TW201742649A

TW201742649A - 超音波照射裝置、超音波照射系統以及超音波照射方法

Info

Publication number: TW201742649A
Application number: TW106116766A
Authority: TW
Inventors: Yohachi Yamashita
Original assignee: Yohachi Yamashita; Kaikai Co Ltd
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2017-12-16
Also published as: KR20190009734A; KR102470451B1; US20190151192A1; CN107921281A; JPWO2017199779A1; WO2017199779A1; JP6931877B2; CN107921281B

Abstract

本發明是關於一種超音波照射裝置和超音波照射系統，使用結構簡單價格低廉的小型裝置，可以盡可能均勻地照射弱超音波能量(LIPUS)。本發明具有能夠產生超音波的超音波振子(20)、驅動超音波振子(20)的電源(16)以及控制部(17)。保持超音波振子(20)以及驅動部的殼體(12)上裝備有由超音波擴散材料構成的聲擴散層(24)，從超音波振子(20)發出的高強度超音波(19)在放射面被擴散，變成單位面積強度低的超音波(21)從而大面積照射。本發明設置有能夠容納哺乳動物或人、且盛有水的水槽(52)，並在水槽(52)的水面或水中的至少任一處設置有至少一個超音波照射裝置(10)，在水槽(52)的水面或水中連續且自動地照射具有至少兩種頻率和兩種脈衝重複頻率的多重超音波，再利用水槽和水面的反射，對哺乳動物或人的全身或部分實施低強度超音波刺激。

Description

超音波照射裝置、超音波照射系統以及超音波照射方法

本發明涉及超音波照射裝置與超音波照射系統以及超音波照射方法，能夠對人或哺乳動物的指定部位的骨頭，或者除頭部以外的全身骨頭給予超音波刺激，其目的是為了提高人和其他哺乳動物(這裡的哺乳動物是指人以外的馬、牛、狗、貓等)的身體機能。

2015年世界人口達到73億人，全世界65歲以上的高齡者人口達到6億人，比例為8.2%，其人數和比例每年都在上升。高齡者增加所引起的社會問題是，醫療和看護以及其他與福利相關費用的增加。因此低成本地維持和改善高齡者的健康已經成為社會的一大需求。

以往，健康照護是以西洋醫學的精密診斷為基礎，以投藥和患部手術為治療方法。但是，使用高端設備的診斷、檢查、手術、治療等是高成本的，在發展中國家不可能每個人都能得到滿意的治療。

另一方面，東洋醫學是以全身補氣，用針灸等進行全身治療為主要療法。但是，即使是東洋醫學也要依靠專家的特殊技術(針灸等)，還沒有廣泛的、在家裡就能夠簡單進行的低價的健康照護裝置和方法。因此，僅用現有的西洋醫學及東洋醫學的治療方法，很難實現用簡單的裝置低成本地在自家就能進行的健康照護裝置和健康照護系統。

此外，關於使用音波或超音波的治療和健康照護，至今已有很多報告。比如，專利文獻1中，巴西的聖保羅大學的杜阿爾特(Duarte)公開了用接觸式的超音波探頭對骨折部位進行低強度脈衝超音波(Low Intensity Pulse Ultrasound，以下稱LIPUS)刺激的方法。此方法報告了對骨折處LIPUS刺激，能夠促進骨折治療的方法。這裡超音波探頭所用的頻率是週期0.67μs的1.5MHz，脈衝重複頻率(Pulse Repetition Frequency，以下稱RPF)是1,000Hz(週期1ms)，超音波占空比(Duty Factor)是20%，空間時間平均聲強度(Intensity spatial average temporal average，以下稱Isata)是30～60mW/cm² 。占空比是指整體時間內實際發送超音波的時間比例，比如說發送200μs，停止800μs的占空比是20%。此報告說明，進行20分鐘/天，5～6次/週，3～10週的這種LIPUS刺激，能夠促進骨折治療。

專利文獻2公開的健康照護裝置，是將壓縮空氣和水從細噴嘴中噴出使水中產生強力的物理應力，利用此泡沫破裂的能量在水槽中對除頭部外的全身進行刺激的裝置。專利文獻3公開了利用機械振動和電磁輻射，提高美顏和瘦身等效果的波動美容裝置。專利文獻4公開了可以向浴缸內的人體放射超音波，進一步調變該超音波來改變聲強度，並且播放音樂來提高放鬆效果的超音波浴。專利文獻5公開了用接觸式超音波探頭，向患部等照射超音波來進行治療的裝置。其指明該裝置利用頻率0.1～10MHz，間隙重複脈衝的脈衝寬度1μs～500ms(頻率1MHz～2Hz)，PRF 1～100Hz，超音波強度10mW/cm² ～60W/cm² 進行刺激。此外，專利文獻6公開了使用接觸式超音波探頭對腹部等照射超音波，利用熱效果分解脂肪，實現減體重的裝置。

另外，專利文獻7公開了用超音波刺激治療關節炎的超音波裝置。專利文獻8公開了將超音波安裝在殼表面或馬桶座上，站著或坐著時，從腳跟以及臀部開始照射超音波，增加下肢骨密度的方法。專利文獻9公開了用同一個振動子產生三種不同的多種頻率，1MHz、2MHz和3MHz超音波的超音波治療裝置。專利文獻10公開了作為調整特定的神經細胞活動的超音波設備，用1MHz以下的多種低頻率超音波向對象部位照射50～450mW/cm² 的中強度脈衝超音波的裝置。

此外，非專利文獻1報告了用LIPUS照射膝蓋患部，能夠減輕變形性膝關節炎的疼痛和改善步行速度。該論文調查了140名變形性膝關節炎患者的LIPUS治療效果。報告指出，用此方法進行LIPUS治療的患者，對其膝蓋的疼痛，膝蓋的彎曲角度，20m步行速度的指標都有效果，而且試驗1年後效果還持續著。超音波裝置的用法是，用接觸式超音波探頭刺激患部膝蓋周圍。

非專利文獻2報告，用除去了卵巢的鼠進行LIPUS動物實驗，LIPUS照射後骨密度增加了，結果可期待用於預防骨質疏鬆症。

[先前技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：USP4530360號公報專利文獻2：日本特開2004-089474號公報專利文獻3：日本特開平9-276354號公報專利文獻4：日本特開平10-328056號公報專利文獻5：日本特開2002-613號公報專利文獻6：日本特表2007-520307號公報專利文獻7：日本特表2008-514338號公報專利文獻8：日本特開2015-36045號公報專利文獻9：USP5460595號公報專利文獻10：日本專利第5879402號公報 [非專利文獻]

非專利文獻1：Mao-Hsiung Huang, Rei-Cheng Yang, Chia-Lee, Tien-Wen Chen, Ming-Cheng Wang, Preliminary Results of Interrated Therapy for Patients With Knee Osteoarthritis, Arthritis & Rheumatism (Arthtis Care & Research) Vol.53, No.6 December 15, 2005, pp 812-820 非專利文獻2：Dohyung Lim, 等，Low-Intensity Ultrasound Stimulation Prevents Osteoporotic Bone Loss in Young Adult Ovariectomized Mice, J. Orthop. Res. 2011 Jan; 29(1):116-25. doi:10.1002/jor.21191.

