JPH05305094A - 結石破砕装置 - Google Patents
結石破砕装置Info
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- JPH05305094A JPH05305094A JP4111236A JP11123692A JPH05305094A JP H05305094 A JPH05305094 A JP H05305094A JP 4111236 A JP4111236 A JP 4111236A JP 11123692 A JP11123692 A JP 11123692A JP H05305094 A JPH05305094 A JP H05305094A
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- voltage
- shock wave
- reflected wave
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 破砕の完了していない結石破片にのみ衝撃波
を適確に照射し得る結石破砕装置を提供することを目的
とする。 【構成】 各ピエゾ素子の駆動位相を制御して焦点位置
を移動しながら患者体内からの反射波を受信し、その受
信信号のうち、焦点領域からの反射波信号の周波数成分
を検出してその周波数成分について所定の特性値を求め
て閾値と比較することで、どの位置のどのくらいの大き
さの破片があるかを的確に判定する。 【効果】 副作用が少なく破砕効率の高い結石破砕装置
を提供することができる。
を適確に照射し得る結石破砕装置を提供することを目的
とする。 【構成】 各ピエゾ素子の駆動位相を制御して焦点位置
を移動しながら患者体内からの反射波を受信し、その受
信信号のうち、焦点領域からの反射波信号の周波数成分
を検出してその周波数成分について所定の特性値を求め
て閾値と比較することで、どの位置のどのくらいの大き
さの破片があるかを的確に判定する。 【効果】 副作用が少なく破砕効率の高い結石破砕装置
を提供することができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ピエゾ素子を用いて体
外から衝撃波を照射し、体内の結石を破砕治療する結石
破砕装置に関する。
外から衝撃波を照射し、体内の結石を破砕治療する結石
破砕装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、腎臓結石や胆石の治療において、
衝撃波を用いて体外から無侵襲的に結石を破砕治療する
方法が広く用いられるようになってきた。このための衝
撃波源としては、水中放電、電磁誘導、微小爆発、ピエ
ゾ素子を用いる方法などが提案されている。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印加する駆
動電圧波形の移相制御によって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(例えば特開昭6
0−145131号公報、米国特許第4,526,16
8号)。
衝撃波を用いて体外から無侵襲的に結石を破砕治療する
方法が広く用いられるようになってきた。このための衝
撃波源としては、水中放電、電磁誘導、微小爆発、ピエ
ゾ素子を用いる方法などが提案されている。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印加する駆
動電圧波形の移相制御によって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(例えば特開昭6
0−145131号公報、米国特許第4,526,16
8号)。
【0003】さらに、ピエゾ素子を用いると焦点領域か
らの反射波を受借することも可能となる。特願昭60−
191250号公報、特願昭61−149562号公報
には、強力な衝撃波を発射する直前に弱い超音波を送受
信し、強い反射波が反ってきた場合は焦点と結石が一致
していると判断してピエゾ素子から破砕用衝撃波を発生
させる技術が示されている。これにより結石以外の正常
組織に誤って衝撃波を照射すること無く治療が行われる
ため、副作用の低減と破砕効率の向上が得られる。
らの反射波を受借することも可能となる。特願昭60−
191250号公報、特願昭61−149562号公報
には、強力な衝撃波を発射する直前に弱い超音波を送受
信し、強い反射波が反ってきた場合は焦点と結石が一致
していると判断してピエゾ素子から破砕用衝撃波を発生
させる技術が示されている。これにより結石以外の正常
組織に誤って衝撃波を照射すること無く治療が行われる
ため、副作用の低減と破砕効率の向上が得られる。
【0004】しかし、この方法では結石がどの程度まで
破砕されたかを判定するには、超音波画像又はX線画像
を用いるしかなく、その確度は不確かなものであった。
このため、たとえ結石にのみ衝撃波を照射する機能が有
ったとしても、破砕が完了しているにもかかわらず衝撃
波を照射し続ける可能性がある。このような場合、周囲
の正常組織の損傷が無視できなくなり、治療時間も必要
以上にかかってしまう。また逆に、衝撃波の照射量が少
な過ぎれば治療回数が増え、大きな破砕片が尿管に嵌頓
してしまうおそれがある。これに関しては、特願平03
−111044に焦点領域での結石の有無の判定と同時
に焦点領域からの反射波を周波数分析することによって
の結石の破砕度の判定を行い、衝撃波の照射を制御する
技術に関して示されている。しかしながらこの方法で
も、焦点にたまたま一致した結石のサイズを判定するこ
とは可能であるがその周囲の結石の破砕状況がどの様に
なっているかは分からず、また照射しようとしている結
石片が最大のものであるか等の情報も得られない。
