JP2694992B2

JP2694992B2 - 結石破砕装置

Info

Publication number: JP2694992B2
Application number: JP1037637A
Authority: JP
Inventors: 聡相田; 信行岩間; 清岡崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-02-17
Filing date: 1989-02-17
Publication date: 1997-12-24
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: JPH02215451A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は衝撃波を用いて結石を破砕治療する結石破
砕装置に係り、特に衝撃波源にピエゾ素子を用いた結石
破砕装置に関する。

（従来の技術）近年、腎臓結石その他の結石を手術によることなく除
去する方法として、体外より衝撃波を体内の結石部位に
集束させて結石を破砕する方法が提案され、広く用いら
れるようになってきた。しかしながら、この方法は手術
に比較して患者への侵襲は少ないとは言え、衝撃波源の
焦点が結石部位から外れ正常組織に衝撃波が集束する
と、正常組織への副作用はまぬがれない。実際、患者の
呼吸性移動や体動などにより、結石部位が衝撃波源の焦
点から外れることはしばしばある。

このような問題を解決するために、特にピエゾ素子を
衝撃波源に用いた結石破砕装置において、特開昭62−49
843号公報に記載されているように、結石破砕用のピエ
ゾ素子を用いて衝撃波より低圧力の超音波を体内に照射
し、焦点近傍からの反射波の強度から衝撃波源の焦点と
結石部位との一致状況を判定するようにしたものが知ら
れている。この方法によれば、焦点と結石部位とが一致
している場合にのり衝撃波を照射することにより、呼吸
性移動などによる誤照射を防止することが可能となる。

また、USP4,771,787に記載されているように、反射波
信号をＡモード波形としてディスプレイ上に結石部位近
傍の超音波画像とともに表示する方法も考えられてい
る。このように反射波の強度を可視化すれば、衝撃波源
の焦点と結石部位との一致状況（一致しているか否か、
一致状態の程度など）や、破砕の程度などを知る手掛り
にはなると考えられる。

しかしながら、単にＡモード波形を表示するだけで
は、瞬間的な状態しか知ることができず、破砕の進行
や、体動による非可逆的な結石の移動等による、焦点と
結石部位との一致状況の時間的な変化を知ることはでき
ない。従って、この表示からでは衝撃波の適切な照射タ
イミングを見出すことが難しい。また、衝撃波源の位置
決め操作を行なう際、操作の結果による焦点と結石部位
との一致状況の変化を把握しにくく、試行錯誤を多数回
繰返さなければならない。

（発明が解決しようとする課題）このように衝撃波と同じ経路で低圧力の超音波を体内
に照射し、焦点近傍からの反射波の強度から衝撃波源の
焦点と結石部位との一致状況を判定したり、その反射波
の信号をＡモード波形として表示する従来の技術では、
衝撃波源の焦点と結石部位との一致状況や、破砕の程度
などについて瞬間的な状態しか知ることができず、焦点
と結石部位との一致状況の時間的な変化を知ることはで
きない。このため衝撃波の適切な照射タイミングを見出
すことが難しく、また衝撃波源の位置決め操作を行なう
際にしても焦点と結石部位との一致状況の変化を把握し
にくいために、試行錯誤を多数回繰返さなければならな
いという問題があった。

本発明は衝撃波源の焦点と結石部位との一致状況の経
時的変化を容易に把握でき、もって衝撃波の照射を適確
に行なうことが可能で、また衝撃波源の位置決め操作が
容易な結石破砕装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は衝撃波源であるピエゾ素子群の少なくとも一
部または衝撃波源である第１のピエゾ素子群とは別の第
２のピエゾ素子群を用いて低圧力超音波を発生させ、患
者体内からの低圧力超音波の反射波を受信し、この反射
波のうち第２のピエゾ素子群の焦点近傍における反射波
のピーク値を繰返し検出し、このピーク値の経時変化を
示すグラフを患者体内の結石部位近傍の画像、例えば超
音波Ｂモード像とともにディスプレイ上に表示するよう
にしたことを特徴とする。

さらに、検出されたピーク値と所定の閾値とを比較し
て大小関係を判定し、ピーク値が閾値以上のとき衝撃波
を発生させ、検出されたピーク値の経時変化及び閾値を
示すグラフを患者体内の結石部位近傍の画像とともにデ
ィスプレイ上に表示するようにしたことを特徴とする。

