JPH0555137B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、被検体内にある結石を超音波の集束
エネルギで破砕する超音波結石破砕装置に関する
ものである。

（従来の技術） 近年衝撃波エネルギを利用して被検体内の結石
を破砕するようにした装置が実用化されている。

この装置は、所定の大きさを有し、且つ、その
内部に適温の水を満たした容器内に結石を持つた
被検体を入れてその結石の位置を回転楕円体の一
方の焦点位置と一致させ、他方の焦点位置で火薬
の爆発や放電現象により衝撃波を発生させてその
まわりに配置した回転楕円形の音響ミラーにより
衝撃波を結石部分に集束させるようにして衝撃波
エネルギにより結石を破砕するようにしたもので
ある。

この場合、被検体の結石の位置の確認は、前記
容器の外側に配置したＸ線透視装置により結石部
分を表示しながら行うものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した装置により数十回乃至
数百回の破砕作用を繰り返す場合、１回の衝撃波
の発生毎に火薬や電極を取り替えなければなら
ず、そのための時間が多くかかると共に費用も多
大に要するという問題がある。

また、この装置の場合被検体を水を満たした容
器内に入れる煩しさがあり、更にはＸ線透視によ
る観察が不可欠であるため被検体及びオペレータ
の受ける被爆量も無視できない量となる。

更に、装置が大規模となり価格も極めて高価に
なるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、Ｘ線の被爆のおそれが全くなく適確に被検体
の結石を破壊することができしかも低価格な超音
波結石破砕装置を提供することを目的とするもの
である。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の概要は、体
外より被検体内にある結石に衝撃波を照射し結石
を破砕する結石破砕装置において、凹面形状を有
しその幾何学的中心点に超音波の集束点を形成す
る第１のトランスジユーサと、この第１のトラン
スジユーサと所定の位置関係をもつて配置され前
記集束点を含む音場領域を形成して被検体の断層
像データを得る第２のトランスジユーサと、前記
第１のトランスジユーサに接続され、この第１の
トランスジユーサから強力超音波或いは微弱超音
波のいずれかを選択的に発生させるパルサと、こ
のパルサにより微弱超音波を発生させ且つそれに
よるエコー信号を前記第１のトランスジユーサで
受信し被検体内における前記結石の位置を確認す
る結石位置確認手段とを具備することを特徴とす
るものである。

（作用） 上記構成によれば微弱超音波で結石位置を確認
した後に強力超音波で結石を適確に破砕すること
ができる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を詳細に説明する。第１
図に示す実施例装置は、後に詳述する異なる音場
領域を形成する超音波を送受波するために第１、
第２の超音波トランスジユーサ１，２を含んで構
成されたアプリケータ３と、第１の超音波トラン
スジユーサ１に対し強弱２種類のパルス信号を送
出すると共にこの第１の超音波トランスジユーサ
１からの超音波エコー信号を受信して信号処理す
る第１の信号処理系４と、前記第２の超音波トラ
ンスジユーサ２に対しパルス信号を送出して超音
波を発生させると共に扇状に走査しこの第２の超
音波トランスジユーサ２からの超音波エコー信号
を受信して信号処理する第２の信号処理系５と、
所定のパラメータのもとにこの装置各部の制御を
行うCPU（中央処理装置）６及びこのCPU６に制
御され前記第１、第２の信号処理系４，５におけ
るパルス信号の送受信タイミング、振幅、周波数
等を制御するコントローラ７からなる制御系８
と、前記CPU６により制御され第２信号処理系
５の出力信号に対し信号変換処理を行う信号変換
系（例えばデイジタルスキヤンコンバータ）９
と、この信号変換系９の出力信号を基に第２の超
音波トランスジユーサ２による第３図に示すよう
な扇状の音場領域３１、被検体の体表像３３、腎
臓像３４、腎結石像３５等と第１の超音波トラン
スジユーサ１の位置３６、音場領域３７、集束点
マーカ３８等とを表示するTVモニタ等の表示手
段１０と、前記第１の信号処理系４の出力信号に
基き被検体内の腎結石の位置を確認するスピーカ
等の結石位置確認手段１１と、被検体の一部、例
えば手足等に接触可能に形成され被検体の心拍動
等を示す被検体信号を前記CPU６に送る被検体
信号検出素子１２と、前記第１の信号処理系４か
ら第１の超音波トランスジユーサ１に送られるパ
ルス信号の発生タイミングを設定すべくCPU６
に接続された第１、第２のプツシユボタンからな
るパルス発生スイツチ１３と、前記信号変換系９
における信号変換時における超音波音速設定値を
可変すべくCPU６に接続された音速設定手段１
４とを有し構成されている。次にアプリケータ３
の具体的構成について説明する。前記第１の超音
波トランスジユーサ１は、第２図に示すように中
央部に所定形状の抜孔を設けた例えば共振周波数
1MHzで直径10cmの曲率を有する凹面振動子１５
と、この凹面振動子１５の背面に一様に接着した
バツキング材１６とからなり、凹面振動子１５の
図示しない電極に第１のケーブル１７を接続して
いる。