破砕されたかを判定するには、超音波画像又はX線画像
を用いるしかなく、その確度は不確かなものであった。
このため、たとえ結石にのみ衝撃波を照射する機能が有
ったとしても、破砕が完了しているにもかかわらず衝撃
波を照射し続ける可能性がある。このような場合、周囲
の正常組織の損傷が無視できなくなり、治療時間も必要
以上にかかってしまう。また逆に、衝撃波の照射量が少
な過ぎれば治療回数が増え、大きな破砕片が尿管に嵌頓
してしまうおそれがある。これに関しては、特願平03
−111044に焦点領域での結石の有無の判定と同時
に焦点領域からの反射波を周波数分析することによって
の結石の破砕度の判定を行い、衝撃波の照射を制御する
技術に関して示されている。しかしながらこの方法で
も、焦点にたまたま一致した結石のサイズを判定するこ
とは可能であるがその周囲の結石の破砕状況がどの様に
なっているかは分からず、また照射しようとしている結
石片が最大のものであるか等の情報も得られない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の衝撃波を照射する前に弱い超音波の送受信することで
焦点と結石との一致及び焦点領域の結石の破砕度を判定
して破砕用衝撃波の発生を制御する結石破砕装置におい
ては、焦点領域に分散している結石片中のある一部分の
破砕度しか判定できなかった。
の衝撃波を照射する前に弱い超音波の送受信することで
焦点と結石との一致及び焦点領域の結石の破砕度を判定
して破砕用衝撃波の発生を制御する結石破砕装置におい
ては、焦点領域に分散している結石片中のある一部分の
破砕度しか判定できなかった。
【0006】このため、実際には破砕しなければならな
い結石があるにもかかわらず治療を終了してしまった
り、小さな結石が一部に集中して存在する場合にはこれ
を大きな結石であると勘違いして衝撃波を照射してしま
い、周辺組織を損傷してしまうという欠点があった。
い結石があるにもかかわらず治療を終了してしまった
り、小さな結石が一部に集中して存在する場合にはこれ
を大きな結石であると勘違いして衝撃波を照射してしま
い、周辺組織を損傷してしまうという欠点があった。
【0007】また、従来における結石サイズの情報(結
石片のどの部分がどの程度破砕されているか)は従来の
超音波画像やX線像上では判別しにくいため、どの部分
の結石片がまだ破砕されずに残っているかを判定するこ
とは非常に困難であり、効率的な治療を行うことが出来
ない等の問題があった。
石片のどの部分がどの程度破砕されているか)は従来の
超音波画像やX線像上では判別しにくいため、どの部分
の結石片がまだ破砕されずに残っているかを判定するこ
とは非常に困難であり、効率的な治療を行うことが出来
ない等の問題があった。
【0008】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、この目的とするところは、破
砕の完了していない結石片のみに衝撃波をアクティブに
かつ適確に照射できる治療効率の高い結石装置を提供す
ることにある。
るためになされたもので、この目的とするところは、破
砕の完了していない結石片のみに衝撃波をアクティブに
かつ適確に照射できる治療効率の高い結石装置を提供す
ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はピエゾ素子群と、該ピエゾ素子群に駆動電
圧を印加する駆動手段と、前記駆動電圧の印加タイミン
グを制御するタイミング制御手段とを有し、前記ピエゾ
素子群で発生させた衝撃波を患者体内の結石に照射して
結石を破砕治療する結石破砕装置において、前記駆動手
段への供給電圧を低電圧又は高電圧に切換える切換手段
と、前記駆動電圧が低電圧のとき、各ピエゾ素子により
受信される反射信号を実質的に衝撃波発生時の焦点と同
位置とすべく遅延させ受信する受信手段と、前記受信信
号中の前記焦点領域の所定位置からの反射波信号中の特
定周波数成分を検出する特定周波数波成分検出手段と、
前記検出された特定周波数成分について所定の特性値を
求め、この特性値と予め設定されたしきい値とを比較す
る比較手段と、前記比較結果を前記焦点領域内の各位置
について取得し、各比較結果に基づいて衝撃波の照射位
置を決定する手段と、前記切換手段を高電圧側に切換
え、前記決定した照射位置に衝撃波を照射させるべく制
御する手段とを有することが特徴である。
め、本発明はピエゾ素子群と、該ピエゾ素子群に駆動電
圧を印加する駆動手段と、前記駆動電圧の印加タイミン
グを制御するタイミング制御手段とを有し、前記ピエゾ
素子群で発生させた衝撃波を患者体内の結石に照射して
結石を破砕治療する結石破砕装置において、前記駆動手
段への供給電圧を低電圧又は高電圧に切換える切換手段
と、前記駆動電圧が低電圧のとき、各ピエゾ素子により
受信される反射信号を実質的に衝撃波発生時の焦点と同
位置とすべく遅延させ受信する受信手段と、前記受信信
号中の前記焦点領域の所定位置からの反射波信号中の特
定周波数成分を検出する特定周波数波成分検出手段と、
前記検出された特定周波数成分について所定の特性値を
求め、この特性値と予め設定されたしきい値とを比較す
る比較手段と、前記比較結果を前記焦点領域内の各位置
について取得し、各比較結果に基づいて衝撃波の照射位
置を決定する手段と、前記切換手段を高電圧側に切換
え、前記決定した照射位置に衝撃波を照射させるべく制
御する手段とを有することが特徴である。
【0010】
【作用】本発明による結石破砕装置では、各ピエゾ素子
の駆動位相を制御して焦点位置を移動しながら患者体内
からの反射波を受信し、その受信信号のうち、焦点領域
らの反射波信号の周波数成分を検出してその周波数成分
について所定の特性値を求めて閾値と比較することで、
