JP2002045365A - 超音波治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】治療効率を的確に評価でき、また安全性を確認
できるような治療トレンドを表示できる超音波治療装置
を提供すること。 【解決手段】本発明は、超音波を治療部位に照射して治
療する超音波治療装置において、治療部位を含む平面を
画像用超音波で走査して前記治療部位の超音波画像を取
得し表示する超音波画像装置４と、この超音波画像装置
４が表示する超音波画像のフレームレートを、超音波照
射時は上げ、超音波非照射時は下げるように超音波画像
装置を制御するシステムコントローラ６とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を用いて治
療を行う超音波治療装置に係り、特に治療状況の確認を
行う超音波治療装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、主として腎臓内などの尿路または
胆嚢内の結石の治療において、衝撃波を用いて体外から
無侵襲的に治療する方法が広く用いられるようになって
きた。衝撃波源としては水中放電、電磁誘導、ピエゾ素
子等を用いる方法があり、それぞれ特徴を有している。
衝撃波の集束位置に結石を位置合わせし、さらに破砕状
況を確認する方法も、様々な方式が用いられている。

【０００３】位置合わせと破砕状況確認に初期に多く用
いられていたのは、２方向のＸ線テレビを用いた方法で
あり（例えば特開昭６２−９４１４４）、これは誰にで
も比較的に容易に位置決めができるという利点があっ
た。しかし、この方法は患者及び操作者のＸ線被爆があ
る事と、そのため連続的なモニタができないという問題
点があった。

【０００４】これに対して、最近多く用いられるように
なったのが超音波画像装置を使った方式である（例えば
特開昭６０−１４５１３１）。これは、超音波プローブ
の設置場所が衝撃波源の内外というようなバリエーショ
ンはあるものの、被爆がなく連続モニタが可能であるた
め、大いに注目されている。

【０００５】特に連続モニタに関しては、超音波画像装
置が準リアルタイムであり、結石の状況がそのまま監視
できる為、結石が呼吸性移動や患者の体動等により衝撃
波の集束位置から外れても直ちにそれを確認でき、その
ような場合には衝撃波の照射を停止したり、位置決めを
やり直すなどの対応をとる事が可能となる。

【０００６】超音波画像装置をこのような用途に適用す
る場合、特に５ｍｍ前後の小さな結石を描出する事が重
要となる。そこで、分解能を向上させるために、いわゆ
る多段フォーカスを使用したり、あるいは１画面当たり
の走査線数を増やす事が行われる。この場合、超音波画
像装置のフレームレート（超音波画像の繰り返し周波数
＝毎秒フレーム数）が低下することで多少リアルタイム
性は犠牲になるが、広い範囲にわたって高分解能の画像
が得られる。

【０００７】このような超音波画像装置を組み合わせた
結石破砕装置を実際に臨床で使用する状況を考えると、
初めに結石を描出するまでは、超音波画面上のどの位置
に結石が現れるか判らないため、画像全体で高分解能が
必要である。また、治療が開始されても、呼吸性移動の
ようなゆっくりした結石の移動をモニタする目的ではフ
レームレートが落ちても問題はない。しかし、単純にフ
レームレートを低下させて高分解能化を図ると問題が生
じる。

【０００８】発明者らによる水中での破砕実験によれ
ば、衝撃波照射により結石の破砕が進み、細かい破片が
出来始めると、衝撃波の照射に同期してその破片が飛び
跳ねる現象（これをストーンダンスという）が観測され
ている。実際の人体中でも同様の現象が観測されてい
る。従って、このストーンダンスは結石の破砕状況を示
す有効な情報となり得る。しかし、ストーンダンスは動
きの速い現象であるため、遅いフレームレートでは超音
波画像上で観測することは困難であった。

【０００９】一方、この種の結石破砕装置において、衝
撃波の照射は１回でよい場合はほとんどなく、通常多数
回にわたって繰り返し照射が行われる。破砕を完了させ
るための照射回数は結石の種類、患者の体型、体表から
結石部位までの深さおよび衝撃波のエネルギー等により
変化する。このため、数多く治療経験を記録保存してお
くことが、衝撃波の照射回数を適切に設定する上で有効
である。また、治療中においても治療状態を治療トレン
ドとして把握しておくことは、治療効率向上および安全
性の面で不可欠である。

