JP4044182B2

JP4044182B2 - Ultrasonic therapy device

Info

Publication number: JP4044182B2
Application number: JP25067297A
Authority: JP
Inventors: 真理子柴田; 克彦藤本; 義治石橋; 聡相田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2017-09-16
Also published as: JPH10305041A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体外から超音波を集中照射して患部を治療する超音波治療装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、結石症の治療に体外から強力超音波を照射し、無侵襲的に結石を破砕する結石破砕装置が実用化され、注目されている。強力超音波源にピエゾ素子を用いる方法は、小焦点、消耗品がない、強力超音波強度を任意にコントロールできる、複数のピエゾ素子にかける駆動波形を位相制御することにより焦点位置をコントロールできる等、優れた長所がある（特開昭６０−１４５１３１号公報，米国特許４，５２６，１６８）。
【０００３】
また、前立腺肥大症等の治療対象に対し、比較的侵襲の少ない治療法として、体外から体内の患部に電磁波や超音波を照射することにより治療対象を治療する温熱治療法（ハイパーサーミア）が施行されている。これは、治療対象組織が正常組織よりも比較的熱に弱いことを利用して、患部を４２．５゜Ｃ以上に加温して治療対象細胞だけを破壊する治療法である。また、患部を６０゜Ｃ以上の高温にし、病理的組織に熱変性を起こさせる加熱治療が注目されるようになり、「特開昭６１−０１３９５６号公報」、「特開平５−１３７７３３号公報」等に示されるように、ビエゾ素子により体外で発生させた強力な超音波を体内の治療部位に集束させ、組織の超音波エネルギの吸収による発熱で癌を加熱治療する装置が研究開発されている。
【０００４】
また超音波による発熱ではなく、結石を破砕するような強力なバルス状の強力超音波を癌に照射し、その機械的な力で細胞を壊死させる治療法も研究されている（Ｈｏｓｈｉ，Ｓ．ｅｔａｌ．：Ｊ．Ｕｒｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１４６：４３９，１９９１．）。
【０００５】
実際に臨床に用いられている例としてはＥＤＡＰ社（仏）で行われた膀胱癌の治療（体外照射）（Ｇ．Ｖａ１１ａｎｃｉｅｎｅｔａｌ．：ＥｕｒＵｒｏｌ１９９３，２３（ｓｕｐｐｌ１），ｐｐ４８）、ＦｏｃａｌＳｕｒｇｅｒｙ社（米）で行われた前立腺治療対象の治療（径直腸照射）（ＳｔｅｐｈａｎＭａｄｅｒｓｂａｃｈｅｒｅｔａｌ．：ＣａｎｃｅｒｒｅｓＡｕｇ１９９５Ｖｏｌ．５５，ｐｐ３３４６，１９９５）等がある。
【０００６】
従来の治療用の超音波振動子は、図１１（ａ），（ｂ）に示すように超音波が幾何学的焦点で集束するように球殻型に形成されている。
【０００７】
ところで、肝臓等の臓器は図１２に示すように肋骨中に納まっているため、超音波により加熱治療する際に、肋骨による超音波の遮蔽による到達エネルギーの低下が問題となる。
【０００８】
例えば、開口径１００ｍｍの球殻型振動子を用いて、肋骨上から肝臓に超音波を照射すると、全放射超音波の約７０％が肋骨により遮蔽され、焦点位置まで届くのは約３０％となってしまう。超音波エネルギーも約３０％に低下する。遮蔽のロス分を補うために、投入エネルギ−を増加させる方法も考えられるが、皮膚面での強度が非常に高くなるため、火傷等の事故がおこる危険性がある。
【０００９】
また、超音波治療装置には次のような問題もある。結石破砕に用いる振動子（ピエゾ素子）は、数ｋＶの高電圧で駆動されるが、一回の駆動時間は数μｓであるので、発熱の心配はない。
【００１０】
しかし、温熱治療では振動子を、６０Ｗ／ｃｍ²前程度の連続波により駆動する。このとき振動子内部にヒステリシス損失や誘電損失（ｔａｎδ）、機械的損失（１／Ｑ）による発熱が起こることが知られている。発熱の程度によってはピエゾ素子の電気的特性が変化し、エネルギーロスが起こるだけでなく、その近隣のバッキング材等を劣化させ、装置の故障を引き起こす危険もある。
【００１１】
そこで、振動子の効果的な冷却が必要になり、放熱フィンやその他の冷却装置を振動子に装着する等の提案がされている（特願平６−２４８４８０号、特願平６−３１５９７９号）。
【００１２】
しかし、これらの冷却装置を装着することは、アプリケータの構造をより複雑にし、製造に手間がかかったり、アプリケータの操作性の低下を招いたりする危険がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、構造簡単にして振動子を効果的に冷却できる超音波治療装置を提供することである。
【００１５】
【問題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、超音波発生源で発生した治療用超音波を水袋に収容されているカップリング液を介して被検体内に導入せしめ、前記被検体内の患部を治療する超音波治療装置において、前記超音波発生源を冷却するために、前記カップリング液を前記水袋と熱交換機との間で循環させる循環手段を具備し、前記循環手段は、前記カップリング液を前記水袋から取水する取水口と、前記カップリング液を前記水袋に吐出する複数の吐出口とを有し、前記取水口は前記超音波発生源の略中央部に設けられ、前記複数の吐出口は前記超音波発生源の周縁部に離散的に設けられ、かつ前記カップリング液を前記超音波発生源に吹き付けるように設けられていることを特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の超音波治療装置を好ましい実施形態により説明する。なお、超音波治療装置とは結石破砕装置と超音波温熱治療装置とを含むものである。本発明はこれらいずれの装置にも適用可能である。
【００３４】
（第１の実施形態）
図１に本発明の第１の実施形態による超音波治療装置のブロック図を示す。アプリケータ１は、治療用強力超音波を集束的に発生する治療用超音波発生源２と、治療用強力超音波を治療用超音波発生源２から患者３までロス少なく導くカップリング液４と、このカップリング液４を密封する水袋５とを有している。治療に際しては、治療台１０に患者３を固定してから、アプリケータ１を患者３の体表に乗せ、水袋５を超音波ゼリー等（図示せず）を介して患者３の皮膚に接触させる。
【００３５】
この治療用超音波発生源２の略中央部分には孔１７が開けられ、ここに超音波プローブ８が挿入される。なお、この超音波プローブ８が治療用超音波発生源２の外側についているアウトラインタイプであってもよい。ここでは前者の構造で説明する。超音波プローブ８は、アプリケータ１に対して取り外し可能でも良いし、上記孔１７に固定されていても良い。この超音波プローブ８は、前後方向のスライドと、軸回転移動が可能なように設けられている。これらスライドや軸回転の動きは、手動又は制御回路１１とプローブ位置制御回路１３の制御により実現される。
【００３６】
超音波診断装置１４は、超音波プローブ８を介して患者３の断面をイメージング用超音波で走査し、治療用協力超音波の焦点７を含む断面の断層像を再構成し、ＣＲＴ（図示せず）に表示できるように構成されている。また、超音波診断装置１４は、断層像上に焦点７の位置をマーカで表示できるように構成されている。この機能を利用して、断層像上で体内の治療対象（結石や治療対象）６の位置を確認しながら、焦点７が治療対象６に一致するようにアプリケータ１や患者３を移動させることができる。治療対象６と焦点７の一致を断層像上で確認した後、駆動回路１２で治療用超音波発生源２を駆動して強力超音波を照射し、超音波焦点７に存在している治療対象６を治療する。また、術者は、断層像から治療計画を立てたり、強力超音波照射前と照射後の体内の超音波画像を比較することにより、治療効果を確認したりできる。
【００３７】
図２（ａ）に治療用超音波発生源２をその焦点７側から見た図を示している。図３（ａ）に治療用超音波発生源２の縦断面図を示し、同図（ｂ）に治療用超音波発生源２の横断面図を示している。治療用超音波発生源２は、治療用強力超音波を肋骨１６の隙間から治療対象に照射することが可能なように、比較的薄い、例えば肋骨間通過時の厚さが２０ｍｍ以下の略扇状（又は薄いくさび形状）の治療用強力超音波を照射することができるように構成されている。具体的には、従来と同様に複数のピエゾ素子が球殻状にアレンジされていて、その中の幾つかのピエゾ素子だけを選択的に駆動して、結果的に扇状にも治療用強力超音波を照射するようにしてもよいし、扇状の治療用強力超音波だけを専門的に照射できるように治療用超音波発生源２を構成するようにしてもよい。ここでは後者の例について説明する。
【００３８】
なお、上記略扇状は、従来の円錐形とは明確に区別される。つまり円錐形とはどのように縦断面を入れても、その断面形状がほぼ同じ扇形状（狭角が同じ）を示すのに対して、上記略扇状では、厚み方向でも幅方向でもその断面は扇形状になるが、厚み方向の断面の扇の狭角は、幅方向の断面の扇の狭角より非常に小さい、つまり非常に薄いくさび形状として表される。
【００３９】
超音波発生源２は、一定の曲率で長軸方向に湾曲している略短冊状又は略楕円状のフレーム９の内側に、図２（ａ）に示すようにフレーム９と同形に加工された１つのピエゾ素子２１が貼り付けられ、または同図（ｂ）に示すように複数のピエゾ素子２２が一列又は多列にアレイされて構成されている。焦点７の位置は、フレーム９の曲率に従って超音波発生源２の位置に対して幾何学的に決まる。このピエゾ素子２１（又は２２）の開口面の最大幅は、例えば肋骨間通過時の厚さが２０ｍｍ以下の扇状の治療用強力超音波を発生するように、例えば３０ｍｍ以下に設けられる。
【００４０】
