JPH03251240A

JPH03251240A - 超音波治療装置

Info

Publication number: JPH03251240A
Application number: JP2045496A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Iinuma; 一浩飯沼
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1991-11-08
Also published as: US5448994A; DE69129556D1; EP0444680A1; DE69129556T2; EP0444680B1

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、強力超音波または衝撃波により体内組織にエ
ネルギーを加えて治療する超音波治療装置に関する。

（従来の技術）従来、超音波治療装置において、腎結石や胆石等を体外
から衝撃波（以下、強力超音波という。）を照射するこ
とにより、破砕する結石破砕装置が知られている。この
結石破砕装置は、アプリケータ内にある直径３０ｃｍ〜
４０ｃｍの球殻状の凹面振動子から焦点に向けて強力超
音波を発射させ、焦点位置に結石が来るように人体に対
してアプリケータを設定し結石を破砕するものである。

また前記凹面振動子の中央においている孔から映像用超
音波プローブを挿入し、この超音波プローブをセクタ走
査させて、モニタ上に断層像を表示することにより、前
記結石の位置を固定することができる。この場合、強力
超音波は、体表付近では比較的広く、結石に近付くにし
たがって一点に集束するような円錐状をなして伝搬する
。

一方、映像用超音波プローブにより得られる画像は、セ
クタ走査を行なっているため、体表では点に近く体内に
行くに従って広くなるという扇形状をなしている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、超音波プローブがセクタ走査を行なって
いるため、生体表面付近では、ブラインド領域を生じる
。このため、生体表面に近いところの強力超音波の経路
内に腸管や骨があっても、断層像上には表示されなくな
っていた。また断層像は、断面であるから、円錐状の強
力超音波の経路の断層像の前後もまったく表示されず、
これも大きなブラインド領域となっていた。さらに特に
結石をできるだけ鮮明に描出するには、セクタプローブ
を結石にできるだけ近つけるた方がよいが、このように
すれば、それだけブラインド領域は大きくなってしまう
。このため強力超音波の伝搬経路を全部に亘って画像表
示することができなかった。

また結石は、実際には体表から数（１）のところに位置
しており、強力超音波の伝搬経路中に骨や腸管内ガス、
肺の一部などが介在すると、結石に有効な超音波パワー
を照射できなくなる。さらには骨に対して損傷を与えた
り、ガスにより超音波が反射し、この反射超音波が周囲
に散乱したりする。

このため被検体に対して痛みや障害を与える恐れがあっ
た。

そこで本発明の目的は、ブラインド領域の状態をも観察
でき、骨やガスなどの有無を容易に判別して、これによ
り適切な強力超音波の照射経路を選択でき、効率良くし
かも安全に治療できる超音波治療装置を提供することに
ある。

［発明の構成］（課題を解決する為の手段）本発明は上記の課題を解決し目的を達成する為に次のよ
うな手段を講じた。本発明は、分割された各部分振動子
で強力超音波を生体に照射し該生体から反射超音波を検
出する振動子と、前記各部分振動子に対応して設けられ
これらを駆動する駆動手段と、前記振動子から前記強力
超音波または弱超音波を発射すべく前記駆動手段を制御
する制御手段と、この制御手段の制御により前記振動子
から弱超音波を発射すると、前記各部分振動子と前記生
体内の照射対象物との間の超音波伝搬経路からの反射超
音波を前記各部分振動子を介して受信し各受信信号を処
理する手段と、この手段で得た各処理信号により前記超
音波伝搬経路の情報を表示する表示手段とを具備したこ
とを特徴とする。

また制御手段は、各部分振動子に対応する超音波伝搬経
路の情報に基づき必要な部分振動子のみから強力超音波
を発射すべく駆動手段を制御することを特徴とする。

さらに表示手段は、各部分振動子に対応して検出した反
射超音波の大きさを、前記各部分振動子の配列に対応し
て輝度点滅またはカラー表示することを特徴とする。

さらにまた表示手段は、部分振動子に対応して検出した
反射超音波の大きさを、部分振動子と焦点とを結ぶ超音
波伝搬経路の部分振動子の中心軸に垂直な方向の透視画
像として表示することを特徴とする。

（作用）このような手段を講じたことにより、次のような作用を
呈する。振動子を複数の部分振動子に分割し、この各々
の部分振動子から弱超音波を発射し、その反射波を部分
振動子ごとに検出して表示するので、部分振動子と焦点
とを結ぶ伝搬経路の状態を容易に把握でき、ブラインド
領域がなくなる。これにより強力超音波の最適経路を容
品に選定し、確認した上で強力超音波を発射させること
ができるようになるので、骨や肺、腸内ガスなどによる
不要な反射の身体に対する悪影響や患者の苦痛を激減し
、安全性を向上させ、しかも効率良く治療できる。

