JP2000166940A - 超音波治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、複数の振動子から発生した超
音波を結石や癌細胞等のターゲットに集束して治療する
超音波治療装置において、音圧極大値が焦点の中心と焦
点の周囲とに存在する焦点領域を形成し、しかもこの焦
点領域の大きさを可変にすることにある。 【解決手段】本発明による超音波治療装置は、複数の駆
動信号を印加されることにより、焦点に集束する複数の
超音波を発生する複数の振動子（１１０１〜１１１２）
と、駆動信号各々を位相と振幅とを可変にして発生する
複数の駆動ユニット（１１０，１１１，１１２，１１
３）と、駆動信号各々の位相と振幅を設定するために、
駆動ユニットを個々に制御する制御回路１１４とを具備
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の振動子から
発生する超音波を結石や癌細胞等のターゲットに集束さ
せ、その集束エネルギーによりターゲットを破砕又は熱
変性壊死（焼灼）して治療する超音波照射装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、医療の分野では、患者の術後の生
活の質（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｌｉｆｅ：ＱＯＬ）の
向上が重要視され、最小侵襲治療（Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ
Ｉｎｖａｓｉｖｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ：ＭＩＴ）と
呼ばれる治療法が注目を集めている。一例として、体外
衝撃波結石破砕装置の実用化があげられる。本装置は、
体外から強力な衝撃波を体内の結石に向けて照射し、外
科的な手術をすること無しに結石を破砕治療する装置で
あり、泌尿器科系結石の治療法を大きく様変わりさせ
た。他方、癌治療の分野でもＭＩＴは一つのキーワード
となっている。特に癌の場合、その治療の多くを外科的
手術に頼っている現状から、本来その臓器が持つ機能や
外見上の形態を大きく損なう場合が多く、生命を長らえ
たとしても患者にとって大きな負担が残ることから、Ｑ
ＯＬを考慮した最小侵襲治療装置の開発が強く望まれて
いる。

【０００３】このような流れの中で、癌細胞を加熱し、
壊死に導くハイパーサーミア療法が開発された。これ
は、腫瘍組織と正常組織の熱感受性の違いを利用して、
ターゲットを４２．５℃に加温し、その温度を一定時間
維持することで癌細胞を選択的に死滅させる治療法であ
る。特に、生体内深部の腫瘍に対しては、深達度の高い
超音波エネルギーを利用する方法が考えられている（特
開昭６１−１３９５５号公報参照）。また、上記加温治
療法を更に進めて、例えば圧電セラミック製の振動子で
発生させた超音波をターゲットに集束させてターゲット
を加熱し、熱変性壊死させる治療法も考えられている
（米国特許第５，１５０，７１１号参照）。本治療法で
は、超音波のエネルギーを集束させ、幅１〜３ｍｍ程度
の限局した領域をおよそ１秒以下で８０℃以上に加温す
ることが可能である。

【０００４】これに対し、数ｍｍにわたる広い領域を一
度に加温させたいとのニーズもあり、特開平０６−０７
８９３０号公報に開示されているように、位相制御を用
いて焦点領域の大きさを電子的に拡大する手法が提案さ
れている。本手法では、隣り合う振動子を互いに位相反
転した２種類の駆動信号で別々に駆動することにより焦
点領域の拡大を達成し、さらに位相差を調整することに
より焦点拡大率を変更するようになっている。また、日
本特許第２，０３６，２７７号に開示されているよう
に、超音波発生源の中心軸上における圧力をゼロに維持
するような制御法もある。

【０００５】上記の手法によれば、隣り合う振動子への
駆動信号間の位相差を制御することにより焦点領域の大
きさを変更可能としているが、位相差を微細に調整する
ための可変位相シフタのような回路はハードウエア的に
構成が複雑である。これに対し、より簡便なハードウエ
アで達成できる位相反転回路のみを採用する場合には、
焦点領域の拡大率の電子的な制御は不可能であり、振動
子を位相差ゼロで一斉駆動するときの通常の大きさと、
位相反転を介して時間差駆動するときの拡大された大き
さとの２種しか選択できなかった。

【０００６】また、短時間で治療効果を得ようとするに
は、焦点領域におけるトータルエネルギーを大きくする
ことが有効である。これを実現するためには、超音波振
動子に大きなエネルギーを投入、つまり超音波振動子を
高電圧で駆動すれば良い。

【０００７】しかし、以上説明した集束法で投入エネル
ギーを大きくしていくと、焦点領域のピーク音圧が極端
に大きくなっていってしまう。Ｍ．Ｉｏｒｉｔａｎｉら
の報告（Ｒｅｎａｌ ｔｉｓｓｕｅ ｄａｍｉｇｅ ｉ
ｎｄｕｓｅｄ ｂｙ ｆｏｃｕｓｅｄ ｓｈｏｃｋ ｗ
ａｖｅｓ．Ｐｒｏｃ．１８ｔｈ Ｉｎｔｅｒ．ｓｙｍｐ
ｏ． Ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅｓ ａｎｄ ｓｈｏｃｋ
ｔｕｂｅｓ，１９９０）によれば、生体損傷はピーク音
圧が高いほど強く現れることがわかっている。よって、
ピーク音圧が大きくなりすぎると副作用が増加する恐れ
がある。このため、焦点領域を大きくして、エネルギー
を広い範囲に分散させ、一度に広い範囲を治療してトー
タル治療時間を短縮させる方式が考えられた。このよう
な焦点領域を拡大する手法として、例えば特開平０６−
０７８９３０号公報によって、振動子間で交互に駆動位
相を反転、つまり１８０゜シフトさせるという方法が提
案されている。

【０００８】上述した振動子間で交互に駆動位相を反転
させる方法によると、図２８に示すような音場分布、つ
まり音圧ピークが焦点中心の周囲に円環状に分散して、
焦点中心の音圧がその周囲のピーク音圧に比べて著しく
低下するようなドーナツ状の音場分布になる。従って、
熱伝導を考慮しても、実際の焼灼領域としては、ドーナ
ツ形になってしまい、焦点領域内のターゲットを略均一
に焼灼することができないという不具合があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複数
の振動子から発生した超音波を結石や癌細胞等のターゲ
ットに集束して治療する超音波治療装置において、音圧
極大値が焦点の中心と焦点の周囲とに存在する焦点領域
を形成し、しかもこの焦点領域の大きさを可変にするこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（１）本発明による超音
波治療装置は、複数の駆動信号を印加されることによ
り、焦点に集束する複数の超音波を発生する複数の振動
子と、前記駆動信号各々を位相と振幅とを可変にして発
生する複数の駆動ユニットと、前記駆動信号各々の位相
と振幅を設定するために、前記駆動ユニットを個々に制
御する制御回路とを具備することを特徴とする。

【００１１】（２）本発明による超音波治療装置は、複
数の第１駆動信号を印加されることにより、焦点に集束
する複数の第１超音波を発生する複数の第１振動子と、
複数の第２駆動信号を印加されることにより、前記第１
超音波と同じ焦点に集束する複数の第２超音波を発生す
る複数の第２振動子と、前記第１駆動信号を位相と振幅
とを可変にして発生する第１駆動ユニットと、前記第２
駆動信号を位相と振幅とを可変にして発生する第２駆動
ユニットと、前記第１駆動信号と前記第２駆動信号との
間で位相及び振幅を相違させるように、前記第１駆動ユ
ニットと第２駆動ユニットとを制御する制御回路とを具
備することを特徴とする。

【００１２】（３）本発明による超音波治療装置は、第
１駆動信号を印加されることにより、焦点に集束する第
１超音波を発生する複数の第１振動子と、第２駆動信号
を印加されることにより、前記第１超音波と同じ焦点に
集束する第２超音波を発生するものであって、前記第１
振動子と互いに隣り合うようにアレンジされる複数の第
２振動子と、前記第１駆動信号を発生する第１駆動ユニ
ットと、前記第１駆動信号に対して逆相になるように前
記第２駆動信号を発生する第２駆動ユニットとを具備す
ることを特徴とする。

【００１３】（３）本発明による超音波治療装置は、第
１駆動信号を印加されることにより、焦点に集束する第
１超音波を発生する複数の第１振動子と、第２駆動信号
を印加されることにより、前記第１超音波と同じ焦点に
集束する第２超音波を発生する複数の第１振動子と、駆
動信号を発生する駆動ユニットと、前記駆動信号を前記
第１駆動信号と前記第２駆動信号とに分配するものであ
って、前記第１駆動信号の位相と前記第２駆動信号の位
相とを相違する手段と、前記第１駆動信号の振幅と前記
第２駆動信号の振幅とを相違する手段とを有する分配器
とを具備することを特徴とする。