なお、焦点サイズをより局小化させるために、フレーム９は短軸方向にも長軸方向と同じ一定の曲率で湾曲していることが好ましい。
【００４１】
図２（ｃ）に示すように、このような治療用超音波発生源２の略中央部分にはプローブ８を挿入するための孔１７が開けられている。治療用超音波発生源２の角は、角張っていてもよいし、丸められていてもよい。
【００４２】
このように本実施形態では、比較的薄い扇状で治療用強力超音波を照射することができるので、肋骨１６で遮蔽されることなく、この肋骨１６の隙間から治療用強力超音波を治療対象６に到達させることができる。
【００４３】
なお、図４（ａ），（ｂ）に示すように、同様の形状の超音波発生源２を、２つ又はそれ以上設けて、複数の肋骨の隙間から、治療対象６に向けて治療用強力超音波を照射するようにしてもよい。この場合、超音波治療装置は治療用強力超音波それぞれの焦点が一致するように複数の超音波発生源２の角度を個別に調整するための構造及び制御回路を有している。
【００４４】
また、図５（ａ），（ｂ）に示すように、複数の球殻状のピエゾ素子２４をフレーム９に設けるようにしてもよい。この場合、複数の球殻状のピエゾ素子２４は、それぞれの焦点（Ｆａ，Ｆｂ，…Ｆｆ）が一カ所に集まるように、それぞれの角度が調整されてフレーム９に設けられている。
【００４５】
（第２の実施形態）
図６に第２の実施形態による超音波治療装置の構成図を示している。図７は図６の超音波発生源２’の縦断面図である。これらの図において、図１と同じ部分には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
第１実施形態と同様に一定の曲率で長軸方向に湾曲している短冊状のフレーム９の内側に、複数の円板状のピエゾ素子２５が一列にアレイされいる。このピエゾ素子２５は、円板状でなくても、球殻状であってもよい。球殻状である場合は、図８に示すようなはめ込み式の振動子（符号Ｐは振動子、符号２０は枠）で患部６の深さ応じて焦点７’を調整すべく、開口角の異なる振動子を選択して用いることが考えられる（図８（ａ）参照）。図８に示すように球殻状のピエゾ素子本体Ｐを枠２０で補強することが好ましい。ピエゾ素子２５の開口径は、第１実施形態と同様に、最大厚が２０ｍｍ以下の扇状の治療用超音波が得られるように、約２０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４７】
これらピエゾ素子２５はそれぞれ個別に角度調節器１８に支持されて、向きが個別に自由に変えられるようになっている。それぞれの向きを制御することにより、図７に示すように、アプリケータ１を固定した状態のままで、焦点７’の深さや方位を自由に変更することができる。この制御は、ポインタ２２を介して断層上に指定された治療対象６の深さや方位に従って、振動子角度制御回路１９により実現される。
【００４８】
本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、アプリケータ１を固定した状態のままで、焦点７’の深さや方位を自由に変更することができる。
【００４９】
なお、この効果は、いわゆるフェーズドアレイでも得ることができる。この場合は、複数の平板状のピエゾ素子が一列にアレンジされており、これらの複数の平板状のピエゾ素子それぞれの駆動タイミングを、それぞれのピエゾ素子からの超音波が所望の深さの一点で集束するように、図９の位相制御回路２６により個別に制御することにより実現される。
【００５０】
なお、これまでフレーム９の形状は短冊状として説明してきたが、図１０に示すように、球殻状のフレーム２７であってもよい。この場合、水袋５の取り付けや、水袋５を体表に固定する場台には、フレーム２７が円形の方が安定性が良いと考えられるからである。
【００５１】
（第３の実施形態）
図１３に第３の実施形態による超音波治療装置の構成を示している。図１４（ａ）に、図１３のアプリケータ１０１の断面を示している。アプリケータ１０１は、治療用強力超音波を照射する球殻状の治療用超音波発生源１０２と、強力超音波を患者１０３まで導くカップリング液１０４と、該カップリング液１０４を保持する水袋１０５とを有している。治療用超音波発生源１０２は、例えば球殻状のフレームの内面に複数の振動子（ピエゾ素子）が稠密に貼り付けられ、この振動子の背面に振動吸収用のバッキング材１０６が設けられてなる。
【００５２】
カップリング液循環系１２０は、水袋１０５中のカップリング液１０４を吸水し、吸水したカップリング液１０４を冷却した後、水袋１０５中に戻すことができるように構成されている。このような循環により、カップリング液１０４により、超音波発生源１０２を冷却することができる。
【００５３】
治療に際しては、治療台１１９に患者１０３を固定してから、アプリケータ１０１を患者１０３の体表に乗せ、水袋１０５を超音波ゼリー等（図示せず）を介して患者１０３の皮膚に接触させる。
【００５４】
アプリケータ１０１の略中央部分には孔１２５が開けられ、ここに超音波プローブ１１３が挿入されている。超音波プローブ１１３は、アプリケータ１０１に対して取り外し可能でも良いし、アプリケータ１０１に固定されていても良い。超音波診断装置１１６は、この超音波プローブ１１３を介して患者１０３の断面を走査し、得られたエコー信号に基づいて当該断面に関する断層像を再構成し、この断層像を表示する。
【００５５】
超音波プローブ１１３は、前後方向のスライドと、回転移動が可能なように設けられていて、制御回路１１４とプローブ位置制御回路１１７の制御により移動できる。また、手動で移動させることも可能である。
【００５６】
超音波診断装置１１６のＣＲＴ（図示せず）には超音波焦点１０７の位置がマーカ表示されるようになっており、超音波画像上で体内の治療対象１０８の位置を確認しながら、超音波焦点１０７が治療対象１０８に一致するようにメカニカルアーム１１８を介してアプリケータ１０１を移動し、又は患者１０３を移動させることができる。
【００５７】
治療対象１０８と焦点１０７の一致を超音波診断装置１１６で確認した後、駆動回路１１５で治療用超音波発生源１０２を駆動して治療用強力超音波を照射し、超音波焦点１０７と一致した治療部位１０８を高温に加熱して治療する。また、術者は、超音波診断装置１１６による体内画像により治療計画を立てたり、強力超音波照射前と照射後の体内の超音波画像を比較することにより、治療効果を確認したりできる。
【００５８】
次に本実施形態の特徴であるカップリング液循環系１２０について説明する。図１４（ａ）に示すように、超音波発生源１０２の略中央部分には、取水口１１１が開けられ、ここに吸水パイプ１１２が接続される。また、超音波発生源２の表面にカップリング液４を吹き付ける向きに、かつ治療用超音波のパスを遮蔽しないように、治療用超音波のパス１２２の外側の超音波発生源１０２の周縁部に、カップリング液１０４を吐出するための複数のノズル（吐出口）１１０が離散的に、又は円弧状の１つのノズルが設けられる（図１６参照）。このノズル１１０には排水パイプ１０９が接続される。
【００５９】
このように取水口１１１とノズル１１０を設けたことにより、水袋１０５の中をカップリング液１０４は、超音波発生源２の周縁から頂上に向かって振動子表面をなぞるように流れる。この流れにより、超音波発生源２（振動子）を効率的に冷却することができる。
【００６０】
図１４（ｂ）には、カップリング液循環系１２０の構成を示している。水袋１０５のカップリング液１０４の量は、焦点１０７が治療対象１０８に一致するようにその深さに応じて予め調整されている。したがって循環中も水袋１０５中のカップリング液１０４の量を一定に保つ必要がある。このために吸水用と排水用の２つのポンプ系統を有し、これら２系統の回転軸が共通していて、格別な制御を不要にして吸水量と同じ量を排水するいわゆる二連式チュービングポンプ１３１が循環用ポンプとして採用されている。この二連式チュービングポンプ１３１の働きにより、水袋１０５と冷却装置１３２の保温リザーバータンクとの間でカップリング液１０４が循環される。この保温リザーバータンク内のカップリング液１０４は常に冷却状態（例えば１０゜Ｃ）に保たれていて、この冷たいカップリング液１０４を水袋１０５に戻すことができるようになっている。また、この保温リザーバータンク内のカップリング液１０４の脱気状態を良好に維持するために、保温リザーバータンクと脱気装置１３３との間でもカップリング液１０４が循環するようになっている。
【００６１】
上述したように水袋１０５内の液量を調整するために、この二連式チュービングポンプ１３１とは別に、小型チュービングポンプ１３４の取水口が排水パイプ１０９の一部に取り付けられている。そして、小型チュービングポンプ１３４で取水したカップリング液１０４を、保温リザーバータンクに排水するようになっている。
【００６２】
このように本実施形態によれば、簡易な構成にして効果的に超音波発生源１０２（振動子）を冷却することができる。
【００６３】
なお、吸水ノズルや吐出口１１０を次のように工夫してもよい。例えば図１５に示すように、排水パイプ１０９を緩やかに曲げることにより、ポンプ１３１にかかる負荷を多少といえども軽減することができる。また、図１７に示すように排水ノズル１１０を超音波発生源１０２の周縁全域に配置しなくても、対抗する２カ所に設けるだけでもよいかもしれない。また、吸水口１１１を図１８に示すように超音波発生源１０２の周縁に配置してもよい。また、図１９に示すように排水ノズル１１０をカップリング液１０４が超音波発生源１０２に対して斜め上方に吹き出すように配置してもよい。この場合、吹き出されたカップリング液４は、超音波発生源１０２の内面を周回しながら吸水口１１１まで上がっていくように流れ、超音波発生源１０２を効果的に冷却することができる。
【００６４】
