JPH0576538A - 超音波治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 体動等によって変動する患部に対して、常
に、超音波を集中照射して治療を行う。 【構成】 脱気水４を充填した容器30内において超音波
発生源１を移動自在に支持する。超音波撮影装置８によ
って得られた断層像から患部Ｓの位置をリアルタイムに
検出し、超音波発生源１から照射される超音波ＵＳの焦
点Ｆとの差分距離を算出する。差分距離を制御信号とし
て移動制御部16に与えて超音波発生源１の移動を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、体外から超音波衝撃
波を集束させて結石等を破砕する結石破砕装置や、その
集束エネルギーによる温熱作用で癌細胞等を死滅させる
超音波温熱治療装置などのように、超音波を対象物に集
束させて治療する超音波治療装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波温熱治療装置の主要部をな
すアプリケータの概略構成を図７に示して以下に説明す
る。超音波発生源１に球面状の凹所２が形成され、この
球面状凹所２の内底面に多数の圧電素子３がモザイク状
に（球面に沿って二次元的に）取り付けられている。球
面状凹所２には、人体の軟組織と同等な音響インピーダ
ンスを有する水（好ましくは脱気水）４が充満状態で収
容され、表面が膜５で覆われている。

【０００３】駆動回路６から連続的に出力される高周波
信号が各増幅器７を介して各圧電素子３に入力され、各
圧電素子３で圧電変換された超音波ＵＳが連続的に焦点
Ｆに向けて照射されるように構成されている。焦点Ｆの
位置は球面状凹所２の形状や超音波の周波数で決まり、
膜５の外部上方に位置するように固定されている。

【０００４】脱気水４を覆っている膜５に患者Ｍの体表
が接するように患者Ｍを仰臥させ、駆動回路６により各
圧電素子３を低電圧駆動して包絡線波形情報を得るため
の弱い超音波を発生させる。凹所２の中心部に設置され
た超音波撮影装置８で患者Ｍの断層像を得て、患部Ｓと
包絡線波形とを観察する。そして、焦点Ｆの位置が患部
Ｓに一致するように位置合わせを行う。

【０００５】この位置合わせの方法としては、特開平３
−41941 号公報にも紹介されているように、アプリケー
タ43の脱気水４の水量を増減して患部Ｓとアプリケータ
43との相対距離を調整することにより行われている。位
置合わせ後、駆動回路６により各圧電素子３を高電圧駆
動して衝撃波となり得る超音波ＵＳを焦点Ｆにある患部
Ｓに向けて集中的に照射し、その集束エネルギーによる
温熱作用で患部Ｓの癌細胞を死滅させる。

【０００６】以上は、超音波温熱治療装置の一例である
が、駆動回路６を高周波のパルスを発生できるものに代
えると、結石等を破砕する結石破砕装置として構成され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の装置においては、超音波ＵＳの焦点Ｆの位置と患
部Ｓとの位置合わせを脱気水４の水量調整で行っている
ため、超音波照射中、呼吸等による患者Ｍの体動に伴っ
て患部Ｓの位置が変位すると、これに迅速に追尾してリ
アルタイムに焦点Ｆの位置を患部Ｓに合致させるのは不
可能に近い。これらの位置が一致していないと、焦点Ｆ
に集束した超音波ＵＳの高エネルギーが患部Ｓには照射
されずに患部Ｓの周辺の正常組織に及び、その正常組織
を損傷してしまうおそれがある。また、患部Ｓの位置が
変位して集中照射が良好に行われないと、治療に長い時
間を要し、その分、患者Ｍに苦痛を与える回数が増える
とともに、治療のスループットが低下するという問題が
あった。

【０００８】また、脱気水４の水量を調整してアプリケ
ータ43を移動させる場合はアプリケータ43を固定的に支
持するアーム（図示せず）からアプリケータ43の拘束を
解いた状態で行われる。つまり、アプリケータ43をフリ
ーな状態にしておく。こうしておかないと、脱気水４の
水量調整（特に、水量の増加）が容易に行えないからで
ある。アプリケータ43をフリーな状態にすると、アプリ
ケータ43の安定性が悪くなって、位置合わせ（セットア
ップ）に時間がかかってしまい、治療時間が長くなり、
上記のような問題を招く結果となる。

【０００９】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、上記の問題を解消することができる
超音波治療装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために次のような構成をとる。すなわち、この
発明の超音波砕治療装置は、装置内において緒音波発生
源を移動自在に支持するとともに、体動等に伴って変位
する患部の位置データをリアルタイムで検出する手段
と、前記超音波発生源から発生される超音波の焦点位置
と前記検出された患部の位置とが一致するように超音波
発生源を移動制御する手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１１】

