JPH0724074A - 治療用超音波発生装置 - Google Patents

治療用超音波発生装置

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JPH0724074A
JPH0724074A JP5171687A JP17168793A JPH0724074A JP H0724074 A JPH0724074 A JP H0724074A JP 5171687 A JP5171687 A JP 5171687A JP 17168793 A JP17168793 A JP 17168793A JP H0724074 A JPH0724074 A JP H0724074A
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    • A61M25/0043—Catheters; Hollow probes characterised by structural features
    • A61M2025/0057—Catheters delivering medicament other than through a conventional lumen, e.g. porous walls or hydrogel coatings

Abstract

(57)【要約】 【目的】 煩雑な準備作業を行うことなく、高い効率で
薬物を投与することができる治療用超音波発生装置を提
供すること。 【構成】 超音波信号を治療用超音波振動素子５に供給
するための治療用超音波発生装置であって、周波数がラ
ンダムに変化する超音波信号を発生する超音波信号発生
手段を備えている。超音波信号発生手段は、たとえば、
それぞれ異なった周波数で発振する複数の発振回路１ａ
〜１ｅと、これらの複数の発振回路の出力の一つを乱数
発生回路３の出力に基づいてランダムに選択する切り替
え回路２とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薬物の投与効果や治療
効果を高めるための超音波を発生させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より薬物の投与効果を高めるため
に、薬物が投与される患部の近傍に超音波を付与するこ
とが行われている。
【０００３】たとえば、特公平３−６３９１３号公報に
は、同一容器内に薬物層と超音波発振素子とを収納し、
薬物層を容器の一部から直接或いは薬物浸透性部材を介
して外部に臨んだ状態で配置するとともに、超音波発振
素子を薬物層に対して音響的に結合した状態で配置した
薬物の経皮投与具が記載されている。
【０００４】同公報に記載の薬物の経皮投与具において
は、外部に設けられた超音波発振機から超音波発振素子
に超音波信号が供給され、超音波発振素子が所定の周波
数の超音波振動を起こすようになっている。
【０００５】また、体内に挿入されるカテーテルの先端
に超音波振動素子を取りつけ、カテーテルを介して血栓
溶解薬物を注入しながら、血栓に超音波を照射すること
により血栓の溶解を促進することが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように薬物を投
与する際に超音波を併用することにより治療効果を高め
ることができるが、その効果の程度は、各種の条件によ
って異なってくる。たとえば、超音波の照射方法、周波
数、強度また薬物の濃度等が変わると効果の程度も変化
する。このように、超音波と薬物を組み合わせて治療す
る場合最も効率が高い条件を使用しなければならない。
【０００７】超音波の周波数によって治療効率が異なる
ことが知られているが、今だにどの特定の周波数が最適
であるか確定されていない。これは治療を受ける対象
物、たとえば、細胞，血栓等生体構造上の相違、薬物に
よる因子（種類，濃度，量等）、発振素子側の因子（形
状，位置等）等複雑に関連しあっているからである。
【０００８】このため、実際に薬物を投与する際には、
たとえば、それぞれ発振周波数が異なる幾つかの超音波
発生装置を用意し、まず、超音波振動素子を幾つかの異
なった周波数で駆動したときの投与効果を調べて、最適
と思われる超音波周波数を求め、次にこの超音波周波数
で超音波振動素子を駆動することにより、薬物を投与す
る際の投与効果を高めている。
【０００９】しかしながら、薬物を投与する際の条件
は、その度毎に変化するので、その度毎に最適の超音波
周波数を調べるための作業を行わなければならず、非常
に手間がかかるという問題があった。
【００１０】例えば、超音波と血栓溶解薬物で血栓の治
療をするとき、病変部位の血栓はいつも同じ構築を呈し
ているとは限らない。個人差、血流量、赤血球濃度、そ
の他によって血栓の硬さ、密度、成分は様々である。こ
のため、ある超音波周波数に特異的に感受性があっても
その周波数を見つけ出すのは短時間では不可能である。
このため、心筋梗塞等緊急を要する治療に有効に利用す
ることができないという問題があった。
【００１１】また、最適周波数を調べる際には、全ての
周波数に渡って投与効果を調べているわけではなく、飛
び飛びの周波数における投与効果を調べているに過ぎな
いので、真の最適周波数でない周波数を最適周波数と見
做してしまい、本来得られるべき最大の効果を得ること
ができない場合があるという問題もあった。
【００１２】そこで本発明は、煩雑な準備作業を行うこ
