JP2018079005A - Ｈｉｆｕ治療装置及びこの治療用プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】小型且つ低コストとなり得る超音波治療装置及びこの治療用プローブを提供する。【解決手段】パワーアンプからの出力信号を与えられて振動する振動子２２を複数備えたトランスデューサー２１を含むＨＩＦＵ治療用プローブ及びこれを含む治療装置である。パワーアンプはアンプ基板１０上に与えられ、アンプ基板はトランスデューサーの背面にあって振動子の主面と略垂直方向に延在する。【選択図】図２

Description

本発明は、集束超音波を患部に与えて治療を行うためのＨＩＦＵ治療装置及びこの治療用プローブに関し、特に、複数のトランスデューサーを与えられたＨＩＦＵ治療用プローブを含む治療装置及び該治療用プローブに関する。

強力集束超音波（ＨＩＦＵ：High Intensity Focused Ultrasound）による熱エネルギーやキャビテーションの作用によって組織を壊死させ、非侵襲で患部の治療を行う集束超音波治療法（ＦＵＳ：Focused Ultrasound Surgery）が知られている。かかる治療法では、超音波を患部に正確に集束させる集束制御が必要となる。この制御のためには、複数の振動子を半球状の凹面に配置したアレイ型トランスデューサーを与えられた治療用プローブを用いて行われ、マルチチャンネルアンプからトランスデューサー毎に信号を与えて超音波を患部に向けて発射させるのである。

例えば、特許文献１では、複数の照射チャンネルから照射されるＨＩＦＵのビームの焦点を患部に向けて絞り込む超音波治療装置が開示されている。詳細には、治療プローブは複数の治療振動子からなる超音波照射チャンネルを二次元平面又は三次元曲面に配列して形成され、凹球面を同心円状の複数の円環領域に分割し、さらに円環領域を径方向に分割してなる複数の領域にそれぞれ治療振動子を配設するとしている。各治療振動子には、ＨＩＦＵコントローラから出力されるＨＩＦＵの超音波信号を増幅するパワーアンプから出力される超音波信号が与えられる。なお、治療プローブから発する超音波周波数は２ＭＨｚや１ＭＨｚと必要に応じて使い分けることができるとしている。

更に、特許文献２では、生物組織を加熱治療する集束超音波治療装置において、正弦波供給チャンネルをそれぞれ備えるマルチチャンネルアンプ（発生器）について、電子的インピーダンス整合装置を介してトランスデューサーに接続することが開示されている。１つの実施例として、２５６のチャンネルを備えるマルチチャンネルアンプがそれぞれのチャンネルをプローブの超音波発生エレメントに接続され、それぞれのチャンネルにおいて生成される信号は電子的なインピーダンス整合装置によって５０Ωの同軸ケーブルを介してプローブに送信されるとしている。このインピーダンス整合装置はアンプから同軸ケーブルを介して到着するエネルギーの伝達を調整するが、インダクタンスの値を大きくしすぎると高い周波数において動作せず、大きな損失を発生させないためにも、プローブの近くに位置させるべきであることを述べている。

特開２０１６−１２９５９９号公報 特表２００７−５３４３９８号公報

患者への体力負担の少ない集束超音波治療法は、一般的な外科治療から美容整形などの広い分野への応用を期待されている。一方で、ＨＩＦＵのための超音波治療装置が大型設備であることから、その普及のためには、より小型且つ低コストの装置の開発が望まれている。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、より小型且つ低コストとなり得る超音波治療装置及びこの治療用プローブを提供することにある。

本発明によるＨＩＦＵ治療用プローブは、パワーアンプからの出力信号を与えられて振動する振動子を複数備えたトランスデューサーを含むＨＩＦＵ治療用プローブであって、前記パワーアンプはアンプ基板上に与えられ、前記アンプ基板は前記トランスデューサーの背面にあって前記振動子の主面と略垂直方向に延在することを特徴とする。

かかる発明によれば、パワーアンプからトランスデューサーへの電力損を減じることで該パワーアンプを小型化できるから、より小型且つ低コストとなる超音波治療装置を得られるのである。

上記した発明において、前記アンプ基板は、複数のチャンネル回路を含み、各チャンネル出力がそれぞれ前記振動子に出力信号を与えることを特徴としてもよい。また、前記振動子と前記アンプ基板とがコネクタで接続されることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、パワーアンプをより小型化できるから治療用プローブを小型化できるとともに、より小型且つ低コストとなる超音波治療装置を得られるのである。

上記した発明において、前記アンプ基板は主面同士を対向させて重ね合わせて配置されていることを特徴としてもよい。また、重ね合わされた前記アンプ基板同士はその上の素子の側面同士を対向させるような間隔距離で配置されていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、治療用プローブをより小型化できるのである。

更に、本発明によるＨＩＦＵ治療装置は、上記したＨＩＦＵ治療用プローブを含むことを特徴とする。かかる発明によれば、治療装置本体にパワーアンプを設ける必要が無く、かつ、パワーアンプからの電力損を防止するようなシールドを施した大径の同軸ケーブルも不要となるから、超音波治療装置をより小型且つ低コストにできるのである。

本発明によるＨＩＦＵ治療装置の概念図である。 本発明によるＨＩＦＵ治療装置の原理を示す図である。 本発明によるＨＩＦＵ治療用プローブの要部を示す図である。 本発明によるＨＩＦＵ治療用プローブの要部を示す図である。 伝送効率を示す、（ａ）本実施例、及び（ｂ）比較例のグラフである。

本発明の１つの実施例としての超音波治療装置及びその治療用プローブについて、図１乃至図４を用いてその詳細を説明する。従来、超音波治療装置では、本体装置側に設けられたパワーアンプから出力信号を同軸ケーブルの如きで治療用プローブに導いて振動子を振動させて超音波を得ていた。これに対し、本発明では同軸ケーブルでの電力損失を除去すべく、該同軸ケーブルを用いないための治療装置及び治療用プローブの構成を考慮してなされたものである。

図１（ａ）に示すように、治療用プローブ（アプリケータ）１の各振動子２２から送出される治療超音波ビームの束であるＨＩＦＵは、患部１００に集束するように照射され、治療（焼灼）を与える。

図１（ｂ）に示すように、振動子２２は、トランスデューサー２１の面に沿って複数個設けられ、例えば、凹球面状のトランスデューサー２１を同心円状の複数の円環領域に分割し、更に、これを径方向に分割した領域にそれぞれ配置される。それぞれの振動子２２は、後述するように、超音波ビームの１つのチャネルを構成する。

振動子２２には、治療プローブ１内に設けられた、例えば、高速スイッチＦＥＴの如き素子を用いたパワー（パルス）アンプ３１からの出力信号が与えられ、超音波ビームが発射される。パワーアンプ３１からの出力信号は、装置本体側に設けられた制御器４０によって制御される。制御器４０は、治療プローブ１内、あるいは治療プローブ１上に設置されてもよい。ここでは、従来用いていたようなパワーアンプ３１から出力信号の伝送のための同軸ケーブルの如きを用いていない。故に、同軸ケーブルの電力損を減じ得るので、パワーアンプ３１の出力を小さくでき、その回路を小さく出来るので治療用プローブ１内に組み込むことが出来るようになったのである。

図２及び図３に示すように、トランスデューサー２１の背面には、振動子２２に対応して図示しない端子が設けられており、パワーアンプ３１を組み込んだアンプ基板１０がソケット１４を介して着脱自在に取り付けられている。すなわち、トランスデューサー２１（振動子２２）の主面と垂直に、後方に向けてアンプ基板１０が延在することなる（特に、図２（ａ）矢印Ｓ参照）。

なお、図２（ａ）では、図３に示すようなアンプ基板１０を４枚、主面同士を互いに対向するように重ねてソケット１４を介してトランスデューサー２１の背面に取り付けているが、その枚数は適宜変更され得る。

また、図２（ｂ）に示すように、１つのソケット１４が３個の振動子２２を跨いで与えられている様子を図示したが、このようにｎ個の振動子２２を跨いでソケット１４を与える場合には、アンプ基板１０にｎ個のパワーアンプ回路を組み込み込んだｎチャンネル基板となる。

図３に示すように、アンプ基板１０は、略矩形の板状の基板の長手方向の一端部に沿ってソケット１４を与えられ、主面両側に非対称に素子１２ａ及び１２ｂを与えることが好ましい。つまり、振動子２２の大きさや間隔によって、これを跨ぐソケット１４の大きさが決まるが、アンプ基板１０の大きさはソケット１４の間隔で決まることになる。そこで、重ね合わされたアンプ基板１０のそれぞれの面上の素子１２ａ及び１２ｂの側面同士を対向させるように互い違いになるように素子１２ａ及び１２ｂを配置しておくことで、アンプ基板１０同士の間隔距離を近接でき得るようになるから、ソケット１４の間隔が近接してもアンプ基板１０を確実に取り付けられるようになるのである。すなわち、アンプ基板１０を効率的に配置することができる。

ところで、上記した実施例において、同軸ケーブルを用いないことでどの程度の電力損を減じ、すなわち、電力効率を上げることが出来るか検証した。

図４に示すように、パワー（パルス）アンプ３１からの出力信号を図示しないソケットを介して直接、８個の振動子２２に並列に与えたとき（図４（ａ）参照）と、パワー（パルス）アンプ３１からの出力信号を約０．３５ｍｍ径のＡＷＧ４０同軸ケーブル４１を２ｍの長さを用いて８個の振動子２２に並列に与えたとき（図４（ｂ）参照）と、について、電力効率を図４（ｃ）に示すような式で求めた。すなわち、入力電力ＨＶに対する出力の比を求めた。

図５に示すように、同軸ケーブル４１を用いたときの変換効率は３０％程度である（曲線５２）のに対し、これを用いない本実施例では約７０％である（曲線５１）ことから、大きく電力効率を上げられることが判る。

以上述べてきた実施例によれば、パワーアンプ３１からトランスデューサー２１への電力損を減じることでパワーアンプ３１を小型化できるから、アンプ基板１０を治療用プローブ１に組み込めるようになるのである。結果として、より小型且つ低コストとなる超音波治療装置を得られるのである。

ここまで本発明による代表的実施例及びこれに基づく改変例について説明したが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例を見出すことができるだろう。

１ 治療プローブ（アプリケータ）
１０ アンプ基板
１２ａ、１２ｂ 素子
１４ ソケット
２１ トランスデューサー
２２ 振動子
３１ パワー（パルス）アンプ
４０ 制御器
４１ 同軸ケーブル
１００ 患部

Claims (6)

1. パワーアンプからの出力信号を与えられて振動する振動子を複数備えたトランスデューサーを含むＨＩＦＵ治療用プローブであって、
   前記パワーアンプはアンプ基板上に与えられ、前記アンプ基板は前記トランスデューサーの背面にあって前記振動子の主面と略垂直方向に延在することを特徴とするＨＩＦＵ治療用プローブ。
2. 前記アンプ基板は、複数のチャンネル回路を含み、各チャンネル出力がそれぞれ前記振動子に出力信号を与えることを特徴とする請求項１記載のＨＩＦＵ治療用プローブ。
3. 前記振動子と前記アンプ基板とがコネクタで接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載のＨＩＦＵ治療用プローブ。
4. 前記アンプ基板は主面同士を対向させて重ね合わせて配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちの１つに記載のＨＩＦＵ治療用プローブ。
5. 重ね合わされた前記アンプ基板同士はその上の素子の側面同士を対向させるような間隔距離で配置されていることを特徴とする請求項４記載のＨＩＦＵ治療用プローブ。
6. 請求項１乃至５のうちの１つに記載のＨＩＦＵ治療用プローブを含むことを特徴とするＨＩＦＵ治療装置
   
   
   

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