JP4819662B2 - 経食道プローブ及びそれを備えた超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は経食道プローブ及びそれを備えた超音波診断装置に関し、特に、食道壁を介して心臓を観察するための技術に関する。

経食道プローブは、心臓を食道内から診断するために使用される超音波プローブである。心臓を診断する際には、超音波を送受信するためのプローブの先端部を被検者の食道内に挿入する。被検者の負担を軽減するためには、先端部は小さい方が好ましい。このような背景から２Ｄアレイ振動子を採用した経食道プローブの開発が行なわれている。２Ｄアレイ振動子を採用すれば、マルチプレーン走査方式の経食道プローブで用いられるような回転機構が不要となるので、先端部を小型化できるという利点がある。但し、先端部を小型にすると食道壁に密着させ難くなり、隙間が発生し易くなるという問題が発生する。先端部における超音波の送受波面と食道壁との間に隙間が生じてしまうと、超音波が良好に伝播しないので明瞭な画像が得られない。そこで、先端部の生体組織との密着度を改善することを目的として、以下に示すような技術が開示されている。

特許文献１には、先端部に設けられたバルーンに水などの媒体を入れて膨らませる体腔用超音波プローブが示されている。特許文献２には、先端部を膨張させる機構を備えた経食道プローブが示されている。これら特許文献１及び２に示された超音波プローブは、いずれも先端部に変形可能な機構を備えているが、診断中にはその変形あるいは拡張の状態を確認することができないものである。特許文献３には、関節機構によって先端部を屈曲させる超音波プローブが示されている。特許文献３には、関節機構を固定した状態を表示するためのＬＥＤ等を装備することについての記載があるが、このＬＥＤ等は、関節機構を固定した状態、つまり関節機構が真っ直ぐな状態であっても固定さえすれば点灯するものと解され、先端部の変形あるいは拡張とは何ら関係がない。

実開平６−６６６３８号公報 特開２００２−２４８１０２号公報 特開平７−２５０８３６号公報

前述したように、体腔内に挿入したプローブの先端部を変形させて生体組織と密着させることについてはいくつかの技術が開示されている。一方において、食道の内部で経食道プローブの先端部形状を変形させることに関して、安全上の観点から必要な機能については何ら開示されていない。経食道プローブについては、食道に挿入されるために目視できない先端部が、体内でどのような状態にあるのかについて、知覚・認識できることが望まれていた。

本発明の目的は、安全性の向上した経食道プローブを提供することである。

本発明は、生体の食道内に挿入される部分であって、食道壁に当接される当接面と、その当接面を介して前方の心臓に超音波を送受信する振動子と、前記当接面を前記食道壁に押圧するヘッド拡張機構と、を有するプローブヘッドと、前記ヘッド拡張機構の動作状態を検出する検出手段と、操作者が視認できる位置に設けられ、前記検出手段の検出結果に基づいて前記ヘッド拡張機構の動作状態を表示する表示手段と、を有することを特徴とする。

上記構成によれば、表示手段には、検出手段の検出結果に基づいて、ヘッド拡張機構の動作状態が表示される。つまり、表示手段には、生体の食道に挿入されて直接には目視することのできないプローブヘッドの形態に関する状態が表示される。よって、操作者は、表示手段に表示される情報を確認しながら経食道プローブを操作することができるので、プローブ操作時の安全性を向上することができる。あるいは、操作者は表示手段に示される表示情報によって密着状態を確認できる。

望ましくは、前記表示手段は、少なくとも、前記ヘッド拡張機構が動作していない非拡張状態と前記ヘッド拡張機構が動作している拡張状態とを表示することを特徴とする。上記構成によれば、操作者は、拡張状態と非拡張状態との２つの状態を認識できる。拡張した状態で何らかの操作を行なうことにより、不具合が生じることを未然に防止できる。また、非拡張状態を確認した上でプローブヘッドを引き出す操作などを行なうことができる。

望ましくは、前記表示手段は、前記生体の外部において前記操作者が保持する操作部に設けられることを特徴とする。上記構成によれば、経食道プローブを操作している者の手元に表示手段があるので視点の移動が少なく、視認性がよい。なお、その表示手段は、操作部を保持する操作者の手で隠れないような位置に設けるのが望ましい。

望ましくは、前記ヘッド拡張機構を駆動する駆動機構を有し、前記検出手段は、前記駆動機構の動作量を検出することを特徴とする。上記構成によれば、検出手段は、駆動機構の運動量を検出することにより、ヘッド拡張機構の動作状態を間接的に検出できる。よって、検出手段の設置の自由度を高められる。

望ましくは、前記ヘッド拡張機構は、前記プローブヘッドの厚み方向に当該プローブヘッドの厚みを増大させることを特徴とする。上記構成によれば、ここで、プローブヘッドの厚み方向とは、超音波が送受信される前後方向に相当する。プローブヘッドの厚みを増大させることにより、当接面とその反対に位置する部分との距離が拡大するので、当接面の食道壁に対する密着度を高めることができる。

望ましくは、前記ヘッド拡張機構は、前記プローブヘッドにおける前記当接面とは反対側の背面部材を後方に膨らませる機構であることを特徴とする。上記構成によれば、背面部材が膨らむことによって後方側に位置する食道壁が押圧され、それに伴って当接面が前方側に位置する食道壁に押圧される。超音波の送受信に影響の少ない背面部材を膨らませて変形させるので、当接面を超音波伝播に適した形状のまま食道壁に押圧できる。

