JP2842911B2 - 経食道エコーカルジオグラフィ装置 - Google Patents

経食道エコーカルジオグラフィ装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は、患者の心臓の多平面断層像を形成するため
超音波変換器を有し、制御・評価装置を介して映像処理
系に接続された可撓性の超音波ゾンデを備えた経食道エ
コーカルジオグラフィ装置に関する。
[背景技術] この種の装置は、マルティン(Roy.W.Martin)ら、An
Endscopic Micromanipulator for Multiplanar Transe
sophageal Imaging,Ultrasound in Med.& Biol.Vol.1
2,No.12,p.965〜975,1986から公知であり、内視鏡前端
に取付けてあって内視鏡の縦軸線に直角に延びる軸線の
まわりに旋回できる超音波変換器によって多数の断層像
を記録することによって、心臓の超音波像の三次元復元
に役立つ。かくして、相互に傾斜した断面における多数
の断層像が得られる。従って、得られた像データは、幾
何学的観点においても光学的観点においても低い品質を
有し、走査容積が小さく、分布状態は好ましいものでな
い。更に、この走査は再現性がないので、三次元像の比
較研究に必要な品質を得ることはできない。
(第2頁) シュリューター(M.Schlueter)らの論文、Trausesop
hageal Two−Dimensional Echocardiography:Compariso
ns of U1trasonic and Anatomic Sections,Ame・J.Card
iology,Vol.53,p.1173〜1178,1984には、水平断層像を
得ることができる経食道エコーカルジオグラフィ装置が
記載されている。この場合、食道内でガストロスコープ
を摺動且つ回転することによって、心臓の断層図が得ら
れる。再現不能の手走査運動が不可避のため、必然的
に、二次元断層像から立体的な三次元像を合成すること
は不可能である。
超音波−B−像走査を実施する走査及び内視鏡法は、
米国特許第4、327、738号から公知である。超音波変換
器は、可撓性ホースの剛な前端部に設けてある。多平面
断層図を形成するため、再現困難な位置変化が必要であ
るので、走査した器官の正確な立体的再現は不可能であ
る。
[発明の開示] 本発明の課題は、上記の先行技術から出発して、心臓
及びその運動に関して再現性のよい解剖学的情報を得る
ことができる経食道エコーカルジオグラフィ装置の創生
することにある。
この課題は、本発明に基づき、 心臓の相互に平行な一連の断層面を走査するため、超
音波ゾンデ内を直線に沿って軸線方向へ段階的に走行で
きるスライダ上に超音波変換器を設け、 各層の走査時に心臓位相に同期して少くとも1つの断
層図を記憶する中間記憶装置を設け、 一連の平行な断層像から合成した少くとも1つの三次
元像のための主記憶装置を設け、 主記憶装置のデータ入力を選択段を介して中間記憶装
置のデータ出力に接続し、上記選択段によって、心臓サ
イクルの長さが同一である場合に限り、心臓位相に同期
する1つ又は複数の断層像を主記憶装置に転送すること
ができ、 中間記憶装置の内容を主記憶装置に転送した後にはじ
めて、次の断層面に超音波変換器を走行する送り信号を
発生することによって、解決される。
超音波変換器を直線に沿って段階的に走行させること
によって、相互に平行な断面が得られ、対応して、相互
