CN111405927A - 超声波治疗装置 - Google Patents

Abstract

超声波治疗装置具备：多个超声波换能器；确定患部的位置的单元；根据所述确定的患部的位置，决定由所述多个超声波换能器放射的超声波的焦点的单元；以及驱动电路，其生成驱动信号，该驱动信号在独立的定时驱动所述多个超声波换能器，使得超声波在所决定的所述焦点聚焦。

Description

超声波治疗装置

技术领域

本发明涉及超声波治疗装置。

背景技术

已知当从动物的体表面施加物理刺激时，对创伤具有治疗效果。这是因为，由于物理刺激，通过细胞外基质在创伤周围的血管内皮细胞内部产生的机械应力(例如剪切应力或压力)促进血管生成或伤口闭合。

特别地，已知由于超声波可使成纤维细胞、血管内皮细胞或白细胞活化，因此对创伤具有很好的治疗效果。

例如，在日本特表2007-521053号公报中，公开了通过对涂敷了药物的患部照射超声波，对患部施加物理刺激的技术。

发明内容

发明所要解决的问题

在使用超声波进行物理刺激的治疗中，治疗时的感染风险成为问题。如果在治疗时发生感染，不仅会延长治愈的时间，还会使创伤恶化。

在日本特表2007-521053号公报中，由于将药物涂敷或喷雾到患部，因此在涂敷药物时产生感染风险。

本发明的目的是降低超声波治疗中的感染风险。

用于解决问题的手段

本发明的一个方式是一种超声波治疗装置，其中，所述超声波治疗装置具备：

多个超声波换能器；

确定患部的位置的单元；

根据所述确定的患部的位置，决定由所述多个超声波换能器放射的超声波的焦点的单元；以及

驱动电路，其生成驱动信号，该驱动信号在独立的定时驱动所述多个超声波换能器，使得超声波在所决定的所述焦点聚焦。

发明效果

根据本发明，能够降低使用超声波的治疗中的感染风险。

附图说明

图1是表示本实施方式的超声波治疗装置的结构的概要图。

图2是示出图1的控制器的功能的框图

图3是表示图1的超声波放射部的结构的概要图。

图4是图3的超声波换能器的驱动定时的决定方法的说明图。

图5是图3的相控阵的动作例1的概要图。

图6是图3的相控阵的动作例2的概要图。

图7是表示本实施方式的概要的概要图。

图8是本实施方式的超声波治疗装置的处理的流程图。

图9是用于开始使用本实施方式的超声波治疗装置的治疗的准备工序的说明图。

图10是图8的步骤S101的说明图。

图11是实施例1的说明图。

图12是实施例1的说明图。

图13是表示实施例1的实验结果的图。

图14是实施例2的说明图。

图15是表示实施例2的实验结果的图。

图16是实施例3的说明图。

图17是实施例3的说明图。

图18是实施例5的说明图。

图19是实施例6的说明图。

图20是表示实施例6的实验结果的图。

图21是实施例6的比较例的说明图。

图22是表示实施例6的比较例的实验结果的图。

图23是实施例8的说明图。

图24是表示实施例8的实验结果的图。

图25是表示实施例8的比较例的实验结果的图。

图26是表示变形例1的概要的概要图。

图27是表示变形例1的参数判定表的数据结构的图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的一个实施方式详细地进行说明。另外，在用于说明实施方式的附图中，原则上对相同的构成要素标注相同的标号，并省略其重复的说明。

(1)超声波治疗装置的结构

对本实施方式的超声波治疗装置的结构进行说明。图1是表示本实施方式的超声波治疗装置的结构的概要图。

图1的超声波治疗装置1构成为，通过朝向治疗对象OBJ放射超声波USW来治疗治疗对象OBJ的患部AP。治疗对象OBJ是人、人以外的动物(例如哺乳动物、鱼类、鸟类、两栖动物或爬行动物)或植物。

超声波治疗装置1具备控制器10和超声波放射部20。

控制器10与超声波放射部20连接。在控制器10的一面配置有操作部16和显示部17。

(1-1)控制器的结构

对本实施方式的控制器的结构进行说明。图2是示出图1的控制器的功能的框图。

如图2所示，控制器10具备存储装置11、处理器12、输入输出接口13、驱动电路15、操作部16和显示部17。

存储装置11构成为存储程序以及数据。存钱装置11例如是ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)以及寄存器(例如，闪存或硬盘)的组合。

程序例如包含以下程序。

·OS(Operating System：操作系统)的程序

·用于控制超声波放射部20的驱动应用程序的程序

数据例如包括以下数据。

·在信息处理中所参照的数据库

·通过执行信息处理得到的数据(即，信息处理的执行结果)

