JP2735280B2 - Heated therapy device and blood flow measurement device including the same - Google Patents
Heated therapy device and blood flow measurement device including the sameInfo
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Description
本発明は、悪性腫瘍等の治療に好適な加温治療装置及
びこれを含む血流量計測装置に関する。The present invention relates to a heating treatment device suitable for treating a malignant tumor or the like, and a blood flow measurement device including the same.
悪性腫瘍組織が正常組織と比較して加温に対する抵抗
力が劣ることを利用し、悪性腫瘍を加温治療する療法と
して、ハンパーサーミア療法が知られている。この療法
に必要な加温手段としては、電界・磁界・超音波など侵
襲度の低い有効な手段がすでに開発されて存在する。 これに対し、この療法に必要な温度監視手段として
は、電波・NMR・超音波などの無侵襲度手段が盛んに研
究されているものの、未だ成績が不十分で、臨床現場で
は熱電対・サーミスタなどの侵襲的手段に頼っているの
が現状である。これら、侵襲的手段によれば、腫瘍に某
かを刺入せざるを得ず、腫瘍の転移を助長したり患者の
回復を遅らせたりするおそれがないとはいいきれない。
生体の無侵襲温度計測手段の成功を阻んでいる最大の要
因は、電波・NMR・超音波などの信号のもともと余り大
きくはない生体組織のもつ温度係数が、生体各組織によ
り、また、各組織のおかれている生体的条件により一定
せず、それらの信号の変化そのものは計測することがで
きても、それを温度に換算するのが困難である点にあ
る。 一方、侵襲度の低い加温手段により生体各組織に与え
られる単位時間単位体積あたりの熱量(SAR)は、生体
各組織における電界・磁界・超音波などの吸収係数をも
とに、途中経路における減衰なども考慮に入れて、計算
機シミュレイションなどにより比較的精度良く予測する
ことができる。このSARを温度に換算するには、一般
に、生体各組織の比熱・熱伝導率・血流量が知られてい
なければならないが、時間的にほとんど変化しない前2
者は比較的精度良く推定することができるのに対し、後
者は、加温中も生体組織温度に反応して時々刻々変化
し、実時間で計測する手段を持たない限りその推定は極
めて困難である。 ところが、第5回国際ハイパーサーミアシンポジウム
予稿集(Abstracts of 5th International Symposium o
n Hyperthermic Oncology)(1988年8月29日〜9月3
日)第284頁に記載されているように、短時間に加温を
行なう場合、最初の1秒程度の温度の立ち上がりは、血
流や熱伝導にはよらず、ほぼ、SARと生体組織の比熱の
みによって決定される。従って、1秒程度の短時間加温
後の生体組織の温度は、直接測定を行なわなくても、比
較的精度良く推定することができる。As a treatment for heating a malignant tumor by utilizing the fact that a malignant tumor tissue has a lower resistance to heating as compared with a normal tissue, a hammer-thermia therapy is known. As the heating means necessary for this therapy, effective means with low invasiveness such as electric field, magnetic field, and ultrasonic wave have already been developed and exist. In contrast, non-invasive means such as radio waves, NMR, and ultrasonic waves have been actively studied as the temperature monitoring means necessary for this therapy, but the results are still insufficient, and thermocouples and thermistors are used in clinical practice. At present it depends on invasive means such as. According to these invasive means, there is no choice but to penetrate the tumor and promote the metastasis of the tumor or delay the recovery of the patient.
The biggest factor that has hindered the success of noninvasive temperature measurement of living organisms is that the temperature coefficient of living tissues, which is not so large from the source of signals such as radio waves, NMR, and ultrasonic waves, depends on the tissues of living organisms and It is not constant depending on the biological conditions in which the signals are placed, and it is difficult to convert the changes of the signals into temperatures even if the changes themselves can be measured. On the other hand, the amount of heat per unit time (SAR) given to each tissue of the living body by the low-invasive heating means is calculated based on the absorption coefficient of each tissue of the living body, such as electric field, magnetic field, and ultrasonic wave. Taking into account the attenuation and the like, the prediction can be made relatively accurately by computer simulation or the like. In order to convert this SAR into temperature, it is generally necessary to know the specific heat, thermal conductivity, and blood flow of each tissue of the living body.
Can estimate with relatively high accuracy, while the latter changes moment by moment in response to the temperature of the living tissue during heating, and its estimation is extremely difficult unless there is a means for measuring in real time. is there. However, Abstracts of 5th International Symposium o
n Hyperthermic Oncology) (August 29-September 3, 1988)
Sun) As described on page 284, when heating is performed in a short time, the temperature rise of about 1 second does not depend on blood flow or heat conduction, but is almost equivalent to SAR and biological tissue. It is determined only by specific heat. Therefore, the temperature of the living tissue after heating for a short time of about 1 second can be estimated relatively accurately without directly measuring the temperature.
【発明が解決しようとする問題点】 しかしながら、上記の加温技術のみでは、短時間の加
温(短時間加温)により腫瘍温度を目標とする治療温度
まで一旦上昇させることはできるが、それを維持するこ
とはできない。加温を長く続けると、温度が、血流の影
響を受けるようになり、精度良く推定することができな
くなるからである。そこで、上記の加温手法では、短時
間加温によって腫瘍を目標温度まで加温した後、腫瘍が
平常温度まで冷却されるのに充分な時間、加温を中止し
た後、再び短時間加温を行なうという、断続的な加温ス
ケジュールを取らざるを得ない。これでは、治療時間全
体に占める有効加温時間の割合が極めて小さくなってし
まい、効率的な治療を行なうことは困難である。 本発明の目的は、このような問題点を解決し、侵襲的
な温度測定手段を用いることなく、無侵襲的に治療対象
部位(領域)の温度を監視して、治療対象部位を目標温
度に効率的に加温することを可能とする、安全性と能率
の高い加温治療装置及びこれを含む血流量計測装置を提
供することにある。Problems to be Solved by the Invention However, with the above-mentioned heating technique alone, it is possible to once raise the tumor temperature to the target treatment temperature by short-time heating (short-time heating). Can not be maintained. This is because if the heating is continued for a long time, the temperature will be affected by the blood flow, and it will not be possible to accurately estimate the temperature. Therefore, in the above-mentioned heating method, after heating the tumor to the target temperature by heating for a short time, stopping the heating for a time sufficient to cool the tumor to the normal temperature, and then heating again for a short time. The intermittent heating schedule. In this case, the ratio of the effective heating time to the entire treatment time becomes extremely small, and it is difficult to perform efficient treatment. An object of the present invention is to solve such a problem and to monitor the temperature of a treatment target region (region) non-invasively without using invasive temperature measurement means, and to set the treatment target region to a target temperature. It is an object of the present invention to provide a highly safe and efficient heating treatment device that enables efficient heating and a blood flow measurement device including the same.
上記目的を達成するために、本発明では、加温治療装
置のパルスエコー型超音波送受信システムを具備させ、
短時間加温の前後に治療対象部位の超音波エコー信号を
計測して記録しておき、温度を目標とする温度に維持す
るための定常加温中の超音波エコー信号計測値をその記
録値と比較することにより温度監視用情報を得る温度監
視制御手段を有する加温治療装置及びこれを含む血流量
計測装置を提供するよう構成することを提案するもので
ある。 生体組織における超音波の音速・減衰係数・非線形係
数は、0.1〜数%/℃の温度係数を持つ。この温度係数
は、生体各組織により、また、各組織のおかれている生
体的条件により一定しないが、短時間加温により治療温
度またはそれに近い温度まで治療対象部位(領域)を加
温し、その前後において音速または減衰係数または非線
形係数を計測しておくことにより、これらの計測値が治
療温度においてどのような値を示すべきであるかの目標
値を算出するよう構成できる。そして、これらの計測値
がその目標値に近づくよう加温パワーを制御するよう構
成する。 また、本発明では、加温装置を、短時間加温停止後の
加温対象生体組織部位における超音波の音速・減衰係数
・非線形係数の時間変化の時定数から、加温対象部位の
血流量を推定して制御するよう構成することを提案する
ものである。In order to achieve the above object, the present invention includes a pulse echo type ultrasonic transmission / reception system of a heating treatment apparatus,
Measure and record the ultrasonic echo signal of the treatment target site before and after the short-time heating, and record the measured value of the ultrasonic echo signal during steady-state heating to maintain the temperature at the target temperature. The present invention proposes to provide a heating treatment apparatus having a temperature monitoring control means for obtaining temperature monitoring information by comparing with a heating treatment apparatus and a blood flow measurement apparatus including the same. The sound velocity, attenuation coefficient, and nonlinear coefficient of ultrasonic waves in living tissue have a temperature coefficient of 0.1 to several percent / ° C. This temperature coefficient is not constant depending on each tissue of the living body and the biological conditions in which each tissue is placed, but heats the treatment target site (region) to a treatment temperature or a temperature close thereto by heating for a short time, By measuring the sound velocity, the attenuation coefficient, or the nonlinear coefficient before and after that, it is possible to calculate a target value of what these measured values should show at the treatment temperature. Then, the heating power is controlled so that these measured values approach the target values. Further, in the present invention, the blood flow rate of the heating target site is determined based on the time constant of the time change of the sound speed, attenuation coefficient, and nonlinear coefficient of the ultrasonic wave at the living tissue site after the heating is stopped for a short time. It is proposed to configure to estimate and control.
