JP2003033365A - 超音波治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波加熱凝固治療における焦点領域付近が
熱変性する温度に到達したかを知り、その効果を確実化
する。 【解決手段】 超音波治療用の超音波を照射する照射手
段と、治療領域における気泡の生成を検出する信号検出
部８，９，２３（２５，２４，２３）を備え、信号検出
部からの情報を受けて、治療用超音波の持続照射時間を
制御する制御回路１３を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波治療装置に
関し、特に、治療中に該治療域における気泡の発生を検
出する検出装置と組み合わせた超音波治療装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波は、人体の寸法に比べはるかに短
い波長において生体深部まで伝播し、任意の場所に収束
させることができるという、レーザ光やマイクロ波など
の電磁波にはない特徴を有している。この特徴を生かし
た超音波治療の研究開発がさかんに進められている。

【０００３】治療に生かすことのできる超音波の生体作
用は、加熱作用と音響化学作用に大別される。前者の加
熱作用は、組織が超音波を吸収して熱を発生することに
起因している。この加熱作用を医学応用したものには、
患部を４０〜５０℃程度に持続加温することにより腫瘍
等を治療する『温熱療法』と、強力な収束超音波を用い
患部の微少領域を短時間に７０〜１００℃といった組織
変性を来す温度まで上げる『加熱凝固療法』に大別でき
る。

【０００４】腫瘍に対する『温熱療法』は、腫瘍細胞が
正常細胞に比べて、持続的な高温（４３℃程度）に弱い
性質を利用した治療法であるが、腫瘍の成長を鈍化させ
ることは可能であるが直接的に腫瘍細胞を急激に壊死さ
せる能力は低く、また患部の温度上昇は周辺組織の血流
と熱伝導に支配されるため治療に必要な温度を保つこと
が容易ではないこと、及び温度上昇領域の限局性が十分
でないため、治療効果と生体へのストレス（副作用）と
のバランスが良くないといった点から満足できるレベル
にはいたっておらず、実際の臨床の場では放射線療法と
の併用療法として使われることが多い。

【０００５】一方、『加熱凝固療法』は近年再び脚光を
浴びている治療法である。ミリメートル単位の微小な領
域に強力超音波を集め、瞬時に組織変性を来す温度に上
昇させるもので、上で述べた温熱療法とは治療対象部位
において上昇する温度及びそれに起因する組織の変化が
異なる。組織に生じた熱は、熱伝導と血流により運び去
られるが、加熱凝固療法の場合は、これらの熱輸送と超
音波による発熱とが平衡状態に達するのに要する時間
（約１分程度）よりはるかに短時間のうちに、大強度の
超音波により焦域の温度を蛋白凝固温度以上に上げ、凝
固させるものである。

【０００６】超音波治療が好適な疾患のひとつに、前立
腺肥大症（ＢＰＨ）がある。ＢＰＨは、５０歳以上の男
性において一般的な疾患であり、前立腺組織の肥大、膨
張が尿道を圧迫、閉塞し、排尿困難や不能を生じるもの
である。その初期段階においては、不快感、残尿感や不
便を感じる。これまで、ＢＰＨに対する侵襲性の少ない
治療法として、内科的あるいは外科的に様々な原理手法
による治療の試みがなされてきた。なかでも切除鏡を尿
道内に挿入して電気メスによって肥大した前立腺組織を
切除する、経尿道的前立腺切除術（ＴＵＲ−Ｐ）が近年
盛んになり、今では前立腺のみならず膀胱腫瘍の治療に
も用いられるようになった。これは非常に優れた外科的
治療法ではあるが、合併症として、術中・術後出血、前
立腺被膜穿孔、術後感染などが見られ、より安全な低侵
襲治療の追求が求められている。レーザ光やマイクロ波
を用いた他の低侵襲治療法は、有効性の点でＴＵＲ−Ｐ
には及ばない。そこで有効性が高くかつＴＵＲ−Ｐより
副作用の少ない方法の開発が望まれている。

【０００７】また前立腺癌は、ＢＰＨの増加と同じく近
年増えてきており、その初期段階においては、ＴＵＲ−
Ｐによって首尾良く治療することができるが、ＢＰＨに
対するのと同じく、出血等の合併症を有し、かつ失禁、
不能などの後遺症をもたらす危険性も高い。前立腺癌
は、放射線療法によって治療することも可能であるが、
良好な治療効果を得るに十分な線量では、重篤な副作用
を覚悟せねばならない。さらに進行した前立腺癌も放射
線治療の対象になりうるが、症状を和らげることはでき
ても、通常はこれを完全治癒するには至らない。これら
の場合に達成されるものは少ないので、より非侵襲的な
方法がさらに必要である。

