JP3142535B2 - 超音波治療装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強力超音波または
衝撃波により体内組織にエネルギーを加えて治療する超
音波治療装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波治療装置において、腎結石
や胆石等を体外から衝撃波（以下、強力超音波とい
う。）を照射することにより、破砕する結石破砕装置が
知られている。この結石破砕装置は、アプリケータ内に
ある直径３０ｃｍ〜４０ｃｍの球殻状の凹面振動子から
焦点に向けて強力超音波を発射させ、焦点位置に結石が
来るように人体に対してアプリケータを設定し結石を破
砕するものである。

【０００３】また前記凹面振動子の中央にあいている孔
から映像用超音波プローブを挿入し、この超音波プロー
ブをセクタ走査させて、モニタ上に断層像を表示するこ
とにより、前記結石の位置を固定することができる。こ
の場合、強力超音波は、体表付近では比較的広く、結石
に近付くにしたがって一点に集束するような円錐状をな
して伝搬する。

【０００４】一方、映像用超音波プローブにより得られ
る画像は、セクタ走査を行なっているため、体表では点
に近く体内に行くに従って広くなるという扇形状をなし
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
プローブがセクタ走査を行なっているため、生体表面付
近では、ブラインド領域を生じる。このため、生体表面
に近いところの強力超音波の経路内に腸管や骨があって
も、断層像上には表示されなくなっていた。また断層像
は、断面であるから、円錐状の強力超音波の経路の断層
像の前後もまったく表示されず、これも大きなブライン
ド領域となっていた。さらに特に結石をできるだけ鮮明
に描出するには、セクタプローブを結石にできるだけ近
つけるた方がよいが、このようにすれば、それだけブラ
インド領域は大きくなってしまう。このため強力超音波
の伝搬経路を全部に亘って画像表示することができなか
った。

【０００６】また結石は、実際には体表から数ｃｍのと
ころに位置しており、強力超音波の伝搬経路中に骨や腸
管内ガス、肺の一部などが介在すると、結石に有効な超
音波パワーを照射できなくなる。さらには骨に対して損
傷を与えたり、ガスにより超音波が反射し、この反射超
音波が周囲に散乱したりする。このため被検体に対して
痛みや障害を与える恐れがあった。

【０００７】そこで本発明の目的は、ブラインド領域の
状態をも観察でき、骨やガスなどの有無を容易に判別し
て、これにより適切な強力超音波の照射経路を選択で
き、効率良くしかも安全に治療できる超音波治療装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
し目的を達成するために次のような手段を講じた。すな
わち、本発明は、分割された複数の部分振動子を有し、
これらの部分振動子を駆動することで生体に超音波を照
射し治療する超音波治療装置において、治療対象に関す
る断層画像を発生する断層像発生手段と、前記部分振動
子から照射される超音波に基づく反射波を前記部分振動
子で個別に受信し各受信信号を処理する受信信号処理手
段と、前記受信信号処理手段による受信信号各々の処理
情報に基づき、前記超音波の伝播経路を選択するために
前記部分振動子を選択的に駆動制御する制御手段と、前
記受信信号処理手段による受信信号各々の処理情報に基
づき、前記伝播経路を示した画像を前記断層像に重ねて
表示する表示手段とを具備することを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、前記受信信号処理手段に
よる受信信号各々の処理情報に基づき、前記部分振動子
各々に関する伝播経路の情報を表示する表示手段をさら
に備えたことを特徴とする。

【００１０】（作用） この様な手段を講じたことにより、次のような作用を呈
する。部分振動子で受信した受信信号各々には、それぞ
れ対応する部分振動子の超音波伝播経路内に、骨、肺、
腸内ガス等の干渉物が存在しているか否かという情報が
含まれている。この情報によって、駆動する部分振動子
を選択することにより、干渉物を避けて超音波を照射す
ることができる。また、伝播経路を示した画像が前記断
層像に重ねて表示されるから、体内臓器と照射超音波の
経路との関係を容易に把握することができる。その結
果、安全性を向上させ、しかも効率良く治療することが
可能な超音波治療装置を提供することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る超音波治療装
置の一実施形態としての結石破砕装置を示す概略ブロッ
ク図、図２は前記結石破砕装置のアプリケータを示す概
略図で、図２（ａ）は複数の部分振動子に分割された凹
面振動子を示す概略図、図２（ｂ）は前記アプリケータ
が体表の上に載っている状態を示す概略図である。

