JPH0678930A - 超音波治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、照射超音波の治療効率を向
上し、かつ患者にとってより安全性が高い超音波治療装
置を提供することにある。 【構成】 球殻状に配置された圧電素子群を各々独立に
駆動可能なパルサに遅延回路を介してトリガ制御回路を
設け、このトリガ制御回路からのトリガ信号に遅延時間
差を与えることによって圧電素子群の駆動を時間的にず
らすことができるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体に超音波を照射
して治療を行う超音波治療装置に係り、特に超音波発生
源に圧電素子を用いた超音波治療装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、体内の結石を手術によることなく
除去する方法として、体内の結石部位に対外より強力超
音波（衝撃波）を集束させて結石を破砕する方法が提案
され、広く用いられるようになってきた。同様に、体内
の腫瘍に対して体外から超音波を集束させて腫瘍を治療
する方法も検討されている。

【０００３】このように医学の分野において超音波は広
く応用されているが、超音波の焦点サイズは固定されて
いたため、患部の大きさに対応した超音波を照射するこ
とができなかった。その結果、広範囲の患部に対して照
射する超音波の焦点サイズが必要以上に小さすぎて照射
治療効率が悪くなったり、逆に狭い範囲の患部に対して
照射する超音波の焦点サイズが大きすぎて患部の周りの
正常組織までも損傷してしまう等の欠点があった。

【０００４】そこで、診断用の微弱な超音波では、超音
波発生素子である圧電素子群の駆動時間に時間差をつけ
ることによって放射される超音波の集束状態を変化させ
たり、また、これとは別に所望とする内側の圧電素子群
のみを駆動させたり、同心円状に配置された圧電素子を
１つおきに駆動して焦点サイズを拡大する方法が知られ
ている（特開平１−３７６３８号公報参照）。

【０００５】しかしながら、上記従来の超音波発生源に
関する焦点サイズを拡大させるための方法、すなわち、
駆動時間に時間差をつけることにより超音波の焦点サイ
ズを拡大する方法においては、焦点位置が前後に移動し
てしまうという問題があった。また、圧電素子群を選択
的に使用する方法においては、駆動しない圧電素子群が
存在し、焦点エネルギーが実質的に低下するという問題
点があった。特に、この圧電素子群を選択的に使用する
方法においては、例えば焦点拡大のために駆動する圧電
素子数が全圧電素子数の１／２であれば、焦点拡大時に
も焦点エネルギーを維持するためには、個々の圧電素子
の投入エネルギーを焦点非拡大時の２倍にすればよい。
診断用の微弱超音波の場合は、圧電素子の耐圧に余裕が
あるので投入エネルギーを増加することによって焦点拡
大時の焦点エネルギーの低下の問題は解決できるが、治
療に用いられる結石破砕用の超音波の場合は、圧電素子
に対してさらにエネルギーを投入しようとすると圧電素
子の耐圧を越え、圧電素子自体が破壊してしまう問題点
があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
駆動時間に時間差をつけることにより超音波の焦点サイ
ズを拡大する方法においては、焦点位置が前後に移動し
てしまうという問題があった。また、圧電素子群を選択
的に使用する方法においては、駆動しない圧電素子群が
存在し、焦点エネルギーが実質的に低下するという問題
点があった。特に、この圧電素子群を選択的に使用する
方法においては、診断用の微弱超音波の場合は、圧電素
子の耐圧に余裕があるので投入エネルギーを増加するこ
とによって焦点拡大時の焦点エネルギーの低下の問題は
解決できるが、治療に用いられる結石破砕用の超音波の
場合は、圧電素子の耐圧を越え、圧電素子自体が破壊し
てしまう問題点があった。

【０００７】本発明は、上記従来の欠点を除去し、従来
の圧電素子を用いても、焦点位置を所望の位置に設定し
たまま、焦点エネルギーを減少させることなく焦点サイ
ズを所望の大きさに設定することができる超音波治療装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、超音波発生源に複数の圧電素子を用いた
超音波治療装置において、圧電素子群に与える電力パル
スの位相を調節して、焦点サイズを拡大する。

