(57)【要約】【課題】複数の治療用振動素子の中から治療に用いる複数の利用素子を選択する技術を提供する。【解決手段】最近接点Ｐｎは、治療箇所に最も近い振動子面上の点である。最近接点Ｐｎが特定されると、治療用振動子１０Ｔの振動子面内において、最近接点Ｐｎを含む部分面Ａｐが設定される。例えば一点鎖線で示すように、最近接点Ｐｎを中心とした円状の部分面Ａｐが設定される。そして、部分面Ａｐを構成する複数の利用素子を選択するように、利用素子選択回路が制御され、例えば、部分面Ａｐ内に少なくとも一部が収まる各治療用振動子が利用素子として選択される。こうして、例えば５０００素子程度の全治療用振動子の中から部分面Ａｐを構成する例えば５００素子程度の利用素子が選択される。【選択図】図５
2013116141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元的に配列された複数の治療用振動素子で構成された治療用アレイと、
前記治療用アレイの振動子面内において治療箇所に最も近い最近接点を基準とし、前記複数の治療用振動素子の中から複数の利用素子を選択する制御部と、
前記治療箇所に向けて超音波ビームを形成するように、前記複数の利用素子を送信制御する送信処理部と、
を有する、
ことを特徴とする超音波治療システム。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波治療システムにおいて、
前記制御部は、振動子面内の前記最近接点を含む部分面を構成する複数の利用素子を選択する、
ことを特徴とする超音波治療システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波治療システムにおいて、
前記制御部は、振動子面内で移動する部分面に追従するようにその部分面を構成する複数の利用素子を選択する、
ことを特徴とする超音波治療システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波治療システムにおいて、
前記複数の治療用振動素子は、複数の同心円の円周に沿って配列されて振動子面を形成し、
前記制御部は、振動子面内の前記最近接点を中心とした円状の部分面を構成する複数の利用素子を選択する、
ことを特徴とする超音波治療システム。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波治療システムにおいて、
前記複数の治療用振動素子は、複数の同心円の円周に沿って配列されて振動子面を形成し、
前記制御部は、前記最近接点を回転の中心として振動子面内で回転移動する部分面に追従するように、その部分面を構成する複数の利用素子を選択する、
ことを特徴とする超音波治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、治療用の超音波を送波する超音波治療システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
癌や腫瘍などに強力な超音波を集束させてそれらを焼灼して治療する強力集束超音波（ＨＩＦＵ：High Intensity Focused Ultrasound）が知られている（特許文献１参照）。強力集束超音波の治療においては、癌や腫瘍などの治療箇所を焼灼しつつ、それら以外の正常な組織等を傷めないように、例えば複数の治療用の振動素子を利用して超音波ビームを形成し、治療箇所の位置に強力な超音波を集束させることが望ましい。
【０００３】
その超音波ビームの形成においては、例えばグレイティングローブ等の影響を考慮することが望ましい。つまり、グレイティングローブ等による焦点以外の部分への音響的な影響を低減することが望ましい。
【０００４】
グレイティングローブを低減するための１つの手法は、振動素子の個数を増やすことである。しかしながら、振動素子の個数を増やし、単純にそれら複数の振動素子の各々に対応した送信回路を設けるとすると、振動素子と同数の送信回路が必要となり、回路規模の面で好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１９２２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、治療用超音波を治療箇所に対して的確に送波する技術について研究開発を重ねてきた。
