JP2003500126A - 超音波および電磁気による組織治療装置および方法 - Google Patents
超音波および電磁気による組織治療装置および方法Info
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Abstract
Description
alish他により出願された米国仮出願第60/135,224号への優先権を主張する。
気の刺激により治療するための装置および方法に関する。より詳細には、この発
明は、超音波トランスデューサアセンブリを電磁コイルアセンブリと組み合わせ
て用いて組織を治療する装置および方法に関する。
適切なパラメータ、例えば周波数、パルスの繰返し、および振幅を有する超音波
パルスを、組織または骨の損傷に近接した適当な外部箇所にしかるべき期間、印
加することにより、例えば組織の断裂、骨の破損、および骨折の自然治癒が促進
されると判断されてきた。
皮膚上に設けた作動面から超音波パルスを印加する基本的な非侵襲的治療法およ
び装置が記載されている。オペレータは、治療中に超音波パルスを印加するため
に、治療が終わるまでアプリケータを手で適所に保持しておかなければならない
。
波を生成するRF信号の範囲、超音波出力密度レベル、各超音波パルスの持続期間
の範囲、超音波パルスの周波数範囲が記載されている。
インで遠隔作動ユニットに接続された身体アプリケータユニットを有する超音波
身体治療システムに関する。超音波パルスの持続期間およびパルスの繰返しを制
御する信号は、この身体アプリケータユニットから離れて生成される。Talish他
には、作動面が皮膚の所定の箇所に近接するように、身体アプリケータユニット
を患者に取り付けるための搭載固定具が記載されている。
とにより、硬部および軟部組織損傷および欠陥を超音波により診断および/また
は治療する方法および装置に関するが、印加した超音波の音響信号エンベロップ
がよりゆっくりと変調または撹乱される場合には外傷性組織がより早く治癒する
ことが示されている。印加した超音波の音響信号エンベロップを変調するには、
電気信号のエンベロップを超音波に変調するか、または制御した電磁誘導力によ
り身体において超音波を変調する。
節損傷を電磁気刺激(E-stim)で治療することにより、骨組織において治療的応
答が引き起こされることが示されている。E-stimでは一般的に、少なくとも1個
の外部コイルを用い、治療用のパルス化された一様な電磁界を骨折部位に作り出
す。例えば、一対のヘルムホルツコイルは、組織における局所的磁界の上の骨折
または外傷部位に一様な定電場を作り出すことができる。
密度を生成することにより、偽関節損傷の治癒を促進し早める。骨組織は、細胞
間および間質液中に、カリウムイオン、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン
、塩化物イオン、リン酸イオン、炭酸イオン、重炭酸イオン、および、アミノ酸
、タンパク質、糖、ヌクレオチド、および酵素が分解されて生成するイオンのよ
うな種々のイオンを有する、主としてイオンおよび流体で飽和された多孔性媒体
である。パルス化した電磁界、すなわち静電力と磁気力との制御した組合せを印
加すると、これらのイオンが帯電されて、特定の方向に移動する。イオンは、治
療領域の細胞内部に拡散し、それにより治癒プロセスが早まる。
とりわけ偽関節損傷の治癒をさらに早めることができる。印加電磁界により生成
された力により、低周波数の変調力のようなゆらぎまたは撹乱力が伝播超音波ま
たは圧力波に加わり、治療領域の細胞がさらに刺激され、細胞透過性およびイオ
ン拡散性が高まる。電磁界により最も大きい効果が音響フィールドに及ぼされる
のは、縦波の方向が電磁界に直交している場合、すなわち横波が磁界ラインに沿
って伝わっている場合である。磁界は、音波の位相速度を増大させる傾向にある
。付随する磁力は、低周波数率において一定であってもよいし変調されていても
よい。
組合せを用いて治療するための超音波とE-stimとの組合せによる治療装置を提供
する。この装置は、人間工学的に形成された配置モジュールを備えている。配置
モジュールは、一体の信号ジェネレータを有する少なくとも1個のハイブリッド
超音波トランスデューサアセンブリを搭載する形状に作られている。一体の信号
ジェネレータは、配置モジュール内の少なくとも1個の超音波トランスデューサ
に励起信号を付与し、音響フィールドを作り出す。配置モジュールはさらに、電
磁界を作り出す少なくとも1個の電磁コイルを各超音波トランスデューサの近傍
に有する少なくとも1個の電磁コイルアセンブリを備えている。配置モジュール
内の構成部品の適切な制御および作動のためのタイミングコントロール回路およ
びモニタリング回路が、患者により装着されたポーチ内に嵌合されてもよい主作
動ユニットに収容されるか、トランスデューサの中に一体に含まれることが想定
されている。
び/または骨軟骨炎性損傷近傍に適所で音波により連結されるように、配置モジ
ュールを患者の身体部分の近傍に取り付ける。次いで、誘導信号を少なくとも1
個の超音波トランスデューサおよび少なくとも1個の電磁コイルに付与すること
により、これらの構成部品を励起する。この誘導信号により、少なくとも1個の
超音波トランスデューサが超音波性圧力波(ultrasonic pressure wave)を外傷
