WO2013146210A1 - 超音波医用システム - Google Patents

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WO2013146210A1
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ultrasonic
medical system
probe
image
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PCT/JP2013/056614
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望月　剛
敏雄 千葉
紘正 山下
隆志 柿本
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日立アロカメディカル株式会社
独立行政法人国立成育医療研究センター
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    • A61B17/12131—Occluding by internal devices, e.g. balloons or releasable wires characterised by the type of occluding device
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    • A61N2007/0052—Ultrasound therapy using the same transducer for therapy and imaging

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic medical system used for medical treatment.
  • ultrasonic diagnostic apparatuses are widely used in medical settings.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus is indispensable for diagnosis of a fetus or the like.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus it is possible not only to observe the fetal growth state, but also to discover fetal diseases and the like at an early stage.
  • ultrasonic diagnostic apparatuses are used for treatment and surgery in addition to diagnosis. It is evolving into a comprehensive ultrasound medical system that can be used. In particular, in the diagnosis and treatment of the fetus, there is great expectation for a new ultrasonic medical system.
  • Congenital diaphragmatic hernia is a fetal body with a congenital defect hole in the diaphragm. Organs inside the abdominal cavity (such as the stomach, liver, and intestinal tract) enter the thorax and grow lung tissue. It is a disease state that inhibits.
  • bodily fluid is stored in the fetal lung, the lung expands, the organs in the abdominal cavity that have entered the rib cage are pushed out of the rib cage, and the growth of lung tissue is maintained.
  • an operation for opening the trachea of a fetus blocked by a balloon is performed immediately after giving birth.
  • Patent Documents 1 and 2 introduce small medical balloons that are inserted into blood vessels and the like.
  • the inventors of the present application have conducted research and development on a new treatment method using a balloon and an ultrasonic medical system suitable for the treatment method.
  • the present invention has been made in the course of research and development, and an object thereof is to realize an ultrasonic medical system suitable for a new treatment method using a balloon.
  • An ultrasonic medical system suitable for the above-described object includes a probe including an ultrasonic transducer, and a transmission unit that controls the probe so as to form an ultrasonic transmission beam.
  • the probe is controlled so as to form a transmission beam toward a balloon disposed in the tissue, and the probe transmits an ultrasonic wave along the transmission beam, thereby filling the liquid filling in the balloon.
  • the agent is vaporized with ultrasonic waves and discharged from the balloon.
  • the liquid filler filled in the balloon can be vaporized with ultrasonic waves and discharged from the balloon, the balloon is deflated and blocked by the balloon.
  • the condition can be released and is extremely useful in the treatment of congenital diaphragmatic hernia, for example.
  • the apparatus further includes a reception unit that obtains a reception signal along an ultrasonic reception beam, and an image formation unit that forms an ultrasonic image based on the reception signal
  • the transmission unit includes a balloon.
  • the probe is controlled to scan the transmission beam in the region and transmit ultrasonic waves for images, and the reception unit receives the reception signal from the region along the reception beam corresponding to the transmission beam to be scanned.
  • the image forming unit forms an ultrasonic image of a region including the balloon based on a reception signal obtained from the region, and the transmitting unit determines the position of the balloon specified based on the ultrasonic image.
  • the probe is controlled so as to form a transmission beam toward the side and transmit ultrasonic waves for vaporization.
  • the transmitting unit controls the probe so as to transmit the vaporizing ultrasonic wave with higher energy than the image ultrasonic wave.
  • the catheter further includes a catheter for attaching the balloon to the tip, and an injection part for injecting a liquid filler into the balloon via the catheter, the injection part being attached to the balloon inserted into the tubular tissue.
  • a liquid filler By injecting a liquid filler through the catheter, the balloon is inflated to close the inside of the tubular tissue, and the transmitting unit forms a transmission beam toward the position of the balloon where the inside of the tubular tissue is closed, and vaporizes.
  • the probe is controlled so as to transmit ultrasonic waves for use, and the probe sends ultrasonic waves for vaporization along the transmission beam, and ultrasonically removes the liquid filler filled in the balloon.
  • the balloon By evaporating and discharging from the inside of the balloon, the balloon is deflated and the blockage in the tubular tissue is released.
  • balloons are suitable for use in the ultrasonic medical system.
  • a balloon that is attached to the distal end of a catheter and is inserted into a tubular tissue, and a liquid filler injected through the catheter flows into the balloon, and the liquid filler injected into the balloon is outside the balloon. Equipped with a backflow prevention valve that suppresses outflow to the liquid, and the liquid filler filled in the balloon is vaporized by ultrasonic waves, and the suppression of the backflow prevention valve is released by the increased pressure in the balloon. The filled filler is discharged out of the balloon through the backflow prevention valve.
  • an ultrasonic medical system suitable for a new treatment method using a balloon is realized.
  • the liquid filler filled in the balloon can be vaporized by ultrasonic waves and discharged from the balloon, the balloon is deflated and blocked by the balloon. The condition can be released and is extremely useful in the treatment of congenital diaphragmatic hernia, for example.
