JP6909880B2

JP6909880B2 - 超音波治療器

Info

Publication number: JP6909880B2
Application number: JP2020003008A
Authority: JP
Inventors: 竜也中村
Original assignee: Ito Co ltd
Current assignee: Ito Co ltd
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2035-10-01
Also published as: JP2020049389A

Description

本発明は、超音波治療器に関する。

従来、骨折等の治療において、患部に超音波振動を与えることで新しい生体組織や骨組織等の形成を促進する超音波骨折治療器、および筋肉痛や関節痛を低減させる超音波治療器も従来知られている。

このような超音波治療器では、装置内部の超音波振動子に通電することで超音波振動を生成している。超音波振動子で生じた超音波は、例えば金属製のプローブヘッドを介して患部の肌に送られる。ここで、超音波振動子を長時間にわたって駆動すると発熱を生じることが知られている。超音波振動子で生じた熱を患部に当て続けると、肌表面に影響を及ぼす可能性が懸念される。

そこで、超音波振動子、及びプローブヘッドに温度センサを設けて、その温度を検知する技術が提唱されている（例えば下記特許文献１参照）。

特許第３７８３３３９号公報

しかしながら、超音波振動子に、温度センサ等の別の装置を当接させた場合、超音波振動子の特性が変わってしまう可能性がある。このため、例えば所期の周波数を発生させることができず、治療効果に影響を及ぼす可能性がある。また、超音波振動子と温度センサとを当接させた場合、超音波振動子と温度センサとの間で、熱抵抗が生じるため、十分な応答性が得られない可能性もある。したがって、超音波振動子の特性に影響を与えることなく正確かつ迅速にその温度を測定することが可能な技術が求められている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、超音波振動子の温度を正確かつ迅速に測定することで、快適な治療を行うことが可能な超音波治療器を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様に係る超音波治療器は、超音波振動子と、前記超音波振動子が取り付けられたカバーと、前記カバーが取り付けられるケーシングと、前記超音波振動子と間隔をあけて対向するように設けられて、前記超音波振動子の温度を測定するセンサ部と、前記センサ部を前記超音波振動子の反対側から保持する基板と、前記超音波振動子と前記センサ部との間に設けられ、前記超音波振動子と前記センサ部とが対向する領域に前記センサ部が非接触で前記超音波振動子の温度を測定するための開口が形成されるとともに前記超音波振動子と前記センサ部との対向方向と交差する方向に広がる面状の面部を有し、前記超音波振動子に電気的に接続された導電金具と、前記基板に接続されて、前記面部に当接することによって前記基板と前記面部とを電気的に接続する第１電極と、前記基板に接続されて、前記超音波振動子に当接することによって前記基板と前記超音波振動子とを電気的に接続する給電端子としての第２電極と、を備える。

本発明によれば、超音波振動子の温度を正確かつ迅速に測定することで、快適な治療を行うことが可能な超音波治療器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る超音波治療器の全体図である。本発明の実施形態に係るプローブの要部断面図である。本発明の実施形態に係る温度センサの内部等価回路を示す図である。本発明の実施形態に係る超音波治療器における装置本体のブロック図である。本発明の実施形態に係るプローブの変形例を示す図である。

［第一実施形態］
本発明の超音波治療器１００の第一実施形態について図面を参照して説明する。超音波治療器１００は、超音波振動子１１を内蔵するプローブ１０と、このプローブ１０に供給される電力や駆動信号等を制御するための装置本体２０と、を備えている。施術者は、プローブ１０を手で把持して患者の患部に近づけ、超音波による治療を行う。プローブ１０から発せられる超音波の周波数や強度（振幅）等は、装置本体２０上で調整される。装置本体２０とプローブ１０とは、駆動信号等の各種信号を送受するためのケーブル３０によって互いに接続されている。

装置本体２０の外面には、各種の情報を施術者に視認させるための表示窓２１と、超音波の出力等を調整するためのツマミ２２等が一例として設けられている。

プローブ１０は、超音波を発する超音波振動子１１と、センサ部１２と、超音波振動子１１及びセンサ部１２を外側から覆う金属製のカバー１３と、カバー１３及び超音波振動子１１を一体に保持するケーシング１４と、ケーシング１４内で超音波振動子１１のグランド電極を金属製のカバー１３を介して基板１５に電気的に接続するための導電金具１１Ａと、を有している。