【００１４】（４）本発明による超音波治療装置は、高
周波の駆動信号を発生する駆動ユニットと、前記駆動信
号の印加により、焦点に集束する第１超音波を発生する
複数の第１振動子と、前記駆動信号の印加により、前記
第１超音波と同じ焦点に集束する第２超音波を発生する
ものであって、前記第１振動子より前記焦点に近い位置
に設けられる複数の第２振動子とを具備することを特徴
とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
好ましい実施形態により詳細に説明する。

【００１６】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態に係る超音波照射装置の構成を示すものである。
同図において、治療用アプリケータ１０１は、治療用超
音波を発生する治療用超音波発生源１０２と、この治療
用超音波発生源１０２の略中心の孔に挿入され、焦点領
域を含む断面を断層像として映像化するためのイメージ
ング用の超音波プローブ１０３と、超音波の伝播媒質、
例えばよく脱気された水１０５が封入されている可撓性
の水袋１０４とを有している。イメージング用の超音波
プローブ１０３には、超音波イメージング装置１０８が
接続されていて、超音波プローブ１０３を介して超音波
により焦点領域を含む断面を走査し、これにより得たエ
コー信号に基づいて当該断面の断層像（Ｂモード像）を
生成し、これを表示装置１０９にリアルタイムに表示す
るようになっている。

【００１７】治療用超音波発生源１０２は、図２に示す
ように、電気的に分離した偶数個、ここでは１２個の振
動子１１０１〜１１１２を有する。つまり、治療用超音
波発生源１０２は、１２チャンネルを有する。１２個の
振動子１１０１〜１１１２それぞれは、略扇状に形成さ
れた１つの圧電セラミックス片からなり、又は共通電極
で電気的に連結されている複数の圧電セラミックス片が
略扇状に配列されてなる。このような振動子１１０１〜
１１１２が略円環状に配列されており、全体として略球
殻形状をなしている。各振動子から発生した超音波は、
球殻の曲率に従って幾何学的に決まる焦点１１６に集束
し、ターゲット１７を治療するようになっている。

【００１８】１２個の振動子１１０１〜１１１２には、
１２個（１２チャンネル）のインピーダンス整合回路１
１０が１対１に接続されている。この１２個のインピー
ダンス整合回路１１０の入力には、やはり１２個（１２
チャンネル）の増幅器１１１の出力が１対１に接続され
ている。さらに、１２個の増幅器１１１の入力には、１
２個（１２チャンネル）の位相非反転／反転回路１１２
の出力が１対１に接続されている。そして、１２個の位
相非反転／反転回路１１２の入力には、高周波（周波数
ｆ0 ）の波形信号を発生する波形発生回路１１３が共通
接続されている。なお、整合回路１１０と増幅器１１１
と位相非反転／反転回路１１２とは、駆動ユニットを構
成している。

【００１９】位相非反転／反転回路１１２各々は、制御
回路１１４の制御に従って、波形発生回路１１３からの
波形信号に、略０゜と略１８０゜とのいずれかの移相量
を選択的に与えることができるように、つまり波形信号
を位相反転せずにそのまま出力するか、あるいはそれに
代えて波形信号を位相反転して出力するかいずれか選択
することができるように構成されている。

【００２０】このような機能を有する位相非反転／反転
回路１１２の具体的な４つの構成例を、図３（ａ）、図
３（ｂ）、図４（ａ）、図４（ｂ）に示している。図３
（ａ）のものは、トランジスタＴＲのコレクタｃから反
転出力を、エミッタｅから非反転出力を得て、何れか一
方の出力をセレクタＳＥＬにより切り替えるようになっ
ている。図３（ｂ）では、一般的なオペアンプＯＰの非
反転入力（＋）と反転入力（−）とをセレクタＳＥＬに
より切替えて出力の位相を制御するようになっている。
また、図４（ａ）は、トランスＴＲＡＮの同位相及び反
転位相出力を利用したもので、さらに図４（ｂ）は、デ
ジタル回路によるインバータＩＮ及び低域通過フィルタ
を利用して非反転及び反転位相の正弦波を得、いずれか
をセレクタＳＥＬにより切り替えるようになっている。
この場合、入力信号は方形波状のクロック信号である。
いずれの手法でも、増幅器１１１の入力側に位相反転回
路１１２を設けることにより、波形信号の位相を制御す
ることにより、結果的に、超音波発生源１２に印加され
る駆動信号の位相を制御するようになっている。これに
対し、増幅器１１１の出力側にトランスを挿入して、同
位相及び反転位相出力を切替えるようにしてもよい。さ
らに、増幅器１１１の出力側のトランスをインピーダン
ス整合回路１１０を兼ねて構成するようにしてもよい。
このように増幅器１１１の出力側にトランスを挿入して
反転出力を得る方法は、増幅器１１１が１つしかない場
合に有効である。また、非反転出力用インピーダンス整
合回路及び反転出力用インピーダンス整合回路の両者を
用意し、これらを切替えて利用するようにしてもよい。
なお、上述のセレクタＳＥＬとしては、一般的な手動ス
イッチ、リレー、アナログスイッチ、３ステートバッフ
ァ（デジタルＩＣ）などが利用できる。

【００２１】また、波形発生回路１１３としては、通常
のアナログ発振回路やＰＬＬ回路を用いてもよいし、デ
ジタル的に波形合成を行い、ＤＡコンバータ、及び低域
通過フィルタを用いて正弦波を得るようにしてもよい。
また、波形発生回路１１３及び位相反転回路１１２まで
をデジタル的に構成し、位相反転回路１１２の出力にＤ
Ａコンバータや低域通過フィルタを使用して正弦波を得
ることも可能である。

【００２２】ここで、図１に戻る。増幅器１１１は、位
相非反転／反転回路１１２からの位相反転されていない
波形信号又は位相反転された波形信号を増幅して、それ
ぞれ対応する振動子を駆動するための駆動信号又は位相
反転された駆動信号を発生する。この増幅器１１１各々
の増幅率は、制御回路１１４の制御に従って個々に調整
され得る。

【００２３】オペレータは、キーボードやマウス等の入
力装置１１１を操作することにより、主に焦点領域の大
きさを選択することができるようになっている。

【００２４】次に、本実施形態の動作について、治療用
の超音波を集束して患者１０６内の癌細胞１０７を加温
治療するケースを想定して説明する。まず、１２個の位
相非反転／反転回路１１２の出力位相を統一する場合、
つまり１２個全ての位相非反転／反転回路１１２から非
反転の波形信号又は位相反転された波形信号を出力する
ようにした場合、１２個の増幅器１１１からの全ての駆
動信号は同じ位相で出力される。これにより、１２個の
振動子１１０１〜１１１２は一斉駆動され、これにより
最も小さい焦点領域が形成される。

【００２５】この一斉駆動に対して、位相非反転／反転
回路１１２の出力位相を統一しない場合、つまり一部の
位相非反転／反転回路１１２からは非反転の波形信号が
出力され、残りの位相非反転／反転回路１１２からは位
相反転された波形信号が出力されるようにした場合、１
２個の振動子１１０１〜１１１２の中の一部の振動子は
非反転の駆動信号で駆動され、残りの振動子は位相反転
された駆動信号で駆動される。

【００２６】本実施形態では、どの振動子を非反転の駆
動信号で駆動し、どの振動子を位相反転された駆動信号
で駆動するか、つまり非反転の駆動信号で駆動する振動
子と位相反転された駆動信号で駆動する振動子との配列
パターンを制御回路１１４により様々に変更することに
より、焦点領域の大きさを様々に変更することができる
ものである。以下に、幾つかの具体的な配列パターンの
例を説明する。

【００２７】（第１パターン）第１パターンでは、図５
（ａ）に示すように、１２個の振動子１０１〜１１２に
対して、非反転の駆動信号と位相反転された駆動信号
（逆相の駆動信号）とを円周方向に沿って交互に供給す
る。つまり、非反転の駆動信号で駆動される振動子１１
０１，１１０３，１１０５，１１０７，１１０９，１１
１１と、位相反転された駆動信号で駆動される振動子１
１０２，１１０４，１１０６，１１０８，１１１０，１
１１２とが、円周方向に沿って交互に並ぶ。このような
第１パターンによると、例えば、開口径６０ｍｍ、中心
穴径２５ｍｍ、焦点距離７０ｍｍの超音波発生源１０２
であるとして、一斉駆動の場合の焦点領域、つまりエネ
ルギー集中領域の直径及び最大強度を１とすると、図５
（ａ）の第１パターンによる駆動法では、ピーク強度は
約１０％に低下し、焦点領域の直径は約２．４倍に拡大
される。なお、非反転の駆動信号と位相反転された駆動
信号とに、ｎを１を除く実数として、１：ｎ（ｎ≠１）
という振幅比を与えることにより、中心に音圧ピークを
有する音場分布を得ることができる。

