JPH08215208A - 超音波治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】限られたパワーでもピーク圧をほとんど低下さ
せることなく見掛け上の焦点を大きくし、治療効率を上
げることができるようにすることを目的とする。 【構成】本発明の超音波治療装置は、患者Ｐ体外から患
者Ｐ体内の患部に超音波を局所的に照射する複数個の振
動子が配置され、患部の治療をするアプリケータ３と、
前記振動子１個毎または複数個毎に接続され、設定値に
応じた駆動電圧を発生する駆動回路群４と、前記駆動回
路群４を駆動するタイミングを変化させ、前記アプリケ
ータ３の焦点を変化させる手段と、前記焦点を変化させ
る手段を１回または複数回の照射毎に切り替える制御手
段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を集束させて患
者体外から患者体内の結石や癌組織などの悪性新生物を
破壊治療または加熱治療する超音波治療装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波治療装置は、超音波を集束させて
患者体外から患者体内の結石や癌組織などの悪性新生物
を破壊治療または加熱治療するものである。結石破砕を
する場合、駆動回路はアプリケータ内に配置された振動
子に高電圧パルスを印加して焦点に衝撃波を発生し、焦
点にある結石をこの衝撃によって破砕する。焦点を結石
に位置合わせするために超音波診断プローブがアプリケ
ータに取り付けられていて、オペレータは患者体内の超
音波診断像を見ることができる。この超音波診断像を見
ながらアプリケータを移動させたり、各振動子の駆動タ
イミングをずらして焦点を結石と一致させる。

【０００３】図５は超音波治療装置のアプリケータ内に
配置される振動子の例を示したものである。振動子２は
通常複数部分に分割され、それらを凹面状に配置して焦
点を形成させたり、平面状に配置させて、電子的に１点
に集束させたりする方法がとられる。

【０００４】図５（ａ−１）は振動子が凹面の周方向に
複数のリング状に配置され、かつ径方向にも放射状に配
置される球殻状アプリケータである。アプリケータ中央
部には位置合わせのための超音波診断プローブ１が配置
される。オペレータは超音波診断像を見ながら焦点が結
石にくるよう調整をする。振動子を駆動するパルスを同
一時間で発生させると、凹面の幾何学的焦点に超音波焦
点を形成する。これを周方向のリングを外側ほど早く駆
動させると幾何学的焦点よりアプリケータ側からみて手
前に、逆に内側のリングほど早く駆動すると幾何学的焦
点よりアプリケータ側からみて奥に超音波焦点を形成す
ることができる。これにより焦点を深さ方向に変化させ
ることができる。同様な方法で焦点を横方向に変化させ
ることができる。すなわち、径方向に駆動時間をずらす
ことにより、幾何学的焦点の横に超音波焦点を形成する
ことができる。この深さ方向、横方向の移動を組み合わ
せれば、超音波焦点を３次元的に移動することができ
る。

【０００５】図５（ｂ）は振動子が凹面状に２次元的に
配置されるアプリケータである。このようなアプリケー
タも、図５（ａ−１）と同様に振動子の駆動時間をずら
すことにより焦点を移動させることができる。

【０００６】また、超音波焦点位置を幾何学的位置にし
て、焦点形状（焦点面での音圧分布）を変えることもで
きる。例えば、図５（ａ−３）に示すように隣り合う斜
線部の振動子と非斜線部の振動子に時間差を与えて駆動
（チェック模様状駆動）すると、幾何学的焦点に超音波
が到達するのに時間差ができるため、この幾何学的焦点
でのこれらの合成波は、半値幅が広がる。言い換えれ
ば、焦点がぼけて大きくなるが、反面、ピーク値の低下
が大きい。これは、時間差を与える隣り合う振動子間の
干渉が大きく、これがロスとなってピーク圧の低下が大
きいものと考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】結石は症例により 5mm
程度の大きさから30mmを越える大きさまで様々あり、理
想的には結石の大きさにあった超音波焦点サイズで効率
良く破砕することが望ましい。一方、癌組織等の悪性新
生物は比較的早期に発見された場合でも10mm以上の大き
さがあることから、大きな超音波焦点サイズで効率良く
壊死させることが望ましい。しかしながら従来の超音波
治療装置にあっては、限られたパワーで焦点を大きくす
るようにディレイ値を設定するとピーク圧が低下し、逆
に破砕効率および壊死効率が悪くなるという問題があっ
た。

