(57)【要約】【課題】構造簡単にして振動子を効果的に冷却できる超音波治療装置を提供すること。【解決手段】超音波治療装置は、超音波発生源２０２で発生した超音波を、超音波発生源と水袋２０５との間に封入されたカップリング液を介して被検体内に導入せしめ、被検体内の患部を治療するように構成されたアプリケータ２０１と、カップリング液を貯水するリザーバ２１６と、カップリング液をアプリケータとリザーバとの間で循環させるための主ポンプ２１５と、水袋からのカップリング液の排水量と、水袋へのカップリング液の注水量との少なくとも一方を微調整するための補助ポンプ２２１とを具備する。【選択図】      図２６
2007144225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発生源で発生した超音波を、前記超音波発生源と水袋との間に封入されたカップリング液を介して被検体内に導入せしめ、前記被検体内の患部を治療するように構成されたアプリケータと、
前記カップリング液を貯水するリザーバと、
前記カップリング液を前記アプリケータと前記リザーバとの間で循環させるための主ポンプと、
前記水袋からのカップリング液の排水量と、前記水袋へのカップリング液の注水量との少なくとも一方を微調整するための補助ポンプとを具備することを特徴とする超音波治療装置。
【請求項２】
前記主ポンプは、２連式チュービングポンプであることを特徴とする請求項１記載の超音波治療装置。
【請求項３】
前記水袋内のカップリング液量を一定に保つために前記補助ポンプの出力を制御する制御回路をさらに備えることをことを特徴とする請求項１記載の超音波治療装置。
【請求項４】
前記水袋からのカップリング液の排水量を計測する流量計と、前記水袋へのカップリング液の注水量を計測する流量計とをさらに備えることをことを特徴とする請求項１記載の超音波治療装置。
【請求項５】
前記水袋内のカップリング液の温度が所定の上限値を超えている間だけ循環が行われるように、前記主ポンプを制御する制御回路をさらに備えることをことを特徴とする請求項１記載の超音波治療装置。
【請求項６】
前記リザーバ内のカップリング液を冷却するための冷却装置と、前記リザーバ内のカップリング液を脱気するための脱気装置との少なくとも一方をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超音波治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体外から超音波を集中照射して患部を治療する超音波治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、結石症の治療に体外から強力超音波を照射し、無侵襲的に結石を破砕する結石破砕装置が実用化され、注目されている。強力超音波源にピエゾ素子を用いる方法は、小焦点、消耗品がない、強力超音波強度を任意にコントロールできる、複数のピエゾ素子にかける駆動波形を位相制御することにより焦点位置をコントロールできる等、優れた長所がある（特開昭６０−１４５１３１号公報，米国特許４，５２６，１６８）。
【０００３】
また、前立腺肥大症等の治療対象に対し、比較的侵襲の少ない治療法として、体外から体内の患部に電磁波や超音波を照射することにより治療対象を治療する温熱治療法（ハイパーサーミア）が施行されている。これは、治療対象組織が正常組織よりも比較的熱に弱いことを利用して、患部を４２．５゜Ｃ以上に加温して治療対象細胞だけを破壊する治療法である。また、患部を６０゜Ｃ以上の高温にし、病理的組織に熱変性を起こさせる加熱治療が注目されるようになり、「特開昭６１−０１３９５６号公報」、「特開平５−１３７７３３号公報」等に示されるように、ビエゾ素子により体外で発生させた強力な超音波を体内の治療部位に集束させ、組織の超音波エネルギの吸収による発熱で癌を加熱治療する装置が研究開発されている。
【０００４】
また超音波による発熱ではなく、結石を破砕するような強力なバルス状の強力超音波を癌に照射し、その機械的な力で細胞を壊死させる治療法も研究されている（Ｈｏｓｈｉ，Ｓ．ｅｔ  ａｌ．：Ｊ．Ｕｒｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１４６：４３９，１９９１．）。
【０００５】
実際に臨床に用いられている例としてはＥＤＡＰ社（仏）で行われた膀胱癌の治療（体外照射）（Ｇ．Ｖａ１１ａｎｃｉｅｎ  ｅｔ  ａｌ．：Ｅｕｒ  Ｕｒｏｌ  １９９３，２３（ｓｕｐｐｌ  １），ｐｐ４８）、Ｆｏｃａｌ  Ｓｕｒｇｅｒｙ社（米）で行われた前立腺治療対象の治療（径直腸照射）（Ｓｔｅｐｈａｎ  Ｍａｄｅｒｓｂａｃｈｅｒ  ｅｔ  ａｌ．：Ｃａｎｃｅｒ  ｒｅｓ  Ａｕｇ  １９９５  Ｖｏｌ．５５，ｐｐ３３４６，１９９５）等がある。
【０００６】
従来の治療用の超音波振動子は、図１１（ａ），（ｂ）に示すように超音波が幾何学的焦点で集束するように球殻型に形成されている。
【０００７】
