JP2004537383A - 組織を治療する用途における音響モードを制御する方法と手段 - Google Patents

組織を治療する用途における音響モードを制御する方法と手段 Download PDF

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Abstract

皮膚組織表面及び骨組織表面に対して各種角度でモード変換装置上に配置された少なくとも一つの超音波変換器又はこのような変換器の少なくとも一つのアレイを備え、その結果、以下のことすなわち縦波が骨表面に対し垂直に生成する、縦波が組織表面に入射したのち皮膚表面にそって伝搬する、及び縦波とせん断波の両者が骨組織表面に入射したのち骨表面にそって伝搬することの１又は２以上の組合せが起こるモード変換装置。組織の開放創傷及び骨折部位を、これらの音響モードで照射すると、新血管形成及び骨折治癒過程の生体の骨内もしくは骨膜の治癒相又はその両者を高め促進する。超音波変換器及びモード変換装置によって治療領域に導かれる音波の空間と時間の分布は制御することができる。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波治療装置に関し、さらに詳しく述べると、音波が１又は２以上の変換器から人体へ伝達される角度を制御して、その音波が皮膚組織及び骨組織の界面又は表面に入射したときに音響エネルギーを特定の音響モードに変換しやすくし、さらに解剖学的に浅い器官と深い器官の両者の組織の治癒を促進する結合システムの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、物理療法の治療法として４５年以上にもわたって使用されてきた。そして超音波は、痛み，軟組織の損傷並びに骨関節症，関節周囲炎，滑液包炎，腱滑膜炎及び各種の筋骨格症候群を含む関節機能障害を治療するための補助療法として推薦される治療法であった。その上に、超音波は、創傷治癒の促進，局所用薬剤のフォノフォレーシス（phonophoresis），瘢痕組織の治療及びスポーツ損傷の治療などの用途に使用されている。
【０００３】
超音波の生物学的治療効果には、主として二つの大きな分野の効果すなわち熱効果と非熱効果があることが特徴である。その非熱効果としては、約０.０５ＭＨｚ（メガヘルツ）〜約５.０ＭＨｚにわたる広範囲の超音波周波数によるアコースティックストリーミング，空洞形成及び他の機械的効果がある。信号発生器からの電気出力は、一般に、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料，ＰＭＮ−ＰＺ−ＰＴなどの単結晶強誘電性リラクサーなどで製造された変換器によって機械振動に変換される。その機械振動は、組織を通じて走行し、伝搬する過程で吸収される音波を生成する。粘性吸収（viscous absorption）の速度とこれに関連する温度上昇は、遭遇する組織のタイプの微細構造の特性，音波の周波数，空間−時間的音の強さ及び組織中の非線形伝搬度によって左右される。その音響エネルギーは、治療用途によって連続波又はパルス波の形態でもよく、一般に、超音波ゲル，ローション，ヒドロゲル又は水などの音響結合材料を使用して、変換器から患者の組織へ伝達される。０.０３〜３.０ｗ／ｃｍ2（ワット／平方センチメートル）の音の強さが、一般に、治療を目的として、パルスモード又は連続モードで適用され、骨折及び慢性のみならず急性の組織の損傷を治療することができる。
【０００４】
超音波の有利な側面は、Durateの米国特許第４,５３０,３６０号、Talishらの米国特許第５,００３,９６５号、Castelの米国特許第５,４１３,５５０号及びWinderらの米国特許第５,５２０,６１２号で明らかなように探求されているが、音波が特定の目標組織部位に送達される角度を制御するとか又は音響モード自体を制御する装置は、当該技術分野で全く開示されていない。一般に治療超音波による治療は、圧電変換器を利用して、組織中を主として縦波として治療領域に伝搬する音響縦波を生成させることによって行われている。その入射縦波が圧電変換器／皮膚組織の界面に対して垂直でない場合、下側の軟組織中に生成した屈折音波は、各種の屈折角の準縦波及び準せん断波として伝搬する。したがって、現在利用できる音波治療装置の手段を使用して、音波を、組織の目標領域に望ましく整合させて患者に当てることは難しいことが多い。これらの装置は、治療領域に対する音波の性質を、明確にもしくは絶対的に、有効に制御できない。それ故、音響縦波及び音響せん断波を目標組織部位に選択して伝達し治療しやすくする単一又は複数の角度の制御を容易に行える装置が要望されている。
【０００５】
発明の要旨
上記問題点を解決し、本題に具体的に示しかつ広く説明している本発明の目的に合った利益と利点を提供する本発明の要旨を以下に述べる。
【０００６】
本発明は、組織中、各種の指定反射部位から屈折され、反射される超音波を容易に制御することができ、特定の治療領域の治癒を一層促進する装置，システム及び方法に関する。本発明の一側面は、その幾何学的配置構成によって、複数の変換器を各種の角度で配置できるモード変換装置に関する。そのモード変換装置は、断面形状が非対称形の台形でありかつ、音波を著しく屈折させたり、ひずませたり又は弱めたりすることなしに音波の伝搬を方向付けて保持する能力を有する固体材料で構成されている。
【０００７】
そのモード変換装置は、四つの方式のうちの少なくとも一つの方式で配置された複数の変換器によって別個の音響結合経路を提供する。第一に、その伝送面が皮膚組織表面に平行であるモード変換装置の頂面（２６）に配置された変換器が、皮膚組織及び骨組織の表面に垂直な縦波を伝送する。第二に、骨組織に対して第一臨界角の角度をなしているモード変換装置の傾斜面に配置された変換器が、骨表面に当たって一部分が骨表面に平行に走る縦波に変換されそして一部分が骨組織のポアソン比によって決定される角度をなして走るせん断波に変換された音響縦波を伝送する。第三に、骨組織に対して第二臨界角の角度をなしているモード変換装置の別の傾斜面に配置された変換器が、骨表面に当たって全体が骨表面に平行に走るせん断波に変換された音響縦波を伝送する。第四に、皮膚組織に対して第一臨界角の角度をなしているモード変換器のもう一つ別の傾斜面に配置された変換器が、皮膚組織表面に当たって一部分が皮膚組織表面に平行に走る縦波に変換されそして一部分が軟組織のポアソン比によって決定される角度をなして走るせん断波に変換された音響縦波を伝送する。上記モード変換装置は、図１〜３に示すようなこれら各種結合経路の組合せを組みこんで保持することができるので、縦波を、治療用途向けのせん断波に変換するのに有効な手段である。
【０００８】
