JP2023167429A - Hifu irradiation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波イメージングプローブを備えるＨＩＦＵ照射装置に関し、特に、超音波イメージングプローブの改良に関する。 The present invention relates to a HIFU irradiation device equipped with an ultrasound imaging probe, and particularly relates to improvements in the ultrasound imaging probe.
強力集束超音波（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）を用いた治療装置が広く用いられている。この治療装置は、ＨＩＦＵ照射装置あるいはＨＩＦＵ照射システムと称され、治療部位に集束超音波を照射して生体組織を壊死させる。 Treatment devices using high intensity focused ultrasound are widely used. This treatment device is called a HIFU irradiation device or HIFU irradiation system, and irradiates the treatment area with focused ultrasound to cause necrosis of living tissue.
一般に、ＨＩＦＵ照射装置は、凹面上に配置された複数の超音波振動子を備えている。複数の超音波振動子は、それぞれから発せられた超音波が一点に照射され焦点を形成するように配置されている。治療の際には、超音波診断装置のガイド下で焦点の位置が治療部位に合わせられ超音波が照射される。照射位置の確認方法の一つとして、超音波画像上に焦点を表す超音波診断装置を用いる方法がある。 Generally, a HIFU irradiation device includes a plurality of ultrasonic transducers arranged on a concave surface. The plurality of ultrasonic transducers are arranged so that the ultrasonic waves emitted from each vibrator are irradiated to one point to form a focal point. During treatment, ultrasound is irradiated with the focal point aligned with the treatment area under the guidance of the ultrasound diagnostic device. One method for confirming the irradiation position is to use an ultrasound diagnostic device that indicates the focus on an ultrasound image.
以下の特許文献１には、Ｂモード画像（断層画像）を表示する超音波診断装置を用いて焦点の位置を観測する超音波治療装置が記載されている。この装置では、組織に影響のない弱いレベルの超音波が治療用の超音波振動子から発せられると共に、超音波イメージングプローブによる超音波の送受信によって断層画像が表示される。被検体の組織の音響特性は組織の温度変化に応じて変化するため、断層画像には焦点の位置が輝度の強弱によって示される。また、特許文献２および３には、本願発明に関連する技術として、超音波イメージングプローブの構造に関する記載がある。 Patent Document 1 below describes an ultrasonic treatment device that observes the position of a focal point using an ultrasonic diagnostic device that displays a B-mode image (tomographic image). In this device, weak-level ultrasound waves that do not affect tissue are emitted from a therapeutic ultrasound transducer, and a tomographic image is displayed by transmitting and receiving ultrasound waves using an ultrasound imaging probe. Since the acoustic characteristics of the tissue of the subject change depending on the temperature change of the tissue, the position of the focal point is indicated in the tomographic image by the strength of the brightness. Moreover, Patent Documents 2 and 3 have descriptions regarding the structure of an ultrasound imaging probe as a technique related to the present invention.
一般に、超音波診断装置によるガイド下での強力集束超音波による治療法では、超音波イメージングプローブによる超音波の送受信によってＢモード画像が取得され、患者の生体組織の観察や治療対象への位置決めが行われる。治療やその準備の際には、治療用の超音波振動子から超音波が発せられると共に、超音波イメージングプローブによる超音波の送受信が行われる。しかし、治療用超音波振動子と超音波イメージングプローブの位置関係や、超音波イメージングプローブの形状や構造によっては、超音波イメージングプローブが、治療用超音波の伝搬を妨げたり、反射、散乱により意図しない部位に治療用超音波を照射したりする問題が起こる場合がある。 Generally, in a treatment method using powerful focused ultrasound guided by an ultrasound diagnostic device, a B-mode image is acquired by transmitting and receiving ultrasound using an ultrasound imaging probe, which allows observation of the patient's living tissue and positioning to the treatment target. It will be done. During treatment or preparation thereof, ultrasound is emitted from a therapeutic ultrasound transducer, and ultrasound is transmitted and received by an ultrasound imaging probe. However, depending on the positional relationship between the therapeutic ultrasound transducer and the ultrasound imaging probe, as well as the shape and structure of the ultrasound imaging probe, the ultrasound imaging probe may interfere with the propagation of the therapeutic ultrasound, or may interfere with the intended use due to reflection or scattering. There may be problems with irradiating therapeutic ultrasound to areas that are not intended for treatment.
本発明は、ＨＩＦＵ照射装置について、治療用超音波の伝搬状態に与える超音波イメージングプローブの影響を抑制することを目的とする。 An object of the present invention is to suppress the influence of an ultrasound imaging probe on the propagation state of therapeutic ultrasound in a HIFU irradiation device.
