JP3026521B2 - 超音波プローブ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シースからの多重エコ
ーを検出して超音波ビームの定速走査領域の画像のみを
表示するようにした超音波プローブ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、医療分野においては極細径の超音
波プローブが開発されている。これは、外径φ１〜３mm
前後の可撓性を有するプローブの先端付近の内部に超音
波振動子を組込み、これを人体内の目的の部位に挿入し
て、この目的部位の近傍から超音波ビームを送受波し、
この部位の超音波断層像を得て、診断に用いようとする
ものである。

【０００３】この種の超音波プローブは、外径が極めて
細かく、可撓性を有し、かつ超音波の周波数が高いこと
に、技術的な特徴がある。

【０００４】また、この種の超音波プローブは、その外
径が細く可撓性を有しているので、従来の体外式の超音
波探触子では超音波が届かなかったような体内深部の臓
器でも、管腔を通じてこの臓器の近傍までプローブを挿
入して超音波を送受波し、画像を描出することができ
る。また、目的部位の近傍から超音波を送受波するた
め、進達度の浅い高周波の超音波でも使用することがで
き、よって分解能の極めて高い超音波断層像を得ること
ができる。この超音波プローブによる診断に適した部位
としては、例えば、胆道系臓器、膵臓、血管がある。

【０００５】また、超音波プローブの走査方式には電子
スキャン方式とメカニカルスキャン方式があり、超音波
ビームの走査形態からはテジタル方式とリニア方式に区
分することができる。

【０００６】図１７（ａ）にラジアル方式の超音波プロ
ーブＡを示し、図１７（ｂ）にリニア方式の超音波プロ
ーブを示す。図中、符号７は超音波振動子、６はシース
である。

【０００７】なお、メカニカルリニアスキャン方式の超
音波プローブは、例えば、特開昭６３−３０２８３６号
公報に開示されている。

【０００８】従来のメカニカルリニアスキャン方式の超
音波プローブ装置の構成を、図１８を用いて説明する。

【０００９】この超音波プローブ装置は、人体１内に挿
入される超音波プローブ２、この超音波プローブ２に超
音波ビームの走査を行わせる駆動部３、受信信号から画
像信号を構築する超音波観測手段４、画像を描出するテ
レビモニタ５からなる。

【００１０】上記超音波プローブ２に於いて、６は可撓
性を有する長尺のシースで、このシース６の先端付近の
内部に超音波振動子７を往復自在に収容している。この
シース６内のフレキシブルシャフト８は、上記駆動部３
で発生させた往復運動を上記超音波振動子７に伝達し
て、この超音波振動子７を往復運動させ、超音波ビーム
をリニアスキャンする。

【００１１】上記駆動部３内では、モータ９の回転運動
を変換機構１０によって往復運動に変換し、これを上記
フレシキブルシャフト８に伝達している。なお、エンコ
ーダ１１はモータ９の回転角変位を検出し、この検出結
果に基づいて、回転方向の反転制御と、モータの回転制
御と、モータ９の回転ムラに起因する画像５ａの乱れの
補正を行う。

【００１２】診断に際しては、上記超音波プローブ２を
人体１内の目的の部位１２（例えば、総胆管）に挿入す
る。そして、駆動部３によって上記超音波振動子７を往
復運動させると、この超音波振動子７で送受波される超
音波ビームがリニアスキャンされ、受信信号が得られ
る。この受信信号は超音波観測手段４に伝送され、画像
信号に変換される。

【００１３】そして、この画像信号がテレビモニタ８に
送られて図２０（ａ）に示すように、超音波ビームをス
キャンした部位の超音波断層像が描出される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図１９は、駆動部３で
発生される往復運動と、フレキシブルシャフト８を介し
て往復運動させられる超音波振動子７の往復運動を時系
列に沿って示したものである。

【００１５】上記フレキシブルシャフト８は、不可避的
に伸縮するもので、駆動部３が超音波振動子７を押す行
程（ａ）〜（ｃ）に於いては縮み、上記超音波振動子７
を引く行程（ｅ）〜（ｇ）に於いては伸びる。

