JP2004033476A - Method and device for ultrasonic irradiation - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method or a device for applying high energy locally to an object with a liquid present at least partly in the periphery of the object by irradiating ultrasonic waves to the object. <P>SOLUTION: The method for ultrasonic irradiation is the method for applying high energy locally to the object with a liquid present at least partly in the periphery of the object by irradiating ultrasonic waves to the object. In the first process, the object is irradiated with the high-frequency ultrasonic waves to generate and grow bubbles or a bubble group in a limited area of the liquid present at least partly in the periphery of the object. In the second process after the first process, the object is irradiated with the low-frequency ultrasonic waves to apply high energy locally to the object by resonating and breaking the bubbles or the bubble group generated and grown in the liquid present at least locally in the periphery of the object. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周囲の少なくとも一部に液体が存在する対象物に向けて超音波を照射する方法に関する。また、本発明は、設定される周波数情報に基づく周波数の超音波を対象物に照射することができる超音波照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、手術後の患者の生活の質（Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｏｆ　Ｌｉｆｅ　：ＱＯＬ）を向上することが望まれている。このような流れの中で、最小侵襲治療（Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ　Ｉｎｖａｓｉｖｅ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ：ＭＩＴ）が注目されている。特に、体外から強力超音波等によって形成される衝撃波を結石に照射して無侵襲的に結石を破砕する体外衝撃波結石破砕術（Ｅｘｔｒａｃｏｒｐｏｒｅａｌ　Ｓｈｏｃｋ　Ｗａｖｅ　Ｌｉｔｈｏｔｒｉｐｓｙ　：ＥＳＷＬ）による結石破砕装置の検討は１９８０年代からなされ、医療の現場において実用化されている。腎臓結石、尿路結石及び胆石は、菜食主義者や途上国に患者数が少なく、先進国に患者が多いことを考えれば、動物性蛋白質摂取による現代病のひとつであると考えられる。結石の種類はシュウ酸カルシウムの２水和物もしくは１水和物による結石、燐酸カルシウム結石、感染結石、尿酸による結石、またはシスチン結石等がある。胆石には、コレステロール胆石、色素胆石（カルシウム化合物）等がある。このうち、カルシウム化合物による結石は結石全体の約９０％を占め、これらカルシウム化合物を破砕することが結石破砕装置の大きな目標となる。また、破砕されにくいものとしては、最も硬い結石とされるシスチン結石や胆石があげられる。
【０００３】
また、特開平８−１３１４５４号公報は、治療用超音波機器における超音波について、周波数変調させることが有効である旨を開示している。
【０００４】
まず、特開平８−１３１４５４号公報において開示されている周波数変調について、以下に具体的に説明する。
【０００５】
ピエゾ素子の厚さに固有の共振周波数ｆ０でピエゾ素子を駆動し、その共振周波数ｆ０で治療用超音波を発生させることは、電気信号／機械振動の変換効率の観点から最も好ましい。しかし、治療用超音波を共振周波数ｆ０に固定したままで比較的長期間連続的に照射する場合、キャビテーション（気泡）がその波長に依存したサイズまで序々に成長する。
【０００６】
従って、駆動信号の周波数ｆｍを、共振周波数ｆ０を中心として、ｆ０−△ｆ／２≦ｆｍ≦ｆ０＋△ｆ／２の範囲でもって経時的に変化させることが提案される。なお、駆動信号の周波数と超音波発生源から発生される治療用超音波の周波数とは等価であり、「駆動信号」と「治療用超音波」とは互いに読み替えられ得る。
【０００７】
図１４（ａ）、図１５（ａ）、図１６（ａ）、図１７（ａ）に、様々な種類の駆動信号の時間波形を示し、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）、図１７（ｂ）に、それぞれ対応する駆動信号の周波数（の時間変化）を示す。
【０００８】
図１４（ａ）の駆動信号は、その周波数が正弦的に変化するように発生される。図１５（ａ）の駆動信号は、その周波数がステップ的に変化するように発生される。図１６（ａ）の駆動信号は、その周波数が低周波（ｆ０−△ｆ／２）から高周波（ｆ０＋△ｆ／２）に向かって一定勾配で連続的に変化するように発生される。図１７（ａ）の駆動信号は、その周波数が共振周波数ｆ０に固定されている期間と正弦的に変化する期間とが交互に生起するように発生される。
【０００９】
特開平８−１３１４５４号公報に開示されている周波数の経時的な変化は、キャビテーションの成長を抑制し、成長したキャビテーションを分断し、成長過程のキャビテーションを衰退させ、これによって、キャビテーションによる治療上の悪影響を一掃することが意図されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
超音波によって発生したキャビテーションの影響は、まず、キャビテーション気泡から発生する大きな圧力によって生体内の組織もしくは細胞が損傷すること、２つ目に、発生したキャビテーション気泡が超音波を散乱し、目的とする領域に超音波エネルギを伝播する際の障害物となること、３つ目に、キャビテーション気泡の周辺において目的としない部位での温度上昇が起こってしまうこと、がある。
【００１１】
現在実用化されているＥＳＷＬ機器は、高圧力の衝撃波（強力超音波を含む）を体内において広範囲に収束させているため、キャビテーション現象が体内の広い範囲で起きてしまい、意図しない部位において体内の組織もしくは細胞の損傷が起こっている。一方で、キャビテーション気泡もしくはキャビテーション気泡群の崩壊による高圧力の発生は、結石自体の破砕に利用可能であると考えられるが、そのためには結石のごく近傍のみでキャビテーション気泡もしくはキャビテーション気泡群を発生させて、これを崩壊させる技術が必要である。
【００１２】
さらには、現在実用化されているＥＳＷＬ機器においては、破砕片が大きいため、治療後に尿道を通って体外に排出される際に、患者に苦痛をあたえるという問題もある。すなわち、破砕片をできるだけ細かくする技術が求められている。
【００１３】
特開平８−１３１４５４号公報に記載された発明は、成長過程のキャビテーションを衰退させることに主眼がある。キャビテーションを超音波伝播部位から取り除くことによって、超音波を効果的に目的とする領域のみに収束させ、上記３つの問題を回避することを意図している。その結果、超音波が収束された目的の領域において効率的な温度上昇を得ることを可能にしている。
【００１４】
しかしながら、結石破砕に超音波を利用する際には、成長したキャビテーション気泡もしくはキャビテーション気泡群が崩壊することにより、結石が破砕される（ここで、気泡もしくは気泡群の崩壊とは、気泡もしくは気泡群が、周囲の圧力変動により爆縮する際に、気泡もしくは気泡群の中心部付近に高エネルギが集中し、圧力の非常に大きな衝撃波が発生する現象のことを指し、気泡もしくは気泡群が***または消滅してゆく過程を指すものではない）。すなわち、特開平８−１３１４５４号公報に記載された技術は、気泡もしくは気泡群を散逸させることが意図されており、結石の破砕を効率よく実施することとは相反する思想である、すなわち、当該技術を効率的な結石の破砕に利用することはできない。
【００１５】
さらに、特開平８−１３１４５４号公報に記載された発明では、キャビテーション気泡もしくはキャビテーション気泡群の発生領域についての考察が十分になされていない。キャビテーションは結石破砕を目的として発生及び成長させられるのであるから、結石の近傍においてのみ発生及び成長すれば十分である。一方、結石と離れた位置においてキャビテーションが発生及び成長することは、不所望の生体内の組織もしくは細胞を破壊、損傷するおそれを増大させてしまう。
【００１６】
すなわち、特開平８−１３１４５４号公報に記載された発明が意図しているところによると、キャビテーションによる生体内の組織もしくは細胞の破壊、損傷は回避されるものの、キャビテーション気泡もしくはキャビテーション気泡群が崩壊するときに集中する高エネルギを効率良く利用することができない。キャビテーション気泡もしくはキャビテーション気泡群の崩壊時の高エネルギを効率良く利用するためには、特開平８−１３１４５４号公報に記載された発明のようなキャビテーションを衰退させる技術を用いずに、治療部位のみで局所的にキャビテーション気泡もしくはキャビテーション気泡群を発生及び成長させ、かつその部位においてのみ効果的にキャビテーション気泡及びキャビテーション気泡群の崩壊を起こさせるような技術が必要となる。
【００１７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、周囲の少なくとも一部に液体が存在する対象物に向けて超音波を照射することによって、当該対象物に局所的に高エネルギを付与することができる方法または装置を提供することを目的とする。なお、本発明は、結石破砕以外にも、現在存在する結石破砕装置においては破砕が困難とされている胆石の破砕に利用され得る。その他にも、本発明は、幅広い用途において利用され得る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超音波を周囲の少なくとも一部に液体が存在する対象物に向けて照射することによって、当該対象物に局所的に高エネルギを付与する方法であって、高周波数の超音波を対象物に向けて照射して、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体の限定的な領域中にキャビテーション気泡（以下気泡）もしくはキャビテーション気泡群（以下気泡群）を発生及び成長させる第１工程と、前記第１工程のあとに、低周波数の超音波を対象物に向けて照射して、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体中に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって当該対象物に局所的に高エネルギを付与する第２工程と、を備えたことを特徴とする超音波照射方法である。
【００１９】
本発明によれば、高周波数の超音波を対象物に向けて照射することによって当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させた後、低周波数の超音波を対象物に向けて照射することによって当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体中に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させるため、当該対象物に局所的に高エネルギを付与することができる。すなわち、当該対象物に極めて効率よくエネルギを付与することができる。
【００２０】
要約すれば、特開平８−１３１４５４号公報に記載された発明が、キャビテーションを衰退させることを意図していたのに対して、本発明は、キャビテーションを空間的に非常に狭い領域に集中させ、キャビテーション崩壊時の高エネルギを効果的に利用して、効率的な高エネルギ集中を実現させるものである。
【００２１】
あるいは、本発明は、超音波を周囲の少なくとも一部に液体が存在する対象物に向けて、照射することによって、当該対象物に局所的に高エネルギを付与する方法であって、高周波数の超音波を対象物に向けて照射する第１工程と、前記第１工程の後に、低周波数の超音波を対象物に向けて照射する第２工程と、を備え、第１工程において照射される超音波の周波数は１００ｋＨｚ以上であり、第２工程において照射される超音波の周波数は、第１工程において照射される高周波数の超音波の周波数の２分の１以下であることを特徴とする超音波照射方法である。
【００２２】
本発明によれば、１００ｋＨｚ以上の高周波数の超音波を対象物に向けて照射することによって、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させることができる。そして、その後、高周波数の超音波の周波数の２分の１以下の低周波数の超音波を対象物に向けて照射することによって、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体中に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることができる。これにより、当該対象物に局所的に高エネルギを付与することができる。
【００２３】
好ましくは、前記第１工程における高周波数の超音波の周波数は１ＭＨｚ以上で１０ＭＨｚ以下であり、前記第２工程における低周波数の超音波の周波数は、第１工程において照射される高周波数の超音波の周波数の２分の１以下である。
【００２４】
この場合、１ＭＨｚ以上で１０ＭＨｚ以下の高周波数の超音波を対象物に向けて照射することによって、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体の、限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させることができる。そして、その後、高周波数の超音波の周波数の２分の１以下の低周波数の超音波を対象物に向けて照射することによって、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体中に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることができる。これにより、当該対象物に局所的に高エネルギを付与することができる。超音波の波長は周波数が高いほど短くなり、それに伴い超音波の形成する焦点領域が狭くなる。すなわち、気泡もしくは気泡群を発生及び成長させる高周波数の超音波の周波数を高くすることにより、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体中で、気泡もしくは気泡群が発生する領域を、さらに狭くすることができる。これにより、当該対象物に対して局所的に高エネルギを付与する領域を、さらに狭くすることができる。
【００２５】
好ましくは、前記第２工程は、前記第１工程の後に、実質的に連続して実施される。
【００２６】
超音波の照射は、対象物近傍で超音波が収束するような態様で行われることが好ましい。収束する超音波の発生源としては、たとえば凹面圧電素子が利用され得る。
【００２７】
また、好ましくは、第１工程において気泡もしくは気泡群が発生する領域は、対象物の周縁からの距離が１ｍｍ以下の領域である。このような対象物の近傍領域に局所的に気泡もしくは気泡群が形成される場合、対象物へのエネルギ付与がより一層効率的に実施され得る。
【００２８】
また、好ましくは、前記第２工程の後に、超音波を対象物に向けて照射しないインターバル工程をさらに備える。インターバル工程は、第２工程において共振、崩壊した気泡もしくは気泡群を一旦消散させるための沈静化工程である。インターバル工程においては、気泡の発生及び成長を誘発しない程度の強度の超音波を照射してもよい。これによって発生する音響流を用いることによって、当該対象物の周辺に存在する気泡もしくは気泡群の消散を促進することができ得る。さらには、当該対象物の破片もしくは当該対象物から除去された異物を、当該対象物周縁から流し去る効果を促進させ得る。
【００２９】
好ましくは、インターバル工程の継続時間は、前記第２工程後に残存気泡が溶解及び拡散するのに十分な時間である。例えば、インターバル工程の継続時間は、１００μ秒以上である。
【００３０】
そして、好適には、前記第１工程、前記第２工程及び前記インターバル工程が、当該順序で周期的に繰り返し実施される。これにより、対象物の近傍の局所領域において、気泡の発生、成長、共振、崩壊及び消散（沈静化）のサイクルが繰り返され、対象物への高効率なエネルギ付与が繰り返される。
