WO2016199236A1 - 超音波処置装置 - Google Patents

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WO2016199236A1
WO2016199236A1 PCT/JP2015/066675 JP2015066675W WO2016199236A1 WO 2016199236 A1 WO2016199236 A1 WO 2016199236A1 JP 2015066675 W JP2015066675 W JP 2015066675W WO 2016199236 A1 WO2016199236 A1 WO 2016199236A1
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ultrasonic
piezoelectric elements
transducer array
ultrasonic transducers
voltage
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PCT/JP2015/066675
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French (fr)
Inventor
定生 江幡
Original Assignee
オリンパス株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic treatment apparatus.
  • an ultrasonic treatment apparatus that emits ultrasonic waves from a plurality of ultrasonic transducers substantially simultaneously is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the ultrasonic waves radiated from the separate ultrasonic transducers interfere with each other and strengthen each other, the amplitude of the ultrasonic waves locally increases. Therefore, by arranging the position (focal point) where the amplitude increases in the affected part of the living tissue, the affected part can be treated by applying ultrasonic waves to the affected part while suppressing the influence of the ultrasound on the surrounding tissue of the affected part. it can.
  • Patent Document 1 by applying alternating voltages having different frequencies to a plurality of ultrasonic transducers, ultrasonic waves having different frequencies are generated from the plurality of ultrasonic transducers.
  • Patent Document 2 by applying an alternating voltage to a plurality of ultrasonic transducers while shifting the timing, a plurality of ultrasonic waves having delay times that reach one point simultaneously are generated.
  • the position of the focal point changes in accordance with the frequency of the alternating voltage in Patent Document 1, and changes in accordance with a shift (delay time) in timing of applying the alternating voltage in Patent Document 2. Therefore, by controlling the frequency or delay time of the alternating voltage applied to the ultrasonic transducer, the focus position can be changed and the treatment range can be expanded.
  • An in-vivo ultrasonic treatment apparatus that is inserted into the body and used is required to have a small diameter in order to ensure operability in the body.
  • the ultrasonic treatment apparatuses of Patent Documents 1 and 2 require a power cable for each ultrasonic vibrator in order to apply alternating voltages having different frequencies or delay times to the plurality of ultrasonic vibrators. It is necessary to install the same number of power cables. Therefore, there is a problem that it is difficult to form a narrow structure.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a small-diameter ultrasonic treatment apparatus capable of changing the position of a focal point.
  • the present invention provides the following means.
  • the present invention provides a transducer array composed of a plurality of ultrasonic transducers having different resonance frequency characteristics and the plurality of ultrasonic transducers electrically connected in parallel, and an alternating voltage is applied to the plurality of ultrasonic transducers.
  • a voltage generator that changes the period of the alternating voltage supplied to the power cable with time, and vibrates each of the plurality of ultrasonic transducers having different resonance frequency characteristics.
  • An ultrasonic treatment device is provided.
  • an ultrasonic treatment apparatus having a small diameter that can change the position of the focal point.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ultrasonic treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is a top view which shows the vibrator
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the transducer array in FIG. 2.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating FM voltages supplied from a voltage generation circuit to a transducer array in the ultrasonic treatment apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating timing at which each piezoelectric element in the transducer array is excited by the FM voltage of FIG. 4. It is a figure which shows the wave front of the ultrasonic wave radiated
  • FIG. 10 is a side view showing a modification of the transducer array in FIG. 2. It is a top view which shows the transducer
  • FIG. 9 is a plan view showing a modification of the transducer array in FIG. 8. It is a figure which shows the wave front of the ultrasonic wave radiated
  • FIG. 9 is a plan view showing another modification of the transducer array in FIG. 8.
  • FIG. 15 is a diagram showing a transducer array provided in a treatment section of the ultrasonic treatment apparatus of FIG. 14 and a wavefront of ultrasonic waves radiated from the transducer array. It is a figure which shows the positional relationship of each piezoelectric element of a vibrator
  • FIG. 15 is a diagram showing another modification of the transducer array of FIG. 14 and a wavefront of ultrasonic waves radiated from the transducer array. It is a figure which shows the timing of FM voltage supplied to the vibrator
  • an ultrasonic treatment apparatus 1 includes an elongated insertion portion 2 that can be inserted into a body, and a transducer array 3 that is provided at the distal end of the insertion portion 2 and emits ultrasonic waves.
  • a treatment unit 4 having a main body 6 including a voltage generation circuit (voltage generation unit) 5 connected to the proximal end of the insertion unit 2 and for driving the transducer array 3, and generating voltage in the transducer array 3.
  • a power cable 7 connected to the circuit 5.
  • the transducer array 3 includes a plurality of piezoelectric elements (ultrasonic transducers) P1 to P6 arranged in a line in the longitudinal direction (X direction) of the insertion portion 2 on the same plane.
  • piezoelectric elements ultrasonic transducers
  • the resonance frequencies f1 and f6 of the two outermost piezoelectric elements P1 and P6 are equal to each other, and the resonances of the two piezoelectric elements P2 and P5 located on the most central side.
  • the frequencies f3 and f4 are equal to each other, and the resonance frequencies f2 and f5 of the remaining two piezoelectric elements P3 and P4 are equal to each other.
  • the magnitude relationship between the resonance frequencies f1, f2, and f3 is f1 ⁇ f2 ⁇ f3.
  • the resonance frequencies f1 to f6 increase in order from the outside toward the center, and the distribution of the resonance frequencies f1 to f6 is relative to the center of the transducer array 3. They are arranged so as to be point-symmetric.
  • All of the six piezoelectric elements P1 to P6 are connected in parallel to a pair of positive and negative power cables 7, and an alternating voltage is supplied from the power cable 7.
  • the pair of power cables 7 extends to the main body 6 through the insertion portion 2, and the base ends of the pair of power cables 7 are connected to the power amplification unit 10 in the voltage generation circuit 5.
  • the six piezoelectric elements P1 to P6 are connected in parallel to the voltage generating circuit 5 via a common pair of power cables 7.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit showing the connection between the six piezoelectric elements P1 to P6 and the voltage generation circuit 5.
  • the voltage generation circuit 5 includes a frequency modulation (FM) unit 8 that generates a digital frequency modulation (FM) signal, and a sine wave conversion that generates a sinusoidal frequency modulation (FM) voltage by D / A converting the FM signal.
  • FM frequency modulation
  • Unit 9 and a power amplifying unit 10 for amplifying the FM voltage generated by the sine wave converting unit 9.
  • the FM section 8 generates a sinusoidal FM signal whose frequency changes with time in order from the lower to the higher between the resonance frequencies f1 to f6 of the piezoelectric elements P1 to P6.
  • the frequency component f2 is delayed by the delay time T12 from the frequency component f1
  • the frequency component f3 is delayed by the delay time T23 from the frequency component f2. Yes. That is, the delay time is the time from the start time of one frequency component to the start time of the next frequency component.
