JPH07303657A - パルス超音波治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は一旦設定したサンプルボリウム
が焦点に対して同じ位置にあるパルス超音波治療装置を
提供することである。 【構成】本発明は治療用超音波発生源１と、トランスデ
ューサと、送受信系４と、サンプルボリウム設定部７
と、サンプルホールド回路６_c と、サンプルホールド回
路６_c で切り出されたドプラ信号を周波数解析するＦＦ
Ｔ６_f と、治療用超音波発生源１に対するトランスデュ
ーサの相対的な位置を検出するセンサ１０と、センサ１
０の検出結果に基づいて治療用超音波発生源１に対する
トランスデューサの変位量を計算し、変位量に基づいて
サンプルホールド回路６_c がミキサ６_a からのドプラ信
号に対してかけるレンジゲートのタイミングを変化させ
て上記焦点に対する上記サンプルボリウムの相対的な位
置関係を維持するゲート制御手段９，１３とを具備す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルス状の治療用超音
波を集束させ焦点を形成し焦点に設置された結石等の被
治療体をその衝撃力で治療（破砕）するパルス超音波治
療装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のパルス超音波治療装置の代表例
として結石破砕装置がある。結石破砕装置は、複数の高
出力振動子をフレームに球殻状に配置し、各高出力振動
子から繰り返しパルス状に放射された超音波を球殻の曲
率に応じて集束させ焦点を形成し、この焦点に設置され
た結石に繰り返し衝撃力を与えて破砕する。

【０００３】上記フレームの中央部には開口部が形成さ
れ、この開口部に円柱状のプローブがその軸方向に沿っ
て移動自在に且つ軸回転自在に挿入されている。プロー
ブの先端には例えばセクタ走査型のトランスデューサア
レイが装着されている。トランスデューサアレイには送
受信回路を介して、ある観測点（サンプルボリウム）の
血流の速度分布を計算するための周波数解析回路（例え
ば高速フーリエ変換回路）が接続されているものがあ
る。例えばサンプルボリウムを結石に合わせておけば、
結石は超音波パルスの繰り返し周期に応じて往復移動す
るので、結石付近の速度分布が時系列で得られる。破砕
の前後で結石の重量が変化するので、速度分布が破砕の
前後で変化する。これにより結石の治療効果を確認でき
る。

【０００４】しかし結石破砕装置には次のような問題が
ある。患者は長時間一定の姿勢を保つことは困難で、患
者が姿勢を変える毎に一旦合わせた焦点が結石から外れ
てしまう。この場合、フレームを移動して焦点を結石に
再設定しなければならない。フレームが移動すると、プ
ローブの先端（トランスデューサ）が患者対表面から離
れることがあり、これによる超音波の損失を抑えるため
に、プローブをフレームから引き出したり、さらに深く
挿入したりしてプローブの先端（トランスデューサ）を
患者対表面に接触させることが必要である。この結果、
プローブがフレームに対してサンプルボリウムを設定し
た状態から変位し、サンプルボリウムと焦点との相対的
な位置関係が変化する。したがってプローブをフレーム
に対して移動する毎にサンプルボリウムを元の位置に再
設定しなければならず、非常に面倒であり、また患者ス
ループットが遅くなってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を解決するべくなされたもので、その目的は、プロ
ーブをフレームに対して移動しても一旦設定したサンプ
ルボリウムが自動的に移動され焦点に対する相対位置が
変化しないパルス超音波治療装置を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるパルス超音
波治療装置は、パルス状の治療用超音波を所定の位置に
集束させて焦点を形成し、上記焦点に設置された被治療
体を治療する治療用超音波発生手段と、超音波を送受信
するトランスデューサと、所定の繰り返し周波数に応じ
て上記トランスデューサを駆動して上記トランスデュー
サから超音波を繰り返し送信させると共に、上記トラン
スデューサを介して上記超音波の反射波を繰り返し受信
する送受信手段と、上記被治療体に対して任意の位置に
サンプルボリウムを設定する手段と、上記送受信手段か
らの出力を位相検波してドプラ信号を検出する検出手段
と、上記検出手段からのドプラ信号にレンジゲートをか
けて上記サンプルボリウム内のドプラ信号を切り出すゲ
ート手段と、上記ゲート手段で切り出されたドプラ信号
を周波数解析して上記サンプルボリウム内の血流の速度
分布を得る周波数解析手段と、上記周波数解析手段によ
る速度分布を時系列で表示する手段と、上記治療用超音
波発生手段に対する上記トランスデューサの相対的な位
置を検出するセンサと、上記トランスデューサの位置が
上記治療用超音波発生手段に対して変位したとき上記セ
ンサの検出結果に基づいて上記トランスデューサの上記
治療用超音波発生手段に対する変位量を計算し、上記変
位量に基づいて上記ゲート手段が上記検出手段からの出
力に対してかける上記レンジゲートのタイミングを変化
させて上記焦点に対する上記サンプルボリウムの相対的
な位置関係を維持するゲート制御手段とを具備する。

【０００７】

【作用】本発明によるパルス超音波治療装置によれば、
サンプルボリウムを一旦設定した後、トランスデューサ
の位置が治療用超音波発生手段に対して変位したとして
も、トランスデューサの治療用超音波発生手段に対する
変位量に基づいてゲート手段が検出手段からの出力に対
してかけるレンジゲートのタイミングが変化され、焦点
に対するサンプルボリウムの相対的な位置関係が維持さ
れる。したがって、操作者はサンプルボリウムの再設定
の手間から解放され、また、サンプルボリウムを再設定
する時間が短縮され、患者スループットが向上する。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明によるパルス超
音波治療装置の一実施例を説明する。ここではパルス超
音波治療装置の代表例である結石破砕装置を例に説明す
る。

【０００９】図１は本実施例の構成図である。図１にお
いて１は傘形状のフレーム１_a の内面に、治療用の超音
波を放射するための複数の高出力振動子１₁ 〜１_n が装
着されてなる治療用超音波発生源である。複数の高出力
振動子１₁ 〜１_n には高出力用のパルサ２が接続され
る。パルサ２は高電圧ＤＣ電源の電圧をコンデンサでチ
ャージし、この充電電荷をトランジスタと共振回路とを
介して一斉に複数の高出力振動子１₁ 〜１_n に放出し、
複数の高出力振動子１₁ 〜１_n からパルス状の治療用超
音波を治療完了まで繰り返し発生させる。各高出力振動
子１₁ 〜１_n から放射された治療用超音波はフレーム１
_a の傘形状の曲率によって決定される所定位置に集束
し、そこに焦点Ｆを形成する。焦点Ｆに設置された被治
療体としての結石はその衝撃力で治療（破砕）される。
なお、複数の高出力振動子１₁ 〜１_nは平面状に配列さ
れていてもよい。この場合、充電電荷を放出するタイミ
ングを各高出力振動子１₁ 〜１_n で変化させることで各
高出力振動子１₁ 〜１_n から放射された治療用超音波を
集束させてもよいし、複数の高出力振動子１₁ 〜１_n の
超音波放射側に音響レンズを配置することにより各高出
力振動子１₁ 〜１_n から放射された治療用超音波を集束
させてもよい。

【００１０】フレーム１_a の中央部は切り抜かれ、そこ
に円柱形状のプローブ３が軸方向に移動自在に且つ軸回
転自在に挿入されている。プローブ３の先端には複数の
トランスデューサが並列される。プローブ３には送受信
系４が接続される。送受信系４には、例えばセクタスキ
ャンでプローブ３のトランスデューサを所定の繰り返し
周波数（レート周波数）ｆ_r にしたがって一定の繰り返
し周期で駆動し超音波を送信させるパルサ４_a を含む。
患者体内で反射した反射波は各トランスデューサで受信
され、これらの受信信号はプリアンプ４_b を介して加算
器４_c に送られる。加算器４_c は、これら受信信号に異
なる遅延時間を与えて加算、つまり受信指向性を与え
る。検波器４_d は、加算器４_c の出力の包絡線を検波し
てＢモード像データを生成する。デジタルスキャンコン
バータ（ＤＳＣ）４_e は、Ｂモード像データ等の表示す
べきデータを一旦保持して、モニタ５に出力し表示させ
る。

【００１１】６は、ある観測範囲（以下「サンプルボリ
ウム」という）内の移動体の速度分布を得る周波数解析
処理系、いわゆる１ポイントドプラ処理系である。加算
器４_c の出力信号はミキサ６_a に送られ、そこで図示し
ない発信回路からの送信超音波の中心周波数ｆ₀ を持つ
参照信号と掛け合わされる、これにより、ドプラシフト
ｆ_d と（２・ｆ₀ ＋ｆ_d ）の周波数成分とを持つドプラ
信号が得られる。そして、このドプラ信号の高周波数成
分（２・ｆ₀ ＋ｆ_d ）が低域通過フィルタ（ＬＰＦ）６
_b で除去される。これによりドプラシフトｆ_d の周波数
成分だけのドプラ信号が得られる。次に低域通過フィル
タ６_b の出力に対してサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）
６_c でサンプルボリウムの深さに相当するタイミングで
レンジゲートが掛けられ、サンプルボリウム内のみのド
プラ信号が切り出される。このドプラ信号には臓器壁等
の血流より動きの遅い部分からの不要な周波数成分、つ
まいクラッタ成分が含まれているため、このクラッタ成
分をドプラ信号から高域通過フィルタ（ＨＰＦ）６_d で
除去する。クラッタ成分を除去されたドプラ信号は、Ａ
／Ｄ変換器６_e を介して周波数解析回路としての高速フ
ーリエ変換回路（ＦＦＴ）６_f に送られ、そこでリアル
タイムで周波数解析され、サンプルボリウム内の速度分
布が得られる。この速度分布はディジタルスキャンコン
バータ４_e を介してモニタ５にリアルタイムで時系列に
表示される。

【００１２】サンプルボリウム設定部７は例えばマウス
であり、この動きがモニタ５にＢモード像と共に表示さ
れるサンプルボリウムマーカＳＶＭにサンプルボリウム
マーカ作成部８を介して連動しており、サンプルボリウ
ムマーカＳＶＭがＢモード像（プローブ３によるスキャ
ン面内）上の任意の位置に設定される。サンプルボリウ
ム設定部７はサンプルボリウムを設定する他に、サンプ
ルボリウムの大きさも設定することができる。ゲート制
御部９は、トランスデューサからのサンプルボリウムの
距離、つまりサンプルボリウムの深さと、方位方向にし
たがってサンプルホールド回路６_c でレンジゲートを掛
けるタイミングを制御する。この深さの２倍がトランス
デューサからサンプルボリウムに至る超音波の往復経路
の長さであり、この往復経路の長さを生体内の超音波伝
播速度で割り算することにより、レンジゲートを掛ける
タイミングが計算できる。このタイミングとは、１回の
超音波送信後に加算器出力がサンプルホールド回路６_c
に最初に到達した時刻からの時間長のことである。

【００１３】センサ１０は例えばロータリデコーダであ
り、フレーム１_a に固定され、フレーム１_a に対するプ
ローブ３の相対的な位置を検出する。センサ１０の検出
結果に基づいて、相対位置演算部１１はプローブ３の治
療用超音波発生源１のフレーム１_a に対する相対的な位
置、つまりプローブ３の挿入深度（軸方向に関する上下
位置）および軸回転角度を演算する。フレーム１_a に対
して焦点Ｆは一義的且つ直接的に決まっているので、相
対位置演算部１１の演算結果に基づいてフォーカスマー
カ作成部１２はＢモード像内の焦点Ｆの位置を求め、そ
の位置にフォーカスマーカＦＭを作成する。フォーカス
マーカＦＭはモニタ５のＢモード像に重ねて表示され
る。

