(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の空間に所定の半径方向距離で周方向に配置された複数の変換素子を含む位相アレイを含む音響変換器；
１又は複数のプロセッサ；並びに
コンピュータ可読媒体であって、前記１又は複数のプロセッサによって実行されると、
集束超音波を、前記第１の空間から軸方向に離れるように、且つ媒体内へ送信して、（ｉ）第１の音響圧力範囲を示す前記媒体内の第２の空間にある超音波強度ウェル及び（ｉｉ）前記超音波強度ウェルを取り囲み、前記第１の音響圧力範囲を超える第２の音響圧力範囲を示す、前記媒体の前記第２の空間にある周囲領域、を形成することであって、ここで前記第２の空間が、前記第１の空間から軸方向にオフセットされている、こと；及び
物体を前記超音波強度ウェル内に閉じ込めること
を含む機能を前記音響変換器に実施させる命令を記憶する、コンピュータ可読媒体
を含む、体内の物体を処理するためのデバイス。
【請求項２】
命令を記憶する、前記コンピュータ可読媒体が、前記物体を前記超音波強度ウェル内に閉じ込めた後に、前記超音波強度ウェルを移動させることにより、前記物体を移動する機能を前記音響変換器に実施させる、さらなる命令を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記音響変換器に音響的に結合された音響レンズであって、前記音響レンズの増加する方位角に対して比例的に増加する、変動縦方向厚さを有する、音響レンズをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記超音波の第１の成分が、第１の方位角θ＝θ１で前記音響レンズを通して送信され、前記音響レンズが第１の位相シフトＬ＊θ１を前記第１の成分に与え、Ｌがゼロでない整数であり、
前記超音波の第２の成分が、第２の方位角θ＝θ２で前記音響レンズを通して送信され、前記音響レンズが第２の位相シフトＬ＊θ２を前記第２の成分に与える、
請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
ｍ個の変換素子のアレイの各変換素子が、隣接する変換素子により送信された前記超音波の成分に対して２πＬ／ｍラジアンだけ位相シフトされた前記超音波のそれぞれの成分を送信するように構成され、ここで、Ｌがゼロでない整数であり、ｍが３以上である、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１の位相シフトが、前記音響レンズの第１のセクションにより前記第１の成分に与えられ、
前記第２の位相シフトが、前記音響レンズの前記第１のセクションにより前記第２の成分に与えられ、
前記超音波の前記第１の成分が、前記第１の成分を、前記音響レンズの湾曲表面を含む第２のセクションを通して送信することにより、前記媒体の焦平面上に集束され、
前記超音波の前記第２の成分が、前記第２の成分を、前記音響レンズの前記第２のセクションを通して送信することにより、前記媒体の前記焦平面上に集束される、
請求項４に記載のデバイス。
【請求項７】
前記音響レンズが、前記音響レンズの増加する方位角に対して比例的に増加する、変動縦方向厚さを有する、請求項４に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１の方位角θ＝θ１で、前記音響レンズが第１の縦方向厚さＡ＊Ｌ＊θ１＋Ｂを有し、ここでＡ及びＢがゼロでない正の数であり、
前記第２の方位角θ＝θ２で、前記音響レンズが第２の縦方向厚さＡ＊Ｌ＊θ２＋Ｂを有する、
請求項４に記載のデバイス。
【請求項９】
前記超音波が、約２０ｋＨｚより大きく約１０ＭＨｚ未満の周波数で振動する、請求項４に記載のデバイス。
【請求項１０】
第１の空間に所定の半径方向距離で周方向に配置された複数の変換素子を含む位相アレイを含む音響変換器；
前記音響変換器に音響的に結合された音響レンズであって、前記音響レンズが、前記音響レンズの増加する方位角に対して比例的に増加する、変動縦方向厚さを有する、音響レンズ；
１又は複数のプロセッサ；並びに
コンピュータ可読媒体であって、前記１又は複数のプロセッサによって実行されると、
集束超音波を、前記第１の空間から軸方向に離れるように、且つ媒体内へ送信して、（ｉ）第１の音響圧力範囲を示す前記媒体内の第２の空間にある超音波強度ウェル及び（ｉｉ）前記超音波強度ウェルを取り囲み、前記第１の音響圧力範囲を超える第２の音響圧力範囲を示す、前記媒体の前記第２の空間にある周囲領域、を形成することであって、ここで前記第２の空間が、前記第１の空間から軸方向にオフセットされている、こと；及び
物体を前記超音波強度ウェル内に閉じ込めること
を含む機能を前記音響変換器に実施させる命令を記憶する、コンピュータ可読媒体
を含む、デバイス。
【請求項１１】
体外の第１の空間にある複数の変換素子を含む位相アレイを含む音響変換器；
１又は複数のプロセッサ；並びに
コンピュータ可読媒体であって、前記１又は複数のプロセッサによって実行されると、
集束超音波を媒体内へ送信して、（ｉ）第１の音響圧力範囲を示す、体内且つ前記媒体内の第２の空間にある超音波強度ウェル及び（ｉｉ）前記超音波強度ウェルを取り囲み、前記第１の音響圧力範囲を超える第２の音響圧力範囲を示す、前記媒体の前記第２の空間にある周囲領域、を形成することであって、ここで前記第２の空間が、前記第１の空間から軸方向にオフセットされている、こと；及び
物体を前記超音波強度ウェル内に閉じ込めること
を含む機能を前記音響変換器に実施させる命令を記憶する、コンピュータ可読媒体
を含む、体内の物体を処理するためのデバイス。
【請求項１２】
前記音響変換器に音響的に結合された音響レンズであって、前記音響レンズが第３の空間中に構成され、前記第３の空間が、体外、且つ前記第１の空間と前記第２の空間との間に構成される、音響レンズをさらに含む、請求項１１に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１４年９月５日に出願された米国仮出願第６２／０４６，６５４号の利益を主張し、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
連邦支援の研究又は開発に関する声明
本発明は、国立衛生研究所から与えられた助成金番号１Ｒ０１  ＤＫ０９２１９７−０２、２Ｐ０１  ＤＫ０４３８８１−１５、２Ｒ０１  ＥＢ００７６４３−０５、及び２Ｔ３２  ＤＫ００７７７９−１１Ａ１の下での政府の支援によってなされた。政府は本発明にある一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
本明細書中に他に示されていない限り、このセクションに記載される題材は、本出願の特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、このセクションに含まれることによって先行技術と認められるものではない。
