JP2023107256A - 穿刺針位置表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】穿刺針の管状臓器に対する位置をより正確に把握することができ、穿刺作業が格段に正確となるようにする穿刺針位置表示装置を提供する。【解決手段】短軸用超音波アレイ探触子２６からの超音波ビームおよび長軸用超音波アレイ探触子２８からの超音波ビームを管状臓器の穿刺ポイントに当てることで、表示器７２に表示される短軸画像Ｇ２および長軸画像Ｇ１に動脈血管２０に対する穿刺針２２の穿刺ポイントＰがそれぞれ含まれるように制御する画像表示制御部（電子制御装置７０）が、備えられている。これにより、短軸画像Ｇ２および長軸画像Ｇ１の両方に、穿刺針２２の動脈血管２０に対する穿刺ポイントＰが表れるので、穿刺針２２の動脈血管２０に対する位置をより正確に把握することができ、穿刺針２２の穿刺作業が格段に正確となる。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波プローブを用いて生体の皮膚下の管状臓器画像を表示し、管状臓器に穿刺された穿刺針の位置を表示する穿刺針位置表示装置に関するものである。

採血、薬液或いは輸液の注入などのために生体の皮膚下の管状臓器たとえば血管（動脈や静脈）、リンパ管等に対する穿刺が行なわれている。穿刺作業では、穿刺針を管状臓器の中心に刺し、管状臓器を突き抜けないようにすることが望まれるが、作業経験の少ない作業者では、穿刺針を管状臓器内に穿刺するのに時間がかかり、患者の負担が大きい場合があった。また、作業経験の多い作業者でも、穿刺針を管状臓器内に正確に穿刺されているかを見ることができないので、穿刺作業がばらついても、作業者がそれに気付き難いという問題があった。

これに対して、短軸用超音波アレイ探触子から出力される超音波のビーム方向が長軸用超音波アレイ探触子側に傾くように設定され、超音波プローブ本体の底面に位置する振動子設置面において、長軸用超音波アレイ探触子の延長線上且つ短軸用超音波アレイ探触子がある側の先端部には、穿刺針の先端側を当接させることによって穿刺針の挿入位置を決める位置決め部が設けられ、アタッチメントは、位置決め部を中心とする円の周方向に穿刺針を回動させることにより、挿入状態かつ位置きめ部との当接状態のままで穿刺針の挿入角度を多段階に調整可能な角度調整機構を有し、超音波プローブ本体において位置決め部がある側の側面下部に固定された、穿刺針位置表示装置が提案されている。たとえば、特許文献１に記載された穿刺針位置表示装置がそれである。

特許第６０７８７３２号公報

上記従来の穿刺針位置表示装置では、管状臓器の横断面を示す短軸画像と縦断面を示す長軸画像との間において、穿刺針の画像が表示されない不感帯エリアを少なくすることができるので、穿刺針の動きをより正確に把握することができる利点があるとされている。

ところで、上記従来の穿刺針位置表示装置では、長軸画像においては、管状臓器と穿刺針との位置関係は把握できるものの、短軸用超音波アレイ探触子の傾きが小さく且つ固定されていて、短軸画像内の管状臓器の断面と穿刺針との距離が離れており、その距離が管状臓器の深さに応じて変化するので、穿刺針の血管に対する穿刺ポイントを正確に観察できないという欠点があった。穿刺針の管状臓器に対する穿刺ポイントは、管状臓器に対してその幅方向の中央であることが望まれる。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、管状臓器の深さに拘わらず、穿刺針の管状臓器に対する位置をより正確に把握することができ、穿刺作業が格段に正確となるようにする穿刺針位置表示装置を提供することにある。

本発明者等は、以上の事情を背景として、種々研究を重ねるうち、穿刺針の管状臓器に対する穿刺ポイントが表れるように管状臓器の深さに応じて短軸用超音波アレイ探触子の傾きを変化させると、短軸画像および長軸画像の両方において、穿刺針の管状臓器に対する穿刺ポイントをより正確に把握することができ、穿刺作業が格段に正確となる事実を見出した。本発明は、斯かる知見に基づいて為されたものである。

すなわち、第１発明の要旨とするところは、（ａ）複数個の超音波発振子が直線的に配列された短軸用超音波アレイ探触子、および複数個の超音波発振子が前記短軸用超音波アレイ探触子の配列方向に直交する方向に直線的に配列された長軸用超音波アレイ探触子を、生体の皮膚に載置可能に有する超音波プローブと、前記皮膚の下に位置する管状臓器に対する穿刺針の位置を短軸画像および長軸画像内において前記管状臓器と共にそれぞれ表示する表示器と、を含む穿刺針位置表示装置であって、（ｂ）前記表示器に表示される前記短軸画像および前記長軸画像に、前記管状臓器に対する前記穿刺針の穿刺ポイントがそれぞれ含まれるように制御する画像表示制御部を、備えることにある。

第２発明の要旨とするところは、第１発明において、（ｃ）前記短軸用超音波アレイ探触子は、前記長軸用超音波アレイ探触子の超音波発振子の配列方向に対して直交する方向の回動軸線まわりに回動可能に設けられ、（ｄ）前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向が、前記長軸画像中の管状臓器の上面を通過する方向に前記短軸用超音波アレイ探触子の姿勢を保持する角度保持装置が備えられ、（ｅ）前記画像表示制御部は、前記角度保持装置により保持された前記短軸用超音波アレイ探触子からの信号に基づいて前記短軸画像を前記表示器に表示させることにある。

