專利名稱：聲波化學(xué)治療裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用超聲波的治療裝置等，特別是涉及聲波化學(xué)治療裝置等，該聲波化學(xué)治療裝置由超聲波照射產(chǎn)生空化作用，與通過該空化作用活化了的聲波化學(xué)治療用藥劑組合進(jìn)行治療。
背景技術(shù)：
作為將超聲波用于醫(yī)療領(lǐng)域的裝置，超聲波診斷裝置廣泛地得到普及。超聲波診斷裝置與目前醫(yī)院使用的其它各種圖像診斷設(shè)備相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如實(shí)時(shí)性優(yōu)良，廉價(jià)，而且由于體積小，所以還容易使用。另外，超聲波診斷裝置本來用于診斷內(nèi)臟器官等的形狀，但近年來通過與預(yù)定的超聲波造影劑組合，從而對內(nèi)臟器官等的功能也可進(jìn)行診斷。如實(shí)現(xiàn)功能診斷，則可更早地發(fā)現(xiàn)癌等疾病，有利于提高患者的生活質(zhì)量(Quality Of Life)。
另外，超聲波不僅用于診斷，而且也用于癌癥等的治療。作為使用超聲波的治療方法，公開了加熱凝固治療，該加熱凝固治療利用吸收到生物組織轉(zhuǎn)換成熱的超聲波能量而使組織凝固壞死(例如參照非專利文獻(xiàn)1)。這樣的加熱凝固治療實(shí)際上已開始對前列腺肥大、前列腺癌、乳腺癌等疾病實(shí)施。
這樣，超聲波由于可用于診斷和治療，所以，可提供對串者的治療效率高而且有效的綜合系統(tǒng)(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
然而，在加熱凝固治療中，將大于等于1kW/cm2的高聲波強(qiáng)度的收斂超聲波照射到患部，所以，當(dāng)瞄準(zhǔn)產(chǎn)生偏移時(shí)，可能使患者的負(fù)擔(dān)增加。另外，加熱凝固治療被認(rèn)為不適合含有正常組織和癌變組織的那樣的浸潤性或播種性癌的治療。
另一方面，公開有聲波化學(xué)治療，該聲波化學(xué)治療通過組合超聲波與藥劑，可使用數(shù)W/cm2～數(shù)10W/cm2程度的較低聲波強(qiáng)度的超聲波進(jìn)行治療(例如參照非專利文獻(xiàn)2)。聲波化學(xué)治療為這樣的方法，即，利用通過超聲波照射產(chǎn)生的被稱為空化的現(xiàn)象，使預(yù)先注入到患者的聲波化學(xué)治療用藥劑活化，進(jìn)行患者的治療。
空化為這樣一連串的現(xiàn)象，即，通過超聲波產(chǎn)生氣泡，產(chǎn)生的氣泡長大，長大的氣泡產(chǎn)生壓縮破壞。當(dāng)在空化的最后的過程中氣泡被壓縮破壞時(shí)，產(chǎn)生極高壓力(數(shù)百個大氣壓)和溫度(數(shù)千度)，在氣泡近旁形成特異的反應(yīng)場。
作為聲波化學(xué)治療用的藥劑，例如公開了這樣的藥劑(例如參照專利文獻(xiàn)2)，該藥劑如孟加拉玟紅衍生物那樣聚集于腫瘤，降低空化所需要的超聲波的閾值，當(dāng)置于通過空化產(chǎn)生的反應(yīng)場中時(shí)，例如生成活性氧，從而體現(xiàn)出抗腫瘤效果。
這樣，聲波化學(xué)治療可由藥劑和超聲波雙重地瞄準(zhǔn)患部，所以，可期待成為選擇性非常高的治療法。
另外，在聲波化學(xué)治療中，公開了用于由比已有技術(shù)較低的聲波強(qiáng)度的超聲波引起空化現(xiàn)象的超聲波照射方法。例如，在專利文獻(xiàn)3中公開了一邊切換聲場一邊照射超聲波的方法，在專利文獻(xiàn)4中公開了在基波重疊具有其二倍頻率的二次諧波的方法，另外，在非專利文獻(xiàn)3中公開了錯開基波與二次諧波的相位進(jìn)行重疊的方法。
這些方法都為這樣的方法，即，在通過超聲波照射生成的氣泡達(dá)到以照射超聲波頻率共振的大小之前，促進(jìn)其生長，從而按良好地效率產(chǎn)生空化。
另外，公開了這樣的內(nèi)容(例如參照非專利文獻(xiàn)4、5)，即，為了使產(chǎn)生了的氣泡生長，需要按大于等于3的脈沖數(shù)繼續(xù)照射超聲波。
另外，公開了在超聲波結(jié)石破壞、超聲波加熱凝固治療中對治療部位進(jìn)行觀察的多個方法。例如在專利文獻(xiàn)5公開的方法中，在治療前用微弱的超聲波確認(rèn)結(jié)石位置；在專利文獻(xiàn)6公開的方法中，通過從多個不同方位進(jìn)行超聲波攝像，從而檢測偶數(shù)倍諧波發(fā)生位置，確認(rèn)結(jié)石破壞或空穴的壓潰位置；在專利文獻(xiàn)7公開的方法中，檢測偶數(shù)倍諧波，確認(rèn)氣泡的生成，從而確認(rèn)達(dá)到可使組織確實(shí)地產(chǎn)生熱變性的溫度。
另外，特別是為了防止在照射加熱凝固治療用超聲波的過程中由于與診斷用超聲波干涉而使得超聲波診斷變得困難，公開了這樣的手法，即，使超聲波診斷裝置與加熱凝固治療裝置同步，僅在診斷用超聲波用于治療部位附近的可視化時(shí)，停止治療用超聲波，使得可在治療過程中觀察治療部位(例如參照非專利文獻(xiàn)6)。
另外，公開了這樣的發(fā)明，即，在加熱凝固治療中，僅在治療用超聲波的照射停止期間進(jìn)行用于獲得超聲波診斷像的超聲波操作(例如參照專利文獻(xiàn)8、9)。