【０００９】より具体的には、被検体の所望焦点位置に
おける被照射物に超音波を照射可能な複数の圧電素子
と、これらの圧電素子を所定の遅延時間差で各々駆動制
御する駆動制御手段とから超音波治療装置を構成する。

【００１０】そして、前記超音波の波長λ、伝搬速度ｖ
としたとき、前記遅延時間差ｔは、 ０＜ｔ＜０．５λ／ｖ を満たすようにする。

【００１１】また、被検体の所望焦点位置における被照
射物に超音波を照射可能な複数の圧電素子と、これらの
圧電素子を所定の遅延時間差で各々駆動制御する駆動制
御手段と、前記圧電素子群から照射された超音波によっ
て破砕された被照射物の破砕度を計測する破砕度計測手
段と、この破砕度計測手段によって計測された破砕度と
予め設定された破砕度情報とに基づいて前記遅延時間差
を算出するようにする。

【００１２】

【作用】同心円状に配置された圧電素子群について内周
側から順に番号を付したときに、奇数番目の環状の圧電
素子群に対しては無遅延時間で、偶数番目の環状の圧電
素子群に対して所定の遅延時間差で駆動する。より好ま
しくは、焦点位置における超音波の正の半波の持続時間
内に遅延時間差を決定する。すなわち、超音波の波長
λ、伝搬速度ｖとすると、所望とする遅延時間差ｔは、 ｔ＜０．５λ／ｖ となるように設定する。

【００１３】従って、本発明によれば、無遅延時間差で
駆動された圧電素子群から放射された超音波が焦点位置
に到達するとき、上記のｔの範囲の遅延時間差で駆動さ
れた圧電素子群から放射された超音波は焦点位置から半
波長の距離以内に到達するため、結果として焦点位置に
おけるエネルギーを減少させずに焦点サイズが拡大され
る。

【００１４】さらに、被照射物の大きさを判定可能な手
段と組み合わせることにより、治療中の被照射物の大き
さの変化に対応して最適な焦点サイズを得ることができ
るので、被照射物が小さい場合には焦点サイズを小さく
して被照射物周囲への照射を制限することによって副作
用を低減し、また、被照射物が大きい場合には焦点サイ
ズを大きくして被照射物に効率よく照射することが可能
となり、照射効率及び安全性の向上が可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に従って説明
する。

【００１６】図１は、本発明に係る超音波治療装置の構
成を示す図である。同図において、アプリケータ１は、
環状の圧電素子群２１乃至２６が球殻状に配置され、こ
の圧電素子群２１乃至２６の中心にはイメージング用の
超音波プローブ３が挿入配置されてなっている。このア
プリケータ１は、被検体４内の結石５に超音波を照射し
て破砕治療すべく、可撓性の水袋６を介して被検体４に
当接される。

【００１７】圧電素子群２１乃至２６は、パルサ７１乃
至７６に各々対応して接続され独立に駆動できるように
なっている。パルサ７１乃至７６は、駆動源である電力
源８に接続されており、制御部９に制御される遅延回路
１０を介してトリガ制御回路１１の信号に基づき圧電素
子群２１乃至２６を駆動するための電力パルスを発生す
る。遅延回路１０は、制御部９からの制御信号によって
パルサ７１乃至７６に遅延時間差を与える。破砕度計測
回路１２は、結石破砕治療の進行状況を監視するもので
あり、治療前の結石の大きさ及び治療中の結石破砕片の
大きさを計測し、その破砕度情報を制御部９に出力す
る。制御部９は、破砕度計測回路１１から取得した結石
の破砕度情報と、メモリ１３に予め設定されている結石
の破砕度に対応した遅延時間差情報とを参照して遅延時
間差を決定し、その遅延時間差情報を遅延回路１０に出
力する。なお、遅延時間差情報は、使用者がキーボード
１４から適宜入力するようにしても良い。

