JP2020110282A

JP2020110282A - 生体用の超音波照射治療装置

Info

Publication number: JP2020110282A
Application number: JP2019002358A
Authority: JP
Inventors: 治三宅; Osamu Miyake; 河野　雅弘; Masahiro Kono; 雅弘河野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2020-07-27

Abstract

【課題】生体組織内にある患部に特定周波数の超音波を照射させることで、活性酸素を発生させて、患部組織を化学的に分解することによって、患部組織を治療する超音波照射治療装置を提案する。【解決手段】線状ビームの超音波を照射する複数の超音波発生器を配備し、これらの超音波発生器から照射された超音波が生体内に設定された目標点に集中するように構成されている超音波照射装置本体と、前記目標点において、生体組織を化学的に分解させるのに有効な濃度の活性酸素が生じるように、前記複数の超音波線発生器の照射出力を調節する出力調節手段とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、線状ビームの超音波を、腫瘍などの生体の患部組織に照射することで治療を行う生体用の超音波照射治療装置に関する。

次の特許文献１には、生体内に設定された焦点組織に超音波を収束させて当該部分に熱変性を生じさせることにより治療を行う超音波治療装置が開示されている。
また特許文献２には、処理槽の水中に超音波を照射して活性酸素を生じさせ、処理槽に漬けられた生体の表面部に棲み付いた白癬菌などを死滅させて治療を行う超音波処理装置が開示されている。

特開２０００−２３７１９９号公報特許第３９９９２５６号公報特表２０１０−５０００９１号公報

しかしながら、特許文献１で提案されている装置の場合、組織を熱変性させているので、熱変性された組織は一般に硬化する傾向があり、そのため新陳代謝によって上手く自然消失せず、治療に時間がかかってしまう、そしてひどい場合には、熱変性された組織が、そのまま生体内組織に残ってしまうという問題があった。また、超音波が焦点組織に到達するまでの経路に骨組織等があると治療自体が出来ないという問題もあった。
一方、特許文献２で提案されている装置は、特定の周波数の超音波を水中で発生させることで活性酸素を発生させ、活性酸素で生体の表面部には棲み付いた白癬菌などを死滅させるものであり、生体の表面部から離れた奥部組織を処置することは原理上出来ない。
さらに、特表２０１０−５０００９１号公報には、超音波を直接照射して、生理的に有効な物質を活性させる手法が開示され、そこには活性酸素を用いて、がん組織を破壊させることも提案されている。しかしながら、この手法は、事前形成された活性酸素を封じ込めたカプセルに超音波を照射して、カプセルを意図的に破壊して、周囲のがん組織を破壊するものであり、カプセルを体内に挿入することに加えて、寿命の短い活性酸素を封じ込めたカプセル内に封じ込めておくことじたい実現性の乏しいものである。
これに対して本発明は、本発明者らの鋭意医特定の周波数の超音波を生体組織に直接照射すれば、生体組織内の細胞に含まれている水分子を分解して、活性酸素を生じさせることができるという新たな発見に基づき、これを利用したものである。
したがって、本発明の目的は、複数の線状ビームにすることで骨組織等を回避させて、生体内の目標点にある組織に集中的に直接照射して活性酸素を有効に生じさせることで、患部を化学的に分解させて治療を行う新規な生体用の超音波照射治療装置を提供することを目的としている。

本発明による生体用の超音波照射治療装置は、超音波を線状ビームとして照射する複数の超音波発生器を配備し、これらの超音波発生器から照射された超音波が生体内に設定された目標点に集中するように構成されている超音波照射装置本体と、複数の超音波線発生器から照射される超音波を目標点に集中させて、目標点にある組織に有効な濃度の活性酸素が生じるように調節する出力調節手段とを備えている。

本発明による生体用の超音波照射治療装置では、特定周波数の超音波を線状ビームにして患部に直接照射して治療を行うので、身体に物理的な損傷を与えない非侵襲式の治療が実現できる。特に、複数の線状ビームの超音波を患部に集合させて、患部における活性酸素の濃度を高めるために、個々の線状ビームの超音波が通過する組織にもダメージを与えることがない。
また、身体内に骨組織等があっても、超音波の複数の線状ビームはそれらを回避して、生体の目標点に集合して到達させて治療を行うことができる。
更に、患部の組織に特定周波数の超音波を与えることで組織内の水分子を分解させて、活性酸素を発生させるので、発生した活性酸素の強い酸化力を用いて患部を化学分解させ液状化させることができる。そのため、処置された組織は、熱変性による処置とは異なり、組織を硬化させることがなく、新陳代謝によって迅速に自然消滅させ、治癒できる。

