(57)【要約】  薬液を所定部位に局所投与する薬液投与装置であって、モニタリング用超音波照射部（２１）からの超音波エコー信号に基づく超音波画像により、対象臓器（３２）の所定部位をモニタリングしながら、キャビテーション生成用超音波焦点制御部（３０）の制御により、キャビテーション生成用超音波照射部（２０）からパルス超音波を注射器（２２）の注射針（３３）の先端（Pos1）に照射する。モニタリング用超音波送受部（２７）に接続された検波・画像化部（２６）、キャビテーション生成監視部（２５）等により所定部位の組織性状の変化を確認した後に、制御部（３１）は薬液を所定部位に局所投与するよう制御する。
2016147297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定部位に薬液を投与する薬液投与装置であって、注射針の位置に第一の超音波を照射して組織性状の変化を生じさせる第一の超音波照射部と、前記変化を確認するための第二の超音波を照射する第二の超音波照射部と、前記第二の超音波照射部からの超音波エコー信号に基づき、前記変化を確認した後、前記薬液を投与するよう制御する制御部、とを備える、ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項２】
請求項１に記載の薬液投与装置であって、前記第一の超音波は、前記注射針の先端に照射されるパルス超音波である、ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項３】
請求項１に記載の薬液投与装置であって、前記制御部は、前記変化を前記超音波エコー信号による超音波画像に基づき検出する、ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項４】
請求項１に記載の薬液投与装置であって、前記制御部は、前記変化を前記超音波エコー信号に含まれる分調波の強度に基づき検出する、ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項５】
請求項１に記載の薬液投与装置であって、前記制御部は、前記変化を前記注射針の先端に照射するパルス超音波により前記特定部位が変位する量により検出する、ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項６】
請求項５に記載の薬液投与装置であって、前記制御部は、前記パルス超音波の照射の前後における前記超音波エコー信号に基づき、前記特定部位が変位する量を検出する、ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項７】
請求項６に記載の薬液投与装置であって、前記制御部は、前記特定部位に前記注射針の先端が存在しない状態で、前記特定部位が変位する量を検出する、ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項８】
請求項６に記載の薬液投与装置であって、前記制御部は、前記特定部位に前記注射針の先端が存在する状態で、前記特定部位が変位する量を検出する、ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項９】
特定部位に薬液を投与する薬液投与装置の作動方法であって、前記薬液投与装置は、第一の超音波を照射して注射針の位置に組織変化を生じさせ、前記組織変化を確認するための第二の超音波を照射し、前記第二の超音波の超音波エコー信号により前記組織変化を確認した場合、前記薬液を投与するよう制御する、ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の薬液投与装置の作動方法であって、前記薬液投与装置は、前記超音波エコー信号により作成した超音波画像に基づき前記組織変化を確認する、ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の薬液投与装置の作動方法であって、前記薬液投与装置は、前記超音波エコー信号に含まれる分調波の強度の変化に基づき前記組織変化を確認する、ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の薬液投与装置の作動方法であって、前記薬液投与装置は、前記第一の超音波としてパルス超音波を前記注射針の先端に照射し、前記組織変化を、前記注射針の先端の前記特定部位が変位する量の変化により確認する、ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の薬液投与装置の作動方法であって、前記薬液投与装置は、前記パルス超音波の照射の前後における前記超音波エコー信号に基づき、前記特定部位が変位する量を検出する、ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の薬液投与装置の作動方法であって、前記制御部は、前記特定部位に前記注射針の先端が存在しない状態で、前記特定部位が変位する量を検出する、ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の薬液投与装置の作動方法であって、前記制御部は、前記特定部位に前記注射針の先端が存在する状態で、前記特定部位が変位する量を検出する、ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、所定の部位に薬液を局所投与するための薬液投与技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  がんは、発生した組織および組織中部位、さらには進行度（ステージ）により適用可能な治療法が異なる。