(57)【要約】【課題】照射した超音波の集束位置を視覚的に把握できる超音波照射装置を提供する。【解決手段】凹球面形状をした超音波振動子２は焦域ＦＡに集束する集束超音波を照射する。超音波吸収材料で形成された筐体１は、略円錐形状をしており、その頂点には、超音波を伝播する薄膜４に覆われた、超音波射出口部１ａを有する。焦域ＦＡの位置は、薄膜４の筐体１から見て外側の位置となる様に設計されており、焦域ＦＡ及び薄膜４の位置関係には所定の関係がある。従って、使用者は、当該超音波照射装置の先端部である薄膜４を、集束超音波を照射したい位置に近づけて、超音波を照射することで、目標位置に集束超音波を照射することができる。尚、超音波振動子２から射出され、焦域ＦＡに向かわない超音波は、筐体１の内部の面に吸収される。このため、本超音波照射装置が形成する集束超音波の焦域は小さく、そこには高い音圧が発生する。【選択図】図１
2012005602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束超音波を射出する超音波照射部と、
前記超音波照射部を保持し、前記集束超音波の集束位置より予め決められた距離だけ該超音波照射部側の位置に設けられた超音波射出口部から、該超音波照射部までの該集束超音波の伝播領域を覆う筐体と、
前記超音波射出口部を覆う薄膜と、
前記超音波照射部及び前記薄膜に囲まれた前記筐体内を満たす超音波伝播媒体と、
を具備することを特徴とする超音波照射装置。
【請求項２】
前記超音波射出口部の開口直径は、前記集束超音波の集束位置を含み音圧が所定の値以上の領域である焦域の直径と等しいことを特徴とする請求項１に記載の超音波照射装置。
【請求項３】
前記筐体の形状は、前記超音波射出口部が前記集束位置を指し示す形状であることを特徴とする請求項１に記載の超音波照射装置。
【請求項４】
前記筐体の形状は、前記超音波射出口部を頂点とする略円錐形であることを特徴とする請求項３に記載の超音波照射装置。
【請求項５】
前記超音波伝播媒体と接する前記筐体の前記伝搬領域を覆う面の少なくとも一部に、超音波を吸収する吸収部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波照射装置。
【請求項６】
前記筐体が超音波吸収材で形成され該筐体が前記吸収部を成していることを特徴とする請求項５に記載の超音波照射装置。
【請求項７】
前記超音波吸収材は、タングステン、アルミニウム及び鉛のうち少なくとも一種の粉末を、樹脂又はゴムに分散させて形成されていることを特徴とする請求項６に記載の超音波照射装置。
【請求項８】
前記超音波伝播媒体と接する前記筐体の前記伝搬領域を覆う面の少なくとも一部に配置されている吸収部としての超音波吸収体を更に具備することを特徴とする請求項５に記載の超音波照射装置。
【請求項９】
前記超音波吸収体は、タングステン、アルミニウム及び鉛のうち少なくとも一種の粉末を、樹脂又はゴムに分散させて形成されていることを特徴とする請求項８に記載の超音波照射装置。
【請求項１０】
前記超音波吸収体は、フェルト、樹脂ファイバー、ガラスウール、ロックウール及びスチールウールのうち少なくとも何れか一つであることを特徴とする請求項８に記載の超音波照射装置。
【請求項１１】
前記吸収部は、前記筐体に設けられた、開口方向が前記超音波照射部に向かう多数の凹形状開口部であることを特徴とする請求項５に記載の超音波照射装置。
【請求項１２】
前記凹形状開口部の開口角は、前記凹形状開口部及び前記超音波照射部の中心を結ぶ線と、前記凹形状開口部及び前記超音波照射部の縁部を結ぶ線との成す角であることを特徴とする請求項１１に記載の超音波照射装置。
【請求項１３】
前記超音波照射部から射出される集束超音波の伝播経路上の前記筐体の前記超音波伝播媒体と接する面に設けられた、該集束超音波を反射する音響反射板を更に具備し、該音響反射板により該集束超音波の伝搬方向を変化させることを特徴とする請求項１に記載の超音波照射装置。
【請求項１４】
前記薄膜を備え、前記超音波射出口部に着脱自在な薄膜保持部材を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の超音波照射装置。
【請求項１５】
前記薄膜は、樹脂膜又は金属膜であることを特徴とする請求項１に記載の超音波照射装置。
【請求項１６】
予め決められた前記集束超音波の集束位置と前記超音波射出口部との距離を変化させる様に、前記超音波照射部を前記集束位置と該超音波照射部の重心とを結ぶ軸線方向に移動させる、該超音波照射部を保持する可動部を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の超音波照射装置。
【請求項１７】
前記筐体に設けられた前記超音波伝播媒体が通る媒体注排口と、
前記可動部の移動に伴う前記超音波伝播媒体が満たす領域の体積の変化に合わせて、前記媒体注排口を通じて前記超音波伝播媒体を注入又は排出する媒体注入排出部を更に具備す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】
