JP3741947B2

JP3741947B2 - 超音波治療装置

Info

Publication number: JP3741947B2
Application number: JP2000315797A
Authority: JP
Inventors: 克彦藤本; 聡相田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP2001170067A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピエゾ素子を用いて体外から超音波を照射して体内の悪性腫瘍を局所的に加温・加熱して治療を行う超音波治療装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、腎結石や胆石等の結石を治療するために、超音波による衝撃波を体外から照射し、無侵襲的に結石を破砕する結石破砕装置が実用に供されている。このような結石破砕装置の衝撃波源としては、水中放電、電磁誘導、微小爆発、及びピエゾ素子を用いる方法等が提案されている。特にピエゾ素子を用いる方法は、消耗品がない、衝撃波強度を任意にコントロールできる、複数のピエゾ素子にかける駆動波形を位相制御することにより焦点位置をコントロールできる、など優れた特徴を有している（特開昭６０−１４５１３１、ＵＳＰ−４５２６１６８）。また、特開昭６２−４２７７３号公報に記載されているように、駆動波形を位相制御することによって焦点形状を変えることも可能となっている。
【０００３】
また一方では、悪性新生物、いわゆる癌の治療方法として、放射線療法や薬物療法に変わって、腫瘍組織を体温より高い４２〜４５℃に加温することにより腫瘍組織を壊死させる加温治療法（ハイパーサーミアともいう）が注目されるようになってきた。
【０００４】
加温治療法は、腫瘍組織が正常組織に比べて熱感受性が高く４２．５℃以上で死滅する作用がある事を利用したもので、腫瘍部位を４２．５℃以上に加温・維持する事で治療を行なうものである。この際、体内の腫瘍部位を加温する方法として、ＲＦ帯やマイクロ波帯の電磁波を照射する方法と、超音波による機械エネルギーを利用する方法とがある。このうち、電磁波による加温では生体の電気的特性から深部の局所を選択的に加温することは困難であるが、超音波による加温は超音波ビームの集束性と、到達深度が深いという特徴から深部の局所を加温できる利点があり、大いに注目されている。
【０００５】
また昨今では、文献「Ｇ．Ｖａｌｌａｎｃｉｅｎ，ｅｔａｌ．，ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＵｒｏｌｏｇｙ１９９１，１，８４−８８」に示されるように、上記の加温治療法を更に一歩進めて、腫瘍部分を８０℃以上に加熱し、悪性腫瘍組織を焼き殺して治療する全く新しい治療法も報告されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来においては、このような治療法の中で、加温（加熱）治療法においては、生体組織による散乱、吸収のために実際に加温、過熱される位置（領域）が幾何学的な計算によるものとは異なることがあり、幾何学的焦点位置に基づいてＣＲＴ上に表示しても、必ずしも正確な位置とはいえなかった。
【０００７】
この発明はこのような従来の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、操作者に正確な加温領域（又は、加熱領域）を知らしめることが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】
上記課題を解決するために請求項１に記載の本発明によれば、患者体内の患部に局所的に超音波を照射する超音波源と、該患部近傍を撮影する超音波画像診断装置とを有し、該超音波画像診断装置により撮影された超音波画像を観察して患部位置を認識し、該患部位置に前記超音波源から超音波を照射して患部を加温・加熱治療する超音波治療装置において、前記超音波による加温・加熱領域を表示する領域表示手段を備え、この領域表示手段による表示は、実際に加温・加熱される領域を表すように、超音波の照射により形成される幾何学的焦点位置よりも手前に表示されることを特徴とする超音波治療装置をもって解決手段とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明が適用された超音波治療装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【００１１】