【００１０】さらに、治療方法に関しても、単発または
連続的に衝撃波を照射するだけでなく、結石以外の組織
にダメージを与えないようにするための誤照射防止治療
モードが採用され始めている。誤照射防止治療モード
は、特開昭６０−１９１２５０号、特開昭６１−１４９
５６２号等に記載されているように、例えば衝撃波とし
て圧電素子を用いた場合、衝撃波の集束領域からの反射
波を圧電素子で受信できることを利用して、強力な衝撃
波を発射する直前に圧電素子で弱い超音波を送受し、強
い反射波が返ってきた場合は衝撃波の集束領域と結石と
が一致していると判断して衝撃波を照射するモードであ
る。但し、全ての患者において結石から強い反射波が返
ってくるとは限らない。そのような場合には、最初連続
的に衝撃波を照射する治療モードで破砕し得る程度まで
破砕が進み、強い反射波が返ってくるようになったら、
誤照射防止治療モードに変更すればよい。

【００１１】衝撃波源が水中放電や微小爆発タイプの場
合にも、破砕治療の方法として単発または連続的に衝撃
波を照射するだけでなく、結石以外の組織にダメージを
与えないように呼吸の吸気終末期間にのみ衝撃波を照射
する方法や、心電図に同期させて衝撃波を照射する方法
がある。このような場合にも、１回の破砕治療の間に破
砕治療モードが変更されることがある。

【００１２】また、破砕レートについては、レートが高
い方が当然時間的に早く治療が終わる。但し、破砕レー
トを高くすると、患者が痛みを感じたり、キャビテーシ
ョン等による破砕圧力の低下が起こるため、医者の判断
によりレートの設定を最適に変える必要がある。

【００１３】このように破砕エネルギー量（具体的には
圧電素子等の衝撃波源の駆動電圧値や、衝撃波圧力）だ
けでなく、破砕治療モード、破砕レートも治療効率や安
全性の面で重要なファクターである。しかしながら、従
来の結石破砕装置における治療トレンドは、破砕エネル
ギーの推移（横軸は照射回数）と患者データ（氏名・年
齢・患者ＩＤ・疾患名など）のみであり、治療効率の評
価および安全性の把握の上で不十分であった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、治療
効率を的確に評価でき、また安全性を確認できるような
治療トレンドを表示できる超音波治療装置を提供するこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、超音波を治療
部位に照射して治療する超音波治療装置において、前記
治療部位を含む平面を画像用超音波で走査して前記治療
部位の超音波画像を取得し表示する超音波画像装置と、
この超音波画像装置が表示する超音波画像のフレームレ
ートを、超音波照射時は上げ、超音波非照射時は下げる
ように前記超音波画像装置を制御する制御手段とを具備
する。本発明は、さらに、前記平面をセクタ走査し、前
記制御手段は、前記セクタ走査のセクタ角を変化させる
ことにより前記フレームレートを変化させることを特徴
とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
る超音波治療装置の実施の形態について説明する。図１
は超音波治療装置の第１実施形態としての結石破砕装置
の構成図である。

【００１７】衝撃波源１は球面上に配置され全体として
球殻状に構成された圧電素子群からなり、パルサ８から
の高電圧パルスにより駆動されて衝撃波を発生する。こ
の衝撃波は、球殻の幾何学的中心である焦点Ｆに集束す
る。この焦点Ｆの近傍の領域を集束領域という。衝撃波
源１の中心には結石２を描出し、位置決めを行うための
超音波画像用プローブ３が設置されている。このプロー
ブ３は、前後方向へのスライドと回転移動が可能に構成
され、超音波画像装置４に結合されている。

【００１８】超音波画像装置４は、例えば東芝製ＳＳＡ
−２７０Ａであり、プローブ３を介して超音波を送受信
することで焦点Ｆを含む平面の超音波画像を描出する。
この例ではプローブ３として電子セクタ走査用のプロー
ブを使用し、超音波画像装置４は超音波の送信時または
受信時あるいは送受信時における電子フォーカスの焦点
数の増減を行えるように構成されている。具体的には超
音波画像装置は例えば４段の送信多段フォーカスが可能
となっており、その状態では画像全域で最高の分解能が
得られる。

【００１９】位置検出器５は、衝撃波源１とプローブ３
との相対位置を測定する。この位置検出器５は例えば衝
撃波１に対して固定されプローブ３の前後動に連動する
ポテンショメータが用いられ、位置情報を電気信号とし
て出力する。この位置検出器５の出力信号は、システム
コントローラ６を経由して超音波画像装置４に送られ
る。超音波画像装置４では、この位置検出器５からの信
号に基づき、超音波画像上で焦点Ｆの位置を示すマーカ
を画面上にスーパーインポーズ表示する。