（作用）反射波のピーク値は衝撃波源であるピエゾ素子群の焦
点と結石部位との一致状況を反映し、一致度合いが良好
であるほど大きい。この反射波ピーク値の経時変化を示
すグラフを表示することにより、衝撃波を照射すべき適
切なタイミングを知ることができる。このグラフは結石
部位近傍の画像とともに同じディスプレイ上に表示さ
れ、焦点と結石部位との一致状況と画像の変化との対応
関係が明確にわかるので、衝撃波源の位置決め操作を行
なう上でも有効となる。また、治療時間中に焦点と結石
部位とが一致状態にある時間の度合がわかるため、治療
時間中における衝撃波の照射状態がわかる。

さらに、反射波ピーク値と閾値との大小関係により衝
撃波の発生を制御する場合、反射波ピーク値の経時変化
のみならず閾値をもグラフとして同時に表示すれば、衝
撃波の発生状態と画像との関係がわかるので、衝撃波源
の位置修正に役立つ。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る結石破砕装置の構成
を示したものである。同図において、治療用アプリケー
タ１は複数のリング状ピエゾ素子を同心円状に配列し、
超音波送受面が凹面をなすように全体として球殻状に配
置したピエゾ素子群２と、このピエゾ素子群２の中心に
挿入配置されたイメージング用超音波プローブ３によっ
て構成されている。このアプリケータ１は図に示すよう
に患者４の体内の結石５を破砕治療すべく、図示しない
可撓性の水袋を介して患者４に当接されている。イメー
ジング用超音波プローブ３は、軸方向及び軸回りの方向
に移動可能に構成されている。

ピエゾ素子群２にはパルサ（パルス発生手段）６が接
続されている。パルサ６は図では一つのみ示されている
が、実際にはピエゾ素子の数と同数のパルサが設けられ
る。パルサ６はコンソール７に接続されたコントローラ
８からの制御により駆動される。パルサ６の電源入力端
子には、コントローラ８により制御される切換スイッチ
９を介して高電圧電源10及び低電圧電源11が選択的に接
続される。

ピエゾ素子群２は受信回路12にも接続されている。受
信回路12はピエゾ素子群２により受信された患者４の体
内からの反射波のうちピエゾ素子群２の焦点近傍の信号
のみをシーケンスコントローラ８からのタイムゲート信
号により抽出し、増幅及び検波する。この受信回路12の
出力信号はピーク値検出回路13に入力され、タイムゲー
ト信号の期間内での反射波のピーク値が検出される。ピ
ーク値検出回路13は出力信号はイメージング装置14に入
力される。

イメージング装置14はイメージング用超音波プローブ
３を介して患者４の体内に超音波を送信し、反射波を受
信することにより、超音波Ｂモード像をCRTなどのディ
スプレイ上に表示するものであり、超音波診断装置など
で使用される超音波画像装置と同様であるため、詳細な
説明は省略する。オペレータ（医師など）はこのＢモー
ド像を観察しながら、ピエゾ素子群２の焦点を結石５に
一致するように移動させて位置決めを行なう。

そして、本発明ではイメージング装置14のディスプレ
イ上に、ピーク値検出回路13で繰返し検出された反射波
ピーク値の経時的変化を示すグラフ（トレンドグラフ）
がＢモード像とともに表示される。このディスプレイ上
の表示例を第２図に示す。

第２図において、21はディスプレイの画面、22はＢモ
ードセクタ像であり、セクタ像22の下方に反射波ピーク
値のトレンドグラフ23が時間軸方向（図で横方向）にス
クロールされながら階段状に表示されている。トレンド
グラフ23のうち右端24はＢモードセクタ像22の現在の状
態に対応する反射波ピーク値を表わし、この値から現在
の状態における結石５と焦点との一致状況がわかる。ト
レンドグラフ23における表示感度及び時間軸のスケール
は、例えばコンソール７に備えられたボリューム、切換
スイッチなどにより可変であることが望ましい。

オペレータはトレンドグラフ23の表示から、反射波ピ
ーク値が十分に大きくなったときを衝撃波を照射すべき
タイミングと判断することができる。オペレータがコン
ソール７を介して衝撃波を発生する旨の指令を入力する
と、コントローラ８の制御により切換スイッチ９が高電
圧電源10側に切換えられるとともに、パルサ６が起動さ
れてピエゾ素子群２に高電圧パルスが供給されることに
よって、ピエゾ素子群２の焦点が結石５の部位に正しく
合致した状態で衝撃波が発生される。

