(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭蓋を透過して頭蓋内脳血管の塞栓部に向けて超音波を照射して血栓を溶解させる超音波脳梗塞治療装置であって、
治療対象者の頭部の一部又は全体を覆うように構成された１又は複数の超音波振動子を備えた超音波照射装置と、
前記超音波振動子を駆動する高周波信号を供給する高周波発振器と、
前記１又は複数の超音波振動子から塞栓部に向けて超音波を照射するに適した１又は複数の超音波振動子を選択するスイッチング装置と、
前記スイッチング装置により選択された１又は複数の超音波振動子に高周波発振器から出力された高周波信号を供給する制御装置と
を備え、
前記高周波発振器から供給される高周波信号は、１ｍｓより長い時間同一周波数を持続しない周波数変調された連続正弦波、励起期間が１ｍｓより短いバースト波、励起期間が１ｍｓより短いパルス波のいずれかであって、繰り返し周期が１ｍｓ以下であること
を特徴とする超音波脳梗塞治療装置。
【請求項２】
前記超音波照射装置は、１又は複数の超音波振動子を、柔軟性素材から構成されるキャップ状保持体の内面に配置して治療対象者の頭部の一部又は全体を覆うように構成されたキャップ状の超音波照射装置であることを特徴とする請求項１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【請求項３】
前記超音波照射装置は、１又は複数の超音波振動子が形成され、周縁に接着剤が塗布された接着面を設けた柔軟性素材から構成され、治療対象者の頭部の一部又は全体に接着されるように構成されたパッド状の超音波照射装置であることを特徴とする請求項１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【請求項４】
前記超音波照射装置は、１又は複数の超音波振動子を、柔軟性素材から構成されるキャップ状保持体の内面に配置して治療対象者の頭部の一部又は全体を覆うように構成されたキャップ状の超音波照射装置であることを特徴とする請求項１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【請求項５】
前記超音波照射装置は、周縁に接着剤が塗布された接着面を設けた柔軟性素材の内面に１又は複数の超音波振動子を配置した、治療対象者の頭部の一部又は全体に接着されるように構成されたパッド状の超音波照射装置であることを特徴とする請求項１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【請求項６】
前記高周波発振器から供給される高周波信号は、周波数変調された連続正弦波であって、その周波数は１ｍｓより長い時間同一周波数を持続せず、繰り返し周期が１ｍｓ以下であり、且つ複数の超音波振動子に供給されるそれぞれの連続正弦波は互いに位相が異なることを特徴とする請求項１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【請求項７】
前記高周波発振器から供給される高周波信号は、バースト波であって、その１つの励起期間は１ｍｓより短く、繰り返し周期が１ｍｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【請求項８】
前記高周波発振器から供給される高周波信号は、パルス波であって、その１つの励起期間は１ｍｓより短く、繰り返し周期が１ｍｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【請求項９】
前記高周波発振器から供給される高周波信号の平均出力強度は、１Ｗ／ｃｍ2 以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記スイッチング装置により選択された１又は複数の超音波振動子に供給する高周波信号の周波数又は電圧及び増幅度を調整し、照射される超音波の強度及び照射時間を計時して表示する表示操作部を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【請求項１１】
前記超音波脳梗塞治療装置は、さらに超音波照射装置と治療対象者の頭部皮膚との間に冷却装置が配置され、冷却装置は超音波照射装置と頭部皮膚とに密着することを特徴とする請求項１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【請求項１２】
前記冷却装置は、冷水が循環する柔軟な冷却ジャケットであることを特徴とする請求項１１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【請求項１３】
前記冷却装置は、前記超音波振動子の表面に、ペルチェ効果を有する金属薄膜からなるペルチェ素子を張り付けて構成された冷却装置であることを特徴とする請求項１１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【請求項１４】
