JP2572817B2 - 超音波治療装置 - Google Patents

超音波治療装置

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JP2572817B2 JP63149037A JP14903788A JP2572817B2 JP 2572817 B2 JP2572817 B2 JP 2572817B2 JP 63149037 A JP63149037 A JP 63149037A JP 14903788 A JP14903788 A JP 14903788A JP 2572817 B2 JP2572817 B2 JP 2572817B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、超音波治療装置、更に詳しくは、体内に生
じた結石等の治療対象物に対して、超音波振動子によっ
て発生させた超音波衝撃波を体外から集束させ、結石等
を破砕して治療する超音波治療装置に関する。
[従来の技術] 従来、超音波による衝撃波を体外で発生させ、これを
体内に生じた結石に集束させて同結石を破壊するように
した超音波治療装置は、特開昭60−145131号公報,およ
び本出願人が先に提案した特願昭62−94973号,特願昭6
2−67519号等によって既に周知である。
この種の超音波治療装置は、一般に圧電素子からなる
超音波振動子を多数、球面状にモザイク状に並べて配設
して形成された超音波衝撃波発生体を、水等の超音波伝
播波が充填されたウォータバッグを介して人体表面に接
触させ、腎臓,膀胱,胆嚢,胆管内等に生じた結石に向
けえて超音波衝撃波を集束させて、これを破砕するよう
に構成されている。上記超音波衝撃波は、超音波振動子
にパルス状電圧を印加することにより発生されるように
なっており、また、結石の位置は超音波観測装置等で確
認されるようになっている。
[発明が解決しようとする課題] ところで、上述したような従来のこの種超音波治療装
置においては、超音波を集束させて治療を行なっている
ために、その超音波の集束点において、正圧と共に負圧
が生じる。即ち、超音波の集束点に位置する生体中に、
所謂キャビテーション(空洞現象)が発生する。このキ
ャビテーションは治療のための超音波の大きな出力を集
束点において発生させようとすると、正圧が大きくなる
に伴って負圧も大きくなり、正常な生体組織を破壊する
恐れを有していた。
従って、本発明の目的は、上述したような従来の超音
波治療装置における問題点を解消するために、負圧の上
昇を抑制し、正圧のみを上昇させ、集束度の高い強力な
超音波衝撃波を発生させ、生体への安全性が高く、かつ
変換効率が高く、効率良く的確な治療が行なえる超音波
治療装置を提供するにある。
[課題を解決するための手段および作用] 本発明による超音波治療装置は、同一の駆動周波数で
駆動される複数の超音波振動子が同一半径上に配設され
た第1の超音波振動子列と、前記超音波振動子の2倍の
駆動周波数で駆動される複数の超音波振動子が前記第1
の超音波振動子列の外側の同心円上に配設された第2の
超音波振動子列と、前記第1及び第2の超音波振動子列
ごとに、独立に駆動周波数,出力及び位相を可変する制
御手段とを有し、前記第1及び第2の超音波振動子列に
より構成される超音波衝撃波発生体によって、体外で発
生させた超音波を体内の治療部位に向けて集束させて治
療することを特徴とし、また、円環状に形成された第1
の超音波振動子と、前記第1の超音波振動子の2倍の駆
動周波数で駆動され該第1の超音波振動子の外側の同心
円上に円環状に形成された第2の超音波振動子と、前記
第1及び第2の超音波振動子ごとに、独立に駆動周波
数,出力及び位相を可変する制御手段とを有し、前記第
1及び第2の超音波振動子により構成される超音波衝撃
波発生体によって、体外で発生させた超音波を体内の治
療部位に向けて集束させて治療することを特徴とする。
[実 施 例] 先ず、本発明の実施例を説明するに先立ち、本発明の
適用される超音波治療装置の全体の構成を、第7図によ
って説明する。この超音波治療装置は、体内の結石位置
を検出する観測手段(位置検出手段)と、位置決め信号
発生手段4と、焦点移動手段7と、結石1を砕石する衝
撃波発生手段11とを具備して構成されている。
上記観測手段は、人体10に対して超音波を放射して体
内の結石1の位置を検出する超音波観測装置2と、この
装置からの検出信号による結石位置をCRTなどの画面上
に表示するディスプレイ装置3等によって構成されてい
る。
上記位置決め信号発生手段4は、上記ディスプレイ装
置3の画面上の狙うポイントに指示マーカー等を設け、
この指示マーカーの位置に砕石用衝撃波の焦点がくるよ
うに、焦点移動手段7へ制御信号を出力する。
上記焦点移動手段7は、ウォータバッグ5と次に述べ
る超音波衝撃波発生体6とを数値制御ロボット等により
上記位置決め信号に従って移動させて砕石用衝撃波を結
石に集束させる。上記衝撃波発生体6は、圧電素子から