【００３１】
なお、第１工程及び第２工程の継続時間は、例えば約１００μ秒である。これは、１ＭＨｚの超音波１００波程度に相当する時間である。第１工程及び第２工程の継続時間は、実際の気泡形成状態等を検出することによって決定されてもよい。気泡形成状態は、例えば発生音の状態から検出され得る。
【００３２】
具体的には、対象物が人間以外の動物の生体内に存在するカルシウム化合物、燐酸マグネシウム化合物、燐酸アンモニウム化合物、尿酸の結晶、アミノ酸の結晶、コレステロールの結晶のいずれかである場合、第２工程は、当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物を破砕する工程であり得る。
【００３３】
あるいは、対象物に異物が付着している場合、第２工程は、当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物から異物を剥離もしくは除去させる工程であり得る。
【００３４】
あるいは、第２工程は、当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物の特性を変化させる工程であり得る。
【００３５】
あるいは、第２工程は、人間以外の動物の生体内に局所的に高エネルギを付与し、生体内の組織もしくは細胞に熱的変性をおこさせる工程であり得る。
【００３６】
また、本発明は、設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を発生する超音波発生源と、超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部と、を備え、前期周波数制御は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、第１の所定時間における高周波数は、１００ｋＨｚ以上であり、第２の所定時間における低周波数は第１の所定時間における高周波数の２分の１以下であることを特徴とする超音波照射装置である。
【００３７】
本発明によれば、１００ｋＨｚ以上の高周波数の超音波を対象物に向けて照射することによって、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させることができる。そして、その後、高周波数の超音波の周波数の２分の１以下の低周波数の超音波を対象物に向けて照射することによって、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体中に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることができる。これにより、当該対象物に局所的に高エネルギを付与することができる。すなわち、当該対象物に極めて効率よくエネルギを付与することができる。
【００３８】
好ましくは、前記の第１の所定時間における高周波数は１ＭＨｚ以上で１０ＭＨｚ以下であり、前記の第２の所定時間における低周波数は第１の所定時間における高周波数の超音波の周波数の２分の１以下である。
【００３９】
この場合、１ＭＨｚ以上で１０ＭＨｚ以下の高周波数の超音波を対象物に向けて照射することによって、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体の、限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させることができる。そして、その後、高周波数の超音波の周波数の２分の１以下の低周波数の超音波を対象物に向けて照射することによって、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体中に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることができる。これにより、当該対象物に局所的に高エネルギを付与することができる。超音波の波長は周波数が高いほど短くなり、それに伴い超音波の形成する焦点領域が狭くなる。すなわち、気泡もしくは気泡群を発生及び成長させる高周波数の超音波の周波数を高くすることにより、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体中で、気泡もしくは気泡群が発生する領域を、さらに狭くすることができる。これにより、当該対象物に対して局所的に高エネルギを付与する領域を、さらに狭くすることができる。
【００４０】
あるいは、本発明は、設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を発生する超音波発生源と、超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部と、を備え、前記周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、第２の所定時間の後の第３の所定時間の間、超音波を照射しない、もしくは、気泡もしくは気泡群の発生及び成長を誘発しない程度の強度の超音波を照射する、ようになっていることを特徴とする超音波照射装置である。
【００４１】
本発明によれば、高周波数の超音波を周囲の少なくとも一部に液体が存在する対象物に向けて照射することによって、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させることができる。そして、その後、低周波数の超音波を対象物に向けて照射することによって、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体中に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることができる。更に、その後の第３の所定時間の間、超音波を照射しないことにより、共振、崩壊した気泡もしくは気泡群を一旦消散させることができる。もしくは、第３の所定時間においては、気泡の発生及び成長を誘発しない程度の強度の超音波を照射してもよい。これによって発生する音響流を用いることによって、当該対象物の周辺に存在する気泡もしくは気泡群の消散を促進することができ得る。さらには、当該対象物の破片もしくは当該対象物から除去された異物を、当該対象物周縁から流し去る効果を促進させ得る。これにより、当該対象物に局所的に高エネルギを付与することができる一方、対象物の周囲の物体が気泡もしくは気泡群の崩壊によって損傷することを防止することができる。
【００４２】
好ましくは、第３の所定時間は、前記第２の所定時間後に残存気泡が溶解及び拡散するのに十分な時間である。例えば、第３の所定時間は、１００μ秒以上である。
【００４３】
また、好ましくは、超音波照射装置は、第１の所定時間に亘る高周波数の超音波の第１照射工程と、それに続く第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の第２照射工程と、それに続く第３の所定時間に亘る超音波を照射しない、もしくは、気泡の発生及び成長を誘発しない程度の強度の超音波のみを照射する、インターバル工程と、からなるサイクルを繰り返し実施するようになっている。これにより、対象物の近傍の局所領域において、気泡もしくは気泡群の発生、成長、共振、崩壊及び消散（沈静化）のサイクルが繰り返され、対象物への高効率なエネルギ付与が繰り返される。
【００４４】
具体的には、本発明は、設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を発生する超音波発生源と、超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部と、を備え、前記周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、第１の所定時間に亘る高周波数の超音波の照射によって、生体内に存在するカルシウム化合物、燐酸マグネシウム化合物、燐酸アンモニウム化合物、尿酸の結晶、アミノ酸の結晶、コレステロールの結晶のいずれかの周囲の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させ、第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の照射によって、当該対象物の周囲に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物を破砕することを特徴とする超音波照射装置である。
【００４５】
あるいは、本発明は、異物が付着した対象物が投入され得る液体収容室と、設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を液体収容室の内部に向けて発生する超音波発生源と、超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部と、を備え、前記周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、第１の所定時間に亘る高周波数の超音波の照射によって、異物が付着した対象物の周囲の液体の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させ、第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の照射によって、当該対象物の周囲に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物から異物を剥離もしくは除去することを特徴とする超音波照射装置である。
【００４６】
あるいは、本発明は、内部に対象物が固定され得る液体収容室と、設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を液体収容室の内部に向けて発生する超音波発生源と、超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部と、を備え、前記周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、第１の所定時間に亘る高周波数の超音波の照射によって、対象物の周囲の液体の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させ、第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の照射によって、当該対象物の周囲に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物の特性を変化させることを特徴とする超音波照射装置である。
【００４７】
あるいは、本発明は、設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を発生する超音波発生源と、超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部と、を備え、前記周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、第１の所定時間に亘る高周波数の照射によって、生体内に存在する組織もしくは細胞の限定的な領域に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させ、第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の照射によって、生体内の組織もしくは細胞の限定的な領域に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって、当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物に熱的変性を起こすことを特徴とする超音波照射装置である。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００４９】
まず、図１は、気泡がクラウド状に形成された場合について、当該気泡の周囲に適用される圧力波に対する当該気泡内に生じる最大圧力の周波数特性を示すシミュレーション結果である。
【００５０】
当該シミュレーションは、凹面の気泡発生アクチュエータが振動周波数３ＭＨｚで振動し、焦点において収束する収束音場において形成される気泡群（気泡クラウド）を想定した。焦点領域においては超音波は収束し、大きな負圧により水は引き裂かれキャビテーション現象による気泡群が液体中に発生する。発生した気泡群中の個々の気泡は、３ＭＨｚを共振周波数とする気泡径まで成長すると仮定した。具体的には、気泡クラウドの半径が０．７５ｍｍ、各気泡の半径が１．０μｍ、ボイド率（流体全体の体積に対する気泡の体積率）は０．１％、初期周囲圧力が１０１．３ｋＰａ、初期温度が２９３Ｋである。また、気泡の周囲に適用される圧力波は正弦波とし、振幅は１０ｋＰａ、５０ｋＰａ、１００ｋＰａの３種類とした。
【００５１】
図１に示すように、気泡クラウドの周囲圧力を上昇させると、気泡内最大圧力は急激に上昇し、また、高圧に達する周波数帯域も広くなる。具体的には、１００ｋＰａの振幅を有する１１０ｋＨｚの圧力波に対する最大圧力は５００ＭＰａとなっている。
【００５２】
すなわち、気泡群は単一の気泡としての共振周波数ではなく、気泡群としての共振周波数である１１０ｋＨｚで共振することになる。一方、気泡発生アクチュエータの振動周波数である３ＭＨｚ（単一の気泡の共振周波数）に対しては、気泡内圧力は実質的に全く増大していないことが解る。
【００５３】
すなわち、局所的に気泡群を発生させるためには高周波数の超音波を利用することが好ましいが、高周波数の超音波を照射し続けても、生成された気泡群によってエネルギは散乱され、気泡群の共振及び崩壊は起こらない。
【００５４】
本件発明者は、図１の結果に基づいて、最初に高周波数（１００ｋＨｚ以上）の超音波を利用して局所的に気泡群を発生させ、続いて低周波数（高周波数の超音波の２分の１以下）の超音波を利用して気泡群を共振させ崩壊させることによって高エネルギを発生させる、というプロセスが実現可能であることを知見した。
【００５５】
図２は、本件発明者が知見したプロセスの概略を示す図である。当該プロセスでは、まず図２（ａ）に示すように、高周波数（短波長）の超音波を利用して、対象物（図２の場合、球形物）の近傍の局所的領域に気泡もしくは気泡群を発生させ成長させる。続いて図２（ｂ）に示すように、低周波数（長波長）の超音波を利用して、対象物の近傍に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させ、当該崩壊に伴って発散されるエネルギを対象物に付与して、例えば当該対象物を破砕する。
【００５６】
図３は、実際に製造された超音波照射装置を示す概略ブロック図である。図３に示す超音波照射装置１は、超音波発生源１０と、解析システム２０と、循環システム３０と、カメラシステム４０と、を備えている。
【００５７】
超音波発生源１０は、ファンクションジェネレータ１１と、超音波用アンプ１２と、ピエゾトランスデューサ１３と、を有している。ファンクションジェネレータ１１は、解析システム２０のＰＣ（パーソナルコンピュータ）２１に接続されており、ＰＣ２１によって編集される波形を出力するようになっている。
【００５８】
より具体的には、ＰＣ２１にて使用される波形編集ソフトは、Ａｇｉｌｅｎｔ　ＢｅｎｃｈＬｉｎｋ　Ａｒｂ　である。当該ソフトを用いれば、正弦波、方形波、三角波、それらの波形同士の和、差、積をとった波形の作成が可能である。一方、ファンクションジェネレータ１１は、Ａｇｉｌｅｎｔ　社の任意波形ジェネレータ３３１２０Ａである。
【００５９】
図４は、ピエゾトランスデューサ１３の外観を示す図である。図４に示すピエゾトランスデューサ１３は、凹面圧電素子として富士セラミクス製のＣ−２１３材（ＰＺＴ）を使用しており、曲率半径は８０ｍｍ、開口半径は４０ｍｍ（Ｆｎｕｍｂｅｒ＝１．０）であり、固有振動数は５００ｋＨｚである。凹面圧電素子の電極は銀電極で、当該電極が超音波用アンプ１２を介してファンクションジェネレータ１１に接続されている。
【００６０】
このような凹面圧電素子が、アルミ製の中空フランジに接着されて、ピエゾトランスデューサ１３が構成されている。ピエゾトランスデューサ１３全体での共振周波数は５３４ｋＨｚである。したがって、ピエゾ素子の特性上、５３４ｋＨｚ×（２ｎ＋１）（ｎは整数）の周波数を有する超音波を、高次のモードとして比較的大きな振幅をもってして発生させることができる。使用したピエゾトランスデューサの（２ｎ＋１）倍のモードにあたる周波数は、ピエゾトランスデューサからの出力を実測することによって、３倍のモードの周波数は１．６３２ＭＨｚ、５倍のモードの周波数は２．７２６ＭＨｚ、７倍のモードの周波数は３．８１５ＭＨｚ、が得られている。
【００６１】
ピエゾトランスデューサ１３から照射される超音波は、アクリル製の水槽３１に張られた水中を伝わり、凹面圧電素子の表面から８０ｍｍの焦点位置にて収束する。アクリル製の水槽は、２００ｍｍ×２００ｍｍ×５５０ｍｍの直方体の後方を４５度の角度で切り取った形状をしており、超音波が壁面において反射して焦点付近の音場を乱すことを防いでいる。
【００６２】