どの位置にどのくらいの大きさの破片があるかを的確に
判定することができる。
の駆動位相を制御して焦点位置を移動しながら患者体内
からの反射波を受信し、その受信信号のうち、焦点領域
らの反射波信号の周波数成分を検出してその周波数成分
について所定の特性値を求めて閾値と比較することで、
どの位置にどのくらいの大きさの破片があるかを的確に
判定することができる。
【0011】つまり、ピエゾ素子群を低電圧で駆動した
ときに発生される弱いパルス状の超音波を患者体内に照
射した時の焦点領域からの反射波信号には物体の音響イ
ンピーダンスの情報のみでなく、反射物体の形状・サイ
ズの情報も含まれている。具体的には「超音波技術便覧
(日刊工業新聞社)」の第47頁から始まる1・5「小
物体による反射と散乱」の項に記載されているように、
送信された超音波の波長(λ)と、反射物体のサイズ
(d)との関係がka<1(ka=πd/λ、k:波
数,a:半径)の場合には、小さな反射体ほど反射強度
が小さくなる。このことから送信した弱いパルス状の超
音波の周波数成分のうち、ka<1となるような周波数
領域の成分は反射波においてエネルギーが小さくなって
いくため、この周波数成分を分析することにより反射体
である結石の破片サイズを推定することが可能となる。
ときに発生される弱いパルス状の超音波を患者体内に照
射した時の焦点領域からの反射波信号には物体の音響イ
ンピーダンスの情報のみでなく、反射物体の形状・サイ
ズの情報も含まれている。具体的には「超音波技術便覧
(日刊工業新聞社)」の第47頁から始まる1・5「小
物体による反射と散乱」の項に記載されているように、
送信された超音波の波長(λ)と、反射物体のサイズ
(d)との関係がka<1(ka=πd/λ、k:波
数,a:半径)の場合には、小さな反射体ほど反射強度
が小さくなる。このことから送信した弱いパルス状の超
音波の周波数成分のうち、ka<1となるような周波数
領域の成分は反射波においてエネルギーが小さくなって
いくため、この周波数成分を分析することにより反射体
である結石の破片サイズを推定することが可能となる。
【0012】従って、この発明のように焦点領域(結石
部位)からの反射波信号の周波数成分から算出された
値、例えば特定周波数成分の強度と設定値との比率、反
射波中の特定周波数帯のエネルギーと設定値との比率、
又は特定周波数帯のエネルギーの重心周波数と設定値と
の比率を求め、これらが閾値より大きければ結石の破片
サイズは大きく、衝撃波を照射する必要があることが分
かり、閾値より小さければ、結石の破片は十分に小さく
なり、破砕が完了したと判断できる。
部位)からの反射波信号の周波数成分から算出された
値、例えば特定周波数成分の強度と設定値との比率、反
射波中の特定周波数帯のエネルギーと設定値との比率、
又は特定周波数帯のエネルギーの重心周波数と設定値と
の比率を求め、これらが閾値より大きければ結石の破片
サイズは大きく、衝撃波を照射する必要があることが分
かり、閾値より小さければ、結石の破片は十分に小さく
なり、破砕が完了したと判断できる。
【0013】但し、ここで少しの結石の移動でも反射波
の振幅が大きく変化するため、特定周波数成分の強度や
特定周波数幅のエネルギーに関しては、受信波の振幅、
全エネルギー又はその特定周波数幅のエネルギーで正規
化して用いた方が安定である。
の振幅が大きく変化するため、特定周波数成分の強度や
特定周波数幅のエネルギーに関しては、受信波の振幅、
全エネルギー又はその特定周波数幅のエネルギーで正規
化して用いた方が安定である。
【0014】そこで、受信反射波の全エネルギー成分も
しくは破片サイズの影響を受けない高周波成分のエネル
ギー成分の積分値と第1の閾値との比較結果と、同反射
波信号の低周波成分の特性値と第2の閾値との比較結果
を用い、両演算値がいずれもそれぞれの閾値より大きい
とき、すなわち焦点が結石部位に一致し、かつ結石破砕
の進行状態が十分でないときにのみ駆動電圧を高電圧に
切替えることによって衝撃波が照射される。
しくは破片サイズの影響を受けない高周波成分のエネル
ギー成分の積分値と第1の閾値との比較結果と、同反射
波信号の低周波成分の特性値と第2の閾値との比較結果
を用い、両演算値がいずれもそれぞれの閾値より大きい
とき、すなわち焦点が結石部位に一致し、かつ結石破砕
の進行状態が十分でないときにのみ駆動電圧を高電圧に
切替えることによって衝撃波が照射される。
【0015】つまり、スキャンした範囲で最大の破片が
あると判断した位置(つまり、特定周波数成分の特性値
が最大の位置)に焦点位置が一致するように駆動移相を
制御し、高電圧電源に切り替えて焦点領域に衝撃波が照
射されるのである。
あると判断した位置(つまり、特定周波数成分の特性値
が最大の位置)に焦点位置が一致するように駆動移相を
制御し、高電圧電源に切り替えて焦点領域に衝撃波が照
射されるのである。
【0016】ここで、焦点位置とはピエゾ素子群が超音
波又は衝撃波発生時に実質的に持つ焦点と、その近傍を
も含む領域である。衝撃波の発生時には、各ピエゾ素子
への駆動電圧の印加タイミングを制御することによって
ピエゾ素子群が実質的に焦点を有する。また、反射波の
受信時には、ピエゾ素子群が実質的に衝撃波発生時の焦
点と同じ位置に焦点を有するように各ピエゾ素子からの
受信信号に遅延がかけられる。
波又は衝撃波発生時に実質的に持つ焦点と、その近傍を
も含む領域である。衝撃波の発生時には、各ピエゾ素子
への駆動電圧の印加タイミングを制御することによって
ピエゾ素子群が実質的に焦点を有する。また、反射波の
受信時には、ピエゾ素子群が実質的に衝撃波発生時の焦
点と同じ位置に焦点を有するように各ピエゾ素子からの
受信信号に遅延がかけられる。
【0017】焦点領域からの反射波信号について検出さ
れた周波数成分の所定の特性値としては、例えば全エネ
