JP3204058U

JP3204058U - 超音波測定用プローブホルダ

Info

Publication number: JP3204058U
Application number: JP2016000786U
Authority: JP
Inventors: 博道堀中; 浩安森川
Original assignee: Osaka City University; Osaka Prefecture University
Current assignee: Osaka City University; Osaka Prefecture University
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2026-02-22

Abstract

【課題】二種類のプローブによる超音波測定時に、測定位置が変化することによる不安定性をなくし、簡単な操作で安定して再現性よくプローブを固定可能とする超音波診断用プローブホルダを提供する。【解決手段】自在ロックアームと、支点２４から第一チャック２５に装着された主プローブ５１までの距離と支点２４と第二チャック３０に装着された副プローブ５２までの距離とが等距離となる位置に各チャック２５、３０が保持されるホルダ本体１２と、自在ロックアームに支持され、ホルダ本体１２を回転可能に支持する回転機構１３と、主プローブ５１の超音波が進行する第一軸線方向と副プローブ５２の超音波が進行する第二軸線方向とが同一となるように、ホルダ本体１２を支点２４の周りで回転させて停止させる位置決め機構３５、３６と、第一スライド機構２１、２６と、第二スライド機構２２、３１とを備える。【選択図】図２

Description

本考案は、超音波測定用プローブ（トランスデューサプローブとも称する）を被検体の検査部位に向けて保持するプローブホルダに関し、特に、２つの異なる種類のプローブを用いて被検体の超音波測定を行うときに使用するプローブホルダに関する。
本考案は、具体的には脂肪肝の診断や肝線維症・肝硬変等の診断において、検査部位を特定するための画像診断用の主プローブと、画像診断によって特定された検査部位に対する画像診断以外の他の超音波診断（脂肪診断、硬さ診断等）を行う副プローブとを併用する際に有効なプローブホルダに関する。

加温前後の超音波速度変化を利用した脂肪診断手法として、関心領域（測定領域）に対して超音波照射による加温を行い、加温前後の超音波速度変化を測定して、超音波速度が温度変化に対し負の変化をする部位を脂肪組織として検出する診断方法が提案されており（特許文献１参照）、さらにこの診断方法で使用するのに適したプローブホルダが提案されている（特許文献２参照）。

ここで、特許文献２に記載の脂肪診断方法およびプローブホルダについて説明する。図５は特許文献２に記載されている脂肪診断システムの構成を示す図である。
この脂肪診断システム１００は、Ｂモード画像等の画像診断に用いる市販品の超音波診断装置１０１と、画像診断用のマルチチャンネル型の主プローブ１０２と、脂肪診断用の制御ボックス（専用ボード）１０３と、脂肪診断用のシングルチャンネル型の副プローブ１０４と、プローブホルダ１０５と、外部コンピュータ装置１０６とにより構成される。なお、副プローブ１０４は、加温用だけでなく脂肪診断用プローブとしても兼用されるが、マルチチャンネル型ではないため画像形成には使用されない。

超音波診断装置１０１の主プローブ１０２には、画像診断に用いられるマルチチャンネル（例えば１２８個の振動子）のアレイ型プローブ（市販品）が使用される。主プローブ１０２は、水平方向に振動子が並んでおり、パルス波の超音波信号を走査しながら送受することにより、超音波診断装置１０１の表示画面にＢモード画像等の超音波画像を表示するようにしてある。

図６は脂肪診断システム１００における制御ボックス１０３の構成を示すブロック図である。制御ボックス１０３には、加温用超音波（例えば正弦波）を発生する高周波電源１２１、脂肪診断用のパルス波を送波するとともに生体からのエコー信号を受波するパルサ・レシーバ回路１２２、副プローブ１０４を高周波電源１２１側に接続するか、パルサ・レシーバ回路１２２側に接続するかを切り替えるスイッチ１２３、受波したエコー信号をデジタル信号化して外部コンピュータ装置１０６に送信するＡ／Ｄ変換器１２４、エコー信号を記憶するメモリ１２５、加温用の超音波や脂肪診断用のパルス波の駆動、スイッチ１２３の切り替え等の操作を行うコントローラ１２６が備えられている。

この制御ボックス１０３は、副プローブ１０４を介して、高周波電源１２１からの加温用の超音波を送波することにより測定部位を加温する制御と、パルサ・レシーバ回路１２２によりパルス波を送波しエコー信号を受波して、加温前のエコー信号と加温後のエコー信号とを測定する制御とを行うようにしてある。

副プローブ１０４は、図７に示すように、１チャンネルの振動子１０４ａからなる円筒状のプローブが用いられる。この振動子１０４ａには加温用の超音波を照射することができる大出力用の圧電素子が用いられ、また、振動子１０４ａの周囲には放熱部材が設けてある。このように、副プローブ１０４は多数の肉薄の振動子が並べられた主プローブ１０２に比べて堅牢な構造とされるとともに放熱も十分に行われるようにしてある。なお、副プローブ１０４のチャンネル数は、必ず１チャンネルとする必要はなく、堅牢性が維持できる範囲で少し増やして複数チャンネル（例えば脂肪診断用の１チャンネルに隣接して加温用の１〜数チャンネルを独立して配設する）にしてもよい。

そして副プローブ１０４は、スイッチ１２３の切替操作により、加温用の超音波が送波されるとともに、１ライン分の脂肪診断用のパルス波超音波信号の送受が行われる。
振動子１０４ａで受波した１ライン分のエコー信号は、制御ボックス３に送られ、デジタル化されて外部コンピュータ装置１０６、メモリ１２５に送信される。この１ライン分のエコー信号には、１つの測定ポイントにおける深さ方向の各部位からの信号が含まれている。

プローブホルダ１０５は、プラスチック製であって、上面、側面、下面を有する方形体からなり、主プローブ１０２と副プローブ１０４とが挿入可能な１つの孔１０５ａが形成されている。孔１０５ａは、主プローブ１０２を挿入する孔と副プローブ１０４を挿入する孔を組み合わせた形状にしてあり、具体的には主プローブ１０２が挿入可能な方形の孔の中央付近に、副プローブ１０４が挿入可能な円形の孔が重ね合わされた複合形状の貫通孔（開口）にしてある。
なお、孔１０５ａの形状は一例であり、主プローブ１０２や副プローブ１０４の外観形状に合わせて異なる形状のものが使用される。

そして、上面側がプローブ１０２、１０４の挿入口とされ、下面側が超音波を出射する共通の出射口（出射面）とされる。このような孔１０５ａとすることにより、孔１０５ａの位置の主プローブ１０２から照射される画像診断用の超音波の進行方向（中央チャンネルから照射される第一軸線方向）と、副プローブ１０４から照射される加温用および脂肪診断用の超音波の進行方向（第二軸線方向）とが重なり合って一致するようになり、主プローブ１０２による画像診断のときに副プローブ１０４による脂肪診断および加温予定位置が把握できるようになっている。

このようなプローブホルダ１０５では、主プローブ１０２と副プローブ１０４とが選択的に孔１０５ａに挿入されて使用されることになる。図８はプローブホルダ１０５にプローブを挿入したときの正面図であって、図８（ａ）は主プローブ１０２が挿入された状態、図８（ｂ）は副プローブ１０４が挿入された状態を示している。

上記の脂肪診断システム１００を用いて脂肪診断を行うときには、まず、主プローブ１０２を孔１０５ａに挿入した状態でプローブホルダ１０５を体表上に当接し、Ｂモード画像による画像診断によって脂肪測定を行う部位（関心領域）を特定するとともに、その位置に孔１０５ａの中心がくるようにしておく。この状態で主プローブ１０２を抜き、代わりに副プローブ１０４を挿入する。そのとき、副プローブの中心（超音波が照射される第二軸線方向）が孔１０５ａの中心となっているので、副プローブから照射する超音波が特定位置に照射されるようになる。

