JP5192532B2

JP5192532B2 - 医療用超音波振動子

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Publication number: JP5192532B2
Application number: JP2010257613A
Authority: JP
Inventors: 博古幡; 光一金本
Original assignee: Jikei University School of Medicine
Current assignee: Jikei University School of Medicine
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2030-11-18
Also published as: JP2012105848A

Description

この発明は、医療用超音波振動子に関し、特に脳血栓などの治療に使用可能な医療用超音波振動子に関する。

従来から脳血栓などの治療に超音波振動を利用する治療方法が知られている。

特許文献１には、不定形な曲面の治療対象者の頭皮に直接密着して装着し、複数の周波数の超音波振動或いは周波数帯域の広い超音波振動を出力して脳血管内部の血栓を溶解させる脳梗塞治療装置に適した治療用超音波発射装置が開示されている。

その構成は、図６に示すように、可撓性シート１０１の上に柱状の超音波振動子１０２が格子状その他の形状に配列接着され、シートの他の面には粘着層１０３が形成されている。超音波振動子１０２はセラミック系材料の振動子の周辺を弾性充填物で充填・被覆したものや、圧電特性を有する高分子材料であるポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）で構成されている。

特許文献２には、診断用超音波と治療用超音波を合わせて血栓崩壊を増強する方法と装置が開示されている。その超音波発射装置としての超音波プローブ及び超音波ビームに関する記載を参照すると、超音波プローブ１２８は図７に示す構成のもので、超音波プローブ１２８は２ＭＨｚの変換器要素２１０と２００ｋＨｚの変換器要素２１２の２つの変換器要素を備え、誘電性層２１４が２つの変換器要素を隔て、さらに減衰層２１６、ポッティング層２１８、マッチング層２２０を備え、血流をモニターする診断モードでは２ＭＨｚの超音波を照射し、血栓溶解剤の血栓溶解作用を増強する治療モードでは２００ｋＨｚの超音波を照射するように構成されている。

特許文献３には、超音波脳梗塞治療装置が開示されており、その治療装置に使用される超音波発射装置としての超音波プローブキャップに関する構成を参照すると、超音波プローブキャップは図８に示す構成のもので、超音波プローブキャップ３００は、駆動周波数に応じて所用枚数を積層した複数の超音波振動子３０１ａ及び３０１ｂをキャップ３０１の内面に配置したもので、超音波振動子３０１ａ及び３０１ｂはＰＶＤＦフィルムの両面に正負の電極を蒸着等の手段で形成し、これを駆動周波数に応じて複数枚積層して構成される。図８に示す構成の超音波プローブキャップ３００では、骨厚が厚い頂頭付近には、例えば中心周波数２００ｋＨｚの帯状振動子３０１ａを配置し、骨厚が薄い側頭部には、例えば中心周波数５００ｋＨｚの帯状振動子３０１ｂを配置した例である。

また、図９に示す構成の超音波発射装置としての超音波プローブキャップ４００では、図８に示すものよりも更に小さな複数個の振動子３０１ｃをモザイク状に配置した例である。各振動子３０１ｃの固有振動数は互いに異なるようにし、且つ各振動子３０１ｃは、共振を避けるため固有振動波長λの１／４λの整数倍にならないようにサイズを選択する。

ＷＯ２００６／１３４７５４Ａ１号公報特表２００３−５３４０３２号公報特許第４４９２８１８号公報

従来の医療用超音波発射装置、特に脳梗塞治療装置に使用する医療用超音波発射装置は、診断用の超音波発射装置と治療用の超音波発射装置との区別をせず、一つの超音波発射装置を用いて、必要に応じてある場合は診断用の超音波発射装置として使用し、またある場合は治療用の超音波発射装置として使用されていた。この場合、診断用の超音波発射装置としての使用と、治療用の超音波発射装置としての使用では、超音波振動子の駆動周波数を切換えることが行われていた。