【００２８】（第２パターン）第２パターンでは、図５
（ｂ）に示すように、１２個の振動子１１０１〜１１１
２に対して、非反転の駆動信号と位相反転された駆動信
号とが、円周方向に沿って２個ずつ交互に供給される。
つまり、円周方向に隣り合う２個の振動子（１１０１と
１１０２、１１０５と１１０６、１１０９と１１１０）
には非反転の駆動信号が供給され、同様に円周方向に隣
り合う２個の振動子（１１０３と１１０４、１１０７と
１１０８、１１１１と１１１２）には位相反転された駆
動信号が供給される。これにより、非反転の駆動信号で
駆動される振動子と、位相反転された駆動信号で駆動さ
れる振動子とが、円周方向に沿って２個ずつ交互に並
ぶ。さらに、非反転の駆動信号と位相反転された駆動信
号とに、ｎを１を除く実数として、１：ｎ（ｎ≠１）と
いう振幅比を与えることにより、例えば図６に示すよう
な焦点中心に音圧ピークを有する音場分布を得ることが
できる。このような第２パターンによると、例えば、開
口径６０ｍｍ、中心穴径２５ｍｍ、焦点距離７０ｍｍの
超音波発生源２であるとして、一斉駆動の場合の焦点領
域、つまりエネルギー集中領域の直径及び最大強度を１
とすると、ピーク強度は約２４％に低下し、焦点領域の
直径は約１．６倍に拡大される。

【００２９】（第３パターン）第３パターンにおいて
は、図５（ｃ）に示すように、非反転の駆動信号で駆動
される振動子と、位相反転された駆動信号で駆動される
振動子とが、円周方向に沿って３個ずつ交互に並ぶよう
に駆動すると、例えば、開口径６０ｍｍ、中心穴径２５
ｍｍ、焦点距離７０ｍｍの超音波発生源２であるとし
て、一斉駆動の場合の焦点領域、つまりエネルギー集中
領域の直径及び最大強度を１とすると、ピーク強度は約
３３％に低下し、焦点領域の直径は約１．２倍に拡大さ
れる。なお、非反転の駆動信号と位相反転された駆動信
号とに、ｎを１を除く実数として、１：ｎ（ｎ≠１）と
いう振幅比を与えることにより、中心に音圧ピークを有
する音場分布を得ることができる。

【００３０】（第４パターン）第４パターンは、非反転
の駆動信号で駆動される振動子と、位相反転された駆動
信号で駆動される振動子とが、円周方向に沿って６個ず
つ半々に並ぶ。つまり、半分の６個の振動子１１０１〜
１１０６が非反転の駆動信号で駆動され、残り半分の６
個の振動子１１０７〜１１１２が位相反転された駆動信
号で駆動される。

【００３１】（変則的な他のパターン）上述した第１乃
至第３のパターンの他に、図５（ｄ）や図５（ｅ）のよ
うな変則的なパターンで発生源１０２を駆動するように
してもよい。図５（ｄ）のパターンにおいては、非反転
の駆動信号で駆動される１個の振動子と、位相反転され
た駆動信号で駆動される隣接２個の振動子とを、円周方
向に沿って交互に並ぶように駆動する。また、図５
（ｅ）のパターンは、発生源１０２が１２個の振動子が
円環状に並んだ配列の外側（又は内側）にさらに１２個
の振動子が円環状に並んでなり、このような配列に対し
て半径方向に非反転の駆動信号で駆動する振動子と、位
相反転された駆動信号で駆動する振動子とが並ぶよう
に、内外各円環に対して第１パターンで駆動するように
してもよい。

【００３２】このように非反転の駆動信号で駆動する振
動子と、位相反転された駆動信号で駆動する振動子との
配列パターンを制御回路１１４の制御により切り替える
ことにより、焦点領域の大きさ及びピーク強度を様々に
変更することができる。

【００３３】なお、焦点領域の大きさ及びピーク強度を
変更可能としたことに伴って、図７に示すように、大き
さの異なる３種類の焦点領域を示すマーカ（焦点マー
カ）Ａ，Ｂ，Ｃを準備しておき、実際に選択した焦点マ
ーカを実線で、選択していない残りの焦点マーカを点線
で区別して表示装置１０９の表示画面の断層像と共に表
示するようにしている。なお、図７では非選択の焦点マ
ーカを点線で表示するようにしているが、表示しなくて
もよい。また、図７では選択の焦点マーカを実線で、非
選択の焦点マーカを点線で表示しているが、両マーカを
色で区別したり、網かけ形態を変えて区別するようにし
てもよい。

【００３４】また、焦点領域と共に又はそれに代えて、
予想される熱変性領域マーカや、圧力半値幅、または圧
力のファーストノーダルを表示してもよい。また、操作
者が、焦点領域の大きさを選ぶ場合に、ここではＡ，
Ｂ，Ｃのようにコンソール１１５から入力したが、キー
ボードからの入力に限らず手動スイッチで切替えたり、
フットスイッチにより選択するようにしてもよい。例え
ばフットスイッチを用いるのなら、スイッチを踏む毎に
焦点領域の大きさが変更され、フットスイッチをダブル
クリックするかスイッチを踏んでいる時間を長くするこ
とにより選択するようにもできる。また、マウスを用い
るなら、画面中の希望する焦点領域の大きさに対応する
マーカ、例えばマーカＣにマウスポインタを合わせてク
リックすることにより選択したり、マウスの代わりにラ
イトペンやトラックボールで指定してもよい。そして選
択が終了したら実線や色線でサイズ変更を明示し、代わ
りに非選択となったサイズは点線や薄い色等に変更して
表示してもよい。

【００３５】さらに、図７に示すように、操作者がター
ゲット、つまり癌細胞のような被治療部分１３１を範囲
指定すると、制御回路１１４は焦点スキャン（焦点移動
シーケンス）、焦点領域の大きさ、照射時間、照射強度
を考慮して予想される全治療領域１３２を表示する。図
７では、設定された全治療領域１３２を縞模様で表示し
てある。操作者は、被治療部分域１３１と全治療領域１
３２をそれぞれ比較し、必要十分な全治療領域１３２で
あると判断した場合は治療開始ボタンを押すことにな
る。指定領域１３１に対して全治療領域１３２に認めら
れない過不足が発生したら、操作者はマウスやライトペ
ンやトラックボールを駆使して全治療領域１３２を変更
することができる。制御回路１１４は、この操作に対応
して全治療領域１３２を要求されたものに最も近くなる
ように変更し新たな全治療領域３２として表示する。

【００３６】すなわち、制御回路１１４は焦点スキャン
の形態を変えたり、各焦点位置に対して焦点領域の大き
さを変更したりして、要求された全治療領域１３２の形
状に近くなるようにする。以上の操作者と制御回路１１
４とのやり取りが繰り返され、最適な全治療領域１３２
が設定されて治療が開始される。なお、以上の操作を操
作者がマニュアルで指定することができる。すなわち、
熱変性領域の大きさに対応した焦点領域マーカをあたか
もパズルのように操作者が被治療部分１３１上に重ねあ
わせていく。該マーカの大きさは照射強度、照射時間、
焦点領域の大きさを変更することにより変更可能である
ので、指定された熱変性領域になるように制御回路１１
４が照射強度、照射時間、焦点領域の大きさを決定すれ
ばよい。また、制御回路１１４が決定した全治療領域１
３２に対する操作者による修正の際にも、該焦点領域マ
ーカによる治療領域の付け足しまたは削除がマニュアル
で指定可能である。以上のようにして全治療領域１３
２、照射強度、照射時間、焦点領域の大きさ、焦点スキ
ャン方式が決定されたら、その際に必要な治療時間を計
算して表示する。図７では、焦点領域の大きさ（焦点サ
イズ）、照射強度、照射時間及び治療残り時間を、断層
像画面の右上に同時表示する。焦点スキャンを行って治
療が進行している場合には、治療時間表示は更新され減
少していく。

【００３７】なお、以上とは逆に、操作者が治療時間を
最優先に設定し、適切な照射強度、照射時間、焦点領域
の大きさ、全治療領域１３２を計算して表示するように
してもよい。その他、操作者が最優先に設定する項目は
何でも良く、その項目以外の設定項目は制御回路１１４
が計算するようにしてもよい。

【００３８】尚、本実施形態は、上述した１２個の振動
子に限定されず、例えば１００個の振動子であってもよ
い。また、円環数は、１や２に限定されず、理論上無限
個増加することができる。この場合も、電気的な設定を
変更することにより、１円環型の発生源としての動作や
アニュラーアレイリングとしての動作も可能であるし、
図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）の各パターンで駆
動させることも可能である。もちろん、円環数が２以上
である場合も、超音波発生源２全体を偶数個に分割する
ような形態で動作させることになる。さらに、球殻型に
限らず平板型の２次元アレイ振動子を用いて本法を適用
してもよい。さらに、フェーズドアレイにより電子的に
形成された任意の焦点位置に対して本焦点領域の大きさ
拡大法を適用することもできる。

