JPH074392B2 - 結石破砕装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被検体内にある結石を衝
撃波の集束エネルギで破砕する結石破砕装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、衝撃波エネルギを利用して被検体
内の結石を破砕するようにした装置が実用化されてい
る。

【０００３】この装置は、所定の大きさを有し、かつ、
その内部に適温の水を満たした容器内に結石を持った被
検体を入れてその結石の位置を回転楕円体の一方の焦点
位置と一致させ、他方の焦点位置で火薬の爆発や放電現
象により衝撃波を発生させてそのまわりに配置した音響
ミラーにより衝撃波を結石部分に集束させるようにして
衝撃波エネルギにより結石を破砕するようにしたもので
ある。

【０００４】この場合、被検体の結石の位置の確認は、
前記容器の外側に配置したＸ線透視装置により結石部分
を表示しながら行なうものである。

【０００５】しかしなから、上述した装置により数十回
乃至数百回の破砕作用を繰り返す場合、１回の衝撃波の
発生毎に火薬や電極を取り替えなければならず、そのた
めの時間が多くかかるとともに費用も多大に要するとい
う問題がある。

【０００６】また、この装置の場合被検体を水を満たし
た容器内に入れる煩しさがあり、さらにはＸ線透視によ
る観察が不可欠であるため被検体及びオペレータの受け
る被爆量も無視できない量となる。

【０００７】さらに、装置が大規模となり価格も極めて
高価になるという問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたものであり、Ｘ線の被爆のおそれが全くな
く適確に被検体の結石を破壊することができ、しかも小
型で低価格な結石破砕装置を提供することを目的とする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の概要は、体外より被検体内にある結石に衝撃
波を照射し結石を破砕する結石破砕装置において、超音
波の集束点を形成する第１のトランスジューサと、この
第１のトランスジューサと所定の位置関係をもって配置
され前記集束点を含む音場領域を形成して被検体の断層
像データを得る第２のトランスジューサと、前記第１の
トランスジューサに接続され、この第１のトランスジュ
ーサから強力超音波或いは微弱超音波のいずれかを選択
的に発生させるパルサと、このパルサにより微弱超音波
を発生させ且つそれによるエコー信号を前記第１のトラ
ンスジューサで受信し被検体内における前記結石の位置
を確認する結石位置確認手段と、前記エコー信号のうち
前記集束点近傍のエコー信号を可聴周波数の音響信号に
変換する音響手段とを具備することを特徴とするもので
ある。