日本特表平11-506636號公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]國際公開第98/01131號小冊子[專利文獻(xiàn)3]日本特開平2-126848號公報(bào)[專利文獻(xiàn)4]日本特愿平4-246179號公報(bào)[專利文獻(xiàn)5]日本專利第2644217號公報(bào)[專利文獻(xiàn)6]日本專利3225526號公報(bào)[專利文獻(xiàn)7]日本特開2003-33365號公報(bào)[專利文獻(xiàn)8]美國專利第6095980號公報(bào)[專利文獻(xiàn)9]日本特開2000-229098號公報(bào)[非專利文獻(xiàn)1]P.P.Lele著“Ultrasound；medical applications，biological effects and hazard potential”Plenum Press New York 1987年[非專利文獻(xiàn)2]Yumita等(1989)Jpn.J.Cancer Res.，80219-222[非專利文獻(xiàn)3]Kawabata等(2003)Jpn.J.Appl.Phys.，423246-3250[非專利文獻(xiàn)4]Xu等(2003)IEEE Ultrasonics Symposium Proc.，1086-1089[非專利文獻(xiàn)5]Xu等(2003)IEEE Trans.Ultrason.Ferroelect.Freq.Contr.，51726-736 Vaezy等(2000)Ultraso.Med.Biol.，2733-42這樣，聲波化學(xué)治療有希望成為患者負(fù)擔(dān)少、效果好的腫瘤治療方法。另外，公開了一種超聲波照射方法，即，在聲波化學(xué)治療中，即使是低聲波強(qiáng)度的超聲波，該方法也可高效率地引起成為治療源的空化現(xiàn)象。
然而，在使用這樣的照射方法的場合，如使用已有技術(shù)，則也存在難以按良好的再現(xiàn)性引起空化現(xiàn)象的問題。
另外，在照射治療用超聲波期間不能生成適當(dāng)?shù)脑\斷圖像，所以，超聲波照射后經(jīng)過數(shù)日，在實(shí)際確認(rèn)腫瘤的變性之前，不能判定治療效果。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可一邊確認(rèn)通過空化實(shí)現(xiàn)的氣泡生成一邊進(jìn)行腫瘤等的治療的裝置等，該空化對進(jìn)行聲波化學(xué)治療有效。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的聲波化學(xué)治療裝置具有照射診斷用超聲波的第1超聲波照射單元，照射治療用超聲波的第2超聲波照射單元，檢測超聲波回波的回波檢測單元，通過上述第1超聲波照射單元照射上述診斷用超聲波、通過上述回波檢測單元檢測與上述診斷用超聲波對應(yīng)的超聲波回波的診斷控制用單元，根據(jù)檢測出的上述超聲波回波生成診斷圖像的診斷圖像生成單元，及通過上述第2超聲波照射單元照射上述治療用超聲波的治療用控制單元；其特征在于上述治療用控制單元包含脈沖控制單元，該脈沖控制單元進(jìn)行按預(yù)定脈沖數(shù)和停止期間通過上述第2超聲波照射單元照射上述治療用超聲波的控制；上述診斷圖像生成單元根據(jù)上述治療用超聲波的上述停止期間的超聲波回波，生成診斷圖像。
其它發(fā)明在本說明書中說明。
按照本發(fā)明，可一邊確認(rèn)通過空化實(shí)現(xiàn)的氣泡生成一邊進(jìn)行腫瘤等的治療，該空化對進(jìn)行聲波化學(xué)治療有效。


圖1為示出本實(shí)施形式的聲波化學(xué)治療裝置的構(gòu)成的框圖。
圖2為用于說明進(jìn)行被檢查體治療的場合的聲波化學(xué)治療裝置控制方法的流程圖。
圖3為用于說明與治療用換能器相關(guān)的變形例的框圖。
圖4為用于說明實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。
圖5為在本實(shí)施例中使用的作為聲波化學(xué)藥劑的腫瘤聚集性孟加拉玟紅衍生物的構(gòu)造式。
圖6為示出在實(shí)施例1中從治療用換能器照射的治療用超聲波形狀的圖。
圖7為在實(shí)施例1中顯示于顯示單元5的診斷圖像。
圖8為示出老鼠腫瘤切片的圖，(a)為未處理的腫瘤切片，(b)為進(jìn)行了HE染色處理的腫瘤切片。
圖9為示出在實(shí)施例1中進(jìn)行治療時(shí)確認(rèn)到診斷圖像上的亮度變化的群與通過腫瘤切片觀察確認(rèn)具有治療效果的群的相關(guān)性的圖。
圖10為示出在實(shí)施例2中從治療用換能器照射的治療用超聲波的形狀的圖。
圖11為示出在實(shí)施例2中進(jìn)行治療時(shí)確認(rèn)到診斷圖像上的亮度變化的群與通過腫瘤切片觀察確認(rèn)具有治療效果的群的相關(guān)性的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，適當(dāng)?shù)貐⒄崭綀D詳細(xì)說明用于實(shí)施本發(fā)明的最佳形式(以下稱“實(shí)施形式”)。
圖1為示出本實(shí)施形式的聲波化學(xué)治療裝置的構(gòu)成的框圖。如圖1所示那樣，聲波化學(xué)治療裝置1包含診斷用探頭2、治療用換能器3、裝置主體4、及顯示單元5。
在包含對象部位7的被檢查體6注入預(yù)定的聲波化學(xué)治療用藥劑(以下稱“聲波化學(xué)藥劑”)。該聲波化學(xué)藥劑如由通過對對象部位7照射治療用超聲波而產(chǎn)生的空化作用活化，則其組成不特別限定，但最好具有容易局部存在于期望治療的對象部位7的性質(zhì)、降低空化所需要的超聲波的閾值的性質(zhì)。