同図において、超音波発生源であるピエゾ素子１は、複数のピエゾ素子群を超音波送信面が凹面をなすように球殻状に配列したものであり、可とう性の水袋２を介して患者３とカップリングされている。また、該ピエゾ素子の中心部位には患者３の超音波画像を撮影するための超音波プローブ７が付設されており、このプローブ７は超音波診断装置８に接続されている。
【００１２】
駆動回路４は、ピエゾ素子を駆動して患者３の体内に存在する患部２１に超音波を照射させるものであり、制御回路５の制御下で動作する。
【００１３】
治療モード切換スイッチ６は、結石破砕モード、加温モード、及び加熱モードを選択するものである。
【００１４】
制御回路５は、選択された治療モードに応じて駆動回路４の出力を制御する。即ち、治療モードが結石破砕モードである場合には、衝撃波を発生させるためのトリガを出力し、治療モードが加温・加熱モードの場合には一定電圧のバースト信号を連続的に出力する。また、設定された治療モードにおける幾何学的焦点、音場領域、及び加温・加熱領域を求め、これらの情報をディジタルスキャンコンバータ９（以下、ＤＳＣという）に出力する。
【００１５】
ＤＳＣ９は、超音波画像診断装置８で生成された超音波画像上に、現在の治療モード情報や、幾何学的焦点位置、音場領域、及び加温・加熱領域等を重畳するものであり、重畳された画像はＣＲＴ１０に表示される。
【００１６】
このような構成によれば、治療モード切換スイッチ６にて、結石破砕モード、加温モード、及び加熱モードのうち所望する治療モードを選択することにより、ピエゾ素子１から出力される超音波が制御される。つまり、結石破砕モードの際には患部２１に衝撃波を与えるべき超音波が出力され、加温・加熱モードの際には患部２１をを加温・加熱して死滅させるべき超音波が出力される。
【００１７】
従って、操作者は、治療モード切換スイッチ６を切換えるだけで、容易に治療モードを切換えることができるようになる。
【００１８】
図２は、ＣＲＴ１０に表示される画面の例を示す説明図であり、結石破砕モードに設定されている状態を示している。同図において、超音波画像２７上には幾何学的焦点２８、及び衝撃波音場２９とが表示され、衝撃波の照射される位置が直ちに認識できるようになっている。また、背景画面２６の表示色を、例えば、結石破砕モードの際には「青」、加温モードの際には「赤」、そして、加熱モードの際には「黄」と区別すれば、現在設定されている治療モードをまちがえることはない。つまり、例えば、結石破砕モードと加温モードとをまちがえて、悪性腫瘍を治療する際に結石破砕用の衝撃波を照射してしまうと、人体に大きな損傷を与えてしまうので、このようなトラブルの発生しないように、背景画像２６の色を区別しているのである。
【００１９】
また、図３に示すように、超音波画像２７上の任意の位置に現在モードを示す文字や記号３０を表示しても良い。
【００２０】
また、結石破砕時の衝撃波はほぼアプリケータの幾何学的焦点と実際の衝撃焦点とが一致するが、加温・加熱モードに照射する超音波は、生体組織による散乱、吸収のために、実際に加温、加熱される位置（領域）が幾何学的焦点よりも手前となる。更には加温モードでは生体組織の熱吸収だけでなく、焦点周囲の血流による冷却効果も起こると考えられるので焦点形状が幾何学的な計算によるものとは異なることがあり、かつ、治療領域も４２〜４５℃の温度を一定時間持続する必要があるために周囲組織の熱伝導によって加熱領域は衝撃波焦点領域や加熱領域に比べて大きくなると考えられる。また、加熱モードに於いても高熱による組織の熱変成の影響も考慮する必要があると考えられるので、加温・加熱モードの際には図３に示すように、加温領域３１（又は加熱領域）が幾何学的焦点２８よりも手前に来るように表示する。これによって、操作者は正確な加温領域（又は加熱領域）を知ることができる。
【００２１】
なお、上記の加温領域、加熱領域は、焦点位置や形状等を流体方程式や生体の熱吸収係数等の演算およびパラメータにより近似的に計算することで求めることができ、これらの計算は図１に示す制御回路５にて行なわれる。
【００２２】
このようにして、本実施の形態によれば、結石破砕装置と加温・加熱装置とを一体化して構成することができ、また、治療モード切換スイッチ６により、容易に治療モードを切換えることができる。また、現在設定されている治療モードが、操作者にわかり易く表示されるので、治療モードを誤ることはない。
