JP2010099467A - 体腔用超音波プローブ及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波ガイド下穿刺術において、穿刺針の刺入経路のうち超音波画像によって視認できないブラインド領域を従来に比して小さくすることができる体腔用超音波プローブ及び超音波診断装置を提供すること。
【解決手段】被検体Ｐを超音波で走査する体腔内プローブ２０において、プローブ本体２１と、前記プローブ本体２１に配設され、前記被検体Ｐに超音波を送信するとともに、当該被検体Ｐからのエコー信号を受信する、複数の圧電素子２３１ａで構成されるリニアアレイ２３１及び複数の圧電素子２３２ａで構成されるコンベックスアレイ２３２とを具備し、前記リニアアレイ２３１及びコンベックスアレイ２３２は、互いに異なるアレイ形状を持ち、それぞれのアレイ面が同じ平面内に含まれる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、被検体を超音波で走査して、被検体に関する超音波画像を取得する体腔用超音波プローブ及び超音波画像装置に関する。

近年、超音波画像で被検体の内部を確認しながら、腫瘍などの病変部に対して針を穿刺する超音波ガイド下穿刺術が開発された。超音波ガイド下穿刺術では、超音波画像に針と病変部がリアルタイムで表示されるため、穿刺の正確性や安全性が飛躍的に高まった。

ところで、病変部の位置によっては、直腸、膣、食道などの体腔内に超音波プローブを挿入して、体腔内から病変部を確認しながら、体腔内から針を穿刺することがある。そのため、体腔内に挿入することができるいわゆる体腔用プローブと呼ばれる超音波プローブが必要となる（例えば特許文献１参照）。

体腔用プローブは、体腔内に挿入される棒状のプローブ本体と、プローブ本体に配設される振動子アレイとで構成されるものである。体腔用プローブには、振動子アレイの種類と配置によって種々のタイプが存在する。例えば、プローブ本体の側面にリニアアレイが配置されたタイプ、プローブ本体の先端にコンベックスアレイが配置されたタイプ、その両方を組み合わせることで互いに交差する断面を走査可能とするタイプ（バイプレーンプローブ）などである。リニアアレイの代わりに、コンベックスアレイが使用されることもある。

特開平１１−７６２４２号公報

しかしながら、従来の体腔用プローブを用いた穿刺術においては、例えば次のような問題がある。すなわち、プローブ本体の側面又は先端にのみ超音波振動子が配列
された従来の体腔用プローブでは、側面側の所定領域、又は先端側の所定領域のいずれか一方しか映像化することができない。また、バイプレーンプローブであっても、側面に配置された振動子アレイと先端に配置された振動子アレイとを同時に駆動することはできず、側面側の所定領域、又は先端側の所定領域のいずれか一方しか映像化することができない。このため、穿刺針の刺入経路のうち超音波画像によって視認できない領域（穿刺針の刺入経路のうち超音波画像によって映像化されない領域）以下「ブラインド領域」と呼ぶ。）が大きくなってしまう。ブラインド領域に血管などが存在すると、穿刺針の刺入の妨げとなり、超音波ガイド下穿刺術が円滑に行われない場合がある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、超音波ガイド下穿刺術において、穿刺針の刺入経路のうち超音波画像によって視認できないブラインド領域を従来に比して小さくすることができる体腔用超音波プローブ及び超音波診断装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。

請求項１に記載の発明は、被検体の体腔内に挿入される実質的に円筒形の挿入部と、前記挿入部の側面から先端に亘って連続的に配列され、前記挿入部の側面から先端に亘って連続する二次元領域又は三次元領域を被超音波走査領域とする複数の超音波振動子と、を具備する体腔用超音波プローブである。

請求項１０に記載の発明は、被検体の体腔内に挿入される実質的に円筒形の挿入部と、前記挿入部の側面から先端に亘って連続的に配列され、前記挿入部の側面から先端に亘って連続する二次元領域又は三次元領域を被超音波走査領域とする複数の超音波振動子と、を有する体腔用超音波プローブと、前記複数の超音波振動子を介して前記被超音波走査領域に超音波を送信し、前記複数の超音波振動子を介して前記被超音波走査領域からの反射波を受信することでエコー信号を取得する超音波送受信ユニットと、前記エコー信号を用いて、前記被超音波走査領域に関する超音波画像を生成する画像生成ユニットと、前記被超音波走査領域に関する超音波画像を表示する表示ユニットと、を具備する超音波診断装置である。

