JP2010510816A - 多点に送波可能な超音波治療デバイス - Google Patents

Abstract

超音波を多点に送波することができる治療デバイスは、超音波トランスデューサのアレイが設けられた基板（５）を備えている。超音波トランスデューサのアレイ内の各超音波トランスデューサは独立して焦点を合わせることができる。本発明の上記デバイスの構造は単純であり、焦点調節の性能は優れている。各超音波トランスデューサが干渉し合うことはない。このため、超音波のエネルギーが、所定の経路を通して送波され、利用率は高い。

Description

本発明は、医療器具の技術分野に関係し、多点に送波可能な超音波治療デバイスに関する。

近年、医療用イメージングを用いた検出および非観血的な治療において、超音波が広く使用されている。特定の周波数帯の低エネルギー超音波は、熱効果だけでなく、機械的な効果および生物化学的な効果を有していることが実験によって見出された。特に、超音波の生物化学的な効果（酵素活性に対する効果、細胞の代謝を加速する効果、ヒトの線維芽細胞の合成を刺激する効果など）を無視できないこと、中でも、低強度のパルス化された超音波は、サイトカインと組み合わされた場合に、骨髄の間葉系幹細胞の関節軟骨への分化を促進することができ、軟骨損傷を治療する上で重要な役割を果たすことが近年の実験および研究によって立証された。このため、この種類の超音波のパルスは、軟部組織の損傷を処置するため、軟部組織の損傷の回復を加速させるため、骨組織の増殖を促進するため、ならびに、神経因性疼痛を軽減および治療するために応用されることができる。疼痛を伴わない非観血的な治療の手段としての低強度のパルス化された超音波は、ヒトに危害を加えるものではないので、幅広く応用される可能性がある。

現時点において、多点に送波可能な低エネルギー超音波治療デバイスは、例えば、特開２００４−８１６４５号公報に開示されている。このデバイスでは、１つの治療ユニットのそれぞれは、集束機能を有しておらず、各ユニットから送波される超音波は平行である。理論的に言えば、超音波が及ぶ特定の領域に超音波を「集束」させることができるが、超音波はそのままでは分散したり、干渉し合ったりするので、事前の設定に従って超音波を「集束」させることができない。さらに音響経路（acoustic path）上のエネルギーの強度分布は一様にならない。これらのことに起因して、治療効果が達成されることができず、健康な領域が損傷を受ける場合がある。その一方で、上記デバイスによって発生されるエネルギーは低く、組織の増殖を促進すること、および疼痛を軽減することという目的を達成することはできない。

特開２００４−８１６４５号公報

処置の間に治療量を達成するために、超音波を複数の範囲に照射するための外付け手段が必要とされている。非専門家が実際の操作を迅速に把握することは困難であり、超音波の照射が過剰に集中することによって、火傷が引き起こされる可能性がある。

本発明は、上述した先行技術における短所に鑑みてなされたものであって、低エネルギーの超音波を多点に送波可能な治療デバイスを提供する。このデバイスの構造は単純であり、集束の性能は優れている。このデバイスは、存在する経路に沿って超音波のエネルギーを送波することができ、超音波のエネルギーの利用効率は高い。

提示された課題は、本発明によって以下のように技術的に解決される。多点に送波可能な超音波治療デバイスは、超音波トランスデューサのアレイが設置されている基板を備えている。超音波トランスデューサのアレイ内の各超音波トランスデューサは、独立して集束することができる。

単純な製造技術を考慮した場合に、上記超音波トランスデューサは、圧電性結晶および集束レンズを備えていることが好ましい。集束レンズは、固定ユニットによって基板上の予め設けられた穴の中に固定されている。圧電性結晶は固定ユニットによって集束レンズと接続されている。集束レンズは、超音波を送波するための音響経路を形成するために、超音波を結合する材料で作製されている音響レンズを採用している。上記固定ユニットは、基板上の予め設けられた穴の中に圧電性結晶を固定する留め具を採用していてもよい。また集束レンズは、留め具によって基板上の予め設けられた穴の中に固定される。

