(57)【要約】本発明の超音波医療装置（１００）は、バブル発生用の第１の超音波（Ｗ１）および該第１の超音波（Ｗ１）よりも弱い第２の超音波（Ｗ２）を順番に超音波素子（５）から出力させるように該超音波素子（５）を駆動する駆動部（７）と、第２の超音波（Ｗ２）の照射によって発生するキャビテーションを検知するキャビテーション検知部（１１）と、キャビテーションの検知結果に基づいて第２の超音波（Ｗ２）の出力を調整させるように駆動部（７）を制御する制御部（９）とを備える。
2017126037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織内にバブルを発生させるための第１の超音波および該第１の超音波よりも弱い第２の超音波を順番に治療超音波素子から出力させるように該治療超音波素子を駆動する駆動部と、
前記第２の超音波の照射によって前記生体組織内に発生するキャビテーションを検知するキャビテーション検知部と、
該キャビテーション検知部による前記キャビテーションの検知結果に基づいて前記第２の超音波の出力を調整させるように前記駆動部を制御する制御部とを備える超音波医療装置。
【請求項２】
前記キャビテーション検知部は、前記第２の超音波の照射によって前記生体組織で発生する前記第２の超音波の高調波および低調波のうちの少なくとも１つの強度が所定の閾値以上であるときに前記キャビテーションを検知する請求項１の超音波医療装置。
【請求項３】
観測超音波素子から出力される第３の超音波の反射エコーに基づいて前記生体組織の超音波画像を取得する画像取得部を備え、
該画像取得部が、前記治療超音波素子から前記第２の超音波が出力されている期間中に前記超音波画像を取得し、
前記キャビテーション検知部が、前記超音波画像の輝度値の時間変化量に基づいて前記キャビテーションを検知する請求項１または請求項２に記載の超音波医療装置。
【請求項４】
前記第１の超音波が集束する焦点を、前記治療超音波素子に近接および離間する方向に移動させる焦点位置調整部を備え、
該焦点位置調整部が、前記治療超音波素子から前記第１の超音波が出力されている期間中に、前記焦点を前記治療超音波素子から離間した位置から該治療超音波素子に近接する方向に移動させる請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波医療装置。
【請求項５】
前記生体組織を予熱するための第４の超音波を予熱超音波素子から出力させるように該予熱超音波素子を駆動する予熱用駆動部を備え、
前記制御部は、前記治療超音波素子から前記第１の超音波を出力させる前に、前記予熱超音波素子から前記第４の超音波を出力させるように、前記予熱用駆動部を制御する請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波医療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波医療装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱効果およびキャビテーション効果をそれぞれ奏する２つの超音波を出力可能な体外式の超音波医療装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。熱効果は、生体組織が超音波を吸収することによって生じる熱エネルギを利用したものである。キャビテーション効果は、超音波振動による圧力低下により発生した微小なガスの泡が、さらなる周囲圧力の低下により膨らみ、臨界直径に達したときに、気泡の圧壊を通して高エネルギを局所的に放出し、近傍組織を破壊する物理的エネルギを利用したものである。特許文献１の超音波医療装置は、皮膚における温度および音響場圧力をセンサによって測定し、測定された温度および音響場圧力に基づいて超音波の出力を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平７−５０５７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、キャビテーション効果を発生させるためには、焦点にて強く集束するビームを照射するか、もしくは素子に印加する電圧を大きくすることで得られる強力な超音波が必要となる。体内式の超音波医療装置に搭載される超音波素子は小型のものに限られるため、強く集束させるための大口径の素子を使用することや、大きな印加電圧を用いて強力な超音波を発生させることが難しい。さらに、特許文献１のように皮膚における温度および音響場圧力に基づいて超音波の出力を制御する方法では、キャビテーションが発生しているか否かを正確に検知することはできず、キャビテーションが確実に発生するように超音波の出力を適切に制御することが難しいという問題がある。