本発明は、上側に凹んだ凹面上に配置された複数の超音波振動子と、前記凹面を貫通し、前記凹面の中心軸に沿って延びる超音波イメージングプローブであって、複数の前記超音波振動子についての焦点に向けられたプローブ先端部を有する超音波イメージングプローブと、前記超音波イメージングプローブを、前記中心軸に沿って移動させるプローブ駆動部と、を備え、前記プローブ先端部は、複数の前記超音波振動子についての焦点から、前記中心軸に対して対称に前記凹面に向かう一対の法線に沿った一対の側面を有することを特徴とする。 The present invention includes a plurality of ultrasonic transducers disposed on a concave surface recessed upward, and an ultrasonic imaging probe that penetrates the concave surface and extends along a central axis of the concave surface, the probe comprising: an ultrasonic imaging probe having a probe tip directed toward a focus on a transducer; and a probe drive unit that moves the ultrasonic imaging probe along the central axis, the probe tip having a plurality of The ultrasonic transducer is characterized by having a pair of side surfaces along a pair of normal lines extending from the focal point of the ultrasonic transducer toward the concave surface symmetrically with respect to the central axis.
望ましくは、前記一対の側面は、前記プローブ先端部の下端から上方に向かうに従って対向間隔が広がる一対の長軸方向側面である。 Desirably, the pair of side surfaces are a pair of longitudinal side surfaces in which the distance between the opposing sides increases upward from the lower end of the probe tip.
望ましくは、前記超音波イメージングプローブが最下の位置にあるときに、前記一対の側面は、前記一対の法線に沿って接する。 Preferably, when the ultrasound imaging probe is at the lowest position, the pair of side surfaces touch along the pair of normal lines.
望ましくは、前記プローブ先端部の少なくとも一部は、超音波を吸収する材料で形成されている。 Preferably, at least a portion of the probe tip is made of a material that absorbs ultrasound waves.
望ましくは、前記プローブ先端部の少なくとも一部は、超音波を吸収する層と熱伝導層の少なくとも２層を有する。 Desirably, at least a portion of the probe tip has at least two layers: an ultrasound absorbing layer and a thermally conductive layer.
望ましくは、前記プローブ先端部の短軸方向側面は、長軸方向に突出した突出領域を有する。 Desirably, the short axis direction side surface of the probe tip has a protruding region that protrudes in the long axis direction.
本発明によれば、ＨＩＦＵ照射装置について、治療用超音波の伝搬状態に与える超音波イメージングプローブの影響を抑制することができる。 According to the present invention, in a HIFU irradiation device, it is possible to suppress the influence of an ultrasound imaging probe on the propagation state of therapeutic ultrasound.
各図を参照して本発明の実施形態について説明する。複数の図面に示された同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。また、本明細書における上下左右等の用語は、図面における方向を示す。これらの方向を示す用語は説明の便宜上のものであり、各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to each figure. Identical components shown in multiple drawings are designated by the same reference numerals, and their descriptions will be omitted. Furthermore, terms such as up, down, left, and right in this specification indicate directions in the drawings. The terms indicating these directions are for convenience of explanation, and do not limit the orientation when arranging each component.
図１には、本発明の実施形態に係るＨＩＦＵ照射システム１の構成が示されている。ＨＩＦＵ照射システム１は、プローブ駆動部８、超音波イメージングプローブ１０（以下、超音波プローブ１０という）、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２、カップリング袋１４、ロボットアーム１８、コントローラ２２および表示装置２４を備えている。図１では、患者３０においてＢモード画像等の超音波画像が観測されるべき面（観測対象面）がｙｚ座標平面に平行な面とされ、ｙｚ座標平面に垂直な座標軸がｘ軸とされている。 FIG. 1 shows the configuration of a HIFU irradiation system 1 according to an embodiment of the present invention. The HIFU irradiation system 1 includes a probe drive unit 8, an ultrasound imaging probe 10 (hereinafter referred to as the ultrasound probe 10), a HIFU transducer unit 12, a coupling bag 14, a robot arm 18, a controller 22, and a display device 24. There is. In FIG. 1, the plane on which an ultrasound image such as a B-mode image is to be observed in the patient 30 (observation target plane) is a plane parallel to the yz coordinate plane, and the coordinate axis perpendicular to the yz coordinate plane is the x axis. There is.
ＨＩＦＵ振動子ユニット１２は、振動子筐体１６と、振動子筐体１６に固定された複数の超音波振動子２を備えている。振動子筐体１６は、上側に凹んだ凹面上に複数の超音波振動子２を配置する。ここで、凹面は、複数の超音波振動子２が配置される仮想的な面であってよい。すなわち、振動子筐体１６は、凹面状の表面を必ずしも有していなくてもよく、複数の超音波振動子２を凹面上に配置する構造を有していればよい。 The HIFU transducer unit 12 includes a transducer housing 16 and a plurality of ultrasound transducers 2 fixed to the transducer housing 16. The transducer housing 16 has a plurality of ultrasonic transducers 2 disposed on an upwardly recessed concave surface. Here, the concave surface may be a virtual surface on which a plurality of ultrasonic transducers 2 are arranged. That is, the transducer housing 16 does not necessarily have to have a concave surface, but may have a structure in which the plurality of ultrasonic transducers 2 are arranged on a concave surface.
