WO1999039677A1 - Appareil de rayonnement d'ondes ultrasoniques - Google Patents

Appareil de rayonnement d'ondes ultrasoniques Download PDF

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WO1999039677A1
WO1999039677A1 PCT/JP1998/005032 JP9805032W WO9939677A1 WO 1999039677 A1 WO1999039677 A1 WO 1999039677A1 JP 9805032 W JP9805032 W JP 9805032W WO 9939677 A1 WO9939677 A1 WO 9939677A1
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ultrasonic
irradiation
living body
range
ultrasonic wave
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PCT/JP1998/005032
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Inventor
Hirohide Miwa
Masato Kino
Original Assignee
Miwa Science Laboratory Inc.
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Priority to EP98951740A priority patent/EP1060728B9/en
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H23/00—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms
    • A61H23/02—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms with electric or magnetic drive
    • A61H23/0245—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms with electric or magnetic drive with ultrasonic transducers, e.g. piezoelectric
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00—Ultrasound therapy

Definitions

  • the present invention belongs to the field of devices for reducing / preventing obesity and improving health / cosmetic obesity, and is used particularly as a medical device or a health / beauty device for eliminating obesity by applying ultrasonic irradiation.
  • the present invention relates to an ultrasonic irradiation device. Background art
  • the used ultrasonic frequency is 1 1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , and some display the drive electric input, but there is no display for the ultrasonic sound output.
  • the frequency is 1 ⁇ to 10 ⁇ for medical use, and 1 MHZ for beauty.
  • the irradiation acoustic power areal density (hereinafter sometimes abbreviated as power density) is less than 100 OmWZc m 'for continuous irradiation and 240 mWZc (SP TA) or less for pulsed irradiation.
  • 1 5 0 0 ⁇ 2 0 0 0 mW / cm for a further small Ku thick muscles output is for beauty, thin muscle in 1 5 0 0 ⁇ 1 0 0 0 mWZ cm 2, face 5 0 0 mW / cm ', and 1 2 0 mW / cm 2 with a pulse irradiation of the face, is set to hit the one-half of the ultrasonic medical community views.
  • the numerical value of the power density described in the literature is Both are understood to be electrical outputs. If the numerical value of the power density described in the literature is an electrical output, the electrical-to-acoustic conversion efficiency of the transducer is usually about 30%, so for example, the power density for thick muscles 150 to 200 mWZ cm 2 (electrical power) corresponds to an ultrasonic power of 500 to 700 mW cm 2 , which is consistent with the statement that it is one half of the opinion of the ultrasonic medical community.
  • An object of the present invention is to clarify the effective frequency of ultrasonic waves for biolipolysis and the power density range of each frequency including safety, and to irradiate ultrasonic waves for decomposing body fat by safe and effective ultrasonic waves. It is to provide equipment. Disclosure of the invention
  • Fat in the body is synthesized from glucose and fatty acids by the action of lipogenic enzymes in fat cells, and part of the fat is accumulated inside fat cells to form oil droplets.
  • white fat cells In the case of humans, almost all adult fat cells are white fat cells, and hereinafter simply referred to as fat cells refer to white fat cells.
  • Adipocytes are elongated cells with a length of about 20 im when formed, but they become spherical with the accumulation of fat and the internal oil droplets grow to a diameter of 100 m, sometimes reaching 200 m Sometimes. Fat accumulation, with the exception of childhood, is primarily due to the enlargement of individual cells rather than to an increase in fat cell numbers.
  • the oil droplets In the grown fat cells, the oil droplets are wrapped in an aqueous cell solution, but the thickness of the cell solution is smaller than the diameter of the oil droplets.
  • the cell fluid contains the endoplasmic reticulum, which contains a lipolytic enzyme called hormone-sensitive lipase (HSL), which breaks down fat into glycerol and fatty acids.
  • HSL hormone-sensitive lipase
  • Fat oil droplets are covered with a layer of molecular fluid called phospholipids that are protected from lipolysis by contact with lipase.
  • a part of the phospholipid layer is lost by the action of lipolysis-promoting hormones such as epinephrine (adrenaline) secreted by the adrenal medulla and norepinephrine (noradrenaline) released from the sympathetic nerve terminals.
  • lipolysis-promoting hormones such as epinephrine (adrenaline) secreted by the adrenal medulla and norepinephrine (noradrenaline) released from the sympathetic nerve terminals.
  • the oil droplets come into direct contact with the degrading enzyme, and lipolysis starts. Fat is broken down into fatty acids and glycerol and goes out into the blood. Finally, it is burned by exercise, etc., and excreted into breath and urine as CO and H 2 O.
  • irradiation of a living body with ultrasonic waves has effects such as promotion of enzyme reaction, emulsification, heating, expansion of capillary blood vessels, and promotion of metabolism.
  • the sympathetic nerve endings are stimulated and fat such as norepinephrine (noradrenaline) is stimulated.
  • fat such as norepinephrine (noradrenaline) is stimulated.
  • Degradation-promoting hormone is released, or disturbance is generated in the phospholipid layer and the oil droplet itself, so that the oil droplet and the degrading enzyme can come into contact with each other, and the effect of decomposing fat in the living body can be obtained.
  • an ultrasonic irradiation apparatus includes an ultrasonic generation unit that generates ultrasonic waves, and irradiates the ultrasonic waves generated by the ultrasonic generation units to a living body to generate fat in the living body.
  • the ultrasonic waves generated by the ultrasonic wave generating means have a frequency in a range of 15 to 140 k ⁇ , and the ultrasonic waves are irradiated on a living body surface to be irradiated with the ultrasonic waves.
  • sound power surface density is greater than 1 O mW / cm 2 in the range of frequencies 1 5 ⁇ 5 0 k H z, in the range that does not cause hemolysis in vivo, the range of frequency 5 0 ⁇ 1 4 0 k H z Is characterized by not causing hemolysis in vivo at 4 mW Z cm 2 or more, or being in a range below a safety standard value based on a mechanical index.
  • the ultrasonic irradiation apparatus includes ultrasonic generating means for generating ultrasonic waves, and irradiates the ultrasonic waves generated by the ultrasonic generating means to a living body to remove fat in the living body.
  • the ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generating means has a frequency in a range of 180 kHz to 1.3 MHz, and is applied to a surface of a living body irradiated with the ultrasonic wave.
  • Irradiated sound power area density is greater than 10 mWZc in the frequency range of 180 to 700 kHz and less than the safety standard value based on the mechanical index, and the frequency is 700 kHz. ⁇ 800 mW / cm-in the range of l.3 MHz, below the safety standard based on the canal index It is characterized by being.
  • the upper limit of the irradiation acoustic power-area density is set to a range that does not cause hemolysis or is less than a safety reference value based on a mechanical index.
  • the upper limit is set to a range that does not cause hemolysis or is less than the safety standard value of the ultrasonic device for medical diagnosis.
  • the safety reference value based on the mechanical index of the irradiation acoustic surface area density is such that, for each frequency, the mechanical index is The irradiation acoustic power area density is 0.6.
  • the ultrasonic irradiation may be continuous irradiation, pulse irradiation, intermittent irradiation, or a combination thereof. Intermittent irradiation can separate the irradiation time of contact formation between the decomposing enzyme and the oil droplets from the decomposition time after contact.
  • the transmittance decreases exponentially with the distance traveled in vivo.
  • the exponent is the absorption coefficient X distance.
  • the absorption coefficient further increases in proportion to the frequency. For example, the value obtained by dividing the fat absorption coefficient of the human body by the frequency is 0.063 nepa / cm cm / cm, and the attenuation rate when moving 1 cm through the fat layer at 1 MHz is 0. 5 5 dB / cm, and 1.09 dBZcm for muscles as well.
  • the valid range 8 0 0 ⁇ 1 0 0 0 mW / c m '1 of 1 MH zeta, effective depth is equivalent to 1. 7 cm, muscle 0. 9 cm from the body in the fat.
  • the MI standard should be considered applicable to the treatment of obesity and obesity-related diseases, and is a diagnostic device standard for diagnosis and health promotion including unspecified healthy persons, and for lipolysis for beauty.
  • mWZ cm 2 or less should be used. Below about 1 MHz, which we predict the biochemical effect of obesity elimination, the absorption coefficient is proportional to the frequency, so the permeability is large and the biochemical effect is also considered to be strong. Therefore, even when Ml is 0.6 or less, the effects on bones, blood vessels, and internal organs must be carefully considered.
  • cavitation predominant below 100 kHz has a risk of destroying cells, and gives a feeling of tingling and discomfort even at a strength that does not destroy cells.
  • Hemolysis occurs when a large emulsifying / dispersing force acts on red blood cells in blood. These effects are also a function of the frequency and the power density, and need to be within a range that does not cause the hemolysis.
  • the World Federation of Ultrasound Medicine states that the temperature of tissue due to the heating effect should be noted for a wide range of uses, including therapeutic uses other than diagnostics. It is used. A temperature rise of 1.5 ° C or less is considered to be safe, 4 ° C for 5 minutes, and 2 ° C for 30 minutes requires caution.
  • the ultrasonic irradiation apparatus of the present invention includes monitoring means for monitoring the position or the temperature of the part to be irradiated with the ultrasonic wave.
  • the ultrasonic irradiation device of the present invention has a monitoring means.
  • the ultrasonic irradiation device of the present invention includes an ultrasonic transmission unit that transmits an ultrasonic wave generated by the ultrasonic generation unit to a living body via an ultrasonic transmission medium.
  • the ultrasonic transmission medium include water, a bag-like body containing water / liquid, a solid acoustic coupler, and the like.
  • a bathtub or a water tank provided with the ultrasonic generation means and containing an ultrasonic transmission medium such as water; the ultrasonic generation means; a bag-like body containing water and liquid;
  • An ultrasonic probe made of an ultrasonic transmission medium such as a solid acoustic coupler can be used.
  • the ultrasonic transmission means includes an acoustic binder layer provided between the ultrasonic transmission medium and a living body.
  • an ultrasonic irradiation device provided with an ultrasonic transmission means such as the ultrasonic probe
  • the ultrasonic waves are reflected by the air layer, Ultrasonic waves radiated to the air are reduced. Therefore, by interposing an acoustic binder layer between the ultrasonic transmission medium and the living body, attenuation of the ultrasonic waves can be reduced and the living bodies can be efficiently irradiated with the ultrasonic waves.
  • the acoustic coupling agent may be any as long as it can remove air from between the ultrasonic transmission medium and the living body, and examples thereof include jelly-like and cream-like substances.
  • the acoustic coupling agent may contain an obesity eliminating agent.
  • Percutaneous application for obesity elimination A substance that has both an obesity elimination function and a good acoustic coupling function by including a drug as a part of the acoustic binder or as a substitute for the acoustic binder itself. Can be provided.
  • the acoustic binder including an obesity-relieving agent can produce a synergistic effect in combination with ultrasonic irradiation.
  • the ultrasonic irradiation device of the present invention may include a unit for applying the liquid to which the ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generating unit is applied to a living body.