アクリル水中に張られた水は、図３に示すように、純水装置３２、デガッサ３３の順に循環されて、好適な純水度、脱気度を維持している。脱気度は、ＤＯメータ３６（堀場製作所製ＯＭ−１０）にて監視される。
【００６３】
カメラシステム４０は、最小５ｎｓの露光時間、５ｎｓのインターフレームで撮影が可能な超高速カメラ４１を有している。
【００６４】
図３の超音波照射装置の他の特徴については、本件発明者の一人である吉澤晋氏の修士論文「収束超音波の医療応用」の第７章に詳細に記載されているので、当該文献を引用することによって、ここでの記載を省略する。なお、当該修士論文「収束超音波の医療応用」の内容は、ここでの引用によって本願明細書の記載の一部に組み入れられる。
【００６５】
さて、図３に示す超音波照射装置を用いて、モデル結石としての球状対象物（水槽３１内の超音波の焦点位置近傍にセットされる）に対して５３４ｋＨｚの超音波を照射した場合の気泡の形成状態について、超高速カメラ４１で撮像された画像群を図５に示す。
【００６６】
図５に示すように、５３４ｋＨｚの超音波が照射され続ける場合、大型の気泡が群を成して球状対象物の手前側の比較的広範囲に亘って形成される。球状対象物から遠い領域で成長して崩壊する気泡群のエネルギは、球状対象物に十分に伝達されないため、エネルギ的な損失となる。特に、生体内の結石破砕を目的としている場合には、結石から離れた場所での気泡の崩壊は、結石とは無関係の生体内の組織もしくは細胞を損傷させることにつながる。
【００６７】
一方、モデル結石としての球状対象物に対してピエゾトランスデューサの７倍のモードである３．８１５ＭＨｚの超音波を照射した場合の気泡の形成状態について、超高速カメラ４１で撮像された画像群を図６に示す。
【００６８】
図６に示すように、３．８１５ＭＨｚの超音波が照射され続ける場合、細かい気泡からなる気泡群が球状対象物の手前側の比較的狭い範囲にのみ形成される。この場合、対象物の周縁から手前側１ｍｍまでの領域にのみ、気泡群が形成される。このような気泡群は、３．８１５ＭＨｚの超音波の照射が継続されても、崩壊することが無い。従って、当然に、球状対象物にエネルギは伝達されない。
【００６９】
次に、本発明方法の一実施の形態に従って、モデル結石としての球状対象物に対してピエゾトランスデューサの７倍の振動モードである３．８１５ｋＨｚの超音波を１７５波照射した後に、５４５ｋＨｚの超音波（５４５ｋＨｚの超音波は３．８１５ＭＨｚの７分の１である。実際のピエゾトランスデューサの共振周波数は５３４ｋＨｚであるが、実験の簡便のために５４５ｋＨｚを使用している。また、５３４ｋＨｚの周波数及び５４５ｋＨｚの周波数で得られる焦点における超音波の圧力振幅はほぼ等しいことを確認している。）を照射した場合の気泡群の形成状態について、超高速カメラ４１で撮像された画像群を図７に示す。５コマ目と６コマ目との間で、超音波周波数は３．８１５ＭＨｚから５４５ｋＨｚに切り替わっている。
【００７０】
図７に示すように、本実施の形態の場合、細かい気泡からなる気泡群が球状対象物の手前側の比較的狭い範囲にのみ発生及び成長させられた後、当該気泡群が共振して崩壊し、球状対象物に十分に高エネルギを付与することができる。
【００７１】
ここで、本件発明者は、高周波数の超音波の照射と低周波数の超音波の照射とを繰り返し実施することが、対象物に対するエネルギ付与を連続的に行うために好適であることを知見した。
【００７２】
高周波数の超音波の照射と低周波数の超音波の照射とを繰り返し実施する場合の２つの具体的態様を、図８及び図９に示す。
【００７３】
図８に示す場合、３．８１５ＭＨｚの正弦波形１７５波の照射の後（第１工程）、約５０μ秒のインターバルを設け、その後に５４５ｋＨｚの正弦波形５波の照射を行う（第２工程）という制御サイクルである（第２工程の後には、約１００ｍ秒のインターバルが存在する（バースト周波数が１０Ｈｚ））。
【００７４】
図９に示す場合、３．８１５ＭＨｚの正弦波形１７５波の照射の後、連続して５４５ｋＨｚの正弦波形５波の照射を行い、その後に約１００ｍ秒のインターバルが設けられた制御サイクルである。
【００７５】
図８及び図９の各制御サイクルに従って、モデル結石の破砕実験を行った。ここで用いたモデル結石とは、アルミナからなるＥＳＷＬ機器の性能試験に用いられるモデル結石であり、φ１３ｍｍ程度である。
【００７６】
なお、図８及び図９のいずれの場合も、バースト周波数は１０Ｈｚ（すなわちインターバル工程の時間が約１００ｍ秒）である。また、図８及び図９のいずれの場合も、各制御サイクルが３０分間連続して繰り返された。
【００７７】
図８の制御サイクルが利用された場合の破砕結果が、図１０に示されている。一方、図９の制御サイクルが利用された場合の破砕結果が、図１１に示されている。
【００７８】
図１０に示すように、第１工程と第２工程との間に５０μ秒という長いインターバルが設けられる場合、第１工程で生成された気泡もしくは気泡群が消散してしまって、本発明の意図する効果が十分に得られない。
【００７９】
一方、図１１に示すように、第１工程と第２工程とが連続に実施され、第２工程の後にインターバルが設けられる場合、第１工程で発生及び成長させられた気泡もしくは気泡群が第２工程にて共振し崩壊して極めて効率的にモデル結石を破砕する一方、第２工程後の１００ｍ秒のインターバル工程において気泡もしくは気泡群が沈静化されるため、結石モデルの局所的な破壊を継続することができる。
【００８０】
なお、３．８１５ＭＨｚの正弦波形１７５波の照射の後に約１００ｍ秒のインターバル工程が設けられた制御サイクルを用いた場合（第２工程が実施されない制御サイクルの場合）、モデル結石は全く破砕されなかった。
【００８１】
また、本件発明者による他の実験結果から、第２工程後に気泡を沈静化させるために必要なインターバル時間は、１００μ秒以上が好ましいことが知見された。
【００８２】
また、超音波による圧力の強度が比較的小さい場合に、気泡の発生及び成長が誘発されないことを説明するグラフを図１２に示す。これは３ＭＨｚの超音波がピエゾトランスデューサから３０波発生させられたときの水中における焦点の、超音波による圧力振幅（マイナスピークからプラスピークまでの値）をハイドロフォン５０によって測定したものである。図１２のグラフの横軸は、気泡もしくは気泡群が発生しておらずさらには超音波の波形が歪まない領域での同じ条件における圧力振幅であり、超音波の出力に比例している。縦軸は、ピエゾトランスデューサ１３の幾何学焦点におけるハイドロフォン５０によって測定された圧力振幅である。図１２において超音波出力（横軸に対応）を大きくしてゆくと、焦点における超音波の圧力振幅の値（縦軸に対応）が、約６．８ＭＰａを閾値としてグラフが直線から外れ、焦点における圧力振幅は約７ＭＰａで飽和してしまっている。これは、キャビテーション現象によって気泡もしくは気泡群が発生し、圧力振幅がそれ以上上昇し得ないことを示している。すなわち、この圧力振幅の閾値（今の場合約７ＭＨｚ）を超えない超音波であれば、気泡もしくは気泡群は発生しない。
【００８３】
また、図１３は、約３ＭＨｚの周波数をもつ比較的弱い圧力振幅をもつ超音波がピエゾトランスデューサから発生させられたときの焦点付近の様子を、高速度カメラ４１で撮影した写真である。写真中の濃淡の線は３ＭＨｚの超音波によるものである。これによれば、このとき適用された比較的弱い圧力振幅の超音波であれば、気泡もしくは気泡群は発生していないことがわかる。すなわち、比較的弱い圧力振幅をもつ超音波を第２工程後に対象物に対して照射することによって、超音波により発生する音響流を用いることができ、結石の周囲に残る気泡もしくは気泡群の消散を促進させることができ得る。さらには、前記第２工程で破砕された結石の破砕片を結石の周辺から流し去る効果を促進することができ得る。
【００８４】
以上の実施の形態は、結石を破砕することについて説明されたが、本発明方法は、対象物が人間以外の動物の生体内に存在する結石等のカルシウム化合物、燐酸マグネシウム化合物、燐酸アンモニウム化合物、尿酸の結晶、アミノ酸の結晶、コレステロールの結晶のいずれか、である場合に適用可能であり、第２工程は、当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物を破砕する工程であり得る。
【００８５】
この場合、当該方法を実現するための装置は、設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を発生する超音波発生源（例えばファンクションジェネレータ１１）と、超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部（例えばＰＣ２１）と、を備える。そして、周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、第１の所定時間に亘る高周波数の超音波の照射によって、人間以外の動物の生体内に存在するカルシウム化合物、燐酸マグネシウム化合物、燐酸アンモニウム化合物、尿酸の結晶、アミノ酸の結晶、コレステロールの結晶のいずれかの周囲の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させ、第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の照射によって、当該対象物の周囲に発生されていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって当該対象物のいずれか、に局所的に高エネルギを付与して当該対象物を破砕することを特徴とする。このような装置は、対象物が人間の生体内に存在する結石等のカルシウム化合物、燐酸マグネシウム化合物、燐酸アンモニウム化合物、尿酸の結晶、アミノ酸の結晶、コレステロールの結晶のいずれかである場合にも利用可能である。
【００８６】
あるいは、本発明方法は、異物が付着している対象物に適用可能であり、第２工程は、当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物から異物を剥離もしくは除去する工程であり得る。
【００８７】
この場合、当該方法を実現するための装置は、異物が付着した対象物が投入され得る液体収容室と、設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を液体収容室の内部に向けて発生する超音波発生源（例えばファンクションジェネレータ１１）と、超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部（例えばＰＣ２１）と、を備える。そして、周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、第１の所定時間に亘る高周波数の超音波の照射によって、異物が付着した対象物の周囲の液体の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させ、第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の照射によって、当該対象物の周囲に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物から異物を剥離もしくは除去することを特徴とする。
【００８８】
これによれば、いわゆる超音波洗浄処理が、極めて高効率に実現され得る。
【００８９】
あるいは、第２工程は、対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物の特性を変化させる工程であり得る。
【００９０】
この場合、当該方法を実現するための装置は、内部に対象物が固定され得る液体収容室と、設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を液体収容室の内部に向けて発生する超音波発生源（例えばファンクションジェネレータ１１）と、超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部（例えばＰＣ２１）と、を備える。そして、周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、第１の所定時間に亘る高周波数の超音波の照射によって、対象物の周囲の液体の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させ、第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の照射によって、当該対象物の周囲に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物の特性を変化させることを特徴とする。
【００９１】
これによれば、いわゆるキャビテーションピーニング処理が、極めて高効率に実現され得る。
【００９２】
あるいは、第２工程は、対象物に局所的に高エネルギを付与して生体内の組織もしくは細胞に熱的変性を起こさせる工程であり得る。
【００９３】
この場合、当該方法を実現するための装置は、設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を発生する超音波発生源（例えばファンクションジェネレータ１１）と、超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部（例えばＰＣ２１）と、を備える。そして、周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、第１の所定時間に亘る高周波数の超音波の照射によって、生体内に存在する組織もしくは細胞の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させ、第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の照射によって、生体内に存在する組織もしくは細胞の限定的な領域中に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物に熱的変性を起こさせることを特徴としている。
【００９４】
これによれば、いわゆる温熱凝固療法もしくは加熱凝固療法が、極めて高効率に実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】クラウド状に形成された気泡群についての周囲圧力波に対する気泡内最大圧力の周波数応答のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２】本発明方法の一実施の形態を示す概略図である。
【図３】本発明装置の一実施の形態を示す概略ブロック図である。
【図４】ピエゾトランスデューサの外観を示す図である。
【図５】５３４ｋＨｚの低周波数の超音波を照射し続けた場合の気泡群の形成状態を示す画像群である。
【図６】３．８１５ＭＨｚの高周波数の超音波を照射し続けた場合の気泡群の形成状態を示す画像群である。
【図７】５４５ｋＨｚの低周波数の超音波を照射した後に、３．８１５ＭＨｚの高低超音波を照射した場合の気泡群の形成状態を示す画像群である。
【図８】高超音波の超音波の照射と低周波数の超音波の照射との間にインターバルが設けられた場合の制御サイクルについて説明する図である。
【図９】高超音波の超音波の照射及び低周波数の超音波の照射の後にインターバルが設けられた場合の制御サイクルについて説明する図である。
【図１０】図８による制御サイクルが適用されて破砕された結石モデルを示す概略図である。
【図１１】図９による制御サイクルが適用されて破砕された結石モデルを示す概略図である。
【図１２】比較的弱い超音波によって気泡もしくは気泡群が発生しないことを説明するグラフである。
【図１３】比較的弱い超音波によって気泡もしくは気泡群が発生しないこと示す高速度カメラ写真である。
【図１４】周波数変調された駆動信号の時間波形及び周波数の経時的な変化の従来例を示す図である。
【図１５】周波数変調された駆動信号の時間波形及び周波数の経時的な変化の従来例を示す図である。
【図１６】周波数変調された駆動信号の時間波形及び周波数の経時的な変化の従来例を示す図である。
【図１７】周波数変調された駆動信号の時間波形及び周波数の経時的な変化の従来例を示す図である。
【符号の説明】
１　超音波製造装置
１０　超音波発生源
１１　ファンクションジェネレータ
１２　超音波用アンプ
１３　ピエゾトランスデューサ１３
２０　解析システム
２１　パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
３０　循環システム
３１　水槽
３２　純水装置
３３　デガッサ
４０　カメラシステム
４１　超高速カメラ
５０　ハイドロフォン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of irradiating an ultrasonic wave toward an object in which a liquid exists in at least a part of the surroundings. The present invention also relates to an ultrasonic irradiation device that can irradiate an object with ultrasonic waves having a frequency based on set frequency information.
