JP2002028161A - 超音波血管内視鏡システム - Google Patents
超音波血管内視鏡システムInfo
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- A61B8/12—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves in body cavities or body tracts, e.g. by using catheters
Abstract
視鏡の前方向を可視化するイメージング手法を用いたレ
ーザブレークダウンを用いた超音波血管内視鏡システム
を提供する。 【解決手段】 体外に設置されるレーザ発生装置11
と、このレーザ発生装置11から照射されるレーザ13
を光ファイバ12を介して導入するとともに、レンズ1
4と誘電体としての水槽15とを有するプローブ20
と、前記水槽15で生じるレーザブレークダウン16を
用いた超音波の発生手段と、前記レーザブレークダウン
16により放射される超音波による血管1の狭窄部位2
からの反射波を受信する前記プローブ20先端に配置す
る複数のハイドロホン18と、この複数のハイドロホン
18からの受信信号から合成開口法により前記狭窄部位
2の狭窄形状の画像を作成する手段とを具備する。
Description
誘電破壊(レーザブレークダウン)を生じさせることに
よって発生した超音波を用いて、狭窄が生じた血管を可
視化する超音波血管内視鏡システムに関するものであ
る。
例えば、(1)「医用超音波器ハンドブック」、日本電
子機械工業界編 コロナ社刊1997.1.20発行、
(2)特開平11−128229号公報に開示されるも
のがあった。
ム超音波を円周方向に走査して血管断面を獲得するよう
にしている。
ワイヤを貫通させ、そこに挿入したバルーンを用いて病
変を穿つ方法が採用されており、この時ワイヤを狭窄部
位に過不足なく貫通させることが重要である。そのた
め、小型で、超音波により前方から3次元的にかつ実時
間で可視化できるシステムが切望されている。
鏡は、プローブ軸に対して90度の方向に超音波を発信
し、回転させて血管断面の2次元像を得ているが、3次
元像取得には時間を要し、また、狭窄部の更に先の情報
が得られない。これは現在、無指向性の超音波作成の手
法がないことによる。
は、圧電素子を用いてビーム超音波を発生させて円周方
向に走査することにより画像を獲得していたが、血管断
面の2次元情報しか得られないという問題点があった。
血管の狭窄部の前方に送波して、内視鏡の前方向を可視
化するイメージング手法を用いたレーザブレークダウン
による超音波血管内視鏡システムを提供することを目的
とする。
達成するに、 〔1〕超音波血管内視鏡システムにおいて、体外に設置
されるレーザ発生装置と、このレーザ発生装置から照射
されるレーザを光ファイバを介して導入するとともに、
レンズと誘電体とを有するプローブと、前記誘電体で生
じるレーザブレークダウンを用いた超音波の発生手段
と、前記レーザブレークダウンにより放射される超音波
による血管の狭窄部位からの反射波を受信する前記プロ
ーブ先端に配置する複数のハイドロホンと、この複数の
ハイドロホンからの受信信号から合成開口法により前記
狭窄部位の狭窄形状の画像を作成する手段とを具備する
ことを特徴とする。
テムにおいて、前記誘電体は水、重水、エタノールであ
ることを特徴とする。
テムにおいて、前記水は蒸留水に直径200nmのポリ
スチレン粒子を分散することを特徴とする。
テムにおいて、前記レーザは1064nmのNd:YA
Gレーザであることを特徴とする。
テムにおいて、前記複数のハイドロホンは16から64
個のハイドロホンを前記プローブの同心円上に配置する
ことを特徴とする。
は、指向性の低い超音波を送波し、計測対象からの反射
波を複数の超音波振動子で受信し、開口合成法を用いて
3次元可視化を行うものである。
波超音波としては無指向性の波が好ましく、そのために
は、圧電素子によって生成される超音波ではなく、集光
したレーザが誘電破壊を起こす際に生じる超音波を用い
る。
め、受波感度の高い高分子材料系のハイドロホンを受波
子として用いる。
て図面を参照して詳細に説明する。
クダウンを用いた超音波血管内視鏡システムの模式図で
ある。
1の狭窄部位、11は体外に設置されたレーザ発生装
置、12は光ファイバ、13はそのレーザ発生装置11
から照射されるレーザであり、体外に設置されたレーザ
発生装置11より発生したレーザ13は、光ファイバ1
2を用いて血管1内を通って、所望の部位まで導入され
る。14はそのレーザ13を集光するレンズ、15は集
光されたレーザが作用する誘電体としての水槽であり、
内視鏡の内部に導入されたレーザ13は、内視鏡内に設
置されたレンズ14で、同じく内視鏡内の小さな水槽1
5にて集光される。集光されたレーザは高いエネルギ密
度状態と化し、誘電破壊、つまり、レーザブレークダウ
ン16が引き起こされる。この誘電破壊(レーザブレー
クダウン)16により、光と熱と超音波が発生するが、
このうちの超音波(前方球面波)を距離計測に用いる。
つまり、指向性の低い超音波17を送波し、計測対象と
しての血管1の狭窄部位2からの反射波を複数の超音波
振動子としての高分子製ハイドロホン18で受信し、増
幅器19で増幅した後、3次元可視化装置21で〔受波
信号のみをチェックする場合には、デジタルオシロスコ
ープ(DSO)〕を用いて開口合成法を用いて狭窄部位
2の3次元可視化を行う。なお、20はレンズ14、水
槽15を有する光ファイバ12からなるプローブであ
る。
の水槽15には、ポリスチレン粒子(直径200nm)
を分散させた蒸留水を満たし、レーザ13としては、N
d:YAGレーザを集光させると、集光点付近の媒質を
誘電破壊し、光や超音波を発生させるレーザブレークダ
ウン16が起こる。この時の収束点を絞ることによっ