前記冷却装置は、冷却ジェリーが充填された柔軟な冷却ジャケットであることを特徴とする請求項１１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【請求項１５】
前記超音波照射装置には、治療対象者の頭部温度及び超音波振動子の温度を検出する温度センサを設け、前記制御装置により温度の監視を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波脳梗塞治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は超音波脳梗塞治療装置に関し、特に脳梗塞患者の塞栓部に向けて超音波を照射して血栓を溶解させる超音波脳梗塞治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
脳梗塞（虚血性脳卒中）の治療は、発症後、可能な限り早期に脳梗塞の原因である血栓を溶解するのが、最も有効な第１の選択肢とされている。血栓を溶解して血流の再開が早ければ早い程治療効果が高く、その後遺症（言語障害や麻痺等）も軽減されるとされている。
【０００３】
血栓溶解剤には、ウロキナーゼ（ＵＫ）やストレプトキナーゼ（ＳＫ）、血栓親和性の高いテイッシュ・プラスミノージェン・アクチベータ（ＴＰＡ）などの血栓溶解剤が使用されているが、発症後３時間以内の適用が有効とされており、患者に対する治療成績は３か月後の神経学的評価で３０〜４０％の改善が認められている。
【０００４】
現在、次の２つの方向で血栓溶解による治療技術の改善研究が行われている。第１の治療技術の改善研究は、治療効果が期待できる時期を意味する治療時相(therapeutic time window) での血栓溶解効果の向上、即ち、血栓溶解時間を短縮し、ペナンブラ(penumbra)（脳神経細胞が虚血下にある状態）の回復であり、第２の治療技術の改善研究は、脳神経細胞を保護し、治療時相の時間を更に延長しようとするものである。
【０００５】
血栓溶解剤による血栓溶解効果を高め、血栓溶解時間を短縮して、発症から血流再開通までの時間を短縮し、さらには点滴により静脈注入される血栓溶解剤の投与量を軽減する方法として、塞栓部（血栓が生じた部分）へ超音波照射し、超音波エネルギーを活用して血栓溶解を促進する方法が提案されている。
【０００６】
超音波を併用した血栓溶解方法には、先端部に超音波振動子を設けたカテーテルを血管内に挿入し、塞栓部近傍に或いは塞栓部を貫通させて超音波を照射するカテーテル式超音波照射法と、体の表面から塞栓部に向けて超音波を照射する経頭蓋超音波照射法とが提案されており、後者は本出願人により出願され、公開されているものがある（特許文献１参照）。
【０００７】
前記したカテーテル式超音波照射法は、実際の治療に適用するには、以下のような不都合を生じることが判明した。
【０００８】
第１点はカテーテルを塞栓部近くまで経皮経管的に挿入するには、Ｘ線造影法やディジタル・サブトラクション血管造影法（ＤＳＡ）による血管造影を行い、カテーテルの挿入状況を確認することが必要になるが、このような大型の画像装置は広く普及しているものではないから患者への適用に限界があること。
【０００９】
第２点は、カテーテル先端部に設けた超音波振動子は、電気音響効果が低く、発熱し易いため、血液の凝固を促進する危険性が高いこと。
【００１０】
第３点は、血栓が主幹動脈系よりも末梢血管系で生じた場合には、カテーテル先端部に設けた超音波振動子が目標とする塞栓まで到達できないこと。
【００１１】
第４点は、目標とする血栓を溶解できたときに、その破片が末梢血管系に流れて末梢血管系に再血栓が生じた場合には、対処の手段がないこと。
【００１２】
第５点は、塞栓部から先の末梢血管系の虚血領域（梗塞領域）に何等治療効果のない診断及び監視用の超音波ビームを同時に照射するため、その副作用が予測されること。
【００１３】
一方、後者の経頭蓋超音波照射法では、前記したカテーテル式超音波照射法の欠点とされる前記第１点乃至第３点の不都合は生じることがなく、このような欠点は解決されている。
【００１４】
しかしながら、経頭蓋超音波照射法では、以下のような第６及び第７点のような不都合を生じることが判明した。
【００１５】
第６点は、低周波超音波は頭蓋骨を通過し易いが、頭蓋骨外部の一方から頭蓋骨内に照射された超音波ビームが反対側の頭蓋骨内面で反射し、照射された超音波ビームと反射したビームとが干渉して頭蓋骨内部で音響共鳴状態となり、脳内組織の温度上昇を招くこと。
【００１６】
第７点は、頭蓋骨内に照射された超音波ビームと反対側の頭蓋骨内面で反射したビームとが干渉して定在波を生じ、頭蓋内部の局所に音響強度が異常に上昇する領域、所謂ホットスポットが生じる可能性があり、脳細胞の破壊、脳内出血の発生、神経組織の破壊などの危険性があること。
【００１７】
