JP2842912B2 - 超音波内視鏡装置 - Google Patents

超音波内視鏡装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は，患者の被検器官を走査するための，特に，
経食道エコーカルディオグラフィ（Echokardiographi
e）に使用するための超音波内視鏡装置であって，多重
面断層写真形成のための映像処理系に超音波診断装置を
介して電気的に接続できる超音波変換器を内視鏡の遠位
端範囲に可動に設けた形式のものに関する。
背景技術 この種の装置は,R.W.Martinら，“An Endoscopic Mic
romanipulator for Multiplaner Transphageal Imagin
g",Ultrasound in Med.4 Biol.,Vol.12,No.12,p.965−9
75,1986から公知であり，内視鏡の縦軸線に直角に延び
る軸線のまわりに旋回自在なよう内視鏡前端に取付けた
超音波変換器によって多数の断層像を撮って，超音波心
臓像を３次元的に復元するのに役立つ。かくして得られ
る断層像の平面は，相互に傾斜する。従って，得られる
像データは，多くの用途について所要の品質を有してお
らず，また走査容積が小さく且つ不適切に分布ないし分
割される。特に，走査が，不正確であるので再現し難
く，この際に得られる像は，比較検討に不適である。
内視鏡法および超音波β像走査を実施する装置は，米
国特許第4,327,738号から公知である。超音波変換器
は，可撓性チューブの剛な前端部材に設けてある。多重
面断層像を形成するには，再現の難しい位置変更が必要
であるので，走査した器官を立体的に正確に復元できな
い。
超音波変換器を含み，超音波変換器をその縦軸線のま
わりに旋回することによっておよびまたは縦方向へ摺動
することによって血管を走査できるカテーテルは,EP−A
1−0234951から公知である。この場合に得られる断層像
の再現性は低いので，走査した器官を立体的に正確に復
元できない。
軸線方向へ順次に配置されオプティカルファイバ束を
形成する多数の中空部材を有する，伸張した可撓性ボデ
ーを含む検査機器は,US−Ａ−4686963から公知である。
引張ワイヤは，上記部材を介して延び，上記部材を相互
に押圧して剛な状態とすることができる。
GB−Ａ−2143920には，可撓性チューブによって囲ま
れた多数の脊椎状部材を同様に含む内視鏡シャフトが記
載されている。
発明の開示 本発明の目的は，上記先行技術から出発して，（以下
補正p2a）被検器官の範囲の大きい容積を高精度で極め
て正確に多重面走査でき，かくして，得られた断層像か
ら走査した器官を立体的に正確に復元できる冒頭に述べ
た種類の超音波内視鏡装置を創生することにある。
この目的は，冒頭に述べた種類の内視鏡装置におい
て，軸線方向へ順次に配置された多数の剛な案内部材を
囲んで統合し通水路として役立つ気嚢を有する可撓性チ
ューブとして内視鏡の遠位端範囲を構成し， 側壁を含み音響伝播方向へ片側が開放した中空スペー
スを上記案内部材に設け，上記中空スペースは，超音波
変換器を担持し案内要素によって上記中空スペースに案
内される走行自在のスライダのための連続の案内チャン
ネルを形成し， 案内部材の端面を相互に押圧するための引張ワイヤが
案内部材を介して延在し， 引張ワイヤに配したボーデンワイヤおよびスライダに
配したボーデンワイヤを作動するための操作装置に内視
鏡の鏡筒の近位端を結合し， 鏡筒を介して遠位端範囲に水を送るための通水用コネ
クタを操作装置に設ける， ことによって達成される。
超音波内視鏡の遠位端を多数の剛な案内部材を含む可
撓性チューブとして構成することによって，超音波内視
鏡装置を湾曲した体腔を介して，特に，患者の食道に安
全に導入できる。剛な各案内部材を引張ワイヤによって
相互に引張れば，上記案内部材は，超音波変換器のスラ
イダの剛な案内レールを形成し，かくして，超音波変換
器をより長い経路にわたって走行（走査）させることが
でき，相互に平行な多数の分層像図または断層像図を得
ることができる。超音波変換器に接続でき像処理系によ
