JPS6287150A

JPS6287150A - 超音波照射装置

Info

Publication number: JPS6287150A
Application number: JP22671685A
Authority: JP
Inventors: 晋一郎梅村; チヤールズ・アラン・ケイン; 景義片倉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-10-14
Filing date: 1985-10-14
Publication date: 1987-04-21
Anticipated expiration: 2009-08-10
Also published as: JPH0659289B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は、超音波加熱装置・超音波化学反応促進装置・
超音波破砕装置などの超音波照射装置に係り、特に、悪
性腫瘍の治療等に好適な超音波療法装置に関する。

〔発明の背景〕

超音波照射による媒体の音響特性変化を観測する方法と
しては、従来、アメリカ合衆国特許第３．２３３，４５
０号に記載のパルス・エコー法による観測装置や、アメ
リカ合衆国特許第３．７７１．３５５号に記載の透過超
音波法による観測装置が、両者とも音響特性の観測に主
眼がおかれていたため、超音波照射を主目的とする装置
の照射モニタ装置としてみると、必ずしも最適ではなか
った。

すなわち、後者の透過超音波法は、伝搬における非線型
ひずみの測定・温度上昇による音速や音波吸収の変化の
測定などが原理的には容易である反面、医療応用を例に
とると１体腔内の骨やガスが透過のさまたげになったり
、体腔内の音速分布のため超音波ビームが予期せぬ屈折
を起こしたりする難点がある。また、前者は、パルス・
エコー法による観測手段が超音波照射手段と独立な超音
波ビーム走査手段を持たぬため、周辺の目標物をもとに
した照射領域の位置ぎめ、照射目標位置以外に生じる、
いｂゆるホットスポットの監視などには不適当である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来方法の難点を鑑み、超音波
照射装置における照射領域超音波モニタ法として、医療
応用をはじめとする各用途において高い実用性をもつ方
法を提案し、それを実現する装置を提供することにある
。

〔発明の概要〕

かかる目的に従い１本発明においては、照射領域モニタ
用超音波撮像手段を有する超音波照射装置において、該
撮像手段としてアレイ型探触子と電子フォーカス手段と
超音波ビーム走査手段とを具備し、　　　波　　　とは
５立な撮像用　音羞」ζ二ｍ−を可能とすることを提案
する。また。

°　′　の２　以上とすることを提案する。

こうすることにより、撮像に要求される距離分解能を得
るのに必要なパルス超音波の比帯域幅０．５を確保しな
がら、照射と撮像を同時に行なうことができる。

かかる撮像手段により、次に示す種類の照射モニタ処理
が可能となる。

（１）照射目標の超音波撮像による同定・位置ぎめ。

（２）照射目標の運動を検出し、検出された運動に従っ
て照射領域を移動させる。

（３）照射領域からの反射エコー強度を計測することに
より、照射領域の温度上昇による音響インピーダンス変
化を観測する。

（４）照射領域において非線形音波効果により発生する
高調波を観測する。

（５）照射目標領域以外のいわゆる゛ホットスポット′
において発生する。高調波を監視する。

（１）は、Ｘ線など他の波動ではなく照射波動と同じ超
音波による位置ぎめであるので、体腔内に音速分布があ
っても屈折の影響を受けにくいという利点を持つ。（２
）は、超音波パルス・エコー法の高速撮像性を生かした
モニタ処理であり、特に、電子走査型超音波撮像手段が
適している。また、照射目標の運動の３次元検出が必要
なので、２次元アレイ型探触子を用いるか電子走査と機
械走査とを組合わせるなどして超音波ビームを３次元走
査することが要求される。（３）は、照射領域にある物
質の温度が超音波吸収により上昇した結果、音速と比重
が変化して、その積である音響インピーダンスが変化し
、反射エコー強度が変化するのを観測するものであり、
超音波加熱のモニタ法として特に有効である。なおこの
方法について、詳細は、アメリカ音響学会誌１５巻１１
号１７８８ページを記載されている。照射領域における
物質の非線形音響パラメタＢ／Ａやキャビティションに
より照射超音波の高調波成分が発生するが、（４）は、
それをＷＡ３１！Ｉすることにより、発生領域における
超音波の強度や作用の指標を得ようとするものである。

超音波の照射対象媒体中に比較的反射強度の大きな反射
法が存在すると、照射対象媒体中に定在波が生じ、照射
目標領域以外に。

いわゆる１ホツトスポツト′　を生じることがある。

このような目的外照射領域が生じることは、特に、医療
応用などにおいては大へん危険なことであり、これを厳
重に監視することによって発生を避けなくてはならない
。（５）は、これらの′ホットスポット′において非線
形音響効果により発生する高調波を観測することにより
、これを監視しようというものである。