特に前記した第７点は致命的な副作用で、脳内出血の発生は、頭蓋内に照射された超音波の定在波に起因するものと考えられる。
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−０２４６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
この発明は、頭蓋を透過して頭蓋内脳血管の塞栓部に向けて超音波を照射して血栓を溶解させる超音波脳梗塞治療装置であって、治療対象者の頭部の一部又は全体を覆うように構成された１又は複数の超音波振動子から超音波振動子を選択して高周波信号により駆動し、治療対象の塞栓部に向けて超音波を照射することにより血栓を溶解させるものである。
【００２０】
治療対象者の頭部の塞栓部に超音波を照射するに適した超音波振動子のみを選択して駆動し、超音波振動子を駆動する高周波信号の周波数と継続時間を適切に選択する。
【００２１】
これにより、頭蓋内に照射された超音波ビームと反射したビームとが干渉して頭蓋骨内部で音響共鳴状態となることがなく、また、照射された超音波ビームと反射したビームとが干渉して定在波を生じることがないので、脳細胞の破壊、脳内出血の発生、神経組織の破壊などの危険性がない。
【００２２】
また、適切に頭部及び超音波振動子を外部から冷却する構成を備えたので、脳内組織の温度上昇を招くおそれもない。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
請求項１の発明は、上記課題を解決することを目的とするもので、頭蓋を透過して頭蓋内脳血管の塞栓部に向けて超音波を照射して血栓を溶解させる超音波脳梗塞治療装置であって、治療対象者の頭部の一部又は全体を覆うように構成された１又は複数の超音波振動子を備えた超音波照射装置と、前記超音波振動子を駆動する高周波信号を供給する高周波発振器と、前記１又は複数の超音波振動子から塞栓部に向けて超音波を照射するに適した１又は複数の超音波振動子を選択するスイッチング装置と、前記スイッチング装置により選択された１又は複数の超音波振動子に高周波発振器から出力された高周波信号を供給する制御装置とを備え、前記高周波発振器から供給される高周波信号は、１ｍｓより長い時間同一周波数を持続しない周波数変調された連続正弦波、励起期間が１ｍｓより短いバースト波、励起期間が１ｍｓより短いパルス波のいずれかであって、繰り返し周期が１ｍｓ以下であることを特徴とする超音波脳梗塞治療装置である。
【００２４】
前記超音波照射装置は、１又は複数の超音波振動子を、柔軟性素材から構成されるキャップ状保持体の内面に配置して治療対象者の頭部の一部又は全体を覆うように構成されたキャップ状の超音波照射装置である。
【００２５】
また、前記超音波照射装置は、１又は複数の超音波振動子が形成され、周縁に接着剤が塗布された接着面を設けた柔軟性素材から構成され、治療対象者の頭部の一部又は全体に接着されるように構成されたパッド状の超音波照射装置であってもよい。
【００２６】
また、前記超音波照射装置は、１又は複数の超音波振動子を、柔軟性素材から構成されるキャップ状保持体の内面に配置して治療対象者の頭部の一部又は全体を覆うように構成されたキャップ状の超音波照射装置であってもよい。
【００２７】
また、前記超音波照射装置は、周縁に接着剤が塗布された接着面を設けた柔軟性素材の内面に１又は複数の超音波振動子を配置した、治療対象者の頭部の一部又は全体に接着されるように構成されたパッド状の超音波照射装置であってもよい。
【００２８】
前記高周波発振器から供給される高周波信号は、周波数変調された連続正弦波であって、その周波数は１ｍｓより長い時間同一周波数を持続せず、繰り返し周期が１ｍｓ以下であり、且つ複数の超音波振動子に供給されるそれぞれの連続正弦波は互いに位相が異なることを特徴とする。
【００２９】
前記高周波発振器から供給される高周波信号は、バースト波であって、その１つの励起期間は１ｍｓより短く、繰り返し周期が１ｍｓ以下あってもよい。
【００３０】
前記高周波発振器から供給される高周波信号は、パルス波であって、その１つの励起期間は１ｍｓより短く、繰り返し周期が１ｍｓ以下であってもよい。
【００３１】
前記高周波発振器から供給される高周波信号の平均出力強度は、１Ｗ／ｃｍ2 以下である。
【００３２】
前記制御装置は、前記スイッチング装置により選択された１又は複数の超音波振動子に供給する高周波信号の周波数又は電圧及び増幅度を調整し、照射される超音波の強度及び照射時間を計時して表示する表示操作部を備えるとよい。
【００３３】
前記超音波脳梗塞治療装置は、さらに超音波照射装置と治療対象者の頭部皮膚との間に冷却装置が配置され、冷却装置は超音波照射装置と頭部皮膚とに密着するようにするとよい。
【００３４】
前記冷却装置は、冷水が循環する柔軟な冷却ジャケットであってもよい。
【００３５】