ところで、肝臓等の臓器は図１２に示すように肋骨中に納まっているため、超音波により加熱治療する際に、肋骨による超音波の遮蔽による到達エネルギーの低下が問題となる。
【０００８】
例えば、開口径１００ｍｍの球殻型振動子を用いて、肋骨上から肝臓に超音波を照射すると、全放射超音波の約７０％が肋骨により遮蔽され、焦点位置まで届くのは約３０％となってしまう。超音波エネルギーも約３０％に低下する。遮蔽のロス分を補うために、投入エネルギ−を増加させる方法も考えられるが、皮膚面での強度が非常に高くなるため、火傷等の事故がおこる危険性がある。
【０００９】
また、超音波治療装置には次のような問題もある。結石破砕に用いる振動子（ピエゾ素子）は、数ｋＶの高電圧で駆動されるが、一回の駆動時間は数μｓであるので、発熱の心配はない。
【００１０】
しかし、温熱治療では振動子を、６０Ｗ／ｃｍ2前程度の連続波により駆動する。このとき振動子内部にヒステリシス損失や誘電損失（ｔａｎδ）、機械的損失（１／Ｑ）による発熱が起こることが知られている。発熱の程度によってはピエゾ素子の電気的特性が変化し、エネルギーロスが起こるだけでなく、その近隣のバッキング材等を劣化させ、装置の故障を引き起こす危険もある。
【００１１】
そこで、振動子の効果的な冷却が必要になり、放熱フィンやその他の冷却装置を振動子に装着する等の提案がされている（特願平６−２４８４８０号、特願平６−３１５９７９号）。
【００１２】
しかし、これらの冷却装置を装着することは、アプリケータの構造をより複雑にし、製造に手間がかかったり、アプリケータの操作性の低下を招いたりする危険がある。
【特許文献１】特開昭６０−１４５１３１号公報
【特許文献２】米国特許４，５２６，１６８号明細書
【特許文献３】特開昭６１−０１３９５６号公報
【特許文献４】特開平５−１３７７３３号公報
【特許文献５】特願平６−２４８４８０号
【特許文献６】特願平６−３１５９７９号
【非特許文献１】Ｈｏｓｈｉ，Ｓ．ｅｔ  ａｌ．：Ｊ．Ｕｒｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１４６：４３９，１９９１．
【非特許文献２】Ｇ．Ｖａ１１ａｎｃｉｅｎ  ｅｔ  ａｌ．：Ｅｕｒ  Ｕｒｏｌ  １９９３，２３（ｓｕｐｐｌ  １），ｐｐ４８）、Ｆｏｃａｌ  Ｓｕｒｇｅｒｙ社（米）
【非特許文献３】Ｓｔｅｐｈａｎ  Ｍａｄｅｒｓｂａｃｈｅｒ  ｅｔ  ａｌ．：Ｃａｎｃｅｒ  ｒｅｓ  Ａｕｇ  １９９５  Ｖｏｌ．５５，ｐｐ３３４６，１９９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、構造簡単にして振動子を効果的に冷却できる超音波治療装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の本発明は、超音波発生源で発生した超音波を、前記超音波発生源と水袋との間に封入されたカップリング液を介して被検体内に導入せしめ、前記被検体内の患部を治療するように構成されたアプリケータと、前記カップリング液を貯水するリザーバと、前記カップリング液を前記アプリケータと前記リザーバとの間で循環させるための主ポンプと、前記水袋からのカップリング液の排水量と、前記水袋へのカップリング液の注水量との少なくとも一方を微調整するための補助ポンプとを具備することを特徴とする超音波治療装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、構造簡単にして振動子を効果的に冷却できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の超音波治療装置を好ましい実施形態により説明する。なお、超音波治療装置とは結石破砕装置と超音波温熱治療装置とを含むものである。本発明はこれらいずれの装置にも適用可能である。
【００１７】
（第１の実施形態）  
図１に本発明の第１の実施形態による超音波治療装置のブロック図を示す。アプリケータ１は、治療用強力超音波を集束的に発生する治療用超音波発生源２と、治療用強力超音波を治療用超音波発生源２から患者３までロス少なく導くカップリング液４と、このカップリング液４を密封する水袋５とを有している。治療に際しては、治療台１０に患者３を固定してから、アプリケータ１を患者３の体表に乗せ、水袋５を超音波ゼリー等（図示せず）を介して患者３の皮膚に接触させる。
【００１８】
この治療用超音波発生源２の略中央部分には孔１７が開けられ、ここに超音波プローブ８が挿入される。なお、この超音波プローブ８が治療用超音波発生源２の外側についているアウトラインタイプであってもよい。ここでは前者の構造で説明する。超音波プローブ８は、アプリケータ１に対して取り外し可能でも良いし、上記孔１７に固定されていても良い。この超音波プローブ８は、前後方向のスライドと、軸回転移動が可能なように設けられている。これらスライドや軸回転の動きは、手動又は制御回路１１とプローブ位置制御回路１３の制御により実現される。
【００１９】