前記第２の超音波トランスジユーサ２は、前記
抜孔内に固定され、且つ細い振動子を配列してな
る振動子アレイ２ａを前記凹面振動子１５の曲面
に臨ませたセクタプローブであり、このセクタプ
ローブから第２のケーブル１８を引き出してい
る。

前記第１の超音波トランスジユーサ１の外周部
は、シヤフト１９を有する固定枠２０により支持
され、またこの固定枠２０はアーム２１に結合さ
れて固定枠２０を動かすことにより第１、第２の
超音波トランスジユーサ１，２を所望の位置に移
動させ且つその位置に固定できるようになつてい
る。

前記第１、第２の超音波トランスジユーサ１，
２は、音響カプラ２２により被検体の体表３３Ｍ
に対し音響的に結合される。この音響カプラ２２
は第２図に示すように水とほぼ等しい音響インピ
ーダンスを有する薄い膜で形成された袋２３と、
この袋２３内に満された水２３ａとから構成さ
れ、この音響カプラ２２を前記第１、第２の超音
波トランスジユーサ１，２の音場領域側に配置す
ることにより、第１、第２の超音波トランスジユ
ーサ１，２と被検体との間の超音波の送受波を効
率よく行うようになつている。

次に第１の信号処理系４について説明する。第
１の信号処理系４は、制御系８のコントローラ７
により制御され、前記第１のケーブル１７を介し
て第１の超音波トランスジユーサ１に対し大振
幅、小振幅の２種類のパルス信号を送りこの第１
の超音波トランスジユーサ１から強弱２態様の超
音波を発生されるように励振するパルサ２４と、
第１の超音波トランスジユーサ１から被検体に送
波される弱い超音波に基くエコー信号を第１のケ
ーブル１７を介して受信する受信回路２５と、こ
の受信回路２５の出力信号を入力しこれを可聴周
波数の音響信号に変換して前記結石位置確認手段
１１に送出する第１の信号処理回路２６とから構
成されている。

次に第２の信号処理系５について説明する。第
２の信号処理系５は、前記制御系８のコントロー
ラ７により制御され、第２の超音波トランスジユ
ーサ２に対し所定のタイミングでパルス信号を送
つてこの第２の超音波トランスジユーサ２がセク
タスキヤンを行うように励振すると共にこのセク
タスキヤンに基く第２の超音波トランスジユーサ
２からのエコー信号を受信する送受信回路２７
と、この送受信回路２７の出力信号を入力しこれ
に振幅検波を施してビデオ信号として信号変換系
９に送出する第２の信号処理回路２８とから構成
されている。

次に上記構成の装置における基本的作用を被検
体内の腎臓３４Ｍ内の腎結石３５Ｍを破砕する場
合を例にとつて説明する。

まずアプリケータ３の固定枠２０により支持さ
れている音響カプラ２２を被検体の体表（例えば
背中）３３Ｍに乗せ、この状態第２の信号処理系
５及び信号変換系９を制御し、第２の超音波トラ
ンジユーサ２を駆動して表示手段１０の画面上に
被検体の断層像を表示する。

この断層像中に腎臓像３４が描写された段階で
その中にある腎結石像３５を探す。

この場合、表示手段１０上には、CPU６から
信号変換系９に送られる信号に基づいて、第３図
に示すような扇状の音場領域３１、被検体の体表
像３３，腎臓像３４、腎結石像３５等と第１の超
音波トランスジユーサ１の位置３６、音場領域３
７、集束点マーカ３８等とがそれぞれ固定された
位置に表示されると共に、リアルタイムで表示さ
れる被検体の断層像はアプリケータ３の移動に伴
つてその表示部位が変化する。

そして、腎結石像３５が断層像内に描写された
段階で更にアプリケータ３を微調整し、その腎結
石像３５が前記集束点マーカ３８内に位置するよ
うに設定しこの状態でアプリケータ３を固定す
る。

次にオペレータはパルス発生スイツチ１３の第
１のプツシユボタンを押しCPU６、コントロー
ラ７を介してパルサ２４に制御信号を送る。これ
によりパルサ２４から第１の超音波トランスジユ
ーサ１に大振幅のパルス信号が送られ第１の超音
波トランスジユーサ１は強力なエネルギをもつた
超音波パルスを集束点マーカ３８の位置に相当す
る位置にある被検体の腎結石３５Ｍに向けて送波
する。