前記冷却装置は、前記超音波振動子の表面に、ペルチェ効果を有する金属薄膜からなるペルチェ素子を張り付けて構成された冷却装置であってもよい。
【００３６】
前記冷却装置は、冷却ジェリーが充填された柔軟な冷却ジャケットであってもよい。
【００３７】
前記超音波照射装置には、治療対象者の頭部温度及び超音波振動子の温度を検出する温度センサを設け、前記制御装置により温度の監視を行うとよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、この発明の実施の形態を説明する。
【００３９】
図１は超音波脳梗塞治療装置の基本概念を説明する図である。超音波脳梗塞治療装置１０は、治療対象者Ａの頭部に超音波を照射する複数の超音波振動子を備えた超音波照射装置２０、制御装置３０、及ひ治療対象者Ａの頭部及び超音波振動子を冷却する冷却装置５０から構成される。
【００４０】
制御装置３０は、超音波振動子を駆動する高周波電流を出力する高周波発振器３１、増幅器３２、励起する超音波振動子を選択して高周波電流を供給するスイッチング回路３３、及び超音波振動子の駆動周波数、強度、駆動時間などを設定する制御部３５、及び表示操作部４０を備え、装置全体の制御を行なう。
【００４１】
なお、図１に示す構成では、冷却装置５０は冷却ジャケット５１から構成され、循環ポンプ５２から冷却水が供給される。また、超音波照射装置２０には温度センサ２５が取り付けられている。
【００４２】
まず、超音波照射装置２０について説明する。この発明では、治療対象者Ａの頭部の一部又は全体に超音波振動子を密着させることができる超音波照射装置を意図しており、その第１の実施の形態として超音波プローブキャップ２０Ａが提案され、第２の実施の形態として超音波プローブパッド２０Ｂが提案される。
【００４３】
まず第１の実施の形態の超音波プローブキャップ２０Ａについて説明する。超音波プローブキャップ２０Ａは、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）のフイルムを素材として構成された頭部に密着する形状の柔軟性を備えたキャップである。ＰＶＤＦは電気機械変換特性（圧電特性）を有する材料であるが、フイルムの厚さにより効率のよい駆動周波数が決定されるので、この実施の形態において使用される比較的低周波の周波数に適合させるために、複数枚数のフイルムを積層したものが望まれる。
【００４４】
しかし、フイルムを積層すると、柔軟性が失われて頭部に密着させることが困難であること、血栓が生じた塞栓部にのみ超音波を照射し、その他の部位には超音波を照射しないようにする必要があるため、超音波プローブキャップ２０Ａの全体を1 つのフイルム積層体で構成すると、キャップ全体が超音波振動子となり、キャップの特定の部位のみを超音波振動子として選択駆動できないので適当でない。
【００４５】
第１の実施の形態では、駆動周波数に応じて所要枚数を積層したＰＶＤＦフイルムで構成した１又は複数個の超音波振動子２１を、キャップ内面に配列して超音波プローブキャップ２０Ａを構成した。なお、超音波振動子２１は、ＰＶＤＦフイルムの両面に正負の電極を蒸着等の手段で形成し、これを駆動周波数に応じて所要枚数積層して構成したものである。
【００４６】
図２及び図３は、ＰＶＤＦフイルムを積層した複数個の超音波振動子２１をキャップ内面に配列して構成した超音波プローブキャップ２０Ａの一例を示す図である。
【００４７】
図２は超音波ブローブキャップ２０Ａの第１実施例を示すもので、超音波プローブキャップ２０Ａは、人の頭蓋骨の骨厚が頭頂付近で厚く、側頭部で薄いことを考慮して、骨厚が厚い頭頂付近には、例えば、中心周波数２００ｋＨｚの帯状振動子２１ａを配置し、骨厚が薄い側頭部には前者よりも高めの周波数、例えば、中心周波数５００ｋＨｚの帯状振動子２１ｂを配置した例である。なお、ここでは超音波振動子２１は帯状振動子２１ａと２１ｂの２個であるが、１個でもよく、また３個以上であってもよい。
【００４８】
また、図３は超音波プローブキャップ２０Ａの第２実施例を示すもので、図２に示すものよりも更に小さな複数個の超音波振動子２１ｃをモザイク状に配置した例である。各振動子２１ｃの固有振動数は互いに異なるようにし、且つ各超音波振動子２１ｃは、共振を避けるため固有振動波長λの1 ／4 λの整数倍にならないようにサイズを選択決定するものとする。
【００４９】
なお、上記第１及び第２実施例では、超音波振動子をＰＶＤＦフイルムで構成したが、これに代えて、超音波振動子をＰＺＴセラミックスで構成し、キャップ状保持体の内面に配置してもよい。ＰＺＴセラミックスは硬質材料であるが、帯状振動子では長さや幅を小さくすることで頭部に密着させることが可能となる。また、モザイク状に配置された振動子では、各振動子のサイズを小さくすることで頭部に密着させることが可能となる。
【００５０】
また、上記した超音波プローブキャップ２０Ａは、治療対象者Ａの頭部の一部又は全体を覆うように構成される。
【００５１】
