JP3416909B2 - 超音波照射装置 - Google Patents
超音波照射装置Info
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Description
の改善をする装置の分野に属し、特に超音波照射を応用
して肥満を解消する医療機器や健康・美容機器として用
いられる超音波照射装置に関する。
成人病(哺乳動物も含む)が深刻化しているが、その最
大要因は肥満にある。
法が科学上有効とされている。また食欲・消化吸収抑制
剤、熱代謝亢進剤の服用法が研究され一部使用を認可さ
れている。
え、自動車の普及と相俟って運動不足となっているの
で、意識して特別にダイエット、ウオーキング、体操、
ダンス、水泳、サイクリング等を行う様になったが、時
間と強固な意思の継続が必要でなかなか実行しにくいと
いう問題がある。そこで、快適に効率的に早く肥満解消
できる方法が求められる。
サロンがあるが、いずれも科学的な裏付けがない。使用
超音波周波数はいずれも1MHzで、駆動電気入力を表
示するものがあるが超音波音響出力に付いては全く表示
がない。
「わずか5分でシワが伸びた」(増田著、(株)サクセ
スマーケティング発行)が超音波美容器の超音波照射に
よる温熱作用とマッサージ作用により血流・リンパ流の
増大が美肌に有効であるとし、温熱作用は脂肪を分解さ
れやすい状態としマッサージ効果は分解を促進するとし
ている。鍼灸で言うツボを超音波刺激する事も述べてい
る。
Hz、美容用には1MHzであるとしている。照射音響
パワー面密度(以下、パワー密度と略記することがあ
る)は超音波医学会の安全限界が連続照射で1000m
W/cm2 ,パルス照射では240mW/cm2 (SP
TA)以下とし、美容用には出力は更に小さく厚い筋肉
で1500〜2000mW/cm2 ,薄い筋肉で150
0〜1000mW/cm2 ,顔で500mW/cm2 ,
顔のパルス照射で120mW/cm2 とし、超音波医学
界の見解の2分の1に当たるとしている。
度は、前記記載では超音波医学会の連続照射に対する安
全限界1000mW/cm2 を超えているので、前記文
献記載のパワー密度の数値はいずれも電気出力であると
理解される。前記文献記載のパワー密度の数値が電気出
力であるとすれば、トランスデューサの電気〜音響変換
効率は通常30%程度であるから、例えば厚い筋肉に対
するパワー密度1500〜2000mW/cm2 (電気
出力)は、500〜700mW/cm2 の超音波出力に
相当し、超音波医学界の見解の2分の1に当たるとの記
載に合致する。
あった。」とし、痩身度を報告している。この実験の科
学的な照射条件データ、パワー密度の記載はないが、前
後の他章から美容用超音波の1MHzを使用したと推定
され、上述の美容用のパワー密度は前記トランスデュー
サの電気〜音響変換効率を当てはめると、700mW/
cm2 以下であると考えられる。
美容機器で、周波数1〜3MHz,パワー密度100〜
500mW/cm2 を使用するとの記述がある。また、
特開平3−123559(ヤーマン株)に筋肉収縮、血
液・リンパ液の循環改善による脂肪除去効果を謳った部
分がある。周波数、パワー密度は発明の詳細な説明に2
0〜50kHz,100〜500mW/cm2 と記載さ
れているのみで、その数値範囲特定の科学的根拠や、科
学的実験結果のデータは示されていない。またその後の
実施研究、商品化の報告も無い。
cm2 (特開平3−123559),及び1〜3MH
z,100〜500mW/cm2 (特開平4−8905
8)の痩身への効果について科学的な証明、データの公
開がなく、又その安全性に対する配慮もふくめて、数値
の特定された根拠が示されていない。本発明者の後述す
る実験によればこれらの数値は不適当である。
数と、それぞれの周波数のパワー密度範囲を安全性を含
めて明らかにし、安全で有効な超音波により体脂肪を分
解する超音波照射装置を提供する事である。
脂肪合成酵素が作用して合成され、その一部は脂肪細胞
の内部に蓄積され油滴を形成する。人間の場合、成人の
脂肪細胞は殆どが白色脂肪細胞であり、以下単に脂肪細
胞と呼べば白色脂肪細胞を指す。脂肪細胞は生成時は約
20μmの長さの細長い細胞であるが、脂肪の蓄積とと
もに球形化し内部油滴の粒径は成長して100μm、時
として200μmに達することもある。脂肪の蓄積は幼
児期を例外とすると脂肪細胞数の増加によるよりも、個
々の細胞の肥大によるのが主体である。成長した脂肪細
胞内ではその油滴は水性の細胞液に包まれているが細胞
液の厚みは油滴径に比して薄い。
セロールと脂肪酸に分解するホルモンセンシティブリパ
ーゼ(HSL)と呼ばれる脂肪分解酵素が含まれる。一
方脂肪油滴はリン脂質と呼ばれるその表面を流動する分
子層で覆われ、リパーゼとの接触による脂肪分解から保
護されている。
リン(アドレナリン)、交感神経末端から放出されるノ
ルエピネフィリン(ノルアドレナリン)等の脂肪分解促
進ホルモンが作用するとリン脂質層の一部が消失して油
滴と分解酵素が直接接触し脂肪分解が開始される。脂肪
は脂肪酸とグリセロールとに分解され血中に出て行き、
最終的には運動等により燃焼されて呼気、尿中にCO
2 ,H2 Oとして排出される。
作用、温熱作用、毛細血管の拡張、新陳代謝促進等の効
果を有する事が知られている。本発明でも生体に超音波
を照射することにより毛細血管を拡張させ抹消の血流を
増加させることは一般の健康・美容機器と同様である
が、本発明者らは健康美容機器が脂肪分解を促進する科
学的実証がないこと及び使用周波数の適正さに疑問をも
ち、脂肪分解が上述の生化学メカニズムであることから
交感神経刺激、末端のホルモン放出、リン脂質層の活性
・流動化、等には従来生体にあまり適用されなかった約
1MHz以下の超音波に有効域があり且つ周波数依存性
があるものと予測し、実験的に有効周波数と、パワー密
度範囲を確定した。本発明は、実験結果が従来技術と異
なる事を発見した事に基づくものである。
囲の照射音響パワー面密度超音波を生体に照射すること
により、交感神経末端が刺激されてノルエピネフィリン
(ノルアドレナリン)等の脂肪分解促進ホルモンが放出
され、或いは前記リン脂質層及び油滴自体に擾乱が発生
して、油滴と分解酵素とが接触できるようになり、生体
内の脂肪を分解する効果が得られるものと考えられる。
音波を発生する超音波発生手段を備え、該超音波発生手
段により発生される超音波を生体に照射して生体内の脂
肪を分解する超音波照射装置において、該超音波発生手
段から発生される超音波は、周波数が15〜140kH
zの範囲であり、該超音波が照射される生体表面におけ
る照射音響パワー面密度が、周波数15〜50kHzの
範囲では10mW/cm2 より大きく、生体内で溶血を
生じない範囲であり、周波数50〜140kHzの範囲
では4mW/cm2 以上で生体内で溶血を生じないか、
またはメカニカルインデックスに基づく安全基準値未満
の範囲であることを特徴とする。
波を発生する超音波発生手段を備え、該超音波発生手段
により発生される超音波を生体に照射して生体内の脂肪
を分解する超音波照射装置において、該超音波発生手段
から発生される超音波は、周波数が180kHz〜1.
3MHzの範囲であり、該超音波が照射される生体表面
における照射音響パワー面密度が、周波数180〜70
0kHzの範囲では10mW/cm2 より大きく、メカ
ニカルインデックスに基づく安全基準値未満の範囲であ
り、周波数700kHz〜1.3MHzの範囲では80
0mW/cm2 より大きく、メカニカルインデックスに
基づく安全基準値未満の範囲であることを特徴とする。
では、前記照射音響パワー面密度の上限を溶血を生じな
いか、またはメカニカルインデックスに基づく安全基準
値未満の範囲としているが、さらに好ましくは上限を溶
血を生じないか、または医療診断用超音波機器の安全基
準値未満の範囲とする。
置では、前記照射音響パワー面密度の前記メカニカルイ
ンデックスに基づく安全基準値は、各周波数に対し、前
記メカニカルインデックスが0.6となる前記照射音響
パワー面密度であることを特徴とする。
たはそれらの複合照射のいずれでも良い。間欠照射は分
解酵素と油滴との接触形成照射時間と、接触後の分解時
間とを分離することができる。
ましくない。超音波医学界や米国FDAでは診断用装置
安全限界は連続波で1000mW/cm2 とされている
が、これは主として超音波映像化装置の1〜10MHz
での値と理解される。この範囲では生体透過による減衰
が強く有効深度は体表浅部にとどまる。
る。前記「有効深度」とは、生体に照射された超音波に
より、有効に脂肪分解ができる体表からの深さをいう。
る。また透過率は生体内進行距離とともに指数関数的に
減少する。その指数部は吸収係数×距離である。吸収係
数は更に周波数に比例して増加する。例えば人体の脂肪
の吸収係数を周波数で除した値は1cm当たり0.06
3ネパー/cmMHzであり、1MHzで脂肪層を1c
m進む場合の減衰率は0.55dB/cm,同様に筋肉
では1.09dB/cmとなる。
000mW/cm2 と広範囲のパワー密度で脂肪分解に
一定の有効性がある。このパワー密度の有効深度は脂肪
では体表から135cmの透過に、筋肉では70cmの
透過に相当する。即ち、500kHzで前記パワー密度
の超音波は、生体の深部の内臓脂肪をも有効に分解する
が、深部で減衰したパワー密度では内臓、骨等に影響を
与える恐れは全く無いという利点がある。一方、1MH
zの有効範囲800〜1000mW/cm2 では、有効
深度は脂肪では体表から1.7cm,筋肉で0.9cm
に相当する。
ーション発生による組織破壊に注目すべきであるとし、
メカニカルインデックス(MI)の概念が使用されてい
る。MIは次式で与えられる。
周波数で単位はMHz。
れる医療効果とのバランスで医師が選択すべきものとさ
れる。しかし通常の医療の範囲ではMI=0.6以下の
記述が見られる。日本超音波医学会ではMI=1以下と
している。したがって今後学問の進歩により変更される
事がありうるが、以下、安全を見てMI=0.6を許容
レベルと考える。このMI基準は肥満症、肥満起因疾病
の治療に際し適用可能と考えるべきで、不特定の健康人
を含む診断や健康増進や、美容用の脂肪分解には診断器
用基準1000mW/cm2 以下を使用すべきであろ
う。
以下は吸収係数が周波数に比例するので透過力が大き
く、また生化学作用も強いとされている。したがってM
Iが0.6以下であっても慎重に骨や血管、内臓への影
響を考慮せねばならない。
細胞を破壊する危険が有り、破壊しない強度でもチク、
チクする感触を与え不快感を与える。また血液中の赤血
球に大きな乳化・分散力が作用すると溶血を生じる。こ
れらの作用も又周波数とパワー密度との関数であり、前
記溶血を生じない範囲とする必要がある。
の治療用を含めた広い用途に対しては加熱効果による組
織の温度に注目すべきであるとし、サーマルインデック
ス:TIの概念が使用されている。温度上昇1.5℃以
下は安全、4℃5分、2℃30分は要注意限界とされて
いる。
射される部位の位置または温度を監視する監視手段を備
える。本発明の超音波照射装置は、監視手段を備えるこ
とにより、前記被照射生体部位の内部構造や、対象照射
領域の確認や、照射パワーレベルの決定や積算照射量推
定や、そのための温度上昇等の監視等ができ、温度上昇
をモニターしながら超音波照射したり、特定臓器・その
周辺等に収束して照射したり、骨や特定臓器を避けて照
射する事ができるので安全で且つ有効な照射が確保され
る。
り発生された超音波を超音波伝達媒体を介して生体に伝
達する超音波伝達手段を備える。前記超音波伝達媒体と
しては、水、水・液体が収容された袋状体、固体の音響
カプラー等を挙げることができる。また、前記超音波伝
達手段としては、前記超音波発生手段を備え水等の超音
波伝達媒体を収容する浴槽または水槽、前記超音波発生
手段と、水・液体が収容された袋状体、固体の音響カプ
ラー等の超音波伝達媒体とからなる超音波プローブ等を
挙げることができる。
段が、前記超音波伝達媒体と生体との間に介在して設け
られる音響結合剤層を備える。前記超音波プローブ等の
超音波伝達手段を備える超音波照射装置を用いるとき
に、前記超音波伝達媒体と生体との間に空気層がある
と、超音波は空気層により反射され、生体に照射される
超音波が低減する。そこで、前記超音波伝達媒体と生体
との間に音響結合剤層を介在させることにより、前記超
音波の減衰を低減し、前記超音波を効率よく生体に照射
することができる。前記音響結合剤は、前記超音波伝達
媒体と生体との間から空気を排除できるものであればよ
く、ゼリー状、クリーム状等のものを挙げることができ
る。
い。肥満解消の経皮塗布薬剤を音響結合剤の一部に含ま
せたり、前記肥満解消剤自体を前記音響結合剤の代替と
したりすることにより、肥満解消機能と良好な音響結合
機能を兼ねた物質を提供できる。肥満解消剤を含む前記
音響結合剤は、超音波照射と複合して相乗的効果が得ら
れる。
手段により発生された超音波が印加された液体を生体に
当てる手段を備えるものでもよい。このような超音波照
射装置として、例えば、前記超音波発生手段を備えるシ
ャワーヘッドに水、温水等を流通させながら、前記超音
波発生手段から前記水、温水等に超音波を印加して、前
記シャワーヘッドから前記水、温水等を生体に噴射する
ものでもよく、浴槽に前記超音波発生手段を備え、超音
波が印加された温水等を前記浴槽中に回流させて生体に
当てるようにしたものでもよい。このような超音波照射
装置によれば、安全快適に、労力を要せずに、容易な操
作で超音波照射ができる。
解産生物は血液中に放出されるので、生体内で脂肪に再
合成されて蓄積される事を防ぐために、運動や体温上昇
等で燃焼消費する必要がある。
により発生される超音波を生体に照射する際に、生体に
投与される肥満解消剤を備えるものでもよい。前記肥満
解消剤は、経皮投与、経口投与されるものでもよく、注
射により投与されるものでもよい。例えば、体温を上昇
させる即ち熱代謝を亢進させる食品(唐辛子など)や、
薬剤(唐辛子成分のカプサイシンやその同類体、シブト
ラミンなど)を投与すると、遊離脂肪酸が体内で燃焼し
長時間体温が上昇して、体熱の外部放散が増える。これ
により、遊離脂肪酸等の脂肪分解産生物が消費される。
波照射を行うことにより相乗的効果が得られる。例え
ば、肥満解消剤は局所照射で脂肪分解した部分に再度他
部分からの脂肪の移動蓄積を防ぎ、肥満解消剤と超音波
照射との相乗的作用により局所痩せなどの効果が得られ
る。
一部を冷却する冷却手段を備えるようにしてもよい。生
体の少なくとも一部を冷却すると、体熱が奪われるので
生体の自律作用として恒温動物は熱産生を行い遊離脂肪
酸が消費される。即ち超音波照射と同時に遊離脂肪酸の
消費が進行する。
して生体に接触させるものであってもよい。前記超音波
伝達媒体の温度を体温より低い温度、例えば24℃にな
るように制御する手段を設けると、接触面を通して体熱
が奪われ、前記生体の自律作用として恒温動物が熱生産
を行う。
周波数における照射音響パワー面密度の範囲とを定める
実験に用いた実験装置の説明的断面図である。
パワー面密度の有効範囲を示す両対数のグラフである。
示す説明的断面図である。
示す説明的断面図である。
示す説明的断面図である。
変形例を示す説明的断面図である。
示す説明的断面図である。
示す説明的断面図である。
キャビテーション、細胞破壊、乳化について夫々発生限
界パワー密度を実験により調査した。但し超音波音響パ
ワーの絶対値測定は世界的に確立した方式がなく、僅か
に利用できる機器は天秤法で使用可能周波数範囲は0.
8MHz以上であるが、原因は低周波数範囲での有効な
音波吸収材の欠如にあり、測定器内で反射波により定在
波が立つ事にあるので、特に低周波域でも吸収のよい吸
収材の探索を行い、内張りして測定を可能とした。測定
は24kHz,36kHz,100kHz,160kH
z,500kHz,1MHzの6周波数の連続波で行っ
た。
超音波伝達媒体として温水1を収容する水槽2の上部に
設けられた案内部材3に、超音波を透過する材料からな
る箱形の試料ホルダ4と、超音波振動子装置5を上下動
自在に備えるスライダ6とが設けられている。試料ホル
ダ4と、超音波振動子装置5とは、それぞれ支持梁4
a,6aにより案内部材3に沿って移動自在とされてお
り、試料ホルダ4に保持される試料が、超音波振動子装
置5から照射される超音波の遠距離音場内に位置するよ
うに調整される。
5との位置関係等を観察する窓部(図示せず)を除い
て、研磨剤付きナイロン繊維7からなる超音波吸収材が
貼付され、超音波振動子装置5から照射された超音波の
反射を防止している。また、温水1の水面には下面に研
磨剤付きナイロン繊維7からなる超音波吸収材が貼付さ
れた発泡スチロール製の浮き8が浮設され、前記超音波
の水面での反射を防止している。
加え冷蔵した。1mlをポリエチレンの20ミクロン厚
の袋にいれ、図1の装置の温水1を36℃としてこの水
中に浸漬し、それぞれの試験条件(周波数とパワー密
度)で30分照射した。照射後ただちに遠心分離し血清
の比色とLDH(lactate dehydrogenase) 分析とを行っ
た。
ありそれ以下では安全、以上では溶血することを確認し
た。
mW/cm2 以下に溶血閾値があったが、160kHz
〜1MHzでは1000mW/cm2 では溶血しなかっ
た。
の点でしめす。
限界より大きく、溶血限界に留意すれば十分である。脂
肪細胞破壊限界は更に大きく、1000mW/cm2 以
下では観測されなかった。
の診断用許容レベル連続波1000mW/cm2 以下。
BのMI=0.6以下(図2のラインG)。
示する20〜50kHz、100〜500mW/cm2
は溶血限界を越え溶血を発生する危険領域にある事は明
らかである。
種々のパワー密度で脂肪分解を調べた。実験動物にラッ
トを用い、図1示の36℃の水槽2内でその腹部を音場
の均一な遠距離音場内で且つほぼ腹部を覆う広がりの照
射野を得られる距離から照射した。
ス、採血痛、ラットの低域超音波可聴等による影響を遮
断した。
で腹部体毛を刈り取り、表面活性剤で洗った。
射し、照射後更に10分静置し照射後の採血をした。採
血した血液は遠心分離し血清から脂肪分解生成物である
遊離脂肪酸(FFA)濃度を定量した。コントロールと
して超音波照射をしないがその他は全く同じ処理をした
ものと比較した。コントロール15匹、24kHz15
mW/cm2 6匹、500kHz20mW/cm2 8
匹、1MHz900mW/cm2 12匹、その他の周波
数、パワー密度は各4匹ずつ試験した。
加量d=y−xは照射パワー密度と相関を有せず、かつ
コントロールのdに対してt検定は有意でないものが多
かった。
は良好で、xy平面上での点xyの散布はその原点を通
る直線に精度良く縮退(regression)した。その直線の
傾斜bは増倍率y/xを与える。
で、同時に測定した無処理時のb=1.04±0.09
からの乖離は温水浸漬が原因であることを確かめてあ
る。
検定を行った。
性を判定し、図2に示す。図中の各点の表示は表2のと
おりである。
を示す。
z〜1.3MHzの高周波域とに有効域がある。
限閾値があり、その閾値以上では有効で、以下では無効
であった。(以後閾値を有効下限という) ・有効領域では増倍率はパワー密度、周波数に関せずほ
ぼ一定の1.94±0.16倍でありそれ以下ではコン
トロールの1.24倍±0.109と有意差はなかっ
た。
2 , 低域では周波数にもよるが10〜4mW/cm2 付近
であった。
与えるが、現時点ではメカニズムは不明である。
効領域を決定する。
の英字記号を参照しつつ説明する。
とする。現行のWFUMBのMI=0.6で示してあ
る。
表照射1W/cm2 で有効深度が消失する周波数の1.
3MHzを上限とする。治療用(肥満症患者に対する肥
満解消)の場合、高パワー密度ではより高い周波数も使
用可能であるが、パワー吸収係数が周波数の2倍に比例
するため発熱が増大しサーマルインデックスを越える危
険性があり除外する。
Hz〜1.3MHz間は下限を800mW/cm2 、上
限をMI許容値とする。
0mW/cm2 で●無効、500kHzで450、25
0、20mW/cm2 でいずれも完全有効の○であっ
た。したがって境界線は700kHzとする。
W/cm2 で完全無効●であった。両点の中間点の10
mW/cm2 を下限とする。
2 で△無効、100mW/cm2 で完全無効の●であっ
た。物理・生化学現象として刺激に対して完全な線スペ
クトルの無効域は有り得ないので、広がりとして±20
kHzの無効域を設定し、その下限を140kHz、上
限を180kHzとした。
であった。したがって下限はそれより低い。しかしこの
4mW/cm2 でもこれが体表のパワー密度とすると有
効深度がほとんどなく実用上無意味であるので、下限を
4mW/cm2 とする。
36kHzで▲無効、24kHzで完全無効の●ゆえ、
100kHzと24kHzの中間で36kHzに近い5
0kHzを境界線とする。
6kHzで▲無効、24kHzでは15mW/cm2 で
完全有効の○ゆえ、下限を中間の10mW/cm2 とす
る。
により可聴であり、騒音となり実用上不都合である。
た事は前述のとおりである。
明の第1の態様の超音波照射装置では境界ABCDEF
Gで囲まれた領域であり、第2の態様の超音波照射装置
では境界GHIJKLで囲まれた領域である。
次のとおりである。
900mW/cm2 で有効であったが700mW/cm
2 では無効であった。閾値は800mW/cm2 と内挿
される。上述の近距離音場の不均一性を考慮すべきであ
るが、体表での平均パワー密度を一般(健常者に対する
肥満解消)用許容値1000mW/cm2 とすると、8
00mW/cm2 まで減衰する生体内有効到達深さは脂
肪で1.7cm,筋肉で0.9cmとなり、一般用では
健康ではあるが肥満している肥満起因疾病予備軍の健康
改善に必要な内蔵脂肪には到底到達し得ない。
100〜500mW/cm2 は、少なくとも1MHzで
は本発明者等の実験データ図2に示すごとく、700m
W/cm2 以下では無効であった。
るので深部でもパワー密度を維持するために体表でのパ
ワー密度を増大すると、深さ1cmあたりの超音波吸収
エネルギー(音圧の2乗に比例)は周波数の2倍に比例
するので、1cm当たりの吸収発熱が増大し、体表付近
の温度上昇がサーマルインデックスを超過する危険があ
る。
解の有効な領域は、15kHz〜140kHz帯、及び
180kHz〜1.3MHz帯にある。両者はその作用
機構が異なると思われる。
収係数が低く体内深部に到達できるので、皮下脂肪のみ
でなく成人病の原因となる内臓脂肪の分解に有効であ
る。
が例えば500kHzでは10〜1000mW/cm2
の広範囲で同一有効度を有する。即ち浅い皮下脂肪から
深部の内臓脂肪に至る広い範囲での脂肪分解に適してい
る。しかも深部ではそのパワー密度は減衰しているの
で、内臓自体や骨等に与える影響が全く無視される利点
がある。
ある。
1の実施形態について説明する。図3示の超音波照射装
置は、温水1が収容される浴槽2と、浴槽2の壁面に取
着された超音波発生手段としての超音波振動子5とから
なる。超音波振動子5は、図示しない駆動回路から供給
される高周波電圧が印加されることにより超音波を発生
し、該超音波を温水1を会して浴槽2に浸漬された生体
9に照射する。図3示の超音波照射装置によれば、浴槽
2中は各壁からの多重反射や生体による反射屈折散乱吸
収により波長以下の局所的な斑状強弱はあるがマクロ的
にはほぼ一様な音場分布を形成している。これによりほ
ぼ全身的な照射が可能である。安全限界値近くのパワー
密度で照射する時は槽壁を無反射材とし定在波による局
所的強弱を避ける事が望ましい。
2の実施形態について説明する。図4示の超音波照射装
置は、温水1が収容される水槽10と、水槽10の底面
に取着された超音波振動子5とからなる。生体9は水槽
10の上縁部に配設されたスポンジ11を弾性シール材
として温水1に接触する。また、水槽10の底部には温
水1を定圧で水槽10に供給する導管12が接続されて
おり、導管12から水槽10に供給された温水1は図示
しないオーバーフロー管を介して、またはスポンジ11
から滲出して水槽10の外壁に設けられたオーバーフロ
ー槽13に導かれ排水管14から排出される。超音波振
動子5は図3示の超音波振動子5と同一の機構により超
音波を発生し、該超音波を温水1を介して生体9に照射
する。
面に空気を残す事なく腹部等を水に接触させる事ができ
る。
動子5では水の欠如で超音波振動子5に損傷を発生する
故水の存在を監視することが望ましい。これは、振動子
駆動電流の変化から検出することができる。
3の実施形態について説明する。
ゼリーを介して体表に接し体表を平面的に走査する方式
である。明記されていないが近距離音場が干渉のため不
均一強度分布を有するので平面的走査で照射量の空間的
平均をとる事になり妥当な方式と言える。しかし前述の
溶血の様に発生限界が非常に明確な限界値がある場合は
この方式は注意が必要である。即ち生理現象がその限界
値で非線形にジャンプするので平均値が安全値以下でも
局所値が限界値を越える場合は危険があり得るからであ
る。したがって近距離音場を使用する場合は許容値一杯
の高い平均値を使用できない。遠距離音場で使用するこ
とは他の解決法となり得る。又照射野が狭いので体表等
を広範囲に走査することは入力を要するという欠点があ
る。
の内部に超音波振動子5と、超音波振動子5の前面に設
けられた音響レンズ16と、ポリエチレン等の可撓性フ
ィルムからなる袋状体17とを備え、袋状体17には超
音波伝達媒体としての水・油等の液体18等が収容され
ている。超音波振動子5は図3示の超音波振動子5と同
一の機構により超音波を発生し、袋状体17に収容され
た液体18等を介して、生体9に超音波を照射するよう
になっている。
子5に密着し下面は凹面状をなし、その材質は超音波伝
達媒体18よりも音速の速いものとされ、音響レンズ1
6と超音波伝達媒体18との間の屈折により超音波はほ
ぼ平行ビーム状に形成される。凹面曲率を大きくし、収
束性ビームとすることもでき、この場合は後述する図6
(c)の照射適用子23と同様の効果が得られる。袋状
体17及び袋状体17に収容された水等の超音波伝達媒
体18は生体9表面の凹凸に合わせて変形し生体9に密
着する。袋状体17と生体9との接触面には図示しない
音響結合剤(ゼリー等)を塗り空気を排除する。
空中で使用でき、生体9に沿って滑らすことができるの
で、局所的照射用であり、比較的広い照射野を有する設
計とすることができる。
られるので、カプサイシン等の経皮投与可能な肥満解消
剤を含むものであってもよい。前記肥満解消剤として、
カプサイシン等の肥満解消用の経皮投与剤中、クリーム
状のものは袋状体17と生体9との間の空気層を排除で
きるので、音響インピーダンスが理想的では無くてもそ
れ自体を音響結合剤として使用することができる。又、
前記音響結合剤に肥満解消剤を混入したり、肥満解消機
能を有し且つ音響インピーダンスを理想値に近づけて最
適化した新音響結合剤を作り使用することもできる。
走査するときは、部分的なゼリー欠如を監視することが
望ましい。
うに、適用子15の上部に合成樹脂または皮革等からな
るベルト20を備えていてもよい。ベルト20を備える
ことにより、使用者が適用子15とベルト20との間隙
21に手を挿入して操作することができ、取り扱いが容
易になる。
適用子の変形例について説明する。
パワー密度と照射部位とによっては、骨や一部内臓等に
悪影響を与える可能性が残る。特に骨は超音波の吸収が
強く、発熱や骨膜の痛感発生をみる場合があり得る。逆
に脂肪肝等では臓器を特定して照射する必要がある。こ
のため照射部位の内部構造や温度上昇等を知る必要があ
る場合が多い。
用子15において超音波振動子5の一部を切り取って、
超音波パルス送受信振動子22を設けるようにしてもよ
い。図6(a)は超音波振動子5の中央部を切り取っ
て、超音波パルス送受信振動子22を設けた例を示し、
図6(b)は超音波振動子5の端部を切り取って、超音
波パルス送受信振動子22を設けた例を示す。
超音波パルス送受信振動子22は、在来のbモード超音
波エコー映像装置と同様に扇状走査、線状走査とするこ
とができる。生体内各部位からの反射波の物理定数であ
る受信時間、受信強度を測定しての走査断面の映像化
や、特定部位からの反射波の受信時間や強度変化から音
速や吸収の温度による変化を知り、照射部位の標定や、
照射による温度上昇をモニターする事もできる。
事実、例えば20℃付近では1℃上昇するごとに約10
パーセント減衰率が低下するという原理を応用して照射
部位を貫通するかまたは反射した超音波の強度変化を照
射開始時と比較することにより生体の温度上昇の推定か
ら照射条件をコントロールすることができる。
振動子22を備える照射適用子23を独立に設け、各適
用子15の超音波ビームの交差する部位の位置、構造、
温度等をモニターすることもできる。
場合は、その振動子を時間的に切り替えてパルス送受信
振動子に兼用することもできる。
超音波振動子5により超音波を交差角θで交差させるよ
うにして、干渉、または合成することにより特定の照射
領域のみの強度を高め集中的に照射することができる。
また、このようにすると、複数の異なった体表の位置か
ら特定部位を狙って集束的に照射し、体表付近を安全な
照射強度以下に保ちながら深部特定部位に必要な照射強
度を集中することができる。1か所からの照射では、途
中の減衰に打ち勝つには体表では大強度が必要で、体表
付近では過大となる問題を解決できる。特に、1〜1.
3MHzのように、吸収係数の大きな周波数で深部照射
する場合に有効である。
により同一進行面上の向かい合う方向からパルス波また
は衝撃波を交差(交差角度θ=180度)させることに
より狭い範囲に大きな作用を及ぼすことができる。この
場合交差させる角度を変化させることも可能であり、交
差させる音波の数、即ち振動子または反射板の数や、各
々の位相や周波数を少しづつずらして干渉させて、照射
部位の位置入力範囲をより自由に制御できる。
きくなる。一方周波数が高い場合は減衰は大きくなる。
低域では油滴とそれを包む燐脂質膜のマクロ的変形、擾
乱、流動が生じ、高域では交換神経刺激によるホルモン
放出や、リン脂質膜、交感神経末端膜のミクロ的擾乱、
流動化が生じると想像される。これらの特性は実証され
たものでは無いが、両者は異なる作用を持つものと考え
れる。両者を組み合わせて使う為に、複数の振動子を同
一装置に有し、周波数の互いに異なる超音波を交互に又
は同時に生体に照射することができる。また周波数の切
替えは振動子を付け替えてもよい。
4の実施形態について説明する。図7示の超音波照射適
用子は、適宜角度の握り部24の先端に背面材25を介
して超音波振動子5が取着されており、超音波振動子5
の前面に設けられた硬質音響カプラー26を備えてい
る。図7示の超音波照射適用子は、直接に音響結合材
(ゼリー等)を塗った生体9の表面に接し特定範囲を移
動走査させて照射できる。振動子の小型な500kHz
程度の高域周波数に適する。
握り部24の先端を体表に強く押し当て、体表形状を変
化させて超音波照射することにより皮下脂肪層部位に重
点的に照射することが可能となる。9は人体の皮膚、2
7は脂肪層である。
肪の多い部位に照射する場合に用いるもので、特徴は人
体の皮膚及び脂肪層に握り部24先端の硬質音響カプラ
ー26を強く押し当てて、皮膚9及び脂肪層27の一部
を凹状に変形させて図7(a)示のようにへこませてで
きた凸部から皮下脂肪層に向けて超音波振動子5より超
音波を照射する。そのため握り部24と超音波振動子5
の照射方向とが直角になるようにした。
プラー26を設け人体9との密着性を図り操作性を高
め、更に皮膚9と音響カプラー26との間にゼリー状の
音響結合剤を塗布する。照射はたとえば周波数は500
kHzで1000mW/cm2 の出力で、10分間程度
のタイマーで制御する等とする事ができる。
な棒状であってもよく、図7(c)示のように背面材2
5から斜め上方に伸びるものであってもよい。握り部2
4の形状は、超音波を照射する部位により、或いは使用
者の好みにより適宜選択することができる。
5の実施形態について説明する。図8示の超音波照射装
置は、シャワーヘッド28の内部に超音波振動子5が取
付けられており、ホース29によりシャワーヘッド28
内に流通させる水(または温水)30に、超音波振動子
5から超音波を印加するものである。超音波が印加され
た水(または温水)30は、シャワーヘッド28の超音
波振動子5に対向する面に多数穿設された小孔31がら
噴出され、図示しない生体に当てられる。
か下腿部に注げば容易に任意の部位に超音波を照射する
ことができる。小孔31を設けずに緩やかな一つまたは
複数の大径の水流として噴出させて良い事は勿論であ
る。
分解により産生された脂肪分解物も、燃焼しないとその
一部は再び脂肪に合成されて脂肪細胞に蓄積される。し
たがって、運動や食事のコントロールでFFAを燃焼消
費する必要がある。そこで、肥満解消剤を併用しつつ、
生体に超音波を照射することにより、有効な相乗的効果
を期待できる。例えば局所照射で脂肪分解した部分に再
度他部分からの脂肪の移動蓄積を防ぐなどの効果があ
り、局所痩せが実現でき美容上の効果が大きい。
化吸収抑制、エネルギー消費促進剤、前述の熱代謝亢進
剤が主体であり、その他脂肪分解促進、脂肪合成抑制の
効果を狙うホルモン系の研究もある。中枢神経系食欲抑
制ではcatecholamine,norepinephrine,dexfenfluramin
e,dopamine,serotonin,伝達系食欲抑制ではampbetamin
e,mazindol, 食欲抑制と熱代謝促進を兼ねるものにsibu
tramine,上述の熱代謝亢進剤、消化吸収阻害剤にはorli
statが知られている。その他 leptin ,ニューロペプチ
ドY阻害剤、CCK−Aプロモーター、ブタビンジデ、
脂肪合成を抑制するプロモクリプチンや、血中インスリ
ン濃度を高めるインスリノトロビン、筋肉での糖利用を
高めるトログリタゾン、細胞間の情報伝達役のサイトカ
イン活性を調節するサイトカイン調節剤、脂肪分解を促
すテイオフ、カフェイン、お茶に含まれるテオフィリン
等があり、投与法には経口、経皮、注射、吸入等があ
る。
与を超音波照射に併用することは特に有効である。この
体温の上昇は遊離脂肪酸の燃焼により生じ、体熱の放散
を増加し脂肪分解物を燃焼消費する。唐辛子や、トウガ
ラシ等に含まれるカプサイシンや、ガルシニアという果
実やその中に含まれるハイドロキシトリックアシド、熱
代謝促進薬剤ではbeta3 receptor control (BRL26830A,
