JP3533217B2 - 熱効果およびキャビテーション効果を有する超音波を出力する超音波治療装置 - Google Patents
熱効果およびキャビテーション効果を有する超音波を出力する超音波治療装置Info
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- A61F2007/0086—Heating or cooling appliances for medical or therapeutic treatment of the human body with a thermostat
Description
る超音波を出力する超音波治療装置に関するものであ
る。
置に関するものである。
せれば人体組織を破壊できることは良く知られているこ
とである(Fry WO−89/07907,WO−98/07909を参照)。
系用超音波しきい線量」IEEE紀要、BME18巻、253−256
頁では、超音波による破壊作用によって二つの効果すな
わち熱効果とキャビテーション効果がどのようにして発
生するかが論じられている。
/cm2の所定しきい値よりも小さな場合に顕著である。こ
の熱効果は組織が音波を吸収するために生じるもので、
熱効果により音波の機械的なエネルギーは熱エネルギー
に変換される。
が150W/cm2のしきい値を越えた時に顕著になる。このキ
ャビテーション効果は微小なガスの泡の発生に関連した
ものであって、この泡は臨界直径になると爆発してかな
りの量のエネルギーを局所的に放出し隣隣組織を破壊す
る。
る破壊しきい値まで音響場を高めることができなくては
ならない。このしきい値は、到達温度と照射時間の関数
である。このように、適度な温度で長時間照射するか、
あるいは、かなり高い温度で短い時間照射して組織を破
壊することができる。
ワーに直接関連している。
伝達および拡散は集束点の近傍で起こる。これは特に媒
質中の熱伝達率と血液の流れとを原因とするもので、こ
のために現在治療中の組織の容量(volume)制御がうま
くいかず、健康な部分の組織まで破壊して治療の質を低
下させてしまうことになる。
音響パワーは前述のキャビテーションしきい値を越えて
しまい、極めて破壊的なパワーのキャビテーション効果
が発生してしまう。このキャビテーション効果は、音響
場が接する(encounter)境界面、例えば、皮膚、筋
肉、組織壁などで特に重大である。組織破壊は変換器の
焦点のすぐ近傍の領域だけに限られたものではないため
組織破壊の制御(mastery)はうまくできない。
組むことにあり、少なくとも1個の圧電変換素子からな
る治療装置の焦点部分にだけ組織損傷を発生させること
ができ、焦点領域近傍に拡散した熱による作用を制限ま
たは防止し、キャビテーション現象の発生を焦点部分ま
たは焦点領域にだけ限定し、かつ、焦点部分または焦点
領域以外には実質的なキャビテーション現象を発生させ
ない解決手段を提供することにある。
題に対して、少なくとも1個の圧電変換素子からなる治
療装置の焦点部分にだけ組織損傷を発生させることがで
き、同時に、治療が必要な対象、例えば、良性および悪
性腫瘍のように当該技術分野に精通した者に周知な対象
の組織領域全てをその位置、すなわち、外部あるいは内
部にあるか否かにかかわらず点単位で治療することがで
きる解決手段を提供することにある。現在本願発明は、
肝臓、前立腺、腎臓、胸部、皮膚、脳の良性および悪性
腫瘍や異常に拡張した食道の治療に適用するのが好まし
い。
的課題に対して、治療が必要なほ乳類、特に、人間の内
部の様々な境界面、とりわけ、皮膚における境界面に治
療に必要な高音響エネルギーが接した時に発生するキャ
ビテーション効果を制限するために、保護が必要な組織
の温度を制御できる解決手段を提供することにある。
されたものであり、しかも、簡単な方法で低価格かつ高
信頼性にて達成されており、また、本願発明は産業的医
療規模で使用することができるものである。
療装置は、ほ乳類、特に、人間の体内の組織等の治療対
象を治療するため少なくとも前記治療を行うよう設計さ
れた少なくとも1個の圧電変換素子からなる少なくとも
1個の治療手段と、前記治療を行うための前記治療手段
用制御手段とを備えており、前記圧電変換素子が前記治
療を施すべき組織を判断して焦点または焦点領域に超音
波を出力するよう設計されており、 前記治療手段から2種類の超音波を出力させるよう設
計された前記治療手段用制御手段を備えており、第1の
種類の前記超音波は熱波動(thermal wave)であって治
療すべき組織に主に熱効果を発生させるものであり、ま
た、第2の種類の前記超音波はキャビテーション波動
(cavitation wave)であって治療すべき組織に主にキ
ャビテーション効果を発生させるものであることを特徴
とする。
前記治療手段内において少なくとも前記治療の開始時点
に熱超音波を制御する。
記制御手段は、調整自在な所定時間が経過した後にキャ
ビテーション超音波の送信を制御するため治療すべき組
織を余熱することができる。
超音波だけが送信される前記時間の経過した後にキャビ
テーション超音波の送信と同時に熱超音波の送信を制御
することができる。
ワーはキャビテーションしきい値よりも小さく、一方、
キャビテーション超音波の音響パワーは前記キャビテー
ションしきい値に等しいか大きく、前記キャビテーショ