【００２０】図２は、超音波画像用プローブ３と超音波
画像装置４の構成を示す図であり、プローブ３は複数の
超音波振動子１１を配列して構成される。各振動子１１
には送信回路１２および受信回路１３が接続され、送信
回路１２はシステムコントローラ６からのトリガパルス
が送信遅延回路１４を介して供給されることにより、振
動子１１をパルス駆動する。これにより振動子１１から
発射された超音波パルスは患者体内に照射され、結石等
の反射体で反射される。反射波は振動子１１で受信さ
れ、受信回路１３によって増幅された後、受信遅延回路
１５を介して加算回路１６に供給され、加算される。加
算回路１６の出力信号は検波回路１７で検波された後、
Ａ／Ｄ変換器、ディジタル画像メモリおよびＤ／Ａ変換
器等により構成されたＤＳＣ（ディジタルスキャンコン
バータ）１８に入力される。ＤＳＣ１８で得られた画像
データはＣＲＴディスプレイ１９に供給され、このディ
スプレイ１９上で超音波画像として患者体内のＢモード
断層像が表示される。

【００２１】ここで、送信遅延回路１３および受信遅延
回路１４の遅延時間は、システムコントローラ６によっ
て制御される。すなわち、振動子１１は相対的な遅延時
間差をもって送信回路１２によって駆動され、また受信
時には受信回路１３から出力される反射波信号が送信時
と同様の遅延時間差をもって加算回路１６に供給される
ことによって、超音波ビームの集束が行われる。このよ
うな遅延時間の制御による超音波ビームの集束作用は、
電子フォーカスと呼ばれる。

【００２２】この場合、送信遅延回路１３または受信遅
延回路１４の遅延時間の制御や、駆動する振動子の素子
数または受信に用いられる振動子の素子数の増減によ
り、電子フォーカスの焦点を変え、フレームレート内で
複数の焦点を形成することができる。この操作は多段フ
ォーカスまたはダイナミックフォーカスなどの呼称で、
よく知られている。本実施の形態では、この多段フォー
カスの段数、つまり焦点数の増減によってフレームレー
トを衝撃波照射時は上げ、非照射時には下げるようにシ
ステムコントローラ６で制御する。多段フォーカスは、
送信時のみでも実用上は十分である。

【００２３】図３は、この様子を模式的に示したもので
ある。この例では、多段フォーカスの段数は図３（ａ）
に示されるように最高で４段であり、ｆ１〜ｆ４の４つ
の焦点が形成される。図３（ｂ）は、焦点をｆ２，ｆ３
の２つにした状態である。

【００２４】実際の治療時、操作者は超音波画面を見な
がら衝撃波源１の図示しない位置決め機構を用い、焦点
Ｆと結石２とを超音波画像上で一致させる。この位置決
めに際して、システムコントローラ６は超音波映像装置
４を多段フォーカスモード、すなわち図３（ａ）に示さ
れるように４つの焦点ｆ１〜ｆ４が形成される状態に制
御する。

【００２５】この位置決めが終了すると、操作者はシス
テムコントローラ６に取り付けられた治療開始／終了ス
イッチ７を押して、衝撃波の照射開始を指示する。シス
テムコントローラ６は、この指示に従ってパルサ８にト
リガを送り、パルサ８は衝撃波源１の圧電素子群を高電
圧で駆動する。この時、システムコントローラ６は同時
に超音波画像装置４に治療開始情報を送る。以降、治療
を停止するまで、システムコントローラ６は超音波画像
装置４の焦点が、衝撃波源１の焦点Ｆの近傍のみに、例
えば図３（ｂ）に示されるように焦点Ｆの前後２個所の
みにｆ２，ｆ３のごとく形成されるように超音波画像装
置４を制御する。この結果、超音波画像装置のフレーム
レートは、多段フォーカス時の２倍となる。治療途中に
プローブ３を前後動させた場合は、移動した焦点Ｆの深
さに追従して超音波画像装置４の焦点位置を変更する必
要があることはいうまでもない。

【００２６】結石が破砕され治療が終了するか、または
結石の移動に対して位置決めをやり直す場合は、治療開
始／終了スイッチ７を再び押して治療を停止する。この
時は上記の動作と逆に、システムコントローラ６から超
音波画像装置４とパルサ８に治療停止情報が送られ、衝
撃波源１の駆動を停止すると同時に、初期の多段フォー
カス条件、つまり図３（ａ）の状態に復帰される。

