JPS6053131A - 超音波気泡の発生装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は超音波による気泡の発生・利用方式に係り、特
に生体等に適用した場合、安全な低い圧力下で気泡径を
制御し、任意の気泡径を作る方式及び泡径に着目して種
々の測定を行う方式に関する。

〔発明の従来技術〕

従来、超音波により気泡が生成できることは知られてい
たがその泡径を制御することは困難であった。

唯一つの方法は、媒体の表面張力・粘性・密度・熱力学
定数・周囲圧力・温度等に対して、印加超音波の周波数
を選択することによって泡径を制御できるにとどまって
いる。

今、微小な気泡が既に存在したか、又は新たに溶解ガス
から遊離等によって作られるとする。この原始泡は、超
音波の照射によって種々の過程で成長し、その泡径が増
加して超音波の周波数によって泡径が共振的に変動する
。

共振平均泡径に達し、更に成敗すると、共振は消失し、
ある平衡した最終泡径になって安定する。

その情況はＤｒ、Ｌａｕｒｅｎｃｅ　Ｃｒｕｍによれば
、第１図の如くである。

この場合最終泡径より大きなン但が存在したとすると、
泡中の気体の周囲溶液への溶解により、その径は段々に
減少しやはり最終泡径に近づく　（詳細は後述）。

従って、特定の媒体の特定環境（周囲圧力・温度）にお
いては超音波の周波数によって泡径を制御することがで
きる。最終泡径については十分なデータがないが共振泡
径と周波数の関係は第２図の如くである。

しかし、一般的に気泡の発生、成長には限界音圧があり
、その限界（スレッショルド）以上の音圧の超音波を用
いないと気泡を発生、成長させることができない。又こ
の限界音圧ば、周波数が高くなると共に上昇する（第３
図）。第３図において、（イ）は十分にばっ気した水に
ついて、（ロ）は十分に空気を含ませた水についての、
周波数と限界音圧との関係を示す。上記の方法を生体の
血液等に適用すると、気泡が毛細管（キャピラリ波数は
０．５〜１．５ＭＨｚ程度とする必要がある。

この周波数での気泡の発生、成長を可能とするためには
、音圧は１０〜５０気圧程度必要となる。

この音圧は人体等の生体に対しては過大であり生体組織
の超音波による損傷が生じるという問題があった・ 〔発明の目的〕 本発明目的は、生体等に適用可能な低い音圧で、しかも
任意の泡径の微小な気泡を発生する方式を提供するにあ
る。

〔発明の要点〕

本発明は、気泡発生、成長用の比較的低い周波数の超音
波以外に、気泡径制御用のより周波数の高い超音波を重
畳することによって、低い音圧で、より微小な制御され
た気泡を発生ずるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

生体血液中に気泡を発生し、その気泡を超音波影像装置
の造影剤として用いたり、ドプラー血流速測定に用いた
り、その泡径から血圧を測定したりすることは極めて有
効な方法である。

しかし生体に超音波エネルギーによる↑ｎ傷を与えない
こと。気泡径が血球径とほぼ同しかそれ以下であって、
毛細管を容易に通過し血流閉塞を行さないことが必要で
ある。

第３図から１．　ＯＫ　〜１００　Ｋ　Ｔ−Ｔ　ｚ以下
の附勢超音波を用いて初期気泡の発生、成長を行えば安
全な低い音圧範囲内にあることが判る。もし生体内の特
定部位にある血管中に気泡を発生させたい時は、超音波
を集束する必要があり、このため凹面振動子等を用いる
が、この振動子開口径が生体中での波長に対して十分大
きくないと集束の効果が表われない。生体中音速は１５
００ｍ／秒であり、１０に〜１ＯＯＫＨｚの波長は１５
０〜１５ｍｍであり、振動子開口は人体に対し適用可能
な大きさとなる。１０ＫＨｚ以下では開口は過大となる
。

この様な超音波によって発生、成長された気泡に更に第
１図に示す様な泡径制御用の０．５〜１．５Ｍ　Ｈｚ程
度の超音波を重畳する。第１図のカーブ（イ）は初期径
１μｍの気泡のＩ　Ｍ　ＨｚのＩＯＷ／　ｃ　ｔｒｉ”
の音エネルギーでの行動を示す（尚、ＩＷ／　ｃ　ｍ？
は約１気圧の音圧に相当する）。大気圧下。