前記超音波照射部の超音波射出面は球面形状をしており、該超音波射出面の法線の交わる位置に前記焦点位置が存在することを特徴とする請求項１に記載の超音波照射装置。
【請求項１９】
前記超音波照射部は、複数の超音波射出素子を有しており、
前記超音波照射部が射出する超音波を集束超音波とする様に、該超音波照射部における前記超音波射出素子の位置に応じて該超音波射出素子が射出する超音波の位相を制御する位相制御部を更に具備する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波照射装置。
【請求項２０】
前記超音波照射部と前記超音波射出口部との間に配置され、該超音波照射部から射出された超音波を前記集束位置に集束させる音響レンズを更に具備することを特徴とする請求項１に記載の超音波照射装置。
【請求項２１】
前記超音波照射部は圧電素子で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波照射装置。
【請求項２２】
前記超音波照射部は静電アクチュエータ素子で構成されていることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の超音波照射装置。
【請求項２３】
集束超音波を射出する超音波照射部と、
前記超音波照射部を保持し、前記集束超音波の集束位置よりも該超音波照射部側の位置に設けられた超音波射出口部から該超音波照射部までの該集束超音波の伝播領域を覆い、該集束位置を指し示す形状を有する筐体と、
前記超音波射出口部を覆う薄膜と、
前記超音波照射部及び前記薄膜に囲まれた前記筐体内を満たす超音波伝播媒体と、
を具備することを特徴とする超音波照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集束超音波を照射する超音波照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、生体の吻合は、針と糸を用いて行われている。然し乍、吻合の作業は熟練を要する。また、熟練者に依っても、針と糸を用いた吻合作業には、比較的長い時間を要する。そこで近年、機械式の自動吻合器や、レーザー又は超音波のエネルギーを用いた吻合装置が提案されている。例えば、超音波エネルギーを用いた加熱装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１には、送受波器にカップリング膜を設けた構成を有し、集束超音波を治療箇所に照射して、当該箇所の組織を加熱する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０００５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている技術では、不可視である集束超音波の焦点位置を把握するため、超音波を射出するプローブに、加熱に用いるための超音波射出部に加えて、イメージング用の超音波射出部を設け、加熱のための超音波を照射するとともに超音波画像を取得する構成を有している。この様に、集束超音波の焦点位置を、超音波イメージング等によって把握する構成にすると、プローブが大型化し複雑化するとともに、そのプローブの制御や画像情報を処理する処理装置を含む装置全体が大型化し複雑化する。
【０００５】
そこで本発明は、照射する超音波の不可視の集束位置を、別途イメージング用装置を用いなくとも視覚的に把握できる、超音波照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を果たすため、本発明の超音波照射装置の一態様は、集束超音波を射出する超音波照射部と、前記超音波照射部を保持し、前記集束超音波の集束位置より予め決められた距離だけ該超音波照射部側の位置に設けられた超音波射出口部から、該超音波照射部までの該集束超音波の伝播領域を覆う筐体と、前記超音波射出口部を覆う薄膜と、前記超音波照射部及び前記薄膜に囲まれた前記筐体内を満たす超音波伝播媒体と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に依れば、当該超音波照射装置の一部である超音波射出口部と照射超音波の集束位置とが予め決められた位置関係を有するので、照射する超音波の不可視の集束位置を、別途イメージング用装置を用いなくとも視覚的に把握できる、超音波照射装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る圧電素子の電極の配置例を説明する為の図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る超音波照射装置の超音波の伝播路を説明する為の図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る超音波照射装置の利用例であり、血管同士の吻合を説明する為の図。
【図５】本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。