【００１８】以上のように、結石破砕の進行状況に応じ
て遅延時間差を任意に設定することが可能となってお
り、効率の良い破砕治療を実現できる。

【００１９】図２は、本発明に係る超音波治療装置のパ
ルサのパルスシーケンスを示す図である。トリガ制御部
から得られるトリガ信号Ｔは、使用者からの照射命令或
いは所定の周期で発生する。好ましくは、アプリケータ
１の焦点位置と結石５とが一致したときにトリガ信号Ｔ
を発生するのが望ましい。トリガ制御回路１１がトリガ
信号Ｔを遅延回路１０に出力すると、遅延回路１０は、
パルサ７１，７３，７５に対しては無遅延時間差でトリ
ガ信号Ｔを出力し、これに基づいてパルサ７１，７３，
７５はパルスＰ１を圧電素子群２１，２３，２５に出力
する。一方、パルサ７２，７４，７６に対しては後述す
る超音波の半波長１／２λ以内の遅延時間差Ｄでトリガ
信号Ｔを出力し、これに基づいてパルサ７２，７４，７
６はパルスＰ２を圧電素子群２２，２４，２６に出力す
る。これら圧電素子群２１，２３，２５及び２２，２
４，２６から発生した超音波Ｗ１，Ｗ２は、一定時間Ｔ
後に焦点位置である結石５に到達する。このとき、超音
波Ｗ１，Ｗ２の合成はＷは、超音波の非線形により図示
のように観測される。これにより、遅延時間差を所定値
に設定することによって、焦点位置を変えることなく、
焦点エネルギーの低下の少ない焦点サイズを拡大するこ
とができる。

【００２０】ここで、遅延時間差Ｄは、超音波の波長
λ、伝搬速度ｖとすれば、 ０＜Ｄ＜０．５λ／ｖ を満たすように決定される。例えば、周波数５００［ｋ
Ｈｚ］の超音波に対して遅延時間差Ｄ＝０．７［μｓ］
とすると、水中における焦点サイズが１．５倍に拡大で
きることが実験で確認されている。表１は、周波数５０
０［ｋＨｚ］の超音波における遅延時間差Ｄと焦点サイ
ズＳとの関係を、遅延時間差Ｄ＝０のとき焦点サイズＳ
＝１としてまとめたものである。

【００２１】

【表１】 図３は、フェーズドアレーの原理を用いた場合のパルサ
のパルスシーケンスを示す図である。本実施例において
は、アプリケータ１の焦点位置をその中心軸上前後に移
動させると同時に移動焦点位置においても焦点サイズの
拡大を行うこともできる。すなわち、アプリケータの幾
何学的焦点位置よりも軸上手前に焦点位置を設定したい
場合には、図３（ａ）に示すように、パルサ７２，７
４，７６の出力に対して実線で示す波形になるように遅
延時間差Ｄをとることによって、幾何学的位置で決まる
焦点位置よりも軸上手前に焦点位置ができると共に、焦
点サイズが拡大される。同様に、図３（ｂ）で示すよう
に、遅延時間差を設定すれば、幾何学的焦点位置よりも
遠い位置に焦点位置ができると共に、焦点サイズが拡大
される。この場合の遅延時間差は、データとしてメモリ
にインプットしておき、希望に合わせて呼び出すように
しておけば、所望の焦点位置において、照射効率を低下
させることなく、焦点サイズを拡大することができる。

【００２２】なお、本実施例においては、内周側から偶
数番目に相当する圧電素子に対して遅延時間差を与えた
が、奇数番目に相当する圧電素子に対して遅延時間差を
与えても良い。また、いずれも環状の圧電素子群を６つ
用いたが、これにこだわることない。

【００２３】図４は、本発明の他の実施例を示したもの
である。図４（ａ）は、超音波発生用の圧電素子群を放
射状に複数に分割し、図中ハッチングで示された圧電素
子群２１，２３，２５，２７は所定の遅延時間差で駆動
し、他の圧電素子群２２，２４，２６，２８は無遅延時
間差で駆動すれば、上述の実施例と同様に、焦点非拡大
時と比較して焦点位置を変化させることなく、焦点エネ
ルギーの減少のない焦点サイズの拡大が達成される。こ
の場合も、焦点における圧力パルスの正の持続時間以内
に遅延時間差を設定するのが好ましい。

