JP5041854B2 - 体腔内挿入型超音波探触子 - Google Patents

Description

本発明は体腔内挿入型超音波探触子に関し、特に、超音波を送受波するヘッドを位置決めするための機構に関する。

超音波診断装置は、超音波の送受波により生体の超音波画像を形成する装置である。かかる超音波診断装置は装置本体と超音波探触子で構成される。超音波探触子としては、体表面に当接されて用いられれるものの他、体腔内に挿入して用いられる体腔内挿入型超音波探触子が知られている（例えば特許文献１参照）。その内で、経食道プローブは、生体の食道に挿入されて用いられ、食道壁を介して心臓に対して超音波を送受波するものである。かかるプローブにおいて、超音波を送受波するヘッド（送受波部）における送受波面（音響レンズ表面等）が食道壁の内面に対して密着せず、両者間に空気層等が介在すると、良好な超音波伝搬経路を確保できない。そこで、ヘッドの送受波面を食道壁の内面に密着させることが要望されている。特許文献２には、ヘッドの背面側（超音波放射側と反対側）から突き出る可動部材を用いて、ヘッドの厚みを実質的に増大させ、結果として、送受波面を食道壁の内面に密着させる構成が開示されている。

特開平７−２５０８３６号公報 特開２００２−２４８１０２号公報

特許文献２に記載された手法では、ヘッド内部に複雑な機構を実装しなければならず、ヘッドそれ自体の大型化あるいは複雑化が懸念される。一方、ヘッドに連なる挿入管には通常、複数の駒部材を連結させた背骨のような関節機構が内蔵されている。それをワイヤで駆動することによって挿入管を屈曲させている。従来の関節機構だけでは、必ずしも送受波面を食道壁の内面に密着できない場合がある。関節機構の動作によりヘッドの中心軸が大きく傾き、その送受波面の向きが食道内面の向きとは大きく異なってしまうからである。このような問題は、経食道プローブ以外の他の体腔内挿入型超音波探触子においても指摘できる。

本発明の目的は、新しい機構が内蔵された体腔内挿入型超音波探触子を提供することにある。あるいは、本発明の目的は、管腔組織の内面にヘッドの送受波面を容易に密着させることが可能な体腔内挿入型超音波探触子を提供することにある。

望ましくは、体腔内挿入型超音波探触子が、体腔内において超音波を送受波する超音波振動子を備えたヘッドと、前記ヘッドに連なる挿入管と、を有する挿入部と、前記挿入部に設けられた変位機構と、前記挿入部に連結され、前記変位機構を体外において操作するための変位操作器を有する操作部と、を含み、前記変位機構は、前記挿入部における当該変位機構よりも後方側の部分に対して、前記挿入部における当該変位機構よりも前方側の部分をスライド運動させて前記ヘッドの送受波面を管腔組織内面側へ変位させる機構である。前記変位機構は、ヘッドを挿入管側及びそれとは反対側へ移動させることなくヘッドを平行移動させるスライド機構であるのが望ましい。

上記構成によれば、ヘッドと挿入管とによって構成される挿入部に、ヘッドを直接的にあるいは間接的にスライド運動させる変位機構が設けられているので、ヘッドをスライド運動させて、その送受波面を管腔組織内面に密着させることが容易となる。ここで、そのスライド運動は平行運動であるのが望ましい。変位機構の他に、従来同様の関節機構が設けれてもよいし、設けられなくてもよい。関節機構は、通常、人体の背骨のような複数の駒部材からなり、挿入管を屈曲あるいは湾曲させるものである。変位機構を電気的に駆動するようにしてもよいが、手動で駆動するのが望ましい。いずれにしても、変位機構の動作を体外で操作するための変位操作器が設けられる。望ましくは、当該超音波探触子は生体の食道内に挿入されて心臓の超音波診断を行うものである。