ンしきい値は治療すべきほ乳類の組織ごとに異なってい
る。
波の周波数は熱超音波の周波数よりも小さい。
テーションを開始する性質の振幅を有した負の成分を含
むキャビテーション超音波を送信する。
マイクロ秒から100ミリ秒、好ましくは0.5マイクロ秒か
ら50マイクロ秒の期間キャビテーション超音波を送信す
る。
キャビテーション超音波を連続パルスで送信するもの
で、この連続パルスの繰り返し周波数は約1Hzから1kHz
の範囲で変化し、好ましくは約10Hzから100Hzの範囲で
変化する。
は約100ミリ秒から約10ミリ秒の範囲である。
分または焦点領域で測定された組織領域の治療期間は全
体として100ミリ秒から10ミリ秒の範囲で、この全体期
間には少なくとも1このキャビテーション超音波のパル
スが含まれている。
装置は、前記焦点部分または焦点領域で定まる点毎に治
療を行うことができ、かつ、治療すべき対象全体が網羅
できるよう前記治療手段を移動させる手段を備えている
ことを特徴とている。
ットで制御するものであり、この中央制御ユニットは例
えばコンピュータやマイクロコンピュータ等の演算手段
で構成されている。マイクロコンピュータの場合は、治
療すべき対象の容積の関数として前記治療手段の移動を
管理するソフトウェアと治療手段に関連した映像手段で
求めた容積データを備えていることが好ましい。
も遠い対象の組織領域の治療から治療手段に最も近い組
織領域までの治療を実施して対象部分の治療効果を高め
るために、前記治療手段の移動手段の移動動作を前記制
御ユニットが制御する。本願発明では、遠い部分の領域
の治療が近い領域の壊死(necrosis)によって妨げられ
ることがないよう近い領域の治療をまず先に行ってこの
ような問題を解決する。
対象上の連続する2点の治療を行う場合、制御手段は治
療の途中に待ち期間(latency period)をおいて現在治
療中の組織が弛緩できるようにしている。前記待ち期間
は約1から15秒間が好ましく、当該待ち期間を利用して
治療手段をある治療地点から別の地点に移動させる。
でに治療が済んだ地点を除いて前記治療手段の前記移動
手段がランダムに移動するよう制御する。
テーション超音波の送信周波数を約500kHzから4MHz、好
ましくは500kHzから2MHz、さらに好ましくは約1MHzとす
る。
数は約1から4MHzとし、また、当該周波数は前記キャビ
テーション超音波の周波数に等しいか大きい。
音響パワーは約150W/cm2よりも小さく、前記キャビテー
ション超音波の音響パワーは約150W/cm2に等しいか大き
い。
時間関数で変化する超音波を送信するものであり、前記
振幅は時間の経過に応じて増加するのが好ましく、これ
により第1期間での前記振幅はキャビテーションしきい
値よりも小さく、第2期間では前記キャビテーションし
きい値よりも高くなる。
は、ほ乳類、特に、人間の体内の組織等の破壊対象を治
療する目的で少なくとも前記治療を行うように設計され
た少なくとも1個の治療手段と、前記治療を行うための
前記治療手段用制御手段とを備えており、圧電変換素子
は前記治療を施すべき組織を判断して焦点または焦点領
域に超音波の高エネルギー音波を出力するよう設計され
ており、また、当該超音波は前記治療手段との境界面に
ある組織領域を通過する超音波治療装置において、 少なくとも前記治療手段との境界面にある組織を所定
温度範囲内に冷却して前記境界面にある組織をキャビテ
ーション効果から効率的に保護することが可能な冷却手
段を備えていることを特徴とする。
媒、好ましくは水のような水性冷却媒体からなる。
個の圧電変換素子からなる前記超音波治療装置は、圧電
変換素子との間に密閉防水室を形成する冷却液が充満さ
れた膜と、当該冷却液を新しくし、また、所望の温度範
囲に保つため冷却液を循環させる手段を備えている。
変換素子をも冷却する。
設けられており、当該冷却液温度制御装置は従来から周
知な温度センサーを1または複数個備えている。
治療装置は体外に設けられている。
(endo−cavitary)装置であって半侵襲的(semi−inva
sive)治療を実施できる装置である。この空洞内装置
は、特に直腸内または尿道内または食道内装置である。
類の体温よりも低く、特に37℃よりも低く、好ましくは
35℃よりも低く、さらに好ましくは30℃よりも低い。
くは15−25℃の範囲である。
遠くにあり治療中は保護するのが望ましい組織領域を冷
却する少なくとも1つの空洞内用装置が前記超音波治療
装置からは物理的に独立して配設されている。この空洞
内用装置には前記超音波治療装置と同じ冷却液が供給さ
れている。
の境界面にある組織用の少なくとも1個の温度測定装置
と、当該温度測定装置が送信した温度データを受信し、
そして、前記超音波治療装置の動作を制御する命令を受
信した温度データの関数として修正できる制御ユニット
へ前記温度データを送信する送受信手段が設けられてい
る。好ましくは、前記温度測定装置は熱電対状あるいは
シート状のセンサー、特に、極めて薄い膜状に生成可能
なPVDF型のセンサーで構成する。このセンサーは、超音
波治療装置に対向する境界面の組織領域に直接配設した
り、あるいは、前記冷却液が充填されている膜の外側に
配設したりできる。この膜が境界面の組織の表面に圧接
される。さらに、シート状、特に、PVDFシート状の前記
