JP5285792B1

JP5285792B1 - 超音波医用システム

Info

Publication number: JP5285792B1
Application number: JP2012076107A
Authority: JP
Inventors: 剛望月; 敏雄千葉; 紘正山下; 隆志柿本
Original assignee: National Center for Child Health and Development; Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; National Center for Child Health and Development
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: WO2013146210A1; JP2013202263A

Abstract

【課題】バルーンを利用した新たな治療方法に適した超音波医用システムを実現する。
【解決手段】超音波プローブ１０は、画像用振動子１０Ｄと気化用振動子１０Ｔで構成されている。送信部１２は、バルーン４０の位置に向けて送信ビームを形成して気化用の超音波を送波するように、超音波プローブ１０の気化用振動子１０Ｔを制御する。バルーン４０内には液状の充填剤が充填されており、バルーン４０が生体の管状組織を閉塞している。そのバルーン４０に超音波が送波されることにより、バルーン４０内に充填された液状の充填剤が超音波で気化させてバルーン４０内から排出され、バルーン４０が萎んで管状組織の閉塞が解除される。
【選択図】図１

Description

本発明は、医療に用いられる超音波医用システムに関する。

超音波の生体に対する安全性等の面から、超音波診断装置は医療の現場において広く普及している。特に、胎児などの診断において、超音波診断装置は欠くことのできない存在となっている。超音波診断装置を利用することにより、胎児の発育状態を観察することができるばかりか、胎児の疾患等を早期に発見することも可能となっている。

さらに、近年においては、診断だけに留まらず、診断で発見された疾患等の治療における超音波診断装置の利用も期待され、それに伴い、超音波診断装置は、診断に加えて治療や手術にも利用される総合的な超音波医用システムへと進化しつつある。特に胎児の診断や治療においては、新たな超音波医用システムへの期待が大きい。

超音波医用システムを利用した治療が期待される胎児の疾患の一つに、先天性横隔膜ヘルニア（CDH:congenital diaphragmatic hernia）がある。先天性横隔膜ヘルニアとは、胎児の体内において、横隔膜に先天的な欠損孔が開いており、その欠損孔から腹腔内の臓器（胃や肝臓や腸管など）が胸郭内に入り込み、肺組織の成長を阻害する病態である。

この先天性横隔膜ヘルニアの治療として、開腹手術により母体内から胎児を取り出し、その胎児に外科的に治療を行う方法がある。さらに、近年においては、母体への侵襲を軽減するために、母体外から胎児の気管内にカテーテルを挿入し、カテーテルの先端に取り付けたバルーンを胎児の気管内で膨らませて気管を閉塞する治療方法が開発されている。この治療方法では、胎児の肺に体液が貯留されて肺が拡張し、胸郭内に入り込んだ腹腔内の臓器を胸郭外に押し出し、肺組織の成長が維持される。そして、この治療方法では、出産後直ちに、バルーンにより閉塞された胎児の気管を開放する手術が行われる。

ちなみに、特許文献１，２には、血管等の内部に挿入される医療用の小さなバルーンが紹介されている。

特開平１１−２４４３８６号公報特開平４−２００５６５号公報

上述した背景技術に鑑み、本願の発明者らは、バルーンを利用した新たな治療方法とその治療方法に適した超音波医用システムについて研究開発を重ねてきた。

本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、バルーンを利用した新たな治療方法に適した超音波医用システムを実現することにある。

上記目的にかなう好適な超音波医用システムは、超音波振動子を備えたプローブと、超音波の送信ビームを形成するようにプローブを制御する送信部と、を有し、前記送信部は、管状組織内に配置されたバルーンに向けて送信ビームを形成するようにプローブを制御し、前記プローブは、送信ビームに沿って超音波を送波することにより、当該バルーン内に充填された液状の充填剤を超音波で気化させて当該バルーン内から排出する、ことを特徴とする。

上記の好適な超音波医用システムによれば、バルーン内に充填された液状の充填剤を超音波で気化させてそのバルーン内から排出することができるため、これによりバルーンを萎ませてバルーンによる閉塞状態を解除することができ、例えば先天性横隔膜ヘルニア等の治療において極めて有用である。

