JPH02274246A - 治療用超音波照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、超音波により１１瘍などを加温または破壊
して治療を行なうための治療用超音波照射装置に関する
。

「従来の技術Ｊ 近年、癌治療技術の一つとして温熱療法（ハイパーサー
ミア）が注目されつつある。ハイパーサーミアにおける
加温装置として電磁波を利用したものが実用化されてい
るが、低周波の場合は深部まで加温が可能である反面、
集束が悪く、斉周波の場合は逆に集束は良いが、減衰が
大きく深部の加温が困難である。従って、現状では効率
の良い深部の局所加温が行なえず、ハイパーサーミアに
おける最大の問題点となっている。

一方、超音波は良好な集束が得られる周波数でも生体で
の減衰が少なく、深部の局所加温に通している。しかし
第７回に示すように、超音波の集束はその進行方向に長
く、垂直方向に短いので集束し過ぎの弊害もある。その
集束は治療部位の状況に応じて集束位置で適当に分散さ
せる必要がある。このために、ある程度三次元的に広が
りをもつ腫瘍などを加温する場合、第８図のように機械
的な走査と組み合わせて加温を行う必要がある。

この場合走査の速度が遅ければ過渡的な温度上昇やキャ
ビテーションなどが起こり、良好な治療効果が得られな
い、従って、高速の走査が必要となるが機械的には限度
があり、結局、超音波による深部局所加温の実用化には
多くの制限がある。

この発明の目的は、高速の機械走査を必要とせず、或は
、全く機械走査を必要とせず生体深部の腫瘍などを治療
するために、超音波の進行方向に垂直な方向でエネルギ
ーを集中かつ分散させる治療用超音波照射装置を提供す
ることである。

「課題を解決するための手段」 この発明によればほぼ同一の共振周波数を有する複数の
超音波振動子が、その幾何学的焦点がほぼ一点に集まる
ように配列され、これら超音波振動子の共振周波数とほ
ぼ等しい周波数の信号が基準信号発生器で発生され、そ
の信号は超音波振動子ごとに設けられた位相調整器で予
め決められた位相分だけシフトされて対応する超音波振
動子へ供給される。上記幾何学的焦点の近傍に複数の焦
点が同時に得られるように各位相調整器のシフト量が選
定されている。

「実施例」 第１図はこの発明の実施例を示す。第１図において、ｌ
−１〜１−８は超音波振動子、２−１〜２−８はパワー
アンプ、３−１〜３−８は位相調整器、４は基準信号発
生器である。基準信号発生器４は超音波振動子１．−　
Ｉ〜Ｉ−８の固を共振周波数の正弦波を発生する。この
正弦波は位相調整器３−１〜３−８に分配され、それぞ
れ設定された位相分だけシフトしてパワーアンプ２−１
〜２−８に供給される。パワーアンプはそれぞれを増幅
して超音波振動子１−１〜１−８を駆動する。

超音波振動子１−１〜１”−８は第２図及び第３図に示
すように配列される。８個の超音波振動子１−１〜１−
８は曲率半径Ｒの球面型振動子であり、その球面上の中
心点が半径ｒの円周上で等間隔（θ＝４５″′）になる
ように、且つ、それぞれの幾何学的焦点が１点Ｆに集ま
るように配列される。

即ち各超音波振動子１−１〜１−８の表面は、中心点を
Ｆとした半径Ｒの球の表面に一致する。これら超音波振
動子１−１〜１−８は台座５に保持されると共に駆動信
号用のケーブル６が接続されている。

各超音波振動子１−１−１−８には、となりあった振動
子間で等しい位相差をもつような駆動信号を与える。超
音波振動子１−１を基準に考えると、超音波振動子１−
ｉに与えられる駆動電圧信号Ｖｉ　（ｔ）　は、 Ｖｌ（Ｌ）＝Ｖ−ｓｉｎ（ωｔ−ｎ−π−ｉ／４）　（
ｎ＝ｏ、１．２＋３．４）■となる。ここで■は駆動電
圧振幅、ωは超音波振動子の共振角周波数である。

いま、便宜上各超音波振動子の配列の中心点のみを考え
、各点から送信される超音波による音場を推測する。第
４図のＰ１〜Ｐ８は、それぞれ超音波振動子１−１〜１
−８の面上の中心点を示しており、振動子配列線７の上
に等間隔に位置する。

２１〜Ｐ８の各点から発生する超音波は、各点単独で考
えると回申の太い矢印で示されるようにイμ点Ｆに向か
って進む。

ここで、Ｐｌを基準に位相差を１／４πずつ与えて駆動
した場合を考えてみる。これは０式においてｎ・１とし
た場合であり、各点でのＰｌに対する位相差Δφ、は、 Δφ、ｉ／４・π　　　　　　　　　　　　　　　■で
あり、この位相差は伝播媒体中で Δｄ、＝λ・Δφｉ　／２π　　　（ｉ・１〜４）λ・
△φ、／２π−２π　　（ｉ・５〜８）■で表わされる
距離Δｄｌに相当する。λは伝播媒体中での超音波の波
長であり、音速をＣとすると、λ・２π・Ｃ７０■ である。従って、点Ｐ１〜Ｐ８で超音波に位相差を与え
るということは、点Ｐ１〜Ｐ８がそれぞれ△ｄ２だけシ
フトした点ＰＩ’　〜Ｐ８’　から、同位相の超音波を
発生していることと等価であると考えられる。