なる超音波振動子8を、球面形状に形成された取付板9
の前面に多数モザイク状に並べて固定されてなるもので
あって、前面の衝撃波発生面が人体10に向けて配置され
るようになっており、この超音波衝撃波発生体6と人体
10との間には、液体注入および圧力制御手段を有する軟
性樹脂等からなるウォータバッグ5が配設され、同バッ
グ5内には水等の衝撃波伝達液が満たされている。
上記衝撃波発生手段11は、周知の超音波パルス電圧発
生回路で、同回路は前記各超音波振動子8を駆動するよ
うになっている。
以上が超音波治療装置の全体の構成である。
第1図は、本発明の一実施例を示す超音波治療装置に
おける超音波による衝撃波発生体の正面図である。な
お、本実施例における超音波治療装置も全体構成として
は、上記第7図に超音波治療装置とほぼ同様に構成され
ている。
この超音波治療装置における衝撃波発生体12は、球殻
形状に形成された取付板9の前面に圧電素子からなる円
板状の超音波振動子8が同心円状に、例えば4列に並列
して配設されている。即ち、一番内側の超音波振動子列
13には、超音波振動子が24個、その外側の超音波振動子
列14には30個、その次の外側の超音波振動子列15には36
個、一番外側の超音波振動子列16には42個が同心円状に
並列されて配置されている。そして、上記超音波振動子
8からなる超音波振動子列13,14,15,16には、第2図に
示すように、それぞれの超音波振動子列13,14,15,16毎
に遅延回路13a,14a,15a,16aを介して衝撃波発生手段で
あるパルス発生器13b,14b,15b,16bが接続されている。
なお、第2図においては、煩雑を避け説明を簡単にする
ために、上記超音波振動子からなるそれぞれの振動子列
13,14,15,16は一次元的に配列されているようにしてあ
るが、それぞれの振動子列13,14,15,16は各振動子列毎
に遅延回路13a,14a,15a,16aにより超音波振動子から発
生する超音波の位相を制御することができ、また各振動
子列ごとにパルス発生器13b,14b,15b,16bによって、超
音波振動子の駆動周波数および振幅を制御できるように
なっている。なお、第2図において、上記第7図中に示
された超音波観測装置2は省略してある。
このように構成された上記衝撃波発生体12において、
上記振動子列13〜16をそれぞれ駆動する駆動周波数は、
それぞれの内側の振動子列の駆動周波数の2倍の関係に
なるようにしてある。つまり、振動子列13の外側の振動
子列14の駆動周波数を上記列13の周波数の2倍とし、ま
た上記列14の外側振動子列15の駆動周波数を列14の周波
数の約2倍にし、更に上記列15の外側の振動子列16の駆
動周波数を列15の周波数の約2倍にして駆動するように
してある。そして、このとき各振動子列13〜16の各超音
波振動子から発生した超音波が一点に集束する集束点に
おける超音波の音圧の時間的変化を考察すると、この場
合、それぞれの振動子列13〜16から発生する超音波の音
圧の最大点で同一点に集束するように遅延回路13a〜16a
により、その位相が制御されるようになっている。
このように構成され、制御される各振動子列13〜16の
超音波振動子8から発生した超音波の一点に集束する集
束点における状態を横軸に時間、縦軸に音圧として示す
と、第3図に示すようになる。即ち、第3図において波
形13cは振動子列13より発生した超音波の音圧の時間的
変化を表わし、波形14cは振動子列14、波形15cは振動子
列15、そして波形16cは振動子列16から発生した超音波
の音圧の時間的変化を表わしている。ここでは音圧の最
大点で位相が合うように制御されている。この結果、集
束点において合成された超音波の音圧の時間的変化は第
4図に示すようになる。つまり、第3図に示すように、
各振動子列13〜16から発生した超音波の波形13c〜16cは
音圧に正圧および負圧成分がほぼ等しく発生している
が、集束点における合成された超音波17は、第4図に示
すように、音圧の正圧に対する負圧が抑制されたものと
なっている。
従って、治療効率を高めるために、大きな出力を集束
点に発生するようにしても、正圧のみが大きくなり負圧
は大きくならないので、上述したようなキャビテーショ
ン(空洞現象)は発生せず、正常な生体組織を破壊する
恐れもなく、安全に効率良く治療を行なうことができ
る。
また、更に上記合成された合成超音波の負圧は、上記
パルス発生器13b〜16bにより、それぞれの振動子列13〜
16から発生する超音波の音圧を制御することによっても
更に小さいものとすることができる。
また、上記各振動子列13〜16を構成する個々の超音波
振動子には、特別の処置は何等必要とせず、そのまま用
いることができるので、変換効率が高い状態で使用でき
るという効果も得られる。
上記実施例の超音波治療装置における衝撃波発生体12
は、球殻体の取付板9内の内面に多数の圧電素子8を同
心円状に4列並列するように配置したが、これは第5図
に示すように圧電素子8を円板状の平面取付板9Aの内面
