JPH06319746A

JPH06319746A - 超音波治療装置

Info

Publication number: JPH06319746A
Application number: JP5109483A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yanagida; 祐司柳田; Yasuhiro Sakamoto; 安弘坂本
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Toshiba Corp
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 1994-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】振動子の隣合う正電極間の絶縁強度を向上し
得る超音波治療装置を提供することを目的とする。【構成】隣合う電極間の圧電素子に、絶縁材料で構成
される土手を設けたり、絶縁を目的とした溝を設けるこ
とにより絶縁強度を向上させる。【効果】隣合う電極間での絶縁強度が向上するので、
稠密度を落とさずに高い電圧を印加することができるよ
うになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体内の患部に超音
波を照射して治療を行なう超音波治療装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、患者の体内に強力な超音波を
送波し結石を破砕する結石破砕装置や、腫瘍に超音波に
よる熱を加えて壊死させる温熱療法装置が治療に利用さ
れている。この結石破砕装置及び温熱療法装置等の超音
波治療装置には音波の発生源として、圧電素子を用いる
もの、２電極間の放電現象を利用するもの、電磁誘導に
より斥力を利用するものなどがある。このうち圧電素子
を用いるものについて説明する。

【０００３】図１２は超音波発生源として圧電素子を用
いた超音波治療装置の構成を示すブロック図である。同
図において、圧電素子で構成された振動子１は、低圧電
源４によりパルサ２から発せられた電気信号を超音波に
変換し、その発信及び受信を行い、受信波は受信回路５
で処理された後にあらかじめ閾値を上回るものであれば
電源部が低圧４から高圧３に切り替えられ治療用超音波
の発信が行われる。また、受信回路５より得られる反射
波強度は表示用出力回路７を経てモニタ８に表示され
る。超音波プローブ１０は超音波診断装置１１を通じ
て、治療対象物の位置決め及び治療中の観察を行うもの
であり、その超音波画像は治療用アプリケータの受信波
強度と共にモニタ８に表示される。

【０００４】図１３は治療用アプリケータ内の振動子の
構造を示したたものである。球殻状のベース基盤１２上
には、単位面積当たりの駆動領域を稼ぐために稠密に複
数の圧電素子１３が貼り付けられている。図１４，１５
はこれら圧電素子１３をＡ−Ａ´、Ｂ−Ｂ´の断面で切
った場合の構造を拡大したものである。各圧電素子１３
は図１４（ｂ）のように部分的にベース基盤１２に接着
されており、ベース基盤１２との間には空間を持たせる
ことで振動エネルギーの漏れをなくすエアーバッキング
構造になっている。表裏には少なくとも１つづつの電極
を持ち、表側の負電極１４は接地され、ベース側の正電
極１５はパルサ等からなる駆動回路１６につながれてい
る。また、負電極１４側の表面には超音波の伝播媒体に
対する整合を取るために、音響マッチング層１７がコー
ティングされている。圧電素子１３は正電極１５側の辺
縁で面取りが成されており、その分隣合う圧電素子１３
の正電極１５間に間隔が生じている。

【０００５】そして、このように構成された従来の超音
波治療装置を用いた際の治療手順の第１の方法について
以下に述べる。

【０００６】１）駆動回路１６による電気信号が複数の
正電極１５に同時に送られる。

【０００７】２）複数の圧電素子１３において超音波が
同時に発生する。

【０００８】３）各圧電素子１３において発生した超音
波が球殻の焦点に同時に到達し衝撃波もしくは集束超音
波となる。

【０００９】４）衝撃波もしくは集束超音波が球殻の焦
点に位置決めされた結石の破砕もしくは腫瘍の治療を行
う。

【００１０】また、上記第１の方法とは別に、駆動の時
間に遅延をかける第２の方法があり、その手順を以下に
示す。

【００１１】１）駆動回路１６による電気信号が接続さ
れる正電極１５毎で適当に遅延をかけて送られる。

【００１２】２）各正電極１５のおおう圧電素子１３の
部位毎に電気信号の到達した順に超音波が発生する。

【００１３】３）圧電素子１３の部位毎に遅延をかけて
発生した超音波が干渉して、同時駆動の場合とは異なる
音圧分布を形成する。

【００１４】４）音圧の最も高くなる部分にあらかじめ
位置決めされていた結石の破砕もしくは腫瘍の治療が行
われる。

【００１５】そして、この第２の方法は生体中で球殻の
焦点以外の任意の深さにあたる部位を治療対象にした
り、治療中移動する部位に追随して治療を行ったり、治
療対象の形状などに合わせて治療音場を変化させること
を目的としている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た第２の方法は第１の方法に対して圧電素子の各部位の
駆動に時間差があるという点で異なり、このような場合
には、圧電素子の隣合う正電極間には最大で電気信号の
ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋの電圧がかかる。図１４，１
５に示すような稠密な振動子構造では正電極間の耐電圧
がせいぜい１．５〜２．０kV／mmと限られており、駆動
に用いる電気信号の電圧を上げるには電極間隔を大きく
とり駆動面積の稠密度を落とさなければならない。この
ため、振動子が大型化するという欠点があった。

【００１７】この発明はこのような従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、振
動子の隣合う正電極間に構造的もしくは絶縁材料を用い
た絶縁処理を施し振動子の駆動面積の稠密度を落とさず
に高い電圧でのパルス駆動が可能な振動子を有する超音
波治療装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するため、本発明は、振動子の隣合う正電極間において
以下の絶縁構造を施すことによって絶縁耐圧を向上させ
る。

【００１９】１）電極間の振動子に切り溝を入れること
によって、沿面距離を稼ぎ正電極間の絶縁耐圧を向上さ
せる。

【００２０】２）電極間に絶縁材料を盛り、沿面距離を
稼ぎ正電極間の絶縁耐圧を向上させる。

【００２１】３）電極間の振動子の切り溝に絶縁材料を
盛ることによって、沿面を稼ぐと共に直線パスの耐電圧
を上げ正電極間の絶縁耐圧を向上させる。

【００２２】４）電極間の振動子の切り溝にベース基盤
から絶縁壁をのばし、沿面を稼ぐと共に空気に触れる沿
面を無くすことで沿面耐圧を上げ、同時に直線パスの耐
電圧を上げ、正電極間の絶縁耐圧を向上させる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、以下に説明する各実施例の超音波治療装置
において、治療用アプリケータ、パルサ等からなる駆動
回路、超音波診断装置からなるシステム構成及び振動子
形状は従来例で説明した図１２，１３とまったく同様に
実施され、その動作手順も同様なので詳細な説明は省略
する。

【００２４】図１は本発明の第１実施例を示す構成図で
ある。同図は圧電素子の断面図を示しており、同一圧電
素子１３上の隣合う正電極１５間に、土手１８が設けら
れている。この土手１８は成型が容易で絶縁性の高い素
材（エポキシ樹脂等）で構成され、電極間の導通を阻止
している。この際、土手１８の高さｈは正電極間に要求
される絶縁強度によって決められる。そして、図１に示
した構造による絶縁性は、図１４（ａ）に示した如くの
同一圧電素子１３上の正電極１５が単に距離ｘを有する
場合の絶縁性を基準とすると、以下に示すように向上す
る。

【００２５】即ち、空気に接触する沿面での絶縁性は沿
面距離に比例するので、土手１８を超える沿面での絶縁
性は（ｘ＋２ｈ）／ｘ倍となる。また、沿面放電は空気
接触よりも絶縁材料でおおわれていた方が起こりにくい
ので、図１の場合は図１４（ａ）の場合に比べて圧電素
子１３上の沿面での絶縁性はａ（ａは１よりも大きい定
数）倍となる。

【００２６】従って、正電極１５間の絶縁性は、（ｘ＋
２ｈ）／ｘとａとの小さい方の値倍だけ向上することに
なる。

【００２７】図２は本発明の第２実施例を示す構成図で
ある。この例では、同一圧電素子１３上の隣合う正電極
間に、深さｋの溝１９を設けている。この深さｋは、電
極間の絶縁強度に応じて決められる。また、図１４
（ａ）の場合と比較すると、空気に接触する沿面での絶
縁性は沿面距離に比例するので、溝１９の沿面での絶縁
性は（ｘ＋２ｋ）／ｘ倍となる。

【００２８】更に、同一距離であれば空中放電は沿面放
電よりも起こりにくいので、正電極１５間の直線距離の
絶縁性はｂ（ｂは１よりも大きい定数）倍となる。従っ
て、正電極１５間の絶縁性は（ｘ＋２ｋ）／ｘとｂとの
小さい方の値倍だけ向上することになる。

【００２９】図３は本発明の第３実施例を示す構成図で
ある。この例では同一圧電素子１３上の隣合う正電極１
５間に、深さｋで圧電素子１３に溝１９を設け、更にそ
の溝１９を埋めるように高さｈの土手１８を設けてい
る。この際、土手１８の材質は前記第１実施例と同一の
ものが考えられる。そして、この溝１３の深さｋ、及び
土手１８の高さｈを調整することで絶縁性を決めること
ができる。また、図１４（ａ）の場合と比較すると、空
気に接触する沿面での絶縁性は沿面距離に比例すること
から、土手１８を越える沿面での絶縁性は（ｘ＋２ｈ）
／ｘ倍となる。

【００３０】更に、沿面放電は空気接触よりも絶縁材料
でおおわれている方が起こりにくく、絶縁性はａ倍とな
るので圧電素子１３上の沿面での絶縁性は（ｘ＋２ｋ）
・ａ／ｘ倍となる。

【００３１】また、絶縁材料は空中のｃ倍（ｃ＞１）の
絶縁性を持つので、正電極の１５間の直線距離の絶縁性
はｃ倍となる。

【００３２】従って、正電極１５間の絶縁制は（ｘ＋２
ｈ）／ｘ、（ｘ＋２ｋ）・ａ／ｘ、ｃのうち最も小さい
値倍だけ向上することになる。

【００３３】図４は本発明の第４実施例を示す構成図で
ある。この例は、上記した第１〜第３実施例とは異な
り、異なる圧電素子１３間での絶縁に関わるものであ
る。図示のように、隣会う圧電素子１３間において、圧
電素子１３を接着する接着剤２０よりも絶縁性の高い材
質（ガラスエポキシ等）のベース基盤１２上から絶縁壁
２１がのびている。そして、電極間の絶縁性は絶縁壁２
１の高さｈ、幅ｄを調整することにより決めることがで
きる。

【００３４】また、圧電素子１３の接着剤２０と負電極
１４側にコーティングされる音響マッチング層１７は同
系（エポキシ系等）の材質が用いられ、両者の接触面２
３での接着性を高め図１４（ｂ）のような空隙２２が生
じないようにしている。隣合う圧電素子１３の正電極１
５が単にｘの距離を有するようにベース基盤１２上に接
着されている図１４（ｂ）の場合の絶縁性を基準とする
と、この構造による絶縁性は以下のようになる。

【００３５】即ち、同一の材質に接触する沿面での絶縁
性は距離に比例するので、ベース基板１２の沿面での絶
縁性は図１４（ｂ）の場合に比べ、（ｘ＋２ｈ）／ｘ倍
となる。

【００３６】また、ベース素材の絶縁破壊電圧は接着剤
接触の沿面放電電圧のｅ（ｅ＞１）倍であるので、絶縁
壁２１を破壊するパスでの絶縁性は（ｘ−ｄ＋ｄ・ｅ）
／ｘ倍となる。

【００３７】従って、正電極１５間の絶縁性は（ｘ＋２
ｈ）／ｘと（ｘ−ｄ＋ｄ・ｅ）／ｘのうち小さい方の値
倍だけ向上することになる。また、圧電素子１３側の接
着剤２０の沿面に関しても、接着剤２０と音響マッチン
グ層１７の接触面に空隙２２を残さないことによって絶
縁性が向上している。

【００３８】また、圧電素子１３がベース基盤１２上に
接着されていない部分に関しては、図５のようにベース
基盤１２上から絶縁壁２１がのびている。

【００３９】そして、圧電素子１３の接着剤２０と負電
極１４側にコーティングされる音響マッチング層１７は
同系の材質が用いられ、両者の接触面２３での接着性を
高め図１４（ｂ）のような空隙２２が生じないようにし
ている。隣合う圧電素子１３の正電極１５が特に接着さ
れていない図１５における、圧電素子１３間にはみ出し
た音響マッチング層１７を介しての沿面距離ｘでの絶縁
性を基準とすると、この構造による絶縁性は以下のよう
になる。

【００４０】即ち、沿面放電は空気接触よりも絶縁材料
でおおわれていた方が起こりにくく、絶縁性はａ倍（ａ
＞１）になり、また、絶縁壁２１によって沿面距離が２
ｈだけ長くなるので、接着剤２０の沿面での絶縁性は
｛ｘ−ｄ＋（２ｈ＋ｄ）・ａ｝／ｘ（＝Ａ）倍となる。

【００４１】また、ベース素材の絶縁破壊電圧は空気接
触の音響マッチング層１７の沿面放電電圧のｆ倍（ｆ＞
１）であるので、絶縁壁２１を破壊するパスでの絶縁性
は（ｘ−ｄ＋ｄ・ｆ）／ｘ（＝Ｂ）倍となる。

【００４２】従って、正電極１５間の絶縁性はＡとＢの
うち小さい方の値倍だけ向上することになる。

【００４３】なお、上記実施例４において絶縁壁２１は
ベース基盤１２と一体成型したものに限らず、図６のよ
うに、成型後のベース基盤１２に溝２４を掘りベース基
盤１２と同程度かそれ以上の絶縁性を有する素材ででき
た板２５をはめ込んで形成しても良い。

