JPH05137733A

JPH05137733A - 超音波治療装置

Info

Publication number: JPH05137733A
Application number: JP3306106A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Fujimoto; 克彦藤本; Satoshi Aida; 聡相田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-11-21
Filing date: 1991-11-21
Publication date: 1993-06-01
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JP3142925B2

Abstract

(57)【要約】【目的】結石破砕、及び加温・加熱による治療を一体
化した装置で行なうことのできる超音波治療装置を提供
することを目的とする。【構成】結石破砕用の衝撃波を照射するための駆動電
圧を発生する結石破砕用駆動回路と、加温・加熱用超音
波を照射するための駆動電圧を発生する加温・加熱用駆
動回路とを設け、各治療モードに応じて駆動回路を選択
し、治療を行なう。【効果】結石破砕装置と加温・加熱治療装置とが一体
化され、装置の省スペース化、省コスト化を図ることが
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ピエゾ素子を用いて体
外から超音波もしくは衝撃波を集束照射して体内にでき
た結石を破砕したり、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、ＵＳ
Ｐ−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．Ｖａｌｌａｎｃ
ｉｅｎ，ｅｔａｌ．，ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＵｒ
ｏｌｏｇｙ１９９１，１，８４−８８」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、患者の体内に発生した結石を無侵襲的に破砕す
るものとして結石破砕装置が実用に供されており、ま
た、患者体内の悪性腫瘍組織を死滅させるものとして、
加温・加熱治療装置が提案されている。しかし、これら
の結石破砕装置、及び加温・加熱治療装置は構成が略同
様であるにもかかわらず、両者を一体化して構成したも
のは提案されていない。

【０００７】したがって、病院や治療施設等では結石破
砕装置と加温・加熱治療装置とを別個に用意する必要が
あり、装置の設置スペース、コストの負担が大きくなる
という欠点があった。

【０００８】また、もし、結石破砕装置と加温・加熱治
療装置とが一体化されても、結石と腫瘍とを一つの装置
で治療するため、使用法を誤ると重大な生体損傷を及ぼ
す危険性があるという欠点があった。

【０００９】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、結
石破砕装置と加温・加熱治療装置とを一体化して構成し
た超音波治療装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、患者体内の患部に局所的に超音波を照射
するピエゾ素子と、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
に前記ピエゾ素子から超音波を照射して患部を治療する
超音波治療装置において、前記患部に超音波による衝撃
波を与えるべく前記ピエゾ素子を駆動させる第１の駆動
回路と、前記患部に一定時間熱を加えるべく前記ピエゾ
素子を駆動させる加温・加熱用の第２の駆動回路と、前
記各駆動回路を択一的に切換える駆動モード選択切換手
段と、を有することが特徴である。

【００１１】

【作用】上述の如く構成すれば、結石破砕用の衝撃波を
発生させるための結石破砕用駆動回路と、加温・加熱用
の超音波を発生させるための加温・加熱用駆動回路とが
設けられ、選択された治療モードに応じて各駆動回路が
選択される。そして、各駆動回路から出力される駆動電
圧によって、ピエゾ素子が駆動され、患者体内の結石、
悪性腫瘍等に超音波が照射されて治療が行なわれる。従
って、結石破砕装置と加温・加熱治療装置とを一体化す
ることができるようになる。

【００１２】また、現在選択されている治療モードがユ
ーザに認識し易いように、超音波画像上に、文字、記
号、色等の区別によって表示されるので、誤操作を引き
起こすことはなない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例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
実施例の構成を示すブロック図である。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】このようにして、本実施例によれば、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。

【００２６】図４は本発明の第２実施例の構成を示すブ
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１
４によって選択され、ピエゾ素子１に供給される。

【００２７】このような構成においても、前記した第１
実施例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。

【００２８】図５は本発明の第３実施例の構成を示すブ
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。

【００２９】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実施例の動作について説明する。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】こうようにして、第３実施例においても、
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。

【００３４】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。

【００３５】図８は本発明の第４実施例の構成を示すブ
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−４
５２６１６８」に詳説されている。

【００３６】第４実施例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。

【００３７】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。

【００３８】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３
１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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、結石
破砕装置、加温・加熱治療装置とが一体化されるので、
省スペース化、省コスト化を図ることができる。

【００４２】また、各治療モードに対してモニタ画面の
切換え、表示変更を行なうことで、各治療に対して最適
な環境を提供することができ、ユーザの誤操作を防止す
ることができるという効果が得られる。

【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実施
例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実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図５】本発明の第３実施例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実施例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１０ＣＲＴ１１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

【特許請求の範囲】

【請求項１】患者体内の患部に局所的に超音波を照射
するピエゾ素子と、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
に前記ピエソ素子から超音波を照射して患部を治療する
超音波治療装置において、前記患部に超音波による衝撃波を与えるべく前記ピエゾ
素子を駆動させる第１の駆動回路と、前記患部に一定時間熱を加えるべく前記ピエゾ素子を駆
動させる加温・加熱用の第２の駆動回路と、前記各駆動回路を択一的に切換える駆動モード選択切換
手段と、を有することを特徴とする超音波治療装置。
【請求項２】患者体内の患部に局所的に超音波を照射
するピエゾ素子と、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
に前記ピエゾ素子から超音波を照射して患部を治療する
超音波治療装置において、前記ピエゾ素子を駆動させる駆動回路と、該駆動回路を
動作させるモードを結石破砕モード及び加温・加熱モー
ドの中から選択するモード選択手段と、これらの選択モ
ードに応じて結石破砕選択信号又は加温・加熱選択信号
を前記駆動回路に出力する手段と、前記結石破砕選択信
号が与えられると前記駆動回路に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と、前
記加温・加熱選択信号が与えられると所定時間ゲーティ
ングを行なうゲーティング回路と、前記ゲーティングさ
れている間前記駆動回路に加温・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と、を有することを特徴とする超音波治療装置。