(57)【要約】超音波プローブは、配列された複数の第１の振動素子を含み、被検体に治療用超音波を射出する治療用振動子と、配列された複数の第２の振動素子を含み、前記被検体に診断用超音波を射出し、前記被検体で反射された前記診断用超音波を受信する診断用振動子とを備え、前記治療用振動子と前記診断用振動子とが積層されている。
2004066856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列された複数の第１の振動素子を含み、被検体に治療用超音波を射出する治療用振動子と、
配列された複数の第２の振動素子を含み、前記被検体に診断用超音波を射出し、前記被検体で反射された前記診断用超音波を受信する診断用振動子とを備え、
前記治療用振動子と前記診断用振動子とが積層されていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記診断用振動子は、前記治療用振動子よりも前記被検体に近くなるように積層されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記複数の第１の振動素子のそれぞれの超音波射出面に、前記複数の第２の振動素子のうちの少なくとも二つが積層されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記複数の第１の振動素子のアレイピッチと前記複数の第２の振動素子のアレイピッチとの比が整数比であることを特徴とする請求項３に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記複数の第１の振動素子間に遮音材を更に備え、
前記複数の第２の振動素子は、前記複数の第１の振動素子の超音波射出面及び前記遮音材上に積層され、
前記複数の第１の振動素子のアレイピッチと前記複数の第２の振動素子のアレイピッチとの比が整数比ではないことを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記治療用超音波の半波長の厚みを有し前記治療用振動子の超音波射出面の反対面側に配設されたバッキング材を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記治療用振動子と前記診断用振動子との少なくとも一方に接合された冷却部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記冷却部は、前記治療用振動子と前記診断用振動子との少なくとも一方の超音波射出面の反対面側と側面との少なくとも一方を覆っていることを特徴とする請求項７に記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記治療用振動子と前記診断用振動子との少なくとも一方の超音波射出面に、前記冷却部に接した金属箔を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記超音波プローブの超音波口径Ｄは、
Ｄ＝Ｎ×ｐ２
ここで、Ｎは前記複数の第２の振動素子の数、ｐ２は前記複数の第２の振動素子のアレイピッチ、
により算出されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
請求項１に記載の超音波プローブと、
前記治療用振動子の駆動信号を生成する治療用送波部と、
前記診断用振動子の駆動信号を生成する診断用送波部と、
前記診断用振動子により受波された反射エコー信号に基づいて超音波像を再構成する画像構成部と、
前記治療用超音波による前記被検体の治療の状態を検出する検出手段とを備え、
前記治療用送波部は、前記検出手段により検出された治療の状態に基づいて警告情報を出力する警告機能を有することを特徴とする超音波装置。
【請求項１２】
前記治療用送波部は、前記検出手段により検出された状態に基づいて前記治療用振動子の駆動信号を制御することを特徴とする請求項１１に記載の超音波装置。
【請求項１３】
前記検出手段は、前記治療用振動子と前記診断用振動子の少なくとも一方に相関した温度を検出し、検出した温度が設定値を超えたときに前記治療用送波部に該検出温度を出力することを特徴とする請求項１１に記載の超音波装置。
【請求項１４】
前記検出手段は、前記被検体から発生する反射エコー信号のドプラ偏位に基づき血流信号を検出し、検出した血流信号が設定値を超えたときに前記治療用送波部に該血流信号を出力することを特徴とする請求項１１に記載の超音波装置。
【請求項１５】
前記被検体に注入する血栓溶解剤の注入量を制御する注入制御部を更に備え、
前記注入制御部は、前記検出手段により検出された血流信号に基づいて前記血栓溶解剤の注入量を制御することを特徴とする請求項１４に記載の超音波装置。
【請求項１６】
前記治療用送波部は、前記被検体内の部位により反射された反射波と前記治療用振動子から前記被検体に入射される入射波との干渉を回避するように前記治療用振動子の駆動信号を生成することを特徴とする請求項１１に記載の超音波装置。
【請求項１７】
前記治療用送波部は、射出時間と休止時間を制御して基本波形からパルス波とバースト波のいずれか一方の前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項１６に記載の超音波装置。
