(57)【要約】本発明は、超音波変換器、集束超音波治療装置を提供し、高強度集束超音波技術分野に属し、従来の超音波変換器の焦点領域寸法が大きく、「葉巻」の形状をしているという課題を解決することができる。該超音波変換器は、超音波を生成する放音手段と、放音面とを備え、放音面は第一切欠、第二切欠、第三切欠を有する球面であって、放音面の対応する球面の１つの球心面はメイン球心面であって、第一切欠と第二切欠はメイン球心面に垂直な直径と球面とが交差する２つの点にそれぞれ位置し、第三切欠は第一切欠と第二切欠を接続し、放音面は、メイン球心面の両側からそれぞれ一定の距離の範囲において、メイン球心面に平行な断面において円弧状であって、円弧状の開口は第三切欠に対応し、円弧状の中心角が１８０度よりも大きく３６０度よりも小さく、放音面は超音波を反射し、放音手段が生成する超音波は放音面の対応する球心に集束する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を生成する放音手段と、放音面とを備える超音波変換器であって、
前記放音面は第一切欠、第二切欠、第三切欠を有する球面であって、前記放音面の対応する球面の１つの球心面はメイン球心面であって、前記第一切欠と前記第二切欠は前記メイン球心面に垂直な直径と前記球面とが交差する２つの点にそれぞれ位置し、前記第三切欠は前記第一切欠と前記第二切欠を接続し、
前記メイン球心面の両側からそれぞれ一定の距離の範囲において、前記放音面は前記メイン球心面に平行な断面において円弧状であって、前記円弧状の開口は前記第三切欠に対応し、前記円弧状の対応する中心角が１８０度よりも大きく３６０度よりも小さく、
前記放音面は超音波を反射する能力を有し、前記放音手段が生成する超音波は前記放音面の対応する球心に集束することを特徴とする超音波変換器。
【請求項２】
前記第一切欠と前記第二切欠のエッジはそれぞれ第一平面と第二平面に位置することを特徴とする請求項１に記載の超音波変換器。
【請求項３】
前記第一平面と前記第二平面はいずれも前記メイン球心面に平行であることを特徴とする請求項２に記載の超音波変換器。
【請求項４】
前記第一平面と前記第二平面との間の距離は８０ｍｍ〜１０００ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の超音波変換器。
【請求項５】
前記第一平面と前記第二平面との間の距離は１５０ｍｍ〜５００ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の超音波変換器。
【請求項６】
前記第一平面と前記メイン球心面との間の距離は前記第二平面と前記メイン球心面との間の距離と等しいことを特徴とする請求項３に記載の超音波変換器。
【請求項７】
前記放音面は前記メイン球心面に平行な断面のいずれにおいても、対応する中心角が１８０度よりも大きく３６０度よりも小さい円弧状であることを特徴とする請求項１に記載の超音波変換器。
【請求項８】
前記放音面は、前記メイン球心面に平行な断面のいずれにおける円弧状の開口の向きも同一であることを特徴とする請求項７に記載の超音波変換器。
【請求項９】
前記放音面は、前記メイン球心面に平行な断面のいずれにおける円弧状の対応する中心角も等しいことを特徴とする請求項８に記載の超音波変換器。
【請求項１０】
前記放音面は、前記メイン球心面の両側からそれぞれ一定の距離の範囲において、前記メイン球心面に平行な断面における円弧状の対応する中心角が１８０度よりも大きく３００度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の超音波変換器。
【請求項１１】
前記放音面は、前記メイン球心面の両側からそれぞれ一定の距離の範囲において、前記メイン球心面に平行な断面における円弧状の対応する中心角が２００度よりも大きく２８０度よりも小さいことを特徴とする請求項１０に記載の超音波変換器。
【請求項１２】
前記放音面の対応する球面の直径は１００ｍｍ〜３０００ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の超音波変換器。
【請求項１３】
前記放音面の対応する球面の直径は２００ｍｍ〜２０００ｍｍであることを特徴とする請求項１２に記載の超音波変換器。
【請求項１４】
前記メイン球心面の両側からそれぞれ一定の距離の範囲は、前記メイン球心面の両側からそれぞれ４０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の超音波変換器。