に平行に配列された断層図が得られる。超音波変換器
は、超音波内視鏡装置の食道ゾンデをなす遠位端を軸線
方向へ移動できるスライダ上に設けてある。経食道エコ
ーカルジオグラフィ用食道ゾンデを食道内に導入し易い
よう、上記ゾンデは可撓性に構成するが、遠位端範囲
は、走査面を精密に配位するため、剛性化を備える。剛
性化は、多数の案内部材によって断面の走査の開始前に
その端面を相互に引きつけて達成する。剛性化状態にお
いて、上記案内部材は、真直ぐで安定な案内チャンネル
を形成するので、スライダは、超音波変換器とともに、
直線に沿って段階的に走行できる。
スライダを走行させ、食道ゾンデの遠位端を部分的に
剛性化するため、心電図の評価に基づきモータの送りを
同期させることができるステップモータを含む操作装置
が設けてある。
装置は、同一断面に属するが、心臓サイクルの異なる
時点又は位相に属する多数の断層像を記憶する中間記憶
装置を使用する。心臓周波数、呼吸状態及び食道ゾンデ
の空間位置が一定の場合、中間記憶装置に格納された断
層図は主記憶装置に転送される。主記憶装置は、同一の
心臓位相に属する連続の心臓サイクルの断層図を分類
し、統合して三次元像データ群を形成できる。即ち、主
記憶装置は、心臓サイクルの時間的分解度又は超音波装
置の像反復速度に対応して食道の軸線方向へ超音波変換
器の漸進的各ステップについて、心臓の一連の三次元復
元図又はデータユニットを含む。
一定条件のもとで記録された断層図のみが三次元像デ
ータ群に統合されるよう、中間記憶装置と主記憶装置と
の間には選択段が設けてある。中間記憶装置の内容が、
主記憶装置に送るための基準を満足する場合に限り、ス
テップモータによって超音波変換器を含むスライダの送
りが行われ、かくして、隣接の断層面の走査トリガが行
われる。
本発明の好的な実施態様の場合、一方では、モータ送
りの同期に役立ち、他方では、心臓サイクル中に断層面
ごとに時間的にずらして行われる撮影をトリガ又は同期
できる心電図検知装置が設けてある。更に、検知された
心電図は、EKG(心電図)の連続(隣接)のR波形間の
時間間隔を求めるのに役立ち、従って、一定の心臓周波
数、即ち、一定長さの心臓サイクルの検知及び監視に役
立つ。かくして、一定の時間幅(Raster)内で連続する
断層撮影を確実に心臓サイクルの同一位相に関連させる
ことができる。例えば、心臓がより急速に鼓動するた
め、心臓サイクルがより短い場合、n番目の断層像は、
もはや、はじめに関連した心臓位相に関連せず、後の心
臓位相に関連するので、三次元像データ群は、各種の心
臓位相において記録された断層像を含むことになる。し
かしながら、この種の像データ群は、心臓が鼓動するの
で、使用できない。
本発明の目的に適う実施態様を、従属請求項の対象と
する。
[図面の簡単な説明] 第1図は、本発明に係る経食道エコーカルジオグラフ
ィ装置の略図、 第2図は、監視される心臓の近傍の2つの位置におけ
る食道スコープ又は内視鏡装置の遠位端の傾斜面、 第3図は、本発明が依拠する制御論理回路の略図、 第4図は、心臓の三次元像によって任意の断層面を形
成する態様を示す略図である。
[発明を実施するための最良の形態] 実施例を参照して以下に本発明を詳細に説明する。
第1図に模式的に示した経食道エコーカルジオグラフ
ィ装置は、超音波ヘッドを使用する。超音波ヘッドは、
例えば、第2図に心臓とともに2つの位置にある状態を
示した食道ゾンデ2の前端に沿って軸線方向へ可動な機
械的セクタスキャナ又はフェイズドアレイの形に構成さ
れる。食道ゾンデ2は、多数の剛な案内部材6を統合保