【００２７】上記実施の形態ではフレームレートを上げ
るために可変フォーカスの段数を減少させたが、このよ
うな結石破砕装置での位置決めに使用される超音波画像
装置４の走査方式が一般に電子セクタ方式であることに
着目して、超音波画像のセクタ走査角を減少させても同
様の効果が得られる。セクタ走査方式の超音波画像装置
でセクタ走査角を変更する技術は、当業者において周知
である。従って、例えば治療前と同じ多段フォーカスで
あっても、セクタ角を２分の１にすればフレームレート
を２倍に上げる事が可能である。但し、衝撃波照射時に
おいてセクタ走査角を狭くする場合、少なくとも衝撃波
の集束領域を走査範囲がカバーするようにセクタ走査角
を設定することが必要である。

【００２８】上記実施の形態ではピエゾ素子を用いた衝
撃波源を用いたが、水中放電型、電磁誘導型等の他の方
式にも適用できる。

【００２９】また、上記実施の形態では電子セクタ走査
方式の超音波画像装置を用いたが、多段フォーカスで分
解能を上げるとフレームレートが下がるような超音波画
像装置、例えばアニュラーアレイ振動子を用いたメカニ
カルセクタ型でも構わない。

【００３０】さらに、上記実施の形態では超音波画像用
プローブ３が衝撃波源１の内部に設置されていたが、外
部であっても構わない。

【００３１】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。図４は、本発明に係る超音波治療装置の他の実施の
形態としての結石破砕装置の構成図であり、衝撃波源と
して圧電素子を用いた場合の例を示している。衝撃波源
としての圧電素子２１は超音波の伝搬媒質である水を収
容したカップリング容器２２を介して患者２３に装着さ
れている。圧電素子２１は駆動回路２４に接続され、駆
動回路２４によって高電圧パルスが印加されて衝撃波を
発生する。この衝撃波は圧電素子２１の焦点に位置決め
されている結石２５に照射され、結石２５を破砕治療す
る。

【００３２】この実施の形態の結石破砕装置は、更に患
者データ入力装置２６、破砕電圧設定器２７、破砕レー
ト設定器２８、破砕治療モード設定器２９、システムコ
ントローラ３０、駆動用電源３１、発信器３２、メモリ
コントローラ３３、破砕指示スイッチ３４、記憶装置３
６、表示開始スイッチ３７、表示コントローラ３８およ
びＣＲＴディスプレイ３９を備えている。

【００３３】以下、この実施の形態の動作を説明する。
破砕治療の開始に際しては、まず患者データ入力装置２
６により例えば患者氏名、患者ＩＤ（患者識別コー
ド）、医師等によるコメントその他の患者データがシス
テムコントローラ３０に入力される、また、破砕電圧設
定器２７により破砕電圧、破砕レート設定器２８により
破砕レート（例えば１Ｈｚ）、破砕治療モード設定器２
９により治療モード（例えば連続照射モード）がそれぞ
れ設定され、これら破砕電圧、破砕レートおよび治療モ
ードの各データがシステムコントローラ３０に入力され
る。システムコントローラ３０は、破砕電圧データを駆
動用電源３１に、破砕レートデータを発信器３２にそれ
ぞれセットし、さらに破砕電圧データと破砕レートデー
タおよび治療モードデータをメモリコントローラ３３に
セットする。

【００３４】次に、破砕治療を開始するため、操作者が
破砕指示スイッチ３４を押すと、システムコントローラ
３０は破砕開始パルス３５を発信器３２に出力して、破
砕開始を指示する。この指示に従い、発信器３０は設定
された破砕レートで照射パルスを出力し、駆動回路２４
を起動する。駆動回路２４は、設定された破砕電圧で圧
電素子２１を駆動する。これにより、圧電素子２１から
結石２５に向けて衝撃波が照射される。

【００３５】一方、この衝撃波照射と同時に、発信器３
０からの照射パルスによりメモリコントローラ３３が起
動される。メモリコントローラ３３は、マルチプレクサ
やカウンタで構成され、照射パルスで起動される毎に破
砕電圧、破砕レートおよび破砕治療モードの各データを
順次記憶装置３６に入力する。これにより、記憶装置３
６内には、これらのデータが治療記録として記憶される
ことになる。

【００３６】次に、操作者が表示指示スイッチ３７を押
すことにより、システムコントローラ３０はグラフィッ
クディスプレイコントローラやキャラクタディスプレイ
コントローラなどで構成される表示コントローラ３８を
起動し、記憶装置３６内のデータを基にして、図５に示
すような治療記録をＣＲＴディスプレイ３９上に表示す
る。

