JPH0435655A

JPH0435655A - 結石破砕装置

Info

Publication number: JPH0435655A
Application number: JP2142002A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Iwama; 信行岩間; Satoshi Aida; 聡相田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1992-02-06

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）この発明は、回転楕円反射鏡の第１焦点に設けられた衝
撃波源で発生させた衝撃波を第２焦点に集束させ患者の
体内の結石に照射し、て結石を破砕治療する結石破砕装
置に関する。

（従来の技術）近年、主として腎臓または胆嚢の結石の治療において、
衝撃波を用いて体外から無侵襲的に結石を破砕治療する
方法が広く用いられるようになってきた。衝撃波源とし
ては、水中放電、電磁誘導、微小爆発、ピエゾ素子を用
いる方法などが提案されている。これらのうち水中放電
型や微小爆発を利用したものでは、回転楕円反射鏡の第
１焦点に配置した衝撃波源で衝撃波を発生させて第２焦
点に集束させ、第２焦点に位置決めされた結石に照射す
る構成となっている。

これらの方式は、ピエゾ素子型や電磁誘導型に比べ比較
的小さな衝撃波源で高出力を出すことができるという利
点を有する。

ところで、ピエゾ素子を衝撃波源に用いた結石破砕装置
においては、ピエゾ素子の焦点領域からの反射波を受信
して電気信号として取り出すことも可能となる。これを
利用して特開昭６０−１９１２５０号公報、特願昭６１
−１４９５８２号公報等に記載される通り、強力な衝撃
波を発射する直前にピエゾ素子で弱い超音波を送受信し
、強い反射波が返ってきた場合は焦点と結石が一致して
いると判断して衝撃波を照射する誤照射防止機能が提案
されている。これにより結石以外の正常組織に誤って衝
撃波を照射すること無く治療を行うことが可能となり、
副作用の低減と破砕効率の向上を図ることができる。

これに対し、上述した回転楕円反射鏡の第１焦点に衝撃
波源を配置した結石破砕装置では、Ｘ線等により結石を
第２焦点に位置合わせたした後、心電同期で連続的に衝
撃波を照射する方法がとられるため、呼吸による結石の
移動に対応できず、結石以外の正常組織に衝撃波を誤照
射して組織損傷等の副作用を起こす危険性があった。

（発明が解決しようとする課題）上述したように、回転楕円反射鏡の第１焦点に衝撃波源
を配置した結石破砕装置では、患者の体内等からの反射
波を検出しにくいため、その反射波強度の検出に基づく
誤照射防止機能を持たせることができないという問題が
あった。

本発明の目的は、回転楕円反射鏡の第１焦点に衝撃波源
を配置した結石破砕装置において患者の体内からの反射
波を受信できるようにして、この反射波により衝撃波の
照射を制御することで、誤照射防止機能を得ることがで
きる結石破砕装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は上記の目的を達成するため、回転楕円反射鏡の
第１焦点の近傍に、衝撃波源から発生された衝撃波また
は衝撃波より圧力の低い低圧力波の反射波を検出する反
射波検出センサを設け、このセンサにより検出された反
射波の強度を検出して所定の設定値と比較し、両者の大
小関係に応じて衝撃波源からの衝撃波の照射を制御する
ようにしたことを特徴とする。反射波検出センサとして
は圧電素子や半導体歪センサを用いられるが、これを超
音波の送受信を行う超音波プローブに置き換えても良い
。超音波プローブの場合、衝撃波源が衝撃波を発射する
直前に超音波を送受信すればよい。

また、本発明では上記のように検出された反射波の強度
と設定値との関係を報知する手段を更に備えることが望
ましい。

（作用）回転楕円反射鏡の第１焦点の衝撃波源から患者に体内に
向けて照射された衝撃波または低圧力波あるいは超音波
プローブから照射された超音波は、音響インピーダンス
の異なる各部分で反射される。これらの反射波のうち主
として回転楕円反射鏡の第２焦点からの反射波が、第１
焦点の近傍に置かれた反射波検出センサまたは超音波プ
ローブで受信検出され、さらにその強度が検出される。

