JP6563941B2 - 画像診断プローブ - Google Patents

Description

本発明は、血管等の生体管腔の診断のために使用される画像診断プローブに関するものである。

血管及び脈管などの生体管腔内に生じる狭窄部病変等を経皮的に治療する際、病変の性状を観察するため、又は治療後の状態を観察するため、超音波又は光等を利用して生体管腔内の断層画像を取得する診断用のカテーテルが用いられている。

血管内超音波診断（ＩＶＵＳ：ＩｎｔｒａＶａｓｃｕｌａｒ Ｕｌｔｒａ Ｓｏｕｎｄ）では、挿入部の先端に超音波振動子を有する回転自在なイメージングコアが設けられており、イメージングコアから手元側の駆動部にかけて延在している駆動シャフト等を介して回転走査（ラジアルスキャン）するものが一般的である。

また、波長掃引を利用した光干渉断層画像診断（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）では、光ファイバの先端に光送受信部が取り付けられたイメージングコアが存在しており、イメージングコアから手元側の駆動部にかけて延在している駆動シャフト等を介して回転させる。イメージングコアを回転させながら、先端の光送受信部から血管内腔に対して近赤外光を出射するとともに、生体組織からの反射光を受光することで血管内におけるラジアル走査を行う。そして、該受光した反射光と参照光とを干渉させることにより生成した干渉光に基づいて、血管の断面画像を描出するものが一般的である。

ＯＣＴは解像度の高い画像が得られるが、血管内腔面から比較的浅い組織までの像しか得られない。一方、ＩＶＵＳの場合は、得られる画像の解像度という点ではＯＣＴよりは低いものの、逆に、ＯＣＴより深い血管組織の像を得ることができる。そこで、最近では、ＩＶＵＳの機能と、ＯＣＴの機能とを組み合わせたイメージングコアを有する画像診断装置（超音波を送受信可能な超音波送受信部と、光を送受信可能な光送受信部とを備える画像診断装置）が提案されている（特許文献１参照）。

特開平１１−５６７５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のデュアルセンサは、駆動シャフトに近い位置にＯＣＴのためのレンズが配置され、遠い位置にＩＶＵＳのための超音波振動子が配置されている。ここで、イメージングコアを製造する際、超音波振動子の端部と、駆動シャフト側から延びる導線とが接合（半田付け）されることになる。そのため、半田付けの際に半田（接合材料）が飛散して超音波振動子の端部と近い位置にあるレンズに付着してしまう可能性がある。また、半田付けの際の半田やコテの熱の影響を受けやすい。さらには、半田の飛散と半田付けの際の熱の影響、配線のためのスペースを考慮すると、搭載するレンズのサイズの上限が厳しくなる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、接合材料の飛散や接合の際の熱によるレンズの性能への悪影響を低減する技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る画像診断プローブは以下のような構成を備える。即ち、
光ファイバ及び信号線を内部に含む駆動シャフトを有するイメージングコアを備えた画像診断プローブであって、
前記光ファイバの一端に設けられた光送受信部と、
前記信号線と接合された超音波送受信部とを備え、
前記光送受信部は、前記超音波送受信部に対して前記イメージングコアの先端側に配置されており、
前記超音波送受信部からの超音波の出射方向と、前記光送受信部からの光の出射方向とは、略平行且つ前記駆動シャフトと直交する方向よりも前記駆動シャフトの基端に傾いた方向であることを特徴とする。

本発明によれば、接合材料の飛散や接合の際の熱によるレンズの性能への影響を低減することが可能となる。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の一実施形態に係る画像診断装置の外観構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るイメージングコア及び当該イメージングコアを収容するカテーテルの構造の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るイメージングコアの構造の変形例を示す図である。 本発明の従来例に係る超音波送受信部をカテーテルの先端部側に配置し、光送受信部を駆動シャフト側に配置した場合の問題点を説明するための図である。 、 本発明の一実施形態に係る出射方向（クロス又は平行）を説明するための図である。 、 本発明の一実施形態に係る出射方向（前方又は後方）を説明するための図である。

以下、本発明の各実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、明細書を通じて同一の参照符号は同一の構成要素を表している。

図１は本発明の一実施形態に係る画像診断装置１００の外観構成を示す図である。本実施形態に係る画像診断装置１００は、ＩＶＵＳ機能とＯＣＴ機能を有する。

図１に示すように、画像診断装置１００は、画像診断プローブ１０１と、スキャナ及びプルバック部１０２と、操作制御装置１０３とを備え、スキャナ及びプルバック部１０２と操作制御装置１０３とは、コネクタ１０５を介して、信号線や光ファイバを収容したケーブル１０４により接続されている。

