CN102481164A

CN102481164A - 超声波治疗装置

Info

Publication number: CN102481164A
Application number: CN2010800401990A
Authority: CN
Inventors: 浅见玲衣; 川畑健一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: JP4734448B2; EP2508142A4; CN102481164B; US9067053B2; WO2011068108A1; EP2508142A1; US20120172720A1; JP2011115461A

Abstract

本发明提供一种实现低侵袭且血流隔断效果高的栓塞治疗的装置。因此，提供一种具有向被检体的对象区域发送使造影剂气相化的气泡生成脉冲和使生成的气泡的直径增大的气泡生成脉冲的功能的超声波治疗装置。

Description

超声波治疗装置

技术领域

本发明涉及超声波治疗用装置。例如涉及在通过将肿瘤等疾病部位附近的血管栓塞来得到治疗效果的栓塞疗法中使用的装置。

背景技术

日本国的三大疾病中列举的癌症疾病的患病率目前越来越增加，强烈希望有用的早期诊断·治疗方法。尤其是能够在最初期的过程中发现癌症的存在的医用图像诊断装置中，研究开发正在活跃地进行，PET(positronemission tomography)、CT(Computed Tomography)、MRI(magneticresonance imaging)、超声波等多种方式中的技术的进步非常显著。然而，即使能够提前发现，在手术或放射线治疗等中也伴随有高的风险及副作用，因此到处可见难以作出下决心治疗的判断的例子。因而，必须与早期发现对应而进行侵袭性低的治疗方法的研究开发。

作为这样的低侵袭治疗之一，栓塞疗法的研究不断发展。栓塞疗法是通过隔断营养血管，使局部存在的疾病、即原发性肿瘤或子宫肌瘤等坏死而得到治疗效果的治疗方法。具体而言，使用如下方法：在X射线监视下将导管插入到肿瘤的营养血管并注入栓塞物质，使血管堵塞。

但是，在该治疗方法中，栓塞物质可能使向其他的正常组织相连的血管堵塞，始终存在使正常组织也坏死的风险。并且，由于该治疗方法使用导管，因此需要在使患者处于局部或全身麻醉。另外，由于该治疗方法中将X射线用于监视，因此被指出未必可以称为侵袭性低。

因此，为了降低栓塞疗法的侵袭性，进行根据监视法、栓塞物质及物质的送达方法各观点的开发。首先，公开有不使用固体而使用气泡作为栓塞物质的方法(专利文献1)。该方法能够利用超声波的监视，而不使用X射线，从而期待被照射的降低。另外，在专利文献2中公开有如下方法：预先将液体的药剂向生物体内投放，并对对象部位施加外部的刺激而使药剂气泡化，通过产生的气泡来阻滞肿瘤血流。另外，在专利文献3中，公开有如下方法：不使用利用了导管的栓塞物质的插入，即，使集中了的超声波向对象血管照射，使血管变性，由此来阻滞血流。并且，在专利文献4公开有如下方法：利用超声波能量来局部地生成气泡，通过生成的气泡来实现栓塞疗法。

但是，上述的所有的低侵袭栓塞疗法在治疗的可靠性上都存在问题。例如在使用气泡的方法中，使用的气泡为1～5μm左右的微泡，而肿瘤内毛细血管系统的直径为10～40μm，况且向肿瘤相连的主要的动脉血管为1mm以上，因此为了使上述的血管闭塞，若不使相当量的气泡在一定时间稳定存在，则难以获得效果。预先将气泡化物质向生物体内投放的情况在原理的上也存在同样的问题。另外，在将超声波能量向对象血管照射而使血管变性的情况下，因生物体内的超声波的衰减的影响，超声波能量集中的位置与转换器的几何学的焦点之间容易产生错动，从而难以可靠地仅使一个血管变性。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特表2003-525682号公报

【专利文献2】日本特开2008-024604号公报

【专利文献3】日本特开2007-000218号公报

【专利文献4】日本特表2007-520307号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

如以上那样，在使用现有技术的栓塞疗法中，存在侵袭性高，或虽然低侵袭但血流隔断效果低这样的问题。因此，在本发明中，其目的在于提供一种能够实现低侵袭且血流隔断效果高的栓塞治疗的装置。