超音波診断装置１４は、超音波プローブ８を介して患者３の断面をイメージング用超音波で走査し、治療用協力超音波の焦点７を含む断面の断層像を再構成し、ＣＲＴ（図示せず）に表示できるように構成されている。また、超音波診断装置１４は、断層像上に焦点７の位置をマーカで表示できるように構成されている。この機能を利用して、断層像上で体内の治療対象（結石や治療対象）６の位置を確認しながら、焦点７が治療対象６に一致するようにアプリケータ１や患者３を移動させることができる。治療対象６と焦点７の一致を断層像上で確認した後、駆動回路１２で治療用超音波発生源２を駆動して強力超音波を照射し、超音波焦点７に存在している治療対象６を治療する。また、術者は、断層像から治療計画を立てたり、強力超音波照射前と照射後の体内の超音波画像を比較することにより、治療効果を確認したりできる。
【００２０】
図２（ａ）に治療用超音波発生源２をその焦点７側から見た図を示している。図３（ａ）に治療用超音波発生源２の縦断面図を示し、同図（ｂ）に治療用超音波発生源２の横断面図を示している。治療用超音波発生源２は、治療用強力超音波を肋骨１６の隙間から治療対象に照射することが可能なように、比較的薄い、例えば肋骨間通過時の厚さが２０ｍｍ以下の略扇状（又は薄いくさび形状）の治療用強力超音波を照射することができるように構成されている。具体的には、従来と同様に複数のピエゾ素子が球殻状にアレンジされていて、その中の幾つかのピエゾ素子だけを選択的に駆動して、結果的に扇状にも治療用強力超音波を照射するようにしてもよいし、扇状の治療用強力超音波だけを専門的に照射できるように治療用超音波発生源２を構成するようにしてもよい。ここでは後者の例について説明する。
【００２１】
なお、上記略扇状は、従来の円錐形とは明確に区別される。つまり円錐形とはどのように縦断面を入れても、その断面形状がほぼ同じ扇形状（狭角が同じ）を示すのに対して、上記略扇状では、厚み方向でも幅方向でもその断面は扇形状になるが、厚み方向の断面の扇の狭角は、幅方向の断面の扇の狭角より非常に小さい、つまり非常に薄いくさび形状として表される。
【００２２】
超音波発生源２は、一定の曲率で長軸方向に湾曲している略短冊状又は略楕円状のフレーム９の内側に、図２（ａ）に示すようにフレーム９と同形に加工された１つのピエゾ素子２１が貼り付けられ、または同図（ｂ）に示すように複数のピエゾ素子２２が一列又は多列にアレイされて構成されている。焦点７の位置は、フレーム９の曲率に従って超音波発生源２の位置に対して幾何学的に決まる。このピエゾ素子２１（又は２２）の開口面の最大幅は、例えば肋骨間通過時の厚さが２０ｍｍ以下の扇状の治療用強力超音波を発生するように、例えば３０ｍｍ以下に設けられる。
【００２３】
なお、焦点サイズをより局小化させるために、フレーム９は短軸方向にも長軸方向と同じ一定の曲率で湾曲していることが好ましい。
【００２４】
図２（ｃ）に示すように、このような治療用超音波発生源２の略中央部分にはプローブ８を挿入するための孔１７が開けられている。治療用超音波発生源２の角は、角張っていてもよいし、丸められていてもよい。
【００２５】
このように本実施形態では、比較的薄い扇状で治療用強力超音波を照射することができるので、肋骨１６で遮蔽されることなく、この肋骨１６の隙間から治療用強力超音波を治療対象６に到達させることができる。
【００２６】
なお、図４（ａ），（ｂ）に示すように、同様の形状の超音波発生源２を、２つ又はそれ以上設けて、複数の肋骨の隙間から、治療対象６に向けて治療用強力超音波を照射するようにしてもよい。この場合、超音波治療装置は治療用強力超音波それぞれの焦点が一致するように複数の超音波発生源２の角度を個別に調整するための構造及び制御回路を有している。
【００２７】
また、図５（ａ），（ｂ）に示すように、複数の球殻状のピエゾ素子２４をフレーム９に設けるようにしてもよい。この場合、複数の球殻状のピエゾ素子２４は、それぞれの焦点（Ｆａ，Ｆｂ，…Ｆｆ）が一カ所に集まるように、それぞれの角度が調整されてフレーム９に設けられている。
【００２８】
（第２の実施形態）  
図６に第２の実施形態による超音波治療装置の構成図を示している。図７は図６の超音波発生源２’の縦断面図である。これらの図において、図１と同じ部分には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２９】
第１実施形態と同様に一定の曲率で長軸方向に湾曲している短冊状のフレーム９の内側に、複数の円板状のピエゾ素子２５が一列にアレイされいる。このピエゾ素子２５は、円板状でなくても、球殻状であってもよい。球殻状である場合は、図８に示すようなはめ込み式の振動子（符号Ｐは振動子、符号２０は枠）で患部６の深さ応じて焦点７’を調整すべく、開口角の異なる振動子を選択して用いることが考えられる（図８（ａ）参照）。図８に示すように球殻状のピエゾ素子本体Ｐを枠２０で補強することが好ましい。ピエゾ素子２５の開口径は、第１実施形態と同様に、最大厚が２０ｍｍ以下の扇状の治療用超音波が得られるように、約２０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