CPU12构成为通过启动存储在存储装置11中的程序来实现控制器10的功能。处理器12是计算机的一个例子。

输入输出接口13构成为从操作部16取得超声波治疗装置1的用户(例如使用超声波治疗装置1的医生或患者)的指示，并且向显示部17输出信息。

输入设备例如可以是键盘、指示器设备、触摸面板或它们的组合。

驱动电路15构成为按照处理器12的控制，生成用于驱动超声波放射部20的驱动信号。

操作部16构成为接受用户对控制器10的指示。

显示部17构成为显示由控制器10生成的图像。显示部17是液晶显示器。

(1-2)超声波放射部的结构

对本实施方式的超声波放射部的结构进行说明。图3是表示图1的超声波放射部的结构的概要图。

如图2所示，超声波放射部20具有多个超声波换能器21和照相机22。

照相机22构成为拍摄图像，并且生成拍摄到的图像的图像数据。

如图3所示，多个超声波换能器21构成相控阵(Phased array)FA。多个超声波换能器21配置在XZ平面(以下称为“阵列面”)上。

各超声波换能器21根据由驱动电路15生成的驱动信号而独立地振动。由此，从各超声波换能器21产生超声波。从多个超声波换能器21放射的超声波在空间上传播，并在空间上的焦点处聚焦。

控制器10通过单独地控制多个超声波换能器21c的驱动定时，对从各超声波换能器21c放射的超声波赋予相位差。焦点的位置和数量取决于该相位差。也就是说，控制器10可以通过控制相位差来改变焦点的位置和数量。

对本实施方式的超声波的相位差的形成方法进行说明。图4是图3的超声波换能器的驱动定时的决定方法的说明图。

在存储装置11中存储有超声波换能器21c(n)的坐标(x(n)、y(n)、z(n))，该超声波换能器21c(n)的坐标(x(n)、y(n)、z(n))表示超声波换能器21c(n)相对于相控阵FA的基准点(例如中心)在相控阵FA上的相对位置。n是表示超声波换能器21c的识别符(正整数)。

如图4所示，处理器12决定表示焦点FP相对于基准点的相对位置的焦点坐标(xfp，yfp，zfp)。

处理器12基于存储在存储装置11中的超声波换能器21c(n)的坐标(x(n)、y(n)、z(n))和焦点坐标(xfp、yfp、zfp)，计算超声波换能器21c(n)与焦点FP之间的距离r(n)。

处理器12使用式1，计算第n+1个驱动的超声波换能器21c(n+1)的驱动定时与第n个驱动的超声波换能器21c(n)的驱动定时的时间差(以下称为“驱动时间差”)ΔT(n+1)。

ΔT(n+1)＝－r(n+1)/c...(式1)

·c：音速

如上所述，处理器12使用焦点坐标(xfp，yfp，zfp)和存储在存储装置11中的坐标(x(n+1)，y(n+1)，z(n+1))，计算各超声波换能器21c(n+1)的驱动时间差ΔT(n+1)。处理器12根据该驱动时间差ΔT(n+1)，向各超声波换能器21c(n+1)供给驱动信号。各超声波换能器21c根据该驱动信号而被驱动。从各超声波换能器21c放射的超声波具有与驱动时间差ΔT(n+1)对应的相位差，因此在焦点FP聚焦。

(1-2-1)相控阵的动作例1(单焦点)

对本实施方式的相控阵的动作例1进行说明。图5是图3相控阵的动作例1的概要图。

如图5所示，在动作例1中，超声波换能器21a～21i的振动按照从两端部朝向中央的顺序在时间上延迟。

从相控阵FA放射具有与振动的时间延迟相对应的相位差的超声波USW1。超声波USW1在与相控阵FA相距焦距d1的焦点FP1处聚焦。

(1-2-2)相控阵的动作例2(多焦点)

对本实施方式的相控阵的动作例2进行说明。图6是图3的相控阵的动作例2的概要图。

如图6所示，在动作例2中，超声波换能器21a～21i被分为两组G1及G2。组G1由超声波换能器21a～21e构成。组G2由超声波换能器21f～21i构成。

在组G1(超声波换能器21a～21e)中振动按照从两端部朝向中央的顺序在时间上延迟。

从相控阵FA放射具有与振动的时间延迟相对应的相位差的超声波USW2a。超声波USW2a在与相控阵FA相距焦距d2a的焦点FP2a处聚焦。

组G2(超声波换能器21f～21i)按照从两端部朝向中央的顺序在时间上延迟。

从相控阵FA放射具有与振动的时间延迟相对应的相位差的超声波USW2b。超声波USW2b在与相控阵FA相距焦距d2b的焦点FP2b处聚焦。

另外，相控阵FA也可以形成3个以上的焦点。

(2)本实施方式的概要

对本实施方式的概要进行说明。图7是表示本实施方式的概要的概要图。

如图7所示，控制器10在确定了患部AP的位置后，基于患部AP的位置决定焦点FP。控制器10生成用于驱动超声波放射部20的驱动信号DRV，以使其放射在焦点FP处聚焦的超声波。

