収束超音波による非侵襲的骨切断システムの基礎的研究開発

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14208102
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 土肥 健純 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 教授 (40130299)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 洋一郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60111473) ; 中村 耕三 東京大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (60126133) ; 久田 俊明 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (40126149) ; 佐久間 一郎 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (50178597) ; 波多 伸彦 東京大学, 大学院・情報理工学研究科, 助教授 (50334256)
• Keywords: 収束超音波 / 骨きり術 / 音圧

Research Abstract

体外から集束超音波を照射し、皮膚や筋肉等の軟性組織を損傷することなく骨切りを行う試みを行ってきた。具体的には、破壊に十分なだけの音圧を骨に与えるための方法として、トランスデューサの大型化、入力波形の改良、トランスデューサの複数化について検討を行ってきた。今年度はトランスデューサの複数化を中心に検討、改良を進めた。
前年度までの検討で、トランスデューサ2個からの照射により焦点における音圧の上昇が見られた。そこで今年度はトランスデューサを5個とし、焦点における音圧の上昇に適した条件および課題の洗い出しを行った。
5個のトランスデューサへの入力電力を各30W(合計150W)とし、音圧を測定したところ、1個のトランスデューサに30Wの電力を入力した場合に比べて1.65倍の音圧を得た。音圧がトランスデューサの個数倍(=5倍)より低い主な原因としては、
(1)複数のトランスデューサの焦点を一致させるため各トランスデューサの曲率半径を単体の場合(47mm)より大きくせざるを得ず(107mm)、したがってトランスデューサ1個あたりの振動面面積が減少したこと。
(2)焦点以外の部分に音圧の上昇を伴うサイドローブ現象が発生したこと。
(3)インピーダンスマッチングに改善の余地あること。
が挙げられる。
各トランスデューサへの入力電力の供給源が同一のアンプである場合、音圧を最大とするにはアンプ出力合計を最大とすればよく、トランスデューサの個数との相関はなかった.ただし、各トランスデューサの許容出力を超えないよう複数トランスデューサを用い出力を分割する必要がある。複数化の際には上記(1)-(3)を考慮し、アンプの総出力が一定であれば最低限の分割とするのが望ましいことが示された。