JPH06285107A - 超音波治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波を確実に目的部位に集束できると共に
超音波透過領域の温度を測定できる超音波治療装置を提
供する。 【構成】 被検体を透過した超音波をトランスデューサ
５で検出し、この検出信号に基づいて位相測定（算出）
回路１８で検出点での透過超音波の位相を算出し、検出
点で各振動子２より発生した超音波の位相がそろうよう
に位相制御回路１４を調整し、各振動子２に印加される
高周波電力の位相を調整するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、体内、あるいは体外で
発生した超音波を被検体（生体）内の治療目的部位に照
射し、目的部位を加温治療、ないし、破砕治療を行なう
超音波治療装置、特に超音波振動子で発生した超音波が
治療目的部位に集束するようにできると共に超音波透過
域の温度を測定できるようにした超音波治療装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の分野として一般的に考えられる
のは、温熱治療装置の分野である。温熱治療のなかで、
特にハイパーサーミア治療として行われているのが、が
ん温熱治療である。ハイパーサーミア治療とは、がん細
胞が、温度にたいして感受性が強く42.5℃で３０分程度
加温すると、死滅するが、正常細胞は、あまり損傷を受
けないことに基づいている。但し、このがん細胞と正常
細胞の熱に対する感受性の違いは、あまり大きいもので
はない。従って、生体内のがん細胞を正常細胞に損傷を
あまり与えずに死滅させるために温熱治療を利用する上
で、できるだけがん細胞を集中的に加温する必要があ
る。

【０００３】ハイパーサーミア治療は主にがんの治療に
用いられているが、他に考えられるものに前立腺肥大症
の治療がある。この治療は前立腺が肥大したことによっ
て尿道が狭窄され、排尿障害がある患者に対して、尿道
周囲を加温することによって前立腺組織を局所的に破壊
し、尿道を広げ、排尿困難を治療するものである。温度
を上げる手段として、経直腸的に超音波を発生させるア
プリケータを肛門より直腸に挿入し、そこから前立腺に
超音波を照射し加温するという方法がある。 他の利用
分野として、体内の結石を体外から非侵襲的に治療する
分野への応用も考えられる。このいわゆる結石破砕治療
においてもハイパーサーミア治療と同様に正常組織にあ
まり損傷を与えずに、目的部位（結石）に超音波を集束
させる必要がある。従来の治療用超音波アプリケータは
生体内に所望する超音波の分布を与えて治療目的部位に
超音波を集中させるために、平板の超音波振動子に音響
レンズを付加する方法や超音波振動子をアレイ状に並べ
各振動子に負荷する高周波電力の振幅、位相を制御する
方法でなされていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ハイパーサーミア治療
で、特に、前立腺を治療する場合、経直腸的にアプリケ
ータを挿入し、尿道付近に超音波を集束させるが、音響
レンズ方式ではその焦点位置を変えるためには、振動子
と前立腺の相対位置を変えなければならない。しかし、
直腸内で振動子の位置を変えるには限界があり、焦点位
置の変化範囲も限定されてしまうと共に患者に苦痛を与
える欠点があった。

【０００５】これに対し複数の振動子を並べたアレイ方
式では、各振動子に印加する高周波電力の位相を変化さ
せることによりその焦点位置を変えることが可能である
ため、直腸内の振動子と前立腺の位置関係によらず、治
療を行うことが可能である。また、超音波による温度上
昇を監視するため、尿道より温度計を挿入し、尿道付近
の温度測定を行なっている。

【０００６】従来の振幅、位相制御を行うアレイ方式を
用いた超音波治療装置では、目的部位において各振動子
から照射される超音波の位相がそろっていることを確認
するための手段がなかった。このため治療用アプリケー
タとは別の（または同一の）診断用プローブを用いて治
療用の振動子と目的部位の相対的な位置関係を求め、目
的部位において位相がそろうように出力を制御してい
た。