って，極めて正確で個々の断層像の比較検討を行い得る
空間的全体像に各断層像を合成することができる。更
に，超音波内視鏡装置の縦軸線に直角に各音響面を平行
に配列することによって，心臓の運動および病理学的条
件によって誘起される心臓障害を検知できる。この場
合，電子カルディオグラム（EKG）によって撮影をトリ
ガし，心臓動作毎に全走行路の1/256だけスライダを移
動し，かくして，例えば,256×256の像点の像マトリッ
クス寸法の場合,256回の心臓動作後に１つの立体像が得
られる。この種のデータ群は，像処理系の記憶装置に記
憶でき，次いで，任意の視野方向において分解能のロス
なく視察，測定，定量化できる。更に,EKGトリガによっ
て各断層面で全心臓サイクルを撮影できるので，走査終
了時，各断層面の走査数に対応して，選択自在の視野方
向からの動態の判断を可能とする多数の立体像が得られ
る。
断層面を再現性よく判断し，得られた情報から心臓の
構造を三次元的に復元するため，超音波内視鏡装置の正
確な位置および体内の音響面の正確な位置を知るのが目
的に適う。スライダに誘導ループを設け，所定磁場を発
生するための２つの相互に直交する平坦なコイルを患者
の体外に設置すれば，不動の外部座標系に関して，走査
面の位置を空間的に正確に定めることができる。この場
合，超音波内視鏡装置の位置に対応して，平行な二次元
断層面のエコー情報を不動の三次元座標系の絶対値デー
タに換算できる。
この種の方法を使用することによって，第１に，エコ
ーカルディオグラフィ法によって心臓およびその運動に
関して再現性の良いトポグラフィック情報を得ることが
できる。外部から音響面方向を検知し，得られたエコー
情報を絶対的な空間座標に換算することによって，上記
情報は，胸郭内の心臓の位置とは無関係であり，従っ
て，推移の確実な検査を実施し，得られたデータを個々
の比較検討に利用するのに適する。各走査について超音
波内視鏡装置の当該位置が既知であり，従って，像評価
時に位置を考慮できる場合，心臓に関する食道の運動は
妨害しない。全体として見て，本発明に係る超音波内視
鏡装置にもとづき，胸郭内の心臓の位置に関係なく且つ
また心臓に対する食道の位置に関係なく超音波像を空間
的に復元できる。従来，この種の実験データは，著しく
煩瑣な方法（例えば，血管造影法，コンピュータ断層撮
影法，該スピン断層撮影法）によらなければ得られなか
った。しかも，上記方法には，設備費が高いと云う欠点
以外に,X線に被曝されると云う欠点がある。
本発明の有利な実施例を従属請求項に示した。
図面の簡単な説明 第１図は，本発明に係る超音波内視鏡装置の湾曲状態
の遠位端の図面，第２図は，剛な伸張状態の遠位端の断
面図，第３図は，超音波変換器のためのスライダの拡大
平面図，第４図は，スライダの側面図，第５図は，超音
波内視鏡装置の遠位端の約５倍に拡大した横断面図，第
６図は，内視鏡装置の遠位端範囲のための，超音波伝播
方向へ開放した案内部材の図面，第７図は，超音波内視
鏡装置の遠位端と鏡筒との間にある部分の第１図，第２
図に対する拡大断面図，第８図は，遠位端範囲の伸張ロ
ック装置を作動し，像走査中に伸張状態の遠位端範囲の
縦軸線に沿って超音波変換器を走行させる操作装置の図
面である。
発明を実施するための最良の形態 図面を参照して本発明の実施例を以下に説明する。
第１図に，経食道エコーカルディオグラフィを実施す
るための食道鏡または食道ゾンデの差込端および遠位端
範囲９をほぼ実寸大で示した。食道ゾンデは，超音波内
視鏡装置であり，患者の被検器官（特に，心臓）に関す
る立体的情報を得るため，超音波像処理系（図示してな
い）に接続されている。
経食道エコーカルディオグラフィのための食道ゾンデ
は，可撓性鏡筒１を有し，この場合，食道ゾンデ差込端
に向く鏡筒端は第１図に示してあり，鏡筒後端は，第８
図に示した操作装置２に結合されている。
第１図から明らかな如く，鏡筒１の遠位端は，第１図
の実施例の場合に幅の異なる３つの部分から成る結合ス
リーブ３に結合されている。この場合，円筒形部分４が
鏡筒１に直接に結合されている。
円筒形部分４に対向するハウジング部分５は，遠位端