そして、操作の負担を軽減するために、図５に示すように、多関節アーム１０５ｂを用いて測定部位の体表上に固定保持して使用することもできるようにしてある。

なお、特許文献２には、主プローブと副プローブを同時に装着し、いずれか一方の超音波の軸線を出射口から進行させるための反射板を介在させるようにして、この反射板により選択的に超音波を出射させるプローブホルダについても記載されている。このプローブホルダは、操作性はよいが、使用するプローブを選択するための反射板をプローブホルダ内に介在させる必要があることから、プローブの出射面を直接体表に接触させることができず、２ｃｍ程度の距離（スタンドオフ距離）を隔てて測定することになるため、画像診断時の測定範囲が制限される。また、ノイズ（ゴースト）が発生した場合に、プローブを直接体表に接触させてノイズを低減させることは困難である。したがって、ノイズが発生しやすい測定部位には、プローブを直接体表に接触させてプローブを交換する図８のようなプローブホルダが使用される。

特開２０１０−００５２７１号公報実用新案登録第３１９４０３８号公報

ところで、上記特許文献２のような、主プローブと副プローブとをプローブホルダの位置決め用孔に交互に挿入して使用する従来の方法では、片手でプローブホルダを保持したまま、他方の手でプローブを交換することになるが、交換時の手の震えや振動の影響を受けやすく、プローブホルダの位置を保持したままプローブを交換することは困難である。なお、多関節アーム１０５ｂを使用して位置を固定した場合には、体表上の位置におけるプローブホルダの位置ずれについてはかなり改善されるが、プローブホルダの位置決め孔に挿入したプローブの深さ方向の位置は手動で調整することになるため、測定ごとに手で押し付ける力が微妙に異なることによって深さ方向の位置誤差が生じやすくなる。また、プローブの交換時には、直前まで使用していたプローブを離れた保管場所に戻さなければならないため面倒である。

そこで本考案は、２種類のプローブを用いて超音波測定を行う際に、測定位置が変化することによる不安定性をなくし、操作が簡単で、安定して再現性よくプローブを固定することができ、また使用しない側のプローブの待機場所を備えた超音波診断用プローブホルダを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本考案の超音波診断用プローブホルダは、アームが自由に変位するとともに任意の位置にて前記アームを固定する三次元ロック機構を備えた自在ロックアームと、主プローブを装着する第一チャックと副プローブを装着する第二チャックとを有し、回転中心となる支点から前記第一チャックに装着された主プローブ先端までの距離と、前記支点と前記第二チャックに装着された副プローブ先端までの距離とが等距離となる位置に、前記第一チャックおよび前記第二チャックが保持されるホルダ本体と、前記自在ロックアームに支持され、前記支点を中心にして前記ホルダ本体を回転可能に支持する回転機構と、前記第一チャックに支持された主プローブの超音波が進行する第一軸線方向と前記第二チャックに支持された副プローブの超音波が進行する第二軸線方向とが、同一方向となるように前記ホルダ本体を前記支点の周りで回転させて停止させる位置決め機構と、前記第一チャックを前記第一軸線方向に沿って前記支点側にスライドさせる第一スライド機構と、前記第二チャックを前記第二軸線方向に沿って前記支点側にスライドさせる第二スライド機構とを備えるようにしている。

ここで、ホルダ本体は、前記第一チャックと前記第二チャックとが、前記支点を挟んで直線状に配置されるようにしてもよい。

本考案によれば、位置決め機構で位置決めされた第一チャックに装着されている画像診断用の主プローブの先端（超音波照射面）を体表に当接して画像診断を行う。このとき自在ロックアームを自由に変位させて、副プローブによる他の診断（脂肪診断等）を行おうとする特定部位（関心領域）を探し出し、特定部位を決定した時点で自在ロックアームを固定状態にする。続いて、第一スライド機構を操作して第一チャックを支点側にスライドさせるとともに、ホルダ本体を支点の周りで回転させる。そして、主プローブが体表から離れる位置になってから副プローブに持ち替え、第二スライド機構を操作して第二チャックを支点側にスライドさせ、第二チャックが位置決め機構により位置決めされる位置まで回転させる。第二チャックの位置決め後に第二スライド機構を戻すことで、副プローブが体表に当接される。このとき、副プローブの第二軸線方向は、位置決め機構によって直前まで主プローブの第一軸線方向が向いていた方向と同一となり、体表面へ当接するプローブ先端の深さ方向の位置も主プローブの当接位置と一致するようになる。