凹面は錐体の側面形状であってよい。また、凹面は、錐体の周囲を囲む切り取り線によって錐体の頂点側が切り取られた形状であってもよい。この場合凹面は、切り取り線を内側の周縁とする枠状またはリング状の形状であってもよい。そして、切り取り線の外側の凹面に配置された超音波振動子だけを選択的に駆動させて、超音波を発生および集束させてもよい。ここで、錐体とは、空間内の１点から底面に延びる直線の集合によって形成される立体形状をいう。各超音波振動子２は、各超音波振動子２が超音波を発したときに、振動子筐体１６の下方の治療基準点Ｐで、超音波の強度が強められるように振動子筐体１６に固定されている。すなわち、各超音波振動子２は、治療基準点Ｐに焦点を形成するように振動子筐体１６に固定されている。 The concave surface may be in the shape of a cone side. Further, the concave surface may have a shape in which the apex side of the cone is cut off by a perforation line surrounding the periphery of the cone. In this case, the concave surface may have a frame-like or ring-like shape with the perforation line as the inner periphery. Then, only the ultrasonic transducers disposed on the concave surface outside the perforation line may be selectively driven to generate and focus the ultrasonic waves. Here, a pyramid refers to a three-dimensional shape formed by a set of straight lines extending from one point in space to the bottom surface. Each ultrasonic transducer 2 has a transducer housing so that the intensity of the ultrasound is strengthened at a treatment reference point P below the transducer housing 16 when each ultrasonic transducer 2 emits an ultrasonic wave. It is fixed at 16. That is, each ultrasonic transducer 2 is fixed to the transducer housing 16 so as to form a focal point at the treatment reference point P.
超音波プローブ１０は、振動子筐体１６の下方、かつ、治療基準点Ｐの上方の位置で超音波が送受信されるように、振動子筐体１６に取り付けられている。本実施形態では、振動子筐体１６の中心部を超音波プローブ１０が上下方向に貫通し、超音波を送受信するプローブ先端部３２が下方に向けられている。超音波プローブ１０には方向性があり、超音波プローブ１０の構造に応じた方向に面する観測面で、超音波が送受信される。本実施形態では、プローブ先端部３２は、ｚ軸方向に長軸方向が向けられ、ｘ軸方向に短軸方向が向けられており、観測面は長軸方向に広がる。後述するように、超音波プローブ１０の支持部３４はプローブ駆動部８によって駆動され、上下方向に移動する。また、超音波プローブ１０は、長手方向の軸を中心に回転自在であってもよい。 The ultrasound probe 10 is attached to the transducer housing 16 so that ultrasound is transmitted and received at a position below the transducer housing 16 and above the treatment reference point P. In this embodiment, the ultrasonic probe 10 vertically passes through the center of the transducer housing 16, and the probe tip 32 that transmits and receives ultrasonic waves is directed downward. The ultrasonic probe 10 has directionality, and ultrasonic waves are transmitted and received on an observation surface facing a direction according to the structure of the ultrasonic probe 10. In this embodiment, the probe tip 32 has its long axis directed in the z-axis direction and its short axis directed in the x-axis direction, and the observation surface extends in the long axis direction. As will be described later, the support section 34 of the ultrasound probe 10 is driven by the probe drive section 8 and moves in the vertical direction. Further, the ultrasonic probe 10 may be rotatable about a longitudinal axis.
ＨＩＦＵ振動子ユニット１２の下方には、各超音波振動子２および超音波プローブ１０と、患者３０との間に、超音波に対する良好な伝搬媒体である脱気水等の液体を保持するカップリング袋１４が設けられている。カップリング袋１４は、脱気水等の液体が充填された袋であってもよい。カップリング袋１４は、光を透過する材料で形成されてよく、透明または半透明であってよい。すなわち、カップリング袋１４の外側からは、超音波プローブ１０が見通されてもよい。 Below the HIFU transducer unit 12 is a coupling that holds a liquid such as degassed water, which is a good propagation medium for ultrasound, between each ultrasound transducer 2 and ultrasound probe 10 and the patient 30. A bag 14 is provided. The coupling bag 14 may be a bag filled with liquid such as degassed water. Coupling bag 14 may be formed of a material that transmits light and may be transparent or translucent. That is, the ultrasound probe 10 may be visible from outside the coupling bag 14.
超音波プローブ１０、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２、およびカップリング袋１４は、搬送機構としてのロボットアーム１８の先端部に取り付けられている。ロボットアーム１８は、関節１８ｂによって接続された複数のアーム１８ａから構成されており、関節１８ｂを介してコントローラ２２の筐体に取り付けられている。各アーム１８ａが関節１８ｂを回転軸として揺動することで、ロボットアーム１８は、プローブ駆動部８、超音波プローブ１０、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２およびカップリング袋１４を含む可動体２０を、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の３方向に搬送する。 The ultrasonic probe 10, the HIFU transducer unit 12, and the coupling bag 14 are attached to the tip of a robot arm 18 serving as a transport mechanism. The robot arm 18 is composed of a plurality of arms 18a connected by joints 18b, and is attached to the casing of the controller 22 via the joints 18b. By swinging each arm 18a about the joint 18b as the rotation axis, the robot arm 18 moves the movable body 20 including the probe drive unit 8, ultrasound probe 10, HIFU transducer unit 12, and coupling bag 14 along the x-axis. , y-axis, and z-axis.
