JPH0559736B2 - - Google Patents
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- JPH0559736B2 JPH0559736B2 JP58159600A JP15960083A JPH0559736B2 JP H0559736 B2 JPH0559736 B2 JP H0559736B2 JP 58159600 A JP58159600 A JP 58159600A JP 15960083 A JP15960083 A JP 15960083A JP H0559736 B2 JPH0559736 B2 JP H0559736B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bubble diameter
- frequency
- bubble
- bubbles
- ultrasonic
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- Expired - Lifetime
Links
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Landscapes
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は超音波による気泡の発生装置に係わ
り、特に生体等に適用した場合、安全な低い圧力
下で気泡径を制御し、任意の気泡径を作る装置に
関する。
り、特に生体等に適用した場合、安全な低い圧力
下で気泡径を制御し、任意の気泡径を作る装置に
関する。
従来、超音波により気泡が生成できることは知
られていたがその泡径を制御することは困難であ
つた。
られていたがその泡径を制御することは困難であ
つた。
唯一つの方法は、媒体の表面張力・粒性・密
度・熱力学定数・周囲圧力・温度等に対して、印
加超音波の周波数を選択することによつて泡径を
制御できるようにとどまつている。
度・熱力学定数・周囲圧力・温度等に対して、印
加超音波の周波数を選択することによつて泡径を
制御できるようにとどまつている。
今、微小な気泡が既に存在したか、又は新たに
溶解ガスから遊離等によつて作られるとする。こ
の原始泡は、超音波の照射によつて種々の過程で
成長し、その泡径が増加して超音波の周波数によ
つて泡径が共振的に変動する。
溶解ガスから遊離等によつて作られるとする。こ
の原始泡は、超音波の照射によつて種々の過程で
成長し、その泡径が増加して超音波の周波数によ
つて泡径が共振的に変動する。
共振平均泡径に達し、更に成長すると、共振は
消失し、ある平衡した最終泡径になつて安定す
る。その清況はDr.Laurence Crumによれば、第
１図の如くである。
消失し、ある平衡した最終泡径になつて安定す
る。その清況はDr.Laurence Crumによれば、第
１図の如くである。
この場合最終泡径により大きな泡が存在したと
すると、泡中の気体の周囲溶液への溶解により、
その径は段々に減少しやはり最終泡径に近づく
（詳細は後述）。
すると、泡中の気体の周囲溶液への溶解により、
その径は段々に減少しやはり最終泡径に近づく
（詳細は後述）。
従つて、特定の媒体の特定環境（周囲圧力・温
度）においては超音波の周波数によつて泡径を制
御することができる。最終泡径について十分なデ
ータがないが共振泡径と周波数の関係は第２図の
如くである。
度）においては超音波の周波数によつて泡径を制
御することができる。最終泡径について十分なデ
ータがないが共振泡径と周波数の関係は第２図の
如くである。
しかし、一般的に気泡の達成、成長には限界音
圧があり、その限界（スレツシヨルド）以上の音
圧の超音波を用いないと気泡を発生、成長させる
ことができない。又こと限界音圧は、周波数が高
くなると共に上昇する（第３図）。第３図におい
て、イは十分にばつ気した水について、ロは十分
に空気を含ませた水についての、周波数と限界音
圧との関係を示す。上記の方法を生体の血液等に
適用すると、気泡が毛細管（キヤピラリー）を通
過し生体に悪影響を及ぼさない様に泡径を8μｍ
以下に制御するためには、共振泡径をほぼ4μｍ
程度にする必要があり、その使用超音波周波数は
0.5〜1.5MHz程度とする必要がある。この周波数
での気泡の発生、成長を可能とするためには、音
圧は10〜50気圧程度必要となる。この音圧は人体
等の生体に対しては過大であり生体組織の超音波
による損傷が生じるという問題があつた。
圧があり、その限界（スレツシヨルド）以上の音
圧の超音波を用いないと気泡を発生、成長させる
ことができない。又こと限界音圧は、周波数が高
くなると共に上昇する（第３図）。第３図におい
て、イは十分にばつ気した水について、ロは十分
に空気を含ませた水についての、周波数と限界音
圧との関係を示す。上記の方法を生体の血液等に
