JPH06261909A - 超音波治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、治療用強力超音波による血管
への誤照射を防止し、治療用強力超音波の照射効率を向
上する超音波治療装置を提供することにある。 【構成】治療超音波発生手段からの治療超音波を患者体
内の対象物に照射して破砕治療する超音波治療装置にお
いて、前記対象物近傍に探査用超音波を送信する探査用
超音波送信手段と、前記探査用超音波に対応する反射波
を受信する反射波受信手段と、この手段で得られた信号
に基づいてドップラー解析を行い、周波数変移又は強度
から血管の存在を検出する手段と、この手段で得られた
データに基づき前記治療用超音波発生手段を制御する手
段と、前記患者体内の画像を抽出する画像抽出手段とか
ら構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、体外から超音波を照射
して治療を行う超音波治療装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、体内の結石を外科的な手術による
ことなく除去する方法として、体内の結石に対し体外か
ら強力超音波を集束させて結石を破砕治療する方法が幅
広く用いられ、強力超音波の医療応用として注目を集め
てきている。同様に、体内の腫瘍などを外科的な手術に
よることなく治療する方法として、体内の腫瘍部位に体
外より超音波を集束させて腫瘍を熱変性させ治療する方
法が検討されている。

【０００３】このように医学の分野において強力超音波
は広く応用され将来技術としての期待は大きいが、治療
部位と治療部位以外の正常組織とをいかに区別するかが
大きな課題となっていた。結石などの超音波の高反射体
に対しては、特開昭６３−５７３６号公報で記載されて
いるように探査用の微弱な超音波を照射して治療目標か
らの反射信号が所定の閾値よりも大きいときに治療用超
音波の焦点と治療目標が一致したと判断し、その場合の
み治療用超音波を照射し治療目標以外での誤照射を避け
る技術が確立されている。ところが、腫瘍などの軟部組
織を治療目標にする場合、軟部組織では超音波はほとん
ど反射されないので上述のような探査用超音波の反射波
を利用する治療目標の検出は困難であり、特願平４−４
３６０３公報に示されるように、あらかじめ設定した照
射範囲内全体にわたって治療用超音波の照射を行ってい
た。

【０００４】一般に、強力超音波を利用した腫瘍に対す
る治療では、強力超音波の焦点サイズは腫瘍に比べては
るかに小さく、腫瘍内で強力超音波を走査して腫瘍全体
を治療する方法が用いられていた。治療用超音波の焦点
が固定化されているような超音波治療装置では、体表か
ら深さが異なる治療目標に対してはアプリケータを機械
的に移動して超音波焦点を治療目標に合わせていたた
め、治療時間が長くなり装置の操作性が低下したり、生
体とアプリケータの多数回にわたる接触や摩擦のために
患者が不快感を受けるなどの問題点があった。また、ア
プリケータの機械的移動にともない生体と超音波発生源
との間の超音波伝播媒質（例えば水など）の量を調整し
なければならないため、超音波伝播媒質の量の調整に要
する時間が長くなり、それによる装置の操作性の低下も
問題点として指摘されていた。これらを解決する手段と
して、フェーズドアレー技術を用いて強力超音波の焦点
位置を電子的に制御する方法が考えられている（米国特
許第４，５２６，１６８号）。このフェーズドアレー技
術を利用すれば、アプリケータの機械的移動は不要にな
り、超音波伝播媒質の量の調整は不要になると考えられ
ている。しかし、電子的に焦点を移動すると超音波発生
源の分割に起因する量子化誤差のためにピーク圧力が低
下してしまうため、特願平４−６６８２３号公報で提案
されているように焦点移動量に応じて上記のピーク圧力
の低下量を補う方法が考案されている。また、焦点を腫
瘍内で走査する際に効率よく治療用超音波を照射し、治
療経過を視覚的に確認するために、特願平４−４３６０
３号で記載されているように、治療用超音波を照射済み
の部位と未照射の部位とに色分けして明示する方法が提
案されている。

【０００５】しかしながら、腫瘍などの治療では、腫瘍
内あるいは近傍の主要な血管を破壊してしまうと障害な
どの重大な後遺症の原因になったり最悪の場合は生命の
危険にも結びつくため、血管への損傷を最小限にする治
療用超音波の照射方法の確立が求められていた。また、
腎臓や肝臓などのように呼吸にともない臓器が移動を繰
り返す部位が治療目標の場合には、リアルタイムで明瞭
な画像の取得が困難であるため、誤って血管に強力超音
波を照射してしまう可能性が高かった。探査用超音波を
用いて血管を検出する場合には、血管が存在する生体内
深さに依存して反射波強度が小さくなってしまうので生
体内深さにかかわらず閾値を一定にしておくと血管の検
出が困難になるという問題点があった。