【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型の超音波素子を用いてもキャビテーションを確実に発生させることができ、キャビテーションを利用して効率的に治療することができる超音波医療装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、生体組織内にバブルを発生させるための第１の超音波および該第１の超音波よりも弱い第２の超音波を順番に治療超音波素子から出力させるように該治療超音波素子を駆動する駆動部と、前記第２の超音波の照射によって前記生体組織内に発生するキャビテーションを検知するキャビテーション検知部と、該キャビテーション検知部による前記キャビテーションの検知結果に基づいて前記第２の超音波の出力を調整させるように前記駆動部を制御する制御部とを備える超音波医療装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、小型の超音波素子を用いてもキャビテーションを確実に発生させることができ、キャビテーションを利用して効率的に治療することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波医療装置の全体構成図である。
【図２】図１の超音波医療装置が出力する気泡化超音波および治療超音波の強度および出力タイミングを示す図である。
【図３】図１の超音波医療装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る超音波医療装置の全体構成図である。
【図５】図４の超音波医療装置が出力する気泡化超音波および治療超音波の強度および出力タイミングと、診断超音波の出力タイミングとを示す図である。
【図６】図４の超音波医療装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る超音波医療装置の全体構成図である。
【図８】図７の超音波医療装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】（ａ），（ｂ）第１の期間における焦点の移動と、（ｃ），（ｄ）第２の期間における焦点の移動とを説明する図である。
【図１０】第２の期間における治療超音波の出力のタイミングを示す図である。
【図１１】図７の超音波医療装置の動作の変形例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る超音波医療装置が出力する気泡化超音波、治療超音波および予熱超音波の強度および出力タイミングを示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る超音波医療装置の動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る超音波医療装置の動作の変形例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る超音波医療装置１００について図１から図３を参照して説明する。
本実施形態に係る超音波医療装置１００は、図１に示されるように、体内に挿入可能な細長いプローブ１と、該プローブ１の基端に接続された筐体２と、該筐体２に接続された操作部３および表示部４とを備えている。
【００１０】
プローブ１は、気泡化超音波（第１の超音波）Ｗ１および治療超音波（第２の超音波）Ｗ２を択一的に出力する治療超音波素子５と、生体組織において反射された音波を受信する受信素子６とを備えている。図１においては、治療超音波素子５および受信素子６の位置が離れているが、治療超音波素子５から出力された治療超音波Ｗ２によって焦点Ｆおよび焦点Ｆ近傍で発生する高調波および低調波が効率良く受信素子６によって受信されるように、また、治療超音波素子５および受信素子６が共に患部を向いて体内に挿入可能なように、治療超音波素子５および受信素子６の開口部は、互いに近接した位置に配置される。
【００１１】
筐体２は、気泡化超音波Ｗ１または治療超音波Ｗ２を発生させるための駆動信号を生成して該駆動信号を治療超音波素子５に印加する駆動信号生成部（駆動部）７と、治療超音波素子５に発生させる超音波Ｗ１，Ｗ２を切り替える切替制御部８と、気泡化超音波Ｗ１および治療超音波Ｗ２の出力を制御する出力制御部９と、受信素子６によって受信された音波の中からキャビテーション信号Ｓを抽出する信号処理部１０と、該信号処理部１０によって抽出されたキャビテーション信号Ｓの強度に基づいてキャビテーションを検知するキャビテーション検知部１１と、該キャビテーション検知部１１による検知結果に基づいて出力制御部９を制御する中央制御部（制御部）１２と、記憶部１３とを備えている。
【００１２】
治療超音波素子５は、同一の焦点Ｆに集束する集束超音波（ＨＩＦＵ）を気泡化超音波Ｗ１および治療超音波Ｗ２として出力する。気泡化超音波Ｗ１は、ナノ液滴を気泡化させてマイクロバブルを発生させるためのものである。ナノ液滴は、脂質膜、蛋白質または高分子等の膜からなり、液体を封入したナノメートルサイズのカプセルである。膜には、生体内の患部に存在する特定の成分（例えば癌細胞）と特異的に結合するリガンドが保持されている。これにより、生体に投与されたナノ液滴は患部に集積するようになっている。マイクロバブルの残存および消失は、液滴の沸点と周囲温度との関係に依存する。液滴の沸点が気泡化時の周囲温度よりも低い場合はマイクロバブルは残存し、液滴の沸点が気泡化時の周囲温度よりも高い場合はマイクロバブルは消失する。液滴は、生体内において容易に気泡化するように、体温（３７℃）以下の沸点を有する。