【００３９】また、非反転の駆動信号と位相反転された
駆動信号との振幅比を、１：ｎに調整することにより、
つまり非反転の駆動信号の振幅と位相反転された駆動信
号の振幅とを相違させることにより、焦点中心にも圧力
極大点をつくることができる。その際、振幅比を様々に
調整すれば、中心圧力と周囲の圧力極大点における圧力
の比を任意に調整することが可能である。その手法とし
ては、ある振幅を１として、一斉駆動による中心ピーク
圧力を計算しこれを１として、各振動子の駆動信号の振
幅は前述の１のままとし、本実施形態による焦点拡大法
による圧力極大点でのピーク圧力を計算する。ここで
は、これが０．４であるとする。それぞれの駆動条件の
重ね合わせによる駆動法を用いれば、それによって形成
される音場も上記２種の重ね合わせに等しくなる。例え
ば、上記の条件では、非反転位相で駆動する振動子の駆
動振幅を１．４（＝１＋０．４）とし、反転位相で駆動
する振動子の駆動振幅を０．６（＝｜−１＋０．４｜）
とすれば、中心圧力及び周囲の圧力極大点の圧力が同等
な音場を形成できる。駆動振幅比を調整すれば、中心圧
力と周囲の圧力極大点の圧力比を制御可能である。

【００４０】さらに、図５（ｄ）で示すように、振動子
の面積比を変更することによっても、中心軸上に圧力極
大点をつくることが可能となる。操作者は得たい音場の
形状に合わせて、振動子の組み合わせを選択すればよ
い。または、あらかじめメモリ回路に音場の形状を記憶
させておき、これを表示させながら操作者が選ぶように
してもよい。または、中心軸上の圧力ピークと周囲の圧
力ピークの比に注目、もしくは音場の形状に注目して、
振動子の組み合わせを選択するようにしてもよい。

【００４１】（第２実施形態）第２実施形態は、増幅器
等の数を減らして構成を簡素にしながらも配列パターン
を様々に変更可能とし得るものである。図８に、この第
２実施形態による超音波治療装置の構成を示している。
図８で図１と同じ番号がふられているものは、図１と同
じ構成要素であることを示している。

【００４２】本実施形態では、２つの増幅器１１１が設
けられ、その一方には波形発生回路１１３からの波形信
号が直接に供給され、他方の増幅器１１１には波形発生
回路１１３からの波形信号が位相反転回路１１７を介し
て供給されるようになっている。これにより一方の増幅
器１１１からは非反転の駆動信号が出力され、他方の増
幅器１１１からは位相反転された駆動信号が出力され
る。

【００４３】そして、切替回路１５１により、非反転の
駆動信号で駆動される振動子と、位相反転された駆動信
号で駆動される振動子との配列パターンを、第１実施形
態で説明したように、様々に変更することができるよう
になっている。さらに、全振動子を同一位相で駆動した
い場合には、一方の増幅器１１１で全振動子を駆動する
か、又は半分の振動子を一方の増幅器１１１で駆動し、
さらに残り半分の振動子を位相反転回路１５１の出力を
非反転としたうえで他方の増幅器１１１で駆動すること
により行われる。

【００４４】なお、切替回路１５１は、増幅器１１１と
振動子１１０１〜１１１２との間の電気的な接続を変更
するためのものであり、一般的な手動スイッチで構成す
ることもできるが、リレー、アナログスイッチ、又はマ
ルチプレクサ等の一般的な構成で実現可能である。

【００４５】このように本実施形態によると、１つの増
幅器１１１が担当する振動子が全数の半分の６個ずつに
なるので、増幅器１１１の１個当たりの負荷インピーダ
ンスは常に同じであり、一斉駆動と本法による焦点領域
の大きさ拡大駆動法で位相反転回路の制御を除き系の設
定条件を変更する必要がない。また、増幅器を１つに
し、出力に分配器を用いて位相反転回路出力をそれぞれ
得るようにし、これに図８に示す切替回路１５１を接続
するようにしてもよい。このようにすると、一斉駆動法
と本法による焦点領域の大きさ拡大駆動法で増幅器１１
１の負荷インピーダンスが変わるため、増幅器１１１内
部の定数を変更する必要が生じる。この場合は、図示し
ないメモリ回路や計算回路により変更が必要な定数を求
めてもよいし、操作者がスイッチ等により定数変更を行
うようにしてもよい。

【００４６】（第３実施形態）図９は、第３実施形態に
係る超音波治療装置の構成を示している。図９におい
て、図１及び図８と同じ部分には同じ符号を付して説明
を省略する。ここでは、超音波発生源１０２が図２に示
したような、１２個の振動子１１０１〜１１１２からな
るものとして説明する。本実施形態では、１２個の振動
子１１０１〜１１１２の配列パターンが、一斉駆動パタ
ーン、図５（ａ）に示した第１パターン、図５（ｂ）に
示した第２パターン、図５（ｃ）に示した第３パター
ン、又は第４パターンの何れかで選択的に駆動すること
ができるようになっている。これらパターンの選択は、
振動子数よりも少ない例えば８個の増幅器１１１の中の
７個の増幅器１１１に対する波形発生回路１１３又は位
相反転回路１１７の電気的な接続を、７個のセレクタＳ
Ｗ０〜ＳＷ６で個別に選択することにより達成できるよ
うになっている。

【００４７】第１実施形態では各振動子それぞれに個別
に増幅器１１１を接続しており、このように増幅器の数
を振動子の数だけ用意するとなると、同数、つまり１２
個の位相反転制御回路が必要であり、構成が比較的大規
模になってしまう。。一方、第２実施形態はこの増幅器
１１１の数を切替回路を使って２個にまで減らしたもの
であったが、１個の増幅器１１１が１２個とか６個の振
動子を受け持つ必要があるため大出力の増幅器を必要と
するし、また、大電力を通過させるために容積の大きな
切替回路が必要とされる。

【００４８】これに対して、第３実施形態は、図９に示
すように、振動子数よりも少なく、しかも３個以上、こ
こでは８個の増幅器１１１でもって、上述した様々なパ
ターン駆動を選択的に行い得るようにしたものである。
８個の増幅器１１１のうちの４個の増幅器１１１は、隣
り合わない２個の振動子に共通接続され、残りの４個の
増幅器１１１は振動子に１個ずつ接続されている。具体
的には、振動子１１０１と振動子１１０９とが同じ増幅
器１１１に接続され、振動子１１０４と振動子１１１２
とが同じ増幅器１１１に接続され、振動子１１０３と振
動子１１０７とが同じ増幅器１１１に接続され、振動子
１１０６と振動子１１１０とが同じ増幅器１１１に接続
されている。

【００４９】図１０（ａ）には、第１〜第３パターン各
々に対する振動子の駆動位相を示している。なお、同じ
増幅器に接続されて同一位相で駆動される振動子を同じ
グループ名で表現している。また、第１〜第３パターン
のいずれにおいても、互いに反転する位相で駆動される
グループを同じアルファベットで右上に＊のルビを付け
て表現している。図１０（ｂ）には、第１〜第３パター
ン各々に対するセレクタＳＷ０〜ＳＷ６の制御パターン
を示している。

【００５０】まず、第１パターンは、１２個の振動子を
８つのグループに分けることにより行い得る。つまり、
８個の増幅器１１１があれば、第２実施形態のような切
替回路がなくても、７個のセレクタＳＷ０〜ＳＷ６の制
御パターンを変えることで第１〜第３パターンを切り替
えることができることになる。７個のセレクタＳＷ０〜
ＳＷ６は、アナログスイッチやリレーで構成されてお
り、制御信号が‘Ｈ’の時には上側端子を選択して非反
転で振動子を駆動し、一方、‘Ｌ’の時には下側端子を
選択して位相反転で振動子を駆動するようになってい
る。

【００５１】さらに、図１１に示すように、位相反転回
路１１７とセレクタＳＷと２つの出力端子とからなり、
セレクタＳＷにより端子間の出力位相を同じ又は反転さ
せることができるようになっている位相反転制御回路１
７１を増幅器１１１各々の出力に設ければ、増幅器は４
個ですむようになる。位相反転制御回路１７１は、例え
ば図１２に示すようなトランスとセレクタａ，ｂとを使
った回路構成で実現できる。もちろん、端子間の出力位
相を非反転／反転で切替えられる構成であれば、他の構
成でもかまわない。