【０００８】近年、登場してきた経直腸的加熱凝固療法
は、先に述べた加熱凝固療法をＢＰＨや前立腺癌の治療
に適用した好例と考えられる。これは、前立腺が直腸壁
に隣接しているという解剖学的特徴を利用しており、強
力な収束超音波を発生させることのできるアプリケータ
を直腸内腔に挿入し、直腸壁を隔てて隣接する前立腺に
超音波を収束させて、前立腺内部を加熱凝固させるもの
である。例えば、ＢＰＨの場合は、尿道を周囲から圧迫
している肥大組織を熱凝固させ、その壊死組織の脱落に
より、前立腺内尿道部分に空洞を形成させるものであ
る。その結果、前立腺部尿道部分は拡張し、排尿困難が
長期にわたり改善するものである。また、前立腺癌治療
の場合にも同様に前立腺癌組織を加熱凝固させること
で、前立腺癌を退縮及び成長抑制させることが可能とな
る。最近、経直腸的加熱凝固療法による多くの臨床例が
報告され、非観血的にＢＰＨ及び前立腺癌の治療を行え
るという点で優れたコンセプトの治療法として注目され
ている。

【０００９】一方、加熱凝固療法は上記の前立腺への適
応以外にも、様々な疾患への適応が検討されている。前
記の経直腸的アプローチによる前立腺治療と類似の治療
形態としては、超音波治療用アプリケータを内視鏡手術
下に腹腔に挿入して、肝臓や腎臓などの腹部臓器の近傍
までアプリケータを接近させ肝臓癌や腎臓癌などを治療
する試みが開始している。また、体外からの収束超音波
照射による治療は、経皮的に腹部臓器、主として肝臓や
腎臓を治療する形態として、古くから試みられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の加熱凝固療法に
おいて、収束超音波の照射により不可逆的な組織の熱変
性を生じる領域は、焦点付近の非常に小さい体積であ
る。これは、焦点以外の部位では超音波の密度が低く熱
変性の温度に到達しないためであり、副作用を回避する
という観点からは好都合であるが、一回で治療できる領
域が少ないため広範な治療域を必要とする場合には治療
の総時間が長くなるという問題がある。なぜなら、次回
の照射に移るに際に、前回の照射によって上昇した治療
対象以外の組織の温度が血流などの冷却作用により十分
下がるまで待たなくては副作用の回避が困難となるから
である。一方で、広い領域を一度に治療しようとして適
用する超音波強度を上げても、一回で治療可能な領域を
顕著に広げることはできず、治療希望領域以外の組織に
対する副作用が顕著に生じて危険となる。従って、現状
では、治療の効率が著しく悪い。

【００１１】一方、生体組織に強力な収束超音波を照射
すると、先に述べたように超音波密度の高い焦点付近で
は、組織での超音波吸収による急激な温度上昇が生じ、
焦点域の組織内温度が７０〜１００℃にまで上昇する。
この際、焦点域の組織内には高温によって水蒸気などを
主成分とする気泡が急激に発生する。この気泡は超音波
を強力に反射させる。さらに、この気泡の中には、超音
波音場中においてキャビテーション現象を起こす気泡も
あり、その際には、照射した超音波の高調波成分及び分
調波を発生させる。

【００１２】このように、焦点域に気泡が発生すると照
射した超音波を反射することになり、気泡が発生した焦
点域付近から手前側の超音波吸収が高くなる。その結
果、気泡が発生してからの焦点付近及びその手前側の温
度上昇が気泡発生前に比べて急激に促進される。このよ
うに気泡の発生により焦点付近及びその手前側組織での
熱凝固が促進される性質を治療に使うと、凝固領域を拡
大して治療効果を上げることができると思われるが、以
下のような問題がある。

【００１３】超音波照射を複数回行う場合を考えてみる
と、前回の照射による近傍の組織の温度上昇を無視する
ことができず、また組織の違いから、同じ超音波強度で
同じ照射時間であっても、焦点域で気泡が発生する状況
に違いがでてくる。例えば、１回ごとの照射時間が５秒
間というプログラムで治療を行うケースを考えると、あ
るときは５秒以内で気泡発生が見られるが、あるときは
５秒では気泡発生までいかないケースもある。前者の場
合は、照射途中の例えば４秒の段階で気泡が生成すると
残りの１秒間は気泡の存在下で超音波照射が続くことに
なり、凝固効果が急激に促進されて広い領域の組織の凝
固が生じる。一方、後者の場合には５秒間の照射の間に
は気泡の生成がないので、前者と比較して凝固領域が小
さくなり、前者と後者の凝固領域の違いが生じる。この
ことは、収束超音波を走査して、広い患部を治療する場
合に効果の予測が不可能であることを意味する。

【００１４】本発明の目的とするところは、焦点領域が
気泡発生を来す温度、言いかえれば組織を確実に熱変性
させ得る温度への到達時点からの治療用超音波の照射持
続時間を自由に設定可能にすることにより、熱凝固を確
実化せしめる手段を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明では、腫瘍や癌を
はじめとした疾患領域の局所的超音波治療における上記
目的を、超音波治療装置に、治療用超音波の照射領域に
発生する気泡の発生時点からの収束超音波の照射持続時
間を自由に設定することができる機能を持たせることに
より達成する。この機能により、治療用超音波の照射を
複数回行った際に、各回の超音波照射において気泡発生
までの時間が異なっても、気泡発生からの超音波照射持
続時間が常に一定に保たれ、適用する超音波強度を上げ
ることなく各回毎の凝固効果を確実化することが可能と
なる。一方、このように気泡発生からの超音波照射持続
時間が一定に設定されていれば、複数回照射の際に、気
泡発生が予想外に早いようなケースにおいても、気泡発
生から設定した時間で超音波照射が終了するため、過加
熱による副作用発現を抑制することも可能となる。