望ましくは、前記ヘッド拡張機構は、スライド運動する可動部材を含み、前記可動部材のスライド時に前記可動部材が前記背面部材を内側から押し出すことを特徴とする。上記構成によれば、可動部材がスライド運動することにより背面部材を押し出すので、スライド運動の変位量を背面部材の押し出し量に反映させることができる。

本発明は、経食道プローブと装置本体とを有する超音波診断装置であって、前記経食道プローブは、生体の食道内に挿入される部分であって、食道壁に当接される当接面と、その面を介して前方の心臓に超音波を送受信する振動子と、前記当接面を前記食道壁に押圧するヘッド拡張機構とを有するプローブヘッドと、前記プローブヘッドを拡張させ、前記当接面を前記食道壁に押圧する可動機構と、前記プローブヘッドの拡張状態を検出する検出手段と、を有し、前記装置本体は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記プローブヘッドの拡張状態を表示する表示手段を有する、ことを特徴とする。

上記構成によれば、ヘッド拡張機構の動作状態は、超音波診断装置の装置本体における表示手段に表示される。よって、超音波診断装置の操作者、あるいは超音波画像を観察している者が、プローブヘッドの状態を視認することができる。

以上説明したように、本発明によれば、経食道プローブの安全性を向上させることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る経食道プローブ１０を模式的に示した図である。図１に示すように、経食道プローブ１０は、被検者の食道に入れ易いようにその先頭部分が丸く形成されたプローブヘッド１２を備える。プローブヘッド１２は、振動子２０と、ヘッド拡張部２２とを内蔵する。また、経食道プローブは、屈曲自在な挿入管１４、操作者が手に持って操作する操作部１６、各種の電気信号を伝送する信号伝送ケーブル１７、超音波診断装置の装置本体４０に接続するためのコネクタボックス１９を有する。そして、操作部１６には、操作者が手で回して操作する多段ハンドル２７と、操作者が視認できるように設けられたプローブ側表示部３４が装備される。プローブ側表示部３４は、操作部１６の表面上に実装された２つのＬＥＤ３３、３５を有する。ここまでは、経食道プローブ１０の外観から判別される部分の説明を示した。次にブロック図を用いて機能の詳細を説明する。

図２は、本発明の実施形態に係る経食道プローブ及びそれを備えた超音波診断装置のブロック図である。図２に示す超音波診断装置は、経食道プローブ１０と、そのプローブが接続された装置本体４０とから構成される。経食道プローブ１０はプローブヘッド１２、挿入管１４、操作部１６を有する。

プローブヘッド１２は、その内部に振動子２０、ヘッド拡張部２２を備える。生体組織に当接させるための当接部材１８は、超音波を送受信する振動子２０の近くに配置される。振動子２０はプローブヘッド１２の小型化のために２Ｄアレイ振動子を用いるが、それ以外の振動子、例えば１Ｄアレイ振動子であってもよい。当接部材１８の反対の位置には、柔軟性のある膜で形成された背面部材２６が配置される。ヘッド拡張部２２は、本実施形態において、この背面部材２６をヘッド内側から押圧するための機構である。その機構については後述する。

プローブヘッド１２に連なる挿入管１４は、長さ１メートル程度のフレキシブルチューブである。挿入管１４はプローブヘッド１２に近い側に関節部１５を備え、挿入管１４の内部にはワイヤ２８と束線ケーブル２５が収められる。ワイヤ２８は、それ自身が伸張しない素材で形成され、ヘッド拡張部２２と操作部１６に設けられるヘッド駆動部３０との間に架けられる。束線ケーブル２５は、その一端がプローブヘッド１２の内部で端末処理されて振動子に接続される。また、束線ケーブル２５の他端はコネクタボックス１９（図１参照）内でコネクタターミナル群に接続される。束線ケーブル２５は、特に、超音波の送受信信号を伝送するために用いられる。関節部１５は、プロ−ブヘッド１２の方向と位置を変えるために用いられる。

操作部１６は、ヘッド駆動部３０、検出回路３２、プローブ側表示部３４及び関節駆動部２９などを備える。ヘッド駆動部３０は、ワイヤ２８によって掛架されたヘッド拡張部２２を操作させるための機構部である。その機構部の詳細は図５，６，７を用いて後述する。関節駆動部２９は、挿入管１４の関節部１５を屈曲させるための機構であり、プローブヘッド１２の方向を定め、関節部１５の形状を一時的に固定する機能を備える。

ここで、関節部１５とヘッド拡張部２２との用途の相違点について示す。関節部１５は食道に挿入したプローブヘッド１２を食道壁に接触させるためにも使用される。つまり、関節部１５は当接部材１８を食道壁に接触させるために不可欠な機構部であるが、関節部１５を動作させるだけで、当接部材１８を食道壁に完全に密着させられるかどうかは不確実である。特に、２Ｄアレイ振動子によってプローブヘッドが小型になった場合にその傾向が強い。そこで、当接部材１８を確実に食道壁に密着させるためには関節部１５を動作させることと合わせて、ヘッド拡張部２２を用いてプローブヘッド１２の厚みを増加させる必要がある。

