JP5390269B2

JP5390269B2 - 超音波探触子及び超音波診断装置

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Publication number: JP5390269B2
Application number: JP2009139954A
Authority: JP
Inventors: 健夫安原
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: JP2010284306A

Description

本発明は、超音波探触子および当該超音波探触子を有する超音波診断装置に関し、特に超音波探触子の操作性を向上させる技術に関する。

従来から、生体内に超音波探触子により超音波を送波し、生体内から反射してくる超音波を前記超音波探触子により受信して、この受信信号に基づいて生体内部の超音波画像を形成し、観察する超音波診断技術が広く知られている。

特公昭６２−５８２５７号公報特開２００６−２６２３２号公報特開平７−２５５７２５号公報

ここで、超音波探触子により超音波の送受波を行う際には、当該超音波探触子の先端に内蔵された振動素子の振動子面（超音波の送受波面）を、診断対象部位に略対向させる必要がある。そのため、通常、検査者は、超音波探触子を体腔内に挿入する前に、当該超音波探触子の超音波送受波面の向きを確認する。しかし、超音波診断を行う検査室や診断室などは、通常、超音波診断装置のモニタを検査者が見やすくなるなどの理由から、比較的暗いことが多かった。そのため、超音波送受波面の向きが容易に把握できない場合があった。

なお、特許文献１−３には、観察光学系、いわゆる内視鏡を備えた超音波探触子において、当該超音波探触子を体腔内に挿入した際に、振動子の位置を観察光学系で確認できるように、振動子近傍に印や発光素子を設ける技術が開示されている。しかし、これらの技術は、いずれも、体腔内に挿入後における位置確認のための技術であり、上述した、挿入に先立って超音波送受波面の向き確認には、そのまま適用することはできなかった。つまり、従来、超音波探触子の向きを簡易に確認でき得る技術はなかった。

そこで、本発明では、超音波探触子の向きを簡易に確認でき得る超音波探触子および当該超音波探触子を備えた超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明の超音波探触子は、超音波を送受する超音波探触子であって、前記超音波を送受波する１以上の振動素子と、前記１以上の振動素子を収容するケースと、前記ケース内に設けられ、前記超音波の送波方向に略平行な方向に光を発して当該ケースの一部を照射する発光体と、当該超音波探触子が体腔内に挿入されたか否かの判断に必要なパラメータを検知する挿入検知手段と、を備えることを特徴とする。

好適な態様では、前記１以上の振動素子が前記ホルダ内で回転する場合、前記発光体は、前記１以上の振動素子とともに回転する。この場合、前記発光体は、電子走査の開始端となる振動素子または電子走査の終了端となる振動素子に隣接する位置に設置されることが望ましい。

他の好適な態様では、前記挿入検知手段は、前記必要なパラメータとして前記ケース内の温度を検知する温度センサであることが望ましい。

他の本発明である超音波診断装置は、体腔内に挿入される超音波探触子と、当該超音波探触子に接続された本体と、を有する超音波診断装置であって、前記超音波探触子は、前記超音波を送受波する１以上の振動素子と、前記１以上の振動素子を収容するケースと、前記ケース内に設けられ、前記超音波の送波方向に略平行な方向に光を発して当該ケースの一部を照射する発光体と、前記超音波探触子が体腔内に挿入されたか否かの判断に必要なパラメータを検知する挿入検知手段と、を備え、前記本体は、前記挿入検知手段で検知されたパラメータに基づいて前記超音波探触子が体腔内に挿入されたか否かを判断するとともに、当該判断結果に応じて前記発光体に点灯または消灯を指示する制御部、を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、前記超音波の送波方向に略平行な方向に光を発して当該ケースの一部を照射する発光体を有しているため、暗所であっても超音波探触子の向きを簡易に確認できる。

本発明の実施形態である超音波診断装置のブロック図である。本実施形態で用いられる超音波探触子を超音波送受波面側からみた図である。超音波探触子の先端部断面図である。図３におけるＡ−Ａ断面図である。超音波診断実行時における超音波の送受波状態、発光体の点灯状態、および、温度センサでの検出温度を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である超音波診断装置の概略ブロック図である。また、図２は、本実施形態で用いられる超音波探触子１２を超音波送受波面側からみた図である。