  • FIG. 1 is a diagram showing an ultrasonic medical system (the present ultrasonic medical system) suitable for implementing the present invention.
  • This ultrasonic medical system includes an ultrasonic probe 10 that transmits ultrasonic waves to a balloon 40 disposed in a tubular tissue of a living body.
  • the ultrasonic probe 10 includes an image transducer 10D and a vaporization transducer 10T.
  • the image transducer 10D includes a plurality of vibration elements, and transmits and receives relatively weak ultrasonic waves for forming an ultrasonic image. That is, ultrasonic waves having the same intensity (energy) as that of a known general ultrasonic diagnostic apparatus are transmitted and received.
  • the vaporizing vibrator 10T also includes a plurality of vibration elements.
  • the vaporizing vibrator 10T transmits a relatively strong ultrasonic wave to vaporize the liquid filler filled in the balloon 40 as will be described in detail later. That is, the vaporizing transducer 10T transmits the vaporizing ultrasonic wave with higher energy than the ultrasonic wave transmitted by the image transducer 10D.
  • the ultrasonic probe 10 has, for example, a bowl shape with a concave portion inside, and the concave inner surface serves as a transducer surface. Further, all the vibration elements or some vibration elements may be used for both image and vaporization applications.
  • the transmission unit 12 controls the ultrasonic probe 10 by outputting a transmission signal corresponding to each of the plurality of vibration elements included in the ultrasonic probe 10. That is, the transmission unit 12 controls the plurality of vibration elements of the image transducer 10D to scan the image transmission beam, and controls the plurality of vibration elements of the vaporization transducer 10T to transmit for vaporization. Form a beam.
  • the reception unit 14 forms a reception beam corresponding to the scanned transmission beam by performing a phasing addition process on the reception signal obtained from each of the plurality of vibration elements included in the image transducer 10D, Echo data (received signal) obtained along the received beam is output to the subsequent ultrasonic image forming unit 20.
  • the ultrasonic image forming unit 20 forms image data of an ultrasonic image in which the balloon 40 is projected based on the echo data obtained from the receiving unit 14.
  • the ultrasonic image for example, a B-mode image, a three-dimensional image, an orthogonal three-section image, or the like is suitable. Then, an ultrasonic image corresponding to the image data formed in the ultrasonic image forming unit 20 is displayed on the display unit 22.
  • a user who uses the ultrasonic medical system confirms the position of the balloon 40 using, for example, an ultrasonic image displayed on the display unit 22, operates the operation device 32, and inputs the position information of the balloon 40.
  • the position information is input by designating the position of the balloon 40 in the ultrasonic image displayed on the touch panel in which the functions of the operation device 32 and the display unit 22 are integrated.
  • the position information may be input by operating the operation device 32 such as a trackball or a mouse and specifying the position of the balloon 40 with a cursor or the like displayed in the ultrasonic image of the display unit 22.
  • the position information of the balloon 40 for example, the coordinate value of the center position of the balloon 40 or other characteristic portion in the XYZ orthogonal coordinate system is preferable.
  • coordinate values in the r ⁇ scanning coordinate system may be used.
  • the control unit 30 controls the transmission unit 12 based on the position information of the balloon 40 obtained through the operation device 32.
  • the transmitter 12 forms a transmission beam focused on the position of the balloon 40 toward the position of the balloon 40, and transmits the ultrasonic wave for vaporization, for example.
  • the vibrator 10T is controlled.
  • the balloon 40 is attached to the distal end of the catheter 42 and inserted into a living tubular tissue, for example, a fetal trachea to be described later.
  • a living tubular tissue for example, a fetal trachea to be described later.
  • an endoscopic image obtained from a small camera (not shown) provided at the distal end of the catheter 42 is used. That is, the user inserts the catheter 42 into the tubular tissue of the living body while confirming the endoscope image formed in the endoscope image forming unit 60 and displayed on the display unit 62. Further, when the catheter 42 is inserted, an ultrasonic image displayed on the display unit 22 may be referred to. Needless to say, insertion of the catheter 42 into the living body should be performed by a specialist such as a doctor.
  • a liquid filler is injected into the balloon 40 in accordance with an operation from the user. That is, the liquid filler in the container 52 is injected into the balloon 40 via the catheter 42 by the infusion pump 50. As a result, the inflated balloon 40 closes the tubular tissue of the living body.
  • This ultrasonic medical system is used for diagnosis and treatment of a tubular tissue of a living body, but is suitable for treatment of a fetus, particularly congenital diaphragmatic hernia (CDH).
  • CDH congenital diaphragmatic hernia
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the pathology of congenital diaphragmatic hernia.
  • a congenital diaphragmatic hernia has a congenital defect hole in the diaphragm of the fetus, and an organ in the abdominal cavity (such as the stomach, liver, or intestinal tract) through the defect hole. Is a condition that enters the rib cage and inhibits the growth of lung tissue.
  • a treatment method has been developed in which the balloon 40 is inserted into the trachea of the fetus and inflated in the trachea of the fetus to close the trachea, and this ultrasonic medical system is used for this treatment method. Is done.
  • body fluid is accumulated in the lungs of the fetus whose trachea is blocked, and the lungs expand.
