JP2009521292A - スイングタイプの高集束超音波療法装置、並びにこのようなスイングタイプの装置を有するｍｒｉ案内形式の高集束超音波療法システム - Google Patents

Abstract

本発明は、超音波療法の技術分野に関し、また、スイングタイプの高集束超音波療法装置、並びにこのようなスイングタイプの装置を有するＭＲＩ案内形式の高集束超音波療法システムに関する。スイングタイプの高集束超音波療法装置は、超音波振動子と、この超音波振動子の移動配置メカニズムとを有している。この移動配置メカニズムは、支持ロッドにより超音波振動子に接続されたスイングメカニズムを用いている。ＭＲＩ案内形式の療法システムは、このスイングタイプの療法装置を有している。本発明では、超音波振動子は、多次元に自由に移動し、また、前記移動配置メカニズムは、スイングメカニズムを用いており、このため、ＭＲＩ案内形式の高集束超音波療法システムによりＭＲＩ装置にもたらされる干渉は、かなり小さく、従って、得られる超音波映像の画質は、良好である。

Description

本発明は、超音波療法の技術分野に関し、また、スイングタイプの高集束超音波療法装置、並びにこのようなスイングタイプの装置を有するＭＲＩ案内形式の高集束超音波療法システムに関する。

従来技術の集束超音波療法は、対象物の局部を特定して療法をモニタするために、Ｂモードの超音波装置を主に用いている。用いられているこのようなＢモードの超音波装置は、モニタ並びに処置に関して、以下のような欠点を有している。１．Ｂモードの超音波映像は、単に、所定の角度を有した平坦な映像であり、このため、三次元の超音波システムが用いられたとしても、可視エリアは、やはり限定される。２．超音波映像は、観察深さに関して限定され、また、骨質が、映像に大きな影響を与え、このため、骨の後ろの組織は、ほとんど表示されることができず、アーティファクトがもたらされる。３．超音波映像は、組織境界を識別する機能が乏しく、特に、小さな腫瘍並びに深部の腫瘍を識別することが、非常に難しい。

更に、ＭＲＩ（磁気共鳴像）装置は、生物および医学の分野において重要な装置である。ＭＲＩは、磁気共鳴信号が選択的に得られて、所定の情報が各ポイントの組織特性を得るために処理されて組織が画像化され得るように、適切な勾配を磁場に与えることができる。得られた磁気共鳴像は、異なる組織を識別する優れた能力を有し、通常の組織を腫瘍組織と容易に区別することができる。このような磁気共鳴像は、人体の一部分又は全身が画像化され得るように、所定の容量の三次元データを提供する。かくして、ＭＲＩは、高集束超音波療法でモニタするのに非常に適している。

日本特許第３３２２６４９号は、ＭＲＩ装置を超音波療法機器と組み合わせた療法システムを開示している。通常、処置ベッド下でのＭＲＩ装置のボア内での上下移動距離は、約１４０ｍｍであり、かくして、超音波療法機器は、かなり限られたスペース内で、処置のために、ボア内で垂直方向に移動する。従って、このような療法システムは、ＭＲＩ装置を用いて腫瘍の場所を予め特定し、そして、患者は、ＭＲＩの磁場から出され、超音波療法により処置される。このような療法システムは、患者の繰り返しの移動と、複数の配置とを必要とする。このような配置システムは複雑であり、また、配置には長い時間がかかる。

米国特許第５２７５１６５および第５４４３０６８等は、ＭＲＩシステムの磁場のボア内で動作される超音波エネルギーアプリケータの非磁性の位置付け装置を開示している。これは、位置付け装置がＭＲＩシステムの磁場に干渉するのを回避することを目的としている。しかし、このような位置付け装置の超音波振動子アプリケータの移動モードは、かなり限定され、多次元での腫瘍の処置の必要性は、満たされることができない。

更に、シーメンス・アクツィエンゲゼルシャフトが譲り受けた米国特許第６１４８２２５号は、時間的順序で周波数帯域内にある離散周波数値を有する電気信号を発生させる高周波発生器を用いた超音波療法装置を開示している。多様な離散周波数値全体は、同時動作診断用のＭＲＩ装置の受信帯域に対応した第２の周波数帯域にない。このため、超音波療法装置は、超音波療法がＭＲＩのモニタリング中に実行されるとき、磁気共鳴装置の磁場を妨害しない。

