JPH0710263B2 - 超音波治療装置 - Google Patents
超音波治療装置Info
- Publication number
- JPH0710263B2 JPH0710263B2 JP62067519A JP6751987A JPH0710263B2 JP H0710263 B2 JPH0710263 B2 JP H0710263B2 JP 62067519 A JP62067519 A JP 62067519A JP 6751987 A JP6751987 A JP 6751987A JP H0710263 B2 JPH0710263 B2 JP H0710263B2
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- Japan
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- ultrasonic
- sound pressure
- pulse
- central axis
- transmitter
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波衝撃波を患部に集中照射することによ
り、例えば腎臓結石等の患部の破壊等を行なって治療す
るための超音波治療装置に関する。
り、例えば腎臓結石等の患部の破壊等を行なって治療す
るための超音波治療装置に関する。
超音波治療装置の一例としての結石破壊装置は、例えば
特開昭60−145131号公報等において公知である。
特開昭60−145131号公報等において公知である。
第９図は上記装置における送波器の概略構成を示す断面
図である。図示のように本送波器は、多数の圧電素子１
を球面状をなすようにモザイク状に並べることにより、
衝撃波発生体２を構成し、この衝撃波発生体２を水等の
媒質を充填した液体封入バック３を介して生体４に接触
させ、腎臓５内に存在している患部すなわち治療対象物
である結石６に対し、上記多数の圧電素子１からの超音
波衝撃波を集中させて結石６を破壊するものとなってい
る。
図である。図示のように本送波器は、多数の圧電素子１
を球面状をなすようにモザイク状に並べることにより、
衝撃波発生体２を構成し、この衝撃波発生体２を水等の
媒質を充填した液体封入バック３を介して生体４に接触
させ、腎臓５内に存在している患部すなわち治療対象物
である結石６に対し、上記多数の圧電素子１からの超音
波衝撃波を集中させて結石６を破壊するものとなってい
る。
超音波衝撃波は圧電素子１に対し、図示しない衝撃波発
生回路からのパルス状電圧を印加する事により発生す
る。なお結石６の発見および位置確認のために、メカニ
カルスキャン型の超音波探触子７が衝撃波発生体２の中
央部に装着されており、かつ同探触子７には図示しない
超音波観測装置が接続されるようになっている。
生回路からのパルス状電圧を印加する事により発生す
る。なお結石６の発見および位置確認のために、メカニ
カルスキャン型の超音波探触子７が衝撃波発生体２の中
央部に装着されており、かつ同探触子７には図示しない
超音波観測装置が接続されるようになっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕 上記第９図に示すような装置における圧電素子１として
は、通常の場合、変換効率等を考慮してPZT（チタン酸
ジルコン酸鉛）等のセラミック振動子が使用される。と
ころが、セラミック振動子は一般にＱが高い為に、例え
ば、パルスで駆動しても発生する超音波の音圧波形は第
10図に示す様に零の音圧レベルを中心として振動する継
続時間の長い波形Ｗとなる。このような振動波形を有す
る信号が、前述したように収束されて生体中に入ると、
負の音圧が大きい時には、生体中でキャビテーションが
発生し、正常な生体組織を破壊するおそれがある。ま
た、収束度も通常のパルスの時に比べて悪くなる。
は、通常の場合、変換効率等を考慮してPZT（チタン酸
ジルコン酸鉛）等のセラミック振動子が使用される。と
ころが、セラミック振動子は一般にＱが高い為に、例え
ば、パルスで駆動しても発生する超音波の音圧波形は第
10図に示す様に零の音圧レベルを中心として振動する継
続時間の長い波形Ｗとなる。このような振動波形を有す
る信号が、前述したように収束されて生体中に入ると、
負の音圧が大きい時には、生体中でキャビテーションが
発生し、正常な生体組織を破壊するおそれがある。ま
た、収束度も通常のパルスの時に比べて悪くなる。
