JPH0197995A - 弾性波の負半波を抑制又は減衰させる音響フィルタ及び該フィルタを有する弾性波発振器 - Google Patents

弾性波の負半波を抑制又は減衰させる音響フィルタ及び該フィルタを有する弾性波発振器

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JPH0197995A
JPH0197995A JP63107426A JP10742688A JPH0197995A JP H0197995 A JPH0197995 A JP H0197995A JP 63107426 A JP63107426 A JP 63107426A JP 10742688 A JP10742688 A JP 10742688A JP H0197995 A JPH0197995 A JP H0197995A
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は音響フィルタ及び弾性波発振器に関する。
背景技術 例えば体外結石摘出に用いられているように超音波集束
放射器(ultra−sonic power f’o
cuss1ngradiator)によって発生された
高強度の弾性波が液体媒体中を伝搬するとき、波の“負
7半波(すなわち、平均静止圧力よりも低い圧力に対応
している)は、その焦点領域においてガスの微細気泡の
発生を伴うキャビテーション現象を引き起こす。
この現象は波の伝搬を妨害し、さらにそれらが通過する
生理学的体組織に悪影響を及ぼす。
この波が非常に短い波の列の形態をしている場合、この
現象は第1の負半波に続く波のかなりの減衰を生じさせ
ることになり、この場合、実際には第1の正半波のみが
伝達されるが、この正半波は傘体としては効率の損失を
させるので重要なものではない。この問題は同日出願の
本出願人による出願に述べられているが、その中で出願
人はこの問題を克服する第1の解決策を提案している。
一方、第1の正半波だけが使用可能であることを知って
、そこから生じる効率の損失を受は入れて負半波を有す
るパルスで動作させることもできる。この解決法は簡素
化された発振器を用いることを可能にする。
しかし、この場合、かなりの付加内乱れが動作状態の間
に生じる。それはすでに述べた重複と、さらには発振器
の効率の減少である。
この乱れは、高い比率でかつ抑制された値において動作
している時に生じるかもしれないキャビテーション泡の
集積によるものである。このキャビテーション泡はすぐ
には消滅しないものだが、音響波の全体を急速に阻止す
る真実のクツションを形成する。これらの状態は結石を
破壊する時に非常に小さなす1′ズの体積中に全体とし
て無理に押し込まれた位置にある時に現われる。この場
合、理論的には破壊の比率の増加は処理時間を減少させ
ることはないが、反対にその効率を減少させる。
従って、今日まで、体外結石摘出に用いられ得る高比率
の破壊の可能性を利用することはできないのである。
発明の概要 本発明の目的はかかる問題を解消する装置の提供にあり
、非常に処理時間を減少させ、効率の損失を伴うことな
く高比率の結石破壊を達成することにある。
本出願人は試験管内実験における大きなタンクにて実施
した実験を通して、ある実験的状態の下で、感知できる
ほどの効率の低下の以前に、約100Hzまで破壊比率
を増加させることが可能であることを見い出した。この
ことは、これらの状態の下で瞬時に結石を断片化して、
一方、同一動作において試験管外で実施されるように、
患者が耐え得る比率をより減少させ45分伸ばすことが
可能となる。
かかる事実から考慮してみると出願人は、この原因の1
つは、非制限媒体中における方がキャビテーション泡が
制限媒体中よりも急速に除去されて、二回の連続する破
壊間にてそれら泡が消失することであることを見いだし
た。
出願人はまた、波が焦点領域を通過した後、結石によっ
て吸収されていないとすると、波は単一正半波だけを有
することになることをも見い出した。この事実は、負半
波のエネルギーが蒸気泡の形成によって吸収されたと考
えられる。
これらのことから、出願人は、この試験言外試験ではで
