JP2008272338A - 超音波探触子とこれを用いた超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波振動子と被検体との間で起こる超音波の減衰の影響を、特に特定部位の診断時に抑制することによって、超音波振動子で送受信される超音波信号の感度を向上させ、有益な診断情報入手がより可能となる超音波探触子およびその超音波探触子を用いた超音波診断装置を提供する。
【解決手段】超音波を送受信させるための超音波振動子７と、前記超音波振動子７を前記超音波振動子７の超音波を送受信する方向と平行な方向に可動できる伸縮機構１２を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、診断、治療などの医療分野で利用される超音波探触子、特に超音波振動子を機械的に走査する機能を備えた超音波探触子と、その超音波探触子を用いた超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波探触子を用いて生体に対して超音波の送受信を行なうことにより、生体内の断層画像など診断や治療に有用な情報などを得るものであり、各種医療分野で活用されている。例えば、動脈硬化診断を目的とした頸動脈の超音波診断に用いられる超音波診断装置として、図３に示すような構造のものが提案されている（例えば、特許文献１）。

この超音波診断装置においては、操作者が超音波探触子１を把持し、これを被検体２の頚部体表に当てて、超音波ビームを体内の血管３にむけて放射する。そして、超音波計測部４で血管３から反射された超音波信号を検出して検波出力し、データ解析処理部５で、検波信号に基づいて血管３の特性を解析し、その解析結果を表示装置６に表示する。このように血管３などの特定部位を診断する際には、その診断部位に対して適切な位置に超音波探触子１を配置して、診断に必要な情報を得る必要がある。

一方で、例えば特許文献２に記載されているような圧電振動子が配列した超音波振動子を機械的に走査するメカニカル走査型の超音波探触子が従来知られている。図４は従来知られている超音波探触子主要部の概略図である。メカニカル走査型の超音波探触子１は、その内部に超音波振動子７及びそれを機械的に走査する例えば駆動モータやギア機構などからなる揺動機構８を有する。超音波振動子７は、超音波の送受信面がコンベック形状をなすように複数の圧電振動子（図示せず）が送受信面上に配列された構成を有している。

メカニカル走査型の超音波探触子１においては、一般的に、被検体に当接させて被検体内に超音波を効率よく送受信させるために音響インピーダンスが生体に近い値を有する材料で構成されるウインドウ９が超音波探触子１筐体と連続的に一体化されている。ウインドウ９内には音響伝搬を確保するために例えば水や油のような音響伝搬媒体１０が充填されている。音響伝搬媒体１０内で超音波振動子７が機械走査され、超音波振動子７から送信された超音波は、音響伝搬媒体１０を伝搬した後にウインドウ９を通じて被検体内に送られ、被検体内で反射された超音波は、ウインドウ９を通過した後に音響伝搬媒体１０を伝搬して超音波振動子７に到達する。超音波振動子７で超音波を送受信しながら、揺動機構８により超音波振動子７を音響伝搬媒体１０内で揺動させることで、複数の圧電振動子による電子走査と揺動による機械走査とによる被検体内の任意の位置の断層画像や立体画像を取得することができる。特定部位の診断に際しては、電子走査と機械走査の組み合わせによる３次元空間情報に基づき、診断することができる。
特開２０００−２２９０７８号公報 特公平７−３８８５１号公報

メカニカル走査型の超音波探触子における超音波信号の送受信は、超音波振動子と被検体との間に、常にウインドウと音響伝搬媒体が介在した状態で行われる。ウインドウと音響伝搬媒体は、その材料に超音波の減衰が少ない材料を選択して用いることはできるが減衰がなくなることはない。ウインドウと超音波振動子との距離は機械的に走査する上で必須であり、超音波が超音波振動子７と被検体の間で通過する距離、すなわち、ウインドウの厚みとウインドウと超音波振動子との間の距離に比例して減衰は増える。直接被検体に超音波振動子を接触させた場合と比較して、ウインドウと音響伝搬媒体での減衰の影響により送受信される超音波信号は小さくなってしまう。特に扱う超音波信号の周波数が高くなればなるほど、減衰の影響は大きくなる。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、超音波振動子と被検体との間で起こる超音波の減衰の影響を、特に特定部位の診断時に抑制することによって、超音波振動子で送受信される超音波信号の感度を向上させ、有益な診断情報入手がより可能となる超音波探触子およびその超音波探触子を用いた超音波診断装置を提供するものである。