多个超声波换能器21根据由控制器10生成的驱动信号DRV，被独立地驱动，从而放射具有相位差的多个超声波USW。

多个超声波USW在焦点FP处聚焦。聚焦的超声波USW在焦点FP处产生声辐射压力ARP。由于焦点FP是基于患部AP的位置所决定的，因此声辐射压力ARP直接传递到患部AP。当声辐射压力ARP传递到患部AP时，产生细胞变形。通过该细胞变形，与血管形成有关的基因表达提高。由于该基因表达的提高，患部AP的血管生成加速。其结果，促进患部AP恢复。

这样，在本实施方式中，控制器10使超声波USW聚焦到根据患部AP的位置而决定的焦点FP上，由此，在焦点FP产生的声辐射压力ARP直接传播到患部AP。声辐射压力ARP直接传递到患部AP，而不经由介质(例如，喷雾药剂、药物或耦合凝胶(Coupling gel))。因此，不需要使超声波放射部20与患部AP接触，并且也不需要对患部AP涂敷药物。由此，能够降低使用超声波的治疗中的感染风险。

(3)超声波治疗装置的处理流程

对本实施方式的超声波治疗装置的处理流程进行说明。图8是本实施方式的超声波治疗装置的处理的流程图。图9是用于开始使用本实施方式的超声波治疗装置的治疗的准备工序的说明图。图10是图8的步骤S101的说明图。

如图9所示，当用户(例如，医生)将治疗对象OBJ配置在超声波换能器21的放射方向上与超声波换能器21相对的位置上，并且当对超声波治疗装置1进行了规定的操作(例如，显示在显示部17上的按钮对象17a的触摸操作)时，超声波治疗装置1开始图8的处理。

如图8所示，控制器10执行患部AP的形状的确定(S100)。

具体而言，照相机22拍摄患部AP的图像，并且生成拍摄到的图像的图像数据。

处理器12经由输入输出接口13取得由照相机22生成的图像数据。

处理器12通过对取得的图像数据执行图像分析(例如特征量分析)，确定患部AP的形状。

在步骤S100之后，控制器10执行患部AP的位置的确定(S101)。

对步骤S101的第1例进行说明。

如图10A所示，在显示部17上显示图像IMG1～IMG2。图像IMG1是在步骤S100中由照相机22拍摄的治疗对象OBJ的图像。IMG2是目标标记(Target marker)的图像。

用户为了使目标标记的位置与患部AP的位置一致，边看着显示在显示部17上的图像IMG1～IMG2边操作操作部16。

处理器12经由输入输出接口13取得与图像IMG2的位置对应的坐标信息。

处理器12基于所取得的坐标信息，确定三维空间中患部AP相对于相控阵FA的相对位置。

对步骤S101的第二例进行说明。

处理器12通过对在步骤S100中取得的图像数据执行图像分析(例如特征量分析)，确定三维空间中患部AP相对于相控阵FA的相对位置。

在步骤S101之后，控制器10执行焦点的决定(S102)。

具体而言，处理器12基于在步骤S100中确定的患部AP的形状，决定焦点FP的数量及配置。作为一例，在患部AP为点状的情况下，决定一个焦点FP。作为其他例子，在患部AP为面形状的情况下，在被患部AP的轮廓包围的区域所包含的位置决定多个焦点FP。

处理器12根据在步骤S101中确定的相对位置，决定从相控阵FA的中心到焦点FP的距离。

处理器12根据在步骤S101中确定的相对位置，决定焦点FP相对于相控阵FA的法线的角度。

根据该距离及角度，决定以相控阵FA的中心为原点的焦点FP的三维坐标。

在步骤S102之后，控制器10执行相位差计算(S103)。

具体而言，处理器12基于在步骤S102中决定的焦点FP的数量、配置、距离以及角度，计算用于使由多个超声波换能器21放射的超声波在焦点FP聚焦的相位差。

在步骤S103之后，控制器10执行超声波参数的决定(S104)。

具体而言，当用户通过对操作部16进行操作而将与超声波参数相关的用户指示提供给控制器10时，处理器12基于用户指示来决定超声波参数。

超声波参数包括以下参数。

·超声波的辐射时间

·超声波的振幅

·超声波的调制方式(AM(Amplitude Modulation)或FM(FrequencyModulation))

在步骤S104之后，控制器10执行声辐射压力的振动频率的决定(S105)。

具体而言，当用户通过对操作部16进行操作而向控制器10提供与声辐射压力的振动频率相关的用户指示时，处理器12基于用户指示来决定振动频率。振动频率例如是0～100Hz之间的值。

在步骤S105之后，控制器10执行驱动信号的生成(S106)。

具体而言，处理器12基于在步骤S103中计算出的相位差，独立地决定多个超声波换能器21各自的驱动定时(timing)。

处理器12根据在步骤S104中决定的超声波参数和在步骤S105中决定的振动频率，生成驱动信号。驱动信号例如具有脉冲波形或正弦波形。在驱动信号的信号波形为矩形波的情况下，基于在步骤S104中决定的放射时间来决定脉冲宽度。基于在步骤S104中决定的振幅来决定脉冲振幅。基于在步骤S105中决定的振动频率来决定脉冲频率。在驱动信号的信号波形是正弦波形的情况下，基于在步骤S104中决定的放射时间来决定波长。基于在步骤S104中决定的振幅来决定振幅。基于在步骤S105中决定的振动频率来决定频率。