前記した頭頂部付近に配置された帯状振動子２１ａや側頭部に配置された帯状振動子２１ｂ、またモザイク状に配置された複数個の振動子２１ｃは、後述する制御装置３０の表示換作部４０の操作により、スイッチング回路３３を経て塞栓部付近に位置する超音波振動子のみが選択され駆動される。以下、帯状振動子２１ａ、２１ｂ、モザイク状に配置された複数個の振動子２１ｃをまとめて超音波振動子２１ａ〜２１ｎとして説明する場合がある。
【００５２】
超音波プローブキャップ２０Ａに配置された超音波振動子２１ａ〜２１ｎは、高周波電流か供給されて振動すると発熱する。また、超音波プローブキャップ２０Ａから超音波が照射された治療対象者Ａの頭蓋骨は超音波振動の吸収により発熱する。このような超音波振動子の発熱や、頭蓋骨の発熱は脳内組織へ悪影響を及ぼすので冷却する必要がある。そこで、冷却装置５０を超音波プローブキャップ２０Ａの超音波振動子と治療対象者の頭部の皮膚面との間に配置し、超音波プローブキャップ２０Ａに設けた温度センサ２５の検出信号により冷却装置５０が制御される。これについては後で詳細に説明する。
【００５３】
図４は、制御装置３０の構成を説明するブロック図である。制御装置３０は、超音波振動子を駆動する高周波電流を出力する高周波発振器３１、増幅器３２、励起する超音波振動子を選択して高周波電流を供給するスイッチング回路３３、タイマ３４、制御部３５から構成されており、制御部３５には表示操作部４０が付設されている。
【００５４】
制御部３５はＣＰＵから構成されており、超音波振動子の駆動周波数設定部３５ａ、出力強度設定部３５ｂ、超音波振動子選択部３５ｃ、温度制御部３５ｄ、タイマ設定部３５ｅを備え、装置全体の制御を行なう。駆動周波数設定部３５ａ、出力強度設定部３５ｂ、超音波振動子選択部３５ｃ、タイマ設定部３５ｅは、表示操作部４０のダイヤルやスイッチから入力された信号に基づいて、駆動周波数の設定、出力強度の設定、超音波振動子の選択、照射時間のタイマ設定などが行われる。
【００５５】
タイマ３４は、設定された時間が経過したときは、増幅器３２（又は高周波発振器３１）に、遮断信号を出力し、超音波の照射を停止する。
【００５６】
図５は、制御装置３０の表示操作部４０の一例を示す図で、超音波プローブキャップ２０Ａに配置された超音波振動子２１ａ〜２１ｎに対応して、供給する高周波電流の周波数又は電圧を設定する複数のダイヤル４１ａ〜４１ｎ、供給する高周波電流の出力強度（増幅度）を設定する複数のタイヤル４２ａ〜４２ｎ、励起する超音波振動子を選択するスイッチ４３ａ〜４３ｎ、照射される超音波の強度Ｗ／ｃｍ2 を表示する表示部４４ａ〜４４ｎ、後述するサーマルインデックスＴＩ値及びメカニカルインテックスＭＩ値を表示する表示部４５ａ〜４５ｎ、警報ランプ４６ａ〜４６ｎ、並びに超音波の照射開始及び停止のためのＯＮ／ＯＦＦスイッチ４７、照射時間を計時するタイマ３４に時間を設定するタイマ設定ダイヤル４８ａ、タイマ表示部４８ｂ、電源ランプ４９などが配置されている。
【００５７】
この他、表示換作部４０には、超音波プローブキャップ２０Ａの内面に配置された超音波振動子２１ａ〜２１ｎの概略位置を表示する表示部４０ａなどを設けてもよい。
【００５８】
冷却装置５０としては、この実施の形態では冷却ジャケット５１を使用する。図６は超音波プローブキャップ２０Ａと冷却ジャケット５１の装着状態を説明する図で、超音波プローブキャップ２０はモザイク状に配置された複数個の振動子２１ｃを示してあるが、帯状振動子２１ａ、２１ｂでも同様である。また、超音波プローブキャップ２０と冷却ジャケット５１とはその断面を示している。なお、符合２３は超音波振動子へ給電するための配線、５３は給水パイプを示す。
【００５９】
冷却ジャケット５１は、超音波振動子２１ａ〜２１ｎと治療対象者Ａの頭部の皮膚面との間に配置され、超音波振動子２１ａ〜２１ｎと治療対象者Ａの頭部の皮膚面とに密着させる。このため、冷却ジャケット５１は、柔軟で強靭な合成樹脂フイルムで作成する。冷却ジャケット５１に、循環ポンプ５２から給水パイプ５３（図１参照）を経て冷却水を循環させ、超音波振動子２１ａ〜２１ｎを冷却すると共に、治療対象者Ａの頭部を波膚面から冷却するように構成する。その構成自体は公知の手段によるものとする。
【００６０】
また、超音波プローブキャップ２０Ａの治療対象者Ａの頭部接触部側には、超音波振動子２１ａ〜２１ｎ毎に或いは所定の領域毎に温度センサ２５を設け、超音波照射開始前の温度から１．５℃以上上昇したとき、又は３８℃を越えた時は、警告表示するように構成するものとする。その構成自体は公知の手段によるものとする。
【００６１】
この他、冷却手段としては、超音波プローブキャップ２０Ａの内面に配置された超音波振動子２１ａ〜２１ｎの表面（治療対象者A の頭部の波膚面に対向する面）に、ペルチェ効果により温度を下げることができる金属薄膜から構成されるペルチェ素子を張り付け、冷却するようにしてもよい。このような金属薄膜は、超音波振動子から照射される超音波の伝播に格別の障害を与えることはない。この構成によっても、超音波振動子と、冶療対象者の頭部を波膚面から冷却することがてきる。
【００６２】
冷却手段としては、上記のほか、冷却ジェルを柔軟で強靭な合成樹脂フイルムで作成した冷却ジャケットに充填したものでもよく、この場合は冷却ジャケットを予め所定の低温度に冷却しておき、超音波照射治療の際に、超音波プローブキャップ２０Ａの超音波振動子２１ａ〜２１ｃと治療対象者の頭部の波膚面との間に配置する。この構成によれば、循環ポンプや給水パイプ、或いはペルチェ素子への給電装置等を必要としない。
【００６３】
超音波振動子２１ａ〜２１ｎを駆動する高周波発振器31について説明する。図７は高周波発振器３１から出力される高周波信号の波形を説明する図で、図７の（ａ１）に示す連続正弦波、図７の（ｂ１）に示すバースト波（所定時間繰り返し断続する正弦波）、或いは図７の（ｃ１）に示すパルス波が使用される。
【００６４】
連続正弦波では、図７の（ａ１）に示すように、その周波数を周期的に変化させるように周波数変調を行う。これは同一周波数で連続的に頭蓋骨の外側から超音波を照射すると、頭蓋骨外部の一方から頭蓋骨内に照射された超音波ビームが反対側の頭蓋骨内面で反射し、照射ビームと反射ビームとが干渉して頭蓋内に定在破が形成され、局所的に音圧が上昇して出血したり、神経細胞が損傷するおそれがあるからである。連続正弦波では周波数変調を行うことで、照射ビームと反射ビームとの干渉による定在波の形成を回避することができる。
【００６５】
連続正弦波の基本周波数は２ＭＨｚ以下とし、適切な周波数偏移幅を決定するが、周波数変調速度は１Ｈｚ／1 ミリ秒（１ｍｓ）、即ち１ｋＨｚ／ｓ以上の速さとする。これは超音波照射により頭蓋内に定在波が発生してもキャビテーションが発生しない限界時間から決定される。
【００６６】
図７の（ａ１）に示す連続正弦波で超音波振動子が駆動されると、図７の（ａ２）に示すような波形の超音波振動が発生し、超音波が照射される。
【００６７】
図８は、周波数変調された連続正弦波の状態の一例を説明する図で、１ｍｓを単位時間として、即ち繰り返し周期を１ｍｓ以下とし、この単位時間の間に周波数がｆ１からｆ２まで変化し、再び周波数がｆ１に戻り、次の単位時間の中で周波数がｆ１からｆ２まで変化する。
【００６８】
バースト波の場合は、図７の（ｂ１）に示すように、基本周波数は２ＭＨｚ以下とし、継続時間を1 ミリ秒（１ｍｓ）以下にすることで、頭蓋内に定在波が形成されることを回避できる。図７の（ｂ１）に示すバースト波で超音波振動子が駆動されると、図７の（ｂ２）に示すような波形の超音波振動が発生し、超音波が照射される。
【００６９】
パルス波の場合は、図７の（ｃ１）に示すように、基本周波数は２ＭＨｚ以下とし、継続時間を1 ミリ秒（１ｍｓ）以下にすることで、頭蓋内に定在波が形成されることを回避できる。図７の（ｃ１）に示すパルス波で超音波振動子が駆動されると、図７の（ｃ２）に示すような波形の超音波振動が発生し、超音波が照射される。
【００７０】
なお、高周波発振器３１から出力される高周波信号の平均出力強度は、連続正弦波、バースト波、パルス波の場合、１Ｗ／ｃｍ2 以下とする。
【００７１】
スイッチング回路３３について説明する。スイッチング回路３３は、前記した超音波プローブキャップ２０Ａの内面に配置された超音波振動子２１ａ〜２１ｃのうち、目標とする塞栓部に対して超音波を照射するに適した超音波振動子（励起する超音波振動子）を選択して高周波信号を供給するＯＮ／ＯＦＦ回路で、制御部３５の制御の下に動作する。スイッチング回路自体は公知の半導体などのスイッチング素子で構成される。
【００７２】
ここで、高周波発振器の発振周波数、即ち超音波振動の周波数と強度との関係、及び超音波振動の強度と生体組織の温度上昇との関係について説明する。
【００７３】
実験によれば血栓溶解効果は、超音波振動の強度が同一であれば周波数が低い程効果が高い。しかしながら、超音波振動の強度が高くなると生体組織内にキャビテーション（空洞）が発生して細胞組織を破壊してしまう。キヤビテーションが発生する超音波振動の限界強度をメカニカルインデックスＭＩ＝１．０とし、超音波振動の強度をメカニカルインデックスＭＩの値て表示することにする。
【００７４】
ＭＩ＝１．０では細胞組織が破壊してしまうから、適当な安全係数、ここでは１／４を乗算して、超音波振動の許容安全強度をＭＩ＝０．２５以下に設定するものとする。
【００７５】
生体組織への安全性を考慮したアメリカ食品医薬管理局（ＦＤＡ）の超音波診断装置の出力に対する安全基準値０．７２Ｗ／ｃｍ2 を最大照射パワーとし、ＭＩ＝０．２５となる超音波振動の利用可能な限界周波数（下限値）を算出すると、周波数ｆ＝２７０ｋＨｚとなる。
【００７６】
照射する超音波振動の強度を高めると限界周波数は高くなり、強度を低めると限界周波数はより低い周波数まて拡大することができる。