当然ではあるが、超音波トランスデューサは、各超音波トランスデューサの独立した集束が実現されることができる場合に限って、他の形態を採用してもよい。

本発明における基板は、柔軟な基板であってもよい。柔軟な基板は、激しく歪められた後に、予め設定された基板の形状を迅速に且つ確実に復元する、優れた柔軟性を有している。一方で、柔軟な基板は、柔軟な基板を超音波トランスデューサのアレイと容易に剥離することなく確実に接続させる、特定の剛性を有している。それ故、柔軟な基板は、処置の位置の変更に、より良好に適合し得る。また病気の重症度に従って、柔軟な基板の形状を変更し、屈曲の程度を変更することによって、複数の超音波トランスデューサから送波される超音波のエネルギーの集中または分散を実現することができる。

先行技術では、セラミックの各トランスデューサからの超音波は、セラミックの表面全体から外に送波され、音場は分散される。トランスデューサの表面に対して垂直方向に沿って送波されたエネルギーが最も高く、送波された超音波は、平行な音波として考慮され得る。超音波は、トランスデューサの表面に対して垂直な方向に送波されるだけでなく、ある程度分散される。複数の超音波トランスデューサからの分散された超音波が音響媒体（acoustic medium）に送波される場合に、該超音波は他の超音波と干渉し合う。この干渉は、予め設定された直線方向における超音波のエネルギーの送波に影響を及ぼす。本発明の超音波治療デバイスの各超音波トランスデューサは、独立した集束方式を採用しており、全超音波トランスデューサの音場は互いに干渉しない。従って、超音波のエネルギーは、予め設定された経路に沿って送波されることができる。それ故、他の余分な操作をすることなく、治療効果を実現することができる。

好ましくは、外部包装は、基板上に上記トランスデューサのアレイと反対に固定されていてもよい。各超音波トランスデューサの熱を除去するための熱伝達ユニットが、外部包装に設けられている。外部包装に、基板上の予め設けられた穴と対応する対応穴が設けられている。各超音波トランスデューサは、基板上の予め設けられた穴、および外部包装上の対応穴を順に通過している。熱伝達ユニットは、各超音波トランスデューサに密接する柔軟な袋である。柔軟な袋の中に熱伝達性の物体が含まれている。柔軟な袋は、柔軟性と靭性とを有しているので、柔軟な袋は、超音波トランスデューサにぴったりと密接することができ、超音波トランスデューサによって発生された熱が迅速に除去され得る。

本発明では、基板および外部包装は、処置される病気の様々な標的に従って、様々な形状で設計されることができる。基板および外部包装の様々な形状としては、ストリップ、筒状のストリップ（sleeve strip）、およびキャップが挙げられてもよい。一方、基板上の超音波トランスデューサのアレイおよび外部包装のための予め設けられた穴は、円形、長方形、正多角形などであってもよい。これらの穴の形状は、超音波トランスデューサの構造に従って具体的に選択されてもよい。

この超音波治療デバイスを病気の標的上に好都合に固定するために、柔軟な基板を固定するための２つのベルトがそれぞれ、この基板の両端または外部包装の両端と接続されていてもよい。２つのベルトは、結合する伸縮性のベルトを採用している。これらベルトの一方はより多くのバリを有しており、他方はより少ないバリを有している。

本発明の実施形態１の構造を示す略図である。 図１に示された柔軟な基板５の上面図である。 図１に示された超音波トランスデューサの１つおよび留め具６の部分的な拡大図である。 図１に示された外部包装１の上部の構造を示す正面図である。 図４の上面図である。 本発明の実施形態２の構造を示す略図である。

以下では、好ましい各実施形態および添付の図面を参照し、本発明を詳細に説明する。

以下の各実施形態は、本発明の実施形態を限定するものではない。

〔実施形態１〕
図１に示されているように、本実施形態の、多点に送波可能な超音波治療デバイスは、（ｉ）予め設けられた穴９を有する柔軟な基板５、（ｉｉ）該基板上の予め設けられた穴９と対応する対応穴８を有する外部包装１、（ｉｉｉ）超音波トランスデューサのアレイ、（ｉｖ）励振シグナルを超音波トランスデューサのアレイに提供するための超音波の信号線１０、および（ｖ）超音波治療デバイス全体を病気の標的に固定するための伸縮性のベルト２を備えている。