電界・磁界・超音波など侵襲度の低い加温手段による
生体組織の平常温度からの温度上昇の空間分布Tは、加
温手段により生体組織に与えられる単位時間単位体積あ
たりの熱量(SAR)Q、生体組織の単位体積あたりの比
熱A、熱伝導率K、単位時間単位体積あたりの血流量と
血液の比熱との積Bを含むBioheat方程式 Ad T/dt=KΔT+Q−BT (1) により実用上充分な精度で記述される。通常あるいはそ
れ以上の血流量では、投入された熱の流出経路として
は、熱伝導よりも血流が主であるので、短時間加温に対
する生体組織温度の応答の概算は、熱伝導の項を省略し
た方程式 Ad T/dt=Q−BT (2) により行なうことができる。これをTについて解き、t
=0から始まるQ=Qの加温に対する応答を求めると、 T=(Q/B)[1−exp(−Bt/A)] (3) となり、tが時定数A/Bより充分小さければ、 T=(Q/A)t (4) となって、生体組織温度の平常温度からの上昇分Tは加
温手段により与えられる熱量Qと比熱Aと加温時間tに
よってのみ決定される。なお、前述の如く生体組織の比
熱は比較的良く推定できるので、血液の比熱の推定値、
及び血流量と血液の比熱との積Bから血流量を求めるこ
とができる。以下の説明では、血流量と血液の比熱との
積Bを、血流量を反映した量という意味で、簡単のため
に単に血流量Bと表すことにする。 血流量Bを通常の2倍程度に見積もっても、時定数A/
Bは100秒程度なので、加温時間tが数秒以下であれば、
温度Tは(4)式により与えられることになる。一例を
挙げると、加温手段により10W/cm3の熱量Qを単位時間
単位体積あたり生体組織に与えれば、加温開始4秒後に
8℃程度の比較的正確に予測される生体組織温度上昇が
得られ、生体組織は加温治療に有効な温度に到達する。
ここで加温を停止すると、生体組織温度は時定数A/Bで
平常温度に向かって徐々に下降するので、数秒以内に、
治療対象生体組織部位における超音波の音速または減衰
係数または非線形係数を計測して記録しておく。そこ
で、治療対象生体組織部位におけるこれらの計測値を監
視しながら、再び加温手段による熱量投入を開始し、計
測値が記録値に近づくように投入熱量を制御しながら加
温を続ければ、治療対象部位の温度を長時間にわたって
有効治療温度に保つことができる。 10℃程度以内の小さな温度範囲では超音波の音速や減
衰係数や非線形係数などの温度係数は一定であるとみな
せるので、治療対象生体組織部位におけるこれらの値を
急速短時間加温の後だけでなく前にも計測しておけば、
急速短時間加温により治療対象生体組織温度を治療温度
にまで上昇させなくても、治療温度におけるこれらの値
の目標値を外挿により求めることができる。 治療対象部位を有効治療温度に数10分程度以上の長時
間にわたって保つと、治療効果のために治療対象生体組
織がいくつか変質し、上記の音速や減衰係数や非線形係
数などの温度係数や値そのものが変化してしまうことも
あり得る。そのような概念がある場合には、加温を定期
的に時定数A/Bに比べて充分に長い時間停止して治療対
象部位の温度を平常温度まで下降させた後、再び前記の
プロセスを繰り返せば、そのような変化の影響を取り除
くことができる。 また、t=t0で加温を停止した後の加温対象生体組織
の温度の時間変化は、(2)式を解くことにより、 T=(Q/B)[1−exp(−Bt0/A)]exp[−Bt−t0)/
A] (5) と与えられ、時定数A/Bの対数的減衰となる。前記のよ
うに10℃程度以内の小さな温度範囲では超音波の音速や
減衰係数や非線形係数などの温度係数は一定であるとみ
なせるので、加温停止後のこれらの計測値の時間変化も
時定数A/Bの対数的減衰となる。生体組織の単位体積あ
たりの比熱Aは、前記のように比較的安定した値である
ので、加温停止後の上記計測値の時間変化の時定数か
ら、加温対象部位の血流量Bを推定することができる。 一方、平常温度よりT0高い温度に加温対象生体組織を
保つ定常加温のために生体組織に与えるべき熱量Q0は、
(2)式においてdT/dt=0とおくことにより、 Q0=BT0 (6) と与えられる。従って、急速短時間加温停止後の超音波
の音速や減衰係数や非線形係数などの計測値の時間変化
から加温対象部位の血流量Bを推定することができれ
ば、その値からBT0を求め、目標温度に定常加温する時
には、生体組織に与える熱量Qをそのまわりで微小量増
減させて加温対象部位の温度を目標値(平常温度+T0)
近くに制御することができる。The spatial distribution T of the temperature rise from the normal temperature of the living tissue by the invasive heating means such as an electric field, a magnetic field, and an ultrasonic wave is represented by the heat quantity per unit time (SAR) Q given to the living tissue by the heating means. Bioheat equation Ad T / dt = KΔT + Q-BT (1) including the specific heat A per unit volume of the living tissue, the thermal conductivity K, and the product B of the blood flow per unit time per unit volume of the blood and the specific heat of blood. It is described with sufficient accuracy. At a normal or higher blood flow rate, the outflow path of the input heat is mainly blood flow rather than heat conduction. This can be performed by the omitted equation Ad T / dt = Q-BT (2). Solving this for T, t
When the response to the heating of Q = Q starting from = 0 is obtained, T = (Q / B) [1-exp (−Bt / A)] (3), and if t is sufficiently smaller than the time constant A / B, , T = (Q / A) t (4), and the increase T of the living tissue temperature from the normal temperature is determined only by the heat quantity Q given by the heating means, the specific heat A, and the heating time t. As described above, since the specific heat of the living tissue can be estimated relatively well, an estimated value of the specific heat of blood,
The blood flow can be determined from the product B of the blood flow and the specific heat of the blood. In the following description, the product B of the blood flow and the specific heat of the blood is simply referred to as the blood flow B for simplicity in the sense of the amount reflecting the blood flow. Even if the blood flow B is estimated to be about twice the normal value, the time constant A /
Since B is about 100 seconds, if the heating time t is several seconds or less,
The temperature T is given by equation (4). As an example, if a heating amount of 10 W / cm 3 is applied to the living tissue per unit time per unit volume by the heating means, a relatively accurately predicted temperature rise of the living tissue of about 8 ° C. after 4 seconds from the start of the heating is obtained. As a result, the living tissue reaches a temperature effective for the warming treatment.