【００１３】
ナノ液滴は、所定値以上の振幅を有する超音波が照射されることによって気泡化する。したがって、気泡化超音波Ｗ１は、所定値以上の振幅を有する。ナノ液滴に気泡化超音波Ｗ１が照射されると、ナノ液滴のカプセルが破壊されて、カプセル内に封入されていた液滴が生体組織内に分散し、液滴が気泡化することによって、マイクロメートルサイズの気泡であるマイクロバブルが発生する。液体の沸点は体温以下であるので、一度発生したマイクロバブルは長時間にわたって安定的に残存する。気泡化超音波Ｗ１は短パルスであり、生体には直接的に影響を与えない。
【００１４】
治療超音波Ｗ２は、キャビテーションを発生させるためのものであり、気泡化超音波Ｗ１よりも小さい振幅を有する。キャビテーションとは、超音波振動によって液体の圧力が局所的に低下して気泡が発生し、さらに気泡が臨界直径に達したときに起きる圧壊現象に伴う断熱圧縮の結果生じる高エネルギを局所的に放出する現象である。治療超音波Ｗ２の照射によって生体組織内でキャビテーションが発生すると、治療超音波Ｗ２の焦点Ｆおよび該焦点Ｆの近傍において発生する治療超音波Ｗ２の高調波および低調波が増強される。これら高調波および低調波がキャビテーション信号Ｓとして受信素子６によって受信される。
【００１５】
切替制御部８は、駆動信号生成部７に生成させる駆動信号の振幅を切り替えることによって、気泡化超音波Ｗ１と、該気泡化超音波Ｗ１よりも小さな振幅を有する治療超音波Ｗ２とを切り替える。ここで、切替制御部８は、図２に示されるように、第１の期間において気泡化超音波Ｗ１を治療超音波素子５に発生させ、第１の期間に続く第２の期間において治療超音波Ｗ２を治療超音波素子５に発生させるように、駆動信号生成部７を制御する。
【００１６】
出力制御部９は、駆動信号生成部７に駆動信号を生成させるタイミングを制御することによって、気泡化超音波Ｗ１および治療超音波Ｗ２の出力の開始と終了とを制御する。また、気泡化超音波Ｗ１は気泡化のためのパルスであり、パルス長が過度に長いと気泡化超音波Ｗ１の照射中にキャビテーションが進んでしまう可能性があるので、適度な長さのパルス長に調整する必要がある。
【００１７】
ここで、治療においては、図２に示されるサイクルの照射シーケンスが繰り返され、治療超音波Ｗ２の照射が終了してから次の気泡化超音波Ｗ１が照射が開始されるまでの間に１ミリ秒〜１０ミリ秒程度の休止期間が設けられる。治療超音波Ｗ２によるキャビテーションの発生後、微小な気泡（残骸気泡）が発生し得る。残骸気泡に気泡化超音波Ｗ１が照射されると、残骸気泡がキャビテーション核となって第１の期間においてもキャビテーションが発生してしまい、ナノ液滴の効果をキャビテーション信号Ｓから正確に検出することができなくなる。休止期間を設けて残骸気泡の消失を待ってから次の気泡化超音波Ｗ１を照射することで、ナノ液滴の気泡化によって生じた安定的なマイクロバブルのみをキャビテーション核とすることができる。
【００１８】
信号処理部１０は、受信部によって受信された音波の中からキャビテーション信号Ｓを抽出する。すなわち、信号処理部１０は、駆動信号の周波数（駆動周波数）のｎ（ｎ＝２，３，…）倍の周波数および１／ｍ（ｍ＝２，３，…）倍の周波数を有する成分のうちのすくなとも１つを抽出する。特に、キャビテーションの発生によって２次、３次および４次の高調波が顕著に増強される。したがって、信号処理部１０は、２次、３次、４次の高調波に相当する、駆動周波数の２倍、３倍、４倍の周波数を有する成分のうちのいずれかを抽出することが好ましい。
【００１９】
キャビテーション検知部１１は、信号処理部１０によって抽出されたキャビテーション信号Ｓの強度を所定の閾値と比較する。キャビテーション信号Ｓの強度が所定の閾値以上である場合、キャビテーション検知部１１は、キャビテーションが発生していると判断する。一方、キャビテーション信号Ｓの強度が閾値未満である場合、キャビテーション検知部１１は、キャビテーションが発生していないと判断する。キャビテーション検知部１１は、キャビテーションの検知結果を中央制御部１２に送信する。
【００２０】
中央制御部１２は、第２の期間において、キャビテーション検知部１１にキャビテーションの検知を実行させ、検知結果を受信し、受信した検知結果に基づいて出力制御部９を制御する。具体的には、中央制御部１２は、キャビテーションが検知されるときには、図２の照射シーケンスを繰り返して超音波Ｗ１，Ｗ２の照射を継続し、一方キャビテーションが検知されないときには図２の照射シーケンスの繰り返しを終了させるように、出力制御部９を制御する。
【００２１】
操作部３は、治療条件をユーザが入力することができるようになっている。治療条件とは、例えば、気泡化超音波Ｗ１および治療超音波Ｗ２の出力条件（振幅、出力時間、周波数）や、ナノ液滴の液体の沸点等である。操作部３に入力された治療条件は記憶部１３に記憶される。中央制御部１２は、記憶部１３に記憶された治療条件に従って切替制御部８および出力制御部９を制御するようになっている。
【００２２】
