JPH02274240A - 超音波振動子の駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波振動子の駆動回路、更に詳しくは、体
内に生じた結石等の治療対象物に対して、超音波振動子
によって発生させた超音波衝撃波を体外から集束させ、
結石や腫瘍等を治療する超音波治療装置における超音波
振動子の駆動回路に関するものである。

［従来の技術］ 従来、超音波による衝撃波を体外で発生させ、これを体
内に生じた結石に集束させて同結石を破壊するようにし
た超音波治療装置は、特開昭６０−１４５１３１号公報
、および本出願人が先に提案した特願昭６２−９４９７
３号、特願昭６２−６７５１９号等によって既に周知で
ある。

この種の超音波治療装置は、一般に圧電素子からなる超
音波振動子を多数、球面状にモザイク状に並べて配設し
て形成された超音波衝撃波発生体を、水等の超音波伝播
液が充填されたウォータバッグを介して人体表面に接触
させ、腎臓、膀胱。

胆嚢、胆管内等に生じた結石に向けて超音波衝撃波を集
束させて、これを破砕するようにｆ＋Ｉ’ｊ成されてい
る。上記超音波衝撃波は、超音波振動子にパルス状電圧
を印加することにより発生されるようになっており、ま
た、結石の位置は超音波観７１１１１装置等で確認され
るようになっている。

次に、その−例を第７図によって説明すると、この超音
波治療装置は、体内の結石位置を検出する観測手段（位
置検出手段）と、位置決め信号発生手段４と、焦点移動
手段７と、結石１を砕石する衝撃波発生手段１１とを具
備して構成されている。

上記観測手段は、人体１０に対して超音波を放射して体
内の結石１の位置を検出する超音波観７１１＋装置２と
、この装置からの検出信号による結石位置をＣＲＴなど
の画面上に表示するデイスプレィ装置３等によって（Ｒ
成されている。

上記位置決め信号発生手段４は、上記デイスプレィ装置
３の画面上の狙うポイントに指示マーカー等を設け、こ
の指示マーカーの位置に砕石用衝撃波の焦点がくるよう
に、焦点移動手段７へ制御信号を出力する。

上記焦点移動手段７は、ウォータバッグ５と次に述べる
超音波衝撃波発生体６とを数値制御ロボット等により上
記位置決め信号に従って移動させて砕石用衝撃波を結石
に集束させる。上記衝撃波発生体６は、圧電素子からな
る超音波振動子８を、球面形状に形成された取付板９の
前面に多数モザイク状に並べて固定されてなるものであ
って、前面の衝撃波発生面が人体１０に向けて配置され
るようになっており、この超音波衝撃波発生体６と人体
１０との間には、液体注入および圧力制御手段を有する
軟性樹脂等からなるウォータバッグ５が配設され、同バ
ッグ５内には水等の衝撃波伝達液が満たされている。

上記衝撃波発生手段１１は、周知のようにパルス電圧を
発生し同電圧を超音波振動子に印加する超音波振動子駆
動回路で形成され、同回路によって各超音波振動子８は
駆動され超音波を発生するようになっている。

以上が超音波治療装置の全体の構成である。

また、上記治療患部がＩｈｒｆ瘍等の場合には、超音波
の集束により加温治療が施される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述したような、従来のこの種超音波治療装
置においては、超音波を集束させて治療を行なっている
ために、その超音波の集束点において、正圧と共に負圧
か生じる。即ち、超音波の集束点に位置する生体中に、
所謂キャビテーション（空洞現象）が発生する。このキ
ャビテーションは治療のための超音波の大きな出力を集
束点において発生させようとすると、正圧が大きくなる
に伴って負圧も大きくなり、正常な生体組織を破壊する
恐れを有していた。

即ち、第６図（Ａ）　、　（Ｂ）に上記超音波治療装置
の衝撃波発生手段１１の超音波振動子８に印加された単
発駆動パルスのパルス電圧波形１２と、その結果、発生
する超音波の波形１３を示すように、印加パルス幅Ｔ以
後、超音波の寄生振動が発生する。そして、この寄生振
動の斜線で示す負のサイクルの部分が負圧を発生し、生
体に悪影響を及ぼすと考えられている。

この寄生振動の発生は、超音波振動子の共振の鋭さＱに
より異なるが殆んどの場合、発生すると考えてよい。そ
して、一般的にＱが大きい程、寄生振動も大きくなる傾
向にある。

従って、上記従来の欠点を除去するために、本出願人は
先に複数の周波数の異なる駆動電圧を超音波振動子に印
加することによって負圧を抑制する手段（特願昭６３−
１４９０３７号）を提案した。しかし、この手段は装置
が複雑で大型化するという欠点がある。

本発明の目的は、上述したような従来の超音波治療装置
における問題点を解消するために、負圧を抑制し、正圧
のみを上昇させ、集束度の高い強力な超音波衝撃波を発
生させ、生体への安全性が高く、かつ変換効率の高い超
音波振動子の駆動回路を提供するにある。

［課題を解決するための手段および作用］本発明による
超音波振動子の駆動回路は、超音波振動子に印加される
駆動用パルスの基本周波数の正のサイクルのパルスに重
畳して、上記基本周波数よりも高い周波数の負のサイク
ルのパルスを印加するようにしたことを特徴とする。

［実　施　例］ 以下、図示の実施例により本発明を説明する。

先ず、本発明の詳細な説明するに先立ち、本発明の基本
原理を第１図（Ａ）　、　（Ｂ）および第２図によって
説明する。第１図（Ａ）　、　（Ｂ）は、本発明の駆動
回路によって超音波振動子に印加される複合駆動パルス
電圧の波形１４と、その結果、発生する超音波の波形１
５とを示したものであり、第２図は本発明の駆動回路の
基本回路を示したものである。

