WO2020090525A1 - 超音波放射器具及び超音波装置 - Google Patents

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WO2020090525A1
WO2020090525A1 PCT/JP2019/041149 JP2019041149W WO2020090525A1 WO 2020090525 A1 WO2020090525 A1 WO 2020090525A1 JP 2019041149 W JP2019041149 W JP 2019041149W WO 2020090525 A1 WO2020090525 A1 WO 2020090525A1
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WO
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flat plate
piezoelectric
ultrasonic
piezoelectric element
liquid
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PCT/JP2019/041149
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出 佐藤
高橋　徹
弘 二宮
宮里　健太郎
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京セラ株式会社
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    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • A61N7/02—Localised ultrasound hyperthermia
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/42—Details of probe positioning or probe attachment to the patient
    • A61B8/4272—Details of probe positioning or probe attachment to the patient involving the acoustic interface between the transducer and the tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61N2007/0095—Beam steering by modifying an excitation signal
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices

Definitions

  • the present disclosure relates to an ultrasonic radiating device that radiates ultrasonic waves toward an object such as a human body and an ultrasonic device including the ultrasonic radiating device.
  • Patent Document 1 An ultrasonic device that emits ultrasonic waves toward an object such as a human body is known (for example, Patent Document 1). Such an ultrasonic device is used, for example, as an ultrasonic treatment device for irradiating an affected part or the like with ultrasonic waves for treatment, or an ultrasonic diagnostic device for acquiring a secondary cross-sectional image of the affected part or the like. There is.
  • an ultrasonic treatment device for example, a device used for HIFU (High Intensity Focused Ultrasound) treatment is known.
  • Patent Document 1 discloses an ultrasonic treatment apparatus including a generator that generates ultrasonic waves and emits the ultrasonic waves toward a human body, and a water bag interposed between the generator and the human body. The water bag contributes to, for example, alleviating a sudden change in acoustic impedance between the generation unit and the human body.
  • An ultrasonic radiating device includes a generator that generates ultrasonic waves that are irradiated to an object side, and a liquid that is positioned so that the liquid is located on the object side with respect to the generator. And a bag to be enclosed.
  • the generator has a piezoelectric element that generates vibration that generates ultrasonic waves.
  • the piezoelectric element has a first surface facing the target side and a second surface facing the side opposite to the target side.
  • the piezoelectric element is overlapped with both surfaces of the piezoelectric layer and the piezoelectric layer along the first surface and the second surface between the first surface and the second surface. And a pair of electrodes.
  • the piezoelectric element When a voltage is applied to the pair of electrodes, the piezoelectric element undergoes bending deformation in which the first surface and the second surface are curved to the same side.
  • the first surface is exposed inside the bag so as to come into contact with the liquid.
  • the second surface is separated from the liquid and contacts the gas.
  • An ultrasonic device includes the ultrasonic emitting device described above, and a drive control unit that applies an AC voltage having a frequency within a frequency band of ultrasonic waves to the pair of electrodes. There is.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a part of FIG. 4.
  • FIG. 6A and FIG. 6B are schematic diagrams for explaining the effect of the ultrasonic wave generation unit of FIG.
  • FIG. 7A and FIG. 7B are cross-sectional views showing a modified example and another modified example.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic device 1 according to the embodiment.
  • the ultrasonic device 1 is used, for example, for HIFU treatment.
  • the ultrasonic device 1 focuses ultrasonic waves on the affected area 103 (or a foreign substance such as a calculus. The same applies hereinafter) of the patient 101.
  • the affected area 103 is denatured by the heat or the like generated thereby.
  • the ultrasonic device 1 may be configured to treat any part of the human body, and may be configured to treat any disease.
  • the frequency and intensity of the ultrasonic wave emitted by the ultrasonic device 1, the size of each part of the ultrasonic device 1, and the like may be set appropriately.
  • the ultrasonic wave is generally a sound wave of 20 kHz or higher. There is no particular upper limit on the frequency of ultrasonic waves, but it may be set to 5 GHz, for example.
  • the ultrasonic device 1 is disposed adjacent to the patient 101, and is connected to the ultrasonic radiating device 3 (hereinafter, may be simply referred to as “radiating device 3”) that directly radiates ultrasonic waves. And a device main body 5 for supplying electric power.
  • the radiating device 3 has a generator 7 for generating ultrasonic waves and a bag 9 interposed between the generator 7 and the patient 101.
  • the generation unit 7 radiates ultrasonic waves from the radiation surface 7a facing the patient 101 side, for example.
  • the radiation surface 7a is formed in a substantially concave shape.
  • the concave shape is, for example, a shape obtained by cutting out a part of a sphere. Therefore, the ultrasonic waves radiated from the radiation surface 7a are focused on the center of the sphere (the affected area 103 from another viewpoint).
  • the bag 9 is filled with the liquid LQ at least when the ultrasonic device 1 is used.
  • the liquid LQ contributes to alleviating a sudden change in acoustic impedance between the radiation surface 7a and the body surface of the patient 101, for example.
  • the liquid LQ is, for example, water. Further, for example, the liquid LQ may include water and an appropriate additive.
  • the additive may be, for example, for adjusting acoustic impedance.
  • the acoustic impedance of the liquid LQ is, for example, 1 ⁇ 10 6 kg / (m 2 ⁇ s) or more and 2 ⁇ 10 6 kg / (m 2 ⁇ s) or less, or 1.3 ⁇ 10 6 kg / (m 2 ⁇ s). ) Or more and 1.7 ⁇ 10 6 kg / (m 2 ⁇ s) or less.
  • the acoustic impedance of various substances is exemplified as follows: water: about 1.5 ⁇ 10 6 kg / (m 2 ⁇ s), air: about 0, fat: about 1.4 ⁇ 10 6 kg / (m 2). ⁇ S), muscle: about 1.7 ⁇ 10 6 kg / (m 2 ⁇ s).
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a configuration of a main part of the generation unit 7.
  • the lower side of the drawing is the patient 101 side.
  • This figure may be regarded as a perspective view showing a surface on the outer side (the side opposite to the patient 101) of the generating unit 7.
  • this drawing may be regarded as a drawing showing the radiation surface 7a of the generation unit 7 in a plan view perspective.
  • the generation unit 7 may include, for example, a housing having an appropriate shape that covers the illustrated configuration from the side opposite to the patient 101.
  • the generating unit 7 has, for example, a plurality of flat plate elements 11 connected to each other so as to form a substantially dome shape.
  • the flat plate element 11 is generally formed in a flat plate shape.
  • the flat plate element 11 has a substantially planar facing surface 11a (reference numeral is FIG. 1) facing the patient 101 side.
  • the plurality of facing surfaces 11a are connected to each other at their outer edges to form the above-described concave radiation surface 7a. Therefore, the radiation surface 7a is not formed of a curved surface but a combination of a plurality of flat surfaces.
  • the planar shape of the flat plate element 11 and the dimensions of the planar shape may be set appropriately.
  • the plurality of flat plate elements 11 may have the same shape and size as each other (illustrated example), or may include two or more kinds of flat plate elements 11 having different shapes and / or sizes.
  • the planar shapes of the plurality of flat plate elements 11 are equilateral triangular shapes having the same size.
  • the fact that a dome shape can be formed by polygons other than this is because of the regular polyhedron (Platon's solid), semi-regular polyhedron (Archimedes' solid) and Plato's solid, as well as the dome shapes realized in various technical fields. it is obvious.
  • the planar shapes and sizes of the plurality of flat plate elements 11 are basically the same.
  • the flat plate element 11 having a unique shape may be provided in a part of the dome.
  • the deepest position of the dome (the central portion 7c) is the non-arranged region of the flat plate element 11, and the flat plate element 11 around the central portion 7c is the plane shape of the other flat plate element 11.
  • (Triangle) has a shape in which a part of the apex side is removed.
  • Appropriate electronic components and the like may be arranged in such a central portion 7c.
  • an ultrasonic sensor for detecting the position of the affected part 103 or a visual sensor for detecting the position of a marker attached to the body surface of the patient 101 to indicate the position of the affected part 103 may be provided.
  • the plurality of flat plate elements 11 may be connected to each other by an appropriate method.
  • the plurality of flat plate elements 11 are indirectly connected to each other by being fixed to the frame 13. More specifically, the frame 13 extends along the outer edges (polygonal sides) of the plurality of flat plate elements 11 that are connected to each other.
  • Each flat plate element 11 is fixed to a portion of the frame 13 that extends along the outer edge of itself.
  • FIG. 3 is a plan view of the one flat plate element 11 showing a portion corresponding to one flat plate element 11 in the generation unit 7. In this figure, a portion of the frame 13 corresponding to one flat plate element is also shown.
  • the flat plate element 11 has at least one (a plurality of in the illustrated example) piezoelectric elements 15.
  • the piezoelectric element 15 is a portion that produces vibrations that generate ultrasonic waves.
  • the number, position, planar shape, size, etc. of the piezoelectric elements 15 may be set appropriately.
  • the plurality of piezoelectric elements 15 are arranged in a substantially uniform density along the plane direction of the flat plate element 11. More specifically, the plurality of piezoelectric elements 15 are arranged vertically and horizontally at a constant pitch. However, the plurality of piezoelectric elements 15 may be deviated from each other by a half pitch between adjacent rows, may be arranged along a plurality of concentric circles, may be arranged radially, and may be uniform. They may be arranged at a non-dense density. The relative relationship between the arrangement direction of the plurality of piezoelectric elements 15 and the direction in which the sides of the flat plate element 11 extend may be appropriately set.
  • the area of the arrangement region of the plurality of piezoelectric elements 15 is, for example, the area of the flat plate element 11 (or the area surrounded by the frame 13 when viewed from the patient 101 side). 1/5 or more, 1/2 or more, 2/3 or more, or 4/5 or more. 4/5 or more may be regarded as a state in which the plurality of piezoelectric elements 15 are arranged on the entire surface of the flat plate element 11.
  • the arrangement area of the plurality of piezoelectric elements 15 is located in an appropriate range such as the center side or the outer edge side in the flat plate element 11. Good.
  • the planar shape of the piezoelectric element 15 is circular. From another viewpoint, the planar shape is a line-symmetrical or rotationally-symmetrical shape. However, the planar shape may be another shape such as an ellipse or a polygon, and may be an asymmetrical shape. When the planar shape of the piezoelectric element 15 is not circular, the relative orientation between the planar shape and the planar shape of the flat plate element 11 may be set appropriately.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. In this figure, the lower side of the drawing is the patient 101 side. In this figure, the thickness of some or all layers is exaggerated for convenience of illustration.
  • the flat plate element 11 may be located on the patient 101 side with respect to the frame 13 or may be located on the opposite side of the patient 101. And / or the frame 13 has a portion located between the flat plate elements 11 adjacent to each other, and the flat plate element 11 may be located inside the frame 13 in the plane direction.
  • a mode in which the flat plate element 11 is located on the patient 101 side with respect to the frame 13 is taken as an example.
  • the flat plate element 11 and the frame 13 are joined by, for example, a joining material 17 interposed therebetween.
  • the bonding material 17 may be an organic material, an inorganic material, an insulating material, or a conductive material.
  • the bonding material 17 may be resin or metal.
  • the bonding material 17 may be one that becomes an elastic body after curing (for example, an elastic adhesive).
  • the bonding material 17 may be made of silicone or urethane. These may be one-liquid type or two-liquid type.
  • the bonding material 17 as an elastic body may have an elongation percentage of 35% or more when torn in a tensile test after curing.
  • the flat plate elements 11 may be separated from each other or may be in contact with each other. Further, in these cases, the flat plate elements 11 may be directly fixed to each other (for example, a bonding material 17 that is in close contact with both may be provided), or may not be fixed. In the case where the frame 13 has a partition portion located between the side surfaces of the flat plate elements 11 adjacent to each other, the side surface of the flat plate element 11 may be separated from the partition portion or abut on the partition portion. May be. In these cases, the side surface and the partition portion of the flat plate element 11 may be directly fixed or may not be fixed.
  • Other methods may be used for fixing the flat plate element 11 and the frame 13 and / or for directly fixing the flat plate elements 11 to each other instead of or in addition to the method using the bonding material 17.
  • Other methods include, for example, engagement (locking), caulking, press fitting, screwing, welding and welding.
  • the flat plate element 11 has an element substrate 19 having a piezoelectric element 15, and a cavity member 21 that is placed on the patient 101 side of the element substrate 19.
  • the element substrate 19 vibrates when the region that is the piezoelectric element 15 is flexibly deformed. This vibration is transmitted to the fluid located on the patient 101 side of the element substrate 19 to generate ultrasonic waves.
  • the cavity member 21 has a plurality of cavities 21c (openings, holes) that individually overlap the plurality of piezoelectric elements 15 of the element substrate 19.
  • the cavity 21c contributes to, for example, increasing the degree of directivity of ultrasonic waves.
  • the main surface of the flat plate element 11 (the widest surface of the plate, front and back) has unevenness, and in a plane. Absent.
  • the flat plate element 11 may be regarded as a flat plate because it has a layer having a constant thickness and forming a flat surface (for example, 23, 25 and 27 described later) as a main component.
  • the flat plate element 11 may be regarded as a flat plate shape when the apex portions (or the deepest portions of the concave portions) of the plurality of convex portions are on the same plane on each of both main surfaces. Further, for example, the flat plate element 11 has a flat plate shape when the arithmetic mean roughness of the unevenness of each main surface is 5% or less, 2% or less or 1% or less with respect to the equivalent circle diameter obtained from the area of the flat plate element 11. May be taken as In addition, in FIG. 4, the unevenness of the main surface of the flat plate element 11 is exaggerated.
  • the element substrate 19 includes, for example, a vibration layer 23, a first conductor layer 25, a piezoelectric layer 27, and a second conductor layer 29 in order from the patient 101 side (cavity member 21 side).
  • the first conductor layer 25 includes, for example, the first electrode 31.
  • the second conductor layer 29 includes, for example, a plurality of second electrodes 33.
  • the first electrode 31 and the second electrode 33 sandwich the piezoelectric layer 27.
  • the element substrate 19 may include an appropriate layer such as an insulating layer that covers the second conductor layer 29, in addition to the illustrated layers.
  • “layer” is a concept including “plate”.
  • the area of the element substrate 19 that is regarded as the piezoelectric element 15 may be defined appropriately.
  • the region of the element substrate 19 that overlaps the cavity 21c (more strictly, the region that overlaps the opening surface of the cavity 21c on the element substrate 19 side) is defined as the piezoelectric element 15.
  • Each piezoelectric element 15 has a first surface 15a facing the cavity 21c side (patient 101 side) and a second surface 15b facing the side opposite to the cavity 21c.
  • the first surface 15a is, for example, a surface of the vibrating layer 23 on the side of the cavity member 21.
  • the second surface 15b is, for example, exposed from the second conductor layer 29 of the surface of the second conductor layer 29 opposite to the cavity member 21 and the surface of the piezoelectric layer 27 opposite to the cavity member 21. It is composed of the area. Note that, for example, unlike the illustrated example, when an insulating layer that covers the second conductor layer 29 is provided, the second surface 15b may be configured by the insulating layer.
  • the vibrating layer 23 extends, for example, over substantially the entire element substrate 19.
  • the vibrating layer 23 is formed in a solid shape having a width across the plurality of piezoelectric elements 15.
  • the thickness of the vibrating layer 23 is substantially constant.
  • the vibration layer 23 contributes to restricting the deformation of the piezoelectric layer 27 in the plane direction and causing out-of-plane vibration, for example, as described later.
  • the vibrating layer 23 may be integrally formed over the entire area thereof, or may be divided and formed.
  • the vibrating layer 23 overlaps the cavity member 21.
  • the vibrating layer 23 may be regarded as being supported by the peripheral portion of the cavity 21c of the cavity member 21.
  • the vibrating layer 23 is made of, for example, an insulating material or a semiconductor material.
  • the material of the vibration layer 23 may be an inorganic material or an organic material. More specifically, for example, the material of the vibration layer 23 may be the same or different piezoelectric material as the material (described later) of the piezoelectric layer 27. Further, for example, the material of the vibration layer 23 may be silicon (Si), silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), or sapphire (Al 2 O 3 ).
  • the vibrating layer 23 may be configured by laminating a plurality of layers made of different materials. For example, the vibration layer 23 may be composed of a silicon layer and a SiO 2 layer that overlaps the upper surface and / or the lower surface thereof.
  • the first conductor layer 25 includes only the first electrode 31.
  • the first electrode 31 is a common electrode having a width across the plurality of piezoelectric elements 15.
  • the common electrode is formed, for example, in a solid shape over substantially the entire element substrate 19, and the thickness thereof is substantially constant.
  • the first electrode 31 is electrically connected to, for example, a wiring (for example, a cable) (not shown) arranged on the side opposite to the bag 9 of the flat plate element 11 via a through conductor (not shown) that penetrates the piezoelectric layer 27. It is connected.
  • the material of the first conductor layer 25 may be, for example, an appropriate metal. For example, gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt), aluminum (Al), nickel (Ni), copper (Cu) or chromium (Cr) or an alloy containing these is used. Good.
  • the first conductor layer 25 may be configured by stacking a plurality of layers made of different materials.
  • the material of the first conductor layer 25 may be obtained by firing a conductive paste containing the above metal. That is, the material of the first conductor layer 25 may include an additive (an inorganic insulator from another viewpoint) such as glass powder and / or ceramic powder.
  • the piezoelectric layer 27 extends, for example, over substantially the entire element substrate 19. In other words, the piezoelectric layer 27 is formed in a solid shape having a width across the plurality of piezoelectric elements 15. The thickness of the piezoelectric layer 27 is substantially constant.
  • the material of the piezoelectric layer 27 may be a single crystal, a polycrystal, an inorganic material, an organic material, or a ferroelectric material. It may or may not be a pyroelectric body.
  • the inorganic material include lead zirconate titanate-based materials and lead-free inorganic piezoelectric materials.
  • lead-free inorganic piezoelectric material include perovskite type compound materials.
  • the organic material include PVDF (polyvinylidene fluoride).
  • the material of the piezoelectric layer 27 may be, for example, a piezoelectric ceramic plate (sintered body from another viewpoint) or a piezoelectric thin film.
  • the piezoelectric ceramic plate is a plate-shaped inorganic polycrystal composed of a plurality of crystal grains (and crystal grain boundaries) having piezoelectricity, and is also called a piezoelectric ceramic plate.
  • the crystal grains constituting the piezoelectric ceramic plate usually have a small aspect ratio and are isotropically distributed.
  • the piezoelectric thin film is a thin film-shaped inorganic single crystal body, inorganic polycrystal body, or organic material (polymer) having piezoelectricity.
  • the polycrystalline piezoelectric thin film is usually formed of columnar crystals extending in the thickness direction. Piezoelectric thin films typically have a high degree of orientation, and thereby have high piezoelectric properties.
  • the piezoelectric layer 27 has a polarization axis (also referred to as an electric axis or an X axis in a single crystal) in the thickness direction of the piezoelectric layer 27 (the first electrode 31 and the first electrode 31) in at least a region forming the piezoelectric element 15. It is substantially parallel to the direction of facing the second electrode 33).
  • the region of the piezoelectric layer 27 other than the region forming the piezoelectric element 15 may be polarized or may not be polarized. Further, in the case of being polarized, it may be polarized in the same direction as the region forming the piezoelectric element 15 or may be polarized in a different direction.
  • the second conductor layer 29 may have, for example, not only the plurality of second electrodes 33 described above but also wiring (not shown) connected to the plurality of second electrodes 33.
  • the plurality of second electrodes 33 are connected to other wirings (not shown) (not shown) arranged on the opposite side of the flat element 11 from the bag 9 via wirings not shown in the second conductor layer 29, for example. It is electrically connected.
  • the plurality of second electrodes 33 are, for example, individual electrodes provided for each piezoelectric element 15.
  • the individual electrode referred to here means that a plurality of electrodes have a shape separated from each other, and it is not necessary to be able to apply different potentials to each other.
  • two or more second electrodes 33 may be connected to each other.
  • the connection may be made, for example, by a wiring (not shown) included in the second conductor layer 29, or may be made by another means (for example, a bonding wire).
  • the plurality of second electrodes 33 may be capable of being applied with different potentials individually or in groups each including two or more second electrodes 33.
  • the planar shape and size of the second electrode 33 may be any suitable shape.
  • the planar shape of the second electrode 33 may be similar to or similar to the planar shape of the piezoelectric element 15 (opening shape of the cavity 21c), or may be a different shape.
  • the outer edge of the second electrode 33 may be entirely located inside the opening edge portion of the cavity 21c, or may be substantially the same as the entire outer edge. , The whole may be located on the outside, or only a part may be located on the inside or inside.
  • the second electrode 33 is a circle located inside the opening edge of the circular cavity 21c.
  • the material of the second conductor layer 29 may be the same as or different from the material of the first conductor layer 25. In any case, the description of the material of the first conductor layer 25 described above may be incorporated into the description of the material of the second conductor layer 29.
  • a pressure wave is formed in the medium (for example, fluid) around the piezoelectric element 15. Then, by inputting an electric signal (driving signal) whose voltage changes with a predetermined waveform to the first electrode 31 and the second electrode 33, the waveform of the electric signal (frequency and amplitude from another viewpoint) is reflected. Ultrasound is generated.
  • the vibration of the bending deformation is a first-order mode out-of-plane vibration in which the center of the piezoelectric element 15 in plan view is the antinode of vibration and the outer edge (for example, near the edge of the cavity 21c) is a node of vibration.
  • the piezoelectric element 15 is configured such that the resonance frequency is located in the ultrasonic frequency band, for example.
  • the resonance frequency is set, for example, by selecting the material of the layer forming the piezoelectric element 15 (selecting Young's modulus and density from another viewpoint), and setting the diameter of the piezoelectric element 15 and the thickness of each layer (from another viewpoint). Setting of mass and bending rigidity).
  • the influence of the fluid around the piezoelectric element 15 and the influence of the rigidity of the portion (for example, the cavity member 21) supporting the piezoelectric element 15 may be considered.
