專利名稱：超聲波照射裝置及超聲波照射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如在醫(yī)療診斷等中所使用的，朝對(duì)象照射超聲波的超聲波照射裝置及超聲波照射方法。
背景技術(shù)：
在對(duì)患者實(shí)施醫(yī)學(xué)治療的情況下，根據(jù)疾病的不同有時(shí)進(jìn)行切除等外科治療。例如在癌癥治療中，外科的切除術(shù)為主要的治療法。這樣的外科治療，大多會(huì)很大地?fù)p傷其內(nèi)臟器官原本具有的功能和外觀上的形態(tài)，在肉體和精神上對(duì)患者造成很大的負(fù)擔(dān)。從而，即使延長了生命，但對(duì)患者來說卻留下很大的負(fù)擔(dān)。另一方面，雖然例如利用抗癌劑給藥的藥物療法等已經(jīng)發(fā)達(dá)，但其副作用卻成為很大的問題。
在這樣的現(xiàn)狀下，在近年的醫(yī)療領(lǐng)域中，患者的術(shù)后生活的質(zhì)量(Quality of LifeQOL)的提供已得以重視，被稱為最少侵害治療(Minimally Invasive TreatmentMIT)的治療法引人注目。作為其代表性的例子，列舉出體外沖擊波結(jié)石破碎裝置的實(shí)用化、加熱癌細(xì)胞導(dǎo)致壞死的濕熱療法。
前者的體外沖擊波結(jié)石破碎裝置，是從體外朝體內(nèi)的結(jié)石照射利用強(qiáng)有力的超聲波的沖擊波，不用進(jìn)行外科手術(shù)地對(duì)結(jié)石進(jìn)行破碎治療的裝置。此裝置，對(duì)泌尿器科系結(jié)石的治療法帶來很大的變化。
另外，后者的濕熱治療法，是利用腫瘤組織和正常組織的熱敏性的不同，通過利用超聲波等將患部加熱到42.5℃以上并維持來有選擇地使癌細(xì)胞殺死的治療法。特別是，考慮對(duì)活體內(nèi)深部的腫瘤，利用深入度高的超聲波能量的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
另外，進(jìn)一步發(fā)展上述濕熱治療法，還考慮利用凹面形狀的壓電元件使已發(fā)生的超聲波聚焦到患部進(jìn)行加熱，使該患部熱變形壞死的治療法(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。在此治療法中，通過使超聲波的能量聚焦，僅將寬度1～3mm程度的受局限的區(qū)域加熱到60℃以上，可在數(shù)秒內(nèi)導(dǎo)致熱變形壞死。此技術(shù)，被認(rèn)為主要適應(yīng)于肝腫瘤、腦腫瘤、泌尿器科系的腫瘤以及婦科領(lǐng)域的腫瘤。
在上述濕熱治療法等中使用的超聲波裝置，由于一般由超聲波敷抹器的幾何形狀和頻率來決定焦點(diǎn)位置和尺寸，所以有難以使用的情況。為了解決此使用困難，最近提案出利用相控陣的焦點(diǎn)位置控制方法，和進(jìn)而應(yīng)用其來控制焦點(diǎn)尺寸的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)3、專利文獻(xiàn)4)。
相控陣是通過使用多個(gè)超聲波發(fā)生元件以及可進(jìn)行相位控制的驅(qū)動(dòng)源，通過電子控制來形成超聲波焦點(diǎn)或者變更位置的辦法。另外，還公開了通過對(duì)相鄰的超聲波發(fā)生元件組交互地給予相位差進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來達(dá)到焦點(diǎn)尺寸的擴(kuò)大，通過調(diào)整相位差來變更焦點(diǎn)擴(kuò)大率的辦法(例如，參照專利文獻(xiàn)5)。另外，還有將超聲波發(fā)生源的中心軸上的壓力維持于零來變更焦點(diǎn)尺寸的控制法(例如，參照專利文獻(xiàn)6)。
但是，根據(jù)上述各辦法，雖然可在某種程度變更焦點(diǎn)尺寸，但不能充分地?cái)U(kuò)大焦點(diǎn)。另外，在上述各辦法中，焦點(diǎn)跟前側(cè)的聲場的能量就對(duì)焦點(diǎn)峰值能量相對(duì)地變大。其結(jié)果，在重疊多個(gè)焦點(diǎn)對(duì)寬廣區(qū)域照射超聲波的情況下，有時(shí)對(duì)焦點(diǎn)區(qū)域以外也給予超聲波的影響。進(jìn)而，因焦點(diǎn)距離的不同焦點(diǎn)尺寸和能量就會(huì)變化，有未能達(dá)到均勻的照射條件等問題。
另一方面，在以往的相控陣等方法中在變更焦點(diǎn)位置時(shí)，每次都必須進(jìn)行驅(qū)動(dòng)源中的相位切換控制。為此，就存在因切換而引起的時(shí)間損耗和在患部的灼燒上可能會(huì)產(chǎn)生不均之類的問題。
專利文獻(xiàn)1日本專利申請(qǐng)公開特開昭61-13955號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2

美國專利第5150711號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本專利申請(qǐng)公開特開平6-78930號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4日本專利第2036277號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5日本專利申請(qǐng)公開特開平6-78930號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6日本專利第2036277號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是鑒于上述情況而完成的，目的是提供一種超聲波照射裝置及超聲波照射方法，能夠使焦點(diǎn)連續(xù)地移動(dòng)到任意位置，并可在所希望的位置上恰當(dāng)?shù)卣丈涑暡āＡ硗?，其目的是提供一種超聲波照射裝置及超聲波照射方法，可用合適的焦點(diǎn)尺寸且不論焦點(diǎn)距離如何都大致均等的焦點(diǎn)尺寸，以大致均等的能量恰當(dāng)?shù)卣丈涑暡ā?br> 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第1技術(shù)方案提供一種超聲波照射裝置，其特征在于具備具有發(fā)生超聲波的多個(gè)超聲波發(fā)生元件的超聲波發(fā)生裝置；以及對(duì)上述多個(gè)超聲波發(fā)生元件的各自，以各超聲波發(fā)生元件均具有預(yù)定初始相位的形態(tài)供給被給予預(yù)定特性的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的信號(hào)供給裝置。
另外，為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第2技術(shù)方案提供一種超聲波照射方法，其特征在于對(duì)多個(gè)超聲波發(fā)生元件的各自，以各超聲波發(fā)生元件均具有預(yù)定初始相位的形態(tài)供給被給予預(yù)定特性的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；基于所供給的驅(qū)動(dòng)信號(hào)從上述多個(gè)超聲波發(fā)生元件發(fā)生超聲波。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，就能夠?qū)崿F(xiàn)一種超聲波照射裝置及超聲波照射方法，能夠使焦點(diǎn)連續(xù)地移動(dòng)到任意位置，并可在所希望的位置上恰當(dāng)?shù)卣丈涑暡āＡ硗?，就能夠一種實(shí)現(xiàn)超聲波照射裝置及超聲波照射方法，不論焦點(diǎn)距離如何都可用合適且大致均等的焦點(diǎn)尺寸，以大致均等的能量恰當(dāng)?shù)卣丈涑暡ā?br>

圖1是有關(guān)本發(fā)明第1實(shí)施形式的超聲波治療裝置的方塊結(jié)構(gòu)圖。