【０００７】
本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、複数の治療用振動素子の中から治療に用いる複数の利用素子を選択する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的にかなう好適な超音波治療システムは、二次元的に配列された複数の治療用振動素子で構成された治療用アレイと、前記治療用アレイの振動子面内において治療箇所に最も近い最近接点を基準とし、前記複数の治療用振動素子の中から複数の利用素子を選択する制御部と、前記治療箇所に向けて超音波ビームを形成するように、前記複数の利用素子を送信制御する送信処理部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、治療箇所に最も近い最近接点を基準として、複数の治療用振動素子の中から複数の利用素子を選択することができる。これにより、例えば、複数の利用素子を利用して治療箇所に対して比較的効率よく集束する超音波ビームを形成することが可能になる。
【００１０】
望ましい具体例において、前記制御部は、振動子面内の前記最近接点を含む部分面を構成する複数の利用素子を選択する、ことを特徴とする。
【００１１】
望ましい具体例において、前記制御部は、振動子面内で移動する部分面に追従するようにその部分面を構成する複数の利用素子を選択する、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい具体例において、前記複数の治療用振動素子は、複数の同心円の円周に沿って配列されて振動子面を形成し、前記制御部は、振動子面内の前記最近接点を中心とした円状の部分面を構成する複数の利用素子を選択する、ことを特徴とする。例えば、治療用アレイがお椀（どんぶり）状に内部を凹ませた形状に構成され、その凹ませた内部の表面が振動子面とされる。もちろん、振動子面が円形の平面状とされてもよい。
【００１３】
望ましい具体例において、前記複数の治療用振動素子は、複数の同心円の円周に沿って配列されて振動子面を形成し、前記制御部は、前記最近接点を回転の中心として振動子面内で回転移動する部分面に追従するように、その部分面を構成する複数の利用素子を選択する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、複数の治療用振動素子の中から治療に用いる複数の利用素子を選択する技術が提供される。例えば、本発明の好適な態様によれば、治療箇所に最も近い最近接点を基準として、複数の治療用振動素子の中から複数の利用素子が選択され、これにより、例えば、複数の利用素子を利用して治療箇所に対して比較的効率よく集束する超音波ビームを形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施において好適な超音波治療システムを示す図である。
【図２】超音波振動子１０の好適な形状を示す図である。
【図３】治療用振動素子ＴＥの配列例を示す図である。
【図４】図１の超音波治療システムの好適な使用例を示す図である。
【図５】最近接点に基づいた複数の利用素子の選択例を説明するための図である。
【図６】振動子面内で移動する部分面Ａｐ´を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施において好適な超音波治療システムを示す図である。図１の超音波治療システムは、超音波振動子１０を備えており、その超音波振動子１０は治療用振動子１０Ｔと診断用振動子１０Ｄで構成されている。
【００１７】
治療用振動子１０Ｔは、強力集束超音波（ＨＩＦＵ）を送波する振動子であり、複数の治療用振動素子を備えている。治療用振動子１０Ｔは、癌や腫瘍などの治療箇所に治療用の強力な超音波を送波して、その治療箇所を焼灼して治療するために利用される。
【００１８】
