JPS6287151A

JPS6287151A - 超音波照射装置

Info

Publication number: JPS6287151A
Application number: JP22671785A
Authority: JP
Inventors: チヤールズ・アラン・ケイン; 晋一郎梅村; 景義片倉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-10-14
Filing date: 1985-10-14
Publication date: 1987-04-21

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】〔発明の利用分野〕本発明は、悪性腫瘍の治療に好適な超音波療法装置、あ
るいは、超音波加熱装置・超音波化学反応促進装置・超
音波破砕装置などの超音波照射装置に関する。

〔発明の背景〕

医療をはじめとする各分野において超音波照射を応用し
ようとする際、しばしば、照射目標領域が、単フォーカ
スによる超音波焦域に比較して広すぎる場合がある。こ
のような場合に適する超音波照射装置としては、　゛ウ
ルトラサウンド・イン・メディシン・アンド・バイオロ
ジ′第８巻第２号１７７〜１８４ページ（１９８２年発
行）記載の音響レンズを用いて円環状の焦域を形成する
装置が、従来、知られていた。しかし、この装置は。

固定フォーカスの音響レンズを用いているため、このま
ま実用に供しようとすると問題がある。すなわち、医療
応用を例にとると、超音波照射しなければならない悪性
ｇ！瘍の大きさ、形状２体表からの深さは、場合により
様々であるから、たとえ円環状の焦域を与えても１つの
固定フォーカスの音響レンズしか持たない照射装置では
不充分である。

［９！明の目的〕本発明の目的は、かかる従来装置の問題点を改め、照射
対象目標領域の大きさ、探触子からの距離に関し、様々
な条件に対応できる超音波照射装置を提供することにあ
る。

Ｃ発明の概要３かかる目的に従い、本発明においては、対象媒体中に円
環状の焦域を形成する手段として、同心円状アレイ型（
アニユラ・アレイ型）超音波振動子とそれを構成する各
素子を駆動する駆動回路と駆動１９号の位相および振幅
を制御する制御回路とを具備する装置を提案する。この
装置によれば、駆動Ｆｔ号の位相を制御することにより
１円環状焦域の半径ならびに探触子からの距離を、照射
対象目標領域に合わせて調節することが可能となり。

また、照射目標領域がある程度大きなときには、円環状
焦域の半径と探触子からの距離とを時間的に変化させ、
照射１１８１標領域内を円環状焦域が時間平均としてカ
バーするように制御することも可能となる。

同じ目的に従った超音波照射装置の構成法としては、本
発明の提案のほかにも、２次元アレイ型超音波振動子を
用いて形成した単フォーカスを時間的に動かし、その超
音波焦域が照射目標領域内を時間平均としてカバーする
ように構成することも可能であるが、これに対し、本発
明の装置は次の利点を持つ。

（１）超音波振動子が２次元アレイ型でなく、アニユラ
・アレイ型であるので素子数が少なくてすみ、従って、
全体の回路規模も比較的小さいもので充分である。

（２）超音波焦域を動かして照射目標領域内を時間平均
としてカバーするとき、単フォーカスを形成する場合に
は動かすパラメタが３つもあるのに対し、円環状焦域を
形成する場合には円環の半径と探、触子からの距離の２
つだけなので高い走査速度が可能となり、制御がはるか
に簡単になり、かつ、装置の操作性も容易なものとなる
。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図により説明す
る。第１図は、照射モニタ用撮像機能を有する超音波照
射装置のブロック図であり、第２図および第３図は、そ
れを構成する超音波探触子の上面図および部分断面図、
第４図は、第２図の探触子と円環状焦域との幾何学的関
係を示す断面図である。

まず第１図から説明すると、円環状焦域の探触子からの
距離ならびに半径の信号が主制御回路】０から照射用送
波制御回路１１ヘケえられ、それに従って、照射用探触
子容素子の駆動位相が演算され、それぞれｎビット・カ
ウンタ８−］、　８−２．・・・、８−９へロード・デ
ータとして転送される。ｎビット・カウンタ８−１．８
−２．・・・。