【請求項１５】
前記放音面は前記メイン球心面に対して対称に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波変換器。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の超音波変換器を備えることを特徴とする集束超音波治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高強度集束超音波技術分野に属し、具体的に超音波変換器、集束超音波治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度集束超音波（Ｈｉｇｈ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ，ＨＩＦＵ）技術は、超音波の可集束性及び透過性を利用して、超音波を特定の位置に集束させ、焦点領域での高エネルギーを利用して疾患を治療し、反応を励起し、材料性質を変化させる等して、医療、科学研究、材料処理分野等で広く利用されている。例えば、高強度集束超音波技術は既に、肝臓癌、乳癌、腎臓癌、骨腫瘍、子宮筋腫などの良悪性腫瘍の治療に臨床で使用されており、その原理は、超音波を人体内の病変箇所に集束させ、焦点領域の高いエネルギー密度機械エネルギーを熱エネルギーに変換し、病変組織を凝固性壊死（超音波熱アブレーションとも呼ばれる）させるというものであると同時に、音響チャネル上の超音波エネルギー密度が低いため、病変組織周辺および音響チャネル上の正常な組織に影響を与えない、あるいは、受ける影響が許容できるものであることを保証できる。
【０００３】
超音波変換器は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、放音面の各箇所から法線方向に超音波を発して、発した超音波を集束する、高強度集束超音波技術のコア部品である。従来の集束超音波変換器の放音面は、進行波である超音波を発し、球冠の球心近傍で集束する球冠面であることが多い。超音波の特性のため、従来の超音波変換器の焦点領域は、実際には葉巻形や紡錘形に近似し、その音軸方向の長さは大きく、一般的に１０ｍｍを超える一方、他の２つの短軸の寸法は２ｍｍ〜３ｍｍ（超音波周波数を1ＭＨｚとした場合を例とする）である。
【０００４】
従来の超音波変換器は、焦点領域範囲が広く、エネルギーが十分に集中せず、焦点領域におけるエネルギー密度が低く、音圧はせいぜい１０７Ｐａオーダーに達するにすぎず、これにより病変組織を迅速にアブレーションすることができず、治療時間が長く、治療効果は好ましくなかった。
【０００５】
また、人体内には骨、ガス含有内臓、脂肪などの不均一な組織が多数存在しており、これらは既存の超音波変換器から発した超音波を大きな散乱、反射させ、超音波の伝播を著しい非線形にするなどして、焦点領域に予測できないオフセット、歪みを生じさせ、治療の安全性に影響を与える。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、従来の超音波変換器の焦点領域寸法が大きく、「葉巻」の形状をしているという課題を少なくとも部分的に解決し、小さな寸法の球状焦点領域を形成可能な超音波変換器、集束超音波治療装置を提供する。
【０００７】
本発明の技術課題を解決するために採用する技術事項は、超音波を生成する放音手段と、放音面とを備える超音波変換器であって、
前記放音面は第一切欠、第二切欠、第三切欠を有する球面であって、前記放音面の対応する球面の１つの球心面はメイン球心面であって、前記第一切欠と前記第二切欠は前記メイン球心面に垂直な直径と前記球面とが交差する２つの点にそれぞれ位置し、前記第三切欠は前記第一切欠と前記第二切欠を接続し、
前記メイン球心面の両側からそれぞれ一定の距離の範囲において、前記放音面は前記メイン球心面に平行な断面において円弧状であって、前記円弧状の開口は前記第三切欠に対応し、前記円弧状の対応する中心角が１８０度よりも大きく３６０度よりも小さく、
前記放音面は超音波を反射する能力を有し、前記放音手段が生成する超音波は前記放音面の対応する球心に集束する超音波変換器であるというものである。
【０００８】
好ましくは、前記第一切欠と前記第二切欠のエッジはそれぞれ第一平面と第二平面に位置する。
【０００９】
さらに好ましくは、前記第一平面と前記第二平面はいずれも前記メイン球心面に平行である。
【００１０】