超音波診断装置は、診断装置本体１０と、当該診断装置本体１０に接続される超音波探触子１２と、に大別される。診断装置本体１０は、従来の診断装置本体１０と基本的には類似した構成となっている。すなわち、診断装置本体１０は、送受信部１４、超音波画像形成部１６、表示画像処理部１８、表示部２０、操作デバイス２２、制御部２４などを備えている。送受信部１４は、超音波探触子１２が備える複数の振動素子に対応した送信信号を超音波探触子１２に送信するとともに、当該複数の振動素子から得られる受信信号を整層加算処理してエコーデータを形成する。

超音波画像形成部１６は、送受信部１４において形成されたエコーデータに基づいて超音波画像の画像データを形成する。表示画像処理部１８は、超音波画像形成部１６において形成された超音波画像（画像データ）に基づいて表示画像を形成する。ここで形成された表示画像は、液晶ディスプレイなどからなる表示部２０に表示される。

操作デバイス２２は、ユーザ操作を受け付けるデバイスであって、例えば、トラックボール、マウス、キーボード、タッチパネルなどを含む。制御部２４は、この操作デバイス２２を介して入力されるユーザ指示に応じて装置内の各部を制御する。また、従来と異なり、本実施形態の制御部２４は、後述するように、超音波探触子１２に設けられた温度センサ５２での検出値に基づいて、当該超音波探触子１２に設けられた発光体５０の駆動（点灯または消灯）を制御することも行う。

超音波探触子１２は、診断の対象物を含む領域内において超音波を送受波する。本実施形態で用いられる超音波探触子１２は、経口によって食道壁から心臓等の超音波画像を得る際に好適な経食道超音波探触子である。この超音波探触子１２は、体腔内に挿入される先端部３０のほか、体腔外から先端部３０の向きを操作する操作部３４、先端部３０と操作部３４とを接続する挿入軸３２などを備えている。

先端部３０には、後に詳説するように、複数の振動素子が配列された振動子アレイ４０が内蔵されている。また、挿入軸３２内には、振動子アレイ４０等に接続された各種信号線等が挿通されている。また、前記挿入軸３２は、柔軟性を有しており、挿入される体腔（例えば食道等）に沿って屈曲可能となっている。そして、この屈曲により、先端部３０を挿入した場合における被検者の肉体的、精神的不快感を軽減しつつ、目的とする診断位置に先端部３０を容易に到達させることができるようになっている。

操作部３４には、複数のダイヤル３４ａ，３４ｂが設けられており、当該ダイヤル３４ａ，３４ｂを操作することにより、先端部３０を例えばダイヤル３４ａによって上下に、ダイヤル３４ｂによって左右に屈曲させることができる。そして、これにより、振動子アレイ４０の超音波送受面を適切な位置で適切な方向に向けることができるようになっている。

また、この超音波探触子１２の後端からは、当該超音波探触子１２と診断装置本体１０（図示せず）とを電気的に接続するプローブケーブル３８が引き出されている。このプローブケーブル３８を通じて、超音波の送受に関わる各種制御信号が診断装置本体１０から超音波探触子１２側に送信されるとともに、超音波の送受波によりえられるエコー信号が超音波探触子１２から診断装置本体１０に送信されるようになっている。診断装置本体１０は、得られたエコー信号に基づいて、断層画像などの超音波画像を生成し、検査者に提示する。

ここで、こうした超音波探触子１２を用いて超音波診断を行う場合には、当該超音波探触子１２の先端部３０に内蔵された振動子アレイ４０の超音波送受波面（振動子面）を、診断対象部位に略対向させる必要がある。そのため、通常、検査者は、超音波探触子１２を体腔内に挿入する前に、当該超音波探触子１２の超音波送受波面の向きを確認していた。しかしながら、通常、診断装置本体１０の表示部２０を見やすくするなどの理由から、超音波診断を行う検査室や診断室などを比較的暗くしていることが多かった。そして、その結果、超音波送受波面の向きの確認が困難な場合があった。

