JP2000316871A - 高パワー超音波用結合媒体 - Google Patents

高パワー超音波用結合媒体

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】高パワー超音波治療処置における超音波伝達に
適する液体結合媒体による超音波吸収を小さくし、キャ
ビテーション現象を可能な限り回避する。 【解決手段】親水性ポリマー、特にポリビニルピロリド
ンの水溶液を含む高パワー超音波用結合媒体が、この結
合媒体で満たされた包囲体内に配置された、高パワー超
音波送出に適合された治療用変換器を含む超音波治療装
置とともに提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波の分野に関
し、さらに厳密には治療目的のため、特に組織に損傷を
つくるために用いられる強力な超音波の分野に関する。
【従来の技術】超音波スキャン装置における診察目的の
ための超音波の使用は既知であり、そのような装置は一
般に患者に当てられる簡単なプローブからなる。超音波
の結合を増進させるために、プローブと患者の皮膚との
間にカップリングジェルを用いることが知られている。
このジェルは、検査を開始する前に患者の皮膚に薄い層
として塗布される。日本国特願平２−９２３４３号は、
ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）のような水性ジェルを
含む、ポリウレタンのような多孔質材料のマトリックス
により形成される超音波撮像のためのカップリング用品
を開示している。超音波はまた、主に機械的効果（衝撃
波）により結石を破壊するため、あるいは主として熱効
果により組織に損傷をつくるために、治療目的でも用い
られる。この場合に用いられる装置は、水であることが
最も多いカップリング液で満たされた、可撓性または硬
質の包囲体内部に配置された変換器を含む。この包囲体
は患者の処置されるべき領域近くに当てられる。必要で
あれば、包囲体と患者の組織の間にカップリングジェル
が用いられる。カップリング液内部の伝搬距離は超音波
スキャン用のカップリングジェルの場合より大きい。空
洞内高熱処置装置からなる超音波処置装置の例として、
フランス国特許出願第９１−０２６２０号、第９３−０
９１５８号、第９６−０８０９６号、第９４−０１３０
４号または第９４−０６５３９号を挙げることができ、
この装置は直腸内を経由する前立腺処置に適合されてお
り、焦点で組織を熱して焦点にある組織を壊死させるこ
とができる治療用集束プローブを含む。本発明は特に集
束超音波による組織の治療処置の分野に適用され、さら
に詳しくは集束超音波を用いて温度を上昇させることに
よる生体の内部組織の破壊の分野に適用される。同業者
には知られているように、一般的な集束超音波分野にお
いては様々なタイプの処置が弁別できる。出現した最も
初期の処置は、硬い物体の破壊に適用される、砕石術に
よる処置であった。このタイプの処置は衝撃波、言い換
えれば短く高パワーのパルスを用いる。後になって、高
すぎない、言い換えれば４５℃より低い温度まで組織を
熱することによる、高熱軟組織処置が提唱された。高熱
処置は処置されるべき組織に向かって幅の広い低パワー
超音波パルスを送ることを含む。最後に、一般にはＨＩ
ＦＵという頭文字語で知られる、高強度集束超音波を用
いる軟組織処置が提唱されている。ＨＩＦＵ処置は一般
に４５℃より高い温度まで組織を熱することからなる。
高強度集束超音波処置は、局所的な腫瘍を処置する目的
で、生物学的組織における凝塊から壊死による損傷をつ
くるための有効な手段を代表している。あるパワー閾値
をこえると、超音波はそれを通して伝搬している媒体内
でキャビテーション現象を生じる。キャビテーションの
機械的効果に加えて、キャビテーションにより生成され
た泡が超音波伝搬の障害になる。キャビテーション現象
は超音波パワーが大きくなるにつれてますます重大にな
る。超音波スキャンにおいては、用いられる超音波の強
度がカップリング剤のキャビテーション閾値より小さい
ので、このようなキャビテーション現象は生じない。さ
らに、超音波スキャン用途においてはカップリング剤の
厚みが小さく、よってカップリングジェルによる超音波
吸収は副次的な重要性しかもたない。上述の用途におけ
るような超音波スキャンによる付加的なモニタ機能を含
む治療装置の場合には、キャビテーションにより引き起
こされた泡の存在は、たとえキャビテーション泡が治療
用超音波の通過に対して問題にはならないとしても、さ
らに撮像を妨げるか、あるいは単に距離測定に対して問
