特許 7301426 ＨＩＦＵ照射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-23

(45)【発行日】2023-07-03

(54)【発明の名称】ＨＩＦＵ照射装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 17/00 20060101AFI20230626BHJP

【ＦＩ】

A61B17/00 700

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022078610

(22)【出願日】2022-05-12

【審査請求日】2023-01-16

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】720007925

【氏名又は名称】ソニア・セラピューティクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】泉 美喜雄

【審査官】羽月 竜治

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１２９５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０７９７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２９９７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２９７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２４３４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４６９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２１７９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０２４２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１４１１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５０３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０４８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平３－７３１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－２１７９８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

凹面上に配置された複数の超音波振動子と、
前記凹面を貫通し、前記凹面の中心軸に沿って延びる超音波イメージングプローブであって、複数の前記超音波振動子についての焦点に向けられたプローブ先端部を有する超音波イメージングプローブと、
前記超音波イメージングプローブを、前記中心軸に沿って移動させるプローブ駆動部と、を備え、
前記プローブ先端部は、
複数の前記超音波振動子についての焦点から、前記中心軸に対して対称に前記凹面に向かう所定の一対の法線に沿った方向に平坦に広がる一対の長軸方向側面を有し、
前記一対の長軸方向側面は、前記プローブ先端部の下端から上方に向かうに従って対向間隔が広がり、
駆動可能な範囲における最下の位置に、前記超音波イメージングプローブがあるときに、前記一対の長軸方向側面は、前記一対の法線に接することを特徴とするＨＩＦＵ照射装置。

【請求項2】

請求項１に記載のＨＩＦＵ照射装置において、
前記プローブ先端部の少なくとも一部は、超音波を吸収する材料で形成されていることを特徴とするＨＩＦＵ照射装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のＨＩＦＵ照射装置において、
前記プローブ先端部の少なくとも一部は、超音波を吸収する層と熱伝導層の少なくとも２層を有することを特徴とするＨＩＦＵ照射装置。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載のＨＩＦＵ照射装置において、
前記プローブ先端部の短軸方向側面は、
長軸方向に突出した突出領域を有することを特徴とするＨＩＦＵ照射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波イメージングプローブを備えるＨＩＦＵ照射装置に関し、特に、超音波イメージングプローブの改良に関する。

【背景技術】

【0002】

強力集束超音波（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）を用いた治療装置が広く用いられている。この治療装置は、ＨＩＦＵ照射装置あるいはＨＩＦＵ照射システムと称され、治療部位に集束超音波を照射して生体組織を壊死させる。

【0003】

一般に、ＨＩＦＵ照射装置は、凹面上に配置された複数の超音波振動子を備えている。複数の超音波振動子は、それぞれから発せられた超音波が一点に照射され焦点を形成するように配置されている。治療の際には、超音波診断装置のガイド下で焦点の位置が治療部位に合わせられ超音波が照射される。照射位置の確認方法の一つとして、超音波画像上に焦点を表す超音波診断装置を用いる方法がある。

【0004】

以下の特許文献１には、Ｂモード画像（断層画像）を表示する超音波診断装置を用いて焦点の位置を観測する超音波治療装置が記載されている。この装置では、組織に影響のない弱いレベルの超音波が治療用の超音波振動子から発せられると共に、超音波イメージングプローブによる超音波の送受信によって断層画像が表示される。被検体の組織の音響特性は組織の温度変化に応じて変化するため、断層画像には焦点の位置が輝度の強弱によって示される。また、特許文献２および３には、本願発明に関連する技術として、超音波イメージングプローブの構造に関する記載がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平８－７１０６９号公報

【文献】特開２０１２－１３５４２７号公報

【文献】特開２００８－５８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一般に、超音波診断装置によるガイド下での強力集束超音波による治療法では、超音波イメージングプローブによる超音波の送受信によってＢモード画像が取得され、患者の生体組織の観察や治療対象への位置決めが行われる。治療やその準備の際には、治療用の超音波振動子から超音波が発せられると共に、超音波イメージングプローブによる超音波の送受信が行われる。しかし、治療用超音波振動子と超音波イメージングプローブの位置関係や、超音波イメージングプローブの形状や構造によっては、超音波イメージングプローブが、治療用超音波の伝搬を妨げたり、反射、散乱により意図しない部位に治療用超音波を照射したりする問題が起こる場合がある。

【0007】

本発明は、ＨＩＦＵ照射装置について、治療用超音波の伝搬状態に与える超音波イメージングプローブの影響を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上側に凹んだ凹面上に配置された複数の超音波振動子と、前記凹面を貫通し、前記凹面の中心軸に沿って延びる超音波イメージングプローブであって、複数の前記超音波振動子についての焦点に向けられたプローブ先端部を有する超音波イメージングプローブと、前記超音波イメージングプローブを、前記中心軸に沿って移動させるプローブ駆動部と、を備え、前記プローブ先端部は、複数の前記超音波振動子についての焦点から、前記中心軸に対して対称に前記凹面に向かう所定の一対の法線に沿った方向に平坦に広がる一対の長軸方向側面を有し、前記一対の長軸方向側面は、前記プローブ先端部の下端から上方に向かうに従って対向間隔が広がり、駆動可能な範囲における最下の位置に、前記超音波イメージングプローブがあるときに、前記一対の長軸方向側面は、前記一対の法線に接することを特徴とする。

【0011】

望ましくは、前記プローブ先端部の少なくとも一部は、超音波を吸収する材料で形成されている。

【0012】

望ましくは、前記プローブ先端部の少なくとも一部は、超音波を吸収する層と熱伝導層の少なくとも２層を有する。

【0013】

望ましくは、前記プローブ先端部の短軸方向側面は、長軸方向に突出した突出領域を有する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ＨＩＦＵ照射装置について、治療用超音波の伝搬状態に与える超音波イメージングプローブの影響を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】ＨＩＦＵ照射システムの構成を示す図である。

【図2】ＨＩＦＵ振動子ユニットのｘｙ平面に平行な断面と、超音波プローブをｚ軸負方向に眺めた図である。

【図3】ＨＩＦＵ振動子ユニットのｘｙ平面に平行な断面と、超音波プローブをｚ軸正負方向に眺めた図である。

【図4】ＨＩＦＵ振動子ユニットのｙｚ平面に平行な断面と、超音波プローブをｘ軸正方向に眺めた図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

各図を参照して本発明の実施形態について説明する。複数の図面に示された同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。また、本明細書における上下左右等の用語は、図面における方向を示す。これらの方向を示す用語は説明の便宜上のものであり、各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。

【0017】

図１には、本発明の実施形態に係るＨＩＦＵ照射システム１の構成が示されている。ＨＩＦＵ照射システム１は、プローブ駆動部８、超音波イメージングプローブ１０（以下、超音波プローブ１０という）、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２、カップリング袋１４、ロボットアーム１８、コントローラ２２および表示装置２４を備えている。図１では、患者３０においてＢモード画像等の超音波画像が観測されるべき面（観測対象面）がｙｚ座標平面に平行な面とされ、ｙｚ座標平面に垂直な座標軸がｘ軸とされている。

【0018】

ＨＩＦＵ振動子ユニット１２は、振動子筐体１６と、振動子筐体１６に固定された複数の超音波振動子２を備えている。振動子筐体１６は、上側に凹んだ凹面上に複数の超音波振動子２を配置する。ここで、凹面は、複数の超音波振動子２が配置される仮想的な面であってよい。すなわち、振動子筐体１６は、凹面状の表面を必ずしも有していなくてもよく、複数の超音波振動子２を凹面上に配置する構造を有していればよい。

【0019】

凹面は錐体の側面形状であってよい。また、凹面は、錐体の周囲を囲む切り取り線によって錐体の頂点側が切り取られた形状であってもよい。この場合凹面は、切り取り線を内側の周縁とする枠状またはリング状の形状であってもよい。そして、切り取り線の外側の凹面に配置された超音波振動子だけを選択的に駆動させて、超音波を発生および集束させてもよい。ここで、錐体とは、空間内の１点から底面に延びる直線の集合によって形成される立体形状をいう。各超音波振動子２は、各超音波振動子２が超音波を発したときに、振動子筐体１６の下方の治療基準点Ｐで、超音波の強度が強められるように振動子筐体１６に固定されている。すなわち、各超音波振動子２は、治療基準点Ｐに焦点を形成するように振動子筐体１６に固定されている。