また、超音波送受波面の向きだけでなく、振動子アレイ４０のうち超音波ビームの電子走査方向における基準端（例えば、１ｃｈの振動素子）も、事前に認識したい場合がある。しかし、振動子アレイ４０が回転可能な超音波探触子１２では、この基準端を超音波探触子１２の外部から目視で確認することは困難であった。

本実施形態では、こうした問題を解決するために、超音波探触子１２の先端部３０を特殊な構成としている。以下、これについて、図３、図４を参照して説明する。図３は、当該超音波探触子１２の先端部３０の断面図であり、図４は、図３におけるＡ−Ａ断面図である。

既述したとおり、超音波探触子１２の先端部３０には、複数の振動素子（圧電振動素子）を配列することで構成される振動子アレイ４０が内蔵されている。この振動子アレイ４０は、超音波送受波面に垂直な方向（図３、図４における紙面上下方向）に延びる回転軸Ｃの回りを回転できるようになっている。そして、この回転により超音波形成面が回転することになり、これにより、三次元の超音波画像が形成される。

振動子アレイ４０の超音波送受面の前面には、音響整合層となる音響レンズ等の機能を果たすシリコンレンズ４２が接着される。このシリコンレンズ４２は、略筒状の振動子ホルダ４４の一面側に固定されている。具体的には、振動子ホルダ４４の一面側に形成された凹部を覆うようにシリコンレンズ４２が固定される。その結果、振動子アレイ４０は凹部とシリコンレンズ４２で形成される空間内に固定配置されることになる。また、振動子アレイ４０を構成する各振動素子に接続された信号線は図３に示すように、振動子ホルダ４４の他面側、すなわち、超音波送受面の反対側に引き出されるとともに束ねられ、信号ケーブル３６として、図２における挿入軸３２及び操作部３４を介して診断装置本体１０に導かれ電気的に接続される。

さらに、先端部３０の内部には、振動子アレイ４０および当該振動子アレイ４０を支持する振動子ホルダ４４を回動させるモータ４６が配置されている。このモータ４６は、振動子アレイ４０を回転駆動させる駆動機構として機能するもので、リング状のロータを有している。このロータは、振動子ホルダ４４の外面に固着されている。先端部３０からはモータ４６の駆動制御を行うための信号線が信号ケーブル３６と同様に挿入軸３２及び操作部３４を介して診断装置本体１０に導かれ、モータ４６の所望の回転駆動制御が行えるようになっている。このモータ４６の駆動に基づいて振動子ホルダ４４をスムーズかつ正確に回動させることが可能になり、振動子アレイ４０の超音波送受面の回転による高品質の三次元超音波画像を取得することが可能になる。なお、本実施形態では、駆動機構であるモータ４６を先端部３０に内蔵させているが、モータを先端部３０の外側に設けるとともに、ワイヤなどを介して当該モータの動きを振動子アレイ４０に伝達させるようにしてもよい。

上述の振動子アレイ４０やモータ４６等は、ドーム状の振動子ケース４８内に収容されている。振動子ケース４８は、故障防止や超音波探触子１２の使用後の洗浄を容易にするといった観点から、振動子アレイ４０等を密閉状態に保てるようになっている。この振動子ケース４８は、少なくとも、振動子アレイ４０の超音波送受面との対向部分が超音波透過性を、また、後述する発光体５０との対向部分が透光性を有しているのであれば、その材質等は特に限定されない。本実施形態では、部材の一体化、部品点数の削減、シール性の向上などのために、超音波透過性および透光性を有した樹脂で振動子ケース４８を構成している。

本実施形態では、この振動子ケース４８の内部に、さらに、発光体５０および温度センサ５２が設けられている。発光体５０は、振動子ケース４８のうち超音波送受波面側（図３における下側端面）を照らすものである。本実施形態では、この発光体５０として、ＬＥＤやＬＤのように電気的制御により点灯および消灯可能な部材を用いている。