性組織および/または損傷に印加し、かつ、少なくとも1個の電磁コイルが、磁束
密度を有する電磁界を作り出す。誘導信号の周波数は、1 Hzから10,000まで変化
させることができる。磁束密度により、身体での伝播圧力にゆらぎ力が加えられ
ることにより、損傷近傍の細胞の刺激が増大しかつ細胞透過性が高まるため、イ
オンの細胞内への拡散が促進され、偽関節性骨折の場合であればカルシウムイオ
ンの細胞内への拡散が促進されてタンパク質合成が促進される。タンパク質合成
が促進されることにより、骨折の治癒および組織の修復が早まる。加えて、最適
な骨形成性刺激のために、誘導信号の平均磁束密度、パルス繰返し率、パルス幅
を制御することが想定されている。
号ジェネレータ回路に電力供給する内部電源と、治療シーケンスデータを表示す
るディスプレイと、信号ジェネレータ回路に連結されてユーザの作動および/ま
たはデータのエントリーを可能にするキーパッドとを有することが好ましい。信
号ジェネレータは、プロセッサを有する回路と、パルス化された制御信号を発生
させるための手段と、プロセッサに連結されてパルス化された制御信号を調節す
るスイッチとを備えている。主作動ユニットにはさらに、治療時間が終了したこ
とをユーザに知らせる警報装置が設けられている。この警報装置はプロセッサに
連結されており、超音波およびE-stim治療が完了するとプロセッサが警報装置を
作動させ、配置モジュール内の部品への信号の発生を終了させるようになってい
る。
たは骨軟骨炎性損傷を治療するためのキットを提供する。このキットは、超音波
トランスデューサおよび信号ジェネレータ回路を有する超音波トランスデューサ
アセンブリと、電磁コイルおよび作動回路を有する電磁コイルアセンブリと、上
記トランスデューサアセンブリおよび電磁コイルアセンブリを受け入れる形状に
作られた配置モジュールと、上記配置モジュールにケーブルを介して連結される
主作動ユニット(MOU)またはコントローラとを備えている。MOUは内部電源を有
しているため、患者に可動性が付与される。この発明で使用が考えられているMO
Uは、引用によりここに組み込まれているTalish他に付与された米国特許第5,556
,372号に記載されている。
たは骨軟骨炎性損傷を治療するための方法を提供する。この方法は、損傷部位を
突き止め;少なくとも1個の超音波トランスデューサアセンブリと少なくとも1個
の電磁コイルアセンブリとを有する配置モジュールを損傷に近接させて配置して
、これらの少なくとも1個の超音波トランスデューサと、この少なくとも1個の超
音波トランスデューサの少なくとも1個の電磁コイルとの少なくとも1個の電磁コ
イルアセンブリとが損傷の近傍に位置するようにし;少なくとも1個の超音波ト
ランスデューサおよび少なくとも1個の電磁コイルを作動させることにより、少
なくとも1個の超音波性圧力波を損傷へ同時に伝播させ、かつ、電磁界を作り出
し、これによりこの伝播圧力波にゆらぎ力を加える工程を必要とする。
の電磁コイルを多数の配置で搭載するための配置モジュールを設ける。この配置
モジュールを次いで、外傷性組織および/または骨軟骨炎性損傷の近傍に配置す
ることにより、超音波およびE-stim治療を行う。
面において、同様の符号は、同一または類似した構成要素を表わす。
たは骨軟骨炎性損傷の治療において、極超短波音響エネルギーおよび磁束密度を
外科上で非侵襲的に利用するために用いられる。この詳細な記載では、外傷性組
織および/または骨軟骨炎性損傷の治療について説明するが、この超音波およびE
-stim治療装置は、例えば薬物投与、感染、または代謝プロセスにより生じた骨
軟骨炎性欠陥の治療に用いることもできる。
に存在する吸収性および放射性障害物に対して一方向性の放射力が及ぼされる。
低周波数超音波とは、一般的生物学上の調節応答を誘発したり喚起したりする生
物学上の閾値をようやく越える超音波力レベルである。臨床上の結果から、直接
の測定可能な生物学上の効果を生じるには低すぎるにしても、低周波数超音波は
、生物学上の治癒プロセスを引き出すには十分であることが確立されている。
かつ生物学上の機構が広範に研究されてきた。0.1〜0.5 W/cm2の空間的平均時間
的平均(SATA)強度で、音響ストリーミングおよびキャビテーションの非熱高応力
機構を作り出すことができる。隔離した線維芽細胞でのインヴィヴォ試験から、
超音波の細胞への効果が圧力に影響されやすいことが示されており、このことは
、安定したキャビテーション機構を示唆するものである。得られる気泡振動は、
可能性として音響ミクロストリーミングを含み、細胞膜に高い剪断応力を生成す
ることができる。このことにより、細胞のナトリウムおよびカルシウムイオンに
対する透過性に影響が生じる。細胞透過性が高まることによりカルシウムの取込
みが促進され、かつ、線維芽細胞でのタンパク質およびDNA合成が促進されて、
この結果、マクロファージの活動が観察されるようになる。線維芽細胞およびマ
クロファージの生成は、通常の骨折修復プロセスを特徴付けられるものである。
ストリーミングは、極めて生じ難いと考えられる。インヴィヴォ試験から、30〜
50 mW/cm2の低いSATA強度が、刺激による骨折修復に非常に有効であることが示
されている。これらの結果は、超音波により誘導された力学的振盪が、カルシウ
ムイオンに対する細胞膜透過性を高めるという主張を裏付けるものである。予備