  • the electric signal may be, for example, a voltage application that displaces the piezoelectric element 15 toward the cavity 21c side and a voltage application that displaces the piezoelectric element 15 toward the side opposite to the cavity 21c are repeated. That is, the electric signal may be one in which the polarities (positive and negative) are reversed (the directions of the voltage (electric field) alternate with each other in the direction of the polarization axis of the piezoelectric layer 27). Further, for example, the electric signal may be such that only the voltage application for displacing the piezoelectric element 15 to the cavity 21c side or only the voltage application for displacing the piezoelectric element 15 to the side opposite to the cavity 21c is repeated. In this case, ultrasonic waves are generated by repeating the bending and the elimination of the bending due to the restoring force.
  • the cavity member 21 is, for example, a member having a constant thickness and a width across the plurality of piezoelectric elements 15 when the cavity 21c is ignored.
  • the material of the cavity member 21 is arbitrary, and may be, for example, an insulating material, a semiconductor material, a conductive material, an inorganic material, or an organic material. Or a piezoelectric material, and the same material as any of the layers in the element substrate 19 may be used.
  • examples of the material of the cavity member 21 include metal, resin, and ceramic.
  • the cavity member 21 may be composed of a plurality of materials or a plurality of layers.
  • the cavity member 21 may be formed by forming an insulating layer on a metal layer (including a metal plate) that overlaps the element substrate 19, or by a glass epoxy resin obtained by impregnating glass fiber with an epoxy resin. May be.
  • the shape of the cavity 21c may be set appropriately.
  • the shape of the cross section cross section parallel to the element substrate 19
  • the shape may be such that it has a tapered surface that expands or contracts in diameter toward the 19th side.
  • the region of the element substrate 19 that overlaps with the cavity 21c is the piezoelectric element 15. Therefore, the description of the planar shape of the piezoelectric element 15 described above is incorporated in the description of the cross-sectional shape of the cavity 21c. May be done.
  • the depth of the cavity 21c (the length in the penetrating direction; the thickness of the cavity member 21 from another perspective) may be set appropriately.
  • the depth of the cavity 21c may be 1/20 or more, 1/10 or more, 1/2 or more, or 1 or more times the diameter of the cavity 21c (for example, a circle-equivalent diameter when not circular), It may be 10 times or less, 5 times or less, 1 time or less, 1/2 or less, or 1/10 or less, and the lower limit and the upper limit may be appropriately combined as long as there is no contradiction.
  • the frequency of the ultrasonic wave, the size of each part of the radiating device 3 and the like may be set appropriately.
  • the frequency of the ultrasonic wave generated by the radiating device 3 may be 0.5 MHz or more and 2 MHz or less.
  • the diameter of the generating portion 7 (the diameter of the opening surface of the dome) may be 50 mm or more and 200 mm or less.
  • the circle equivalent diameter of the flat plate element 11 or one side of the triangular flat plate element 11 may be set to 5 mm or more and 20 mm or less.
  • the equivalent circle diameter of the piezoelectric element 15 may be 0.2 mm or more and 2 mm or less.
  • the thickness of the element substrate 19 may be 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the thickness of the vibration layer 23 and the thickness of the piezoelectric layer 27 may be 20 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less as long as they do not conflict with the thickness of the element substrate 19.
  • the thickness of each of the first conductor layer 25 (first electrode 31) and the second conductor layer 29 (second electrode 33) may be 0.05 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the shape, size and material of the bag 9 may be set appropriately.
  • the shape of the bag 9 may be a shape such as a sphere that bulges outward as a whole.
  • the radiation device 3 when it is intended for a specific part of the human body, it has a shape having a convex part and / or a concave part in accordance with the concave part and / or the convex part of the specific part. Good.
  • the material of the bag 9 has at least the property of not allowing the liquid LQ to pass therethrough (so-called water impermeability) and flexibility. Further, the material of the bag 9 may be an elastic body.
  • a thermosetting elastomer as the material of the bag 9, a thermosetting elastomer (so-called rubber), a thermoplastic elastomer (an elastomer in a narrow sense) and a resin not containing these elastomers (a resin in a narrow sense, but having flexibility) are used. You may.
  • thermosetting elastomers include vulcanized rubber (a rubber in a narrow sense) and thermosetting resin-based elastomers.
  • the bag 9 is filled with the liquid LQ at least when the ultrasonic device 1 is used.
  • the bag 9 (radiation device 3) may be filled with the liquid LQ at the distribution stage, or may be filled with the liquid LQ at the time of use.
  • the bag 9 (radiation device 3) may or may not have an openable / closable port for supplying (and / or discharging) the liquid LQ into the bag 9, for example. It may be one.
  • As the opening / closing structure of the port various known structures may be used.
  • the bag 9 has an opening 9a on the side of the generator 7. Then, a part of the generation part 7 including the radiation surface 7a is in contact with the liquid LQ in the bag 9 through the opening 9a. On the other hand, a part of the generation unit 7 including the surface on the opposite side to the radiation surface 7a is not in contact with the liquid LQ in the bag 9 but is in contact with the gas (for example, air) around the radiation device 3.
  • the gas for example, air
  • the structure for reducing the leakage of the liquid LQ from between the edge of the opening 9a and the generating unit 7 may be various known sealing structures.
  • the bag 9 and the generating portion 7 may be closely bonded, such as being bonded with an adhesive or being welded / welded by melting at least one of the bag 9 and the generating portion 7.
  • a string or ring is applied to the vicinity of the opening 9a of the bag 9 from the outside with the inner peripheral surface of the bag 9 near the opening 9a being pressed against the outer peripheral surface of the generating portion 7. It may be tightened by a tightening tool.
  • a ring-shaped packing is pressed from the outside near the opening 9a of the bag 9, and a string or The packing may be tightened by a ring-shaped tightening tool.
  • the bag 9 is provided with a non-flexible (rigid body) ring-shaped member that constitutes the vicinity of the opening 9a, a female screw is provided inside the ring-shaped member, and a male screw is provided on the outer surface of the generator 7.
  • the two may be screwed together. Then, packing may be appropriately arranged in this screwed structure.
  • the bag 9 may be attached to, for example, a portion of the frame 13 that constitutes the opening surface on the patient 101 side.
  • the generating unit 7 has a mounting member (not shown) that is tightly fixed to the portion of the frame 13 that forms the opening surface, and the bag 9 is mounted on the mounting member. May be.
  • the attachment member may be, for example, a frame-shaped member that is thicker than each part of the frame 13, or may be a housing-shaped member that covers the side of the frame 13 opposite to the patient 101.
  • connection position between the generation unit 7 and the opening 9a is located between the radiation surface 7a and the back surface thereof, but the connection position is located closer to the patient 101 than the radiation surface 7a.
  • it may be located on the side opposite to the patient 101 with respect to the back surface of the radiation surface 7a.
  • the bag 9 may wrap around the generation unit 7 on the side opposite to the patient 101, and the liquid LQ may wrap around the generation unit 7 on the side opposite the patient 101.
  • a cover may be provided to surround the second surface 15b of the piezoelectric element 15 so that the second surface 15b of the piezoelectric element 15 is isolated from the liquid LQ.
  • FIG. 5 is a diagram showing a part of FIG. 4 in an enlarged manner.
  • the first surface 15a on the patient 101 side is in contact with the liquid LQ
  • the second surface 15b on the opposite side is in contact with the gas GS (for example, air).
  • the gas GS for example, air
  • the device body 5 includes, for example, a drive control unit 41 that inputs a drive signal to the radiating device 3, a moving unit 43 that moves the radiating device 3, and an input unit 45 that receives an input operation by a user. And an output unit 47 that presents information to the user.
  • the drive control unit 41 is connected to the first electrode 31 and the plurality of second electrodes 33 of the generating unit 7 via a cable 49, for example.
  • the drive control unit 41 includes a drive unit 51 that inputs a drive signal to the first electrode 31 and the second electrode 33, and a control unit 53 that controls the drive unit 51.
  • the drive unit 51 for example, converts electric power from a commercial power source or the like into AC power having a waveform (for example, frequency and voltage (amplitude)) designated by the control unit 53 and inputs the AC power to the first electrode 31 and the second electrode 33.
  • the drive signal is alternating current power having a frequency approximately equivalent to the frequency of the ultrasonic waves intended to be emitted and having a voltage corresponding to the amplitude of the intended ultrasonic waves.
  • the drive signal may have an appropriate shape such as a rectangular wave (pulse), a sine wave, a triangular wave, or a sawtooth wave.
  • control unit 53 is configured to include a computer including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an external storage device, and the like.
  • the CPU executes a program stored in the ROM and / or the external storage device to construct a functional unit that performs various controls.
  • the control unit 53 sets the waveform (for example, frequency and voltage (amplitude)) of the drive signal output by the drive unit 51 based on the signal from the input unit 45, and controls the drive signal from the drive unit 51, for example. Controls start and stop of output.
  • waveform for example, frequency and voltage (amplitude)
  • the moving unit 43 is configured to include, for example, although not particularly shown, a holding mechanism that holds the radiating device 3 and a drive source (for example, a motor) that applies power for moving the radiating device 3 to the holding mechanism. ing.
  • a moving unit 43 may have the same configuration as, for example, an articulated robot, a SCARA robot, or an orthogonal robot.
  • the moving unit 43 moves the radiating device 3 relative to the patient 101 based on a control command from the control unit 53. This relative movement may include, for example, movement of the radiating device 3 closer to the patient 101 and / or positioning movement to position the ultrasound focus on the affected area 103.
  • the control unit 53 controls the moving unit 43 based on a signal from the input unit 45 and / or based on a signal from a sensor (not shown) that specifies the position and the like of the affected area 103.
  • the moving unit 43 may not be provided, or the driving source of the moving unit 43 may not be provided, and the radiation device 3 may be transported and positioned by human power.
  • the input unit 45 includes, for example, a keyboard, a mouse, a mechanical switch and / or a touch panel.
  • the input unit 45 receives, for example, an operation for setting the frequency and amplitude of the ultrasonic wave emitted from the radiator 3, and an operation for instructing the start and stop of the ultrasonic wave emission.
  • the output unit 47 is configured to include, for example, a display device and / or a speaker.
  • the output unit 47 presents, for example, information on the frequency and amplitude of the ultrasonic wave set at the present time.
  • the ultrasonic wave emitting device 3 includes the generating unit 7 that generates ultrasonic waves that are irradiated to the object (patient 101) side, and the liquid LQ on the patient 101 side with respect to the generating unit 7. And a bag 9 for enclosing the liquid LQ.
  • the generator 7 has a piezoelectric element 15 that produces vibrations that generate ultrasonic waves.
  • the piezoelectric element 15 has a first surface 15a facing the patient 101 side and a second surface 15b facing the side opposite to the patient 101 side.
  • the piezoelectric element 15 includes a piezoelectric body layer 27 extending from the first surface 15a to the second surface 15b along these surfaces, and a pair of electrodes (first electrode) that overlaps both surfaces of the piezoelectric body layer 27.
  • the piezoelectric element 15 has a configuration in which the first surface 15a and the second surface 15b are bent and deformed to the same side when a voltage is applied to the first electrode 31 and the second electrode 33.
  • the first surface 15a is exposed inside the bag 9 so as to come into contact with the liquid LQ.
  • the second surface 15b is separated from the liquid LQ and is in contact with the gas GS.
  • the vibration generated in the piezoelectric element 15 is directly transmitted to the liquid LQ.
  • ultrasonic waves can be efficiently applied to the patient 101 via the liquid LQ.
  • a solid is present between the first surface 15a and the liquid LQ
  • ultrasonic waves are reflected at the interface between the first surface 15a and the solid and / or the interface between the solid and the liquid LQ.
  • the ultrasonic waves leak through the solid in the plane direction of the first surface 15a.
  • such ultrasonic reflection and / or leakage is reduced.
  • the second surface 15b of the piezoelectric element 15 is in contact with the gas GS, it is attempted to suppress the flexural deformation of the second surface 15b as compared with the mode in which the second surface 15b is in contact with the solid. Since the force becomes small, the vibration can be efficiently generated. Further, since the second surface 15b of the piezoelectric element 15 is in contact with the gas GS, the irradiation amount of the generated ultrasonic waves to the patient 101 side is increased as compared with the mode in which the second surface 15b is in contact with the liquid. Can be made
  • the generating unit 7 has the cavity member 21 located on the patient 101 side with respect to the piezoelectric element 15.
  • the cavity member 21 has a cavity 21c penetrating from the first surface 15a side to the patient 101 side and exposing the first surface 15a into the bag 9.
  • a wave from the first surface 15a in a direction largely inclined with respect to the normal to the first surface 15a is blocked (eg, reflected) by the inner surface of the cavity 21c. Therefore, the degree of directivity of the ultrasonic waves emitted from the flat plate element 11 can be increased. As a result, for example, ultrasonic waves are efficiently applied to the intended position.
  • the generating unit 7 has an element substrate 19 including a plurality of piezoelectric elements 15.
  • the cavity member 21 overlaps the element substrate 19 from the patient 101 side, and has a plurality of cavities 21 c that individually overlap the plurality of piezoelectric elements 15.
  • the cavity 21c can reduce the probability that ultrasonic waves from the plurality of piezoelectric elements 15 interfere with each other. As a result, for example, the likelihood of unintended ultrasonic components of amplitude, frequency or direction is reduced. As a result, for example, the intended therapeutic effect can be easily obtained. Further, since the cavity member 21 overlaps with the element substrate 19, for example, vibration around the region (piezoelectric element 15) of the element substrate 19 overlapping with the cavity 21c is suppressed to resonate the piezoelectric element 15. It contributes to increase the frequency. As a result, it is easy to generate an ultrasonic wave that is a sound wave of a relatively high frequency, and / or to generate an ultrasonic wave having a relatively high frequency in the frequency band of the ultrasonic wave.
  • the generating unit 7 has a plurality of flat plate-shaped elements 11.
  • Each flat plate element 11 has at least one piezoelectric element 15 such that the first surface 15a and the second surface 15b are along the plane direction.
  • the plurality of flat plate elements 11 are connected to each other at their outer edges to form a concave surface (radiation surface 7a) that is concave on the patient 101 side.
  • the generating unit 7 can focus the ultrasonic waves toward the center of curvature of the concave surface.
  • the flat plate element 11 can be manufactured by a method similar to the method of manufacturing a normal circuit board or the like. As a result, manufacturing costs are reduced. Further, for example, it becomes easy to uniformly apply the focused ultrasonic waves to a relatively wide irradiation area (affected area 103).
  • FIGS. 6A and 6B are schematic diagrams for explaining the effect of irradiation on the wide irradiation area. Specifically, FIGS. 6A and 6B schematically show how ultrasonic waves are focused in the present embodiment and the comparative example.
  • the radiating surface 151a is composed of, for example, a single plate-shaped lens member, and elements (not shown) corresponding to the plurality of piezoelectric elements 15 are arranged behind the lens member. Then, the lens member focuses the ultrasonic waves generated by the plurality of piezoelectric elements 15 on the focal point P1.
  • the focal point P1 is theoretically a point, and the ultrasonic waves are focused in a relatively narrow range.
  • the ultrasonic waves emitted from the flat plate element 11 are emitted to the focusing region R1 with the same width (beam width) emitted from the flat plate element 11. Then, the ultrasonic waves of the plurality of flat plate elements 11 are focused. Therefore, theoretically, the focusing region R1 is a region having a width similar to the width of the ultrasonic wave emitted from the flat plate element 11. Then, within the width of this focusing region R1, the intensity of ultrasonic waves is approximately the same. Depending on the size of the affected area 103, the type of disease, and the like, formation of such a focused region R1 is efficient and / or safe.
  • each of the plurality of flat plate elements 11 has a plurality of piezoelectric elements 15 arranged in a distributed manner along the plane direction of each flat plate element 11.
  • the generating unit 7 has the frame 13 to which the outer edges of the plurality of flat plate elements 11 are fixed.
  • An elastic body (bonding material 17 made of an elastic adhesive) is interposed between the plurality of flat plate elements 11 and the frame 13.
  • the vibration transmitted from the piezoelectric element 15 to the frame 13 can be reduced.
  • unnecessary vibration of the entire generator 7 is reduced. Consequently, it is possible to reduce the probability that, for example, unpleasant vibration that is not useful for treatment is transmitted to the patient 101, or abnormal sound in the audible range is generated in the radiation device 3.
  • FIG. 7A is a diagram corresponding to FIG. 4 showing a configuration of a flat plate element 211 according to a modification.
  • the second electrode 233 may be a common electrode similarly to the first electrode 31. That is, the second electrode 233 may have a solid pattern extending over the plurality of piezoelectric elements 15.
  • the second electrode 233 has, for example, the same size as the element substrate 219.
  • the first electrode may be an individual electrode and may be combined with the plurality of second electrodes 33 in FIG. 4 or the second electrodes 233 in FIG. 7A.
  • a cavity member 221 is provided on the side opposite to the patient 101.
  • the cavity member 221 has the same configuration as the cavity member 21, and has a cavity 221c that overlaps with the piezoelectric element 15.
  • the cavity member 21 on the patient 101 side may be provided (as shown in the figure) or may be omitted.
  • the cavity member 221 may be combined with the second electrode 33 (individual electrode) of the embodiment, instead of the second electrode 233.
  • the cavity member 221 may be joined to the frame 13 via the joining material 17.
  • FIG. 7B is a diagram corresponding to FIG. 4 showing a configuration of a flat plate element 311 according to another modification.
  • the flat plate element 311 may have only one piezoelectric element 15.
  • the first electrode 31 and the second electrode 333 may not be considered as the concept of the individual electrode and the common electrode.
  • the width of the second electrode 333 is smaller than the width of the element substrate 319, but is the same as the width of the element substrate 319 as in the modification of FIG. 7A. May be.
  • the cavity member 21 is not provided.
  • the flat plate element 311 is composed of only the element substrate 319.
  • the piezoelectric element 315 causes flexural vibration by using, for example, a portion fixed to the frame 13 as a vibration node.
  • a cavity member having one cavity overlapping the one piezoelectric element 15 may be provided.
  • the patient 101 or the affected area 103 is an example of an object.
  • the radiation surface 7a is an example of a concave surface.
  • the joining material 17 is an example of an elastic body.
  • the ultrasonic radiating device and the ultrasonic device are not limited to those used for treatment.
  • it may be used for an ultrasonic diagnostic apparatus that captures a secondary cross-sectional image of a patient.
  • it may be used for energy application and / or distance measurement in various fields, not limited to the medical field.
  • the elastic body interposed between the flat plate element and the frame is not limited to the elastic adhesive.
  • each of the flat plate element and the frame may be fixed with an adhesive or the like to an elastic body which is interposed between the flat plate element and the frame and is not an elastic adhesive.
  • Concept 1 It has a generator that generates ultrasonic waves that are irradiated to the object side, The generation unit has a plurality of flat plate-shaped elements facing the object side, The plurality of flat plate elements are connected to each other at their outer edges to form a concave surface having the object side as a concave surface, The ultrasonic radiating device, wherein each of the plurality of flat plate elements includes at least one piezoelectric element that vibrates in a direction in which each flat plate element faces to generate an ultrasonic wave.