  • the time delays T12 and T23 can be set by the user based on the position of the focus F described later.
  • the sine wave conversion unit 9 performs D / A conversion on the FM signal generated by the FM unit 8 to generate an FM voltage whose frequency changes in order of f1, f2, and f3. .
  • the FM signal is generated by the FM unit 8
  • the FM signal is D / A converted by the sine wave conversion unit 9 to generate an FM voltage.
  • the FM voltage is amplified by the power amplifying unit 10 and then simultaneously supplied to the six piezoelectric elements P1 to P6 in the transducer array 3 via the pair of power cables 7.
  • each of the piezoelectric elements P1 to P6 supplied with the FM voltage is excited only at a time when the frequency of the FM voltage becomes equal to the resonance frequency f1 to f6. Therefore, as shown in FIG. 5, the six piezoelectric elements P1 to P6 are arranged in order from the lowest resonance frequencies f1, f2, and f3, that is, on the outer side according to the time change of the frequency of the FM voltage. Excited in order. Accordingly, the ultrasonic waves radiated from the six piezoelectric elements P1 to P6 can be superimposed on each other substantially in front of the center of the transducer array 3.
  • the time difference between the timing at which the piezoelectric elements P1, P6 are excited and the timing at which the piezoelectric elements P2, P5 are excited is equal to the delay time T12, and the timing at which the piezoelectric elements P2, P5 are excited and the piezoelectric elements P3, P4 are excited.
  • all of the six ultrasonic waves radiated from the six piezoelectric elements P1 to P6 have a predetermined focal point F located approximately in the center of the transducer array 3 in the Z direction.
  • Delay times T12 and T23 are set so as to arrive at the same time.
  • the Z direction is a direction orthogonal to the plane on which the piezoelectric elements P1 to P6 are arranged.
  • the delay times T12 and T23 can be calculated based on the distance between the focal point F and each of the piezoelectric elements P1 to P6 and the ultrasonic wave propagation speed.
  • the six piezoelectric elements P1 to P6 having different frequencies are electrically connected in parallel to the voltage generation circuit 5 via the pair of positive and negative power cables 7, and the frequency (period) is increased.
  • the FM voltage (alternating voltage) modulated so as to change with time is supplied to the six piezoelectric elements P1 to P6 via the pair of power cables 7.
  • the excitation timing of the six piezoelectric elements P1 to P6 can be individually controlled by using only one pair of positive and negative power cables 7, and the six piezoelectric elements P1 to P6 can be excited at different timings.
  • the diameter of the portion 2 can be reduced.
  • the main body 6 since only one set of voltage generation circuit 5 for driving the piezoelectric elements P1 to P6 is required regardless of the number of the piezoelectric elements P1 to P6, the main body 6 can be reduced in size. is there.
  • the position of the focal point F changes according to the delay time of the timing at which ultrasonic waves are emitted from the six piezoelectric elements P1 to P6. Therefore, there is an advantage that the position of the focal point F can be changed in the Z direction by adjusting the delay times T12 and T23 between the frequency components f1, f2, and f3 included in the FM signal. Furthermore, by arranging the piezoelectric elements P1 to P6 so that the distribution of the resonance frequencies f1 to f6 is point-symmetric with respect to the center of the transducer array 3 in the transducer array 3, a plurality of radiated from the transducer array 3 is obtained. The time at which the ultrasonic waves radiated from the six piezoelectric elements P1 to P6 reach the focal point F can be matched with higher accuracy. Thereby, stronger ultrasonic waves can be generated at the focal point F.
  • the resonance frequencies f1 to f6 of the piezoelectric elements P1 to P6 may be made different by making the thicknesses of the piezoelectric elements P1 to P6 different.
  • thickness longitudinal vibration is used as the vibration mode of the piezoelectric element
  • the resonance frequency of the piezoelectric element is inversely proportional to the thickness.
  • the thickness longitudinal vibration is a mode in which the piezoelectric element vibrates in the thickness direction by applying a voltage in the thickness direction to the piezoelectric element polarized in the thickness direction.
  • the piezoelectric element vibrates with the largest amplitude when the thickness becomes equal to an integral multiple of a half wavelength of vibration. Therefore, the resonance frequency of the piezoelectric element can be varied only by changing the thickness of the piezoelectric element.
  • the piezoelectric elements P1 to P6 are arranged so that the resonance frequencies f1 to f6 increase in order from the outside toward the center. Instead, the piezoelectric elements P1 to P6 are arranged from the outside to the center.
  • the piezoelectric elements P1 to P6 may be arranged so that the resonance frequencies f1 to f6 are sequentially decreased toward the bottom. In this case, by supplying an FM voltage whose frequency changes in time from the highest to the lowest between the resonance frequencies f1 to f6, the six radiated from the six piezoelectric elements P1 to P6 are supplied. Ultrasound can reach the focal point F simultaneously.
  • the ultrasonic treatment apparatus includes a transducer array 31 including a plurality of piezoelectric elements arranged two-dimensionally on the same plane. This is different from the embodiment.
  • the ultrasonic treatment apparatus includes a transducer array 31 including a plurality of piezoelectric elements arranged two-dimensionally on the same plane. This is different from the embodiment.
  • the 36 piezoelectric elements are arranged in a square along two directions orthogonal to each other.
  • the resonance frequencies f1 to f36 of the 36 piezoelectric elements are all different.
  • the magnitude relationship between the resonance frequencies f1 to f36 is f1 ⁇ f2 ⁇ ... ⁇ F35 ⁇ f36.
  • the resonance frequency becomes higher in order from the outer piezoelectric element toward the central piezoelectric element, and the resonance frequency distribution is substantially point-symmetric with respect to the center of the transducer array 31.
  • 36 piezoelectric elements are arranged. All of the 36 piezoelectric elements are connected in parallel to the voltage generation circuit 5 through a common positive and negative power cable 7.
  • the resonance frequencies f1 to f36 may be varied by varying the thickness of the piezoelectric element. That is, the piezoelectric elements may be arranged so that the thickness decreases from the outside toward the center.
  • the FM unit 8 generates an FM signal whose frequency changes in time from the lowest to the highest between the resonance frequencies f1 to f36. That is, the FM signal includes 36 frequency components each having a frequency equal to the resonance frequencies f1, f2,..., F36. The delay time between two frequency components adjacent in the time axis direction in the FM signal is set based on the position of the focal point F. As a result, the sine wave converter 9 generates FM voltages whose frequencies change in the order of f1, f2,..., F36.
  • each piezoelectric element is only at the time when the frequency of the FM voltage becomes equal to the resonance frequency f1 to f36. Excited. Therefore, the 36 piezoelectric elements are excited in order from the lowest resonance frequency f1 to f36, that is, in order from the one located outside. Thus, as shown in FIG. 9, 36 pulsed ultrasonic waves are sequentially emitted from the 36 piezoelectric elements with a time difference equal to the delay time.
