JP6129509B2 - 超音波医療装置及び超音波画像診断装置 - Google Patents

超音波医療装置及び超音波画像診断装置 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、超音波医療装置及び超音波画像診断装置に関する。
超音波画像診断装置は、超音波プローブを用いて被検体内を超音波で走査し、その反射波から生成したデータを基に被検体内部を画像化する。
超音波画像診断装置に用いられる超音波プローブの一例として、ＴＥＥ（ｔｒａｎｓ−ｅｓｏｐｈａｇｅａｌ ｅｃｈｏｃａｒｄｉｏｇｒａｈｙ）プローブがある（例えば、特許文献１）。ＴＥＥプローブは、例えば、食道に経口的に挿入され、心臓等を撮影するために用いられる。ＴＥＥプローブは、食道に挿入される導中管、導中管の先端部に設けられた挿入部を有する。
導中管には、超音波振動子への電力が送られる電源線、超音波振動子への制御信号が送られる制御線、超音波振動子からのデータが送られるデータ線が通される。
挿入部の先端部には超音波振動子が配置されている。超音波を走査することにより、被検体内を観察するとき、挿入部は、食道の内壁に密着される。
術後、心臓等を長期にわたり観察したいという要請がある。このとき、挿入部は、カプセル型に構成され、食道内に長期間留置される。
長期にわたる観察では、被検体に流動食、水分、あるいは経鼻内視鏡を食道に通す必要がある。流動食、水分、あるいは経鼻内視鏡を「流動食等」という場合がある。
特開２００２−１５９４９５号公報
しかし、挿入部が食道の内壁に密着されていると、被検体に経口的に流動食等を食道に通すことができないという問題点があった。
この実施形態は、上記の問題を解決するものであり、被検体に経口的に流動食等を食道に通すことが可能な超音波医療装置及び超音波画像診断装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、実施形態の超音波医療装置は、超音波振動子を内蔵するカプセル型本体部を有し、被検体の管状部に挿入されたカプセル型本体部内の超音波振動子から被検体内部に対して超音波を送信し、その反射波を受信する。また、超音波医療装置は、支持体と、変更手段とを有する。支持体は、カプセル型本体部に内蔵され、筒状に形成され、筒の外部に複数の超音波振動子が配列され、筒の軸方向に貫通し、流動食を通す通過穴が設けられる。変更手段は、カプセル型本体部内に設けられ、当該カプセル型本体部と複数の超音波振動子との相対的位置を変位させる。
第１実施形態に係る超音波画像診断装置の模式図。 超音波医療装置の斜視図。 導中管の横断面図。 カプセル型本体部の内部を示す縦断面図。 外周に沿って１次元配列された複数の超音波振動子の斜視図。 １次元配列された超音波振動子の平面図。 １次元配列された超音波振動子の正面図。 膨縮体を膨らませたときのカプセル型本体部の縦断面図。 図８の横断面図。 超音波モータの模式図。 フレキシブル基板板上に配列された複数の超音波振動子の斜視図。 超音波医療装置を用いて、被検体の体内を観察するときの一連の動作を示すフローチャート。 超音波画像診断装置の構成ブロック図。 第２実施形態において、膨縮体を膨らませたときのカプセル型本体部の縦断面図。 膨縮体を縮めたときのカプセル型本体部の縦断面図。 第３実施形態において、膨縮体を縮めたときのカプセル型本体部の横断面図。 第４実施形態において、超音波振動子及び音響レンズの縦断面図。 超音波振動子と音響レンズとの間にオフセット部材が入れられたときの縦断面図。 第５実施形態において、１次元配列された超音波振動子の平面図。 １次元配列された超音波振動子の正面図。 第６実施形態において、外周に沿って２次元配列された複数の超音波振動子の斜視図。 ＦＰＣ板上に２次元配列された複数の超音波振動子の斜視図。 第７実施形態において、支持体の外部に平板状に配列された超音波振動子の斜視図。 膨縮体を膨らませたときのカプセル型本体部の横断面図。 第８実施形態において、コンタクトレンズ状に配列された超音波振動子の図。 第９実施形態において、ＦＰＣ板上に実装された超音波振動子等の斜視図。 カプセル型本体部内に実装された電子回路の構成図。
［第１実施形態］
超音波画像診断装置の第１実施形態について各図を参照して説明する。
図１に、本実施形態に係る超音波画像診断装置１は、カプセル型本体部１０を食道Ｅ内の所望の位置に留置し、留置された状態で被検体Ｐにおける所望の臓器（心臓Ｈ）に対して超音波を送信し、心臓Ｈからの反射波をエコー信号として受信し、心臓Ｈの観察を行う一例を示している。以下、超音波の送信及び反射波の受信を併せて「超音波の送受信」という場合がある。カプセル型本体部１０は、エコー信号を外部装置６０に送信し、外部装置６０は、カプセル型本体部１０から受信した信号を処理し、超音波画像を作成・表示させる。なお、各図面に示された心臓Ｈは、本実施形態における観察対象が心臓Ｈであることを理解し易くするために模式的に示したものである。
以下の説明で、超音波画像診断装置１というときは、超音波医療装置２及び外部装置６０を含む構成をいうものとする。また、超音波医療装置２というときは、カプセル型本体部１０及び導中管２０を含む構成をいうものとする。しかし、これらの装置１、２は、説明の都合上に分けられたもので、超音波医療装置２が超音波画像診断装置１を含む構成であってもよい。
図２は超音波医療装置の斜視図である。
図１及び図２に示すように、超音波医療装置は、カプセル型本体部１０及び導中管２０を有している。図１に導中管２０を破線で示し、図２に導中管２０の先端部を示す。導中管２０の先端部はカプセル型本体部１０が連結されている。導中管２０の基端部は外部装置６０が連結されている。
カプセル型本体部１０及び導中管２０は被検体の食道Ｅに挿入される。カプセル型本体部１０は食道Ｅ内の所望の位置に留置され、食道Ｅの壁に密着された状態で使用される。
図３は、導中管２０の横断面図である。図３に示すように、導中管２０は中空管２３を有する。中空管２３は、膨縮体７０（後述）に液体を注入／排出させるための管である。膨縮体７０等の詳細については後述する。
