JPH0714410B2 - 超音波照射装置 - Google Patents
超音波照射装置Info
- Publication number
- JPH0714410B2 JPH0714410B2 JP61100901A JP10090186A JPH0714410B2 JP H0714410 B2 JPH0714410 B2 JP H0714410B2 JP 61100901 A JP61100901 A JP 61100901A JP 10090186 A JP10090186 A JP 10090186A JP H0714410 B2 JPH0714410 B2 JP H0714410B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- irradiation device
- tracks
- track
- ultrasonic irradiation
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- Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)
- Surgical Instruments (AREA)
- Disintegrating Or Milling (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波加熱装置・超音波化学反応促進装置・
超音波破砕装置などの超音波照射装置に係り、特に、悪
性腫瘍の治療に好適な超音波療法装置に関する。
超音波破砕装置などの超音波照射装置に係り、特に、悪
性腫瘍の治療に好適な超音波療法装置に関する。
［従来の技術］ 医療をはじめとする超音波照射の各応用分野において、
単フォーカスによる超音波焦域では、目的とする照射領
域の大きさと比較して狭すぎる場合が、しばしばある。
このような場合に適する超音波音場形成技術としては、
日本超音波医学会講演論文集第47巻（昭和60年11月発
行）521〜522ページ記載のラジカル分割アレイ型超音波
探触子を用いて円環状の焦域を形成する技術が、従来、
知られている。
単フォーカスによる超音波焦域では、目的とする照射領
域の大きさと比較して狭すぎる場合が、しばしばある。
このような場合に適する超音波音場形成技術としては、
日本超音波医学会講演論文集第47巻（昭和60年11月発
行）521〜522ページ記載のラジカル分割アレイ型超音波
探触子を用いて円環状の焦域を形成する技術が、従来、
知られている。
［発明が解決しようとする問題点］ 上記の技術による装置は、例えば、第２図のように、焦
点距離ZFの音響レンズＬに接着されたドーナツ板状のＮ
セクタに分割された圧電体と、圧電体素子T1〜TNそれぞ
れに接続された駆動アンプA1〜ANと、角速度ωの正弦波
S0に次式の位相シフトβ１〜βＮを与えて駆動アンプ入
力信号とする回路より成る。
点距離ZFの音響レンズＬに接着されたドーナツ板状のＮ
セクタに分割された圧電体と、圧電体素子T1〜TNそれぞ
れに接続された駆動アンプA1〜ANと、角速度ωの正弦波
S0に次式の位相シフトβ１〜βＮを与えて駆動アンプ入
力信号とする回路より成る。
βＫ＝ｎ［θＫ＋φ（θＫ）］ …（１） ここで、θＫはｋ番目の素子の角度座標である。
超音波周波数0.5MHz、内径r0＝20mm、外径r1＝60mm、焦
点距離ZF＝80mm、素子数Ｎ＝64の探触子を用い、位相回
転モードｎ＝８１φ（θ）＝０としたときの音場のＺ軸
を含む面上の音圧分布（音圧の絶対値の分布）の鳥瞰図
・等圧線図により第３図・第４図に示した。第４図の斜
線部の円筒状領域は、音圧ピーク値を0dBとするときの
音圧が−5dB以上の領域であり、焦域を示す。
点距離ZF＝80mm、素子数Ｎ＝64の探触子を用い、位相回
転モードｎ＝８１φ（θ）＝０としたときの音場のＺ軸
を含む面上の音圧分布（音圧の絶対値の分布）の鳥瞰図
・等圧線図により第３図・第４図に示した。第４図の斜
線部の円筒状領域は、音圧ピーク値を0dBとするときの
音圧が−5dB以上の領域であり、焦域を示す。
上記の技術では、位相回転モードｎを調節することによ
り、ｎにほぼ比例する円筒状焦域の半径を可変とするこ
とができるが、実用目的に適する焦域の形状を保ちなが
ら焦域半径を大きくするには限界があった。そこで、本
発明の目的は、上記の技術を改良することにより、焦域
半径の限界を拡げることにある。
り、ｎにほぼ比例する円筒状焦域の半径を可変とするこ
とができるが、実用目的に適する焦域の形状を保ちなが
ら焦域半径を大きくするには限界があった。そこで、本
発明の目的は、上記の技術を改良することにより、焦域