本発明の下記詳細な説明において、第一媒体は、記載されている介在界面によって、モード変換装置又は軟組織に対応する。第一媒体がモード変換装置に対応する場合、第二媒体は軟組織に対応する。この場合、第一臨界角は、皮膚組織表面にそって走る縦モード成分を生成する角度に対応する。第一媒体が軟組織に対応する場合、第一媒体は骨組織に対応する。この場合、第一臨界角は、骨組織表面にそって走る縦モード成分を生成する角度に対応し、第二臨界角は骨組織表面にそって走るせん断波を生成する角度に対応する。骨折が治癒する過程の骨内相と骨膜相を増大するためには、低強度の超音波の縦波とせん断波が望ましい。
【０００９】
また、低強度の超音波は、骨折部位のまわりに新血管形成のプロセスを高めるか又は血液流を増大して、表在筋肉−骨格組織の創傷又は骨折の治癒を一層加速することが臨床的に証明されている。治癒過程を制御しやすくするため、前記変換器は、異なる信号構造の音波によって各種の励起速度で目標組織部位に連続して又は同時に呼掛けること（interrogation）ができるプログラマブルマイクロコンピュータによって、制御することができる。
【００１０】
添付図面は、本明細書に組み入れられてその一部を構成して本発明の実施態様を例示し、本明細書の説明とともに本発明の原理を開示している。
【００１１】
図面の詳細な説明
本発明は、生体治癒機構のカスケードを起こさせるために、音響縦波４０とせん断波４４を生体組織に送達する角度を、使用者が制御できるようにするモード変換装置６６に関する（図１参照）。モード変換装置１６は、治療領域５２全体を通じて、表示されている反射部位５０から反射されるエネルギーの空間−時間的分布を制御しやすくする。治療領域５２は、組織の開放創傷又は骨折又はその両者で構成されそしてその周囲に１又は２以上の筋骨格軟組織の創傷が付随していたりいなかったりする。また、その周囲の軟組織４６としては、限定されないが、腱，筋肉，靱帯，関節と滑液包，末梢神経，皮膚及び皮下脂肪がある。組織における音波の吸収経路と反射経路の両者を制御すれば、多大の治療利益を得ることができる。
【００１２】
モード変換装置１６は図１〜３及び５に示すように断面形状が台形であってもよい。また、モード変換装置１６は、本発明の精神と一致して以下に述べるような望ましい角度配向で変換器を有効に配置する断面形状が他の多角形であってもよい。さらに、下記の本発明の詳細な説明は、説明することを目的とするものであり、本発明を、本明細書に記載されている物理的装置に限定するものではない。代わりに本発明は、以下に述べる本発明にしたがって、超音波によって治療領域に呼掛ける方法を含んでいる。
【００１３】
モード変換装置１６は、粘性損失が小さい適切な材料で構成され、その材料としては、限定されないが熱可塑性脂肪，熱硬化性樹脂，エラストマー及びそれらの混合物がある。有用な熱可塑性樹脂としては、限定されないが、US1 Corp（米国、マサチューセッツ州マールボロー所在のPlastic Systems気付）から入手できるエチルビニルアセテート樹脂；Emerson and Cumming（米国、マサチューセッツ州キャントン所在のDeway and AlmayのChemical division）から入手できるエコタン（ecothane）CPC41；及びRen Plastics（米国カリフォルニア州ファウンテンバレー所在のCiba Geigyのディビジョン）から入手できるポリウレタンRP6400がある。有用な熱硬化性樹脂としては、限定されないが、Ernest F. Fullam, Inc.（米国、ニューヨーク州スケネクタディ所在）から入手できるSpurr epoxy及びEmerson and Cummingから入手できるStycastなどのエポキシ樹脂がある。有用なエラストマーとしては、限定されないが、General Electric（米国、ニューヨーク州ウォーターフォード所在のSilicon Products Division）が入手できるRTV60及びRTV90がある。
【００１４】
例示されている実施態様では、モード変換装置１６は、複数の変換器を皮膚組織表面３６に対して正確に配置できる。断面形状が台形の非対称形のくさびとして配置構成されている。図１〜３は、平坦な変換器１８、第一臨界角をなして傾斜する変換器２０及び第二臨界角をなして傾斜する変換器２２を示す。各変換器は、超音波の用途で通常使用されている材料と設計でつくられている。少なくとも一つの変換器が圧電特性を有し、限定されないが、セラミック，強誘電性の単結晶リラクサー，ジルコン酸チタン酸鉛，メタニオブ酸鉛，チタン酸バリウム及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の圧電性共重合体がある。変換器は、代わりに磁気ひずみ特性を有していてもよい。変換器は一般に、モード変換装置の外面に取り付けられる。しかし、変換器は、図５に示すように、モード変換装置１６の空洞内の挿入物としてモード変換装置に取り付けるか又はモード変換装置１６自体の中に取り付けることができる。さらに変換器は、それが、以下に述べる角度で超音波を発することができるようにモード変換装置に配置することができる。それら変換器は、モード変換装置の音響インピーダンスに匹敵する音響インピーダンスを有し、その変換装置の音響インピーダンスの±１０％以内の音響インピーダンスを有する結合材料で、モード変換装置に音響的に取り付けられる。いくつかの実施態様で、モード変換装置の音響インピーダンスは、ヒト軟組織の音響インピーダンスとほぼ等しい。その上に、モード変換装置１６は、縦速度がヒトの筋骨格軟組織の縦速度より小さくかつ骨組織の縦速度より小さい材料で構成されている。各変換器から発する音波は、システム制御器５４で空間的及び時間的に制御される。そのシステム制御器５４の設計と製造は当業技術者にはよく知られている。
【００１５】
図１〜３に示すモード変換装置１６は、一つの実質的に平坦な頂面２６と複数の傾斜面２８を備えている。しかし図５に示すように、変換器がモード変換装置１６内に挿入されている場合、前記頂面２６は実質的に平坦であるとは限らない。代わりに、頂面２６は、変換器１８が、モードくさび変換装置１６の底面３４に対し平行である限りいずれの形態であってもよい。実質的に平坦な頂面２６に配置されているか又はモードくさび変換装置１６内に挿入されている変換器１８は、治療領域５２に、皮膚組織表面３６と骨組織表面４２に垂直の縦波を提供する。傾斜面２８は、骨組織に対して第一臨界角：θLb３０もしくは皮膚組織に対して第一臨界角：θLs３１で又は骨組織に対して第二臨界角θSVb３２で配置されている。記載されている臨界角はすべてモード変換装置１６の底面３４に対する角度である。
【００１６】