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Abstract

超音波放射器具は、対象物側への超音波を発生させる発生部と、発生部に対して対象物側に液体が位置するように、液体を封入する袋とを有している。発生部は、超音波を発生させる振動を生じる圧電素子を有している。圧電素子は、対象物側に面している第１面と、その反対側に面している第２面とを有している。圧電素子は、第１面から第２面までの間に、これらの面に沿っている圧電体層と、圧電体層の両面に重なっている１対の電極とを有している。圧電素子は、第１面及び第２面が互いに同一側へ湾曲する撓み変形を生じる。第１面は、液体に接するように袋内に露出している。第２面は、液体から隔離されて気体に接している。

Description

超音波放射器具及び超音波装置
　本開示は、人体等の対象物へ向けて超音波を放射する超音波放射器具及び当該超音波放射器具を有する超音波装置に関する。
　人体等の対象物へ向けて超音波を放射する超音波装置が知られている（例えば特許文献１）。このような超音波装置は、例えば、患部等に超音波を照射して治療を行うための超音波治療装置、又は患部等の断面２次画像を取得するための超音波診断装置として利用されている。超音波治療装置としては、例えば、ＨＩＦＵ（High Intensity Focused Ultrasound）治療に利用される装置が知られている。特許文献１では、超音波を生成して人体へ向けて放射する発生部と、当該発生部と人体との間に介在する水袋とを有する超音波治療装置を開示している。水袋は、例えば、発生部と人体との間における音響インピーダンスの急激な変化を緩和することに寄与している。
特開平０１－１３９０５２号公報
　本開示の一態様に係る超音波放射器具は、対象物側へ照射される超音波を発生させる発生部と、前記発生部に対して前記対象物側に液体が位置するように、前記液体を封入する袋と、を有している。前記発生部は、超音波を発生させる振動を生じる圧電素子を有している。前記圧電素子は、前記対象物側に面している第１面と、前記対象物側とは反対側に面している第２面と、を有している。また、前記圧電素子は、前記第１面から前記第２面までの間に、前記第１面及び前記第２面に沿っている圧電体層と、前記圧電体層の両面に重なっている１対の電極と、を有している。前記圧電素子は、前記１対の電極に電圧が印加されることによって前記第１面及び前記第２面が互いに同一側へ湾曲する撓み変形を生じる。前記第１面は、前記液体に接するように前記袋内に露出している。前記第２面は、前記液体から隔離されて気体に接している。
　本開示の一態様に係る超音波装置は、上記の超音波放射器具と、超音波の周波数帯内の周波数を有する交流電圧を前記１対の電極に印加する駆動制御部と、を有している。
実施形態に係る超音波装置の概略構成を示す模式図である。 図１の超音波装置の超音波発生部の概略構成を示す模式図である。 図２の超音波発生部の平板素子の平面図である。 図３のIV－IV線における断面図である。 図４の一部の拡大図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は図２の超音波発生部の効果を説明するための模式図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は変形例及び他の変形例を示す断面図である。
　以下、図面を参照して本開示に係る実施形態について説明する。以下の図面は、模式的なものである。従って、細部は省略されることがあり、また、寸法比率等は現実のものと必ずしも一致しない。また、複数の図面相互の寸法比率も必ずしも一致しない。
　図１は、実施形態に係る超音波装置１の概略構成を示す模式図である。
　超音波装置１は、例えば、ＨＩＦＵ治療に利用されるものである。例えば、超音波装置１は、患者１０１の患部１０３（又は結石等の異物。以下、同様。）へ超音波を集束させる。これにより生じる熱等によって、患部１０３が変性する。超音波装置１は、人体のいずれの部位を治療対象として構成されてもよいし、また、いずれの疾患を治療対象として構成されてもよい。換言すれば、超音波装置１が放射する超音波の周波数及び強度、並びに超音波装置１の各部の寸法等は適宜に設定されてよい。なお、超音波は、一般に、２０ｋＨｚ以上の音波とされている。超音波の周波数について、一般的な上限は特にないが、例えば、５ＧＨｚとされてよい。
　超音波装置１は、患者１０１に隣接して配置され、超音波の放射を直接的に担う超音波放射器具３（以下、単に「放射器具３」ということがある。）と、放射器具３への電力供給等を行う装置本体５とを有している。
（超音波放射器具）
　放射器具３は、超音波を発生させる発生部７と、発生部７と患者１０１との間に介在する袋９とを有している。発生部７は、例えば、患者１０１側に面する放射面７ａから超音波を放射する。放射面７ａは概略凹状に構成されている。凹形状は、例えば、概略、球の一部を切り取った形状である。従って、放射面７ａから放射された超音波は、球の中心（別の観点では患部１０３）に集束する。袋９は、少なくとも超音波装置１の使用時において、液体ＬＱが封入されている。液体ＬＱは、例えば、放射面７ａと患者１０１の体表との間における音響インピーダンスの急激な変化を緩和することに寄与している。
　液体ＬＱは、例えば、水である。また、例えば、液体ＬＱは、水と、適宜な添加剤とを含むものであってもよい。添加剤は、例えば、音響インピーダンスを調整するためのものであってよい。液体ＬＱの音響インピーダンスは、例えば、１×１０６ｋｇ／（ｍ２・ｓ）以上２×１０６ｋｇ／（ｍ２・ｓ）以下、又は１．３×１０６ｋｇ／（ｍ２・ｓ）以上１．７×１０６ｋｇ／（ｍ２・ｓ）以下とされてよい。参考に、種々の物質の音響インピーダンスを例示すると、水：約１．５×１０６ｋｇ／（ｍ２・ｓ）、空気：約０、脂肪：約１．４×１０６ｋｇ／（ｍ２・ｓ）、筋肉：約１．７×１０６ｋｇ／（ｍ２・ｓ）である。
（発生部）
　図２は、発生部７の要部構成を説明するための模式図である。図２において、紙面下方側が患者１０１側である。この図は、発生部７の外側（患者１０１とは反対側）の表面を示す斜視図と捉えられてよい。また、この図は、発生部７の放射面７ａを平面透視で示している図と捉えられてもよい。発生部７は、図示の構成の他、例えば、図示されている構成を患者１０１とは反対側から覆う適宜な形状の筐体等を有していてもよい。
　発生部７は、例えば、概略ドーム形状を構成するようにつなぎ合わされた複数の平板素子１１を有している。平板素子１１は、概略、平板状に構成されている。別の観点では、平板素子１１は、患者１０１側に面している概略平面状の対向面１１ａ（符号は図１）を有している。複数の対向面１１ａは、その外縁にて互いにつなげられて、既述の凹状の放射面７ａを構成している。従って、放射面７ａは、曲面によって構成されているのではなく、複数の平面の組み合わせによって構成されている。
　平板素子１１の平面形状及び当該平面形状の寸法は適宜に設定されてよい。例えば、複数の平板素子１１は、互いに同一の形状及び大きさとされてもよいし（図示の例）、形状及び／又は大きさが互いに異なる２種以上の平板素子１１を含んでいてもよい。図示の例では、複数の平板素子１１の平面形状は、互いに同一の大きさの正三角形状とされている。ただし、これ以外の多角形によってもドーム状を構成できることは、正多面体（プラトンの立体）、半正多面体（アルキメデスの立体）及びプラトンの立体、並びに種々の技術分野において実現されているドーム形状から明らかである。
　上記のように、図示の例では、基本的に、複数の平板素子１１の平面形状及びその大きさは互いに同一である。ただし、ドームの一部には、特異な形状を有する平板素子１１が設けられていてもよい。図示の例では、ドームの最も奥の位置（中心部７ｃ）は平板素子１１の非配置領域とされており、ひいては、中心部７ｃの周囲の平板素子１１は、他の平板素子１１の平面形状（三角形）から頂点側の一部が除去された形状とされている。このような中心部７ｃには、適宜な電子部品等が配置されてよい。例えば、患部１０３の位置を検出するための超音波センサ、又は患部１０３の位置を示すために患者１０１の体表に付されたマーカの位置を検出する視覚センサが設けられてよい。
　複数の平板素子１１は、適宜な方法により、互いにつなぎ合わされてよい。図示の例では、複数の平板素子１１は、フレーム１３に固定されることによって間接的に互いにつなぎ合わされている。より詳細には、フレーム１３は、複数の平板素子１１の互いにつなぎ合わされる外縁（多角形の辺）に沿って延びている。そして、各平板素子１１は、フレーム１３のうちの自己の外縁に沿って延びる部分に対して固定されている。
（平板素子）
　図３は、発生部７のうち１つの平板素子１１に相当する部分を示す、前記１つの平板素子１１を平面視した図である。この図では、フレーム１３のうち、１つの平板素子に対応する部分も図示されている。
　平板素子１１は、少なくとも１つ（図示の例では複数）の圧電素子１５を有している。圧電素子１５は、超音波を発生させる振動を生じる部分である。圧電素子１５の数、位置、平面形状及び大きさ等は適宜に設定されてよい。
　図示の例では、複数の圧電素子１５は、平板素子１１の平面方向に沿って概ね一様な密度で分布して配置されている。より詳細には、複数の圧電素子１５は、一定のピッチで縦横に配列されている。ただし、複数の圧電素子１５は、互いに隣り合う列同士で半ピッチずれていてもよいし、複数の同心円に沿って配列されていてもよいし、放射状に配列されていてもよいし、一様でない密度で配置されていてもよい。複数の圧電素子１５の配列方向と、平板素子１１の辺が延びる方向との相対関係も適宜に設定されてよい。
　複数の圧電素子１５の配置領域（例えば複数の圧電素子１５が収まる最小の凸多角形）の面積は、例えば、平板素子１１の面積（又は患者１０１側から見てフレーム１３に囲まれた面積）の１／５以上、１／２以上又は２／３以上又は４／５以上とされてよい。４／５以上は、複数の圧電素子１５が平板素子１１の全面に配置された状態と捉えられてよい。複数の圧電素子１５が平板素子１１の全面に亘って配置されていない場合において、複数の圧電素子１５の配置領域は、平板素子１１内の中央側又は外縁側等の適宜な範囲に位置してよい。
　また、図示の例では、圧電素子１５の平面形状は、円形とされている。別の観点では、当該平面形状は、線対称又は回転対称の形状である。ただし、当該平面形状は、楕円又は多角形等の他の形状とされてよく、また、非対称の形状であってもよい。圧電素子１５の平面形状が円形でない場合において、当該平面形状と平板素子１１の平面形状との相対的な向きも適宜に設定されてよい。
（平板素子とフレームとの固定構造）
　図４は、図３のIV－IV線における断面図である。この図において、紙面下方側は患者１０１側である。この図では、図示の都合上、一部又は全部の層の厚さは誇張されている。
　平板素子１１は、フレーム１３に対して、患者１０１側に位置していてもよいし、患者１０１とは反対側に位置していてもよい。及び／又はフレーム１３は、互いに隣り合う平板素子１１の間に位置する部分を有し、平板素子１１は、フレーム１３に対して平面方向の内側に位置していてもよい。本実施形態の説明では、平板素子１１がフレーム１３に対して患者１０１側に位置している態様を例にとる。
　平板素子１１とフレーム１３とは、例えば、両者の間に介在している接合材１７によって接合されている。接合材１７は、有機材料であってもよいし、無機材料であってもよく、また、絶縁材料であってもよいし、導電材料であってもよい。例えば、接合材１７は、樹脂又は金属とされてよい。
　また、例えば、接合材１７は、硬化後に弾性体となるもの（例えば弾性接着剤）とされてもよい。具体的には、例えば、接合材１７は、シリコーン系又はウレタン系のものとされてよい。これらは、１液性のものであってもよいし、２液性のものであってもよい。また、例えば、弾性体としての接合材１７は、硬化後の引張試験において引き裂かれた時の伸び率が３５％以上となるものとされてよい。
　平板素子１１（その側面）同士は、互いに離れていてもよいし、互いに当接していてもよい。また、これらの場合において、平板素子１１同士は直接に固定されていてもよいし（例えば両者に密着する接合材１７が設けられてもよいし）、固定されていなくてもよい。フレーム１３が互いに隣り合う平板素子１１の側面同士の間に位置する仕切り部分を有している場合において、平板素子１１の側面は、仕切り部分から離れていてもよいし、仕切り部分に当接していてもよい。これらの場合において、平板素子１１の側面と仕切り部分とは、直接に固定されていてもよいし、固定されていなくてもよい。
　平板素子１１とフレーム１３との固定、及び／又は平板素子１１同士の直接的な固定には、接合材１７による方法に代えて、又は加えて、他の方法が利用されてもよい。他の方法としては、例えば、係合（係止）、かしめ、圧入、螺合、溶接及び溶着が挙げられる。
（平板素子の積層構造）
　平板素子１１は、圧電素子１５を有している素子基板１９と、素子基板１９に対して患者１０１側に重ねられているキャビティ部材２１とを有している。素子基板１９は、圧電素子１５となっている領域が撓み変形することによって振動する。この振動が素子基板１９の患者１０１側に位置する流体に伝えられて超音波が生成される。キャビティ部材２１は、素子基板１９のうち複数の圧電素子１５に個別に重なる複数のキャビティ２１ｃ（開口、孔）を有している。このキャビティ２１ｃは、例えば、超音波の指向性の程度を上げることに寄与する。
　複数のキャビティ２１ｃ及び後述する第２電極３３（個別電極）が設けられていることなどにより、平板素子１１の主面（板の最も広い面。表裏）は、凹凸を有しており、平面ではない。このことから理解されるように、平板素子１１が平板状である、又は平板素子１１が患者１０１側又はその反対側に平面状の面を有するという場合、厳密に平板である必要は無い。例えば、平板素子１１は、主要な構成要素として厚さが一定で平面を成す層（例えば後述する２３、２５及び２７）を有することをもって平板状と捉えられてよい。また、例えば、平板素子１１は、両主面のそれぞれにおいて、複数の凸部の頂部（又は凹部の最深部）が同一平面に収まるときに平板状と捉えられてよい。また、例えば、平板素子１１は、平板素子１１の面積から求めた円相当径に対して各主面の凹凸の算術平均粗さが５％以下、２％以下又は１％以下のときに平板状と捉えられてよい。なお、図４では、平板素子１１の主面の凹凸は誇張されている。
（素子基板）
　素子基板１９は、例えば、患者１０１側（キャビティ部材２１側）から順に、振動層２３、第１導体層２５、圧電体層２７及び第２導体層２９を含んでいる。第１導体層２５は、例えば、第１電極３１を含んでいる。第２導体層２９は、例えば、複数の第２電極３３を含んでいる。第１電極３１及び第２電極３３は、圧電体層２７を挟んでいる。これらの１対の電極に交流電圧が印加されることによって、素子基板１９の圧電素子１５となっている領域は撓み変形を伴う振動を生じる。なお、素子基板１９は、図示の層の他、例えば、第２導体層２９を覆う絶縁層等の適宜な層を含んでいてよい。本開示の説明において、「層」は、「板」を含む概念である。
　素子基板１９において、圧電素子１５と捉えられる領域は、適宜に定義されてよい。本実施形態の説明では、便宜的に、素子基板１９のうちキャビティ２１ｃと重なっている領域（より厳密にはキャビティ２１ｃの素子基板１９側の開口面と重なっている領域）を圧電素子１５として定義する。各圧電素子１５は、キャビティ２１ｃ側（患者１０１側）に面している第１面１５ａと、キャビティ２１ｃとは反対側に面している第２面１５ｂとを有している。第１面１５ａは、例えば、振動層２３のキャビティ部材２１側の面によって構成されている。第２面１５ｂは、例えば、第２導体層２９のキャビティ部材２１とは反対側の面、及び圧電体層２７のキャビティ部材２１とは反対側の面のうち第２導体層２９から露出している領域によって構成されている。なお、例えば、図示の例とは異なり、第２導体層２９を覆う絶縁層が設けられている場合は、当該絶縁層によって第２面１５ｂが構成されてよい。
（振動層）
　振動層２３は、例えば、素子基板１９の概ね全体に広がっている。換言すれば、振動層２３は、複数の圧電素子１５に亘る広さのベタ状に形成されている。振動層２３の厚さは概ね一定である。振動層２３は、例えば、後述するように、圧電体層２７の平面方向の変形を規制して、面外振動を生じさせることに寄与する。振動層２３は、その広さ全体に亘って一体的に形成されていてもよいし、分割して形成されていてもよい。振動層２３は、キャビティ部材２１と重なっている。振動層２３は、キャビティ部材２１のうちのキャビティ２１ｃの周囲部分によって支持されていると捉えられてもよい。
　振動層２３は、例えば、絶縁材料又は半導体材料によって形成されている。振動層２３の材料は、無機材料でも有機材料でもよい。より具体的には、例えば、振動層２３の材料は、圧電体層２７の材料（後述）と同一又は異なる圧電体とされてよい。また、例えば、振動層２３の材料は、シリコン（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）又はサファイア（Ａｌ２Ｏ３）とされてもよい。振動層２３は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。例えば、振動層２３は、シリコン層と、その上面及び／又は下面に重なるＳｉＯ２層とによって構成されていてもよい。
（第１導体層及び第１電極）
　第１導体層２５は、図示の例では、第１電極３１のみを含んでいる。第１電極３１は、複数の圧電素子１５に亘る広さを有する共通電極とされている。共通電極は、例えば、素子基板１９の概ね全体に亘るベタ状に形成されており、その厚さは略一定である。第１電極３１は、例えば、圧電体層２７を貫通する不図示の貫通導体を介して、平板素子１１の袋９とは反対側に配置された不図示の配線（例えばケーブル）と電気的に接続されている。
　第１導体層２５の材料は、例えば、適宜な金属とされてよい。例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）若しくはクロム（Ｃｒ）又はこれらを含む合金が用いられてよい。第１導体層２５は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。また、第１導体層２５の材料は、前記のような金属を含む導電ペーストを焼成して得られるものであってもよい。すなわち、第１導体層２５の材料は、ガラス粉末及び／又はセラミック粉末等の添加剤（別の観点では無機絶縁物）を含むものであってもよい。
（圧電体層）
　圧電体層２７は、例えば、素子基板１９の概ね全体に広がっている。換言すれば、圧電体層２７は、複数の圧電素子１５に亘る広さのベタ状に形成されている。圧電体層２７の厚さは概ね一定である。
　圧電体層２７の材料は、単結晶であってもよいし、多結晶であってもよいし、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよいし、強誘電体であってもなくてもよいし、焦電体であってもなくてもよい。無機材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛系材料及び非鉛系無機圧電材料が挙げられる。非鉛系無機圧電材料としては、例えば、ペロブスカイト型化合物材料が挙げられる。有機材料としては、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）が挙げられる。
　また、圧電体層２７の材料は、例えば、圧電磁器板（別の観点では焼結体）とされてもよいし、圧電薄膜とされてもよい。圧電磁器板は、圧電性を有する複数の結晶粒子（及び結晶粒界）により構成される板状の無機多結晶体であり、圧電セラミックス板ともいう。圧電磁器板を構成する結晶粒子は、通常アスペクト比が小さく、等方的に分布している。圧電薄膜とは、圧電性を有する薄膜状の無機単結晶体、無機多結晶体、または有機材料（ポリマー）である。多結晶体の圧電薄膜は、通常、厚さ方向にのびる柱状晶により構成されている。圧電薄膜は通常、高い配向性を有しており、それにより高い圧電特性を有する。
　圧電体層２７は、例えば、少なくとも圧電素子１５を構成している領域において、分極軸（単結晶では電気軸又はＸ軸ともいう。）が、圧電体層２７の厚み方向（第１電極３１と第２電極３３との対向方向）に概ね平行になっている。なお、圧電体層２７のうち、圧電素子１５を構成している領域以外の領域は、分極されていてもよいし、分極されていなくてもよい。また、分極されている場合において、圧電素子１５を構成している領域と同様の方向に分極されていてもよいし、異なる方向に分極されていてもよい。
（第２導体層及び第２電極）
　第２導体層２９は、例えば、既述の複数の第２電極３３の他、複数の第２電極３３に接続されている不図示の配線を有していてよい。複数の第２電極３３は、例えば、第２導体層２９が含む不図示の配線を介して、平板素子１１の袋９とは反対側に配置された不図示の他の配線（例えばケーブル）と電気的に接続されている。
　複数の第２電極３３は、例えば、圧電素子１５毎に設けられた個別電極とされている。ここでいう個別電極は、複数の電極が互いに分離した形状とされていることを意味し、互いに別個の電位を付与可能にされている必要は無い。例えば、２以上の第２電極３３（例えば１つの平板素子１１内の全ての第２電極３３）は互いに接続されていてよい。接続は、例えば、第２導体層２９が有する不図示の配線によってなされていてもよいし、他の手段（例えばボンディングワイヤ）によってなされていてもよい。なお、複数の第２電極３３は、個別に、又は２以上の第２電極３３を含むグループ毎に互いに異なる電位が付与可能とされていてもよい。
　第２電極３３の平面形状及び大きさは、適宜な形状とされてよい。例えば、第２電極３３の平面形状は、圧電素子１５の平面形状（キャビティ２１ｃの開口形状）と相似形又は類似する形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。また、例えば、平面視において、第２電極３３の外縁は、キャビティ２１ｃの開口縁部に対して、その全体が内側に位置していてもよいし、その全体が概ね一致していてもよいし、その全体が外側に位置していてもよいし、一部のみが一致又は内側に位置していてもよい。本実施形態では、第２電極３３は、円形のキャビティ２１ｃの開口縁部よりも内側に位置する円形である。
　第２導体層２９の材料は、第１導体層２５の材料と同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、いずれの場合についても、既述の第１導体層２５の材料の説明は、第２導体層２９の材料の説明に援用されてよい。
（圧電素子１５の動作）
　第１電極３１及び第２電極３３によって、これらに挟まれている圧電体層２７に分極の向きと同じ向きで電界が印加されると、圧電体層２７は、平面方向において収縮する。この収縮は、振動層２３によって規制されるから、圧電素子１５は、バイメタルのようにキャビティ２１ｃ側へ撓む（変位する）。逆に、分極の向きと逆の向きで電界が印加されると、圧電素子１５は、キャビティ２１ｃとは反対側へ撓む。
　上記のような圧電素子１５の変位によって、圧電素子１５の周囲の媒質（例えば流体）においては圧力波が形成される。そして、所定の波形で電圧が変化する電気信号（駆動信号）が第１電極３１及び第２電極３３に入力されることによって、その電気信号の波形（別の観点では周波数及び振幅）を反映した超音波が生成される。
　上記の撓み変形の振動は、換言すれば、圧電素子１５において、平面視の中央が振動の腹となり、外縁（例えばキャビティ２１ｃの縁部付近）が振動の節となる１次モードの面外振動（屈曲振動）である。この振動に関して、圧電素子１５は、例えば、共振周波数が超音波の周波数帯に位置するように構成されている。共振周波数の設定は、例えば、圧電素子１５を構成する層の材料の選択（別の観点ではヤング率及び密度の選択）、並びに圧電素子１５の径及び各層の厚さの設定（別の観点では質量及び曲げ剛性の設定）等によってなされる。圧電素子１５の周囲の流体の影響、及び圧電素子１５を支持する部分（例えばキャビティ部材２１）の剛性等の影響が考慮されてもよい。