次に、このように構成された超音波医療装置１００の作用について図３を参照して説明する。
まず、ユーザは、ナノ液滴を含む薬剤を生体に投与する。生体内に投与されたナノ液滴は、患部に集積する。次に、ユーザは、操作部３を用いて治療条件を入力する（ステップＳ１）。次に、ユーザは、気泡化超音波Ｗ１および治療超音波Ｗ２の焦点Ｆが患部に位置するように患部に対してプローブ１を位置合わせし、操作部３を操作することによって患部への超音波Ｗ１，Ｗ２の照射を開始する。
【００２３】
まず、切替制御部８は、第１の期間において治療超音波素子５から気泡化超音波Ｗ１を出力させる（ステップＳ２）。これにより、患部においてマイクロバブルが発生する。次に、切替制御部８は、第２の期間において治療超音波素子５から気泡化超音波Ｗ１よりも弱い治療超音波Ｗ２を出力させる（ステップＳ３）。治療超音波Ｗ２が患部に照射されると、患部に存在するマイクロバブルによってキャビテーションが発生し、キャビテーション信号Ｓが受信素子６によって受信され（ステップＳ４）、信号処理部１０によってキャビテーション信号Ｓが抽出される。キャビテーション検知部１１は、治療超音波Ｗ２が出力されている間、キャビテーション信号Ｓの強度に基づいてキャビテーションが発生しているか否かを検知する（ステップＳ５）。
【００２４】
患部にマイクロバブルが存在している間は、治療超音波Ｗ２の照射によってキャビテーションが強く発生するので、キャビテーション信号Ｓは閾値以上の強度を有する。気泡化超音波Ｗ１および治療超音波Ｗ２の照射が繰り返されると、ナノ液滴が減り、生成されるマイクロバブルの量が次第に少なくなるため、キャビテーションが弱まってキャビテーション信号Ｓの強度が閾値を下回るようになる。
【００２５】
中央制御部１２は、キャビテーション検知部１１によってキャビテーションが検知されているときには（ステップＳ５のＹＥＳ）、気泡化超音波Ｗ１および治療超音波Ｗ２を繰り返し出力し続けるように出力制御部９を制御する（ステップＳ２，Ｓ３）。一方、中央制御部１２は、キャビテーション検知部１１によってキャビテーションが検知されなくなったときに（ステップＳ５のＮＯ）、気泡化超音波Ｗ１および治療超音波Ｗ２の繰り返し出力を停止させるように、出力制御部９を制御する（ステップＳ６）。これにより、ナノ液滴由来のマイクロバブルによってキャビテーションを発生させることが可能な間は、気泡化超音波Ｗ１および治療超音波Ｗ２が患部に照射され、患部にナノ液滴が無くなってマイクロバブルが生成されなくなり、キャビテーションが発生しなくなったときに、気泡化超音波Ｗ１および治療超音波Ｗ２の照射が自動的に停止する。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、患部においてキャビテーションが発生しているか否かを、キャビテーション信号Ｓに基づいて正確に検知することができる。そして、キャビテーション効果が得られる間は気泡化超音波Ｗ１および治療超音波Ｗ２の照射を繰り返し継続し、キャビテーション効果が得られなくなったときに気泡化超音波Ｗ１および治療超音波Ｗ２の照射を終了することによって、キャビテーションを利用して効率的に患部を治療することができるという利点がある。
【００２７】
さらに、マイクロバブルは、該マイクロバブルが治療超音波Ｗ２の照射によって振動することによって、キャビテーションの発生を促進する。治療超音波Ｗ２をこのようなマイクロバブルと組み合わせることによって、低エネルギの治療超音波Ｗ２であってもキャビテーションを患部に発生させることができる。したがって、小型の治療超音波素子５を利用することができ、体内式の超音波医療装置１００によるキャビテーション効果を利用した治療を可能とすることができるという利点がある。
【００２８】
さらに、低エネルギの治療超音波Ｗ２によってキャビテーションが発生する領域は、マイクロバブルが存在する領域に限られる。したがって、生体組織の患部以外の領域に治療超音波Ｗ２が照射されたとしても、患部以外の領域においてキャビテーションが発生することを防ぐことができるという利点がある。
【００２９】
より具体的には、キャビテーション核となる気泡が存在するとキャビテーションが発生し、キャビテーション発生後は微小な気泡が生成される。この微小気泡は速やかに消失するが、消失前に微小気泡に超音波が照射されると微小気泡がキャビテーション核となってキャビテーションが発生する可能性がある。したがって、治療超音波Ｗ２照射後に１ミリ秒〜１０ミリ秒の超音波停止時間（休止期間）を設けることによって、キャビテーションによって発生した微小気泡（残骸気泡）を消失させ、ナノ液滴由来の残存マイクロバブルが存在する患部以外の領域においてキャビテーションが発生することを防ぐことができるという利点がある。
さらに、キャビテーションに伴う気泡によって反射された超音波が、所望の超音波音圧分布とは異なる場所に音圧の強い場所を生じさせることでキャビテーション生成領域の制御性が低下することを、防ぐこともできる。
【００３０】
本実施形態においては、第２の期間において、中央制御部１２が、キャビテーション信号に基づいて治療超音波Ｗ２の出力を停止させる（すなわち、治療超音波Ｗ２の振幅をゼロに調整する）こととしたが、これに代えて、またはこれに加えて、キャビテーション信号の強度に応じて治療超音波Ｗ２の振幅を調整するように駆動信号生成部７を制御してもよい。
