JPS6249843A - 超音波結石破砕装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 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。

［発明の技術的背景とその問題点］ 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、所定の大きざを有し、かつ、その内部に適
温の水を満たした容器内に結石を持った被検体を入れて
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
ら行なうものである。

しかしながら、上述した装置により数十回〜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
かがるととも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、ざら、にはＸ線透視による観察が不
可欠でお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ｄとなる。

さらに、装置が大規模となり価格も極めて高価になると
いう問題がおる。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に鑑みてなされたものでおり、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。

［発明の概要］ 上記目的を達成するための本発明の概要は、凹面形状を
有しその幾何学的中心点に超呂波の集束点を形成する第
１の超音波トランスジューサと、この第１の超音波トラ
ンスジューサと所定の位置関係をもって配置され、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の超音波トランスジューサと、前記断層像デ
ータに基く断層像と前記集束点に対応する集束点マーカ
とを表示する表示手段と、前記第１の超音波トランスジ
ューサからその集束点に位置する破砕対象たる被検体内
の結石に向けて強力な超音波エネルギを発生させるバル
サとを有し、拍子手段上の集束点マーカに結石像を一致
させた状態でパルサにより第１の超音波トランスジュー
サを駆動し結石を破砕するようにしたことを特徴とする
ものである。

［発明の実施例］ 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
ジューサ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ューサ１に対し強弱２種類のパ
ルス信号を送出するとともにこの第１の超音波トランス
ジューサ］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＠処理系４と、前記第２の超音波トランス
ジューサ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ュ
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なうＣＰＵ　（中央処理装置）６及
びこのＣＰｔＪ６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の信号処理系５の出
力信号に対し信号変換処理を行なう信号変換系（例えば
ディジタルスキャンコンバータ）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ューサ２に
よる扇状の音場領ｌｌ１３１　、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
ューサ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５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ューサ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のブツシュボタンからなるパルス発生スイッチ
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１４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
波トランスジューサ１は、第２図に示すように中央部に
所定形状の扱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ッキング材１６と
からなり、凹面（辰動子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ューサ２は、前記俵孔内に
固定され、か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１
８を引き出している。

前記第１の超音波トランスジュー１Ｊ１の外周部は、シ
ャフト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ューサ１
，２を所望の位置に移動させかつその位置に固定できる
ようになっている。

前記第１．第２の超音波トランスジューサ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内に渦された水２３ａと
から構成され、この音響カプラ２２を前記第１．第２の
超音波トランスジューサ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１−サ１．
２と被検体との間の超音波の送受波を効率よく行なうよ
うになっている。

次に第１の信号処理系４について説明する。第１の信＠
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
スジューサ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
ランスジューサ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２
５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ューサ２に対し所定のタ
イミングでパルス信号を送ってこの第２の超音波トラン
スジューサ２がセクタスキャンを行なうように励振する
とともにこのセクタスキャンに基く第２の超音波トラン
スジ１−サ２からのエコー信号を受信する送受信回路２
７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二 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５３５Ｍを破砕する場合を例にとって
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、この状態で第２の信号処理系５及び信号変換系９
を制御し、第２の超音波トランスジューサ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凹面振動子１５の位置、
第１の超音波トランスジューサ１の音場領［３７及び集
束点マーカ３８がそれぞれ固定された位置に表示される
とともに、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の移動に伴っ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ざ
らにアプリケータ３を微調整し、その腎結石＠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ッチ１３の第１のブツ
シュボタンを押し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ュ−サ１に大撮幅のパルス信号
が送られ第１の超音波トランスジューサ１は強力なエネ
ルギをもっ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が必要なだけ繰り
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１
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ッチ１
３からの信号とをＣＰＵ６により同期させてパル丈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ュ
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
基づくものでおるが、実際にはこれらは完全に対応して
いるとは限らない。

すなわち、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ュ
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ューサ２によるセクタ
スキャ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１９において被検体内の超音
波伝播速度が一定の値（例えば１５３０ＩＩｌ／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。すなわち
、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１
０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３５
Ｍ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
エコーも速く帰っ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って腎結＠３５が表示され
ることになる。

