JP3146018B2 - 生検針の超音波画像化方法およびその装置 - Google Patents
生検針の超音波画像化方法およびその装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波画像システムに
係り、特に、外科の生検処置中における超音波画像シス
テムによる生検針の画像化方法およびその装置に関す
る。
係り、特に、外科の生検処置中における超音波画像シス
テムによる生検針の画像化方法およびその装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術・発明の解決課題】外科における生検は、
通常は、組織が採取されているのを医師が超音波画像で
見ながら行っている。勿論、そのような処置がなされて
いる間は針がはっきりと見えるようにし、針が体内を通
ってサンプルの採取される組織部へ接近していくのをモ
ニタすることが好ましい。例えばトランスデューサ・ス
キャンヘッドと共に用いられる生検針ガイドのように、
そのような処置で医師を補助するアクセサリは、既に利
用されている。従来の針ガイドは、針をスキャンヘッド
の視界ないし視野へ導くようにスキャンヘッドに取り付
けられており、それにより、挿入された針は、画像とな
って映し出されている領域を通路としてその通路に沿っ
て進んで行く。針を、もっとはっきりと超音波画像に映
し出す他の技術は、例えば針上の回折格子のフォーメー
ションのように既に提案されている。その回折格子は、
針から帰ってくる超音波の反射がより強くなるように設
計されており、したがって他の場合よりも簡単に針を識
別できる。
通常は、組織が採取されているのを医師が超音波画像で
見ながら行っている。勿論、そのような処置がなされて
いる間は針がはっきりと見えるようにし、針が体内を通
ってサンプルの採取される組織部へ接近していくのをモ
ニタすることが好ましい。例えばトランスデューサ・ス
キャンヘッドと共に用いられる生検針ガイドのように、
そのような処置で医師を補助するアクセサリは、既に利
用されている。従来の針ガイドは、針をスキャンヘッド
の視界ないし視野へ導くようにスキャンヘッドに取り付
けられており、それにより、挿入された針は、画像とな
って映し出されている領域を通路としてその通路に沿っ
て進んで行く。針を、もっとはっきりと超音波画像に映
し出す他の技術は、例えば針上の回折格子のフォーメー
ションのように既に提案されている。その回折格子は、
針から帰ってくる超音波の反射がより強くなるように設
計されており、したがって他の場合よりも簡単に針を識
別できる。
【0003】一連の米国特許第3,556,079号、
第4,249,539号、第4,431,006号、第
4,407,294号、および第4,428,379号
には、生検針の超音波画像化に対する積極的なアプロー
チが示されている。これらの特許では、生検針が画像ス
キャンヘッドと協働して超音波を発したり受けたりする
ように、超音波トランスデューサが生検針に取り付けら
れている。これらの特許に示された種々の形状におい
て、トランスデューサは針の近い方の(外側の)端部に
取り付けられていて針自身が超音波の導体となったり、
あるいはトランスデューサが、針の先端部または針内に
設けられたスタイレットの位置に物理的に位置付けられ
たりしている。これらの特許では、能動トランスデュー
サが針と共にあることによって、特にそれが針先に位置
していることによって、超音波画像における針先の鮮鋭
度を可変にする技術が論じられている。しかしながら、
これらの技術は二つの重要な欠点を有している。一つ
は、インビボ(生体内)用途であって、患者の安全を考
慮して高度に小型化されたトランスデューサの構造を必
要とすることである。第二には、画像スキャンヘッドの
信号と、生検針トランスデューサへの信号及び該トラン
スデューサからの信号とを同期させるために、システム
を一体化するという重要性が求められるということであ
る。これらの能動的で且つ生体に対しては侵略的である
技術は、高度な針の視認性および正確性を提供する一方
で、非常に難しい条件を満足しなければならないという
重要な問題を有している。
第4,249,539号、第4,431,006号、第
4,407,294号、および第4,428,379号
には、生検針の超音波画像化に対する積極的なアプロー
チが示されている。これらの特許では、生検針が画像ス
キャンヘッドと協働して超音波を発したり受けたりする
ように、超音波トランスデューサが生検針に取り付けら
れている。これらの特許に示された種々の形状におい
て、トランスデューサは針の近い方の(外側の)端部に
取り付けられていて針自身が超音波の導体となったり、
あるいはトランスデューサが、針の先端部または針内に
設けられたスタイレットの位置に物理的に位置付けられ
たりしている。これらの特許では、能動トランスデュー
サが針と共にあることによって、特にそれが針先に位置
していることによって、超音波画像における針先の鮮鋭
度を可変にする技術が論じられている。しかしながら、
これらの技術は二つの重要な欠点を有している。一つ
は、インビボ(生体内)用途であって、患者の安全を考
慮して高度に小型化されたトランスデューサの構造を必
要とすることである。第二には、画像スキャンヘッドの
信号と、生検針トランスデューサへの信号及び該トラン
スデューサからの信号とを同期させるために、システム
を一体化するという重要性が求められるということであ
る。これらの能動的で且つ生体に対しては侵略的である
技術は、高度な針の視認性および正確性を提供する一方
で、非常に難しい条件を満足しなければならないという
重要な問題を有している。
【0004】最近、1990年発行の『ジャーナル オ
ブ ウルトラサウンド イン メディスン』誌第9巻の第
243〜245頁に、生検針を受動的に見るための技術
原理が報告されている。それによれば、生検針の通路あ
るいはそのガイドワイヤは、その移動している様子がカ
ラーのドップラー画像上に鮮鋭に映し出される。生検針
あるいはそのガイドワイヤの手による操縦は、針全体の
カラー画像で映し出される。そのような技術は、本来の
ドップラー画像の物理的原理に従うものであり、多くの
場合は、その簡易性および付加システムを一体化する必
要性がないことから、上述の能動的な技術よりも好まし
