JP2023134309A - 生体硬さの測定用デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】生体励振を伴うタブレットエコー装置による加振中の超音波プローブ探触において比較的情報量の多い高度な連続処理を比較的長時間継続して行った場合でも、プローブ内の過度の発熱や熱暴走を抑制する。【解決手段】ヘッド部の基部寄りにて一の伸長方向へ縦長形成された棒状の把持部を有し成形されたケーシングと、ケーシング内のヘッド部位置に固定収容された超音波探触器と、ケーシング内のヘッド部位置から把持部位置まで、前記把持部の伸長方向に亘って固定収容された処理基板と、を具備する。ヘッド部は複数のスリット穴からなる放熱スリットが設けられると共に、放熱スリットのいずれかのスリット穴に接して、又は放熱スリット穴内に差し込まれて一つ以上の放熱フィンがヘッド部に設けられ、放熱フィンは、超音波探触器の超音波探知方向を視認可能な形状からなる。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を用いて生体物（人体又は動物）の生体組織の硬さを映像化する生体硬さの測定用デバイスに関する。特に、対象箇所の生体組織を小型振器で振動させて機械振動波であるせん断波を発生させ、超音波プローブで生体組織内を伝わる機械的振動波（横波）の伝播速度を画像化するための生体硬さの測定用探触装置に関する。

リハビリテーションにおける理学療法室、マッサージにおける治療室、スポーツ医学におけるトレーニング室等に持ち込んで骨格筋の硬さや変化を定量的に測定しようとする要求がある。つまり従来技術では難しかった骨格筋の硬さを定量的に評価して、その結果をリハビリテーション、マッサージ、トレーニングの効果判定、有効な治療、トレーニング計画の策定等に結び付けたいという要求である。このような要求には、群馬大学の山越が発明者で群馬大学が出願人である生体硬さの映像化法ＣＤＳＷＩ法：Ｃｏｌｏｒ
Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｓｈｅａｒ Ｗａｖｅ
Ｉｍａｇｉｎｇを使うことが選択肢になると考えられるが、この時、大型の超音波診断装置ではなくフィールドで使える小型で可搬型のエコー装置（タブレットエコー：プローブ内に電子回路やCPUを組み込んで、これをタブレットやPCに接続することで超音波診断を行う装置）にＣＤＳＷＩ法を組み込んで使う必要がある。

超音波を用いて生体物（人体又は動物）の生体組織を映像化する超音波映像方法として、従来、ＷＯ２０１５／１５１９７２（特許文献１参照）が開示される。同開示においては、穿刺針を測定部近くの体表に押し当てて穿刺部の生体細胞を振動させた状態で、超音波エコー装置によって生体組織内を伝わる機械的振動波（横波）の伝播速度を画像化している。

この装置において、穿刺針には微小振動を付与する励振器が設置され、この励振器により振動される穿刺針のドプラ効果の影響を受けたエコー信号をプローブが受信することにより、穿刺針の外針から突出する内針の動きが認識されるようになっている。ここで前記画像生成手段は、前記穿刺針の内針が前記被採取部に差し込まれる直前において、仮に前記内針が前記外針から突出されたとしたら前記被採取部から採取されることが期待される組織を前記表示手段に画像として表示させるものである。同文献によれば、被採取部の組織の採取に先立ち、表示手段を見るだけで被採取部のどこの部位が採取できるのかを予測することができ、所望する組織を確実に採取することができる、とされる。

ＷＯ２０１５／１５１９７２Ａ１公報

しかしながら、上記文献１記載のような生体励振を伴うタブレットエコー装置は、励振器と超音波プローブという二つの器具を体表面に同時に押し当てて生体細胞の振動状況を検知するため、一般的なプローブ診断と比べて、比較的長時間継続してプローブ使用を行うことが必要となる。また、振動状況を機械振動の伝播速度に置き換えて画像データに変換するという、一般的なプローブよりも情報量の多い高度な連続処理を行う必要がある。このため、プローブの比較的長時間の継続処理、ないし、プローブ内の処理デバイスへの負担によって、プローブ内が過度に発熱し熱暴走してしまう、という課題があった。特に、汎用のプローブサイズのデバイスによって前記プローブ内処理を行うと、処理能力の低下又は故障につながるおそれがある。