コントローラ２２は、ＨＩＦＵ制御部２６およびロボット制御部２８を備えている。ＨＩＦＵ制御部２６は、コンピュータ、プローブ駆動部８を制御する電気回路、超音波プローブ１０を制御する電気回路、およびＨＩＦＵ振動子ユニット１２を制御する電気回路を備えている。ＨＩＦＵ制御部２６が備えるコンピュータは、業務用コンピュータ、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ等であってよい。コンピュータはプログラムを実行することで、各画像を生成する処理や、各画像を表示する処理を実行する。ＨＩＦＵ制御部２６には、ユーザがＨＩＦＵ照射システム１を操作するための操作機器（図示せず）が接続されている。操作機器は、マウス、表示装置２４と一体化されたタッチパネル、スイッチ、キーボード等を含んでよい。 The controller 22 includes a HIFU control section 26 and a robot control section 28. The HIFU control section 26 includes a computer, an electric circuit that controls the probe drive section 8 , an electric circuit that controls the ultrasound probe 10 , and an electric circuit that controls the HIFU transducer unit 12 . The computer included in the HIFU control unit 26 may be a business computer, a personal computer, a tablet computer, or the like. By executing a program, a computer performs processing for generating each image and processing for displaying each image. An operating device (not shown) for a user to operate the HIFU irradiation system 1 is connected to the HIFU control unit 26 . The operating device may include a mouse, a touch panel integrated with the display device 24, a switch, a keyboard, and the like.
ＨＩＦＵ制御部２６は、プローブ駆動部８、超音波プローブ１０およびＨＩＦＵ振動子ユニット１２を動作させるための処理を実行する。例えば、ＨＩＦＵ制御部２６はプローブ駆動部８を制御する。プローブ駆動部８は、ＨＩＦＵ制御部２６の制御に従って超音波プローブ１０を上下方向に駆動させる。また、ＨＩＦＵ制御部２６は、超音波プローブ１０に超音波を送受信させ、超音波プローブ１０で受信された超音波に基づく受信信号に基づいて、Ｂモード画像データを生成し、表示装置２４にＢモード画像を表示させる。ＨＩＦＵ制御部２６は、さらに、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２が備える各超音波振動子２に治療用の超音波を送信させる。 The HIFU control unit 26 executes processing for operating the probe drive unit 8, ultrasound probe 10, and HIFU transducer unit 12. For example, the HIFU control unit 26 controls the probe drive unit 8. The probe drive section 8 drives the ultrasound probe 10 in the vertical direction under the control of the HIFU control section 26 . Further, the HIFU control unit 26 causes the ultrasound probe 10 to transmit and receive ultrasound, generates B-mode image data based on the reception signal based on the ultrasound received by the ultrasound probe 10, and displays the B-mode image data on the display device 24. Display the mode image. The HIFU control unit 26 further causes each ultrasound transducer 2 included in the HIFU transducer unit 12 to transmit therapeutic ultrasound.
ロボット制御部２８は、ＨＩＦＵ制御部２６の制御に応じてロボットアーム１８を制御し、ロボットアーム１８に可動体２０を搬送させてよい。また、ロボット制御部２８は操作機器を備えてもよい。この場合、ロボット制御部２８は、ユーザによる操作機器の操作に応じてロボットアーム１８を制御してもよい。 The robot control unit 28 may control the robot arm 18 in accordance with the control of the HIFU control unit 26 and cause the robot arm 18 to transport the movable body 20. Further, the robot control unit 28 may include an operating device. In this case, the robot control unit 28 may control the robot arm 18 according to the user's operation of the operating device.
治療用の超音波がＨＩＦＵ振動子ユニット１２から患者３０に照射される前には、以下のような位置決め処理が実行されてよい。ＨＩＦＵ制御部２６は、各超音波振動子２に、治療時よりも強度が小さい超音波を送信させる。超音波プローブ１０の位置および姿勢は、超音波プローブ１０の観測面が、患者３０の観測対象面に一致する位置および姿勢に設定される。ＨＩＦＵ制御部２６は、患者３０の観測対象面で超音波プローブ１０に超音波ビームを走査させＢモード画像データを取得する。ＨＩＦＵ制御部２６は、Ｂモード画像を表示装置２４に表示させる。施術者としてのユーザは、表示装置２４に表示されたＢモード画像を参照して、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２から送信される超音波の焦点と患部の位置との相違を確認する。 Before the therapeutic ultrasound is irradiated from the HIFU transducer unit 12 to the patient 30, the following positioning process may be performed. The HIFU control unit 26 causes each ultrasound transducer 2 to transmit ultrasound having a lower intensity than during treatment. The position and orientation of the ultrasound probe 10 are set such that the observation surface of the ultrasound probe 10 matches the observation target surface of the patient 30. The HIFU control unit 26 causes the ultrasound probe 10 to scan the ultrasound beam on the observation target surface of the patient 30 and acquires B-mode image data. The HIFU control unit 26 causes the display device 24 to display the B-mode image. The user as a practitioner refers to the B-mode image displayed on the display device 24 and confirms the difference between the focus of the ultrasound transmitted from the HIFU transducer unit 12 and the position of the affected area.