半径の限界を拡げることにある。
［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、すでにＮセクタに分割された圧電体をさら
にＭトラック（Ｍ≧２）に分割し、それぞれ独立に駆動
できるアンプを接続し、駆動位相を焦点面上半径の大き
なところにおいて各トラックからの音波が互いに強めあ
うように制御することにより達成される。
にＭトラック（Ｍ≧２）に分割し、それぞれ独立に駆動
できるアンプを接続し、駆動位相を焦点面上半径の大き
なところにおいて各トラックからの音波が互いに強めあ
うように制御することにより達成される。
［作用］ 圧電体のｍ番目（１≦ｍ≦Ｍ）のトラックから発した音
波が焦点面上（焦点距離ZF）に形成する音場を求める。
ｍ番目のトラックの内径をrm0、外径をrm1とするとき、
そのｋ番目のセクタを（１）式で与えられる位相βＫに
より駆動すると、焦点面上にはｎ次ベセル関数Jn（αｍ
Ｒ）で近似される音圧絶対値の分布を持つ音場が形成さ
れる。
波が焦点面上（焦点距離ZF）に形成する音場を求める。
ｍ番目のトラックの内径をrm0、外径をrm1とするとき、
そのｋ番目のセクタを（１）式で与えられる位相βＫに
より駆動すると、焦点面上にはｎ次ベセル関数Jn（αｍ
Ｒ）で近似される音圧絶対値の分布を持つ音場が形成さ
れる。
ここで、 Ｒは半径、ｋは超音波波数であり、また、（１）式にお
いてφ（θ）＝０とおいた。さらに、ｍ番目のトラック
の形成するJn（αｍＲ）型音場の第ｌ極大（２≦ｌ＜N/
2）と、（ｍ＋１）番目のトラックの形成するJn（α
ｍ＋１Ｒ）型音場の第（ｌ＋１）極大とが互いに強めあ
うような駆動位相の差をトラック間に与えると、トラッ
ク間の位相差零のときに比べて大きな半径を持つ焦域が
形成される。
いてφ（θ）＝０とおいた。さらに、ｍ番目のトラック
の形成するJn（αｍＲ）型音場の第ｌ極大（２≦ｌ＜N/
2）と、（ｍ＋１）番目のトラックの形成するJn（α
ｍ＋１Ｒ）型音場の第（ｌ＋１）極大とが互いに強めあ
うような駆動位相の差をトラック間に与えると、トラッ
ク間の位相差零のときに比べて大きな半径を持つ焦域が
形成される。
以下、実施例を参照して、本発明をさらに詳しく説明す
る。
る。
［実施例］ 本発明の一実施例における超音波探触子およびその周辺
回路の構成を第１図の探触子上面図・結線図ならびに探
触子断面図を用いて説明する。焦点距離ZFの軽金属より
成る音響レンズＬに接着された内径r0外径r1のドーナツ
板状の圧電セラミクスまたは圧電性結晶より成る圧電体
は、Ｎ個のセクタに分割され、半径r2の切断円周により
２個のトラックに分割されることにより、T11〜T1N，T
12〜TN2の素子に分割されている。それぞれの素子は駆
動アンプA11〜AN1，A12〜AN2に電気的に接続されてお
り、その入力信号は、角速度ωの正弦波S0に素子によっ
て独立な位相シフトβ11〜βN1，β12〜βN2が与えられ
たものである。ここで、βKm（ｋ＝1,……,N;m＝1,2）
は、（１）式と同様に、 βKm＝ｎ［θＫ＋φ（θＫ）］＋ψｍ …（３） であり、θＫはｋ番目の素子の角度座標である。
回路の構成を第１図の探触子上面図・結線図ならびに探
触子断面図を用いて説明する。焦点距離ZFの軽金属より
成る音響レンズＬに接着された内径r0外径r1のドーナツ
板状の圧電セラミクスまたは圧電性結晶より成る圧電体
は、Ｎ個のセクタに分割され、半径r2の切断円周により
２個のトラックに分割されることにより、T11〜T1N，T
12〜TN2の素子に分割されている。それぞれの素子は駆
動アンプA11〜AN1，A12〜AN2に電気的に接続されてお
り、その入力信号は、角速度ωの正弦波S0に素子によっ
て独立な位相シフトβ11〜βN1，β12〜βN2が与えられ
たものである。ここで、βKm（ｋ＝1,……,N;m＝1,2）
は、（１）式と同様に、 βKm＝ｎ［θＫ＋φ（θＫ）］＋ψｍ …（３） であり、θＫはｋ番目の素子の角度座標である。
超音波周波数0.5MHz、内径r0＝20mm、外径r1＝60mm、切
断周の半径r2＝40mm、焦点距離ZF＝80mm、セクタ数Ｎ＝
32、トラック数Ｍ＝２の探触子を用い、位相回転モード
数ｎ＝８、トラック間位相差ψ２−ψ１＝135°とした
ときに形成される音場を第５図・第６図に示す。第３図
・第４図と同様、ｚ軸を含む平面上における音圧の絶対
値の分布の島瞰図を第５図に、等圧線図を第６図に示
し、さらに第６図には、音圧ピーク値を0dBとするとき
の音圧が−5dB以上となる領域を斜線部により示した。
第３図・第４図の音場における焦域の焦点面の最大直径