When the heating is stopped here, the living tissue temperature gradually decreases toward the normal temperature with the time constant A / B, so within a few seconds,
The sound velocity, attenuation coefficient, or nonlinear coefficient of the ultrasonic wave at the living tissue site to be treated is measured and recorded. Therefore, while monitoring these measured values at the living tissue site to be treated, the heating amount is again input by the heating means, and heating is continued while controlling the input heat amount so that the measured value approaches the recorded value. The temperature at the target site can be maintained at the effective treatment temperature for a long time. Temperature coefficients such as the sound velocity, attenuation coefficient, and nonlinear coefficient of ultrasonic waves can be considered to be constant in a small temperature range of about 10 ° C or less. If you measure beforehand,
The target values of these values at the treatment temperature can be obtained by extrapolation without increasing the treatment target tissue temperature to the treatment temperature by rapid short-time heating. When the treatment target site is kept at the effective treatment temperature for a long time of about several tens of minutes or more, some of the living tissue to be treated is deteriorated due to the treatment effect, and the temperature coefficients and values such as the above-mentioned sound speed, attenuation coefficient and nonlinear coefficient are obtained. It can change itself. If there is such a concept, the heating is periodically stopped for a sufficiently long time compared to the time constant A / B to lower the temperature of the treatment target site to the normal temperature, and then the above process is performed again. Repeatedly, the effects of such changes can be removed. Further, the time change of the temperature of the living tissue to be heated after the heating is stopped at t = t 0 is obtained by solving the equation (2), T = (Q / B) [1-exp (−Bt 0) / A)] exp [-Bt- t 0) /
A] (5) and the logarithmic decay of the time constant A / B. As described above, in a small temperature range of about 10 ° C. or less, temperature coefficients such as the sound velocity, attenuation coefficient, and nonlinear coefficient of ultrasonic waves can be considered to be constant, so that the time change of these measured values after stopping heating is also a time constant. A / B is a logarithmic decay. Since the specific heat A per unit volume of the living tissue is a relatively stable value as described above, the blood flow B at the site to be heated is estimated from the time constant of the time change of the measured value after the heating is stopped. can do. On the other hand, the amount of heat Q 0 to be given to the living tissue for steady heating to keep the living tissue to be heated at a temperature T 0 higher than the normal temperature is
By setting dT / dt = 0 in equation (2), Q 0 = BT 0 (6) is given. Therefore, if it is possible to estimate the blood flow B at the site to be heated from the time change of the measured values such as the sound speed, attenuation coefficient, and nonlinear coefficient of the ultrasonic wave after the short-time heating stop, BT 0 is determined from the value. During steady heating to the target temperature, the amount of heat Q applied to the living tissue is increased or decreased by a small amount around the target temperature, and the temperature of the portion to be heated is set to the target value (normal temperature + T 0 ).
Can be controlled nearby.
以下、本発明の実施例を第1図〜第12図を用いて詳細
に説明する。 1つめの実施例として、加温手段として超音波照射を
用い、測温手段として超音波非線形係数の計測を用いた
装置の構成のブロック図を、第1図に示す。さらに、図
中の倍周波送受波器2を組み込んだ基本周波送波器1の
側面図および下面図を第2図(a)および(b)に示
す。このアレイ型送波器1は、IEEE超音波シンポジウム
会議録(IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings)
(1987年10月14日〜16日)第867〜870頁に記載されてい
るアレイ型送波器と基本的に同様の形式を持ち、送波器
1の超音波振動子1−1〜1−Nからの効果的な放熱を
はかるため軽金属製の音響整合層5を備えており、送波
回路11による制御にもとづいて大きさの可変な拡がりを
もつ治療用の焦域を形成することができる。本実施例で
は、このアレイ型送波器を加温用送波器として用いると
同時に、この部分口径(外径80mm内径40mm)を第3図に
示すように2分割して互いに逆相で駆動することにより
非線形係数計測用の基本周波送波器としても用いる。第
1図・第2図中の送受波器2は、通常のパルス・エコー
像撮像用セクタ・スキャン型アレイ送受波器と基本的に
同様の形式を有しており、超音波振動子2−1、2−
2、…、2−nと音響整合層6を備えている。本実施例
では、これを非線形係数計測用の倍周波受波器として用
いると同時に、通常のパルス・エコー撮像用の送受波器
としても用いる。なお、第2図中(b)では、音響整合
層5および6を透視したときの図を示した。また、煩雑
さを避けるため、音響カップリング材は第2図より省略
した。 本装置は、2つの送波モードをもつ。第1は、上述の
ように送波器1の部分口径を2分割して互いに逆相の基
本周波により駆動するモード、第2は、送受波器2を倍
周波により駆動するモードである。第2のモードでは、
超音波振動子送波制御回路12の制御により通常の単一フ
ォーカスと全く同様なフォーカスのための遅延時間が与
えられた信号で送受波回路13により各振動子が駆動され
るのに対し、第1のモードでは、各振動子の信号に通常
の単一フォーカスのための遅延時間が与えられた上に、
2分割された部分口径のどちらか一方の振動子群の信号
の位相が反転された信号で、送波回路11により各振動子
が駆動される。すなわち、第3図中+および−の部分の
それぞれ互いに対応する素子が第4図(a)および
(b)に波形を示した信号により駆動される。第4図
(c)に例として示したような、送波焦点付近の音響的
不連続(この例では、点反射体)により反射された倍周
波エコーは、送受波器2と送受波回路13により受信さ
れ、受波フォーカス回路14においてフォーカスのための
遅延時間が与えられて互いに加算され、エコー強度に変
換される。倍周波送波時のエコー強度は、そのまま表示
回路16に入力されて通常の超音波パルス・エコー像とし
て表示される一方、記憶回路20−2に記録されて非線形
係数算出のために用いられる。他方、基本周波逆相送波
時の倍周波エコー強度は、記憶回路20−1に一旦記録さ
れて温度上昇検出回路15に入力される。回路15では、こ