【００３１】
例えば、キャビテーション信号の強度の低下に応じて治療超音波Ｗ２の強度を低下させるように、中央制御部１２が駆動信号生成部７を制御してもよい。このようにすることで、治療超音波Ｗ２が過剰に患部に照射されることを防ぐことができる。
上記の方法により、薬剤が存在する部分に局所的にキャビテーションが発生するように制御することによって、薬剤表面の抗体の集積性を用いた選択的な治療が可能となる。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波医療装置１０１について図４から図６を参照して説明する。
本実施形態に係る超音波医療装置１０１は、治療超音波Ｗ２の高調波および低調波に代えて、超音波画像の輝度値の時間変化量をキャビテーション信号として用いる点において、第１の実施形態に係る超音波医療装置１００と主に異なっている。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
本実施形態に係る超音波医療装置１０１において、図４に示されるように、プローブ１には、受信素子６に代えて、観測超音波（第３の超音波）Ｗ３を出力する観測超音波素子１４が設けられている。筐体２には、観測超音波素子１４を駆動するための駆動信号生成部１５と、観測超音波Ｗ３の反射エコーに基づいて超音波画像を生成する画像取得部１６とがさらに設けられている。
【００３４】
駆動信号生成部１５は、中央制御部１２による制御に従って、観測超音波素子１４に観測超音波Ｗ３を発生させるための駆動信号を生成し、該駆動信号を超音波素子に印加する。
【００３５】
観測超音波素子１４は、駆動信号生成部１５から駆動信号が印加されることによってパルス超音波である観測超音波Ｗ３を出力し、観測超音波Ｗ３の反射エコーを受信し、受信した反射エコーを電気信号に変換し、電気信号を信号処理部１０に送信する。観測超音波素子１４は、治療超音波Ｗ２の焦点Ｆを含む範囲に観測超音波Ｗ３を照射するように配置されている。マイクロバブルは、観測超音波Ｗ３を生体組織よりも高い反射率で反射する。したがって、焦点Ｆおよび該焦点Ｆの近傍において発生したマイクロバブルが、高輝度領域として超音波画像内で観察されるようになっている。
【００３６】
本実施形態においては、図５に示されるように、第１の期間と第２の期間との間に第３の期間が設けられている。中央制御部１２は、第３の期間および第２の期間において観測超音波Ｗ３を観測超音波素子１４に発生させるように、出力制御部９および駆動信号生成部１５を制御する。したがって、第３の期間および第２の期間において超音波画像が取得される。ここで、第２の期間において治療超音波Ｗ２と観測超音波Ｗ３との干渉を避けるため、治療超音波Ｗ２が間欠的に出力され、治療超音波Ｗ２とは異なるタイミングで観測超音波Ｗ３が出力される。あるいは、観測超音波素子１４によって受信された反射エコーの電気信号に対して治療超音波Ｗ２由来のノイズを除去する信号処理が施され、処理後の電気信号から超音波画像が生成される。第３の期間は、ミリ秒オーダーよりも長く設定されており、数秒〜数分程度であることが好ましい。
【００３７】
本実施形態において、信号処理部１０は、観測超音波素子１４から受信した電気信号を輝度値に変換し、輝度値をキャビテーション検知部１１および画像取得部１６に送信する。
画像取得部１６は、信号処理部１０から受信した輝度値を用いて超音波画像を生成し、超音波画像を表示部４に出力して該表示部４に表示させる。
【００３８】
キャビテーション検知部１１は、信号処理部１０から受信した輝度値を時系列に記憶し、輝度値の時間変化量をキャビテーション信号として算出する。キャビテーション検知部１１は、算出されたキャビテーション信号を所定の閾値と比較する。キャビテーション信号が所定の閾値以上である場合、キャビテーション検知部１１は、キャビテーションが発生していると判断する。一方、キャビテーション信号が閾値未満である場合、キャビテーション検知部１１は、キャビテーションが発生していないと判断する。キャビテーション検知部１１は、キャビテーションの検知結果を中央制御部１２に送信する。
【００３９】
次に、このように構成された超音波医療装置１０１の作用について図６を参照して説明する。
第１の実施形態と同様にしてナノ液滴を含む薬剤を生体に投与し、治療条件を入力し（ステップＳ１）、患部への超音波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の照射を開始する。
【００４０】
まず、第１の期間において、切替制御部８が、治療超音波素子５から気泡化超音波Ｗ１を出力させる（ステップＳ２）。これにより、患部においてマイクロバブルが発生する。次に、第３の期間において、中央制御部１２が、観測超音波素子１４から観測超音波Ｗ３を出力させる（ステップＳ７）。これにより、焦点Ｆを含む範囲の超音波画像が画像取得部１６によって生成され、超音波画像が表示部４に表示される。超音波画像において、マイクロバブルが存在する患部は周辺よりも高い輝度値を有する。したがって、ユーザは、超音波画像において患部を明瞭に観察することができる。