  • FIG. 2 (II) the intra-abdominal organs that have entered the thorax are pushed out of the thorax, Organizational growth is maintained.
  • a catheter with the balloon 40 attached to the tip is inserted into the trachea of the fetus from outside the mother body.
  • FIG. 3 is a view showing an example of insertion of the catheter 42.
  • the catheter 42 is inserted into the mother M from, for example, the abdomen of the mother M, and the distal end of the catheter 42 is inserted into the trachea from the fetal mouth.
  • the catheter 42 having a balloon at the tip is inserted into the trachea from the fetal mouth, and the balloon is placed at the target position.
  • FIG. 4 to FIG. 8 show an example of a preferable method of using the ultrasonic medical system.
  • FIG. 4 shows a state in which the balloon 40 provided at the distal end of the catheter 42 is arranged at a target position in the trachea T.
  • the liquid filler D in the container 52 (FIG. 1) is injected into the balloon 40 via the catheter 42 by the infusion pump 50 (FIG. 1).
  • the balloon 40 includes a backflow prevention valve V on the connection end side connected to the catheter 42, and the liquid filler D flows into the balloon 40 through the backflow prevention valve V.
  • the balloon 40 inflated by filling with the filler D closes the trachea T as shown in FIG.
  • the catheter 42 is withdrawn toward the mouth of the fetus, the tip of the catheter 42 is detached from the balloon 40, and the balloon 40 is left in the trachea T.
  • the backflow prevention valve V prevents the liquid filler D filled in the balloon 40 from flowing out of the balloon 40.
  • the trachea T is occluded for about 20 weeks, for example, and congenital diaphragmatic hernia is treated (see FIG. 2).
  • the obstruction of the trachea T by the balloon 40 is released.
  • the ultrasonic medical system in the release, as shown in FIG. 7, ultrasonic waves are irradiated toward the balloon 40 that has closed the trachea T.
  • the ultrasonic wave used at this time is the vaporizing ultrasonic wave described with reference to FIG. That is, the transmission unit 12 in FIG. 1 controls the vaporizing transducer 10T of the ultrasonic probe 10 so as to form a transmission beam toward the position of the balloon 40 and transmit the ultrasonic waves for vaporization.
  • the vibrator surface of the ultrasonic probe 10 in FIG. 1 is applied to the body surface of the mother body, and the vaporizing vibrator 10T irradiates ultrasonic waves from the body surface of the mother body.
  • the vibrator surface of the ultrasonic probe 10 is applied to the body surface of the fetus, and the vaporizing vibrator 10T is moved from the body surface of the fetus.
  • Ultrasonic waves may be irradiated. Thereby, as shown in FIG. 7, the ultrasonic wave for vaporization is irradiated toward the balloon 40.
  • the filler D of the balloon 40 When the ultrasonic wave is irradiated, the filler D of the balloon 40 is vaporized by receiving ultrasonic energy. For example, as shown in FIG. 7, the filler D expands in a state containing a large amount of bubbles, The pressure in the balloon 40 is increased. With the increase in pressure, the suppression function of the check valve V is released, and the vaporized filler D is discharged out of the balloon 40 through the check valve V. Thereby, as shown in FIG. 8, the balloon 40 is deflated and the obstruction in the trachea T is released. Since body fluid is stored in the fetal lung, the deflated balloon 40 is discharged toward the fetal mouth by the pressure of the body fluid.
  • FIG. 9 is a view showing a specific example of the backflow prevention valve V provided on the balloon, and the fixed end S of the backflow prevention valve V is attached to the pedestal P.
  • FIG. 9 (1) shows the state of the check valve V when the filler is injected into the balloon from the catheter.
  • the check valve V is inserted into the balloon by the filler injected in the direction indicated by the arrow. Open towards.
  • FIG. 9 (2) shows the state of the check valve V when the balloon is inflated to close the inside of the tubular tissue, and the filler filled in the balloon is closed when the check valve V is closed. Is prevented from leaking out.
  • FIG. 9 (3) shows the state of the check valve V when the filler in the balloon is vaporized and the pressure in the balloon is rising, and the pressure is applied to the check valve V in the direction indicated by the arrow. It has been added.
  • this pressure exceeds the pressure resistance capability of the backflow prevention valve V, as shown in FIG. 9 (4), the backflow prevention valve V opens in the reverse direction, that is, outward of the balloon, and the vaporized filler in the balloon is discharged. It is discharged out of the balloon.
  • FIG. 10 is a view showing a modified example of the backflow prevention valve V, and shows the backflow prevention valve V viewed from inside the balloon. 10 also has a fixed end S attached to the pedestal P. Further, the state when the filler is injected and when the balloon is closed is the same as that of the check valve V of FIG. In the modification of FIG. 10, the check valve V is provided with a thin notch N. When the filler in the balloon is vaporized and the pressure in the balloon rises and exceeds the pressure resistance capability of the thin notch N, the backflow prevention valve V breaks at the thin notch N, and the vaporization in the balloon The filled filler is discharged out of the balloon.