一方、診断用振動子１０Ｄは、複数の診断用振動素子を備えており、治療箇所を有する被検体（患者）に対して、超音波画像を形成するための比較的弱い超音波を送波し、被検体内から得られる反射波を受波する。
【００１９】
利用素子選択回路１２は、システム制御部３０により制御され、治療用振動子１０Ｔが備える複数の治療用振動素子の中から、治療に利用される複数の利用素子を選択する。例えば、５０００素子程度の治療用振動素子の中から、５００素子程度の利用素子が選択される。利用素子選択回路１２は、例えば公知のスイッチング回路などで構成される。そして、選択された複数の利用素子が強力超音波送信回路１４により送信制御される。なお、利用素子の選択については、後にさらに詳述する。
【００２０】
強力超音波送信回路１４は、治療用振動子１０Ｔが備える複数の治療用振動素子の中から選択された複数の利用素子を電子走査制御することにより、治療箇所をフォーカス点とした強力超音波のビームを形成する。例えば、治療箇所の位置等の情報がシステム制御部３０から強力超音波送信回路１４に伝えられ、その情報に基づいて強力超音波送信回路１４が治療用振動子１０Ｔを送信制御する。
【００２１】
なお、強力超音波送信回路１４において遅延処理（ビーム形成処理）された高電圧の送信信号を発生させ、利用素子選択回路１２を介して複数の利用素子に印加する構成であってもよいし、強力超音波送信回路１４が遅延処理された低電圧の送信信号を出力し、その送信信号を電気的、光学的または無線により受信した利用素子選択回路１２が、複数の利用素子に印加する高電圧の送信信号を発生させてもよい。
【００２２】
診断超音波送受信部１６は、診断用振動子１０Ｄを送受信制御する。診断超音波送受信部１６は、診断用振動子１０Ｄが備える複数の診断用振動素子を電子走査制御することにより、被検体に向けて診断用の超音波ビームを形成し、二次元平面内または三次元空間内で超音波ビームを走査する。さらに、診断超音波送受信部１６は、複数の診断用振動素子から得られる信号に基づいて超音波ビームに沿ってエコー信号（受信信号）を形成する。
【００２３】
走査された超音波ビームから得られる複数のエコー信号は超音波画像形成部１８に出力される。超音波画像形成部１８は、複数のエコー信号に基づいて被検体の超音波画像（Ｂモード画像や三次元画像など）を形成する。こうして形成された超音波画像は表示部２０に表示される。
【００２４】
本発明の好適な超音波治療システムの概要は以上のとおりである。さらに、以下において、当該システムの特徴的な構成や好適な使用例などについて詳述する。なお、既に図１に示した構成（部分）については、以下の説明において図１の符号を利用する。
【００２５】
図２は、超音波振動子１０の好適な形状を示す図である。超音波振動子１０は、お椀（どんぶり）状に内部を凹ませた形状であり、その凹ませた内部の表面を振動子面としている。そして、その内部の中央に診断用振動子１０Ｄが配置され、診断用振動子１０Ｄを円環状に取り囲むように治療用振動子１０Ｔが配置される。例えば、振動子面をお椀状に形成された治療用振動子１０Ｔの底の部分が円柱状に刳り貫かれており、その底の部分に円柱状の診断用振動子１０Ｄが挿入されて、図２に示す超音波振動子１０が形成される。なお、診断用振動子１０Ｄは四角柱状であってもよい。また、診断用振動子１０Ｄの振動子面と治療用振動子１０Ｔの振動子面との間に段差や隙間があってもよい。
【００２６】
治療用振動子１０Ｔは、その振動子面に沿って二次元的に配列された図示しない複数の治療用振動素子で構成される。例えば、治療用振動子１０Ｔの振動子面が、診断用振動子１０Ｄを取り囲む複数の円環により区分けされ、複数の円環の各々に沿って複数の治療用振動素子が一次元的に配列されて、治療用振動子１０Ｔの振動子面を埋め尽くすように複数の治療用振動素子が二次元的に配置される。なお、２つの治療用振動素子の間に必要に応じてギャップが設けられてもよい。
【００２７】
また、診断用振動子１０Ｄは、その振動子面に沿って二次元的に配列された図示しない複数の診断用振動素子で構成される。例えば、診断用振動子１０Ｄの振動子面を埋め尽くすように複数の診断用振動素子が格子状に二次元的に配置される。なお、治療用振動子１０Ｔと同様な円環状の配列により、診断用振動子１０Ｄの振動子面を埋め尽くすように複数の診断用振動素子が二次元的に配置されてもよい。もちろん、２つの診断用振動素子の間に必要に応じてギャップが設けられてもよい。