【図６】本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る圧電素子の構成例の概略を示す図。
【図７】本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る集束超音波の伝播路を説明する為の図。
【図８】本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係るｃＭＵＴの構成例の概略を示す図。
【図９】本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係るｃＭＵＴのアレイの構成例の概略を示す図。
【図１０】本発明の第１の実施形態の第４の変形例に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。
【図１１】本発明の第１の実施形態の第５の変形例に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る超音波照射装置の構成例の概略を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る超音波照射装置の概略を示す図を図１に示す。本実施形態に係る超音波照射装置は、中空状のほぼ円錐形状をした筐体１を有する。筐体１は、超音波を吸収する素材でできている。本実施形態では、筐体１の素材として、タングステン粉末が分散されたエポキシ樹脂を用いている。この他にも、樹脂又はゴムに、タングステン、アルミニウム、及び／又は鉛を分散させたもの等でも良い。ここでは、筐体１の円錐形の軸に沿って、頂点の方向を先端側と定義し、底面の方向を基端側と定義する。
【００１０】
筐体１の基端側の面は、円形状の穴を有している。その穴には、超音波の照射源としての超音波振動子２が、シール材３により固定されている。このシール材３には、例えば、シリコーン系のシール部材等が用いられている。超音波振動子２は、例えばチタン・ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３；ＰＺＴ）等で構成される。また、超音波振動子２は、単純なＰＺＴに限らず、ポリマー材とＰＺＴを組み合わせた複合圧電材料（コンポジット型圧電材料）その他の圧電材料によって構成されても良い。超音波振動子２は、凹球面形状をしており、超音波を射出する凹面側（表面側）が筐体１の先端側を向いている。従って、超音波振動子２が発生する超音波は、筐体１の先端側で集束する。
【００１１】
筐体１の先端側は、円錐形の頂点から予め決められた距離で該頂点部分が切断された形状を有しており、これにより筐体１の先端部には、孔が設けられている。この孔を超音波射出口部１ａと称する。超音波射出口部１ａは、薄膜４に覆われている。この薄膜４は、例えば厚さ０．２ｍｍ程度のシリコーン膜であり、超音波を十分に伝播し、超音波を殆んど減衰させない。薄膜４は、シリコーン膜でなくとも、超音波を伝播する薄膜であれば良い。例えば、金属膜やセラミック膜等でも良い。
【００１２】
筐体１の内部であり、超音波振動子２と薄膜４とに囲まれた空間は、超音波伝播媒体としての脱気水５で満たされている。脱気水５は、円錐形状をした筐体１の底面に設けられた、媒体充填口６から注入される。この脱気水５は、薄膜４が僅かに膨らむ程の圧力を薄膜４に掛ける量が注入され、媒体充填口６は、充填口蓋７によって塞がれ、筐体１内は密閉される。ここで、筐体１の内部を脱気水５で満たしたのは、超音波照射の対象物が生体組織であることを想定して、生体組織の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する物質として、水を選択したものである。従って、脱気水５の代わりに、生体組織の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する他の物質を用いても良い。また、生体組織以外の対象物に超音波を照射する場合は、当該対象物に合わせて筐体１内を満たす物質を選択すれば良い。
【００１３】
ここで、超音波振動子２が発生する超音波が集束し、音圧が最も高くなる点を、以降「焦点」と称する。また、焦点が示す最大音圧から３ｄＢ以内の音圧が得られる領域を、以降「焦域ＦＡ」と称する。また、焦域ＦＡと超音波振動子２とを結ぶ領域であり、超音波が伝わる空間を以降「超音波伝播領域」と称する。また、超音波の進行路を音線と称する。図１中の破線は、超音波伝播領域の縁を示し、これを外周音線と定義する。また、図１中の一点鎖線は、焦点と超音波振動子２の中心とを結ぶ線であり、これを中心音線と定義する。
【００１４】