【請求項１８】
前記治療用送波部は、基本波形に基づいて時間軸方向に周波数を変調してなる超音波の前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項１６に記載の超音波装置。
【請求項１９】
前記治療用送波部は、前記治療用振動子から射出する超音波ビームの射出方向を前記被検体内の部位により反射された反射波の方向と異ならせるように前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項１６に記載の超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、超音波治療を行う超音波プローブ及び超音波装置に関する。
【背景技術】  超音波装置では、被検体の体表に接触させた診断用プローブを介して診断用超音波を射出し、被検体から発生した反射エコー信号に基づき超音波像（例えば、断層像やＭモード像）を再構成する。また、治療用プローブを介して治療用超音波を被検体に射出することで治療部位を非侵襲的に治療する。
超音波治療を行うときは、一般に、治療部位を超音波像で確認しながら治療用超音波を射出するために、診断用プローブと治療用プローブを被検体の体表に並べて接触させて行われる（例えば、特開平５−２２０１５２号公報参照）。
しかしながら、従来のように、診断用プローブと治療用プローブを体表に並べて接触させると、両プローブの接触位置の差に応じて診断用超音波と治療用超音波の走査座標に差が生じる。更に、両プローブの接触位置は操作者により任意に決められるため、走査座標の差は一定しない。したがって、治療操作の都度、両プローブの走査座標の差を求める一方、診断用プローブにより取得した超音波像に基づいて治療部位の座標位置を求め、その座標位置を治療用プローブの座標系に変換して治療部位に治療用超音波を射出することになる。その結果、治療用プローブと診断用プローブの操作に注意を払う必要があり、使い勝手が悪いという問題がある。
【発明の開示】
本発明の課題は、超音波治療に好適な超音波プローブ及び超音波装置を実現することである。
上記課題を解決するため、本発明に係る超音波プローブは、配列された複数の第１の振動素子を含み、被検体に治療用超音波を射出する治療用振動子と、配列された複数の第２の振動素子を含み、前記被検体に診断用超音波を射出し、前記被検体で反射された前記診断用超音波を受信する診断用振動子とを備え、前記治療用振動子と前記診断用振動子とが積層されていることを特徴とする。
本発明によれば、治療用振動子からの治療用超音波及び診断用振動子からの診断用超音波の走査座標を一致させることができるから、治療用超音波の照射位置の制御精度を向上できる。また、例えば、治療用振動子の口径の中心と診断用振動子の口径の中心を一致させることができる。
また、本発明に係る超音波装置は、前記超音波プローブと、前記治療用振動子の駆動信号を生成する治療用送波部と、前記診断用振動子の駆動信号を生成する診断用送波部と、前記診断用振動子により受波された反射エコー信号に基づいて超音波像を再構成する画像構成部と、前記治療用超音波による前記被検体の治療の状態を検出する検出手段とを備え、前記治療用送波部は、前記検出手段により検出された治療の状態に基づいて警告情報を出力する警告機能を有することを特徴とする。
本発明によれば、治療超音波による治療の進行具合などを検出することができるから、治療が完了したときなどに警告音を鳴らしたり、警告メッセージを表示したりすることにより、操作者は超音波治療を停止することができ、超音波装置の使い勝手が向上する。また、治療用超音波を治療部位に過剰に照射することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１の実施形態の超音波装置の構成図であり；
図２は、本発明の第１の実施形態の超音波プローブを模式的に示す斜視図であり；
図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図であり；
図４は、他の実施の形態の超音波プローブを模式的に示す斜視図であり；
図５は、超音波プローブの動作を示すタイムチャートであり；
図６は、本発明の第２の実施形態の超音波装置の構成図であり；
図７は、本発明の第３の実施形態の超音波装置の構成図であり；
図８は、本発明の第４の実施形態の超音波装置の構成図であり；
図９は、本発明の第５の実施形態の超音波プローブを模式的に示す斜視図であり；
図１０は、本発明の第５の実施形態の超音波プローブの他の例を模式的に示す斜視図であり；
図１１は、本発明の第５の実施形態の超音波プローブの更に他の例を模式的に示す斜視図であり；
図１２は、本発明の第７の実施形態の治療用超音波送波ユニットの構成図であり；
図１３は、本発明の第８の実施形態における入射波と反射波の干渉を回避する原理を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の超音波プローブ及び超音波装置を適用した第１の実施形態について説明する。本実施形態は、治療用振動子の超音波射出面に複数の診断用振動子を積層させた超音波プローブの一例である。