画像診断プローブ１０１は、直接血管内に挿入されるものであり、パルス信号に基づく超音波を送信すると共に血管内からの反射波を受信する超音波送受信部と、伝送されてきた光を（測定光）を連続的に血管内に送信するとともに、血管内からの反射光を連続的に受信する光送受信部と、を備えるイメージングコアを収容するカテーテルが内挿されている。画像診断装置１００では、該イメージングコアを用いることで血管内部の状態を測定する。

スキャナ及びプルバック部１０２は、画像診断プローブ１０１が着脱可能に取り付けられ、内蔵されたモータを駆動させることでカテーテルシースに内挿された画像診断プローブ１０１におけるイメージングコアの、血管内軸方向の動作及び回転方向の動作を規定している。また、スキャナ及びプルバック部１０２は、イメージングコア内の超音波送受信部において受信された反射波の信号及び光送受信部において受信された反射光を取得し、操作制御装置１０３に対して送信する。

操作制御装置１０３は、測定を行うにあたり、各種設定値を入力するための機能や、測定により得られた超音波データや光干渉データを処理し、各種血管像を表示するための機能を備える。

操作制御装置１０３において、１１１は本体制御部である。本体制御部１１１は、測定により得られた超音波の反射波の信号から、ラインデータを生成し、補間処理を経て超音波断層像を生成する。さらに、本体制御部１１１は、イメージングコアからの反射光と、光源からの光を分離することで得られた参照光とを干渉させることで干渉光データを生成するとともに、該干渉光データに基づいてラインデータを生成し、補間処理を経て光干渉に基づく血管断層画像を生成する。

１１１−１はプリンタ及びＤＶＤレコーダであり、本体制御部１１１における処理結果を印刷したり、データとして記憶したりする。１１２は操作パネルであり、ユーザは該操作パネル１１２を介して、各種設定値及び指示の入力を行う。１１３は表示装置としてのＬＣＤモニタであり、本体制御部１１１において生成された各種断層画像を表示する。１１４は、ポインティングデバイス（座標入力装置）としてのマウスである。

次に、図２を参照して、イメージングコア２１０の構造及びイメージングコア２１０を収容するカテーテル２００の構造について説明する。図２の符号２００が本実施形態におけるカテーテルである。また、カテーテル２００は、図１における画像診断プローブ１０１に相当する。このカテーテル２００における後端（プルバック部１０２と接続する端部）の近傍には、カテーテルシース２３０内に透明な液体（生理食塩水など）を注入するための注入口２２０が設けられている。

また、カテーテル２００のカテーテルシース２３０は透明な材質で構成され、内部には、回転自在で、かつ、カテーテル２００に沿って移動可能なイメージングコア２１０を収容している。イメージングコア２１０は、駆動シャフト２１０４を備えており、駆動シャフト２１０４の一端にはハウジング２１０３が設けられている。ハウジング２１０３は、超音波送受信部２１０１及び光送受信部２１０２を収容している。超音波送受信部２１０１はバッキング部材２１０７により支持されている。また、ハウジング２１０３は駆動シャフト２１０４に支持されている。

駆動シャフト２１０４は柔軟で、かつ回転をよく伝送できる特性を有する素材であり、例えば、ステンレス等の金属線からなる多重多層密着コイル等により構成されている。そして、駆動シャフト２１０４の内部には信号線２１０５及び光ファイバ２１０６が収容されている。信号線２１０５端部は、バッキング部材２１０７上で超音波送受信部２１０１の電極２１１２と、半田付けにより接合されている（半田２１１３）。ここで、バッキング部材２１０７を設けることで、超音波送受信部２１０１の背面側からの反射を抑えることができ、血管内腔面以外からの反射を抑制することが可能となる。

電極２１１２は、超音波送受信部２１０１を構成する超音波振動子と繋がっている電極である。信号線２１０５と超音波送受信部２１０１の電極２１１２とは、超音波送受信部２１０１の一端であって光送受信部２１０２から遠い側の一端で接合されている。バッキング部材２１０７は、光ファイバ２１０６を通過させるための溝部２１０７ａを有している。これにより、イメージングコア２１０の直径を小さく形成することができる。