[0002]
[Prior art]
In recent years, it has been desired to improve the quality of life (QOL) of patients after surgery. In such a trend, Minimally Invasive Treatment (MIT) has attracted attention. In particular, since the 1980s, the study of a calculus crushing apparatus by extracorporeal shock wave lithotripsy (ESWL), which irradiates a calculus with a shock wave formed by strong ultrasonic waves or the like from outside the body and non-invasively crushes the calculus, has been conducted since the 1980s. It has been put to practical use in medical practice. Kidney stones, urinary stones and gallstones are considered to be one of the modern diseases caused by animal protein intake, considering that the number of patients is small in vegetarians and developing countries, and that there are many patients in developed countries. Types of stones include stones formed by calcium oxalate dihydrate or monohydrate, calcium phosphate stones, infected stones, uric acid stones, and cystine stones. Gallstones include cholesterol gallstones and pigmented gallstones (calcium compounds). Among them, the calculus due to the calcium compound accounts for about 90% of the total calculus, and crushing these calcium compounds is a major goal of the calculus crushing apparatus. In addition, cystine stones and gallstones, which are considered to be the hardest stones, are hard to be crushed.
[0003]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-131454 discloses that it is effective to frequency-modulate ultrasonic waves in a therapeutic ultrasonic device.
[0004]
First, the frequency modulation disclosed in JP-A-8-131454 will be specifically described below.
[0005]
It is most preferable to drive the piezo element at a resonance frequency f0 specific to the thickness of the piezo element and generate a therapeutic ultrasonic wave at the resonance frequency f0 from the viewpoint of the conversion efficiency of electric signal / mechanical vibration. However, when the therapeutic ultrasonic waves are continuously irradiated for a relatively long time while being fixed at the resonance frequency f0, cavitation (bubbles) gradually grow to a size depending on the wavelength.
[0006]
Therefore, it is proposed to change the frequency fm of the drive signal with time in the range of f0−Δf / 2 ≦ fm ≦ f0 + Δf / 2 with the resonance frequency f0 as the center. Note that the frequency of the drive signal and the frequency of the therapeutic ultrasound generated from the ultrasound source are equivalent, and the “drive signal” and “therapeutic ultrasound” can be interchanged.
[0007]
FIGS. 14 (a), 15 (a), 16 (a), and 17 (a) show time waveforms of various types of drive signals, and FIGS. 14 (b), 15 (b), and FIG. 16 (b) and FIG. 17 (b) show (time changes in) the frequencies of the corresponding drive signals.
[0008]
The drive signal in FIG. 14A is generated such that its frequency changes sinusoidally. The drive signal shown in FIG. 15A is generated such that its frequency changes stepwise. The drive signal of FIG. 16A is generated such that its frequency continuously changes from a low frequency (f0−Δf / 2) to a high frequency (f0 + Δf / 2) with a constant gradient. The drive signal in FIG. 17A is generated such that a period in which the frequency is fixed at the resonance frequency f0 and a period in which the frequency changes sinusoidally occur.
[0009]
The change over time of the frequency disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-131454 suppresses the growth of cavitation, disrupts the grown cavitation, reduces the cavitation in the growth process, and thereby reduces the therapeutic effect of cavitation. It is intended to wipe out the negative effects.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The effect of cavitation generated by ultrasonic waves is that the large pressure generated from cavitation bubbles damages tissues or cells in the living body, and secondly, the generated cavitation bubbles scatter ultrasonic waves, Thirdly, it may be an obstacle when transmitting ultrasonic energy to the region, and thirdly, the temperature may increase at an unintended part around the cavitation bubble.
[0011]
Since ESWL devices currently in practical use converge high-pressure shock waves (including high-intensity ultrasonic waves) over a wide area in the body, cavitation phenomena occur in a wide area in the body, and unintended portions of the body are not affected. Tissue or cell damage has occurred. On the other hand, the generation of high pressure due to the collapse of cavitation bubbles or cavitation bubbles is considered to be possible for the crushing of the calculus itself, but for that purpose, cavitation bubbles or cavitation bubbles are generated only in the very vicinity of the calculus. Therefore, technology to break this down is needed.
[0012]
Furthermore, in the ESWL device currently in practical use, since the crushed pieces are large, there is also a problem that the patient is distressed when it is discharged outside the body through the urethra after treatment. That is, there is a demand for a technique for making crushed pieces as fine as possible.
[0013]
The invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-131454 has a main focus on reducing cavitation during the growth process. By removing the cavitation from the ultrasonic wave propagation site, it is intended to effectively converge the ultrasonic wave only in a target region and avoid the above three problems. As a result, it is possible to obtain an efficient temperature rise in a target area where the ultrasonic waves are focused.
[0014]
However, when ultrasonic waves are used for calculus crushing, the calculus bubbles or cavitation bubble groups collapse and the calculus is crushed (here, the collapse of the bubbles or bubble groups means the bubble or bubble group). However, when implosion occurs due to fluctuations in the surrounding pressure, high energy is concentrated near the center of the bubble or bubble group, and a shock wave with a very large pressure is generated. It does not refer to the process of disappearing.) That is, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-131454 is intended to dissipate bubbles or bubbles, which is a contradiction to efficiently performing crushing of calculi. Technology cannot be used for efficient calculus breaking.
[0015]
Furthermore, in the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-131454, the generation region of cavitation bubbles or cavitation bubble groups is not sufficiently considered. Since cavitation is generated and grown for the purpose of calculus breaking, it is sufficient to generate and grow only in the vicinity of the calculus. On the other hand, the occurrence and growth of cavitation at a position away from the calculus increases the risk of destroying or damaging unwanted in vivo tissues or cells.
[0016]
That is, according to the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-131454, although the destruction and damage of tissue or cells in a living body due to cavitation are avoided, cavitation bubbles or a group of cavitation bubbles are collapsed. High energy that is sometimes concentrated cannot be used efficiently. In order to efficiently use high energy at the time of collapse of cavitation bubbles or cavitation bubble groups, it is necessary to use only the treatment site without using a technique for reducing cavitation such as the invention described in JP-A-8-131454. There is a need for a technique that locally generates and grows cavitation bubbles or cavitation bubbles and effectively causes the cavitation bubbles and cavitation bubbles to collapse only at the site.
[0017]
The present invention has been made in view of such circumstances, and irradiates an ultrasonic wave toward an object in which liquid is present in at least a part of the surroundings to locally apply high energy to the object. It is intended to provide a method or apparatus that can perform the method. The present invention can be used for crushing gallstones, which are considered difficult to crush in existing calculus crushing devices, in addition to calculus crushing. In addition, the present invention can be used in a wide range of applications.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a method of locally applying high energy to an object by irradiating an ultrasonic wave toward an object where liquid is present in at least a part of the surroundings. Irradiation toward the object to generate and grow cavitation bubbles (hereinafter referred to as bubbles) or cavitation bubbles (hereinafter referred to as bubbles) in a limited region of the liquid existing at least partially around the object. One step and, after the first step, irradiating the object with low-frequency ultrasonic waves to generate and grow bubbles in a liquid existing at least partially around the object. Alternatively, there is provided a second step of locally applying high energy to the object by causing the bubbles to resonate and collapse, thereby providing an ultrasonic irradiation method.
[0019]
According to the present invention, by irradiating a high-frequency ultrasonic wave toward an object, a bubble or a group of bubbles is generated and grown in a limited region of a liquid existing at least partially around the object. Then, by irradiating a low-frequency ultrasonic wave toward the object to resonate and collapse bubbles or bubbles that have been generated and grown in the liquid existing at least partially around the object. Thus, high energy can be locally applied to the object. That is, energy can be applied to the target object very efficiently.
[0020]
In summary, while the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-131454 was intended to reduce cavitation, the present invention concentrates cavitation in a very narrow area spatially, This is to achieve efficient high energy concentration by effectively utilizing high energy at the time of cavitation collapse.
[0021]
Alternatively, the present invention is a method of locally applying high energy to an object by irradiating an ultrasonic wave toward an object in which liquid is present in at least a part of the surroundings, the method comprising: A first step of irradiating an ultrasonic wave toward the object; and a second step of irradiating the object with a low-frequency ultrasonic wave after the first step, and the irradiation is performed in the first step. The frequency of the ultrasonic wave is 100 kHz or more, and the frequency of the ultrasonic wave applied in the second step is not more than half the frequency of the high frequency ultrasonic wave applied in the first step. This is an ultrasonic irradiation method.
[0022]
According to the present invention, by irradiating a high frequency ultrasonic wave of 100 kHz or more toward an object, bubbles or a group of bubbles are formed in a limited region of the liquid existing at least partially around the object. Can be generated and grown. Then, by irradiating the object with low-frequency ultrasonic waves having a frequency equal to or less than half of the frequency of the high-frequency ultrasonic waves, the liquid is generated in the liquid existing at least partially around the object. In addition, the bubble or bubble group that has been grown can resonate and collapse. Thereby, high energy can be locally applied to the target object.
[0023]
Preferably, the frequency of the high-frequency ultrasonic wave in the first step is 1 MHz or more and 10 MHz or less, and the frequency of the low-frequency ultrasonic wave in the second step is a high-frequency ultrasonic wave applied in the first step.周波 数 or less of the frequency.
[0024]
In this case, by irradiating a high frequency ultrasonic wave of 1 MHz or more and 10 MHz or less toward the object, a bubble or a group of bubbles is formed in a limited region of the liquid existing at least partially around the object. Can be generated and grown. Then, by irradiating the object with low-frequency ultrasonic waves having a frequency equal to or less than half of the frequency of the high-frequency ultrasonic waves, the liquid is generated in the liquid existing at least partially around the object. In addition, the bubble or bubble group that has been grown can resonate and collapse. Thereby, high energy can be locally applied to the target object. The wavelength of the ultrasonic wave becomes shorter as the frequency becomes higher, and accordingly, the focal region formed by the ultrasonic wave becomes narrower. That is, by increasing the frequency of high-frequency ultrasonic waves to generate and grow bubbles or bubbles, in the liquid present at least partially around the object, the region where bubbles or bubbles are generated, It can be even narrower. This makes it possible to further narrow the region where high energy is locally applied to the target object.
[0025]
Preferably, the second step is performed substantially continuously after the first step.
[0026]
Irradiation of ultrasonic waves is preferably performed in such a manner that the ultrasonic waves converge in the vicinity of the object. As a source of the converging ultrasonic wave, for example, a concave piezoelectric element can be used.
[0027]
Preferably, the region where bubbles or a group of bubbles is generated in the first step is a region where the distance from the periphery of the object is 1 mm or less. When air bubbles or air bubbles are locally formed in the vicinity of such an object, energy can be more efficiently applied to the object.
[0028]
Preferably, after the second step, an interval step of not irradiating the ultrasonic wave toward the object is further provided. The interval step is a calming step for temporarily dissipating bubbles or groups of bubbles that have resonated or collapsed in the second step. In the interval step, an ultrasonic wave having an intensity that does not induce the generation and growth of bubbles may be applied. By using the acoustic stream generated thereby, it is possible to promote the dissipation of bubbles or bubbles existing around the object. Further, it is possible to promote the effect of causing the fragments of the object or the foreign matter removed from the object to flow away from the periphery of the object.
[0029]
Preferably, the duration of the interval step is a time sufficient for the remaining bubbles to dissolve and diffuse after the second step. For example, the duration of the interval step is 100 μsec or more.
[0030]
Preferably, the first step, the second step, and the interval step are periodically repeated in the order. As a result, in a local region near the object, the cycle of generation, growth, resonance, collapse, and dissipation (calming) of bubbles is repeated, and energy is efficiently applied to the object repeatedly.
[0031]
The duration of the first step and the second step is, for example, about 100 μsec. This is a time corresponding to about 100 1 MHz ultrasonic waves. The duration of the first step and the second step may be determined by detecting an actual bubble formation state or the like. The bubble formation state can be detected, for example, from the state of the generated sound.
[0032]
Specifically, when the object is any of a calcium compound, a magnesium phosphate compound, an ammonium phosphate compound, a crystal of uric acid, a crystal of an amino acid, and a crystal of cholesterol present in the living body of an animal other than a human, the second step May be a step of crushing the object by locally applying high energy to the object.
[0033]
Alternatively, when foreign matter is attached to the object, the second step may be a step of locally applying high energy to the object to peel or remove the foreign matter from the object.
[0034]
Alternatively, the second step may be a step of locally applying high energy to the object to change characteristics of the object.
[0035]
Alternatively, the second step may be a step in which high energy is locally applied to a living body of an animal other than a human to cause thermal denaturation of tissues or cells in the living body.
[0036]
Further, the present invention, based on the set frequency information, an ultrasonic generation source that generates an ultrasonic wave of a frequency corresponding to the frequency information, a frequency control unit for setting the frequency information in the ultrasonic generation source, The first frequency control is configured to set the frequency information that the high frequency continues in the first predetermined time and the low frequency continues in the second predetermined time following to the ultrasonic generation source. The high frequency in the first predetermined time is 100 kHz or more, and the low frequency in the second predetermined time is less than half the high frequency in the first predetermined time. Device.
[0037]
According to the present invention, by irradiating a high frequency ultrasonic wave of 100 kHz or more toward an object, bubbles or a group of bubbles are formed in a limited region of the liquid existing at least partially around the object. Can be generated and grown. Then, by irradiating the object with low-frequency ultrasonic waves having a frequency equal to or less than half of the frequency of the high-frequency ultrasonic waves, the liquid is generated in the liquid existing at least partially around the object. In addition, the bubble or bubble group that has been grown can resonate and collapse. Thereby, high energy can be locally applied to the target object. That is, energy can be applied to the target object very efficiently.
[0038]
Preferably, the high frequency in the first predetermined time is 1 MHz or more and 10 MHz or less, and the low frequency in the second predetermined time is a half of the frequency of the high frequency ultrasonic wave in the first predetermined time. 1 or less.
[0039]
In this case, by irradiating a high frequency ultrasonic wave of 1 MHz or more and 10 MHz or less toward the object, a bubble or a group of bubbles is formed in a limited region of the liquid existing at least partially around the object. Can be generated and grown. Then, by irradiating the object with low-frequency ultrasonic waves having a frequency equal to or less than half of the frequency of the high-frequency ultrasonic waves, the liquid is generated in the liquid existing at least partially around the object. In addition, the bubble or bubble group that has been grown can resonate and collapse. Thereby, high energy can be locally applied to the target object. The wavelength of the ultrasonic wave becomes shorter as the frequency becomes higher, and accordingly, the focal region formed by the ultrasonic wave becomes narrower. That is, by increasing the frequency of high-frequency ultrasonic waves to generate and grow bubbles or bubbles, in the liquid present at least partially around the object, the region where bubbles or bubbles are generated, It can be even narrower. This makes it possible to further narrow the region where high energy is locally applied to the target object.
[0040]
Alternatively, the present invention is based on frequency information to be set, based on the frequency information, an ultrasonic wave generating source that generates ultrasonic waves corresponding to the frequency information, and a frequency control unit for setting the frequency information in the ultrasonic wave generating source And the frequency control unit sets frequency information that the high frequency continues for a first predetermined time and the low frequency continues for a second predetermined time thereafter in the ultrasonic wave generation source. For the third predetermined time after the second predetermined time, ultrasonic waves are not irradiated, or ultrasonic waves having such an intensity that does not induce the generation and growth of bubbles or bubble groups are irradiated. An ultrasonic irradiation apparatus characterized in that:
[0041]
According to the present invention, by irradiating high-frequency ultrasonic waves toward an object in which liquid is present in at least a part of the periphery, a limited region of the liquid present in at least part of the periphery of the object Bubbles or groups of bubbles can be generated and grown therein. Then, by irradiating the object with low-frequency ultrasonic waves, the bubbles or bubbles that have been generated and grown in the liquid existing at least partially around the object resonate and collapse. Can be done. Furthermore, by not irradiating the ultrasonic waves during the third predetermined time thereafter, the resonated or collapsed air bubbles or air bubbles can be once dissipated. Alternatively, during the third predetermined time, ultrasonic waves having such an intensity that does not induce the generation and growth of bubbles may be applied. By using the acoustic stream generated thereby, it is possible to promote the dissipation of bubbles or bubbles existing around the object. Further, it is possible to promote the effect of causing the fragments of the object or the foreign matter removed from the object to flow away from the periphery of the object. Thereby, while high energy can be locally applied to the target object, it is possible to prevent objects around the target object from being damaged by collapse of bubbles or bubbles.
[0042]
Preferably, the third predetermined time is a time sufficient for the remaining air bubbles to dissolve and diffuse after the second predetermined time. For example, the third predetermined time is 100 μsec or more.
[0043]
Also, preferably, the ultrasonic irradiation device comprises: a first irradiation step of high-frequency ultrasonic waves for a first predetermined time, and a subsequent second irradiation step of low-frequency ultrasonic waves for a second predetermined time. An interval step of not irradiating ultrasonic waves for the third predetermined time period thereafter, or irradiating only ultrasonic waves having such an intensity that does not induce generation and growth of bubbles, is repeatedly performed. Has become. As a result, in a local region near the object, the cycle of generation, growth, resonance, collapse, and dissipation (calming) of bubbles or a group of bubbles is repeated, and energy is efficiently applied to the object repeatedly.
[0044]
Specifically, according to the present invention, based on frequency information to be set, an ultrasonic generation source that generates ultrasonic waves having a frequency corresponding to the frequency information, and a frequency for setting frequency information to the ultrasonic generation source A frequency controller that sets a frequency information indicating that a high frequency continues for a first predetermined time and a low frequency continues for a second predetermined time that follows. Irradiation of high-frequency ultrasonic waves for a first predetermined period of time, the calcium compound, magnesium phosphate compound, ammonium phosphate compound, uric acid crystal, amino acid crystal, cholesterol crystal existing in the living body A bubble or group of bubbles is generated and grown in any of the surrounding confined regions, and the subject is irradiated with low frequency ultrasonic waves for a second predetermined time. An ultrasonic irradiation apparatus characterized in that high-energy is locally applied to the target object to crush the target object by resonating and collapsing bubbles or bubbles that have been generated and grown around the object. is there.
[0045]
Alternatively, according to the present invention, based on the set frequency information, an ultrasonic wave having a frequency corresponding to the frequency information is generated toward the inside of the liquid storage chamber, based on the set frequency information. And a frequency control unit for setting frequency information to the ultrasonic generation source, wherein the high frequency continues for a first predetermined time, and the second The frequency information that the low frequency continues for a predetermined time is set in the ultrasonic wave generating source, and the irradiation of the high frequency ultrasonic wave for the first predetermined time causes the vicinity of the object to which the foreign matter adheres to the object. Bubbles and bubbles are generated and grown in a limited area of the liquid, and the bubbles or bubbles that have been generated and grown around the object by low-frequency ultrasonic irradiation for a second predetermined time. Is an ultrasound irradiation device, characterized in that the peel or remove foreign matter from the object by applying the locally high energy to said object by disrupting resonate bubbles group.
[0046]
Alternatively, the present invention provides a liquid storage chamber in which an object can be fixed, and an ultrasonic wave that generates, based on the set frequency information, an ultrasonic wave having a frequency corresponding to the frequency information toward the inside of the liquid storage chamber. A sound wave source, and a frequency control unit for setting frequency information to the ultrasonic wave source, wherein the frequency control unit continues the high frequency for a first predetermined time and the second predetermined time that follows. The low frequency continues, the frequency information that the low frequency continues, is set to the ultrasonic generation source, the irradiation of the high frequency ultrasonic for a first predetermined time, the liquid around the object is limited A bubble or bubble group is generated and grown in the region, and the bubble or bubble group generated and grown around the object is resonated and collapsed by irradiation of low-frequency ultrasonic waves for a second predetermined time. An ultrasonic irradiation apparatus characterized by changing the properties of the object by applying the locally high energy to the object by.
[0047]
Alternatively, the present invention is based on frequency information to be set, based on the frequency information, an ultrasonic wave generating source that generates ultrasonic waves corresponding to the frequency information, and a frequency control unit for setting the frequency information in the ultrasonic wave generating source And the frequency control unit sets frequency information that the high frequency continues for a first predetermined time and the low frequency continues for a second predetermined time thereafter in the ultrasonic wave generation source. The high-frequency irradiation for a first predetermined time generates and grows bubbles or a group of bubbles in a limited region of a tissue or cells existing in a living body, and the low-frequency irradiation for a second predetermined time. By irradiating ultrasonic waves, bubbles or bubbles that have been generated and grown in a limited area of a tissue or cells in a living body resonate and collapse, thereby causing local The high energy imparted to an ultrasonic irradiation apparatus characterized by causing thermal denaturation to the object.
[0048]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0049]
First, FIG. 1 is a simulation result showing a frequency characteristic of a maximum pressure generated in a bubble with respect to a pressure wave applied around the bubble when the bubble is formed in a cloud shape.
[0050]
In this simulation, a bubble group (bubble cloud) formed in a convergent sound field that converges at a focal point when the concave bubble generating actuator vibrates at a vibration frequency of 3 MHz is assumed. In the focal region, the ultrasonic waves converge, the water is torn by a large negative pressure, and bubbles are generated in the liquid due to the cavitation phenomenon. It was assumed that the individual bubbles in the generated bubble group grew to a bubble diameter having a resonance frequency of 3 MHz. Specifically, the radius of the bubble cloud is 0.75 mm, the radius of each bubble is 1.0 μm, the void ratio (volume ratio of the bubbles to the total volume of the fluid) is 0.1%, the initial ambient pressure is 101.3 kPa, The initial temperature is 293K. The pressure waves applied around the bubbles were sine waves, and the amplitudes were 10 kPa, 50 kPa, and 100 kPa.
[0051]
As shown in FIG. 1, when the ambient pressure of the bubble cloud is increased, the maximum pressure inside the bubble rapidly increases, and the frequency band reaching high pressure is also widened. Specifically, the maximum pressure for a 110 kHz pressure wave having an amplitude of 100 kPa is 500 MPa.
[0052]
That is, the bubble group resonates at 110 kHz, which is the resonance frequency of the bubble group, instead of the resonance frequency of a single bubble. On the other hand, it is understood that the pressure in the bubble does not substantially increase at 3 MHz (the resonance frequency of a single bubble) which is the vibration frequency of the bubble generating actuator.
[0053]
That is, in order to generate bubbles locally, it is preferable to use high-frequency ultrasonic waves. However, even if irradiation with high-frequency ultrasonic waves is continued, energy is scattered by the generated bubbles, and bubbles are generated. No group resonance and collapse occur.
[0054]
Based on the results of FIG. 1, the present inventor first generates bubbles locally using high-frequency (100 kHz or more) ultrasonic waves, and then generates low-frequency (2 minutes of high-frequency ultrasonic waves). It has been found that a process of generating high energy by causing the bubbles to resonate and collapse by using ultrasonic waves (1 or less) can be realized.
[0055]
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a process found by the present inventor. In this process, first, as shown in FIG. 2A, high-frequency (short-wavelength) ultrasonic waves are used to generate bubbles or bubbles in a local region near an object (a spherical object in FIG. 2). Spawn and grow groups. Subsequently, as shown in FIG. 2B, bubbles or bubbles generated and grown near the object are resonated and collapsed by using low-frequency (long-wavelength) ultrasonic waves, and the collapse is performed. Is applied to the target object to crush the target object, for example.
[0056]
FIG. 3 is a schematic block diagram showing an actually manufactured ultrasonic irradiation apparatus. The ultrasonic irradiation apparatus 1 shown in FIG. 3 includes an ultrasonic generation source 10, an analysis system 20, a circulation system 30, and a camera system 40.
[0057]
The ultrasonic generator 10 includes a function generator 11, an ultrasonic amplifier 12, and a piezo transducer 13. The function generator 11 is connected to a PC (personal computer) 21 of the analysis system 20 and outputs a waveform edited by the PC 21.
[0058]
More specifically, the waveform editing software used in the PC 21 is Agilent BenchLink Arb. Using this software, it is possible to create a sine wave, a square wave, a triangular wave, and a waveform obtained by taking the sum, difference, and product of these waveforms. On the other hand, the function generator 11 is an arbitrary waveform generator 33120A of Agilent.
[0059]
FIG. 4 is a diagram illustrating an appearance of the piezo transducer 13. The piezoelectric transducer 13 shown in FIG. 4 uses a C-213 material (PZT) manufactured by Fuji Ceramics as a concave piezoelectric element, has a radius of curvature of 80 mm, an opening radius of 40 mm (Fnumber = 1.0), and is unique. The frequency is 500 kHz. The electrode of the concave piezoelectric element is a silver electrode, and the electrode is connected to the function generator 11 via the ultrasonic amplifier 12.
[0060]
Such a concave piezoelectric element is adhered to a hollow flange made of aluminum to form a piezo transducer 13. The resonance frequency of the entire piezo transducer 13 is 534 kHz. Therefore, due to the characteristics of the piezo element, an ultrasonic wave having a frequency of 534 kHz × (2n + 1) (n is an integer) can be generated with a relatively large amplitude as a higher-order mode. The frequency corresponding to the (2n + 1) times mode of the used piezo transducer is determined by actually measuring the output from the piezo transducer. The frequency of the 3 times mode is 1.632 MHz, and the frequency of the 5 times mode is 2.726 MHz and 7 times. The frequency of the mode is 3.815 MHz.
[0061]
The ultrasonic waves emitted from the piezo transducer 13 travel through the water stretched in the acrylic water tank 31 and converge at a focal position of 80 mm from the surface of the concave piezoelectric element. The acrylic water tank has a shape obtained by cutting the back of a rectangular parallelepiped of 200 mm x 200 mm x 550 mm at an angle of 45 degrees, and prevents ultrasonic waves from reflecting on the wall surface and disturbing the sound field near the focal point.
[0062]
As shown in FIG. 3, the water stretched in the acrylic water is circulated in the order of the pure water device 32 and the degasser 33 to maintain a suitable purity and deaeration. The degree of deaeration is monitored by a DO meter 36 (OM-10 manufactured by Horiba, Ltd.).
[0063]
The camera system 40 includes an ultra-high-speed camera 41 capable of capturing an image with an exposure time of at least 5 ns and an interframe of 5 ns.
[0064]
Other features of the ultrasonic irradiation apparatus shown in FIG. 3 are described in detail in Chapter 7 of the master's thesis "Medical application of focused ultrasound" by Susumu Yoshizawa, one of the present inventors. Will be omitted here. The contents of the master's thesis “Medical Application of Convergent Ultrasound” are incorporated herein by reference.
[0065]
Now, bubbles generated when the 534 kHz ultrasonic wave is irradiated on a spherical object (set near the focal point of the ultrasonic wave in the water tank 31) as a model stone using the ultrasonic irradiation apparatus shown in FIG. FIG. 5 shows a group of images captured by the ultra-high-speed camera 41 with respect to the state of formation.
[0066]
As shown in FIG. 5, when the 534 kHz ultrasonic wave is continuously irradiated, large bubbles are formed in a group and formed in a relatively wide area in front of the spherical object. The energy of the bubble group that grows and collapses in a region far from the spherical object is not sufficiently transmitted to the spherical object, resulting in an energy loss. In particular, when the purpose is crushing of a calculus in a living body, the collapse of air bubbles at a location away from the calculus leads to damage to tissues or cells in the living body unrelated to the calculus.
[0067]
On the other hand, a group of images taken by the ultra-high-speed camera 41 is shown for the bubble formation state when a 3.815 MHz ultrasonic wave, which is a mode seven times that of the piezo transducer, is irradiated to a spherical object as a model stone. It is shown in FIG.
[0068]
As shown in FIG. 6, when the 3.815 MHz ultrasonic wave is continuously irradiated, a bubble group including fine bubbles is formed only in a relatively narrow range on the front side of the spherical object. In this case, the bubble group is formed only in a region from the periphery of the target object to 1 mm on the near side. Such a bubble group does not collapse even when the irradiation of the 3.815 MHz ultrasonic wave is continued. Thus, of course, no energy is transmitted to the spherical object.
[0069]
Next, according to an embodiment of the method of the present invention, a spherical object as a model stone is irradiated with 175 ultrasonic waves at 3.815 kHz, which is seven times the vibration mode of the piezo transducer, and then at 545 kHz. (The ultrasonic wave at 545 kHz is one seventh of 3.815 MHz. The actual resonance frequency of the piezo transducer is 534 kHz, but 545 kHz is used for the sake of simplicity of the experiment. Also, the frequency of 534 kHz and 545 kHz are used. It has been confirmed that the pressure amplitude of the ultrasonic wave at the focal point obtained at the frequency of (1) is substantially equal.) FIG. . The ultrasonic frequency is switched from 3.815 MHz to 545 kHz between the fifth frame and the sixth frame.
[0070]
As shown in FIG. 7, in the case of the present embodiment, after a bubble group composed of fine bubbles is generated and grown only in a relatively narrow range in front of the spherical object, the bubble group resonates and collapses. However, sufficiently high energy can be applied to the spherical object.
[0071]
Here, the present inventor has found that it is preferable to repeatedly perform irradiation of high-frequency ultrasonic waves and irradiation of low-frequency ultrasonic waves in order to continuously apply energy to an object. .
[0072]
FIGS. 8 and 9 show two specific embodiments in which the irradiation of high-frequency ultrasonic waves and the irradiation of low-frequency ultrasonic waves are repeatedly performed.
[0073]
In the case shown in FIG. 8, after irradiation of 175 waves of a sine waveform of 3.815 MHz (first step), an interval of about 50 μs is provided, and irradiation of five waves of a 545 kHz sine waveform is performed (second step). This is a control cycle (after the second step, there is an interval of about 100 ms (burst frequency is 10 Hz)).
[0074]
In the case shown in FIG. 9, after the irradiation of the sine waveform of 175 waves of 3.815 MHz, the irradiation of 5 waves of the 545 kHz sine wave is continuously performed, and thereafter, a control cycle in which an interval of about 100 ms is provided.
[0075]
According to each control cycle of FIGS. 8 and 9, a model stone crushing experiment was performed. The model stone used here is a model stone used for a performance test of an ESWL device made of alumina and has a diameter of about 13 mm.
[0076]
8 and 9, the burst frequency is 10 Hz (that is, the time of the interval step is about 100 ms). In each case of FIGS. 8 and 9, each control cycle was repeated continuously for 30 minutes.
[0077]
FIG. 10 shows the crushing result when the control cycle of FIG. 8 is used. On the other hand, the crushing result when the control cycle of FIG. 9 is used is shown in FIG.
[0078]
As shown in FIG. 10, when a long interval of 50 μs is provided between the first step and the second step, bubbles or bubbles formed in the first step are dissipated, and the purpose of the present invention is considered. Effect is not sufficiently obtained.
[0079]
On the other hand, as shown in FIG. 11, when the first step and the second step are continuously performed and an interval is provided after the second step, the bubbles or bubble groups generated and grown in the first step are removed by the first step. While resonating and collapsing in the two steps to break the model stone very efficiently, the bubbles or bubbles are calmed down in the 100 ms interval step after the second step, so that the local destruction of the stone model is prevented. Can continue.
[0080]
When a control cycle in which an interval step of about 100 ms is provided after irradiation of 175 sine waves of 3.815 MHz (a control cycle in which the second step is not performed), the model stone is not crushed at all. Was.
[0081]
Further, from other experimental results by the present inventor, it has been found that the interval time necessary for calming the air bubbles after the second step is preferably 100 μsec or more.
[0082]
FIG. 12 is a graph illustrating that the generation and growth of bubbles are not induced when the intensity of the ultrasonic pressure is relatively small. This is obtained by measuring the pressure amplitude (value from the negative peak to the positive peak) of the focal point in water when a 3 MHz ultrasonic wave is generated from the piezo transducer by the hydrophone 50. The horizontal axis of the graph in FIG. 12 represents the pressure amplitude under the same condition in a region where no bubble or bubble group is generated and the waveform of the ultrasonic wave is not distorted, and is proportional to the output of the ultrasonic wave. The vertical axis is the pressure amplitude measured by the hydrophone 50 at the geometric focus of the piezo transducer 13. In FIG. 12, as the ultrasonic output (corresponding to the horizontal axis) is increased, the value of the pressure amplitude of the ultrasonic wave at the focal point (corresponding to the vertical axis) deviates from the straight line with the threshold at about 6.8 MPa. Is saturated at about 7 MPa. This indicates that bubbles or bubbles are generated by the cavitation phenomenon, and the pressure amplitude cannot further increase. That is, if the ultrasonic wave does not exceed the threshold value of the pressure amplitude (about 7 MHz in this case), no bubble or bubble group is generated.
[0083]
FIG. 13 is a photograph taken by the high-speed camera 41 of a state near the focal point when an ultrasonic wave having a relatively weak pressure amplitude having a frequency of about 3 MHz is generated from the piezo transducer. The shaded line in the photograph is due to 3 MHz ultrasonic waves. According to this, it can be seen that no bubble or bubble group is generated in the case of the ultrasonic wave having a relatively weak pressure amplitude applied at this time. That is, by irradiating the object with ultrasonic waves having a relatively weak pressure amplitude after the second step, an acoustic stream generated by the ultrasonic waves can be used, and the bubbles or bubbles remaining around the calculus can be dissipated. Can be promoted. Further, it is possible to promote the effect of flowing the crushed pieces of the calculus crushed in the second step from around the calculus.
[0084]
Although the above embodiments have been described with reference to crushing a calculus, the method of the present invention is applied to a calcium compound such as a calculus in which an object is present in a living body of an animal other than a human, a magnesium phosphate compound, an ammonium phosphate compound, The second step is a step of crushing the object by locally applying high energy to the object, which is a crystal of uric acid, a crystal of an amino acid, or a crystal of cholesterol. possible.
[0085]
In this case, an apparatus for implementing the method includes, based on the set frequency information, an ultrasonic generation source (for example, a function generator 11) that generates an ultrasonic wave having a frequency corresponding to the frequency information, A frequency control unit (for example, PC 21) for setting frequency information to the source. Then, the frequency control unit is configured to set the frequency information that the high frequency continues in the first predetermined time and the low frequency continues in the subsequent second predetermined time in the ultrasonic wave generation source, Any of calcium compounds, magnesium phosphate compounds, ammonium phosphate compounds, crystals of uric acid, crystals of amino acids, and crystals of cholesterol present in the living body of an animal other than a human by irradiation of high-frequency ultrasonic waves for a first predetermined time A bubble or bubble group is generated and grown in a limited area around the object, and the bubble or bubble group generated around the object by irradiation of low-frequency ultrasonic waves for a second predetermined time. By resonating and collapsing to locally apply high energy to one of the objects to crush the object. Such a device is also used when the object is any of calcium compounds such as stones, magnesium phosphate compounds, ammonium phosphate compounds, crystals of uric acid, crystals of amino acids, and crystals of cholesterol present in the human body. It is possible.
[0086]
Alternatively, the method of the present invention is applicable to an object to which foreign matter is attached, and the second step is a step of locally applying high energy to the object to peel or remove the foreign matter from the object. Can be
[0087]
In this case, an apparatus for implementing the method includes a liquid storage chamber into which an object to which foreign matter adheres can be charged, and an ultrasonic wave having a frequency corresponding to the frequency information based on the set frequency information. An ultrasonic wave source (for example, the function generator 11) generated toward the inside of the room, and a frequency control unit (for example, the PC 21) for setting frequency information to the ultrasonic wave source are provided. Then, the frequency control unit is configured to set the frequency information that the high frequency continues in the first predetermined time and the low frequency continues in the subsequent second predetermined time in the ultrasonic wave generation source, Irradiation of high-frequency ultrasonic waves for a first predetermined time generates and grows bubbles or a group of bubbles in a limited region of the liquid around the object on which the foreign matter has adhered, and the second predetermined time. By irradiating low-frequency ultrasonic waves, bubbles or bubbles that have been generated and grown around the object are resonated and collapsed, thereby locally applying high energy to the object and applying energy to the object from the object. It is characterized in that foreign matter is removed or removed.
[0088]
According to this, a so-called ultrasonic cleaning process can be realized with extremely high efficiency.
[0089]
Alternatively, the second step may be a step of locally applying high energy to the object to change the characteristics of the object.
[0090]
In this case, the device for realizing the method includes a liquid storage chamber in which an object can be fixed, and, based on the set frequency information, an ultrasonic wave having a frequency corresponding to the frequency information in the liquid storage chamber. The apparatus includes an ultrasonic generation source (for example, function generator 11) generated inward, and a frequency control unit (for example, PC 21) for setting frequency information to the ultrasonic generation source. Then, the frequency control unit is configured to set the frequency information that the high frequency continues in the first predetermined time and the low frequency continues in the subsequent second predetermined time in the ultrasonic wave generation source, Irradiation of high frequency ultrasonic waves for a first predetermined time generates and grows bubbles or bubbles in a limited area of the liquid around the object, and generates low frequency ultrasonic waves for a second predetermined time. By irradiating sound waves, bubbles or bubbles that have been generated and grown around the object resonate and collapse, thereby locally applying high energy to the object and changing the characteristics of the object. It is characterized by the following.
[0091]
According to this, a so-called cavitation peening process can be realized with extremely high efficiency.
[0092]
Alternatively, the second step may be a step of locally applying high energy to an object to cause thermal degeneration of tissues or cells in a living body.
[0093]
In this case, an apparatus for implementing the method includes, based on the set frequency information, an ultrasonic generation source (for example, a function generator 11) that generates an ultrasonic wave having a frequency corresponding to the frequency information, A frequency control unit (for example, PC 21) for setting frequency information to the source. Then, the frequency control unit is configured to set the frequency information that the high frequency continues in the first predetermined time and the low frequency continues in the subsequent second predetermined time in the ultrasonic wave generation source, Irradiation of high-frequency ultrasonic waves for a first predetermined time generates and grows bubbles or bubbles in a limited region of a tissue or cells existing in a living body, and generates low-frequency waves for a second predetermined time. By applying ultrasonic waves, bubbles or bubbles that have been generated and grown in a limited area of tissue or cells existing in a living body resonate and collapse, thereby locally applying high energy to the object. It is characterized in that the object is thermally denatured by applying.
[0094]
According to this, so-called thermocoagulation therapy or heat coagulation therapy can be realized with extremely high efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a simulation result of a frequency response of a maximum pressure in a bubble to a surrounding pressure wave for a group of bubbles formed in a cloud shape.
FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of the method of the present invention.
FIG. 3 is a schematic block diagram showing one embodiment of the device of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an appearance of a piezo transducer.
FIG. 5 is a group of images showing a state of formation of a bubble group when the low-frequency ultrasonic wave of 534 kHz is continuously irradiated.
FIG. 6 is a group of images showing a state of formation of a bubble group when a high-frequency ultrasonic wave of 3.815 MHz is continuously irradiated.
FIG. 7 is a group of images showing the state of formation of a bubble group when a high-low ultrasonic wave of 3.815 MHz is irradiated after irradiating a low-frequency ultrasonic wave of 545 kHz.
FIG. 8 is a diagram illustrating a control cycle in a case where an interval is provided between irradiation of high-frequency ultrasonic waves and irradiation of low-frequency ultrasonic waves.
FIG. 9 is a diagram illustrating a control cycle when an interval is provided after irradiation of high-frequency ultrasonic waves and irradiation of low-frequency ultrasonic waves.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a calculus model crushed by applying the control cycle according to FIG. 8;
FIG. 11 is a schematic diagram showing a calculus model crushed by applying the control cycle according to FIG. 9;
FIG. 12 is a graph illustrating that relatively weak ultrasonic waves do not generate bubbles or bubble groups.
FIG. 13 is a high-speed camera photograph showing that bubbles or bubbles are not generated by relatively weak ultrasonic waves.
FIG. 14 is a diagram showing a conventional example of a temporal waveform of a frequency-modulated drive signal and a temporal change in frequency.
FIG. 15 is a diagram illustrating a conventional example of a temporal waveform of a frequency-modulated drive signal and a temporal change in frequency.
FIG. 16 is a diagram illustrating a conventional example of a temporal waveform of a frequency-modulated drive signal and a temporal change of a frequency.
FIG. 17 is a diagram showing a conventional example of a temporal waveform of a frequency-modulated drive signal and a temporal change in frequency.
[Explanation of symbols]
1 Ultrasonic manufacturing equipment
10 Ultrasonic source
11 Function Generator
12 Ultrasonic Amplifier
13 Piezo transducer 13
20 Analysis system
21 Personal computer (PC)
30 Circulation system
31 Aquarium
32 Pure water equipment
33 Degassa
40 camera system
41 Super High Speed Camera
50 Hydrophone

Claims (23)

超音波を周囲の少なくとも一部に液体が存在する対象物に向けて照射することによって、当該対象物に局所的に高エネルギを付与する方法であって、
高周波数の超音波を対象物に向けて照射して、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させる第１工程と、
前記第１工程の後に、低周波数の超音波を対象物に向けて照射して、当該対象物の周囲の少なくとも一部に存在する液体中に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって当該対象物に局所的に高エネルギを付与する第２工程と、
を備えたことを特徴とする超音波照射方法。A method of locally irradiating the object with high energy by irradiating an ultrasonic wave toward an object in which a liquid is present in at least a part of the surroundings,
A first step of irradiating a high-frequency ultrasonic wave toward the object to generate and grow bubbles or bubbles in a limited region of the liquid present at least partially around the object,
After the first step, the object is irradiated with low-frequency ultrasonic waves to resonate bubbles or bubbles that have been generated and grown in a liquid existing at least partially around the object. A second step of locally applying high energy to the object by causing the object to collapse.