構成の説明に戻る。図１に示した多段ハンドル２７は、ヘッド駆動部３０と関節駆動部２９の一機構部品である。また、操作部１６は、センサ３１、検出回路３２、プローブ側表示部３４を有する。センサ３１は、リミットスイッチあるいは可変抵抗器などで構成され、ヘッド駆動部３０の運動量を検出するための部品である。センサ３１の検出結果は、検出回路３２に出力される。検出回路３２は、主に電子部品で構成されており、センサ３１の出力結果に応じてヘッド拡張部２２の動作状態を検出する部品である。検出回路３２の検出結果は、プローブ側表示部３４及び装置本体４０に内蔵される検出信号処理部４２の双方に出力される。なお、検出回路３２の検出結果は、プローブ側表示部３４あるいは検出信号処理部４２のいずれか一方に出力する形態であってもよい。プローブ側表示部３４は、ヘッド拡張部２２の拡張状態を表示するための部品である。これらのセンサ３１、検出回路３２及びプローブ側表示部３４の詳細についても後述する。

装置本体４０は、検出信号処理部４２、表示処理部４７及び装置側表示部４８を有する。検出信号処理部４２には、検出回路３２において検出された信号が入力される。検出信号処理部４２では入力される信号の処理を行い、その結果を画像形成部４６に出力する。表示処理部４７では、検出信号処理部４２から入力される信号に応じて、ヘッド拡張部２２の状態を表す部分画像を形成する。

また、装置本体４０は、送受信部４４、エコー信号処理部４５及び画像形成部４６を有する。送受信部４４では、振動子２０に対して送信信号群を出力し、振動子２０が検出する受信信号群を入力する。送受信部４４は、入力した受信信号群について整相加算等の処理を行い、次段のエコー信号処理部４５に信号を出力する。エコー信号処理部４５は、入力信号の対数圧縮、検波等の処理を行い、次段の画像形成部４６に信号を出力する。画像形成部４６は、入力信号の座標変換処理等を行って超音波画像を形成し、次段の表示処理部４７に出力する。表示処理部４７では、検出信号処理部４２で形成された部分画像と、画像形成部４６で形成された超音波画像とを合成する。表示処理部４７において合成された合成画像は、装置側表示部４８に表示される。このように、本発明の実施形態に係る経食道プローブ１０は、プローブヘッド１２の内部のヘッド拡張部２２の状態を、操作部１６の上のプローブ側表示部３４に表示する機能を有している。あるいは、本発明の実施形態に係る超音波診断装置は、ヘッド拡張部２２の状態を装置本体４０の装置側表示部４８の画面上に表示する機能を有している。

次に、この経食道プローブ１０の構成について、その主要な構成部分ごとに分けて説明を示す。具体的には、プローブヘッドの構成について２つの構成例を示し、操作部について２つの構成例を示す。また、操作部の上に実装されるプローブ側表示部３４の構成例について４つを例示する。

図３は、プローブヘッドの第１の構成例を示す断面図である。図３（Ａ）はプローブヘッド１２が非拡張状態にある場合の断面図を示しており、図３（Ｂ）は拡張状態での断面図を示している。（Ａ）及び（Ｂ）はいずれも、プローブヘッド１２を生体の食道に挿入した状態を示しており、食道の内壁を符号４９Ａ、４９Ｂとして表している。（Ａ）に示すように、プローブヘッド１２の外装ケース５０は、食道壁に当接させるための当接部材１８を有し、その反対側の位置に背面部材２６を有する。外装ケース５０の中には、三角柱の形状をした三角ガイド５２が外装ケース５０に固着して設けられる。三角ガイド５２の一部分は斜面６０となっており、その斜面６０は、（Ａ）に示すように、Ｙ軸の座標が増加するにつれてＺ軸の座標が減少する左下がりの傾斜面となっている。そして、斜面６０には曲面を持つスライド部材５８が遊着される。スライド部材５８は、断面が楕円形である円筒部材をその楕円形の短軸方向に沿って半分に分割した立体形状である。斜面６０とＹＺ平面とが交差する直線の方向に凹型のガイド溝が掘られており、スライド部材５８にはその凹型のガイド溝に沿って擦動する凸型の突起が設けられる。三角ガイド５２には、２本のガイドピン５４Ａ，５４ＢがＸ軸方向に立設されており、また外装ケース５０にもガイドピン５６が立設される。これら３本のガイドピンは、プローブヘッド内で不動のピンであり、挿入管１４の内部から伸張するワイヤ２８Ａ、２８Ｂが掛架される。ワイヤ２８Ａは、ガイドピン５４Ｂと５４Ａに架けられて、スライド部材５８の曲面部分５８Ａの近傍にある結節点５９Ａに結ばれる。また、もう１本のワイヤ２８Ｂは、ガイドピン５６に架けられ、曲面部分５８Ａの近傍にある結節点５９Ｂに結ばれる。

上記の構成のもとにおいて、片方のワイヤ２８Ａを牽引すると、ワイヤ２８Ａがガイドピン５４Ｂ、５４Ａの表面を滑って引き出されるので、牽引力を与えられたスライド部材５８は斜面６０に沿って斜め下方にスライドする。スライド部材５８がスライドすると、もう一方のワイヤ２８Ｂはプローブヘッド１２の内部に送り出される。スライド部材５８が移動すると、（Ｂ）に示す状態が形成され、曲面部分５８Ａが背面部材２６を内側から押圧するので、背面部材２６の形状が変形する。プローブヘッド１２の厚みは、非拡張状態での厚さｄ１から、拡張状態での厚さｄ２に増加する。拡張状態でのプローブヘッド１２の厚さｄ２は食道の内壁の間隔より大きくなり、背面部材２６は食道壁４９Ｂを押圧する。そして、当接部材１８は食道壁４９Ａに密着し、振動子２０が送受信する超音波の伝播経路が形成される。