【００１６】すなわち、本発明による超音波治療装置
は、治療対象部位に治療用超音波を照射する超音波トラ
ンスデューサと、治療用超音波の照射時間を設定する設
定手段と、治療用超音波の照射中に治療用超音波の照射
されている領域で生じた気泡を検出する気泡検出手段と
を備え、設定手段は気泡検出手段が気泡を検出した時か
ら治療用超音波の照射終了までの時間を設定する機能を
有することを特徴とする。設定手段は、気泡の検出と同
時に治療用超音波の照射を終了するように設定すること
も可能である。

【００１７】気泡検出手段は、超音波トランスデューサ
から送信される治療用超音波の中心周波数の２倍の周波
数を有する音波など、治療用超音波の高調波成分を検知
する手段を有するものとすることができる。

【００１８】気泡検出手段は、超音波トランスデューサ
から送信される治療用超音波の高調波成分を含む反射波
を受信する手段と、受信信号を処理して気泡の画像を再
構成する信号処理手段と、信号処理手段によって再構成
された気泡の画像を表示する表示手段とを有することが
できる。

【００１９】表示手段は、治療用超音波の高調波成分の
受信信号強度をその検出位置に対応する画面上の位置に
表示するものであってよい。また、表示手段は、治療用
超音波の高調波成分の受信信号強度と予め定められた基
準信号強度との信号強度比を表示するものであってもよ
い。治療用超音波の高調波成分の受信信号強度が設定値
以上になったとき警報を発生する手段を備えることも安
全上有効である。

【００２０】本発明による超音波治療装置は、また、治
療対象部位に治療用超音波を照射する超音波トランスデ
ューサと、治療用超音波の照射中に治療用超音波の照射
されている領域で発生する可聴音を検出する手段を有す
ることを特徴とし、可聴音を検出した時から治療用超音
波の照射終了までの時間を設定する機能を有する。可聴
音の検出と同時に、治療用超音波照射を終了するように
してもよい。

【００２１】本発明によると、治療対象領域に発生した
気泡あるいは可聴音を検出する手段を設け、気泡あるい
は可聴音検出時点からの超音波照射持続時間を任意に設
定可能とすることで、投入治療用超音波の強度を上げる
ことなく患部組織を伝播する超音波が実質的に増大し超
音波吸収が顕著になる持続時間を制御できる。その結
果、一回の照射ごとの治療効果を確実化せしめることが
できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００２３】図１は、本発明の一実施形態である前立腺
治療における超音波治療装置の装置構成例を示す図であ
る。直腸内に挿入され、治療対象である前立腺２０に直
腸壁を介して接近するように設置される治療用のアプリ
ケータは、治療用超音波トランスデューサ１、超音波撮
像用探触子２、音検知マイク３をアプリケータ外套４の
内部に保持しており、内部に冷却媒体を環流できるよう
に液漏れ防止栓６とアプリケータカバー５により密閉さ
れている。ここで、冷却媒体は生体と超音波振動子との
整合性を良好にするため音響インピーダンスが生体に近
い物質として通常は水が使用され、強力超音波の照射に
より水中で気泡が生成し超音波の伝達を阻害しないよう
に脱気されている。さらに、直腸粘膜に対する温度上昇
の影響を低減するため、アプリケータ内の媒体は脱気機
能を有した冷却水環流ユニット１０で冷却されて環流さ
れる。また、アプリケータ内に配置された超音波撮像用
探触子２は患部周囲の観察や治療目標への照準を行い、
治療用超音波照射のガイド役を果たす。ここで、本実施
例で述べている経直腸的前立腺治療では、尿道口１６か
ら尿道カテーテル１７を尿道１８に挿入して、前立腺２
０内部の尿道部分を経由して膀胱２２内部に到達、留置
させることがある。カテーテル先端のバルーン２１を膀
胱内部で膨らませることによりカテーテル先端部を膀胱
２２内に保持し、カテーテルの留置を確実かせしめるこ
とが可能である。実際に、前立腺に超音波照射を行う
と、前立腺部分の炎症や腫脹が生じ排尿に影響する。こ
のように尿道カテーテル１７を留置することで、照射直
後から数日間の排尿管理が容易になる。