超音波振動子２、筐体１その他の構成物の形状は、以下の様に設計されている。円錐形状をした筐体１の母線が形成する面は、外周音線を、即ち超音波伝播領域を、囲む様に構成されている。また、超音波振動子２及び筐体１は、焦域ＦＡが超音波射出口部１ａよりも所定の距離だけ先端側に位置するように、設計されている。本実施形態においては、超音波振動子２の厚みは、例えば約０．４ｍｍであり、厚み縦振動の共振周波数は、約５ＭＨｚである。また、超音波振動子２の球面半径は、例えば２２ｍｍである。これら超音波振動子２に係る値は一例であり、適宜変更できることは勿論である。また、本実施形態では、超音波射出口部１ａが形成する面と集束超音波の焦点との距離は、例えば１ｍｍである。ここで、１ｍｍというのは一例であり、適宜設定することができることは勿論である。従って、超音波振動子２から射出された超音波は、超音波射出口部１ａを透過し、焦点に集束する。尚、ここでは、筐体１の外側の焦域ＦＡ周辺を満たす物質と、脱気水５とは、音響インピーダンスがほぼ等しいことを想定している。
【００１５】
図２（ａ）に示す様に、超音波振動子２の凹面側（表面側）には、例えば銀等により、一面に負極２１が形成されている。また、図２（ｂ）に示す様に、超音波振動子２の裏面側の一部を除いた全面には、例えば銀等により、正極２２が形成されている。前記裏面側の一部には、回り込み電極２３が形成されている。この回り込み電極２３は、負極２１と電気的に接続している。ここでは、表面側に負極、裏面側に正極を有するとしたが、正負は逆でも良い。即ち、表面側に正極、裏面側に負極を有する様に構成しても良い。正極２２及び回り込み電極２３には、図１に示す様に、リード線８が接続されている。リード線８は、電気端子９を介して、駆動電源を有する駆動部１０に接続されている。
【００１６】
この様に、例えば超音波振動子２は、集束超音波を射出する超音波照射部として機能し、例えば筐体１は、集束超音波の伝播領域を覆う筐体として機能し、例えば薄膜４は、超音波射出口部を覆う薄膜として機能し、例えば脱気水５は、超音波照射部及び薄膜に囲まれた筐体内を満たす超音波伝播媒体として機能する。
【００１７】
次に、本実施形態に係る超音波照射装置の動作を説明する。駆動部１０は、電気端子９及びリード線８を介して、正極２２及び負極２１に、超音波振動子２の共振周波数と等しい周波数を有する電圧を印加する。電圧が印加された超音波振動子２は、厚み縦振動する。その結果、脱気水５中に縦波（超音波）が発生する。この縦波（超音波）は、図３中に実線矢印で示す様に、焦域ＦＡの方向に進行する。焦域ＦＡでは、位相が揃った超音波が干渉し、大きな音圧が得られる。本実施形態において、焦点を含み中心音線と垂直な面における、焦域ＦＡの直径を焦域直径と定義する。本実施形態において、焦域直径は、約０．５ｍｍである。また、中心音線を含む面における焦域ＦＡの中心音線方向の長さは、約２ｍｍである。尚、超音波射出口部１ａは、焦域直径とほぼ等しい直径を有している。従って、超音波射出口部１ａの直径は、約０．５ｍｍである。
【００１８】
一方、超音波振動子２で発生する超音波には、図３中に破線矢印で示す様に、焦域ＦＡ以外の方向に向かうものが一部含まれる。この様な焦域ＦＡ以外の方向に向かう超音波は、超音波を吸収する素材でできている筐体１に当たり、筐体１に吸収される。仮に、筐体１が超音波を吸収せず、超音波が筐体１の内部で多重反射するとした場合、反射した超音波の一部は、薄膜４を透過して、筐体１の外部に伝播され、焦域ＦＡを通過する。その結果、焦域ＦＡに集束する超音波と望まない干渉を起こし、焦域ＦＡにおける音圧が低下する。また、エネルギーの集束度が低下し、焦域直径を大きくすることになる。この様に、焦域ＦＡ以外の方向に向かう超音波は、超音波を集束させて高い音圧を発生させようとするとき、ノイズとなる。
【００１９】
以上の通り、本実施形態に係る超音波照射装置に依れば、超音波振動子２から発生した超音波を焦域ＦＡに集束させることで、焦域ＦＡに高い音圧を発生させることができる。ここで、焦域ＦＡ以外の方向に向かうノイズとなる超音波は、筐体１に吸収される。このため、焦域ＦＡにおけるエネルギーの集束具合、即ちピークは鋭くなる。従って、本実施形態に係る超音波照射装置は、狭い範囲に高いエネルギーを照射することができる。
【００２０】
また、前記の通り、焦域ＦＡと薄膜４とには所定の位置関係がある。従って、当該超音波照射装置の使用者は、集束超音波を照射したい領域（目標領域）に、当該超音波照射装置の先端を向け、目標領域と薄膜４とを前記所定の位置関係に維持することで、確実に目標領域に集束超音波を照射することができる。尚、筐体１を円錐形としているので、使用者から見て、焦域ＦＡの位置は、当該筐体１の円錐形が指し示す方向に該当する。従って、使用者は、視覚的に焦域ＦＡの位置を把握しやすい。ここで、超音波射出口部１ａが焦域直径とほぼ等しい直径を有することは、焦域ＦＡの位置と筐体１の円錐形が指し示す方向とのずれを小さくする効果を奏する。また、使用者は、上記の様に集束超音波の照射位置を把握することができるので、照射位置を確認するためのイメージング用超音波プローブ等を別途設ける必要が無い。このため本実施形態に依れば、装置全体を小型化することができる。
【００２１】
次に、本実施形態に係る超音波照射装置の利用例を説明する。ここでは、血管同士を吻合する場合を例に挙げて説明する。図４に示す様に、血管８１と血管８２とを吻合するとき、吻合したい部分で、血管８１の内膜と血管８２の内膜とが接する様に、吻合部保持部材８３で固定する。
【００２２】