一般には、外科手術、放射線治療、化学療法の中から治療法が選ばれるが、特に、手術が困難な場合に放射線治療あるいは化学療法が選択されることが多い。しかしながら、放射線療法を同一患者に複数セット施行することは、腫瘍以外の正常組織への副作用の観点から困難であり、手術が困難な場合の化学療法の役割は非常に大きい。【０００３】  化学治療に用いられる薬剤すなわち抗がん剤は、がん細胞の活動あるいは分裂の阻害を行う薬剤である。従来型の抗がん剤は、特にがん細胞を標的・認識する構造を有しない。代わりに、がん細胞が正常細胞に比べて代謝が活発で、分裂を無限に繰り返すことを利用し、細胞の代謝・分裂に必要な物質と拮抗する性質を有するよう設計されている。固形がんに対しては、代謝拮抗剤と呼ばれるDNA合成に必要な酵素の働きを阻害する薬剤群（ジェムザール、5-FU等）、微小管阻害剤と呼ばれる、細胞分裂に伴ってDNAが複製される際にDNAが引き寄せられる微小管の働きを阻害する薬剤群（タキソール等）、あるいは抗腫瘍性抗生物質と呼ばれるがん細胞の細胞膜を破壊する、あるいはDNAもしくはRNAの複製・合成を阻害する薬剤群(アドリアマイシン、エピルビシン等)が広く用いられている。【０００４】  近年、従来型の抗がん剤に加え、分子標的薬と呼ばれる、がん細胞の持つ特異的な性質を分子レベルでとらえ、それを標的として効率よく作用するように設計された薬剤群が用いられるようになった。これら分子標的薬は、がん細胞を狙って作用するため、従来型の抗がん剤に比べて、副作用を抑えながら治療効果を高めると期待されている。がん細胞に特異的な性質としては、（１）増殖時に特定のシグナル伝達が活性化されている、（２）血管新生を促進する、などがある。例えば、（１）を利用した、ＨＥＲ２とよばれるたんぱく質を認識する抗体薬剤であるハーセプチンや、（２）を利用した、ＶＥＧＦと呼ばれる血管内皮細胞成長因子を阻害する薬剤であるアバスチンなどが代表的である。【０００５】  これら従来型および分子標的型の抗がん剤の患部への送達は、静脈からの注射により全身投与されることが多い。全身投与では、血流に乗って薬剤が全身を巡るため正常細胞とがん細胞それぞれが薬剤の影響を受けることになる。前述のような、がん細胞と正常細胞、あるいはがん組織と正常組織との特性の違いを用いることで、正常組織あるいは細胞には致命的なダメージを与えることなく、がん細胞の増殖を阻害することが期待される。【０００６】  抗がん剤によるがん治療は、他の手術あるいはＸ線治療が局所治療と呼ばれるのに対し、全身治療と呼ばれる。これは、抗がん剤が、これまで述べてきたような静脈からの投与によって血液を通じて全身に行き渡るためである。このため、画像診断で観察可能な大きな腫瘍のみならず、体外からその存在位置がわからないような微小な腫瘍までも全身全てに渡って効果を発揮することが期待される。【０００７】  全身治療とされている抗がん剤治療は、実際には狭義の全身治療、すなわちどこに存在するかわからない比較的小さい腫瘍部位の治療と、画像診断などで位置が特定できる原発巣の局所治療との二つを同時に行うものである。したがって、特に原発巣が大きいステージの進んだがんの場合には、抗がん剤によるがん治療は狭義の全身治療ではなく、局所治療としての側面が大きくなる。このような局所治療の側面が大きい場合には、特に乏血性の腫瘍などでは、高い治療効果は望めない。大きい原発巣に対して少ない血流で薬剤を送達する必要があるからである。このような乏血性の対象に対して抗がん剤治療を有効に行うには、通常の全身投与ではない局所を対象とした抗がん剤治療が有効と考えられる。すなわち、抗がん剤の腫瘍への直接投与（局所投与）である。なお、局所投与のみでは存在位置のわからない小さい腫瘍の治療はできないため、全身投与も併せて行う必要がある。本明細書においては、以降、通常の全身投与による抗がん剤治療を全身治療、全身投与に加えて局所投与も行う抗がん剤治療を局所・全身治療と呼称する。【０００８】  また、腫瘍によっては、抗がん剤以外を局所投与する治療法が存在する場合がある。例えば、肝臓がんの治療には、エタノールが局所投与される。さらに、がん以外の疾病においても局所投与を行う場合がある。例えば、特許文献１には、気管支けいれんの緩寛等の目的で、超音波により薬液の体内拡散を補助する薬液投与装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２０１０−５３２２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  上記文献にあるように超音波には物質を拡散する作用があるが、特に強度が高い超音波を用いる際には、キャビテーションと呼ばれる現象がそのような作用の源とされている。キャビテーションは、超音波の負圧により生成した微小気泡が成長し、共振サイズに達して大きく振動し圧壊する現象である。このキャビテーションの最後の圧壊の段階で衝撃波やジェットが生成し機械的な作用が生成する。なお、生体中で再現性よく生体構造を破壊する程度の激しいキャビテーションを生成するには、ＨＩＦＵ(High Intensity Focused Ultrasound)と呼ばれる治療用超音波の10倍程度以上の強度が必要とされる。【００１１】  上述したように、乏血性の腫瘍、特にステージの進んだ腫瘍の抗がん剤適用には、通常の静脈投与に加えて局所投与が行われる。しかしながら、乏血性がんの代表であるすい臓がんの多くは硬癌である。硬癌ではバイオプシー(biopsy)による穿刺が十分に行えない場合もあり、局所・全身治療の必要性が高い腫瘍でありながら、適用できないという問題がある。また、硬癌でない場合でも、薬剤の局所投与部位を制御できないと、腫瘍の近傍に薬剤により副作用が生じる重要な器官などがある場合に、治療が行えないという問題がある。