WO2018182017A1 - 超音波照射装置 - Google Patents

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WO2018182017A1
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ultrasonic irradiation
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恭寿 高野
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京セラ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic irradiation apparatus that cauterizes a pain site by irradiating ultrasonic waves from outside the body.
  • the affected area is irradiated with high-density focused ultrasound (HIFU) from outside the body by using an ultrasonic irradiation device.
  • HIFU high-density focused ultrasound
  • Bone pain alleviation treatment is performed in which a site is cauterized non-invasively (see Patent Documents 1 and 2).
  • the ultrasonic irradiation apparatus of the present disclosure includes an ultrasonic transducer that irradiates focused ultrasonic waves from the outside toward the body surface, and an optical imaging unit that images the body surface of the ultrasonic irradiation target site.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the ultrasonic irradiation apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the ultrasonic irradiation apparatus according to the second embodiment.
  • 3A to 3D are front views showing examples of irradiation position guides used in the embodiment.
  • FIG. 4A is a front view of the ultrasonic irradiation unit of the ultrasonic irradiation apparatus according to the embodiment as viewed from below
  • FIG. 4B is a side view of the ultrasonic irradiation unit as viewed from the side.
  • ultrasonic irradiation devices used for bone pain relief treatment can be classified into two types.
  • (1) MRgHIFU by diagnosing and guiding the ultrasonic irradiation target site such as an affected part to be treated.
  • the therapeutic transducers that cauterize the pain site are the same HIFU type.
  • the HIFU transducer has various shapes, for example, the outer shape is circular or quadrangular, and each bulges in a concave surface in the direction opposite to the ultrasonic irradiation direction, or is not bulged and has a plate shape, etc. There is.
  • the above-mentioned MRgHIFU and USgHIFU specify a site causing pain by using images obtained from the MRI guide device and the ultrasonic guide device, respectively, and a therapeutic transducer is placed on the specified site.
  • the affected area is irradiated with HIFU to cauterize the affected area.
  • the general MRI guide device and ultrasonic guide device currently used for diagnosis can detect and image an organ or the like, which is a soft tissue in the back of the body, which causes pain occurring in the deep part.
  • an organ or the like which is a soft tissue in the back of the body, which causes pain occurring in the deep part.
  • the location of the affected area of bone pain that occurs near the body surface with a depth of several millimeters to 20 mm is specified by the doctor searching for the tender point by manual palpation, and the tender point is applied to the skin on the body surface. This is done by marking with a pen. Then, depending on the mark or mark, a medical person such as a doctor manually positions the treatment transducer for irradiating the HIFU. Therefore, there is no part for confirming whether or not the therapeutic transducer is disposed at an appropriate irradiation position.
  • the aforementioned MRI guide device and ultrasonic guide device can be used to determine the degree of burn after ultrasonic irradiation when skin burns, burns, etc. due to ultrasonic irradiation and ultrasonic cauterization occur.
  • ultrasonic irradiation imaging and measurement cannot be performed simultaneously. Therefore, the conventional ultrasonic irradiation apparatus did not have a part for monitoring the skin state during ultrasonic irradiation in real time.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and provides an ultrasonic irradiation apparatus that can guide a treatment transducer to an appropriate irradiation position and can observe the state of the body surface during ultrasonic irradiation.
  • the purpose is to do.
  • the ultrasonic irradiation apparatus includes an ultrasonic transducer that irradiates focused ultrasonic waves from the outside toward the body surface, and an optical imaging unit that images the body surface of the ultrasonic irradiation target site.
  • Ultrasound irradiation for bone pain relief treatment used to relieve bone pain derived from cancer, joint pain, etc., that is, pain occurring in a shallow part of the body with a depth of several to 30 mm from the body surface Device. As shown in FIG.
  • this ultrasonic irradiation apparatus includes a power supply unit, a cooling water generation unit (not shown), a personal computer, in addition to a HIFU irradiation unit 10 and a treatment support base 20 each having one or a plurality of ultrasonic transmission elements. And the like.
  • the moving bed 21 of the treatment support table 20 and the support unit 11 of the HIFU irradiation unit 10 are configured to move a patient's body lying on the bed for ultrasonic irradiation treatment in two planes, the XY axis direction and the height axis.
  • the position in the Z-axis direction can be freely adjusted so that the ultrasonic irradiation target part, in this example, the thighs of both legs can be held at an appropriate position directly below the HIFU irradiation unit 10.
  • the HIFU irradiation unit 10 can rotate around the axis of the support unit 11 and irradiate ultrasonic waves obliquely with respect to the vertical direction.
  • the movable bed 21 may be provided with a restraining belt or the like for maintaining the posture / position of the patient.
  • the movement / holding mechanism of the patient's body that is the ultrasonic irradiation target site is not limited to the configuration of the above example, and any known device that can hold the ultrasonic irradiation target site in an appropriate position is known. You may employ
  • the ultrasonic transducer includes an ultrasonic irradiation unit having a surface facing the irradiation target, and the ultrasonic irradiation unit has an opening on the surface facing the irradiation target.
  • the optical imaging unit is arranged to be able to image the body surface of the ultrasonic irradiation target site through the opening.
  • the HIFU irradiation unit 10 shown in FIG. 1 includes an ultrasonic transducer 1 that is a disk-shaped ultrasonic irradiation unit that spreads over an affected area, and cooling for cooling a patient's body that is an ultrasonic irradiation target site. It is mainly composed of a resin film balloon 2 for holding water, and a housing 3 that is an irradiation unit case that is supported by the support unit 11 and is suspended on the patient's body. .
  • connection between each member, such as piping and wiring in each figure, is abbreviate
  • the disk-shaped ultrasonic transducer 1 is formed in a disk shape or a disk shape that spreads over the affected part as a whole, and the affected part side, which is the lower surface, is recessed downward in the vertical direction. It has a parabolic shape that curves in a straight line.
  • a large number of ultrasonic wave transmitting elements 1a as shown in FIG. 4A are arranged on the concave inner surface. Since the inner surface of the ultrasonic transducer 1 is formed as a curved surface having a radius of curvature that converges toward a single point, when these ultrasonic transmission elements 1a oscillate simultaneously, they are oscillated as shown in FIG. The ultrasonic waves are focused on the focal point and become a high-density HIFU.