“被檢查體”意味著由本實(shí)施形式的聲波化學(xué)治療裝置1進(jìn)行治療的對象，但如在其內(nèi)部具有可發(fā)生空化的構(gòu)成，則什么樣的治療對象都可。例如被檢查體6為動植物(包含人)、動植物的生物組織、保持于容器內(nèi)的懸濁液等。
<診斷用探頭>
診斷用探頭2(第1超聲波照射單元、回波檢測單元)為了診斷被檢查體6，對被檢查體6的對象部位7照射診斷用超聲波脈沖，接收與該診斷用超聲波脈沖對應(yīng)的超聲波回波。
診斷用探頭2包含將電信號轉(zhuǎn)換成振動、將振動轉(zhuǎn)換成電信號的振子2a。該振子2a可利用磁致伸縮共振子或壓電共振子等。另外，為了對被檢查體6的預(yù)定范圍進(jìn)行診斷，最好使振子2a排列多個，從而可在顯示單元5顯示與各振子2a對應(yīng)的多個掃描線。振子2a為了診斷寬范圍，最好按平面、凸面排列。
診斷用探頭2連接于裝置主體4。
<治療用換能器>
治療用換能器3(第2超聲波照射單元)為了治療被檢查體6，對被檢查體6的對象部位7照射治療用超聲波脈沖，包含照射基波的治療用基波發(fā)送換能器31和照射基波的2倍頻率的二次諧波的治療用二次諧波發(fā)送換能器32。
治療用基波發(fā)送換能器31和治療用二次諧波發(fā)送換能器32的構(gòu)成可形成為與上述診斷用探頭2同樣的構(gòu)成。振子31a和32a為了使超聲波收斂，最好按平面、凹面排列(在振子為1個的場合，形成為平面、凹面)。例如，振子31a和32a配置在直徑6cm、F數(shù)1的球面上，可使幾何焦點(diǎn)相同地設(shè)計(jì)。
通過這樣構(gòu)成治療用換能器3，從而可在對象部位7容易地重疊基波與二次諧波，效率更高地生成氣泡。
治療用基波發(fā)送換能器31和治療用二次諧波發(fā)送換能器32分別連接于裝置主體4。
另外，上述診斷用探頭2、治療用基波發(fā)送換能器31、及治療用二次諧波發(fā)送換能器32為了以良好的靈敏度進(jìn)行超聲波脈沖的收發(fā)，例如隔著除氣水那樣包含超聲波衰減率低的物質(zhì)的匹配層8設(shè)置于被檢查體6。
另外，診斷用探頭2、治療用基波發(fā)送換能器31、及治療用二次諧波發(fā)送換能器32也可由圖中未示出的固定件相互連接，該固定件包含可測定超聲波照射面的方向位置檢測裝置和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。通過形成為這樣的構(gòu)成，可容易地進(jìn)行治療用換能器3的定位。
<裝置主體>
裝置主體4對與從被檢查體6收集到的超聲波回波對應(yīng)的電信號(以下稱“回波信號”)進(jìn)行處理，進(jìn)行與超聲波收發(fā)相關(guān)的控制、與診斷圖像的生成·顯示·分析等相關(guān)的控制。
在這里，裝置主體4包含診斷用控制部分42、治療用控制部分43、及診斷圖像處理部分44。
裝置主體4的各部分42～44包含由CPU(中央處理器)、ROM(只讀存儲器)、RAM(隨機(jī)存取存儲器)等構(gòu)成的存儲器和硬盤裝置等。裝置主體4的各部分42～44與存儲于存儲器或硬盤裝置的程序或數(shù)據(jù)相當(dāng)。CPU將程序讀出到存儲器中進(jìn)行運(yùn)算處理，從而實(shí)現(xiàn)各處理。
另外，各部分42、43還適當(dāng)?shù)鼐哂杏糜趯κ瞻l(fā)的超聲波進(jìn)行控制的電路。
<診斷用控制部分>
診斷用控制部分42與診斷用探頭2電連接，用于進(jìn)行與診斷用超聲波的收發(fā)相關(guān)的控制。
診斷用控制部分42可通過診斷用探頭2收發(fā)在通常的超聲波診斷裝置中使用的大概3～10MHz程度的頻率和小于等于大概1W/cm2的聲波強(qiáng)度的超聲波地構(gòu)成。
特別是診斷用控制部分42為了有選擇地檢測與空化相關(guān)的氣泡生成，最好根據(jù)這樣的攝像方法構(gòu)成，即，可比較由多個不同超聲波的照射方法獲得的信號，抽出非線性成分，強(qiáng)調(diào)非線性成分。
下面說明在診斷用控制部分42根據(jù)上述攝像方法構(gòu)成的場合進(jìn)行與診斷用超聲波的收發(fā)相關(guān)的控制的程序。
診斷用控制部分42生成由與診斷用超聲波脈沖對應(yīng)的預(yù)定基波構(gòu)成的電信號(適當(dāng)?shù)胤Q為“基波信號”)，發(fā)送到診斷用探頭2，同時(shí)，由圖中未示出的放大電路將來自診斷用探頭2的回波信號放大，輸出到診斷圖像生成部分441。
同時(shí)，診斷用控制部分42相對各掃描線生成與基波信號相反相位的脈沖信號(適當(dāng)?shù)胤Q為“反相信號”)，輸出到診斷圖像生成部分441。
<診斷圖像處理部分>
診斷圖像處理部分44根據(jù)與從診斷用控制部分42輸入的回波信號反相的信號生成強(qiáng)調(diào)非線性成分那樣的診斷圖像，進(jìn)行分析處理。
診斷圖像處理部分44包含生成診斷圖像的診斷圖像生成部分441、對生成的診斷圖像進(jìn)行分析的診斷圖像分析部分442、及在顯示單元5顯示診斷圖像的診斷圖像顯示部分443。
在這里，說明診斷圖像生成部分441根據(jù)接收到的回波信號和反相的信號而生成診斷圖像的程序的一例。
首先，診斷圖像生成部分441由圖中未示出的A/D轉(zhuǎn)換電路按適于信號處理的取樣頻率對接收到的信號和反相的信號進(jìn)行取樣，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