【００４４】図７は本発明の第５実施例を示す構成図で
ある。図示のように、この例では圧電素子１つに対し正
電極は１つとされており、各圧電素子が駆動される最小
単位になっている。各圧電素子１３は、接着剤素材（エ
ポキシ系）よりも絶縁性の高い素材（ガラスエポキシ
等）で作られた絶縁容器２６に側面と正電極１５側の辺
縁をおおわれる形ではめ込まれた上で、ベース基盤１２
上に稠密に接着される。

【００４５】また、図８に示されるように、絶縁容器２
６の厚さｄ、正電極辺縁をおおう幅ｇを調整することで
絶縁性決めることができる。このときの圧電素子１３の
断面図は図９の如くとなり、従来例である図１４（ｂ）
の場合とで電極間の絶縁性を比較すると、同一の材質に
接触する沿面での絶縁性は沿面距離に比例することか
ら、ベース基板１２の沿面での絶縁性は（ｘ＋２ｇ＋２
ｄ／ａ）／ｘ（＝Ｃ）倍となる。

【００４６】また、絶縁容器素材の絶縁破壊電圧は接着
剤接触の沿面放電電圧よりも高いので、絶縁容器２６を
破壊するパスでの絶縁性はｅ（ｅ＞１）倍となる。

【００４７】従って、正電極１５間の絶縁性はＣとｅと
のうち小さい方の値倍だけ向上することになる。

【００４８】また、圧電素子側の接着剤の沿面に関して
も、絶縁容器２６が負電極１４側にまで延びていること
によって沿面距離が長くなり絶縁性が向上している。

【００４９】また、図１０に示すように、圧電素子１３
がベース基板１２上に接着されていない部分について
も、図１５に示した場合を基準とすると、空気に接触す
る沿面での絶縁性は沿面距離に比例することから、空気
に接触する沿面での絶縁性は（ｘ＋２ｄ＋２ｇ）／ｘ
（＝Ｄ）倍となる。

【００５０】更に、絶縁容器素材の絶縁破壊電圧は空気
接触の音響マッチング層の沿面放電電圧よりも高いの
で、絶縁容器２６を破壊するパスでの絶縁性はｆ（ｆ＞
１）倍となる。

【００５１】従って、正電極間の絶縁性はＤとｆとのう
ち小さい方の値倍だけ向上することになる。

【００５２】なお、上記実施例１〜５において振動子
は、球殻上のベース基盤上に稠密に複数の圧電素子が貼
り付けられたものを想定していたが、振動子の構造はこ
れに限定されるものではなく、図１１のように平面上に
圧電素子１３を稠密に並べる場合においても適応でき
る。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、隣合
う正電極間に絶縁処理が施されているので電極間隔を最
小限にとどめ、高い電圧を正電極にかけ圧電素子を駆動
することができるので、駆動部位の稠密度の高い振動子
に遅延をかけた高電圧パルス駆動が可能となり、結石破
砕及び温熱療法に必要な焦点音圧を維持したままでの音
場制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す構成図である。

【図２】本発明の第２実施例を示す構成図である。

【図３】本発明の第３実施例を示す構成図である。

【図４】本発明の第４実施例を示す構成図である。

【図５】本発明の第４実施例の変形例を示す構成図であ
る。

【図６】絶縁壁の取付けを示す説明図である。

【図７】本発明の第５実施例を示す構成図である。

【図８】絶縁容器の前面、後面を示す説明図である。

【図９】第５実施例に係るベース基板接触部を示す説明
図である。

【図１０】第５実施例に係るベース基板非接触部を示す
説明図である。

【図１１】振動子の他の構成を示す説明図である。

【図１２】超音波治療装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図１３】従来における振動子の構成を示す説明図であ
る。

【図１４】従来例における振動子の径方向に並ぶ正電極
間の状態を示す図である。

【図１５】従来における振動子の周方向に並ぶ正電極間
の状態を示す図である。

【符号の説明】

１振動子１０超音波プローブ１２ベース基板１３電圧素子１４負電極１５正電極１７音響マッチング層１８土手１９溝２０接着剤２１絶縁壁２３接触面２５絶縁板２６絶縁容器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子を複数の駆動部に分割して振動
子を構成し、前記各駆動部に所定のタイミングで電力を
供給することで超音波を対象物に照射し治療を行なう超
音波治療装置において、前記各駆動部間に絶縁処理を施すことを特徴とする超音
波治療装置。