い。しかしながらこの技術は、針が操縦されているとき
しか針の画像が明瞭にならず、そしてその画像は針全体
の粗雑な画像であるという欠点がある。針先だけが連続
的に見られるのが好ましく、針先を採取される組織の箇
所によりうまく位置させるのが好ましい。
ブ ウルトラサウンド イン メディスン』誌第9巻の第
243〜245頁に、生検針を受動的に見るための技術
原理が報告されている。それによれば、生検針の通路あ
るいはそのガイドワイヤは、その移動している様子がカ
ラーのドップラー画像上に鮮鋭に映し出される。生検針
あるいはそのガイドワイヤの手による操縦は、針全体の
カラー画像で映し出される。そのような技術は、本来の
ドップラー画像の物理的原理に従うものであり、多くの
場合は、その簡易性および付加システムを一体化する必
要性がないことから、上述の能動的な技術よりも好まし
い。しかしながらこの技術は、針が操縦されているとき
しか針の画像が明瞭にならず、そしてその画像は針全体
の粗雑な画像であるという欠点がある。針先だけが連続
的に見られるのが好ましく、針先を採取される組織の箇
所によりうまく位置させるのが好ましい。
【0005】
【発明の開示】本発明の原理によれば、生検針の超音波
画像化のための装置および方法が提供される。本発明
は、上述の能動的技術に比して、生体に対して侵略的な
トランスデューサを用いることがなく、またシステムの
一体化は小型化されるという点で有利である。本発明は
また、針を手動操縦する上述の技術と比して、生検針の
針先が優先的に且つ連続的に見られるという点で有利で
ある。本発明の原理に従って構成された装置は、生検針
を、また好ましくは生検針に設けられているスタイレッ
トを機械的に往復動させるための手段を採用している。
好ましい実施例においては、往復動の周波数は低可聴域
の周波数である。そのような機械的な往復動は、針先で
小さい振幅の運動を生じ、これはドップラー技術の利用
により容易に検知できる。この針先で検知された機械的
運動は、採取される組織の画像の中で針先の位置を描写
する像にドップラー検知によって変換される。本発明の
方法においては、針もしくはスタイレットを機械的に往
復動させるための手段が針もしくはスタイレットに接続
される。生検処置が行われている際のその針もしくはス
タイレットの運動が、ドップラー画像システムによって
検知される。
画像化のための装置および方法が提供される。本発明
は、上述の能動的技術に比して、生体に対して侵略的な
トランスデューサを用いることがなく、またシステムの
一体化は小型化されるという点で有利である。本発明は
また、針を手動操縦する上述の技術と比して、生検針の
針先が優先的に且つ連続的に見られるという点で有利で
ある。本発明の原理に従って構成された装置は、生検針
を、また好ましくは生検針に設けられているスタイレッ
トを機械的に往復動させるための手段を採用している。
好ましい実施例においては、往復動の周波数は低可聴域
の周波数である。そのような機械的な往復動は、針先で
小さい振幅の運動を生じ、これはドップラー技術の利用
により容易に検知できる。この針先で検知された機械的
運動は、採取される組織の画像の中で針先の位置を描写
する像にドップラー検知によって変換される。本発明の
方法においては、針もしくはスタイレットを機械的に往
復動させるための手段が針もしくはスタイレットに接続
される。生検処置が行われている際のその針もしくはス
タイレットの運動が、ドップラー画像システムによって
検知される。
【0006】さらには、針先がそのドップラー信号の応
答によって描写されるときに、その針先の描写は、採取
される組織のストラクチャを示す画像を不明瞭にし得る
ことも分かった。このことは、医師が針先を目標の組織
に対して正確に位置させる可能性を損なってしまうであ
ろう。本発明のさらに好ましい実施例の態様によれば、
針先のドップラー信号の応答による描写は、組織のスト
ラクチャを表す像のカラー変調が行われる。このよう
に、目標の組織は常に医師に見え、針先のドップラー信
号の応答によって不明瞭になることはなく、そして目標
組織の色相および色の強さが針先を正確に表示する。
答によって描写されるときに、その針先の描写は、採取
される組織のストラクチャを示す画像を不明瞭にし得る
ことも分かった。このことは、医師が針先を目標の組織
に対して正確に位置させる可能性を損なってしまうであ
ろう。本発明のさらに好ましい実施例の態様によれば、
針先のドップラー信号の応答による描写は、組織のスト
ラクチャを表す像のカラー変調が行われる。このよう
に、目標の組織は常に医師に見え、針先のドップラー信
号の応答によって不明瞭になることはなく、そして目標
組織の色相および色の強さが針先を正確に表示する。
【0007】
【実施例】図1を参照して、本発明に係る生検針の超音
波画像化システムがブロック図で示されている。多数の
画像トランスデューサ11を含んだ超音波スキャンヘッ
ド10が患者の皮膚面30に接触している。好ましい実
施例においては、スキャンヘッド10はフェーズドアレ
ー走査型トランスデューサ装置である。スキャンヘッド
はケーブル12によって受発信モジュール14に接続さ
れている。この受発信モジュール14は、トランスデュ
ーサ11へエネルギを与えるパルスないし信号波を供給
するためのドライバであり、走査されている組織のスト
ラクチャから戻ってくる信号および反射波の受信に応答
してトランスデューサにより発生させられる電気信号を
受信し且つ増幅するための受信器である。スキャンヘッ
ドのトランスデューサは、受発信モジュール14に接続
されたタイミング・アンド・コントロール・システム2
4による制御の下で、互いに所定の位相差を有する超音
波を発生するように同期した状態で駆動される。受信さ
れて増幅された電気信号は、復調器16によってシステ
ムのベースバンド信号に復調され、フェーズド・アレー
・スキャンヘッドの射出波ないし射出ベクトルに位置的
に対応するメモリないしストア18に蓄積される。蓄積
された信号は、それからプロセッサ20へ供給される。
信号は、このプロセッサでハイパスフィルタ20aに通
され、分光エスティメータ20bによって解析される。
この分光エスティメータは、図4と共に以下に説明する
位相シフト情報のために解析されたデータを有してお
り、この情報は、例えば色で示されるような速度表示を
位置的に描写する情報に翻訳される。そしてこの表示情
報は、ディスプレー22上の所望の画像フォーマットに
表示される。そのようなエレメントの一つとしては、ワ
シントン州、ボセルのアドバンスト・テクノロジー・ラ
ボラトリーズ社から入手可能なウルトラマーク9カラー
フロー画像システムに採用されているようなカラーフロ
ー画像システムがある。
波画像化システムがブロック図で示されている。多数の
画像トランスデューサ11を含んだ超音波スキャンヘッ
ド10が患者の皮膚面30に接触している。好ましい実
施例においては、スキャンヘッド10はフェーズドアレ
ー走査型トランスデューサ装置である。スキャンヘッド
はケーブル12によって受発信モジュール14に接続さ
れている。この受発信モジュール14は、トランスデュ
ーサ11へエネルギを与えるパルスないし信号波を供給
するためのドライバであり、走査されている組織のスト
ラクチャから戻ってくる信号および反射波の受信に応答
してトランスデューサにより発生させられる電気信号を
受信し且つ増幅するための受信器である。スキャンヘッ
ドのトランスデューサは、受発信モジュール14に接続
されたタイミング・アンド・コントロール・システム2
4による制御の下で、互いに所定の位相差を有する超音
波を発生するように同期した状態で駆動される。受信さ
れて増幅された電気信号は、復調器16によってシステ
ムのベースバンド信号に復調され、フェーズド・アレー
・スキャンヘッドの射出波ないし射出ベクトルに位置的
に対応するメモリないしストア18に蓄積される。蓄積
された信号は、それからプロセッサ20へ供給される。
信号は、このプロセッサでハイパスフィルタ20aに通
され、分光エスティメータ20bによって解析される。
この分光エスティメータは、図4と共に以下に説明する
位相シフト情報のために解析されたデータを有してお
り、この情報は、例えば色で示されるような速度表示を
位置的に描写する情報に翻訳される。そしてこの表示情
報は、ディスプレー22上の所望の画像フォーマットに
表示される。そのようなエレメントの一つとしては、ワ
シントン州、ボセルのアドバンスト・テクノロジー・ラ
ボラトリーズ社から入手可能なウルトラマーク9カラー
フロー画像システムに採用されているようなカラーフロ
ー画像システムがある。
【0008】本発明の原理には、斜めに切り落とされて
尖らされた先端部を持つ中空の外套管40が設けられた
生検針が含まれている。外套管内に設けられた部材42
は、組織内に挿入されるが、スタイレットのように、尖
らされた先端部にまで延びて取り外し可能な部材であ
る。部材42の基端部は、その部材ないしスタイレット
を長手方向に往復動させる機構44に連結されている。
その機構44は、リニアモータやソレノイド、スピーカ
コイルあるいはその他の装置で部材42に長手方向の往
復動をさせて連結できるように利用できるもののよう
に、リニアな往復動作を発生する種々の装置のうちのど
れであってもよい。機構44は、正弦波、パルス、鋸歯
やその他の波形のように機構44にとって適切な波形の
エネルギを与える発振器46によってエネルギが与えら
れる。以下にのべるように、発振器の波形は、発振器4
6をタイミング・アンド・コントロール・システム24
に接続することによって、スキャンヘッドのトランスデ
ューサ11のエネルギ付与と同期させられており、それ
によって、部材42の動作と、生検針の鮮明かつ連続し
た像のためのスキャンヘッドからの射出波とが同期す
る。
尖らされた先端部を持つ中空の外套管40が設けられた
生検針が含まれている。外套管内に設けられた部材42
は、組織内に挿入されるが、スタイレットのように、尖
らされた先端部にまで延びて取り外し可能な部材であ
る。部材42の基端部は、その部材ないしスタイレット
を長手方向に往復動させる機構44に連結されている。
その機構44は、リニアモータやソレノイド、スピーカ
コイルあるいはその他の装置で部材42に長手方向の往
復動をさせて連結できるように利用できるもののよう
に、リニアな往復動作を発生する種々の装置のうちのど
れであってもよい。機構44は、正弦波、パルス、鋸歯
やその他の波形のように機構44にとって適切な波形の
エネルギを与える発振器46によってエネルギが与えら
れる。以下にのべるように、発振器の波形は、発振器4
6をタイミング・アンド・コントロール・システム24
に接続することによって、スキャンヘッドのトランスデ
ューサ11のエネルギ付与と同期させられており、それ
によって、部材42の動作と、生検針の鮮明かつ連続し
た像のためのスキャンヘッドからの射出波とが同期す
る。
【0009】本発明の生検針の使用方法について以下に
説明する。スキャンヘッド10は、組織表面30に面し
て位置させられ、生検されるべき部位31がうまく画像
セクタ内に見えるようになるまで操作される。画像セク
タは、図1に部位31の両側に破線で示すセクタ境界線
32aおよび32bで表示されている。機構44は、生検
針の部材42に接続されており、外套管40内で部材4
2が長手方向に往復動させるようにエネルギ付与されて
いる。生検針は、組織内に挿入され、部位31の方へ、
そしてスキャンヘッドの視野内へ向けられる。針がその
視野内に来ると、外套管の先の振動部材の運動は、画像
システムによってドップラー応答を生じる。そのドップ
ラー応答は、色のスポットないしドットとなってストラ
クチャの超音波画像内に位置的に示される。色のスポッ
トないしドットは外套管先で部材42の運動の位置を示
し、生検針が部位31の方へ向くとそのスポットは画像
表示内で部位31へ接近することになる。色のスポット
が画像内で部位31と一致すると、外套管40は部位の
生検を行う適切な位置にあることになる。部材42は、
外套管を通した生検を許容する位置で外套管から引き出
される。
説明する。スキャンヘッド10は、組織表面30に面し
て位置させられ、生検されるべき部位31がうまく画像
セクタ内に見えるようになるまで操作される。画像セク
タは、図1に部位31の両側に破線で示すセクタ境界線
32aおよび32bで表示されている。機構44は、生検
針の部材42に接続されており、外套管40内で部材4
2が長手方向に往復動させるようにエネルギ付与されて
いる。生検針は、組織内に挿入され、部位31の方へ、
そしてスキャンヘッドの視野内へ向けられる。針がその
視野内に来ると、外套管の先の振動部材の運動は、画像