さらに、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３５Ｍ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ケ−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ッチング１３の第２の
ブシュボタンを押し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２７１から第１の超音波トランスジューサ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
ジュー４）１から被検体に向けてごく弱い超音波パルサ
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って反射
し、超音波エコーとなって第１の超音波トランジューサ
１により受波されエコー信号に交換される。受信回路２
５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内ある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ったとき、第
１の調音波トランジューサ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ッチ１３の第１
のブツシュボタンを押し、既述した場合と同様パルサ２
４から大振幅のパルス信号を第１の超音波トランスジュ
ーサ１に送って集束点に位置する腎結５３５Ｍを破砕す
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ァクタの変
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、すなわち、スケ−シフ１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ＣＰＵ６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
束点マーク３８内に賢結石像３５が入るように断層像の
スケールファクタを設定する。

このようにスケールファクタを設定すれば、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おる。

尚、上）ホしたスケールファ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の超音波トランジューサ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日毎
に第１の超音波トランスジューサ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
スジューサ２によるリアルタイム断層像には同等影響を
与えることがなく第１の超音波トランスジューサ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ａ　は第１の超音波トラン
スジューサ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〜ａ５は腎結石３５Ｍからの反
射エコーに基づく第１の超音波トランスジューサ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３５Ｍが第１の超音波ト
ランスジュー丈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ａ（１の発射時刻から短い時間にし
かも（膜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ザ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よりも遅い時間でかつ振
幅がより大ぎく幅が狭いパルスａ２が得られる。

ざらに第１の超音波トランスジユーザ１を体表３３から
達ざけ腎結ＵＪ３５Ｍ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ューサ１をさらに体表３３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ａｄ　、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なえば、
毎秒３０個の反射エコーに基づくパルスが得られ、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ａＱの発射時刻からこの包絡線のピーク点までの
時間下は、第１の超音波トランスジユーザ１の集束点と
腎結′ＥＩ３５Ｍの位置とが一致したときにこの超音波
トランスジューサ１から発射された超音波パルスが腎結
石３５Ｍに当って反射し第１の超音波トランスジューサ
１により受波されるまでの時間に相当する。

すなわち、凹面撮動子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王というこ
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
により予め定まっているため時間Ｔが求まれば、このと
きの第１の超音波トランスジユーザ１から音響カプラ２
２を経て被検体内の腎結石３５Ｍに至るまでの平均音速
ＣＭは下記（１）式で表わすことができる。

ＣＭ　＝　２　Ｒ／Ｔ　　　　　　　　・・・（１）前
記音速ＣＭ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
ほどその振幅が大ぎくかつその幅が狭いため、＠４図（
ａ）に示す各パルスａ１〜ａ５の波形をＣＰｔＪ６によ
り制御される第１の信号処理回路２６で微分し第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あるいはその微分波形信号を
さらに第１の信＠処理回路２６においてＡ／Ｄ変換処理
、メモリへの格納処理、ディ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）式に基づく演算を図示しない演算手段で行なうこと
により平均音速ＣＭ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仰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ァ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の破砕を行な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、集束点位置が凹面撮動子１５の幾学的中心かられ
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ューサ１によ
る音場領ＩＩＪ、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ｖｌ認手段１１から発生ざぜる音は反射
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。

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

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おる。

例えば、上述した実施例では腎結石位置の確認を音響的
に行なう場合について説明したが、これに限らず第１の
信＠９１！Ｘ埋回路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、その振幅の大小を児なら
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かつ何度でも繰り返
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ック図、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２
の超音波トランスジュ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ューサ、２・・・第２
の超音波トランスジューサ、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、１０・・・表示
手段、１１・・・結石位置確認手段、 １２・・・被検体信号検出素子、 １３・・・パルス発生スイッチ、 １４・・・音速設定手段、３３Ｍ・・・体表、弔３図 弔４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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の超音波トランスジューサと、この
   第１の超音波トランスジューサと所定の位置関係をもっ
   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の超音波トランスジューサと
   、前記断層像データに基く断層像と前記集束点に対応す
   る集束点マーカとを表示する表示手段と、前記第１の超
   音波トランスジューサからその集束点に位置する破砕対
   象たる被検体内の結石に向けて強力な超音波エネルギを
   発生させるパルサとを有し、表示手段上の集束点マーカ
   に結石像を一致させた状態でパルサにより第１の超音波
   トランスジューサを駆動し結石を破砕するようにしたこ
   とを特徴とする超音波結石破砕装置。
2. （２）前記第２の超音波トランスジューサは、前記第１
   の超音波トランスジューサの中心部に配置されている特
   許請求の範囲第１項記載の超音波結石破砕装置。