適用すると、気泡が毛細管（キヤピラリー）を通
過し生体に悪影響を及ぼさない様に泡径を8μｍ
以下に制御するためには、共振泡径をほぼ4μｍ
程度にする必要があり、その使用超音波周波数は
0.5〜1.5MHz程度とする必要がある。この周波数
での気泡の発生、成長を可能とするためには、音
圧は10〜50気圧程度必要となる。この音圧は人体
等の生体に対しては過大であり生体組織の超音波
による損傷が生じるという問題があつた。
本発明目的は、生体等の適用可能な低い音圧
で、しかも任意の泡径の微小な気泡を発生するこ
とができる装置を提供することにある。
で、しかも任意の泡径の微小な気泡を発生するこ
とができる装置を提供することにある。
本発明は、気泡発生、成長用の比較的低い周波
数の超音波を発生する手段以外に、気泡径制御用
のより周波数の高い超音波を発生して前記低い周
波数の超音波に重畳させる手段を設けることによ
り、低い音圧でより微小な気泡を発生可能とした
ものである。
数の超音波を発生する手段以外に、気泡径制御用
のより周波数の高い超音波を発生して前記低い周
波数の超音波に重畳させる手段を設けることによ
り、低い音圧でより微小な気泡を発生可能とした
ものである。
生体血液中に気泡を発生し、その気泡を超音波
影像装置の造影剤として用いたり、ドプラー血流
速測定に用いたり、その泡径から血圧を測定した
りすることは極めて有効な方法である。
影像装置の造影剤として用いたり、ドプラー血流
速測定に用いたり、その泡径から血圧を測定した
りすることは極めて有効な方法である。
しかし生体に超音波エネルギーによる損傷を与
えないこと。気泡径が血球径とほぼ同じかそれ以
下であつて、毛細管を容易に通過し血流閉塞を行
さないことが必要である。
えないこと。気泡径が血球径とほぼ同じかそれ以
下であつて、毛細管を容易に通過し血流閉塞を行
さないことが必要である。
第３図から10K〜100KHz以下の附勢超音波を
用いて初期気泡の発生、成長を行えば安全な低い
音圧範囲内にあることが判る。もし生体内の特定
部位にある血管中に気泡を発生させたい時は、超
音波を集束する必要があり、このため凹面振動子
等を用いるが、この振動子開口径が生体中での波
長に対して十分大きくにと集束の効果が、表われ
ない。生体中音速は1500ｍ／秒であり、10K〜
100KHzの波長は150〜15mmであり、振動子開口は
人体に対し適用可能な大きさとなる。10KHz以下
では開口が過大となる。
用いて初期気泡の発生、成長を行えば安全な低い
音圧範囲内にあることが判る。もし生体内の特定
部位にある血管中に気泡を発生させたい時は、超
音波を集束する必要があり、このため凹面振動子
等を用いるが、この振動子開口径が生体中での波
長に対して十分大きくにと集束の効果が、表われ
ない。生体中音速は1500ｍ／秒であり、10K〜
100KHzの波長は150〜15mmであり、振動子開口は
人体に対し適用可能な大きさとなる。10KHz以下
では開口が過大となる。
この様な超音波によつて発生、成長された気泡
に更に第１図を示す様な泡径制御用の0.5〜1.5Hz
程度の超音波を重畳する。第１図のカーブイは初
期径1μｍの気泡の1MHzの10W／cm2の音エネルギ
ーでの行動を示す（尚、1W／cm2は約１気圧の音
圧に相当する）。大気圧下、附勢超音波のない場
合で、約10ｍsec後に共振平均泡径約3.5μｍにな
り、更に成長して共振が消え約15ｍec後に最終泡
径約5μｍに到達することを示している。このカ
ーブイは平均気泡径をＲとするとＲ＝R0(t)（１
＋ｘ(t)COS2πft）で表わされ、ｘ(t)はカーブハに
示す如くである。又、カーブロの如く10μｍの大
きな泡は逆に減少してやはり同一の最終泡径にな
る。この様に最終泡径は、特定の媒体・特定の環
境静圧・温度下では印加超音波の周波数に対し、
ほぼ逆比較的な関係で制御される。附勢超音波の
重畳下では、整流拡散現象のためより低い泡径制
御超音波音圧（１気圧以下）でこの現象が発生す
る。すなわち附勢超音波の負圧半サイクルで成長
した泡径は正圧半サイクルで減少する泡径よりも
大きいためである。又負圧半サイクルは10KHzで
は50ｍsecとなり、その半サイクルのみでも十分
に成長する時間余裕がある。
に更に第１図を示す様な泡径制御用の0.5〜1.5Hz
程度の超音波を重畳する。第１図のカーブイは初
期径1μｍの気泡の1MHzの10W／cm2の音エネルギ
ーでの行動を示す（尚、1W／cm2は約１気圧の音
圧に相当する）。大気圧下、附勢超音波のない場
合で、約10ｍsec後に共振平均泡径約3.5μｍにな
り、更に成長して共振が消え約15ｍec後に最終泡
径約5μｍに到達することを示している。このカ
ーブイは平均気泡径をＲとするとＲ＝R0(t)（１
＋ｘ(t)COS2πft）で表わされ、ｘ(t)はカーブハに
示す如くである。又、カーブロの如く10μｍの大
きな泡は逆に減少してやはり同一の最終泡径にな
る。この様に最終泡径は、特定の媒体・特定の環
境静圧・温度下では印加超音波の周波数に対し、
ほぼ逆比較的な関係で制御される。附勢超音波の
重畳下では、整流拡散現象のためより低い泡径制
御超音波音圧（１気圧以下）でこの現象が発生す
る。すなわち附勢超音波の負圧半サイクルで成長
した泡径は正圧半サイクルで減少する泡径よりも
大きいためである。又負圧半サイクルは10KHzで
は50ｍsecとなり、その半サイクルのみでも十分
に成長する時間余裕がある。
この泡径制御用超音波は、0.5〜2MHz程度であ
り、一般医療用超音波機器の振動子とほぼ同一の
ものを使用することができ、10〜30mm径程度で十
分な集束が得られる。したがつて容易に生体内特
定部位の血管に附勢用超音波集束域と泡径超音波
集束域を重ねることができる。
り、一般医療用超音波機器の振動子とほぼ同一の
ものを使用することができ、10〜30mm径程度で十
分な集束が得られる。したがつて容易に生体内特
定部位の血管に附勢用超音波集束域と泡径超音波
集束域を重ねることができる。
血液は、毎秒１〜２回程度拍動して流れるが、
急激な拍動流が100〜200ｍsecあり、その残りの
時間300〜800ｍｓはほとんど停滞している。この
停滞期に同期して超音波を照射することで、第１
図からわかる様に十分な最終泡径の気泡をうるこ
とができる。
急激な拍動流が100〜200ｍsecあり、その残りの
時間300〜800ｍｓはほとんど停滞している。この
停滞期に同期して超音波を照射することで、第１
図からわかる様に十分な最終泡径の気泡をうるこ
とができる。
なお、拍動によつてこの照射部位で発生した気
泡は流動し無照射部位に至つた時、ある時間後に
は表面張力のため泡径は減少し、最終的には削減
する。このため毛細管閉塞を生じる危険はない。
泡は流動し無照射部位に至つた時、ある時間後に
は表面張力のため泡径は減少し、最終的には削減
する。このため毛細管閉塞を生じる危険はない。
附勢振動子、泡径制御振動子は、PZT等の圧
電材料で容易に作製可能である。
電材料で容易に作製可能である。
附勢振動子、泡径制御振動子は夫々別々につく
られていてもよいし、附勢振動子の大きな開口の
一部、例えば中央等に穴をつくり、その中に泡径
制御振動子をはめこんだり、一体としたりしてつ
くることもできる。
られていてもよいし、附勢振動子の大きな開口の
一部、例えば中央等に穴をつくり、その中に泡径
制御振動子をはめこんだり、一体としたりしてつ
くることもできる。
又人体面の凹凸に対して適合する様に超音波伝
達液（例えば水、エチレングリコール水溶液、
等）を内蔵する袋を併用したり、振動子前面に一
体として附加したすることができる。
達液（例えば水、エチレングリコール水溶液、
等）を内蔵する袋を併用したり、振動子前面に一
体として附加したすることができる。
第４図に本発明の一実施例ブロツク図を示す。
図中、１は超音波振動子であり、１１はPZT等
の圧電素子、１２は共通電極、１３は周辺のドー
ナツツ状の領域に設けた低周波用電極、１４は中
央の円状の領域に設けた高周波用電極、２は気泡
発生・成長用の附勢超音波を駆動するアンプ、３
は附勢用超音波（例えば10〜100KHz）のための
発振器、４は泡径制御用超音波を駆動するアン
プ、５は泡勢制御用超音波（例えば0.5〜2MHz）
のための発振器、５１は所望の泡径に対応する周
波数を調整するためのボリウム、２１，４１は振
幅制御用ボリウムである。
図中、１は超音波振動子であり、１１はPZT等
の圧電素子、１２は共通電極、１３は周辺のドー
ナツツ状の領域に設けた低周波用電極、１４は中
央の円状の領域に設けた高周波用電極、２は気泡
発生・成長用の附勢超音波を駆動するアンプ、３
は附勢用超音波（例えば10〜100KHz）のための
発振器、４は泡径制御用超音波を駆動するアン
プ、５は泡勢制御用超音波（例えば0.5〜2MHz）
のための発振器、５１は所望の泡径に対応する周
波数を調整するためのボリウム、２１，４１は振
幅制御用ボリウムである。
本発明によれば低い音圧で、しかも制御された
比較的微小な泡径の気泡を作ることができるの
で、生体内の血液等に用いて安全な気泡発生方式
を提供することができ、且つ各種の測定等に応用
することができる。
比較的微小な泡径の気泡を作ることができるの
で、生体内の血液等に用いて安全な気泡発生方式
を提供することができ、且つ各種の測定等に応用
することができる。
第１図は一定周波数の超音波を照射した時の気
泡の挙動を示す図、第２図は共振泡径と、周波数
との関係を示す図、第３図は、気泡発生限界音圧
の周波数依存性を示す図、第４図は本発明の一実
施例ブロツク図である。 図中、１は超音波振動子であり、１１はPZT
等の圧電素子、１２は共通電極、１３は周辺ドー
ナツツ状の領域に設けた低周波用電極、１４は中
央の円状の領域に設けた高周波用電極、２は気泡
発生・成長用の附勢超音波を駆動するアンプ、３