本発明による生体用の超音波照射治療装置の一例の斜視図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ超音波発生器の一例の分解斜視図及び縦断面図である。（ａ）、（ｂ）はいずれも超音波照射治療装置の作用を説明する原理図である。本発明による生体用の超音波照射治療装置の他例の斜視図である。超音波照射治療装置の作用を示す原理図である。

図１は、本発明による生体用の超音波照射治療装置の一例の斜視図である。
超音波照射治療装置１は、超音波ＵＳを線状ビームにして照射する複数の超音波発生器１１を配備し、これらの超音波発生器１１から照射された超音波ＵＳが生体内に設定された目標点に集中するように構成した超音波照射治療装置本体１０と、目標点において複数の超音波線発生器から照射される複数の線状ビームの照射出力の合計した値で有効な活性酸素が生じるように調節する出力調節手段２０とを備えている。ここに灰色線は超音波ＵＳの照射軌道を示している。
超音波ＵＳの線状ビームは、その照射軌道のようにほとんど広がることなく一線状に進行する性質を示す。また活性酸素は、酸素分子がより反応性の高い化合物に変化したものであり、スーパーオキシド、ヒドロキシルラジカル、一重項酸素、過酸化水素等を含むが、反応性の高いヒドロキシラジカル、一重項酸素を有効に活用することが望ましく、これらは生体組織に特定周波数の超音波ＵＳを照射することによって生体組織に含まれている水と酸素が分解されて生じる。

装置本体１０は、アルミ等の金属、またはフェノール等の樹脂からなる円盤状の基台１０ａを有している。ここに、基台１０ａには周方向にレール溝１０ｂが形成されており、このレール溝１０ｂに沿って複数の超音波発生器１１がスライド可能に配置されている。より詳細には、超音波発生器１１は保持具１０ｃに対して角度調節可能なように（円弧状矢印で示す）固定されており、この保持具１０ｃがレール溝１０ｂに対してスライド移動可能になっている。レール溝１０ｂは、この例のように周方向で分割されていてもよいし、全周に渡って連続していてもよい。このような超音波発生器１１の位置調節機構と角度調節機構とが超音波発生器１１の照射方向を調節する照射方向調節手段１０ｄを構成している。

出力調節手段２０は、超音波発生器１１を制御するコントローラーとして構成されている。出力調節手段２０の構成要素は、電源回路、発振回路、増幅回路、マイコン回路等である。コントローラーには、電力設定ダイヤル２０ａ、作動時間設定ダイヤル２０ｂ、周波数選択ボタン２０ｃ、開始ボタン２０ｄ、停止ボタン２０ｅが設けられている。なお超音波発生器１１と出力調節手段２０とを接続するケーブル類は図示を省略している。

図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ超音波発生器の一例の分解斜視図及び縦断面図である。
超音波発生器１１の主たる構成要素である超音波発生素子１１ａは、例えば圧電セラミックで構成される。すなわち酸化チタンや酸化バリウム等の圧電性、逆圧電性を呈するセラミック粉の板状焼結体であり、それぞれの面にベース金属板、蒸着層からなる電極１１ｂが形成されている。その電極１１ｂに交流電圧を印加すると圧電セラミックが変形を繰り返して超音波ＵＳを発する。

本発明者らは、特定周波数の超音波を生体組織に照射することによって、生体組織の細胞内に含まれる水分子が分解され、活性酸素が発生することを長年の試験研究によって知見し、この事実に基づいて、生体の正常な組織にとっては害となる活性酸素を、逆に腫瘍などの生体患部を破壊する手段として活用することを見出して本発明に到達したものである。
本発明者らの知見では、１〜２ＭＨｚの周波数を有する超音波が特に生体患部を化学変化させて破壊させるのに適しており、そのため、本発明で使用する圧電セラミックの共振周波数もその周波数に合わせられている。
また圧電セラミックの表面形状も、超音波ＵＳを線状ビームにして照射するのに適したものが選択されている。なお超音波発生素子１１ａは、前記のものに限定されることはなく、水晶、ロッシェル塩、チタン酸バリウム等を用いたものでも利用できる。