ユーザは、焦点の位置と患部の位置との相違が許容範囲内でないときは、ロボットアーム１８およびプローブ駆動部８を動作させて超音波プローブ１０およびＨＩＦＵ振動子ユニット１２の位置または姿勢を変更する。ユーザは、焦点の位置と患部の位置とが一致していることを確認した後に、ＨＩＦＵ制御部２６に対して治療のための操作を行う。ＨＩＦＵ制御部２６は、ユーザによる操作に応じて、治療に必要な強度を有する治療用超音波を各超音波振動子２に送信させる。これによって、焦点において生体組織が焼灼され、治療が施される。 When the difference between the focal point position and the affected area position is not within a permissible range, the user operates the robot arm 18 and the probe drive unit 8 to change the position or posture of the ultrasound probe 10 and the HIFU transducer unit 12. . After confirming that the position of the focal point and the position of the affected area match, the user operates the HIFU control unit 26 for treatment. The HIFU control unit 26 causes each ultrasonic transducer 2 to transmit therapeutic ultrasound having an intensity necessary for treatment in accordance with a user's operation. This cauterizes the living tissue at the focal point and provides treatment.
図２には、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２のｘｙ平面に平行な断面と、超音波プローブ１０をｚ軸負方向に眺めた図が示されている。この図には、超音波プローブ１０が、最下の位置にある状態が示されている。また、プローブ先端部３２の短軸方向側面が現れている。 FIG. 2 shows a cross section of the HIFU transducer unit 12 parallel to the xy plane and a view of the ultrasound probe 10 viewed in the negative direction of the z-axis. This figure shows the ultrasound probe 10 in its lowest position. Also, the side surface of the probe tip 32 in the short axis direction is exposed.
超音波プローブ１０は、ｙ軸方向を長手方向とする支持部３４と、支持部３４の下端に設けられたプローブ先端部３２を備えている。支持部３４はプローブ駆動部８に取り付けられている。プローブ先端部３２は、プローブ先端部３２の下端から上方に向かうに従って対向間隔が広がる一対の長軸方向側面４４を有している。一対の長軸方向側面４４は、治療基準点Ｐ（焦点）から凹面４０に向けて延びる一対の法線４２に沿って、表面が広がった一対の側面である。超音波プローブ１０が、最下の位置にある状態において、各長軸方向側面４４は、各法線４２に沿って接してよい。ここで、一対の法線４２は、ｘｙ平面に平行な平面内で、凹面４０の中心軸４８に対して対称に、治療基準点Ｐから凹面４０に向かって延びている。 The ultrasonic probe 10 includes a support part 34 whose longitudinal direction is in the y-axis direction, and a probe tip part 32 provided at the lower end of the support part 34. The support section 34 is attached to the probe drive section 8. The probe tip 32 has a pair of longitudinal side surfaces 44 whose opposing distance increases upward from the lower end of the probe tip 32 . The pair of longitudinal side surfaces 44 are a pair of side surfaces whose surfaces are widened along a pair of normal lines 42 extending from the treatment reference point P (focal point) toward the concave surface 40 . When the ultrasound probe 10 is in the lowest position, each longitudinal side surface 44 may be in contact along each normal line 42 . Here, the pair of normal lines 42 extend from the treatment reference point P toward the concave surface 40 symmetrically with respect to the central axis 48 of the concave surface 40 within a plane parallel to the xy plane.
プローブ先端部３２の先端面３６（下端面）のｘ軸方向の幅は、例えば、１４ｍｍである。また、先端面３６から治療基準点Ｐまでのｙ軸方向に沿った距離は、例えば３０ｍｍである。 The width of the tip surface 36 (lower end surface) of the probe tip 32 in the x-axis direction is, for example, 14 mm. Further, the distance along the y-axis direction from the distal end surface 36 to the treatment reference point P is, for example, 30 mm.
なお、一対の長軸方向側面４４は、超音波プローブ１０が最下の位置にある状態で、一対の法線４２よりも内側で、一対の法線４２に沿って表面が広がっていてもよい。 Note that the surfaces of the pair of longitudinal side surfaces 44 may extend along the pair of normal lines 42 inside the pair of normal lines 42 when the ultrasound probe 10 is at the lowest position. .
