特開 2024-154958 超音波制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024154958

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】超音波制御装置

(51)【国際特許分類】

   H04R 1/40 20060101AFI20241024BHJP

   B01D 51/08 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

H04R1/40 330

B01D51/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023069216

(22)【出願日】2023-04-20

(71)【出願人】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】嶋末 陽介

(72)【発明者】

【氏名】▲濱▼田 航介

【テーマコード（参考）】

5D019

【Ｆターム（参考）】

5D019AA25

5D019FF01

(57)【要約】

【課題】 大規模な装置や、その設置を必要とせず、清浄度を必要とする箇所に対する清浄度を容易に得る。
【解決手段】
超音波制御装置１０は、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５と、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５の送信制御を行う送信制御部３０と、を備える。送信制御部３０は、微粒子からの保護対象領域に対して鉛直方向の上側の所定範囲に複数の超音波の音響流を生成するように複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５の送信制御を行う。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の超音波素子と、
前記複数の超音波素子の送信制御を行う送信制御部と、
を備え、
前記送信制御部は、
微粒子からの保護対象領域に対して鉛直方向の上側の所定範囲に複数の超音波の音響流を生成するように前記複数の超音波素子の送信制御を行う、
超音波制御装置。

【請求項2】

前記複数の超音波素子は、二次元配列されている、
請求項１に記載の超音波制御装置。

【請求項3】

前記送信制御部は、
前記複数の超音波素子の前記二次元配列された平面の中心を頂点とする円錐面を設定し、
前記送信制御として、前記複数の超音波素子が送信する超音波の球面波の同位相面が前記円錐面に同時に接するように前記超音波の位相を制御する、
請求項２に記載の超音波制御装置。

【請求項4】

前記送信制御部は、
前記円錐面によって形成される円錐の中心軸が前記平面に成す角度を変化させるように前記送信制御を行う、
請求項３に記載の超音波制御装置。

【請求項5】

前記送信制御部は、
前記送信制御として、前記超音波の振幅を制御する、
請求項３に記載の超音波制御装置。

【請求項6】

前記複数の超音波素子における前記超音波の送信の指向軸は、鉛直方向に略垂直である、
請求項１に記載の超音波制御装置。

【請求項7】

前記複数の音響流によるシールドカーテンは、前記鉛直方向に略垂直な二次元の平面形状である、
請求項６に記載の超音波制御装置。

【請求項8】

前記複数の超音波素子における前記超音波の送信の指向軸は、鉛直方向に略平行である、
請求項１に記載の超音波制御装置。

【請求項9】

前記複数の音響流によるシールドカーテンは、平面視して前記保護対象領域を囲む円錐台形状である、
請求項８に記載の超音波制御装置。

【請求項10】

前記複数の超音波素子は、１または複数の回路基板に実装されている、
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の超音波制御装置。

【請求項11】

前記回路基板は、厚み方向に貫通する空洞部または切り欠き部を有する、
請求項１０に記載の超音波制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波を用いて特定領域への微粒子等の進入を抑制する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、清浄度を調整した空気（清浄空気）を手術台に向けて局所的に供給する手術室が記載されている。特許文献１に記載の手術室は、送風機や圧縮空気を用いて、清浄空気を手術台に供給する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－２０６８１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に構成では、送風機や圧縮空気の送出ユニットを手術室に設置しなければならない。このため、手術台のような高い清浄度を必要とする場合、大規模な装置が必要となり、また、当該装置を設置することは、容易ではない。

【0005】

したがって、本発明の目的は、大規模な装置を必要とせず、高い清浄度を容易に得られる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明の超音波制御装置は、複数の超音波素子と、複数の超音波素子の送信制御を行う送信制御部と、を備える。送信制御部は、微粒子からの保護対象領域に対して鉛直方向の上側の所定範囲に複数の超音波の音響流を生成するように複数の超音波素子の送信制御を行う。

【0007】

この構成では、保護対象領域に対して鉛直方向の上側の所定範囲に二次元または三次元の面状に複数の音響流が定在する。音響流は、微粒子を送出するので、複数の音響流によって面状のシールドカーテンを形成できる。この際、超音波制御装置は、複数の超音波素子と送信制御部とを少なくとも備えていればよく、大規模な構成を必要としない。

【発明の効果】

【0008】

この発明によれば、大規模な装置を必要とせず、高い清浄度を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。

【図2】図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る超音波制御装置において、音響ベッセルビームによる音響流を生成するための概念を説明するための図である。

【図3】図３は、本発明の第１の実施形態に係る超音波制御装置によって発生する音響ベッセルビームによる音響流のイメージの一例を示す斜視図である。

【図4】図４（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る超音波送信器の配置態様の一例を示す平面図であり、図４（Ｂ）は、その側面図である。

【図5】図５は、複数のベッセルビーム音響流とシールドカーテンとの関係を示す平面図である。

【図6】図６は、シールドカーテン付近を拡大した側面図である。

【図7】図７は、本発明の第１の実施形態に係る超音波送信器のそれぞれ別の配置態様の一例を示す側面図である。

【図8】図８は、本発明の第１の実施形態に係る超音波送信器のそれぞれ別の配置態様の一例を示す側面図である。

【図9】図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る超音波送信器のそれぞれ別の配置態様の一例を示す側面図である。

【図10】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、超音波送信器における複数の超音波素子の他の配置態様を示す平面図である。

【図11】図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）は、第２の実施形態に係る超音波送信器の平面図である。

【図12】図１２（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る超音波送信器の配置態様の一例を示す平面図であり、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）は、その側面図である。

【図13】図１３は、本発明の第３の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。

【図14】図１４は、第３の実施形態に係る超音波制御方法（保護対象領域の保護方法）の一例を示すフローチャートである。

【図15】図１５は、本発明の第４の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。

【図16】図１６は、第４の実施形態に係る超音波制御方法（保護対象領域の保護方法）の一例を示すフローチャートである。

【図17】図１７は、本発明の第５の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。

【図18】図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）はシールドカーテンの鉛直方向の位置を変更する場合を示す側面図である。

【図19】図１９は、第５の実施形態に係る超音波制御方法（保護対象領域の保護方法）の一例を示すフローチャートである。

【図20】図２０は、本発明の第６の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。

【図21】図２１（Ａ）は、本発明の第６の実施形態に係る微粒子シールドカーテン形成システムの配置態様の一例を示す平面図であり、図２１（Ｂ）は、その側面図である。図２１（Ｃ）は、図２１（Ｂ）の一部を示す拡大図である。

【図22】図２２は、第６の実施形態に係る超音波制御方法（保護対象領域の保護方法）の一例を示すフローチャートである。

【図23】図２３は、本発明の第７の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。

【図24】図２４は、第７の実施形態に係る超音波制御方法（保護対象領域の保護方法）の一例を示すフローチャートである。

【図25】図２５は、本発明の第８の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。

【図26】図２６は、第８の実施形態に係る超音波制御方法（保護対象領域の保護方法）の一例を示すフローチャートである。

【図27】図２７は、本発明の第９の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。

【図28】図２８は、本発明の第９の実施形態に係る超音波制御装置による表示画像の一例を示す図である。

【図29】図２９は、本発明の第１０の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。

【図30】図３０は、本発明の第１０の実施形態に係る超音波制御装置による表示画像の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る超音波制御装置について、図を参照して説明する。

【0011】

（超音波制御装置）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。図１に示すように、超音波制御装置１０は、超音波送信器２０、および、送信制御部３０を備える。超音波送信器２０は、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５を備える。なお、本実施形態では、超音波送信器２０が備える超音波素子の個数は、２５個であるが、これに限るものではなく、後述する音響ベッセルビームによる音響流（以下、「ベッセルビーム音響流」と称する。）を形成可能な個数であればよい。