[發明所要解決的課題] 上述背景技術的專利文獻1、3、5、6、7、9、10以及非專利文獻1、2所公開的方法存在下述問題：所使用的治療用超音波探頭是小型的，同時超音波能夠照射的面積只有約10cm² 。這些裝置只能對塗有超音波凝膠等的人或哺乳動物的體部進行部分刺激，很難對身體的大致全身或大範圍地進行均勻的LIPUS照射。

專利文獻2所公開的方法存在下述問題：用噴射氣泡的方法所產生的超音波的頻率限於100kHz以下。再者，其是用氣泡的噴射量來調整超音波強度，並沒有使用特殊裝置將超音波均勻地照射到水槽內。另外，這裝置為固定式，重達10kg以上，而且噪音很大，不適合在家庭簡便使用。

專利文獻4所公開的方法是用安裝在浴缸外面的超音波振動子對浴缸中的人體進行超音波刺激。所用的超音波信號，不僅用連續波，也用脈衝波的調變信號，對人體照射出不同強度的超音波。用這方法，如果水缸中的人不頻繁地變換被照射的部位，指向性強的超音波束就會集中照射在身體的某一部分而帶來危險，所以只能使用低強度超音波。另外，為了使浴缸整體振動，得到像能夠洗淨身體那樣的強度達數10kW的大功率超音波強度，有裝置變得大型化的問題。再者，所期待的超音波效果是洗淨身體，音樂僅僅起到放鬆的作用，並沒有提到有關用LIPUS提高身體機能的內容。

專利文獻8公開了將超音波振子安裝在殼表面或馬桶座上，站著或坐著時，從腳跟以及臀部開始照射超音波，增加骨密度的方法。但是，並沒有公開對身體的全部均勻地照射LIPUS的簡便方法。

專利文獻9闡述了用同一個振動子產生三種不同的多種頻率，1MHz、2MHz和3MHz的超音波治療裝置。但是，此裝置體積大，不適合家庭用。

專利文獻10公開了作為調整特定的神經細胞活動的超音波設備，用1MHz以下的多種低頻率超音波向對象部位照射50～450mW/cm² 以下的低強度脈衝超音波的裝置。這裝置是以刺激頭部的腦和心臟等特定的神經細胞為目的，裝置的體積大，不能在家庭簡便使用。

另外，這些裝置幾乎都使用100V到220V的交流電源作為電源，所以隨時會有因漏電而引起對人體的危險。因此，期待有能夠用安全性高的電池的低電壓驅動的超音波照射裝置。如果選用電池驅動照射裝置，就有必要最大限度地利用超音波振動子放射出的超音波能量。但是，超音波的直進的指向性強，所以當超音波強度高達例如數W/cm² 時，如果不頻繁地變換被照射的部位，就會對人和哺乳動物的身體帶來危險。超音波圖像診斷裝置，作為其安全規格，限定超音波強度的Isata在720mW/cm² 以下。

如上所述，超音波和LIPUS在健康照護領域的功效已經眾所周知。但是，迄今所知使用超音波治療儀器和LIPUS裝置的疾病治療裝置，用於150～1000公升的家庭用浴缸時存在著種種問題。比如，從浴缸的側面產生氣泡並對全身或身體的一部分進行按摩的裝置，其頻率不滿100kHz，還未有報告說明其對骨折治療和骨質疏鬆治療的骨細胞增殖有效。

另外，將超音波振子或超音波裝置固定在浴缸的側面或底部以及馬桶座等處使用時，無法使指向性強的超音波的聲強度均勻。為了改變超音波方向，在超音波醫用圖像診斷裝置應用機械掃描或電子的彎曲波束的波束成形等技術是眾所周知的。但是，它們的結構複雜而且高價，無法低成本地製造。

用於促進骨折治療的LIPUS裝置和可擕式超音波美容器的壓電振子的超音波照射面積在10cm² 以下，太小。因此要對總表面積10,000cm² 以上的成人或比較大型的哺乳動物的大致全身進行均勻的LIPUS照射的話，需要1000個以上的壓電振子，裝置變得大型化，製造成本高。

另外，作為家庭用浴缸，一般廣泛使用的輕量且隔熱好的纖維強化塑膠(Fiber Reinforced Plastic，以下稱FRP)為環氧樹脂中加入玻璃纖維或碳纖維的結構。這些FRP浴缸的聲阻抗Z因其纖維的填充量而不同，Z=3～6MRayls。因此，和媒介水的Z=1.46MRayls相差小，照射到FRP的超音波能量的80%以上會在FRP中被吸收、衰減而損失，存在著超音波能量照射到人體的效率不高的缺點。

如上所述，目前還沒有能用指向性強的強力超音波，對人或哺乳動物除頭部以外的大致全身或大範圍進行均勻的低強度超音波刺激，而且結構簡單，發展中國家的國民也能輕易購買，能夠低價製造的超音波照射裝置和使用該裝置的系統以及超音波照射方法。

本發明鑒於上述背景技術的問題點而作成，其目的在於，提供能夠用構造簡單的低價小型裝置，在家庭的浴缸或者比較小型的水池等的水槽內，對全身進行盡可能均勻的低強度超音波刺激的超音波照射裝置和系統以及超音波照射方法。

[解決課題的手段] 本發明包括能夠產生超音波的超音波振子、驅動所述超音波振子的驅動部，和保持所述超音波振子及所述驅動部的殼體。超音波照射裝置，在所述殼體上具有由超音波擴散材料構成的聲擴散層，將由所述超音波振子發出的高強度超音波(High Intensity Ultrasound, 以下稱HIUS＞1W/cm² )在放射面上擴散、散射而控制使其一部分通過，變換成每單位面積強度低的低強度超音波(Low Intensity Ultrasound，以下稱LIUS＜60mW/cm² )，控制使其盡可能均勻地照射出大面積的低強度超音波。特別是，將所述聲擴散層，安裝在所述聲匹配層內部、所述殼體內部以及所述殼體外部的至少一處以上。所述超音波振子，能夠對人或哺乳動物以至少兩種頻率和兩種PRF連續且自動地發出多重高強度超音波HIUS(數W/cm² )的聲束為佳。

所述超音波振子是壓電振子，利用厚度振動和擴張振動，共振頻率在0.3MHz以上，5MHz以下。壓電振子可以以鈦酸鋇(BT)類陶瓷、鋯鈦酸鉛(PZT)類陶瓷、鈮鎂酸鉛類單晶、非鉛類壓電材料以及有機壓電材料和CMUT(電容式超音波換能器)等製作。

所述聲擴散層的所述超音波擴散材料，由聲阻抗在40以上的金屬材料所構成。或者，所述超音波擴散材料，由含有90～99%以上氣泡及氣體的泡沫樹脂構成。尤其是超音波擴散材料由金屬製的多孔網構成時，其孔徑在所用的超音波的水中波長λ的λ～λ/10之間。另外，所述泡沫樹脂是泡沫聚苯乙烯或者泡沫聚氨基甲酸酯。

所述超音波振子，較佳是不用鉛的壓電材料。另外，將所述壓電振子與其電源的導線的取出位置為遠離所述殼體內的所述超音波振子的位置，在使用狀態時位於上部為佳。

所述殼體裡，配置有兩種頻率和兩種脈衝重複頻率中的至少其中之一的所述超音波振子，它們由所述驅動部連續且自動地產生多種超音波。

另外，也可以將包括有所述超音波振子的電源的所述驅動部，與包括有所述超音波振子以及所述聲擴散層的超音波振盪部分開，分開的所述超音波振盪部有防水功能，設計成能夠和所述驅動部電性連接，通過將分開的所述超音波振盪部和所述驅動部連接，使所述超音波振子作動。

並且，也可以設計成包括能漂浮於水面的保持體，將所述殼體擔載在所述保持體，能在水面下漂浮和搖晃。

另外，較佳具備至少兩種材料的所述聲匹配層，其厚度是所使用的超音波的水中波長λ的四分之一的倍數，其外形形狀的投影面積是所述超音波振子的120～200%。更佳為，所述聲匹配層的一部分是構成所述殼體的透明有機材料，其厚度是所述λ的四分之一的奇數倍。

該超音波照射裝置可以是多重超音波照射裝置，在一個裝置內配置具有至少兩種頻率和兩種PRF的超音波振子，所述各超音波振子的基本波頻率在0.3～5MHz範圍內，能夠將其系列性地自動且連續運行。另外，也可以在同一個所述壓電振子上裝貼多層所述聲匹配層，這時能產生多種共振頻率的所述超音波，能以一枚所述壓電振子產生至少兩種不同頻率的所述超音波。