【０００４】
超音波を用いて物体を音響的に閉じ込める又は移動する、従来知られている方法は、ある種の物体を移動する又は閉じ込めるのには効果がない。例えば、これらの方法は、大きな物体、高い質量密度を有する物体、又は音波がその中を高速で進む物体、例えば腎臓結石など、を移動する又は閉じ込めるのにはあまり適していない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一例の方法は、集束超音波を媒体内へ送信して、（ｉ）第１の音響圧力範囲を示す媒体内の超音波強度ウェル及び（ｉｉ）超音波強度ウェルを取り囲み、第１の音響圧力範囲を超える第２の音響圧力範囲を示す、媒体の周囲領域を形成することを含む。この方法は、物体を超音波強度ウェル内に閉じ込めることをさらに含む。
【０００６】
一例の音響レンズは、音響変換器に音響的に結合されるように構成される。この音響レンズは、音響レンズの増加する方位角に対して比例的に増加する、変動縦方向厚さを有する。
【０００７】
別の例の音響レンズは、音響変換器に音響的に結合されるように構成される。この音響レンズは複数のセグメントを含む。この複数のセグメントのそれぞれは、セグメントの増加する方位角に対して比例的に増加する、変動縦方向厚さを有する。
【０００８】
一例のデバイスは、音響変換器、１又は複数のプロセッサ、及びコンピュータ可読媒体を含む。このコンピュータ可読媒体は、１又は複数のプロセッサによって実行されると音響変換器に機能を実施させる命令を記憶する。これらの機能は、集束超音波を媒体内へ送信して、（ｉ）第１の音響圧力範囲を示す媒体内の超音波強度ウェル及び（ｉｉ）超音波強度ウェルを取り囲み、第１の音響圧力範囲を超える第２の音響圧力範囲を示す、媒体の周囲領域を形成することを含む。これらの機能は、物体を超音波強度ウェル内に閉じ込めることをさらに含む。
【０００９】
一例のコンピュータ可読媒体は、音響変換器及び／又は音響レンズを含むコンピューティングデバイスによって実行されると音響変換器及び／又は音響レンズに機能を実施させる命令を記憶する。これらの機能は、集束超音波を媒体内へ送信して、（ｉ）第１の音響圧力範囲を示す媒体内の超音波強度ウェル及び（ｉｉ）超音波強度ウェルを取り囲み、第１の音響圧力範囲を超える第２の音響圧力範囲を示す、媒体の周囲領域を形成することを含む。これらの機能は、物体を超音波強度ウェル内に閉じ込めることをさらに含む。
【００１０】
本明細書において、用語「実質的に」又は「約」が使用される場合、列挙された特性、パラメーター、又は値が正確に達成される必要はないことが意味され、偏差又は変動、例えば、公差、測定誤差、測定精度の限界及び当業者に公知の他の因子などは、その特性が提供することを意図した効果を排除しない量で生じ得る。本明細書に開示されるいくつかの例において、「実質的に」又は「約」は、列挙された値の＋／−５％以内を意味する。
【００１１】
本明細書において使用される場合、用語「超音波（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）」は一般に、ヒトにより通常知覚可能な周波数の範囲（例えば、２０Ｈｚ−２０ｋＨｚ）よりも高い、音波の周波数を指してよいが、この用語は、ヒトにより通常知覚可能な周波数の範囲内に入る周波数を有する音波を含む実施形態を除外するものとして解釈されるべきではない。
【００１２】
これらの及び他の態様、利点、及び代替物は、必要に応じて添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読むことによって当業者に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、一例の音響変換器デバイスの単純化されたブロック図である。
【００１４】
【図２】図２は、一例の音響変換器を示す。
【００１５】
【図３】図３は、超音波の成分の位相シフト及び集束のために構成された一例の音響レンズを示す。
【００１６】
【図４】図４は、超音波の成分の位相シフト及び集束のために構成された別の例の音響レンズを示す。
【００１７】
【図５】図５は、超音波を用いて物体を閉じ込める又は移動するための一例の方法を示すブロック図である。
【００１８】
【図６】図６は、一例の超音波を示す。
【００１９】
【図７Ａ−７Ｅ】図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、及び７Ｅは、Ｌの様々な値について、媒体の焦平面内で測定された圧力振幅を示す。
【００２０】
【図８】図８は、媒体の焦平面内で測定された圧力振幅に対する、一例の音響レンズの効果を示す。
【００２１】
【図９Ａ】図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、及び９Ｄは、超音波を用いる物体の閉じ込め又は移動を示す。
【図９Ｂ】図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、及び９Ｄは、超音波を用いる物体の閉じ込め又は移動を示す。
【図９Ｃ】図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、及び９Ｄは、超音波を用いる物体の閉じ込め又は移動を示す。
【図９Ｄ】図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、及び９Ｄは、超音波を用いる物体の閉じ込め又は移動を示す。
【００２２】
【図１０】図１０は、超音波によって提供される機械的トルクを介する、一例の物体の回転を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
詳細な説明
上述したように、超音波を用いて物体を移動する又は閉じ込める、従来既知の方法は、大きなサイズ又は高い質量密度の物体には効果がない。本明細書に開示される方法及びシステムは、従来既知の方法を用いて閉じ込める又は移動することのできる物体よりも大きい及び／又は高密度の物体を移動する又は閉じ込めるのに適切である。例えば、音響変換器は、集束超音波を媒体内へ送信して、（ｉ）第１の音響圧力範囲を示す媒体内の超音波強度ウェル及び（ｉｉ）超音波強度ウェルを取り囲み、第１の音響圧力範囲を超える第２の音響圧力範囲を示す、媒体の周囲領域を形成してよい。いくつかの例において、超音波強度ウェルは、媒体の周囲領域により規定される、いくらか円形の形状をとってよい。物体の周りに超音波強度ウェルを形成することによって、又は物体を取り囲むように、予め形成された超音波強度ウェルを操縦することによって、物体を超音波強度ウェル内に閉じ込めてよい。超音波強度ウェルはまた、（機械的に及び／又は電子的に）操縦されて、媒体内の物体を移動してよい。より具体的には、物体は、超音波の伝搬方向を横断する方向に移動されてよい。
【００２４】