プローブヘッドを元の状態に戻す場合には、ワイヤ２８Ｂを引いて、スライド部材５８を（Ａ）に示す元の位置に戻す。プローブヘッド１２の厚みがｄ１の長さに戻ると、食道内を前後に移動させることが可能となる。

このように、第１の構成例によれば、スライド部材５８がプローブヘッド１２のＹＺ断面の対角線に沿って移動するので、移動のストロークを長く取ることが可能となり、ワイヤ２８Ａ，２８Ｂの移動量を大きく確保することができる。スライド部材５８が直線の軌跡でスライドするので、ワイヤの変位量と、プローブヘッドの厚みの変化量とが線形の関係になり、厚み量を容易に把握することができる。背面部材２６に対して斜めに力が加わるので、背面部材２６を直接に押下するよりも、少ない力で押し出すことができる。

図４は、プローブヘッドの第２の構成例を示す断面図である。図４（Ａ）はプローブヘッド１３が非拡張状態にある場合の断面図を示しており、図４（Ｂ）は拡張状態にある場合の断面図を示している。（Ａ），（Ｂ）において、図３に示す第１の構成例と同一の部品については、同じ符号を付しその説明を省略する。（Ａ）に示すように、第２構成例においては、曲面部分６４Ａを有する回転材６４が背面部材２６の近傍に配置される。回転材６４は、断面が楕円形である円筒部材をその楕円形の短軸方向に沿って半分に分割した立体形状を有している。その回転材６４には、曲面部分６４Ａの反対側の平面近傍に、１つの貫通穴が設けられる。その貫通穴には、外装ケース５０に固着された回転軸６６が連接され、回転材６４は回転軸６６の周りを回動する。また、貫通穴を挟んでその両端には、ワイヤを結節するための結節点７０Ａ，７０Ｂが設けられる。つまり、結節点７０Ａではワイヤ６２Ａが結び付けられ、結節点７０Ｂではワイヤ６２Ｂが結び付けられる。ワイヤ６２Ａは、外装ケース５０に固定されたガイドピン６８Ａの上側を経由して付置される。また同様に、ワイヤ６２Ｂは外装ケース５０に固定されたガイドピン６８Ｂの上側を経由して付置される。

非拡張状態において、ワイヤ６２Ａを引くと、結節点７０Ａに牽引力が加わる。結節点７０Ａと回転軸６６は離れているので、ワイヤの牽引力は、回転軸６６を中心とした回転モーメント力に転換される。よって、回転材６４は反時計方向に回り始め、柔軟性のある膜で形成された背面部材２６を押し下げる。テコの作用により、回転軸６６が支点となり、結節点７０Ａが力点となって動作している。そして、回転材６４が背面部材２６と接触する部分が作用点となって、背面部材２６を押し下げる力が発生する。その結果、（Ｂ）に示すような拡張状態が形成される。次に、もう一方のワイヤ６２Ｂを引くと、回転材６４は（Ａ）に示す元の位置に戻る。これに伴って、プローブヘッド１３は本来の原形状態すなわち非拡張状態の厚さに戻り、食道内を前後に移動させられる状態となる。

第２の構成例のプローブヘッド１３においては、テコの原理が働くので、小さなワイヤ牽引量で大きな回転材６４の移動量を得ることができる。また、第２の構成例におけるワイヤ牽引力は第１実施例よりも大きな力が必要となるが、回転材６４の長さの設定に自由度があるので、拡張状態での厚みｄ２を非拡張状態での厚みｄ１の２倍以上に大きく確保することができる。また、背面部材２６に弾力性の高い膜素材を使用すれば、ワイヤ６２Ａの牽引力を弱めた場合に、膜の弾力により回転材６４を自然にプローブヘッド内に格納することができる。また、背面部材２６を使用することにより、プローブヘッド内の防水を保つことができて、鋭利な形状で食道壁を押圧しないための緩衝材として活用することもできる。

第１及び第２のいずれの構成例を用いても食道壁を押圧することができる。本実施例においては、スライド部材５８あるいは回転材６４を用いているが、プローブヘッドを拡張させるためにはその他の手段を用いることもできる。例えば、水や空気の媒体を注入することにより伸縮自在なバルーンや、アコーディオン式に折り畳み可能な水袋あるいは空気袋を用いてプローブヘッドを拡張できる。

食道壁を押圧し、当接部材１８を密着させれば、明瞭な超音波画像を形成することができる。但し、当然ながら、食道内のプローブヘッドの変形の様子を直接に目視することはできない。次には、プローブヘッドの状態を体外で確認できる表示機能を備えた操作部の構成について示す。

図５は操作部の第１の構成例を示す断面図である。操作部１６は、挿入管１４と信号伝送ケーブル１７との間に設けられた流線形状の保持ケース７４を支持部としている。保持ケース７４には貫通穴が設けられ、その貫通穴にはハンドル７６の回転軸７８が貫入される。回転軸７８には、プローブヘッドの厚みを変えるためのハンドル７６と、ワイヤを架けるためのプーリ８０が結合される。図５には１つのハンドル７６を示しているが、実際のハンドルは関節部１５（図２参照）を操作するためのハンドルを重ねて設置した多段ハンドルが用いられる。つまり、図５では、関節部１５を操作するための関節駆動機構は図示省略している。本実施形態においては、回転軸７８とハンドル７６とプーリ８０によってヘッド駆動部が構成される。そして、ヘッド駆動部とワイヤ２８とによって駆動機構が構成される。（図５では１本のワイヤ２８をプーリ８０での折り返し位置から２８Ａ、２８Ｂと区別している。）回転軸７８の下端には、更に、回転軸の回転量を検出するためのセンサ８２が設置される。センサ８２には、装置本体４０から直流電圧Ｖを供給するための電源供給線８４が接続される。その直流電圧Ｖは、センサ８２の出力信号を処置する検出回路８５にも供給される。検出回路８５からは信号線８６Ａ、８６Ｂが引き出され、それらの信号線は保持ケース７４の表面に実装された緑色のＬＥＤ８８と赤色のＬＥＤ９０とに接続されている。２個のＬＥＤ８８、９０は本実施形態においてプローブ側表示部３４として機能する。