【００２４】治療用超音波トランスデューサ１は、治療
用超音波駆動回路１１と同電源回路１２により、例えば
周波数１MHｚから１０MHzの強力超音波を照射できるよ
うに駆動される。具体的には、超音波用トランスデュー
サ１は、圧電素子などの複数の超音波振動子から構成さ
れ、トランスデューサの各素子に印加される高周波電力
の振幅と位相を各素子ごとに独立に制御することができ
る。キー入力部１５の操作により、超音波照射に関する
情報が制御回路１３に入力され、それに基づき、選択さ
れた周波数に応じた照射音場それぞれの焦点位置及び音
圧分布形状を規定する照射コード信号が、治療用超音波
電源回路１２から治療用超音波駆動回路１１へ与えられ
る。

【００２５】図２は、アプリケータが備える超音波撮像
用探触子２を用いて得られた前立腺２０の断層像の概略
図である。超音波撮像用探触子２は、治療対象領域の観
察が可能であり、照射対象の位置決めに必要な複数の超
音波パルスエコー断層像を得ることができる。前立腺２
０の断層像中には尿道カテーテル１７の断面も現れてい
る。この断層像により、治療対象領域２９を観察するこ
とができる。この断層像上には、治療用超音波の焦点の
位置を示す照準マーク３０が表示され、治療希望領域に
照準を定めることを容易にする。超音波断層像を観察し
て照準マーク３０を用いて照準を定めた後、治療用超音
波の照射を行い、前立腺内部を加熱治療する。収束超音
波は、前立腺内部に焦点を合わせ、焦点付近のピーク音
圧でおよそ１００Ｗ／ｃｍ²から１００ｋＷ／ｃｍ²の範
囲で、一回につき０．１秒から６０秒間連続で照射され
る。アプリケータを適宜移動させることにより、この照
射を繰り返し、前立腺２０を治療することができる。

【００２６】治療用超音波の照射が行われると、強力超
音波の焦点近傍では急激な温度上昇により水蒸気を主体
とする気泡が発生し、発生した気泡が組織内で急激に膨
張するため可聴音領域を含む音が発生する。その音を音
検知マイク３により検知し、プリアンプ７を経由した音
信号は信号処理ユニット８に送られ、以下のような信号
処理が行われる。

【００２７】図３に示した波形は、気泡発生時に受信し
た音の時間軸波形の一例である。受信した音は、信号処
理ユニット８にて、適切なファイルター処理および時間
切り出し処理された後、波形解析ユニット９にて、式
（１）を使い、前もって取りこんでおいた典型的な気泡
発生時に検出される音の波形との相互相関関数が求めら
れる。

【００２８】

【数１】

【００２９】ここで、式（１）の分子は、前もって取り
こんでおいた典型波形関数Ａ(ｔ)と受信波形関数Ｂ(ｔ)
の畳み込み積分による相互相関関数の最大値を示してい
る。また、分母は典型波形関数Ａ(ｔ)の自己相関関数お
よび受信波形関数Ｂ(ｔ)の自己相関関数の最大値を掛け
た値の平方根であり、分子の典型波形関数Ａ(ｔ)と受信
波形関数Ｂ(ｔ)の相互相関関数を規格化することができ
る。あるいは、式（２）のように、典型波形関数Ａ(ｔ)
の自己相関関数にて、典型波形関数Ａ(ｔ)と受信波形関
数Ｂ(ｔ)の相互相関関数を規格化するように設定を変え
ることも可能である。

【００３０】

【数２】

【００３１】たとえば、式（１）に従うと、典型波形関
数Ａ(ｔ)と受信波形関数Ｂ(ｔ)の相互相関関数の最大値
が、典型波形関数Ａ(ｔ)の自己相関関数の受信波形関数
Ｂ(ｔ)の自己相関関数の最大値の積の平方根に対して、
ある設定した比率を越えた場合に制御回路１３に気泡発
生検知のシグナルが送られるように設定することが可能
となる。

【００３２】あるいは式（２）に従うと、典型波形関数
Ａ(ｔ)と受信波形関数Ｂ(ｔ)の相互相関関数の最大値
が、典型波形関数Ａ(ｔ)の自己相関の最大値に対して、
一例として1/2を越えた場合には、制御回路１３に気泡
発生検知のシグナルが送られるように設定することが可
能となる。なお、自己相関の最大値に対する、相互相関
関数の最大値の比率は、１/２だけでなく、任意に設定
することもできる。この気泡発生検知のシグナルをトリ
ガとして、予めキー入力部１５により医師等の術者が設
定した気泡発生検知時点からの治療用超音波の照射持続
時間だけ照射を継続した後、治療用超音波の送波が終了
する。