  • an opening and a through-hole 1b to which a lens of a camera C1, which is a first optical imaging element to be described later, can be attached are provided in the center of the disk-like and parabolic shape. Then, based on the detection information and position information of the marker M1 that is the irradiation position guide under the balloon 2 by the camera C1 attached to the through hole 1b, a control unit such as a computer (not shown) converts the ultrasonic transducer 1 The HIFU irradiation unit 10 including the balloon 2 is controlled to be lowered and placed at an appropriate position directly above the marker M1.
  • the ultrasonic transducer 1 has a disk shape or the like that spreads over the affected area as in the above example, and the ultrasonic transmission is performed by arranging as many ultrasonic oscillators as possible on a wide surface facing the affected area. This is to ensure strength. Therefore, the shape of the ultrasonic irradiation part is not limited to the above-described disk shape or disk shape, and the overall shape of the irradiation part is particularly limited as long as a wide surface facing the affected part can be secured. It is not a thing.
  • the outer shape may be a circle or a quadrangle, and the outer shape may swell on the concave surface in the direction opposite to the ultrasonic irradiation direction, or may be a plate shape that does not swell.
  • the ultrasonic oscillator is a phased array type HIFU capable of changing the focal point of the ultrasonic wave and the depth of field
  • the parabolic curvature radius of the ultrasonic transducer 1 can be changed, or the bottom surface can be changed. It is also possible to adopt a flat plate-shaped irradiation part.
  • the balloon 2 is configured by using a transparent or translucent film made of resin, and degassed cold water produced by a cooling water generating unit (not shown), in this case, cold water having a water temperature of about 18 ° C. is connected to the cooling water generating unit.
  • the temperature of the water in the balloon 2 is maintained at a constant temperature so that the body surface in contact with the bottom and the bottom of the balloon 2 can be cooled.
  • the reason for cooling the skin surface of the ultrasonic irradiation target site is to reduce burns and burns on the body surface and the surface layer due to ultrasonic irradiation, and the circulating cold water suppresses the generation of bubbles due to ultrasonic irradiation.
  • the “transparent or translucent” of the balloon 2 in the present embodiment means that the resin film used has a light transmittance of 80% or more in the visible wavelength band and the ultraviolet wavelength band. .
  • the camera C1 is attached to the through hole 1b provided at the center of the disk-shaped ultrasonic transducer 1, and the cooling water in the balloon 2 and the resin film under the balloon 2 are attached.
  • the body surface of the ultrasonic irradiation target site directly below the balloon 2 can be imaged.
  • an optical filter F and a light L1 are attached to the inside of the balloon 2 below the front end of the lens side of the camera C1, and the ultrasonic irradiation target site where the marker M1 is located is more A clear image can be taken.
  • a seal member such as an O-ring is provided between the optical filter F and the light L1 at the tip of the camera C1 and the surrounding through-hole 1b so as to make the gap a watertight structure.
  • the above-mentioned degassed cooling water is prevented from leaking.
  • Other structures may be adopted as the water leakage preventing structure of the through hole 1b.
  • the therapeutic HIFU irradiation unit 10 is appropriately irradiated by analyzing and using the image of the body surface of the ultrasonic irradiation target portion obtained from the camera C1. It is possible to easily guide to the position, and it is possible to monitor the state of the body surface of the ultrasonic irradiation target site in real time during the ultrasonic irradiation.
  • the ultrasonic irradiation apparatus of the present embodiment by analyzing and using the image of the body surface of the ultrasonic irradiation target site obtained from the optical imaging unit, the therapeutic transducer is placed at an appropriate irradiation position.
  • the state of the skin on the body surface of the ultrasonic irradiation target site can be monitored in real time during the ultrasonic irradiation.
  • the ultrasonic irradiation apparatus of this invention can reduce the burden of the patient at the time of ultrasonic irradiation.
  • the ultrasonic irradiation apparatus is an ultrasonic irradiation target hidden directly under an ultrasonic irradiation unit such as a substantially disk shape or a substantially disk shape that spreads over the affected area without moving the HIFU transducer for treatment.
  • the region can be imaged during ultrasonic irradiation. Therefore, it is possible to reduce the burden on the patient such as shortening of the treatment time.
  • the irradiation target site during ultrasonic irradiation can be imaged because the bottom of the balloon 2 and the inside deaerated water are transparent.
  • it is translucent and the camera C1 is disposed at a position where the position of the marker M1, which is an ultrasonic irradiation target portion located in a place hidden behind the ultrasonic irradiation section, can be seen from inside the balloon 2. is there.
  • the camera C1 has the optical filter F and the light L1, it can take various imaging forms.
  • the ultrasonic irradiation apparatus includes an image processing unit that performs arithmetic processing on an image obtained from the optical imaging unit, and the image processing unit includes a plurality of ultrasonic irradiation target portions of the obtained image.
  • a skin state determination unit that determines the skin state of the ultrasonic irradiation target site based on the distribution of reflected light of the light in the specific wavelength band.
  • the standard is a tungsten lamp with a color temperature of 2856.6K that emits “standard light” as the light L1.
  • an Illuminant A light source or a standard Illuminant D 65 light source that is daylight with a color correlation temperature of 6504K
  • the position of the marker M1 that can be seen through the balloon 2 is imaged with the camera C1 by about 400 to 700 nm.
  • a reflected light image in the visible light band is obtained.
  • the spectrum of the ultrasonic irradiation target site can be obtained by spectrally separating the obtained image in 10 nm steps using an image processing unit (not shown). From this spectral spectrum, L * value, a * value, and b * value, which are color parameters based on the CIELAB (L * a * b * ) color space, can be obtained by calculation.
  • the state of the skin of the ultrasonic irradiation target site can be monitored in real time.
  • this is an example of a skin condition determination unit, and the a * value can also be used to determine the risk of occurrence of skin burns at the ultrasonic irradiation target site.
