(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発生源から照射された超音波を被検体治療部位に集束させて治療を行う超音波治療装置において、
超音波焦点位置と注意領域位置との位置関係を与える手段と、
前記焦点位置において細胞が破壊しないが変性はする上限および下限からなる超音波強度の最適変性条件値と、前記注意領域位置において細胞が変性しない超音波強度の上限値とから、投入電力及び照射時間を決定する照射条件決定手段とを備え、
この照射条件決定手段により前記投入電力を決めるに際し、前記上限値を使用することを特徴とする超音波治療装置。
【請求項２】
前記照射条件決定手段は、前記焦点位置における変性条件及び前記注意領域位置における非変性条件を予めメモリ上に保存し、該メモリからデータを呼び出すことにより前記照射条件を算出し及び決定することを特徴とする請求項１に記載の超音波治療装置。
【請求項３】
治療に先立って前記焦点位置における変性条件及び前記注意領域位置における非変性条件を算出して保存する手段を具備し、該保存した前記焦点位置における変性条件及び前記注意領域位置における非変性条件に基づき治療の際の前記照射条件を算出し及び決定することを特徴とする請求項１に記載の超音波治療装置。
【請求項４】
前記決定された投入電力及び照射時間に対する必要インターバル時間を算出する手段を更に具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の超音波治療装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を使用して生体内の腫瘍などを治療する超音波治療装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＭＩＴ（Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ  Ｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）とよばれる最少侵襲治療の流れが医療の各分野で注目を集めている。
一例としては、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治療する結石破砕装置の実用化が挙げられ、泌尿器系結石の治療法を大きく様変わりさせた。
【０００３】
この結石破砕装置に使用される強力超音波発生源の方式には、水中放電方式、電磁誘導方式、微小爆発方式、ピエゾ方式等がある。特にピエゾ方式強力超音波発生源を用いた装置では、強力超音波の圧力は小さいという短所があるものの、小焦点であり且つ消耗品がなくして強力超音波圧力を任意にコントロールできること、及び、複数のピエゾ素子に印加する駆動電圧を位相制御することで焦点位置を任意にコントロールできること等、優れた長所がある（特開昭６０−１４５１３１号公報、米国特許明細書第４５２６１６８号）。
【０００４】
また、特に悪性新生物、いわゆる癌の場合には、その治療の多くを外科的手法に頼っている現状から、本来その臓器が持つ機能や外見上の形態を大きく損なう場合が極めて多い。このため、生命を長らえたとしても患者にとって大きな負担が残ることから、ＱＯＬ（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｏｆ  Ｌｉｆｅ）を考慮したより低侵襲な治療法（装置）の開発が強く望まれている。
【０００５】
従来、手術、放射線療法及び化学療法（抗癌剤）が癌の３大療法であるが、上述のような低侵襲治療の流れの中で、新しい癌治療技術の１つとして熱を利用した治療法が注目を浴びるようになってきた。その著名な例がハイパーサーミア治療である。
【０００６】
ハイパーサーミア治療は、腫瘍組織と正常組織の熱感受性の違いを利用して、患部を４２．５〜４３℃以上に加温及び維持することで、癌細胞のみを選択的に死滅させる治療法である。
【０００７】
加温の方法としては、マイクロ波等の電磁波を用いる方法が先行しているが、この方法では生体の電気的特性により深部の腫瘍を選択的に加温することは困難であり、深さ５ｃｍ以上の腫瘍に対しては良好な治療成績は望めない。
【０００８】
また近年、電磁波エネルギーの深達性の悪さを改善するためにマイクロ波／ＲＦ波アンテナを術中及び腹腔鏡下又は経皮的に患部に刺入し、アンテナ周辺の温度を６０℃以上に加熱することで、局所的な治療効果を向上させた新しい治療法が脚光を浴びている（礒田他：Ｊ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｕｒｇｅｒｙ）。
【０００９】
しかし、この治療法も臓器への穿刺を要するため、従来の手術療法よりは低侵襲であるが、穿刺に伴う出血や播種（転移）等の副作用があるといった問題点もある。
【００１０】
これら従来法の問題点を解決すべく、エネルギーの集束性が良く、且つ、深達度が高い超音波エネルギーを利用して深部腫瘍を体外から加熱治療する方法が提案されている（特開昭６１−１３９５５号公報）。
【００１１】
また、前述の加温治療法を更に進めて、ピエゾ素子より発生した超音波を患部に鋭く集束させて腫瘍部分を８０℃以上に加熱し、腫瘍組織を瞬時に熱変性懐死させるような治療法も考えられている（Ｇ．Ｖａｌｌａｎｃｉｅｎ  ｅｔ．ａｌ：Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｕｒｏｌ．１９９１，１，８４−８８、米国特許明細書５１５０７１１号）。
