JP3469961B2 - 体腔内挿入型超音波探触子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は体腔内挿入型超音波探触
子、特に回転する振動子を回転軸方向に走査するための
機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】体腔内挿入型超音波探触子（以下、単に
探触子という）としては、挿入部位や挿入形態に応じて
各種のものが開発されており、例えば、気道、食道、直
腸等に挿入される探触子が知られている。

【０００３】また、血管内に挿入される探触子や、内視
鏡あるいは腹腔鏡のチャンネル（手術具の挿入孔（拑子
口））に挿入される探触子、等も知られており、そのよ
うな体腔内に挿入される探触子はその用途上の要請から
極めて細径化されている。

【０００４】かかる従来の細径化探触子は、一般に、挿
入管内にフレキシブルワイヤを挿通して、そのフレキシ
ブルワイヤの先端に超音波の送受波を行う振動子を配置
して構成される。その振動子は、それにより形成される
超音波ビームがフレキシブルワイヤの軸方向と直交する
ように通常１個配置され、フレキシブルワイヤが回転さ
れると、その振動子が回転する結果、いわゆるラジアル
スキャンが実現される。すなわち、フレキシブルワイヤ
を回転中心として超音波ビームが回転運動することにな
り、円形の二次元走査領域が形成される。

【０００５】そのような回転走査によれば、挿入管先端
部近傍の二次元断層画像等を取得することができ、体外
からでは得られない診断上有用な画像を形成できる。

【０００６】ここで、患部を複数の断面で観察するため
には、挿入管自体やスライドワイヤをそれらの軸方向に
走査させる必要がある。従来においては、そのような軸
方向の走査は、挿入管の基端側を直接手で保持して挿入
管を徐々に引き抜くことにより行われていた。

【０００７】また、近年開発されている超音波三次元画
像の構築のためにも、振動子の軸方向走査がかかせない
が、その場合にも上記同様の人為的な挿入管の引き抜き
が行われていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、挿入管
の基端部を直接手で保持して挿入管の引き抜きを行う
と、引き抜き量を正確に設定することができず、適正な
走査を実現できないという問題がある。特に、三次元画
像構成のためには、一定の走査ステップで正確な引き抜
きを行わなければならないが、それを行うのは熟練を要
し、また煩雑である。この場合、走査ステップが正確で
ないと、得られる三次元画像が正確なものでなくなると
いう問題が生じる。

【０００９】また、挿入管は比較的柔らかい樹脂チュー
ブ等で構成されているため、回転駆動されるフレキシブ
ルワイヤに必要以上の圧力を与えると、フレキシブルワ
イヤの回転を阻害し、回転むらや位相ずれ等が生じて、
超音波画像に悪影響が生じる。さらに、手振れ等によ
り、超音波画像が歪んだり、超音波画像が安定しなかっ
たりする問題がある。

【００１０】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、回転駆動される振動子の回転
軸方向への走査を正確かつ安定して行うことを目的とす
る。

【００１１】また、本発明は、上記の軸方向走査におい
て、超音波の良好な伝搬を確保することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、先端が封止された外筒と先端に開口が形
成された内筒とで構成された二重挿入管と、前記内筒の
先端開口から引っ込んだ位置に摺動自在に配置された気
密栓であって、前記外筒と前記内筒の間に形成される外
側気密空間に充填された外液体と前記内筒内に形成され
る内側気密空間に充填された内液体とを仕切る液分離パ
ッキングと、先端に超音波振動子を備え、回転駆動され
るワイヤであって、前記液分離パッキングのスライドに
伴ってスライド可能なフレキシブルワイヤと、前記外液
体又は前記内液体の充填量を増減するスライド駆動手段
と、を含むことを特徴とする。

【００１３】また、本発明は、前記外筒と前記内筒の間
は基端側で封止され、前記内筒内の基端側には、前記フ
レキシブルワイヤを貫通させた基端側パッキングが摺動
自在に配置され、前記スライド駆動手段は、前記外液体
の充填量を増減することを特徴とする。