【００５２】（第４実施形態）本実施形態では、図１３
乃至図１６に示すように、波形発生回路１１３で発生さ
れた周波数ｆ0 の基本波信号に、２次高調波波形発生回
路１１７で発生された周波数（２・ｆ0 ）の２次高調波
信号を混合し、この混合信号で振動子を駆動する。この
際、基本波信号で負圧が最大になる位相と、２次高調波
信号で振幅が最大になる位相とを同期を取って混合す
る。

【００５３】なお、図１３乃至図１６に示したように波
形発生回路１１３とは別に２次高調波波形発生回路１１
７を設けて両信号を混合するようにしてもよいし、Ｃ級
増幅器を挿入し、基本波信号を共振回路で取り出すと共
に、それとは別の共振回路で２次高調波信号を取り出す
ようにしてもよい。さらに、波形発生回路１１３からの
基本波信号をシュミットトリガ回路で方形波信号に直
し、又はＰＷＭ回路を通して方形波信号に直し、ディジ
タル的に２次高調波信号を生成してからフィルタ回路に
通して制限波信号を得るようにしてもよい。

【００５４】このようにして得られた２次高調波信号を
基本波信号に混合し、この混合信号を増幅して得た駆動
信号で振動子を駆動することにより、振動子からは負圧
の小さな超音波が発生され得る。

【００５５】基本波信号の振幅と２次高調波信号の振幅
との振幅比を調整することにより、超音波の負圧と正圧
との比を任意に調整することができる。振動子の電気音
響変換効率又は伝達関数を記憶しておき、操作者が所望
とする負圧と正圧との比を指定すると、この指定した負
圧と正圧との比を実現するような基本波信号の振幅と２
次高調波信号の振幅との振幅比を、振動子の電気音響変
換効率又は伝達関数に基づいて制御回路１４で計算する
ようにしてもよい。

【００５６】なお、ここでは２次高調波信号を基本波信
号に混合する例を説明したが、上述したような基本波信
号で負圧が最大になる位相と、２次高調波信号で振幅が
最大になる位相とを同期を取って混合することができる
ならば、４次、６次、８次等の偶数次の高調波信号を基
本波信号に混合するようにしてもよい。

【００５７】（第５実施形態）図１７は、本発明の第５
実施形態に係る超音波照射装置の構成を示すものであ
る。同図において、治療用アプリケー２０タ１は、治療
用超音波を発生する治療用超音波発生源２０７と、この
治療用超音波発生源２０７の略中心に挿入され、焦点付
近の断面を断層像として映像化するためのイメージング
用の超音波プローブ２０２と、カップリング液を充填さ
れた可撓性の水袋２０３とを有している。イメージング
用の超音波プローブ２０２には、超音波イメージング装
置２１３が接続されていて、超音波プローブ２０２を介
して超音波により焦点を含む断面を走査し、これにより
得たエコー信号に基づいて当該断面の断層像（Ｂモード
像）を生成し、これを表示装置２１４に表示するように
なっている。

【００５８】治療用超音波発生源２０７は、図１８に示
すように、偶数個、ここでは６個の振動子２２１〜２２
６を有する。６個の振動子２２１〜２２６それぞれは、
略扇状に形成された１つの圧電セラミックス片からな
り、又は複数の圧電セラミックス片が略扇状に配列され
てなる。このような振動子２２１〜２２６が円周方向に
沿って配列されており、全体として略球殻形状をなして
いる。各振動子から発生した超音波は、球殻の曲率に従
って幾何学的に決まる焦点２０６に集束し、ターゲット
２０５を治療するようになっている。

【００５９】なお、ここでは、３個の振動子２２１，２
２３，２２５を、第１振動子と称し、残りの３個の振動
子２２２，２２４，２２６を、第２振動子と称して区別
する。第１振動子２２１，２２３，２２５と、第２振動
子２２２，２２４，２２６とは、円周方向に沿って交互
に配列されている。第１振動子２２１，２２３，２２５
は１つの駆動系に共通接続されており、同じ駆動信号が
供給される。第２振動子２２２，２２４，２２６は別の
１つの駆動系に共通接続されており、同じ駆動信号が供
給される。第１振動子２２１，２２３，２２５に供給さ
れる駆動信号は、第２振動子２２２，２２４，２２６に
供給される駆動信号とは、位相及び振幅が相違する。こ
れにより、第１振動子２２１，２２３，２２５から発生
する超音波は、第２振動子２２２，２２４，２２６から
発生する超音波とは、位相及び振幅が相違することにな
る。

【００６０】第１振動子２２１，２２３，２２５には、
負荷整合回路２６１を介して増幅器２７１が接続され
る。この増幅器２７１は、信号発生回路２０９で発生さ
れ、そして遅延回路２８１で遅延、つまり位相シフトさ
れた高周波の波形信号を増幅する。

【００６１】第２振動子２２２，２２４，２２６には、
負荷整合回路２６２を介して増幅器７２２が接続され
る。この増幅器２７２は、信号発生回路２０９で発生さ
れ、そして遅延回路２８２で遅延、つまり位相シフトさ
れた高周波の波形信号を増幅する。

【００６２】上記遅延回路２８１の遅延時間と遅延回路
２８２の遅延時間とが相違するように制御回路２１０に
より遅延回路２８１，２８２は制御される。具体的に
は、ｎをゼロ及び自然数として、高周波の波形信号の周
期をＴとすると、遅延回路２８１の遅延時間は（ｎ・
Ｔ）／２に、遅延回路２８２の遅延時間が（（ｎ＋１）
・Ｔ）／２に、又はその逆で遅延回路２８１の遅延時間
は（（ｎ＋１）・Ｔ）／２に、遅延回路２８２の遅延時
間が（ｎ・Ｔ）／２に調整される。

【００６３】最も好ましくは、遅延回路２８１の遅延時
間はゼロに、遅延回路２８２の遅延時間はＴ／２になる
ように、又はその逆で遅延回路２８１の遅延時間はＴ／
２に、遅延回路２８２の遅延時間はゼロになるように調
整される。

【００６４】これにより増幅器２７１により第１振動子
２２１，２２３，２２５のために発生される駆動信号の
位相と、増幅器２７２により第２振動子２２２，２２
４，２２６のために発生される駆動信号の位相とは、互
いに反転、つまり１８０゜相違し（逆相）、これに応じ
て第１振動子２２１，２２３，２２５から発生する超音
波の位相と第２振動子２２２，２２４，２２６から発生
する超音波の位相とも反転する。

【００６５】また、増幅器２７１の増幅率と、増幅器２
７２の増幅率とが相違するように、制御回路２１０によ
り増幅器２７１，２７２は制御される。これにより増幅
器２７１により第１振動子２２１，２２３，２２５のた
めに発生される駆動信号の振幅と、増幅器２７２により
第２振動子２２２，２２４，２２６のために発生される
駆動信号の振幅とは相違し、これに応じて第１振動子２
１，２３，２５から発生する超音波の振幅と第２振動子
２２２，２２４，２２６から発生する超音波の振幅とも
相違する。

【００６６】オペレータは、キーボードやマウス等の入
力装置２１１を操作することにより、焦点領域の音場分
布におけるピーク音圧、ピーク音圧の位置、焦点中心の
ピーク音圧とその周辺のピーク音圧との音圧比をそれぞ
れ任意に設定することができるようになっている。これ
ら設定されたピーク音圧等を実現するために必要な遅延
回路２８１，２８２各々の遅延時間と、増幅器２７１，
２７２各々の増幅率とが記憶装置２１２に予め記憶され
ている。

【００６７】次に、本実施形態の動作について、治療用
の超音波を集束して患者２０４内の癌細胞２０５を焼灼
治療するケースを想定して説明する。超音波出力を増加
する際、振動子２２１〜２２６の駆動信号の振幅（駆動
エネルギー）を単に直線的に増加していくだけでは、焦
点のピーク音圧が不必要に増加し、そのエネルギーが治
療に有効に寄与しないばかりでなく、かえって副作用を
生じる可能性がある。すなわち、焼灼領域が焦点に限定
されるのみならず、焦点中心近傍では、水分の蒸発、キ
ャビテーション発生、音響流発生などの、治療にとって
は好ましくない様々な物理的作用を誘発する。その結
果、出血などの副作用が生じる可能性が指摘されてい
る。

【００６８】よって、焦点領域の大きさを拡大しながら
も、焦点中心で音圧が欠落することないようにエネルギ
ーを分散させることにより、ピーク音圧の増加を抑えな
がら焦点領域内のターゲットを略均一に治療することを
可能にする。これにより、投入エネルギーに対する効率
よい治療ができるようになる。