システムによってドップラー応答を生じる。そのドップ
ラー応答は、色のスポットないしドットとなってストラ
クチャの超音波画像内に位置的に示される。色のスポッ
トないしドットは外套管先で部材42の運動の位置を示
し、生検針が部位31の方へ向くとそのスポットは画像
表示内で部位31へ接近することになる。色のスポット
が画像内で部位31と一致すると、外套管40は部位の
生検を行う適切な位置にあることになる。部材42は、
外套管を通した生検を許容する位置で外套管から引き出
される。
【0010】生検針の部材42の運動は、図2に針先の
拡大図で明確に示されている。図2においてスタイレッ
ト42'は、外套管40内で矢印43で示すように長手
方向に往復動させられる。好ましくは、そのスタイレッ
トに伝えられる運動は可能なかぎり長手方向に限られ
る。振動の径方向成分が最小にされると針のドップラー
応答は正に針先に制限され、スタイレットの先は図の4
8で示す引っ込んだ位置と、外套管の口に破線48aで
示す伸張位置との間で往復動する。図示の実施例では、
位置48と48aとの間の移動範囲は、数mmないしそれ
以下であり、一般には1mm前後である。このように、可
視のドップラー応答として超音波画像に見られるもの
は、針先の口でのスタイレットの運動だけであり、外套
管のボディ全体は除外される。針先は、生検される組織
へ正確に導かれるので画像内で明るくされ、それは針先
からのドップラー応答のみであれば達成される。径方向
の振動成分は、外套管の表面の運動を生じ、それは外套
管40の表面に沿った好ましくない種々の位置からのド
ップラー応答を引き出してしまい、針先の位置の像に加
えてその運動の像も出てしまう。それは、針先の移動を
追いかけているユーザに対して画像の混乱を与えてしま
う。生検処置の正確性は、径方向成分の運動を最小に抑
えて外套管からのドップラー応答を得ることで高められ
る。
拡大図で明確に示されている。図2においてスタイレッ
ト42'は、外套管40内で矢印43で示すように長手
方向に往復動させられる。好ましくは、そのスタイレッ
トに伝えられる運動は可能なかぎり長手方向に限られ
る。振動の径方向成分が最小にされると針のドップラー
応答は正に針先に制限され、スタイレットの先は図の4
8で示す引っ込んだ位置と、外套管の口に破線48aで
示す伸張位置との間で往復動する。図示の実施例では、
位置48と48aとの間の移動範囲は、数mmないしそれ
以下であり、一般には1mm前後である。このように、可
視のドップラー応答として超音波画像に見られるもの
は、針先の口でのスタイレットの運動だけであり、外套
管のボディ全体は除外される。針先は、生検される組織
へ正確に導かれるので画像内で明るくされ、それは針先
からのドップラー応答のみであれば達成される。径方向
の振動成分は、外套管の表面の運動を生じ、それは外套
管40の表面に沿った好ましくない種々の位置からのド
ップラー応答を引き出してしまい、針先の位置の像に加
えてその運動の像も出てしまう。それは、針先の移動を
追いかけているユーザに対して画像の混乱を与えてしま
う。生検処置の正確性は、径方向成分の運動を最小に抑
えて外套管からのドップラー応答を得ることで高められ
る。
【0011】さらに、針の運動の径方向成分を最小にす
ることで、振動の感覚が組織へ伝わることはなく、また
ユーザの手に伝わることもない。一方、針が組織に挿入
される際に曲がると振動の径方向成分は不可避的に生じ
るが、普通は針が真っすぐになるので、外套管の表面で
の振動の感覚は減少される。
ることで、振動の感覚が組織へ伝わることはなく、また
ユーザの手に伝わることもない。一方、針が組織に挿入
される際に曲がると振動の径方向成分は不可避的に生じ
るが、普通は針が真っすぐになるので、外套管の表面で
の振動の感覚は減少される。
【0012】本発明の好適な一実施例において、スタイ
レットの移動範囲内の最も先端側は、外套管の開放され
た口の位置であってそれを越えていない。組織のどの位
置においても、外套管の先の口を越えて往復動するスタ
イレットのために生じるダメージは避けられるべきであ
る。そして、外科医の操縦の下で、外套管の鋭利な先で
組織の切り取りだけが行われるべきである。
レットの移動範囲内の最も先端側は、外套管の開放され
た口の位置であってそれを越えていない。組織のどの位
置においても、外套管の先の口を越えて往復動するスタ
イレットのために生じるダメージは避けられるべきであ
る。そして、外科医の操縦の下で、外套管の鋭利な先で
組織の切り取りだけが行われるべきである。
【0013】図1の生検針の部材42を長手方向へ運動
させるための機構は、生検針の基端部側に位置して図3
に断面図で示されている。外套管40の端部に取り付け
られているのは外套管ハブ50であり、スタイレット4
2'の端部に取り付けられているのはスタイレットハブ
52である。スタイレットハブ52の周囲には、間隔を
あけて二つの環状リングないしフランジ72および74
が設けられている。この生検針の基端部は、往復動機構
のハウジング60の内側にピッタリと組み付けられてい
る。ハウジング60の基端部の内部には、コイル64と
可動プランジャ66とを含むソレノイド62が設けられ
ており、可動プランジャ66の端部68には螺子が切ら
れている。コイル64からのワイヤ65は、ハウジング
60の背面から外へ出されている。プランジャ66の螺
子付き端部は、往復動するスライダ70内に螺子込まれ
ており、このスライダ70はその端部に、リング72,
74の間のスタイレットハブ52に係合する開口を有し
ている。フランジ74の前方のゴムのOリング76と、
プランジャの後方のゴムのバンパ78とは、向きを変え
るときの機構を補助する。
させるための機構は、生検針の基端部側に位置して図3
に断面図で示されている。外套管40の端部に取り付け
られているのは外套管ハブ50であり、スタイレット4
2'の端部に取り付けられているのはスタイレットハブ
52である。スタイレットハブ52の周囲には、間隔を
あけて二つの環状リングないしフランジ72および74
が設けられている。この生検針の基端部は、往復動機構
のハウジング60の内側にピッタリと組み付けられてい
る。ハウジング60の基端部の内部には、コイル64と
可動プランジャ66とを含むソレノイド62が設けられ