また超音波伝搬経路の情報に基づき部分振動子を選択駆
動するので、例えば強力超音波を照射しても特に障害が
ない部位のみを照射することになり、さらに生体の安全
性を確保及び効率良く治療できる。

さらに反射超音波の大きさを、輝度、カラー表色、ある
いは透視画像で表示するので、伝搬経路の状態を容易に
目視で把握でき、適切な治療を行なえる。

（実施例）第１図は本発明に係る超音波治療装置の一実施例として
の結石破砕装置を示す概略ブロック図、第２図は前記結
石破砕装置のアプリケータを示す概略図で、第２図（ａ
）は複数の部分振動子に分割された凹面振動子を示す概
略図、第２図（ｂ）は前記アプリケータが体表の上に載
っている状態を示す概略図である。

第１図において、結石破砕装置は、凹面振動子１、パル
サー１５（１５−１〜１５−２０）、　　リミタ１６　
（１６−１〜］　６−２０）、プリアンプ１７（１７−
１〜１７−２０）、信号処理回路１８　（１８−１〜１
．８−２０）、　　レートパルスジェネレータ１９．Ｄ
ＳＣ２０，モニタ２１．コントローラ２２．加算処理回
路２３．フリーズボタン２４を有する。

前記凹面振動子１は、凹面状をなす圧電素子がらなり、
第２図に示すアプリケータ１１に設けられ、前記パルサ
ー１５からの駆動により強力超音波パルス、衝撃波１弱
超音波パルスを発射するものである。

前記凹面振動子１は、第２図（ａ）に示すように相互に
接触する２つのリングがらなり、これらのリングはそれ
ぞれ異なる複数の部分振動子に分割されている。凹面振
動子１は、例えば外側のリングでは均等に１２分割（ａ
ｌ、ａ２．・・・ａｌ２）され、かつ内側のリングでは
均等に８分割（ｂｌ。

ｂｌ・・・ｂ８）され、合計で２０分割されている。

これらの部分振動子（ａｌ　〜ａ１２．ｂｌ　〜ｂ８）
の出力側は、前記第１図に示すパルサー１５及びリミタ
１６の入力側に接続されている。

前記アプリケータ１１は、図示の如く前記凹面振動子１
．媒質としての例えば水２．この水２を封入するゴム膜
３．超音波セクタプローブ９及び図示しない機構部を有
している。

そして前記凹面振動子１により発射した強力超音波パル
スは、水２．ゴム膜３１体表４を通り腎臓６に伝搬する
。凹面振動子１からの強力超音波は、第２図（ｂ）に示
すように凹面振動子１の付近では広く、結石７に近づく
に従って狭くなるような円錐状をなして伝搬するものと
なっている。

超音波セクタプローブ９は、前記凹面振動子１の中央の
穴に挿入され腎臓６内にある結石７の位置をモニタすべ
くセクタ走査する。この超音波セクタプローブ９により
セクタ走査すると、腎臓６内にある結石７を中心とした
扇状断面１２の断層像が図示しないモニタ上に得られる
ものとなっている。前記セクタプローブ９によるセクタ
走査の断面１２は、下に行く従って広くなる扇形状の面
となっている。

次に第１図において、レートパルスジェネレータ１９は
、数Ｈｚ程度のレートパルスを発生し、このレートパル
スをパルサ１５に出力する。

駆動手段としてのパルサー５は、前記レートパルスジェ
ネレータ１９から入力するレートパルスにより前記凹面
振動子１に設けられた各部分振動子（ａｌ〜ｂ８）を駆
動する。各部分振動子（ａｌ〜ｂ８）は前記パルサ１５
により駆動され超音波パルスを発射し、超音波パルス゛
を生体に送波する。

制御手段としてのコントローラ２２は、前記パルサー５
の出力を制御するための信号を送り、強力超音波を発生
させる人出カバルスモードあるいは部分大出力バルスモ
ード、モニタ用の弱い出ヵを発生する小出力パルスモー
ド及び駆動する部分振動子を選別する部分駆動モード及
びパルス出力を止める停止モードなどの制御を行なう。

前記各部分振動子ａ１〜ｂ８は、生体からの反射超音波
を検出して電気信号をリミタ１６に出力する。そしてリ
ミタ１６は各部分振動子から入力する信号に対して所望
の信号のみを得るべく、リミッタ−をかける。