望ましい具体例において、超音波の受信ビームに沿って受信信号を得る受信部と、受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、をさらに有し、前記送信部は、バルーンを含む領域内で送信ビームを走査して画像用の超音波を送波するようにプローブを制御し、前記受信部は、走査される送信ビームに対応した受信ビームに沿って前記領域内から受信信号を得て、前記画像形成部は、前記領域内から得られる受信信号に基づいてバルーンを含む領域の超音波画像を形成し、前記送信部は、前記超音波画像に基づいて特定されるバルーンの位置に向けて送信ビームを形成して気化用の超音波を送波するようにプローブを制御する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記送信部は、画像用の超音波よりも高いエネルギーで気化用の超音波を送波するようにプローブを制御する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、バルーンを先端に取り付けるカテーテルと、カテーテルを介してバルーン内に液状の充填剤を注入する注入部と、をさらに有し、前記注入部は、管状組織内に挿入されたバルーンにカテーテルを介して液状の充填剤を注入することにより、当該バルーンを膨らませて管状組織内を閉塞させ、前記送信部は、管状組織内を閉塞したバルーンの位置に向けて送信ビームを形成して気化用の超音波を送波するようにプローブを制御し、前記プローブは、当該送信ビームに沿って気化用の超音波を送波し、当該バルーン内に充填された液状の充填剤を超音波で気化させて当該バルーン内から排出することにより、当該バルーンを萎ませて管状組織内の閉塞を解除する、ことを特徴とする。

また、上記超音波医用システムにおいて用いられるバルーンは次のものが好適である。カテーテルの先端に取り付けられて管状組織内に挿入されるバルーンであって、カテーテルを介して注入される液状の充填剤をバルーン内へ流入させ、バルーン内に注入された液状の充填剤がバルーン外へ流出することを抑制する逆流防止弁を備え、バルーン内に充填された液状の充填剤が超音波により気化され、これにより高められたバルーン内の圧力により逆流防止弁の抑制が解除され、気化された充填剤が逆流防止弁を介してバルーン外へ排出される、ことを特徴とする。

本発明により、バルーンを利用した新たな治療方法に適した超音波医用システムが実現される。例えば、本発明の好適な態様によれば、バルーン内に充填された液状の充填剤を超音波で気化させてそのバルーン内から排出することができるため、これによりバルーンを萎ませてバルーンによる閉塞状態を解除することができ、例えば先天性横隔膜ヘルニア等の治療において極めて有用である。

本発明の実施において好適な超音波医用システムを示す図である。先天性横隔膜ヘルニアの病態を説明するための図である。カテーテルの挿入例を示す図である。バルーンが気管内の目的の位置に配置された状態を示す図である。バルーンが気管内を閉塞した状態を示す図である。バルーンからカテーテルが引き抜かれる様子を示す図である。バルーンに向けて超音波が照射される様子を示す図である。バルーンが萎んで気管内の閉塞を解除した状態を示す図である。バルーンに設けられる逆流防止弁の具体例を示す図である。逆流防止弁の変形例を示す図である。

図１は、本発明の実施において好適な超音波医用システム（本超音波医用システム）を示す図である。本超音波医用システムは、生体の管状組織内に配置されたバルーン４０に対して超音波を送波する超音波プローブ１０を備えている。その超音波プローブ１０は、画像用振動子１０Ｄと気化用振動子１０Ｔで構成されている。

画像用振動子１０Ｄは、複数の振動素子を備えており、超音波画像を形成するための比較的弱い超音波を送受する。つまり、公知の一般的な超音波診断装置と同じ程度の強度（エネルギー）の超音波を送受する。

気化用振動子１０Ｔも、複数の振動素子を備えている。気化用振動子１０Ｔは、後に詳述するようにバルーン４０に充填された液状の充填剤を気化させるために、比較的強い超音波を送波する。つまり、気化用振動子１０Ｔは、画像用振動子１０Ｄが送波する超音波よりも高いエネルギーで気化用の超音波を送波する。

なお、超音波プローブ１０は、例えば、お椀（どんぶり）状に内部を凹ませた形状とされ、その凹ませた内部の表面を振動子面とする。また、全ての振動素子またはいくつかの振動素子が、画像用と気化用の両用途に利用されてもよい。

送信部１２は、超音波プローブ１０が備える複数の振動素子の各々に対応した送信信号を出力して超音波プローブ１０を制御する。つまり、送信部１２は、画像用振動子１０Ｄの複数の振動素子を制御して画像用の送信ビームを走査し、また、気化用振動子１０Ｔの複数の振動素子を制御して気化用の送信ビームを形成する。

受信部１４は、画像用振動子１０Ｄが備える複数の振動素子の各々から得られる受信信号に対して整相加算処理などを施すことにより、走査される送信ビームに対応した受信ビームを形成し、受信ビームに沿って得られるエコーデータ（受信信号）を後段の超音波画像形成部２０へ出力する。