在棱錐、圓錐或球狀的所述殼體側面設置至少兩個所述各超音波振子，其超音波放射面於60～200度的角度範圍內相交。並且，較佳為將所述壓電振子與其電源的導線的取出位置為遠離所述殼體內的所述超音波振子的位置，在使用狀態時位於上部。另外，也可以使用非鉛類壓電材料的超音波振子。

使用的所述超音波是脈衝波，其重複頻率(PRF)在1000Hz(1ms)～0.5Hz(2s)，占空比在10～60%。所述PRF為從1～3ms、20～40ms以及500～2000ms中選擇的至少兩種。並且，此超音波的脈衝波強度可以從運行中途到終了階段慢慢下降。此超音波照射裝置還可以產生可聽見的任意選擇的音樂。此超音波照射裝置是能夠由充電電池驅動，為具有防水功能的超音波照射裝置。另外壓電振子和電池中的其中至少一個，其電極連接端的任一端在殼體內的上方，也就是漂浮在水面時位於水面上方。另外，也可以是將包含電池部分和電路的振子部分，或是將電池、控制部的部分、振子和聲擴散層的部分分開，再用機械的和電性的方式連接起來的結構。

較佳在本發明的超音波照射裝置上設置產生20～2000Hz可聽音的音響裝置。使用者可以下載喜歡的音樂，超音波照射的同時聽音樂不僅能夠提高放鬆的效果，也能通過音樂的長短知道使用的時間。此外，將可擕式電子儀器簡單地安放在本裝置上，也能夠利用音樂、圖像以及保健資訊。另外，本超音波照射裝置與迄今所知的適度的肌肉訓練和投藥同時進行，能夠提高的使用效果。

另外本發明是一個超音波照射系統，具備所述超音波照射裝置、所述超音波照射系統設置有可容納人或哺乳動物且裝有水的水槽，以及設置在所述水槽的水面或者水中的至少任一處的所述超音波照射裝置，且能向所述水槽的水中照射所述超音波。

所述水槽的內壁表面的表面積的至少80%以上安裝有超音波反射率80%以上的超音波反射材料用以反射和擴散超音波。所述超音波反射材料是複合材料，在水槽的內面或外面由含氣體的有機泡沫材料構成，其密度是0.01～0.1g/cm³ 。此超音波反射材料由裝卸方便的薄片構成。此薄片可以是表面由耐水性材料，背面由含氣體的有機材料構成的複合材料。所述超音波反射材料的薄片也可以表面覆蓋鋁箔，此鋁箔是蒸塗膜，其表面有凹凸，背面是含有90～99體積%氣體的有機材料。進一步，所述超音波反射材料，也可以是用橡膠材料或PET膜等來取代金屬鋁的多層膜。所述超音波照射系統也可以同時配備向水中噴射直徑0.01～10mm空氣氣泡的氣泡產生裝置，搭配噴射到水中的空氣氣泡一起使用。

另外本發明是一種超音波照射方法，所述超音波照射裝置或者超音波振子的部分的至少其中之一放入水槽，使超音波振子浮在水中搖晃，從所述超音波照射裝置連續且自動地產生不同頻率和PRF的多重超音波，在所述水槽的內壁和水面反射所述超音波，對水中的人或者哺乳動物的全身實施低強度的所述多重超音波刺激。

超音波照射方法，將所述水槽中的水溫所定在37～42℃，從底部到液面的高度是0.3～1m，對位於水槽的人或哺乳動物的全身或者一部分給予超音波刺激。所述水槽可以是浴缸，對於所述浴缸中的人或哺乳動物按照被超音波刺激部分的體重，照射25～1000mW/kg的時間平均超音波強度(Isata)計量。進一步，藉由所述超音波照射裝置，10～60分鐘/天，2～7天/週，而且2～50週連續或者斷續地對處於所述水中的人或者哺乳動物進行所述超音波照射。進一步，可以由所述超音波照射裝置的音訊揚聲器，或者手機裡播放出訓練方法的指示。進一步，也可以由超音波照射裝置裡的揚聲器播放肌肉訓練的方法。

另外，以往的促進骨折治療用的低強度脈衝超音波和醫用超音波診斷裝置的強度，以探頭的超音波放射面測定聲強度，以Isata單位為mW/cm² 的數值來表示。通常促進骨折治療的LIPUS裝置的Isata是30mW/cm² ，利用溫熱效果的超音波治療儀則是1～3W/cm² 。但是，對全身照射超音波的時候，一般認為將總超音波功率按單位重量換算成mW/kg來描述更為恰當。這和投藥量是同樣的考量。

本發明的超音波照射系統的聲強度，按人或者哺乳動物被音波刺激部分的體重計算Isata是25mW/kg到1W/kg。這數值遠遠小於現有的骨折治療超音波裝置。這是因為要對除頭部的大致全身、大約10,000cm² 的大面積進行LIPUS刺激。但是，即使Isata降低，也瞬間地被照射100mW/cm² 以上的最大超音波強度Isptp (Intensity of spatial-peak temporal-peak) ，藉此可影響到各種生物體細胞的動作電位，從而顯示出有效的效果。

[發明的效果] 本發明的超音波照射裝置和系統是簡單構造的低價且安全的小型裝置。這裝置能夠在業務用和家庭用的浴缸等水槽內有效地均勻地照射超音波能量。而且根據本發明的超音波照射方法，能夠很容易地對身體的大致全身儘量均勻地照射由富有多樣性頻率和PRF構成的LIPUS。因此，從動物實驗等得知，迄今為止報導的作為泡澡和超音波刺激的效果，能夠預期促進血液循環、緩解疼痛、肌肉及關節痛、修復創傷、分解脂肪、減少體重、促進生髮、降低血壓、活化肌膚、恢復視力等效果。並且有治療和預防與骨頭有關的疾病，如骨折的治療促進、變形性膝關節炎、椎管狹窄症、骨質疏鬆症的效果。本裝置尤其對增進高齡者的健康、減壓放鬆、預防疾病、維持高齡運動員的運動能力、改善生活品質 (Quality of Life， QOL)等有效果。此外，本裝置對哺乳動物比如說競賽馬的骨折預防和治療，以及肌腱和肌肉的治療恢復有效。

另外，根據本發明的超音波照射系統及超音波照射方法，能夠對除頭部以外的大致全身，特別是對具有造血功能的背骨、大腿骨，有效地照射超音波。眾所周知，血液和淋巴液在疾病治療和預防方面很重要，而成人的血液和淋巴液主要由骨髓製造。根據本發明的超音波照射系統和超音波照射方法，很容易就能夠對全身的骨骼，特別是背骨的骨髓、大腿骨，進行LIPUS刺激，提高生物體的活性化和生命力。此外，也能夠治療和預防迄今已周知的骨頭相關疾病，如骨折的治療促進、變形性膝關節炎、椎管狹窄症、骨質疏鬆症。特別是能對60歲以上高齡者的運動能力維持、復健訓練、健康增進、疾病預防、毛髮增生、視力恢復、QOL改善、還有競賽馬的復健訓練等做出貢獻。

以下，基於附圖對本發明的實施形態進行說明。圖1示出本發明的第1實施形態，該實施形態的超音波照射裝置10顯示其基本構成，超音波照射裝置10具有防水結構的殼體12，其內部裝有基板14，基板14上面有包括電池等的電源16和控制電路等的控制部17組成的驅動部。在基板14上未圖示的端子用導線18連接於設置在基板14下面側的下方的超音波振子20(即壓電振子)的未圖示的端子。