さらに好ましくは、前記第一平面と前記第二平面との間の距離は８０ｍｍ〜１０００ｍｍである。
【００１１】
さらに好ましくは、前記第一平面と前記第二平面との間の距離は１５０ｍｍ〜５００ｍｍである。
【００１２】
さらに好ましくは、前記第一平面と前記メイン球心面との間の距離は前記第二平面と前記メイン球心面との間の距離と等しい。
【００１３】
好ましくは、前記放音面は前記メイン球心面に平行な断面のいずれにおいても、対応する中心角が１８０度よりも大きく３６０度よりも小さい円弧状である。
【００１４】
さらに好ましくは、前記放音面は、前記メイン球心面に平行な断面のいずれにおける円弧状の開口の向きも同一である。
【００１５】
さらに好ましくは、前記放音面は、前記メイン球心面に平行な断面のいずれにおける円弧状の対応する中心角も等しい。
【００１６】
好ましくは、前記放音面は、前記メイン球心面の両側からそれぞれ一定の距離の範囲において、前記メイン球心面に平行な断面における円弧状の対応する中心角が１８０度よりも大きく３００度よりも小さい。
【００１７】
さらに好ましくは、前記放音面は、前記メイン球心面の両側からそれぞれ一定の距離の範囲において、前記メイン球心面に平行な断面における円弧状の対応する中心角が２００度よりも大きく２８０度よりも小さい。
【００１８】
好ましくは、前記メイン球心面の両側からそれぞれ一定の距離の範囲は、メイン球心面の両側からそれぞれ４０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲である。
【００１９】
好ましくは、前記放音面の対応する球面の直径は１００ｍｍ〜３０００ｍｍである。
【００２０】
さらに好ましくは、前記放音面の対応する球面の直径は２００ｍｍ〜２０００ｍｍである。
【００２１】
好ましくは、前記放音面は前記メイン球心面に対して対称に設けられている。
【００２２】
本発明の技術課題を解決するために採用する技術事項は、上記超音波変換器を備える集束超音波治療装置である。
【００２３】
本発明の超音波変換器において、放音面は超音波を反射する能力を有し、それが対応する中心角が１８０度を超えることから、放音面の一部の位置が発する超音波は、対向する放音面によって反射されて戻って、この領域内で超音波に定在波を形成させ、放音面の他の部分が発する超音波は反射されず進行波のままである。
【００２４】
このような進行波と定在波を組み合わせる形態によって、超音波の焦点領域を一部の方向で圧縮して、葉巻から球形に近い規則的な形状に変更し、かつ寸法が小さくなることで、焦点領域でのエネルギー密度を高め、治療効果と効率を改善し、正常な組織への損傷を低減することができるとともに、人体内の不均一な組織における超音波の散乱、反射などをさらに低減し、焦点領域のオフセット、歪みを低減し、焦点領域の正確な位置決めに有利である。
【００２５】
一方、放音面は３つの切欠をさらに有することから、人体、被処理材、研究機器などは、これら切欠を通って放音面内に入り焦点領域近傍に到達することができ、超音波変換器の実際応用が容易となる。
【００２６】
本発明の超音波変換器は集束超音波治療装置に好ましく用いられ、無論、科学研究、材料処理などの他の分野に用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の実施例に係わる超音波変換器の構造模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に係わる超音波変換器における放音面の構造模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施例に係わる超音波変換器における、メイン球心面に平行な方向に沿った放音面の構造模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施例に係わる超音波変換器における、メイン球心面に垂直な方向に沿った放音面の構造模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施例に係わる超音波変換器における、メイン球心面に平行な断面における放音面の構造模式図である。
【図６】図６は、６０度中心角に対応する放音面のシミュレーション音場強度空間分布図である。
【図７】図７は、１００度中心角に対応する放音面のシミュレーション音場強度空間分布図である。
【図８】図８は、２２０度中心角に対応する放音面のシミュレーション音場強度空間分布図である。
【図９】図９は、３００度中心角に対応する放音面のシミュレーション音場強度空間分布図である。
【図１０】図１０は、中心角の異なる放音面のＸ軸上のシミュレーション音場強度分布図である。
【図１１】図１１は、中心角の異なる放音面のＹ軸上のシミュレーション音場強度分布図である。
【図１２】図１２は、中心角の異なる放音面のＺ軸上のシミュレーション音場強度分布図である。
【図１３】図１３は、中心角の異なる放音面のシミュレーション音場の各軸上の−６ｄＢ幅の図である。
【図１４】図１４は、中心角の異なる放音面の対応する−６ｄＢ幅の焦点領域体積図である。
【図１５】図１５は、Ｙ軸に沿った寸法の異なる放音面のＸ軸上のシミュレーション音場強度分布図である。
【図１６】図１６は、Ｙ軸に沿った寸法の異なる放音面のＹ軸上のシミュレーション音場強度分布図である。
【図１７】図１７は、Ｙ軸に沿った寸法の異なる放音面のＺ軸上のシミュレーション音場強度分布図である。
【図１８】図１８は、Ｙ軸に沿った寸法の異なる放音面のシミュレーション音場の各軸上の−６ｄＢ幅の図である。
【図１９】図１９は、Ｙ軸に沿った寸法の異なる放音面のシミュレーション音場に対応する−６ｄＢ幅の焦点領域体積図である。
【符号の説明】
【００２８】
図面の符号  １  ハウジング、２  上蓋、３  放音面、３１  第一切欠、３２  第二切欠、３３  第三切欠、４  圧電アレイ素子、５  エンドキャップ、９１  第一平面、９２  第二平面、９９  メイン球心面。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の技術事項を当業者によりよく理解させるために、以下に図面および具体的な実施の形態を組み合わせて本発明をさらに詳細に説明する。
【００３０】
実施例１：
図１〜図１９に示すように、本実施例は超音波を生成する放音手段と、放音面３とを備える超音波変換器を提供する。
【００３１】
加えて、放音面３は第一切欠３１、第二切欠３２、第三切欠３３を有する球面であって、放音面３の対応する球面の１つの球心面はメイン球心面９９であって、第一切欠３１と第二切欠３２はメイン球心面９９に垂直な直径と球面が交差する２つの点にそれぞれ位置し、第三切欠３３は第一切欠３１と第二切欠３２を接続する。
【００３２】
メイン球心面９９の両側からそれぞれ一定の距離の範囲において、放音面３はメイン球心面９９に平行な断面において円弧状であって、円弧状の開口は第三切欠３３に対応し、円弧状の対応する中心角が１８０度よりも大きく３６０度よりも小さい。
【００３３】
放音面３は超音波を反射する能力を有し、放音手段が生成する超音波は放音面３の対応する球心に集束する。
【００３４】
本実施例の超音波変換器は超音波を生成可能な部品である放音手段を備え、例えば、放音手段の材料は、圧電セラミックスまたは１〜３型圧電複合材料などを含んでよい。放音手段の形状、数量、位置などを設計することにより、放音手段は、放音面３の各位置から超音波を発し、各位置から発した超音波はいずれも該位置における放音面３の法線方向に沿って伝播することに相当させることができ、これら超音波は最終的に所要の位置に集束することができる（直接集束または反射後の集束を含む）。
【００３５】
具体的には、図１に示すように、放音面３は所定の形状を有する音響透過面であってよい一方、放音手段（例えば、圧電アレイ素子４）は放音面３の後に設けられてよい。或いは、放音面３は直接放音手段自体の放射面であってもよい。
【００３６】
具体的には、放音手段は異なる形態を採用してもよい。例えば、放音手段は放音面３の異なる位置に複数設けられた圧電アレイ素子４（例えば、矩形の圧電セラミックス片）であってよく、すなわち、複数の圧電アレイ素子４は放音面３を「スプライス」し、または放音手段は放音面３と同じ形状を直接有してもよい（例えば、放音手段は異型の圧電セラミックスシートである）。
【００３７】
もちろん、図１に示すように、超音波変換器は、放音面３と放音手段の他に、放音手段の駆動回路、閉駆動回路と放音手段のハウジング（例えば、放音手段のハウジングはハウジング１、上蓋２、下蓋、エンドキャップ５などを含んでよい）などの他の部品をさらに含んでよく、ここではそれ以上詳しく説明しない。
【００３８】
従来の球冠面式の放音面式と異なり、本実施例の超音波変換器の放音面３は、３つの部分を欠いている球面に相当する。
【００３９】
図２〜図４に示すように、上記放音面３が欠いている２つの部分（第一切欠３１と第二切欠３２）は球面の1つの直径の両端の部分であって、そのうち、当該直径に垂直な球心面（すなわち、球心を通る面）はメイン球心面９９である。放音面３が欠いている第三部分（第三切欠３３）は側面から上記第一切欠３１と第二切欠３２をつなげる部分である。