【００７７】
また、生体組織の温度上昇は、超音波振動の強度と周波数に関係し、超音波振動の強度と周波数が高くなる程温度が上昇する。温度上昇に伴う生体組織への影響は生体組織の正常な温度からの差で表わすことができるから、生体組織の正常な温度差を０℃とした温度差を示す指数をサーマルインデックスＴＩと定義し、温度差を指数ＴＩ値で表示する。
【００７８】
図９は、超音波の強度、周波数、メカニカルインデックスＭＩ及びサーマルインデックスＴＩの関係を実験により確かめた結果を示す図である。横軸に超音波振動の周波数（ＭＨｚ）をとり、縦軸にメカニカルインテックスＭＩ、サーマルインデックスＴＩ（℃）をとり、超音波出力０．７２Ｗ／ｃｍ2 （安全基準値）、及びこれよりも出力が低い０．５Ｗ／ｃｍ2 の場合を示してある。
【００７９】
図９の「安全限界」は、超音波振動の許容安全強度ＭＩ＝０．２５、及び生体組織の温度上昇許容限界値ＴＩ＝２．０を示している。
【００８０】
この図から明らかなように、超音波の出力が一定（０．７２Ｗ／ｃｍ2 、或い０．５Ｗ／ｃｍ2 ）であれば、超音波振動の強度指数であるメカニカルインデックスＭＩは周波数が高くなるほど低くなり、生体組織への温度の影響を示す温度差指数であるサーマルインテックスＴＩは周波数が高くなるほど高くなることが分る。
【００８１】
「安全限界」を考慮した利用可能な周波数範囲は、超音波出力０．７２Ｗ／ｃｍ2 の場合は３９０ｋＨｚ〜５８０ｋＨｚの範囲となり、超音波出力０．５Ｗ／ｃｍ2 の場合は２７０ｋＨｚ〜８４０ｋＨｚの範囲となることが分る。従って超音波出力の変動幅等を考慮すると、利用可能な周波数範囲は２５０ｋＨｚ〜８５０ｋＨｚの範囲となる。
【００８２】
次に、超音波脳梗塞治療装置の使用の態様について説明する。まず、準備段階として治療対象者の脳梗塞の部位、即ち目標とする塞栓部の位置を、Ｘ線造影法やディジタルサブトラクション消去血管造影法（ＤＳＡ）により特定し、最適な血栓溶解剤を準備する。
【００８３】
次に、装置のオペレータは、特定された塞栓部の位置に超音波を照射するに適した超音波プローブキャップ２０Ａを選択し、治療対象者の頭部に被せるが、そのとき、超音波プローブキャップ２０Ａの内面の超音波振動子２１ａ〜２１ｎと頭皮との間に冷却ジャケット５１を配置して循環ポンプ５２に接続し、超音波振動子２１ａ〜２１ｎへ給電する配線２３を制御装置３０に接続する。
【００８４】
表示操作部４０のスイッチ４３ａ〜４３ｎを操作して、目標とする塞栓部の位置に超音波を照射するに適した超音波振動子を選択し、ダイヤル４１ａ〜４１ｎを操作して超音波振動子に供給する高周波電流の周波数又は電圧を設定し、ダイヤル４２ａ〜４２ｎを操作して供給する高周波電流の出力強度（増幅度）を設定  する。
【００８５】
制御装置３０の内部のＣＰＵは、励起する超音波振動子の選択情報、供給する高周波電流の周波数又は電圧に関する情報、高周波電流の増幅度に関する情報に基づいて、照射される超音波の強度（Ｗ／ｃｍ2 ）を演算し、表示部４４ａ〜４４ｎに表示する。また上記選択された情報に基づいてサーマルインデックス値（ＴＩ値）及びメカニカルインデックス値（ＭＩ値）を演算し、表示部４５ａ〜４５ｎに表示する。そして、演算されたＴＩ値及びＭＩ値が予め設定されている許容限界値の範囲内か否かを判定し、範囲外の場合は警報ランプ４６ａ〜４６ｎを点灯して警告する。警告表示がされた場合は、装置のオペレータは、高周波電流の周波数又は電圧、高周波電流の増幅度を変更して照射される超音波の強度が許容限界値の範囲内に納まるようにする。最後にタイマ設定ダイヤル４８ａを操作してタイマ３４に超音波照射時間を設定する。
【００８６】
このようにして、励起する超音波振動子が選択され、供給する高周波電流の周波数又は電圧、及び増幅度が適切に設定され、超音波照射時間がタイマに設定し、準備完了を確認する。
【００８７】
最適な血栓溶解剤を点滴による静脈庄入を開始、表示操作部４０のスイッチ４７をＯＮとする。目標とする塞栓部への超音波の照射が開始されると共に、循環ポンプ５２のスイッチが投入されて循環ポンプの作動により冷却ジャケツト５１に冷水の供給が開始され、タイマ３４は超音波照射時間の計時を開始する。
【００８８】
タイマ表示部４８ｂに表示される超音波照射時間を確認し、所定の照射時間が経過したときはスイッチ４７をＯＦＦとして超音波照射を終了する。なお、タイマ３４は、予め所定の照射時間を設定してスイッチ４７のＯＮにより計時を開始するものとするが、所定の照射時間を経過したとき、自動的にスイッチ４７をＯＦＦにするようにしてもよい。
【００８９】
また、超音波の照射を開始した後、何等かの支障が生して、ＴＩ値又はＭＩ値が許容限界値を越えたり、温度センサ２５で検出している超音波プローブキャップ２０の内部の温度や、冷却ジャケット５１を循環する水温が異常に上昇するような事態か発生したときは、自動的に警報を発し、超音波の照射を停止するように構成するとよい。
【００９０】