より詳細には図２に示すように、超音波振動子１１は、軸線Ａを中心とする円柱状に形成された電子部品であって、外部から印加された電圧によって駆動されて超音波を生成、出力する。超音波振動子１１は、基板１５に対して複数（４つ）の電極１６を介して電気的に接続されている。４つの電極１６は、軸線Ａに交差する方向に間隔をあけて直線状に配列されている。これら４つの電極１６のうち、軸線Ａに対する径方向の外側に位置する一対の電極１６（電極１６Ｇ）はグランド電極とされ、径方向の内側に位置する他の一対の電極１６（電極１６Ｐ）は、超音波振動子１１への給電端子とされている。グランド電極としての電極１６Ｇは、導電金具１１Ａを介して超音波振動子１１と電気的に接続されている。一方で、給電端子としての電極１６Ｐは、超音波振動子１１に対して直接的に接続されている。

導電金具１１Ａは、軸線Ａと交差する平面内に広がる円盤状の底面部１１１と、この底面部１１１と直交する方向に突出することで超音波振動子１１と接触する複数の接触部１１２と、を有している。接触部１１２は、底面部１１１の外周方向に間隔をあけて複数設けられている。

底面部１１１の中心を含む領域であって、軸線Ａ方向でセンサ部１２と対向する領域には開口が形成されている。この開口を通じてセンサ部１２は、非接触で超音波振動子１１の温度を測定することが可能とされている。

接触部１１２は、金属製のカバー１３、及び上記のグランド電極としての電極１６Ｇの双方に接触している。

基板１５は、軸線Ａに交差する平面内に広がる板状をなしている。基板１５の表面には不図示のプリント配線や他の素子等が搭載されている。また、基板１５には、上記の複数の電極１６（電極１６Ｇ、電極１６Ｐ）がそれぞれ接続されている。

本実施形態では、超音波振動子１１と基板１５とは、軸線Ａ方向に互いに離間している。言い換えると、超音波振動子１１と基板１５との間には、軸線Ａ方向に間隙が形成されている。センサ部１２は、この間隙を介して超音波振動子１１に対面するようにして基板１５上に固定されている。

センサ部１２は、図２に示すように、超音波振動子１１よりも小さな径寸法を有する円盤状の電子回路素子である。センサ部１２の軸線Ａ方向両面のうち、超音波振動子１１側を向く面は、対向する対象物の放射温度を測定するための測定面１２Ｓとされている。すなわち、超音波振動子１１の外表面の温度が、この測定面１２Ｓを介してセンサ部１２によって測定される。

より具体的には、センサ部１２は、図３に示すように、第一温度センサ１７としてのサーモパイルと、第二温度センサ１８としてのサーミスタと、を有している。サーモパイルは熱電対を直列的に複数接続したものであって、対象物からの赤外放射に基づいて、その温度を電流値として外部に出力する。

サーミスタとしては、ＮＴＣ型サーミスタ（ＮｅｇａｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ型サーミスタ）と呼ばれる種が好適に用いられる。この種のサーミスタでは、対象物の温度に比例して内部抵抗値が減少する。したがって、外部から電圧を印加するとともに、温度測定中の電流量の変化を検知することで、対象物の温度を測定することができる。本実施形態では、第二温度センサ１８としてのサーミスタにより、超音波振動子１１の周囲の雰囲気温度が測定される。

なお、上記のようなセンサ部１２の具体的な例としては、セミテック社の１０ＴＰ５８３Ｔ等が挙げられる。この種のセンサでは、第一温度センサ１７と第二温度センサ１８とが、単一のパッケージとして一体に形成されている。これにより、部品の設置スペースの大きさを抑えることができる。

カバー１３は、超音波振動子１１を外側から覆う有底筒状の金属部品である。望ましくはこのカバー１３はアルミニウム等のように加工が容易な材料で構成される。カバー１３における軸線方向一方側の面（すなわち、外部に露出する面）は、施術時に患者の患部に接触させるための接触面１３Ｓとされている。