第３発明の要旨とするところは、第２発明において、（ｆ）前記角度保持装置は、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向の前記皮膚に垂直な方向に対して複数の角度のうちから選択された角度となるように、手動操作によって前記短軸用超音波アレイ探触子の姿勢を機械的に位置決めするものである。

第４発明の要旨とするところは、第３発明において、（ｇ）前記長軸画像に表示される前記管状臓器の上面の前記皮膚からの深さを算出する深さ算出部を備え、（ｈ）前記画像表示制御部は、前記深さ算出部により算出された前記管状臓器の上面の前記皮膚からの深さ、或いは前記深さに基づく前記角度保持装置の手動操作位置を前記表示器に表示させることにある。

第５発明の要旨とするところは、第２発明において、（ｉ）前記角度保持装置は、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向の前記皮膚に垂直な方向に対する角度を連続的に変化させる角度変化機構と、前記角度変化機構を駆動して前記短軸用超音波アレイ探触子を連続的に傾斜させる電動機とを、備えることにある。

第６発明の要旨とするところは、第５発明において、前記画像表示制御部は、（ｊ）前記長軸画像に表示される前記管状臓器の上面の前記皮膚からの深さを算出する深さ算出部と、（ｋ）前記画像表示制御部は、前記深さ算出部により算出された前記管状臓器の上面の前記皮膚からの深さに基づいて、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向が、前記長軸画像中の管状臓器の上面を通過するように、前記電動機を駆動制御する電動機制御部とを備えることにある。

第７発明の要旨とするところは、第６発明において、（ｌ）前記電動機制御部は、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向が、前記長軸画像中の前記管状臓器の長手方向の中央部の上面を通過するように、前記電動機を駆動制御するものである。

第８発明の要旨とするところは、第１発明において、（ｍ）前記画像表示制御部は、前記長軸用超音波アレイ探触子からの超音波ビームの放射方向を超音波ステアリングを用いて変更し、前記管状臓器のうち前記短軸用超音波アレイ探触子からの超音波ビームが当たる位置に、前記長軸用超音波アレイ探触子からの超音波ビームを当てることにある。

第１発明の穿刺針位置表示装置によれば、複数個の超音波発振子が直線的に配列された短軸用超音波アレイ探触子、および複数個の超音波発振子が前記短軸用超音波アレイ探触子の配列方向に直交する方向に直線的に配列された長軸用超音波アレイ探触子を、生体の皮膚に載置可能に有する超音波プローブを備え、前記皮膚の下に位置する管状臓器に対する穿刺針の位置を短軸画像および長軸画像において前記管状臓器と共に表示器に表示する穿刺針位置表示装置において、短軸用超音波アレイ探触子からの超音波ビームおよび長軸用超音波アレイ探触子からの超音波ビームを管状臓器の穿刺ポイントに当てられることで前記表示器に表示される前記短軸画像および前記長軸画像に、前記管状臓器に対する前記穿刺針の穿刺ポイントがそれぞれ含まれるように制御する画像表示制御部が、備えられている。これにより、短軸画像および長軸画像の両方において、穿刺針の管状臓器に対する穿刺ポイントが表れるので、穿刺針の管状臓器に対する位置をより正確に把握することができ、穿刺作業が格段に正確となる。

第２発明の穿刺針位置表示装置によれば、前記短軸用超音波アレイ探触子は、前記長軸用超音波アレイ探触子の超音波発振子の配列方向に対して直交する方向の回動軸線まわりに回動可能に設けられ、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向が、前記長軸画像中の管状臓器の上面を通過する方向に前記短軸用超音波アレイ探触子の姿勢を保持する角度保持装置が備えられている。これにより、角度保持装置によって姿勢が保持された短軸用超音波アレイ探触子からの超音波放射方向が、前記長軸画像中の管状臓器の上面を通過させられるので、短軸画像において穿刺針の管状臓器に対する穿刺ポイントを正確に観察できる。したがって、管状臓器に対する穿刺針の穿刺作業が正確となる。

第３発明の穿刺針位置表示装置によれば、前記角度保持装置は、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向の前記皮膚に垂直な方向に対して複数の角度のうちから選択された角度となるように、手動操作によって前記短軸用超音波アレイ探触子の姿勢を機械的に位置決めする。これにより、角度保持装置を手動操作することにより、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向の前記皮膚に垂直な方向に対して複数の角度のうちから選択された角度とすることが簡便にできる。

第４発明の穿刺針位置表示装置によれば、前記長軸画像に表示される前記管状臓器の上面の前記皮膚からの深さを算出する深さ算出部を備え、前記画像表示制御部は、前記深さ算出部により算出された前記管状臓器の上面の前記皮膚からの深さに基づいて前記角度保持装置の手動操作位置を前記表示器に表示させる。これにより、角度保持装置を前記表示器に表示された手動操作位置へ操作することにより、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向の前記皮膚に垂直な方向に対して複数の角度のうちから選択された角度とすることが簡便にできる。

第５発明の穿刺針位置表示装置によれば、前記角度保持装置は、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向の前記皮膚に垂直な方向に対する角度を連続的に変化させる角度変化機構と、前記角度変化機構を駆動して前記短軸用超音波アレイ探触子を連続的に傾斜させる電動機とを、備える。これにより、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向の前記皮膚に垂直な方向に対する角度が連続的に変化させるので、管状臓器の前記皮膚からの深さに応じて、前記短軸用超音波アレイ探触子の姿勢の精度を高めることができる。