また、トレンドグラフ23は結石５の近傍のＢモードセ
クタ像22とともにディスプレイ上に表示されるので、で
オペレータは焦点と結石部位との一致状況と、セクタ像
の変化との対応関係を明確に知ることができる。これに
よりオペレータはピエゾ素子群２をどの方向に動かせば
焦点と結石５の部位とが一致するかを表示から把握でき
るので、ピエゾ素子群２の位置決め操作を容易に行なう
ことができる。

また、トレンドグラフ23の表示の時間幅が治療時間と
同程度、例えば１時間程度となるように時間軸のスケー
ルを設定すれば、治療時間中に焦点と結石部位とが一致
している時間の割合、すなわち衝撃波の照射状態のデー
タを知ることができ、それを記録に残すことも可能とな
る。

第３図及び第４図にティスプレイ上の他の表示例を示
す。第３図では反射波ピーク値の経時的変化を時間軸方
向で離散的な棒グラフ25として表示している。また、第
４図では反射波ピーク値の経時的変化をスムージング
し，滑らかなグラフ26として表示することによって、第
２図の場合より見易くしている。

第５図は本発明の他の実施例を示したもので、第１図
の構成に判定回路15が追加されている。この判定回路15
はピーク値検出回路13で検出された反射波ピーク値と、
プリセットされるか、または外部から入力される所定の
閾値Vthとを比較して大小関係を判定する。反射波ピー
ク値が閾値Vth以上の場合、判定回路15からコントロー
ラ８に衝撃波発生指令信号が送られ、コントローラ８の
制御により切換スイッチ９が高電圧電源10側に切換えら
れるとともに、パルサ６が起動されてピエゾ素子群２に
高電圧パルスが供給されることによって、衝撃波が発生
される。

また、判定回路15による判定の結果、反射波ピーク値
が閾値に満たない時は、コントローラ８により切換えス
イッチ９が低電圧電源11側に切換えられ、その状態でパ
ルサ６が起動されることにより、再び低圧力超音波が放
射されて同様の動作が繰返される。

ここで、イメージング装置14には先の実施例と同様に
Ｂモードセクタ像及び反射波ピーク値のトレンドグラフ
が表示されると共に、閾値Vthの情報が併せて表示され
る。第６図は本実施例における表示例であり、トレンド
グラフ23とともに閾値Vthの情報がライン27として表示
されている。

第７図は第５図の実施例における他の表示例であり、
反射波ピーク値はヒストグラム28として表示され、閾値
Vth以上の部分29が異なる色調で表示されている。

このように本実施例では反射波ピーク値が閾値Vth以
上になった時、衝撃波を自動的に発生させるとともに、
この閾値Vthを反射波ピーク値の経時変化を示すグラフ
と併せて表示することにより、閾値Vthと反射波ピーク
値との大小関係の変化から類推される衝撃波の発生状態
と、結石５の像との関係がわかる。従って、この表示か
ら例えば衝撃波の発生回数が少ないと観測された時に
は、結石の像を見ながらピエゾ素子群２の位置を修正す
ることにより、容易に結石５部位に焦点を合せるように
することができる。

第８図は本発明のさらに別の実施例である。同図にお
いて、治療用アプリケータ30はリング状ピエゾ素子を同
心円状に配列し、超音波送受面が凹面をなすように全体
として球殻状に配置した衝撃波発生用の第１のピエゾ素
子群31及び低圧力超音波発生用の第２のピエゾ素子群32
と、ピエゾ素子群の中心に挿入配置されたイメージング
用超音波プローブ33と、媒質水34が充填された可撓性の
水袋35によって構成されている。ここで、第１及び第２
のピエゾ素子群31,32は、第９図に拡大して示すように
半径方向に交互に配置され、それぞれの総面積は前者の
方が大きく設定されている。

位置コントローラ36は患者に対するアプリケータ30の
相対位置を変えるためのものである。この位置コントロ
ーラ36は、CPUを用いて構成された主コントローラ37に
よって制御される。主コントローラ37には、オペーレー
タが操作命令を入力するための操作卓38が接続されてい
る。

第１のピエゾ素子群31には、主コントローラ37によっ
て制御される高電圧パルサ39が接続されている。このパ
ルサ39は図では一つのみ示されているが、実際には第１
のピエゾ素子群31の数と同数のパルサが設けられる。