そこで本発明は、生体励振を伴うタブレットエコー装置による加振中の超音波プローブ探触作業において、振動状況を機械振動の伝播速度に置き換えて画像データに変換するという比較的情報量の多い高度な連続処理を比較的長時間継続して行った場合でも、プローブ内の過度の発熱や熱暴走を抑制することのできる、生体硬さの測定用デバイスを提供することを課題とする。

上記課題を解決すべく本発明では以下の手段を講じている。但し以下において構成の名称に続けて記載する数字乃至アルファベットは、図面の理解のために便宜的に付した符号であり、これによって構成の概念ないし形状、構造を限定する趣旨ではない。

（１）（超音波プローブのヘッド部に探触方向確認可能な放熱フィンを付属させた点）
本発明の生体硬さの測定用デバイスは、
超音波探触器を先端部に収容するヘッド部、及び、ヘッド部の基部寄りにて一の伸長方向へ縦長形成された棒状の把持部、によって一体的に成形された超音波プローブのケーシングと、
ケーシング内のヘッド部位置に固定収容された超音波探触器と、
ケーシング内のヘッド部位置から把持部位置まで、前記把持部の伸長方向に亘って固定収容された処理基板と、
を具備してなる超音波プローブデバイスであって、
ヘッド部は複数のスリット穴からなる放熱スリットが設けられると共に、
放熱スリットのいずれかのスリット穴に接して、又は放熱スリット穴内に差し込まれて一つ以上の放熱フィンがヘッド部に設けられ、
前記放熱フィンは、超音波探触器の超音波探知方向を示す探知方向視認形状からなることを特徴とする。

（２）
処理基板は、複数の小基板が把持部の厚さ方向へ離間して平行に組み合わされ、
前記平行に組み合わされた小基板の最表部及び最裏部の基板面を含む一枚以上の小基板は、熱伝導性金属箔によって四方周囲を巻回され、
さらに、平行に組み合わされた小基板の、前記熱伝導性金属箔が巻回された巻回面に近接する位置であって、ケーシングのヘッド部の側部から外部にかけて、熱伝導性金属片からなる放熱フィンが、ヘッド部の一側部及び他側部の略対称位置の放熱スリット内に部分挿入固定されることを特徴とする。

（３）
処理基板は、複数の小基板が把持部の厚さ方向へ離間して平行に組み合わされ、
前記平行に組み合わされた小基板の最表部及び最裏部の基板面を含む一枚以上の小基板は、熱伝導性金属箔によって四方周囲を巻回され、
さらに、平行に組み合わされた小基板の、前記熱伝導性金属箔が巻回された最表部及び最裏部の基板面とそれぞれ対向する位置であって、ケーシングのヘッド部の放熱スリット上又はその近接箇所に、熱伝導性金属片からなる放熱フィンが、ヘッド部の一側部及び他側部の略対称位置に外接固定されることを特徴とする。

（４）
処理基板は、基板面積の異なる複数の小基板が把持部の厚さ方向へ離間して平行に組み合わされ、
小基板のうち最小の基板面積を有する第一小基板にＦＰＧＡ素子が配置され、
小基板のうち、前記第一基板と異なる第二小基板及び／又は第三小基板にＡ／Ｄ変換素子が配置され、
前記熱伝導性金属箔は、前記第一基板のＦＰＧＡ素子、及び、当該第二基板及び／又は第三基板のＡ／Ｄ変換素子を覆って巻回されることを特徴とする。

（５）
ケーシングの把持部には、伸長方向の伸長軸を中心とした伸長軸周りの対称位置に、複数の膨出部が形成され、各膨出部はケーシング内側にくり抜きされた膨出空間を有し、かつ、各膨出部の少なくとも一部が取り外し可能となっていることを特徴とする。

（６）
ケーシングの内面であって、前記放熱スリット及び／又は前記膨出空間部を除く領域には断熱シートが貼付されることを特徴とする。

（７）（連結冶具）
上記いずれかに記載の生体硬さの測定用デバイスにおいては、プローブの受送信部と発振器の発振部とが並行方向を向くと共に一定の距離及び一定範囲内の角度を保つよう、プローブの受送信部と発振器の発振部とを連結する連結冶具をさらに具備することを特徴とする。

本発明によって提供される生体硬さの測定用デバイス及び生体硬さの測定用デバイス方法は、上記のとおり、ケーシングにスリットを形成すると共にスリット内又はスリット外部に近接して放熱フィンを設けているので、放熱フィンの放熱効果によってプローブ内の高熱化を抑制することができる。これにより、振動状況を機械振動の伝播速度に置き換えて画像データに変換するという比較的情報量の多い高度な連続処理を比較的長時間継続して行った場合でも、プローブ内の過度の発熱や熱暴走を抑制することができるものとなった。