特許文献２に開示された超音波発射装置としての超音波プローブ及び超音波ビームに関する記載を参照すると、単一の超音波プローブ１２８には、図７に示すように、２ＭＨｚの変換器要素２１０と２００ｋＨｚの変換器要素２１２の、２つの変換器要素を備えており、誘電性層２１４が２つの変換器要素を隔て、さらに減衰層２１６、ポッティング層２１８、マッチング層２２０を備え、血流をモニターする診断モードでは２ＭＨｚの超音波を照射し、血栓溶解剤の血栓溶解作用を増強する治療モードでは２００ｋＨｚの超音波を照射するように構成されている。

しかしながら、特許文献２に開示された超音波プローブは、診断用超音波発射装置と治療用超音波発射装置との２つの超音波発射装置を備えているにしても、診断用超音波の照射により得られた患者Ｍの治療対象部位Ｍａの画像を見ながら治療用超音波を発射して治療を行うように構成されたものではなく、超音波による診断と治療を同時に行うことはできなかった。

また、診断用超音波発射装置と治療用超音波発射装置との２つの超音波発射装置を使用し、診断用超音波の照射により得られた患者Ｍの治療対象部位Ｍａの画像を見ながら治療用超音波を発射して治療を行うときは、使用される超音波振動子の発熱のため患者へ与える影響が大きく、超音波振動子の冷却が必要となるが、従来の冷却装置は冷却水や冷却風の循環のための装置が大型になり、重量も重くなり、使い勝手が悪くなっていた。

この発明は、このような課題を解決し、超音波による診断と治療を同時に行うことができる医療用超音波発射装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、近接配置された診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子と、前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子の作動時に発生する熱を冷却する冷却パッドとから構成される医療用超音波振動子であって、前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子は、単独で或いは共同して動作し、同時に或いは時間を置いて診断用超音波及び治療用超音波を治療対象者の治療部位に照射可能であり、前記冷却パッドは、前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子と治療対象者の体表面との間に配置され、前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子の作動時に発生する熱を吸収することを特徴とする医療用超音波振動子である。

そして、前記冷却パッドは、水の存在で吸熱反応を起す冷却剤を充填した樹脂フィルム製の第１の容器の内部に、前記第１の容器を構成する樹脂フィルムよりも更に薄い樹脂フィルム製の水を充填した第２の容器が収容され、外部からの衝撃により前記第２の容器が破れて前記第１の容器内部の冷却剤が吸熱反応を起すように構成されている。

また、前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子は、近接して平行配置してもよい。

また、前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子は、診断用超音波振動子の周囲に治療用超音波振動子を近接して配置してもよい。

また、前記診断用超音波振動子の超音波照射角度は治療用超音波振動子の超音波照射角度よりも大とし、前記診断用超音波振動子の超音波照射による治療部位の確認と、前記治療用超音波振動子の超音波照射による治療部位の治療を同時に実施できるように構成するとよい。

また、前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子は、ＰＺＴセラミックスや圧電特性を有する高分子材料であるポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）で構成される。

この発明の医療用超音波発射装置によれば、1つの医療用超音波発射装置を装着すれば、複数の超音波振動子が単独で或いは共同して動作し、超音波照射による診断、即ち治療対象部位Ｍａの画像を観察して診断を行うと同時に、診断結果に基づいて治療対象部位Ｍａへの超音波照射を行い、診断と治療を同時に行うことができる。

そして、医療用超音波発射装置に使用する超音波振動子の冷却のために大型の装置を必要とせず、超音波による診断と治療を、同時に、且つ容易に行うことができる。

この発明に係る医療用超音波振動子の第１の実施の形態を説明する概念図。この発明に係る医療用超音波振動子の第２の実施の形態を説明する概念図。この発明に係る医療用超音波振動子の第３の実施の形態を説明する概念図。この発明に係る医療用超音波振動子の第４の実施の形態を説明する概念図。この発明の医療用超音波振動子の制御装置を説明する概念図。従来の治療用超音波発射装置の構成の第１例を説明する概念図。従来の治療用超音波発射装置の構成の第２例を説明する概念図。従来の治療用超音波発射装置の構成の第３例を説明する概念図。図８に示す従来の治療用超音波発射装置の超音波振動子の配列の他の例を説明する概念図。