ここで、結石のように大きな音響インピーダンスを有す
る物体が第２焦点に有れば、大きな反射波が返ってくる
ので、この反射波の強弱で結石と焦点の一致度が判る。

これに対し、焦点に結石が無く軟部組織に焦点が一致し
ている場合は、反射波が非常に弱くなるため、例えば水
中放電を用いた衝撃波源の場合、最初は低電圧で放電さ
せて低圧力波を発生させ、反射波強度がある設定値以上
となったとき放電電圧を高くして衝撃波を発生させれば
、結石にのみ衝撃波を照射することが可能となる。また
、この反射波強度と設定値とを関連付けて表示などによ
り報知することにより、正しい位置決めの指標とするこ
とが出来る。

また、衝撃波照射時の反射波強度を設定値と比較すれば
、結石に対する衝撃波の命中率を計算することもできる
。

一方、衝撃波の集束領域より手前の所定領域、例えば患
者の体表からの反射波の強度は、カップリング装置と患
者の体表との接触状況が接触面積の点で十分に良好であ
れば大きくならないが、カップリング装置内の液体の量
が十分でなかったり、カップリング装置と体表間のカッ
プリング剤の量が十分でなかったりした場合は、低圧力
波の伝搬経路中に空気の層が入ってくるため、その強度
が大きくなる。従って、この反射波の強度と予め設定し
た値とを比較し、反射波の強度が設定値以上であれば、
カップリング装置と患者の体表との接触が不十分と判断
し、操作者に対してその旨を報知する。これにより、患
者体内に入らず破砕に寄与しない衝撃波の照射を行わず
に済み、確実な治療が行われる。また、患者の体内で結
石の手前に障害物がある場合には、その領域からの反射
波が大きくなるので、この反射波の強度を検出すること
で陣舊物の有無が分かり、操作者に衝撃波源の向きの修
正などを促すことができる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。第１図は本発明の一実施例に係る結石破砕装置の構成
図である。

第１図において、回転楕円反射鏡１１は二つの焦点Ｆ、
、Ｆ２を有する。第１焦点Ｆ１の位置に衝撃波源として
の放電ギャップ１２が配置され、その直前の位置にセン
サ１３が配置されている。このセンサ１３については後
述する。

一方、回転楕円反射鏡１１の第２焦点Ｆ２に患者１４の
体内の結石１５が位置決めされる。

この位置決めは、二方向からのＸ線透視により行われる
。すなわち、ＸＩＩ管１６ｇ、１６ｂとこれらに対応す
るイメージインテンシファイア１７ａ、１７ｂにより結
石像が検出され、モニタ装置１８ｇ、１８ｂ上でそれぞ
れの結石像が焦点に位置するように患者１４が移動され
る。

衝撃波の照射は、心電同期で行われる。心電検出回路１
９で検出された信号がトリガ回路２０に送られ、放電用
トリガ信号が作られる。

放電用トリガ信号は放電回路２１に送られ、放電ギャッ
プ１２を通して放電が行われることによって、衝撃波が
発生される。

センサ１３は放電ギャップ１２から発生される衝撃波の
直接波や体内からの反射波を検８して電気信号として出
力するものであり、例えばセラミック、水晶、ＰｖＤＦ
のような圧電材料を用いて構成される圧電素子や、半導
体歪センサ等が用いられる。なお、センサ１３の種類に
よっては放電ギャップ１２とセンサ１３との間に衝撃波
減衰用の保護板が配置される。

放電ギャップ１２が衝撃波を発射する時、センサ１３で
は先ず衝撃波の直接波が検出される。

次に、衝撃波が回転楕円反射鏡１１て反射され、さらに
第２焦点Ｆ２に位置決めされた結石１５に照射されて結
石１５で反射され、再び回転楕円反射鏡１１の第１焦点
Ｆ１に戻ってくる反射波（結石エコーという）をセンサ
１３で検出して、電気信号（ＲＦ倍信号に変換して出力
する。

このセンサ１３の出力信号は反射波強度検出回路２２に
入力される。反射波強度検出回路２２は結石エコーが検
出される時間帯だけトリガ回路２０からの信号により時
間ゲートがかけられ、その時間ゲート内の反射波強度、
つまり結石エコーの強度を検出する。検出された結石エ
コーの強度は、例えばＣＲＴを用いた表示装置２５によ
り表示される。