部材７まで延びる，例えば，ゴム製の，可撓性チューブ
６に結合されている。可撓性チューブ６は，場合によっ
ては，孔（図示していない）を備え，チューブ状気嚢８
で囲まれており，従って，液体（特に，水）を導入する
ことによって，第２図に示した如く，気嚢（バルーン
膜）８が拡張できる。
第１図において，食道ゾンデの遠位端範囲９は湾曲し
ているが，第２図では，気嚢８が拡張されるとともに，
上記範囲は真直ぐに延びた状態にある。第1,2図から明
らかな如く，可撓性チューブ６は，第5,6図に明示した
構造を有する長さ約12mmの多数の剛な案内部材10を囲
む。案内部材10は，可撓性チューブ６によって遠位端部
材７と結合スリーブ３との間に弾性的に保持される。こ
の場合，順次に配列した案内部材10の全長は，遠位端部
材７と結合スリーブ３のハウジング部材５との間の自由
間隔に対応する。
弾性的で可撓性のチューブ６にその縦方向に直角に力
を加えると，食道ゾンデの遠位端範囲９が、第１図に示
した如く，湾曲され，この場合，曲率半径は約35mmとな
る。遠位端範囲９を曲げた際，湾曲範囲11の案内部材10
の間にはくさび状自由スペース12（第１図参照）が形成
され，湾曲が補償される。可撓性チューブ６によって外
側スキンが形成され，多数の比較的剛で短い案内部材に
分割されていることにもとづき，遠位端範囲９は可撓性
であるので，食道ゾンデを患者の食道に容易に導入でき
る。
案内部材10を第２図に示した如く配列し，相互に接触
させた場合，上記案内部材は，真直ぐで安定な案内チャ
ンネル13を形成する。何故ならば，案内部材10は，特に
第5,6図に第1,2図よりもはっきりと明示した如く，同様
に構成された中空スペース14を有するからである。
食道ゾンデの遠位端範囲９を第１図の湾曲状態から第
２図の剛な伸張状態に移行させるため，チューブ６によ
って加えられる力を伸張ロック装置によって支援する。
即ち，この伸張ロック装置によって，第１図の湾曲状態
から出発して案内部材10を相互に押圧固定させ，（隣
接）案内部材の遠位端面15と近位端面16とを相互に押圧
固定することができる。遠位端面15および近位端面16
は，常に，案内部材10の縦軸線に対して直角をなすの
で，案内部材10によって，可撓性チューブ６とともに遠
位端範囲９を緊張させることができ，かくして，可撓性
チューブ６は，湾曲状態から正確な伸張位置に移行さ
れ，案内部材10の中空スペース14は，正確な伸張状態の
案内チャンネル13を形成する。
伸張ロック装置は，本質的要素として，第1,2図から
明らかな如く，遠位端部材７の近傍に設けた押えディス
ク18から出発して，側壁19内に案内部材10の縦軸線に平
行に延びる引張ワイヤ用ボア21（第６図参照）を介して
延びる引張ワイヤ17を含む。引張ワイヤ17は，結合スリ
ーブ３に隣接の案内部材10から出た後，方向変更部材22
に達し，次いで，案内部材10の側壁19に対向する側壁20
の引張ワイヤ用ボア21に達する。この場合，引張ワイヤ
17は，押えディスク18まで延び，方向変更部材22に可動
に保持された引張ワイヤ17の両端は，上記押えディスク
に固定される。
方向変更部材22によって，引張ワイヤ17に対して，即
ち，側壁19,20を介して延びる引張ワイヤ部分に対し
て，押えディスク18まで伝播し，かくして，すべての案
内部材10を結合スリーブ３の方向へ引張る張力を加える
ことができる。かくして，方向変更部材22を引もどし，
引張ワイヤ17を緊張することによって，遠位端範囲９を
湾曲状態から伸張状態に移行させ，引もどし位置に方向
変更部材22を固定することによってロックできる。
第1,2,7図から明らかな如く，方向変更部材22は，引
張ワイヤ17の双方の部分に引張を加えるため，方向変更
部材22のボアを介して延び引張スリーブ25で確保した引
張ケーブル24を有するボーデンワイヤ23に結合されてい
る。ボーデンワイヤ23の外側スリーブ26は，結合スリー
ブ３の横壁27に支持してあるので，遠位端範囲９を配
列，固定するための引張を操作装置２（第８図）によっ
てボーデンワイヤ23を介して加えることができる。
第１〜４図に示したスライダ30は，案内部材10から構