【００１０】

【作用】本発明によれば、結石位置確認手段は、パルサ
により第１のトランスジューサから微弱超音波を被検体
内にある結石に向けて発生させ、その第１のトランスジ
ューサでエコー信号を受信させる。音響手段は第１のト
ランスジューサが受信したエコー信号のうち集束点近傍
のエコー信号を可聴周波数の音響信号に変換する。従っ
て、音響手段からの音響信号が最大となるように集束点
の位置を調整することにより、第１のトランスジューサ
の集束点が結石位置に正確に一致する。集束点と結石位
置とが一致した後、パルサにより第１のトランスジュー
サから強力超音波を発生させ、結石を破砕する。また、
第２のトランスジューサにより得られる被検体の断層像
データを基に結石の破砕状況の確認が可能となる。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を詳細に説明する。図
１に示す実施例装置は、後に詳述する異なる音場領域を
形成する超音波を送受波するために第１，第２の超音波
トランスジューサ１，２を含んで構成されたアプリケー
タ３と、第１の超音波トランスジューサ（衝撃波発生手
段）１に対し強弱２種類のパルス信号を送出するととも
にこの第１の超音波トランスシューサ１からの超音波エ
コー信号を受信して信号処理する第１の信号処理系４
と、前記第２の超音波トランスジューサ２に対しパルス
信号を送出して扇状の超音波を発生させるとともにこの
第２の超音波トランスジューサ２からの超音波エコー信
号を受信して信号処理する第２の信号処理系５と、所定
のパラメータのもとにこの装置各部の制御を行なうＣＰ
Ｕ（中央処理装置）６及びこのＣＰＵ６に制御され前記
第１，第２の信号処理系４，５におけるパルス信号の送
受信タイミング，振幅，周波数等を制御するコントロー
ラ７からなる制御系８と、前記ＣＰＵ６により制御され
第２の信号処理系５の出力信号に対し信号変換処理を行
なう信号変換系（例えばディジタルスキャンコンバー
タ）９と、この信号変換系９の出力信号を基に第２の超
音波トランスジューサ２による扇状の音場領域３１，被
検体の体表像３３，腎臓像３４，腎結石像３５等と第１
の超音波トランスジューサ１の位置３６，音場領域３
７，集束点マーカ３８等とを表示するＴＶモニタ等の表
示手段１０と、前記第１の信号処理系５の出力信号に基
き被検体内の腎結石の位置を確認するスピーカ等の結石
位置確認手段１１と、被検体の一部、例えば手足等に接
触可能に形成され被検体の心拍動等を示す被検体信号を
前記ＣＰＵ６に送る被検体信号検出素子１２と、前記第
１の信号処理系４から第１の超音波トランスジューサ１
に送られるパルス信号の発生タイミングを設定すべくＣ
ＰＵ６に接続された第１，第２のプッシュボタンからな
るパルス発生スイッチ１３と、前記信号変換系９におけ
る信号変換時における信号変換時における超音波音速設
定値を可変すべくＣＰＵ６に接続された音速設定手段１
４とを有し構成されている。次にアプリケータ３の具体
的構成について説明する。前記第１の超音波トランスジ
ューサ１は、図２に示すように中央部に所定形状の抜孔
を設けた例えば共振周波数１ＭＨｚで直径１０ｃｍの曲
率を有する凹面振動子１５と、この凹面振動子１５の背
面に一様に張設したバッキング材１６とからなり、凹面
振動子１５の図示しない電極に第１のケーブル１７を接
続している。この実施例では微弱超音波によって結石の
位置を確認し、強力超音波を衝撃波として用いて結石を
破砕するようにしている。

【００１２】前記第２の超音波トランスジューサ２は、
前記抜孔内に固定され、かつ細い振動子を配列してなる
振動子アレイ２ａを前記凹面振動子１５の曲面に臨ませ
たセクタプローブであり、このセクタプローブから第２
のケーブル１８を引き出している。

【００１３】前記第１の超音波トランスジューサ１の外
周部は、シャフト１９を有する固定枠２０により支持さ
れ、またこの固定枠２０はアーム２１に結合されて固定
枠２０を動かすことにより第１，第２の超音波トランス
ジューサ１，２を所望の位置に移動させかつその位置に
固定できるようになっている。

【００１４】前記第１，第２の超音波トランスジューサ
１，２は、音響カプラ２２により被検体の体表３３Ｍに
対し音響的に結合される。この音響カプラ２２は図２に
示すように水とほぼ等しい音響インピーダンスを有する
薄い膜で形成された袋２３と、この袋２３内に満された
水２３ａとから構成され、この音響カプラ２２を前記第
１，第２の超音波トランスジューサ１，２の音場領域側
に配置することにより、第１，第２の超音波トランスジ
ューサ１，２と被検体との間の超音波の送受波を効率よ
く行なうようになっている。

【００１５】次に第１の信号処理系４について説明す
る。第１の信号処理系４は、制御系８のコントローラ７
により制御され、前記第１のケーブル１７を介して第１
の超音波トランスジューサ１に対し大振幅小振幅の２種
類のパルス信号を送りこの第１の超音波トランスジュー
サ１から強弱２態様の超音波を発生されるように励振す
るパルサ２４と、第１の超音波トランスジューサ１から
被検体に送波される弱い超音波に基くエコー信号を第１
のケーブル１７を介して受信する受信回路２５と、この
受信回路２５の出力信号を入力しこれを可聴周波数の音
響信号に変換して前記結石位置確認手段１１に送出する
第１の信号処理回路２６とから構成されている。

