CN110494087A - 超声波照射装置 - Google Patents

Abstract

本公开的超声波照射装置具备从外侧朝向体表面照射聚焦超声波即HIFU的超声波换能器和对超声波照射对象部位的体表面进行摄像的光学摄像部或者相机。此外，在体表面定位配置有照射位置引导件或者标记，利用相机检测标记，基于该标记的位置信息，控制超声波换能器的位置和照射角度。由此，能够将治疗用换能器引导至适合的照射位置，并且能够观看到超声波照射中的体表面的状态。

Description

超声波照射装置

技术领域

本发明涉及从体外照射超声波来对疼痛部位进行烧灼的超声波照射装置。

背景技术

为了缓和由转移骨癌、关节痛等引起的疼痛，通过超声波照射装置，从体外对患部照射高密度聚焦超声波(High-Intensity Focused Ultrasound：以下，HIFU)，以非侵入方式对疼痛部位进行烧灼，进行骨疼痛缓和治疗(参照专利文献1、2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平7-38858号公报

专利文献2：日本专利第5429822号公报

发明内容

本公开的超声波照射装置具备从外侧朝向体表面照射聚焦超声波的超声波换能器和对超声波照射对象部位的体表面进行摄像的光学摄像部。

附图说明

根据下述详细的说明和附图，本公开的目的、特色以及优点将变得更加清楚。

图1是第1实施方式的超声波照射装置的概要结构图。

图2是第2实施方式的超声波照射装置的概要结构图。

图3A～图3D均是表示在实施方式中使用的照射位置引导件的例子的主视图。

图4A是从下方观察实施方式中的超声波照射装置的超声波照射部的主视图，图4B是从侧方观察的侧视图。

具体实施方式

当前，已知用于骨疼痛的缓和治疗的超声波照射装置能够分类为两种，根据对治疗对象的患部等超声波照射对象部位进行诊断/引导的方式，(1)具备被称为MRgHIFU的MRI引导(Magnetic Resonance Imaging-guided)装置的装置，(2)具有被称为USgHIFU的超声波引导(UltraSound-guided)装置的装置。另外，对疼痛部位进行烧灼的治疗用换能器均是相同的HIFU型。此外，HIFU换能器有各种形状，例如，有外形为圆形或四边形等，分别向与超声波照射方向相反的方向鼓起为凹面、或者没有膨胀的板状等。

可是，前述的MRgHIFU以及USgHIFU分别利用从MRI引导装置以及超声波引导装置得到的图像，确定成为疼痛产生的原因的部位，使治疗用换能器对准该确定的部位来照射HIFU，进行患部的烧灼。

然而，现在诊断所使用的一般的MRI引导装置以及超声波引导装置能够检测作为在深部产生的疼痛的原因的、作为身体的深处的软组织的脏器等而使其图像化，在距体表面的深度为数mm～数十mm左右的身体较浅的部分产生的、成为骨疼痛的原因的硬组织的检测/确定困难，存在不擅长的弱点。

因此，对于在深度为数mm～20mm左右的体表面附近产生的骨疼痛的患部的位置的确定，医师通过徒手的触诊找出压痛点，将该压痛点用医疗用笔等标记在作为体表面的皮肤上。然后，依靠该标记或者记号(记号)，医师等医疗人员通过目测手动地进行照射HIFU的治疗用换能器的定位。因此，没有确认治疗用换能器是否配置于适合的照射位置的部位。

此外，上述的MRI引导装置以及超声波引导装置在产生了伴随着超声波照射以及超声波烧灼的皮肤烫伤、烧伤等的情况下，虽然能够在超声波的照射后用于烫伤的程度的判别，但在超声波照射中无法同时进行图像化和计测。因此，以往的超声波照射装置不具有实时监视超声波照射中的皮肤状态的部位。

本公开是鉴于这样的实际情况而完成的，其目的在于提供一种超声波照射装置，其能够将治疗用换能器引导至适合的照射位置，并且能够观看到超声波照射中的体表面的状态。

以下，对本公开的实施方式进行说明。

本实施方式所涉及的超声波照射装置具备从外侧朝向体表面照射聚焦超声波的超声波换能器和对超声波照射对象部位的体表面进行摄像的光学摄像部，是用于缓和转移骨癌、关节痛等引起的骨疼痛等、即来自体表的深度为数mm～30mm左右的身体较浅的部分产生的疼痛的骨疼痛缓和治疗用的超声波照射装置。如图1所示，该超声波照射装置除了具备单个或者多个超声波发送元件的HIFU照射部10以及治疗用支承台20之外，还由未图示的电源部、冷却水产生部和个人计算机等的控制部构成。