更に、がん以外の適用においても、特許文献１では薬液を組織へ吸収されやすくする手法についての開示はあるが、体内の特定の部位の位置確認を行いつつ薬液を局所投与する手法の開示はない。【００１２】  本発明の目的は、上記課題を解決し、体内の特定の部位に薬液の局所投与を可能とする薬液投与装置、及び薬液投与装置の作動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  上記目的を達成するため、本発明においては、特定部位に薬液を投与する薬液投与装置であって、注射針の位置に超音波を照射して組織性状の変化を生じさせる第一の超音波照射部と、変化を確認するための超音波を照射する第二の超音波照射部と、第二の超音波照射部の超音波エコー信号に基づき変化を確認した後、薬液を投与するよう制御する制御部とを備える構成の薬液投与装置を提供する。【００１４】  また、上記目的を達成するため、本発明においては、特定部位に薬液を投与する薬液投与装置の作動方法であって、薬液投与装置は、第一の超音波を照射して注射針の位置に組織変化を生じさせ、組織変化を確認するための第二の超音波を照射し、第二の超音波の超音波エコー信号により組織変化を確認した場合、薬液を投与するよう制御する薬液投与装置の作動方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば、超音波照射により目的の組織が局所投与を行うのに十分な薬剤浸透性向上を確認した上で、薬液投与を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の薬液投与装置の効果検証を行った実験系１を示す図である。
【図２】本発明の薬液投与装置の効果検証におけるサンプルの構成を示す図である。
【図３】効果検証におけるサンプルへの薬液の局所投与後の薬液分布の一例を示す図である。
【図４】効果検証におけるパルス超音波照射後にサンプルへの薬液の局所投与を行った際の薬液分布の一例を示す図である。
【図５】効果検証におけるパルス超音波照射時の焦点における超音波画像像の輝度変化の一例を示す図である。
【図６】効果検証におけるパルス超音波照射時の焦点における分調波強度変化の一例を示す図である。
【図７】本発明の薬液投与装置の効果検証を行った実験系２を示す図である。
【図８】本発明の薬液投与装置の効果検証におけるゲルファントムの構成を示す図である。
【図９】効果検証におけるパルス超音波照射時の焦点における分調波強度変化の一例を示す図である。
【図１０】実施例１に係る超音波照射装置の一構成例を示す図である。
【図１１】実施例１に係る超音波照射装置における実施フローの一例を示す図である。
【図１２】実施例１に係る超音波照射装置における実施フローの他の例を示す図である。
【図１３】実施例２に係る超音波照射装置の構成を示す図である。
【図１４】実施例２に係る超音波照射装置における実施フローの一例を示す図である。
【図１５】実施例２に係る超音波照射装置における実施フローの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  以下、本発明の各種実施の形態を説明するに先立ち、本発明の原理を説明する。本発明者は、超音波を用いる薬剤の局所投与手法の検討を行った結果、局所投与を行う際に用いる注射針を対象として超音波照射を行うことでキャビテーションを生成し、そのキャビテーションの作用によって目的組織の薬剤浸透性を向上させることで、超音波照射部位のみに薬剤を局所投与することが可能であることを見出した。
【００１８】  すなわち、局所投与を用いて薬液を目的とする部位のみに局在させるには、目的部位が周りの部位よりも薬液が浸透しやすい状態にすることが必要である。本発明者の検討の結果、パルス超音波照射によりキャビテーションを発生させて機械的作用を生じることにより、その部位に薬液を浸透しやすくする効果が得られることがわかった。また、硬癌を模したゲルファントムにおいて、ファントム内に配置した注射針にパルス超音波を照射することでキャビテーションを発生させることが可能であることがわかった。
【００１９】  キャビテーションは元となる核あるいは超音波を反射する物体があると低い超音波強度でも生成することが知られている。本発明の薬液投与装置においては、注射針を反射体として機能させることにより、上記の効果を発揮させる構成とする。また、キャビテーションは気泡の強非線形現象であり、その生成により超音波を照射した対象から分調波すなわち照射した周波数成分の分数波（1/2周波、1/3周波等）が生成することが知られており、本発明の薬液投与装置においては、この分調波を用いて、キャビテーションの発生を検出することにより、より正確に所定位置においてキャビテーションの生成制御を行うことができる。
【００２０】  以下、本発明の薬剤投与装置、及びその作動方法の原理の有効性を示すための本発明者による試験例を示す。
【００２１】  ＜試験例１＞パルス超音波照射によりキャビテーションを発生させることにより薬液が目的の部位に局所的に局在させることが可能であることを示す試験  本試験は、図１に構成を示す実験系１を用いて行った。37℃に温度制御された脱気水を満たした水槽１中にキャビテーション生成用超音波照射器２を配置してある。キャビテーション生成用超音波照射器２は、直径50mmおよび焦点距離50mmで周波数1MHzの超音波を照射するよう設計されている。水槽１中には、キャビテーション生成用超音波照射器２の焦点位置に、調製方法を後に記載するサンプル３が配置されており、またサンプル３を撮像可能な位置に超音波診断プローブ４が配置されている。また、サンプル３の焦点位置からの音響信号を測定できる位置に水中マイクロフォン５が配置されている。キャビテーション生成用超音波照射器２は波形発生器６、増幅器７、およびコンピュータ８に接続されている。診断プローブ４は、超音波診断装置９に接続されている。水中マイクロフォン５は、オシロスコープ１０に接続され、オシロスコープ１０で取得された波形は、コンピュータ８に保存される。
【００２２】  図２にサンプル３の一例を示す。本試験で用いられるサンプル３は、新鮮なトリささみ肉を10%ポリアクリルアミドゲルに包埋したものであり、外寸法約5×5×2cｍ3のポリアクリルアミドゲル中に約3×3×1cm3のささみ肉が配置された形になっている。図２に示すように、サンプル３として、ササミ肉１３をササミ肉を囲んで保持するゲル１２で固定してある。また、超音波照射時の焦点設定部位１４も合わせて示す。トリささみ肉１３とゲル１２との界面を焦点位置に設定してある。図２に示す構成とすることにより、トリささみ肉の表面で生じる現象を仮想的に生体中で生じる現象としてとらえることができる。また、本試験で薬液として用いるのは、エバンスブルーの0.1mM溶液1mlである。投与は２４Ｇの注射針を持つ1ml用シリンジにより行った。
【００２３】  まず、対照試験として、超音波照射を行わずに超音波焦点設定部位１４に薬液投与を行う試験を行った。投与後の薬液の分布状態を図３に示す。図中、とりささみ肉１３に矢印１５で示す方向に薬液投与を行っているが、実際に薬液が分布する領域１６は一致せず斜めにずれている。とりささみ肉13には繊維構造が存在することが原因であり、薬液が分布する領域１６は、この繊維構造に沿ったものになっている。すなわち、通常の局所投与では、目的部位の構造によって薬液分布が決定されることがわかる。
【００２４】  次に、まず最初に超音波照射を行い、その後に薬液を投与する試験を行った。試験では、超音波強度2.5kW/cm2, パルス長50サイクル、PRF 100Hzの条件で超音波を60秒照射した後に焦点位置に図3と同様に薬液を投与した。投与後の薬液の分布状態を図４に示す。図４においては、図３とは異なり、薬液を投与した方向１５に対してほぼ平行に薬液が広がっている。この形状は超音波の焦点を反映したものとなっている。図３と図４との比較により、超音波を照射した後で薬液を投与することにより、薬液が分布する形状・範囲を制御することが可能であることがわかる。
【００２５】  図４に示す試験を行った際に、図１に示した診断プローブ４を用いて測定された、超音波照射時の焦点部位のエコー強度の時間変化を図５に示す。図５では、超音波照射開始からの時間（秒）を横軸に、超音波が照射されていない部位との相対輝度比を縦軸にとってある。時間変化(gra1)に明らかな通り、照射開始後20秒までは輝度が上昇し、それよりも照射時間が長くなると、逆に輝度が低下していることがわかる。特に40秒後以降はほとんど信号が得られていないことがわかる。
【００２６】  また、図４に示す試験を行った際に、図１に示される水中マイクロフォン５を用いて測定された、1.5次分調波(1.5 MHz)の成分の信号の時間変化を図6に示す。図６の時間変化(gra2)は、照射開始からの時間（秒）を横軸に、照射前の信号強度との相対信号強度を縦軸にとって示してある。分調波強度は、キャビテーション生成の指標であることが知られている。図６から、図５と同様に照射開始後20秒までは信号強度が上昇し、その後は逆に分調波強度が低下していることがわかる。
【００２７】  本試験より、パルス超音波照射を行うことにより、焦点部位のみに薬液を局在させることが可能であることは明らかである。なお、超音波強度1kW/cm2以上、パルス長3波以上1000波以下、超音波周波数1〜5 MHzの範囲での超音波照射により図３、図４ならびに図５とほぼ同様の効果を得ることができた。
【００２８】  ＜試験例２＞注射針に対してパルス超音波を照射することでキャビテーションを生じやすくなることを示す試験  続いて行った試験は、図7に構成を示す実験系２を用いて行った。37℃に温度制御された脱気水を満たした水槽１中にキャビテーション生成用超音波照射器２を配置する。キャビテーション生成用超音波照射器２は、直径50mmおよび焦点距離50mmで周波数1MHzの超音波を照射するよう設計されている。水槽１中には、キャビテーション生成用超音波照射器２の焦点位置に、調製方法を後に記載するファントム１７が配置されており、またファントム１７を撮像可能な位置に超音波診断プローブ4が配置されている。また、ファントム１７の焦点位置からの音響信号を測定できる位置に水中マイクロフォン５が配置されている。キャビテーション生成用超音波照射器２は波形発生器６、増幅器７、およびコンピュータ８に接続されている。診断プローブ４は、超音波診断装置９に接続されている。水中マイクロフォン５は、オシロスコープ１０に接続され、オシロスコープ１０で取得された波形は、コンピュータ８に保存される。
【００２９】  本試験で用いられるファントム１７は、注射針を10%ポリアクリルアミドゲルに包埋したものであり、外寸法約5×5×2cｍ3のポリアクリルアミドゲル中に24Gの注射針が配置されている。図８にファントムの構成を示す。ファントムを構成するゲル１９中に注射針１８をゲル中ほぼ中心に針先がくるよう配置している。超音波を照射する際の焦点領域１４も合わせて図示してある。なお、ゲルは非常に割れやすいため、本試験例では、アクリルアミドを重合してゲル化する際に注射針１８を配置して一体化して調製した。
【００３０】  このファントム１７に超音波を照射した際の、図１に示される水中マイクロフォン５を用いて測定された、1.5次分調波(1.5 MHz)の成分の信号の時間変化を図９に示す。分調波強度は、キャビテーション生成の指標であることが知られている。横軸に照射開始からの時間（秒）を横軸に、照射前の信号強度との相対信号強度を縦軸にとってある。超音波は、超音波強度2.5kW/cm2, パルス長50サイクル、PRF 100Hzの条件で超音波を60秒照射した。図中、対照試験として、ファントム１７中に注射針を配置せず超音波を照射した際の結果も合わせて示してある。まず、対照となる注射針なしでの超音波照射では、時間変化(gra4)に示すように、まったく信号は得られていないことがわかる。このことから、注射針なしのファントムでは、キャビテーションがまったく生成していないことがわかる。これに対し、時間変化(gra3)に示すように、注射針ありファントム17に対して超音波照射を行った際には、信号強度の変化が見られる。まず、照射後30秒までは、照射時間が長じるに従って信号強度が高くなっている。これに対し、照射時間が30秒を超えると、時間経過とともに信号強度が低下することがわかる。
【００３１】  以上の結果より、注射針を存在させた状態で超音波を照射することにより、キャビテーション生成が促進されることは明らかである。なお、超音波照射時間が長じるに従い、まず分調波強度が上昇し、さらに照射を続けると強度が逆に低下したことから、試験例１と同様の現象が生じていると考えられる。従って試験例１と同様に、注射針を用いてキャビテーションを生じることにより、薬液を投与した際の部位と領域を制御可能であるといえる。
【００３２】  以上の試験例で得られた結果に基づき、本発明の薬液投与装置では、注射針位置への超音波照射により、目的の組織が局所投与を行うのに十分な薬剤浸透性向上を確認した上で、薬液投与を行うことを可能とする。これにより、本発明の薬液投与装置においては、目的とする部位が硬くて薬液が入らないあるいは逆流するといった不具合を生じることなく、また目的部位以外へ薬液が拡散することなく目的部位のみへの薬液投与を可能とすることができる。続いて、これらの試験を基礎データとして作られた本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３３】  以下の各種の実施例において、超音波照射手段としてキャビテーション生成のためのキャビテーション生成用超音波照射部、及び組織変位計測のためのモニタリング超音波照射部を使用するが、前者を第一の超音波照射部、後者を第二の超音波照射部と呼ぶ場合がある。
【実施例１】
【００３４】  実施例１は、パルス超音波照射による組織変化の計測を注射針の位置を変更しながら行う薬液投与装置の実施例である。すなわち、本実施例は、特定部位に薬液を投与する薬液投与装置であって、注射針の位置に第一の超音波を照射して組織性状の変化を生じさせる第一の超音波照射部と、変化を確認するための第二の超音波を照射する第二の超音波照射部と、第二の超音波照射部からの超音波エコー信号に基づき変化を確認した後、薬液を投与するよう制御する制御部を備える構成の薬液投与装置の実施例である。また、本実施例は、特定部位に薬液を投与する薬液投与装置の作動方法であって、薬液投与装置は、第一の超音波を照射して注射針の位置に組織変化を生じさせ、組織変化を確認するための第二の超音波を照射し、第二の超音波の超音波エコー信号により組織変化を確認した場合、薬液を投与するよう制御する薬液投与装置の作動方法の実施例である。【００３５】  以下、本実施例の薬液投与装置、及びその作動方法について、図１０を用いて説明する。図１０は薬液投与装置の一構成例を示す図である。薬液投与装置は、第一の超音波を照射するための第一の超音波照射部であるキャビテーション生成用超音波照射部２０、第二の超音波を照射する第二の超音波照射部であるモニタリング用超音波照射部２１、注射器２２、圧力検出部２３、針先位置制御部２４、キャビテーション生成監視部２５、検波・画像化部２６、モニタリング用超音波送受部２７、キャビテーション生成用超音波波形発生部２８、キャビテーション生成用超音波波形増幅部２９、キャビテーション生成用超音波焦点制御部３０、キャビテーション生成監視部２５等の制御を行う制御部３１、および図示されないユーザインターフェース部からなる。【００３６】  ユーザインターフェース部は、ディスプレイなどの出力部、マウスやキーボードやタッチパネル等の入力部等であり、通常のパーソナルコンピュータ（PC）の中央処理部（CPU）に接続されたユーザインターフェース部で実現できる。この場合、PCのCPUのプログラム実行により、制御部３１、針先位置制御部２４、キャビテーション生成監視部２５、キャビテーション生成用超音波焦点制御部３０を実現することができる。そこで、本明細書において、制御部３１、針先位置制御部２４、キャビテーション生成監視部２５、キャビテーション生成用超音波焦点制御部３０を総称して制御部と呼ぶ場合がある。【００３７】  以下、図１１、図１２のフローに従い、本実施例の薬液投与装置の作動方法としての薬液投与フローを順次説明する。本薬液投与フローでは、制御部は、特定部位の変化を注射針の先端に照射するパルス超音波により特定部位が変位する量により検出する。また、制御部は、パルス超音波の照射の前後における超音波エコー信号に基づき、前記特定部位が変位する量を検出する。更に、制御部は、特定部位に注射針の先端が存在しない状態で、特定部位が変位する量を検出する。【００３８】  本実施例においては、同図に示すように、ユーザによる注射針の患部への挿入が行われる（Ｓ０１）。薬液投与装置の使用時には、モニタリグ用超音波照射部２１の受信信号である超音波エコー信号に基づき作成され、ディスプレイに表示された超音波���像を観察して、ユーザにより部位を確認しつつ注射器２２に接続した注射針３３を対象臓器３２の薬剤を投与したい部位に挿入・移動される。すなわち、超音波画像上でユーザによる薬液投与位置(Pos1)である注射針の先端位置が決定される。これは、注射針３３が所定の位置(Pos1)に挿入されたと判断したユーザにより、注射針３３の先端が所定の位置にあることがユーザインターフェース部から装置に入力され、薬液投与位置(Pos1)が決定される（S02）。【００３９】  この決定後、制御部３１は、ユーザ指定位置である薬液投与位置（Pos1）へキャビテーション生成用超音波焦点位置を設定するよう、キャビテーション生成用超音波焦点制御部３０を制御する。これにより、ユーザ指定位置へキャビテーション生成用超音波焦点位置が設定される（Ｓ０３）。更に、制御部３１は、キャビテーション生成用超音波照射条件をプリセット値に設定するよう制御する（Ｓ０４）。このプリセット値は、超音波強度、パルス長、パルス照射頻度などであり、PCの記憶部などに予め記憶しておき、利用することができる。【００４０】  また、上記のユーザによる入力の際に、ユーザインターフェース部から、硬さ計測時に針先を退避する退避位置(Pos2)が設定される。その設定値に基づき、針先位置制御部２４により注射針３３の先端が設定されたPos2に引き戻される（Ｓ０５）。その後、モニタリング用超音波照射部２１より元々注射針があった部位の硬さを計測するためのモニタリング用超音波照射、すなわち組織変位計測用超音波送受信によりPos1の位置の組織変位の程度（ΔX0）の計測が行われる（Ｓ０６）。その後更に、注射針３３の先端を薬液投与位置（Pos1）に戻す（Ｓ０７）。この場合、薬液投与位置（Pos1）は、本実施例の装置に入力されているので、針先位置制御部２４が自動で薬液投与位置（Pos1）に戻すことが可能である。【００４１】  そして、キャビテーション生成用超音波照射部２０より、注射針３３の先端を対象としてキャビテーション生成用のパルス超音波がプリセット値に従って照射される（Ｓ０８）。指定時間パルス超音波を照射した後、注射針先をPos2に移動し（Ｓ０９）、再びモニタリング用超音波照射部２１による組織変位測定用超音波の送受信により、Pos1の位置の組織の変位の程度(ΔX1)を計測する（Ｓ１０）。この組織変位の計測の後、針先位置制御部２４は注射針の先端位置をPos1に移動するよう制御する（Ｓ１１）。【００４２】  この組織変位の計測により対象部位が軟化していることが確認された場合、すなわち、ステップＳ１２において、Pos1の位置の組織の変位の程度の計測により得られるΔX１−ΔX０の値があらかじめ設定された値ΔXthよりも大きい場合（YES）には、制御部は、所定部位の組織変化が起きた、すなわち薬剤浸透性向上がなされたと判断して所定部位に薬液を手動あるいは自動で投与する（Ｓ１３）。手動の場合、ディスプレイに所定部位の組織変化が十分である旨の表示を行い、ユーザに投与を促すことも出来る。【００４３】  注射器２２内の薬液をあらかじめ設定された量だけ押し出した際、制御部は圧力検出部２３により測定された圧力があらかじめ設定された閾値以上でないでないことを確認した上で、注射器２２内の残りの薬剤を投与するよう制御する。手動の場合は、ディスプレイにその旨の表示を行うことができる。【００４４】  ステップＳ１２において、ΔX１−ΔX０の値がΔXthよりも小さい場合（NO）、所望の組織変化が起きていないと判断し、ステップＳ１４において、キャビテーション生成用超音波照射回数などのあらかじめ設定された中断条件を満たす場合(YES)には、ディスプレイを使ってユーザにその旨を表示し、手動あるいは自動で薬液投与を中止する（Ｓ１５）。中断条件を満たさない場合(NO)には、プリセットされた値に従ってキャビテーション生成用超音波の条件を変更し（Ｓ１６）、再びステップＳ１８に戻りキャビテーション生成用超音波を照射し（Ｓ０８）、以後の処理フローを繰り返す。【００４５】  本実施例の薬液投与装置によれば、注射針、キャビテーション生成用超音波照射部、及びモニタリング用超音波照射部を用い、注射針位置への超音波照射により目的の組織が局所投与を行うのに十分な薬剤浸透性向上を確認した上で、薬液投与を行うことを可能とすることができる。それにより、目的とする部位が硬くて薬液が入らないあるいは逆流するといった不具合を生じることなく、また目的部位以外へ薬液が拡散することなく目的部位のみへの薬液投与が可能となる。
【実施例２】
【００４６】  本実施例は、超パルス超音波照射による組織変化の計測を、注射針の位置を変更せずに行う薬液投与装置、及びその作動方法の実施例である。以下、本実施例について、図１３を用いて説明する。【００４７】  図１３は薬液投与装置の一構成を示す図である。キャビテーション生成用超音波照射部２０、モニタリング用超音波照射部２１、注射器２２、圧力検出部２３、針先位置制御部２４、キャビテーション生成監視部２５、検波・画像化部２６、モニタリング用超音波送受部２７、キャビテーション生成用超音波波形発生部２８、キャビテーション生成用超音波波形増幅部２９、キャビテーション生成用超音波焦点制御部３０、制御部３１、注射針エコー信号解析部３４、および図示されないユーザインターフェース部からなる。図１０に比較し、針先エコー信号解析部３４が新たに追加されている。この針先エコー信号解析部３４は、モニタリング用超音波照射部２１から送信する照準用超音波を、あらかじめ設定された範囲で角度を変えながら照射し、注射針からの反射信号が最も低くなる、すなわち針先のエコー強度が最小になる位置、角度を求めて、焦点位置を固定するためのものである。この針先エコー信号解析部３４も、実施例１で説明したPCのCPUにおけるプログラム実行により実現することができる。よって、本実施例においては、制御部３１、針先位置制御部２４、キャビテーション生成監視部２５、キャビテーション生成用超音波焦点制御部３０に針先エコー信号解析部３４を含めて制御部と総称する。【００４８】  本実施例の薬液投与装置の使用時においても、術者であるユーザによりモニタリング用超音波照射部１６で部位を確認しつつ注射器２２に接続した注射針３３を対象臓器３２の薬剤を投与したい部位に挿入・移動される。術者により注射針３３の位置が所定の位置にあることが装置に入力され、薬液投与位置（Pos1）が確定される。モニタリング用超音波照射部２１より、あらかじめ設定された範囲で照射角度を変更して照準用超音波を照射し、注射針３３からの反射信号が最も低い角度を求める。その角度で部位の硬さを計測するための超音波送受信を行い、薬液投与部位の組織の変位を求める。その後、キャビテーション生成用超音波照射部２０より、注射針３３の先端を対象としてパルス超音波が照射される。その後、モニタリング用超音波照射部２１より部位の硬さを計測するための超音波送受信が行われる。この計測により対象部位が軟化していることが確認され、かつ圧力検出部２３に圧力が加わっていないことを確認した上で、注射器２２より薬液が手動あるいは自動で投与される。この計測により対象部位が軟化していることが確認された場合、注射器２２内の薬液をあらかじめ設定された量だけ押し出した際に圧力検出部２３により測定された圧力があらかじめ設定された閾値以上でないでないことを確認した上で、注射器２２内の残りの薬剤が手動あるいは自動で投与される。【００４９】  以下、図１４および図１５を用いて本実施例の薬液投与装置の作動方法である薬液投与フローの一例を説明する。なお、本薬液投与フローにおいて、ステップＳ０１−Ｓ０４、Ｓ１２−Ｓ１６は、実施例１と同じステップである。本薬液投与フローでは、制御部は、���化を注射針の先端に照射するパルス超音波により前記特定部位が変位する量により検出する点。また、パルス超音波の照射の前後における超音波エコー信号に基づき、特定部位が変位する量を検出する点においては、実施例１と同じであるが、制御部は、特定部位に注射針の先端が存在する状態で、特定部位が変位する量を検出する点で実施例１と異なっている。【００５０】  まず実施例１と同様、ユーザによる注射針の患部への挿入が行われる（Ｓ０１）。超音波画像上でユーザにより薬液投与部位である薬液投与位置(Pos1)が決定される（Ｓ０２）。この薬液投与位置(Pos1)は注射針の先端位置である。そして、ステップＳ０３、Ｓ０４を経て、あらかじめ設定された範囲で角度を変えながら照準用超音波を照射し、モニタリング用超音波照射部２１より、注射針からの反射信号が最も低くなる角度Θ１を求めて、すなわち、超音波焦点を予め決められた範囲で移動し、針先のエコー強度が最小になる位置を求めて、焦点位置を固定する（Ｓ１７）。そして、このΘ１の角度から組織変位測定用超音波の送受信によりPos1の位置の組織の変位の程度(ΔX0)を計測する（Ｓ１８）。この状態で、プリセット値にしたがってキャビテーション生成用超音波を照射する（Ｓ１９）。指定時間超音波を照射した後、再びΘ１の角度で組織変位測定用超音波の送受信によりPos1の位置の組織の変位の程度(ΔX1)を計測する（Ｓ２０）。【００５１】  その後、実施例１同様、Pos1の位置の組織の変位の程度の計測により得られるΔX１−ΔX０の値があらかじめ設定された値ΔXthよりも大きい場合(YES)には、薬液を投与するよう制御する（Ｓ１２、Ｓ１３）。ΔX１−ΔX０の値がΔXthよりも小さい場合(NO)には、キャビテーション生成用超音波照射回数などのあらかじめ設定された中断条件を満たす場合(YES)にはユーザにその旨を表示して、手動あるいは自動で薬液投与を中止する（Ｓ１４、Ｓ１５）。中断条件を満たさない場合(NO)には、プリセットされた値に従ってキャビテーション生成用超音波の条件を変更し（Ｓ１６）、再びキャビテーション生成用超音波を照射する（Ｓ１９）。【００５２】  本実施例の薬液投与装置によれば、注射針位置への超音波照射により目的の組織が局所投与を行うのに十分な薬剤浸透性向上を確認した上で、薬液投与を行うことを可能とし、また、目的とする部位が硬くて薬液が入らないあるいは逆流するといった不具合を生じることなく、また目的部位以外へ薬液が拡散することなく目的部位のみへの薬液投与が可能となる。更に、本実施例によれば、注射針位置を挿入した薬液投与位置（Pos1）から変更することなく薬液投与を行うことができるので、術者であるユーザの負担を軽減することが可能となる。【００５３】  以上詳述した本発明によれば、目的部位への十分な薬液投与が可能とする薬液投与装置、及びその作動方法を提供することができる。【００５４】  なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。例えば、上記の実施例は薬液投与装置、及びその作動方法として説明したが、これらは超音波診断装置、及びその作���方法の実施例として利用することも可能である。【００５５】  また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。例えば、制御部は変化を超音波エコー信号に基づく超音波画像を使って検出する場合を例示して説明したが、超音波エコー信号に含まれる分調波の強度に基づき検出するよう構成することができる。【００５６】  更に、上述した各構成、機能、制御部等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成することによりソフトウェアで実現する場合を例示して説明したが、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５７】１  脱気水を満たした水槽２  薬剤拡散用超音波照射器３  サンプル４  診断プローブ５  水中マイクロフォン６  波形発生器７  増幅器８  コンピュータ９  超音波診断装置１０  オシロスコープ１１  ビデオカメラ１２  ササミ肉を囲み保存するゲル１３  ササミ肉１４  照射される超音波の焦点領域１５  薬剤が投与された方向１６  薬液が分布した領域１７  ファントム１８  注射針１９  ファントムを構成するゲル２０  キャビテーション生成用超音波照射部２１  モニタリング用超音波照射部２２  注射器２３  圧力検出部２４  針先位置制御部２５  キャビテーション生成監視部２６  検波・画像化部２７  モニタリング用超音波送受部２８  キャビテーション生成用超音波波形発生部２９  キャビテーション生成用超音波波形増幅部３０  キャビテーション生成用超音波焦点制御部３１  制御部３２  対象臓器３３  注射針３４  針先エコー信号解析部
【図１】
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【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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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月3日(2017.3.3)
【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】
特定部位に薬液を投与する薬液投与装置であって、
注射針の位置に第一の超音波を照射して組織性状の変化を生じさせる第一の超音波照射部と、
前記変化を確認するための第二の超音波を照射する第二の超音波照射部と、
前記第二の超音波照射部からの超音波エコー信号に基づき、前記変化を確認した後、前記薬液を投与するよう制御する制御部、とを備える、
ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項２】
請求項１に記載の薬液投与装置であって、
前記第一の超音波は、前記注射針の先端に照射されるパルス超音波である、
ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項３】
請求項１に記載の薬液投与装置であって、
前記制御部は、前記変化を前記超音波エコー信号による超音波画像に基づき検出する、
ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項４】
請求項１に記載の薬液投与装置であって、
前記制御部は、前記変化を前記超音波エコー信号に含まれる分調波の強度に基づき検出する、
ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項５】
請求項１に記載の薬液投与装置であって、
前記制御部は、前記変化を前記注射針の先端に照射するパルス超音波により前記特定部位が変位する量により検出する、
ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項６】
請求項５に記載の薬液投与装置であって、
前記制御部は、前記パルス超音波の照射の前後における前記超音波エコー信号に基づき、前記特定部位が変位する量を検出する、
ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項７】
請求項６に記載の薬液投与装置であって、
前記制御部は、前記特定部位に前記注射針の先端が存在しない状態で、前記特定部位が変位する量を検出する、
ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項８】
請求項６に記載の薬液投与装置であって、
前記制御部は、前記特定部位に前記注射針の先端が存在する状態で、前記特定部位が変位する量を検出する、
ことを特徴とする薬液投与装置。
【請求項９】
特定部位に薬液を投与する薬液投与装置の作動方法であって、
前記薬液投与装置は、
注射器の注射針の位置に組織変化を生じさせるための第一の超音波を照射し、
前記組織変化を確認するための第二の超音波を照射し、
前記第二の超音波の超音波エコー信号により前記組織変化を確認した場合、前記注射器を制御する、
ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の薬液投与装置の作動方法であって、
前記薬液投与装置は、
前記超音波エコー信号により作成した超音波画像に基づき前記組織変化を確認する、
ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の薬液投与装置の作動方法であって、
前記薬液投与装置は、
前記超音波エコー信号に含まれる分調波の強度の変化に基づき前記組織変化を確認する、
ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の薬液投与装置の作動方法であって、
前記薬液投与装置は、前記第一の超音波としてパルス超音波を前記注射針の先端に照射し、
前記組織変化を、前記注射針の先端の前記特定部位が変位する量の変化により確認する、
ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の薬液投与装置の作動方法であって、
前記薬液投与装置は、前記パルス超音波の照射の前後における前記超音波エコー信号に基づき、前記特定部位が変位する量を検出する、
ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の薬液投与装置の作動方法であって、
前記制御部は、前記特定部位に前記注射針の先端が存在しない状態で、前記特定部位が変位する量を検出する、
ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の薬液投与装置の作動方法であって、
前記制御部は、前記特定部位に前記注射針の先端が存在する状態で、前記特定部位が変位する量を検出する、
ことを特徴とする薬液投与装置の作動方法。
【国際調査報告】
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