ており、可動プランジャ66の端部68には螺子が切ら
れている。コイル64からのワイヤ65は、ハウジング
60の背面から外へ出されている。プランジャ66の螺
子付き端部は、往復動するスライダ70内に螺子込まれ
ており、このスライダ70はその端部に、リング72,
74の間のスタイレットハブ52に係合する開口を有し
ている。フランジ74の前方のゴムのOリング76と、
プランジャの後方のゴムのバンパ78とは、向きを変え
るときの機構を補助する。
【0014】操作に際しては、コイル64内のプランジ
ャ66が長手方向に往復動するための適当な波形によっ
てソレノイド62がエネルギ付与される。プランジャは
往復動することによってスライダ70を矢印のように運
動させ、それによってスタイレット42'を外套管40
内で長手方向に往復動させる。Oリング76とバンパ7
8は、機構がその方向を逆転させるときにその運動を緩
衝する。
ャ66が長手方向に往復動するための適当な波形によっ
てソレノイド62がエネルギ付与される。プランジャは
往復動することによってスライダ70を矢印のように運
動させ、それによってスタイレット42'を外套管40
内で長手方向に往復動させる。Oリング76とバンパ7
8は、機構がその方向を逆転させるときにその運動を緩
衝する。
【0015】所望の往復動を発生するために、ソレノイ
ドに替わってリニアモータのような他の機構も採用でき
る。スピーカコイルも替わって採用でき、その場合はコ
イルが可動成分となる。ソレノイドのプランジャの概し
て大きな質量に対して可動成分であるコイルの質量が小
さいような場合には、スピーカコイル型の機構が好まし
い。
ドに替わってリニアモータのような他の機構も採用でき
る。スピーカコイルも替わって採用でき、その場合はコ
イルが可動成分となる。ソレノイドのプランジャの概し
て大きな質量に対して可動成分であるコイルの質量が小
さいような場合には、スピーカコイル型の機構が好まし
い。
【0016】好ましいカラーフロー画像表示システムと
本発明の生検針との使用は、図4および図5(A),(B)を
参照して説明される。図1を参照して説明されたカラー
フロー画像システムは、アンサンブルと呼ばれる一連の
超音波パルスを伝達することで作動する。そのパルスの
アンサンブルは、1方向に送られ、レイラインと呼ばれ
る。四つのレイラインR1,R2,R3およびR4が図4に示
されている。パルスのアンサンブルから戻って来る信号
は、図4にレイラインR1の位置S1,S2,S3,・・・・・・S
n-2,Sn-1,Snで示すように、そのレイラインに沿う位
置に関して受信され復調され蓄積される。レイラインR
1からの信号が処理されていると、同様のアンサンブル
が次のレイラインR2のために発信され受信される。そ
の処理は、信号情報をハイパスフィルタに通し、その後
これに分光エスティメーションを行うことを含んでい
る。本発明に関して認識しておかなければならない重要
なことは、ドップラーは一般に操作周波数を一つないし
複数持っていると考えられているが、分光エスティメー
ションは一つの周波数を測定するのではない。即ち、そ
れは位相シフトを決定するのである。位相シフトが時間
によって分割され、このフォーマットでユーザに提供さ
れるとき、周波数のトランスレーションが引き出される
だけである。本発明の原理は、針先の運動がトランスレ
ーションの速度ないしレイライン間のトランスレーショ
ンの範囲をもっていることであり、そしてそれはカラー
フロー画像システムによるドップラー応答を生じるトラ
ンスレーションの速度ないし範囲である。一般に信じら
れていることに反して、それは測定される針の振動の周
波数ではなく、むしろ針先のトランスレーションから生
じるドップラーのシフトされた信号である。具体的に
は、図4のレイラインR1,R2,R3およびR4のような、
多数のレイラインのアンサンブルが発信され、受信され
そして処理される。S1,S2,S3等から延びる矢印によ
って示されるように、複数のレイラインを横切る信号の
応答は、運動を表示するドップラーのシフトのために解
析され、そして運動は、その方向と速度の描写である色
と強さで位置的に表示される。
本発明の生検針との使用は、図4および図5(A),(B)を
参照して説明される。図1を参照して説明されたカラー
フロー画像システムは、アンサンブルと呼ばれる一連の
超音波パルスを伝達することで作動する。そのパルスの
アンサンブルは、1方向に送られ、レイラインと呼ばれ
る。四つのレイラインR1,R2,R3およびR4が図4に示
されている。パルスのアンサンブルから戻って来る信号
は、図4にレイラインR1の位置S1,S2,S3,・・・・・・S
n-2,Sn-1,Snで示すように、そのレイラインに沿う位
置に関して受信され復調され蓄積される。レイラインR
1からの信号が処理されていると、同様のアンサンブル
が次のレイラインR2のために発信され受信される。そ
の処理は、信号情報をハイパスフィルタに通し、その後
これに分光エスティメーションを行うことを含んでい
る。本発明に関して認識しておかなければならない重要
なことは、ドップラーは一般に操作周波数を一つないし
複数持っていると考えられているが、分光エスティメー
ションは一つの周波数を測定するのではない。即ち、そ
れは位相シフトを決定するのである。位相シフトが時間
によって分割され、このフォーマットでユーザに提供さ
れるとき、周波数のトランスレーションが引き出される
だけである。本発明の原理は、針先の運動がトランスレ
ーションの速度ないしレイライン間のトランスレーショ
ンの範囲をもっていることであり、そしてそれはカラー
フロー画像システムによるドップラー応答を生じるトラ
ンスレーションの速度ないし範囲である。一般に信じら
れていることに反して、それは測定される針の振動の周
波数ではなく、むしろ針先のトランスレーションから生
じるドップラーのシフトされた信号である。具体的に
は、図4のレイラインR1,R2,R3およびR4のような、
多数のレイラインのアンサンブルが発信され、受信され
そして処理される。S1,S2,S3等から延びる矢印によ
って示されるように、複数のレイラインを横切る信号の
応答は、運動を表示するドップラーのシフトのために解
析され、そして運動は、その方向と速度の描写である色
と強さで位置的に表示される。
【0017】スタイレットの先がカラーフロー画像シス