望ましくは、前記変位機構は前記挿入部と前記ヘッドとの間に跨って設けられ、前記後方側の部分が前記挿入管上の部分に相当し、前記前方側の部分が前記ヘッド上の送受波部分に相当する。この構成においては、変位機構が動作してヘッドを対象物側へ前進させた結果として、ヘッドと挿入管との間に（あるいはそれに跨って）段差部が生じる。その場合、少なくとも段差部をその形態の変形を許容する変位可能な材料で構成するのが望ましい。

望ましくは、前記挿入管には前記変位機構とは別に前記挿入管を屈曲させる関節機構が設けられ、前記操作部には前記関節機構を体外において操作するための関節操作器が設けられ、前記変位操作器及び前記関節操作器により、前記管腔組織内における前記ヘッドの位置及び姿勢を可変し得る。この構成によれば、関節機構及び変位機構を併用してヘッドの位置及び姿勢の自由度を高められる。例えば、湾曲した管腔組織の内面に送受波面を密着させることも容易となる。

望ましくは、前記変位機構は前記ヘッドを平行移動させる機構である。この構成によればヘッドの向きつまり送受波面の向きを変えずに、それを平行移動できるので、管腔組織の内面に送受波面を密着させることが容易となる。また、超音波ビーム方向を変えずに送受波面を前進させることが容易となる。その前進方向は望ましくは挿入管の先端部分における中心軸に直交する方向である。この場合、その中心軸に対して、ヘッドの中心軸が平行運動することになる。

望ましくは、前記変位機構は、前記後方側の部分及び前記前方側の部分の一方に設けられ、前記ヘッドの直線移動経路を規定するガイド部材と、前記後方側の部分及び前記前方側の部分の他方に設けられ、前記ガイド部材によって案内されるスライド部材と、を含む。望ましくは、前記変位機構は、前記後方側の部分及び前記前方側の部分の間に段階的に連結された複数の変位ステージで構成され、前記ヘッドの平行移動量が前記各変位ステージにより発揮されるスライド運動量の総和に相当する。望ましくは、前記変位機構は、並行リンク方式により前記ヘッドのスライド運動を生成する機構である。

望ましくは、前記変位機構は、前記後方側の部分及び前記前方側の部分の一方に設けられ、前記ヘッドの直線移動経路又は湾曲移動経路を規定するガイド部材と、前記後方側の部分及び前記前方側の部分の他方に設けられ、前記ガイド部材によって案内されるスライド部材と、を含む。

以上説明したように、本発明によれば、新しい機構が内蔵された体腔内挿入型超音波探触子を提供できる。あるいは、本発明によれば、管腔組織の内面にヘッドの送受波を容易に密着させることが可能となる。

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には、本発明にかかる体腔内挿入型超音波探触子の好適な実施形態が示されている。図１に示される体腔内挿入型超音波探触子は経食道プローブである。もちろん、本発明は他の体腔内挿入型超音波探触子にも適用可能である。

経食道プローブは、挿入部１０、操作部１２及びケーブル１４を有する。ケーブル１４にはコネクタ（図示せず）が設けられており、そのコネクタは超音波診断装置本体８に対して着脱自在に接続される。挿入部１０は大別してヘッド１６及び挿入管１８により構成され、その挿入部１０が人体の食道内に差し込まれる。

ヘッド１６は挿入管１８の先端部分に連結されており、ヘッド１６は振動子２０を有している。本実施形態において、振動子２０は２Ｄアレイ振動子である。もちろん、振動子２０として１Ｄアレイ振動子や単振動子を設けることも可能である。振動子２０を機械的に走査（例えば回転走査）する機構を設けてもよい。挿入管１８は柔軟性をもった管部材であり、その先端側には関節機構２４が設けられている。この関節機構２４は当該関節機構２４が配置されている部位を屈曲させるものであり、従来同様に、複数の駒部材によって構成されるものである。関節機構２４から見て挿入方向前方には変位機構２２が設けられている。変位機構２２は、具体的には、ヘッド１６と挿入管１８とに跨って配置されており、挿入管１８の先端部分に対してヘッド１６の主要部（送受波部）をスライド運動させる機構である。特に、本実施形態においてはヘッド１６の送受波面をその前方方向すなわち超音波ビーム方向へ運動させる機能を有している。

