JP2002500059A - 高周波数超音波プローブにより人間または動物の原組織を検査およびディスプレイする方法 - Google Patents

高周波数超音波プローブにより人間または動物の原組織を検査およびディスプレイする方法

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ジュヌヴィエーヴ ベルジェ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 きわめて優れた空間解像度と、眼球の前方および後方区域をカバーする検査範囲とを同時に満たす。 【解決手段】 人間または動物の原組織を検査およびディスプレイする方法である。組織構造の正面でコンピュータ３により特に制御される三次元位置決めシステムを介して制御ヘッドにより支持される超音波プローブを位置決めし、高周波数超音波（約５０ＭＨｚ）の集束波ビームを発生するようにプローブを制御し、これらビームが、２０〜３０ｍｍの侵入距離に応じて組織構造の所定ゾーンのレベルに集束され、組織構造により反射される信号をコンピュータ３により並行して収集することによって、コンピュータ３により制御される位置決めシステム２により組織構造の走査を実施し、情報再生を改善すると共に医者による解釈を容易にするように、走査して送られてきたデータについての各種信号処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、超音波エコグラフィーの技術を利用した人間または動物の原組織構
造、特に眼球、なかでも後方区域（硝子体、脈絡膜および網膜により覆われた眼
球の後壁、角膜斑）および前方区域（角膜、前眼房、虹彩、水晶体）の構造の検
査およびディスプレイを行う方法に関する。本発明はまた、この検査および、こ
うした２Ｄまたは３Ｄディスプレイを実施可能な装置および超音波プローブに関
する。
【０００２】 超音波特殊映像化、特に医療用エコグラフィーでは、解像度と侵入深度との妥
協により、周波数を選択しなければならない。実際、周波数に伴って超音波の減
衰が増えるので、超音波の侵入深度は、周波数が低ければ低いほど深くなる。反
対に、画像解像度は、周波数が減ると減少する。
【０００３】 エコグラフィーによる目の構造の検査方法は、特にフランス特許第２６２０３
２７号に記載されている。この方法は、約１０ＭＨｚの低周波数で動作し、眼球
の寸法（約２３〜２５ｍｍ）にほぼ等しい深度に焦点を合わせたプローブを用い
る。こうした方法は、目の後方区域では、ミリメートル単位の空間解像度での断
面画像化を達成し、また、目の前方区域の全体を非常に大まかに検査することが
できる。
【０００４】 低周波数エコグラフィーの主な欠点は、こうした低周波数では解像度が低い（
６００〜７００μｍ）ことにある。低周波数では、特に脈絡膜領域の位置で、網
膜や、目の後壁の他の層（脈絡膜および強膜）を細かく分析することができない
。
【０００５】 側面および軸方向の解像度を上げるために、短い焦点距離（約４〜８ｍｍ）で
約５０〜１００ＭＨｚの高周波超音波プローブを用いる検査ディスプレイ方法（
米国特許第５５５１４３２号およびＣ．Ｊ．ＰＡＶＬＩＮ、Ｍ．Ｄ．ＳＨＥＲＡ
Ｒ、Ｆ．Ｓ．ＦＯＳＴＥＲ：Ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔａｃｔ ｅｙｅ
、Ｏｐｈｔａｌｍｏｌｏｇｙ ９７：２４４、１９９０年）がある。この方法に
より、解像度５０μｍで目の前方区域の深度約５ｍｍの構造、すなわち前方区域
にきわめて近い周辺網膜の構造を検査することができる。
【０００６】 従って、結論として、高周波数は、前方区域と周辺網膜の検査に限って用いら
れていることが分かるが、一方で、深部構造（後方空域）を検査するには、もっ
とずっと低い周波数を使わなければならない。これは、数百ミクロンのごくわず
かな空間解像度しか提供しない。
【０００７】 本発明は、きわめて優れた空間解像度と、眼球の前方および後方区域をカバー
する検査範囲とを同時に満たす高周波超音波プローブを使った検査およびディス
プレイ方法を提供し、既知である従来の方法の欠点を解消することを目的とする
。
【０００８】 このため、人間または動物の原組織の検査およびディスプレイ方法は、前記組
織構造の正面で、特にコンピュータにより制御される三次元位置決めシステムを
介して制御ヘッドにより支持される超音波プローブを位置決めし、高周波数超音
波の集束波ビームを発生するようにプローブを制御し、これらの集束波が、組織
