JP4672386B2 - 超音波プローブ及び超音波診断システム - Google Patents

Description

本発明は、超音波プローブ及び超音波診断システムに関し、特に、腹腔鏡手術の際の診断及び穿刺術を行う際に用いられるものに関する。

従来から、生体内に超音波プローブのプローブ面から超音波パルスにより走査し、生体組織の境界で反射して生じる反射波を再び超音波プローブで受信し再構成された生体内の断層画像を用いて診断を行うための超音波診断システムがある。その超音波診断システムで用いられる超音波パルスの走査の方式には、リニアタイプ、コンベックスタイプなどがあり、診断目的に応じて使い分けられている。

また、注射針等の穿刺針を生体内に刺入して、腫瘍などの組織の採取等の検査や、薬剤の局所投与或いは穿刺針からのマイクロ波やラジオ波の照射等の温熱治療などを行う穿刺術が行われている。このような穿刺術は、損傷により大出血を起こす危険性のある血管などを避けるために、或いは、目的である腫瘍などの組織に対して確実に穿刺するために、一般的には、超音波診断装置によって生成される断層画像を参照しながら行われている。

一方、腹腔鏡手術では上述のような穿刺術が行われており（例えば、特許文献１参照。）、その際、（１）断層画像による患部の診断、（２）穿刺術の実行、（３）穿刺術後の患部の診断を順に行う場合がある。そのような場合、（１）では分解能が高く患部の輪郭が鮮明に得られ精度のよい診断が可能なリニアタイプの走査を行うリニア型超音波プローブが、（２）では穿刺針が死角に入らず穿刺の作業性に優れるコンベックスタイプの走査を行うコンベックス形超音波プローブが、（３）は（１）と同様にリニア形超音波プローブがそれぞれ用いられる。また、腹腔鏡手術では、体表面を小切開してトラカールという細い筒を刺入し、超音波プローブは、トラカールに挿入され、プローブ面を臓器に密着させて使用される。

特開平６−１８９９７４号公報

したがって、例えば上述のように一手術においてリニア形及びコンベックス形の異なる走査タイプの超音波プローブを用いる場合には、リニア形及びコンベックス形の２つの超音波プローブを用意し、手術室内に備える必要があった。また、走査の方式を替える場合には、超音波プローブを取り替える必要があり作業に手間を要していた。例えば、超音波プローブをトラカールに挿入して用いる場合にはトラカールから抜き差しする必要があり、トラカールは細い筒であるから超音波プローブの挿抜は煩雑で、特に作業に手間を要した。

本発明は、上記事情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、リニアタイプの走査またはコンベックスタイプの走査を行うことが可能な超音波プローブ及びその超音波プローブを備える超音波診断システムを提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、被検体に挿入可能な棒状の挿入部を備え、前記棒状の挿入部は、先端に設けられた超音波の送受信を行うコンベックス形探触子と、側面に設けられたリニア形探触子とを有する探触子部と、前記探触子部の側面に設けられ、前記棒状の挿入部に沿って穿刺針をガイドするガイド溝と、前記探触子部に対し後端側に設けられ、前記探触子部を屈曲可能に支持し、伸展状態において前記コンベックス形探触子が前記穿刺針の穿刺領域を走査し、屈曲状態において前記リニア形探触子が前記穿刺領域を走査するように設けられた屈曲部と、前記屈曲部を保持する基部と、を備えることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の超音波プローブであって、前記屈曲部は、伸展状態における前記コンベックス形探触子の超音波の放射方向と、屈曲状態における前記リニア形探触子部の超音波の放射方向とが略一致するように設けられることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の超音波プローブであって、前記挿入部は、前記被検体に挿入された筒状のトラカール内を通して挿入可能とされ、前記屈曲部は、前記トラカール内に挿入された場合に、前記トラカールの先端を越えた被検体内で、前記探触子部を屈曲可能に支持し、前記基部は、前記屈曲部側と異なる他端側が、前記トラカールの外側で操作者によって把持可能とされた、構成であることを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超音波プローブであって、前記基部の前記屈曲部側と異なる他端側に、操作者が把持するためのグリップ部が延設され、前記グリップ部に、前記屈曲部を屈曲させるための駆動力を与えるための屈曲操作部を更に備えることを特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の超音波プローブであって、前記基部の前記屈曲部側と異なる他端側に、操作者が把持するためのグリップ部が延設され、前記グリップ部に、前記コンベックス形探触子及びリニアタイプ形探触子の動作の切り換えを行うための入力手段を更に備えることを特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の超音波プローブであって、前記屈曲部を伸びた状態で制止させる制止手段を更に備えることを特徴としている。