治疗用支承台20的移动床21和HIFU照射部10的支承部11为了进行超声波照射治疗而将躺在床上的患者的身体自由地调节为平面2轴即XY轴方向和高度轴即Z轴方向的位置，能够将超声波照射对象部位、该例中双腿的大腿部保持在HIFU照射部10的铅垂正下方的适合的位置。

另外，HIFU照射部10也能够绕支承部11的轴旋转，相对于铅垂方向倾斜地照射超声波。此外，也存在在移动床21上配设有用于保持患者的姿态/位置的束缚带等的情况。进而，作为超声波照射对象部位的患者的身体的移动/保持机构不限于上述例子的结构，只要能够将超声波照射对象部位保持在适合的位置，则也可以采用公知的X线检查装置等其他医疗用检查设备中使用的患者支承/移动的机构。

本实施方式的超声波照射装置采用如下结构，所述超声波换能器具备具有与照射对象正对的面的超声波照射部，所述超声波照射部在与所述照射对象正对的面上具备开口，所述光学摄像部配设为能够通过所述开口对所述超声波照射对象部位的体表面进行摄像。

详细地进行说明，图1所示的HIFU照射部10将超声波换能器1、树脂膜制球囊2、照射部壳体即外壳3为主体而构成，该超声波换能器作为在患部上扩展的圆板状的超声波照射部，该球囊用于保持作为超声波照射对象部位的患者的身体的冷却用的冷却水，该外壳3将超声波换能器1、球囊2悬挂在患者的身体上，以支承于支承部11并进行移动。另外，各图中的配管、布线等各构件间的连接省略图示。

如图4B所示，圆板状的超声波换能器1整体形成为在患部上扩展的圆板状或者圆盘状，作为其下表面的患部侧成为朝向铅垂下方弯曲成凹状的抛物线形状。在该凹状的内表面配设有多个图4A所示那样的超声波发送元件1a。由于该超声波换能器1的内表面形成为具有朝向一点聚焦的曲率半径的弯曲面，因此，在这些各超声波发送元件1a同时振荡的情况下，如图1所示，振荡出的超声波聚焦于焦点而成为高密度的HIFU。

此外，在圆板状且抛物线形状的中央部设置有能够安装后述的作为第1光学摄像元件的相机C1的透镜的开口、贯通孔1b。然后，基于安装于贯通孔1b的相机C1进行的作为球囊2下的照射位置引导件的标记M1的检测信息以及位置信息，省略了图示的计算机等控制部将包含超声波换能器1以及球囊2的HIFU照射部10设置在所述标记M1正上方的适合的位置，控制并下降/载置。

另外，超声波换能器1如所述例子那样成为在患部之上扩展的圆板状等的形状，是为了在与患部正对的较宽的面上排列尽可能多的超声波振荡元件来确保超声波发送强度。因此，超声波照射部的形状并不限定于前述的圆板状、圆盘状，只要是能够确保与患部正对的较宽的面的形状，则照射部的整体形状没有特别限定。例如，外形也可以是圆形或四边形等，分别向与超声波照射方向相反的方向鼓起为凹面、或者没有膨胀的板状等。

此外，若将超声波振荡元件设为能够改变超声波的焦点和景深的相控阵类型的HIFU，则能够采用变更超声波换能器1中的抛物面形的曲率半径、或下表面平坦的平板状的照射部。

球囊2使用树脂制的透明或半透明膜而构成，通过在未图示的冷却水产生部制作的已脱气的冷水、在该情况下水温约为18℃的冷水在与冷却水产生部之间循环，能够将该球囊2内的水温保持为一定温度，能够冷却球囊2下部且底部所接触的体表面。