【0020】

超音波プローブ１０は、振動子筐体１６の下方、かつ、治療基準点Ｐの上方の位置で超音波が送受信されるように、振動子筐体１６に取り付けられている。本実施形態では、振動子筐体１６の中心部を超音波プローブ１０が上下方向に貫通し、超音波を送受信するプローブ先端部３２が下方に向けられている。超音波プローブ１０には方向性があり、超音波プローブ１０の構造に応じた方向に面する観測面で、超音波が送受信される。本実施形態では、プローブ先端部３２は、ｚ軸方向に長軸方向が向けられ、ｘ軸方向に短軸方向が向けられており、観測面は長軸方向に広がる。後述するように、超音波プローブ１０の支持部３４はプローブ駆動部８によって駆動され、上下方向に移動する。また、超音波プローブ１０は、長手方向の軸を中心に回転自在であってもよい。

【0021】

ＨＩＦＵ振動子ユニット１２の下方には、各超音波振動子２および超音波プローブ１０と、患者３０との間に、超音波に対する良好な伝搬媒体である脱気水等の液体を保持するカップリング袋１４が設けられている。カップリング袋１４は、脱気水等の液体が充填された袋であってもよい。カップリング袋１４は、光を透過する材料で形成されてよく、透明または半透明であってよい。すなわち、カップリング袋１４の外側からは、超音波プローブ１０が見通されてもよい。

【0022】

超音波プローブ１０、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２、およびカップリング袋１４は、搬送機構としてのロボットアーム１８の先端部に取り付けられている。ロボットアーム１８は、関節１８ｂによって接続された複数のアーム１８ａから構成されており、関節１８ｂを介してコントローラ２２の筐体に取り付けられている。各アーム１８ａが関節１８ｂを回転軸として揺動することで、ロボットアーム１８は、プローブ駆動部８、超音波プローブ１０、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２およびカップリング袋１４を含む可動体２０を、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の３方向に搬送する。

【0023】

コントローラ２２は、ＨＩＦＵ制御部２６およびロボット制御部２８を備えている。ＨＩＦＵ制御部２６は、コンピュータ、プローブ駆動部８を制御する電気回路、超音波プローブ１０を制御する電気回路、およびＨＩＦＵ振動子ユニット１２を制御する電気回路を備えている。ＨＩＦＵ制御部２６が備えるコンピュータは、業務用コンピュータ、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ等であってよい。コンピュータはプログラムを実行することで、各画像を生成する処理や、各画像を表示する処理を実行する。ＨＩＦＵ制御部２６には、ユーザがＨＩＦＵ照射システム１を操作するための操作機器（図示せず）が接続されている。操作機器は、マウス、表示装置２４と一体化されたタッチパネル、スイッチ、キーボード等を含んでよい。

【0024】

ＨＩＦＵ制御部２６は、プローブ駆動部８、超音波プローブ１０およびＨＩＦＵ振動子ユニット１２を動作させるための処理を実行する。例えば、ＨＩＦＵ制御部２６はプローブ駆動部８を制御する。プローブ駆動部８は、ＨＩＦＵ制御部２６の制御に従って超音波プローブ１０を上下方向に駆動させる。また、ＨＩＦＵ制御部２６は、超音波プローブ１０に超音波を送受信させ、超音波プローブ１０で受信された超音波に基づく受信信号に基づいて、Ｂモード画像データを生成し、表示装置２４にＢモード画像を表示させる。ＨＩＦＵ制御部２６は、さらに、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２が備える各超音波振動子２に治療用の超音波を送信させる。

【0025】

ロボット制御部２８は、ＨＩＦＵ制御部２６の制御に応じてロボットアーム１８を制御し、ロボットアーム１８に可動体２０を搬送させてよい。また、ロボット制御部２８は操作機器を備えてもよい。この場合、ロボット制御部２８は、ユーザによる操作機器の操作に応じてロボットアーム１８を制御してもよい。

【0026】

治療用の超音波がＨＩＦＵ振動子ユニット１２から患者３０に照射される前には、以下のような位置決め処理が実行されてよい。ＨＩＦＵ制御部２６は、各超音波振動子２に、治療時よりも強度が小さい超音波を送信させる。超音波プローブ１０の位置および姿勢は、超音波プローブ１０の観測面が、患者３０の観測対象面に一致する位置および姿勢に設定される。ＨＩＦＵ制御部２６は、患者３０の観測対象面で超音波プローブ１０に超音波ビームを走査させＢモード画像データを取得する。ＨＩＦＵ制御部２６は、Ｂモード画像を表示装置２４に表示させる。施術者としてのユーザは、表示装置２４に表示されたＢモード画像を参照して、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２から送信される超音波の焦点と患部の位置との相違を確認する。

