JP5719275B2 - Ultrasound endoscope system - Google Patents

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Description

本発明は、生体組織と穿刺針とを同時に観察可能な超音波内視鏡システムに関する。   The present invention relates to an ultrasonic endoscope system capable of simultaneously observing a living tissue and a puncture needle.

従来、体内に挿入される挿入部の先端に超音波振動子を設け、この超音波振動子によって超音波画像を得る超音波内視鏡が普及している。一般に、この種の超音波内視鏡では、処置具挿通用チャンネルを通じて体内に導入した穿刺針を、超音波画像による観察下において病変部等に刺入することで、組織の採取や局所的な薬剤の投与、焼灼等の処置を行うことが可能となっている。   2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic endoscope in which an ultrasonic vibrator is provided at the distal end of an insertion portion to be inserted into the body and an ultrasonic image is obtained by the ultrasonic vibrator has been widely used. In general, in this type of ultrasonic endoscope, a puncture needle introduced into the body through a treatment instrument insertion channel is inserted into a lesioned part or the like under observation by an ultrasonic image, thereby collecting tissue or locally. It is possible to perform treatments such as drug administration and cauterization.

このような処置を行うに際し、超音波画像による生体組織の視認性を確保しつつ、生体組織に刺入した穿刺針の視認性を向上するための技術として、例えば、特許文献1には、送受信部に対して、1フレーム分のスキャンが終了するたびに、超音波の送信周波数について、高い送信周波数と低い送信周波数とを交互に切り替え、両スキャンにより得られたボリュームデータを合成することにより一枚の超音波画像を生成する技術が開示されている。   As a technique for improving the visibility of a puncture needle inserted into a living tissue while ensuring the visibility of the living tissue by an ultrasonic image when performing such a treatment, for example, Patent Document 1 discloses transmission / reception. Each time a scan for one frame is completed, the ultrasonic transmission frequency is switched between a high transmission frequency and a low transmission frequency alternately, and volume data obtained by both scans is synthesized. A technique for generating a single ultrasonic image is disclosed.

特開2008−12150号公報JP 2008-12150 A

しかしながら、上述の特許文献1に開示された技術のように、複数の走査によって一枚の超音波画像を生成することは、超音波画像を動画として表示する際のフレームレートの低下を招き、特に、穿刺針の操作状況等を観察するには不向きであった。   However, as in the technique disclosed in Patent Document 1 described above, generating one ultrasonic image by a plurality of scans causes a decrease in frame rate when displaying an ultrasonic image as a moving image. It is unsuitable for observing the operation status of the puncture needle.

一方で、生体観察用と穿刺針観察用の異なる周波数の超音波を同時に送受信する場合、フレームレートは向上するが、一方の超音波のノイズ波を他方の超音波の正反射波として受信してしまう可能性があり、1フレーム毎に周波数を切り替えて送信する場合とは異なり、ノイズ波と正反射波との区別がつきにくくノイズ除去の処理が困難である。   On the other hand, when transmitting and receiving ultrasonic waves of different frequencies for living body observation and puncture needle observation at the same time, the frame rate is improved, but the noise wave of one ultrasonic wave is received as a specular reflection wave of the other ultrasonic wave. Unlike the case of transmitting by switching the frequency for each frame, it is difficult to distinguish between a noise wave and a regular reflection wave, and it is difficult to perform noise removal processing.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、フレームレートを低下させることなく穿刺針の視認性を向上することができる超音波内視鏡システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an ultrasonic endoscope system capable of improving the visibility of a puncture needle without reducing the frame rate.