のエコー強度を、記憶回路20−2に記録されている対応
する位置からのエコー強度により除することにより、そ
の位置の反射強度の影響を除いてその近傍の非線形係数
の計測値が算出され、温度上昇に対応する信号として表
示回路16に入力される。表示回路16では、その経時変化
を表示する。温度上昇に対応する信号は、また、送波回
路11にも入力され、加温のための送波強度が調節され
る。また、加温領域の選択や位置ぎめには、上述した通
常のパルス・エコー像が有用である。 本実施例の装置により焦点面上に形成される非線形係
数計測用の音場の一例を次示す。第5図(a)および
(b)は、第3図の部分口径を第4図(a)・(b)に
波形を示した中心周波数1MHzの信号により駆動したと
き、幾何学的焦点距離120mmの焦点面に形成されるそれ
ぞれ基本周波数1MHzおよび倍周波2MHzの音場を示したも
のである。縦軸はそれぞれの図中の最大値により規格化
した超音波強度である。焦点において、倍周波成分がピ
ークをもつのに対して、基本周波数成分の強度は0なの
で、同じ点を焦点とする受波器により倍周波の反射エコ
ーを受信すれば、焦点までの送波の非線形伝播により発
生した倍周波のみを、反射における非線形現象などの影
響を受けずに受信することができる。第5図(e)は、
その受信のための送受波器2による倍周波受波(または
送波)の音場である。第6図は、送波伝播路中各点の非
線形係数の計測値の振幅における寄与を、送受波口径の
中心軸を含み、送波口径を2分割する線に直交する平面
上に、プロットしたものである。非線形係数の寄与の分
布が、深度方向・方位方向ともに7mm程度の範囲に局在
化されており、超音波非線形係数を温度上昇に対応する
計測信号とみるとき、この程度の空間分解能が温度上昇
に関して得られることがわかる。 第7図には、この実施例の超音波加温装置を用いた加
温治療のタイムチャートの一例を示す。図中(a)に送
波器1の送波振幅の実効値、(b)に治療対象生体組織
の温度、(c)に治療対象生体組織の超音波非線形係数
の3秒おきの計測値の初期値を基準とした変化分の絶対
値をプロットした。治療対象生体組織の加温目標温度を
平常温度+8℃と設定して加温を行なった。±10℃程度
の温度範囲では(c)の非線形係数の温度変化分は
(b)の温度変化に比例しているとみることができる。 生体組織による不確定度の大きい血流量の影響を受け
ることなく短時間に治療対象生体組織を目標温度に到達
させるべく、超音波非線形係数計測値の初期値を主制御
回路10に記録した上で10W/cm33秒間の急速な熱量投入
を超音波送波器1により行ない、急速加温停止直後の非
線形係数計測値を定常加温時の比較参照値として送波回
路11に記憶させた。急速加温停止後60秒間、非線形係数
の時間変化を計測し、その時定数から血流量を推定し、
その推定値から治療対象生体組織を目標温度に定常加温
するに必要な投入熱量を算出し、急速加温停止後60秒以
後、その算出値を中心に前述の比較参照値非線形係数計
測値を比較することにより投入熱量を調節しながら加温
を行なうよう主制御回路10と送波回路11を構成した。こ
の例では、計測された時定数100秒から血流量が10Kg/s/
m3と推定され、定常加温に必要な投入熱量が40mW/cm3と
概算された。 加温のための投入熱量の空間的な分布が患部だけでな
く正常組織の領域にまで拡がっていると、このような短
時間急速加温により正常組織に無視できない損傷を与え
てしまう恐れが大きいので、本実施例では、投入熱量の
分布を局所的とし易い超音波を加温手段として用いた。
反面、このように短時間急速加温後の計測値を用いて定
常加温時の目標値を決定する場合、加温のための投入熱
量の空間的な分布が局所的過ぎると、短時間急速加温後
と定常加温時との空間的な温度分布の違いが問題となり
得る。しかし、投入熱量の空間的な分布が必要以上に局
所的になりがちな超音波による加温であっても、本実施
例のように適度な拡がりをもつ焦域を形成できる技術を
用いれば、このような問題を回避することができる。 なお、本実施例では、加温用超音波送波器を非線形係
数計測用送波器としても使用する構成としたが、非線形
係数計測用受波器を非線形係数計測用の基本周波の送波
器としても使用する構成としてもよい。 また、本発明の方法によって計測された血流量を、血
流分布像や関心領域の血流の経時変化グラフとして表示
回路16に表示し、医療診断情報として提供することもで
きる。ただし、この場合には、計測対象の生体組織の加
温による損傷の可能性を避けるため、加温による温度の
上昇幅を計測に必要な信号対雑音比の得られる範囲内で
最小とする。 もう一つの実施例として、加温手段として同じく超音
波照射を用い、測温手段として超音波音速計測を用いた
装置の構成のブロック図を、第8図に示す。さらに、図
中の加温監視用超音波送受波器2〜4を組み込んだ加温
用送波器1の側面図および下面図を第9図(a)および
(b)に示す。第1の実施例との相違点は、温度上昇に
対応する計測信号として、超音波非線形係数の代わり
に、超音波音速を用いる点である。アレイ型送波器1
は、第1の実施例と同様の構造と機能を持ち、大きさの
可変な拡がりをもつ治療用の焦域を形成することができ
る。また、送受波器2〜4も、第1の実施例の送受波器
2と同様の構造を持ち、送受波器2は加温領域の選択や
位置ぎめに有用な通常のパルス・エコー像の形成にも用
いられる。 反射法による超音波音速の計測は、アメリカ合衆国特
許(United States Patent)第4,566,459号(1986年1
月)並びにIEEE超音波シンポジウム会議録(IEEE Ultra
sonics Symposium Proceedings)(1987年10月14日〜16
日)第917〜926頁に記載されている合焦法(Focus Adju
stment Method)を応用して行なう。すなわち、送受波
器2〜4による受信信号に、受波フォーカス回路14にお
いて媒質の音速に対応する遅延時間を与えて互いに加算
し結像させるわけであるが、合焦点判定並びに平均音速
検出回路21の制御により仮定する媒質の音速を少しずつ
動かしながら最も強度が大きく鮮明な像を与える結像条
件を検出する。この方法で計測できるのは送受波器から
焦点までの平均音速なので、第10図に示すように温度が
ほぼ一定とみなし得る程度の大きさの温度上昇測定領域
Aの直前および直後にそれぞれ焦点F0およびF1を設定し
て、F0までの音速計測値を記憶回路22−1に記録し、F1
までの音速計測値を記憶回路22−2に記録する。温度上
昇検出回路15では、両者の値から測定領域Aの音速を算
出し、領域Aの温度上昇に対応する計測信号として表示
回路16および加温用送波回路11に入力される。非線形係
数の場合と同様、±10℃程度の温度範囲では音速の温度
変化分は温度変化に比例しているとみることができる。 さらにもう1つの実施例として、加温手段として同じ
く超音波照射を用い、測温手段として超音波減衰係数計
測を用いた装置の構成のブロック図を、第11図に示す。
図中の加温監視用超音波送受波器2を組み込んだ加温用
送波器1は、第2図の第1の実施例のものと全く同様で
ある。第1の実施例との相違点は、温度上昇に対応する
計測信号として、超音波非線形係数の代わりに、超音波
減衰係数を用いる点である。従って、加温監視用超音波
送受波器2の中心周波数は、加温用送波器1の中心周波
数の必ずしも2倍である必要はない。 反射法による超音波減衰係数の計測は、IEEE音響学・
音声信号処理学会報(IEEE Transactions on Acoustic
s,Speech Signal Processing)(1984年1月)第32巻第
1〜6頁に記載されている生体組織中の超音波減衰の周
波数比例的特性を用いて減衰係数を計測する方法を応用
する。すなわち、比帯域幅の大きなパルス状超音波を送
受波器2により送波することによって送受波器2により
受信される信号に、受波フォーカス回路14において遅延
時間を与えて互いに加算してエコー信号を得て、そのエ
コー信号をエコー信号周波数分析回路23において周波数
分析する。第12図に示すように温度がほぼ一定とみなし
得る程度の大きさの温度上昇測定領域Aの直前および直
後にそれぞれ焦点F0およびF1を設定して、それぞれの近
傍からのエコー信号の回路23によるスペクトルを、音速
計測値を求めるために、それぞれ記憶回路24−1および
24−2に記録する。回路15では、記憶回路24−1に記憶
されたスペクトルを記憶回路24−2に記憶されたスペク
トルで除算した振幅スペクトルに周波数比例特性をあて
はめ、その比例係数から測定領域Aにおける超音波の減
衰係数を算出し、領域Aの温度上昇に対応する計測信号
として表示回路16および加温用送波回路11に入力され
る。非線形係数の場合と同様、±10℃程度の温度範囲で
は減衰係数の温度変化分は温度変化に比例しているとみ
ることができる。 焦点F0およびF1の近傍の反射係数がそれぞれ一定であ
ると仮定し、焦点をF0およびF1に設定したときのエコー
強度そのものの比を領域Aの温度上昇に対応する計測信
号として扱う方法もあるが、加温によって焦点F0および
F1の近傍の反射係数が変化した場合、それを領域Aにお
ける減衰係数の温度変化分と誤読する恐れがあるので、
上記実施例の方法の方がより安全である。 なお、以上では、超音波を加温手段に用いた実施例の
みを説明したが、電界・磁界を用いる方法であっても、
第5回国際ハイパーサーミアシンポジウム予稿集(Abst
racts of 5th International Symposium on Hypertherm
ic Oncology)(1988年8月29日〜9月3日)第113頁に
記載されているように、比較的狭い範囲に加温エネルギ
を集中できる方法であれば、本発明の治療装置の加温手
段として用いることができる。また、以上では、測温手
段としても超音波を用いた実施例のみを説明したが、同
じく第5回国際ハイパーサーミアシンポジウム予稿集第
155頁に記載されているようなNMRにより計測される緩和
時間や拡散定数の温度係数を利用する方法を、本発明の
加温治療装置における無侵襲温度計測手段として用いる
こともできる。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 12. As a first embodiment, FIG. 1 shows a block diagram of a configuration of an apparatus using ultrasonic irradiation as a heating unit and using ultrasonic nonlinear coefficient measurement as a temperature measuring unit. 2 (a) and 2 (b) show a side view and a bottom view of the fundamental frequency transmitter 1 incorporating the double frequency transmitter / receiver 2 in the figure. The array type transmitter 1 is used in IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings.