用于解决问题的手段

诸发明者为了解决上述课题，进行锐意研究的结果是，提供一种具备向被检体的对象区域发送使气泡化造影剂气相化的气泡生成脉冲和使生成的气泡的直径增大的气泡生成脉冲的功能的装置。

发明效果

通过本发明，能够实现低侵袭且血流隔断效果高的栓塞治疗的实用化。

附图说明

图1是说明相对于超声波照射的气泡化造影剂的响应反应的图。

图2是表示与超声波的照射条件的不同对应的气泡化造影剂的响应结果的图。

图3是表示超声波治疗装置的构成例的图。

图4是说明从过渡的气泡接收的回波信号强度随时间变化的图。

图5是说明位置信息的提取方法的一例的图。

图6是说明利用了超声波治疗装置的栓塞治疗的执行顺序例的流程图。

具体实施方式

(基本原理)

各发明者通过使向气泡化造影剂照射的超声波变化的实验，发现存在超声波照射后气泡消失的过渡的气泡化状态和超声波照射后气泡仍稳定继续存在的稳定的气泡化状态这两种状态，其中，气泡化造影剂具有投放时为液体，但通过超声波的照射而气相化的特性。以下，对用于利用该现象来提高血流隔断效果的基本原理进行说明。

图1中示意性示出气泡化造影剂(相变化造影剂)经过过渡的气泡化状态而向稳定的气泡化状态成长的情况。当向通过表面活性剂使低沸点化合物微粒子化而成的气泡化造影剂照射使造影剂气相化的气泡生成脉冲时，内部的液体在超声波的作用下成为沸腾状态而气化(步骤a、b、c)。该气泡处于准稳定状态，当停止气泡生成脉冲的照射时，表现出返回液相的过渡的响应(步骤f)。

诸发明者尝试与该气泡生成脉冲的照射连续而将使气泡振动的气泡成长脉冲向准稳定状态(步骤c)的气泡照射的情况(步骤d)。于是，生成了稳定地存在的直径大的气泡(步骤e)。考虑这是由于，通过从周围的介质取入气体或与在周围存在的准稳定气泡的合并，而使气泡的直径成长的缘故。由于该稳定的气泡的体积相对于表面积的比例比准稳定气泡小，因此能够更稳定存在。通过以上的机理，诸发明者发现了产生过渡的气泡化状态和稳定的气泡化状态的情况。

图2中示出实验性地验证上述的气泡化的不同的结果。本实验结果是将在由37℃的脱气水充满的水槽中封入气泡化造影剂而成的生物体模拟体静置，并在回波画面上观察到的向生物体模拟体仅照射气泡生成脉冲、或仅照射气泡成长脉冲、或者与气泡生成脉冲连续而照射气泡成长脉冲的情况下的气泡的状态转变的结果。本实验中使用的超声波的照射条件如表1那样。

【表1】

首先，对向生物体模拟体仅照射气泡生成脉冲的情况(图2上段)进行说明。在该情况下，在照射脉冲的期间，在脉冲的焦点位置(图中两个箭头所示的位置)生成气泡，并产生高亮度的变化。但是，在照射结束的同时，高亮度消失。

接着，对向生物体模拟体仅照射气泡成长脉冲的情况(图2中段)进行说明。在该情况下，在气泡成长脉冲的焦点位置(图中两个箭头所示的位置)没有引起任何特别的变化。

最后，对向生物体模拟体照射组合气泡生成脉冲和成长脉冲而得到的脉冲情况(图2下段)进行说明。该情况如图1中说明的那样，为与气泡生成脉冲的照射连续而照射气泡成长脉冲的情况。在该情况下，在脉冲的照射中，在脉冲的焦点位置(图中两个箭头所示的位置)生成气泡，并产生高亮度变化。并且，该高亮度变化也持续到脉冲的照射结束后。即，可知通过向相同的超声波造影剂照射不同种类的脉冲，能够得到持续性不同的气泡。

根据以上的实验结果，诸发明者得到将气泡化造影剂的过渡的响应使用于诊断及监视，并将稳定的响应使用于肿瘤血管的栓塞治疗的构思，直至发明出使用于投放了气泡化造影剂的被检体的栓塞治疗的超声波治疗装置。

