JP3239597B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、患者の体内に挿入され
る挿入部の先端に超音波トランスデューサを設けた超音
波診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置のうち、患者の体内に挿
入される挿入部を備えた、体内挿入型のものは、従来か
ら知られている。この体内挿入型の超音波診断装置は、
本体操作部に可撓部材からなる挿入部を連設して、この
挿入部の先端部分に超音波トランスデューサを装着する
構成としたもので、この超音波トランスデューサを体内
壁に対面させて、超音波パルスを送信して、体内組織の
断層部から反射するエコーを受信し、この受信信号を処
理することにより、超音波画像という形態で体内組織の
状態に関する情報を取得するようにしたものである。そ
して、この超音波トランスデューサを直線方向（リニア
走査）あるいは回転方向（ラジアル乃至コンベックス走
査）に移動させながら、所定の距離乃至角度間隔毎に超
音波パルスを送信して、反射エコーを受信することによ
って、所謂Ｂモード走査が行われて、体内における所定
の範囲の超音波画像が得られる。

【０００３】一般に、音源として、超音波トランスデュ
ーサの送受信面から送信された超音波ビームは、体内組
織の中を進行する間に発散することから、超音波ビーム
の指向性を改善し、方位分解能を向上させるために、超
音波ビームをフォーカスさせる必要がある。このフォー
カス機能を持たせるために、超音波トランスデューサの
送受信面側に音響レンズを貼り付けるようにして設ける
構成としたものは従来から用いられている。ここで、音
響レンズは、その材質と体内との音響インピーダンスの
差を利用して、超音波ビームを絞るようにしたものであ
り、音速が生体より速い材質のものを用いる場合には、
音響レンズを凹曲面形状となし、また音速が生体より遅
い材質を使う場合には、凸曲面形状とする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、体内組織に
関する情報を取得するに当って、体内壁に近い位置をよ
り精査する必要がある場合と、深部における精密な情報
を取得する必要がある場合とがある。前者の場合には、
音響レンズにより超音波ビームが最も絞られるフォーカ
ス位置が近い位置、即ち音響レンズの焦点距離が短い方
が検査・診断を行うべき部位の分解能が高くなり、また
後者の場合には、これとは反対に焦点距離が長い方が分
解能が良い。このように、診断すべき部位によっては、
焦点距離を変えることができる方が好ましい。しかしな
がら、前述した従来技術のものにあっては、音響レンズ
は超音波トランスデューサにおける送受信面側に固着し
て設けられていることから、この音響レンズのフォーカ
ス位置を変えることはできなかった。

【０００５】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、音響レンズによる超
音波ビームのフォーカス位置を制御できるようにするこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、挿入部の先端にキャップを設けて、
このキャップ内に回転方向に走査する超音波トランスデ
ューサを設けると共に超音波伝達媒体を封入し、この超
音波トランスデューサからキャップを介して超音波信号
を送受信するものであって、前記キャップの内面のう
ち、前記回転方向に走査する間に超音波トランスデュー
サにより超音波パルスが送信され、かつ反射エコーが受
信される位置と対応する部位に可撓膜を設け、この可撓
膜と前記キャップ内面との間に閉鎖したチャンバを形成
し、このチャンバ内に前記キャップ内に封入した超音波
伝達媒体とは異なる音響インピーダンスを持った他の超
音波伝達媒体を充填することにより、前記可撓膜が曲面
形状となった音響レンズ部を形成する構成としたことを
その特徴とするものである。

【０００７】

【作用】体内に挿入される挿入部に超音波トランスデュ
ーサを装着する際において、この超音波トランスデュー
サを回転させて、ラジアル走査を行う場合には、体内壁
の巻き込みを防止するために、またこのラジアル走査
や、これ以外の走査方式、例えばリニア走査を行う場合
であっても、超音波トランスデューサを保護し、体液等
が付着して汚損したり、また洗浄及び消毒を行う際に、
消毒液が付着したりしないようにするために、挿入部の
先端にキャップを設け、このキャップ内に超音波トラン
スデューサを収容させるようにしている。そして、キャ
ップ内には、超音波信号の減衰を極力抑制するために、
音響伝達特性の良好な媒体、即ち超音波伝達媒体が封入
されている。