【００２８】
そして、治療用振動子１０Ｔから図２に示す送波方向に治療用超音波が送波される。また、診断用振動子１０Ｄから図２に示す送波方向に診断用超音波が送波され、その送波に伴う反射波が診断用振動子１０Ｄにより受波される。
【００２９】
図３は、治療用振動素子ＴＥの配列例を示す図である。図３は、図２の超音波振動子１０を振動子面側から見た超音波振動子１０の上面図である。図３に示すように、振動子面の中央に診断用振動子１０Ｄが配置され、診断用振動子１０Ｄを円環状に取り囲むように治療用振動子１０Ｔ、つまり、複数の治療用振動素子ＴＥが配置される。図３において、各治療用振動素子ＴＥには数字が付されている。
【００３０】
図３に示す配置例において、治療用振動子１０Ｔの振動子面は、診断用振動子１０Ｄを取り囲む複数の円環により区分けされ、複数の円環の各々に沿って複数の治療用振動素子ＴＥが一次元的に配列されて、治療用振動子１０Ｔの振動子面を埋め尽くすように、複数の治療用振動素子ＴＥが二次元的に配置されている。
【００３１】
図４は、図１の超音波治療システムの好適な使用例を示す図である。図１の超音波治療システムは、癌や腫瘍などの治療箇所に治療用の強力な超音波を送波し、その治療箇所を焼灼して治療するために利用される。図１の超音波治療システムは、子宮筋腫や肝癌や前立腺癌などの様々な治療対象への適用が可能であるものの、特に、乳癌の治療に適している。図４には、その乳癌の治療に好適な形態が示されている。
【００３２】
図４は、ベッドの表面（水平面）上に患者が腹臥位になって治療を受ける例を示している。水槽７０は、そのベッドの表面の下側に設けられ、そのベッドの表面には水槽７０内に繋がる挿入口が設けられている。その挿入口は、患者の乳房Ｂを挿入できる程度の大きさに設けられており、ベッドの表面上に腹臥位になった患者の乳房Ｂが水槽７０内に挿入される。
【００３３】
なお、ベッドの表面に設けられた挿入口を覆うように、伸縮性を備えたシート１００が設けられており、乳房Ｂがシート１００に押し付けられてシート１００に覆われつつ、水槽７０内を満たす脱気水の中に浸される。
【００３４】
超音波振動子１０は、脱気水で満たされた水槽７０内に配置される。超音波振動子１０は、例えば一方の乳房Ｂを全体的に覆う程度の大きさが望ましい。そして、その比較的大きな超音波振動子１０の電子走査制御により、強力超音波ＳＵの向きなどが調整される。そのため、超音波振動子１０全体の位置や向きを調整する機構等を省略することができる。但し、例えば駆動部４０により超音波振動子１０を鉛直方向に移動して高さを調整できるようにしてもよいし、駆動部４０により超音波振動子１０の位置や向きを調整できる構成としてもよい。
【００３５】
治療箇所Ｔの位置は、強力超音波ＳＵによる治療の事前に確認される。その事前の確認においても超音波振動子１０が利用される。その場合には、治療用振動子１０Ｔによる強力超音波ＳＵの送波が停止されており、診断用振動子１０Ｄが利用される。そして、診断用振動子１０Ｄにより、治療箇所Ｔを含む比較的広い範囲に亘って、例えば乳房Ｂの全域に亘って三次元的にエコー信号が収集される。こうして収集されたエコー信号に基づいて乳房Ｂ内の超音波画像、例えば複数のＢモード画像を積層した三次元画像や、直交三断面画像などが形成され、その超音波画像に基づいて、治療箇所Ｔの三次元的な位置、例えば水槽７０を基準とした座標系上における治療箇所Ｔの座標が確認される。
【００３６】
なお、治療箇所Ｔの位置の確認において磁気共鳴画像が利用されてもよい。しかし、磁気共鳴画像を利用する場合に比べて、超音波振動子１０を利用して治療箇所Ｔの位置を確認する方が、システム全体の規模やコストを抑える面で有利である。
【００３７】