照射モニタという目的から、（１）〜（５）の各処理に
は、いずれも高速走査性が要求され、その意味で、電子
フォーカス・電子走査による撮像手段が適する。殊に、
（５）の処理には、以下に述べる理由から、電子フォー
カスが必須である。照射超音波は、通常、連続波である
ので、それにより発生する高周波の発生位置を固定する
際の距離分解能は１通常のパルス・エコー法の場合とは
異なり、受波における焦点探度を小さくすることによっ
てのみ得られる。従って、音響レンズなどによる幾何学
的フォーカスに依ろうとすると、きわめて多種類の焦点
を持つフォーカス系が必要となり。

実質上不可能に近い。これに対し、電子フォーカスの場
合には、電子制御によりほぼ連続的にフォーカスを切換
えることができ、さらに、多数の焦点に同時にフォーカ
スすることさえ可能となる。

一般に、予想外の点に生じる′ホットスポット′はど、
それを監視することの重要度は大きいから、それを多数
の焦点に同時にフォーカスすることまにより監視できる
電子フォーカスの意義はきわめて大きい。

〔発明の実施例〕

以下、実施例を参照して、本発明をさらに詳しく説明す
る。

本発明の一実施例の構成を表わすブロック図を第１図に
、その実施例を構成する超音波探触子の構成側を第２図
に示す。照射用平場も撮像用高揚も、ともに、それぞれ
、アレイ型配に配置された探触子１−１．１−２．・・
・、１−Ｎおよび２−１゜２−２・・・を用いて形成さ
れ、照射制御部と撮像制御部は主制御回路１ｏにより総
括的に制御される。

照射用超音波に関しては、主制御回路１０により指定さ
れた照射目標位置に従って照射用送波制御回路１１によ
り位相が演算され、探触子素子駆動回路の各素子９−１
．・・・、９−Ｎの駆動信号が生成される。また、照射
目標位置は、表示回路１５を介しに、表示画面中に領域
１８として表示される。一方、撮像用超音波に関しては
、パルス・エコー像を得るモードでは、送波制御回路１
２によりそれぞれの時相をもった送波パルスが生成され
。

撮像用探触子２−１．２−２．・・・を形成する各素子
が送受波アンプ１３により駆動される。照射対象物中の
音響インピーダンスの不連続により生じるエコー信号や
照射用超音波の非線型音響効果により生じる高調波信号
は、撮像用探触子２−１゜２−２．・・・により受信さ
れ、送受波アンプ１３により増幅され、受波フォーカス
回路１４によりフォーカス処理されて、その発生位置と
超音波強度が表示回路１５を介して、表示器１６の表示
画面中に表示される。受波フォーカス回路には、帯域通
過フィルタが設けられており、その中心周波数は撮像用
超音波周波数に合わせ、照射用超音波周。

波数の２倍以上となっているので、超音波照射中であっ
ても混信に妨害されることなく超音波撮像が可能となっ
ている。表示画面は、照射目標の位置ぎめの便宜をはか
るため１’７−１．１７−２の複数画面とし、それらの
交る線を各画面中の直線１４−１．１９−２により示す
ものとする。また、本実施例では、パルス・エコー像の
照射目標位置。

゛ホット・スポット′位置と強度などの多種類の情報を
１画面に同時表示するため、カラー画像を用いている。

特に、′ホット・スポット′に関しては、設定変更可能
な許容限度の強度を越えたとき、その表示色が変化し、
装置のオペレータに注意を促す様、表示回路１５は設計
されている。

１８−１．］、８−２は照射目標位置の画面上の表示を
示す。

第２図（ａ）は本実施例で用いられる超音波探触子の上
面図、第２図（ｂ）はその部分断面図である。

この例では周波数５００ｋＨｚの探触子と撮像用の中心
周波数３　Ｍ　Ｈｚの探触子とが複合されている。とも
に、２次元アレイ型となっており、それぞれの焦点の３
次元移動を可能ならしめている。

照射用探触子を構成する圧電振動子素子１−１゜１−２
．・・・、１−Ｎは、音響整合層とヒート・シンクと接
地電極を兼ねた軽合金の基板３に接着されており、その
基板の反対側にはさらに高分子系の音響整合層４が接着
されている。このような整合層の組合わせは、水に近い
音響インピーダンスを有する照射対象物に対し最も有効
なものである。