【０００７】この方法では、相対位置測定上の誤差、生
体の動き、生体内の不均一性のために目的部位と実際の
超音波の集束位置がずれて目的部位の加温が行えず、ま
た正常組織を加温して破壊してしまう危険性があった。
また目的部位の治療効果を判断、ならびに過熱し過ぎな
いように安全性を確保するため、目的部位の上昇温度を
温度計を挿入して測定を行なう場合、挿入点での温度測
定は可能であるが、超音波が透過した加温域の温度を測
定することは不可能であった。

【０００８】本発明は、上記に鑑み、超音波振動子から
発生した超音波を目的部位に確実に集束できると共に、
超音波が透過した加温域の温度を測定できるようにした
超音波治療装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を達成するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は被検体（生体）内の目的部位ないしそ
の近傍に配設されて透過超音波を受信する受信手段と、
この受信手段の出力より位相を算出する手段と、算出さ
れた位相をもとにアレイ状に配列された各超音波振動子
に印加される高周波電力の位相を制御する手段を設け
た。なお、透過超音波を受信する手段としては、一般的
に超音波トランスデューサが適している。

【００１０】また、第２の発明は、被検体内の目的部位
ないしその近傍に配設されて透過超音波を受信する受信
手段と、受信手段の受信信号より透過超音波の減衰量等
の超音波特性を算出する手段と、算出された超音波特性
を温度に換算する換算手段とを設けた。

【００１１】

【作用】第１の発明によれば、受信手段がアレイ状に配
列された各超音波振動子で発生した超音波の被検体透過
後の強度を検出し、算出手段は検出信号を処理し、前記
各超音波振動子で発生した超音波の受信位置における超
音波の位相を算出する。

【００１２】制御手段は、算出手段で算出された位相に
もとずいて、各超音波振動子より発生した超音波の位相
が受信位置で一致するように各超音波振動子に印加され
る高周波電力の位相を調整する。

【００１３】各超音波振動子に印加される高周波電力の
位相は集束位置（位相検出位置）での実測位相値でもっ
て調整するので、超音波を目的部位に確実に集束させる
ことができる。なお、算出手段が受信信号より受信位置
における各超音波振動子で発生した超音波の振幅をも算
出するようにしておけば、算出された振幅が他の振動子
による振幅と比べ著じるしく小さい場合は、超音波の透
過経路に超音波を透過しない空気、骨などの物質が存在
すると考えられるので、その振動子に印加される高周波
電力の振幅を小さくしてポットスポットの発生を防ぐこ
とができる。

【００１４】第２の発生によれば、受信手段が被検体透
過後の超音波の強度を検出し、超音波特性算出手段が被
検体の温度変化に基づく、音速、振幅、減衰量等の超音
波特性を算出する。換算手段は、組織毎の温度による音
速、減衰率の変化率ないし、温度に対する音速、減衰の
キャリブレーションデータを有しており、算出された超
音波特性より、上昇温度、ないし加熱後の温度を算出す
る。

【００１５】したがって、超音波が追加した加温域の温
度を測定できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図示の実施例は経直腸式超音波アプリケータ１
を用いそれを直腸内に挿入し、直腸内より前立腺の尿道
付近に超音波を集束させ、尿道を周囲から圧迫している
肥大部を加温し治療を行う超音波治療装置に本発明を適
用したもので、図１は全体の構成を示すブロック図、図
２は図１の超音波アプリケータならびに測定用超音波ト
ランスデューサを収容する尿道カテーテルの概略図、図
３は前立腺肥大症の治療状態を示す図である。

【００１７】図２に示すように、アプリケータ１は圧電
素子などでできた超音波振動子２が複数枚アレイ状に並
べられた構造になっていて、例えば、５ｍｍ×４ｍｍの
角形振動子２を２列に計３０枚並べたもの（全体で１０
ｍｍ×６０ｍｍの大きさ）などが考えられる。