また、放熱フィンの形状によって、超音波探査方向を視認しながら操作しやすいものとなっている。ここで、生体励振を伴うタブレットエコー装置による加振中の超音波プローブ探触作業においては、筋繊維方向に対応する方向へ超音波探知してプローブを動かす必要がある。したがって、探触面に対する超音波送受信の方向を、放熱フィンの形状そのものによって直観的に確認しながら行うことで探知効率を向上させ、継続操作時間を短縮することができるものとなった。

実施例１の生体硬さの測定用デバイスを含む生体硬さの測定用システムの構成説明図。 実施例１の生体硬さの測定用デバイスの外形を示す正面図（ａ）、底面図（ｂ）、側面図（ｃ）。 実施例１の生体硬さの測定用デバイスの内部構造を示す、第一ケーシングを外した状態の正面図（ａ）、底面図（ｂ）。 実施例１の生体硬さの測定用デバイスの第一・第二ケーシング、組合せ基板、超音波探触器、電送コードからなる分解斜視図。 実施例１の生体硬さの測定用デバイスの第一・第二・第三小基板及び熱伝導性金属箔Ｔ１，Ｔ２の分離状態を示す分解正面図。 実施例１の生体硬さの測定用デバイスに、振動装置及び放熱フィンを有する連結器を取り付けた状態の正面図（ａ）、底面図（ｂ）小、及び側面図（ｃ）。 実施例２の生体硬さの測定用デバイスに、放熱フィンを有する連結器を取り付けた状態の下方斜視図（ａ）、側面図（ｂ）。

以下、本発明を実施するための形態例を、実施例として示す各図と共に説明する。

図１に示す本発明の実施例１の生体硬さの測定用システムは、放熱フィンが付属された生体硬さの測定用デバイス１と、振動を加える加振装置２と、振動周波数を同期させ得る調整器Ａと、プローブによって探触された伝播速度を二次元表示する表示デバイスＨＤと、データを蓄積保存する処理端末４と、モニターＭとから構成される。

図２～図４は、前記測定用システムのうち、実施例１の生体硬さの測定デバイスの外形及び内部構造を示す。図４中央には、小基板を離間状態で重ね合わせた組合せ基板が熱伝導金属箔に巻回された状態で示される。図５はこの組合せ基板を更に分解した構成図である。

図６は図１～図４に示す実施例１の生体硬さの測定用システムに、一つの加振器ホルダと一対の第二放熱フィンを有する連結冶具を取り付けた状態である。図６正面図（ａ）、底面図（ｂ）にてそれぞれ右寄りに見える円板状の突出部が加振器の加振部である。

（１）
本発明の生体硬さの測定用デバイスは、（超音波プローブのヘッド部に探触方向確認可能な放熱フィンを付属させた点）を特徴の一つとする。すなわち、
超音波探触器を先端部に収容するヘッド部、及び、ヘッド部の基部寄りにて一の伸長方向へ縦長形成された棒状の把持部、によって一体的に成形された超音波プローブのケーシングと、
ケーシング内のヘッド部位置に固定収容された超音波探触器と、
ケーシング内のヘッド部位置から把持部位置まで、前記把持部の伸長方向に亘って固定収容された処理基板と、
を具備してなる超音波プローブデバイスであって、
ヘッド部は複数のスリット穴からなる放熱スリットが設けられると共に、
放熱スリットのいずれかのスリット穴に接して、又は放熱スリット穴内に差し込まれて一つ以上の放熱フィンがヘッド部に設けられ、
前記放熱フィンは、超音波探触器の超音波探知方向を示す探知方向視認形状からなることを特徴とする。

（２）
前記処理基板は、複数の小基板が把持部の厚さ方向へ離間して平行に組み合わされ、
前記平行に組み合わされた小基板の最表部及び最裏部の基板面を含む一枚以上の小基板は、熱伝導性金属箔によって四方周囲を巻回され、
さらに、平行に組み合わされた小基板の、前記熱伝導性金属箔が巻回された巻回面に近接する位置であって、ケーシングのヘッド部の側部から外部にかけて、熱伝導性金属片からなる放熱フィンが、ヘッド部の一側部及び他側部の略対称位置の放熱スリット内に部分挿入固定されることを特徴とする。