結石は周りの正常な軟部組織と比較して音響インピーダ
ンスが高いため、大きな反射を返す。

このため、回転楕円反射鏡１１の第２焦点Ｆ２に結石１
５がある時は大きな反射があり、焦点Ｆ２から結石１８
が外れた時にはほとんど反射が返って来ない。従って、
表示装置２５で上記の表示を行えば、操作者に対して結
石１５が焦点Ｆ２に合致しているかどうかを知らせ、外
れている時は位置合わせをやり直す旨を促すことができ
る。

一方、このように衝撃波発生時の反射波を検出せずに、
放電回路２１を衝撃波発生時より低い放電電圧で動作さ
せて放電ギャップ１２において弱い放電を生じさせ、そ
の時の反射波をセンサ１３で検出してもよい。この場合
、反射波強度検出回路２２で検出された反射波強度を判
定回路２３で設定値と比較して大小関係を判定し、設定
値以上のとき第２焦点Ｆ２に結石１５があると判断して
、トリガ回路２０からの放電用トリガ信号を制御して放
電電圧を高電圧に切り替えることにより衝撃波を照射す
ればよい。

放電ギャップ１２を低電圧で放電させる場合、設定電圧
を制御してよいし、放電ギャップ１２を形成する電極間
距離（ギャップ長）を変えたり、または低電圧用の専用
電極を設けても良い。

第２図（ａ）にセンサ１３で検出される反射波信号の波
形を示す。ここで、ｔｏは放電ギャップ１２から衝撃波
または低圧力波が発射された時刻であり、１０１は患者
１４の体表からの反射波信号、１０２は焦点１５の領域
からの反射波信号である。体表からの反射波信号は、回
転楕円反射鏡１１と患者１４との間に介在される図示し
ないカップリング装置（水が内部に充填されている）と
患者１４との接触状況が良好でない場合、大きくなる。

このような場合、次のようにして接触状況を知ることが
できる。

まず、図示しないコントローラで第２図（ａ）のｔ。か
ら体表反射波信号１０１までの時間Ｔを検出することに
より、体表反射波の受信開始時刻ｔ１を検出する。これ
は周知の技術であるファーストピークの検出により実現
される。次に、コントローラで第２図（ｂ）に示すよう
に時刻ｔ、の前後の期間τ１に体表反射波ゲート１０３
を設定し、これを反射波強度検出回路２２に与える。こ
れにより反射波強度検出回路２２は期間τ１内の反射波
信号の例えばピーク値（以下、反射波ピーク値という）
を検出する。

判定回路２３は、この反射波ピーク値と第１の設定値（
ＴＨ，とする）とを比較し、設定値ＴＨ，より反射波ピ
ーク値の方が小さければ何もしないが、反射波ピーク値
が設定値ＴＨ，以上の場合は患者１４とカップリング装
置との接触が十分で無いと判断し、ブザーまたはランプ
あるいはその両方を用いた報知装置２４に報知動作を行
わせ、操作者にその旨を警告する。これにより、操作者
はカップリング装置内の水の量が十分でないか、あるい
はカップリング装置と体表間のカップリング剤（例えば
ゼリー）の量が十分でないことを知ることができる。

次に、このような制御の後、コントローラより第２図（
ｂ）に示すように、第２図（ａ）の焦点Ｆ２の近傍領域
（焦点領域）からの反射波信号１０２を含むような期間
τ２の焦点領域反射波ゲート１０４を設定し、これを反
射波強度検出回路２２に与える。なお、この際にはトリ
ガ回路２０のトリガタイミング（ｔｏ　）を取り込み、
焦点Ｆ２までの距離の往復時間後に焦点領域反射波ゲー
ト１０４を設定すればよい。放電ギャップ１２から発射
された低圧力波の直接波をセンサ１３で検出して、タイ
ミングを取ることも可能である。これにより反射波強度
検出回路２２は今度は期間τ２内の反射波ピーク値を検
出する。判定回路２３は、こうして検出された焦点領域
からの反射波ピーク値と、第２の設定値（ＴＨ２とする
）とを比較する。ここで、判定回路２３は反射波ピーク
値が設定値ＴＨ２以上であれば焦点Ｆ２に結石１５が一
致していると判断し、トリガ回路２０を制御して放電電
圧を高電圧に切り替えて放電ギャップ１２より衝撃波を
発生させる。この衝撃波が焦点Ｆ２に存在する結石１５
に正しく照射される。逆に、焦点領域からの反射波ピー
ク値が第２の設定値ＴＨ２より小さい場合は、焦点Ｆ２
に結石１５は無いと判断されるので、放電電圧は低電圧
のままであり、放電ギャップ２２は結石探査用の低圧力
波を照射し続ける。