一つの例において、漸進的な位相シフトが、音響変換器を介して超音波に与えられる。音響変換器は、円形パターンに配置されたｍ個の（圧電）変換素子を含んでよい。ｍ個の変換素子のそれぞれは、隣接する変換素子により送信された超音波の成分に対して２πＬ／ｍラジアンだけ位相シフトされた超音波のそれぞれの成分を送信してよい。例えば、Ｌはゼロでない整数であってよく、ｍは３以上であってよい。例えば、超音波の様々な位相シフトされた成分を表す入力信号は、それぞれの変換素子に信号発生器を介して提供されてよい。このようにして、音波の様々な成分が送信される音響変換器の方位角に対して、漸進的な位相シフトが超音波に与えられる。このことにより、超音波強度ウェルが形成される。超音波強度ウェルの直径は、Ｌの大きさを（電子的に）増加させることによって増加させることができ、Ｌの大きさを（電子的に）減少させることによって減少させることができる。
【００２５】
別の例において、漸進的な位相シフトは、第１の音響レンズを介して超音波に与えられる。第１の音響レンズは、第１の音響レンズの増加する方位角に対して比例的に増加する、変動縦方向厚さを有してよい。例えば、単相音響変換器は、超音波の第１の成分を、第１の方位角θ＝θ１で第１の音響レンズを通して送信してよく、第１の音響レンズは、第１の位相シフトＬ＊θ１を第１の成分に与えてよい。Ｌは、第１の音響レンズの変動縦方向厚さによって規定される、ゼロでない整数であってよい。音響変換器はまた、超音波の第２の成分を第２の方位角θ＝θ２で第１の音響レンズを通して送信してよく、第１の音響レンズは、第２の位相シフトＬ＊θ２を第２の成分に与えてよい。このようにして、漸進的な位相シフトが、音波の様々な成分が送信される音響変換器の方位角に対して、超音波に与えられる。このことにより、超音波強度ウェルが形成される。超音波強度ウェルの直径は、Ｌの大きさを増加させることによって（例えば、第１の音響レンズの厚さを増加させることによって）増加させることができ、Ｌの大きさを減少させることによって（例えば、第１の音響レンズの厚さを減少させることによって）減少させることができる。いくつかの例において、第１の音響レンズはまた、超音波の様々な成分を媒体の焦平面内へ集束するように構成された湾曲表面を有する、追加のセクションを含んでよい。
【００２６】
別の例において、漸進的な位相シフトは、ｐ個のセグメントを含む第２の音響レンズを介して、超音波に与えられる。ｐ個のセグメントのそれぞれは、セグメントの増加する方位角に対して比例的に増加する、変動縦方向厚さを有してよい。単相音響変換器は、超音波の第１の成分を、第１の方位角θ＝θ３で第２の音響レンズを通して送信してよい。第２の音響レンズは、第１の位相シフトＬ＊θ３を第１の成分に与えてよい。Ｌはｐの整数倍であってよい。音響変換器はまた、超音波の第２の成分を、第２の方位角θ＝θ４で第２の音響レンズを通して送信してよい。第２の音響レンズは、第２の位相シフトＬ＊θ４を第２の成分に与えてよい。このようにして、漸進的な位相シフトが、音波の様々な成分が送信される音響変換器の方位角に対して、超音波に与えられる。このことにより、超音波強度ウェルが形成される。超音波強度ウェルの直径は、Ｌの大きさを増加させること（例えば、ｐ、第２の音響レンズのセグメントの数を増加させること）によって増加させることができ、Ｌの大きさを減少させること（例えば、ｐを減少させること）によって減少させることができる。いくつかの例において、第２の音響レンズはまた、超音波の様々な成分を媒体内へ集束するように構成された湾曲表面を有する第２のセクションを有してよい。
【００２７】
ここで図を参照すると、図１は、集束超音波１１４を媒体１１６内へ送信することにより、媒体１１６内の物体１２２を移動する又は閉じ込めるように構成された、一例の音響変換器デバイス１００を図示する。デバイス１００は、プロセッサ１０２、データ記憶装置１０４、入力／出力インターフェイス１０６、センサーモジュール１０８、及び音響変換器１１０を含んでよく、これらのうち任意のもの又は全ては、システムバス又は別の連結メカニズム１１１を介してお互いに、通信可能に結合してよい。いくつかの例において、デバイス１００は、音響変換器１１０に音響的に結合した音響レンズ１１２を含んでもよい。
【００２８】
プロセッサ１０２は、データ記憶装置１０４内に記憶されたプログラム命令を実行するように構成された汎用プロセッサ及び／又は専用プロセッサを含んでよい。いくつかの例において、プロセッサ１０２は、データ記憶装置１０４内に記憶された命令を実行するように連係するように構成された、１又は複数の処理ユニットで構成されるマルチコアプロセッサであってよい。一つの例において、データ記憶装置１０４内に記憶されたプログラム命令を実行することによって、プロセッサ１０２は、超音波１１４の送信、操縦、及び／又は集束のために、音響変換器１１０に入力信号又は信号パラメーターを提供してよい。別の例において、プロセッサ１０２は、入力／出力インターフェイス１０６を介して受信された入力に基づいて、音響変換器１１０に、入力信号又は信号パラメーターを提供してよい。
【００２９】
データ記憶装置１０４は、１又は複数の揮発性、不揮発性、取り外し可能、及び／又は取り外し不能の記憶装置コンポーネントを含んでよい。データ記憶装置１０４は、磁気的、光学的、又はフラッシュ記憶媒体であってよく、プロセッサ１０２又はデバイス１００の他の部分と、全体的に又は部分的に統合されてよい。さらに、データ記憶装置１０４は、プロセッサ１０２によって実行されるとデバイス１００に本開示に記載の任意の機能を実施させるプログラム命令が記憶された、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であってよい。このようなプログラム命令は、例えば入力／出力インターフェイス１０６から受信された入力に応答して実行することができる、ソフトウェアアプリケーションの一部であってよい。データ記憶装置１０４はまた、本開示を通して記載されるタイプのような、他のタイプの情報又はデータを記憶してもよい。
【００３０】
入力／出力インターフェイス１０６は、適用可能であれば、デバイス１００のユーザとの相互作用を可能にしてよい。入力／出力インターフェイス１０６は、ダイヤル、ボタン、キーボード、マウス、キーパッド、又は接触感知式パネルなどの入力コンポーネント、及びディスプレイスクリーン（これは、例えば、接触感知式パネルと結合してよい）、音声スピーカー、及び触覚フィードバックシステムなどの出力コンポーネントを含んでよい。一つの例において、入力／出力インターフェイス１０６は、（ｉ）超音波１１４を規定する様々なパラメーター及び／又は（ｉｉ）超音波１１４を媒体１１６の様々な部分に操縦又は集束するための様々なパラメーター、を示す入力を受信してよい。
【００３１】
いくつかの例において、入力／出力インターフェイス１０６は、物体１２２の画像又はセンサーモジュール１０８によって収集された他の感覚データを表示するためのディスプレイスクリーンを含んでよい。物体１２２の上又は近傍に超音波１１４を適切に配置することは、物体１２２のサイズ、形状、位置、及び／又はコンシステンシーを特徴づけることを一般に含むだろう。ディスプレイスクリーンは、センサーモジュール１０８によって取得される物体１２２の画像を表示してよい。物体１２２の表示された画像は、超音波１１４の送信の前に使用してよく、又は超音波１１４が送信されている間に物体１２２の配置をモニターすることによって、リアルタイムで使用することができる。
【００３２】
センサーモジュール１０８は、超音波１１４の送信前、送信中、又は送信後に、物体１２２又は媒体１１６から感覚データを収集するように構成された任意の既知のハードウェア及び／又はソフトウェアを含んでよい。例えば、センサーモジュール１０８は、物体１２２の画像を取得し、取得された画像を表示のために入力／出力インターフェイス１０６に提供する、イメージングシステムを含んでよい。センサーモジュール１０８は、（ｉ）物体１２２によって散乱及び／又は反射される超音波を生成し、（ｉｉ）物体１２２によって反射及び／又は散乱された超音波を検出し、（ｉｉｉ）検出された超音波を用いて物体１２２の画像を生成するように構成された、（追加の）音響変換器を含んでよい。別の例において、センサーモジュール１０８は、磁気的共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを含んでよい。ヒト被験体又は様々な他の媒体１１６内に位置する物体をイメージングすることのできる、任意の既知のイメージング技術が、本明細書において意図される。
【００３３】
いくつかの例において、センサーモジュール１０８は、音響変換器１１０と統合されてよい。例えば、単一の音響変換器又は変換器アレイを、物体１２２の移動と閉じ込めの両方のために、そして物体１２２のイメージングのために、使用してよい。
【００３４】
音響変換器１１０は、超音波１１４についてのパラメーターを表す、プロセッサ１０２又は入力／出力インターフェイス１０６からのデータ又は信号を受信するように構成された、信号発生器を含んでよい。例えば、プロセッサ１０２は、音響変換器１１０に、入力／出力インターフェイス１０６を介して受信された入力を表すデータを送ってよい。別の例において、受信された入力は、データ記憶装置１０４に記憶されたプログラム命令によって表される、いくつかの所定の超音波送信プロトコルのうちの１つを単に示してよい。音響変換器１１０によって受信されるこのようなデータは、例えば、音響変換器１１０の動作パワー、超音波１１４のパワー密度、超音波１１４の振動周波数、超音波１１４のパルス持続時間、超音波１１４のデューティサイクル、及び生成されるべき超音波パルスの数などの、様々な超音波パラメーターを示してよい。受信されたデータはまた、物体１２２が移動されるべき、媒体１１６の軌道、経路、又は位置の順序を示してよい。他の例において、超音波１１４の経路は、手動で及び／又は機械的に指図されてよい。いくつかの例において、音響変換器１１０は、超音波１１４を所望のパワーで生成するのに使用される、信号増幅器を含んでよい。
【００３５】
音響変換器１１０は、超音波１１４の成分を表すそれぞれの入力信号を受信するのに応答して、その超音波１１４の成分を送信するように構成された、１又は複数の圧電変換素子を含んでよい。例えば、音響変換器１１０は、超音波１１４を媒体１１６及び／又は物体１２２の様々な部分に電子的に集束又は操縦するように構成された、変換素子の位相アレイを含んでよい。音響変換器１１０の各変換素子は、それ自身の独立した入力信号又はデータを受信してよい。音響変換器１１０はまた、超音波１１４／媒体１１６の焦平面に対応する曲率半径を有する１又は複数の変換素子を含んでよい。音響変換器１１０は、２０ｋＨｚ−１０ＭＨｚの範囲の振動周波数の超音波を生成するように構成されてよいが、他の例も可能である。
【００３６】
別の例において、音響変換器１１０は、単一の変換素子のみを含むか、又は単相入力信号のみを提供される。ここで、音響変換器１１０は、音響レンズ１１２に音響的に結合され、漸進的な位相シフトを有する超音波１１４を生成してよい。
【００３７】
いくつかの例において、音響レンズ１１２は、超音波１１４の様々な成分に、その様々な成分が通過する音響レンズ１１２の領域に基づいて、様々な程度の位相シフトを与えてよい。音響レンズ１１２は、媒体１１６と音速が異なる任意の材料を含んでよい。すなわち、音波（例えば、音波／超音波）は、異なるそれぞれの速度で、音響レンズ１１２及び媒体１１６を通って伝搬してよい。音響レンズ１１２は、プラスチック、セラミック、及び／又は金属などの材料でできていてよい。一つの例において、音響レンズ１１２は、ＵＶ硬化フォトポリマープラスチックＡｃｃｕｒａ６０を含む。音響レンズ１１２は、他の材料も含んでよい。例示的な音響レンズ３００及び４００が図３及び４にそれぞれ図示され、以下でより詳細に論じられる。
【００３８】
媒体１１６は、物体１２２、例えば、生きているヒト被験体のインタクトな組織、切開した生物学的組織、液体媒体（例えば、水）、ペトリ皿上の媒体（例えば、寒天）、スライドガラス上の液体媒体などを、取り囲む、含有する、又は接触する任意の媒体を含んでよい。媒体１１６のさらなる例は、尿路、腎臓管、尿管、膀胱、尿道、前立腺、だ液腺、胆嚢、胆管、血管、又は腸管を含んでよい。いくつかの例において、媒体１１６は、音響レンズ１１２の一部分を取り囲むか又は音響レンズ１１２の一部分に接触し、音響レンズ１１２に音響的に結合してよい。他の例において、媒体１１６は、音響変換器１１０に、直接に音響的に結合してよい。
【００３９】
物体１２２は、超音波１１４との相互作用を介する移動及び／又は閉じ込めに適切な、任意の物体を含んでよい。物体１２２のいくつかの例としては、腎臓結石、尿路結石、尿管結石、膀胱結石、尿道結石、前立腺結石、唾石、胆嚢結石、胆石、胆道、血餅、血液、粘液、糞便物質、耳垢、石灰沈着、石灰化プラーク、アテローム硬化性プラーク、尿酸、ストルバイト、シュウ酸カルシウム一水和物、システイン、膿栓、固体非生物学的物質、電子部品、生物学的組織、又は非生物学的組織がある。
【００４０】
超音波強度ウェル１１８は、媒体１１６内への超音波１１４の送信によって形成される。超音波強度ウェル１１８は、第１の音響圧力範囲を示す媒体１１６の領域を表す。
【００４１】
周囲領域１２０は、超音波強度ウェル１１８を取り囲む媒体１１６の領域を表し、第１の音響圧力範囲を超える第２の音響圧力範囲を示す。第１の及び第２の圧力範囲の絶対圧力値は重要でない。
【００４２】
図２は、変換素子２１３Ａ、２１３Ｂ、２１３Ｃ、２１３Ｄ、２１３Ｅ、２１３Ｆ、２１３Ｇ、２１３Ｈ、２１３Ｉ、２１３Ｊ、２１３Ｋ、及び２１３Ｌを含む、音響変換器２１０の詳細図である。いくつかの例において、変換素子２１３Ａ−Ｌは、音響変換器１１０の中心から７５ｍｍの軸方向距離に集束された超音波を送信するように、配置及び形成して（例えば、湾曲させて）よい。音響変換器１１０は、（ｉ）およそ１１ｍｍの直径を有する中心開口部及び（ｉｉ）およそ７５ｍｍの外径を有してよい。
【００４３】
図１について上述のとおり、変換素子２１３Ａ−Ｌのそれぞれは、音響変換器１１０の信号発生器から、プロセッサ１０２から、又は入力／出力インターフェイス１０６から、独立した入力信号を受信するように構成されてよい。変換素子２１３Ａ−Ｌのそれぞれは、受信されたそれぞれの入力信号によって表される周波数及び位相で振動し、結果として超音波１１４を送信するように構成されてよい。
【００４４】
別の例において（示されず）、音響変換器１１０は、単相超音波１１４を送信するように構成された単一素子変換器のみを含んでよい。いくつかの場合において、単一素子変換器は、物体１２２を取り囲む又は物体１２２に接触する媒体１１６の焦平面上に超音波１１４を集束するように、湾曲されてよい。単一素子変換器の場合において、方位角依存の漸進的な位相シフトが音響レンズ３００又は４００を介して超音波１１４に与えられるように、音響変換器１１０を図３及び４の音響レンズ３００又は４００にそれぞれ音響的に結合させることは有益であり得る。
【００４５】
図３は、超音波（例えば、超音波１１４）の成分３１４Ａ及び３１４Ｂの位相シフト及び／又は集束のために構成された一例の音響レンズ３００を示す。様々な実施形態において、音響レンズ３００は、第１のセクション３１２Ａ及び第２のセクション３１２Ｂの片方又は両方を含んでよい。音響レンズ３００の第１の実施形態において、第１のセクション３１２Ａのみが音響変換器１１０に音響的に結合している。音響レンズ３００の第２の実施形態において、第２のセクション３１２Ｂのみが音響変換器１１０に音響的に結合している。音響レンズ３００の第３の実施形態において、第１のセクション３１２Ａは音響変換器１１０に音響的に結合しており、第２のセクション３１２Ｂは第１のセクション３１２Ａに音響的に結合している。音響レンズ３００の第４の実施形態において、第２のセクション３１２Ｂは音響変換器１１０に音響的に結合しており、第１のセクション３１２Ａは第２のセクション３１２Ｂに音響的に結合している。
【００４６】
第１のセクション３１２Ａは、変動縦方向厚さ（例えば、成分３１４Ａ及び３１４Ｂの伝搬方向に平行な厚さ）を有してよい。変動縦方向厚さは、音響レンズ３００の増加する方位角に対して比例的に増加してよい。例えば、第１のセクション３１２Ａは、第１の方位角θ＝θ１で第１の縦方向厚さＡ＊Ｌ＊θ１＋Ｂ、及び第２の方位角θ＝θ２で第２の縦方向厚さＡ＊Ｌ＊θ２＋Ｂを有してよい。第１のセクション３１２Ａはまた、第１のセクション３１２Ａの変動縦方向厚さがＡ＊Ｌ＊２π＋ＢからＢへ不連続に変わる境界を含んでよい。
【００４７】
Ａ及びＢはゼロでない正の数であってよく、Ｌはゼロでない整数であってよい。Ｂは、θ＝０（すなわち、θ＝２π）での第１のセクション３１２Ａの最小縦方向厚さに対応してよい。Ｌの値は、第１のセクション３１２Ａが、第１のセクション３１２Ａを通過する超音波の様々な成分に与え得る位相シフトの範囲に対応してよい。いくつかの例において、Ｌは、−６、−５、−４、−３、−２、−１、１、２、３、４、５、又は６に等しく、これらは方位角の完全θ＝２πスイープにわたる、−１２π、−１０π、−８π、−６π、−４π、−２π、２π、４π、６π、８π、１０π、及び１２πの漸進的な位相シフトに対応する。Ｌの値は、超音波強度ウェル１１８の直径を決定してよい。すなわち、超音波強度ウェル１１８の直径は、Ｌの大きさに比例してよい。加えて、Ａは以下の等式によって規定されてよい。
【数１】
0006446556.tif 000002
式中、λｍは、約１４８．２μｍより大きく、約７４．１ｍｍ未満である（水媒体を通って進む約２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲の周波数の音波の波長におおよそ対応する）。より具体的には、λｍは、９８８μｍにほぼ等しくてよい（水媒体を通って進む約１．５ＭＨｚの周波数の音波の波長におおよそ対応する）。別の例において、λｍは、４．４９ｍｍにほぼ等しくてよい（水媒体を通って進む約０．３３ＭＨｚの周波数の音波の波長におおよそ対応する）。ｎは、媒体１１６に対する音響レンズ３００の音響屈折率であってよい。例えば、ｎ＝３の場合、音波は、媒体１１６を通るよりも３倍遅く、音響レンズ３００を通って進むことになる。別の例において、ｎ＝０．５の場合、音波は、媒体１１６を通るよりも２倍速く、音響レンズ３００を通って進むことになる。
【００４８】
図３に示されるように、第１のセクション３１２Ａの縦方向厚さは、音響レンズ３００の第１のセクション３１２Ａの半径方向に沿って、実質的に一定であってよい。
【００４９】
第２のセクション３１２Ｂは、媒体１１６の焦平面上に、音響レンズ３００のそれぞれの方位角で受信された超音波の成分を集束するように構成された湾曲表面３１６を含んでよい。
【００５０】
音響レンズ３００の追加の機能的適用を、以下でさらに議論する。
【００５１】
図４は、超音波（例えば、超音波１１４）の成分４１４Ａ及び４１４Ｂの位相シフト及び集束のために構成された一例の音響レンズ４００を示す。様々な実施形態において、音響レンズ４００は、第１のセクション４１２Ａ及び第２のセクション４１２Ｂの片方又は両方を含んでよい。音響レンズ４００の第１の実施形態において、第１のセクション４１２Ａのみが音響変換器１１０に音響的に結合している。音響レンズ４００の第２の実施形態において、第２のセクション４１２Ｂのみが音響変換器１１０に音響的に結合している。音響レンズ４００の第３の実施形態において、第１のセクション４１２Ａが音響変換器１１０に音響的に結合しており、第２のセクション４１２Ｂが第１のセクション４１２Ａに音響的に結合している。音響レンズ４００の第４の実施形態において、第２のセクション４１２Ｂが音響変換器１１０に音響的に結合しており、第１のセクション４１２Ａが第２のセクション４１２Ｂに音響的に結合している。
【００５２】
第１のセクション４１２Ａは、複数のセグメント４１３Ａ、４１３Ｂ、４１３Ｃ、４１３Ｄ、４１３Ｅ、及び４１３Ｆを含んでよい。複数のセグメント４１３Ａ−Ｆのそれぞれは、セグメントの増加する方位角に対して比例的に増加する、変動縦方向厚さを有してよい。例えば、セグメント４１３Ｄは、第１の方位角θ＝θ３で第１の縦方向厚さＣ＊Ｌ＊θ３＋Ｄ、及び第２の方位角θ＝θ４で第２の縦方向厚さＣ＊Ｌ＊θ４＋Ｄを有してよい。第１のセクション４１２Ａは、第１のセクション４１２Ａの縦方向厚さがＣ＊Ｌ＊（π／３）＋ＤからＤへ変わる（Ｌ＝６の場合について）、セグメント４１３Ｄとセグメント４１３Ｃとの間の境界を有してよい。ｐ個のセグメントを有する一般化された第１のセクション４１２Ａの場合において、第１のセクション４１２Ａは、第１のセクション４１２Ａの縦方向厚さがＣ＊Ｌ＊（２π／ｐ）＋ＤからＤへ変わる、隣接するセグメント間の境界を有してよい。
【００５３】