（３）
処理基板は、複数の小基板が把持部の厚さ方向へ離間して平行に組み合わされ、
前記平行に組み合わされた小基板の最表部及び最裏部の基板面を含む一枚以上の小基板は、熱伝導性金属箔によって四方周囲を巻回され、
さらに、平行に組み合わされた小基板の、前記熱伝導性金属箔が巻回された最表部及び最裏部の基板面とそれぞれ対向する位置であって、ケーシングのヘッド部の放熱スリット上又はその近接箇所に、熱伝導性金属片からなる放熱フィンが、ヘッド部の一側部及び他側部の略対称位置に外接固定されることを特徴とする。

（４）
処理基板は、基板面積の異なる複数の小基板が把持部の厚さ方向へ離間して平行に組み合わされ、
小基板のうち最小の基板面積を有する第一小基板にＦＰＧＡ素子が配置され、
小基板のうち、前記第一基板と異なる第二小基板及び／又は第三小基板にＡ／Ｄ変換素子が配置され、
前記熱伝導性金属箔は、前記第一基板のＦＰＧＡ素子、及び、当該第二基板及び／又は第三基板のＡ／Ｄ変換素子を覆って巻回されることを特徴とする。

（５）
ケーシングの把持部には、伸長方向の伸長軸を中心とした伸長軸周りの対称位置に、複数の膨出部が形成され、各膨出部はケーシング内側にくり抜きされた膨出空間を有し、かつ、各膨出部の少なくとも一部が取り外し可能となっていることを特徴とする。

（６）
ケーシングの内面であって、前記放熱スリット及び／又は前記膨出空間部を除く領域には断熱シートが貼付されることを特徴とする。

（７）（連結冶具）
上記いずれかに記載の生体硬さの測定用デバイスにおいては、プローブの受送信部と発振器の発振部とが並行方向を向くと共に一定の距離及び一定範囲内の角度を保つよう、プローブの受送信部と発振器の発振部とを連結する連結冶具をさらに具備することを特徴とする。

雑音の大きな超音波診断装置でも、CD SWI法による生体組織の硬さ映像が得られる雑音低減技術を開発することが目的である。雑音低減処理では、超音波診断装置で得られる元信号のCD SWI法に固有な時間的、周波数的な特徴に着目して、この特徴を持つ信号だけを抽出、強調することが重要であり、今回の発明はCD SWI法による硬さ映像において元信号が持つ特徴「生体組織内へせん断波を励起するための加振が特定周波数の連続正弦波で行われる」ことを積極的に利用したもので、正弦波加振に特化したMTI Filter（Moving Target Indicator)、正弦波加振に特化した流速推定、の2つの方法包含する正弦波加振に特化した雑音低減技術を導入することで、タブレット型生体硬さの測定用デバイスのような雑音の大きい生体硬さの測定用デバイスでも硬さ映像を得て、硬さの定量計測を行う。

例えば２つの検出デバイスＰ１，Ｐ２と有線で併接続された制御装置２が記憶部Ｒ、表示装置Ｍ２、入力装置Ｉ２を備え、各受信子のチャンネルに対応した信号がケーブルＣによって処理装置１に接続される。処理装置１にはスイッチＳ，調整装置Ｖ，スピーカー及び検出デバイスＰ１，Ｐ２の係止部が設けられ、表示装置Ｍ１，入力装置Ｉに有線又は無線接続される。

正弦波で振動している加振器（Ｓ）から、生体組織中にせん断波が励起され、このせん断波は生体組織内を伝播する。この時、超音波プローブ（Ｐ）で同時に超音波を送信すると、生体組織内から反射し超音波プローブで受信される超音波には、加振によりドプラ効果が生じ周波数がわずかに変調された信号が得られる。ここで図１の（３）（４）（５）は加振を行うための増幅器、発振器、および発振周波数を決める制御装置である。超音波プローブで得た信号は、直交検波後、IQ信号としてPCやタブレット等の信号処理装置からなるせん断波映像システム（ＡＷ）に取り込まれる。本発明は、この映像システム内に組み込まれる雑音低減技術に関するものである。最終的に得られた画像は表示装置（Ｗ）で表示される。

上記のほか、各振動子で受信した超音波信号をスペクトル分析し、学習を経た多層ニューラルネット解析によって、異物オブジェクトを大きさ又は硬さの異なる複数種類のオブジェクトスペクトルモデルのいずれかに判別し、判別したオブジェクトスペクトルモデルに１対１対応した色又は形状でマップ上に表示して検出面に合わせたマップ表示を行うことができる。二次元配列された複数の各受信子と隣接する受信子とが重複して信号検出することで、異物オブジェクトの概形、厚さ（深度）が明瞭に認識できる。