  • the range of the 256 gradation a * scale in the above-described L * a * b * color space is from the maximum green saturation (a 0 ) to the maximum red saturation (a 255 ) . It is represented by the value 128-255.
  • b * scale ranging from 256 gradations is from maximum blue saturated (b 0) to a maximum yellow saturated (b 255), yellowness is represented by 128 to 255 in the b * value.
  • the image processing unit is configured to apply the ultrasonic irradiation target on the basis of the distribution of reflected light of a plurality of specific wavelength bands in the ultrasonic irradiation target portion of the obtained image. It includes a burn occurrence risk determination unit for determining the risk of occurrence of skin burns at the site.
  • the state of the skin at the ultrasonic irradiation target site and the risk of burns may be determined.
  • a skin condition determination unit or a burn occurrence risk determination unit are all examples of a skin condition determination unit or a burn occurrence risk determination unit.
  • a laser LED, an ultraviolet (UV) LED, or the like that emits excitation light of a specific wavelength is used as a light source such as the light L1.
  • the image of the position of the marker M1 is captured by the camera C1 using the diodes and lamps, and the fluorescence image and the fluorescence spectrum of the target region can be acquired.
  • a laser LED when used as a light source to irradiate light having a wavelength of about 405 nm and a fluorescent image including reflected light in a visible light band of about 450 to 700 nm is acquired, blood circulation failure due to a burn is caused by hemoglobin. It is considered that a phenomenon occurs in which the light intensity of fluorescence of about 500 to 550 nm is lowered. Thereby, the burn degree of the skin of the target region can be determined.
  • collagen in the skin also fluoresces, for example, when UV-LED is used to irradiate light with a wavelength of about 325 nm and a fluorescent image in a visible light band of about 400 to 410 nm is acquired, skin damage due to burns is caused. When this occurs, a phenomenon that the light intensity of fluorescence of about 400 and 405 nm derived from collagen is reduced occurs. This also makes it possible to determine the degree of skin burn in the target area.
  • the skin condition determination unit or the burn occurrence risk determination unit in the present embodiment are also examples of the skin condition determination unit or the burn occurrence risk determination unit in the present embodiment.
  • the ultrasonic irradiation apparatus of the present invention analyzes and uses the image of the body surface of the ultrasonic irradiation target portion obtained from the camera C1, and thereby the body surface of the target portion is analyzed.
  • the state can be monitored in real time without moving the HIFU irradiation unit 10.
  • the control part of the ultrasonic irradiation apparatus of this embodiment when the skin state and the risk of burn occurrence, for example, a * value, etc. obtained by the above methods exceed a preset threshold value.
  • a burn generation prevention unit that stops the ultrasonic oscillation of the ultrasonic transducer 1 may be provided. That is, by making the above-described skin condition determination unit or burn occurrence risk determination unit interlock with the control unit that controls the ultrasonic transducer 1, it is possible to more reliably suppress the occurrence of burns, burns, and the like. It becomes possible.
  • the ultrasonic irradiation apparatus of the present embodiment includes an irradiation position guide for the ultrasonic irradiation, the irradiation position guide is positioned and disposed on the body surface, and the irradiation position guide is detected by the optical imaging unit. And an ultrasonic irradiation position guide for controlling the position and irradiation angle of the ultrasonic transducer based on the position information of the irradiation position guide.
  • the optical imaging unit referred to here may or may not be the same as the “optical imaging unit that images the body surface of the ultrasonic irradiation target part” described above, and its function is also “through the ultrasonic irradiation unit. It is not limited to those capable of imaging the body surface of the ultrasonic irradiation target site. Further, the arrangement position and the number can be arbitrarily set.
  • the irradiation position guide is an index or a mark for guiding the HIFU irradiation unit 10 serving as a therapeutic transducer to a position suitable for irradiation.
  • the position of the irradiation position guide is specified by a doctor or the like by manual palpation. This is done by finding tender points.
  • the irradiation position guide is a film-like marker disposed on the body surface, or the irradiation position guide is made of ink printed on the body surface.
  • a configuration that is a mark, stamp, or signature is preferably employed.
  • printing on the body surface means not only printing with a printer such as a printer, but also handwriting using a pen or the like, stamping with a stamp, sticking a seal, etc. It is a concept that broadly encompasses the whole part to be marked.
  • the number and position of the irradiation position guides including the markers are not particularly limited, and a plurality of irradiation position guides may be provided.
  • the optical imaging unit for detecting the irradiation position guide and a part of the ultrasonic irradiation position guide unit are not limited to the camera C1 disposed in the disk-shaped ultrasonic transducer 1 described above, for example, As in the second camera C2, the third camera C3, and the like shown in FIG. 2, a plurality of irradiation position guides can be arranged at positions where observation and detection can be performed without limiting the arrangement positions.
  • the ultrasonic irradiation apparatus shown in FIG. 2 includes illumination units L2, L3 and the like that illuminate the installation position of the irradiation position guide so that the irradiation position guide is easy to see.
  • the light L1 and the illumination portions L2, L3, etc., that illuminate these irradiation position guides are so-called black lights that are UV lamps that can irradiate ultraviolet rays, and fluorescent ink is used as the ink used for the above-described marker or body surface printing If the ultraviolet reflective ink called is used, the irradiation position guide can be more clearly identified regardless of indoor lighting or the like.
  • the film marker used as an irradiation position guide is a resin film or the like so that it adheres to the skin without interposing air between the body surface when pasted on the body surface using glue or adhesive. It is made of thin and soft material.
  • the resin used is preferably a polymer material such as silicone that does not absorb or reflect ultrasonic waves and transmits ultrasonic waves.
  • the appropriate thickness of the film is preferably 1 ⁇ 4 of the wavelength of the ultrasonic wave. When the frequency of the irradiation ultrasonic wave is 1 MHz, the thickness of the film is preferably about 370 ⁇ m.
  • a transparent or translucent film having a light transmittance of 80% or more may be used so that the camera C1 can be seen through the skin under the film marker.
  • the planar shape of the film marker when viewed from the medical personnel or the upper optical imaging unit side is, for example, a round shape or a polygonal shape having a diameter of about 5 to 30 mm as shown in FIGS. 3A to 3D. As shown in the figure, printing with ink or the like is carried out on the surface (front noodle).