［第１の実施の形態］
図１はこの発明に係る医療用超音波振動子の第１の実施の形態を説明する概念図で、図１（ａ）は第１の実施の形態の医療用超音波振動子の超音波照射領域と治療対象部位を説明する断面図、図１（ｂ）はその平面図である。また、図１の（ｃ）は冷却パッドの構成の一例を説明する断面図である。

図１（ａ）において、１１は診断用超音波振動子、１２は治療用超音波振動子、Ｍａは治療対象部位で、治療対象部位Ｍａは患者Ｍの体表面Ｓから深さＤだけ離れていることを示している。図１（ｂ）に示すように、診断用超音波振動子１１と治療用超音波振動子１２とは間隔Ｌだけ離れて配置され、結合部材１４により一体に結合されている。

また、１１ａは診断用超音波振動子１１の超音波照射領域を示し、１２ａは治療用超音波振動子１２の超音波照射領域を示す。

診断用超音波振動子１１の超音波照射領域１１ａは、診断用超音波振動子１１を構成する振動子セグメント１１ｂの配置により決定されるが、基本的には診断用超音波振動子１１の先端から下向きに拡大する円錐形である。

同様に、治療用超音波振動子１２の超音波照射領域１２ａは、治療用超音波振動子１２を構成する振動子セグメント１２ｂの配置により決定されるが、基本的には治療用超音波振動子１２の先端から下向きに収束する円錐形である。

診断用超音波振動子１１と患者の体表面Ｓとの間には冷却パッド１６が配置され、治療用超音波振動子１２と患者の体表面Ｓとの間にも冷却パッド１６が配置される。

以下、図１の（ｃ）を参照して冷却パッド１６の構成について説明する。図１の（ｃ）は冷却パッド１６の構成を説明する断面図で、構成の理解を容易にするため寸法が誇張されて記載されている。

冷却パッド１６は、第１の容器である袋１６ａと第２の容器である袋１６ｂとから構成される。第１の容器である袋１６ａは樹脂フィルム製で、内部に水の存在により吸熱反応を起す硝酸アンモニウム（ＮＨ₄ＮＯ₃）などの冷却剤が充填されていると共に、後述する第２の容器である袋１６ｂも装填されて封止されている。

第２の容器は、前記した第１の容器である袋１６ａよりも更に薄い樹脂フィルム製で、内部に水が充填されて封止されている。

上記した構成の冷却パッド１６を、外部から叩くなどの軽い衝撃を与えると、水を充填した第２の容器である袋１６ｂが破れ（このとき冷却剤を充填した第１の容器である袋１６ａは破れない厚みを有するもので構成される）、第１の容器である袋１６ａに充填されている冷却剤は、水の存在により吸熱反応を起して冷熱源となる。

これにより、作動により温度の上昇した診断用超音波振動子１１や治療用超音波振動子１２は冷却され、診断用超音波振動子１１や治療用超音波振動子１２による長時間の診断及び治療が可能となる。

冷却パッド１６を患者Ｍの体表面Ｓに貼付するため、冷却パッド１６の体表面貼付側には粘着シート１７を配置するとよい。また、診断用超音波振動子１１や治療用超音波振動子１２と冷却パッド１６との間には、空隙による超音波振動の伝達の阻害を防ぐため、超音波用ゼリー１９ａを塗布し、また、患者Ｍの体表面Ｓと粘着シート１７との間にも、空隙による超音波振動の伝達の阻害を防ぐため、超音波用ゼリー１９ｂを塗布するとよい。

診断用超音波振動子１１の振動子セグメント１１ｂ及び治療用超音波振動子１２の振動子セグメント１２ｂは、従来の超音波振動子と同様に、ＰＺＴセラミックスや圧電特性を有する高分子材料であるポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）で構成される。その構成、駆動周波数などは、前記した引用文献１、２、３等に記載されているので、ここでは詳細の説明は省略する。