  • a unit for applying the liquid to which the ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generating unit is applied to a living body for example, water, a shower head provided with the ultrasonic wave generating means, 0 While applying hot water or the like, ultrasonic waves may be applied to the water, hot water, or the like from the ultrasonic wave generating means, and the water, hot water, or the like may be jetted from the shower head to a living body.
  • An ultrasonic wave generating means may be provided, in which warm water or the like to which ultrasonic waves are applied is circulated through the bath to hit the living body. According to such an ultrasonic irradiation apparatus, the ultrasonic irradiation can be performed safely and comfortably with no operation and with easy operation.
  • lipolysis products such as free fatty acids that have been lipolyzed in the above processes are released into the blood, exercise, exercise of body temperature, etc. must be performed in order to prevent re-synthesis and accumulation of fat in the body. Need to burn and consume.
  • the ultrasonic irradiation device of the present invention may include an obesity-relieving agent to be administered to a living body when the living body is irradiated with the ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generating means.
  • the obesity relieving agent may be administered transdermally, orally, or may be administered by injection.
  • increase heat metabolism such as pepper
  • drugs such as capsaicin and its analogs such as pepper, sibutramine
  • free fatty acids burn in the body and the body temperature increases for a long time. rise and the external dissipation of body heat increases. This consumes lipolysis products such as free fatty acids.
  • a synergistic effect can be obtained by performing the ultrasonic irradiation of the present invention while administering the obesity-relieving agent.
  • an obesity-relieving agent prevents the transfer and accumulation of fat from another portion again in a portion degraded by local irradiation, and an effect such as local thinning can be obtained by the synergistic action of the obesity-relieving agent and ultrasonic irradiation.
  • the ultrasonic irradiation apparatus of the present invention may include a cooling unit that cools at least a part of a living body.
  • a cooling unit that cools at least a part of a living body.
  • body heat is deprived, and as a living body's autonomous action, a constant temperature animal produces heat and consumes free fatty acids. That is, the consumption of the free fatty acid proceeds simultaneously with the ultrasonic irradiation.
  • the cooling means may be, for example, a means for cooling the ultrasonic transmission medium and bringing the medium into contact with a living body. If a means for controlling the temperature of the ultrasonic transmission medium to a temperature lower than the body temperature, for example, 24 ° C., is provided, body heat is deprived through the contact surface, and as a result of the autonomous action of the living body, a constant temperature animal produces heat. I do. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES n
  • Figure 1 is an explanatory cross-sectional view of an experimental apparatus used in an experiment to determine the range of ultrasonic frequencies in the present invention, a range of illumination sound power surface density at each frequency.
  • FIG. 2 is a double logarithmic graph showing the effective range of the ultrasonic frequency and the irradiation acoustic power areal density in the present invention.
  • t 4 is an explanatory sectional view showing a first embodiment of an ultrasonic irradiation apparatus of the present invention, in an illustrative cross-sectional view showing a second embodiment of an ultrasonic irradiation apparatus of the present invention
  • FIG. 5 is an explanatory sectional view showing a third embodiment of the ultrasonic irradiation apparatus of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing a modification of the third embodiment of the ultrasonic irradiation apparatus of the present invention. It is sectional drawing.
  • FIG. 7 is an explanatory sectional view showing a fourth embodiment of the ultrasonic irradiation apparatus of the present invention.
  • FIG. 8 is an explanatory cross-sectional view showing a fifth embodiment of the ultrasonic irradiation apparatus of the present invention.
  • the present inventors first investigated the critical power densities of hemolysis, cavitation, cell destruction, and emulsification by experiments in order to confirm safety.
  • the available frequency range is 0.8 MHz or more by the balance method for slightly available equipment, but the cause is the low frequency range.
  • the measurement was performed with a continuous wave of six frequencies of 24 kHz, 36 kHz, 100 kHz, 160 kHz, 500 kHz, and 1 MHz.
  • FIG. 1 shows an experimental apparatus used for the above-described experiments such as hemolysis, in which a guide member 3 provided above a water tank 2 containing hot water 1 as an ultrasonic transmission medium is made of a box made of a material that transmits ultrasonic waves.
  • a sample holder 4 having a rectangular shape and a slider 6 having an ultrasonic vibrator device 5 movably up and down are provided.
  • the sample holder 4 and the ultrasonic transducer device 5 are movable along the guide member 3 by supporting beams 4a and 6a, respectively, so that the sample held by the sample holder 4 is Adjustment is made so that the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic transducer device 5 is located within a long-range sound field.
  • the hemolysis test was performed by collecting venous blood, adding heparin to prevent coagulation, and refrigerated. 1 ml was placed in a 20 micron thick bag of polyethylene, immersed in the water shown in Fig. 1 at 36 ° C with hot water 1 at 36 ° C, and irradiated for 30 minutes under each test condition (frequency and power density). . Immediately after the irradiation, centrifugation was performed, and colorimetry of serum and LDH (lactate dehydrogenase) separation were performed.
  • LDH lactate dehydrogenase
  • Hemolysis has a threshold for power density (hereinafter referred to as the hemolysis limit). It was confirmed that hemolysis was safe below this threshold and that hemolysis was above.
  • Table 1 shows the measured hemolysis threshold.
  • Figure 2 shows the points on curve A.
  • the cavitation limit of power density ⁇ The emulsification limit is larger than the hemolysis limit, and it is sufficient to pay attention to the hemolysis limit. Adipocytes breakdown limit further increases were not observed in l OO OmWZc m 2 or less.
  • the hemolysis limit is determined
  • the acceptable level for diagnosis by the Japanese Society of Ultrasonics is less than 100 mWZ cm continuous wave.
  • WF UMB MI 0.6 or less (line G in Fig. 2).
  • the central nervous system was anesthetized with Nembutal, and the effects of psychological stress, blood sampling pain, and the effects of low frequency ultrasound on the rat were cut off.
  • the abdominal body hair was cut off and washed with a surfactant because there was a risk of leaving air bubbles that hindered ultrasonic transmission.
  • a t-test was performed on b at each measurement point in comparison with b in the control.
  • the value of the multiplication factor b is shown for each point.
  • each frequency has a lower threshold for the effective power density, which is valid above the threshold and invalid below. (The threshold is hereinafter referred to as the effective lower limit.)
  • the effective lower limit is hereinafter referred to as the effective lower limit.
  • the effective lower limit is 10 mWZ cm at the high range of 500 kHz
  • the effective area surrounded by the boundary line connecting the threshold values is determined from the night in FIG.
  • the display of the measurement points in the figure has the following meaning.
  • ⁇ is completely within the effective area and far from the boundary.
  • Ginseng is completely within the dead zone and far from the border.
  • ⁇ is almost on or near the boundary line.
  • ⁇ is close to the boundary line but within the invalid area.
  • the upper limit is 1.3 MHz, which is the frequency at which the effective depth disappears with lWZ cm 2 of body surface irradiation.
  • higher frequencies can be used at high power densities, but the power absorption coefficient is proportional to twice the frequency, increasing heat generation and exceeding the thermal index. There are excluded.
  • the lower limit is set to 800 mWZ cm 2 and the upper limit is set to the MI allowable value between 700 kHz and 1.3 MHz.
  • a boundary line is 50 kHz, which is close to 6 kHz.
  • the area is surrounded by the boundary ABCDFG, and in the ultrasonic irradiation apparatus according to the second embodiment, the area is surrounded by the boundary GHIJKL.
  • the sound pressure absorption coefficient is proportional to When the power density at the body surface is increased to maintain the degree, the ultrasonic absorption energy per lcm depth (proportional to the square of the sound pressure) is proportional to twice the frequency, so the absorbed heat per lcm And there is a risk that the temperature rise near the body surface will exceed the thermal index.
  • the band from 15 kHz to 140 kHz has a low absorption coefficient by living tissue and can reach deep into the body, so it is effective in decomposing not only subcutaneous fat but also visceral fat that causes adult diseases.
  • the 180 MHz to 1.3 MHz band has the same effectiveness over a wide range of 100 to 100 mWZ cm at an effective power density of, for example, 500 kHz. That is, it is suitable for lipolysis in a wide range from shallow subcutaneous fat to deep visceral fat. Moreover, since the power density is attenuated in the deep part, there is an advantage that the effect on the internal organs and bones is completely ignored.
  • the ultrasonic irradiation apparatus shown in FIG. 3 includes a bathtub 2 in which hot water 1 is stored, and an ultrasonic vibrator 5 attached to a wall surface of the bathtub 2 as ultrasonic generating means.
  • the ultrasonic oscillator 5 generates an ultrasonic wave by applying a high-frequency voltage supplied from a drive circuit (not shown), and irradiates the ultrasonic wave to the living body 9 immersed in the bathtub 2 via the warm water 1. You.
  • a drive circuit not shown
  • the ultrasonic irradiation device shown in FIG. 4 has a water tank 10 containing hot water 1 and a water tank 10 1 ⁇
  • the living body 9 contacts the hot water 1 using the sponge 11 provided at the upper part of the water tank 10 as an elastic sealing material.
  • a conduit 12 for supplying hot water 1 to the water tank 10 at a constant pressure is connected to the bottom of the water tank 10.
  • the warm water 1 supplied to the water tank 10 from 12 is overflowed from the sponge 11 through an overflow pipe (not shown) or the overflow tank provided on the outer wall of the water tank 10.
  • the ultrasonic vibrator 5 generates ultrasonic waves by the same mechanism as the ultrasonic vibrator 5 shown in FIG. 3, and irradiates the ultrasonic waves to the living body 9 via the warm water 1.
  • the abdomen and the like can be brought into contact with water without leaving air on the open water surface of the water tank 10.
  • the conventional actual irradiation method is a method in which a small vibrator is brought into contact with the body surface via the jelly of the acoustic coupling agent to scan the body surface in a planar manner.
  • the near-field has a non-uniform intensity distribution due to interference, so the spatial averaging of the irradiation dose is obtained by planar scanning, which is an appropriate method.
  • this method requires caution when there is a very clear limit value such as the hemolysis described above. That is, physiological phenomena jump non-linearly at the limit value, and there is a danger if the local value exceeds the limit value even if the average value is below the safe value.
  • the ultrasonic irradiation device shown in FIG. 5 (a) has an ultrasonic vibrator 5 inside a hollow applicator 15, an acoustic lens 16 provided on the front surface of the ultrasonic vibrator 5, and a polyethylene or the like. And a bag 17 made of a flexible film.
  • the bag 17 contains a liquid 18 such as water and oil as an ultrasonic transmission medium.
  • the ultrasonic transducer 5 is the ultrasonic wave shown in Fig. 3. Ultrasonic waves are generated by the same mechanism as that of the ⁇ vibrator 5, and the living body 9 is irradiated with ultrasonic waves via the liquid 18 and the like contained in the bag-like body 17.
  • the acoustic lens 16 is a sound-transmitting solid, the upper surface of which is in close contact with the ultrasonic vibrator 5 and the lower surface has a concave shape.