  • the delay time between the frequency components in the FM signal, that is, the 36 piezoelectric elements are excited so that all of the 36 ultrasonic waves radiated from the 36 piezoelectric elements reach the predetermined focal point F at the same time.
  • the time difference of the timing is set. Thereby, in the focus F, the amplitude of an ultrasonic wave is locally amplified by interference of 36 ultrasonic waves. Therefore, the living tissue located at the focal point F can be locally treated.
  • 36 piezoelectric elements can be excited at different timings using only a pair of power cables 7 and a set of voltage generation circuits 5.
  • the insertion part 2 can be reduced in diameter and the main-body part 6 can be reduced in size.
  • the position of the focal point F can be changed in the Z direction by adjusting the delay time between the frequency components included in the FM signal.
  • the transducer array 31 in which the piezoelectric elements are two-dimensionally arranged has been described.
  • the piezoelectric elements are arranged like the transducer array 3 of the first embodiment.
  • a one-dimensional array may be provided.
  • the resonance frequencies f1 to f6 increase in order from the outer piezoelectric element toward the center piezoelectric element, and the distribution of the resonance frequencies f1 to f6 is substantially pointed with respect to the center of the transducer array 32.
  • the piezoelectric elements are arranged so as to be symmetrical. In the transducer array 32 of FIG.
  • the magnitude relationship between the resonance frequencies f1 to f6 is f1 ⁇ f2 ⁇ f3 ⁇ f4 ⁇ f5 ⁇ 6.
  • the transducer array 32 by supplying FM voltages whose frequencies change in the order of f1, f2,..., F6 to the transducer array 32, the ultrasonic waves emitted from the six piezoelectric elements are focused as shown in FIG. F can be reached at the same time.
  • all of the 36 piezoelectric elements are connected in parallel to the common pair of power cables 7.
  • FIG. May be divided into a plurality of blocks, and all the piezoelectric elements belonging to the same block may be connected to the pair of power cables 7 in parallel.
  • the transducer array 33 is divided into four blocks so that each block is composed of 3 ⁇ 3 piezoelectric elements, and a total of four pairs of power cables 7 are connected to the transducer array 33. Yes. Even if it does in this way, compared with the case where a pair of power cable 7 is individually connected to all the piezoelectric elements, the number of the power cables 7 can be reduced significantly.
  • the resonance frequencies f1 to f36 of the piezoelectric elements are all different. Instead, as shown in FIG. 12, some of the piezoelectric elements have the same resonance frequencies f1, f2, and so on. You may have f3. Also in this case, the resonance frequency increases in order from the outer piezoelectric element toward the central piezoelectric element, and the distribution of the resonance frequencies f1, f2, and f3 is substantially point symmetric with respect to the center of the transducer array 33.
  • the piezoelectric elements are arranged so that Even in this case, as shown in FIG. 13, the 36 piezoelectric elements can be excited so that the 36 ultrasonic waves reach the focal point F almost simultaneously.
  • the piezoelectric elements are arranged so that the resonance frequencies f1 to f36 increase in order from the outside toward the center. Instead, the piezoelectric elements are arranged from the outside toward the center.
  • the piezoelectric elements may be arranged so that the resonance frequencies f1 to f36 are sequentially decreased.
  • 36 ultrasonic waves radiated from the 36 piezoelectric elements are generated by supplying the transducer array 31 with an FM voltage whose frequency changes in order from the highest to the lowest between the resonance frequencies f1 to f36.
  • the focal point F can be reached at the same time.
  • an ultrasonic treatment apparatus 100 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the ultrasonic treatment apparatus 100 according to the present embodiment can change the position of the focal point F, and controls the order of the frequency components and the delay time in the FM signal according to the position of the focal point F in the first embodiment. Is different.
  • the main body 61 of the ultrasonic treatment apparatus 100 is further provided with a focus position setting unit 11 and a modulation control unit 12 as shown in FIG.
  • FIG. 15 shows the transducer array 34 in the present embodiment.
  • the transducer array 34 includes 36 piezoelectric elements arranged two-dimensionally, and the resonance frequencies f1 to f36 (f1 ⁇ f2 ⁇ ... ⁇ F35 ⁇ f36) of the piezoelectric elements are all different. Yes.
  • the piezoelectric elements are arranged so that the resonance frequencies f1 to f36 increase in order from the outer side toward the center side, but in this embodiment, the arrangement order of the piezoelectric elements is It may be arbitrary.
  • FIGS. 15 to 20 in order to prevent the drawings from becoming complicated, reference numerals indicating the respective piezoelectric elements are omitted, and instead, the resonance frequencies f1 to f36 are indicated for the respective piezoelectric elements.
  • the focal position setting unit 11 sets the position of the focal point F with respect to the transducer array 34.
  • the position of the focal point F is determined according to an input operation by an operator, for example.
  • the modulation control unit 12 determines the order of 36 frequency components having frequencies f1 to f36, and calculates a delay time between the frequency components. .
  • the modulation controller 12 calculates distances D1, D3, D5, D7, D17, and D21 from each piezoelectric element to the focal point, as shown in FIG.
  • the modulation control unit 12 is configured so that the frequency component of the resonance frequency of the piezoelectric element having a long distance comes first, and the frequency component of the resonance frequency of the piezoelectric element having a short distance follows.
  • the order of the frequency components is determined. In this example, it is assumed that the focal point is set in front of the piezoelectric element having the resonance frequency f15 in the Z direction.
  • the delay time T (i, j) is a difference in required time until the two ultrasonic waves radiated from the two piezoelectric elements reach the focal point F, and can be calculated from the following equation.
  • Di and Dj (where Di> Dj) are the distances to the focal points F of the two piezoelectric elements, respectively, and V is the super in the medium between the transducer array 34 and the focal points F. It is the propagation speed of the sound wave.
  • T (i, j) (Di ⁇ Dj) / V
  • the FM unit 8 generates an FM signal that combines 36 frequency components according to the order and delay time determined by the modulation control unit 12.
  • the sine wave conversion unit 9 generates FM voltages whose frequencies change in order from the resonance frequency f4 of the piezoelectric element farthest from the focal point F to the resonance frequency f15 of the nearest piezoelectric element.
  • the order of the 36 frequency components constituting the FM signal is determined by the modulation control unit 12 based on the magnitude relationship of the distance from each piezoelectric element to the focus F.
  • the delay time between two frequency components adjacent in the determined order is calculated based on the difference between the distances Di and Dj of the corresponding two piezoelectric elements.
  • the FM unit 8 generates an FM signal according to the determined order of frequency components and the delay time, and generates an FM voltage from the FM signal.
  • the position of the focal point F is not limited to the Z direction, There is an advantage that it can be changed in any direction orthogonal to the Z direction. Thereby, there exists an advantage that the range which can be treated can be expanded further.
  • the transducer array 34 in which the piezoelectric elements are arranged two-dimensionally has been described.
  • the transducer array 35 has piezoelectric elements having different resonance frequencies f1 to f6.