また、請求項７記載の発明は、請求項１に記載の超音波プローブと、入力手段と、前記入力手段からの入力に基づいて、前記コンベックス形探触子と前記リニアタイプ形探触子とを切り換えて動作させる動作切換え手段と、を備える超音波診断システムであることを特徴としている。

本発明に係る超音波プローブ及び超音波診断システムによれば、リニア形探触子を用いての走査と、コンベックス形探触子を用いての走査とを１つの超音波プローブで行うことができる。したがって、２つの超音波プローブを用意する必要が無く余分な場所を占めることがない。また、走査の方式を替える際に、超音波プローブを取り替える必要がない。また、屈曲部を有するので、リニア形探触子を用いる場合には屈曲させてリニア形探触子部を密着させ、コンベックス形探触子を用いる場合には伸ばしてコンベックス形探触子部を密着させて使用することができる。

以下、本発明に係る超音波プローブ１の様々な実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。また、同一の構成要素に関しては、各図において同一の符号を付すこととする。

［第１の実施の形態］
（構成）
図１は、本字発明に係る超音波プローブ１を備える超音波診断システムの概略を示す外観図である。図１に示すように、本実施の形態の超音波診断システムは、超音波を送受波し超音波画像を作成するための超音波処理装置２と、超音波処理装置２にコネクタ２６ａ、２６ｂ及びケーブル１５を介して接続され、患者等の生体に診断用超音波を送出し、生体組織の境界で反射される反射波をエコー信号として受信し、エコー信号を超音波処理装置２に送信する超音波プローブ１と、操作パネル３と、表示手段としてのモニタ手段４とを具備する。

超音波プローブ１は、操作者が把持するための略円筒状のグリップ部１３が設けられ、グリップ部１３の一端側にはケーブル１５が接続され、他端側には、グリップ部１３の軸方向と同一方向に棒状の挿入部１２が延設されている。また、挿入部１２の先端側は、超音波の発振および受信を行う振動子配列（後述）を備える棒状の探触子部１０と、探触子部１０を指示し屈曲可能な屈曲部１１と、屈曲部１１を保持する基部９を有している。また、グリップ部１３は、ダイヤル操作部１４（屈曲操作部）を備え、ダイヤル操作部１４は屈曲部１１を動作するために用いられる。また、屈曲部１１は、内部に屈曲機構（後述）を備え、その表面はチューブ等（図示せず）で被服されている。

図２に探触子部１０の断面図を示す、図２（ａ）は、探触子部１０の中心軸を含み探触子部１０が傾動する方向の断面を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＺ−Ｚ断面図を示す。

図２（ａ）に示すように、探触子部１０は、円弧状の先端部分には先端から前方に放射状に超音波を送受波しコンベックスタイプの走査を行うように振動子が配列されたコンベックス形探触子１０１を備え、側面部分には側面方向に直線的に超音波を送受波しリニアタイプの走査を行うように振動子が配列されたリニア形探触子１０２を備える。それぞれの探触子は、信号線１０３ａ、１０３ｂがそれぞれ接続されている。また、信号線１０３ａはコネクタ２６ａに、信号線１０３ｂはコネクタ２６ｂに接続されるようになっている。また、図示しないが、各探触子は、圧電振動子を備える。圧電振動子の超音波送出面には、生体と音響的整合をとるための整合層が設けられる。さらにその外側に、超音波信号を収束させるための音響レンズを備える。コンベックス形探触子１０１は円弧状に凸形状で、リニア形探触子１０２は平板形状である。また、信号線１０３ａ、１０３ｂはＦｌｅｘｉｂｌｅ−ＰＣ板を介して圧電振動子に接続されている。