題となり得る。特に超音波によりＡモードで距離を測定
する場合、キャビテーション泡は測定を妨害し誤った結
果を与えるスプリアスエコーを生じる。シュナイダー
（Schneider）等への米国特許第５,４４５,８１３号
は、超音波スキャンに対するコントラスト増強剤として
用いられるマイクロバブルを基にした注射可能な懸濁液
を開示している。この懸濁液は超音波に対して反射体と
してはたらき、エコーを生じさせる。上記懸濁液の使用
は、本発明で提出されるような、高パワー超音波により
引き起こされるキャビテーションの低減と引き換えに、
低パワーの超音波の吸収を大きくする傾向があるので、
本発明の目的に反する。“Ａｃｕｓｔｉｃａ”誌，第７
５巻，第３号，２１３〜２１６ページ（１９９１年）の
「ポリビニルピロリドン溶液における超音波の研究」に
おいて、ラユール（Rajulu）等は断熱圧縮率の変化を温
度、粘度、及びポリビニルピロリドンと溶剤とのモル比
の関数として決定するために、ＰＶＰの水溶液の特性を
評価している。“Ａｃｔａ ｐｏｌｙｍ．”誌，第４０
巻，第１２号，７４３〜７４６ページ（１９８９年）の
「ポリビニルピロリドン溶液の音響パラメータ」におい
て、ケイ・ラオ（K. Rao）等はＰＶＰの水溶液につい
て、超音波伝搬速度、粘度及び屈折率の研究から始め
て、濃度の変化時におけるＨ形結合をもつ錯体の存在を
示している。“日本化学会社”誌，第１０巻（１９７４
年）の「水性ポリビニルピロリドン溶液における超音波
吸収」において、エス・カトー（S. Kato）等は５から
１３０ＭＨｚの間及び１０から４０℃の間での水性ＰＶ
Ｐ溶液の吸収における振舞いを論じている。これらの文
献は、ＰＶＰあるいは他の親水性ポリマの水溶液の高パ
ワー超音波に対する結合媒体としての使用について開示
も示唆もしていない。米国特許第５,０７８,１４９号
は、ポリマージェルを含む受容器で構成された超音波結
合器を開示している。この結合器は超音波スキャンプロ
ーブと検査されるべき患者との間に配置されるように設
計されている。この特許で提案されているポリマージェ
ルの１つは３次元的に放射線硬化されたＰＶＰ溶液であ
る。この特許では超音波スキャンへの適用のみが述べら
れ、高パワー超音波によるキャビテーション問題も治療
処置への適用も述べられていない。さらに、高パワー変
換器には冷却が必要である。変換器に接している結合媒
体はポンプ汲出し可能（液体）でなければならず、この
ため粘性の高い媒体は除外される。したがって、超音波
治療処置に常習的に用いられる周波数及びエネルギーレ
ベルにおける超音波の伝達に適し、キャビテーション現
象を可能な限り回避できる液体の結合媒体が必要とされ
ている。好ましくは、このような結合媒体は用いられる
超音波の周波数範囲で可能な限り小さい吸収をもつべき
である。上記問題は特に高熱処置装置で生じるが、その
他の高パワー超音波を用いる処置装置においても遭遇す
る問題である。
【発明が解決しようとする課題】高パワー超音波治療処
置における超音波伝達に適する液体結合媒体による超音
波吸収を小さくし、キャビテーション現象を可能な限り
回避する。
【課題を解決するための手段】本発明は、親水性ポリマ
ーの水溶液を含む高パワー超音波用結合媒体を提供す
る。好ましい親水性ポリマーはポリビニルピロリドンで
ある。上記親水性ポリマーの分子量は１０,０００から
１００,０００の間にあることが有益である。好ましい
実施の形態においては、１０から５０ｇ／リットルの間
の量のポリマーが含まれる。本発明はまた、高パワー超
音波の伝達に適合され、上記の結合媒体で満たされた包
囲体内に配置された治療用変換器を含む、超音波治療装
置も提供する。本装置は前記変換器に結合された超音波
発生器を含むことが好ましく、超音波発生器は、それに
よって変換器は１から５ＭＨｚ，好ましくは２から３Ｍ
Ｈｚの範囲の周波数の超音波を送り出すように変換器に
結合されている。一実施の形態において、本装置は撮像
変換器をさらに含む。本装置は、超音波を用い、Ａモー
ド超音波手法（Ａモード超音波検査法）を採用して目標
までの距離を測定するための装置をさらに含むことがで
きる。一実施の形態において、本装置は前記結合媒体を
再循環させるための手段をさらに含む。本発明のさらな
る特性及び利点は、例として与えられるにすぎない、本
発明のある実施の形態についての、以下の説明から明ら
かになるであろう。
【発明の実施の形態】本発明の結合媒体は高パワー超音
波に適合されている。ここで“高パワー超音波”という
表現は、組織の損傷または壊死、とくに熱損傷またはキ