上述されたような各特許に記載されている療法システムは、ＭＲＩシステムが組み合わされた超音波療法システムである。このような療法システムは、主に、以下のような欠点を有している。１）ＭＲＩ装置のボア内での処置ベッドの下での垂直移動距離は、かなり限定され、このため、処置ベッドの下での多次元の移動を必要とする超音波振動子を配置することは、非常に難しい。また、複雑な移動配置メカニズムを配置することは、更に難しい。また、処置ベッドの下でＭＲＩ装置のボア内に配置された移動配置メカニズムは、超音波振動子を移動させるための限られたスペースを占領し、このため、治療法が影響を受ける。２）ＭＲＩ装置のボア内に配置された移動配置メカニズムは、ＭＲＩに干渉をもたらし、従って、得られた組織の映像は、不正確である。従って、超音波振動子と、この超音波振動子の移動配置メカニズムにおいて広く必要とされる非磁性のデザインと処置とが、これらシステムにおいて必要とされ、従って、これらシステムを製造するコスト及び技術的な複雑さとが、増加される。３）移動配置メカニズムにより駆動される超音波振動子は、限られたスペース内で移動し、多次元で腫瘍を処理する必要性を満たすことはできない。

従来技術の上述された欠点に基づいて、技術的な問題は、自由に移動する超音波振動子を有するスイングタイプの高集束超音波療法装置と、ＭＲＩ装置への干渉を低減して良質の超音波映像を獲得し得るＭＲＩ案内形式の高集束超音波療法システムとを提供することにより、本発明で解決される。

本発明の課題を解決するための技術的な解決策は、以下のとおりである。スイングタイプの高集束超音波療法装置は、超音波振動子と、移動配置メカニズムとを有し、この移動配置メカニズムは、支持ロッドにより超音波振動子に接続されたスイングメカニズムを用いている。

このスイングメカニズムは、Ｙ軸スイング中央部と、このＹ軸スイング中央部に接続されたＹ軸スイングロッドと、Ｙ軸スイング中央部を回動させるように駆動するＹ軸駆動装置とを備えたＹ軸スイングメカニズムを有している。前記Ｙ軸スイングロッドには、支持ロッドが固定されている。

好ましくは、前記スイングメカニズムは、Ｚ軸スイング中央部と、このＺ軸スイング中央部を回動させるように駆動するＺ軸駆動装置とを備えたＺ軸スイングメカニズムを更に有している。このＺ軸スイング中央部には、支持ロッドが固定されている。前記Ｙ軸駆動装置と、Ｚ軸駆動装置とは、モータを夫々用いており、また、前記Ｙ軸スイング中央部と、Ｚ軸スイング中央部とは、同期ベルトによりＹ軸駆動装置とＺ軸駆動装置とに夫々接続された同期ベルト−ホイールを夫々用いている。

より好ましくは、処置のために超音波振動子をより良好で適切な位置に移動させるために、前記スイングメカニズムは、Ｘ軸を中心として前記支持ロッドを自動回転させるように駆動する駆動装置を更に有している。

より好ましくは、前記スイングメカニズムの下には、Ｘ軸動作構造体が設けられている。このＸ軸動作構造体は、Ｘ軸方向に配置されたねじロッドと、このねじロッドのナットに固定されたベースプレートと、ねじロッドを駆動させる駆動装置とを有している。前記スイングメカニズムは、このベースプレート上に装着されている。

前記超音波振動子を移動配置メカニズムにより自由に移動させるように駆動するために、摺動装置が、前記ベースプレートの下に設けられている。この摺動装置は、摺動ホイール、好ましくは万能のホイールを用いている。移動配置メカニズムに力が加えられると、移動配置メカニズム全体は、摺動ホイールの動きを受けて移動することができ、また、超音波振動子は、支持ロッドの動きを受けて移動することができる。このような更なる装置は、操作者が、処置中に超音波振動子を手動で動作することを可能にし、操作者が処置中に臨床的な観察を行うのを助ける。

本発明のスイングメカニズムでは、前記支持ロッドのＹ軸又はＺ軸方向への回動角度は、−４０°ないし＋４０°の範囲である。

更に、このスイングメカニズムは、また、Ｚ軸スイングメカニズムのみを有しても良いし、Ｙ軸スイングメカニズムのみを有して良い。前記Ｚ軸スイングメカニズムは、Ｚ軸スイング中央部と、このＺ軸スイング中央部に接続されたＺ軸スイングロッドと、Ｚ軸スイング中央部を回動させるように駆動するＺ軸駆動装置とを有し、Ｚ軸スイングロッドには、支持ロッドが固定されている。

本発明の超音波振動子は、流体で満たされた容器中に位置されることができる。この容器は、前記支持ロッドに接続され、この容器には、流体が充填され、この流体は、脱気水であり得る。

本発明のスイングタイプの高集束超音療法装置では、前記支持ロッドは、移動配置メカニズムのシステムの動作を受けてあらゆる方向に移動することができる。超音波振動子は、このような支持ロッドに接続され、従って、超音波振動子は、正確に移動並びに配置されることができる。

本発明のスイングタイプの高集束超音療法装置では、前記移動配置メカニズムは、スイングメカニズムを用いており、支持ロッドが、Ｚ軸又はＹ軸方向にスイングするとき、移動配置メカニズムの駆動装置（モータとして称される）の移動範囲は、かなり限定されるか、全くない。従って、このスイングタイプの高集束超音波療法装置が、超音波撮像及び診断装置（例えば、ＭＲＩ装置）と共に使用されたとき、モータの電磁気が、撮像画質に影響を与えることはほとんどない。従って、移動配置メカニズムのモータの磁場による超音波撮像及び診断装置の磁場への干渉は、良好に克服されることができる。また、移動配置メカニズムは、種々の移動モードを与え、医療スタッフが患者を種々の体位で処置することを可能にする。

ＭＲＩ案内形式の高集束超音波療法システムは、ボア内に位置される第１の処置ベッドを備えたＭＲＩ装置と、上述されたスイングタイプの高集束超音波療法装置とを有している。前記移動配置メカニズムは、ＭＲＩ装置のボアの外側に位置され、この移動配置メカニズムに接続された支持ロッドは、ＭＲＩ装置のボア中に延びることができる。

好ましくは、便宜的な動作のために、前記移動配置メカニズムは、第１の処置ベッドの下に位置される。ＭＲＩ装置は、第２の処置ベッドを更に有し、この第２の処置ベッド上には、支持体が配置され、この支持体上に、前記移動配置メカニズムが、配置されている。

より好ましくは、前記支持ロッドは、非磁性材料又は非金属材料で形成されることができ、従って、高集束超音波療法装置からＭＲＩ装置の磁場への干渉は、更に減じられ、撮像画質の負の影響は、防止されることができる。

本発明のＭＲＩ案内形式の高集束超音波療法システムが、処置に使用されるとき、患者は、第２のベッド上に位置される。前記移動配置メカニズムは、ＭＲＩ装置のボアの外側に位置され、超音波振動子に接続された支持ロッドの一端部は、ＭＲＩ装置のボア中へと延びる。このようにして、本発明は、処置される対象エリアの所で、超音波振動子によりエネルギーが与えられるエリアを、ＭＲＩ装置の撮像並びにモニタエリアと交差させる。また、本発明の療法システムは、ＭＲＩ装置を超音波療法装置と組み合わせて、装置の利用率を増加させる。

ＭＲＩ装置のボア内のスペースが限られているため、また、医療計画の必要性に応じて、支持ロッドのＹ軸又はＺ軸方向への回動角度は、−４０°ないし＋４０°の範囲である。上述された回動角度の範囲が保障されている環境のもとでは、支持ロッドのサイズと移動配置メカニズム全体のサイズとは、支持ロッドが、下方のＹ軸スイングメカニズムに打撃を与えたりＭＲＩ装置の処置ベッドに打撃を与えたりしないのを保障するように設計されている。

本発明のＭＲＩ案内形式の高集束超音波療法システムは、スイングタイプの移動配置メカニズムを用いている。直線タイプの移動配置メカニズムと比べて、このスイングタイプの移動配置メカニズムは、サイズが小さく、回動角度が比較的大きい。従って、同じ大きさのスイングタイプの移動配置メカニズムと直線タイプの移動メカニズムとの場合、スイングタイプの移動メカニズムの移動範囲の方が、大きい。また、空間移動メカニズムは、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向等の単一方向への複数移動メカニズムからなっているため、直線移動メカニズムが、所定の方向（例えばＹ軸方向）に移動するとき、他の一方向移動メカニズム（例えば、Ｚ軸方向移動メカニズム）の駆動モータは、同じ方向に常に移動する。モータは、電磁気を有するので、モータが、ＭＲＩ装置近くに移動すると、モータの電磁気が、ＭＲＩ装置の撮像結果に影響を与える。本発明は、スイングメカニズムを用いている。超音波振動子が、Ｙ軸又はＺ軸方向にスイングするとき、他の方向の各駆動メカニズムは、移動しない。幾つかの駆動モータは、超音波振動子と一緒に移動するが、モータの移動範囲は、かなり限定され、従って、モータの電磁気によるＭＲＩ装置の撮像効果への負の影響は、最大限に防止される。

本発明は、更に、以下の実施形態と添付図面とに関連して詳細に説明される。

この実施形態は、本発明の非限定的な実施形態である。

図１に示されているように、本発明のスイングタイプの高集束超音波療法装置は、超音波振動子１と、この超音波振動子１を多次元に移動させるように駆動する移動配置メカニズムとを有している。この移動配置メカニズムは、スイング機能を有したスイングメカニズムを用いている。このスイングメカニズムは、支持ロッド２に接続され、この支持ロッド２の他端部は、超音波振動子１に接続されている。

スイングタイプの高集束超音波療法装置からＭＲＩ装置の磁場への干渉を減じるため、また、撮像画質の負の影響を防止するために、前記支持ロッド２は、非磁性材料又は非金属材料で形成されている。この実施形態では、支持ロッドの材料は、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）である。

前記超音波振動子１は、開いた流体容器、即ちウォータバッグ１２中に位置され、また、前記支持ロッド２は、可撓性のシール１３を通してウォータバッグ１２に接続されている。このウォータバッグ１２には、流体が充填され、この流体は、この実施形態では、脱気水である。

この実施形態には、２セットのスイングメカニズム、即ち、Ｙ軸スイングメカニズムと、Ｚ軸スイングメカニズムとが設けられている。これらスイングメカニズムは、超音波振動子１をＹ軸方向及びＺ軸方向に夫々スイングさせるように駆動する。

このＹ軸スイングメカニズムは、Ｙ軸スイング中央部と、このＹ軸スイング中央部に接続されたＹ軸スイングロッド１９と、Ｙ軸スイング中央部を回動させるように駆動するＹ軸駆動装置とを有している。この実施形態において、Ｙ軸駆動装置には、モータ、即ちモータ６を用い、また、Ｙ軸スイング中央部は、同期ベルトによりモータ６に接続された同期ベルト−ホイール７である。

前記Ｚ軸スイングメカニズムは、Ｚ軸スイング中央部と、このＺ軸スイング中央部を回動させるように駆動するＺ軸駆動装置とを有している。この実施形態では、Ｚ軸駆動装置は、モータ、即ちモータ４を用い、また、Ｚ軸スイング中央部は、同期ベルトによりモータ４に接続された同期ベルト−ホイール５である。

この同期ベルト−ホイール５のシャフトは、支持ブラケット２３にしっかりと接続されている。前記支持ロッド２は、この支持ブラケット２３に回動可能に接続されている。この実施形態では、Ｘ軸を中心として支持ロッド２を自動回転させるように駆動する駆動装置は、モータ、即ちモータ３を用いている。このモータは、支持ブラケット２３にしっかりと接続されている。このモータの出力シャフトは、支持ロッド２に水平かつしっかりと接続されている。このモータ３の軸回動により、支持ロッド２は、回動するように駆動される。

前記Ｙ軸スイングメカニズムの下には、Ｘ軸移動メカニズムが設けられている。このＸ軸移動メカニズムは、Ｘ軸方向に配置されたねじロッド９と、このねじロッドのナットに固定されたベースプレート２０と、ねじロッド９を駆動させるための駆動装置、即ちモータ８とを有している。前記Ｙ軸スイングメカニズムは、ベースプレート２０上に装着されている。このベースプレート２０の下には、案内スロットが形成され、基体２２上に設けられたリニアガイドセット１０が、この案内スロット中に位置されているので、スイングメカニズムは、Ｘ軸方向で前後に直線的に移動することができる。

前記基体２２の下面には、摺動装置が設けられている。即ち、基体２２には、摺動ホイール１１が設けられている。この実施形態では、摺動ホイール１１は、万能のホイールを用いている。

図２に示されているように、ＭＲＩ装置１６のボア２１内の第１の処置ベッド１４と、第２の処置ベッド１７とが設けられている。この第１の処置ベッド１４は、第２の処置ベッド１７の上方にある。また、この第２の処置ベッド１７上には、支持体１８が固定されている。この支持体は、本発明のスイングタイプの高集束超音波療法装置を支持するために使用される。また、この療法装置は、支持体１８上に取り付けられる。このようにして、ＭＲＩ案内形式の高集束超音波療法システムが、形成される。処置時に、前記支持ロッド２は、ＭＲＩ装置のボア２１中へと延びることができ、第１の処置ベッド１４のホール１５の下に位置される。処置が必要とされないとき、この支持ロッド２は、超音波振動子をＭＲＩ装置１６のボア２１から引き出すように駆動され、スイングタイプの高集束超音波療法装置全体は、スペースを省くために、ＭＲＩ装置１６のボア２１中に位置されることができる。

処置中、患者は、最初に、第１の処置ベッド１４上に位置され、超音波によりさらされる患部は、ホール１５に向けられる。そして、超音波振動子１に接続された支持ロッド２の一端部が、ＭＲＩ装置１６のボア２１中に延びて、超音波振動子１が、移動配置メカニズムにより第１の処置ベッド１４の下に位置される。尚、移動配置メカニズム全体は、ＭＲＩ装置のボアの外側にある支持体１８上に固定される。多次元への移動により、超音波振動子１によりエネルギーが与えられるエリアは、処理される対象エリアの所で、ＭＲＩ装置１６の撮像並びにモニタエリアと交差する。

超音波振動子１が、Ｙ軸、即ちＹ軸方向へと移動する必要があるとき、モータ６の出力シャフトが、同期ベルト−ホイール７をＺ軸に沿って回動させるように駆動し、同期ベルト−ホイール７は、このベルト−ホイールに固定されたメカニズム全体をＹ軸方向でスイングさせるように駆動する。また、限られた移動でスイングする前記モータ３とモータ４とは、同期ベルト−ホイール７に固定されたメカニズムと一緒に動くが、前記モータ８とモータ６とは、移動しない。

超音波振動子１が、Ｚ軸方向に移動する必要があるとき、モータ４の出力シャフトが、同期ベルト−ホイール５をＹ軸に沿って回動させるように駆動し、この同期ベルト−ホイール５は、前記支持ロッド２をＺ軸方向でスイングさせるように駆動する。限られた移動でスイングするモータ３は、支持ロッド２と一緒に動くが、モータ６、モータ８、及びモータ４は、移動しない。

モータは、かなり限られた移動範囲で移動するので、本発明の療法装置がＭＲＩ装置１６と組み合わされて使用されるとき、モータの磁場は、ＭＲＩ装置の磁場にほとんど影響を与えない。

超音波振動子１が、Ｘ軸方向に移動する必要があるとき、前記ねじロッドのナットが、モータ８により駆動されて、ベースプレート２０と、このベースプレートに装着されたスイングメカニズムとを、リニアガイドセット１０に沿ってＸ軸線方向にまっすぐ移動させるように駆動する。

超音波振動子１自身の角度が、変更される必要があるとき、支持ロッド２は、モータ３により駆動されて、超音波振動子１をＸ軸線に沿って自動回動させるように駆動する。

超音波振動子１が、手動で動作される必要があるときは、所定の力が、手で基体２２に加えられることができ、この基体２２の下の万能のホイールが、あらゆる方向に自由に摺動することができる。

本発明に係わるスイングタイプの高集束超音波療法装置の構造的な概略図である。 本発明に係わるＭＲＩ案内形式の高集束超音波療法システムの構造的な概略図である。

符号の説明

１…超音波振動子、２…支持ロッド、３，４，６，８…モータ、５，７…同期ベルト−ホイール、９…ねじロッド、１０…リニアガイドセット、１１…摺動ホイール、１２…ウォータバッグ、１３…シール、１４…第１の処置ベッド、１４…ホール、１６…ＭＲＩ装置、１７…第２の処置ベッド、１８…支持体、１９…Ｙ軸スイングロッド、２０…ベースプレート、２１…（ＭＲＩ）ボア、２２…基体、２３…支持ブラケット

Claims (10)

1. 超音波振動子と、この超音波振動子の移動配置メカニズムとを具備するスイングタイプの高集束超音波療法装置において、前記移動配置メカニズムは、支持ロッド（２）により前記超音波振動子（１）に接続されたスイングメカニズムを用いていることを特徴とするスイングタイプの高集束超音波療法装置。
2. 前記スイングメカニズムは、Ｙ軸スイング中央部と、このＹ軸スイング中央部に接続されたＹ軸スイングロッド（１９）と、Ｙ軸スイング中央部を回動させるように駆動するＹ軸駆動装置とを備えたＹ軸スイングメカニズムを有し、前記支持ロッド（２）は、Ｙ軸スイングロッドに固定されていることを特徴とする請求項１に記載のスイングタイプの高集束超音波療法装置。
3. 前記スイングメカニズムは、Ｚ軸スイング中央部と、このＺ軸スイング中央部を回動させるように駆動するＺ軸駆動装置とを備えたＺ軸スイングメカニズムを有し、また、前記支持ロッド（２）は、Ｚ軸スイング中央部に固定されていることを特徴とする請求項２に記載のスイングタイプの高集束超音波療法装置。
4. 前記Ｙ軸駆動装置と前記Ｘ軸駆動装置とは、モータを夫々用い、また、前記Ｙ軸スイング中央部と前記Ｘ軸スイング中央部とは、同期ベルトにより前記Ｙ軸駆動装置とＺ軸駆動装置とに夫々接続された同期ベルト−ホイールを夫々用いていることを特徴とする請求項３に記載のスイングタイプの高集束超音波療法装置。
5. 前記支持ロッド（２）のＹ軸又はＺ軸方向の回動角度は、−４０°ないし＋４０°の範囲であることを特徴とする請求項３に記載のスイングタイプの高集束超音波療法装置。
6. 前記スイングメカニズムは、Ｘ軸を中心として前記支持ロッドを自動回転させるように駆動する駆動装置を更に有し、前記支持ロッド（２）は、この駆動装置の出力シャフトに接続されていることを特徴とする請求項３に記載のスイングタイプの高集束超音波療法装置。
7. 前記スイングメカニズムの下には、Ｘ軸移動メカニズムが設定され、このＸ軸移動メカニズムは、Ｘ軸方向に配置されたねじロッド（９）と、このねじロッドのナットに固定されたベースプレート（２０）と、ねじロッド（９）を駆動させる駆動装置とを有し、また、前記スイングメカニズムは、このベースプレート（２０）に装着されていることを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１に記載のスイングタイプの高集束超音波療法装置。
8. 前記ベースプレートの下面には、摺動装置が接続されていることを特徴とする請求項７に記載のスイングタイプの高集束超音波療法装置。
9. ＭＲＩ装置のボア内に位置される第１の処置ベッド（１４）を含むＭＲＩ装置を具備し、請求項１ないし８のいずれか１に記載のスイングタイプの高集束超音波療法装置を有するＭＲＩ案内形式の高集束超音波療法システムにおいて、このシステムの前記移動配置メカニズムは、ＭＲＩ装置のボアの外側に位置され、また、この移動配置メカニズムに接続された前記支持ロッドは、ＭＲＩ装置（１６）のボア中に延びることができることを特徴とするＭＲＩ案内形式の高集束超音波療法システム。
10. 前記移動配置メカニズムは、前記第１の処置ベッド（１４）の下に位置され、前記ＭＲＩ装置（１６）は、第２の処置ベッド（１７）を更に有し、この第２の処置ベッド上には、支持体（１８）が固定され、この支持体（１８）上には、前記移動配置メカニズムが位置されることを特徴とする請求項９に記載のＭＲＩ案内形式の高集束超音波療法システム。

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