センサーにより前記超音波治療装置から出力される超音
波の音響圧力場(ultrasound acoustic pressure file
d)を境界面レベルで測定することができる。これによ
り、焦点領域での音響パワーがどれくらいであるかをか
なり正確かつリアルタイムに知ることができ、圧電変換
素子へ供給される電力を制御して焦点Fにおける超音波
の音響場圧力を一定の値に保つことができる。
療、好ましくは、良性または悪性の外部または外部腫瘍
に照射する治療に使用したりあるいは応用することがで
き、また、当該技術分野に精通した者には周知な内部ま
たは外部の良性および悪性腫瘍の治療に適用できる。現
在のところ、本願発明の超音波治療装置は肝臓、前立
腺、腎臓、胸部、皮膚、脳の良性または悪性腫瘍の治療
や異常に拡張した食道の治療に適用するのが好ましい。
また、本願発明には良性または悪性腫瘍用治療装置の製
造における本願発明の超音波治療装置の使用または応用
も含まれている。
ら当然得られる超音波治療方法および本願つまり本願明
細書の一部をなす添付図面を参照してこれから詳細に説
明する本願発明の装置の好適実施例も含まれている。
組み合わせることができ、治療組織の空間的な制御(ma
stery)は完全に維持される。キャビテーション治療と
熱治療を組み合わせることにより治療における破壊潜在
力(destructive potential)を強化する効果があり、
このため治療パルスの期間が制限され、これにより組織
内に熱エネルギーが拡散しなくなる。
合、関連する機械的または電子的制御手段を用いて前記
焦点スポットを移動して焦点部分の容積から前記病変部
の容積全体を知ることができるよう上述した「照射(sh
ots)」を点単位で連続して行う。
ある組織を特に効果的に冷却することができ、また、超
音波治療装置の圧電変換素子を確実に冷却できる。予測
しなかったことであるが、本願発明によれば境界領域で
のキャビテーション効果や冷却液からなるカップリング
内で発生するキャビテーション効果は減少する。
は極めて簡単に達成できる。しかし、好ましくは、脱気
した水が良い。この水は閉回路で循環するため患者に直
接触れることがなく、また、当業者に周知な温度制御装
置のどれを用いてもこの水の温度は極めて簡単に制御で
きる。さらに、この水はほとんど超音波を吸収しないた
め超音波の場を作用させた状態でも加熱されず、冷却能
力が維持される。キャビテーション効果を制限すること
により得られる他の効果としては、音波のパワーを増加
できるため治療時間が制限され、これにより組織の加熱
効果、つまり、熱拡散が制限される。
面を参照しながら以下に説明を行って本願発明の他の目
的、特徴、効果を一層明確にする。当然のことながら、
これらの好適態様は単に説明のためのものであって本願
発明の範囲を制限するものではない。
た概略図であり、 第2図はキャビテーション効果のしきい値、熱効果だ
けの領域またキャビテーション効果プラス熱効果の領域
をY軸を音響パワー(ワット/cm2)でX軸を時間(ミリ
秒)で表したグラフであり、 第3図は第1図の超音波治療装置を用いてキャビテー
ションしきい値を低下させて組織構造を破壊する原理を
表した概略図で複数の境界面が示されており、 第4図はY軸が音響パワー(ワット/cm2)でX軸が時
間(ミリ秒)の関数でキャビテーションしきい値が変化
する様子を示した曲線であり、第3図の各境界面でのキ
ャビテーションしきい値が示されており、 第5図は熱超音波とキャビテーション超音波の曲線を
Y軸をパルス振幅でX軸を時間(ミリ秒)で示したグラ
フであり、 第6図は他の態様の超音波を示したものであり、この
超音波の振幅は時間の経過と共に増大するものであっ
て、第1の期間ではこの振幅はキャビテーションしきい
値よりも小さく、これに続く第2の期間ではこの振幅は
キャビテーションしきい値よりも大きく、 第7図は点単位の治療の周波数を示した概略図であ
り、各点の治療期間が示されており、 第8図は超音波治療装置との境界面に配設された組織
冷却手段からなる本願発明に係る体外治療装置のブロッ
ク図であり、 第9図は第8図の装置の他の態様を示したものであ
り、この装置は超音波治療装置から遠い地点の組織領域
を確実に冷却する空洞内冷却プローブをさらに備えた装
置を示している。
なくとも1個の体外治療手段12で構成されている。この
体外治療装置は、ほ乳類M、特に、人間の体内の組織16
などの治療すべき対象を治療するために少なくとも超音
波治療を行うよう設計された少なくとも1個の圧電変換
素子14で構成されている。このほ乳類の皮膚表面はSで
表されている。さらに、この治療装置には接続線24で示
すようにこの手段12を制御する制御手段20、22が設けら
れている。焦点部分または焦点領域へ超音波が出力され
るよう圧電変換素子14を設計しておくことが好ましく、
焦点へ向けて照射された音響場がCで示されている。図
から明らかなように、焦点地帯Fは超音波治療すべき組
織領域である。体外治療装置は、治療手段12用制御手段
20、22を備えており、これらの手段は治療手段12から2
種類の超音波を出力させるように設計されている。第1
の種類の超音波は熱超音波であり、治療すべき組織16に
主として熱効果を発生させる。これに対して、第2の種
類の超音波はキャビテーション超音波であり、治療すべ