次に図４に示す様に、この一対の血管の内膜の境界面と焦域ＦＡとが一致する様に、当該超音波照射装置の先端を当該境界面に近づける。例えば、吻合部保持部材８３で挟まれた血管８１及び血管８２に、当該超音波照射装置の先端側の薄膜４を押し付ける等する。尚、脱気水５を伝播して薄膜４から射出する超音波は、その超音波の伝播経路に空気が存在すると音響インピーダンスの不一致のため、その界面で反射される。そこで、当該超音波照射装置の先端の薄膜４と、血管８１及び血管８２との間には、水又は超音波ジェル等を満たす。
【００２３】
次に、一定時間、焦域ＦＡへの超音波照射を行う。超音波が照射された焦域ＦＡの血管８１及び血管８２の焦域ＦＡ部分は、加熱され、凝固する。血管８１及び血管８２の全周に渡って、当該超音波照射装置を回動させると、全周にわたって血管８１及び血管８２が凝固し、それらが吻合される。
【００２４】
本説明では、吻合させる血管８１及び血管８２の界面上に中心音線が通る配置で、超音波を照射する例を挙げたが、焦域ＦＡと吻合させる血管８１及び血管８２の界面とが一致すれば、その向きは、任意の角度で良い。即ち、血管８１及び血管８２の界面に対して斜めの方向から超音波を照射しても良い。
【００２５】
尚、本実施形態において、筐体１の形状は円錐形状としたが、外周音線より外側に筐体１の壁面があればどの様な形状でも良い。但し、操作性を考えると、不必要に大きくない方が良い。このため、外周音線の形状と同じ円錐形やそれに類似する形状が好ましい。また、目標位置を視認しやすく、焦域ＦＡと目標位置との位置関係も把握しやすくするため、先端側が鋭角になっていることが好ましい。
【００２６】
［第１の実施形態の第１の変形例］
次に、本発明の第１の実施形態の第１の変形例について説明する。ここで本変形例の説明では、第１の実施形態との相違点に限定して説明し、同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。第１の実施形態において、超音波振動子２は、超音波を集束させるため、凹球面形状をしている。これに対して本変形例に係る超音波照射装置は、図５に示す様に、超音波源として、平面形状の平板圧電素子２５を有している。平板圧電素子２５から射出された超音波の進行路上には、凸球面形状の音響レンズ２６が配置されている。
【００２７】
本変形例において、平板圧電素子２５から射出される超音波は、音線が平行である非集束超音波となる。この非集束超音波は、音響レンズ２６によって、進行方向を屈曲され、焦域ＦＡに集束する。本変形例によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、圧電素子を平板形状に加工することは、球面形状に加工することよりも容易である。このため、平板圧電素子２５は、凹球面形状の超音波振動子２よりも製作が容易である。
【００２８】
［第１の実施形態の第２の変形例］
次に、本発明の第１の実施形態の第２の変形例について、第１の実施形態との相違点に注目して説明する。第１の実施形態において、超音波振動子２は、超音波を集束させるため、凹球面形状をしている。これに対して本変形例に係る超音波照射装置の超音波振動子２は、図６にその概略を示す様に、同心円状に複数の圧電素子２７を配置して構成されている。尚、図６（ａ）は、超音波振動子２を超音波の照射面の法線方向から見た図であり、図６（ｂ）はその断面形状を示している。この図に示す様に、各圧電素子２７の超音波が照射される面は、平面である。ここで、同心円状の圧電素子２７は、それぞれ別個に駆動されるように配線されている。即ち、複数の圧電素子２７からはそれぞれ、リード線８が引き出され、それらリード線８は、電気端子９に接続されている。
【００２９】
本変形例に係る超音波振動子２を用いて照射される超音波について、図７を参照して説明する。図７に示す模式図において、中段は、超音波振動子２の断面を示し、下段は、各圧電素子２７に印加する駆動信号波形を示し、上段は、照射される超音波の波面及び焦点Ｏの位置を示す。この図に示す通り、中心部の圧電素子２７から外周部の圧電素子２７にかけて、駆動信号の位相を徐々にずらすと、集束超音波を発生させることができる。本変形例において駆動部１０は、超音波振動子２を構成する各圧電素子２７に印加する駆動信号の位相も制御する。
【００３０】
この様に、例えば圧電素子２７は、超音波照射部が有する複数の超音波射出素子として機能し、例えば駆動部１０は、超音波射出素子の位置に応じて該超音波射出素子が射出する超音波の位相を制御する位相制御部として機能する。
本変形例に係る超音波照射装置の構成は、前記の通り超音波振動子２の構成が異なるのみで、その他は、第１の実施形態に係る超音波照射装置と同じである。この様な、位相差を利用したフェーズドアレイを用いて集束超音波を発生させても、第１の実施形態と同様に動作する超音波照射装置を構成することができる。
【００３１】
［第１の実施形態の第３の変形例］
次に、本発明の第１の実施形態の第３の変形例について、第１の実施形態との相違点に注目して説明する。第１の実施形態においては、超音波振動子２にＰＺＴを用いていた。これに対して本変形例に係る超音波振動子２は、静電容量型振動子（ｃａｐａｓｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ；ｃＭＵＴ）によって構成される。
【００３２】
本変形例に係る超音波振動子２を構成するｃＭＵＴ２００の概略を図８に示す。ｃＭＵＴ２００において、下部基板２０１上には、下部電極２０２が形成されており、その更に上にはシリコン基板２０３が存在する。そして、シリコン基板２０３の上には、空隙２０４を形成する様にメンブレン部２０５が形成されている。メンブレン部２０５の上には、上部電極２０６が形成されている。本変形例に係るｃＭＵＴ２００の空隙２０４の平面形状は円形である。このような構成を有するｃＭＵＴにおいて、下部電極２０２及び上部電極２０６に電圧を印加すると、それら電極の間に形成される電気容量が変化し、メンブレン部２０５が振動する。このメンブレン部２０５の振動によって、外部に振動エネルギーを出力することができる。即ち、ｃＭＵＴ２００は、超音波を出力することができる。
【００３３】
本変形例に係る超音波振動子２は、前記ｃＭＵＴ２００を複数個並べて形成されている。このｃＭＵＴ２００のアレイについて図９を参照して説明する。図９においてｃＭＵＴ２００のアレイは、ｃＭＵＴ２００が縦横にそれぞれ１２個ずつ並んだ図により示されているが、この数は、いくつでも良い。また、この図に示す様に全体で四角形状の平面形状を構成するように複数のｃＭＵＴ２００が配置されなくとも、多角形状や略円形状の平面形状を構成するように複数のｃＭＵT２００が配置されても良いことは勿論である。また、この図においては、各ｃＭＵT２００の平面形状は四角形としているが、その他の多角形でも良い。各ｃＭＵＴ２００からは、それぞれリード線８が引き出され、それらリード線８は、電気端子９を介して駆動部１０に接続されている。従って、各ｃＭＵT２００は、駆動部１０によって、それぞれ別個に動作する。尚、複数のｃＭＵT２００の下部電極２０２及び上部電極２０６のうち何れか一方は、共通接続されていても良い。ここで、各ｃＭＵＴ２００から射出される超音波の位相は、第１の実施形態の第２の変形例と同様に、中心部に配置されたｃＭＵＴ２００から、外周部に配置されたｃＭＵＴ２００にかけて、徐々にずれている。従って、第２の変形例の場合と同様に、射出される超音波は、集束する。
【００３４】
本変形例に係る超音波照射装置の構成は、前記の通り超音波振動子２の構成が異なるのみで、その他は、第１の実施形態に係る超音波照射装置と同じである。本変形例に依っても、第１の実施形態と同様に動作する超音波照射装置を構成することができる。
【００３５】
［第１の実施形態の第４の変形例］
次に、本発明の第１の実施形態の第４の変形例について、第１の実施形態との相違点に注目して説明する。本変形例では、音響反射板を用いて超音波振動子２に対する焦域ＦＡの位置を、超音波振動子２の超音波を発生させる面の法線方向と異なる位置にする。本変形例に係る超音波照射装置の概略を図１０に示す。この図に示す様に、本変形例では、超音波振動子２から射出された超音波の音線上に、音響反射板１１が設置されている。この音響反射板１１は、超音波を反射し、その進行方向を変更する。音響反射板１１は、水に対して音響インピーダンスが異なるものであれば良い。例えば、音響反射板１１としてステンレス材が用いられ得る。
音響反射板１１によって進行方向を変えられた超音波の外周音線の形状に合わせて、筐体１の形状は設計されている。従って、本変形例に係る筐体１は、円錐形と異なる形状をしている。本変形例の場合も、筐体１の壁面は、外周音線より外側にあれば良い。
【００３６】
この様に本変形例に依れば、超音波振動子２に対する焦域ＦＡの位置を変化させることができる。従って、狭い場所における使用等、空間配置を理由として、例えば第１の実施形態に係る超音波照射装置を挿入して目標位置に超音波を照射できない場合でも、本変形例に依れば目標位置に適切に超音波を照射することができる。
【００３７】
［第１の実施形態の第５の変形例］
次に、本発明の第１の実施形態の第５の変形例について、第１の実施形態との相違点に注目して説明する。本変形例に係る超音波照射装置は、薄膜４が取替え可能である。図１１に示す様に、本超音波照射装置の筐体１の先端側の超音波射出口部１ａには、薄膜４を張ったリング部材４２が取り付けられている。例えば、このリング部材４２は、筐体１の先端にねじ込まれるもの等でも良い。この様に、例えばリング部材４２は、超音波射出口部に着脱自在な薄膜保持部材として機能する。
【００３８】
また、筐体１内に脱気水５を満たすために、第１の実施形態に係る超音波照射装置は、媒体充填口６を有している。これに対して本変形例では、リング部材４２を取り外した超音波射出口部１ａから、脱気水５を注入する。例えば、超音波射出口部１ａを上に向け、そこから脱気水５を注入する。メニスカスで、脱気水５が超音波射出口部１ａよりも盛り上がるまで脱気水５を筐体１に満たし、超音波射出口部１ａ部分にリング部材４２をねじ込めば、適度な内圧を有して、脱気水５が筐体１に封入される。勿論、本変形例に係る超音波照射装置も、媒体充填口６を有していても良い。
【００３９】
超音波の焦域ＦＡは、薄膜４の近辺にある。その結果、例えばシリコーン膜などで構成された薄膜４は、それ自体が発熱し、劣化しやすい。そのため、薄膜４を容易に交換できる本変形例は、有益である。
【００４０】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態の説明では、第１の実施形態との相違点に限定して説明し、同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。本実施形態に係る超音波照射装置は、超音波振動子２が筐体１に対して中心音線方向に移動する様に構成されている。
本超音波照射装置の概略を図１２に示す。筐体１の内部には、例えば２つのＯリング３１を介して、可動円筒３２が設置されている。可動円筒３２の先端側には、端部突起部３３が設けられており、そこに超音波振動子２が接着されている。可動円筒３２の基端側の一部は、可動円筒レバー３４として、筐体１の外部に突出している。
【００４１】
Ｏリング３１は、脱気水５が超音波振動子２の裏面側に回り込まず、且つ可動円筒３２が筐体１内を精度良く移動できるように配置されている。ここで、Ｏリング３１の数は、前記した２つに限らずとも、脱気水５が超音波振動子２の裏面側に回り込まず、且つ可動円筒３２が筐体１内を精度良く移動できれば、いくつでも良い。媒体充填口６は、脱気水５を通すホース３５を介して、ポンプ３６に接続されている。ポンプ３６は、可動円筒３２の位置に依らず、筐体１内の脱気水５の圧力を一定に保つ。
【００４２】
この様に、例えば可動円筒３２は、超音波照射部を集束位置と該超音波照射部の重心とを結ぶ軸線方向に移動させる、該超音波照射部を保持する可動部として機能し、例えば媒体充填口６は、超音波伝播媒体が通る媒体注排口として機能し、例えばポンプ３６は、超音波伝播媒体を注入又は排出する媒体注入排出部として機能する。
【００４３】
本超音波照射装置の動作を説明する。薄膜４と焦域ＦＡとの相対距離を変化させるとき、可動円筒レバー３４は、押し引きされる。例えば、薄膜４から焦域ＦＡまでの距離を０．５ｍｍから１ｍｍにするとき、可動円筒レバー３４を先端側に０．５ｍｍ押し出される。この様にして、可動円筒３２が移動し、それに伴って超音波振動子２が移動すると、焦域ＦＡの位置も移動する。尚、本超音波照射装置は、基準位置に対する可動円筒３２及び可動円筒レバー３４の移動量を取得できる様に構成されている。従って使用者は、この基準位置及び移動量、並びに筐体１の形状に基づいて、焦域ＦＡの位置を把握しながら、目標位置に集束超音波を照射することができる。
【００４４】
可動円筒レバー３４を移動させて、超音波振動子２及び可動円筒３２等が移動すると、筐体１内の脱気水５が満たされている空間の体積も変化する。そこで、可動円筒レバー３４の移動に連動して、ポンプ３６は、媒体充填口６から脱気水５の給排水を行う。この給排水によって、筐体１内の脱気水５の圧力は一定に保たれる。
【００４５】
本実施形態に依れば、薄膜４と焦域ＦＡとの相対位置関係を、容易に変更することができる。従って、超音波を照射する領域を、当該超音波照射装置の中心音線方向に広げることができる。本実施形態に係る超音波照射装置は、例えば吻合処理において、凝固範囲を広げ、幅広い吻合を可能にする。
【００４６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。ここで本実施形態の説明では、第１の実施形態との相違点に限定して説明し、同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。第１の実施形態では、ノイズとなる超音波を吸収するため、筐体１を超音波吸収素材で構成している。これに対して、本実施形態に係る超音波照射装置では、筐体１は、ステンレス材その他の金属材料で形成されており、筐体１の脱気水５と接する面に、図１３に示す様に、超音波吸収材１２が貼付されている。この超音波吸収材１２は、厚さ０．５ｍｍのタングステン粉末が分散されたゴムである。超音波吸収材１２の素材は、これに限らず、例えば、樹脂又はゴムに、タングステン、アルミニウム、又は鉛を分散させたもの等でも良い。また、超音波吸収材１２は、フェルト、樹脂ファイバー、ガラスウール、ロックウール、又はスチールウール等でも良い。また、それらの組合せでも良い。ここで、樹脂ファイバーとは、例えばエポキシ樹脂等の樹脂をファイバー状に形成したものを適当な長さに裁断したものである。また、超音波吸収材１２の厚さも、０．５ｍｍに限らず、適宜変更することができる。その他の構成は第１の実施形態のそれと同様である。
【００４７】
本実施形態に依っても、図３を参照して説明した、第１の実施形態と同様の効果が得られる。即ち、超音波振動子２から射出され、焦域ＦＡ以外の方向に向かう超音波は、超音波吸収材１２に当たり、超音波吸収材１２に吸収される。その結果、筐体１内で多重反射した超音波が干渉することにより発生する、焦域ＦＡにおける音圧の低下を抑制することができる。従って、当該超音波吸収材１２の存在は、焦域ＦＡにおけるエネルギーの集束度、即ちピークの鋭さ、及び焦域ＦＡにおける音圧を向上させる効果を奏する。
