JP4845443B2 - Laser treatment ultrasonic probe and laser treatment ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ治療部位にレーザを照射するレーザ治療超音波探触子及びレーザ治療超音波診断装置に関する。 The present invention relates to a laser treatment ultrasonic probe and a laser treatment ultrasonic diagnostic apparatus for irradiating a laser treatment site with a laser.
超音波断層画像を見ながらレーザ照射部位を特定してレーザ照射部位を焼灼する従来例としては下記の特許文献1、2に開示されている技術がある。また、体腔内に挿入する従来例のレーザ治療超音波探触子として、例えば下記の特許文献3に提案されているものがある。また、レーザ治療法として、腫瘍親和性のある光感受性物質を体内に投与した後、腫瘍組織にレーザ光を照射することにより光化学反応を引き起こさせて腫瘍組織を変成・壊死させるPDT(Photodynamic Therapy/光線力学的療法)が知られている。PDTなどのレーザ治療法として好適なレーザ波長としては、下記の非特許文献1によれば、血液中のヘモグロビンが600nm以下を吸収して効果が少ないことから、600nm以上が望ましいことが記載されている。
しかしながら、上記従来例では、2次元の超音波断層画像を見ながらレーザ照射部位を特定するので、2次元画像と直交する方向に対してはプローブの方向を変えながらレーザ照射部位を特定する必要があり、このため、経膣や経直腸などの狭い体腔内に挿入してプローブの方向を変えてレーザ照射方向を変えることが困難な場合には、レーザ照射部位にレーザを正確に照射することができないという問題点がある。 However, in the above conventional example, the laser irradiation site is specified while viewing the two-dimensional ultrasonic tomographic image. Therefore, it is necessary to specify the laser irradiation site while changing the direction of the probe with respect to the direction orthogonal to the two-dimensional image. For this reason, when it is difficult to change the laser irradiation direction by inserting the probe into a narrow body cavity such as the transvaginal or transrectal cavity, it is possible to accurately irradiate the laser irradiation site with the laser. There is a problem that it is not possible.
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、プローブの方向を変えてレーザ照射方向を変えることが困難な狭い体腔内に挿入して使用する場合にも、レーザ照射部位にレーザを正確に照射することができるレーザ治療超音波探触子及びレーザ治療超音波診断装置を提供することを目的とする。 In view of the problems of the conventional example described above, the present invention accurately irradiates a laser irradiation portion with a laser even when the probe is changed and inserted into a narrow body cavity where it is difficult to change the laser irradiation direction. It is an object of the present invention to provide a laser treatment ultrasonic probe and a laser treatment ultrasonic diagnostic apparatus that can perform the same.
本発明のレーザ治療超音波探触子は上記目的を達成するために、超音波信号により2次元的に走査するとともに、前記2次元的に走査する走査面と直交する方向に揺動することにより3次元エコーデータを取得する音響素子と、
前記音響素子が走査する2次元の走査面に沿って放射方向のレーザ出射角度が制御可能であるとともに、前記音響素子と一体で揺動して前記2次元の走査面と直交する方向のレーザ出射角度が制御可能なレーザ照射手段とを、
備えた構成とした。
この構成により、照射するレーザ光の、3次元音響素子の2次元の走査面の放射方向の出射角度と2次元の走査面と直交する方向の出射角度が制御可能であるので、プローブの方向を変えてレーザ照射方向を変えることが困難な狭い体腔内に挿入して使用する場合にも、レーザ照射部位にレーザを正確に照射することができる。
In order to achieve the above object, the laser treatment ultrasonic probe according to the present invention scans two-dimensionally with an ultrasonic signal and swings in a direction orthogonal to the scanning surface to be two-dimensionally scanned. An acoustic element for acquiring three-dimensional echo data;
The laser emission angle in the radial direction can be controlled along the two-dimensional scanning plane scanned by the acoustic element, and the laser emission in the direction orthogonal to the two-dimensional scanning plane is oscillated integrally with the acoustic element. A laser irradiation means capable of controlling the angle;
The configuration was provided.
With this configuration, it is possible to control the emission angle of the irradiation laser beam in the radial direction of the two-dimensional scanning surface of the three-dimensional acoustic element and the emission angle in the direction orthogonal to the two-dimensional scanning surface. Even when it is inserted into a narrow body cavity where it is difficult to change the laser irradiation direction by changing the laser irradiation direction, it is possible to accurately irradiate the laser irradiation site with the laser.