【００１８】これらの各素子には、図１に示すように振
幅制御回路１３、位相制御回路１４が接続されており、
これら制御回路１３、１４で発振回路１０と高周波増幅
器１１よりなる高周波電源より、各素子に印加される高
周波電力の振幅と位相とが各振動子２ごと独立に、調整
することができる構成となっている。ここで位相制御回
路１４で各振動子に印加される高周波電力の位相を調整
して、各振動子２から照射される超音波の位相を任意の
一点でそろえることによって、超音波の集束点を生じさ
せることができる。

【００１９】アプリケータ１の外側には、ボーラス３と
呼ばれるゴム状の袋がかぶせられ、内部を液体が還流さ
れる構造になっている。この液体は振動子２と生体との
整合性を良好にするため音響インピーダンスが生体に近
い物質として通常水が用いられ、キャビテーション等に
より超音波のパワーが水中で消費されないように脱気さ
れている。さらに温度上昇により直腸粘膜を損傷するこ
とがないように十分に冷却も行われている。なお、脱気
水は、冷却・脱気ユニット１６で冷却・脱気されて脱気
水循環口７を介して還流される。

【００２０】治療を行う場合には、尿道内の温度を監視
するため、尿道からカテーテル６を入れ、その中に温度
センサ８を入れる。このとき温度センサ８とともに音
速、振幅、位相測定用トランスデューサ５も一緒に尿道
内に挿入する。このトランスデューサ５は、加温用のア
プリケータと同様に圧電素子でできた振動子またはＰＶ
ＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）膜などが用いられる。

【００２１】治療に際しては、図３に示すようにアプリ
ケータ１を肛門より、カテーテル６を尿道より挿入し、
その状態を超音波診断用プローブを用いて図示しないモ
ニタ上に断層像を表示し、アプリケータ１とトランスデ
ューサ５が目的部位に到達するのを確認し、位置決めす
る。治療の前に各振動子２より一つずつに、治療の時に
比べ小さな電力を印加して微弱な超音波を照射し、尿道
内でのトランスデューサ５で透過超音波強度を検出す
る。

【００２２】検出信号は、音速、振幅、位相測定回路１
８で尿道内でのトランスデューサ５上で振幅と位相を測
定する。

【００２３】このデータを主制御部９にフィードバック
し、各振動子２から出力された位相がすべて等しくなる
ように位相制御回路１４にて調整する。この操作で、各
振動子２よりの超音波の位相が、トランスデューサ５の
位置で一致するように、各振動子に印加される高周波電
力源からの高周波電力の位相を調整できる。

【００２４】また、測定回路１８で測定れた振幅が，他
の振動子による振幅と比べ著しく小さい場合、その振動
子２とトランスデューサ５の間に空気、骨などの超音波
を透過しない物質があると考えられる。このためその振
動子２は，治療に有効でなくホットスポットが生じる原
因になるだけなので、振幅制御回路１３により超音波が
照射されないよう出力を小さくなるように調整してお
く。

【００２５】治療中は、全振動子から集束された超音波
の強度を監視し続けて、強度が大幅に変わるなどの異常
を発見したら集束点がずれたものとみなし自動的に治療
を中断し、もう一度位相を合わせてから加温することが
できる。なお、治療中、音速、振幅、位相測定用トラン
スデューサ５が振動子２から照射される超音波を妨げ、
治療に支障をきたすようであれば、位相を調整した後、
トランスデューサ５を引き抜く機構を設け、超音波の集
束領域からトランスデューサ５を外してから加温するよ
うにしてもよい。

【００２６】また、アプリケータ１内に診断用トランス
デューサを内蔵し、そこから得られるデータをもとに相
対位置関係から位相を決定していた従来の方法において
も、その測定上の誤差、体内組織の音速の違いによる不
均一性から生じる計算上の誤差をキャリブレーションす
るためにも使用することができる。このように位相と振
幅の調整後、高周波電源より大きな高周波電力を各振動
子に印加すれば、各振動子より発生した超音波はトラン
スデューサ５の位置に確実に集束し、ホットスポットを
生じることなく、前立腺肥大症の治療を有効に行な得
る。