【００４０】
言い換えれば、メイン球心面９９が位置する平面を水平方向とし、上記メイン球心面９９の直径に垂直な方向を上下方向とする場合、1つの球面は、まずはその上下方向の先端と底端のそれぞれの一部を切り取って、そして、その側面の一部を切り取り、かつ当該側面の切り取られた部分は先端と底端の切り口をつなげるはずであり、残りの球面はすなわち、上記放音面３である。
【００４１】
そのうち、メイン球心面９９両側からそれぞれ一定の距離（上記一定の距離は４０ｍｍ〜５００ｍｍであることが好ましく、かつ両側の距離は異なってよい。）の範囲において、放音面３はメイン球心面９９に平行な断面において切断された形状が円弧状であり、当該円弧状の対応する中心角が１８０度よりも大きく３６０度よりも小さく、かつその開口は上記第三切欠３３に対応する。言い換えれば、少なくともメイン球心面９９に近い一部の範囲において、上記第三切欠３３は球面を「半球よりも少ない」部分のみで切って、保留する放音面３は「半球よりも多い」部分である。
【００４２】
さらに、上記放音面３は超音波を反射する能力を有することから、図５に示すように、中心角の１８０度を超える円弧状部分から発する超音波は、対向する放音面３によって反射され戻って、かつ当該１８０度を超える円弧状部分は、対向する放音面３が発する超音波を反射することもでき、これにより一部の領域（図５において斜線の引かれた部分）内において超音波を戻させて定在波を形成し、超音波の集束状況と焦点領域形態を変化させる。同時に、開口に対応する円弧状の部分が発する超音波は反射されないため、円弧状のこの部分が発する超音波は進行波のままである。
【００４３】
言い換えれば、本実施例の超音波変換器が生成する超音波は、実際には進行波と定在波を組み合わせた形態であって、これにより伝播、集束などが変化する。具体的には、当該超音波変換器はもとの葉巻焦点領域の長軸を圧縮して、焦点領域を球形に近づくほど寸法を小さくし、焦点領域でのエネルギー密度を高め、治療効果と効率を改善し、正常な組織への損傷を低減することができる。同時に、当該超音波変換器はさらに人体内の不均一な組織における超音波の散乱、反射などをさらに低減し、焦点領域のオフセット、歪みを低減し、焦点領域を正確に位置決めするのに有利である。
【００４４】
一方、放音面は３つの切欠をさらに有することから、人体、被処理材、研究機器などは、これら切欠によって放音面３内に入り焦点領域近傍に到達することができ、超音波変換器の実際応用が容易となる。
【００４５】
好ましくは、第一切欠３１と第二切欠３２のエッジはそれぞれ第一平面９１と第二平面９２に位置する。より好ましくは、第一平面９１と第二平面９２はいずれもメイン球心面９９に平行である。
【００４６】
図３に示すように、上記第一切欠３１と第二切欠３２は、平面によって切断された球冠であることが好ましく、２つの平行な平面によって切断された球冠であることがより好ましく、すなわち、切断された２つの底面は相互に平行であることが好ましい。これにより第一切欠３１と第二切欠３２を除去した後の球面は、２つの球台底面が突き合わされた構造に相当する。もちろん、２つの球台底面はいずれもメイン球心面９９であり、かつ両者の高さは異なってよい。上記形態の放音面３の形状は球台のそれに接近し、比較的規則的で構造が簡単である。
【００４７】
もちろん、上記第一切欠３１と第二切欠３２は相互に平行でない平面によって切断されてもよいし、平面でない曲面によって切断されてもよい。
【００４８】
第一平面９１と第二平面９２との間の距離は８０ｍｍ〜１０００ｍｍであることがより好ましく、１５０ｍｍ〜５００ｍｍであることがさらに好ましい。
【００４９】
言い換えれば、第一切欠３１と第二切欠３２との間の距離（すなわち、上下方向上の放音面３の寸法）は上記範囲内であることが好ましく（もちろん、放音面３の対応する球面直径は上記距離よりも大きいはずである）、このような放音面３の面積は十分であり、実用に適した超音波を生成することができる。
【００５０】
より好ましくは、第一平面９１とメイン球心面９９との間の距離は、第二平面９２とメイン球心面９９との間の距離と等しい。
【００５１】
言い換えれば、第一切欠３１と第二切欠３２は、球心距離と等しい２つの平面によって切断されることが好ましいため、これら寸法は等しくかつ対称分布となっている。
【００５２】