具体而言，作为超声波治疗装置，发明了如下这样的超声波治疗装置，其具有：进行使气泡化造影剂过渡性及稳定性气相化的两种超声波脉冲的接收发送控制的接收发送顺序控制部；描绘出作为治疗对象的血流，在治疗进行中检测血流的产生的监视部；根据由监视部提供的信息，将追加的治疗向接收发送顺序控制部指示的反馈控制部。

在此，优选引起过渡的气相化的气泡生成脉冲的频率为0.5～10MHz，脉冲长度大致为2ms以内，更优选为1ms以内。另一方面，稳定的气相化中使用的气泡成长脉冲只要是能够使通过气泡生成脉冲生成的气泡振动的超声波照射条件即可，没有特别地限制。但是，优选气泡生成脉冲的频率大致为0.5～10MHz，脉冲强度为不足以使造影剂的液体气相化的程度。

另外，优选在超声波治疗装置所具备的监视部中提取气泡化造影剂的过渡的响应的回波信号，并描绘出在通常的超声波断层像中难以描绘出的肿瘤周边的毛细血管系统。监视部将上述的血管设定为治疗对象区域，并将位置信息向反馈控制部传递。反馈控制部为了将位置信息和稳定的气相化脉冲一起发送而向接收发送顺序控制部输出指示信号，接收发送顺序控制部接收该指示信号而发送稳定的气相化脉冲。

在生成稳定气泡的部位，血流被完全隔断而发挥治疗效果，但在产生血流的情况(即，治疗陷于不完全的状态的情况)下，在治疗对象区域产生血液和气泡化造影剂(液体)的流入。为了检测该血液的流入，优选超声波治疗装置具有在栓塞治疗中也将气泡生成脉冲向治疗对象区域周期性地照射，来提取因气泡的生成而产生的信号(以下，也称为“气泡由来信号”。)的监视功能。在具有该功能的情况下，超声波治疗装置能够基于气泡由来信号的检测，对反馈控制部指示治疗用的气泡生成脉冲和气泡成长脉冲的追加的照射，从而能够再次隔断血流而提高栓塞治疗的效果。

另外，优选监视部除了具有检测上述的气泡由来信号的功能外，还具有检测治疗对象区域中的气泡的消失的功能。该功能能够通过将通常的图像诊断脉冲向治疗对象区域照射时检测出的超声波信号中的具有固定以上的信号强度的信号作为气泡区域提取，并利用气泡区域的时间差量检测气泡区域的缩小(消失)来实现。在具有该功能的情况下，超声波治疗装置能够在检测出气泡的消失时对反馈控制部指示治疗用的气泡生成脉冲和气泡成长脉冲的追加的照射，从而能够提高气泡的再成长产生的栓塞治疗的效果。

通过在超声波治疗装置中采用以上的基本原理和结构，从而能够得到不用向受验者的患部直接插入针或导管的低侵袭的栓塞疗法，且能够使血流的隔断效果比现有装置提高。

(实施例)

以下，基于附图，对本发明的实施例进行说明。另外，后述的装置结构和处理动作的内容是用于说明发明的一例，本发明还包括在后述的装置结构和处理动作上组合已知的技术的发明或将后述的装置结构和处理动作的一部分替换为已知的技术的发明。

图3中示出适用了上述的原理的超声波治疗装置的构成例。超声波治疗装置具有在治疗机主体2上连接了探头1、输入部3、显示部4的装置结构。治疗机主体2具有接收发送顺序控制部7、接收波束成形部5、发送波束成形部6、接收·发送切换开关9、受波处理部10、组织断层像运算部11、监视部12、反馈控制部13、显示数据合成部8。

本实施例的超声波治疗装置利用脉冲超声波得到关于预先投放了气泡化造影剂的被检体的诊断部位的断层像而进行显示，并通过气泡化造影剂的气泡化将设定的治疗对象区域的血流隔断。

探头1是在其与被检体之间担当超声波信号的接收发送的设备。探头1只要是能够接收发送满足气泡化(气泡的生成)及气泡的成长所需要的条件的超声波，且能够得到通常的组织断层图像的构件即可。另外，不必为单一的探头，可以根据情况，将多个探头按照各自的目的组合使用。