【０００８】本発明は、限られたパワーでもピーク圧を
ほとんど低下させることなく見掛け上の焦点を大きく
し、治療効率を上げることができるようにすることを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の超音波治療装置においては、患者体外から
患者体内の患部に超音波を局所的に照射する複数個の振
動子が配置され、患部の治療をするアプリケータと、前
記振動子１個毎または複数個毎に接続され、電源電圧に
応じた駆動電圧を発生する駆動回路群と、前記駆動回路
群を駆動するタイミングを変化させ、前記アプリケータ
の焦点を変化させる手段と、前記焦点を変化させる手段
を１回または複数回の照射毎に切り替える制御手段を備
える。

【００１０】

【作用】超音波の照射毎に焦点形状を変化させることに
より、ピーク圧をほとんど下げることなく、合成した焦
点形状を大きくすることができる。これにより患部に最
適な焦点形状で効率良く治療を行うことができる。

【００１１】

【実施例】以下図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。図１は本発明に関わる超音波治療装置の
実施例を示すブロック図である。この超音波治療装置
は、患者体表に密着させて患部に対して超音波を照射す
るアプリケータ３と、このアプリケータ３内の球殻状振
動子２を駆動する駆動装置部１６と、この駆動装置部１
６を制御する制御装置部１７と、患部の位置検出および
治療状況の観察を行う診断装置部１５から構成される。

【００１２】前記アプリケータ３は治療用超音波を発生
させる球殻状振動子２と、この球殻状振動子２の中央部
に配置された診断用超音波を送受波する超音波診断プロ
ーブ１と、超音波を伝搬させる水を内包した生体とのカ
ップリング用の膜１４から成る。球殻状振動子２は図５
に示すように複数の部分に分割されていて、各振動子を
駆動するタイミングを変化させることによって、焦点の
位置、形状、大きさを変えることができる。球殻状振動
子としては様々な形状に加工することが容易で振動子と
しての性能が良いピエゾ素子を用いることが好ましい
が、ピエゾ素子以外のものを用いても構わない。超音波
診断プローブ１は球殻状振動子２に対し深さ方向（患者
Ｐへの遠近方向）に移動させたり、回転させたりするこ
とが可能である。

【００１３】前記診断装置部１５とは、超音波診断プロ
ーブ１との信号を送受信する送受信回路１３と、この送
受信回路から入力される受信信号から患部の診断像を再
構成する画像再構成回路１２と、この画像再構成回路１
２で再構成された診断像を表示するモニタ１１と、前記
アプリケータ３内の球殻状振動子２の焦点位置をモニタ
１１に表示させる焦点マーカ表示回路１０を指す。

【００１４】前記駆動装置部１６とはアプリケータ３内
に配置される各振動子２に駆動電圧を供給する駆動回路
４と、この駆動回路４に電力を供給する高圧電源回路９
を指す。駆動回路４はパルス波、連続波の両方を駆動さ
せることができ、その強度や周波数を変えることができ
る。これにより、焦点に与える衝撃力、加熱能力を調節
できる。また、駆動回路４を複数個設けておけば、異な
る種類の超音波を同時に照射してやることも可能であ
る。もちろん、１個だけの簡単な構成にしても構わな
い。

【００１５】前記制御装置部１７とは焦点を変化させる
ためのディレイ回路５、ディレイ値設定テーブル６と、
アプリケータ３から照射する超音波を制御する照射制御
回路７と、その設定を行う照射設定回路８を指す。ディ
レイ回路５は駆動回路４に各振動子を駆動するトリガ信
号を、各振動子ごとの所望のディレイ値を付加して送
る。前述のように各振動子２を駆動するタイミングをず
らすと、超音波が到達する時間が異なることから焦点を
ずらすことができる。ディレイ値設定テーブル６は各振
動子２を駆動するディレイ値が記憶され、ディレイ回路
５にこのデータを送る。照射制御回路７は前記ディレイ
回路５にトリガ信号を送信するタイミングを指示する照
射トリガを送ったり、前記ディレイ値設定テーブル６に
設定するテーブルデータを入力したり、焦点マーカ表示
回路１０にこのディレイのテーブルデータで設定された
焦点位置の情報を送る。