  • the color and pattern of printing are not particularly limited, but the marker M1 in which only one black dot is printed at the center as shown in FIG. 3A, and the central tenderness as shown in FIG. 3B.
  • Marker M2 that surrounds three points from three sides at equal distances, equidistant from each other, marker M3 having a safety frame that is an irradiation limit line at a round edge as shown in FIG. 3C, and a patient as shown in FIG. 3D
  • Various forms such as a marker M4 functioning as a two-dimensional code or a one-dimensional code can be used.
  • stamps, signs, etc. made of ink printed on the body surface by doctors or the like as irradiation position guides
  • marks such as those shown in FIGS. 3A to 3D on the skin using a seal or the like.
  • stamps can be printed.
  • a simple point, an O-shaped sign, or an X-shaped sign may be used.
  • a plurality of these signs may be printed so as to surround the tender point, and the barycentric points may be used as a reference by image analysis.
  • printing may be performed with invisible ink such as ultraviolet reflective ink.
  • a marker, mark, stamp, sign, or the like may be provided at a location slightly away from the tender point, and the therapeutic HIFU irradiation unit 10 may be guided to the irradiation position on the basis of these.
  • the ultrasonic irradiation apparatus is placed on the moving bed 21 of the treatment support 20 on the basis of the film marker, mark, stamp, sign, etc., which are the irradiation position guides on the body surface.
  • the patient's body lying in the supine position is automatically moved to a position suitable for irradiation by moving the moving bed 21 and the HIFU irradiation unit 10 in the three-axis directions, and the upper part of the focal point that is the irradiation center of the HIFU irradiation unit 10 is moved. , Can be lowered to an appropriate position.
  • the ultrasonic irradiation apparatus of this embodiment can reduce the irradiation time of ultrasonic cauterization and reduce the burden on the patient.
  • the occurrence of skin burns due to ultrasonic cauterization can be prevented or suppressed by monitoring.
  • a camera used for the optical imaging unit of the ultrasonic irradiation apparatus of the present embodiment for example, a CCD image sensor such as a charge coupled device or a CMOS image sensor such as a complementary metal oxide semiconductor, a lens, a memory, etc.
  • a digital camera for photographing still images / moving images is used. This camera is appropriately provided with a cut-off filter, a band pass filter, and the like.
  • each unit described in the above-described embodiment such as ultrasonic oscillation control, patient support / movement control, image processing, skin condition determination, burn risk determination, and burn prevention, is a control unit composed of a personal computer or the like. It is possible to configure software and applications that constitute the units, and these may be configured to operate in cooperation with each other.