［第２の実施の形態］
図２は、この発明に係る医療用超音波振動子の第２の実施の形態を説明する概念図で、図２（ａ）は第２の実施の形態の医療用超音波振動子の超音波照射領域と治療対象部位を説明する断面図、図２（ｂ）はその平面図である。

図２（ａ）において、２１は診断用超音波振動子、２２は治療用超音波振動子、Ｍａは治療対象部位で、治療対象部位Ｍａは患者Ｍの体表面Ｓから深さＤだけ離れていることを示している。図２（ｂ）に示すように、治療用超音波振動子２２は中央に孔２２ｐが形成され、形成された孔２２ｐに、診断用超音波振動子２１が嵌装され、診断用超音波振動子２１と治療用超音波振動子２２とは接着剤２４により一体に接着固定されている。このとき、診断用超音波振動子２１と治療用超音波振動子２２との間で相互に振動が伝達されないように、両者の接着面に緩衝部材を配置するとよい。

また、２１ａは診断用超音波振動子２１の超音波照射領域を示し、２２ａは治療用超音波振動子２２の超音波照射領域を示す。

診断用超音波振動子２１の超音波照射領域２１ａは、診断用超音波振動子２１を構成する振動子セグメント２１ｂの配置により決定されるが、基本的には診断用超音波振動子２１の先端から下向きに拡大する円錐形である。

同様に、治療用超音波振動子２２の超音波照射領域２２ａは、治療用超音波振動子２２を構成する振動子セグメント２２ｂの配置により決定されるが、基本的には治療用超音波振動子２２の先端から下向きに収束する円錐形である。

診断用超音波振動子２１と患者Ｍの体表面Ｓとの間には冷却パッド１６が配置され、治療用超音波振動子２２と患者Ｍの体表面Ｓとの間にも冷却パッド１６が配置される。

冷却パッド１６は前記した第１の実施の形態のものと同一構成のものである。また、冷却パッドを患者Ｍの体表面Ｓに貼付するための粘着シートの配置や、空隙による超音波振動の伝達の阻害を防ぐための超音波用ゼリーの塗布も、前記した第１の実施の形態の場合と変わらないから、詳細な説明は省略する。

診断用超音波振動子２１の振動子セグメント２１ｂ及び治療用超音波振動子２２の振動子セグメント２２ｂは、従来の超音波振動子と同様に、ＰＺＴセラミックスや圧電特性を有する高分子材料であるポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）で構成される。その構成、駆動周波数などは、前記した引用文献１、２、３等に記載されているので、ここでは詳細の説明は省略する。

［第３の実施の形態］
図３は、この発明に係る医療用超音波振動子の第３の実施の形態を説明する概念図で、図３（ａ）は第３の実施の形態の医療用超音波振動子の超音波照射領域と治療対象部位を説明する断面図、図３（ｂ）はその平面図である。

図３（ａ）において、３１は診断用超音波振動子、３２は治療用超音波振動子、Ｍａは治療対象部位で、治療対象部位Ｍａは患者Ｍの体表面Ｓから深さＤだけ離れていることを示している。図３（ｂ）に示すように、診断用超音波振動子３１と治療用超音波振動子３２とは間隔Ｌだけ離れて配置され、カバー部材３４により覆われ、カバー部材内部に充填された充填物３５により一体に結合されている。

また、３１ａは診断用超音波振動子３１の超音波照射領域を示し、３２ａは治療用超音波振動子３２の超音波照射領域を示す。

診断用超音波振動子３１の超音波照射領域３１ａは、診断用超音波振動子３１を構成する振動子セグメント３１ｂの配置により決定されるが、基本的には診断用超音波振動子３１の先端から下向きに拡大する円錐形である。

同様に、治療用超音波振動子３２の超音波照射領域３２ａは、治療用超音波振動子３２を構成する振動子セグメント３２ｂの配置により決定されるが、基本的には治療用超音波振動子３２の先端から下向きに収束する円錐形である。