【００１６】以下、この超音波治療装置の作用について
説明する。まず患者Ｐ体内の患部の位置検出や治療状況
を観察するために診断装置部１５を使用する。患者Ｐ体
表にアプリケータ３を密着させ、送受信回路１３より照
射信号が送信された超音波診断プローブ１から診断用超
音波を患者Ｐ体内に向けて照射する。診断用超音波はア
プリケータ３内の水を伝って患者Ｐ体内に入り、患部等
で反射される反射波を超音波診断プローブ１で受波す
る。受波した反射波信号は送受波回路１３を経由して画
像再構成回路１２に入力される。再構成した診断像をモ
ニタ１１から出力させる。この診断像から患部の位置を
特定し、その患部の大きさ等の症状を観察する。医師は
患部の位置、症状からどのような治療を施すかを判断し
て、制御装置部１７、駆動装置部１６を使用して治療を
行う。オペレータは照射設定回路８に治療モードを設定
する。その設定を受けて照射制御回路７は患部に焦点が
一致するように各振動子２のディレイ値をディレイ値設
定テーブル６に設定し、その焦点位置情報を焦点表示マ
ーカ表示回路１０に送り、前記診断像上での位置をモニ
タ１１に表示させる。また、高圧電源回路９に照射する
超音波強度に応じた電圧を駆動回路４に出力するよう設
定し、照射トリガをディレイ回路５に入力する。ディレ
イ回路５は照射トリガが入力されると各振動子のディレ
イ値分だけ遅延させて駆動回路４にトリガを送る。駆動
回路４はトリガが入力されると振動子２から治療用超音
波を発生させることができる。患部に治療用超音波をよ
り確実に照射するために、治療用超音波照射前に患部探
査用微弱超音波を照射し、強い反射波が戻ってくるとき
だけ、焦点位置に患部が存在するものとして治療用超音
波を照射してやるようにしてやることが好ましい。

【００１７】以下、振動子２の駆動方法について、本発
明の振動子の駆動方法の実施例を示す図２および図３、
照射トリガのシーケンスを示す図４を参照して説明す
る。図２は振動子を８つの扇形部分に分割して駆動させ
る場合の実施例である。この場合は振動子２に与えるデ
ィレイ値の組み合わせを変えることにより、２種類の焦
点形状を交互に切り換える。１種類目は、図２（１−
１）に示すように斜線部ａと非斜線部ｂの振動子の駆動
にディレイを与える。この場合の駆動回路４に入力され
るトリガのシーケンスを示したのが図２（４）である。
このようにａとｂの間に１μsec 程度のディレイΔｔ
(1) を与えることで、焦点への到達時間がずれるため、
焦点形状はそれぞれ細長い棒状になり、図２（１−２）
に示すようにこれらが交差した十字様になる。同様に２
種類目は、図２（２−１）に示すように斜線部ａと非斜
線部ｂの振動子の駆動に１μsec 程度のディレイΔｔ
(1) を与える。焦点形状は図２（２−２）に示すような
十字様になる。図２（１−１）と（２−１）では、駆動
させる振動子の組み合わせが異なることから、２つの十
字様焦点は図２（１−２）と（２−２）に示すように互
いに４５度回転させた位置に十字がくる。この２種類の
焦点形状の切り換える間隔Δｔ(2) は１〜１０msec程度
にする。この程度の短い間隔で切り換えれば、患者は同
時照射を１回行ったものと認識するため、患者に与える
苦痛が少ない。この場合にディレイ回路５に入力される
照射トリガのシーケンスを示したのが図４（ｂ）であ
り、束になった２つの照射トリガはそれぞれ図２（１−
２）、（２−２）に示す焦点形状で照射するためのもの
である。この２つの照射トリガが束になったバースト波
の繰り返し周期ｔは0.5 〜１秒にすることが好ましい
が、これ以外の周期を用いても構わない。ただ、超音波
の照射によって、胆汁や尿などの体液に気泡を生じさせ
てしまうため、短い周期で照射しても超音波が減衰して
治療効率が上がらない。また、あまり周期を短くすると
患者が苦痛を感じ易い。この２つの照射トリガは、図２
（１−１）、（２−１）に示すような駆動を間隔Δｔ
(2) は１〜１０msec程度で連続して行うということを意
味しており、焦点は結果的に図２（１−２）と（２−
２）を合成した図２（３）に示すような形状として照射
されたものとみることができる。これに対して、図４
（ａ）に示す照射トリガで、全ての振動子を同時に駆動
させた場合の焦点形状は図２（０）に示すようになる。
図２（０）と（３）を比較すれば、図２（３）の方が明
らかに大きな焦点形状である。しかも、図２（３）は２
種類の十字状焦点を連続照射をしてできるものであるか
ら、図５（ａ−３）にて述べたようなチェック模様状駆
動による照射で焦点形状を大きくするのとは違い、各領
域が群として分離されている。よって、各振動子間の干
渉が少なく、音圧は良好に合成されピーク圧の低下が少
ない。このため、治療効率を上げることが可能である。
なお、出願人は上述した照射法による効果を実験により
確認した。また、患部の大きさに応じてディレイ値を可
変することにより、細長い各焦点の長さを可変させるこ
とができ、状況に応じた治療が可能である。 図３は振
動子を１２個の扇形部分に分割して駆動させる場合の実
施例である。この場合は３種類のディレイ値を順に切り
換える。１種類目は、図３（１−１）に示すように斜線
部ａと非斜線部ｂの振動子の駆動にディレイを与える。
焦点形状は図２の場合と同様に図３（１−２）に示すよ
うな十字様となる。同様に２種類目は、図３（２−１）
に示すように斜線部ａと非斜線部ｂの振動子の駆動にデ
ィレイを与える。焦点形状は図３（２−２）に示すよう
な十字様になる。同様に３種類目は、図３（３−１）に
示すように斜線部ａと非斜線部ｂの振動子の駆動にディ
レイを与える。焦点形状は図３（３−２）に示すような
十字様になる。図３（１−１）と（２）と（３）では、
駆動させる振動子の組み合わせが異なることから、３つ
の十字様焦点は図３（１−２）と（２−２）と（３−
２）に示すようにそれぞれ３０度ずつ回転させた位置に
十字がくる。この場合にディレイ回路５に入力される照
射トリガのシーケンスを示したのが図４（ｃ）であり、
３つの照射トリガがバースト波を形成している。バース
ト波を形成するこの３つの照射トリガは、図３（１−
１）、（２−１）、（３−１）に示すような駆動を連続
して行うということを意味しており、焦点は見掛け上図
３（１−２）と（２−２）と（３−２）を合成した図３
（４）に示すような形状として照射されたものとみるこ
とができる。図２（３）と比べて点線で示す円形により
近くなり、治療効率を上げることが可能である。また、
図２の場合と同様に、患部の大きさに応じてディレイ値
を可変することにより、細長い各焦点の長さを可変させ
ることができ、状況に応じた治療が可能である。