(October 14 to 16, 1987) The ultrasonic transducers 1-1 to 1-1 of the transmitter 1 have basically the same type as the array type transmitter described on pages 867 to 870. The acoustic matching layer 5 made of light metal is provided for effective heat radiation from -N, and a therapeutic focal zone having a variable size can be formed based on the control by the transmission circuit 11. it can. In this embodiment, this array type transmitter is used as a transmitter for heating, and at the same time, the partial aperture (outer diameter 80 mm, inner diameter 40 mm) is divided into two as shown in FIG. By doing so, it is also used as a fundamental frequency transmitter for measuring nonlinear coefficients. The transducer 2 in FIGS. 1 and 2 has basically the same form as a normal pulse-echo image pickup sector scan type array transducer, and has an ultrasonic transducer 2-. 1, 2-
, 2-n and the acoustic matching layer 6. In this embodiment, this is used not only as a double frequency receiver for measuring the nonlinear coefficient but also as a transducer for ordinary pulse echo imaging. FIG. 2B shows a view when the acoustic matching layers 5 and 6 are seen through. In order to avoid complication, the acoustic coupling material is omitted from FIG. This device has two transmission modes. The first mode is a mode in which the partial aperture of the transmitter 1 is divided into two as described above and driven by fundamental frequencies having phases opposite to each other. The second mode is a mode in which the transmitter / receiver 2 is driven by a double frequency. In the second mode,
Under the control of the ultrasonic transducer transmission control circuit 12, each transducer is driven by the transmission / reception circuit 13 with a signal given a delay time for focusing exactly the same as a normal single focus, In mode 1, the signal of each transducer is given a delay time for a normal single focus,
Each of the transducers is driven by the wave transmitting circuit 11 with a signal obtained by inverting the phase of the signal of one of the transducer groups of the two divided partial apertures. That is, the elements corresponding to the + and-portions in FIG. 3 are driven by the signals whose waveforms are shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). A double-frequency echo reflected by an acoustic discontinuity near the transmission focal point (in this example, a point reflector) as shown in FIG. 4C as an example is transmitted to the transducer 2 and the transmission / reception circuit 13. , A delay time for focusing is given in the reception focusing circuit 14, and they are added to each other to be converted into an echo intensity. The echo intensity at the time of the double frequency transmission is directly input to the display circuit 16 and displayed as a normal ultrasonic pulse echo image, while being recorded in the storage circuit 20-2 and used for calculating a nonlinear coefficient. On the other hand, the double frequency echo intensity at the time of the fundamental frequency reverse phase transmission is once recorded in the storage circuit 20-1 and input to the temperature rise detection circuit 15. The circuit 15 divides this echo intensity by the echo intensity from the corresponding position recorded in the storage circuit 20-2, thereby removing the influence of the reflection intensity at that position and removing the measured value of the nonlinear coefficient near the position. Is calculated and input to the display circuit 16 as a signal corresponding to the temperature rise. The display circuit 16 displays the change with time. The signal corresponding to the temperature rise is also input to the transmission circuit 11, and the transmission intensity for heating is adjusted. In addition, the above-described ordinary pulse echo image is useful for selecting or positioning the heating region. An example of a sound field for measuring a nonlinear coefficient formed on the focal plane by the apparatus of the present embodiment will be described below. FIGS. 5 (a) and (b) show a geometrical focal length of 120 mm when the partial aperture of FIG. 3 is driven by a signal having a center frequency of 1 MHz shown in the waveforms of FIGS. 4 (a) and (b). 3 shows a sound field having a fundamental frequency of 1 MHz and a double frequency of 2 MHz formed on the focal plane of FIG. The vertical axis is the ultrasonic intensity normalized by the maximum value in each figure. At the focal point, while the frequency component has a peak while the intensity of the fundamental frequency component is 0, if a double-frequency reflected echo is received by a receiver having the same point as the focal point, the transmitted wave to the focal point Only the double frequency generated by nonlinear propagation can be received without being affected by nonlinear phenomena in reflection and the like. FIG. 5 (e)
This is the sound field of the double frequency reception (or transmission) by the transmitter / receiver 2 for the reception. FIG. 6 plots the contribution of the measured value of the nonlinear coefficient of each point in the transmission path to the amplitude on a plane that includes the central axis of the transmission and reception aperture and is orthogonal to the line that divides the transmission aperture into two. Things. The distribution of the contribution of the nonlinear coefficient is localized within a range of about 7 mm in both the depth direction and the azimuth direction.When considering the ultrasonic nonlinear coefficient as a measurement signal corresponding to the temperature rise, the spatial resolution of this degree is It can be seen that is obtained with respect to. FIG. 7 shows an example of a time chart of a heating treatment using the ultrasonic heating device of this embodiment. In the figure, (a) shows the effective value of the transmission amplitude of the transmitter 1, (b) shows the temperature of the living tissue to be treated, and (c) shows the measured value of the ultrasonic nonlinearity of the living tissue to be treated every three seconds. The absolute value of the change with respect to the initial value was plotted. The heating target temperature of the living tissue to be treated was set at normal temperature + 8 ° C., and heating was performed. In the temperature range of about ± 10 ° C., it can be considered that the temperature change of the nonlinear coefficient of (c) is proportional to the temperature change of (b). After recording the initial value of the ultrasonic nonlinearity coefficient measurement value in the main control circuit 10 in order to reach the target temperature of the treatment target biological tissue in a short time without being affected by the large uncertainty blood flow due to the biological tissue, 10 W / cm 3 rapid heat input for 3 seconds was performed by the ultrasonic transmitter 1, and the measured value of the nonlinear coefficient immediately after the stop of the rapid heating was stored in the transmission circuit 11 as a comparative reference value at the time of steady heating. For 60 seconds after the rapid heating stop, measure the time change of the nonlinear coefficient, estimate the blood flow from the time constant,
From the estimated value, calculate the amount of heat required to steadily heat the living tissue to be treated to the target temperature, and after 60 seconds after stopping the rapid heating, calculate the above-mentioned comparative reference value nonlinear coefficient measurement value centering on the calculated value. The main control circuit 10 and the wave transmission circuit 11 were configured to perform heating while adjusting the amount of heat input by comparison. In this example, the blood flow rate is 10 kg / s /
It was estimated to be m 3, and the heat input required for steady heating was estimated to be 40 mW / cm 3 . If the spatial distribution of the amount of heat input for heating spreads not only to the affected area but also to the area of normal tissue, there is a high risk that such short-time rapid heating will cause considerable damage to normal tissue. Therefore, in the present embodiment, an ultrasonic wave which easily makes the distribution of the input heat amount local is used as the heating means.
On the other hand, when the target value during steady-state heating is determined using the measured values after such short-time rapid heating, if the spatial distribution of the heat input for heating is too local, the short-time rapid The difference in the spatial temperature distribution between after heating and during steady heating can be problematic. However, even if the spatial distribution of the heat input is heated by ultrasonic waves that tend to be unnecessarily local, if a technology that can form a focal region having an appropriate spread as in this embodiment is used, Such a problem can be avoided. In this embodiment, the heating ultrasonic transmitter is also used as the nonlinear coefficient measurement transmitter. However, the nonlinear coefficient measurement receiver is used to transmit the fundamental frequency for nonlinear coefficient measurement. It is good also as a structure used also as a container. Further, the blood flow rate measured by the method of the present invention can be displayed on the display circuit 16 as a blood flow distribution image or a graph showing the change over time in the blood flow in the region of interest, and can be provided as medical diagnosis information. However, in this case, in order to avoid the possibility of damage to the living tissue to be measured due to heating, the range of increase in temperature due to heating is minimized within a range where a signal-to-noise ratio required for measurement can be obtained. As another embodiment, FIG. 8 shows a block diagram of the configuration of an apparatus using the same ultrasonic irradiation as the heating means and using ultrasonic sound velocity measurement as the temperature measuring means. 9 (a) and 9 (b) show a side view and a bottom view of the heating transmitter 1 incorporating the heating monitoring ultrasonic transducers 2 to 4 in the figure. The difference from the first embodiment is that an ultrasonic sound velocity is used instead of an ultrasonic nonlinear coefficient as a measurement signal corresponding to a temperature rise. Array type transmitter 1
Has a structure and function similar to those of the first embodiment, and can form a treatment focal zone having a variable size expansion. The transducers 2 to 4 also have the same structure as the transducer 2 of the first embodiment, and the transducer 2 is used to generate a normal pulse echo image useful for selecting and positioning a heating area. Also used for forming. Measurement of the ultrasonic velocity of sound by the reflection method is described in United States Patent No. 4,566,459 (Jan. 1986).
And IEEE Ultrasonic Symposium Proceedings (IEEE Ultra
sonics Symposium Proceedings) (October 14, 1987-16, 2016)
Sun) Focusing Method (Focus Adju) described on pages 917-926
stment Method). That is, the reception signals from the transmitters and receivers 2 to 4 are given a delay time corresponding to the sound speed of the medium in the reception focus circuit 14 and added to each other to form an image. While the sound speed of the medium to be assumed is gradually moved by the above control, an imaging condition for providing a sharpest image with the highest intensity is detected. Since the average sound velocity from the transducer to the focal point can be measured by this method, as shown in FIG. 10, the focal point F immediately before and after the temperature rise measurement area A whose temperature can be considered to be substantially constant, respectively. set 0 and F 1, to record the acoustic velocity measurements to F 0 in the memory circuit 22 - 1, F 1
The measured sound speed values up to are recorded in the storage circuit 22-2. The temperature rise detection circuit 15 calculates the sound speed of the measurement area A from both values, and inputs it to the display circuit 16 and the heating wave transmission circuit 11 as a measurement signal corresponding to the temperature rise in the area A. As in the case of the non-linear coefficient, it can be considered that the temperature change of the sound velocity is proportional to the temperature change in the temperature range of about ± 10 ° C. As still another embodiment, FIG. 11 shows a block diagram of the configuration of an apparatus using the same ultrasonic irradiation as the heating means and using the ultrasonic attenuation coefficient measurement as the temperature measuring means.