驱动电路15根据各超声波换能器21的驱动定时，向各超声波换能器21输出驱动信号。

在步骤S106之后，超声波放射部20执行超声波放射(S107)。

具体而言，各超声波换能器21按照在步骤S106中输出的驱动信号，放射超声波USW。由基于在S103中计算出的相位差的驱动定时来决定驱动信号被输出到各超声波换能器21的定时。因此，从多个超声波换能器21放射的超声波USW具有在S103中计算出的相位差。

从各超声波换能器21放射的超声波USW在根据患部AP的位置而决定的焦点FP聚焦。在焦点FP聚焦的超声波USW在焦点FP处产生声辐射压力ARP(图7)。该声辐射压力ARP直接传递到患部AP。当声辐射压力ARP传递到患部AP时，与血管形成有关的基因表达提高。由于该基因表达的提高，患部AP的血管新生加速。其结果，促进患部AP的恢复。

(4)实施例

对本实施方式的实施例进行说明。

(4-1)实施例1(利用超声波的声辐射压力促进伤口闭合)

对本实施方式的实施例1进行说明。实施例1是关于利用超声波的声辐射压力ARP促进伤口闭合的例子。

以正常老鼠为对象，按照以下步骤生成正常创伤模型。首先，在进行了使用异氟烷的吸入麻醉的情况下，用动物用电动剃须刀和脱毛膏进行除毛。接着，在显微镜观察下，在皮筋膜上的两处，在背部正中对称地制作直径约6.5mm的皮肤全层缺损伤口AP(图11)。为了预防伴随身体运动而产生的创伤的伸展、变形，在创伤周围安装甜甜圈型的防缩用硅酮环，为了防止创伤部干燥，覆盖水蒸气透过性透明膜(创伤覆盖材料膜7μm厚)。确认对创伤部的照射位置IP(图12)，评价对一侧的创伤AP施加基于声辐射压力ARP的非接触·周期性的压力刺激(10Hz，90.6Pa，1小时/天，连续3天)的影响。作为伤口闭合评价，使用图像分析软件(ImageJ)，根据伤口边缘计算非上皮部位的面积，应用统计处理。结果，在照射侧的创伤AP中，7天后的闭合率达到97％，而在未照射侧的创伤AP中，7天后的闭合率仅为79％。即，确认了在照射侧的伤口AP中，与未照射侧的伤口AP相比，伤口闭合加速(图13)。

(4-2)实施例2(超声波的声辐射压力引起的胶原生成的增加)

对本实施方式的实施例2进行说明。实施例2是由超声波的声辐射压力ARP引起的胶原生成的增加的例子。

众所周知，在伤口治愈的过程中，胶原增生引起的肉芽形成是很重要的。因此，使用受试老鼠来观察胶原纤维(胶原)的生成情况成为伤口治愈的指标。

与实施例1同样地，对在两处制作了伤口AP的被试老鼠的单侧的伤口AP施加基于声辐射压力ARP的非接触·周期性压力刺激(10Hz、90.6Pa、1小时/天、连续3天)。分别在施加刺激开始5天和7天后采集伤口部组织碎片。用采集的组织碎片制作冷冻切片，用4％多聚甲醛进行固定。作为胶原生成的定量化，实施对胶原进行特异性染色的Masson三色染色(Masson Trichrome stain)，确认胶原纤维被染色为绿色～浅蓝色(图14)。从染色图像中，在设备照射侧的肉芽全层密集地观察到胶原纤维。进而，用图像编辑软件(Photoshop(注册商标))分析胶原染色的各像素的亮度在切片像整体中所占的比例。当对5天后的染色图像的像素数平均值进行比较时，在照射侧为2598，与此相对，在未照射侧为1073。与未照射侧相比，照射侧的胶原生成增加了2.4倍(图15)。另外，对7天后的染色像的像素数平均值进行比较，结果在照射侧为3305，与此相对，在未照射侧为2043。与未照射侧相比，照射侧的胶原生成增加了1.6倍(图15)。这被认为由于超声波的声辐射压力ARP，成纤维细胞迁移并聚集在伤口部，产生胶原纤维(胶原)。

(4-3)实施例3(通过超声波的声辐射压力促进血管新生)