第２のピエゾ素子群32には、マルチプレクサ40が接続
されている。マルチプレクサ40には送信回路41の出力端
が接続され、送信回路41の入力端には第１の低電圧パル
サ42が接続されている。また、マルチプレクサ40には受
信回路43の入力端も接続され、この受信回路起43の出力
端は信号解析回路44に接続されている。信号解析回路44
は、第２のピエゾ素子群32により受信され受信回路43に
よって増幅・検波された患者体内からの反射波信号のう
ち、ピエゾ素子群の焦点近傍の信号のみを例えば先の実
施例と同様にピーク値検出などにより解析する回路であ
り、その出力信号はCRTディスプレイ45に入力される。

一方、イメージング用超音波プローブ33は、先端部に
アレイ振動子を備えたものであり、各振動子はマルチプ
レクサ46に接続されている。マルチプレクサ46には送信
回路47の出力端が接続され、送信回路47の入力端には第
２の低電圧パルサ48が接続されている。また、マルチプ
レクサ46には受信回路49の入力端も接続され、この受信
回路49の出力端は信号処理回路50に接続されている。信
号処理回路50は例えばＢモード像取得のための公知の信
号処理を行なって画像信号を出力する回路である。この
信号処理回路50から出力される画像信号は、主コントロ
ーラ51からの制御の下で画像メモリ51に蓄えられる。画
像処理回路52は主コントローラ37により制御され、画像
メモリ51に蓄えられた画像信号を処理し、その処理結果
を再びメモリ51に戻す。画像メモリ51から読み出された
信号は、CRTディスプレイ45に供給され、Ｂモード像と
して表示される。

このような構成により、本実施例においても先の実施
例と同様にCRTディスプレイ45上に、信号解析回路44に
よって得られた反射波ピーク値の経時的変化を示すグラ
フがＢモード像とともに表示される。

ここで、本実施例においては先の実施例と異なり、衝
撃波源である第１のピエゾ素子群31と、焦点位置からの
反射波を得るための低圧力超音波を発生する第２のピエ
ゾ素子群32とがそれぞれ独立して設けられており、これ
に伴ない、これら第１及び第２のピエゾ素子群31,32を
駆動するためのパルサとしても、高電圧パルサ39と第１
の低電圧パルサ42がそれぞれ独立して設けられている。
これにより先の実施例における切換スイッチ９が不要と
なるため、スイッチ９の寿命や、切換えに伴なうノイズ
の発生がなくなるばかりでなく、切換えに伴なう高電圧
パルスのパルスレート等のタイミング条件の制限が緩和
される。

すなわち、高電圧パルスのパルスレートを高くでき、
それに伴ない、第１のピエゾ素子群31から発生される衝
撃波と、第２のピエゾ素子群32から発生される低圧力の
タイミングのずれを最小にできる。従って、低圧力超音
波により結石と焦点との一致が検出されてから、患者の
呼吸や体動により結石と焦点とがずれを生じる前に衝撃
波を照射することができ、誤照射の可能性がさらに減少
する。

第10図及び第11図は本発明で使用される治療用アプリ
ケータの他の例であり、第10図の例では第１のピエゾ素
子群41と、第２のピエゾ素子群42とを円周方向に分割し
ている。また、第11図では第１のピエゾ素子群51の外
側、すなわちアプリケータの最外周部に第２のピエゾ素
子群52を配置している。これらの構成の治療用アプリケ
ータを用いても、第８図の実施例と同様の効果が得られ
る。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、例えば衝撃波を発生させるためのピエゾ素子群の一
部を用いて低圧力超音波を発生させるようにしてもよ
い。

また、実施例では各ピエゾ素子の共振周波数の関係に
ついて言及しなかったが、一般に共振周波数が高いほど
焦点での超音波圧力分布が狭くなるので、条件に応じて
第１のピエゾ素子群と第２のピエゾ素子の共振周波数は
等しくしたり、適宜異ならせればよい。例えば結石の焦
点との一致を正確に検出したい場合は、第２のピエゾ素
子群の共振周波数を上げ、場合によっては第１のピエゾ
素子群のそれより高くすればよい。また、共振周波数が
同じ場合、ピエゾ素子の径が大きいほど焦点での超音波
圧力分布は狭くなるので、ピエゾ素子の形状も考慮に入
れて第１及び第２のピエゾ素子群の共振周波数の関係を
定めればよい。