に同様に同心円状に並列する各振動子列13〜16としても
構成することができる。この場合の衝撃波発生体12A
各列から発生する超音波の集束手段として、各振動子8
の位相を制御して超音波を一点に集束させるか、或いは
前面に集束用音響レンズを配設するようにしても良い。
またパルス発生器13b〜16b、遅延回路13a〜16a等は上記
実施例と全く同様に構成され、その作用効果にも変る所
はない。
また上記実施例の衝撃波発生体1212Aは、複数の超
音波振動子8からなる振動子列13〜16を、第1図に示す
ように、同心円状に配置するようにしたが、これは第6
図に示すように、円環形状に形成された超音波振動子
を、複数個、同心円状に配設して構成するようにしても
良い。この場合、超音波振動子18〜23にはそれぞれ独立
に、相対するパルス発生器や遅延回路(何れも図示され
ず)が上記実施例の場合と全く同様に接続されることは
言う迄もない。このように構成された衝撃波発生体17
作用も上記第1図の衝撃波発生体12の場合と全く同様で
あり、その効果に変る所がない。
また、超音波振動子には共振周波数があり、限られた
駆動周波数に効率良く駆動されるが、これはダンピング
層等を設けることによってその駆動周波数を広帯域化、
またはPVDF(ポリフッ化ビニリデン)のような広帯域の
振動子を用いて駆動周波数を上記第1図の実施例で述べ
たように駆動しても良いし、振動子の共振周波数を本発
明の効果が得られるように選んで配設するようにしても
良い。
なお、本発明は、治療の目的が結石除去に限定される
ものでなく、超音波を対象物に集束させて治療する装置
全てに適用できることは勿論である。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、治療効率を上げ
るために出力を上げても負圧が小さく抑制され、正圧の
みを上昇させることができるので、集束点におけるキャ
ビテーションの発生によって生体中の正常な組織が破壊
される恐れがなく、生体への安全性が確保され、且つ変
換効率が高く、効率良く治療できる超音波治療装置を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す超音波治療装置にお
ける衝撃波発生体の一部を示す正面図、 第2図は、上記第1図の衝撃波発生体の断面図、 第3図は、上記第1図の衝撃波発生体の各超音波振動子
列から発生された超音波の波形をそれぞれ示す波形図、 第4図は、上記第3図の各超音波の合成された合成波の
波形図、 第5図は、衝撃波発生体の他の例を示す断面図、 第6図は、衝撃波発生体の更に他の例を示す正面図、 第7図は、超音波治療装置の全体の構成を示す概略図で
ある。 8……超音波振動子1212A17……超音波衝撃波発生体 13,14,15,16……超音波振動子列 13a,14a,15a,16a……遅延回路(制御手段) 18〜23……円環状超音波振動子(超音波振動子列)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同一の駆動周波数で駆動される複数の超音
    波振動子が同一半径上に配設された第1の超音波振動子
    列と、 前記超音波振動子の2倍の駆動周波数で駆動される複数
    の超音波振動子が前記第1の超音波振動子列の外側の同
    心円上に配設された第2の超音波振動子列と、 前記第1及び第2の超音波振動子列ごとに、独立に駆動
    周波数,出力及び位相を可変する制御手段とを有し、 前記第1及び第2の超音波振動子列により構成される超
    音波衝撃波発生体によって、体外で発生させた超音波を
    体内の治療部位に向けて集束させて治療することを特徴
    とする超音波治療装置。
  2. 【請求項2】前記制御手段は、前記第1及び第2の超音
    波振動子列を構成する各超音波振動子から発生する超音
    波の位相を、集束点において正圧の最大音圧点で一致す
    べく制御す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】前記制御手段は、前記第1の超音波振動子
    列から発生する超音波の音圧を、前記第2の超音波振動
    子列から発生する音圧よりも小さい値で制御することを
    特徴とする請求項1記載の超音波治療装置。
  4. 【請求項4】円環状に形成された第1の超音波振動子
    と、 前記第1の超音波振動子の2倍の駆動周波数で駆動さ
    れ、該第1の超音波振動子の外側の同心円上に円環状に
    形成された第2の超音波振動子と、 前記第1及び第2の超音波振動子ごとに、独立に駆動周
    波数,出力及び位相を可変する制御手段とを有し、 前記第1及び第2の超音波振動子により構成される超音
    波衝撃波発生体によって、体外で発生させた超音波を体
    内の治療部位に向けて集束させて治療することを特徴と
    する超音波治療装置。
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