JPH0592008A - 衝撃波治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明は、衝撃波を発生する複数の衝撃波源
と、これらの衝撃波源を駆動する駆動手段とを備え、所
定の位置に衝撃波を収束することにより衝撃波治療を行
う衝撃波治療装置において、指定された衝撃波の収束位
置と送信される衝撃波の圧力とにより、生体内の衝撃波
の伝搬遅延を補償するよう衝撃波源の駆動遅延量を決定
する手段を備えたことを特徴とする。 【効果】 本発明によれば、衝撃波の圧力変化に伴う衝
撃波の伝搬速度が変化した場合にも、所定の集束位置に
衝撃波を集束して、適切な結石破砕治療を行なうことが
できる。

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
から衝撃波を集束させて、体内の疾病を治療する衝撃波
治療装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、医療の分野において衝撃波を使っ
た治療装置が用いられるようになってきた。この装置は
患者体外で発生させた衝撃波を体内に集束させ治療を行
なうものである。この装置は侵襲性の低い治療を行なう
ことができると同時に、治療成績も良いことが特徴であ
り、現在では治療の第一選択として認められてきてい
る。また最近では衝撃波治療装置を用いて癌細胞を破壊
する試みについても報告されており、効果が確認されて
いる。

【０００３】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。ここでピエゾ素子を用いる方法は衝撃波源として消
耗品を用いる必要がない、衝撃波強度を任意にコントロ
ールできるなどの点で、他の方法よりも優れている（特
開昭60-145131 ）。さらにピエゾ素子を用いる方法では
波源が複数存在するため、それぞれの素子の駆動タイミ
ングを制御することにより、幾何学的に決定される焦点
から衝撃波の焦点位置を変位可能な方式について提案さ
れている（USP-4,526,168 ）。

【０００４】ところで上記の結石破砕装置においては、
送信される衝撃波の圧力にかかわらず生体内の衝撃波伝
搬速度は一定であるとの仮定のもとに設計がなされる。
すなわち衝撃波発生素子の全体形状により決定される焦
点に、もしくは衝撃波発生素子の駆動タイミングにより
決定される焦点に衝撃波が集束するよう設計されてい
る。

【０００５】ところが実際には発生される衝撃波の圧力
により生体内の伝搬速度は変化する。すなわち衝撃波の
伝搬速度は圧力に依存し、圧力が高くなるほど速度が早
くなることが知られている（日刊工業者新聞社刊、超音
波技術便覧,p1430）。このため衝撃波の圧力が上昇し伝
搬速度が変化する領域になると、各衝撃波源からの衝撃
波は同時に焦点に到達しなくなる。従って焦点でのピー
ク圧力は低下し焦点形状も崩れてしまい治療効果が低下
する。

【０００６】このため衝撃波は予め設定された焦点に集
束せず、結石破砕が効果的に行なうことができない場合
があった。また衝撃波の伝搬速度が変化することにより
焦点が移動し、結石近傍の生体の正常組織を損傷させる
おそれがあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来は、衝撃波の結石
破砕のため衝撃波の焦点を幾何焦点に一致させても、実
際に照射される衝撃波は幾何焦点と同一の位置に集束し
なかった。このため結石破砕治療が適切に行われないば
かりか、結石近傍の生体の正常組織を損傷させる恐れが
あった。本発明は、衝撃波の圧力変化による伝搬速度の
変化を考慮して衝撃波の送信制御を行う衝撃波治療装置
を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、衝撃波を発生
する複数の衝撃波源と、これらの衝撃波源を駆動する駆
動手段とを備え、所定の位置に衝撃波を収束することに
より衝撃波治療を行う衝撃波治療装置において、指定さ
れた衝撃波の収束位置と送信される衝撃波の圧力とによ
り、生体内の衝撃波の伝搬遅延を補償するよう衝撃波源
の駆動遅延量を決定する手段を備えたことを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】本発明における衝撃波治療装置では、まずパワ
ー制御手段により衝撃波の送信する圧力を決定する。ま
た操作者は、生体内の結石位置に相当する衝撃波の集束
希望位置を指定し、その位置情報は制御回路に指示され
る。そして制御回路では、まず衝撃波の集束位置情報と
各衝撃波源の位置とから定まる伝搬距離に応じた遅延量
を算出する。次に送信する衝撃波の圧力により伝搬速度
が変化して、集束位置までの伝搬時間が変化するのを補
償するよう、遅延量に補正を加えて衝撃波の駆動遅延量
を決定する。