構造の所定ゾーンの領域において集束され、コンピュータにより制御される位置
決めシステムにより組織構造の走査を実施するとともに、組織構造により反射さ
れる信号をコンピュータにより並行して収集し、情報再生を改善するとともに医
者による解釈を容易にするように、走査データについての各種信号処理を行うこ
とを特徴とするものである。
【０００９】 本発明の他の有利な特徴によれば、検査される組織により反射される周波数に
適合した広周波帯域で３０〜１００ＭＨｚの範囲に公称周波数が含まれる集束波
ビームを発生するように、プローブを使用する。
【００１０】 本発明の有利な別の特徴によれば、集束波ビームは、２０〜３０ｍｍの垂直侵
入距離の間で集束する。
【００１１】 本発明の他の特徴および長所は、添付図面に関してなされた下記説明から明ら
かになるであろう。添付図は、少しも限定的ではない本発明の実施例を示してい
る。
【００１２】 本発明の実施を可能にする装置を第１図に概略的に示した、本発明が対象とす
る方法の好適な実施形態によれば、この装置は、３次元Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に移動で
き、３次元のうちの少なくとも一方向において固定することができる連結ヘッド
に取り付けられる超音波プローブ１を備えている。この連結ヘッドは、特に検査
すべき媒体に垂直な方向において、コンピュータ３により制御される位置制御シ
ステム２により制御される。
【００１３】 超音波プローブ１は主に変換器、特にＰＶＤＦ（ポリ２フッ化ビニリデン）か
らなる、から構成されて広周波帯域の超音波集束波ビームを発生する。これらの
集束波は、球形または線形のプロファイルをとることができる。
【００１４】 つぎに、第２図を参照すると、特に網膜レベルで集束波の伝播を劣化しない結
合手段６に、後方区域の検査のために予め入れられた眼球５が示されている。ま
た、毛様体輪７に位置するプローブ１は、水晶体８により超音波ビームが吸収さ
れないようにする（水晶体はさらに、眼球５における前方区域１０と後方区域９
とを画定する）。このプローブ１は、３０〜１００ＭＨｚという広周波域の公称
周波数範囲で変化する超音波ビーム、焦点距離、２０〜３０ｍｍ、好適には２５
ｍｍに焦点を合わせた５０〜１５μｍに及ぶ波長のビームを放出する。これは実
際には、眼球の平均深度の焦点に対応する。
【００１５】 たとえば公称周波数５０ＭＨｚのプローブの場合、焦点距離でそれぞれ２２０
μｍと７０μｍの側面および軸方向の解像度が得られる。
【００１６】 受信システムの周波帯域は、構造によって反射される周波数に適合し、この周
波数は、通過環境による減衰のために、送信される周波数よりも低い。
【００１７】 前方区域を検査するには（第３図参照）、この同じプローブ１を、後方区域と
同じ制御条件で、実際には前述の焦点距離に対応する距離だけ垂直軸（軸Ｚ）か
らオフセットした位置で用いる。
【００１８】 別の実施形態によれば、特に垂直侵入軸による焦点距離は、機械的な位置制御
２によってではなく、電子またはデジタル装置によって補正される。この装置は
、適切な制御手段によりプローブを制御して、プローブの焦点ゾーンを補正し、
それによって、目の前方区域および後方区域の適切な解像度の画像を同時に得る
ことができる。電子またはデジタル制御方法によって構成されたこのような動的
集束プローブは、円形状をなすマルチエレメントプローブから構成され、平面ま
たは球状凹面に規則正しく配置された複数の環状同心変換器からなる（第４ａ図
参照）。これらの変換器は、互いに独立しており、時間的にオフセットしたパル
スにより送信時および受信時に個々に制御される（第４ｂ図参照。この図は、複
数のリング間の送信時に位相シフト−時間の遅延−を導入することによって得ら
れた動的な集束を示す）。
【００１９】 送信時、発生波の立ち上がりは集束し、その曲率は、検査される組織とプロー
ブとの間の距離に応じて補正される。周辺リングからの送信が最初に行われ、中
央リングの励起は最も遅い。かくして、プローブの軸に沿って焦点距離を変える
ことができ、従って、様々な変換器の間に導入される位相シフト、すなわち時間
の遅延によって、この焦点距離が決定される。動的集束の同じ原理が受信時にも
使用される。すなわち、電子的な遅延が、この瞬間にプローブに到達するエコー
の深度に適合される。このようにして、側面解像度をそれほど劣化させずに場の
深度を増すことができる。
【００２０】 各構成要素（デジタイザ１１、コンピュータ３、制御電子装置２、送信機／受
信機４、．．．）により構成される測定装置の周波帯域は、目の前方区域から送