モード変換装置１６の底面３４は、作動中、ヒト軟組織３６の音響インピーダンスに匹敵する音響インピーダンスを有する結合材料を使用して、皮膚組織表面に結合されるので、モード変換装置１６から人体への音響エネルギーの伝達が最大になる。図１〜３に示す上記角度の下付き文字は、伝搬音響モードを示し（左から右に読む）、縦（Ｌ）又は垂直せん断（ＳＶ）続いて音波がそれぞれの界面で反射した後に伝搬する組織表面すなわち骨（ｂ）又は皮膚（Ｓ）を表す。
【００１７】
傾斜変換器２０と２２は、他種類の臨界角で配置することができ、それら臨界角によって、変換器が生成する音波が図１〜３に示すような各種の結合経路を提供できるようになる。例えば、図１に示す傾斜変換器２０と２２は、骨組織表面４２にそって平行に伝搬する縦波４０とせん断波４４を、治療領域５２に提供する。さらに、図２に示すように、傾斜変換器２０と２２が発する音波は、皮膚組織表面３６と骨組織表面４２の両方にそって平行に伝搬する縦波４０に変換できる。さらに図３に示すように、傾斜変換器２０と２２は、治療領域５２に皮膚組織表面３６にそって平行に伝搬する縦波４０及び骨組織表面４２にそって平行に伝搬するせん断波４４を提供できる。
【００１８】
治療上好ましい音波の組合せは、傾斜変換器２０と２２を特定の臨界角で配置することによってつくることができる。具体的に述べると、それぞれ第一臨界角：θLb３０とθLs３１で配置された傾斜変換器２０と２２は、それぞれ骨組織の表面４２と皮膚組織の表面３６にそって平行に走る縦波を生成することができる。さらに、第二臨界角：θSVb３２で配置された傾斜変換器２０と２２は骨組織４２にそって平行に走るせん断波を生成することができる。これらの臨界角：θLb３０、θLs３１及びθSVbは、以下に述べるように、縦波及びせん断波の速度と固体の等方性で均一な塊状材料の弾性との間の関係式を利用して計算することができる。通常のモード変換装置の材料の場合、θLb３０はθSVb３２より小さく、そのθSVb３２はθLs３１より小さい。
【００１９】
超音波の反射は、音響インピーダンスが異なる媒体間の界面で起こる。二つのこのような場所は皮膚組織表面３６と骨組織表面４２である。音響インピーダンスはレール(Rayl)(kg/m2-sec)で表され、そして、塊状材料内の縦波の場合、ρCL（但しρは密度であり、CLは材料中での音の縦速度である）と定義される。反射波の強さは、二つの媒体間の界面における反射係数Ｒによって決定され、それら媒体の音響インピーダンスＺ2−Ｚ1）／（Ｚ2＋Ｚ1）で表され、その反射波は、それら媒体の比音響インピーダンスによって移相を起こすことがある。下付き数字１と２は第一媒体と第二媒体を意味し、第一媒体は入射と反射を特徴としそして第二媒体は屈折と透過を特徴としている。
【００２０】
骨組織を治療するための角度を推定するのに、周囲軟組織４６と骨組織４８は固体の等方性で均質な材料とみなすことができる。したがって、音波の縦速度は組織の弾性によって下記式で表すことができる。
CL＝[(E/ρ)[(1-ν)／(1＋ν)(1-2ν)]]
ここで、Ｅはヤング率，ρは密度及びνはポアソン比であり、そして上記縦速度はせん断波の速度／縦波の速度の比の関数である。具体的に述べると、ポアソン比はν＝[1-2(CS/CL)2]／2[1-(CS/CL)2]として計算され、ここで、CSは音波のせん断波速度である。
【００２１】
せん断波４４の粒子方向（particle direction）は伝搬方向に対して垂直であるから、骨折部位やその近くに見られる骨膜と周囲軟組織を刺激するとき、縦波より有効である。せん断波４４には２種のタイプすなわちそれぞれＳＨ及びＳＶと呼称されるせん断水平波とせん断垂直波があり、伝搬方向に対して粒子の移動する方向によってきまる。一般に、二つの異なる固体媒体間の境界に入射するランダムせん断波はＳＨとＳＶの成分の両者を含んでいる。さらにＳＶ波は、スネルの法則によってきまる下記境界条件にしたがってモード変換を受けることができる。
(sinθS/CS)1＝(sinθL/CL)1＝(sinθL/CL)2＝(sinθS/CS)2 式１
上記式中、θSはせん断角であり、θLは縦角であり、CSはせん断速度であり、そしてCLは縦速度である。スネルの法則で定義されるこの境界条件は媒体１と２の間の界面における縦波の相互作用も示す。対照的に、ＳＨ並はモード変換を受けることができない。代わりにＳＨ並は境界に平行の運動を維持する。骨折溝などの音波導波路は純粋のＳＨ並を保持することができる。
【００２２】
縦波が、骨又は皮膚の組織の表面で９０°の屈折角を生じる第一臨界角θLb３０又はθLs３１を有するモード変換装置によって反射部位５０に導かれると、その屈折された縦波は、骨組織４８と周囲の軟組織４６との間の界面に平行に走るか、又はモード変換装置の底面３４と皮膚組織表面３６の間の界面に平行に走る。入射角が第一臨界角より大きいと、スネルの法則によって計算される屈折角の正弦値は１より大きい。換言すれば、入射角が第一臨界角より大きくなると、その音波は、第二媒体中に入らずに、境界表面において内側へ完全に反射される。第一臨界角よりはるかに大きい入射角の場合、その表面における縦波の振幅は、有限であるが、実音響出力が非常に小さい。また、第一媒体内での音速が第二媒体内の音速より小さい場合、屈折臨界角は存在しえないことにも留意すべきである。縦波が、特定の境界表面に対して第一臨界角で媒体１内に伝送されると、媒体２内で屈折されたせん断波は、下記式で表される角θSV2のせん断波である。
θSV2＝sin-1[(1-2ν)／2(1-ν)]1/2 式２
上記式中、νは骨組織又は軟組織のポアソン比である。すべての材料のポアソン比は０〜０.５の範囲内にあり、νが０に等しい材料は完全に圧縮可能であると呼ばれ一方νが０.５に等しい材料は圧縮不能と呼ばれる。詳しく述べると、骨組織のポアソン比は一般に約０.２９〜約０.３３の範囲内であるが、ヒト軟組織及び大部分のエラストマーと熱可塑性樹脂のポアソン比は一般に約０.４５〜約０.４９である。νが約０.２９〜約０.３３の範囲内及び約０.４５〜約０.４９の範囲内の場合、CS／CLはそれぞれ約０.５〜約０.５４の範囲内及び約０.１４〜約０.３の範囲内である。このデータから、モード変換装置と筋骨格軟組織は準粘性流体としてモデル化することができ、かつ骨組織は準粘弾性固体としてモデル化することができる。
【００２３】
図１〜３に示すように、縦波が臨界角θSVb３２で反射部位５０に導かれると、皮膚組織表面で反射される縦波は無視することができ、屈折されたせん断波だけがその軟組織に存在している。θSVbが骨組織内で９０°である条件の場合、縦波は、骨組織表面４２に平行に走るせん断波に完全に変換される。傾斜面２８とモードくさび変換装置１６の底面３４との間の角度θSVb３２が大きくなってθSVbがθLsに近くなると、音響縦波は皮膚組織界面にそって伝搬する傾向があるが、骨表面から反射されるせん断波は無視できるようになり、骨表面から指数関数的に減衰する。
【００２４】
第一臨界角３０と第二臨界角３２は上記式１を使用して設定できる。WuとCubberleyが書いてUltrasound in Med.＆ Biol. 123巻1号129〜134頁1997年に発表した論文「Measurement of Velocity and Attenuation of Shear Waves in Bovine Compact Bone Using Ultrasonic Spectrscopy」によれば、骨組織内の平均縦速度は、生体外で測定した結果、骨線維の長さに対する音波の方向によって左右され、約３０７５〜約３３５０メートル／秒（ｍ／ｓ）の範囲内であった。同じ試験で骨組織内の平均せん断波速度を測定した結果、約１７５０〜約１９５０ｍ／ｓであった。これらの速度は、各種のモード変換装置の材料について先に記載した式１のθLとθSvを計算するのに利用した。その音響インピーダンスが軟組織の音響インピーダンスの１０％以内である各種材料に対する角度：θLb３０，θLs３１及びθSVb３２の範囲を下記表に示す。
【００２５】
【表１】
Figure 2004537383
【００２６】
臨界角θLp３０，θLs及びθSVb３２を計算するのに必要な前記材料の公称特性は下記表のとおりである。
【００２７】
【表２】
Figure 2004537383
【００２８】
ＣSVの値は、上記各種材料のポアソン比の範囲に基づいている。いくつかのタイプのほ乳類の組織のせん断速度は生体外で測定した結果２０ｍ／ｓより小さかったが、これはＣSVについて上記表に示した値の範囲より１桁以上小さく、０.４９９５より大きいポアソン比を示している。
【００２９】
モード変換装置１６の変換器は、音波を多種の方法で治療領域５２に伝送できるように配置されている。例えば音響縦波は、皮膚組織表面３６と骨表面４２に垂直の入射立て波４０として骨折部位に伝搬することができる。別の実施例では、音響縦波は、第一臨界角θLb３０に等しい角度で伝送することができ、周囲の軟組織４６と骨組織４８との間の界面に入射した後、一部分が骨表面４２にそって走る縦波４０に変換されそして一部分が式２で表される屈折角で走るせん断波に変換される。この状態の場合、骨組織中のせん断波の屈折角は約３０〜３３°の範囲内である。さらに別の実施例では、音響縦波は、第二臨界角：θSVb３２に等しい角度で伝送することができ、やはり、周囲の軟組織と骨組織との間の界面に入射した後、周囲の軟組織と骨組織との間の界面にそって走るＳＶせん断波４４に完全に変換される。そしてさらに別の実施例では、音響縦波は第一臨界角：θLS３１と等しい角度で伝送することができ、皮膚組織表面３６に入射した後、一部分が皮膚の表面３６にそって走る縦波４０に変換されそして一部分が式２で表される下側の軟組織４６内に屈折角で走るせん断波に変換される。この状態の場合、軟組織４６内のせん断波の屈折角は約０〜約１８°の範囲内である。これらの屈折せん断波には、皮膚組織創傷の治療を促進するのに少なからぬ価値がある。
【００３０】
図１〜３に示すように、治療領域５２内に、望ましい音響モードを得るため望ましい入射角θLb３０、θLs３１又はθSVb３２をつくるため、モード変換装置１６の配置構成によって、骨組織表面４２に対する変換器の適正な整合が達成される。各種の実施態様で、モード変換装置は、これらの及び他のモードの１種又は２種以上を含んでいる。
【００３１】
組織内に超音波が伝搬すると、微細構造のレベルにおいてさえ、一方向性放射線の力が、その経路内のすべての吸収及び反射を行う障害物に加わる。本発明の実施態様の軟組織４６内の音波は、空間平均−時間平均（ＳＡＴＡ）の音の強さが低く一般に３０〜１００ｍＷ／ｃｍ2であることを特徴としている。このレベルの音波が、生体の治療機構のカスケードを起動させるか又は起こすことができる生体しきい値を丁度超える。さらにその治療搬送周波数（therapeutic carrier frequency）は１０ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲内でよい。組織内の吸収経路と反射経路の両者を制御すると、有意な治療利益を得ることができる。
【００３２】
作動中、モード変換装置１６は、開放組織創傷又は骨折部位又はその両者で構成されている治療領域５２の上の患者の皮膚組織表面３６の上に配置される。開放創傷の場合、超音波用接触媒質シート例えばEcho Ultrasound（米国ペンシルベニア州リーズビル所在）から入手できるHydroscanなどを創傷の上に配置して滅菌保護を行ったり交差汚染を減らすことができる。モード変換装置１６は、この変換装置の底部３４と軟組織４６の間の皮膚組織表面３６及び周囲の軟組織４６と骨組織４８との間の骨表面の界面４２に対して少なくとも一つの変換器を配置している。治療領域５２への呼掛けはシステム制御器５４を駆動することによって開始される。そのシステム制御器５４はプログラム式信号発生器５６を起動させて、１又は２以上の変換器に送られる超音波励起信号を生成する。励起信号を受けた各変換器は、モード変換装置１６の材料、皮膚組織表面３６及び周囲の軟組織４６を通って骨組織４６の方に伝搬する音響縦波を発生する。またモード変換装置１６を使用して、骨組織を含まない皮膚組織表面３６上の創傷の方へ音波を伝送することもできる。上記のように、音響縦波は、モード変換を受けるが、その変換はその縦波が骨組織表面４２に当たる入射角に左右される。
【００３３】
上記少なくとも一つの変換器は、特定の順序で又は同時に伝送される縦波を生成するが、治療領域５２に超音波で非侵襲的に呼び掛けるためシステム制御器５４によって制御される。システム制御器５４はプログラマブルマイクロプロセッサでよいが、限定されることなく、集積回路，アナログ装置，プログラム式論理装置，パーソナルコンピュータ又はサーバを備えていてもよい。そのタイミングシーケンスはいつでも使用者が設定できるか又は製造されている過程で設定できる。いくつもの実施態様で、モード変換装置１６は、１日に１，２回、数ヶ月間毎日、超音波を繰返し加えて治療過程を有効に刺激する治療処置を行うことができる。いくつもの実施態様では、１又は２以上の変換器について、音波は１回につき１〜６０分間範囲内で加えられる。モード変換装置１６を使用して、骨折治療過程の骨内及び骨膜の治療相の両方を含む組織創傷の治療を促進するための解剖学的に浅いか又は深い組織への治療超音波の適用を容易にしかつ高めることができる。
【００３４】
いくつもの実施態様で、モード変換装置１６は図１〜３に示すように三つの変換器を備えている。しかし、図４に示すような別の実施態様では、モード変換装置１６が一つの平坦な表面２６と四つの傾斜面２８を備えている。この別の実施態様では、一つの変換器２１が平坦な頂面２６の上に配置され、そして少なくとも一つの変換器２１が四つの傾斜面２８の中の少なくとも一つの上に配置されている。これらの傾斜面２８は各々、第一臨界角のθLb３０もしくはθLs３１又は第二臨界角のθSVb３２で配置することができる。さらに四つの傾斜面２８はすべて第一臨界角のθLb３０又はθLs３１で配置できる。あるいは四つの傾斜面２８はすべて第二臨界角のθSVb３２で配置できる。別の実施態様は、臨界角θLb３０，θLs３１又はθSVb３２で配置された傾斜面２８の組み合わせを備えている。
【００３５】
さらに、別の代わりの実施態様は６以上の変換器を備えている。例えば、モード変換装置１６は図４に示す代わりの実施態様に示すように平坦な頂面２６を備えている。しかし、この代わりの実施態様は、側面の数を４に限定せずに、５以上の複数の傾斜側面を備えていてもよい。具体的に述べると、その傾斜面２８の数は５以上であってもよい。さらに、その傾斜面２８はθLb３０，θLs３１又はθSVb３２の角度で配置された側面の組み合わせであってもよい。
【００３６】
いくつもの実施態様では、単一の変換器１８が図１〜３に示すように平坦頂面２６上に配置され、そして少なくとも一つの変換器がモード変換装置１６の傾斜面２８に配置されている。しかし、代わりの実施態様では、各傾斜面２８は単一の変換器ではなく、変換器のアレイを有する傾斜面を一つだけ備え、そして変換器のアレイを有する頂面を備えているか又は備えていない。その上に、本明細書に記載のアレイの組合せはいずれも、上記実施態様のどれに含まれていてもよい。さらに別の実施態様では、モード変換装置は、傾斜側面あり又はなしで平坦頂面２６を一つだけ備えていてもよく、この場合、頂面２６上野変換器のアレイは電子的に位相を合わされて、臨界角：θLb３０，θLs３１又はθSVb３２に電気的に導くことができるビームを生成する。音響ビームを電気的に導く方法は、当業技術者によく知られている。
【００３７】
これら実施態様をさらに拡大した実施態様として、システム制御器５４は、患者の各種の組織創傷と骨折部位を標的とするため、上記モード変換装置の組合せによって治療超音波を適用するようにプログラムすることができる。さらに、システム制御器５４、プログラム式信号発生器５６並びに変換器１８，２０及び２２は、単一の集積ユニット内に入れることができる。この実施態様では、各ユニットは、モード変換装置の複数の面のなかの少なくとも一つの上に挿入物として別個に取り付けるか、又は図５に示すように充電可能な電池５８を有する独立型ユニットとしてモード変換装置自体の中に取り付けることができる。こうして、モード変換装置は、変換器１８，２０及び２２，システム制御器５４並びにプログラム式信号発生器５６を単一構造体内に収納することができる。さらに、図５に示す独立型集積ユニットは、単一の外部電源に電気的に接続することもできる。
【００３８】
先に述べた実施態様の複数の変換器は、例えばWinderらの米国特許第５,５２０,６１２号に記載されかつ図式で示されているように、振幅もしくは位相の変調又はその両者を特徴としかつ搬送周波数，パルス幅，パルス繰り返し周波数及び空間平均−時間平均（ＳＡＴＡ）強さを変えることを特徴とする異なる超音波励起信号でプログラムすることができる。なお上記特許は本願に援用するものである。前記搬送周波数は、１又は２以上の変換器の場合約１０ＫＨｚ〜約１０ＭＨｚの範囲内でよい。前記パルス幅は、１又は２以上の変換器の場合、約１００マイクロ秒〜約１００ミリ秒の範囲内でよい。前記パルス繰り返し周波数は約１Ｈｚ〜約１０,０００Ｈｚの範囲内でよい。前記空間平均−時間平均強さは、１又は２以上の変換器の場合、約５ｍＷ／ｃｍ2〜約５００ｍＷ／ｃｍ2の範囲内でよい。振幅変調度は変調指数で定義され、その変調指数は、１又は２以上の変換器の場合、約０〜約０.５の範囲内であればよい。位相変調は、線形又は非線形の周波数対時間の特性によって定義される。一般に位相変調は、減衰線形（ＣＷ）変動〜対数（双曲線ＦＭ）変動の範囲内であればよく、その周波数対時間の特性ｆ（ｔ）は、下記式で示される時間に関する無限べき級数で表される。
ｆ（ｔ）＝α0＋α1ｔ＋α2ｔ2＋α3ｔ3＋… 式３
上記式中、一組の定数〔α〕は特定の変調システムの特徴を表す。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】骨組織に対して第一臨界角（θLb）および第二臨界角（θSVb）を示す、非対称型台形くさびとして配置構成されているモード変換装置の一実施態様の断面図である。
【図２】骨組織に対して第一臨界角（θLb）及び皮膚組織に対してより急勾配の第一臨界角（θLs）を示す、非対称型台形くさびとして配置構成されたモード変換装置の一実施態様の断面図である。
【図３】皮膚組織に対して第一臨界角（θLs）及び骨組織に対して第二臨界角（θSVb）を示す、非対称形台形くさびとして配置構成されたモード変換装置の別の実施態様の断面図である。なお図１〜３は図面を簡単にするため、屈折波だけを図示し、皮膚組織と骨組織の表面に斜めに入射する縦波が生成する反射縦波と反射せん断波は図示していない。
【図４】四つの変換器がモード変換装置の傾斜側面に取り付けられ、そして一つの変換器がモード変換装置の頂面に取り付けられている本発明の一実施態様の平面図である。
【図５】充電可能な電池とともにユニットとして、モード変換装置内に集積されたシステム制御器，信号発生器及び変換器を示す、非対称型台形くさびとして配置構成されたモード変換装置の一実施態様の断面図である。

Claims (67)

  1. 頂面（２６）、底面（３４）及び複数の側面（２８）を備え、その複数の側面は底面（３４）に角度をなして配置され、少なくとも一つの変換器（２０，２２）が複数側面（２８）のうちの一つと音響的に連結され、界面で反射し反射後界面にそって平行に走る音波を発することができるモード変換装置（１６）を組織表面に音響的に連結し、次いで、
    少なくとも一つの変換器（２０，２２）から出射された音波が界面に当たって反射し反射後界面にそって平行に走るように、モード変換装置（１６）の底面（３４）に角度をなしてモード変換装置（１６）に音響的に連結された少なくとも一つの変換器（２０，２２）から音波を出射することを特徴とする、治療に適用するため超音波励起信号を少なくとも一つの変換器からヒトの生体内組織に非侵襲的に印加する方法。
  2. 励起信号を生成しその励起信号を少なくとも一つの変換器（２０，２２）に伝送することをさらに特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 少なくとも一つの変換器（２０，２２）からの音響エネルギーの空間的及び時間的分布を、システム制御器（５４）を使用して制御することをさらに特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. システム制御器（５４）を使用することがプログラマブルマイクロプロセッサを使用することからなることをさらに特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 組織表面に実質的に垂直に伝播する縦波を生成し、その縦波がモード変換装置（１６）の頂面（２６）上に配置された少なくとも一つの変換器（２０，２２）から生成されることをさらに特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 音波を界面に向かって出射することは、皮膚組織表面（３６）とモード変換装置（１６）の間の界面に向かって音波を出射することからなることをさらに特徴する請求項１に記載の方法。
  7. 音波を皮膚組織表面とモード変換装置（１６）の間の界面に向かって出射することは、音波が皮膚組織表面とモード変換装置（１６）の間の界面に入射したのち皮膚組織表面にそって平行に走る縦波に部分的に変換され、かつ、屈折角θsvで走るせん断波に部分的に変換されるように、音波をモード変換装置（１６）の底面（３４）に対し第一臨界角（３０，３１）で出射することからなり、ここで、θsv=sin-1[(1−2ν)/２(1−ν)]1/2で、νは軟組織のポアソン比を表しsvはせん断波（４４）の垂直成分を意味することをさらに特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 音波を界面に向かって出射することは、音波を骨組織と周囲の軟組織との間の界面に向かって出射することを含むことをさらに特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. 音波を骨組織と周囲の軟組織との間の界面に向かって出射することは、音波が周囲の軟組織と骨組織との間の界面に入射したのち周囲の軟組織と骨組織との間の界面にそって平行に走る縦波に部分的に変換され、かつ、屈折角θsvで走るせん断波に部分的に変換されるように音波をモード変換装置（１６）の底面（３４）に対し第一臨界角で出射することからなり、ここで、θsv=sin-1[(1−2ν)/２(1−ν)]1/2で、νは骨組織のポアソン比を表しsvはせん断波の垂直成分を意味することをさらに特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. その音波が周囲の軟組織と骨組織との間の界面に入射したのち反射して周囲の軟組織と骨組織との間の界面にそって平行な音響せん断波として走るように、音波をモード変換装置（１６）の底面（３４）に対し第二臨界角で少なくとも一つの変換器（２０，２２）から出射することをさらに特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 音波を第二臨界角で少なくとも一つの変換器（２０，２２）から出射しその音波全体が骨組織表面にそって平行に走る音響せん断波に変換されることをさらに特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. モード変換装置（１６）を組織表面に音響的に連結することは、ヒトの軟組織の音響インピーダンスに匹敵する音響インピーダンスを有する材料で構成されたモード変換装置（１６）を音響的に連結することを含むことをさらに特徴とする請求項１に記載の方法。
  13. モード変換装置（１６）を組織表面に音響的に連結することは、縦速度がヒト軟組織に対する縦速度より小さい材料で構成されているモード変換装置（１６）を音響的に連結することを含むことをさらに特徴とする請求項１に記載の方法。
  14. モード変換装置（１６）を組織表面に音響的に連結することは、縦速度が骨組織に対する縦速度より小さい材料で構成されているモード変換装置（１６）を音響的に連結することを含むことをさらに特徴とする請求項１に記載の方法。
  15. モード変換装置（１６）を組織表面に音響的に連結することは、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー又はそれらの組み合わせで構成されたモード変換装置（１６）を音響的に連結することを含むことをさらに特徴とする請求項１に記載の方法。
  16. モード変換装置（１６）を組織表面に音響的に連結することは、エチルビニルアセテート樹脂、エコタン、ポリウレタン、シリコーン又はそれらの組み合わせで構成されたモード変換装置（１６）を音響的に連結することを含むことをさらに特徴とする請求項１５に記載の方法。
  17. モード変換装置（１６）を組織表面に音響的に連結することは、音響インピーダンスがヒト軟組織の音響インピーダンスに匹敵する連結材料で構成されたモード変換装置（１６）を音響的に連結することを含むことをさらに特徴とする請求項１に記載の方法。
  18. 少なくとも一つの変換器（２０，２２）からの音波の発生は、放射期間を含む期間中複数回起こることを含みその放射期間が約１〜約６０分であることをさらに特徴とする請求項１に記載の方法。
  19. 励起信号を生成することは、変調パルス正弦波である励起信号を生成することを含むことをさらに特徴とする請求項２に記載の方法。
  20. 励起信号を生成することは、振幅を変調された励起信号を生成することを含むことをさらに特徴とする請求項１９に記載の方法。
  21. 励起信号を生成することは、位相を変調された励起信号を生成することを含むことをさらに特徴とする請求項１９に記載の方法。
  22. 励起信号を生成することは、f(t)=α0+α1ｔ+α2ｔ2+α3ｔ3+…（ここで、一組の定数αは特定の変調システムを特徴付ける）で定義され周波数対時間の曲線で表されるべき級数に基づく減衰線形（ＣＷ）から対数（双曲線ＦＭ）までの時間的変化の範囲内にある励起信号を生成することを含むことをさらに特徴とする請求項２１に記載の方法。
  23. 励起信号を生成することは、搬送周波数、パルス幅、パルス繰返し周波数及び空間的平均・時間的平均強度を含む励起信号を生成することを含むことをさらに特徴とする請求項１９に記載の方法。
  24. 励起信号を生成することは、少なくとも一つの変換器（２０，２２）に対して１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲内である搬送周波数を有する励起信号を生成することを含むことをさらに特徴とする請求項２３に記載の方法。