Ｃ及びＤはゼロでない正の数であってよく、Ｌはｐの整数倍（第１のセクション４１２Ａの場合においては、６の整数倍）であってよい。Ｄは、θ＝０でのセグメント４１３Ｄの最小縦方向厚さに対応してよい。いくつかの例において、Ｌは、−６、−５、−４、−３、−２、２、３、４、５、又は６に等しい。図４に図示された例においては、ｐが６に等しく、そのためＬは、６の整数倍に等しくてよく、これはセグメント４１３Ｄの方位角の完全π／３スイープにわたる、（＋／−）２π、（＋／−）４π、（＋／−）６π、等の位相シフト範囲にそれぞれ対応する。ｐ個のセグメントの一般化された場合において、所与のセグメントによって超音波に与えられる位相シフトの全範囲は、２πＬ／ｐに等しくてよい。いくつかの例において、Ｌは、第１のセクション４１２Ａのセグメントの数に等しくてよい（例えばＬ＝ｐ＝６）。Ｌの値は、超音波強度ウェル１１８の直径を決定してよい。すなわち、超音波強度ウェル１１８の直径は、Ｌの大きさに比例してよい。加えて、Ｃは以下の等式によって規定されてよい。
【数２】
0006446556.tif 000003
式中、λｍは約１４８．２μｍより大きく、約７４．１ｍｍ未満である（水媒体を通って進む約２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲の周波数の音波の波長におおよそ対応する）。より具体的には、λｍは、９８８μｍにほぼ等しくてよい（水媒体を通って進む約１．５ＭＨｚの周波数の音波の波長におおよそ対応する）。別の例において、λｍは、４．４９ｍｍにほぼ等しくてよい（水媒体を通って進む約０．３３ＭＨｚの周波数の音波の波長におおよそ対応する）。ｎは、媒体１１６に対する音響レンズ４００の音響屈折率であってよい。例えば、ｎ＝３の場合、音波は、媒体１１６を通るよりも３倍遅く、音響レンズ４００を通って進むことになる。別の例において、ｎ＝０．５の場合、音波は、媒体１１６を通るよりも２倍速く、音響レンズ４００を通って進むことになる。
【００５４】
図４に示されるように、第１のセクション４１２Ａの縦方向厚さは、第１のセクション４１２Ａの半径方向に沿って、実質的に一定であってよい。
【００５５】
第２のセクション４１２Ｂは、媒体１１６の焦平面上に、音響レンズ４００のそれぞれの方位角で受信された超音波の成分を集束するように構成された、湾曲表面４１６を含んでよい。
【００５６】
音響レンズ４００の追加の機能的適用を、以下でさらに議論する。
【００５７】
図５は、超音波を用いて物体を閉じ込める又は移動するための一例の方法５００を図示するフローチャートである。図５に示される方法５００は、例えば、音響変換器デバイス１００、音響変換器１１０、音響レンズ１１２、媒体１１６、物体１２２、音響レンズ３００、及び音響レンズ４００を含む動作環境内で履行することができる、一例の方法を提示する。方法５００は、１又は複数のブロック５０２及び５０４により示されるような、１又は複数の動作、機能、又はアクションを含んでよい。ブロックは順番に示されているが、これらのブロックはまた、並行して、及び／又は本明細書に記載のものとは異なる順序で実施してもよい。また、所望の履行に基づいて、様々なブロックを、より少ないブロックに結合し、追加のブロックに分割し、及び／又は除去してよい。
【００５８】
加えて、方法５００及び本明細書に開示される他のプロセス及び方法について、このフローチャートは、本実施形態の１つの可能な履行の機能性及び動作を示す。これに関して、各ブロックは、モジュール、セグメント、又はプロセス中の特定の論理機能又はステップを履行するための、プロセッサにより実行可能な１又は複数の命令を含む、プログラムコードの一部分を表し得る。プログラムコードは、任意のタイプのコンピュータ可読媒体、例えば、１又は複数のディスク又は１又は複数のハードドライブを含む、記憶装置デバイスなどに、記憶させてよい。いくつかの実施形態において、プログラムコードは、デスクトップ／ラップトップコンピュータ、スマートフォン、タブレットコンピュータ、又は他のタイプのコンピューティングデバイスへのダウンロードにプログラムコードを利用可能にするサーバシステムに関連付けられた及び／又は連結されたメモリ（例えば、ディスク又はディスクアレイ）に記憶させてよい。コンピュータ可読媒体は、例えば、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のような、データを短期間記憶するコンピュータ可読媒体などの、非一時的なコンピュータ可読媒体を含んでよい。コンピュータ可読媒体はまた、例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、光学的又は磁気的ディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）のような、二次の又は永続的な長期記憶装置などの、非一時的な媒体を含んでよい。コンピュータ可読媒体はまた、任意の他の揮発性又は不揮発性記憶装置システムであってよい。コンピュータ可読媒体は、例えば、コンピュータ可読記憶媒体、又は有形の記憶装置デバイスと見なしてよい。加えて、方法５００及び本明細書に開示される他のプロセス及び方法について、図５中の各ブロックは、プロセス中の特定の論理機能を実施するように配線された回路を表し得る。
【００５９】
ブロック５０２で、方法５００は、集束超音波を媒体内へ送信して、（ｉ）第１の音響圧力範囲を示す媒体内の超音波強度ウェル、及び（ｉｉ）超音波強度ウェルを取り囲み、第１の音響圧力範囲を超える第２の音響圧力範囲を示す、媒体の周囲領域、を形成することを含む。
【００６０】
図１に示されるように、音響変換器１１０は、超音波１１４を媒体１１６内へ送信し、超音波強度ウェル１１８を媒体１１６内に形成してよい。超音波１１４を送信する目的で、音響変換器１１０は、９０−１００Ｖの範囲の入力電圧及び２．２５Ｗの時間平均電力を受信してよいが、他の例も可能である。超音波強度ウェル１１８は、第１の音響圧力範囲を示してよい（以下でより詳細に論じられる）。超音波１１４はまた、媒体１１６内に、第１の音響圧力範囲を超える第２の音響圧力範囲を示す、周囲領域１２０を形成してよい（以下でより詳細に論じられる）。
【００６１】
図６は、音響変換器１１０によって送信される一例の超音波１１４を示す。超音波１１４は、２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲の振動周波数ｆｏｓｃ（例えば、１．５ＭＨｚ又は０．３３ＭＨｚ）を有してよい。超音波１１４は、約１００Ｈｚのパルス繰り返し周波数ｆ２及び約３３．３μｓのパルス持続時間ｔ１を有してよい。他の例も同様に可能である。
【００６２】
超音波を送信することは、隣接する変換素子により送信された超音波の成分に対して２πＬ／ｍラジアンだけ位相シフトされた超音波のそれぞれの成分をｍ個の変換素子のアレイの各変換素子が送信することを含んでよい。Ｌは任意のゼロでない整数（例えば、−６、−５、−４、−３、−２、−１、１、２、３、４、５、又は６）であってよく、ｍは３以上（例えば、ｍ＝１２）であってよい。他の例も可能である。