【００１６】したがって、押し／引きが反転する行程
（ｄ）及び（ｈ）においては、上記駆動部３が運動して
いるにも拘わらず、上記超音波振動子７が一瞬停止す
る。

【００１７】ところが、超音波観測手段４では、エンコ
ーダ１１の信号によって駆動部３のモータ９の回転変位
に同期して画像信号を構築しているため、モニタ５上に
表示される超音波断層像は、上記超音波振動子７が止ま
る部分、すなわち、図２０（ｂ）に示すように、画像５
ａの両端部に、画像流れが生じてしまう。

【００１８】このように、従来の超音波プローブ装置で
は、忠実な超音波断層像が得られず、診断に重大な支障
を来すという問題があった。

【００１９】この対策として、超音波振動子７の移動変
位を、上記超音波プローブ２の先端部で直接検出できる
ようにすればよいが、エンコーダを、小径の超音波プロ
ーブ２の内部に搭載できる程までに小型化することは、
技術的に不可能である。

【００２０】また、超音波観測手段４から画像信号をテ
レビモニタ５に送るとき、画像５ａの両端部の信号をカ
ットして送る手段も考えられるが、走査の往路と復路と
では画像内容の位置が違ってしまい、図２１（ａ），
（ｂ）に示すように超音波振動子７の往復につれて画像
５ａが左右に揺れるように見えてしまう問題がある。

【００２１】以上述べてきたように、従来の技術によっ
ては、画像５ａの両端部の画像流れを有効に除去するこ
とができず、診断上の不都合を解決できないという問題
があった。

【００２２】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
もので、簡便且つ有効な手法で画像流れを除去した超音
波プローブ装置を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、超音波ビーム
を送受して走査する超音波振動子および、この超音波振
動子を運動自在に収容するシースを有する超音波プロー
ブと、上記超音波振動子の受信波を画像信号に変換する
超音波観測手段と、上記画像信号に基づいて超音波断層
像を映し出す映出手段とを備える超音波プローブ装置に
おいて、前記シースの前記超音波ビームが走査する範囲
のうち定速で走査する範囲を他の部分とは多重エコーの
様態が異なる構成としたものである。

【００２４】

【作用】上記構成において、シースの超音波ビームが走
査する範囲のうち定速で走査する範囲を他の部分とは多
重エコーの様態が異なる構成としたので、超音波観測手
段において上記多重エコーを検出することにより、超音
波振動子が往／復の反転時に生じる画像の両端部の流れ
を除去することができる。

【００２５】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て説明する。

【００２６】図１〜図４は本発明の第一実施例を示し、
図１は超音波プローブ装置の全体概略図、図２は超音波
プローブの先端部の縦断面図、図３は超音波プローブの
動作を時系列に沿って示す縦断面図、図４は超音波観測
手段で検出した多重エコーの変化を示す線図である。

【００２７】なお、図においてはメカニカルリニアスキ
ャン方式の超音波プローブ装置を示す。

【００２８】（構成）図中の符号２１は超音波プローブ
で、この超音波プローブ２１を構成し、可撓性を有する
長尺のシース２２の基端が駆動部３に連設されている。
また、このシース２２の先端部に超音波振動子７を固設
するハウジング７ａが上記シースに沿って往復動自在に
収納されており、このハウジング７ａが上記駆動部３に
設けた往復運動機構（例えば、図１８に示すような、モ
ータ９とこのモータ９の回転運動を往復運動に変換する
変換機構１０とで構成されるもの）に連設されている。
また、上記超音波振動子７は上記シース２２の先端部に
おいて、往復移動し、範囲Ｌの領域で超音波ビームを走
査させるもので、上記シース２２の内面２２ａの上記走
査範囲Ｌのうち両端部Ｌａを除いた範囲（定速走査範
囲）Ｌｂの内面２２ｂが上記超音波振動子７から遠ざけ
た位置（図においては、定速走査範囲Ｌｂのみ肉厚を薄
くすることにより遠ざけている）に設定されている。な
お、上記シース２２の外面２２ｃは同一径で形成されて
いる。