【００１２】図１において、結石破砕装置は、凹面振動
子１、パルサー１５（１５−１〜１５−２０）、リミタ
１６（１６−１〜１６−２０）、プリアンプ１７（１７
−１〜１７−２０）、信号処理回路１８（１８−１〜１
８−２０）、レートパルスジェネレータ１９、ＤＳＣ２
０、モニタ２１、コントローラ２２、加算処理回路２
３、フリーズボタン２４を有する。

【００１３】前記凹面振動子１は、凹面状をなす圧電素
子からなり、図２に示すアプリケータ１１に設けられ、
前記パルサー１５からの駆動により強力超音波パルス、
衝撃波、弱超音波パルスを発射するものである。

【００１４】前記凹面振動子１は、図２（ａ）に示すよ
うに相互に接触する２つのリングからなり、これらのリ
ングはそれぞれ異なる複数の部分振動子に分割されてい
る。凹面振動子１は、例えば外側のリングでは均等に１
２分割（ａ１，ａ２，…ａ１２）され、かつ内側のリン
グでは均等に８分割（ｂ１，ｂ２…ｂ８）され、合計で
２０分割されている。これらの部分振動子（ａ１〜ａ１
２，ｂ１〜ｂ８）の出力側は、前記図１に示すパルサー
１５及びリミタ１６の入力側に接続されている。

【００１５】前記アプリケータ１１は、図示の如く前記
凹面振動子１、媒質としての例えば水２、この水２を封
入するゴム膜３、超音波セクタプローブ９及び図示しな
い機構部を有している。

【００１６】そして前記凹面振動子１により発射した強
力超音波パルスは、水２、ゴム膜３、体表４を通り腎臓
６に伝搬する。凹面振動子１からの強力超音波は、図２
（ｂ）に示すように凹面振動子１の付近では広く、結石
７に近づくに従って狭くなるような円錐状をなして伝搬
するものとなっている。

【００１７】超音波セクタプローブ９は、前記凹面振動
子１の中央の穴に挿入され腎臓６内にある結石７の位置
をモニタすべくセクタ走査する。この超音波セクタプロ
ーブ９によりセクタ走査すると、腎臓６内にある結石７
を中心とした扇状断面１２の断層像が図示しないモニタ
上に得られるものとなっている。前記セクタプローブ９
によるセクタ走査の断面１２は、下に行く従って広くな
る扇形状の面となっている。

【００１８】次に図１において、レートパルスジェネレ
ータ１９は、数Ｈｚ程度のレートパルスを発生し、この
レートパルスをパルサ１５に出力する。

【００１９】駆動手段としてのパルス１５は、前記レー
トパルスジェネレータ１９から入力するレートパルスに
より前記凹面振動子１に設けられた各部分振動子（ａ１
〜ｂ８）を駆動する。各部分振動子（ａ１〜ｂ８）は前
記パルサ１５により駆動され超音波パルスを発射し、超
音波パルスを生体に送波する。

【００２０】制御手段としてのコントローラ２２は、前
記パルサ１５の出力を制御するための信号を送り、強力
超音波を発生させる大出力パルスモードあるいは部分大
出力パルスモード、モニタ用の弱い出力を発生する小出
力パルスモード及び駆動する部分振動子を選別する部分
駆動モード及びパルス出力を止める停止モードなどの制
御を行なう。

【００２１】前記各部分振動子ａ１〜ｂ８は、生体から
の反射超音波を検出して電気信号をリミタ１６に出力す
る。そしてリミタ１６は各部分振動子から入力する信号
に対して所望の信号のみを得るべく、リミッターをかけ
る。

【００２２】プリアンプ１７は、前記リミタ１６から入
力する所望の信号を所定のレベルまで増幅する。

【００２３】処理手段としての信号処理回路１８は、プ
リアンプ１７から入力する増幅信号を例えば包絡線検波
回路などで検波し、得られた断層像のための信号をレベ
ル調整し、さらにＡ／Ｄ変換（アナログ・ディジタル変
換）などの処理を行ない、処理信号をディジタルスキャ
ンコンバータ（以下ＤＳＣという）２０に出力する。