もちろん、第一切欠３１と第二切欠３２の球心からの距離が異なってもよいし、形状が全く異なってもよい。
【００５３】
好ましくは、放音面３は前記メイン球心面９９に平行な断面のいずれにおいても、対応する中心角が１８０度よりも大きく３６０度よりも小さい円弧状である。
【００５４】
以上、少なくともメイン球心面９９近傍において、放音面３は、メイン球心面９９に平行な断面において円弧状であると限定したが、より好ましい形態として、放音面３はメイン球心面９９に平行な断面のいずれにおいても、上記対応する中心角が１８０度よりも大きく３６０度よりも小さい円弧状であってよく、これにより上下方向の各位置においていずれも放音面３が定在波を生成することができることを保証する。
【００５５】
もちろん、放音面３の一部の位置がメイン球心面９９に平行な断面において円弧状でなくてもよい（例えば、２つに分割された円弧である）。
【００５６】
さらに好ましくは、放音面３は、メイン球心面９９に平行な断面のいずれにおける円弧状の開口の向きも同一である。さらに好ましくは、放音面は、メイン球心面９９に平行な断面のいずれにおける円弧状の対応する中心角も等しい。
【００５７】
言い換えれば、上下方向の異なる位置において、上記第三切欠３３は向きが同一であることが好ましく、対応する中心角も同一であることがより好ましく、すなわち、第三切欠３３は、メイン球心面９９に垂直な平面によって切断されることが好ましい。
【００５８】
図４に示すように、メイン球心面９９に垂直な方向から見て、上記放音面３は「Ｃ形」に近似する形状であり、かつメイン球心面９９に垂直な方向において当該「Ｃ形」は一定の「厚み」を有し、メイン球心面９９に垂直な方向の異なる位置での「Ｃ形」の寸法は異なる。
【００５９】
好ましくは、放音面３は、メイン球心面９９の両側からそれぞれ一定の距離の範囲において、メイン球心面９９に平行な断面における円弧状の対応する中心角が１８０度よりも大きく３００度よりも小さく、より好ましくは、２００度よりも大きく２８０度よりも小さい。
【００６０】
上記中心角が１８０度よりも大きく３６０度よりも小さいものでさえあれば、定在波を形成することができるが、実用の角度から考慮すれば、中心角は上記範囲内であることがより好ましく、こうして十分な定在波を形成することができ、第三切欠３３も十分に大きく、実用において便利である。
【００６１】
放音面３の対応する球面の直径は１００ｍｍ〜３０００ｍｍであることが好ましく、２００ｍｍ〜２０００ｍｍであることがより好ましい。
【００６２】
放音面３の形状（寸法が含まれない）が同一である場合、対応する球面直径が大きければ大きいほど放音面３の実際の寸法は大きくなり、これによって単位面積で反射した超音波エネルギーが同一である場合、超音波変換器の総エネルギーが大きくなり、焦点領域のエネルギー密度が高くなり、上記寸法の球面は実用的である。
【００６３】
好ましくは、放音面３はメイン球心面９９に対して対称に設けられている。
【００６４】
図３に示すように、放音面３はメイン球心面９９に対して対称に分布していることが好ましく、すなわち、メイン球心面９９両側の放音面３の形態は同一であることが好ましく、こうすれば、それが形成した音場、焦点領域もメイン球心面９９に対して対称的であって、より規則的で、制御し易くなる。
【００６５】
以下、異なる放音面３から発する超音波に対しシミュレーションを行い、そのうち、シミュレーション用の放音面３の第一平面９１と第二平面９２は互いに平行でかつメイン球心面９９までの距離は等しく、かつ、メイン球心面９９に平行な断面のいずれにおいても円弧状であり、各円弧状の対応する中心角が等しく且つ向きが同一である。
【００６６】
具体的には、中心角がそれぞれ６０度、１００度、２２０度、３００度である上記放音面３のシミュレーション音場強度（音圧で表され、単位はＰａである）の空間分布はそれぞれ図６〜図９に示すとおりである（Ｏは球心、Ｙは上下方向、Ｚは放音面３の幾何中心を指向し、ＸとＹ、Ｚはいずれも垂直であり、以下同じ）。
【００６７】
このように、中心角が１８０度未満である場合、焦点領域はＸＯＺ面とＹＯＺ面で明らかな楕円形を呈し、中心角の増大に従って、該楕円形の長軸が短くなるが、この変化は明らかではない。これは、従来の進行波放音面３について、形成される焦点領域は明らかな葉巻であることを示す。中心角が１８０度を超える場合、ＸＯＺ面とＹＯＺ面での焦点領域の形状は円形に近づくため、焦点領域は対応して球形に近い規則的な形状になる。これは、中心角が１８０度を超える場合、一部の位置で定在波が形成されることにより、一部の方向で焦点領域寸法を明らかに圧縮して、焦点領域を、球形に近づけることができることを示す。