られる信号および／または後方区域から送られる信号の処理および分析に適合し
、検査される組織により後方散乱される信号を処理することができる。このよう
にして、後方散乱された超音波信号は増幅され、次いで、デジタイザ１１により
所定のサンプリング周波数（特に、８ビットで約４００ＭＨｚ）に デジタル化
される。
【００２１】 コンピュータは、ステッピングまたは直流モータを制御し、ＸとＹの所定のピ
ッチに沿ってプローブを移動させてサンプル上を超音波ビームが走査するように
する。また、弓形走査を可能にするプローブの支持ヘッドを用いて他の測定ポイ
ントまたはピッチＲ、Ωに沿った測定を可能にする。
【００２２】 生体内での測定および検査の場合、目の軌道上における目の厄介な移動を免れ
るように、信号をリアルタイムで処理し、きわめて高速かつ高精度のプローブ移
動システムを配置しなければならない。
【００２３】 他の特徴によれば、コンピュータは、画像および無線周波数信号処理モジュー
ルを備える。このモジュールは、２Ｄおよび／または３Ｄの生体計測学と組織の
特徴付けという、二つの定量アプローチを可能にするプログラミングソフトウェ
アを含む。
【００２４】 エコグラフィー信号は、Ａスキャン線として、またはＢスキャンタイプの２Ｄ
画像としてリアルタイムで示すことができる。Ｂスキャン画像は、超音波の伝播
方向に平行な複数面における断面をディスプレイ可能である（第７図および第８
図参照）。同様にＣスキャンタイプの２Ｄ画像も、超音波伝播方向に垂直な面で
断面をディスプレイするために計算可能である。Ｃスキャンは、眼球全体の異な
る深度の断面を示すことができる。
【００２５】 ３Ｄ画像の計算および再構成は、処理する超音波データにプログラムされた特
定の数学的な関数を用いて行われる。
【００２６】 かくして、検査される組織における超音波の伝播速度を知ることによって、こ
れらの構造の形態学的な諸特徴、特に厚さおよび／または体積を決定することが
できる。
【００２７】 無線周波数信号の処理ソフトウェアは、デジタル化および記録された後方散乱
信号の周波数分析をすることにより、組織の特徴付けのための定量超音波パラメ
ータを計算することができる。これらのパラメータは特に、減衰率（ｄＢ／ｃｍ
．ＭＨｚ、デシベル／ｃｍ．メガヘルツ）、減衰積分率（ｄＢ／ｃｍ）、後方拡
散率（ｄＢ／ｃｍ．ＭＨｚ）、および後方散乱積分率（ｄＢ／ｃｍ）である。
【００２８】 パラメータは、局部的な見積もりが可能であり、その値は画像として示すこと
ができる（助変数画像）。
【００２９】 もちろん、無線周波数信号および画像を処理するために、形態学的および／ま
たは組織的な定量情報を提供し、目の構造を特徴づけることができるアルゴリズ
ムを追加することもできる。
【００３０】 この検査方法によって、眼球レベルならびに前方区域および後方区域の領域で
得られる画像の解像度は、従来のエコグラフィーで得られる解像度の少なくとも
２〜３倍の率に改善され、特に、従来の光学検査手段（生物顕微鏡、血管造営法
）を用いた場合のように、検査環境の透明度による制限を受けない。従来の工学
検査手段の精度は、白内障および出血があるために損なわれることがある。
【００３１】 たとえば、第７図は、人間の目（実験室内）の脈絡膜の組織学的な画像と、エ
コグラフィー画像との類似性を示しており、第８図は、ウサギの目の前方区域の
画像を示している。
【００３２】 上記のような方法およびその実施装置は、眼科学での応用に限られるものでは
なく、婦人科学および産科学、胃腸病学、および心臓血管テストと腹腔鏡検査に
よる領域、あるいは皮膚科学、また一般的には検査信号を反射するあらゆる環境
に適用される。
【００３３】 特に、皮膚科学の領域では、本発明が対象とする検査ディスプレイ方法により
、皮膚を形成する組織の様々な厚みを検査できる。かくして、たとえば信号処理
を実施することにより、皮膚の保湿度を規定し、組織の治療を判断し、腫瘍の位
置を突き止めて検査し、さらに一般的には、皮膚科学で通常遭遇する多数の病理
学にアクセスすることができる。
【００３４】 集束波ビームの焦点または集束ゾーンは、数十ミリメートル〜数ミリメートル
に及ぶ範囲で調整され、使用される波長範囲は３０〜１００ＭＨｚである。
【００３５】 もちろん、本発明は、記載および図示された実施例に制限されるものではなく
、あらゆる変形実施形態を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が対象とする方法を実施可能な装置のブロック図である。