本発明の一態様による超音波内視鏡システムは、第1超音波送受信部と、前記第1超音波送受信部の観察視野に向けて超音波を送受信可能な第2超音波送受信部と、前記第1超音波送受信部及び前記第2超音波送受信部を同時に駆動して異なる周波数の超音波を同時に送信する駆動部と、所定の音速を有し、前記第2超音波送受信部の観察視野に進退可能に配置された穿刺針と、前記穿刺針の少なくとも一部に配置された複数の凹部と、を備え、前記第1超音波送受信部の送信用中心周波数は式(1)を満たすものである。
X=Y+α=((C/a)×(n/2))+α …(1)
但し、
X:第1超音波送受信部の送信用中心周波数
Y:第2超音波送受信部の送信用中心周波数
α:3[MHz]以上
C:凹部を形成した部分の穿刺針上での音速
a:凹部と凹部との距離
n:自然数
である。
An ultrasonic endoscope system according to an aspect of the present invention includes a first ultrasonic transmission / reception unit, a second ultrasonic transmission / reception unit capable of transmitting / receiving ultrasonic waves toward an observation field of view of the first ultrasonic transmission / reception unit, A driving unit that simultaneously drives the first ultrasonic transmission / reception unit and the second ultrasonic transmission / reception unit to simultaneously transmit ultrasonic waves of different frequencies, and has a predetermined sound velocity in the observation field of view of the second ultrasonic transmission / reception unit; A puncture needle disposed so as to be capable of advancing and retreating, and a plurality of recesses disposed in at least a part of the puncture needle, wherein a transmission center frequency of the first ultrasonic transmission / reception unit satisfies Equation (1) is there.
X = Y + α = ((C / a) × (n / 2)) + α (1)
However,
X: transmission center frequency of the first ultrasonic transmission / reception unit Y: transmission central frequency of the second ultrasonic transmission / reception unit: 3 [MHz] or more C: sound velocity on the puncture needle in the portion where the recess is formed a: recess N is a natural number.

また、本発明の他の態様による超音波内視鏡システムは、第1超音波送受信部と、前記第1超音波送受信部の観察視野に向けて超音波を送受信可能な第2超音波送受信部と、前記第1超音波送受信部及び前記第2超音波送受信部を同時に駆動して異なる周波数の超音波を同時に送信する駆動部と、所定の音速を有し、前記第2超音波送受信部の観察視野に進退可能に配置された穿刺針と、前記穿刺針の少なくとも一部に配置された複数の凹部と、を備え、前記第2超音波送受信部の受信用中心周波数は式(2)を満たし、前記第1超音波送受信部の送信用中心周波数は式(3)を満たすものである。
Y=(C/a)×(n/2) …(2)
但し、
Y:第2超音波送受信部の送信用中心周波数
C:凹部を形成した部分の穿刺針上での音速
a:凹部と凹部との距離
n:自然数
であり、
2f<Xf12 …(3)
但し、
2f:第2超音波送受信部からの送信波に対する受信波の二次高調波成分の中心周波数
f12:第1超音波送受信部の送信用周波数帯域のうち画像生成に有効な強度帯域の低
周波側の閾値
である。
An ultrasonic endoscope system according to another aspect of the present invention includes a first ultrasonic transmission / reception unit and a second ultrasonic transmission / reception unit capable of transmitting / receiving ultrasonic waves toward an observation field of view of the first ultrasonic transmission / reception unit. A driving unit that drives the first ultrasonic transmission / reception unit and the second ultrasonic transmission / reception unit at the same time to transmit ultrasonic waves of different frequencies at the same time; A puncture needle disposed in an observation field so as to be able to advance and retreat, and a plurality of recesses disposed in at least a part of the puncture needle, and the reception center frequency of the second ultrasonic transmission / reception unit is expressed by Equation (2). The transmission center frequency of the first ultrasonic transmission / reception unit satisfies the expression (3).
Y = (C / a) × (n / 2) (2)
However,
Y: central frequency for transmission of the second ultrasonic transmission / reception unit C: speed of sound on the puncture needle in the part where the concave part is formed a: distance n between the concave part and the concave part n: natural number
Y 2f <X f12 ... (3 )
However,
Y 2f : Center frequency X f12 of the second harmonic component of the received wave with respect to the transmission wave from the second ultrasonic transmission / reception unit: Low intensity band effective for image generation in the transmission frequency band of the first ultrasonic transmission / reception unit It is a threshold on the frequency side.

本発明の超音波内視鏡システムによれば、フレームレートを低下させることなく穿刺針の視認性を向上することができる。   According to the ultrasonic endoscope system of the present invention, the visibility of the puncture needle can be improved without reducing the frame rate.

超音波内視鏡システムの概略構成図Schematic configuration diagram of an ultrasonic endoscope system 超音波内視鏡の先端部の斜視図Perspective view of the distal end of an ultrasonic endoscope 超音波アレイの斜視図Perspective view of ultrasonic array 超音波振動子エレメントの平面図Plan view of ultrasonic transducer element 図4のV−V線に沿う要部断面図FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part taken along line VV in FIG. 超音波観測装置の概略構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing the schematic configuration of the ultrasonic observation apparatus 超音波用処置具の平面図Plan view of ultrasonic treatment tool 穿刺針の斜視図Perspective view of puncture needle 穿刺針の断面図Cross section of puncture needle 穿刺針の断面図Cross section of puncture needle 超音波の高周波数成分と低周波成分との関係を示す周波数特性図Frequency characteristics diagram showing the relationship between high and low frequency components of ultrasound 超音波画像を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows an ultrasonic image typically