ャビテーションにより誘発される損傷を生じさせること
のできる全ての超音波を意味するととられるべきであっ
て、このような損傷が（スキャン用に用いられる超音波
が時に意図しない損傷を生じさせることとは異なり）高
パワー超音波の意図的な目的である。この高パワー超音
波はまた、当面の用途である治療用超音波も意味すると
され、両用語は等価である。高パワーまたは治療用超音
波のエネルギー密度は一般に１,０００Ｗ／ｃｍ２より
高い。本発明の結合媒体は親水性ポリマーの水溶液であ
る。溶液は液体であり、したがってポンプ汲み出し可能
であり、よって変換器用、及び／または、特に直腸内プ
ローブの場合の、プローブ用、及び／または隣接組織
用、及び／または処置されるべき組織用の冷却流体とし
てはたらくことができる。ここで“親水性ポリマー”と
いう表現は、（例えば３００より大きい）高分子量を有
する物質で、中に溶解するかあるいはともにジェルを形
成する水に対して十分な親和性を有するいずれの物質も
意味するととられるべきである。このようなポリマーの
例には：ポリビニルピロリドン、アクリルポリマー、ポ
リビニルアルコール、（アルキルセルロース、ヒドロキ
シプロピルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、
ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチ
ルセルロースのような）セルロース誘導体、ゼラチン、
ガム（グアー、寒天等）、ポリエチレンオキシド、等が
ある。ポリマーの混合物もまた適している。分子量は例
えば、１０,０００から１００,０００の間、好ましくは
３０,０００から７５,０００の間にある。好ましい親水
性ポリマーは、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）であ
る。本発明の枠組内で用いられるＰＶＰは、例えばプラ
スドン（Plasdone）、特にＫ２９−３２（分子量：約５
８,０００）である。水性媒質中のポリマー濃度は広い
範囲にわたって変えることができ、当業者により決定さ
れる。一般に１０から５０ｇ／リットルの間の量のポリ
マーが含まれる。このような量を用いると、従来技術と
は異なり、親水性ポリマー溶液はゲル化するに至らな
い。本発明の溶液の粘度は、実質的に（２０℃で１ｃｓ
ｔ（センチストーク）の）水の粘度と変わらない。本発
明に従う溶液の粘度は２０℃で１から２ｃｓｔの間、好
ましくは１.２から１.６ｃｓｔの間にある。例えば、濃
度１０ｇ／リットルのＰＶＰ溶液の粘度は１.３ｃｓｔ
である。本発明に従う溶液は実質的に水と変わらない音
響特性及び吸収特性を有する。本発明に従う溶液は、例
えば１０から２０ｇ／リットルの濃度のＰＶＰ溶液で、
水と同等の減衰特性を有する。本発明の結合媒体の低音
響吸収または低音響減衰により、高パワー超音波の大部
分が処置されるべき領域に向けて確実に効率よく伝達さ
れる。キャビテーションに関しては、本発明はまた結合
媒体として既知の水の使用に比較して実質的な改善を提
供する。すなわち本発明の結合媒体は超音波吸収の増大
をともなわずにキャビテーション効果の低減を可能にす
る。本発明の結合媒体により優れた治療用超音波の伝達
が得られ、さらに、もしあれば、撮像装置により処置さ
れるべき領域の鮮明な像が確実に得られ、また測定装
置、特にＡモード超音波測定により、目標までの正しい
距離が確実に与えられる。本発明の結合媒体は水性媒体
であり、したがって容易に作成して使用でき、さらに使
用時に特別な予防措置を取る必要がない。本発明の結合
媒体は比較的流動しやすいという利点を有し、したがっ
て、変換器が可撓性容器内に収められている場合に、処
置領域の形態に容易に適合する。本発明の結合媒体は、
安定化剤、抗菌剤（例えばアンホリシン（amphorisin
e））及びその他の通常の添加剤を含んでいてもよい。
本発明の結合媒体はさらに、水とほとんど変わらない音
響インピーダンスを有する。本発明の媒体中の伝搬速度
も実質的に水中と変わらない。例として、本発明の溶液
中の伝搬速度は、１０ないし２０ｇ／リットルの濃度の
ＰＶＰ溶液に対して、水中の伝搬速度のそれぞれ３及び
５％大きいだけである。伝搬速度及びインピーダンスが
水と同等であることから、改質を全く必要とせずに現存
の治療装置で本発明の結合媒体を使用することができ
る。さらに、上記のような伝搬特性を有する結合媒体の
使用により、集束損失及び界面反射が避けられる。人体
組織の伝搬特性を実質的に有する結合媒体が得られ、よ
って十分な集束及び、特に界面における、良好な伝達が