き組織に主キャビテーション効果を発生させる。
段20、22は治療手段の少なくとも開始時点で熱超音波を
制御する。
した後に前記治療手段用制御手段は前記キャビテーショ
ン超音波の送信を制御するため治療すべき組織を余熱す
ることができる。この制御手段は、特に、熱超音波だけ
が出力される前記期間が経過した後にキャビテーション
超音波と熱超音波の送信を同時に制御することができ
る。
2図の点線で示されている焦点Fでのキャビテーション
しきい値SCよりも小さいが、これに対して、キャビテー
ション超音波の音響パワーは焦点Fでのキャビテーショ
ンしきい値SCに等しいか大きい。焦点Fでのキャビテー
ションしきい値SCは治療すべきほ乳類の組織ごとに異な
っている。
素子14から送られるキャビテーション超音波の周波数は
熱超音波の周波数よりも小さい。
する性質の振幅を有した負の成分を含むキャビテーショ
ン超音波を前記制御手段は送信する。
約150W/cm2よりも小さく、キャビテーション超音波の音
響パワーは約150W/cm2に等しいか大きい。150W/cm2の値
は、第2図に示すように、ほ乳類、特に、人間の体の癌
性腫瘍(cancerous tumor)の組織上の焦点Fでのキャ
ビテーションしきい値を表している。第2図において、
音響パワーの領域1ではキャビテーションしきい値より
も超音波の音響パワーが大きい様子が示されている。こ
の超音波は、熱効果音波(OET)と主にキャビテーショ
ン効果を発生させる超音波(OEC)との組み合わせであ
る。これに対して、領域2では、超音波の音響パワーは
キャビテーションしきい値よりもはるかに小さく、第2
図からこの超音波は熱効果超音波だけであることが容易
に分かる。
周波数は前記超音波の周波数よりも小さい。
質の振幅を有した負の成分を含むキャビテーション超音
波を前記制御手段は送信する。
5マイクロ秒−100ミリ秒の期間、好ましくは0.5マイク
ロ秒−50マイクロ秒の期間キャビテーション超音波を送
信する。
ャビテーション超音波を連続波で送信し、この連続波の
繰り返し周期は約1Hz−1kHz、好ましくは、約10Hz−100
Hzの範囲で変化する。
100ミリ秒から約10秒の範囲である。
の組織領域を超音波で治療する期間は全体として100ミ
リ秒から10秒の範囲であり、この期間にはキャビテーシ
ョン超音波のパルスが少なくとも1個は含まれている。
記焦点部または焦点領域Fを複数の点として点単位で治
療を行い、治療すべき対象16の全体の容積が網羅される
よう治療装置12を移動させる手段30を備えている。
20で制御する。この制御ユニットは、例えば、コンピュ
ータやマイクロコンピュータ等の演算手段で構成する。
マイクロコンピュータの場合は、治療すべき対象の容積
の関数としてX,Y,Zの3本の軸に沿って移動手段30を適
当に制御して治療手段12の移動を管理するソフトウェア
を備えておくのが好ましい。
開口部42の中に配設するのが好ましい。この画像装置40
は、焦点部分または領域Fを永続的に監視できるよう集
束させた治療手段12と同軸に配置するのが好ましい。画
像装置40は配線46に接続された制御手段44によって矢印
Rの共通軸を中心として回動、および/または矢印Tの
共通軸に沿って前後方向に移動するように取り付けられ
ている。画像装置40は、B型超音波画像、つまり、第1
図の面Pに沿って掃引した画像を用いる市販の超音波画
像プローブを使用するのが好ましい。画像装置40は治療
すべき対象16において、制御ユニット20へ送信して制御
ユニット20のソフトウェアで処理を行うための処理すべ
き容積データを求めることができる。制御ユニット20
は、手段30によって、治療手段12の移動を制御するだけ
でなく手段44も制御して画像プローブ40を回転および/
または前後方向に移動させる。
は治療手段12の移動手段30および/またはそれに関連す
る画像プローブの移動も制御する。つまり、治療手段12
を一体に移動して第1図に示すような治療手段12から最
も遠い地点の対象の組織領域から治療手段12に最も近い
地点の治療領域までの治療を行い、対象16の治療効果を
向上させる。
でに治療済みの地点を除いてランダムに治療手段12の移
動手段30の移動を制御する。
連続する2点を治療する場合に治療の途中に待ち期間
(latency period)を設けて治療中の組織が弛緩できる
ようにしている。この待ち期間は約1秒から15秒が好ま
しい。この待ち期間を利用して制御ユニットで移動手段
30を制御しながら治療手段12を1つの治療地点から別の
治療地点へ移動するのが好ましい。特に、第7図には点
単位での連続治療が図示されている。例えば、第1焦点
領域の第1地点の治療はF1、その治療期間はtF1、これ
に続く待ち期間はtL1で表されており、焦点領域F1の地
点の治療時間全体はt(F1での全治療時間)である。次
の焦点領域F2はF1の時とは違って制御ユニット20で測定
される。このF2地点の治療時間はtF2、待ち期間はtL2で
あり、全体の治療時間はt(F2での全治療時間)であ
り、他の地点でも同様である。
超音波の送信周波数を約500kHzから4MHz、好ましくは50
0kHzから2MHz、さらに好ましくは約1MHzにする。
2から4MHzで、少なくともこの周波数はキャビテーショ
ン超音波の周波数に等しい。
