JP5657701B2 - 超音波変換器 - Google Patents
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Description
本発明は、超音波治療技術の分野に属し、より特定的には超音波変換器に関する。
病気の治療に超音波が使用される場合、超音波エネルギが伝達経路において大きく損失することにより、病巣に集束する超音波の強度が過度に低くなり、必要とされる臨床治療効果を実現できないことがある。超音波治療装置に関して現在解決することが求められれている厳しい技術的難点は、如何にして伝達経路上での超音波の大きな減衰を出来る限り多く減らすか、および如何にして治療部位での超音波強度を高めるかである。
本発明により解決される技術的課題は、先行技術に存在する上記の欠陥に鑑み、大きな超音波放射領域と、超音波源の作動周波数による影響を受け難い焦点性能とを有する超音波変換器を提供することにある。
本発明において、1つの超音波放射ユニットは、1つの波源であり、1つまたはそれ以上の数の超音波放射ユニットによって形成される球面共振空洞は、任意の形状のハウジングを有しても良い。球面共振空洞の内部空洞は、球面シェル形状、または球中心を含む横断球面シェル形状を有することのみを保証する必要がある。製造された球面共振空洞の内部空洞が完全な球面シェル形状を有する場合、球面共振空洞は、球面シェル形状を有する1つの超音波放射ユニットのみによって形成することができる、または、球面シェル形状を有する空洞は、各々が超音波放射ユニットである複数の小さい部品に分割することができ、すべての超音波放射ユニットは、等しい半径を有する球面波を放射することができる。換言すると、球面シェル形状を有する球面共振空洞は、等しい半径を有する球面波を放射する複数の超音波放射ユニットによって形成することができる。超音波放射ユニットは、超音波放射ユニットの球面から放射される超音波が球面波であるという条件が満たされる限りにおいて、任意のタイプの圧電材料から製造することができる。たとえば、平面超音波を放射することができる圧電材料と、レンズ焦点超音波変換器ユニットを形成する焦束レンズとを組み合せて使用することができ、球面シェル形状を有する内部空洞を形成するために、複数のレンズ焦点超音波変換器ユニットを併せて使用することができる。焦束レンズは、球中心からの距離が等しく、すべての焦束レンズの内側面を結合することによって形成される球面共振空洞の内部空洞は併せて球面シェル形状、または球中心を含む横断球面シェル形状を有する。このようなタイプの超音波放射ユニットも球面波を放射することができ、本発明における超音波放射ユニットの条件が満たされる。
本発明における超音波変換器は、1つまたは複数の超音波放射ユニットを含む。超音波放射ユニットが1つである場合、超音波放射ユニットは、完全な球面シェル形状の球面共振空洞を形成する。
1−超音波放射ユニット、10−シェル形球面空洞、11−冠形球面空洞、12−切頂球面空洞、13,14−錐台形球面空洞、15−平面圧電ウエハ、16−焦束レンズ、20−穴、h1−冠形球面空洞の高さ、h2−切頂球面空洞の高さ、R−球の半径、S1−上側底面、S2−下側底面。
本発明は、図面および実施例に関連付けられ、以下でさらに詳細に記載される。
第1の実施例:
この実施例において、超音波変換器は、超音波を反射する機能を有する1つの超音波放射ユニットを含み、超音波放射ユニットは、自動焦点超音波変換器ユニットである。超音波放射ユニットから放射される超音波の波面は、均一な半径を有する球面であり、放射される超音波は球面波である。超音波放射ユニットは、球面共振空洞を形成するように構成され、その内部空洞は、完全な球面シェル形状を有し、これによって完全に閉じられた音響経路を有するシェル形球面共振空洞を形成する。シェル形球面共振空洞の焦点領域は、球面共振空洞の球中心が位置する領域である。
図2に示されるように、この実施例においては、超音波変換器によって形成される球面共振空洞の内部空洞は、完全な球面シェル形状を有し、第2の実施例と第1の実施例との違いは、球面シェル形状を有する球面共振空洞が、超音波放射ユニット1つのみによって形成されていないことである。球面シェル形状を有する球面共振空洞の内部空洞は、切頂球面空洞12(図3および図4に示される)と冠形球面空洞11とによって形成される。切頂球面空洞12の底面は、冠形状の球面空洞11の底面に接合され、切頂球面空洞12と冠形球面空洞11との間の接続は、取り外しが可能である。
図5、図6、および図7に示されるように、この実施例においては、超音波変換器によって形成される球面共振空洞の内部空洞は、球中心を含む横断球面シェル形状を有し、内部空洞は、規則錐台形球面空洞13として構成される。
図8に示されるように、この実施例においては、超音波変換器によって形成された球面共振空洞の内部空洞は、球中心を含む横断球面シェル形状を有し、内部空洞は、不規則錐台形球面空洞14として構成される。