The heating transmitter 1 incorporating the heating monitoring ultrasonic transducer 2 in the figure is exactly the same as that of the first embodiment in FIG. The difference from the first embodiment is that an ultrasonic attenuation coefficient is used instead of an ultrasonic nonlinear coefficient as a measurement signal corresponding to a temperature rise. Therefore, the center frequency of the heating monitoring ultrasonic transducer 2 does not necessarily need to be twice the center frequency of the heating transmitter 1. Measurement of ultrasonic attenuation coefficient by reflection method is based on IEEE acoustics
IEEE Transactions on Acoustic
s, Speech Signal Processing) (January 1984), Vol. 32, pp. 1-6 applies a method of measuring an attenuation coefficient using the frequency proportional characteristic of ultrasonic attenuation in living tissue. That is, a pulse-like ultrasonic wave having a large relative bandwidth is transmitted by the transmitter / receiver 2, and a delay time is given to the signal received by the transmitter / receiver 2 in the receive focus circuit 14, and the signals are added to each other to produce an echo signal And the echo signal is subjected to frequency analysis in the echo signal frequency analysis circuit 23. As shown in FIG. 12, the focuses F 0 and F 1 are set immediately before and immediately after the temperature rise measurement area A having a size such that the temperature can be regarded as substantially constant, and a circuit of an echo signal from each vicinity is set. The storage circuit 24-1 and the storage circuit 24-1 are used to calculate the sound velocity measurement value.
Record in 24-2. In the circuit 15, the frequency proportional characteristic is applied to the amplitude spectrum obtained by dividing the spectrum stored in the storage circuit 24-1 by the spectrum stored in the storage circuit 24-2, and the attenuation coefficient of the ultrasonic wave in the measurement area A is obtained from the proportional coefficient. Is calculated and input to the display circuit 16 and the heating wave transmitting circuit 11 as a measurement signal corresponding to the temperature rise in the area A. As in the case of the nonlinear coefficient, it can be considered that the temperature change of the attenuation coefficient is proportional to the temperature change in a temperature range of about ± 10 ° C. Assuming that the reflection coefficients near the focal points F 0 and F 1 are respectively constant, the ratio of the echo intensities themselves when the focal points are set to F 0 and F 1 is treated as a measurement signal corresponding to the temperature rise in the area A. There is also a method, but by heating the focus F 0 and
If the reflection coefficient in the vicinity of F 1 changes, it may be misread as the temperature change of the attenuation coefficient in the region A.
The method of the above embodiment is more secure. In the above, only the embodiment using the ultrasonic wave as the heating means has been described.
Proceedings of the 5th International Hyperthermia Symposium (Abst
racts of 5th International Symposium on Hypertherm
ic Oncology) (August 29-September 3, 1988), page 113, as long as the heating energy can be concentrated in a relatively narrow range, the treatment apparatus of the present invention can be used. It can be used as a heating means. In the above, only the embodiment using ultrasonic waves as the temperature measuring means has been described, but the 5th International Hyperthermia Symposium
A method utilizing the temperature coefficient of the relaxation time or diffusion constant measured by NMR as described on page 155 can also be used as the non-invasive temperature measuring means in the heating treatment apparatus of the present invention.
以上説明したように、本発明によれば、熱電対やサー
ミスタ等の侵襲的な温度測定手段を用いることなく、治
療対象部位の超音波の音速または減衰係数または非線形
係数を無侵襲計測することにより、たとえこれらの物理
量の治療対象生体組織における温度係数が不明な場合で
あっても、治療対象部位を目標温度に保って加温するこ
とを可能とし、安全性と能率の高い加温治療装置を提供
することができる。また、本発明によれば、加温対象生
体組織中の血流量を推定する計測装置を提供することが
でき、これは、医療診断上ならびに治療計画上きわめて
有用である。As described above, according to the present invention, without using invasive temperature measuring means such as a thermocouple or thermistor, by non-invasively measuring the sound velocity or attenuation coefficient or nonlinear coefficient of the ultrasonic wave of the treatment target site Even if the temperature coefficients of these physical quantities in the target living tissue are unknown, it is possible to heat the target site while maintaining the target temperature at the target temperature. Can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a measuring device for estimating a blood flow rate in a living tissue to be heated, which is extremely useful in medical diagnosis and treatment planning.
第1図は、測温手段として超音波非線形係数の計測を用
いた本発明の一実施例装置の構成のブロック図、第2図
(a)および(b)は、その実施例において用いられる
加温・測温用超音波送受波器の側面図および下面図、第
3図は、非線形係数計測用の基本周波数送波器として用
いられる加温用アレイの部分口径、第4図(a)および
(b)は、その2分割された部分口径中の互いに対応す
る素子の送波信号波形、図中(c)は、そのときの倍周
波の受波エコー信号波形、第5図(a)および(b)
は、そのとき焦点面上に形成されるそれぞれ基本周波お
よび倍周波の送波音場、図中(c)は、監視用送受波器
による倍周波の受波(または送波)音場、第6図は、送
波伝播路中各点の非線形係数の計測値の振幅における寄
与を、送受波口径の中心軸を含み、送波口径を2分割す
る線に直交する平面上に、プロットした図である。第7
図は、本発明の実施例の超音波加温装置を用いた加温治
療のタイムチャートの一例であり、図中(a)は、加温
用送波器の送波振幅の実効値、(b)は、治療対象生体
組織の温度、(c)は、治療対象生体組織の温度に対応
する計測信号の3秒おきの計測値の初期値を基準とした
変化分の絶対値をプロットした図である。 第8図は、測温手段として超音波音速計測を用いた本発
明のもう1つの実施例装置の構成のブロック図、第9図
(a)および(b)は、その実施例において用いられる
加温・測温用超音波送受波器の側面図および下面図、第
10図は、領域Aの温度上昇を測定するための音速計測用
の焦点F0およびF1の設定の例を示す図である。 第11図は、測温手段として超音波減衰係数計測を用いた
本発明の一実施例装置の構成のブロック図、第12図は、
領域Aの温度上昇を測定するための超音波減衰係数計測
用の焦点F0およびF1の設定の例を示す図である。 符号の説明 1−1,1−2,…,1−N……加温用超音波振動子、2−1,2
−2,…,2−n……第1群の監視用超音波振動子、3−1,
3−2,…,3−n……第2群の監視用超音波振動子、4−
1,4−2,…,4−n……第3群の監視用超音波振動子、5
……軽金属製音響整合層、6……音響整合層、7……背
面制動層、10……主制御回路、11……治療用超音波振動
子送波回路、12……監視用超音波振動子送波制御回路、
13……送受波回路、14……受波フォーカス並びにエコー
強度検出回路、15……温度上昇検出回路、16……表示回
路、20−1……逆相送波時のエコー強度記憶回路、20−
2……倍周波同相送波時のエコー強度記憶回路、21……
合焦判定並びに平均音速検出回路、22−1……目標領域
直前までの平均音速記憶回路、22−2……目標領域直後
までの平均音速記憶回路、23……エコー信号周波数分析
回路、24−1……目標領域直前のエコー信号周波数成分
記憶回路、24−2……目標領域直前のエコー信号周波数
成分記憶回路。FIG. 1 is a block diagram of a configuration of an apparatus according to an embodiment of the present invention using measurement of an ultrasonic nonlinear coefficient as a temperature measuring means, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are diagrams showing additional elements used in the embodiment. FIG. 3 is a side view and a bottom view of the ultrasonic transducer for temperature / temperature measurement, FIG. 3 is a partial diameter of a heating array used as a fundamental frequency transmitter for measuring a nonlinear coefficient, FIG. (B) is a transmission signal waveform of an element corresponding to each other in the two divided partial apertures, (c) is a double-frequency reception echo signal waveform at that time, (a) of FIG. (B)
Is the transmitted sound field of the fundamental frequency and the double frequency respectively formed on the focal plane at that time, (c) is the sound field of the received (or transmitted) wave of the double frequency by the monitoring transducer, The figure is a diagram in which the contribution of the measured value of the nonlinear coefficient of each point in the transmission propagation path to the amplitude is plotted on a plane that includes the central axis of the transmission and reception aperture and is orthogonal to a line that divides the transmission aperture into two. is there. Seventh
FIG. 1 is an example of a time chart of a heating treatment using the ultrasonic heating device according to the embodiment of the present invention, in which (a) shows the effective value of the transmission amplitude of the heating transmitter, (b) is a plot of the temperature of the biological tissue to be treated, and (c) is a plot of the absolute value of the change of the measurement signal corresponding to the temperature of the biological tissue to be treated, based on the initial value of the measured value every three seconds. It is. FIG. 8 is a block diagram of the configuration of another embodiment of the present invention using ultrasonic sound velocity measurement as a temperature measuring means, and FIGS. 9 (a) and (b) show additional components used in the embodiment. Side view and bottom view of an ultrasonic transducer for temperature and temperature measurement,
10 is a view showing an example of a focal point F 0 and F 1 of settings for sound velocity measurement for measuring the temperature rise in the region A. FIG. 11 is a block diagram of the configuration of an embodiment of the present invention using ultrasonic attenuation coefficient measurement as a temperature measuring means, FIG.