  • P1 to P6 may be one-dimensionally arranged. In this case, the focus F can be changed in the X direction and the Z direction.
  • some of the piezoelectric elements may have the same resonance frequency.
  • the transducer array 36 shown in FIG. 20 is divided into four blocks A to D in the same manner as the transducer array 33 described in the second embodiment, and all the piezoelectric elements belonging to the same block have a common power.
  • the voltage generation circuit 5 is connected in parallel via the cable 7.
  • FIG. 21 shows the frequency and timing of the FM voltage supplied from the four pairs of power cables 7 to the transducer array 36 of FIG. As shown in FIG. 21, the block farther from the focal point F is excited first, and among the blocks A to D, the piezoelectric element farther from the focal point F is excited first. The delay time and the delay time between frequency components in each FM voltage are controlled.
  • the ultrasonic treatment apparatus according to the present embodiment includes the same transducer array 3 as in the first embodiment, but differs from the first embodiment with respect to the FM voltage supplied to the transducer array 3.
  • each frequency component f1, f2, f3 is not a pulse signal but a signal generated continuously.
  • the FM unit 8 generates signals in order from a low frequency component.
  • the three frequency components f1, f2, and f3 are superimposed in order from the lowest frequency.
  • the FM signal initially includes only the frequency component f1, then includes two frequency components f1 and f2, and then includes three frequency components f1, f2, and f3.
  • the sine wave conversion unit 9 includes three frequency components having frequencies f1, f2, and f3, and the three frequency components are superimposed in order from the one having the lowest frequency. A voltage is generated.
  • each of the piezoelectric elements P1 to P6 is excited only at a time when the frequency of the FM voltage is equal to the resonance frequency. Therefore, as shown in FIG. 23, the six piezoelectric elements P1 to P6 excite in order from the lowest resonance frequencies f1, f2, and f3 according to the time change of the frequency of the FM voltage. Accordingly, as shown in FIG. 24, the six ultrasonic waves radiated from the six piezoelectric elements P1 to P6 can simultaneously reach the focal point F. Further, by changing the superposition phases of f1, f2, and f3, the position of the focal point F where the six ultrasonic waves radiated from the six piezoelectric elements P1 to P6 simultaneously reach can be changed.
  • the piezoelectric elements P1 to P6 are arranged so that the resonance frequencies f1 to f6 decrease in order from the outside toward the center side, and the three frequency components f1, f2, and f3 have a high frequency. FM voltages superimposed in order may be supplied to the transducer array 3.
  • the transducer array 3 described in the first embodiment has been described, but instead of this, the transducer array 31 described in the second or third embodiment, 32, 33, 34, 35, and 36 may be used.

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Abstract

本発明の超音波処置装置は、略同一平面上に配列され異なる共振周波数特性（ｆ１，ｆ２，ｆ３）を有する複数の超音波振動子（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）からなる振動子アレイ（３）と、超音波振動子（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）間を電気的に並列に接続し、超音波振動子（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）に交番電圧を供給する電力ケーブル（７）と、電力ケーブル（７）に供給する交番電圧の周期を時間的に変化させ、超音波振動子（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）の各々を振動させる電圧発生部と、を備える。

Description

超音波処置装置
　本発明は、超音波処置装置に関するものである。
　従来、複数の超音波振動子から略同時に超音波を放射する超音波処置装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照。）。別々の超音波振動子から放射された超音波が互いに干渉して強め合うことによって、超音波の振幅が局所的に増大する。したがって、振幅が増大する位置（焦点）を生体組織の患部に配置することによって、患部の周辺組織への超音波の影響を抑制しながら患部に超音波を作用させて該患部を処置することができる。
　特許文献１では、互いに周波数が異なる交番電圧を複数の超音波振動子に印加することによって、複数の超音波振動子から互いに周波数が異なる超音波を発生させている。特許文献２では、複数の超音波振動子にタイミングをずらしながら交番電圧を印加することによって、一点に同時に到達するような遅延時間を有する複数の超音波を発生させている。焦点の位置は、特許文献１においては交番電圧の周波数に応じて変化し、特許文献２においては交番電圧を印加するタイミングのずれ（遅延時間）に応じて変化する。したがって、超音波振動子に印加する交番電圧の周波数または遅延時間を制御することによって、焦点の位置を変更し、処置可能な範囲を拡大することができる。
特開２０００－２５４１３９号公報 特開２００６－２０４９２９号公報
　体内に挿入して使用する体内式の超音波処置装置は、体内での操作性を確保するために細径であることが求められる。しかしながら、特許文献１および２の超音波処置装置は、複数の超音波振動子に周波数または遅延時間の異なる交番電圧を印加するために超音波振動子毎に電力ケーブルを必要とし、超音波振動子と同数の電力ケーブルを設ける必要がある。したがって、細径な構造とすることが難しいという問題がある。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、焦点の位置を変更可能である細径の超音波処置装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明は、異なる共振周波数特性を有する複数の超音波振動子からなる振動子アレイと、前記複数の超音波振動子間を電気的に並列に接続し、前記複数の超音波振動子に交番電圧を供給する電力ケーブルと、該電力ケーブルに供給する前記交番電圧の周期を時間的に変化させ、前記異なる共振周波数特性を有する複数の超音波振動子の各々を振動させる電圧発生部と、を備える超音波処置装置を提供する。
　本発明によれば、焦点の位置を変更可能である細径の超音波処置装置を提供することができるという効果を奏する。
本発明の第１の実施形態に係る超音波処置装置の全体構成図である。 図１の超音波処置装置の処置部に設けられた振動子アレイを示す平面図である。 図２の振動子アレイの等価回路を示す図である。 図１の超音波処置装置において電圧発生回路から振動子アレイに供給されるＦＭ電圧を示す図である。 図４のＦＭ電圧によって振動子アレイ内の各圧電素子が励振されるタイミングを示す図である。 図４のＦＭ電圧が供給された振動子アレイから放射される超音波の波面を示す図である。 図２の振動子アレイの変形例を示す側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る超音波処置装置における振動子アレイを示す平面図である。 図８の振動子アレイから放射される超音波の波面を示す図である。 図８の振動子アレイの変形例を示す平面図である。 図１０の振動子アレイから放射される超音波の波面を示す図である。 図８の振動子アレイのもう１つの変形例を示す平面図である。 図１２の振動子アレイから放射される超音波の波面を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る超音波処置装置の全体構成図である。 図１４の超音波処置装置の処置部に設けられた振動子アレイと、該振動子アレイから放射される超音波の波面を示す図である。 振動子アレイの各圧電素子と焦点との位置関係を示す図である。 図１４の超音波処置装置における変調制御部によって決定された周波数の順番を示す図である。 図１４の超音波処置装置における正弦波変換部によって生成されたＦＭ電圧を示す図である。 図１４の振動子アレイの変形例と、該振動子アレイから放射される超音波の波面を示す図である。 図１４の振動子アレイのもう１つの変形例と、該振動子アレイから放射される超音波の波面を示す図である。 図２０の振動子アレイに供給されるＦＭ電圧のタイミングと周波数の変化とを示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る超音波処置装置におけるＦＭ電圧を示す図である。 図２２のＦＭ電圧によって振動子アレイ内の各圧電素子が励振されるタイミングを示す図である。 図２２のＦＭ電圧が供給された振動子アレイから放射される超音波の波面を示す図である。
（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態に係る超音波処置装置１について図１から図７を参照して説明する。
　本実施形態に係る超音波処置装置１は、図１に示されるように、体内に挿入可能な細長い挿入部２と、該挿入部２の先端に設けられ、超音波を放射する振動子アレイ３を有する処置部４と、挿入部２の基端に接続され、振動子アレイ３を駆動するための電圧発生回路（電圧発生部）５を内蔵する本体部６と、振動子アレイ３を電圧発生回路５に接続する電力ケーブル７とを備えている。
　振動子アレイ３は、図２に示されるように、同一平面上において挿入部２の長手方向（Ｘ方向）に一列に配列する複数の圧電素子（超音波振動子）Ｐ１～Ｐ６を備えている。以下、６個の圧電素子を備える場合について説明するが、圧電素子の数は適宜変更可能である。
　６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６のうち、最も外側に位置する２個の圧電素子Ｐ１，Ｐ６の共振周波数ｆ１，ｆ６は互いに等しく、最も中心側に位置する２個の圧電素子Ｐ２，Ｐ５の共振周波数ｆ３，ｆ４は互いに等しく、残りの２個の圧電素子Ｐ３，Ｐ４の共振周波数ｆ２，ｆ５は互いに等しい。ここで、共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の大小関係は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３となっている。すなわち、６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６は、外側から中心側に向かって共振周波数ｆ１～ｆ６が順に高くなるように、かつ、共振周波数ｆ１～ｆ６の分布が振動子アレイ３の中心に対して点対称となるように、配列されている。
　６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６は全て、正負一対の電力ケーブル７に並列に接続されており、電力ケーブル７から交番電圧が供給されるようになっている。一対の電力ケーブル７は挿入部２の内部を通って本体部６まで延び、一対の電力ケーブル７の基端は、電圧発生回路５内の電力増幅部１０に接続されている。これにより、６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６は、共通の一対の電力ケーブル７を介して電圧発生回路５に並列に接続されている。
　図３は、６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６と電圧発生回路５との接続を表す等価回路である。電圧発生回路５は、デジタルの周波数変調（ＦＭ）信号を発生する周波数変調（ＦＭ）部８と、ＦＭ信号をＤ／Ａ変換して正弦波状の周波数変調（ＦＭ）電圧を生成する正弦波変換部９と、該正弦波変換部９によって生成されたＦＭ電圧を増幅する電力増幅部１０とを備えている。
　ＦＭ部８は、圧電素子Ｐ１～Ｐ６の共振周波数ｆ１～ｆ６の間で低い方から高い方へ順に周波数が時間変化する正弦波状のＦＭ信号を発生する。具体的には、ＦＭ信号は、共振周波数ｆ１（＝ｆ６），ｆ２（＝ｆ５），ｆ３（＝ｆ４）と等しい周波数をそれぞれ有するパルス状の３つの周波数成分（以下、「周波数成分ｆ１」、「周波数成分ｆ２」および「周波数成分ｆ３」ともいう。）を含み、周波数成分ｆ２は周波数成分ｆ１よりも遅延時間Ｔ１２だけ遅れており、周波数成分ｆ３は周波数成分ｆ２よりも遅延時間Ｔ２３だけ遅れている。すなわち、遅延時間とは、一の周波数成分の開始時刻から次の周波数成分の開始時刻までの時間である。時間遅延Ｔ１２，Ｔ２３は、後述する焦点Ｆの位置に基づいて使用者が設定することができるようになっている。
　図４に示されるように、正弦波変換部９は、ＦＭ部８によって発生されたＦＭ信号をＤ／Ａ変換することによって、周波数がｆ１、ｆ２およびｆ３の順に時間変化するＦＭ電圧を生成する。
　次に、このように構成された超音波処置装置１の作用について説明する。
　ＦＭ部８によってＦＭ信号が発生されると、該ＦＭ信号が正弦波変換部９によってＤ／Ａ変換されることによってＦＭ電圧が生成される。ＦＭ電圧は、電力増幅部１０によって増幅された後に、一対の電力ケーブル７を介して振動子アレイ３内の６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６に同時に供給される。
　ＦＭ電圧が供給された各圧電素子Ｐ１～Ｐ６は、ＦＭ電圧の周波数がその共振周波数ｆ１～ｆ６と等しくなる時刻においてのみ励振する。したがって、図５に示されるように、６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６は、ＦＭ電圧の周波数の時間変化に応じて、共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３が低いものから順に、すなわち外側に位置するものから順に、励振する。これにより、６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６から放射された超音波を、振動子アレイ３の中心の略前方において互いに重ね合せることができる。このときに、圧電素子Ｐ１，Ｐ６が励振するタイミングと圧電素子Ｐ２，Ｐ５が励振するタイミングの時間差は遅延時間Ｔ１２に等しくなり、圧電素子Ｐ２，Ｐ５が励振するタイミングと圧電素子Ｐ３，Ｐ４が励振するタイミングの時間差は遅延時間Ｔ２３に等しくなる。
　ここで、図６に示されるように、６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６から放射された６つの超音波の全てが、振動子アレイ３の略中心のＺ方向前方に位置する所定の焦点Ｆに同時に到達するように、遅延時間Ｔ１２，Ｔ２３が設定されている。Ｚ方向は、圧電素子Ｐ１～Ｐ６が配列されている平面に直交する方向である。遅延時間Ｔ１２，Ｔ２３は、焦点Ｆと各圧電素子Ｐ１～Ｐ６との間の距離と、超音波の伝搬速度とに基づいて算出することができる。これにより、焦点Ｆにおいては、６つの超音波同士の干渉によって、超音波の振幅が局所的に増幅される。したがって、焦点Ｆに位置する生体組織を局所的に処置することができる。
　このように、本実施形態によれば、周波数の異なる６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６が正負一対の電力ケーブル７を介して電圧発生回路５に電気的に並列に接続され、周波数（周期）が時間変化するように変調されたＦＭ電圧（交番電圧）が一対の電力ケーブル７を介して６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６に供給される。これにより、正負一対のみの電力ケーブル７を用いて６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６の励振のタイミングを個別に制御して６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６を異なるタイミングで励振させることができ、挿入部２を細径化することができるという利点がある。また、圧電素子Ｐ１～Ｐ６を駆動するための電圧発生回路５も、圧電素子Ｐ１～Ｐ６の数に依らずに１組のみで足りるので、本体部６の小型化も図ることができるという利点がある。
　さらに、焦点Ｆの位置は、６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６から超音波が放射されるタイミングの遅延時間に応じて変化する。したがって、ＦＭ信号に含まれる周波数成分ｆ１，ｆ２，ｆ３間の遅延時間Ｔ１２，Ｔ２３を調整することによって、焦点Ｆの位置をＺ方向に変更することができるという利点がある。さらに、振動子アレイ３において共振周波数ｆ１～ｆ６の分布が振動子アレイ３の中心に対して点対称となるように圧電素子Ｐ１～Ｐ６を配列することによって、振動子アレイ３から放射される複数の超音波の対称性を向上し、６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６から放射された超音波が焦点Ｆに到達する時刻を、より高精度に一致させることができる。これにより、より強い超音波を焦点Ｆに発生させることができる。
　本実施形態においては、図７に示されるように、圧電素子Ｐ１～Ｐ６の厚さを異ならせることによって、圧電素子Ｐ１～Ｐ６の共振周波数ｆ１～ｆ６を異ならせてもよい。
　圧電素子の振動モードとして厚み縦振動を用いる場合、圧電素子の共振周波数は、その厚さに反比例する。厚み縦振動とは、厚さ方向に分極した圧電素子に対して厚さ方向に電圧を印加することで圧電素子が厚さ方向に振動するモードである。厚み縦振動モードにおいて、圧電素子は、その厚さが振動の半波長の整数倍と等しくなるときに、最も大きな振幅で振動する。したがって、圧電素子の厚さを異ならせるだけで、圧電素子の共振周波数を異ならせることができる。
　この場合、図７に示されるように、振動子アレイ３の外側から中心側に向かって順に厚さが小さくなるように６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６を配列することによって、外側の圧電素子Ｐ１，Ｐ６から順に励振させることができる。
　また、本実施形態においては、外側から中心側に向かって共振周波数ｆ１～ｆ６が順に高くなるように圧電素子Ｐ１～Ｐ６が配列されていることとしたが、これに代えて、外側から中心側に向かって共振周波数ｆ１～ｆ６が順に低くなるように圧電素子Ｐ１～Ｐ６が配列されていてもよい。この場合、共振周波数ｆ１～ｆ６の間で高い方から低い方へ順に周波数が時間変化するＦＭ電圧を振動子アレイ３に供給することによって、６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６から放射される６つの超音波を焦点Ｆに同時に到達させることができる。
（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波処置装置について図８から図１３を参照して説明する。
　本実施形態においては、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
　本実施形態に係る超音波処置装置は、図８に示されるように、同一平面上において２次元的に配列された複数個の圧電素子からなる振動子アレイ３１を備えている点で、第１の実施形態と異なっている。図８から図１３においては、図が煩雑になることを防ぐために、各圧電素子を示す符号を省略し、代わりに各圧電素子にはその共振周波数ｆ１～ｆ３６を示している。以下、３６個の圧電素子を備える場合について説明するが、圧電素子の数は適宜変更可能である。
　３６個の圧電素子は、互いに直交する２つの方向に沿って正方配列されている。３６個の圧電素子の共振周波数ｆ１～ｆ３６は全て異なっている。図８の振動子アレイ３１において、共振周波数ｆ１～ｆ３６の大小関係は、ｆ１＜ｆ２＜…＜ｆ３５＜ｆ３６となっている。振動子アレイ３１において、外側の圧電素子から中心側の圧電素子に向かって共振周波数が順に高くなるように、かつ、共振周波数の分布が振動子アレイ３１の中心に対して略点対称となるように、３６個の圧電素子は配列されている。３６個の圧電素子は全て、共通の正負一対の電力ケーブル７を介して電圧発生回路５に並列に接続されている。
　本実施形態においては、第１の実施形態の変形例において説明したように、圧電素子の厚さを異ならせることによって、共振周波数ｆ１～ｆ３６を異ならせてもよい。すなわち、外側から中心側に向かって順に厚さが小さくなるように、圧電素子を配列してもよい。
　ＦＭ部８は、共振周波数ｆ１～ｆ３６の間で低い方から高い方へ順に周波数が時間変化するＦＭ信号を生成する。すなわち、ＦＭ信号は、共振周波数ｆ１，ｆ２，…，ｆ３６と等しい周波数をそれぞれ有する３６個の周波数成分を含んでいる。ＦＭ信号において時間軸方向に隣接する２つの周波数成分間の遅延時間は、焦点Ｆの位置に基づいて設定されている。これにより、正弦波変換部９によって、周波数がｆ１、ｆ２、…、ｆ３６の順に変化するＦＭ電圧が生成される。
　次に、このように構成された超音波処置装置の作用について説明する。
　電力発生回路５から一対の電力ケーブル７を介して３６個の圧電素子に同時にＦＭ電圧が供給されると、各圧電素子は、ＦＭ電圧の周波数がその共振周波数ｆ１～ｆ３６と等しくなる時刻においてのみ励振する。したがって、３６個の圧電素子は、共振周波数ｆ１～ｆ３６が低いものから順に、すなわち外側に位置するものから順に、励振する。これにより、３６個の圧電素子からは、図９に示されるように、３６個のパルス状の超音波が遅延時間に等しい時間差で順に放射される。
　ここで、３６個の圧電素子から放射された３６個の超音波の全てが所定の焦点Ｆに同時に到達するように、ＦＭ信号における周波数成分間の遅延時間、すなわち、３６個の圧電素子が励振するタイミングの時間差が設定されている。これにより、焦点Ｆにおいては、３６個の超音波同士の干渉によって、超音波の振幅が局所的に増幅される。したがって、焦点Ｆに位置する生体組織を局所的に処置することができる。
　このように、本実施形態によれば、一対の電力ケーブル７と一組の電圧発生回路５のみを用いて３６個の圧電素子を異なるタイミングで励振させることができる。これにより、挿入部２を細径化し、本体部６を小型化することができるという利点がある。また、ＦＭ信号に含まれる周波数成分間の遅延時間を調整することによって、焦点Ｆの位置をＺ方向に変更することができるという利点がある。
　なお、本実施形態においては、圧電素子が２次元配列された振動子アレイ３１について説明したが、図１０に示されるように、第１の実施形態の振動子アレイ３と同様に、圧電素子が１次元配列されていてもよい。この場合も、外側の圧電素子から中心側の圧電素子に向かって共振周波数ｆ１～ｆ６が順に高くなるように、かつ、共振周波数ｆ１～ｆ６の分布が振動子アレイ３２の中心に対して略点対称となるように、圧電素子は配列される。図１０の振動子アレイ３２において、共振周波数ｆ１～ｆ６の大小関係は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４＜ｆ５＜６となっている。この場合、周波数がｆ１、ｆ２、…、ｆ６の順に変化するＦＭ電圧を振動子アレイ３２に供給することによって、図１１に示されるように、６個の圧電素子から放射された超音波を焦点Ｆに同時に到達させることができる。
　また、本実施形態においては、３６個の圧電素子の全てを共通の一対の電力ケーブル７に並列に接続することとしたが、これに代えて、図１２に示されるように、振動子アレイ３３を複数のブロックに分け、同一のブロックに属する全ての圧電素子を一対の電力ケーブル７に並列に接続してもよい。図１２の例において、振動子アレイ３３は、各ブロックが３個×３個の圧電素子からなるように４つのブロックに分けられ、合計４対の電力ケーブル７が振動子アレイ３３に接続されている。
　このようにしても、全ての圧電素子に個別に一対の電力ケーブル７を接続する場合と比べて、電力ケーブル７の数を大幅に削減することができる。
　また、本実施形態においては、圧電素子の共振周波数ｆ１～ｆ３６が全て異なることとしたが、これに代えて、図１２に示されるように、一部の圧電素子が等しい共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３を有していてもよい。
　この場合も、外側の圧電素子から中心側の圧電素子に向かって共振周波数が順に高くなるように、かつ、共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の分布が振動子アレイ３３の中心に対して略点対称となるように、圧電素子が配列される。
　このようにしても、図１３に示されるように、焦点Ｆに略同時に３６個の超音波が到達するように、３６個の圧電素子を励振させることができる。
　また、本実施形態においては、外側から中心側に向かって共振周波数ｆ１～ｆ３６が順に高くなるように圧電素子が配列されていることとしたが、これに代えて、外側から中心側に向かって共振周波数ｆ１～ｆ３６が順に低くなるように圧電素子が配列されていてもよい。この場合、共振周波数ｆ１～ｆ３６の間で高い方から低い方へ順に周波数が時間変化するＦＭ電圧を振動子アレイ３１に供給することによって、３６個の圧電素子から放射される３６つの超音波を焦点Ｆに同時に到達させることができる。
（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態に係る超音波処置装置１００について図１４から図２０を参照して説明する。
　本実施形態においては、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
　本実施形態に係る超音波処置装置１００は、焦点Ｆの位置を変更可能であり、焦点Ｆの位置に応じてＦＭ信号における周波数成分の順番および遅延時間を制御する点で、第１の実施形態と異なっている。具体的には、超音波処置装置１００の本体部６１には、図１４に示されるように、焦点位置設定部１１および変調制御部１２がさらに設けられている。
　図１５は、本実施形態における振動子アレイ３４を示している。図１５に示されるように、振動子アレイ３４は、２次元配列された３６個の圧電素子からなり、圧電素子の共振周波数ｆ１～ｆ３６（ｆ１＜ｆ２＜…＜ｆ３５＜ｆ３６）は全て異なっている。図１５の振動子アレイ３４においては、共振周波数ｆ１～ｆ３６が外側から中心側に向かって順に高くなるように圧電素子が配列されているが、本実施形態においては、圧電素子の配列の順は任意であってよい。
　なお、図１５から図２０においては、図が煩雑になることを防ぐために、各圧電素子を示す符号を省略し、代わりに各圧電素子にはその共振周波数ｆ１～ｆ３６を示している。
　焦点位置設定部１１は、振動子アレイ３４に対する焦点Ｆの位置を設定する。焦点Ｆの位置は、例えば、操作者による入力操作に従って決定されるようになっている。
　変調制御部１２は、焦点位置設定部１１によって設定された焦点Ｆの位置に基づいて、周波数ｆ１～ｆ３６をそれぞれ有する３６個の周波数成分の順番を決定し、周波数成分間の遅延時間を算出する。
　具体的には、変調制御部１２は、図１６に示されるように、各圧電素子から焦点までの距離Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ１７，Ｄ２１を計算する。次に、変調制御部１２は、距離が長い圧電素子の共振周波数の周波数成分が先に、距離が短い圧電素子の共振周波数の周波数成分が後になるように、図１７に示されるように、３６個の周波数成分の順番を決定する。本例においては、共振周波数ｆ１５を有する圧電素子のＺ方向前方に焦点が設定されているものとする。
　次に、変調制御部１２は、決定した順番において隣接する２個の周波数成分間の遅延時間Ｔ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１，２，…，３６、ｊ＝１，２，…，３６）を、該２個の周波数成分と等しい共振周波数を有する２個の圧電素子の距離Ｄｉ，Ｄｊの差から算出する。遅延時間Ｔ（ｉ，ｊ）は、当該２個の圧電素子から放射された２つの超音波が焦点Ｆに到達するまでの所要時間の差であり、下式から算出することができる。下式において、Ｄｉ，Ｄｊ（ただし、Ｄｉ＞Ｄｊ）はそれぞれ、当該２個の圧電素子の焦点Ｆまでの距離であり、Ｖは、振動子アレイ３４と焦点Ｆとの間の媒質中における超音波の伝搬速度である。
　　Ｔ（ｉ，ｊ）＝（Ｄｉ－Ｄｊ）／Ｖ
　ＦＭ部８は、変調制御部１２によって決定された順番および遅延時間に従って３６個の周波数成分を組み合わせたＦＭ信号を生成する。これにより、正弦波変換部９によって、図１８に示されるように、焦点Ｆから最も遠い圧電素子の共振周波数ｆ４から、最も近い圧電素子の共振周波数ｆ１５へ順に周波数が変化するＦＭ電圧が生成される。
　次に、このように構成された超音波処置装置１００の作用について説明する。
　焦点位置設定部１１によって焦点Ｆの位置が設定されると、変調制御部１２によって、ＦＭ信号を構成する３６個の周波数成分の順番が各圧電素子から焦点Ｆまでの距離の大小関係に基づいて決定され、決定された順番において隣接する２個の周波数成分間の遅延時間が、対応する２個の圧電素子の距離Ｄｉ，Ｄｊの差に基づいて算出される。次に、ＦＭ部８によって、決定された周波数成分の順番および遅延時間に従ってＦＭ信号が生成され、該ＦＭ信号からＦＭ電圧が生成される。
　このようにして生成されたＦＭ電圧が電力ケーブル７を介して振動子アレイ３４に供給されると、焦点Ｆから遠い圧電素子から順に励振し、全ての圧電素子から放射された超音波は同時に焦点Ｆに到達する。
　このように、本実施形態によれば、各圧電素子から焦点Ｆまでの距離に基づいて励振させる圧電素子の順番および遅延時間を制御することによって、焦点Ｆの位置を、Ｚ方向のみならず、該Ｚ方向に直交する任意の方向にも変更することができるという利点がある。これにより、処置可能な範囲をさらに拡大することができるという利点がある。
　なお、本実施形態においては、圧電素子が２次元配列された振動子アレイ３４について説明したが、振動子アレイ３５は、図１９に示されるように、全て異なる共振周波数ｆ１～ｆ６を有する圧電素子Ｐ１～Ｐ６が１次元配列されていてもよい。この場合には、焦点ＦをＸ方向およびＺ方向に変更することができる。