【００２７】超音波透過域の上昇温度を測定は、生体組
織の温度により、組織内の超音波の音速、及び減衰率が
変化することを利用する（例えば、水の温度による音速
の変化は約 2.0m/sec/℃、３７℃付近、である）。まず
加温開始前にアプリケータ１より超音波をパルスで出力
し、その音速、及び組織を透過した後の振幅をトランス
デューサ５にて測定する。そして加温開始後、再び超音
波の音速と振幅を測定する。ことのき、組織が超音波の
エネルギーを吸収し、温度が上昇していれば測定された
音速及び振幅は、加温開始と加温開始後で変化している
はずである。ここであらかじめ記憶されている組織毎の
温度による音速及び減衰率の変化率のキャリブレーショ
ンデータから、上昇温度を算出することができる。

【００２８】前記データは測定回路１８内に蓄えられて
おり、算出された温度は図示しない表示器に表示され
る。上昇温度の算出方法としては、音速及び減衰率を単
独で使用しても良いし、その両方から算出することも可
能である。

【００２９】また、この音速、振幅の測定はアプリケー
タ１内の振動子全体から出力して行なってもよいし、個
々の振動子単独で行なってもよい。個々の振動子毎に測
定した場合は、それぞれの超音波の透過域の温度が算出
でき、温度分布を得ることも可能である。なお、図１に
おいて、１７は温度センサ８の出力信号より温度を求め
る温度測定回路、１２は分配器、１５は整合回路であ
る。

【００３０】

【変形実施例】上記実施例では、腔内用アプリケータを
用い超音波を生体内で発生するようにしたが、アプリケ
ータを体外に配設し、体外で発生した超音波を生体内に
照射する超音波治療装置にも本発明は適用できる。ま
た、ハイパーサーミア治療を行なう超音波治療装置につ
いて説明したが、本発明は結石破砕装置にも適用でき、
同等の効果が得られる。

【００３１】さらに、第２の発明は、アレイ状に配列し
た振動子を用い位相制御で超音波を集束する実施例のア
プリケータ以外に、音響レンズで超音波を集束する方式
のアプリケータを用てもよい。さらにまた、実施例では
位相等の調整を自動的に調整するようにしたが、手動調
整することも可能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、超音波を目的部位に確
実に集束させることができ、また、組織の上昇温度、な
いし、組織の温度も測定できるため、正常組織を損傷す
ることなく、安全に治療効果を向上させることができ、
また治療時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】治療用アプリケータと尿道カテーテルの概略図
である。

【図３】前立腺肥大症の治療状態を示す図である。

【符号の説明】

１…アプリケータ ２…振動子 ３…ボーラス
４…脱気水 ５…音速、振幅、位相測定用トランスデューサ ６
…カテーテル ７…脱気水循環口 ８…温度センサ ９…主制
御部 １０…発振器 １１…高周波増幅器 １２…分
配器 １３…振幅制御回路 １４…位相制御回路 １
５…整合回路 １６…冷却・脱気ユニット １７…温度測定回路 １８…音速、振幅、位相測定（算出）回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アレイ状に並設された超音波振動子と、
   前記各振動子に印加される高周波電源からの高周波電力
   の少なくとも位相を制御する位相制御回路と、被検体内
   の目的部ないしその近傍に配設され被検体を透過した超
   音波を検出する検出手段と、検出信号に基づいて位相を
   測定する手段と、測定された位相をもとに前記位相制御
   手段を制御する制御手段とを設け、前記各振動子から発
   生した超音波の位相が前記検出手段の位置相する測定点
   で一致するように前記各振動子に印加される高周波電力
   の位相を調整するようにしたことを特徴とする超音波治
   療装置。
2. 【請求項２】 高周波電力源からの電力を超音波振動子
   に印加し、超音波振動子より発生した超音波を被検体内
   の目的部位に集束させるようにした超音波治療装置にお
   いて、被検体内を透過した超音波を検出する手段と、検
   出信号に基づいて被検体内における減衰量等の超音波特
   性を測定する手段と、測定された超音波特性を温度に換
   算する手段とを設けたことを特徴とする超音波治療装
   置。