図１に示すように、超音波装置１は、診断用超音波ユニット９、治療用超音波送波ユニット２４、表示部１８、入力部２０、制御部２１などから構成されている。診断用超音波ユニット９は、診断用送波部を有する診断用送受波部１２、並びに断層像形成部１４及び血流画像形成部１６を含む画像構成部などを備えている。治療用超音波送波ユニット２４は、治療用送波部２５、警報部２７などを備えている。そして、診断用送受波部１２と治療用送波部２５は、超音波プローブ１０に接続されている。
診断用送受波部１２は、超音波プローブ１０に診断用超音波を送波させるための駆動信号を生成すると共に、超音波プローブ１０から出力される反射エコー信号を受信するものである。断層像形成部１４は、反射エコー信号に基づき断層像を再構成する。血流画像形成部１６は、反射エコー信号のドプラ偏位から血流速度を求めて血流像を再構成する。
治療送波部２５は、超音波プローブ１０に治療用超音波を射出させるための駆動信号を生成するものである。警報部２７は、入力指令によりブザー音を鳴らしたり、警告メッセージを表示したりする警告機能を有している。表示部１８は、断層像と血流像をモニタの表示画面に表示する。入力部２０は、キーボードやマウスなどのポインティングデバイスを有して形成されている。
超音波プローブ１０は、診断用と治療用の超音波を射出するものであり、ヘッドセット１１に含まれている。ヘッドセット１１は、超音波プローブ１０、並びに水袋３２ａ、３２ｂ、循環路３６、及び放熱部３４を含むプローブ冷却部などから構成されている。水袋３２ａ、３２ｂは、袋状に形成されたものであり、内部に冷却媒体（例えば、水）が溜められている。なお、水袋３２ａ、３２ｂについては、袋形状のものに限られるものではない。循環路３６は、水袋３２ａ、３２ｂ内の水を放熱部３４に導くものである。放熱部３４は、導かれた水の熱を外気に放熱させる。
このように構成される超音波装置１の詳細構成を動作と共に説明する。まず、ヘッドセット１１を被検体の頭部に取り付ける。これにより、ヘッドセット１−１の水袋３２ａ、３２ｂは、被検体の頭部表皮（例えば、こめかみ付近）に接触した状態で固定される。そして、水袋３２ａの裏面に超音波プローブ１０を接触させる。
次いで、超音波プローブ１０に診断用送受波部１２から駆動信号を供給する。供給された駆動信号により超音波プローブ１０から診断用超音波が被検体に向けて射出される。射出された診断用超音波は、頭部内の生体組織や血流などにより反射又は散乱される。その診断用超音波は、反射エコー信号として超音波プローブ１０により受波される。受波された反射エコー信号は、断層像形成部１４により断層像として再構成される。再構成された断層像は、表示部１８のモニタに表示される。表示された断層像を観察することにより、治療部位（例えば、脳血栓）の位置を正確に特定することができる。
そして、断層像上の治療部位（例えば、脳血栓）の位置が、入力部２０から入力設定される。設定された脳血栓の位置座標に基づいて、治療用送波部２５により駆動信号が生成される。生成された駆動信号は、超音波プローブ１０の治療用送波部２５に供給される。これにより、超音波プローブ１０から脳血栓に治療用超音波を照射して、脳血栓を非侵襲的に溶解させる。
脳血栓が溶解すると、血管が再開通されて血液が流れ始める。流れ始めた血液により診断用超音波が反射エコー信号として反射又は散乱される。その反射エコー信号のドプラ偏位が血流画像形成部により求められる。求められたドプラ編位に基づいて血流像（例えば、２次元ドプラ血流像、パルスドプラＦＦＴ計測画像）が再構成されて表示される。
このような超音波装置において、診断用プローブと治療用プローブが別々に分かれていると、両プローブを並べて水袋３２ａに接触させることになる。その場合、両プローブの接触位置の差に応じて診断用超音波と治療用超音波の走査座標に差が生じるので、超音波治療を行う際には、治療用プローブと診断用プローブの操作に注意を払う必要がある。それに対し、本実施形態では、診断用振動子と治療用振動子を積層して一体形成した超音波プローブを用いることにより、治療部位に治療用超音波を的確に照射することができる。
次に、超音波プローブ１０について詳細に説明する。図２に示すように、超音波プローブ１０は、診断用振動子５２、治療用振動子５０、バッキング材５４、冷却部５６が被検体側から順番に積層して構成されている。治療用振動子５０は比較的低い周波数（例えば約５００ｋＨｚ）の超音波を発生させ、診断用振動子５２は比較的高い周波数（例えば約２ＭＨｚ）の超音波を発生させる。したがって、診断用振動子５２から発生する超音波の方が治療用振動子５０から発生する超音波よりも障害物を透過しにくいので、診断用振動子５２は、披検体により近くなるように治療用振動子５０の上に積層されている。
治療用振動子５０は、複数の振動素子５０ａ〜５０ｄが配列して形成されている。各治療用振動素子５０ａ〜５０ｄは、直方体状の圧電セラミックスで形成されたものであり、超音波射出面５１の長手方向を平行にして等間隔で配設されている。配設された治療用振動素子５０ａ〜５０ｄは、治療用送波部２４からの駆動信号を機械的振動に変換して治療部位（例えば、脳血栓）に治療用の超音波を偏向射出する。