【００１０】こうして決定された各衝撃波源の駆動遅延
量は、送信された衝撃波の圧力変化を考慮した伝搬遅延
であるため、伝搬速度の変化による集束位置の乱れがな
くなり、希望する集束位置に確実に衝撃波が集束する。

【００１１】

【実施例】はじめに、本発明の概要を説明する。

【００１２】本発明においては、衝撃波源から集束位置
までの伝搬距離と、衝撃波の圧力変化に伴う伝搬速度の
変化とに応じて、各々の衝撃波源から衝撃波が送信され
るタイミングを制御することを特徴とする。

【００１３】図１に本発明の構成の基本構成を示す。ア
プリケータ１は１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎで示される衝撃
波源を配置したものである。遅延回路５は駆動回路３か
ら発信される衝撃波源の駆動パルスの発信遅れ信号を与
えるものであり、それぞれの衝撃波源は駆動回路３から
の駆動パルスにより、予め設定された圧力の衝撃波を発
信する。

【００１４】ここで生体内の伝搬速度が一定であるとし
て、衝撃波源からの距離により衝撃波の焦点を決定し、
各衝撃波源の駆動タイミングを設定している場合には、
実際には各衝撃波源から発信される衝撃波は必ずしも同
一の圧力となるよう設定されるとはかぎらないため、各
衝撃波源から発信された衝撃波は決定した焦点に集束し
ないことがある。そこで、各衝撃波源から集束位置まで
の伝搬距離と衝撃波の圧力により定まる衝撃波の伝搬速
度とから駆動遅延量を設定し、発生した衝撃波を焦点に
同時に到達させることができるようにする。次に、図面
を参照しながらこの発明の一実施例について説明する。 （実施例１）

【００１５】図１はこの実施例の構成図である。アプリ
ケータ１は１ａ〜１ｎのｎ個のピエゾ素子群からなり、
幾何焦点２を有する球面の一部を形成している。そして
各ピエゾ素子１ａ〜１ｎにはそれぞれ独立した駆動回路
３ａ〜３ｎが結合されている。

【００１６】まず操作者は、衝撃波の発射頻度を発射タ
イミング制御回路４に、衝撃波のエネルギをパワー制御
回路６に、設定焦点２’の位置を遅延量制御回路７にそ
れぞれ指示する。そして治療開始を発射タイミング制御
回路４に指示すると、該発射タイミング制御回路４から
トリガ信号が出され、各素子毎の遅延回路５ａ〜５ｎに
送られる。与えられた遅延時間分だけ遅らされた後、ト
リガ信号は駆動回路３ａ〜３ｎに送られ各ピエゾ素子１
ａ〜１ｎを駆動する。すると各ピエゾ素子１ａ〜１ｎか
ら衝撃波が発生し、設定焦点２’に集束することにな
る。ここで遅延回路５ａ〜５ｎのそれぞれの遅延量は次
のように決定される。

【００１７】操作者によりパワー制御回路６に入力され
た駆動エネルギの情報は遅延量制御回路７に送られる。
遅延量制御回路７では、従来例で用いられていたよう
な、操作者から指示された設定焦点位置の情報とアプリ
ケータ１の形状から決定される遅延量に、さらに上記駆
動エネルギの情報より求まる伝搬速度の変化による量を
加味して最適な遅延量を決定する。この遅延量は計算機
シミュレーションにより求めた値を用いてもよいし、ま
た事前に実験を行ない、そこで実際に測定した値を記録
しておき使用してもよい。

【００１８】以上の動作により、送信する衝撃波のパワ
ーにより生体内の衝撃波伝搬速度を設定し、この伝搬速
度に基づいて各衝撃波源の駆動タイミングを制御する。
衝撃波素子から送信された衝撃波は、衝撃波のパワーに
対して適正な焦点位置に集束させられる。これにより衝
撃波のパワーに応じた適正な焦点位置に衝撃波の集束さ
せることが可能となり、その衝撃波のパワーにて最適な
焦点の衝撃波圧力を実現することができる。

【００１９】この実施例では衝撃波源は複数のピエゾ素
子であったが、電磁誘導型衝撃波源でもかまわない。ま
た複数の衝撃波源は同一の形状、例えば円筒形にて構成
しても可能である良いし、アニュラーアレイのように同
心円状の形状でも構成することが可能である。

【００２０】また本実施例では、衝撃波源の遅延回路を
備えていることから、アプリケータの形状にも自由度を
もたせることが可能である。すなわち各衝撃波源の駆動
タイミングを変更することにより、焦点に衝撃波の集束
させることができるので、例えば平面状の衝撃波発生装
置を構成することもできる。 （実施例２）

【００２１】超音波プローブを用いた超音波画像診断装
置によって生体内の画像情報を得るとともに、外部スイ
ッチにより画面上で焦点位置を指示し、衝撃波の有効焦
点領域を表示させる。指示された焦点とそのときの各衝
撃波源との相対位置を検出して、衝撃波源の駆動遅延量
を算出する。

【００２２】駆動回路は低電圧電源に切り替えられてお
り、各ピエゾ素子を駆動する信号を前記によって算出さ
れた遅延量に従って遅延させることで超音波画像上に指
示された位置に焦点が形成される。この駆動信号によっ
て弱いパルス状の超音波が送信され、生体内から返って
くる反射波信号は送信時と同じ駆動タイミングで遅延を
かけながら受信される。この反射波信号に対し設定値と
の対比を行い、そのピーク値が設定値より大きければ焦
点が結石に一致していると判断する。この判断に従って
結石に焦点が一致したときのみ駆動を高電圧側に切り替
え、強力な衝撃波を照射する。またＣＲＴ上には、ＤＳ
Ｃ（デジタルスキャンコンバータ）を介して前記の超音
波画像上に、焦点位置・焦域・焦点可動範囲、及びスケ
ールが表示される。次に別の実施例について説明する。
図２はこの実施例の構成図を示す。

【００２３】アプリケータ１は複数のピエゾ素子群から
構成され、超音波送信面が凹面をなすように全体として
球殻状に配列したものである。可とう性の水袋２により
患者３にカップリングされている。制御回路８は送信遅
延回路１３を介して各ピエゾ素子の駆動遅延量を制御し
ている。そして送信遅延回路からの信号により駆動回路
４はトリガをかけられ、ピエゾ素子１を駆動する。

【００２４】衝撃波の焦点の位置決定は以下のように行
なう。本発明の衝撃波治療装置には生体内の断層像を得
るために、超音波プローブ１５と超音波画像診断装置と
ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）とＣＲＴが設け
られている。例えば結石破砕治療を行なう場合には、ま
ず超音波プローブを移動させてＣＲＴ上に生体内の断層
像を表示し、結石の画像を特定する。そして生体内の結
石に衝撃波の焦点を合わせるためには、画像表示された
結石の映像に衝撃波の焦点が重なるようにする。実際に
はマウス、ジョイスティックのポインタを表示させ画面
上でクリックしたり、ライトペンを用いて画面上の位置
を指定したり、あるいは画面上に座標系を設け座標を入
力したりすることにより、焦点の位置を決定する。

【００２５】次に衝撃波発振子の駆動遅延量の決定手順
を説明する。まずアプリケータと超音波プローブ１５の
相対位置をポテンショメータ１６によって検出する。ポ
テンショメータ１６の値から超音波プローブの位置に対
するアプリケータの位置を確定し、その値をＡ／Ｄ変換
器１７によってＡ／Ｄ変換した値と画面上で指定した焦
点位置を表わす値とをもとに、演算回路１８で処理する
ことにより各衝撃波源の駆動遅延量が算出される。衝撃
波源の駆動遅延量を制御することにより焦点位置を変動
させる方法については、USP-4526168 に詳しく述べてあ
るのでここでは省略する。

【００２６】本実施例をしようする場合には、初めに衝
撃波源の駆動回路に低電圧を供給し、弱い超音波パルス
を照射する。生体に照射された超音波は音響インピーダ
ンスの異なる部分で反射される。この反射波は超音波の
送信に用いたピエゾ素子１で受信される。受信されたＲ
Ｆ信号は受信遅延回路１４を通ってアンプ９に送られ
る。受信遅延回路１４の遅延量は送信遅延回路１３での
遅延量に応じた値をとるものとし、衝撃波を集束させる
焦点位置により決定される。

【００２７】アンプ９で増幅された受信信号はゲート回
路１０により焦点領域からの信号のみが取り出される。
これは生体内の衝撃波の伝搬速度は圧力により決定さ
れ、反射波の応答時間は伝搬距離に比例するので、生体
内の奥行き方向の距離に応じて反射波の応答時間が決定
される。そこで駆動回路４が駆動信号を発したタイミン
グと外部スイッチ１９で指示された焦点までの距離との
関係から、焦点までの往復時間を求め、サンプリングゲ
ートをゲート回路１０に設けることで実現できる。

【００２８】取り出された反射信号はピーク値検出回路
１１に送られ振幅最大値を検出され、その振幅最大値は
結石判定回路１２に送られる。焦点領域からの応答のう
ち結石からの反射による応答は特に振幅の大きい値を示
すので、結石判定回路８ではこのピーク値とあらかじめ
設定してあったしきい値との大小関係を比較する。そし
てこの比較した値の信号を制御回路８に送る。制御回路
８では、結石判定回路１２から「閾値より大」という信
号が送られた時、焦点に結石が存在すると判断され、結
石破砕用の衝撃波を送信するため、切り替えスイッチ５
によって駆動回路４を高電圧電源に切り替える。

【００２９】本実施例においてＣＲＴ２２に表示される
画像の一例を図２に示す。同図（ａ）は超音波画像診断
装置により形成された信号の画像２３上に外部スイッチ
１９によって指定された焦点位置マーカー２４と、一定
以上の衝撃波の圧力を示す焦点領域をそのマーカーの周
囲に表示する。たとえばこの領域は焦点でのピーク値の
半値の圧力の範囲を示すものとする。さらに焦点可動範
囲（十分な結石破砕力を持って焦点を変位させることが
できる範囲）２６と、目盛りをつけたＸ−Ｙスケール２
７とを同時に示すものである。

【００３０】ここで、焦点位置マーカー２４の形状は図
のような十字に限らず、点や小円等のマークや２本の直
線の交点で示すことも可能である。また焦点領域２５は
その範囲を斜線等で示したり、ＣＲＴ２２がカラーディ
スプレイの場合にはその範囲を着色して示すことも可能
である。焦点領域の表示形状は実際の表示方式に合わせ
て適宜変更することが可能である。また焦点可動範囲２
６もその範囲を斜線等で示したり、色を付けて示すこと
が可能である。

【００３１】画面上のＸ−Ｙスケール２７の目盛りは、
例えばアプリケータの形状から決定される幾何学的焦点
を基準として、この幾何焦点からの変位の大きさを表示
するためのものである。これにより衝撃波の焦点が幾何
焦点からどれほど移動しているかを、一目で知ることが
できる。同図（ｂ）は超音波画像診断装置により形成さ
れた信号の画像２３上に焦点位置マーカー２８と焦点位
置の座標２９を表示した例である。この例では焦点位置
マーカー２８は直行する双方向の矢印を用いており、そ
の交点で焦点を表すとともに、矢印の矢軸の長さにによ
っておおよその焦域（形状）を表している。また、この
例では焦点位置を外部スイッチ１９によって設定する場
合に、焦点位置マーカー２８が結石破砕を実現可能な焦
点可動範囲内からはみ出ることがないように制限を設け
ることもできるが、それ以外にも焦点可動範囲外にマー
カーがはみ出したらＣＲＴ上にその旨のメッセージを表
示したり、ブザーによる鳴音等で警告するという方法も
ある。

【００３２】上記実施例では焦点可動範囲２６を十分な
結石破砕力を持って焦点が動くことが可能な範囲として
その形状を規定していたが、それにとらわれず、例えば
その範囲に含まれる長方形の範囲内に限定してもかまわ
ない。また画面上の衝撃波の焦点マーカーの位置に超音
波照射を行なった場合のピーク圧力と、幾何焦点に衝撃
波照射を行なった場合の焦点でのピーク圧力との比率を
画面上に同時に表示することもできる。これによりピー
ク圧力が出ているかを表示し、十分な結石破砕力が得ら
れない恐れのあるときには、さらにその旨を表示しても
良いし、ブザーによる鳴音等で警告する事も可能であ
る。

【００３３】上記実施例では、衝撃波の誤照射防止機能
が入っている場合について説明を行ったが、誤照射防止
のオートトリガ機能を外して、操作者が超音波画像を見
ながら手動で照射位置、タイミング、照射回数を決定す
るようにしても良い。

【００３４】上記実施例では、超音波プローブ１５は１
次元アレイタイプのものを用いて結石の画像診断を行な
ったが、電子セクターをメカニカルにスキャンするタイ
プの超音波プローブを用いることも、２次元アレイ状に
衝撃波源を配した超音波プローブを用いることも可能で
ある。特に２次元アレイ状に衝撃波源を配した超音波プ
ローブを用いれば、３次元的な生体内画像情報を得るこ
とができる。この場合には、収集している断層面と衝撃
波発生用ピエゾ素子１との相対位置を算出する手段を設
けることにより、前記実施例と同じ動作が可能である。
また実施例では、ピエゾ素子１は衝撃波送受信面が凹面
をなすように全体として球殻状に配列されていたが、各
衝撃波発振子の駆動タイミングを制御することにより、
ピエゾ素子を平板上に２次元配列するような配列方式を
とっても良い。

【００３５】以上要約すると、本発明においては、体外
のピエゾ素子群で発生させた衝撃波を体内の結石に照射
して破砕治療する結石破砕装置において、体内の断層像
を描出する超音波画像診断装置と、該超音波画像診断装
置の超音波プローブと前記ピエゾ素子群との相対位置を
変更可能にして保持する手段と、該超音波プローブとピ
エゾ素子群の相対位置を検出する手段と、前記超音波画
像上での座標を指示する手段と、該相対位置検出手段に
よって検出された超音波プローブとピエゾ素子群との相
対位置と画面上で指示された座標と指示された焦点形状
より各ピエゾ素子の遅延量を算出する手段と、

【００３６】該ピエゾ素子群の駆動電圧を切り替える手
段と、前記ピエゾ素子群の駆動信号のタイミングを算出
された遅延量に従って制御する手段と、低電圧駆動時の
反射波を受信する手段と、該受信信号のうち焦点領域か
らの反射波信号のピーク値（振幅最大値）を検出する手
段と、該比較した結果により前記駆動電圧を切り替える
手段と、超音波画像上にスケールを表示する手段と、予
め設定された所定値より焦点可動範囲を算出し超音波画
像上に表示する手段と、該検出された超音波プローブと
ピエゾ素子群との相対位置と、該指示された焦点形状
と、前記設定された座標より超音波画像上に焦域マーク
を算出、表示する手段とを有することを特徴とする衝撃
波治療装置を提供するものである。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、衝撃波の圧力変化に伴
う衝撃波の伝搬速度が変化した場合にも、所定の集束位
置に衝撃波を集束して、適切な結石破砕治療を行なうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の構成図

【図２】 本発明の他の実施例の構成図

【図３】 ＣＲＴの表示例を示す図

【符号の説明】

１ アプリケータ １ａ〜１ｎ ピエゾ素子 ３ａ〜３ｎ 駆動回路 ４ 発射タイミング制御回路 ５ａ〜５ｎ 遅延回路 ６ パワー制御回路 ７ 遅延量制御回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】衝撃波を発生する複数の衝撃波源と、これ
   らの衝撃波源を駆動する駆動手段とを備え、所定の位置
   に衝撃波を収束することにより衝撃波治療を行う衝撃波
   治療装置において、指定された衝撃波の収束位置と送信
   される衝撃波の圧力とにより、生体内の衝撃波の伝搬遅
   延を補償するよう衝撃波源の駆動遅延量を決定する手段
   を備えたことを特徴とする衝撃波治療装置。
2. 【請求項２】超音波を送信し、この生体からの反射波を
   受信するプローブと、前記衝撃波源の駆動電圧を低電圧
   と高電圧とに切り換える切り換え手段と、前記衝撃波源
   が低電圧で駆動されたときに、前記プローブにより受信
   された反射信号のピーク値を検出する手段と、検出され
   たピーク値と予め定められたしきい値とを比較する比較
   手段とを備え、前記比較手段により前記検出されたピー
   ク値が前記しきい値よりも大と判定された場合に、前記
   駆動電圧を低電圧から高電圧に切り替えて高電圧で前記
   衝撃波源を駆動することにより衝撃波治療を行うことを
   特徴とする請求項１記載の衝撃波治療装置。
3. 【請求項３】前記プローブと前記衝撃波源との相対位置
   を変更する手段と、変更した相対位置を保持する手段
   と、保持した相対位置より衝撃波を収束させる位置を決
   定する手段とを備えたことを特徴とする請求項２記載の
   衝撃波治療装置。
4. 【請求項４】前記衝撃波を収束させる位置を前記表示手
   段に表示し、表示された情報に対し所定の座標情報を入
   力する手段と、入力された座標情報に対応する位置に衝
   撃波を集束させるため前記衝撃波源の駆動遅延量を決定
   する遅延量決定手段と、前記遅延量決定手段により与え
   られる駆動遅延量に応じて衝撃波源の駆動遅延及び反射
   波の受信遅延を行なう遅延手段とを備えたことを特徴と
   する請求項３記載の衝撃波治療装置。