【００１８】前述した実施例においては、振動子を扇形
領域に８分割、１２分割したが、これに限定されない。
分割数や分割する領域の形状を変えたり、ディレイ設定
を４種類以上にしても構わない。照射トリガのシーケン
スもディレイ設定に応じて変更しても構わない。また、
前述の実施例では、焦点形状を焦点横方向に変化させる
場合であったが、図５（ａ−１）、（ｂ）に示すような
振動子を用いることにより深さ方向にも変化させること
ができる。この焦点形状の横方向、深さ方向変化を組み
合わせれば、患部の状態に応じてさらに様々な形状に変
化させることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上に述べた本発明によれば、限られた
パワーでもピーク圧を低下させることなく見掛け上の焦
点を大きくすることができ、結石や癌組織等の悪性新生
物の治療効率を上げることができ、治療時間を短縮でき
る。また、治療が進んできたら焦点を小さくすることに
より、患部以外の生体組織に超音波を照射する危険性が
低くなる。さらに治療状況に応じて超音波の強度や照射
数を低くすることにより、より安全な治療が実施でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波治療装置の構成を示すブロック
図。

【図２】本発明の振動子の構成とディレイを与えた時の
焦点形状を示す図。

【図３】本発明の振動子の構成とディレイを与えた時の
焦点形状を示す図。

【図４】照射トリガのシーケンスを示す図。

【図５】アプリケータの例を示す図。

【符号の説明】

１ 超音波診断プローブ ２ 振動子 ３ アプリケータ ４ 駆動回路 ５ ディレイ回路 ６ ディレイ値設定テーブル ７ 照射制御回路 ８ 照射設定回路 ９ 高圧電源回路 １０ 焦点マーカ表示回路 １１ モニタ １２ 画像再構成回路 １３ 送受信回路 １４ 生体とのカップリング用の膜 １５ 診断装置部 １６ 駆動装置部 １７ 制御装置部 Ｐ 患者

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】患者体外から患者体内の患部に超音波を局
   所的に照射する複数個の振動子が配置され、患部の治療
   をするアプリケータと、前記振動子１個毎または複数個
   毎に接続され、設定値に応じた駆動電圧を発生する駆動
   回路群と、前記駆動回路群を駆動するタイミングを変化
   させ、前記アプリケータの焦点を変化させる手段と、前
   記焦点を変化させる手段を１回または複数回の照射毎に
   切り替える制御手段を備えることを特徴とする超音波治
   療装置。
2. 【請求項２】前記焦点を変化させる手段が焦点横方向の
   圧力分布形状を変化させる手段である請求項１記載の超
   音波治療装置。
3. 【請求項３】前記焦点を変化させる手段が焦点深さ方向
   の圧力分布形状を変化させる手段である請求項１記載の
   超音波治療装置。