  • the filler used in the ultrasonic medical system includes a liquid or mixed liquid having a boiling point of, for example, about 45 degrees Celsius to about 80 degrees Celsius.
  • a filler containing perfluorocabons having a boiling point of, for example, about 45 degrees Celsius to about 80 degrees Celsius is desirable.
  • perfluorocompounds have oxygen solubility about 20 times that of water in the liquid state, and have carbon dioxide carrying capacity several times that of hemoglobin, so they are also used as artificial blood materials. Therefore, there is a feature that is not harmful to the living body.
  • a substance having a boiling point in the range of about 45 degrees Celsius to about 80 degrees Celsius as a filler, a liquid state can be maintained at a body temperature, and an ultrasonic wave is used to release an obstruction. It becomes possible to evaporate by raising the temperature.
  • a sound absorber may be mixed in the filler so that ultrasonic energy can be efficiently converted into thermal energy, or a filler containing pulmonary surfactant or liquid polysaccharide is used. May be.
  • the preferred embodiments of the present invention have been described above, but the above-described embodiments are merely examples in all respects, and do not limit the scope of the present invention.
  • the present invention includes various modifications without departing from the essence thereof.
  • the application to the treatment of congenital diaphragmatic hernia has been described as a preferred method of using the ultrasonic medical system of FIG. 1, but for example, occlusion of the balloon for promoting the development of the fetal bladder is performed.
  • the ultrasonic medical system of FIG. 1 may be used for the treatment used.

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Abstract

　超音波プローブ１０は、画像用振動子１０Ｄと気化用振動子１０Ｔで構成されている。送信部１２は、バルーン４０の位置に向けて送信ビームを形成して気化用の超音波を送波するように、超音波プローブ１０の気化用振動子１０Ｔを制御する。バルーン４０内には液状の充填剤が充填されており、バルーン４０が生体の管状組織を閉塞している。そのバルーン４０に超音波が送波されることにより、バルーン４０内に充填された液状の充填剤が超音波で気化させてバルーン４０内から排出され、バルーン４０が萎んで管状組織の閉塞が解除される。

Description

超音波医用システム
　本発明は、医療に用いられる超音波医用システムに関する。
　超音波の生体に対する安全性等の面から、超音波診断装置は医療の現場において広く普及している。特に、胎児などの診断において、超音波診断装置は欠くことのできない存在となっている。超音波診断装置を利用することにより、胎児の発育状態を観察することができるばかりか、胎児の疾患等を早期に発見することも可能となっている。
　さらに、近年においては、診断だけに留まらず、診断で発見された疾患等の治療における超音波診断装置の利用も期待され、それに伴い、超音波診断装置は、診断に加えて治療や手術にも利用される総合的な超音波医用システムへと進化しつつある。特に胎児の診断や治療においては、新たな超音波医用システムへの期待が大きい。