以上のように構成されたプローブ１０は、装置本体２０上での制御・調整を介して、超音波を発する。装置本体２０は、図４に示すように、電源回路２３１と、駆動信号生成部２３２と、制御部２３３と、を有する電子回路部２３と、この電子回路部２３を収容する筐体２４と、を備えている。

電源回路２３１は、外部電源に接続されている。電源回路２３１は、駆動信号生成部２３２、及び制御部２３３に電力を供給する。駆動信号生成部２３２は、制御部２３３によって制御されて駆動信号を生成するとともに、生成された駆動信号を超音波振動子１１に出力する。

制御部２３３は、補償演算部２３４と、比較演算部２３５と、エラー通知部２３６と、エラー通知手段２３７と、を有している。補償演算部２３４には、上記した第一温度センサ１７としてのサーモパイル、及び第二温度センサ１８としてのサーミスタから、それぞれ温度値（第一温度値Ｔ１、第二温度値Ｔ２）が電気信号として入力される。補償演算部２３４は、入力されたこれら２つの温度情報同士を減算する。より具体的には、補償演算部２３４は、第一温度値Ｔ１から第二温度値Ｔ２を減算する。

ここで、第一温度値Ｔ１は、超音波振動子１１の周囲の熱量による影響を受けた値となっている。この周囲の雰囲気温度は、第二温度センサ１８であるサーミスタによって測定された値とおおむね等価である。したがって、補償演算部２３４では、第一温度値Ｔ１としての超音波振動子１１の温度値から、第二温度値Ｔ２としての雰囲気温度を減算することで、第一温度値Ｔ１を補償する。これにより、補償された超音波振動子１１の温度値（補償温度値Ｔｃ）が算出される。

続いて、比較演算部２３５には、この補償温度値Ｔｃが入力される。比較演算部２３５は、補償温度値Ｔｃと、予め定められた閾値Ｔｈとを比較する。なお、ここで言う閾値Ｔｈとは、超音波治療を行うに当たって、患者（患部）に熱傷等の影響を与えない程度の温度値のことを指す。比較演算部２３５では、入力された補償温度値Ｔｃが閾値Ｔｈよりも高いと判定された場合、エラー通知部２３６に指令を送出する。

エラー通知部２３６は、比較演算部２３５から指令が入力されると、エラー通知手段２３７を駆動して、施術者に、超音波振動子１１の温度（補償温度値Ｔｃ）が閾値Ｔｈを上回っているために施術に適さない旨を通知する。なお、ここでエラー通知手段２３７としては、ブザー等の音による通知手段のほか、ランプや振動等、あらゆる通知手段から好適なものが適宜に選択されてよい。

上記のような超音波治療器１００では、装置内部の超音波振動子１１に通電することで超音波が生成される。超音波振動子１１で生じた超音波は、金属製のカバー１３を介して患部の肌に送られる。ここで、超音波振動子１１を長時間にわたって駆動すると発熱を生じることが知られている。超音波振動子１１で生じた熱を患部に当て続けると、肌表面に影響を及ぼす可能性が懸念される。

そこで、本実施形態に係る超音波治療器１００では、センサ部１２によって超音波振動子１１の外表面の温度が測定される。特に、上記のような構成によれば、超音波振動子１１とセンサ部１２とが非接触であることから、センサ部１２が超音波振動子１１の特性に影響を及ぼす可能性を低減することができる。
さらに、センサ部１２はケーシング１４の内側に設けられ、外部に露出しないため、例えば防水パッキン等を別途設けることで、ケーシング１４の内部を防水構造とすることが可能となる。さらに、センサ部１２をケーシング１４の内部に収容できることから、センサ部１２による凹凸が外側に露呈しない。このため、患者に不快感を与えることなく快適な治療を行うことができる。

さらに、上記の構成によれば、第一温度センサ１７によって超音波振動子１１の外表面の温度を測定するとともに、第二温度センサ１８によって周囲の雰囲気温度が測定される。さらに、第一温度センサ１７によって測定された第一温度値Ｔ１から、第二温度センサ１８によって測定された第二温度値Ｔ２を減算することで、超音波振動子１１の周囲の温度による測定結果への影響を補償することができる。