また、ハウジング２１０３は円筒状の金属パイプであり、一部に切り欠き部を有する。超音波送受信部２１０１や光送受信部２１０２は、その切欠き部を介して超音波、並びに、光の送信と受信を行うことになる。

超音波送受信部２１０１は、信号線２１０５から印加されるパルス信号に従って図示の矢印２１０８ａに向けて超音波を出射し、矢印２１０８ｂで示される血管組織からの反射波を検出して、それを電気信号として信号線２１０５に伝達する。

光送受信部２１０２は、光ファイバ２１０６の端部に設けられ、同図の垂直面に対し球体を略４５度の角度で切った半球体形状を成し、その傾斜面にはミラー部が形成されている。また、光送受信部２１０２は半球体形状を有することで、レンズの機能を兼ね備えている。光ファイバ２１０６を介して供給された光は、当該ミラー部で反射され、図示の矢印２１０９ａに沿って血管組織に向けて出射される。そして、図示の矢印２１０９ｂで示される血管組織からの反射光を受信し、ミラー部で反射して、光ファイバ２１０６にその反射光を返すことになる。

スキャン時、プルバック部１０２のラジアル走査モータの駆動に応じて、駆動シャフト２１０４は矢印２１１０に沿って回転すると共に、矢印２１１１に沿って移動する。この結果、ハウジング２１０３に収容されている超音波送受信部２１０１及び光送受信部２１０２が回転とその軸方向への移動を行いながら、超音波の出射と反射波の検出、並びに、光の出射とその反射光の検出を行うことになる。

なお、図２の例ではバッキング部材２１０７に、光ファイバ２１０６を通過させるための溝部２１０７ａを形成しているが、図３に示すように、光ファイバ２１０６の中心軸を駆動シャフト２１０４の中心軸から偏心させることで、バッキング部材２１０７と接触することなく当該バッキング部材２１０７沿って配置するように構成してもよい。

図２及び図３に示したように、本実施形態では、超音波送受信部２１０１を駆動シャフト２１０４側に配置し、光送受信部２１０２を先端部側に配置することにより、逆の配置の場合と比較して、電極２１１２と光送受信部２１０２との距離を離間させることができる。そのため、製造時の半田の飛散や半田付けの際の熱による光送受信部２１０２のレンズ性能への影響を低減することができる。また、信号線２１０５が切り欠き部のスペースに延在していないので、スペースを有効活用でき、光送受信部２１０２のレンズの大きさをより大きく構成することができる。

ここで、図４は、超音波送受信部２１０１をカテーテルの先端部側に配置し、光送受信部２１０２を駆動シャフト２１０４側に配置した場合の問題点を説明するための図である。図４の角４０１が、光送受信部２１０２から出射される光の障害物になりうる。しかし、光送受信部２１０２を超音波送受信部２１０１側に移動した場合、電極２１１２との距離が近くなってしまうため、半田付けの影響を受けやすいばかりか、半田付けそのものが困難となるため好ましくない。

また、角４０１を斜めにカットすることも考えられるが、駆動シャフト２１０４の直径は０．５ｍｍ程度と非常に小さいため、角４０１の加工は難しい。また、信号線２１０５が切り欠き部のスペースに延びているので、配線の影響でスペースを有効活用し難い。図２及び図３に示した本実施形態の配置構成であれば、これらの問題を解決することができる。

続いて、図５Ａ及び図５Ｂは、超音波送受信部２１０１からの超音波の出射方向と、光送受信部２１０２からの光の出射方向との関係を示す図である。図５Ａが図４の従来の構成例において各出射方向がクロスする場合を示しており、図５Ｂが図２の本発明の一実施形態に係る構成例において各出射方向が平行である場合を示している。図５Ａのように出射方向がクロスする場合でも、ＩＶＵＳ観察断面の画像と、ＯＣＴ観察断面の画像とを取得することはできる。しかしながら、超音波の出射方向と光の出射方向とが異なっているため、略同一の断面についてＩＶＵＳ観察断面の画像と、ＯＣＴ観察断面の画像とを取得することが難しい。

これに対して、図５Ｂのように出射方向が略平行であれば、常に一定間隔で略平行な画像を取得することができる。駆動シャフト２１０４の回転速度、プルバック速度、出射されるビームの間隔等に基づいて各フレームをずらすことで、略同一の断面についてＩＶＵＳ観察断面の画像と、ＯＣＴ観察断面の画像とを取得することができる。そのため、血管内診断の精度向上が期待できる。