ルギーで正規化した特定周波数成分の強度と設定値との
比率、特定周波数幅のエネルギーと設定値との比率、又
は特定周波数幅のエネルギーの重心周波数と設定値との
比率を用いることができる。
れた周波数成分の所定の特性値としては、例えば全エネ
ルギーで正規化した特定周波数成分の強度と設定値との
比率、特定周波数幅のエネルギーと設定値との比率、又
は特定周波数幅のエネルギーの重心周波数と設定値との
比率を用いることができる。
【0018】この発明においては上記信号処理と同時に
比較状態を2次元的に表示し、どの程度の大きさの破片
が存在しているかをユーザー(おもに医師)に知らせる
ことで治療終了の指針として役立てることもできる。
比較状態を2次元的に表示し、どの程度の大きさの破片
が存在しているかをユーザー(おもに医師)に知らせる
ことで治療終了の指針として役立てることもできる。
【0019】
【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結石破砕装置の一実施
例の構成を示すブロック図である。
する。図1は本発明が適用された結石破砕装置の一実施
例の構成を示すブロック図である。
【0020】同図において、衝撃波源であるピエゾ素子
群1は複数のピエゾ素子を2次元アレイ状に配列したも
のであり、可撓性の水袋2により患者3にカップリング
されている。
群1は複数のピエゾ素子を2次元アレイ状に配列したも
のであり、可撓性の水袋2により患者3にカップリング
されている。
【0021】ピエゾ素子群1には、ピエゾ素子と同数の
駆動回路4が接続されている。駆動回路4は、制御回路
9により制御される切替スイッチ5を介して低電圧電源
6と高電圧電源7のいずれかに選択的に接続される。
駆動回路4が接続されている。駆動回路4は、制御回路
9により制御される切替スイッチ5を介して低電圧電源
6と高電圧電源7のいずれかに選択的に接続される。
【0022】駆動回路4には、遅延パルス発生回路8が
接続されている。遅延パルス発生回路8は論理レベルの
パルスを遅延できる例えばシフトレジスタを用いて構成
され、制御回路9により遅延量がコントロールされて駆
動回路4の各々に所定のタイミングでトリガパルスを供
給し、各ピエゾ素子への駆動パルス電圧の印加タイミン
グを制御する。遅延時間制御による焦点位置の移動動作
の詳細については、例えば米国特許第4,526,16
8号に詳しく述べられているように公知であるので、こ
こでは省略する。
接続されている。遅延パルス発生回路8は論理レベルの
パルスを遅延できる例えばシフトレジスタを用いて構成
され、制御回路9により遅延量がコントロールされて駆
動回路4の各々に所定のタイミングでトリガパルスを供
給し、各ピエゾ素子への駆動パルス電圧の印加タイミン
グを制御する。遅延時間制御による焦点位置の移動動作
の詳細については、例えば米国特許第4,526,16
8号に詳しく述べられているように公知であるので、こ
こでは省略する。
【0023】ピエゾ素子群1が患者3の体内からの反射
波を受信して得られるRF信号(反射波信号は)、受信
遅延回路10を介して加算回路11に入力される。受信
遅延回路10はアナログ遅延回路及びゲート回路により
構成され、その遅延量は制御回路9により遅延パルス発
生回路8と同様に制御される。これにより、ピエゾ素子
群1は受信時も実質的に衝撃波発生時の焦点と同じ位置
に焦点を持つようになり、反射波信号のうちピエゾ素子
群1の焦点領域からの反射波信号のみを抽出する。前記
受信波形は加算回路11を通じて各周波数帯のエネルギ
ーを取得するフィルタ12,13,14に入力される。
波を受信して得られるRF信号(反射波信号は)、受信
遅延回路10を介して加算回路11に入力される。受信
遅延回路10はアナログ遅延回路及びゲート回路により
構成され、その遅延量は制御回路9により遅延パルス発
生回路8と同様に制御される。これにより、ピエゾ素子
群1は受信時も実質的に衝撃波発生時の焦点と同じ位置
に焦点を持つようになり、反射波信号のうちピエゾ素子
群1の焦点領域からの反射波信号のみを抽出する。前記
受信波形は加算回路11を通じて各周波数帯のエネルギ
ーを取得するフィルタ12,13,14に入力される。
【0024】ハイパスフィルタ12は、破片サイズの影
響を受けにくい例えば500kHz以上の高周波数域の
エネルギーを求め、第1の破砕度判定回路15及び第2
の破砕度判定回路16に送る。
響を受けにくい例えば500kHz以上の高周波数域の
エネルギーを求め、第1の破砕度判定回路15及び第2
の破砕度判定回路16に送る。
【0025】ローパスフィルタ13は破片サイズが小さ
くなった際にまず最初に影響を受ける例えば0〜200
kHzの低周波数域のエネルギーを求め、その結果を第
1の破砕度判定回路15に送る。また、バンドパスフィ
ルタ14は破片サイズが更に小さくなった際に影響を受
ける例えば200〜400kHzの周波数域のエネルギ
ーを求め、その結果を第2の破砕度判定回路16に送
る。
くなった際にまず最初に影響を受ける例えば0〜200
kHzの低周波数域のエネルギーを求め、その結果を第
1の破砕度判定回路15に送る。また、バンドパスフィ
ルタ14は破片サイズが更に小さくなった際に影響を受
ける例えば200〜400kHzの周波数域のエネルギ
ーを求め、その結果を第2の破砕度判定回路16に送
る。
【0026】各破砕度判定回路15,16は入力された
周波数成分のデータに関する特性値を求め、これを予め
設定された第1の閾値TH1及び第2の閾値TH2と比
較して結石片のサイズを大小関係を判定し、その比較結
果を制御回路9およびCRTディスプレイ17に送る。
周波数成分のデータに関する特性値を求め、これを予め
設定された第1の閾値TH1及び第2の閾値TH2と比
較して結石片のサイズを大小関係を判定し、その比較結