持する可撓性ホース5を備えた遠位端範囲4を有する。
可撓性ホース5の可撓性に基づき、遠位端範囲4は、第
2図に食道ゾンデ2の右方へ湾曲した部分で示した如
く、容易に撓むことができる。
案内部材6の内部には、案内チャンネルが設けてあ
り、超音波ヘッド1を含むスライダ(図示してない)
は、上記案内チャンネル内を軸線方向へ移動できる。超
音波ヘッド1の走査平面の精密な配位のため遠位端範囲
4を延ばすこと及び剛性化することを保証するため、案
内部材6には、引張ワイヤ7を貫通させるボアが設けて
ある。引張ワイヤは、ボーデンワイヤ(Bodenzug)によ
って、各案内部材6を相互に押圧固定でき超音波ヘッド
1のスライダを精密に案内できるように緊張させる。引
張ワイヤ7によって案内部材6を互いに引寄せると、第
2図の左側に示した如く、案内部材の端面が相互に当接
して固定され、かくして、遠位端範囲4が、剛性化さ
れ、直線に沿って配置される。第2図の左側に示した態
様で遠位端範囲4を配置した後、超音波ヘッド1及び接
続した超音波診断装置8によって、食道ゾンデ2の位置
及び超音波ヘッド1の位置によって定められる断層面に
対応して、多数の断層像を撮影する。患者が導入された
食道ゾンデ2に順応し、患者の心臓周波数、呼吸状態及
び食道ゾンデ2の位置が安定化されたならば直ちに、撮
影を行う。
心臓3の断層面の位置は食道ゾンデ2の立体的位置に
依存するので、第2図から明かな如く、断層像の撮影、
記憶を行うすべての断層面の平行度を保証するため、ゾ
ンデの立体的位置を検知する必要がある。このため、食
道ゾンデ2の案内部材6の1つに又はその前端に、線路
11、12を介して位置検知装置13に接続された縦方向コイ
ル9及び横方向コイル10が設けてある。
縦方向コイル9及び横方向コイル10は、2つの直交す
る誘導コイル14、15の電磁場内にある。上記誘導コイル
は、不変の座標系の形成のためクロック発生器16によっ
て交互に作動され、縦方向コイル9及び横方向コイルを
含む食道ゾンデ2つの立体位置に応じて、位置検知装置
13で評価される多様な電圧を上記コイル内に誘導する。
位置検知装置13は、食道ゾンデ2の各時間位置を決定
できるのみならず、連続的に位置を検知でき、更に、各
配位(姿勢)及び位置に関する頻度解析を行うことがで
き、従って、患者が安定したならば直ちに、マークした
位置又は標準化された方向を自動的に求めることがで
き、断層像の撮影を開始する。
食道ゾンデ2の所望頻度の立体位置が存在する場合は
常に、位置検知装置13の出力17にレリース(Freigabe)
信号が現れる。この最大頻度で又は通常に現れるゾンデ
位置では、検知された断層像の大半は相互に平行な断層
面に関すると予期できる。誘導コイル14、15は、患者の
ベッドに組込んである。この場合、誘導コイルの1つは
患者のベッド面に平行に配置され、別の1つは、ベッド
面に直角な側壁に組込まれる。双方の誘導コイル14、15
は、超音波ヘッド1によって走査される断層面の基準点
として役立つ不動の空間座標系を定める。
心臓の断層面(ないし層)を走査し、所定の断層面
(ないし層)について、心臓サイクルの異った各位相に
属する断層像を形成したとき、その都度ステップモータ
18によって超音波ヘッド1を矢印18の方向へ走行させ
る。このため、ステップモータ19は、ボーデンワイヤ65
を介して、超音波ヘッド1を担持するスライダに連結さ
れ、例えば、各心臓サイクル毎に、超音波ヘッド1を軸
線方向へ0.5mmだけ引きもどすことができる。即ち、10.
5cmだけ走行した場合、食道ゾンデ2の縦軸線に対して
直角に隣接の心臓3を通って延びる210の断層面が得ら
れる。ステップモータ19の送りは、EKG(心電図)に同
期される。患者のEKGから導いた同期信号は、コンピュ
ータ20によって形成され、同期線路21を介してステップ
モータ19及びその制御論理回路に供給される。
患者のEKGは、EKG装置(心電図検知装置)24に接続さ
れた電極22、23によって検知される。EKG装置24は、第
1図に示した装置のコンポーネントに必要な制御課題も
果すコンピュータ20のEKG入力25に接続されている。EKG
装置24の第1出力26は、心電図のR−波形を介してトリ
ガすることによって断層像撮影を制御するため、更に、
超音波診断装置8の制御入力27に接続されている。
トリガパルスが制御入力27に供給されると直ちに、超
音波ヘッド1が、超音波診断装置8の像反復速度に対応
して、超音波ヘッド1の当該の位置及び配位に関連する
断層面を走査し、かくして、時間間隔を置いて、即ち、
一つの心臓サイクル内の各心臓位相において断層像41
(第3図)を検知する。このため、超音波ヘッド1は、
信号線路28を介して超音波診断装置8に接続されてい
る。各断層像41は、信号として、超音波診断装置8の第
1像出力29に現れ、ビデオ線路30を介して、時間的に急
速に順次に現れる断層像41を連続的に観察できるモニタ
31に供給できる。超音波診断装置8に応じて、一つの断
層像の検知は13msec続き、この際、断層像41は、約33ms
ecのインターバルで順次に現れる。即ち、心臓サイクル
期間が0.8secの場合、心臓サイクル当り約24の断層像41
を記録できる。
超音波診断装置8の第2像出力32は、データ線路33を
介して中間記憶装置34のデータ入力に接続されている。
コンピュータ20は、一つの心臓サイクル内の各時点に順
次に形成された断層像41が患者の当該の心臓周波数又は
その呼吸状態又はゾンデの立体位置に関係なく中間記憶
装置34に格納されるよう、アドレス線路35を介して中間
記憶装置34の記憶領域トリガする。
第3図に、第1図にブロック回路図状に示した経食道
エコーカルジオグラフィ装置の機能態様を斜視図として
示した。心臓3以外に、食道ゾンデ2と、矢印18の方向
へ走行でき相互に平行なセクタ状断層面36、37を走査で
きる超音波ヘッド1とが示してある。超音波ヘッド1を
担持するスライダにボーデンワイヤを介して結合された
ステップモータ19の作動後の断層面36、37の間の距離を
矢印38で示した。
コンピュータ20に記憶された制御論理に基づき、経食
道エコーカルジオグラフィ装置の第1図に示したコンポ
ーネントは第3図に示した態様で共働する。
第3図に、心電図の波形39及び、特に、心臓サイクル
内に現れるR−波形40を示した。心臓サイクル中、ほぼ
30ないしは33msec毎に、超音波ヘッド1及び超音波診断
装置8によって、各時点又は心臓サイクルの各心臓位相
の断層面37(第3図)に関連する断層像41を記録する。
第3図に模式的に示した、例えば、1〜数十枚の、断層
像41は、コンピュータ20の制御のもとで、中間記憶装置
34に転送され、この場合、アドレス線路35は、各断層像
41に関連する記憶領域42を順次にレリースする(開
く)。
異った各時点及び心臓サイクルの各心臓位相における
断層面、特に、断層面37の断層像41を記録するので、上
記断層像は、第3図に示した態様で、主記憶装置48によ
って構成されるデータユニット43、47に分配される。第
3図に、心臓サイクルの異った各時点に属するが唯一つ
の断層面に属する断層像41を中間記憶装置34から主記憶
装置48のデータユニット43〜47に転送分配される態様を
示した。同図から明かな如く、全心臓容積の走査後、デ
ータユニット43〜47は、断層像41とを統合して形成され
た完全な三次元立体図を含む。この場合、1つの心臓サ
イクル内で、夫々別の心臓位相が各データユニット43〜
47に関連される。超音波診断装置8は、心臓の鼓動に対
して無視できる時間内に心臓3の全容積を走査すること
はできないが、各データユニット43〜47は、それぞれ、
全心臓の立体的静止像を含む。
しかしながら、この場合、1つのデータユニット43〜
47内の断層像41の数と一致する数の心臓サイクルの間、
食道ゾンデ2の配位(姿勢)、患者の心臓周波数及び呼
吸状態が不変であることが前提となる。これは、実際に
は、達成できないので、第3図に模式的に示した制御論
理回路に、第1図に示した選択段49を設ける。
選択段49は、中間記憶装置34の出力50を主記憶装置48
のデータ入力51に接続する。選択段49が導通状態の場