对本实施方式的实施例3进行说明。实施例3是利用超声波的声辐射压力ARP促进血管新生的例子。

在伤口治愈的过程中，由于发生了用于向伤口部供给营养和氧的毛细血管的新生，因此评价血管新生的状态成为伤口治愈的指标。因此，我们使用受试老鼠进行了新生血管的评估。

与实施例1同样地，对在两处制作了创口AP的受试老鼠的单侧的创口AP施加基于声辐射压力ARP的非接触·周期性压力刺激(10Hz、90.6Pa、1小时/天、连续3天)。从施加刺激开始14天后分别采集伤口组织碎片。将采集的伤口组织碎片用OCT复合物封埋后，制作冷冻切片，用4％多聚甲醛进行固定，用抗CD31抗体对血管内皮细胞实施免疫染色。从免疫染色图像可以看出，在设备照射侧，在伤口表层部位，在伤口全层发现了CD31阳性血管(图16)。用图像编辑软件(Photoshop)分析通过免疫染色得到的CD31阳性细胞的各像素的亮度。当比较了免疫染色图像的像素数平均值时，照射侧为307.50，而未照射侧为186.57。与未照射侧相比，照射侧的血管新生增加了1.6倍(图17)。这被认为是由于超声波的声辐射压力ARP，成纤维细胞迁移并聚集在伤口部，产生胶原纤维(胶原)，接着促进血管新生。

(4-4)实施例4(超声波的声辐射压力的最佳振动频率)

对本实施方式的实施例4进行说明。实施例4是超声波的声辐射压力的最佳振动频率的例子。

为了判定最适合创伤治愈的声辐射压力ARP的振动频率，进行了以下实验。

与实施例1同样地，对在两处制作了伤口AP的被试老鼠的单侧的伤口AP，施加基于振动频率不同的4种模式的声辐射压力ARP(0Hz、1Hz、10Hz以及100Hz的4种)的非接触·周期性压力刺激(90.6Pa，1小时/天，连续3天)。施加刺激开始3天后、5天后、10天后分别采集伤口组织碎片，用采集的伤口组织碎片制作冷冻切片，用4％多聚甲醛进行固定。实施苏木精/伊红(H-E)染色·Masson chrome(日语：マッソンクローム)染色，根据其染色像，在照射侧和未照射侧对用肉眼根据伤口的收缩程度、浸润程度而估计的炎症细胞的消失、以及肉芽的胶原组织的厚度进行比较(表1)。判定创伤治愈过程中的最佳振动频率的结果，观察到100Hz＜0Hz＜1Hz≤10Hz的适用性倾向。

[表1]

(4-5)实施例5(由超声波的声辐射压力引起的血管内皮细胞的微小变形)

对本实施方式的实施例5进行说明。实施例5是由超声波的声辐射压力ARP引起的血管内皮细胞的微小变形的例子。

为了研究超声波的声辐射压力ARP对血管内皮细胞的物理性影响，进行了以下实验。

将能够对肉眼难以透过活细胞的细胞膜而看到的细胞形态进行可见染色的荧光染色色素钙黄绿素(calcein)AM加载到在I型胶原凝胶上培养了3～6小时的人微血管内皮细胞(以下称为“HMEC-1细胞”)中(1小时)。然后从HMEC-1细胞的顶上表面(顶端(Apical)位置)，施加压力刺激(90.6Pa)的同时，使用共焦激光扫描型显微镜(LSM510/710)通过实时成像来观察荧光断层。由此，可以从视觉上分析超声波的声辐射压力ARP引起的细胞变形量。将细胞从施加有声辐射压力ARP的顶上表面压缩，实现25±5％扁平化(图18)。

(4-6)实施例6(由超声波的声辐射压力引起的血管内皮细胞的高频次Ca²⁺振荡)

对本实施方式的实施例6进行说明。实施例6是利用超声波的声辐射压力ARP引起的血管内皮细胞的高频次Ca²⁺振荡的例子。

为了调查由超声波的声辐射压力ARP产生的细胞内钙离子(Ca²⁺)浓度的变动，进行了以下实验。

为了在短时间内产生HMEC-1细胞的血管样网络形成，将HMEC-1细胞播种在基质胶(Matrigel)上。经过3～6小时后，作为Ca²⁺动态的荧光指示剂，加载Fluo-8AM(1小时)，对细胞的顶上表面施加基于声辐射压力ARP的周期性压力刺激(10Hz，90.6Pa)(图19)。利用实时成像法对其进行了观察。

在施加刺激后立即以高频次(最多7次/分钟)在细胞内产生Ca²⁺振荡。Ca²⁺振荡是指Ca²⁺的浓度在短时间内反复上升和下降的振动现象。另一方面，当停止周期性压力刺激时，细胞内Ca²⁺振荡衰减到与施加周期性压力刺激之前相同的水平(图20)。

作为血管样网络形成过程的比较对象，在胶原凝胶上培养HMEC-1细胞的增殖过程的条件下，通过实时成像法观察细胞内Ca²⁺动态(图21)。其结果，确认了虽然因周期性的压力刺激而产生Ca²⁺的浓度变化，但不是如图20那样在短时间内反复上升和下降，而是在上升一次后持续地衰减(图22)。

(4-7)实施例7(与超声波的声辐射压力引起的血管形成相关的基因表达变化)