加えて、上記の構成によれば、センサ部１２による測定結果と閾値Ｔｈとが比較され、温度がこの閾値Ｔｈよりも高い場合にはエラー通知部２３６によってエラー情報が通知される。このエラー情報により、施術者は超音波振動子１１の温度状態を容易に知ることができる。さらに、エラー情報を認知した施術者は、超音波振動子１１の温度が適切な温度に下がるまで待つことで、治療時に患者に与える負担を軽減することができる。

また、上記の構成によれば、第一温度センサ１７としてサーモパイル（赤外線温度センサ）を用いていることから、対象物（超音波振動子１１）との間で熱抵抗が生じにくい。このため、十分な応答性をもって温度測定を行うことができる。ここで、第一温度センサ１７として、対象物に当接して温度測定を行う方式のものを用いた場合、対象物と温度センサとの間で生じる熱抵抗によって温度測定の応答性が損なわれる可能性がある。しかしながら、上記の構成によれば、対象物と第一温度センサ１７とが当接しないため、応答性が劣化する可能性を低減することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明した。しかしながら、上記の構成は一例に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更や改修を加えることが可能である。

例えば、上記の実施形態と違えて、プローブ１０を図５に示すような構成とすることも可能である。同図の構成では、カバー１３は、超音波振動子１１を収容する収容底部１３３と、この収容底部１３３から軸線Ａ方向他方側に向かうにしたがって次第に拡径するテーパ状の拡径部１３４と、拡径部１３４からさらに軸線Ａ方向他方側に向かって延びる外筒部１３５と、を有している。

上述した４つの電極１６のうち、グランド電極としての電極１６Ｇは、拡径部１３４に軸線Ａ方向の他方側から接触している。給電端子としての電極１６Ｐは、電極１６Ｇよりも軸線Ａ方向に大きな寸法を有している。これにより、電極１６Ｐは、収容底部１３３に収容された超音波振動子１１に軸線Ａ方向の他方側から接触している。なお、本例の超音波振動子１１は、上記実施形態で示す超音波振動子１１よりも小さな寸法体格を有している。

以上のような構成によっても、上記第一実施形態と同様の作用効果を得ることができる。さらに、上記の構成では、導電金具１１Ａを用いることなくプローブ１０を構成することができるため、製造コストを抑制することができる。また、上記実施形態にて示したプローブ１０よりも超音波振動子１１（及び収容底部１３３）の面積・寸法が小さいことから、患部上のより小さな範囲に超音波を集中させることができる。これにより、短時間のうちに効率的な施術を行うことが可能となる。

１０…プローブ１１…超音波振動子１１Ａ…導電金具１２…センサ部１３…カバー１４…ケーシング１５…基板１６…電極１７…第一温度センサ１８…第二温度センサ２０…装置本体２１…表示窓２２…ツマミ２３…電子回路部２４…筐体３０…ケーブル１００…超音波治療器１１１…底面部１１２…接触部１３３…収容底部１３４…拡径部１３５…外筒部２３１…電源回路２３２…駆動信号生成部２３３…制御部２３４…補償演算部２３５…比較演算部２３６…エラー通知部２３７…エラー通知手段１２Ｓ…測定面Ａ…軸線Ｔ１…第一温度値Ｔ２…第二温度値Ｔｃ…補償温度値Ｔｈ…閾値

Claims

超音波振動子と、
前記超音波振動子が取り付けられたカバーと、
前記カバーが取り付けられるケーシングと、
前記超音波振動子と間隔をあけて対向するように設けられて、前記超音波振動子の温度を測定するセンサ部と、
前記センサ部を前記超音波振動子の反対側から保持する基板と、
前記超音波振動子と前記センサ部との間に設けられ、前記超音波振動子と前記センサ部とが対向する領域に前記センサ部が非接触で前記超音波振動子の温度を測定するための開口が形成されるとともに前記超音波振動子と前記センサ部との対向方向と交差する方向に広がる面状の面部を有し、前記超音波振動子に電気的に接続された導電金具と、
前記基板に接続されて、前記面部に当接することによって前記基板と前記面部とを電気的に接続する第１電極と、
前記基板に接続されて、前記超音波振動子に当接することによって前記基板と前記超音波振動子とを電気的に接続する給電端子としての第２電極と、
を備える超音波治療器。