診斷圖像生成部分441進(jìn)行數(shù)字信號的重疊處理，該數(shù)字信號分別對應(yīng)于回波信號和反相的信號。包含于回波信號的基波與非線性成分中的基波由反相信號抵消，從而可作為差分抽出非線性成分。該非線性成分在被檢查體6包含體積變化大的成分時(shí)容易發(fā)生。因此，強(qiáng)調(diào)非線性成分的那樣的攝像方法與一般用于超聲波診斷的B模式相比，更適合用來檢測被檢查體6內(nèi)部的氣泡。
通常非線性成分包含由基波頻率的n倍的頻率構(gòu)成的諧波和由基波的n/m倍的頻率構(gòu)成的分諧波(其中，n和m為任意的自然數(shù))。在本實(shí)施形式中，如可使用非線性成分檢測與空化相關(guān)的氣泡，則不限定頻率，但在根據(jù)基波的1/3、1/2、1的n倍(1≤n≤3)的頻率生成診斷圖像的場合，可檢測更鮮明的氣泡。
然后，診斷圖像生成部分441進(jìn)行根據(jù)該非線性成分生成診斷圖像的處理。該診斷圖像生成處理可由在超聲波圖像診斷領(lǐng)域過去公知的裝置構(gòu)成實(shí)現(xiàn)。
診斷圖像生成部分441也可相對重疊前的回波信號、重疊后抽出的非線性成分，進(jìn)行例如高速付里葉變換等頻率解析、任意地改變多個信號的大小·符號等進(jìn)行合成從而進(jìn)行進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)非線性成分的處理。
然后，診斷圖像生成部分441將生成的診斷圖像輸出到診斷圖像顯示部分443，顯示于顯示單元5，同時(shí)，輸出到診斷圖像分析部分442。
診斷圖像分析部分442根據(jù)由診斷圖像生成部分441生成的診斷圖像檢測與空化相關(guān)的氣泡。
例如，診斷圖像分析部分442進(jìn)行這樣的處理，即，比較經(jīng)治療用換能器3進(jìn)行的治療用超聲波照射前與照射后的診斷圖像，在診斷圖像上的亮度超過預(yù)先設(shè)定的比例的場合，判定該區(qū)域?yàn)榘l(fā)生了氣泡的區(qū)域。
然后，由診斷圖像分析部分442檢測出的氣泡的信息輸出到治療用控制部分43。
診斷圖像分析部分442也可形成為進(jìn)行這樣的作業(yè)的構(gòu)成，即，使氣泡發(fā)生·消失時(shí)的超聲波的信息與聲波化學(xué)藥劑的種類、被檢查體的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，存儲到圖中未示出的數(shù)據(jù)庫。
<治療用控制部分>
治療用控制部分43與治療用基波發(fā)送換能器31和治療用二次諧波發(fā)送換能器32電連接，進(jìn)行與治療用超聲波的發(fā)送相關(guān)的控制。
治療用控制部分43可通過治療用基波發(fā)送換能器31和治療用二次諧波發(fā)送換能器32發(fā)送在通常的超聲波治療裝置中使用的大概0.5～4.5MHz程度的頻率和小于等于300W/cm2的聲波強(qiáng)度的超聲波地構(gòu)成。通過這樣構(gòu)成，從而可照射在被檢查體6內(nèi)的空化生成所需要的頻率和聲波強(qiáng)度的超聲波。
在這里，治療用控制部分43包含脈沖生成單元431、放大單元432、及相位調(diào)制單元433。
脈沖生成單元(脈沖控制單元)431生成用于規(guī)定治療用超聲波照射時(shí)間、停止期間、及超聲波照射結(jié)束時(shí)刻的脈沖信號。在這里，超聲波照射時(shí)間為1脈沖時(shí)間與脈沖數(shù)相乘獲得的時(shí)間。例如，脈沖生成單元431可由任意波形生成裝置實(shí)現(xiàn)。
脈沖生成單元431按新氣泡發(fā)生和一旦發(fā)生的氣泡長大所需要的脈沖數(shù)、及生成的氣泡不消滅的時(shí)間或以內(nèi)的停止期間的范圍生成脈沖信號。
該氣泡生成所需要的脈沖數(shù)最好比在通常的超聲波診斷裝置中使用的診斷用超聲波的脈沖數(shù)大。
另外，在非專利文獻(xiàn)4、5中，公開了這樣的內(nèi)容，即，為了使發(fā)生了的氣泡長大，需要繼續(xù)照射大于等于脈沖數(shù)3的超聲波，所以，最好脈沖數(shù)大于等于3。
另外，本發(fā)明者的實(shí)驗(yàn)表明，即使停止期間長到500ms，氣泡也可繼續(xù)長大。關(guān)于停止期間的下限值，只要能夠確?？缮蛇m當(dāng)?shù)脑\斷圖像的時(shí)間，則不特別限定。
另外，脈沖生成單元431根據(jù)從診斷圖像分析部分442輸入的氣泡的信息決定超聲波照射的結(jié)束時(shí)刻。具體地說，脈沖生成單元431從診斷圖像分析部分442輸入表示已檢測到氣泡的信息時(shí)，由圖中未示出的計(jì)時(shí)單元開始計(jì)時(shí)，從輸入表示已檢測到氣泡的信息的時(shí)刻經(jīng)過預(yù)定時(shí)間后，進(jìn)行停止脈沖信號的生成的處理。例如，從檢測出氣泡起，1分鐘后停止，通過這樣的處理，不將過剩的治療用超聲波照射到被檢查體即可獲得充分的治療效果。
在這里，由脈沖生成單元431生成的脈沖信號輸出到放大單元432。
放大單元432按任意的放大比放大脈沖信號的電壓。例如，放大單元432可由放大器實(shí)現(xiàn)。
放大單元432不僅可按一律的放大比放大脈沖信號，而且可按隨時(shí)間變化的放大比進(jìn)行放大。即，從治療用換能器3照射的超聲波的聲波強(qiáng)度可由放大單元432自由控制。