が20mmであるのに対し、第５図・第６図の音場では25mm
と大きくなっている。また、癌治療の対象となる腫瘍の
形は、大きさが20mm程度以下のとき球形に近い場合が多
いが、第５図・第６図の焦域は、第３図・第４図の焦域
と比較し、そのような腫瘍に超音波照射を行なう場合
に、より適した形状を持っている。
断周の半径r2＝40mm、焦点距離ZF＝80mm、セクタ数Ｎ＝
32、トラック数Ｍ＝２の探触子を用い、位相回転モード
数ｎ＝８、トラック間位相差ψ２−ψ１＝135°とした
ときに形成される音場を第５図・第６図に示す。第３図
・第４図と同様、ｚ軸を含む平面上における音圧の絶対
値の分布の島瞰図を第５図に、等圧線図を第６図に示
し、さらに第６図には、音圧ピーク値を0dBとするとき
の音圧が−5dB以上となる領域を斜線部により示した。
第３図・第４図の音場における焦域の焦点面の最大直径
が20mmであるのに対し、第５図・第６図の音場では25mm
と大きくなっている。また、癌治療の対象となる腫瘍の
形は、大きさが20mm程度以下のとき球形に近い場合が多
いが、第５図・第６図の焦域は、第３図・第４図の焦域
と比較し、そのような腫瘍に超音波照射を行なう場合
に、より適した形状を持っている。
第７図には、また、本発明の実施例のうち他の一例にお
ける超音波探触子およびその周辺回路の構成を、第１図
と同様に示した。第１図との相違点は、圧電素子そのも
のを球面に近い形状に配列し、音響レンズＬの変わりに
軽金属より成る音響整合層Ｍを用いている点であり、よ
り高い音響変換効率を得やすい構成をとっている。圧電
素子１つ１つの形状は生産性の点から平板が望ましい
が、本発明のようにセクタ方向だけでなくトラック方向
に分割することにより、平板型圧電素子を用いながらも
高い変換効率を得やすい構成とすることができる。
ける超音波探触子およびその周辺回路の構成を、第１図
と同様に示した。第１図との相違点は、圧電素子そのも
のを球面に近い形状に配列し、音響レンズＬの変わりに
軽金属より成る音響整合層Ｍを用いている点であり、よ
り高い音響変換効率を得やすい構成をとっている。圧電
素子１つ１つの形状は生産性の点から平板が望ましい
が、本発明のようにセクタ方向だけでなくトラック方向
に分割することにより、平板型圧電素子を用いながらも
高い変換効率を得やすい構成とすることができる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、従来技術と比較
し悪性腫瘍などの形状により適した形状と、より大きな
範囲にわたって可変な大きさを有する焦域をもつ音場を
形成することができる。従って、本発明によれば、悪性
腫瘍の治療などにより好適な超音波照射装置を実現する
ことができる。
し悪性腫瘍などの形状により適した形状と、より大きな
範囲にわたって可変な大きさを有する焦域をもつ音場を
形成することができる。従って、本発明によれば、悪性
腫瘍の治療などにより好適な超音波照射装置を実現する
ことができる。
第１図は、本発明の一実施例における超音波探触子なら
びに駆動回路の構成の図、第２図は、本発明に最も近い
公知例における超音波探触子ならびに駆動回路の構成の
図、第３図・第４図は、第２図の構成の装置により形成
される音場の音圧分布の図、第５図・第６図は、第１図
の構成の装置により形成される音場の音圧分布の図、第
７図は他の一実施例における超音波探触子ならびに駆動
回路の構成の図。 T1〜TN，T11，T12，T12〜TN2…圧電素子、A1〜AN，A11
〜AN1，A12〜AN2…駆動アンプ、β１〜βＮ，β11〜β
N1，β12〜βN2…移相器、S0…正弦波信号、Ｌ…音響レ
ンズ、Ｃ…水袋、Ｍ…音響整合層
びに駆動回路の構成の図、第２図は、本発明に最も近い
公知例における超音波探触子ならびに駆動回路の構成の
図、第３図・第４図は、第２図の構成の装置により形成
される音場の音圧分布の図、第５図・第６図は、第１図
の構成の装置により形成される音場の音圧分布の図、第
７図は他の一実施例における超音波探触子ならびに駆動
回路の構成の図。 T1〜TN，T11，T12，T12〜TN2…圧電素子、A1〜AN，A11
〜AN1，A12〜AN2…駆動アンプ、β１〜βＮ，β11〜β
N1，β12〜βN2…移相器、S0…正弦波信号、Ｌ…音響レ
ンズ、Ｃ…水袋、Ｍ…音響整合層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−231651（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−147443（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−146065（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−293455（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】同心円状に分割され配列された複数の環状