【０００８】そこで、このキャップの内面側に、このキ
ャップ内に封入されている超音波伝達媒体とは音響イン
ピーダンスの異なる超音波伝達媒体を充填することによ
り、曲面形状となった音響レンズ部を形成している。こ
れによって、両超音波伝達媒体の間において音響レンズ
としての機能を発揮させることができる。キャップ内の
超音波伝達媒体の方がインピーダンスが低い場合には、
音響レンズ部をキャップ内に向けて膨出させて、音響レ
ンズ部を凸曲面状となし、また音響レンズ部の方が高イ
ンピーダンスである場合には、音響レンズ部は凹曲面状
に形成すれば良い。

【０００９】以上のように、超音波伝達媒体を充填して
なる音響レンズ部を形成することによって、この音響レ
ンズ部に供給される超音波伝達媒体の量によりレンズの
曲率を変化させて、超音波ビームがフォーカスされる位
置を変えることができる。また、組成の異なる超音波伝
達媒体を音響レンズ部に充填することによっても、同
様、音響レンズ特性を変化させることができる。従っ
て、検査すべき部位等に応じて、超音波伝達媒体の量ま
たは種類を変えれば、最も情報が必要な部位に超音波ビ
ームをフォーカスさせることができる。

【００１０】音響レンズ部に対する超音波伝達媒体の供
給量を挿入部に連設されている本体操作部側で遠隔操作
により制御を行えるように構成すれば、体内に挿入した
状態で、超音波ビームのフォーカス位置を適宜調整でき
るようになる。従って、体内における浅部を精査する場
合には、フォーカス位置を超音波トランスデューサに近
接した位置になるように設定することによって、この部
位の分解能を向上させ、また深部の精査を行う場合に
は、超音波トランスデューサから遠い位置でフォーカス
されるように設定する。これによって、必要な部位の分
解能を容易に向上させることができるようになり、より
高精度な診断が可能となる。

【００１１】

【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。まず、図１に超音波診断装置の全体構成を
示す。図中において、１は超音波プローブ、２は超音波
観測装置である。超音波プローブ１は、体内に挿入され
る軟性部材からなる挿入部１０と、この挿入部１０の基
端部が連設された本体操作部１１及び超音波観測装置２
に接続されるコード１２を備えている。一方、超音波観
測装置２は、超音波の送受信制御を行うと共に、受信信
号を処理して超音波画像信号を生成するための信号処理
部２０と、この信号処理部２０からの信号に基づいて超
音波画像が表示されるモニタ２１とを備える構成となっ
ている。

【００１２】図２に挿入部１０の先端部分の断面を示
す。この図から明らかなように、軟性部材からなる挿入
部１０の先端部には、音響特性に優れた部材からなるキ
ャップ１３が取り付けられており、このキャップ１３内
には超音波トランスデューサ１４が収容されている。超
音波トランスデューサ１４はラジアル走査を行えるよう
にしたものであり、このために超音波トランスデューサ
１４にはコントロールケーブル１５の先端が連結されて
いる。コントロールケーブル１５は、金属線材を密着コ
イル状に巻回することにより形成したフレキシブルシャ
フト１５ａと、このフレキシブルシャフト１５ａを被装
する可撓チューブ１５ｂとから構成される。可撓チュー
ブ１５ｂの両端は固定的に保持されており、フレキシブ
ルシャフト１５ａは、その先端が超音波トランスデュー
サ１４に連結され、基端部は本体操作部１１内に延在さ
れて、この本体操作部１１に内蔵したモータにより回転
駆動することによって、その先端に連結した超音波トラ
ンスデューサ１４を回転させるようになっている。な
お、超音波トランスデューサ１４に接続される信号ケー
ブルはフレキシブルシャフト１５ａ内に挿通されてい
る。