输入部3是为了向诊断机主体2提供使用者所进行的各种指示输入而需要的控制台。根据需要，输入部3采用鼠标、记录笔等指示器、按钮、键盘等输入装置。

另外，接收发送顺序控制部7是规定脉冲超声波的发送条件的设备。对于发送条件的具体的规定方法后述。发送波束成形部6基于由接收发送顺序控制部7提供的发送条件来形成发送波束，并对发送波束赋予定向性。形成的发送波束提供给探头1，而作为发送回波信号向被检体发送。

接收波束成形部5是对探头1从被检体内部接收到的接收回波信号赋予接收定向性的设备。受波处理部10是对由接收波束成形部5得到的接收回波信号进行检波的设备。接收回波信号经过组织断层像运算部11后，最终向显示数据合成部8发送，而作为图像数据提供给显示部4。

监视部12是利用后述的方法从接收回波信号提取气泡成分，并将提取结果作为气泡由来信号而向反馈控制部13发送的设备。反馈控制部13是基于气泡由来信号来设定治疗对象区域，并通过后述的方法向接收发送顺序控制部7指示发送回波信号的送波区域的设备。另外，监视部12还搭载有基于后述的方法来检测血流的有无，并将检出结果向反馈控制部13发送的功能。反馈控制部13还搭载有基于检测出血流的位置信息，将对该位置的气泡生成脉冲和气泡成长脉冲的连续照射向接收发送顺序控制部7指示的功能。

接着，对由监视部12执行的气泡由来信号的提取处理的一例进行说明。气泡的声阻约为0.0004*10⁶Z(Kg/m²/s)，与血液(1.62z)和肝脏(1.64z)具有明显的差别。因此，当在治疗对象区域生成气泡时，在监视部12检测出高强度的回波信号。如图4所示，在用于取得组织断层像的诊断用超声波的照射的间歇中，以用于取得一个断层图像的时间量(以后，成为一帧。)照射气泡生成脉冲。于是，如图4所示，检测出生成气泡引起的亮度值的大幅的变化。此时，若仅提取具有预先设定的固定阈值以上的亮度的信号，则能够仅提取气泡成分。

这样，为了使用图像间的相关处理，优选能够实现尽可能高的帧频率的摄像方法，来减少体动等产生的影响。作为一种方法，考虑有如下方法，在设定治疗对象区域的情况下，在光栅方向上分割摄像区域，求出差量并再构筑图像。另外，与对体动进行修正的运算功能等组合的方法也有效。并且，监视部12根据通过上述的方法提取的气泡由来信号，来设定治疗对象区域。

如图5所示，反馈控制部13基于检测出气泡由来信号的深度和方位，来提取治疗对象区域的位置信息，并向接收发送顺序控制部7传递。一个组织断层像由多个超声波接收发送构成，但提取存在于各超声波接收发送信号上的治疗对象区域的深度信息。图5中，当斜线部位为治疗对象区域时，超声波接收发送信号21的治疗对象区域为c，超声波接收发送信号22的治疗对象区域为b，超声波接收发送信号23的治疗对象区域为a。接收发送顺序控制部7针对在各接收发送信号上指定的深度，形成为将集中的气泡生成脉冲及气泡成长脉冲连续地组合而得到的一个脉冲而进行发送。

接着，对由监视部12执行的血流检出方法的例子进行说明。预测即使向生成了稳定气泡的状态的治疗对象区域照射气泡生成脉冲，在生成稳定气泡的部位也不会引起大的亮度变化，但预测在新生成过渡的气泡那样的部位引起大的亮度上升。因此，若在帧间追踪亮度值的变化，并提取预先设定的固定阈值以上的亮度信号的上升，则能够检测出新的气泡的生成。该情况意味着能够检测出在治疗对象区域产生的新的血流。在该情况下，为了提高治疗效果而进行反馈控制，从而向对应区域连续地照射气泡生成脉冲和气泡成长脉冲。

接着，对由监视部12执行的其他的血流检出方法的例子进行说明。如上所述，当着眼于生物体与气泡的声阻之差时，可预想到在存在的气泡消失的情况下，引起亮度值的大幅的降低。因此，若在帧间追踪亮度值的变化，并提取预先设定的固定阈值以上的亮度信号的降低，则能够检测出气泡的消失。该情况意味着治疗效果的降低，因此进行反馈控制，从而向对应区域连续地照射气泡生成脉冲和气泡成长脉冲。