診断用超音波振動子３１と患者Ｍの体表面Ｓとの間には冷却パッド１６が配置され、治療用超音波振動子３２と患者Ｍの体表面Ｓとの間にも冷却パッド１６が配置される。

診断用超音波振動子３１の振動子セグメント３１ｂ及び治療用超音波振動子３２の振動子セグメント３２ｂは、従来の超音波振動子と同様に、ＰＺＴセラミックスや圧電特性を有する高分子材料であるポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）で構成される。その構成、駆動周波数などは、前記した引用文献１、２、３等に記載されているので、ここでは詳細の説明は省略する。

［第４の実施の形態］
図４は、この発明に係る医療用超音波振動子の第４の実施の形態を説明する概念図で、図４（ａ）は第２４実施の形態の医療用超音波振動子の超音波照射領域と治療対象部位を説明する断面図、図４（ｂ）はその平面図である。

図４（ａ）において、４１は診断用超音波振動子、４２は治療用超音波振動子、Ｍａは治療対象部位で、治療対象部位Ｍａは患者Ｍの体表面Ｓから深さＤだけ離れていることを示している。図４（ｂ）に示すように、治療用超音波振動子４２は、全体が円環状に形成され、中央に形成された孔４２ｐに診断用超音波振動子４１が嵌装され、診断用超音波振動子４１と治療用超音波振動子４２とは接着剤４４により一体に接着固定されている。このとき、診断用超音波振動子４１と治療用超音波振動子４２との間で相互に振動が伝達されないように、両者の接着面に緩衝部材を配置するとよい。

また、４１ａは診断用超音波振動子４１の超音波照射領域を示し、４２ａは治療用超音波振動子４２の超音波照射領域を示す。

診断用超音波振動子４１の超音波照射領域４１ａは、診断用超音波振動子４１を構成する振動子セグメント４１ｂの配置により決定されるが、基本的には診断用超音波振動子４１の先端から下向きに拡大する円錐形である。

同様に、治療用超音波振動子４２の超音波照射領域４２ａは、治療用超音波振動子４２を構成する振動子セグメント４２ｂの配置により決定されるが、基本的には治療用超音波振動子４２の先端から下向きに収束する円錐形である。

診断用超音波振動子４１と患者Ｍの体表面Ｓとの間には冷却パッド１６が配置され、治療用超音波振動子４２と患者Ｍの体表面Ｓとの間にも冷却パッド１６が配置される。

診断用超音波振動子４１の振動子セグメント４１ｂ及び治療用超音波振動子４２の振動子セグメント４２ｂは、従来の超音波振動子と同様に、ＰＺＴセラミックスや圧電特性を有する高分子材料であるポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）で構成される。その構成、駆動周波数などは、前記した引用文献１、２、３等に記載されているので、ここでは詳細の説明は省略する。

図５は、この発明の医療用超音波振動子の制御装置５０を説明する概念図で、ここでは、第１の実施の形態の医療用超音波振動子の制御装置５０として説明するが、第２の実施の形態乃至第４の実施の形態の医療用超音波振動子の制御装置にも使用できるものであるから、第２の実施の形態乃至第４の実施の形態の医療用超音波振動子の制御装置の説明は省略する。

第１の実施の形態の医療用超音波振動子の制御装置５０には、診断用超音波振動子１１に高周波信号を供給する高周波電源５１、治療用超音波振動子１２に高周波信号を供給する高周波電源５２、キーボード５３、診断用超音波振動子１１で受信された反射波を画像信号として出力する診断用超音波画像信号出力部５４と診断用超音波画像表示部５５、治療用超音波振動子１２で受信された反射波を画像信号として出力する治療用超音波画像信号出力部５６と治療用超音波画像表示部５７が接続される。

キーボード５３から入力された診断及び治療に関する情報に基づいて制御装置５０が制御され、制御装置５０の制御の下に、診断用超音波振動子１１及び治療用超音波振動子１２に超音波振動子駆動用の高周波信号が供給される。

即ち、例えば、診断用超音波振動子１１には２ＭＨｚの高周波信号を供給して超音波振動を発生させ、同時に治療用超音波振動子１２には２００ｋＨｚの高周波信号を供給して超音波振動を発生させ、診断と治療を同時に行う。なお、この場合、診断用超音波振動子１１と治療用超音波振動子１２とを時間的にずらして駆動することもできる。また、診断と治療の目的に合わせて診断用超音波振動子１１と治療用超音波振動子１２とを単独で或いは共同して駆動することもできる。