圖2是用于說明有關(guān)本發(fā)明實(shí)施形式的超聲波發(fā)生元件組的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是用于說明有關(guān)本發(fā)明實(shí)施形式的超聲波的焦點(diǎn)移動(dòng)的概念圖。
圖4是表示有關(guān)本發(fā)明實(shí)施形式的假定了活體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)焦點(diǎn)的能量分布的第1仿真結(jié)果的圖。
圖5是表示有關(guān)本發(fā)明實(shí)施形式的假定了活體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)焦點(diǎn)的能量分布的第2仿真結(jié)果的圖。
圖6是有關(guān)本發(fā)明第2實(shí)施形式的超聲波照射裝置的方塊結(jié)構(gòu)圖。
圖7是有關(guān)本發(fā)明實(shí)施形式的超聲波敷抹器的變形例的圖。
圖8是有關(guān)本發(fā)明第3實(shí)施形式的超聲波照射裝置的方塊結(jié)構(gòu)圖。
圖9是表示有關(guān)本發(fā)明實(shí)施形式的環(huán)形陣列方式的超聲波敷抹器的圖。
圖10是表示有關(guān)本發(fā)明實(shí)施形式的將焦點(diǎn)設(shè)為距被測體表面90mm的位置時(shí)的給予超聲波發(fā)生元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形的相位延遲值的圖。
圖11是表示有關(guān)本發(fā)明實(shí)施形式的向環(huán)形陣列方式的超聲波敷抹器的第1相位延遲給予方法的圖。
圖12是表示有關(guān)本發(fā)明實(shí)施形式的圖11所示的相位延遲時(shí)的超聲波照射的焦點(diǎn)上的照射形狀的圖。
圖13是表示有關(guān)本發(fā)明實(shí)施形式的圖12所示的照射形狀情況下的照射方法的變形例的圖。
圖14是表示有關(guān)本發(fā)明實(shí)施形式的向環(huán)形陣列方式的超聲波敷抹器的第2相位延遲給予方法的圖。
圖15是表示按各焦點(diǎn)位置匯總了從內(nèi)側(cè)開始計(jì)數(shù)的進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的環(huán)數(shù)、驅(qū)動(dòng)功率以及此時(shí)的焦點(diǎn)尺寸的表的圖。
圖16是用于說明有關(guān)本發(fā)明的第3實(shí)施形式的效果的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，按照附圖對(duì)本發(fā)明的第1至第3實(shí)施形式進(jìn)行說明。此外，在下面的說明中，對(duì)具有大致相同的功能及結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要素，附加相同標(biāo)記，僅在必要的情況下進(jìn)行重復(fù)說明。
(第1實(shí)施方式)首先，一邊參照?qǐng)D1一邊說明有關(guān)本實(shí)施形式的超聲波治療裝置的結(jié)構(gòu)。圖1示出本超聲波治療裝置10的方塊結(jié)構(gòu)圖。如該圖所示那樣，超聲波治療裝置10具備超聲波敷抹器11、阻抗整合單元13、驅(qū)動(dòng)單元15、相位控制單元17、波形發(fā)生單元19、中央控制單元21、存儲(chǔ)單元22、輸入單元23、顯示單元25和超聲波成像裝置30。
超聲波敷抹器11具有超聲波發(fā)生元件組111、耦合材料113、診斷用超聲波探針115和電纜117。
超聲波發(fā)生元件組111，由二維陣列狀排列的多個(gè)超聲波發(fā)生元件(例如，壓電(piezo)元件)組成，根據(jù)從驅(qū)動(dòng)單元15經(jīng)由阻抗整合單元13所供給的電能，朝活體P內(nèi)部放射被指定的頻率區(qū)域的超聲波。
超聲波發(fā)生元件組111，如圖2所示那樣，為了配置診斷用超聲波探針115而成為開有四角形狀的孔的形狀。還可使用此診斷用超聲波探針115的振子組。但是，在本實(shí)施形式中，設(shè)該診斷用超聲波探針115的振子組不作為治療用超聲波發(fā)生用元件來使用。
此外，超聲波發(fā)生元件組111形成的形狀，即多個(gè)超聲波發(fā)生元件形成的外緣(外邊)除圖2所示的四角形以外，還可以是四角形以外的多角形或后述的圓形、及其他橢圓形等，依照各超聲波發(fā)生元件的形狀和排列任何形狀都可以。
耦合材料113，配置于超聲波發(fā)生元件組111的表面，對(duì)超聲波發(fā)生元件組111和活體P的聲阻抗進(jìn)行整合以使超聲波效率良好地向活體P進(jìn)行傳播。另外，耦合材料113還同時(shí)具有用于隔斷由超聲波發(fā)生元件組111所發(fā)生的熱，使其不向活體P傳導(dǎo)的隔熱效果。
診斷用超聲波探針115，是對(duì)被測體P發(fā)生用于生成超聲波圖像的超聲波，并從該被測體P接收反射波用的裝置。診斷用超聲波探針115由壓電振子、聲透鏡、聲阻抗整合層、封裝材料等組成。
阻抗整合單元13，對(duì)每個(gè)超聲波發(fā)生元件進(jìn)行設(shè)置，對(duì)從驅(qū)動(dòng)單元15輸入的電信號(hào)的阻抗進(jìn)行整合。
驅(qū)動(dòng)單元15對(duì)每個(gè)超聲波發(fā)生元件進(jìn)行設(shè)置，對(duì)從相位控制單元17輸入的信號(hào)的波形進(jìn)行放大。所放大的信號(hào)，由阻抗整合單元13進(jìn)行阻抗整合，并經(jīng)由電纜117以預(yù)定的振幅、初始相位等被施加(供給)到各超聲波發(fā)生元件。
相位控制單元17，對(duì)每個(gè)信道(每個(gè)超聲波發(fā)生元件)調(diào)整波形發(fā)生單元19發(fā)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的初始相位以使焦點(diǎn)(圖1中為焦點(diǎn)F)形成在所指定的位置上，并將該信號(hào)輸出到各個(gè)驅(qū)動(dòng)單元15。
波形發(fā)生單元19，基于中央控制單元21的控制，按照來自輸入單元23的下述輸入，以預(yù)定的頻率、形狀發(fā)生將施加于超聲波發(fā)生元件組111的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形。此外，在波形發(fā)生單元19中，也可以使用通常的模擬振蕩電路和PLL電路構(gòu)成振蕩電路，通過門電路的組合來進(jìn)行信號(hào)頻率和波形控制。另外，也可以如在第2實(shí)施形式中將說明那樣，數(shù)字地進(jìn)行波形合成，使用DA轉(zhuǎn)換器以及低通濾波器進(jìn)行波形合成。另外，也可以是使用VF轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。
中央控制單元21，基于由操作者所輸入的焦點(diǎn)位置、焦點(diǎn)尺寸以及焦點(diǎn)壓力等，從存儲(chǔ)單元22讀出用于設(shè)定所指定的焦點(diǎn)位置等的關(guān)聯(lián)信息(初始相位信息、輸出電平信息、超聲波發(fā)生元件組111中的使用超聲波發(fā)生元件數(shù)等)。中央控制單元21，按照此關(guān)聯(lián)信息來控制相位控制單元17、驅(qū)動(dòng)單元15等。
存儲(chǔ)單元22，存儲(chǔ)有包含按照后述的式(1)，預(yù)先所計(jì)算的每個(gè)超聲波發(fā)生元件的初始相位的上述關(guān)聯(lián)信息等。
輸入單元23，具有用于將來自操作者的各種指示/命令/信息取入到裝置的鼠標(biāo)和跟蹤球、方式切換開關(guān)、TCSTouch Command-Screen、鍵盤等。
顯示單元25是由CRT等組成的監(jiān)視器，顯示由超聲波成像裝置30所生成的，表示被測體組織形狀的超聲波圖像。
超聲波成像裝置30，將超聲波從診斷用超聲波探針115發(fā)送給被測體P，基于接收到的反射波生成被測體P的體內(nèi)組織的超聲波圖像。所生成的超聲波圖像被顯示于顯示單元25，被用于超聲波照射位置的確定、確認(rèn)等。
在上面的結(jié)構(gòu)中，阻抗整合單元13、驅(qū)動(dòng)單元15、相位控制單元17、波形發(fā)生單元19、中央控制單元21以及存儲(chǔ)單元25構(gòu)成信號(hào)供給裝置。
接著，一邊參照?qǐng)D3一邊說明從超聲波發(fā)生元件組111構(gòu)成的面的中心開始在同一面上垂直軸(下面，稱為中心軸)的周圍使焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的方法。圖3是用于說明超聲波的焦點(diǎn)移動(dòng)的圖，示出以該中心為原點(diǎn)在xy平面內(nèi)配置了超聲波敷抹器11的超聲波發(fā)生元件組111的空間坐標(biāo)系。這里z軸就相當(dāng)于上述中心軸。
考慮以下情況，如圖3所示那樣，當(dāng)使從超聲波發(fā)生元件組111的各超聲波發(fā)生元件所照射的超聲波在點(diǎn)F(x，0，z)形成焦點(diǎn)時(shí)，從將自原點(diǎn)O(0，0，0)的距離設(shè)為Ra的任意超聲波發(fā)生元件A(xa，ya，za)進(jìn)行將點(diǎn)F設(shè)為焦點(diǎn)的超聲波照射。這樣即使將焦點(diǎn)的位置設(shè)為y＝0，也不喪失一般性。此外，為說明方便設(shè)A(xa，ya，za)為超聲波發(fā)生元件A的重心坐標(biāo)。
若設(shè)x軸和Ra矢量的夾角為θ，則xa和ya能夠使用Ra和θ如下面那樣進(jìn)行表示。
xa＝Ra×cosθya＝Ra×sinθ根據(jù)此和余弦定理，點(diǎn)A和點(diǎn)F之間的距離L，就能夠如下面那樣進(jìn)行表示。
L＝(Ra2+x2+z2-2·x·Ra·cosθ)1/2對(duì)此進(jìn)行麥克勞林展開，得到L＝M(1-x·Ra/M2·cosθ)，其中，M2＝Ra2+x2+z2。
此式意味著，如果使θ變化，則變得與維持點(diǎn)A和x軸的關(guān)系不變以原點(diǎn)O為中心使超聲波發(fā)生元件111旋轉(zhuǎn)實(shí)質(zhì)上等同。例如，如果以同樣的角速度ω使θ變化，則與照射超聲波的超聲波發(fā)生元件組111各自按角速度ω以原點(diǎn)O為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的情況變得等價(jià)。從而，就與根據(jù)來自超聲波發(fā)生元件組111各自的超聲波照射而決定的焦點(diǎn)F繞z軸旋轉(zhuǎn)相對(duì)地變得等價(jià)。
更具體來講，如果設(shè)L的最大值為Lmax，并從該Lmax減去各超聲波發(fā)生元件的L用超聲波的波長λ相除，則應(yīng)給予各超聲波發(fā)生元件的初始相位如下面那樣被導(dǎo)出。
Φ＝(Lmax-L)·2π/λ＝(Mmax-M+x·Ramax/Mmax+x·Ra/M·cosθ)·2π/λ為使焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，即隨時(shí)間使焦點(diǎn)的位置變化，設(shè)Φt＝{Mmax-M+x·Ramax/Mmax+x·Ra/M·cos(θ+ω·t)}×2π/λ。
若將此導(dǎo)入驅(qū)動(dòng)波形V，則V能夠使用正弦波如下面那樣進(jìn)行表示。
V＝sin(ω0·t+Φt) (1)上式是相位調(diào)制的公式。由此，通過對(duì)各超聲波發(fā)生元件，在基本角頻率(基本角速度)ω0的超聲波中以由點(diǎn)A和點(diǎn)F決定的相位量相應(yīng)給予初始相位并以旋轉(zhuǎn)頻率(角速度)ω進(jìn)行相位調(diào)制，就能夠使焦點(diǎn)F繞Z軸旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)速度由ω所決定，另外最終的焦點(diǎn)尺寸由x所決定。從而，如果通過本方法使x變化為各種各樣，就能夠形成各種尺寸的焦點(diǎn)。在本超聲波照射裝置10中，通過中央控制單元21基于本方法來控制相位控制單元17，就實(shí)現(xiàn)各種各樣的焦點(diǎn)尺寸。
此外，具有基于上述式(1)的驅(qū)動(dòng)波形V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可通過調(diào)制的施加方法給予周期性，也就是，可一邊繞z軸描繪同一軌跡一邊使焦點(diǎn)F移動(dòng)(旋轉(zhuǎn))，通過按周期改變實(shí)質(zhì)的初始相位的給予方法，或者改變調(diào)制的施加方法，就可根據(jù)需要將照射位置也就是焦點(diǎn)F的位置移動(dòng)到完全不同的地點(diǎn)等。
另外，并不將驅(qū)動(dòng)波形V限定于正弦波。例如，依照三角波等其他的焦點(diǎn)F的移動(dòng)方法等來決定驅(qū)動(dòng)波形V即可。焦點(diǎn)F的移動(dòng)方法除圓形之外還考慮例如橢圓形或直線的移動(dòng)。在直線的情況下還考慮上述中心軸上的移動(dòng)，還考慮中心軸上的移動(dòng)以外的任意空間中的直線移動(dòng)。
那么，能夠容易地想象以下情況，若在式(1)中x的值增大則z軸周圍的超聲波能量密度將降低。在此情況下，將x分成x1和x2兩種(或者在此以上)，根據(jù)式(1)生成具有對(duì)應(yīng)于各自的相位的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形。通過以重合了此兩種(或者在此以上)驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形的波形(合成信號(hào))，來驅(qū)動(dòng)各個(gè)超聲波發(fā)生元件，就可一次形成多個(gè)焦點(diǎn)。并且，若以相同的ω使所形成的多個(gè)焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，則能夠構(gòu)成多個(gè)環(huán)狀的焦點(diǎn)形狀。此外，這時(shí)通過對(duì)重合設(shè)置振幅比，就能夠遍及合成焦點(diǎn)的全部區(qū)域內(nèi)使能量密度大致均等。
這樣給予超聲波發(fā)生元件組111的各超聲波發(fā)生元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(驅(qū)動(dòng)波形V)，還包含不采取調(diào)制內(nèi)容、調(diào)制方式進(jìn)而調(diào)制這種形態(tài)這樣的形式的情況，通過設(shè)成被給予了預(yù)定的特性的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，就可持有各種形態(tài)軌跡使根據(jù)從超聲波發(fā)生元件組111所照射的超聲波而決定的焦點(diǎn)的移動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。
圖4和圖5是表示，在圖3所示的系統(tǒng)中，將初始焦點(diǎn)F設(shè)定成(0，0，60)和(4，0，60)兩點(diǎn)，將重合的振幅比設(shè)定成0.07∶1情況下假定了活體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)焦點(diǎn)的能量分布的仿真結(jié)果的圖。圖4表示xy平面，圖5表示xz平面。
此外，最大能量密度是峰值能量密度的30％以上的區(qū)域，通過超聲波照射溫度上升到60℃以上的情況在試驗(yàn)上已得以確認(rèn)。另外，即使其間內(nèi)存在于狹窄范圍的不足30％的區(qū)域中通過熱傳導(dǎo)也上升到60℃以上的情況得以解釋。
另外，超聲波發(fā)生元件組111一般都持有尖銳的共振特性。例如，在作為超聲波發(fā)生元件使用了壓電元件的情況下，Q通常為100～2000左右。從而，相對(duì)于壓電元件的共振頻率，就不能使用于焦點(diǎn)移動(dòng)的頻率轉(zhuǎn)換太大。
由于這樣的理由，最好焦點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)頻率相對(duì)于超聲波頻率(壓電元件的共振頻率)為低頻。具體來講，如果使其成為共振頻率的1/50以下，則能夠?qū)碾姽β氏虺暡芰康淖儞Q功率的降低抑制到數(shù)％。換言之，使決定上述焦點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)頻率的驅(qū)動(dòng)波形V的周期比超聲波發(fā)生元件(壓電元件)的共振頻率或者反共振頻率的倒數(shù)還要大為好。并且，考慮最好此周期為反共振頻率的倒數(shù)的50倍以上。
進(jìn)而，最好相對(duì)于因超聲波頻率造成的相位變化，因旋轉(zhuǎn)焦點(diǎn)造成的聲場的變化速度充分小。具體來講，最好旋轉(zhuǎn)聲場頻率為照射到活體內(nèi)的治療或者診斷用的超聲波頻率的1/10以下。
但是，由于實(shí)際使用的超聲波頻率為數(shù)百kHz以上，故旋轉(zhuǎn)頻率為數(shù)十kHz以下。若考慮這一點(diǎn)，則考慮因上述Q造成的影響一方是支配性的。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過控制供給超聲波發(fā)生元件組111的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形的相位并對(duì)超聲波發(fā)生元件組111的每個(gè)超聲波發(fā)生元件給予預(yù)定的初始相位，例如就可在超聲波發(fā)生元件組111的中心軸上以外的位置決定焦點(diǎn)。通過將此各初始相位的狀態(tài)作為始點(diǎn)對(duì)各超聲波發(fā)生元件給予相同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形就可在該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的供給中維持基于上述初始相位的焦點(diǎn)，同時(shí)通過將此驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)成施加了預(yù)定的相位調(diào)制的信號(hào)就可依照此相位調(diào)制的內(nèi)容使上述所維持的焦點(diǎn)移動(dòng)。進(jìn)而，通過將此相位調(diào)制的內(nèi)容設(shè)成周期性的內(nèi)容(周期性地反復(fù)固定的調(diào)制內(nèi)容)就可繞上述中心軸使上述焦點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。另外，通過雖然相同周期性但調(diào)制的辦法，可實(shí)現(xiàn)直線的往復(fù)移動(dòng)等，如上述那樣實(shí)現(xiàn)各種焦點(diǎn)移動(dòng)。
另外，在本方法中，如果旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)于焦點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)半徑的振子大小和分割數(shù)以形成理想的焦點(diǎn)，則極大區(qū)域不會(huì)發(fā)生。相對(duì)于此，在以往，因聲場的擾亂造成的散焦的原理，在焦點(diǎn)尺寸擴(kuò)大率上有界限。從而，根據(jù)有關(guān)本實(shí)施形式的方法，就能夠?qū)?duì)應(yīng)于超聲波照射對(duì)象的恰當(dāng)尺寸的焦點(diǎn)設(shè)定到恰當(dāng)?shù)奈恢谩?br> (第2實(shí)施形式)接著，對(duì)上述第2實(shí)施形式進(jìn)行說明。有關(guān)第2實(shí)施形式的超聲波照射裝置10，對(duì)實(shí)現(xiàn)相控陣的電系統(tǒng)軟件地進(jìn)行了變更，數(shù)字地創(chuàng)建信號(hào)。由此，就能夠提供擴(kuò)展性高的系統(tǒng)。
圖6是有關(guān)第2實(shí)施形式的超聲波照射裝置10的概略結(jié)構(gòu)。如圖6所示那樣，本超聲波照射裝置10具備超聲波敷抹器11、阻抗整合單元13、驅(qū)動(dòng)單元15、D/A轉(zhuǎn)換器26、中央控制單元21、輸入單元23、顯示單元25、波形存儲(chǔ)單元27、波形計(jì)算單元28、和超聲波成像裝置30。
波形存儲(chǔ)單元27，是存儲(chǔ)以某間隔對(duì)信號(hào)波形進(jìn)行了采樣后的數(shù)據(jù)串的存儲(chǔ)器，由EEPROM等可改寫非易失性存儲(chǔ)器，或者SRAM、DRAM等構(gòu)成。由波形計(jì)算單元28所計(jì)算的波形信號(hào)，被臨時(shí)存儲(chǔ)在波形存儲(chǔ)單元27中，依次讀出它們利用相控陣方式的超聲波照射就得以實(shí)現(xiàn)。
波形計(jì)算單元28，基于式(1)對(duì)每個(gè)超聲波發(fā)生元件(每個(gè)Ra)計(jì)算基本信號(hào)波形，生成數(shù)據(jù)串。數(shù)據(jù)串的長度是基本波形的一個(gè)周期和旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)周期的最小公倍數(shù)的時(shí)間寬。在本實(shí)施形式中，設(shè)基本波形的頻率為1MHz，以周期的1/10的時(shí)間間隔，即100ns進(jìn)行采樣。
在利用波形計(jì)算單元28和波形存儲(chǔ)單元27(下面稱波形決定系統(tǒng))的波形決定的方法中，例如有以下三種。第1方法，對(duì)每個(gè)Ra設(shè)置波形計(jì)算單元28，各波形計(jì)算單元28生成每個(gè)超聲波發(fā)生元件(每個(gè)Ra)的基本波形。第2方法，在將波形計(jì)算單元28的地址空間設(shè)為16位的情況下，使已采樣的波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在低位地址11位中，使Ra的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在高位5位中，生成對(duì)每個(gè)Ra均不同的基本波形。第3方法，組合了第1方法和第2方法。此外，在第2方法的情況下，如果旋轉(zhuǎn)頻率為5kHz以上則能夠存儲(chǔ)全部數(shù)據(jù)。另外，如果以1mm對(duì)Ra進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，則ΔRa可存儲(chǔ)至32mm。
在本超聲波照射裝置中，可采用第1至第3方法中的任何一個(gè)。在通過上述第1方法或者第2方法構(gòu)筑了波形計(jì)算單元28的情況下，在來自波形存儲(chǔ)單元27的波形信息的讀出中，需要用超聲波發(fā)生元件111的數(shù)目去除100ns程度的讀出速度。例如，在使用100個(gè)超聲波發(fā)生元件111的情況下，需要數(shù)據(jù)的讀出和設(shè)定速度為1ns的設(shè)備。另一方面，在通過第3方法構(gòu)筑了波形計(jì)算單元28的情況下，就能夠?qū)⑺匦璧臄?shù)據(jù)的讀出和設(shè)定速度比第1或者第2方法情況降低。設(shè)在本實(shí)施形式中，從緩和設(shè)備的性能條件的觀點(diǎn)出發(fā)采用第3方法來決定波形。
本超聲波照射裝置10，通過以下過程來決定每個(gè)超聲波發(fā)生元件的波形，使照射超聲波的焦點(diǎn)移動(dòng)。
首先，將超聲波發(fā)生元件組111，以原點(diǎn)為中心分割成Ra近似的多個(gè)組。例如，設(shè)每隔1mm對(duì)Ra進(jìn)行組劃分，假定波形存儲(chǔ)單元27的每一個(gè)，存儲(chǔ)4種(2位)組的基本波形。在此情況下，如果圖2形狀的超聲波發(fā)生元件組111的外形為60mm，內(nèi)孔的一邊為16mm，則能分成34個(gè)組，需要9個(gè)波形存儲(chǔ)器27。在當(dāng)前情況下，從波形存儲(chǔ)單元27讀出和接著向后續(xù)的D/A轉(zhuǎn)換器26寫入所需要的時(shí)間為25ns，能夠利用一般的個(gè)別IC。
此外，如果能進(jìn)行ASIC化，直接數(shù)字合成的構(gòu)筑等，則可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的高速化。另外，如圖7(a)所示那樣，如果除去診斷用超聲波發(fā)生元件組70，在圓周上排列超聲波發(fā)生元件組111，則能夠使組數(shù)降低，使組劃分更為簡便。其結(jié)果，就能夠簡化裝置結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)成本的削減。此外，圖7(b)是圖7(a)的A-A的截面圖。
在上面所述的結(jié)構(gòu)中，也能夠?qū)崿F(xiàn)與第1實(shí)施形式同樣的效果。另外，通過采用數(shù)字的結(jié)構(gòu)，就能夠提供擴(kuò)展性高的系統(tǒng)。
(第3實(shí)施形式)第3實(shí)施形式，對(duì)即使在通過相控陣在照射方向(深度方向)上使焦點(diǎn)移動(dòng)的情況下，也可使焦點(diǎn)尺寸和焦點(diǎn)峰值壓力大致均等的超聲波照射裝置50進(jìn)行說明。由此，焦點(diǎn)深度變化，就能夠通過大致均等的焦點(diǎn)尺寸和焦點(diǎn)峰值壓力來照射超聲波，就能夠?qū)崿F(xiàn)如計(jì)劃那樣的治療。
圖8是表示有關(guān)本實(shí)施形式的超聲波照射裝置50的結(jié)構(gòu)的圖。如該圖所示那樣，超聲波照射裝置50具備，超聲波敷抹器40、阻抗整合單元13、驅(qū)動(dòng)單元15、相位控制單元17、波形發(fā)生單元19、中央控制單元21、存儲(chǔ)單元22、輸入單元23、顯示單元25、和超聲波成像裝置30。
超聲波敷抹器40，具有通過相控陣方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的超聲波發(fā)生元件組(壓電元件組)119。為了具體地進(jìn)行說明，設(shè)超聲波敷抹器40通過環(huán)形陣列方式來照射超聲波。
超聲波發(fā)生元件119被排列成以診斷用超聲波探針115為中心描繪同心圓，形成環(huán)狀振子(環(huán)孔)。
另外，超聲波發(fā)生元件119，也在方位角方向進(jìn)行多等分，例如像圖9所示那樣通過設(shè)頂點(diǎn)角度為30度的扇形被12等分。
此外，由本超聲波敷抹器40也能夠?qū)崿F(xiàn)在第1實(shí)施形式中所述的旋轉(zhuǎn)焦點(diǎn)。在此情況下，給予焦點(diǎn)形成的影響在方位角方向上作為柵瓣產(chǎn)生。但是，由于在旋轉(zhuǎn)焦點(diǎn)中還包含柵瓣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，故對(duì)于所積分的最終超聲波的能量密度柵瓣的影響在結(jié)果上就變小。從而，能夠形成合適的旋轉(zhuǎn)焦點(diǎn)。
另外，圖8所示的焦點(diǎn)F的位置，取決于超聲波照射中所使用的超聲波發(fā)生元件組119的幾何形狀。進(jìn)而，在環(huán)形陣列方式中，通過控制各環(huán)狀的超聲波發(fā)生元件的驅(qū)動(dòng)相位，就能夠使焦點(diǎn)在環(huán)孔的中心軸(即，超聲波敷抹器40的中心軸)上移動(dòng)。在這里，設(shè)超聲波發(fā)生元件119的開口徑為100mm，設(shè)診斷用超聲波探針115的插入用孔徑為24mm，環(huán)孔數(shù)為15，共振頻率為1MHz。
此外，即使在具有圖7(a)、(b)所示那樣的平板環(huán)形狀的超聲波敷抹器40的情況下，超聲波敷抹器40也能夠通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)各環(huán)的相位，近似圓弧狀地備齊發(fā)生超聲波的波面，能夠使超聲波的波面聚焦到超聲波敷抹器40的中心軸周圍的某一點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上使該焦點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。另外，還能夠使超聲波的波面聚焦到超聲波敷抹器40的中心軸上的某一點(diǎn)，形成焦點(diǎn)使其在中心軸上移動(dòng)。
接著，對(duì)本超聲波照射裝置50的動(dòng)作進(jìn)行說明。本超聲波照射裝置50，當(dāng)使焦點(diǎn)在照射方向上移動(dòng)的情況下，能夠通過兩個(gè)方法使焦點(diǎn)尺寸和焦點(diǎn)峰值壓力大致均等。下面，對(duì)這兩個(gè)方法個(gè)別進(jìn)行說明，但也可組合兩者來利用。
首先，對(duì)第1方法進(jìn)行說明。第1方法通過控制各超聲波發(fā)生元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形的相位，來控制焦點(diǎn)位置和焦點(diǎn)尺寸。圖10示出在設(shè)焦點(diǎn)為距超聲波發(fā)生元件組119的表面90mm位置的情況下，給予各超聲波發(fā)生元件(在圖10的情況為以不同的半徑分割了被排列成圓弧狀的超聲波發(fā)生元件組119的15個(gè)環(huán)(從NO.1到NO.15)的每個(gè)環(huán)的例子)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形的相位延遲值。這樣，被給予各超聲波發(fā)生元件的初始相位也可以通過對(duì)相位給予延遲而實(shí)質(zhì)上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。此外，該圖中記載的各延遲值，是根據(jù)兩種基準(zhǔn)所導(dǎo)出的數(shù)值。
第1基準(zhǔn)是利用環(huán)孔沿超聲波敷抹器40的中心軸的焦點(diǎn)位置變更用的延遲值。第2基準(zhǔn)是例如在日本專利申請(qǐng)公開特開平06-78930中所公開的焦點(diǎn)擴(kuò)大用的延遲值。
即，首先決定焦點(diǎn)位置設(shè)定用的第1延遲量。能夠通過在此第1延遲量上相加焦點(diǎn)擴(kuò)大用的第2延遲量，來決定上述延遲量。在這里，使用圖9所示的環(huán)形陣列。具體來講，僅對(duì)如圖11所示那樣在12等分的區(qū)域中每兩個(gè)區(qū)域的用斜線所示的區(qū)域(1101、1102、1105、1106、1109和1110)內(nèi)給予進(jìn)行了線性相加的延遲量(例如圖10的A)。對(duì)圖11沒有附加斜線的區(qū)域(1103、1104、1107、1108、1111和1112)僅給予上述第1延遲量(例如圖10的B)。此外，焦點(diǎn)擴(kuò)大用的第2延遲量，按各焦點(diǎn)位置(焦點(diǎn)深度)預(yù)先進(jìn)行計(jì)算，并存儲(chǔ)在未圖示的存儲(chǔ)器中。從而，即使在通過環(huán)孔沿超聲波敷抹器40的中心軸變更了焦點(diǎn)的情況下，也能夠進(jìn)行控制使得在變更后的焦點(diǎn)位置和變更前的焦點(diǎn)位置上，焦點(diǎn)尺寸同樣。