本考案のプローブホルダによれば、主プローブホルダで特定した特定部位に、副プローブを正確に位置合わせすることができ、副プローブによる他の診断（脂肪診断等）を正確かつ再現性よく行うことができる。

本考案に係る超音波診断用プローブホルダの全体構成を示す図。図１におけるホルダ本体と回転機構を示す平面図。図２同様の正面図。図１における回転機構を示す平面図と正面図。脂肪診断システムの構成例を示す図。脂肪診断システムにおける制御ボックス部分を示すブロック図。図５における副プローブを示す外観図。図５のプローブホルダにおける主プローブ挿入状態と副プローブ挿入状態を示す図。

以下、本考案の実施形態について図面を用いて説明する。図１は本考案の一実施形態である超音波診断用プローブホルダの全体構成を示す図である。
超音波診断用プローブホルダＡは、主に自在ロックアーム１１と、ホルダ本体１２と、回転機構１３とからなる。
また、図２は図１におけるホルダ本体１２および回転機構１３を示す平面図、図３は図２同様の正面図である。図４は回転機構１３を示す図であって、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は正面図である。

自在ロックアーム１１は、アーム１１ａと関節１１ｂとで構成される多関節アームからなり、関節１１ｂには油圧式、磁石式、電磁式、あるいはメカニカルな機構により関節内部のジョイントを締め付けるロック機構が設けられており、関節１１ｂ内のジョイント（図示略）が締め付けられることにより三次元的に任意の位置で固定することができるようになっている（三次元ロック機構）。例えば、実開昭６０−９５５１７号に開示されているようなメカニカルなロック機構等が市販されており、これ以外にも、３箇所の関節部を１つのダイヤルで固定できるようにしたフリーガイドアームと称される市販品もある。また、ベース１１ｃには磁石が内蔵され、鉄製のベッドや壁面等に固定できるようにしてある。

ホルダ本体１２は、長手方向を有するベース板の片端に有底の第一筒部２１、他端に有底の第二筒部２２を有するボディ２３が設けられ、ボディ２３の中央は支点２４で回転機構１３に対し回転できるように軸支してある。

第一筒部２１の内側には有底の第一チャック２５が取り付けてある。第一チャック２５は、画像診断用の主プローブ（多チャンネルプローブ）５１を挿入して着脱できるように主プローブ５１の外形に合わせた形状にしてある。第一筒部２１の底部と第一チャック２５の底部の間にはバネ２６が組み込まれており、第一チャック２５を支点２４から遠ざかる方向に付勢し、第一筒部２１の端部近傍に設けられたストッパ２１ａに第一チャック２５の端面が当接して、主プローブ５１の深さ方向の位置が固定されるようにしてある。また、第一筒部２１の底部と第一チャック２５の底部には、それぞれ主プローブ５１のケーブル５１ａを引き出すための開口（図示略）が形成してある。さらに、第一筒部２１の側面には切欠き２８が形成されるとともに、第一チャック２５の側面には突起２７が設けられ、突起２７は切欠き２８に沿ってスライドできるようにしてある。したがって、バネ２６の力に抗して突起２７を切欠き２８に沿ってスライドさせることにより、第一チャック２５を支点２４側に移動可能なスライド機構として機能するようにしてある。