的臨床結果から、パルス化された低周波数超音波を外傷性組織に印加することに
よる初期結果として、局所領域での血流が増加することが示されている。血管分
布の増大とミクロ機構流体圧とにより、細胞のカルシウム取込みが促進されて、
タンパク質合成が促進され、それにより骨折の治癒および組織の修復が早められ
ると考えられる、と提唱されている。
分布が増大することが示されている。骨折の治療においては、例えばカルスへの
血流の増大が、骨折の治癒が早まるためには重要であることが明らかになってい
るかもしれない。記載の試験結果は、音響縦波および一定(0 Hz)変調エンベロ
ップで得られた。骨の治癒は初期には、骨膜領域で生じ、次いで骨折それ自身が
治癒する(骨内膜治癒)ことがはっきりと確立された。超音波刺激による血流の
増大は、骨膜領域で生じた。音響波は、骨膜の神経終末を刺激することにより、
局所での血管新生を刺激する、と提唱されている。音響波は、1.5 MHZの搬送周
波数で1.0 kHzの繰返し周波数の一定エンベロップ正弦波であることが好ましい
。
空隙中および骨膜上において、より骨形成的であることが明らかとなっているか
もしれない。ミクロ機構の刺激(毎日0.5 Hzを17分間)により、
脛骨骨折の治癒が有意に促進されることが示されている。この治癒プロセスの加
速は、脛骨骨折の血管新生の増進と相関していた。励起の変調は、超音波トラン
スデューサへの電気信号のエンベロップを変調することによって行ってもよいし
、制御電磁気誘発力を用い、身体において圧力波を変調することによって行って
もよい。
手術かまたは電磁気刺激(E-stim)法である。上に説明したように、E-stimでは
、外部コイルを用いて、骨折部位に治療用のパルス化された電磁界が作り出され
る。
、一様でない(non-uniform)、時間に従って変化する(time-varying)、方向
指向性の(directionally-oriented)電磁界の空間分布を生成しかつ制御するこ
とにより、生体組織において、時間に従って変化する、方向指向性の、一様でな
い音響圧力波の空間的および時間的生成および制御に対して、イオン流および電
圧を発生させる。組織での超音波の伝播を特徴付ける主要な物理的因子は、力学
上のものであり、ミクロ構造レベルでの粒子移動(displacement)、速度、加速
、および圧力に影響を与える。
を用いて、低周波数変調力のような撹乱またはゆらぎ力を、身体において、伝播
圧力波に加える。これにより、損傷近傍の細胞での刺激が増大し、かつ、細胞透
過性が高まる。この結果、イオンの細胞内への拡散が促進され、偽関節性骨折の
場合であればカルシウムイオンの細胞内への拡散が促進されてタンパク質合成が
促進される。上に示したように、タンパク質合成の促進により、骨折の治癒およ
び組織修復が早まる。
イルを配置することにより、生成することができる。圧力波に対して最も大きな
効果が生じるのは、縦波の方向が電磁界に直交している場合、すなわち横波が磁
界ラインに沿って伝わっている場合である。この場合、磁界は、音波の位相速度
を増大させる傾向にある。この付随する磁力は、低周波数レートにおいて一定で
あってもよいし、電磁コイルへの誘導信号の大きさを制御することにより変調さ
れていてもよい。
影響を考えられたい。骨組織は、細胞間および間質液中に、カリウムイオン、ナ
トリウムイオン、マグネシウムイオン、塩化物イオン、リン酸イオン、炭酸イオ
ン、重炭酸イオン、および、アミノ酸、タンパク質、糖、ヌクレオチド、および
酵素が分解されて生成するイオンのような種々のイオンを有する、イオンおよび
流体で飽和された多孔性媒体である。静電気、磁気、および音響放射力の制御し
た組合せによる帯電されたイオンの移動により、組織の治癒が促進され加速され
る。これらの物理的単位間の相互関係は、固形の均質な媒体においての一般的音
響波の等式により表わすことができる。
=qv×Bで与えられることはよく知られている。このベクトル積は、Fについて、
古典的なフレミングの左手則によるのと同じ方向を与えるものであり、FがBに直
交していることを立証する。縦音響波が磁束の方向に伝播するとき、音響フィー
ルドへの効果は存在しない。上に示したように、音響フィールドへ最も大きな影
響が生じるのは、縦波の方向が磁界に垂直である場合、すなわち横波が磁界ライ
ンに沿って伝わっている場合である。
これが生じる場合、得られる音響波の性質は、流体速度がK(波数)およびBによ
り確立される面に平行であるか、または垂直であるかということに著しく依存す
る。粒子速度がこのk-B面に垂直であるとき、波の移動は、横方向であり、B cos
θ/Vρ(式中、θは、伝播の方向と磁界 との角度であり、ρは流体密度である)に等しい速度を有する。粒子速度ベクト
ルがk-B面に存在するとき、波モードは、それぞれkに垂直および平行な粒子速度
構成要素に対応する、横波と縦波の両方を含む。密度ゆらぎが生成されるのは、
磁界において伝播および撹乱の方向に速度構成要素が存在するときのみであり、
この伝播および撹乱の方向がkに常に垂直であることが示されている。
たは他の固定手段を有することにより患者の身体の損傷部分の近傍に取り付けら
れる配置モジュールが設けられている。少なくとも1個の超音波トランスデュー
サアセンブリおよび少なくとも1個の電磁コイルアセンブリが、上記配置モジュ
ールに取り付けられるか収容されており、外傷性組織および/または骨軟骨炎性