【0027】

ユーザは、焦点の位置と患部の位置との相違が許容範囲内でないときは、ロボットアーム１８およびプローブ駆動部８を動作させて超音波プローブ１０およびＨＩＦＵ振動子ユニット１２の位置または姿勢を変更する。ユーザは、焦点の位置と患部の位置とが一致していることを確認した後に、ＨＩＦＵ制御部２６に対して治療のための操作を行う。ＨＩＦＵ制御部２６は、ユーザによる操作に応じて、治療に必要な強度を有する治療用超音波を各超音波振動子２に送信させる。これによって、焦点において生体組織が焼灼され、治療が施される。

【0028】

図２には、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２のｘｙ平面に平行な断面と、超音波プローブ１０をｚ軸負方向に眺めた図が示されている。この図には、超音波プローブ１０が、最下の位置にある状態が示されている。また、プローブ先端部３２の短軸方向側面が現れている。

【0029】

超音波プローブ１０は、ｙ軸方向を長手方向とする支持部３４と、支持部３４の下端に設けられたプローブ先端部３２を備えている。支持部３４はプローブ駆動部８に取り付けられている。プローブ先端部３２は、プローブ先端部３２の下端から上方に向かうに従って対向間隔が広がる一対の長軸方向側面４４を有している。一対の長軸方向側面４４は、治療基準点Ｐ（焦点）から凹面４０に向けて延びる一対の法線４２に沿って、表面が広がった一対の側面である。超音波プローブ１０が、最下の位置にある状態において、各長軸方向側面４４は、各法線４２に沿って接してよい。ここで、一対の法線４２は、ｘｙ平面に平行な平面内で、凹面４０の中心軸４８に対して対称に、治療基準点Ｐから凹面４０に向かって延びている。

【0030】

プローブ先端部３２の先端面３６（下端面）のｘ軸方向の幅は、例えば、１４ｍｍである。また、先端面３６から治療基準点Ｐまでのｙ軸方向に沿った距離は、例えば３０ｍｍである。

【0031】

なお、一対の長軸方向側面４４は、超音波プローブ１０が最下の位置にある状態で、一対の法線４２よりも内側で、一対の法線４２に沿って表面が広がっていてもよい。

【0032】

このような超音波プローブ１０の構造によれば、法線４２と凹面４０との交点を通り、中心軸４８に垂直な基準円４６よりも外側にある超音波振動子２から発せられた外側超音波が、治療基準点Ｐでの治療に寄与する。外側超音波は、超音波プローブ１０によって伝搬状態が乱され難い。プローブ先端部３２の構造を、一対の法線４２に沿って一対の長軸方向側面４４が広がった構造とすることで基準円４６が小さくなり、超音波プローブ１０が治療用超音波の伝搬状態に与える影響が抑制される。

【0033】

また、超音波プローブ１０の支持部３４のｘ軸方向への厚みが、プローブ先端部３２のｘ軸方向への厚みよりも大きくなり、超音波プローブ１０の機械的強度が高まる。さらに、超音波プローブ１０内に様々な部品を配置することが容易となる。

【0034】

図３には、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２のｘｙ平面に平行な断面と、超音波プローブ１０をｚ軸正負方向に眺めた図が示されている。この図には、超音波プローブ１０が、最下の位置よりも上方にある状態が示されている。図３に示される状態では、一対の長軸方向側面４４は、一対の法線４２よりも内側にある。そのため、治療基準点Ｐでの治療に寄与する超音波振動子２の個数は、図２に示される状態よりも大きい。したがって、超音波プローブ１０が、最下の位置よりも上方にある状態では、最下の位置にある状態に比べて、超音波プローブ１０が治療用超音波の伝搬状態に与える影響が小さい。