【００６８】
さらに、上記中心角が異なる場合、各軸上のシミュレーション音場強度（音圧で表され、単位はＰａである）の分布は図１０〜図１２に示すとおりであり、シミュレーション音場の各軸上の−６ｄＢ幅は図１３に示すとおりであり、−６ｄＢ幅の焦点領域体積は図１４に示すとおりである。
【００６９】
上記各図からも見て取れるように、中心角が１８０度よりも大きい場合、焦点領域はＸ軸とＺ軸で明らかに圧縮され、特にＺ軸において、焦点領域の長さは５つの波長からほぼ１つの波長に圧縮され、最終的に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上の焦点領域の寸法がほぼ相当し、焦点領域は「葉巻」から球形に近づき、体積は大幅に小さくなる。同時に、中心角の増大に従って、音圧の最大値も益々高まり、これは、焦点領域体積が縮小するにしたがって、焦点領域のエネルギー密度が明らかに大きくなることを示す。
【００７０】
上記第一平面９１と第二平面９２との間の距離（すなわち、放音面３のＹ軸方向の寸法）が異なる場合、各軸におけるシミュレーション音場強度（音圧で表され、単位はＰａである）の分布は図１５〜図１７に示すとおりであり、シミュレーション音場の各軸上の−６ｄＢ幅は図１８に示すとおりであり、−６ｄＢ幅の焦点領域体積は図１９に示すとおりである。
【００７１】
このように、球台の総高さ（すなわち、放音面３のＹ軸方向の寸法）が増大するにつれて、焦点領域寸法も圧縮され、Ｙ軸方向の圧縮はより顕著になり、これに対応して、焦点領域体積は明らかに小さくなる。これは、第一平面９１と第二平面９２との間の距離が焦点領域にも影響を与えることを示す。
【００７２】
実施例２：
本実施例は上記超音波変換器を備える集束超音波治療装置を提供する。
【００７３】
言い換えれば、上記の超音波変換器と他の部品を組み合わせて、集束した超音波を用いて疾病を治療する機器を構成することができる。例えば、当該集束超音波治療装置は超音波を発し（例えば、体外から発する）、超音波を肝臓癌、乳癌、腎臓癌、骨腫瘍、子宮筋腫などの病変組織に集束させることで、良悪性腫瘍を治療することができる。
【００７４】
本実施例の集束超音波治療装置は上記の超音波変換器を採用しているため、その超音波伝播が人体内の不均一な組織に影響されることが少なく、形成された焦点領域の形状が規則的で、寸法が小さく、エネルギー密度が高く、これにより正確に病変組織で焦点領域を位置決めし、病変組織を迅速にアブレーションして治療効率や効果を高めることができると同時に、病変組織周辺や音響チャンネルなどへの影響をできるだけ低減して安全性を高めることができる。
【００７５】
もちろん、治療箇所が異なれば、当該集束超音波治療装置における超音波変換器の形状、寸法も異なってよく、かつ超音波変換器の放音面と人体との相対的な位置関係も異なってよい。例えば、放音面は「リング」の形態に類似し人体のある部位の外で「嵌合」してよい（すなわち、人体部位は第一切欠と第二切欠を通る）。または人体のある部位は上記第三切欠を介して放音面内に入れてもよい。
【００７６】
もちろん、当該集束超音波治療装置に他の部品をさらに備えてもよい。例えば、超音波を人体にうまく入れるために、放音面と人体表面との間に音響伝達媒質（例えば、脱気水）を保持する媒質収容手段をさらに設置することができる。さらに、例えば、治療の便宜のため、人体を支持するための治療台などをさらに設置することができる。そして、例えば、焦点領域位置を調整するために、超音波変換器および/または人体運動を駆動する駆動手段をさらに設置することができる。また、例えば、治療効果をリアルタイムで評価するために、焦点領域周辺の画像をリアルタイムに形成する結像手段（例えば、Bモード超音波検査、CT、ＭRI）などをさらに設置することができる。
【００７７】
上記実施形態は、本発明の原理を説明するための例示的な実施形態に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。当業者にとって、本発明の精神および本質から逸脱することなく、様々な変更および改良を行うことができ、これらの変更および改良も本発明の保護範囲にあると見なされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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