超音波画像形成部２０は、受信部１４から得られるエコーデータに基づいて、バルーン４０を映し出した超音波画像の画像データを形成する。超音波画像としては、例えば、Ｂモード画像や３次元画像や直交３断面画像などが好適である。そして、超音波画像形成部２０において形成された画像データに対応した超音波画像が表示部２２に表示される。

本超音波医用システムを利用するユーザは、例えば表示部２２に表示される超音波画像を利用してバルーン４０の位置を確認し、操作デバイス３２を操作してそのバルーン４０の位置情報を入力する。例えば、操作デバイス３２と表示部２２の機能を一体化させたタッチパネルに表示される超音波画像内においてバルーン４０の位置を指定することにより位置情報が入力される。また、トラックボールやマウスなどの操作デバイス３２を操作して、表示部２２の超音波画像内に表示されるカーソル等によりバルーン４０の位置に指定して位置情報が入力されてもよい。

なお、バルーン４０の位置情報としては、例えば、ＸＹＺ直交座標系内におけるバルーン４０の中心位置またはその他の特徴部分の座標値が好適である。もちろん、ｒθφ走査座標系内における座標値が利用されてもよい。

制御部３０は、操作デバイス３２を介して得られるバルーン４０の位置情報に基づいて送信部１２を制御する。これにより、送信部１２は、バルーン４０の位置に向けて、例えばバルーン４０の位置を焦点とする送信ビームを形成し、気化用の超音波を送波するように、超音波プローブ１０の気化用振動子１０Ｔを制御する。

バルーン４０は、カテーテル４２の先端に取り付けられて、生体の管状組織内、例えば後に説明する胎児の気管内に挿入される。その挿入の際には、カテーテル４２の先端に設けられた図示しない小型カメラから得られる内視鏡画像が利用される。つまり、内視鏡画像形成部６０において形成されて表示部６２に表示される内視鏡画像を確認しながら、ユーザがカテーテル４２を生体の管状組織内に挿入する。また、カテーテル４２の挿入の際に、表示部２２に表示される超音波画像が参照されてもよい。なお、カテーテル４２の生体内への挿入は、医師等の専門家が行うべきことは言うまでもない。

バルーン４０が目的の位置まで挿入されると、ユーザからの操作に応じて、バルーン４０内に液状の充填剤が注入される。つまり、容器５２内にある液状の充填剤が、注入ポンプ５０により、カテーテル４２を介してバルーン４０内に注入される。これにより、膨らんだバルーン４０が生体の管状組織内をが閉塞する。

本超音波医用システムは、生体の管状組織に関する診断や治療に利用されるが、胎児の治療、特に先天性横隔膜ヘルニア（CDH:congenital diaphragmatic hernia）の治療に適している。

図２は、先天性横隔膜ヘルニアの病態を説明するための図である。先天性横隔膜ヘルニアとは、図２（Ｉ）に示すように、胎児の体内において、横隔膜に先天的な欠損孔が開いており、その欠損孔から腹腔内の臓器（胃や肝臓や腸管など）が胸郭内に入り込み、肺組織の成長を阻害する病態である。

この先天性横隔膜ヘルニアの治療として、胎児の気管内にバルーン４０を挿入して胎児の気管内で膨らませて気管を閉塞する治療方法が開発されており、本超音波医用システムがこの治療方法に利用される。この治療方法では、気管を閉塞された胎児の肺に体液が貯留されて肺が拡張し、図２（ＩＩ）に示すように、胸郭内に入り込んだ腹腔内の臓器を胸郭外に押し出し、肺組織の成長が維持される。このバルーン４０を利用した治療においては、バルーン４０を先端に取り付けたカテーテルが、母体外から胎児の気管内に挿入される。

図３は、カテーテル４２の挿入例を示す図である。この挿入例においては、母体Ｍの例えば腹部から母体Ｍ内にカテーテル４２が挿入され、さらに、そのカテーテル４２の先端が、胎児の口から気管内に挿入される。本超音波医用システムにおいても、図３に示す例のように、先端にバルーンを備えたカテーテル４２が胎児の口から気管内に挿入され、バルーンが目的の位置に配置される。