ましくは集束超音波を用いたあらゆる種類の体内または
対外の良性または悪性の全ての腫瘍の治療に使用したり
応用することができる。現在のところ、本願発明は肝
臓、前立腺、腎臓、胸部、皮膚、脳の良性および悪性腫
瘍や異常に拡張した食道の治療に適用するのが好まし
い。また、本願発明では本願明細書の必須部分をなす図
面に記載されているような治療装置の使用または応用、
従って、良性または悪性の腫瘍用治療用装置の製造にお
ける本願発明の治療装置の使用または応用も含まれてい
る。
のであり、患者の体内の境界面はS1とS2)が焦点Fと一
緒に示されている。第3図には第1図の治療手段12、圧
電変換素子14、画像装置40が示されている。
テーションしきい値SCmin(150W/cm2)、境界面Sでの
キャビテーションしきい値SCS、境界面S1でのキャビテ
ーションしきい値SCS1、境界面S2でのキャビテーション
しきい値SCS2をそれぞれ表している。
間と組織温度との関数で示した曲線である。焦点Fでの
組織の温度が増加すると、焦点でのキャビテーションし
きい値SCTは減少し、キャビテーションSCM、SCS、SCmin
の場合のしきい値よりも小さくなる。Wは時間の経過と
ともに制御手段22から変換素子14へ供給される電気制御
信号を示しており、この信号の振幅は主に熱効果を起こ
す超音波を供給することが可能で、数マイクロ秒の短い
期間から数ミリ秒までの電気信号W1,W2,W3を変換素子14
へ供給することができる。これにより、第4図に示すよ
うに、変換素子14は出力直後の焦点でのキャビテーショ
ンしきい値SCよりもパワーが大きな主にキャビテーショ
ン効果を起こす超音波を供給することができる。図に示
すように、主としてキャビテーション効果を起こす超音
波をW波に重畳することができる。
テーション波は所定の期間T1が経過した後にだけ出力さ
れる。この期間は主に熱効果を起こす超音波だけを供給
して焦点Fの組織を余熱して焦点Fでのキャビテーショ
ンしきい値を大幅に低下させることができる。これも本
願発明に固有な好ましい技術的特徴である。期間T2はキ
ャビテーション超音波を出力する期間に対応している。
すでに説明したように、キャビテーション超音波の送信
周波数は約500kHzから4MHzで、好ましくは約500kHzから
2MHzで、さらに好ましくは約1MHzとする。熱超音波の送
信周波数は約1−4MHzで、この周波数は少なくともキャ
ビテーション超音波の周波数に等しい。また、キャビテ
ーション超音波の期間は約0.5マイクロ秒から約100ミリ
秒、好ましくは0.5マイクロ秒から50マイクロ秒の範囲
とする。さらに、第7図から分かるように、治療点F1,F
2,F3,F4の間の遅れ期間は約1秒から15秒とするのが好
ましく、この期間を利用して治療手段12をある地点から
別の地点へ移動したり、配線46を介して画像手段40に対
して画像制御手段44を動作させるのが好ましい。
A1と主にキャビテーション効果を起こす超音波W1、W2、
W3の最大振幅A2が示されている。キャビテーション超音
波が出力されない期間T1はすでに説明したが、この期間
は100ミリ秒から10秒の範囲とするのが好ましい。焦点
Fのある地点の治療期間tFは、各キャビテーション超音
波パルスの期間を表す時間t1とキャビテーション超音波
を連続2回送信する時のこれらの超音波の間隔t2と共に
示されており、キャビテーションパルスの繰り返し速度
を決めている。結局、治療は遅れ期間tLをもって終了す
る。
(Fの全体の治療時間)を求めた。次に第7図を参照し
て説明する。第1地点の治療に関するデータには下付き
添え字1が付与されている。例えば、地点4の場合は、
関連するデータには下付き添え字4が付与されており、
他も同様である。
と共に変化する。好ましくは、時間の経過と共に増大す
る超音波を制御手段20、22が送信し、この結果第1期間
T1の振幅はキャビテーションしきい値SCよりも小さくな
り、次に、第2期間T2のキャビテーションしきい値SCよ
りも大きくなる実施例が示されている。
7図の治療装置と任意に組み合わせることができる本願
発明の装置110が概略的に図示されている。治療すべき
組織112が示されており、とりわけ境界領域は保護すべ
き境界組織114で構成されている。保護することが特に
重要な境界組織とは、例えば、ほ乳類の皮膚好ましくは
人間の皮膚である。
16で構成されており、この治療手段116はほ乳類M、特
に、人間の体内の組織112など破壊すべき対象を破壊す
るため少なくとも前述の超音波治療を行うよう設計され
た少なくとも1個の圧電変換素子118から構成されてい
る。圧電変換素子118は、集束超音波線量、つまり、概
略的に示した超音波の集束フィールドCを焦点または焦
点領域Fに供給して超音波治療すべき組織領域を測定す
るよう設計されている。
設けられている。これらの制御手段は、コンピュータま
たはマイクロコンピュータなどの演算手段からなる制御
ユニット120および/または治療手段116すなわち周知な
圧電変換素子118用電子制御手段122で構成するのが好ま
しい。
段116との境界面の少なくとも組織領域114を所定温度範
囲で冷却でき、境界面114の組織領域を効果的に保護す
る冷却手段130で構成されていることを特徴とする。好
ましくは、前記冷却手段130は冷却液132、特に脱気水の