附勢超音波のない場合で、約１５ｍ５ｅｃ後に共振平均
泡径的３．５μｍになり、更に成長して共振が消え約１
５ｍ５ｅｃ後に最終泡径的５μｍに到達することを示し
ている。このカーブ（イ）は平均気泡径をＲとするとＲ
＝Ｒｏ　（ｔ）（１４ｘ　（ｔ）ＣＯ３２πｆｔ）で表
わされ、ｘ　（ｔ）はカーブ（ハ）に示す如（である。

又、カーブ（ロ）の如く１０μｍの大きな泡は逆に減少
してやはり同一の最終泡径になる。この様に最終泡径は
、特定の媒体・特定の環境静圧・温度下では印加超音波
の周波数に対し、はぼ逆比例的な関係で制御される。Ｉ
ｌ＋４勢超音波の重畳下では、整流拡散現象のためより
低い泡径制御超音波音圧（１気圧以下）でこの現象が発
生ずる。すなわち附勢超音波の負圧半サイクルで代置し
た泡径は正圧半サイクルで減少する泡径よりも大きいた
めである。又負圧半サイクルばＩ　ＯＫ　Ｈｚでは５０
ｍｓ　ｅ　ｃとなり、その半サイクルのみでも十分に成
長する時間余裕がある。

この泡径制御用超音波は、０．５〜２　Ｍ　Ｈｚ程度で
あり、一般医療用超音波機器の振動子とほぼ同一のもの
を使用することができ、１０〜３Ｑｍｍ径程度で十分な
集束が得られる。したがって容易に生体内特定部位の血
管に附勢用超音波集束域と泡径超音波集束域を重ねるこ
とができる。

血液は、毎秒１〜２回程度拍動して流れるが、急激な拍
動流が１００〜２００ｍ５ｅｃあり、その残りの時間３
００〜８００ｍｓはほとんど停滞している。この停滞期
に同期して超音波を照射することで、第１図かられかる
様に十分な最終泡径の気泡をうろことができる。

なお、拍動によってこの照射部位で発生した気泡は流動
し無照射部位に至った時、ある時間後には表面張力のた
め泡径は減少し、最終的には削減する。このため毛細管
閉塞を生じる危険はない。

附勢振動子、泡径制御振動子は、ＰＺＴ等の圧電材料で
容易に作製可能である。

附勢振動子、泡径制御振動子は夫々別々につくられてい
てもよいし、附勢振動子の大きな開口の一部、例えば中
央等に穴をつくり、その中に泡径制御振動子をはめこん
だり、一体としたりしてつくることもできる。

又人体面の凹凸に対して適合する様に超音波伝達液（例
えば水、エチレングリコール水溶液３等）を内蔵する袋
を併用したり、振動子前面に一体として附加したりする
ことができる。

第４図に本発明の一実施例ブロック図を示す。

図中、１は超音波振動子であり、１１はＰＺＴ等の圧電
素子、１２４Ｊ：共通電極、１３ば周辺の１ニ一発生・
成長用の附勢超音波を駆動するアンプ、３は附勢用超音
波（例えば１０〜１００　Ｋ　［１ｚ　）のための発振
器、４は泡径制御用超音波を駆動するアンプ、５は泡径
制御用超音波（例えば０．５〜２Ｍ　Ｈｚ　）のための
発振器、５１は所望の泡径に対応するよう周波数を調整
するためのホリウム、２１．４１は眼幅制御用ポリウム
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば低い音圧で、しかも制御された比較的微
小な泡径の気泡を作ることができるので、生体内のＩｆ
ｎ液等に用いて安全な気泡発生方式を提供することがで
き、且つ各種の測定等に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

つｈ−シを−１で６１丁 鰭５ＩＦ−圧 １０１０（Ｉ　ＩｔＣｌＯｋ　／ｍｋ　１Ｍ　１０Ｍ　
（’５）婆　３　図 １７６− 滓４目

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気泡発生用の第１の周波数の超音波音場に、該第１の周
   波数より高い第２の周波数の気泡径制御用の超音波音場
   を重畳することを特徴とする超音波気泡発生方式。