JP5273349B2

JP5273349B2 - 超音波検査装置

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Publication number: JP5273349B2
Application number: JP2008096741A
Authority: JP
Inventors: 良治小関
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-04-03
Also published as: JP2009247466A

Description

本発明は超音波検査装置に関し、より詳しくは例えば患者の血管の内部を検査するための超音波検査装置に関する。

従来、血管内に検査手段としてのプローブを挿入した状態において該プローブから超音波を発振した後に血管壁等からの反射波を受信することにより、患者の血管内の血栓などを検査するようにした超音波検査装置が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２）。
上記特許文献１の検査装置においては、検査手段の前方、斜め前方、側方に超音波振動子が多数配置されている。そして、各超音波振動子のそれぞれの両面には電極が設けられるとともに各電極にはそれぞれ配線が接続されている。この特許文献１の検査装置においては、検査手段の前方から側方にかけて位置する血管内の３次元画像を得られるようになっている。
他方、上記特許文献２の検査装置においては、検査手段の先端側となる半球面に多数の超音波振動子を配置してあり、それによって、各振動子に対して同位相の送信信号を印加するようになっている。
特開２００１−２３８８８５号公報特許第３８６２７９３号公報

ところで、上記特許文献１の検査装置において分解能を向上させるためには超音波振動子の個数を増やせばよいが、その場合には各振動子それぞれの電極に配線しなければならず、超音波振動子とその制御部との間の配線の数が多くなり、検査装置を小型化できないという欠点がある。
他方、上記特許文献２の検査装置においては、多数の超音波振動子に対して共通の１つの電極を用いているため、各超音波振動子から超音波が同時に発振されるので、受信波が干渉して正確な血管の画像を得ることができないという欠点があった。
そこで、本発明の目的は、小型であって、しかも解像度の高い検査画像を得ることが可能な超音波検査装置を提供することである。

上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、先端側となる前方部が概略半球状に形成されたセンサ部と、このセンサ部の表面側に設けられる複数の超音波振動子と、上記超音波振動子に電圧を印加する駆動電極とを備えて、上記各超音波振動子を駆動して超音波を発振させるとともに検査対象からの反射波を受信するようにした超音波検査装置であって、
上記駆動電極は、上記センサ部の前方部に軸方向に配置された複数の軸方向電極と、上記前方部の軸心を囲繞する同心円状に配置された複数の環状電極とを備え、また、上記各軸方向電極と各環状電極との各交点の位置に、それら２種類の電極と電気的に接続させて超音波振動子をそれぞれ設けて、各超音波振動子に接続された特定の軸方向電極と環状電極を選択して、それらに接続された超音波振動子に電圧を印加して超音波を発振させるようにし、さらに、上記軸方向電極は、長さが異なる２種類の電極からなり、それら２種類の長さの軸方向電極は円周方向において交互に配置されるとともに、前方部の先端側においては、長さが長い軸方向電極が長さの短い電極よりも先端側に位置するように配置されていることを特徴とするものである。

このような構成によれば、従来と比較して超音波振動子とその制御部との間の配線の数を大幅に減少させることができ、検査装置を小型に形成することができる。したがって、小型でありながら、解像度の高い検査画像を得ることが可能な超音波検査装置を提供できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、図１および図２において、１は超音波を用いて血管の内部を検査する超音波検査装置である。この超音波検査装置１は、可撓性を有する中空のチューブ２と、このチューブ２の先端に設けられて患者の血管内に挿入される検査手段３と、この検査手段３の信号処理部４との間で電気信号の送受信を行うとともに、受信した電気信号から血管内の状態を表示する図示しない監視手段とを備えている。
検査手段３は概略円柱状に形成されており、この検査手段３のセンサ部５の表面側に多数の超音波振動子６が配置されており、これらの超音波振動子６は、信号処理部４からの指令信号により駆動電極７を介して電圧を印加されて超音波を発振するようになっている。また検査手段３の軸部にはガイドワイヤ８が貫通可能な貫通孔３Ａが穿設されている。