となく、高い効率で薬物を投与することができる治療用
超音波発生装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、超音波信号を
治療用超音波振動素子に供給するための治療用超音波発
生装置であって、周波数がランダムに変化する超音波信
号を発生する超音波信号発生手段を備えていることを特
徴とする。
【００１４】
【作用】本発明においては、治療用超音波振動素子に供
給される超音波の周波数がランダムに変化するため、長
い時間でみたとき超音波振動は非常に広い帯域の周波数
成分を有している。したがって、薬物を投与する際の条
件が種々異なっていたとしても、超音波振動の成分の中
には、各条件において最大の投与効果を与えることがで
きる周波数成分が含まれている。これにより、薬物を投
与する際の条件の差異の拘わらず、高い効率で薬物を投
与することができる。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例に基づいて
本発明の特徴を具体的に説明する。
【００１６】図１は、本発明の治療用超音波発生装置の
第１の実施例を示す。
【００１７】それぞれ異なった超音波周波数帯域の周波
数ｆ１〜ｆ５で発振する複数の発振回路１ａ〜１ｅが設
けられており、各発振回路１ａ〜１ｅの出力は切り替え
回路２に供給される。切り替え回路２には、乱数発生回
路３が接続されており、乱数発生回路３が発生する乱数
に応じて発振回路１ａ〜１ｅの出力が択一的に選択され
増幅器４に供給される。乱数発生回路３は「１」から
「５」までの乱数を発生し、たとえば、「１」が発生し
たときは、発振回路１ａからの周波数ｆ１の出力が増幅
器４に供給され、「２」が発生したときは、発振回路１
ｂからの周波数ｆ２の出力が増幅器４に供給される。以
下同様である。
【００１８】切り替え回路２の出力は増幅器４で増幅さ
れ、カテーテル等の超音波利用治療具に取り付けられた
超音波振動素子５に供給される。
【００１９】上述した治療用超音波発生装置において
は、複数の発振回路１ａ〜１ｅの出力が乱数に基づいて
選択されるので、増幅器４に供給される信号の周波数
は、図２に示されるようにｆ１とｆ５の間でランダムに
変化することになる。したがって、超音波振動素子５は
ランダムな周波数の超音波を発生する。このように超音
波の周波数がランダムに変化すると、超音波振動には非
常に広い帯域の周波数成分が含まれることになる。した
がって、治療対象の条件の相違に拘わらず、その条件に
おける最適の周波数成分が必ず含まれており、患部に対
して十分な治療効果を上げることができる。
【００２０】超音波の周波数がランダムに変化すると治
療効果が改善される理由について、更に説明する。超音
波振動素子が単一周波数で振動する場合には、液体の中
の物質は規則正しく直線的に反復運動を繰り返すが、複
数の周波数で超音波の照射を行った場合には、物質は複
雑な運動を呈するため治療効率が上がると推定される。
また、液体中の物質は、その重さや大きさに応じて特定
の周波数でしか運動しない傾向があるが、複数の周波数
を照射することにより、種々の大きさの物質をを同時に
動かすことができるようになる。
【００２１】また、超音波振動素子の特性を考えて見る
と、素子の大きさ、重さ、形等が決まっているとすれ
ば、特定の単一の周波数における超音波の指向性は固定
されたものとなる。すなわち、ある特定の方向にしか超
音波が照射されない。これに対して、超音波の周波数を
種々に変化させた場合には、周波数に応じて指向性が変
化する。したがって、複数の周波数を超音波振動素子に
与えれば指向性はなくなり、より均一な超音波を照射す
ることができる。
【００２２】図３は、本発明の治療用超音波発生装置の
第２の実施例を示す。図１に示す第１の実施例との相違
は、それぞれ異なった超音波帯域の周波数ｆ１〜ｆ５で
発振する複数の発振回路１ａ〜１ｅと切り替え回路２の
代わりに、乱数発生回路３の出力で直接発振周波数が制
御される可変周波数発振回路６を使用している点であ
る。可変周波数発振回路６としては、乱数発生回路３か
らの乱数データに基づき分周比が制御されて発振周波数
が変更されるフェーズロックドループ回路、或いは、乱
数発生回路３からの乱数データをＤ／Ａ変換したアナロ
グ信号により発振周波数が変更される電圧制御発振回路
等を使用することができる。
【００２３】図４は、本発明の治療用超音波発生装置の
第３の実施例を示す。第３の実施例においては、図３に
示す第２の実施例の構成に加えて、図５に示すように、
周期Ｔで発振周波数がｆ６からｆ７の範囲で鋸歯状に連
続的に変化する掃引発振回路７を設け、この掃引発振回
路７の掃引出力と前記可変周波数発振回路６からのラン
ダム出力を合成回路８で合成して増幅回路４に供給して
いる。図４に示す第３の実施例によれば、可変周波数発
振回路６からのランダムに変化する周波数の信号に加え
て掃引発振回路７からの連続的に変化する周波数の信号
が超音波振動素子５に印加されるので、超音波振動素子
５は極めて複雑な状態で振動することになり、一層治療
効果を高めることができる。また、超音波振動素子５に
は連続的に変化する周波数の信号が印加されることか
ら、超音波振動素子５は、掃引周波数範囲内において
は、全ての周波数にわたって漏れなく駆動されることに
なり、治療対象の条件の相違に拘わらず、その条件にお
ける最適の周波数成分が必ず含まれており、患部に対し
て十分な治療効果を上げることができる。
【００２４】上述した説明では、治療対象の条件の相違