  • the configuration of the ultrasonic irradiation apparatus other than the HIFU irradiation unit 10 in the embodiment is not particularly limited, and the present invention can be widely applied to other than the ultrasonic irradiation apparatus having the HIFU irradiation unit.

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Abstract

本開示の超音波照射装置は、外側から体表面に向けて集束超音波であるHIFUを照射する超音波トランスデューサと、超音波照射対象部位の体表面を撮像する光学撮像部またはカメラと、を備える。また、体表面に照射位置ガイドまたはマーカーが位置決めして配設されており、カメラによりマーカーを検出し、そのマーカーの位置情報に基づいて、超音波トランスデューサの位置と照射角度とを制御する。これにより、治療用トランスデューサを適切な照射位置に誘導できるとともに、超音波照射中の体表面の状態を看視することができる。

Description

超音波照射装置
 本発明は、体外から超音波を照射して疼痛部位を焼灼する超音波照射装置に関する。
 転移骨がん、関節痛等に由来する疼痛を緩和するため、超音波照射装置により、体外から、高密度集束超音波(High-Intensity Focused Ultrasound:以下、HIFU)を患部に照射して、疼痛部位を非侵襲で焼灼する、骨疼痛緩和治療が行われている(特許文献1,2を参照)。
特公平7-38858号公報 特許第5429822号公報
 本開示の超音波照射装置は、外側から体表面に向けて集束超音波を照射する超音波トランスデューサと、超音波照射対象部位の体表面を撮像する光学撮像部と、を備える。
 本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とから、より明確になるであろう。
図1は、第1実施形態の超音波照射装置の概略構成図である。 図2は、第2実施形態の超音波照射装置の概略構成図である。 図3A~3Dはいずれも、実施形態で用いられる照射位置ガイドの例を示す正面図である。 図4Aは、実施形態における超音波照射装置の超音波照射部を下方から見た正面図であり、図4Bは側方から見た側面図である。
 現在、骨疼痛の緩和治療に用いられている超音波照射装置は、2種類に分類することができ、治療対象の患部などの超音波照射対象部位を診断・ガイドする方式により、(1)MRgHIFUと呼ばれるMRIガイド(Magnetic Resonance Imaging-guided)装置を備えるものと、(2)USgHIFUと呼ばれる超音波ガイド(UltraSound-guided)装置を有するものとが、知られている。なお、疼痛部位を焼灼する治療用トランスデューサは、どちらも同じ、HIFUタイプである。また、HIFUトランスデューサには様々な形状があり、たとえば、外形が円形もしくは四角形等で、それぞれ超音波照射方向とは逆向きに凹面に膨らんでいるもの、もしくは、膨らんでおらず板状のもの等がある。
 ところで、前述のMRgHIFUおよびUSgHIFUは、それぞれ、MRIガイド装置および超音波ガイド装置から得られる画像を利用して、疼痛発生の原因となる部位を特定し、その特定された部位に、治療用トランスデューサを当ててHIFUを照射し、患部の焼灼を行っている。
 しかしながら、現在診断に使用されている一般的なMRIガイド装置および超音波ガイド装置は、深部で発生する疼痛の原因となる、身体の奥の軟組織である臓器等を検出して画像化できるのに対し、体表面からの深度が数mm~数十mm程度の身体の浅い部分で発生する、骨疼痛の原因となる硬組織の検出・特定が難しく、不得手であるという弱点があった。
 そのため、深度が数mm~20mm程度の体表面の近くで発生する骨疼痛の患部の位置の特定は、医師が徒手による触診により圧痛点を探し出し、その圧痛点を体表面である皮膚に、医療用ペン等でマーキングすることにより、行っている。そして、そのマークまたは印(しるし)を頼りに、医師等の医療者が目測による手動で、HIFUを照射する治療用トランスデューサの位置決めを行っていた。したがって、治療用トランスデューサが、適切な照射位置に配置されているかどうか、確認する部がなかった。
 また、先述のMRIガイド装置および超音波ガイド装置は、超音波照射および超音波焼灼に伴う皮膚熱傷や火傷等が発生した場合、超音波の照射後に、熱傷の程度の判別に用いることはできるものの、超音波照射中は画像化と計測とを同時に行うことができない。そのため、従来の超音波照射装置は、超音波照射中の皮膚状態を、リアルタイムでモニタリングする部を有していなかった。
 本開示は、このような実情に鑑みなされたもので、治療用トランスデューサを適切な照射位置に誘導できるとともに、超音波照射中の体表面の状態を看視することのできる超音波照射装置を提供することを目的とする。
 以下、本開示の実施形態について説明する。
 本実施形態にかかる超音波照射装置は、外側から体表面に向けて集束超音波を照射する超音波トランスデューサと、超音波照射対象部位の体表面を撮像する光学撮像部とを備え、転移骨がん,関節痛等に由来する骨疼痛等、すなわち体表からの深度が数mm~30mm程度の身体の浅い部分で発生する疼痛を緩和するために用いられる、骨疼痛緩和治療用の超音波照射装置である。この超音波照射装置は、図1に示すように、単数または複数の超音波発信素子を備えるHIFU照射部10および治療用支持台20の他、図示しない電源部,冷却水発生部と、パーソナルコンピュータ等の制御部とから構成されている。
 治療用支持台20の移動ベッド21と、HIFU照射部10の支持部11とは、超音波照射治療のためにベッドに横たわる患者の身体を、平面2軸であるXY軸方向と高さ軸であるZ軸方向の位置を自在に調節して、超音波照射対象部位、この例では、両足の大腿部を、HIFU照射部10の鉛直直下の適切な位置に保持できるようになっている。
 なお、HIFU照射部10は、支持部11の軸周りに回転して、鉛直方向に対して斜めに超音波を照射することも可能である。また、移動ベッド21には、患者の姿勢・位置を保持するための拘束ベルト等が配設されている場合もある。さらに、超音波照射対象部位である患者の身体の移動・保持機構は、前記の例の構成に限られるものではなく、超音波照射対象部位を適切な位置に保持できるものであれば、公知のX線検査装置等の他の医療用検査機器において使用されている患者支持・移動の機構を採用してもよい。
 本実施形態の超音波照射装置は、前記超音波トランスデューサが、照射対象に対して正対する面を有する超音波照射部を備え、前記超音波照射部は、前記照射対象に正対する面に開口を備え、前記光学撮像部が、前記開口を通して、前記超音波照射対象部位の体表面を撮像可能に配設されている構成をとる。
