JPH0626549B2

JPH0626549B2 - 超音波治療装置

Info

Publication number: JPH0626549B2
Application number: JP62102809A
Authority: JP
Inventors: 修一高山; 隆志塚谷; 榮竹端; 直樹内山; 直己関野
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1987-04-25
Filing date: 1987-04-25
Publication date: 1994-04-13
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPS63267347A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、超音波治療装置、詳しくは腎臓，肝臓，総
胆管等に生じた結石等の治療対象物に、体外から超音波
衝撃波を集中させ、結石等を破壊する結石破壊装置等の
超音波治療装置や超音波音熱治療装置に関する。

［従来の技術］一般に、結石破壊装置は特開昭６０−１４５１３１号公
報に開示されているように、２次曲面にモザイク状に圧
電素子を並べて構成されたプロープを水等が充填された
ウォーターバッグを介して背後から人体に接触させ、腎
臓等の結石に圧電素子からの超音波衝撃波を集中させ結
石を破壊させている。上記衝撃波は圧電素子にパルス状
電圧を印加することにより発生される。なお、結石の発
見、位置の確認のためには超音波観測装置、Ｘ線による
観測装置等が用いられる。観測装置による観測像に基ず
いて２次曲面の焦点位置が結石の位置に一致するよう
に、プロープの位置、ウォーターバッグの形状等が調節
される。また、ＵＳＰ４５２６１６８号の明細書には複
数の圧電素子を駆動するタイミングと位相を変えて結石
の位置に超音波を集束する技術が開示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ところで、超音波治療装置で治療しようとする結石や腫
瘍は、呼吸や血管の動き等により移動して超音波ビーム
の集束位置からはずれることがあり、このような場合に
は、その移動に合わせて超音波の集束点を患部に合わせ
ないと無駄な超音波を発生することになる。従って、治
療時間が長くなり、また正常な組織を危険に晒すことに
なる。また、呼吸による移動は、かなり移動速度の速い
場合があり、ウォーターバッグを移動させる方式の焦点
合わせではウォーターバッグそれ自体に一定の大きさが
あるため、結石の移動に超音波ビームの集束点を迅速に
自動追尾させることができず、限界があった。

そこで、本発明の目的は、上述の不具合を解消し結石等
の移動量を検知し素早い集束点変更手段で集束点を患部
に一致させ、効率の良い安全な治療を実現することがで
きる超音波治療装置を提供するにある。

［問題点を解決するための手段および作用］本発明では上記問題点を解決するために、体内の結石等
の患部位置を超音波観測装置で観測し、体外で発生させ
た超音波による衝撃波を集中させて治療する超音波治療
装置において、超音波振動子を有し、治療用の強力な衝
撃波を発生させる超音波発生手段と、超音波探触子を有
し、患部の位置を検出するための位置検出手段と、この
位置検出手段からの信号により、上記超音波振動子の発
する超音波の集束タイミング、または集束方向を制御
し、超音波を患部に集中する手段と、を具備したことを
特徴とするものである。

［実施例］以下図面を参照してこの発明による超音波治療装置を説
明する。

第１図は、本発明の第１実施例を示す超音波治療装置の
構成を示すブロック図である。生体１の、例えば腎臓２
内に治療対象物の結石３があり、これを砕石する場合、
２次曲面にモザイク状に圧電素子６ａ〜６が配設され
て構成されたプローブを、水が充填されているウォータ
ーバッグ４を介して生体１に接触させる。圧電素子６ａ
〜６は実際にはもっと多数あるが、説明の都合上、図
示は省略する。圧電素子６ａ〜６にはそれぞれ衝撃波
発生回路１０ａ〜１０が接続され、衝撃波発生回路１
０ａ〜１０から圧電素子６ａ〜６にパルス状電圧を
印加することにより圧電素子６ａ〜６から結石を破壊
するための強力な衝撃波が発生される。衝撃波発生回路
１０ａ〜１０には、この衝撃波の発生のタイミングを
制御するタイミング回路１４ａ〜１４がそれぞれ接続
されている。

部分円弧状に配設された上記圧電素子６ａ〜６の中心
位置、すなわち圧電素子６ｆ，６ｇの間には、観測用の
メカニカルスキャン型の超音波探触子１８が配置され
る。この超音波探触子１８は送受信回路２０に接続され
ており、該送受信回路２０の送信がわより、送信信号が
上記探触子18に供給されると、該探触子１８から体腔内
に向けて超音波ビームが照射され、被検部の結石３にて
反射された超音波ビームを探触子１８で受信し、これが
上記送受信回路２０の受信部に供給されることにより結
石３が観測され検出される。送受信回路２０の受信出力
はアナログ／ディジタル（以下、Ａ／Ｄと略記する）変
換器２４に供給される。Ａ／Ｄ変換器２４の出力はフレ
ームメモリ２６に書き込まれる。フレームメモリ２６は
ＣＲＴディスプレー２２の画面に対応した記憶領域を有
している。フレームメモリ２６から読み出されたデータ
は、読み出し用バッファ回路２８を介してＣＲＴディス
プレー２２とコンパレータ３０に供給される。フレーム
メモリ２６には書込アドレス発生器３２と読出アドレス
発生器３６の出力を切換えるマルチプレクサ３４も接続
されている。コンパレータ３０，読出アドレス発生器３
６の出力がデータバス４２を介してＣＰＵ３８に入力さ
れる。