【０００６】一方、治療計画を正確に実行して効率よい
治療を行うために、治療用超音波の照射済みの部位に対
して未照射の部分と照射済み部分がはっきりわかるよう
に治療部位の描出画面上に色分けして表示する方法が提
案されているが、複数回の照射になるばあいには回数に
応じた表示が不可能であり、治療経過の表示としては十
分ではなかった。

【０００７】腫瘍等の広範囲にわたる治療目標への超音
波の照射では、上述したようにフェーズドアレイを用い
た技術が操作性の点で優れている。しかしながら、フェ
ーズドアレイで焦点を移動すると、焦点位置によって焦
点領域エネルギや焦点サイズが変化してしまう。治療効
果とその効果が及ぶ範囲は焦点領域エネルギ及び焦点サ
イズによって決定されるため、ピーク圧力の低下量のみ
を補正する方法では不十分であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】腫瘍等の治療では、血
管への損傷を最小限にする治療用超音波の照射方法の確
立が求められていた。また、腎臓等のように呼吸にとも
ない臓器が移動を繰り返す部位が治療目標の場合には、
誤って血管に強力超音波を照射してしまうという問題が
あった。

【０００９】また、探査用超音波を用いて血管を検出す
る場合には、血管が存在する生体内深さに依存して反射
波強度が小さくなってしまい、血管の検出が困難になる
という問題点があった。

【００１０】一方、治療計画を正確に実行して効率よい
治療を行うために、治療用超音波の照射済みの部位に対
しては未照射の部分と照射済み部分がはっきりわかるよ
うに治療部位の描出画面上に色分けして表示する方法が
提案されているが、複数回の照射になるばあいには回数
に応じた表示が不可能であり、治療経過の表示としては
十分ではなかった。

【００１１】また、腫瘍等の広範囲にわたる治療目標へ
の超音波の照射において、フェーズドアレイを用いた場
合に焦点を移動すると、焦点位置によって焦点領域エネ
ルギや焦点サイズが変化してしまう。治療効果とその効
果が及ぶ範囲は焦点領域エネルギ及び焦点サイズによっ
て決定されるため、ピーク圧力の低下量のみを補正する
方法では不十分であった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の課題
を解決するために、治療用超音波発生手段からの治療超
音波を患者体内の結石等の対象物に照射して破砕治療す
る超音波治療装置において、前記対象物近傍に探査用超
音波を送信する探査用超音波送信手段と、前記探査用超
音波に対応する反射波を受信する反射波受信手段と、こ
の手段で得られた信号に基づいてドップラー解析を行う
信号処理手段と、この手段で得られたデータに基づき前
記治療用超音波発生手段を制御する手段と、前記患者体
内の画像を描出する画像描出手段とから超音波治療装置
を構成する。

【００１３】また、治療用超音波発生手段からの治療超
音波を患者体内の結石等の対象物に照射して破砕治療す
る超音波治療装置において、前記対象物近傍に探査用超
音波を送信する探査用超音波送信手段と、前記探査用超
音波に対応する反射波を受信する反射波受信手段と、こ
の手段で得られた信号に基づいて焦点近傍からの反射波
強度を検出する反射強度検出手段と、前記治療用超音波
の焦点位置までの距離を計測する手段と、前記反射強度
及び前記焦点位置までの距離に基づき前記治療用超音波
発生手段を制御する手段と、前記患者体内の画像を描出
する画像描出手段とから超音波治療装置を構成する。

【００１４】

【作用】第１発明によれば、治療目標内に主要な血管が
存在する場合、探査用の微弱な超音波あるいは診断用の
超音波プローブから発生する超音波信号を用い、その反
射波を受信して超音波ドップラー診断装置で解析するこ
とにより、反射波の周波数変移を評価して血流の存在を
確認できる。また、例えば脳や肝臓のような比較的均一
な実質臓器では血管からの反射は周囲に比べて大きいた
め、反射波の強度を生体内深さで補正して解析すること
により血管であるか否かを判断することができる。上述
のようにして血管を確認した場合、その部位へは治療用
超音波を照射しないかあるいは超音波出力を制限する。

