JPH02149263A - 体外式衝撃波結石破砕機 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は超音波の衝撃波を利用して体外から結石を破砕
する体外式衝撃波結石破砕機に関し、特に結石に照準を
合わせるための照準用イメージング手段としての超音波
帰路透過法オルソグラフィ装置と組み合わせて用いる体
外式衝撃波結石破砕機に関する。

（従来の技術） 臓器に発生する結石についてみると、結石というのは一
夜にしてできるものではなく、徐々に物質が膀胱、胆嚢
又は血管等の管腔部の壁に析出し、これが成長して生じ
た結石が壁から剥がれ落ちて、各部において流れる液体
と共に流れ、尿道、胆管或いは血管等の細い部分につか
え、尿、　’１ｌｌｊメト　血液等の液体の通過を阻害
して激痛を発して始めて発見される現象である。この結
石を除去するためには生体安全上の問題と多額の費用を
要するということから、石がまた小さくて細い部分につ
かえることが起こる前に取り除くのが好ましいことは論
を俟たない。従って、結石を発症以前の小さい時に発見
し、処理するのが最善である。

一方、超音波システムは医学的には超音波を被検体内に
照射して、被検体内の各組織や病巣等から反射されて戻
ってくるエコー信号により組織や病変部を観察して診断
する装置であるが、近時、超音波という弾性波の大エネ
ネルギーを利用して、組織に不可逆的な特異的な破壊等
の変化を期待し、利用する用途が開発されてきた。その
１つとしての体外式衝撃波結石破砕機（Ｅ　ｘｔｅｒｎ
ａｌ　Ｓ　ｈｏｃｋＷａｖｅ　Ｌｊｔｈｏｔｒｉｐｔｅ
ｒ　　；以下ＥＳＷＬという）がある。これは比較的低
い周波数の超音波を用い、各種の超音波集束技術を利用
することにより超音波に鋭い焦点を結ばせ、この焦点領
域において発射超音波強度の数百倍以上の大音響強度を
発生せさて臓器内部に生じた結石を破砕する装置である
。

このように焦点を定めて照射すると、焦点に相当する位
置のみに限局性の破壊巣が発生し、被検体表層から焦点
までの間に介在する組織は全く影響を受けないことが判
明している。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このように正しく焦点位置を定めるには、照
準用のイメージングを行って結石の位置を臓器等との関
係位置から確定しておく必要がある。この照準用のイメ
ージング手段としては、古くはＸ線立体硯、新しくは超
音波Ｂモードエコグラフィイメージヤ等の２つの方式が
医学界を２分する形で使用されているか、この方法とい
うのは、要するにイメージヤと衝撃波照射側とを併置し
て照準の便を得るようにした単なる組み合４つせでしか
なかった。この両者を有機的に結合して用い、１つ、結
石として発症する以前の小さな石の状態で発見し得るＥ
ＳＷＬが望まれている。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、小さな石をも容易に発見することができる照準用のイ
メージング手段と、強力パルス衝撃波発生照射手段とが
有機的に結合されたＥＳＷＬを実現することにある。

（課題を解決するための手段） 前記の課題を解決する本発明は、目的領域に照準を定め
るために用いる超音波帰路透過法オルソグラフィ作成手
段と、結石を破砕するために長繰り返し周期の衝撃波を
送波する衝撃波送波パルス生成手段と、前記超音波帰路
透過法オルソグラフィ作成手段の送受波用振動子エレメ
ントアレイと、その周囲に設けて目的領域に超音波パル
スを集束させた衝撃波パルスを送波する衝撃波送波用振
動子エレメントアレイを備える超音波送受波手段とを具
備することを特徴とするものである。又、衝撃波単波パ
ルスの反射波を位置確認のための送波信号に用いれば一
層効率が良くなる。

（作用） 送波された超音波パルスか反射されて被検体を透過して
帰って来たパルスを、帰路透過法オルソグラフィ作成手
段によって画像表示して照準を定め、衝撃波送波パルス
生成手段の生成したパルスを衝撃波送波用振動子エレメ
ントアレイにより送波して結石を破砕する。結石が２個
以上ある時は２度目以降は衝撃波による反射波を帰路透
過法のエコー信号として用いることにより効率良く照準
を行うことができる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の装置に用いられる超音波探
触子の要部断面図、第２図は本発明の一実施例の超音波
帰路透過法オルソグラフィによる照準用イメージヤのブ
ロック図である。第１図において、１は超音波を送受波
するために本装置に用いられる超音波探触子で、結石の
位置を見付けて照準するためのイメージングアレイ２と
、その周囲に配置されている衝撃波発生用圧電エレメン
ト３とて構成されている。衝撃波発生用圧電エレメント
３は送波超音波を焦点位置に集束させるよう配置されて
いて、送信装置のパワードライバ（図示せず）にそれぞ
れ接続されている。４はこれらの超音波探触子を覆い、
その中に振動子エレメントと生体とを音響的に結合させ
るために液体を収容して液室５を作る透音性の膜である
。６はイメージング用アレイ２を囲繞し、衝撃波発生用
圧電エレメント３からの大エネルギーの衝撃波による破
損を防止するだめのプロテクタである。イメージング用
アレイ２とプロテクタ６とからなるイメージング用探触
子７は、衝撃波発生用圧電エレメント３を取り付けであ
る衝撃波発生用探触子８の中央を貫通して照準用イメー
ジヤに接続されている。