テムの動作に関連して非同期に動かされるとき、針の先
の動作を表す色のスポットに移動もしくはフリッカーを
伴うモアレパターンが発生することが知られている。色
は、一方向からもう一方の方向へのレイライン・タイミ
ングに関する動作の変化のように、チラツキあるいは変
化する。もしレイラインの発射が正確な瞬間に行われれ
ば、スタイレットの先が戻り方向にあるときは、有効な
動作はなく、超音波画像内に針先は見えない。これらの
問題は、生検針の運動とドップラーのレイラインの発射
のタイミングとを同期させることによって解決される。
動力機構44のための駆動信号は、図5(A)に、t1,t2
等の時間に生じる機構の逆転で鋸歯状の波形として図示
されている。これら逆転の時間は、アンサンブル発射の
開始ないしは、ドップラーのレイラインの発射の間にな
される従来どおりの2次元的なストラクチャの画像形成
の周期に同期される。図5(B)は図5(A)の波形に対応し
た図であり、4番目のレイラインの発射毎の開始に同期
して生じるスタイレットの先の逆転を示している。この
例では、4番目、8番目、12番目と4倍毎の順のレイ
ラインの後に逆転が生じる。このように同期したスタイ
レットの先の運動によって、有害なモアレパターン効果
や逆転像の脱落は改善され得る。図1において、タイミ
ング・アンド・コントロール・システム24は、使用に
適切なパルスを発振機構46によって同期させるレイラ
インのアンサンブルを提供する。
テムの動作に関連して非同期に動かされるとき、針の先
の動作を表す色のスポットに移動もしくはフリッカーを
伴うモアレパターンが発生することが知られている。色
は、一方向からもう一方の方向へのレイライン・タイミ
ングに関する動作の変化のように、チラツキあるいは変
化する。もしレイラインの発射が正確な瞬間に行われれ
ば、スタイレットの先が戻り方向にあるときは、有効な
動作はなく、超音波画像内に針先は見えない。これらの
問題は、生検針の運動とドップラーのレイラインの発射
のタイミングとを同期させることによって解決される。
動力機構44のための駆動信号は、図5(A)に、t1,t2
等の時間に生じる機構の逆転で鋸歯状の波形として図示
されている。これら逆転の時間は、アンサンブル発射の
開始ないしは、ドップラーのレイラインの発射の間にな
される従来どおりの2次元的なストラクチャの画像形成
の周期に同期される。図5(B)は図5(A)の波形に対応し
た図であり、4番目のレイラインの発射毎の開始に同期
して生じるスタイレットの先の逆転を示している。この
例では、4番目、8番目、12番目と4倍毎の順のレイ
ラインの後に逆転が生じる。このように同期したスタイ
レットの先の運動によって、有害なモアレパターン効果
や逆転像の脱落は改善され得る。図1において、タイミ
ング・アンド・コントロール・システム24は、使用に
適切なパルスを発振機構46によって同期させるレイラ
インのアンサンブルを提供する。
【0018】ある適用では、針先の運動をドップラーの
発射速度に同期させないのが好ましいこともある。も
し、発射の速度と運動の速度とが知られていて且つ同期
されていなければ、二つの速度の間の知られた相互変調
周波数でモアレパターンが生じるであろう。この所定の
相互変調周波数は、ドップラーのデータをフレームから
フレームへフィルタリングすることによる周波数検知に
よって弁別できる。所定の周波数がドップラーの画像デ
ータ内に検知されるとき、画像内の検知位置は、生検さ
れる組織内の針先を示すように画像表示上にマークされ
る。
発射速度に同期させないのが好ましいこともある。も
し、発射の速度と運動の速度とが知られていて且つ同期
されていなければ、二つの速度の間の知られた相互変調
周波数でモアレパターンが生じるであろう。この所定の
相互変調周波数は、ドップラーのデータをフレームから
フレームへフィルタリングすることによる周波数検知に
よって弁別できる。所定の周波数がドップラーの画像デ
ータ内に検知されるとき、画像内の検知位置は、生検さ
れる組織内の針先を示すように画像表示上にマークされ
る。
【0019】生検針が周波数のワイドレンジを超えて往
復動できることは知られている。可聴周波数が容易に適
用できることは知られており、数百ヘルツの周波数が好
ましく、100ヘルツ以下の周波数が最も好ましい。例
えば一実施例では、ドップラー情報のための1グループ
のレイラインを発信し、対応する画像セクタ領域内のス
トラクチャを検知するために、一連の52個の超音波パ
ルスが発射される。パルスの速度は4KHzが用いられ
る。この一連のパルスの最後では、スタイレットの先の
移動方向が逆転されてスタイレットが反対方向へ同一時
間で移動する。パルス速度は、スタイレットの最高移動
サイクルに対応するパルスの数、すなわち104パルス
で割られることによって、約38.5ヘルツの周波数が
得られ、これがスタイレットのための発振周波数であ
る。
復動できることは知られている。可聴周波数が容易に適
用できることは知られており、数百ヘルツの周波数が好
ましく、100ヘルツ以下の周波数が最も好ましい。例
えば一実施例では、ドップラー情報のための1グループ
のレイラインを発信し、対応する画像セクタ領域内のス
トラクチャを検知するために、一連の52個の超音波パ
ルスが発射される。パルスの速度は4KHzが用いられ
る。この一連のパルスの最後では、スタイレットの先の
移動方向が逆転されてスタイレットが反対方向へ同一時
間で移動する。パルス速度は、スタイレットの最高移動
サイクルに対応するパルスの数、すなわち104パルス
で割られることによって、約38.5ヘルツの周波数が
得られ、これがスタイレットのための発振周波数であ
る。
【0020】また、図3の針の基端部における機構の大
きさおよび重さを減ずることが、いくらかのユーザにと
っては好ましくないかも知れないが、或る適用において
は好ましいことも知られている。それらの適用において
図1の機構46は、超音波機械の中に収容され或いは取
り付けられてもよく、また部材42の基端部に、速度計
ケーブルと同様の薄く外装されたケーブルによって接続
されてもよい。超音波機械内の機構は、外装内のケーブ
ルによってスタイレットにもたらす必要な運動を発生す
る。したがってユーザは、薄い外装のケーブルだけで超
音波機械に接続されて、非常に軽い生検針が組み付けら
れたものを得ることができる。