これらピエゾ素子２５はそれぞれ個別に角度調節器１８に支持されて、向きが個別に自由に変えられるようになっている。それぞれの向きを制御することにより、図７に示すように、アプリケータ１を固定した状態のままで、焦点７’の深さや方位を自由に変更することができる。この制御は、ポインタ２２を介して断層上に指定された治療対象６の深さや方位に従って、振動子角度制御回路１９により実現される。
【００３１】
本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、アプリケータ１を固定した状態のままで、焦点７’の深さや方位を自由に変更することができる。
【００３２】
なお、この効果は、いわゆるフェーズドアレイでも得ることができる。この場合は、複数の平板状のピエゾ素子が一列にアレンジされており、これらの複数の平板状のピエゾ素子それぞれの駆動タイミングを、それぞれのピエゾ素子からの超音波が所望の深さの一点で集束するように、図９の位相制御回路２６により個別に制御することにより実現される。
【００３３】
なお、これまでフレーム９の形状は短冊状として説明してきたが、図１０に示すように、球殻状のフレーム２７であってもよい。この場合、水袋５の取り付けや、水袋５を体表に固定する場台には、フレーム２７が円形の方が安定性が良いと考えられるからである。
【００３４】
（第３の実施形態）  
図１３に第３の実施形態による超音波治療装置の構成を示している。図１４（ａ）に、図１３のアプリケータ１０１の断面を示している。アプリケータ１０１は、治療用強力超音波を照射する球殻状の治療用超音波発生源１０２と、強力超音波を患者１０３まで導くカップリング液１０４と、該カップリング液１０４を保持する水袋１０５とを有している。治療用超音波発生源１０２は、例えば球殻状のフレームの内面に複数の振動子（ピエゾ素子）が稠密に貼り付けられ、この振動子の背面に振動吸収用のバッキング材１０６が設けられてなる。
【００３５】
カップリング液循環系１２０は、水袋１０５中のカップリング液１０４を吸水し、吸水したカップリング液１０４を冷却した後、水袋１０５中に戻すことができるように構成されている。このような循環により、カップリング液１０４により、超音波発生源１０２を冷却することができる。
【００３６】
治療に際しては、治療台１１９に患者１０３を固定してから、アプリケータ１０１を患者１０３の体表に乗せ、水袋１０５を超音波ゼリー等（図示せず）を介して患者１０３の皮膚に接触させる。
【００３７】
アプリケータ１０１の略中央部分には孔１２５が開けられ、ここに超音波プローブ１１３が挿入されている。超音波プローブ１１３は、アプリケータ１０１に対して取り外し可能でも良いし、アプリケータ１0１に固定されていても良い。超音波診断装置１１６は、この超音波プローブ１１３を介して患者１０３の断面を走査し、得られたエコー信号に基づいて当該断面に関する断層像を再構成し、この断層像を表示する。
【００３８】
超音波プローブ１１３は、前後方向のスライドと、回転移動が可能なように設けられていて、制御回路１１４とプローブ位置制御回路１１７の制御により移動できる。また、手動で移動させることも可能である。
【００３９】
超音波診断装置１１６のＣＲＴ（図示せず）には超音波焦点１０７の位置がマーカ表示されるようになっており、超音波画像上で体内の治療対象１０８の位置を確認しながら、超音波焦点１０７が治療対象１０８に一致するようにメカニカルアーム１１８を介してアプリケータ１０１を移動し、又は患者１０３を移動させることができる。
【００４０】
治療対象１０８と焦点１０７の一致を超音波診断装置１１６で確認した後、駆動回路１１５で治療用超音波発生源１０２を駆動して治療用強力超音波を照射し、超音波焦点１０７と一致した治療部位１０８を高温に加熱して治療する。また、術者は、超音波診断装置１１６による体内画像により治療計画を立てたり、強力超音波照射前と照射後の体内の超音波画像を比較することにより、治療効果を確認したりできる。
【００４１】
次に本実施形態の特徴であるカップリング液循環系１２０について説明する。図１４（ａ）に示すように、超音波発生源１０２の略中央部分には、取水口１１１が開けられ、ここに吸水パイプ１１２が接続される。また、超音波発生源２の表面にカップリング液４を吹き付ける向きに、かつ治療用超音波のパスを遮蔽しないように、治療用超音波のパス１２２の外側の超音波発生源１０２の周縁部に、カップリング液１０４を吐出するための複数のノズル（吐出口）１１０が離散的に、又は円弧状の１つのノズルが設けられる（図１６参照）。このノズル１１０には排水パイプ１０９が接続される。
【００４２】
このように取水口１１１とノズル１１０を設けたことにより、水袋１０５の中をカップリング液１０４は、超音波発生源２の周縁から頂上に向かって振動子表面をなぞるように流れる。この流れにより、超音波発生源２（振動子）を効率的に冷却することができる。
【００４３】