その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することが可能である。

［発明の効果］本発明によれば、患者体内からの低圧力超音波の反射
波の所定期間内のピーク値を検出し、このピーク値の経
時変化を示すグラフを患者体内の結石部位近傍の画像と
ともにディスプレイ上に表示することにより、衝撃波を
照射すべき適切なタイミングを知ることができ、衝撃波
源であるピエゾ素子群の位置決め操作が容易となり、治
療時間中における衝撃波の照射状態も知ることができ
る。

また、反射波ピーク値と閾値との大小関係による衝撃
波の発生を制御する場合、反射波ピーク値の経時変化と
閾値を表わすグラフを表示することによって、衝撃波の
発生状態と画像との関係がわかり、衝撃波源の位置修正
を容易に行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る結石破砕装置の構成を
示すブロック図、第２図〜第４図は同実施例におけるイ
メージング装置のディスプレイ上の表示例を示す図、第
５図は本発明の他の実施例に係る結石破砕装置の構成を
示すブロック図、第６図及び第７図は同実施例における
イメージング装置のディスプレイ上の表示例を示す図、
第８図は本発明のさらに別の実施例に係る結石破砕装置
の構成を示すブロック図、第９図は第８図の実施例にお
ける第１及び第２のピエゾ素子群の構成を示す図、第10
図及び第11図は本発明で使用される超音波アプリケータ
の他の例を示す図である。 1,30……治療用アプリケータ、2,31,32,41,42,51,52…
…ピエゾ素子群、3,33……イメージング用超音波プロー
ブ、４……患者、５……結石、６……パルサ、９……切
換スイッチ、10……高電圧電源、11……低電圧電源、12
……受信回路、13……ピーク値検出回路、14……イメー
ジング装置、15……判定回路、21……画面、22……Ｂモ
ードセクタ像、23,24,25,26,28……反射波ピーク値の経
時変化を示すグラフ、27……閾値を示すライン、39……
高電圧パルサ、41,47……送信回路、43,49……受信回
路、44……信号解析回路、45……ディスプレイ、42,48
……低電圧パルサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡崎清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 (56)参考文献特開昭63−5736（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−49843（ＪＰ，Ａ) 特表昭62−502312（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】患者体内の結石部位近傍の画像を取得して
ディスプレイ上に表示する第１の表示手段と、前記結石
を破砕するための衝撃波を発生する衝撃波発生手段と、
前記衝撃波より低圧力の超音波を発生する低圧力超音波
発生手段と、患者体内からの前記低圧力の超音波の反射
波を受信する受信手段と、この受信手段により受信され
た前記反射波のうち前記低圧力超音波発生手段の焦点近
傍における該反射波のピーク値を検出するピーク値検出
手段と、このピーク値検出手段により繰返し検出された
前記ピーク値の経時的変化を示すグラフを前記ディスプ
レイ上に表示する第２の表示手段とを備たことを特徴と
する結石破砕装置。
【請求項２】患者体内の結石部位近傍の画像を取得して
ディスプレイ上に表示する第１の表示手段と、前記結石
を破砕するための衝撃波を発生する衝撃波発生手段と、
前記衝撃波より低圧力の超音波を発生する低圧力超音波
発生手段と、患者体内からの前記低圧力の超音波の反射
波を受信する受信手段と、この受信手段により受信され
た前記反射波のうち前記低圧力超音波発生手段の焦点近
傍における該反射波のピーク値を検出するピーク値検出
手段と、このピーク値検出手段により検出されたピーク
値と所定の閾値とを比較して大小関係を判定する判定手
段と、この判定手段により前記ピーク値が前記閾値以上
であると判定されたときに前記衝撃波発生手段を起動す
る衝撃波起動手段と、前記ピーク値検出手段により繰返
し検出されたピーク値の経時的変化を示すグラフと前記
閾値の情報とを併せて前記ディスプレイ上に表示する第
２の表示手段とを備えたことを特徴とする結石破砕装
置。
【請求項３】前記衝撃波発生手段と前記低圧力超音波発
生手段は、同一のピエゾ素子群から構成されていること
を特徴とする請求項１または請求項２記載の結石破砕装
置。
【請求項４】前記衝撃波発生手段と前記低圧力超音波発
生手段は、それぞれ独立のピエゾ素子群から構成されて
いることを特徴とする請求項１または請求項２記載の結
石破砕装置。