本發(fā)明者已查明，為了使生成的氣泡長大，不需要新產(chǎn)生氣泡時(shí)那樣的能量。另外，先生成的氣泡壓縮破壞時(shí)的微小氣泡殘?jiān)鳛樾職馀莸暮?，從而使空化的步驟減少1個階段，可降低繼續(xù)的氣泡發(fā)生～長大所需要的超聲波聲波強(qiáng)度的閾值。
這樣，可減小與空化相關(guān)的氣泡生成所需要的能量，所以，可相對被檢查體6減少超聲波照射量，減輕被檢查體6的負(fù)擔(dān)。
因此，在本實(shí)施形式中，放大單元432從診斷圖像分析部分442輸入表示已檢測到氣泡的信息時(shí)，進(jìn)行將治療用超聲波的聲波強(qiáng)度降低為預(yù)定值的控制。
氣泡生成后的預(yù)定聲波強(qiáng)度按比氣泡生成確認(rèn)前照射的治療用超聲波聲波強(qiáng)度低的聲波強(qiáng)度照射，從而可維持生成的氣泡的長大和新氣泡的發(fā)生，同時(shí)可減輕被檢查體的負(fù)擔(dān)。為了進(jìn)一步減輕被檢查體的負(fù)擔(dān)，最好將聲波強(qiáng)度降低為大于等于1/20、小于等于1/10。而且，在降低到比其更低的場合，有時(shí)不能維持氣泡的長大，所以，最好一邊適當(dāng)?shù)卮_認(rèn)診斷圖像的亮度變化，一邊決定適當(dāng)?shù)穆暡◤?qiáng)度。
在這里，由放大單元432放大后的脈沖信號輸出到上述的治療用換能器3。
相位調(diào)制單元433可任意地設(shè)定通過治療用基波發(fā)送換能器31和治療用二次諧波發(fā)送換能器32發(fā)送的基波和二次諧波的相位差。另外，也可隨時(shí)間改變相位差。通過這樣構(gòu)成，可使從治療用換能器3照射的超聲波在被檢查體6的對象部位7適當(dāng)?shù)刂丿B。例如，由本發(fā)明者的實(shí)驗(yàn)得知，通過使基波與二次諧波的相位錯開，使周期的間隔大于等于10ms，從而可按更好的效率引起空化。
《聲波化學(xué)治療裝置的控制方法》下面，參照圖2所示流程圖說明被檢查體的治療的場合的聲波化學(xué)治療裝置的控制方法。
操作者預(yù)先由診斷用探頭2獲得對象部位7的診斷圖像，一邊參照診斷圖像，一邊使從治療用基波發(fā)送換能器31和治療用二次諧波發(fā)送換能器32照射的治療用超聲波的焦點(diǎn)位置與對象部位7的治療部位對準(zhǔn)。
首先，聲波化學(xué)治療裝置1的治療用控制部分43通過治療用換能器3按預(yù)定脈沖數(shù)和停止期間照射治療用超聲波(步驟S01)。
而且，如上述那樣，該脈沖數(shù)和停止期間為氣泡繼續(xù)長大的范圍。
另外，最好通過治療用基波發(fā)送換能器31和治療用二次諧波發(fā)送換能器32照射由預(yù)定頻率的基波和上述基波的2倍頻率的二次諧波構(gòu)成的治療用超聲波，在對象部位7上重疊。
然后，聲波化學(xué)治療裝置1的診斷用控制部分42通過診斷用探頭2將診斷用超聲波照射到被檢查體6的對象部位7，將通過診斷用探頭2接收到的回波信號發(fā)送到診斷圖像處理部分44(步驟S02)。
然后，聲波化學(xué)治療裝置1的診斷圖像處理部分44由診斷圖像生成部分441根據(jù)治療用超聲波的停止期間的回波信號生成診斷圖像(步驟S03)。
然后，聲波化學(xué)治療裝置1的診斷圖像分析部分442判定是否檢測到氣泡(步驟S04)。聲波化學(xué)治療裝置1的診斷圖像分析部分442在檢測到氣泡的場合(在步驟S04中為“是”)，將表示已檢測到氣泡的這一信息發(fā)送到治療用控制部分43。
然后，聲波化學(xué)治療裝置1的治療用控制部分43接收到氣泡的檢測時(shí)，開始計(jì)時(shí)，進(jìn)行使治療用超聲波下降到預(yù)定聲波強(qiáng)度的控制(步驟S05)。
聲波化學(xué)治療裝置1的治療用控制部分43在從接收到表示已檢測到氣泡的信息經(jīng)過預(yù)定時(shí)間后，進(jìn)行停止治療用超聲波照射的控制(步驟S06)。
在步驟S04中，在聲波化學(xué)治療裝置1的診斷圖像分析部分442未檢測到氣泡的場合(在步驟S04中為“否”)，將表示未檢測到氣泡的信息發(fā)送到治療用控制部分43。
然后，聲波化學(xué)治療裝置1的治療用控制部分43進(jìn)行使治療用超聲波的聲波強(qiáng)度增加的控制(步驟S07)。
然后，聲波化學(xué)治療裝置1的治療用控制部分43判定增加了的聲波強(qiáng)度是否超過預(yù)定的上限值(步驟S08)，在不超過預(yù)定上限值的場合(在步驟S08中為是)，返回到步驟S01的處理。
另一方面，在步驟S08中，當(dāng)增加了的聲波強(qiáng)度超過預(yù)定上限值的場合(在步驟S08中為否)，視為不能生成氣泡，結(jié)束處理。
如以上示出的那樣，按照本實(shí)施形式的聲波化學(xué)治療裝置1，將在聲波化學(xué)治療中照射的治療用超聲波的聲波強(qiáng)度抑制到必要最低限，可進(jìn)行減輕被檢查體6的負(fù)擔(dān)的超聲波照射。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施形式。
本實(shí)施形式的診斷用控制部分42如可檢測到氣泡，則不限于上述攝像方法。例如，也可根據(jù)公知的脈沖反相模式或二次諧波法構(gòu)成診斷用控制單元42。
另外，也可使來自治療用換能器3的超聲波照射與由診斷用探頭2進(jìn)行的超聲波收發(fā)同步進(jìn)行地構(gòu)成。在該場合，例如可形成從診斷用探頭2和治療用換能器3交替地照射超聲波那樣的脈沖順序。然后，診斷圖像生成部分441根據(jù)與從診斷用探頭2照射的診斷用超聲波對應(yīng)的超聲波回波生成診斷圖像。