図１４（ｂ）には、カップリング液循環系１２０の構成を示している。水袋１０５のカップリング液１０４の量は、焦点１０７が治療対象１０８に一致するようにその深さに応じて予め調整されている。したがって循環中も水袋１０５中のカップリング液１０４の量を一定に保つ必要がある。このために吸水用と排水用の２つのポンプ系統を有し、これら２系統の回転軸が共通していて、格別な制御を不要にして吸水量と同じ量を排水するいわゆる二連式チュービングポンプ１３１が循環用ポンプとして採用されている。この二連式チュービングポンプ１３１の働きにより、水袋１０５と冷却装置１３２の保温リザーバータンクとの間でカップリング液１０４が循環される。この保温リザーバータンク内のカップリング液１０４は常に冷却状態（例えば１０゜Ｃ）に保たれていて、この冷たいカップリング液１０４を水袋１０５に戻すことができるようになっている。また、この保温リザーバータンク内のカップリング液１０４の脱気状態を良好に維持するために、保温リザーバータンクと脱気装置１３３との間でもカップリング液１０４が循環するようになっている。
【００４４】
上述したように水袋１０５内の液量を調整するために、この二連式チュービングポンプ１３１とは別に、小型チュービングポンプ１３４の取水口が排水パイプ１０９の一部に取り付けられている。そして、小型チュービングポンプ１３４で取水したカップリング液１０４を、保温リザーバータンクに排水するようになっている。
【００４５】
このように本実施形態によれば、簡易な構成にして効果的に超音波発生源１０２（振動子）を冷却することができる。
【００４６】
なお、吸水ノズルや吐出口１１０を次のように工夫してもよい。例えば図１５に示すように、排水パイプ１０９を緩やかに曲げることにより、ポンプ１３１にかかる負荷を多少といえども軽減することができる。また、図１７に示すように排水ノズル１１０を超音波発生源１０２の周縁全域に配置しなくても、対抗する２カ所に設けるだけでもよいかもしれない。また、吸水口１１１を図１８に示すように超音波発生源１０２の周縁に配置してもよい。また、図１９に示すように排水ノズル１１０をカップリング液１０４が超音波発生源１０２に対して斜め上方に吹き出すように配置してもよい。この場合、吹き出されたカップリング液４は、超音波発生源１０２の内面を周回しながら吸水口１１１まで上がっていくように流れ、超音波発生源１０２を効果的に冷却することができる。
【００４７】
また、超音波発生源１０２の発熱は、常にカップリング液４に接触している表面（強力超音波を放射する面）だけでなく、裏面（通常は空気バッキング）にも伝わる。そこで超音波発生源１０２の裏面の冷却にも考慮して、図２０に示すように、この裏側にもカップリング液１０４を循環させるようにしてもよい。超音波発生源１０２の裏面は駆動電極側になるため、表面（アース）とは絶縁する必要がある。このときの絶縁体として、放熱性を低下させるような熱伝導性の悪い材料を用いることは避けるべきである。また、超音波の裏面への放出をなるべく小さくするために、超音波発生源１０２の音響インビータンスと大きく異なる音響インピーダンスを持つ材料が好ましい。これらのことから、図２０のように、絶縁体として厚さの薄い空気層１２３を用い、これを振動子の裏面とは絶縁された薄いアルミ板１２４で覆い、その上にカップリング液１０４を循環させるもの等が考えられる。または、空気層１２３の代わりに熱伝導性の良いグリース（図示せず）を詰めたものでも良い。図２０に示す実施形態では、カップリング液１０４は排水パイプ１０９を通り、吐出ノズル１１０から水袋１０５内に入り、超音波発生源１０２の表面を冷却し、吸水口１１１から超音波発生源１０２の裏面に出て、超音波発生源１０２の裏面を冷却した後、吸水パイプ１１２から吸水される。なお、カップリング液１０４が、超音波発生源１０２の表面と裏面を通る構造であれば、図２０に示した構造に限られたものではない。
【００４８】
（第４の実施形態）  
図２１に第４の実施形態の主要部であるところのバッキング材の断面を示している。第４の実施形態では、背面側への振動を吸収するために振動子の背面に設けられているバッキング材１２６を使って、超音波発生源１０２の冷却効果をより高めようとするものであり、これ単独で又は第３の実施形態と併用されるべきものである。
【００４９】
つまりバッキング材１２６の熱容量を利用して、超音波発生源１０２で発生した熱が小熱容量の超音波発生源１０２内に溜まって高温になるということを軽減する。このバッキング材１２６の材料としては、ピエゾ素子として用いられるＰＺＴセラミックスの熱伝導率が２〜４W/(m・K)であることから、熱伝導率が１０W/(m・K)以上であるアルミニウム、銀、銅等の金属を選択することにより、熱の拡散が素早く行われるようになる。
【００５０】
尚、バッキング材１２６に金属を使用する場合の周囲との絶縁の取りかたは、図２１のような超音波発生源１０２とバッキング材１２６の間に空気層１２８等の絶縁体を入れ、バッキング材１２６には治療用超音波発生源１０２に電力を投入するためのケーブル１２７を通すための孔１２９を設けてもよいし、図２２のように、バッキング材１２６を治療用超音波発生源２に直に接触させ、これを電極とみなしてケーブル１２７を接続してもよい。この場合は、バッキング材１２６の周りに、絶縁体１３０を設けて、周囲との絶縁をとることが考えられる。
