JPH0284950A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 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。

（従来の技術） 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、所定の大きさを有し、且つ、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
ら行うものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した装置により数十回乃至数百回の
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
くかかると共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、更にはＸ線透視による観察が不可欠
であるため被検体及びオペレータの受ける被爆量も無視
できない量となる。

更に、装置が大規模となり価格も極めて高価になるとい
う問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、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。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の概要は、体外より被
検体内にある結石等に衝撃波を照射し結石を破砕する結
石破砕装置において、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超音波トランスジューサ
と、この超音波トランスジューサに接続され、強力超音
波或いは微弱超音波のいずれかを選択的に発生させるパ
ルサと、このパルサにより微弱超音波を発生させ且つそ
れによるエコー信号を受信し被検体内における前記結石
の位置を確認することを特徴とするものである。

（作　用） 上記構成によれば微弱超音波で結石位置を確認した後に
強力超音波で結石を適確に破砕することができる。

（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共にこの第１の超音波トランスジ
ューサ１からの超音波エコー信号を受信して信号処理す
る第１の信号処理系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
置各部の制御を行うＣＰＵ　（中央処理装置）６及びこ
のＣＰＵ６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２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
状の音場領域３１、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（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（ＣＰＵ６に接続された音速設定手段１
４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抜
孔を設けた例えば共振周波数ＩＭＨ２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
面振動子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、前記抜孔内に
固定され、且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サ１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且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内に満された水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ューサ１．
２と被検体との間の超音波の送受波を効率よく行うよう
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の信号
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の超音波トランスジ
ューサ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
２５と、この受信回路５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うように励振すると
共にこのセクタスキャンに基く第２の超音波トランスジ
ューサ２からのエコー信号を受信する送受信回路２７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。

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内の腎結石３５Ｍ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の音場領域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
と共に、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更
にアプリケータ３を微調整し、その腎結石像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ーサ１に大振幅のパルス
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か必要なだけ繰り
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サ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
基くものであるが、実際にはこれらは完全に対応してい
るとは限らない。即ち、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１５３０ｍ／’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。即ち、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１０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石像３５が表示さ
れることになる。

更に、超音波パルスの屈折等の影響のため、腎結石像３
５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リケータ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
ブツシュボタンを押し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ＣＰＵ
６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２４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
ジューサ１から被検体に向けてごく弱い超音波パルスが
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の超音波トランスジュー
サ１により受波はされエコー信号に交換される。受信回
路２５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。

オペレータはぐこの可聴音を聴きながら腎結石像３５が
集束点マーカ３８内或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の超音波トランスジューサ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石３５Ｍ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、即ち、スケールファ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
束点マーカ３８内に腎結石像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ある。

尚、上述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の超音波トランスジューサ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目
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（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）のパルスミ１乃至ａ５は腎結石３５Ｍからの
反射エコーに基く第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
ランスジューサ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。の発射時刻から短い時間にしか
も振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ューサ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よりも遅い時間で且つ振
幅がより大きく幅が狭いパルスａ２が得られる。

更に第１の超音波トランスジューサ１を体表３３から遠
ざけ腎結石３５Ｍ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を更に体表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ａ４＋　　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えば、毎
秒３０個の反射エコーに基くパルスが得られ、その各パ
ルスの包路線を描けば第４図（ｂ）のようになる。パル
スａ。の発射時刻からこの包路線のピーク点までの時間
Ｔは、第１の超音波トランスジューサ１の集束点と腎結
石３５Ｍ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３’５
’Ｍ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。

即ち、凹面振動子１５の曲率半径をＲとすれば、距離２
Ｒ間を超音波が伝播するに要する時間がＴ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ューサ１から音響カプラ２２
を経て被検体内の腎結石３５Ｍに至るまでの平均音速Ｃ
Ｍは下記（１）式で表わすことができる。

ＣＭ＝２Ｒ／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
ほどその振幅が大きく且つその幅が狭いため、第４図（
ａ）に示す各パルスａ１乃至ａ５の波形をＣＰＵ６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或いはその微分波形信号を更
に第１の信号処理回路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）式に基く演算を図示しない演算手段で行うことによ
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１
０上には被検体の腎結石像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、集束点位置が凹面振動子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
る音場領域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、結石位置確認手段１１から発生させる音は反射エ
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。

更に、結石位置確認手段１１としてスピーカを用いる細
波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ある。

例えば、上述した実施例では腎結石位置の確認を音響的
に行う場合について説明したが、これに限らず第１の信
号処理回路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、その振幅の大小を見ながら破砕の
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。

［発明の効果コ 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且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路線
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、３５・
・・腎結石像、　３５Ｍ・・・腎結石。 ｈφ− 弔 図 図 ／

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）体外より被検体内にある結石等に衝撃波を照射し
   結石を破砕する結石破砕装置において、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超音波
   トランスジューサと、この超音波トランスジューサに接
   続され、強力超音波或いは微弱超音波のいずれかを選択
   的に発生させるパルサと、このパルサにより微弱超音波
   を発生させ且つそれによるエコー信号を受信し被検体内
   における前記結石の位置を確認することを特徴とする超
   音波結石破砕装置。
2. （２）微弱超音波による結石のエコー信号を受信したと
   きのみ強力超音波を発生させることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の超音波結石破砕装置。