に拘わらず患部に対して十分な治療効果を上げることが
できる理由として、超音波振動素子５の出力に広い周波
数成分が含まれいることを挙げた。この説明に基づけ
ば、必ずしも周波数をランダムに変化させる必要はな
く、所望の周波数の範囲内で順番に周波数を変化させて
もよいように思われる。しかしながら、以下に説明する
ように、順番に周波数を変化させ場合には十分な効果を
得ることはできない。
【００２５】この超音波の周波数をランダムに変化させ
ることによる効果を確認するために、超音波発振素子を
ある帯域周波数のランダム周波数で作動させたときと、
同一帯域の周波数を用いて連続的に変化する繰り返し掃
引波で作動させたときの細胞破壊効果の比較を行った。
実験方法を以下に示す。
【００２６】ウサギ血液より白血球のみを分離して用
い、白血球に超音波を一定時問照射して、その前と後の
生存している白血球数を比較した。照射条件は、以下に
示すように、Ａ，Ｂの２群に分けた。
【００２７】Ａ群（比較例）：８００ｋＨｚ，１０００
ｋＨｚ，１１００ｋＨｚ，１２００ｋＨｚを各０．２秒
間づつを順序よく繰り退す。
【００２８】Ｂ群（本発明）：Ａ群と同じ種類の周波数
をＡ群と同様の時間発振させるが組み合わせ順序不問
で、すなわち、ランダムに繰り返す。
【００２９】両群とも同じ照射時問、同じ超音波出力
（約０．５Ｗ／ｃｍ2 ）で実験を行なった。
【００３０】結果を図６に示す。破線はＡ群を示し、実
線はＢ群を示す。横軸は時間（秒）、縦軸は細胞生存率
（％）である。図６に示すように、ランダム組み合わせ
（Ｂ群）の方が、顕著に殺白血球効果があり、合計超音
波照射時問６０秒では、Ａ群で２０％の細胞破壊が認め
られたが、Ｂ群では５１％の細胞破壊が認められ、有意
な差があった。また、照射時間とも相関した。
【００３１】このように、周波数を順序よく変化させる
よりも、ランダムに変化させた方が、同じエネルギーの
超音波照射でも細胞破壊率が増加しており、エネルギー
効率が上がったものと思われる。この理由は明らかでは
ないが、周波数を順序よく変化させた場合には、周波数
が変化しても前の周波数における物質の振動モードに吸
収されて物質の振動モードが変化しにくいが、周波数を
ランダムに変化させた場合には各周波数における振動モ
ードが全く異なるために、前の周波数における物質の振
動モードの影響がなくなることがその一因であると考え
られる。
【００３２】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明において
は、超音波振動素子をランダムな周波数で駆動するよう
にしたので、超音波振動素子の振動モードが変化に富ん
だのものとなり、薬物投与の効率が改善される。また、
薬物投与の効率の改善に伴い超音波照射の時間を短縮す
ることができるので、超音波発振のための消費エネルギ
ーを減らすことができる。また、薬物投与の効率の改善
に伴い超音波の強度を減らすことができるので、患者に
対する障害を無くすことができる。更に、超音波発振素
子自体の指向性、周波数特性を考慮することなく、超音
波発振素子を使用することができる。また、治療したい
組織の密度、硬さ等に拘わらず同じ処置で最適な治療効
果を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の治療用超音波発生装置の第１の実施
例を示すブロック図である。
【図２】 超音波周波数のランダムな変化を示すグラフ
である。
【図３】 本発明の治療用超音波発生装置の第２の実施
例を示すブロック図である。
【図４】 本発明の治療用超音波発生装置の第３の実施
例を示すブロック図である。
【図５】 掃引発振回路の出力周波数の変化を示すグラ
フである。
【図６】 周波数を順序よく変化させた場合とランダム
に変化させた場合の効果の差を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ…発振回路、２…切り替え回路、３…乱数発
生回路、４…増幅回路、５…超音波振動素子、６…可変
周波数発振回路、７…掃引発振回路、８…合成回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波信号を治療用超音波振動素子に供
    給するための治療用超音波発生装置であって、周波数が
    ランダムに変化する超音波信号を発生する超音波信号発
    生手段を備えていることを特徴とする治療用超音波発生
    装置。
  2. 【請求項２】 前記超音波信号発生手段が、それぞれ異
    なった周波数で発振する複数の発振回路と、該複数の発
    振回路の出力の一つをランダムに選択する選択手段とを
    備えていることを特徴とする請求項１記載の治療用超音
    波発生装置。
  3. 【請求項３】 前記超音波信号発生手段が、乱数発生回
    路と、該乱数発生回路の出力により発振周波数が制御さ
    れる可変周波数発振回路とを備えていることを特徴とす
    る請求項１記載の治療用超音波発生装置。
  4. 【請求項４】 更に、発振周波数が所定の範囲で鋸歯状
    に連続的に変化する掃引発振回路と、該掃引発振回路の
    出力と前記超音波信号発生手段の出力とを合成する合成
    回路とを備えていることを特徴とする請求項１記載の治
    療用超音波発生装置。
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