  25. 励起信号を生成することは、少なくとも一つの変換器（２０，２２）に対して１００マイクロ秒〜１００ミリ秒の範囲内であるパルス幅を有する励起信号を生成することを含むことをさらに特徴とする請求項２３に記載の方法。
  26. 励起信号を生成することは、少なくとも一つの変換器（２０，２２）に対して１Ｈｚ〜１０，０００Ｈｚの範囲内であるパルス繰返し周波数を有する励起信号を生成することを含むことをさらに特徴とする請求項２３に記載の方法。
  27. 励起信号を生成することが、少なくとも一つの変換器（２０，２２）に対して５ｍＷ/ｃｍ2〜５００ｍＷ/cm2の範囲内である空間平均時間平均強さを有する励起信号を生成することを含むことをさらに特徴とする請求項２３に記載の方法。
  28. 頂面（２６）、複数の側面（２８）、底面（３４）及び少なくとも一つの変換器（２０，２２）を有するモード変換装置（１６）を備え、複数の側面（２８）が底面（３４）に対して角度をなして配置され、少なくとも一つの変換器（２０，２２）から発せられる音波が界面に当たって反射しその界面にそって平行に走るように、少なくとも一つの変換器（２０，２２）がモード変換装置（１６）の複数の側面のうちの一つに音響的に連結され、かつ、底面（３４）に対して角度をなして配置されることを特徴とする、治療に適用するため超音波励起信号を少なくとも一つの変換器（２０，２２）から生体内のヒト組織に非侵襲的に印加する装置。
  29. 少なくとも一つの変換器（２０，２２）からの音波の空間的時間的分布を制御するシステム制御器（５４）を備えていることをさらに特徴とする請求項２８に記載の装置。
  30. 励起信号を生成して少なくとも一つの変換器（２０，２２）に伝送する信号発生器を備えていることをさらに特徴とする請求項２８に記載の装置。
  31. システム制御器（５４）がプログラマブルマイクロプロッセッサであることをさらに特徴とする請求項２９に記載の方法。
  32. 前記モード変換装置（１６）が、皮膚組織表面に垂直の縦波を生成するためそのモード変換装置（１６）の頂面（２６）に配置された少なくとも一つの変換器（１８）を備えていることをさらに特徴とする請求項２８に記載の装置。
  33. 界面が皮膚組織表面とモード変換装置（１６）との間に配置された界面であることをさらに特徴とする請求項２８に記載の装置。
  34. 少なくとも一つの変換器（２０，２２）が、皮膚組織表面とモード変換装置の間の界面に入射したのち皮膚組織表面にそって平行に走る縦波に部分的に変換され屈折角θsvで走るせん断波に変換される音波を出射するように、少なくとも一つの変換器（２０，２２）がモード変換装置（１６）の底面（３４）に対して第一臨界角で配置され、ここで、θsv=sin-1[(1−2ν)/２(1−ν)]1/2で、νはヒト軟組織のポアソン比を表しsvはせん断波の垂直成分を意味することを特徴とする請求項３３に記載の装置。
  35. 界面が周囲の軟組織と骨組織との間に配置された界面であることをさらに特徴とする請求項２８に記載の装置。
  36. 少なくとも一つの変換器（２０，２２）が、周囲の軟組織と骨組織との間の界面に入射したのち周囲の軟組織と骨組織との間の界面にそって平行に走る縦波に部分的に変換され、かつ、屈折角θsvで走るせん断波に部分的に変換される音波を発するように、少なくとも一つの変換器（２０，２２）がモード変換装置（１６）の底面（３４）に対して第一臨界角で配置され、ここで、θsv=sin-1[(1−2ν)/２(1−ν)]1/2で、νはヒト軟組織のポアソン比を表しsvはせん断波の垂直成分を意味することをさらに特徴とする請求項３４に記載の装置。
  37. 少なくとも一つの変換器（２２）が、周囲の軟組織と骨組織との間の界面で反射しそして入射したのち周囲の軟組織と骨組織との間の界面にそって平行の音響せん断波として走る音波を発するように、少なくとも一つの変換器（２２）がモード変換装置（１６）の底面（３４）に対して第二臨界角で配置されることをさらに特徴とする請求項２８に記載の装置。
  38. 少なくとも一つの変換器（２２）から第二臨界角で出射される音波がすべて、周囲の軟組織と骨組織との間の界面にそって平行に走る音響せん断波に変換されることをさらに特徴とする請求項３７に記載の装置。
  39. 前記モード変換装置（１６）がヒト軟組織の音響インピーダンスに匹敵する音響インピーダンスを有する材料で構成されていることをさらに特徴とする請求項２８に記載の装置。
  40. 前記モード変換装置（１６）が軟組織の縦速度より小さい縦速度を有する材料で構成されていることをさらに特徴とする請求項２８に記載の装置。
  41. 前記モード変換装置（１６）が骨組織の縦速度より小さい縦速度を有する材料で構成されていることをさらに特徴とする請求項２８に記載の装置。
  42. 前記モード変換装置（１６）が熱可塑性樹脂、エラストマー又はその組み合わせで構成されていることをさらに特徴とする請求項２８に記載の装置。
  43. さらに前記モード変換装置（１６）がエチルビニルアセテート樹脂、エコタン、ポリウレタン、シリコーン又はその組み合わせで構成されていることをさらに特徴とする請求項４２に記載の装置。
  44. 頂面（２６）、
    実質的に平坦な底面（３４）、
    少なくとも一つの変換器（２０，２２）を受け入れることができかつ底面（３４）に対して臨界角で配置された複数の側面（２８）を備え、少なくとも一つの側面（２８）に音響的に連結された少なくとも一つの変換器（２０，２２）から出射される音波が界面に当たって反射しその界面にそって平行に走ることを特徴とするモード変換装置（１６）。
  45. 前記モード変換装置（１６）がさらに台形の断面を有していることをさらに特徴とする請求項４４に記載のモード変換装置（１６）。
  46. 前記頂面（２６）が底面（３４）と実質的に平行であることをさらに特徴とする請求項４４に記載のモード変換装置（１６）。
  47. 少なくとも一つの側面（２８）に音響的に連結された少なくとも一つの変換器（２０，２２）が、皮膚組織表面（３６）とモード変換装置（１６）の間の界面に入射したのち皮膚組織表面にそって平行に走る音波に部分的に変換され、かつ、屈折角θsvで走るせん断波（４４）に部分的に変換される音波を出射するように、少なくとも一つの側面（２８）がモード変換装置（１６）の底面（３４）に対して第一臨界角で配置され、ここで、θsv=sin-1[(1−2ν)/２(1−ν)]1/2で、νはヒト軟組織のポアソン比を表しsvはせん断波の垂直成分を意味することをさらに特徴とする請求項４４に記載のモード変換装置（１６）。
