JPH0529918B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は音響フイルタ及び弾性発振器に関す
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 focussing
radiator）によつ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”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
の発生を伴うキヤビテーシヨン現象を引き起こ
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
は全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
る出願人述べられているが、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
を知つて、そこから生じる効率の損失を受け入れ
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、かなりの付加的乱れが動作
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ヤビ
テーシヨン泡の集積によるものである。このキヤ
ビテーシヨ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ヨン
を形成する。これらの状態は結石を破壊する時に
非常に小さなサイ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
少さることはないが、反対にその効率を減少させ
る。従つて、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
においては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ヤビ
テーシヨ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
石によつ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
形成によつて吸収されたと考えられる。

これらのことから、出願人は、この試験官外試
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
フイルタを用いることからなつている。

本発明の特徴によれば、かかるフイルタは単純
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、キヤ
ビテイ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、の差以上になつたと
きキヤビテーシヨ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、かかるフイルタは例
えばポリメチルペンテンのようなプラスチツク材
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。

板間の空間にキヤビテーシヨン泡を集積させる
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
去されるようになつている。

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。

フイ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。

比較的厚い音響フイルタを用いつつ、温度を制
御することによつ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つのフイルタは
カスケードに配置され、第１のフイルタは比較的
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のフイルタはそ
の厚さが薄いもので、負の成分を消去するために
キヤビテーシヨ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、フリルタが示され
ており、該フイ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
のフイルタは“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。

このフイルタは弾性波を通過するプラスチツク
材料からなる２つの板１及び２によつて近接され
た円盤内において形成された環状キヤビテイによ
つて形成されている。環状オリフイス３は図示さ
れていないエコーグラフ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。フイルタは
図示されていない放射器によつて生じたＦで集束
する弾性波ビームによつて横切られている。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を通してキヤビテイへ導入さ
れて、その流れはポンプ７によつて保証されてい
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
状キヤビテイ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つてもよい。これ
は、副次発生した泡を急速に除去するように数個
の液体入路及び出旅すなわち環状形の入出路を設
けることを可能とする。

円盤の圧さは臨界的ではない。例えば１cmに等
しいものでも良い。圧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によつて制御される温度調
整装置に取り付けられたものであつて、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
はキヤビテーシヨ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つて消去
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ツドを示
している。これは上記した仏国特許明細書に記載
された圧電トランスデユーサ素止に結線された球
形キヤツプ１１によつて形成されている。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つのフイルタ１２及び１
３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つて励磁されＦに集束された
ときにトランスデユーサ素子によつて発生された
ものである。フイルタ１２は速度において非線形
体であつて、その厚さは５cmのオーダである。フ
イルタ１３は振幅において非線形であつて、その
厚さは１cmのオーダである。エコーグラフイ配置
プローブ１４はキヤツ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によつ
て閉塞されたポケツト中に配置されている。

サーモスタツト制御タンク１６及び１７はポケ
ツトの水温及び両フイルタ中に収容された液体の
水温を制御する。

２つのフイルタの各々は第１図及び第２図に示
した構造を有している。

フイルタ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（freon）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、フイルタ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においてキヤビテ
ーシヨ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の効果は
それに従属している。

フイルタ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によつて、さ
らに出路ダクトとなるポンプ１６３によつて生ぜ
しめられる。

同様に、フイルタ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
つて、さらに出路ダクトとなるポンプ１７３によ
つて生ぜしめられる。

上記したフイルタが平行面を伴う板の役割を音
響的に果すので、それは装置の焦点のわずかな移
動をあたらすだけである。いかなる場合おいて
も、フイルタによつ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
流に配置されたフイルタ（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ツト１５の
内側において正確に配置されている）でもつて、
焦点領域は処理に直接用いられるように位置を保
つている。フイ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、上記仏国特許第8320041
号明細書に記載されたようなトランスデユーサよ
つ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
あつて、フイルタ１２を通過後のものを示し、第
４図Ｃにおいてはフイルタ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
フイルタは、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、一方、振幅非線形フイ
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国特許出願明
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
つ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。この性が不完全であ
れば、それは、上記したタイプの振幅非線形フイ
ルタによつて追完させてもよい。

本発明の振幅非線形のフイ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イルタの液体の飽和蒸
気圧は平均静止圧力がフイ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ヤビテイ
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
て非線形の音響フイルタの概略図、第２図は第１
図のフイルタの平面図であつて液体が流れるキヤ
ビテイを示す図、第３図は速度において非線形で
あるフイルタとかかるフイ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つのフイル
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……
オリフイス、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……球形キヤツ
プ、１２，１３……フイルタ、１４……エコーグ
ラフイ配置プローブ、１５…可撓性膜、１６，１
７……タンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弾性波の負半波を抑制又は減衰させる音響フ
   イルタであつて、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
   填キヤビテイのために、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イルタ。 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記載の音響フイル
   タ。 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記載の音響フイルタ。 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記載の音響フイル
   タ。 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記載の音響フイルタ。 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記載の音響フイルタ。 ７ 集束させまたは集束手段と協働する弾性波発
   振器であつて、請求項１に記載の音響フイルタを
   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 前記フイルタはパワー波ビームの軸に直角で
   あつて、補助エコーグラフイ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 パワー波放射表面と前記フイルタとの間にお
   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イルタを有するこ
   とを特徴とする請求項７記載発振器。 １０ 前記放射表面を形成する基本トランスデユ
   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。