ＣＰＵ３８に対してアドレスバス４０，データバス４２
が接続され、アドレスバス４０，データバス４２は上記
タイミング回路１４ａ〜１４に接続される。なお、メ
モリ、クロック回路等のＣＰＵ３８の周辺回路は図示を
省略してある。また、衝撃波発生回路１０ａ〜１０の
電源も図示を省略してある。

次に、このように構成された超音波治療装置の動作を説
明する。前述したように、圧電素子６ａ〜６からなる
プローブをウォーターバッグ４を介して生体１に接触さ
せた状態で、メカニカルスキャン型の超音波探触子１８
から超音波をセクタスキャンさせ、生体１、腎臓２、結
石３のエコー信号を得る。エコー信号は送受信回路２０
で処理され、フレームメモリ２６等を介して被検体の断
層像を表わす信号が得られ、断層像がＣＲＴディスプレ
ー２２で表示される。そして、このディスプレー２２の
表示を見ながら圧電素子６ａ〜６が配列されている２
次曲面の焦点位置が結石３の位置に一致するようにウォ
ーターバッグおよびプローブの位置を調節する。この位
置調節技術は、前記特開昭６０−１４５１３１号公報に
開示されている周知の手段が採用されている。

そして、上記フレームメモリ２６から読み出されたデー
タは、読出用バッファ回路２８を介してコンパレータ３
０に入力され、コンパレータ３０で一定以上の輝度信号
レベルのアドレスのみを抽出し、読出アドレス発生器３
６のデータと共にデータバス４２へ送出する。従って、
高輝度信号のアドレスのみがＣＰＵ３８に記憶される。
このようにして得られたアドレスは、結石の位置そのも
のをディジタル値で表現したもので、この結石位置に２
次曲面状に配設された圧電素子６ａ〜６から照射され
た超音波ビームが集束するように圧電素子６ａ〜６へ
の駆動タイミングを調整する。

第２図は、結石３が位置Ｐ_ＩにあるいはＰ_IIにあると
き、圧電素子６ａ〜６から照射された超音波ビームの
焦点位置を、常に上記結石位置Ｐ_ＩあるいはＰ_IIに合致
させるようにしたことを説明するための図である。圧電
素子６ａ〜６の前面に２次元の球殻体からなる超音波
送信面（以下、送波面と略記する）を第２図（Ａ）の点
線で示すように仮想する。そして、送波面Ｗ_Ｉからの超
音波の焦点位置が、結石位置Ｐ_Ｉに合致しているものと
すると、呼吸等により結石３が位置Ｐ_ＩからＰ_IIに移動
した場合には、これに素早く追従して、焦点位置もＰ_Ｉ
からＰ_IIに即座に移動しなければならず、従って送波面
Ｗ_Ｉが送波面Ｗ_IIに変位する必要がある。この送波面Ｗ
_IIを得るために、本実施例では圧電素子６ａに印加する
信号の駆動タイミングを圧電素子６に印加する信号に
比し、時間Ｔだけ早める。以下、圧電素子６ｂ〜６ｋに
ついても同様とする。

このように圧電素子６ａ〜６を駆動する信号は、第３
図に示すように各信号が衝撃波発生回路１０ａ〜１０
で得られ、圧電素子相互間のタイミングは、ＣＰＵ３８
からデータバス４２を介しタイミング回路１４ａ〜１４
に供給される信号により該タイミング回路１４ａ〜１
４で得られる。そして、これが送波面Ｗ_ＩとＷ_IIとの
時間差Ｔに相当する。

第４図は、上記タイミング制御のフローチャートであ
る。即ち、結石の位置と、その時点で設定されているタ
イミングで集束するであろう位置を比較し、一致してい
なければタイミングを変更し、一致していれば指定タイ
ミングでパルスを発生させる。このように、球殻体にモ
ザイク状に配置された各圧電素子を三次元的にタイミン
グを制御して集束点を結石位置に自動追尾させる。

このように本実施例では、常時患部の位置を検出する手
段により患部の位置データを得、そのデータによって焦
点位置を患部の位置へもって行くように焦点合せ手段を
駆動し、この焦点合せ手段に圧電素子の駆動タイミング
を変えるようにしたため、ほとんど時間遅れなく患部が
移動した場合でも焦点合せができるようになり、結石破
壊等の効率が上がり、また、正常な組織を傷つけること
がないので安全性も向上する。