【００４１】
次に、第２の期間において、切替制御部８が、治療超音波素子５から気泡化超音波Ｗ１よりも弱い治療超音波Ｗ２を出力させる（ステップＳ３）。さらに、中央制御部１２が、観測超音波素子１４から観測超音波Ｗ３を出力させることにより、超音波画像が取得され続け、超音波画像の輝度値の時間変化量がキャビテーション信号としてキャビテーション検知部１１によって取得される（ステップＳ４）。
【００４２】
治療超音波Ｗ２が患部に照射されると、患部に存在するマイクロバブルによってキャビテーションが発生し、観測超音波素子１４によって受信される反射エコーの強度の時間変化量が増大し、超音波画像の輝度値の変化量が増加する。治療超音波Ｗ２の照射によって次第にマイクロバブルが消滅してマイクロバブルの量が減ると、キャビテーションが弱まって超音波画像の輝度値の変化量が低下する。このように、マイクロバブルが存在している間は、超音波画像の輝度値が大きく変動するので、キャビテーション信号が閾値以上となる。
ステップＳ５，Ｓ６は、第１の実施形態と同一であるので、説明を省略する。
【００４３】
キャビテーションが発生しているときには、気泡の生成および消滅が繰り返されることにより、超音波画像の輝度値の時間変化量が大きくなる。したがって、本実施形態によれば、超音波画像の輝度値の時間変化量に基づいても、患部においてキャビテーションが発生しているか否かを正確に検知することができる。また、超音波医療装置のプローブに一般的に設けられている超音波画像取得用の観測超音波素子１４を利用してキャビテーション信号を取得することができるという利点がある。また、沸点を調整したナノ液滴を、このような照射シーケンスと組み合わせることによって、第１の期間と第２の期間との間に、数秒〜数分のオーダーの第３の期間を設けることが可能となり、マイクロバブルが集積している患部の様子を確認することができるという利点がある。
本実施形態のその他の効果は第１の実施形態と同一であるので説明を省略する。
【００４４】
本実施形態においては、キャビテーション信号として、超音波画像の輝度値の時間変化量を用いることとしたが、これに代えて、観測超音波素子１４から出力される電気信号の振幅の時間変化量をキャビテーション信号として用いてもよい。
このようにしても、輝度値の時間変化量を用いた場合と同一の効果を得ることができる。
【００４５】
また、本実施形態においては、観測超音波素子１４がプローブ１に設けられていることとしたが、これに代えて、観測超音波素子１４がプローブ１とは別体に設けられ、体外から患部に向かって観測超音波Ｗ３を照射するように構成されていてもよい。
このようにすることで、プローブ１の細径化を図ることができる。
【００４６】
また、本実施形態においては、観測超音波素子１４が、第２の期間において観測超音波Ｗ３を送受信することとしたが、これに代えて、第２の期間において観測超音波Ｗ３の出力を停止し、第１の実施形態における受信素子６と同様に、焦点Ｆおよび該焦点Ｆの近傍において発生し、キャビテーションによって増強される治療超音波Ｗ２の高調波および低調波をキャビテーション信号として受信するように構成されていてもよい。
【００４７】
また、本実施形態においては、治療超音波素子５とは別体の観測超音波素子１４によって反射エコーを受信して輝度値を得ることとしたが、これに代えて、治療超音波素子５を用いて治療超音波Ｗ２の出力と反射エコーの受信とを行い、治療超音波素子５によって受信された反射エコーの強度の時間変化量、または増強される治療超音波Ｗ２の高調波および低調波をキャビテーション信号として用いてもよい。この場合、第２の期間中に、治療超音波素子５は、治療超音波Ｗ２の出力と、該治療超音波Ｗ２の送受信とを交互に行ってもよい。このようにすることで、観測超音波素子１４が不要となり、装置構成をさらに簡略にすることができる。
【００４８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る超音波医療装置１０２について図７から図１１を参照して説明する。
本実施形態に係る超音波医療装置１０２は、図７に示されるように、治療超音波素子５の焦点Ｆの位置を調整する焦点位置調整部１７を備えている点において、第１および第２の実施形態に係る超音波医療装置１００，１０１と主に異なっている。以下、第１および第２の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
なお、図７には、第２の実施形態の超音波医療装置１０１に焦点位置調整部１７を追加した構成が示されているが、第１の実施形態の超音波医療装置１００に焦点位置調整部１７を追加してもよい。
【００５０】
焦点位置調整部１７としては、電気的または機械的に焦点Ｆを移動させる任意の方式が用いられる。例えば、治療超音波素子５が複数の振動子の配列からなり、焦点位置調整部１７が、各振動子に印加する駆動信号の位相を制御することによって、焦点Ｆを移動させるように構成されていてもよい。または、治療超音波素子５が単一の振動子からなり、焦点位置調整部１７が、治療超音波素子５を図示しないアクチュエータによって移動または変形させるように構成されていてもよい。例えば、焦点位置調整部１７が、振動子の曲率を変更させることによって焦点Ｆを移動させるように構成されていてもよい。