操作部１６の作用を示す。ハンドルを時計方向または反時計方向のいずれかの方向に回転させると、その回転量はプーリ８０を介してワイヤ２８に伝達される。プーリ８０の回転に伴って、ワイヤ２８Ａ、２８Ｂは、ある変位量Ｌだけ片側のワイヤが引き込まれ、他方のワイヤが同じ変位量Ｌだけ送り出される。ワイヤ２８の変位量はスライド部材５８あるいは回転材６４の移動量に換算できるので、ハンドル７６の回転量からプローブヘッド１２の厚みを求めることができる。よって、プローブヘッド１２の厚みを検出するためには、可動部を動かすための駆動機構の運動量をモニタすればよい。駆動機構の運動量としては、例えば、回転軸７８の回転量、あるいはワイヤ２８の変位量等が挙げられる。次に、図６を用いて回転軸７８の回転量を検出するための手段について示す。

図６は、図５に示す回転軸７８の下端部の拡大図である。図６に示す状態は、プローブヘッドが非拡張状態にある場合を示している。回転軸７８には、扇形の遮光板９２が接合される。遮光板９２には、凹形状で光学検出式のリミットスイッチ９４が近接して設置される。リミットスイッチ９４は、その受光面と発光面の間の間隙に遮光板９２を挟んで設置される。リミットスイッチ９４の背面に接続されるコネクタ９６には、電源供給線８４、コモングランド線８３、出力線８１が接続される。

リミットスイッチ９４は、その間隙に遮光板９２が有るかどうかを検出するためのセンサである。つまり、遮光板９２が挟まっている図６の状態では、出力線８１にHighのレベル信号を出力する。回転軸７８が回転して遮光板９２の縁９２Ａが間隙から外れると、出力線８１にはLowのレベル信号を出力する。なお、本実施例では、回転軸７８の回転量は１回転以内であるが、回転軸７８を多回転させる場合には遮蔽板９２にスリットを設けて、回転量を検出する位相差パルスエンコーダをセンサとして用いてもよい。この場合には位相差パルスエンコーダの検出結果に応じてHigh/Lowのいずれかのレベル信号を出力する。

図５に戻って操作部１６の作用を続けて示す。センサ８２からの出力線８１の信号は、検出回路８５に入力される。検出回路８５では、入力される信号がHigh/Lowのいずれかに応じて、２個のＬＥＤ８８、９０の片方だけを点灯させる。本構成例においては、例えば、出力線８１がHighである場合には、緑のＬＥＤ８８が点灯し、赤のＬＥＤ９０は消灯する。逆に、出力線８１がLowである場合には、緑のＬＥＤ８８が消灯し、赤のＬＥＤ９０は点灯する。なお、検出回路８５の具体的な回路構成については、後述する図１１に示す。

このように、操作部の第１の構成例によると、操作部１６の中においてヘッド駆動部の運動量を検出するので、プローブヘッド１２の中に検出装置を設ける必要がなく、プローブヘッド１２を小型のままに維持できる。また、操作部１６に表示機能を付加したので、操作者の視界に確実に入る位置に、安全に関する有益な情報を表示できる。また、ＬＥＤをプローブ側表示部に採用したので視認性がよい。特に、超音波診断を行なうために薄暗くした診察室の中においてはＬＥＤが有効である。

図７は操作部の第２の構成例を示す断面図である。図７において、図５に示す操作部１６と同一の部品については、同じ符号を付しその説明を省略する。図７に示す操作部１０２は、操作部１６と比較して駆動機構の運動量の検出手段が異なる。つまり、操作部１６においては回転軸７８の回転量を検出するが、操作部１０２においてはワイヤ２８の変位量を検出する。具体的な手段として、直線方向に移動するワイヤ２８Ａ、２８Ｂの移動量を電気抵抗の変化として検出するスライド式の可変抵抗器１０６Ａ、１０６Ｂを設けている。それらの可変抵抗器に接続される信号線１０４Ａには緑色のＬＥＤ８８が接続され、信号線１０４Ｂには赤色のＬＥＤ９０が接続される。可変抵抗器１０６Ａ、１０６Ｂの本体部分は保持ケース７４に固着されており、各スライド抵抗の擦動片１０８Ａ、１０８Ｂはワイヤに固定されている。ここで、２つの擦動片１０８Ａ、１０８Ｂは、プーリ８０を挟んで手前側と奥側とで、互いに移動方向が異なるワイヤにそれぞれが固定されている。よって、ワイヤ２８Ａがプーリ８０に引き込まれる方向に移動すると擦動片１０８Ａはプーリ８０に近づき、同時に、ワイヤ２８Ｂに固定された擦動片１０８Ａはプーリ８０から離れる方向に移動する。２つの擦動片１０８Ａ、１０８Ｂの移動量は方向が異なるだけで移動距離は一致する。なお、回転軸７８の下端に回転量検出方式のポテンショメータを結合させて、回転軸７８の回転量をポテンショメータで直接検出してもよい。