合、記憶領域42に格納された断層像41は、模式的に示し
たデータユニット43〜47に順次に転送される。しかしな
がら、例えば、位置検知装置13の出力17にレリース信号
がない場合、選択段49は、レリース線路52を介して阻止
され、超音波診断装置8によって、一連の新しい断層像
41が形成され、中間記憶装置34に格納される。即ち、選
択段49が主記憶装置48への切換(転送)を行い得るよう
になるまで、断層像の新しいグループが中間記憶装置34
にオーバーライトされる。
EKG装置24は、同じく、レリース線路53を介して選択
段49の関連の入力に接続される。レリース線路53は、EK
G装置24において、R−Rインターバルの評価によっ
て、上記インターバルが±5%公差範囲内に一定に保持
されていることが確認された場合に限り、作動する。EK
G装置24は、如何なるインターバル長さにおいてレリー
ス(Freigabe)が行われうるかを独自に確認する。これ
は、患者が、食道ゾンデの導入から約1分後に、安定化
された平均的な心臓周波数で均一に呼吸した場合に特
に、行われる。
EKG装置24と結合された呼吸検知器54は、患者の呼吸
曲線を監視し、一定の呼吸状態に達した場合、別のレリ
ース線路55に選択段49のレリース信号を発生する。
上述の説明から明かな如く、R−Rインターバル、呼
吸状態及びゾンデの立体位置が一定である場合に限り、
データが中間記憶装置34から主記憶装置48に転送され
る。
更に、第1図から明かな如く、コンピュータ(CPU)2
0には位置検知装置13、EKG装置24及び呼吸検知器54の出
力信号が供給される。コンピュータ20は、各種の入力信
号を評価するとともに、経食道エコーカルジオグラフィ
装置(第1図)の機能推移を制御する。
主記憶装置48及びコンピュータ20には、第1図に示し
た態様で、ディジタル映像処理系56が配してある。コン
ピュータ20は、制御線路57、58を介して主記憶装置48及
び映像処理系56に接続される。
第4図に、主記憶装置48に記憶された心臓位相同期の
三次元像60〜64を多数の立方体セル(Voxcel)から成る
データユニットとして示した。三次元像60、61、62、6
3、64は、等方性の立方形データ群から成り、各像層
は、例えば、256×256の画素(Pixel)から合成でき
る。像点又は立方体セルのグレー値を表わすため、例え
ば、8つのビットを使用できる。
例えば、三次元像60を映像処理系56に転送すれば、映
像処理系56は、第4図にキューブ状ユニットとして示し
たデータ群によって、任意の断層面66を定め、新しい断
層像67を演算処理できる。この場合、関連の断層面66の
配位は、1つの断層面36又は37の相対位置とは必ずしも
一致しない。次いで、演算処理した断層像67を映像処理
系56の出力線路68を介してモニター31に供給でき、第4
図に示した態様で、モニタのスクリーン上に表示でき
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツァイヘル、アンドレアス ドイツ連邦共和国、デー―7800 フライ ブルク、クララシュトラーセ 55 (72)発明者 クライン、ハンス―ペーター ドイツ連邦共和国、デー―8017 エバー スベルク、アン デア ヴァインライテ 12ベー (56)参考文献 特表 平3−501453(JP,A) 米国特許4173228(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A61B 8/12

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超音波画像化装置において、 (a)組織を通じて一連の断層面を超音波エネルギーに
    よって走査し、超音波を信号に変換し、信号を転送する
    超音波変換器を備え、超音波変換器は電磁場の方向性を
    検知する手段を含むとともに、該超音波変換器の直線状
    案内走行をするために案内手段上に走行可能に装着さ
    れ、 (b)一連の断層面の信号を受承し、信号を断層像の形
    である画像データに変換し、画像データを転送するため
    の超音波処理手段を備え、 (c)超音波処理手段から画像データを受承し、画像デ
    ータに基づいて像を生成させるための画像処理系を備
    え、 (d)座標系を設定するために横方向に方向の定められ
    た電磁場を提供するための手段を備え、 (e)電磁場の方向性に基づく断層面の方向を決定する
    ための位置検知装置を備え、 (f)タイミング信号に基づいて超音波変換器の走行時
    間を計測するためのタイミング手段を備えている超音波