【００５１】
中央制御部１２は、第１の期間において、気泡化超音波Ｗ１の焦点Ｆを、治療超音波素子５から離間した位置から治療超音波素子５に近接させる方向に移動させるように、焦点位置調整部１７を制御する。
【００５２】
次に、このように構成された超音波医療装置１０２の作用について図８から図１０を参照して説明する。
本実施形態においては、図８に示されるように、第１の期間において、中央制御部１２が、焦点位置調整部１７によって焦点Ｆを、治療超音波素子５から離れた位置から治療超音波素子５に近接する方向に移動させながら、気泡化超音波Ｗ１を出力させる（ステップＳ２’）。これにより、図９（ａ），（ｂ）に示されるように、生体組織Ａの深い位置から浅い位置に向かって順番にマイクロバブルＢが発生する。
【００５３】
ステップＳ２’の後、治療超音波Ｗ２の生体組織Ａへの照射が開始され（ステップＳ３’）、キャビテーションが検知されなくなるまで（ステップＳ５のＹＥＳ）、治療超音波Ｗ２の照射が継続する。したがって、図９（ｃ），（ｄ）に示されるように、第２の期間において焦点Ｆを移動させながら治療超音波Ｗ２を生体組織Ａに照射すると、ステップＳ２’において発生させたマイクロバブルＢが無くなったときに（ステップＳ５のＮＯ）、治療超音波Ｗ２の照射が停止する（ステップＳ６’）。
【００５４】
マイクロバブルＢは気泡化超音波Ｗ１をほとんど透過させないので、マイクロバブルＢよりも深い位置には気泡化超音波Ｗ１が照射されない。したがって、治療超音波素子５から遠い位置から、治療超音波素子５に近い位置へ向かって気泡化超音波Ｗ１の焦点Ｆを移動させることによって、生体組織Ａの奥行き方向に満遍なくマイクロバブルＢを発生させることができるという利点がある。
【００５５】
このとき、図１０に示さるように、治療超音波Ｗ２が照射される第２の期間において、治療超音波Ｗ２の出力が一時的に停止する１ミリ秒〜１０ミリ秒の停止時間が定期的に設けられる。この停止時間は、ナノ液滴由来の気泡のみをキャビテーション核とするため、キャビテーション発生に伴って発生した微小気泡（残骸気泡）の消失を待つ時間である。このようにすることで、ナノ液滴由来の残存マイクロバブルが存在する患部以外の領域においてキャビテーションが発生することを防ぐことができる。また、キャビテーションが発生しなくなったことは、ナノ液滴が生体に作用しなくなったことと等価であるため、治療が完了したことを確認することができる。
なお、本実施形態においては、患部の各位置において、気泡化超音波Ｗ１が照射されてから治療超音波Ｗ２が照射されるまでの間に時間間隔が発生する。この時間間隔は、ミリ秒オーダーよりも長くなる。
【００５６】
本実施形態においては、ステップＳ１とステップＳ２’との間、または、ステップＳ２’とステップＳ７との間に、治療プランを選択するステップをさらに含んでいてもよい。治療プランは、気泡化超音波Ｗ１の焦点Ｆの移動の順序を定めたプランである。患部の形状や寸法に適した治療プランを選択することによって、患部全体により確実にマイクロバブルを発生させることができる。
【００５７】
本実施形態においては、気泡化超音波Ｗ１が照射される第１の期間において焦点Ｆを移動さることとしたが、これに代えて、図１１に示されるように、気泡化超音波Ｗ１および治療超音波Ｗ２の照射（ステップＳ２〜Ｓ５）の後に焦点Ｆを移動させ（ステップＳ９）、その後に次の気泡化超音波Ｗ１の照射（ステップＳ２）を行ってもよい。
このようにすることで、より広範囲を治療することができる。
【００５８】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る超音波医療装置について図１２から図１４を参照して説明する。
本実施形態に係る超音波医療装置は、図１２に示されるように、第１の期間の前に、患部を予熱するための予熱超音波（第４の超音波）Ｗ４を出力する点において、第１から第３の実施形態に係る超音波医療装置１００，１０１，１０２と主に異なっている。本実施形態の超音波医療装置の装置構成は、第１から第３の実施形態の超音波医療装置のいずれかの装置構成と同一である。以下、第１から第３の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１から第３の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
本実施形態において使用されるナノ液滴の液体は、体温（３７℃）よりも高く、かつ、患部の治療温度（第２の期間における治療超音波Ｗ２による加温温度）よりも低い沸点を有する。
予熱超音波Ｗ４は、治療超音波素子（予熱超音波素子）５または観測超音波素子（予熱超音波素子）１４から出力される。予熱超音波Ｗ４の照射によって、液体の沸点以上かつ患部の治療温度よりも低い予熱温度（例えば、４０℃〜４３℃）まで患部が加温されるように、予熱超音波Ｗ４の振幅および出力時間が調整される。