另外，对超声波照射对象部位的皮肤面进行冷却的理由是为了减轻由超声波照射引起的体表面以及表层的烫伤、烧伤，为了抑制由超声波照射引起的气泡的产生等，使循环的冷水以脱气的状态循环。此外，本实施方式中的球囊2的“透明或者半透明”是指所使用的树脂膜在可见光的波段以及紫外线的波段中的光的透射率为80％以上。

如上所述，相机C1安装于在圆板状的超声波换能器1的中央部设置的贯通孔1b，能够通过球囊2内的冷却水和球囊2下部的树脂制膜，对球囊2正下方的超声波照射对象部位的体表面进行摄像。此外，相机C1的透镜侧前端的图示下方，朝向球囊2的内侧安装有光学滤波器F和灯L1，能够更鲜明地摄像前述的标记M1所位于的超声波照射对象部位。

另外，在相机C1前端的光学滤波器F以及灯L1与其周围的贯通孔1b之间配设有用于将它们的间隙设为水密结构的O型环等密封构件，防止前述的脱气完毕的冷却水的漏水。贯通孔1b的漏水防止结构也可以采用其他结构。

根据具有以上结构的超声波照射装置，通过对从相机C1得到的超声波照射对象部位的体表面的图像进行解析并利用，能够将治疗用的HIFU照射部10简单地引导至适合的照射位置，并且能够在超声波照射中实时地监视该超声波照射对象部位的体表面的状态。

即，根据本实施方式的超声波照射装置，通过对从光学摄像部得到的超声波照射对象部位的体表面的图像进行解析并利用，能够将治疗用换能器简单地引导至适合的照射位置，并且能够在超声波照射中实时地监视该超声波照射对象部位的体表面的皮肤的状态。由此，本发明的超声波照射装置能够减轻超声波照射时的患者的负担。

此外，本实施方式的超声波照射装置能够在不使治疗用的HIFU换能器移动的情况下，在超声波照射中摄像隐藏在扩展到患部上的大致圆板状或者大致圆盘状等超声波照射部的正下方的超声波照射对象部位。因此，能够缩短治疗时间等、减轻对患者施加的负担。

关于超声波照射对象部位的监视，更详细地进行说明，在本实施方式中，能够进行超声波照射中的照射对象部位的摄像是球囊2的底部和内部的脱气水透明或者半透明，并且，相机C1配设于使位于被超声波照射部隐藏的场所的作为超声波照射对象部位的标记M1的位置从球囊2内看到的位置。此外，由于相机C1具有光学滤波器F以及灯L1，因此能够采用各种摄像方式。

在此，本实施方式的超声波照射装置具备对从所述光学摄像部得到的图像进行运算处理的图像处理部，该图像处理部基于所得到的图像的超声波照射对象部位中的多个特定波段的光的反射光的分布，判定该超声波照射对象部位的皮肤的状态的皮肤状态判定部。

例如，在着眼于从超声波照射对象部位得到的反射光图像来观看到体表面的状态的情况下，作为灯L1，使用发出“标准的光”的、作为色温2856.6K的钨灯的标准照明A光源、或者作为颜色相关温度650K的日光的标准照明D65光源，在相机C1中，通过摄像透过球囊2而看到的标记M1的位置，得到约400～700nm的可见光频带的反射光图像。此外，通过使用省略了图示的图像处理部以10nm步长对得到的图像进行分光，能够得到超声波照射对象部位的分光光谱。根据该分光光谱，能够通过运算取得基于CIELAB(L*a*b*)颜色空间的颜色参数即L*值、a*值以及b*值。

而且，通过在超声波照射之前的初始值和超声波照射中或者照射后比较与皮肤表面的烫伤、烧伤相关的颜色参数、特别是a*值的红色度、b*值的黄色度，能够实时地监视超声波照射对象部位的皮肤的状态。另外，这是皮肤状态判定部的一例，a*值也能够用于判定超声波照射对象部位的皮肤烫伤的产生的危险度。

另外，前述的L*a*b*颜色空间中的256灰度的a*标度的范围从最大绿色饱和(a0)到最大红色饱和(a255)，红色度由a*值的128～255表示。此外，256灰度的b*标度的范围从最大蓝色饱和(b0)到最大黄色饱和(b255)，黄色度由b*值的128～255表示。而且，若预先记录超声波照射前的对象区域的a*值、b*值的初始值，则不使HIFU照射部10移动，在超声波照射中等进行同样的摄像，由此得到对象区域的a*值、b*值的测定值。通过求出作为它们之差的Δ，能够明确体表面的颜色的变化、即皮肤的状态变化。