第６発明の穿刺針位置表示装置によれば、前記画像表示制御部には、前記長軸画像に表示される前記管状臓器の上面の前記皮膚からの深さを算出する深さ算出部と、前記深さ算出部により算出された前記管状臓器の上面の前記皮膚からの深さに基づいて、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向が、前記長軸画像中の管状臓器の上面を通過するように、前記電動機を駆動制御する電動機制御部とが、備えられる。これにより、画像表示制御部によって、前記深さ算出部により算出された前記管状臓器の上面の前記皮膚からの深さに基づいて、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向が、前記長軸画像中の管状臓器の上面を通過するように、前記電動機が自動的に制御される。

第７発明の穿刺針位置表示装置によれば、前記電動機制御部は、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向が、前記長軸画像中の前記管状臓器の長手方向の中央部の上面を通過するように、前記電動機を駆動制御する。これにより、前記電動機駆動制御部により、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向が、前記長軸画像中の前記管状臓器の長手方向の中央部の上面を通過するように、前記電動機が自動的に駆動制御される。

第８発明の穿刺針位置表示装置によれば、前記画像表示制御部は、前記長軸用超音波アレイ探触子からの超音波ビームの放射方向を超音波ステアリングを用いて変更し、前記管状臓器のうち前記短軸用超音波アレイ探触子からの超音波ビームが当たる位置に、前記長軸用超音波アレイ探触子からの超音波ビームを当てる。これにより、短軸画像および長軸画像の両方に、穿刺針の管状臓器に対する穿刺ポイントが表れるので、穿刺針の管状臓器に対する位置をより正確に把握することができ、穿刺作業が格段に正確となる。

本発明の一実施例である穿刺針位置表示装置を説明する斜視図である。 図１の穿刺針位置表示装置の表示対象である血管に対する超音波プローブの姿勢を概略的に説明する斜視図である。 図１の穿刺針位置表示装置に備えられた超音波プローブユニットを構成する短軸用超音波アレイ探触子および長軸用超音波アレイ探触子を示す図である。 図１の穿刺針位置表示装置において、一定の針傾斜角度の穿刺針の先端が動脈血管の上面に到達した状態の長軸画像および短軸画像を示す図である。 図１の穿刺針位置表示装置において、一定の針傾斜角度の穿刺針の先端が動脈血管の深さ方向の中央に到達した状態の長軸画像および短軸画像を示す図である。 短軸用超音波アレイ探触子が第１傾斜角θ１（＝１５度）であり、且つ動脈血管の皮膚からの深さ寸法Ｄが２ｃｍである場合の、皮膚、動脈血管、穿刺針、短軸用超音波アレイ探触子、長軸用超音波アレイ探触子の相対配置を説明する模式図である。 短軸用超音波アレイ探触子が第１傾斜角θ１（＝１５度）であり、且つ動脈血管の皮膚からの深さ寸法Ｄが５ｃｍである場合の、皮膚、動脈血管、穿刺針、短軸用超音波アレイ探触子、長軸用超音波アレイ探触子の相対配置を説明する模式図である。 短軸用超音波アレイ探触子が第２傾斜角θ２（＝２５度）であり、且つ動脈血管の皮膚からの深さ寸法Ｄが１ｃｍである場合の、皮膚、動脈血管、穿刺針、短軸用超音波アレイ探触子、長軸用超音波アレイ探触子の相対配置を説明する模式図である。 短軸用超音波アレイ探触子が第２傾斜角θ２（＝２５度）であり、且つ動脈血管の皮膚からの深さ寸法Ｄが３ｃｍである場合の、皮膚、動脈血管、穿刺針、短軸用超音波アレイ探触子、長軸用超音波アレイ探触子の相対配置を説明する模式図である。 図１の穿刺針位置表示装置に備えられた超音波プローブユニットを構成する、他の実施例の短軸用超音波アレイ探触子および長軸用超音波アレイ探触子を示す図である。。 図１０の実施例における電子制御装置を示す図１に相当する図である。 本発明の他の実施例の電子制御装置を示す図１に相当する図である。 図１２の実施例において、長軸用超音波アレイ探触子から放射される超音波ビームのステアイング角θｓが２５度であり、且つ動脈血管の皮膚からの深さ寸法Ｄが１ｃｍである場合の、皮膚、動脈血管、穿刺針、短軸用超音波アレイ探触子、長軸用超音波アレイ探触子の相対配置を説明する模式図である。 図１２の実施例において、長軸用超音波アレイ探触子から放射される超音波ビームのステアイング角θｓが１５度であり、且つ動脈血管の皮膚からの深さ寸法Ｄが５ｃｍである場合の、皮膚、動脈血管、穿刺針、短軸用超音波アレイ探触子、長軸用超音波アレイ探触子の相対配置を説明する模式図である。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、図示しない台座に立設されたセンサ支持器１０により支持された超音波プローブユニット１２を用いて、生体１４の一部好適には上腕１６における皮膚１８（厳密には表皮）の上からその皮膚１８下に位置する管状臓器たとえば動脈血管２０に対して、カテーテルや注射針等の穿刺針２２の穿刺作業を支援する穿刺針位置表示装置２４の全体的な構成を例示する斜視図である。

センサ支持器１０は、図示しない台座に固定された基台３０と、超音波プローブユニット１２が皮膚１８に垂直なｚ方向に移動可能に支持され且つ押圧アクチュエータ３２によって上腕１６に向かって押圧可能に支持されるユニット支持部材３４と、基台３０に自在型固定具３６を介して基端部が連結された第１アーム３８と、先端部がユニット支持部材３４に自在型固定具４０を介して連結された第２アーム４２とを、備えている。

