超音
波治療装置が備える超音波発生源の一つの例として、ア
プリケータ１を示す。このアプリケータ１には超音波を
発生させるための振動子２と、この振動子２が取り付け
られカップリング全体の基礎ともなっているベース５
と、振動子２の超音波発生面に接触して超音波を伝播す
るための超音波伝播媒体２１と、この超音波伝播媒体２
１を振動子２の超音波発生面との間に保持するための内
側カップリング４と、この内側カップリング４の前面に
接触して超音波を伝播するための超音波伝播媒体２０
と、この超音波伝播媒体２０を内側カップリング４との
間に保持するための外側カップリング３と、超音波伝播
媒体２０が導かれて導通しているリザーブタンク６と、
このリザーブタンク６に超音波伝播媒体２０を出し入れ
するためのキャップ７と、このアプリケータ１を覆うカ
バー８と、前出の振動子２の中心付近に設けられて治療
対象部位等の超音波断層画像を得るための超音波プロー
ブ９と、から構成されている。

【００２１】また一方で以上のような構成のアプリケー
タ１には超音波診断装置１０が接続されており、超音波
プローブ９と接続して超音波断層画像を得る。また、超
音波治療装置の操作を行うためのシステムコンソール１
１もアプリケータ１に接続しており、このシステムコン
ソール１１には集束超音波発生源駆動装置１２と超音波
伝播媒質送付装置１３が備えられている。

【００２２】集束超音波発生源として、本実施の形態で
は球殻状の圧電セラミックスにて構成された振動子２を
用いている。もちろん電磁変換方式のような他の超音波
発生源も適応可能である。集束超音波発生源である振動
子２はベース５により保持されており、システムコンソ
ール１１にある集束超音波発生源駆動装置１２に接続さ
れ、これにより振動子２に駆動電圧を加えて圧電効果に
より振動させて超音波を発生させる。この超音波は振動
子２の曲率にて決定される位置に焦点ｆ１を結び、この
ｆ１の位置にて加熱効果が得られる。

【００２３】べ一ス５の中央部分には披加熱部位となる
治療対象部位を画像観察するための超音波プロープ９が
備えられており、超音波診断装置１０に接続されてい
る。ベース５の下面には振動子２に接触する超音波伝播
媒質２１を保持するための内側カップリング４があり、
この内側カップリング４に何らかの予期し得ない機械的
な不具合が生じ、例えば万が一の破壊に至らない限り超
音波伝播媒質２１はこれらの外側に漏れることはない。

【００２４】また、超音波伝播媒質２１は発生源から発
生する熱の冷却媒体としての機能も有するため、振動子
２による超音波発生時間に比例してその温度が上昇す
る。このときに超音波伝播媒質２１が密閉されたままで
あると、その熱容量が十分でない場合、発生源である振
動子２の冷却が十分行われなくなるため、発生源の機能
に影響を与える可能性がある。そのため超音波伝播媒質
２１は超音波伝搬媒質送付装置１３により循環すること
ができるようになっており、冷却能力を維持することが
できる構成となっている。ベース５と内側カップリング
４で囲まれる部分の外側を覆うように、振動子２に直接
接触することのない超音波伝播媒質２０を内包するため
の外側カップリング３が設けられている。

【００２５】超音波伝播媒質２０は外側カップリング３
が破壊する以外、ひとつの故障要因により外側に漏れる
ことがない。また超音波伝播媒質２０は仮に外側カップ
リング３が破壊したとしても被加熱物に影響を与えるこ
との無いような物質であり、被加熱物が内臓器官等であ
ったときには滅菌されたものである必要がある。超音波
は気体を通過することができないため、外側カップリン
グ３内にはできるだけ気泡が存在しないようにする必要
がある。本実施の形態ではこれを実施するため図に示す
ように超音波伝播媒質２０を一度内側カップリング４お
よびベースの中を通してカバー８内に設置されたリザー
ブタンク６に接続される配管を備える。配管はリザーブ
タンク６内の上部にまで存在し、リザーブタンク６の上
面との距離を小さいものとしておく。外側カップリング
３に予め超音波伝播媒質２０を必要量よりわずかに多く
なるよう溜めておき、外側カップリング３をベース５に
挿入していく際に上部に溜まった気泡をこの配管内を通
じて外に俳出していき、外側カップリング３が十分に挿
入されたときには外側カップリング３内にはほとんど気
泡が残ることがない。この状態でキャップ７をして超音
波伝播媒質２０を封入することができる。またわずかに
気泡が残ったとしても、全体を傾けることにより上記配
管を通じて気泡を外側カップリング３内から排出するこ
とができ、排出された気泡はリザーブタンク６内に留ま
り、逆流することがないので、外側カップリング３内の
気泡を容易に除去することができる。