そこで、従来の装置においてはセラミック振動子の裏面
にダンピング材を張り合わせ、振動子のＱを極端に小さ
くして広帯域化をはかる事により、第11図（ａ）（ｂ）
に示す様に、同図（ａ）の駆動パルス波形にほぼ相似
で、かつ負の音圧の小さい同図（ｂ）の振動波形を作り
出すといった工夫がなされている。また別の対策例とし
て、第12図に示す様な振動子のインピーダンス特性８が
共振周波数fc以下のフラットな部分（広帯域の部分）９
を使用してパルス駆動を行ない、理想波形に近い振動波
形を実現させているものもある。
にダンピング材を張り合わせ、振動子のＱを極端に小さ
くして広帯域化をはかる事により、第11図（ａ）（ｂ）
に示す様に、同図（ａ）の駆動パルス波形にほぼ相似
で、かつ負の音圧の小さい同図（ｂ）の振動波形を作り
出すといった工夫がなされている。また別の対策例とし
て、第12図に示す様な振動子のインピーダンス特性８が
共振周波数fc以下のフラットな部分（広帯域の部分）９
を使用してパルス駆動を行ない、理想波形に近い振動波
形を実現させているものもある。
ところが上記二例のうち、前者においてはダンピング材
を張り合わせることにより広帯域化をはかっている為、
変換効率が非常に悪くなるという問題がある。また後者
においては振動子インピーダンスが高くてかつＱの小さ
い領域を使用するものであるため、前者と同様に変換効
率が悪いという問題があった。
を張り合わせることにより広帯域化をはかっている為、
変換効率が非常に悪くなるという問題がある。また後者
においては振動子インピーダンスが高くてかつＱの小さ
い領域を使用するものであるため、前者と同様に変換効
率が悪いという問題があった。
そこで本発明は、負の音圧が小さく収束度の高い振動波
形の超音波衝撃波を発生させ得、生体への安全性が高く
かつ適確な治療を施し得る上、変換効率が高く消費電力
が少なくて済む、超音波治療装置を提供することを目的
とする。
形の超音波衝撃波を発生させ得、生体への安全性が高く
かつ適確な治療を施し得る上、変換効率が高く消費電力
が少なくて済む、超音波治療装置を提供することを目的
とする。
本発明は前記問題点を解決し目的を達成するために次の
ような手段を講じた。すなわち、超音波送波器を構成す
る如く配列された複数の振動子の各共振周波数を、前記
超音波送波器の中心軸からの距離に応じて振動子ごとに
異ならせ、一定周波数範囲に分散配置するようにした。
ような手段を講じた。すなわち、超音波送波器を構成す
る如く配列された複数の振動子の各共振周波数を、前記
超音波送波器の中心軸からの距離に応じて振動子ごとに
異ならせ、一定周波数範囲に分散配置するようにした。
このような手段を講じたことにより、振動子のＱを高く
設定して変換効率を高く保ったまま、負の音圧の小さい
振動波形の発生が可能となる。その結果、生体中でのキ
ャビテーションが発生しにくくなり、生体への安全性を
高める事ができる。また、収束点における収束度も高く
なり、患部を適確に治療し得ると共に、治療部以外への
影響が低下するため、更に安全性を高める事ができる。
設定して変換効率を高く保ったまま、負の音圧の小さい
振動波形の発生が可能となる。その結果、生体中でのキ
ャビテーションが発生しにくくなり、生体への安全性を
高める事ができる。また、収束点における収束度も高く
なり、患部を適確に治療し得ると共に、治療部以外への
影響が低下するため、更に安全性を高める事ができる。
第１図は本発明の一実施例を示す図で超音波送波器10の
正面図である。図示の如くこの超音波送波器10は、複数
のリング状振動子11,12〜が球面状に配列されたものと
なっている。上記各振動子の共振周波数fcは、第２図に
示すように超音波送波器10の中心から外部方向に向かっ
て距離ｌが増大するのに伴って、振動子配列個数（配列
面積）に対応して漸増するように分散配置されている。
この様な構成の送波器10をパルスで励振させ、超音波衝
撃波を生体中において収束させた場合、収束点における
音圧分布は次のようになる。
正面図である。図示の如くこの超音波送波器10は、複数
のリング状振動子11,12〜が球面状に配列されたものと
なっている。上記各振動子の共振周波数fcは、第２図に
示すように超音波送波器10の中心から外部方向に向かっ
て距離ｌが増大するのに伴って、振動子配列個数（配列
面積）に対応して漸増するように分散配置されている。
この様な構成の送波器10をパルスで励振させ、超音波衝
撃波を生体中において収束させた場合、収束点における
音圧分布は次のようになる。
第３図は超音波衝撃波の収束点における音圧分布を考察