【００１６】次に第２にの信号処理系５について説明す
る。第２の信号処理系５は、前記制御系８のコントロー
ラ７により制御され、第２の超音波トランスジューサ２
に対し所定のタイミングでパルス信号を送ってこの第２
の超音波トランスジューサ２がセクタスキャンを行なう
ように励振するとともにこのセクタスキャンに基く第２
の超音波トランスジューサ２からのエコー信号を受信す
る送受信回路２７と、この送受信回路２７の出力信号を
入力しこれに振幅検波を施してビデオ信号として信号変
換系９に送出する第２の信号処理回路２８とから構成さ
れている。

【００１７】次に上記構成の装置における基本的作用を
被検体内の腎臓３４Ｍ内の腎結石３５Ｍを破砕する場合
を例にとって説明する。

【００１８】まずアプリケータ３の固定枠２０により支
持されている音響カプラ２２を被検体の体表（例えば背
中）３３Ｍに乗せ、この状態で第２の信号処理系５及び
信号変換系９を制御し、第２の超音波トランスジューサ
２を駆動して表示手段１０の画面上に被検体の断層像を
表示する。

【００１９】この断層像中に腎臓像３４が描写された段
階でその中にある腎結石像３５を探す。

【００２０】この場合、表示手段１０上には、ＣＰＵ６
から信号変換系９に送られる信号に基づいて凹面振動子
１５の位置、第１の超音波トランスジューサ１の音場領
域３７及び集束点マーカ３８がそれぞれ固定された位置
に表示されるとともに、リアルタイムで表示される被検
体の断層像はアプリケータ３の移動に伴ってその表示部
位が変化する。

【００２１】そして、腎結石像３５が断層像内に描写さ
れた段階でさらにアプリケータ３を微調整し、その腎結
石像３５が前記集束点マーカ３８内に位置するように設
定しこの状態でアプリケータ３を固定する。

【００２２】次にオペレータはパルス発生スイッチ１３
の第１のプッシュボタンを押しＣＰＵ６，コントローラ
７を介してパルサ２４に制御信号を送る。これによりパ
ルサ２４から第１の超音波トランスジューサ１に大振幅
のパルス信号が送られ第１の超音波トランスジューサ１
は強力なエネルギーをもった超音波パルスを集束点マー
カ３８の位置に相当する位置にある被検体の腎結石３５
Ｍに向けて送波する。この超音波パルスは腎結石３５Ｍ
の位置で衝撃波となり、腎結石３５Ｍを破砕する。

【００２３】このような超音波パルスの発生を何度か必
要なだけ繰り返すことにより、腎結石３５Ｍの全体を破
砕することができる。

【００２４】尚、被検体は心拍動や呼吸等のためわずか
に動いていることから、予め被検体信号検出素子１２を
被検体の手，足や胸部，鼻等に接触しておき、この被検
体信号検出素子１２から得られる被検体信号と前記パル
ススイッチ１３からの信号とをＣＰＵ６により同期させ
てパルサ２４からのパルス信号の送出タイミングを制御
するようにすればより効果的である。

【００２５】以上の実施例装置の動作は、第１の超音波
トランスジューサ１による超音波パルスの集束点位置と
表示手段１０上の集束点マーカ３８とが誤差なく対応す
るとの前提に基づくものであるが、実際にはこれらは完
全に対応しているとは限らない。すなわち、表示手段１
０上で腎結石像３５が集束点マーカ３８内に入るように
しても第１の超音波トランスジューサ１による真の集束
点が被検体内の腎結石３５Ｍの位置と一致しない場合も
生じる。

