JPH02274247A - 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、超音波により腫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、高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
の良い生体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
集束度の高い高周波数でも生体での減衰が少なく、充分
なエネルギーを深部まで到達させることができるので、
ハイパーサーミアの一手段として注目されている。

超音波の発生には圧電セラミックなどからなる振動子板
が用いられる。超音波の集束度を増すためにはその振動
子を球面状に加工することが一般的に行なわれているが
、ハイパーサーミア利用の場合には、高いエネルギーが
必要であることや比較的大きな焦点距離を必要とするこ
とを理由に、複数の振動子からの超音波ビームを交差さ
せて集束を得るという方法が採られる。通常この方法に
おいて各振動子は同一周波数で駆動される。しがし、こ
の場合には干渉の問題が生ずる。すなわち集束点近辺で
の超音波エネルギーの分布は各超音波ビームのエネルギ
ーの重ね合わせとはならず、干渉効果による不規則な分
布となる。このことは、条件によれば非常に小さな範囲
に大きなエネルギーが加わる可能性があり、その結果治
療中の痛みや局所的な火傷などで治療効果を著しく損な
うことを意味する。また、骨などの超音波反射体の近く
では反射波との干渉効果により定在波が生し、同様の問
題を引き起こす。

この問題点に対して従来技術では機械的な走査によって
単位時間当たりのエネルギーの均一化および定在波の軽
減を行なっているが、十分な効果を得るためには高速で
走査する必要があり実用性に欠ける。

この発明の目的は、複数の超音波ビームを生体内に入射
させる場合、各超音波ビームの相互干渉による不規則な
超音波エネルギー分布を改善し、反射体付近で発生する
定在波を低減する治療用超音波照射装置を提供すること
にある。

「課題を解決するための手段」 この発明によれば超音波ビームが互いに干渉し合う範囲
に放射されるように複数の超音波振動子が配列され、こ
れら超音波振動子は互いに周波数がわずか異なる各別の
発振器の出力により駆動される。このように各超音波振
動子から発生する超音波に微少な周波数差を持たせるこ
とにより、各超音波ビームが交わる領域においてそれら
相互間の位相関係が常に変化し、よって、全ての位相が
一致して高いエネルギーをもつ点が定常的に存在するこ
とを防ぐことができる。

「実施例」 第１図にこの発明の一実施例を示す。１は超音波照射器
、２−１〜２−８は超音波照射器１を構成する超音波振
動子、３−１〜３−８はパワーアンプ、４−１〜４−８
は発振器である。

超音波照射器１には、第２図及び第３図に示すように８
個の平板型あるいは球面型の超音波振動子２−１〜２−
８が同一円周上で等間隔に配列されている。そして、こ
れら超音波振動子２−１〜２−８は発生した超音波ビー
ムが配列の中心線上の一点で交わるように、すなわち−
点で集束するようになっている０発振器４−１〜４−８
はそれぞれ独立して正弦波信号を発生する。これら正弦
波信号はそれぞれパワーアンプ３−１〜３−８に供給さ
れ、増幅されたのち、振動子２−１〜２−８をそれぞれ
駆動する。

超音波振動子は固をの共振周波数を持っており、この共
振周波数の駆動信号を与えることによって超音波を発生
する。しかし通常この共振周波数はある幅を持っている
ためにその幅の範囲では任意の周波数の駆動信号を与え
ることができる。この例の超音波振動子２−１〜２−８
には全て同一仕様のものを用いているが、発振器４−１
〜４−８は超音波振動子２−１〜２−８の共振周波数帯
の範囲でそれぞれ異なる周波数に設定され、パワーアン
プ３−１〜３−８により駆動される３例えば超音波振動
子２−１〜２−８の中心共振周波数が１０００ｋＨｚの
とき発振２ｉ　４−１〜４−８をそれぞれ１００３ｋｌ
ｌｚ、１００２ｋＨｚ　　　１００１ｋｌｌｚ　　、１
０００に！［ｚ。

９９９ｋＨｚ　　　９９８ｋｌｌｚ　、　　９９７ｋｌ
ｌｚ　、　９９６ｋｌ（ｚ、に設定する。この場合、各
超音波振動子からはそれぞれの発振器の周波数に応じた
超音波が発信される。