【００３３】また、信号処理ユニット８において、受信
した信号をＦＦＴ処理することもでき、ＦＦＴスペクト
ルとして波形解析ユニット９に送りこむことができる。
図４は、波形解析ユニット９に取り込まれた受信音のＦ
ＦＴスペクトルの一例を示している。横軸は周波数、縦
軸は信号レベルである。治療用超音波照射開始前のスペ
クトル３１と、治療用超音波照射開始後のスペクトル３
２は、気泡発生検出ユニット２３にて常に比較される。
一例では、予め４００から６００Ｈｚの間に設定してお
いた関心周波数帯域３３における治療開始前と治療中の
スペクトルは、予め設定したサンプリング間隔毎に設定
周波数範囲内の信号強度を積分した値同士が、気泡発生
検出ユニット２３で計算されており、サンプリング間隔
毎に、治療開始前スペクトルの計算結果との対比が行わ
れる。ここで、予め設定した比率を超えた場合には、制
御回路１３に気泡発生検知のシグナルが送られる。関心
周波数帯域３３は、気泡発生検出ユニット２３の設定を
変更することで自由に変更することが可能であり、たと
えば関心周波数帯域を８００から９００Ｈｚの間に設定
を変更することができる。あるいは、ある特定の周波数
に着目して、治療開始前と治療中にその周波数の信号強
度比を比較し、それが設定値を超えた場合に、制御回路
１３に気泡発生検知のシグナルを送出するようにしても
よい。この気泡発生検知のシグナルをトリガとして、予
めキー入力部１５により医師等の術者が設定した気泡発
生検知時点からの治療用超音波の照射持続時間だけ照射
を継続した後、治療用超音波の送波が終了する。

【００３４】また、信号処理ユニット８にてＦＦＴ処理
された受信信号は、波形解析ユニット９にて、式（３）
に従って、前もって取りこんでおいた典型的な気泡発生
時に検出される音のＦＦＴ波形との相互相関関数を求め
ることも可能である。

【００３５】

【数３】

【００３６】式（３）において、分子は、前もって取り
こんでおいた典型波形関数Ａ(ｔ)と受信波形関数Ｂ(ｔ)
のそれぞれのＦＦＴ波形である、a( f )とｂ( f )の畳
み込み積分による相互相関関数の絶対値を示している。
また、分母はa( f )とｂ( f)それぞれの絶対値の積を示
している。

【００３７】ここで、適切なフィルター処理などによ
り、関心周波数帯域３３を任意に設定することも可能で
あり、典型的な気泡発生時の検出音のＦＦＴ波形と照射
中に受信した音のＦＦＴ波形の相互相関関数を前記関心
周波数域３３において求めることができる。

【００３８】式（３）から、典型音のＦＦＴ波形関数a
( f )と受信音のＦＦＴ波形関数ｂ(f )の相互相関関数
の絶対値の最大値と、a( f )あるいはｂ( f )の自己相
関関数の絶対値の最大値との比率を様々に設定すること
ができる。たとえば、a( f )とｂ( f )の相互相関関数
の絶対値の最大値が、a( f )の自己相関関数の絶対値の
最大値のある設定した比率を越えた場合に、制御回路１
３に気泡発生検知のシグナルが送られるように設定する
ことで、設定値を越えた場合の制御回路１３への気泡発
生検知シグナル送付が可能となる。あるいは、a( f )と
ｂ( f )の相互相関関数の絶対値の最大値が、a( f )の
自己相関関数の絶対値とｂ( f )の自己相関関数の絶対
値の積に対して、ある設定した比率を越えた場合にも制
御回路１３に気泡発生検知のシグナルが送られるように
設定してもよい。なお、制御回路１３と治療用超音波電
源回路１２の間には非常停止スイッチ１９が設けられて
おり、術者が手動で治療用超音波の照射を停止すること
もできる。

【００３９】図５は、超音波照射による組織内の温度上
昇を示す説明図である。図５において、温度上昇曲線３
６は照射超音波の焦点付近の組織内温度の変化を示し、
温度上昇曲線３７は照射超音波の焦点からアプリケータ
側５ｍｍの位置の組織内温度の変化を示す。治療用強力
超音波を照射すると、照射超音波の焦点付近の組織の温
度は、温度上昇曲線３６で示すように、始めの生体組織
温度約３７℃から急激に上昇して１００℃近傍にまで達
する。その際、組織内部に急激に水蒸気を主成分とする
気泡が発生する。この急激に発生した気泡が狭い組織内
で膨張することで可聴域音を含む音を発生する。治療用
アプリケータ内の音検知マイク３はこの音を検知する。

【００４０】図６は、組織中での超音波の伝播を説明す
る模式図である。左側の図は、組織中に気泡が発生する
前の伝播の様子を示しており、送波した超音波４１は邪
魔されることなく進行し続けることができる。一方、照
射超音波の焦点付近に気泡が発生すると、右側の図に示
すように、気泡４０は超音波の強力な反射体となるた
め、気泡４０が発生した組織中では反射超音波４２が増
えることになる。その結果、図５に示した照射超音波の
焦点からアプリケータ側５ｍｍの組織内温度の上昇曲線
３７に代表されるように、焦点からアプリケータ側の組
織の温度上昇効率が、気泡発生前に比べて格段に上昇す
る。このことが気泡発生後の治療効率上昇につながる。
そこで、治療用超音波照射中に発生した気泡の検出時点
から、予め設定した照射持続時間３９（図５参照）だけ
治療用超音波の照射を持続することで、総照射時間３８
によらずに、治療効率の上昇した気泡発生後の状態を利
用することが可能となる。