第２図はイメージング用探触子７によって超音波の送受
波を行い、衝撃波を照射すべき結石に照準するためのイ
メージヤの受信部のみを示したブロック図である。送信
部はイメージング用アレイ２の全エレメントから同時に
送波する他、特に通常の装置と変りがないので、第２図
には受信部のみを１チャネル分示しである。図において
、第１図と同等の部分には同一の符号を付しである。

１１はイメージング用アレイ２による受波信号を増幅す
る増幅器、１２は目的領域のデータのみを抽出するため
のレンジゲートで、その出力データは検波器１３におい
てコヒレント検波され、同相信号のｉ信号と直交信号の
ｑ信号を出力する。

１４は複素ホログラムを格納するＲＡＭｌ５．フーリエ
変換演算を行うディジタルシグナルプロセッサ（以下Ｄ
ＳＰという）１．６．ＤＳＰ１６（７）演算処理に関す
る命令等のソフトウェアを格納しているＦＲＯＭ１７及
び演算結果のデータを格納するＲＡＭ１８からなる画像
再構成演算装置である。

１９は人力信号をテレビジョンフォーマットに変換する
ディジタルスキャンコンバータ（以下ＤｓＣという）で
、変換したデータをＴＶ２０に表示させる。

上記のように構成された装置の動作説明に先立って、こ
の照準用イメージヤの原理及び特徴を説明する。

先に説明したように本実施例のＥＳＷＬでは結石によっ
て発症する以前に、発達しつつある石を見付けるのであ
るから、通常のように被検体内に超音波を照射して、そ
の反射波を観察する方法では、超音波を反射する目標物
が多過ぎて小さな石を発見するのは極めて困難であるが
、透過法によれば周囲の組織等に比べて透過率の小さい
石を見付けるのは容易であるので透過法を採用している
。

透過法は目的物体の向う側から送波する必要があるが、
装置が大掛かりとなるため、次に示すような帰路透過法
を採用する。帰路透過法の原理図を第３図に示す。

図において、２１は送波時は概ね所望の画角（立体角）
をすべて覆うような照射角で無焦点でロングパルスを一
斉に送波し、受波時は目的領域２に焦点を合わせて走査
して受波する２次元アレイトランスデユーサで、正射影
画像を得るために成る程度長い空間２３を設ける。２４
は１」的領域２２の後方にある２次元アレイトランスデ
ユーサ２１からの送波超音波を反射させるためのエコ発
生部で、エコー発生部２４の反射波が鮮明な影像を作ら
ないためにもやもやとした感じの物が望ましい。

次に上記のような配置において送受波される超音波によ
って得られる正射影画像作成の方法を説明する。２次元
アレイトランスデユーサ２１がら画角をすべて覆うよう
に、例えば２　Ｍ　Ｈｚで３０〜５０μｓ程度のロング
パルスを目的領域２２に向かって送波する。送波された
超音波は目的領域２２を透過しエコー発生部４で反射さ
れ、再び目的領域２２を透過して２次元アレイトランス
デユーサ２１に到達する。空間２３は正射影画像を作る
のに画角に制限があるため、成る程度長い距離を取っで
ある。前記反射波がエコー発生部２４から戻ってくる時
点で２次元アレイトランスデュザ２１においてホログラ
ムを求める。パルス幅が長いのでＣＷモードと考えても
よく、受波されたデータは２次元アレイトランスデユー
サ２１の各エレメント毎に１個の複素データとなる。詳
細に云えば、送波したロングパルスの区間幅と送出タイ
ミングに見合うように、エコー発生部２４からのエコー
が目的領域２２を透過して２次元アレイトランスデユー
サ２１に戻って来る時間帯に、各エレメント毎にデータ
のコヒレント検波を行い、同相成分と直交成分とに分離
されたデータを別々に積分してエレメントの複素受波デ
ータとし、全エレメントのデータを集めて複素ホログラ
ムとする。このデータをコンピュータのメモリに格納す
る。

この２次元ホログラムを元にして、フレネル近似法又は
キルヒホフの厳密解法によって、必要ならばその都度関
与する開口内部部分領域を指定しつつ、目的領域２２ま
での伝播長を求め、伝播項を解いて波面の逆伝播アルゴ
リズムにより目的領域２２の複素データを得る。この部
分の演算は基本的にはフレネル逆変換であり、公知のよ
うにフリエ逆変換に位相修正項を加味することにより実
施することができる。

