JP4180631B2

JP4180631B2 - 経食道エコー探触子

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Publication number: JP4180631B2
Application number: JP2006318949A
Authority: JP
Inventors: 維康神▲崎▼
Original assignee: KANZAKI CLINIC OF CARDIOVASCULAR MEDICINE MEDICAL CORP
Current assignee: KANZAKI CLINIC OF CARDIOVASCULAR MEDICINE MEDICAL CORP
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2026-11-27
Also published as: JP2008132026A

Description

この発明は経食道エコー探触子、詳しくは超音波振動子を備えた探触子を食道に挿入し、超音波により心臓を診断する超音波内視鏡の技術に関する。

経食道エコー法とは、胃カメラと同じ方法で、心臓を後ろ側（胸とは反対側）から観察する方法である。胃カメラを飲むのと同程度の苦痛を伴うが、食道がちょうど心臓の後ろに位置するので、体の表面から十分に観察することが難しい細部の構造をみることができる。経食道エコー法は、例えば、脳梗塞の原因による血栓が心臓の中にあるかどうかの観察には必須の方法である。

上記経食道エコー法では、超音波振動子を備えた探触子を食道の内部に挿入している。超音波は、身体に影響がなく、安全である。当初は一定方向の断面しか描出できなかったが、現在では内視鏡の手元のボタンの操作により、自由に心臓の断面を観察することができる探触子が普及している。例えば、特許文献１には、複数個の超音波振動子を備えた探触子を備えた超音波プローブが開示されている。

従来の探触子１０は、図１０に示すように、探触子１０の本体であるハウジングを備え、そのハウジング上に複数個の超音波振動子などで構成されたトランスデューサ部１２を有している。探触子本体を食道の内部に挿入することにより、トランスデューサ部１２の複数個の超音波振動子が超音波を心臓に向けて送信し、その心臓からのエコー信号をトランスデューサ部１２で受信して、モニタ上に心臓の画像を映し出している。

特開平６−２９２６６９号公報

しかし、現在使われている経食道エコー探触子は、その先端部分に視認する手段を備えていない。よって、食道の内部が見えない状態で探触子を挿入すると、危険な合併症を発生することになる。例えば、食道などの内壁部に衝突したりすると、患者に苦痛を与えるとともに、食道に傷をつけたりしてしまうおそれがある。このため、探触子を挿入する際、探触子の挿入手法に熟練を必要としていた。

この発明は、上記問題を解決するためになされたもので、食道の内部を視認しながら、超音波振動子を備えた探触子を食道の内部に挿入する経食道エコー探触子を提供することを目的とする。
また、この発明は、患者に苦痛を生じさせないような超音波振動子を備えた探触子を食道内に挿入する経食道エコー探触子を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、食道に挿入可能な略円柱状の本体と、その本体に設けられ、超音波を送信し、そのエコー信号を受信する複数個の超音波振動子とを有する経食道エコー探触子であって、その径が上記本体の径より小さく、上記本体の先端から軸方向に所定長さを有して突出し、その先端が半球状を有する略円柱状の突出部を備え、その突出部の先端には、上記食道内を照明する照明部と上記食道内を撮像するカメラ部とが配設されるとともに、上記突出部は、上記食道に沿って湾曲可能な柔軟性を有する経食道エコー探触子である。

本願発明に係る探触子は、複数個の超音波振動子が２次元アレイ配置されたトランスデューサ部として構成される。そのトランスデューサ部は、超音波を心臓に向けて送信し、その心臓からのエコー信号を受信するものである。トランスデューサ部を構成する超音波振動子の個数は限定されない。また、経食道エコー法で使用される超音波振動子の振動数は限定されない。
探触子から突出して設けられる突出部は、柔軟で湾曲自在であればその素材は限定されない。例えば、軟質ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられる。また、突出部の長さは限定されず、例えば２〜３ｃｍである。さらに突出部を湾曲させるために、蛇腹部を形成してもよい。さらに、半球状の先端部の曲率は限定されない。
突出部の先端に設けられる照明部としては、例えば、発光ダイオードが用いられる。その発光ダイオードの数は限定されない。また、発光ダイオードの色も限定されない。または、照明部にハロゲン光源またはキセノン光源を使用して、その光源から出た光を、探触子の本体に配設されたライトガイドを通して、突出部の先端から発せられるようにしてもよい。探触子を食道の内部に挿入するときは白色光が好ましい。
突出部の先端に設けられるカメラ部としては、複数個の固体撮像素子が用いられる。例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）が使用される。複数個の固体撮像素子を、受光面とした基板上に２次元アレイ配置する。その固体撮像素子のアレイ基板の大きさおよび画素数は限定されない。