損傷近傍に適切に配置される。上記少なくとも1個の超音波トランスデューサア
センブリは少なくとも1個の超音波トランスデューサを備え、少なくとも1個の電
磁コイルアセンブリは少なくとも1個の電磁コイルを備えている。引用によりこ
こに組み込まれているWinder他に付与された米国特許第5,520,612号に記載され
かつ模式的に図示されているような、種々のタイプの超音波トランスデューサお
よび信号を設けることができる。加えて、超音波トランスデューサは、その内容
が引用によりここに組み込まれている1998年3月17日に出願された米国特許第09/
040,155号に記載されかつ図示されているようなものを用いることができる。
空間的な刺激を加えるために用いることのできる非対称な、一様でない、時間に
従って変化する磁界が作り出されることが好ましい。下に記載した実施態様にお
いては、上記少なくとも1個の超音波トランスデューサおよび少なくとも1個の電
磁コイルへの誘導信号の周波数を1 Hzから10 KHzまで変化させることができる。
偽関節骨折の治療において、最適な骨形成性刺激を与えるために、誘導信号の平
均磁束密度、パルス繰返し率、およびパルス幅を制御できることが好ましい。平
均磁束密度の厳密な制御とは、少なくとも1個の電磁コイルを介した印加磁界と
局所磁界とによる組合せ磁界を考慮するという意味である。後者には、組織を通
過して流れる追加の磁束を作り出す地磁界と、近傍の強磁性材料の効果とが含ま
れる。
され、内部電源を有する主作動ユニット(MOU)が設けられる。この内部電源は
、配置モジュール内の超音波トランスデューサおよび電磁コイルに制御信号を付
与する。電磁コイルは、時間に従って変化する、一様でない電磁界を作り出すこ
とが好ましい。使用されるMOUは、その内容が引用によりここに組み込まれてい
るTalish他に付与された米国特許第5,556,372号に記載されているものであるこ
とが好ましい。使用される超音波トランスデューサおよび付随する回路は、その
内容が引用によりここに組み込まれている米国特許第09/040,157号に記載されて
いるものであることが好ましい。
置の第1の実施態様を装着した患者を示す。包括的に符号10で表わした超音波お
よびE-stim治療装置は、MOU 12、配置モジュール14、および、MOU 12と配置モジ
ュール14とを接続するケーブル16を備えている。MOU 12は、ポーチまたはキャリ
ングケース18内に嵌入されている。このポーチまたはキャリングケース18は、ハ
ーネス20により患者に固定され、それにより治療中に患者が動いてもよいように
する。配置モジュール14は、この配置モジュール14を治療領域の近傍に配置しか
つ固定する配置バンド24を有する搭載アセンブリ22に取り付けられる。配置バン
ド24は、配置モジュール14を患者にしっかりと固定する形状に作られている。ス
ポンジ状材料により、配置バンド24の内部表面が裏打ちされ、それにより患者に
快適性が付与され、かつ窓浮腫(window edema)が防がれることが好ましい。
施態様を示す。挿入片90が、図示されているように、超音波治療を要する患者の
キャスト92内に固定されている。タブ94が、その下端で伝達促進媒体に取り付け
られており、図示されているように挿入片90から延びている。超音波トランスデ
ューサヘッドモジュール96を挿入片90内に配置した後、カバー98を挿入片90の上
部に配置し、ストラップ100を調節して装置全体を適所で固定する。超音波トラ
ンスデューサヘッドモジュール96は、図1に示した配置モジュール14と類似して
いる。この超音波トランスデューサアレイは、治療および/または診断作動信号
を伝達することができる。診断モードでは、反映エコーデータが受信されて処理
され、画像化および組織分析が行われる。ここで用いられているように、もたら
された診断データの受信手段は、VSトランスデューサアセンブリ、および、この
エコー応答を処理および/または分析するためのMOUのused回路またはソフトウエ
アを備えている。
。図4は、ロッキング構造を有するカバー150の斜視図を示す。 カバー150は、このカバーを挿入片内にロックする2個のロッキングタブ154を有
する。このロッキングタブ154には、突出部158が類似して形成されており、これ
により挿入片の内側面の溝に嵌合する。図4にはまた、図1に示した配置モジュ
ール14に類似した、治療ヘッド160を有する超音波治療モジュールを示す。さら
に、円錐形らせんばね162がカバー150の下面に接続されており、これにより治療
ヘッド160に治療領域方向へのバイアスが加えられる。
および7Bの実施態様の配置モジュール14の上面および断面図を示す。これらの実
施態様のそれぞれにおいては、超音波トランスデューサアセンブリ26および電磁
コイルアセンブリ28が設けられている。超音波トランスデューサアセンブリ26は
、少なくとも1個の超音波トランスデューサ30および関連回路、信号ジェネレー
タ(図示せず)を備えている。電磁コイルアセンブリ28は、少なくとも1個の電
磁コイル32を備えている。超音波トランスデューサ30および電磁コイル32は、下
に記載するように、これらの実施態様のそれぞれにおいては、互いに対して異な
って配置されている。さらに、これらの実施態様においては、超音波トランスデ
ューサ30は、電磁コイル32の下すなわち損傷に、より近接して配置され、電磁コ