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図1は超音波内視鏡システムの概略構成図、図2は超音波内視鏡の先端部の斜視図、図3は超音波アレイの斜視図、図4は超音波振動子エレメントの平面図、図5は図4のV−V線に沿う要部断面図、図6は超音波観測装置の概略構成を示す機能ブロック図、図7は超音波用処置具の平面図、図8は穿刺針の斜視図、図9,10は穿刺針の断面図、図11は超音波の高周波数成分と低周波成分との関係を示す周波数特性図、図12は超音波画像を模式的に示す説明図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ultrasonic endoscope system, FIG. 2 is a perspective view of a distal end portion of the ultrasonic endoscope, FIG. 3 is a perspective view of an ultrasonic array, 4 is a plan view of the ultrasonic transducer element, FIG. 5 is a cross-sectional view of an essential part taken along line VV in FIG. 4, FIG. 6 is a functional block diagram showing a schematic configuration of the ultrasonic observation apparatus, and FIG. FIG. 8 is a perspective view of the puncture needle, FIGS. 9 and 10 are cross-sectional views of the puncture needle, FIG. 11 is a frequency characteristic diagram showing the relationship between the high frequency component and the low frequency component of the ultrasonic wave, and FIG. 12 is an explanatory view schematically showing an ultrasonic image.

図1に示す超音波内視鏡システム1は、超音波内視鏡2と、超音波観測装置3と、モニタ4と、を具備して構成されている。また、超音波内視鏡2は、体内に挿入される細長の挿入部10と、挿入部10の基端に連設された操作部20と、操作部20の側部から延出したユニバーサルコード30と、を具備して構成されている。   An ultrasonic endoscope system 1 shown in FIG. 1 includes an ultrasonic endoscope 2, an ultrasonic observation device 3, and a monitor 4. The ultrasonic endoscope 2 includes an elongated insertion portion 10 to be inserted into the body, an operation portion 20 connected to the proximal end of the insertion portion 10, and a universal cord extending from a side portion of the operation portion 20. 30.

ここで、ユニバーサルコード30の基端部には、光源装置(図示せず)に接続されるコネクタ31が配設されている。コネクタ31からは、カメラコントロールユニット(図示せず)にコネクタ32aを介して接続されるケーブル32と、超音波観測装置3にコネクタ33aを介して着脱自在に接続されるケーブル33と、が延出されている。そして、超音波内視鏡2には、コネクタ33aを介して超音波観測装置3が接続され、さらに、超音波観測装置3を介してモニタ4が接続されている。   Here, a connector 31 connected to a light source device (not shown) is disposed at the base end portion of the universal cord 30. A cable 32 connected to a camera control unit (not shown) via a connector 32a and a cable 33 detachably connected to the ultrasonic observation apparatus 3 via a connector 33a extend from the connector 31. Has been. The ultrasonic endoscope 2 is connected to an ultrasonic observation device 3 via a connector 33a, and further connected to a monitor 4 via the ultrasonic observation device 3.

挿入部10は、先端側から順に、先端硬性部(以下、「先端部」という)11と、先端部11の後端に位置する湾曲部12と、湾曲部12の後端に位置して操作部20に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部13と、が連設されて要部が構成されている。   The insertion portion 10 is operated in the order from the distal end side, the distal end rigid portion (hereinafter referred to as “the distal end portion”) 11, the bending portion 12 positioned at the rear end of the distal end portion 11, and the rear end of the bending portion 12. A flexible tube portion 13 having a small diameter, a long length, and flexibility reaching the portion 20 is connected to form a main portion.

図2に示すように、先端部11の先端側には、超音波ユニット15が配設されている。さらに、超音波ユニット15よりも基部側において、先端部11には、照明光学系を構成する照明用レンズ16と、観察光学系の観察用レンズ17と、吸引口を兼用する先端開口である鉗子口18と、図示しない送気送水ノズルと、が配設されている。
鉗子口18は、処置具挿通路の導出口である。鉗子口18部には処置具起上台(図示せず)が配設されている。処置具起上台には図示しない操作ワイヤが接続され、図示しない鉗子起上ノブを操作することよって、操作ワイヤが牽引されて、処置具挿通路から導出される穿刺針の導出角度の調整を行えるようになっている。
As shown in FIG. 2, an ultrasonic unit 15 is disposed on the distal end side of the distal end portion 11. Further, on the base side of the ultrasonic unit 15, the distal end portion 11 includes an illumination lens 16 that constitutes an illumination optical system, an observation lens 17 of the observation optical system, and a forceps that is a distal end opening that also serves as a suction port. A mouth 18 and an air / water supply nozzle (not shown) are provided.
The forceps port 18 is a lead-out port for the treatment instrument insertion path. A treatment instrument raising base (not shown) is disposed at the forceps port 18. An operation wire (not shown) is connected to the treatment instrument raising base, and by operating a forceps raising knob (not shown), the operation wire is pulled to adjust the derivation angle of the puncture needle led out from the treatment instrument insertion path. It is like that.