請求項１に記載の経食道エコー探触子にあっては、複数個の超音波振動子を備えた探触子の先端側に、その本体からその軸方向に所定長さを有して突出した略円柱状の突出部が設けられている。その突出部は、食道に沿って湾曲可能な柔軟性を有する。そして、半球状を有するその突出部の先端には、照明部とカメラ部とが配設されている。食道の内部に挿入する際、突出部の先端に設けられた照明部で食道の内部を明るく照らし、カメラ部で食道の内部を撮像し、その映像をモニタで確認しながら、複数個の超音波振動子を備えた探触子を食道の内部に挿入する。これにより、食道以外への誤挿入を防止することができる。また、挿入方向に潰瘍または腫瘍があるか否かを確認しながら、探触子を挿入することができる。さらに、食道の内部に探触子を挿入する手技が容易になる。
さらに、探触子を食道内の通路に挿入するとき、探触子の先端が気管入口部に当たりやすく、気管内に誤挿入してしまうことがある。内壁部の衝突は、その食道を傷つけたりする。そこで、探触子の先端の形状を半球状にすることにより、食道の内壁部に傷をつけにくくすることができる。

請求項２に記載の発明は、上記突出部は、その軸と垂直な断面が略楕円形である請求項１に記載の経食道エコー探触子である。
上記突出部は、その断面が楕円形を有している。その楕円形の大きさは限定されない。
例えば、突出部内部の先端から操作部まで上下に２本のワイヤを配設し、一方のワイヤを引っ張り、他方のワイヤを緩めるように操作部において操作することができれば、突出部を容易に湾曲自在に設けることができる。ワイヤは、上下の２本に加えて、左右に２本設けてもよい。さらに、突出部の内部にコイルスプリングを設ければ、そのコイルスプリングの反発弾性により、突出部が自動的に湾曲前の状態に復帰しやすくすることができる。

請求項２に記載の経食道エコー探触子にあっては、上記突出部は、その軸と垂直な断面が水平方向に幅広の略楕円形を有している。これにより、短軸方向（Ｙ軸方向）に曲がりやすく、長軸方向（Ｘ軸方向）に曲がりにくくなる。短軸方向に曲がりやすいので、口腔の底壁と長軸とを略一致させて挿入すると、口腔内から食道への挿入が簡単になる。また、長軸方向に曲がりにくくなるので、探触子の挿入時に食道の内部を傷つけない。

請求項３に記載の発明は、上記突出部は、略円筒形状を有し、その断面の肉厚の一部分が他の部分に比べ薄くなった請求項１または請求項２に記載の経食道エコー探触子である。
肉厚（突出部の外周部分）の一部を他に比べ薄くするとは、例えば、突出部の断面を見たときに、チューブの上側部分および下側部分が、右側部分および左側部分に比べ肉厚が薄くなっている場合である。
または、略円筒形状を有する突出部内に、その突出部の中心から偏心した位置を中心とした略円柱状の空洞部を有するものである。突出部の断面を見たときに、上側部分が他の部分より突出部の肉厚が薄くなっている場合である。

請求項３に記載の経食道エコー探触子にあっては、例えば、上記突出部は、円筒形状を有し、その断面の肉厚が左右方向に比べ上下方向が薄くなっている。すなわち、チューブの肉厚の薄い部分の短軸方向（Ｙ軸方向）に曲がりやすく、肉厚の厚い部分の長軸方向（Ｘ軸方向）に曲がりにくくなる。

請求項４に記載の発明は、上記突出部の先端には、その中心位置に上記カメラ部が設けられ、そのカメラ部の周囲には上記照明部が複数個設けられた請求項１または請求項２に記載の経食道エコー探触子である。
カメラ部の周囲に設けられる照明部の個数は限定されない。

請求項４に記載の経食道エコー探触子にあっては、上記突出部の先端の中心位置にカメラ部を設けることにより、探触子の中心位置と突出部の中心位置とが一致していれば、食道の内部において、挿入した探触子の中心の位置がカメラ部によりわかりやすくなる。
また、カメラ部の周囲には、そのカメラ部を取り囲むように照明部が設けられている。その照明部は発光ダイオードを用いて構成される。または、光源から出た光をライトガイドにより導き、探触子の本体の先端から光を発するようにしてもよい。これにより、照明部で食道の内部を明るくしてカメラで食道の内部を観察することができる。