【００６０】
次に、このように構成された超音波医療装置の作用について図１３を参照して説明する。
本実施形態においては、中央制御部１２が、気泡化超音波Ｗ１の出力に先立って、予熱超音波Ｗ４を治療超音波素子５または観測超音波素子１４から出力させる（ステップＳ１０）。これにより、患部が予熱超音波Ｗ４の照射によって予熱される。次に、気泡化超音波Ｗ１が患部に照射される（ステップＳ２）。図１２に示されるように、予熱超音波Ｗ４の振幅は気泡化超音波Ｗ１の振幅以下である必要がある。
【００６１】
液体の沸点以上の温度に予熱された領域に気泡化超音波Ｗ１が照射されると、マイクロバブルが容易に発生し、一度発生したマイクロバブルは安定的に残存し続ける。一方、予熱されていない領域に気泡化超音波Ｗ１が照射されたとしてもマイクロバブルは発生し難く、マイクロバブルが発生したとしても速やかに消滅する。したがって、予熱された領域において選択的にマイクロバブルを安定的に発生させることができる。
【００６２】
したがって、本実施形態によれば、患部以外の領域にナノ液滴が存在していたとしても、予熱超音波Ｗ４によって予熱された領域においてのみナノバブルおよびキャビテーションを発生させることができる。これにより、意図しない領域においてキャビテーションが発生することを防止し、意図しない領域をキャビテーションから保護することができるという利点がある。
【００６３】
また、液体の沸点以上の温度に予熱された領域において一度発生したマイクロバブルは、その後に患部の温度が予熱温度から低下したとしても安定的に残存し続けるため、治療超音波Ｗ２による治療可能な時間を長く確保することができる。つまり、一度マイクロバブルを発生させた後は、予熱超音波Ｗ４の照射の必要はなく、治療超音波Ｗ２の照射のみを行えばよいので、作業を簡素化することができる。
【００６４】
なお、本実施形態においては、治療超音波素子５または観測超音波素子１４を予熱超音波素子として用いることとしたが、これに代えて、治療超音波素子５および観測超音波素子１４とは別体のもう１つの超音波素子をプローブ１に設け、該もう１つの超音波素子を予熱超音波素子として用いてもよい。
【００６５】
本実施形態においては、第３の実施形態と同様に、図１４に示されるように、第２の期間において、キャビテーションが検知されなくなるまで、治療超音波Ｗ２の出力を続けてもよい。この場合にも、第２の期間には、治療超音波Ｗ２の出力が一時的に停止する停止時間（図１０参照。）が定期的に設けられる。
【符号の説明】
【００６６】
１  プローブ
２  筐体
３  操作部
４  表示部
５  治療超音波素子
６  受信素子
７  駆動信号生成部（駆動部）
８  切替制御部
９  出力制御部
１０  信号処理部
１１  キャビテーション検知部
１２  中央制御部（制御部）
１３  記憶部
１４  観測超音波素子
１５  駆動信号生成部（予熱用駆動部）
１６  画像取得部
１７  焦点位置調整部
Ｗ１  気泡化超音波（第１の超音波）
Ｗ２  治療超音波（第２の超音波）
Ｗ３  観測超音波（第３の超音波）
Ｗ４  予熱超音波（第４の超音波）
【図１】
2017126037.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年5月17日(2017.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織内にバブルを発生させるための第１の超音波および該第１の超音波よりも弱いキャビテーションを発生させるための第２の超音波を順番に治療超音波素子から出力させるように該治療超音波素子を駆動する駆動部と、
観測超音波素子から出力される第３の超音波の反射エコーに基づいて前記生体組織の超音波画像を取得する画像取得部と、
前記超音波画像の輝度値の時間変化量に基づいて、前記第２の超音波の照射によって前記生体組織内に発生する前記キャビテーションを検知するキャビテーション検知部と、
該キャビテーション検知部による前記キャビテーションの検知結果に基づいて前記第２の超音波の出力を調整させるように前記駆動部を制御する制御部と
を備える超音波医療装置。
【請求項２】
前記第１の超音波が集束する焦点を、前記治療超音波素子に近接および離間する方向に移動させる焦点位置調整部を備え、
該焦点位置調整部が、前記治療超音波素子から前記第１の超音波が出力されている期間中に、前記焦点を前記治療超音波素子から離間した位置から該治療超音波素子に近接する方向に移動させる請求項１に記載の超音波医療装置。
【請求項３】
前記生体組織を予熱するための第４の超音波を予熱超音波素子から出力させるように該予熱超音波素子を駆動する予熱用駆動部を備え、
前記制御部は、前記治療超音波素子から前記第１の超音波を出力させる前に、前記予熱超音波素子から前記第４の超音波を出力させるように、前記予熱用駆動部を制御する請求項１または請求項２に記載の超音波医療装置。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【国際調査報告】
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