成された案内チャンネル13内を走行できる。スライダ30
は，第１図では，前進位置にあり，第２図では，後退位
置にある。スライダ30は，第２図の伸張状態にある案内
チャンネル13内を２重矢印29の方向へ約130mmだけ摺動
できる。スライダ30には,,遠位端範囲９の伸張した縦軸
線32に対して直角な平面を超音波で走査できる超音波変
換器31（例えば，超音波発振器アレイないしフェイズド
アレイ（Gruppenstrahler,phased array））が設置して
ある。この場合，走査面について，食道ゾンデに接続さ
れた超音波像処理系によって，断層像の形の超音波断層
像を把握できる。
超音波変換器31は，スライダ30の鋳込成形体33に埋込
んである。スライダ30を第1,2図の約２倍に拡大して示
す第3,4図から明らかな如く，スライダ30は，案内部材1
0の片側へ開放した案内チャンネル13内を２重矢印29の
方向へスライダ30を正確に案内し，摺動させることがで
きるガイド用曲折金具即ち摺動ガイド部材（Fuehrungsb
uegel）34を備えている。このため，案内部材10には，
摺動ガイド部材34の，例えば，弾性ワイヤから成る，脚
が嵌合する案内ミゾ35が設けてある（第5,6図参照）。
超音波変換器31は，スライダ30とともに遠位端範囲９
および鏡筒１内を縦方向へ移動できる多芯ケーブル36を
介して結合される。スライダ30から遠い側のケーブル端
は，ケーブル36を前方へ送り且つ引もどすことができる
操作装置２内に入る。更に，ケーブル36は，スライダ30
の多数の位置および相互に平行をなす多数の平面につい
て食道ゾンデの遠位端範囲９の周囲の断層像を撮影する
ため，超音波像処理系に電気的に結合されている。
ケーブル36は，電気導線束38を囲む可撓性の押込・引
抜スリーブ37を有する。
第3,6図から明らかな如く，摺動ガイド部材34の脚，
案内ミゾ35および引張ワイヤ用ボア21は，食道ゾンデの
遠位端範囲９の縦軸線に平行に延びる。案内ミゾ35に摺
動ガイド部材34を特に適切に案内するため，第３図に示
した如く，摺動ガイド部材34は，案内部材10の側壁19,2
0に加える側圧が僅かであるよう，僅かに弧状にまたは
僅かに凸に構成できる。かくして，多数の断層像を把握
するため，スライダ30を遠位端範囲９の前端から出発し
て近位端の方向へ引張る場合，確実な案内が達成され
る。別の方式として，逆に操作することもでき，即ち，
走査時，送りを行うこともできる。
遠位端範囲９を緊張する場合，両端を押えディスク18
に固定した唯一つの引張ワイヤ17のみを使用するので，
不均一性を特に良好に補償でき，このためには，方向変
更部材22のところで引張ワイヤ17が横方向へ摺動するだ
けでよい。ボーデンワイヤ23における引張による案内部
材10の正確な配列操作を支援するため，遠位端面15また
は近位端面16には，隣接の近位端面16または隣接の遠位
端15の凹み40に関連する，例えば，調心円すい体の形
の，隆起39が設けてある。この場合，案内部材10の隆起
39が隣接案内部材10の凹み40に結合するよう，隆起39お
よび凹み40の位置を正確に選択する。第６図に，更に，
引張ワイヤ用ボア21を短小化でき，従って，製造を容易
化できる切欠き47が示してある。第６図には，周囲の可
撓性チューブ６および挿入されるスライダ30を除去し
て，上方へ開放した案内部材10のみを示したが，食道ゾ
ンデの遠位端範囲９の第５図の横断面図には，既述の気
嚢８を除いて，各構成部材の相互配置を示した。案内チ
ャンネル13内にスライダ30のまわりに残存する中空スペ
ース14には，食道ゾンデの使用時，良い音響結合を達成
するため，水を充填する。給水は，鏡筒１および横壁27
の連通路41（第1,2図）を介して行われる。給水のため
の補助連通路42が，例えば，第７図に示した如く，結合
スリーブ３の遠位端に設けてある。第５図の実施例とは
異なり，気嚢８を設けた場合，気嚢８の内部に水を送る
ための孔をチューブ６の上面43に設ける。
特に第5,6図から明らかな如く，案内部材10は，実質
的にＵ字状横断面を有し，側壁19,20は，外方へ湾曲し
たシェル状の丸い面を形成する。案内部材10は上方へ開