【００２９】また、符号２３は多重エコー検出手段で、
上記超音波振動子７で受波されたエコーを検出する。

【００３０】２４は多重エコー判定手段で、上記多重エ
コー検出手段２３で検出したエコーの間隔を計時し、超
音波振動子７の走査方向が往／復の反転領域にあるかど
うかを判定する。

【００３１】２５は制御手段で、上記多重エコー判定手
段２４で超音波振動子７が往／復の反転領域以外の領
域、すなわち、定速走査範囲Ｌｂを走査していると判定
しているときのみ、受信信号を超音波観測手段４へ送
る。

【００３２】なお、符号５は映出手段の一例のテレビモ
ニタである。

【００３３】（作用）次に、上記構成による実施例の作
用について説明する。

【００３４】図３（ｄ）に示すように超音波振動子７が
走査範囲Ｌの終端近傍で走査方向が反転する領域にある
とき、図４（ａ）に示すように超音波振動子７の出射パ
ルスα1 から経過時間ｔ1 後に、シース２２の内面２２
ａからのエコーα2 が受波され、経過時間ｔ2 後にシー
ス２２の外面２２ｃからのエコーα3 が受波される。し
たがって、エコーα2 ，α3 の時間差はｔ3 である。

【００３５】一方、上記超音波振動子７が、図３
（ａ），（ｆ）に示すように定速で走査しているとき、
図４（ｂ）に示すようにシース２２の内面２２ｂからの
エコーα2が経過時間ｔ1 ′後に受波され、外面２２Ｃ
からのエコーα3 が経過時間ｔ2 ′後に受波されたとす
る。

【００３６】上記シース２２における定速走査範囲Ｌｂ
の内面２２ｂは、その両端の内面２２ａに比し超音波振
動子７から遠ざけた位置、すなわち、この内面２２ｂが
外面２２ｃに近い位置にあるため、エコーα2 ，α3 の
時間差ｔ3 ′は上記走査方向反転中の時間差ｔ3 よりも
短い（ｔ3 ′＜ｔ3 ）。

【００３７】そこで、多重エコー検出手段２３で検出し
たエコーα2 ，α３の時間差を多重エコー判定手段２４
で判定し、この時間差がｔ3 ′であるときのみ、定速走
査範囲Ｌｂと判断し、制御手段２５から上記超音波振動
子７で受波した信号を超音波観測手段４へ送信する。

【００３８】その結果、テレビモニタ５には超音波振動
子７が定速で走査している範囲Ｌｂのみの画像５ａが表
示され、反転時の画像流れがカットされる。

【００３９】また、実質的に超音波振動子１の位置を超
音波プローブ２１の先端部で直接検出していることにな
るので、往復につれて画像５ａが左右に移動するような
こともない。

【００４０】なお、この実施例では超音波観測手段４に
入力する受信信号を断続しているが、全体の結線は、こ
れに限定されないことは勿論で、例えば、超音波観測手
段４の出力信号を断続するようにしても良い。

【００４１】（第二実施例）図５、図６は本発明の第二
実施例を示し、図５は図２に相当する断面図、図６は図
４（ｂ）に相当する線図である。

【００４２】この実施例では、シース２２の内面２２ａ
を同一径にし、外面２２ｃのうち定速走査範囲Ｌｂに該
当する部分２２ｄを上記内面２２ａに近づける位置（図
においては肉厚を薄くしている）に設定したもので、図
６に示すように、シース２２の内面２２ａからのエコー
α2 と外面２２ｄからのエコーα3 との時間差ｔ3 ″
が、両端Ｌａで検出する内面２２ａからのエコーα2 ｓ
外面２２ｃからのエコーα3 との時間差ｔ3 （図４
（ａ）参照）より短くなるため、この時間差ｔ3 ″を検
出したときに画像信号を送信するようにすればよい。