【００１４】また、本発明は、前記内筒の基端側は封止
され、前記外筒と前記内筒の間には、基端側パッキング
が摺動自在に配置され、前記スライド駆動手段は、前記
内液体の充填量を増減することを特徴とする。

【００１５】また、本発明は、前記内筒の先端部には、
前記フレキシブルワイヤの回転を支持する手段が設けら
れたことを特徴とする。

【００１６】また、本発明は、前記内筒の先端開口に
は、前記液分離パッキングの飛び出しを阻止するストッ
パが形成されたことを特徴とする。

【００１７】さらに、本発明は、前記スライド駆動手段
は、電動シリンジであることを特徴とする。

【００１８】

【作用】上記構成によれば、二重挿入管は外筒と内筒と
で構成され、その内筒には、先端に超音波振動子を備え
たフレキシブルワイヤが挿通される。そのフレキシブル
ワイヤの先端側、すなわち内筒の先端部には、液分離パ
ッキングが摺動自在に配置されている。この液分離パッ
キングは、外側気密空間に充填された外液体と内側気密
空間に充填された内液体とを仕切るものであり、液体の
充填圧に応じて軸方向にスライド運動可能である。

【００１９】従って、スライド駆動手段によって、外液
体または内液体の充填量を増減すれば、その充填量の増
減によって、液分離パッキングが内筒先端部内において
軸方向上で前方あるいは後方へ進退することになり、こ
の液分離パッキングの進退運動に伴ってフレキシブルワ
イヤが進退することになる。スライドワイヤの先端部に
は超音波振動子が備えられているため、そのようなフレ
キシブルワイヤのスライドによって超音波振動子が軸方
向に走査されることになり、複数のラジアル走査面を軸
方向に沿って正確に形成することが可能となる。

【００２０】すなわち、本発明によれば、液体充填圧の
可変を利用して、フレキシブルワイヤをスライドさせる
ことができるので、人為的な挿入管の操作に比べてその
スライドを正確に行うことができ、また手による保持に
起因してフレキシブルワイヤに不必要な回転阻止力等が
生じることもない。

【００２１】本発明によれば、超音波ビームの伝搬経路
には、常に外液体及び内液体が介在するため、良好な超
音波伝搬を確保することができる。

【００２２】本発明の好適な態様では、外筒と内筒の間
は基端側で封止され、かつ内筒の基端側内部に基端側パ
ッキングを設けられ、スライド駆動手段によって外液体
の充填量が増減される。

【００２３】また、本発明の好適な態様においては、内
筒の基端側が封止され、かつ外筒と内筒の間には基端側
パッキングが配置され、スライド駆動手段によって内液
体の充填量が増減される。

【００２４】ここで、内筒の先端部にフレキシブルワイ
ヤの回転を支持する手段を設けるのが望ましい。また、
内筒の先端開口に液分離パッキングの飛び出しを阻止す
るストッパーを設けるのが望ましい。

【００２５】液体スライド駆動手段を電動シリンジで構
成すれば、電気的な駆動の下でより正確な振動子のスラ
イドを実現できる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００２７】図１には、本発明に係る体腔内挿入型超音
波探触子の好適な実施例が示されており、図１はその第
１実施例を示す図である。

【００２８】本実施例の探触子は、内視鏡の拑子口に挿
入される探触子であるが、もちろん例えば血管内に挿入
される探触子等にも本発明は適用可能である。

【００２９】図１に示す第１実施例において、（Ａ）に
は、探触子の基端側の構成が示され、（Ｂ）には先端部
側の構成が示されている。

【００３０】図１（Ａ）において、操作部１０の内部に
はフレキシブルワイヤ１２を回転駆動するためのモータ
１４及びそのモータの回転角度を検出するためのロータ
リーエンコーダ１６が配置されている。フレキシブルワ
イヤ１２の基端側には、本実施例において伸縮部１２Ａ
が形成されている。この伸縮部１２Ａは、例えばバネ状
の構造を有するものであり、モータ１４の回転は直接的
にフレキシブルワイヤ１２の先端側に伝達され、一方、
フレキシブルワイヤ１２の基端が固定されていてもその
前方側のスライド（伸縮）が許容される。もちろん、フ
レキシブルワイヤ１２のその軸方向へのスライドをモー
タ１４及びロータリーエンコーダ１６と共に行わせても
よい。いずれにおいても、本実施例ではフレキシブルワ
イヤ１２がその軸方向に進退自在に構成されている。

【００３１】挿入部１８は、上述したように内視鏡の拑
子口等に挿入されるものであり、図１（Ａ）に示される
ように挿入部１８は二重管構造を有する。具体的には、
外筒２０及び内筒２２で構成される。外筒２０は例えば
その直径が２〜３ｍｍであり、その厚さは０．１〜０．
２ｍｍである。内筒２２は、その直径が例えば１〜２ｍ
ｍであり、その厚さは０．１〜０．２ｍｍである。

【００３２】外筒２０と内筒２２の間の空間（気密空
間）は、その基端側で封止されており、その両筒内の外
側気密空間内には外液体２４が充填されている。一方、
内筒２２内には上述のフレキシブルワイヤ１２が挿通さ
れており、そのフレキシブルワイヤ１２の基端側には図
示のようにリング状のパッキング２６が内筒２２内を摺
動自在に配置されている。このパッキング２６は、例え
ばゴム材などで構成され、その中央部にはフレキシブル
ワイヤ１２を貫通させる孔が形成され、その外周囲面は
内筒２２内の内周面に密着接触している。

【００３３】内筒２２内には、具体的にはパッキング２
６の前方側には、内液体２８が充填封入されている。後
述するように、内液体２８は、外液体２４とパッキング
３４により分離されているが、両液体２４、２８は、例
えば同じ生理食塩水等で構成される。

【００３４】図１に示すように、外筒２０の基端側に
は、外側気密空間に連通するシリンジ３０が接続されて
おり、このシリンジ３０によって外液体２４の圧力、す
なわち充填圧を調整することができる。シリンジ３０内
には外液体２４が含まれており、そのピストンを押し下
げることによってシリンジ３０から２つの筒２０，２２
の間の外側気密空間内に外液体２４が充填注入される。
一方、シリンジ３０のピストンを引き上げれば、外側気
密空間から外液体２４がシリンジ３０内に吸い上げられ
る。この図１に示す例では、シリンジ３０として手動に
よるものが示されているが、後に図４を用いて示すよう
に電動シリンジを用いてもよい。

【００３５】図１（Ｂ）には、挿入部１８の先端部１８
Ａの構造が示されている。外筒２０の先端は、丸みをお
びつつ封止され、一方、内筒２２の先端は開口２２Ａと
されている。

【００３６】先端部１８Ａにおいて、内筒２２内には、
フレキシブルワイヤ１２の先端ヘッド１２Ｂに振動子３
２が配置されている。この振動子３２は、超音波の送受
波を行うものであり、この振動子３２によってフレキシ
ブルワイヤ１２の軸方向と直交する方向に超音波ビーム
が形成される。すなわち、フレキシブルワイヤ１２が回
転駆動されると、同時にこの振動子３２も回転駆動さ
れ、その結果、いわゆる超音波ビームのラジアルスキャ
ンが達成される。なお、振動子３２に接続される信号ケ
ーブルは、フレキシブルワイヤ１２内に通されている。

【００３７】内筒２２の先端部には、その開口２２Ａか
ら少し奥まった位置に、液分離栓としてパッキング３４
が摺動自在に配置されている。このパッキング３４は、
上述したパッキング２６と同様の部材で構成され、外液
体２４と内液体２８とを仕切るものである。

【００３８】フレキシブルワイヤ２２の先端ヘッド１２
Ｂとパッキング３４との間には金属性のボール３６が介
在配置されており、これによって先端ヘッド１２Ｂが回
転自在に支持されている。もちろん、先端ヘッド１２Ｂ
の回転支持機構としては他の構成を採用できる。

【００３９】図１（Ｂ）に示されるように、パッキング
３４の先端側の面は、外液体２４に接しており、パッキ
ング３４の基端側の面は内液体２８が接している。パッ
キング３４が基端側に押されると、ボール３６を介して
フレキシブルワイヤ１２が基端側へ押し戻されることに
なる。一方、パッキング３４が先端側に移動した場合に
は、これに連動してボール及びフレキシブルワイヤ１２
が先端側に移動するように構成されている。本実施例で
は、フレキシブルワイヤ１２に対しては、先端側へ向け
て弱い付勢力が例えば上述した伸縮部１２Ａの作用によ
って与えられており、これによってパッキング３４が先
端側に移動するとそれに追従してフレキシブルワイヤ１
２も先端側に移動することになる。もちろん、そのよう
な付勢力は、パッキング３４が基端側へ移動する際に、
必要以上の規制力とならない程度に設定される。先端ヘ
ッド１２Ｂ、ボール３６及びパッキング３４の三者一体
化構造は、この実施例のものには限られず、例えば、フ
レキシブルワイヤ１２の回転を妨げない限りにおいて、
これらの３つの部材を相互に連結させてもよい。

【００４０】次に図１に示した構成の動作について説明
する。

【００４１】体腔内の超音波診断を行う場合、まず体腔
内に挿入された内視鏡の拑子口に挿入部１８が挿入され
先端部１８Ａが患部近傍に位置決めされる。そして、モ
ータ１４に所定の駆動信号を与えるとモータ１４が回転
し、これによってフレキシブルワイヤ１２が回転し、先
端部１８Ａに内蔵された振動子３２が所定回転数で回転
することになる。その回転に際して超音波の送受波を行
えば、上述したラジアルスキャンを実現でき、円形の二
次元超音波取込み領域を形成できる。もちろん、そのよ
うな超音波の送受波においては、超音波ビームの経路に
外液体２４及び内液体２８が常に介在しているため、超
音波伝搬を良好に行うことができる。なお、外筒２０及
び内筒２２としては、生体と音響インピーダンスが近い
部材、例えばテフロンチューブ等を用いるのが好適であ
る。

【００４２】なお、フレキシブルワイヤの回転角度、す
なわち振動子３２の回転角度は、ロータリエンコーダ１
６によってモニタされ、この探触子に接続された超音波
診断装置へ超音波受信信号と共にその角度情報が出力さ
れている。

【００４３】そして、シリンジ３０に形成された目盛３
０Ａを見ながら、ピストンを所定量押し込むと、そのシ
リンジ３０内から外液体２４が外側気密空間内に注入さ
れ、その結果、外側気密空間の圧力が高まり、パッキン
グ３４を基端側へ押し出すことになる。この場合、パッ
キング３４の反対側には内液体２８が充填されている
が、その内液体２８を充填した内側気密空間の反対側の
端部はパッキング２６によって封止され、そのパッキン
グ２６が摺動自在にされているため、パッキング３４の
基端方向への動きに連動して、パッキング２６を含む内
側気密空間の全体が基端側に運動することになる。もち
ろん、そのような動きに連動してフレキシブルワイヤ１
２も基端側に運動することになる。

【００４４】従って、結果として、振動子３２の軸方向
上の位置が変化し、二次元データ取込み領域がスキャン
されることになる。

【００４５】このようなシリンジ３０による外液体２４
の注入を断続的に行えば、振動子３２の位置を順次可変
することができ、その結果、患部の三次元的な超音波診
断が可能となる。超音波診断装置において、軸方向の位
置情報を取り込んで三次元画像を構築させれば、患部の
三次元的な画像表示も可能である。