对本实施方式的实施例7进行说明。实施例7是与超声波的声辐射压力ARP引起的血管形成相关的基因表达变化的例子。

分析了引起细胞变形和高频度Ca²⁺振荡的超声波的声辐射压力如何改变HMEC-1细胞的基因表达。

与实施例6相同，将HMEC-1细胞播种到能够在短时间内形成血管样网络的基质胶上。从细胞的顶上表面(顶端位置)施加周期性压力刺激(10Hz/90.6Pa/1小时)，在细胞内引起高频度的Ca²⁺振荡的状态后，在孵化器(incubator)内培养24小时。分别使用标准性的方案(protocol)从照射侧的细胞和未照射侧的细胞中提取RNA。使用微阵列(Micro array)(Agilent Technologies)进行基因表达的网罗性分析，结果得到29000以上的基因表达信息。其中，将照射组相对于未照射组的基因表达变动倍率(FC＞1.5)、以及p-value(p＜0.05)均较高的基因缩小范围，结果与血管生成相关的基因Hey1、Hey2、Nrarp、EphB4、ephrinB2的表达增加(表2)。被认为在血管生成中起着特别重要的作用的Notch信号的下游转录调节因子Hey1和Hey2分别增加到4.6倍和3.5倍。在血管形成中调节血管密度的Nrarp、动脉内皮细胞和静脉内皮细胞表达的膜蛋白ephrinB2和EphB4也分别增加。

[表2]

基因	Hey1	Hey2	Nrarp	EphB4	ephrinB2
						FC	4.64	3.47	1.74	1.65	1.57

(4-8)实施例8(通过来自细胞顶上表面的压力刺激促进血管内皮细胞的血管样网络形成)

对本实施方式的实施例8进行说明。实施例8是通过来自细胞顶上表面的压力刺激促进血管内皮细胞的血管样网络形成的例子。图23是实施例8的说明图。图24是表示实施例8的实验结果的图。图25是表示实施例8的比较例的实验结果的图。

由实施例1～7得到的结果可以认为，适度的周期性压力刺激直接引起细胞的微小变形，这成为调节血管内皮细胞的增殖和分化的诱因，从而开始血管样网络形成，在此过程中产生高频度的Ca²⁺振荡，血管内皮功能活性化，促进血管新生。因此，关注在更接近生物环境的I型胶原凝胶上培养的HMEC-1细胞的行为。

在该条件下培养的HMEC-1细胞铺路石状地增殖，显示出平面结构(图23)。当从细胞顶上表面施加持续的压力刺激(90.6Pa)时，在24小时内形成血管样网络结构(图24)。另外，将被认为有助于细胞内Ca²⁺浓度的变化的细胞外液置换为低Ca²⁺浓度(0.07mM)的溶液来进行培养时，如图25所示，未形成血管样结构，呈现出细胞增殖。

(4-9)实施例9(利用超声波的声辐射压力的恒定的压力刺激)

对本实施方式的实施例9进行说明。实施例9是利用超声波的声辐射压力ARP进行的恒定的压力刺激的例子。

与实施例1同样地，对在两处制作了伤口AP的受试老鼠的单侧的伤口AP施加恒定的非接触压力刺激(0Hz，90.6Pa，1小时/天，连续3天)。在施加刺激开始后第7天(施加刺激后第4天)，用肉眼观察伤口闭合、上皮化，结果发现比未照射的对照更早治愈。

(5)变形例

对变形例进行说明。

(5-1)变形例1

对变形例1进行说明。变形例1是根据治疗对象决定振动频率及超声波参数中的至少一方的例子。

(5-1-1)变形例1的概要

对变形例1的概要进行说明。图26是表示变形例1的概要的概要图。

如图26所示，与本实施方式(图7)不同之处在于，变形例1的控制器10基于与治疗对象有关的治疗对象信息来决定振动频率及超声波参数、及基于所决定的振动频率及超声波参数来生成驱动信号DRV。

多个超声波USW具有与振动频率和超声波参数对应的波形。在焦点FP处产生的声辐射压力ARP的振动频率及压力强度依赖于振动频率及超声波参数，因此，与治疗对象信息对应的声辐射压力ARP直接传递到患部AP。