第二筒部２２の内側には有底の第二チャック３０が取り付けてある。第二チャック３０は、脂肪診断用の副プローブ（シングルチャンネルプローブ）５２を挿入して着脱できるように副プローブ５２の外形に合わせた形状にしてある。第二筒部２２の底部と第二チャック３０の底部の間にはバネ３１が組み込まれており、第二チャック３０を支点２４から遠ざかる方向に付勢し、第二筒部２２の端部近傍に設けられたストッパ２２ａに第二チャック３０の端面が当接して、副プローブ５２の深さ方向の位置が固定されるようにしてある。また、第二筒部２２の底部と第二チャック３０の底部には、それぞれ副プローブ５２のケーブル５２ａを引き出すための開口（図示略）が形成してある。さらに、第二筒部２２の側面には切欠き３３が形成されるとともに、第二チャック３０の側面には突起３２が設けられ、突起３２は切欠き３３に沿ってスライドできるようにしてある。したがって、バネ３１の力に抗して突起３２を切欠き３３に沿ってスライドさせることにより、第二チャック３０を支点２４側に移動可能なスライド機構として機能するようにしてある。

そして、ストッパ２１ａ、２２ａは、第一チャック２５、第二チャック３０が当接したときに、支点２４から主プローブ５１先端までの距離Ｄ１と支点２４から副プローブ５２先端までの距離Ｄ２とが等距離となるように位置が調整してある。

また、ホルダ本体１２のボディ２３裏面（回転機構１３との接触面）には位置決め用の穴３５、３６が形成してあり、回転機構１３に設けられた伸縮ピン３７が、穴３５、３６のいずれか一方に選択的に嵌入するようにしてある。穴３５、３６は、支点２４を中心とした同心円上の位置で、かつ、これら３つは直線状に配置されている。

回転機構１３は、図４に示すように、自在ロックアーム１１のアーム１１ａ端部に支持される円盤１３ａからなり、その中心位置にホルダ本体１２のボディ２３を軸支する支点２４がくるようにしてある。円盤１３ａには、支点２４から穴３５（穴３６）までの距離と等距離を隔てた位置に、伸縮ピン３７が取り付けてある。伸縮ピン３７は、円盤１３ａに形成された穴３８にバネ３９が埋め込まれ、その上にピン３７ａが取り付けてある。そして、ホルダ本体１２のボディ２３が伸縮ピン３７の上に重なると縮み、穴３５、３６のいずれかが重なると飛び出すことで位置決めされるようにしてある。

次に、超音波診断用プローブホルダＡの使用動作について説明する。
主プローブ５１を第一チャック２５に装着し、副プローブ５２を第二チャック３０に装着し、ホルダ本体１２を回転させて伸縮ピン３７が穴３５に嵌入する位置にくるように位置決めする（図３参照）。このとき、主プローブ５１が停止位置に位置決めされた状態となるので、このまま自在ロックアーム１１を操作して主プローブ５１の先端面（照射面）を体表に当接させ、超音波を照射してＢモードで画像診断を行う。そして、脂肪診断を行う位置（関心領域）を見付けてその位置がＢモード画像の中心にくるようにし、その位置で自在ロックアーム１１を操作してロックする。以上の動作により、主プローブ５１からの超音波の進行方向（第一軸線方向）が関心領域に向いた状態で固定されたことになる。

続いて、第一チャック２５の突起２７を操作して主プローブ５１を後退させ、その先端面が体表から離れるようにして、ホルダ本体１２を１８０度回転させていく。このとき、穴３５から伸縮ピン３７が外れる。そして、回転の途中で突起２７の操作をやめて、代わりに第二チャック３０の突起３２を操作して副プローブ５２を後退させる。やがて穴３６に伸縮ピン３７が嵌入し、副プローブ５２が停止位置に位置決めされた状態となる。以上の動作により、副プローブ５２からの超音波の進行方向（第二軸線方向）が関心領域に向いた状態で固定されたことになる。

続いて、従来と同様の手順で、副プローブ５２による脂肪診断を行う。すなわち、副プローブ５２からの超音波照射により関心領域の加温を行い、続いて副プローブ５２により加温後の超音波速度を測定し、その後、加温を停止して常温になるまで待ち、再び加温停止後の超音波速度を測定し、加温前後の超音波速度変化を算出することにより、脂肪診断を行う。

このように本考案に係る超音波診断用プローブホルダＡを使用することにより、主プローブ５１から副プローブ５２への交換時において、簡単な操作で、しかも位置決め精度を高めることができるので、再現性よく脂肪診断を行うことができる。また、主プローブ５１についても、逐一保管場所に戻す必要をなくして操作を迅速に行うことができる。