【作用】この発明の構成による作用は次のとおりであ
る。すなわち、変位する患部位置をリアルタイムで検出
し、患部位置と焦点位置とが一致するように超音波発生
源を移動制御して、常に患部に対して超音波を集中照射
する。超音波発生源のみが移動し装置全体が移動するも
のではないので、装置の安定性を損なわない。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。図１は超音波温熱治療装置の概略構成図であ
る。図１において、従来例に係る図７に示した符号と同
一の符号は、本実施例においても、その符号が示す部
品，部分等と同様のものを指す。また、特記しない限
り、配置，接続関係等についても本実施例と従来例とは
同様の構成を有している。本実施例において、従来例と
異なっている構成は、次のとおりである。

【００１３】超音波発生源１は、アプリケータ30のケー
シングをなす容器31内に収納されている。容器31の内壁
面には、患者Ｍの体表面に対して進退する方向に沿った
ガイドレール15が固定設置されている。超音波発生源１
は、このガイドレール15の上を摺動する移動部材14を介
して、アプリケータ30内を移動自在に支持されている。
超音波発生源１の底面部（図面上では上部）には、超音
波発生源１をガイドレール15に沿って移動させるための
移動機構が取り付けられている。

【００１４】移動機構は、その先端部が超音波発生源１
の底面部に直結され、基部が容器31を貫通して外に位置
するピストン９と、ピストン９を摺動自在に収納するシ
リンダ11と、シリンダ11内においてピストン９と容器31
の外壁の間に介在するコイルバネ10と、シリンダ11内を
加減圧するエアーポンプ13とで構成されている。また、
容器31内に充填される脱気水４が移動機構から外部に漏
水するのを防ぐためにピストン９の周りには蛇腹12が取
り付けられている。エアーポンプ13は移動制御部16から
の制御信号によってシリンダ11内を加減圧し、これによ
って超音波発生源１がガイドレール15の上を摺動し、患
者Ｍに対して進退するように移動する。ガイドレール15
の上を摺動する移動部材14には超音波発生源１の位置を
検出する位置検出手段17が設けられている。例えば、移
動部材14の移動に伴って回転するロータリエンコーダー
等である。

【００１５】超音波発生源１における超音波撮影装置８
も患者Ｍに対して進退移動可能に取り付けられており、
超音波撮影装置８の位置を検出して移動を制御する位置
制御器18が設けられている（これは従来からある構成部
分である）。これら超音波撮影装置８、位置制御器18
と、上記の位置検出手段17および移動制御部16は図２に
示したコンピュータ19に接続されている。コンピュータ
19はリアルタイムに患部Ｓの位置を算出して超音波発生
源１の焦点Ｆの位置を患部Ｓに合致させるように移動制
御部16をコントロールする。以下、図２ないし図４を参
照しながらその位置合わせについて説明する。

【００１６】まず、超音波撮影装置８により患者Ｍの体
内断層像を撮像する。その画像データはコンピュータ19
に送られ、画像メモリ20にストアされるとともに、Ｄ／
Ａ変換器28でアナログ映像信号に変換されてモニタディ
スプレイ29に表示される。術者は表示画像を見ながら患
部Ｓを判断してモニタディスプレイ29上にその範囲を指
定する。枠指定手段44は患部Ｓの範囲を指定するための
マウス等のポインティングデバイスを備え、指定された
範囲を枠としてモニタディスプレイ29に出力し、さらに
枠内の画像データを画像メモリ20から参照パターンメモ
リ21に転送する。図３に示すように、患部Ｓを包括する
点線部分の範囲の画像データが指定されて参照パターン
メモリ21に記憶されたとする。

【００１７】コンピュータ19内のパターンマッチング手
段22は、参照パターンメモリ21内の患部Ｓの画像パター
ン（以下、これを参照パターンと称する）を読み出し、
画像メモリ20内の断層像に対してテンプレートマッチン
グ処理を行う。そして、マッチングした画像パターンの
アドレスを取り出す。例えば、図３の患部Ｓの中心位置
Ｐ１のアドレスが取り出される。第１の距離算出手段23
はアドレスＡ１を基にして画像上における超音波撮影装
置８から患部Ｓの中心までの距離Ｌ１を求め、さらにこ
れを実距離に換算する。