確実に得られる。本発明はさらに、上記のような結合媒
体を入れている包囲体内に配置された治療用変換器を含
む超音波処置装置も開示する。この包囲体は硬質、可撓
性または一部可撓性であってよい。本装置は、治療用超
音波、例えば、発生器が送り出している周波数範囲の超
音波が、１ないし５ＭＨｚ，好ましくは２ないし３ＭＨ
ｚの範囲の周波数範囲にある超音波、を発生するに適し
た超音波発生器を含むことができる。本発明の装置はま
た、処置領域の映像も与える撮像変換器も含むことが好
ましい。本発明の装置は治療用変換器から作動するＡモ
ード超音波測定器を含むことが好ましく、この測定器は
治療用変換器に組み込まれた（パルスを送り出してパル
スが戻るまでにかかる時間を測定する、すなわち反響時
間の測定を行う）送信−受信素子である。本発明に従う
結合媒体を使用することにより、上記のような装置で鮮
明な映像が確実に得られ、及び／または高信頼度で目標
までの距離を確実に測定することができる。
【実施例】以下の実施例は本発明をなんら限定せずに、
本発明を説明する。１０，２０及び５０ｇ／リットルの
濃度のプラスドンＫ２９−３２溶液を調製した。流動性
が液体と同様の溶液が得られた。本発明の結合媒体は水
に極めて近い吸収特性を有していた。本結合媒体を“エ
イブラサーム（Ablatherm）”という名称で本出願人に
より販売されているタイプの治療装置に入れた。治療効
果レベルには全く影響がなかったことに加えて、本結合
媒体ではＡモード超音波測定を用いた目標までの距離測
定時にスプリアスエコーが防止された。本発明が上で説
明され例証された実施例及び実施の形態に限定されず、
当業者であれば容易に到達し得る多くの変形がありうる
ことは明白である。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高パワー超音波の送出に適合され、結合
    媒体で満たされた包囲体内に配置された治療用変換器を
    含み、前記結合媒体が親水性ポリマーの水溶液を含むこ
    とを特徴とする超音波治療装置。
  2. 【請求項２】 前記結合媒体において、前記親水性ポリ
    マーがポリビニルピロリドンであることを特徴とする請
    求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記結合媒体において、前記親水性ポリ
    マーの分子量が１０,０００から１００,０００の間にあ
    ることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記結合媒体において、１０から５０ｇ
    ／リットルの間の量の前記ポリマーが含まれていること
    を特徴とする請求項１，２または３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記変換器に結合された超音波発生器を
    含み、前記発生器はそれによって前記変換器が１から５
    ＭＨｚの間，好ましくは２から３ＭＨｚの間の周波数範
    囲にある超音波を送出するように前記変換器に結合され
    ていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記
    載の装置。
  6. 【請求項６】 撮像変換器をさらに含むことを特徴とす
    る請求項１から５のいずれかに記載の装置。
  7. 【請求項７】 超音波を用い、Ａモード超音波手法を採
    用して目標までの距離を測定するための装置をさらに含
    むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の
    装置。
  8. 【請求項８】 前記結合媒体を再循環させるための手段
    をさらに含むことを特徴とする請求項１から７のいずれ
    かに記載の装置。
  9. 【請求項９】 親水性ポリマーの水溶液を高パワー超音
    波用の結合媒体として使用する方法。
  10. 【請求項１０】 前記溶液は、分子量が１０,０００か
    ら１００,０００の間にあるポリビニルピロリドンが、
    １０から５０ｇ／リットルの間の量で含まれる溶液であ
    ることを特徴とする請求項９記載の方法。
JP2000086759A 1999-03-25 2000-03-27 高パワー超音波用結合媒体 Expired - Lifetime JP4281938B2 (ja)

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