【００１４】変位量計算部１３は、一旦、結石に焦点Ｆ
が一致するようにフレーム１_a が設定され、その位置で
プローブ３の先端が患者体表面に接触するようにプロー
ブ３がフレーム１_a に対して挿入され、さらにサンプル
ボリウムが任意の位置に設定された後、患者の姿勢の変
化等に起因して焦点Ｆが結石から外れ、フレーム１_aが
再設定され、これに伴ってプローブ３のフレーム１_a に
対する挿入深度が変化した場合、サンプルボリウムを設
定したときのフレーム１_a のプローブ３に対する挿入深
度と、フレーム１_a に対して再設定したプローブ３のフ
レーム１_a に対する挿入深度との差、つまり変位量を計
算する。この変位量に基づいて、ゲート制御部９は、サ
ンプルホールド回路６_c でレンジゲートを掛けるタイミ
ングを変化させる。つまり、サンプルボリウムを一旦設
定したときのトランスデューサとサンプルボリウムとの
間の超音波伝播経路の長さが変位量の２倍分だけ増減す
るので、レンジゲートが掛けられるタイミングは変位量
の２倍の距離を、生体内の超音波伝播速度で割り算した
時間分だけ遅くまたは早められる。

【００１５】次に本実施例の動作を説明する。治療開始
の準備として、Ｂモード像参照のもとでフレーム１_a が
移動され、焦点Ｆが結石に合わされる。このときサンプ
ルボリウム設定部７が操作者に操作され、サンプルボリ
ウム設定部７の動きに連動してモニタ５にＢモード像と
共に表示されるサンプルボリウムマーカＳＶＭを見なが
ら、サンプルボリウムが任意の位置に設定される。ここ
では、説明の便宜上、サンプルボリウムは焦点Ｆに設定
されるものとして以下説明する。

【００１６】治療が開始されると、パルサ２から複数の
高出力振動子１₁ 〜１_n にパルス電圧が繰り返し印加さ
れ、パルス状の治療用超音波が複数の高出力振動子１₁
〜１_n から繰り返し放射され、フレーム１_a の形状によ
って決定される位置に集束し、焦点Ｆを繰り返し形成す
る。焦点Ｆに設置された結石はその衝撃力を何度も繰り
返し受け、そのうちに破砕されることになる。

【００１７】結石は治療中、焦点Ｆでの衝撃力を断続的
に受けて往復運動をし、また破砕の前後ではその重量が
変化する。したがって破砕の前後で往復運動の移動速度
が変化する。この移動速度の変化により治療効果を確認
できる。

【００１８】センサ１０の検出結果に基づいて、相対位
置演算部１１ではプローブ３の治療用超音波発生源１の
フレーム１_a に対する挿入深度が演算される。ゲート制
御部９により、この挿入深度と、トランスデューサから
サンプルボリウムまでの距離とに基づいてサンプルホー
ルド回路６_c でレンジゲートを掛けるタイミングが計算
される。図２（ａ）は治療開始直後のサンプルボリウム
ＳＶ₀ と焦点Ｆとプローブ３との位置関係を示す図であ
り、図３（ａ），（ｂ）は図２（ａ）の位置関係におけ
るサンプルホールド回路６_c でドプラ信号にレンジゲー
トを掛けるタイミングを時間軸に沿って示す図である。
なお、図３（ａ），（ｂ）において、時刻ｔ₀ は１回の
超音波送信後に加算器出力がサンプルホールド回路６_c
に最初に到達した時刻である。ここで、プローブ３の先
端のトランスデューサからサンプルボリウムＳＶ₀ まで
の距離をＤ₀ 、生体内の超音波伝播速度をＣとすると、
ｔ₀ からレンジゲートを掛けるｔ₁ までの時間ＴＷは、
次の（１）式で求められる。

【００１９】 ＴＷ＝２・Ｄ₀ ／Ｃ …（１） このタイミングでサンプルホールド回路６_c で、加算器
４_c からミキサ６_a 、低域通過フィルタ６_b を経由した
ドプラ信号に対してレンジゲートが掛けられ、サンプル
ボリウムＳＶ₀ 内のみのドプラ信号が切り出される。こ
のドプラ信号はクラッタ成分を高域通過フィルタ６_d で
除去される。クラッタ成分を除去されたドプラ信号は、
Ａ／Ｄ変換器６_e を介して高速フーリエ変換器６_f に送
られ、そこでリアルタイムで周波数解析され、サンプル
ボリウムＳＶ₀ 内の速度分布が得られる。この速度分布
はディジタルスキャンコンバータ４_e を介してモニタ５
にリアルタイムで時系列で表示される。