【００１２】
この治療法では、従来のハイパーサーミアとは異なり、焦点近傍の限局した領域に非常に強い強度（数百〜数千Ｗ／ｃｍ2 ）の超音波が投入されるため、焦点近傍の狭い領域のみが瞬時に熱変性懐死させられる。
【００１３】
しかし、小さな焦点をスキャンしながら患部領域全体を焼灼する必要があるため、焦点の正確な位置決めが非常に重要となると考えられる。これに関する一つの解決法として、既に特開平５−２５３１９２号公報にて、ＭＲＩの化学シフトを利用した体内非侵襲感度分布画像化により術中の発熱点を計測する技術が知られている。
【００１４】
更に、超音波単独のシステムでも、特許第１８５１３０４号、特許第１８２１７７２号、特許第１７６５４５２号のものにおいては、治療用超音波の焦点領域からの反射波を検出して超音波画像上に表示する手法について開示している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の超音波治療装置では、非常に鋭く焦点が絞られ、超音波エネルギーが強く集中するために、焦点領域では必要以上の超音波強度即ち発熱が発生するという問題点があった。
【００１６】
また、照射時間を考慮せずに焦点領域の超音波強度を低下させると、全体の治療時間が増加し、治療として非現実的になるという問題点があった。
本発明の目的は、焦点組織に所望の熱変性を惹起し且つ注意領域を損傷させない最適な照射を実現できる、安全性の高い超音波治療装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、超音波発生源から照射された超音波を被検体治療部位に集束させて治療を行う超音波治療装置において、
超音波焦点位置と注意領域位置との位置関係を与える手段と、
前記焦点位置において細胞が破壊しないが変性はする上限および下限からなる超音波強度の最適変性条件値と、前記注意領域位置において細胞が変性しない超音波強度の上限値とから、投入電力及び照射時間を決定する照射条件決定手段とを備え、
この照射条件決定手段により前記投入電力を決めるに際し、前記上限値を使用することを特徴とする。
【００１８】
また、前記照射条件決定手段は、前記焦点位置における変性条件及び前記注意領域位置における非変性条件を予めメモリ上に保存し、該メモリからデータを呼び出すことにより前記照射条件を算出し及び決定することを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明は、治療に先立って前記焦点位置における変性条件及び前記注意領域位置における非変性条件を算出して保存する手段を具備し、該保存した前記焦点位置における変性条件及び前記注意領域位置における非変性条件に基づき治療の際の前記照射条件を算出し及び決定することを特徴とする。
【００２０】
またさらに、前記決定された投入電力及び照射時間に対する必要インターバル時間を算出する手段を更に具備することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明にかかる超音波治療装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１に示すように、アプリケータ１は、強力超音波を発生するピエゾ素子２、強力超音波を患者３に導くカップリング液４、カップリング膜５及び体内の断層画像を取得する超音波プローブ１５より構成される。ピエゾ素子２は、治療用強力超音波を照射する１つ又は複数の素子からなる。
【００２２】
治療時には、まず患者３を図示しない寝台に乗せて所定位置に固定する。そしてアプリケータ１を患者３体表に載せ、且つカップリング膜５を図示しない超音波ゼリー等を使用して体表６に接触させる。
【００２３】
位置決めの際には、アプリケータ１中央に挿入された超音波プローブ１５により取得した患者３からの反射波信号をもとに超音波診断装置１６によって患部（腫瘍）７を含む断層像を再構成し、その再構成画像上にピエゾ素子２の超音波焦点８の位置をＤＳＣ１７を介してＣＲＴ１８上に重ねて表示する。
【００２４】
この画像上の焦点位置と患者３体内患部（腫瘍）７とを一致させるように、システムコントローラ９からの信号によりステージコントローラ１９に命令を出し、該指示に従ってアプリケータ１を移動させるべくステージ２０及びアーム２１を制御し、位置決めを行う。
【００２５】
本実施形態では、図２に示すように、前記位置決めを完了した後に、コンソールパネル１０上で患者体表位置他の注意領域の位置（照射に際して発熱等を起こしやすい危険領域の位置）を指定し（ステップＳ１）、該指定位置と焦点８位置との相対位置関係より、最適な照射条件設定をメモリ１１上より読み出し（ステップＳ２）、システムコントローラ９の指示のもと、アプリケータ１の移動及び照射制御を行う（ステップＳ３）。
【００２６】
ここで、照射制御は、メモリ１１に記憶されている投入電力及び照射時間及びインターバル設定に従って、波形発生回路１２を駆動し、その信号をＲＦアンプ１３にて増幅し、マッチング回路１４を介してピエゾ素子２を励振することで行う。
【００２７】
前記実施形態では、超音波通過経路の注意領域の指定を、操作者によるコンソールパネル１０からの入力情報に従って行ったが、例えば、体表等の位置は通過領域の一定輝度以上のハイエコー領域を画像処理及び自動抽出することで当該注意領域の指定を行ってもよい。
【００２８】
また、体表位置は、図示しないプローブ突出量エンコーダからのプローブ体表接触時の突出量情報より、取得及び算出してもよい。