図４から図８には、本超音波医用システムの好適な利用方法の一例が示されている。図４には、カテーテル４２の先端に設けられたバルーン４０が、気管Ｔ内の目的の位置に配置された状態を示している。図４に示すように目的の位置に配置されると、容器５２（図１）内にある液状の充填剤Ｄが注入ポンプ５０（図１）によりカテーテル４２を介してバルーン４０内に注入される。なお、バルーン４０は、カテーテル４２に接続される接続端側に、逆流防止弁Ｖを備えており、液状の充填剤Ｄがこの逆流防止弁Ｖを通ってバルーン４０内に流入する。

そして、充填剤Ｄを注入されて膨らんだバルーン４０が、図５に示すように気管Ｔ内を閉塞する。その後、図６に示すように、カテーテル４２が胎児の口の方へ引き抜かれ、カテーテル４２の先端がバルーン４０から外れて、バルーン４０が気管Ｔ内に残される。なお、逆流防止弁Ｖが、バルーン４０内に充填された液状の充填剤Ｄがバルーン４０外へ流出することを防止している。この状態で、例えば２０週間程度に亘って気管Ｔが閉塞されて先天性横隔膜ヘルニアが治療される（図２参照）。

その治療後にバルーン４０による気管Ｔの閉塞が解除される。本超音波医用システムでは、その解除において、図７に示すように、気管Ｔ内を閉塞していたバルーン４０に向けて超音波が照射される。この際に利用される超音波が、図１を利用して説明した気化用の超音波である。つまり、図１の送信部１２が、バルーン４０の位置に向けて送信ビームを形成して気化用の超音波を送波するように、超音波プローブ１０の気化用振動子１０Ｔを制御する。

例えば、胎児が母体内にいる場合には、図１の超音波プローブ１０の振動子面が母体の体表に当てられて、母体の体表から気化用振動子１０Ｔが超音波を照射する。また、例えば、帝王切開などにより胎児が母体外へ取り出された状態であれば、超音波プローブ１０の振動子面が胎児の体表に当たられて、胎児の体表から気化用振動子１０Ｔが超音波を照射するようにしてもよい。これにより、図７に示すように、バルーン４０に向けて気化用の超音波が照射される。

超音波が照射されると、バルーン４０の充填剤Ｄが超音波のエネルギーを受けて気化され、例えば図７に示すように、充填剤Ｄが大量の泡を含んだ状態となって膨張し、バルーン４０内の圧力を上昇させる。その圧力の上昇により、逆流防止弁Ｖの抑制機能が解除され、気化された充填剤Ｄが逆流防止弁Ｖを通ってバルーン４０の外へ排出される。これにより、図８に示すように、バルーン４０が萎んで気管Ｔ内の閉塞が解除される。なお、胎児の肺内には体液が貯留されているため、その体液の圧力により、萎んだバルーン４０が胎児の口の方へ排出される。

図９は、バルーンに設けられる逆流防止弁Ｖの具体例を示す図であり、逆流防止弁Ｖの固定端Ｓが台座Ｐに取り付けられている。図９（１）は、カテーテルからバルーン内に充填剤が注入される時の逆流防止弁Ｖの状態を示しており、矢印で示す方向に注入される充填剤により逆流防止弁Ｖがバルーン内に向かって開いている。

図９（２）は、バルーンが膨らんで管状組織内を閉塞している時の逆流防止弁Ｖの状態を示しており、逆流防止弁Ｖが閉じてバルーン内に充填された充填剤がバルーン外へ流出することを防止している。

図９（３）は、バルーン内の充填剤が気化されてバルーン内の圧力が上昇している時の逆流防止弁Ｖの状態を示しており、逆流防止弁Ｖに矢印で示す方向に圧力が加えられている。この圧力が逆流防止弁Ｖの耐圧能力を超えると、図９（４）に示すように、逆流防止弁Ｖが逆方向つまりバルーンの外方向に開弁し、バルーン内の気化された充填剤がバルーン外に排出される。

図１０は、逆流防止弁Ｖの変形例を示す図であり、バルーン内から見た逆流防止弁Ｖを示している。図１０の逆流防止弁Ｖも固定端Ｓが台座Ｐに取り付けられている。また、充填剤の注入時とバルーンの閉塞時における状態は、図９の逆流防止弁Ｖと同じである。図１０の変形例では、逆流防止弁Ｖに薄厚の切れ込みＮが設けられている。そして、バルーン内の充填剤が気化されてバルーン内の圧力が上昇し、薄厚の切れ込みＮの耐圧能力を超えると、薄厚の切れ込みＮの部分で逆流防止弁Ｖが破断して、バルーン内の気化された充填剤がバルーン外に排出される。