外部包装１は患者の皮膚と接触するので、無毒性の外部包装（例えばシリコンゴムで作製された外部包装）が採用される。柔軟な基板５は、結合によって外部包装１上に固定されている。

図２に示されているように、本実施形態では、柔軟な基板５の形状は長方形である。この形状は、肢体における病気の標的を処置するために適している。これに応じて、図４に示されるように、外部包装１の形状も長方形である。柔軟な基板上の予め設けられた穴９、および外部包装上の対応穴８は、異なる形状を採用していてもよい。これらの穴の形状は、超音波トランスデューサのアレイ内の各超音波トランスデューサの構造に従って、具体的に選択されてもよい。

超音波トランスデューサの形式は、必要とされる全種類の規格が採用されている集束型超音波トランスデューサであってもよい。本実施形態では、図３に示されているように、各超音波トランスデューサは、圧電性結晶３および音響レンズ４を備えている。

単純且つ便利な製造技術を考慮した場合に、集束用の音響レンズ４は、音響結合材（例えば音響透過性のゴム(acoustically transparent rubber)）で作製された音響レンズを採用している。このため、この音響レンズは、圧電性結晶から送波された超音波を集束することができるだけでなく、超音波を送波するための音響を伝達する経路を形成することができる。音響結合材で作製されている音響レンズは、音響レンズが作製される材料の音響透過率、外部に被覆される音響結合材の音響透過率、および人体の音響透過率の差に基づいて、凸レンズの原理に従って製造される。それ故、圧電性結晶３から送波された平行な超音波が、設定された集束距離に集束されることができる。

圧電性結晶の選択に関して、圧電性結晶の大きさと集束の程度とが反比例するので、集束の程度をより高めるほど、圧電性結晶の大きさは小さくなる。それ故、同じ面積の集束を形成するためには、より多くの圧電性結晶が必要になる。例えば、半径５ｍｍの円形のセラミックの結晶について、この集束半径が０．１ｍｍである場合に、２５個の同じ種類の結晶が、０．５×０．５ｍｍ^２の面積の集束表面区域を形成することができる。

圧電性結晶３は、柔軟な基板５上の予め設けられた穴９および外部包装１上の対応穴８の中に、固定ユニット（即ち、留め具６）によって固定されている。一方、音響レンズ４も、留め具６によって柔軟な基板５上に固定されている。このように、留め具６は、超音波トランスデューサを固定するだけでなく、外部包装１上に柔軟な基板を固定する。

熱伝達ユニットが、柔軟な基板５に向かって、外部包装１に設けられている。本実施形態では、熱伝達ユニットは、柔軟な袋７を採用している。この柔軟な袋７の中には、熱伝達性の物体（熱伝導性のシリコングリースなど）が存在している。柔軟な袋７は柔軟性と靭性とを有しているので、図４および図５に示されるように、柔軟な袋７は、外部包装上の対応穴８を通して、超音波トランスデューサの圧電性結晶３にぴったりと密接することができ、超音波トランスデューサによって発生された熱が迅速に除去され得る。

本実施形態では、柔軟な基板５を固定するためのベルトは、結合する伸縮性のベルト２を採用している。これらベルトの一方はより多くのバリを有しており、他方はより少ないバリを有している。これらベルトはそれぞれ、外部包装１の両端と接続されている。

信号線ための穴１１が、外部包装に設けられている。超音波の信号線１０は、この信号線のための穴１０を通って、各圧電性結晶３と接続されている（図１に示されていない）。圧電性結晶３の全てまたはその一部は、必要に応じて、超音波を送波するために同時に励振されることができる。

本実施形態の超音波治療デバイスを使用する場合に、この超音波治療デバイス全体は、伸縮性のベルト２を用いることによって、関節痛を処置するために肢体（腕など）の病気の標的に固定される。次いで、超音波の信号線１０を通して、励振シグナルは圧電性結晶３に提供される。さらに圧電性結晶３は超音波を送波し、超音波は、音響レンズ４によって焦点に集束される。複数の圧電性結晶３が同時に作動するので、複数の焦点が同時に形成される。圧電性結晶３が十分に小さい場合に限り、線状の集束または薄片状の集束が病気の標的に形成され得る。本発明の超音波治療デバイスが、組織の迅速な増殖を促進することができ、これに応じて、関節痛を軽減することができるように、励振シグナルが必要に応じて調節されてもよい。さらに、これに応じて、超音波の強度が調節されてもよい。