【００２６】これは、第２の超音波トランスジューサ２
によるセクタスキャンに基くエコー信号からリアルタイ
ムで断層像を表示する際に、信号変換系１９において被
検体内の超音波伝播速度が一定の値（例えば１５３０ｍ
／ｓ）であると予め設定し、この伝播速度を距離に換算
して第２の信号処理系５からの出力信号を信号変換し結
果を表示手段１０上に表示することによるものである。
すなわち、被検体の実際の超音波伝播速度が上述した設
定値と異なる場合には、実際の腎結石３５Ｍの位置が表
示手段１０上に正しく表示されないことになる。

【００２７】具体例で説明すると、被検体の体表３３か
ら腎結石３５Ｍまで超音波パルスが到達する際の音速が
上述した設定値１５３０（ｍ／ｓ）よりも早い場合に
は、その反射エコーも早く帰ってくるため表示手段１０
上には実際の位置よりも近い位置関係をもって腎結石像
３５が表示されることになる。

【００２８】さらに、超音波パルスの屈折等の影響のた
め、腎結石像３５の表示位置の誤差はより大きくなる。

【００２９】そこで、以下に本実施例装置において腎結
石３５Ｍの真の位置を確認しつつその破砕を行うための
動作を説明する。

【００３０】まずオペレータは上述した場合と同様に腎
結石像３５が集束点マーカ３８内に入るようにアプリケ
ータ３の位置を調整する。

【００３１】次にオペレータはパルス発生スイッチング
１３の第２のプシュボタンを押しＣＰＵ６に微弱パルス
発生のための信号を送る。この信号によりコントローラ
７はＣＰＵ６に制御されてパルサ２４に制御信号を送
り、この結果、パルサ２４から第１の超音波トランスジ
ューサ１に対し小振幅のパルサ信号が送られ、第１の超
音波トランスジューサ１から被検体に向けてごく弱い超
音波パルスが送波される。

【００３２】この弱い超音波パルサは被検体の各種組織
に当って反射し、超音波エコーとなって第１の超音波ト
ランジューサ１により受波されエコー信号に変換され
る。受信回路２５はこのエコー信号を受信し、第１の信
号処理回路２６に送る。第１の信号処理回路２６はＣＰ
Ｕ６に制御され、入力したエコー信号のうちから集束点
近傍からエコー信号のみを検出しこれを可聴周波数の音
響信号に変換して送出する。結石位置確認手段１１はこ
の音響信号を基に可聴音を発生する。

【００３３】オペレータは、この可聴音を聴きながら腎
結石像３５が集束点マーカ３８内あるいはその周辺に位
置するようにアプリケータ３を動かし、可聴音が最大と
なる位置を探す。

【００３４】このような操作により可聴音が最大になっ
たとき、第１の超音波トランジューサ１による超音波パ
ルスの真の集束位置と腎結石３５Ｍの位置とが一致した
ことになる。

【００３５】この状態でオペレータはパルス発生スイッ
チ１３の第１のプッシュボタンを押し、既述した場合と
同様パルサ２４から大振幅のパルサ信号を第１の超音波
トランスジューサ１に送って集束点に位置する腎結石３
５Ｍを破砕する。

【００３６】以上の動作により、被検体内の腎体内の腎
結石３５Ｍを確実に破砕することができる。

【００３７】次に、本実施例装置において上述した結石
位置確認手段１１と表示手段１０上の断層像のスケール
ファクタの変化とを組み合せて腎結石３５Ｍの破砕を行
う動作について説明する。

【００３８】表示手段１０上の断層像は信号変換系９に
おける音速設定値、すなわち、スケールファクタを変え
ることにより拡大，縮小が可能である。

【００３９】このためには、音速設定手段１４によりＣ
ＰＵ６を介して信号変換系９の音速設定値を変え、結石
位置確認手段１１からの可聴音が最大となるとき表示手
段１０上の集束点マーカ３８内に腎結石像３５が入るよ
うに断層像のスケールファクタを設定する。