また、本発明のレーザ治療超音波診断装置は、上記目的を達成するために、
請求項1から3のいずれか1つに記載のレーザ治療超音波探触子と、
前記音響素子により得られた3次元エコーデータから3次元画像を構築する手段と、
前記構築した3次元画像の座標に基づいて前記レーザ照射手段が照射するレーザ光の前記2次元の走査面の放射方向の出射角度と前記2次元の走査面と直交する方向の出射角度を制御する手段とを備えた構成とした。
この構成により、既存の3次元超音波診断装置を利用して、レーザ照射部位にレーザを正確に照射することができる。
In order to achieve the above object, the laser treatment ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention
A laser therapy ultrasound probe according to any one of claims 1 to 3 ;
Means for constructing a three-dimensional image from the three-dimensional echo data obtained by the acoustic element;
Based on the coordinates of the constructed three-dimensional image, the emission angle in the radiation direction of the two-dimensional scanning surface and the emission angle in the direction orthogonal to the two-dimensional scanning surface are controlled by the laser irradiation means. Means.
With this configuration, it is possible to accurately irradiate a laser irradiation site with a laser using an existing three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus.
本発明によれば、プローブの方向を変えてレーザ照射方向を変えることが困難な狭い体腔内に挿入して使用する場合にも、レーザ照射部位にレーザを正確に照射することができる。また、既存の3次元超音波診断装置を利用して、レーザ照射部位にレーザを正確に照射することができる。 According to the present invention, even when the probe is inserted into a narrow body cavity where it is difficult to change the laser irradiation direction by changing the direction of the probe, it is possible to accurately irradiate the laser irradiation site with the laser. Further, it is possible to accurately irradiate a laser irradiation site with a laser using an existing three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
<第1の実施の形態>
図1は本発明に係るレーザ治療超音波探触子の第1の実施の形態を示す構成図であり、図1(a)は本発明に係るレーザ治療超音波探触子1の音響素子を正面から見た図、図1(b)は本発明に係るレーザ治療超音波探触子1を側面から見た図である。レーザ治療超音波探触子1を構成する複数の音響素子2は、図1(a)においては上下方向に、図1(b)においては図面と直交する方向に配列され、複数の音響素子2すべての各駆動タイミングを制御することにより図2に示すように断層面100を扇状に2次元走査する超音波セクタ電子スキャニング音響素子である。また、音響素子2は2次元走査面と直交する方向(図1(a)においては左右方向、図1(b)においては図面と直交する方向)にレーザ治療超音波探触子1の筐体1aに対して揺動動作軸3の回りを揺動することにより図2に示すように患部3次元(3D)空間101を走査することができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a laser therapy ultrasonic probe according to the present invention, and FIG. 1A shows an acoustic element of the laser therapy ultrasonic probe 1 according to the present invention. FIG. 1B is a front view of the laser treatment ultrasonic probe 1 according to the present invention. The plurality of acoustic elements 2 constituting the laser treatment ultrasonic probe 1 are arranged in the vertical direction in FIG. 1A and in the direction orthogonal to the drawing in FIG. This is an ultrasonic sector electronic scanning acoustic element that two-dimensionally scans the tomographic plane 100 as shown in FIG. 2 by controlling all drive timings. The acoustic element 2 has a housing for the laser treatment ultrasonic probe 1 in a direction orthogonal to the two-dimensional scanning plane (a horizontal direction in FIG. 1A and a direction orthogonal to the drawing in FIG. 1B). By swinging around the swing motion axis 3 with respect to 1a, the affected part three-dimensional (3D) space 101 can be scanned as shown in FIG.