【0012】

複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５は、二次元配列されている。複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５は、送信制御部３０に接続されている。

【0013】

送信制御部３０は、演算処理装置等によって実現される。送信制御部３０は、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５が送信する複数の超音波によって、複数の方向にベッセルビーム音響流を順次生成するように、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５の送信制御を行う。

【0014】

このように、複数の方向にベッセルビーム音響流を順次生成する（走査する）ことで、例えば、後述の図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すような所定形状で保護対象領域を覆うシールドカーテンＳ１００が形成される。

【0015】

（音響ベッセルビームによる音響流の生成概念）
図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る超音波制御装置において、音響ベッセルビームによる音響流を生成するための概念を説明するための図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る超音波制御装置によって発生する音響ベッセルビームによる音響流のイメージの一例を示す斜視図である。

【0016】

複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５は、二次元配列されている。例えば、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）の場合であれば、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５は、互いに直交するｘ２０軸とｙ２０軸とからなる平面状に配置されている。

【0017】

複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５におけるｘ２０軸方向およびｙ２０軸に隣り合う超音波素子の間隔は、一定であることが好ましい。

【0018】

複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５は、超音波素子２３３を中心として＋ｘ２０軸側の配置と－ｘ２０軸側の配置とが同じになるように、配置されている。

【0019】

複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５は、超音波素子２３３を中心として＋ｙ２０軸側の配置と－ｙ２０軸側の配置とが同じになるように、配置されている。

【0020】

複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５は、送信面が＋ｚ２０軸方向を向くように配置されている。すなわち、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５の送信面は、面一である。

【0021】

送信制御部３０は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示すように、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５の二次元配列された平面（ｘ２０軸とｙ２０軸とからなる平面）の中心（超音波素子２３３）の位置を頂点とする円錐面２９０を設定する。

【0022】

送信制御部３０は、送信制御として、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５の発生する超音波の位相を制御する。より具体的には、送信制御部３０は、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５が送信する超音波の球面波の同位相面が円錐面２９０に同時に接するように位相を制御する。

【0023】

これにより、例えば、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示すように、円錐面によって形成される円錐の中心軸が複数の超音波素子の配置平面（送信面が面一となる平面）に直交して、ｚ２０軸に平行であれば、図３に示すように、ｚ２０軸に平行な中心軸を有し、配置平面からｚ２０軸に所定距離離間した位置に、円柱状のベッセルビーム音響流１００が形成される。

【0024】

ベッセルビーム音響流１００は、円柱状の領域内において微風の気流を発生する。さらに、ベッセルビーム音響流１００は、円柱状の領域内に気流の広がりが抑制される音響流である。すなわち、ベッセルビーム音響流１００は、まわりに乱流が発生することを抑制できる。なお、本実施形態では、音響流として、ベッセルビーム音響流を例に示したが、ベッセルビーム音響流と同様の作用が得られる音響流であれば、適用が可能である。

【0025】

送信制御部３０は、円錐の中心軸と配置平面との成す角を調整することで、ベッセルビーム音響流１００の中心軸の方向を調整できる。したがって、送信制御部３０は、円錐の中心軸と配置平面との成す角を走査することで、複数のベッセルビーム音響流１００を走査する。

【0026】

例えば、送信制御部３０は、ｚ２０軸とｘ２０軸の平面において、中心軸（ｚ２０軸）と配置平面との成す角を走査することで、ｘ２０軸－ｚ２０軸平面内で走査される複数のベッセルビーム音響流１００を形成できる。また、送信制御部３０は、ｚ２０軸とｙ２０軸の平面において、中心軸（ｚ２０軸）と配置平面との成す角を走査することで、ｙ２０軸－ｚ２０軸平面内で走査される複数のベッセルビーム音響流１００を形成できる。さらには、送信制御部３０は、円錐の中心軸と配置平面との立体角を走査することで、三次元走査される複数のベッセルビーム音響流１００を形成できる。

【0027】

（超音波送信器２０の配置例）
上述の構成からなる超音波制御装置１０の適用態様の一例について、説明する。本実施形態では、超音波制御装置１０の超音波送信器２０を手術室に適用した例を示す。

【0028】

図４（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る超音波送信器の配置態様の一例を示す平面図であり、図４（Ｂ）は、その側面図である。図５は、複数のベッセルビーム音響流とシールドカーテンとを関係を示す平面図である。図６は、シールドカーテン付近を拡大した側面図である。

【0029】

図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、手術室には、患者９９と執刀医８０とがいる。患者９９は、術野９０が鉛直方向（ｚｔ軸方向）の上側を向くように、手術台上に仰向けに横たわっている。執刀医８０は、手術台および患者９９の横（図のｙｔ軸方向において、手術台および患者９９に隣接する位置）にいる。術野９０が、本発明の「保護対象領域」に対応する。

【0030】

超音波送信器２０は、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５と、回路基板２９とを備える。複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５は、回路基板２９に二次元配列され、回路基板２９に実装される（電気的、物理的に接続される）。

【0031】

これにより、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５の位置関係は固定される。この際、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５における超音波の主たる指向性の方向は、回路基板２９の実装面に直交するように配置されている。超音波の主たる指向性の方向とは、例えば、超音波素子が送信（放射）する超音波の所定の指向角（立体角）の中心軸が延びる方向である。

【0032】

図示を省略しているが、回路基板２９は、ケーブル等によって送信制御部３０に接続される。これにより、送信制御部３０は、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５の送信制御を実現する。

【0033】

このような構成の超音波送信器２０は、患者９９および執刀医８０に対して、ｘｔ軸方向に離間した位置に配置されている。超音波送信器２０は、複数の超音波素子２１１、２２１、２３１、２４１、２５１の配列方向（ｘ２０軸方向）がｙｔ軸方向に平行になるように配置されている。言い換えれば、超音波送信器２０は、複数の超音波素子２１１、２２１、２３１、２４１、２５１の配列方向が術野９０と執刀医８０とが並ぶ方向に平行なるように、配置されている。

【0034】

さらに、超音波送信器２０は、鉛直方向（ｚｔ軸方向）において、術野９０から所定距離上の位置で、且つ、超音波の送信の指向軸（ｚ２０軸方向）が鉛直方向（ｚｔ軸方向）に略垂直になる（直交する）ように、配置されている。ここでの略垂直（直交）とは、完全な垂直（直交）を含み、術野９０の上部にシールドカーテンＳ１００を形成できる程度の誤差範囲を含む。

【0035】

このような構成において、送信制御部３０は、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５を送信制御することで、鉛直方向に略垂直な二次元の平面形状のシールドカーテンＳ１００が形成される。シールドカーテンＳ１００は、平面視して（ｚｔ軸方向に視て）術野９０に重なり、側面視して（ｘｔ軸方向およびｙｔ軸方向に視て）、術野９０の上方の近傍に形成、配置されている。すなわち、複数のベッセルビーム音響流１００によるシールドカーテンＳ１００は、保護対象領域（術野９０）に対して鉛直方向の上側の所定範囲に形成される。

【0036】

より具体的には、送信制御部３０は、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５の送信制御によって、図５に示すような複数のベッセルビーム音響流１００を順次走査しながら形成する。シールドカーテンＳ１００は、このように走査された複数のベッセルビーム音響流１００によって形成される。すなわち、微粒子の侵入に対して短い間隔で、複数のベッセルビーム音響流１００を走査して形成することで、実質的に微粒子の侵入を防ぐシールドカーテンＳ１００が形成される。

【0037】

シールドカーテンＳ１００は、上述のように、複数のベッセルビーム音響流１００によって形成される。したがって、図６に示すように、上方から落下する微粒子（塵・細菌・ウイルス等）ＰがシールドカーテンＳ１００よりも術野９０側に到達することは、抑制される。

【0038】

これにより、超音波制御装置１０によって形成されるシールドカーテンＳ１００は、微粒子による術野９０の汚染を抑制でき、術野９０を清浄な状態（高い清浄度）に保つことができる。さらに、超音波制御装置１０は、術野９０に対する高い清浄度を容易に得ることができる。

【0039】

さらに、超音波送信器２０は、簡素な構成で、且つ、小さい形状で実現が可能である。これにより、超音波送信器２０を含む超音波制御装置１０は、設置、位置調整が容易である。

【0040】

したがって、超音波制御装置１０は、大規模な装置や、その設置を必要とせず、清浄度を必要とする保護対象領域に対する高い清浄度を容易に得られる。

【0041】

（超音波送信器２０の配置例の別態様）
図７、図８、図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る超音波送信器のそれぞれ別の配置態様の一例を示す側面図である。

【0042】

図７、図８、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示す配置態様は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示す配置態様と比較して、術野９０に対する超音波送信器２０の位置、および、超音波の主たる指向性の方向において異なる。図７、図８、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示す配置態様の他の部分は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示す配置態様と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

【0043】

図７に示す配置態様では、超音波送信器２０は、鉛直方向（ｚｔ軸方向）において、シールドカーテンＳ１００を形成する位置よりも下側に配置されている。さらに、超音波送信器２０の複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５は、超音波の主たる指向性の方向がｘｔ軸方向において術野９０および執刀医８０の方向で、且つ、斜め上方（ｚｔ軸の上方向）を向くように、配置されている。

【0044】

図８に示す配置態様では、超音波送信器２０は、鉛直方向（ｚｔ軸方向）において、シールドカーテンＳ１００を形成する位置よりも上側に配置されている。さらに、超音波送信器２０の複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５は、超音波の主たる指向性の方向がｘｔ軸方向において術野９０および執刀医８０の方向で、且つ、斜め下方（ｚｔ軸の下方向）を向くように、配置されている。この際、シールドカーテンＳ１００が、術野９０に直接接触しないように設定されている。

【0045】

図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示す態様では、超音波送信器２０は、術野９０の上方に配置されている。さらに、超音波送信器２０の複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５では、超音波の送信の指向軸が鉛直方向の略平行で、かつ、下方向であり、術野９０に向いている。

【0046】

このような構成において、送信制御部３０は、上述の円錐の中心軸の立体角を走査することで、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、シールドカーテンＳ１００ＣＮは、円錐台形状となる。円錐台形状のシールドカーテンＳ１００ＣＮは、鉛直方向（ｚｔ軸方向）における術野９０の上方に生成され、平面視して術野９０を囲む形状である。

【0047】

すなわち、図９（Ａ）、図９（Ｂ）の場合、二次元平面からなるシールドカーテンＳ１００ではなく、三次元（立体）の平面からなるシールドカーテンＳ１００ＣＮによって、術野９０が微粒子から保護される。

【0048】

なお、上述の構成において、送信制御部３０で行う送信制御は、位相制御のみを示した。しかしながら、送信制御部３０は、送信制御として、超音波の振幅制御を行うことで、ベッセルビーム音響流１００の流速を調整できる。これにより、超音波制御装置１０は、より多様なシールドカーテンＳ１００、Ｓ１００ＣＮを形成できる。したがって、シールドカーテンＳ１００、Ｓ１００ＣＮは、術野９０の大きさ、位置等に対応してより適した形状や流速（強度）に制御され、超音波制御装置１０は、術野９０を微粒子からより確実に保護できる。

【0049】

また、上述の説明では、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５は、１つの回路基板２９に実装されている。しかしながら、複数の超音波素子２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５は、複数の回路基板に分けて実装されていてもよい。

【0050】

また、上述の説明では、複数の超音波素子を直交二軸に沿って配置する態様を示した。しかしながら、複数の超音波素子の配置は、これに限らず、次のようであってもよい。

【0051】

図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、超音波送信器における複数の超音波素子の他の配置態様を示す平面図である。図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すように、超音波送信器２０Ａ１、超音波送信器２０Ａ２は、それぞれに、複数の超音波素子２００を備える。複数の超音波素子２００は、平面上に二次元配置されている。

【0052】

図１０（Ａ）の場合、複数の超音波素子２００は、ｘ２０軸方向とｙ２０軸方向とから定義される直交二軸の平面において、所定位置を中心とした異なる複数の半径の円周上に、周方向に所定間隔で配置されている。

【0053】

図１０（Ｂ）の場合、複数の超音波素子２００は、ｘ２０軸方向とｙ２０軸方向とから定義される直交二軸の平面において、配置パターンが三角形を形成するように、所定間隔で配置されている。

【0054】

これらの構成によって、上述の態様と同様に、複数の超音波素子２００から送信される超音波の二次元分布が可能になる。なお、複数の超音波素子２００の配置態様は、複数の超音波素子２００の配置平面を平面視し、複数の超音波素子２００の配置の中心位置を基準にして、全方位における複数の超音波素子２００の配置が同じであれば、よりよい。これにより、高精度な円柱形のベッセルビーム音響流１００を生成し易い。

【0055】

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る超音波制御装置について図を参照して説明する。第２の実施形態に係る超音波制御装置の超音波送信器は、第１の実施形態に係る超音波送信器に対して、回路基板２９に空洞部または切り欠き部を有する点で異なる。第２の実施形態に係る超音波送信器の他の構成は、第１の実施形態に係る超音波送信器と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

【0056】

図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）は、第２の実施形態に係る超音波送信器の平面図である。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）は、複数の超音波素子の配置パターンおよび空洞部または切り欠き部の配置が異なる。

【0057】

図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）に示すように、超音波送信器２０Ｂ１、超音波送信器２０Ｂ２、超音波送信器２０Ｂ３は、それぞれに、複数の超音波素子２００を備える。複数の超音波素子２００は、平面上に二次元配置されている。

【0058】

図１１（Ａ）の場合、複数の超音波素子２００は、ｘ２０軸方向とｙ２０軸方向とから定義される直交二軸の平面において、配置パターンが矩形を形成するように、所定間隔で配置されている。回路基板２９は、回路基板２９における複数の超音波素子２００が配置されている矩形の内側に、空洞部２９０１を有する。空洞部２９０１は、回路基板２９を厚み方向に貫通する。

【0059】

図１１（Ｂ）の場合、複数の超音波素子２００は、ｘ２０軸方向とｙ２０軸方向とから定義される直交二軸の平面において、所定パターンで配置されている。回路基板２９は、一側面から凹む切り欠き部２９０２を有する。切り欠き部２９０２は、回路基板２９を厚み方向に貫通する。

【0060】

図１１（Ｃ）の場合、複数の超音波素子２００は、ｘ２０軸方向とｙ２０軸方向とから定義される直交二軸の平面において、配置パターンが円形を形成するように、所定間隔で配置されている。回路基板２９は、回路基板２９における複数の超音波素子２００が配置されている円形の内側に、空洞部２９０３を有する。空洞部２９０３は、回路基板２９を厚み方向に貫通する。