超音波プローブユニット１２は、動脈血管２０の横断面を示す短軸画像Ｇ２および動脈血管２０の縦断面を示す長軸画像Ｇ１と、それら短軸画像Ｇ２内および長軸画像Ｇ１内に位置する穿刺針２２の先端部とを検出するための超音波センサとして機能するものである。超音波プローブユニット１２は、底面において装着時には動脈血管２０に対して交差する方向、好適には直交する方向に複数個の圧電素子ａｅ１～ａｅｍから成る超音波振動子２６ｅを有する長手状の短軸用超音波アレイ探触子２６と、短軸用超音波アレイ探触子２６の長手方向中央部を通り装着時には動脈血管２０に平行な方向の直線に沿って配列された複数個の圧電素子ａｅ１～ａｅｎから成る超音波振動子２８ｅを有する長軸用超音波アレイ探触子２８とを、それら超音波振動子２６ｅおよび超音波振動子２８ｅが略１平面内に位置し且つＴ型を成すように備えている。

短軸用超音波アレイ探触子２６の超音波振動子２６ｅおよび長軸用超音波アレイ探触子２８の超音波振動子２８ｅは、図２に示すように、それぞれ独立して駆動可能な多数個の圧電素子ａｅが一列に配列されることにより、構成されている。図２は、超音波プローブユニット１２が押圧アクチュエータ３２によってｚ方向に上腕１６に向かって押圧されるときの、短軸用超音波アレイ探触子２６および長軸用超音波アレイ探触子２８の動脈血管２０に対する相対位置を示している。動脈血管２０の長手方向をｚ方向に直交するｙ方向としたとき、長軸用超音波アレイ探触子２８はその長手方向がｙ方向と平行となり、短軸用超音波アレイ探触子２６は、ｙ方向に直交するｘ方向に平行となる。本実施例では、たとえば図３に示すように、短軸用超音波アレイ探触子２６は、ｘ方向に平行な回動軸線ＲＬまわりに回動可能に長軸用超音波アレイ探触子２８に設けられている。

超音波プローブユニット１２には、図３に示すように、短軸用超音波アレイ探触子２６のｚ方向に対する傾斜角度θすなわち短軸用超音波アレイ探触子２６の回動軸線ＲＬまわりの回動角が一定となるように短軸用超音波アレイ探触子２６の角度姿勢を保持する角度保持装置４８が設けられている。角度保持装置４８は、短軸用超音波アレイ探触子２６からの超音波放射方向が後述の長軸画像Ｇ１中の動脈血管２０の上面を通過する方向に短軸用超音波アレイ探触子２６の姿勢を保持するように、すなわち短軸用超音波アレイ探触子２６からの超音波ビームおよび長軸用超音波アレイ探触子２８からの超音波ビームを動脈血管２０の穿刺ポイントＰに当てるように、短軸用超音波アレイ探触子２６のｚ方向に対する傾斜角度θを手動操作により変更が可能となるように構成されている。

図３に示すように、長軸用超音波アレイ探触子２８には、回動軸線ＲＬまわりの円弧に沿って曲成され、短軸用超音波アレイ探触子２６を回動軸線ＲＬまわりに回動するように案内する円弧状ガイド５０と、回動軸線ＲＬを中心とする円弧状外周面５２を有する支持凸条５４とが備えられている。短軸用超音波アレイ探触子２６には、円弧状ガイド５０を貫通させるガイド孔５６と、支持凸状５４を嵌め入れるように形成された凹溝５８とが備えられている。これにより、短軸用超音波アレイ探触子２６は、長軸用超音波アレイ探触子２８に対して回動軸線ＲＬまわりに回動可能とされている。

そして、短軸用超音波アレイ探触子２６の頂部に係合凸起６０が設けられているとともに、長軸用超音波アレイ探触子２８には、係合凸起６０と係合する第１係合凹部６２および第２係合凹部６４が形成された弾性変形可能な係止部材６６が設けられており、短軸用超音波アレイ探触子２６を手動操作することで、係合凸起６０が第１係合凹部６２と係合する第１傾斜角度θ１たとえば１５度の位置、或いは係合凸起６０が第２係合凹部６４と係合する第２傾斜角度θ２たとえば２５度の位置へ、短軸用超音波アレイ探触子２６の傾斜角が選択されるようになっている。上記係合凸起６０が第１係合凹部６２と係合する位置、および係合凸起６０が第２係合凹部６４と係合する位置２は、角度保持装置４８の手動操作位置に対応している。

穿刺針位置表示装置２４は、短軸用超音波アレイ探触子２６および長軸用超音波アレイ探触子２８から超音波信号を放射させ、短軸用超音波アレイ探触子２６および長軸用超音波アレイ探触子２８に受信された生体１４内から反射された反射信号に基づいて、動脈血管２０の横断面を示す短軸画像Ｇ２および動脈血管２０の縦断面を示す長軸画像Ｇ１を生成し、表示器７２に表示させる電子制御装置７０を、備えている。電子制御装置７０は、表示器７２に表示させる画像を制御する画像表示制御部として機能している。表示器７２は、短軸画像Ｇ２および長軸画像Ｇ１を、動脈血管２０の皮膚１８からの深さ寸法Ｄを示す点が共通となるように表示させる。

画像表示制御部として機能する電子制御装置７０は、超音波駆動制御部８０、検波処理部８２、超音波信号処理部８４、血管深さ算出部８６、及び表示制御部９２を、機能的に備えている。これらの制御機能は、電子制御装置７０に機能的に備えられたものであるが、それらの制御機能のうち一部乃至全部が電子制御装置７０とは別体の制御部として構成され、相互に情報の通信を行うことにより以下に詳述する制御を行うものであってもよい。