超音波発生器１１は、前記のような超音波発生素子１１ａの外周部を天然ゴム等の弾性材１１ｃで囲み、これをアルミ等の金属からなる円筒状の保護部材１１ｄに内嵌させた基本構造になっている。保護部材１１ｄの内周面には弾性材１１ｃを位置決め保持するための周溝が形成されている。
超音波発生器１１には、照射された超音波ＵＳから拡散成分等を除去して好適な直線ビームとするためのホーン部材１１ｅが付加されていてもよいが、ホーン部材１１ｅは必須の構成要素ではなく、必要に応じて用いればよい。
超音波発生器１１は、ネジ１１ｆなどの固定具によって基台１０ａに固定されている。

図３（ａ）、（ｂ）はいずれも超音波照射治療装置の動作を説明する原理図である。
本発明において、生体Ｈは例えば人体であり、目標点Ｔは腫瘍組織である。超音波照射治療装置１は、前記のように複数の超音波発生器１１から超音波ＵＳを照射して生体Ｈ内の目標点に集中させることで、その目標点Ｔにおいてのみ生体組織を破壊するために有効な濃度の活性酸素ＲＯを発生させて破壊することを目的としたものである。
このような治療方法によれば、組織内で発生した活性酸素ＲＯは、その強力な酸化作用によって組織を化学的に分解し破壊するので、破壊された組織は老廃物となって液状化する。そして、液状化した老廃物は新陳代謝によって、体液の循環等によってその場所から短時間で自然除去されるので、その結果として、自然の再生治癒力を有効に作用させて早期回復が期待できる。

目標点Ｔに有効な活性酸素ＲＯを生じさせるため使用される超音波の特定周波数は、０．５〜２．５ＭＨｚ、好ましくは０．７〜２．３ＭＨｚ、更に好ましくは１．０〜２．０ＭＨｚにするとよい。周波数１．０〜２．０ＭＨｚの超音波ＵＳが活性酸素ＲＯを非常に効率的に発生させることは、本発明者からの実験によって確認されている。
なお複数の超音波発生器１１は同一の周波数の超音波ＵＳを発生してもよいし、それぞれ異なる周波数の超音波ＵＳを発生してもよい。ただし、全ての超音波発生器１１から共通の周波数かつ目標点Ｔにおいて同位相になるように超音波ＵＳを照射すれば効率よく、患部組織を化学的に分解して破壊させる活性酸素ＲＯの濃度を適切なものに設定できる。

また超音波ＵＳの線状ビームは、円形ビームとする場合は、直径３〜１２ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍ、更に好ましくは６〜９ｍｍにするとよいが、円形ビームには限定されない。このような線状ビームにすれば、骨組織を回避して目標点Ｔに集中させることが容易になる。

また複数の超音波線発生器は、５〜１００Ｗの出力で、好ましくは５〜５０Ｗの出力で超音波ＵＳを照射するとよい。このような出力とされた超音波の直線ビームの有効距離は０．５〜１．５メートル程度であると考えられる。
なお複数の超音波発生器１１の各々から照射された超音波が集中する目標点Ｔでは、各直線ビームのエネルギーが合計されたものになる。例えば３つの超音波発生器１１のそれぞれから５Ｗで超音波の直線ビームを照射した場合、目標点Ｔでは１５Ｗのエネルギーになる。このように目標点Ｔにおける合計エネルギーが適切な値にすれば、目標点Ｔまでの中間部分では組織変性を生じさせない温度上昇に抑え、かつ目標点Ｔでは組織を化学的に分解し破壊するのに十分な濃度の活性酸素ＲＯを生じさせることができる。
活性酸素ＲＯの内、特に有効なスーパーオキシドやヒドロキシラジカル等のラジカル類や一重項酸素は、反応性が高くて寿命が短いので超音波ＵＳがなくなるとすぐに消滅する。したがって、超音波ＵＳによる患部の有効な治療時間は、超音波ＵＳの照射時間とほぼ等しくなる。