【0035】

図４には、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２のｙｚ平面に平行な断面と、超音波プローブ１０をｘ軸正方向に眺めた図が示されている。この図には、プローブ先端部３２の長軸方向側面が現れている。図４に示されているように、プローブ先端部３２の右側の短軸方向側面５０には、ｚ軸正方向に突出した突出領域５２が形成され、左側の短軸方向側面５０には、ｚ軸負方向に突出した突出領域５２が形成されている。ここで、突出領域５２の凸面の曲率半径Ｒｐは、Ｒｐ≦Ｒｆ－Ｌｇを満足してよい。ただし、Ｒｆは凹面の曲率半径、Ｌｇは、超音波プローブ１０が上記の最下位置にある場合における、突出領域５２と前記凹面との間の距離である。また、プローブ先端部３２は、突出領域５２の凸面に対する曲率半径の条件を満足した複数の突出部が配列された形状を有してもよい。このようにすれば、複数の超音波振動子２から発せられた治療用超音波のうちの一部は、突出領域５２であらゆる方向に散乱する。これによって、プローブ先端部３２で反射した超音波が、患者３０の体内で局所的に集束して照射されることが回避される。そのため、超音波プローブ１０が治療の状態に与える影響が抑制される。

【0036】

なお、プローブ先端部３２の表面の少なくとも一部は、吸音材で構成されてもよい。吸音材には、例えば、固有音響インピーダンスが約１．５×１０^６ｋｇ／ｍ^２／ｓｅｃである脱気水が、超音波伝搬媒体として用いられる場合は、その音響特性に近い材料が用いられてよい。このような材料としては、シリコンゴム、天然ゴム、ポリウレタン等のエラストマー、または低密度のプラスチック材またはそれらの多孔質材や発泡材がある。また、吸音材には、一般のゴム材またはプラスチック材等の基材に金属粒子、金属酸化物粒子または気体を内包したマイクロバルーン等を混合した複合材が用いられてもよい。このような複合材によって、音響インピーダンスおよび吸収係数の調整が容易となる。これによって、超音波振動子２から発せられ、プローブ先端部３２のうち吸音材で形成された部分に入射した超音波は、吸音材に吸収される。そのため、超音波プローブ１０が治療用超音波の伝搬状態に与える影響が抑制される。

【0037】

さらに、プローブ先端部３２の少なくとも一部は、超音波を吸収する層と熱伝導層の少なくとも２層を有してよい。例えば、プローブ先端部３２の表面の少なくとも一部は、前記吸音材の層と、その内側に設けられた熱伝導層による２層で構成されてもよい。この熱伝導層は、熱伝導の良好な材質で形成し、前記吸音材の局部で超音波吸収によって生じた熱を拡散、放熱する。熱伝導層は、例えば、銅、アルミニウム等の金属板、または箔、金属酸化物の燒結体、または金属粒子や金属酸化物粒子を含む複合材やグリースで形成されてよい。これによって、超音波の吸収に伴った温度上昇による吸音層の音響特性の変化や劣化を防ぎ、超音波プローブ１０が治療用超音波の伝搬状態に与える影響が抑制されるという効果が安定的に得られる。

【符号の説明】

【0038】

１ ＨＩＦＵ照射システム、２ 超音波振動子、８ プローブ駆動部、１０ 超音波イメージングプローブ、１２ ＨＩＦＵ振動子ユニット、１４ カップリング袋、１６ 振動子筐体、１８ ロボットアーム、１８ａ アーム、１８ｂ 関節、２０ 可動体、２２ コントローラ、２４ 表示装置、２６ ＨＩＦＵ制御部、２８ ロボット制御部、３０ 患者、３２ プローブ先端部、３４ 支持部、３６ 先端面（下端面）、４０ 凹面、４２ 法線、４４ 長軸方向側面、４６ 基準円、４８ 中心軸、５０ 短軸方向側面、５２ 突出領域。

【要約】

【課題】本発明は、ＨＩＦＵ照射装置について、治療用超音波の伝搬状態に与える超音波イメージングプローブの影響を抑制することを目的とする。
【解決手段】上側に凹んだ凹面に配置された複数の超音波振動子２と、超音波イメージングプローブ１０と、プローブ駆動部８とを備えている。超音波イメージングプローブ１０は凹面を貫通し、凹面の中心軸に沿って延びており、下端にプローブ先端部３２を有している。プローブ駆動部８は、超音波イメージングプローブ１０を中心軸に沿って移動させる。プローブ先端部３２は、複数の超音波振動子２についての焦点から、中心軸に対して対称に凹面に向かう一対の法線に沿った一対の側面を有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】