超音波振子20，通過聲匹配層22和未圖示的保護膜，安裝在殼體12上，設計成能夠從殼體12的表面放射高強度超音波(HIUS)19。聲匹配層22的厚度是所使用的超音波的水中波長λ的四分之一的倍數，其外形形狀的投影面積是超音波振子20的120～200%的大小。超音波振子20和電源16(即電池)的導線18的取出位置，極佳為位在殼體12的上部。藉此，即使當因某種原因使殼體12內浸水時，可將電源16和控制部17的損傷抑制在最小限度，方便損傷部分的交換。聲匹配層22具備至少兩種材料，其厚度是所使用的超音波的水中波長λ的四分之一的倍數，其外形形狀的投影面積可以是超音波振子20的120～200%。

安裝有超音波振子20的殼體12的外側，設置著由超音波擴散材料構成的聲擴散層24。因為聲擴散層24與水的聲阻抗相差大，聲擴散層24的超音波散射擴散材料較佳用聲阻抗40以上的金屬網等金屬部品。藉由超音波擴散材料構成的聲擴散層24，高強度超音波19被控制成每單位面積強度相對弱的低強度超音波(LIPUS)21，從而廣泛擴散、廣範圍地照射。超音波擴散材料，由金屬制的多孔狀網構成，其孔徑為所使用的超音波的水中波長λ的λ～λ/10。另外，殼體12上部設置可固定的支持台28，可拆卸地保持作為音響儀器的智慧手機等可擕式電子儀器26。

超音波振子20是施加電壓就能振盪超音波的壓電元件，利用厚度振動和擴張振動。振盪的超音波的共振頻率在0.3MHz以上，5MHz以下。但是，超音波振子20不僅產生基本波的頻率分量，也產生其諧波，這些也可以被有效利用。超音波振子20的壓電元件，主要選用機電耦合係數大、可以低價買到的PZT類陶瓷振子。但是，因為PZT振子含有50%以上影響環境的氧化鉛，裝置損壞後必須回收，進行適當的處理。所以，最好用以鈮酸鹼鹽為主的非鉛類壓電材料。也可以在超音波振子20與照射方向相反的面，設置醫用圖像診斷裝置的探頭中經常採用的未圖示的聲背層。

本實施形態的超音波照射裝置10的使用方法為，如圖1所示以對人體h中想要照護的部位照射低強度超音波21的方式，將超音波擴散層24面對人體h的部位使用。進而，如後面所述，使其漂浮在浴缸裡，對除頭部以外的全身實施低強度超音波刺激。

超音波照射裝置10使用時可以適當設定超音波強度，可以如圖2(a)所示，隨著時間慢慢提高強度後，再緩慢地降低強度，也可以如圖2(b)所示，脈衝狀地進行振盪，緩慢地提高超音波強度，同樣地再緩慢地降低強度照射。進一步，超音波強度的變化也可以通過改變所使用的超音波脈衝的PRF來變化，並隨時間改變振幅。尤其是藉由如圖2(b)所示的方式改變振盪的超音波，頻率不變而只改變輸出功率的方式，具有利用晶體生長原理提高骨質生長的效果。

還有，為了控制本超音波照射裝置10發出的低強度超音波21的照射範圍，可以用醫療超音波診斷裝置的超音波探頭中所用的那種凹面或凸面聲透鏡等。超音波可以是連續波，但是較佳用間歇照射的脈衝波。脈衝波使用比如脈衝週期在0.001～2秒，占空比在10～60%的超音波。超音波的波形可以用正弦波、矩形波或三角波等各種波形的超音波。但是，較佳其重複頻率(PRF)接近心臟脈搏的0.5～2Hz，占空比在20～50%。較佳的PRF能夠組合使用從接近心率的1s的1Hz左右，到人或哺乳動物的神經系統傳播速度的500Hz左右(週期為數ms)。藉由使用多種PRF和占空比的這種方式，更能夠在短時間內活化多樣性的各種生物體細胞。

低強度超音波21的聲強度Isata，按被超音波照射部分的體重，可以在25mW/kg到1W/kg之間。如果25mW/kg以下，即使經過30週以上，給骨頭、皮膚有關的生長和修復帶來的效果也非常小。另外1W/kg以上的話，長時間的曝光不僅可能對人或哺乳動物帶來危害，裝置也因此而變得大型化。本超音波10的聲強度最好是100～300mW/kg。

超音波照射裝置10，也可以進一步設置能夠發出20～2000Hz的可聽音的揚聲器等音波裝置。這適合於播放音樂，可以通過播放喜歡的音樂得到放鬆或用於知曉使用時間的計時器的效果。另外，超音波照射裝置10上也可以具備時間累計器、運行點燈顯示、警報聲音、通訊功能、收音機、電視機及錄影機、使用者的安全確認、示警等功能。

其次，用圖3來說明本發明的第2實施形態的超音波照射裝置30。這裡，與上述實施形態相同的部件標注同樣的符號，並省略其說明。本實施形態的超音波照射裝置30與圖1所示的構成相同，只是聲擴散層的超音波擴散材料不同。

本實施形態的超音波照射裝置30的聲擴散層32，由包含空氣等氣體及氣泡90～99體積%以上，並具有泡沫34的泡沫樹脂材料組成，直接接觸人體照射低強度超音波21。泡沫樹脂最好是聚苯乙烯或者聚氨基甲酸酯。關於此處使用的超音波擴散材料，設定含氣體90體積%以上的理由是，如果90體積%以下，超音波擴散材料的密度增加，很難有效地散射高強度超音波19。此外，如果99體積%以上，超音波擴散材料的機械性強度低下，缺乏可操作性。超音波擴散材料可以使用含氣體95～98體積%的聚苯乙烯。

由超音波振子20振盪的高強度超音波19被包含空氣的泡沫34亂反射，變成相對強度降低了的低強度超音波21，照射方向也被廣範圍地擴散後，照射到人體h。人體h和超音波照射裝置30之間，為了提高接觸性，也可以塗用通常廣泛使用於超音波診斷儀探頭等的超音波凝膠。

接下來，用圖4來說明本發明的第3實施形態的超音波照射裝置40。圖4所示實施形態的超音波照射裝置40，包括具有兩種不同頻率的各兩個超音波振子41、42，還安裝有播放可聽音的音樂的揚聲器44。在本裝置的殼體46的外側面設置有聲擴散層48，保持由超音波擴散材料構成的超音波擴散部件49。保持超音波擴散部件49的聲擴散層48，由含90%以上空氣或其他氣體的各種泡沫樹脂材料構成，其內部設置有分別對應於超音波振子41和42的兩對超音波擴散部件49。兩對超音波部件49設定成彼此面向不同的適當的方向。聲擴散層48也可以是金屬網等金屬部件。

藉由改變聲擴散層48的材質、形狀、氣孔數量和位置，能夠控制並散射、擴散指向性強的高強度超音波19，可以廣範圍地向人或哺乳動物照射減弱後的低強度超音波21。進一步，也能夠通過分別改變超音波擴散部件49的方向和位置，擴散指向性強的高強度超音波19，從而能夠廣範圍地對人或哺乳動物進行音波刺激的部分整體賦予低強度超音波刺激。另外，可以藉由未圖示的驅動部連續且自動地使兩個超音波振子41和42產生兩種頻率的超音波。或者，也可以由一枚壓電振子產生至少兩種不同頻率的超音波。

接下來，用圖5來說明本發明的第4實施形態的超音波照射裝置和超音波照射系統40。在此，與上述實施形態相同的部件標注同樣的符號，並省略其說明。圖5(a)、(b)和(c)顯示，在浴缸等水槽52中漂浮或固定上述第1實施形態的超音波照射裝置10，對人體h進行全身超音波刺激。

漂浮的超音波照射裝置10，較佳調整使超音波照射裝置10偏離平衡重心，讓超音波振子11的超音波放射面相對水面傾斜3～30°。並且，為了控制由超音波照射裝置10照射的低強度超音波21的照射範圍，也可使用前述醫療超音波診斷裝置的超音波探頭上所用的聲透鏡等。