【００４３】この実施例によれば、シースの内面２２ａ
は同一径であるため走査時の超音波振動子７の偏心が極
少となり、また、外面２２ｄを加工すればよいので成型
が容易になる。

【００４４】なお、定速走査範囲Ｌｂではエコーα2 ，
α3 間に他の高次の多重エコーが介在しないように、シ
ース２２の内径と外径の比を１：１に近い値に設定する
ことが望ましい。

【００４５】また、シース２２の定速走査範囲Ｌｂの形
状は上記各実施例に限定されるものではなく、シース２
２からのエコーの様態が他の部分と相違する形状であれ
ばよい。

【００４６】（第三実施例）図７は本発明の第三実施例
による図２に相当する縦断面図である。

【００４７】この実施例では、上述した第二実施例のシ
ース２２の定速走査範囲Ｌｂの外面２２ｄに充填材３１
を充填し、このシース２２の外表面を平担にしたもの
で、超音波プローブ２１の挿入が容易になる。

【００４８】上記充填材３１は上記シース２２とは異な
る音響インピーダンスを有する素材からなり、したがっ
て、上記シース２２の外面２２ｄのエコーα3を上記第
二実施例と同様に検出することができる。

【００４９】（第四実施例）図８〜図１１は本発明の第
四実施例を示し、図８は超音波プローブの先端部の縦断
面図、図９は超音波プローブ装置の制御ブロック図、図
１０は多重エコーの波形図、図１１は制御ブロック中に
おける各出力波形図である。

【００５０】（構成）機械式走査型超音波プローブ３１
の体腔内に挿入される中空弾性シース３２（例えばテフ
ロンチューブ）の先端側内部には、超音波振動子７を設
置したハウジング７ａが納められている。

【００５１】このハウジング７ａは、少なくとも相違な
る２方向に巻かれた多重コイルからなるフレシキブルシ
ャフト８によって、図示しないリニア駆動源を含む駆動
部３（図９参照）に接続されている。

【００５２】また、上記超音波振動子７との信号授受の
ための信号ケーブル（図示されていない）も上記ハウジ
ング７ａ内からフレシキブルシャフト８中を経由して上
記駆動部３につながれている。

【００５３】上記中空弾性シース３２は、その先端部の
２箇所に、音響インピーダンスがシース素材や、水、超
音波媒体３３と特性の著しく異なる超音波強反射体（例
えばアルミニウム）を素材とする位置決めリング３４
ａ，３４ｂが装着されている。上記フレシキブルシャフ
ト８は上記駆動部３内のリニア駆動源であるモーター
９、このモーター９の位置（すなわち、超音波振動子７
の位置）検出をするエンコーダ１１に接続されており、
このモーター９、エンコーダ１１は駆動制御回路３５に
接続されている。

【００５４】また、上記超音波振動子７は、送受波切り
換えスイッチ３６と信号ケーブル（図示せず）により接
続され、さらに、この送受波切り換えスイッチ３６は、
送信回路３７，受信信号増幅回路３８と接続されてい
る。この送信回路３７と受信信号増幅回路３８はゲート
回路３９に接続され、このゲート回路３９は上記エンコ
ーダ１１、駆動制御回路３５に接続される。

【００５５】また、上記ゲート回路３９は、超音波観測
手段であるＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）４に
接続され、このＤＳＣ４は、モニタ５に接続される。

【００５６】（作用）次に、上記構成による第四実施例
の作用について説明する。

【００５７】超音波振動子７を含むハウジング７ａが、
モーター９からの動力をフレシキブルシャフト８を経由
して受けると、少なくともこのフレシキブルシャフト９
の延出方向と同一方向に進退動作する。

【００５８】上記ハウジング７ａが、走査を開始して位
置決めリング３４ａ，３４ｂの一方に達すると、超音波
振動子７から出た超音波はほぼ全反射し、受信信号の音
圧レベルを急増させる。

【００５９】図１０に超音波振動子７のシース３２内の
各位置に於ける受信信号の音圧レベルを示す。

【００６０】図８のａ位置に超音波振動子７があると
き、図１０のａのようにシース３２及びシース３２外部
の反射信号となる。

【００６１】図８のｂ位置に超音波振動子７がある場
合、位置決めリング３４ａにより超音波は全反射し、図
１０のｂに示すように音圧レベルは高くなる。

【００６２】図８のｃ位置に超音波振動子７がある場
合、外部からの反射エコーとなる。

【００６３】図８のｄ位置に超音波振動子７がある場
合、位置決めリング３４ｂにより超音波全反射し、図１
０のｄに示すように音圧レベルは高くなる。

【００６４】そして、図８のｅ位置に超音波振動子７が
ある場合、ａの位置にある場合と同様シース３２及びシ
ース３２外部の反射信号となる。

【００６５】以上のような受信信号より、位置決めリン
グ３４ａ，３４ｂ間の信号を画像表示するために図１１
に示されるように各信号にゲートがかけられる。

【００６６】図１１（ａ）に示すように位置決めリング
３４ａ，３４ｂの間ｔ1 の区間のみ抽出するために、受
信信号は、基準信号Ｖthとゲート回路３９内のコンパレ
ータで比較され、図１１（ｃ）に示すゲート信号を得
る。

【００６７】さらに、このゲート回路３９では、得られ
たゲート信号とエンコーダ１１のＡ相信号との論理積を
とり、図１１（ｄ）に示す信号、すなわち位置決めリン
グ３４ａ，３４ｂ間のトリガ信号を得る。このトリガ信
号はＤＳＣ４の画像表示のタイミング信号として入力さ
れ、図１１（ｅ）に示すように位置決めリング３４ａ，
３４ｂ間の受信信号のみ画像表示される。

【００６８】また、位置決めリング３４ａ，３４ｂによ
り得られたゲート信号は、駆動制御回路３５に入力さ
れ、超音波振動子７の進退方向の切り換え信号として用
いられる。

【００６９】なお、上記エンコーダ１１のＡ相の立ち上
がり、立ち下がりにより送信回路３７から超音波振動子
駆動パルスが超音波振動子７へ供給される。

【００７０】この実施例では、進退走査の反転と受信信
号の取り込みをシース３２の先端内を移動するハウジン
グ７ａの位置検出によって同時制御しているため、モニ
タ５上の超音波画像にずれが生じない。また、超音波振
動子３７の進退の制御を簡単な回路で構成することがで
きる。さらに、内視鏡的に使用した場合、走査幅が目視
にて確認できるのでオリエンテーションがつけ易く、そ
の上、Ｘ線透視下においても走査幅が目視確認できるの
で、より正確な検査が可能になる。

【００７１】なお、本発明はメカニカルリニアスキャン
方式の超音波プローブ装置に限らず、例えば、図１２に
示すような三次元画像を得るためのスパイラル走査型超
音波プローブ装置のに採用すればリニア方式成分におけ
る反転時の画像を容易に処理することができる。なお、
符号４１は超音波振動子７をラジアル方向へ駆動させる
モータである。

【００７２】また、図１３に示すようなメカニカルセク
タ方式の超音波プローブ装置に採用すれば揺動運動にお
ける反転時の画像を容易に処理することができる。な
お、符号５１は診断対象の歯茎である。

【００７３】なお、本発明による超音波プローブ装置
は、図１４に示すような応用が考えられる。すなわち、
管腔６１の病変部６２を経内視鏡６３を用い、レーザブ
ローブ６４で焼灼して除去しようとするとき、本発明に
よる超音波プローブ装置の超音波プローブ２１で患部の
断面形状を観察しながら焼灼を進めれば、上記管腔６１
の穿孔を防止することができる。