【００４１】また、治療対象部位に気泡が発生すると、
気泡の非線型振動現象により気泡に照射されている治療
用超音波の周波数の高調波成分が発生する。超音波撮像
用探触子２は、この送信超音波の高調波成分を受信する
ことができる。送信周波数に対する２倍の周波数を持つ
第２高調波などの高調波成分を送受信部２６において検
出し、信号処理部２５を経て、検出された高調波成分を
含む超音波の発生位置と発生強度を表わす信号をフレー
ムメモリ２４に保存する。この信号は、表示部１４のモ
ニター画面で、エコー断層像に重畳して表示される。そ
の結果、治療対象領域に発生した気泡の分布を２次元的
に観察することが可能となる。したがって、予め入力部
１５により設定しておいた治療領域から検出される高調
波成分の強度を監視し、高調波成分の信号強度が設定値
以上になった時点を気泡発生の時点と判断することで、
上記の音検出マイク３による気泡検出と同様に、予め設
定した照射持続時間の照射命令を制御回路１３から治療
用超音波駆動部へ送ることができる。

【００４２】さらに、制御回路１３は、表示部１４のモ
ニター画面上に表示された任意の点における高調波成分
の信号強度をグラフィック表示する機能を有しており、
医師等の操作者の希望する部位の気泡の超音波反射強度
を測定できる。また、この高調波成分の信号強度表示機
能は、予め基準となる強度設定を行うことで、基準の信
号強度に対して、観察中の信号が任意の強度比になった
場合に、色変化を生じさせることができ、医師などの操
作者に治療領域の信号強度変化を、視覚的に伝達するこ
とが可能である。

【００４３】次に、図７を参照して、本発明を肝臓癌治
療に適用した実施の形態を説明する。図７において、図
１と同じ符号は図１と同じ機能部分を示す。本実施の形
態においては、内視鏡手術下において、腹壁に形成され
た内視鏡挿入口固定具３４から治療用アプリケータを腹
腔内へ挿入して、ヒンジ３５にて肝臓表面に接するよう
調整することができる。超音波撮像用探触子２にて肝臓
内部の観察及び治療用超音波照射の照準を行い、例えば
肝臓癌の領域をカバーするように、複数回の治療用超音
波照射を行う。

【００４４】音検出マイク３は、前立腺治療の実施形態
にて述べたように、患部に発生した気泡が膨張した際に
破裂あるいは組織を破壊した際に生じる可聴音を主とす
る音成分を検出する。プリアンプ７を経由した音信号は
信号処理ユニット８に送られ以下のような信号処理が行
われる。

【００４５】図３に示した波形は、気泡発生時に受信し
た音の時間軸波形の一例である。受信した音は、信号処
理ユニット８にて、適切なファイルター処理および時間
切りだし処理された後、波形解析ユニット９にて、前記
式（１）を使い、前もって取りこんでおいた典型的な気
泡発生時に検出される音の波形との相互相関関数が求め
られる。あるいは、前記式（２）のように、典型波形関
数Ａ(ｔ)の自己相関関数にて、典型波形関数Ａ(ｔ)と受
信波形関数Ｂ(ｔ)の相互相関関数を規格化するように設
定を変えることも可能である。

【００４６】たとえば、式（１）に従うと、典型波形関
数Ａ(ｔ)と受信波形関数Ｂ(ｔ)の相互相関関数の最大値
が、典型波形関数Ａ(ｔ)の自己相関関数の受信波形関数
Ｂ(ｔ)の自己相関関数の最大値の積の平方根に対して、
ある設定した比率を越えた場合に制御回路１３に気泡発
生検知のシグナルが送られるように設定することが可能
となる。

【００４７】あるいは式（２）に従うと、典型波形関数
Ａ(ｔ)と受信波形関数Ｂ(ｔ)の相互相関関数の最大値
が、典型波形関数Ａ(ｔ)の自己相関の最大値に対して、
一例として1/2を越えた場合には、制御回路１３に気泡
発生検知のシグナルが送られるように設定することが可
能となる。なお、自己相関の最大値に対する、相互相関
関数の最大値の比率は、１/２だけでなく、任意に設定
することもできる。この気泡発生検知のシグナルをトリ
ガとして、予めキー入力部１５により医師等の術者が設
定した気泡発生検知時点からの治療用超音波の照射持続
時間だけ照射を継続した後、治療用超音波の送波が終了
する。