【００２０】治療中、例えば患者の姿勢が変化して、一
旦位置合わせした焦点Ｆが結石から外れてしまうことが
ある。この場合、フレーム１_a を上下左右に適当に移動
して焦点Ｆを結石に合わせることが必要となる。さら
に、フレーム１_a の移動に伴ってプローブ３をフレーム
１_a に対して軸方向に沿って移動してプローブ３の先端
のトランスデューサを患者体表面に接触させる必要があ
る。プローブ３とフレーム１_a との相対位置が変化し、
一旦設定したサンプルボリウムＳＶ₀ が焦点Ｆから外れ
てしまう。

【００２１】図２（ｂ）は焦点Ｆから外れたサンプルボ
リウムＳＶ₀ を自動的に再設定した後のサンプルボリウ
ムＳＶ₁ と焦点Ｆとプローブ３との位置関係を示す図で
あり、図３（ｃ），（ｄ）は図２（ｂ）の位置関係での
サンプルホールド回路６_c でドプラ信号にレンジゲート
を掛けるタイミングを時間軸に沿って示す図である。な
お、図３（ｃ），（ｄ）において、時刻ｔ₀ は、図３
（ａ），（ｂ）と同様に、１回の超音波送信後に加算器
出力がサンプルホールド回路６_c に最初に到達した時刻
を示す。

【００２２】変位量計算部１３は、センサ１０からの検
出信号を用いて、サンプルボリウムＳＶ₀ が設定された
ときのプローブ３のフレーム１_a に対する挿入深度を保
持しておき、この挿入深度と、患者の姿勢の変化等に伴
って再設定されたプローブ３のフレーム１_a に対する挿
入深度との差、つまり変位量を計算する。この変位量に
基づいて、ゲート制御部９は、プローブ３のフレーム１
_a に対する挿入深度が変位する前のサンプルホールド回
路６_c でレンジゲートを掛けるタイミングを△ｔだけ変
化させ、焦点Ｆから外れたサンプルボリウムＳＶ₀ を、
焦点Ｆに一致するサンプルボリウムＳＶ₁ に変更する。
変位量は、プローブ３の先端のトランスデューサからサ
ンプルボリウムＳＶ₀ までの距離Ｄ₀ と、プローブ３の
先端のトランスデューサからサンプルボリウムＳＶ₁ ま
での距離Ｄ₁ との差に等しい。△ｔは、次の（２）式に
したがって求められる。

【００２３】 △ｔ＝２・（Ｄ₀ −Ｄ₁ ）／Ｃ …（２） したがって、サンプルボリウムを一旦設定した後、プロ
ーブ３とフレーム１_aとの位置関係が変化した場合であ
っても、サンプルボリウムの位置が自動的に変更され、
サンプルボリウムと焦点との位置関係は変化しない。こ
れにより操作者はサンプルボリウムの再設定の手間から
解放される。また、サンプルボリウムを再設定する時間
が短縮され、患者スループットが向上する。本発明は上
述した実施例に限定されることなくその要旨を逸脱しな
い限りにおいて、種々変形して実施可能であるのは勿論
である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、パルス状
の治療用超音波を所定の位置に集束させて焦点を形成
し、上記焦点に設置された被治療体を治療する治療用超
音波発生手段と、超音波を送受信するトランスデューサ
と、所定の繰り返し周波数に応じて上記トランスデュー
サを駆動して上記トランスデューサから超音波を繰り返
し送信させると共に、上記トランスデューサを介して上
記超音波の反射波を繰り返し受信する送受信手段と、上
記被治療体に対して任意の位置にサンプルボリウムを設
定する手段と、上記送受信手段からの出力を位相検波し
てドプラ信号を検出する検出手段と、上記検出手段から
のドプラ信号にレンジゲートをかけて上記サンプルボリ
ウム内のドプラ信号を切り出すゲート手段と、上記ゲー
ト手段で切り出されたドプラ信号を周波数解析して上記
サンプルボリウム内の血流の速度分布を得る周波数解析
手段と、上記周波数解析手段による速度分布を時系列で
表示する手段と、上記治療用超音波発生手段に対する上
記トランスデューサの相対的な位置を検出するセンサ
と、上記トランスデューサの位置が上記治療用超音波発
生手段に対して変位したとき上記センサの検出結果に基
づいて上記トランスデューサの上記治療用超音波発生手
段に対する変位量を計算し、上記変位量に基づいて上記
ゲート手段が上記検出手段からの出力に対してかける上
記レンジゲートのタイミングを変化させて上記焦点に対
する上記サンプルボリウムの相対的な位置関係を維持す
るゲート制御手段とを具備したパルス超音波治療装置を
提供する。