【００５１】
また、図２３に示すように、超音波発生源１０２´を構成する複数のピエゾ素子が平面的に配列され、遅延制御により任意の位置に焦点１０７を形成することができる場合も、カップリング液１０４による超音波発生源１０２′の冷却は同様に行える。
【００５２】
上述した実施形態のようにカップリング液を循環させる場合、水袋内のカップリング液量を一定に保つことが不可欠になってくる。これは、排水量と注水量とがアンバランスとなり水袋内のカップリング液量が変化すると、それに応じて、伸縮性を有している水袋は大きさが変わってしまい、これによって、水袋が破損し、水漏事故につながる恐れがあり、これ程の事態に至らないまでも水袋と体表との密着性が低下して治療波が体内に届かなくなってしまったり、また治療波焦点が患部から外れてしまう危険性がある。次に説明する第５の実施形態は、このような事態を防止することを目的としてなされたものである。
【００５３】
（第５の実施形態）  
図２４に本発明の第５の実施形態による超音波治療装置の構成を示す。アプリケータ２０１は、治療用強力超音波を照射する超音波発生源２０２と、超音波発生源２０２に取り付けられた水袋２０５と、超音波発生源２０２と水袋２０５との間に封入され、強力超音波を患者３まで損失少なく導くためのカップリング液２０４とを有している。治療する際は、治療台２２８に患者２０３を固定してから、アプリケータ２０１を患者２０３の体表に乗せ、水袋２０５を超音波ゼリー等（図示せず）を介して患者２０３の皮膚に接触させる。
【００５４】
超音波発生源２０２は、図２５に示すように、１枚又は複数の超音波振動子が、球殻形状に形成され、または球殻形状に配列されていて、それから発生した超音波が、球殻の曲率で幾何学的に決まる焦点２０６に集束するようになっている。アプリケータ２０１は、制御回路７に制御されるメカニカルアーム８により電動で又は手動でメカ的に任意の姿勢で任意の向きに自由に移動できるようになっている。
【００５５】
このアプリケータ２０１には、患者２０３の体内の超音波画像を得て焦点２０６と患部２１２との位置合わせに使うために、超音波診断装置２０９に接続された超音波プローブ２１０が備えられている。超音波プローブ２１０は、アプリケータ２０１に対して取り外し可能でも良いし、アプリケータ２０１に固定されていても良い。ここでは、超音波発生源２０２の略中央部に孔を開け、ここに超音波プローブ２１０を挿入するようになっている。超音波プローブ２１０は、前後方向のスライドと、回転移動が可能なように構成されていて、制御回路２０７とプローブ位置制御回路２１１の制御により移動できる。また、手動で移動させることも可能である。
【００５６】
超音波診断装置２０９のＣＲＴ（図示せず）には超音波画像と共に超音波焦点２０６の位置を表す焦点マーカが表示されるようになっており、超音波画像（図示せず）上で体内の患部２１２の位置を確認しながら、超音波焦点２０６が患部２１２に一致するようにアプリケータ２０１や患者２０３を移動できるようになっている。
【００５７】
患部２１２と焦点２０６の一致を超音波診断装置２０９で確認した後、駆動回路（群）２１３で超音波発生源２０２を駆動して強力超音波を照射し、超音波焦点２０６と一致した患部２１２を高温に加熱して治療する。また、術者は、超音波診断装置２０９による体内画像（図示せず）により治療計画を立てたり、強力超音波照射前と照射後の体内の超音波画像を比較することにより、治療効果を確認したりできる。
【００５８】
ところで、患部２１２に連続波を照射する際に超音波発生源２０２が発熱し、この熱によりカップリング液２０４の温度も上昇するため、治療中は超音波発生源２０２と、カップリング液２０４の冷却が必要である。また、強力な超音波を照射する際に発生するキャビテーションの影響を防ぐため、カップリング液２０４の十分な脱気が必要である。このため、本実施形態では、図２６に示すように、リザーバ２１６に貯水されているカップリング液２０４を、冷却装置２１７により冷却し、また、脱気装置１８により例えば溶存酸素量２．５ｍｇ／ｌ以下に脱気するようにしている。
【００５９】
また、超音波発生源２０２又はこれに水袋２０５を固定するためのバッキング材に設けたカップリング液２０４の注水口２１９及び排水口２２０を介して、カップリング液２０４をアプリケータ２０１とリザーバ２１６との間で循環させるために、入出量の整合性に優れている二連式チュービングポンプ（主ポンプ）２１５が設けられている。尚、この例ではカップリング液２０４の循環に二連式チュービングポンプを採用しているが、これは複数のポンプでアプリケータ２０１への注水、排水を行ってもよい。
【００６０】
ところで、上述したように主に注水量と排水量との不整合により、伸縮性のある水袋２０５の大きさが変化してしまうという問題に対して、二連式のチュービングポンプ２１５を採用することの他に、次のような対策を講じている。