この実施例と第3の実施例との間の違いは、この実施例における超音波変換器の超音波放射ユニットが、平面超音波を放射することが可能な圧電材料と焦束レンズとを組み合わせることによって形成される点にある。換言すると、超音波放射ユニットは、レンズ焦点超音波変換器ユニットとして構成される。図9、図10、および図11に示されるように、この実施例においては、球面共振空洞は、4つの平面圧電ウェハ15および4つの焦束レンズ16によって形成される。換言すると、各平面圧電ウェハ15に対して、1つの焦束レンズ16が取り付けられる。4つのレンズ焦点超音波変換器ユニットから放射される超音波もまた球面波であり、放射される超音波の波面は、均一な半径を有する球面である。
Claims (15)
- 1つまたは複数の超音波放射ユニットを備える超音波変換器であって、1つまたは複数の超音波放射ユニットから放射される超音波の波面は、均一な半径を有する球面であって、1つまたは複数の超音波放射ユニットは、超音波を反射する機能を有し、1つの超音波放射ユニットは、球面共振空洞を形成するように構成され、または、複数の超音波放射ユニットは、共同で球面共振空洞を形成するように構成され、前記球面共振空洞の内部空洞は、球中心を含む完全なシェル形球面空洞(10)、または球中心を含む横断シェル形球面空洞(13,14)を有し、前記内部空洞を形成する曲線は、球中心を通る横断面において周方向の曲線を含むことで、球面共振空洞が閉じられた音響経路を形成することを保証し、1つまたは複数の超音波放射ユニットから放射される超音波は、前記球面共振空洞の球中心が位置する領域に焦束される、超音波変換器。
- 球面共振空洞の内部空洞は、球中心を含む横断球面シェル形状を有し、横断球面シェル形状を有する前記内部空洞は、切頂横断球面シェル形状の内部空洞、または錐台形横断球面シェル形状の内部空洞として構成される、請求項1に記載の超音波変換器。
- 前記球面共振空洞の内部空洞は、球中心を含む錐台形横断球面シェル形状の内部空洞であって、前記錐台形横断球面シェル形状の内部空洞の上側底面(S1)と下側底面(S2)とは互いに平行であり、上側底面と球中心との間の距離は、下側底面と球中心との間の距離に等しい、または、前記球面共振空洞の内部空洞は、球中心を含む錐台形横断球面シェル形状の内部空洞であって、前記錐台形横断球面シェル形状の内部空洞の上側底面(S1)と下側底面(S2)とは互いに平行であり、上側底面と球中心との間の距離は、下側底面と球中心との間の距離に等しくない、請求項2に記載の超音波変換器。
- 前記球面共振空洞の内部空洞は、球中心を含む錐台形横断球面シェル形状の内部空洞であって、前記錐台形横断球面シェル形状の内部空洞の上側底面(S1)と下側底面(S2)とは互いに平行ではなく、上側底面と球中心との間の距離は、下側底面と球中心との間の距離に等しい、または等しくない、請求項2に記載の超音波変換器。
- 切頂横断球面シェル形状の内部空洞は、冠形球面空洞と球中心を有する錐台形球面空洞とを含み、前記冠形球面空洞の底面は、前記錐台形球面空洞の底面の1つと接合し、前記冠形球面空洞と前記錐台形球面空洞とは、取り外し可能に接続されている、または固定して接続されている、請求項2に記載の超音波変換器。
- 球面共振空洞の内部空洞は、球面シェル形状を有し、球面シェル形状を有する前記内部空洞は、切頂球面空洞と冠形球面空洞とを含み、前記切頂球面空洞の底面は、前記冠形球面空洞の底面と接合し、前記切頂球面空洞と前記冠形球面空洞とは、取り外し可能に接続され、または固定して接続され、または、球面シェル形状を有する前記内部空洞は、球中心を有する錐台形球面空洞と、前記錐台形球面空洞の上端および下端にそれぞれ設けられる2つの冠形球面空洞とを含み、前記2つの冠形球面空洞の底面はそれぞれ錐台形球面空洞の上側底面と下側底面とに接合し、前記錐台形球面空洞と2つの冠形球面空洞とは、取外し可能に接続される、または固定して接続される、請求項1に記載の超音波変換器。
- 複数の超音波放射ユニットが使用され、複数の超音波放射ユニットから放射される超音波は、同じ周波数を有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の超音波変換器。
- 複数の超音波放射ユニットの作動周波数の範囲は、20kHzから10MHzの間である、請求項7に記載の超音波変換器。
- 複数の超音波放射ユニットの作動周波数の範囲は、0.1MHzから0.6MHzの間である、請求項8に記載の超音波変換器。
- 画像監視装置が通る穴(20)は、前記球面共振空洞に開けられる、請求項7に記載の超音波変換器。
- 複数の超音波放射ユニットは、自己焦点超音波変換器ユニットまたはレンズ焦点超音波変換器ユニットとして構成される、請求項7に記載の超音波変換器。
- 1つまたは複数の超音波放射ユニットの作動周波数の範囲は、20kHzから10MHzの間である、請求項1から6のいずれか1項に記載の超音波変換器。
- 1つまたは複数の超音波放射ユニットの作動周波数の範囲は、0.1MHzから0.6MHzの間である、請求項12に記載の超音波変換器。
- 画像監視装置が通る穴(20)は、前記球面共振空洞に開けられる、請求項1から6のいずれか1項に記載の超音波変換器。
- 1つまたは複数の超音波放射ユニットは、自己焦点超音波変換器ユニットまたはレンズ焦点超音波変換器ユニットとして構成される、請求項1から6のいずれか1項に記載の超音波変換器。
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