プリアンプ１７は、前記リミタ１６から入力する所望の
信号を所定のレベルまで増幅する。

処理手段としての信号処理回路１８は、プリアンプ１７
から入力する増幅信号を例えば包絡線検波回路などで検
波し、得られた断層像のための信号をレベル調整し、さ
らにＡ／Ｄ変換（アナログ・ディジタル変換）などの処
理を行ない、処理信号をディジタルスキャンコンバータ
（以下ＤＳＣという）２０に出力する。

表示手段としてのＤＳＣ２０は、フレームメモリを有し
、このフレームメモリに信号処理回路１８から入力する
各々の処理信号を書き込む。すなわちＤＳＣ２０は各々
の処理信号を図示しない書き込みアドレス信号を用いて
各部分振動子に対応する如くフレームメモリに書込み、
画像パターンを形成する。

またＤＳＣ２０は、この書き込まれた各々の処理信号を
超音波スキャンからＴＶスキャンに変換し、フレームメ
モリ１２の所望の画像パターンが表示手段としてのモニ
タ２１に表示される。

次にこのように構成された実施例の作用について説明す
る。まずコントローラ２２を停止モードとし、アプリケ
ータ１１を体表４に当てる。そしてセクタプローブ９に
よりセクタ走査し断層像をモニタ上に描写する。さらに
前記断層像上に結石７の画像が描出されるようにアプリ
ケータ１１を移動し、さらに凹面振動子１の焦点が結石
７上に来るようにアプリケータ１１の位置及び角度を設
定する。

ここでコントローラ２２を小出力モードとし、各々のパ
ルサー１５により各々の部分振動子ａ１〜ｂ８を駆動し
、各々の部分振動子ａ１〜ｂ８から興起音波パルスを発
射させる。そして各部分振動子ａ１〜ｂ８により生体か
ら受信した反射超音波出力は、加算処理回路２３により
加算・処理され、ＤＳＣ２０を介してモニタ２１に出力
される。

かくしてモニタ２１に結石７が表示され、結石７からの
反射を確認することができる。

ここで焦点位置は、凹面振動子１からの距離が一定であ
るから、パルスが発射されてから、その往復に要する時
間（１０印で約１３３ｕｓ）の近辺のパルスを検出すれ
ば良い。そして結石７と焦点が一致したとき、そこに強
い反射パルスが検出される。

このとき同時に各部分振動子ａ１〜ｂ８による反射波の
受信信号は、第２図のバルサ１５．リミタ１６．プリア
ンプ１７．信号処理回路１８をそれぞれ別々に通り、さ
らにＤＳＣ２０に入力する。

そしてこれらが種々の表示方法によりモニタ２１に表示
される。

まず第１の表示方法を説明する。結石７からの反射波の
強さを、信号処理回路１８により輝度変調し、前記部分
振動子ａ１〜ｂ８の位置に対応させてＤＳＣ２０に書き
込む。そしてＤＳＣ２０から反射波データを読み出して
これを輝度（明るさ）の高低に対応付けてモニタ２１上
に表示する。

結石７と各部分振動子との経路にガスや骨などの障害物
がない場合には、部分振動子に対応して、ａ１′　・・
・　ａ　５’　　　ａ　７’　　　ａ　１２’　などの
ように強い反射が帰ってくるので、モニタ２１上の輝度
が高くなる。

また前記経路に障害物がある場合には、その程度により
、ａ６’　、ａ８’　、ａｌｏ’　、ａｌｌ’あるいは
ａ９′のように部分振動子に検出される反射波出力は弱
くなるので、モニタ上の輝度が低くなる。

したがって、反射の強弱の程度により輝度が変化するこ
とから、この輝度を確認することで、伝班経路の障害物
の状態を容易に把握することができる。また輝度表示の
代わりに例えば反射強度が弱いほど点滅頻度を高くする
点滅表示法もある。

この場合、各部分振動子は、十分な集束効果を有するだ
けでの面積（開口）を有しており、各部分振動子からの
超音波は、お互いにあまりオーバラップせずそれぞれの
経路を通ることになる。

次に第４図を参照して結石７からの反射波の強さの第２
の表示方法を説明する。同図において、前記各部分振動
子ａ１〜ｂ８により受信された受信信号の振幅を信号処
理回路１８により適宜、信号処理した出力をモニタ２１
の縦軸に設定する。