　超音波医用システムを利用した治療が期待される胎児の疾患の一つに、先天性横隔膜ヘルニア（CDH:congenital diaphragmatic hernia）がある。先天性横隔膜ヘルニアとは、胎児の体内において、横隔膜に先天的な欠損孔が開いており、その欠損孔から腹腔内の臓器（胃や肝臓や腸管など）が胸郭内に入り込み、肺組織の成長を阻害する病態である。
　この先天性横隔膜ヘルニアの治療として、開腹手術により母体内から胎児を取り出し、その胎児に外科的に治療を行う方法がある。さらに、近年においては、母体への侵襲を軽減するために、母体外から胎児の気管内にカテーテルを挿入し、カテーテルの先端に取り付けたバルーンを胎児の気管内で膨らませて気管を閉塞する治療方法が開発されている。この治療方法では、胎児の肺に体液が貯留されて肺が拡張し、胸郭内に入り込んだ腹腔内の臓器を胸郭外に押し出し、肺組織の成長が維持される。そして、この治療方法では、出産後直ちに、バルーンにより閉塞された胎児の気管を開放する手術が行われる。
　ちなみに、特許文献１，２には、血管等の内部に挿入される医療用の小さなバルーンが紹介されている。
特開平１１－２４４３８６号公報 特開平４－２００５６５号公報
　上述した背景技術に鑑み、本願の発明者らは、バルーンを利用した新たな治療方法とその治療方法に適した超音波医用システムについて研究開発を重ねてきた。
　本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、バルーンを利用した新たな治療方法に適した超音波医用システムを実現することにある。
　上記目的にかなう好適な超音波医用システムは、超音波振動子を備えたプローブと、超音波の送信ビームを形成するようにプローブを制御する送信部と、を有し、前記送信部は、管状組織内に配置されたバルーンに向けて送信ビームを形成するようにプローブを制御し、前記プローブは、送信ビームに沿って超音波を送波することにより、当該バルーン内に充填された液状の充填剤を超音波で気化させて当該バルーン内から排出する、ことを特徴とする。
　上記の好適な超音波医用システムによれば、バルーン内に充填された液状の充填剤を超音波で気化させてそのバルーン内から排出することができるため、これによりバルーンを萎ませてバルーンによる閉塞状態を解除することができ、例えば先天性横隔膜ヘルニア等の治療において極めて有用である。
　望ましい具体例において、超音波の受信ビームに沿って受信信号を得る受信部と、受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、をさらに有し、前記送信部は、バルーンを含む領域内で送信ビームを走査して画像用の超音波を送波するようにプローブを制御し、前記受信部は、走査される送信ビームに対応した受信ビームに沿って前記領域内から受信信号を得て、前記画像形成部は、前記領域内から得られる受信信号に基づいてバルーンを含む領域の超音波画像を形成し、前記送信部は、前記超音波画像に基づいて特定されるバルーンの位置に向けて送信ビームを形成して気化用の超音波を送波するようにプローブを制御する、ことを特徴とする。
　望ましい具体例において、前記送信部は、画像用の超音波よりも高いエネルギーで気化用の超音波を送波するようにプローブを制御する、ことを特徴とする。
　望ましい具体例において、バルーンを先端に取り付けるカテーテルと、カテーテルを介してバルーン内に液状の充填剤を注入する注入部と、をさらに有し、前記注入部は、管状組織内に挿入されたバルーンにカテーテルを介して液状の充填剤を注入することにより、当該バルーンを膨らませて管状組織内を閉塞させ、前記送信部は、管状組織内を閉塞したバルーンの位置に向けて送信ビームを形成して気化用の超音波を送波するようにプローブを制御し、前記プローブは、当該送信ビームに沿って気化用の超音波を送波し、当該バルーン内に充填された液状の充填剤を超音波で気化させて当該バルーン内から排出することにより、当該バルーンを萎ませて管状組織内の閉塞を解除する、ことを特徴とする。
　また、上記超音波医用システムにおいて用いられるバルーンは次のものが好適である。カテーテルの先端に取り付けられて管状組織内に挿入されるバルーンであって、カテーテルを介して注入される液状の充填剤をバルーン内へ流入させ、バルーン内に注入された液状の充填剤がバルーン外へ流出することを抑制する逆流防止弁を備え、バルーン内に充填された液状の充填剤が超音波により気化され、これにより高められたバルーン内の圧力により逆流防止弁の抑制が解除され、気化された充填剤が逆流防止弁を介してバルーン外へ排出される、ことを特徴とする。
　本発明により、バルーンを利用した新たな治療方法に適した超音波医用システムが実現される。例えば、本発明の好適な態様によれば、バルーン内に充填された液状の充填剤を超音波で気化させてそのバルーン内から排出することができるため、これによりバルーンを萎ませてバルーンによる閉塞状態を解除することができ、例えば先天性横隔膜ヘルニア等の治療において極めて有用である。
本発明の実施において好適な超音波医用システムを示す図である。 先天性横隔膜ヘルニアの病態を説明するための図である。 カテーテルの挿入例を示す図である。 バルーンが気管内の目的の位置に配置された状態を示す図である。 バルーンが気管内を閉塞した状態を示す図である。 バルーンからカテーテルが引き抜かれる様子を示す図である。 バルーンに向けて超音波が照射される様子を示す図である。 バルーンが萎んで気管内の閉塞を解除した状態を示す図である。 バルーンに設けられる逆流防止弁の具体例を示す図である。 逆流防止弁の変形例を示す図である。
