JP6446556B2 - 集束超音波を用いて超音波強度ウェルを生成する、物体の閉じ込め又は移動 - Google Patents
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Description
本出願は、2014年9月5日に出願された米国仮出願第62/046,654号の利益を主張し、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明は、国立衛生研究所から与えられた助成金番号1R01 DK092197−02、2P01 DK043881−15、2R01 EB007643−05、及び2T32 DK007779−11A1の下での政府の支援によってなされた。政府は本発明にある一定の権利を有する。
上述したように、超音波を用いて物体を移動する又は閉じ込める、従来既知の方法は、大きなサイズ又は高い質量密度の物体には効果がない。本明細書に開示される方法及びシステムは、従来既知の方法を用いて閉じ込める又は移動することのできる物体よりも大きい及び/又は高密度の物体を移動する又は閉じ込めるのに適切である。例えば、音響変換器は、集束超音波を媒体内へ送信して、(i)第1の音響圧力範囲を示す媒体内の超音波強度ウェル及び(ii)超音波強度ウェルを取り囲み、第1の音響圧力範囲を超える第2の音響圧力範囲を示す、媒体の周囲領域を形成してよい。いくつかの例において、超音波強度ウェルは、媒体の周囲領域により規定される、いくらか円形の形状をとってよい。物体の周りに超音波強度ウェルを形成することによって、又は物体を取り囲むように、予め形成された超音波強度ウェルを操縦することによって、物体を超音波強度ウェル内に閉じ込めてよい。超音波強度ウェルはまた、(機械的に及び/又は電子的に)操縦されて、媒体内の物体を移動してよい。より具体的には、物体は、超音波の伝搬方向を横断する方向に移動されてよい。
式中、λmは、約148.2μmより大きく、約74.1mm未満である(水媒体を通って進む約20kHz〜10MHzの範囲の周波数の音波の波長におおよそ対応する)。より具体的には、λmは、988μmにほぼ等しくてよい(水媒体を通って進む約1.5MHzの周波数の音波の波長におおよそ対応する)。別の例において、λmは、4.49mmにほぼ等しくてよい(水媒体を通って進む約0.33MHzの周波数の音波の波長におおよそ対応する)。nは、媒体116に対する音響レンズ300の音響屈折率であってよい。例えば、n=3の場合、音波は、媒体116を通るよりも3倍遅く、音響レンズ300を通って進むことになる。別の例において、n=0.5の場合、音波は、媒体116を通るよりも2倍速く、音響レンズ300を通って進むことになる。
式中、λmは約148.2μmより大きく、約74.1mm未満である(水媒体を通って進む約20kHz〜10MHzの範囲の周波数の音波の波長におおよそ対応する)。より具体的には、λmは、988μmにほぼ等しくてよい(水媒体を通って進む約1.5MHzの周波数の音波の波長におおよそ対応する)。別の例において、λmは、4.49mmにほぼ等しくてよい(水媒体を通って進む約0.33MHzの周波数の音波の波長におおよそ対応する)。nは、媒体116に対する音響レンズ400の音響屈折率であってよい。例えば、n=3の場合、音波は、媒体116を通るよりも3倍遅く、音響レンズ400を通って進むことになる。別の例において、n=0.5の場合、音波は、媒体116を通るよりも2倍速く、音響レンズ400を通って進むことになる。
このような様々な程度の位相シフトを有する超音波114を送信することにより、超音波強度ウェル118及び周囲領域120を形成することができる。
式中、λmは、媒体116を通って伝搬する超音波114の波長であり、λpは、音響レンズ300を通って伝搬する超音波114の波長である。
式中、λmは、媒体116を通って伝搬する超音波114の波長であり、λpは、音響レンズ400を通って伝搬する超音波114の波長である。
Claims (12)
- 第1の空間に所定の半径方向距離で周方向に配置された複数の変換素子を含む位相アレイを含む音響変換器;
1又は複数のプロセッサ;並びに
コンピュータ可読媒体であって、前記1又は複数のプロセッサによって実行されると、
集束超音波を、前記第1の空間から軸方向に離れるように、且つ媒体内へ送信して、(i)第1の音響圧力範囲を示す前記媒体内の第2の空間にある超音波強度ウェル及び(ii)前記超音波強度ウェルを取り囲み、前記第1の音響圧力範囲を超える第2の音響圧力範囲を示す、前記媒体の前記第2の空間にある周囲領域、を形成することであって、ここで前記第2の空間が、前記第1の空間から軸方向にオフセットされている、こと;及び
物体を前記超音波強度ウェル内に閉じ込めること