【００６３】
例えば、変換素子２１３Ａ−Ｌは、以下の表にしたがうそれぞれの位相シフトを有する超音波１１４の成分を、それぞれ送信してよい。
【表１】
0006446556.tif 000004
このような様々な程度の位相シフトを有する超音波１１４を送信することにより、超音波強度ウェル１１８及び周囲領域１２０を形成することができる。
【００６４】
別の例において、音響変換器１１０は、超音波１１４の第１の成分３１４Ａ及び第２の成分３１４Ｂを送信してよい。この例において、（音響変換器１１０により送信されるような）第１の成分３１４Ａ及び第２の成分３１４Ｂは、互いに対して位相シフトを有しない場合がある。音響変換器１１０は、第１の成分３１４Ａを、第１の方位角θ＝θ１で第１のセクション３１２Ａを通して送信してよい。第１のセクション３１２Ａは、第１の成分３１４Ａに第１の位相シフトＬ＊θ１を与えてよい。Ｌは任意のゼロでない整数（例えば、−６、−５、−４、−３、−２、−１、１、２、３、４、５、又は６）であってよい。音響変換器１１０はまた、第２の成分３１４Ｂを、第２の方位角θ＝θ２で第１のセクション３１２Ａを通して送信してよい。第１のセクション３１２Ａは、第２の成分３１４Ｂに第２の位相シフトＬ＊θ２を与えてよい。
【００６５】
第１の方位角θ＝θ１において、第１のセクション３１２Ａは、第１の縦方向厚さＡ＊Ｌ＊θ１＋Ｂを有してよく、第２の方位角θ＝θ２において、第１のセクション３１２Ａは、第２の縦方向厚さＡ＊Ｌ＊θ２＋Ｂを有してよい。Ａは以下により規定してよい。
【数３】
0006446556.tif 000005
式中、λｍは、媒体１１６を通って伝搬する超音波１１４の波長であり、λｐは、音響レンズ３００を通って伝搬する超音波１１４の波長である。
【００６６】
第１の成分３１４Ａが第１のセクション３１２Ａを通過した後、第１の成分３１４Ａが第２のセクション３１２Ｂを通して送信されてよい。第２のセクション３１２Ｂの湾曲表面３１６は、第１の成分３１４Ａを媒体１１６の焦平面上に集束してよい。
【００６７】
第２の成分３１４Ｂが第１のセクション３１２Ａを通過した後、第２の成分３１４Ｂが第２のセクション３１２Ｂを通して送信されてよい。第２のセクション３１２Ｂの湾曲表面３１６は、第２の成分３１４Ｂを媒体１１６の焦平面上に集束してよい。
【００６８】
他の例において、音響レンズ３００は、超音波１１４の成分３１４Ａ及び３１４Ｂが最初に第２のセクション３１２Ｂを通過して集束され、次いで第１のセクション３１２Ａを通過して、適用されるそれぞれの位相シフトを有することができるように、構成されてよい。
【００６９】
図７Ａ−Ｆは、Ｌの様々な値について、媒体の焦平面内で測定された圧力振幅７１６を示す。図７Ａは、Ｌ＝１に対応する超音波により形成された周囲領域７２０Ａによって取り囲まれた超音波強度ウェル７１８Ａを示す。示されるように、超音波強度ウェル７１８Ａの直径は数コンマミリメートルのオーダーであり、周囲領域７２０Ａの直径はおよそ２．２５ｍｍであった。超音波強度ウェル７１８Ａはおよそ０−０．３ＭＰａの第１の音響圧力範囲を示し、周囲領域７２０Ａはおよそ０．３−０．７ＭＰａの第２の音響圧力範囲を示した。
【００７０】
図７Ｂは、Ｌ＝３に対応する超音波により形成された媒体７１６の周囲領域７２０Ｂによって取り囲まれた超音波強度ウェル７１８Ｂを示す。示されるように、超音波強度ウェル７１８Ｂの直径は約２ｍｍであり、周囲領域７２０Ｂの直径はおよそ４．５ｍｍであった。超音波強度ウェル７１８Ｂはおよそ０−０．３ＭＰａの第１の音響圧力範囲を示し、周囲領域７２０Ｂはおよそ０．３−０．４ＭＰａの第２の音響圧力範囲を示した。
【００７１】
図７Ｃは、Ｌ＝４に対応する超音波により形成された媒体７１６の周囲領域７２０Ｃによって取り囲まれた超音波強度ウェル７１８Ｃを示す。示されるように、超音波強度ウェル７１８Ｃの直径は約２．２５ｍｍであり、周囲領域７２０Ｃの直径はおよそ５．５ｍｍであった。超音波強度ウェル７１８Ｃはおよそ０−０．１５ＭＰａの第１の音響圧力範囲を示し、周囲領域７２０Ｃはおよそ０．１５−０．３５ＭＰａの第２の音響圧力範囲を示した。
【００７２】
図７Ｄは、Ｌ＝５に対応する超音波により形成された媒体７１６の周囲領域７２０Ｄによって取り囲まれた超音波強度ウェル７１８Ｄを示す。示されるように、超音波強度ウェル７１８Ｄの直径は約３．２５ｍｍであり、周囲領域７２０Ｄの直径はおよそ８．５ｍｍであった。超音波強度ウェル７１８Ｄはおよそ０−０．２ＭＰａの第１の音響圧力範囲を示し、周囲領域７２０Ｄはおよそ０．２−０．４ＭＰａの第２の音響圧力範囲を示した。
【００７３】
図７Ｅは、Ｌ＝６に対応する超音波により形成された媒体７１６の周囲領域７２０Ｅによって取り囲まれた超音波強度ウェル７１８Ｅを示す。示されるように、超音波強度ウェル７１８Ｅの直径は約３．５ｍｍであり、周囲領域７２０Ｅの直径はおよそ８．５ｍｍであった。超音波強度ウェル７１８Ｅはおよそ０−０．２ＭＰａの第１の音響圧力範囲を示し、周囲領域７２０Ｅはおよそ０．２−０．４ＭＰａの第２の音響圧力範囲を示した。
【００７４】
別の例において、超音波を媒体内へ送信することは、ｐ個のセグメント（ここで、ｐは２以上である）を含む音響レンズを通して超音波の第１の成分を送信することを含んでよい。第１の成分は、第１の方位角θ＝θ３で音響レンズを通して送信されてよく、音響レンズは第１の位相シフトＬ＊θ３を第１の成分に与えてよい。Ｌはｐの整数倍（又はおそらくｐに等しい）であってよい。超音波を媒体内へ送信することはまた、超音波の第２の成分を、第２の方位角θ＝θ４で音響レンズを通して送信することを含んでよい。音響レンズは、第２の位相シフトＬ＊θ４を第２の成分に与えてよい。
【００７５】
例えば図４を参照すると、音響変換器１１０は、超音波１１４の第１の成分４１４Ａを、第１の方位角θ＝θ３で第１のセクション４１２Ａのセグメント４１３Ｄを通して送信してよい。第１のセクション４１２Ａは、第１の位相シフトＬ＊θ３を第１の成分４１４Ａに与えてよい。Ｌはｐの整数倍であってよく、又はいくつかの場合においてＬはｐに等しくてよい。Ｌは、−６、−５、−４、−３、−２、−１、１、２、３、４、５、又は６などの値をとってよい。図４に図示された例においては、ｐ＝６である（セグメント４１３Ａ−Ｆに対応する）。音響変換器１１０はまた、超音波１１４の第２の成分４１４Ｂを、第２の方位角θ＝θ４で第１のセクション４１２Ａのセグメント４１３Ｄを通して送信してよい。第１のセクション４１２Ａは、第２の位相シフトＬ＊θ４を第２の成分４１４Ｂに与えてよい。
【００７６】
第１の成分４１４Ａが第１のセクション４１２Ａを通過した後、第１の成分４１４Ａが第２のセクション４１２Ｂを通して送信されてよい。第２のセクション４１２Ｂの湾曲表面４１６は、第１の成分４１４Ａを媒体１１６の焦平面上に集束してよい。