超音波駆動制御回路７４は、電子制御装置７０に備えられた超音波駆動制御部８０からの指令に従って超音波プローブユニット１２から動脈血管２０への超音波の放射を制御する。例えば、短軸用超音波アレイ探触子２６において１列に配列された多数個の超音波振動子ａｅ１乃至ａｅｎのうち、その端の超音波振動子ａｅ１から開口部振動子と称される一定数の超音波振動子群例えば６４個の超音波振動子単位で１０ＭＨｚ程度の周波数で所定の位相差を付与しつつ同時駆動するビームフォーミング駆動することにより超音波振動子の配列方向において収束性の超音波ビームを動脈血管２０に向かって順次放射させる。そして、超音波振動子を１個ずつずらしながら移動させた開口部振動子から超音波ビームをスキャン（走査）させたときの放射毎の反射波を受信し、電子制御装置７０へ入力させる。電子制御装置７０へ入力された反射波信号は、検波処理部８２により検波され、超音波信号処理部８４により以下に詳述する画像合成可能な情報として処理される。超音波信号処理部８４は、動脈血管２０と他の組織との伝播速度差によりそれらの境界から反射される超音波反射信号間の時間差処理や、その反射信号に基づく短軸画像Ｇ２、長軸画像Ｇ１を含む超音波画像の合成処理、短軸画像Ｇ２中の動脈２０の画像の特定処理等を行って、短軸用超音波アレイ探触子２６直下の超音波二次元画像である短軸画像Ｇ２、及び長軸用超音波アレイ探触子２８直下の超音波二次元画像である長軸画像Ｇ１から成る画像データを所定の周期で繰り返し生成するとともに、その画像データを順次記憶する。表示制御部９２は、表示器７２に、短軸画像Ｇ２および長軸画像Ｇ１を、横方向に隣接して表示させ、皮膚１８からの深さ寸法を示す共通の縦軸を有するように表示させる。

血管深さ算出部８６は、超音波信号処理部８４の出力信号に基づいて、たとえば長軸画像に含まれる皮膚１８から動脈血管２０の上面までの血管深さＤを検出する。表示制御部９２は、血管深さ算出部８６により検出された動脈血管２０の血管深さＤ、或いはその血管深さＤに基づく角度保持装置４８の手動操作位置を、表示器７２の画面に用意された血管深さ表示領域７６内に表示させる。

図４および図５は、穿刺針２２は皮膚１８に対して一定の針傾斜角度たとえば約４５度の針傾斜角度で穿刺された場合の、表示器７２による長軸画像Ｇ１および短軸画像Ｇ２の表示例であり、長軸画像Ｇ１および短軸画像Ｇ２のいずれにも穿刺針２２の動脈血管２０に対する穿刺ポイントＰが示されている。図４は、穿刺針２２の先端が動脈血管２０の上面すなわち幅方向（ｘ方向）の中央に到達した状態を示し、図５は、穿刺針２２の先端が動脈血管２０の深さ方向すなわちｚ方向の中央に到達した状態を示している。作業者は、これらの長軸画像Ｇ１および短軸画像Ｇ２を用いて、穿刺針２２と動脈血管２０との相対位置関係を観察することで、穿刺針２２の動脈血管２０に対する位置をより正確に把握することができ、穿刺作業を正確に行なうことができる。

図６～図９は、穿刺針２２は皮膚１８に対して約４５度の角度で穿刺された場合の、皮膚１８、動脈血管２０、穿刺針２２、短軸用超音波アレイ探触子２６、長軸用超音波アレイ探触子２８の、幾何的な相対配置を説明する模式図である。図６～図９において、Ｂ１は短軸用超音波アレイ探触子２６から放射される超音波ビームを示し、Ｂ２は長軸用超音波アレイ探触子２８から放射される超音波ビームを示している。

図６および図７は、短軸用超音波アレイ探触子２６が第１傾斜角θ１（＝１５度）であるが、動脈血管２０の皮膚１８からの深さ寸法Ｄが２ｃｍおよび５ｃｍである場合の、相対位置を示している。図６および図７は、動脈血管２０の皮膚１８からの深さ寸法Ｄが２ｃｍ～５ｃｍの範囲で、好適に、穿刺針２２が動脈血管２０を穿刺できることを示している。

図８および図９は、短軸用超音波アレイ探触子２６が第２傾斜角θ２（＝２５度）であるが、動脈血管２０の皮膚１８からの深さ寸法Ｄが１ｃｍおよび３ｃｍである場合の、相対位置を示している。図８および図９は、動脈血管２０の皮膚１８からの深さ寸法Ｄが１ｃｍ～３ｃｍの範囲で、好適に、穿刺針２２が動脈血管２０を穿刺できることを示している。結局、図６～図９に示すように、短軸用超音波アレイ探触子２６が第１傾斜角θ１および第２傾斜角θ２に切り替えられることで、動脈血管２０の皮膚１８からの深さ寸法Ｄが１ｃｍ～５ｃｍの範囲で、好適に、穿刺針２２が動脈血管２０を穿刺できる。

上述のように、本実施例の穿刺針位置表示装置２４によれば、複数個の超音波発振子ａｅ１～ａｅｍが直線的に配列された短軸用超音波アレイ探触子２６、および複数個の超音波発振子ａｅ１～ａｅｎが短軸用超音波アレイ探触子２６の配列方向に直交する方向に直線的に配列された長軸用超音波アレイ探触子２８を、生体の皮膚１８に載置可能に有する超音波プローブユニット１２を備え、皮膚１８の下に位置する動脈血管（管状臓器）２０に対する穿刺針２２の位置を短軸画像Ｇ２および長軸画像Ｇ１において動脈血管２０と共に表示器７２に表示するために、短軸用超音波アレイ探触子２６からの超音波ビームおよび長軸用超音波アレイ探触子２８からの超音波ビームを動脈血管２０の穿刺ポイントＰに当てることで、表示器７２に表示される短軸画像Ｇ２および長軸画像Ｇ１に、動脈血管２０に対する穿刺針２２の穿刺ポイントＰがそれぞれ含まれるように制御する画像表示制御部（電子制御装置７０）が、備えられている。これにより、短軸画像Ｇ２および長軸画像Ｇ１の両方に、穿刺針２２の動脈血管２０に対する穿刺ポイントＰが表れるので、穿刺針２２の動脈血管２０に対する位置をより正確に把握することができ、穿刺針２２の穿刺作業が格段に正確となる。