また、ヒートシンクは、０．ＯＩＷ／ａＪ〜１０Ｗ／ａ
ｌ程度の超音波出力が要求される照射用探触子の発熱に
よる音度上昇を防止するために有効なものである０本実
施例では、撮像用探触子は４つのグループ２−１．２−
２．２−３．２−４に区分されていて、それぞれが、２
次元アレイとして構成されており、音響整合層５とケー
ス６を有している。

本発明の他の一実施例を第３図のブロック図に示し、こ
れに用いる探触子の上面図を第４図（、）に、部分断面
図を第４図（ｂ）に示す、第４図（ａ）。

（ｂ）に示した探触子が第２図（ａ）、（ｂ）の探触子
と相異する点は、回転機構８を介して撮像用１次元アレ
イ型探触子２を照射用探触子の中心部にとりつけた点で
ある。１−１．１−２．・・・、１−Ｎは照射用探触子
の振動子素子を、３は軽合金基板を、４は整合を示し、
７は図８を設置する円筒形の支持台を示す、この例では
、撮像用探触子の面積および素子数が小さくてすみ、撮
像部の低価格化が可能となり、照射用探触子の有効面積
を少しでも大きく設定することが可能となる。第３図に
おいて回転機構８の回転位置信号は回転制御回路２０を
介して主制御回路１０へ伝達され、主制御回路１０から
は、それに応じて１回転制御信号を回転制御回路２０へ
出力したり、撮像部の動作時相を制御する。第３図の他
の符号は第１図と同様の部分を示す。

なお、第１図〜第４図の実施例は、いずれも。

照射用超音波探触子として２次元アレイを用い電子走査
により照射目標の３次元走査を行なう場合の例であった
が１本発明の適用範囲はこれにとどまらず、同心円状の
アレイの場合や固定焦点探触子と機械走査機構とを組合
わせた場合にも適用可能である。また、以上の実施例で
は、照射用超音波の撮像用超音波への混信を防ぐ目的で
、撮像用受波フォーカス回路に帯域通過フィルタを用い
たが、これは、狭帯域である照射用超音波の周波数帯だ
けを除くノツチ・フィルタを用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明した様に１本発明によれば、超音波照射状態を
実時間モニタしながら超音波照射する装置が実現可能と
なる。これにより、医療応用をはじめとする各用途にお
いて、安全かつ確実な超音波照射が可能となるので、本
発明の産業各分野ならびに医療における効果はきわめて
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図はこれ
に用いる探触子の上面上ならびに部分断面図、第３図は
他の一実施例のブロック図、第４図はこれに用いる探触
子の上面図ならびに部分断面図である。１−１．１−２．・・・１−Ｎ照射用探触子、２゜２−
１．２−２．２−３．２−４・・・撮像用探触子。３・・・軽合金基板、４・・・高分子系整合層、５・・
・撮像探触子整合層、６・・・撮像用探触子ケース、７
・・・撮像用探触子支持台、８・・・撮像用探触子回転
機構、９−１．・・・、９−Ｎ・・・照射用探触子素子
駆動回路、１０・・・主制御回路、１１・・・照射用送
波制御回路、１２・・・撮像用送波制御回路、１３・・
・撮像用送受波アンプ、１４・・・受波フォーカス回路
、１５・・・表示回路、１６・・・表示器第７目第２目 −ｙ？−ダ第３目荀４呂

Claims

【特許請求の範囲】１、超音波照射手段と、照射モニタ用超音波撮像手段と
を有する装置において、該撮像手段としてアレイ型探触
子と電子フォーカス手段と超音波ビーム走査手段とを具
備し、該照射手段とは独立な撮像用超温波ビーム走査を
可能としたことを特徴とする超音波照射装置。２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記撮
像手段の受信超音波中心周波数を該照射手段の送信超音
波周波数の２倍以上としたことを特徴とする超音波照射
装置。３、特許請求の範囲第２項記載の装置において、前記照
射手段の送信超音波の非線形音響効果により生じた高調
波を該撮像手段のアレイ型探触子により受信し、得られ
る非線形音響像を、該撮像手段による送受波により得ら
れるエコー断層像に重畳して表示することを特徴とする
超音波照射装置。４、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記撮
像手段として超音波ビーム３次元走査手段を有し、照射
領域を含む複数断層のエコー像を得るごとく構成したこ
とを特徴とする超音波照射装置。５、特許請求の範囲第４項記載の装置において、前記複
数断層の交る直線を、表示断層像中に表示することを特
徴とする超音波照射装置。６、特許請求の範囲第４項記載の装置において、照射目
標の運動を検出する手段と、検出された運動に従って照
射領域を移動させる手段とを有することを特徴とする超
音波照射装置。