【００４８】また、信号処理ユニット８において、受信
した信号をＦＦＴ処理することもでき、ＦＦＴスペクト
ルとして波形解析ユニット９に送りこむことができる。
図４は、波形解析ユニット９に取り込まれた受信音のＦ
ＦＴスペクトルの一例を示している。横軸は周波数、縦
軸は信号レベルである。治療用超音波照射開始前のスペ
クトル３１と、治療用超音波照射開始後のスペクトル３
２は、気泡発生検出ユニット２３にて常に比較される。
一例では、予め４００から６００Ｈｚの間に設定してお
いた関心周波数帯域３３における治療開始前と治療中の
スペクトルは、予め設定したサンプリング間隔毎に設定
周波数範囲内の信号強度を積分した値同士が、気泡発生
検出ユニット２３で計算されており、サンプリング間隔
毎に、治療開始前スペクトルの計算結果との対比が行わ
れる。ここで、予め設定した比率を超えた場合には、制
御回路１３に気泡発生検知のシグナルが送られる。関心
周波数帯域３３は、気泡発生検出ユニット２３の設定を
変更することで自由に変更することが可能であり、たと
えば関心周波数帯域を８００から９００Ｈｚの間に設定
を変更することができる。あるいは、ある特定の周波数
に着目して、治療開始前と治療中にその周波数の信号強
度比を比較し、それが設定値を超えた場合に、制御回路
１３に気泡発生検知のシグナルを送出するようにしても
よい。この気泡発生検知のシグナルをトリガとして、予
めキー入力部１５により医師等の術者が設定した気泡発
生検知時点からの治療用超音波の照射持続時間だけ照射
を継続した後、治療用超音波の送波が終了する。

【００４９】また、信号処理ユニット８にてＦＦＴ処理
された受信信号は、波形解析ユニット９にて、前記式
（３）に従って、前もって取りこんでおいた典型的な気
泡発生時に検出される音のＦＦＴ波形との相互相関関数
を求めることも可能である。ここで、適切なフィルター
処理などにより、関心周波数帯域３３を任意に設定する
ことも可能であり、典型的な気泡発生時の検出音のＦＦ
Ｔ波形と照射中に受信した音のＦＦＴ波形の相互相関関
数を前記関心周波数域３３において求めることができ
る。

【００５０】式（３）から、典型音のＦＦＴ波形関数a
( f )と受信音のＦＦＴ波形関数ｂ(f )の相互相関関数
の絶対値の最大値と、a( f )あるいはｂ( f )の自己相
関関数の絶対値の最大値との比率を様々に設定すること
ができる。たとえば、a( f )とｂ( f )の相互相関関数
の絶対値の最大値が、a( f )の自己相関関数の絶対値の
最大値のある設定した比率を越えた場合に、制御回路１
３に気泡発生検知のシグナルが送られるように設定する
ことで、設定値を越えた場合の制御回路１３への気泡発
生検知シグナル送付が可能となる。あるいは、a( f )と
ｂ( f )の相互相関関数の絶対値の最大値が、a( f )の
自己相関関数の絶対値とｂ( f )の自己相関関数の絶対
値の積に対して、ある設定した比率を越えた場合にも制
御回路１３に気泡発生検知のシグナルが送られるように
設定してもよい。

【００５１】この気泡発生検知のシグナルをトリガとし
て、予め設定した照射持続時間だけ治療用超音波の照射
を継続した後、治療用超音波の照射を終了する。気泡発
生検知信号は、前述のように、超音波撮像用探触子２に
よって治療対象領域から検出される治療用超音波の周波
数の高調波成分の強度を監視し、それが設定値以上にな
った時点を気泡発生の時点と判断することで、発生する
こともできる。

【００５２】図８は、治療用超音波の照射方法を示す図
である。治療用超音波の照射方法は、連続波照射４３と
パルス波照射４４に大別できる。連続波照射は、一回の
照射として例えば１０秒間連続照射する照射方法であ
り、パルス波照射は、例えば１秒間照射と０．２秒間非
照射を繰り返すような照射方法である。前者の場合、例
えば照射開始から５秒の時点で気泡が生成した場合に、
万が一超音波撮像用探触子２が治療用超音波の送信の影
響を受けてしまう場合には、気泡の検出には可聴音を主
とする音検出マイク３を用いるのが有効である。また、
後者の場合は、例えば１秒間の照射と０．２秒間の非照
射を繰り返している場合、非照射の０．２秒間を利用し
て患部の超音波撮像を前者に比べて正確に行うことがで
きる。その結果、気泡の発生を音検出マイク３で検出す
ることと同時に気泡由来の高調波成分から気泡生成を検
出し、かつ表示部１４に気泡の分布を２次元画像として
表示できる。後者の照射方法の場合は、治療中において
も、患部の超音波反射強度のモニターを続けることが可
能である。超音波の反射強度が予め設定された一定範囲
を外れた場合には、図１あるいは図７中のランプ２７の
点滅やブザー２８による警報音発生によって、医師等の
操作者の迅速な行動を補佐する。また、前述のようにス
イッチ１９により、操作者の意思による緊急停止が可能
である。

【００５３】特に、実際の治療形態においてよく使われ
る超音波の頻回照射の場合において、上記警報機能は効
果的に作用する。すなわち、照射と照射の間の時間に治
療領域における２次高調波などの高調波成分を含んだ超
音波反射強度がメモリされることにより、次回照射後の
超音波反射強度との比較が行われ、超音波強度の変化率
が予め設定された範囲を超えた場合の警報が容易とな
る。