【図２】 眼球の後方区域の検査において本発明の方法の使用を示す図である。
【図３】 眼球の前方区域の検査のおいて本発明の方法の使用を示す図である。
【図４】 ４ａは、焦点を電子的に補正可能な環状網からなる超音波プローブの
実施形態の正面図であり、４ｂは、環状網を構成する様々なリング間の送信また
は受信時の位相シフトをもたらす同じ超音波プローブの側面図である。
【図５】 動的集束プローブを用いた眼球の前方区域の検査における本発明の方
法の使用を示す図である。
【図６】 動的集束プローブを用いた眼球の後方区域の検査における本発明の方
法の使用を示す図である。
【図７】 肉眼で見える組織像（右部分）と、本発明の方法による像（左部分）
とによって得られた、実験室内の人間の眼球の脈絡膜断面図の比較を示す図であ
り、Ｐは、網膜のひだ、Ｒは網膜、Ｓは強膜、Ｖは硝子体を示す。
【図８】 本発明の方法によりウサギの目の前方区域から得られた画像を示す図
であり、Ｃは角膜、Ｉは虹彩、Ｓは強膜、Ｃｒは水晶体の前面を示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年３月２０日（２０００．３．２０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１０】 コンピュータ（３）は、ステッピングモータを制御し、２ 方向走査を可能にするプローブの支持ヘッドを用いることにより、ピッチ（Ｘ、 Ｙ、Ｚ）に応じたプローブ（１）の移動と、組織構造の上の超音波ビームの走査 とを行う ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年５月２９日（２０００．５．２９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】 超音波特殊映像、特に医療エコグラフィーでは、解像度と侵入深度との妥協に
より、周波数を選択しなければならない。実際、周波数に伴って超音波の減衰が
増えるので、超音波の侵入深度は、周波数が低ければ低いほど深くなる。反対に
、画像解像度は、周波数が減ると減少する。ところで、人間の組織の検査ディス プレイ方法は、米国特許Ａ−５１７８１４８号から知られており、この方法によ り制御されるプローブが送る信号を用いて、腫瘍または腫れの体積を決定するこ とができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】 このため、人間または動物の原組織の検査ディスプレイ方法は、前記組織構造
の正面でコンピュータにより特に制御される三次元位置決めシステムを介して制
御ヘッドにより支持される超音波プローブを位置決めし、検査される構造により 反射される周波数に適合し、広周波帯域で３０〜１００ＭＨｚの範囲に公称周波 数が含まれる、高周波数超音波の集束波ビームを発生するようにプローブを制御 し、 コンピュータにより制御される位置決めシステムにより組織構造の走査を実
施するとともに、組織構造により反射される信号をコンピュータにより並行して
収集し、情報再生を改善すると共に医者による解釈を容易にするように、走査か
ら送られるデータについての各種信号処理を実施することからなることを特徴と
するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4C301 DD26 DD30 EE01

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 人間または動物の原組織を検査およびディスプレイする方法で
    あって、 前記組織構造の正面で、特にコンピュータにより制御される三次元位置決めシ
    ステムを介して、制御ヘッドにより支持される超音波プローブを位置決めし、 高周波数超音波集束ビームを発生するようにプローブを制御し、これらの集束
    波が、組織構造の所定域に集束され、 コンピュータによって制御される位置決めシステムによって組織構造が走査さ
    れ、コンピュータによって組織構造により反射される信号が並行して収集され、 情報再生を改善すると共に医者による解釈を容易にするように、送られてきた
    走査データについての各種信号処理を行うことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 検査される組織によって反射される信号の周波数に適合した広
    周波帯域で３０〜１００ＭＨｚの範囲に公称周波数が含まれる集束波ビームを発
