JP2023104782A - Ｈｉｆｕ照射装置用の超音波イメージングプローブおよび超音波画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、超音波イメージングプローブの観測面の向きを施術者に明確に示すことを目的とする。【解決手段】超音波イメージングプローブ１０は、超音波が送受信されるプローブ先端部３２を備えている。プローブ先端部３２には、超音波画像が取得される観測面の向きを示す指標が付されている。指標は、筐体表面に付された色であってよい。超音波イメージングプローブ１０は搬送機構によって搬送される。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波イメージングプローブおよび超音波画像表示装置に関し、特に、超音波イメージングプローブの改良に関する。

高密度焦点式超音波療法を用いた治療装置が広く用いられている。この治療装置は、ＨＩＦＵ照射装置あるいはＨＩＦＵ照射システムと称され（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）、治療部位に超音波を照射して組織を壊死させる。

一般に、ＨＩＦＵ照射装置は、椀状の面に配置された複数の超音波振動子を備えている。複数の超音波振動子は、それぞれから発せられた超音波が一点に照射され焦点を形成するように配置されている。治療の際には、焦点の位置が治療部位に合わせられ超音波が照射される。照射位置の確認には、超音波画像上に焦点を表す超音波診断装置が用いられる。

以下の特許文献１には、Ｂモード画像（断層画像）を表示する超音波診断装置を用いて焦点の位置を観測する超音波治療装置が記載されている。この装置では、組織に影響のない弱いレベルの超音波が治療用の超音波振動子から発せられると共に、超音波イメージングプローブによる超音波の送受信によって断層画像が表示される。被検体の組織の音響特性は組織の温度変化に応じて変化するため、断層画像には焦点の位置が輝度の強弱によって示される。

以下の特許文献２には、本願発明に関連する超音波プローブとして、超音波の送波方向側を光で照らして明るくする照明機能が設けられた超音波プローブが記載されている。特許文献３には、所定の温度に達すると変色するサーモラベルが設けられた超音波プローブが記載されている。

特開平８－７１０６９号公報 特開２００９－５０５１１号公報 特開平９－１８２１９６号公報

ライフハッカー［日本版］「色彩理論の基礎に学ぶ、相性抜群な『色の組み合わせ』」２０１４年８月１７日、インターネット<https://www.lifehacker.jp/article/140817color/> ウィキペディア日本語版における「補色」に関する記載、インターネット<https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%A3%9C%E8%89%B2>

一般に、高密度焦点式超音波療法では、超音波イメージングプローブによる超音波の送受信によってＢモード画像が取得され、患者の生体組織の観測が行われる。超音波イメージングプローブでは、Ｂモード画像等の超音波画像が取得される観測面の向き（観測面が面する方向）と、超音波イメージングプローブの姿勢との関係が構造的に定まる。しかし、超音波プローブを目視しただけでは、観測面の向きが施術者に認識され難いことがある。

本発明は、超音波イメージングプローブの観測面の向きを施術者に明確に示すことを目的とする。

本発明は、超音波が送受信されるプローブ先端部を備え、前記プローブ先端部には、超音波画像が取得される観測面の向きを示す指標が付されており、搬送機構によって搬送されることを特徴とする。

望ましくは、前記指標は、筐体表面に付された色である。

望ましくは、前記プローブ先端部は、反対方向を向いた一対の前記筐体表面を有し、一対の前記筐体表面の一方と他方に異なる色が付されている。

望ましくは、一対の前記筐体表面の一方と他方に互いに補色の関係にある色が付されている。

望ましくは、前記プローブ先端部と患者との間に液体を保持するカップリング袋を備え、前記カップリング袋は、光を透過する材料で形成されている。

また、本発明は、前記超音波イメージングプローブと、前記超音波イメージングプローブで受信された超音波に基づく画像データを生成し、前記画像データに基づき前記超音波画像を表示する画像表示処理部と、を備え、前記画像表示処理部は、前記観測面上の方向と、前記プローブ先端部上の方向との対応関係を示す図形を前記超音波画像に含ませることを特徴とする。

本発明によれば、超音波イメージングプローブの観測面の向きを施術者に明確に示すことができる。

ＨＩＦＵ照射システムの構成を示す図である。 超音波プローブの構成を示す図である。 超音波プローブの構成を示す図である。 超音波プローブの構成を示す図である。 超音波プローブの構成を示す図である。 表示装置に表示されるＢモード画像の例を示す図である。

各図を参照して本発明の実施形態について説明する。複数の図面に示された同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。また、本明細書における上下左右等の用語は、図面における方向を示す。これらの方向を示す用語は説明の便宜上のものであり、各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。

図１には、本発明の実施形態に係るＨＩＦＵ照射システム１の構成が示されている。ＨＩＦＵ照射システム１は、超音波イメージングプローブ１０（以下、超音波プローブ１０という）、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２、カップリング袋１４、ロボットアーム１８、コントローラ２２および表示装置２４を備えている。図１では、患者３０においてＢモード画像等の超音波画像が観測されるべき面（観測対象面）がｙｚ座標平面に平行な面とされ、ｙｚ座標平面に垂直な座標軸がｘ軸とされている。

ＨＩＦＵ振動子ユニット１２は、開口が下方に向けられた椀形状の振動子筐体１６と、振動子筐体１６に固定された複数の超音波振動子２を備えている。振動子筐体１６の形状は錐体の側面と同様の形状であってもよい。ここで、錐体とは、空間内の１点から底面に延びる直線の集合によって形成される立体形状をいう。各超音波振動子２は、各超音波振動子２が超音波を発したときに、振動子筐体１６の下方の治療基準点Ｐで、超音波の強度が強められるように振動子筐体１６に固定されている。すなわち、各超音波振動子２は、治療基準点Ｐに焦点を形成するように振動子筐体１６に固定されている。

超音波プローブ１０は、振動子筐体１６の下方、かつ、治療基準点Ｐの上方の位置で超音波が送受信されるように、振動子筐体１６に取り付けられている。本実施形態では、振動子筐体１６の頂点部を超音波プローブ１０が上下方向に貫通し、超音波を送受信するプローブ先端部３２が下方に向けられている。超音波プローブ１０には方向性があり、超音波プローブ１０の構造に応じた方向に面する観測面で、超音波が送受信される。超音波プローブ１０は、上下方向に移動自在であってもよい。また、超音波プローブ１０は、長手方向の軸を中心に回転自在であってもよい。

ＨＩＦＵ振動子ユニット１２の下方には、各超音波振動子２と患者３０との間、および超音波プローブ１０と患者３０との間の音響インピーダンスを整合させるカップリング袋１４が設けられている。カップリング袋１４は、水等の液体が充填された袋であってよい。カップリング袋１４は、超音波プローブ１０と患者３０との間に液体を保持する。カップリング袋１４は、光を透過する材料で形成されており、透明または半透明である。カップリング袋１４の外側からは、超音波プローブ１０が見通せるようになっている。

超音波プローブ１０、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２、およびカップリング袋１４は、搬送機構としてのロボットアーム１８の先端部に取り付けられている。ロボットアーム１８は、関節１８ｂによって接続された複数のアーム１８ａから構成されており、関節１８ｂを介してコントローラ２２の筐体に取り付けられている。各アーム１８ａが関節１８ｂを回転軸として揺動することで、ロボットアーム１８は、超音波プローブ１０、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２およびカップリング袋１４を含む可動体２０を、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の３方向に搬送する。

コントローラ２２は、ＨＩＦＵ制御部２６およびロボット制御部２８を備えている。ＨＩＦＵ制御部２６は、コンピュータ、超音波プローブ１０を制御する電気回路、およびＨＩＦＵ振動子ユニット１２を制御する電気回路を備えている。ＨＩＦＵ制御部２６が備えるコンピュータは、業務用コンピュータ、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ等であってよい。コンピュータはプログラムを実行することで、各画像を生成する処理や、各画像を表示する処理を実行する。ＨＩＦＵ制御部２６には、ユーザがＨＩＦＵ照射システム１を操作するための操作機器（図示せず）が接続されている。操作機器は、マウス、表示装置２４と一体化されたタッチパネル、スイッチ、キーボード等を含んでよい。