放しており，下面44は平坦である。案内部材10の中空ス
ペース14は，スライダ30の形状に対応して構成され，下
面44の方向へ樋状に移行する，好ましくは，相互に平行
な内面を有する。かくして，特にコンパクトな構造が得
られ，食道ゾンデの外径を小さくできる。
第７図から明らかな如く，ケーブル36は，ケーブルチ
ューブ45とともに，スライダ30に設けた超音波変換器31
の送りおよび引もどしを行う別のボーデンワイヤ46を形
成する。
ボーデンワイヤ46のケーブルチューブ45およびボーデ
ンワイヤ23の外側スリーブ26は，第８図にほぼ実寸大で
示した操作装置２のハウジング50に達して終わる。ハウ
ジング50は，ボーデンワイヤ23,46のためのボアおよび
通水用ボア（第８図に示してない）を備え，食道ゾンデ
の鏡筒１を外面にはめ込んだ接続スタッド51を有する。
第８図から明らかな如く，操作装置２は，超音波結合
の支援のため通水ホース53に結合された通水用接続スタ
ッド52を有する。更に同図から明らかな如く，通水用接
続スタッド52は，引張ロッド56および57が貫通する中間
壁55を有する操作装置２の内部スペース54に開口する。
このために中間壁55に設けた開口は，水の流出を避ける
ためＯ−リング58,59で密封されている。
遠位端範囲９を緊張，配列するためのボーデンワイヤ
23の引張ケーブル24は，引張ロッド57の左端（第８図）
に結合されている。更に第８図から明らかな如く，引張
ロッド57には，引張ロッド57に沿って摺動できる押圧部
材60を配した圧縮バネ59が当接するストッパリング58が
固定してある。押圧部材60は，スリット61を介してハウ
ジング50から外方へ突出し，偏心器63を配した手動ホイ
ル62によって，即ち，手動ホイル62を偏心器63とともに
ハウジング50に固定の軸64のまわりに回転することによ
って，第８図の左端位置から右方へ摺動させることがで
きる。引張ロッド57を右方へ移動すると，ボーデンワイ
ヤ23を介して引張ワイヤ17に力が伝達され，かくして，
遠位端範囲９の伸張および剛性化が行われる。
ハウジング50に縦方向へ摺動自在に案内されたラック
56は，ステップモータ66によって駆動されるピニオン65
と係合する。ステップモータ66の回転方向に応じて，ラ
ック56が移動され，この際，ラック56の左端（第８図）
に結合されたボーデンワイヤ46が作動する。ケーブル36
の可撓性押込・引抜スリーブ37は，ラック56に固定され
ている。ケーブル36の電気導線束38は，ラック56のケー
ブルチャンネル67を介して延び，ハウジング50およびラ
ック56の右側（第８図）で操作装置２から出る。ステッ
プモータ66は，像処理系に含まれるコンピュータによっ
て制御される。この場合,EKGから誘導されたトリガパル
スに対してステップ距離，送り時点および遅延を調節で
きる。ステップ距離は，各断層面が0.5mmの相互間隔を
有するよう，選択する。
───────────────────────────────────────────────────── 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 特開 昭57−9439（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) A61B 8/12 A61B 1/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】患者の組織を走査するための超音波画像形
    成装置において、 （ａ）超音波エネルギを組織に向かわせ、同組織によっ
    て反射される超音波エネルギを示す信号を発信するため
    の超音波変換器と、 （ｂ）第１の位置から第２の位置まで前記超音波変換器
    を線状に移動させるための案内手段と、 （ｃ）前記超音波変換器を前記案内手段に沿って移動さ
    せるための移動手段と、 （ｄ）前記案内手段に沿って移動する前記超音波変換器
    の移動割合を自動的に制御するための手段と、 （ｅ）器官の動作に基づく前記移動割合を自動的に制御