【００２６】配管上部に逆流防止弁（図示せず）を備え
ることは気泡の除去にとってさらに有効である。キャッ
プ７はカバー８の下面になるよう構成しているが、超音
波伝播媒質２０の流出先を限定しなければいずれを向い
ていても問題はない。このような構成をとることによ
り、超音波伝播媒質２１はひとつの故障要因により外側
に漏れることがなくなり、被加熱物に対する安全性を向
上することができる。

【００２７】次に、本発明による第２の実施の形態につ
いて以下記載する。

【００２８】図２には第２の実施の形態によるアプリケ
ータ１が示されており、先述の第１の実施の形態に比べ
て特徴を示す点は、外側カップリング１４の超音波伝播
媒質２０の媒質深さが異なっている。内側カップリング
４との距離が、例えば図２においては図１の第１の実施
の形態に比較して深くなっている。このように媒質深さ
が深くなったことにより、超音波の焦点もｆ２の位置に
なっており、外側カップリング１４の外面と焦点ｆ２の
距離はｆ１に比べて近くなっている。このため、治療対
象部位が浅い位置にある場合に適用することができる。
この外側カップリング１４を様々な媒質深さで用意する
ことで、治療対象部位の表面からの距離に応じて超音波
の外側カップリング１４の外面からの焦点位置を変更す
ることができる。外側カップリング１４には図示しない
着脱機構を設けることにより操作者の必要に応じて容易
に交換可能である。

【００２９】また、外側カップリング１４を構成する材
質であるが、外側カップリング１４の材料を樹脂や金属
のようにその形状が大きく変形しないような硬度あるい
は剛性を備えた材質にすることで、カップリングを臓器
表面に接触したときに、カップリングが変形しないので
表面の凹凸をならすように強く臓器に押し当てることが
できる。凹凸による溝がなくなるためカップリングと表
面との間の気泡を取り除くことができ、超音波の焦点領
域への伝達エネルギ損失を減少させることができる。材
料として使用するものは、超音波透過性を有し、生体安
全性があるものが好ましい。超音波透過性は材料の厚み
のほか、材料の音速、密度から計算される音響インピー
ダンス、減衰率等を考慮して材料選定を行う。たとえ
ば、これらの条件を満たす材料としては、プラスチック
材料としてポリアセタール、ポリエチレン、ポリスチレ
ン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポ
リメチルペンテンなどが候補として挙げられる。カップ
リング形状としては図１あるいは図２に示す外側カップ
リング３、１４のように、披加熱物接触面が凸面形状と
なっていることが望ましい。平面または凹面になってい
ると接触面において気泡を巻き込みやすくなるためであ
る。

【００３０】本発明の第２の実施の形態に見られるよう
に、形状が大きく変化しない素材をカップリングに使用
すると、従来のようにゴムを素材としたカップリングの
ように、超音波伝播媒質の体積増減によりゴムを変形さ
せて被加熱物との接触面と集束領域との距離（以下、加
熱深さ）を制御するということができなくなる。加熱深
さを変化させるためには集束超音波発生源の口径を大き
くしたり、口径は同じで集束率を変化させ焦点距離を大
きくするといった方法により達成することができるが、
口径を大きくすることは装置全体の大きさを大きくする
ことになり、体内に挿入する機器としては適さない。

【００３１】また集束率を変化させることは、集束領域
での超音波音場に影響を与えるため、所望の加熱性能を
得ることができなくなったりなるという問題がある。こ
れを解決するためカップリングを複数用意しておき、カ
ップリングの発生源からの距離を変化させることにより
被加熱物表面と披加熱部位との距離を変化させることが
できる。つまり外側カップリングの深さを変化させるこ
とで、音源の焦点距離を変えることなく被加熱部位の深
さを調節できる。

【００３２】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。

【００３３】図３には、先述の第１または第２の実施の
形態にて示したベース５および外側カップリング３、１
４に換えて適用されるベース１６と外側アプリケータ１
５が示されている。外側アプリケータ１５には案内突起
１７がその内面に設けられており、ベース１６には複数
の案内溝１８が設けられている。外側アプリケータ１５
をベース１６に挿入する際に、案内溝１８に案内突起１
７を係合させて外側アプリケータ１５の深さを変化させ
る構造とする。

【００３４】外側アプリケータ１５自体を所定方向に回
転させることにより案内溝１８内に係合している案内突
起１７は、案内溝１８内を移動して行き、溝端部になっ
たところで固定される。この位置で外側アプリケータ１
５は抜け落ちること無く超音波伝播媒質２０を保持でき
る。