処置の全工程の間に、柔軟な袋７は、超音波トランスデューサによって発生される熱を吸収し続け、次いでこの熱を放出し続ける。このようにして、一方では、各超音波トランスデューサは、過熱によって性能が低下することまたは損害を被ることから防護され、他方では、患者は、超音波トランスデューサの過熱によって皮膚が火傷することから防護される。

本発明の超音波治療デバイスの操作は単純であり、操作者が該操作を迅速且つ容易に把握する。一方、本発明の超音波トランスデューサが採用している複数の結晶のアレイの形状は、ストリップ状または円板状であるので、全超音波トランスデューサの焦点は１点に集中しない。従って、エネルギーの過剰な集中に起因する、病気の標的周辺の組織に火傷を負わせるという危険性は生じない。

〔実施形態２〕
図６に示されているように、本実施形態と実施形態１との違いは、柔軟な基板５の形状、および外部包装の形状が、本実施形態では円形であるということである。このような構造の超音波治療デバイスは、頭部における病気の標的を処置するために適しており、頭部の神経因性疼痛などを処置するために使用されてもよい。本実施形態の他の構造および使用方法は、実施形態１と同じである。

１ ・・・外部包装
２ ・・・伸縮性のベルト
３ ・・・圧電性結晶
４ ・・・音響レンズ
５ ・・・柔軟な基板
６ ・・・留め具
７ ・・・柔軟な袋
８ ・・・対応穴
９ ・・・予め設けられた穴
１０・・・超音波の信号線
１１・・・信号線ための穴

Claims (10)

1. 超音波トランスデューサのアレイが設置されている基板を備えており、
   該超音波トランスデューサのアレイ内の各超音波トランスデューサは、独立して集束することができる、多点に送波可能な超音波治療デバイス。
2. 上記各超音波トランスデューサは、圧電性結晶および集束レンズを備えており、
   該集束レンズは、固定ユニットによって上記基板上の予め設けられた穴の中に固定されており、
   該圧電性結晶は、該固定ユニットによって該集束レンズと接続されている、請求項１に記載の多点に送波可能な超音波治療デバイス。
3. 上記集束レンズは、超音波を結合する材料で作製されている音響レンズである、請求項２に記載の多点に送波可能な超音波治療デバイス。
4. 上記固定ユニットは、上記基板上の上記予め設けられた穴の中に上記圧電性結晶を固定する留め具を採用しており、上記集束レンズは、該留め具によって該基板上に固定されている、請求項２に記載の多点に送波可能な超音波治療デバイス。
5. 上記基板が柔軟な基板である、請求項１〜４の何れか１項に記載の多点に送波可能な超音波治療デバイス。
6. 外部包装が、上記基板上に上記トランスデューサのアレイと反対に固定されており、
   上記各超音波トランスデューサの熱を除去するための熱伝達ユニットが、該外部包装に設けられている、請求項５に記載の多点に送波可能な超音波治療デバイス。
7. 上記外部包装に、上記基板上の予め設けられた穴と対応する対応穴が設けられており、上記各超音波トランスデューサは、該基板上の予め設けられた穴、および該外部包装上の該対応穴を順に通過しており、
   上記熱伝達ユニットは、各超音波トランスデューサに密接する柔軟な袋であり、該柔軟な袋の中に熱伝達性の物体が含まれている、請求項６に記載の多点に送波可能な超音波治療デバイス。
8. 上記熱伝達性の物体として、熱伝導性のシリコングリースを採用している、請求項７に記載の多点に送波可能な超音波治療デバイス。
9. 上記基板を固定するためのベルトがそれぞれ、上記基板の両端または上記外部包装の両端と接続されている、請求項６に記載の多点に送波可能な超音波治療デバイス。
10. ２つの上記ベルトは、結合する伸縮性のベルトを採用しており、該ベルトの一方はより多くのバリを有しており、他方はより少ないバリを有している、請求項９に記載の多点に送波可能な超音波治療デバイス。

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