きない特定の実験的状態の下で、波の通路上で形成され
る蒸気泡が1/100秒のオーダの非常に短い時間に存
在していると結論づけた。
この発見に基づいて、本発明の狙いは、患者の外側に位
置する領域において焦点のレベル、好ましくはその上流
、にて伝わる圧力よりも実質的に低い圧力のための波を
発生させることにある。そこではエネルギーはそれほど
集中していない。本発明は、このために波の圧力の関数
として振幅における特徴として非線形の伝達特性を有す
る音響フィルタを用いることからなっている。
本発明の特徴によれば、かかるフィルタは単純に構成さ
れ得、大気圧に非常に近い蒸気圧を有する超音波伝達用
液体を用いて、結果として、キャビティが比較的低い超
音波圧に対して現われる。
この場合には、瞬時の負圧が絶対値で蒸気圧と、大気圧
に近い平均静止圧と、の差以上になったときキャビテー
ションが生じることは知られている。
好適な実施例においては、かかるフィルタは例えばポリ
メチルペンテンのようなプラスチック材料等の弾性波を
透過する材料からなる2つの平行板間を低蒸気圧伝達液
体が通過するように形成されている。
板間の空間にキャビテーション泡を集積させることを避
けるために、液体の急速な流れが生じるようになされて
おり、泡が形成されるとすぐに除去されるようになって
いる。
かかる装置においては、伝達液体の蒸気圧は臨界パラメ
ータである。本発明によればこのパラメータが温度で変
化するので、温度は測定されかつ制御される。温度制御
は、蒸気圧を最適値へ調整しかつ大変効率よく安定的に
濾過することを可能にする利点がある。
フィルタを通る通路は生成される波の形状に好ましい作
用をなす。実際には、液体中の音速は圧力の関数として
変化し、それらとともに増加するので、この現象は温度
に依存している。結果としては、かなりの振幅の波が液
体媒体中を通過するとき、その正の立上り正面は、険し
くなる傾向にある。なぜなら、正ピークがパルスの始点
を捕捉する傾向にあるからである。この逆の現象は負の
立下り正面にも起こり、それは拡がる傾向にある。
比較的厚い音響フィルタを用いつつ、温度を制御するこ
とによって信号の形状を制御しさらにそれを最適化する
ことが可能となる。
本発明の他の特徴によれば、2つのフィルタはカスケー
ドに配置され、第1のフィルタは比較的厚い厚さで上記
した速度非線形性を用いた信号の形成を改善する役割を
なし、第2のフィルタはその厚さが薄いもので、負の成
分を消去するためにキャビテーションに関係した振幅の
非線形性を用いるものである。
実施例 以下に本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
第1図及び第2図において、フィルタが示されており、
該フィルタは体外結石摘出に用いられている振幅におい
て非線形のもので、かかるタイプのフィルタは“結石破
壊用超音波パルス装置”と称する本出願により1983
年12月14日に出願された仏国特許第8320041
号明細書に記載されている。
このフィルタは弾性波を通過するプラスチック材料から
なる2つの板1及び2によって近接された円盤内におい
て形成された環状キャビティによって形成されている。
環状オリフィス3は図示されていないエコーグラシイの
配置プローブを通過させる円盤の中心に形成されている
。フィルタは図示されていない放射器によって生じたF
で集束する弾性波ビームによって横切られている。例え
ば40〜45℃間に沸点を有するフレオン等の低蒸気圧
液体4がダクト5を通してキャビティへ導入されて、そ
の流れはポンプ7によって保証されている。この流れの
速度は例えば10cm/s〜1m / sの間である。
渦巻分割壁8は、液体流の均一な供給をなして、いかな
る気体泡の急速な消滅をなすために環状キャビティ内部
に載置されている。この構成は例として挙げられており
、他の形態としては分割壁のために観念できるものであ
ってもよい。これは、副次発生した泡を急速に除去する
ように数個の液体入路及び出路すなわち環状形の人出路
を設けることを可能とする。
円盤の厚さは臨界的ではない。例えば1cmに等しいも
のでも良い。厚さの薄いものは液体の急速な流れを容易