また、図1(a)に示すように、音響素子2にはその配列方向に沿って治療用レーザ照射窓4が設けられている。レーザ治療超音波探触子1内には図1(b)に示すように、治療用レーザ光スキャンユニット(以下単にスキャンユニットとも言う)5が音響素子2と共に揺動動作軸3の回りを揺動可能に設けられている。スキャンユニット5はレーザ光反射ユニット5aを有し、レーザ光反射ユニット5aでは、筐体1aの背後から不図示の光ファイバを介して送られてくる治療用レーザ光Lの光路を反射ミラー5bにより折り曲げてポリゴンミラー5cの反射面の方向に反射し、ポリゴンミラー5cを回転させてこの治療用レーザ光Lを治療用レーザ照射窓4の方向に偏向する。このため、図2に示すように治療用レーザ光Lを、ポリゴンミラー5cの回転角度位置に応じて音響素子2の配列方向の所望の角度に照射することができ、また、スキャンユニット5の揺動角度位置に応じて音響素子2の配列方向と直交する方向の所望の角度に照射することができる。また、図2に示すレーザ治療部位102の位置は、音響素子2により3次元で走査されて得られた3次元断層画像の患部3D空間101の座標から求めることができるので、この座標に応じて治療用レーザ光Lの照射タイミングを制御することによりレーザ治療部位102のみにピンポイントで治療用レーザ光Lを照射することができる。 As shown in FIG. 1A, the acoustic element 2 is provided with a therapeutic laser irradiation window 4 along the arrangement direction. In the laser treatment ultrasonic probe 1, as shown in FIG. 1 (b), a treatment laser light scanning unit (hereinafter also simply referred to as a scanning unit) 5 swings around the rocking operation shaft 3 together with the acoustic element 2. It is provided to be movable. The scan unit 5 has a laser beam reflection unit 5a. In the laser beam reflection unit 5a, the optical path of the therapeutic laser beam L sent from the back of the housing 1a via an optical fiber (not shown) is reflected by the reflection mirror 5b. It is bent and reflected in the direction of the reflecting surface of the polygon mirror 5c, and the polygon mirror 5c is rotated to deflect the therapeutic laser light L in the direction of the therapeutic laser irradiation window 4. For this reason, as shown in FIG. 2, the therapeutic laser beam L can be irradiated at a desired angle in the arrangement direction of the acoustic elements 2 in accordance with the rotational angle position of the polygon mirror 5c. Irradiation can be performed at a desired angle in a direction orthogonal to the arrangement direction of the acoustic elements 2 according to the moving angle position. Further, the position of the laser treatment site 102 shown in FIG. 2 can be obtained from the coordinates of the affected part 3D space 101 of the three-dimensional tomographic image obtained by three-dimensional scanning by the acoustic element 2, and accordingly, according to the coordinates. By controlling the irradiation timing of the therapeutic laser beam L, only the laser treatment site 102 can be irradiated with the therapeutic laser beam L in a pinpoint manner.
図3はレーザ治療超音波探触子1を備えたレーザ治療超音波診断装置10の構成を示す。超音波送信ビームフォーマ12は超音波送信制御部11の制御に基づいて、レーザ治療超音波探触子1内の音響素子2が断層面100を扇状に2次元走査するための駆動パルスを発生して音響素子2に出力し、また、素子揺動動作制御部14は音響素子2が2次元走査面と直交する方向に揺動して患部3D空間101を走査するように制御する。超音波受信ビームフォーマ13は音響素子2により得られたエコー信号の位相を調整するなどして3D信号処理部15に出力し、3D信号処理部15は3次元エコーデータから、2次元画面上に表示するための3次元画像データを構築する。ビデオ処理部16は3D信号処理部13により構築された3次元画像データを輝度信号に変換してグラフィックメモリ17に展開することにより3次元画像をモニタ19に表示させる。操作卓20はモニタ19に表示されている3次元画像の座標に対してレーザ照射位置を指定することが可能であり、レーザ照射制御部18は操作卓20から指定されたレーザ照射位置に応じて治療用レーザ光Lの照射タイミングを制御する。ここで、PDTに利用する場合には、レーザ波長としては、非特許文献1によれば、血液中のヘモグロビンが600nm以下を吸収して効果が少ないことから、660nm程度を用いる。 FIG. 3 shows a configuration of a laser treatment ultrasonic diagnostic apparatus 10 including the laser treatment ultrasonic probe 1. Based on the control of the ultrasonic transmission control unit 11, the ultrasonic transmission beam former 12 generates drive pulses for the acoustic element 2 in the laser treatment ultrasonic probe 1 to scan the tomographic plane 100 in a fan shape two-dimensionally. The element swing operation control unit 14 controls the acoustic element 2 to scan in the affected part 3D space 101 by swinging in a direction orthogonal to the two-dimensional scanning plane. The ultrasonic receiving beam former 13 adjusts the phase of the echo signal obtained by the acoustic element 2 and outputs it to the 3D signal processing unit 15, and the 3D signal processing unit 15 converts the 3D echo data onto the 2D screen. Build 3D image data for display. The video processing unit 16 displays the three-dimensional image on the monitor 19 by converting the three-dimensional image data constructed by the 3D signal processing unit 13 into a luminance signal and developing it in the graphic memory 17. The console 20 can designate the laser irradiation position with respect to the coordinates of the three-dimensional image displayed on the monitor 19, and the laser irradiation control unit 18 responds to the laser irradiation position designated from the console 20. The irradiation timing of the therapeutic laser beam L is controlled. Here, when used for PDT, according to Non-patent Document 1, since hemoglobin in blood absorbs 600 nm or less and is less effective, a laser wavelength of about 660 nm is used.