    生するように、プローブを用いることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 集束波は、２０〜３０ｍｍの垂直侵入距離に応じて集束するこ
    とを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 眼球の後方区域の検査に適用されることを特徴とする請求項１
    〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 眼球の前方区域の検査に適用されることを特徴とする請求項１
    〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 人間の眼球の検査に適用されることを特徴とする請求項１〜５
    のいずれか一項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 婦人科学および産科学、胃腸病学、および心臓血管テストと腹
    腔鏡検査による領域、あるいは皮膚科学、また一般的には検査信号を反射するあ
    らゆる環境に適用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の
    方法。
  8. 【請求項８】 特に検査環境に垂直な方向に、場合によってコンピュータ（３
    ）により制御され、三次元方向に移動する連結ヘッドに取り付けられる超音波プ
    ローブ（１）を有し、このプローブ（１）が、送信機／受信機（４）により制御
    される変換器を有し、結合手段（６）を介して走査および検査すべき組織構造に
    向かって、広帯域の超音波集束波ビームを発生、集束するとともに、組織構造に
    より反射される信号を受信し、後日の解釈のために特にコンピュータ（３）によ
    り処理することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法を実施す
    るための装置。
  9. 【請求項９】 超音波（１）の集束距離は、前記プローブの焦点を調整するた
    めに、適切にプローブを制御する電子またはデジタル装置により補正されること
    を特徴とする請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 超音波プローブ（１）の集束距離は、位置制御システム（２
    ）により機械的に補正されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 弓形走査が可能であるプローブの支持ヘッドを用い、コンピ
    ュータ（３）が、ステッピングモータを制御し、ピッチＲ、Ωに応じたプローブ
    （１）の移動と組織構造の上の超音波ビームの走査とを行うことを特徴とする請
    求項８に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 ２方向走査が可能であるプローブ支持ヘッドを用い、コンピ
    ュータ（３）が、ステッピングモータを制御してピッチＸ、Ｙ、Ｚに応じたプロ
    ーブ（１）の移動と組織構造の上の超音波ビームの走査とを行うことを特徴とす
    る請求項８に記載の装置。
JP2000527189A 1998-01-12 1999-01-12 高周波数超音波プローブにより人間または動物の原組織を検査およびディスプレイする方法 Pending JP2002500059A (ja)

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FR9800209A FR2773459B1 (fr) 1998-01-12 1998-01-12 Procede d'exploration et de visualisation de tissus d'origine humaine ou animale a partir d'une sonde ultrasonore a haute frequence
PCT/FR1999/000040 WO1999034733A1 (fr) 1998-01-12 1999-01-12 Procede d'exploration et de visualisation de tissus d'origine humaine ou animale a partir d'une sonde ultrasonore a haute frequence

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