この超音波パルスは腎結石３５Ｍの位置で衝撃
波となり、腎結石３５Ｍを破砕する。

このような超音波パルスの発生を何度か必要な
だけ繰り返すことにより、腎結石３５Ｍの全体を
破砕することができる。

尚、被検体は心拍動や呼吸等のためわずかに動
いていることから、予め被検体信号検出素子１２
を被検体の手、足や胸部、鼻等に接触しておき、
この被検体信号検出素子１２から得られる被検体
信号と前記パルススイツチ１３からの信号とを
CPU６により同期させてパルサ２４からのパル
ス信号の送出タイミングを制御するようにすれば
より効果的である。

以上の実施例装置の動作は、第１の超音波トラ
ンスジユーサ１による超音波パルスの集束点位置
と表示手段１０上の集束点マーカ３８とが誤差な
く対応するとの前提に基くものであるが、実際に
はこれらは完全に対応しているとは限らない。即
ち、表示手段１０上で腎結石像３５が集束点マー
カ３８内に入るようにしても第１の超音波トラン
スジユーサ１による真の集束点が被検体内の腎結
石３５Ｍの位置と一致しない場合も生じる。

これは、第２の超音波トランスジユーサ２によ
るセクタスキヤンに基くエコー信号からリアルタ
イムで断層像を表示する際に、信号変換系９にお
いて被検体内の超音波伝播速度が一定の値（例え
ば1530ｍ／ｓ）であると予め設定し、この伝播速
度を距離に換算して第２の信号処理系５からの出
力信号を信号変換し結果を表示手段１０上に表示
することによるものである。即ち、被検体の実際
の超音波伝播速度が上述した設定値と異なる場合
には、実際の腎結石３５Ｍの位置が表示手段１０
上に正しく表示されないことになる。

具体例で説明すると、被検体の体表３３から腎
結石３５Ｍまで超音波パルスが到達する際の音速
が上述した設定値1530（ｍ／ｓ）よりも速い場合
には、その反射エコーも速く帰つてくるため表示
手段１０上には実際の位置よりも近い位置関係を
もつて腎結石像３５が表示されることになる。

更に、超音波パルスの屈折等の影響のため、腎
結石像３５の表示位置の誤差はより大きくなる。

そこで、以下に本実施例装置において腎結石３
５Ｍの真の位置を確認しつつその破砕を行うため
の動作を説明する。

まずオペレータは上述した場合と同様に腎結石
像３５が集束点マーカ３８内に入るようにアプリ
ケータ３の位置を調整する。

次にオペレータはパルス発生スイツチ１３の第
２のプツシユボタを押しCPU６に微弱パルス発
生のための信号を送る。この信号によりコントロ
ーラ７はCPU６に制御されてパルサ２４に制御
信号を送り、この結果、パルサ２４から第１の超
音波トランスジユーサ１に対し小振幅のパルス信
号が送られ、第１の超音波トランスジユーサ１か
ら被検体に向けてごく弱い超音波パルスが送波さ
れる。

この弱い超音波パルスは被検体の各種組織に当
つて反射し、超音波エコーとなつて第１の超音波
トランスジユーサ１により受波されエコー信号に
交換される。受信回路２５にはこのエコー信号を
受信し、第１の信号処理回路２６に送る。第１の
信号処理回路２６はCPU６によつて制御され、
入力したエコー信号のうちから集束点近傍からの
エコー信号のみを検出しこれを可聴周波数の音響
信号に変換して送出する。結石位置確認手段１１
はこの音響信号を基に可聴音を発生する。

オペレータは、この可聴音を聴きながら腎結石
像３５が集束点マーカ３８内或いはその周辺に位
置するようにアプリケータ３を動かし、可聴音が
最大となる位置を探す。

このような操作により、腎結石の音響インピー
ダンスは他の組織より大きいため可聴音が最大に
なつたとき、第１の超音波トランスジユーサ１に
よる超音波パルスの真の集束位置と腎結石３５Ｍ
の位置とが一致したことになる。

この状態でオペレータはパルス発生スイツチ１
３の第１のプツシユボタンを押し、既述した場合
と同様パルサ２４から大振幅のパルス信号を第１
の超音波トランスジユーサ１に送つて集束点に位
置する腎結石３５Ｍに破砕する。