第５図は、本発明の第２実施例の要部を示すもので、こ
の実施例は、本発明を腫瘍等を加温治療する超音波音熱
治療装置に適用したものである。この実施例は圧電素子
位５２が平板のマトリックス状に配列されて圧電素子群
５１を形成する点を除けば、上記第１実施例と全く同様
に構成されており、その作用は、圧電素子群５１の中央
に配設された超音波探触子１８で腫瘍５０の位置を検出
し、圧電素子群５１から超音波ビームを腫瘍５０に照射
して加温治療する。なお、腫瘍５０が大きい場合は腫瘍
５０をスキャンするようにしてもよい。

次に、第６図（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第３実施例を
示したもので、本実施例では超音波衝撃波の集束点を迅
速に変更するのに、音響プリズムを用いたものである。
即ち、第６図（Ａ）に示す如く、ウォーターバッグ４内
に、互いに対向する同形同大の蓋板６１，６２をベロー
ズ６３で連結して構成された音響プリズム６７を設け
る。該プリズム６７内は、液体タンク６６から供給され
た、ウォーターバッグ４内の液体より音響屈折率の高い
液体で充満されている。この音響プリズム６７は、第６
図(A),(B),(C)に示すように、等間隔の対称位置の４箇
所に設けたピストン６０ａ〜60dで、その対向距離を任
意に変更できるようになっている。即ち、ピストン６０
ａ〜６０ｄの各シリンダ室は、第６図（Ａ）に示すよう
に、各ポンプ６４ａ〜６４ｄ（（６４ｂ〜６４ｄは図示
せず）を介し、オイルタンク６５に接続されている。こ
のポンプ６４ａ〜６４ｄは、図示しないＣＰＵで制御さ
れる。なお、結石の位置を検出する超音波探触子１８
は、上記音響プリズム６７と結石の間に配置される。

このように構成された本実施例は、次のように作動す
る。超音波探触子１８で結石の位置Ｐ_ＩがＰ_IIに移動し
たことを検出し、その位置Ｐ_IIに対応したアドレス信号
を前記ＣＰＵに入力する。ＣＰＵはこのアドレス信号に
基づいて、超音波ビームの集束方向を算出し、ポンプ６
４ａ〜６４ｄに制御信号を送出する。すると、ピストン
６０ａ〜６０ｄが作動して、音響プリズム６７の形状を
結石位置Ｐ_IIに超音波が集束するように変形する。即
ち、第６図（Ａ）に示す如く、音響プリズム６７の蓋板
６１が実線の位置にあるとき、圧電素子６ａ〜６から
照射された超音波は、位置Ｐ_Ｉに集束するが、ピストン
６０ａが突出すると共に、ピストン６０ｃがシリンダ内
に移動して音響プリズム６７の蓋板６２が点線の位置に
変移し音響インピーダンスが変れば、集束方向が図の下
向きに変わるので、位置Ｐ_IIに超音波を集束させること
ができる。なお、上記音響プリズム６７内の容積の変更
は、液体タンク６６内の液量を増減して行なう。このよ
うにしても超音波の集束点を迅速に変更でき、素早い自
動追尾を行なうことが可能となる。

［発明の効果］以上述べたように、本発明によれば、患者の呼吸等によ
り結石や腫瘍の位置が変動しても常に超音波を患部に集
束させることできるので、治療の効率が向上し、また、
不要な部分に超音波を集束させることがないので安全性
が向上する。

しかもこのことは、超音波探触子で探索した結石や腫瘍
の位置がディジタル信号としてＣＰＵに入力され、超音
波が常に患部に集束するようＣＰＵで自動制御するの
で、何等人手を煩わすことなく、自動追尾することがで
きる等の顕著な効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す超音波治療装置の
構成ブロック図、第２図は、上記第１図に示した装置における送波面と集
束位置との関係を示す線図、第３図は、上記第１図に示した装置の各圧電素子の超音
波信号の波形図、第４図は、上記第１図に示した装置における被検部位に
集束させるためのフローチャート、第５図は、本発明の第２実施例を示す超音波治療装置の
要部斜視図、第６図(A),(B),(C)は、本発明の第３実施例を示す超音
波治療装置の要部を示した図で、（Ａ）は音響プリズム
と集束位置との関係を示す断面図、（Ｂ）は音響プリズ
ムの斜視図、（Ｃ）はピストンと音響プリズムとの関係
を示す要部拡大断面図である。３……結石６ａ〜６，52……圧電素子（超音波振動子） 10a〜10……衝撃波発生回路（超音波発生手段） 14a〜14……タイミング回路（超音波発生手段）１８……超音波探触子（位置検出手段）２０……送受信回路（位置検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内山直樹東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者関野直己東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】体内の結石等の患部位置を超音波観測装置
で観測し、体外で発生させた超音波による衝撃波を集中
させて治療する超音波治療装置において、超音波振動子を有し、治療用の強力な衝撃波を発生させ
る超音波発生手段と、超音波探触子を有し、患部の位置を検出するための位置
検出手段と、この位置検出手段からの信号により、上記超音波振動子
の発する超音波の集束タイミング、または集束方向を制
御し、超音波を患部に集中する手段と、を具備したことを特徴とする超音波治療装置。