更には、アプリケータ１の接触位置の一般的は解剖学的位置関係より、治療深さの指定又は自動検出のみで照射条件を既定値として設定してもよい。
【００２９】
次に、図３に最適な照射条件設定のための基礎となる特性図を示す。図３の（a ）は焦点領域での熱変性及び細胞破壊の閾値を示す特性図であり、図３の（ｂ）は超音波通過領域での注意領域組織の障害閾値を示す特性図である。
【００３０】
本実施形態では、焦点領域に所望の熱変性を惹起し且つ通過領域組織に損傷を起こさないために、通過経路での減衰を考慮した焦点強度が最適変性条件範囲内に入っており、且つ、超音波通過領域が非変性条件内に入っている必要がある。各特性図の縦軸を減衰を考慮して投入電力に読み替えることで、１回の照射で投入可能な電力×照射時間の設定範囲として上限値及び下限値が求まる。
【００３１】
以下、照射条件設定を図３及び図４を参照して具体的に説明する。まず、患部７の位置と強力超音波通過領域内の注意領域の位置の絶対／相対位置関係から、ある投入電力値を設定したときの焦点強度ＩF1及び注意領域での超音波強度ＩS1が算出される（ステップＴ１）。これら焦点強度ＩF1及び超音波強度ＩS1の値を各特性図上で横に伸ばすと、焦点及び注意領域での照射可能時間（範囲）が求められる（ステップＴ２）。
【００３２】
ここで、ＩF1及びＩS1の値のＡＮＤ条件を取ると、焦点組織に所望の熱変性を惹起し、且つ、注意領域を損傷させない照射時間条件が求まる（ステップＴ３）。この場合、投入電力を上げると、ＩF1，ＩS1共に投入電力に比例して上昇し、照射時間条件の解がなくなる。
【００３３】
逆に、投入電力を下げると、ＡＮＤ領域は広がるが、照射時間が長くなり、実際の治療を考慮した場合に現実的では無くなる。
従って、実際の治療に際して実現的な照射時間限界を考慮すると、設定投入電力×照射時間条件に上限値及び下限値が存在することが分かり、該上限値及び下限値を求める（ステップＴ４）。
【００３４】
尚、照射設定はどの値でも構わないが、例えば、１点での変性量をできるだけ多く確保するために、上限値を使用することとする。この設定方針を予め決定しておけば、自動的に投入電力と照射時間を決定できる。該決定の下で、波形発生回路１２を駆動し、アプリケータ１から強力超音波を発生する。
【００３５】
ここで、注意領域での変性−非変性閾値は照射インターバル（時間）によって変動し、投入電力と照射時間が決定されれば、インターバル時間が決定される。ＩF1とＩS1の相互の関係は、音源の集束度と周波数、焦点と注意領域との相対位置及び減衰との関係により決定され、ある関数で示される。その関数を予めメモリ１１上に有しており、その値に基づいてシステムコントローラ９により計算を行うことで、前記手順に従って照射条件を決定できる。
【００３６】
本発明は、上述した実施形態に限らない。すなわち、先に述べた実施形態は、メモリ１１に予め照射条件が記憶されている例であったが、本実施形態では、ステップＵ１として、メモリ１１に記憶すべき照射条件を、治療の実行（ステップＵ２）に先立って求めるものである。治療の実行の後は、ステップＵ３にて終了、継続、照射条件の再設定となる。
【００３７】
また、先の実施形態では、設定範囲として一つの上限値と一つの下限値を用いたが、図６に示すように、上限値・下限値選択器１００をシステムコントローラ９に設けて、一つの上限値１０１と、複数の下限値１０２a ，１０２ｂ，１０２ｃとをスイッチ１０３により、適宜選択して用いる構成としても良い。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、照射時間を考慮した最適な超音波強度での照射が実現できるため、必要以上の焦点強度による副作用等が無く且つ治療時間内で最大限の効果を上げられる、安全且つ効率的な照射治療を実現できる超音波治療装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態の動作を示す流れ図。
【図３】本発明の第１の実施形態における照射条件決定のための境界条件を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態における照射条件を設定する動作を示す流れ図。
【図５】本発明の他の実施形態の構成を示す流れ図。
【図６】本発明の他の実施形態の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１  …  アプリケータ
２  …  ピエゾ素子
３  …  患者
４  …  カップリング液
５  …  カップリング膜
６  …  体表
７  …  患部（腫瘍）
８  …  焦点
９  …  システムコントローラ
１０  …  コンソールパネル
１１  …  メモリ
１２  …  波形発生回路
１３  …  ＲＦアンプ
１４  …  インピーダンスマッチング回路
１５  …  超音波プローブ
１６  …  超音波診断装置
１７  …  デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）
１８  …  ＣＲＴ
１９  …  ステージコントローラ
２０  …  ステージ
２１  …  アーム
【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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