【００２５】本発明によれば、サンプルボリウムを一旦
設定した後、トランスデューサの位置が治療用超音波発
生手段に対して変位したとしても、トランスデューサの
治療用超音波発生手段に対する変位量に基づいてゲート
手段が検出手段から出力されるドプラ信号に対してかけ
るレンジゲートのタイミングが変化され、焦点に対する
サンプルボリウムの相対的な位置関係が維持されるパル
ス超音波治療装置を提供できる。これにより、操作者は
サンプルボリウムの再設定の手間から解放され、また、
サンプルボリウムを再設定する時間が短縮され、患者ス
ループットが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の構成図。

【図２】サンプルボリウムと焦点とプローブとの位置関
係を示す図。

【図３】図１のサンプルホールド回路でドプラ信号にレ
ンジゲートを掛けるタイミングを時間軸に沿って示す
図。

【符号の説明】

１…治療用超音波発生源、２…パルサ、３…プローブ、
４…送受信系、５…モニタ、６…１ポイントドプラ系、
７…サンプルボリウム設定部、８…サンプルボリウムマ
ーカ作成部、９…ゲート制御部、１０…センサ、１１…
相対位置演算部、１２…フォーカスマーカ作成部、１３
…変位量計算部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス状の治療用超音波を所定の位置に
   集束させて焦点を形成し、前記焦点に設置された被治療
   体を治療する治療用超音波発生手段と、 超音波を送受信するトランスデューサと、 所定の繰り返し周波数に応じて前記トランスデューサを
   駆動して前記トランスデューサから超音波を繰り返し送
   信させると共に、前記トランスデューサを介して前記超
   音波の反射波を繰り返し受信する送受信手段と、 前記被治療体に対して任意の位置にサンプルボリウムを
   設定する手段と、 前記送受信手段からの出力を位相検波してドプラ信号を
   検出する検出手段と、 前記検出手段からのドプラ信号にレンジゲートをかけて
   前記サンプルボリウム内のドプラ信号を切り出すゲート
   手段と、 前記ゲート手段で切り出されたドプラ信号を周波数解析
   して前記サンプルボリウム内の血流の速度分布を得る周
   波数解析手段と、 前記周波数解析手段による速度分布を時系列で表示する
   手段と、 前記治療用超音波発生手段に対する前記トランスデュー
   サの相対的な位置を検出するセンサと、 前記トランスデューサの位置が前記治療用超音波発生手
   段に対して変位したとき前記センサの検出結果に基づい
   て前記トランスデューサの前記治療用超音波発生手段に
   対する変位量を計算し、前記変位量に基づいて前記ゲー
   ト手段が前記検出手段からの出力に対してかける前記レ
   ンジゲートのタイミングを変化させて前記焦点に対する
   前記サンプルボリウムの相対的な位置関係を維持するゲ
   ート制御手段とを具備することを特徴とするパルス超音
   波治療装置。
2. 【請求項２】 前記ゲート制御手段は、前記変位量を２
   倍したものを超音波伝播速度で割り算した結果に基づい
   て前記検出手段からの出力に対してかける前記レンジゲ
   ートのタイミングを変化させることを特徴とする請求項
   １記載のパルス超音波治療装置。
3. 【請求項３】 前記治療用超音波発生手段は傘形状のフ
   レームと、前記フレームの内面に配列された複数のトラ
   ンスデューサと、前記複数のトランスデューサを駆動し
   て超音波を放射させるパルサとからなることを特徴とす
   る請求項１記載のパルス超音波治療装置。