以上の動作により、被検体内の腎体内の腎結石
３５Ｍを確実に破砕することができる。

次に、本実施例装置において上述した結石位置
確認手段１１と表示手段１０上の断層像のスケー
ルフアクタの変化とを組み合せて腎結石３５Ｍの
破砕を行う動作について説明する。

表示手段１０上の断層像は信号変換系９におけ
る音速設定値、即ち、スケールフアクタを変える
ことにより拡大、縮小が可能である。

このためには、音速設定手段１４によりCPU
６を介して信号変換系９の音速設定値を変え、結
石位置確認手段１１からの可聴音が最大となると
き表示手段１０上の集束点マーカ３８内に腎結石
像３５が入るように断層像のスケールフアクタを
設定する。

このようにスケールフアクタを設定すれば、あ
る被検体の腎結石３５Ｍに何度も破砕のための超
音波パルスを加えるときにより便利である。

尚、上述したスケールフアクタの自動的設定も
本実施例装置により可能である。以下にその手法
について説明する。

第２の超音波トランスジユーサ２により毎秒30
フレームの断層像を得る場合を考え、その各フレ
ームの変り目毎に第１の超音波トランスジユーサ
１から弱い超音波パルスを送波する。このように
すれば、第２の超音波トランスジユーサ２による
リアルタイム断層像には何等影響を与えることが
なく第１の超音波トランスジユーサ１から毎秒当
り30個の超音波パルスを送波することができる。

第４図ａにおけるパルスa₀は第１の超音波トラ
ンスジユーサ１から送波されるパルスを示すもの
であり、同図ａのパルスa₁乃至a₅は腎結石３５Ｍ
からの反射エコーに基く第１の超音波トランスジ
ユーサ１で受信したエコー信号の検波波形を示す
ものである。同図ａから明らかなように腎結石３
５Ｍが第１の超音波トランスジユーサ１の集束点
よりも体表３３に近い位置にあるときにはパルス
a₀の発射時刻から短い時間にしかも振幅の小さい
広幅なパルスa₁が得られる。

アプリケータ３の第１の超音波トランスジユー
サ１を体表３３から少し遠ざけ腎結石３５Ｍを集
束点に近ずけた場合には、上述したパルスa₁より
も遅い時間で且つ振幅がより大きく幅が狭いパル
スa₂が得られる。

更に第１の超音波トランスジユーサ１を体表３
３か遠ざけ腎結石３５Ｍの位置が集束点の位置と
一致した場合には、パルスa₃のように振幅が最大
で最も狭幅のパルスa₃が得られる。

第１の超音波トランスジユーサ１を更に体表３
３から遠ざけると腎結石３５Ｍの位置は集束点位
置より遠方に至りパルスa₄、a₅のようなパルスが
得られる。

この場合、アプリケータ３の移動を連続的に行
えば、毎秒30個の反射エコーに基くパルスが得ら
れ、その各パルスの包絡線を描けば第４図ｂのよ
うになる。パルスa₀の発射時刻からこの包絡線の
ピーク点までの時間Ｔは、第１の超音波トランス
ジユーサ１の集束点と腎結石３５Ｍの位置とが一
致したときにこの超音波トランスジユーサ１から
発射された超音波パルスが腎結石３５Ｍに当つて
反射し第１の超音波トランスジユーサ１により受
波されるまでの時間に相当する。

即ち、凹面振動子１５の曲率半径をＲとすれ
ば、距離2R間を超音波が伝播するに要する時間
がＴということになる。

ここで、曲率半径Ｒは凹面振動子１５の幾何学
的形状により予め定まつているため時間Ｔが求ま
れば、このときの第１の超音波トランスジユーサ
１から音響カプラ２２を経て被検体内の腎結石３
５Ｍに至るまでの平均音速C_Mは下記(1)式で表わ
すことができる。

C_M＝2R／Ｔ ……(1) 前記音速C_Mを求める手順を以下に説明する。
既述したように腎結石からの反射エコーは集束点
に近いほどその振幅が大きく且つその幅が狭いた
め、第４図ａに示す各パルスa₁乃至a₅の波形を
CPU６により制御される第１の信号処理回路２
６微分し第４図ｃに示すような微分波形信号を用
いれば集束点の位置をより明確にとらえることが
できる。尚、第４図ｄは第４図ｃに示す微分波形
信号包絡線を示すものである。このような反射信
号或いはその微分波形信号を更に第１の信号処理
回路２６においてＡ／Ｄ変換処理、メモリへの格
納処理、デイジタル回路によるピーク点検出処理
を行ない時間Ｔを自動検出する。