この発光体５０は、振動子アレイ４０の近傍において、当該振動子アレイ４０の超音波送波方向（図３にける下方向）に向かって発光するような姿勢で設置されている。より具体的には、本実施形態の発光体５０は、振動子ホルダ４４の凹部とシリコンレンズ４２とで形成される空間内のうち、１ｃｈの振動素子４０ａ（すなわち、超音波ビームの電子走査の開始端となる振動素子、図４参照）に隣接する位置に固定設置されている。

この発光体５０からの光は、シリコンレンズ４２および透光性を有した振動子ケース４８を介して、外側に漏れ出るようになっている。そして、当該発光体５０が点灯した際、超音波探触子１２の先端部３０のうち超音波送受波面側のみが光を発した状態となる。換言すれば、先端部３０のうち光が漏れ出ている側が、超音波送受波面側であるといえる。ここで、こうした光が漏れ出ている面の特定は、暗所であっても容易にできる。そのため、当該発光体５０を設けることにより、検査者は、暗所であっても、超音波送受波面を容易に把握できることになる。

また、本実施形態では、発光体５０は、振動子ホルダ４４内に設置されている。換言すれば、振動子ホルダ４４および振動子アレイ４０とともに回転できるようになっている。そのため、発光体５０は、常に、１ｃｈの振動素子４０ａの近傍で発光することになる。そのため、検査者は、シリコンレンズ４２および振動子ケース４８を介して照射される光の位置を確認することで、振動子アレイ４０の１ｃｈ側を容易に把握することができる。そして、振動子アレイ４０の１ｃｈ側を目視で事前確認できることにより、表示部２０に表示される振動子アレイ４０の１ｃｈ側マーカーの位置関係がよりイメージしやすくなる。

発光体５０の点灯状態は、診断装置本体１０に設けられた制御部２４により制御される。すなわち、発光体５０の後端からは、診断装置本体１０に接続される信号線が引き出されており、当該信号線を介して発光体５０に駆動信号が入力される。発光体５０は、当該駆動信号に応じて、適宜、点灯または消灯する。

温度センサ５２は、先端部３０内部の温度を検知するセンサである。この温度センサ５２で検知された温度は、診断装置本体１０に設けられた制御部２４に出力される。制御部２４は、この検知された温度に基づいて、先端部３０が体腔内に挿入されたか否かを判断する。すなわち、一般的に、検査室の室温は、体腔内温度よりも低いことが多い。例えば、検査室温度は、２３度前後であることが多いのに対し、体腔内温度は、３７度前後であることが多い。そのため、先端部３０を体腔内に挿入した場合、挿入前に比して、温度センサ５２での検知温度が上昇することになる。この温度上昇が検出できれば、制御部２４は、先端部３０が体腔内に挿入されたと判断する。そして、この判断結果に基づいて、制御部２４は、発光体５０の駆動を制御するが、これについては後に詳説する。

次に、この超音波診断装置を用いての超音波診断の流れについて説明する。図５は、超音波診断実行時における超音波の送受波状態（上段）、発光体５０の点灯状態（中段）、および、温度センサ５２での検出温度（下段）を示すグラフである。

超音波診断を実行する場合、検査者は、まず、診断装置本体１０を操作し、超音波の送受波開始を指示する。この指示を受けて、超音波探触子１２の先端部３０に設けられた振動子アレイ４０からの超音波の送受波が開示される。本実施形態の制御部２４は、この超音波の送受波開始と同時に、発光体５０の点灯も開始する。また、この発光体５０点灯時における温度センサ５２での検出温度を基準温度Ｔ１として一時記憶する。

一方、検査者は、発光体５０が点灯すれば、先端部３０における光の位置に基づいて、超音波送受波面の向き、および、振動子アレイ４０の１ｃｈ側を確認する。この確認は、先端部３０を照らす光の位置に基づいて行われるため、検査室が暗所であっても極めて容易に行うことができる。

超音波送受波面の向きが確認できれば、検査者は、当該超音波送受波面が最終的に診断対象部位に対向できるような向きで、超音波探触子１２の先端部３０を、被検体の食道、すなわち体腔内に挿入していく。