【００１５】画像表示に関する発明では、治療用超音波
の照射経過を照射回数に応じて段階的に表示し、治療計
画の確認と過不足ない超音波の照射を確実にする。ま
た、上記発明により取得された血管の情報から、血管に
誤って治療用超音波を照射しないように血管を照射禁止
部位として明瞭に表示する。照射禁止部位では、本発明
による超音波治療装置では治療用の超音波を自動的に照
射しない。

【００１６】第２発明によれば、焦点位置移動時の焦点
領域エネルギ及び焦点サイズの変化を計算手段によって
計算するか、あるいは記憶手段によって記憶しておき、
それらの情報から焦点走査時の焦点領域エネルギ及び焦
点移動量を変化させるか、または焦点領域エネルギ及び
焦点サイズを変化させることにより、治療用超音波の照
射領域を均一に過不足なく治療する。

【００１７】

【実施例】本発明の一実施例を図面に従って説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る超音波治療装置の
構成を示す図である。同図において、超音波アプリケー
タ１は複数の圧電素子を球面上に配置した圧電素子群２
と、この圧電素子群２の中心に挿入配置されたイメージ
ング用の超音波プローブ３によって構成されている。ア
プリケータ１は図に示すように患者６の体内の治療目標
７を治療すべく、音響インピーダンスが生体に近い物質
でできた音響的エネルギの伝播媒質８（例えば水等）を
介して患者６に当接される。

【００１８】圧電素子群２はそれぞれ独立して駆動可能
となっており、パルサ群９（電力パルス発生手段）に接
続されている。パルサ群９には切り替え手段１６を介し
て高電圧源１４または低電圧源１５から電力が供給され
る。遅延手段１０は制御装置１１によって制御され、パ
ルサ群９の駆動タイミングを任意の時間遅延させる。受
信信号遅延装置２２は任意の位置からの反射波を選択す
る。ここで、制御装置１１は画像処理装置１２及び反射
信号処理装置１７からの信号によっても制御される。イ
メージング用超音波プローブ３によって取得された超音
波画像やＭＲＩ装置５によって取得されたＭＲＩ画像は
画像処理装置１２によって信号処理され画像表示装置１
３によって表示される。

【００１９】本装置を腫瘍などに対して、患部を７０℃
以上に熱して熱変性をおこさせて治療する装置やハイパ
ーサーミア装置として使用する場合、治療計画にしたが
って焦点を走査する。焦点走査法が２次元アレイを用い
たものであれば、焦点位置によって焦点サイズ及び焦点
領域エネルギが変化する。メモリ１８は２次元アレイで
設定した焦点位置毎の焦点サイズ及び焦点領域エネルギ
が記録されており、その情報にもとづいて制御装置１１
によって焦点移動量及び焦点領域エネルギが制御され
る。すなわち、２次元アレイを用いて焦点を患部上に走
査する際、焦点位置を連続的に変化させず焦点サイズに
したがって不連続的に変化させると同時に、圧電素子群
２に投入するエネルギを変化させる。

【００２０】次に、図１に従って本発明の動作について
説明する。ＭＲＩ装置によってあらかじめ又はリアルタ
イムに取得した治療目標の画像を確認しながら治療計画
にしたがって治療用の強力超音波の焦点を走査させてい
く。その際、イメージング用超音波プローブ３によって
も治療目標を確認しながら治療を進めていくことができ
る。

【００２１】さらに、イメージング用超音波プローブ３
からはイメージング用のパルス超音波が放射されるが、
その反射パルス波の周波数変移を超音波ドップラー信号
処理装置４によって処理することにより、治療用強力超
音波の焦点位置近傍に血流があるかないかを判断する。
もし、焦点位置に血管があれば制御装置１１によって強
力超音波を照射しない。また、焦点位置近傍に血管があ
る場合には焦点と血管の距離差に応じて治療用強力超音
波の強度及び照射時間を制御装置１１によって制御し
て、血管を破壊せずかつ治療目的を十分達成できるよう
な治療用強力超音波を照射する。ここで、血流がイメー
ジング用超音波プローブ３に対して垂直に流れている場
合には超音波ドップラー信号は取得されないが、超音波
プローブを回転させたりＭＲＩ画像と比較したりして血
管の走行の様子を予想することができる。