【００４０】このようにスケールファクタを設定すれ
ば、ある被検体の腎結石３５Ｍに何度も破砕のための超
音波パルスを加えるときにより便利である。

【００４１】尚、上述したスケールファクタの自動的設
定も本実施例装置により可能である。以下にその手法に
ついて説明する。

【００４２】第２の超音波トランジューサ２により毎秒
３０フレームの断層像を得る場合を考え、その各フレー
ムの変り目毎に第１の超音波トランスジューサ１から弱
い超音波パルスを送波する。このようにすれば、第２の
超音波トランスジューサ２による断層像には何等影響を
与えることがなく第１の超音波トランスジューサ１から
毎秒当り３０個の超音波パルスを送波することができ
る。

【００４３】図４におけるパルスａ₀ は第１の超音波ト
ランスジューサ１から送波されるパルスを示すものであ
り、同図のパルスａ₁ 〜ａ₅ は腎結石３５Ｍからの反射
エコーにもとずくエコー信号の検波波形を示すものであ
る。同図から明らかなように腎結石３５Ｍが第１の超音
波トランスジューサ１の集束点よりも体表３３に近い位
置にあるときにはパルスａ₀ の発射時刻から短い時間に
しかも振幅の小さい広幅なパルスａ₁ が得られる。

【００４４】アプリケータ３の第１の超音波トランスジ
ューサ１を体表３３から少し遠ざけ腎結石３５Ｍを集束
点に近ずけた場合には、上述したパルスａ₁ よりも遅い
時間でかつ振幅がより大きく幅が狭いパルスａ₂ が得ら
れる。

【００４５】そらに第１の超音波トランスジューサ１を
体表３３から遠ざけ腎結石３５Ｍの位置が集束点の位置
と一致した場合には、パルスａ₃ のように振幅が最大で
最も狭幅のパルスａ₃ が得られる。

【００４６】第１の超音波トランスジューサ１をさらに
体表３３から遠ざけると腎結石３５Ｍの位置は集束点位
置より遠方に至りパルスａ₄ ，ａ₅ のようなパルスが得
られる。

【００４７】この場合、アプリケータ３の移動を連続的
に行なえば、毎秒３０個の反射エコーに基くパルスが得
られ、その各パルスの包絡線を描けば図５のようにな
る。パルスａ₀ の発射時刻からこの包絡線のピーク点ま
での時間Ｔは、第１の超音波トランスジューサ１の集束
点と腎結石３５Ｍの位置とが一致したときにこの超音波
トランスジューサ１から発射された超音波パルスが腎結
石３５Ｍにあたって反射し第１の超音波トランスジュー
サ１により受波されるまでの時間に相当する。

【００４８】すなわち、凹面振動子１５の曲率半径をＲ
とすれば、距離２Ｒ間を超音波が伝播するに要する時間
がＴということになる。

【００４９】ここで、曲率半径Ｒは凹面振動子１５の幾
何学的形状により予め定まっているため時間Ｔが求まれ
ば、このときの第１の超音波トランスジューサ１から音
響カプラ２２を経て被検体内の腎結石３５Ｍに至るまで
の平均音速（これは被検体のみの平均音速とみなすこと
ができる。）Ｃ_M は下記数式１で表わすことができる。

【００５０】

【数１】

【００５１】Ｃ_M ＝２Ｒ／Ｔ 前記音速Ｃ_M を求める手順を以下に説明する。記述した
ように腎結石からの反射エコーは集束点に近いほどその
振幅が大きくかつその幅が狭いため、図４に示す各パル
スａ₁ 〜ａ₅ の波形をＣＰＵ６により制御される第１の
信号処理回路２６で微分し図６に示すような微分波形信
号を用いれば集束点の位置をより明確にとらえることが
できる。尚、図７は図６に示す微分波形信号包絡線を示
すものである。このような微分波形信号をさらに第１の
信号処理回路２６においてＡ／Ｄ変換処理、メモリへの
格納処理、ディジタル回路によるピーク点検出処理を行
ない時間Ｔを自動検出する。