ような水性冷却液が好ましい。
うに、治療手段116はポケットまたはバッグ状で治療手
段116に密閉自在に取り付けられた膜を有している。密
閉されているこの膜には冷却液132が充填されている。
冷却液を循環させる手段136を設けたもう一つの理由は
この冷却液を新しくして目的の冷却温度に保つことにあ
る。本願発明の1実施例では、この冷却手段130は圧電
変換素子118の冷却も行う。少なくとも圧電変換素子118
の外側を膜134が取り巻いてこのため圧電変換素子が冷
却液132の中に浸漬されたり、あるいは、恒久的に接触
している場合には上記圧電変換素子も冷却するのは一般
的である。
する導管138で構成する。この定温度装置140は、冷却ユ
ニット144を制御する例えば熱交換器などの少なくとも
1個の温度制御装置142と、この温度制御装置142に接続
された1または複数の温度センサー146、148で構成され
ている。これらの温度センサーのうちの一方、例えば、
センサー146は冷却液132の中に配置し、一方、センサー
148を膜134の外側、すなわち、膜134とほ乳類Mの皮膚
の表面Sとの間に配置することができる。冷却液は導管
139を通って冷却ユニット144に帰還するが、オプション
として脱気装置150を通過させてもよい。また、循環ポ
ンプ152が配設されているのが分かる。
ましい。
圧力検出装置154も介装されている。この検出装置は、
制御手段122に送られるコマンドを制御ユニット120が変
更できるよう対応導体エレメント156を介して圧力デー
タを制御ユニット120に送信するよう配置することもで
きる。
が、この治療装置110は対外装置である。
置は半侵襲(semi−invasive)的治療を行うことができ
る空洞内用(endocavitary)装置であり、この空洞内用
装置は特に尿道内または直腸内の装置である。この装置
は食道内の装置でもある。このような空洞内用装置は当
該技術分野の人には周知なものであるためここで図示す
る必要はない。当該出願人によってすでに出願されたWO
−A−92/15253が参照できる。
ンサーで構成するのが好ましく、著しく薄い膜状に形成
できるといった利点があるPVDF型のセンサーが特に好ま
しい。このPVDF型センサーは治療手段116に対向する境
界面の組織領域に直接配設したり、あるいは、図に示す
ように膜134の外側に配設することができ、この膜を境
界部分の組織114の表面Sに圧接する。また、センサー1
54はシート状のほうが良く、特にPVDFシート状とするの
が好ましい。このPVDFシート状では治療手段116から出
力される超音波の音響圧力場の測定を境界面114のレベ
ルで行うことができ、これにより焦点領域での音響パワ
ーがどれくらいであるかをかなり正確かつリアルタイム
に知ることができる。
様が示されている。この装置には、治療手段116から遠
くにあり、かつ、治療中は保護した方が望ましい組織領
域を冷却するため治療手段116から物理的に独立した少
なくとも1個の空洞内装置160が設けられている。この
空洞内用装置160は治療手段116用と同一の冷却液132が
流れるよう設計するのが好ましい。前立腺Pの治療に関
して尿道Uは概略的に示されており、また、空洞内用装
置160は尿道内装置である。空洞内用装置160は第8図の
導管138から枝分かれして冷却液132を送出する導管138A
と、第8図の排出導管を139から枝分かれしている導管1
39Aで構成されている。これらは装置全体から見れば極
めて小さな変更にすぎない。
Uの温度を検査することができ、治療の一層の安全性が
確保される。
装置の操作方法は上記の説明から分かるであろう。
が形成され、1MHzの周波数で動作する変換素子を用いる
のが好ましい。この種の変換素子では、焦点領域Fの容
積は図に示すように長軸が10mmで短軸が2mmの楕円形に
なる。
て大変小さく、この前立腺Pの大きさが超音波治療を行
わなくてはならない組織領域の全体の容積を定めている
点に注意しなくてはならない。
て大変小さいため、いわゆる点単位治療を行うには治療
中に治療手段116を移動すれば充分であり、これにより
治療すべき病変部の全体の容積が網羅される。
内を拡散し、破壊すべき病変部の組織を越えて広がって
しまうことがある。特に、組織領域114のように保護し
なくてはならない組織領域へ広がることがある。焦点F
が保護しなくてはならない組織領域に極めて近いような
場合、例えば、第8−9図の領域114のような場合に
は、このようなことが特に発生しやすい。
は、オプションで空洞内用補助プローブ162が設けられ
ていると、少なくとも組織領域114(第8図)やオプシ
ョンとして第9図の尿道のUの領域も確実に冷却され
る。膜134はその透過性や熱伝導能力に特徴がある。こ
のような特徴を持つことができる適当な材料としてラテ
ックスやシリコンゴムを選択する。音響場が通過する部
分の膜の厚みは最小限にするのが好ましい。利用する分
野にもよるが(体外用あるいは空洞内用)、膜の厚みは
数マイクロメーターから数ミリメーターまで変化させる
ことができる。制御ユニット120と温度制御装置140で制
御を行うため、冷却液132はほ乳類体温よりも低い所定
温度まで冷却され、特に37℃、さらに好ましくは35℃、
特に好ましくは30℃以下まで冷却される。4−30℃の温
度範囲が特に有用であり、15−25℃がさらに好ましい。
