JP2011193991A - 超音波照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波の入射領域を把握可能にする超音波照射装置を提供する。
【解決手段】光ファイバレンズ２２０から出射した光は、ミラー２３０で反射し、レンズ２４０で集光される。この集光した光の焦点の位置は、超音波振動子１１０が照射する集束超音波の焦点Ｏの位置と一致している。レンズ２４０を透過した光は、スリット１３０を通過して、焦点Ｏに到達する。光ファイバレンズ２２０から出射したこのガイド光の光路は、超音波振動子１１０が照射する集束超音波の進行路と一致しているので、当該超音波照射装置の操作者は、当該ガイド光をＣＣＤカメラ３２０を介して視認することで、超音波の照射範囲を把握することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波の入射領域を光照射によって示す超音波照射装置に関する。

結石破砕装置や超音波温熱治療装置等、集束した超音波により種々の治療を行う超音波治療装置が提案されている。これらには、内視鏡に組み合わせたものや、細径の超音波プローブ又は体腔内に挿入する体腔内式超音波プローブ等を組み合わせた装置も広く知られている。超音波による治療装置の中には、集束した高強度の超音波により癌細胞などの生体組織を高温焼灼して治療する超音波高温治療装置がある。

前記の様な超音波治療装置の使用において、例えば特許文献１には、超音波の伝播経路と関係付けられた光路を通るレーザの光源を設置し、観察されるレーザスポットの位置から超音波治療装置が照射する集束超音波の焦点位置を算出する技術が開示されている。

特開２００９−２４７６８３号公報

前記特許文献１に開示されている技術に依れば、超音波治療装置が照射する集束超音波の焦点位置は示される。然し乍、集束超音波の焦点位置のみならず、組織に超音波が入射する表面領域を把握することが重要である。特に、組織の表面に凹凸がある場合や曲面状になっている場合、入射方向が斜めになっている場合などは、これらが一般的であるにも係わらず、超音波の入射面領域を把握することは難しく、想定以上に広い入射面領域となって超音波照射の影響を広い領域に及ぼしてしまう可能性が指摘されている。他方、超音波の伝播経路の観点からは、超音波の遮蔽物、例えば、曲折する組織の一部、他臓器の一部、腔内に挿入した器具の一部等が伝播経路中に入り込んでいる場合等に気付かずに作業を進めてしまい、超音波が遮られ、一部のエネルギが無駄になる可能性が指摘されている。

そこで本発明は、集束超音波照射にあたって被検体内への超音波の入射領域及び／又は伝播経路内の遮蔽物を操作者に把握可能とさせる超音波照射装置を提供することを目的とする。

前記目的を果たすため、本発明の超音波照射装置の一態様は、超音波を照射する超音波発生手段と、光を出射する光源と、前記光源から出射された光の進行路を前記超音波発生手段から照射された超音波の進行路に一致させる光路変更手段と、前記光路変更手段が進行路を変化させた光の進行方向を観察する観察手段と、を具備することを特徴とする。

本発明に依れば、被検体への超音波の伝播方向に略同一の光線を照射することにより、操作者が集束超音波照射にあたって超音波の入射領域及び／又は伝播経路内の遮蔽物を把握可能となる超音波照射装置を提供する。

本発明の第１の実施形態に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る超音波照射装置の動作を説明する為の図。 ガイド光のパターン例を示す図。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。 本発明の第４の実施形態に係る超音波振動子の構成例の概略を示す図。 フェーズドアレイによる集束超音波の生成を説明する為の図。 フェーズドアレイによる集束超音波の焦点距離の変化を説明する為の図。 本発明の第４の実施形態に係る超音波振動子の別の構成例の概略を示す図。 フェーズドアレイによる集束超音波の焦点位置の変化を説明する為の図。 本発明の第４の実施形態の変形例に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。 本発明の第５の実施形態に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。 本発明の第６の実施形態に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。

［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る超音波照射装置は、内視鏡その他の体腔内や管状部内に挿入する器具と組み合わせて用いる。当該超音波照射装置の構成の概略を図１に示す。この図に示す通り、当該超音波照射装置は、超音波発生部１００と、光学系２００と、観察部３００とを備える。

超音波発生部１００は、超音波照射の目標位置である焦点Ｏに集束する集束超音波を発生する部位である。超音波発生部１００は、超音波を発生する超音波振動子１１０と、それを支持するハウジング１２０とを有する。ここで超音波発生部１００から照射される超音波の進行方向である焦点Ｏ側を前側、焦点Ｏ側と反対側を後側と定義する。

超音波振動子１１０は、例えばチタン・ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３；ＰＺＴ）等の圧電素子である。また、超音波振動子１１０は、単純なＰＺＴに限らず、ポリマー材とＰＺＴを組み合わせた複合圧電材料（コンポジット型圧電材料）その他の圧電材料によって構成されても良い。超音波振動子１１０の前側及び後側は球面の一部と同じ形状をしている。この球面形状のため、超音波振動子１１０から照射された超音波は、超音波振動子１１０の前側の面の法線方向に進行し、前記球面の中心位置に相当する焦点Ｏに集束する。

ハウジング１２０には、金属や樹脂などを用いることができる。ハウジング１２０の前側の面の形状は、例えば超音波振動子１１０の前側の面の形状に一致して形成されている。超音波振動子１１０の後側には空間が設けられている。この空間には超音波振動子１１０への配線等が配設されている。また、超音波振動子１１０及びハウジング１２０は、例えば透明な樹脂などから成る光を透過するスリット１３０を有している。このスリット１３０は、球面形状をしている超音波振動子１１０の前側の面の法線方向に光を透過する様に形成されている。

光学系２００は、超音波発生部１００の後側に配置されている。光学系２００は、光源としての光ファイバ２１０及びその先端に光拡散のために設けられた光ファイバレンズ２２０と、ミラー２３０と、レンズ２４０とを有する。
光ファイバレンズ２２０から出射した光は、ミラー２３０で反射して向きを変え、レンズ２４０に入射する。この光は、レンズ２４０で屈折し、超音波発生部１００に入射する。本光学系２００は、レンズ２４０で屈曲した光が、超音波振動子１１０から照射された超音波と同じ経路を経て、当該超音波が集束する目標位置である焦点Ｏに焦点を結ぶように調整してある。

超音波発生部１００に入射した光は、スリット１３０を通り抜ける。スリット１３０は、球面形状をしている超音波振動子１１０の前側の面の法線方向に形成されているので、前記入射した光は、スリット１３０を透過して、超音波発生部１００から照射された超音波と同じ向きに進行する。

観察部３００は、観察用光源３１０と、ＣＣＤカメラ３２０とを備えている。観察用光源３１０は、超音波発生部１００の前側の空間を照らす照明であり、例えば光ファイバなどで導いた光を、当該光ファイバの先端に設けられたレンズで拡散するものである。ＣＣＤカメラ３２０は、観察用光源３１０が照らした領域を観察するものであり、超音波発生部１００が発生する超音波の照射領域や、スリット１３０を透過した光を観察することができる。尚、ＣＣＤカメラ３２０の代わりに、観察用光ファイバ等を用いることもできる。

この様に、例えば超音波振動子１１０は、超音波を照射する超音波発生手段として機能し、例えば光ファイバ２１０は、光を出射する光源として機能し、例えば光ファイバレンズ２２０、ミラー２３０及びレンズ２４０を含む光学系２００は、光の進行路を超音波の進行路に一致させる光路変更手段としての集光光学系として機能し、例えばＣＣＤカメラ３２０は、光の進行方向を観察する観察手段として機能し、例えばスリット１３０は、光源から出射された光を、超音波発生手段の後側から前側に透過する透過部として機能する。

次に本実施形態に係る超音波照射装置の動作について説明する。本超音波照射装置の使用時には、図２に示す様に、超音波照射の対象である被検体４１０との間に超音波伝播媒体４２０を挟んで、超音波発生部１００を接触させる。ここで、超音波伝播媒体４２０は、例えば被検体４１０が生体組織である場合には、脱気水を入れた水袋や、超音波診断や超音波治療で一般に用いられる樹脂やゼリー状の物質から成る音響整合材等であり、光を通過させる物質である。

観察用光源３１０は、被検体４１０の超音波を照射する領域及びその周辺領域を含む照明領域５１０（一点鎖線）を照明する。ＣＣＤカメラ３２０は、観察用光源３１０が照明する観察視野５２０内（二点鎖線）の画像を取得する。

光ファイバレンズ２２０から出射した光は、光路５３０、即ちミラー２３０、レンズ２４０、及びスリット１３０を経て、被検体４１０の表面に照射される。この光は、例えば前記観察用光源３１０から出射した光より、光強度が強かったり、色が異なっていたりする。このため、観察用光源３１０により照明された照明領域５１０内においても、光学系２００から出射した光は識別することができる。もしくは、光ファイバレンズ２２０及び観察用光源３１０はそれぞれ光を時系列的に切り替えて放射し、ＣＣＤカメラ３２０を介し、それぞれの光放射に同期させて時系列的に画像を取得し、それらを重畳させた画像を形成することで、照明領域５１０内において光学系２００から出射した光を識別することが可能である。

光学系２００から出射した光の光路５３０は、超音波振動子１１０から照射された超音波の進行方向である超音波進行路５４０とほぼ一致している。従って、被検体４１０の表面で、スリット１３０を透過した光に照らされている領域５５０は、超音波振動子１１０から照射された超音波が、被検体４１０に入射する領域とほぼ一致する。

ＣＣＤカメラ３２０が取得した画像は、図示しない表示部に表示される。当該超音波照射装置を操作する操作者は、この表示部に表示された画像を観察しながら操作を行う。このため操作者は、ＣＣＤカメラ３２０が取得した画像を確認することで、領域５５０、即ち超音波振動子１１０から照射された超音波が被検体４１０に入射する領域を、視覚的に確認し把握することができる。即ち、光路５３０を進行する光は、超音波照射領域を示すガイド光として機能する。

スリット１３０を透過した光の照射パターンは、スリット１３０の形状によって様々に設定することができる。例えば、図３（ａ）に示す通り、超音波の照射範囲の周縁を示す円周と、その中に格子状の模様を入れたものでも良い。また、格子状の模様に代えて図３（ｂ）に示す通り、放射状の模様としても良い。また、図３（ｃ）に示す通り十字状の模様としても良いし、図３（ｄ）に示す通り、同心円状の模様としても良い。また、図３（ｅ）に示す通り、超音波の照射範囲の周縁を示す円周のみでも良い。また、図３（ｆ）に示す通り、図３（ａ）における超音波の照射範囲の周縁を示す円周がなくその内側の格子状の模様のみとしても良いし、その他図３（ｂ）又は（ｃ）の様に放射状又は十字状の模様のみとしても良い。更に、超音波の照射範囲の形状に応じて、例えば図３（ｇ）に示す様に四角形でも良い。また、これらの組み合わせ等でも良い。また、線ではなく点で構成されていても良い。即ちスリット１３０は穴とすることもできる。

前記の様なスリット１３０を形成するために、例えば、スリット１３０に囲まれる要素毎に超音波振動子１１０の要素を作製し、それらを光が通過する樹脂等で接合して、超音波振動子１１０全体を形成すれば良い。また、例えば超音波振動子１１０を構成する例えばＰＺＴを形成した後に、当該ＰＺＴのうちスリット１３０を形成する部分を削成し、そこを光が通過する樹脂等で埋める様にして形成しても良い。

以上の通り、本実施形態に係る超音波照射装置に依れば、ガイド光としての光の進行路と、超音波の進行路とを一致させて、視覚的に確認できない超音波の被検体への入射領域を、光により視覚的に確認し把握できる様に、操作者に示すことができる。その結果、操作者は、超音波の遮蔽物が存在する部分や、超音波を照射したくない部位等を避けて、超音波を入射させ、目標位置に超音波を照射する操作が可能となる。

［第１の実施形態の変形例］
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。ここで本変形例の説明では、第１の実施形態との相違点に限定して説明し、同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。本変形例に係る超音波照射装置は、第１の実施形態に係る超音波照射装置とは、光学系２００が異なっている。即ち、本変形例に係る光学系２００は、図４に示す様に、ミラー２３０を用いずに、レンズ２３５及びレンズ２４０を用いている。光源２５０から出射した光は、レンズ２３５及びレンズ２４０によって、第１の実施形態の場合と同様に、超音波発生部１００から照射された超音波とほぼ同じ経路を通って進行する。

この様に、例えば光源２５０は、光を出射する光源として機能し、例えばレンズ２３５及びレンズ２４０は全体として、光の進行路を超音波の進行路に一致させる光路変更手段としての集光光学系として機能する。

本変形例に係る超音波照射装置に依れば、第１の実施形態の場合と同様に、ガイド光としての光の進行路と、超音波の進行路とを一致させて、視覚的に確認できない超音波の被検体への入射領域を、光により視覚的に確認し把握できる様に、操作者に示すことができる。その結果、操作者は、超音波の遮蔽物が存在する部分や、超音波を照射したくない部位等を避けて超音波を入射させ、目標位置に超音波を照射する操作が可能となる。
尚、本実施形態に依れば、スリット１３０を設けて後側から光を照射するので、超音波振動子１１０の前側に構造物が不要であり、超音波の伝播を妨げない。

以上の通り、本実施形態に係る超音波照射装置においては、ガイド光としての光の進行路と、超音波の進行路とが一致していることが重要である。第１の実施形態及びその変形例に示して説明した光学系２００は、そのための一例であり、単純化して示している。従って、光学系２００は、図１及び図４に示した光学系に限らず、ガイド光としての光の進行路と、超音波の進行路とが一致する様に設計されていれば、これらとは別の態様でも良い。例えばレンズに限らず凹面鏡によってガイド光を集束させても良い。

本実施形態の説明では、超音波は焦点Ｏに集束する集束超音波として説明したが、必ずしも集束超音波である必要はなく、平行に進行したり、拡散して進行したりする超音波を照射するものでも良い。

また、本実施形態に係る超音波照射装置は、図示しない薬剤放出口等を設けても良い。前記薬剤放出口から光感受性の薬剤を放出する等、超音波照射領域に光感受性の薬剤を投与し、当該超音波照射装置のガイド光を用いて、この薬剤を活性化する場合には、影響を受ける表面領域を確実に把握することが可能になる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。ここで本実施形態の説明では、第１の実施形態との相違点に限定して説明し、同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。第１の実施形態においては、図２に示した通り、領域５５０を示すためのガイド光の光源が超音波振動子１１０の後側に配置され、超音波振動子１１０等に設けたスリット１３０から光が照射されるように構成している。これに対して本実施形態では、超音波振動子１１０の前側に光源を配置し、超音波振動子１１０等の前側に設置された反射面で光を反射して、領域５５０を示すためのガイド光が照射されるように構成している。

本実施形態に係る超音波照射装置は、図５に示す様に、第１の実施形態と同様に、集束超音波を発生する超音波振動子１１０と、それを支持するハウジング１２０とを有する。超音波振動子１１０の前側及び後側の形状は、集束超音波を発生するために、球面となっている。この形状により、超音波振動子１１０から照射された超音波は、焦点Ｏに集束する。

一方、ハウジング１２０の前側の面の形状は、回転楕円体の一部と同じ形状であり、その一つの焦点（第１焦点）の位置は、集束超音波の焦点Ｏの位置と一致している。そして、回転楕円体形状をしているハウジング１２０の前側の面には、アルミニウムの薄膜が成膜され、反射面２６０が形成されている。尚、この反射面２６０の形成には、アルミニウムに限らず、例えばチタンなどを用いることもできる。

また当該超音波照射装置は、光源２５０を有している。光源２５０は、ハウジング１２０の回転楕円体形状の、第１焦点でない方の焦点（第２焦点）の位置に、支持部２７０により支持され配設されている。そして、光源２５０から出射する光は、例えば前側を遮光する等して、反射面２６０の方向のみに進行するように構成されている。

この様に、例えば光源２５０は、超音波発生手段の前側に配設された光を出射する光源として機能し、例えばハウジング１２０は、超音波発生手段の前側に配設された超音波伝播媒体として機能し、例えば反射面２６０は、光源から出射した光を焦点に集光させる反射部として機能する。

以上の様な構成の本実施形態に係る超音波照射装置の動作を説明する。本実施形態において、光源２５０から出射した光は、反射面２６０に入射し、そこで反射される。光源２５０は反射面２６０を形成する回転楕円体の第２焦点の位置に配設されているので、反射面２６０で反射された前記光は、第１焦点位置、即ち超音波振動子１１０から照射された超音波が集束する焦点Ｏの位置に集束する。この様に、光源２５０から出射した光の進行路と、超音波振動子１１０から照射された超音波の進行路は、ほぼ一致する。

ＣＣＤカメラ３２０は、観察用光源３１０から出射した光により照らされた領域内を撮影する。この画像において、光源２５０から出射した光が照射されている領域も撮影される。従って、当該超音波照射装置の操作者は、ＣＣＤカメラ３２０が取得した画像によって、視覚的に確認できない超音波の入射領域を、ガイド光により視覚的に確認し把握することができる。尚、この場合、観察用光源３１０及び光源２５０からの光を区別するために、異なる波長（色）の光を用いたり、時系列化して交互に放射しこれらに同期した画像化を行ったりすることで、これら２種の光を区別して表示するようにしても良い。

尚、反射面２６０は、ハウジング１２０の回転楕円体形状の部分全面にベタ形成しても良いし、例えば図３に示した様な反射光の模様が形成されるように形成しても良い。尚、反射面２６０は、例えばアルミニウム等の薄膜により超音波の波長に対して十分薄く形成することにより、超音波の伝播に影響を与えない。

以上の通り、本実施形態に係る超音波照射装置に依れば、第１の実施形態の場合と同様に、ガイド光としての光の進行路と、超音波の進行路とを一致させて、視覚的に確認できない超音波の被検体への入射領域を、光により視覚的に確認し把握できる様に、操作者に示すことができる。その結果、操作者は、超音波の遮蔽物が存在する部分や、超音波を照射したくない部位等を避けて超音波を入射させ、目標位置に超音波を照射する操作が可能となる。

また、本実施形態に依れば、第１の実施形態と比較して、超音波振動子１１０の前側の構成は複雑になるものの、後側にスペースを必要とせず、また、スリット１３０を必要としない。これらのため、後側の省スペース化及び超音波振動子１１０等の単純化を可能にする。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。ここで本実施形態の説明では、第２の実施形態との相違点に限定して説明し、同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

第２の実施形態においては、図５に示した通り、超音波振動子１１０の前側に位置するハウジング１２０の面を回転楕円体形状として、そこに反射面２６０を形成している。これに対して本実施形態では、図６に示す様に、超音波振動子１１０の前側に位置するハウジング１２０の面は、例えば超音波振動子１１０の前側の面と同様に球面等、任意の形状とする。そして、焦点Ｏ側から見て超音波振動子１１０の周囲を、回転楕円体形状として、そこに第２の実施形態と同様に、例えばアルミニウムの薄膜を成膜する等して、反射面２８０を形成している。２つある前記回転楕円体形状の焦点は、一方が集束超音波の焦点Ｏの位置となり、他方が支持部２７０に支持された光源２５０の位置となる様に形成されている。

この様に、例えば反射面２８０は、焦点から見て前記超音波発生手段の周囲に位置する反射部として機能する。

本実施形態においても、第２の実施形態の場合と同様に、光源２５０を出射した光は、反射面２８０で反射し、集束超音波の焦点Ｏに集束する。本実施形態においても、光源２５０から出射した光の進行路と、超音波振動子１１０から照射された超音波の進行路は、ほぼ一致する様に設定してある。従って、第２の実施形態と同様に、光源２５０から出射した光は、超音波振動子１１０を照射した超音波が被検体に入射する領域を示すガイド光として機能する。

以上の通り、本実施形態に係る超音波照射装置に依れば、第２の実施形態の場合と同様に、ガイド光としての光の進行路と、超音波の進行路とを一致させて、視覚的に確認できない超音波の被検体への入射領域を、光により視覚的に確認し把握できる様に、操作者に示すことができる。その結果、操作者は、超音波の遮蔽物が存在する部分や、超音波を照射したくない部位等を避けて超音波を入射させ、目標位置に超音波を照射する操作が可能となる。

また、第２の実施形態においては、超音波振動子１１０の球面形状とハウジング１２０の回転楕円体形状との形状差により、超音波の伝播領域である超音波振動子１１０の前側のハウジング１２０の厚みが場所により異なることから、超音波の焦点を僅かにぼかすことを考慮しなければならない。これに対して本実施形態に依れば、ハウジング１２０の超音波振動子１１０の前側の厚みを一定にすることができるので、超音波の焦点をぼかさない。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。ここで本実施形態の説明では、第１の実施形態との相違点に限定して説明し、同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。第１の実施形態では、超音波振動子１１０として球面形状を有する圧電素子を用いて、集束超音波を発生させている。これに対して本実施形態では、平面状の圧電素子を同心円状に配置し、照射する超音波の位相を制御するフェーズドアレイを用いて集束超音波を発生させる。

本実施形態に係る超音波振動子１１０は、例えばＰＺＴ等の圧電素子である。その形状は、例えば図７にその概略を示す様に、同心円状に複数の圧電素子を配置して構成されており、超音波が照射される面は平面である。尚、図７（ａ）は超音波振動子１１０を超音波の照射面の法線方向から見た図、及び図７（ｂ）はその断面形状を示す。ここで、同心円状の圧電素子は、それぞれ別個に駆動できるように配線されている。前記の様な同心円形状の超音波振動子１１０を用いた場合を、図８に示す。図８の模式図において、中段、下段及び上段はそれぞれ、超音波振動子１１０の断面、各圧電素子へ印加する駆動信号波形、並びに上段に照射される超音波の波面及び焦点Ｏの位置を示す。この図に示す通り、中心部の圧電素子から外周部の圧電素子にかけて、駆動信号の位相を徐々にずらしていくと、集束超音波を生成させることができる。

本実施形態に係る超音波照射装置の構成は、前記の通り超音波振動子１１０の構成が異なるのみで、その他は、第１の実施形態に係る超音波照射装置と同じである。この様に、フェーズドアレイを利用して集束超音波を発生させても、第１の実施形態と同様に動作する超音波照射装置を構成することができる。この場合、例えば、同心円状の圧電素子の接合部分を光が透過する様にし、フェーズドアレイによる集束超音波の進行方向と、光ファイバレンズ２２０から出射した光の進行方向とを一致させれば、図３（ｄ）に示す様な模様のガイド光によって、超音波が被検体に入射する範囲を示すことができる。

勿論、本実施形態の光学系２００は、第１の実施形態の変形例の様に、反射面を用いずにレンズで構成するものでも良いし、光ファイバ２１０により光を導くものでなく、光源２５０を超音波振動子１１０の後側に配設するものでも良く、ガイド光の光路と、超音波の進路とがほぼ一致するように構成されていれば良い。

この様に、例えば超音波振動子１１０は、複数の超音波振動素子を有し、複数ある超音波振動素子のそれぞれから発生する超音波の位相を制御することで前記集束超音波を発生させる超音波発生手段として機能する。

以上の通り、本実施形態に係る超音波照射装置に依れば、第１の実施形態の場合と同様に、ガイド光としての光の進行路と、超音波の進行路とを一致させて、視覚的に確認できない超音波の被検体への入射領域を、光により視覚的に確認し把握できる様に、操作者に示すことができる。その結果、操作者は、超音波の遮蔽物が存在する部分や、超音波を照射したくない部位等を避けて超音波を入射させ、目標位置に超音波を照射する操作が可能となる。

［第４の実施形態の第１の変形例］
次に、本発明の第４の実施形態の第１の変形例について説明する。ここで本変形例の説明では、第４の実施形態との相違点に限定して説明する。
フェーズドアレイを用いて集束超音波を発生させる場合、例えば図８に示す様に、超音波振動子１１０を構成する各圧電素子へ印加する駆動信号の位相を、超音波が極めて小さな１点に集束するように調整することもできるし、エネルギー密度は小さくなろうとも、前記集束する１点より広い領域に集束するように調整することもできる。後者の場合、例えば前記の場合と比較して、意図的に僅かな位相のずれを加えれば良い。この様な、フェーズドアレイにおける集束度合いの変更に関する技術は、例えば特開平６−７８９３０号公報に開示されている。

本変形例では、この様な集束超音波を発生させるフェーズドアレイにおいて、意図的に位相のずれを加え、集束度合いを変更することができるように当該超音波照射装置の制御部を構成する。その他の構成は、第４の実施形態と同じである。本変形例では、集束超音波の焦点の大きさは変化するが位置は変化しないので、光学系２００は変更する必要がない。

本変形例に依れば、前記第４の実施形態の効果に加えて、集束超音波の集束度を変更できるので、焦点位置を変えず、集束超音波の焦点の大きさを変更することが可能になる。本変形例に依れば、エネルギーの強い超音波を照射したい場合は、焦点の大きさを小さくしてエネルギー密度を増加させ、エネルギーは弱くても良い場合、又は同時に広い範囲に超音波を照射したい場合には、焦点の大きさを大きくすれば、効率的に超音波を照射することが可能になる。

［第４の実施形態の第２の変形例］
次に、本発明の第４の実施形態の第２の変形例について説明する。ここで本変形例の説明では、第４の実施形態との相違点に限定して説明する。

フェーズドアレイを利用して集束超音波を発生させる場合、位相制御によって焦点位置を変化させることができる。図９（ａ）及び（ｂ）は、中段に超音波振動子１１０の断面、下段に各圧電素子へ印加する駆動信号波形、並びに上段に照射される超音波の波面及び焦点Ｏの位置を模式図で示している。即ち、各圧電素子へ印加する駆動信号の位相を変化させると、図９に示す通り、集束超音波の焦点距離を変化させることができる。

更に、超音波振動子１１０を構成する圧電素子を、例えば図１０に示す様に細かく区切り、各圧電素子から照射される超音波の位相を適切に制御することによって、超音波振動子１１０は、様々な位置に焦点を結ぶ超音波を照射することができる。即ち、例えば図１１（ａ）及び（ｂ）に、中段に超音波振動子１１０の断面、下段に各圧電素子へ印加する駆動信号波形、及び上段に照射される超音波の波面を模式図で示す通り、照射超音波の位相制御により超音波の焦点位置を変化させることができる。

本変形例では、この様に、超音波振動子１１０を構成する各圧電素子から照射される超音波の位相を制御することによって、超音波の集束位置を変化させる。そこで、超音波振動子１１０から照射する超音波の焦点位置に応じて、光ファイバ２１０から出射した光の焦点位置を変更できるように光学系２００が構成されている。例えば、図１２に示す様に、本変形例に係る超音波照射装置の光学系２００は、可動レンズ２９２と、可動ミラー２９４とを有する。例えば図１２中に実線で示す光学系とその光路と、破線で示す光学系とその光路の様に、可動レンズ２９２がその光軸方向に移動することによって、光ファイバレンズ２２０から出射した光が結ぶ焦点の距離を変更することができる。また、可動ミラー２９４が傾斜を変化させることによって、光ファイバレンズ２２０から出射した光が結ぶ焦点の、レンズ２４０に対する方向を変更することができる。尚、スリット１３０は、様々な方向にガイド光が進行できるように、比較的幅が広いスリット（比較的大きな孔）で形成するか、種々の方向に配置されている。

本変形例では、フェーズドアレイによる超音波振動子１１０から照射する集束超音波の焦点Ｏの位置に応じて、可動レンズ２９２及び可動ミラー２９４の位置を調整し、集束超音波の焦点と、光の焦点位置を一致させるようにすれば良い。尚、図１２に示した光学系は勿論一例であり、光の焦点距離と焦点の方向を変更できる光学系であれば、どの様な光学系でも良い。

この様に、例えば可動レンズ２９２及び可動ミラー２９４は、光源から出射した光を焦点の位置に集光する可動光学部材として機能する。

以上の通り、本変形例に係る超音波照射装置に依れば、第１の実施形態と同様に、ガイド用の光の進行路と超音波の進行路が一致するので、視覚的に確認できない超音波の被検体への入射領域を、光により視覚的に確認し把握できる様に、操作者に示すことができる。その結果、超音波の遮蔽物が存在する部分や、超音波を照射したくない部位等を避けて超音波を入射させる様に操作者が操作し、超音波を照射することを可能とする。

また、本変形例に係る超音波照射装置に依れば、各圧電素子から照射する超音波の位相を制御するフェーズドアレイによって、集束超音波の焦点位置を様々に変化させることができる。このため、本変形例に係る超音波照射装置を用いれば、超音波の照射部分の向きなどを変化させずとも、超音波を照射する位置を変化させることができる。

尚、本変形例によっても、第１の変形例と同様に、集束超音波の焦点の大きさを変化させることができるのは勿論である。

また、例えば、同心円状の圧電素子を組み合わせて構成した超音波振動子１１０を用いて、集束超音波の焦点の深さ方向の距離のみを変化させ、横方向の位置を変化させない構成にしても良い（アニュラーアレイ）。この場合、ガイド光の向きを変化させるための可動ミラー２９４は不要であり固定されたミラーに置換えることができ、光軸に沿って移動する可動レンズ２９２があれば良い。この様に、第２の変形例で説明した構成要素のうち、不要なものを削除して、必要な機能のみを有する様に当該超音波照射装置を構成しても良い。

［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。ここで本実施形態の説明では、第２の実施形態及び第４の実施形態との相違点に限定して説明し、同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。本実施形態に係る超音波照射装置は、図５を参照して説明した第２の実施形態に係る超音波照射装置における超音波振動子１１０を、図７乃至図１１を参照して第４の実施形態で説明したフェーズドアレイを利用する超音波振動子１１０に置換えたものである。

本実施形態に係る超音波照射装置も、第４の実施形態の第１の変形例の場合と同様に、超音波振動子１１０から照射した集束超音波の焦点の大きさを変更することができる。また、第４の実施形態の第２の変形例の場合と同様に、超音波振動子１１０から照射した集束超音波の焦点の位置を変更することができる。

これに伴って、本実施形態に係る反射面は可動式になっている。即ち、図１３中に実線で光学系とその光路とを示す様に、変形可能な可動反射面２６２は、反射面支持部２６４によって支持されている。そして、反射面支持部２６４が、反射面支持部２６４’のように変形することによって、可動反射面２６２は回転楕円体形状を維持したまま焦点距離を変化させると共に向きを変えるために可動反射面２６２’のように変形する。反射面支持部２６４’と可動反射面２６２’による光学系とその光路は、破線で示している。このとき第２焦点は、常に光源２５０の位置とし、第１焦点が、超音波振動子から照射される集束超音波の焦点位置（Ｏ、Ｏ’）となるように制御される。

反射面支持部２６４には、例えば磁歪素子や電歪素子等、磁気や電圧などで形状を制御できるもの、或いはＭＥＭＳ技術を用いて作製したマイクロアクチュエータを用いることができる。また、可動反射面２６２は、反射面支持部２６４によって変形させられる受動的なものに限らず、可動反射面２６２を磁歪素子や電歪素子等によって作製し、可動反射面２６２自体が能動的に変形するものとしても良い。もしくは、図３の各種パターンのような反射面を形成し、可動反射面２６２の焦点距離のみ変化させると共に、反射面上に備えた電気的な偏光素子と偏光板により光の透過率を変更させて反射面と非反射面を電気的に選択可能なように構成しても良い。

この様に、例えば可動反射面２６２は、光源から出射した光を焦点の位置に集光する可動反射部として機能する。

以上の通り、本変形例に係る超音波照射装置に依れば、第４の実施形態の場合と同様に、各圧電素子から照射する超音波の位相を制御するフェーズドアレイによって、集束超音波の焦点位置を様々に変化させることができる。このため、本変形例に係る超音波照射装置を用いれば、超音波の照射部分の向きなどを変化させずとも、超音波を照射する位置を変化させることができる。

また、第４の実施形態の第１の変形例と同様に、集束超音波の焦点の大きさを変更することが可能になる。本実施形態に依れば、エネルギーの強い超音波を照射したい場合は、焦点の大きさを小さくしてエネルギー密度を増加させ、エネルギーは弱くても良い場合、又は同時に広い範囲に超音波を照射したい場合には、焦点の大きさを大きくすれば、効率的に超音波を照射することが可能になる。

そして、第１の実施形態の場合と同様に、ガイド光としての光の進行路と、超音波の進行路とを一致させて、視覚的に確認できない超音波の被検体への入射領域を、光により視覚的に確認し把握できる様に、操作者に示すことができる。その結果、操作者は、超音波の遮蔽物が存在する部分や、超音波を照射したくない部位等を避けて超音波を入射させ、目標位置に超音波を照射する操作が可能となる。

尚、第４の実施形態及びその変形例の場合と同様に、フェーズドアレイによって変化させる要素である、例えば焦点の大きさ、焦点距離、及び焦点の方向等のうち、必要な要素のみを実現できるように構成しても良いことは勿論である。

［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。ここで本実施形態の説明では、第３の実施形態及び第５の実施形態との相違点に限定して説明し、同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。本実施形態に係る超音波照射装置は、図６を参照して説明した第３の実施形態に係る超音波照射装置における超音波振動子１１０を、第５の実施形態と同様に、フェーズドアレイを利用する超音波振動子１１０に置換えたものである。

本実施形態に係る超音波照射装置も、第５の実施形態の場合と同様に、フェーズドアレイを利用して、超音波振動子１１０から照射した集束超音波の焦点の大きさ及び位置を変更することができる。
これに伴って、本実施形態に係る反射面は可動式になっている。即ち、図１４中に実線及び破線で光学系とその光路とを示す様に、変形可能な可動反射面２８２は、反射面支持部２８４によって支持されている。反射面支持部２８４の変形によって、可動反射面２８２は回転楕円体形状を維持したまま変形する。このとき第２焦点の位置が光源２５０の位置とし、第１焦点が、超音波振動子から照射される集束超音波の焦点位置となる。

この様に、例えば可動反射面２８２は、光源から出射した光を焦点の位置に集光する可動反射部として機能する。

以上の通り、本変形例に係る超音波照射装置に依れば、第５の実施形態の場合と同様に、各圧電素子から照射する超音波の位相を制御するフェーズドアレイによって、集束超音波の焦点の大きさや焦点位置を変化させることができる。

また、第５の実施形態においては、超音波の進行路上に、可動反射面２６２や反射面支持部２６４等、多くの部材を設置する必要があるが、本実施形態では、可動反射面２８２や反射面支持部２８４は、超音波の進行路上には配置されない。従って、第５の実施形態と比較して超音波の減衰を抑制することができる。

そして、第１の実施形態の場合と同様に、ガイド光としての光の進行路と、超音波の進行路とを一致させて、視覚的に確認できない超音波の被検体への入射領域を、光により視覚的に確認し把握できる様に、操作者に示すことができる。その結果、操作者は、超音波の遮蔽物が存在する部分や、超音波を照射したくない部位等を避けて超音波を入射させ、目標位置に超音波を照射する操作が可能となる。

以上の通り、本発明の第１乃至第６の実施形態に依れば、そのままでは視覚的に確認することができない超音波の、被検体表面における入射領域を、ガイド光によって視覚的に確認し把握することができる。特に、被検体表面に凹凸がある場合や、曲面状になっている場合でも、ガイド光により照らされている領域、即ち超音波の入射領域が一目瞭然と成る。

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００…超音波発生部、１１０…超音波振動子、１２０…ハウジング、１３０…スリット、２００…光学系、２１０…光ファイバ、２２０…光ファイバレンズ、２３０…ミラー、２３５…レンズ、２４０…レンズ、２５０…光源、２６０…反射面、２６２…可動反射面、２６４…反射面支持部、２７０…支持部、２８０…反射面、２８２…可動反射面、２８４…反射面支持部、２９２…可動レンズ、２９４…可動ミラー、３００…観察部、３１０…観察用光源、３２０…ＣＣＤカメラ、４１０…被検体、４２０…超音波伝播媒体、５１０…照明領域、５２０…観察視野、５３０…光路、５４０…超音波進行路、５５０…領域。

Claims (10)

1. 超音波を照射する超音波発生手段と、
   光を出射する光源と、
   前記光源から出射された光の進行路を前記超音波発生手段から照射された超音波の進行路に一致させる光路変更手段と、
   前記光路変更手段が進行路を変化させた光の進行方向を観察する観察手段と、
   を具備することを特徴とする超音波照射装置。
2. 前記超音波発生手段が照射する超音波は、目標とする焦点に集束する集束超音波であることを特徴とする請求項１に記載の超音波照射装置。
3. 前記集束超音波の進行路に沿って、該集束超音波の進行方向を前側、該進行方向の反対側を後側と定義したときに、
   前記光源は、前記超音波発生手段の後側に配置されており、
   前記光路変更手段は、前記光源から出射した光を前記焦点に集光させる集光光学系を有し、
   前記超音波発生手段は、前記光源から出射された光を、該超音波発生手段の後側から前側に透過する透過部を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波照射装置。
4. 前記集束超音波の進行路に沿って、該集束超音波の進行方向を前側と定義したときに、
   前記光源は、前記超音波発生手段の前側に配設されており、
   前記光路変更手段は、前記光源から出射した光を前記焦点に集光させる反射部を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波照射装置。
5. 前記超音波発生手段は、前記超音波発生手段の前側に配設された超音波伝播媒体を有しており、
   前記反射部は、
   前記超音波伝播媒体の前側に形成されており、
   前記焦点の位置と前記光源の位置とを２つの楕円体焦点位置とする回転楕円体の一部分の形状を有している、
   ことを特徴とする請求項４に記載の超音波照射装置。
6. 前記反射部は、前記焦点から見て前記超音波発生手段の周囲に位置することを特徴とする請求項４に記載の超音波照射装置。
7. 前記超音波発生手段は、
   複数の超音波振動素子を有し、
   複数ある前記超音波振動素子のそれぞれから発生する超音波の位相を制御することで前記集束超音波を発生させる、
   ことを特徴とする請求項２乃至請求項６のうち何れか１項に記載の超音波照射装置。
8. 前記超音波発生手段は、前記位相の制御によって前記集束超音波の焦点の大きさを変化させることを特徴とする請求項７に記載の超音波照射装置。
9. 前記超音波発生手段は、
   複数の超音波振動素子を有し、
   複数ある前記超音波振動素子のそれぞれから発生する超音波の位相を制御することで前記集束超音波を発生させ、
   前記位相の制御によって前記集束超音波の焦点の位置を変化させ、
   前記集光光学系は、前記光源から出射した光を前記位相の制御によって変化させる前記焦点の位置に集光する可動光学部材を有している、
   ことを特徴とする請求項３に記載の超音波照射装置。
10. 前記超音波発生手段は、
    複数の超音波振動素子を有し、
    複数ある前記超音波振動素子のそれぞれから発生する超音波の位相を制御することで前記集束超音波を発生させ、
    前記位相の制御によって前記集束超音波の焦点の位置を変化させ、
    前記反射部は、前記光源から出射した光を前記位相の制御によって変化させる前記焦点の位置に集光する可動反射部を有している、
    ことを特徴とする請求項４乃至請求項６のうち何れか１項に記載の超音波照射装置。

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