超音波也可以是連續波，不過較佳使用間歇照射的脈衝波。脈衝波使用比如週期0.001～2秒，占空比 5～60%的超音波。超音波的波形，可以用正弦波、矩形波或三角波等各種波形的超音波。較佳重複頻率(PRF)接近心臟脈搏的0.5～2Hz，占空比在20～50%。更佳為，PRF能夠組合使用從接近心率週期的1s的1Hz左右，到人體的神經系統的傳播速度的數ms的週期的500Hz左右，以及生物體細胞的實際動作電位的20～40ms(50～25Hz)的頻率。

低強度超音波21的聲強度Isata，按被超音波照射部分的體重，可以在25mW/kg到1W/kg之間。如果25mW/kg以下，即使經過30週以上，對骨頭、皮膚有關的生長和修復帶來的效果也非常小。另外1W/kg以上的話，長時間的曝光不僅可能對人體有害，裝置也因而變得大型化。本超音波照射裝置10的聲強度較佳是100～300mW/kg。

超音波照射裝置10，也可以進一步設置能夠發出20～2000Hz的可聽音的音波裝置。這適合於播放音樂，可以通過播放喜歡的音樂來得到放鬆和用於知曉使用時間的計時器的效果。另外，超音波照射裝置10上也可以具備時間累計器、運行點燈顯示、警報聲音、通訊功能、收音機、電視機或錄影機、使用者的安全確認、示警等功能。

本實施形態的照射系統50的使用方法是，如圖5所示，將超音波照射裝置10漂浮在浴缸等水槽52的水54上或停留在水中，從超音波振子20向水54照射高強度超音波19，有效利用水槽52的底面和側面的超音波亂反射，同時儘量向人體h均勻地照射低強度超音波21。

可以在水槽52的內面的側面以及底面的80%以上的面積，安裝密度0.1～0.01的含有氣體的超音波反射材料56。超音波反射材料56是由含有氣體90～99體積%的泡沫樹脂構成。使用這樣的超音波反射材料56，能夠有效反射90%以上的低強度超音波21，從而有效地照射到人體h。

本實施形態是對在水槽52中的人體h給予低強度超音波刺激，水槽52的底面到水54水面的高度是30cm～1.0m。如果水面高度為30cm以下，即使是矮個的高齡者也無法使人體h的全身浸入水中，如果1.0m以上，高齡者有溺水的危險。最合適的深度是，高齡者以坐姿也能輕鬆呼吸的35～50cm。所使用的超音波的頻率可選在0.3～5MHz，但是向位於人體表皮下10cm以上的深部的骨頭發送超音波能量時，合適的頻率在0.3～2MHz，如果對表皮下3cm以內的骨頭、肌肉或關節刺激時，合適的頻率在2～5MHz。更佳將這些頻率組合起來系列性地使用，才可能對全身不同部位的各種骨頭同時進行刺激。另外，如果所使用的超音波振子的頻率在5MHz以上時，在含空氣多的水中或皮膚、脂肪、肌肉中的衰減增大，難以得到必要的超音波強度。水槽52的側面只要由聲阻抗3MRayls以上，50MRayls以下的材料構成即可，可以使用FRP樹脂、水泥、大理石、瑪瑙、翡翠、水晶、玻璃、金屬等。尤其如果使用公認的能量石，如瑪瑙、翡翠、水晶等，還能得到心理效果。還有，用於哺乳動物時，根據動物的大小，可以變更水槽52的尺寸。

這裡，可以對位於水中的人體h，除頭部外的任何部位照射音波，尤其較佳為對下肢和背部照射。這是因為大腿骨和背骨中有大量的骨髓，造血作用大。

使用超音波照射裝置10產生超音波的頻度為，例如10～60分鐘/天，2～7次/週，連續進行2～50週。如果進行10分鐘以下的短時間，健康照護等的超音波照射效果就小，如果在一個水槽52裡照射60分鐘以上，效果沒有顯著變化，反而會有感到疲勞的弊病。照射頻度2～7次/週，更佳是3～5次/週。另外，雖然照射期間20週左右就會有效果，較佳是30週以上的長期使用。另外，水槽52的水溫設在比體溫高2～5℃的37℃～42℃有利於促進發汗作用和促進血液循環，如果低於體溫就得不到所述效果，如果高於42℃，尤其是高齡者浸泡20分鐘以上會產生較大疲勞。最合適的溫度是39℃到41℃，設定在這溫度範圍能夠促進骨頭形成。對哺乳動物也可以用同樣條件。

漂浮在水上的超音波照射裝置10，因水槽52的液面晃動而前後左右移動、搖晃而改變傾斜度，使得超音波振子20的位置和角度不停地變化，再加上聲擴散層24的效果，對人體h或哺乳動物無偏差地照射低強度超音波21。

根據本實施形態的超音波照射裝置10和超音波照射系統50以及超音波照射方法，用簡單結構的超音波照射裝置10，自由地改變低強度超音波21的放射方向，均勻地給予除頭部外的人體h超音波刺激。並且，利用從水槽52的底面和側面的超音波的亂反射，能夠對水槽中人體h均勻地給予低強度超音波刺激。另外，本超音波照射裝置10是可移動式的，也能在浴缸以外的大型水槽中使用，增加超音波照射裝置10的數量，或將超音波照射裝置10臨時固定安裝在水槽52上，也能得到同樣效果。用這些裝置，可對眾多患者同時實施均勻的低強度超音波刺激。進一步，超音波照射裝置10可以製成小型的，其重量0.2～2kg，高齡者也容易將其移動。

另外，裝置不使用時，能從水槽裡取出且方便充電和清理，容易一直保持清潔。因此，不僅容易批量生產，其修理和回收的維持管理成本也低，所以可以大幅度降低生產成本。並且，對哺乳動物也能得到同樣的效果。

此外，超音波照射裝置10和超音波照射系統50及方法，不問男女，幾乎所有年齡都可使用，尤其是對60歲以上高齡者的變形性膝關節炎和骨質疏鬆症的治療和預防有很大幫助。

本實施形態的超音波照射系統50以及超音波照射方法，如圖4所示，也可以使用設置有兩個以上超音波振子41和42的超音波照射裝置40。通過使用超音波照射裝置40，以1台超音波照射裝置也能夠向不同的兩個以上方向廣範圍地照射低強度超音波21，在水槽52內均勻地照射低強度超音波21，就可以減少所需超音波照射裝置的數量。另外，多個超音波振子41和42也可以交替改變頻率、PRF、占空比和聲強度，按需要設定。

接下來，用圖6來說明本發明的第5實施形態的超音波照射裝置和超音波照射系統60。在此，與上述實施形態相同的部件標注同樣的符號，並省略其說明。本實施形態的超音波照射系統60中，超音波照射裝置40漂浮在浴缸等水槽52的水面，而在水中，超音波照射裝置10，可以裝卸自如地安裝在水槽52的內壁。超音波照射裝置可適當使用和前述第1至第3實施形態的超音波照射裝置10、30、40同樣的裝置。

本實施形態中使用的超音波照射裝置10、30、40中，由各超音波振子20通過聲匹配層和保護層(未圖示)而照射出的高強度超音波19，被設置在照射方向的前方且由超音波擴散材料構成的聲擴散層24、32、48衰減和擴散後照射。被衰減和擴散的低強度超音波21，在水槽52的內壁、外壁的界面以及水面反復反射，最終均勻地照射到人體h。低強度超音波21，通過人體內部的軟組織如皮膚、脂肪、肌肉，大部分到達硬組織如骨頭，在骨頭內部衰減轉變成熱能。由此，給予骨頭刺激，使骨頭溫度上升，對增加成骨細胞有貢獻。也可以藉由播放可聽音的音樂等的揚聲器44一邊接受必要運動等的動作指示一邊使用，有多種使用方法。