のＭトラック（Ｍ≧２とする）からなり、前記各トラッ
クがトラックの周方向にＮセクタ（Ｎ≧８）に分割され
てなる２次元アレイ型超音波探触子と、前記Ｍトラック
・Ｎセクタそれぞれを構成する素子を駆動する駆動回路
と、前記各素子を駆動する駆動信号の位相及び振幅を制
御する制御回路とを具備し、所定の焦点距離の位置の焦
点面に環状の焦点を形成することを特徴とする超音波照
射装置。 - 【請求項２】前記駆動回路は前記各素子を駆動する位相
を、前記焦点面上での半径の大なる位置において、前記
各トラックからの超音波がお互いに強めあうように制御
することを特徴とする特許請求の範囲の第１項に記載の
超音波照射装置。 - 【請求項３】前記トラックのうちｍ番目のトラック（１
≦ｍ≦Ｍ−１）からの超音波が前記焦点面に形成するベ
セル型音場の第１極大（２≦ｌ＜N/2）と、前記トラッ
クのうち（ｍ＋１）番目のトラックからの超音波が前記
焦点面に形成するベセル型音場の第（ｌ−１）極大とが
互いに強めあう位相により、前記駆動回路が前記各素子
を駆動することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の超音波照射装置。 - 【請求項４】前記超音波探触子から照射される超音波を
集束する音響媒体をさらに有し、前記音響媒体が音響レ
ンズからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の超音波照射装置。 - 【請求項５】前記各素子が平面上に配置されることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超音波照射装
置。 - 【請求項６】前記超音波探触子から照射される超音波を
集束する音響媒体をさらに有し、前記音響媒体が音響整
合層からなり、前記各素子が球面上に配置されることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超音波照射装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61100901A JPH0714410B2 (ja) | 1986-05-02 | 1986-05-02 | 超音波照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61100901A JPH0714410B2 (ja) | 1986-05-02 | 1986-05-02 | 超音波照射装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62258658A JPS62258658A (ja) | 1987-11-11 |
| JPH0714410B2 true JPH0714410B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=14286246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61100901A Expired - Fee Related JPH0714410B2 (ja) | 1986-05-02 | 1986-05-02 | 超音波照射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0714410B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10350439B2 (en) * | 2013-03-28 | 2019-07-16 | University Of Washington Through Its Center For Commercialization | Focused ultrasound apparatus and methods of use |
-
1986
- 1986-05-02 JP JP61100901A patent/JPH0714410B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62258658A (ja) | 1987-11-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |