JP4605548B2 - 超音波生体刺激装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体に装着した超音波プローブからの超音波振動により、生体を刺激する超音波生体刺激装置に関する。

一般に、この種の超音波生体刺激装置は、生体の治療部位に装着した超音波プローブに一乃至複数の超音波振動子が配設され、この振動子から発する超音波振動により、当該治療部位を刺激する。具体的には、例えば特許文献１などに開示されるように、複数の超音波振動子を備えた超音波プローブが、本体側の駆動回路部と着脱自在に接続され、駆動回路部から供給される駆動電力により、各超音波振動子が発振して生体に超音波が照射されるようになっている。

ところで、治療部位に当てた超音波プローブからの超音波の照射量が過大になると、その部分が発熱して疼痛を感じたり、火傷を起こすなどの懸念を生じる。そのため、こうした疼痛予防や火傷防止のために、治療中に施術者が絶えず超音波プローブを広い範囲に動かさなければならなかった。

このような問題に対して、別な特許文献２には、少なくともその一部の位置が、相互に三次元的に変更自在となるように、複数の超音波振動子を平面状に配置することで、生体の広い範囲に超音波を照射する際に、施術者への負担を軽減できる装置が開示されている。さらにここでは、複数の超音波振動子を同時に駆動させたときに、各振動子からの音場が不必要に重なり合って、その部分で超音波の照射量が過大になるのを防ぐために、それぞれ異なる駆動系により駆動される振動子群を市松模様に配置し、各振動子群を相互に逆のタイミングでオン／オフ駆動させて、超音波の照射量を平均化させる考えも示されている。
特開２００５−２８０２７号公報 国際公開ＷＯ０１／８９７２３号公報

上記特許文献２では、複数の超音波振動子を広範囲に配置することで問題の解決を図っているが、超音波プローブからの超音波の照射量を平均化させたとしても、超音波プローブを生体に沿ってある程度動かさなければ、やはり患者が疼痛を感じたり、さらには火傷を起こす懸念を払拭できない。さらに、患者の治療部位が、例えばひざや腹など複数箇所に及んでいると、その分だけ超音波プローブを動かす範囲も広がって、治療時間が長くなる問題を引き起こす。

そこで本発明は、施術者がわざわざ超音波プローブを動かさなくても、生体の広い範囲に適切な量の超音波を照射でき、治療時間を短縮できる超音波生体刺激装置を提供することをその目的とする。

本発明の超音波生体刺激装置は、複数の超音波振動子を平面状に配置し、これらの超音波振動子を生体に固定した状態で取付ける超音波プローブと、前記各超音波振動子への駆動電力を生成する駆動手段と、前記超音波プローブから発する超音波エネルギーが局部的に集中しないレベルで、前記駆動手段からの駆動電力を複数の超音波振動子に対し切替えて供給する切替手段と、前記超音波振動子の動作中に、この超音波振動子が共振可能な周波数の幅で、前記駆動電力の周波数を可変制御する周波数制御手段と、を備え、前記超音波振動子が動作する各区間で、前記駆動電力の供給開始から供給終了に向かうに従って、前記周波数が徐々に高く変化するように、前記駆動手段を構成している。

この場合、平面状に配置した各超音波振動子を生体に固定した状態で、超音波プローブから発する超音波エネルギーが局部的に集中しないレベルで、駆動手段からの駆動電力が超音波振動子に対して随時切替ながら与えられる。そのため、超音波プローブから局部的に集中して超音波エネルギーが与えられることがなく、超音波プローブをわざわざ動かさずに、生体の広い範囲に適切な量の超音波を照射でき、治療時間の短縮化を図ることができる。また、超音波振動子が共振可能な周波数の幅で、駆動電力の周波数を可変制御することで、超音波振動の有効深度や振動位置に変化を与えることができ、生体の同じ深さで超音波エネルギーが集中して与えられるのを防止できる。さらに、刺激を生体の深い部分から浅い部分へと移動して与えることができる。

また本発明の超音波生体刺激装置は、前記超音波振動子を一つずつまたは複数ずつ、或いは全数同時に振動させることができるように、前記切替手段を構成している。

この場合、超音波振動子を振動させる数が少なければ、その分スポット状に位置を変えながら超音波エネルギーを与えることができ、逆に超音波振動子を振動させる数が多ければ、二次元エリア状に超音波エネルギーを与えることができる。そのため、超音波プローブを生体に装着したまま、超音波振動を与える範囲を自由に可変することができ、刺激のパターンが多様化して、より効果的な施術効果を得ることが可能になる。

また本発明の超音波生体刺激装置は、前記切替手段による切替回数を１秒当たり１００回以上としたことを特徴とする。

この場合、同じ超音波振動子から長時間超音波エネルギーが出力され続けないようにして、局部的に同じ位置で超音波エネルギーが集中しないようにすることができる。また、人が動かす速さよりも高速で超音波振動子を掃引できるので、新たな治療方法，治療効果も期待できる。

また本発明の超音波生体刺激装置は、ランダムな速さと位置で、前記超音波振動子の振動を自動的に切替えるように、前記切替手段を構成している。

この場合、特定の超音波振動子だけが長期間振動するなどの弊害が一掃され、各超音波振動子を広範囲に且つ平均的に振動させることができる。

また本発明の超音波生体刺激装置は、前記駆動電力の振幅を可変させる振幅可変手段を備えている。

こうすれば、超音波振動子の駆動を切替ながら、超音波エネルギーの強さを適宜変化させることが可能になり、刺激状態を時間と位置に応じて変えることができる。

また本発明の超音波生体刺激装置は、前記超音波振動子の振動中に、前記駆動電力の振幅を可変制御する振幅制御手段を備えている。

この場合、超音波振動子の振動中に、超音波エネルギーの強さをランダム若しくは規則的に変化させることができ、超音波エネルギーによる刺激のバリエーションを持たせることが可能になる。

また本発明の超音波生体刺激装置は、人が超音波プローブを動かしたときと同じような速さと位置で、前記超音波振動子の振動を切替えるように、前記切替手段を構成している。

この場合、実際には超音波プローブは静止しているものの、あたかも人が超音波プローブを動かしているかのように、生体に対し効果的に刺激を与えることができる。

また本発明の超音波生体刺激装置は、前記切替手段を前記超音波プローブに組み込んだことを特徴とする。

この場合、配線数の多い切替手段と各超音波振動子との間の配線を、超音波プローブ内に収容することができ、信頼性の高い装置を提供できる。

また本発明の超音波生体刺激装置は、前記超音波振動子の共振周波数またはインピーダンスを感知する振動子感知手段と、この振動子感知手段からの感知結果に基づき、前記駆動電力の周波数または振幅を補正する補正手段と、をさらに備えている。

この場合、超音波振動子は製造的に共振周波数やインピーダンスのバラツキが避けられないが、振動子感知手段によって超音波振動子の共振周波数またはインピーダンスを感知し、その感知結果に応じて駆動電力の周波数または振幅を適切に補正できるので、超音波振動子から効率よく超音波エネルギーを発生させることができる。

また本発明の超音波生体刺激装置は、前記超音波振動子が動作中のときに、一定時間毎に前記振動子感知手段から感知結果を取り込み、前記駆動電力の周波数または振幅を補正するように、前記補正手段を構成している。

超音波振動子は、動作中にその共振周波数やインピーダンスが徐々に変化するので、一定時間毎に超音波振動子の共振周波数やインピーダンスの変動を捕え、その変動に見合う駆動電力の周波数や振幅の補正を行なうことで、長時間の使用に際しても効率よく超音波エネルギーを発生させることができる。

本発明の超音波生体刺激装置によれば、施術者がわざわざ超音波プローブを動かさなくても、生体の広い範囲に適切な量の超音波を照射でき、治療時間を短縮できる。また、刺激を生体の深い部分から浅い部分へと移動して与えることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明における超音波生体刺激装置の好ましい実施例を説明する。

まず、装置の基本構成を図１に基づいて説明する。同図において、１は生体である人体などに接触する超音波プローブであり、これは超音波を伝達できる金属，樹脂，若しくは柔軟性を有するゴムなどのシート素材２（超音波伝導物質）の一側面２Ａに、複数の超音波振動子３（３₁，３₂，…３₁₀）を平面状に配置し、さらにこれらの超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀のそれぞれに対して駆動電力を供給する配線ケーブル４を接続して構成される。なお、シート素材２に貼付される超音波振動子３の数は２個以上幾つあっても構わない。また、超音波プローブ１や超音波振動子３の形状や大きさは、用途に応じて適宜変更してよく、特に限定されるものではない。そして、超音波振動子３を設けていないシート素材２の平坦な他側面２Ｂは、生体への貼付面として形成される。

10は例えば箱状に形成された本体であって、この本体10に取付けられたコネクタ11には前記超音波プローブ１が着脱自在に接続される。本体10の内部は、超音波振動子３の駆動源となる駆動手段たる駆動回路部12と、この駆動回路部12からの駆動電力を超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀に対し順次切替えて供給する切替手段としての振動子切替部13と、前記駆動回路部12や振動子切替部13を制御する制御手段としてのＣＰＵ14とを備えている。またＣＰＵ14の入力ポートには、摺動若しくは押動可能なスイッチなどからなる入力手段15が接続されると共に、出力ポートには音や表示などを行なうための報知手段16（音出力手段や表示手段）が接続される。図１では、所望の超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を駆動させるための切替制御信号が、ＣＰＵ14から駆動回路部12を経由して振動子切替部13に送り出されているが、ＣＰＵ14から振動子切替部13に切替制御信号を直接送り出す構成としてもよい。

一つの好ましい変形例として、前記振動子切替部13は本体10にではなく、超音波プローブ１に組み込まれる。振動子切替部13は、それぞれの超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の動作を切替えるものであるため、超音波振動子３との間には、この超音波振動子３の数に見合う配線が必要となるが、振動子切替部13が超音波プローブ１側に設けられていれば、本体10との接続ケーブルの配線数を少なくでき、信頼性の高い装置を提供できる。

図２に基づいて、駆動回路部12の構成をより詳しく説明すると、ここには発振器21を備えた信号発生部22と、信号発生部22からの発振出力を電力増幅して、超音波振動子３を動作し得る駆動電力の信号（駆動信号）に変換する電力増幅部23と、ＣＰＵ14からの周波数制御信号を受けて、前記発振出力ひいては駆動信号の周波数を可変設定する周波数設定手段24と、ＣＰＵ14からの振幅制御信号を受けて、発振出力ひいては駆動信号の振幅を可変設定する振幅設定手段25と、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀に流れる電流を検出して、その検出結果をＣＰＵ14に出力する振動子検出手段26と、を備えている。ここで用いる信号発生部22は、温度などの影響を受けにくい安定性の高い発振出力を得るために、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）発振回路を備えたものが好ましい。

図３は、ＣＰＵ14の機能的な構成を示したものである。ＣＰＵ14は、基準のクロック信号を生成してＣＰＵ14内の各手段に出力するタイマ手段31と、信号発生部22を制御するための発振出力制御手段32と、振動子切替部13ひいては超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の駆動を制御するための振動子切替制御手段33と、を備えて構成される。発振出力制御手段32は、信号発生部22からの発振出力の周波数や振幅を設定するための信号制御信号を、周波数設定手段24や振幅設定手段25に出力する。この信号制御信号を受けて、周波数設定手段24が発振出力の周波数を設定すると共に、振幅設定手段25が発振出力の振幅を設定する構成となっている。また振動子切替制御手段33は、どの超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を駆動させるのかを示す切替制御信号を振動子切替部13に出力するもので、この切替制御信号を受けて振動子切替部13は、一個ずつ，または複数個ずつ，さもなければ全個の超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀に対して、一定時間若しくはランダムな時間毎に駆動信号を与えるようになっている。

一つの例として、信号発生部22は施術中に一貫して固定の周波数および／または振幅を有する発振出力を、電力増幅部23に供給する構成であってもよい。その場合、周波数設定手段24や振幅設定手段25はＣＰＵ14からの信号制御信号を受ける必要はなくなる。また別な例として、施術者が任意に発振出力の周波数および／または振幅を変更できるように、入力手段15からの入力操作に応じた信号制御信号が、ＣＰＵ14から周波数設定手段24および／または振幅設定手段25に出力される構成としてもよい。こうすれば、施術者が入力手段15の特定のスイッチなどを操作する毎に、発振出力ひいては駆動信号の周波数や振幅を自由に可変できるようになる。

本実施例における発振出力制御手段32は、振動子切替部13によって一つの超音波振動子３が駆動しているときに、前記振動子検出手段26からの検出結果に基づき、その超音波振動子３の共振周波数を感知し、信号発生部22から発生する発振出力の周波数が最適な値となるように補正する周波数補正手段36と、振動子切替部13によって一つの超音波振動子３が駆動しているときに、前記振動子検出手段26からの検出結果に基づき、その超音波振動子３のインピーダンスを感知し、信号発生部22から発生する発振出力の振幅が最適な値となるように補正する振幅補正手段37を備えている。これらの補正手段36，37は、必要に応じてその一方だけを備えていてもよい。

その他にＣＰＵ14は、好ましい超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の切替順序や、駆動電力の振幅Ａや周波数ｆからなる複数の駆動パターンを記憶する駆動パターン記憶手段38を備えている。ＣＰＵ14は、入力手段15からの操作によって、駆動パターン記憶手段38から特定の駆動パターンを呼出し、この駆動パターンに従って超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の振動を切替えると共に、駆動回路部12に対して駆動電力の振幅Ａや周波数ｆを決定する。特にここでは、人が超音波プローブを動かした時と同じような速さと位置で、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の振動を切替える駆動パターンが記憶されている。

次に、本実施例における振動子切替部13の構成について、図４を参照しながら説明する。この実施例では、１つの発振器21を有する単一の駆動回路部12から、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀に分岐して駆動電力が送り出されるようになっており、駆動電力の各分岐ライン５₁，５₂，…５₁₀に、振動子切替部13の開閉手段13₁，13₂，…13₁₀がそれぞれ挿入接続されている。ここでいう開閉手段13₁，13₂，…13₁₀は、例えばリレーなどの機械的接点を備えたものや、半導体スイッチのような電気的接点を備えたもので構成される。本実施例では、ＣＰＵ14からの切替制御信号によって、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の駆動を個別にオン／オフできるようになっている。

図５は、種々の変形例を示したものである。上記図４に示す振動子切替部13から超音波振動子３に至る各部は、生体に振動を与える振動出力部８として構成される。図５に示すものは、制御手段であるＣＰＵ14に、複数の振動出力部８₁，８₂，８₃…を接続したもので、この場合は患者の症状にあわせて、複数の治療部位（例えば、肩，腰，膝などを同時に）に超音波プローブ１をそれぞれ装着することができる。好ましくは、それぞれの振動出力部８₁，８₂，８₃…にある超音波プローブ１を、本体10から着脱できるようにすれば、施術中に使用しない超音波プローブ１を片付けておくことができる。

次に、上記構成についてその作用を説明する。治療を行なうに際しては、予めシート素材２の他側面２Ｂを治療部位に貼り付け、図示しないベルトなどによって超音波プローブ１を人体に装着固定する。なお、図５に示すような複数の振動出力部８₁，８₂，８₃…を有する装置では、複数の治療部位に超音波プローブ１をそれぞれ装着固定することができる。

こうして人体への超音波プローブ１の装着固定が完了した後で、入力手段15の操作により駆動パターン記憶手段38から特定の駆動パターンを呼出し、入力手段15の例えばスタートスイッチを押すと、本体10内の各部が動作開始して駆動回路部12の信号発生部22から電力増幅部23に発振出力が供給され、この電力増幅部23から超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を振動させるのに十分な電力の駆動信号が発生する。また振動子切替部13は、超音波プローブ１を人体に固定した状態で、当該超音波プローブ１から発する超音波エネルギーが局部的に集中しないように、ＣＰＵ14からの切替制御信号を受けて、複数の超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀への駆動電力の供給を、順次またはランダムに切替える。これは例えば図６に示す様に、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀に対して一つずつ順に駆動電力を供給するようにしてもよいし、図７に示す様に、直前若しくは直後に駆動する超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀と部分的に重なり合うようにして、駆動電力を供給するようにしてもよい。

図６に示す例では、区間Ｂにおいて開閉手段13₁がオンして単独の超音波振動子３₁に駆動電力が与えられ、次の区間Ｃにおいて開閉手段13₂がオンして単独の超音波振動子３₂に駆動電力が与えられ、以下同様に他の超音波振動子３₃…13₁₀に順次駆動電力が与えられるようになっているが、どの順番に開閉手段13₁，13₂，…13₁₀をオンさせるのかについては限定しない。また、一つの超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀への駆動電力の供給が遮断されてから、次の超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀が駆動するまで、タイムラグを設けるようにして、より生体への安全性を高めるようにしてもよい。この場合、人体の治療部位に対して、スポット状に位置を変えながら適切な量の超音波エネルギーが与えられることになる。

一方、図７に示す例では、区間Ｂにおいて開閉手段13₁がオンして１つの超音波振動子３₁に駆動電力が与えられ、次の区間Ｃにおいて開閉手段13₂が引き続きオンすると共に、別な開閉手段13₃がオンして２つの超音波振動子３₂，３₃に駆動電力が与えられ、次の区間Ｄにおいて開閉手段13₂，13₃が引き続きオンすると共に、別な開閉手段13₄がオンして３つの超音波振動子３₂，３₃，３₄に駆動電力が与えられ、次の区間Ｅにおいて開閉手段13₂がオフする一方で、開閉手段13₃，13₄は引き続きオンし、さらに別な開閉手段13₅がオンして３つの超音波振動子３₃，３₄，３₅に駆動電力が与えられ、以下、同様にその後の各区間で、複数（この場合は３つ）の超音波振動子３に代わる代わる駆動電力が与えられる。すなわちこの場合は、人体の治療部位に対して、二次元エリア状に位置を変えながら適切な量の超音波エネルギーが与えられることになる。

図６や図７に示す超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の駆動パターンは、あくまでも一例に過ぎず、人体に超音波プローブ１を固定した状態で、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀からの超音波エネルギーが人体に対して局部的に集中しなければ、どのような駆動パターンを採用してもよい。例えば、図６では、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を一つずつ振動させているが、図７に示すように複数の超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を同じ区間内で振動させたり、または全ての超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を同時に振動させることもできるように、振動子切替部13やＣＰＵ14を構成してもよい。こうすれば、刺激のパターンが多様化して、より効果的な施術効果を得ることができる。

また図６や図７では、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の駆動期間が全て同じに設定されているが、例えば入力手段からの操作によって、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の駆動期間すなわち切替速度を可変調整できるように、ＣＰＵ14を構成してもよい。例えは、図６において特定の超音波振動子３₃，３₈が駆動する区間（例えば区間Ｄ，Ｉ，Ｍ，…）を、他の区間よりも長く設定すれば、シート素材２のほぼ中央部において、より大きな超音波エネルギーを治療部位に与えることができる。逆に、治療に必要のない部位にある例えば超音波振動子３₁，３₁₀に対しては、その駆動期間を他よりも短く設定することで、無駄な超音波エネルギーの発生を防止できる。なお、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の駆動切替時間は、電気的な切替を行なう場合に、超音波振動が阻害されない振動可能時間以上であれば特に限定されない。

因みに、この超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀に対する駆動電力の切替は、人が従来の超音波プローブを動かすことができない速さ（例えば１秒間に１００回以上）で行なうのが望ましい。その理由は、駆動電力の切替速度が遅くなると、それだけ同じ超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀から長時間超音波エネルギーが出力され続けて、当該超音波エネルギーが局部的に集中しやすくなるからである。また、人が動かす速さよりも高速で掃引できるので、新たな治療方法，治療効果も期待できる。

さらに、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の駆動順位や駆動期間を規則的にではなく、ランダムに行なうようにして、超音波プローブ１に設けた各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を広範囲に且つ平均的に振動させるようにしてもよい。

超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀が動作している間、駆動回路部12は周波数ｆ，振幅Ａの正弦波信号を駆動電力として出力する。これらの周波数ｆや振幅Ａは、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀が動作する全期間において、終始固定されていてもよいが、入力手段15からの手動操作によって、若しくは駆動する超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀に応じて、駆動電力の周波数ｆや振幅Ａを可変できる構成としてもよい。こうすれば、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の駆動を切替ながら、超音波エネルギーの強さを適宜変化させて、刺激状態を時間と位置に応じて変えることが可能になる。

一つの例として、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の振動を切替えるタイミングよりも長い周期（最大値から最小値まで５秒程度）で、駆動電力の周波数ｆや振幅Ａを緩やかに変化させることも可能である。

さらに、超音波エネルギーによる刺激のバリエーションを持たせるために、ＣＰＵ14の発振出力制御手段32からの信号制御信号を受けて、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の駆動（振動）期間中に振幅Ａの値を変化させる振幅変調を行なってもよい。例えば図６に示す例では、図８に示すように、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀全体の駆動パターン（この場合、区間Ｂ〜Ｋ，区間Ｌ〜Ｕ，…毎に、駆動パターンが繰り返される）とは同期せずに、この駆動パターンの繰返しよりも長い周期（１秒〜１０秒程度）で、正弦波状に駆動電力の振幅Ａの値を変化させるように、駆動回路部12を構成する。また図９に示すように、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀全体の駆動パターンとは非同期に、鋸波状に駆動電力の振幅Ａの値を変化させてもよい。いずれの場合も、生体に与える超音波エネルギーの強さを、長時間の周期で緩やかに変化させることができる。また、図８や図９のように、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀全体の駆動パターンとは非同期に、振幅Ａの変化をさせたり、或いは振幅Ａの変化するパターンをよりランダムにすることで、生体に対するエネルギーの集中を避けることができる。

さらに図示しないが、例えば超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀が駆動する各区間Ｂ，Ｃ，…において、駆動電力の供給開始時から供給終了時に向かうに従って、駆動電力の振幅Ａが徐々に大きくなるように、駆動回路部12を構成してもよい。こうすると、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の駆動が切り替わる際に、強い刺激が加わらず、治療者にとって心地よい刺激を得ることができる。

また、これとは別に、ＣＰＵ14の発振出力制御手段32からの信号制御信号を受けて、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の駆動（振動）期間中に周波数ｆの値を変化させる周波数変調を行なってもよい。超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀が共振可能な周波数はある程度の幅があるので、駆動電力の周波数ｆを低くすれば、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の振動周波数は低くなって、生体の深部にまで超音波エネルギーが侵入し、逆に駆動電力の周波数ｆを高くすれば、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の振動周波数は高くなって、生体の深部に超音波エネルギーが届きにくくなる。すなわち、駆動電力の周波数ｆを可変制御することで、超音波振動の有効深度や振動位置に変化を与え、生体の同じ深さで超音波エネルギーが集中して与えられるのを防止することができる。

こうした周波数変調の一例として、例えば図６に示す駆動パターンで、図１０に示すように、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀が駆動する各区間Ｂ，Ｃ，…において、駆動電力の供給開始時から供給終了時に向かうに従って、駆動電力の周波数ｆが徐々に低くなるように、駆動回路部12を構成する。こうすると、生体の浅い部分から深い部分へと移動させながら刺激を加えることができる。勿論、各区間Ｂ，Ｃ，…で周波数ｆを徐々に高く変化させれば、刺激は生体の深い部分から浅い部分へと移動して与えられる。

また別な周波数変調の例として、図１１に示すように、各区間Ｂ，Ｃ，…のほぼ中間の時点で、駆動電力の周波数Ａが最も低くなるような変調を行なわせてもよい。こうすれば、各区間Ｂ，Ｃ，…の前半において、生体の浅い部分から深い部分へと刺激が移動し、その後は再び浅い部分へと刺激が移動して、効果的に刺激を与えることができる。

なお、上記振幅変調や周波数変調のバリエーションをＣＰＵ14の発振出力制御手段32で幾つか用意し、入力手段15からの手動操作によって、その中の一つを選択できるように構成してもよい。また、振幅変調と周波数変調を組み合わせた制御をＣＰＵ14で実現してもよい。

以上のように本実施例では、複数の超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を平面状に配置し、これらの超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を生体に固定した状態で取付ける超音波プローブ１と、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀への駆動電力を生成する駆動手段としての駆動回路部12と、超音波プローブ１の各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀から発する超音波エネルギーが局部的に集中しないレベルとなるように、駆動回路部12からの駆動電力を複数の超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀に対し切替えて供給する切替手段としての振動子切替部13と、を備えている。

この場合、平面状に配置した各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を生体に固定した状態で、超音波プローブ１から発する超音波エネルギーが局部的に集中しないように、駆動回路部12からの駆動電力が一乃至複数の超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀に対し随時切替ながら与えられる。そのため、超音波プローブ１から局部的に集中して超音波エネルギーが与えられることがなく、超音波プローブ１をわざわざ動かさずに、生体の広い範囲に適切な量の超音波を照射でき、治療時間の短縮化を図ることができる。

また本実施例では、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を一つずつまたは複数ずつ、或いは全数同時に振動させることができるように、振動子切替部13を構成している。この場合、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を振動させる数が少なければ、その分スポット状に位置を変えながら超音波エネルギーを与えることができ、逆に超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を振動させる数が多ければ、二次元エリア状に超音波エネルギーを与えることができる。そのため、超音波プローブ１を生体に装着したまま、超音波振動を与える範囲を自由に可変することができ、刺激のパターンが多様化して、より効果的な施術効果を得ることが可能になる。

また、振動子切替部13による切替回数を１秒当たり１００回以上とすることで、同じ超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀から長時間超音波エネルギーが出力され続けないようにして、局部的に同じ位置で超音波エネルギーが集中しないようにすることができる。また、人が動かす速さよりも高速で超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を掃引できるので、新たな治療方法，治療効果も期待できる。

その他、本実施例では、ランダムな速さと位置で、振動する超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を自動的に切替えることができるように、振動子切替部13を構成している。こうすると、特定の超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀だけが長期間振動するなどの弊害が一掃され、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を広範囲に且つ平均的に振動させることができる。

また本実施例では、例えば入力手段15からの操作があったり、駆動する超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀が切り替わったり、さもなければ超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀全体の駆動パターンと同期若しくは非同期に、駆動回路部12からの駆動電力の振幅Ａを可変させる振幅可変手段としての機能を、ＣＰＵ14が備えている。こうすれば、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の駆動を切替ながら、超音波エネルギーの強さを適宜変化させることが可能になり、刺激状態を時間と位置に応じて変えることができる。

また本実施例では、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の動作中に、駆動電力の振幅Ａを可変制御する振幅制御手段としての機能を、ＣＰＵ14に備えている。

この場合、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の動作中に、超音波エネルギーの強さをランダム若しくは規則的に変化させることができ、超音波エネルギーによる刺激のバリエーションを持たせることが可能になる。

また本実施例では、超音波振動子３_１，３_２，…３_１０の動作中に、この超音波振動子３_１，３_２，…３_１０が共振可能な周波数の幅で、駆動電力の周波数ｆを可変制御する周波数制御手段としての機能を、ＣＰＵ１４に備えている。

この場合、超音波振動子３_１，３_２，…３_１０が共振可能な周波数の幅で、駆動電力の周波数ｆを可変制御することで、超音波振動の有効深度や振動位置に変化を与えることができ、生体の同じ深さで超音波エネルギーが集中して与えられるのを防止できる。 また本実施例では、例えば駆動パターン記憶手段38に記憶された特定の駆動パターンによって、人が超音波プローブを動かしたときと同じような速さと位置で、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の振動を切替えるように、振動子切替部13を構成している。

この場合、実際には超音波プローブ１は静止しているものの、あたかも人が超音波プローブ１を動かしているかのように、生体に対し効果的に刺激を与えることができる。

さらに、振動子切替部13を超音波プローブ１側に組み込むことによって、配線数の多い振動子切替部13と各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀との間の配線を、超音波プローブ１内に収容することができ、信頼性の高い装置を提供できる。

次に、図３で示した周波数補正手段36と振幅補正手段37の動作について、図１２を参照しながら説明する。同図において、時点ｔ０で入力手段15のスタートスイッチを押し、装置の動作開始を指示すると、ＣＰＵ14は上述した各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀を切替動作させる通常動作モードに先立ち、周波数補正手段36や振幅補正手段37によるサーチモードを実行する。このサーチモードでは、一つの超音波振動子３₁にのみ駆動電力が与えられるように、駆動振動子切替部13に切替制御信号を出力すると共に、駆動回路部12からの駆動電力の周波数ｆを変化（スキャン）させる信号制御信号を、駆動回路部12に出力する。そしてこのスキャン中に、超音波振動子３₁に流れる電流を振動子検出手段26で検出し、当該電流が最大となった時点の駆動電力の周波数ｆを、超音波振動子３₁の共振周波数として感知すると同時に、その電流値から超音波振動子３₁のインピーダンスを算出する。感知された超音波振動子３₁の共振周波数とインピーダンスは、図示しない記憶手段に記憶される。

ここで、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の共振周波数やインピーダンスは、製造上２割程度のバラツキがあるが、ある程度予測される中心値は判っているので、サーチモードの時間短縮のために、この予測中心値を前後して駆動電力の周波数ｆをスキャンさせるのが好ましい。一例として、スキャン時間は１個につき0．2秒程度となる。

同様にして、他の超音波振動子３₂，…３₁₀についても、その共振周波数とインピーダンスが感知され、それぞれ図示しない記憶手段に記憶される。そして、全ての超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀について、共振周波数とインピーダンスの値が自動的に感知されると、通常動作モードに移行する（時点ｔ１）。

通常動作モードでは、振動子切替部13により特定の例えば超音波振動子３₁を振動させる毎に、周波数補正手段36によってその超音波振動子３₁の共振周波数が記憶手段から読み出され、駆動電力の周波数ｆが最適値に補正される。同様に、振幅補正手段37もその超音波振動子３₁のインピーダンスを記憶手段から読み出し、駆動電力の振幅Ａを最適値に補正する。こうして、振動する各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀について、最適な周波数ｆと振幅Ａを有する駆動電力がその都度与えられ、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀から効率よく超音波を発生させることが可能になる。

ところで、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀は空中に置いた場合と、生体への装着時および装着後の温度上昇などにより、その共振周波数が変動する。そのため、動作開始時の期間（ｔ０〜ｔ１）にのみ駆動電力の周波数ｆや振幅Ａの補正を行なっても、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀から発生する超音波エネルギーは次第に小さくなる。

そこで、図１２に示す例では、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀による通常の動作モードが一定時間（例えば１分間）経過する毎に、上述したサーチモードに移行して、全ての超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の共振周波数とインピーダンスとを短時間（１個につき0．2秒程度）でサーチする（ｔ２〜ｔ３の期間、およびｔ４〜ｔ５の期間）。そして、このサーチ結果に基づいて、駆動電力の周波数ｆや振幅Ａを再度自動的に補正することで、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の特性が次第に変化した場合でも、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀から引き続き効率よく超音波を発生させることが可能になる。

以上のように本実施例では、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の共振周波数またはインピーダンスを感知する振動子感知手段としての振動子検出手段26およびＣＰＵ14と、この振動子感知手段からの感知結果に基づき、前記駆動電力の周波数ｆまたは振幅Ａを補正する補正手段36，37と、をさらに備えている。

この場合、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀は製造的に共振周波数やインピーダンスのバラツキが避けられないが、振動子感知手段によって超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の共振周波数またはインピーダンスを感知し、その感知結果に応じて駆動電力の周波数ｆまたは振幅Ａを適切に補正できるので、超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀から効率よく超音波エネルギーを発生させることができる。

また本実施例では、前記超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀が動作中のときに、一定時間毎に前記振動子感知手段から感知結果を取り込み、駆動電力の周波数ｆまたは振幅Ａをその都度補正するように、前記補正手段36，37を構成している。

超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀は、動作中にその共振周波数やインピーダンスが徐々に変化するので、一定時間毎に超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀の共振周波数やインピーダンスの変動を捕え、その変動に見合う駆動電力の周波数ｆや振幅Ａの補正をその都度行なうことで、長時間の使用に際しても効率よく超音波エネルギーを発生させることができる。

なお、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施例では５×２＝１０個の超音波振動子を二次元平面状に配列しているが、それ以外の数の組み合わせで構成してもよい。また図１３に示すように、各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀に対応して、それぞれ独自の発振器21₁，21₂，…21₁₀を内蔵した駆動回路部12₁，12₂，…12₁₀を用意し、これらの各駆動回路部12₁，12₂，…12₁₀から各超音波振動子３₁，３₂，…３₁₀に駆動電力を供給する構成としてもよい。この場合、個々の駆動回路部12₁，12₂，…12₁₀が、複数の超音波振動子に対し駆動電力を切替えて供給する切替手段の機能を兼用するため、図４に示すような開閉手段13₁，13₂，…13₁₀による振動子切替部13の構成を不要にできる。

本発明の各実施例に共通する超音波生体刺激装置の全体構成を示す概略説明図である。 同上、駆動回路部の構成を示すブロック図である。 同上、ＣＰＵの機能構成を示すブロック図である。 同上、振動子切替部およびその周辺の構成を示すブロック図である。 同上、振動出力部の一実施形態を示すブロック図である。 同上、各超音波振動子の動作を示すタイミングチャートである。 同上、図６とは別な例の各超音波振動子の動作を示すタイミングチャートである。 同上、駆動信号（駆動電力）の振幅と時間との関係を示すグラフである。 同上、図８とは別な例の駆動信号の振幅と時間との関係を示すグラフである。 同上、駆動信号の周波数と時間との関係を示すグラフである。 同上、図１０とは別な例の駆動信号の周波数と時間との関係を示すグラフである。 同上、使用時における動作状態を示すタイミングチャートである。 別な変形例を示す要部のブロック構成図である。

１ 超音波プローブ
３₁，３₂，…３₁₀ 超音波振動子
12 駆動回路部（駆動手段）
13 振動子切替部（切替手段）
14 ＣＰＵ（振幅可変手段，振幅制御手段，周波数制御手段，振動子感知手段）
26 振動子検出手段（振動子感知手段）
36，37 補正手段

Claims (10)

1. 複数の超音波振動子を平面状に配置し、これらの超音波振動子を生体に固定した状態で取付ける超音波プローブと、
   前記各超音波振動子への駆動電力を生成する駆動手段と、
   前記超音波プローブから発する超音波エネルギーが局部的に集中しないレベルで、前記駆動手段からの駆動電力を複数の超音波振動子に対し切替えて供給する切替手段と、
   前記超音波振動子の動作中に、この超音波振動子が共振可能な周波数の幅で、前記駆動電力の周波数を可変制御する周波数制御手段と、を備え、
   前記超音波振動子が動作する各区間で、前記駆動電力の供給開始から供給終了に向かうに従って、前記周波数が徐々に高く変化するように、前記駆動手段を構成したことを特徴とする超音波生体刺激装置。
2. 前記超音波振動子を一つずつまたは複数ずつ、或いは全数同時に振動させることができるように、前記切替手段を構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波生体刺激装置。
3. 前記切替手段による切替回数を１秒当たり１００回以上としたことを特徴とする請求項１記載の超音波生体刺激装置。
4. 前記切替手段は、ランダムな速さと位置で、前記超音波振動子の振動を自動的に切替えるものであることを特徴とする請求項１記載の超音波生体刺激装置。
5. 前記駆動電力の振幅を可変させる振幅可変手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波生体刺激装置。
6. 前記超音波振動子の動作中に、前記駆動電力の振幅を可変制御する振幅制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波生体刺激装置。
7. 前記切替手段は、人が超音波プローブを動かしたときと同じような速さと位置で、前記超音波振動子の振動を切替えるものであることを特徴とする請求項１記載の超音波生体刺激装置。
8. 前記切替手段を前記超音波プローブに組み込んだことを特徴とする請求項１記載の超音波生体刺激装置。
9. 前記超音波振動子の共振周波数またはインピーダンスを感知する振動子感知手段と、この振動子感知手段からの感知結果に基づき、前記駆動電力の周波数または振幅を補正する補正手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波生体刺激装置。
10. 前記補正手段は、前記超音波振動子が動作中のときに、一定時間毎に前記振動子感知手段から感知結果を取り込み、前記駆動電力の周波数または振幅を補正するものであることを特徴とする請求項９記載の超音波生体刺激装置。

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