另外，在本實(shí)施形式中，用于抽出非線性成分的使回波信號與反相信號重疊的處理在將其分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后重疊，但也可在超聲波的階段、電信號的階段進(jìn)行重疊處理。
另外，在本實(shí)施形式中，為了觀察診斷圖像上的亮度變化，增加治療用超聲波的聲波強(qiáng)度，在即使將聲波強(qiáng)度增加到預(yù)定上限值也未檢測到亮度變化的場合，視為未生成氣泡，結(jié)束處理，但也可為進(jìn)一步增加治療用超聲波的頻率從而檢測出亮度變化的構(gòu)成。例如，在本實(shí)施形式的聲波化學(xué)治療裝置中，可使頻率增加到4.5MHz。
在頻率超過2MHz的場合，也可使治療用超聲波提高到預(yù)定聲波強(qiáng)度、進(jìn)行極短時(shí)間的照射地控制。這樣的控制例如適用于在使用本實(shí)施形式的聲波化學(xué)治療裝置1進(jìn)行聲波化學(xué)治療的途中切換到加熱凝固治療的場合。
<關(guān)于治療用換能器的變形例>
另外，在本實(shí)施形式中，示出作為治療用換能器收斂的形狀的振子，但也可使用按平面型配置的換能器的振子。
下面，參照圖3說明關(guān)于治療用換能器的變形例。對于與本實(shí)施形式相同的部件和構(gòu)件，采用相同符號，省略說明。如圖3所示那樣，在本變形例中，治療用換能器3A的治療用基波發(fā)送換能器31A和治療用二次諧波發(fā)送換能器32A的振子31a、32a形成為平面狀。通過這樣構(gòu)成，可在寬區(qū)域照射治療用超聲波，所以，可擴(kuò)大一次能夠治療的范圍。
下面，說明使用本實(shí)施形式的聲波化學(xué)治療裝置1進(jìn)行聲波化學(xué)治療的實(shí)施例。
<實(shí)施例1>
在實(shí)施例1的場合，照射治療用超聲波，在診斷圖像上確認(rèn)到與空化相關(guān)的氣泡后，按相同聲波強(qiáng)度繼續(xù)治療用超聲波的照射。
圖4為用于說明實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。如圖4所示那樣，聲波化學(xué)治療裝置1由診斷用探頭2、治療用基波發(fā)送換能器31、治療用二次諧波發(fā)送換能器32、裝置主體4、顯示單元5構(gòu)成。
裝置主體4的內(nèi)部構(gòu)成與本實(shí)施形式相同，所以，省略說明。
作為被檢查體，使用雄CDF1老鼠(以下稱“老鼠”)10。老鼠實(shí)驗(yàn)?zāi)[瘤“colon26”26的1mm方形的微小切片在5周齡的老鼠10的左大腿進(jìn)行皮下移植，移植后的腫瘤26長大到直徑1cm左右時(shí)用于實(shí)驗(yàn)。
圖5為在本實(shí)施例中使用的作為聲波化學(xué)藥劑的腫瘤聚集性孟加拉玟紅衍生物的構(gòu)造式。從老鼠10的尾靜脈注入該藥劑的10mg/mlPBS溶液。注入量為30mg/kg。
注入藥劑24小時(shí)后，使用戊巴比妥鈉將老鼠10麻醉，將腫瘤26近旁的毛剃去，以使腫瘤26處于帶孔的丙烯酸樹脂板的孔部分的方式固定手足。將丙烯酸樹脂板固定到3軸臺，如圖4所示那樣，按各丙烯酸樹脂板將老鼠10沉入到水槽11中的除氣水12。除氣水12連續(xù)地除氣，溫度保持在30℃。然后，將治療用換能器3和診斷用探頭2固定于水槽11中。使老鼠10的腫瘤26處于作為治療用換能器3的焦點(diǎn)的6cm的位置地由3軸臺移動老鼠10。
圖6為示出在實(shí)施例1中從治療用換能器照射的治療用超聲波形狀的圖。如圖6所示那樣，按2s700ms的脈沖寬度照射治療用超聲波，按中斷300ms的脈沖順序從治療用換能器3照射超聲波。照射的治療用超聲波的頻率為0.5MHz(脈沖數(shù)1350)和1.0MHz(脈沖數(shù)2700)，同時(shí)設(shè)定200W/cm2的聲波強(qiáng)度。從治療用換能器3的治療用超聲波的照射與從診斷用探頭2照射的診斷用超聲波同步。作為治療用超聲波照射1分鐘，由顯示單元5觀察在該脈沖的停止期間生成的診斷圖像上的亮度變化。在本實(shí)施例1中，按0.5+0.5的聲波強(qiáng)度(即1∶1)的比例重疊0.5MHz與1.0MHz的頻率的超聲波，但也可為0.1+0.9～0.9+0.1(即1∶9～9∶1)的比例。
圖7為在實(shí)施例1中顯示于顯示單元5的診斷圖像。圖7所示最左側(cè)的診斷圖像為了與強(qiáng)調(diào)非線性成分的攝像方式對比而按在一般的超聲波診斷裝置中使用的B模式描繪，可識別腫瘤26。右側(cè)3個診斷圖像為按強(qiáng)調(diào)非線性成分的攝像方式描繪的圖像，包含許多線性成分的來自腫瘤26的信號基本上被抵消，不能可視化。在按在圖7所示強(qiáng)調(diào)非線性成分的攝像方式描繪的診斷圖像中，從左分別示出治療用超聲波脈沖的照射前(左2)、照射中(左3)、照射后(左4)。在照射中(左3)的圖中，描繪出照射中的治療的超聲波脈沖，不能觀察與氣泡對應(yīng)的亮度變化，但在超聲波脈沖照射后(左4)的診斷圖像中，可在治療用超聲波的焦點(diǎn)27中觀察到亮度變化。在照射超聲波2天后，使老鼠10安樂死，取出腫瘤26，用福爾馬林固定后，制作老鼠腫瘤切片，實(shí)際觀察腫瘤26，判定治療效果。