根據本實施形態的超音波照射系統60以及超音波照射方法，可以適當選擇多台的多種超音波照射裝置10、30、40，自由地改變低強度超音波21的放射方向，同時均勻地對除頭部外的人體h給予超音波刺激。並且，利用從水槽52的底面和側面的超音波的亂反射，能夠對水槽裡的人體h均勻地給予超音波刺激。

另外，本超音波照射裝置10、30、40是可移動式的，也可以在浴缸以外的大型水槽裡使用，也可以藉由播放可聽音的音樂等的揚聲器44一邊接受必要運動等的動作指示一邊使用，有多種使用方法。並且，增加數量，或將超音波照射裝置10等臨時固定在水槽52或安裝在水槽壁上，也能得到同樣效果。用這些裝置，可對眾多患者同時進行更均勻的低強度超音波全身刺激。並且，超音波照射裝置10、30、40可以製成小型的，其重量0.2～2kg，高齡者也容易將其移動，不使用時從水槽裡取出，方便充電和一直保持清潔。因此，不僅容易批量生產，其修理和回收的維持管理成本也低，所以可以大幅度降低生產成本。

各超音波照射裝置10、30、40，可以可移動地漂浮在水面上，或者也可以被臨時固定。另外，聲擴散層24、32、48的超音波擴散材料與水的聲阻抗相差大，可使用金屬或空氣，或者含有空氣等氣體90%以上的泡沫樹脂。另外，用於水槽52內壁的超音波反射材料56較佳是與水的聲阻抗相差大的金屬或含有空氣等氣體90%以上的泡沫樹脂，也可以在常用的浴缸材料FRP的背面安裝泡沫材料。另外，用於哺乳動物時，所有這些結構和條件也相同。

接下來，用圖7和圖8來說明本發明的第6實施形態的超音波照射裝置和超音波照射系統62。在此，與上述實施形態相同的部件標注同樣的符號，並省略其說明。本實施形態的超音波照射系統62，是將具有超音波照射裝置64的壓電振子和聲擴散層的超音波振盪部65安裝在漂浮物66上，漂浮在浴缸等水槽52的水面。超音波振盪部65通過固定件67固定在可以漂浮的保持體，也就是漂浮物66上。裝有壓電振子的超音波振盪部65，通過連接線68與固定在浴室70的內壁72上的驅動部74連接。驅動部74內設置有電池電源和控制部分，能對超音波振盪部65供電和驅動控制。藉此，可以提高電源16和控制部分17的防水性以及電源16等的尺寸設計的自由度，使本裝置更容易使用。

超音波照射裝置64的超音波振盪部65，如圖8(a)所示，一個漂浮物66上可以固定多個超音波振盪部65，多個超音波振盪部65可以有不同的超音波照射方向，也可以有不同的超音波的頻率和PRF。藉此，能夠更有效的向廣範圍照射有效的超音波。另外，也可以如圖8(b)所示，1個漂浮物66上固定一個超音波振盪部65，起振部65上設置有把手76。藉由設置把手76，操作性變好。還有，也可以利用設置把手76和未圖示的蓋子將內部產生的熱量有效地發散出去。藉此，即使裝置內部出現過熱也能有效地放熱並冷卻，維持內部的電子產品處於良好狀態。

接下來，用圖9來說明本發明的第7實施形態的超音波照射裝置64和超音波照射系統76用於哺乳動物如馬H的例子。在此，與上述實施形態相同的部件標注同樣的符號，並省略其說明。本實施形態的超音波系統62，是將包括有超音波照射裝置64的壓電振子和聲擴散層的超音波振盪部65安裝在漂浮物上，漂浮在能夠容納馬H的水池等的水槽52的水面。超音波振盪部65也可以置於水裡。具有壓電振子和聲擴散層的超音波振盪部65，用連接線68連接位於水槽52外的驅動部74。驅動部74內設有電源和控制部，能對超音波振盪部65供電和驅動控制。藉此，可以提高電源和控制部的防水性，以及電源等的尺寸設計的自由度，使本裝置更容易使用。

本實施形態的超音波照射系統76因適用於哺乳動物比如說競賽馬，對競賽馬的骨折治療和預防，以及肌腱和肌肉的治療和預防有效。

本發明的超音波照射裝置和超音波照射系統以及超音波照射方法，並不限於上述實施形態，可以適當更改。例如，超音波照射裝置，可以設在有防水功能的筒狀樹脂殼體裡，殼體內的壓電振子和電池的導線的取出位置較佳安裝在殼體內的上部。由此，當某種原因使殼體內浸水時，可防止電源電池或控制部的短路，將損傷抑制在最小限度，同時方便損傷部分的交換。並且，也可以在殼體下部安裝漏水感測器，短路時藉由燈光閃爍向使用者通知異常。

另外，超音波照射裝置的各超音波振子，可以在棱錐、圓錐或球狀的殼體側面設置至少兩個，使各超音波振子的超音波放射面配置成在60～200度的角度範圍相交並散射。藉此，可廣範圍高效地照射到使用者的身體表面。

超音波照射裝置除漂浮在水面以外，也可以臨時移動或固定使其以沉在水中任意的深度的狀態產生超音波。可自由選擇超音波照射裝置的殼體的結構和材料，只要能確實地保持超音波振子、可搬運即可。也可以改變所用的水槽的尺寸和形狀，根據水槽的尺寸和形狀適當調整超音波照射裝置的超音波振子的數量和放入水槽裡的個數，達到合適人體的超音波強度。此外，用於哺乳動物時，所有這些結構和條件相同。

另外，超音波照射裝置的使用方法，也可以不用水槽，可以使用目前常用的超音波傳播用的凝膠直接接觸人體，當作迄今所知的美容器或超音波治療器使用，或作為按摩器使用。

另外，本發明的聲擴散層，除了泡沫樹脂或開孔結構的金屬板或網，用螺旋槳或風車等形狀、傘狀形、開有縫隙孔的金屬，也同樣能夠得到廣範圍擴散和散射超音波束的效果。

本發明是物理療法的其中之一，放在迄今所知利用微泡或氣泡的超音波浴缸使用，或配合進行電刺激的浴缸內使用，也可以得到其效果。另外，也可以和復健訓練中的肌肉訓練一起進行。並且，也可以和利用整形外科中廣泛實施的投藥治療的骨質疏鬆症的治療、高分子透明質酸或血漿的關節注射同時進行。

本發明的聲匹配層的一部分可以是構成殼體的透明有機物，因為這樣就很容易在殼體內部顯示對於使用者的注意事項。透明的矽橡膠、聚氨酯橡膠、PET樹脂或聚碳酸酯樹脂尤其適合本用途，也可以通過大號字體的文字或記號為高齡者表示使用方法和注意事項。另外，可將使用者喜歡的家人照片、文章或設計放在透明殼體內，以提高繼續使用超音波刺激裝置的積極性。

超音波擴散層可具有植物或動物的形狀，其中一部分可以設計成在超音波振子產生超音波期間由LED等發光。並且，也可以從超音波照射裝置上安裝的可聽音的揚聲器或可擕式電子儀器發出訓練方法或身體狀況的確認信號等。另外本裝置、方法和系統，也可用於和人具有同樣骨骼構造的狗、貓、牛、猿猴、馬等哺乳動物，尤其是能用於競賽馬的肌腱、肌肉和骨頭的治療以及損傷預防。

[實施例1] 接下來，以下對本發明的超音波照射裝置和超音波照射系統及超音波照射方法進行說明。首先，作為第1實施例，說明將本發明的超音波照射系統和超音波照射方法用於64歲、除頭部外體重54kg的患有中度變形性膝關節炎的男性患者的例子。

患者是業餘的高齡足球運動員，因為有約45年的比賽經歷，給膝蓋帶來很大負擔，患有右膝蓋半月板損傷。圖9顯示該患者2014年1月雙膝的X光照片。特別是右膝的半月板由於磨損而變小，伴有劇痛。64.0歲時，此患者由於膝蓋疼痛，50m跑的速度是16秒。