ＨＩＦＵ制御部２６は、超音波プローブ１０およびＨＩＦＵ振動子ユニット１２を動作させるための処理を実行する。例えば、ＨＩＦＵ制御部２６は、超音波プローブ１０に超音波を送受信させ、超音波プローブ１０で受信された超音波に基づく受信信号に基づいて、Ｂモード画像データを生成し、表示装置２４にＢモード画像を表示させる。また、ＨＩＦＵ制御部２６は、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２が備える各超音波振動子２に治療用の超音波を送信させる。

ロボット制御部２８は、ＨＩＦＵ制御部２６の制御に応じてロボットアーム１８を制御し、ロボットアーム１８に可動体２０を搬送させてよい。また、ロボット制御部２８は操作機器を備えてもよい。この場合、ロボット制御部２８は、ユーザによる操作機器の操作に応じてロボットアーム１８を制御してもよい。

治療用の超音波がＨＩＦＵ振動子ユニット１２から患者３０に照射される前には、以下のような位置決め処理が実行されてよい。ＨＩＦＵ制御部２６は、各超音波振動子２に、治療時よりも強度が小さい超音波を送信させる。超音波プローブ１０の位置および姿勢は、超音波プローブ１０の観測面が、患者３０の観測対象面に一致する位置および姿勢に設定される。ＨＩＦＵ制御部２６は、患者３０の観測対象面で超音波プローブ１０に超音波ビームを走査させＢモード画像データを取得する。ＨＩＦＵ制御部２６は、Ｂモード画像を表示装置２４に表示させる。施術者としてのユーザは、表示装置２４に表示されたＢモード画像を参照して、ＨＩＦＵ振動子ユニット１２から送信される超音波の焦点と患部の位置との相違を確認する。

ユーザは、焦点の位置と患部の位置との相違が許容範囲内でないときは、ロボットアーム１８を動作させて超音波プローブ１０およびＨＩＦＵ振動子ユニット１２の位置または姿勢を変更する。ユーザは、焦点の位置と患部の位置とが一致していることを確認した後に、ＨＩＦＵ制御部２６に対して治療のための操作を行う。ＨＩＦＵ制御部２６は、ユーザによる操作に応じて、治療に必要な強度を有する治療用超音波を各超音波振動子２に送信させる。これによって、焦点において生体組織が焼灼され、治療が施される。

超音波プローブ１０のプローブ先端部３２には、超音波画像が取得される観測面の向きを示す指標として、色が付されている。図２Ａおよび図２Ｂには、超音波プローブ１０の構成が示されている。超音波プローブ１０は、プローブ先端部３２と、プローブ先端部３２を支持する支持部４０を備えている。プローブ先端部３２の筐体内には複数の超音波振動子が配列されており、プローブ先端部３２の下面から超音波が送信され、プローブ先端部３２の下面で超音波が受信される。

図２Ａおよび図２Ｂには、超音波プローブ１０に固定されたｕｖｗ座標系が示されている。超音波プローブ１０はｖｗ座標平面に平行な平面上で超音波を送受信する。すなわち、超音波プローブ１０の観測面はｖｗ座標平面に平行であり、ｕ軸正方向およびｕ軸負方向に法線方向が向けられている。

プローブ先端部３２の筐体は、略直方体形状の下方に、下方に膨らんだアーチ形状が結合された形状を有している。ここでアーチ形状は、ｖｗ座標平面に平行な平面内で下方に膨らんだ弧状の表面を描く立体形状である。支持部４０の筐体は略四角柱形状を有しており、その下端がプローブ先端部３２の上面に結合されている。プローブ先端部３２の筐体と、支持部４０の筐体は一体的に形成されてもよい。

図２Ａには、超音波プローブ１０をｕ軸正方向に視線を向けて眺めた図が示されている。すなわち、図２Ａにはｕ軸負方向に向けられた筐体表面（背面）が示されている。図２Ｂには、超音波プローブ１０をｕ軸負方向に視線を向けて眺めた図が示されている。すなわち、図２Ｂにはｕ軸正方向に向けられた筐体表面（正面）が示されている。プローブ先端部３２の筐体表面のうち、略直方体形状部分の正面と背面には異なる色が付されている。ただし、図２Ａおよび図２Ｂでは、白黒の塗りつぶしパターンの相違によって色の相違が表現されている。正面に付される色と、背面に付される色とは、互いに補色の関係にあってよい。ここで、補色とは、混合して無彩色を作ることができる２色の有彩色の組み合わせをいう。補色には、お互いの色を引き立て鮮やかに見せる効果がある。補色については、上記の非特許文献１および２に記載がある。

図３Ａには、超音波プローブ１０をｗ軸正方向に視線を向けて眺めた図が示されている。すなわち、図３Ａにはｗ軸負方向に向けられた筐体表面（左側面）が示されている。図３Ｂには、超音波プローブ１０をｗ軸負方向に視線を向けてに眺めた図が示されている。すなわち、図３Ｂにはｗ軸正方向に向けられた筐体表面（右側面）が示されている。プローブ先端部３２の筐体表面のうち、略直方体形状部分の右側面と左側面には異なる色が付されている。ただし、図３Ａおよび図３Ｂでは、白黒の塗りつぶしパターンの相違によって色の相違が表現されている。右側面に付される色と、左側面に付される色とは、互いに補色の関係にあってよい。

正面および背面に付される色の対は、右側面および左側面に付される色と異なってよい。例えば、右側面および左側面に付される色の対と、正面および背面に付される色の対を補色とした場合、右側面および左側面に付される色の対と、正面および背面に付される色の対は、色相環（非特許文献１および２）で９０°の角度をなす関係にあってよい。また、右側面および左側面には、超音波プローブ１０の方向性を示す色が付されていなくてもよい。すなわち、右側面および左側面には、筐体表面の材料の色や下地の色が現れてもよい。

このように、プローブ先端部３２は、反対方向を向いた一対の筐体表面を有し、一対の筐体表面の一方と他方に異なる色が付されている。一対の筐体表面の一方または他方には色が付されず、筐体表面の材料の色や下地の色が現れてもよい。このような超音波プローブ１０の構成によれば、超音波プローブ１０の観測面の向きがユーザに容易に把握される。これによって、超音波プローブ１０の観測面と、患者３０の観測対象面とを合わせることが容易となる。

ここでは、超音波画像が取得される観測面の向きを示す指標として、反対方向を向いた一対の筐体表面に異なる色が付された構成について説明した。このような構成の他、反対方向を向いた一対の筐体表面に異なる図形や識別記号等が付されてもよい。

図４には、表示装置２４に表示されるＢモード画像５０の例が示されている。Ｂモード画像５０は略扇形の形状を有しており、生体組織の像を示す。図４に示されるＢモード画像５０には、左側の境界線５２と、右側の境界線５４が示されている。境界線５２と境界線５４は異なる色または異なる太さで表示されてもよいし、異なる種類（実線、破線、一点鎖線等の種類）で表示されてもよい。図４に示されている例では、境界線５２は破線によって示され、境界線５４は実線によって示されている。左側の境界線５２と右側の境界線５４の色は、それぞれ、プローブ先端部３２の左側面および右側面に付された色と同一であってもよい。

また、図４に示されている例では、Ｂモード画像５０と共に、ｕｖｚ座標系の各軸が示されている。左側の境界線５２から右側の境界線５４に向かう方向がｗ軸正方向、すなわち、超音波プローブ１０の左側面から右側面に向かう方向であることが示されている。

このような画像表示処理は、境界線５２および５４を示す境界線画像がＢモード画像に重ねられるように、Ｂモード画像データと、境界線画像を示す境界線画像データとを合成することで行われる。すなわち、ＨＩＦＵ制御部２６は、Ｂモード画像データと、境界線画像データとを合成した画像データに基づく画像を表示装置２４に表示させる。

このように、ＨＩＦＵ制御部２６は画像表示処理部として動作し、表示装置２４と共に超音波画像表示装置を構成する。ＨＩＦＵ制御部２６は、超音波プローブ１０で受信された超音波に基づくＢモード画像データを生成し、Ｂモード画像データに基づくＢモード画像を表示装置２４に表示させる。ＨＩＦＵ制御部２６は、観測面上の方向と、プローブ先端部３２上の方向との対応関係を示す図形として、境界線５２および５４を超音波画像に含ませる。