そして集束点領域でこれらの超音波ビームはそれぞれ干
渉しあうのだが、それぞれ周波数が異なるためにそれら
の位相関係は常に変化することになる。ここでは周波数
の差の最低値が１　ｋＨｚであるので１　ｍ５ｅｃ単位
となるが、このような単位時間当たりでのエネルギー分
布を考えた場合にビーム交差点近傍では各ビーム単独の
分布の重ねあわせとなる。

一方、各超音波振動子を単一周波数で駆動した場合は各
超音波ビームの位相関係はその観測点で固定であり、ビ
ーム交差点近傍で位相がそろった点は大きなエネルギー
を生じ、位相がそろわない点ではエネルギーが相殺され
る減少が起こり、結果としては高い発熱を示す点と発熱
が小さい点が不連続に分布することになる。第４図、第
５圀にこの現象を節単に示す。図中番号５−１　５−２
は同一仕様の超音波振動子、６−１．６−２は超音波振
動子５−１．５−２から発信される超音波ビーム、７は
両超音波ビームが交差する領域における超音波エネルギ
ー観測面である。超音波振動子５−１．５−２を単一周
波数で駆動した場合、観測面７上の超音波ビーム６−１
．　６−２の中心を含む線での単位当たりの超音波エネ
ルギー分布を第５図（ａ）に、駆動信号に周波数差を与
えた場合の分布を（ｂ）に示す。双方ともに縦軸は超音
波エネルギー、横軸は距離を表わす。周波数が等しい場
合は両超音波ビームの位相が常に一致している中心部に
高いピークを持ち、また両サイドにも位相が一致する部
分が存在しサイドローブと呼ばれるピークを持つ。しか
し周波数に微小な差があれば位相−数点は常に移動する
ために、エネルギーはなだらかな分布となる。

第６回はこの実施例を組み入れた癌治療装置の例を示す
。水槽日中で、超音波振動子を配列した超音波照射器１
が、Ｘ−Ｙ−Ｚ機構９により支持される。また、超音波
照射器ｌの中心部には画像用超音波プローブ１０が固定
して取り付けられている。患者１１は水槽８の開口部に
取り付けたメンブレン１２によって脱気水１３とカップ
リングされている。コンピュータ１４は、超音波画像装
置１５で患部の位置情報を取得し、３軸モーターコント
ローラ１６を介してＸ−Ｙ−Ｚｍ構９の動作を制御する
。また、発振器４−１〜４−８を含む発振器ユニット１
７にたいして周波数・振幅を設定し、パワーアンプ３−
１〜３−８を含むアンプユニット２１を介して超音波照
射器１上の８個の超音波振動子２−１〜２−８を駆動す
る。また、温度測定装置１８を介して生体中に埋め込ん
だ温度センサー１９より照射域の温度を知り、発振器ユ
ニット１７を制御する。操作は操作部２０より行なわれ
、コンピュータ１４に命令される。以下に装置の操作お
よび動作を簡単に説明する。

まず、超音波画像診断装置１５は画像用超音波プローブ
１０で走査される患者の断層像を作る。

この断層像の中心にはマーカーが同時に映され、超音波
照射器ｌ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見ながら操
作部２０上のボタンで超音波照射器ｌを動かし患部を探
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、超音波照射器ｌから超音波の
照射が始まる。照射に先立ち操作部２０上のキーボード
より目的温度が設定される。そして、照射中は照射域に
留置された温度センサー１９により常に温度測定がなさ
れ、照射部を目的温度に保つように超音波エネルギーの
制御が行なわれる。

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によれば各超音波振動子をわ
ずか異なる周波数の駆動信号により駆動することにより
、超音波ビームが交差する部分において超音波ビームの
位相−故点が常に移動することになり、相互干渉や定在
波による過剰発熱点が発生することが防げるため痛みや
火傷などの副作用を軽減でき、その結果７白魚成績の向
上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はごの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
この実施例における超音波振動子配列の説明図、第３回
は第２図の断面図、第４図はこの実施例の効果の説明を
するためのモデル図、第５図は第４図に示すモデルで得
られる超音波エネルギーの分布図、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である。 特許出願人　旭化成工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波ビームが互いに干渉し合う範囲に放射され
   るように配列された複数の超音波振動子と、これら複数
   の超音波振動子のそれぞれに対して設けられ、互いに微
   小の周波数差をもつ駆動信号を対応する超音波振動子へ
   供給する複数の発振器とを具備する治療用超音波照射装
   置。