また、表示装置２５にはコントローラからの制御により
反射波強度値検出回路２２で検出された焦点領域からの
反射波ピーク値が、第２の設定値ＴＨ２とともに表示さ
れ、操作者はこれを指標に焦点Ｆ２と結、石１５の位置
合わせを行ったり、あるいは設定値ＴＨ２を最適に調整
することが出来る。

ここで、表示装置２５での表示例を第３図に示す。第３
図（ａ）は図示しない超音波プローブで得られる患者１
４の体内のＢモードセクタ像３０の上に、時間的に変動
する焦点領域からの反射波ピーク値をトレンドグラフ３
１として表示している。また、設定値ＴＨ２はライン３
２で表示しである。第３図（ｂ）は同様の反射波ピーク
値をヒストグラム３３で表示した例である。

ここで設定値ＴＨ２以上の部分はＴＨ２に満たない部分
と色調あるいは輝度を変えることで、設定値ＴＨ２との
反射波ピーク値との大小関係の把握が容易になる。また
時間的な記録をしない場合は、第３図（Ｃ）に示すよう
に一本のレベルメータ３４と設定値ＴＨ２を表すマーク
３５のみを表示しても良い。

以上の動作を行うことによって、結石以外の正常組織へ
の誤照射を防ぐことが出来る。

ところで、結石１５への衝撃波伝搬の邪魔をする障害物
として、肋骨や肺さらには腸内ガスなどがある。これら
の障害物による衝撃波の反射を出来るだけ避けるように
入射経路を選択することが、破砕効率を上げるために、
また副作用を軽減させる上でも重要である。これら障害
物の存在を検知するためには、前述のように放電ギャッ
プ１２から低圧力波を送信しセンサ１３で反射波を受信
して検波した後、体表から焦点領域までの間に存在する
肋骨や肺などの体内障害物からの反射波ピーク値を検出
し、これを第３の設定値（ＴＨ，とする）と比較すれば
よい。ここで、設定値ＴＨ，より反射波ピーク値の方が
小さければ何もしないが、反射波ピーク値が設定値ＴＨ
，以上の場合は衝撃波の伝搬経路内に大きな障害物があ
ると判断し、ブザーやランプなどの報知装置２４や表示
装置１Ｆ２５で操作者にその旨を報知する。この報知に
より警報を受けた操作者は、衝撃波の伝搬経路内に障害
物が入らないようにアプリケータ、すなわち衝撃波源や
カップリング装置の位置や向きを調整する。また、アプ
リケータの位置を移動させる機構が有る場合は、これに
コントローラから情報をフィードバックし、衝撃波の入
射経路内の障害物が少なくなるように自動的な位置調整
を行わせることも可能である。

第４図は本発明の他の実施例に係る結石破砕装置の構成
図であり、センサユ３に代えて超音波プローブ２６を用
いた点が先の実施例と異なる。また、超音波プローブ２
６には送受信回路２７が接続されている。送受信回路２
７は心電同期回路１９から信号を受は取り、それに同期
して超音波プローブ２６をパルス駆動する。これにより
、超音波プローブ２６は回転楕円反射鏡１１を介して第
２焦点Ｆ２へ超音波パルスを送信し、結石で反射して再
び反射鏡１１を介して戻ってくる反射波（結石エコー）
を検出して電気信号（反射は信号）として出力する。こ
の反射波信号は判定回路２３で先と同様に各種の設定値
と比較され、その比較判定結果に基づいて先の実施例と
同様の制御が行われる。

なお、上記実施例では体表や焦点領域等の各領域からの
反射波の強度を検出するために、これらの領域からの反
射波信号に時間ゲート（１０３，１０４）をかけ、その
ゲート期間内の反射波信号のピーク値を検出したが、反
射波の干渉による影響を押さえるため適当な時間ゲート
期間内の反射波信号の積分値を検出しても良い。このよ
うな積分方式を用いる場合、単に積分するのではなく、
衝撃波源から焦点領域までの音場の影響を加味するため
、反射波信号を深さ方向に応じた重み関数を掛けてから
積分することも有効である。