また、超音波の送受波開始後（＝発光体５０の点灯開始後）、制御部２４は、温度センサ５２での検出温度Ｔｎに基づいて、先端部３０が体腔内に挿入されたか否かを監視する。すなわち、既述したとおり、通常、体腔内は、検査室に比して高温であるため、先端部３０が体腔内に挿入された場合、当該先端部３０の温度は上昇する。制御部２４は、温度センサ５２での検出温度Ｔｎに基づいて、当該先端部３０の温度上昇の有無、ひいては、先端部３０が体腔内に挿入されたか否かの監視を行う。

より具体的には、超音波の送受波開始後、制御部２４は、定期的に温度センサ５２での検出温度Ｔｎをモニタリングする。そして、得られた検出温度Ｔｎと基準温度Ｔ１とに基づいて、超音波送受波開始時刻ｔ１からの温度上昇量ΔＴ＝Ｔｎ−Ｔ１を算出する。そして、この温度上昇量ΔＴを予め規定された閾値Ｋと比較し、当該温度上昇量ΔＴが閾値Ｋを超過した場合には、超音波探触子１２の先端部３０が体腔内に挿入されたと判断する。

ここで、この閾値Ｋは、少なくとも、点灯した発光体５０の発熱により生じる先端部３０の温度上昇量よりも大きい値が設定される。また、閾値Ｋが過度に大きい場合には、体腔内への挿入の検知が遅れることになるため、この閾値Ｋは、検査室室温と体腔内温度との差よりも十分に小さい値が設定される。より具体的には、発光体５０の発熱により生じる温度上昇量に、１〜５℃程度、より望ましくは、１℃〜２℃程度を付加した値を閾値Ｋとしている。例えば、発光体５０の発熱により先端部３０が１℃程度上昇する場合、閾値Ｋとして、２℃〜６℃、より望ましくは、２℃〜３℃を規定する。

図５の例では、時刻ｔ１において超音波の送受波、および、発光体５０の点灯が開始される。この発光体５０の発熱により、先端部３０の温度が僅かに上昇する。ただし、閾値Ｋは、この上昇量よりも十分に大きな値となっているため、この時点では、先端部３０は体腔外にあると判断される。一方、時刻ｔ２において、先端部３０が体腔内に挿入されると、被検体の体温により当該先端部３０の温度が徐々に上昇する。そして、時刻ｔ３において、検出温度ＴｎがＴ１＋Ｋを超過すると、制御部２４は、先端部３０が体腔内に挿入されたと判断し、発光体５０を消灯する。このように発光体５０が消灯させられることにより、当該発光体５０からの発熱が抑えられ、当該発熱よる被検体への悪影響が抑えられる。その結果、超音波診断をより安全に行うことができる。

その後、先端部３０が、所望の位置まで挿入できれば、その際、得られる超音波画像等に基づいて、診断対象部位の診断を行う。なお、この診断の際、振動子アレイ４０が回転軸回りに回転し、超音波形成面が回転することで、三次元の超音波画像の生成が可能となる。その一方で、この回転に伴い、１ｃｈの振動素子４０ａの位置が変更されることになる。この変更後の１ｃｈの振動素子４０ａの位置が、次回の超音波診断を開始する際に把握できないと、表示部２０に表示される振動子の１ｃｈ側マーカーの位置関係がイメージしにくいという問題がある。しかし、本実施形態では、発光体５０を、振動子アレイ４０とともに回転する構成としているため、振動子アレイ４０が回転したとしても、発光体５０は、常に、１ｃｈの振動素子４０ａに隣接していることになる。したがって、回転により１ｃｈの振動素子４０ａの位置が変更されたとしても、発光体５０が発する光の位置を確認することで、１ｃｈの振動素子４０ａの位置を容易に把握することができ、ひいては、超音波探触子１２の操作性を向上することができる。

以上の説明から明らかなとおり、本実施形態によれば、暗所であっても、超音波送受波面や振動子アレイ４０の１ｃｈ側位置を容易に把握することができ、ひいては、超音波探触子１２の操作性を向上することができる。また、体腔内に挿入後は、発光体５０を消灯しているため、発光体５０の点灯に伴う発熱による被検体への悪影響を抑えることができる。