この超音波検査装置１を用いて医師が患者の冠状動脈血管内を検査する場合には次のようにして行う。先ずガイドワイヤ８の先端８Ａを患者の大腿部の血管から挿入して血栓の形成されていると思われる患部まで到達させておき、その後、体外に位置するガイドワイヤ８の他端側から上記検査手段３とチューブ２を貫通させてから該ガイドワイヤ８に沿って血管内の患部近傍の位置まで検査手段３とチューブ２を挿入し、その後ガイドワイヤ８を検査手段３から突出しない位置まで後退させる。
そして、このように検査手段３を血管内の患部の箇所に挿入した状態において、信号処理部４での制御指令信号に従って所定の順序で特定の駆動電極７を介して超音波振動子６に電圧が印加されて各超音波振動子６から超音波が発振されると、血管の内壁や血栓からの反射波（受信波）が各超音波振動子６によって受信される。そして、各超音波振動子６が受信した反射波は上記信号処理部４によって所要の電気信号に変換されてから上記監視手段に送信されるようになっている。監視手段では信号処理部４から受信した電気信号に基づいて血管内部の３次元検査画像を作成し、これをモニタ等に表示するようになっている。それにより、医師は検査手段３の前方から側面に位置する血管内の状態を診断できるようになっている。

上記検査手段３は、挿入側先端に位置するセンサ部５と、このセンサ部５と上記チューブ２との間に設けられた上記信号処理部４と、センサ部５と信号処理部４とにわたる上記貫通孔３Ａに嵌着されたインナーチューブ１１とを備えている。上記インナーチューブ１１と上記チューブ２の内径は実質同一となっており、これらの内部を上記ガイドワイヤ８が円滑に貫通できるようになっている。
インナーチューブ１１の外側には前方側が概略半球状に形成され、後方側が円柱状に形成されたバッキング材１４が設けられ、そのバッキング材１４の外側には内層側電極１５、超音波振動子６、外層側電極１６、絶縁層１７、音響整合層１８の順に積層され、バッキング材１４と絶縁層１７の間の超音波振動子６がない部分はレジスト材１９が埋め込まれている。なお、駆動電極７は内層側電極１５と外層側電極１６とから構成されている。
上記センサ部５は、概略半球状に形成されて前方側に位置する前方部１２と、円柱状に形成されて後方側に位置する後方部１３とからなり、それらの全域にわたって多数の超音波振動子６が配列されるとともに、駆動電極７が超音波振動子６と信号処理部４を電気的に接続するように配列されている。
信号処理部４はセンサ部５の後方部１３の隣接後方側に配置されており、該信号処理部４とセンサ部５は一体となっており、それらの軸部にわたって上記貫通孔３Ａが穿設されている。

しかして、本実施例は図３から図６に示すように、駆動電極７を上記内層側電極１５として超音波振動子６の内側に位置する軸方向電極Ｙ１〜Ｙ３６と外層側電極１６として超音波振動子の外側に位置する環状電極Ｘ１〜Ｘ９とによってマトリクス状に構成し、それらの各交点となる箇所にそれぞれ超音波振動子６を配置したものである。
すなわち、半球状となった前方部１２における表面の形状に沿って、その先端（貫通孔３Ａの端部）から軸方向に伸びる複数の軸方向電極Ｙ１〜Ｙ３６を設けている。これらの軸方向電極は円周方向における角度の１０°毎に配置されており、したがって、前方部１２から後方部１３にわたって、その表面の円周方向において合計３６本の軸方向電極Ｙ１〜Ｙ３６が配置されている。各軸方向電極Ｙ１〜Ｙ３６の幅と肉厚は同一に設定してあるが、図６に示すように、長さが異なる２種類の軸方向電極を円周方向において順次交互に配置している。

長さが長い軸方向電極（例えばＹ１、Ｙ３）の先端部は、前方部１２の先端部（貫通孔３Ａの周縁）に位置させてあるが、長さが短い軸方向電極（例えばＹ２、Ｙ４）の先端部は、前方部１２における先端部（貫通孔３Ａの周縁部）よりも少し軸方向後方側に位置させてある。
これにより、軸方向電極Ｙ１〜Ｙ３６は前方部１２の表面においては放射方向に配置された状態となっている。このように、前方部１２および後方部１３の表面には複数の軸方向電極Ｙ１〜Ｙ３６が円周方向において等ピッチで配置されている。