【００１８】その一方で、超音波撮影装置８の位置デー
タが位置制御器18からコンピュータ19に送られ、また、
超音波発生源１の位置データが位置検出手段17からコン
ピュータ19に送られる。コンピュータ19内の相対距離算
出手段24は、それらの位置データから超音波撮影装置８
と超音波発生源１との相対距離を算出する。これを相対
距離Ｌ０とする。第２の距離算出手段25は、第１の距離
算出手段23で算出された超音波撮影装置８から患部Ｓの
中心までの距離Ｌ１と相対距離Ｌ０とを基に、超音波発
生源１から患部Ｓまでの距離Ｌ２（第４図参照）を算出
する。

【００１９】前述のように、超音波発生源１の各圧電素
子３から照射される超音波ＵＳの焦点Ｆの位置は超音波
発生源１の球状凹所２の形状や超音波の周波数によって
固定されている。この焦点距離をＬとする（図４参
照）。焦点距離Ｌのデータはコンピュータ19内の焦点距
離メモリ26に予め登録される。焦点Ｆと患部Ｓとの位置
合わせを行うには、超音波発生源１から患部Ｓまでの距
離Ｌ２と、焦点距離Ｌとが一致するように超音波発生源
１を変位させればよいから、第２の距離算出手段25で算
出された距離Ｌ２と、焦点距離メモリ26に登録されてい
る焦点距離Ｌとのデータを差分回路27に与えて、図４に
示す差分距離Ｌ’（＝Ｌ２−Ｌ）を算出する。

【００２０】差分距離Ｌ’のデータはコンピュータ19か
ら移動制御部16に送られる。移動制御部16は差分距離
Ｌ’が零となるように、エアーポンプ13を駆動して超音
波発生源１を移動させ、焦点Ｆと患部Ｓとの位置合わせ
を行う。したがって、呼吸等による患者Ｍの体動に伴っ
て患部Ｓの位置が変動しても、これをリアルタイムで追
尾する状態で、常に、すべての圧電素子３からの超音波
ＵＳのエネルギーを患部Ｓに対して集束させ、患部Ｓを
効率よく温熱治療することができる。

【００２１】例えば、図３に示すように、患部Ｓの位置
が変動したときの患部をＳ’とすると、コンピュータ19
内のパターンマッチング手段22は、超音波撮影装置８で
得られた断層像に対して参照パターンによるマッチング
処理を実行し、患部Ｓ’の中心位置Ｐ２の画像メモリ20
上におけるアドレスを求める。第１の距離算出手段23が
超音波撮影装置８と患部Ｓ’との距離Ｌ12を求め、第２
の距離算出手段25が超音波撮影装置８と超音波発生源１
との相対距離から、超音波発生源１と患部Ｓ’間の距離
を算出する。そして、差分回路27は超音波発生源１と患
部Ｓ’間の距離と、焦点距離Ｌとの差分距離を算出す
る。移動制御部16は差分距離が零となるように超音波発
生源１の位置を変動させて、焦点Ｆと患部Ｓ’との位置
合わせを行う。

【００２２】この場合において、患部ＳのアドレスＡ１
を登録しておき、位置変動後の患部Ｓ’のアドレスＡ２
をパターンマッチング手段22が算出すると、そのアドレ
スの差分（Ａ２−Ａ１）を計算し、そのアドレス変動量
を実距離に換算する。そうすれば、図３のΔＬが得られ
る。そして、ΔＬを移動制御部26に与えて超音波発生源
１の位置を変動させるようにしてもよい。各距離を算出
する回数が減り、より高速に患部Ｓの変動に追尾でき
る。

【００２３】以上は、超音波温熱治療装置における焦点
Ｆと患部Ｓとの位置合わせについて説明した。次は、結
石破砕装置における位置合わせについて説明する。

【００２４】結石は、体内組織と比較すると超音波の反
射率が著しく大きく、断層像上での位置を検出するのは
極めて容易である。すなわち、超音波の反射波をピック
アップして得られた断層像の各点での輝度データを比較
して、最大輝度をもつ点が結石の位置であると判断でき
る。結石位置データの算出については詳細な図示説明を
省略するが、大体以下のような手順となる。

【００２５】まず、超音波撮影装置８によって断層像を
撮像し画像データ（各点の輝度データ）を画像メモリ20
にストアする。画像メモリ20内のデータを１画素ずつ読
み出して比較する。そして、大きな値となる画像データ
の値とそのアドレスとをラッチする。２回目以降は、読
み出した画像データと、ラッチされている画像データと
の比較を行い、大きな値の画像データを先のデータと入
れ替えてラッチする。こうして、断層像中、最大輝度の
画像データとそのアドレスがラッチされる。この後の処
理は、上記した連続波温熱治療装置と同じで、ラッチし
ているアドレスから各距離を算出し、超音波発生源１
（連続波発生源に相当）の焦点位置と結石との位置合わ
せをリアルタイムに行う。