本実施例の穿刺針位置表示装置２４によれば、短軸用超音波アレイ探触子２６は、長軸用超音波アレイ探触子２８の超音波発振子の配列方向に対して直交する方向の回動軸線ＲＬまわりに回動可能に設けられ、短軸用超音波アレイ探触子２６の超音波放射方向が、長軸画像Ｇ１中の動脈血管２０の上面を通過する方向に短軸用超音波アレイ探触子２６の姿勢を保持する角度保持装置４８が備えられている。これにより、角度保持装置４８によって姿勢が保持された短軸用超音波アレイ探触子２６からの超音波放射方向（超音波ビームＢ１の方向）が、長軸画像Ｇ１中の動脈血管２０の上面を通過させられるので、短軸画像Ｇ２において穿刺針２２の動脈血管２０に対する穿刺ポイントＰを正確に観察できる。したがって、動脈血管２０に対する穿刺針２２の穿刺作業が正確となる。

本実施例の穿刺針位置表示装置２４によれば、角度保持装置４８は、短軸用超音波アレイ探触子２６の超音波放射方向（超音波ビームＢ１の方向）の皮膚１８に垂直な方向に対して複数の角度のうちから選択された傾斜角度となるように、手動操作によって短軸用超音波アレイ探触子２６の姿勢を機械的に位置決めする。これにより、角度保持装置４８を手動操作することにより、短軸用超音波アレイ探触子２６の超音波放射方向の皮膚１８に垂直な方向に対して複数の角度θ１およびθ２から選択された角度とすることが簡便にできる。

本実施例の穿刺針位置表示装置２４によれば、表示器７２の血管深さ表示領域７６に表示される動脈血管２０の上面の皮膚１８からの深さＤを算出する深さ算出部８６が備えられ、表示制御部９２は、深さ算出部８６により算出された動脈血管２０器の上面の皮膚１８からの深さＤに基づいて角度保持装置４８の手動操作位置を表示器７２に表示させる。これにより、角度保持装置４８を表示器７２に表示された手動操作位置へ操作することにより、短軸用超音波アレイ探触子２６の超音波放射方向の皮膚１８に垂直な方向に対して複数の角度のうちから選択された適切な角度とすることが簡便にできる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。以下の説明において、前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図１０は、短軸用超音波アレイ探触子２６の姿勢を保持する角度保持装置４８の他の例を示している。本実施例の角度保持装置４８は、長軸用超音波アレイ探触子２８に立設されたプラケット９４によりｘ方向の軸まわりに回動可能に支持された電動機９６と、短軸用超音波アレイ探触子２６に立設されたプラケット９８によりｘ方向の軸まわりに回動可能に支持され、電動機９６の出力軸に連結されたねじ軸１００と螺合するナット１０２とを、備えている。これにより、電動機９６のねじ軸１００の回転に伴って短軸用超音波アレイ探触子２６のｚ方向に対する角度θ、すなわち短軸用超音波アレイ探触子２６から放射される緒音波ビームＢ１の皮膚１８に垂直な方向に対する角度が、連続的に変化させられる。本実施例では、円弧状ガイド５０、支持凸条５４、ガイド孔５６、凹溝５８、プラケット９４、９８、ねじ軸１００、ナット１０２が、短軸用超音波アレイ探触子２６の角度θを連続的に変化させる角度変化機構に対応している。

電動機９６は、表示器７２の血管深さ表示領域７６に表示された血管深さＤ、或いは血管深さＤに基づいて決定された操作量に応じて、電動機９６を作動させるスイッチの手動操作により、短軸用超音波アレイ探触子２６からの超音波ビームおよび長軸用超音波アレイ探触子２８からの超音波ビームを動脈血管２０の穿刺ポイントＰに当てることで、長軸画像Ｇ１および短軸画像Ｇ２のいずれにも穿刺針２２の動脈血管２０に対する穿刺ポイントＰが示されるように、短軸用超音波アレイ探触子２６の角度θを適切な値とすることができる。

図１１に示すように画像表示制御部として機能する電子制御装置７０では、動脈血管２０の上面の皮膚１８からの深さＤに基づく表示制御部９２からの指令に応答して、長軸画像Ｇ１および短軸画像Ｇ２のいずれにも穿刺針２２の動脈血管２０に対する穿刺ポイントＰが示されるように、電動機９６を自動的に駆動制御する電動機制御部８８を、備えている。電動機制御部８８は、表示制御部９２からの指令に基づいて、動脈血管２０の上面の皮膚１８からの深さＤと短軸用超音波アレイ探触子２６からの超音波放射方向（短軸用超音波アレイ探触子２６の傾斜角度θ）との間の予め設定された関係から、深さ算出部８６により算出された動脈血管２０の上面の皮膚１８からの深さＤに基づいて、短軸用超音波アレイ探触子２６の超音波ビームＢ１の方向が、長軸画像Ｇ１中の動脈血管２０の上面を通過するように、すなわち短軸用超音波アレイ探触子２６からの超音波ビームおよび長軸用超音波アレイ探触子２８からの超音波ビームを動脈血管２０の穿刺ポイントＰに当てるように、電動機９６を自動的に駆動制御する。好適には、電動機駆動制御部８８は、短軸用超音波アレイ探触子２６からの超音波放射方向が、前記長軸画像中の前記管状臓器の長手方向の中央部の上面を通過するように、電動機９６を駆動制御する。