またパルス発射後の時間ｔ、すなわち部分振動子からの
距離をモニタ２１の横軸に設定し、各部分振動子ごとに
反射波の強さを表示する。

第４図に示す例では部分振動子ａ　Ｉ　　ａ　２　＋ｂ
８による受信信号ａｌ　　＊　　ａ２　　＋　　ｂ［ｌ
　　は、部分振動子から結石（焦点Ｆ。）までの間に強
い反射波がないことから、特に大きな障害物がないこと
を確認できる。また部分振動子ａ、では、途中に腸管内
ガスなどの強い反射体があるため、そこで強い反射が発
生し、結石に到達する超音波エネルギーは、弱められ結
石からの反射も弱くなっていることが確認できる。

このような第２の実施例であっても、前記第１の実施例
と同様な効果が得られる。

次に第５図を参照して前記反射波の強さの第３の表示法
を説明する。第５図（ａ）は上面から見た凹面振動子を
示す図、第５図（ｂ）は凹面振動子から結石または焦点
Ｆ。までの超音波の伝搬経路を横から透視した図である
。

第５図（ｂ）において、超音波の伝搬経路を（Ｔ、−Ｆ
、）、（Ｔ２−Ｆｏ　）、−（Ｔ６Ｆｏ）と細分化する
。これら細分化されたそれぞれの経路について、前記第
４図で示す反射波の強さを輝度変調でモニタ２１に表示
する。

この場合には透視画像であるから、例えば（Ｔ＋　　Ｆ
ｏ）の部分には、Ｔ１領域に入るａ２＋８３　＋　　８
４　ｒ　　８５の受信信号の面積比の加算平均信号が用
いられる。この場合、面積比は、ａ２　：ａ３　：ａ４
　　：ａ５ｍＯ，３：０．９：０．９：０．３であるか
ら、（ａ２　Ｘｏ、３＋ａ３　ｘＯ，９＋ａａ　　ｘＱ
、９＋ａ、　ｘＱ、３）”２．４を加算平均信号とする
。また領域Ｔ２．・・・Ｔ６についても、前述した領域
Ｔ、の容量と同様である。

また領域ＴＩ、・・・Ｔ６は、さらに細かく設定するこ
ともできる。本実施例では、正面から見た左端の経路の
途中（部分振動子ａ、の経路）に大きな障害物があるの
で、その部分が強い反射を示し、その後焦点Ｆ。までの
反射は弱まっている。

またＴ、経路における強い反射からもわかるように、ａ
６経路中に障害物があることがわかる。

第３図と第５図（ｂ）との表示法を同時に用いれば、３
次元的な障害物の位置関係が容易に把握できる。

さらに第５図（ｂ）にセクタプローブによる断層像を重
ねて表示すれば、体内臓器と照射超音波の経路との関係
が把握し易くなる。これらの画像は、第２図に示すフリ
ーズボタン２４によりまたは間欠的にフリーズすること
ができ、無駄な超音波発射をしなくてもよいようになっ
ている。

この状態を監視することにより人体に対してアプリケー
タ１１の位置を障害物の少ない最適位置に設定すること
ができる。この場合、まず結石を焦点に合わせた上で第
３図〜第５図の表示を行ない、第１図には図示しないア
プリケータの指示機構は、焦点位置を中心に自由な回転
運動するモードを有し、常に焦点が結石位置にくる状態
に容易に最適アプリケータ位置を設定できる。このよう
に最適位置を確認した後、第２図に示すコントローラ２
２を大出力モードとして、強力超音波を発射する。

またそれだけでなく、障害物が経路内に入り、避けるこ
とができない場合には、第２図に示すコントローラ２２
の大出力・部分駆動モードにより経路に障害物のある部
分振動子の強力超音波の反射を停止し、その他の部分振
動子からは、強力超音波を発射させることができる。こ
れは、手動で行なってもよいが、例えば第３図または第
４図の結石からの反射波の強さが一定値以下の場合には
、対応する部分振動子の駆動を自動的に停止させること
もできる。

したがって、この方法により体内に不要な強力超音波を
放射することを防止し、人体に対する安全性が高まり、
苦痛をなくすことができる。

部分振動子の形状並びに個数は、第１図に示すものに限
らず、例えば第６図に示すように円形の部分振動子から
なるものでも良く、また各部分振動子が複数の振動子の
組み合わせからなるものでもよい。１つの部分振動子を
より小さな振動子の組み合わせにすると、その組み合わ
せの自由度が極めて大きくなり、より細かな制御を行な
うことができる。