【００２４】表示手段としてのＤＳＣ２０は、フレーム
メモリを有し、このフレームメモリに信号処理回路１８
から入力する各々の処理信号を書き込む。すなわちＤＳ
Ｃ２０は各々の処理信号を図示しない書き込みアドレス
信号を用いて各部分振動子に対応する如くフレームメモ
リに書込み、画像パターンを形成する。

【００２５】またＤＳＣ２０は、この書き込まれた各々
の処理信号を超音波スキャンからＴＶスキャンに変換
し、フレームメモリ１２の所望の画像パターンが表示手
段としてのモニタ２１に表示される。

【００２６】次にこのように構成された実施形態の作用
について説明する。まずコントローラ２２を停止モード
とし、アプリケータ１１を体表４に当てる。そしてセク
タプローブ９によりセクタ走査し断層像をモニタ上に描
写する。さらに前記断層像上に結石７の画像が描出され
るようにアプリケータ１１を移動し、さらに凹面振動子
１の焦点が結石７上に来るようにアプリケータ１１の位
置及び角度を設定する。

【００２７】ここでコントローラ２２を小出力モードと
し、各々のパルサー１５により各々の部分振動子ａ１〜
ｂ８を駆動し、各々の部分振動子ａ１〜ｂ８から弱超音
波パルスを発射させる。そして各部分振動子ａ１〜ｂ８
により生体から受信した反射超音波出力は、加算処理回
路２３により加算・処理され、ＤＳＣ２０を介してモニ
タ２１に出力される。かくしてモニタ２１に結石７が表
示され、結石７からの反射を確認することができる。

【００２８】ここで焦点位置は、凹面振動子１からの距
離が一定であるから、パルスが発射されてから、その往
復に要する時間（１０ｃｍで約１３３μｓ）の近辺のパ
ルスを検出すれば良い。そして結石７と焦点が一致した
とき、そこに強い反射パルスが検出される。

【００２９】このとき同時に各部分振動子ａ１〜ｂ８に
よる反射波の受信信号は、図２のパルサ１５、リミタ１
６、プリアンプ１７、信号処理回路１８をそれぞれ別々
に通り、さらにＤＳＣ２０に入力する。そしてこれらが
種々の表示方法によりモニタ２１に表示される。

【００３０】まず第１の表示方法を説明する。結石７か
らの反射波の強さを、信号処理回路１８により輝度変調
し、前記部分振動子ａ１〜ｂ８の位置に対応させてＤＳ
Ｃ２０に書き込む。そしてＤＳＣ２０から反射波データ
を読み出してこれを輝度（明るさ）の高低に対応付けて
モニタ２１上に表示する。

【００３１】結石７と各部分振動子との経路にガスや骨
などの障害物がない場合には、部分振動子に対応して、
ａ１’，…，ａ５’，ａ７’，ａ１２’などのように強
い反射が帰ってくるので、モニタ２１上の輝度が高くな
る。

【００３２】また前記経路に障害物がある場合には、そ
の程度により、ａ６’，ａ８’，ａ１０’，ａ１１’あ
るいはａ９’のように部分振動子に検出される反射波出
力は弱くなるので、モニタ上の輝度が低くなる。

【００３３】したがって、反射の強弱の程度により輝度
が変化することから、この輝度を確認することで、伝班
経路の障害物の状態を容易に把握することができる。ま
た輝度表示の代わりに例えば反射強度が弱いほど点滅頻
度を高くする点減表示法もある。この場合、各部分振動
子は、十分な集束効果を有するだけでの面積（開口）を
有しており、各部分振動子からの超音波は、お互いにあ
まりオーバラップせずそれぞれの経路を通ることにな
る。

【００３４】次に図４を参照して結石７からの反射波の
強さの第２の表示方法を説明する。同図において、前記
各部分振動子ａ１〜ｂ８により受信された受信信号の振
幅を信号処理回路１８により適宜、信号処理した出力を
モニタ２１の縦軸に設定する。またパルス発射後の時間
ｔ、すなわち部分振動子からの距離をモニタ２１の横軸
に設定し、各部分振動子ごとに反射波の強さを表示す
る。