<第2の実施の形態>
図4は本発明に係るレーザ治療超音波探触子の第2の実施の形態を示す構成図であり、図4(a)はレーザ治療超音波探触子30の音響素子2を正面から見た図、図4(b)はレーザ治療超音波探触子30を側面から見た図である。レーザ治療超音波探触子30を構成する音響素子2の構成及び揺動機構は第1の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。第2の実施の形態では、音響素子2にはその配列方向に沿って複数の治療用半導体レーザ素子列31が設けられ、治療用半導体レーザ素子列31の各素子には治療用半導体レーザスキャン配線32が接続されている。第2の実施の形態によれば、治療用レーザ光Lは、治療用半導体レーザ素子列31のうち、発光する素子を選択することにより音響素子2の配列方向の所望の角度位置に照射することができ、また、第1の実施の形態と同様にスキャンユニット5の揺動角度位置に応じて音響素子2の配列方向と直交する方向の所望の角度位置に照射することができる。
<Second Embodiment>
FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the laser treatment ultrasonic probe according to the present invention, and FIG. 4A shows the acoustic element 2 of the laser treatment ultrasonic probe 30 as viewed from the front. FIG. 4B is a view of the laser treatment ultrasonic probe 30 as viewed from the side. Since the configuration and the rocking mechanism of the acoustic element 2 constituting the laser treatment ultrasonic probe 30 are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted. In the second embodiment, the acoustic element 2 is provided with a plurality of therapeutic semiconductor laser element rows 31 along the arrangement direction, and each of the therapeutic semiconductor laser element rows 31 has a therapeutic semiconductor laser scan wiring. 32 is connected. According to the second embodiment, the therapeutic laser beam L is applied to a desired angular position in the arrangement direction of the acoustic elements 2 by selecting a light emitting element from the therapeutic semiconductor laser element array 31. Further, similarly to the first embodiment, it is possible to irradiate a desired angular position in a direction orthogonal to the arrangement direction of the acoustic elements 2 according to the swing angle position of the scan unit 5.
<第3の実施の形態>
図5は本発明に係るレーザ治療超音波探触子の第3の実施の形態を示す構成図であり、図5(a)はレーザ治療超音波探触子40の音響素子41を正面から見た図、図5(b)はレーザ治療超音波探触子40を側面から見た図である。音響素子41の中央には半導体レーザ素子(治療用半導体レーザ素子)42が設けられ、音響素子41は半導体レーザ素子42と共に、メカニカルセクタスキャニング回転用ロータモータ43に取り付けられて図5(a)に示す矢印方向に回転して2次元走査するメカニカルセクタスキャニング音響素子である。メカニカルセクタスキャニング回転用ロータモータ43は2次元走査面と直交する方向に回転動作軸46の回りを回転可能であり、このため、音響素子41は3次元で走査することができる。第3の実施の形態によれば、半導体レーザ素子42は、音響素子41の2次元走査方向位置と2次元走査面と直交する方向位置に応じて駆動タイミングを制御することにより音響素子41の走査方向と同じ方向に治療用レーザ光Lを照射することができる。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the laser therapy ultrasonic probe according to the present invention. FIG. 5A shows the acoustic element 41 of the laser therapy ultrasonic probe 40 as viewed from the front. FIG. 5B is a view of the laser treatment ultrasonic probe 40 as viewed from the side. A semiconductor laser element (therapeutic semiconductor laser element) 42 is provided at the center of the acoustic element 41. The acoustic element 41 is attached to a mechanical sector scanning rotating rotor motor 43 together with the semiconductor laser element 42 as shown in FIG. This is a mechanical sector scanning acoustic element that rotates two-dimensionally in the direction of the arrow. The mechanical sector scanning rotating rotor motor 43 can rotate around the rotation operation shaft 46 in a direction orthogonal to the two-dimensional scanning plane. Therefore, the acoustic element 41 can scan in three dimensions. According to the third embodiment, the semiconductor laser element 42 scans the acoustic element 41 by controlling the driving timing according to the two-dimensional scanning direction position of the acoustic element 41 and the direction position orthogonal to the two-dimensional scanning plane. The therapeutic laser beam L can be irradiated in the same direction as the direction.