診断用振動子５２は、複数の振動素子５２ａ〜５２ｐが配列して形成されている。各診断用振動素子５２ａ〜５２ｐは、直方体状の圧電セラミックスで形成されており、再構成する断層像の分解能を高くするため治療用振動子５０の振動素子５０ａ〜５０ｄより小さく形成されている。そして、診断用振動素子５２ａ〜５２ｐは、超音波射出面５１上に複数個ずつ分配されている。例えば、図２に示すように、診断用振動素子５２ａ〜５２ｄは、治療用振動素子５０ａの超音波射出面５１上に分配されている。つまり、診断用振動素子５２ａ〜５２ｄは、超音波射出面５３の反対側の面が治療用振動素子５０ａの超音波射出面５１に接合される。そして、診断用振動素子５２ａ〜５２ｄは、超音波射出面５１の短手方向に等間隔を空けて、かつ超音波射出面５３の長手方向を平行にして配設されている。診断用振動素子５２ｅ〜５２ｐについても同様である。配設された各診断用振動素子５２ａ〜５２ｐは、送受信部１２からの例えばパルス状の電気信号を機械的振動に変換して被検体に診断用超音波を偏向送波すると共に、被検体から発生する反射エコー信号を受波して電気信号のパルスに変換する。
バッキング材５４は、治療用超音波の半波長の厚みを有する低インピーダンス層などから形成されたものであり、治療用振動素子５０ａ〜５０ｄの超音波射出面５１の反対側の面に重ねて設けられている。これにより、治療用振動子５０から射出された超音波のうち、射出方向の反対側に送波する超音波が、バッキング材５４により反射されて被検体に向けて進行する。したがって、被検体に治療用超音波を効率良く射出することができる。
また、冷却部５６は、バッキング材５４の背面、つまり治療用振動子５０の超音波射出方向の反対側に重ねて設けられている。冷却部５６は、ペルチエ素子などから形成されたものであり、電流を流すとペルチエ効果により熱を吸収して外気に放熱する。これにより、超音波プローブ１０の温度上昇を抑えることができる。
このような超音波プローブ１０の寸法の一例について図３を参照して説明する。図３に示す、治療用振動素子５０ａ〜５０ｄの厚みｔ１、診断用振動素子５２ａ〜５２ｐの厚みｔ２、治療用振動素子５０ａ〜５０ｄのアレイピッチｐ１、及び診断用振動素子５２ａ〜５２ｐのアレイピッチｐ２は、以下の式（１）乃至（４）によって算出される値に近くなるように設定される：
2004066856.tif 000003
ここで、ｆ１は治療用振動子５０から射出される治療用超音波の周波数、λ１は治療用超音波の波長、ｆ２は診断用振動子５２から射出される診断用超音波の周波数、λ２は診断用超音波の波長、ｃは治療用振動子５０の厚み方向つまり超音波射出方向の縦波音速、ｃｗは水中又は生体中の音速である。
本実施形態では、周波数ｆ１を５００ｋＨｚ、周波数ｆ２を２ＭＨｚとしている。したがって、音速ｃを３．３ｍｍ／μｓ、音速ｃｗを１．５３８ｍｍ／μｓとすると、式（１）乃至（４）により、厚みｔ１は３．３ｍｍ、厚みｔ２は０．８３ｍｍ、アレイピッチｐ１は１．５４ｍｍ、アレイピッチｐ２は０．３９ｍｍになる。更に、診断用振動素子の数を６４個とすると、図３に示す超音波プローブ１０のアレイ寸法つまり超音波口径Ｄは、Ｄ＝６４×ｐ２＝２４．６ｍｍになる。このような寸法であれば、例えば、頭蓋骨の厚みが薄く超音波の透過性が比較的良い開口部（例えば、こめかみ付近部）が例えば３０ｍｍ角に限定されるときでも、超音波プローブ１０の超音波口径Ｄはその範囲内に収まる。したがって、診断用超音波及び治療用超音波のエネルギが頭骸骨の厚みにより損失されることを低減できる。
上述の例では、診断用振動素子の数を６４個として超音波口径Ｄ＝６４×ｐ２＝２４．６ｍｍの場合を説明したが、診断用振動素子の数Ｎは任意の自然数でよく、診断用振動素子の数Ｎを増やして超音波口径Ｄ＝Ｎ×ｐ２を大きくしたり、逆に診断用振動素子の数Ｎを減らして超音波口径Ｄを小さくしたりすることが可能である。
また、音響効果を上げるためには、治療用振動素子の間隔ｄ１及び診断用振動素子の間隔ｄ２はできるだけ狭い方が良い。
利用する超音波の周波数は効果と安全性の観点から決められる。例えば、治療用超音波の超音波強度の限界値が７２０ｍＷ／ｃｍの場合、生体組織の温度上昇を２℃以下とするために、周波数ｆ１は、５８０ｋＨｚ以下に調整される。これにより、超音波の熱作用の強度を表す指標であるサーマルインデックス（ＴＩ）の値を２以下にすることができる。更に、周波数ｆ１は、３９０ｋＨｚ以上に調整される。これにより、血管内に生じたキャビテーション等で組織細胞が破壊される超音波の機械力学的作用の強さを示す指標であるメカニカルインデックス（ＭＩ）を０．２５以下にすることができる。
図２及び３に示す実施形態では４個の治療用振動素子５０ａ〜５０ｄと１６個の診断用振動素子５２ａ〜５２ｐを有した超音波プローブ１０を説明したが、各振動素子の配設数については適宜変更することができる。図２及び３に示すように治療用振動素子のアレイピッチと診断用振動素子のアレイピッチとの比が整数比であると、位相制御方式及び回路形式を単純化することができる。
図４に示す実施形態では、４個の治療用振動素子と１５個の診断用振動素子が配設されていて、治療用振動素子の隙間を埋めて診断用振動素子の土台とするために、遮音材５３が設けられている。遮音材５３の材料例としては、タングステンなどの微細粒子やマイクロバルーンをエポキシ樹脂に分散させたものが挙げられる。図４に示すように治療用振動素子のアレイピッチと診断用振動素子のアレイピッチとの比が整数比とならないように構成すると、両者の格子が縮退しないような配置が実現できるので、グレーティングローブが重ならないように制御することができる。