此外，同样地，也能够着眼于前述的反射光的分光光谱中的特定的波长或者特定的波段的光反射率、特定波长的吸光度等，从其他观点来监视皮肤的状态变化。

即，本实施方式的超声波照射装置包括所述图像处理部基于得到的图像的超声波照射对象部位中的多个特定波段的光的反射光的分布来判定该超声波照射对象部位的皮肤烫伤的产生的危险度的烫伤产生危险度判定部。

例如，也可以使用如下方法来判定超声波照射对象部位的皮肤的状态、烫伤产生的危险度，该方法为基于作为由皮肤上层的表层产生的吸收带的450nm附近以及作为来自血红蛋白的吸收带的550、650nm附近这样的多个特定波段的反射光的分布来判定作为对象区域的皮肤烫伤的程度的烫伤度的方法；基于作为血液中的氧合血红蛋白(HbO₂)和脱氧血红蛋白(Hb)的吸收带的约500～600nm的频带的反射光的分布来判定对象区域的皮肤的烫伤、坏死的危险度的方法；或者基于来自皮肤中的胶原蛋白的685nm附近的反射光的分布来判定对象区域的皮肤上层的损伤程度的方法等。它们都是皮肤状态判定部或者烫伤产生危险度判定部的一例。

此外，另一方面，在着眼于从超声波照射对象部位得到的荧光观看到体表面的状态的情况下，作为灯L1等的光源，使用发出特定波长的激发光的激光LED、紫外线(UV)LED等二极管、灯，通过用相机C1摄像标记M1的位置，能够取得对象部位的荧光图像、荧光光谱。

例如，在以激光LED作为光源照射波长约405nm的光，取得包含约450～700nm的可见光频带的反射光的荧光图像的情况下，若产生由烫伤引起的血行不良，则会产生来自血红蛋白的约500～550nm的荧光的光强度降低的现象。由此，能够判定对象区域的皮肤的烫伤度。

此外，皮肤内的胶原蛋白也发出荧光，因此，例如，在使用UV-LED照射波长约325nm的光，取得了约400～410nm的可见光频带的荧光图像的情况下，若产生由烫伤引起的皮肤的损伤，则产生来自胶原蛋白的约400以及405nm的荧光的光强度降低的现象。由此，也能够判定对象区域的皮肤的烫伤度。这些也是本实施方式中的皮肤状态判定部或者烫伤产生危险度判定部的一例。

如前述的实施方式那样，本发明的超声波照射装置通过对从相机C1得到的超声波照射对象部位的体表面的图像进行解析并利用，能够在不使HIFU照射部10移动的情况下实时地监视对象部位的体表面的状态。

另外，本实施方式的超声波照射装置的控制部也可以具备在通过所述各方法得到的皮肤状态、烫伤产生危险度、例如a*值等超过预先设定的阈值的情况下，使超声波换能器1的超声波振荡停止的烫伤产生预防部。即，通过使前述的皮肤状态判定部或者烫伤产生危险度判定部与控制超声波换能器1的控制部联动，从而能够更可靠地抑制烫伤、烧伤等的产生。

接着，对用于将治疗用的HIFU照射部10引导至适合的照射位置的照射位置引导件进行说明。

本实施方式的超声波照射装置具备所述超声波照射的照射位置引导件，所述照射位置引导件具备超声波照射位置引导部，定位并配设于所述体表面，利用所述光学摄像部检测所述照射位置引导件，并基于该照射位置引导件的位置信息来控制所述超声波换能器的位置和照射角度。另外，这里所说的光学摄像部可以与之前所述的“对超声波照射对象部位的体表面进行摄像的光学摄像部”相同，其功能也不限定于“能够通过超声波照射部对超声波照射对象部位的体表面进行摄像”。此外，配设位置、个数也能够任意地设定。

照射位置引导件是用于将作为治疗用换能器的HIFU照射部10引导至适合照射的位置的标识或者标记，该照射位置引导件的配设位置的确定是通过医师等徒手的触诊找出压痛点来进行的。