【００３５】図４に示す例では部分振動子ａ_１，ａ_２，
ｂ_８による受信信号ａ_１”，ａ_２”，ｂ_８”は、部分振
動子から結石（焦点Ｆ_０）までの間に強い反射波がない
ことから、特に大きな障害物がないことを確認できる。
また部分振動子ａ_９では、途中に腸管内ガスなどの強い
反射体があるため、そこで強い反射が発生し、結石に到
達する超音波エネルギーは、弱められ結石からの反射も
弱くなっていることが確認できる。

【００３６】このような第２の実施形態であっても、前
記第１の実施形態と同様な効果が得られる。

【００３７】次に図５を参照して前記反射波の強さの第
３の表示法を説明する。図５（ａ）は上面から見た凹面
振動子を示す図、図５（ｂ）は凹面振動子から結石また
は焦点Ｆ_０までの超音波の伝搬経路を横から透視した図
である。

【００３８】図５（ｂ）において、超音波の伝搬経路を
（Ｔ_１−Ｆ_０），（Ｔ_２−Ｔ_０），…（Ｔ_６−Ｆ_０）と
細分化する。これら細分化されたそれぞれの経路につい
て、前記図４で示す反射波の強さを輝度変調でモニタ２
１に表示する。

【００３９】この場合には透視画像であるから、例えば
（Ｔ_１−Ｆ_０）の部分には、Ｔ_１領域に入るａ_２，
ａ_３，ａ_４，ａ_５の受信信号の面積比の加算平均信号が
用いられる。この場合、面積比は、ａ_２：ａ_３：ａ_４：
ａ_５＝０．３：０．９：０．９：０．３であるから、
（ａ_２”×０．３＋ａ_３”×０．９＋ａ_４”×０．９＋
ａ_５”×０．３）÷２．４を加算平均信号とする。また
領域Ｔ_２，…Ｔ_６についても、前述した領域Ｔ_１の容量
と同様である。

【００４０】また領域Ｔ_１，…Ｔ_６は、さらに細かく設
定することもできる。本実施形態では、正面から見た左
端の経路の途中（部分振動子ａ_９の経路）に大きな障害
物があるので、その部分が強い反射を示し、その後焦点
Ｆ_０までの反射は弱まっている。

【００４１】またＴ_３経路における強い反射からもわか
るように、ａ_６経路中に障害物があることがわかる。図
３と図５（ｂ）との表示法を同時に用いれば、３次元的
な障害物の位置関係が容易に把握できる。

【００４２】さらに図５（ｂ）にセクタプローブによる
断層像を重ねて表示すれば、体内臓器と照射超音波の経
路との関係が把握し易くなる。これらの画像は、図２に
示すフリーズボタン２４によりまたは間欠的にフリーズ
することができ、無駄な超音波発射をしなくてもよいよ
うになっている。

【００４３】この状態を監視することにより人体に対し
てアプリケータ１１の位置を障害物の少ない最適位置に
設定することができる。この場合、まず結石を焦点に合
わせた上で図３〜図５の表示を行ない、図１には図示し
ないアプリケータの指示機構は、焦点位置を中心に自由
な回転運動するモードを有し、常に焦点が結石位置にく
る状態に容易に最適アプリケータ位置を設定できる。こ
のように最適位置を確認した後、図２に示すコントロー
ラ２２を大出力モードとして、強力超音波を発射する。

【００４４】またそれだけでなく、障害物が経路内に入
り、避けることができない場合には、図２に示すコント
ローラ２２の大出力・部分駆動モードにより経路に障害
物のある部分振動子の強力超音波の反射を停止し、その
他の部分振動子からは、強力超音波を発射させることが
できる。これは、手動で行なってもよいが、例えば図３
または図４の結石からの反射波の強さが一定値以下の場
合には、対応する部分振動子の駆動を自動的に停止させ
ることもできる。

【００４５】したがって、この方法により体内に不要な
強力超音波を放射することを防止し、人体に対する安全
性が高まり、苦痛をなくすことができる。

【００４６】部分振動子の形状並びに個数は、図１に示
すものに限らず、例えば図６に示すように円形の部分振
動子からなるものでも良く、また各部分振動子が複数の
振動子の組み合わせからなるものでもよい。１つの部分
振動子をより小さな振動子の組み合わせにすると、その
組み合わせの自由度が極めて大きくなり、より細かな制
御を行なうことができる。