Is a diagram illustrating an example of a focal point F 0 and F 1 set for measurement ultrasonic attenuation coefficient for measuring the temperature rise in the region A. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-1, 1-2,..., 1-N...
−2,..., 2-n...
3-2,..., 3-n...
1,4-2,..., 4-n...
... Acoustic matching layer made of light metal, 6... Acoustic matching layer, 7... Back braking layer, 10... Main control circuit, 11... Slave transmission control circuit,
13: transmission / reception circuit, 14: reception focus and echo intensity detection circuit, 15: temperature rise detection circuit, 16: display circuit, 20-1: echo intensity storage circuit during reverse phase transmission, 20 −
2 ... Echo intensity storage circuit during double frequency in-phase transmission, 21 ...
Focus determination and average sound velocity detection circuit 22-1 ... average sound velocity storage circuit immediately before the target area 22-2 ... average sound velocity storage circuit immediately before the target area 23 ... Echo signal frequency analysis circuit 24- 1 ... Echo signal frequency component storage circuit immediately before the target area, 24-2 ... Echo signal frequency component storage circuit immediately before the target area.
Claims (16)
ス状超音波を前記治療対象領域に送波し超音波エコー信
号を受波する送受波器を有するパルスエコー型超音波装
置とを具備する加温治療装置において、前記加温手段に
よる前記治療対象領域を目標温度に上昇させる加温の停
止後に前記治療対象領域から計測された第1の超音波エ
コー信号と、前記治療対象領域を前記目標温度に維持す
るための加温中に前記治療対象領域から計測された第2
の超音波エコー信号とを比較して前記加温手段を制御す
る手段を有し、前記治療対象領域の温度を制御すること
を特徴とする加温治療装置。1. A pulse echo type ultrasonic apparatus having a heating means for heating a treatment target area, and a transducer for transmitting pulsed ultrasonic waves to the treatment target area and receiving an ultrasonic echo signal. A first ultrasonic echo signal measured from the treatment target area after the heating unit stops heating to raise the treatment target area to a target temperature; and the treatment target area. Is measured from the treatment target area during the heating to maintain the target temperature at the target temperature.
And a means for controlling the heating means by comparing the ultrasonic echo signal with the ultrasonic echo signal of (c), and controlling the temperature of the treatment target area.
ス状超音波を前記治療対象領域に送波し超音波エコー信
号を受波する送受波器を有するパルスエコー型超音波装
置とを具備する加温治療装置において、前記加温手段に
よる前記治療対象領域を目標温度に上昇させる加温の停
止後に前記治療対象領域から計測された第1の超音波エ
コー信号を記憶する手段と、前記治療対象領域を前記目
標温度に維持するための加温中に前記治療対象領域から
計測された第2の超音波エコー信号を記憶する手段と、
前記第1の超音波エコー信号と前記第2の超音波エコー
信号とを比較して前記加温手段を制御する手段を有し、
前記治療対象領域の温度を制御することを特徴とする加
温治療装置。2. A pulse-echo type ultrasonic apparatus having a heating means for heating a treatment target area, and a transducer for transmitting pulsed ultrasonic waves to the treatment target area and receiving an ultrasonic echo signal. In a warming treatment apparatus comprising: a means for storing a first ultrasonic echo signal measured from the treatment target area after stopping the heating to raise the treatment target area to a target temperature by the heating means, Means for storing a second ultrasonic echo signal measured from the treatment target area during heating to maintain the treatment target area at the target temperature,
Having means for controlling the heating means by comparing the first ultrasonic echo signal and the second ultrasonic echo signal,
A heating treatment apparatus, wherein a temperature of the treatment target area is controlled.
ス状超音波を前記治療対象領域に送波し超音波エコー信
号を受波する送受波器を有するパルスエコー型超音波装
置とを具備する加温治療装置において、前記加温手段に
よる前記治療対象領域を目標温度に上昇させる加温の停
止後に計測された前記治療対象領域の第1の超音波非線
形係数と前記治療対象領域を前記目標温度に維持するた
めの加温中に計測された前記治療対象領域の第2の超音
波非線形係数との比較、前記加温の停止後に計測された
前記治療対象領域の第1の超音波減衰係数と前記治療対
象領域を前記目標温度に維持するための加温中に計測さ
れた前記治療対象領域の第2の超音波減衰係数との比
較、前記加温の停止後に計測された前記治療対象領域の
第1の音速と前記治療対象領域を前記目標温度に維持す
るための加温中に計測された前記治療対象領域の第2の
音速との比較のいずれかの比較に基づいて前記加温手段
を制御する手段を有し、前記治療対象領域の温度を制御
することを特徴とする加温治療装置。3. A pulse echo type ultrasonic apparatus having a heating means for heating a treatment target area, and a transducer for transmitting pulsed ultrasonic waves to the treatment target area and receiving an ultrasonic echo signal. In the heating treatment device comprising: the first ultrasonic nonlinearity coefficient of the treatment target region measured after the heating unit stops heating to raise the treatment target region to the target temperature and the treatment target region. Comparison with a second ultrasonic nonlinearity coefficient of the treatment target region measured during heating for maintaining the target temperature, first ultrasonic wave of the treatment target region measured after stopping the heating A comparison between an attenuation coefficient and a second ultrasonic attenuation coefficient of the treatment area measured during heating for maintaining the treatment area at the target temperature, the treatment measured after the heating is stopped The first sound velocity of the target area and the Means for controlling the heating means based on any comparison of the comparison with the second sound speed of the treatment target area measured during heating to maintain the target area at the target temperature, A heating treatment apparatus, wherein a temperature of the treatment target area is controlled.
ス状超音波を前記治療対象領域に送波し超音波エコー信
号を受波する送受波器を有するパルスエコー型超音波装
置とを具備する加温治療装置において、前記加温手段に
よる前記治療対象領域を目標温度に上昇させる加温の停
止後に計測された前記治療対象領域の第1の超音波非線
形係数、第1の超音波減衰係数、第1の音速のいづれか
を記憶する手段と、前記治療対象領域を前記目標温度に
維持するための加温中に計測された前記治療対象領域の
第2の超音波非線形係数、第2の超音波減衰係数、第2
の音速のいづれかを記憶する手段と、前記第1の超音波
非線形係数と前記第2の超音波非線形係数との比較、前
記第1の超音波減衰係数と前記第2の超音波減衰係数と
の比較、前記第1の音速と前記第2の音速との比較のい
ずれかの比較に基づいて前記加温手段を制御する手段を
有し、前記治療対象領域の温度を制御することを特徴と
する加温治療装置。4. A pulse echo type ultrasonic apparatus having a heating means for heating a treatment target area, and a transducer for transmitting pulsed ultrasonic waves to the treatment target area and receiving an ultrasonic echo signal. A first ultrasonic nonlinearity coefficient of the treatment target area measured after the heating unit stops heating to raise the treatment target area to a target temperature, a first ultrasonic wave. Means for storing one of an attenuation coefficient and a first sound velocity; a second ultrasonic nonlinearity coefficient of the treatment target area measured during heating to maintain the treatment target area at the target temperature; Ultrasonic attenuation coefficient of the second
Means for storing any one of the sound velocities of the first and second ultrasonic non-linear coefficients, and comparing the first ultrasonic non-linear coefficient with the second ultrasonic non-linear coefficient, the first ultrasonic non-linear coefficient and the second ultrasonic non-linear coefficient Comparing the first sound speed with the second sound speed, and controlling the heating unit based on a comparison between the first sound speed and the second sound speed, and controlling the temperature of the treatment target region. Heating therapy device.