  • the material of the acoustic lens 16 is faster than the ultrasonic transmission medium 18. Due to the refraction between the ultrasonic transmission medium 6 and the ultrasonic transmission medium 18, the ultrasonic waves are formed in a substantially parallel beam shape. The concave curvature may be increased to form a convergent beam. In this case, the same effect as that of the irradiation applicator 23 of FIG. 6 (c) described later can be obtained.
  • the bag-like body 17 and the ultrasonic transmission medium 18 such as water contained in the bag-like body 17 are deformed according to the unevenness of the surface of the living body 9 and adhere to the living body 9.
  • An acoustic coupling agent (not shown) (jelly or the like) is applied to the contact surface between the bag 17 and the living body 9 to eliminate air.
  • the ultrasonic irradiation applicator shown in Fig. 5 (a) can be used in the air without using a tank, and can be slid along the living body 9, so it is for local irradiation and has a relatively wide irradiation field. Can be designed.
  • the acoustic coupling agent may include a transdermally administrable obesity eliminating agent such as capsaicin.
  • a transdermal administration agent for obesity-eliminating such as cabsaicin
  • a cream-like agent can eliminate an air layer between the bag-like body 17 and the living body 9, so that acoustic impedance is reduced.
  • it can itself be used as an acoustic coupling agent.
  • an obesity eliminating agent can be mixed with the acoustic coupling agent, or a new acoustic coupling agent having an obesity eliminating function and having an acoustic impedance close to an ideal value and optimized can be used.
  • the ultrasonic irradiation device shown in FIG. 5A may include a belt 20 made of synthetic resin or leather on the upper part of the applicator 15.
  • the user can operate by inserting his hand into the gap 21 between the applicator 15 and the belt 20, and the handling becomes easy.
  • the ultrasonic irradiation applicator shown in Fig. 5 (a) shows the frequency, power density, ie
  • a part of the ultrasonic transducer 5 may be cut off in the applicator 15 and the ultrasonic pulse transmitting / receiving transducer 22 may be provided.
  • Fig. 6 (a) shows an example in which the center of the ultrasonic transducer 5 is cut out and the ultrasonic pulse transmitting and receiving transducer 22 is provided
  • Fig. 6 (b) shows an example in which the end of the ultrasonic transducer 5 is cut out.
  • the ultrasonic pulse transmitting / receiving oscillator 22 in the applicator 15 shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) should be fan-shaped and linear-scanned as in the conventional B-mode ultrasonic echo imager. Can be.
  • Reception time which is the physical constant of the reflected wave from each part in the living body, and imaging of the scanning cross section by measuring the reception intensity, and changes in the sound speed and absorption temperature due to changes in the reception time and intensity of the reflected wave from a specific part It is also possible to know the location of the irradiation site and monitor the temperature rise due to irradiation.
  • the attenuation rate of the sound wave of fat fluctuates relatively greatly with temperature, for example, by penetrating the irradiated site by applying the principle that the attenuation rate decreases by about 10% for every 1 ° C increase near 20 or
  • the change in the intensity of the reflected ultrasound with that at the start of irradiation, it is possible to control the irradiation conditions based on the estimation of the temperature rise of the living body.
  • the irradiation applicator 23 having the ultrasonic pulse transmitting / receiving vibrator 22 is provided independently, and the position, structure, Temperature and the like can be monitored.
  • the vibrator can be switched over in time to double as a pulse transmitting / receiving vibrator.
  • the ultrasonic waves are crossed by the ultrasonic transducers 5 of the plurality of applicators 15 at a crossing angle of 0, and interference or synthesis is performed so that only the specific irradiation area is obtained. And the intensity of irradiation can be increased.
  • a plurality of different body surface positions are focused on a specific site to irradiate them in a focused manner.
  • the required irradiation intensity can be concentrated on a specific part in a deep part while keeping the vicinity at a safe irradiation intensity or less. Irradiation from one place requires a large intensity on the body surface to overcome the attenuation on the way, and solves the problem of excessive intensity near the body surface. In particular, it is effective when deep irradiation is performed at a frequency having a large absorption coefficient such as 1 to 1.3 MHz.
  • the frequency of the irradiation wave When the frequency of the irradiation wave is low, the reaching distance in the living body increases. On the other hand, when the frequency is high, the attenuation increases. In the low range, macroscopic deformation, disturbance, and flow of the oil droplets and the phospholipid membrane that surrounds it occur, and in the high range, hormone release due to sympathetic stimulation, microdisturbance and fluidization of the phospholipid membrane and sympathetic nerve terminal membrane Is supposed to occur. Although these characteristics have not been demonstrated, they are considered to have different effects.
  • a plurality of transducers are provided in the same device, and the living body can be irradiated with ultrasonic waves having different frequencies alternately or simultaneously. The frequency may be switched by replacing the vibrator.
  • the ultrasonic irradiation applicator shown in FIG. 7 has an ultrasonic vibrator 5 attached to the tip of a grip portion 24 at an appropriate angle via a backing material 25, and is provided on the front surface of the ultrasonic vibrator 5.
  • Hard acoustic coupler 26 is provided.
  • the ultrasonic irradiation applicator shown in FIG. 7 can be irradiated by moving and scanning a specific area in direct contact with the surface of a living body 9 coated with an acoustic binder (jelly or the like). Suitable for high frequency of about 500 kHz, which is a small vibrator.
  • the tip of the L-shaped grip 24 is strongly pressed against the body surface, the body surface shape is changed, and the subcutaneous fat layer is irradiated. It is possible to irradiate the position with emphasis. 9 is the human skin and 27 is the fat layer.
  • the ultrasonic irradiation applicator shown in Fig. 7 (a) is used when irradiating a part with a lot of subcutaneous fat such as the buttocks, and is characterized by a hard sound at the tip of the grip part 24 on the skin and fat layer of the human body.
  • the coupler 26 By strongly pressing the coupler 26, the skin 9 and a part of the fat layer 27 are deformed into a concave shape, and the concave portion is dented as shown in Fig. 7 (a). Ultrasonic waves are emitted from the ultrasonic oscillator 5. For this reason, the grip 24 and the irradiation direction of the ultrasonic transducer 5 are set to be at right angles.
  • an acoustic coupler 26 is provided between the concave ultrasonic transducer 5 and the skin 9 to improve the close contact with the human body 9 to enhance operability, and a jelly-like shape is provided between the skin 9 and the acoustic coupler 26.
  • the grip portion 24 may be a straight rod shape as shown in FIG. 7 (b), or may extend obliquely upward from the back member 25 as shown in FIG. 7 (c). .
  • the shape of the grip portion 24 can be appropriately selected depending on the region to be irradiated with the ultrasonic wave or according to the user's preference.
  • the ultrasonic irradiation device shown in FIG. 8 has an ultrasonic vibrator 5 mounted inside a shower head 28, and water (or hot water) 30 circulated through the shower head 28 by a hose 29. Then, an ultrasonic wave is applied from the ultrasonic transducer 5.
  • the water (or warm water) 30 to which the ultrasonic waves are applied is ejected from a large number of small holes 31 formed in the surface of the shower head 28 facing the ultrasonic transducer 5, and is applied to a living body (not shown). Is received.
  • an ultrasonic wave can be easily applied to an arbitrary site by pouring the jet stream into a site to be irradiated, for example, an abdomen or a lower leg.
  • the water may be jetted out as one or a plurality of large-diameter water streams without providing the small holes 31.
  • Fat decomposition products produced by ultrasonic lipolysis using the ultrasonic irradiation apparatus of each of the above embodiments are partially synthesized again into fat and accumulated in fat cells unless burned. Therefore, it is necessary to burn and consume FFA for exercise and dietary control. Therefore, an effective synergistic effect can be expected by irradiating the living body with ultrasonic waves while using an anti-obesity agent in combination.
  • the portion decomposed by lipolysis by local irradiation has the effect of preventing the migration and accumulation of fat from other portions again, and can achieve local thinning, which is a large cosmetic effect.
  • Such drugs have been variously studied.
  • the main components are appetite suppressants, digestion and absorption suppression, energy expenditure enhancers, and the aforementioned heat metabolism enhancers.
  • appetite suppressants are appetite suppressants, digestion and absorption suppression, energy expenditure enhancers, and the aforementioned heat metabolism enhancers.
  • hormones that aim to promote lipolysis and suppress fat synthesis Cat echo lamine, norepinephrine, dexfenfluramine, dopamine, serotonin for central nervous system appetite suppression, amphetamine, mazindol for suture control, and s ibutramine, a heat metabolism enhancer as described above, which combines appetite suppression and heat metabolism promotion Orlistat is known as a digestive absorption inhibitor.
  • thermometabolic agents are particularly effective to use the administration of foods and drugs that enhance thermal metabolism and increase body temperature in combination with ultrasonic irradiation.
  • This rise in body temperature is caused by the burning of free fatty acids, which increases the dissipation of body heat and burns and consumes lipolysis products.
  • cooling means should be provided to burn and consume FFA by immersing at least a part of the living body, for example, hands and feet, in a nearby warm water bath with 24, or exposing it to a shower near that temperature. Can be.
  • the cooling time may be after or after irradiation.
  • the ultrasonic transmission medium 18 shown in FIGS. 5 and 6 can be used after being cooled, and the warm water 1 and the water bath 5 contained in the bath 2 shown in FIG. 3 or the water tank 5 shown in FIG.
  • Means for controlling the liquid temperature of the warm water 30 in FIG. 8 to a temperature lower than the body temperature, for example, 24 to 29 ° C., may be provided. Controlling the temperature is achieved by connecting the simmering hot water in the thermostatic bath to the bathtub 2 in Fig. 3, the water bath 5 in Fig. 4, the bag 17 in Figs. it can. Body heat is deprived through the contact surface, and in a constant-temperature animal, heat is produced by autonomous action of the living body and FFA is consumed. In other words, the FFA consumption at the same time proceed.
  • the reflection is similarly performed by combining a reflector instead of the transducer.
  • the transmission frequency, intensity, and phase can be changed to control the position, number, and intensity of the standing wave.
  • the variable frequency range can easily realize 10% of the center frequency.
  • the irradiation range can be limited by controlling the standing wave. It can be realized by appropriately providing not only a reflector but also an absorber having an appropriate shape such as an ultrasonic absorber such as a mixture of heavy particles and a viscous material.
  • the frequency, intensity, and phase can be changed over time, and the effect of sweeping the irradiation field and averaging the local unevenness over time can be expected.
  • the apparatus which irradiates an ultrasonic wave to a living fat cell and performs a body fat decomposition
  • this device creates a new large-scale industry and has great industrial applicability.