この発明によれば、複数個の超音波振動子を備えた探触子の先端側から突出した略円柱状の突出部が設けられている。その突出部は、食道に沿って湾曲可能な柔軟性を有する。そして、半球状を有するその突出部の先端には、照明部とカメラ部とが配設されている。食道の内部に挿入する際、突出部に設けられた照明部で食道の内部を明るく照らし、カメラ部で食道の内部を撮像しこの映像をモニタで確認しながら、複数個の超音波振動子を備えた探触子を食道の内部に挿入することができる。これにより、食道外への誤挿入を防止することができる。また、挿入方向に潰瘍または腫瘍があるか否かを確認しながら、探触子を挿入することができる。さらに、食道の内部に探触子を挿入する手技が容易になる。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。図１〜図９はこの発明の一実施例に係る経食道エコー探触子を示している。

以下、この発明の実施例１を、図１〜図９を参照して説明する。
最初に、図２を参照して、経食道エコー法で使用する超音波内視鏡２１の全体構成について説明する。図２に示すように、本実施例に係る内視鏡２１は、細くて長い管状体であって、食道の内部に挿入する挿入部１５と、その基端側に設けられた操作部１６と、操作部１６に設けられ、内視鏡２１の外部の画像処理装置１９とを連結する配線ケーブル１７とを備えている。挿入部１５は、食道の内部に挿入できるような所定の長さを有している。挿入部１５の径は、略１０ｍｍ程度であり、小径ほど患者に苦痛を生じさせない大きさを有している。内視鏡２１の使用時には、操作部１６を手に持ち、操作部１６に設けられた操作ノブにより、挿入部１５を動かしながら、口から挿入部１５を挿入する。そして、挿入部１５の先端には本願発明に係る探触子１０が設けられる。

図１に示すように探触子１０は、本体であるハウジングと、そのハウジング上に複数個の超音波振動子が２次元にアレイ配置されたトランスデューサ部１２とで構成されている。トランスデューサ部１２は、基板としてのパッキン材、超音波振動子としての圧電素子、電極および音響整合層など（図示せず）を有している。また、トランスデューサ部１２は、患者の心臓の２次元断面図を得るように、図示しないアクチュエータなどにより回転可能に設けることができる。そのトランスデューサ部１２を構成する超音波振動子の個数は限定されない。なお、経食道エコー法で使用される超音波の振動数は約２．５ＭＨｚ〜５ＭＨｚである。

そして、図１に示すように、上記探触子１０の先端側から軸方向の前方（食道の挿入方向）に向かって突出したチューブ１１（突出部）が突出して設けられている。チューブ１１は、略円柱状に形成されている。また、チューブ１１は、その中心軸が探触子１０本体の中心軸と一致するように設けられている。さらに、図３に示すように、チューブ１１は、例えば、プラスチック製またはゴム製の素材からなり、柔軟で湾曲自在に設けられている。さらに、チューブ１１は、その径が探触子１０本体の径より小さく設けられている。さらに、チューブ１１は略数１０ｍｍの長さを有している。なお、チューブ１１の長さは、例えば、伸縮機構を用いて調整できるようにしてもよい。

また、チューブ１１は、図３に示すように、その軸と垂直な断面が略楕円形を有している。その断面は、水平方向（横方向）に幅広の楕円形を有している。これにより、チューブ１１は、垂直方向（Ｙ軸方向）に曲がりやすく、水平方向（Ｘ軸方向）に曲がりにくくなる。

または、図５に示すように、円筒形状を有するチューブ１１の断面を見たとき、上下部分の肉厚（ｔ_ｔ部分）が薄く、左右部分の肉厚（ｔ_Ｌ部分）が厚くなっている。例えば、上下部分の肉厚はｔ_ｔ＝０．５ｍｍ程度であり、左右部分の肉厚はｔ_Ｌ＝１．０ｍｍ程度である。これにより、チューブ１１は、垂直方向に曲がりやすく、水平方向に曲がりにくくなる。
また、図６に示すように、略円筒形状を有するチューブ１１の内部に、そのチューブの中心Ｏ_１から偏心した位置に中心Ｏ_２を有する空洞部を有するものでもよい。その空洞部は、その断面が円形でも楕円形を有するものでもよい。図６に示すように、チューブ１１の下側肉厚が上側に比べて薄くなっている。これにより、チューブ１１を下側方向に湾曲しやすくなる。
さらに、図７に示すように、略円筒形状を有するチューブの１１の肉厚部分またはその内壁面には、チューブ１１の長さ方向に沿って長く形成された金属板３０が配設される。図７に示すように、チューブ１１の上側部分に金属板３０を配設することにより、チューブ１１は上側への湾曲が規制され曲がりにくくなる。