另外，用腳背踢足球的飛行距離的5次平均值，右腳是25m，左腳是12m。膝蓋伸張肌力量絕對值(Nm)在試驗前是125Nm。

治療是在家庭用的不銹鋼浴缸裡，用三台圖1和圖3所示的超音波照射裝置10、30，20分鐘/次，4～5次/週的音波照射，連續了100週。三台超音波照射裝置10、30的頻率為三種：0.33MHz、0.8MHz、1.5MHz。具有0.33MHz和0.8MHz的兩個超音波照射裝置30使用直徑25mm(面積5cm² )的PZT類超音波壓電振子，Isata為1,200mW/cm² 。1.5MHz的超音波照射裝置10使用直徑25mm(面積5 cm² )的PZT類超音波壓電振子，Isata為1,000mW/cm² 。PZT壓電振子都用富士陶瓷公司的C-203硬性PZT材料。

週期3.3µs的0.33MHz的超音波照射裝置30，PRF為500Hz，占空比是40%。這些按照體重是111mW/kg。聲擴散層32是厚度2mm，中央部開有兩個孔徑1mm(水中波長λ的22%)的孔的傘形泡沫聚苯乙烯板。此泡沫聚苯乙烯板設置在厚度2cm的矽橡膠的中央部，在水槽裡測得的超音波最大強度是30mW/cm² 。使用該聲擴散層32，與沒有安裝時相比，超音波強度的最大值降到了約2.5%，超音波束被廣面積地擴散了。

週期2µs的0.5MHz的超音波照射裝置30，PRF為1Hz，占空比開始時是50%，結束時是25%，階段性地改變其強度。這些按照體重計算是111mW/kg到56mW/kg。聲擴散層32是厚度2mm，中央部孔直徑0.2～2mm的含有空氣的矽樹脂板。這含氣泡樹脂板設置在厚度2cm的矽橡膠中央部，在水槽裡測得的超音波最大強度是70mW/cm² 。使用該聲擴散層32，與沒有安裝時相比，超音波強度的最大值降到了約6%，超音波束被廣面積地擴散了。

週期0.67µs的1.5MHz的超音波照射裝置10，PRF為1ms(1000Hz)，占空比是20%。使用該1.5MHz超音波振子的超音波照射裝置上，利用了4層疊加的不銹鋼網，其孔徑0.5mm(水中波長λ的50%)。使用該聲擴散層，與沒有安裝時相比，從超音波振子20放射的超音波強度的最大值降到了約10%的100mW/cm² ，超音波束被廣面積地擴散了。這些按照體重計算是93mW/kg。

另外，同時使用了患者喜愛的可聽音音樂。這期間，沒有進行其他的膝蓋治療方法，如向關節內注射高分子透明質酸，內服硫酸軟骨素等藥。50週後體力測試的結果，患者50m跑速度是11秒，並且用腳背踢足球的飛行距離的5次平均值，右腳是33m，左腳是20m，運動能力大幅提高。還有，這運動能力持續到1年後。膝蓋伸張肌力量絕對值在1年後是144Nm，提高了約15%。

此外，試驗約1年後，親朋好友也能夠看得出頭髮增加。雖然至今為止的報告指出，頭髮增加是因為對頭部進行超音波刺激，但即使是對全身進行音波以及LIPUS刺激，也會出現該效果。並且，被試驗者的兩眼裸眼平均視力從實驗開始時的0.55提高到了結束後的0.9。同樣，雖然至今的報告指出的是用超音波刺激照射眼睛周圍的肌肉可以恢復視力，但是對全身進行低強度超音波刺激也能得到同樣的效果。

如圖9所示，從該患者在進行聲刺激治療前的2014年1月拍攝的無負重平躺時的右膝蓋正面X光照片中可以看到，右膝內側關節間隙幾乎消失，被確認是軟骨下骨硬化。所以步行困難，產生膝蓋疼痛。

對於這些，用本發明的超音波照射裝置的超音波照射系統和超音波照射方法，進行2年治療後的結果，如圖10所示，2017年2月拍攝的無負重平躺時的X光照片中可以看到，膝蓋的狀態改善了。膝蓋的狀態如圖10所示，能確認內側關節間隙擴大了。另外從單腳站立負重時的X光照片也確認了比治療前無負重平躺時的X光照片中的關節間隙擴大了一點。關於左膝蓋，治療前後都沒有認為有變形性膝關節炎，關節間隙維持良好。

[實施例2] 其次，以下對本發明的超音波照射裝置和超音波照射系統及超音波照射方法的第2實施例進行說明。作為第2實施例，說明將本發明用於67.0歲、除頭部外體重50kg、患有因椎間盤突出引起的坐骨神經痛引起的右臀部和右脛骨外側痛的男性患者的例子。

該患者是業餘足球運動員，65歲以後由於腰疼，步行和跑步都有困難。66.0歲時，患者走路10分鐘的程度臀部等就會感到不適，脛骨右側產生疼痛，只能休息後再行走。

治療是在家庭用的FPR浴缸裡用兩個前述的0.33MHz和1.5MHz的超音波照射裝置，連續25週進行10分鐘/次，4～5次/週的超音波照射。雖然8週後開始進行1～2次/週的慢跑，起初右腿脛骨下有發麻感覺。這期間，除通常定期進行的肌肉訓練外沒有其他訓練。第9週開始1次/週的球類訓練，第12週開始2次/週的包括參加比賽和訓練。26週後，雖然後右臀部還有異樣感、右腳底仍會發麻，但是運動能力大幅度地提高了。另外，1年之後腰疼也沒有再發。

[實施例3] 接下來，作為本發明的超音波照射裝置和超音波照射系統及超音波照射方法的第3實施例，顯示將本發明用於67.0歲、除頭部外體重36kg的患有中度腰痛的女性患者的例子。患者是主婦高齡體操運動員，65歲後因腰疼步行和體操都有困難。66.0歲時，該患者因腰痛，步行速度100m/分鐘。另外，兩手平均握力計值是22kg。治療是如圖5所示的概要圖那樣，將密度0.1g/cm³ ，厚度0.6cm的泡沫聚氨酯裝貼在家庭用FRP浴缸的底部和周側面，用超音波照射系統50連續40週的10分鐘/次，4～5次/週的超音波照射治療。

超音波振子使用直徑為20mm(面積3.1cm² )，頻率為4MHz，Isata為300mW/cm² 的鈮酸鉀鈉類非鉛超音波壓電振子。超音波照射裝置40，週期為0.25µs，PRF為1000Hz，占空比為10%，進行26mW/kg的超音波照射。

超音波擴散層如圖3所示，利用在其內分散有1～3mm的密度為0.02g/cm³ 的聚苯乙烯泡沫樹脂的矽橡膠。利用該超音波擴散層，將超音波振子的超音波束的最大強度降低到20%，廣面積地擴散了超音波束。在這期間，除了通常定期進行的體操肌肉訓練外沒有進行其他訓練。40週後的體力測試，該患者的步行速度為120m/分鐘，並且握力計的兩手平均值為26kg，可以認為運動能力提高了。

根據實施例1～3所示的結果可知，本發明的超音波照射裝置和超音波照射方法，選擇超音波的共振頻率在0.3MHz以上5MHz以下、並且聲強度Isata為25mW/kg到1000mW/kg的範圍的條件，對水槽中的人的大致全身照射25週以上，能夠大幅度地提高高齡者的運動能力。