イル32より小さい直径を有する。
ルアセンブリ28は、ケーブル26によりMOU 12に連結されている。ケーブル16は、
比較的低い周波数のFRまたは光学信号、およびデジタル信号を伝達することので
きる多心ケーブルであることが好ましい。ケーブル16には、同軸のケーブルまた
は他のタイプの適当な被覆ケーブルが含まれてもよい。または代わりに、ケーブ
ル16には、光学信号を伝達するファイバー光学ケーブルが含まれてもよい。
い。超音波トランスデューサ30への信号電圧の大きさを変化させることにより、
伝播される超音波の伝達力を変化させることが想定されている。また、電磁コイ
ル32への信号電圧の大きさを変化させることにより、磁束密度を変化させること
が想定されている。
と平行に位置する。この配置においては、縦音響波は、磁束と同じ方向に伝播さ
れ、従ってこの配置においては、最も小さい効果が音響フィールドに付与される
。例えば、電磁コイル32は水平軸に平行であるので、電流が電磁コイル32に供給
されるとき、得られた磁束は、マクスウェルの等式により、電磁コイル32の縦軸
に平行となる。従って、磁束は、伝播している磁束と同じ方向に存在することに
なる。
に対して角度θで位置する。この配置においては、縦音響波は、磁束の方向に関
して同じ角度θで伝播され、従ってこの発明は位置においては、注目すべき効果
が音響フィールドに付与される。
交差するように位置する。この配置においては、縦音響波は、磁束の方向と交差
するように伝播され、従ってこの配置においては、最も大きい効果が音響フィー
ルドに付与される。
の実施態様のそれぞれにおいて、超音波トランスデューサアセンブリ36および電
磁コイルアセンブリ38は、配置モジュール40内に収容されている。超音波トラン
スデューサアセンブリ36は、少なくとも1個の超音波トランスデューサ42および
関連回路、信号ジェネレータ(図示せず)を備えている。電磁コイルアセンブリ
38は、十字架形電磁コイル44または星形電磁コイル46を備えている。超音波トラ
ンスデューサ42および電磁コイル44および46は、下に記載するように、これらの
実施態様のそれぞれにおいては、互いに対して異なって配置されている。さらに
、これらの実施態様においては、超音波トランスデューサ42は、電磁コイル44お
よび46の下すなわち損傷に、より近接して配置され、電磁コイル44および46より
大きい直径を有する。十字架形電磁コイル44は、第1のコイル48および第2のコイ
ル50を有する。星形電磁コイル46は、第1のコイル52、第2のコイル54、および第
3のコイル56を有する。
図1に示すMOU 12または図2に示すMOU 110に類似したMOU (図示せず)に、ケー
ブル16により連結されている。おのケーブル16を介して配置モジュール14内部の
構成部品に伝達される信号は、連続してまたは一連のパルスとして伝達されても
よい。
は、互いに直交しており、配置モジュール40の縦軸に対して鋭角θで位置する。
これらの配置においては、磁束が第1のコイル48に交差して生成され、別の磁束
が第2のコイル50に交差して生成される。両コイル48および50は、互いに交差し
、配置モジュール40の縦軸に対して角度θで位置している。このため、超音波ト
ランスデューサ42により伝播された縦音響波は、第1のコイル48により生成され
た第1の磁束、および第2のコイル50により生成された第2の磁束により変調また
は撹乱される。第1および第2の磁束による音響波の変調が、上で説明したように
、外傷性組織または骨軟骨炎性損傷内部でのイオンの細胞透過および拡散を刺激
しかつ促進することよりその治癒が早められると考えられる。
50は、互いに直交するが、配置モジュール40の縦軸に対して直角に位置する。こ
の配置においては、磁束が第1のコイル48に交差して生成され、別の磁束が第2の
コイル50に交差して生成される。両コイル48および50は、互いに交差し、配置モ
ジュール40の縦軸に対して角度θで位置している。このため、超音波トランスデ
ューサ42により伝播された縦音響波は、第1のコイル48により生成された第1の磁
束によりわずかに変調または撹乱され、かつ、第2のコイル50により生成された
第2の磁束により大きく変調または撹乱される。従って、配置モジュール40内で
の電磁コイルアセンブリ44の位置を変化させることにより、音響波の変調量が制
御されて、最適な骨形成性刺激を得ることができる。第1のコイル48および第2の
コイル50駆動用の異なる回路を設けることにより、この装置を用いた超音波およ
びE-stim治療中に第1の磁束の生成と第2の磁束の生成とを交互にすることが想定
されている。
54、および56は、これらのコイル52、54、および56の1個が縦軸に直交している
とき、互いに対して鋭角θで位置し、配置モジュール40の縦軸に対してこの同じ
角度θで位置している。この配置においては、第1の磁束が第1のコイル52に交差
して生成され、第2の磁束が第2のコイル54に交差して生成され、第3の磁束が第3
のコイル56に交差して生成される。3個のコイル52、54、および56の方向を制御
すれば、第1、第2、および第3の磁束の方向が制御されて、超音波トランスデュ
ーサ42により伝播される音響波の変調量を変化させることができる。
面図を示す。これらの変更例の全てにおいて、超音波トランスデューサアセンブ