図３および図４に示すように、チューブ１１の内部には、ガイドチューブ２８の中に収容されたワイヤ２７が配設されている。ワイヤ２７は、上下と左右との２組で構成され、ワイヤ２７の先端部はチューブ１１の先端で固定されている。ワイヤ２７の基端部は、操作部に設けられたドラム部（図示せず）に巻装されている。ドラム部は、操作ノブの回転により回動自在に設けられている。操作ノブを回転すれば、ドラム部に巻装されたワイヤ２７の一方側（例えば下側ワイヤ２７）が引っ張られ、他方側のワイヤ２７（例えば上側ワイヤ２７）が緩められる。そして、チューブ１１はある方向（例えば図５に示すように下方側）に湾曲する。
また、チューブ１１の内部にはコイルスプリング２９が設けられている。操作ノブを戻すと、そのコイルスプリング２９の反発弾性により、チューブ１１は自動的に湾曲前の状態に復帰する。

さらに、図８に示すように、チューブ１１の先端は、半球状に形成されている。半球状に形成されていることにより、当接しても食道の内壁部を傷めずに、探触子１０を食道の内部に挿入することができる。

次に、図８に示すように、チューブ１１の先端には発光ダイオード２３の照明部１３が配設されている。そのチューブ１１の先端には微小な貫通孔が設けられており、その微小な貫通孔には、透明プラスチック板２２が配設されている。そして、その透明プラスチック板２２の背面部には、白色光を放つ発光ダイオード２３が板材２６により固設されている。発光ダイオード２３は、チューブ１１先端の中心位置に設けられたカメラ部１４の周囲に上下左右に４つ配設されている。
発光ダイオード２３は、ＰＮ接合された半導体チップの表裏面に、正極および負極のリード線を介して外部リードを結線し、半導体チップとリード線とを樹脂で封止したものである。
または、上記発光ダイオードの代わりに、キセノン光源またはハロゲン光源を用いて、その光源から出た光を、ライトガイドを通して、チューブ１１の先端側から発するようにしてもよい。

また、チューブ１１の先端側の中心位置にはカメラ部１４が設けられる。カメラ部１４は、固体撮像素子である複数個のＣＣＤ２４（Charge Couple Device）で構成される。すなわち、カメラ部１４は、複数個のＣＣＤ２４を２次元アレイ状に構成した受光面として、上記チューブ１１先端側に設けられた板材２６でチューブ１１内部の中央部に固設したものである。そのＣＣＤ２４の基板の大きさは、例えば、数ｍｍ×数ｍｍ程度であり、画素数は略２０〜４０万画素である。
また、アレイ配置された複数個のＣＣＤ２４で構成された受光面に対向して、チューブ１１の先端の中心位置に対物レンズ２５が設けられる。そして、対物レンズ２５により受光した被写体の光学像を複数個のＣＣＤ２４で構成された受光面で受光する。すなわち、このＣＣＤ２４により、食道の内部の画像情報が取り込まれ、光電変換される。光電変換された画像情報は、クロック信号により順次読み出され、探触子１０に設けられた配線ケーブル１７を通して、外部画像処理装置１９（ビデオプロセッサ）に転送される。

図２に示す内視鏡２１の上記挿入部１５には、上記超音波のエコー信号を伝送する導線（図示せず）がそのなかに設けられている。また、挿入部１５には、上記ＣＣＤ２４で光電変換された信号を伝送する導線（図示せず）がそのなかに配設されている。
そして、図２に示すように、超音波振動子のトランスデューサ部１２は、操作部１６側に設けられた配線ケーブル１７を介して、超音波観測装置１８と接続される。
また、発光ダイオード２３は、探触子１０の本体の内部に設けられたリード線を通して、外部の電源装置などと接続される。
さらに、ＣＣＤ２４は、操作部１６に設けられた配線ケーブル１７を介して、外部画像処理装置１９（ビデオプロセッサ）と接続されている。

次に、本願発明に係る超音波振動子を備えた探触子１０を用いた経食道エコー法を説明する。
図９に示すように、まず、超音波振動子を備えた探触子１０を、口から挿入して食道の内部に挿入する。本体は、口から挿入するものである。口から挿入すると、舌の付け根の舌根という部分に内視鏡２１が触れることにより嘔吐感を生じるので、経食道エコー法では探触子１０をできるだけ口から滑らかに挿入する必要がある。
挿入時には、チューブ１１の先端に設けられたＣＣＤ２４により、食道の内部の画像をモニタ２０に映し出すことができる。チューブ１１の先端に設けられた照明部１３によって光を放つともに、挿入するので、食道の内部の状態をより確認することができる。また、挿入時、モニタ２０を見ながら探触子１０を食道の内部に挿入するので、正しい方向に探触子１０を挿入することができる。さらに、食道の内部に傷などがあるか否か、挿入の方向に腫瘍または潰瘍があるか否かを確認することができる。