するために示した装置の概略図である。なお説明を簡単
にする為に、第３図においては振動子11,12〜が一次元
的に配列されているものとする。図中の符号13はパルス
発生器であり、14は発生した超音波の位相が収束点で一
致する様に微調整を行なう為の遅延線である。
するために示した装置の概略図である。なお説明を簡単
にする為に、第３図においては振動子11,12〜が一次元
的に配列されているものとする。図中の符号13はパルス
発生器であり、14は発生した超音波の位相が収束点で一
致する様に微調整を行なう為の遅延線である。
今、送波器10の中心軸15、すなわち振動子11,12〜から
発生させられる超音波パルスの中心軸の方向の空間周波
数成分fAが第４図に示す様に、直線ステップ状に２個分
布しているとすると、収束点における中心軸15の方向の
音圧分布Ｐ（ｘ）は、 で示される。なおfLはステップ周波数のうち最も低い周
波数を示し、Δｆは周波数のステップ幅を示す。
発生させられる超音波パルスの中心軸の方向の空間周波
数成分fAが第４図に示す様に、直線ステップ状に２個分
布しているとすると、収束点における中心軸15の方向の
音圧分布Ｐ（ｘ）は、 で示される。なおfLはステップ周波数のうち最も低い周
波数を示し、Δｆは周波数のステップ幅を示す。
上式によると、収束点の音圧分布は第５図に示す様なも
のとなる。すなわち負の音圧が小さい上、パルス幅が比
較的小さく収束度が高いものとなる。
のとなる。すなわち負の音圧が小さい上、パルス幅が比
較的小さく収束度が高いものとなる。
次に中心軸15と垂直な方向、つまり方位方向の音圧分布
について考察する。振動子11,12〜から発生させられる
超音波パルスの方位方向における空間周波数成分fBは、
近似的に第６図に示す様な直線ステップ状の周波数にて
表わされる。第６図に示すように、送波器10の中心にあ
る振動子の方位方向の空間周波数成分f0は零となる。つ
まり、収束点における方位方向の音圧分布は上式にfL＝
０を代入したものとなる。これを図で表わすと第７図の
様になる。すなわち負の音圧がやはり小さく、パルス幅
も狭いものとなる。
について考察する。振動子11,12〜から発生させられる
超音波パルスの方位方向における空間周波数成分fBは、
近似的に第６図に示す様な直線ステップ状の周波数にて
表わされる。第６図に示すように、送波器10の中心にあ
る振動子の方位方向の空間周波数成分f0は零となる。つ
まり、収束点における方位方向の音圧分布は上式にfL＝
０を代入したものとなる。これを図で表わすと第７図の
様になる。すなわち負の音圧がやはり小さく、パルス幅
も狭いものとなる。
なお各振動子11,12〜の共振周波数を分散配置する場合
において、励振パルスの振幅や振動子の配列個数に重み
づけをする事により、超音波振動波形の負の音圧を更に
減少させる事ができる。例えば、第８図（ａ）に示す様
に、低い周波数成分の振幅を大きくすると、同図（ｂ）
のようにパルス幅は広くなるが、負の音圧が更に抑制さ
れた振動波形を得ることができる。
において、励振パルスの振幅や振動子の配列個数に重み
づけをする事により、超音波振動波形の負の音圧を更に
減少させる事ができる。例えば、第８図（ａ）に示す様
に、低い周波数成分の振幅を大きくすると、同図（ｂ）
のようにパルス幅は広くなるが、負の音圧が更に抑制さ
れた振動波形を得ることができる。
なお本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である
のは勿論である。
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である
のは勿論である。
本発明によれば次のような効果を奏する。
収束点における超音波衝撃波の振動波形が、負の音圧
の小さいものとなる為、生体中でのキャビテーションの
発生がなくなり、生体への安全性が高まる。
の小さいものとなる為、生体中でのキャビテーションの
発生がなくなり、生体への安全性が高まる。
収束点における超音波衝撃波の振動波形がパルス幅の
狭いものとなるので、超音波衝撃波の治療部への収束度
が高くなり、適確な治療を施し得る上、他の生体組織へ
の安全性が高まる。
狭いものとなるので、超音波衝撃波の治療部への収束度
が高くなり、適確な治療を施し得る上、他の生体組織へ
の安全性が高まる。
Ｑの高い振動子が使用できるので変換効率が良く、低
消費電力となり、装置が簡単になる。
消費電力となり、装置が簡単になる。