本発明の超音波探触子は、超音波を送受信させるための超音波振動子と、前記超音波振動子を前記超音波振動子の超音波を送受信する方向と平行な方向に可動できる伸縮機構を有する構成である。

この構成により、超音波振動子で送受信される超音波信号の感度を向上させ、有益な診断情報入手がより可能となる超音波探触子を提供することができる。

また、本発明の超音波探触子は、前記超音波振動子と被検体との間に、被検体に当接するウインドウを有し、前記伸縮機構によって前記超音波振動子と前記ウインドウとの距離を可変できる。

この構成により、超音波振動子で送受信される超音波信号の感度を向上させ、有益な診断情報入手がより可能となる超音波探触子を提供することができる。

また、本発明の超音波探触子は、前記超音波振動子と被検体との間に、被検体に当接するウインドウを有し、前記伸縮機構によって、前記超音波振動子を前記ウインドウに当接させて被検体と密着させることができる。

この構成により、超音波振動子で送受信される超音波信号の感度を向上させ、有益な診断情報入手がより可能となる超音波探触子を提供することができる。

さらに、本発明の超音波探触子は、前記伸縮機構によって、前記超音波振動子を往復運動させることできる。

この構成により、術者の手技や別手段を用いることなく被検体に外力を加えることができ、有益な診断情報入手がより可能となる超音波探触子を提供することができる。

また、本発明の超音波探触子は、前記超音波振動子を、前記超音波振動子の超音波を送受信する方向と平行な方向以外の方向に可動できる揺動機構を有する構成である。

この構成により、３次元走査できると同時に、超音波振動子で送受信される超音波信号の感度を向上させ、有益な診断情報入手がより可能となる超音波探触子を提供することができる。

また、本発明の超音波診断装置は、揺動機構により前記超音波振動子を可動させる診断部位探索動作と、前記診断部位探索動作により探索した診断部位を診断する診断動作とを有し、前記診断動作時に少なくとも、超音波振動子と被検体との間に、被検体に当接するウインドウを有し、前記伸縮機構によって前記超音波振動子と前記ウインドウとの距離を可変できること、または超音波振動子と被検体との間に、被検体に当接するウインドウを有し、前記伸縮機構によって、前記超音波振動子を前記ウインドウに当接させて被検体と密着させること、または前期伸縮機構によって、前記超音波振動子を往復運動させること、のいずれかひとつの超音波探触子の動作を行うことを特徴とする。

この構成により、本発明に係る超音波探触子の長所を活かし、有益な診断情報入手がより可能な超音波診断装置を提供することができる。

本発明に係る超音波探触子は、超音波を送受信させるための超音波振動子と、前記超音波振動子を前記超音波振動子の超音波を送受信する方向と平行な方向に可動できる伸縮機構を有することにより、超音波振動子で送受信される超音波信号の感度を向上させ、有益な診断情報入手がより可能となる超音波探触子およびその超音波探触子を用いた超音波診断装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る超音波探触子について、図面を用いて説明する。

＜第一の実施の形態＞
本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子主要部の概略断面図を図１に示す。図１において、超音波探触子１は、被検体と当接させるために、被検体である生体と音響インピーダンス値が近い値の材料で構成されたウインドウ９を有する。ウインドウ９内には、超音波振動子７が格納されるとともに、超音波を伝搬させるための例えば水や油などからなる音響伝搬媒体１０が充填されている。