操作部１２は、上記の関節機構２４に対してワイヤを介して連結された関節操作器２６と、上記の変位機構２２に対してワイヤを介して連結された変位操作器２８とを有する。関節操作器２６より関節機構２４の屈曲動作を操作することができ、変位操作器２８により変位機構２２によるスライド運動を操作することが可能である。更に、操作部１２には、変位センサ３０及び変位表示器３２が設けられている。

変位センサ３０は、変位機構２２によって発揮されるスライド運動の運動量つまりスライド量を直接的にあるいは間接的に検出するセンサである。たとえば、ワイヤの運動量を検出することによりスライド量を検出してもよい。また、変位機構２２に対して変位センサ３０を設けることも可能である。変位表示器３２は、１又は複数のＲＥＤ等によって構成され、変位センサ３０によって検出されたスライド量を操作者に対して表示するものである。スライド量を表す情報は超音波診断装置本体８へも出力されている。超音波診断装置本体８においては、例えば画面上に変位量を表す画像が表示される。

図２には、図１に示した挿入部の部分的な拡大図が示されている。上述したように、挿入管１８の挿入方向前方側にはヘッド１６が設けられている。ヘッド１６それ自体は硬質の部材である。ヘッド１６は振動子ユニット３４を有している。振動子ユニット３４は、本実施形態において、上述したように２Ｄアレイ振動子を有している。振動子ユニット３４における表面が送受波面３４Ａを構成する。図２において上方が超音波ビーム方向（ビーム中心方向）であり、超音波ビームは電子的に走査される。

挿入管１８の内部には上述したような関節機構２４が設けられており、そこから見て挿入方向前方側には、変位機構２２が設けられている。上述したように、変位機構２２は、具体的には、挿入管１８の先端部分とヘッド１６とに跨って設けられている。変位機構２２は、本実施形態において、図２に示される上下方向に伸長したレール３８と、ヘッド１６に内蔵されたフレーム３６に設けられたスライダ３６Ａと、を有するものである。スライダ３６Ａはフレーム３６から突出した形態を有している。スライダ３６Ａの運動がレール３８によって規制されており、図２に示す構成例では、スライダ３６Ａはレール３８に沿って上下方向にのみ運動可能とされており、これにより、ヘッド１６は挿入管１８に対して上下方向にスライド運動可能である。すなわち、図２に示す構成例では、ヘッド１６が平行運動をするようにスライド機構としての変位機構２２が設けられている。スライダ３６Ａにはワイヤ４０Ａ，４０Ｂのそれぞれ端部が連結されており、ワイヤ４０Ａ，４０Ｂを駆動することにより、スライダ３６Ａを上下方向に運動させることができる。

ちなみに、符号４４は被覆を表しており、それは第１部分４４Ａ、第２部分４４Ｃ、第３部分４４Ｂからなる。図２においては被覆４４の全体が同一のハッチングによって表現されているが、少なくとも第２部分４４Ｃ及び第１部分４４Ａは柔軟な材料によって構成される。一方、第３部分４４Ｂは硬質な部材によって構成されてもよい。なお、ワイヤ４０Ａ，４０Ｂを案内するために軸４２Ａ，４２Ｂが設けられている。ただし、ワイヤ４０Ａ，４０Ｂの運動経路を規定する構造体としては各種のものを採用することができる。

図３には、図２に示した構成例において、ヘッド１６を平行運動させた後の状態が示されている。なお、図２に示した構成と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。このことは、図４以降に説明する構成例においても同様である。

符号５４は食道を表してあり、符号５６は食道内面を表している。変位機構２２を動作させた結果として、挿入管１８の先端部分における中心軸５０に対して、ヘッド１６における中心軸５２がスライド運動し、この結果、送受波面３４Ａが食道内面５６に密着している。これに伴い、挿入管１８とヘッド１６との境界部分に段差が生じている。そのような段差の発生を許容するため第２部分４４Ｃを構成する部材としては柔軟な部材を用いるのが望ましい。あるいはジャバラ構造等を採用するようにしてもよい。

上記の構成例では、関節機構２４及び変位機構２２が設けられているため、関節機構２４を動作させた上で、更に変位機構２２を動作させてヘッド１６の位置及び姿勢を所望のものにできるという利点がある。特に、挿入管１８の先端部分の位置が定められた後に、変位機構２２を動作させて送受波面３４Ａを前方に平行移動させることができるので、食道内面５６と送受波面３４Ａとの向きを一致させてそれらの間に隙間が生じてしまう問題を防止できる。

図４及び図５には他の構成例が示されている。図４において、挿入管１８とヘッド１６とに跨って変位機構６０が設けられている。変位機構６０は第１ステージ６８と第２ステージ７０とで構成される。第１ステージ６８はレール７４を有しており、第２ステージ７０はレール７２を有している。レール７２はスライダ３６Ａをスライド運動させる部材であり、レール７２の一部分がスライダ７２Ａとなっている。そのスライダ７２Ａを上下方向に運動させる部材がレール７４である。ワイヤ４０Ａ，４０Ｂのそれぞれの先端は図示のようにスライダ３６Ａに固定されている。

したがって、２つのステージ６８，７０を動作させると、図５に示されるように、それぞれのステージで発生するスライド量の総和としてヘッド１６のスライド量を得ることが可能となる。図４及び図５に示した実施形態では２段階にステージが設けられていたが、３段階あるいはそれ以上のステージを設けるようにしてもよい。いずれにしてもヘッド１６を平行運動させることにより、食道内面に対して送受波面を適正に密着させるとが容易となる。

図６及び図７には更に他の構成例が示されている。図６に示されるように、挿入管１８の先端部分とヘッド１６とに跨って変位機構８０が設けられている。変位機構８０は並行リンク構造を有しており、具体的には固定片８２に対して可動片８４を相対的に運動させるものであり、それらの間には一対のアーム８６Ａ，８６Ｂが設けられている。ワイヤ４０Ａ，４０Ｂの先端は可動片８４に連結されている。したがって、ワイヤ４０Ａ，４０Ｂを駆動すると、図７に示されるように平行リンク機構の作用によってヘッド１６が並行運動をすることになる。ただし、ヘッド１６の位置は図７において若干右方向すなわち操作部側に移動することになる。これに対し、図２〜図５に示した実施形態においてはそのような水平方向の運動は生じない。すなわち、変位機構として、直線レールとそれに沿って運動するスライダとからなるスライド機構が採用されているので、ヘッドを平行運動させても、ヘッドは挿入管側（且つそれとは反対側）へ移動しない。

図８及び図９には更に他の構成例が示されている。図８に示されるように、挿入管１８とヘッド１６との間には変位機構９０が設けられている。変位機構９０は、湾曲したレール９２と、それに沿ってスライド運動するスライダ３６Ａとを有している。ワイヤ４０Ａ，４０Ｂの先端がスライダ３６Ａに連結されている。それらを駆動すると図９に示されるように、レール９２に沿ってスライダ３６Ａが運動し、その結果、ヘッド１６がスライド運動する。この場合、スライド運動前の中心軸９２に対してスライド運動後の中心軸９４は若干旋回することになる。例えば、経直腸プローブ等において、前立腺に対して送受波面を密着させる場合には、このようなスライド機構を利用するようにしてもよい。すなわち、体腔内挿入型超音波探触子の用途に応じて適切なスライド機構を設けることにより、送受波面を所望の部位へ密着させることが可能となる。

経食道プローブにスライド機構を設ける場合には、図２乃至図７に示した構成例を採用するのが望ましい。すなわち、食道は一般に直線的な形態を有しており、ヘッドを所定の深さまで差し込んだ上で、そのヘッドを平行運動させることにより、心臓側の食道内壁へ送受波面を容易に密着させることが可能となる。本実施形態においては、そのようなスライド運動量がセンサによって検出されており、その検出結果が操作部上に反映されるため、使用者はそのような情報を確認することによりヘッドのスライド運動状態を確認できるという利点がある。また、そのような情報を画面上に表示することにより、超音波画像を観察しながらヘッドの状態を認識できるという利点がある。また、そのような情報の表示によればヘッドがスライド運動したすなわち段差が生じた状態のままプローブを引き抜くことを未然に防止することができ、安全性を高められるという利点がある。

本発明に係る体腔内挿入型探触子としての経食道プローブの機能を説明するブロック図である。 図１に示した経食道プローブの部分断面図である。 図２に示した構成においてヘッドをスライド運動させた状態を示す部分断面図である。 他の実施形態における変位機構を示す部分断面図である。 図４に示した変位機構の動作結果を示す部分断面図である。 他の実施形態に係る変位機構を示す部分断面図である。 図６に示す変位機構による動作結果を示す部分断面図である。 更に他の実施形態に係る変位機構示す部分断面図である。 図８に示す変位機構による動作結果を示す部分断面図である。

符号の説明

１０ 挿入部、１２ 操作部、１４ ケーブル、１６ ヘッド、１８ 挿入管、２２ 変位機構、２４ 関節機構、２６ 関節操作器、２８ 変位操作器、３０ 変位センサ、３２ 変位表示器。

Claims (6)

1. 体腔内において超音波を送受波する超音波振動子を備えたヘッドと、前記ヘッドに連なる挿入管と、を有する挿入部と、
   前記挿入部において、前記挿入管の先端側部分と前記ヘッドとの間に跨って設けられた変位機構と、
   前記挿入部に連結され、前記変位機構を体外において操作するための変位操作器を有する操作部と、
   を含み、
   前記変位機構は、前記ヘッドを前記挿入管側及びそれとは反対側へ移動させることなく当該ヘッドを平行移動させるスライド機構であり、
   前記変位機構は、前記挿入管の先端側部分に対して、前記ヘッドをスライド運動させて前記ヘッドの送受波面を管腔組織内面側へ変位させる機構である、ことを特徴とする体腔内挿入型超音波探触子。
2. 請求項１記載の超音波探触子において、
   前記変位機構を覆う柔軟材料で構成された被覆を含む、ことを特徴とする体腔内挿入型超音波探触子。
3. 請求項１記載の超音波探触子において、
   前記挿入管には前記変位機構とは別に前記挿入管を屈曲させる関節機構が設けられ、
   前記操作部には前記関節機構を体外において操作するための関節操作器が設けられ、
   前記変位操作器及び前記関節操作器により、前記管腔組織内における前記ヘッドの位置及び姿勢を可変し得る、ことを特徴とする体腔内挿入型超音波探触子。
4. 請求項１記載の超音波探触子において、
   前記変位機構は、
   前記挿入管の先端側部分及び前記ヘッドの一方に設けられ、前記ヘッドの直線移動経路を規定するガイド部材と、
   前記挿入管の先端側部分及び前記ヘッドの他方に設けられ、前記ガイド部材によって案内されるスライド部材と、
   を含むことを特徴とする体腔内挿入型超音波探触子。
5. 体腔内において超音波を送受波する超音波振動子を備えたヘッドと、前記ヘッドに連なる挿入管と、を有する挿入部と、
   前記挿入部に設けられた変位機構と、
   前記挿入部に連結され、前記変位機構を体外において操作するための変位操作器を有する操作部と、
   を含み、
   前記変位機構は、前記挿入部における当該変位機構よりも後方側の部分に対して、前記挿入部における当該変位機構よりも前方側の部分をスライド運動させて前記ヘッドの送受波面を管腔組織内面側へ変位させる機構であり、
   前記変位機構は、前記後方側の部分及び前記前方側の部分の間に段階的に連結された複数の変位ステージで構成され、
   前記ヘッドの平行移動量が前記各変位ステージにより発揮されるスライド運動量の総和に相当する、ことを特徴とする体腔内挿入型超音波探触子。
6. 請求項１乃至５のいずれかの請求項に記載の超音波探触子において、
   当該超音波探触子は生体の食道内に挿入されて心臓の超音波診断を行うものであることを特徴とする体腔内挿入型超音波探触子。

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