JP2012239791A - 集束式音波治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波を発生させる一体形凹面素子を利用して単発の音波を発生させ、発生させた音波を目的の部位に集束させることで、発生させたエネルギーを効率良く目的の部位に集束させる集束式音波治療装置を提供する。
【解決手段】治療用探触子部２，高圧パルス発生回路１０および交流昇圧回路９を含む装置本体３，治療用探触子部２と装置本体３を接続する信号ケーブル４ならびに電源ケーブル７により構成されている。高圧パルス発生回路１０より所定時間内に１個から数十個の高圧パルス信号を一体形凹面素子に印加することにより一体形凹面素子で発生する音波が治療用探触子部２の接触部先端に集束し治療を行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、凹面振動子にパルス波を印加し治療対象となる部位にパルス波による音波を集束させて治療を行う集束式音波治療装置に関する。

超音波治療機は、主に平面形の素子を利用し、素子から発信された超音波を体内に進入させることにより治療する。進入した超音波は、周波数が高いほど大きく減衰し、深部へ到達するエネルギーは減少する。このような超音波による治療では、発信している素子の面全体を刺激することができるが、体内の深部を集中的に治療することは難しい。
体内に照射された超音波は、体表面近くで最も大きく減衰し、そのエネルギーは温度の上昇やキャビテーションなどの副作用として現れる。
一方で、体内の深部に強いエネルギーを効率的に供給するための方法として、発生させた音波を焦点に集束させる方法がある。代表的な方法は、音波の一種である衝撃波を体内の結石に集束させて結石を破砕する衝撃波結石破砕治療に利用されている。この方法は、発生させた衝撃波を集束させることにより、体表面でのエネルギー減衰を抑えて目的の部位へ効率良く衝撃波を集束させるものである。

超音波治療機について超音波振動子の形状に着目すると、超音波振動子の超音波放射面が略円形凹面形状に形成され、半径方向に厚みが異なるものが提案されている（特許文献１）。これは単一の超音波振動子を用いた場合でも、超音波振動子を機械的に移動させることは不要で、簡便に超音波集束状態、すなわち治療領域を好適に制御できることを特徴としている。略円形凹面形状が超音波放射面になっているため、高周波および低周波印加時の音響放射面上の振動分布が異なり、信号周波数を変えることによって比較的狭い範囲の治療領域を好適に制御できるとしたものである。超音波振動子に加える超音波は連続波である。

特公平７−１２３６２号公報

従来の超音波治療機について平面形の素子を使用しているものは、治療できる深さは周波数によって決まり、特定の深さを狙って集中的に治療することは難しい。これは超音波が、周波数に依存して減衰し必要なエネルギーが目的の深さに到達しないためである。必要なエネルギーを得るために、高いエネルギーの超音波を照射すると体表面でエネルギーが激しくロスし、副作用として熱による火傷やキャビテーションと呼ばれる現象が発生し、体内の細胞に障害を与える可能性がある。このため超音波治療機では、規定の性能を持った素子を使用し熱やキャビテーションによる副作用を減らす工夫が必要となる。また、複数の圧電素子を凹面状に配置することにより、集束形の超音波や衝撃波を発生させる方法があるが、数個から数百個の素子を凹面状に並べて貼り付けるため作業に特殊な技術と手間がかかり、製造コストが高くなってしまう。

また、特許文献１に見られるような半径方向に厚みの異なる略円形凹面形状を用いるものは、連続波の超音波の周波数を変えることによって凹面形状の各位置の振動分布を変え周波数およびバースト波の形状を制御し、治療位置に加えるエネルギーを制御できるようにしたものである。これは、目的とする位置の照射領域面の大きさを変更したり、印加する周波数により集中の分布形状を変えたりするものであるが、例えば治療位置がずれた場合など、関係ない部位に大きな治療エネルギーを連続的に与えることになり、その部分に悪い影響を与えることが考えられる。ある部分を良好に治療するという観点から考えた場合、治療位置がずれても、その個所にダメージを殆ど与えることなく、かつ目的とする治療位置を確実に効果があるように治療できる音波治療装置の出現が要請されている。

さらに、衝撃波を利用した治療機は上述したように腎臓などの深部にある結石に衝撃波を当てて結石を破砕して治療するものであり、これは発生した衝撃波を楕円や凹面を利用して虫眼鏡のように焦点に物理的に集束させることにより行っている。この方法は、体表面の各点では小さいエネルギーを全方向から焦点に集中させることにより行われる。衝撃波の発生方法は、電極を用いた方法、電磁膜を用いた方法、圧電素子を用いた方法などがある。電極を用いた方法では、強力な衝撃波が得られるが、弱い衝撃波や短時間に多くのショットを発生させることが難しい。電磁膜を用いた方法では、短時間に多くのショットを発生させることが出来ない点や装置を小形化することが難しい。

本発明は上記状況に鑑みなしたもので、その目的は、超音波を発生させる一体形凹面素子を利用して単発の音波を発生させ、発生させた音波を目的の部位に集束させることで、発生させたエネルギーを効率良く目的の部位に集中させる集束式音波治療装置を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明の請求項１は、一つの焦点Ｆを持つ一体型凹面素子と、該素子の背面側又は前面側に電圧を印加する信号線を、前面側又は背面側にグランド線を接続し、前面側に弾性素材で形成された接触部が配置された治療用探触子と、該探触子に印加するパルス状の電圧を発生するパルス電圧発生手段と、前記パルス電圧発生手段に電力を供給する電力供給手段とを備え、前記パルス電圧発生手段から所定の時間内に１〜複数個のパルス状電圧を前記一体型凹面素子に印加し、該一体型凹面素子から発生する音波を前記焦点Ｆに集束させることを特徴とする。
本発明の請求項２は、請求項１記載の発明において前記一体型凹面素子および治療用探触子よりなる治療用探触子部と、前記治療用探触子部に接続され、パルス電圧発生手段および電力供給手段を内蔵する装置本体とからなることを特徴とする。
本発明の請求項３は、請求項１または２記載の発明において前記接触部は、音波を透過させる機能を有するゲルで形成され、その形状は円錐形または円錐台形状であり、該接触部は治療用探触子に着脱可能であり、頂部までの高さが異なる接触部を使用することにより、治療対象に対応して深度の調整が可能であることを特徴とする。
本発明の請求項４は、請求項１乃至３のいずれか記載の発明において前記一体型凹面素子はセラミック部材または電圧印加により歪みが発生する部材で構成されたことを特徴とする。

上記構成により、以下に示すような利点を有する。
従来の超音波治療機は、熱の発生やキャビテーションを抑えて、発生した超音波エネルギーを目的の部位に効率良く集中させることは難しいが、一体形凹面素子を超音波ではなく単独の音波を発生させて使用することで、エネルギーの熱への変換やキャビテーションの発生を抑えて音波エネルギーを効率良く目的の部位へ届けて治療に利用することができる。
本発明では、超音波を発生させないため超音波発生のための複雑な電子回路が必要なく、単独の音波を発生させるための単純な回路で済む。この回路は、単独で発生させるパルスの幅が極めて短くて済むため、パルスとパルスの幅も短く設定でき、繰り返しの音波を瞬時に発生させることができる。発生させた音波は、単独の音波であり超音波ではないため、キャビテーションが発生せず、殆ど熱エネルギーにも変換しないため、超音波治療で発生するような副作用は発生しない。

衝撃波結石破砕治療機では、衝撃波を発生させる方法として、上述したように電極を用いる方法、電磁膜を振動させる方法、超音波用の圧電素子を用いる方法があるが、電極や電磁膜による方法は、高い電圧を利用して電極を水中で放電させたり、電磁石により電磁膜に振動を与えて衝撃波を発生させている。このため１秒間に数十回の照射を行うなど、短時間に繰り返して衝撃波を発生させることが難しく、また、衝撃波を発生させるためのユニットが大掛かりになるため装置を小形化することが難しい。
本発明では、１秒間に数十回でも音波を発生させることができ、凹面形素子へ電力を供給するだけの簡単な仕組みのため、装置を小形化することができる。また、振動子を一体形にすることにより製造時の作業を大幅に簡略化することができ、製造費用も大幅に下げることができる。

本発明による集束式音波治療装置の一体形凹面素子の構成を示す図である。 本発明による集束式音波治療装置の実施の形態を示す概略図である。 一体形凹面素子に印加されるパルス電圧と発生する音波の波形の関係を示す波形図である。 図２の装置本体の外観の一例を示す図である。 本発明による集束式音波治療装置の他の実施の形態を示す図で、簡易形集束式音波治療機の例を示す図である。 簡易形集束式音波治療機の詳細を示す図である。 交換する深度調整ゲルパッドの一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図１は、本発明による集束式音波治療装置の一体形凹面素子を用いた探触子部の構成を示す図で、（ａ）は探触子部の断面図、（ｂ）は一体形凹面素子の正面図である。
一体形凹面素子１は、例えばセラミックで構成され、セラミックの凹面側（前面側）１１は球面形状となっている。前面側１１は音波透過ゲル５１によって満たされている。接触部５は焦点の深度が調整できるように取り替えることが可能な構造になっている。一体形凹面素子１による音波の焦点Ｆ位置は接触部５の円錐形状の頂部に位置している。前面側１１の対角線間の２つの端部それぞれと焦点Ｆが結ぶ線の角度は略９０°になっている。
接触部５を治療対象部に押しつけた場合、押し付ける力加減で体表面と接触部５の頂部付近が凹み、焦点Ｆの位置が治療対象部の内部位置に入り込む。

一体形凹面素子１の前面側１１にはグランド線４１が接続され、背面側１６には＋信号線４２がそれぞれ接続されている。＋信号線４２とグランド線４１との間には例えば５００Ｖ〜５ＫＶで３μＳ幅のパルスが所定時間（例えば１秒）の間に１個または複数個、印加されるようになっている。
この一体形凹面素子１の前面側および背面側のグランド線４１と＋信号線４２の接続点は一か所であるが、一体形凹面素子１の厚さが６ｍｍ程度であって、印加される電圧が高いため、前面側および背面側の間の各位置にかかる電位は中央部分でも周辺付近でもその差は大きくない。したがって、一体形凹面素子１の各位置は、印加電圧に対応する量だけ歪み、前面側１１の各位置において前面側垂直方向に音波が発生する。これは焦点Ｆに集束することとなる。

図２は、本発明による集束式音波治療装置の実施の形態を示す概略図である。
治療用探触子部２，高圧パルス発生回路１０および交流昇圧回路９を含む装置本体３，治療用探触子部２と装置本体３を接続する信号ケーブル４ならびに電源ケーブル７により構成されている。
治療用探触子部２は、一体形凹面素子１，接触部５，グランド線４１および＋信号線４２の接続構造を含む。交流昇圧回路９は電源ケーブル７より入力するＡＣ１００Ｖをトランスやインバータにより昇圧する回路である。

高圧パルス発生回路１０は、交流昇圧回路９によって昇圧された電圧を１秒間に１個または複数個（例えば２〜４０個）のパルスを発生させるもので、パルス幅は例えば３μＳである。出力される電圧値は５００Ｖ〜５ＫＶであり、これらは電圧調整ノブ１４により調整することができる。また、発生するパルスの数も回数調整ノブ１３で調整可能である。図４に装置本体３の外観図が示されている。図４において、調整されたパルス繰り返し回数および調整された電圧値は表示部１５に表示される。音波エネルギーの強さは一体形凹面素子１にかける電圧の強さ（回数も含め）により調整することができる。
集束式音波治療装置を使用する場合、装置本体３の電源スイッチ１２をオンし、必要に応じ発生パルスの数および印加電圧値を調整した後に、治療用探触子部２を治療対象部に当てることとなる。

図３は一体形凹面素子に印加されるパルス電圧と、発生する音波の波形の関係を示す波形図である。
一体形凹面素子１に３μＳ幅で４ＫＶの１個のパルス１Ａが印加されると、一体形凹面素子１には、所定時間遅れて音波１Ａ’が発生する。つぎの１秒も同じような一個のパルス１Ｂが発生して対応の音波１Ｂ’が発生し、このような繰り返しのパルス発生となる。一点鎖線で示したパルスｎＡは２個以上発生させる場合のパルスであり、同様に音波ｎＡ’が発生し、同様にして繰り返して発生する。
このように１秒間に１〜数十回のパルスを印加して音波を発生する構成であるので、焦点位置への集束される音波エネルギーは連続波に比較し、制御しやすく、小形で簡易な装置を作ることができる。

図５は本発明による集束式音波治療装置の他の実施の形態を示す図で、簡易形集束式音波治療機の例を示す図である。
この実施の形態は図２の集束式音波治療装置と異なる点は治療用探触子部筐体２０に高圧パルス発生回路２４，交流昇圧回路２３を組み込み、治療用探触子部筐体２０に直接電源ケーブル２６が接続されている点である。高圧パルス発生回路２４の信号ケーブル２５は治療用探触子２１に接続されている。２０１の位置に、電源スイッチ，パルス繰り返し回数調整ノブおよび印加信号電圧調整ノブが設けられている。

図６は簡易形集束式音波治療機の詳細を示す図である。
治療用探触子部筐体２０は振動子（一体形凹面素子）３１を収容する探触子収容部３７に一体に把持部３６が形成されて構成されている。
把持部３６は、内部に高圧パルス発生回路２４および交流昇圧回路２３が収容されており、家庭用コンセントに接続する電源ケーブル２６が接続されている。
簡易形集束式音波治療機の見た目の形状は家庭内で使用されるマッサージ器と殆ど変わらない。

高圧パルス発生回路２４からのグランド線２４１およびグランド線３５は端子４０にハンダ付け接続されており、グランド線３５は振動子ホルダ３２に形成されている孔を通って振動子３１の前面側の端部に接続されている。
高圧パルス発生回路２４からの＋信号線３４は同じく振動子ホルダ３２に形成されている孔を通って振動子３１の背面側に接続されている。

探触子収容部３７の上部には円錐台形状の深度調整ゲルパッド２７が設けられ、その頂部付近が振動子３１の焦点Ｆの位置となる。
振動子３１は探触子収容部３７内に固定された振動ホルダ３２に支持されている。振動子３１の前面側は、ゲルパッド２９で充填されており、ゲルパッド２９の上にシート２８が設けられている。上記深度調整ゲルパッド２７はシート２８の上に配置されている。深度調整ゲルパッド２７は深度調整ゲルパッド押さえ３３がフランジ部２７１を押さえることにより探触子収容部３７に取り付けられている。深度調整ゲルパッド押さえ３３は、探触子収容部３７に着脱可能に構成され、深度調整ゲルパッド２７の交換が可能である。

図７は交換用深度調整ゲルパッドの一例を示す図である。
交換できる深度調整ゲルパッドは複数種類用意されている。深度調整ゲルパッドの頂部の高さは例えば焦点Ｆ位置が５０ｍｍの場合、図に示すように５０ｍｍ，４０ｍｍ，３０ｍｍのものなどがあれば、治療位置の深さに対応して深度調整ゲルパッドを交換する。
より深い治療位置に対しては、その深さに応じて深度調整ゲルパッドの頂部の高さが低いものが選択される。

以上の実施の形態は、他の曲面で構成することも可能で、焦点を収束できる形状であるならば、本発明に好適に使用することができる。一体形凹面素子の前面側および背面側の接続点をそれぞれ１つの例について説明したが、複数個所接続しても同様の効果を得ることができる。さらに前面側および背面側の一部に導電パターンを形成し、導電パターンに接続する構成にすることもできる。これによって、一体型凹面素子にひび割れ等が発生しても従来の性能を維持できる可能性を高くすることが出来る。さらには集束式音波治療装置の形状を図２や図６とする例を説明したが、装置の形状はこれらに限るものではなく、他の形状であってもよい。一体形凹面素子としてセラミックの例を上げたが、ピエゾ素子など印加電圧により歪みを起こし振動する部材を用いることもできる。パルス幅として３μＳの例を説明したが、３μＳの幅に限定するものではなく、さらに複数のパルスを発生する場合のパルス間の時間間隔も自由に設定することができる。

治療部位に音波をあてて治療を行う集束式音波治療装置である。

１ 一体形凹面素子（球面形状）
２ 治療用探触子部
３ 装置本体
４，２５ 信号ケーブル
５ 接触部
７，２６ 電源ケーブル
９，２３ 交流昇圧回路
１０，２４ 高圧パルス発生回路
１２ 電源スイッチ
１３ パルス繰り返し回数調整ノブ
１４ 印加信号電圧調整ノブ
１５ 表示部
２０ 治療用探触子部筐体
２１ 治療用探触子
２７ 深度調整ゲルパッド
２８ シート
２９ ゲルパッド
３０ エポキシ樹脂
３１ 振動子（球面形状）
３２ 振動子ホルダ
３４ ＋信号線
３５ グランド線
３６ 把持部
５１ 音波透過ゲル

Claims (4)

1. 一つの焦点を持つ一体型凹面素子と、
   該素子の背面側又は前面側に電圧を印加する信号線を、前面側又は背面側にグランド線を接続し、前面側に弾性素材で形成された接触部が配置された治療用探触子と、
   該探触子に印加するパルス状の電圧を発生するパルス電圧発生手段と、
   前記パルス電圧発生手段に電力を供給する電力供給手段と、
   を備え、
   前記パルス電圧発生手段から所定の時間内に１〜複数個のパルス状電圧を前記一体型凹面素子に印加し、該一体型凹面素子から発生する音波を前記焦点位置に集束させることを特徴とする集束式音波治療装置。
2. 前記一体型凹面素子および治療用探触子よりなる治療用探触子部と、
   前記治療用探触子部に接続され、パルス電圧発生手段および電力供給手段を内蔵する装置本体とからなることを特徴とする請求項１記載の集束式音波治療装置。
3. 前記接触部は、音波を透過させる機能を有するゲルで形成され、その形状は円錐形または円錐台形状であり、
   該接触部は治療用探触子に着脱可能であり、頂部までの高さが異なる接触部を使用することにより、
   治療対象に対応して深度の調整が可能であることを特徴とする請求項１または２記載の集束式音波治療装置。
4. 前記一体型凹面素子はセラミック部材または電圧印加により歪みが発生する部材で構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の集束式音波治療装置。

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