リ26および電磁コイルアセンブリ28が設けられている。超音波トランスデューサ
アセンブリ26は、超音波トランスデューサ30および関連回路、信号ジェネレータ
(図示せず)を備えている。電磁コイルアセンブリ28は、電磁コイル32を備えて
いる。超音波トランスデューサ30および電磁コイル32は、下に記載するように、
図11A〜15Bに示された実施態様のそれぞれにおいては、互いに対して異なって配
置されている。さらに、図11A〜15Bに示された変更例において、超音波トランス
デューサ30は、電磁コイル32の下、すなわち損傷に、より近接して配置される。
、それぞれケーブル62および64により、MOU(図示せず)に個別に連結されてい
る。MOU は、図1に示す実施態様のMOU 12または図2に示す実施態様のMOU 110に
類似している。ケーブル62および64は、比較的低い周波数のRFまたは光学信号、
およびデジタル信号を伝達することのできる多心ケーブルであることが好ましい
。ケーブル62および64には、同軸のケーブルまたは他のタイプの適当な被覆ケー
ブルが含まれてもよい。または代わりに、ケーブル62および64には、光学信号を
伝達するファイバー光学ケーブルが含まれてもよい。信号は、連続してまたは一
連のパルスとして伝達されてもよい。また、これらの実施態様においては、超音
波トランスデューサおよび電磁コイルアセンブリが互いに異なる時期に駆動され
るように、信号が異なる時期に期間を変えて伝達されるようにしてもよい。これ
は、アセンブリへの電力供給が、他の実施態様のように同一のケーブルで行われ
ないからである。
に位置するハウジング66内に位置する。電磁コイル32は、配置モジュール60内に
おいて、超音波トランスデューサ30と平行になっている。この配置においては、
縦音響波は磁束と同じ方向に伝播され、従ってこの配置においては、音響フィー
ルドへの効果は最小である。例えば、電磁コイル32は水平軸に平行であるので、
電流が電磁コイル32に印加されるとき、得られた磁束は、マクスウェルの等式に
より、電磁コイル32の縦軸に平行となる。従って、磁束は、伝播している磁束と
同じ方向に存在することになる。
、配置モジュール14の水平軸に対して角度θで位置する。この配置においては、
縦音響波は、磁束の方向に関して同じ角度θで伝播され、従ってこの配置におい
ては、注目すべき効果が音響フィールドに付与される。
超音波トランスデューサ30と交差するように位置する。この配置においては、縦
音響波は、磁束の方向と交差するように伝播され、従ってこの配置においては、
最も大きい効果が音響フィールドに付与される。
イル32を示す。この電磁コイル32は、配置モジュール60内部の超音波トランスデ
ューサ30に平行であって外包されている。この配置においては、縦方向の音響は
、磁束と同じ方向に伝播され、従ってこの配置においては、最も小さい効果が音
響フィールドに付与される。例えば、電磁コイル32は水平軸に平行であるので、
電流が電磁コイル32に供給されるとき、得られた磁束は、マクスウェルの等式に
より、電磁コイル32の縦軸に平行となる。従って、磁束は、伝播している磁束と
同じ方向に存在することになる。
て角度θでハウジング66の周囲において外包されている。この配置においては、
縦音響波は、磁束の方向に関してこの同じ角度θで伝播され、従ってこの配置に
おいては、注目すべき効果が音響フィールドに付与される。
ル14に類似した2個の配置モジュール70を示す。これらの配置モジュール70はそ
れぞれ、超音波トランスデューサ76を有する超音波トランスデューサアセンブリ
74と、電磁コイル80を有する電磁コイルアセンブリ78とを備えている。追加の電
磁コイルアセンブリ78が、2個の配置モジュール70間に設けられている。この配
置は、超音波および電磁気エネルギーを部位に集束させる脊椎修復および椎間融
合プロセスにおいてとりわけ有利である。2個の配置モジュール70および追加の
電磁コイルアセンブリ82は、互いに対して角度θで位置し、かつMOU 12またはMO
U 110に類似したMOU(図示せず)に接続されたそれぞれのケーブル84、86、およ
び88を介してそれぞれ電力供給される。配置バンド72を可撓性を有する材料から
製造することにより、配置バンド72が多数の配置で設けられることが想定されて
いる。
ド72を取り付ける。次いで、超音波トランスデューサ76および電磁コイル80を所
定の期間、作動させることにより、変調された音響波を損傷部位に印加する。電
磁コイル80を種々の位置に配置することにより、いくつかの実施態様について上
で説明したように、変調量を制御できるようにすることが想定されている。また
、超音波トランスデューサ76および電磁コイル80を異なる時期に期間を変えて個
別に駆動することが想定されている。
テンレス鋼、ニッケル、またはアルミニウムファイバーとの導電性ABSプラスチ
ックから構成することにより、各超音波トランスデューサおよび電磁コイルアセ
ンブリを特定のケーブルに接続するワイヤの使用が不要となることが好ましい。
このような実施態様においては、この導電性配置バンドを用いることにより、超
音波トランスデューサおよび電磁コイルアセンブリが単一のケーブルを介してMO
Uに電気的に接続される。
性損傷の超音波とE-stimとの組合せによる治療用キットとして提供することが想
定されている。このキットは、超音波トランスデューサおよび信号ジェネレータ