【００６１】
この対策は、図２７に示すように、アプリケータ２０１からのカップリング液２０４の排水量と、アプリケータ２０１へのカップリング液２０４の注水量との少なくとも一方を微調整するための補助ポンプ２２１を設け、またアプリケータ２０１の注水口２１９と排水口２２０にそれぞれ流量計２２２，２２３を配備して、アプリケータ２０１に対する注水量と排水量とを常時又は一定の時間置きに個別に計測し、そしてこれらの流量計２２２，２２３で計測した注水量データと排水量データを制御回路２０７で比較し、この制御回路２０７からの注水量と排水量との差のデータに従って水回路制御回路２１４で注水量と排水量とが高精度で一致するように補助ポンプ２２１の出力を制御するようにしたものである。
【００６２】
次に循環動作について詳細に説明する。カップリング液２０４の循環動作は、治療用超音波の発生期間中に連続的に行っていもよいが、焦点２０６の位置がずれる危険性を秘めている循環動作は、できるだけ少ない方が好ましい。このための方法を次に説明する。
【００６３】
長時間の治療中にカップリング液２０４の循環を継続させるとき、この長時間の間ずっと、主ポンプ２１５の吸い込み量と吐き出し量とのアンバランスを取ることは非常に困難と言える。このバランスが崩れると、水袋２０５の大きさが安定しなくなるため、超音波焦点２０６がずれたりする可能性もある。そこで、アプリケータ２０１内の水温が危険値（上限値）に達するまでは、循環動作を停止させておく、つまりアプリケータ２０１内の水温が上限値を越えている間だけ、循環動作を実行する方法が考えられる。
【００６４】
具体的には、図２８に示すように、水袋５の内部に熱電体等を使った温度センサ２２４を設け、水袋２０５内のカップリング液２０４の水温を、場合によっては超音波発生源２０２の表面温度と共に、常時又は一定の時間を置いて計測する。そして、この水温データを、制御回路２０７で上限値と比較し、この制御回路２０７からの比較結果に従って、アプリケータ２０１内の水温が上限値を越えているとき、主ポンプ２１５を起動し、水温が上限値を下回ったとき主ポンプ２１５の動作を停止させるように、水回路制御回路２１４で主ポンプ２１５を制御する。もちろん、この循環中には、流量計２２２，２２３によりアプリケータ２０１への注水量と排水量は監視されていて、両者が一致するように制御されている。
【００６５】
なお、水温が上限値を超えたとき、制御回路２０７が光や音等の手段を使って警告を発し、術者が手動でカップリング液２０４の循環をスタートさせるようにしてもよい。また、カップリング液２０４が上限値を越えた、越えないに関わらず、一定の時間毎に一定の期間だけ周期的にカップリング液２０４の循環を行うようにしてもよい。さらに、循環動作を一定時間継続しても、水温が上限値を下回らないときには、異常事態であると判断して、それを制御回路２０７で光や音等の手段を使って術者に伝達し、緊急停止等の何らかの対処を促すようにしてもよい。
【００６６】
さらに、以上のように補助ポンプ２２１を使うなどしてカップリング液２０４の注水量、排水量の整合をとって、水袋２０５の大きさの変動を高精度で抑えるようにしているが、この精度をさらに向上させるために、実際に水袋２０５の大きさ（径）の変動を、張力センサ等を使って計測するようにしてもよい。この場合、張力センサで常時又は一定の時間を置いて水袋２０５の張力を計測する。そして、この張力データを、制御回路２０７で直前又は所定時間前の張力と比較し、この制御回路２０７からの比較結果に従って水回路制御回路２１４は、現在の張力が直前の張力より高いとき、主ポンプ２１５の出力を若干低下させ、現在の張力が直前の張力より低いとき、主ポンプ２１５の出力を若干高くするように、主ポンプ２１５を制御する。なお、張力センサの代わりに、圧力センサ等の他の原理のセンサでもよい。水袋２０５の張力の変化はカップリング液２０４の増減だけでなく、水袋２０５の形状の変化等によっても生じるため、基準値を超えると警告を発するだけとし、流量の増減の判断は術者が行うようにしてもよい。
【００６７】
次に、効果的な脱気方法について実験結果に基づいて説明する。図２９には、溶存酸素量が飽和状態から２．５ｍｇ／ｌまで低下するのに要する脱気時間の水温に対する依存性を示している。水中の飽和溶存酸素量は水温によって変化し、水温が高いほど少ないので、実験結果より、水温が高い状態から脱気を開始した方が、水温が低い状態から脱気を開始するよりも、脱気に要する時間が少なくてすむことがわかった。
【００６８】