以上本発明によれば、超音波ガイド下穿刺術において、穿刺針の刺入経路のうち超音波画像によって視認できないブラインド領域を従来に比して小さくすることができる体腔用超音波プローブ及び超音波診断装置を実現することができる。

図１は、本発明の実施形態における超音波診断装置の斜視図。 図２は、本発明の実施形態における制御装置の概略図。 図３は、本発明の実施形態における体腔用プローブの概略図。 図４は、本発明の同実施形態におけるプローブ本体の斜視図。 図５は、本発明の実施形態における体腔用プローブによって形成される送受信域の概略図。 図６は、本発明の実施形態における体腔用プローブによって実施された超音波ガイド下穿刺術の様子を説明する概略図。 図７は、本発明の実施形態における針が病変部に到達したときの超音波画像の概略図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は第１の実施形態における超音波診断装置の斜視図である。
図１に示すように、超音波診断装置は、超音波を利用して被検体Ｐの内部状態を超音波画像Ｉとして提供するものであって、装置本体１０、体腔用プローブ（超音波プローブ）２０、モニタ３０で構成されている。装置本体１０は、キャスタによって移動可能に構成されていて、その内部には種々の制御や処理などを実行する制御装置１１が搭載されている。

図２は同実施形態における制御装置１１の概略図である。
図２に示すように、制御装置１１は、送受信部（遅延手段）１１ａと画像生成部（画像生成手段）１１ｂを具備している。送受信部１１ａは、体腔用プローブ２０に超音波の送信やエコー信号の受信を実行させるほか、必要に応じて超音波の送信及びエコー信号の受信を遅延制御する。画像生成部１１ｂは、送受信部１１ａからのエコー信号に基づき、超音波画像Ｉを生成するする。

図３は同実施形態における体腔用プローブ２０の概略図である。
図３に示すように、体腔用プローブ２０は、直腸、膣、食道などの体腔Ｃ内に挿入されるプローブ本体２１と、操作者によって把持される把持部２２とで構成される。

図４は同実施形態におけるプローブ本体２１の斜視図である。
図４に示すように、プローブ本体２１は、細い丸棒型をしていて、その先端には生体の損傷を防止するための半球部２１ａが形成されている。プローブ本体２１は、被検体Ｐに超音波を送受信するための振動子アレイ２３を具備している。

振動子アレイ２３は、いわゆる１Ｄアレイであって、プローブ本体２１の側面に配設されるリニアアレイ２３１と、プローブ本体２１の先端に配設されるコンベックスアレイ２３２とで構成されている。なお、リニアアレイ２３１の代わりに、曲率が非常に小さいコンベックスアレイが使用されることもある。

リニアアレイ２３１は、プローブ本体２１の軸心に沿って並べられた複数の圧電素子２３１ａで構成される。なお、圧電素子２３１ａの素子間隔は約１５０μｍである。コンベックスアレイ２３２は、プローブ本体２１の半球部２１ａに沿って並べられた複数の圧電素子２３２ａで構成される。なお、圧電素子２３２ａの素子間隔は約１００μｍである。

リニアアレイ２３１に含まれる圧電素子２３１ａと、コンベックスアレイ２３２に含まれる圧電素子２３２ａは、全て同一平面内に並べられている。したがって、リニアアレイ２３１とコンベックスアレイ２３２は、被検体Ｐにおける同一平面を超音波で走査することが可能である。

リニアアレイ２３１とコンベックスアレイ２３２は、互いに近接されている。これにより、リニアアレイ２３１及びコンベックスアレイ２３２に含まれる全ての圧電素子２３１ａ、２３２ａは、リニアアレイ２３１からコンベックスアレイ２３２にかけて連続的に配置されている。

なお、図３、図４には図示していないが、体腔用プローブ２０は、刺入方向を所定の経路に誘導しながら穿刺針を支持するための支持ユニットを有している。この支持ユニットは、リニアアレイ２３１及びコンベックスアレイ２３２による超音波走査によって形成される超音波走査面内に穿刺針の経路が含まれるように、穿刺針を支持する。

（ビームの発生）
図５は同実施形態における体腔用プローブ２０によって形成される送受信域Ｒの概略図である。なお、図５において、点線、一点鎖線、二点鎖線は、それぞれビームを表現している。

図５に示すように、体腔用プローブ２０は、リニアアレイ２３１の正面からコンベックスアレイ２３２の正面にかけて送受信域Ｒを形成する。送受信域Ｒは、リニアアレイ２３１に含まれる圧電素子２３１ａによって形成される第１の領域（Ａ）と、リニアアレイ２３１に含まれる圧電素子２３１ａ及びコンベックスアレイ２３２に含まれる圧電素子２３２ａによって形成される第２の領域（Ｂ）と、コンベックスアレイ２３２に含まれる圧電素子２３２ａによって形成される第３の領域（Ｃ）とから構成される。

第１の領域（Ａ）に形成される各ビームは、通常のリニアアレイにおける電子走査によって形成される。したがって、各ビームは、圧電素子２３１ａの正面にほとんど直角に形成され、全体として殆んど平行に配列される。

第３の領域（Ｃ）に形成される各ビームは、通常のコンベックスにおける電子走査によって形成される。したがって、各ビームは、圧電素子２３２ａの正面にほとんど直角に形成され、全体として放射状に配列される。

第２の領域（Ｂ）に形成される各ビームは、通常のリニアアレイやコンベックスアレイで使用される電子走査によって形成される。ただし、各ビームの両側の口径が等しくなるように、開口幅の制御がなされる。これにより、リニアアレイ２３１に含まれる圧電素子２３１ａの素子幅と、コンベックスアレイ２３２に含まれる圧電素子２３２ａの素子幅とが異なっていても、所望の位置にビームが形成される。なお、各ビームの焦点は、遅延制御によって、それぞれの走査線上に設定されている。

（超音波ガイド下穿刺術）
図６は同実施形態における体腔用プローブ２０によって実施された超音波ガイド下穿刺術の様子を説明する概略図である。
図６に示すように、先ず、被検体Ｐの体腔Ｃ内に体腔用プローブ２０のプローブ本体２１が挿入される。そして、体腔用プローブ２０のリニアアレイ２３１とコンベックスアレイ２３２が被検体Ｐにおける所望の位置に到達したら、超音波の送受信が開始され、モニタ３０に超音波画像Ｉが表示される。

次に、被検体Ｐの体腔Ｃ内に針Ｎが挿入される。このとき、注意すべき点は、リニアアレイ２３１の正面に、プローブ本体２１の軸心と平行に針Ｎを挿入することである。針Ｎが進んでいくと、針先が超音波の送受信域Ｒに到達して、その様子が超音波画像Ｉ上に描出される。そして、さらに針Ｎが進んでいくと、被検体Ｐの表面Ｓから針先が刺入する。そして、針先が病変部Ｄに到達したら、吸引や焼灼などの手技が実施される。

そして、手技が終了したら、針Ｎが引き抜かれる。針Ｎが退いていくと、針先が被検体Ｐの表面Ｓから抜けて、体腔Ｃ内に到達する。そして、さらに針Ｎが退いていくと、針先が超音波の送受信域Ｒから外れて、針先の様子が超音波画像Ｉから消失する。

図７は同実施形態における針Ｎが病変部Ｄに到達したときの超音波画像Ｉの概略図である。
図７に示すように、被検体Ｐに穿刺された針Ｎのプローブ本体２１の側面から先端に亘る部分を、超音波画像Ｉによって描出することができる。従って、穿刺針のブラインド領域は、従来に比して大幅に少なくなっている。

（本実施形態による作用）
本実施形態において、体腔用プローブ２０は、プローブ本体２１の側面にリニアアレイ２３１を備え、プローブ本体２１の先端にコンベックスアレイ２３２を備えている。しかも、リニアアレイ２３１に含まれる圧電素子２３１ａとコンベックスアレイ２３２に含まれる圧電素子２３２ａは、同じ平面内で配列されていて、被検体Ｐの同じ平面を超音波で走査できる。さらに、画像生成部１１ｂは、リニアアレイ２３１からのエコー信号とコンベックスアレイ２３２からのエコー信号とを使用して、超音波画像Ｉの各フレームを生成する。

そのため、体腔Ｃ内に挿入される針Ｎがリニアアレイ２３１の正面にあれば、被検体Ｐに穿刺された針Ｎのプローブ本体２１の側面から先端に亘る部分を、超音波画像Ｉによって描出することができる。従って、穿刺針のブラインド領域を、従来に比して大幅に少なくすることができ、また、針Ｎが患部に到達するまでの手前の経路をも超音波画像によって視認することができる。その結果、超音波ガイド下穿刺術の正確性と安全性を向上させることができる。

また、体腔用プローブ２０を用いて穿刺術を実行することで、バイプレーンプローブの様に画像切替を行わずともプローブ本体２１の側面から先端に亘る広範囲な領域を、超音波画像Ｉによって描出することができる。従って、穿刺術中の術者の作業負担を軽減しつつ、超音波ガイド下穿刺術の正確性と安全性を向上させることができる。

本実施形態において、リニアアレイ２３１とコンベックスアレイ２３２は、これらに含まれる全ての圧電素子２３１ａ、２３２ａがリニアアレイ２３１からコンベックスアレイ２３２にかけて連続するように配置されている。

そのため、リニアアレイ２３１によって生成される画像領域と、コンベックスアレイ２３２によって生成される画像領域との境界に繋ぎ目が発生しないから、超音波画像Ｉの画像品質が低下することがない。

本実施形態において、第２の領域（Ｂ）に形成される各ビームの位置は、開口幅の制御によって調整されている。そのため、リニアアレイ２３１に含まれる圧電素子２３１ａの素子幅や素子間隔と、コンベックスアレイ２３２に含まれる圧電素子２３２ａの素子幅や素子間隔とが異なっていても、各ビームは正確な位置に形成されることになる。

本実施形態において、送受信される超音波の焦点は、送受信部１１ａによる遅延制御を利用して各走査線上に設定されている。そのため、超音波画像Ｉの画像品質は、非常に良好なものとなる。

なお、本実施形態では、リニアアレイ２３１とコンベックスアレイ２３２が使用されているが、本発明は、これに限定されるものではない。即ち、リニアアレイ２３１の代わりに、コンベックスアレイが使用されても良い。さらに、コンベックスアレイ２３２の代わりに、リニアアレイが使用されても良い。後者の場合には、図５（ｂ）に相当する領域の全部又は一部においてはオブリークスキャンを実行し、プローブ本体２１先端においてはセクタスキャンを実行することで、プローブ本体２１の側面から先端に亘って連続する超音波走査面を形成するように制御することが好ましい。

また、超音波の送受信条件は、リニアアレイ２３１とコンベックスアレイ２３２とで異なっていても良い。例えば、リニアアレイ２３１の表示深さがコンベックスアレイ２３２の表示深さよりも浅くても良い。リニアアレイ２３１の表示深さが少しくらい浅くても、針Ｎは体腔用プローブ２０に非常に近くに穿刺されるので、超音波画像Ｉに問題なく描出される。しかも、リニアアレイ２３１の表示深さが浅ければ、フレームレートが上昇して、針Ｎの進行状況が正確に描出される。

また、本実施形態において、リニアアレイ２３１によって形成されるビームは、全てリニアアレイ２３１に対してほとんど直角である。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、オブリークスキャンによって、リニアアレイ２３１の両端に形成されるビームを外側に傾斜させても構わない。なお、オブリークスキャンとは、遅延制御によってビームの向きを傾斜させるものである。リニアアレイ２３１が第２の領域（Ｂ）の全域にビームを形成することができれば、リニアアレイ２３１の圧電素子２３１ａとコンベックスアレイ２３２の圧電素子２３２ａとを使用して第２の領域（Ｂ）にビームを形成する必要が無くなる。その結果、第１の実施形態における開口制御が不要となるから、従来から存在する走査方式だけで所望の超音波画像Ｉを取得することができる。

また、上記実施形態においては、複数の超音波振動子の配列により、リニアアレイとコンベックスアレイとによる二種類の異なるアレイ形状を形成する例を示した。しかしながら、当該例に拘泥されず、必要に応じて二種類以上の異なるアレイ形状を形成するよう複数の超音波振動子を配列してもよい。さらに、複数の超音波振動子の配列の配列は、プローブ本体２１の側面から先端に亘って一列とした。しかしながら、プローブ本体２１の側面から先端に亘って複数列で配置するようにしてもよい。係る構成によれば、プローブ本体２１の側面から先端に亘る三次元領域を超音波走査することが可能である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上本発明によれば、超音波ガイド下穿刺術において、穿刺針の刺入経路のうち超音波画像によって視認できないブラインド領域を従来に比して小さくすることができる体腔用超音波プローブ及び超音波診断装置を実現することができる。

１１ａ…送受信部（遅延手段）、１１ｂ…画像生成部（画像生成手段）、２０…体腔内プローブ（超音波プローブ）、２１…プローブ本体、２３１…リニアアレイ（第１の振動子）、２３１ａ…圧電素子、２３２…コンベックスアレイ（第２の振動子アレイ）、２３２ａ…圧電素子、Ｐ…被検体、Ｉ…超音波画像。

Claims (20)

1. 被検体の体腔内に挿入される実質的に円筒形の挿入部と、
   前記挿入部の側面から先端に亘って連続的に配列され、前記挿入部の側面から先端に亘って連続する二次元領域又は三次元領域を被超音波走査領域とする複数の超音波振動子と、
   を具備する体腔用超音波プローブ。
2. 前記複数の超音波振動子は、少なくとも二種類の異なるアレイ形状を形成するように配列されている請求項１記載の体腔用超音波プローブ。
3. 前記複数の超音波振動子は、前記挿入部の側面においてはリニアアレイ形状を形成し、前記挿入部の先端においてはコンベックスアレイ形状を形成する請求項１又は２記載の体腔用超音波プローブ。
4. 前記複数の超音波振動子は、前記挿入部の側面から先端にかけての領域においいては、前記側面におけるリニアアレイ形状と前記先端におけるコンベックスアレイ形状とが連続するように形成されている請求項３記載の体腔用超音波プローブ。
5. 前記複数の超音波振動子は、所定のアレイ形状を形成するように配列されている請求項１記載の体腔用超音波プローブ。
6. 前記複数の超音波振動子は、コンベックスアレイ形状を形成するように配列されている請求項１又は５記載の体腔用超音波プローブ。
7. 前記複数の超音波振動子は、リニアアレイ形状を形成するように配列されている請求項１又は５記載の体腔用超音波プローブ。
8. 前記複数の超音波振動子の配列方向は、前記被検体内に刺入される穿刺針の刺入経路方向に対応している請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の体腔用超音波プローブ。
9. 前記被検体内に刺入される穿刺針の刺入経路が前記被超音波走査領域に含まれるように、穿刺針を支持する支持ユニットをさらに具備する請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の体腔用超音波プローブ。
10. 被検体の体腔内に挿入される実質的に円筒形の挿入部と、前記挿入部の側面から先端に亘って連続的に配列され、前記挿入部の側面から先端に亘って連続する二次元領域又は三次元領域を被超音波走査領域とする複数の超音波振動子と、を有する体腔用超音波プローブと、
    前記複数の超音波振動子を介して前記被超音波走査領域に超音波を送信し、前記複数の超音波振動子を介して前記被超音波走査領域からの反射波を受信することでエコー信号を取得する超音波送受信ユニットと、
    前記エコー信号を用いて、前記被超音波走査領域に関する超音波画像を生成する画像生成ユニットと、
    前記被超音波走査領域に関する超音波画像を表示する表示ユニットと、
    を具備する超音波診断装置。
11. 前記複数の超音波振動子は、少なくとも二種類の異なるアレイ形状を形成するように配列されている請求項１０記載の超音波診断装置。
12. 前記複数の超音波振動子は、前記挿入部の側面においてはリニアアレイ形状を形成し、前記挿入部の先端においてはコンベックスアレイ形状を形成する請求項１０又は１１記載の超音波診断装置。
13. 前記複数の超音波振動子は、前記挿入部の側面から先端にかけての領域においいては、前記側面におけるリニアアレイ形状と前記先端におけるコンベックスアレイ形状とが連続するように形成されている請求項１１記載の超音波診断装置。
14. 前記複数の超音波振動子は、所定のアレイ形状を形成するように配列されている請求項１０記載の超音波診断装置。
15. 前記複数の超音波振動子は、コンベックスアレイ形状を形成するように配列されている請求項１０又は１４記載の超音波診断装置。
16. 前記複数の超音波振動子は、リニアアレイ形状を形成するように配列されている請求項１０又は１４記載の超音波診断装置。
17. 前記超音波送受信ユニットは、前記挿入部の側面においてはリニアスキャン又はオブリークスキャンを実行し、前記挿入部の先端においてはセクタスキャンを実行するように、前記送信における前記各超音波振動子毎の遅延時間及び前記受信における前記各超音波振動子毎の遅延時間を制御する請求項１０記載の超音波診断装置。
18. 前記複数の超音波振動子の配列方向は、前記被検体内に刺入される穿刺針の刺入経路方向に対応している請求項１０乃至１７のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
19. 前記被検体内に刺入される穿刺針の刺入経路が前記被超音波走査領域に含まれるように、穿刺針を支持する支持ユニットをさらに具備する請求項１０乃至１８のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
20. 前記超音波送受信ユニットは、前記被超音波走査領域が挿入部の側面から先端に亘って連続するように、前記送信における前記各超音波振動子毎の遅延時間及び前記受信における前記各超音波振動子毎の遅延時間を制御する請求項１０乃至１９のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。

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