化する。
その流路において、液体は受容器9を通り、受容器9は
調整回路10によって制御される温度調 ゛整装置に取
り付けられたものであって、調整回路10は所望の蒸気
圧を得るように所定値の温度を保つ回路である。例えば
温度は25〜40℃の値に調整される。
この状態の下で、負半波を有する各音響パルスはキャビ
テーションを発生させ該半波のエネルギーを吸収する。
このように生じた微細気泡は、次のパルスが到達する前
に液体の流れによって消去されるので、それらの正半波
の伝達を妨害することはない。
第3図は結石摘出に用いられる処理ヘッドを示している
。これは上記した仏画特許明細書に記載された圧電トラ
ンスデユーサ素子に結線された球形キャップ11によっ
て形成されている。2つの素子110,111しか示し
ていないのは図を簡略化するためである。2つのフィル
タ12及び13は弾性波の経路に配置されており、この
弾性波は、それらが例えば素子が上記特許明細書に述べ
られている方法によって励磁されFに集束されたときに
トランスデユーサ素子によって発生されたものである。
フィルタ12は速度において非線形体であって、その厚
さは5cmのオーダである。フィルタ13は振幅におい
て非線形であって、その厚さは1cI11のオーダであ
る。エコーグラフィ配置プローブ14はキャップの中央
に配置されている。
組立体は水に満されかつ可撓性膜15によって閉塞され
たポケット中に配置されている。
サーモスタット制御タンク16及び17はポケットの水
温及び両フィルタ中に収容された液体の水温を制御する
2つのフィルタの各々は第1図及び第2図に示した構造
を有している。
フィルタ13中において、液体はかかる制御の基準温度
t2におけるフレオン(f’reon )のような低蒸
気圧を有するような流れを生じさせられ、代数的値にお
いて振幅の非線形性を得る、すなわち、負半波のエネル
ギーの吸収を得るように、なされている。
一方、フィルタ12中においては、例えば水のような液
体は制御の基準温度t1においてキャビテーションに影
響されない流れを生じさせ、周囲温度近くになされる。
この液体の流れは単に温度の均一化を期待するもので速
度の非線形性あ効果はそれに従属している。
フィルタ12を通る液体の流れは、液体の入路ダクトと
なるポンプ161,162によって、さらに出路ダクト
となるポンプ163によって生ぜしめられる。
同様に、フィルタ13を通る液体の流れは、液体の入路
ダクトとなるポンプ171,172によって、さらに出
路ダクトとなるポンプ173によって生せしめられる。
上記したフィルタが平行面を伴う板の役割を音響的に果
すので、それらは装置の焦点のわずかな移動をもたらす
だけである。いかなる場合おいても、フィルタによって
もたらされた焦点の変動は必要ならば補正することがで
きる。焦点領域の上流に配置されたフィルタ(上記した
実施例においてはそれらは結合液体を収納するポケット
15の内側において正確に配置されている)でもって、
焦点領域は処理に直接用いられるように位置を保ってい
る。フィルタは放射器の焦点Fの下流にも配置され得る
。しかし、音響レンズによる下流超音波ビームを再集束
させる必要がある。
第4図(a)においては、上記仏画特許第832004
1号明細書に記載されたようなトランスデユーサによっ
て生ぜしめられた音響パルスの波形が示されている。第
4図(b)においては、このパルスの波形であって、フ
ィルタ12を通過後のものを示し、第4図(C)におい
てはフィルタ13を通過後に得られた波形が示されてい
る。これらから、速度非線形フィルタは、波の広がり。
(unfurling)と称される負半波の立上り正面
を険しくする結果をもたらすことが分かる。また、−方
、振幅非線形フィルタを通る通路は実際的に完全に負半
波を抑制することも分かる。
本発明の方法は同日出願の上記仏画特許出願明細書に記
載された方法と結合させることもできる。
実際、この出願によると、パワー放射器によって発生さ
れるパルスの波形は、負半波の少くとも部分的抑制を受
けている。この抑制が不完全であれば、それは、上記し
たタイプの振幅非線形フィルタによって追完させてもよ
い。