第１図〜第８図（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例を示す
図で、第１図は超音波送波器の正面図、第２図は各振動
子の共振周波数の分散配置状態を示す図、第３図は超音
波衝撃波の収束点における音圧分布を考察するために示
した装置の概略図、第４図は超音波パルスの中心軸方向
の空間周波数成分の分布状態を示す図、第５図は第４図
に対応した収束点の音圧分布を示す図、第６図は超音波
パルスの中心軸とは垂直な方位方向の空間周波数成分の
分布状態を示す図、第７図は第６図に対応した収束点の
音圧分布を示す図、第８図（ａ）（ｂ）は低周波数帯域
の振幅を大きく変調させた場合の超音波振動波形を示す
図である。第９図〜第12図は従来技術を示す図で、第９
図は超音波送波器の断面図、第10図〜第12図は従来技術
の欠点を説明するための図である。 10……超音波送波器、11,12〜……複数のリング状振動
子、13……パルス発生器、14……遅延線、15……送波器
の中心軸、fc……共振周波数、fA……中心軸方向の空間
周波数成分、fB……方位方向の空間周波数成分、fL……
最低周波数、ｌ……送波器中心からの距離。
図で、第１図は超音波送波器の正面図、第２図は各振動
子の共振周波数の分散配置状態を示す図、第３図は超音
波衝撃波の収束点における音圧分布を考察するために示
した装置の概略図、第４図は超音波パルスの中心軸方向
の空間周波数成分の分布状態を示す図、第５図は第４図
に対応した収束点の音圧分布を示す図、第６図は超音波
パルスの中心軸とは垂直な方位方向の空間周波数成分の
分布状態を示す図、第７図は第６図に対応した収束点の
音圧分布を示す図、第８図（ａ）（ｂ）は低周波数帯域
の振幅を大きく変調させた場合の超音波振動波形を示す
図である。第９図〜第12図は従来技術を示す図で、第９
図は超音波送波器の断面図、第10図〜第12図は従来技術
の欠点を説明するための図である。 10……超音波送波器、11,12〜……複数のリング状振動
子、13……パルス発生器、14……遅延線、15……送波器
の中心軸、fc……共振周波数、fA……中心軸方向の空間
周波数成分、fB……方位方向の空間周波数成分、fL……
最低周波数、ｌ……送波器中心からの距離。
Claims (1)
- 【請求項１】超音波送波器を構成する如く配列された複
数の振動子の各共振周波数を、前記超音波送波器の中心
軸からの距離に応じて各振動子ごとに異ならせ、一定周
波数範囲に分散配置したことを特徴とする超音波治療装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62067519A JPH0710263B2 (ja) | 1987-03-21 | 1987-03-21 | 超音波治療装置 |
| US07/167,356 US4907573A (en) | 1987-03-21 | 1988-03-14 | Ultrasonic lithotresis apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62067519A JPH0710263B2 (ja) | 1987-03-21 | 1987-03-21 | 超音波治療装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63234959A JPS63234959A (ja) | 1988-09-30 |
| JPH0710263B2 true JPH0710263B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=13347306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62067519A Expired - Fee Related JPH0710263B2 (ja) | 1987-03-21 | 1987-03-21 | 超音波治療装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0710263B2 (ja) |
-
1987
- 1987-03-21 JP JP62067519A patent/JPH0710263B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63234959A (ja) | 1988-09-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |