JP2011010995A

JP2011010995A - 超音波探触子

Info

Publication number: JP2011010995A
Application number: JP2009159856A
Authority: JP
Inventors: Toshio Ito; 壽夫伊藤
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】体腔内に挿入されるプローブにおいて、観察器具を介して振動子ユニットを充分に観察できるようにする。また振動子ユニットの位置決め自由度を高める。
【解決手段】プローブ１０は本体１４と先端部１６とを有する。本体１４は屈曲部１４Ｂを有する。先端部１６は回転台１８と振動子ユニット２０とにより構成されている。回転台１８に対して振動子ユニット２０は回転中心軸２２を中心として回転運動可能である。回転中心軸２２は振動子ユニット２０の中央から一方端へ偏倚した位置に設けられている。これにより先端部１６をＬ字形等にすることができる。観察用の視点がある側へ振動子ユニット２０を回転させるならば、それを充分に観察することが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は超音波探触子に関し、特に、体腔内に挿入される超音波探触子に関する。

腹腔鏡を利用した手術が普及している。かかる手術では、例えば腹部に形成された複数の孔にそれぞれトラカールと称されるガイド管が挿入され、各ガイド管の中には、内視鏡、鉗子、超音波探触子等の器具が挿入される。ここで、超音波探触子は一般に棒状の形態を有し、その先端側には関節部が設けられる。関節部の先端側には振動子部が設けられる。腹腔内において、振動子部が生体組織（例えば肝臓）の表面に当接され、その状態で超音波診断が実行される。そのような一連の過程は、内視鏡による観察下で行われる。内視鏡には一般に光源が備わっている。

特許文献１にはガイド管に挿入される超音波探触子が開示されている。かかる超音波探触子は腹腔内で広い送受波開口を得るために複数の支持部を有する。各支持部はアレイ振動子を有する。複数の支持部は、挿入時及び引抜時においてガイド管内に収容可能であり、一方、いったん腹腔内に差し込まれたならば、それらは腹腔内で広がる。複数の支持部はガイド管の中心軸から見て左右対称に広がっている。

特開２００４−１６７０９２号公報実開平１−６２８０８号公報

ガイド管に差し込まれる超音波探触子においては、挿入時及び引抜時に超音波探触子を構成するすべての部分がガイド管内に収まる必要がある。一方、超音波診断時においては、振動子部を任意の位置に位置決めし、また振動子部を任意の姿勢にすることが望まれる。また、十分な送受信開口を得ることも必要である。

腹腔へ超音波探触子を差し込む場合やそれを用いて超音波診断を行う場合には、その様子が内視鏡を利用して観察される。その場合、通常、超音波探触子と内視鏡は別々のガイド管に差し込まれており、つまり両者の位置的関係は様々であることから、内視鏡で振動子部あるいは当接部位を観察しようとした場合に、超音波探触子と内視鏡との位置的関係如何によっては、超音波探触子の主軸である本体に内視鏡の視野が妨げられる場合があった。また、超音波探触子の表面において光源からの光が乱反射してそれが当接部位の観察の障害となることもあった。

なお、特許文献２には把持部に対して振動子部を着脱可能な超音波探触子が開示されている。その場合、複数の装着姿態の中からいずれかの装着姿態を選択することが可能である。しかし、かかる超音波探触子はガイド管内に挿入されるものではないし、電子走査方向に伸長する形態をもった振動子部を有するものではない。

本発明の目的は、ガイド管に挿入されて体腔内において超音波診断を行うための超音波探触子において、体腔内においてアレイ振動子を有する振動子部の位置及び姿勢の自由度（特に本体に対する自由度）を高めることにある。

本発明の他の目的は、ガイド管に挿入されて体腔内において超音波診断を行うための超音波探触子において、体腔内において内視鏡による観察に適する形態を実現できるようにすることにある。

本発明の他の目的は、ガイド管に挿入されて体腔内において超音波診断を行うための超音波探触子において、操作性及び安全性を高め、更にできるだけ画質を高めることにある。

本発明は、ガイド管を介して体腔内に挿入される超音波探触子において、第１軸の方向に伸長した本体と、前記本体の先端側に屈曲部を介して設けられ、第２軸の方向に伸長した回転支持部と、第３軸の方向に配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子を有し、前記回転支持部に対して回転可能に設けられた振動子部と、を含み、前記振動子部の回転中心軸が前記第３軸の方向における中央位置から一方端部側へシフトした位置に設けられ、前記ガイド管への当該超音波探触子の挿入時及び引抜時において、前記屈曲部が直線的形態となって前記第１軸と前記第２軸とが直線上に並び、かつ、前記振動子部の回転角度がゼロ度となって前記第２軸と前記第３軸が平行となり、当該超音波探触子による超音波診断時において、前記振動子部を前記回転支持部に対して回転させた状態において超音波の送受波を行い得る、ことを特徴とする。

上記構成によれば、挿入時及び引抜時においては、振動子部の回転角度がゼロ度となって、振動子部の中心軸（第３軸）と、回転支持部の中心軸（第２軸）とが平行となり、両者が重合した状態、あるいは、振動子部が畳み込まれた収容状態が形成される。その場合においては、第１軸、第２軸及び第３軸の全部が平行となる。一方、先端部がガイド管を通過して体内に位置した状態においては、回転支持部に対して振動子部を回転させることが可能であり、回転支持部が有する第２軸と、振動子部が有する第３軸との間の交差角度を所望のものにできる。この場合、複数の回転角度を選択できるようにしてもよいし、任意の角度を自在に設定できるようにしてもよい。振動子部において第３軸の一方側へ偏倚した位置に回転軸が設定されているので、例えば、観察用の部材が存在する側へ振動子部を回転させるならば、振動子部の全体あるいは多くの部分を本体に妨げられずに観察することができる。つまり、本体の陰に隠れてしまったり、光散乱による観察上の障害が生じたりすることを軽減又は防止できる。勿論、組織の観察においても本体が邪魔になるケースを少なくできるから有利である。あるいは、屈曲部によって本体に対して先端部の位置及び姿勢を変更できるとしても、それだけでは振動子部を生体に対して適切な方向から当接困難である場合が多いが、上記構成によれば、振動子部を回転させることにより、適切な方向から超音波診断を行える。以上のように、観察の便宜又は位置決め自由度という利点を得られる。振動子部の回転により構成される面を回転面と定義した場合、回転軸は回転面に直交する。超音波ビームの電子走査によって構成される走査面は、望ましくは、回転軸と平行であり、回転面に直交する。

振動子部と回転支持部とを併せた先端部の太さを本体の太さと同じかそれより小さくするのが望ましい。回転支持部の下方側に振動子部を収容するスペース（空洞、切欠き）を設けるのが望ましい。屈曲運動と回転運動を併用すれば位置決め自由度をかなり高められる。本体が屈曲部を有する場合、本体はその原形状において（屈曲部の非屈曲状態において）第１軸に伸長する形態となる。

望ましくは、前記振動子部は、前記回転支持部の右側及び左側の両方に回転させ得る。望ましくは、前記振動子部の回転中心軸が前記第３軸の方向における一方側端部又はその付近に設けられ、前記振動子部を前記回転支持部に対して右側又は左側に９０度回転させた状態において前記回転支持部及び前記振動子部により実質的にＬ字形の形態が構成される。この構成によれば、本体に近い視点から観察を行う場合であっても、振動子部の全部又は大部分を視認することが容易である。同時に組織上の診断部位の視認性も向上できる。

望ましくは、前記振動子部における前記第３軸の方向における他方端部が先細形状を有し、前記アレイ振動子は前記他方端部内において先細形状を有する。振動子部の先細形状は端部が丸みをもっている流線形状を意味し、組織の安全を図りつつも、組織間に振動子部を差し込む等の操作が容易となる。また、アレイ振動子が先細形状となっているので、振動子部の端部まで振動素子を配置して送受信開口を広げられる。望ましくは、前記回転支持部に対する前記振動子部の回転角度をロックするロック機構が設けられる。この構成によれば、不用意に振動子部が動いてしまう問題を回避できる。安定した位置及び姿勢での超音波診断が可能となる。屈曲部が設けられる場合、それについてもロック機構を設けるのが望ましい。振動子部の回転角度を直接的に又は間接的に検出して、ユーザーに現状の回転角度を報知するように構成することが望まれる。

本発明によれば、ガイド管に挿入されて体腔内において超音波診断を行うための超音波探触子において、体腔内においてアレイ振動子を有する振動子部の位置及び姿勢の自由度を高められる。あるいは、体腔内において内視鏡による観察に適する形態を実現できる。あるいは、操作性及び安全性を高め、更にできるだけ画質を高められる。

本発明に係わる超音波探触子の好適な実施形態を示す斜視図である。振動子ユニットの回転運動を示す図である。先端部の断面図である。振動子ユニットの他の構成例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係わる超音波探触子の好適な実施形態が示されており、図１はその要部構成を示す斜視図である。この超音波探触子は体腔内挿入型超音波探触子すなわち体腔内プローブである。

図１において、生体における例えば腹部には複数の孔が形成され、各孔にはそれぞれガイド管１２が挿入される。いずれかのガイド管１２に対して図１に示されるプローブ１０が挿入される。すなわち、腹腔鏡を用いた外科的手術において、術前、術中あるいは術後において、超音波診断を行うためにプローブ１０が使用される。プローブ１０は図示されていないケーブルを介して超音波診断装置本体に接続されているものである。

プローブ１０は、第１軸を有する本体１４を備えている。本体１４は棒状の硬質部１４Ａとその先端側に設けられた屈曲部１４Ｂとを有する。本体１４はその原型状態において、つまり非屈曲状態にある場合において、直線的な形態となる。屈曲部１４Ｂを屈曲させると、以下に説明する先端部１６の位置を変更することが可能である。ちなみに、屈曲部１４Ｂにおける非屈曲状態が符号１４Ｂ´で示されており、屈曲部１４Ｂの屈曲方向がθによって表されている。Ｚ方向は第１軸の方向すなわち本体１４の伸長方向を表している。Ｘ方向は回転台１８の中心軸すなわち第２軸の方向を表している。Ｙ方向はＸ方向に直交する方向であり、ＸＹ面内においてのちに説明する振動子ユニット２０が回転運動する。なお、屈曲部１４Ｂが図示したθ方向の他にそれと直交する方向に屈曲運動するように構成してもよい。

先端部１６は、本実施形態において、回転台１８と振動子ユニット２０とにより構成されている。回転台１８は第２軸すなわちＸ方向に伸長した形態を有し、回転台１８は硬質部材により構成されている。回転台１８の根本部分は屈曲部１４Ｂと同じ太さを有しているが、そこから先端側にかけて回転台１８は薄く構成されており、すなわち回転台１８の下方に収容部１００が構成されている。先端部１６それ全体として見た場合、いずれの位置においてもその太さは本体１４の太さと同じかそれよりも小さい。但し、若干であれば本体１４に対して先端部１６を肥大化することも可能である。

振動子ユニット２０は可動部材であり、回転軸２２を回転中心として回転台１８に対して回転運動することが可能である。その運動方向がφによって表されている。振動子ユニット２０は第３軸を有し、その第３軸の方向に沿って複数の振動素子が配列されており、それらがアレイ振動子を構成する。アレイ振動子により超音波ビームＢが構成され、それを電子的に走査することにより走査面が構成される。電子走査方式としては電子リニア走査、電子セクタ走査等が知られている。

振動子ユニット２０は、図１に示す回転角度０度の状態において、実質的に収容部１００内に収容されており、振動子ユニット２０の一部分のみが回転台１８よりも前方へ飛び出している。振動子ユニット２０の各端部は丸みをもって形成されており、これによって生体組織１１に接触した場合の安全性が確保されている。回転台１８の先端部分も丸みをもっている。

挿入時及び引抜時においては、振動子ユニット２０の回転角度が０度となり、すなわちそれが収容部１００に収容されて、しかも屈曲部１４Ｂが非屈曲状態となり、第１軸、第２軸及び第３軸がそれぞれ直線上に並びあるいは平行な関係となる。一方、超音波診断時においては、屈曲部１４Ｂに対してユーザー操作によりそれを所望の量だけ変形させることができ、また回転台１８に対して振動子ユニット２０を所望の角度回転させることが可能である。

図２には、振動子ユニット２０の運動が示されている。プローブ１０は、上述したように本体１４と先端部１６とにより構成され、先端部１６は回転台１８及び振動子ユニット２０により構成されている。符号２２は回転中心軸を示しており、その回転中心軸２２は振動子ユニット２０における一方の端部側にシフトした位置に設定されている。具体的には、振動子ユニット２０における中央位置が符号２４によって示されており、そこから端部２０Ｂ側へシフトした位置として回転中心軸２２が設定されている。その位置が符号２６によって表されている。図２においては＋９０度の方向に振動子ユニット２０が回転運動しており、これによって実質的にＬ字形の形状が構成されている。もちろん、振動子ユニット２０は所望の角度回転運動させることができ、例えば符号２０Ａで示すように＋１３５度回転させることが可能であり、また符号２０Ｂに示すように−９０度回転させることができる。振動子ユニット２０はアレイ振動子３０を有しており、そのアレイ振動子は第３軸の方向に並んだ複数の振動素子３０ａにより構成されている。

図２に示すような形態を採用した場合、仮に、本体１４の近くに観察用部材２８が位置している場合であっても、本体１４によってあまり妨げられずに、振動子ユニット２０及びそれが当接される診断部位を十分に観察することが可能となる。すなわち、回転中心軸を振動子ユニット２０における中央位置に設定した場合、Ｔ字形の形態となるが、その場合において、本体１４の一方側に観察用部材２８が近接しているならば、その観察用部材２８が存在している側については振動子ユニット２０を十分観察できるが、他方側においては必ずしもそのような良好な観察視野を得られない。これに対し、本実施形態の構成によれば、回転中心軸を中央位置から一方端部側へシフトさせたために、実質的に観察視野を拡大することが可能となる。また本体１４が光を乱反射させるような材料あるいは材料で構成されているような場合においても、観察視野から本体を遠ざけることが可能となるので、そのような乱反射における影響を低減できるという利点を得られる。ちなみに観察用部材２８は光ファイバあるいはＣＣＤカメラ等を有し、さらに必要に応じて光源を備えている。

図２に示されるように、本体１４の横幅と振動子ユニット２０の横幅は実質的に一致している。振動子ユニット２０の端部２０Ｂ及び２０Ａはいずれも丸みをもっており、生体への接触が生じた場合においてもその安全性を確保することができる。同様に、回転台１８の先端部１８Ａも丸みをもっている。以上のような構成を採用することにより、例えば従来においては走査面を設定できないような場合であっても、屈曲部の屈曲と振動子ユニットの回転を併用することにより所望の診断部位へ所望の角度から振動子ユニットを当接することが可能となる。

図３には、先端部１６の断面が示されている。回転台１８はケース３２を有し、符号３４はケース３２の内部を表している。振動子ユニット２０はケース３６を有し、その内部が符号３８で表されている。ケース３６の内部３８にはアレイ振動子３０が設けられており、その生体側には整合層４０及び音響レンズ４２が設けられている。それらは必要に応じて設けられるものである。アレイ振動子３０の背面側には必要に応じてバッキング層が設けられる。図３に示す状態では、振動子ユニット２０が収容部１００内に収容されている。

ケース３６の上面側には回転軸体４４が設けられており、その回転軸体４４は回転台１８の内部３４に進入している。その回転軸体４４を含んで回転構造４８が構成されている。回転構造４８はベアリング等の回転機構を備え、さらにシール部材を有している。図３においては、ケース３６の上面とケース３２との下面に設けられたシール部材５０と、ケース３２の開口部と回転軸体４４との間に設けられたシール部材５２とが示されている。それらによって体液が超音波探触子内に進入してしまうことを防止できる。シール部材５０，５２は例えばＯリング等により構成される。回転軸体４４は振動子ユニット２０の一部として回転運動するものであり、それは中間部及び上部を有し、上部にはワイヤ４６が巻回されている。ワイヤ４６は図示されていない操作部まで導かれており、操作部
に設けられたダイアルを回すことにより、ユーザーにより振動ユニット２０を所望の角度回転させることができる。操作部には上記の他に屈曲部を屈曲運動させるためのワイヤも導かれている。

符号５４は回転位置検出器を示しており、本実施形態においては、回転軸体４４に設けられた複数のＭＲ素子及び、磁気センサ５８等により回転位置検出器５４が構成されている。複数のＭＲ素子５６は所定の角度ピッチごとに設けられたものである。ケース３２の内部から回転軸体４４の内部にかけてケーブル１０２が導かれており、そのケーブル１０２は複数の信号線を有し、各信号線はアレイ振動子を構成する各振動素子に接続されている。振動子ユニット２０の回転角度は＋方向及び−方向の両方向にかけて１８０度の範囲であるが、その角度範囲をより拡大することも可能である。たとえば＋方向に３００度及び−方向に３００度の範囲をもって回転運動可能に構成することもできる。

図４には振動子ユニットの他の構成例が示されている。先端部６０は回転台６２と振動子ユニット６４とで構成される。振動子ユニット６４の一端部６４Ａ及び他端部６４Ｂはいずれも先端が丸みをもった先細形状を有しており、すなわち流線形状を有している。符号６５は回転軸を示している。振動子ユニット６４はアレイ振動子６６を有する。アレイ振動子６６は第３軸の方向に配列された複数の振動素子６６ａにより構成されている。但し、両端部６４Ａ，６４Ｂにおいて各振動素子の第３軸に直交する方向の長さすなわちエレベーション方向の長さが徐々に段階的に小さくされており、これによって端部を先細形状としつつも送受信開口をできるだけ第３軸方向に広げることが可能となる。

以上説明したプローブによれば、ガイド管（トラカール）に対して挿入する際及び引抜く際には振動子ユニットを回転角度０度にしてプローブ全体を直線的な形状にすることができ、超音波診断装置においては振動子ユニットを任意の角度回転させて、所望の位置から所望の角度で超音波診断を行うことが可能となる。しかも観察用の部材との位置関係において振動子ユニットの回転角度を定めることができるので、観察用の視点がある方に振動子ユニットを回転させるならば、すなわちそのような側に振動子ユニットを位置決めるならば、振動子ユニットの全部あるいはその主要部分を視覚的に充分に観察することが可能となり、同時に診断部位についても充分に観察することが可能となる。

１０プローブ、１２ガイド管、１４本体、１６先端部、１８回転台、２０振動子ユニット、１００収容部

Claims

ガイド管を介して体腔内に挿入される超音波探触子において、
第１軸の方向に伸長した本体と、
前記本体の先端側に屈曲部を介して設けられ、第２軸の方向に伸長した回転支持部と、
第３軸の方向に配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子を有し、前記回転支持部に対して回転可能に設けられた振動子部と、
を含み、
前記振動子部の回転中心軸が前記第３軸の方向における中央位置から一方端部側へシフトした位置に設けられ、
前記ガイド管への当該超音波探触子の挿入時及び引抜時において、前記屈曲部が直線的形態となって前記第１軸と前記第２軸とが直線上に並び、かつ、前記振動子部の回転角度がゼロ度となって前記第２軸と前記第３軸が平行となり、
当該超音波探触子による超音波診断時において、前記振動子部を前記回転支持部に対して回転させた状態において超音波の送受波を行い得る、
ことを特徴とする超音波探触子。
請求項１記載の超音波探触子において、
前記振動子部は、前記回転支持部の右側及び左側の両方に回転させ得る、ことを特徴とする超音波探触子。
請求項１又は２載の超音波探触子において、
前記振動子部の回転中心軸が前記第３中心軸の方向における一方側端部又はその付近に設けられ、
前記振動子部を前記回転支持部に対して右側又は左側に９０度回転させた状態において前記回転支持部及び前記振動子部により実質的にＬ字形の形態が構成される、ことを特徴とする超音波探触子。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波探触子において、
前記振動子部における前記第３軸の方向における他方端部が先細形状を有し、
前記アレイ振動子は前記他方端部内において先細形状を有する、ことを特徴とする超音波探触子。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波探触子において、
前記回転支持部に対する前記振動子部の回転角度をロックするロック機構が設けられた、ことを特徴とする超音波探触子。