次に、超音波プローブ１０の動作について図５を参照して説明する。一般に、治療用振動子５０と診断用振動子５２とを同時に駆動させると、治療用振動子５０からの治療用超音波が診断用振動子５２によりノイズとして受波される。したがって、本実施形態では、図５に示すように、治療用超音波ビーム（Ｔビーム）と診断用超音波ビーム（Ｄビーム）は、設定時間ごとに交互に射出される。なお、ノイズが発生しないように、ＴビームとＤビームの射出タイミングを適宜変更してもよい。
まず、診断用振動子５２からＤビーム（例えば、周波数２ＭＨｚ）が例えば０．２秒間にわたって射出される。Ｄビームの射出後、治療用振動子５０からＴビーム（例えば、周波数５００ｋＨｚ）が例えば３秒間にわたって射出される。このような動作が繰り返されることにより、Ｄビームにより断層像と２次元血流画像が形成されると共に、Ｔビームにより治療部位が治療される。なお、Ｄビームの射出時間は、断層像や２次元血流画像を形成できればよいので例えば０．０１〜０．２秒の範囲で設定される。また、Ｔビームの射出時間は、例えば１〜１０秒の範囲で適宜設定される。なお、Ｄビームは、断層像の分解能を向上させるため、例えばパルス波形を１／２〜２０波長束ねたバースト波を設定間隔で送波して形成する。Ｔビームは、所定のメカニカルインデックスを確保できるように、連続的に送波される超音波を送波して形成する。
本実施形態によれば、治療用振動子５０からのＴビームと診断用振動子５２からのＤビームの走査座標を一致させることができるから、治療用超音波の照射位置の制御精度を向上できる。したがって、Ｄビームにより位置が特定された治療部位にＴビームを的確に照射することができる。
また、治療用振動子５０の口径の中心と診断用振動子５２の口径の中心を一致させることができるから、格別な座標変換などを行う必要がないから制御機構を簡単化することができる。
更に、超音波プローブ１０を体表に沿って移動させることなく、電気的に制御することにより、Ｄビームを用いて断層像を再構成すると共に、Ｔビームを用いて治療部位を治療できる。したがって、治療時間を短縮できるなど超音波治療の能率を向上させることができる。例えば、脳梗塞が発症すると、発症時から短時間内に脳血栓を溶解させる必要があるが、本実施形態によれば、迅速かつ的確に脳血栓を溶解させることができる。
本発明の超音波プローブ及び超音波装置を適用した第２の実施形態について図６を参照して説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、血栓が溶解して血液が流れ始めたとき、治療用超音波を停止したり、治療用超音波の振幅などを小さくしたりすることである。図６は、本実施形態の超音波装置の構成図を示している。
一般に、治療用超音波で血栓を溶解させるとき、血栓が溶解されて血液が流れ始めた後にも治療用超音波を照射するおそれがある。そこで、本実施形態では、図６に示すように、血流検出部２２が設けられている。血流検出部２２は、治療部位から発生する反射エコー信号のドプラ偏位信号の強度つまり血流速度を検出するものであり、検出した血流速度が設定値（α）を超えているときに治療用送波ユニット２４に制御指令を出力する。
例えば、血流検出部２２により検出された血流速度が設定値（α）を超えていないと判定されたときは、制御指令が治療超音波送波ユニット２４に出力されない。したがって、治療用送波部２５は、治療用超音波のエネルギ（例えば、振幅や周波数）を維持あるいは増大する。一方、検出された血流速度が設定値を超えていると判定されたときは、制御指令が治療超音波送波ユニット２４に出力され、治療用送波部２５は、治療用の超音波のエネルギを減らすか射出を停止する。このとき、警報部２７により警告音（例えば、ブザー音や音声）が発せられたり、警告メッセージが表示部１８に表示されたりする。
本実施形態によれば、血栓が溶解して血液が流れ始めたことを検出することができる。これにより、血液が流れ始めたときに、治療用超音波の振幅や周波数などを減らすか射出を自動的に停止する。したがって、治療部位に治療用超音波を過剰に照射することを防ぐことができる。
なお、警告音や警告メッセージが発せられたときに、手動で治療用超音波を停止するようにしてもよい。また、第１の実施形態の超音波プローブ１０を用いて本実施形態を説明したが、本実施形態の超音波装置は、診断用プローブと治療用プローブが別々に分かれている場合にも適用することができる。
本発明の超音波プローブ及び超音波装置を適用した第３の実施形態について図７を参照して説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、超音波プローブの温度が設定温度より上昇したときに、治療用超音波の周波数や振幅などを減らしたり、射出を停止したりするようにしたことである。図７は、本実施形態の超音波装置の構成図を示している。