【００３５】超音波伝播媒質２０の媒質深さを変更した
い時には、ベース１６に設けられた案内溝１８のうち、
他の深さに設定できる位置に設けられた案内溝１８を選
択して係合することにより、深さの変更ができる。この
案内溝１８を複数設けることで複数の深さの超音波伝播
媒質２０の深さを設定できる。

【００３６】このようにすると、外側アプリケータ１５
を所望する媒質深さに応じた数だけ複数用意する必要が
無く、被加熱部位に対する焦点位置の深さを調節でき
る。なお、外側アプリケータ１５の内側上面にはＯリン
グ溝１９が設けられており、ベース１６との間でシール
が保てるようになっている。このシール構造によりたと
え外側アプリケータ１５を回転させたとしても、超音波
伝播媒質２０が外に漏れることはなく、またＯリング溝
１９はベース１６側に設けられていても良い。

【００３７】以上、本発明の実施の形態に説明してきた
ように、カップリングを２重にして、被加熱物に接する
部分と振動子に直接接する超音波伝搬媒体との間に、滅
菌されたもしくは被加熱物に接触しても問題ない超音波
伝搬媒質を２重のカップリングの間に設けることを特徴
とする。またカップリングの材料としてカップリングを
披加熱物に押し付けたときにカップリングが変形しない
ようにプラスチック樹脂等の強度がある素材を用いる。

【００３８】このようにすることで、カップリングを２
重にすることにより被加熱物に接する部分において破壊
しても、セラミックに直接接する超音波伝搬媒体が流出
する危険性が無くなり安全性を向上させることができ
る。また披加熱物表面が肝硬変の肝臓表面のように硬
く、凹凸があるような場合においても、カップリングが
適当な強度を保つため、凹凸を均してカップリングが被
加熱物表面に密着することができるので、気泡をカップ
リングと披加熱物表面との聞から取り除くことができ、
超音波伝達を良好に行える。

【００３９】なお、以上説明した実施の形態は、本発明
の理解を容易にするために記載されたものであって、本
発明を限定するために記載されたものではない。したが
って、上記の実施の形態に開示された各要素は、本発明
の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む
趣旨である。

【００４０】たとえば外側カップリング１４、１５をデ
ィスポーザブルとすることにより、感染症の心配のある
治療において、患者間での感染の可能性を抑えることが
できる。また、滅菌や消毒の手間がかからずに済むので
多くの患者を限られた時間内にて治療する場合に、患者
スループットの向上をなすことができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明の請求項１によれば、振動子に直
接接する超音波伝搬媒質が破損などにより流出すること
が無くなり安全性を向上させることができ、また、本発
明の請求項２または３によれば、所望する位置に超音波
の焦点位置を合わせることができ、また、本発明の請求
項４によれば、治療対象部位の表面が硬くて凹凸がある
ような場合においても、カップリングが十分な硬度又は
剛性を有し凹凸を均してカップリングが治療対象部位に
密着することができ、また、本発明の請求項４によれ
ば、気泡をカップリングと被加熱物表面との間から取り
除くことにより超音波伝達を阻害することがなくなる超
音波治療装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるカップリング
の構成を説明するための概略図を示す。

【図２】本発明の第２の実施の形態による別のカップリ
ングの構成を説明するための概略図を示す。

【図３】本発明の第３の実施の形態によるカップリング
の構成を説明するための概略図を示す。

【符号の説明】

１…カップリング、２…振動子、３…外側カップリン
グ、４…内側カップリング、５…ベース、６…リザーブ
タンク、７…キャップ、９…超音波プローブ、２０、２
１…超音波伝播媒質、ｆ１、ｆ２…焦点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 哲 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内 Ｆターム(参考） 4C060 EE03 EE19 JJ11 MM24 4C099 AA01 CA13 GA30 JA13 LA30 PA01 4C301 FF21

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動子で発生した超音波を媒体を介して
   被検体に伝播して治療する超音波治療装置において、 前記媒体は隔壁を介して前記振動子側と前記被検体側と
   に離間されることを特徴とする超音波治療装置。
2. 【請求項２】 前記媒体は深さを自在に可変できる深さ
   可変手段を備えることを特徴とする請求項１記載の超音
   波治療装置。
3. 【請求項３】 前記媒体は前記被検体と前記振動子との
   距離を変更するために当該媒体の深さがそれぞれ異なる
   複数個が用意され、 変更される深さに応じて任意に着脱自在に装着可能な装
   着手段を有することを特徴とする請求項１または２記載
   の超音波治療装置。
4. 【請求項４】 前記媒体は前記被検体との接触において
   変形することなく形状を保つに十分な硬度を有すること
   を特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一つに記
   載の超音波治療装置。