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Description

γ 明 細 書 超音波照射装置 技術分野
本発明は肥満の低減 · 防止、 及び健康 · 美容上の肥満の改善をする装置の分野 に属し、 特に超音波照射を応用して肥満を解消する医療機器や健康 · 美容機器と して用いられる超音波照射装置に関する。 背景技術
近年、 糖尿病、 高血圧症、 脳や内臓等の血管障害等の成人病 （哺乳動物も含む） が深刻化しているが、 その最大要因は肥満にある。
肥満体の改善には摂取力口リーの制限や運動による方法が科学上有効とされて いる。 また食欲 · 消化吸収抑制剤、 熱代謝亢進剤の服用法が研究され一部使用を 認可されている。
前記運動による方法に関しては、 最近人間は座業が増え、 自動車の普及と相俟 つて運動不足となっているので、 意識して特別にダイエッ ト、 ウォーキング、 体 操、 ダンス、 水泳、 サイクリング等を行う様になつたが、 時間と強固な意思の継 続が必要でなかなか実行しにくいという問題がある。 そこで、 快適に効率的に早 く肥満解消できる方法が求められる。
巷間、 民間療法的に超音波で痩身を謳うエステチックサロンがあるが、 いずれ も科学的な裏付けがない。 使用超音波周波数はいずれも 1 Μ Η ζで、 駆動電気入 力を表示するものがあるが超音波音響出力に付いては全く表示がない。
例えば、 1 9 9 6年 8月 2 5 日に発行された単行本 「わずか 5分でシヮが伸び た」 （増田著、 （株） サクセスマーケティ ング発行） が超音波美容器の超音波照 射による温熱作用とマッサージ作用により血流 · リンパ流の増大が美肌に有効で あるとし、 温熱作用は脂肪を分解されやすい状態としマッサージ効果は分解を促 進するとしている。 緘灸で言うッボを超音波刺激する事も述べている。
前記文献では、 周波数は医療用には 1 Μ Η ζ 〜 1 0 Μ Η ζ、 美容用には 1 M H zであるとしている。 照射音響パワー面密度 （以下、 パワー密度と略記すること がある） は超音波医学会の安全限界が連続照射で 1 0 0 O mWZc m' , パルス 照射では 2 4 0 mWZ c (S P TA) 以下とし、 美容用には出力は更に小さ く厚い筋肉で 1 5 0 0〜 2 0 0 0 mW/ c m , 薄い筋肉で 1 5 0 0〜 1 0 0 0 mWZ c m2 、 顔で 5 0 0 mW/ c m' ， 顔のパルス照射で 1 2 0 mW/ c m2 とし、 超音波医学界の見解の 2分の 1に当たるとしている。
しかし、 前記厚い筋肉及び薄い筋肉に対するパワー密度は、 前記記載では超音 波医学会の連続照射に対する安全限界 1 0 0 0 mWZ c m- を超えているので、 前記文献記載のパワー密度の数値はいずれも電気出力であると理解される。 前記 文献記載のパワー密度の数値が電気出力であるとすれば、 トランスデューサの電 気〜音響変換効率は通常 3 0 %程度であるから、 例えば厚い筋肉に対するパワー 密度 1 5 0 0 ~ 2 0 0 0 mWZ c m2 (電気出力） は、 5 0 0〜 7 0 0 mW c m2 の超音波出力に相当し、 超音波医学界の見解の 2分の 1に当たるとの記載に 合致する。
また、 別章で 「科学的な痩身実験を行い痩身に有効であった。 」 とし、 痩身度 を報告している。 この実験の科学的な照射条件データ、 パワー密度の記載はない が、 前後の他章から美容用超音波の 1 MH zを使用したと推定され、 上^の美容 用のパワー密度は前記トランスデューザの電気〜音響変換効率を当てはめると、 7 0 0 mW/ c m2 以下であると考えられる。
特許出願では特開平 4 - 8 9 0 5 8 (ヤーマン株） の美容機器で、 周波数 1〜 3 MH z , パワー密度 1 0 0 ~ 5 0 0 mWZ c m' を使用するとの記述がある。 また、 特開平 3— 1 2 3 5 5 9 (ヤーマン株） に筋肉収縮、 血液 · リンパ液の循 環改善による脂肪除去効果を謳った部分がある。 周波数、 パワー密度は発明の詳 細な説明に 2 0〜 5 0 k H z , 1 0 0〜 5 0 0 mW/ c π ' と記載されているの みで、 その数値範囲特定の科学的根拠や、 科学的実験結果のデータは示されてい ない。 またその後の実施研究、 商品化の報告も無い。
先行技術の 2 0〜 5 0 k Η ζ、 1 0 0〜 5 0 0 mWZ c (特開平 3— 1 2 3 5 5 9 ) , 及び 1〜 3 MH z , 1 0 0〜 5 0 0 m WZ c m (特開平 4— 8 9 0 5 8 ) の痩身への効果について科学的な証明、 データの公開がなく、 又その安 全性に対する配慮もふくめて、 数値の特定された根拠が示されていない。 本発明 者の後述する実験によればこれらの数値は不適当である。
本発明の目的は、 超音波の生体脂肪分解に有効な周波数と、 それぞれの周波数 のパワー密度範囲を安全性を含めて明らかにし、 安全で有効な超音波により体脂 肪を分解する超音波照射装置を提供する事である。 発明の開示
生体における脂肪はブドウ糖や脂肪酸から脂肪細胞で脂肪合成酵素が作用して 合成され、 その一部は脂肪細胞の内部に蓄積され油滴を形成する。 人間の場合、 成人の脂肪細胞は殆どが白色脂肪細胞であり、 以下単に脂肪細胞と呼べば白色脂 肪細胞を指す。 脂肪細胞は生成時は約 2 0 i mの長さの細長い細胞であるが、 脂 肪の蓄積とともに球形化し内部油滴の粒径は成長して 1 0 0 m、 時として 2 0 0 mに達することもある。 脂肪の蓄積は幼児期を例外とすると脂肪細胞数の増 加によるよりも、 個々の細胞の肥大によるのが主体である。 成長した脂肪細胞内 ではその油滴は水性の細胞液に包まれているが細胞液の厚みは油滴径に比して薄 い。
細胞液中には小胞体が含まれ、 小胞体には脂肪をグリセロールと脂肪酸に分解 するホルモンセンシティブリパ一ゼ （H S L ) と呼ばれる脂肪分解酵素が含まれ る。 一方脂肪油滴はリン脂質と呼ばれるその表面を流動する分子層で覆われ、 リ パーゼとの接触による脂肪分解から保護されている。
生体内で前記脂肪は、 副腎髄質の分泌するェピネフイ リン （アドレナリン） 、 交感神経末端から放出されるノルェピネフイ リ ン （ノルアドレナリン） 等の脂肪 分解促進ホルモンが作用するとリン脂質層の一部が消失して油滴と分解酵素が直 接接触し脂肪分解が開始される。 脂肪は脂肪酸とグリセロールとに分解され血中 に出て行き、 最終的には運動等により燃焼されて呼気、 尿中に C O , H Oと して排出される。
さて超音波の生体への照射は、 酵素反応の促進、 乳化作用、 温熱作用、 毛細血 管の拡張、 新陳代謝促進等の効果を有する事が知られている。 本発明でも生体に 超音波を照射することにより毛細血管を拡張させ抹消の血流を増加させることは Λ
4 一般の健康 · 美容機器と同様であるが、 本発明者らは健康美容機器が脂肪分解を 促進する科学的実証がないこと及び使用周波数の適正さに疑問をもち、 脂肪分解 が上述の生化学メカニズムであることから交感神経刺激、 末端のホルモン放出、 リン脂質層の活性 · 流動化、 等には従来生体にあまり適用されなかった約 1 Μ Η ζ以下の超音波に有効域があり且つ周波数依存性があるものと予測し、 実験的に 有効周波数と、 パワー密度範囲を確定した。 本発明は、 実験結果が従来技術と異 なる事を発見した事に基づくものである。
本発明によれば、 特定の範囲の周波数域で、 特定の範囲の照射音響パワー面密 度超音波を生体に照射することにより、 交感神経末端が刺激されてノルェピネフ ィ リン （ノルアドレナリン） 等の脂肪分解促進ホルモンが放出され、 或いは前記 リン脂質層及び油滴自体に擾乱が発生して、 油滴と分解酵素とが接触できるよう になり、 生体内の脂肪を分解する効果が得られるものと考えられる。
そこで、 本発明の第 1の態様の超音波照射装置は、 超音波を発生する超音波発 生手段を備え、 該超音波発生手段により発生される超音波を生体に照射して生体 内の脂肪を分解する超音波照射装置において、 該超音波発生手段から発生される 超音波は、 周波数が 1 5〜 1 4 0 k Η ζの範囲であり、 該超音波が照射される生 体表面における照射音響パワー面密度が、 周波数 1 5〜 5 0 k H zの範囲では 1 O mW/ c m 2 より大きく、 生体内で溶血を生じない範囲であり、 周波数 5 0〜 1 4 0 k H zの範囲では 4 mW Z c m 2 以上で生体内で溶血を生じないか、 また はメカ二カルインデックスに基づく安全基準値未満の範囲であることを特徴とす る。
また、 本発明の第 2の態様の超音波照射装置は、 超音波を発生する超音波発生 手段を備え、 該超音波発生手段により発生される超音波を生体に照射して生体内 の脂肪を分解する超音波照射装置において、 該超音波発生手段から発生される超 音波は、 周波数が 1 8 0 k H z〜 1 . 3 M H zの範囲であり、 該超音波が照射さ れる生体表面における照射音響パワー面密度が、 周波数 1 8 0〜 7 0 0 k H zの 範囲では 1 0 m W Z c より大きく、 メカニカルインデックスに基づく安全基 準値未満の範囲であり、 周波数 7 0 0 k H z〜 l . 3 M H zの範囲では 8 0 0 m W / c m - より大きく、 カニカルインデックスに基づく安全基準値未満の範囲 であることを特徴とする。
また、 本発明の第 1、 第 2の両態様の超音波照射装置では、 前記照射音響パヮ —面密度の上限を溶血を生じないか、 またはメカニカルインデックスに基づく安 全基準値未満の範囲としているが、 さらに好ましくは上限を溶血を生じないか、 または医療診断用超音波機器の安全基準値未満の範囲とする。
さらに、 本発明の第 1、 第 2の両態様の超音波照射装置では、 前記照射音響パ ヮ一面密度の前記メカ二カルインデックスに基づく安全基準値は、 各周波数に対 し、 前記メカニカルインデックスが 0 . 6となる前記照射音響パワー面密度であ ることを特徴とする。
超音波照射は、 連続照射、 パルス照射、 間欠照射、 またはそれらの複合照射の いずれでも良い。 間欠照射は分解酵素と油滴との接触形成照射時間と、 接触後の 分解時間とを分離することができる。
一方不用意に超音波を生体に照射することは健康上好ましくない。 超音波医学 界ゃ米国 F D Aでは診断用装置安全限界は連続波で 1 0 0 0 m W / c m 2 とされ ているが、 これは主として超音波映像化装置の 1〜 1 0 M H zでの値と理解され る。 この範囲では生体透過による減衰が ¾く有効深度は体表浅部にとどまる。 ここで、 前記 「有効深度」 との用語について説明する。 前記 「有効深度」 とは、 生体に照射された超音波により、 有効に脂肪分解ができる体表からの深さをいう。 生体に与えるエネルギーは照射時間と強度に比例する。 また透過率は生体内進 行距離とともに指数関数的に減少する。 その指数部は吸収係数 X距離である。 吸 収係数は更に周波数に比例して増加する。 例えば人体の脂肪の吸収係数を周波数 で除した値は 1 c m当たり 0 . 0 6 3ネパ一ノ c m M H zであり、 1 M H zで脂 肪層を 1 c m進む場合の減衰率は 0 . 5 5 d B / c m , 同様に筋肉では 1 . 0 9 d B Z c mとなる。
本発明者らの実験によれば 5 0 0 k H zでは 1 0〜 1 0 0 0 m Wノ c m L' と広 範囲のパワー密度で脂肪分解に一定の有効性がある。 このパワー密度の有効深度 は脂肪では体表から 1 3 5 c mの透過に， 筋肉では 7 0 c mの透過に相当する。 即ち、 5 0 0 k H zで前記パワー密度の超音波は、 生体の深部の内臓脂肪をも有 効に分解するが、 深部で減衰したパワー密度では内臓、 骨等に影響を与える恐れ ,
6 は全く無いという利点がある。 一方、 1 MH ζの有効範囲 8 0 0〜 1 0 0 0 mW / c m'1 では、 有効深度は脂肪では体表から 1. 7 c m, 筋肉で 0. 9 c mに相 当する。
また、 世界超音波医学連合 （WF UMB ) はキヤビテーシヨン発生による組織 破壊に注目すべきであるとし、 メカニカルインデックス （M l ) の概念が使用さ れている。 M l は次式で与えられる。
M I = P / f 1 ' - ここに Pは負圧の最大値で単位は M P aである。 f は周波数で単位は MH z。 M I の許容値は明確でなく、 照射による危険性と得られる医療効果とのバラン スで医師が選択すべきものとされる。 しかし通常の医療の範囲では M I = 0. 6 以下の記述が見られる。 日本超音波医学会では M I = 1以下としている。 したが つて今後学問の進歩により変更される事がありうる力 以下、 安全を見て M l = 0. 6を許容レベルと考える。 この M l基準は肥満症、 肥満起因疾病の治療に際 し適用可能と考えるべきで、 不特定の健康人を含む診断や健康増進や、 美容用の 脂肪分解には診断器用基準 1 0 0 0 mWZ c m2 以下を使用すべきであろう。 我々が肥満解消の生化学的作用を予測する約 1 MH z以下は吸収係数が周波数 に比例するので透過力が大きく、 また生化学作用も強いとされている。 したがつ て M lが 0. 6以下であっても慎重に骨や血管、 内臓への影響を考慮せねばなら ない。
特に 1 0 0 k H z以下で卓越するキヤビテーションは細胞を破壊する危険が有 り、 破壊しない強度でもチク、 チクする感触を与え不快感を与える。 また血液中 の赤血球に大きな乳化 · 分散力が作用すると溶血を生じる。 これらの作用も又周 波数とパワー密度との関数であり、 前記溶血を生じない範囲とする必要がある。 また世界超音波医学連合 （WF UM B) は診断用以外の治療用を含めた広い用 途に対しては加熱効果による組織の温度に注目すべきであるとし、 サーマルイン デックス ： T I の概念が使用されている。 温度上昇 1 . 5 °C以下は安全、 4 °C 5 分、 2 °C 3 0分は要注意限界とされている。
そこで、 本発明の超音波照射装置は、 前記超音波が照射される部位の位置また は温度を監視する監視手段を備える。 本発明の超音波照射装置は、 監視手段を備 η えることにより、 前記被照射生体部位の内部構造や、 対象照射頜域の確認や、 照 射パワーレベルの決定や積算照射量推定や、 そのための温度上昇等の監視等がで き、 温度上昇をモニターしながら超音波照射したり、 特定臓器 · その周辺等に収 束して照射したり、 骨や特定臓器を避けて照射する事ができるので安全で且つ有 効な照射が確保される。
本発明の超音波照射装置は、 前記超音波発生手段により発生された超音波を超 音波伝達媒体を介して生体に伝達する超音波伝達手段を備える。 前記超音波伝達 媒体としては、 水、 水 · 液体が収容された袋状体、 固体の音響カプラー等を挙げ ることができる。 また、 前記超音波伝達手段としては、 前記超音波発生手段を備 え水等の超音波伝達媒体を収容する浴槽または水槽、 前記超音波発生手段と、 水 •液体が収容された袋状体、 固体の音響カプラー等の超音波伝達媒体とからなる 超音波プローブ等を挙げることができる。
また、 本発明の超音波照射装置は、 前記超音波伝達手段が、 前記超音波伝達媒 体と生体との間に介在して設けられる音響結合剤層を備える。 前記超音波プロ一 ブ等の超音波伝達手段を備える超音波照射装置を用いるときに、 前記超音波伝達 媒体と生体との間に空気層があると、 超音波は空気層により反射され、 生体に照 射される超音波が低減する。 そこで、 前記超音波伝達媒体と生体との間に音響結 合剤層を介在させることにより、 前記超音波の減衰を低減し、 前記超音波を効率 よく生体に照射することができる。 前記音響結合剤は、 前記超音波伝達媒体と生 体との間から空気を排除できるものであればよく、 ゼリー状、 クリーム状等のも のを挙げることができる。
また、 前記音響結合剤は、 肥満解消剤を含有してもよい。 肥満解消の経皮塗布 薬剤を音響結合剤の一部に含ませたり、 前記肥満解消剤自体を前記音響結合剤の 代替としたりすることにより、 肥満解消機能と良好な音響結合機能を兼ねた物質 を提供できる。 肥満解消剤を含む前記音響結合剤は、 超音波照射と複合して相乗 的効果が得られる。
さらに、 本発明の超音波照射装置は、 前記超音波発生手段により発生された超 音波が印加された液体を生体に当てる手段を備えるものでもよい。 このような超 音波照射装置として、 例えば、 前記超音波発生手段を備えるシャワーヘッ ドに水、 0 温水等を流通させながら、 前記超音波発生手段から前記水、 温水等に超音波を印 加して、 前記シャワーヘッ ドから前記水、 温水等を生体に噴射するものでもよく、 浴槽に前記超音波発生手段を備え、 超音波が印加された温水等を前記浴槽中に回 流させて生体に当てるようにしたものでもよい。 このような超音波照射装置によ れば、 安全快適に、 労力を要せずに、 容易な操作で超音波照射ができる。
以上の諸過程で脂肪分解された遊離脂肪酸等の脂肪分解産生物は血液中に放出 されるので、 生体内で脂肪に再合成されて蓄積される事を防ぐために、 運動や体 温上昇等で燃焼消費する必要がある。
そこで、 本発明の超音波照射装置は、 超音波発生手段により発生される超音波 を生体に照射する際に、 生体に投与される肥満解消剤を備えるものでもよい。 前 記肥満解消剤は、 経皮投与、 経口投与されるものでもよく、 注射により投与され るものでもよい。 例えば、 体温を上昇させる即ち熱代謝を亢進させる食品 （唐辛 子など） や、 薬剤 （唐辛子成分のカブサイシンやその同類体、 シブトラミンなど） を投与すると、 遊離脂肪酸が体内で燃焼し長時間体温が上昇して、 体熱の外部放 散が増える。 これにより、 遊離脂肪酸等の脂肪分解産生物が消費される。
したがって、 肥満解消剤を投与しつつ、 本発明の超音波照射を行うことにより 相乗的効果が得られる。 例えば、 肥満解消剤は局所照射で脂肪分解した部分に再 度他部分からの脂肪の移動蓄積を防ぎ、 肥満解消剤と超音波照射との相乗的作用 により局所痩せなどの効果が得られる。
また、 本発明の超音波照射装置は、 生体の少なくとも一部を冷却する冷却手段 を備えるようにしてもよい。 生体の少なくとも一部を冷却すると、 体熱が奪われ るので、 生体の自律作用として恒温動物は熱産生を行い遊離脂肪酸が消費される。 即ち超音波照射と同時に遊離脂肪酸の消費が進行する。
前記冷却手段は、 例えば、 前記超音波伝達媒体を冷却して生体に接触させるも のであってもよい。 前記超音波伝達媒体の温度を体温より低い温度、 例えば 2 4 °Cになるように制御する手段を設けると、 接触面を通して体熱が奪われ、 前記生 体の自律作用として恒温動物が熱生産を行う。 図面の簡単な説明 n 図 1は、 本発明における超音波の周波数の範囲と、 各周波数における照射音響 パワー面密度の範囲とを定める実験に用いた実験装置の説明的断面図である。 図 2は、 本発明における超音波の周波数及び照射音響パワー面密度の有効範囲 を示す両対数のグラフである。
図 3は、 本発明の超音波照射装置の第 1の実施形態を示す説明的断面図である t 図 4は、 本発明の超音波照射装置の第 2の実施形態を示す説明的断面図である 図 5は、 本発明の超音波照射装置の第 3の実施形態を示す説明的断面図である 図 6は、 本発明の超音波照射装置の第 3の実施形態の変形例を示す説明的断面 図である。
図 7は、 本発明の超音波照射装置の第 4の実施形態を示す説明的断面図である。 図 8は、 本発明の超音波照射装置の第 5の実施形態を示す説明的断面図である。 発明 実施するための最良の形態
本発明者らは、 まず、 安全性確認のために前記溶血、 キヤビテーシヨン、 細胞 破壊、 乳化について夫々発生限界パワー密度を実験により調査した。 但し超音波 音響パワーの絶対値測定は世界的に確立した方式がなく、 僅かに利用できる機器 は天秤法で使用可能周波数範囲は 0 . 8 M H z以上であるが、 原因は低周波数範 囲での有効な音波吸収材の欠如にあり、 測定器内で反射波により定在波が立つ事 にあるので、 特に低周波域でも吸収のよい吸収材の探索を行い、 内張りして測定 を可能とした。 測定は 2 4 k H z , 3 6 k H z , 1 0 0 k H z , 1 6 0 k H z , 5 0 0 k H z , 1 M H zの 6周波数の連続波で行った。
図 1は、 前記溶血等の実験に用いた実験装置であり、 超音波伝達媒体として温 水 1 を収容する水槽 2の上部に設けられた案内部材 3に、 超音波を透過する材料 からなる箱形の試料ホルダ 4と、 超音波振動子装置 5を上下動自在に備えるスラ イダ 6とが設けられている。 試料ホルダ 4と、 超音波振動子装置 5とは、 それぞ れ支持梁 4 a， 6 aにより案内部材 3に沿って移動自在とされており、 試料ホル ダ 4に保持される試料が、 超音波振動子装置 5から照射される超音波の遠距離音 場内に位置するように調整される。
水槽 2の内面には、 試料ホルダ 4と超音波振動子装置 5との位置関係等を観察 lQ する窓部 （図示せず） を除いて、 研磨剤付きナイロン繊維 7からなる超音波吸収 材が貼付され、 超音波振動子装置 5から照射された超音波の反射を防止している。 また、 温水 1の水面には下面に研磨剤付きナイ口ン繊維 7からなる超音波吸収材 が貼付された発泡スチロール製の浮き 8が浮設され、 前記超音波の水面での反射 を防止している。
溶血テス トは、 静脈血を採血し凝固防止にへパリンを加え冷蔵した。 1 m l を ボリエチレンの 2 0ミクロン厚の袋にいれ、 図 1の装置の温水 1 を 3 6 °Cとして この水中に浸潰し、 それぞれの試験条件 （周波数とパワー密度） で 3 0分照射し た。 照射後ただちに遠心分離し血清の比色と L D H (lactate dehydrogenase) 分 祈とを行った。
溶血にはパワー密度に閾値 （以下溶血限界という） がありそれ以下では安全、 以上では溶血することを確認した。
24 k H z , 3 6 k H z , 1 0 0 k H zでは 1 0 0 0 m WZ c m 2 以下に溶血 閾値があつたが、 1 6 0 k H z〜 1 ΜΗ ζでは 1 0 0 0 mWZ c m- では溶血し なかった。
測定した溶血閾値を表 1 に示す。 また図 2に曲線 A上の点でしめす。
パワー密度のキヤビテーション限界 ·乳化限界は溶血限界より大きく、 溶血限 界に留意すれば十分である。 脂肪細胞破壊限界は更に大きく、 l O O OmWZc m2 以下では観測されなかった。
以上より、 各周波数のパワー密度安全限界は
2 4 kH z〜 1 0 0 kH zでは溶血限界できまり、
1 6 0 kH z〜 1 ΜΗ ζでは
一般 （健常者に対する肥満解消） 用は、 超音波医学会の診断用許容レベル 連続波 1 0 0 0 mWZ c m 以下。
治療 （肥満症患者に対する肥満解消） 用は、 WF UMBの M I = 0. 6以 下 （図 2のライン G) 。
とする。 これ糖等の数値を表 1及び図 2に示す。 周波数 溶血限界 M I = 0. 6
2 4 k H z 1 7 mW/ c m ;
3 6 k H z 1 8 m W / c m :'
1 0 0 k H z 3 2 mW/ c m2
1 6 0 k H z 1 9 0 0 mW/ c m;
5 0 0 k H z 5 8 0 0 mW/ c m;
1 MH z 9 0 0 mW/ c m-
3 MH z 1 5 5 0 0 mW/ c m: 表 1から、 先行技術 （特開平 3 - 1 2 3 5 5 9 ) の開示する 2 0~ 5 0 k H z , 1 0 0〜 5 0 0 mW/ c m2 は溶血限界を越え溶血を発生する危険領域にある事 は明らかである。
次に上記一般用の安全範囲内で種々の周波数について種々のパワー密度で脂肪 分解を調べた。 実験動物にラッ トを用い、 図 1示の 3 6 °Cの水槽 2内でその腹部 を音場の均一な遠距離音場内で且つほぼ腹部を覆う広がりの照射野を得られる距 離から照射した。
先ずネンブタールで中枢神経を麻酔し、 心理的ストレス、 採血痛、 ラッ トの低 域超音波可聴等による影響を遮断した。
ついで超音波透過を妨げる気泡を残す危険性があるので腹部体毛を刈り取り、 表面活性剤で洗った。
その後初期採血し、 3 6°C水中に浸潰して 1 0分間照射し、 照射後更に 1 0分 諍置し照射後の採血をした。 採血した血液は遠心分離し血清から脂肪分解生成物 である遊離脂肪酸 （F F A) 濃度を定量した。 コントロールとして超音波照射を しないがその他は全く同じ処理をしたものと比較した。 コントロール 1 5匹、 2 4 k H z 1 5 mW/ c m- 6匹、 5 0 0 k H z 2 0 mWZ c ιττ' 8匹、 1 MH z 9 0 0 mW/ c mJ 1 2匹、 その他の周波数、 パワー密度は各 4匹ずつ試験した c 照射前 F F A値を X , 照射後 F F A値を yとすると増加量 d = y— xは照射パ ヮー密度と相関を有せず、 かつコントロールの dに対して t検定は有意でないも のが多かった。
一方、 F F Aの照射前値 Xに対する照射後値 yの相関は良好で、 x y平面上で の点 X yの散布はその原点を通る直線に精度良く縮退 （regression) した。 その 直線の傾斜 bは増倍率 yZxを与える。
コントロールの bの平均値は 1. 2 4 ± 0. 1 0 9で、 同時に測定した無処理 時の b = l . 04 ± 0. 0 9からの乖離は温水浸漬が原因であることを確かめて ある。
各測定点の bに対してコントロールの bと比較して t検定を行った。
bと dの t検定を総合して脂肪分解への有効性、 無効性を判定し、 図 2に示す t 図中の各点の表示は表 2のとおりである。
表 2
Figure imgf000014_0001
有効の〇表示点については各点に夫々の増倍率 bの値を示す。
図 2から判明するごとく、
· 1 5 k H z〜 1 4 0 k H zの低周波域と、 1 8 0 k H z ~ l . 3 MH zの高 周波域とに有効域がある。
•両有効域とも夫々の周波数には有効なパワー密度に下限閾値があり、 その閾 値以上では有効で、 以下では無効であった。 （以後閾値を有効下限という） -有効頜域では増倍率はパワー密度、 周波数に関せずほぼ一定の 1. 9 4土 0. 1 6倍でありそれ以下ではコントロールの 1. 2 4倍 ± 0. 1 0 9と有 意差はなかった。
-有効下限は高域の 5 0 0 k H zでは 1 0 mWZ c m- ,
低域では周波数にもよるが 1 0〜4mW/ c m 付近であった。
以上の事は超音波脂肪分解のメカニズム推定に暗示を与えるが、 現時点ではメ 力二ズムは不明である。
図 2のデ一夕から閾値をつないだ境界線に囲まれた有効領域を決定する。 図中の測定点の表示は下記の意味を持つ。
〇は完全に有効領域内にあり、 境界から遠い。
參は完全に無効領域内にあり境界から遠い。
△はほぼ境界線上にあるか境界線に近い。
▲は境界線に近いが無効領域内にある。
以上より図 2に有効領域を表示する。 図中領域境界線の英字記号を参照しつつ 説明する。
G. メカニカルインデックス許容レベルを有効域上限とする。 現行の WF U 1^18の 1 = 0. 6で示してある。
L. 一般用 （健常者に対する肥満解消） の場合、 体表照射 l WZ c m2 で有 効深度が消失する周波数の 1. 3 MH zを上限とする。 治療用 （肥満症 患者に対する肥満解消） の場合、 高パワー密度ではより高い周波数も使 用可能であるが、 パワー吸収係数が周波数の 2倍に比例するため発熱が 増大しサーマルインデックスを越える危険性があり除外する。
K. 8 0 0 k H z , 4 5 0 mW/ c m2 でが△無効。
1 MH z , 7 0 0 mW/ c m2 で參無効故、 7 0 0 k H z〜 l . 3 MH z間は下限を 8 0 0 mWZ c m2 、 上限を M I許容値とする。 J . 8 0 0 k H z , 4 5 0 mWノ c m' で△無効、 2 0 mw/ c m' で秦無 効、 5 0 0 k H zで 4 5 0、 2 5 0、 2 0 mw/ c mz でいずれも完全 有効の〇であった。 したがって境界線は 7 0 0 k H z とする。
I . 5 0 0 k H zで 2 0 mwZ c m' で〇、 3. 5 mW/ c m- で完全無効 •であった。 両点の中間点の 1 0 mWZ c m2 を下限とする。
H. F . 1 6 0 k H zでは 9 0 0、 2 0 0 mW/ c m - で△無効、 1 0 0 m W/ c m: で完全無効の ·であった。 物理 ， 生化学現象として刺激に対 して完全な線スぺク トルの無効域は有り得ないので、 広がりとして ± 2 0 k H zの無効域を設定し、 その下限を 1 4 0 k H z、 上限を 1 8 0 k H z とした。 E . 1 0 0 k H zでは 4 mWZ c で完全有効の〇であった。 したがって 下限はそれより低い。 しかしこの 4 mW/ c π ' でもこれが体表のパヮ 一密度とすると有効深度がほとんどなく実用上無意味であるので、 下限 を 4 mW/ c m- とする。
D. 8 mWZ c で 1 0 0 k H zで完全有効の〇、 3 6 k H zで▲無効、
2 4 k H zで完全無効の ·ゆえ、 1 0 0 k H z と 2 4 k H zの中間で 3
6 kH zに近い 5 0 k H zを境界線とする。
C. 8 mWZ c m2 では 2 4 k H z完全無効の秦、 3 6 kH zで▲無効、 2
4 KH zでは 1 5 mW/ c m2 で完全有効の〇ゆえ、 下限を中間の 1 0 mW/ c m2 とする。
B. 超音波周波数領域の下限である。 これ以下では人により可聴であり、 騒 音となり実用上不都合である。
A. 溶血限界である。 本発明者等が実験により確認した事は前述のとおりで ある。
以上に説明した有効範囲が図 2に示されている。 本発明の第 1の態様の超音波 照射装置では境界 A B C D E F Gで囲まれた領域であり、 第 2の態様の超音波照 射装置では境界 GH I J KLで囲まれた領域である。
ここで、 有効性からみた先行技術の評価を試みると、 次のとおりである。 健康 ·美容機器の使用する 1 MH zでの実験結果は、 9 0 0 mWZc m2 で有 効であつたが 7 0 0 mWZ c m2 では無効であった。 閾値は 8 0 0 mWZcm2 と内挿される。 上述の近距離音場の不均一性を考慮すべきであるが、 体表での平 均パワー密度を一般 （健常者に対する肥満解消） 用許容値 1 0 0 0 mWZ c m2 とすると、 8 0 0 mWZ c m2 まで減衰する生体内有効到達深さは脂肪で 1. 7 c m, 筋肉で 0. 9 c mとなり、 一般用では健康ではあるが肥満している肥満起 因疾病予備軍の健康改善に必要な内蔵脂肪には到底到達し得ない。
先行技術 （特開平 4 - 8 9 0 5 8 ) の l〜 3 MH z , 1 0 0〜 5 0 0 mW/ c m- は、 少なくとも 1 MH zでは本発明者等の実験データ図 2に示すごとく、 7 0 0 mW/ c mJ 以下では無効であった。
一般に高い周波数では音圧吸収係数が周波数に比例するので深部でもパワー密 度を維持するために体表でのパワー密度を増大すると、 深さ l c mあたりの超音 波吸収エネルギー （音圧の 2乗に比例） は周波数の 2倍に比例するので、 l c m 当たりの吸収発熱が増大し、 体表付近の温度上昇がサーマルインデックスを超過 する危険がある。
結論として、 次のことが言える。
( 1 ) 図 2から明らかなように、 安全であり且つ脂肪分解の有効な領域は、 1 5 kH z〜 1 4 0 kH z帯、 及び 1 8 0 kH z〜 1. 3 M H z帯にある。 両者はそ の作用機構が異なると思われる。
(2 ) 1 5 k H z〜 1 4 0 kH z帯は生体組織による吸収係数が低く体内深部に 到達できるので、 皮下脂肪のみでなく成人病の原因となる内臓脂肪の分解に有効 である。
(3) 1 8 0 kH z〜 1. 3 MH z帯は有効パワー密度が例えば 5 0 0 k H zで は 1 0〜 1 0 0 0 mWZ c m の広範囲で同一有効度を有する。 即ち浅い皮下脂 肪から深部の内臓脂肪に至る広い範囲での脂肪分解に適している。 しかも深部で はそのパワー密度は減衰しているので、 内臓自体や骨等に与える影響が全く無視 される利点がある。
(4 ) 分解生成物の燃焼消費を合わせて工夫する必要がある。
次に、 図 3を参照して、 本発明の超音波照射装置の第 1の実施形態について説 明する。 図 3示の超音波照射装置は、 温水 1が収容される浴槽 2と、 浴槽 2の壁 面に取着された超音波発生手段としての超音波振動子 5 とからなる。 超音波振動 子 5は、 図示しない駆動回路から供給される高周波電圧が印加されることにより 超音波を発生し、 該超音波を温水 1を介して浴槽 2に浸潰された生体 9に照射す る。 図 3示の超音波照射装置によれば、 浴槽 2中は各壁からの多重反射や生体に よる反射屈折散乱吸収により波長以下の局所的な斑状強弱はあるがマクロ的には ほぼ一様な音場分布を形成している。 これによりほぼ全身的な照射が可能である。 安全限界値近くのパワー密度で照射する時は槽壁を無反射材とし定在波による局 所的強弱を避ける事が望ましい。
次に、 図 4を参照して、 本発明の超音波照射装置の第 2の実施形態について説 明する。 図 4示の超音波照射装置は、 温水 1が収容される水槽 1 0と、 水槽 1 0 1 Λ
16 の底面に取着された超音波振動子 5とからなる。 生体 9は水槽 1 0の上緣部に配 設されたスポンジ 1 1を弾性シール材として温水 1に接触する。 また、 水槽 1 0 の底部には温水 1を定圧で水槽 1 0に供給する導管 1 2が接続されており、 導管
1 2から水槽 1 0に供給された温水 1は図示しないオーバーフロー管を介して、 またはスポンジ 1 1から滲出して水槽 1 0の外壁に設けられたオーバーフロー槽
1 3に導かれ排水管 1 4から排出される。 超音波振動子 5は図 3示の超音波振動 子 5 と同一の機構により超音波を発生し、 該超音波を温水 1を介して生体 9に照 射する。
図 4示の超音波照射装置によれば、 水槽 1 0の開放水面に空気を残す事なく腹 部等を水に接触させる事ができる。
尚、 図 3及び図 4に示すような水中浸漬型の超音波振動子 5では水の欠如で超 音波振動子 5に損傷を発生する故水の存在を監視することが望ましい。 これは、 振動子駆動電流の変化から検出することができる。
次に、 図 5を参照して、 本発明の超音波照射装置の第 3の実施形態について説 明する。
在来の実際の照射方法は、 小型振動子を音響結合剤のゼリーを介して体表に接 し体表を平面的に走査する方式である。 明記されていないが近距離音場が干渉の ため不均一強度分布を有するので平面的走査で照射量の空間的平均をとる事にな り妥当な方式と言える。 しかし前述の溶血の様に発生限界が非常に明確な限界値 がある場合はこの方式は注意が必要である。 即ち生理現象がその限界値で非線形 にジャンプするので平均値が安全値以下でも局所値が限界値を越える場合は危険 があり得るからである。 したがつて近距離音場を使用する場合は許容値一杯の高 い平均値を使用できない。 遠距離音場で使用することは他の解決法となり得る。 又照射野が狭いので体表等を広範囲に走査することは人力を要するという欠点が ある。
図 5 ( a ) 示の超音波照射装置は、 中空の適用子 1 5の内部に超音波振動子 5 と、 超音波振動子 5の前面に設けられた音響レンズ 1 6 と、 ポリエチレン等の可 撓性フィルムからなる袋状体 1 7 とを備え、 袋状体 1 7には超音波伝達媒体とし ての水 · 油等の液体 1 8等が収容されている。 超音波振動子 5は図 3示の超音波 γη 振動子 5と同一の機構により超音波を発生し、 袋状体 1 7に収容された液体 1 8 等を介して、 生体 9に超音波を照射するようになっている。
前記音響レンズ 1 6は、 伝音固体で上面は超音波振動子 5に密着し下面は凹面 状をなし、 その材質は超音波伝達媒体 1 8よりも音速の速いものとされ、 音響レ ンズ 1 6と超音波伝達媒体 1 8との間の屈折により超音波はほぼ平行ビーム状に 形成される。 凹面曲率を大きく し、 収束性ビームとすることもでき、 この場合は 後述する図 6 ( c ) の照射適用子 2 3と同様の効果が得られる。 袋状体 1 7及び 袋状体 1 7に収容された水等の超音波伝達媒体 1 8は生体 9表面の凹凸に合わせ て変形し生体 9に密着する。 袋状体 1 7 と生体 9との接触面には図示しない音響 結合剤 （ゼリー等） を塗り空気を排除する。
図 5 ( a ) 示の超音波照射適用子は、 槽を用いないで空中で使用でき、 生体 9 に沿って滑らすことができるので、 局所的照射用であり、 比較的広い照射野を有 する設計とすることができる。
このとき、 前記音響結合剤は、 生体 9に塗布して用いられるので、 カプサイシ ン等の経皮投与可能な肥満解消剤を含むものであってもよい。 前記肥満解消剤と して、 カブサイシン等の肥満解消用の経皮投与剤中、 クリーム状のものは袋状体 1 7と生体 9との間の空気層を排除できるので、 音響ィンピ一ダンスが理想的で は無くてもそれ自体を音響結合剤として使用することができる。 又、 前記音響結 合剤に肥満解消剤を混入したり、 肥満解消機能を有し且つ音響インピーダンスを 理想値に近づけて最適化した新音響結合剤を作り使用することもできる。
尚、 前記のように適用子 1 5を生体 9の表面に沿って走査するときは、 部分的 なゼリ一欠如を監視することが望ましい。
図 5 ( a ) 示の超音波照射装置は、 図 5 ( b ) 示のように、 適用子 1 5の上部 に合成樹脂または皮革等からなるベルト 2 0を備えていてもよい。 ベルト 2 0を 備えることにより、 使用者が適用子 1 5 とベルト 2 0との間隙 2 1に手を挿入し て操作することができ、 取り扱いが容易になる。
次に、 図 6を参照して、 図 5 ( a ) に示す超音波照射適用子の変形例について 説明する。
図 5 ( a ) に示す超音波照射適用子は、 使用周波数とパワー密度と照射部位と i e
1 によっては、 骨や一部内臓等に悪影響を与える可能性が残る。 特に骨は超音波の 吸収が強く、 発熱や骨膜の痛感発生をみる場合があり得る。 逆に脂肪肝等では臓 器を特定して照射する必要がある。 このため照射部位の内部構造や温度上昇等を 知る必要がある場合が多い。
そこで、 図 6 ( a ) 及び図 6 ( b ) に示すように、 適用子 1 5において超音波 振動子 5の一部を切り取って、 超音波パルス送受信振動子 2 2を設けるようにし てもよい。 図 6 ( a ) は超音波振動子 5の中央部を切り取って、 超音波パルス送 受信振動子 2 2を設けた例を示し、 図 6 ( b ) は超音波振動子 5の端部を切り取 つて、 超音波パルス送受信振動子 2 2を設けた例を示す。
図 6 ( a ) 及び図 6 ( b ) に示す適用子 1 5における超音波パルス送受信振動 子 2 2は、 在来の Bモード超音波エコー映像装置と同様に扇状走査、 線状走査と することができる。 生体内各部位からの反射波の物理定数である受信時間、 受信 強度を測定しての走査断面の映像化や、 特定部位からの反射波の受信時間や強度 変化から音速や吸収の温度による変化を知り、 照射部位の標定や、 照射による温 度上昇をモニターする事もできる。
脂肪の音波減衰率が温度により比較的大きく変動する事実、 例えば 2 0で付近 では 1 °C上昇するごとに約 1 0パーセント減衰率が低下するという原理を応用し て照射部位を貫通するかまたは反射した超音波の強度変化を照射開始時と比較す ることにより生体の温度上昇の推定から照射条件をコントロールすることができ る。
また、 図 6 ( c ) に示すように、 超音波パルス送受信振動子 2 2を備える照射 適用子 2 3を独立に設け、 各適用子 1 5の超音波ビームの交差する部位の位置、 構造、 温度等をモニターすることもできる。
勿論高周波 5 0 0 k H z前後の振動子を照射に用いる場合は、 その振動子を時 間的に切り替えてパルス送受振動子に兼用することもできる。
更に、 図 6 ( c ) に示すように、 複数の適用子 1 5の超音波振動子 5により超 音波を交差角 0で交差させるようにして、 干渉、 または合成することにより特定 の照射領域のみの強度を高め集中的に照射することができる。 また、 このように すると、 複数の異なった体表の位置から特定部位を狙って集束的に照射し、 体表 付近を安全な照射強度以下に保ちながら深部特定部位に必要な照射強度を集中す ることができる。 1か所からの照射では、 途中の減衰に打ち勝つには体表では大 強度が必要で、 体表付近では過大となる問題を解決できる。 特に、 1〜 1 . 3 M H zのように、 吸収係数の大きな周波数で深部照射する場合に有効である。
また、 図 6 ( c ) の配列を変形させて、 複数の振動子により同一進行面上の向 かい合う方向からパルス波または衝撃波を交差 （交差角度 0 = 1 8 0度） させる ことにより狭い範囲に大きな作用を及ぼすことができる。 この場合交差させる角 度を変化させることも可能であり、 交差させる音波の数、 即ち振動子または反射 板の数や、 各々の位相や周波数を少しづつずらして干渉させて、 照射部位の位置 範囲をより自由に制御できる。
照射波の周波数が低い場合は生体内での到達距離が大きくなる。 一方周波数が 高い場合は減衰は大きくなる。 低域では油滴とそれを包む燐脂質膜のマクロ的変 形、 擾乱、 流動が生じ、 高域では交換神経刺激によるホルモン放出や、 リン脂質 膜、 交感神経末端膜のミクロ的擾乱、 流動化が生じると想像される。 これらの特 性は実証されたものでは無いが、 両者は異なる作用を持つものと考えれる。 両者 を組み合わせて使う為に、 複数の振動子を同一装置に有し、 周波数の互いに異な る超音波を交互に又は同時に生体に照射することができる。 また周波数の切替え は振動子を付け替えてもよい。
次に、 図 7を参照して、 本発明の超音波照射装置の第 4の実施形態について説 明する。 図 7示の超音波照射適用子は、 適宜角度の握り部 2 4の先端に背面材 2 5を介して超音波振動子 5が取着されており、 超音波振動子 5の前面に設けられ た硬質音響カプラー 2 6を備えている。 図 7示の超音波照射適用子は、 直接に音 響結合剤 （ゼリー等） を塗った生体 9の表面に接し特定範囲を移動走査させて照 射できる。 振動子の小型な 5 0 0 k H z程度の高域周波数に適する。
図 7 ( a ) 示の超音波照射適用子によれば、 L字形の握り部 2 4の先端を体表 に強く押し当て、 体表形状を変化させて超音波照射することにより皮下脂肪層部 位に重点的に照射することが可能となる。 9は人体の皮膚、 2 7は脂肪層である。 図 7 ( a ) 示の超音波照射適用子は、 臀部等の皮下脂肪の多い部位に照射する 場合に用いるもので、 特徴は人体の皮膚及び脂肪層に握り部 2 4先端の硬質音響 カプラー 2 6を強く押し当てて、 皮膚 9及び脂肪層 2 7の一部を凹状に変形させ て図 7 ( a ) 示のようにへこませてできた凸部から皮下脂肪層に向けて超音波振 動子 5より超音波を照射する。 そのため握り部 2 4と超音波振動子 5の照射方向 とが直角になるようにした。
また、 凹型の超音波振動子 5と皮膚 9との間に音響カプラー 2 6を設け人体 9 との密着性を図り操作性を高め、 更に皮膚 9と音響カプラー 2 6との間にゼリー 状の音響結合剤を塗布する。 照射はたとえば周波数は 5 0 0 k H zで 1 0 0 0 m W/ c m 2 の出力で、 1 0分間程度のタイマーで制御する等とする事ができる。 また、 握り部 2 4は、 図 7 ( b ) 示のように真っ直ぐな棒状であってもよく、 図 7 ( c ) 示のように背面材 2 5から斜め上方に伸びるものであってもよい。 握 り部 2 4の形状は、 超音波を照射する部位により、 或いは使用者の好みにより適 宜選択することができる。
次に、 図 8を参照して、 本発明の超音波照射装置の第 5の実施形態について説 明する。 図 8示の超音波照射装置は、 シャワーヘッ ド 2 8の内部に超音波振動子 5が取付けられており、 ホース 2 9によりシャワーヘッ ド 2 8内に流通される水 (または温水） 3 0に、 超音波振動子 5から超音波を印加するものである。 超音 波が印加された水 （または温水） 3 0は、 シャワーヘッ ド 2 8の超音波振動子 5 に対向する面に多数穿設された小孔 3 1から噴出され、 図示しない生体に当てら れる。
従って、 この噴出水流を照射すべき部位例えば腹部とか下腿部に注げば容易に 任意の部位に超音波を照射することができる。 小孔 3 1を設けずに緩やかな一つ または複数の大径の水流として噴出させて良い事は勿論である。
前記各実施形態の超音波照射装置を用いて超音波脂肪分解により産生された脂 肪分解物も、 燃焼しないとその一部は再び脂肪に合成されて脂肪細胞に蓄積され る。 したがって、 運動や食事のコントロールで F F Aを燃焼消費する必要がある。 そこで、 肥満解消剤を併用しつつ、 生体に超音波を照射することにより、 有効 な相乗的効果を期待できる。 例えば局所照射で脂肪分解した部分に再度他部分か らの脂肪の移動蓄積を防ぐなどの効果があり、 局所痩せが実現でき美容上の効果 が大きい。 この様な薬剤は種々研究されている。 食欲抑制剤、 消化吸収抑制、 エネルギー 消費促進剤、 前述の熱代謝亢進剤が主体であり、 その他脂肪分解促進、 脂肪合成 抑制の効果を狙うホルモン系の研究もある。 中枢神経系食欲抑制では cat echo lam ine， norepinephrine, dexfenflur amine， dopamine, serotonin, 達糸食欲抑制では amphetamine, mazindol, 食欲抑制と熱代謝促進を兼ねるものに s ibu t ramine,上述 の熱代謝亢進剤、 消化吸収阻害剤には orlistatが知られている。 その他 leptin ， ニューロペプチド Y阻害剤、 C C K一 Aプロモーター、 ブ夕ビンジデ、 脂肪合成 を抑制するプロモクリブチンや、 血中インスリン濃度を高めるィンスリノ トロビ ン、 筋肉での糖利用を高めるトログリタゾン、 細胞間の情報伝達役のサイ トカイ ン活性を調節するサイ ト力イン調節剤、 脂肪分解を促すティオフ、 カフェイン、 お茶に含まれるテオフィ リン等があり、 投与法には経口、 経皮、 注射、 吸入等が ある。
また、 熱代謝を亢進し体温を上昇する食品 · 薬剤の投与を超音波照射に併用す ることは特に有効である。 この体温の上昇は遊離脂肪酸の燃焼により生じ、 体熱 の放散を増加し脂肪分解物を燃焼消費する。 唐辛子や、 トウガラシ等に含まれる カブサイシンや、 ガルシニアという果実—やその中に含まれるハイ ドロキシトリッ クァシド、 熱代謝促進薬剤では beta3 receptor control (BRL26830A, BRL35135, C L316, 243) や、 sibutramine 等がある。
また、 別に冷却手段を設け、 生体の少なくとも一部例えば手とか足を 24で付 近の微温水槽に浸すとか、 その温度付近のシャワーに暴露するなどを行うことに よっても F F Aを燃焼消費することができる。 冷却時期は照射中でも照射後でも 良い。
この冷却には図 5、 図 6等の超音波伝達媒体 1 8を冷却して用いることができ、 又前記微温水槽に図 3の浴槽 2または図 4の水槽 5に収容される温水 1、 図 8の 温水 3 0の液温を体温より低い温度例えば 2 4〜 2 9 °Cになるように制御する手 段を設けるようにしてもよい。 その温度の制御には恒温槽中の微温湯を可撓性細 管で図 3の浴槽 2、 図 4の水槽 5、 図 5及び図 6の袋状体 1 7に接続し循環させ ることで実現できる。 接触面を通して体熱が奪われ， 恒温動物では生体の自律作 用で熱生産が行はれ F F Aが消費される。 即ち超音波照射と同時に F F A消費が 進行する。
尚、 本実施形態、 特に図 6 ( c ) に示す第 3の実施形態では複数の超音波振動 子を用いているが、 同様に、 振動子の代わりに反射体を複合することにより、 反 射波の位相、 強度の測定により発信周波数や強度 ·位相を変化させ、 定在波の位 置 · 数 · 強度を制御することができる。 一般に可変周波数範囲は中心周波数の土 1 0 %が容易に実現できる。 定在波の制御により照射範囲の限定が可能になる。 反射体のみならず、 重粒子と粘弹性材の混合した様な超音波吸収材ょりなる適当 な形状の吸収体を適宜設けることでも実現できる。 また、 時間的に周波数、 強度、 位相を変化させ、 照射野の掃引移動や、 局所的な斑状強弱を時間的に平均化する 効果が期待できる。 産業上の利用可能性
本発明によれば超音波を生体脂肪細胞に照射し安全で有効に短期で体脂肪分解 を行う装置が提供できるようになった。
運動及び節食療法のみで行うよりも短時間で効率的に容易に体脂肪の削減を行 うことを可能にし、 今や国民病に近くなつた肥満原因の各種病気の治療、 抑制予 防、 健康の増進、 美容等への効果が期待され、 その需要は大きい。
したがって、 この装置は新規の大型産業を創生するもので産業上の利用可能性 は大きい。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 超音波を発生する超音波発生手段を備え、 該超音波発生手段により発生さ れる超音波を生体に照射して生体内の脂肪を分解する超音波照射装置において、 該超音波発生手段から発生される超音波は、 周波数が 1 5〜 1 4 0 k H zの範 囲であり、 該超音波が照射される生体表面における照射音響パヮ一面密度が、 周 波数 1 5〜 5 0 k H zの範囲では 1 0 mW/ c より大きく、 生体内で溶血を 生じない範囲であり、 周波数 5 0〜 1 4 0 k H zの範囲では 4 mWZ c m2 以上 で生体内で溶血を生じないか、 またはメカ二カルインデックスに基づく安全基準 値未満の範囲であることを特徴とする超音波照射装置。
2. 前記超音波発生手段から発生される超音波は、 前記照射音響パワー面密度 力 周波数 5 0 ~ 1 4 0 k H zの範囲では 4 mWZ c m2 以上で生体内で溶血を 生じないか、 または医療診断用超音波機器の安全基準値未満の範囲であることを 特徴とする請求項 1記載の超音波照射装置。
3. 超音波を発生する超音波発生手段を備え、 該超音波発生手段により発生さ れる超音波を生体に照射して生体内の脂肪を分解する超音波照射装置において、 該超音波発生手段から発生される超音波は、 周波数が 1 8 0 k H z〜 1. 3M H zの範囲であり、 該超音波が照射される生体表面における照射音響パワー面密 度が、 周波数 1 8 0 ~ 7 0 0 k H zの範囲では 1 0 mW/ c m2 より大きく、 メ 力二カルインデックスに基づく安全基準値未満の範囲であり、 周波数 7 0 0 k H z〜 l . 3 MH zの範囲では 8 0 0 mWZ c m2 より大きく、 メカニカルインデ ックスに基づく安全基準値未満の範囲であることを特徴とする超音波照射装置。
4. 前記超音波発生手段から発生される超音波は、 前記照射音響パワー面密度 、 周波数 1 8 0〜 7 0 0 kH zの範囲では 1 0 mW/ c m2 より大きく、 医療 診断用超音波機器の安全基準値未満の範囲であり、 周波数 7 0 01^ ^ 2〜 1. 3 MH zの範囲では 8 0 0 mWZ c m2 より大きく、 医療診断用超音波機器の安全 基準値未満の範囲であることを特徴とする超音波照射装置。
5. 前記照射音響パワー面密度の前記メカ二カルインデックスに基づく安全基 準値は、 各周波数に対し、 前記メカニカルインデックスが 0. 6となる前記照射 音響パワー面密度であることを特徴とする請求項 1 または請求項 3記載の超音波 照射装置。
6 . 前記超音波が照射される部位の位置または温度を監視する監視手段を備え ることを特徴とする請求項 1乃至請求項 5のいずれかの項記載の超音波照射装置,
7 . 前記超音波発生手段により発生された超音波を、 超音波伝達媒体を介して 生体に伝達する超音波伝達手段を備えることを特徴とする請求項 1乃至請求項 6 のいずれかの項記載の超音波照射装置。
8 . 前記超音波伝達手段は、 前記超音波伝達媒体と生体との間に介在して設け られる音響結合剤を備えることを特徴とする請求項 7記載の超音波照射装置。
9 . 前記音響結合剤は肥満解消剤を含有することを特徵とする請求項 8記載の 超音波照射装置。
1 0 . 前記超音波発生手段により発生された超音波が印加された液体を生体に 当てる手段を備えることを特徴とする請求項 1乃至請求項 4のいずれかの項記載 の超音波照射装置。
1 1 . 前記超音波発生手段により発生される超音波を生体に照射する際に、 生 体に投与される肥満解消剤を備えてなることを特徴とする請求項 1乃至請求項 1
0のいずれかの項記載の超音波照射装置。
1 2 . 前記超音波発生手段により発生される超音波が照射される生体の少なく とも一部を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項 1乃至請求項 1 1 のいずれかの項記載の超音波照射装置。
1 3 . 前記冷却手段は前記音響伝達媒体を冷却する手段であることを特徴とす る請求項 1 2記載の超音波照射装置。
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