【００４７】さらに上述の実施形態では、各部分振動子
ごとに受信信号を独立に受信する方法について説明した
が、送信及び受信の指向性は、同一であるから、各部分
振動子から独立に送信することによっても、同様な結果
を得ることができる。

【００４８】すなわち図２のコントローラ２２により部
分振動子をａ_１，ａ_２…の順に小出力パルスモードで駆
動し、その都度反射波を部分振動子またはすべて振動子
で受信し、それぞれの部分振動子に経路に対する信号と
すればよい。

【００４９】また以上の実施形態では、結石破砕につい
て説明したが、結石破砕に限らず、例えば超音波ハイパ
ーサーシアや、強力超音波による癌治療の場合も、全く
同様に用いることができる。

【００５０】この場合、強力超音波はパルス波でも、連
続波でもよい。強力超音波の発生手段としては、圧電振
動子の例で説明したが、電磁誘導による衝撃波を用いて
も良い。すなわち、スパイラルに巻いたコイル表面に金
属板をおき、瞬間的にコイルに大電流を流し、金属板表
面から衝撃波を発生させるものであり、これを部分振動
子として、複数個用いれば良い。この場合、受信信号の
感度を上げるために、複数の電磁誘導部分振動子の受信
信号を用いてもよいが、その間隙に圧電素子を配置して
組み合わせを利用することもできる。

【００５１】さらには前記実施形態では、反射波の強さ
を輝度変調に対応付けして表示したが、例えば反射波の
強さをカラー表示してもよい。このほか本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論であ
る。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、部分振動子で受信した
受信信号各々には、それぞれ対応する部分振動子の超音
波伝播経路内に、骨、肺、腸内ガス等の干渉物が存在し
ているか否かという情報が含まれている。この情報によ
って、駆動する部分振動子を選択することにより、干渉
物を避けて超音波を照射することができる。また、伝播
経路を示した画像が前記断層像に重ねて表示されるか
ら、体内臓器と照射超音波の経路との関係を容易に把握
することができる。その結果、安全性を向上させ、しか
も効率良く治療することが可能な超音波治療装置を実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波治療装置の一実施形態とし
ての結石破砕装置を示す概略ブロック図、

【図２】前記結石破砕装置のアプリケータを示す概略
図、

【図３】受信信号の強さを表示する表示法を示す図、

【図４】受信信号の強さを表示する表示法を示す図、

【図５】受信信号の強さを表示する表示法を示す図、

【図６】前記図１に示す部分振動子の他の実施形態を示
す図である。

【符号の説明】

１…凹面振動子、 ２…水、 ３…ゴム膜、 ４…体
表、 ５…肋骨、 ６…腎臓、 ７…結石、 ８…腸
管、 ９…超音波セクタプローブ、 １１…アプリケー
タ、 １２…扇状断面、 １３…ブラインド領域、 １
５…パルサ、 １６…リミタ、 １７…プリアンプ、
１８…信号処理回路、 １９…レートパルスジェネレー
タ、 ２０…ＤＳＣ、 ２１…モニタ、 ２２…コント
ローラ、 ２４…フリーズボタン、 ａ１〜ａ１２，ｂ
１〜ｂ８…部分振動子。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分割された複数の部分振動子を有し、これ
   らの部分振動子を駆動することで生体に超音波を照射し
   治療する超音波治療装置において、治療対象に関する断層画像を発生する断層像発生手段
   と、 前記部分振動子から照射される超音波に基づく反射波を
   前記部分振動子で個別に受信し各受信信号を処理する受
   信信号処理手段と、 前記受信信号処理手段による受信信号各々の処理情報に
   基づき、前記超音波の伝播経路を選択するために前記部
   分振動子を選択的に駆動制御する制御手段と、前記受信信号処理手段による受信信号各々の処理情報に
   基づき、前記伝播経路を示した画像を前記断層像に重ね
   て表示する表示手段と、 を具備することを特徴とする超音波治療装置。