【００７４】また、図１５に示すように上記超音波プロ
ーブ２１のシース２２の表面２２ｃに白色の塗装膜６５
などの反射コーディングを施せばレーザの散乱光による
超音波プローブ２１の破損を防止することができる。あ
るいは、レーザにより破損するおそれのある部分は超音
波振動子７のみであるため、この超音波振動子７の表面
に金属薄膜などの反射コーティングを施すだけでもよ
い。

【００７５】さらに、本発明による超音波プローブ装置
が血管に適用される場合、超音波プローブ２１は厳密に
滅菌されている必要がある。通常、循環器系に使用され
る機器はディスポパックに密封して滅菌し、１回限りの
使用としているが、超音波プローブ２１のように長尺の
ものをそのままディスポパックに収納したのでは、取扱
いが不便である。そこで、図１６に示すように、超音波
プローブ２１をディスポパック７１に巻き尺を巻くよう
にして収納し、使用時に上記ディスポパック７１から引
き出して使用するようにするとよい。

【００７６】なお、図中、符号７１は外部接続用コネク
タである。

【００７７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
超音波プローブを構成するシースの超音波ビームが走査
する範囲のうち定速で走査する範囲を他の部分とは多重
エコーの様態が異なる構成とし、この多重エコーを検出
して超音波振動子が往／復の反転を終えて等速で走査を
行っているときにのみ、画像信号を映出させるようにし
たので、画像流れを回避することができる。

【００７８】また、超音波プローブで超音波振動子の変
位を直接検出するのと等価になるため、映出手段の画像
が左右に移動するという不具合も発生せず、医学的な有
用性が損なわれないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１〜４は本発明の第一実施例を示し、図１は
超音波プローブ装置の全体概略図

【図２】超音波プローブの先端部の縦断面図

【図３】超音波プローブの動作を時系列に沿って示す縦
断面図

【図４】超音波観測手段で検出した多重エコーの変化を
示す線図

【図５】図５，図６は本発明の第二実施例を示し、図５
は図２に相当する縦断面図

【図６】図４（ｂ）に相当する線図

【図７】本発明の第三実施例による図２に相当する縦断
面図である

【図８】図８〜図１１は本発明の第四実施例を示し、図
８は超音波プローブの先端部の縦断面図

【図９】超音波プローブ装置の制御ブロック図

【図１０】多重エコーの波形図

【図１１】制御ブロック中における各出力波形図

【図１２】他の態様による超音波プローブ装置の要部概
略図

【図１３】他の態様による超音波プローブ装置の要部概
略図

【図１４】本発明による超音波プローブを焼灼用レーザ
プローブと併用した態様の概略図

【図１５】図１０における超音波プローブの先端部の縦
断面図

【図１６】他の態様による超音波プローブ装置の要部斜
視図

【図１７】図１７以下は従来例を示し、図１７は超音波
プローブのスキャン方式による区分を示す説明図

【図１８】超音波プローブ装置の全体概略図

【図１９】超音波プローブの動作を時系列に示す説明図

【図２０】（ａ）は理想的な超音波断層像を示す説明
図、（ｂ）は画像流れが生じた超音波断層像を示す説明
図

【図２１】超音波断層像が、左右に移動する状態を示す
説明図

【符号の説明】 ４…超音波観測手段 ５…映出手段 ７…超音波振動子 ２１…超音波プローブ ２２…シース Ｌ…走査範囲 Ｌｂ…定速走査範囲

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石村 寿朗 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00 - 8/15

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波ビームを送受波して走査する超音
   波振動子および、この超音波振動子を運動自在に収容す
   るシースを有する超音波プローブと、上記超音波振動子
   の受信波を画像信号に変換する超音波観測手段と、上記
   画像信号に基づいて超音波断層像を映し出す映出手段と
   を備える超音波プローブ装置において、前記シースの前
   記超音波ビームが走査する範囲のうち定速で走査する範
   囲を他の部分とは多重エコーの様態が異なる構成とした
   ことを特徴とする超音波プローブ装置。