また、導中管２０には、信号線ＳＬ、電源線ＥＬ、及び、データ線ＤＬが配置されている。信号線ＳＬ、電源線ＥＬ、及び、データ線ＤＬについても後述する。
（カプセル型本体部１０）
図４は、カプセル型本体部１０の内部を示す縦断面図である。図４に示すように、カプセル型本体部１０は、支持体１５、超音波振動子３０、膨縮体７０、及び、音響レンズ９０を有している。
（導中管２０）
図１及び図２に示すように、導中管２０は、紐状体２１を有している。
紐状体２１の内部には、電源線ＥＬ、信号線ＳＬ及びデータ線ＤＬ（図１３参照）が配置されている。電源線ＥＬは、外部装置６０からカプセル型本体部１０に電力を送るためのものである。信号線ＳＬは、外部装置６０とカプセル型本体部１０との間で信号（制御信号）を送受信するためのものである。データ線ＤＬは、超音波振動子３０により受信された被検体Ｐからの反射波（エコー信号）を、カプセル型本体部１０から外部装置６０に送信するためのものである。
電源線ＥＬなどの被覆には体腔内で使用できる素材を選定し、咽頭部に留置しても被検体Ｐに負担にならないような柔らかさをもたせる。
紐状体２１には、カプセル型本体部１０からの特定の距離（長さ）を識別可能なマーカ２２が設けられている。マーカ２２は、形状や色彩で視覚的に認識できるように構成されている。マーカ２２の一例として、目盛りであってもよい。具体例として、食道Ｅにカプセル型本体部１０を配置して心臓Ｈを観察する場合、口腔から食道Ｅの心臓Ｈを観察しうる概略部位（以下、所定位置と記す）までの一般的な長さに基づいて、紐状体２１にマーカ２２を設ける。術者は、紐状体２１を押し込んでカプセル型本体部１０を食道Ｅ内に挿入しつつ、マーカ２２の位置を確認する。よって、マーカ２２が口腔近傍に到達した場合には、術者はカプセル型本体部１０が食道Ｅ内の所定位置に位置したことを容易に把握することができる。なお、挿入されたカプセル型本体部１０が食道Ｅの蠕動運動により進行することを防止するため、たとえば、被検体Ｐの口腔内に配置されるマウスピースＭ等に紐状体２１の一端を固定することが可能である。
（超音波振動子３０）
超音波振動子３０は、カプセル型本体部１０に格納されている。超音波振動子３０は、カプセル制御部３３（図１３参照）からの駆動信号に基づいて、放射面から超音波を送信する。また、超音波振動子３０は、被検体Ｐから反射波（エコー信号）を受信し、カプセル送受信部３２（図１３参照）に送る。
超音波振動子３０は、整合層、圧電素子、バッキング材を有している。図４では、整合層、圧電素子、及びバッキング材の集合体としての超音波振動子３０を示す。
（音響レンズ９０）
音響レンズ９０は、超音波振動子３０の表面（超音波が出射される側の面）に配置され、超音波ビームを円筒周方向にビームを絞るためのものである。整合層は、圧電素子と生体組織との間に配置され、両者の中間的な音響インピーダンスを有する。圧電素子は、電気信号を超音波信号に変換し、その逆に超音波信号を電気信号に変換する。バッキング材は、圧電素子の背面に配置され、背面に放射された音響エネルギーを吸収する。
（支持体１５）
図５は外周に沿って１次元配列された複数の超音波振動子の斜視図、図６は１次元配列された超音波振動子の平面図、図７は円筒を円筒軸を含む平面で切断した場合の１次元配列された超音波振動子の正面図である。
図５から図７に示すように、複数の超音波振動子３０は、円筒状、略部分円筒状（例えば、１／４周）、または、平板状に配列されている。ここでは、複数の超音波振動子３０を円筒状に配列したラジアルアレイ型を図４から図６に示す。円筒状に成形された支持体１５に超音波振動子３０が配列されている。なお、円筒状に成形されたバッキング材に圧電素子等が配列されてもよい。このときには、支持体１５はバッキング材により構成される。なお、円筒状における筒軸を、単に「回転軸」、「超音波振動子の回転軸」、また、「支持体の回転軸」という場合がある。
支持体１５には、超音波振動子３０を制御する制御手段（後述するカプセル制御部３３等）を含む集積回路ＩＣが配置されている。集積回路ＩＣは、超音波振動子３０と同一の円筒状を備え、超音波振動子３０の上方に筒の軸同士を一致させて配置されている。円筒状の集積回路ＩＣにおいて、集積回路ＩＣの筒の軸方向の長さは、約１０［ｍｍ］である。集積回路ＩＣの筒入口（図４、図８において上端側の口）には、傾斜面部１５４が設けられている。傾斜面部１５４は、通過穴１５３（後述する）に滑らかに連続している。傾斜面部１５４を設けることにより、流動食やカテーテル等（後述する）を通過穴１５３に直接的または間接的に通し易くなる。なお、傾斜面部１５４と同じ機能を有する面を支持体１５に設けてもよい。
円筒状に配列された超音波振動子３０において、超音波振動子３０の筒の軸方向の長さは、約１０［ｍｍ］である。なお、音響レンズ９０の軸方向の長さも約１０［ｍｍ］である。ちなみに、支持体１５の軸方向の長さは約２４［ｍｍ］である。支持体１５の上端部及び下端部には、膨縮体７０（後述する）を固定するための固定用の代が１．０−３．０［ｍｍ］程度設けられている。
支持体１５は、カプセル型本体部１０が食道Ｅに挿入されたとき食道Ｅの機能を維持するための、筒の軸方向に貫通する通過穴１５３を有している。なお、円筒状に成形されたバッキング材に圧電素子等が配列されてものでは、バッキング材により通過穴１５３が構成される。
通過穴１５３は、流動食や水を通す穴である。流動食や水を通過穴１５３に直接的に通すようにしてもよく、通過穴にカテーテルを通して、間接的に通すようにしてもよい。このとき、通過穴１５３は、カテーテルの径より例えば約２．０［ｍｍ］太い径を有している。
さらに、通過穴１５３は、経鼻内視鏡（図示省略）を通す穴でもよい。例えば、経鼻内視鏡が６．０［ｍｍ］の径を有するとき、通過穴１５３は、径鼻内視鏡の径より例えば約２．０［ｍｍ］太い８．０［ｍｍ］の径を有する。
（膨縮体７０）
次に、膨縮体７０について図４、図８及び図９を参照して説明する。図８は膨縮体を膨らませたときのカプセル型本体部の縦断面図、図９は、図８の横断面図である。
図４に示すように、膨縮体７０は、円筒状に配列された複数の超音波振動子を外周方向から覆うように配置されている。図４及び図８では、音響レンズ９０を外周方向から覆うように配置された膨縮体７０を示す。
膨縮体７０は、体外から中空管２３を通して液体を充填することにより、膨らませて、食道Ｅの壁に接し、液体を排出することにより縮ませるように構成された袋状容器７１を有している。縮ませた袋状容器７１を図４に示し、膨らませた袋状容器７１を図８及び図９に示す。なお、例えば、外部装置６０（図１３参照）に液体供給部を設け、そこから袋状容器７１に充填するようにしてもよい。
袋状容器７１は、伸縮性を有し、体腔内で使用できる素材を用いて成形される。袋状容器７１には、中空管２３が接続されている。袋状容器７１に充填される液体としては、例えば、無菌水などの超音波伝達媒体である。充填される液体を図８に“Ｆ”で示す
食道Ｅ内にカプセル型本体部１０を挿入するとき、袋状容器７１を縮ませる（図４参照）。袋状容器７１を縮ませたときのカプセル型本体部１０の外径は、約１４［ｍｍ］である。袋状容器７１を縮ませることにより、食道Ｅにカプセル型本体部１０を容易に挿入することが可能となり、被検体Ｐの負担が軽減される。
食道Ｅ内の所定位置にカプセル型本体部１０が挿入されたとき、袋状容器７１を膨らませる（図８参照）。袋状容器７１を膨らませたときのカプセル型本体部１０の外径は、約３０−４０［ｍｍ］である。膨らませた袋状容器７１が食道Ｅの壁に密着することにより、カプセル型本体部１０が食道Ｅ内の所定位置に留置される。それにより、被検体Ｐの体内を観察可能となる。袋状容器７１が食道Ｅの壁に密着され、カプセル型本体部１０が食道Ｅ内に留置されるとき、流動食等を通過穴１５３に直接的または間接的に通すことが可能となる。長期間にわたりカプセル型本体部１０を留置させることができる。
食道Ｅからカプセル型本体部１０を抜き出すとき、袋状容器７１を縮ませる。それにより、食道Ｅにカプセル型本体部１０を容易に抜き出すことが可能となり、被検体Ｐの負担が軽減される。
膨縮体７０の入口（図４、図８において上端側の口）には、案内面部７２（図１５参照）が設けられている。案内面部７２は、傾斜面部１５４に滑らかに連続している。それにより、流動食等を通過穴１５３に直接的または間接的に通し易くなる。
（変更手段４０）
次に、超音波振動子３０が超音波を出射するときのビームの角度を変更させる変更手段４０について図４、図５及び図１０を参照して説明する。
変更手段４０は、カプセル型本体部１０内に配置される。以下、超音波振動子３０の周方向の角度を変更し、かつ、その角度に保持する変更手段４０を説明する。
図１０は超音波モータ４２の模式図である。図１０に示すように、超音波モータ４２は、圧電セラミック４２１、ステータ４２２及びロータ４２３を有している。これらは、支持体１５の一端部（図４及び図５において下端部）側に配置されている。例えば、圧電セラミック４２１及びステータ４２２が支持体１５に設けられ、ロータ４２３が超音波振動子３０に設けられている。ステータ４２２及びロータ４２３は、超音波振動子３０の円周に沿う環形状を有している。
圧電セラミック４２１は、ステータ４２２を間にしてロータ４２３と反対側に配置され、ステータ４２２に貼られている。ステータ４２２が貼られていない側の面４２４は、凹凸形状を有していて、ロータ４２３と密着している。なお、ロータ４２３が支持体１５に設けられ、圧電セラミック４２１及びステータ４２２が超音波振動子３０に設けられてもよい。
圧電セラミック４２１の駆動方法は、圧電セラミック４２１に高周波電圧を付与すると、振動（伸縮）する。それにより、ステータ４２２の面に進行波が生じ、進行波の方向と反対の方向にロータ４２３を移動させようとするが、ロータ４２３が固定されているため、超音波振動子３０が支持体１５に対して、回転軸３１回り（周方向）に相対回転される。
カプセル型本体部１０には、超音波モータ４２を制御するカプセル制御部３３（図１３参照）、及び、超音波モータ４２に電力を供給するカプセル電源部３４（図１３参照）が設けられている。
カプセル制御部３３は、制御部６５からの「回転角変更」及び「変更終了」の指示を変更手段４０に出力する。変更手段４０は、「回転角変更」の指示を受けて、生成した高周波電圧を圧電セラミックに与え、圧電セラミックを振動（伸縮）させる。それにより、超音波振動子３０の回転角度を変更させる。
変更手段４０は、「変更終了」の指示を受けて、圧電セラミック４２１への高周波電圧の供給を停止する。それにより、圧電セラミック４２１の振動を停止させ、超音波振動子３０の回転角度を保持する。
（カプセル型本体部の位置決め、引き戻し）
次に、カプセル型本体部の位置決め、引き戻しについて説明する。
カプセル型本体部１０は、食道Ｅの蠕動運動や体動などにより食道Ｅ内を進行する。
食道Ｅ内でカプセル型本体部１０を位置決めするとき、たとえば、蠕動運動などにより進行し過ぎたりしたとき、導中管２０によりカプセル型本体部１０を後退させる「引き戻し」が必要となる。
同様に、長期間の観察で、食道Ｅ内でカプセル型本体部１０を所定位置に留置させるとき、導中管２０による「引き戻し」が必要となる。なお、挿入されたカプセル型本体部１０が食道Ｅの蠕動運動により進行することを防止するため、被検体Ｐの口腔内に配置されるマウスピースＭ等に紐状体２１の一端を固定したときは、「引き戻し」は不要となる。ただし、観察を終了するとき、この「引き戻し」により、カプセル型本体部１０が体外に取り出される。
（カプセル型本体部１０の製造）
次に、カプセル型本体部１０の製造方法の一例について図１１を参照して説明する。図１１はフレキシブル基板板上に配列された複数の超音波振動子の斜視図である。
先ず、フレキシブル基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ：ＦＰＣ）上に短冊状の超音波振動子３０を固定する（サブアッセンブリ）。
次に、これを形状記憶合金板１００の上に接合して円筒状のプローブを構成する。この形状記憶合金板１００が支持体１５となる。形状記憶合金板１００は、予め定められた温度（体温、例えば、２０度未満）で、平板状を備え、その温度以上に加熱することにより、円筒状を備えるような性質を有する。