反馈控制部13中实现将检测出上述的气泡的生成或消失的位置信息向接收发送顺序控制部7传递的功能。接收发送顺序控制部7规定发送条件，以将会聚为由各接收发送信号指定的深度的气泡生成脉冲及气泡成长脉冲射出。

图6中示出通过实施例的超声波治疗装置对肿瘤部位进行栓塞治疗时执行的处理顺序的例子。在将气泡化造影剂向被检体投放后(SP1)，将探头1从体表对准被认为是肿瘤等患部的部位，并照射气泡生成脉冲(SP2)。在气泡化造影剂所存在的部位，气泡化造影剂从液体向气泡发生相变化。监视部12判定接收回波信号中是否含有气泡由来信号(SP3)，并将检测出气泡由来信号的部位设定为“治疗对象区域”(SP4)。另外，对于设定的治疗对象区域，显示数据合成部8将接收到的气泡由来回波的图像显示在显示部4上，并将栓塞治疗的开始的执行标志显示在显示部4上(SP5)。另外，治疗设定区域能够由显示画面上的对象区域的设定输入自由地变更。治疗设定区域的设定或变更通过接收发送顺序控制部7接受对输入部3的操作输入，并在该接收发送顺序控制部7与对应区域之间收发超声波信号来实现。另外，在未检测出因气泡化造影剂的气泡化而产生的信号的情况下，考虑为气泡化造影剂的投放不足、探头1的对准方法等的问题。因此，超声波诊断装置在显示部4的画面上显示错误信息(SP6)。

当对治疗对象区域的栓塞治疗开始时，朝向治疗对象区域连续地发送栓塞治疗用的脉冲超声波(即，使气泡生成脉冲和气泡成长脉冲连续的一个脉冲)(SP7)。这里的脉冲超声波的发送意味着将气泡生成脉冲和气泡成长脉冲按时间顺序作为一个脉冲而发送的情况。

当开始栓塞治疗时，开始治疗监视(循环处理)(SP8)。治疗监视开始后，将仅由气泡生成脉冲构成的脉冲超声波单发地照射(SP9)。并行地判定接收回波信号中是否检测出气泡由来信号，在检测出该信号的情况(检测出新的血流的存在的情况)下，仅向检测区域照射气泡生成脉冲和气泡成长脉冲(SP10、SP11)。该SP9～SP10～SP11的处理在未检测出气泡由来信号之前重复执行。

当不存在新的血流时，向通常的诊断模式转移。当开始诊断模式时，发送诊断脉冲，并监视气泡的消失的有无(SP12、SP13)。在检测出气泡的消失的情况(治疗效果降低的情况)下，确定检测出的区域，并且仅向该位置选择性地照射气泡生成脉冲和气泡成长脉冲(SP11)。另外，在执行SP11后，再执行SP9～SP10的处理，来确认气泡的成长产生的血流的隔断效果。上述的检出、判定、控制动作通过监视部12、反馈控制部13来执行。

在未检测出气泡的消失的情况下，将治疗进行中的标志显示在显示部4上(SP14)。在执行该SP14的处理后，执行使用者事先设定的作为用于肿瘤栓塞治疗的持续时间的任意时间是否结束的判定处理，在任意时间未结束的期间，从上述的SP8的处理开始重复执行一系列的处理动作(SP15)。另一方面，在检测出任意时间的结束时，超声波治疗装置自动向治疗结束动作转移，并将治疗结束标志显示在显示部4上(SP16)。

(其他实施例)

在上述的实施例中，基于表1所示的生成条件，对生成气泡生成脉冲和气泡成长脉冲的情况进行了说明。然而，气泡生成脉冲和气泡成长脉冲的生成条件不局限于此。因治疗对象区域距体表的深度不同，而最佳的生成条件也不同。