超音波の集束は各点から発生する波の干渉であり、各点
Ｐ１〜Ｐ８で同位相の場合は焦点Ｆに集束するが、１／
４πの位相差がある場合は、点Ｐ１〜Ｐ８’　を結ぶら
せん状の振動子配列等価線１０に垂直方向に集束しよう
とするために、図中の細い矢印のように焦点Ｆの周りに
集束することになる。

以上のことは、０式において、ｎ＝２〜４の場合も同様
でありｎ＝４のときが一番大きく拡がって集束すること
になる。

第５図は以上のことを確認するために、計算により求め
たこの実施例の超音波音場を示したものである。　（ａ
）は全ての振動子を同位相で駆動した場合、　（ｂ）は
０式においてｎ・１、即ち位相差を１／４　πとした場
合である。観測面は焦点Ｆを含み、超音波振動子の配列
面に平行な面（Ｘ−Ｙ）であり、Ｚ軸は超音波エネルギ
ー強度を示す。但し、（ａＬ　（ｂ）それぞれのエネル
ギー強度のピーク値を一定の長さで示している。

また、計算の条件は超音波振動子の開口直径：ａ＝６０
ｍｍ、曲率半径：　Ｒ＝２００ｍｍ、配列半径：ｒ＝１
００ｍｍで、駆動周波数は５００ｋｌｌｚとした。なお
計算は、超音波の音場分布計算に一般的に用いられる、
レイリー積分 （ｋ＝２　　π／λ）　　■ を使用した。ここでｐは観測点での音圧であり、ｒは観
測点と音源面Ｆ上の面積素片ｄＦとの距離、ρは媒体の
密度、Ｃは媒体中での音速、ωは発生する超音波の角周
波数、ｖｏは振動子表面の変位速度のピーク値、λは超
音波の波長である。

（ａ）ではＸ−Ｙ平面上で１点に集束しているが、（ｂ
）では８個の収束点が環状にできており、位相差を与え
て駆動することによりその集束状態を変化させることが
できることが示されている。

第６図はこの実施例を組み入れた癌治療装置の例を示す
。水槽１１中で、超音波振動子をこの実施例に従って配
列した超音波ヘッド１２が、Ｘ−Ｙ−２機横１３により
支持される。また、超音波ヘッド１２の中心部には画像
用超音波プローブ１４が取り付けられている。患者１５
は、水槽１１の開口部に取り付けたメンブレン１６によ
って水とカップリングされている。以下にこの装置の動
作を節単に説明する。

まず、超音波画像診断装置１９は画像用超音波プローブ
１４で走査される患者１５の断層像を作る。この断層像
の中心にはマーカーが同時に映され、超音波ヘッド１２
の集束点がこのマーカーに重なるような位置関係に調整
されている。操作者はこの断層像をみながら超音波へン
ド１２を勅かし患部を探す。患部が見つかれば、最終的
に断層像上のマーカーが患部に来るように操作し、超音
波ヘッド１２から超音波の照射が始まる。なおＸ−Ｙ−
Ｚ　ａ構１３に対する３ＩＩＩＮモーターコントローラ
１７、超音波ヘッド１２に対するパワーアンプ１８、超
音波画像診断装ご１９はホストコンピュータ２０により
制御される。

操作者は操作部２１により、ホストコンピュータ２０に
指令を与える。

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によれば幾何学的焦点がほぼ
一点に集まるように配された複数の超音波振動子を異な
る位相で駆動することにより幾何学的焦点の近傍に複数
の焦点が同時に得られ、超音波が集束し過ぎることなく
、機械的走査を行なうことなく、深部にある三次元的に
広がりをもつ腫瘍などを効率的に局所加温することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図はこの
実施例における超音波振動子配列部の詳細図、第３図は
第２図の断面図、第４図は超音波の集束を説明する図、
第５図はコンピュータにより計算で求めたこの実施例で
得られる超音波エネルギー分布図であり、（ａ）は全て
の振動子を同位相で駆動した場合の図、　（ｂ）は位相
差をπとした場合の図、第６図はこの実施例を組み入れ
た癌治療装置の例を示すブロック図、第７図は超音波の
集束を示す図、第８図は機械走査による超音波照射を示
す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ほぼ同一の共振周波数を有し、幾何学的焦点がほ
   ぼ一点に集まるように配列された複数の超音波振動子と
   、 これら超音波振動子の共振周波数とほぼ等しい周波数の
   信号を出力する基準信号発生器と、上記複数の超音波振
   動子のそれぞれに対して設けられ、上記基準信号発生器
   の出力信号が分配供給され、その信号を予め決められた
   位相分だけシフトして対応する超音波振動子へ供給する
   複数の位相調整器と、 を有し、上記幾何学的焦点の近傍に複数の焦点が同時に
   得られるように上記位相調整器のシフト量が選定されて
   いる治療用超音波照射装置。
2. （２）上記複数の超音波振動子は球面型超音波振動子で
   あって、同一円周上で等間隔に、且つ、各振動子の球面
   の中心が一点に重なるように配列された請求項（１）記
   載の治療用超音波照射装置。
3. （３）上記複数の超音波振動子の数をｎ個とした場合、
   各振動子の駆動信号の位相を一周で２・π・ｉ（ｉ＝１
   ，２，…）、すなわち隣り合わせた振動子間の位相差が
   ２・π・ｉ／ｎである請求項（２）記載の治療用超音波
   照射装置。