BRL35135,CL316,243) や、sibutramine 等がある。
えば手とか足を24℃付近の微温水槽に浸すとか、その
温度付近のシャワーに暴露するなどを行うことによって
もFFAを燃焼消費することができる。冷却時期は照射
中でも照射後でも良い。
却して用いることができ、又前記微温水槽に図3の浴槽
2または図4の水槽5に収容される温水1、図8の温水
30の液温を体温より低い温度例えば24〜29℃にな
るように制御する手段を設けるようにしてもよい。その
温度の制御には恒温槽中の微温湯を可撓性細管で図3の
浴槽2、図4の水槽5、図5及び図6の袋状体17に接
続し循環させることで実現できる。接触面を通して体熱
が奪われ、恒温動物では生体の自律作用で熱生産が行は
れFFAが消費される。即ち超音波照射と同時にFFA
消費が進行する。
態では複数の超音波振動子を用いているが、同様に、振
動子の代わりに反射体を複合することにより、反射波の
位相、強度の測定により発信周波数や強度・位相を変化
させ、定在波の位置・数・強度を制御することができ
る。一般に可変周波数範囲は中心周波数の±10%が容
易に実現できる。定在波の制御により照射範囲の限定が
可能になる。反射体のみならず、重粒子と粘弾性材の混
合した様な超音波吸収材よりなる適当な形状の吸収体を
適宜設けることでも実現できる。また、時間的に周波
数、強度、位相を変化させ、照射野の掃引移動や、局所
的な斑状強弱を時間的に平均化する効果が期待できる。
有効に短期で体脂肪分解を行う装置が提供できるように
なった。
容易に体脂肪の削減を行うことを可能にし、今や国民病
に近くなった肥満原因の各種病気の治療、抑制予防、健
康の増進、美容等への効果が期待され、その需要は大き
い。
ので産業上の利用可能性は大きい。
Claims (10)
- 【請求項1】超音波を発生する超音波発生手段を備え、
該超音波発生手段により発生される超音波を生体に照射
して生体内の脂肪を分解する超音波照射装置において、 該超音波発生手段から発生される超音波は、周波数が1
5〜140kHzの範囲であり、該超音波が照射される
生体表面における照射音響パワー面密度が、周波数15
〜50kHzの範囲では10mW/cm2 より大きく、
生体内で溶血を生じない範囲であり、周波数50〜14
0kHzの範囲では4mW/cm2 以上で生体内で溶血
を生じないか、または医療診断用超音波機器の安全基準
値未満の範囲であることを特徴とする超音波照射装置。 - 【請求項2】超音波を発生する超音波発生手段を備え、
該超音波発生手段により発生される超音波を生体に照射
して生体内の脂肪を分解する超音波照射装置において、 該超音波発生手段から発生される超音波は、周波数が1
80kHz〜1.3MHzの範囲であり、該超音波が照
射される生体表面における照射音響パワー面密度が、周
波数180〜700kHzの範囲では10mW/cm2
より大きく、医療診断用超音波機器の安全基準値未満の
範囲であり、周波数700kHz〜1.3MHzの範囲
では800mW/cm2 より大きく、医療診断用超音波
機器の安全基準値未満の範囲であることを特徴とする超
音波照射装置。 - 【請求項3】前記超音波が照射される部位の位置または
温度を監視する監視手段を備えることを特徴とする請求
項1または請求項2項記載の超音波照射装置。 - 【請求項4】前記超音波発生手段により発生された超音
波を、超音波伝達媒体を介して生体に伝達する超音波伝
達手段を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3
のいずれかの項記載の超音波照射装置。 - 【請求項5】前記超音波伝達手段は、前記超音波伝達媒
体と生体との間に介在して設けられる音響結合剤を備え
ることを特徴とする請求項4記載の超音波照射装置。 - 【請求項6】前記音響結合剤は肥満解消剤を含有するこ
とを特徴とする請求項5記載の超音波照射装置。 - 【請求項7】前記超音波発生手段により発生された超音
波が印加された液体を生体に当てる手段を備えることを
特徴とする請求項1または請求項2項記載の超音波照射
装置。 - 【請求項8】前記超音波発生手段により発生される超音
波を生体に照射する際に、生体に投与される肥満解消剤
を備えてなることを特徴とする請求項1乃至請求項7の
いずれかの項記載の超音波照射装置。 - 【請求項9】前記超音波発生手段により発生される超音
波が照射される生体の少なくとも一部を冷却する冷却手
段を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項8のい
ずれかの項記載の超音波照射装置。 - 【請求項10】前記冷却手段は前記音響伝達媒体を冷却
する手段であることを特徴とする請求項9記載の超音波
照射装置。
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---|---|---|---|
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