さらに上述の実施例では、各部分振動子ごとに受信信号
を独立に受信する方法について説明したが、送信及び受
信の指向性は、同一であるから、各部分振動子から独立
に送信することによっても、同様な結果を得ることがで
きる。

すなわち第２図のコントローラ２２により部分振動子を
ａｌ＋　　ａ２・・・の順に小出力パルスモードで駆動
し、その都度反射波を部分振動子またはすべて振動子で
受信し、それぞれの部分振動子に経路に対する信号とす
ればよい。

また以上の実施例では、結石破砕について説明したが、
結石破砕に限らず、例えば超音波ノ１イノく一す−シア
や、強力超音波による癌治療の場合も、全く同様に用い
ることができる。

この場合、強力超音波はパルス波でも、連続波でもよい
。強力超音波の発生手段としては、圧電振動子の例で説
明したが、電磁誘導による衝撃波を用いても良い。すな
わち、スパイラルに巻いたコイル表面に金属板をおき、
瞬間的にコイルに大電流を流し、金属板表面から衝撃波
を発生させるものであり、これを部分振動子として、複
数個用いれば良い。この場合、受信信号の感度を上げる
ために、複数の電磁誘導部分振動子の受信信号を用いて
もよいが、その間隙に圧電素子を配置して組み合わせを
利用することもできる。

さらには前記実施例では、反射波の強さを輝度変調に対
応付けして表示したが、例えば反射波の強さをカラー表
示してもよい。このほか本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々変形実施可能であるのは勿論である。

［発明の効果］本発明によれば、振動子を複数の部分振動子に分割し、
この各々の部分振動子から興起音波を発射し、その反射
波を部分振動子ごとに検出して表示するので、部分振動
子と焦点とを結ぶ伝搬経路の状態を容易に把握でき、ブ
ラインド領域がなくなる。これにより強力超音波の最適
経路を容易に選定し、確認した上で強力超音波を発射さ
せることができるようになるので、骨や肺、腸内ガスな
どによる不要な反射の身体に対する悪影響や患者の苦痛
を激減し、安全性を向上させ、しかも効率良く治療でき
る超音波治療装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る超音波治療装置の一実施例とし
ての結石破砕装置を示す概略ブロック図、第２図は前−
記結石破砕装置のアプリケータを示す概略図、第３図乃
至第５図は受信信号の強さを表示する表示法を示す図、
第６図は前記第１図に示す部分振動子の他の実施例を示
す図である。１・・・凹面振動子、２・・・水、３．・・ゴム膜、４
１１１体表、５・・・肋骨、６・・・腎臓、７・・・結
石、８・・・腸管、９・・・超音波セクタプローブ、１
１・・・アプリケータ、１２・・・扇状断面、１３・・
・ブラインド領域、１５・・・バルサ、１６・・・リミ
タ、１７・・・プリアンプ、１８・・・信号処理回路、
１９・・・レートパルスジェネレータ、２０・・・ＤＳ
Ｃ，２１・・・モニタ、２２・・・コントローラ、２４
・・・フリーズボタン、ａ１〜ａ１２゜ｂ１〜ｂ８・・
・部分振動子。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）分割された各部分振動子で強力超音波を生体に照
射し該生体から反射超音波を検出する振動子と、前記各
部分振動子に対応して設けられこれらを駆動する駆動手
段と、前記振動子から前記強力超音波または弱超音波を
発射すべく前記駆動手段を制御する制御手段と、この制
御手段により前記振動子から弱超音波を発射させると、
前記各部分振動子と前記生体内の照射対象物との間の超
音波伝搬経路からの反射超音波を前記各部分振動子を介
して受信し各受信信号を処理する手段と、この手段で得
た各処理信号により前記超音波伝搬経路の情報を表示す
る表示手段とを具備したことを特徴とする超音波治療装
置。
（２）制御手段は、各部分振動子に対応する超音波伝搬
経路の情報に基づき必要な部分振動子のみから強力超音
波を発射すべく駆動手段を制御することを特徴とする請
求項１記載の超音波治療装置。
（３）表示手段は、各部分振動子に対応して検出した反
射超音波の大きさを、前記各部分振動子の配列に対応し
て輝度点滅またはカラー表示することを特徴とする請求
項１記載の超音波治療装置。
（４）表示手段は、部分振動子に対応して検出した反射
超音波の大きさを、部分振動子と焦点とを結ぶ超音波伝
搬経路の部分振動子の中心軸に垂直な方向の透視画像と
して表示することを特徴とする請求項１記載の超音波治
療装置。