このような画像表示処理によれば、プローブ先端部３２に付された指標によって、超音波プローブ１０の正面が向けられた方向がユーザに容易に把握されると共に、超音波プローブ１０の構造とＢモード画像が観測された面との対応関係が、ユーザに容易に把握される。

１ ＨＩＦＵ照射システム、２ 超音波振動子、１０ 超音波イメージングプローブ、１２ ＨＩＦＵ振動子ユニット、１４ カップリング袋、１６ 振動子筐体、１８ ロボットアーム、１８ａ アーム、１８ｂ 関節、２０ 可動体、２２ コントローラ、２４ 表示装置、２６ ＨＩＦＵ制御部、２８ ロボット制御部、３０ 患者、３２ プローブ先端部、４０ 支持部、５０ Ｂモード画像、５２，５４ 境界線。

本発明は、超音波が送受信されるプローブ先端部と、前記プローブ先端部と患者との間に液体を保持し、光を透過する材料で形成され、前記プローブ先端部が内側に位置するカップリング袋と、を備え、前記プローブ先端部で超音波が送受信される面を下面とした場合に、前記プローブ先端部の正面および背面に異なる色が付されており、あるいは、左側面および右側面に異なる色が付されており、搬送機構によって搬送されることを特徴とする。

また、本発明は、超音波が送受信されるプローブ先端部と、前記プローブ先端部と患者との間に液体を保持し、光を透過する材料で形成され、前記プローブ先端部が内側に位置するカップリング袋と、を備え、前記プローブ先端部で超音波が送受信される面を下面とした場合に、前記プローブ先端部の正面、背面、左側面および右側面に異なる色が付されており、搬送機構によって搬送されることを特徴とする。

望ましくは、前記プローブ先端部には、正面および背面に互いに補色の関係にある色が付され、または左側面および右側面に互いに補色の関係にある色が付されている。

また、本発明は、超音波が送受信されるプローブ先端部を備え、前記プローブ先端部では、超音波画像が取得される観測面の向きを示す指標として、筐体表面に色が付されており、前記プローブ先端部は、反対方向を向いた一対の前記筐体表面を有し、一対の前記筐体表面の一方と他方に互いに補色の関係にある色が付されており、搬送機構によって搬送されることを特徴とする。

また、本発明は、前記超音波イメージングプローブと、前記超音波イメージングプローブで受信された超音波に基づく画像データを生成し、前記画像データに基づき超音波画像を表示する画像表示処理部と、を備え、前記画像表示処理部は、超音波画像が取得される観測面上の方向と、前記プローブ先端部上の方向との対応関係を示す図形を前記画像表示処理部に表示される超音波画像に含ませることを特徴とする。

Claims (6)

1. 超音波が送受信されるプローブ先端部を備え、
   前記プローブ先端部には、
   超音波画像が取得される観測面の向きを示す指標が付されており、
   搬送機構によって搬送されることを特徴とするＨＩＦＵ照射装置用の超音波イメージングプローブ。
2. 請求項１に記載の超音波イメージングプローブであって、
   前記指標は、筐体表面に付された色であることを特徴とする超音波イメージングプローブ。
3. 請求項２に記載の超音波イメージングプローブであって、
   前記プローブ先端部は、
   反対方向を向いた一対の前記筐体表面を有し、
   一対の前記筐体表面の一方と他方に異なる色が付されていることを特徴とする超音波イメージングプローブ。
4. 請求項３に記載の超音波イメージングプローブであって、
   一対の前記筐体表面の一方と他方に互いに補色の関係にある色が付されていることを特徴とする超音波イメージングプローブ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波イメージングプローブであって、
   前記プローブ先端部と患者との間に液体を保持するカップリング袋を備え、
   前記カップリング袋は、光を透過する材料で形成されていることを特徴とする超音波イメージングプローブ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波イメージングプローブと、
   前記超音波イメージングプローブで受信された超音波に基づく画像データを生成し、前記画像データに基づき前記超音波画像を表示する画像表示処理部と、を備え、
   前記画像表示処理部は、
   前記観測面上の方向と、前記プローブ先端部上の方向との対応関係を示す図形を前記超音波画像に含ませることを特徴とするＨＩＦＵ照射装置用の超音波画像表示装置。
   

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