【００２３】
図４は本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。この例では、各治療モード毎に別個の駆動回路１１，１２，１３を設け、各駆動回路の出力は制御回路５の制御下で動作する駆動回路切換スイッチ１４によって選択され、ピエゾ素子１に供給される。
【００２４】
このような構成においても、前記した第１の実施の形態と同様に結石破砕装置と加温・加熱治療装置との一体化を図ることができる。
【００２５】
図５は本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。同図に示すように、この例では、駆動回路に電源を供給する電源回路１５と、結石破砕用のトリガパルスを出力する結石破砕用トリガパルス発生回路１７と、加温・加熱用トリガパルスを出力する加温・加熱用トリガパルス発生回路１８と、該加温・加熱用トリガパルス発生回路の出力時間を制御するゲーティング回路１９、及び、各発生回路１７，１８の出力を切換えて駆動回路４へ供給するトリガパルス切換スイッチ１６を有している。
【００２６】
以下、図６、図７に示すパルスシーケンスを参照しながら、第３の実施の形態の動作について説明する。
【００２７】
いま、治療モード切換スイッチ６にて結石破砕モードを選択すると、制御回路５は結石破砕用トリガパルス発生回路１７に出力使令を与えるとともに、トリガパルス切換スイッチ１６を結石破砕用トリガパルス発生回路１７側に切換える。これによって、結石破砕用トリガパルス発生回路１７は、図６（ａ）に示す如く、０（手動）〜数十［Ｈｚ］のトリガパルスを駆動回路４へ出力する。そして、駆動回路４は、同図（ｂ）に示すように、供給されたトリガパルスに同期した駆動電圧を発生し、ピエゾ素子１に供給する。その結果、患部２１に衝撃波が照射されるのである。
【００２８】
また、図５に示す治療モード切換スイッチ６にて、加温・加熱モードを選択すると、制御回路５は結石破砕用トリガパルス発生回路１７、及び加温・加熱用トリガパルス発生回路１８に出力指令を与えるとともに、トリガパルス切換スイッチ１６を加温・加熱用トリガパルス発生回路１８側に切換える。そして、結石破砕用トリガパルス発生回路１７が図７（ｃ）に示す如くのトリガパルスを出力すると、ゲーティング回路１９は、同図（ｄ）に示すように前記トリガパルスに同期して所定時間ゲーティングを行なう。また、加温・加熱用トリガパルス発生回路１８は、同図（ｅ）に示すようにゲーティングされている期間だけ高周波パルスを発生し、駆動回路４へ出力する。
【００２９】
その後、駆動回路４では同図（ｆ）に示すように高周波パルスが与えられる度にピエゾ素子１を一定電圧でバースト／連続駆動させ、腫瘍をハイパーサーミア温度、もしくは８０℃以上の高温にすることで死滅させる。こうして、結石や悪性腫瘍を治療することができるのである。
【００３０】
こうようにして、第３の実施の形態においても、結石破砕装置と加温・加熱治療装置との一体化が可能となり、また、容易に治療モードを切換えることができるので、装置の汎用性が向上し、低コスト化、省スペース化を図ることができる。
【００３１】
また、図５において、例えば加温・加熱モードで駆動しているときに電源電圧が非常に高くなると、焦点部位の圧力及び温度が高圧・高温になり治療患者が非常に危険な状況となる可能性もあり、更には駆動素子の規格ワット数を超えて素子が壊れてしまう事も考えられる。このような状況を防止するために加温・加熱モード使用時には制御回路５からの信号により、電源回路１５をある一定以上の電圧が出ないようにリミッタ信号Ｓ１をかけている。
【００３２】
図８は本発明の第４の実施の形態の構成を示すブロック図である。この例では、アニュラタイプのピエゾ素子１を用いて所望する部位に超音波を照射している。従って、複数の駆動回路４〜４の駆動タイミングを複数のディレイ回路３２〜３２にて制御することで、アプリケータを移動させずに焦点位置や音場、加温・加熱領域を操作することができる。そして、この操作はモード切換スイッチ３３にて行なうことができる。なお、この遅延時間制御による焦点位置の移動操作は、「ＵＳＰ−４５２６１６８」に詳説されている。
【００３３】