例えば、２０度未満で、サブアッセンブリと形状記憶合金板１００とを接合し、その後、例えば、２５度に加熱すると、円筒状に支持体１５となり、支持体１５の外周に沿って複数の超音波振動子３０が配列される。なお、電極は全てＦＰＣより引き出すようにする。ＦＰＣ上に集積回路ＩＣその他の電子部品を実装することで、素子、回路接続をＦＰＣ上で行うことが可能となる。
次に、円筒状の支持体１５に同じく円筒状の集積回路ＩＣを嵌め込むようにして配置する。集積回路ＩＣは、超音波振動子３０の上方に配置される。支持体１５の中空部１５１が通過穴１５３となる。なお、上記は金属板１００に形状記憶合金を用いた一例であり、形状記憶機能の無い、一般的な合金を金属板１００に用いてもよい。
次に、超音波振動子３０の表面（超音波を出射される側の面）に音響レンズ９０を装着する。
次に、膨縮体７０を支持体１５の上端部と下端部とに固定する。
次に、膨縮体７０に中空管２３を連結する。前後して、データ線ＤＬ、信号線ＳＬ及び電源線ＥＬをカプセル送受信部３２、カプセル制御部３３及びカプセル電源部３４（図１３参照）に連結する。
（超音波医療装置の動作）
以上に、超音波医療装置の構成について説明した。
次に、超音波医療装置の動作について図１２を参照して説明する。図１２は、超音波医療装置を用いて、被検体の体内を観察するときの一連の動作を示すフローチャートである。
先ず、超音波振動子３０を経口的に食道Ｅに挿入させる（Ｓ１０１）。
次に、超音波振動子３０がある程度挿入されたら、位置決めのための走査を開始する（Ｓ１０２）。それにより、ユーザは、画像を見ながら、カプセル型本体部１０を食道Ｅの所定位置に挿入させることが可能となる。このとき。紐状体２１も食道Ｅに挿入されていく。
次に、超音波振動子３０の位置決めを行う（Ｓ１０３）。超音波振動子３０の位置決めは、前述したように、袋状容器７１を膨らませることによる食道Ｅの壁に対する「密着」と、導中管２０による「引き戻し」で行う。位置決めにおいては、予定する留置位置より奥にカプセル型本体部１０を進行させておき、画像を見ながら、「引き戻し」を行い、紐状体２１を引っ張ることで、カプセル型本体部１０を予定する留置位置に後退させる。
次に、画像を見て、変更手段４０により、超音波振動子３０の回転角を変更する（Ｓ１０４）。例えば、画像の中に観察対象である心臓の画像が含まれるようにする。
以上のようにして、超音波振動子３０の位置決め、回転角を決定後に、食道Ｅ内の所定位置にカプセル型本体部１０を留置して、診断のための走査を開始する（Ｓ１０５）。
食道Ｅ内にカプセル型本体部１０が留置されているとき、流動食や経鼻内視鏡等を直接的または間接的に通過穴１５３に通すことができる。そのため、食道Ｅの機能を維持することが可能となる。
（超音波画像診断装置の基本構成）
次に、超音波医用画像装置の基本的な構成について図１３を参照して簡単に説明する。図１３は、超音波画像診断装置の構成ブロック図である。
（カプセル型本体部内のその他の構成）
次に、カプセル型本体部１０内の構成について説明する。
カプセル型本体部１０の内部には、超音波振動子３０及び変更手段４０が配置されていることは前述した通りである。
これらの他に、カプセル型本体部１０の内部には、カプセル送受信部３２、カプセル制御部３３及びカプセル電源部３４が配置されている。
カプセル送受信部３２は、外部装置６０（後述する制御部６５）からの制御信号をカプセル制御部３３に送信する。カプセル制御部３３は、当該制御信号に基づいて、超音波振動子３０に駆動信号を送信する。そして、カプセル送受信部３２は、超音波振動子３０が受信したエコー信号を受ける。本実施形態において、カプセル型本体部１０と外部装置６０との間の制御信号等の送受信は、紐状体２１内に配置された信号線ＳＬを介して行われる。
具体例として、カプセル制御部３３は、超音波振動子３０に駆動信号を供給してスキャンを行い、心臓Ｈに対して超音波を送信させる。カプセル制御部３３は、たとえば図示しないクロック発生器と、送信遅延回路と、パルサ回路とを有する。クロック発生器は、超音波信号の送信タイミングや送信周波数を決めるクロック信号を発生する。送信遅延回路は、超音波を所定の深さに集束させるための集束用遅延時間と、超音波を所定方向に送信するための偏向用遅延時間とに従って、超音波の送信時に遅延をかけて送信フォーカスを実施する。パルサ回路は、圧電素子に対応する個別チャンネルの数分のパルサを有する。パルサ回路は、遅延がかけられた送信タイミングで駆動パルス（駆動信号）を生成し、超音波振動子３０を構成する圧電素子に駆動パルス（駆動信号）を供給する。
また、カプセル送受信部３２は、受信したエコー信号に対して遅延処理を行うことにより、アナログのエコー信号を整相加算されたデジタルのデータに変換する。カプセル送受信部３２は、たとえば図示しないゲイン回路と、Ａ／Ｄ変換器と、受信遅延回路と、加算器を有する。ゲイン回路は、超音波振動子３０の圧電素子から出力されるエコー信号を受信チャンネルごとに増幅する（ゲインをかける）。Ａ／Ｄ変換器は、増幅されたエコー信号をデジタル信号に変換する。受信遅延回路は、デジタル信号に変換されたエコー信号に、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。具体的には、受信遅延回路は、所定の深さからの超音波を集束させるための集束用遅延時間と、所定方向に対して受信指向性を設定するための偏向用遅延時間とを、デジタルのエコー信号に与える。加算器は、遅延時間が与えられたエコー信号を加算する。その加算によって、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。すなわち、受信遅延回路と加算器とによって、所定方向から得られたエコー信号は整相加算される。カプセル送受信部３２は、遅延処理が施されたエコー信号を外部装置６０に出力する。
カプセル送受信部３２は、エコー信号を所定の周波数の搬送波（キャリア信号）により変調し、アンテナ（図示省略）から電波として、外部装置６０（後述する送受信部６１）に出力する。カプセル型本体部１０と外部装置６０との間のエコー信号の送受信は、紐状体２１内に配置されたデータ線ＤＬを通して行われる。
カプセル電源部３４は、外部装置６０からの電力供給を受ける。カプセル電源部３４は、供給された電力を超音波振動子３０、カプセル送受信部３２及びカプセル制御部３３に分配する。本実施形態において、外部装置６０からの電力供給は、紐状体２１内に配置された電源線ＥＬを介して行われる。
（外部装置６０）
次に、外部装置６０の構成について図１３を参照して説明する。
図１３に示すように、外部装置６０は、送受信部６１と、受信データ処理部６２と、画像作成部６３と、表示部６４と、制御部６５と、操作部６６と、電源部６７とを含んで構成されている。
送受信部６１は、カプセル送受信部３２からのエコー信号を受信し、受信データ処理部６２に出力する。
受信データ処理部６２は、送受信部６１から出力されたエコー信号に対して各種の信号処理を行う。たとえば、受信データ処理部６２はＢモード処理部を有する。Ｂモード処理部はエコー信号を送受信部６１から受けて、エコー信号の振幅情報の映像化を行う。また、受信データ処理部６２はＣＦＭ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｌｏｗ Ｍａｐｐｉｎｇ）処理部を有していてもよい。ＣＦＭ処理部は血流情報の映像化を行う。また、受信データ処理部６２はドプラ処理部を有していてもよい。ドプラ処理部はエコー信号を位相検波することによりドプラ偏移周波数成分を取り出し、ＦＦＴ処理を施すことにより血流速度を表すドプラ周波数分布を生成する。受信データ処理部６２は、信号処理が施されたエコー信号を画像作成部６３に出力する。
画像作成部６３は、超音波振動子３０により受信された反射波に基づく信号（受信データ処理部６２から出力された信号処理後のエコー信号）を処理し、画像データ（超音波画像データ）を作成する。
制御部６５は、超音波画像診断装置１の各部の動作を制御する。たとえば、制御部６５は、超音波画像診断装置１の各部の動作、および、カプセル型本体１０を制御する。たとえば、制御部６５は、カプセル制御部３３を介してカプセル送受信部３２に対し超音波振動子３０を駆動させる駆動信号を送信するための送信タイミング信号を生成する。或いは、制御部６５は、画像作成部６３で作成された画像データ（超音波画像データ）に基づく画像（超音波画像）を表示部６４に表示させる。なお、制御部６５が送受信部６１を介して送信タイミング信号をカプセル送受信部３２に送信するように構成してもよい。このときは、信号線ＳＬが不要となる。
表示部６４は、ＣＲＴや液晶ディスプレイなどのモニタで構成されている。操作部６６は、キーボードやマウスなどの入力装置で構成されている。術者は操作部６６を介してカプセル型本体部１０による超音波の送受信等を行う。
［第２実施形態］
次に、超音波医療装置の第２実施形態について図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は膨縮体７０を膨らませたときのカプセル型本体部の縦断面図、図１５は膨縮体７０を縮めたときのカプセル型本体部の縦断面図である。
なお、第２実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。
図１４及び図１５に示すように、支持体１５、超音波振動子３０、集積回路ＩＣ、超音波モータ４２、及び、音響レンズ９０の構成は、第１実施形態と同じである。
第１実施形態では、単に、袋状容器７１を膨らませたり、縮ませたりする膨縮体７０を示した。それには、伸縮性に優れた袋状容器７１が用いられる。これに限らず、第２実施形態では、伸縮性の優劣を問わない袋状容器７１が用いられる。
縮められた袋状容器７１を図１４に示し、食道Ｅ内で膨らませた袋状容器７１を図１５に実線で示し、体外で膨らませた袋状容器７１を図１５に想像線（一点鎖線）で示す。
第２実施形態では、膨縮体７０に、膨らませたときと縮めたときとでほぼ同一の表面積を有する袋状容器７１が用いられる。このような袋状容器７１は、膨らませたときの形状が特定し易いという利点がある。なお、袋状容器７１を膨らませるときに充填される液体または気体は、第１実施形態と同様である。
袋状容器７１の入口（図１５において上端側の口）には、案内面部７２が設けられている。案内面部７２は、傾斜面部１５４から食道Ｅの壁に続く長い斜面である。また、案内面部７２は、傾斜面部１５４に滑らかに連続している。したがって、食道Ｅを通る流動食等のほぼ全部がこの案内面部７２から傾斜面部１５４に導かれる。それにより、流動食等を通過穴１５３に直接的または間接的に通し易くなる。
次に、膨縮体７０の動作について図１４及び図１５を参照して説明する。
食道Ｅ内にカプセル型本体部１０を挿入するとき、袋状容器７１は、図１４に示すように縮めておく。袋状容器７１が縮められるとき、袋状容器７１の表面にはシワが生じ、さらに、シワにより吸収されない表面には折り目が生じる。この実施形態のカプセル型本体部１０は、円筒軸の方向に貫通する通過穴１５３を有しているので、折り目を通過穴１５３に入れることが可能となる。図１４に、折り目を“Ｂ”で示す。
次に、食道Ｅ内の所定の位置に挿入されたとき、体外から中空管２３を通して液体を袋状容器７１に充填する。それにより、袋状容器７１を膨らませて、食道Ｅの壁に密着させる。このとき、案内面部７２が傾斜面部１５４から食道Ｅの壁まで展開する。
次に、被検体Ｐの体内の画像を見ながら、導中管２０によるカプセル型本体部１０の「引き戻し」の操作をして、位置決めをする。
次に、カプセル型本体部１０を食道Ｅ内で留置し、観察を行う。この間、通過穴１５３に流動食等を直接的または間接的に通すことが可能となる。また、案内面部７２により、流動食等を通し易くなる。
［第３実施形態］
次に、超音波医療装置の第３実施形態について図１６を参照して説明する。図１６は膨縮体を縮めたときのカプセル型本体部の横断面図である。
なお、第３実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。
第１実施形態では、単に、袋状容器７１を膨らませたり、縮ませたりする膨縮体７０を示した。これに限らず、第２実施形態では、縮めさせたとき折り畳まれ、膨らませたとき展開される袋状容器７１が用いられる。
図１６に示すように、袋状容器７１の周面（全周）には蛇腹状の折り目が付けられている。縮ませた袋状容器７１に液体等を充填することにより、折り目を延ばされ、袋状容器７１を膨らませることができる。図１６に、折り目を“Ｂ”で示す。
第３実施形態の袋状容器７１においては、第２実施形態と同様、伸縮性の優劣を問わない袋状容器７１を用いることが可能となる。
［第４実施形態］
次に、超音波医療装置の第４実施形態について図１７及び図１８を参照して説明する。図１７超音波振動子及び音響レンズの縦断面図、図１８超音波振動子と音響レンズとの間にオフセット部材が入れられたときの縦断面図である。
なお、第４実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。
第１実施形態では、その表面（超音波が出射される面）が円筒軸に対して直交する方向である、すなわち仰角がついていない超音波振動子３０を示したが、第２実施形態では、仰角がつけられた超音波振動子３０を示す。なお、仰角を「煽り角」という場合がある。
図１７及び図１８に示すように、楔状のオフセット部材１１０を超音波振動子３０と音響レンズ９０との間に出し入れすることで、超音波振動子３０に角度（仰角）を付けるように構成されている。この「角度」の方向が、食道内に留置されるカプセル型本体部１０から見上げる側（咽喉側）の仰角の方向（心臓の方向）に相当する。図１８に仰角を“θ１”で示す。この仰角は、楔の角度で調整可能である。したがって、観察対象が心臓であるときは、両者間にオフセット部材１１０を予め入れたカプセル型本体部１０が用いられる。観察対象が心臓以外のときは、両者間からオフセット部材１１０を予め出したカプセル型本体部１０が用いられる。
なお、超音波振動子３０に仰角をつける手段としては、オフセット部材１１０に限らない。例えば、体外にゴム製の空気たまりがあり、それを押すと空気を送入できる。押し圧を緩めると、空気が戻って仰角が減る。空気の送り込みと仰角との関係を予め測定しておくことで、送り込み量の見える化で仰角を示すことができる。送り込み部にコックを備え、所定の仰角が得られたときコックを閉じて保持する。
さらに、超音波振動子３０を取り付ける機構の二つの隅、または、四隅に配置された円柱状の風船であってもよい。個々の風船に体外から空気を送入して膨らませることで、任意の仰角に調整することができる。また、風船に空気を送入するのではなく、水または粘性のある生体に無害な液体を送入することで調整した仰角で安定して保持する。
それにより、カプセル型本体部１０が食道Ｅ内に留置されているとき、超音波振動子３０が超音波を出射するときのビーム角を変化させることが可能となる。
［第５実施形態］
次に、超音波医療装置の第５実施形態について図１９及び図２０を参照して説明する。図１９は１次元配列された超音波振動子３０の平面図、図２０は１次元配列された超音波振動子３０の正面図である。
なお、第５実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。
第１実施形態では、仰角がついていない超音波振動子３０を示したが、第５実施形態では、仰角がつけられた超音波振動子３０を示す。
図１９及び図２０に示すように、支持体１５は切頭円錐形状を有している。支持体１５の外周方向に複数の超音波振動子３０が配列されることにより、超音波振動子３０に仰角がつけられる。
次に、このような支持体１５及び超音波振動子３０が内蔵されるカプセル型本体部１０の製造方法について説明する。
先ず、予め定められた温度未満（例えば、５０度）で円筒形状を備え、その温度以上に加熱することにより、一端側が小径で他端側が大径となる切頭円錐形状を備えるような形状記憶合金板を用意する。
次に、室温（例えば、２０度）において、円筒形状を備えた形状記憶合金板の円周方向に超音波振動子３０を配列する。このとき、超音波振動子３０には仰角がつけられていない。この状態で、カプセル型本体部１０内に内蔵する。他の部品、例えば、集積回路ＩＣ、膨縮体７０及び音響レンズ９０も同様に、カプセル型本体部１０内に内蔵する。
以上の方法により、カプセル型本体部１０が製造される。
次に、このように製造されたカプセル型本体部１０の使用方法について説明する。
食道Ｅ内にカプセル型本体部１０を挿入する。被検体Ｐの体温（例えば、３６度）であるから、超音波振動子３０には仰角がつけられていない。
カプセル型本体部１０が食道Ｅ内に留置され、被検体Ｐの体内の観察が可能となったとき、支持体１５を温度（例えば５０度）以上に加熱する（例えば、５０度のお湯を注ぐ）ことにより、支持体１５が円筒形状から切頭円錐形状に変形する。それにより、超音波振動子３０に仰角がつけられる。それにより、心臓の観察がよりしやすくなる。支持体１５を加熱するには、お湯を中空管２３に通して体外から膨縮体７０に充填させればよい。それにより、膨縮体７０に充填されたお湯の熱により、支持体５０が加熱される。なお、心臓以外の臓器を観察するときは、支持体１５を加熱しなければよい。
［第６実施形態］
次に、超音波医療装置の第６実施形態について図２１及び図２２を参照して説明する。図２１は外周に沿って２次元配列された複数の超音波振動子の斜視図、図２２はＦＰＣ板上に２次元配列された複数の超音波振動子の斜視図である。
なお、第６実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。
第１実施形態では、超音波振動子３０は、ラジアルアレイ型のものであったが（図４、図５及び図６参照）、第６実施形態の超音波振動子３０は、円筒状において円周方向かつ筒軸に沿った方向に配列されたものである（二次元アレイ型）。
二次元アレイ型にしたことにより、そのうちの所定領域の超音波振動子３０を所定順に駆動し、心臓などの観察対象を走査することができ、超音波振動子３０の向きを物理的に心臓などの観察対象に向ける必要がない。それにより、超音波振動子３０の向きを物理的に変更する手段、例えば、第１実施形態で用いられる変更手段４０などが不要となる。また、超音波ビームを絞るための音響レンズ９０も不要となる。
なお、図２１に示すように超音波振動子３０が円筒状において全周に配列された二次元アレイ型に限らず、視野の狭い二次元アレイを利用し、煽り機構で視野を調整することで、任意の位置に三次元画像を生成することが可能となる。
次に、この超音波振動子３０の製造方法について図２２を参照して説明する。
図２２に示すように、ＦＰＣ板上に微小超音波振動子３０群を配置し、二次元アレイを構成する（サブアッセンブリ）。
次に、これを形状記憶合金板１００上に接合して円筒状プローブを構成する。なお、この形状記憶合金板１００が支持体１５となる。形状記憶合金板１００は、予め定められた温度（体温、例えば、２０度未満）で、平板状を備え、その温度以上に加熱することにより、円筒状を備えるような性質を有することは、第１実施形態と同様である。また、このような超音波振動子３０を、カプセル型本体部１０に内蔵することも、第１実施形態と同様である。
［第７実施形態］
次に、超音波医療装置の第７実施形態について図２３及び図２４を参照して説明する。図２３は支持体の外部に平板状に配列された超音波振動子の斜視図、図２４は膨縮体を膨らませたときのカプセル型本体部の横断面図である。
なお、第７実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。
第１実施形態では、円筒状に配列されたラジアルアレイ型の超音波振動子３０を示したが（図４、図５及び図６参照）、第７実施形態の超音波振動子３０は、平板状に配列された超音波振動子３０が用いられる（一次元アレイ型）。
図２３に示すように、円筒状の支持体１５の外部には平板状の超音波振動子３０が配置される。超音波振動子３０は、平板と直交する軸を中心に回転可能に構成されている。回転中心を図２３に“Ｏｙ”で示し、回転方向を図２３に矢印で示す。
図２４に示すように、平板状の超音波振動子３０の表面には音響レンズ９０が装着されている。
この一次元アレイの超音波振動子３０は、例えば、超音波モータ４２（図４参照）により円筒軸回りに回転するように構成されている。音響レンズ９０は、膨縮体７０の内面に近接または接するように、かつ、超音波モータ４２（図４参照）で超音波振動子３０を回転させたとき、音響レンズ９０が膨縮体７０の内面に沿って移動するように配置されている。
［第８実施形態］
次に、超音波医療装置の第８実施形態について図２５を参照して説明する。図２５はコンタクトレンズ状に配列された超音波振動子の図である。
なお、第８実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。
第１実施形態では、円筒状に配列されたラジアルアレイ型の超音波振動子３０を示したが、第８実施形態では、コンタクトレンズ状に配列された超音波振動子が用いられる。
図２５に示すように、円筒状の支持体１５の外部には超音波振動子３０がコンタクトレンズ状に配列される。なお、超音波振動子３０は、コンタクトレンズの中心軸を回りに回転可能に構成されている。中心軸を図２５に“Ｏｙ”で示す。
超音波振動子３０がコンタクトレンズ状に配列されることにより、超音波振動子３０の取付スペース（支持体１５と膨縮体７０との間の隙間）が、図２４に示す第７実施形態と比較して狭くてよいため、その分、通過穴１５３の径を大きくすることが可能となり、流動食を通すときに有利となる。
［第９実施形態］
次に、超音波医療装置の第９実施形態について図２６を参照して説明する。図２６はＦＰＣ板上に実装された超音波振動子等の斜視図である。
なお、第９実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。
カプセル型本体部１０の製造において、第１実施形態では、ＦＰＣ上に短冊状の超音波振動子３０を固定するものを示したが、第９実施形態では、超音波振動子３０の他に、集積回路ＩＣを固定する（サブアッセンブリ）。
次に、これを形状記憶合金板１００の上で接合して円筒状のプローブを構成することは、第１実施形態と同様である。それにより、超音波振動子３０及び集積回路ＩＣを一度に製造することが可能となる。
（電子回路の実装）
次に、電子回路を実装することについて図１３及び図２７を参照して説明する。
図２７は、カプセル型本体部１０内に実装された超音波振動子３０等の電子回路の構成図である。
図２７に示すように、切替部３２１により、所望の素子群を選択する。システムインターフェース３２２を介して制御データを受け取り、そのデータに基づき送信波形信号を必要な遅延をかけて発生し（送信波形発生部３２３）、送信アンプ３２４で増幅して超音波振動子３０を駆動する。パルスであってもかまわない。生体内に向けて照射した超音波が生体内で反射、散乱され振動子で受信される。この信号を受信アンプ３２５で増幅し、近接した素子信号を遅延加算して部分ビーム信号を作る（遅延加算回路３２６）。この時例えばサブアレイサイズを４素子とすると、信号数は１／４に減少する。さらにこれらサブアレイ出力信号をＡＤ変換し、超音波信号の帯域幅に合わせて、フィルターしたデータを間引くことでさらに減ずることができる（ＡＤＣ３２７）。例えば４０ＭｓｐｓでＡＤ変換しても、超音波信号の帯域幅が５ＭＨｚ程度であれば、サンプリング周波数をその２倍の１０ＭＨｚとしたとき、概ね１／４に減ずることができる。データ幅が１バイト、素子数６４素子の場合、１ＣＨ当たり３２０Ｍｂｐｓで２０Ｇｂｐｓとなるが、上記データ減により、１．２８（＝２０／１６）Ｇｂｐｓになる。近年の高速シリアル転送系であれば十分な転送速度である。むろん、汎用のデータ圧縮技法を用いたり、フレームレートを低下させデータ量を削減すれば、現在の無線通信系でも実現可能な速度となる。電源は紐内のケーブルにて供給する手段やバッテリーにて供給する手段などがある。