果を制御回路9およびCRTディスプレイ17に送る。
【0027】次にこの実施例の結石破砕装置の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【0028】まず、初期状態として切替スイッチ5は低
電圧電源6側に切替えられている。そしてオペレータが
治療スタートスイッチ(図示せず)を操作すると、遅延
パルス発生回路8からのトリガパルスにより駆動回路4
が起動される。これにより、ピエゾ素子群1は低電圧で
パルス的に駆動され、衝撃波にならない程度の弱い圧力
の超音波パルスを発射する。この超音波パルスは、水袋
2内の水を伝搬媒質として患者3の体内に照射され、遅
延パルス発生回路8の遅延時間により設定された焦点領
域に集束される。
電圧電源6側に切替えられている。そしてオペレータが
治療スタートスイッチ(図示せず)を操作すると、遅延
パルス発生回路8からのトリガパルスにより駆動回路4
が起動される。これにより、ピエゾ素子群1は低電圧で
パルス的に駆動され、衝撃波にならない程度の弱い圧力
の超音波パルスを発射する。この超音波パルスは、水袋
2内の水を伝搬媒質として患者3の体内に照射され、遅
延パルス発生回路8の遅延時間により設定された焦点領
域に集束される。
【0029】体内に照射された超音波パルスは、音響イ
ンピーダンスの異なる部分で反射される。この反射波は
ピエゾ素子群1で受信され、得られた反射波信号のうち
受信遅延回路10により設定された焦点領域、すなわち
遅延パルス発生回路8により設定された焦点領域と同じ
領域からの信号のみを切り出して加算回路11に供給す
る。これは制御回路9から受信遅延回路10に対して、
駆動回路4が低電圧パルスを発生したタイミングにより
ピエゾ素子群1と焦点との間の超音波の往復時間後にサ
ンプリングゲートをかけるようなゲート信号を供給する
ことにより達成できる。受信遅延回路10および加算回
路11で検出された焦点領域からの反射波信号は、それ
ぞれハイパスフィルタ(HPF)12、ローパスフィル
タ(LPF)13、バンドパスフィルタ(BPF)14
に入力される。
ンピーダンスの異なる部分で反射される。この反射波は
ピエゾ素子群1で受信され、得られた反射波信号のうち
受信遅延回路10により設定された焦点領域、すなわち
遅延パルス発生回路8により設定された焦点領域と同じ
領域からの信号のみを切り出して加算回路11に供給す
る。これは制御回路9から受信遅延回路10に対して、
駆動回路4が低電圧パルスを発生したタイミングにより
ピエゾ素子群1と焦点との間の超音波の往復時間後にサ
ンプリングゲートをかけるようなゲート信号を供給する
ことにより達成できる。受信遅延回路10および加算回
路11で検出された焦点領域からの反射波信号は、それ
ぞれハイパスフィルタ(HPF)12、ローパスフィル
タ(LPF)13、バンドパスフィルタ(BPF)14
に入力される。
【0030】HPF12では焦点領域の結石片が小さく
なっても影響を受けにくいような高周波成分(例えば、
500kHz〜5MHzの範囲)のエネルギーE1を検
出し、各破砕度判定回路15,16に送る。また、LP
F13では破片が小さくなるとまず最初に影響を受ける
最も低い周波数成分(例えば0〜200kHzの範囲)
のエネルギーE2を検出し、第1の破砕度判定回路15
に送る。
なっても影響を受けにくいような高周波成分(例えば、
500kHz〜5MHzの範囲)のエネルギーE1を検
出し、各破砕度判定回路15,16に送る。また、LP
F13では破片が小さくなるとまず最初に影響を受ける
最も低い周波数成分(例えば0〜200kHzの範囲)
のエネルギーE2を検出し、第1の破砕度判定回路15
に送る。
【0031】一方、BPF14はLPF13より高周波
数域で更に破片サイズが小さくなった際の破砕度の判定
をより正確に行うために設けてある。これは、医用電子
と生体工学(JJME vol.29 Suppl. 第30回日本M
E学会大会論文集)のp.293に記載の「反射波によ
る破砕状況確認の可能性(第2報)」によれば、破片サ
イズが小さくなりすぎると0〜200kHzの低周波成
分ではその波長が結石片サイズより大きくなり、破片を
破片と認識できずに一つの境と認識されるために低周波
数域の反射波レベルが逆に上昇するという現象がみられ
たため(図6(a))、0〜200kHzの周波数域の
判定だけでは正確な判定が出来ない可能性があった。
数域で更に破片サイズが小さくなった際の破砕度の判定
をより正確に行うために設けてある。これは、医用電子
と生体工学(JJME vol.29 Suppl. 第30回日本M
E学会大会論文集)のp.293に記載の「反射波によ
る破砕状況確認の可能性(第2報)」によれば、破片サ
イズが小さくなりすぎると0〜200kHzの低周波成
分ではその波長が結石片サイズより大きくなり、破片を
破片と認識できずに一つの境と認識されるために低周波
数域の反射波レベルが逆に上昇するという現象がみられ
たため(図6(a))、0〜200kHzの周波数域の
判定だけでは正確な判定が出来ない可能性があった。
【0032】本発明者らは鋭意検討した結果、結石の破
片サイズが2mm以上では200kHz以下の周波数域に
しかエネルギーの低下は見られないが、破片サイズ2mm
未満になると200kHz以上の周波数域にもサイズに
依存したエネルギーの低下がみられることを明らかに
し、そこから上記のように例えば200〜400kHz
の更に高い周波数域の特性値を導入する必要性を明らか
にした。
片サイズが2mm以上では200kHz以下の周波数域に
しかエネルギーの低下は見られないが、破片サイズ2mm
未満になると200kHz以上の周波数域にもサイズに
依存したエネルギーの低下がみられることを明らかに
し、そこから上記のように例えば200〜400kHz