８−９はこれらのロード・データをそれぞれ初期値とし
、主制御回路６からの周波数２ｎ−ｆｏのクロックに従
って動作する。したがってその最上位ビットの信号は周
波数がｆｏ−Ｖ位相がそれぞれカウンタの初期値で決め
られる信号となる。この４８号を送信アンプ９−１．９
−２．・・・、９−９により増巾し、それぞれ照射用探
触子１−１．１−２．・・・、１−９に印加する。こと
により照射用探触子の各素子１−１．Ｉ−２，・・・、
１−９を駆動する。

照射用探触子の各素子の駆動位相の演算例を、第２〜４
図の形の探触子を用いる場合につき示す。

探触子の回転対称軸をＺ軸、探触子中心を原点とする円
筒座標系をとり、ｋ番、目の探触子素子の座標をＺ　＝
Ｚ　ｋｔ　ｒ　＝ｒよとし、円環状焦域の中心部の円環
の座標をＺ＝Ｚｐ、ｒ＝ｒＦとすると。

求めるべき駆動位相（ｐｋは次式によりダ、えられる。

ここで、λ０は照射用超音波の波長である。さらに、第
２図・第４図に示したような、探触子が一定の曲率半径
Ｒを有するときには、ｚｋ２−２ＲＺｋ＋ｒｋ２＝０　　　　・・・（２）が
成立つ。また、第３図に示したような、探触子が無限大
の曲率半径を有するときには。

Ｚｋ＝０　　　　　　　　・・・（３）が成立つ。この
ようにして求まるＣＰよを２π／２ｎを単位として量子
化した値の下ｎビットをｎビット・カウンタ８のロード
・データとすることにより、（Ｐｋで指定される位相に
より各素子が駆動される。

円環状焦域を形成するために必要な各素子の駆動位相を
決定するもうひとつの考え方は、円環の中心を焦点とす
るように駆動位相をダ、え、さらに、各円環状素子の駆
動極性を制御することにより円環状焦域を形成するもの
である。どのような駆動極性を与えるべきかを考えるに
は、音波の伝搬において時間軸を反転してみるのが便利
である。すなわち、半径ｒｙの円環状音源による音場Ａ
は、（ＪＯは０次ベッセル関数、θは方位角）と表わさ
れるから、距１ｍ　Ｚ　Ｆにある探触子面上の半径ｒｋ
の円周上では、およそるので、逆に、探触子からＺＦの距離のところに半径ｒ
Ｆの円環状焦域を形成するには、各素子に次の駆動位相
を与えればよい。０次ベッセル関数の第ｎ番目の零点を
α。とじ、とおくとき、１）ｒｋ＜ａｌｒｃ：のとき、１ｉ）ａ２ｎ−ｘｒｃ＜ｒｋ＜αｚｎｒｃのとき。

１ｉｉ）　αｚｎｒｃ＜ｒｋ＜ａｚｎ＋ｘ　ｒｃのとき
・と決定する。

次に、探触子について説明する。第２図（ａ）はその−
例の上面図、第２図（ｂ）はその部分断面図を示す。ま
た第３図（ａ）は別の例の上面図。

第３図（ｂ）はその部分断面図を示す。

いずれの場合も、音ＩＰ整合層・接地電極・ヒートシン
クを兼ねた軽金属基板２には、表と裏に、それぞれ、圧
電セラミックスなどより成る周波数１００ｋＨｚ〜１０
ＭＨｚの多重リング状の圧電素子１−１．１−２．・・
・、■−９および高分子材料などより成る第２音響整合
層３が接着されており、また、冷却用配管５ならびに照
射対象物体との間の音響カップリングのための水袋４が
取り付けられている。第２図（ａ）（ｂ）の例では、照
射目標領域を円環状焦域の半径・深さを変化させて走査
するに必要な振動子素子数をできる限り少なくするため
に、軽金属基板２として曲率を有するものを用い探触子
に有限の曲率Ｒを与えている。

このように、外側の素子の指向性極大の方位を内向きに
設定することにより、必要素子数を半分程度に減するこ
とができる。第４図は第２図（ａ）。

（ｂ）に示した探触子の焦域を示したものであり。

点線は多重リング状の圧ｍ素子１−１．１−２゜・・・
、１−９を全て同位相で駆動した場合の照射ビームを示
す。一方丈線は前述したような各素子の位相ψ□の制御
により、所定の深さに円環状焦域１９を形成した場合の
照射ビームを示す。同様の効果は、平面状の振動子と音
響レンズとを組合わせることによって得ることもできる
。第３図はその例であり、軽金属基板２としてフレネル
・レンズ状に加工したものを用いたものである。