また、アナログ信号のまま転送することも可能で、その場合直径０．２−０．３ｍｍの同軸ケーブルが使用可能で、１６（＝６４／４）本の場合でも、直径１−１．５ｍｍのケーブルとなる。
なお、前記実施形態では、バッキング材として、圧電材料よりも音響インピーダンスの低いものを用いたが、これに限らない。
以下に、バッキング材として、圧電材料よりも音響インピーダンスの高いものを用いたプローブの製造方法について説明する。
先ず、ＦＰＣ上に超音波振動子３０を固定し、ＦＰＣを形状記憶合金に接合する。次に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフレキシブルな圧電材を用いて超音波振動子３０を構成し、それを形状記憶合金板に接合する。
次に、ＰＶＤＦ等の音響インピーダンスが低い圧電材料の場合には、バッキング材として形状記憶合金板１００そのものを用いる。なお、必要に応じて、圧電材料と形状記憶合金板１００との中間にバッキング材を挟むことができる。ただし、厚さが必要となり小型化のためには形状記憶合金板を用いるのが好ましい。
なお、圧電材料がセラミックスであるとき、バッキング材として、セラミックスよりも音響インピーダンスが高いタングステンなどの形状記憶合金板１００を用いてもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるととともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ 超音波画像診断装置
２ 超音波医療装置
１０ カプセル型本体部
１５ 支持体
１５１ 中空部
１５３ 通過穴
１５４ 傾斜面部
２０ 導中管
２１ 紐状体
２２ マーカ
２３ 中空管
３０ 超音波振動子
３１ 回転軸（筒軸）
３２ カプセル送受信部
３３ カプセル制御部
３４ カプセル電源部
４０ 変更手段
４２ 超音波モータ
４２１ 圧電セラミックス
４２２ ステータ
４２３ ロータ
６０ 外部装置
６１ 送受信部
６２ 受信データ処理部
６３ 画像作成部
６４ 表示部（モニタ）
６５ 制御部
６６ 操作部
６７ 電源部
７０ 膨縮体
７１ 袋状容器
７２ 案内面部
８０ 信号処理回路
９０ 音響レンズ
１００ 形状記憶合金板
１１０ オフセット部材

Claims (11)

  1. 超音波振動子を内蔵するカプセル型本体部を有し、被検体の管状部に挿入された前記カプセル型本体部内の前記超音波振動子から被検体内部に対して超音波を送信し、その反射波を受信する超音波医療装置であって、
    前記カプセル型本体部に内蔵され、筒状に形成され、外部に複数の前記超音波振動子が配列され、筒の軸方向に貫通し、流動食を通す通過穴が設けられた支持体と、
    前記カプセル型本体部内に設けられ、当該カプセル型本体部と前記複数の超音波振動子との相対的位置を変位させる変更手段と、を有すること、
    を特徴とする超音波医療装置。
  2. 超音波振動子を内蔵するカプセル型本体部を有し、被検体の管状部に挿入された前記カプセル型本体部内の前記超音波振動子から被検体内部に対して超音波を送信し、その反射波を受信する超音波医療装置であって、
    前記カプセル型本体部に内蔵され、筒状に形成され、外周に沿って複数の前記超音波振動子が配列され、前記カプセル型本体部が前記管状部に挿入されたとき前記管状部の機能を維持するための、筒の軸方向に貫通する通過穴が設けられた支持体と、
    前記超音波振動子を外方から覆うように配置され、袋状容器を備え、袋状容器を膨らませることで前記管状部の壁に接するように構成された膨縮体と、
    前記カプセル型本体部内に設けられ、当該カプセル型本体部と前記複数の超音波振動子との相対的位置を変位させる変更手段と、
    を有すること、
    を特徴とする超音波医療装置。
  3. 前記通過穴は、流動食を通す穴であることを特徴とする請求項２に記載の超音波医療装置。
  4. さらに、前記通過穴は、経鼻内視鏡を通す穴であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波医療装置。
  5. 前記カプセル型本体部が先端部に設けられ、前記管状部に挿入可能な導中管をさらに有し、
    前記導中管は、前記膨縮体に液体を注入／排出させる紐状の中空管を有することを特徴とする請求項２に記載の超音波医療装置。
  6. 前記変更手段は超音波モータを有すること、
    を特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波医療装置。
  7. 前記変更手段は、音響レンズと楔状のオフセット部材を有し、前記音響レンズと前記超音波振動子との間に前記オフセット部材を出し入れすることにより、ビーム角を変化させること、
    を特徴とする請求項６に記載の超音波医療装置。
  8. 前記支持体は、予め定められた温度以下で筒状となり、当該温度以上に加熱することにより一端側が小径で他端側が大径となる切頭円錐形状を備えるように形状記憶合金で成形され、
    前記変更手段は、前記支持体を前記温度以上に加熱することにより、ビーム角を変化させること、
    を特徴とする請求項６に記載の超音波医療装置。
  9. 前記超音波振動子は、前記形状記憶合金より音響インピーダンスにおいて低い圧電材が用いられ、
    前記形状記憶合金は、バッキング材として用いられること、
    を特徴とする請求項８に記載の超音波医療装置。
  10. 前記超音波振動子を制御する制御手段を含む集積回路は、前記超音波振動子と同一の筒状に形成され、前記超音波振動子に隣接させ前記筒の軸同士を一致させて配置されていること、
    を特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波医療装置。
  11. 前記請求項１から請求項１０のいずれかに記載の超音波医用装置を有し、
    前記反射波から生成した受信信号を基に被検体内部を画像化すること、
    を特徴とする超音波画像診断装置。
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