【００２２】図１の場合で、圧電素子群２から微弱な探
査用超音波を発生して反射波の大きさ及び生体内深さを
評価することにより血管の存在を確認できる。通常、血
管は鏡面反射体であり、血管からの反射波は軟部組織か
らの反射波よりは大きく結石やガスなどの超音波の高反
射体からの反射波よりは小さい。その様子を図２に示
す。いま、焦点近傍のみの反射波を解析するために図２
のように時間窓で反射波を切り出し、反射波振幅を計測
する。図３において、Ａの領域は軟部組織から、Ｂの領
域は血管から、Ｃの領域は結石からの反射波である。結
石からの反射波はＣに示すように大きいので所定の閾値
以上の反射波が得られたならば結石からの反射波である
と考えてもよいが、血管からの反射波は軟部組織からの
反射波よりは大きいが結石からの反射波に比べて小さ
い。

【００２３】また、図３に示すように生体内深さに依存
して反射波強度が減少していく。よって、生体内深さに
依存してしきい値を変化させるようにすれば血管と軟部
組織である腫瘍とを区別できる。生体内の深さを計測す
る手段は、ここでは反射信号処理装置１７内部に内蔵さ
れている。

【００２４】反射波強度から血管を検出する方法として
別の１例を述べる。ある時間幅で切り出された焦点近傍
からの反射波の強度を標本化し平均と分散を計算して統
計学的処理をすれば血管からの反射波を抽出することが
でき、血管と軟部組織である腫瘍とを区別することがで
きる。図１の場合は、上述のような反射波データの統計
学的処理は信号処理装置１７によって行われる。

【００２５】また、本装置はＭＲＩ画像を用いて治療計
画を自動的に遂行することができる。あらかじめＭＲＩ
画像により照射目標の３次元画像を取得し、治療計画に
のっとって治療用の強力超音波の照射領域と非照射領域
に分割する。例えば、脳内の腫瘍を治療する際に太い血
管や太い神経などを避けるように制御装置１１にキーボ
ードやマウス及びその他の入力手段１９を用いてプログ
ラムしておけば、２次元アレイを用いて焦点を移動する
際に、血管及び神経の部位では治療用強力超音波を照射
しないか、あるいは照射強度及び照射時間を自動制御す
る。その際、前述の血管を避けて照射する技術と組み合
わせることもでき、より確度の高い治療装置を提供す
る。

【００２６】図４は画像表示装置１３に表示された画像
を示している。（ａ）はイメージング用の超音波プロー
ブによって取得された画像である。図中、点線は治療用
超音波の伝播経路４１、その先の四角は焦点領域４２を
示している。（ｂ）はＭＲＩ装置によって取得された画
像である。（ｂ）はさらに２つに分かれており、画面の
左側に表示されたものは治療用強力超音波の走査面に対
して平行に位置しており、画面の右側に表示された斜線
部分は画面の左側のものに対して垂直である。（ｃ）は
治療状況を色分けした画像である。（ｃ）の画面の左側
に表示されたものについて、血流に相当する部分には色
４３がついており、血流の方向と血流量が視覚的に確認
できるようになっている。また、（ｃ）では治療用強力
超音波を走査した部位には血流とは他の色４４がつけら
れており、照射済みの部位にさらに重ねて治療用強力超
音波を照射したとすると照射回数に応じて段階的に色が
濃くなるようになっていて治療用強力超音波の照射経過
が直ちに確認できる。照射中の部位ではその範囲を示す
色４５が点滅している。照射済みの部位への色づけの
際、治療用の強力超音波の焦点サイズに応じた範囲に色
が一度につけられるので、色づけは焦点サイズと焦点移
動量に対応して不連続的に行われる。

【００２７】図５は、超音波の伝播媒質８が超音波ジェ
リーなどのゲル状の物質である場合である。ゲル状の超
音波伝播媒質８が室温であると患者６に接触する際に不
快感を与えるので、この超音波伝播媒質８を治療前に温
めておくことが必要である。図５では、ゲル状の超音波
伝播媒質を維持する袋が蛇腹２０及び膜２１から構成さ
れている。膜２１は音響インピーダンスが生体に近い物
質でできており、音響エネルギを無駄なく生体に伝播さ
せることができる。蛇腹２０は内側にヒータが取り付け
てあり超音波伝播物質８を加温する働きがある。