第４の実施の形態ではこの技術を利用して、例えば結石破砕モードでは、予め記憶した広音場モードのデータを基に各ディレイ回路３２〜３２の駆動遅延量を計算し、これに従って各駆動回路４〜４を駆動させることで、焦点音場を広くする。つまり、図１０（ａ）に示すように、超音波画像２７上に映し出された結石３５に幾何学的焦点２８を合わせ、この周辺に広域の衝撃波音場２９を設定して分割破砕を促進させる。または、各ディレイ回路３２〜３２の遅延量を制御して、図１１に示すように結石３５が幾何学的焦点２８を見込む角度の中に完全に入るように焦点２８を１０〜２０［ｍｍ］奥側に入れて結石を最も効率良く破砕できる領域３７に入れるようにすることで、結石３５全体にエネルギーを与え、分割破砕を促進させることもできる。
【００３４】
その後、予め記憶されている狭音場モードのデータを基に駆動遅延量を計算し、この計算結果に従って各駆動回路４〜４を駆動させて、図１０（ｂ）に示す如くの狭い衝撃波音場２９を生成し、破砕を行なう。これによって大きな破片が細かい破片に破砕され、治療効率が向上する。
【００３５】
また、これと同様に加温モードの際においても、図１２（ａ）に示すように、まず広い加温領域３１を設定して患部の周辺を加温し、その後、同図（ｂ）に示すように加温領域３１を狭くした後加熱し、患部組織を死滅させる。これによって、治療効率を向上させることができる。
【００３６】
また、これと同時に各振動子のディレーから焦点位置や音場を演算回路により計算し、広音場モード・狭音場モードとしてＤＳＣを介してＣＲＴ上に表示することもできる。更に破砕モード・加温モード・加熱モードのそれぞれに対して適した超音波音場を実現し、ＣＲＴ上に例えば破砕モードでは焦点は小さく、加温モードではある程度広く、加熱モードでは非常に小さくとそれぞれのモード、目的に合致した表示を行うディレー信号データをメモリに記憶しておき、モード切り換えと同時にＤＳＣを介して制御信号を送る事で表示を切換えることも可能である。
【００３７】
なお、図８に示す例ではピエゾ素子１として、アニュラタイプのものを使用したが、図９に示すような２次元アレイタイプのものを使用しても良い。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば操作者に正確な加温領域（又は、加熱領域）を知らしめることができる超音波治療装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された超音波治療装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】結石破砕モード時の超音波画像を示す説明図である。
【図３】加温モード時の超音波画像を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図６】結石破砕時の駆動パルスを示すタイムチャートである。
【図７】加温・加熱治療時の駆動パルスを示すタイムチャートである。
【図８】本発明の第４の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図９】２次元アレイタイプのピエゾ素子を示す説明図である。
【図１０】結石破砕モード時の衝撃波音場を広音場、狭音場にしたときの画面表示例を示す図である。
【図１１】幾何学的焦点を結石の奥側に設定したときの画面表示例を示す図である。
【図１２】加温・加熱モード時の加温領域を広くした場合、狭くした場合の画面表示例を示す図である。
【符号の説明】
１ピエゾ素子
４駆動回路
５制御回路
６治療モード切換えスイッチ
８超音波画像診断装置
１０ＣＲＴ
１１結石破砕用駆動回路
１２加温用駆動回路
１３加熱用駆動回路
１４駆動回路切換えスイッチ
１５電源回路
１７結石破砕用トリガパルス発生回路
１８加温・加熱用トリガパルス発生回路
１９ゲーティング回路
２８幾何学的焦点
２９衝撃波音場
３１加温領域
３２ディレー回路
３５結石

Claims

患者体内の患部に局所的に超音波を照射する超音波源と、該患部近傍を撮影する超音波画像診断装置とを有し、該超音波画像診断装置により撮影された超音波画像を観察して患部位置を認識し、該患部位置に前記超音波源から超音波を照射して患部を加温・加熱治療する超音波治療装置において、前記超音波による加温・加熱領域を表示する領域表示手段を備え、この領域表示手段による表示は、実際に加温・加熱される領域を表すように、超音波の照射により形成される幾何学的焦点位置よりも手前に表示されることを特徴とする超音波治療装置。