【００１３】コントロールケーブル１５を構成するフレ
キシブルシャフト１５ａにより遠隔操作で、超音波トラ
ンスデューサ１４が回転駆動され、この間に所定の角度
毎に超音波パルスを送信して、体内からの反射エコーが
受信されるが、この超音波の送受信信号の減衰を極力抑
制するために、キャップ１３の内部は密閉構造となって
おり、超音波伝達媒体が封入されている。

【００１４】ここで、超音波トランスデューサ１４から
送信される超音波ビームを絞ることによりその指向性を
高め、もって方向分解能を向上させるようにしなければ
ならない。このために、キャップ１３の内面に音響レン
ズ部１６が形成されている。この音響レンズ部１６は、
キャップ１３の周胴部における超音波トランスデューサ
１４から超音波パルスが送信され、かつ体内からの反射
エコーが受信される部位の内面に円環状の凹部１７を形
成し、この凹部１７を閉鎖するように可撓膜１８を装着
している。このように、可撓膜１８で閉鎖された凹部１
７により形成されるチャンバ１６ａ内にキャップ１３内
の超音波伝達媒体とは異なる他の超音波伝達媒体を充填
して、この可撓膜１８を内方に膨出させることによっ
て、音響レンズ効果を持たせる。従って、チャンバ１６
ａには超音波伝達媒体を供給するための供給チューブ１
９が接続されており、この供給チューブ１９から供給さ
れる超音波伝達媒体は、キャップ１３内に封入されてい
る超音波伝達媒体より高い音響インピーダンスのものが
用いられる。

【００１５】ところで、音響レンズとして機能させるた
めには、可撓膜１８は円弧状に膨出しなければならな
い。一般に、超音波伝達媒体をチャンバ１６ａ内に供給
した時に、可撓膜１８は概略円弧状に膨出するが、より
正確に円弧状に膨出させるためには、例えば図３に示し
たように、可撓膜１８の断面形状として、中間部が最も
薄肉で、両端部側に向けて連続的に肉厚が大きくなる形
状のものを用いる方が好ましい。なお、可撓膜１８は、
弾性及び音響特性に優れたものを用いなければならない
ことは言うまでもない。

【００１６】以上のように、チューブ１９を介して音響
レンズ部１６を構成するチャンバ１６ａ内に超音波伝達
媒体を供給することによって、音響レンズ機能を発揮さ
せるが、供給される超音波伝達媒体の量をコントロール
することによって、可撓膜１８の膨出度合いを変化させ
て、音響レンズとしての特性を変えることができる。こ
の超音波伝達媒体の供給量を制御できるようにするため
に、図４に示したように、供給チューブ１９の基端部
は、本体操作部１１内にまで延在されて、この本体操作
部１１内に設けたシリンダ３０に接続されている。この
シリンダ３０にはピストン３１が摺動可能に挿嵌されて
おり、このピストン３１をシリンダ３０に沿って摺動変
位させることによって、超音波伝達媒体をチャンバ１６
ａ内に送り込むことができるようになっている。ピスト
ン３１を動作させるために、ピストン３１には送りねじ
３２が相対回転可能に連結して設けられている。送りね
じ３２は、本体操作部１１のケーシング１１ａ内面に固
着して設けた雌ねじ部材３４に螺挿されており、この送
りねじ３２の基端側を回転させると、雌ねじ部材３４に
対して螺出入することになって、軸線方向に移動して、
ピストン３１がシリンダ３０に沿って摺動変位する。

【００１７】送りねじ３２を回転駆動するために、駆動
軸３５が本体操作部１１のケーシング１１ａに固定して
設けた一対の軸受部材３６，３６に回転自在に支承され
ている。そして、この駆動軸３５の先端部は二又部３５
ａとなり、また送りねじ３２の基端部は面取りが施され
た連結部３２ａとなって、この連結部３２ａが駆動軸３
５の二又部３５ａに挿嵌されており、これによって送り
ねじ３２と駆動軸３５との間のジョイント部を構成して
いる。従って、駆動軸３５を回転させると、これに追従
して送りねじ３２が回転する。ただし、送りねじ３２
は、その回転により軸線方向に移動するが、駆動軸３５
はこの送りねじ３２の軸線方向の動きに影響されること
はない。そして、駆動軸３５を回転駆動するためにウォ
ーム歯車伝達機構が用いられる。即ち、駆動軸３５の軸
受部材３６，３６間の部位には、ウォームホイール３７
が固定して設けられており、このウォームホイール３７
にはウォーム３８が噛合しており、このウォーム３８に
連設した回転軸３９は本体操作部１１のケーシング１１
ａから外部に導出されて、その先端部は操作つまみ３９
ａとなっている。なお、超音波伝達媒体供給量制御機構
としては、これ以外にも、例えば注射器等を用いること
もできる。