【００３７】以上の一連の動作は、操作者が破砕指示ス
イッチ３４をオフにするまで続けられ、破砕電圧設定器
２７、破砕レート設定器２８、破砕治療モード設定器２
９の設定を変更すると、その変更内容が治療記録として
記憶される。また、ＣＲＴディスプレイ３９に表示され
た治療記録のデータは、治療期間中逐次更新される。従
って、操作者はこの治療記録の表示を見ることで、状況
を確実に把握しながら治療を続けることができる。

【００３８】図５に示した治療記録の表示例において、
患者データ５０（この例では、患者ＩＤ、治療日および
コメント）は患者データ入力装置２６でキー入力された
ものである。横軸は衝撃波（破砕エネルギー波）の照射
回数である。左側の縦軸は破砕電圧（破砕エネルギー
量）でグラフ５１に対応し、右側の縦軸は破砕レートで
グラフ５２に対応している。また、下側のパターン表示
５３が破砕治療モードを示している。このように衝撃波
の照射回数に対応して、破砕電圧、破砕レートおよび治
療モードの経時的変化を一つの画面で表示し、操作者は
この表示を見て治療経過を容易に確認することができ
る。

【００３９】図６は、治療記録の他の表示例であり、破
砕治療モードの表示を図５のパターン表示５３からキャ
ラクタ表示５４に変更した点以外、図５と同様である。

【００４０】上記実施の形態では、プリント出力を考え
て白黒表示を基本にしたが、カラー表示で各々のデータ
をことなる色で区別して表示するようにしてもよい。ま
た、図６ではキャラクタ表示を破砕治療モードの表示に
用いたが、破砕レートの表示にキャラクタ表示を使用
し、縦軸を破砕治療モードにすることも可能である。

【００４１】衝撃波源については、圧電素子以外に水中
放電や、微小爆発タイプ、電磁誘導タイプ等であっても
よい。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、治療を把握するに有効
な表示・記録を行うことができるため、治療効率の向
上、経験を基にした安全性の向上を図ることができ、治
療後の患者のフォローアップの評価に役立つという利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波治療装置の第１実施の形態
の構成を示す図

【図２】図１における画像用超音波プローブおよび超音
波画像装置の詳細な構成を示す図

【図３】同実施の形態における多段フォーカス段数の切
換えによるフレームレート制御を説明するための図

【図４】本発明による超音波治療装置の第２実施形態の
構成を示す図

【図５】第２実施形態における治療記録の表示例を示す
図

【図６】第２実施形態における治療記録の他の表示例を
示す図。

【符号の説明】

１…衝撃波源 ２…結石 ３…超音波画像用プローブ ４…超音波画像
装置 ５…位置検出器 ６…システムコ
ントローラ ７…治療開始／終了スイッチ ８…パルサ １１…超音波振動子 １２…送信回路 １３…受信回路 １４…送信遅延
回路 １５…受信遅延回路 １６…加算回路 １７…検波回路 １８…ディジタ
ルスキャンコンバータ １９…ＣＲＴディスプレイ ２１…圧電素子 ２２…カップリ
ング容器 ２３…患者 ２４…駆動回路 ２５…結石 ２６…患者デー
タ入力装置 ２７…破砕電圧設定器 ２８…破砕レー
ト設定器 ２９…破砕治療モード設定器 ３０…システム
コントローラ ３１…駆動用電源 ３２…発信器 ３３…メモリコントローラ ３４…破砕指示
スイッチ ３５…破砕開始パルス ３６…記憶装置 ３７…表示指示スイッチ ３８…表示コン
トローラ ３９…ＣＲＴディスプレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 薫 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内 Ｆターム(参考） 4C060 EE06 JJ25 JJ27 MM26 MM27 4C301 AA02 BB02 BB28 BB29 EE19 EE20 FF22 FF26 GB02 GB05 GB16 GD02 GD09 HH13 HH25 HH37 HH51 JB03 JB04 JB29 JC16 KK02 KK27 KK31 KK33 KK36 LL02 LL04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を治療部位に照射して治療する超
   音波治療装置において、 前記治療部位を含む平面を画像用超音波で走査して前記
   治療部位の超音波画像を取得し表示する超音波画像装置
   と、 この超音波画像装置が表示する超音波画像のフレームレ
   ートを、超音波照射時は上げ、超音波非照射時は下げる
   ように前記超音波画像装置を制御する制御手段とを具備
   することを特徴とする超音波治療装置。
2. 【請求項２】 前記超音波画像装置は、前記平面をセク
   タ走査し、 前記制御手段は、前記セクタ走査のセクタ角を変化させ
   ることにより前記フレームレートを変化させることを特
   徴とする請求項１記載の超音波治療装置。