このように、本超音波治療システムによれば、事前に治療箇所Ｔの位置が確認されてから、治療用の強力超音波ＳＵが治療箇所Ｔの位置に適切に集束するように制御され、例えば治療箇所Ｔ以外の正常な組織等に対する悪影響を極力抑えることができる。さらに、本超音波治療システムでは、治療用振動子１０Ｔが備える複数の治療用振動素子の中から複数の利用素子が選択され、それら複数の利用素子を利用して治療箇所Ｔに対して比較的効率よく集束する強力超音波ＳＵのビームが形成される。そして、複数の利用素子の選択においては、治療箇所Ｔに最も近い振動子面上の最近接点Ｐｎが基準とされる。
【００３８】
図５は、最近接点Ｐｎに基づいた複数の利用素子の選択例を説明するための図である。図５には、治療用振動子１０Ｔと診断用振動子１０Ｄで構成された超音波振動子１０の振動子面が示されている。最近接点Ｐｎは、治療箇所Ｔ（図４）に最も近い振動子面上の点であり、例えば、超音波画像または磁気共鳴画像などを利用して確認された治療箇所Ｔの三次元的な位置と、超音波振動子１０の三次元的な位置や向きなどから、システム制御部３０により幾何学的に特定される。
【００３９】
最近接点Ｐｎが特定されると、治療用振動子１０Ｔの振動子面内において最近接点Ｐｎを含む部分面Ａｐが設定される。例えば図５に一点鎖線で示すように、最近接点Ｐｎを中心とした円状の部分面Ａｐが設定される。そして、システム制御部３０は、部分面Ａｐを構成する複数の利用素子を選択するように、利用素子選択回路１２を制御する。例えば、部分面Ａｐ内に少なくとも一部が収まる各治療用振動子ＴＥ（図３）が利用素子として選択される。こうして、例えば５０００素子程度の全治療用振動子ＴＥの中から部分面Ａｐを構成する例えば５００素子程度の利用素子が選択される。
【００４０】
なお、部分面Ａｐの形状は、円状が望ましいものの、例えば多角形等の形状であってもよい。また、最近接点Ｐｎを中心とした形状に限定されない。さらに、治療用振動子１０Ｔの振動子面内において部分面Ａｐを移動させてもよい。
【００４１】
図６は、振動子面内で移動する部分面Ａｐ´を説明するための図である。図５と同様に図６には、治療用振動子１０Ｔと診断用振動子１０Ｄで構成された超音波振動子１０の振動子面が示されており、最近接点Ｐｎを中心とした円状の部分面Ａｐが一点鎖線で示されている。そして、図６には振動子面内で移動する部分面Ａｐ´が示されている。例えば、図６に破線で示すように円状の部分面Ａｐ´が設定され、最近接点Ｐｎを中心として、部分面Ａｐ´が回転移動する。例えば、一点鎖線で示す固定的な部分面Ａｐの円周に沿って部分面Ａｐ´の中心を移動させる。そして、各移動位置において、部分面Ａｐ´内に少なくとも一部が収まる各治療用振動子ＴＥ（図３）が利用素子として選択される。
【００４２】
例えば、固定的な部分面Ａｐを利用した治療において、仮に治療箇所以外の組織が必要以上に温度上昇してしまった場合に、移動する部分面Ａｐ´を利用することにより、その温度上昇を低減することができ、望ましくはその温度上昇を回避することができる。
【００４３】
なお、部分面Ａｐ´の形状は、円状が望ましいものの、例えば多角形等の形状であってもよいし、部分面Ａｐ´の大きさは、部分面Ａｐと同じでもよいし異なっていてもよい。また、部分面Ａｐ´の一部が診断用振動子１０Ｄ内に入る場合には、診断用振動子１０Ｄの部分において利用素子が選択されなくてもよい。もちろん、診断用振動素子が強力超音波も送波できる構成とし、部分面Ａｐ´に収まる診断用振動素子が利用素子として選択されてもよい。
【００４４】
また、部分面Ａｐ´の移動の態様も図６の例に限定されない。例えば、最近接点Ｐｎを中心とした円状または円環状の部分面Ａｐ´を形成し、その部分面Ａｐ´を半径方向に拡大または縮小するように変形または移動させてもよい。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００４６】
１０Ｔ  治療用振動子、１２  利用素子選択回路、１４  強力超音波送信回路、３０  システム制御部。
【図１】
2013116141.tif 000003
【図２】
2013116141.tif 000004
【図４】
2013116141.tif 000005
【図５】
2013116141.tif 000006
【図６】
2013116141.tif 000007
【図３】
2013116141.tif 000008