【００５４】ここで、図９を参照して、治療用超音波の
照射を複数回行う場合を考えてみると、前回の照射によ
る近傍の組織の温度上昇を無視し得ないこと、及び組織
の違いから、同じ超音波強度で同じ照射時間であって
も、焦点域で気泡が発生する状況に違いがでてくる。例
えば、図９に示した例では１回目から３回目まで３回の
照射を行っているが、照射開始から気泡検出４５までの
時間は、１回目に比べて２回目の照射の方が短い。一
方、３回目の照射では、１回目と比べて気泡検出４５ま
での時間が長い。このように気泡発生の時間が各照射回
によって異なる場合でも、本発明によると、気泡検出時
点４５から同じ照射持続時間３９を設定することによ
り、総照射時間３８によらずに気泡発生からの照射持続
時間を同等とすることができ、発現する加熱凝固効果を
一定にすることができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、焦点領域が気泡発生を
来す温度への到達時点からの治療用超音波の照射持続時
間を自由に設定することが可能になり、熱凝固を確実化
せしめることができる。すなわち、治療用超音波の照射
領域において気泡の発生後からの収束超音波の照射持続
時間を自由に設定することができる機能を有することに
より、複数回の治療用超音波の照射を行った際に、各回
での気泡発生までの時間が異なっても、常に気泡発生か
らの持続時間が一定に保たれ、適用する超音波強度を上
げることなく各回毎の凝固効果を確実化することが可能
となる。また、このように気泡発生からの照射持続時間
が一定に設定されていれば、複数回照射の際に、気泡発
生が予想外に早いようなケースにおいても、気泡発生か
ら設定した時間で照射は終了するため、過加熱による副
作用発現の可能性を抑制することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による経直腸的前立腺治療の一例を示す
図。

【図２】経直腸的に観察した前立腺の超音波断層像のイ
メージ図。

【図３】治療部位から検出した音の時間軸波形を示す
図。

【図４】治療部位から検出した音のＦＦＴスペクトルを
示す図。

【図５】超音波照射による組織内の温度上昇を示す図。

【図６】組織内気泡による超音波の反射を示す模式図。

【図７】本発明による内視鏡的手術下超音波治療の一例
を示す図。

【図８】治療用超音波の照射方法を示す図。

【図９】複数回照射の際の照射持続時間制御を示す図。

【符号の説明】

１…治療用超音波用トランスデューサ、２…超音波撮像
用探触子、３…音検知マイク、４…アプリケータ外套、
５…アプリケータカバー、６…水漏れ防止栓、７…プリ
アンプ、８…信号処理ユニット、９…波形解析ユニッ
ト、１０…冷却水環流ユニット、１１…治療用超音波駆
動回路、１２…治療用超音波電源回路、１３…制御回
路、１４…表示部、１５…キー入力部、１６…尿道口、
１７…尿道カテーテル、１８…尿道、１９…スイッチ、
２０…前立腺、２１…バルーン、２２…膀胱、２３…気
泡発生検出ユニット、２４…フレームメモリ、２５…信
号処理部、２６…送受信部、２７…ランプ、２８…ブザ
ー、２９…治療対象領域、３０…照準マーク、３１…治
療用超音波照射開始前スペクトル、３２…治療用超音波
照射開始後スペクトル、３３…関心周波数帯域、３４…
内視鏡挿入口固定具、３５…ヒンジ、３８…総照射時
間、３９…気泡検出からの照射持続時間、４０…気泡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川畑 健一 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 梅村 晋一郎 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 4C060 JJ17 JJ25 4C099 AA01 CA18 JA13 PA06 4C301 CC10 EE11 EE12 FF07 FF21 FF23 FF25 GA01 JB23 JB27 JB28 JB34 JB38 KK27

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 治療対象部位に治療用超音波を照射する
   超音波トランスデューサと、前記治療用超音波の照射時
   間を設定する設定手段と、前記治療用超音波の照射中に
   前記治療用超音波の照射されている領域で生じた気泡を
   検出する気泡検出手段とを備え、前記設定手段は前記気
   泡検出手段が気泡を検出した時から前記治療用超音波の
   照射終了までの時間を設定する機能を有することを特徴
   とする超音波治療装置。
2. 【請求項２】 請求項1記載の超音波治療装置におい
   て、前記気泡検出手段は、前記超音波トランスデューサ
   から送信される治療用超音波の中心周波数の２倍の周波
   数を有する音波を検知する手段を有することを特徴とす
   る超音波治療装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の超音波治療装置におい
   て、前記治療用超音波の高調波成分の受信信号強度が設
   定値以上になったとき警報を発生する手段を備えたこと
   を特徴とする超音波治療装置。
4. 【請求項４】 治療対象部位に治療用超音波を照射する
   超音波トランスデューサと、前記治療用超音波の照射中
   に前記治療用超音波の照射されている領域で発生する可
   聴音を検出する手段を有することを特徴とする超音波治
   療装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の超音波治療装置におい
   て、前記可聴音を検出した時から前記治療用超音波の照
   射終了までの時間を設定する機能を有することを特徴と
   する超音波治療装置。