きさおよび重さを減ずることが、いくらかのユーザにと
っては好ましくないかも知れないが、或る適用において
は好ましいことも知られている。それらの適用において
図1の機構46は、超音波機械の中に収容され或いは取
り付けられてもよく、また部材42の基端部に、速度計
ケーブルと同様の薄く外装されたケーブルによって接続
されてもよい。超音波機械内の機構は、外装内のケーブ
ルによってスタイレットにもたらす必要な運動を発生す
る。したがってユーザは、薄い外装のケーブルだけで超
音波機械に接続されて、非常に軽い生検針が組み付けら
れたものを得ることができる。
【0021】また、従来のカラーフロー画像システム
が、フローが生じる画像内に色の領域を挿入することに
よって、ストラクチャにおけるフローの特徴を強力に強
調することも知られている。ハイライティング・フロー
の間、フローが生じる画像内には、組織のストラクチャ
が色で不明瞭にされるように、ストラクチャは描写され
ない。このことは、針先が接近するにつれて、生検され
る部位をユーザがコンスタントに見られるようにする、
ということを目的とする本発明にとっては好ましくな
い。好ましい実施例においては、置き換えをする替わり
に、針先が部位へ近付くにつれて色でその部位のストラ
クチャをマスキングしており、そのため、針先の位置を
表す色が、部位の表示を変調するために用いられてい
る。このように、針先が部位に近付き、その部位に達す
ると、部位の画像が色を変える。色の付けられた領域の
中心が、スタイレットの先の運動がドップラー応答を発
生している針先の開口の位置である。
が、フローが生じる画像内に色の領域を挿入することに
よって、ストラクチャにおけるフローの特徴を強力に強
調することも知られている。ハイライティング・フロー
の間、フローが生じる画像内には、組織のストラクチャ
が色で不明瞭にされるように、ストラクチャは描写され
ない。このことは、針先が接近するにつれて、生検され
る部位をユーザがコンスタントに見られるようにする、
ということを目的とする本発明にとっては好ましくな
い。好ましい実施例においては、置き換えをする替わり
に、針先が部位へ近付くにつれて色でその部位のストラ
クチャをマスキングしており、そのため、針先の位置を
表す色が、部位の表示を変調するために用いられてい
る。このように、針先が部位に近付き、その部位に達す
ると、部位の画像が色を変える。色の付けられた領域の
中心が、スタイレットの先の運動がドップラー応答を発
生している針先の開口の位置である。
【図1】 本発明に係る生検針の超音波画像化システム
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図2】 本発明において使用される生検針の針先側端
部の断面図である。
部の断面図である。
【図3】 本発明において生検針を振動させるための機
構の断面図である。
構の断面図である。
【図4】 本発明の原理を示す超音波セクタのレイによ
る描写を示す図である。
る描写を示す図である。
【図5】 本発明の生検針の操作を示す波形およびタイ
ミングの線図である。
ミングの線図である。
10 超音波スキャンヘッド 11 画像トランスデューサ 12 ケーブル 14 受発信モジュール 16 復調器 18 ストア 20 プロセッサ 20a ハイパスフィルタ 20b 分光エスティメータ 22 ディスプレー 24 タイミング・アンド・コントロール・システム 30 患者の皮膚面 31 部位 32a,32b 画像セクタの境界線 40 外套管 42 外套管内の部材 42' スタイレット 44 往復動発生機構 46 発振器 48,48a スタイレットの往復動の両端位置 50 外套管ハブ 52 スタイレットハブ 60 ハウジング 62 ソレノイド 64 コイル 65 ワイヤ 66 プランジャ 68 プランジャの螺子付き端部 70 スライダ 72,74 リングないしフランジ 76 Oリング 78 バンパ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−290550(JP,A) 実開 昭56−113510(JP,U) Toshihiko Kurohij i,et al.Motion Mar king in Color Dopp ler Ultrasound Nee dle and Catheter V isualization.Journ al of Ultrasound i n Medicine.1990.4.Vo l.9.No.4,pp243−245 McGahan JP.Labora tory assesment of ultrasonic needle and catheter visua lization.Journal o f Ultrasound in Me dicine.1986.7.Vol.5. No.7.pp373−377 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 8/00 - 8/15
Claims (12)
- 【請求項1】動作が位置的に描写される画像を発生する
ための超音波画像化システムと、 尖った先端部を有する中空の外套管を有する生検針と、 該外套管内に設けられて該外套管の先端まで達しうる可
動部材と、 該可動部材に連結され、該超音波画像化システムによっ
て位置的に検知できる運動で、該可動部材の先端部を該
外套管内で該管の長手方向に往復運動させるための動力
手段とを備えたことを特徴とする生検針の超音波画像化
装置。 - 【請求項2】該可動部材が、その先端部が上記外套管の
先端部と実質的に一致する第1位置と、該可動部材の先
端部が上記第1位置よりも該外套管内に入った第2位置
との間で往復運動する請求項1記載の生検針の超音波画
像化装置。 - 【請求項3】該可動部材がスタイレットである請求項1
又は2に記載の生検針の超音波画像化装置。 - 【請求項4】該超音波画像化システムが、画像化される
対象に関するドップラー信号の発射を通して運動を位置
的に描写する請求項1から3までのいずれか1項に記載
の生検針の超音波画像化装置。 - 【請求項5】該超音波画像化システムが、該ドップラー
信号の発射を制御するためのタイミング・アンド・コン
トロール手段を有し、該ドップラー信号の発射と同期さ
せて上記動力手段にエネルギを付与するために、上記動