【００６９】本実施形態では、上述の制御、つまり焦点
領域の大きさを拡大しながらも、焦点中心で音圧が欠落
することないようにエネルギーを分散させるのに必要な
制御を制御回路２１０で統括する。すなわち、第１振動
子２２１，２２３，２２５への駆動信号と第２振動子２
２２，２２４，２２６への駆動信号との位相差が１８０
°になり、それに応じて第１振動子２２１，２２３，２
２５から発生する超音波の位相と第２振動子２２２，２
２４，２２６から発生する超音波の位相とが互いに反転
するように、遅延回路２８１の遅延時間と遅延回路２８
２の遅延時間との差を、Ｔ／２（Ｔは高周波の波形信号
の周期）に調整する。

【００７０】さらに、振動子２２１〜２２６の形状や配
置情報から、第１振動子２２１，２２３，２２５への駆
動信号の振幅と第２振動子２２２，２２４，２２６の駆
動信号の振幅とが相違して、それに応じて第１振動子２
２１，２２３，２２５から発生する超音波の振幅と第２
振動子２２２，２２４，２２６から発生する超音波の振
幅とが相違するように、増幅器２７１の増幅率と増幅器
２７２の増幅率とを別々に調整する。

【００７１】これら遅延時間や増幅率の基になるデータ
は、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置２１２に記憶しておく。
その際、制御回路２１０は、表示装置２１４の画面上に
表示されている焦点マークの大きさも焦点領域の大きさ
に対応して変化させる。なお、記憶装置２１２の内容を
参照するかわりに、制御回路２１０が計算しても、また
は入力装置２１１から情報を入力しても良い。

【００７２】ここで具体例について説明する。超音波発
生源２７は、６個の振動子２２１〜２２６、開口径２０
０ｍｍ、内径８４ｍｍ、焦点距離２３０ｍｍと想定して
いる。第１振動子２２１，２２３，２２５への駆動信号
と第２振動子２２２，２２４，２２６への駆動信号との
位相差を１８０°にした上で、第１振動子２２１，２２
３，２２５への駆動信号と第２振動子２２２，２２４，
２２６への駆動信号との振幅比を、 １：３ に設定すると、焦点領域の音場分布は、図１９に示すよ
うに、従来と同様に焦点中心の周囲に円弧状にピーク音
圧点が並ぶだけでなく、焦点中心にもピーク音圧点が形
成される。音圧半値幅で考察すると、位相差を与えずに
しかも同じ振幅で一斉駆動する駆動方式と比べ、焦点断
面積は約２０倍に拡大する。なお、図１９より明らかな
ように、ピーク音圧間には、音圧の谷が存在するが、加
熱治療の場合は熱伝導により熱変性領域は隙間なく一様
な形状となる。もし、従来のように焦点中心の音圧がゼ
ロの場合なら、中心近傍に一致して未変性領域が残って
しまう。

【００７３】また、振幅比を変えることで治療目的にあ
わせた肌理の細かい焦点領域の制御が可能である。第１
振動子２２１，２２３，２２５への駆動信号と第２振動
子２２２，２２４，２２６への駆動信号との位相差を１
８０°にした上で、第１振動子２２１，２２３，２２５
への駆動信号と第２振動子２２２，２２４，２２６への
駆動信号との振幅比を、 １：１．２５ とすると、図２０に示すような音場分布が得られる。つ
まり、焦点中心の周囲に円弧状に並ぶピーク音圧点を含
む円環領域の単位面積あたりの音圧、つまりエネルギー
密度が焦点中心の極小領域のエネルギー密度と略同一に
なる。こうすることにより、より均等な加熱又は焼灼を
実現する音場を形成できる。この音場を加熱用音場と
し、前述したピーク音圧を揃える方法を結石破砕用音場
として記憶装置１２にそれぞれ記憶し、治療の目的によ
って使い分けて使用してもよい。

【００７４】このように第５実施形態によると、焦点領
域の大きさを拡大しながらも、焦点中心で音圧が欠落す
ることないようにエネルギーを分散させることができ、
これにより、ピーク音圧の増加を抑えながら焦点領域内
のターゲットを略均一に治療することを可能にする。こ
れにより、投入エネルギーに対する効率よい治療ができ
るようになる。

【００７５】（第６実施形態）次に、第２実施形態につ
いて説明する。図２１には、第６実施形態による超音波
照射装置の構成を示しており、図１７と同じ構成要素に
は同じ符号を付している。第６実施形態による超音波照
射装置は、第５実施形態による超音波照射装置と構成
上、第１振動子２２１，２２３，２２５と第２振動子２
２２，２２４，２２６とで増幅器２１５が共用されてい
る点と、共用増幅器２１５からの駆動信号を電力分配回
路２１６で第１振動子２２１，２２３，２２５と第２振
動子２２２，２２４，２２６とに分配している点とが相
違する。他の構成は、第５実施形態と同じであるので説
明は省略する。

【００７６】増幅器２１５としては、一般の高周波電力
源もしくは高周波アンプと同様のものが使用可能であ
る。また、本実施形態では、電力分配回路２１６とし
て、コンベンショナルトランス及び伝送線路トランスを
用いている。電力分配回路２１６の構成を図２２に示し
ている。図２２において、コンベンショナルトランス２
４１はインピーダンス整合のために使用されている。コ
ンベンショナルトランス２４１の２次側には複数のタッ
プが設けられており、インピーダンス整合の微調整が可
能である。また、１次側と２次側を絶縁する役目も兼ね
ている。一般に、ＬＣ素子によるインピーダンス整合回
路に比べ、コンベンショナルトランス方式のほうが周波
数特性が良い。コンベンショナルトランス２４１の後に
接続されている伝送線路トランス２４２〜２４５は第１
振動子２２１，２２３，２２５と第２振動子２２２，２
２４，２２６とに所定の比率で電力を分配し、かつ電力
波の位相を互いに反転させるために用いられている。

【００７７】本実施形態では、信号振幅比は１：３（電
力比では１：９）としたが、このように整数で振幅比が
表現される場合、伝送線路トランスが作りやすさと周波
数特性の２点でコンベンショナルトランスよりも優れて
いる。もちろん、伝送線路トランスの代わりにコンベン
ショナルトランスを使用することも可能であり、その
他、アッテネータによる方式も可能である。また、イン
ピーダンス整合を、ＬＣ素子を用いた回路としても使用
可能である。

【００７８】本実施形態においても第５実施形態と同様
の作用効果を、簡素な構成で奏することができる。

【００７９】（第７実施形態）上述の第５、第６実施形
態では、遅延制御により第１振動子への駆動信号と第２
振動子への駆動信号との間に１８０゜の位相差を与える
ことにより、第１振動子から発生する超音波と第２振動
子から発生する超音波との間に１８０゜の位相差を与え
るようにしていたが、本実施形態では、このような遅延
制御によらず、物理的な工夫により第１振動子から発生
する超音波と第２振動子から発生する超音波との間に１
８０゜の位相差を与えることを特徴としている。なお、
第１振動子への駆動信号の振幅と第２振動子への駆動信
号の振幅とを相違させる構成および他の周辺部分の構成
は第５実施形態と同様であるので説明は省略する。

【００８０】図２３（ａ）に、第７実施形態による超音
波発生源の構造を、略半分に切り欠いた状態で示してい
る。この超音波発生源は、圧電セラミック製の複数、こ
こでは６個の第１振動子２３１と同じ６個の第２振動子
２３２とを円周方向に沿って交互に並べて全体として球
殻形状になしたものであり、各振動子からの超音波が幾
何学的な焦点に集束するようになっている。なお、振動
子２３１，２３２は実際には支持体により保持される。

【００８１】第１振動子２３１は、その超音波放射面と
焦点２０６との距離が、第２振動子２３２の超音波放射
面と焦点２０６との距離よりも、超音波の波長をＷＬと
して、ＷＬ／２だけ長くなるように、つまり第１振動子
２３１が第２振動子２３２よりも超音波照射方向にＷＬ
／２だけ奥まっているようにオフセット配置されてい
る。

【００８２】換言すると、第２振動子２３２は、その超
音波放射面と焦点２０６との距離が、第１振動子２３１
の超音波放射面と焦点２０６との距離よりも、超音波の
波長をＷＬとして、ＷＬ／２だけ短くなるように、つま
り第２振動子３２が第１振動子３１よりも超音波照射方
向にＷＬ／２だけ突出して、焦点２０６に近くなるよう
にオフセット配置されている。