このような超音波プローブ１０の構造によれば、法線４２と凹面４０との交点を通り、中心軸４８に垂直な基準円４６よりも外側にある超音波振動子２から発せられた外側超音波が、治療基準点Ｐでの治療に寄与する。外側超音波は、超音波プローブ１０によって伝搬状態が乱され難い。プローブ先端部３２の構造を、一対の法線４２に沿って一対の長軸方向側面４４が広がった構造とすることで基準円４６が小さくなり、超音波プローブ１０が治療用超音波の伝搬状態に与える影響が抑制される。 According to the structure of the ultrasonic probe 10, the outer ultrasonic wave emitted from the ultrasonic transducer 2 passing through the intersection of the normal line 42 and the concave surface 40 and outside the reference circle 46 perpendicular to the central axis 48 The sound waves contribute to the treatment at the treatment reference point P. The propagation state of the external ultrasonic waves is less likely to be disturbed by the ultrasonic probe 10. By making the structure of the probe tip 32 such that a pair of long-axis direction side surfaces 44 are widened along a pair of normal lines 42, the reference circle 46 becomes small, and the ultrasound probe 10 adjusts to the propagation state of therapeutic ultrasound. The impact on
また、超音波プローブ１０の支持部３４のｘ軸方向への厚みが、プローブ先端部３２のｘ軸方向への厚みよりも大きくなり、超音波プローブ１０の機械的強度が高まる。さらに、超音波プローブ１０内に様々な部品を配置することが容易となる。 Further, the thickness of the support portion 34 of the ultrasonic probe 10 in the x-axis direction becomes larger than the thickness of the probe tip 32 in the x-axis direction, and the mechanical strength of the ultrasonic probe 10 increases. Furthermore, it becomes easy to arrange various parts within the ultrasound probe 10.
図３には、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２のｘｙ平面に平行な断面と、超音波プローブ１０をｚ軸正負方向に眺めた図が示されている。この図には、超音波プローブ１０が、最下の位置よりも上方にある状態が示されている。図３に示される状態では、一対の長軸方向側面４４は、一対の法線４２よりも内側にある。そのため、治療基準点Ｐでの治療に寄与する超音波振動子２の個数は、図２に示される状態よりも大きい。したがって、超音波プローブ１０が、最下の位置よりも上方にある状態では、最下の位置にある状態に比べて、超音波プローブ１０が治療用超音波の伝搬状態に与える影響が小さい。 FIG. 3 shows a cross section of the HIFU transducer unit 12 parallel to the xy plane and a view of the ultrasound probe 10 viewed in the positive and negative directions of the z-axis. This figure shows a state in which the ultrasound probe 10 is located above the lowest position. In the state shown in FIG. 3, the pair of longitudinal side surfaces 44 are located inside the pair of normal lines 42. Therefore, the number of ultrasound transducers 2 contributing to the treatment at the treatment reference point P is larger than in the state shown in FIG. 2 . Therefore, when the ultrasound probe 10 is located above the lowest position, the influence of the ultrasound probe 10 on the propagation state of therapeutic ultrasound is smaller than when the ultrasound probe 10 is located at the lowest position.
図４には、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２のｙｚ平面に平行な断面と、超音波プローブ１０をｘ軸正方向に眺めた図が示されている。この図には、プローブ先端部３２の長軸方向側面が現れている。図４に示されているように、プローブ先端部３２の右側の短軸方向側面５０には、ｚ軸正方向に突出した突出領域５２が形成され、左側の短軸方向側面５０には、ｚ軸負方向に突出した突出領域５２が形成されている。ここで、突出領域５２の凸面の曲率半径Ｒｐは、Ｒｐ≦Ｒｆ－Ｌｇを満足してよい。ただし、Ｒｆは凹面の曲率半径、Ｌｇは、超音波プローブ１０が上記の最下位置にある場合における、突出領域５２と前記凹面との間の距離である。また、プローブ先端部３２は、突出領域５２の凸面に対する曲率半径の条件を満足した複数の突出部が配列された形状を有してもよい。このようにすれば、複数の超音波振動子２から発せられた治療用超音波のうちの一部は、突出領域５２であらゆる方向に散乱する。これによって、プローブ先端部３２で反射した超音波が、患者３０の体内で局所的に集束して照射されることが回避される。そのため、超音波プローブ１０が治療の状態に与える影響が抑制される。 FIG. 4 shows a cross section of the HIFU transducer unit 12 parallel to the yz plane and a view of the ultrasound probe 10 viewed in the positive x-axis direction. In this figure, the longitudinal side surface of the probe tip 32 is visible. As shown in FIG. 4, a protrusion region 52 that protrudes in the positive direction of the z-axis is formed on the right side surface 50 of the probe tip 32 in the short axis direction, and a protrusion region 52 that protrudes in the positive direction of the z-axis is formed on the left side surface 50 of the short axis direction. A protruding region 52 protruding in the negative axis direction is formed. Here, the radius of curvature Rp of the convex surface of the protruding region 52 may satisfy Rp≦Rf−Lg. However, Rf is the radius of curvature of the concave surface, and Lg is the distance between the protrusion region 52 and the concave surface when the ultrasound probe 10 is at the lowermost position. Further, the probe tip portion 32 may have a shape in which a plurality of protrusions satisfying a radius of curvature condition for the convex surface of the protrusion region 52 are arranged. In this way, a portion of the therapeutic ultrasound emitted from the plurality of ultrasound transducers 2 is scattered in all directions by the protruding region 52. This prevents the ultrasonic waves reflected by the probe tip 32 from being locally focused and irradiated inside the patient's 30 body. Therefore, the influence of the ultrasound probe 10 on the state of treatment is suppressed.