(5-1-2)数据库

对变形例1的数据库进行说明。图27是表示变形例1的参数判定表的数据结构的图。

如图27所示，在参数判定表中存储有用于根据治疗对象来决定振动频率以及超声波参数的信息。

参数判定表包括“独立变量”字段和“因变量”字段。

“独立变量”字段存储用于决定振动频率和超声波参数的独立变量。“独立变量”字段包括“治疗对象属性”字段、“生物信息”字段和“患部属性”字段。

在“治疗对象属性”字段中存储有与治疗对象的属性(例如，生物种类)相关的治疗对象属性信息。

在“生物信息”字段中存储有与治疗对象的生物相关的生物信息。“生物信息”字段包括“血压”字段和“心率”字段。

在"血压"字段中存储有与治疗对象的血压相关的信息。

在“心率”字段中存储有与治疗对象的心率相关的信息。

在“患部属性”字段中存储有与患部AP的属性相关的患部属性信息。"用户属性"字段包括"面积"字段和"种类"字段。

在"面积"字段中存储有与患部AP的面积相关的信息。

在“种类”字段中存储有与患部AP的种类(例如创伤、烧伤或裂伤)相关的信息。

在“因变量”字段中存储有从属于“独立变量”字段的变量的因变量。“因变量”字段包括“振荡频率”字段和“超声波参数”字段。

在“振动频率”字段中存储与振动频率相关的信息。

在“超声波参数”字段中存储有与超声波参数相关的信息。“超声参数”字段包括“放射时间”字段、“振幅”字段和“调制方式”字段。

在"放射时间"字段中存储有与超声波的放射时间相关的信息。

在"振幅"字段中存储有与超声波的振幅相关的信息。

在"调制方式"字段中存储有与用超声波的调制方式相关的信息。

(5-1-3)超声波治疗装置的处理流程

对变形例1的超声波治疗装置的处理流程进行说明。

对变形例1的超声波治疗装置的处理流程的第1例进行说明。

当用户通过操作操作部16而将全部的独立变量(例如治疗对象属性、治疗对象血压及心率、及患部AP的面积及种类)提供给控制器10时，处理器12在步骤S104(图8)中，参照参数判定表(图27)，将从属于由用户提供的独立变量的因变量决定为超声波参数。

对变形例1的超声波治疗装置的处理流程的第2例进行说明。

当用户通过操作操作部16而将一部分独立变量(例如治疗对象属性)提供给控制器10时，处理器12从安装在治疗对象上的测量装置(未图示)取得与治疗对象的血压及心率有关的信息。

处理器12在步骤S100中，通过对取得的图像数据执行图像分析(例如特征量分析)，除了患部AP的形状之外，还确定患部AP的面积及种类。

处理器12在步骤S104(图8)中，参照参数判定表(图27)，将从属于这些独立变量(由用户提供的治疗对象属性、从测量装置取得的血压及心率、以及通过图像分析得到的患部AP的面积及种类)的因变量决定为超声波参数。

根据变形例1，控制器10使与根据治疗对象信息决定的振动频率以及超声波参数对应的超声波USW聚焦。由此，能够将对于治疗对象来说最佳的声辐射压力ARP传递到患部AP。

(5-2)变形例2

接着，对变形例2进行说明。变形例2是动态地变更振动频率及超声波参数中的至少一方的例子。

变形例2的控制器10在治疗期间反复执行步骤S101～S103的处理。因此，当患部AP的位置移动时，在步骤S103中计算出的相位差发生变化。其结果，在步骤S106中输出的驱动信号根据患部AP的位置的移动而变化。

根据变形例2，驱动信号根据患部AP的位置而变化。由此，能够消除治疗中患部AP的位置的制约。

变形例2在不能固定患部AP(例如，患部AP是严重的伤，或者治疗对象是小动物)的情况下特别有用。

(6)本实施方式的小结

对本实施方式进行小结。

本实施方式的第1方式是一种超声波治疗装置1，

其具备多个超声波换能器21，

具备确定患部AP的位置的单元(例如执行步骤S101的处理器12)，

具有基于所确定的患部AP的位置来决定由多个超声波换能器放射的超声波的焦点的单元(例如，执行步骤S102的处理器12)，

具有驱动电路15，该驱动电路15生成驱动信号DRV，该驱动信号DRV在各自的定时驱动多个超声波换能器21，使得超声波在所决定的焦点聚焦。

根据第1方式，超声波USW在根据患部AP的位置决定的焦点FP聚焦，因此，在焦点FP产生的声辐射压力ARP直接传播到患部AP。声辐射压力ARP直接传递到患部域AP，而不经由介质(例如，空气或药物)。因此，不需要使超声波放射部20与患部AP接触，并且也不需要对患部AP涂敷药物。由此，能够降低使用超声波的治疗中的感染风险。

在本实施方式的第2方式中，

驱动电路15产生具有频率的驱动信号DRV。

根据第2方式，由于声辐射压力ARP具有振动频率(即，在焦点FP产生振动)，因此能够进一步促进患部AP的恢复。

在本实施方式的第3方式中，

决定频率的单元根据与治疗对象有关的治疗对象信息，决定频率，

驱动电路15产生具有所决定的频率的驱动信号DRV。

根据第3方式，由于与根据治疗对象信息决定的振动频率对应的超声波USW聚焦，所以与治疗对象对应的声辐射压力ARP直接传播到患部AP。因此，能够将对于治疗对象来说最佳的声辐射压力ARP传递到患部AP。

在本实施方式的第4方式中，

具有决定包含从各超声波换能器21放射的超声波的放射时间、振幅以及调制方式中的至少一方的超声波参数的单元(例如，执行步骤S104的处理器12)，

驱动电路15根据所决定的超声波参数生成驱动信号DRV。

根据第4方式，超声波的放射时间、振幅和调制方式中的至少一方是可变的。由此，能够进一步促进患部AP的恢复。

在本实施方式的第5方式中，决定超声波参数的单元基于与治疗对象有关的治疗对象信息，决定超声波参数。

根据第5方式，由于与根据治疗对象信息而决定的超声波参数对应的超声波USW聚焦，所以与治疗对象对应的声辐射压力ARP直接传播到患部AP。因此，能够将对于治疗对象来说最佳的声辐射压力ARP传递到患部AP。