また、超音波発生源１０２の発熱は、常にカップリング液４に接触している表面（強力超音波を放射する面）だけでなく、裏面（通常は空気バッキング）にも伝わる。そこで超音波発生源１０２の裏面の冷却にも考慮して、図２０に示すように、この裏側にもカップリング液１０４を循環させるようにしてもよい。超音波発生源１０２の裏面は駆動電極側になるため、表面（アース）とは絶縁する必要がある。このときの絶縁体として、放熱性を低下させるような熱伝導性の悪い材料を用いることは避けるべきである。また、超音波の裏面への放出をなるべく小さくするために、超音波発生源１０２の音響インビータンスと大きく異なる音響インピーダンスを持つ材料が好ましい。これらのことから、図２０のように、絶縁体として厚さの薄い空気層１２３を用い、これを振動子の裏面とは絶縁された薄いアルミ板１２４で覆い、その上にカップリング液１０４を循環させるもの等が考えられる。または、空気層１２３の代わりに熱伝導性の良いグリース（図示せず）を詰めたものでも良い。図２０に示す実施形態では、カップリング液１０４は排水パイプ１０９を通り、吐出ノズル１１０から水袋１０５内に入り、超音波発生源１０２の表面を冷却し、吸水口１１１から超音波発生源１０２の裏面に出て、超音波発生源１０２の裏面を冷却した後、吸水パイプ１１２から吸水される。なお、カップリング液１０４が、超音波発生源１０２の表面と裏面を通る構造であれば、図２０に示した構造に限られたものではない。
【００６５】
（第４の実施形態）
図２１に第４の実施形態の主要部であるところのバッキング材の断面を示している。第４の実施形態では、背面側への振動を吸収するために振動子の背面に設けられているバッキング材１２６を使って、超音波発生源１０２の冷却効果をより高めようとするものであり、これ単独で又は第３の実施形態と併用されるべきものである。
【００６６】
つまりバッキング材１２６の熱容量を利用して、超音波発生源１０２で発生した熱が小熱容量の超音波発生源１０２内に溜まって高温になるということを軽減する。このバッキング材１２６の材料としては、ピエゾ素子として用いられるＰＺＴセラミックスの熱伝導率が２〜４W/(m・K)であることから、熱伝導率が１０W/(m・K)以上であるアルミニウム、銀、銅等の金属を選択することにより、熱の拡散が素早く行われるようになる。
【００６７】
尚、バッキング材１２６に金属を使用する場合の周囲との絶縁の取りかたは、図２１のような超音波発生源１０２とバッキング材１２６の間に空気層１２８等の絶縁体を入れ、バッキング材１２６には治療用超音波発生源１０２に電力を投入するためのケーブル１２７を通すための孔１２９を設けてもよいし、図２２のように、バッキング材１２６を治療用超音波発生源２に直に接触させ、これを電極とみなしてケーブル１２７を接続してもよい。この場合は、バッキング材１２６の周りに、絶縁体１３０を設けて、周囲との絶縁をとることが考えられる。
【００６８】
また、図２３に示すように、超音波発生源１０２´を構成する複数のピエゾ素子が平面的に配列され、遅延制御により任意の位置に焦点１０７を形成することができる場合も、カップリング液１０４による超音波発生源１０２′の冷却は同様に行える。
【００６９】
上述した実施形態のようにカップリング液を循環させる場合、水袋内のカップリング液量を一定に保つことが不可欠になってくる。これは、排水量と注水量とがアンバランスとなり水袋内のカップリング液量が変化すると、それに応じて、伸縮性を有している水袋は大きさが変わってしまい、これによって、水袋が破損し、水漏事故につながる恐れがあり、これ程の事態に至らないまでも水袋と体表との密着性が低下して治療波が体内に届かなくなってしまったり、また治療波焦点が患部から外れてしまう危険性がある。次に説明する第５の実施形態は、このような事態を防止することを目的としてなされたものである。
【００７０】
（第５の実施形態）
図２４に本発明の第５の実施形態による超音波治療装置の構成を示す。アプリケータ２０１は、治療用強力超音波を照射する超音波発生源２０２と、超音波発生源２０２に取り付けられた水袋２０５と、超音波発生源２０２と水袋２０５との間に封入され、強力超音波を患者３まで損失少なく導くためのカップリング液２０４とを有している。治療する際は、治療台２２８に患者２０３を固定してから、アプリケータ２０１を患者２０３の体表に乗せ、水袋２０５を超音波ゼリー等（図示せず）を介して患者２０３の皮膚に接触させる。
【００７１】
超音波発生源２０２は、図２５に示すように、１枚又は複数の超音波振動子が、球殻形状に形成され、または球殻形状に配列されていて、それから発生した超音波が、球殻の曲率で幾何学的に決まる焦点２０６に集束するようになっている。アプリケータ２０１は、制御回路７に制御されるメカニカルアーム８により電動で又は手動でメカ的に任意の姿勢で任意の向きに自由に移動できるようになっている。
【００７２】
このアプリケータ２０１には、患者２０３の体内の超音波画像を得て焦点２０６と患部２１２との位置合わせに使うために、超音波診断装置２０９に接続された超音波プローブ２１０が備えられている。超音波プローブ２１０は、アプリケータ２０１に対して取り外し可能でも良いし、アプリケータ２０１に固定されていても良い。ここでは、超音波発生源２０２の略中央部に孔を開け、ここに超音波プローブ２１０を挿入するようになっている。超音波プローブ２１０は、前後方向のスライドと、回転移動が可能なように構成されていて、制御回路２０７とプローブ位置制御回路２１１の制御により移動できる。また、手動で移動させることも可能である。
【００７３】
超音波診断装置２０９のＣＲＴ（図示せず）には超音波画像と共に超音波焦点２０６の位置を表す焦点マーカが表示されるようになっており、超音波画像（図示せず）上で体内の患部２１２の位置を確認しながら、超音波焦点２０６が患部２１２に一致するようにアプリケータ２０１や患者２０３を移動できるようになっている。
【００７４】
患部２１２と焦点２０６の一致を超音波診断装置２０９で確認した後、駆動回路（群）２１３で超音波発生源２０２を駆動して強力超音波を照射し、超音波焦点２０６と一致した患部２１２を高温に加熱して治療する。また、術者は、超音波診断装置２０９による体内画像（図示せず）により治療計画を立てたり、強力超音波照射前と照射後の体内の超音波画像を比較することにより、治療効果を確認したりできる。
【００７５】
ところで、患部２１２に連続波を照射する際に超音波発生源２０２が発熱し、この熱によりカップリング液２０４の温度も上昇するため、治療中は超音波発生源２０２と、カップリング液２０４の冷却が必要である。また、強力な超音波を照射する際に発生するキャビテーションの影響を防ぐため、カップリング液２０４の十分な脱気が必要である。このため、本実施形態では、図２６に示すように、リザーバ２１６に貯水されているカップリング液２０４を、冷却装置２１７により冷却し、また、脱気装置１８により例えば溶存酸素量２．５ｍｇ／ｌ以下に脱気するようにしている。
【００７６】
また、超音波発生源２０２又はこれに水袋２０５を固定するためのバッキング材に設けたカップリング液２０４の注水口２１９及び排水口２２０を介して、カップリング液２０４をアプリケータ２０１とリザーバ２１６との間で循環させるために、入出量の整合性に優れている二連式チュービングポンプ（主ポンプ）２１５が設けられている。尚、この例ではカップリング液２０４の循環に二連式チュービングポンプを採用しているが、これは複数のポンプでアプリケータ２０１への注水、排水を行ってもよい。
【００７７】
ところで、上述したように主に注水量と排水量との不整合により、伸縮性のある水袋２０５の大きさが変化してしまうという問題に対して、二連式のチュービングポンプ２１５を採用することの他に、次のような対策を講じている。
【００７８】
この対策は、図２７に示すように、アプリケータ２０１からのカップリング液２０４の排水量と、アプリケータ２０１へのカップリング液２０４の注水量との少なくとも一方を微調整するための補助ポンプ２２１を設け、またアプリケータ２０１の注水口２１９と排水口２２０にそれぞれ流量計２２２，２２３を配備して、アプリケータ２０１に対する注水量と排水量とを常時又は一定の時間置きに個別に計測し、そしてこれらの流量計２２２，２２３で計測した注水量データと排水量データを制御回路２０７で比較し、この制御回路２０７からの注水量と排水量との差のデータに従って水回路制御回路２１４で注水量と排水量とが高精度で一致するように補助ポンプ２２１の出力を制御するようにしたものである。
【００７９】
次に循環動作について詳細に説明する。カップリング液２０４の循環動作は、治療用超音波の発生期間中に連続的に行っていもよいが、焦点２０６の位置がずれる危険性を秘めている循環動作は、できるだけ少ない方が好ましい。このための方法を次に説明する。
【００８０】
長時間の治療中にカップリング液２０４の循環を継続させるとき、この長時間の間ずっと、主ポンプ２１５の吸い込み量と吐き出し量とのアンバランスを取ることは非常に困難と言える。このバランスが崩れると、水袋２０５の大きさが安定しなくなるため、超音波焦点２０６がずれたりする可能性もある。そこで、アプリケータ２０１内の水温が危険値（上限値）に達するまでは、循環動作を停止させておく、つまりアプリケータ２０１内の水温が上限値を越えている間だけ、循環動作を実行する方法が考えられる。
【００８１】
具体的には、図２８に示すように、水袋５の内部に熱電体等を使った温度センサ２２４を設け、水袋２０５内のカップリング液２０４の水温を、場合によっては超音波発生源２０２の表面温度と共に、常時又は一定の時間を置いて計測する。そして、この水温データを、制御回路２０７で上限値と比較し、この制御回路２０７からの比較結果に従って、アプリケータ２０１内の水温が上限値を越えているとき、主ポンプ２１５を起動し、水温が上限値を下回ったとき主ポンプ２１５の動作を停止させるように、水回路制御回路２１４で主ポンプ２１５を制御する。もちろん、この循環中には、流量計２２２，２２３によりアプリケータ２０１への注水量と排水量は監視されていて、両者が一致するように制御されている。
【００８２】
なお、水温が上限値を超えたとき、制御回路２０７が光や音等の手段を使って警告を発し、術者が手動でカップリング液２０４の循環をスタートさせるようにしてもよい。また、カップリング液２０４が上限値を越えた、越えないに関わらず、一定の時間毎に一定の期間だけ周期的にカップリング液２０４の循環を行うようにしてもよい。さらに、循環動作を一定時間継続しても、水温が上限値を下回らないときには、異常事態であると判断して、それを制御回路２０７で光や音等の手段を使って術者に伝達し、緊急停止等の何らかの対処を促すようにしてもよい。
【００８３】
さらに、以上のように補助ポンプ２２１を使うなどしてカップリング液２０４の注水量、排水量の整合をとって、水袋２０５の大きさの変動を高精度で抑えるようにしているが、この精度をさらに向上させるために、実際に水袋２０５の大きさ（径）の変動を、張力センサ等を使って計測するようにしてもよい。この場合、張力センサで常時又は一定の時間を置いて水袋２０５の張力を計測する。そして、この張力データを、制御回路２０７で直前又は所定時間前の張力と比較し、この制御回路２０７からの比較結果に従って水回路制御回路２１４は、現在の張力が直前の張力より高いとき、主ポンプ２１５の出力を若干低下させ、現在の張力が直前の張力より低いとき、主ポンプ２１５の出力を若干高くするように、主ポンプ２１５を制御する。なお、張力センサの代わりに、圧力センサ等の他の原理のセンサでもよい。水袋２０５の張力の変化はカップリング液２０４の増減だけでなく、水袋２０５の形状の変化等によっても生じるため、基準値を超えると警告を発するだけとし、流量の増減の判断は術者が行うようにしてもよい。
【００８４】
次に、効果的な脱気方法について実験結果に基づいて説明する。図２９には、溶存酸素量が飽和状態から２．５ｍｇ／ｌまで低下するのに要する脱気時間の水温に対する依存性を示している。水中の飽和溶存酸素量は水温によって変化し、水温が高いほど少ないので、実験結果より、水温が高い状態から脱気を開始した方が、水温が低い状態から脱気を開始するよりも、脱気に要する時間が少なくてすむことがわかった。
【００８５】
そこで、本実施形態では、脱気を効率的に行って、それに要する時間を短縮するために、図３０に示すように、水温センサ２２７をリザーバ２１６内に設ける。そして、例えば通常の水道水でリザーバ２１６を満たし、そのときの水温を計測する。この水温データを、制御回路２０７で設定値（例えば、摂氏２０度）と比較し、水温が設定値（摂氏２０度）を下回っているとき、水温制御回路２２６を制御して、水温を摂氏２０度まで上昇させる。この状態で、水道水を、例えば溶存酸素量が２．５ｍｇ／ｌ以下になるまで脱気することで、この脱気に要する時間を短縮して早期に治療を開始することができる。ここで、脱気時の水温を摂氏２０度としたのは、脱気終了後に、治療時のカップリング液２０４の水温条件である例えば摂氏１０゜まで冷却するための冷却時間とのかねあいを考慮して、脱気時間を短縮するために水温を余り高くしすぎると、脱気時間事態は短縮され得るが、その代わりに冷却時間が長くなり、結局治療開始までの時間が長くなってしまいかねないからである。
【００８６】
なお、以上の説明で超音波発生源２０２を球殻状のものとしたが、これは平板振動子が平面状に並んだ、フェーズドアレイでもよい。また、超音波加熱治療装置について述べたが、超音波結石破砕装置に用いてもよい。
【００８７】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能である。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によると、水袋と熱交換機との間で循環させることによりカップリング液を流用して振動子を効果的に冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態による超音波照射装置の構成図。
【図２】図１の治療用超音波発生源を焦点側から見た図。
【図３】図１の治療用振動子から発生される治療用超音波の形状を示す図。
【図４】複数の治療用超音波発生源の配置を示す図。
【図５】図２の治療用超音波発生源の他の形態を示す図。
【図６】第２の実施形態による超音波治療装置の構成図。
【図７】図６の超音波発生源の断面図。
【図８】図７の振動子の平面図。
【図９】フェーズドアレイを適用した形態を示す図。
【図１０】球殻状のフレームを適用した他の形態を示す図。
【図１１】従来の超音波発生源の構成を示す模式図。
【図１２】肋骨と肝臓との位置関係を示す模式図。
【図１３】第３の実施形態による超音波治療装置の構成図。
【図１４】図１３のアプリケータの断面構成及び循環系の構成を示す図
【図１５】図１４の排水パイプの他の形態を示す図。
【図１６】図１４の吐出ノズルの配置を示す図。
【図１７】吐出ノズルの他の形態を示す図。
【図１８】吸排水系の他の形態を示す図。
【図１９】吐出ノズルの他の形態を示す図。
【図２０】振動子の裏面もカップリング液で冷却する他の形態を示す図。
【図２１】第４の実施形態による超音波治療装置の主要部の断面図。
【図２２】図２１のバッキング材の他の形態を示す図。
【図２３】フェーズドアレイを適用した他の形態を示す図。
【図２４】本発明の第５の実施形態による超音波治療装置の構成図。
【図２５】図２４のアプリケータの断面図。
【図２６】図２４のカップリング液の循環経路を示す図。
【図２７】主ポンプ及び補助ポンプの制御系統を示す図。
【図２８】アプリケータの水温センサを含む構成を示す図。
【図２９】溶存酸素量が飽和状態から２．５ｍｇ／ｌまで低下するのに要する脱気時間の水温に対する依存性を示す図。
【図３０】第５の実施形態の変形例を示す図。
【符号の説明】
１…アプリケータ、
２…治療用超音波発生源、
３…患者、
４…カップリング液、
５…水袋、
６…治療対象、
７…超音波焦点、
８…超音波プローブ、
９…フレーム、
１０…寝台、
１１…制御回路、
１２…駆動回路、
１３…プローブ位置制御回路、
１４…超音波診断装置、
１５…メカニカルアーム。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic therapy apparatus for treating an affected area by intensively irradiating ultrasonic waves from outside the body.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a stone crushing apparatus that irradiates powerful ultrasound from outside the body and crushes stones non-invasively for the treatment of calculus has been put into practical use and has attracted attention. The method of using a piezo element as a powerful ultrasonic source has no small focus, no consumables, can arbitrarily control the intensity of strong ultrasonic waves, and can control the focus position by phase controlling the drive waveforms applied to multiple piezo elements, etc. Have excellent advantages (Japanese Patent Laid-Open No. 60-145131, US Pat. No. 4,526,168).
[0003]
In addition, hyperthermia (hyperthermia), which treats the subject of treatment by irradiating the affected area inside the body with electromagnetic waves or ultrasonic waves, has been implemented as a relatively less invasive treatment for treatment subjects such as benign prostatic hyperplasia ing. This is a treatment method in which only the cells to be treated are destroyed by heating the affected area to 42.5 ° C. or more by utilizing the fact that the tissue to be treated is relatively weaker than heat. Also, heat treatment that raises the affected area to a high temperature of 60 ° C. or more and causes heat degeneration in pathological tissues has been attracting attention. “JP-A 61-013956”, “JP-A-5-137733” As shown in the above, research and development have been conducted on a device that heats and treats cancer by fever due to absorption of ultrasonic energy of the tissue by focusing powerful ultrasonic waves generated outside the body by a piezo element on the treatment site in the body. Yes.
[0004]
Also, a therapeutic method is being studied in which cancer is irradiated with a powerful bals-like powerful ultrasonic wave that crushes stones instead of the fever caused by ultrasonic waves, and the cells are necrotized by the mechanical force (Hoshi, S. et al. et al .: J. Urology, Vol. 146: 439, 1991.).
[0005]
Examples of actual clinical use include treatment of bladder cancer (external irradiation) performed by EDAP (France) (G. Va11 ancien et al .: Eur Urol 1993, 23 (suppl 1), pp48), Focal There is a treatment for prostate treatment (radiorectal irradiation) (Stephan Madersbacher et al .: Cancer res Aug 1995 Vol. 55, pp 3346, 1995) and the like performed by Surgery (USA).
[0006]
As shown in FIGS. 11A and 11B, a conventional ultrasonic transducer for treatment is formed in a spherical shell shape so that ultrasonic waves are focused at a geometrical focus.
[0007]
By the way, since organs such as the liver are housed in the ribs as shown in FIG. 12, when heat treatment is performed with ultrasonic waves, there is a problem of a decrease in the reached energy due to the shielding of the ultrasonic waves by the ribs.
[0008]
For example, when a spherical shell type vibrator with an aperture diameter of 100 mm is used to irradiate the liver with ultrasound from the ribs, about 70% of the total emitted ultrasonic waves are shielded by the ribs, and about 30% reach the focal position. turn into. The ultrasonic energy is also reduced to about 30%. In order to compensate for the loss of shielding, a method of increasing the input energy is also conceivable. However, since the strength on the skin surface becomes very high, there is a risk of causing an accident such as a burn.
[0009]
Further, the ultrasonic therapy apparatus has the following problems. A vibrator (piezo element) used for crushing stones is driven with a high voltage of several kV, but since the driving time for one time is several μs, there is no fear of heat generation.
[0010]
However, in thermotherapy, the vibrator is 60 W / cm²It is driven by the previous continuous wave. At this time, heat generation due to hysteresis loss, dielectric loss (tan δ), and mechanical loss (1 / Q) is known to occur inside the vibrator. Depending on the degree of heat generation, the electrical characteristics of the piezo element change, and not only energy loss occurs, but there is also a risk of causing a malfunction of the apparatus by deteriorating the backing material in the vicinity thereof.
[0011]
Therefore, effective cooling of the vibrator is required, and proposals have been made such as mounting a radiating fin or other cooling device to the vibrator (Japanese Patent Application Nos. 6-248480 and 6-315979). ).
[0012]
However, mounting these cooling devices makes the structure of the applicator more complicated, and there is a risk that it takes time and effort for manufacturing, or causes a decrease in operability of the applicator.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
  The purpose of the present invention is toIt is an object of the present invention to provide an ultrasonic therapy apparatus that can cool the vibrator effectively with a simple structure.
[0015]
[Means for solving problems]
  According to the first aspect of the present invention, therapeutic ultrasonic waves generated from an ultrasonic wave generation source are introduced into a subject through a coupling liquid contained in a water bag, and the affected part in the subject is treated. In the ultrasonic therapy apparatus, the coupling liquid is circulated between the water bag and the heat exchanger in order to cool the ultrasonic wave generation source.CirculationAnd the circulating means has a water intake port for taking the coupling liquid from the water bag, and a plurality of discharge ports for discharging the coupling liquid to the water bag. Provided at a substantially central portion of the ultrasonic generation source, the plurality of discharge ports are provided discretely at the peripheral portion of the ultrasonic generation source, and provided to spray the coupling liquid onto the ultrasonic generation source. It is characterized by.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the ultrasonic therapy apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings according to preferred embodiments. The ultrasonic therapy device includes a stone crushing device and an ultrasonic thermotherapy device. The present invention can be applied to any of these apparatuses.
[0034]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a block diagram of an ultrasonic therapy apparatus according to the first embodiment of the present invention. The applicator 1 includes a therapeutic ultrasound generation source 2 that generates focused therapeutic ultrasound, and a coupling fluid 4 that guides the therapeutic ultrasound from the therapeutic ultrasound source 2 to the patient 3 with less loss. And a water bag 5 for sealing the coupling liquid 4. In the treatment, the patient 3 is fixed to the treatment table 10, and then the applicator 1 is placed on the body surface of the patient 3, and the water bag 5 is brought into contact with the skin of the patient 3 via an ultrasonic jelly or the like (not shown). Let
[0035]
A hole 17 is formed in a substantially central portion of the therapeutic ultrasonic wave generation source 2, and the ultrasonic probe 8 is inserted therein. The ultrasonic probe 8 may be an outline type attached to the outside of the therapeutic ultrasonic wave generation source 2. Here, the former structure will be described. The ultrasonic probe 8 may be removable from the applicator 1 or may be fixed to the hole 17. The ultrasonic probe 8 is provided so as to be capable of sliding in the front-rear direction and rotating around the shaft. These movements of the slide and the shaft rotation are realized manually or controlled by the control circuit 11 and the probe position control circuit 13.
[0036]
The ultrasonic diagnostic apparatus 14 scans the cross section of the patient 3 with an imaging ultrasonic wave via the ultrasonic probe 8, reconstructs a tomographic image of the cross section including the focal point 7 of the cooperative ultrasonic wave for treatment, and displays a CRT (not shown). 2) can be displayed. The ultrasonic diagnostic apparatus 14 is configured to display the position of the focal point 7 on the tomographic image with a marker. Using this function, the applicator 1 and the patient 3 are moved so that the focal point 7 coincides with the treatment object 6 while confirming the position of the treatment object (stone or treatment object) 6 in the body on the tomographic image. Can do. After confirming the coincidence of the treatment object 6 and the focal point 7 on the tomographic image, the treatment ultrasonic wave generation source 2 is driven by the drive circuit 12 to irradiate the powerful ultrasonic wave, and the treatment object existing at the ultrasonic focal point 7 6 is treated. In addition, the surgeon can confirm the therapeutic effect by making a treatment plan from the tomogram and comparing the ultrasonic images in the body before and after the intense ultrasonic irradiation.
[0037]
FIG. 2A shows a view of the therapeutic ultrasonic wave generation source 2 viewed from the focal point 7 side. FIG. 3A shows a longitudinal sectional view of the therapeutic ultrasonic wave generation source 2, and FIG. 3B shows a transverse sectional view of the therapeutic ultrasonic wave generation source 2. The therapeutic ultrasonic wave generation source 2 is relatively thin, for example, has a substantially fan shape with a thickness of 20 mm or less when passing between the ribs so that the therapeutic object can be irradiated with therapeutic ultrasonic waves from the gaps of the ribs 16. It is configured to be able to irradiate high-power therapeutic ultrasonic waves (or a thin wedge shape). Specifically, a plurality of piezo elements are arranged in a spherical shell shape as in the prior art, and only some of the piezo elements are selectively driven, resulting in a fan-shaped super-powerful treatment. The therapeutic ultrasonic wave generation source 2 may be configured so that only the fan-shaped therapeutic high-power ultrasonic wave can be irradiated professionally. Here, the latter example will be described.
[0038]
The substantially fan shape is clearly distinguished from a conventional conical shape. In other words, the conical shape shows the same fan shape (same narrow angle) regardless of how the vertical cross section is inserted, whereas the above fan shape has the same cross section in both the thickness and width directions. Although it has a fan shape, the narrow angle of the fan in the cross section in the thickness direction is expressed as a wedge shape that is much smaller than the narrow angle of the fan in the cross section in the width direction.
[0039]
The ultrasonic wave generation source 2 was processed into the same shape as the frame 9 as shown in FIG. 2A inside the substantially strip-like or substantially elliptical frame 9 curved in the major axis direction with a constant curvature. One piezo element 21 is affixed, or a plurality of piezo elements 22 are arranged in one or multiple rows as shown in FIG. The position of the focal point 7 is determined geometrically with respect to the position of the ultrasonic source 2 according to the curvature of the frame 9. The maximum width of the opening surface of the piezo element 21 (or 22) is set to be, for example, 30 mm or less so as to generate a fan-shaped therapeutic ultrasonic wave having a thickness of 20 mm or less when passing between ribs, for example.
[0040]
In order to further reduce the focal spot size, the frame 9 is preferably curved in the minor axis direction with the same constant curvature as the major axis direction.
[0041]
As shown in FIG. 2 (c), a hole 17 for inserting the probe 8 is formed at a substantially central portion of such a therapeutic ultrasonic wave generation source 2. The corners of the therapeutic ultrasound source 2 may be squared or rounded.
[0042]
Thus, in this embodiment, since the therapeutic ultrasonic waves can be irradiated in a comparatively thin fan shape, the therapeutic ultrasonic waves are not treated by the ribs 16 and the therapeutic ultrasonic waves are passed through the gaps of the ribs 16. Can be reached.
[0043]
As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), two or more ultrasonic wave generation sources 2 having the same shape are provided, and are used for treatment toward the treatment target 6 from a plurality of gaps between ribs. You may make it irradiate a powerful ultrasonic wave. In this case, the ultrasonic therapy apparatus has a structure and a control circuit for individually adjusting the angles of the plurality of ultrasonic wave generation sources 2 so that the focal points of the high intensity ultrasonic waves for treatment coincide with each other.
[0044]
Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, a plurality of spherical shell-shaped piezo elements 24 may be provided on the frame 9. In this case, the plurality of spherical shell-shaped piezo elements 24 are provided on the frame 9 with their respective angles adjusted so that the respective focal points (Fa, Fb,... Ff) are gathered at one place.
[0045]
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a configuration diagram of an ultrasonic therapy apparatus according to the second embodiment. FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the ultrasonic wave generation source 2 ′ in FIG. 6. In these drawings, the same parts as those in FIG.
[0046]
As in the first embodiment, a plurality of disk-shaped piezo elements 25 are arrayed in a row inside a strip-shaped frame 9 that is curved in the major axis direction with a constant curvature. The piezo element 25 may not be a disk shape but may be a spherical shell shape. In the case of the spherical shell shape, the opening angle of the opening angle is adjusted so as to adjust the focal point 7 ′ according to the depth of the affected part 6 with a built-in vibrator (symbol P is a vibrator and reference numeral 20 is a frame) as shown in FIG. It is conceivable to select and use different vibrators (see FIG. 8A). As shown in FIG. 8, it is preferable to reinforce the spherical shell-shaped piezo element body P with a frame 20. As in the first embodiment, the opening diameter of the piezoelectric element 25 is preferably about 20 mm or less so that a fan-shaped therapeutic ultrasonic wave having a maximum thickness of 20 mm or less can be obtained.
[0047]
These piezo elements 25 are individually supported by the angle adjuster 18 so that their orientations can be freely changed individually. By controlling the respective directions, as shown in FIG. 7, the depth and direction of the focal point 7 'can be freely changed while the applicator 1 is fixed. This control is realized by the transducer angle control circuit 19 in accordance with the depth and direction of the treatment target 6 designated on the slice through the pointer 22.
[0048]
According to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the depth and orientation of the focal point 7 ′ can be freely changed while the applicator 1 is fixed.
[0049]
This effect can also be obtained with a so-called phased array. In this case, a plurality of plate-like piezo elements are arranged in a line, and the drive timing of each of the plurality of plate-like piezo elements is determined at a single point with a desired depth of ultrasonic waves from each of the piezo elements. It is realized by controlling individually by the phase control circuit 26 of FIG.
[0050]
Although the shape of the frame 9 has been described as a strip shape so far, it may be a spherical shell frame 27 as shown in FIG. In this case, it is because it is thought that stability is better when the frame 27 is circular in order to attach the water bag 5 or to fix the water bag 5 to the body surface.
[0051]
(Third embodiment)
FIG. 13 shows the configuration of an ultrasonic therapy apparatus according to the third embodiment. FIG. 14A shows a cross section of the applicator 101 shown in FIG. The applicator 101 includes a spherical shell-shaped therapeutic ultrasonic wave generation source 102 that irradiates high-power ultrasonic waves for treatment, a coupling liquid 104 that guides high-power ultrasonic waves to the patient 103, and a water bag that holds the coupling liquid 104. 105. In the therapeutic ultrasonic wave generation source 102, for example, a plurality of vibrators (piezo elements) are densely attached to the inner surface of a spherical shell-like frame, and a vibration absorbing backing material 106 is provided on the back surface of the vibrator. Become.
[0052]
The coupling liquid circulation system 120 is configured to absorb the coupling liquid 104 in the water bag 105, cool the absorbed coupling liquid 104, and then return it to the water bag 105. By such circulation, the ultrasonic wave generation source 102 can be cooled by the coupling liquid 104.
[0053]
In the treatment, the patient 103 is fixed on the treatment table 119, and then the applicator 101 is placed on the body surface of the patient 103, and the water bag 105 is brought into contact with the skin of the patient 103 via an ultrasonic jelly or the like (not shown). Let
[0054]
A hole 125 is formed in a substantially central portion of the applicator 101, and an ultrasonic probe 113 is inserted therein. The ultrasonic probe 113 may be removable from the applicator 101 or may be fixed to the applicator 101. The ultrasonic diagnostic apparatus 116 scans the cross section of the patient 103 via the ultrasonic probe 113, reconstructs a tomographic image regarding the cross section based on the obtained echo signal, and displays the tomographic image.
[0055]
The ultrasonic probe 113 is provided so that it can slide and rotate in the front-rear direction, and can be moved under the control of the control circuit 114 and the probe position control circuit 117. It can also be moved manually.
[0056]
The CRT (not shown) of the ultrasonic diagnostic apparatus 116 displays the position of the ultrasonic focal point 107 as a marker. While checking the position of the treatment target 108 in the body on the ultrasonic image, the ultrasonic wave The applicator 101 can be moved via the mechanical arm 118 or the patient 103 can be moved so that the focal point 107 coincides with the treatment target 108.
[0057]
After the coincidence between the treatment object 108 and the focal point 107 is confirmed by the ultrasonic diagnostic apparatus 116, the therapeutic ultrasonic wave generation source 102 is driven by the driving circuit 115 to irradiate the therapeutic high-intensity ultrasonic wave, and coincides with the ultrasonic focal point 107. The treatment site 108 is heated to a high temperature for treatment. In addition, the operator can make a treatment plan based on the in-vivo image obtained by the ultrasonic diagnostic apparatus 116, and can confirm the therapeutic effect by comparing the ultrasonic images in the body before and after the irradiation with high-intensity ultrasonic waves.
[0058]
Next, the coupling liquid circulation system 120 that is a feature of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 14A, a water intake 111 is opened at a substantially central portion of the ultrasonic wave generation source 102, and a water absorption pipe 112 is connected thereto. Further, the peripheral edge portion of the ultrasonic wave generation source 102 outside the therapeutic ultrasonic wave path 122 so as to spray the coupling liquid 4 on the surface of the ultrasonic wave generation source 2 and not to block the therapeutic ultrasonic wave path 122. In addition, a plurality of nozzles (discharge ports) 110 for discharging the coupling liquid 104 are provided discretely or as a single arc-shaped nozzle (see FIG. 16). A drain pipe 109 is connected to the nozzle 110.
[0059]
By providing the water intake port 111 and the nozzle 110 in this way, the coupling liquid 104 flows in the water bag 105 so as to trace the surface of the vibrator from the periphery of the ultrasonic wave generation source 2 toward the top. With this flow, the ultrasonic wave generation source 2 (vibrator) can be efficiently cooled.
[0060]
FIG. 14B shows the configuration of the coupling liquid circulation system 120. The amount of the coupling liquid 104 in the water bag 105 is adjusted in advance according to the depth so that the focal point 107 coincides with the treatment target 108. Therefore, it is necessary to keep the amount of the coupling liquid 104 in the water bag 105 constant during circulation. For this purpose, there are two pump systems for water absorption and drainage, and these two systems have a common rotating shaft, so that no special control is required and the so-called double tubing pump that drains the same amount of water absorption. 131 is employed as a circulation pump. The coupling liquid 104 is circulated between the water bag 105 and the heat retaining reservoir tank of the cooling device 132 by the operation of the dual tubing pump 131. The coupling liquid 104 in the heat retaining reservoir tank is always kept in a cooled state (for example, 10 ° C.) so that the cold coupling liquid 104 can be returned to the water bag 105. Further, in order to maintain a good degassing state of the coupling liquid 104 in the heat retaining reservoir tank, the coupling liquid 104 circulates also between the heat retaining reservoir tank and the degassing device 133.
[0061]
As described above, in order to adjust the amount of liquid in the water bag 105, a water intake port of the small tubing pump 134 is attached to a part of the drain pipe 109 separately from the dual tube pump 131. Then, the coupling liquid 104 taken by the small tubing pump 134 is drained to the heat retaining reservoir tank.
[0062]
As described above, according to the present embodiment, the ultrasonic wave generation source 102 (vibrator) can be effectively cooled with a simple configuration.
[0063]
In addition, you may devise the water absorption nozzle and the discharge outlet 110 as follows. For example, as shown in FIG. 15, by gently bending the drain pipe 109, the load on the pump 131 can be reduced to some extent. In addition, as shown in FIG. 17, the drain nozzle 110 may not be disposed over the entire periphery of the ultrasonic wave generation source 102 but may be provided only at two opposing locations. Further, the water suction port 111 may be disposed on the periphery of the ultrasonic wave generation source 102 as shown in FIG. In addition, as shown in FIG. 19, the drain nozzle 110 may be arranged so that the coupling liquid 104 blows obliquely upward with respect to the ultrasonic wave generation source 102. In this case, the blown coupling liquid 4 flows so as to go up to the water inlet 111 while circling the inner surface of the ultrasonic wave generation source 102, and can effectively cool the ultrasonic wave generation source 102.
[0064]
Further, the heat generated by the ultrasonic wave generation source 102 is transmitted not only to the surface (surface that emits strong ultrasonic waves) that is always in contact with the coupling liquid 4 but also to the back surface (usually air backing). Therefore, considering the cooling of the back surface of the ultrasonic wave generation source 102, the coupling liquid 104 may be circulated also on the back side as shown in FIG. Since the back surface of the ultrasonic wave generation source 102 is on the drive electrode side, it is necessary to insulate it from the front surface (earth). As the insulator at this time, it should be avoided to use a material having poor thermal conductivity that reduces heat dissipation. In addition, in order to minimize the emission of ultrasonic waves to the back surface, a material having an acoustic impedance that is significantly different from the acoustic impedance of the ultrasonic wave generation source 102 is preferable. From these things, as shown in FIG. 20, a thin air layer 123 is used as an insulator, which is covered with a thin aluminum plate 124 insulated from the back surface of the vibrator, and the coupling liquid 104 is coated thereon. Things to circulate can be considered. Alternatively, instead of the air layer 123, grease filled with grease (not shown) having good thermal conductivity may be used. In the embodiment shown in FIG. 20, the coupling liquid 104 passes through the drain pipe 109, enters the water bag 105 from the discharge nozzle 110, cools the surface of the ultrasonic generation source 102, and transmits the ultrasonic generation source 102 from the water inlet 111. The water is absorbed from the water absorption pipe 112 after cooling the back surface of the ultrasonic wave generation source 102. The coupling liquid 104 is not limited to the structure shown in FIG. 20 as long as the coupling liquid 104 passes through the front surface and the back surface of the ultrasonic wave generation source 102.
[0065]
(Fourth embodiment)
FIG. 21 shows a cross section of the backing material, which is the main part of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the backing material 126 provided on the back surface of the vibrator is used to absorb the vibration to the back side, and the cooling effect of the ultrasonic wave generation source 102 is further enhanced. This should be used alone or in combination with the third embodiment.
[0066]
That is, the heat capacity of the backing material 126 is used to reduce the heat generated by the ultrasonic wave generation source 102 from being accumulated in the ultrasonic wave generation source 102 having a small heat capacity and becoming high temperature. As the material of this backing material 126, the thermal conductivity of PZT ceramics used as piezo elements is 2 to 4 W / (m · K), so that the thermal conductivity is 10 W / (m · K) or more. By selecting a metal such as silver or copper, heat diffusion can be performed quickly.
[0067]
When using metal for the backing material 126, insulation from the surroundings is performed by inserting an insulator such as an air layer 128 between the ultrasonic wave generation source 102 and the backing material 126 as shown in FIG. May be provided with a hole 129 through which a cable 127 for supplying power to the therapeutic ultrasonic wave generation source 102 is passed, or the backing material 126 is directly connected to the therapeutic ultrasonic wave generation source 2 as shown in FIG. The cable 127 may be connected by considering this as an electrode. In this case, it is conceivable to provide an insulator 130 around the backing material 126 to insulate it from the surroundings.
[0068]
As shown in FIG. 23, the coupling liquid is also used when a plurality of piezoelectric elements constituting the ultrasonic wave generation source 102 ′ are arranged in a plane and the focal point 107 can be formed at an arbitrary position by delay control. Cooling of the ultrasonic wave generation source 102 ′ by 104 can be similarly performed.
[0069]
When the coupling liquid is circulated as in the embodiment described above, it is essential to keep the amount of the coupling liquid in the water bag constant. This is because when the amount of drainage and the amount of water injected become unbalanced and the amount of coupling liquid in the water bag changes, the size of the elastic water bag changes accordingly. May lead to water leakage accidents, and even if this does not happen, the adhesion between the water bag and the body surface will decrease and the treatment wave will not reach the body, and the treatment wave focus will There is a risk of detachment from the affected area. The fifth embodiment described below is made for the purpose of preventing such a situation.
[0070]
(Fifth embodiment)
FIG. 24 shows the configuration of an ultrasonic therapy apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The applicator 201 is enclosed between an ultrasonic wave generation source 202 that irradiates therapeutic high-power ultrasonic waves, a water bag 205 attached to the ultrasonic wave generation source 202, and the ultrasonic wave generation source 202 and the water bag 205. A coupling liquid 204 for guiding the powerful ultrasonic wave to the patient 3 with little loss. When treating, the patient 203 is fixed on the treatment table 228, and then the applicator 201 is placed on the body surface of the patient 203, and the water bag 205 is placed on the skin of the patient 203 via an ultrasonic jelly or the like (not shown). Make contact.
[0071]
As shown in FIG. 25, the ultrasonic wave generation source 202 has one or a plurality of ultrasonic transducers formed in a spherical shell shape or arranged in a spherical shell shape, and ultrasonic waves generated therefrom are It is focused on a focal point 206 that is geometrically determined by the curvature of the shell. The applicator 201 can be freely moved in an arbitrary orientation in an arbitrary posture by electric or manual mechanically by a mechanical arm 8 controlled by the control circuit 7.
[0072]
The applicator 201 is provided with an ultrasonic probe 210 connected to an ultrasonic diagnostic apparatus 209 in order to obtain an ultrasonic image in the body of the patient 203 and use it for alignment between the focal point 206 and the affected part 212. . The ultrasonic probe 210 may be detachable from the applicator 201 or may be fixed to the applicator 201. Here, a hole is formed in a substantially central portion of the ultrasonic wave generation source 202, and the ultrasonic probe 210 is inserted therein. The ultrasonic probe 210 is configured to be capable of sliding in the front-rear direction and rotating, and can be moved under the control of the control circuit 207 and the probe position control circuit 211. It can also be moved manually.
[0073]
A CRT (not shown) of the ultrasonic diagnostic apparatus 209 displays a focus marker indicating the position of the ultrasonic focus 206 together with the ultrasonic image, and the inside of the body on the ultrasonic image (not shown). While confirming the position of the affected area 212, the applicator 201 and the patient 203 can be moved so that the ultrasonic focus 206 coincides with the affected area 212.
[0074]
After the coincidence between the affected area 212 and the focal point 206 is confirmed by the ultrasonic diagnostic apparatus 209, the ultrasonic wave generation source 202 is driven by the drive circuit (group) 213 to irradiate the strong ultrasonic wave, and the affected area 212 coincident with the ultrasonic focal point 206. Heat to high temperature to treat. In addition, the surgeon makes a treatment plan based on an in-vivo image (not shown) by the ultrasonic diagnostic apparatus 209, and compares the ultrasonic images in the body before and after intense ultrasonic irradiation to confirm the therapeutic effect. I can do it.
[0075]
By the way, the ultrasonic wave generation source 202 generates heat when the affected area 212 is irradiated with a continuous wave, and the temperature of the coupling liquid 204 also rises due to this heat. Therefore, during the treatment, the ultrasonic wave generation source 202 and the coupling liquid 204 Cooling is necessary. In addition, the coupling liquid 204 needs to be sufficiently deaerated in order to prevent the influence of cavitation that occurs when irradiating strong ultrasonic waves. For this reason, in the present embodiment, as shown in FIG. 26, the coupling liquid 204 stored in the reservoir 216 is cooled by the cooling device 217, and the deaeration device 18 has, for example, a dissolved oxygen amount of 2.5 mg / I try to deaerate to less than l.
[0076]
Further, the applicator 201 and the reservoir 216 are supplied with the coupling liquid 204 through the water injection port 219 and the drainage port 220 of the coupling liquid 204 provided in the ultrasonic generation source 202 or the backing material for fixing the water bag 205 thereto. Is provided with a double tube pump (main pump) 215 that is excellent in input / output consistency. In this example, a double tubing pump is used to circulate the coupling liquid 204, but water may be injected into the applicator 201 or drained with a plurality of pumps.
[0077]
By the way, as described above, the double tube pump 215 is employed for the problem that the size of the stretchable water bag 205 changes due to the mismatch between the water injection amount and the water discharge amount. In addition, the following measures are taken.
[0078]
As shown in FIG. 27, this measure includes an auxiliary pump 221 for finely adjusting at least one of the drainage amount of the coupling liquid 204 from the applicator 201 and the water injection amount of the coupling liquid 204 to the applicator 201. In addition, flow meters 222 and 223 are provided at the water inlet 219 and the water outlet 220 of the applicator 201, respectively, and the water injection amount and the water discharge amount for the applicator 201 are individually measured at regular intervals or at regular intervals. The water injection amount data measured by the flow meters 222 and 223 and the water discharge amount data are compared by the control circuit 207, and the water circuit control circuit 214 compares the water injection amount and the water discharge amount according to the difference data between the water injection amount and the water discharge amount from the control circuit 207. The output of the auxiliary pump 221 is controlled so as to match with high accuracy.
[0079]
Next, the circulation operation will be described in detail. Although the circulation operation of the coupling liquid 204 may be continuously performed during the generation period of the therapeutic ultrasonic waves, it is preferable that the circulation operation having a risk of shifting the position of the focal point 206 is as small as possible. A method for this will be described next.
[0080]
When the circulation of the coupling liquid 204 is continued during a long-time treatment, it can be said that it is very difficult to take an imbalance between the suction amount and the discharge amount of the main pump 215 throughout this long time. If this balance is lost, the size of the water bag 205 becomes unstable, and the ultrasonic focal point 206 may be displaced. Therefore, the circulation operation is stopped until the water temperature in the applicator 201 reaches a dangerous value (upper limit value), that is, the circulation operation is executed only while the water temperature in the applicator 201 exceeds the upper limit value. A method is conceivable.
[0081]
Specifically, as shown in FIG. 28, a temperature sensor 224 using a thermoelectric material or the like is provided inside the water bag 5, and the water temperature of the coupling liquid 204 in the water bag 205 is changed depending on the case, an ultrasonic wave generation source. Along with the surface temperature of 202, measurement is performed constantly or at a fixed time. Then, the water temperature data is compared with the upper limit value by the control circuit 207, and when the water temperature in the applicator 201 exceeds the upper limit value according to the comparison result from the control circuit 207, the main pump 215 is started, The main pump 215 is controlled by the water circuit control circuit 214 so that the operation of the main pump 215 is stopped when the value falls below the upper limit. Of course, during this circulation, the amount of water injected into the applicator 201 and the amount of drainage are monitored by the flow meters 222 and 223, and are controlled so that they match.
[0082]
Note that when the water temperature exceeds the upper limit value, the control circuit 207 may issue a warning using means such as light or sound, and the operator may manually start circulation of the coupling liquid 204. Further, the coupling liquid 204 may be circulated periodically for a certain period every certain time regardless of whether the coupling liquid 204 exceeds the upper limit value or not. Furthermore, if the water temperature does not fall below the upper limit even if the circulation operation is continued for a certain period of time, it is determined that an abnormal situation has occurred, and the control circuit 207 transmits this to the operator using means such as light and sound. Further, some countermeasure such as an emergency stop may be promoted.
[0083]
Furthermore, as described above, by using the auxiliary pump 221 and the like, the amount of water injected and the amount of drainage of the coupling liquid 204 are matched, and the variation in the size of the water bag 205 is suppressed with high accuracy. In order to further improve the above, a change in the size (diameter) of the water bag 205 may be actually measured using a tension sensor or the like. In this case, the tension of the water bag 205 is measured with a tension sensor at all times or at a fixed time. Then, this tension data is compared with the tension immediately before or for a predetermined time in the control circuit 207, and according to the comparison result from the control circuit 207, the water circuit control circuit 214 determines whether the main tension is higher than the previous tension. The output of the pump 215 is slightly reduced, and when the current tension is lower than the previous tension, the main pump 215 is controlled so that the output of the main pump 215 is slightly increased. Instead of the tension sensor, a sensor of another principle such as a pressure sensor may be used. Since the change in the tension of the water bag 205 is caused not only by the increase / decrease of the coupling liquid 204 but also by the change of the shape of the water bag 205, etc., only the warning is issued when the reference value is exceeded. May be performed.
[0084]
Next, an effective degassing method will be described based on experimental results. FIG. 29 shows the dependence of the deaeration time required for the amount of dissolved oxygen to decrease from the saturated state to 2.5 mg / l with respect to the water temperature. The amount of saturated dissolved oxygen in the water varies depending on the water temperature, and the lower the water temperature, the smaller the amount of oxygen.From the experimental results, starting degassing from a state where the water temperature is high is more effective than starting degassing from a state where the water temperature is low. It turns out that less time is needed.
[0085]
Therefore, in the present embodiment, a water temperature sensor 227 is provided in the reservoir 216 as shown in FIG. 30 in order to efficiently perform deaeration and reduce the time required for the deaeration. Then, for example, the reservoir 216 is filled with normal tap water, and the water temperature at that time is measured. The water temperature data is compared with a set value (for example, 20 degrees Celsius) by the control circuit 207, and when the water temperature is lower than the set value (20 degrees Celsius), the water temperature control circuit 226 is controlled to set the water temperature to 20 degrees Celsius. Raise to a degree. In this state, tap water is deaerated until, for example, the dissolved oxygen amount is 2.5 mg / l or less, so that the time required for this deaeration can be shortened and treatment can be started at an early stage. Here, the water temperature at the time of deaeration was set to 20 degrees Celsius, considering the balance with the cooling time for cooling to, for example, 10 degrees Celsius, which is the water temperature condition of the coupling liquid 204 at the time of treatment after the completion of the deaeration. If the water temperature is set too high to shorten the deaeration time, the deaeration time situation can be shortened, but instead, the cooling time becomes longer and the time until the start of treatment may end up longer. Because there is no.
[0086]
In the above description, the ultrasonic wave generation source 202 has a spherical shell shape, but this may be a phased array in which flat plate vibrators are arranged in a plane. Moreover, although the ultrasonic heating treatment apparatus was described, you may use for an ultrasonic stone crushing apparatus.
[0087]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented with various modifications.
[0088]
【The invention's effect】
  According to the present invention,By circulating between the water bag and the heat exchanger, the coupling liquid can be diverted to effectively cool the vibrator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic irradiation apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a view of the therapeutic ultrasonic wave generation source of FIG. 1 as viewed from the focal side.
3 is a diagram showing the shape of therapeutic ultrasound generated from the therapeutic transducer of FIG. 1; FIG.
FIG. 4 is a diagram showing an arrangement of a plurality of therapeutic ultrasonic wave generation sources.
FIG. 5 is a view showing another embodiment of the therapeutic ultrasonic wave generation source of FIG. 2;
FIG. 6 is a configuration diagram of an ultrasonic therapy apparatus according to a second embodiment.
7 is a cross-sectional view of the ultrasonic wave generation source of FIG.
FIG. 8 is a plan view of the vibrator of FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a form to which a phased array is applied.
FIG. 10 is a diagram showing another embodiment to which a spherical shell-like frame is applied.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional ultrasonic wave generation source.
FIG. 12 is a schematic diagram showing the positional relationship between the ribs and the liver.
FIG. 13 is a configuration diagram of an ultrasonic therapy apparatus according to a third embodiment.
14 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the applicator of FIG. 13 and a configuration of a circulation system.
15 is a view showing another embodiment of the drain pipe of FIG. 14;
16 is a diagram showing the arrangement of the discharge nozzles of FIG. 14;
FIG. 17 is a diagram showing another form of the discharge nozzle.
FIG. 18 is a view showing another embodiment of the water intake / drainage system.
FIG. 19 is a view showing another form of the discharge nozzle.
FIG. 20 is a view showing another embodiment in which the back surface of the vibrator is also cooled by the coupling liquid.
FIG. 21 is a cross-sectional view of a main part of an ultrasonic therapy apparatus according to a fourth embodiment.
22 is a view showing another form of the backing material of FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a diagram showing another embodiment to which a phased array is applied.
FIG. 24 is a configuration diagram of an ultrasonic therapy apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
25 is a cross-sectional view of the applicator of FIG. 24. FIG.
26 is a diagram showing a circulation path of the coupling liquid in FIG. 24. FIG.
FIG. 27 is a diagram showing a control system of a main pump and an auxiliary pump.
FIG. 28 is a diagram showing a configuration including a water temperature sensor of an applicator.
FIG. 29 is a graph showing the dependency of the degassing time required for the amount of dissolved oxygen to be reduced from the saturated state to 2.5 mg / l with respect to the water temperature.
FIG. 30 is a view showing a modification of the fifth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... applicator,
2 ... therapeutic ultrasound source,
3 ... Patient,
4 ... coupling liquid,
5 ... water bag,
6 ... treatment target,
7 ... ultrasonic focus,
8 ... Ultrasonic probe,
9 ... Frame,
10 ... Sleeper,
11 ... control circuit,
12 ... Drive circuit,
13: Probe position control circuit,
14 ... ultrasonic diagnostic equipment,
15 ... Mechanical arm.

Claims

超音波発生源で発生した治療用超音波を水袋に収容されているカップリング液を介して被検体内に導入せしめ、前記被検体内の患部を治療する超音波治療装置において、
前記超音波発生源を冷却するために、前記カップリング液を前記水袋と熱交換機との間で循環させる循環手段を具備し、
前記循環手段は、前記カップリング液を前記水袋から取水する取水口と、前記カップリング液を前記水袋に吐出する複数の吐出口とを有し、前記取水口は前記超音波発生源の略中央部に設けられ、前記複数の吐出口は前記超音波発生源の周縁部に離散的にかつ前記カップリング液を前記超音波発生源に吹き付けるように設けられていることを特徴とする超音波治療装置。In the ultrasonic therapy apparatus for treating the affected area in the subject by introducing therapeutic ultrasound generated in the ultrasound generation source into the subject via the coupling liquid contained in the water bag,
In order to cool the ultrasonic wave generation source, comprising a circulating means for circulating the coupling liquid between the water bag and a heat exchanger,
The circulating means has a water intake port for taking the coupling liquid from the water bag, and a plurality of discharge ports for discharging the coupling liquid to the water bag, and the water intake port is a source of the ultrasonic wave. The ultrasonic discharge apparatus is provided at a substantially central portion, and the plurality of discharge ports are provided discretely on a peripheral portion of the ultrasonic wave generation source so as to spray the coupling liquid onto the ultrasonic wave generation source. Sonic therapy device.