診断用超音波振動子１１で受信された反射波は、超音波画像信号出力部５４で画像信号として出力され、超音波画像表示部５５に診断用超音波画像が表示され、また、治療用超音波振動子１２で受信された反射波は、超音波画像信号出力部５６で画像信号として出力され、超音波画像表示部５７に治療用超音波画像が表示されるから、診断用超音波画像と治療用超音波画像とを同時に観察しながら、診断と治療を行うことができる。

特に脳血栓などの治療に使用可能な医療用超音波振動子である。

１１診断用超音波振動子
１１ａ診断用超音波振動子の超音波照射領域
１１ｂ振動子セグメント
１２治療用超音波振動子
１２ａ治療用超音波振動子の超音波照射領域
１２ｂ振動子セグメント
１４結合部材
１６冷却パッド
１６ａ袋（第１の容器）
１６ｂ袋（第２の容器）
１７粘着シート
１９ａ、１９ｂ超音波用ゼリー
２１診断用超音波振動子
２１ａ診断用超音波振動子の超音波照射領域
２１ｂ振動子セグメント
２２治療用超音波振動子
２２ａ治療用超音波振動子の超音波照射領域
２２ｂ振動子セグメント
２２ｐ孔
２４接着剤
３１診断用超音波振動子
３１ａ診断用超音波振動子の超音波照射領域
３１ｂ振動子セグメント
３２治療用超音波振動子
３２ａ治療用超音波振動子の超音波照射領域
３２ｂ振動子セグメント
３４カバー部材
３５充填物
４１診断用超音波振動子
４１ａ診断用超音波振動子の超音波照射領域
４１ｂ振動子セグメント
４２治療用超音波振動子
４２ａ治療用超音波振動子の超音波照射領域
４２ｂ振動子セグメント
４２ｐ孔
４４接着剤
５０医療用超音波振動子の制御装置
５１診断用超音波振動子に高周波信号を供給する高周波電源
５２治療用超音波振動子に高周波信号を供給する高周波電源
５３キーボード
５４診断用超音波画像信号出力部
５５診断用超音波画像表示部
５６治療用超音波画像信号出力部
５７治療用超音波画像表示部
Ｍ患者
Ｍａ治療対象部位
Ｓ体表面

Claims

近接配置された診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子と、前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子の作動時に発生する熱を冷却する冷却パッドとから構成される医療用超音波振動子であって、
前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子は、単独で或いは共同して動作し、同時に或いは時間を置いて診断用超音波及び治療用超音波を治療対象者の治療部位に照射可能であり、
前記冷却パッドは、前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子と治療対象者の体表面との間に配置され、前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子の作動時に発生する熱を吸収するものであり、水の存在で吸熱反応を起す冷却剤を充填した樹脂フィルム製の第１の容器の内部に、前記第１の容器を構成する樹脂フィルムよりも更に薄い樹脂フィルム製の水を充填した第２の容器が収容され、外部からの衝撃により前記第２の容器が破れて前記第１の容器内部の冷却剤が吸熱反応を起すように構成されていること
を特徴とする医療用超音波振動子。
前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子は、近接して平行配置されていること
を特徴とする請求項１に記載の医療用超音波振動子。
前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子は、診断用超音波振動子の周囲に治療用超音波振動子が近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の医療用超音波振動子。
前記診断用超音波振動子の超音波照射角度は治療用超音波振動子の超音波照射角度よりも大とし、前記診断用超音波振動子の超音波照射による治療部位の確認と、前記治療用超音波振動子の超音波照射による治療部位の治療を同時に実施できるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の医療用超音波振動子。
前記診断用超音波振動子及び治療用超音波振動子は、ＰＺＴセラミックスや圧電特性を有する高分子材料であるポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ：登録商標）で構成された１又は複数の振動子セグメントから構成されることを特徴とする請求項１に記載の医療用超音波振動子。