【００１８】従って、操作つまみ３９ａを手指で回転さ
せると、ウォーム歯車伝達機構を介して駆動軸３５が回
転し、この駆動軸３５にジョイント部を介して連結され
ている送りねじ３２が追従回転すると共に、それが軸線
方向に動くことになるから、ピストン３１がシリンダ３
０内を摺動変位して、音響レンズ部１６に対して超音波
伝達媒体が給排される。音響レンズ部１６を構成するチ
ャンバ１６ａ内に超音波伝達媒体が供給されて、可撓膜
１８が内方に膨出した時に、キャップ１３内の超音波伝
達媒体が押し退けられるために、この余剰の超音波伝達
媒体を吸収するアキュムレータの機能を持たせる必要が
ある。このためには、キャップ１３の先端面を薄膜化さ
せることにより拡縮部１３ａとなし、可撓膜１８が膨出
した時には、この拡縮部１３ａが、図２に仮想線で示し
たように、先端側に膨出させるようにすれば良い。ま
た、図５に示したように、キャップ１３の内部と、挿入
部１０の軟性部分との間を連通させる連通パイプ４０を
設け、この連通パイプ４０の基端側に可撓性容袋４１を
接続するようになし、音響レンズ部１６への超音波伝達
媒体の供給量に応じて、可撓性容袋４１を伸縮させるこ
とによって、キャップ１３内の容積変化に対処すること
もできる。

【００１９】以上のように、音響レンズ部１６内に超音
波伝達媒体を供給することにより可撓膜１８を内方に膨
出させて、音響レンズとしての機能を発揮させるが、安
定したレンズ特性を持たせるためには、膨出した可撓膜
１８の保形性を良好ならしめる必要がある。このため
に、音響レンズ部１６に供給される超音波伝達媒体はキ
ャップ１３内に封入した超音波伝達媒体とは異なる音響
インピーダンスを持ったものでなければならないのは当
然として、これに加えて、できるだけ高い粘度の媒体を
用いることによって、外力が加わっても容易には変形せ
ず、安定した形状に保持するようにしている。このよう
に高い粘度の超音波伝達媒体を用いるために、音響レン
ズ部１６内に供給する際には、かなり高い圧力となるこ
とから、供給チューブ１９は耐圧性の良好なものとす
る。

【００２０】本実施例は以上のように構成されるもので
あって、この超音波診断装置を構成する超音波プローブ
１は、患者の体内に挿入されて、その体内組織の状態を
検査することができる。

【００２１】而して、本体操作部１１で操作を行いなが
ら、挿入部１０を患者の体内に挿入して、その先端部分
を例えば消化管等の内部における検査対象部にまで導
く。そこで、コントロールケーブル１５を作動させて、
超音波トランスデューサ１４を回転駆動し、この間に所
定の角度毎に超音波パルスを体内に向けて送信する。体
内組織の断層部分で送信された超音波ビームは、その一
部が反射することになり、この反射エコーは超音波トラ
ンスデューサ１４により受信される。そして、この受信
信号はコード１２を介して超音波観測装置２に伝送さ
れ、これと共にエンコーダ等により検出される超音波ト
ランスデューサ１４の角度位置の信号が超音波観測装置
２に取り込まれて、これらの信号が信号処理部２０で所
定の処理を行うことにより、モニタ２１に超音波画像が
表示されることになる。なお、このラジアル走査を行う
に当って、挿入部１０の先端におけるキャップ１３の全
周が体内壁と密着しない場合には、周知のバルーンを装
着させて、このバルーン内に超音波伝達媒体を充填す
る。