本実施例の穿刺針位置表示装置２４においても、前述の実施例と同様に、動脈血管２０の上面の皮膚１８からの深さＤに応じて、短軸用超音波アレイ探触子２６の超音波放射方向の皮膚１８に垂直な方向に対する傾斜角度θが連続的に調節されて適切な角度とされるので、短軸画像Ｇ２および長軸画像Ｇ１の両方に、穿刺針２２の動脈血管２０に対する穿刺ポイントＰが表れるので、穿刺針２２の動脈血管２０に対する位置をより正確に把握することができ、穿刺作業が格段に正確となる。

また、角度保持装置４８は、短軸用超音波アレイ探触子２６の超音波放射方向の皮膚１８に垂直な方向に対する角度θを連続的に変化させる角度変化機構と、角度変化機構を駆動して短軸用超音波アレイ探触子２６を連続的に傾斜させる電動機９６とを、備える。これにより、短軸用超音波アレイ探触子２６の超音波放射方向の皮膚１８に垂直な方向に対する角度θが連続的に変化させるので、動脈血管２０の皮膚１８からの深さＤに応じて、短軸用超音波アレイ探触子２６の角度姿勢の精度を高めることができる。

本実施例の穿刺針位置表示装置２４によれば、画像表示制御部（電子制御装置７０）には、長軸画像Ｇ１に表示される動脈血管２０の上面の皮膚１８面からの深さＤを算出する深さ算出部８６と、深さ算出部８６により算出された動脈血管２０の上面の皮膚１８面からの深さＤに基づいて、短軸用超音波アレイ探触子２６の超音波放射方向が、長軸画像Ｇ１中の動脈血管２０の上面を通過するように、電動機９６を駆動制御する電動機制御部８８とが、備えられる。これにより、電動機制御部８８によって、深さ算出部８６により算出された動脈血管２０の上面の皮膚１８面からの深さＤに基づいて、短軸用超音波アレイ探触子２６の超音波放射方向が、長軸画像Ｇ１中の動脈血管２０の上面を通過するように、電動機９６が自動的に制御される。

本実施例の穿刺針位置表示装置２４によれば、電動機制御部８８は、短軸用超音波アレイ探触子２６の超音波放射方向が、長軸画像Ｇ１中の動脈血管２０の長手方向の中央部の上面を通過するように、電動機９６を駆動制御する。これにより、電動機制御部８８により、短軸用超音波アレイ探触子２６の超音波放射方向が、Ｇ１中の動脈血管２０の長手方向の中央部の上面を通過するように、電動機９６が自動的に駆動制御される。

図１２は、本発明の他の実施例の穿刺針位置表示装置２４を示している。本実施例の穿刺針位置表示装置２４では、短軸用超音波アレイ探触子２６は長軸用超音波アレイ探触子２８に固定されている替わりに、ステアリング角度制御部９０が、超音波駆動制御部８０内に設けられている。

ステアリング角度制御部９０は、長軸用超音波アレイ探触子２８の超音波振動子２８ｅを構成する複数の圧電素子ａｅ１～ａｅｎが配列された平面内において、長軸用超音波アレイ探触子２８から放射される超音波放射方向（超音波ビームＢ２の方向）のステアリング角度を、表示制御部９２からの指令に基づいて変化させる。具体的には、たとえば圧電素子ａｅｍに対する遅延量と圧電素子ａｅ１に対する遅延量との差を制御することにより前記開口部振動子から放射される周速性の超音波ビームの放射角度をずらし、長軸用超音波アレイ探触子２８から放射される超音波放射方向（超音波ビームＢ２の方向）の放射角であるステアリング角度が変更される。

ステアリング角度制御部９０は、動脈血管２０の上面の皮膚１８からの深さＤに基づく表示制御部９２からの指令に応答して、前述の図４および図５の如く長軸画像Ｇ１および短軸画像Ｇ２のいずれにも穿刺針２２の動脈血管２０に対する穿刺ポイントＰが示されるように、すなわち短軸用超音波アレイ探触子２６からの超音波ビームおよび長軸用超音波アレイ探触子２８からの超音波ビームを動脈血管２０の穿刺ポイントＰに当てるように、長軸用超音波アレイ探触子２８から放射される超音波放射方向（超音波ビームＢ２の方向）のステアリング角度を制御する。

図１３、図１４は、本実施例において、穿刺針２２が皮膚１８に対して約４５度の角度で穿刺された場合の、皮膚１８、動脈血管２０、穿刺針２２、短軸用超音波アレイ探触子２６、長軸用超音波アレイ探触子２８の、幾何的な相対配置を説明する模式図である。図１３は、動脈血管２０の皮膚１８からの深さ寸法Ｄが１ｃｍであり、長軸用超音波アレイ探触子２８から放射される超音波ビームＢ２のステアリング角度をθｓが２５度である場合を示している。図１４は、動脈血管２０の皮膚１８からの深さ寸法Ｄが５ｃｍであり、長軸用超音波アレイ探触子２８から放射される超音波ビームＢ２のステアリング角度をθｓが１５度である場合を示している。図１３および図１４は、動脈血管２０の皮膚１８からの深さ寸法Ｄが１ｃｍ～５ｃｍの範囲で、長軸画像Ｇ１および短軸画像Ｇ２のいずれにも穿刺針２２の動脈血管２０に対する穿刺ポイントＰが示されるため、好適に、穿刺針２２が動脈血管２０を穿刺できることを示している。