10、30、40、64‧‧‧超音波照射裝置 12、46‧‧‧殼體 14‧‧‧基板 16‧‧‧電源 17‧‧‧控制部 18‧‧‧導線 19‧‧‧高強度超音波(HIUS) 20、41、42‧‧‧超音波振子 21‧‧‧低強度超音波(LIPUS) 22‧‧‧聲匹配層 24、32、48‧‧‧聲擴散層 26‧‧‧可擕式電子儀器 28‧‧‧支持台 34‧‧‧泡沫 44‧‧‧揚聲器 49‧‧‧超音波擴散部件 50、60、62、76‧‧‧超音波照射系統 52‧‧‧水槽 56‧‧‧超音波反射材料 65‧‧‧超音波振盪部 66‧‧‧漂浮物 67‧‧‧固定部 68‧‧‧連接線 70‧‧‧浴室 72‧‧‧內壁 74‧‧‧驅動部 76‧‧‧把手 h‧‧‧人體 H‧‧‧馬

圖1為本發明的第1實施形態的超音波照射裝置的概略圖。圖2為顯示超音波強度的時間依賴性的圖(a)，以及頻率不變時，為改變超音波強度而改變輸出功率的圖。圖3為本發明的第2實施形態的超音波照射裝置的概略圖，其中安裝有兩種不同頻率的各兩個超音波振子。圖4為本發明的第3實施形態的超音波照射系統的概略圖。圖5為本發明的第4實施形態的超音波照射系統的概略圖。圖6為本發明的第5實施形態的超音波照射系統的概略圖。圖7為本發明的第6實施形態的超音波照射系統的概略圖。圖8為本發明的第6實施形態的超音波振盪部的一個例子(a)和另外的例子(b)的概略圖。圖9為本發明的第7實施形態的超音波照射系統的概略圖。圖10為變形性膝關節炎患者2017年1月7日的膝蓋X光照片，顯示右膝蓋的半月板磨損。圖11為施行本發明的超音波照射裝置的聲刺激2年後，圖10患者2017年2月25日的膝蓋X光照片，右膝蓋的半月板修復了。

10‧‧‧超音波照射裝置

12‧‧‧殼體

14‧‧‧基板

16‧‧‧電源

17‧‧‧控制部

18‧‧‧導線

19‧‧‧高強度超音波(HIUS)

20‧‧‧超音波振子

21‧‧‧低強度超音波(LIPUS)

22‧‧‧聲匹配層

24‧‧‧聲擴散層

26‧‧‧可擕式電子儀器

28‧‧‧支持台

h‧‧‧人體

Claims

一種超音波照射裝置，具備：能夠產生超音波的超音波振子；驅動所述超音波振子的驅動部；安裝所述超音波振子以及所述驅動部的殼體；在所述超音波振子與所述殼體之間設置的聲匹配層；以及由超音波擴散材料構成的聲擴散層，將所述超音波振子發射出的高強度超音波擴散的同時，將其變成單位面積強度低的低強度超音波，並大面積照射；其中，在所述聲匹配層內部、所述殼體內部、以及所述殼體外部的至少其中一處具備所述聲擴散層。
如申請專利範圍第1項所述的超音波照射裝置，所述超音波振子為壓電振子，所述聲擴散層的超音波擴散材料是聲阻抗40以上的金屬材料，藉由具有多孔的網所構成，網孔徑為所使用的超音波的水中波長λ的λ～λ/10之間。
如申請專利範圍第1項所述的超音波照射裝置，所述超音波振子為壓電振子，所述聲擴散層的超音波擴散材料是由含有90～99體積%的氣泡或氣體的泡沫樹脂構成。
如申請專利範圍第2或3項所述的超音波照射裝置，所述超音波振子使用無鉛的壓電材料。
如申請專利範圍第4項所述的超音波照射裝置，所述壓電振子與其電源的導線的取出位置，為遠離所述殼體內的所述超音波振子的位置，在使用狀態時位於上部。
如申請專利範圍第1項所述的超音波照射裝置，所述殼體內配置有所述超音波振子，所述超音波振子具有兩種頻率和兩種脈衝重複頻率中的至少任一項，能夠由所述驅動部連續並且自動地產生多種超音波。
如申請專利範圍第1項所述的超音波照射裝置，將包括有所述超音波振子的電源的所述驅動部，與包括有所述超音波振子和所述聲擴散層的超音波振盪部分開，分開後的所述超音波振盪部有防水功能且設計成可以和所述驅動部電性連接，將所述超音波振盪部擔載在可以漂浮在水面的保持體上，將分開的所述超音波振盪部和所述驅動部連接後，所述超音波振盪部在水面下能夠漂浮和搖晃。
如申請專利範圍第1項所述的超音波照射裝置，具備至少兩種材料的所述聲匹配層，其厚度是所使用的超音波的水中波長λ的四分之一的倍數，其外形形狀的投影面積應是所述超音波振子的120～200%。
如申請專利範圍第1項所述的超音波照射裝置，所述聲匹配層的一部分是構成所述殼體的透明有機材料，其厚度為前述λ的四分之一的倍數。
如申請專利範圍第1項所述的超音波照射裝置，所述各種超音波振子的基本波頻率在0.3MHz～5MHz範圍內，將多層所述聲匹配層裝貼在所述各種超音波振子的壓電振子上，這時可產生多種共振頻率的所述超音波，至少兩種不同頻率的所述超音波連續而且自動地由一個所述壓電振子產生。
如申請專利範圍第1項所述的超音波照射裝置，在棱錐、圓錐或球狀的所述殼體側面，安裝至少兩個所述超音波振子，其超音波放射面於60～200度的角度範圍內相交。
如申請專利範圍第1項所述的超音波照射裝置，所述超音波是脈衝波，所述脈衝波的重複頻率(PRF) 為1000～0.5Hz，占空比為10～60%，所述PRF為從1～3ms、20～40ms以及500～2000ms中選擇的至少兩種，連續而且自動地產生。
如申請專利範圍第1項所述的超音波照射裝置，包括有可拆卸的可擕式電子儀器，或者其他產生可聽音的音樂的裝置。
一種超音波照射系統，具備如申請專利範圍第1到13項中任一項所述的超音波照射裝置，其中所述超音波照射系統設置有：裝水水槽，可容納人或哺乳動物；以及所述超音波照射裝置，設置在所述水槽的水面或者水中的至少任一處，且所述超音波照射系統設為能夠從所述超音波照射裝置向所述水槽的水中照射超音波。
如申請專利範圍第14項所述的超音波照射系統，在所述水槽的內壁表面的表面積至少80%以上安裝有用於反射及擴散超音波的超音波反射率80%以上的超音波反射材料。
如申請專利範圍第15項所述的超音波照射系統，所述超音波反射材料是複合材料，其水槽內側或外側材料由密度為0.01～0.1g/cm³ 且含有氣體的有機泡沫材料構成。
如申請專利範圍第16項所述的超音波照射系統，所述超音波反射材料由薄片製成，其表面有耐水膜，內部為含有90～99體積%的氣體的泡沫有機材料。
如申請專利範圍第14到17項中任一項所述的超音波照射系統，包括有將直徑0.01～10mm的空氣氣泡向水中噴出的氣泡產生裝置。
一種超音波照射方法，將如申請專利範圍第1到13項中任一項所述的超音波照射裝置或者包括所述超音波振子的部分放入水槽中，使所述超音波振子在水裡漂浮和搖晃，連續並自動地從所述超音波振子產生不同頻率和PRF的多重超音波，在所述水槽的內壁和水面反射所述超音波，對水中的人或哺乳動物的全身或者部分實施低強度的所述多重超音波的刺激。
如申請專利範圍第19項所述的超音波照射方法，對所述水槽中的人或者哺乳動物，按被超音波照射部分的體重照射25～1000mW/kg的時間平均超音波強度(Isata)。
如申請專利範圍第19項所述的超音波照射方法，所述水槽中的水溫設定在37～42℃，連續並且自動地在一定時間內系列性地使所述超音波振子照射出的不同頻率和PRF的各種超音波，按10～60分鐘/天，2～7天/週，而且連續2～50週照射，將所述超音波對水槽中的人或者哺乳動物的頭部除外的全身或部分照射。