の更に高い周波数域の特性値を導入する必要性を明らか
にした。
【0033】これより、BPF14により200〜40
0kHz成分のエネルギー値E3を第2の破砕度判定回
路16に送り、これら2つの値を比較することにより、
正しい破片サイズを特定することが可能になる。
0kHz成分のエネルギー値E3を第2の破砕度判定回
路16に送り、これら2つの値を比較することにより、
正しい破片サイズを特定することが可能になる。
【0034】次に、図5に示すフローチャートを参照し
ながら本実施例の動作の流れについて説明する。
ながら本実施例の動作の流れについて説明する。
【0035】まず、焦点位置を電子的にスキャンしてそ
の点での破砕度判定用信号E1,E2,E3を取得する
(ステップST1,ST2)。
の点での破砕度判定用信号E1,E2,E3を取得する
(ステップST1,ST2)。
【0036】このうちE1と所定値(第1のしきい値T
H1)との大きさが比較され(ステップST3)、E1
の方が小さいと判定された場合には(ステップST3で
「小」)、大きな反射波は返ってきていないと判定し、
焦点領域には結石片が存在しないものとしてこれをCR
T表示した後(ステップST12)、焦点位置を別の位
置へ移動する(ステップST15)。
H1)との大きさが比較され(ステップST3)、E1
の方が小さいと判定された場合には(ステップST3で
「小」)、大きな反射波は返ってきていないと判定し、
焦点領域には結石片が存在しないものとしてこれをCR
T表示した後(ステップST12)、焦点位置を別の位
置へ移動する(ステップST15)。
【0037】また、E1がTH1より大きいときには
(ステップST3で「大」)、低周波成分のエネルギー
E2、E3の値をE1の値で正規化してそれぞれNA
1、NA2を求め(ステップST11)、そのうちNA
2と第2のしきい値TH2との比較を行なう(ステップ
ST4)。この比較結果がNA2<TH1の場合には
(ステップST4「小」)、破片サイズは2mm以下であ
ると判定し(ステップST13)、CRT表示した後
(ステップST14)次の点の測定に移る(ステップS
T15)。
(ステップST3で「大」)、低周波成分のエネルギー
E2、E3の値をE1の値で正規化してそれぞれNA
1、NA2を求め(ステップST11)、そのうちNA
2と第2のしきい値TH2との比較を行なう(ステップ
ST4)。この比較結果がNA2<TH1の場合には
(ステップST4「小」)、破片サイズは2mm以下であ
ると判定し(ステップST13)、CRT表示した後
(ステップST14)次の点の測定に移る(ステップS
T15)。
【0038】また、NA2がTH2より大きい場合には
(ステップST4で「大」)、破片サイズが2mm以上で
あると判定し、この判定結果をCRT表示した後(ステ
ップST5)、NA1の値、及び位置の情報をメモリ等
に記憶する(ステップST6)。この際、NA1が前の
値と異なる場合には大きい方の値をホールドする。
(ステップST4で「大」)、破片サイズが2mm以上で
あると判定し、この判定結果をCRT表示した後(ステ
ップST5)、NA1の値、及び位置の情報をメモリ等
に記憶する(ステップST6)。この際、NA1が前の
値と異なる場合には大きい方の値をホールドする。
【0039】そして、再度位相制御を行ない、焦点位置
を移動して同様のシーケンスを所定の範囲内をスキャン
し終了するまで繰り返す(ステップST1〜ST6)。
その後、NA1が最大である点をCRT表示し(ステッ
プST7)、この点へ位相制御し(ステップST8)、
スイッチ5を高電圧側に切換えて衝撃波を照射する(ス
テップST9,10)。
を移動して同様のシーケンスを所定の範囲内をスキャン
し終了するまで繰り返す(ステップST1〜ST6)。
その後、NA1が最大である点をCRT表示し(ステッ
プST7)、この点へ位相制御し(ステップST8)、
スイッチ5を高電圧側に切換えて衝撃波を照射する(ス
テップST9,10)。
【0040】この時、メモリにTH1の最大値が存在せ
ず、スキャンした領域が生体組織もしくは2mm以下の破
片のみであると判断した場合には、衝撃波を照射せず初
期状態へ戻る。
ず、スキャンした領域が生体組織もしくは2mm以下の破
片のみであると判断した場合には、衝撃波を照射せず初
期状態へ戻る。
【0041】このようにして、複数点での破砕度の判定
を行い、焦点とその近傍の結石の破砕状態を的確に把握
しながら衝撃波を照射、破砕治療を行うことで副作用の
少ない、治療効果の高い結石破砕装置を提供することが
出来る。
を行い、焦点とその近傍の結石の破砕状態を的確に把握
しながら衝撃波を照射、破砕治療を行うことで副作用の
少ない、治療効果の高い結石破砕装置を提供することが
出来る。
【0042】上記実施例では各周波数成分のエネルギー
値の取得にフィルタを使用したが、これに限らず、FF
Tアナライザ等の周波数分析手段を使用しても同様の構
成が可能である。
値の取得にフィルタを使用したが、これに限らず、FF
Tアナライザ等の周波数分析手段を使用しても同様の構
成が可能である。
【0043】また、CRTディスプレイ17は、上記シ
ーケンスと同時又は独立に結石片の分布状態を2次元的
に表示する。ここで焦点のスキャン方向は図2のように
超音波Cモードと同様に行う。これは、生体組織との音
響インピーダンスの差が大きい結石に於いてはAモード
及びBモードではほとんどの超音波が結石表面で反射さ
れてしまい、結石表面の状態やその位置の破片の有無が
判るたけであるが、Cモードでは結石の分布及び平面的
に見た結石の大きさ等が一目で判るという利点がある。
従って、図3のようにCRT上に各点での結石の破砕度
を例えば周囲組織は白色、破片サイズ2mm以下では緑
色、破片サイズ2mm以上では黄色、破片サイズ2mm以上