【００５２】そして、検出した時間Ｔのデータを一旦メ
モリに格納し、このデータと前記曲率半径Ｒの値とを取
り込み前記数式１に基く演算を図示しない演算手段で行
なうことにより平均音速Ｃ_M を求め、これをＣＰＵ６を
介して信号変換系９に音速設定値として送ることによ
り、表示手段１０上には被検体の腎結石像３５を誤差な
く表示することができ、これにより腎結石３５Ｍを確実
に破砕することが可能となる。

【００５３】このようなスケールファクタの自動設定と
結石位置確認手段１１による集束点位置の音響的確認と
を併用して腎結石３５Ｍの破砕を行なうことももちろん
可能である。

【００５４】尚、実際の診断に際しては被検体組織の不
均一性や超音波パルスの減衰等があるため、前記数式１
に多少の補正を加えることもあり得る。

【００５５】また、集束点位置が凹面振動子１５の幾学
的中心からわずかにずれることもあり得るため、ＣＰＵ
６により信号変換系９を制御し第１の超音波トランスジ
ューサ１による音場領域３７及び集束点マーカ３８をわ
ずかに非対称に表示するようにすることもできる。

【００５６】また、結石位置確認手段１１から発生させ
る音は反射エコーの振幅に比例させてもよいし、反射エ
コーが大きい程間隔が狭くなるような断続音とすること
ができる。

【００５７】さらに、結石位置確認手段１１としてスピ
ーカを用いる他被検体に対する影響を考慮しイヤホーン
としてもよい。

【００５８】本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなくその要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

【００５９】例えば、上述した実施例装置では腎結石を
破砕する場合について説明したが、これに限らず胆石破
砕等にも適用することができる。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述した発明によれば、音響信号が
最大となるように第１のトランスジューサの集束点の位
置を調整することにより、第１のトランスジューサの集
束点を結石位置に正確に一致させて結石に強力超音波を
照射できるので、Ｘ線等の被爆を全く受けることなく被
検体の結石を確実にかつ何度でも繰り返して破砕するこ
とができる。

【００６１】また、第１のトランスジューサを結石破砕
用としてだけでなく音響信号による位置決め用としても
使用しており、被検体を収容する水槽等も不要となるの
で、装置全体の小型化，低価格化が可能な結石破砕装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例装置を示すブロック図

【図２】本発明の実施例装置におけるアプリケータの構
成及びその音場領域を示す概略説明図

【図３】本発明の実施例装置における表示手段上の表示
状態を示す説明図

【図４】本発明の実施例装置の第２の超音波トランスジ
ューサにおける超音波パルスの送受信の状態を示す波形
図

【図５】図４に示す波形の包絡線を示す説明図

【図６】図４に示す受信パルスの波形を示す波形図

【図７】図６に示す波形を示す波形の包絡線を示す説明
図

【符号の説明】

１ 第１の超音波トランスジューサ ２ 第２の超音波トランスジューサ ３ アプリケータ ４ 第１の信号処理系 ５ 第２の信号処理系 ８ 制御系 ９ 信号変換系 １０ 表示手段 １１ 結石位置確認手段 １２ 被検体信号検出素子 １３ パルス発生スイッチ １４ 音速設定手段 ３３Ｍ 体表 ３５ 腎結石像 ３５Ｍ 腎結石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 体外より被検体内にある結石に衝撃波を
   照射し結石を破砕する結石破砕装置において、超音波の
   集束点を形成する第１のトランスジューサと、この第１
   のトランスジューサと所定の位置関係をもって配置され
   前記集束点を含む音場領域を形成して被検体の断層像デ
   ータを得る第２のトランスジューサと、前記第１のトラ
   ンスジューサに接続され、この第１のトランスジューサ
   から強力超音波或いは微弱超音波のいずれかを選択的に
   発生させるパルサと、このパルサにより微弱超音波を発
   生させ且つそれによるエコー信号を前記第１のトランス
   ジューサで受信し被検体内における前記結石の位置を確
   認する結石位置確認手段と、前記エコー信号のうち前記
   集束点近傍のエコー信号を可聴周波数の音響信号に変換
   する音響手段とを具備することを特徴とする結石破砕装
   置。