圖8為示出老鼠腫瘤切片的圖，(a)為未處理的腫瘤切片，(b)為進(jìn)行了HE(Hematoxylin-Eosin)染色處理的腫瘤切片。如圖8(a)所示那樣，在未處理的老鼠腫瘤切片中，可明確地觀察到壞死區(qū)域28。另外，如圖8(b)所示那樣，在老鼠腫瘤HE染色切片中，上述壞死區(qū)域28的Hematoxylin特有的染色與其它部分相比較薄，產(chǎn)生核的消失、濃縮等某種損傷。
圖9為示出在治療中確認(rèn)到診斷圖像上的亮度變化的群與通過腫瘤切片的觀察確認(rèn)到具有治療效果的群的相關(guān)性的圖。如圖9所示那樣，對于在診斷圖像上觀察到亮度變化(觀察結(jié)果為○)的場合，3例中的3例都在腫瘤切片觀察到壞死區(qū)域，看到治療效果。另一方面，對于在診斷圖像上未觀察到亮度變化(觀察結(jié)果為×)的場合，3例中的2例未在腫瘤切片觀察到壞死區(qū)域。但是，1例觀察到壞死區(qū)域，看到治療效果。雖然在未觀察到亮度變化的場合有時(shí)也可獲得治療效果，但在產(chǎn)生了亮度變化的場合，可確實(shí)地獲得治療效果。
換言之，可以看出，在使用本發(fā)明聲波化學(xué)治療裝置進(jìn)行治療過程中可觀察亮度變化的群與數(shù)日后通過實(shí)際觀察腫瘤切片確認(rèn)到治療效果的群明顯存在相關(guān)。
在與實(shí)施例1同樣的實(shí)驗(yàn)系中，當(dāng)使0.5MHz與1.0MHz的頻率的超聲波重疊、同時(shí)按60W/cm2左右的低聲波強(qiáng)度照射2分鐘的場合，不能觀察到治療中的亮度變化。
<實(shí)施例2>
在實(shí)施例2的場合，照射治療用超聲波脈沖，在診斷圖像檢測到氣泡后，使治療用超聲波脈沖的聲波強(qiáng)度下降。
圖10為示出在實(shí)施例2中從治療用換能器照射的治療用超聲波的形狀的圖。如圖10所示那樣，按2s700ms的脈沖寬度照射治療用超聲波，按中斷300ms的脈沖順序從治療用換能器3照射超聲波。照射的治療用超聲波的頻率為0.5MHz(脈沖數(shù)1350)和1.0MHz(脈沖數(shù)2700)。在實(shí)施例2中，如圖10所示那樣，首先，作為第一超聲波(在圖10中，High)，按200W/cm2的高聲波強(qiáng)度共計(jì)照射3脈沖，此后，作為第二超聲波(在圖10中，Low)，按60W/cm2的低聲波強(qiáng)度共計(jì)照射1分鐘。在本實(shí)施例2中，按0.5+0.5的聲波強(qiáng)度(即1∶1)的比例重疊0.5MHz與1.0MHz的頻率的超聲波，但也可為0.1+0.9～0.9+0.1(即1∶9～9∶1)的比例。
然后，由顯示單元5觀察在超聲波脈沖停止期間生成的診斷圖像上的亮度變化。在照射超聲波2天后，使老鼠10安樂死，取出腫瘤26，用福爾馬林固定后，制作老鼠腫瘤切片，實(shí)際觀察腫瘤26，判定治療效果。
圖11為示出在治療中確認(rèn)到診斷圖像上的亮度變化的群與通過腫瘤切片的觀察確認(rèn)具有治療效果的群的相關(guān)性的圖。
對于在照射第一和第二超聲波的過程中連續(xù)地在診斷圖像上觀察到亮度變化的場合(觀察結(jié)果為○)，5例中的5例都在腫瘤切片觀察到壞死區(qū)域，看到治療效果。
另一方面，對于在照射第一和第二超聲波的過程中在診斷圖像上未觀察到或在途中未觀察到亮度變化的場合(觀察結(jié)果為×)，3例中的2例未在腫瘤切片觀察到治療效果。但是，1例觀察到壞死區(qū)域，看到治療效果。可以看出，雖然在未觀察到亮度變化的場合有時(shí)也可獲得治療效果，但在產(chǎn)生了亮度變化的場合，可確實(shí)地獲得治療效果。
根據(jù)實(shí)施例1和實(shí)施例2的結(jié)果可以看出，在按200W/cm2的聲波強(qiáng)度在診斷圖像上觀察到亮度變化的場合，在所有例中獲得治療效果。另外，一旦檢測到氣泡，即使降低治療用超聲波的聲波強(qiáng)度，只要在診斷圖像上適當(dāng)?shù)赜^察到亮度變化，也通過觀察腫瘤切片確認(rèn)到治療效果。
按照以上的實(shí)施例，通過以使用本發(fā)明聲波化學(xué)治療裝置進(jìn)行治療過程中的診斷圖像上的亮度變化為指標(biāo)，從而可確認(rèn)聲波化學(xué)治療能夠確實(shí)地進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種聲波化學(xué)治療裝置，包括第1超聲波照射單元，用于照射診斷用超聲波；第2超聲波照射單元，用于照射治療用超聲波；回波檢測單元，用于檢測超聲波回波；診斷用控制單元，該診斷用控制單元經(jīng)由上述第1超聲波照射單元照射上述診斷用超聲波，經(jīng)由上述回波檢測單元檢測對應(yīng)于上述診斷用超聲波的超聲波回波；診斷圖像生成單元，該診斷圖像生成單元基于所檢測的上述超聲波回波而生成診斷圖像；以及治療用控制單元，該治療用控制單元經(jīng)由上述第2超聲波照射單元照射上述治療用超聲波，該聲波化學(xué)治療裝置的特征在于，上述治療用控制單元包括脈沖控制單元，該脈沖控制單元進(jìn)行控制，使得在預(yù)定的脈沖數(shù)以及停止期間內(nèi)照射經(jīng)由上述第2超聲波照射單元的上述治療用超聲波，上述診斷圖像生成單元基于在上述治療用超聲波的上述停止期間內(nèi)的超聲波回波而生成診斷圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，上述治療用控制單元在氣泡可繼續(xù)成長的范圍內(nèi)控制上述脈沖數(shù)以及上述停止期間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，上述治療用控制單元進(jìn)行控制，使得以上述脈沖數(shù)大于等于3、上述停止期間小于等于500ms來照射超聲波。