    画像化装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の超音波画像化装置におい
    て、 電磁場の方向性を検知する手段は長手方向及び長手方向
    を横切る方向のコイルを備え、長手方向及び長手方向を
    横切る方向のコイルは互いに対して直交するように方向
    が定められ、横方向に方向の定められた電磁場を提供す
    る手段は互いに対して直交するように方向が定められ、
    かつ長手方向及び長手方向を横切る方向のコイルから一
    定の距離をおいて配置された長手方向及び長手方向を横
    切る方向の誘導ループを備え、電気的パルスが長手方向
    及び長手方向を横切る方向の誘導ループのいずれか1つ
    を通過する場合、それによって電磁場が発生され、長手
    方向及び長手方向を横切る方向のコイルのいずれか1つ
    に電圧が誘導される超音波画像化装置。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の超音波画像化装置におい
    て、 複数のパルスを発生させるためのパルス発生器を更に備
    え、パルス発生器は長手方向の誘導ループ及び長手方向
    を横切る方向の誘導ループに連続的にかつ交互にパルス
    を通過させる超音波画像化装置。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の超音波画像化装置におい
    て、 案内手段に沿って比較的一定の速度で超音波変換器を走
    行するための手段を更に備えている超音波画像化装置。
  5. 【請求項5】請求項1に記載の超音波画像化装置におい
    て、 タイミング信号は、臓器の動作に基づくものである超音
    波画像化装置。
  6. 【請求項6】請求項5に記載の超音波画像化装置におい
    て、 画像処理手段は、 前記断層面の各々を走査する際、臓器の走行と同期であ
    る前記断層像の少なくとも1つを格納できるメモリー保
    存バッファを備え、 前記一連の断層像を構成する三次元像の少なくとも1つ
    を格納するための主メモリーを備え、 メモリー保存バッファのデータ出力ポートと主メモリー
    のデータ入力ポートを接続するデータ選択転送手段を備
    え、データ選択転送手段は連続的なスキャンによる断層
    像の中の個々の1つを選択し、それを主メモリーに転送
    し、 タイミング信号がタイミング手段によって供給されるま
    で超音波変換器を次の断層面の1つに走行するのを防ぐ
    ための手段とを備えている超音波画像化装置。
  7. 【請求項7】請求項6に記載の超音波画像化装置におい
    て、 タイミング手段はR−R間隔の継続時間の頻度分布とと
    もに連続的なサイクルのR−R間隔を決定するための心
    電図(ECG)信号を監視するための監視手段であり、デ
    ータ選択転送手段がリリース信号を受承することによっ
    て監視手段から断層像に転送し、メモリー保存バッファ
    の内容が予め決められた一定のR−R間隔に一致した場
    合、監視手段がデータ選択転送手段にリリース信号を送
    る超音波画像化装置。
  8. 【請求項8】請求項6に記載の超音波画像化装置におい
    て、 メモリー保存バッファが心臓サイクルの異なる位相にお
    ける複数の断層像を格納するための容量を有し、データ
    選択転送手段が心臓サイクルの連続的な位相に対応する
    時間的順序の一連の三次元像において超音波変換器を位
    置づける各々の断層面における心臓の位相に同期である
    複数の診断像をメモリー保存バッファから出力する超音
    波画像化装置。
  9. 【請求項9】請求項1に記載の超音波画像化装置におい
    て、 位置検知装置が超音波変換器の複数の位置の頻度分布の
    記録を許容する超音波画像化装置。
  10. 【請求項10】請求項5に記載の超音波画像化装置にお
    いて、 患者の呼吸パターンを監視するための監視手段を更に備
    え、監視手段はタイミング手段に接続されている超音波
    画像化装置。
  11. 【請求項11】請求項6に記載の超音波画像化装置にお
    いて、 主メモリーはコンピュータによって制御され、コンピュ
    ータは表示手段を含み、該表示手段上に三次元像に並列
    される断層像を表示するように適合されている超音波画
    像化装置。
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