ー148、154は音響場に対して透過性があり、実際には何
等干渉を起こすことはない。これらのセンサーが圧力に
敏感な場合は、集束変換素子118から供給される音響場
圧力を測定することができる。この圧力情報は制御ユニ
ット120に送信されて制御手段122に指令が出され、超音
波音響変換素子へ送られる電力が変えられる。
ウンドを患者の皮膚に塗布する。
部とは反対側の集束変換素子118の焦点領域Fに正確に
配置することができる。
存する。連続照射中の超音波パワーは圧力検出装置154
で制御する。
は患者の皮膚の温度を温度センサー148は即座に測定し
て関連情報を温度制御装置136へ出力する。この温度制
御装置は冷却ユニット144に作用して保護すべき組織の
温度を所定値に一定に保ち、かつ、使用している治療用
高エネルギー音響波動によるキャビテーション効果を防
止または制限する。冷却液132、好ましくは脱気生水の
ような液体の温度を多少低下させることによりこのよう
な制限は行われる。
技術的効果を簡単、安全かつ効果的に達成することがで
き、また、治療すべき病変部がどのようなタイプの病変
部であっても適用することができる汎用性を備えてい
る。本願発明は上述の手段に等しい技術的手段およびこ
れらの組み合わせを網羅している。
は全て本願明細書の図面およびその記載により網羅され
ている。
Claims (27)
- 【請求項1】ほ乳類体内の破壊すべき組織(16)を破壊
するために少なくとも超音波治療を行うよう設計された
少なくとも1個の圧電変換素子(14)を有してなる少な
くとも1個の治療手段(12)と、前記超音波治療を行う
ための前記治療手段(12)用の制御手段とを備えてお
り、前記圧電変換素子(14)が前記超音波治療を施すべ
き組織領域を判断して焦点または焦点領域Fに集束超音
波を出力するよう設計されている超音波治療装置であっ
て、 前記治療手段(12)から2種類の超音波を出力させるよ
う設計された該治療手段(12)用制御手段(20、22)を
有し、前記2種類の超音波のうちの第1の種類の超音波
は熱波動であって治療すべき組織(16)に少なくとも熱
効果を発生させるものであり、また、前記2種類の超音
波のうちの第2の種類の超音波はキャビテーション波動
であって治療すべき組織(16)に少なくともキャビテー
ション効果を発生させるものであることを特徴とする超
音波治療装置。 - 【請求項2】前記制御手段(20、22)が前記治療手段
(12)内において前記超音波治療の少なくとも開始時点
で第1の種類の超音波を制御することを特徴とする請求
の範囲第1項記載の超音波治療装置。 - 【請求項3】前記制御手段(20、22)が、調整自在な所
定期間が経過した後に第2の種類の超音波の送信制御を
行って治療すべき組織を余熱できることを特徴とする請
求の範囲第1または2項記載の超音波治療装置。 - 【請求項4】前記制御手段(20、22)が第2の種類の超
音波の送信と第1の種類の超音波の送信とを同時に制御
できることを特徴とする請求の範囲第1内至3項のうち
いずれか1項記載の超音波治療装置。 - 【請求項5】前記第1の種類の超音波の音響パワーがキ
ャビテーションしきい値よりも小さく、一方、前記第2
の種類の超音波の音響パワーが該キャビテーションしき
い値に等しいか該しきい値より大きく、該キャビテーシ
ョンしきい値が治療すべき前記ほ乳類の組織ごとに異な
ることを特徴とする請求の範囲第1〜4項のうちいずれ
か1項記載の超音波治療装置。 - 【請求項6】前記第2の種類の超音波の周波数が前記第
1の種類の超音波の周波数よりも小さいことを特徴とす
る請求の範囲第1〜5項のうちいずれか1項記載の超音
波治療装置。 - 【請求項7】前記制御手段(20、22)が、キャビテーシ
ョンを開始する性質を有する振幅の負の成分を含む第2
の種類の超音波を送信することを特徴とする請求の範囲
第1〜6項のうちいずれか1項記載の超音波治療装置。 - 【請求項8】前記制御手段(20、22)が0.5マイクロ秒
から100ミリ秒の範囲の期間第2の種類の超音波を送信
することを特徴とする請求の範囲第1〜7項のうちいず
れか1項記載の超音波治療装置。 - 【請求項9】前記制御手段(20、22)が1Hzから1kHzの
範囲で変化する繰り返し周波数を有する連続パルスによ
り第2の種類の超音波を送信することを特徴とする請求
の範囲第1〜8項のうちいずれか1項記載の超音波治療
装置。 - 【請求項10】前記調整自在な所定期間が100ミリ秒か
ら10秒の範囲であることを特徴とする請求の範囲第3〜
9項のうちいずれか1項記載の超音波治療装置。 - 【請求項11】前記超音波を用いた前記焦点部分または
焦点領域で測定した組織領域の治療期間全体が100ミリ
秒から10秒の範囲にあり、この全体期間には第2の種類
の超音波のパルスが少なくとも1個含まれていることを
特徴とする請求の範囲第1〜10項のうちいずれか1項記
載の超音波治療装置。 - 【請求項12】前記焦点部分または焦点領域で測定した
各地点を点単位で治療して治療すべき対象の容積全てが
網羅されるよう前記治療手段を移動させる手段(22)を
備えていることを特徴とする請求の範囲第1〜11項のう
ちいずれか1項記載の超音波治療装置。 - 【請求項13】前記制御手段(20、22)が移動手段(2
2)と該移動手段(22)を制御する制御ユニット(20)