本発明は、プローブの方向を変えてレーザ照射方向を変えることが困難な狭い体腔内に挿入して使用する場合にも、レーザ照射部位にレーザを正確に照射することができ、また、既存の3次元超音波診断装置を利用して、レーザ照射部位にレーザを正確に照射することができるという効果を有し、3次元の超音波探触子及び超音波診断装置などに利用することができる。 The present invention can accurately irradiate a laser irradiation site with a laser even when inserted into a narrow body cavity where it is difficult to change the direction of laser irradiation by changing the direction of the probe. Using a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus, the laser irradiation site can be accurately irradiated with a laser, and can be used for a three-dimensional ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus. .
1、30、40 レーザ治療超音波探触子
2、41 音響素子
4 治療用レーザ照射窓
5 治療用レーザ光スキャンユニット
5a レーザ光反射ユニット
5b 反射ミラー
5c ポリゴンミラー
10 レーザ治療超音波診断装置
11 超音波送信制御部
12 超音波送信ビームフォーマ
13 超音波受信ビームフォーマ
14 素子揺動動作制御部
15 3D信号処理部
16 ビデオ処理部
17 グラフィックメモリ
18 レーザ照射制御部
19 モニタ
20 操作卓
31 治療用半導体レーザ素子列
32 治療用半導体レーザスキャン配線
42 半導体レーザ素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 30, 40 Laser treatment ultrasonic probe 2, 41 Acoustic element 4 Treatment laser irradiation window 5 Laser beam scanning unit 5a Laser beam reflection unit 5b Reflection mirror 5c Polygon mirror 10 Laser treatment ultrasonic diagnostic apparatus 11 Ultra Acoustic wave transmission control unit 12 Ultrasonic transmission beam former 13 Ultrasonic reception beam former 14 Element oscillation operation control unit 15 3D signal processing unit 16 Video processing unit 17 Graphic memory 18 Laser irradiation control unit 19 Monitor 20 Console 31 Therapeutic semiconductor laser Element array 32 Semiconductor laser scan wiring for treatment 42 Semiconductor laser element
Claims (4)
前記音響素子が走査する2次元の走査面に沿って放射方向のレーザ出射角度が制御可能であるとともに、前記音響素子と一体で揺動して前記2次元の走査面と直交する方向のレーザ出射角度が制御可能なレーザ照射手段とを、
備えたレーザ治療超音波探触子。 An acoustic element that scans two-dimensionally with an ultrasonic signal and acquires three-dimensional echo data by swinging in a direction orthogonal to the scanning surface that scans two-dimensionally;
The laser emission angle in the radial direction can be controlled along the two-dimensional scanning plane scanned by the acoustic element, and the laser emission in the direction orthogonal to the two-dimensional scanning plane is oscillated integrally with the acoustic element. A laser irradiation means capable of controlling the angle;
Laser treatment ultrasonic probe equipped.
前記レーザ照射手段は、レーザ光を前記音響素子が走査する2次元の走査面に沿って放射方向に偏向することを特徴とする請求項1に記載のレーザ治療超音波探触子。 The acoustic element is composed of a plurality of acoustic elements arranged in one direction,
The laser treatment ultrasonic probe according to claim 1, wherein the laser irradiation unit deflects laser light in a radial direction along a two-dimensional scanning surface scanned by the acoustic element.
前記レーザ照射手段は、前記複数の音響素子の配列方向に沿って配列されて各放射方向にレーザ光を出射する複数のレーザ光発光素子を有することを特徴とする請求項1に記載のレーザ治療超音波探触子。 The acoustic element is composed of a plurality of acoustic elements arranged in one direction,
2. The laser treatment according to claim 1, wherein the laser irradiation unit includes a plurality of laser light emitting elements that are arranged along an arrangement direction of the plurality of acoustic elements and emit laser light in each radiation direction. Ultrasonic probe.
前記音響素子により得られた3次元エコーデータから3次元画像を構築する手段と、
前記構築した3次元画像の座標に基づいて前記レーザ照射手段が照射するレーザ光の前記2次元の走査面の放射方向の出射角度と前記2次元の走査面と直交する方向の出射角度を制御する手段とを、
備えたレーザ治療超音波診断装置。 A laser therapy ultrasound probe according to any one of claims 1 to 3 ;
Means for constructing a three-dimensional image from the three-dimensional echo data obtained by the acoustic element;
Based on the coordinates of the constructed three-dimensional image, the emission angle in the radiation direction of the two-dimensional scanning surface and the emission angle in the direction orthogonal to the two-dimensional scanning surface are controlled by the laser irradiation means. Means,
Equipped with laser treatment ultrasonic diagnostic equipment.
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