次に、超音波照射装置２０の第２の実施の形態である超音波プローブパッド２０Ｂについて説明する。
【００９１】
超音波プローブパッド２０Ｂは、治療対象者Ａの頭部の一部又は全体に超音波振動子を張り付け、密着させることができるよう、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）のフイルムを素材として構成された柔軟性を備えた超音波振動子のパッドである。
【００９２】
ＰＶＤＦは電気機械変換特性（圧電特性）を有する材料であるが、フイルムの厚さにより効率のよい駆動周波数か決定される。そこで、超音波プローブパッド２０Ｂは、使用される比較的低周波の周波数に適合させるために、ＰＶＤＦフイルムの両面に正負の電極を蒸着等の手段で形成し、これを駆動周波数に応して所要枚数積層して超音波振動子のパットを構成している。
【００９３】
図１０は、第２の実施の形態の超音波プローブパッド２０Ｂの構成と冷却ジャケットの装着状態を説明する図である。ＰＶＤＦフイルムの両面に正負の電極を蒸着等の手段で形成し、これを駆動周波数に応して所要枚数積層して、1 又は複数の超音波振動子２１ｎが形成されたＰＶＤＦフイルム２４が得られる。ＰＶＤＦフイルム２４の超音波振動子２１ｎの電極部分を除いた周縁には接着剤を塗布した接着面２６を設け、超音波プローブパッド２０Ｂが完成する。接着面２６は、治療対象者Ａの頭部に超音波プローブパッド２０Ｂを直接張り付けるためのもので、図１０では治療対象者Ａの側頭部に張り付けた状態を示している。
【００９４】
なお、第２の実施の形態の超音波プローブパッド２０Ｂでは、超音波振動子２１ｎをＰＶＤＦフイルムで構成したが、これに代えて、超音波振動子２１ｎをＰＺＴセラミックスで構成し、柔軟性素材の周縁に接着剤を塗布した接着面２６を設け、着面２６以外の部分にＰＺＴセラミックスの超音波振動子２１ｎを張り付けて、超音波プローブパッド２０Ｂとしてもよい。ＰＺＴセラミックスは硬質材料であるが、各振動子のサイズを小さくすることで頭部に密着させることが可能となる。
【００９５】
また、上記した超音波プローブパッド２０Ｂは、治療対象者Ａの頭部の一部又は全体を覆うように構成される。
【００９６】
超音波プローブパッド２０Ｂを治療対象者Ａの頭部に装着するときは、まず、目標とする塞栓部の位置を特定し、適切な大きさの超音波プローブパッド２０Ｂを選択し、装着する部位を決定する。次に、冷却ゼリーが充填された冷却ジャケット５５を超音波プローブパッド２０Ｂの下側に配置し、その上から超音波プローブパッド２０Ｂを置き、超音波プローブパッド２０Ｂの周縁に設けられた接着面２６を治療対象者Ａの頭部の皮膚面に直接張り付け、超音波プローブパッド２０Ｂを固定する。
【００９７】
ここでは冷却装置として冷却ゼリーが充填された冷却ジャケット５５を使用しているが、これに限られるものではなく、第１の実施の形態で説明したその他の冷却装置を使用できることはいうまでもない。また、超音波プローブパッド２０Ｂの駆動については、第１の実施の形態で説明したものと変らないので、ここでは説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
この発明の超音波脳梗塞治療装置は、治療対象者の脳梗塞の原因となった塞栓部に超音波を照射して血栓を溶解させる装置である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】超音波脳梗塞治療装置の基本概念を説明する図。
【図２】複数個の小型振動子をキャップ内面にモサイク状に配列した超音波プローブキャップの一例を示す図。
【図３】複数個の小型振動子をキャップ内面にモザイク状に配列した超音波プローブキャップのその他の一例を示す図。
【図４】制御装置の構成を説明するブロック図。
【図５】制御装置の表示操作部の一例を説明する図。
【図６】超音波プローブキャップと冷却ジャケットの装着状態を説明する図。
【図７】高周波発振器から出力される高周波電流の波形を説明する図。
【図８】周波数変調された連続正弦波の状態の一例を説明する図。
【図９】超音波の強度、周波数、メカニカルインデックスＭＩ及びサーマルインデックスＴＩの関係を示す図。
【図１０】第２の実施の形態の超音波プローブパッドの構成と冷却ジャケットの装着状態を説明する図。
【符号の説明】
【０１００】
１０  超音波脳梗塞治療装置
２０  超音波照射装置
２０Ａ  超音波プローブキャップ
２０Ｂ  超音波プローブパッド
２５  温度センサ
３０  制御装置
３１  高周波発振器
３２  増幅器
３３  スイッチング回路
３５  制御部
４０  表示操作部
５０  冷却装置
５１  冷却ジャケット
５２  循環ポンプ
【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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