圖12是表示以圖11所示的形態(tài)給予了相位延遲量時(shí)的焦點(diǎn)F上的照射形狀的圖。如該圖所示那樣相對(duì)中心在其周圍形成六個(gè)照射環(huán)，與通常的焦點(diǎn)相比較利用周圍的照射環(huán)的部分的焦點(diǎn)上的焦點(diǎn)尺寸相應(yīng)較大(照射范圍廣)。在這種情況下，通過將上述延遲量作為初始相位，例如對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)連續(xù)地施加相位調(diào)制，就可如圖12的箭頭所示那樣還包含中央的照射環(huán)使各照射環(huán)繞相同焦點(diǎn)的中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。通過此旋轉(zhuǎn)，在不旋轉(zhuǎn)的情況下各照射環(huán)之間的照射能量低的地方也均等地得以照射，在比通常大的尺寸的焦點(diǎn)下也可實(shí)現(xiàn)沒有不均的超聲波照射。
最好是在這樣焦點(diǎn)位置被變更的情況下，在對(duì)應(yīng)焦點(diǎn)的位置等上顯示標(biāo)記等以使操作者能夠把握焦點(diǎn)位置或區(qū)域尺寸。例如考慮在顯示單元25上用×記號(hào)、具有橢圓形、反三角形的頂點(diǎn)形狀的標(biāo)記等來表示作為治療用超聲波焦點(diǎn)相當(dāng)?shù)奈恢没蛘邊^(qū)域，可識(shí)別位置或者區(qū)域的結(jié)構(gòu)。另外，也可以通過消息或者附加顏色來區(qū)別變更前和變更后的焦點(diǎn)的位置。
進(jìn)而，最好是在由操作者變更焦點(diǎn)位置的情況下，操作者用在輸入單元23中所設(shè)置的光筆或鼠標(biāo)、跟蹤球、滑桿、操縱桿等指示設(shè)備，在顯示單元25的畫面上指示變更目標(biāo)的焦點(diǎn)位置的結(jié)構(gòu)。另外，也可以是通過輸入單元23具有的鍵盤輸入數(shù)值，或者拖動(dòng)在顯示單元25的畫面上所顯示的焦點(diǎn)標(biāo)記，移動(dòng)至希望的位置來設(shè)定焦點(diǎn)位置的結(jié)構(gòu)。
最好是這些輸入設(shè)備，設(shè)置在超聲波敷抹器40的任意位置，例如保持超聲波敷抹器40時(shí)的指尖的部位，以使在操作超聲波敷抹器40時(shí)還能夠一邊簡便地進(jìn)行操作。
此外，也可以在超聲波發(fā)生元件組119的中心軸上以外的位置決定具有圖12所示那樣的多個(gè)環(huán)的焦點(diǎn)，如在第1實(shí)施形式中所述那樣使其繞超聲波發(fā)生元件組119的中心軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。如前所述那樣可通過相位調(diào)制使驅(qū)動(dòng)信號(hào)旋轉(zhuǎn)。由此，如圖13所示那樣可使焦點(diǎn)尺寸比較大的焦點(diǎn)，即具有比較寬的照射區(qū)域連續(xù)地繞上述中心軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。由此，盡管同樣使其旋轉(zhuǎn)但因狹窄的寬度而不需要變更焦點(diǎn)反復(fù)照射，故可提高照射效率、縮短照射時(shí)間、回避因照射造成的灼燒不均等。
此外，在圖13所示的超聲波照射中可比圖11那樣的區(qū)域的劃分(斜線部和非斜線部)例如使其像圖14所示那樣的對(duì)12等分的每個(gè)區(qū)域不同還要精度更好地實(shí)現(xiàn)照射。越進(jìn)行細(xì)化就越好。
接著，對(duì)第2方法進(jìn)行說明。第2方法，通過控制環(huán)形陣列的驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)生元件數(shù)，就可進(jìn)行使焦點(diǎn)尺寸均等保持不變的焦點(diǎn)位置的變更。
一般焦點(diǎn)尺寸縱橫都與超聲波發(fā)生源的開口徑成反比例變小。另外，隨著焦點(diǎn)位置靠近超聲波發(fā)生源，焦點(diǎn)尺寸有變小的傾向。從而，通過使超聲波發(fā)生源的開口徑變狹窄至焦點(diǎn)位置靠近超聲波發(fā)生源程度，就能夠?qū)⒔裹c(diǎn)尺寸控制到恰當(dāng)?shù)拇笮　?br> 此外，若使超聲波發(fā)生源(超聲波發(fā)生元件組119)的開口徑變狹窄則輸出總面積變少，照射超聲波的能量就變小。但是，如果焦點(diǎn)位置靠近超聲波發(fā)生源(即，活體內(nèi)的淺位置)，則由于超聲波的傳播距離變短活體中的損失變少，故能夠照射可充分達(dá)到目的的超聲波。
另外，焦點(diǎn)能量，可通過調(diào)整超聲波發(fā)生元件組119的驅(qū)動(dòng)功率來進(jìn)行變更。從而，也可以是在使焦點(diǎn)位置移動(dòng)的情況下，與上述超聲波發(fā)生源的開口徑的控制一起，還同時(shí)調(diào)整超聲波發(fā)生元件組119的驅(qū)動(dòng)功率的結(jié)構(gòu)。
圖15是表示按各焦點(diǎn)位置匯總了從內(nèi)側(cè)開始計(jì)數(shù)的進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的環(huán)數(shù)(由超聲波發(fā)生元件組119構(gòu)成的環(huán)數(shù))、驅(qū)動(dòng)功率以及此時(shí)的焦點(diǎn)尺寸的表的圖。其中，驅(qū)動(dòng)功率，調(diào)整成各焦點(diǎn)位置上的峰值能量大致同樣，且以120mm位置上的驅(qū)動(dòng)功率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化來表示。另外，由于若驅(qū)動(dòng)環(huán)數(shù)為5以下則焦點(diǎn)形成變得困難，故在焦點(diǎn)位置60mm的情況下，將環(huán)數(shù)設(shè)為5采用焦點(diǎn)位置與其他焦點(diǎn)位置的情況最近的數(shù)據(jù)。
如從圖15可明白那樣，可知如果焦點(diǎn)距離近就相應(yīng)減少驅(qū)動(dòng)環(huán)數(shù)，隨著焦點(diǎn)位置變遠(yuǎn)就增加驅(qū)動(dòng)環(huán)數(shù)，就得到大致同樣的焦點(diǎn)尺寸。此外，驅(qū)動(dòng)環(huán)數(shù)，例如通過調(diào)整使得不論在哪個(gè)焦點(diǎn)位置開口徑/焦點(diǎn)距離的比都大致同等，就能夠適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行決定。
那么，如果根據(jù)上述內(nèi)容，則在照射對(duì)象位于活體內(nèi)的淺位置的情況下，開口徑就變得狹窄。為此有時(shí)驅(qū)動(dòng)環(huán)數(shù)就變少，焦點(diǎn)不能很好地形成。為了解決這種問題，還可以進(jìn)一步分割環(huán)形陣列的內(nèi)側(cè)環(huán)進(jìn)行利用，使得即便在想設(shè)定的最淺焦點(diǎn)位置焦點(diǎn)也能夠恰當(dāng)?shù)匦纬伞Ｔ诖饲闆r下，如果用模擬開關(guān)等，切換使用環(huán)的組合和驅(qū)動(dòng)單元15，則不需要使驅(qū)動(dòng)單元15的數(shù)目增加。
例如，考慮超聲波照射裝置50具有15個(gè)驅(qū)動(dòng)單元15的情況。在由此超聲波照射裝置50使焦點(diǎn)形成在深位置的情況下，組合若干個(gè)環(huán)形陣列的內(nèi)側(cè)環(huán)，以環(huán)數(shù)15使其動(dòng)作。另一方面，在使焦點(diǎn)形成在淺位置的情況下，以對(duì)環(huán)形陣列的內(nèi)側(cè)環(huán)進(jìn)行電分割使最大15的開口徑狹窄的環(huán)使其動(dòng)作。
此外，在本實(shí)施形式中，設(shè)環(huán)數(shù)為15用例子進(jìn)行了說明，當(dāng)然，環(huán)數(shù)不需要是15，只要是在該深度形成焦點(diǎn)的環(huán)數(shù)即可。通過這樣動(dòng)態(tài)地使驅(qū)動(dòng)環(huán)數(shù)和開口徑進(jìn)行變化，就可從焦點(diǎn)淺的部分到深的部位，通過環(huán)孔實(shí)現(xiàn)使尺寸均等的焦點(diǎn)移動(dòng)。