は附勢用超音波（例えば10〜100KHz）のための
発振器、４は泡径制御用超音波を駆動するアン
プ、５は泡径制御用超音波（例えば0.5〜2MHz）
のための発振器、５１は所望の泡径に対応するよ
う周波数を調整するためのボリウム、２１，４１
は振幅制御用ボリウムである。
泡の挙動を示す図、第２図は共振泡径と、周波数
との関係を示す図、第３図は、気泡発生限界音圧
の周波数依存性を示す図、第４図は本発明の一実
施例ブロツク図である。 図中、１は超音波振動子であり、１１はPZT
等の圧電素子、１２は共通電極、１３は周辺ドー
ナツツ状の領域に設けた低周波用電極、１４は中
央の円状の領域に設けた高周波用電極、２は気泡
発生・成長用の附勢超音波を駆動するアンプ、３
は附勢用超音波（例えば10〜100KHz）のための
発振器、４は泡径制御用超音波を駆動するアン
プ、５は泡径制御用超音波（例えば0.5〜2MHz）
のための発振器、５１は所望の泡径に対応するよ
う周波数を調整するためのボリウム、２１，４１
は振幅制御用ボリウムである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１の周波数の超音波を媒体に照射して、該
媒体に気泡を発生せしめる第１の超音波照射手段
と、 前記第１の周波数より高い周波数であつて、所
望の気泡径によつて定まる周波数である第２の周
波数の超音波を発生して前記第１の周波数の超音
波に重畳せしめることにより、前記媒体に発生し
た気泡の気泡径を制御する第２の超音波照射手段
とを設けて構成したことを特徴とする超音波気泡
の発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15960083A JPS6053131A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 超音波気泡の発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15960083A JPS6053131A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 超音波気泡の発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6053131A JPS6053131A (ja) | 1985-03-26 |
| JPH0559736B2 true JPH0559736B2 (ja) | 1993-08-31 |
Family
ID=15697239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15960083A Granted JPS6053131A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 超音波気泡の発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6053131A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005351771A (ja) * | 2004-06-10 | 2005-12-22 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 超音波キャビテーション発生装置およびドップラー式超音波流量計 |
| EP4349401A1 (en) | 2019-02-13 | 2024-04-10 | Alpheus Medical, Inc. | Non-invasive sonodynamic therapy |
| JP2023537219A (ja) | 2020-08-07 | 2023-08-31 | アルフェウス メディカル，インク． | 癌を治療するための改善された音響力学療法のための超音波アレイ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5826238A (ja) * | 1981-08-08 | 1983-02-16 | Fujitsu Ltd | 超音波による圧力測定方式 |
-
1983
- 1983-08-31 JP JP15960083A patent/JPS6053131A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5826238A (ja) * | 1981-08-08 | 1983-02-16 | Fujitsu Ltd | 超音波による圧力測定方式 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6053131A (ja) | 1985-03-26 |
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