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，上述治療用控制單元對應(yīng)于上述診斷圖像的亮度變化而控制上述脈沖數(shù)以及上述停止期間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，上述治療用控制單元進(jìn)行控制，使得作為上述治療用超聲波，照射由可產(chǎn)生上述氣泡的聲波強(qiáng)度所形成的第一超聲波之后，照射比上述第一超聲波的聲波強(qiáng)度低、并且由上述氣泡可繼續(xù)成長的聲波強(qiáng)度所形成的第二超聲波。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，上述第一超聲波的聲波強(qiáng)度在檢測到氣泡之前隨時(shí)間增加。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，上述第2超聲波照射單元進(jìn)行照射，使得在對象部位重疊基本波和頻率是該基本波的兩倍的波。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，上述第2超聲波照射單元具有使基本波和頻率是該基本波的兩倍的波的相位錯開、使其周期的間隔大于等于10ms的機(jī)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，上述第2超聲波照射單元照射收斂超聲波。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，上述第2超聲波照射單元具有可改變上述收斂超聲波的焦點(diǎn)位置的機(jī)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，上述診斷用控制單元進(jìn)行控制，使得在照射上述治療用超聲波的期間內(nèi)，停止上述診斷用超聲波。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，上述診斷圖像生成單元基于包含在上述回波檢測單元所接收的超聲波內(nèi)的非線形成分而生成診斷圖像。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，上述非線形成分包含由基本波頻率的n倍的頻率所形成的高次諧波、以及由基本波的n/m倍的頻率所形成的分諧波，其中n，m為任意自然數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，具有當(dāng)在上述診斷圖像中不能檢測亮度變化時(shí)將從上述第2超聲波照射單元照射的上述治療用超聲波的頻率提升至4.5MHz的機(jī)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波化學(xué)治療裝置，其特征在于，從上述第2超聲波照射單元照射的上述治療用超聲波的脈沖數(shù)大于從上述第1超聲波照射單元照射的上述診斷用超聲波的脈沖數(shù)。
16.一種聲波化學(xué)治療裝置的控制方法，該聲波化學(xué)治療裝置具有第1超聲波照射單元，用于照射診斷用超聲波；第2超聲波照射單元，用于照射治療用超聲波；回波檢測單元，用于檢測超聲波回波；診斷用控制單元，該診斷用控制單元經(jīng)由上述第1超聲波照射單元照射上述診斷用超聲波，經(jīng)由上述回波檢測單元檢測對應(yīng)于上述診斷用超聲波的超聲波回波；診斷圖像生成單元，該診斷圖像生成單元基于所檢測的上述超聲波回波而生成診斷圖像；以及治療用控制單元，該治療用控制單元經(jīng)由上述第2超聲波照射單元照射上述治療用超聲波，該聲波化學(xué)治療裝置的控制方法的特征在于，上述治療用控制單元在預(yù)定的脈沖數(shù)以及停止期間內(nèi)照射經(jīng)由上述第2超聲波照射單元的上述治療用超聲波，上述診斷圖像生成單元基于在上述治療用超聲波的上述停止期間內(nèi)的超聲波回波而生成診斷圖像。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的聲波化學(xué)治療裝置的控制方法，其特征在于，上述治療用控制單元在氣泡可繼續(xù)成長的范圍內(nèi)控制上述脈沖數(shù)以及上述停止期間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可一邊確認(rèn)通過空化實(shí)現(xiàn)的氣泡生成一邊進(jìn)行腫瘤等的治療的裝置等，該空化對進(jìn)行聲波化學(xué)治療有效。聲波化學(xué)治療裝置(1)具有診斷用超聲波照射單元(2)、治療用超聲波照射單元(3)、檢測超聲波回波的回波檢測單元(2)、診斷用控制單元(42)、根據(jù)檢測出的超聲波回波生成診斷圖像的診斷圖像生成單元(441)、及通過治療用超聲波照射單元(3)照射治療用超聲波的治療用控制單元(43)；其特征在于治療用控制單元(43)包含脈沖控制單元(431)，該脈沖控制單元(431)進(jìn)行按預(yù)定脈沖數(shù)和停止期間照射治療用超聲波的控制；診斷圖像生成單元(441)根據(jù)治療用超聲波的停止期間的超聲波回波，生成診斷圖像。
文檔編號A61B8/08GK1891167SQ20061009977
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月1日
發(fā)明者杉田奈巳, 川畑健一, 東隆, 梅村晉一郎 申請人:株式會社日立制作所