超音波振動子７は、超音波の送受信面がコンベックス形状となるよう配列された複数の圧電振動子（図示せず）で構成され、被検体に対して超音波を送信あるいは受信する。揺動機構８は、例えば駆動モータやギア機構などから成り、超音波振動子７の超音波の送受信面の反対側に設けられた回転軸１１を回転中心に超音波振動子７を揺動運動させることで、超音波振動子７を機械的に走査する。

伸縮機構１２は、例えば圧電アクチュエータなどからなり、超音波振動子７の超音波の送受信面とウインドウ９との間の距離を可変することができる。この構成による動作を以下説明する。超音波振動子７を揺動走査させて３次元情報を取得する場合は、図１（ａ）のように、ウインドウ９と超音波振動子７が接触しないように、伸縮機構１２は縮んだ状態でウインドウ９と超音波振動子７との間に必要な距離を確保しながら揺動走査する。

３次元情報を取得して診断したい部位を特定した場合、揺動機構８により診断したい部位に超音波振動子７を配置した後、図１（ｂ）のようにウインドウ９と超音波振動子７の間の距離をできる限り近づけて、超音波の送信および受信を行う。ウインドウ９と超音波振動子７の間の距離を近づけることで、その間に介在する音響伝搬媒体１０による減衰の影響を小さくすることができるため、超音波の送信感度及び受信感度を向上させることができる。

さらに、ウインドウ９の材質が十分に柔軟であり変形可能である場合には、伸縮機構１２によって超音波振動子７をウインドウ９に密着させてさらに被検体に押し付けるよう加圧することで、ウインドウ９と超音波振動子７間の距離をなくし、ウインドウ９と被検体との密着度合いを向上させることができ、さらに超音波の送信感度及び受信感度を向上させることができる。

さらに、被検体の体表面から加振等外力を加えた状態で超音波の送受信を行い、時間差で受信される超音波信号の相関演算を利用して歪みを算出して、硬さ柔らかさといった弾性特性を診断情報として用いるような場合には、伸縮機構１２によって超音波振動子をウインドウ９に密着させ被検体に押し付けた状態から、被検体体表面に垂直な方向に往復運動させることで外力を加えることができ、外力を与えるために、術者自らが手技により超音波探触子１を動かしたり、別の手段で外力を加えたりすることなく、弾性特性を診断情報として得ることができる。

なお、図１で用いている超音波振動子７は、圧電振動子がコンベックス形状に配列したものであったが、平坦なリニア形状に配列してあったものであっても良く、圧電振動子の配列形態が変わっても本発明を逸脱するものではない。その際には、ウインドウ９の形状も圧電振動子の配列形態に合わせる必要がある。

また、図１では、回転軸を回転中心とする扇形の揺動走査の場合について説明したが、例えば平坦なリニア形状に配列した圧電振動子を有する超音波振動子７をスライダによって平行走査する場合であっても、同じく平坦なリニア形状に配列した圧電振動子を有する超音波振動子７を、超音波の送受信方向に平行な方向に回転軸を設けて回転走査するような場合であっても良く、走査形態が変わっても本発明を逸脱するものではない。

＜第二の実施の形態＞
次に、本発明に係る超音波診断装置の一例を示す概略図を図２に示す。

図２に示す超音波診断装置は、超音波診断装置本体１３と、これと電気的に接続された超音波探触子１とを備えており、超音波探触子１は、第一の実施の形態に係る超音波探触子の構成を備えている。

上述した構成の超音波診断装置の動作について説明する。まず、操作者が、超音波探触子１の超音波送受信面を被検体２の体表面に当てる。この状態で、まず操作卓１４より例えば３Ｄ走査ボタン（図示せず）を押すなどして、３次元情報を取得する診断部位探索動作を選択実行することで、超音波振動子７が揺動して３次元情報を取得できる。このとき、超音波探触子１には、超音波振動子７の位置情報を取得できる例えばエンコーダ（図示せず）などを備えておき、取得した断層画像とそのときの超音波振動子７の位置情報を確保しておく。