作为所述照射位置引导件，如图3所示，在体表面上配设有包含先前例示的标记M1的膜状标记、由在超声波照射对象的体表面打印的墨液构成的标记、印章或者签名等。

即，在实施方式的超声波照射装置中，优选采用如下结构，所述照射位置引导件是配设在所述体表面上的膜状标记的结构，或者，所述照射位置引导件是由打印在所述体表面上的墨液构成的标记、印章或者签名的结构。另外，所述的“在体表面上打印”是指除了使用打印机等印刷机进行打印的情况之外，还广泛地包括使用了笔等的手写、利用邮戳等的盖章、印章等的粘贴等在皮肤上标注标记(记号)的全部的概念。

另外，配设包含标记的照射位置引导件的数量、位置没有特别限定，也可以设置多处。此外，检测其照射位置引导件的光学摄像部以及超声波照射位置引导部的一部分不仅是配设在之前描述的圆板状的超声波换能器1中的相机C1，例如，如图2所示的第2相机C2、第3相机C3等那样，也能够在能够观察/检测照射位置引导件的位置不限制配设位置地配设多个。

进而，图2所示的超声波照射装置为了易于观察照射位置引导件而具备对照射位置引导件的设置部位进行照射的照明部L2、L3等。此外，将照射这些照射位置引导件的灯L1以及照明部L2、L3等设为能够照射紫外线的UV灯的所谓的黑色灯等，前述的标记、体表面的印字所使用的墨液若使用被称为荧光墨液的紫外线反射墨液，则无论室内的照明等如何，都能够更清楚地识别照射位置引导件。

作为照射位置引导件使用的膜状标记使用树脂膜等较薄且柔软的材料构成，以在使用糊、粘接剂等粘贴到体表面时不在与体表面之间夹着空气而与皮肤紧贴。具体而言，作为所使用的树脂，优选不吸收或不反射超声波，且使超声波透过的硅酮等高分子材料。此外，作为膜的适当的厚度，优选设为超声波的波长的1/4，在照射超声波的频率为1MHz的情况下，膜的厚度优选为370μm左右。也可以使用透光率80％以上的透明或者半透明的膜，以使前述的相机C1透过膜状标记之下的皮肤而看到。

从医疗人员或上方的光学摄像部侧观察的情况下的膜状标记的平面形状优选为例如图3A～图3D所示那样的直径5～30mm左右的圆形或者多边形等，如图所示，在其表面(也凹陷)上进行利用墨液等的印字。

虽然印字的颜色、图案没有特别限定，但能够采用如图3A那样在中央仅打印一点作为表示压痛点的色点的黑点的标记M1、如图3B那样用三点从三方以各向同性/等距离包围中央的压痛点的标记M2、如图3C那样在圆形的缘部具有作为照射边界线的安全框的标记M3、如图3D那样作为识别患者的二维码或者一维码发挥功能的标记M4等各种方式。

此外，在将由医师等打印在体表面上的由墨液构成的标记、印章、签名等用作照射位置引导件的情况下，也同样地，能够使用图章等在皮肤上打印如图3A～图3D所示那样的标记、印章等。进而，也可以是简单的点、O字、X字状的签名，也可以打印多个它们，使得包围压痛点，通过图像解析将它们的重心点作为基准。

进而，在打印所使用的墨液成为之前所述的相机C1的体表面的观察以及监视的阻碍的情况下，也可以利用紫外线反射墨液等不可见墨液进行打印。

另外，在疼痛激烈地不能够接触压痛点的情况下，即，难以将所述膜状标记、标记、印章、签名等配设于作为患部的压痛点上以及周围的情况下，优选如图2所示的标记M1’那样，在稍微远离压痛点的位置配设有标记、标记、印章、签名等，以这些为基准，也可以将治疗用的HIFU照射部10引导至照射位置。

根据以上的结构，以作为所述的体表面上的各照射位置引导件的膜状标记、标记、印章、签名等为基准，超声波照射装置通过移动床21以及HIFU照射部10的三轴方向的移动，使在治疗用支承台20的移动床21上以仰卧位躺卧的患者的身体自动地移动至适合于照射的位置，能够使作为该HIFU照射部10的照射中心的焦点的上部下降到适合的位置。