　電気信号は、例えば、圧電素子１５をキャビティ２１ｃ側へ変位させる電圧印加と、圧電素子１５をキャビティ２１ｃとは反対側へ変位させる電圧印加とが繰り返されるものであってよい。すなわち、電気信号は、極性（正負）が反転する（電圧（電界）の向きが圧電体層２７の分極軸の方向において交互に入れ替わる）ものであってよい。また、例えば、電気信号は、圧電素子１５をキャビティ２１ｃ側へ変位させる電圧印加のみ、又は圧電素子１５をキャビティ２１ｃとは反対側へ変位させる電圧印加のみが繰り返されるものであってもよい。この場合、撓みと、復元力による撓みの解消との繰り返しによって、超音波が生成される。
（キャビティ部材）
　キャビティ部材２１は、例えば、キャビティ２１ｃを無視して考えたときに、複数の圧電素子１５に亘る広さを有する、厚さが一定の部材である。キャビティ部材２１の材料は任意であり、例えば、絶縁材料であってもよいし、半導体材料であってもよいし、導電材料であってもよいし、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよいし、圧電体であってもよいし、素子基板１９内のいずれかの層の材料と同一であってもよい。具体的には、キャビティ部材２１の材料としては、金属、樹脂、セラミックを挙げることができる。また、キャビティ部材２１は、複数の材料又は複数の層から構成されていてもよい。例えば、キャビティ部材２１は、素子基板１９に重なる金属層（金属板含む）に絶縁層が成膜されて構成されていてもよいし、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂によって構成されていてもよい。
　キャビティ２１ｃの形状は適宜に設定されてよい。例えば、キャビティ２１ｃの形状は、横断面（素子基板１９に平行な断面）の形状がキャビティ２１ｃの貫通方向の位置によらずに一定の形状であってもよいし（図示の例）、素子基板１９側ほど拡径する、又は縮径するテーパ面を有する形状であってもよい。本実施形態の説明では、素子基板１９のうちキャビティ２１ｃと重なる領域を圧電素子１５としているから、既述の圧電素子１５の平面形状についての説明は、キャビティ２１ｃの横断面の形状の説明に援用されてよい。
　キャビティ２１ｃの深さ（貫通方向の長さ。別の観点ではキャビティ部材２１の厚さ）は、適宜に設定されてよい。例えば、キャビティ２１ｃの深さは、キャビティ２１ｃの径（円形でない場合は例えば円相当径）に対して、１／２０以上、１／１０以上、１／２以上又は１倍以上とされてよく、１０倍以下、５倍以下、１倍以下、１／２以下又は１／１０以下とされてよく、前記の下限と上限とは、矛盾しない限り、適宜に組み合わされてよい。
（寸法等の一例）
　既に述べたように、放射器具３において、超音波の周波数及び放射器具３の各部の寸法等は適宜に設定されてよい。以下に、一例を挙げる。放射器具３が生じる超音波の周波数は０．５ＭＨｚ以上２ＭＨｚ以下とされてよい。発生部７の直径（ドームの開口面の直径）は、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下とされてよい。平板素子１１の円相当径又は三角形の平板素子１１の１辺は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下とされてよい。圧電素子１５の円相当径は、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下とされてよい。素子基板１９の厚さは、５０μｍ以上２００μｍ以下とされてよい。振動層２３の厚さ及び圧電体層２７の厚さのそれぞれの厚さは、前記の素子基板１９の厚さと矛盾しない範囲で、２０μｍ以上１００μｍ以下とされてよい。第１導体層２５（第１電極３１）及び第２導体層２９（第２電極３３）それぞれの厚さは、０．０５μｍ以上５μｍ以下とされてよい。
（袋）
　図１に戻って、袋９の形状、大きさ及び材料は適宜に設定されてよい。例えば、袋９の形状は、球形等の全体として外側に膨らむ形状とされてよい。また、例えば、放射器具３が人体の特定の部位を対象としたものである場合においては、当該特定の部位の凹部及び／又は凸部に合わせて凸部及び／又は凹部を有する形状であってもよい。
　袋９の材料は、少なくとも、液体ＬＱを通さない性質（いわゆる遮水性）及び可撓性を有している。また、袋９の材料は、弾性体であってもよい。例えば、袋９の材料として、熱硬化性エラストマー（いわゆるゴム）、熱可塑性エラストマー（狭義のエラストマー）及びこれらのエラストマーを含まない樹脂（狭義の樹脂。ただし、可撓性を有するもの）が用いられてよい。熱硬化性エラストマーとしては、加硫ゴム（狭義のゴム）及び熱硬化性樹脂系エラストマーを挙げることができる。
　袋９は、既述のように、少なくとも、超音波装置１の使用時において液体ＬＱが封入されている。袋９（放射器具３）は、例えば、流通段階で液体ＬＱが封入されているものであってもよいし、使用時に液体ＬＱが封入されるものであってもよい。また、袋９（放射器具３）は、例えば、液体ＬＱを袋９内に供給（及び／又は排出）するための開閉可能なポートを有さないものであってもよいし、有しているものであってもよい。ポートの開閉構造には、公知の種々のものが利用されてよい。
　袋９は、発生部７側に開口９ａを有している。そして、発生部７のうち、放射面７ａを含む一部は、開口９ａを介して袋９内の液体ＬＱに接している。一方、発生部７の放射面７ａとは反対側の面を含む一部は、袋９の液体ＬＱに接しておらず、放射器具３の周囲の気体（例えば空気）に接している。
　開口９ａの縁部と、発生部７との間からの液体ＬＱの漏れを低減するための構造は公知の種々の封止構造とされてよい。例えば、袋９及び発生部７は、接着剤によって接着されたり、袋９及び発生部７の少なくとも一方の溶融によって溶接・溶着されたりするなど、密に接合されていてもよい。また、例えば、袋９が弾性体からなる場合は、発生部７の外周面に袋９の開口９ａ付近の内周面を押し当てた状態で、袋９の開口９ａ付近を外側から紐又はリング状の締め付け具によって締め付けてもよい。また、例えば、発生部７の外周面に袋９の開口９ａ付近の内周面を押し当てた状態で、袋９の開口９ａ付近に外側からリング状のパッキンを押し当て、その外側から紐又はリング状の締め付け具によってパッキンを締め付けてもよい。また、例えば、袋９に、開口９ａ付近を構成する可撓性でない（剛体の）リング状の部材を設け、このリング状の部材の内側に雌ねじを設け、発生部７の外面に雄ねじを設け、両者を螺合させてもよい。そして、この螺合の構造に適宜にパッキンを配してもよい。
　図２では、発生部７の構成として、フレーム１３及び平板素子１１のみを示した。袋９は、例えば、フレーム１３のうちの患者１０１側の開口面を構成している部分に対して取り付けられてよい。また、例えば、発生部７は、フレーム１３の上記の開口面を構成している部分に密に固定されている不図示の取付用部材を有し、当該取付用部材に袋９が取り付けられていてもよい。取付用部材は、例えば、フレーム１３の各部よりも太い枠状の部材であってもよいし、フレーム１３の患者１０１とは反対側を覆う筐体状の部材であってもよい。図１の模式図では、発生部７と開口９ａとの接続位置が、放射面７ａとその背面との間に位置しているが、接続位置は、放射面７ａよりも患者１０１側等に位置してもよいし、放射面７ａの背面よりも患者１０１とは反対側に位置してもよい。また、袋９が発生部７に対して患者１０１と反対側に回り込んでいてもよく、液体ＬＱが発生部７に対して患者１０１と反対側に回り込んでいてもよい。その場合、例えば、圧電素子１５の第２面１５ｂを取り囲む覆いを設けて、圧電素子１５の第２面１５ｂを液体ＬＱから隔離する構造とすればよい。
（圧電素子の周囲の流体）
　図５は、図４の一部を拡大して示す図である。上記の説明から理解されるように、圧電素子１５においては、患者１０１側の第１面１５ａが液体ＬＱに接しており、その反対側の第２面１５ｂが気体ＧＳ（例えば空気）に接している。
（装置本体）
　図１に戻って、装置本体５は、例えば、放射器具３に駆動信号を入力する駆動制御部４１と、放射器具３を移動させる移動部４３と、ユーザの入力操作を受け付ける入力部４５と、ユーザに情報を提示する出力部４７とを有している。
　駆動制御部４１は、例えば、ケーブル４９を介して発生部７の第１電極３１及び複数の第２電極３３と接続されている。駆動制御部４１は、駆動信号を第１電極３１及び第２電極３３に入力する駆動部５１と、駆動部５１を制御する制御部５３とを有している。
　駆動部５１は、例えば、商用電源等からの電力を制御部５３によって指定された波形（例えば周波数及び電圧（振幅））を有する交流電力に変換して第１電極３１及び第２電極３３に入力する。駆動信号は、放射を意図している超音波の周波数と概ね同等の周波数を有するとともに、意図している超音波の振幅に対応する電圧を有している交流電力である。駆動信号は、矩形波（パルス）、正弦波、三角波又は鋸波のように適宜な形状とされてよい。
　制御部５３は、特に図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び外部記憶装置等を含むコンピュータを含んで構成されている。ＣＰＵがＲＯＭ及び／又は外部記憶装置に記憶されているプログラムを実行することによって、各種の制御を行う機能部が構築される。制御部５３は、例えば、入力部４５からの信号に基づいて、駆動部５１が出力する駆動信号の波形（例えば周波数及び電圧（振幅））を設定し、また、駆動部５１からの駆動信号の出力の開始及び停止を制御する。
　移動部４３は、例えば、特に図示しないが、放射器具３を保持する保持機構と、当該保持機構に放射器具３を移動させるための動力を付与する駆動源（例えばモータ）とを含んで構成されている。このような移動部４３は、例えば、多関節ロボット、スカラロボット又は直交ロボットと同様の構成とされてよい。移動部４３は、制御部５３からの制御指令に基づいて放射器具３を患者１０１に対して相対移動させる。この相対移動は、例えば、放射器具３を患者１０１に近づける移動、及び／又は超音波の焦点を患部１０３に位置させるための位置決めのための移動を含んでよい。制御部５３は、入力部４５からの信号に基づいて、及び／又は患部１０３の位置等を特定する不図示のセンサからの信号に基づいて移動部４３を制御する。なお、移動部４３が設けられず、又は移動部４３のうちの駆動源が設けられず、人力によって放射器具３が運搬及び位置決めされても構わない。
　入力部４５は、例えば、キーボード、マウス、機械式スイッチ及び／又はタッチパネルを含んで構成されている。入力部４５は、例えば、放射器具３から放射する超音波の周波数及び振幅を設定するための操作、並びに超音波の放射の開始及び停止を指示するための操作を受け付ける。出力部４７は、例えば、表示装置及び／又はスピーカを含んで構成されている。出力部４７は、例えば、現時点で設定されている超音波の周波数及び振幅の情報等を提示する。
　以上のとおり、本実施形態では、超音波放射器具３は、対象物（患者１０１）側へ照射される超音波を発生させる発生部７と、発生部７に対して患者１０１側に液体ＬＱが位置するように、液体ＬＱを封入する袋９と、を有している。発生部７は、超音波を発生させる振動を生じる圧電素子１５を有している。圧電素子１５は、患者１０１側に面している第１面１５ａと、患者１０１側とは反対側に面している第２面１５ｂと、を有している。また、圧電素子１５は、第１面１５ａから第２面１５ｂまでの間に、これらの面に沿っている圧電体層２７と、圧電体層２７の両面に重なっている１対の電極（第１電極３１及び第２電極３３）と、を有している。そして、圧電素子１５は、第１電極３１及び第２電極３３に電圧が印加されることによって第１面１５ａ及び第２面１５ｂが互いに同一側へ湾曲する撓み変形を生じる構成である。第１面１５ａは、液体ＬＱに接するように袋９内に露出している。第２面１５ｂは、液体ＬＱから隔離されて気体ＧＳに接している。
　従って、例えば、圧電素子１５の第１面１５ａが直接に液体ＬＱに接していることから、圧電素子１５において発生した振動が直接的に液体ＬＱに伝えられる。その結果、液体ＬＱを介して効率的に超音波を患者１０１へ照射することができる。具体的には、第１面１５ａと液体ＬＱとの間に固体が介在している場合においては、第１面１５ａと固体との界面及び／又は固体と液体ＬＱとの界面で超音波が反射したり、超音波が固体を介して第１面１５ａの平面方向へ漏れたりしてしまう。しかし、本実施形態では、そのような超音波の反射及び／又は漏れは低減される。その一方で、圧電素子１５の第２面１５ｂは気体ＧＳに接していることから、第２面１５ｂが固体に接している態様に比較して、第２面１５ｂの撓み変形を抑制しようとする力が小さくなるため、振動を効率的に生じさせることができる。また、圧電素子１５の第２面１５ｂが気体ＧＳに接していることから、第２面１５ｂが液体に接している態様に比較して、発生する超音波の患者１０１側への照射量を増大させることができる。