３次元情報を取得する診断部位探索動作時には、超音波探触子１内の伸縮機構１２は縮んだ状態で保持され、ウインドウ９と超音波振動子７との間に必要な距離が確保される。取得した３次元情報は、複数の断層画像によって表示装置６で操作者が確認し診断部位を特定する。診断したい部位に相当する断層画像を操作者が選択し、例えば弾性特性の診断など所望の診断モードを例えば、操作卓１４上の各種診断モードボタン（図示せず）を押すなどして選択し、診断動作を実行する。診断モード選択に伴い、揺動機構８によって、診断したい部位に相当する断層画像が取得された位置に超音波振動子７が配置され、伸縮機構１２によって、超音波振動子７とウインドウ９との距離を出来る限り近づける、あるいは超音波振動子７をウインドウ９に密着加圧する、あるいは超音波振動子７をウインドウ９に密着させ被検体２に押し付けた状態から、被検体２体表面に垂直な方向に往復運動させるなど、所望の動作をさせて超音波を送受信し、特定診断部位の診断を行う。

以上の動作によって、特定部位の診断時に、音響伝搬媒体１０による減衰の影響を少なくして超音波の送信感度あるいは受信感度を向上させた状態を実現できるため、断層画像であれば高い画質の断層画像を使った正確な診断することができる。また、操作者の手技や別手段を用いることなく体表面に外力を与えることができ、弾性特性を有益な診断情報として診断可能である。

以上のように、本発明に係る超音波探触子は、超音波を送受信させるための超音波振動子と、前記超音波振動子を前記超音波振動子の超音波を送受信する方向と平行な方向に可動できる伸縮機構を有することにより、超音波振動子で送受信される超音波信号の感度を向上させ、有益な診断情報入手がより可能となる超音波探触子およびその超音波探触子を用いた超音波診断装置を提供することができ、診断、治療などの医療分野に有用である。

本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子主要部の概略図 本発明の第二の実施の形態に係る超音波診断装置の一例を示す概略図 従来の超音波診断装置の概略図 従来のメカニカル走査型の超音波探触子主要部の概略図

符号の説明

１ 超音波探触子
２ 被検体
３ 血管
４ 超音波計測部
５ データ解析処理部
６ 表示装置
７ 超音波振動子
８ 揺動機構
９ ウインドウ
１０ 音響伝搬媒体
１１ 回転軸
１２ 伸縮機構
１３ 超音波診断装置本体
１４ 操作卓

Claims (6)

1. 超音波を送受信させるための超音波振動子と、前記超音波振動子を前記超音波振動子の超音波を送受信する方向と平行な方向に可動できる伸縮機構を有することを特徴とする超音波探触子。
2. 前記超音波振動子と被検体との間に、被検体に当接するウインドウを有し、前記伸縮機構によって前記超音波振動子と前記ウインドウとの距離を可変できることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記超音波振動子と被検体との間に、被検体に当接するウインドウを有し、前記伸縮機構によって、前記超音波振動子を前記ウインドウに当接させて被検体と密着させることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
4. 前記伸縮機構によって、前記超音波振動子を往復運動させることを特徴とする請求項３に記載の超音波探触子。
5. 前記超音波振動子を、前記超音波振動子の超音波を送受信する方向と平行な方向以外の方向に可動できる揺動機構を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波探触子。
6. 前記揺動機構により前記超音波振動子を可動させる診断部位探索動作と、前記診断部位探索動作により探索した診断部位を診断する診断動作とを有し、
   前記診断動作時に少なくとも、
   超音波振動子と被検体との間に、被検体に当接するウインドウを有し、前記伸縮機構によって前記超音波振動子と前記ウインドウとの距離を可変できること、
   または超音波振動子と被検体との間に、被検体に当接するウインドウを有し、前記伸縮機構によって、前記超音波振動子を前記ウインドウに当接させて被検体と密着させること、または前期伸縮機構によって、前記超音波振動子を往復運動させること、
   のいずれかひとつの超音波探触子の動作を行うことを特徴とする超音波診断装置。

Images