挿入時、探触子１０の先端に設けられたチューブ１１は、柔軟で可撓性の素材であるため、探触子１０の挿入時に湾曲しやすい。また、チューブ１１は、例えば、図３に示すように、その断面が長軸方向（Ｘ軸方向）に幅広の楕円形を有している。または、図５〜図７に示すような、断面構造を有している。そのため、チューブ１１は短軸方向（Ｙ軸方向）に曲げやすくなる。また、長軸方向（Ｘ軸方向）に曲げにくくなる。特に、口から食道にかけてＹ軸方向に湾曲するので、図７に示すように、口腔の底壁と長軸とを一致させて挿入すると、探触子１０を口から挿入しやすくなる。
また、チューブ１１の先端が半球状に形成されているので、食道内部を傷をつけずに、探触子１０を食道の内部に挿入することができる。

トランスデューサ部１２で受信したエコー信号は、内視鏡２１の操作部１６から出た配線ケーブル１７を通して、超音波観測装置１８に伝送される。その超音波観測装置１８には、そのエコー信号を、モニタ２０上に映す出す画像信号に変換する回路が設けられている。超音波観測装置１８において、エコー信号を画像信号に変換することができる。
また、ＣＣＤ２４で取り込んだ食道内部の画像情報は、上記超音波振動子と同様に、操作部１６から出た配線ケーブル１７を通して、画像処理装置１９（ビデオプロセッサ）に伝送される。ＣＣＤ２４で取り込んだ画像信号は、この画像処理装置１９内に設けられた所定回路により画像信号に変換され、モニタ２０上に映し出される。
なお、超音波のエコー信号を伝送する導線と、ＣＣＤ２４の画像処理信号を伝送する導線とを共通にしてもよいし、それぞれ別々にすることもできる。
そして、探触子１０の操作部１６に設けられたスイッチにより、超音波振動子の画像、ＣＣＤ２４で取り込んだモニタ２０の画像を切り替えることができる。

このように、本願発明は、食道の内部をモニタ上で見ながら、探触子１０を食道の内部に挿入することができる。そして、探触子１０の複数個の超音波振動子は、心臓に向けて超音波を送信する。その送信した心臓からのエコー信号をトランスデューサ部１２で取り込む。この後、トランスデューサ部１２で取り込んだ信号は、挿入部１５、操作部１６および配線ケーブル１７を通して、超音波観測装置１８に伝送される。そして、そのエコー信号を超音波観測装置１８で画像信号に変換し、モニタ２０上で心臓の像を確認することができるのである。

この発明の実施例１に係る探触子および突出部の構成を示す斜視図である。この発明の実施例１に係る内視鏡およびその周辺装置の構成を示す正面図である。この発明の実施例１に係る突出部の断面の構造を示す断面図である。この発明の実施例１に係る突出部の湾曲状態を示す断面図である。図３とは異なる突出部の断面の構造を示す断面図である。図３および図５とは異なる突出部の断面の構造を示す断面図である。図３、図５および図６とは異なるの断面の構造を示す断面図である。この発明の実施例１に係る突出部の先端の断面の構造を示す断面図である。この発明の実施例１に係る突出部が湾曲した状態を示す斜視図である。従来の発明に係る探触子の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１０探触子、
１１チューブ（突出部）、
１２トランスデューサ部（超音波振動子）、
１３照明部、
１４カメラ部。

Claims

食道に挿入可能な略円柱状の本体と、
その本体に設けられ、超音波を送信し、そのエコー信号を受信する複数個の超音波振動子とを有する経食道エコー探触子であって、
その径が上記本体の径より小さく、上記本体の先端から軸方向に所定長さを有して突出し、その先端が半球状を有する略円柱状の突出部を備え、
その突出部の先端には、上記食道内を照明する照明部と上記食道内を撮像するカメラ部とが配設されるとともに、
上記突出部は、上記食道に沿って湾曲可能な柔軟性を有する経食道エコー探触子。
上記突出部は、その軸と垂直な断面が略楕円形である請求項１に記載の経食道エコー探触子。
上記突出部は、略円筒形状を有し、その断面の肉厚の一部が他の部分に比べ薄くなった請求項１または請求項２に記載の経食道エコー探触子。
上記突出部の先端には、その中心位置に上記カメラ部が設けられ、そのカメラ部の周囲には上記照明部が複数個設けられた請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載の経食道エコー探触子。