本実施例の穿刺針位置表示装置２４によれば、画像表示制御部（電子制御装置７０）は、長軸用超音波アレイ探触子２８からの超音波ビームＢ２の放射方向を超音波ステアリングを用いて変更し、動脈血管２０のうち短軸用超音波アレイ探触子２６からの超音波ビームＢ１が当たる位置に、長軸用超音波アレイ探触子２８からの超音波ビームＢ２を当てる。これにより、短軸画像Ｇ２および長軸画像Ｇ１の両方に、穿刺針２２の動脈血管２０に対する穿刺ポイントＰが表れるので、穿刺針２２の動脈血管２０に対する位置をより正確に把握することができ、穿刺作業が格段に正確となる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例において、超音波プローブユニット１２は、上腕１６に対して当てられるものであったが、生体の前腕や、生体の大腿部、頸部、胸部のような他の部分に当てられてもよい。

また、図１０では、短軸用超音波アレイ探触子２６の傾斜角θを変化させるためのアクチュエータとして電動機９６が用いられていたが、それに替えて、エヤーシリンダやステッピングモータなどのアクチュエータが備えられていてもよい。

以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。

２４：穿刺針位置表示装置
２６：短軸用超音波アレイ探触子
２８：長軸用超音波アレイ探触子
４８：角度保持装置
７０：電子制御装置（画像表示制御部）
７２：表示器
７４：超音波駆動制御回路
７６：血管深さ表示領域
８０：超音波駆動制御部
８２：検波処理部
８４：超音波信号処理部
８６：深さ算出部
８８：電動機制御部
９０：ステアリング角度制御部
９２：表示制御部
９４：プラケット（角度変化機構）
９６：電動機
９８：プラケット（角度変化機構）
１００：ねじ軸（角度変化機構）
１０２：ナット（角度変化機構）

Claims (8)

1. 複数個の超音波発振子が直線的に配列された短軸用超音波アレイ探触子、および複数個の超音波発振子が前記短軸用超音波アレイ探触子の配列方向に直交する方向に直線的に配列された長軸用超音波アレイ探触子を、生体の皮膚に載置可能に有する超音波プローブと、短軸画像および長軸画像内において前記皮膚の下に位置する管状臓器に対する穿刺針の位置を前記管状臓器と共にそれぞれ表示する表示器とを、備える穿刺針位置表示装置であって、
   短軸用超音波アレイ探触子からの超音波ビームおよび長軸用超音波アレイ探触子からの超音波ビームを管状臓器の穿刺ポイントに当てることで、前記表示器に表示される前記短軸画像および前記長軸画像に前記管状臓器に対する前記穿刺針の穿刺ポイントがそれぞれ含まれるように制御する画像表示制御部を、備える
   ことを特徴とする穿刺針位置表示装置。
2. 前記短軸用超音波アレイ探触子は、前記長軸用超音波アレイ探触子の超音波発振子の配列方向に対して直交する方向の回動軸線まわりに回動可能に設けられ、
   前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向が、前記長軸画像中の管状臓器の上面を通過する方向に前記短軸用超音波アレイ探触子の姿勢を保持する角度保持装置が備えられ、
   前記画像表示制御部は、前記角度保持装置により保持された前記短軸用超音波アレイ探触子からの信号に基づいて前記短軸画像を前記表示器に表示させる
   ことを特徴とする請求項１の穿刺針位置表示装置。
3. 前記角度保持装置は、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向の前記皮膚に垂直な方向に対して複数の角度のうちから選択された角度となるように、手動操作によって前記短軸用超音波アレイ探触子の姿勢を機械的に位置決めするものである。
   ことを特徴とする請求項２の穿刺針位置表示装置。
4. 前記長軸画像に表示される前記管状臓器の上面の前記皮膚面からの深さを算出する深さ算出部を備え、
   前記画像表示制御部は、前記深さ算出部により算出された前記管状臓器の上面の前記皮膚からの深さ、或いは前記深さに基づく前記角度保持装置の手動操作位置を前記表示器に表示させる
   ことを特徴とする請求項３の穿刺針位置表示装置。
5. 前記角度保持装置は、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向の前記皮膚に垂直な方向に対する角度を連続的に変化させる角度変化機構と、前記角度変化機構を駆動して前記短軸用超音波アレイ探触子を連続的に傾斜させる電動機とを、備える
   ことを特徴とする請求項２の穿刺針位置表示装置。
6. 画像表示制御部は、前記長軸画像に表示される前記管状臓器の上面の前記皮膚からの深さを算出する深さ算出部と、前記深さ算出部により算出された前記管状臓器の上面の前記皮膚からの深さに基づいて、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向が、前記長軸画像中の管状臓器の上面を通過するように、前記電動機を駆動制御する電動機制御部とを、備える
   ことを特徴とする請求項５の穿刺針位置表示装置。
7. 前記電動機制御部は、前記短軸用超音波アレイ探触子の超音波放射方向が、前記長軸画像中の前記管状臓器の長手方向の中央部の上面を通過するように、前記電動機を駆動制御する
   ことを特徴とする請求項６の穿刺針位置表示装置。
8. 前記画像表示制御部は、前記長軸用超音波アレイ探触子からの超音波ビームの放射方向を超音波ステアリングを用いて変更し、前記管状臓器のうち前記短軸用超音波アレイ探触子からの超音波ビームが当たる位置に、前記長軸用超音波アレイ探触子からの超音波ビームを当てる
   ことを特徴とする請求項１の穿刺針位置表示装置。

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