【0061】

これらのように、空洞部２９０１、切り欠き部２９０２、空洞部２９０３を有することで、回路基板２９の配置自由度は、向上する。例えば、空洞部２９０１、切り欠き部２９０２、空洞部２９０３内に、他の回路部品を配置することや、次に示すように術野９０を配置することができる。

【0062】

（超音波送信器２０Ｂ１の配置例）
図１２（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る超音波送信器の配置態様の一例を示す平面図であり、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）は、その側面図である。

【0063】

図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）に示すように、超音波送信器２０Ｂ１は、平面視して複数の超音波素子２００が術野９０を囲むように、配置されている。超音波送信器２０Ｂ１は、複数の超音波素子２００が送信する超音波の主たる指向性の方向が鉛直上方向に向くように配置されている。

【0064】

このような構成において、送信制御部３０は、複数の超音波素子２００を送信制御する。これにより、シールドカーテンＳ１００Ｂは、平面視して（ｚ軸方向に視て）術野９０に重なる円錐台形に形成される。すなわち、シールドカーテンＳ１００Ｂは、術野９０の上方側を立体的に覆うように形成される。

【0065】

これにより、シールドカーテンＳ１００Ｂは、微粒子による術野９０の汚染をより確実に抑制でき、術野９０を清浄な状態に保つことができる。

【0066】

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る超音波制御装置を含む微粒子シールドカーテン形成システムについて、図を参照して説明する。なお、本実施形態を含む第３の実施形態以降の実施形態では、超音波送信器を構成する複数の超音波素子の個数、複数の超音波素子の配置、複数の超音波素子からの超音波によって形成されるシールドカーテンの形状は一例であり、下記のものに限られるものではない。図１３は、本発明の第３の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。

【0067】

第３の実施形態に係る超音波制御装置１０Ｃは、第１の実施形態に係る超音波制御装置１０に対して、送信制御部３０Ｃ、非接触操作受付部４０、および、表示部５０を備える点で異なる。非接触操作受付部４０と表示部５０とは、送信制御部３０Ｃに接続する。

【0068】

非接触操作受付部４０は、例えば、マイク、超音波センサ、赤外線センサ、測距用レーザ、または、カメラと、電子回路や演算装置による操作判定部とを備える。

【0069】

非接触操作受付部４０は、送信制御部３０Ｃにおける超音波の送信制御のオンオフの操作を非接触で受け付け、送信制御部３０Ｃに出力する。送信制御部３０Ｃは、非接触操作受付部４０の受け付けた内容に基づいて送信制御を行う。具体的には、例えば、以下に示す処理を行う。

【0070】

（マイクを用いる場合）
マイクは、執刀医８０等からの音声を入力し、操作判定部に出力する。操作判定部は、入力音声から操作内容を判定する。

【0071】

（シールドカーテンを形成（オン）する場合）
操作判定部は、シールドカーテンの形成（オン）に関するワード（例えば、「シールドオン」等）を予め記憶しており、このワード（シールドカーテンの起動トリガ）を検出すると、超音波の送信開始指示を送信制御部３０Ｃに出力する。送信制御部３０Ｃは、超音波の送信開始指示を受け付けると、所定のシールドカーテンを形成するように複数の超音波素子を送信開始制御する。

【0072】

（シールドカーテンを解除（オフ）する場合）
操作判定部は、シールドカーテンの解除（オフ）に関するワード（例えば、「シールドオフ」等）を予め記憶しており、このワード（シールドカーテンの解除トリガ）を検出すると、超音波の送信停止指示を送信制御部３０Ｃに出力する。送信制御部３０Ｃは、超音波の送信停止指示を受け付けると、形成中のシールドカーテンを解除するように複数の超音波素子を送信停止制御する。

【0073】

（超音波センサを用いる場合）
操作判定用の超音波センサは、シールドカーテンの形成用（超音波送信用）の超音波素子とは別に用意されている。具体的には、非接触操作受付部４０は、シールドカーテンの形成用の超音波素子とは別に、物体の検出用に超音波の送信とこの超音波が物体に反射した反射波の受信を行う超音波素子を備える。操作判定用の超音波センサは、例えば、執刀医８０等の方向等の所定方向を向いており、送信制御に関する執刀医８０等の所作を検出する。

【0074】

操作判定用の超音波センサは、所作（例えば、執刀医８０の手の有無等）を検出し、操作判定部に出力する。操作判定部は、検出結果から操作内容を判定する。

【0075】

（シールドカーテンを形成（オン）する場合）
操作判定部は、シールドカーテンの形成（オン）に関する検出パターン（例えば、「所定位置に手がない状態とある状態との変化を所定回数実行するパターン」等）を予め記憶しており、この検出パターン（シールドカーテンの起動トリガ）を検出と、超音波の送信開始指示を送信制御部３０Ｃに出力する。送信制御部３０Ｃは、超音波の送信開始指示を受け付けると、所定のシールドカーテンを形成するように複数の超音波素子を送信開始制御する。

【0076】

（シールドカーテンを解除（オフ）する場合）
操作判定部は、シールドカーテンの解除（オフ）に関する検出パターン（例えば、所定位置に手がない状態とある状態との変化を所定回数実行するパターンでありオンの検出パターンと異なるパターン）等を予め記憶しており、この検出パターン（シールドカーテンの解除トリガ）を検出と、超音波の送信停止指示を送信制御部３０Ｃに出力する。送信制御部３０Ｃは、超音波の送信停止指示を受け付けると、形成中のシールドカーテンを解除するように複数の超音波素子を送信停止制御する。

【0077】

なお、シールドカーテンの形成時と解除時で同じ検出パターンであってもよく、例えば、非接触操作受付部４０および送信制御部３０Ｃは、シールドカーテンが形成されていない状態でこの検出パターンを判定すると、シールドカーテンを形成する。一方、非接触操作受付部４０および送信制御部３０Ｃは、シールドカーテンが形成されている状態でこの検出パターンを判定すると、シールドカーテンを解除する。

【0078】

また、赤外線センサ、測距用レーザを用いる場合は、操作判定用の超音波センサを用いる場合と同様の処理を行えばよく、カメラを用いる場合は、画像処理を行って検出パターンを判定すればよい。

【0079】

このような構成によって、超音波制御装置１０Ｃは、シールドカーテンのオンオフを制御でき、常時オン状態にしなくてもよい。したがって、超音波制御装置１０Ｃの発熱量を抑制でき、超音波素子の高寿命化や、超音波制御装置１０Ｃの省エネ化を実現できる。

【0080】

また、操作を非接触で検出できるので、超音波制御装置１０Ｃは、執刀医８０等の操作者の手の汚染を防止でき、クリーンな環境に対して適正な操作入力を実現できる。

【0081】

表示部５０は、例えば、ＬＥＤ等によって構成される。表示部５０には、シールドカーテンの形成状態または非形成状態（解除状態）のいずれかの状態が送信制御部３０Ｅから入力される。

【0082】

表示部５０は、シールドカーテン（複数の超音波エネルギー集中点）の状態を表示する。例えば、表示部５０は、シールドカーテンの形成状態とシールドカーテンの非形成状態とで異なる表示を行う。例えば、表示部５０は、シールドカーテンの形成状態では点灯し、シールドカーテンの非形成状態では消灯する。

【0083】

このような表示部５０を備えることで、執刀医８０等は、目視確認を直接行うことができないシールドカーテンの状態を、容易に視認できる。

【0084】

なお、超音波制御装置１０Ｃは、視覚的な通知を行う表示部５０に代えて、聴覚的な通知を行うスピーカ等を備えることも可能である。また、表示部５０は、単なる点灯消灯のデバイスに限るものではなく、「シールドカーテン形成中」、「シールドカーテンの解除中」等のテキストデータを表示するものであってもよい。

【0085】

（操作制御方法）
図１４は、第３の実施形態に係る超音波制御方法（保護対象領域の保護方法）の一例を示すフローチャートである。

【0086】

超音波制御装置１０Ｃは、主電源がオンされることによって（Ｓ１０１）、非接触操作受付部４０を起動する（Ｓ１０２）。

【0087】

非接触操作受付部４０は、シールドカーテンの起動トリガを検出すると（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、送信制御部３０Ｃは、シールドカーテンを形成する（Ｓ１０４）。なお、非接触操作受付部４０は、シールドカーテンの起動トリガを検出していなければ（Ｓ１０３：ＮＯ）、起動トリガの検出を待つ。シールドカーテンが形成されると、表示部５０は、シールドカーテンオンの表示を行う（Ｓ１０５）。

【0088】

シールドカーテンが形成されている状態において、非接触操作受付部４０は、シールドカーテンの解除トリガを検出すると（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、送信制御部３０Ｃは、シールドカーテンを解除する（Ｓ１０７）。なお、非接触操作受付部４０は、シールドカーテンの解除トリガを検出していなければ（Ｓ１０６：ＮＯ）、起動トリガの検出を待ち、送信制御部３０Ｃは、シールドカーテンの形成状態を維持する。シールドカーテンが解除されると、表示部５０は、シールドカーテンオフの表示を行う（Ｓ１０８）。

【0089】

超音波制御装置１０Ｃは、主電源のオフトリガが検出されるまで（Ｓ１０９：ＮＯ）、上述の処理を継続する。超音波制御装置１０Ｃは、主電源のオフトリガを検出すると、主電源をオフする（Ｓ１１０）。

【0090】

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る超音波制御装置について、図を参照して説明する。図１５は、本発明の第４の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。

【0091】

第４の実施形態に係る超音波制御装置１０Ｄは、第１の実施形態に係る超音波制御装置１０に対して、表示部５０、センサ６０、障害物検出部６１を備える点で異なる。センサ６０は、障害物検出部６１に接続し、障害物検出部６１は、送信制御部３０および表示部５０に接続する。

【0092】

センサ６０は、シールドカーテンの形成領域を含む所定の検出範囲の障害物を検出する。センサ６０は、例えば、障害物検出用の超音波センサ、赤外線カメラ、測距用レーザ、カメラ等である。センサ６０の検出範囲は、シールドカーテンの形成領域、および、シールドカーテンの形成領域と超音波送信器２０との間の領域を含む。センサ６０は、検出データを障害物検出部６１に出力する。

【0093】

障害物検出部６１は、センサ６０の検出データに基づいて、シールドカーテン（複数のベッセルビーム音響流）の形成に障害となる障害物を検出する。

【0094】

具体的には、障害物検出部６１は、超音波送信器２０を基準とした３次元座標でのシールドカーテンの位置座標を、送信制御部３０から取得する。また、障害物検出部６１は、センサ６０の検出データから物体を検出する。この際、障害物検出部６１は、超音波送信器２０を基準とした３次元座標での物体の位置座標を検出する。

【0095】

障害物検出部６１は、物体がシールドカーテンの形成領域内、または、物体がシールドカーテンの形成領域と超音波送信器２０との間の領域内であれば、この物体を障害物として検出する。

【0096】

障害物検出部６１は、障害物を検出すると、表示部５０に出力する。表示部５０は、障害物の有無を通知する。この際、表示部５０は、上述のシールドカーテンの状態を表示する表示部と兼用することが可能であり、その場合は、障害物の検出の表示を、シールドカーテンの状態の表示と異ならせればよい。

【0097】

これにより、超音波制御装置１０Ｄは、シールドカーテンが形成できない領域が発生する可能性を執刀医８０等にアラートできる。したがって、超音波制御装置１０Ｄは、障害物の除去等の行動を促すことで、清潔領域の汚染を最小限にとどめることができる。

【0098】

（障害物検出通知方法）
図１６は、第４の実施形態に係る超音波制御方法（保護対象領域の保護方法）の一例を示すフローチャートである。なお、主電源のオンオフは上述の実施形態と同様であり、省略する。

【0099】

超音波制御装置１０Ｄは、シールドカーテンを形成する（Ｓ２０１）。

【0100】

超音波制御装置１０Ｄは、センサ６０および障害物検出部６１によって、物体を検出し（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、検出した物体がシールドカーテンに対する障害物であれば（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、表示部５０によって、障害物の存在を通知する（Ｓ２０４）。

【0101】

超音波制御装置１０Ｄは、物体を検出していない（Ｓ２０２：ＮＯ）、または、検出した物体が障害物でなければ（Ｓ２０３：ＮＯ）、物体および障害物の検出を継続する。

【0102】

［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る超音波制御装置について、図を参照して説明する。図１７は、本発明の第５の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。第５の実施形態に係る超音波制御装置１０Ｅは、第４の実施形態に係る超音波制御装置１０Ｄに対して、送信制御部３０Ｅにおいて異なる。

【0103】

送信制御部３０Ｅには、障害物検出部６１から障害物の位置座標が入力される。送信制御部３０Ｅは、シールドカーテン（複数の超音波エネルギー集中点）が障害物を避ける配置となるように送信制御を行う。より具体的には、送信制御部３０Ｅは、シールドカーテンの位置を変更する、シールドカーテンの形状を変更する、シールドカーテンの大きさを変更する等の送信制御を行う。

【0104】

図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）はシールドカーテンの鉛直方向の位置を変更する場合を示す側面図である。図１８（Ａ）は変更前の状態を示し、図１８（Ｂ）は変更後の状態を示す。

【0105】

図１８（Ａ）に示すように、障害物検出部６１によって障害物がシールドカーテンＳ１００の形成領域に重なると判定すると、送信制御部３０Ｅは、シールドカーテンＳ１００の鉛直方向の位置を、斜め上向きに変更する。例えば、障害物検出部６１が障害物の上端位置を検出することで、送信制御部３０Ｅは、障害物に重ならないようにシールドカーテンＳ１００を形成できる。これにより、超音波制御装置１０Ｅは、シールドカーテンＳ１００を所定形状で安定して形成できる。

【0106】

なお、上述の構成では、シールドカーテンＳ１００の角度を変更する態様を示した。しかしながら、超音波制御装置１０Ｅは、シールドカーテンＳ１００の面積、シールドカーテンＳ１００の水平方向の位置を変更することも可能である。

【0107】

（障害物に基づくシールドカーテンの変更方法）
図１９は、第５の実施形態に係る超音波制御方法（保護対象領域の保護方法）の一例を示すフローチャートである。なお、主電源のオンオフは上述の実施形態と同様であり、省略する。

【0108】

超音波制御装置１０Ｅは、シールドカーテンを形成する（Ｓ３０１）。

【0109】

超音波制御装置１０Ｅは、センサ６０および障害物検出部６１によって、物体を検出し（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、検出した物体がシールドカーテンに対する障害物であれば（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、表示部５０によって、障害物の存在を通知する（Ｓ３０４）。

【0110】

超音波制御装置１０Ｅは、物体を検出していない（Ｓ３０２：ＮＯ）、または、検出した物体が障害物でなければ（Ｓ３０３：ＮＯ）、物体および障害物の検出を継続する。

【0111】

送信制御部３０Ｅは、障害物検出部６１から障害物の存在を受け付けると、シールドカーテンが障害物を避ける配置となるように、シールドカーテンの角度、位置、および、形状の少なくとも１つを適正化して、送信制御を行う（Ｓ３０５）。

【0112】

［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態に係る超音波制御装置について、図を参照して説明する。図２０は、本発明の第６の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。図２１（Ａ）は、本発明の第６の実施形態に係る微粒子シールドカーテン形成システムの配置態様の一例を示す平面図であり、図２１（Ｂ）は、その側面図である。図２１（Ｃ）は、図２１（Ｂ）の一部を示す拡大図である。

【0113】

第６の実施形態に係る超音波制御装置１０Ｆは、超音波制御装置１０に対して、送信制御部３０Ｆ、カメラ６３、保護対象領域検出部６４、および、シールドカーテン設定部６５を備える点で異なる。

【0114】

カメラ６３は、水平方向において術野９０から所定距離離れた位置に配置され、術野９０を含む範囲を撮像する。カメラ６３は、撮像した画像を保護対象領域検出部６４に出力する。

【0115】

保護対象領域検出部６４は、画像処理等を実現可能な演算処理装置によって構成される。保護対象領域検出部６４は、撮像画像を画像解析して、保護対象領域を検出する。

【0116】

より具体的には、保護対象領域検出部６４は、３次元を撮像した画像から２次元画像を抽出する。言い換えれば、保護対象領域検出部６４は、３次元画像におけるｄｅｐｔｈ情報を除去し、平面視画像を形成する。

【0117】

保護対象領域検出部６４は、２次元画像の特徴点を検出して、術野９０を判定する。具体的には、保護対象領域検出部６４は、２次元画像に対してＵ－Ｎｅｔ等のセグメンテーション手法などを用いて、術野９０を判定する。判定方法としては、ＹＯＬＯ等の物体検出手法を用いることもできる。

【0118】

保護対象領域検出部６４は、術野９０の平面座標と３次元画像とを照合し、術野９０のｄｅｐｔｈ情報を取得する。保護対象領域検出部６４は、ｄｅｐｔｈ情報とカメラ６３の設置位置とから、撮像角度θ（図２１（Ｃ）参照）を算出する。

【0119】

保護対象領域検出部６４は、術野９０の平面座標、撮像角度θを、シールドカーテン設定部６５に出力する。

【0120】

シールドカーテン設定部６５は、保護対象領域検出部６４で検出した術野９０（保護対象領域）に基づいて、シールドカーテンＳ１００（複数のベッセルビーム音響流）の形成範囲（領域）を設定する。

【0121】

より具体的には、シールドカーテン設定部６５は、超音波送信器２０を基準とする座標系と、カメラ６３を基準とする座標系とから、カメラ６３を基準とする座標系における各位置座標を、超音波送信器２０を基準とする座標系に変換する変換式を記憶している。

【0122】

シールドカーテン設定部６５は、保護対象領域検出部６４からの術野９０の平面座標、および、カメラ６３の撮像角度θから、術野９０を覆うシールドカーテンＳ１００の角度、形状、および、位置を設定する。シールドカーテン設定部６５は、設定したシールドカーテンＳ１００の形状および位置を、送信制御部３０Ｆに出力する。

【0123】

送信制御部３０Ｆは、シールドカーテン設定部６５で設定したシールドカーテンの配置（形状および位置）に基づいて、超音波送信器２０の複数の超音波素子の送信制御を行う。

【0124】

このような構成によって、超音波制御装置１０Ｆは、シールドカーテンＳ１００の作成にかかる手間を削減できる。超音波制御装置１０Ｆは、シールドカーテンＳ１００の作成にかかる人による設定ミスを回避できる。超音波制御装置１０Ｆは、シールドカーテンＳ１００の最適な形状の更新があった際、人への教育ではなく、装置への設定によって、最新の研究結果に基づくシールドカーテンＳ１００の形成を実現できる。

【0125】

なお、上述の態様では、複数の超音波素子とカメラ６３とが空間的に全く異なる位置に配置されている場合を示した。しかしながら、複数の超音波素子とカメラ６３との位置関係はこれに限らず、適宜設定できる。

【0126】

（術野の自動検出とシールドカーテンの自動形成方法）
図２２は、第６の実施形態に係る超音波制御方法（保護対象領域の保護方法）の一例を示すフローチャートである。なお、主電源のオンオフは上述の実施形態と同様であり、省略する。

【0127】

カメラ６３は、術野９０を含む範囲を撮像する（Ｓ４０１）。保護対象領域検出部６４は、撮像画像の画像解析を行って（Ｓ４０２）、術野９０（保護対象領域）を検出する（Ｓ４０３）。保護対象領域検出部６４は、術野９０（保護対象領域）が検出されるまで（Ｓ４０３：ＮＯ）、画像解析を繰り返す。

【0128】

保護対象領域検出部６４は、術野９０（保護対象領域）を検出すると（Ｓ４０３：ＹＥＳ）、術野９０（保護対象領域）の座標を設定する（Ｓ４０４）。

【0129】

シールドカーテン設定部６５は、設定された術野９０（保護対象領域）の座標に基づいて、シールドカーテンＳ１００の角度、形状、および位置を設定する（Ｓ４０５）。

【0130】

送信制御部３０Ｆは、シールドカーテン設定部６５で設定したシールドカーテンＳ１００の角度、形状、および位置に基づいて、シールドカーテンＳ１００を形成するように送信制御を行う（Ｓ４０６）。

【0131】

［第７の実施形態］
本発明の第７の実施形態に係る超音波制御装置について、図を参照して説明する。図２３は、本発明の第７の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。第７の実施形態に係る超音波制御装置１０Ｉは、超音波制御装置１０に対して、送信制御部３０Ｇ、カメラ６３、シールドカーテン設定部６５、および、作業者部位検出部６６を備える点で異なる。

【0132】

カメラ６３は、水平方向において術野９０および執刀医８０（作業者）から所定距離離れた位置に配置され、術野９０および執刀医８０の少なくとも術野９０側の一部を含む範囲を撮像する。カメラ６３は、撮影した画像を作業者部位検出部６６に出力する。

【0133】

作業者部位検出部６６は、画像処理等を実現可能な演算処理装置によって構成される。作業者部位検出部６６は、撮像画像を画像解析して、保護対象領域を検出する。作業者部位検出部６６による術野９０の検出方法は、上述の保護対象領域検出部６４と同様であり、説明は省略する。

【0134】

さらに、作業者部位検出部６６は、撮像画像を画像解析して、シールドカーテンＳ１００（複数のベッセルビーム音響流）内での執刀医８０（作業者）の部位の有無を検出する。より具体的には、作業者部位検出部６６は、上述の保護対象領域検出部６４と同様の処理を実行するのに加え、例えば、執刀医８０の姿勢情報を獲得するＨＲＮｅｔ等の骨格推定手法を用いることで、執刀医８０の部位を検出する。

【0135】

作業者部位検出部６６は、検出した術野９０と執刀医８０の部位の有無とを、シールドカーテン設定部６５に出力する。

【0136】

なお、作業者部位検出部６６は、超音波送信器２０を構成する超音波素子の１つで兼用することも可能である。この場合、作業者部位検出部６６を構成する超音波素子は、所定間隔で、作業者部位の検出用の超音波を送信し、その反射波を受信する。作業者部位検出部６６は、反射波を受信すれば、執刀医８０の部位（作業者部位）が有ることを検出し、反射波を受信しなければ、執刀医８０の部位（作業者部位）が無いことを検出できる。

【0137】

シールドカーテン設定部６５は、作業者部位検出部６６で検出した術野９０（保護対象領域）と執刀医８０の部位の有無に基づいて、シールドカーテンＳ１００（複数のベッセルビーム音響流）の形成範囲（領域）を設定する。より具体的には、シールドカーテン設定部６５は、術野９０の領域と執刀医８０の部位の位置とを用いて、執刀医８０の部位がシールドカーテンＳ１００内に入らないように、シールドカーテンＳ１００の、角度、形状および位置を設定する。シールドカーテン設定部６５は、設定したシールドカーテンＳ１００の形状および位置を、送信制御部３０Ｇに出力する。

【0138】

送信制御部３０Ｇは、シールドカーテン設定部６５で設定したシールドカーテンの配置（形状および位置）に基づいて、超音波送信器２０の複数の超音波素子の送信制御を行う。

【0139】

このような構成によって、超音波制御装置１０Ｇは、執刀医８０の部位（手等）にシールドカーテンＳ１００を形成する超音波が当たらず、術野９０を覆うように、シールドカーテンＳ１００を適正に調整できる。これにより、超音波制御装置１０Ｇは、精密な手術作業をしている執刀医８０の手に超音波の振動による悪影響（違和感）を与えないように、且つ、術野９０を保護できるように、シールドカーテンＳ１００を形成できる。

【0140】

なお、このようなシールドカーテンＳ１００の形状の調整は、１回に限るものではない。すなわち、超音波制御装置１０Ｇは、執刀医８０の部位の動きを継続的に検出し、デフォルト（執刀医８０の部位を考慮せず、術野９０の保護のみを考慮した状態）のシールドカーテンＳ１００に対して、執刀医８０の部位を検出した場合に、執刀医８０の部位を避けるようにシールドカーテンＳ１００を調整する。その後、超音波制御装置１０Ｇは、執刀医８０の部位が移動して検出されなくなれば、シールドカーテンＳ１００をデフォルトの形状に戻してもよい。

【0141】

（術野の自動検出および作業者の部位の有無検出とシールドカーテンの自動形成方法）
図２４は、第７の実施形態に係る超音波制御方法（保護対象領域の保護方法）の一例を示すフローチャートである。なお、主電源のオンオフは上述の実施形態と同様であり、省略する。

【0142】

送信制御部３０Ｇは、上述のデフォルトの状態でシールドカーテンＳ１００を形成する（Ｓ５０１）。

【0143】

カメラ６３および作業者部位検出部６６が、作業者の部位（執刀医８０の手等）を検出し（Ｓ５０２：ＹＥＳ）、作業者の部位がシールドカーテンＳ１００内にあることを検出すれば（Ｓ５０３：ＹＥＳ）、シールドカーテン設定部６５は、作業者の部位がシールドカーテンＳ１００内に入らないように、シールドカーテンＳ１００を適正化する（Ｓ５０４）。

【0144】

なお、作業者の部位が検出されない（Ｓ５０２：ＮＯ）、作業者の部位がシールドカーテンＳ１００内に入らなければ、送信制御部３０Ｇは、その時点でのシールドカーテンＳ１００の形状を維持する。

【0145】

［第８の実施形態］
本発明の第８の実施形態に係る超音波制御装置を含む微粒子シールドカーテン形成システムについて、図を参照して説明する。図２５は、本発明の第８の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。第８の実施形態に係る超音波制御装置１０Ｈは、超音波制御装置１０に対して、送信制御部３０Ｈ、および、周辺環境検出部６７を備える点で異なる。

【0146】

周辺環境検出部６７は、保護対象領域である術野９０の周辺の清浄度を検出する。周辺環境検出部６７は、例えば、術野９０の周辺に配置されたパーティクルカウンタ等である。周辺環境検出部６７は、検出した清浄度を送信制御部３０Ｈに出力する。

【0147】

送信制御部３０Ｈは、清浄度に基づいて送信制御を行う。より具体的には、送信制御部３０Ｈは、清浄度が低ければ、超音波エネルギー（ベッセルビーム音響流のエネルギー）をより高く設定する。送信制御部３０Ｈは、清浄度が低い状態から高くなれば、超音波エネルギーを低い状態に戻すように設定する。

【0148】

これにより、超音波制御装置１０Ｈは、術野９０（保護対象領域）の周辺の清浄度に応じて、シールドカーテンＳ１００の強度を調整できる。具体的には、超音波制御装置１０Ｈは、周辺の清浄度が低ければ、シールドカーテンＳ１００による微粒子の遮蔽能力を高くし、周辺の清浄度が高ければ、シールドカーテンＳ１００による微粒子の遮蔽濃度が必要以上に高くなることを抑制できる。

【0149】

したがって、超音波制御装置１０Ｈは、周辺の清浄度が低いときには、術野９０への微粒子の侵入をより効果的に抑制でき、周辺の清浄度が高いときには、シールドカーテンＳ１００を発生させる超音波素子２００の負荷を削減して寿命延長につなげることができる。

【0150】

なお、上述の構成では、周辺環境検出部６７は、周辺の清浄度を直接的に検出する。しかしながら、周辺環境検出部６７は、周辺環境のパラメータを検出し、清浄度を推定してもよい。

【0151】

この場合、周辺環境検出部６７は、例えば、術野９０（保護対象領域）の周辺での物体の動きを検出し、物体の動く速度、動く物体の数等によって、清浄度を推定する。具体的には、周辺環境検出部６７は、周辺を動く物体の速度が速い場合や、動く物体の数が多い場合に、清浄度が低いと推定し、周辺に動く物体が無い場合等に、清浄度が高いと推定する。

【0152】

（術野の周辺の清浄度に基づいたとシールドカーテンの自動調整方法）
図２６は、第８の実施形態に係る超音波制御方法（保護対象領域の保護方法）の一例を示すフローチャートである。なお、主電源のオンオフは上述の実施形態と同様であり、省略する。

【0153】

送信制御部３０Ｈは、上述のデフォルトの状態でシールドカーテンＳ１００を形成する（Ｓ６０１）。

【0154】

周辺環境検出部６７が清浄度の低下を検出すると（Ｓ６０２：ＹＥＳ）、送信制御部３０Ｈは、シールドカーテンＳ１００の強度を上げる（Ｓ６０３）。なお、周辺環境検出部６７が清浄度の低下を検出していなければ（Ｓ６０２：ＮＯ）、送信制御部３０Ｈは、シールドカーテンＳ１００のデフォルト状態を維持する。

【0155】

清浄度の悪化後に、周辺環境検出部６７が清浄度の良化を検出すると（Ｓ６０４：ＹＥＳ）、送信制御部３０Ｈは、シールドカーテンＳ１００をデフォルト状態に戻す。なお、周辺環境検出部６７が清浄度の良化を検出していなければ（Ｓ６０４：ＮＯ）、送信制御部３０Ｈは、シールドカーテンＳ１００の強度を上げた状態を維持する。

【0156】

［第９の実施形態］
本発明の第９の実施形態に係る超音波制御装置について、図を参照して説明する。図２７は、本発明の第９の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。図２８は、本発明の第９の実施形態に係る超音波制御装置による表示画像の一例を示す図である。

【0157】

第９の実施形態に係る超音波制御装置１０Ｉは、超音波制御装置１０に対して、送信制御部３０Ｉ、および、カメラ６３、表示画像形成部５１、および、表示部５０Ｉを備える点で異なる。

【0158】

カメラ６３は、術野９０（保護対象領域）を含む範囲を撮像し、撮像した画像を表示画像形成部５１に出力する。

【0159】

表示画像形成部５１は、送信制御部３０ＩからシールドカーテンＳ１００の形状および位置を取得する。表示画像形成部５１は、撮像画像にシールドカーテンＳ１００の形状を重畳して表示画像を形成する。

【0160】

より具体的には、表示画像形成部５１は、カメラ６３の画像の座標系とシールドカーテンＳ１００を形成する座標系との関係を予め記憶している。表示画像形成部５１は、これらの座標系をキャリブレーションすることによって、撮像画像にシールドカーテンＳ１００の形状を重畳する。表示画像形成部５１は、表示画像を表示部５０Ｉに出力する。

【0161】

表示部５０Ｉは、画像を表示可能なデバイスであり、例えば、ＬＣＤ等の表示器である。表示部５０Ｉは、表示画像を出力（表示）する。これにより、表示部５０Ｉは、図２８に示すような表示画面５００を、執刀医８０等に提供する。

【0162】

このような構成によって、超音波制御装置１０Ｉは、直接見えないシールドカーテンＳ１００を、表示画面５００を通じて視認させることができる。

【0163】

［第１０の実施形態］
本発明の第１０の実施形態に係る超音波制御装置について、図を参照して説明する。図２９は、本発明の第１０の実施形態に係る超音波制御装置の機能ブロック図である。図３０は、本発明の第１０の実施形態に係る超音波制御装置による表示画像の一例を示す図である。

【0164】

第１０の実施形態に係る超音波制御装置１０Ｊは、超音波制御装置１０Ｉに対して、送信制御部３０Ｊ、操作受付部４０Ｊ、カメラ６３、表示画像形成部５１Ｊ、および、表示部５０Ｊを備える点で異なる。

【0165】

カメラ６３は、術野９０（保護対象領域）を含む範囲を撮像し、撮像した画像を表示画像形成部５１Ｊに出力する。表示画像形成部５１Ｊは、上述の実施形態の表示画像形成部５１と同様の処理によって、撮像画像にシールドカーテンＳ１００の形状を重畳して表示画像を形成し、表示画像を表示部５０Ｊに出力する。

【0166】

表示部５０Ｊは、表示部５０Ｉと同様に、表示画面５００Ｊを表示する。この際、表示部５０Ｊは、設定サポート情報５０１、５０２を表示画面５００Ｊに表示する。

【0167】

設定サポート情報５０１、５０２は、シールドカーテンＳ１００の位置や形状の設定をサポートする情報である。例えば、図３０の場合、設定サポート情報５０１は、シールドカーテンＳ１００の位置の設定をサポートする情報である。設定サポート情報５０２は、シールドカーテンＳ１００の形状の設定をサポートする情報である。

【0168】

操作受付部４０Ｊは、シールドカーテンＳ１００（複数のベッセルビーム音響流の形成形状および形成位置）の調整操作を、マイク等の非接触によって受け付け、送信制御部３０Ｊに出力する。

【0169】

送信制御部３０Ｊは、操作受付部４０Ｊによって設定されたシールドカーテンＳ１００を実現するように送信制御を行う。

【0170】

また、送信制御部３０Ｊは、設定されたシールドカーテンＳ１００の形状および位置を、表示画像形成部５１Ｊに出力する。表示画像形成部５１Ｊは、新たに設定されたシールドカーテンＳ１００の形状（調整されたシールドカーテンＳ１００）の形状を撮像画像に重畳して、表示画像を更新する。表示部５０Ｊは、更新された表示画像を表示する。

【0171】

このような構成によって、執刀医８０は、設定したシールドカーテンＳ１００を視認でき、さらに、調整を行った場合も、調整後のシールドカーテンＳ１００を視認できる。

【0172】

また、設定のサポート情報が表示されることで、執刀医８０は、シールドカーテンＳ１００の調整を容易に行うことができる。

【0173】

なお、本実施形態では、操作入力を非接触で行う場合を示した。しかしながら、出術前等の清浄度を高く管理する必要が無い状況では、超音波制御装置１０Ｊは、表示部５０Ｊをタッチパネルで構成し、設定サポート情報５０１、５０２のタッチ操作によって設定を受け付けてもよい。

【0174】

また、上述の各実施形態の構成は、適宜組み合わせることが可能であり、それぞれの組み合わせに応じた効果を奏することができる。

【0175】

＜１＞ 複数の超音波素子と、
前記複数の超音波素子の送信制御を行う送信制御部と、
を備え、
前記送信制御部は、
微粒子からの保護対象領域に対して鉛直方向の上側の所定範囲に複数の超音波の音響流を生成するように前記複数の超音波素子の送信制御を行う、超音波制御装置。

【0176】

＜２＞ 前記複数の超音波素子は、二次元配列されている、＜１＞の超音波制御装置。

【0177】

＜３＞ 前記送信制御部は、
前記複数の超音波素子の前記二次元配列された平面の中心を頂点とする円錐面を設定し、
前記送信制御として、前記複数の超音波素子が送信する超音波の球面波の同位相面が前記円錐面に同時に接するように前記超音波の位相を制御する、＜２＞の超音波制御装置。

【0178】

＜４＞ 前記送信制御部は、
前記円錐面によって形成される円錐の中心軸が前記平面に成す角度を変化させるように前記送信制御を行う、＜３＞の超音波制御装置。

【0179】

＜５＞ 前記送信制御部は、前記送信制御として、前記超音波の振幅を制御する、＜１＞乃至＜３＞のいずれかの超音波制御装置。

【0180】

＜６＞ 前記複数の超音波素子における前記超音波の送信の指向軸は、鉛直方向に略垂直である、＜１＞乃至＜５＞のいずれかの超音波制御装置。

【0181】

＜７＞ 前記複数の音響流によるシールドカーテンは、前記鉛直方向に略垂直な二次元の平面形状である、＜６＞の超音波制御装置。

【0182】

＜８＞ 前記複数の超音波素子における前記超音波の送信の指向軸は、鉛直方向に略平行である、＜１＞乃至＜５＞のいずれかの超音波制御装置。

【0183】

＜９＞ 前記複数の音響流によるシールドカーテンは、平面視して前記保護対象領域を囲む円錐台形状である、＜８＞の超音波制御装置。

【0184】

＜１０＞ 前記複数の超音波素子は、１または複数の回路基板に実装されている、＜１＞乃至＜９＞のいずれかの超音波制御装置。

【0185】

＜１１＞ 前記回路基板は、厚み方向に貫通する空洞部または切り欠き部を有する、＜１０＞の超音波制御装置。

【符号の説明】

【0186】

１０、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ、１０Ｉ、１０Ｊ：超音波制御装置
２０、２０Ａ１、２０Ａ２、２０Ｂ１、２０Ｂ２、２０Ｂ３：超音波送信器
２９：回路基板
３０、３０Ｃ、３０Ｅ、３０Ｆ、３０Ｇ、３０Ｈ、３０Ｉ、３０Ｊ：送信制御部
４０：非接触操作受付部
４０Ｊ：操作受付部
５０、５０Ｉ、５０Ｊ：表示部
５１、５１Ｊ：表示画像形成部
６０：センサ
６１：障害物検出部
６３：カメラ
６４：保護対象領域検出部
６５：シールドカーテン設定部
６６：作業者部位検出部
６７：周辺環境検出部
８０：執刀医
９０：術野
９９：患者
１００：ベッセルビーム音響流
２００、２１１－２１５、２２１－２２５、２３１－２３５、２４１－２４５、２５１－２５５：超音波素子
２９０：円錐面
５００、５００Ｊ：表示画面
５０１、５０２：設定サポート情報
２９０１、２９０３：空洞部
Ｓ１００、Ｓ１００Ｂ、Ｓ１００ＣＮ：シールドカーテン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】