このように、本超音波医用システムでは、気化用の超音波を利用して、液状の充填剤を気化させることにより、バルーン４０による閉塞を解除している。そのため、本超音波医用システムで利用される充填剤は、沸騰点が例えば摂氏４５度程度から摂氏８０度程度の液体または混合液を含んでいることが望ましい。具体例として、沸騰点が例えば摂氏４５度程度から摂氏８０度程度のパーフルオロカーボン（perfluorocabon）類を含む充填剤が望ましい。

また、例えばパーフルオロコンパウンド（perfluorocompounds）などは、液体の状態では水の２０倍程度の酸素溶解度を有しており、ヘモグロビンの数倍もの二酸化炭素運搬能力を持つため、人工血液の素材としても使用されていることから、生体に有害とならない特徴がある。これらの中で沸騰点が摂氏４５度程度から摂氏８０度程度の範囲の物質を充填剤として利用することにより、体温では液体の状態を維持することができ、閉塞を開放する際に超音波により温度を上げて気化させることが可能となる。

また、充填剤の中に音響吸収剤を混在させておき、超音波のエネルギーを効率よく熱エネルギーに変換できるようにしてもよいし、肺サーファクタントや液体状の多糖類を含んだ充填剤が利用されてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。例えば、上述した実施形態では、図１の超音波医用システムの好適な利用方法として、先天性横隔膜ヘルニアの治療への適用を説明したが、例えば胎児の膀胱の発達を促す為のバルーンの閉塞を利用した治療などに、図１の超音波医用システムが利用されてもよい。

１０超音波プローブ、１２送信部、１４受信部、２０超音波画像形成部、４０バルーン、４２カテーテル、５０注入ポンプ。

Claims

超音波振動子を備えたプローブと、
超音波の送信ビームを形成するようにプローブを制御する送信部と、
を有し、
前記送信部は、管状組織内に配置されたバルーンに向けて送信ビームを形成するようにプローブを制御し、
前記プローブは、送信ビームに沿って超音波を送波することにより、当該バルーン内に充填された液状の充填剤を超音波で気化させて当該バルーン内から排出する、
ことを特徴とする超音波医用システム。
請求項１に記載の超音波医用システムにおいて、
超音波の受信ビームに沿って受信信号を得る受信部と、
受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
をさらに有し、
前記送信部は、バルーンを含む領域内で送信ビームを走査して画像用の超音波を送波するようにプローブを制御し、
前記受信部は、走査される送信ビームに対応した受信ビームに沿って前記領域内から受信信号を得て、
前記画像形成部は、前記領域内から得られる受信信号に基づいてバルーンを含む領域の超音波画像を形成し、
前記送信部は、前記超音波画像に基づいて特定されるバルーンの位置に向けて送信ビームを形成して気化用の超音波を送波するようにプローブを制御する、
ことを特徴とする超音波医用システム。
請求項２に記載の超音波医用システムにおいて、
前記送信部は、画像用の超音波よりも高いエネルギーで気化用の超音波を送波するようにプローブを制御する、
ことを特徴とする超音波医用システム。
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波医用システムにおいて、
バルーンを先端に取り付けるカテーテルと、
カテーテルを介してバルーン内に液状の充填剤を注入する注入部と、
をさらに有し、
前記注入部は、管状組織内に挿入されたバルーンにカテーテルを介して液状の充填剤を注入することにより、当該バルーンを膨らませて管状組織内を閉塞させ、
前記送信部は、管状組織内を閉塞したバルーンの位置に向けて送信ビームを形成して気化用の超音波を送波するようにプローブを制御し、
前記プローブは、当該送信ビームに沿って気化用の超音波を送波し、当該バルーン内に充填された液状の充填剤を超音波で気化させて当該バルーン内から排出することにより、当該バルーンを萎ませて管状組織内の閉塞を解除する、
ことを特徴とする超音波医用システム。
カテーテルの先端に取り付けられて管状組織内に挿入されるバルーンであって、
カテーテルを介して注入される液状の充填剤をバルーン内へ流入させ、バルーン内に注入された液状の充填剤がバルーン外へ流出することを抑制する逆流防止弁を備え、
バルーン内に充填された液状の充填剤が超音波により気化され、これにより高められたバルーン内の圧力により逆流防止弁の抑制が解除され、気化された充填剤が逆流防止弁を介してバルーン外へ排出される、
ことを特徴とするバルーン。