本発明の振幅非線形のフィルタが発生する波の希望しな
い負半波を減衰又は抑制するためにいかなるタイプの超
音波のパワートランスデユーサと協働させることができ
ることは理解されるであろう。
基準温度における前記フィルタの液体の飽和蒸気圧は平
均静止圧力がフィルタを通過する波の負半波のパワーを
より高く伝えるほど、さらに平均静止圧力からすべて偏
移することになり得る。振幅非線形性は液体中の蒸気で
満されたキャビティーの形成に関係している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による実施例による振幅において非線形
の音響フィルタの概略図、第2図は第1図のフィルタの
平面図であって液体が流れるキャビティを示す図、第3
図は速度において非線形であるフィルタとかかるフィル
タを取り付けた超音波パワー放射器の概略図、第4図は
2つのフィルタの入力及び出力における波形を示す図で
ある。 主要部分の符号の説明 1.2・・・・・・板    3・・・・・・オリフィ
ス4・・・・・・低蒸気圧液体 5.6・・・・・・ダクト  7・・・・・・ポンプ8
・・・・・・渦巻分割壁  9・・・・・・受容器10
・・・・・・調整回路 11・・・・・・球形キャップ 12.13・・・・・・フィルタ 14・・・・・・エコーグラフィ配置プローブ15・・
・・・・可撓性膜 16.17・・・・・・タンク

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)弾性波の負半波を抑制又は減衰させる音響フィル
    タであって、液体を包含した密封体からなり、前記液体
    は、前記液体中に形成される蒸気充填キャビティのため
    に、弾性波が前記液体を通過するとき前記密封体に伝わ
    る温度にて前記液体の中部に伝わる平均静止圧に充分近
    い飽和蒸気圧を有していることを特徴とする音響フィル
    タ。
  2. (2)前記液体を前記密封体を通して流す手段を有する
    ことを特徴とする請求項1記載の音響フィルタ。
  3. (3)所望の蒸気圧に従属する所定値にて前記液体の温
    度を固定する手段を有することを特徴とする請求項1記
    載の音響フィルタ。
  4. (4)前記密封体は平行面を有する音響板を形成するこ
    とを特徴とする請求項1記載の音響フィルタ。
  5. (5)前記密封体は、前記液体の流路を画定する内部渦
    巻分割壁を有した円盤形状であることを特徴とする請求
    項4記載の音響フィルタ。
  6. (6)前記蒸気圧は実質的に大気圧に等しいことを特徴
    とする請求項1記載の音響フィルタ。
  7. (7)集束させまたは集束手段と協働する弾性波発振器
    であって、請求項1に記載の音響フィルタをその焦点領
    域の上流の波ビームの経路に挿入されていることを特徴
    とする発振器。
  8. (8)前記フィルタはパワー波ビームの軸に直角であっ
    て、補助エコーグラフィビームの通路のための中央開口
    を有していることを特徴とする請求項7記載の発振器。
  9. (9)パワー波放射表面と前記フィルタとの間において
    、前記圧力の関数として弾性波を伝達する速度非線形特
    性を有する付加的フィルタを有することを特徴とする請
    求項7記載発振器。
  10. (10)前記放射表面を形成する基本トランスデューサ
    は互いに電気的に分離されており、かつ異なる伝達関数
    を有していること、さらに、弾性信号を放射してそれら
    を移相する手段が設けられていることを特徴とする請求
    項7記載の発振器。
JP63107426A 1987-04-28 1988-04-28 弾性波の負半波を抑制又は減衰させる音響フィルタ及び該フィルタを有する弾性波発振器 Granted JPH0197995A (ja)

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FR8705981 1987-04-28

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