【００４８】
尚、筐体１の素材は、前記したステンレス材に限らず、他の金属材、樹脂材、セラミック材等でも良い。本実施形態に依れば、筐体１の素材として、様々な材料を用いることができるので、超音波吸収素材により筐体１を構成する第１の実施形態の場合よりも、筐体１の加工が容易になり、また、超音波を吸収する材料の選択肢が広がるため、当該超音波照射装置の設計の自由度が増す。
【００４９】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。ここで本実施形態の説明では、第１の実施形態との相違点に限定して説明し、同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。第１の実施形態では、ノイズとなる超音波を吸収するため、筐体１を構成する材料を超音波吸収素材としている。これに対して、本実施形態に係る超音波照射装置では、筐体１の形状を超音波を吸収できる形状としている。
【００５０】
図１４（ａ）に、本実施形態に係る超音波照射装置の構造の概略を示す。本超音波照射装置の筐体１は、脱気水５と接している筐体１の内部に、多数の吸収孔１５を設けている。図１４（ｂ）に、吸収孔１５の形状を説明する為に、１つの吸収孔１５を拡大した図を示す。当該吸収孔１５は、超音波振動子２に向かって開口している。図に示す様に、その吸収孔１５の開口角θは、吸収孔１５及び超音波振動子２の中央部Ｃを結ぶ線と、吸収孔１５及び超音波振動子２の有効端部Ｅを結ぶ線との成す角程度である。
【００５１】
ノイズとなる超音波の音線を、図１４（ｂ）中に破線矢印で示す。この破線矢印で示す様に、ノイズとなる超音波は、吸収孔１５に入射すると、吸収孔１５内で多重反射し、次第に減衰して消滅する。この様に、例えば吸収孔１５は、筐体に設けられた、開口方向が超音波照射部に向かう凹形状開口部として機能する。
【００５２】
従って、本実施形態に係る吸収孔１５は、第１の実施形態に係る筐体１を構成する超音波吸収素材、及び第３の実施形態に係る超音波吸収材１２と同様の効果を有する。このため、本実施形態に依れば、筐体１を構成する材料として、第１の実施形態の様に超音波吸収素材を用いる必要が無く、ステンレスその他の通常の金属材料、樹脂材、又はセラミック材等を使用することができる。このため、設計の自由度が広がる。尚、筐体１を構成する材料として、超音波吸収材料を用いれば、ノイズとなる超音波を吸収する効果がより向上する。
【００５３】
［各実施形態及び変形例の組合せ］
前記各実施形態及びその変形例は適宜組み合わせることが可能である。例えば、第１の実施形態の第４の変形例に係る超音波照射装置の超音波振動子２として、第１の実施形態の第１の変形例、第２の変形例又は第３の変形例に係る超音波振動子２を用いても良い。また、第１の実施形態の第５の変形例に係る超音波照射装置の超音波振動子２として同様である。また、第１の実施形態の第４の変形例と第５の変形例を組み合わせることもできる。更に、それらの超音波振動子２を第１の変形例、第２の変形例又は第３の変形例に係る超音波振動子２に置換えても良い。これら変形例の組合せと、第２の実施形態に係る超音波振動子２の位置を移動させられる構成を組み合わせても良い。更に前記全ての組合せについて、ノイズとなる超音波を吸収するために、第３の実施形態に係る超音波吸収材１２を用いても良いし、第４の実施形態に係る吸収孔１５を有する筐体１を用いても良い。
【００５４】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１…筐体、１ａ…超音波射出口部、２…超音波振動子、３…シール材、４…薄膜、５…脱気水、６…媒体充填口、７…充填口蓋、８…リード線、９…電気端子、１０…駆動部、１１…音響反射板、１２…超音波吸収材、１５…吸収孔、２１…負極、２２…正極、２３…回り込み電極、２５…平板超音波振動子、２６…音響レンズ、２７…圧電素子、３１…Ｏリング、３２…可動円筒、３３…端部突起部、３４…可動円筒レバー、３５…ホース、３６…ポンプ、４２…リング部材、８３…吻合部保持部材、２００…ｃＭＵＴ。
【図１】
2012005602.tif 000003
【図２】
2012005602.tif 000004
【図３】
2012005602.tif 000005
【図４】
2012005602.tif 000006
【図５】
2012005602.tif 000007
【図６】
2012005602.tif 000008
【図７】
2012005602.tif 000009
【図８】
2012005602.tif 000010
【図９】
2012005602.tif 000011
【図１０】
2012005602.tif 000012
【図１１】
2012005602.tif 000013
【図１２】
2012005602.tif 000014
【図１３】
2012005602.tif 000015
【図１４】
2012005602.tif 000016