【００２４】また、図４（ｂ）は、圧電素子群の組み合
わせを格子状にしたものであり、図中ハッチングで示さ
れた圧電素子群に遅延時間差を与えて駆動し、他の圧電
素子群は無遅延時間差で駆動する。この場合にも、焦点
非拡大時と比較して焦点位置を変化せることなく、同様
に焦点エネルギーの減少のない焦点サイズの拡大が達成
される。

【００２５】上述の実施例においては、いずれも遅延回
路１０を用いてパルサの駆動を制御したが、図５に示す
ように、各々のパルサ７１乃至７６に対応してトリガ制
御回路１１１乃至１１６を設けても良い。この場合は、
制御部９がトリガ制御回路１１１乃至１１６の動作を直
接制御することになるが、上述の実施例と同様、焦点サ
イズを拡大することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、無遅延時間差で駆動さ
れた圧電素子群から放射された超音波が焦点位置に到達
するとき、上記のｔの範囲の遅延時間差で駆動された圧
電素子群から放射された超音波は焦点位置から半波長の
距離以内に到達するため、その結果として、焦点位置を
変えず、かつ、焦点におけるエネルギーを減少させずに
超音波の焦点サイズが拡大可能となる。

【００２７】さらに、照射目的の大きさを判定可能な手
段と組み合わせることにより、治療中の照射目的の大き
さの変化に対応して最適な焦点サイズを瞬時に決定し適
用することができ、照射効率及び安全性の向上が可能と
なる。すなわち、照射目的が小さい場合は焦点サイズを
小さくし、よって照射目的の周りへの照射を制限するこ
とによって副作用を低減し、また、照射目的が大きい場
合には焦点サイズを大きくして照射目的に効率よく照射
することが可能となる。

【００２８】従って、照射治療効率の向上と副作用の低
減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る超音波治療装置の構
成を示す図。

【図２】 図１における超音波治療装置のパルサのパル
スシーケンスを示す図。

【図３】 フェーズドアレーの原理を用いた場合のパル
サのパルスシーケンスを示す図。

【図４】 本発明の他の実施例に係る圧電素子群の配置
を説明するための図。

【図５】 本発明の他の実施例に係るパルサの駆動を説
明するための図。

【符号の説明】

１…アプリケータ ３…イメージング用プローブ ４…
被検体、 ５…結石 ６…水袋 ８…電力部 ９…制御部 １０…遅延回路
１１…トリガ制御回路 １２…破砕度計測回路 １３…メモリ １４…キーボー
ド ７１〜７６…パルサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体の所望焦点位置における被照射物に
   超音波を照射する複数の圧電素子と、これらの圧電素子
   のうち一の圧電素子と他の圧電素子とを別個に駆動制御
   する駆動制御手段とを有する超音波治療装置であって、
   前記複数の圧電素子は、１つ又は複数毎に所定の同一遅
   延時間差で駆動されることを特徴とする超音波治療装
   置。
2. 【請求項２】被検体の所望焦点位置における被照射物に
   超音波を照射する複数の圧電素子と、これらの圧電素子
   を所定の遅延時間差で各々駆動制御する駆動制御手段
   と、前記複数の圧電素子から照射された超音波によって
   破砕された被照射物の破砕度を計測する破砕度計測手段
   と、この破砕度計測手段によって計測された破砕度と予
   め設定された破砕度情報とに基づいて前記遅延時間差を
   算出する手段とからなることを特徴とする超音波治療装
   置。
3. 【請求項３】前記超音波の波長λ、伝搬速度ｖとしたと
   き、前記遅延時間差ｔは、 ０＜ｔ＜０．５λ／ｖ を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波
   治療装置。