  48. 少なくとも一つの側面（２８）に音響的に連結された少なくとも一つの変換器（２０，２２）が、周囲の軟組織と骨組織との間の界面に入射したのち周囲の軟組織と骨組織との間の界面にそって平行に走る縦波に部分的に変換され、かつ、屈折角θsvで走るせん断波に部分的に変換される音波を出射するように、少なくとも一つの側面（２８）がモード変換装置（１６）の底面（３４）に対して第一臨界角で配置され、ここで、θsv=sin-1[(1−2ν)/２(1−ν)]1/2で、νはヒト軟組織のポワソン比を表しsvはせん断波の垂直成分を意味することをさらに特徴とする請求項４４に記載のモード変換装置（１６）。
  49. 少なくとも一つの側面（２８）に音響的に連結された少なくとも一つの変換器（２０，２２）が、周囲の軟組織と骨組織との間の界面で反射し次いで入射したのち周囲の軟組織と骨組織との間の界面にそって平行の音響せん断波として走る音波を出射するように、少なくとも一つの側面（２８）がモード変換装置（１６）の底面（３４）に対して第二臨界角で配置されることをさらに特徴とする請求項４８に記載のモード変換装置（１６）。
  50. 少なくとも一つの側面（２８）に音響的に連結された少なくとも一つの変換器（２０，２２）から出射される音波がすべて周囲の軟組織と骨組織との間の界面にそって平行に走る音響せん断波に変換されるように、少なくとも一つの側面（２８）がモード変換装置（１６）の底面（３４）に対して第二臨界角で配置されることをさらに特徴とする請求項４９に記載のモード変換装置（１６）。
  51. 前記モード変換装置（１６）がヒト軟組織の音響インピーダンスに匹敵する音響インピーダンスを有する材料で構成されていることをさらに特徴とする請求項４４に記載のモード変換装置（１６）。
  52. 前記モード変換装置（１６）が軟組織の縦速度より小さい縦速度を有する材料で構成されていることをさらに特徴とする請求項４４に記載のモード変換装置（１６）。
  53. 前記モード変換装置（１６）が骨組織の縦速度より小さい縦速度を有する材料で構成されていることをさらに特徴とする請求項４４に記載のモード変換装置（１６）。
  54. 前記モード変換装置（１６）が熱可塑性樹脂、エラストマー又はその組み合わせで構成されていることをさらに特徴とする請求項４４に記載のモード変換装置（１６）。
  55. さらに前記モード変換装置（１６）がエチルビニルアセテート樹脂、エコタン、ポリウレタン、シリコーン又はその組み合わせで構成されていることをさらに特徴とする請求項５４に記載のモード変換装置（１６）。
  56. 少なくとも一つの平坦な表面に音響的に連結された少なくとも一つの変換器（２０，２２）から出射される音波が界面に当たって反射してその界面にそって平行に走るように、少なくとも一つの側面（２８）が少なくとも一つの変換器（２０，２２）を受け入れることができる少なくとも一つのくぼみを有しそして前記少なくとも一つのくぼみが少なくとも一つの変換器（２０，２２）と音響的に連結しかつ底面（３４）に対して臨界角で配列することができる少なくとも一つの平坦な表面を備えることをさらに特徴とする請求項４４に記載のモード変換装置（１６）。
  57. 少なくとも一つの平坦な側面（２８）に音響的に連結された少なくとも一つの変換器（２０，２２）が、皮膚組織表面とモード変換装置（１６）の間の界面に入射したのち皮膚組織表面にそって平行に走る縦波に部分的に変換され、かつ、屈折角θsvで走るせん断波に部分的に変換される音波を出射するように、少なくとも一つの平坦な表面がモード変換装置（１６）の底面（３４）に対して第一臨界角（３０，３１）で配置され、ここで、θsv=sin-1[(1−2ν)/２(1−ν)]1/2で、νはヒト軟組織のポワソン比を表しsvはせん断波の垂直成分を意味することをさらに特徴とする請求項５６に記載のモード変換装置（１６）。
  58. 少なくとも一つの平坦な表面に音響的に連結された少なくとも一つの変換器（２０，２２）が、周囲の軟組織と骨組織との間の界面に入射したのち周囲の軟組織と骨組織との間の界面にそって平行に走る縦波に部分的に変換され、かつ、屈折角θsvで走るせん断波に部分的に変換される音波を出射するように、少なくとも一つの平坦な表面がモード変換装置（１６）の底面（３４）に対して第一臨界角で配置され、ここで、θsv=sin-1[(1−2ν)/２(1−ν)]1/2で、νはヒト軟組織のポワソン比を表しsvはせん断波の垂直成分を意味することをさらに特徴とする請求項５６に記載のモード変換装置（１６）。
  59. 少なくとも一つの平坦な表面に音響的に連結された少なくとも一つの変換器（２０，２２）が、周囲の軟組織と骨組織との間の界面で反射し次いで入射したのち周囲の軟組織と骨組織との間の界面にそって平行な音響せん断波として走る音波を出射するように、少なくとも一つの平坦な表面がモード変換装置（１６）の底面（３４）に対して第二臨界角で配置されることをさらに特徴とする請求項５８に記載のモード変換装置（１６）。
  60. 少なくとも一つの平坦な表面に音響的に連結された少なくとも一つの変換器（２０，２２）から発せられる音波がすべて周囲の軟組織と骨組織との間の界面にそって平行に走る音響せん断波に変換されるように、少なくとも一つの平坦な表面がモード変換装置（１６）の底面（３４）に対して第二臨界角で配置されることをさらに特徴とする請求項５９に記載のモード変換装置（１６）。
  61. 前記モード変換装置（１６）がヒト軟組織の音響インピーダンスに匹敵する音響インピーダンスを有する材料で構成されていることをさらに特徴とする請求項５６に記載のモード変換装置（１６）。
  62. 前記モード変換装置（１６）が軟組織の縦速度より小さい縦速度を有する材料で構成されていることをさらに特徴とする請求項５６に記載のモード変換装置（１６）。
  63. 前記モード変換装置（１６）が骨組織の縦速度より小さい縦速度を有する材料で構成されていることをさらに特徴とする請求項５６に記載のモード変換装置（１６）。
  64. 前記モード変換装置（１６）が熱可塑性樹脂、エラストマー又はその組合わせで構成されていることをさらに特徴とする請求項５６に記載のモード変換装置（１６）。
  65. さらに前記モード変換装置（１６）がエチルビニルアセテート樹脂、エコタン、ポリウレタン、シリコーン又はその組合わせで構成されていることをさらに特徴とする請求項６４に記載のモード変換装置（１６）。
  66. 少なくとも一つの変換器〔２０，２２〕からの音響エネルギーの空間的時間的分布を制御するシステム制御器（５４）がくさびの形態のモード変換装置に連結されていることをさらに特徴とする治療超音波を患者の全身に投与するよう構成されている請求項２８に記載の装置。
  67. システム制御器（５４）がプログラマブルマイクロプロッセサであることをさらに特徴とする請求項６６に記載の装置。
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