また、実施例ではアプリケータを患者に対して下側に設
けたが、上側に設けても良いことは言うまでもない。

また、反射波強度の表示手段はＣＲＴ等を用いた表示装
置２５以外に発光ダイオードを用いたレベルメータでも
良く、さらには反射波強度を可聴音を変調してその強弱
で報知したり、結石の位置ずれに対して音声合成でメツ
セージを出すこともできる。

さらに、治療中に衝撃波が何発結石に当たったかを計算
し、命中率として表示することも有効である。

また、実施例では衝撃波源として水中放電を利用したも
のを示したが、微量の爆薬による微小爆発を利用しても
よい。

その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することが可能である。

［発明の効果コ本発明によれば、回転楕円反射鏡の衝撃波源が設置され
る第１焦点付近にセンサまたは超音波プローブを配置し
て反射波強度を検出し、設定値との大小関係に応じて衝
撃波の照射を制御したり、その反射波強度と設定値との
関係を比較報知することによって、衝撃波を破砕されて
いない結石のみに正確に照射し正常組織に誤照射するの
を防止できるので、人体に対して副作用が少なく破砕効
率の高い結石破砕装置を提供することができる。

また、本発明によれば患者の体表や体内の障害物からの
反射波の強度が設定値以上になったことを比較報知する
ことにより、操作者に対してカップリング装置と患者と
の接触状況の適否を知らせたり、体内の＃書物を避けて
衝撃波を照射するように操作者にアプリケータの位置や
向きの変更を促すことができる。

さらに、センサまたは超音波プローブを衝撃波源の直前
に設置すれば、回転楕円反射鏡の第２焦点付近以外の領
域に衝撃波源から直接照射される衝撃波を弱める作用が
得られるので、治療中における患者の不快感を軽減する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る結石破砕装置の構成図
、第２図はその動作を説明するためのタイムチャート、
第３図は第１図における表示装置上の表示例を示す図、
第４図は本発明の他の実施例に係る結石破砕装置の構成
図である。１１・・・回転楕円反射鏡　　　Ｆ、、Ｆ２・・・焦点
１２・・・放電ギャップ　　　　１３・・・センサ１４
・・・患者　　　　　　　　１５・・・・・・結石１６
　ａ、　　１６　ｂ−Ｘ線管１７ａ、１７ｂ・・・イメージインテンシファイア１８
ｇ、１８ｂ・・・モニタ装置１９・・・心電同期回路　　　　２０・・・トリガ回路
２１・・・放電回路２２・・・反射波強度検出回路２４・・・報知装置２６・・・超音波プローブ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１焦点および第２焦点を有する回転楕円反射鏡
の第１焦点に設けられた衝撃波源で発生させた衝撃波を
第２焦点に集束させて患者体内の結石に照射することに
より、結石を破砕治療する結石破砕装置において、前記第１焦点の近傍に設置され、患者の体内からの反射
波を検出する反射波検出センサと、この反射波検出セン
サにより検出された反射波の強度を検出する反射波強度
検出手段と、この反射波強度検出手段により検出された
反射波の強度と設定値とを比較し、両者の大小関係に応
じて前記衝撃波源からの衝撃波の照射を制御する制御手
段とを具備することを特徴とする結石破砕装置。
（２）第１焦点および第２焦点を有する回転楕円反射鏡
の第１焦点に設けられた衝撃波源で発生させた衝撃波を
第２焦点に集束させて患者体内の結石に照射することに
より、結石を破砕治療する結石破砕装置において、前記第１焦点の近傍に設置され、超音波を送受信する超
音波プローブと、この超音波プローブにより受信された反射波の強度を検
出する反射波強度検出手段と、この反射波強度検出手段により検出された反射波の強度
と設定値とを比較し、両者の大小関係に応じて前記衝撃
波源からの衝撃波の照射を制御する制御手段とを具備することを特徴とする結石破砕装置。
（３）前記反射波強度検出手段により検出された反射波
の強度と前記設定値との大小関係を報知する手段を更に
具備することを特徴とする請求項１または２記載の結石
破砕装置。