本実施例の装置は上記のような帰路透過法を用いたもの
である。第２図に戻ってその動作を説明する。

イメージング用アレイ２から一斉に照射された送波信号
に基づき受波された反射波信号は、増幅器１１で増幅さ
れる。レンジゲート１２はエコ発生部２４で反射されて
目的領域２２を透過した時点における送波時からの距離
に相当する時間帯のデータを通過させる。このレンジゲ
ート］２の位置を変えることができ、観察部分を逐次変
更して結石を探すことができる。レンジゲート１２を通
過したデータは検波器１３においてコヒレント検波され
ｉ信号とｑ信号に分離された複素信号を出力し、画像再
構成装置１４に入力され、先ずＲＡＭ１５に格納される
。ＲＡＭ１．５に格納されるデータは全エレメントの複
素ホログラムである。

この２次元ホログラムは、ＦＲＯＭｉ７の指令に基づい
てＤＳＰ１６により前記の方法に述べた画像再構成演算
を受け、その結果のデータはＲＡＭ１８に格納される。

ＲＡＭ１８に格納されたブタは逐次読み出され、ＤＳＣ
１９においてＴＶ画像データに変換され、ＴＶ２０で表
示される。

上記のような帰路透過法オルソグラフィ装置に位相共役
又は屈折補正のアルゴリズムを持たせたものを受信部と
して用いる。この帰路透過法オルソグラフィ装置の受信
部が送信部と共に第１図の超音波探触子１のイメージン
グ用アレイ２に接続されている。イメージング用アレイ
２からの送受波により目的領域２２に照準を定め、衝撃
波発生用圧電エレメント３から長繰り返し周期の大電力
尖頭値を有するパルス波を集束して発達中の石に当てて
これを破砕する。衝撃波発生装置は繰り返し周期を長く
し、パルス波の尖頭値を大きくした超音波パルスを送波
する以外は通常の装置とは木質的に異ならないので説明
を省略する。プロテクタ６は上記の大電力パルスの波の
衝撃からイメージング用アレイ２を防護する。液室５は
被検体と超音波探触子の各振動子エレメントとの音響結
合を適正化すると共に、第３図の空間２３を形成してい
る。

以上説明したように本実施倭１によれば帰路透過法オル
ソグラフィ装置と、ＥＳＷＬとを超音波探触子１を介し
て結合したことにより、結石による発症以前に予防的に
石を除去することができるようになる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。実
施例では帰路透過法オルソグラフィ装置は送波を自ら行
い、そのエコー発生部２４からのエコーを受波したもの
であったが、結石が２個以上ある場合に２度目以降の結
石破砕時にはＥＳＷＬ用の衝撃波がエコー発生部２４か
ら反射して来たエコーを用いるようにしてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、発達中の小
さい石を結石による発症以前に予防的に破砕することが
できるようになり、生体安全上並びに費用効率上有用な
装置を実現し得て、実用上の効果は大きい。又、結石破
砕用衝撃波を帰路透過法の送波信号に代用して用いるこ
とより効率が一層良くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の超音波探触子の概略構成断
面図、第２図は本発明に用いる帰路透過法オルソグラフ
ィ装置の受信部の一実施例のブロック図、第３図は帰路
透過法オルソグラフィの方法の説明図である。 １・・・超音波探触子　　２・・・イメージング用アレ
イ３・・・衝撃波発生用圧電エレメント ４・・・送音膜　　　　　５・・・液室６・・・プロテ
クタ　　　７・・・イメージング用探触子８・・・衝撃
波発生用探触子 １２・・・レンジゲート　１３・・・検波器１４・・・
画像再構成演算装置 １５．１８・・・ＲＡＭ１．６・・・ＤＳＰ１７・・・
ＰＲＯＭ　　　　１９・・・ＤＳＣ２１・・・２次元ア
レイトランスデユーサ２２・・・目的領域　　　２３・
・・空間２４・・・エコー発生部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）目的領域に照準を定めるために用いる超音波帰路
   透過法オルソグラフィ作成手段と、結石を破砕するため
   に長繰り返し周期の衝撃波を送波する衝撃波送波パルス
   生成手段と、前記超音波帰路透過法オルソグラフィ作成
   手段の送受波用振動子エレメントアレイと、その周囲に
   設けて目的領域に超音波パルスを集束させた衝撃波パル
   スを送波する衝撃波送波用振動子エレメントアレイを備
   える超音波送受波手段とを具備することを特徴とする体
   外式衝撃波結石破砕機。
2. （２）超音波帰路透過法オルソグラフィ作成手段のため
   の往路照射波を自ら送波することなく、衝撃波送波パル
   ス生成手段の送波する衝撃波を利用し、そのエコー信号
   によりオルソグラフィを作成することを特徴とする請求
   項１記載の体外式衝撃波結石破砕機。
3. （３）超音波帰路透過法オルソグラフィ作成手段の送受
   波振動子エレメントアレイが衝撃波パルスを直接受けて
   破壊することを防止する保護手段を有することを特徴と
   する請求項１又は２記載の体外式衝撃波結石破砕機。