由此，本实施方式的超声波照射装置能够缩短超声波烧灼的照射时间，减轻对患者施加的负担。而且，通过监视，能够防止或抑制由超声波烧灼引起的皮肤烫伤的产生。

另外，作为在本实施方式的超声波照射装置的光学摄像部中使用的相机，例如使用电荷耦合元件器件等CCD图像传感器、或者由互补型金属氧化膜半导体等CMOS图像传感器、透镜、存储器等构成的静止图像/动态图像摄影用的数码相机。该相机适当具备截止滤波器、带通滤波器等。

此外，所述实施方式所记载的超声波振荡控制、患者支承/移动控制、图像处理、皮肤状态判定、烫伤产生危险度判定、烫伤产生预防等各部分可以是构成由个人计算机等构成的控制部的一部分的软件、应用程序，也可以构成为使他们相互协作来进行动作。

所述实施方式中的HIFU照射部10以外的超声波照射装置的结构没有特别限定，本发明也能够广泛地应用于具有HIFU照射部的超声波照射装置以外。

此外，本发明在不脱离其精神或主要特征的情况下，能够以其他各种方式实施。因此，前述的实施方式在所有方面只不过是例示，本发明的范围是权利要求书所示的范围，不受说明书正文的任何限制。进而，属于权利要求书的变形、变更全部在本发明的范围内。

符号说明

1 超声波换能器

1a 超声波发送元件

1b 贯通孔

2 球囊

3 外壳

10HIFU 照射部

11 支承部

20 治疗用支承台

21 移动床

C1 相机

C2、C3 相机

L1 灯

L2、L3 照明部

F 光学滤波器

M1、M1’ 标记

M2、M3、M4 标记。

Claims (10)

1.一种超声波照射装置，具备：

超声波换能器，从外侧朝向体表面照射聚焦超声波；以及

光学摄像部，对超声波照射对象部位的所述体表面进行摄像。

2.根据权利要求1所述的超声波照射装置，其中，

所述超声波换能器具备超声波照射部，该超声波照射部具有与照射对象正对的面，

所述超声波照射部在与所述照射对象正对的面具备开口，

所述光学摄像部配设成：能够通过所述开口对所述超声波照射对象部位的体表面进行摄像。

3.根据权利要求1或2所述的超声波照射装置，其中，

所述超声波照射装置具备对从所述光学摄像部得到的图像进行运算处理的图像处理部，

该图像处理部包括皮肤状态判定部，该皮肤状态判定部基于所得到的图像的超声波照射对象部位中的多个特定波段的光的反射光的分布来判定该超声波照射对象部位的皮肤的状态。

4.根据权利要求3所述的超声波照射装置，其中，

所述图像处理部包括烫伤产生危险度判定部，该烫伤产生危险度判定部基于所得到的图像的超声波照射对象部位中的多个特定波段的光的反射光的分布来判定该超声波照射对象部位的皮肤烫伤的产生的危险度。

5.根据权利要求4所述的超声波照射装置，其中，

所述超声波照射装置具有烫伤产生预防部，在通过所述烫伤产生危险度判定部得到的危险度超过预先确定的阈值的情况下，该烫伤产生预防部使所述超声波换能器的超声波振荡停止。

6.根据权利要求1所述的超声波照射装置，其中，

所述超声波照射装置具备所述超声波照射的照射位置引导件，

所述照射位置引导件定位配设于所述体表面，

所述超声波照射装置具备超声波照射位置引导部，通过所述光学摄像部检测所述照射位置引导件，该超声波照射位置引导部基于该照射位置引导件的位置信息来控制所述超声波换能器的位置和照射角度。

7.根据权利要求6所述的超声波照射装置，其中，

所述照射位置引导件是配设于所述体表面的膜状标记。

8.根据权利要求6所述的超声波照射装置，其中，

所述照射位置引导件是在所述体表面打印的由墨液构成的标记、印章或者签名。

9.根据权利要求6所述的超声波照射装置，其中，

所述照射位置引导件是识别患者的一维码或者二维码。

10.根据权利要求6～9中任一项所述的超声波照射装置，其中，

所述超声波照射装置具备照射所述照射位置引导件的照明部。