【００２２】ところで、超音波ビームは音源である超音
波トランスデューサ１４から送信されると、そのままで
は発散することになって、指向性が悪くなり、十分な方
向分解能が得られない。そこで、音響レンズを用いて超
音波ビームを絞る。この音響レンズのフォーカス位置
は、音響レンズの曲率に応じて変化する。而して、本発
明においては、音響レンズ部１６に超音波伝達媒体を供
給することにより音響レンズとしての機能を発揮させる
ようにしている。そして、この音響レンズ部１６に供給
される超音波伝達媒体の供給量を制御することによっ
て、そのフォーカス特性を変化させることができるよう
になる。

【００２３】今、図６に示したように、音響レンズ部１
６を構成するチャンバ１６ａ内に所定量の超音波伝達媒
体を供給することによって、可撓膜１８を曲率半径Ｒ₁
となるように膨出変形させたとする。このチャンバ１６
ａ内に供給された超音波伝達媒体はキャップ１３内の超
音波伝達媒体より音響インピーダンスが高いために、両
超音波伝達媒体の音響インピーダンスの差に応じて、音
響レンズ機能が発揮されて、超音波トランスデューサ１
４から送信される超音波ビームはそのフォーカス位置Ｆ
₁ に至るまではビーム径が縮径するように絞られて、こ
のフォーカス位置Ｆ₁ を過ぎると、ビームは発散する傾
向となる。即ち、この時の音響レンズの焦点距離は、超
音波トランスデューサ１４の送受信面からフォーカス位
置Ｆ₁ までの距離Ｄ₁ である。そして、このフォーカス
位置Ｆ₁ を含めた前後の部位Ｖ₁の間の部位の超音波画
像は高い分解能を持ったものとなる。

【００２４】一方、操作つまみ３９ａを操作して、音響
レンズ部１６におけるチャンバ１６ａ内の超音波伝達媒
体をある量だけシリンダ３０内に戻すと、図７に示した
ように、可撓膜１８の膨出量が減少することになり、そ
の曲率半径がＲ₂ と大きくなる。この結果、超音波トラ
ンスデューサ１４から送信される超音波ビームの絞り角
度が小さくなって、フォーカス位置はＦ₂ と遠くなり、
焦点距離はＤ₂ と長くなる。この結果、高い分解能が得
られる部位はＶ₂ に変化する。

【００２５】以上のことから、検査を行うべき部位が体
内壁に近い浅部である場合には、音響レンズ部１６を図
６に示した状態となし、また深部の検査を行う場合に
は、音響レンズ１６を図７に示した状態とすれば良い。
しかも、挿入部１０を体内に挿入したまま、操作つまみ
３９ａを回転させるという極めて簡単な操作を行うだけ
で、最も検査する必要がある部位に焦点を合わせること
ができるので、高い分解能で、鮮明な超音波画像を取得
できるようになり、検査・診断の精度が著しく向上す
る。

【００２６】なお、音響レンズ部１６に供給される超音
波伝達媒体として、キャップ１３内に封入されている超
音波伝達媒体より音響インピーダンスの高いものを用い
るように構成したが、音響レンズ部１６の方の超音波伝
達媒体の音響インピーダンスの方が低いものを用いる場
合には、図２に仮想線で示したように、可撓膜１８を凹
曲面形状とする。そして、この可撓膜１８における凹曲
面の曲率を変えることによって、前述と同様、フォーカ
ス位置を変化させることができる。また、音響レンズ部
１６における可撓膜の曲率半径は同じでも、内部に供給
される超音波伝達媒体の種類またはキャップ１３内に封
入される超音波伝達媒体を変えることによって、両超音
波伝達部材の音響インピーダンスの差を変化させるよう
にすれば、やはりフォーカス位置を変化させることがで
きる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、キャッ
プの超音波トランスデューサと対面する部位には、前記
キャップに封入した超音波伝達媒体とは異なる音響イン
ピーダンスを持った他の超音波伝達媒体を充填してなる
音響レンズ部を形成するようにしたので、この他の超音
波伝達媒体をキャップ内に供給して膜部材を曲面形状に
することによって、この音響レンズ部によるフォーカス
位置を任意に調整できる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す超音波診断装置の
全体構成図である。