　また、本実施形態においては、図２０に示されるように、一部の圧電素子が等しい共振周波数を有していてもよい。図２０の振動子アレイ３６は、第２の実施径形態において説明した振動子アレイ３３と同様に、４つのブロックＡ～Ｄに分けられ、同一のブロックに属する全ての圧電素子が、共通の電力ケーブル７を介して電圧発生回路５に並列に接続されている。
　図２１は、４対の電力ケーブル７から図２０の振動子アレイ３６に供給されるＦＭ電圧の周波数およびタイミングを示している。図２１に示されるように、焦点Ｆから遠いブロック程、先に励振し、かつ、各ブロックＡ～Ｄの中でも焦点Ｆから遠い圧電素子程、先に励振するように、４つのＦＭ電圧間の遅延時間、および、各ＦＭ電圧内の周波数成分間の遅延時間が制御される。
（第４の実施形態）
　次に、本発明の第４の実施形態に係る超音波処置装置について図２２から図２４を参照して説明する。
　本実施形態においては、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
　本実施形態に係る超音波処置装置は、第１の実施形態と同一の振動子アレイ３を備えるが、振動子アレイ３に供給されるＦＭ電圧に関して第１の実施形態と異なっている。
　ＦＭ部８は、３つの周波数成分ｆ１，ｆ２，ｆ３を含むＦＭ信号を発生する。ただし、本実施形態においては、各周波数成分ｆ１，ｆ２，ｆ３は、パルス信号ではなく、連続して発生する信号である。ここで、ＦＭ部８は、低い周波数成分から順に信号を発生する。これにより、３つの周波数成分ｆ１，ｆ２，ｆ３が、周波数の低いものから順番に重畳されるようになっている。具体的には、ＦＭ信号は、最初は周波数成分ｆ１のみを含み、次に２つの周波数成分ｆ１，ｆ２を含み、次に３つの周波数成分ｆ１，ｆ２，ｆ３を含む。これにより、正弦波変換部９によって、図２２に示されるように、周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３を有する３つの周波数成分を含み、該３つの周波数成分が周波数の低いものから順番に重畳されるＦＭ電圧が生成される。
　次に、このように構成された超音波処置装置の作用について説明する。
　ＦＭ電圧が６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６に同時に供給されると、各圧電素子Ｐ１～Ｐ６は、ＦＭ電圧の周波数がその共振周波数と等しい時刻においてのみ励振する。したがって、図２３に示されるように、６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６は、ＦＭ電圧の周波数の時間変化に応じて、共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３が低いものから順に励振する。これにより、図２４に示されるように、６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６から放射された６個の超音波を焦点Ｆに同時に到達させることができる。
　また、ｆ１、ｆ２、ｆ３の重畳位相を変えることで、６個の圧電素子Ｐ１～Ｐ６から放射された６個の超音波が同時に到達する焦点Ｆの位置を変化させることができる。
　この場合に、ＦＭ電圧に含まれる各周波数成分ｆ１，ｆ２，ｆ３は、パルス状ではなく、一定期間にわたって連続するため、励振を開始した各圧電素子Ｐ１～Ｐ６は励振し続ける。したがって、本実施形態によれば、生体組織に対して超音波を連続的に照射して処置効果を向上することができるという利点がある。
　なお、本実施形態においても、外側から中心側に向かって共振周波数ｆ１～ｆ６が順に低くなるように圧電素子Ｐ１～Ｐ６を配列し、３つの周波数成分ｆ１，ｆ２，ｆ３が周波数の高いものから順番に重畳されるＦＭ電圧を振動子アレイ３に供給してもよい。
　また、本実施形態においては、第１の実施形態において説明した振動子アレイ３を用いた場合について説明したが、これに代えて、第２または第３の実施形態において説明した振動子アレイ３１，３２，３３，３４，３５，３６を用いてもよい。
１，１００　超音波処置装置
３，３１，３２，３３，３４，３５，３６　振動子アレイ
５　電圧発生回路（電圧発生部）
７　電力ケーブル
１１　焦点位置設定部
１２　変調制御部
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６　圧電素子（超音波振動子）

Claims (6)

  1. 　異なる共振周波数特性を有する複数の超音波振動子からなる振動子アレイと、
    　前記複数の超音波振動子間を電気的に並列に接続し、前記複数の超音波振動子に交番電圧を供給する電力ケーブルと、
    　該電力ケーブルに供給する前記交番電圧の周期を時間的に変化させ、前記異なる共振周波数特性を有する複数の超音波振動子の各々を振動させる電圧発生部と、
    を備える超音波処置装置。
  2. 　前記振動子アレイにおいて、前記複数の超音波振動子は、前記共振周波数が外側から中心側に向かって順に高くまたは低くなるように配列される
    請求項１に記載の超音波処置装置。
  3. 　前記振動子アレイにおいて、前記複数の超音波振動子は、前記共振周波数の分布が前記振動子アレイの中心に対して略点対称となるように配列される
    請求項２に記載の超音波処置装置。
  4. 　前記振動子アレイにおいて、前記複数の超音波振動子は、該超音波振動子の厚さが外側から中心側に向かって順に小さくまたは大きくなるように配列される
    請求項２または請求項３に記載の超音波処置装置。
  5. 　焦点の位置を設定する焦点位置設定部と、
    　該焦点位置設定部によって設定された前記焦点の位置と各前記超音波振動子との間の距離に基づいて、前記電圧発生部が前記電力ケーブルに供給する交番電圧の時間的変化の遅延時間を制御する変調制御部と、
    を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波処置装置。
  6. 　前記電圧発生部は、複数の周波数成分を重畳した前記交番電圧を発生させ、前記異なる共振周波数特性を有する複数の超音波振動子の各々を連続的に振動させる
    請求項１から請求項５のいずれかに記載の超音波処置装置。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4526168A (en) * 1981-05-14 1985-07-02 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for destroying calculi in body cavities
JPH06105851A (ja) * 1992-09-30 1994-04-19 Toshiba Corp 超音波治療装置
JP2000254137A (ja) * 1999-03-11 2000-09-19 Olympus Optical Co Ltd 超音波治療装置
US20040019318A1 (en) * 2001-11-07 2004-01-29 Wilson Richard R. Ultrasound assembly for use with a catheter
US20040073114A1 (en) * 2001-12-28 2004-04-15 Oliver Leonard R. Multi-resonant ultrasonic catheter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4526168A (en) * 1981-05-14 1985-07-02 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for destroying calculi in body cavities
JPH06105851A (ja) * 1992-09-30 1994-04-19 Toshiba Corp 超音波治療装置
JP2000254137A (ja) * 1999-03-11 2000-09-19 Olympus Optical Co Ltd 超音波治療装置
US20040019318A1 (en) * 2001-11-07 2004-01-29 Wilson Richard R. Ultrasound assembly for use with a catheter
US20040073114A1 (en) * 2001-12-28 2004-04-15 Oliver Leonard R. Multi-resonant ultrasonic catheter

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