以上は、加温前後の超音波速度変化の測定による脂肪診断について説明したが、本考案は超音波速度変化測定による脂肪診断に限られず、画像診断用の主プローブ５１で位置（関心領域）を決定し、その後に副プローブ５２を用いて、脂肪診断以外の「その他の診断」を同じ関心領域に対し行う場合に広く利用することができる。
「その他の診断」の具体例としては、脂肪肝の診断方法の１つである肝臓の「硬さ測定」に利用することができる。この「硬さ測定」は、ＦｉｂｒｏＳｃａｎ（登録商標）との名称で既に広く知られており、シングルチャンネルの副プローブからせん断波を発生して肝臓に伝播させ、肝臓組織が硬くなっている場合にはせん断波の伝播速度が速くなり、肝臓組織が柔らかい場合には遅い速度で伝播するので、伝播速度を解析することにより肝臓の硬さを測定することができる。
よって、この場合にも、本考案の超音波診断用プローブホルダＡを採用することで、画像診断用の主プローブ５１で測定部位を決定し、その後、副プローブ５２で同じ測定部位の「硬さ測定」を行うことができる。

また、上記の実施例では、ホルダ本体１２（ボディ２３）の形状を直線状にして第一チャック２５と第二チャック３０とを支点２４を挟んで直線状に配置したが、支点２４を中心に各プローブの先端までの距離が等距離となるようにすれば、直線状のみの配置に限られず、同様の効果を得ることができる。例えば９０度の角度をなすように第一チャックと第二チャックを配置してＬ字型のホルダ本体としてもよい。

また、上記の実施例では、第一チャック２５および第二チャック３０のスライド機構は、突起２７、３２を手動で操作するものとしたが、これに代えて、モータで駆動する電動機構とし、ボタン操作によりスライドできるものとしてもよい。

本考案は主プローブと副プローブとの二種類の超音波診断用プローブを用いて超音波診断を行う際のプローブホルダとして利用することができる。

Ａ超音波診断用プローブホルダ
１１自在ロックアーム
１１ａアーム
１１ｂ関節
１２ホルダ本体
１３回転機構
１３ａ円盤
２１第一筒部（第一スライド機構）
２１ａストッパ
２２第二筒部（第二スライド機構）
２２ａストッパ
２３ボディ
２４支点
２５第一チャック
２６バネ（第一スライド機構）
２７突起
２８切欠き
３０第二チャック
３１バネ（第二スライド機構）
３２突起
３３切欠き
３５穴（位置決め機構）
３６穴（位置決め機構）
３７伸縮ピン（位置決め機構）
５１主プローブ
５２副プローブ

Claims

アームが自由に変位するとともに任意の位置にて前記アームを固定する三次元ロック機構を備えた自在ロックアームと、
主プローブを装着する第一チャックと副プローブを装着する第二チャックとを有し、回転中心となる支点から前記第一チャックに装着された主プローブ先端までの距離と、前記支点と前記第二チャックに装着された副プローブ先端までの距離とが等距離となる位置に、前記第一チャックおよび前記第二チャックが保持されるホルダ本体と、
前記自在ロックアームに支持され、前記支点を中心にして前記ホルダ本体を回転可能に支持する回転機構と、
前記第一チャックに支持された主プローブの超音波が進行する第一軸線方向と前記第二チャックに支持された副プローブの超音波が進行する第二軸線方向とが、同一方向となるように前記ホルダ本体を前記支点の周りで回転させて停止させる位置決め機構と、
前記第一チャックを前記第一軸線方向に沿って前記支点側にスライドさせる第一スライド機構と、
前記第二チャックを前記第二軸線方向に沿って前記支点側にスライドさせる第二スライド機構とを備えた超音波診断用プローブホルダ。
前記ホルダ本体は、前記第一チャックと前記第二チャックとが、前記支点を挟んで直線状に配置される請求項１に記載の超音波診断用プローブホルダ。