【００２８】図６は、本発明の他の実施例に係る超音波
治療装置の構成を示す図である。第１の実施例では、イ
メージング用超音波プローブ３によって超音波ドップラ
ー信号を取得したが、図６に示すように圧電素子群２に
よって超音波ドップラー信号を取得することができる。
この場合は、圧電素子群２から発生する微弱な探査用超
音波の血流による反射信号を利用する。超音波ドップラ
ー信号処理装置４が個々の圧電素子群２に接続される以
外は、構成と使用法は第１の実施例の場合と同じであ
る。図６では、各圧電素子から微弱な探査用超音波を照
射して、受信信号遅延装置２２によりある位置からの反
射波を選択して血流による反射信号の周波数変移量を反
射信号処理装置１７によって解析する。その際、焦点位
置と各圧電素子との距離及び角度が個々の圧電素子によ
って異なるため、ドップラー変移の計算の際に各圧電素
子毎に重みづけをしている。ここで、血流方向があるひ
とつの圧電素子からみて垂直であっても他の圧電素子か
らみれば垂直ではないので、第１の実施例の場合と異な
り必ずドップラー信号が取得できるという利点がある。
すなわち、死角がなくなるので正確に血管を避けて治療
用の強力超音波を照射することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、強
力超音波を用いて患部を治療する際に、探査用超音波の
反射波を解析してその周波数変移または強度を調べるこ
とにより、血管の存在を検出する。その際、血管部位に
は治療用の強力超音波を照射しないか、あるいは照射強
度及び照射時間を制御することができるので血管を破壊
せずに患部の治療が可能になり、よって血管破壊の際の
止血手術や血管破壊による後遺障害及び生命の危険を低
減することができる。また、治療用超音波の照射回数に
応じて段階的に表示法を変えることにより、治療計画の
確実な施行と治療経過の確認が可能になる。

【００３０】さらに、フェーズドアレイを用いた焦点移
動型の超音波治療装置においては、計算手段または記憶
手段を付加して焦点領域エネルギ及び焦点移動量を制御
することにより、治療目標に対して均一な照射効果を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に係る超音波治療装置
の構成を示す図。

【図２】 探査用超音波によって得られる血管からの反
射波の例を示す図。

【図３】 生体内深さに対する反射波振幅を示す図。

【図４】 生体内画像及び治療経過の表示例を示す図。

【図５】 アプリケータの構成を示す図。

【図６】 本発明の第２の実施例に係る超音波治療装置
の構成を示す図。

【符号の説明】

１…超音波アプリケータ ２…圧電素子群 ３…イメージング用超音波プローブ ４…超音波ドップラー信号処理装置 ５…ＭＲＩ ６…患者 ７…治療目標 ８…超音波の伝播媒質 ９…パルサ群 １０…遅延手段 １１…制御手段 １２…画像処理装置 １３…画像表示装置 １４…高電圧源 １５…低電圧源 １６…高電圧源と低電圧源の切り替え手段 １７…反射信号処理装置 １８…記憶手段 １９…入力手段 ２０…蛇腹及び加温手段 ２１…膜 ２２…受信信号遅延手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 真理子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 鈴木 琢治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 治療用超音波発生手段からの治療超音波
   を患者体内の対象物に照射して破砕治療する超音波治療
   装置において、 前記対象物近傍に探査用超音波を送信する探査用超音波
   送信手段と、前記探査用超音波に対応する反射波を受信
   する反射波受信手段と、この手段で得られた信号に基づ
   いてドップラー解析を行う信号処理手段と、この手段で
   得られたデータに基づき前記治療用超音波発生手段を制
   御する手段と、前記患者体内の画像を描出する画像描出
   手段とからなることを特徴とする超音波治療装置。
2. 【請求項２】 治療用超音波発生手段からの治療超音波
   を患者体内の対象物に照射して破砕治療する超音波治療
   装置において、 前記対象物近傍に探査用超音波を送信する探査用超音波
   送信手段と、前記探査用超音波に対応する反射波を受信
   する反射波受信手段と、この手段で得られた信号に基づ
   いて焦点近傍からの反射波強度を検出する反射強度検出
   手段と、前記治療用超音波の焦点位置までの距離を計測
   する手段と、前記反射強度及び前記焦点位置までの距離
   に基づき前記治療用超音波発生手段を制御する手段と、
   前記患者体内の画像を描出する画像描出手段とからなる
   ことを特徴とする超音波治療装置。
3. 【請求項３】 前記探査用超音波発生手段と反射波受信
   手段は、生体内画像描出用の超音波プローブであること
   を特徴とする請求項１又は２記載の超音波治療装置。
4. 【請求項４】 前記画像描出手段は、該手段で表示され
   る対象物に対し、前記治療用超音波を照射した部分と未
   照射の部分とを識別表示する手段と、前記照射した部分
   を照射回数に応じて識別表示をする手段と、照射禁止部
   分を識別表示する手段とからなることを特徴とする請求
   項１又は２記載の超音波治療装置。