なお、プローブ先端部３２の表面の少なくとも一部は、吸音材で構成されてもよい。吸音材には、例えば、固有音響インピーダンスが約１．５×１０６ｋｇ／ｍ２／ｓｅｃである脱気水が、超音波伝搬媒体として用いられる場合は、その音響特性に近い材料が用いられてよい。このような材料としては、シリコンゴム、天然ゴム、ポリウレタン等のエラストマー、または低密度のプラスチック材またはそれらの多孔質材や発泡材がある。また、吸音材には、一般のゴム材またはプラスチック材等の基材に金属粒子、金属酸化物粒子または気体を内包したマイクロバルーン等を混合した複合材が用いられてもよい。このような複合材によって、音響インピーダンスおよび吸収係数の調整が容易となる。これによって、超音波振動子２から発せられ、プローブ先端部３２のうち吸音材で形成された部分に入射した超音波は、吸音材に吸収される。そのため、超音波プローブ１０が治療用超音波の伝搬状態に与える影響が抑制される。 Note that at least a portion of the surface of the probe tip 32 may be made of a sound absorbing material. For example, when degassed water with a specific acoustic impedance of about 1.5 x 10 6 kg/m 2 /sec is used as the ultrasonic propagation medium, a material with acoustic properties close to that of degassed water is used as the sound absorbing material. It's fine. Such materials include silicone rubber, natural rubber, elastomers such as polyurethane, or low-density plastic materials, or porous or foamed materials thereof. Further, the sound absorbing material may be a composite material in which metal particles, metal oxide particles, or microballoons containing gas are mixed into a base material such as a general rubber material or plastic material. Such composite materials facilitate tuning of acoustic impedance and absorption coefficient. As a result, the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transducer 2 and incident on the portion of the probe tip 32 made of the sound-absorbing material are absorbed by the sound-absorbing material. Therefore, the influence of the ultrasound probe 10 on the propagation state of therapeutic ultrasound is suppressed.
さらに、プローブ先端部３２の少なくとも一部は、超音波を吸収する層と熱伝導層の少なくとも２層を有してよい。例えば、プローブ先端部３２の表面の少なくとも一部は、前記吸音材の層と、その内側に設けられた熱伝導層による２層で構成されてもよい。この熱伝導層は、熱伝導の良好な材質で形成し、前記吸音材の局部で超音波吸収によって生じた熱を拡散、放熱する。熱伝導層は、例えば、銅、アルミニウム等の金属板、または箔、金属酸化物の燒結体、または金属粒子や金属酸化物粒子を含む複合材やグリースで形成されてよい。これによって、超音波の吸収に伴った温度上昇による吸音層の音響特性の変化や劣化を防ぎ、超音波プローブ１０が治療用超音波の伝搬状態に与える影響が抑制されるという効果が安定的に得られる。 Furthermore, at least a portion of the probe tip 32 may include at least two layers: an ultrasound absorbing layer and a heat conducting layer. For example, at least a portion of the surface of the probe tip 32 may be composed of two layers: the sound-absorbing layer and a heat-conducting layer provided inside the sound-absorbing layer. This heat conductive layer is formed of a material with good heat conductivity, and diffuses and radiates heat generated by ultrasonic absorption locally in the sound absorbing material. The thermally conductive layer may be formed of, for example, a metal plate or foil such as copper or aluminum, a sintered body of metal oxide, a composite material containing metal particles or metal oxide particles, or grease. This prevents changes and deterioration of the acoustic properties of the sound absorption layer due to temperature rise associated with the absorption of ultrasound waves, and stably suppresses the effect that the ultrasound probe 10 has on the propagation state of therapeutic ultrasound waves. can get.
１ ＨＩＦＵ照射システム、２ 超音波振動子、８ プローブ駆動部、１０ 超音波イメージングプローブ、１２ ＨＩＦＵ振動子ユニット、１４ カップリング袋、１６ 振動子筐体、１８ ロボットアーム、１８ａ アーム、１８ｂ 関節、２０ 可動体、２２ コントローラ、２４ 表示装置、２６ ＨＩＦＵ制御部、２８ ロボット制御部、３０ 患者、３２ プローブ先端部、３４ 支持部、３６ 先端面（下端面）、４０ 凹面、４２ 法線、４４ 長軸方向側面、４６ 基準円、４８ 中心軸、５０ 短軸方向側面、５２ 突出領域。
1 HIFU irradiation system, 2 ultrasound transducer, 8 probe drive unit, 10 ultrasound imaging probe, 12 HIFU transducer unit, 14 coupling bag, 16 transducer housing, 18 robot arm, 18a arm, 18b joint, 20 Movable body, 22 controller, 24 display device, 26 HIFU control section, 28 robot control section, 30 patient, 32 probe tip, 34 support section, 36 tip surface (lower end surface), 40 concave surface, 42 normal line, 44 long axis directional side surface, 46 reference circle, 48 central axis, 50 minor axis direction side surface, 52 protrusion area.