　図１は、本発明の実施において好適な超音波医用システム（本超音波医用システム）を示す図である。本超音波医用システムは、生体の管状組織内に配置されたバルーン４０に対して超音波を送波する超音波プローブ１０を備えている。その超音波プローブ１０は、画像用振動子１０Ｄと気化用振動子１０Ｔで構成されている。
　画像用振動子１０Ｄは、複数の振動素子を備えており、超音波画像を形成するための比較的弱い超音波を送受する。つまり、公知の一般的な超音波診断装置と同じ程度の強度（エネルギー）の超音波を送受する。
　気化用振動子１０Ｔも、複数の振動素子を備えている。気化用振動子１０Ｔは、後に詳述するようにバルーン４０に充填された液状の充填剤を気化させるために、比較的強い超音波を送波する。つまり、気化用振動子１０Ｔは、画像用振動子１０Ｄが送波する超音波よりも高いエネルギーで気化用の超音波を送波する。
　なお、超音波プローブ１０は、例えば、お椀（どんぶり）状に内部を凹ませた形状とされ、その凹ませた内部の表面を振動子面とする。また、全ての振動素子またはいくつかの振動素子が、画像用と気化用の両用途に利用されてもよい。
　送信部１２は、超音波プローブ１０が備える複数の振動素子の各々に対応した送信信号を出力して超音波プローブ１０を制御する。つまり、送信部１２は、画像用振動子１０Ｄの複数の振動素子を制御して画像用の送信ビームを走査し、また、気化用振動子１０Ｔの複数の振動素子を制御して気化用の送信ビームを形成する。
　受信部１４は、画像用振動子１０Ｄが備える複数の振動素子の各々から得られる受信信号に対して整相加算処理などを施すことにより、走査される送信ビームに対応した受信ビームを形成し、受信ビームに沿って得られるエコーデータ（受信信号）を後段の超音波画像形成部２０へ出力する。
　超音波画像形成部２０は、受信部１４から得られるエコーデータに基づいて、バルーン４０を映し出した超音波画像の画像データを形成する。超音波画像としては、例えば、Ｂモード画像や３次元画像や直交３断面画像などが好適である。そして、超音波画像形成部２０において形成された画像データに対応した超音波画像が表示部２２に表示される。
　本超音波医用システムを利用するユーザは、例えば表示部２２に表示される超音波画像を利用してバルーン４０の位置を確認し、操作デバイス３２を操作してそのバルーン４０の位置情報を入力する。例えば、操作デバイス３２と表示部２２の機能を一体化させたタッチパネルに表示される超音波画像内においてバルーン４０の位置を指定することにより位置情報が入力される。また、トラックボールやマウスなどの操作デバイス３２を操作して、表示部２２の超音波画像内に表示されるカーソル等によりバルーン４０の位置に指定して位置情報が入力されてもよい。
　なお、バルーン４０の位置情報としては、例えば、ＸＹＺ直交座標系内におけるバルーン４０の中心位置またはその他の特徴部分の座標値が好適である。もちろん、ｒθφ走査座標系内における座標値が利用されてもよい。
　制御部３０は、操作デバイス３２を介して得られるバルーン４０の位置情報に基づいて送信部１２を制御する。これにより、送信部１２は、バルーン４０の位置に向けて、例えばバルーン４０の位置を焦点とする送信ビームを形成し、気化用の超音波を送波するように、超音波プローブ１０の気化用振動子１０Ｔを制御する。
　バルーン４０は、カテーテル４２の先端に取り付けられて、生体の管状組織内、例えば後に説明する胎児の気管内に挿入される。その挿入の際には、カテーテル４２の先端に設けられた図示しない小型カメラから得られる内視鏡画像が利用される。つまり、内視鏡画像形成部６０において形成されて表示部６２に表示される内視鏡画像を確認しながら、ユーザがカテーテル４２を生体の管状組織内に挿入する。また、カテーテル４２の挿入の際に、表示部２２に表示される超音波画像が参照されてもよい。なお、カテーテル４２の生体内への挿入は、医師等の専門家が行うべきことは言うまでもない。
　バルーン４０が目的の位置まで挿入されると、ユーザからの操作に応じて、バルーン４０内に液状の充填剤が注入される。つまり、容器５２内にある液状の充填剤が、注入ポンプ５０により、カテーテル４２を介してバルーン４０内に注入される。これにより、膨らんだバルーン４０が生体の管状組織内を閉塞する。
　本超音波医用システムは、生体の管状組織に関する診断や治療に利用されるが、胎児の治療、特に先天性横隔膜ヘルニア（CDH:congenital diaphragmatic hernia）の治療に適している。
　図２は、先天性横隔膜ヘルニアの病態を説明するための図である。先天性横隔膜ヘルニアとは、図２（Ｉ）に示すように、胎児の体内において、横隔膜に先天的な欠損孔が開いており、その欠損孔から腹腔内の臓器（胃や肝臓や腸管など）が胸郭内に入り込み、肺組織の成長を阻害する病態である。
　この先天性横隔膜ヘルニアの治療として、胎児の気管内にバルーン４０を挿入して胎児の気管内で膨らませて気管を閉塞する治療方法が開発されており、本超音波医用システムがこの治療方法に利用される。この治療方法では、気管を閉塞された胎児の肺に体液が貯留されて肺が拡張し、図２（ＩＩ）に示すように、胸郭内に入り込んだ腹腔内の臓器を胸郭外に押し出し、肺組織の成長が維持される。このバルーン４０を利用した治療においては、バルーン４０を先端に取り付けたカテーテルが、母体外から胎児の気管内に挿入される。
　図３は、カテーテル４２の挿入例を示す図である。この挿入例においては、母体Ｍの例えば腹部から母体Ｍ内にカテーテル４２が挿入され、さらに、そのカテーテル４２の先端が、胎児の口から気管内に挿入される。本超音波医用システムにおいても、図３に示す例のように、先端にバルーンを備えたカテーテル４２が胎児の口から気管内に挿入され、バルーンが目的の位置に配置される。
　図４から図８には、本超音波医用システムの好適な利用方法の一例が示されている。図４には、カテーテル４２の先端に設けられたバルーン４０が、気管Ｔ内の目的の位置に配置された状態を示している。図４に示すように目的の位置に配置されると、容器５２（図１）内にある液状の充填剤Ｄが注入ポンプ５０（図１）によりカテーテル４２を介してバルーン４０内に注入される。なお、バルーン４０は、カテーテル４２に接続される接続端側に、逆流防止弁Ｖを備えており、液状の充填剤Ｄがこの逆流防止弁Ｖを通ってバルーン４０内に流入する。
　そして、充填剤Ｄを注入されて膨らんだバルーン４０が、図５に示すように気管Ｔ内を閉塞する。その後、図６に示すように、カテーテル４２が胎児の口の方へ引き抜かれ、カテーテル４２の先端がバルーン４０から外れて、バルーン４０が気管Ｔ内に残される。なお、逆流防止弁Ｖが、バルーン４０内に充填された液状の充填剤Ｄがバルーン４０外へ流出することを防止している。この状態で、例えば２０週間程度に亘って気管Ｔが閉塞されて先天性横隔膜ヘルニアが治療される（図２参照）。
　その治療後にバルーン４０による気管Ｔの閉塞が解除される。本超音波医用システムでは、その解除において、図７に示すように、気管Ｔ内を閉塞していたバルーン４０に向けて超音波が照射される。この際に利用される超音波が、図１を利用して説明した気化用の超音波である。つまり、図１の送信部１２が、バルーン４０の位置に向けて送信ビームを形成して気化用の超音波を送波するように、超音波プローブ１０の気化用振動子１０Ｔを制御する。
　例えば、胎児が母体内にいる場合には、図１の超音波プローブ１０の振動子面が母体の体表に当てられて、母体の体表から気化用振動子１０Ｔが超音波を照射する。また、例えば、帝王切開などにより胎児が母体外へ取り出された状態であれば、超音波プローブ１０の振動子面が胎児の体表に当たられて、胎児の体表から気化用振動子１０Ｔが超音波を照射するようにしてもよい。これにより、図７に示すように、バルーン４０に向けて気化用の超音波が照射される。
　超音波が照射されると、バルーン４０の充填剤Ｄが超音波のエネルギーを受けて気化され、例えば図７に示すように、充填剤Ｄが大量の泡を含んだ状態となって膨張し、バルーン４０内の圧力を上昇させる。その圧力の上昇により、逆流防止弁Ｖの抑制機能が解除され、気化された充填剤Ｄが逆流防止弁Ｖを通ってバルーン４０の外へ排出される。これにより、図８に示すように、バルーン４０が萎んで気管Ｔ内の閉塞が解除される。なお、胎児の肺内には体液が貯留されているため、その体液の圧力により、萎んだバルーン４０が胎児の口の方へ排出される。
　図９は、バルーンに設けられる逆流防止弁Ｖの具体例を示す図であり、逆流防止弁Ｖの固定端Ｓが台座Ｐに取り付けられている。図９（１）は、カテーテルからバルーン内に充填剤が注入される時の逆流防止弁Ｖの状態を示しており、矢印で示す方向に注入される充填剤により逆流防止弁Ｖがバルーン内に向かって開いている。
　図９（２）は、バルーンが膨らんで管状組織内を閉塞している時の逆流防止弁Ｖの状態を示しており、逆流防止弁Ｖが閉じてバルーン内に充填された充填剤がバルーン外へ流出することを防止している。
　図９（３）は、バルーン内の充填剤が気化されてバルーン内の圧力が上昇している時の逆流防止弁Ｖの状態を示しており、逆流防止弁Ｖに矢印で示す方向に圧力が加えられている。この圧力が逆流防止弁Ｖの耐圧能力を超えると、図９（４）に示すように、逆流防止弁Ｖが逆方向つまりバルーンの外方向に開弁し、バルーン内の気化された充填剤がバルーン外に排出される。
　図１０は、逆流防止弁Ｖの変形例を示す図であり、バルーン内から見た逆流防止弁Ｖを示している。図１０の逆流防止弁Ｖも固定端Ｓが台座Ｐに取り付けられている。また、充填剤の注入時とバルーンの閉塞時における状態は、図９の逆流防止弁Ｖと同じである。図１０の変形例では、逆流防止弁Ｖに薄厚の切れ込みＮが設けられている。そして、バルーン内の充填剤が気化されてバルーン内の圧力が上昇し、薄厚の切れ込みＮの耐圧能力を超えると、薄厚の切れ込みＮの部分で逆流防止弁Ｖが破断して、バルーン内の気化された充填剤がバルーン外に排出される。
　このように、本超音波医用システムでは、気化用の超音波を利用して、液状の充填剤を気化させることにより、バルーン４０による閉塞を解除している。そのため、本超音波医用システムで利用される充填剤は、沸騰点が例えば摂氏４５度程度から摂氏８０度程度の液体または混合液を含んでいることが望ましい。具体例として、沸騰点が例えば摂氏４５度程度から摂氏８０度程度のパーフルオロカーボン（perfluorocabon）類を含む充填剤が望ましい。
　また、例えばパーフルオロコンパウンド（perfluorocompounds）などは、液体の状態では水の２０倍程度の酸素溶解度を有しており、ヘモグロビンの数倍もの二酸化炭素運搬能力を持つため、人工血液の素材としても使用されていることから、生体に有害とならない特徴がある。これらの中で沸騰点が摂氏４５度程度から摂氏８０度程度の範囲の物質を充填剤として利用することにより、体温では液体の状態を維持することができ、閉塞を開放する際に超音波により温度を上げて気化させることが可能となる。
　また、充填剤の中に音響吸収剤を混在させておき、超音波のエネルギーを効率よく熱エネルギーに変換できるようにしてもよいし、肺サーファクタントや液体状の多糖類を含んだ充填剤が利用されてもよい。
　以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。例えば、上述した実施形態では、図１の超音波医用システムの好適な利用方法として、先天性横隔膜ヘルニアの治療への適用を説明したが、例えば胎児の膀胱の発達を促す為のバルーンの閉塞を利用した治療などに、図１の超音波医用システムが利用されてもよい。
　１０　超音波プローブ、１２　送信部、１４　受信部、２０　超音波画像形成部、４０　バルーン、４２　カテーテル、５０　注入ポンプ。

Claims (12)

  1. 　超音波振動子を備えたプローブと、
    　超音波の送信ビームを形成するようにプローブを制御する送信部と、
    　を有し、
    　前記送信部は、管状組織内に配置されたバルーンに向けて送信ビームを形成するようにプローブを制御し、
    　前記プローブは、送信ビームに沿って超音波を送波することにより、当該バルーン内に充填された液状の充填剤を超音波で気化させて当該バルーン内から排出する、
    　ことを特徴とする超音波医用システム。
  2. 　請求項１に記載の超音波医用システムにおいて、
    　超音波の受信ビームに沿って受信信号を得る受信部と、
    　受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
    　をさらに有し、
    　前記送信部は、バルーンを含む領域内で送信ビームを走査して画像用の超音波を送波するようにプローブを制御し、
    　前記受信部は、走査される送信ビームに対応した受信ビームに沿って前記領域内から受信信号を得て、
    　前記画像形成部は、前記領域内から得られる受信信号に基づいてバルーンを含む領域の超音波画像を形成し、
    　前記送信部は、前記超音波画像に基づいて特定されるバルーンの位置に向けて送信ビームを形成して気化用の超音波を送波するようにプローブを制御する、
    　ことを特徴とする超音波医用システム。
  3. 　請求項２に記載の超音波医用システムにおいて、
    　前記送信部は、画像用の超音波よりも高いエネルギーで気化用の超音波を送波するようにプローブを制御する、
    　ことを特徴とする超音波医用システム。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波医用システムにおいて、
    　バルーンを先端に取り付けるカテーテルと、
    　カテーテルを介してバルーン内に液状の充填剤を注入する注入部と、
    　をさらに有し、
    　前記注入部は、管状組織内に挿入されたバルーンにカテーテルを介して液状の充填剤を注入することにより、当該バルーンを膨らませて管状組織内を閉塞させ、
    　前記送信部は、管状組織内を閉塞したバルーンの位置に向けて送信ビームを形成して気化用の超音波を送波するようにプローブを制御し、
    　前記プローブは、当該送信ビームに沿って気化用の超音波を送波し、当該バルーン内に充填された液状の充填剤を超音波で気化させて当該バルーン内から排出することにより、当該バルーンを萎ませて管状組織内の閉塞を解除する、
    　ことを特徴とする超音波医用システム。
  5. 　請求項１に記載の超音波医用システムにおいて、
    　前記プローブは、画像用超音波と気化用超音波を送波し、
    　前記送信部は、バルーンを含む領域内で画像用超音波の送信ビームを走査するようにプローブを制御し、バルーンに向けて気化用超音波の送信ビームを形成するようにプローブを制御する、
    　ことを特徴とする超音波医用システム。
  6. 　請求項５に記載の超音波医用システムにおいて、
    　前記送信部によって走査される画像用超音波の送信ビームに対応した受信ビームに沿って前記領域内から受信信号を得る受信部と、
    　前記受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
    　をさらに有する、
    　ことを特徴とする超音波医用システム。
  7. 　請求項６に記載の超音波医用システムにおいて、
    　前記送信部は、前記超音波画像に基づいて特定されるバルーンの位置に向けて送信ビームを形成して気化用超音波を送波するようにプローブを制御する、
    　ことを特徴とする超音波医用システム。
  8. 　請求項７に記載の超音波医用システムにおいて、
    　前記送信部は、バルーンの位置を焦点とする気化用超音波の送信ビームを形成する、
    　ことを特徴とする超音波医用システム。
  9. 　請求項１に記載の超音波医用システムにおいて、
    　前記プローブは、比較的弱い画像用超音波を送波する画像用振動子と、比較的強い気化用超音波を送波する気化用振動子と、を備える、
    　ことを特徴とする超音波医用システム。
  10. 　請求項１に記載の超音波医用システムにおいて、
    　前記プローブは、お椀状に内部を凹ませた形状であり、凹ませた内部の表面を振動子面とする、
    　ことを特徴とする超音波医用システム。
  11. 　請求項１に記載の超音波医用システムにおいて、
    　前記プローブは、複数の振動素子を備えており、全ての振動素子またはいくつかの振動素子を画像用と気化用の両用途に利用する、
    　ことを特徴とする超音波医用システム。
  12. 　カテーテルの先端に取り付けられて管状組織内に挿入されるバルーンであって、
    　カテーテルを介して注入される液状の充填剤をバルーン内へ流入させ、バルーン内に注入された液状の充填剤がバルーン外へ流出することを抑制する逆流防止弁を備え、
    　バルーン内に充填された液状の充填剤が超音波により気化され、これにより高められたバルーン内の圧力により逆流防止弁の抑制が解除され、気化された充填剤が逆流防止弁を介してバルーン外へ排出される、
    　ことを特徴とするバルーン。
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