【００４６】一方、シリンジ３０のピストンを引き上げ
ると、外側気密空間内の外液体２４がシリンジ３０内に
吸い込まれ、その結果、外側気密空間内の圧力が減少
し、パッキング３４が先端側へ移動することになる。す
ると、上述した動きとは逆に、パッキング２６及び内側
気密空間全体が先端側に移動することになり、また、フ
レキシブルワイヤ１２も移動し、上述した軸方向の走査
とは逆方向の走査が実現される。

【００４７】本実施例によれば、基端側まで外液体２４
及び内液体２８が充填されているため、挿入部１８の剛
性を高めることができる。しかしながら、そのような剛
性が必ずしも必要でない場合には、パッキング２６を先
端部１８Ａに近づけることもできる。ただし、振動子３
２の周囲に内液体２８が充満している必要がある。

【００４８】次に、図２には、本発明の第２実施例が示
されている。なお、図１に示す構成と同様の構成には同
一符号をつけその説明を省略する。

【００４９】図２（Ａ）において、この実施例では、外
筒２０及び内筒２２の間の外側気密空間がパッキング１
２６によって封止されている。このパッキング１２６
は、その中央部に内筒２２が貫通しており、その外周面
は外筒２０の内面に気密接触している。なお、外筒２０
と内筒２２の間は、その基端側で開放されている。

【００５０】一方、内筒２２内には、図１に示した構成
と同様、フレキシブルワイヤ２２が挿通されているが、
その基端部２２Ｂによって内側気密空間が封止されてい
る。この基端部２２Ｂは、フレキシブルワイヤ１２を摺
動自在に気密保持するように構成される。すなわち、実
質的にパッキングと同様の機能を有する。

【００５１】図２（Ｂ）に示すように、この実施例にお
いても、内筒２２の先端開口２２Ａから引っ込んだ位置
に、パッキング１３４が摺動自在に配置されており、そ
のパッキング１３４によって、先端ヘッド１２Ｂの支軸
が回転自在に保持されている。

【００５２】図３には、図２（Ｂ）に示した先端部１８
Ａの側断面図が示されており、フレキシブルワイヤ１２
の先端ヘッド１２Ｂには、振動子３２が設けられると共
に、その先端ヘッド１２Ｂから軸方向に支軸１２Ｃが突
出しており、その支軸１２Ｃがパッキング１３４に内蔵
されたベアリング１３４Ａによって回転自在に保持さ
れ、同時に軸方向の動きに対しては一体化されている。
もちろん、このパッキング１３４によって外液体２４と
内液体２８とは完全に分離されている。

【００５３】この実施例では、内筒２２の先端開口２２
Ａにストッパー３６が内向きに形成されており、パッキ
ング１３４が先端側に移動しても先端開口２２Ａから飛
び出ることを防いでいる。

【００５４】したがって、この実施例によれば、図２に
示されるように、内側気密空間に連通するシリンジ３０
のピストンを押し込むと、シリンジ３０内の内液体が内
側気密空間内に注入され、その内側気密空間内の内液体
２８の圧力が高まる。すると、パッキング１３４が先端
側に移動し、これと共に支軸１２Ｃによってそのパッキ
ング１３４の運動がフレキシブルワイヤ１２に伝達さ
れ、すなわちフレキシブルワイヤ１２が先端側へ移動す
ることになる。もちろん、パッキング１３４が先端側に
移動すると、外側気密空間内の外液体２４の圧力が高ま
るが、パッキング１２６が摺動自在に構成されているた
め、パッキング１３４の運動と共にパッキング１２６が
運動し、各液体の圧力は一定値に保持される。

【００５５】一方、シリンジ３０のピストンを引き上げ
ると、内側気密空間内の内液体２８がシリンジ３０内に
吸い上げられ、これによってパッキング１３４が基端側
へ移動することになり、同時にパッキング１２６が先端
側に移動することになる。