さらに、前方部１２および後方部１３の表面には、それらの軸心を囲繞する同心円状にほぼ等ピッチで合計９本の環状電極Ｘ１〜Ｘ９を配置している。前方部１２は半球状となっているので、その表面形状に沿って配置される環状電極Ｘ１〜Ｘ５は後方側になるに従って径が大きくなっており、他方、後方部１３の外周面の環状電極Ｘ６〜Ｘ９は同じ径となっている。これら環状電極Ｘ１〜Ｘ９の厚さと幅は全て同じ寸法となっている。なお、前方部１２における先端部（貫通孔３Ａの周縁部）は、軸心側が外方側よりも軸方向後方へ後退するテーパ面となっており、このテーパ面に環状電極Ｘ１が設けられている（図３、図４参照）。
そして、内層側に位置する各軸方向電極Ｙ１〜Ｙ３６と外層側に位置する環状電極Ｘ１〜Ｘ９との各交点の位置に、それら内外の両電極に電気的に接続させてピエゾ素子からなる超音波振動子６がそれぞれ設けられている（図４参照）。

これにより、センサ部５の全域にほぼ同じ密度で超音波振動子６が配置されることになる。なお、隣合う各超音波振動子６の間には上記レジスト材１９を隙間なく詰め込んでいる。そして、そのレジスト材１９および環状電極Ｘ１〜Ｘ９の外方側の表面を絶縁層１７および音響整合層１８によって順次覆ってあり、これにより、前方部１２および後方部１３の表面全域に凹凸が生じないようにしている（図４）。
本実施例においては、隣合う各超音波振動子６が隔てた距離は約０．１ｍｍに設定されている。また、前方部１２の表面に配置された超音波振動子６の数は合計１４４個であり、これら１４４個の振動子が前方部１２における半球状の表面に占める面積の割合（占有率）は６２％程度になっている。また、後方部１３の表面に配置された超音波振動子６の数も１４４個となっている。
また、図１および図３に示すように、前方部１２に配置される各超音波振動子６は放射方向の一直線上に並んで配置されているが、後方部１３に設けられる各超音波振動子６は円周方向の幅を前方部１２に配置した超音波振動子の約１／４に形成されており、軸方向の後方側に位置するものが順次円周方向に少し位置をずらして配置されている。

各軸方向電極Ｙ１〜Ｙ３６は、信号処理部４が内蔵する第１選択スイッチ４Ａに図示しない配線でそれぞれ電気的に接続されており、この第１選択スイッチ４Ａは、信号処理部４が備える制御部４Ｃからの指令に基づいて駆動されるようになっている。
また、図５に示すように、環状電極Ｘ１は、それから連続して放射方向に伸びる配線Ｚ１を介して信号処理部４が内蔵する第２選択スイッチ４Ｂに電気的に接続されており、この第２選択スイッチ４Ｂも制御部４Ｃからの指令に基づいて駆動されるようになっている。そして、上記配線Ｚ１は環状電極Ｘ１〜Ｘ９よりも外方に配置されており、環状電極Ｘ１以外の環状電極Ｘ２〜Ｘ９と配線Ｚ１との間には絶縁層が介在させてある。同様に、他の前方部１２の環状電極Ｘ２〜Ｘ５や後方部１３の環状電極Ｘ６〜Ｘ９にも第２選択スイッチ４Ｂに接続する配線Ｚ２〜Ｚ９（Ｚ６〜Ｚ９は図示しない）がそれぞれ設けられている。また、この図５に示すように、各軸方向電極Ｘ１〜Ｘ９は全体として円形に形成されているが、円周方向の一箇所を切欠いて円周方向では完全に連続していない。このように、環状電極Ｘ１〜Ｘ９を円周方向において完全に連続させない理由は、それらに電圧を印加した際に各環状電極Ｘ１〜Ｘ９から電磁波が放出されるのを抑制するためである。
このように駆動電極７と信号処理部４との間の配線は、前方部１２の超音波振動子６の数１４４個に対し、５本と３６本をあわせた４１本あれば良く、後方部１３の超音波振動子６の数１４４個分をあわせても９本と３６本の合計４５本でよいことになる。