【図２】超音波プローブの先端部分の断面図である。

【図３】可撓膜の拡大断面図である。

【図４】超音波伝達媒体供給量制御機構の構成を示す断
面図である。

【図５】余剰超音波伝達媒体を吸収するアキュムレータ
の構成を示す説明図である。

【図６】音響レンズ部の超音波ビームの絞り状態の一例
を示す作用説明図である。

【図７】音響レンズ部の超音波ビームの絞り状態の他の
例を示す作用説明図である。

【符号の説明】

１ 超音波プローブ ２ 超音波観測装置 １０ 挿入部 １１ 本体操作部 １３ キャップ １４ 超音波トランスデューサ １６ 音響レンズ部 １６ａ チャンバ １７ 凹部 １８ 可撓膜 １９ 供給チューブ ３０ シリンダ ３１ ピストン ３９ａ 操作つまみ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00 - 8/15 A61B 18/00 G01N 29/24

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 挿入部の先端にキャップを設けて、この
   キャップ内に回転方向に走査する超音波トランスデュー
   サを設けると共に超音波伝達媒体を封入し、この超音波
   トランスデューサからキャップを介して超音波信号を送
   受信するものにおいて、 前記キャップの内面のうち、前記回転方向に走査する間
   に超音波トランスデューサにより超音波パルスが送信さ
   れ、かつ反射エコーが受信される位置と対応する部位に
   可撓膜を設け、この可撓膜と前記キャップ内面との間に閉鎖したチャン
   バを形成し、このチャンバ内に 前記キャップ内に封入し
   た超音波伝達媒体とは異なる音響インピーダンスを持っ
   た他の超音波伝達媒体を充填することにより、前記可撓
   膜が曲面形状となった音響レンズ部を形成する構成とし
   たことを特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】 前記可撓膜を前記チャンバ内に封入され
   た他の超音波伝達媒体により凸曲面または凹曲面を有す
   る形状としたことを特徴とする請求項１記載の超音波診
   断装置。
3. 【請求項３】 前記可撓膜は、その断面形状として、中
   間部が最も薄肉で、両端部側に向けて連続的に肉厚が大
   きくなる形状としたことを特徴とする請求項２記載の超
   音波診断装置。
4. 【請求項４】 前記音響レンズ部には、それに封入され
   る他の超音波伝達媒体の供給量を制御することによっ
   て、超音波ビームのフォーカス位置を可変ならしめる構
   成としたことを特徴とする請求項２記載の超音波診断装
   置。
5. 【請求項５】 前記音響レンズ部に超音波伝達媒体の供
   給量を制御するために、一端がこの音響レンズに接続し
   た供給チューブと、この供給チューブの他端を本体操作
   部側に配設したシリンダと、このシリンダ内の容積を変
   化させるピストンと、このピストンを操作するための操
   作手段とを備える構成としたことを特徴とする請求項４
   記載の超音波診断装置。
6. 【請求項６】 前記キャップには、前記音響レンズ部に
   他の超音波伝達媒体が充填された時に、このキャップの
   内容積の変化を吸収する手段を備える構成としたことを
   特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。
7. 【請求項７】 前記キャップの先端面を可撓部材で形成
   して、前記キャップの内容積が変化した時には、この可
   撓部材を変形させることによって、前記キャップの内容
   積変化を吸収する構成としたことを特徴とする請求項６
   記載の超音波診断装置。
8. 【請求項８】 前記キャップと前記挿入部との間に、連
   通パイプを設けると共に、この連通パイプの前記挿入部
   内側の端部に可撓性容袋を接続し、前記キャップの内容
   積が変化した時には、この可撓性容袋を拡縮させる構成
   としたことを特徴とする請求項６記載の超音波診断装
   置。
9. 【請求項９】 前記他の超音波伝達媒体は前記キャップ
   内の超音波伝達媒体より粘度が高いものとする構成とし
   たことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。