【００８３】図２３（ｂ）に示すように全振動子を焦点
２０６から一定の距離に配置する場合は、幾何学的焦点
２０６における音圧がその周囲に比較してかなり高いも
のとなるが、図２３（ａ）のようなオフセット配置にす
ることにより、第５、第７実施形態と同様に、焦点領域
での干渉状態が変化し、幾何学的焦点２０６の中心の周
囲の音圧が高くなり、焦点領域が実質的に拡大する。図
２３（ｂ）のような構造のときには、その音圧が高いの
で焦点での治療効果は高いが、それと同時に焦点とその
周囲の組織を破壊してしまい出血するという問題がある
が、本実施形態のように焦点の音圧を低くして、その周
囲の音圧を底上げすることで、第５、第７実施形態と同
様に組織破壊を生じること無く出血することを防止する
ことができる。

【００８４】また焦点の周囲の音圧が高くなるので、焦
点領域が拡大して治療可能領域も拡大するので、従来、
照射を繰り返す必要のあった比較的大きなターゲットに
対しても、照射量が少なくてすむので、治療時間を短縮
することができる。

【００８５】（第８実施形態）図２４は、本発明の第８
実施形態に係る超音波照射装置の構成を示すものであ
る。同図において、治療用アプリケータ３０１は、治療
用超音波を発生する治療用超音波発生源３０２と、この
治療用超音波発生源３０２の略中心の孔に挿入され、焦
点領域を含む断面を断層像として映像化するためのイメ
ージング用の超音波プローブ３０３と、超音波の伝播媒
質、例えばよく脱気された水３０５が封入されている可
撓性の水袋３０４とを有している。イメージング用の超
音波プローブ３０３には、超音波イメージング装置３０
８が接続されていて、超音波プローブ３０３を介して超
音波により焦点領域を含む断面を走査し、これにより得
たエコー信号に基づいて当該断面の断層像（Ｂモード
像）を生成し、これを表示装置３０９にリアルタイムに
表示するようになっている。

【００８６】治療用超音波発生源３０２は、図２５に示
すように、電気的に分離した偶数個、ここでは８個の振
動子３２１〜３２８を有する。つまり、治療用超音波発
生源３０２は、８チャンネルを有する。８個の振動子３
２１〜３２８それぞれは、略扇状に形成された１つの圧
電セラミックス片からなり、又は共通電極で電気的に連
結されている複数の圧電セラミックス片が略扇状に配列
されてなる。このような振動子３２１〜３２８が略円環
状に配列されており、全体として略球殻形状をなしてい
る。各振動子から発生した超音波は、球殻の曲率に従っ
て幾何学的に決まる焦点１１６に集束し、ターゲット１
７を治療するようになっている。

【００８７】８個の振動子３２１〜３２８には、８個
（８チャンネル）のインピーダンス整合回路３１０が１
対１に接続されている。この８個のインピーダンス整合
回路３１０の入力には、やはり８個（８チャンネル）の
増幅器３１１の出力が１対１に接続されている。さら
に、８個の増幅器３１１の入力には、８個（８チャンネ
ル）の移相器３１２の出力が１対１に接続されている。
そして、８個の移相器３１２の入力には、高周波（周波
数ｆ0 ）の波形信号を発生する波形発生回路３１３が共
通接続されている。

【００８８】さらに、増幅器３１６は、波形発生回路３
１３から出力される波形信号をそのまま増幅するために
設けられている。この増幅器３１６から出力される駆動
信号は、増幅器３１１から出力される駆動信号各々と加
算され、整合回路３１０を介して振動子３２１〜３２８
に送られる。

【００８９】制御回路３１４は、移相器３１２から出力
される波形信号が、ｋを自然数として、（２π・ｋ）／
Ｎずつ相違するように、移相器３１２各々の移相量を制
御する。なお、Ｎは振動子数を表している。従って、増
幅器３１１各々の出力波形は、 Ａsin（２πｆｔ＋２πｋ（ｎ／Ｎ）） で与えられる。なお、Ａは、制御回路３１４により制御
される増幅器３１１の増幅率、ｆは駆動信号の周波数、
ｔは時間、ｎは振動子番号（０〜７）を表している。振
動子番号は、円弧状に配列された振動子３２１〜３２８
に、例えば反時計回りに順番に付けられている。

【００９０】このような移相制御により、例えば図２５
に示すように、振動子３２１の駆動信号に対して、振動
子３２２〜３２８の駆動信号はそれぞれ、π／４，２π
／４，３π／４，４π／４，５π／４，６π／４，７π
／４という位相差が与えられる。一方、増幅器３１６の
出力波形は、φを初期位相（固定値）として、 Ｂsin（２πｆｔ＋φ） で与えられる。なお、Ｂは、制御回路３１４により制御
される増幅器３１６の増幅率を表している。

【００９１】振動子３２１〜３２８に印加される駆動信
号は、 Ａsin（２πｆｔ＋２πｋ（ｎ／Ｎ））＋Ｂsin（２πｆ
ｔ＋φ） で与えられる。この増幅器３１６の増幅率Ｂに対する増
幅器３１１の増幅率Ａの比率（Ａ／Ｂ比）を制御回路３
１４の増幅率制御により様々に変えることにより、図２
６に示すように、焦点中心の音圧と、周囲の音圧との強
度比を様々に変更することができる。

【００９２】本発明は、上述した実施形態に限定される
ことなく、種々変形して実施可能である。例えば、上述
の実施形態では、第１振動子への駆動信号が第２振動子
への駆動信号との間に１８０゜の位相差（遅延位相）を
与える説明をしているが、位相差は次の関係が成立する
ものでもよい。 ０゜＜位相差＜１８０゜ この場合（当然、振幅値も変える）、周囲の音圧極大点
の大きさは交互に異なる値となる。

【００９３】また、音響レンズ、フェーズドアレイ法を
用いる場合でも、上述の実施形態による焦点拡大法を用
いてもよい。

【００９４】また、上述の実施形態すべてにおいては、
圧電セラミック製の振動子で超音波発生源を構成した
が、これに代えて、電磁誘導タイプの超音波発生源を採
用してもよい。また、位相の反転／非反転のみを述べた
が、ある決まった位相量、例えば９０゜の遅れ／進み位
相などの他の位相差で駆動してもよいし、特開平０６−
７８９３０号公報に開示されているように位相量を変更
可能にしてもよい。また、振動子分離は振動子板の物理
的なカッティングによらなくても、電極カッティングに
より実現してもよい。

【００９５】また、上述の実施形態すべてにおいては、
超音波発生源は、円周方向に振動子を配列するように記
述したが、図２７に示すように、超音波発生源は、半径
の弧Ｔなる複数のリング状振動子４０１〜４０５から構
成されるいわゆるアニュラー型であってもよい。

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば、位相及び振幅の相違す
る複数種類の超音波を一斉に発生することができるの
で、音圧極大値が焦点の中心と焦点の周囲とに存在する
焦点領域を形成することができる。さらに、位相を振動
子ごとに変えることができるので、焦点領域の大きさを
様々に変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による超音波治療装置の
構成を示す図。

【図２】図１の超音波発生源の概略的な平面図。

【図３】（ａ）は、図１の位相非反転／反転回路の第１
例の構成を示す図、（ｂ）は、図１の位相非反転／反転
回路の第２例の構成を示す図。

【図４】（ａ）は、図１の位相非反転／反転回路の第３
例の構成を示す図、（ｂ）は、図１の位相非反転／反転
回路の第４例の構成を示す図。

【図５】（ａ）は、本実施形態において、非反転の駆動
信号が供給される振動子と反転された駆動信号が供給さ
れる振動子とが１つずつ交互に並ぶ第１パターンを示す
図、（ｂ）は、本実施形態において、非反転の駆動信号
が供給される振動子と反転された駆動信号が供給される
振動子とが２つずつ交互に並ぶ第２パターンを示す図、
（ｃ）は、本実施形態において、非反転の駆動信号が供
給される振動子と反転された駆動信号が供給される振動
子とが３つずつ交互に並ぶ第３パターンを示す図、
（ｄ）は、本実施形態において、非反転の駆動信号が供
給される隣接する３つの振動子と反転された駆動信号が
供給される隣接する２つの振動子とが交互に並ぶ第４パ
ターンを示す図、（ｅ）は、本実施形態において、非反
転の駆動信号が供給される振動子と反転された駆動信号
が供給される振動子とが格子状に並ぶ第５パターンを示
す図。