　また、本実施形態では、発生部７は、圧電素子１５に対して患者１０１側に位置しているキャビティ部材２１を有している。キャビティ部材２１は、第１面１５ａ側から患者１０１側へ貫通して第１面１５ａを袋９内へ露出させているキャビティ２１ｃを有している。
　この場合、例えば、第１面１５ａから第１面１５ａの法線に対して大きく傾斜する方向への波はキャビティ２１ｃの内面によって遮られる（例えば反射される。）。従って、平板素子１１から放射する超音波の指向性の程度を上げることができる。その結果、例えば、超音波が効率的に意図した位置へ照射される。
　また、本実施形態では、発生部７は、複数の圧電素子１５を含んでいる素子基板１９を有している。キャビティ部材２１は、素子基板１９に対して患者１０１側から重なっており、複数の圧電素子１５に個別に重なる複数のキャビティ２１ｃを有している。
　この場合、例えば、キャビティ２１ｃは、複数の圧電素子１５からの超音波が互いに干渉する蓋然性を低減することができる。その結果、例えば、意図していない振幅、周波数又は方向の超音波成分が生じる蓋然性が低減される。ひいては、例えば、意図した治療効果を得やすい。また、キャビティ部材２１は、素子基板１９に重なっているから、例えば、素子基板１９のうちのキャビティ２１ｃに重なっている領域（圧電素子１５）の周囲の振動を抑制して、圧電素子１５の共振周波数を高くすることに寄与する。その結果、比較的高い周波数の音波である超音波を発生させること、及び／又は超音波の周波数帯の中でも比較的周波数が高いものを発生させることが容易化される。
　また、本実施形態では、発生部７は、平板状の複数の平板素子１１を有している。各平板素子１１は、その平面方向に第１面１５ａ及び第２面１５ｂが沿うように少なくとも１つの圧電素子１５を有している。複数の平板素子１１は、外縁にて互いにつなげられて、患者１０１側を凹とする凹面（放射面７ａ）を構成している。
　この場合、例えば、発生部７は、凹面の曲率中心側へ超音波を集束させることができる。また、平板素子１１は、通常の回路基板等を作製する方法と同様の方法によって作製することができる。その結果、製造コストが削減される。また、例えば、集束させた超音波を比較的広い照射領域（患部１０３）に対して均等に照射することが容易化される。
　図６（ａ）及び図６（ｂ）は、上記の広い照射領域への照射の効果を説明するための模式図である。具体的には、図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本実施形態及び比較例における超音波の集束の様子を模式的に示している。
　まず、比較例として、図６（ｂ）に示すように、曲面状の放射面１５１ａを有する素子１５１を考える。放射面１５１ａは、例えば、一枚の板状のレンズ部材によって構成されており、レンズ部材の背後に複数の圧電素子１５に相当するもの（不図示）が配列されている。そして、レンズ部材は、複数の圧電素子１５の生じた超音波を焦点Ｐ１に集束させる。焦点Ｐ１は、理論上は点であり、比較的狭い範囲に超音波が集束される。
　一方、図６（ａ）に示すように、平板素子１１から照射された超音波は、平板素子１１から放射されたそのままの幅（ビームの幅）で集束領域Ｒ１へ照射される。そして、複数の平板素子１１の超音波が集束される。従って、集束領域Ｒ１は、理論上は、平板素子１１から放射された超音波の幅と同程度の幅を有する領域となる。そして、この集束領域Ｒ１の幅内では、超音波の強度は概ね同等である。患部１０３の大きさ及び疾患の種類等によっては、このような集束領域Ｒ１の形成が効率的及び／又は安全である。
　また、本実施形態では、複数の平板素子１１それぞれは、各平板素子１１の平面方向に沿って分布して配置された複数の圧電素子１５を有している。
　この場合、平板素子１１から放射される超音波の幅（ビームの幅）を実質的に大きくすることが容易であり、図６（ａ）を参照して説明した効果を得やすい。また、圧電素子１５の撓み振動の共振周波数を、発生させる超音波の周波数に近づけることができるため、超音波を効率的に発生させることができる。このように、各平板素子１１が複数の圧電素子１５を有することによって、ビームの幅が広い超音波を効率的に放射することができる。
　また、本実施形態では、発生部７は、複数の平板素子１１の外縁が固定されるフレーム１３を有している。複数の平板素子１１とフレーム１３との間には弾性体（弾性接着剤からなる接合材１７）が介在している。
　この場合、例えば、圧電素子１５からフレーム１３へ伝わる振動を低減することができる。その結果、発生部７全体の不要な振動が低減される。ひいては、例えば、治療に役立たない不快な振動が患者１０１に伝わったり、放射器具３において可聴域の異音が生じたりする蓋然性を低下させることができる。
（変形例）
　以下、変形例について説明する。変形例の説明では、基本的に実施形態との相違部分のみについて説明する。特に言及がない事項については、実施形態と同様とされてよい。また、説明の便宜上、実施形態の構成に対応する構成については、相違点があっても同じ符号を付すことがある。
　図７（ａ）は、変形例に係る平板素子２１１の構成を示す、図４に対応する図である。
　実施形態の説明において、複数の第２電極３３（個別電極）は互いに同一の電位とされてよいことを述べた。従って、図７（ａ）に示すように、第２電極２３３は、第１電極３１と同様に、共通電極とされてもよい。すなわち、第２電極２３３は、複数の圧電素子１５に亘って広がるベタ状パターンとされてもよい。第２電極２３３は、例えば、素子基板２１９と同等の広さを有している。特に図示しないが、第１電極が個別電極とされ、図４の複数の第２電極３３又は図７（ａ）の第２電極２３３と組み合わされてもよい。
　また、図７（ａ）に示す変形例では、患者１０１とは反対側にもキャビティ部材２２１が設けられている。キャビティ部材２２１は、キャビティ部材２１と同様の構成であり、圧電素子１５と重なるキャビティ２２１ｃを有している。このようなキャビティ部材２２１が設けられる場合において、患者１０１側のキャビティ部材２１は設けられていてもよいし（図示の例）、無くされてもよい。また、このキャビティ部材２２１は、第２電極２３３に代えて、実施形態の第２電極３３（個別電極）と組み合わされてもよい。また、キャビティ部材２２１は、フレーム１３と接合材１７を介して接合されていてもよい。
　図７（ｂ）は、他の変形例に係る平板素子３１１の構成を示す、図４に対応する図である。
　この図に示すように、平板素子３１１は、１つの圧電素子１５のみを有していてもよい。別の観点では、第１電極３１及び第２電極３３３は、個別電極及び共通電極という概念で捉えられなくてもよい。なお、図示の例では、第２電極３３３の広さは、素子基板３１９の広さよりも小さくされているが、図７（ａ）の変形例と同様に、素子基板３１９の広さと同等とされていてもよい。
　また、この変形例では、キャビティ部材２１が設けられていない。換言すれば、平板素子３１１は、素子基板３１９のみによって構成されている。図示の例では、圧電素子３１５は、例えば、フレーム１３との固定部分を振動の節として撓み変形の振動を生じる。もちろん、平板素子３１１が１つの圧電素子１５のみを有する場合においても、当該１つの圧電素子１５に重なる１つのキャビティを有するキャビティ部材が設けられてもよい。
　以上の実施形態及び変形例において、患者１０１又は患部１０３は対象物の一例である。放射面７ａは凹面の一例である。接合材１７は弾性体の一例である。
　本開示に係る技術は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
　例えば、超音波放射器具及び超音波装置は、治療に用いられるものに限定されない。例えば、患者の断面二次画像を撮像する超音波診断装置に利用されてもよい。また、例えば、医療の分野に限られず、種々の分野において、エネルギーの付与及び／又は距離の測定に利用されてよい。
　平板素子とフレームとの間に介在する弾性体は、弾性接着剤に限定されない。例えば、平板素子とフレームとの間に介在する、弾性接着剤ではない弾性体に対して、平板素子及びフレームのそれぞれが接着剤等によって固定されていてもよい。
　本開示に係る技術からは、袋を前提としない以下の概念を抽出可能である。
（概念１）
　対象物側へ照射される超音波を発生させる発生部を有しており、
　前記発生部は、前記対象物側に面する平板状の複数の平板素子を有しており、
　前記複数の平板素子は、その外縁にて互いにつなげられて前記対象物側を凹とする凹面を構成しており、
　前記複数の平板素子のそれぞれは、各平板素子が面する方向に振動して超音波を発生させる少なくとも１つの圧電素子を含んでいる
　超音波放射器具。
　１…超音波装置、３…超音波放射器具、７…発生部、９…袋、１５…圧電素子、１５ａ…第１面、１５ｂ…第２面、１７…圧電体層、３１…第１電極（電極）、３３…第２電極（電極）、１０１…患者（対象物）、ＬＱ…液体、ＧＳ…気体。

Claims (7)

  1. 　対象物側へ照射される超音波を発生させる発生部と、
    　前記発生部に対して前記対象物側に液体が位置するように、前記液体を封入する袋と、
    　を有しており、
    　前記発生部は、超音波を発生させる振動を生じる圧電素子を有しており、
    　前記圧電素子は、
    　　前記対象物側に面している第１面と、
    　　前記対象物側とは反対側に面している第２面と、を有しているとともに、
    　　前記第１面から前記第２面までの間に、
    　　　前記第１面及び前記第２面に沿っている圧電体層と、
    　　　前記圧電体層の両面に重なっている１対の電極と、を有しており、
    　　前記１対の電極に電圧が印加されることによって前記第１面及び前記第２面が互いに同一側へ湾曲する撓み変形を生じる構成であり、
    　前記第１面は、前記液体に接するように前記袋内に露出しており、
    　前記第２面は、前記液体から隔離されて気体に接している
    　超音波放射器具。
  2. 　前記発生部は、前記圧電素子に対して前記対象物側に位置しているキャビティ部材を有しており、
    　前記キャビティ部材は、前記第１面側から前記対象物側へ貫通して前記第１面を前記袋内へ露出させているキャビティを有している
    　請求項１に記載の超音波放射器具。
  3. 　前記発生部は、複数の前記圧電素子を含んでいる素子基板を有しており、
    　前記キャビティ部材は、前記素子基板に対して前記対象物側から重なっており、前記複数の圧電素子に個別に重なる複数の前記キャビティを有している
    　請求項２に記載の超音波放射器具。
  4. 　前記発生部は、平板状の複数の平板素子を有しており、
    　前記複数の平板素子それぞれは、各平板素子の平面方向に前記第１面及び前記第２面が沿うように少なくとも１つの前記圧電素子を有しており、
    　前記複数の平板素子は、外縁にて互いにつなげられて前記対象物側を凹とする凹面を構成している
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の超音波放射器具。
  5. 　前記複数の平板素子それぞれは、各平板素子の平面方向に沿って分布して配置された複数の前記圧電素子を有している
    　請求項４に記載の超音波放射器具。
  6. 　前記発生部は、前記複数の平板素子の外縁が固定されるフレームを有しており、
    　前記複数の平板素子と前記フレームとの間には弾性体が介在している
    　請求項４又は５に記載の超音波放射器具。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の超音波放射器具と、
    　超音波の周波数帯内の周波数を有する交流電圧を前記１対の電極に印加する駆動制御部と、
    　を有している超音波装置。
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