本発明では、生体に悪影響を及ぼす負の圧力の発生を抑
制し、上記従来の寄生振動の発生を阻止するようにした
もので、そのために、超音波振動子に印加する駆動パル
スの基本周波数（＝共振周波数）の正のサイクルのパル
スに、基本周波数よりも高い周波数の負のサイクルのパ
ルスを重畳するようにしたものである。即ち、超音波を
発生させる正極性のパルスに負極性の高調波を重畳させ
るようにしたものである。かくすれば、第１図（Ａ）に
示した複合駆動パルス１４が、その具体例であるが負極
性パルスの位置３１幅す、深さＣの値を調整することに
より、寄生振動を生じない負圧の発生のない超音波波形
１５を得ることができる。

そして、上記複合駆動パルス１４を生成するｗ水回路は
、第２図に示す如く、トリが回路１６から正パルス発生
回路１７と負パルス発生回路１８とにトリガパルスを入
力し、上記正パルス発生回路１７から出力される正極性
のパルスと上５２負パルス発生回路１８から出力される
負極性のパルスとを加算器１つで加算し、これによって
第１図（Ａ）の複合駆動パルス１４を得、これを印加回
路２０を通じて超音波振動子２１に印加する。

第３図は、上記基本回路に基づいて実際に構成した本発
明の第１実施例を示す超音波振動子駆動回路であって、
リニアな電力増幅回路で構成した場合である。即ち、第
１オペアンプ２６の非反転入力端に基本パルス発生器２
２で発生した正極性の振動子駆動パルスを入力すると共
に、反転入力端に高調波パルス発生器２３で発生した負
極性のパルスを抵抗２４を通じて入力する。この第１オ
ペアンプ２６は、その出力端と反転入力端とを抵抗２５
で接続された加算器を構成しているので、その出力端に
は複合駆動パルス１４が出力され、これが第２オペアン
プ２７の非反転入力端に入力される。この第２オペアン
プ２７の反転入力端は圧電素子からなる超音波振動子３
０の一端に接続されており、出力端はＮＰＮ型およびＰ
ＮＰ型の出力トランジスタ２８．２９の各ベースに接続
される。そして、両トランジスタ２８．２９のエミッタ
同士が接続されて上記超音波振動子３０の一端に接続さ
れると共に、一方のトランジスタ２８のコレクタは正電
源３１の正極に、また他方のトランジスタ２９のコレク
タは負電源３２の負極にそれぞれ接続され、両電源３１
．３２の負極および正極は超音波振動子の他端に接続さ
れる。

このように構成された第１実施例の駆動回路においては
、トランジスタ２８．２９で電力増幅された腹合駆動パ
ルスによって超音波振動子３０を駆動し、寄生振動を生
しない超音波出力を発生させることができる。

また、第４図および第５図は本発明の第２実施例および
第３実施例をそれぞれ示したものであって、スイッチン
グ駆動によって超音波振動子３０に複合駆動パルス１４
を印加するようにしたものである。

即ち、第４図の第２実施例の駆動回路は、正電源３１に
スイッチ手段３３を介して出カドランス３６の一次側コ
イルを接続し、同トランス３６の二次側に超音波振動子
３０を接続したものであって、スイッチ手段３３によっ
て複合駆動パルス電圧を作成し、これを出カドランス３
６に供給して二次側の超音波振動子３０に印加するよう
にしたものである。

また、第５図の第３実施例の駆動回路においては、スイ
ッチ手段３３によって正極性の基本パルス２２Ａを出カ
ドランス３６に加え、同トランス３６の二次側に正負切
換スイッチ手段３４．３５を介して超音波振動子３０を
接続するようにしたものである。このように構成した第
３実施例においては、スイッチ手段３３によって正極性
の基本パルス２２Ａが印加されている出カドランス３６
の二次側の正負切換スイッチ手段３４．３５を切り換え
て負極性のパルス２３Ａを基本パルス２２Ａに加算すれ
ば、複合駆動パルスか超音波振動子３０に印加され、超
音波振動子３０は寄生振動を生じない超音波出力を発生
する。

〔発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、治療効率を上げる
ために出力を上げても負圧が抑制され、正圧のみを上昇
させることができるので、集束点におけるキャビテーシ
ョンの発生によって生体中の正常な組織か破壊される恐
れがなく、生体への安全性が確保され、且つ変換効率が
高く、効率良く治療できる超音波治療装置用の超音波振
動子駆動回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）は°、本発明の基本原理を説
明するだめの超音波振動子に印加する複合駆動パルスの
波形図と超音波振動子で発生する超音波の波形図、 第２図は、本発明の超音波振動子駆動回路の基本回路図
、 第３図は、本発明の第１実施例を示す超音波振動子の駆
動回路図、 第４図および第５図は、本発明の第２および第３実施例
をそれぞれ示す超音波振動子の駆動回路図、 第６図（Ａ）　、　（１１）は、従来の超音波振動子駆
動パルス電圧の波形図と超音波振動子で発生する超音波
の波形図、 第７図は、超ぎ波治療装置の全体の構成を示す概略図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波振動子を有する超音波衝撃波発生体によっ
   て体外で発生させた超音波を体内の治療部位に向けて集
   束させて治療する超音波治療装置において、 上記超音波振動子に印加される駆動用パルスの基本周波
   数の正のサイクルのパルスに重畳して、上記基本周波数
   よりも高い周波数の負のサイクルのパルスを印加するよ
   うにしたことを特徴とする超音波振動子の駆動回路。