(57)【要約】【課題】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。【解決手段】本発明の超音波照射方法は、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る。第１工程において、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工程の後の第２工程において、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。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【発明の詳細な説明】
【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分裂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
【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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