ス状超音波を前記治療対象領域に送波し超音波エコー信
号を受波する送受波器を有するパルスエコー型超音波装
置とを具備する加温治療装置において、前記加温手段に
よる前記治療対象領域を目標温度に上昇させる加温の停
止後に計測された前記治療対象領域の超音波非線形係
数、超音波減衰係数、音速のいずれかの時間変化の時定
数から血流量を求めることを特徴とする加温治療装置。5. A pulse echo type ultrasonic apparatus having a heating means for heating a treatment target area, and a transducer for transmitting a pulsed ultrasonic wave to the treatment target area and receiving an ultrasonic echo signal. In the heating treatment apparatus comprising: any one of an ultrasonic nonlinear coefficient, an ultrasonic attenuation coefficient, and a sound velocity of the treatment target area measured after stopping the heating to raise the treatment target area to the target temperature by the heating means. A blood flow rate is determined from a time constant of the time change.
ス状超音波を前記治療対象領域に送波し超音波エコー信
号を受波する送受波器を有するパルスエコー型超音波装
置とを具備する加温治療装置において、前記加温手段に
よる前記治療対象領域を目標温度に上昇させる加温の停
止後に計測された前記治療対象領域の超音波非線形係
数、超音波減衰係数、音速のいずれかの時間変化の時定
数から求めた血流量に基づいて前記加温手段を制御する
ことを特徴とする加温治療装置。6. A pulse echo type ultrasonic apparatus having a heating means for heating a treatment target area, and a transducer for transmitting pulsed ultrasonic waves to the treatment target area and receiving an ultrasonic echo signal. In the heating treatment apparatus comprising: any one of an ultrasonic nonlinear coefficient, an ultrasonic attenuation coefficient, and a sound velocity of the treatment target area measured after stopping the heating to raise the treatment target area to the target temperature by the heating means. A heating unit that controls the heating unit based on a blood flow rate obtained from the time constant of the time change.
ス状超音波を前記治療対象領域に送波し超音波エコー信
号を受波する送受波器を有するパルスエコー型超音波装
置とを具備する加温治療装置において、前記加温手段に
よる前記治療対象領域を目標温度に上昇させる加温の停
止後に計測された前記超音波エコー信号から求めた前記
治療対象領域に関する超音波特性値の時定数から血流量
を求めることを特徴とする加温治療装置。7. A pulse echo type ultrasonic apparatus having a heating means for heating a treatment target area, and a transducer for transmitting pulsed ultrasonic waves to the treatment target area and receiving an ultrasonic echo signal. In the warming treatment device comprising: the ultrasonic characteristic value of the treatment target region obtained from the ultrasonic echo signal measured after the heating unit stops heating to raise the treatment target region to the target temperature by the heating means A heating treatment apparatus characterized in that blood flow is obtained from a time constant.
ス状超音波を前記治療対象領域に送波し超音波エコー信
号を受波する送受波器を有するパルスエコー型超音波装
置とを具備する加温治療装置において、前記治療対象領
域からの前記超音波エコー信号に基づいて前記加温手段
を制御する手段を有し、前記治療対象領域を目標温度に
維持することを特徴とする加温治療装置。8. A pulse echo type ultrasonic apparatus having a heating means for heating a treatment target area, and a transducer for transmitting pulsed ultrasonic waves to the treatment target area and receiving an ultrasonic echo signal. A heating treatment apparatus comprising: a means for controlling the heating means based on the ultrasonic echo signal from the treatment target area, wherein the treatment target area is maintained at a target temperature. Heating therapy device.
かに記載の装置において、前記加温手段が超音波送波器
から構成され、前記超音波送波器は前記パルスエコー型
超音波装置の前記送受波器と共用されることを特徴とす
る加温治療装置。9. An apparatus according to claim 1, wherein said heating means comprises an ultrasonic transmitter, and said ultrasonic transmitter is a pulse-echo type. A heating treatment apparatus, which is used in common with the transducer of an ultrasonic apparatus.
れかに記載の装置において、前記パルスエコー型超音波
装置の前記送受波器が、前記治療対象領域の撮像を行な
う超音波送受波器と共用されることを特徴とする加温治
療装置。10. The apparatus according to claim 1, wherein said transducer of said pulse-echo type ultrasonic apparatus is configured to transmit and receive an image of said treatment target area. A heating treatment device characterized by being shared with a wave device.
超音波エコー信号を受波する送受波器を有するパルスエ
コー型超音波装置と、前記治療対象領域を加温する加温
手段を有する加熱治療装置とを具備し、前記加温手段に
よる前記治療対象領域を目標温度に上昇させる加温の停
止後に計測された前記治療対象領域の超音波非線形係
数、超音波減衰係数、音速のいずれかの時間変化の時定
数から血流量を求めることを特徴とする血流量計測装
置。11. A pulse echo type ultrasonic apparatus having a transmitter / receiver for transmitting pulsed ultrasonic waves to a treatment target area and receiving an ultrasonic echo signal, and a heating means for heating the treatment target area. A heating treatment device having the heating means, the heating means to raise the treatment target region to a target temperature, the ultrasonic non-linear coefficient of the treatment target region measured after stopping the heating, any of the ultrasonic attenuation coefficient, sound velocity A blood flow measuring device for determining a blood flow from a time constant of the time change.
超音波エコー信号を受波する送受波器を有するパルスエ
コー型超音波装置と、前記治療対象領域を加温する加温
手段を有する加熱治療装置とを具備し、前記加温手段に
よる前記治療対象領域を目標温度に上昇させる加温の停
止後に計測された前記超音波エコー信号から求めた前記
治療対象領域に関する超音波特性値の時定数から血流量
を求めることを特徴とする血流量計測装置。12. A pulse echo type ultrasonic apparatus having a transducer for transmitting a pulsed ultrasonic wave to a treatment target area and receiving an ultrasonic echo signal, and a heating means for heating the treatment target area. Comprising a heat treatment device having, the ultrasonic characteristic value of the treatment target region obtained from the ultrasonic echo signal measured after stopping the heating to raise the treatment target region to the target temperature by the heating means A blood flow measuring device for determining a blood flow from a time constant.
の装置において、前記加温手段が超音波送波器から構成
され、前記超音波送波器が前記パルスエコー型超音波装
置の前記送受波器と共用されることを特徴とする血流量
計測装置。13. The apparatus according to claim 11, wherein said heating means comprises an ultrasonic transmitter, and said ultrasonic transmitter is an ultrasonic transmitter of said pulse echo type ultrasonic apparatus. A blood flow measuring device shared with the transducer.
の装置において、前記パルスエコー型超音波装置の前記
送受波器が、前記治療対象領域の撮像を行なう超音波送
受波器と共用されることを特徴とする血流量計測装置。14. An apparatus according to claim 11, wherein said transducer of said pulse-echo type ultrasonic apparatus is shared with an ultrasonic transducer for imaging said area to be treated. Blood flow measuring device.
の装置において、血流分布像を表示する手段を有するこ
とを特徴とする血流量計測装置。15. A blood flow measuring device according to claim 11, further comprising means for displaying a blood flow distribution image.
の装置において、血流の経時変化を表示する手段を有す
ることを特徴とする血流量計測装置。16. A blood flow measuring device according to claim 11, further comprising means for displaying a change in blood flow over time.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1078222A JP2735280B2 (en) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | Heated therapy device and blood flow measurement device including the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1078222A JP2735280B2 (en) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | Heated therapy device and blood flow measurement device including the same |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02257950A JPH02257950A (en) | 1990-10-18 |
JP2735280B2 true JP2735280B2 (en) | 1998-04-02 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP1078222A Expired - Fee Related JP2735280B2 (en) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | Heated therapy device and blood flow measurement device including the same |
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JP (1) | JP2735280B2 (en) |
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---|---|---|---|---|
JP6043092B2 (en) * | 2012-05-25 | 2016-12-14 | 学校法人日本大学 | Ultrasound medical device |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP1078222A patent/JP2735280B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPH02257950A (en) | 1990-10-18 |
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