このように、ワイヤの移動量を電気抵抗の変化として検出すれば、ＬＥＤを流れる電流値を増減させられるので、緑色のＬＥＤ８８及び赤色のＬＥＤ９０の輝度を連続的に変化させるグラデーション表示が可能となる。また、緑色のＬＥＤ８８の輝度を低下させつつ、同時に赤色のＬＥＤ９０の輝度を高めるような、相反する輝度変化を発生させることができる。経食道プローブを操作する操作者にとっては、緑と赤の２個のＬＥＤの輝度の強弱を見ることによって、プローブヘッドの膨らみ具合の大小を判断することができる。なお、２つの可変抵抗器１０６Ａ、１０６Ｂを用いた検出回路の具体的な回路構成については、後述する図１２に示す。

図８は操作部の表面上に実装されるＬＥＤについて、実装の態様について４つの例を示した図である。まず基本的に、ＬＥＤの実装の位置は操作部を持つ手に隠れてしまわないような位置に表示することが望ましい。図８（Ａ）に示すＬＥＤ１１６は、流線型形状の保持ケースの上で、挿入管１４に近い位置に実装されている。この１個のＬＥＤ１１６は、緑色あるいは赤色などの単色発光用のＬＥＤであってもよいし、２つの発光素子を１つのパッケージにまとめた２色発光用のＬＥＤであってもよい。図８（Ｂ）に示すＬＥＤ１１８はハンドル上で、中心軸からずれた位置に実装される。この態様によれば、ハンドルの回転に伴ってＬＥＤ１１８の位置が変わるので、プローブヘッドの拡張レベルをＬＥＤ１１８の位置によって判断することができる。例えば、ハンドルを回すことにより、ＬＥＤ１１８が円周上のある一定の位置まで移動した時に、ＬＥＤ１１８の発光色が切り替わるように設定されていたとする。すると、このプローブを操作する操作者は、ハンドル上のＬＥＤの位置からプローブヘッドの膨らみ具合を想起することができ、ハンドルの回転角度からＬＥＤが発光するまでどの程度の余裕があるのかを予め知ることができる。ハンドルを多回転させる場合には、ＬＥＤを点滅させ、点滅のパルス間隔を長短に変化させることで、プローブヘッドの膨らみ具合を判別できるようにしてもよい。図８（Ｃ）は、保持ケースの上で挿入管１４に近い位置に色相の異なる２つのＬＥＤ１２０、１２１を実装した例を示す。図８（Ｄ）は、同じく保持ケース上で、ＬＥＤ群１２２を直線に並べて実装した例を示す。図８（Ｄ）の態様においては、可動部の変位量に応じて、ＬＥＤの発光数を増減することにより、レベルメータとしての機能を備えることができる。なお、プローブ側表示部３４としては数値を表示するための７セグメントディスプレイや液晶パネルなどの発光表示手段を使用してもよい。また、ブザーやスピーカなどの音響生成手段を用いることにより、音を発生させて操作者に注意を促すこともできる。

図９は、装置側表示部４８に表示されるプローブヘッドの状態表示機能を示す図である。図９に示す各表示画像は、食道内にあるプローブヘッドを挿入管の軸方向に移動させても良いか否かの情報を操作者に提供するものである。図９（Ａ）が非拡張状態における表示画像を示しており、図９（Ｂ）が拡張状態における表示画像を示している。図９（Ａ）は、装置側表示部４８に表示される１枚の画像１２４を模式的に示している。画像１２４の中央には、セクタ形状の超音波画像１２６が表示される。画像１２４の右上に示されるマークが、プローブヘッドの状態を示す部分画像１２８である。部分画像１２８の拡大図を図９（Ｃ）に示す。操作者は、この部分画像１２８を見て、プローブヘッドを挿入管の軸方向に動かせる移動許可の状態にあると認識する。図９（Ｃ）に示すように、プローブヘッドの先端部を模式的に示した形状１３２を中央部に配置し、その上下には食道壁を模式的に示した直線１３４Ａ，１３４Ｂが記してある。また、食道内でのプローブヘッドの前後への移動を表す双方向の矢印１３６が記してある。ここで、符号１３２、１３４Ａ、１３４Ｂ、１３６に示される図形を一括して図形１３７とする。その図形１３７の上には丸印１３８が重ねて表示される。カラー表示が可能な場合には、この丸印１３８は緑色又は青色のような寒色系の色で表示することが好ましい。

非拡張状態を示す図９（Ａ）に対して、図９（Ｂ）には拡張状態における装置側表示部４８の画像が示されている。そして、図９（Ｄ）は図９（Ｂ）の右上に示した部分画像１３０の拡大図である。図９（Ｄ）の部分画像は、図９（Ｃ）との比較で判るように図形１３７の上にバツ印１４０を重ねて表示してある。この図９（Ｄ）は、プローブヘッドが移動禁止の状態にあり、挿入管の軸方向に動かしてはならないことを意味している。カラー表示が可能な場合には、このバツ印１４０は赤色又は桃色のような暖色系の色で表示することが望ましい。このように、図９に示す画像表示は、プローブヘッドの非拡張状態を丸印１３８で代表的に表し、拡張状態をバツ印１４０で表す態様となっている。

なお、他の形態としては、図９（Ｃ）に示す図形１３７及び丸印１３８の表示色を変える態様であってもよい。つまり、部分画像を全て緑色で表示しておき、拡張状態に移行した場合には部分画像を全て赤色に変化させるようにしてもよい。また、本実施形態においては、非拡張状態と拡張状態とを区別することで、２つの部分画像の表示切り替え処理を行っている。よって、プローブヘッドがわずかに拡張しただけで、拡張状態を示す部分画像に切り替わる。ちなみに、部分画像の表示切り替え処理は、プローブヘッドがある規定の拡張レベルを上回ったときに実行されるように、閾値のレベルを高くしてもよい。このような態様によれば、プローブヘッドがわずかに拡張していても、食道内を安全に移動できる拡張レベルであることを確認しながら、プローブヘッドを移動させることができる。

このような部分画像の表示機能を備えることによって、超音波画像で診断対象の部位を観察しながら、同時にプローブヘッドの状態を確認できる。また、画像の明瞭さの判断を行なう上で、プローブヘッドの膨らみ具合を参照することができる。

図１０は、装置側表示部４８に表示される画像の右上の位置の部分画像について、他の表示例を示した図である。図１０（Ａ）が非拡張状態として表示される部分画像であり、図１０（Ｂ）が拡張状態として表示される部分画像を示す。図１０（Ａ）には、プローブヘッドが拡張していない状態を意味する模式的な形状１５８が記されている。この形状１５８は緑色で表示される。図１０（Ｂ）には、プローブヘッドが拡張している状態であることを示す形状１６２が記されている。この形状１６２は、プローブヘッドの背面部材の側が拡張していることを想起させるような形状となっている。この形状１６２は赤色で表示される。この表示例では、色相の区別を利用しているので、安全色と危険色を直感的に認識できる。なお、検出信号処理部４２（図２参照）において、非拡張状態から拡張状態へ推移する中間の状態を判別して、緑と赤の中間色（例えば黄色や橙色）で中間状態を表示してもよい。部分画像の個々の図形デザインは、設計上の制約が少ないため、これら例示したもの以外にも様々な態様を適用することができる。

次に、図１１から図１５を用いて、センサ３１、検出回路３２、プローブ側表示部３４（いずれも図２参照）において用いられる具体的な回路構成を示す。図１１、図１２、図１３は、プローブ側表示部３４としてＬＥＤを用いる場合の回路構成を示している。図１４、図１５はプローブ側表示部３４として、装置側表示部４８を用いる場合の回路構成を示している。なお、本実施形態においては、リミットスイッチと可変抵抗器が検出手段に該当する。

図１１には、第１の回路構成例を示す。この回路は、操作部１６の上に実装された緑色のＬＥＤ１と赤色のＬＥＤ２のいずれか片側だけを点灯させるための回路である。リミットスイッチ９４から出力される信号線８１の電圧は、HighあるいはLowのいずれかのレベル信号である。トランジスタＴｒ２はＮＯＴ素子１６６によって反転された信号で駆動される。よって、この回路構成によれば緑色のＬＥＤ１と赤色のＬＥＤ２とはいずれかの片側だけが点灯する。

図１２には、第２の回路構成例を示す。この回路は、操作部１６の上に実装された緑色のＬＥＤ３と赤色のＬＥＤ４の輝度の強弱を変化させるための回路である。緑色のＬＥＤ３の輝度は可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値の大小によって決定され、赤色のＬＥＤ４の輝度は可抵抗器ＶＲ２の抵抗値の大小によって決定される。ここで、図１２の回路図において、二重破線１６８が示してある。これは、２つの可変抵抗器ＶＲ１とＶＲ２の擦動片が機械的に連結されていることを意味する。つまり、ＶＲ１の擦動片がノード１７０に一致すれば、ＶＲ１と機械的に結合されたＶＲ２の擦動片はノード１７４に一致することを意味している。この回路構成において、可変抵抗器ＶＲ１の抵抗成分が増えれば、同時に、可変抵抗器ＶＲ２の抵抗成分は減ることになる。よって、２つの擦動片に機械的な作用が働くことにより、例えば緑色のＬＥＤ３の輝度が減少すれば、赤色のＬＥＤ４の輝度は増加することになる。つまり、この回路構成によれば、ＬＥＤ３及びＬＥＤ４の輝度を連続的に変化させるグラデーション表示ができる。２色の発光素子が組み込まれたＬＥＤを用いれば、互いの輝度を連続的に変化させて２色の中間色を表示させることができる。

図１３には、第３の回路構成例を示す。この回路は、操作部１６の上に実装された複数のＬＥＤを駆動するための回路である。この回路は、図８（Ｄ）において示した複数のＬＥＤ１２２を動作させるための回路に相当する。計１０個のＬＥＤ（ＬＥＤ１１〜ＬＥＤ２０）は、それぞれがコンパレータ（ＣＭＰ１〜ＣＭＰ１０）の出力によって動作する。各コンパレータに入力される電圧の大小の判定基準は、９個の固定抵抗器（Ｒ１１〜Ｒ１９）によって均等に分圧された電圧値が用いられる。可変抵抗器ＶＲ３の抵抗値が変化すると、その抵抗変化に応じた電圧Ｅ１が全てのコンパレータに入力される。各コンパレータは比較の基準電圧と電圧Ｅ１とを比較して動作する。複数のＬＥＤはいわばデジタル式のレベルメータのように動作する。つまり、この回路構成によれば、点灯するＬＥＤの個数によってプローブヘッドの膨らみ具合を判別することができる。

図１４には、第４の回路構成例を示す。この回路は、操作部１６内の検出回路３２で検出した結果を、装置本体４０の検出信号処理部４２に伝送するための回路である。リミットスイッチ９４の出力結果は、電圧のHighあるいはLowのレベル信号として検出信号処理部４２に伝送される。

図１５には、第５の回路構成例を示す。この回路は、操作部１６内の検出回路３２で検出した結果を、連続的な値として検出信号処理部４２に出力するための回路である。可変抵抗器ＶＲ４に印加されるアナログ電圧Ｅ２は、Ａ／Ｄ変換器１８０によってデジタルデータに変換される。そのデジタルデータは検出信号処理部４２に伝送される。検出信号処理部４２に詳細な数値情報を送れるので、プローブヘッドの厚みの状態をより詳細に把握することができる。なお、Ａ／Ｄ変換器１８０から検出信号処理部４２に対して出力されるデータは、ｎ本のデータバスを用いて出力するパラレルデータであってもよいし、あるいは時間的に連続したｎビットのシリアルデータであってもよい。

なお、これまで経食道プローブに関する構成例を示したが、上記の構成は体腔内用の他の超音波プローブ（例えば、経直プローブ、経膣プローブ等）に対しても使用可能である。なお、以上述べた各構成例は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、選択的に組み合わせることが可能である。

本発明の実施形態に係る経食道プローブの模式図である。 本発明の実施形態に係る経食道プローブ及びそれを備えた超音波診断装置のブロック図である。 プローブヘッドの第１の構成例を示す断面図である。 プローブヘッドの第２の構成例を示す断面図である。 操作部の第１の構成例を示す断面図である。 回転軸の下端部の拡大図である。 操作部の第２の構成例を示す断面図である。 操作部の表面上のＬＥＤの実装態様を示す図である。 装置側表示部に表示されるプローブヘッドの状態表示機能を示す図である。 装置側表示部に表示される部分画像の他の表示例を示した図である。 第１の回路構成例を示す回路図である。 第２の回路構成例を示す回路図である。 第３の回路構成例を示す回路図である。 第４の回路構成例を示す回路図である。 第５の回路構成例を示す回路図である。

符号の説明

１０ 経食道プローブ、１２ プローブヘッド、１４ 挿入管、１５ 関節部、１６ 操作部、１７ 信号伝送ケーブル、１８ 当接部材、１９ コネクタボックス、２０ 振動子、２２ ヘッド拡張部、２５ 束線ケーブル、２６ 背面部材、２７ 多段ハンドル、２８ ワイヤ、２９ 関節駆動部、３０ ヘッド駆動部、３１ センサ、３２ 検出回路、３４ プローブ側表示部、４０ 装置本体、４２ 検出信号処理部、４４ 送受信部、４５ エコー信号処理部、４６ 画像形成部、４７ 表示処理部、４８ 装置側表示部。

Claims (8)

1. 生体の食道内に挿入される部分であって、食道壁に当接される当接面と、その当接面を介して前方の心臓に超音波を送受信する振動子と、前記当接面を前記食道壁に押圧するヘッド拡張機構と、を有するプローブヘッドと、
   前記ヘッド拡張機構の動作状態を検出する検出手段と、
   操作者が視認できる位置に設けられ、前記検出手段の検出結果に基づいて前記ヘッド拡張機構の動作状態を表示する表示手段と、
   を有することを特徴とする経食道プローブ。
2. 請求項１記載の経食道プローブであって、
   前記表示手段は、少なくとも、前記ヘッド拡張機構が動作していない非拡張状態と前記ヘッド拡張機構が動作している拡張状態とを表示することを特徴とする経食道プローブ。
3. 請求項１記載の経食道プローブであって、
   前記表示手段は、前記生体の外部において前記操作者が保持する操作部に設けられることを特徴とする経食道プローブ。
4. 請求項１記載の経食道プローブであって、
   前記ヘッド拡張機構を駆動する駆動機構を有し、
   前記検出手段は、前記駆動機構の動作量を検出することを特徴とする経食道プローブ。
5. 請求項１記載の経食道プローブであって、
   前記ヘッド拡張機構は、前記プローブヘッドの厚み方向に当該プローブヘッドの厚みを増大させることを特徴とする経食道プローブ。
6. 請求項５記載の経食道プローブであって、
   前記ヘッド拡張機構は、前記プローブヘッドにおける前記当接面とは反対側の背面部材を後方に膨らませる機構であることを特徴とする経食道プローブ。
7. 請求項６記載の経食道プローブであって、
   前記ヘッド拡張機構は、スライド運動する可動部材を含み、
   前記可動部材のスライド時に前記可動部材が前記背面部材を内側から押し出すことを特徴とする経食道プローブ。
8. 経食道プローブと装置本体とを有する超音波診断装置であって、
   前記経食道プローブは、
   生体の食道内に挿入される部分であって、食道壁に当接される当接面と、その面を介して前方の心臓に超音波を送受信する振動子と、前記当接面を前記食道壁に押圧するヘッド拡張機構とを有するプローブヘッドと、
   前記プローブヘッドを拡張させ、前記当接面を前記食道壁に押圧する可動機構と、
   前記プローブヘッドの拡張状態を検出する検出手段と、
   を有し、
   前記装置本体は、
   前記検出手段の検出結果に基づいて前記プローブヘッドの拡張状態を表示する表示手段を有する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。

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