これらの実施例は、照射用送波機構に加えて照射モニタ
用撮像機構を備えたものであり、以下。

これについて説明を加える。第１図、もしくは第２図、
第３図中６はＮ＆像用アレイ型送受信探触子であり、７
はそれをＺ軸のまわりに回転させる回転機構であって、
照射目標の位置ぎめに必要な複数の超音波エコー断層像
を得ることのできる構成となっている。探力虫子６のそ
れぞれの素子は、送受波アンプ１３を介して送波制御回
路１２と受信フォーカス回路１４に接続されている。得
られたエコー断層像は表示回路Ｉ５により表示器１６に
表示される。１７−１，１７−２は表示される断層像を
示し、それぞれ探触子の回軸対称軸を含むたがいに異な
る向きの対象物断層像である。これらの像は、回転対称
軸を示すＬＡ１８−１，１８−２及び主制御回路１０で
指定した照射目標位置を示す照射領域マーク１９−１．
１９−２．１９−３．１９−４と重畳して表示される。

このような撮像機構を具備することは、照射目標の位置
ぎめに必要なだけでなく、照射目標の運動を検出し、そ
れを照射機構に追随させたり、照射領域からの反射エコ
ー強度を計測することにより、照射領域の温度上昇によ
る音響インピーダンス変化を観測したり、照射領域にお
いて非線形音響効果によす発生する高調波を観測したり
、照射目標領域以外に生ずるいわゆる　゛ホットスポッ
ト′　をそこに発生する高調波により監視するなどの目
的に便利である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、様々な大きさ・
深さの照射対象領域を高速に走査しながら照射すること
のできる超音波照射装置を実現することができる。本発
明により実現される超音波照射装置は、２次元アレイに
より単フォーカスを走査する型の装置と比較すると、特
に、素子数が少なくてすみ、回路規模も小さくてすむの
で、コストを低く抑えることができる利点がある。従っ
て、本発明の各産業分野ならびに医療における効果はき
わめて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、照射モニタ用撮像機能を有する本発明の一実
施例の構成のブロック図、第２図（ａ）。（ｂ）は上記実施例に用いる超音波探触子の例の上面図
及び部分断面図、ｆｆｉ通図（ａ）、（ｂ）は上記実施
例に用いる他の探触子の例の上面図及び部分断面図、第
４図は、第２図の探触子とその円環状焦域との幾何学的
関係を示す断面図である。１−１．１−２．・・・、１−９・・・照射用圧電素子
、２・・・軽金属基板、３・・・音Ｗ整合層、４・・・
水袋、５・・・冷却用配管、６・・・撮像用探触子、７
・・・撮像用探触子回転機構、８−１　、８−２．　・＝、　８−！１１−ｎビット・
カウンタ、９−１．９−２．・・・、９−９・・・送波
用ドライバ、１０・・・主制御回路、１１・・・照射用
送波位相演算回路、１２・・・撮像用送波制御回路、１
３・・・送受波アンプ、１４・・・受波フォーカス回路
、１５・・・表示回路、１６・・・表示器、１７−１．
１７−２・・・超音波エコー断層像、１８−１．１８−
２・・・複数断層面の交線、１９−１．１９−２．１９−３．１９−４・・・照射領
域マーク。代理人　弁理士　小　川　Ｎ　醪第２０躬３図

Claims

【特許請求の範囲】１、同心円状アレイ型超音波振動子とそれを構成する各
素子を駆動する駆動回路と駆動信号の位相および振幅を
制御する制御回路とを具備する装置において、対象媒体
中に円環状の焦域を形成すべく、該位相を制御すること
を特徴とする超音波照射装置。２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、該円環
状焦域の振動子からの距離および直径を該位相制御によ
り可変とすることを特徴とする超音波照射装置。３、特許請求の範囲第２項記載の装置において、各素子
が、その指向特性の極大方位を、内向きの方位に有する
ことを特徴とする超音波照射装置。