さらに、図６Ａ及び図６Ｂは、超音波送受信部２１０１からの光の出射方向による電極２１１２への影響についての説明図である。図６Ａが図２の本発明の一実施形態に係る構成例における後方出射の場合（矢印６０１）を示しており、図６Ｂが図４の従来の構成例における前方出射の場合（矢印６０２）を示している。ここで、後方出射とは、超音波送受信部２１０１からの光の出射方向が駆動シャフト２１０４に直交する方向から駆動シャフト２１０４側に傾いた方向である出射である。また、前方出射とは、超音波送受信部２１０１からの光の出射方向が駆動シャフト２１０４に直交する方向からカテーテル先端部側に傾いた方向である出射である。

ＩＶＵＳ用の超音波送受信部２１０１からの光の出射は、前方出射にすると信号線２１０５の配線の切り欠き部スペースへの露出が増大してしまうため、後方出射することで露出を低減させて空いたスペースを有効活用することができる。また、前方出射にすると電極２１１２に負荷がかかりやすく半田付けの接合強度が低下し、半田２１１３が外れてセンサが破損しやすくなるため、この観点からも後方出射が適している。

なお、駆動シャフト２１０４に直交する方向へ出射した場合、主にカテーテルシース２３０からの反射波及び反射光の強度が強く、取得される断層画像に影響を及ぼすため、前方出射または後方出射のように、垂直方向からずらして出射することが望ましい。なお、図６Ａ及び図６Ｂでは、図４の構成例を前提に説明を行ったが、図２及び図３の構成例であっても、信号線２１０５の配線の切り欠き部スペースへの露出は少なくなるものの、やはり前方出射にすると電極２１１２に負荷がかかりやすくなるため、同様に後方出射が望ましい。

以上説明したように、本実施形態に係る画像診断プローブ１０１は、光ファイバ２１０６及び信号線２１０５を内部に含む駆動シャフト２１０４を有するイメージングコア２１０を備えた画像診断プローブ１０１であって、光ファイバの２１０６一端に設けられた光送受信部２１０２と、信号線２１０５と接合された超音波送受信部２１０１とを備え、光送受信部２１０２は、超音波送受信部２１０１に対してイメージングコア２１０の先端側に配置されており、超音波送受信部２１０１からの超音波の出射方向と、光送受信部２１０２からの光の出射方向とは、略平行且つ駆動シャフト２１０４と直交する方向よりも駆動シャフト２１０４の基端側（駆動シャフト２１０４が存在する側）に傾いた方向（後方出射）である。

このように、超音波送受信部２１０１と光送受信部２１０２との配置関係を、図２や図３の例のように構成することで、イメージングコア２１０の製造時における接合材料の飛散や接合の際の熱によるレンズの性能への影響を低減することができる。さらに図５Ｂ等に示すように後方出射とすることで、スペースを有効活用し且つ接合強度を向上させることが可能となる。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

本願は、２０１４年９月２６日提出の日本国特許出願特願２０１４−１９７４９９を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (5)

1. 光ファイバ及び信号線を内部に含む駆動シャフトを有するイメージングコアを備えた画像診断プローブであって、
   前記光ファイバの一端に設けられた光送受信部と、
   前記信号線と接合された超音波送受信部とを備え、
   前記光送受信部は、前記超音波送受信部に対して前記イメージングコアの先端側に配置されており、
   前記超音波送受信部からの超音波の出射方向と、前記光送受信部からの光の出射方向とは、略平行且つ前記駆動シャフトと直交する方向よりも前記駆動シャフトの基端に傾いた方向であり、
   前記超音波送受信部はバッキング部材を有しており、
   前記バッキング部材には溝部が設けられ、
   前記光ファイバは前記溝部を通過して延在していることを特徴とする画像診断プローブ。
2. 前記光ファイバの中心軸は、前記駆動シャフトの中心軸から偏心していることを特徴とする請求項１に記載の画像診断プローブ。
3. 前記信号線と前記超音波送受信部とは、前記超音波送受信部の一端であって前記光送受信部から遠い側の一端で接合されることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像診断プローブ。
4. 前記イメージングコアは、前記駆動シャフトの一端に設けられた、切り欠き部を有するハウジングをさらに備え、
   前記光送受信部と前記超音波送受信部とは前記ハウジングに設置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像診断プローブ。
5. 前記信号線と前記超音波送受信部とは半田付けにより接合されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像診断プローブ。
   

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