 詳しく説明すると、図1に示すHIFU照射部10は、患部の上に広がる円板状の超音波照射部である超音波トランスデューサ1と、超音波照射対象部位である患者の身体の冷却用の冷却水を保持するための樹脂フィルム製バルーン2と、これらを患者の身体の上に懸架するとともに、支持部11に支持されて移動する照射部ケースであるハウジング3と、を主体として構成されている。なお、各図における配管,配線等の各部材間の接続は、図示を省略している。
 円板状の超音波トランスデューサ1は、図4Bに示すように、全体として、患部の上に広がる円板状または円盤状に形成されており、その下面である患部側が、鉛直下方に向かって凹状に湾曲するパラボラ形状になっている。その凹状の内面には、図4Aに示すような、超音波発信素子1aが多数配設されている。この超音波トランスデューサ1の内面が、一点に向かって集束する曲率半径を有する湾曲面に形成されているため、これら各超音波発信素子1aが同時に発振した場合、図1に示すように、発振された超音波は、焦点に集束して高密度なHIFUとなる。
 また、円板状でパラボラ形状の中央部には、後記する第1の光学撮像素子であるカメラC1のレンズを取り付けることのできる開口、貫通孔1bが設けられている。そして、貫通孔1bに取り付けられたカメラC1による、バルーン2の下の照射位置ガイドであるマーカーM1の検出情報および位置情報に基づいて、図示を省略したコンピュータ等の制御部が、超音波トランスデューサ1およびバルーン2を含むHIFU照射部10を、前記マーカーM1直上の適切な位置に、制御して降下・載置するようになっている。
 なお、超音波トランスデューサ1が、前記例のように患部の上に広がる円板状等の形状になっているのは、患部に正対する広い面になるべく多くの超音波発振素子を並べて超音波発信強度を確保するためである。そのため、超音波照射部の形状は、前述の円板状や円盤状に限定されるものではなく、患部に正対する広い面を確保できる形状であれば、照射部の全体形状は特に限定されるものではない。たとえば、外形が円形もしくは四角形等で、それぞれ超音波照射方向とは逆向きに凹面に膨らんでいるもの、もしくは、膨らんでおらず板状のもの等としてもよい。
 また、超音波発振素子を、超音波の焦点と被写界深度とを変えることのできる、フェィズドアレイタイプのHIFUとすれば、超音波トランスデューサ1におけるパラボラ形の曲率半径を変更したり、下面がフラットな平板状の照射部を採用したりすることも可能である。
 バルーン2は、樹脂製の透明または半透明フィルムを用いて構成されており、図示しない冷却水発生部で作製された脱気済み冷水、この場合水温約18℃の冷水が、冷却水発生部との間で循環することにより、このバルーン2内の水温が一定温度に保たれ、バルーン2下部でかつ底部の接する体表面を冷却できるようになっている。
 なお、超音波照射対象部位の皮膚面を冷却する理由は、超音波照射による体表面および表層の熱傷や火傷を軽減するためであり、循環させる冷水は、超音波照射による気泡の発生等を抑制するために、脱気された状態で循環する。また、本実施形態におけるバルーン2の「透明または半透明」とは、使用している樹脂フィルムの、可視光の波長帯域および紫外線の波長帯域における光の透過率が80%以上であることを言う。
 カメラC1は、先にも述べたように、円板状の超音波トランスデューサ1の中央部に設けられた貫通孔1bに取り付けられており、バルーン2内の冷却水とバルーン2下部の樹脂製フィルムとを通して、バルーン2直下の超音波照射対象部位の体表面を撮像することができる。また、カメラC1のレンズ側先端の図示下方には、バルーン2の内側に向けて、光学フィルタFとライトL1とが取り付けられており、前述のマーカーM1が位置する超音波照射対象部位を、より鮮明に撮像できるようになっている。
 なお、カメラC1先端の光学フィルタFおよびライトL1と、その周囲の貫通孔1bとの間には、これらの間隙を水密構造とするための、Oリング等のシール部材が配設されており、先述の脱気済み冷却水の水漏れが防止されている。貫通孔1bの水漏れ防止構造は、他の構造を採用してもよい。
 以上の構成を有する超音波照射装置によれば、カメラC1から得られた、超音波照射対象部位の体表面の画像を解析して利用することにより、治療用のHIFU照射部10を適切な照射位置に簡単に誘導することが可能になるとともに、その超音波照射対象部位の体表面の状態を、超音波照射中に、リアルタイムでモニタリングすることが可能になる。
 すなわち、本実施形態の超音波照射装置によれば、光学撮像部から得られた、超音波照射対象部位の体表面の画像を解析して利用することにより、治療用トランスデューサを適切な照射位置に簡単に誘導することが可能になるとともに、その超音波照射対象部位の体表面の皮膚の状態を、超音波照射中に、リアルタイムでモニタリングすることが可能になる。これにより、本発明の超音波照射装置は、超音波照射時における患者の負担を、低減することができる。
 また、本実施形態の超音波照射装置は、治療用のHIFUトランスデューサを移動させることなく、患部上に広がる略円板状または略円盤状等の超音波照射部の直下に隠れた超音波照射対象部位を、超音波照射中に撮像することが可能になる。したがって、治療時間の短縮等、患者にかかる負担を軽減することができる。
 超音波照射対象部位のモニタリングについて、より詳しく説明すると、本実施形態において、超音波照射中の照射対象部位の撮像が可能になったのは、バルーン2の底部と内部の脱気水とが透明または半透明であり、かつ、カメラC1が、超音波照射部に隠れた場所に位置する超音波照射対象部位であるマーカーM1の位置をバルーン2内から見通せる位置に配設されたことによるものである。また、カメラC1は、光学フィルタFおよびライトL1を有しているため、種々の撮像形態をとることができる。
 ここで、本実施形態の超音波照射装置は、前記光学撮像部から得られた画像を演算処理する画像処理部を備え、該画像処理部が、得られた画像の超音波照射対象部位における複数の特定波長帯域の光の反射光の分布に基づいて、該超音波照射対象部位の皮膚の状態を判定する、皮膚状態判定部を含む。
 たとえば、超音波照射対象部位から得られる反射光画像に着目して体表面の状態を看視する場合、ライトL1として、「標準の光」を発する、色温度2856.6Kのタングステンランプである標準イルミナントA光源、または、色相関温度6504Kの昼光である標準イルミナントD65光源を使用し、カメラC1で、バルーン2を透過して見通せるマーカーM1の位置を撮像することにより、約400~700nmの可視光帯域の反射光画像が得られる。また、得られた画像を、図示を省略した画像処理部を用いて10nmステップで分光することにより、超音波照射対象部位の分光スペクトルを得ることができる。この分光スペクトルから、演算によりCIELAB(L)色空間に基づく色パラメーターであるL値,a値,b値を取得することが可能である。