    するための手段にトリガ信号を供給するための手段とを
    備え、 前記移動割合を自動的に制御するための手段は移動割合
    と器官の動作とを同期させる際に該トリガ信号を用いる
    超音波画像形成装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の超音波画像形成装置にお
    いて、前記割合は比較的一定である超音波画像形成装
    置。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の超音波画像形成装置にお
    いて、前記移動割合を自動的に制御するための手段はコ
    ンピュータである超音波画像形成装置。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の超音波画像形成装置にお
    いて、前記移動手段は前記超音波変換器に連結されたモ
    ータであり、前記案内手段は該超音波変換器に摺動可能
    に連結された案内レールである超音波画像形成装置。
  5. 【請求項５】請求項１に記載の超音波画像形成装置は、
    更に 断層写真を形成するための画像処理システムと、 前記画像形成装置の遠位端範囲を包囲する気嚢を備えた
    可撓性チューブと、 超音波投影を容易にするため一側に開放した複数の中空
    スペースを備えるべく形成され、軸線方向に配列された
    複数の案内部材であって、複数の該中空スペースは、前
    記案内手段を形成すべく配合された複数の端面と複数の
    側壁によって形成されている複数の案内部材と、 前記案内手段に摺動可能に係合する超音波変換器を搬送
    するための可動スライダと、 複数の前記案内部材を貫通して架設された引張ワイヤで
    あって、該引張ワイヤによって複数の前記案内部材が対
    向する端面にて互いに押圧されていることと、 前記画像形成装置の近位端に取り付けられ、前記引張ワ
    イヤに連結された第１のケーブルと前記可動スライダに
    連結された第２のケーブルとを備えた操作手段とを備
    え、 前記操作手段は更に、前記可撓性チューブに水を供給す
    るための管部材と給水部材とを備えている超音波画像形
    成装置。
  6. 【請求項６】請求項５に記載の画像形成装置において、
    複数の前記案内部材は押えディスクと結合スリーブとの
    間に、各案内部材の対向する複数の壁に設けられた複数
    のボアを貫通して延びる前記引張ワイヤの２つの部分に
    沿って配置され、前記引張ワイヤの該部分は前記第１の
    ケーブルに連結されている画像形成装置。
  7. 【請求項７】請求項５に記載の画像形成装置において、
    複数の前記案内部材はそれらの対向する端面に複数の隆
    起と複数の凹みとを備え、前記遠位端範囲が直線状に剛
    体化された状態にあるとき、複数の前記隆起と複数の前
    記凹みは、隣接する案内部材の複数の隆起と複数の凹み
    にそれぞれ係合する画像形成装置。
  8. 【請求項８】請求項５に記載の画像形成装置において、
    前記案内手段は複数の前記案内部材の側壁に形成された
    複数の案内チャンネルを有し、該案内チャンネルに沿っ
    て前記超音波変換器のスライダが移動する画像形成装
    置。
  9. 【請求項９】請求項５に記載の超音波画像形成装置にお
    いて、前記第２のケーブルは前記移動手段によって駆動
    される歯付きラックに連結され、該ラックにより、一連
    の走査の開始時に前進させられ、前記スライダ及び超音
    波変換器が、各走査後には所定量だけ、前記画像形成装
    置の遠位端範囲へ向かって引き戻されまたは前進させら
    れる超音波画像形成装置。
  10. 【請求項１０】請求項１に記載の超音波画像形成装置に
    おいて、移動手段は、 前記案内手段に摺動可能に係合する超音波変換器を搬送
    するための可動スライダを備えている超音波画像形成装
    置。
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