回路を有する超音波トランスデューサアセンブリと、電磁コイルおよび作動回路
を有する電磁コイルアセンブリと、超音波トランスデューサおよび電磁コイルア
センブリが配置される形状に作られた配置モジュールと、この配置モジュールに
連結される主作動ユニット(MOU)とを備えることができる。
モジュールと患者の身体の損傷部分間に、超音波導電性ゲルを配置することによ
り、超音波の減衰を防ぐことが想定されている。さらに、1個またはそれよりも
多いトランスデューサを変更し、治療領域からもたらされた診断データを受信さ
せるようにすることが想定されている。これにより、損傷部位および治癒プロセ
スのリアルタイムでの評価が可能となる。
のブロック線図は、引用によりここにその内容が組み込まれている米国特許第5,
556,372号の図6および6Aに示されている。
ているこの発明の種々の実施態様に様々な変更を加え得ることが理解されよう。
例えば、配置モジュールの構造上の形状、および超音波トランスデューサおよび
電磁コイルアセンブリの形状に様々な変更を加えてもよい。従って、上の記載は
、この発明を限定するものと解されるべきではなく、単に、この発明の好ましい
実施態様を提示していると解されるべきである。当業者であれば、下に提示され
るクレームにより定義されるようなこの発明の範囲および精神内で他の変更が考
えられる。
による第1の実施態様の携帯用超音波およびE-stim治療装置を装着した患者の斜
視図である。
合せトランスデューサヘッドを受け止めつつある、キャストに取り付けられた挿
入片の斜視図である。
。
ューサヘッドの他の実施態様の斜視図である。
ルの大きさおよび位置との関係を示す、図2の配置モジュールの上面図である。
ルの大きさおよび位置との関係を示す、他の実施態様の携帯用超音波およびE-st
im治療装置の配置モジュールの上面図である。
ルの大きさおよび位置との関係を示す、他の実施態様の携帯用超音波およびE-st
im治療装置の配置モジュールの上面想像図である。
電磁コイルの大きさおよび位置との関係を示す、他の実施態様の携帯用超音波お
よびE-stim治療装置の配置モジュールの断面図である。
の大きさとの関係を示す、他の実施態様の携帯用超音波およびE-stim治療装置の
配置モジュールの断面図である。
きさとの関係を示す、他の実施態様の携帯用超音波およびE-stim治療装置の配置
モジュールの断面図である。
ルの大きさおよび位置との関係を示す、他の実施態様の携帯用超音波およびE-st
im治療装置の配置モジュールの上面図である。
ルの大きさおよび位置との関係を示す、他の実施態様の携帯用超音波およびE-st
im治療装置の配置モジュールの上面図である。
ルの大きさおよび位置との関係を示す、他の実施態様の携帯用超音波およびE-st
im治療装置の配置モジュールの上面想像図である。
ルの大きさおよび位置との関係を示す、他の実施態様の携帯用超音波およびE-st
im治療装置の配置モジュールの上面図である。
ルの大きさおよび位置との関係を示す、他の実施態様の携帯用超音波およびE-st
im治療装置の配置モジュールの上面図である。
様の携帯用超音波およびE-stim治療装置の配置モジュールの上面図である。
Claims (25)
- 【請求項1】 少なくとも1個の超音波トランスデューサを有する少なくと
も1個の超音波トランスデューサアセンブリと、 上記少なくとも1個の超音波トランスデューサアセンブリと作動的に連動する
少なくとも1個の電磁コイルを有する少なくとも1個の電磁コイルアセンブリと、 患者に装着される形状に作られ、装着されたときに上記少なくとも1個の超音
波トランスデューサおよび上記少なくとも1個の電磁コイルが配置されて治療領
域へエネルギーが集束されるように、上記少なくとも1個のトランスデューサア
センブリおよび少なくとも1個の電磁コイルアセンブリを受け入れる形状に作ら
れた配置モジュールと、 超音波および電磁気刺激を治療領域に付与するために、少なくとも1個の駆動
信号を上記少なくとも1個の超音波トランスデューサアセンブリに付与すること
により、上記少なくとも1個の超音波トランスデューサおよび上記少なくとも1個
の電磁コイルを駆動する主作動ユニットと を備えた、超音波および電磁気刺激を上記治療領域に付与するための治療アセン
ブリ。 - 【請求項2】 上記主作動ユニットが、第1のケーブルにより上記少なくと
も1個の超音波トランスデューサアセンブリに、そして第2のケーブルにより上記
少なくとも1個の電磁コイルアセンブリに連結されて、上記少なくとも1個の駆動
信号を上記少なくとも1個の超音波トランスデューサアセンブリおよびに上記少
なくとも1個の電磁コイルアセンブリに異なる時期に期間を変えて付与する請求
項1記載の治療アセンブリ。 - 【請求項3】 上記少なくとも1個の電磁コイルが、上記少なくとも1個の超
音波トランスデューサの水平軸に対して角度θに配置され、θが0度よりも大き
いか等しく、かつ90度よりも小さいか等しい請求項1記載の治療アセンブリ。 - 【請求項4】 上記少なくとも1個の電磁コイルが、上記配置モジュールの
周囲において外包された請求項1記載の治療アセンブリ。 - 【請求項5】 上記配置モジュールが上記治療領域の近傍に位置するとき、
上記少なくとも1個の超音波トランスデューサアセンブリが上記少なくとも1個の
電磁コイルよりも上記治療領域に、より近接して位置する請求項1記載の治療ア
センブリ。 - 【請求項6】 配置モジュールが導電性材料で構成され、かつ上記少なくと
も1個の超音波トランスデューサおよび上記少なくとも1個の電磁コイルが上記導
電性材料を介して上記主作動ユニットに電気的に連結される請求項1記載の治療
アセンブリ。 - 【請求項7】 上記少なくとも1個の超音波トランスデューサが、もたらさ
れた診断データの受信手段を備えた請求項1記載の治療アセンブリ。 - 【請求項8】 上記少なくとも1個の電磁コイルが、一様でない電磁界を付
与する請求項1記載の治療アセンブリ。 - 【請求項9】 少なくとも1個の超音波トランスデューサを備えた少なくと
も1個の超音波トランスデューサアセンブリと、少なくとも1個の電磁コイルを備
えた少なくとも1個の電磁コイルアセンブリとに連結される内部電源を有する主
作動ユニットを設け、 上記配置モジュールが患者の身体に固定されたとき、上記少なくとも1個の超
音波トランスデューサおよび上記少なくとも1個の電磁コイルが治療領域へエネ
ルギーを集束すべく配置されるように、上記少なくとも1個の超音波トランスデ
ューサアセンブリおよび上記少なくとも1個の電磁コイルアセンブリを受け止め
る形状に作られた配置モジュールを設け、 上記治療領域に超音波を印加するために、上記少なくとも1個の超音波トラン
スデューサを励起させ、 電磁界を作り出すために、少なくとも1個の電磁コイルを励起させることから
なる工程からなる、超音波および電磁気により組織を治療する方法。 - 【請求項10】 上記少なくとも1個の超音波トランスデューサおよび上記
少なくとも1個の電磁コイルを励起させる上記工程が、上記主作動ユニットから
制御信号を伝達することにより、同時に行われる請求項9記載の方法。 - 【請求項11】 上記少なくとも1個の超音波トランスデューサおよび上記
少なくとも1個の電磁コイルを励起させる上記工程が、上記少なくとも1個の超音
波トランスデューサを励起して超音波を伝播させるために上記主作動ユニットか
ら少なくとも1個の第1の制御信号を伝達することにより、かつ上記少なくとも1
個の電磁コイルを励起して磁力線を発生させるために少なくとも1個の第2の制御
信号を伝達することにより、独立して行われる請求項9記載の方法。 - 【請求項12】 上記伝播される超音波の伝達力を変化させるために上記第
1の制御信号の大きさを変化させる工程をさらに含む請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 磁力線の磁気レベルを変化させるために上記第2の制御信
号の大きさを変化させることにより、工程をさらに含む請求項11記載の方法。 - 【請求項14】 上記少なくとも1個の超音波トランスデューサの水平軸に
対して角度θで上記少なくとも1個の電磁コイルを配向させる工程をさらに含む
請求項9記載の方法。 - 【請求項15】 θが0度よりも大きいか等しく、かつ90度よりも小さいか
等しい請求項14記載の方法。 - 【請求項16】 上記少なくとも1個の超音波トランスデューによりもたら
された診断データを受信する工程をさらに含む請求項9記載の方法。 - 【請求項17】 治療中に患者が動いてもよいようにするキャリングケース
内に上記主作動ユニットを固定する工程をさらに備えた請求項9記載の方法。 - 【請求項18】 上記少なくとも1個の電磁コイルを励起させる上記工程が
、一様でない電磁界を作り出す請求項9記載の方法。 - 【請求項19】 少なくとも1個の超音波トランスデューサを配置バンドに
取り付け、 少なくとも1個の電磁コイルを上記配置バンドに取り付け、 上記少なくとも1個の超音波トランスデューサが治療領域の近傍にくるように
上記配置バンドを患者に取り付け、 上記治療領域に超音波を印加するために上記少なくとも1個の超音波トランス
デューサを励起させ、 変調力を生成して上記超音波を変調させるために上記少なくとも1個の電磁コ
イルを励起させる 工程からなる超音波および電磁気により組織を治療する方法。 - 【請求項20】 上記少なくとも1個の超音波トランスデューサおよび上記
少なくとも1個の電磁コイルを、内部電力を有する上記作動ユニットに接続する
工程をさらに含む請求項19記載の方法。 - 【請求項21】 上記少なくとも1個の超音波トランスデューサによりもた
らされた診断データを受信する工程をさらに含む請求項19記載の方法。 - 【請求項22】 上記少なくとも1個の電磁コイルを、上記少なくとも1個の
超音波トランスデューサの水平軸に対して角度θで配向させる工程をさらに含み
、θが0度よりも大きいか等しく、かつ90度よりも小さいか等しい請求項19記載
の方法。 - 【請求項23】 上記少なくとも1個の電磁コイルを励起させる工程が、一
様でない変調力を生成する請求項17記載の方法。 - 【請求項24】 圧力波を上記治療領域に伝播させる手段と、 上記圧力波を変調させるために電磁界を作り出す手段と、 上記圧力波の変調量を変化させるために上記作り出だす手段を制御し、かつ上
記伝播させる手段と上記作り出す手段とをそれぞれの時期に作動させる制御手段
と を備えた上記治療領域に超音波および電磁刺激を付与する装置。 - 【請求項25】 上記作り出す手段が一様でない電磁界を作り出す請求項24
記載の装置。
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