なお、これまで説明した構成は一例であり、振動子ケース４８内に設けられ、超音波の送波方向に略平行な方向に光を発して当該振動子ケース４８の一部を照射する発光体５０を有するのであれば、その他の構成は適宜、変更されてもよい。例えば、上述の説明では、経食道超音波探触子を例に挙げて説明しているが、他の超音波探触子に応用されてもよい。特に、この発光体５０を設ける構成は、目視による超音波送受波面の認識が困難な超音波探触子１２、より具体的には、図３に図示する超音波探触子１２のように、超音波送受波面と平行な面Ｄを中心として略面対称となる形状の先端部３０を有する超音波探触子にとっては、有用な構成であるといえる。

また、上述の説明では、電気的制御により点灯、消灯する発光体５０（ＬＥＤやＬＤなど）を用いる場合を例示したが、発光体５０として、光を蓄積して発光する蓄光体を用いてもよい。また、本実施形態では、温度センサ５２を用いて、先端部３０の体腔内への挿入を検知しているが、体腔内への挿入を検知できるのであれば、他のセンサを用いてもよい。例えば、体腔内は、体腔外に比して高湿であったり暗かったりする性質を利用して、湿度センサや照度センサなどを用いて先端部３０の体腔内への挿入を検知するようにしてもよい。

また、発光体５０は、その設置位置に基づいて、振動子アレイ４０のうち超音波ビームの電子走査方向における基準端が把握できるのであれば、１ｃｈの振動素子の隣接位置以外の位置に設置されてもよい。例えば、超音波ビームの電子走査の終了端となる振動素子４０ｎ（図４参照）に隣接する位置に発光体５０を設置してもよい。さらに、本実施形態では、振動子ケース４８のうち超音波送受波面側の端面を照射するようにしているが、反対側端面を照射するようにしてもよい。この場合、当然ながら、照射されている面とは逆側の面が、超音波送受波面側となる。したがって、この場合であっても、照射されている面を確認することで、超音波送受波面側を容易に目視で確認できる。

１０診断装置本体、１２超音波探触子、１４送受信部、１６超音波画像形成部、１８表示画像処理部、２０表示部、２２操作デバイス、２４制御部、３０先端部、３２挿入軸、３４操作部、３６信号ケーブル、３８プローブケーブル、４０振動子アレイ、４２シリコンレンズ、４４振動子ホルダ、４６モータ、４８振動子ケース、５０発光体、５２温度センサ。

Claims

超音波を送受する超音波探触子であって、
前記超音波を送受波する１以上の振動素子と、
前記１以上の振動素子を収容するケースと、
前記ケース内に設けられ、前記超音波の送波方向に略平行な方向に光を発して当該ケースの一部を照射する発光体と、
当該超音波探触子が体腔内に挿入されたか否かの判断に必要なパラメータを検知する挿入検知手段と、
を備えることを特徴とする超音波探触子。
請求項１に記載の超音波探触子であって、
前記１以上の振動素子が前記ホルダ内で回転する場合、
前記発光体は、前記１以上の振動素子とともに回転する、
ことを特徴とする超音波探触子。
請求項２に記載の超音波探触子であって、
前記発光体は、電子走査の開始端となる振動素子または電子走査の終了端となる振動素子に隣接する位置に設置される、ことを特徴とする超音波探触子。
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波探触子であって、
前記挿入検知手段は、前記必要なパラメータとして前記ケース内の温度を検知する温度センサである、ことを特徴とする超音波探触子。
体腔内に挿入される超音波探触子と、当該超音波探触子に接続された本体と、を有する超音波診断装置であって、
前記超音波探触子は、
前記超音波を送受波する１以上の振動素子と、
前記１以上の振動素子を収容するケースと、
前記ケース内に設けられ、前記超音波の送波方向に略平行な方向に光を発して当該ケースの一部を照射する発光体と、
前記超音波探触子が体腔内に挿入されたか否かの判断に必要なパラメータを検知する挿入検知手段と、
を備え、
前記本体は、前記挿入検知手段で検知されたパラメータに基づいて前記超音波探触子が体腔内に挿入されたか否かを判断するとともに、当該判断結果に応じて前記発光体に点灯または消灯を指示する制御部、を備える、
ことを特徴とする超音波診断装置。