 そして、皮膚表面の熱傷や火傷に関連する色パラメーター、特にa値の赤色度,b値の黄色度を、超音波照射の前のイニシャル値と、超音波照射中あるいは照射後とで比較することにより、超音波照射対象部位の皮膚の状態を、リアルタイムでモニタリングすることができる。なお、これは皮膚状態判定部の一例であり、a値は、超音波照射対象部位の皮膚熱傷の発生の危険度を判定するのに利用することもできる。
 なお、前述のL色空間における、256階調のaスケールの範囲は、最大緑色飽和(a)から最大赤色飽和(a255)までであり、赤色度は、a値の128~255で表される。また、256階調のbスケールの範囲は、最大青色飽和(b)から最大黄色飽和(b255)までであり、黄色度は、b値の128~255で表される。そして、超音波照射前の対象領域のa値,b値のイニシャル値を記録しておけば、HIFU照射部10を移動させることなく、超音波照射中等に同様の撮像を行うことにより、対象領域のa値,b値の測定値が得られる。これらの差であるデルタを求めることにより、体表面の色の変化、すなわち皮膚の状態変化を、明らかにすることができる。
 また、同様に、前述の反射光の分光スペクトルにおける特定の波長または特定の波長帯域の光反射率や、特定波長の吸光度等に着目して、別の観点から皮膚の状態変化をモニタリングすることもできる。
 すなわち、本実施形態の超音波照射装置は、前記画像処理部が、得られた画像の超音波照射対象部位における複数の特定波長帯域の光の反射光の分布に基づいて、該超音波照射対象部位の皮膚熱傷の発生の危険度を判定する、熱傷発生危険度判定部を含む。
 たとえば、皮膚上層の表層による吸収帯である450nm付近、および、ヘモグロビンに由来する吸収帯である550,650nm付近といった、複数の特定波長帯域の反射光の分布に基づいて、対象領域の皮膚熱傷の程度である熱傷度を判定する手法や、血液中のオキシ-ヘモグロビン(HbO)とデオキシ-ヘモグロビン(Hb)の吸収帯である約500~600nmの周波数帯域の反射光の分布に基づいて、対象領域の皮膚の熱傷や壊死の危険度を判定する手法、または、皮膚中のコラーゲンに由来する685nm付近の反射光の分布に基づいて、対象領域の皮膚上層の損傷程度を判定する手法等を用いて、超音波照射対象部位の皮膚の状態や熱傷発生の危険度を判定してもよい。これらは、いずれも、皮膚状態判定部または熱傷発生危険度判定部の一例である。
 また一方、超音波照射対象部位から得られる蛍光に着目して体表面の状態を看視する場合、ライトL1等の光源として、特定波長の励起光を発光するレーザーLEDや紫外線(UV)LED等のダイオードやランプを使用し、カメラC1で、マーカーM1の位置を撮像することにより、対象部位の蛍光画像や蛍光スペクトルを取得することができる。
 たとえば、レーザーLEDを光源として波長約405nmの光を照射し、約450~700nmの可視光帯域の反射光を含む蛍光画像を取得した場合、熱傷による血行不良が生じていると、ヘモグロビンに由来する約500~550nmの蛍光の光強度が低下する現象が生じるとされる。これにより、対象領域の皮膚の熱傷度を判定することができる。
 また、皮膚内のコラーゲンも蛍光を発するため、たとえば、UV-LEDを用いて波長約325nmの光を照射し、約400~410nmの可視光帯域の蛍光画像を取得した場合、熱傷による皮膚の損傷が発生していると、コラーゲンに由来する約400および405nmの蛍光の光強度が低下する現象が生じるとされる。これによっても、対象領域の皮膚の熱傷度を判定することができる。これらも、本実施形態における皮膚状態判定部または熱傷発生危険度判定部の一例である。
 前述の実施態様のように、本発明の超音波照射装置は、カメラC1から得られた、超音波照射対象部位の体表面の画像を解析して利用することにより、その対象部位の体表面の状態を、HIFU照射部10を移動させることなく、リアルタイムでモニタリングすることが可能になる。
 なお、本実施形態の超音波照射装置の制御部は、前記各手法により得られた、皮膚状態や熱傷発生危険度、たとえばa値等が、予め設定されたしきい値を超えた場合に、超音波トランスデューサ1の超音波発振を停止させる、熱傷発生予防部を備えていてもよい。すなわち、前述の皮膚状態判定部または熱傷発生危険度判定部を、超音波トランスデューサ1を制御する制御部と連動するものとすることにより、より確実に、熱傷や火傷等の発生を抑制することが可能になる。
 つぎに、治療用のHIFU照射部10を適切な照射位置に誘導するのに用いられる照射位置ガイドについて説明する。
 本実施形態の超音波照射装置は、前記超音波照射の照射位置ガイドを備え、前記照射位置ガイドが、前記体表面に位置決めして配設され、前記光学撮像部により前記照射位置ガイドを検出し、その照射位置ガイドの位置情報に基づいて、前記超音波トランスデューサの位置と照射角度とを制御する、超音波照射位置案内部を備える。なお、ここでいう光学撮像部は、先に述べた「超音波照射対象部位の体表面を撮像する光学撮像部」と同じであってもなくてもよく、その機能も「超音波照射部を通して超音波照射対象部位の体表面を撮像可能」なものに限定されるものではない。また、配設位置や個数も任意に設定することができる。
 照射位置ガイドは、治療用トランスデューサであるHIFU照射部10を、照射に適切な位置に案内するための指標または目印であり、該照射位置ガイドの配設位置の特定は、医師等が徒手による触診により圧痛点を探し出すことにより、行われる。
 前記照射位置ガイドとしては、図3に示すような、先に例示したマーカーM1を含むフィルム状マーカーや、超音波照射対象の体表面に印字されたインクからなるマーク,スタンプまたはサイン等が、体表面上に配設される。
 すなわち、実施形態の超音波照射装置において、前記照射位置ガイドが、前記体表面に配設されたフィルム状マーカーである構成、または、前記照射位置ガイドが、前記体表面に印字されたインクからなるマーク,スタンプまたはサインである構成を、好適に採用する。なお、前記の「体表面に印字」とは、プリンタ等の印刷機を用いて印字される場合の他、ペン等を用いた手書きや、スタンプ等による押印、シール等の貼り付けなど、皮膚に目印(めじるし)を付ける部全般を広く包含する概念である。
 なお、マーカーを含む照射位置ガイドを、配設する数や位置は、特に限定されるものではなく、複数箇所設けてもよい。また、その照射位置ガイドを検出する光学撮像部および超音波照射位置案内部の一部も、先に述べた円板状の超音波トランスデューサ1の中に配設されたカメラC1だけでなく、たとえば図2に示す第2のカメラC2,第3のカメラC3等のように、照射位置ガイドを観察・検知可能な位置に、配設位置を制限することなく複数配設することができる。
 さらに、図2に示す超音波照射装置は、照射位置ガイドが見易いように、照射位置ガイドの設置箇所を照らす照明部L2,L3等を備えている。また、これら照射位置ガイドを照らすライトL1および照明部L2,L3等を、紫外線を照射可能なUVランプであるいわゆるブラックライト等とし、前述のマーカーや体表面の印字に用いられるインクに、蛍光インクと呼ばれる紫外線反射インクを使用すれば、屋内の照明等に関わらず、照射位置ガイドをよりはっきりと識別することができる。
 照射位置ガイドとして用いられるフィルム状マーカーは、糊や接着剤等を用いて体表面に貼り付けられた際に、体表面との間に空気を挟まず皮膚に密着するように、樹脂フィルム等の薄くて柔らかい素材を用いて構成されている。具体的に、用いられる樹脂としては、超音波を吸収ないし反射せず、超音波を透過するシリコーン等の高分子材料が望ましい。また、フィルムの適切な厚みとしては、超音波の波長の1/4とすることが好ましく、照射超音波の周波数が1MHzである場合、フィルムの厚さは370μm程度とすることが望ましい。前述のカメラC1がフィルム状マーカーの下の皮膚を透過して見通せるように、光透過率80%以上の、透明または半透明のフィルムを用いてもよい。
 医療者もしくは上方の光学撮像部側から見た場合の、フィルム状マーカーの平面形状は、たとえば図3A~図3Dに示すような、直径5~30mm程度の丸状、あるいは多角状等とすることが望ましく、図のように、その表面(おもてめん)に、インク等による印字がなされている。
 印字の色やパターンは特に限定されるものではないが、図3Aのように中央に圧痛点を示す色点である黒点が1点のみ印字されているマーカーM1、図3Bのように中央の圧痛点を3点で三方から等方・等距離で囲うマーカーM2、図3Cのように丸状の縁部に照射限界線である安全枠を有するマーカーM3や、図3Dのように患者を識別する2次元コードまたは1次元コードとして機能するマーカーM4等、種々の形態を取り得る。
 また、医師等により体表面に印字されたインクからなるマーク,スタンプ,サイン等を照射位置ガイドとして用いる場合も同様に、印判等を用いて、皮膚上に図3A~図3Dに示すようなマークやスタンプ等を印字することができる。さらに、単純な点やO字,X字状のサインでもよく、これらを、圧痛点を囲むように複数印字して、画像解析によりそれらの重心点を基準としてもよい。
 さらに、印字に用いられるインクが、先に述べたカメラC1による体表面の観察およびモニタリングの邪魔になる場合は、紫外線反射インク等の不可視インクにより印字を行ってもよい。
 なお、疼痛が激しく圧痛点に触れることができない、すなわち、前記フィルム状マーカーやマーク,スタンプ,サイン等を患部である圧痛点の上および周囲に配設するのが難しい場合、図2に示すマーカーM1’のように、圧痛点から少し離れた場所にマーカーやマーク,スタンプ,サイン等配設し、これらを基準として、治療用のHIFU照射部10を照射位置に誘導してもよい。
 以上の構成によれば、前記の体表面上の各照射位置ガイドであるフィルム状マーカーやマーク,スタンプ,サイン等を基準として、超音波照射装置が、治療用支持台20の移動ベッド21上に仰臥位で横たわる患者の身体を、移動ベッド21およびHIFU照射部10の三軸方向の移動により、照射に適切な位置まで自動で移動させ、このHIFU照射部10の照射中心である焦点の上部を、適切な位置に降下させることができる。
 これにより、本実施形態の超音波照射装置は、超音波焼灼の照射時間を短縮し、患者にかかる負担を軽減することができる。しかも、モニタリングにより、超音波焼灼による皮膚熱傷の発生を防止または抑制することが可能である。
 なお、本実施形態の超音波照射装置の光学撮像部に用いるカメラとしては、たとえば、電荷結合素子デバイス等のCCDイメージセンサ、または、相補型金属酸化膜半導体等のCMOSイメージセンサ,レンズ,メモリ等からなる静止画・動画撮影用のデジタルカメラが用いられる。このカメラは、カットオフフィルタ,バンドパスフィルタ等を適宜備えている。
 また、前記実施形態に記載の、超音波発振制御,患者支持・移動制御,画像処理,皮膚状態判定,熱傷発生危険度判定,熱傷発生予防等の各部は、パーソナルコンピュータ等からなる制御部の一部を構成するソフトウェアやアプリケーションとすることができ、これらを相互に連携して動作するように構成してもよい。
 前記実施形態におけるHIFU照射部10以外の超音波照射装置の構成は、特に限定されるものではなく、本発明は、HIFU照射部を有する超音波照射装置以外へも広く適用することができる。
 また、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
 1 超音波トランスデューサ
  1a 超音波発信素子
  1b 貫通孔
 2 バルーン
 3 ハウジング
 10 HIFU照射部
 11 支持部
 20 治療用支持台
 21 移動ベッド
 C1 カメラ
 C2,C3 カメラ
 L1 ライト
 L2,L3 照明部
 F 光学フィルタ
 M1,M1’ マーカー
 M2,M3,M4 マーカー

Claims (10)

  1.  外側から体表面に向けて集束超音波を照射する超音波トランスデューサと、
     超音波照射対象部位の前記体表面を撮像する光学撮像部と、
    を備える超音波照射装置。
  2.  前記超音波トランスデューサは、照射対象に対して正対する面を有する超音波照射部を備え、
     前記超音波照射部は、前記照射対象に正対する面に開口を備え、
     前記光学撮像部が、前記開口を通して、前記超音波照射対象部位の体表面を撮像可能に配設されている、請求項1に記載の超音波照射装置。
  3.  前記光学撮像部から得られた画像を演算処理する画像処理部を備え、
     該画像処理部が、得られた画像の超音波照射対象部位における複数の特定波長帯域の光の反射光の分布に基づいて、該超音波照射対象部位の皮膚の状態を判定する、皮膚状態判定部を含む、請求項1または2に記載の超音波照射装置。
  4.  前記画像処理部が、得られた画像の超音波照射対象部位における複数の特定波長帯域の光の反射光の分布に基づいて、該超音波照射対象部位の皮膚熱傷の発生の危険度を判定する、熱傷発生危険度判定部を含む、請求項3に記載の超音波照射装置。
  5.  前記熱傷発生危険度判定部で得られた危険度が、予め決められたしきい値を超えた場合に、前記超音波トランスデューサの超音波発振を停止させる、熱傷発生予防部を有する、請求項4に記載の超音波照射装置。
  6.  前記超音波照射の照射位置ガイドを備え、
     前記照射位置ガイドが、前記体表面に位置決めして配設され、
     前記光学撮像部により前記照射位置ガイドを検出し、その照射位置ガイドの位置情報に基づいて、前記超音波トランスデューサの位置と照射角度とを制御する、超音波照射位置案内部を備える、請求項1に記載の超音波照射装置。
  7.  前記照射位置ガイドが、前記体表面に配設されたフィルム状マーカーである、請求項6に記載の超音波照射装置。
  8.  前記照射位置ガイドが、前記体表面に印字されたインクからなるマーク,スタンプまたはサインである、請求項6に記載の超音波照射装置。
  9.  前記照射位置ガイドが、患者を識別する1次元コードまたは2次元コードである、請求項6に記載の超音波照射装置。
  10.  前記照射位置ガイドを照らす照明部を備える、請求項6~9のいずれか1つに記載の超音波照射装置。
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