对象疾病存在的部位认为有例如腹部脏器(肝脏、胰脏等)、乳房、甲状腺、前列腺、子宫肌瘤等。其中，在位于体内的最深部的肝脏等脏器成为治疗区域的情况下，需要在距体表10～15cm左右的深部使气泡生成、成长。当超声波在生物体内的衰减率为0.6dB/MHz/cm，能够允许的超声波的衰减为6dB时，在深度为15cm的情况下，优选以0.6MHz以下、0.5MHz左右的频率生成气泡生成脉冲及气泡成长脉冲。相反，在为位于最浅部的甲状腺等的情况下，深度为1em左右，因此优选以10MHz的频率生成气泡生成脉冲及气泡成长脉冲。

另外，优选气泡生成脉冲以其自身对生物体不产生影响的超声波强度照射。作为指标，优选Medical Index(MI)值

在焦点区域为1.9以下。其中，P_neg为最大负压，f为中心频率。

优选作为气泡成长脉冲而使用的超声波的强度为气泡生成脉冲的强度以下，在仅照射气泡成长脉冲时为不生成气泡的强度。另一方面，优选气泡生成脉冲在不受体动的影响的程度内为短的波长。在人类的呼吸的速度为0.2Hz的情况下，只要为人类的呼吸的速度的1/1000即5ms以内，则就没有问题。

另外，本发明并非原样限定为上述实施方式，在实施阶段，在不脱离其主旨的范围内能够对构成要素进行变形而使其具体化。例如也可以与超声波诊断功能组合使用。另外，通过实施例中公开的多个构成要素的适当的组合，能够形成多个发明。

【符号说明】

1…探头

2…治疗机主体

3…输入部

4…显示部

5…接收波束成形部

6…发送波束成形部

7…接收发送顺序控制部

8…显示数据合成部

9…接收·发送切换开关

10…受波处理部

11…组织断层像运算部

12…监视部

13…反馈控制部

Claims

1.一种超声波治疗装置，使用气泡化造影剂，该气泡化造影剂在投放时为液体，但通过超声波的照射而气相化，所述超声波治疗装置的特征在于，

具有：

发送波束成形部，其生成发送波束，该发送波束生成使所述气泡化造影剂气泡化的气泡生成脉冲及使生成的气泡的直径增大的气泡成长脉冲；以及

探头，其将所述气泡生成脉冲及/或所述气泡成长脉冲向被检体的对象区域发送。

2.根据权利要求1所述的超声波治疗装置，其特征在于，

还具有：接收发送顺序控制部，其控制所述气泡生成脉冲、所述气泡成长脉冲及诊断用脉冲的切换。

3.根据权利要求2所述的超声波治疗装置，其特征在于，

还具有：

监视部，其检测所述对象区域中的血流的有无；

反馈控制部，其在所述监视部中检测出血流的产生的情况下，向所述接收发送顺序控制部通知，以使得仅向该检出部位发送所述气泡生成脉冲和所述气泡成长脉冲。

4.根据权利要求2所述的超声波治疗装置，其特征在于，

所述接收发送顺序控制部对仅所述气泡生成脉冲的发送、使所述气泡成长脉冲与所述气泡生成脉冲连续而得到的一个脉冲的发送，进行切换控制。

5.根据权利要求1所述的超声波治疗装置，其特征在于，

所述气泡生成脉冲的中心频率为0.5～10MHz，脉冲长度为5ms以内。

6.根据权利要求1所述的超声波治疗装置，其特征在于，

所述气泡成长脉冲的中心频率为0.5～10MHz，脉冲强度不足以使所述气泡化造影剂气相化。

7.根据权利要求1所述的超声波治疗装置，其特征在于，

还具有：监视部，其根据是否检测到向治疗开始后的所述对象区域仅照射所述气泡生成脉冲而从该对象区域生成新的气泡所引起的超声波信号，来检测血流的有无。

8.根据权利要求1所述的超声波治疗装置，其特征在于，

还具有：监视部，其从由照射诊断用脉冲时检测出的所述对象区域所检测出的超声波信号提取气泡成分信号，并且基于该气泡成分信号的时间差量，检测气泡的消失的有无。

9.根据权利要求8所述的超声波治疗装置，其特征在于，

还具有：反馈控制部，其在所述监视部中检测出血流的消失的情况下，向所述接收发送顺序控制部通知，以使得仅向该检测部位发送所述气泡生成脉冲和所述气泡成长脉冲。