【００５６】すなわち、液体の圧力平衡が保たれるよう
な関係が築かれ、パッキング１３４及びパッキング１２
６が移動することになる。これによって、振動子３２の
軸方向の走査が実現される。この実施例においても、超
音波ビームの通過経路には各液体が存在しているため、
音響整合を図ることができる。

【００５７】図４には、図１及び図２に示したシリンジ
として電動シリンジ３８を用いた場合の構成が示されて
いる。液体４０が封入されるシリンダ４２の容積はピス
トン４４によって調整される。このピストンはモータ４
６の回転により昇降するものであり、そのモータの回転
角度、すなわちピストン４４の高さはエンコーダ４８に
よってモニタされる。スイッチ５０は、ピストン４４の
駆動ＯＮ／ＯＦＦを操作するためのスイッチであり、こ
のスイッチ５０を操作することによって自動的にピスト
ン４４を連続的にあるいは段階的に移動させることがで
き、振動子３２の軸方向の走査を自動的に行うことがで
きる。もちろん、振動子３２の軸方向の位置は、エンコ
ーダ４８によって間接的にモニタされ、そのエンコーダ
４８の出力が超音波診断装置に送られて超音波三次元画
像が構成される。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フレキシブルワイヤによって回転駆動される振動子の軸
方向の走査を液体圧の調整によって正確かつ安定して行
うことができる。また、振動子の走査の際に常に音響整
合を維持することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る第１実施例の構成を示す図であ
る。

【図２】 本発明に係る第２実施例の構成を示す図であ
る。

【図３】 図２に示す先端部１８Ａの拡大断面図であ
る。

【図４】 電動シリンジの構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ 操作部、１２ フレキシブルワイヤ、１８ 挿入
部、２０ 外筒、２２内筒、２４ 外液体、２８ 内液
体、３０ シリンジ、３２ 振動子、３４，１３４ パ
ッキング。

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

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端が封止された外筒と先端に開口が形
   成された内筒とで構成された二重挿入管と、 前記内筒の先端開口から引っ込んだ位置に摺動自在に配
   置された気密栓であって、前記外筒と前記内筒の間に形
   成される外側気密空間に充填された外液体と前記内筒内
   に形成される内側気密空間に充填された内液体とを仕切
   る液分離パッキングと、 先端に超音波振動子を備え、回転駆動されるワイヤであ
   って、前記液分離パッキングのスライドに伴ってスライ
   ド可能なフレキシブルワイヤと、 前記外液体又は前記内液体の充填量を増減するスライド
   駆動手段と、 を含むことを特徴とする体腔内挿入型超音波探触子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の超音波探触子において、 前記外筒と前記内筒の間は基端側で封止され、 前記内筒内の基端側には、前記フレキシブルワイヤを貫
   通させた基端側パッキングが摺動自在に配置され、 前記スライド駆動手段は、前記外液体の充填量を増減す
   ることを特徴とする体腔内挿入型超音波探触子。
3. 【請求項３】 請求項１記載の超音波探触子において、 前記内筒の基端側は封止され、 前記外筒と前記内筒の間には、基端側パッキングが摺動
   自在に配置され、 前記スライド駆動手段は、前記内液体の充填量を増減す
   ることを特徴とする体腔内挿入型超音波探触子。
4. 【請求項４】 請求項１記載の超音波探触子において、 前記内筒の先端部には、前記フレキシブルワイヤの回転
   を支持する手段が設けられたことを特徴とする体腔内挿
   入型超音波探触子。
5. 【請求項５】 請求項１記載の超音波探触子において、 前記内筒の先端開口には、前記液分離パッキングの飛び
   出しを阻止するストッパが形成されたことを特徴とする
   体腔内挿入型超音波探触子。
6. 【請求項６】 請求項１記載の超音波探触子において、 前記スライド駆動手段は、電動シリンジであることを特
   徴とする体腔内挿入型超音波探触子。