另外，在本實(shí)施形式中，對(duì)分割環(huán)數(shù)形成焦點(diǎn)的方法進(jìn)行了敘述。相對(duì)于此，通過將開口徑/焦點(diǎn)距離設(shè)成比目標(biāo)值大，且并用在第1實(shí)施形式中所述的電子焦點(diǎn)擴(kuò)大方法，也能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的效果。
根據(jù)以上所述的結(jié)構(gòu)，通過控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形的相位延遲值，或者控制驅(qū)動(dòng)環(huán)數(shù)，則即便在使焦點(diǎn)移動(dòng)的情況下，也能夠使焦點(diǎn)尺寸和焦點(diǎn)峰值壓力大致均等。其結(jié)果，不論焦點(diǎn)處于怎樣的深度，都能夠通過大致均等的焦點(diǎn)尺寸和焦點(diǎn)峰值壓力照射超聲波，能夠?qū)崿F(xiàn)如計(jì)劃那樣的治療。
圖16是表示在通過以往的辦法照射超聲波的情況下所得到的焦點(diǎn)位置和焦點(diǎn)尺寸的表，是用于說明有關(guān)本超聲波照射裝置50的效果的圖。該圖的焦點(diǎn)位置和焦點(diǎn)尺寸，通過仿真進(jìn)行計(jì)算。
如圖16所示那樣，可知在根據(jù)第1行所示的各延遲值對(duì)各環(huán)進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)的情況下，在超聲波敷抹器40的中心軸上，距超聲波發(fā)生元件組119的表面60mm的地點(diǎn)形成焦點(diǎn)。此時(shí)，焦點(diǎn)尺寸如圖16所記載那樣為1.4mm。
另外，在根據(jù)第2行所示的各延遲值對(duì)各環(huán)進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)的情況下，焦點(diǎn)在超聲波敷抹器40的中心軸上距超聲波發(fā)生元件組119的表面90mm的位置，以2.0mm的尺寸形成。
進(jìn)而，在根據(jù)第3行所示的各延遲值對(duì)各環(huán)進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)的情況下，焦點(diǎn)在超聲波敷抹器40的中心軸上距超聲波發(fā)生元件組119的表面120mm的位置，以2.6mm的尺寸形成。
這樣，在以往的辦法中，若使焦點(diǎn)的深度變化，則焦點(diǎn)尺寸也進(jìn)行變化。相對(duì)于此，根據(jù)有關(guān)本實(shí)施形式的超聲波照射裝置50，如圖15所示那樣，即便在使焦點(diǎn)移動(dòng)的情況下，也能夠使焦點(diǎn)尺寸和焦點(diǎn)峰值壓力大致均等。
以上，基于實(shí)施形式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但只要是本領(lǐng)域的技術(shù)人員，則在本發(fā)明的思想的范疇內(nèi)，能想到各種變形例和修正例，可理解為關(guān)于這些變形例和修正例也屬于本發(fā)明的范圍。例如像下面所示的(1)～(3)那樣，在不變更其要旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變形。
(1)在第3實(shí)施形式中，也可以把在焦點(diǎn)位置移動(dòng)時(shí)使焦點(diǎn)尺寸大致相同設(shè)成缺省的設(shè)定，可由操作者任意地變更焦點(diǎn)尺寸。此功能，能夠通過在第1實(shí)施形式所述的變更延遲值的方法，或者第2實(shí)施形式所述的變更驅(qū)動(dòng)環(huán)數(shù)的方法，或者組合了它們的方法中，從缺省值增減延遲量、驅(qū)動(dòng)環(huán)數(shù)、它們兩者而實(shí)現(xiàn)。
(2)圖15所示的延遲值遍及數(shù)百nS～數(shù)十μS，但在超聲波輸出是連續(xù)波的情況下，也可以考慮相位進(jìn)行1次旋轉(zhuǎn)的情況對(duì)延遲量進(jìn)行調(diào)整以成為同一相位。例如，在照射頻率為1MHz的超聲波的情況下，周期就成為1μS。從而，圖16的第1行第1列所示的10.4μS的延遲值，就具有與連續(xù)波照射的情況的0.4μS的延遲量相同的含義。另外，有時(shí)相位量的刻紋也進(jìn)行量化。
(3)近年來，例如對(duì)癌癥、血管病等導(dǎo)入遺傳因子進(jìn)行治療的遺傳因子導(dǎo)入治療法引人注目。在此方法中，如何高效率地將遺傳因子導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)極其重要。通過近年的研究，人們已明白超聲波對(duì)遺傳因子導(dǎo)入效率的改善非常有效。根據(jù)本超聲波照射裝置，由于能夠任意地控制照射超聲波的焦點(diǎn)的位置、尺寸，所以在此遺傳因子治療中也能夠期待實(shí)際的利益。
另外，只要可能各實(shí)施形式也可以適當(dāng)組合來進(jìn)行實(shí)施，在此情況下就得到其進(jìn)行了組合的效果。進(jìn)而，在上述實(shí)施形式中包含各種階段的發(fā)明，通過所公開的多個(gè)構(gòu)成要素的適當(dāng)組合就能抽取出各種發(fā)明。例如，即使從實(shí)施形式所公開的全部構(gòu)成要素刪除幾個(gè)構(gòu)成要素，在本發(fā)明要解決的課題欄中所述的課題也能夠解決，在得到發(fā)明的效果欄中所述的效果的至少一個(gè)的情況下，刪除了此構(gòu)成要素的結(jié)構(gòu)就可作為發(fā)明被抽取出。
根據(jù)以上本發(fā)明，就能夠?qū)崿F(xiàn)能使焦點(diǎn)連續(xù)地移動(dòng)到任意位置，并可在所希望的位置上恰當(dāng)?shù)卣丈涑暡ǖ某暡ㄕ丈溲b置。另外，就能夠?qū)崿F(xiàn)不論焦點(diǎn)距離如何都可用合適且大致均等的焦點(diǎn)尺寸，以大致均等的能量恰當(dāng)?shù)卣丈涑暡ǖ某暡ㄕ丈溲b置。
權(quán)利要求
1.一種超聲波照射裝置，其特征在于，具備超聲波發(fā)生裝置，具有發(fā)生超聲波的多個(gè)超聲波發(fā)生元件；以及信號(hào)供給裝置，對(duì)上述多個(gè)超聲波發(fā)生元件的各自，以各超聲波發(fā)生元件均具有預(yù)定初始相位的形態(tài)供給被給予預(yù)定特性的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波照射裝置，其特征在于決定上述各超聲波發(fā)生元件的預(yù)定初始相位以使從上述多個(gè)超聲波發(fā)生元件所發(fā)生的超聲波形成至少一個(gè)焦點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述至少一個(gè)焦點(diǎn)被形成在從上述超聲波發(fā)生裝置的中心軸上偏離的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述至少一個(gè)焦點(diǎn)基于上述預(yù)定特性在上述超聲波發(fā)生裝置的中心軸的周圍移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述至少一個(gè)焦點(diǎn)基于上述預(yù)定特性在上述超聲波發(fā)生裝置的中心軸上移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述至少一個(gè)焦點(diǎn)基于上述預(yù)定特性在上述超聲波發(fā)生裝置的中心軸上以外直線地移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波照射裝置，其特征在于還具備焦點(diǎn)指定裝置，用于指定上述至少一個(gè)焦點(diǎn)的位置；以及計(jì)算裝置，基于由該焦點(diǎn)指定裝置所指定的焦點(diǎn)的位置，計(jì)算上述各超聲波發(fā)生元件的預(yù)定初始相位，上述信號(hào)供給裝置，將由該計(jì)算裝置所計(jì)算的上述各超聲波發(fā)生元件的初始相位給予上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述信號(hào)供給裝置對(duì)上述多個(gè)超聲波發(fā)生元件的各自包含延遲電路，上述各超聲波發(fā)生元件的預(yù)定初始相位由該各延遲電路所給予。