そして、検出した時間Ｔのデータを一旦メモリ
に格納し、このデータと前記曲率半径Ｒの値とを
取り込み前記(1)式に基く演算を図示しない演算手
段で行うことにより平均音速C_Mを求め、これを
CPU６を介して信号変換系９に音速設定値とし
て送ることにより、表示手段１０上には被検体の
腎結石像３５を誤差なく表示することができ、こ
れにより腎結石３５Ｍを確実に破砕することが可
能となる。

このようなスケールフアクタの自動設定と結石
位置確認手段１１による集束点位置の音響的確認
とを併用して腎結石３５Ｍの破砕を行うこともも
ちろん可能である。

尚、実際の診断に際しては被検体組織の不均一
性や超音波パルスの減衰等があるため、前記(1)式
に多少の補正を加えることもあり得る。

また、集束点位置が凹面振動子１５の幾学的中
心からわずかにずれることもあり得るため、
CPU６により信号変換系９を制御し第１の超音
波トランスジユーサ１による音場領域３７及び集
束点マーカ３８をわずかに非対称に表示するよう
にすることもできる。

また、結石位置確認手段１１から発生させる音
は反射エコーの振幅に比例させてもよいし、反射
エコーが大きい程間隔が狭くなるような断続音と
することができる。

更に、結石位置確認手段１１としてスピーカを
用いる他被検体に対する影響を考慮しイヤホーン
としてもよい。

更にまた本発明によれば、破砕時の集束点と結
石との一致状況を見る際に、破砕時に用いる第１
の超音波トランスジユーサ１の比較的大面積の凹
面振動子１５を利用して弱い超音波の送受により
行うので、超音波の伝播経路上に微小な障害物例
えば骨、脂肪などが存在した場合、これらの障害
物を破砕時と同じ条件の基で正しく認識すること
ができ、結石の破壊を行う上で何らの問題も生じ
ない。

本発明は上述した実施例に限定されるものでは
なくその要旨の範囲内で種々の変形が可能であ
る。

例えば、上述した実施例では腎結石位置の確認
を音響的に行う場合について説明したが、これに
限らず第１の信号処理回路２６で得た第４図に示
すようなエコー信号を表示手段１０に送り、その
振幅の大小を見ながら破砕のためのパルス信号の
発生タイミングを定めることができる。

また、上述した実施例装置では腎結石を破砕す
る場合について説明したが、これに限らず胆石破
砕等にも適用することができる。

［発明の効果］ 以上詳述した発明によれば、Ｘ線等の被爆を全
く受けることなく被検体の結石を確実に且つ何度
でも繰り返して破砕することができる。

また、被検体を収容する水槽等が不要となり装
置全体の小形化、低価格化が可能な超音波結石破
砕装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置を示すブロツク
図、第２図は同装置におけるアプリケータの構成
及びその音場領域を示す概略説明図、第３図は同
装置における表示手段上の表示状態を示す説明
図、第４図ａは同装置の第１の超音波トランスジ
ユーサにおける超音波パルスの送受信の状態を示
す波形図、第４図ｂは第４図ａに示す波形の包絡
線を示す説明図、第４図ｃは第４図ａに示す受信
パルスの微分波形を示す波形図、第４図ｄは第４
図ｃに示す波形を示す波形の包絡線を示す説明図
である。 １……第１の超音波トランスジユーサ、２……
第２の超音波トランスジユーサ、３……アプリケ
ータ、４……第１の信号処理系、５……第２の信
号処理系、８……制御系、９……信号変換系、１
０……表示手段、１１……結石位置確認手段、１
２……被検体信号検出素子、１３……パルス発生
スイツチ、１４……音速設定手段、３３Ｍ……体
表、３５……腎結石像、３５Ｍ……腎結石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 体外より被検体内にある結石に衝撃波を照射
   し結石を破砕する結石破砕装置において、凹面形
   状を有しその幾何学的中心点に超音波の集束点を
   形成する第１のトランスジユーサと、この第１の
   トランスジユーサと所定の位置関係をもつて配置
   され前記集束点を含む音場領域を形成して被検体
   の断層像データを得る第２のトランスジユーサ
   と、前記第１のトランスジユーサに接続され、こ
   の第１のトランスジユーサから強力超音波或いは
   微弱超音波のいずれかを選択的に発生させるパル
   サと、このパルサにより微弱超音波を発生させ且
   つそれによるエコー信号を前記第１のトランスジ
   ユーサで受信し被検体内における前記結石の位置
   を確認する結石位置確認手段とを具備することを
   特徴とする超音波結石破砕装置。 ２ 前記パルサは第１のトランスジユーサが微弱
   超音波による結石のエコー信号を受信したときの
   み第１のトランスジユーサから強力超音波を発生
   させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超音波結石破砕装置。