で最大の破片サイズの位置は赤色というように色分けす
ることで、結石の現在の破砕状態や分布等が一目で判
り、有効な治療指針を得ることが出来る。
ーケンスと同時又は独立に結石片の分布状態を2次元的
に表示する。ここで焦点のスキャン方向は図2のように
超音波Cモードと同様に行う。これは、生体組織との音
響インピーダンスの差が大きい結石に於いてはAモード
及びBモードではほとんどの超音波が結石表面で反射さ
れてしまい、結石表面の状態やその位置の破片の有無が
判るたけであるが、Cモードでは結石の分布及び平面的
に見た結石の大きさ等が一目で判るという利点がある。
従って、図3のようにCRT上に各点での結石の破砕度
を例えば周囲組織は白色、破片サイズ2mm以下では緑
色、破片サイズ2mm以上では黄色、破片サイズ2mm以上
で最大の破片サイズの位置は赤色というように色分けす
ることで、結石の現在の破砕状態や分布等が一目で判
り、有効な治療指針を得ることが出来る。
【0044】上記実施例では色分けを4種類にしたが、
これに限らず更に細分化した表示も可能である。更には
破砕度の判定結果ではなく、単純に結石からの反射波振
幅の大小のみを表示することでもその位置の破片サイズ
の情報は出てこないが、結石片の分布の情報は得られる
ため、これによっても、最大の反射が返ってくる位置に
衝撃波を照射する等の制御ができ、より安全な治療が可
能となる。
これに限らず更に細分化した表示も可能である。更には
破砕度の判定結果ではなく、単純に結石からの反射波振
幅の大小のみを表示することでもその位置の破片サイズ
の情報は出てこないが、結石片の分布の情報は得られる
ため、これによっても、最大の反射が返ってくる位置に
衝撃波を照射する等の制御ができ、より安全な治療が可
能となる。
【0045】上記実施例では電子走査による焦点近傍の
Cモードの様な画像を表示していたが、実際の治療では
超音波Bモード画像によって結石の位置を認識し、焦点
の位置決めを行うため、上記の2つの画像を組み合わせ
て使用することが多いと考えられる。このような実施例
を図4(a)に示す。また、図4(b)は超音波Bモー
ド像上に線などでCモード断面の位置を示し、その横に
表示された超音波Cモード像上に上記の結石片サイズの
情報を例えば色等を変えて重ねて表示することで結石の
大きさ・状態を疑似立体的にわかりやすくユーザーに知
らせることができる。
Cモードの様な画像を表示していたが、実際の治療では
超音波Bモード画像によって結石の位置を認識し、焦点
の位置決めを行うため、上記の2つの画像を組み合わせ
て使用することが多いと考えられる。このような実施例
を図4(a)に示す。また、図4(b)は超音波Bモー
ド像上に線などでCモード断面の位置を示し、その横に
表示された超音波Cモード像上に上記の結石片サイズの
情報を例えば色等を変えて重ねて表示することで結石の
大きさ・状態を疑似立体的にわかりやすくユーザーに知
らせることができる。
【0046】なお、この発明は体内の骨や空気(肺や腸
管ガス)からの反射波信号の周波数成分が結石と異なる
ことを利用して、上記実施例と同じ構成で、超音波を強
く反射させる物体が結石か否かを破砕度判定を判定しな
がら破砕治療を行うこともできる。
管ガス)からの反射波信号の周波数成分が結石と異なる
ことを利用して、上記実施例と同じ構成で、超音波を強
く反射させる物体が結石か否かを破砕度判定を判定しな
がら破砕治療を行うこともできる。
【0047】また、上記実施例では上記正規化を所定周
波数幅のエネルギーを用いて行ったが、受信信号の振幅
または全エネルギーを用いても同様の結果が得られる。
波数幅のエネルギーを用いて行ったが、受信信号の振幅
または全エネルギーを用いても同様の結果が得られる。
【0048】上記実施例ではピエゾ素子1の駆動電圧を
低電圧と高電圧の2段階に切替えたが、同一駆動電圧で
は焦点の位置によってそのピーク圧力が異なることが明
らかになっている。例えば、ピエゾ素子1が幾何学焦点
を有する形状をもつ場合、その幾何学焦点から大きくは
ずれるほどピーク圧力は低下する。従って、同じ駆動電
圧で治療を行っても、焦点位置が異なるとピーク圧力が
異なり、ひいては焦点位置が違う毎に装置の結石破砕力
が異なることも考えられる。このような場合には、焦点
位置をずらしたがために結石が全く割れなかったり、あ
る点では不必要に強い圧力が発生して組織損傷の可能性
を高めたりといったことが起こり得る。このような不具
合を防止するためには、各駆動電圧値による焦点可変時
のピーク電圧もしくは破砕力曲線をプリセット値として
メモリに記憶しておき、焦点位置をどの様な点に持って
きてもピーク圧力もしくは破砕力が一定になるように制
御することが望ましい。
低電圧と高電圧の2段階に切替えたが、同一駆動電圧で
は焦点の位置によってそのピーク圧力が異なることが明
らかになっている。例えば、ピエゾ素子1が幾何学焦点
を有する形状をもつ場合、その幾何学焦点から大きくは
ずれるほどピーク圧力は低下する。従って、同じ駆動電
圧で治療を行っても、焦点位置が異なるとピーク圧力が
異なり、ひいては焦点位置が違う毎に装置の結石破砕力
が異なることも考えられる。このような場合には、焦点
位置をずらしたがために結石が全く割れなかったり、あ
る点では不必要に強い圧力が発生して組織損傷の可能性
を高めたりといったことが起こり得る。このような不具
合を防止するためには、各駆動電圧値による焦点可変時
のピーク電圧もしくは破砕力曲線をプリセット値として
メモリに記憶しておき、焦点位置をどの様な点に持って
きてもピーク圧力もしくは破砕力が一定になるように制
御することが望ましい。
【0049】また、この例ではピーク圧力や破砕力曲線
をメモリに記憶して於いて制御を行ったが、シミュレー
ションによるピーク圧力曲線に従って駆動電圧の制御を