力手段が該タイミング・アンド・コントロール手段に連
結されている請求項4記載の生検針の超音波画像化装
置。 - 【請求項6】該動力手段がソレノイドを有する請求項1
から5までのいずれか1項に記載の生検針の超音波画像
化装置。 - 【請求項7】該動力手段がスピーカ型可動コイルを有す
る請求項1から5までのいずれか1項に記載の生検針の
超音波画像化装置。 - 【請求項8】該動力手段が発生した運動を、該可動部材
に伝達するための連結手段を有する請求項1から7まで
のいずれか1項に記載の生検針の超音波画像化装置。 - 【請求項9】該連結手段が、該可動部材を可聴周波数で
往復運動させるように該可動部材に連結している請求項
8記載の生検針の超音波画像化装置。 - 【請求項10】該可動部材が、1000ヘルツ以下の周
波数で往復運動する請求項1から9までのいずれか1項
に記載の生検針の超音波画像化装置。 - 【請求項11】該可動部材が、100ヘルツ以下の周波
数で往復運動する請求項10記載の生検針の超音波画像
化装置。 - 【請求項12】上記超音波画像化システムが、ストラク
チャを位置的に描写する画像を発生し、該画像内の該針
先の位置の近傍に色で該ストラクチャの画像を変調する
ことにより、該針先が該画像内で位置的に描写される請
求項1から11までのいずれか1項に記載の生検針の超
音波画像化装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/511,382 US5095910A (en) | 1990-04-18 | 1990-04-18 | Ultrasonic imaging of biopsy needle |
US511,382 | 1990-04-18 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04227239A JPH04227239A (ja) | 1992-08-17 |
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Family
ID=24034659
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08663491A Expired - Fee Related JP3146018B2 (ja) | 1990-04-18 | 1991-04-18 | 生検針の超音波画像化方法およびその装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5095910A (ja) |
EP (1) | EP0453251B1 (ja) |
JP (1) | JP3146018B2 (ja) |
AT (1) | ATE156984T1 (ja) |
DE (1) | DE69127310T2 (ja) |
Families Citing this family (102)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5230339A (en) * | 1991-06-13 | 1993-07-27 | Array Tech, Inc. | Performance evaluation of ultrasonic examination equipment |
US5517990A (en) * | 1992-11-30 | 1996-05-21 | The Cleveland Clinic Foundation | Stereotaxy wand and tool guide |
US5329927A (en) * | 1993-02-25 | 1994-07-19 | Echo Cath, Inc. | Apparatus and method for locating an interventional medical device with a ultrasound color imaging system |
DE69423778T2 (de) * | 1993-10-29 | 2000-07-27 | United States Surgical Corp | Vorrichtung zur kombinierten ultraschall-abbildung und röntgen-abbildung |
US5983123A (en) * | 1993-10-29 | 1999-11-09 | United States Surgical Corporation | Methods and apparatus for performing ultrasound and enhanced X-ray imaging |
AU703770B2 (en) * | 1994-03-12 | 1999-04-01 | Donald Cockburn | Medical needle for use in ultrasound imaging and method of enhancing the visability of such a needle to ultrasound |
GB2287319B (en) * | 1994-03-12 | 1998-02-25 | John Francis Cockburn | Medical apparatus for ultrasonic methods of ultrasonic imaging |
US5425370A (en) * | 1994-03-23 | 1995-06-20 | Echocath, Inc. | Method and apparatus for locating vibrating devices |
GB2298368B (en) * | 1995-02-22 | 1999-01-20 | John Francis Cockburn | Medical needle assembly for use in ultrasound imaging |
US5807304A (en) * | 1995-03-09 | 1998-09-15 | Cockburn; John F. | Medical needle for use in ultrasound imaging |
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