を有し、この制御ユニット(20)が演算手段で構成され
ていることを特徴とする請求の範囲第12項記載の超音波
治療装置。 - 【請求項14】前記制御ユニット(20)が、前記治療手
段(12)の前記移動手段(22)の移動を制御して前記治
療手段(12)から最も遠くにある組織領域から前記治療
手段(12)に最も近い組織領域までを治療して前記対象
の治療効果を向上させることを特徴とする請求の範囲第
13項記載の超音波治療装置。 - 【請求項15】前記制御手段(20、22)が、治療すべき
対象上の2つの連続した地点を治療するときに途中に待
ち期間を設けて治療中の組織を弛緩させることができも
のであることを特徴とする請求の範囲第1〜14項のうち
いずれか1項記載の超音波治療装置。 - 【請求項16】前記制御ユニット(20)が、すでに治療
が済んだ地点を除いて前記治療手段(12)の前記移動手
段(22)をランダムに制御することを特徴とする請求の
範囲第1〜15項のうちいずれか1項記載の超音波治療装
置。 - 【請求項17】前記第2の種類の超音波の送信周波数が
500kHzから4MHzの範囲にあることを特徴とする請求の範
囲第1〜16項のうちいずれか1項記載の超音波治療装
置。 - 【請求項18】前記第1の種類の超音波の送信周波数が
1−4MHzであり、当該周波数は前記第2の種類の超音波
の周波数に等しいか、あるいはそれより大きいことを特
徴とする請求の範囲第1〜17項のうちいずれか1項記載
の超音波治療装置。 - 【請求項19】前記第1の種類の超音波の音響パワーが
150W/cm2未満であり、前記第2の種類の超音波の音響パ
ワーが150W/cm2以上であることを特徴とする請求の範囲
第1〜18項のうちいずれか1項記載の超音波治療装置。 - 【請求項20】前記制御手段(20、22)が時間関数とし
て変化する振幅を有する超音波を送信するものであり、
第1期間(T1第6図)での当該振幅はキャビテーション
しきい値(SC)よりも小さく、第2期間(T2第6図)で
は前記キャビテーションしきい値(SCT)よりも大きく
なることを特徴とする請求の範囲第1〜19項のいずれか
1項記載の超音波治療装置。 - 【請求項21】ほ乳類体内の破壊すべき組織(112)を
破壊するため少なくとも超音波治療を行うよう設計され
た少なくとも1個の圧電変換素子(118)を有してなる
少なくとも1個の治療手段(116)と、前記超音波治療
を行うための該治療手段(116)用の制御手段(120、12
2)とを備えており、前記圧電変換素子(118)が前記超
音波治療を施すべき組織領域(P)を測定して焦点また
は焦点領域Fに集束超音波を出力するよう設計されてお
り、前記超音波が前記治療装置との境界面の組織領域
(114)を通過する超音波治療装置であって、 冷却手段(130)を備えており、少なくとも前記治療手
段(116)との境界面の組織領域(114)を所定温度範囲
で冷却でき、かつ、前記治療手段との境界面の組織領域
をキャビテーション効果から効率的に守ることができる
ことを特徴とする超音波治療装置。 - 【請求項22】前記治療手段(12、116)が体外型であ
ることを特徴とする請求の範囲第1〜21項のうちいずれ
か1項記載の超音波治療装置。 - 【請求項23】前記治療手段(116)が空洞用装置であ
って、半侵襲的治療を行うことができるものであること
を特徴とする請求の範囲第1〜21項のうちいずれか1項
記載の超音波治療装置。 - 【請求項24】前記治療手段(12、116)から物理的に
独立した少なくとも1個の空洞用手段(116)を備えて
おり、前記治療手段から離れた地点にあり、また、前記
超音波治療中は保護するのが望ましい組織領域(U)を
冷却することを特徴とする請求の範囲第1〜23のうちい
ずれか1項記載の超音波治療装置。 - 【請求項25】前記治療手段(12、116)との境界面の
組織(114)用の温度測定装置(148)を少なくとも1個
と、当該温度測定装置から送信されてきた温度データを
受信し、このデータを、命令を変更することが可能な制
御ユニット(120)に送信して受信した温度データの関
数として前記治療手段の動作を制御する送受信手段(14
2)とを備えていることを特徴とする請求の範囲第1〜2
4項のいずれか1項記載の超音波治療装置。 - 【請求項26】前記温度測定装置(148)が前記境界面
(114)の組織領域に適用される熱電対またはシート状
のセンサーで構成されており、このセンサーは前記治療
手段に対向する前記境界面の組織領域上に直接配置され
るか、あるいは前記冷却液(132)が充填されている膜
(134)の外部表面に取り付けられ、前記変換素子(11
8)へ送られる電力を制限して前記焦点(F)の超音波
の音響場圧力を一定の値に保つために、治療手段(11
6)から出力された超音波の場の音響圧力を境界面(11
4)で測定できる少なくとも1個の圧力センサーを有す
ることを特徴とする請求の範囲第25項記載の超音波治療
装置。 - 【請求項27】超音波を用いて体内または体外の良性ま
たは悪性腫瘍を治療するあらゆる種類の超音波治療に使
用または適用できることを特徴とする請求の範囲第1〜
26項のうちいずれか1項記載の超音波治療装置。
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