【００７７】
第２の成分４１４Ｂが第１のセクション４１２Ａを通過した後、第２の成分４１４Ｂが第２のセクション４１２Ｂを通して送信されてよい。第２のセクション４１２Ｂの湾曲表面４１６は、第２の成分４１４Ｂを媒体１１６の焦平面上に集束してよい。
【００７８】
他の例において、音響レンズ４００は、超音波１１４の成分４１４Ａ及び４１４Ｂが最初に第２のセクション４１２Ｂを通過して集束され、次いで第１のセクション４１２Ａを通過して、適用されるそれぞれの位相シフトを有することができるように、構成されてよい。
【００７９】
第１の方位角θ＝θ３において、第１のセクション４１２Ａは第１の縦方向厚さＣ＊Ｌ＊θ３＋Ｄ（ここで、Ｃ及びＤはゼロでない正の数である）を有してよい。第２の方位角θ＝θ４において、第１のセクション４１２Ａは第２の縦方向厚さＣ＊Ｌ＊θ４＋Ｄを有してよい。Ｃは以下により規定してよい。
【数４】
0006446556.tif 000006
式中、λｍは、媒体１１６を通って伝搬する超音波１１４の波長であり、λｐは、音響レンズ４００を通って伝搬する超音波１１４の波長である。
【００８０】
超音波１１４が音響変換器２１０を用いて集束されるか、音響レンズ３００又は４００を用いて集束されるかにかかわらず、超音波１１４は、媒体１１６の焦平面に集束されてよい。このことにより、焦平面内に超音波強度ウェル１１８及び焦平面内に環状の形状を有する周囲領域１２０が形成され得る。超音波１１４は、超音波強度ウェル１１８内の焦点（例えば、中心点）に集束されてよい。焦点は、焦平面内の音響圧力の極小を示してよい。
【００８１】
図８は、媒体の焦平面１１６内で測定された圧力振幅に対する、一例の音響レンズ４００の効果を示す。図８は、超音波により形成された媒体８１６の周囲領域８２０によって取り囲まれた超音波強度ウェル８１８を示す。示されるように、超音波強度ウェル８１８の直径は約７ｍｍであり、周囲領域８２０の直径はおよそ１３ｍｍであった。超音波強度ウェル８１８はおよそ０−０．０３５ＭＰａの第１の音響圧力範囲を示し、周囲領域８２０はおよそ０．０３５−０．０６ＭＰａの第２の音響圧力範囲を示した。
【００８２】
ブロック５０４で、方法５００は、物体を超音波強度ウェル内に閉じ込めることを含む。図９Ａに示されるように、超音波強度ウェル１１８及び周囲領域１２０は、音響変換器による超音波の送信を介して媒体１１６内に形成される。図９Ａの例において、超音波強度ウェル１１８及び周囲領域１２０は、媒体１１６内の物体１２２の位置から離れて形成される。
【００８３】
図９Ｂにおいて、超音波強度ウェル１１８及び周囲領域１２０は、超音波強度ウェル１１８が物体１２２を取り囲むように、電子的に又は機械的に操縦されている。別の例において、図９Ｂは、物体１２２から離れたところで超音波強度ウェル１１８及び周囲領域１２０を形成した後に、超音波強度ウェル１１８及び周囲領域１２０を物体１２２の方へ操縦するのではない、物体１２２の周りでの超音波強度ウェル１１８及び周囲領域１２０の形成を図示する。
【００８４】
図９Ｂと比較すると、図９Ｃにおいて、超音波強度ウェル１１８及び周囲領域１２０は下方に操縦されており、物体１２２も同様に下方に移動している。図９Ｂ及び９Ｃに図示される下方方向は、超音波１１４の伝搬の方向に垂直であってよい。すなわち、超音波１１４の操縦は、媒体１１６の焦平面に実質的に平行の方向に（すなわち、超音波１１４の伝搬の方向に垂直の方向に）物体１２２を移動させてよい。
【００８５】
図９Ｃと比較すると、図９Ｄにおいて、超音波強度ウェル１１８及び周囲領域１２０は左方向に操縦されており、物体１２２も同様に左方向に移動している。図８Ｃ及び８Ｄに図示される左方方向は、超音波１１４の伝搬の方向に垂直であってよい。
【００８６】
前述したように、超音波１１４は媒体１１６の焦平面に集束されてよい。物体１２２は、媒体１１６の周囲領域１２０から超音波強度ウェル１１８に向けられた音響圧力勾配によって、閉じ込められ又は移動されてよい。
【００８７】
超音波１１４が１又は複数の変換素子を含む音響変換器（例えば、図２の音響変換器２１０）によって送信される例において、物体１２２が超音波強度ウェル１１８内にあるように超音波１１４を操縦することは、本技術分野において知られているように、１又は複数の変換素子にそれぞれ提供される入力信号を調整することを含んでよい。これは、超音波１１４が、媒体１１６の焦平面に平行な方向に物体１２２を移動するように操縦される状況を含んでよい。
【００８８】
他の例において、物体１２２が超音波強度ウェル１１８内にあるように超音波１１４を操縦することは、本技術分野において知られているように、音響変換器１１０を機械的に調整することを含んでよい。これは、超音波１１４が、媒体１１６の焦平面に平行な方向に物体１２２を移動するように操縦される状況を含んでよい。
【００８９】
図１０は、超音波１１４によって提供される機械的トルク１２３を介する物体１２２の回転を示す。機械的トルク１２３は、超音波１１４によって形成される周囲領域１２０により示される、回転圧力勾配によりもたらされてよい。例えば、音響変換器２１０、音響レンズ３００、又は音響レンズ４００によって超音波１１４に与えられた漸進的な位相シフトは、回転圧力勾配を生成し、機械的トルク１２３を物体１２２に加えてよい。物体１２２は、超音波強度ウェル１１８の周りを振動及び／又は移動し、周囲領域１２０の内縁に時々接触してよく、これにより、図１０に示されるように、機械的トルク１２３を介して物体１２２の回転が引き起こされる。図１０において、物体１２２の回転は時計回りの方向に示されているが、媒体１１６の焦平面に対して反時計回りの回転も可能である。
【００９０】
様々な例示的態様及び例示的実施形態が本明細書に開示されているが、他の態様及び実施形態が当業者には明らかであろう。本明細書に開示される様々な例示的態様及び例示的実施形態は、例示を目的としたものであり、限定することを意図されておらず、真の範囲及び精神は以下の特許請求の範囲に示されている。
【図１】
0006446556.tif 000007
【図２】
0006446556.tif 000008
【図３】
0006446556.tif 000009
【図４】
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【図５】
0006446556.tif 000011
【図６】
0006446556.tif 000012
【図７Ａ−７Ｅ】
0006446556.tif 000013
【図８】
0006446556.tif 000014
【図９Ａ】
0006446556.tif 000015
【図９Ｂ】
0006446556.tif 000016
【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
0006446556.tif 000018
【図１０】
0006446556.tif 000019