（生体硬さの測定用デバイス）
また、本発明の生体硬さの測定用デバイスは、非接触で探触データを取得する上記いずれかの生体硬さの測定用デバイスと、取得された探触データを分析する分析装置とを具備してなる。この生体硬さの測定用デバイス方法における生体硬さの測定用デバイスは、筋肉の片さ試験のほか、内蔵の腫瘍又は硬化部の検出に用いられる。

Claims (7)

1. 超音波探触器を先端部に収容するヘッド部、及び、ヘッド部の基部寄りにて一の伸長方向へ縦長形成された棒状の把持部、によって一体的に成形された超音波プローブのケーシングと、
   ケーシング内のヘッド部位置に固定収容された超音波探触器と、
   ケーシング内のヘッド部位置から把持部位置まで、前記把持部の伸長方向に亘って固定収容された処理基板と、
   を具備してなる超音波プローブデバイスであって、
   ヘッド部は複数のスリット穴からなる放熱スリットが設けられると共に、
   放熱スリットのいずれかのスリット穴に接して、又は放熱スリット穴内に差し込まれて一つ以上の放熱フィンがヘッド部に設けられ、
   前記放熱フィンは、超音波探触器の超音波探知方向を示す探知方向視認形状からなることを特徴とする、生体硬さの測定用デバイス。
2. 処理基板は、複数の小基板が把持部の厚さ方向へ離間して平行に組み合わされ、
   前記平行に組み合わされた小基板の最表部及び最裏部の基板面を含む一枚以上の小基板は、熱伝導性金属箔によって四方周囲を巻回され、
   さらに、平行に組み合わされた小基板の、前記熱伝導性金属箔が巻回された巻回面に近接する位置であって、ケーシングのヘッド部の側部から外部にかけて、熱伝導性金属片からなる放熱フィンが、ヘッド部の一側部及び他側部の略対称位置の放熱スリット内に部分挿入固定されることを特徴とする、請求項１に記載の生体硬さの測定用デバイス。
3. 処理基板は、複数の小基板が把持部の厚さ方向へ離間して平行に組み合わされ、
   前記平行に組み合わされた小基板の最表部及び最裏部の基板面を含む一枚以上の小基板は、熱伝導性金属箔によって四方周囲を巻回され、
   さらに、平行に組み合わされた小基板の、前記熱伝導性金属箔が巻回された最表部及び最裏部の基板面とそれぞれ対向する位置であって、ケーシングのヘッド部の放熱スリット上又はその近接箇所に、熱伝導性金属片からなる放熱フィンが、ヘッド部の一側部及び他側部の略対称位置に外接固定されることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか記載の生体硬さの測定用デバイス。
4. 処理基板は、基板面積の異なる複数の小基板が把持部の厚さ方向へ離間して平行に組み合わされ、
   小基板のうち最小の基板面積を有する第一小基板にＦＰＧＡ素子が配置され、
   小基板のうち、前記第一基板と異なる第二小基板及び／又は第三小基板にＡ／Ｄ変換素子が配置され、
   前記熱伝導性金属箔は、前記第一基板のＦＰＧＡ素子、及び、当該第二基板及び／又は第三基板のＡ／Ｄ変換素子を覆って巻回されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか記載の生体硬さの測定用デバイス。
5. ケーシングの把持部には、伸長方向の伸長軸を中心とした伸長軸周りの対称位置に、複数の膨出部が形成され、各膨出部はケーシング内側にくり抜きされた膨出空間を有し、かつ、各膨出部の少なくとも一部が取り外し可能となっていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか記載の生体硬さの測定用デバイス。
6. ケーシングの内面であって、前記放熱スリット及び／又は前記膨出空間部を除く領域には断熱シートが貼付されることを特徴とする、請求項１～５のいずれか記載の生体硬さの測定用デバイス。
7. 上記いずれかに記載の生体硬さの測定用デバイスにおいては、プローブの受送信部と発振器の発振部とが並行方向を向くと共に一定の距離及び一定範囲内の角度を保つよう、プローブの受送信部と発振器の発振部とを連結する連結冶具をさらに具備することを特徴とする、請求項１～６のいずれか記載の生体硬さの測定用デバイス。