行うことも可能である。
をメモリに記憶して於いて制御を行ったが、シミュレー
ションによるピーク圧力曲線に従って駆動電圧の制御を
行うことも可能である。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、結石
の存在位置となる結石の大きさを正確にかつリアルタイ
ムで知ることができるので、破砕の必要がある結石のみ
に衝撃波を照射することが可能となる。
の存在位置となる結石の大きさを正確にかつリアルタイ
ムで知ることができるので、破砕の必要がある結石のみ
に衝撃波を照射することが可能となる。
【0051】このため、結石が確実に処理できなかった
り、既に破砕された結石に何度も衝撃波を照射するとい
う不具合は解消され、副作用が少なく破砕効率の高い結
石破砕が可能となるという効果が得られる。
り、既に破砕された結石に何度も衝撃波を照射するとい
う不具合は解消され、副作用が少なく破砕効率の高い結
石破砕が可能となるという効果が得られる。
【図1】本発明が適用された結石破砕装置の一実施例の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図2】焦点スキャン範囲の例を示す説明図である。
【図3】破片サイズの表示例を示す説明図である。
【図4】CRTディスプレイでの表示例を示す説明図で
ある。
ある。
【図5】本実施例の動作を示すフローチャートである。
【図6】破片サイズと各特性値の変化を示す図である。
1 ピエゾ素子 2 水袋 7 高電圧電源 8 遅延パルス発生回路 9 制御回路 10 受信遅延回路 11 反射波信号加算回路 12 ハイパスフィルタ(HPF) 13 ローバスフィルタ(LPF) 14 バンドパスフィルタ(BPF) 15 第1の破砕度判定回路 16 第2の砕度判定回路 17 CRTディスプレイ
Claims (2)
- 【請求項1】 ピエゾ素子群と、該ピエゾ素子群に駆動
電圧を印加する駆動手段と、前記駆動電圧の印加タイミ
ングを制御するタイミング制御手段とを有し、前記ピエ
ゾ素子群で発生させた衝撃波を患者体内の結石に照射し
て結石を破砕治療する結石破砕装置において、 前記駆動手段への供給電圧を低電圧又は高電圧に切換え
る切換手段と、 前記駆動電圧が低電圧のとき、各ピエゾ素子により受信
される反射信号を実質的に衝撃波発生時の焦点と同位置
とすべく遅延させ受信する受信手段と、 前記受信信号中の前記焦点領域の所定位置からの反射波
信号中の特定周波数成分を検出する特定周波数成分検出
手段と、 前記検出された特定周波数成分について所定の特性値を
求め、この特性値と予め設定されたしきい値とを比較す
る比較手段と、 前記比較結果を前記焦点領域内の各位置について取得
し、各比較結果に基づいて衝撃波の照射位置を決定する
手段と、 前記切換手段を高電圧側に切換え、前記決定した照射位
置に衝撃波を照射させるべく制御する手段と、 を有することを特徴とする結石破砕装置。 - 【請求項2】 前記低電圧・高電圧を供給する電源は、
焦点位置を駆動移相の印加タイミングを制御して可変と
する際に、焦点位置でのピーク圧力又は焦点領域での通
過エネルギーを一定とすべく駆動電圧を制御する機能を
付加した請求項1記載の結石破砕装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4111236A JPH05305094A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 結石破砕装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4111236A JPH05305094A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 結石破砕装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05305094A true JPH05305094A (ja) | 1993-11-19 |
Family
ID=14556027
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4111236A Pending JPH05305094A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 結石破砕装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05305094A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005020115A1 (de) * | 2005-04-29 | 2006-08-24 | Siemens Ag | Verfahren und Einrichtung zum Ermitteln des Zerstörungsgrades eines Konkrementes bei der Lithotripsie |
-
1992
- 1992-04-30 JP JP4111236A patent/JPH05305094A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005020115A1 (de) * | 2005-04-29 | 2006-08-24 | Siemens Ag | Verfahren und Einrichtung zum Ermitteln des Zerstörungsgrades eines Konkrementes bei der Lithotripsie |
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