【００２６】なお、上記の実施例では超音波発生源１の
移動機構として空気圧を用いるものを例に挙げたが、こ
れに限らずに種々の構成が考えられる。例えば、図５や
図６に示す構成がある。

【００２７】図５(a) に示すように、超音波発生源１の
底面部に先端部が直結され、基部が容器31の壁部を貫通
して外部に突出したボールネジ32に、ギア33が取り付け
られている。ギア33は正逆回転が可能なリバーシブルモ
ータ36の出力ギア35と噛み合わさっており、リバーシブ
ルモータ36の駆動を上述した移動制御部16でコントロー
ルする。なお、図１と同様に、容器31内に充填されてい
る脱気水４の漏水を防ぐための蛇腹５がボールネジ32を
包むようにして取り付けられるが、この図および以下の
図では蛇腹５の図示を省略する。同図(b) はギア33でリ
バーシブルモータ36の駆動力をボールネジ32に伝達する
代わりにベルト37（またはチェーン）を用いた例であ
る。リバーシブルモータ36の駆動によりギア33が回転す
ると、ボールネジ32がギア33を基にして上下動し、これ
に伴って超音波発生源１が移動するようになっている。

【００２８】また、図６に示すように、上記のボールネ
ジ32の代わりに、上下動自在なピストン40を超音波発生
源１の底面部に取り付け、容器31の外壁とピストン40と
の間にコイルバネ41を介在させる。そして、ピストン40
の頭部にカム42を設け、カム42をリバーシブルモータ36
で回転駆動する。カム42の回転によりピストン40が上下
動しこれに伴って超音波発生源１が移動する。

【００２９】また、上述した実施例では、患部Ｓの位置
変動を患者Ｍの体内深さ方向に限っているが、深さ方向
と直交する横方向に患部Ｓが移動したときも、上記と同
様な原理でリアルタイムに焦点Ｆの位置と患部Ｓとの位
置合わせを行うのは可能である。さらに、上述した実施
例では、超音波撮影装置８をアプリケータ30内の超音波
発生源１の中心部に設置して構成しているが、この超音
波撮影装置８をアプリケータ30の外に設置した超音波治
療装置であってもこの発明を適用することができる。

【００３０】また、上述した実施例では超音波発生源１
を、球面状の凹所２の内底面に多数の圧電素子３をモザ
イク状に（球面に沿って二次元的に）取り付けられたも
のを示したが、この例に限ることなく、例えば、円板状
の圧電素子を用い、音響レンズで超音波を集束させる超
音波発生源としてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明の超音波治療装置によると、次のような効果が発揮さ
れる。 すなわち、体動等に伴って変位する患部位置を
リアルタイムで検出し、患部位置と超音波の焦点位置と
が一致するように超音波発生源を移動制御するように構
成してあるから、常に患部に対して超音波を集中照射す
ることができ、患部の治療を非常に効率良く行うことが
できるとともに、治療のスループットも向上でき、さら
に、患者に与える苦痛を軽減し、エネルギー消費を節約
することができる。また、患部位置と焦点位置との位置
合わせにおいて、超音波発生源のみが移動し装置全体が
移動するものではないので、装置の安定性を損なわず、
装置のセットアップ時間を短縮化できる。このセットア
ップ時間の短縮化がさらなる治療時間の短縮化に寄与
し、上記の効果を助長させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の超音波温熱治療装置の概略構成の一
例を示した図である。

【図２】患部位置と焦点位置との位置合わせを行うコン
ピュータの内部構成を示したブロック図である。

【図３】患部位置と焦点位置との位置合わせの説明に用
いる図である。

【図４】同様に、患部位置と焦点位置との位置合わせの
説明に用いる図である。

【図５】超音波発生源の移動機構のその他の構成を示し
た断面図である。

【図６】超音波発生源の移動機構のその他の構成を示し
た断面図である。

【図７】従来の超音波温熱治療装置の概略構成の一例を
示した図である。

【符号の説明】

１・・・超音波発生源 ３・・・圧電素子 ８・・・超音波撮影装置 16・・・移動制御部 19・・・コンピュータ Ｆ・・・焦点 Ｓ・・・患部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置内において超音波発生源を移動自在
   に支持するとともに、体動等に伴って変位する患部の位
   置データをリアルタイムで検出する手段と、前記超音波
   発生源から発生される超音波の焦点位置と前記検出され
   た患部の位置とが一致するように超音波発生源を移動制
   御する手段とを備えたことを特徴とする超音波治療装
   置。