て、無指向性の球面波の超音波を発現した。この波形は
リンギングが極めて少ない。内視鏡において、体外に設
置したレーザ発生装置11からのレーザを光ファイバ1
2でプローブ20に導入し、レンズ14で同じくプロー
ブ20内の小さな水槽15にて集光させる。集光させた
レーザは高いエネルギー密度と化し誘電破壊を生じ、無
指向性の超音波17を生じる。プローブ20先端には受
信用のハイドロホン18を複数個設置し、エコーを受信
する。各ポイントでのエコーから合成開口法により前方
3次元画像を作成する。血管の診断に威力があり、更に
CCD等の光学的手法が使えない場所での画像取得にも
有用である。
体)15は光ファイバ12からなるプローブ20内に設
置する。誘電体15は水、重水、エタノールである。レ
ーザ集光スポットは10μm以内、好ましくは1μm以
内であり、スポットが小さいほど無指向性の超音波にな
る。レーザ13は、例えば、1064nmのNd:YA
Gレーザであり、プローブ20先端に超音波受信用の複
数のハイドロホン18を設置する。好ましくは16から
64個のハイドロホンをプローブ20の周囲に同心円上
に配置する。そこで、複数のハイドロホン18からの受
信信号から合成開口法により画像を作成する。従ってハ
イドロホン18の数は多いほど好ましい。
4nm、パルス幅6nsであり、繰り返し10Hz、パ
ルスエネルギー最大180mJである。
/2と偏光子はレーザ強度の調整に用いる。水槽15は
蒸留水に直径200nmのポリスチレン粒子を分散す
る。特に、水は1064nmに吸光がないため、熱の発
生を抑えられる。
ロホンを用いる。
音波をPZTニードルハイドロホンを用いて受波し、増
幅した後に、デジタルオシロスコープにて格納する。受
波信号の一例を図2に示す。
るので、図2に示した波形は、PZTニードルハイドロ
ホンおよび増幅器を含めた計測系のインパルス応答と見
なすことができる。図2から分かるように、レーザブレ
ークダウンによる超音波は、0.2μsecの間に拡
張、収縮が一回ずつ生じる単一正弦波である。ところで
球面波が発生すると、それに伴う反射波も指向性がな
い。大きなピークの後に続く波は、セラミクス系の振動
子で生成した超音波に見られるようなリンギングではな
く、水面や水槽の底面等からの反射波である。従って、
この計測系には大きなリンギングは存在しない。
音波を複数の点で計測し、そこから伝播する波面を描画
した。その一例を図3に示す。この図3は、レーザブレ
ークダウン発生から、約35μsec後の音場分布であ
る。
た地点で、各格子の頂点が計測点である。また、格子の
歪みは、各計測点での受波信号の大きさを表している。
これより、波が等方的に伝播している。すなわち、球面
波が発生しているのが確認できた。
音波を用いて画像再構成する場合、図2に示したように
リンギングが極めて少なく、量子化された計測点からの
データはパルス列と見なせる。また、図3に示したよう
に無指向性であるため、データの足し合わせの際に、重
みを考慮する必要がないという特徴を有する。従って、
再構成アルゴリズムによる画像再構成を施した。図4は
その画像再構成の手法の説明図である。
mである6角レンチを選び、水槽の中に配置して、反射
波をPZTニードルハイドロホンを用いて複数点で計測
した。増幅後の波形の一例を、図5に示す。
さくなっているものの、この反射信号は3次元計測の用
途に十分な振幅を持つ。ここで、上述したような単純な
同相加算による画像再構成を施した。計測対象を再構成
した結果を図6に示す。
画像であり、細長い部分が再構成できている。また、図
6(b)は横から見た画像であり、矢印で示した部分が
折れ曲がっている部分である。このように球面波を用い
ると、単純な画像再構成アルゴリズムでも、高画質の結
果を得ることができた。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
を送波するが、これは指向性がないため、前方の広い範
囲を可視化することができ、血管内部の診断に非常に有
用となる。
は、リンギングのないパルス状のものであるため、非常
に高い解像度の画像を再構成することが可能になる。
用いた超音波血管内視鏡システムの模式図である。
波伝搬の様子を示す図である。
る。
再構成結果を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】(a)体外に設置されるレーザ発生装置
と、(b)該レーザ発生装置から照射されるレーザを光
ファイバを介して導入するとともに、レンズと誘電体と
を有するプローブと、(c)前記誘電体で生じるレーザ
ブレークダウンを用いた超音波の発生手段と、(d)前
記レーザブレークダウンにより放射される超音波による
血管の狭窄部位からの反射波を受信する前記プローブ先
端に配置する複数のハイドロホンと、(e)該複数のハ
イドロホンからの受信信号から合成開口法により前記狭
窄部位の狭窄形状の画像を作成する手段とを具備するこ
とを特徴とする超音波血管内視鏡システム。 - 【請求項2】 請求項1記載の超音波内視鏡システムに
おいて、前記誘電体は水、重水、エタノールであること
を特徴とする超音波血管内視鏡システム。 - 【請求項3】 請求項2記載の超音波内視鏡システムに
おいて、前記水は蒸留水に直径200nmのポリスチレ
ン粒子を分散することを特徴とする超音波血管内視鏡シ
ステム。 - 【請求項4】 請求項1記載の超音波内視鏡システムに
おいて、前記レーザは1064nmのNd:YAGレー
ザであることを特徴とする超音波血管内視鏡システム。 - 【請求項5】 請求項1記載の超音波内視鏡システムに
おいて、前記複数のハイドロホンは16から64個のハ
イドロホンを前記プローブの同心円上に配置することを
特徴とする超音波血管内視鏡システム。
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