本発明者らは、複数の超音波発生器１１から照射された超音波ＵＳが目標点Ｔに集中したあとの超音波ＵＳの挙動を種々調べる実験を行った。この実験の結果、目標点Ｔにおける超音波の交差角度によって異なることも知得された。
この実験結果によれば、図３（ａ）に示すように、目標点Ｔにおける交差角度が約４５度を超えていれば、超音波ＵＳの直線ビームはそれぞれそれまでの進行方向を維持したまま離れていく。そして、この場合、目標点Ｔを含む狭い領域、つまり超音波の線状ビームと同様の直径を有する球状領域に有効な活性酸素ＲＯが生じることになる。
これに対して図３（ｂ）に示すように、目標点Ｔにおける交差角度が４５度未満、好ましくは７〜３０度に設定すると、複数の直線ビームから単独のより強力な直線ビームが合成され、その合成ビームが生体Ｈの深部に向かって進行していく。この場合、目標点Ｔとそれに隣接した深奥部とを含むより広い領域に有効な活性酸素ＲＯを生じさせることが出来る。交差角度が小さい超音波ＵＳの複数の線状ビームから単独でより強力な線状ビームが合体される現象は、実験によって確認されている。
以上の原理を応用すれば、腫瘍組織の広がり具合に応じて、超音波ＵＳの交差角度を選択することにより、より効果的に深部に存在する腫瘍組織を化学的に分解し破壊することが可能になる。

図４は、本発明による生体用の超音波照射治療装置の一例の斜視図である。図１に示した例と共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。またこの例では、出力調節手段２０を構成するコントローラーも図１に示した例と共通するので、その図示及び説明を省略する。
この例の超音波照射治療装置１では、装置本体１０は、アルミ等の金属、またはフェノール等の樹脂からなる円筒状の基台１０ａとして構成されている。複数の超音波発生器１１が基台１０ａの内周面に中心方向を向いて配置され、これらの超音波発生器１１から照射された超音波ＵＳは基台１０ａの中心に集中、交差するようになっている。また超音波発生器１１のそれぞれに対して、その対面位置に超音波吸収材１０ｆが配置されている。
なおこの例でも、図１に示した例のように、基台１０ａの内周面にレール溝１０ｂを設けたり、超音波発生器１１の角度を調節可能にしたりすることによって、照射方向調節手段１０ｄを構成することはもちろん可能である。

図５は、この例の超音波照射治療装置の作用を示す原理図である。目標点Ｔが設定された生体Ｈは、装置本体１０の孔内に配置される。このとき生体Ｈは、目標点Ｔが装置本体１０の中心点にくるように位置決めすればよい。そのような位置決めのあと、複数の超音波発生器１１から超音波ＵＳを照射して生体Ｈ内の目標点Ｔに集中させることで、目標点にヒドロキシラジカルやオゾン等の有効な活性酸素ＲＯを発生させ得ることは、図１に示した例と同様である。このような構成の超音波照射治療装置１は、体幹の深奥部分に腫瘍組織があるような場合に特に有効である。

１超音波照射治療装置
１０超音波照射装置本体
１１超音波発生器
１０ｄ照射方向調節手段
２０出力調節手段
Ｈ生体
ＲＯ活性酸素
Ｔ目標点
ＵＳ超音波

Claims

特定周波数の超音波を線状ビームとして照射する複数の超音波発生器を配備し、これらの超音波発生器から照射された超音波が生体内に設定された目標点に集中するように構成されている超音波照射装置本体と、
前記目標点において、生体組織を化学的に分解させるのに有効な濃度の活性酸素が生じるように、前記複数の超音波線発生器の照射出力を調節する出力調節手段とを備えている生体用の超音波照射治療装置。
前記複数の超音波発生器の照射方向を調節する照射方向調節手段を更に備えている請求項１に記載の生体用の超音波照射治療装置。
前記超音波は、ビーム幅が３〜１２ｍｍである請求項１又は２に記載の生体用の超音波照射治療装置。
前記複数の超音波線発生器はいずれも、周波数１〜２ＭＨｚの超音波を照射する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の生体用の超音波照射治療装置。
前記複数の超音波線発生器は、前記目標点において合計して、５〜１００Ｗの出力で超音波を照射する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体用の超音波照射治療装置。
前記複数の超音波発生器から照射された超音波は、前記目標点において互いに４５度未満の鋭角で交差する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の生体用の超音波照射治療装置。