An ultrasonic irradiation method, comprising: 超音波を周囲の少なくとも一部に液体が存在する対象物に向けて照射することによって、当該対象物に局所的に高エネルギを付与する方法であって、
高周波数の超音波を対象物に向けて照射する第１工程と、
前記第１工程の後に、低周波数の超音波を対象物に向けて照射する第２工程と、
を備え、
第１工程において照射される超音波の周波数は、１００ｋＨｚ以上であり、
第２工程において照射される超音波の周波数は、第１工程において照射される超音波の周波数の２分の１以下である
ことを特徴とする超音波照射方法。A method of locally irradiating the object with high energy by irradiating an ultrasonic wave toward an object in which a liquid is present in at least a part of the surroundings,
A first step of irradiating high-frequency ultrasonic waves toward an object;
After the first step, a second step of irradiating the object with low-frequency ultrasonic waves,
With
The frequency of the ultrasonic wave applied in the first step is 100 kHz or more,
An ultrasonic irradiation method, wherein the frequency of the ultrasonic wave applied in the second step is equal to or less than half the frequency of the ultrasonic wave applied in the first step. 第１工程において照射される超音波の周波数は、１ＭＨｚ以上で１０ＭＨｚ以下であり、
第２工程において照射される超音波の周波数は、第１工程において照射される超音波の周波数の２分の１以下である
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波照射方法。The frequency of the ultrasonic wave applied in the first step is 1 MHz or more and 10 MHz or less,
The ultrasonic irradiation method according to claim 2, wherein the frequency of the ultrasonic wave applied in the second step is equal to or less than half the frequency of the ultrasonic wave applied in the first step. 前記第２工程は、前記第１工程の後に、実質的に連続して実施される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波照射方法。The ultrasonic irradiation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the second step is performed substantially continuously after the first step. 第１工程において気泡もしくは気泡群が発生及び成長する領域は、対象物の周縁からの距離が１ｍｍ以下の領域に制御され得る
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波照射方法。The ultrasonic wave according to any one of claims 1 to 4, wherein a region in which bubbles or a group of bubbles are generated and grown in the first step can be controlled to a region having a distance from a periphery of the object of 1 mm or less. Irradiation method. 前記第２工程の後に、超音波を対象物に向けて照射しない、あるいは、気泡の発生及び成長を誘発しない程度の強度の超音波のみを照射するインターバル工程を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の超音波照射方法。After the second step, further comprising an interval step of not irradiating the ultrasonic waves toward the object or irradiating only ultrasonic waves having such an intensity that does not induce the generation and growth of bubbles. Item 6. An ultrasonic irradiation method according to any one of Items 1 to 5. インターバル工程の継続時間は、前記第２工程後に残存気泡が溶解及び拡散するのに十分な時間である
ことを特徴とする請求項６に記載の超音波照射方法。The ultrasonic irradiation method according to claim 6, wherein the duration of the interval step is a time sufficient for the remaining air bubbles to dissolve and diffuse after the second step. インターバル工程の継続時間は、１００μ秒以上である
ことを特徴とする請求項６に記載の超音波照射方法。The ultrasonic irradiation method according to claim 6, wherein the duration of the interval step is 100 µsec or more. 前記第１工程、前記第２工程及び前記インターバル工程が、当該順序で周期的に繰り返し実施される
ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の超音波照射方法。The ultrasonic irradiation method according to any one of claims 6 to 8, wherein the first step, the second step, and the interval step are periodically and repeatedly performed in this order. 対象物は、人間以外の動物の生体内に存在するカルシウム化合物、燐酸マグネシウム化合物、燐酸アンモニウム化合物、尿酸の結晶、アミノ酸の結晶、コレステロールの結晶のいずれかであり、
第２工程は当該対象物に局所的に高エネルギを付与して、当該対象物を破砕する工程である
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の超音波照射方法。The target object is any one of a calcium compound, a magnesium phosphate compound, an ammonium phosphate compound, a crystal of uric acid, a crystal of an amino acid, and a crystal of cholesterol, which are present in the living body of an animal other than a human,
The ultrasonic irradiation method according to any one of claims 1 to 9, wherein the second step is a step of locally applying high energy to the object to crush the object. 対象物には、異物が付着しており、
第２工程は、当該対象物に局所的に高エネルギを付与して、当該対象物から異物を剥離もしくは除去する工程である
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の超音波照射方法。Foreign matter is attached to the object,
The ultrasonic wave according to any one of claims 1 to 9, wherein the second step is a step of locally applying high energy to the object to separate or remove foreign matter from the object. Irradiation method. 第２工程は、当該対象物に局所的に高エネルギを付与して、当該対象物の特性を変化させる工程である
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の超音波照射方法。The ultrasonic irradiation method according to any one of claims 1 to 9, wherein the second step is a step of locally applying high energy to the object to change characteristics of the object. . 対象物は、人間以外の動物の生体内に存在する組織もしくは細胞のいずれかであり、
第２工程は当該対象物に局所的に高エネルギを付与して、当該対象物に熱的変性を起こす
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の超音波照射方法。The object is any tissue or cell present in the living body of an animal other than a human,
The ultrasonic irradiation method according to any one of claims 1 to 9, wherein the second step locally applies high energy to the object to cause thermal denaturation of the object. 設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を発生する超音波発生源と、
超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部と
を備え、
前記周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、
第１工程において照射される超音波の周波数は、１００ｋＨｚ以上であり、
第２工程において照射される超音波の周波数は、第１工程において照射される超音波の周波数の２分の１以下である
ことを特徴とする超音波照射装置。Based on the frequency information to be set, an ultrasonic generation source that generates an ultrasonic wave having a frequency corresponding to the frequency information,
A frequency control unit for setting frequency information in the ultrasonic source,
The frequency control unit is configured to set the frequency information that the high frequency continues in the first predetermined time and the low frequency continues in the subsequent second predetermined time in the ultrasonic wave generation source,
The frequency of the ultrasonic wave applied in the first step is 100 kHz or more,
An ultrasonic irradiation apparatus, wherein the frequency of the ultrasonic wave applied in the second step is equal to or less than half the frequency of the ultrasonic wave applied in the first step. 第１工程において照射される超音波の周波数は、１ＭＨｚ以上で１０ＭＨｚ以下であり、
第２工程において照射される超音波の周波数は、第１工程において照射される超音波の周波数の２分の１以下である
ことを特徴とする請求項１４に記載の超音波照射装置。The frequency of the ultrasonic wave applied in the first step is 1 MHz or more and 10 MHz or less,
The ultrasonic irradiation apparatus according to claim 14, wherein the frequency of the ultrasonic wave applied in the second step is equal to or less than half the frequency of the ultrasonic wave applied in the first step. 設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を発生する超音波発生源と、
超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部と、
を備え、
前記周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、
第２の所定時間の後の第３の所定時間の間、対象物に超音波を照射しないことが可能であるか、あるいは、気泡の発生及び成長を誘発しない程度の強度の超音波のみを照射することが可能である
ことを特徴とする超音波照射装置。Based on the frequency information to be set, an ultrasonic generation source that generates an ultrasonic wave having a frequency corresponding to the frequency information,
A frequency control unit for setting frequency information to the ultrasonic source,
With
The frequency control unit is configured to set the frequency information that the high frequency continues in the first predetermined time and the low frequency continues in the subsequent second predetermined time in the ultrasonic wave generation source,
During the third predetermined time after the second predetermined time, it is possible to irradiate the object with no ultrasonic waves, or to irradiate only ultrasonic waves with such an intensity that does not induce the generation and growth of bubbles. An ultrasonic irradiation apparatus characterized in that the ultrasonic irradiation apparatus can perform the operation. 第３の所定時間は、前記第２の所定時間後に残存気泡が溶解及び拡散するのに十分な時間である
ことを特徴とする請求項１６に記載の超音波照射装置。17. The ultrasonic irradiation apparatus according to claim 16, wherein the third predetermined time is a time sufficient for the remaining air bubbles to dissolve and diffuse after the second predetermined time. 第３の所定時間は、１００μ秒以上である
ことを特徴とする請求項１６に記載の超音波照射装置。17. The ultrasonic irradiation apparatus according to claim 16, wherein the third predetermined time is 100 μsec or more. 第１の所定時間に亘る高周波数の超音波の第１照射工程と、
それに続く第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の第２照射工程と、
それに続く請求項１６乃至１８のいずれかに記載の第３の所定時間に亘る工程と、
からなるサイクルを繰り返し実施するようになっている
ことを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれかに記載の超音波照射装置。A first irradiation step of high-frequency ultrasonic waves for a first predetermined time;
A second irradiation step of low-frequency ultrasonic waves for a second predetermined time period thereafter;
Subsequent steps for a third predetermined time period according to any of claims 16 to 18,
The ultrasonic irradiation apparatus according to any one of claims 16 to 18, wherein a cycle consisting of: is repeatedly performed. 設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を発生する超音波発生源と、
超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部と、
を備え、
前記周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、
第１の所定時間に亘る高周波数の照射によって、生体内に存在するカルシウム化合物、燐酸マグネシウム化合物、燐酸アンモニウム化合物、尿酸の結晶、アミノ酸の結晶、コレステロールの結晶のいずれかの周囲の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させ、
第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の照射によって、当該カルシウム化合物、燐酸マグネシウム化合物、燐酸アンモニウム化合物、尿酸の結晶、アミノ酸の結晶、コレステロールの結晶のいずれかの周囲に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって当該カルシウム化合物、燐酸マグネシウム化合物、燐酸アンモニウム化合物、尿酸の結晶、アミノ酸の結晶、コレステロールの結晶のいずれかに局所的に高エネルギを付与して当該カルシウム化合物、燐酸マグネシウム化合物、燐酸アンモニウム化合物、尿酸の結晶、アミノ酸の結晶、コレステロールの結晶のいずれかを破砕する
ことを特徴とする超音波照射装置。Based on the frequency information to be set, an ultrasonic generation source that generates an ultrasonic wave having a frequency corresponding to the frequency information,
A frequency control unit for setting frequency information to the ultrasonic source,
With
The frequency control unit is configured to set the frequency information that the high frequency continues in the first predetermined time and the low frequency continues in the subsequent second predetermined time in the ultrasonic wave generation source,
A high-frequency irradiation for a first predetermined time period causes a limited area around any of calcium compounds, magnesium phosphate compounds, ammonium phosphate compounds, uric acid crystals, amino acid crystals, and cholesterol crystals present in the living body. Generate and grow bubbles or bubbles inside,
Irradiation with low-frequency ultrasonic waves for a second predetermined time generates and grows around any of the calcium compound, magnesium phosphate compound, ammonium phosphate compound, uric acid crystal, amino acid crystal, and cholesterol crystal. By causing the bubbles or bubbles to resonate and collapse, the high energy is locally applied to any of the calcium compound, the magnesium phosphate compound, the ammonium phosphate compound, the uric acid crystal, the amino acid crystal, and the cholesterol crystal to apply the energy. An ultrasonic irradiation apparatus characterized by crushing any one of a calcium compound, a magnesium phosphate compound, an ammonium phosphate compound, a crystal of uric acid, a crystal of an amino acid, and a crystal of cholesterol. 異物が付着した対象物が投入され得る液体収容室と、
設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を液体収容室の内部に向けて発生する超音波発生源と、
超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部と、
を備え、
前記周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、
第１の所定時間に亘る高周波数の超音波の照射によって、異物が付着した対象物の周囲に存在する液体の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させ、
第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の照射によって、異物が付着した対象物の周囲に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって、当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物から異物を剥離もしくは除去する
ことを特徴とする超音波照射装置。A liquid storage chamber into which an object to which a foreign object has been attached can be inserted,
Based on the set frequency information, an ultrasonic generation source that generates an ultrasonic wave having a frequency corresponding to the frequency information toward the inside of the liquid storage chamber,
A frequency control unit for setting frequency information to the ultrasonic source,
With
The frequency control unit is configured to set the frequency information that the high frequency continues in the first predetermined time and the low frequency continues in the subsequent second predetermined time in the ultrasonic wave generation source,
Irradiation of high-frequency ultrasonic waves for a first predetermined time generates and grows bubbles or bubbles in a limited region of the liquid present around the object to which the foreign matter is attached,
By irradiating low-frequency ultrasonic waves for a second predetermined time, bubbles or bubbles that have been generated and grown around the object to which the foreign matter has adhered resonate and collapse, thereby causing the foreign matter to be locally applied to the object. An ultrasonic irradiation apparatus characterized in that high energy is applied to a target to separate or remove foreign matter from the object. 内部に対象物が固定され得る液体収容室と、
設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を液体収容室の内部に向けて発生する超音波発生源と、
超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部と、
を備え、
前記周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間においての低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、
第１の所定時間に亘る低周波数の超音波の照射によって、対象物の周囲の液体の限定的な領域中に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させ、
第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の照射によって、対象物の周囲に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって、当該対象物に局所的に高エネルギを付与して当該対象物の特性を変化させる
ことを特徴とする超音波照射装置。A liquid storage chamber in which an object can be fixed,
Based on the set frequency information, an ultrasonic generation source that generates an ultrasonic wave having a frequency corresponding to the frequency information toward the inside of the liquid storage chamber,
A frequency control unit for setting frequency information to the ultrasonic source,
With
The frequency control unit is configured to set the frequency information that the high frequency continues in the first predetermined time and the low frequency in the subsequent second predetermined time continues in the ultrasonic generation source,
Generating and growing bubbles or bubbles in a limited area of the liquid around the object by irradiating the low frequency ultrasonic waves for a first predetermined time;
By irradiating the low-frequency ultrasonic waves for the second predetermined time with the bubbles or bubbles generated and growing around the target object to resonate and collapse, high energy is locally applied to the target object. An ultrasonic irradiation device, wherein the ultrasonic irradiation device changes the characteristics of the object by giving the object. 設定される周波数情報に基づいて、当該周波数情報に対応する周波数の超音波を発生する超音波発生源と、
超音波発生源に周波数情報を設定するための周波数制御部と、
を備え、
前記周波数制御部は、第１の所定時間において高周波数が継続し、それに続く第２の所定時間において低周波数が継続する、という周波数情報を超音波発生源に設定するようになっており、
第１の所定時間に亘る高周波数の照射によって、生体内に存在する組織もしくは細胞の限定的な領域に気泡もしくは気泡群を発生及び成長させ、
第２の所定時間に亘る低周波数の超音波の照射によって、生体内に存在する組織もしくは細胞の限定的な領域に発生及び成長させられていた気泡もしくは気泡群を共振させ崩壊させることによって、当該対象物に局所的に高エネルギを付与し当該対象物に熱的変性を起こす超音波照射装置。Based on the frequency information to be set, an ultrasonic generation source that generates an ultrasonic wave having a frequency corresponding to the frequency information,
A frequency control unit for setting frequency information to the ultrasonic source,
With
The frequency control unit is configured to set the frequency information that the high frequency continues in the first predetermined time and the low frequency continues in the subsequent second predetermined time in the ultrasonic wave generation source,
Generating and growing bubbles or a group of bubbles in a limited region of a tissue or a cell existing in the living body by the irradiation of the high frequency for a first predetermined time;
By irradiating low-frequency ultrasonic waves for a second predetermined time, bubbles or bubbles that have been generated and grown in a limited region of a tissue or cells existing in the living body resonate and collapse, and An ultrasonic irradiation device that locally imparts high energy to an object and thermally denatures the object.

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