【図６】図５（ｂ）の第２パターンで駆動するときの音
場分布を示す図。

【図７】図１の表示装置の表示画面例を示す図。

【図８】本発明の第２実施形態による超音波治療装置の
構成を示す図。

【図９】本発明の第３実施形態による超音波治療装置の
構成を示す図。

【図１０】（ａ）は、第３実施形態において、配列パタ
ーンと各振動子の駆動位相との対応を示す図、（ｂ）
は、配列パターンと各セレクタとの対応を示す図。

【図１１】図９の超音波治療装置の変形例の構成を示す
図。

【図１２】図１１の位相反転制御回路の一例の構成を示
す図。

【図１３】第４実施形態により改良された図１の超音波
治療装置の構成を示す図。

【図１４】第４実施形態により改良された図８の超音波
治療装置の構成を示す図。

【図１５】第４実施形態により改良された図９の超音波
治療装置の構成を示す図。

【図１６】第４実施形態により改良された図１１の超音
波治療装置の構成を示す図。

【図１７】本発明の第５実施形態に係る超音波照射装置
の構成を示す図。

【図１８】図１７の超音波発生源の概略的な平面図。

【図１９】図１７の制御回路により反転と非反転との間
の駆動信号の振幅比が１：３に調整されたときの音場分
布を示す図。

【図２０】図１７の制御回路により反転と非反転との間
の駆動信号の振幅比が１：１．２５に調整されたときの
音場分布を示す図。

【図２１】本発明の第６実施形態に係る超音波照射装置
の構成を示す図。

【図２２】図２１の電力分配回路の構成を示す図。

【図２３】（ａ）は、本発明の第７実施形態に係る超音
波照射装置の超音波発生源を縦半分に切り欠きそれを横
から見た図、（ｂ）は、（ａ）の比較例を示す図。

【図２４】本発明の第８実施形態に係る超音波照射装置
の構成を示す図。

【図２５】図２４の各振動子に供給される駆動信号の位
相を示す図。

【図２６】図２５の位相パターンで、振幅比Ａ／Ｂを変
えることによる音場分布の変化を示す図。

【図２７】アニュラー型超音波発生源を示す図。

【図２８】従来の拡大された焦点領域の音場分布を示す
図。

【符号の説明】

１０１…治療用アプリケータ、 １０２…治療用超音波発生源、 １０３…イメージング用超音波プローブ、 １０４…水袋、 １０５…脱気水、 １０６…患者（被検体）、 １０７…癌細胞、 １０８…超音波イメージング装置、 １０９…表示装置、 １１０…インピーダンス整合回路、 １１１…増幅器、 １１２…位相非反転／反転回路、 １１３…波形発生回路、 １１４…制御回路、 １１５…コンソール、 １１６…焦点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相田 聡 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内 (72)発明者 小作 秀樹 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の駆動信号を印加されることによ
   り、焦点に集束する複数の超音波を発生する複数の振動
   子と、 前記駆動信号各々を位相と振幅とを可変にして発生する
   複数の駆動ユニットと、 前記駆動信号各々の位相と振幅を設定するために、前記
   駆動ユニットを個々に制御する制御回路とを具備するこ
   とを特徴とする超音波治療装置。
2. 【請求項２】 前記制御回路は、前記焦点の中心の音圧
   と、前記焦点の周囲のピーク音圧とが略一致するよう
   に、前記駆動信号各々の位相と振幅を設定することを特
   徴とする請求項１記載の超音波治療装置。
3. 【請求項３】 前記制御回路は、前記焦点の中心領域の
   エネルギー密度と、前記焦点の周囲の音圧極大点を含む
   円周領域のエネルギー密度とが略一致するように、前記
   駆動信号各々の位相と振幅を設定することを特徴とする
   請求項１記載の超音波治療装置。
4. 【請求項４】 前記駆動ユニット各々は、高周波の波形
   信号の位相を反転する位相反転回路と、前記位相反転さ
   れた第１波形信号と前記位相反転されていない第２波形
   信号とを選択的に出力するセレクタと、前記セレクタか
   ら出力される前記第１波形信号又は前記第２波形信号を
   増幅する増幅器とを有することを特徴とする請求項１記
   載の超音波治療装置。
5. 【請求項５】 前記駆動ユニット各々は、高周波の波形
   信号を増幅して駆動信号を発生する増幅器と、前記駆動
   信号の位相を反転する位相反転回路と、前記位相反転さ
   れた第１駆動信号と前記位相反転されていない第２駆動
   信号とを選択的に出力するセレクタとを有することを特
   徴とする請求項１記載の超音波治療装置。
6. 【請求項６】 前記制御回路は、前記焦点の大きさを変
   えるために、前記第１駆動信号で駆動する振動子と前記
   第２駆動信号で駆動する振動子との組み合わせを変更す
   ることを特徴とする請求項１記載の超音波治療装置。。
7. 【請求項７】 前記駆動信号に高調波信号を混合する手
   段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超音
   波治療装置。。
8. 【請求項８】 前記駆動ユニット各々は、隣接しない少
   なくとも２つの振動子に共通接続されていることを特徴
   とする請求項１記載の超音波治療装置。
9. 【請求項９】 複数の第１駆動信号を印加されることに
   より、焦点に集束する複数の第１超音波を発生する複数
   の第１振動子と、 複数の第２駆動信号を印加されることにより、前記第１
   超音波と同じ焦点に集束する複数の第２超音波を発生す
   る複数の第２振動子と、 前記第１駆動信号を位相と振幅とを可変にして発生する
   第１駆動ユニットと、 前記第２駆動信号を位相と振幅とを可変にして発生する
   第２駆動ユニットと、 前記第１駆動信号と前記第２駆動信号との間で位相及び
   振幅を相違させるように、前記第１駆動ユニットと第２
   駆動ユニットとを制御する制御回路とを具備することを
   特徴とする超音波治療装置。
10. 【請求項１０】 前記第１駆動信号と前記第２駆動信号
    の少なくとも一方は遅延回路を有し、前記遅延回路の遅
    延時間は前記制御回路により制御されることを特徴とす
    る請求項９記載の超音波治療装置。
11. 【請求項１１】 前記第１駆動ユニットと前記第２駆動
    ユニット各々は増幅器を有し、前記増幅器の増幅率は前
    記制御回路により制御されることを特徴とする請求項９
    記載の超音波治療装置。
12. 【請求項１２】 前記第１振動子と第２振動子とは互い
    に隣り合うようにアレンジされていることを特徴とする
    請求項９記載の超音波治療装置。
13. 【請求項１３】 前記第１駆動ユニットは、前記第１振
    動子に共通接続され、前記第２駆動ユニットは、前記第
    ２振動子に共通接続されていることを特徴とする請求項
    １２記載の超音波治療装置。
14. 【請求項１４】 前記第１駆動信号と前記第２駆動信号
    との少なくとも一方に高調波信号を混合する手段をさら
    に備えることを特徴とする請求項９記載の超音波治療装
    置。
15. 【請求項１５】 第１駆動信号を印加されることによ
    り、焦点に集束する第１超音波を発生する複数の第１振
    動子と、 第２駆動信号を印加されることにより、前記第１超音波
    と同じ焦点に集束する第２超音波を発生するものであっ
    て、前記第１振動子と互いに隣り合うようにアレンジさ
    れる複数の第２振動子と、 前記第１駆動信号を発生する第１駆動ユニットと、 前記第１駆動信号に対して逆相になるように前記第２駆
    動信号を発生する第２駆動ユニットとを具備することを
    特徴とする超音波治療装置。
16. 【請求項１６】 第１駆動信号を印加されることによ
    り、焦点に集束する第１超音波を発生する複数の第１振
    動子と、 第２駆動信号を印加されることにより、前記第１超音波
    と同じ焦点に集束する第２超音波を発生する複数の第１
    振動子と、 駆動信号を発生する駆動ユニットと、 前記駆動信号を前記第１駆動信号と前記第２駆動信号と
    に分配するものであって、前記第１駆動信号の位相と前
    記第２駆動信号の位相とを相違する手段と、前記第１駆
    動信号の振幅と前記第２駆動信号の振幅とを相違する手
    段とを有する分配器とを具備することを特徴とする超音
    波治療装置。
17. 【請求項１７】 高周波の駆動信号を発生する駆動ユニ
    ットと、 前記駆動信号の印加により、焦点に集束する第１超音波
    を発生する複数の第１振動子と、 前記駆動信号の印加により、前記第１超音波と同じ焦点
    に集束する第２超音波を発生するものであって、前記第
    １振動子より前記焦点に近い位置に設けられる複数の第
    ２振動子とを具備することを特徴とする超音波治療装
    置。
18. 【請求項１８】 前記第２振動子は、前記第１振動子よ
    りも、前記第１及び第２超音波の１／２波長だけ前記焦
    点に近いことを特徴とする請求項１７記載の超音波治療
    装置。
19. 【請求項１９】 前記第１振動子に印加される駆動信号
    の振幅と、前記第２振動子に印加される駆動信号の振幅
    とを相違させる手段をさらに備えることを特徴とする請
    求項１７記載の超音波治療装置。
20. 【請求項２０】 前記第１振動子に印加される駆動信号
    と、前記第２振動子に印加される駆動信号との少なくと
    も一方に高調波信号を混合する手段をさらに備えること
    を特徴とする請求項１７記載の超音波治療装置。