そこで、本実施形態では、脱気を効率的に行って、それに要する時間を短縮するために、図３０に示すように、水温センサ２２７をリザーバ２１６内に設ける。そして、例えば通常の水道水でリザーバ２１６を満たし、そのときの水温を計測する。この水温データを、制御回路２０７で設定値（例えば、摂氏２０度）と比較し、水温が設定値（摂氏２０度）を下回っているとき、水温制御回路２２６を制御して、水温を摂氏２０度まで上昇させる。この状態で、水道水を、例えば溶存酸素量が２．５ｍｇ／ｌ以下になるまで脱気することで、この脱気に要する時間を短縮して早期に治療を開始することができる。ここで、脱気時の水温を摂氏２０度としたのは、脱気終了後に、治療時のカップリング液２０４の水温条件である例えば摂氏１０゜まで冷却するための冷却時間とのかねあいを考慮して、脱気時間を短縮するために水温を余り高くしすぎると、脱気時間事態は短縮され得るが、その代わりに冷却時間が長くなり、結局治療開始までの時間が長くなってしまいかねないからである。
【００６９】
なお、以上の説明で超音波発生源２０２を球殻状のものとしたが、これは平板振動子が平面状に並んだ、フェーズドアレイでもよい。また、超音波加熱治療装置について述べたが、超音波結石破砕装置に用いてもよい。
【００７０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１の実施形態による超音波照射装置の構成図。
【図２】図１の治療用超音波発生源を焦点側から見た図。
【図３】図１の治療用振動子から発生される治療用超音波の形状を示す図。
【図４】複数の治療用超音波発生源の配置を示す図。
【図５】図２の治療用超音波発生源の他の形態を示す図。
【図６】第２の実施形態による超音波治療装置の構成図。
【図７】図６の超音波発生源の断面図。
【図８】図７の振動子の平面図。
【図９】フェーズドアレイを適用した形態を示す図。
【図１０】球殻状のフレームを適用した他の形態を示す図。
【図１１】従来の超音波発生源の構成を示す模式図。
【図１２】肋骨と肝臓との位置関係を示す模式図。
【図１３】第３の実施形態による超音波治療装置の構成図。
【図１４】図１３のアプリケータの断面構成及び循環系の構成を示す図
【図１５】図１４の排水パイプの他の形態を示す図。
【図１６】図１４の吐出ノズルの配置を示す図。
【図１７】吐出ノズルの他の形態を示す図。
【図１８】吸排水系の他の形態を示す図。
【図１９】吐出ノズルの他の形態を示す図。
【図２０】振動子の裏面もカップリング液で冷却する他の形態を示す図。
【図２１】第４の実施形態による超音波治療装置の主要部の断面図。
【図２２】図２１のバッキング材の他の形態を示す図。
【図２３】フェーズドアレイを適用した他の形態を示す図。
【図２４】本発明の第５の実施形態による超音波治療装置の構成図。
【図２５】図２４のアプリケータの断面図。
【図２６】図２４のカップリング液の循環経路を示す図。
【図２７】主ポンプ及び補助ポンプの制御系統を示す図。
【図２８】アプリケータの水温センサを含む構成を示す図。
【図２９】溶存酸素量が飽和状態から２．５ｍｇ／ｌまで低下するのに要する脱気時間の水温に対する依存性を示す図。
【図３０】第５の実施形態の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００７２】
１…アプリケータ、２…治療用超音波発生源、３…患者、４…カップリング液、５…水袋、６…治療対象、７…超音波焦点、８…超音波プローブ、９…フレーム、１０…寝台、１１…制御回路、１２…駆動回路、１３…プローブ位置制御回路、１４…超音波診断装置、１５…メカニカルアーム。
【図１】
2007144225.tif 000003
【図２】
2007144225.tif 000004
【図３】
2007144225.tif 000005
【図４】
2007144225.tif 000006
【図５】
2007144225.tif 000007
【図６】
2007144225.tif 000008
【図７】
2007144225.tif 000009
【図８】
2007144225.tif 000010
【図９】
2007144225.tif 000011
【図１０】
2007144225.tif 000012
【図１１】
2007144225.tif 000013
【図１２】
2007144225.tif 000014
【図１３】
2007144225.tif 000015
【図１４】
2007144225.tif 000016
【図１５】
2007144225.tif 000017
【図１６】
2007144225.tif 000018
【図１７】
2007144225.tif 000019
【図１８】
2007144225.tif 000020
【図１９】
2007144225.tif 000021
【図２０】
2007144225.tif 000022
【図２１】
2007144225.tif 000023
【図２２】
2007144225.tif 000024
【図２３】
2007144225.tif 000025
【図２４】
2007144225.tif 000026
【図２５】
2007144225.tif 000027
【図２６】
2007144225.tif 000028
【図２７】
2007144225.tif 000029
【図２８】
2007144225.tif 000030
【図２９】
2007144225.tif 000031
【図３０】
2007144225.tif 000032