また、リニア形探触子１０２とは反対側の側面には、図２（ｂ）に示すようなＵ字形状のガイド溝１０４がコンベックス形探触子１０１の超音波の送信方向に設けられ、穿刺の際に用いられる。

図３（ａ）は、屈曲部１１の屈曲機構の構成の一例を示す図で、屈曲させた状態の図で示す。また、図８は、ダイヤル操作部１４の構成の一例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。例えば、図３（ａ）に示すように、可撓管１１０は蛇腹状に形成され、厚肉内壁部１１０ａと薄肉内壁部１１０ｂとが交互に形成されている。また、図３（ｂ）に示すＹ−Ｙ断面図のように厚肉内壁部１１０ａには屈曲方向の位置にワイヤを挿入する案内孔１１０ｃがそれぞれ設けられ、各案内孔１１０ｃに挿入された２本のワイヤ１１１の端部は、一方が探触子部１０に固定され、他端は、図８に示すようにダイヤル操作部１４の円筒部１４１に巻きつけて固定され、ダイヤル操作部１４を手操作により回転させることにより駆動力が与えられ、片側のワイヤ１１１は引っ張られ他方のワイヤ１１１が緩むことにより、屈曲部１１は屈曲し、探触子部１０は傾動する。尚、この円筒部１４１はグリップ部１３の内部に設けられているものである。

（制御構成）
図４は、本発明に係る第１の実施の形態としての超音波診断システムの電気的構成を示すブロック図である。図１に示したように超音波照射システムは、超音波処理装置２と、超音波プローブ１と、操作パネル３、表示手段としてのモニタ手段４とを具備する。

操作パネル３は、入力手段であり、超音波処理装置２に接続されかつ操作者からの指示情報、パスワードなどの各種情報を入力するためのもので、図示しないが各種キー（アルファベットキーやテンキー等）、マウスやトラックボールなどが接続あるいは設置されている。また、本実施の形態の超音波診断システムに接続される超音波プローブ１は、コンベックス形探触子１０１またはリニア形探触子１０２が使用可能であり、操作パネル３によりコンベックスモードまたはリニアモードの動作モード切り換えのための入力を行うことが可能で、その信号を超音波処理装置２の制御部２１に送る。

モニタ手段４（表示手段）は、超音波処理装置２に接続され、超音波処理装置２から送信される画像データに基づく画像、例えば、超音波断層像等の表示を行う。

超音波プローブ１は、コンベックス形探触子１０１、及び、リニア形探触子１０２を備え、それぞれコネクタ２６ａ及び２６ｂにより超音波処理装置２に着脱可能に接続され、それぞれの動作は、操作パネル３からの入力操作による入力に基づいて、切換部２７により切り換えられる。

超音波処理装置２は、画像再構成部２２、接続部２５及び制御部（モード制御手段）２１で構成される。

接続部２５は、切換部２７（動作切換え手段）、コネクタ２６ａ、２６ｂで構成される。コネクタ２６ａ、２６ｂは、上述の超音波プローブ１を機械的及び電気的に接続するためのものである。また、切換部２７は、動作モードに応じて制御部２１から送られる信号に応じて、コンベックス形探触子１０１、または、リニア形探触子１０２を動作するように切り換えを行う切換手段としての機能を有し、例えば、リレースイッチなどで構成される。また、コネクタの数は、本実施の形態の２つに限るものではなく１つ或いは３つ以上などの形態をとることも可能である。

画像再構成部２２は、診断用超音波送受信部２３、エコー信号処理部２４を備え、動作モードに応じて、コンベックス形探触子１０１またはリニア形探触子１０２による超音波断層像（以下、それぞれの超音波断層像を、コンベックス断層像、リニア断層像と呼ぶことがある。）を再構成し、その画像データを生成する。

診断用超音波送受信部２３は、図示しないが、遅延回路およびパルサ回路といった送信回路と、Ａ／Ｄ変換器、加算器といった受信回路からなり、制御部２１に制御され、パルス状の超音波を生成して超音波プローブ１に接続部２５を介して送り、超音波プローブ１が受信したエコー信号を検査結果として接続部２５を介して受信する。

エコー信号処理部２４は、診断用超音波送受信部２３に接続され、診断用超音波送受信部２３によって受信されたエコー信号に、エコー信号対数増幅、包絡線検波処理等を施し、動作モードに従い信号強度が明るさを示す輝度データで表現される超音波断層像の画像データを生成する。

制御部２１は、操作パネル３からの入力を受け付けるとともに、制御プログラムに基づいて、超音波診断システムの各部の駆動制御を行う。また、操作パネル３からの入力に応じた信号に基づく動作モードで動作するように切換部２７に信号を送り、動作モードに応じた画像を再構成するように画像再構成部２２を制御する。

また、制御部２１は、上述の機能を実現するために、ＣＰＵ（図示せず）と、各種のプログラム及びそのプログラムを実行するときに必要な各種データを記憶すると共に、各種のプログラムを実行するときのワークエリアを構成するシステムメモリ（図示せず）と、を含んで構成される。

（超音波プローブの使用態様）
次に、本超音波プローブ１の使用態様について説明する。以下、超音波プローブ１を腹腔鏡手術に用いる場合を例に説明する。図５は、超音波プローブ１を腹腔鏡手術に用いる場合の説明図である。

図５には、腹壁を公知の気腹法或は吊り上げ法などによって上方に持ち上げ、臓器と腹壁との間に空間を設け、腹部に直径約５〜１０mm程度の穴を数か所開け、その穴にトラカールを挿入した状態の図を示す。また、図示しないが、腹腔鏡や内視鏡が空間に備えていて腹部内部の様子が映像としてＴＶモニタなどに表示されている。

まず、超音波プローブ１をダイヤル操作部１４を操作して挿入部１２の屈曲部１１を伸ばした状態にし、トラカールに挿入する。

次に、ダイヤル操作部１４を操作し、図５（ａ）に示すように、屈曲部１１を屈曲させ探触子部１０を傾動させリニア形探触子１０２が患部に密着するようにし、超音波処理装置２の操作パネル３を操作してリニアモードにとして、リニア形探触子１０２によるリニア断層像をモニタ手段４に表示して患部の観察を行う。ここでリニア断層像を用いるのは、リニア形探触子１０２の分解能が高く、患部の画像を鮮明に表示でき、より正確な診断を行うためである。

さらに、ダイヤル操作部１４を操作し、図５（ｂ）に示すように、屈曲部１１を伸ばしコンベックス形探触子１０１が患部に密着するようにし、超音波処理装置２の操作パネル３を操作してコンベックスモードにとして、コンベックス形探触子１０１によるコンベックス断層像をモニタ手段４に表示し、一方、図示しない内視鏡等で確認することにより穿刺針５をガイド溝１０４に沿わせて臓器内へ刺入を開始する。そして、コンベックス断層像により、穿刺針５の位置を確認しつつ穿刺針５の先端を患部に到達させて、治療（例えば、温熱治療）を行う。ここで、コンベックス断層像を用いるのは、図５（ｂ）に示すように刺入方向が超音波プローブ１の死角に入らないので刺入性がよいためである。また、ガイド溝１０４に穿刺針を沿わせて穿刺可能であるから穿刺の作業性がよい。

以上のように、本実施の形態の超音波プローブ１を用いることにより、リニアタイプ及びコンベックスタイプの２つの超音波プローブを用意する必要がない。また、屈曲部１１を有するので、トラカールへの挿入時に伸ばし、リニア断層像による患部の観察時には屈曲させ、さらに挿入したままで屈曲部１１を伸ばしてコンベックス断層像を用いた穿刺針の刺入を行うことができ、超音波プローブの挿抜が不要となり作業性がよい。また、屈曲部１１の操作は、ダイヤル操作部１４を用いて手元で行うことが可能である。

そして、治療後に、図５（ａ）に示したように屈曲部１１を屈曲させリニア形探触子１０２を患部に密着させて患部を再観察する。ただし、治療の際には、屈曲部１１を伸ばして超音波プローブ１をトラカールから抜き、治療を行っている間、穿刺針５だけが刺入された状態にして治療を行うことがある。その場合には、再観察の際、屈曲部１１を伸ばした状態にし、トラカールに挿入することになる。

［第２の実施の形態］
次に、図面を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、以下には第１の実施の形態と実質的に同様の構成については、詳細な説明を省略し、主に異なる点について述べる（以下の他の実施の形態も同様）。

本実施の形態の特徴は、コンベックスモードとリニアモードとの切り換えを行うための入力手段としての切換え操作部を超音波プローブ面１設け、モードの切り換えができるようにした点にある。

図６は、超音波プローブ１´の外観図である。図６に示すように、超音波プローブ１´は、グリップ部１３に切換え操作部１６を備えている。

また、図７は、本発明に係る第２の実施の形態としての超音波診断システムの電気的構成を示すブロック図である。図７によれば、切換え操作部１６は、コネクタ２６ａを介して超音波処理装置２の制御部２１と接続され入力に応じて制御部２１に信号を送信し、制御部２１は、切換え操作部１６からの入力に応じた信号に基づく動作モードで動作するように切換部２７に信号を送り、動作モードに応じた画像を再構成するように画像再構成部２２を制御する。

このようにグリップ部１３に切換え操作部１６を備えることにより、コンベックスモードとリニアモードとの切り換えを手元で行い、コンベックス形探触子１０１及びリニア形探触子１０２の動作の切り換えを行うことができる。

また、図７では、コネクタ２６ａを介して制御部２１と接続されるようにしたが、コネクタ２６ｂを介して制御部２１と接続されるようにしてもよい。また、別にコネクタを用いてもよいし、超音波プローブ１´と超音波処理装置２とを１つのコネクタで接続してもよい。

［第３の実施の形態］
本実施の形態の特徴は、超音波プローブ１の屈曲部１１を伸びた状態で制止させる制止手段を設けた点にある。

図９は、制止手段としてのストッパ機構の構成の一例を示す図である。図９（ａ）（ｂ）は、ストッパ機構の構成を説明するためのそれぞれ側面図、斜視図である。図９に示すように、ダイヤル操作部１４´の円筒部１４１の回転方向の一部に凹部１４２が形成されている。また、図示しない固定手段によりグリップ部１３に固定され、円筒部１４１を付勢する板バネ１４３を備え、板バネ１４３には凸部１４４が設けられている。本実施の形態の制止手段は、例えば、凹部１４２と凸部１４４で構成することができる。つまり、ダイヤル操作部１４´を手操作により回転させると、円筒部１４１は、付勢される凸部１４４と摺動し、円筒部１４１の凹部１４２が凸部１４４の位置と一致すると凸部１４４と凹部１４２が嵌合し、板バネ１４３が付勢する力によって、円筒部１４１の回転方向の力が所定の力以下の場合に、円筒部１４１を回転方向に制止する。ここで、この制止位置で屈曲部１１が伸ばされた状態になるようにすることにより、超音波プローブ１の屈曲部１１を伸ばした状態に制止することになる。したがって、このようなストッパ機構により、超音波プローブ１を容易に伸ばした状態に制止することができる。また、円筒部１４１の回転方向の力が所定の力以上の場合には、付勢方向とは逆方向に板バネ１４３を押し上げて、凸部１４４と凹部１４２の嵌合を解除し、円筒部１４１が回転方向に動作可能となり、屈曲部１１を屈曲させることができる。

本発明に係る第１の実施の形態の超音波診断システムの構成を示す斜視図である。 （ａ）は第１の実施の形態の超音波診断システムに備えられる超音波プローブの探触子部の構成を示す断面図で、（ｂ）は探触子部に設けたガイド溝を示す断面図である。 第１の実施の形態の超音波診断システムに備えられる超音波プローブの屈曲部についての（ａ）は内部構成図で、（ｂ）は断面図である。 本発明に係る第１の実施の形態の超音波診断システムの電気的構成を示すブロック図である。 （ａ）及び（ｂ）は、腹腔鏡手術における本超音波プローブの使用態様を説明するための説明図である。 本発明に係る第２の実施の形態の超音波診断システムに備えられる超音波プローブの構成を示す斜視図である。 本発明に係る第２の実施の形態の超音波診断システムの電気的構成を示すブロック図である。 本超音波プローブのダイヤル操作部の構成を示す、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。 本発明に係る第３の実施の形態の超音波プローブに備えるストッパ機構の構成を示す、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。

符号の説明

１ 超音波プローブ
２ 超音波処理装置
３ 操作パネル
４ モニタ手段
５ 穿刺針
９ 基部
１０ 探触子部
１１ 屈曲部
１２ 挿入部
１３ グリップ部
１４ ダイヤル操作部
１５ ケーブル
１６ 切換え操作部
２１ 制御部
２２ 画像再構成部
２３ 診断用超音波送受信部
２４ エコー信号処理部
２５ 接続部
２６ コネクタ
２７ 切換部
１０１ コンベックス形探触子
１０２ リニア形探触子
１０３ 信号線
１０４ ガイド溝
１１０ 可撓管
１１１ ワイヤ
１４１ 円筒部
１４２ 凹部
１４３ 板バネ
１４４ 凸部

Claims (7)

1. 被検体に挿入可能な棒状の挿入部を備え、
   前記棒状の挿入部は、
   先端に設けられた超音波の送受信を行うコンベックス形探触子と、側面に設けられたリニア形探触子とを有する探触子部と、
   前記探触子部の側面に設けられ、前記棒状の挿入部に沿って穿刺針をガイドするガイド溝と、
   前記探触子部に対し後端側に設けられ、前記探触子部を屈曲可能に支持し、伸展状態において前記コンベックス形探触子が前記穿刺針の穿刺領域を走査し、屈曲状態において前記リニア形探触子が前記穿刺領域を走査するように設けられた屈曲部と、
   前記屈曲部を保持する基部と、
   を備えることを特徴とする超音波プローブ。
2. 前記屈曲部は、伸展状態における前記コンベックス形探触子の超音波の放射方向と、屈曲状態における前記リニア形探触子部の超音波の放射方向とが略一致するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記挿入部は、前記被検体に挿入された筒状のトラカール内を通して挿入可能とされ、
   前記屈曲部は、前記トラカール内に挿入された場合に、前記トラカールの先端を越えた被検体内で、前記探触子部を屈曲可能に支持し、
   前記基部は、前記屈曲部側と異なる他端側が、前記トラカールの外側で操作者によって把持可能とされた、構成であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記基部の前記屈曲部側と異なる他端側に、操作者が把持するためのグリップ部が延設され、前記グリップ部に、前記屈曲部を屈曲させるための駆動力を与えるための屈曲操作部を更に備える請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超音波プローブ。
5. 前記基部の前記屈曲部側と異なる他端側に、操作者が把持するためのグリップ部が延設され、前記グリップ部に、前記コンベックス形探触子及びリニアタイプ形探触子の動作の切り換えを行うための入力手段を更に備える請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の超音波プローブ。
6. 前記屈曲部を伸びた状態で制止させる制止手段を更に備える請求項１乃至請求項５のい
   ずれかに記載の超音波プローブ。
7. 請求項１に記載の超音波プローブと、
   入力手段と、
   前記入力手段からの入力に基づいて、前記コンベックス形探触子と前記リニア形探触子とを切り換えて動作させる動作切換え手段と、を備えることを特徴とする超音波診断システム。

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