本発明は、上側に凹んだ凹面上に配置された複数の超音波振動子と、前記凹面を貫通し、前記凹面の中心軸に沿って延びる超音波イメージングプローブであって、複数の前記超音波振動子についての焦点に向けられたプローブ先端部を有する超音波イメージングプローブと、前記超音波イメージングプローブを、前記中心軸に沿って移動させるプローブ駆動部と、を備え、前記プローブ先端部は、複数の前記超音波振動子についての焦点から、前記中心軸に対して対称に前記凹面に向かう所定の一対の法線に沿った方向に平坦に広がる一対の長軸方向側面を有し、前記一対の長軸方向側面は、前記プローブ先端部の下端から上方に向かうに従って対向間隔が広がり、駆動可能な範囲における最下の位置に、前記超音波イメージングプローブがあるときに、前記一対の長軸方向側面は、前記一対の法線に接することを特徴とする。 The present invention includes a plurality of ultrasonic transducers disposed on a concave surface recessed upward, and an ultrasonic imaging probe that penetrates the concave surface and extends along a central axis of the concave surface, the probe comprising: an ultrasonic imaging probe having a probe tip directed toward a focus on a transducer; and a probe drive unit that moves the ultrasonic imaging probe along the central axis, the probe tip having a plurality of The ultrasonic transducer has a pair of longitudinal side surfaces that spread flatly in directions along a predetermined pair of normal lines toward the concave surface symmetrically with respect to the central axis, and The long-axis direction side surfaces are such that the opposing distance increases upward from the lower end of the probe tip, and when the ultrasound imaging probe is at the lowest position in the drivable range, the pair of long-axis side surfaces is characterized in that it is in contact with the pair of normal lines .
Claims (6)
前記凹面を貫通し、前記凹面の中心軸に沿って延びる超音波イメージングプローブであって、複数の前記超音波振動子についての焦点に向けられたプローブ先端部を有する超音波イメージングプローブと、
前記超音波イメージングプローブを、前記中心軸に沿って移動させるプローブ駆動部と、を備え、
前記プローブ先端部は、
複数の前記超音波振動子についての焦点から、前記中心軸に対して対称に前記凹面に向かう一対の法線に沿った一対の側面を有することを特徴とするＨＩＦＵ照射装置。 A plurality of ultrasonic transducers arranged on a concave surface,
an ultrasound imaging probe extending through the concave surface and along a central axis of the concave surface, the ultrasound imaging probe having a probe tip directed at a focal point for a plurality of the ultrasound transducers;
a probe drive unit that moves the ultrasound imaging probe along the central axis,
The tip of the probe is
A HIFU irradiation device characterized by having a pair of side surfaces extending along a pair of normal lines from the focal point of the plurality of ultrasonic transducers to the concave surface symmetrically with respect to the central axis.
前記一対の側面は、前記プローブ先端部の下端から上方に向かうに従って対向間隔が広がる一対の長軸方向側面であることを特徴とするＨＩＦＵ照射装置。 In the HIFU irradiation device according to claim 1,
The HIFU irradiation device is characterized in that the pair of side surfaces are a pair of long axis direction side surfaces whose opposing distance increases upward from the lower end of the probe tip.
前記超音波イメージングプローブが最下の位置にあるときに、前記一対の側面は、前記一対の法線に沿って接することを特徴とするＨＩＦＵ照射装置。 In the HIFU irradiation device according to claim 1,
The HIFU irradiation device is characterized in that when the ultrasound imaging probe is at the lowest position, the pair of side surfaces touch along the pair of normal lines.
前記プローブ先端部の少なくとも一部は、超音波を吸収する材料で形成されていることを特徴とするＨＩＦＵ照射装置。 In the HIFU irradiation device according to any one of claims 1 to 3,
A HIFU irradiation device, wherein at least a portion of the probe tip is made of a material that absorbs ultrasonic waves.
前記プローブ先端部の少なくとも一部は、超音波を吸収する層と熱伝導層の少なくとも２層を有することを特徴とするＨＩＦＵ照射装置。 In the HIFU irradiation device according to any one of claims 1 to 3,
A HIFU irradiation device, wherein at least a portion of the probe tip portion has at least two layers: a layer that absorbs ultrasonic waves and a thermally conductive layer.
前記プローブ先端部の短軸方向側面は、
長軸方向に突出した突出領域を有することを特徴とするＨＩＦＵ照射装置。
In the HIFU irradiation device according to any one of claims 1 to 3,
The side surface of the probe tip in the short axis direction is
A HIFU irradiation device characterized by having a protruding region protruding in the longitudinal direction.
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