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述信號(hào)供給裝置包含，存儲(chǔ)對(duì)上述多個(gè)超聲波發(fā)生元件的各自所供給的上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的存儲(chǔ)裝置；和通過在預(yù)定定時(shí)從該存儲(chǔ)裝置讀出上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將上述各超聲波發(fā)生元件的預(yù)定初始相位給予上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的讀出裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波照射裝置，其特征在于還具備焦點(diǎn)指定裝置，用于指定上述至少一個(gè)焦點(diǎn)的位置；上述超聲波發(fā)生裝置，通過依照由上述焦點(diǎn)指定裝置所指定的焦點(diǎn)的位置限制在超聲波照射中使用的上述超聲波發(fā)生元件的數(shù)目，來控制上述所指定的焦點(diǎn)的大小以及在該焦點(diǎn)上照射超聲波的能量的至少一方。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述預(yù)定特性具有周期性。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述預(yù)定特性可按周期單位進(jìn)行變更。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述信號(hào)供給裝置包含調(diào)制裝置，上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)是由該調(diào)制裝置所調(diào)制的信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述調(diào)制具有周期性。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述調(diào)制是相位調(diào)制。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲波照射裝置，其特征在于對(duì)利用上述調(diào)制裝置的調(diào)制所供給的調(diào)制波的周期比上述超聲波發(fā)生元件的反共振頻率的倒數(shù)還要大。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述調(diào)制波的周期為上述反共振頻率的倒數(shù)的50倍以上。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)是正弦波。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)是三角波。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)是將為形成上述至少一個(gè)焦點(diǎn)中第1焦點(diǎn)而對(duì)上述各超聲波發(fā)生元件給予第1預(yù)定初始相位的信號(hào)，和為形成第2焦點(diǎn)而對(duì)上述各超聲波發(fā)生元件給予第2預(yù)定初始相位的信號(hào)合成后的信號(hào)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述多個(gè)超聲波發(fā)生元件被設(shè)置成平面狀。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述多個(gè)超聲波發(fā)生元件是其外邊形成多角形的排列。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述多個(gè)超聲波發(fā)生元件是其外邊形成圓形的排列。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述多個(gè)超聲波發(fā)生元件采取在上述圓形的圓周方向上有規(guī)則地交互排列第1組和第2組的結(jié)構(gòu)，對(duì)上述第1組中所包含的超聲波發(fā)生元件以具有將第1相位相加到上述各超聲波發(fā)生元件的預(yù)定初始相位后得到的相位的形態(tài)供給上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)上述第2組中所包含的超聲波發(fā)生元件以具有將第2相位相加到上述各超聲波發(fā)生元件的預(yù)定初始相位后得到的相位的形態(tài)供給上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的超聲波照射裝置，其特征在于上述多個(gè)超聲波發(fā)生元件采取在上述圓形的圓周方向上有規(guī)則地交互排列第1組和第2組的結(jié)構(gòu)，對(duì)上述第1組中所包含的超聲波發(fā)生元件以作為上述各超聲波發(fā)生元件的預(yù)定初始相位具有第1相位的形態(tài)供給上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)上述第2組中所包含的超聲波發(fā)生元件以作為上述各超聲波發(fā)生元件的預(yù)定初始相位具有第2相位的形態(tài)供給上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
26.一種超聲波照射方法，其特征在于對(duì)多個(gè)超聲波發(fā)生元件的各自，以各超聲波發(fā)生元件均具有預(yù)定初始相位的形態(tài)供給被給予預(yù)定特性的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；基于所供給的驅(qū)動(dòng)信號(hào)從上述多個(gè)超聲波發(fā)生元件發(fā)生超聲波。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超聲波照射裝置及超聲波照射方法，能夠使焦點(diǎn)連續(xù)地移動(dòng)到任意位置，并可在所希望的位置上恰當(dāng)?shù)卣丈涑暡?。本發(fā)明的超聲波照射裝置，可用合適的焦點(diǎn)尺寸且不論焦點(diǎn)距離如何都大致均等的焦點(diǎn)尺寸，以大致均等的能量恰當(dāng)?shù)卣丈涑暡?。為此，本發(fā)明的超聲波照射裝置具備具有發(fā)生超聲波的多個(gè)超聲波發(fā)生元件的超聲波發(fā)生元件組(111)；以及對(duì)此多個(gè)超聲波發(fā)生元件組(111)的各自，以各超聲波發(fā)生元件(111)均具有預(yù)定初始相位的形態(tài)供給被給予預(yù)定特性的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的信號(hào)供給單元(13、15、17、19、21、22)。
文檔編號(hào)A61B8/00GK1626040SQ200310120258
公開日2005年6月15日 申請(qǐng)日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月10日
發(fā)明者石橋義治 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝, 東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會(huì)社