本実施例の信号処理部４は、上記各超音波振動子６を駆動させるための駆動部としての機能も備えており、次のようにして各超音波振動子６を駆動させるようになっている。
すなわち、図示しない制御装置から信号処理部４の制御部４Ｃに対して各超音波振動子６を駆動させる旨の指令が伝達されると、制御部４Ｃは、各超音波振動子６毎にそれに接続されている軸方向電極Ｙ１〜Ｙ３６と環状電極Ｘ１〜Ｘ９を特定する。次に制御部４Ｃは、特定した超音波振動子６に接続されている内外位置の電極を選択して、それらに電圧が印加されるように、第１選択スイッチ４Ａと第２選択スイッチ４Ｂを駆動させる。そして、制御部４Ｃは特定される超音波振動子６が走査するように第１選択スイッチ４Ａと第２選択スイッチ４Ｂを駆動させるようになっている。

例えば、図６に示したセンサ部５の最先端に位置するＥＧ１の超音波振動子６を駆動させる場合には、制御部４Ｃは、軸方向電極Ｙ１及び環状電極Ｘ１を選択するように第1選択スイッチ４Ａ及び第２選択スイッチ４Ｂに作動指令を出す。これにより、ＥＧ１の超音波振動子６に両電極Ｙ１，Ｘ１から電圧が印加されて駆動されるので、該ＥＧ１の超音波振動子６から外方に向けて超音波が発振される。そして、このように発振された超音波は検査対象の患部あるいは血管壁などによって反射され、反射波はＥＧ１の超音波振動６によって受信されてから信号処理部４の受信部４Ｄに伝達され、さらにそこから前述した監視手段に伝達されるようになっている。次に環状電極Ｘ１を選択したまま、軸方向電極をＹ１からＹ３を選択するように切り換えて、超音波振動子ＥＧ２から超音波を発振し反射波を受信する。次に環状電極Ｘ１を選択したまま、軸方向電極をＹ３からＹ５を選択するように切り換えて、両電極Ｘ１、Ｙ５の交点の超音波振動子６から超音波を発振し反射波を受信する。このようにして、先ず環状電極Ｘ１に接続された円周方向の各超音波振動子６から超音波を発振して反射波を受信する。この後、上記環状電極Ｘ１の場合と同様にして、環状電極Ｘ２に接続された円周方向の各超音波振動子６から超音波を発振して反射波を受信する。以下同様にして、環状電極Ｘ３〜Ｘ９の順番に、それらに接続された各超音波振動子６から超音波を発振して反射波を受信するようになっている。なお、環状電極Ｘ３以降を選択した場合には軸方向電極はＹ１、Ｙ２、Ｙ３‥‥Ｙ３６を順に選択するようになっている。
このようにして、環状電極Ｘ１〜Ｘ９に接続された超音波振動子６から超音波の発振とその後の反射波の受信をするようになっており、さらに、同様の処理を順次繰り返すようになっている。
そして、上述したように環状電極Ｘ１〜Ｘ９から超音波を発振した後にそれらにより受信された反射波は、受信部４Ｄを介して図示しない監視手段に伝達されるようになっている。

以上のように構成された超音波検査装置１の検査手段３によれば、前方部１２に配置された１４４個の超音波振動子６と後方部１３に配置された１４４個の超音波振動子６によって、検査手段３の前方から側方にわたる血管内の３次元検査画像を得ることができる。
そして、本実施例においては、特定の超音波振動子６を駆動させるに際しては、該特定の超音波振動子６に接続された内外位置の２種類の電極を選択して特定することで、特定の超音波振動子６に電圧を印加して超音波を発振させることができる。このように、駆動電極７を軸方向電極Ｙ１〜Ｙ３６と環状電極Ｘ１〜Ｘ９によって構成し、それら２種類の電極のそれぞれ１つを選択することで、特定の位置の超音波振動子６に電圧を印加できるようになっている。
したがって、各超音波振動子毎に２本の配線をそれぞれ接続する場合と比較して、電極への配線の本数を大幅に減少させることができ、ひいては検査手段３を小型化することができる。
さらに、各超音波振動子６毎に電圧を印加して超音波３次元画像を得るようにしているので、本実施例によれば、血管及び患部の解像度の高い鮮明な画像を得ることができる。

さらに、本実施例においては、先端の環状電極Ｘ１に接触する各超音波振動子６は、検査手段３の軸心に向けて配置されているので、環状電極Ｘ１に接触する各超音波振動子６からは、検査手段３の軸心に超音波が照射される。これにより、検査手段３の前方側の状態についても良好な検査画像を得ることができる。

なお、上記実施例においては、環状電極Ｘ３の位置で環状電極Ｘ２の位置と比較して超音波振動子６の数を半分に減らしているが、両電極の位置において同じ個数の超音波振動子６を配置しても良い。その場合には、例えば軸方向電極の数を減らして電極同士の間隔を拡げるか、あるいは先端部側の軸方向電極Ｙ１〜Ｙ３６の幅を狭くすればよい。
また、上記多数の超音波振動子６における複数個を同時に選択し、それらから同時に超音波を発振させるようにしても良い。例えば、２個の超音波振動子６を同時に選択する場合には駆動電極として環状電極Ｘ１と軸方向電極Ｙ１、Ｙ１９を選択し、その２箇所の超音波振動子６を始まりとして、Ｘ１とＹ３、Ｙ２１、次にＸ１とＹ５、Ｙ２３‥‥‥‥‥というように走査すればよい。
さらに、上記実施例においては、軸方向電極Ｙ１〜Ｙ３６を長さが異なる２種類の電極から構成しているが、軸方向電極Ｙ１〜Ｙ３６を長さが異なる３種類の電極から構成し、それら３種類の電極を円周方向において順次長さが短くなるような配列で設けても良い。

本発明の一実施例を示す超音波検査装置１の要部の斜視図。図１の要部の軸方向断面図。センサ部５の前方部１２を軸方向前方から見た超音波振動子６の配置状態を示す展開図。センサ部５の前方部１２の拡大断面図。図３における駆動電極７の配置状態を示す図。図１に示した超音波検査装置１の駆動電極７を構成する２種類の電極の配置状態を示す展開図。

符号の説明

１‥超音波検査装置３‥検査手段
５‥センサ部６‥超音波振動子
７‥駆動電極１２‥前方部
Ｙ１〜Ｙ３６‥軸方向電極
Ｘ１〜Ｘ９‥環状電極

Claims

先端側となる前方部が概略半球状に形成されたセンサ部と、このセンサ部の表面側に設けられる複数の超音波振動子と、上記超音波振動子に電圧を印加する駆動電極とを備えて、上記各超音波振動子を駆動して超音波を発振させるとともに検査対象からの反射波を受信するようにした超音波検査装置であって、
上記駆動電極は、上記センサ部の前方部に軸方向に配置された複数の軸方向電極と、上記前方部の軸心を囲繞する同心円状に配置された複数の環状電極とを備え、
また、上記各軸方向電極と各環状電極との各交点の位置に、それら２種類の電極と電気的に接続させて超音波振動子をそれぞれ設けて、
各超音波振動子に接続された特定の軸方向電極と環状電極を選択して、それらに接続された超音波振動子に電圧を印加して超音波を発振させるようにし、
さらに、上記軸方向電極は、長さが異なる２種類の電極からなり、それら２種類の長さの軸方向電極は円周方向において交互に配置されるとともに、
前方部の先端側においては、長さが長い軸方向電極が長さの短い電極よりも先端側に位置するように配置されていることを特徴とする超音波検査装置。
上記センサ部は、上記前方部の後方側に円柱状となる後方部を備えており、
上記軸方向電極は、上記前方部から後方部にわたって設けられており、また、同一外径の環状電極が後方部に設けられており、
後方部における軸方向電極と環状電極との各交点の位置にもそれぞれ超音波振動子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。