を含む機能を前記音響変換器に実施させる命令を記憶する、コンピュータ可読媒体
を含む、体内の物体を処理するためのデバイス。 - 命令を記憶する、前記コンピュータ可読媒体が、前記物体を前記超音波強度ウェル内に閉じ込めた後に、前記超音波強度ウェルを移動させることにより、前記物体を移動する機能を前記音響変換器に実施させる、さらなる命令を含む、請求項1に記載のデバイス。
- 前記音響変換器に音響的に結合された音響レンズであって、前記音響レンズの増加する方位角に対して比例的に増加する、変動縦方向厚さを有する、音響レンズをさらに含む、請求項1に記載のデバイス。
- 前記超音波の第1の成分が、第1の方位角θ=θ1で前記音響レンズを通して送信され、前記音響レンズが第1の位相シフトL*θ1を前記第1の成分に与え、Lがゼロでない整数であり、
前記超音波の第2の成分が、第2の方位角θ=θ2で前記音響レンズを通して送信され、前記音響レンズが第2の位相シフトL*θ2を前記第2の成分に与える、
請求項3に記載のデバイス。 - m個の変換素子のアレイの各変換素子が、隣接する変換素子により送信された前記超音波の成分に対して2πL/mラジアンだけ位相シフトされた前記超音波のそれぞれの成分を送信するように構成され、ここで、Lがゼロでない整数であり、mが3以上である、請求項4に記載のデバイス。
- 前記第1の位相シフトが、前記音響レンズの第1のセクションにより前記第1の成分に与えられ、
前記第2の位相シフトが、前記音響レンズの前記第1のセクションにより前記第2の成分に与えられ、
前記超音波の前記第1の成分が、前記第1の成分を、前記音響レンズの湾曲表面を含む第2のセクションを通して送信することにより、前記媒体の焦平面上に集束され、
前記超音波の前記第2の成分が、前記第2の成分を、前記音響レンズの前記第2のセクションを通して送信することにより、前記媒体の前記焦平面上に集束される、
請求項4に記載のデバイス。 - 前記音響レンズが、前記音響レンズの増加する方位角に対して比例的に増加する、変動縦方向厚さを有する、請求項4に記載のデバイス。
- 前記第1の方位角θ=θ1で、前記音響レンズが第1の縦方向厚さA*L*θ1+Bを有し、ここでA及びBがゼロでない正の数であり、
前記第2の方位角θ=θ2で、前記音響レンズが第2の縦方向厚さA*L*θ2+Bを有する、
請求項4に記載のデバイス。 - 前記超音波が、約20kHzより大きく約10MHz未満の周波数で振動する、請求項4に記載のデバイス。
- 第1の空間に所定の半径方向距離で周方向に配置された複数の変換素子を含む位相アレイを含む音響変換器;
前記音響変換器に音響的に結合された音響レンズであって、前記音響レンズが、前記音響レンズの増加する方位角に対して比例的に増加する、変動縦方向厚さを有する、音響レンズ;
1又は複数のプロセッサ;並びに
コンピュータ可読媒体であって、前記1又は複数のプロセッサによって実行されると、
集束超音波を、前記第1の空間から軸方向に離れるように、且つ媒体内へ送信して、(i)第1の音響圧力範囲を示す前記媒体内の第2の空間にある超音波強度ウェル及び(ii)前記超音波強度ウェルを取り囲み、前記第1の音響圧力範囲を超える第2の音響圧力範囲を示す、前記媒体の前記第2の空間にある周囲領域、を形成することであって、ここで前記第2の空間が、前記第1の空間から軸方向にオフセットされている、こと;及び
物体を前記超音波強度ウェル内に閉じ込めること
を含む機能を前記音響変換器に実施させる命令を記憶する、コンピュータ可読媒体
を含む、デバイス。 - 体外の第1の空間にある複数の変換素子を含む位相アレイを含む音響変換器;
1又は複数のプロセッサ;並びに
コンピュータ可読媒体であって、前記1又は複数のプロセッサによって実行されると、
集束超音波を媒体内へ送信して、(i)第1の音響圧力範囲を示す、体内且つ前記媒体内の第2の空間にある超音波強度ウェル及び(ii)前記超音波強度ウェルを取り囲み、前記第1の音響圧力範囲を超える第2の音響圧力範囲を示す、前記媒体の前記第2の空間にある周囲領域、を形成することであって、ここで前記第2の空間が、前記第1の空間から軸方向にオフセットされている、こと;及び
物体を前記超音波強度ウェル内に閉じ込めること
を含む機能を前記音響変換器に実施させる命令を記憶する、コンピュータ可読媒体
を含む、体内の物体を処理するためのデバイス。 - 前記音響変換器に音響的に結合された音響レンズであって、前記音響レンズが第3の空間中に構成され、前記第3の空間が、体外、且つ前記第1の空間と前記第2の空間との間に構成される、音響レンズをさらに含む、請求項11に記載のデバイス。
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