在本实施方式的第6方式中，治疗对象信息是治疗对象的生物信息、治疗对象的属性及患部AP的属性中的至少一方。

根据第6方式，能够使与治疗对象的生物信息、治疗对象的属性以及患部AP的属性中的至少一方对应的声辐射压力ARP直接传播到患部AP。

在本实施方式的第7方式中，生物信息包括治疗对象的血压及心率中的至少一方。

根据第7方式，能够使与治疗对象的血压和心率中的至少一方对应的声辐射压力ARP直接传播到患部AP。

在本实施方式的第8方式中，患部AP的属性包括患部AP的面积及种类中的至少一方。

根据第8方式，能够使与患部AP的面积以及种类中的至少一方对应的声辐射压力ARP直接传播到患部AP。

在本实施方式的第9方式中，决定的单元基于患部AP的形状来决定焦点的位置及数量。

根据第9方式，能够使与患部AP的形状对应的声辐射压力ARP直接传播到患部AP。

在本实施方式的第10方式中，决定的单元基于用户的指示来确定患部AP的位置。

根据第10方面，可以在用户任意地设定的焦点FP处产生声辐射压力ARP。

在本实施方式的第11方式中，决定的单元通过分析图像来确定患部AP的位置。

根据第11方式，能够在超声波治疗装置1识别出的焦点FP处产生声辐射压力ARP。

(7)其他变形例

对其他变形例进行说明。

超声波治疗装置1例如应用于以下的设备。

·创伤治疗设备

·感染治疗设备

·美容护理设备

·抗衰老护理设备

·皮肤护理设备

·头发护理设备

·动物用治疗设备

·动物用护理设备

例如，在将超声波治疗装置1应用于美容护理设备的情况下，通过向肌肤放射超声波，能够生成具有美容效果的胶原纤维(胶原)。

例如，在将超声波治疗装置1应用于头发护理设备的情况下，通过向头部放射超声波，能够促进头发的生长(即，育发)。

例如，在将超声波治疗装置1应用于动物用治疗设备的情况下，通过向动物的患部放射超声波，与本实施方式同样地，能够降低感染风险。

以上，对本发明的实施方式详细地进行了说明，但是，本发明的范围不限于上述的实施方式。此外，上述的实施方式在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种改良和变更。此外，上述的实施方式以及变形例可以进行组合。

标号说明

1：超声波治疗装置

10：控制器

11：存储装置

12：处理器

13：输入输出接口

15：驱动电路

16：操作部

17：显示部

20：超声波放射部

21：超声波换能器

22：照相机

Claims (12)

1.一种超声波治疗装置，其中，所述超声波治疗装置具备：

多个超声波换能器；

确定患部的位置的单元；

根据所确定的所述患部的位置，决定由所述多个超声波换能器放射的超声波的焦点的单元；以及

驱动电路，其生成驱动信号，该驱动信号在独立的定时驱动所述多个超声波换能器，使得超声波在所决定的所述焦点聚焦。

2.根据权利要求1所述的超声波治疗装置，其中，

所述驱动电路生成具有频率的驱动信号。

3.根据权利要求2所述的超声波治疗装置，其中，

决定所述频率的单元具有根据与治疗对象有关的治疗对象信息来决定所述驱动信号的频率的单元，

所述驱动电路生成具有所决定的所述频率的驱动信号。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的超声波治疗装置，其中，

所述超声波治疗装置具有用于决定超声波参数的单元，所述超声波参数包括从各个超声波换能器放射的超声波的放射时间、振幅和调制方式中的至少一个，

所述驱动电路生成与所决定的所述超声波参数对应的驱动信号。

5.根据权利要求4所述的超声波治疗装置，其中，

所述决定超声波参数的单元根据与治疗对象有关的治疗对象信息，决定所述超声波参数。

6.根据权利要求3或5所述的超声波治疗装置，其中，

所述治疗对象信息是所述治疗对象的生物信息、所述治疗对象的属性及所述患部的属性中的至少一个。

7.根据权利要求6所述的超声波治疗装置，其中，

所述生物信息包括治疗对象的血压和心率中的至少一个。

8.根据权利要求6或7所述的超声波治疗装置，其中，

所述患部的属性包括患部的面积及种类中的至少一个。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的超声波治疗装置，其中，

进行决定的所述单元根据所述患部的形状，决定所述焦点的位置及数量。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的超声波治疗装置，其中，

进行确定的所述单元基于用户的指示来确定所述患部的位置。

11.根据权利要求1～9中任一项所述的超声波治疗装置，其中，

进行确定的所述单元通过分析图像来确定所述患部的位置。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的超声波治疗装置，其中，

所述超声波治疗装置是创伤治疗设备、感染治疗设备、美容护理设备、抗衰老护理设备、皮肤护理设备、头发护理设备、动物用治疗设备、动物用护理设备。

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