一般に、超音波プローブ１０から診断用及び治療用の超音波が射出される際、射出された超音波のエネルギの一部が超音波プローブ１０の内部で熱エネルギに変換される。したがって、超音波プローブ１０の温度が上昇するおそれがある。そこで、本実施形態では、図７に示すように、温度検出部２８を設けるようにしている。温度検出部２８は、超音波プローブ１０の温度を検出するものであり、検出した温度が設定値を超えているときに制御指令を治療用送波ユニット２４に出力する。
例えば、温度検出部２８により検出された温度上昇が設定値（例えば、２℃）を超えていないと判定されたときは、制御指令が治療超音波送波ユニット２４に出力されない。したがって、治療用送波部２５は、治療用超音波のエネルギ（例えば、振幅や周波数）を維持あるいは増大する。一方、温度上昇が設定値を超えたと判定されたときは、制御指令が治療超音波送波ユニット２４に出力され、治療用送波部２５は、治療用のエネルギを減らすか射出を停止する。このとき、警報部２７により警告音（例えば、ブザー音や音声）が発せられたり、警告メッセージが表示部１８に表示されたりする。
本実施形態によれば、超音波プローブ１０の温度上昇を自動的に抑えることができるから、温度上昇により生体組織に副作用を生じることが回避される。なお、超音波プローブ１０の温度を検出することに代えて、図１の水袋３２ａの温度を検出するようにしてもよい。要するに、治療用振動子５０又は診断用振動子５２に相関した温度を検出すればよい。
なお、警告音や警告メッセージが発せられたときに、手動で治療用超音波を停止するようにしてもよい。また、第１の実施形態の超音波プローブ１０を用いて本実施形態を説明したが、本実施形態の超音波装置は、診断用プローブと治療用プローブが別々に分かれている場合にも適用することができる。
本発明の超音波プローブ及び超音波装置を適用した第４の実施形態について図８を参照して説明する。本実施形態が第２の実施形態と異なる点は、治療用超音波により梗塞部位を治療する際に血栓溶解剤を併用するようにし、血栓が溶解したとき、血栓溶解剤の注入量を減らしたり、停止したりするようにしたことである。図８は、本実施形態の超音波装置の構成図を示している。
一般に、梗塞部位の血栓の治療においては、血栓に治療用超音波を照射すると共に、血栓の溶解を促進する血栓溶解剤が被検体に注入される。その場合、血栓が溶解されて血液が流れ始めた後にも血栓溶解剤を被検体に注入するおそれがある。
そこで、本実施形態では、図８に示すように、溶解剤注入制御ユニット３０が設けられる。溶解剤注入制御ユニット３０は、注入制御部３１、演算部２９、警報部３３などを有している。注入制御部３１は、インジェクタープローブ２６を介して被検体に注入する血栓溶解剤の注入量を制御するものである。演算部２９は、血流検出部２２からの制御指令に基づき被検体に血栓溶解剤の注入量を演算する。警報部３３は、血流検出部２２からの制御指令に基づき警告ブザーを鳴らしたり、警告メッセージを表示したりする。
例えば、血流検出部２２により検出された血流速度が設定値（α）を超えていないと判定されたときは、制御指令が溶解剤注入制御ユニット３０に出力されない。したがって、注入制御部３１は、血栓溶解剤の注入量を維持あるいは増加する。一方、検出された血流速度が設定値（α）を超えていると判定されたときは、制御指令が溶解剤注入制御ユニット３０に出力され、注入制御部３１は、演算部２９により計算された注入量に基づいて、血栓溶解剤の注入量を減らすか注入動作を停止する。また、警報部３３によりブザー音や音声が発せられたり、警告メッセージがモニタ１８の表示画面に表示されたりする。
本実施形態によれば、血栓が溶解して血流が流れ始めたとき、血栓溶解剤の注入量を自動的に減らすか停止することができる。したがって、過剰な血栓溶解剤により生体組織に副作用を生じることが回避される。
なお、警告音や警告メッセージが発せられたときに、手動で血栓溶解剤の注入を停止するようにしてもよい。また、モニタ１８の表示画面に血栓溶解剤の注入量をリアルタイムに表示してもよい。これにより、操作者は血栓溶解剤の注入量を客観的に把握することができるようになる。
また、第１の実施形態の超音波プローブ１０を用いて本実施形態を説明したが、本実施形態の超音波装置は、診断用プローブと治療用プローブが別々に分かれている場合にも適用することができる。
本発明の超音波プローブ及び超音波装置を適用した第５の実施形態について図９乃至１１を参照して説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、冷却部の設置位置を治療用振動子及び診断用振動子の側面にしたことである。図９は、本実施形態における超音波プローブを示している。
図９に示すように、冷却部５６ａ、５６ｂは、治療用振動子５０及び診断用振動子５２の２つの側面にそれぞれ設けられている。本実施形態によれば、冷却部５６ａ、５６ｂに適宜に電流を流すようにすれば、超音波プローブ１０の熱を外気に放熱させることができる。したがって超音波プローブ１０の温度上昇を設定値（例えば、２℃）以下に抑えながら、治療部位に対し超音波を比較的長い時間にわたって連続的に照射することができる。その結果、治療時間を短縮できるなど治療能率を向上させることができる。
また、冷却部５６については、治療用振動子５０又は診断用振動子５２を冷やすことができれば、いずれの位置に設置してもよい。例えば、図１０に示すように、超音波プローブ１０の周囲を取り囲む側壁を覆うように冷却部５６ｃを設けてもよい。
更に、冷却部に加えて金属箔を併用することもできる。例えば、図１１に示すように、図９の診断用振動子５２の超音波射出面に金属箔６０が配設される。また、配設された金属箔６０は、冷却部５６ａ、５６ｂに接触する。これにより、診断用振動子５２で発生した熱は、金属箔６０により吸熱される。吸熱された熱は、金属箔６０を介して冷却部５６ａ、５６ｂに導かれる。導かれた熱は、冷却部５６ａ、５６ｂのペルチエ効果により放熱される。したがって、超音波プローブ１０の温度上昇を抑えることができる。なお、金属箔６０は、伝導体（例えば、金属）を数μｍの薄さにしたものであり、超音波の射出に影響を与えない材質から形成されている。
また、診断用振動子５２の超音波射出面が金属箔６０によりカバーされるから、超音波プローブ１０を体表に接触させたとき、超音波プローブ１０の温度が被検体に直接に伝達しない。したがって、超音波プローブ１０の温度により被検体に副作用を生じることが回避される。
本発明の超音波プローブ及び超音波装置を適用した第６の実施形態について説明する。本実施形態が第１乃至第５の実施形態と異なる点は、生体組織に生じる副作用を回避するために、バースト波の治療用超音波を射出するようにしたことである。
例えば、脳梗塞を治療する場合、超音波プローブ１０から脳内に入射された治療用超音波は、進行方向にある頭蓋骨の内壁に反射して戻ってくることがある。これは、頭蓋骨が脳内の生体組織に比べて音響インピーダンスが比較的高いためである。反射された治療用超音波（以下、反射波）が超音波プローブ１０から脳内に入射される治療用超音波（以下、入射波）と重なり合って干渉することで、脳内に定在波が生じることがある。定在波が局所的に比較的大きい強度（振幅）を有するものであるとき、脳内の生体組織に副作用を生じるおそれがある。
そこで、本実施形態では、治療用送波部２５は、基本波形からバースト波の駆動信号を生成する。生成された駆動信号が治療用振動子５０に供給されることにより、治療用振動子５０からバースト波が被検体に射出される。このとき、バースト波の射出時間は比較的短く（例えば、１０μｓ）設定されると共に、休止時間が比較的長く（例えば、１００μｓ〜３００μｓ）設定される。なお、１波長の継続時間が例えば２μｓのパルス波を束ねたバースト波を射出するようにしている。
例えば、脳内において反射波が戻ってくるまでの時間が１００μｓの場合、バースト波の休止時間が１００μｓより大きく設定される。なお、バースト波の射出時間や休止時間は適宜変更されるものであり、予め入力部２０から設定される。
本実施形態によれば、入射されたバースト波Ｔｎが反射して戻ってきた後に、次のバースト波Ｔｎ＋１が入射されることになる。したがって、バースト波Ｔｎとバースト波Ｔｎ＋１が重ならないから、生体組織に副作用を生じることが回避される。
特に、治療用超音波については、周波数が例えば５００ｋＨｚであるため、脳内を進行する際の減衰が比較的小さい。したがって、反射波と入射波の強度がほぼ等しくなるから、干渉波の強度が比較的大きなものになる。この点、本実施形態によれば、治療用超音波の反射波と入射波の干渉を回避できる。
また、診断用超音波については、周波数が例えば２ＭＨｚ以上に設定されるのが一般的であるため、脳内を進行する際の減衰が比較的大きい。したがって、生成される干渉波の強度は比較的小さいものとなるが、治療用超音波と同様に、パルス波又はバースト波の休止時間を比較的長く設定するようにしてもよい。
また、バースト波の射出時間を例えば１０μｓにしているが、適宜変更してもよい。要するに、入射波と反射波が干渉したときでも、干渉波の継続時間を短くして生体組織に生じる副作用を回避できるものであればよい。
なお、第１の実施形態の超音波プローブ１０を用いて本実施形態を説明したが、本実施形態の超音波装置は、診断用プローブと治療用プローブが別々に分かれている場合にも適用することができる。
本発明の超音波プローブ及び超音波装置を適用した第７の実施形態について図１２を参照して説明する。本実施形態が第６の実施形態と異なる点は、治療用超音波の周波数を射出時間の経過とともに徐々に大きくするようにしたことである。図１２は、図１の治療用送波部２５の構成図である。
図１２に示すように、治療用送波部２４は、クロックジェネレータ７０、変調信号発生器７２、移相回路７４ａ〜７４ｍ（ｍ：自然数）、増幅器（以下、アンプ７６ａ〜７６ｍ）などから構成されている。なお、移相回路７４ａ〜７４ｍは、遅延回路などから形成することもできる。また、ｍは、超音波プローブ１０を構成する治療用振動素子５０ａ〜５０ｍの数に対応している。
まず、クロックジェネレータ７０により連続波の基本波形が生成される。生成された基本波形は、移相回路７４ａ〜７４ｍにより位相がずらされる。そして、各基本波形は、アンプ７６ａ〜７６ｍにより増幅された後、治療用振動子５０に駆動信号として入力される。入力された駆動信号により治療用振動子５０から治療用超音波が射出される。射出時間の経過に従って変調信号発生器７２により変調信号が生成される。生成された変調信号が各移相回路７４ａ〜７４ｍに入力される。入力された変調信号により移相回路７４ａ〜７４ｍは、基本波形の周波数を大きく変調する。変調された波形が治療用振動子５０に駆動信号として入力される。これにより、周波数が大きく変調された治療用超音波が治療用振動子５０から射出される。例えば、射出され始めた時（Ｔ＝０）の超音波の周波数をｆ０、波長をλ０とすると、一定時間経過後（Ｔ＝１０μｓ）の超音波の周波数が４ｆ０、波長がλ０／４となるように、変調信号発生器７２により変調信号が生成される。このような動作が繰り返されることにより、治療用振動子５０から射出される治療用超音波は、時間軸方向に周波数が変調されたものになる。
本実施形態によれば、例えば頭蓋骨内で反射波と入射波が重なり合ったとしても、重なり合った反射波と入射波の周波数は異なることになる。したがって、反射波と入射波の干渉パターンが固定されないから、反射波と入射波が干渉することで生じる干渉波の強度を抑えることができる。
また、周波数を変える時間については適宜設定すればよいが、本実施形態では、治療用超音波の干渉パターンが少しでも固定されないように、射出された超音波が脳の表面から頭蓋骨内を透過して脳内に進行するまでの時間（例えば、１０μｓ）ごとに治療用超音波の周波数を変調するようにしている。要するに、基本波形に基づいて時間軸方向に周波数を変調すればよい。
なお、周波数の変調値については適宜設定することができる。例えば、反射波と入射波が１／４〜１／２波長ずれるように周波数を変えると、反射波と入射波が互いに打ち消すように干渉する。したがって、干渉波の強度が大きくなることをより一層抑えることができる。
また、第１の実施形態の超音波プローブ１０を用いて本実施形態を説明したが、本実施形態の超音波装置は、診断用プローブと治療用プローブが別々に分かれている場合にも適用することができる。
本発明の超音波プローブ及び超音波装置を適用した第８の実施形態について図１２及び１３を参照して説明する。本実施形態が第７の実施形態と異なる点は、治療用超音波の入射方向を設定時間ごとにずらすようにしたことである。図１３は、治療用超音波の入射波と反射波が干渉しない原理を示す説明図である。
すなわち、図１２の治療用送波部２４により駆動信号が生成されるとき、設定時間（例えば、０．１秒）ごとに、予め設定された遅延データが移相回路７４ａ〜７４ｍにそれぞれ付与される。これにより、治療用振動子５０から射出される超音波が偏向されるため、超音波ビームの射出方向が変わる。なお、超音波ビームの射出方向を変更する角度（θ）については、適宜変更すればよい。
本実施形態によれば、図１３に示すように、治療用超音波の入射波の進行方向と反射波の進行方向は、同一直線上ではなくなる。つまり、入射波と反射波は、方向が異なったものになるから、入射波と反射波の干渉を回避することができる。
また、本実施形態では、超音波の射出方向を変える設定時間を０．１秒に設定したが、適宜設定すればよい。例えば、入射波と反射波が重なり合って干渉すると、干渉波により血管内にキャビテーション（気泡）が生成されることがある。生成されたキャビテーションは徐々に大きくなった後に壊される。壊されたキャビテーションの影響により生体組織に副作用が生じるおそれがある。したがって、キャビテーションが生じる前に超音波の射出方向を変えるようにするのが望ましい。
なお、第１の実施形態の超音波プローブ１０を用いて本実施形態を説明したが、本実施形態の超音波装置は、診断用プローブと治療用プローブが別々に分かれている場合にも適用することができる。
以上、第１乃至第８の実施形態に基づいて本発明を説明したが、これに限られるものではない。例えば、脳梗塞を治療する場合のほか、心筋梗塞を治療することにも本発明の超音波プローブ及び超音波装置を適用することができる。心筋梗塞を治療するときは、超音波プローブを胸部に当接させ、胸部の肋骨の間隙から心臓の冠状動脈に生じた血栓に向けて診断用及び治療用の超音波を射出する。
また、血栓を溶解させるほか、体内に形成される無機物や塩類からなる異常固形物（例えば、結石）を溶解させる場合にも、本発明の超音波プローブ及び超音波装置を適用することができる。
また、本発明の超音波プローブ及び超音波装置を様々な脳梗塞の治療に用いることができる。例えば、脳梗塞には、ラクナ梗塞、アテローム血栓性梗塞及び心原性脳塞栓症などがある。ラクナ梗塞とは、脳の細い動脈が高血圧のために損傷を受けてその動脈が詰まることにより脳の深い部分に小さな梗塞巣ができるものである。アテローム血栓性梗塞とは、頸の動脈や頭蓋内の比較的大きな動脈の硬化（アテローム硬化）によってその動脈が狭くなりその位置に血栓が形成されて血流の閉塞を起こすものである。心原性脳塞栓とは、心臓の中にできた血の塊（血栓）が剥がれて脳の動脈に流れ込んで血流の閉塞を起こすものである。いずれの脳梗塞も発症から短時間内に梗塞部位の血栓を溶解させる必要があるが、本発明の超音波プローブ及び超音波装置によれば、迅速かつ容易に血栓を溶解させることが可能になる。
【産業上の利用可能性】  以上説明したように本発明によれば、超音波治療に好適な超音波プローブ及び超音波装置を実現することができる。
【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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【国際調査報告】
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