操作部20には、湾曲部12を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ21と、送気および送水操作を行う送気送水ボタン22と、吸引操作を行う吸引ボタン23と、体内に導入する処置具の入口となる処置具挿入口24と、が配設されている。   The operation unit 20 includes an angle knob 21 that controls the bending unit 12 to bend in a desired direction, an air / water supply button 22 that performs air supply and water supply operations, a suction button 23 that performs suction operations, and a treatment that is introduced into the body. A treatment instrument insertion port 24 serving as an instrument entrance is disposed.

ここで、処置具挿入口24は、挿入部10の内部に設けられた処置具挿通チャンネル(図示せず)を介して鉗子口18に連通されている。この処置具挿入口24には、後述する超音波用処置具35(図6参照)のシース36を挿入することが可能となっている。そして、シース36内に挿通された穿刺針38の先端側を鉗子口18から突出させることにより、超音波ユニット15の観察視野内に穿刺針38を進退可能に配置させることが可能となっている。   Here, the treatment instrument insertion port 24 communicates with the forceps port 18 via a treatment instrument insertion channel (not shown) provided in the insertion portion 10. A sheath 36 of an ultrasonic treatment instrument 35 (see FIG. 6) described later can be inserted into the treatment instrument insertion port 24. Then, by projecting the distal end side of the puncture needle 38 inserted into the sheath 36 from the forceps port 18, the puncture needle 38 can be disposed in an observation field of the ultrasonic unit 15 so as to be able to advance and retreat. .

図3に示すように、超音波ユニット15の超音波アレイ45は、例えば、平面視矩形状をなす複数の超音波振動子エレメント46を有し、これら超音波振動子エレメント46の長辺が互いに連結されて円弧形状に湾曲配置されたコンベックス型振動子群によって構成されている。すなわち、超音波アレイ45では、例えば、半径5[mm]の円弧の側面に、短辺が0.1[mm]以下の超音波振動子エレメント46が100個、180度方向に配設されている。なお、図3に示す超音波アレイ45はコンベックス型を採用しているが、例えば、2次元配列を施したラジアルタイプや湾曲していないリニア型振動子群を採用することも可能である。   As shown in FIG. 3, the ultrasonic array 45 of the ultrasonic unit 15 includes, for example, a plurality of ultrasonic transducer elements 46 having a rectangular shape in plan view, and the long sides of the ultrasonic transducer elements 46 are mutually connected. It is composed of a convex type transducer group that is connected and curvedly arranged in an arc shape. That is, in the ultrasonic array 45, for example, 100 ultrasonic transducer elements 46 having a short side of 0.1 [mm] or less are arranged in a 180-degree direction on the side surface of an arc having a radius of 5 [mm]. Yes. Although the ultrasonic array 45 shown in FIG. 3 employs a convex type, for example, a radial type with a two-dimensional array or a linear type transducer group that is not curved may be employed.

円弧状の超音波アレイ45の一端部には各超音波振動子エレメント46の一端部に設けられた下部電極端子51が配列されており、これら下部電極端子51は、同軸ケーブル束47から分岐された各信号線48とフレキシブル基板(FPC基板)を介してそれぞれ接続されている。一方、超音波アレイ45の他端部には各超音波振動子エレメント46の他端部に設けられた上部電極端子52が配列されており、これら上部電極端子52は、同軸ケーブル束47から分岐されたグランド線49とそれぞれ接続されている。   Lower electrode terminals 51 provided at one end of each ultrasonic transducer element 46 are arranged at one end of the arc-shaped ultrasonic array 45, and these lower electrode terminals 51 are branched from the coaxial cable bundle 47. Each signal line 48 is connected to each other through a flexible substrate (FPC substrate). On the other hand, upper electrode terminals 52 provided at the other end of each ultrasonic transducer element 46 are arranged at the other end of the ultrasonic array 45, and these upper electrode terminals 52 are branched from the coaxial cable bundle 47. The ground lines 49 are connected respectively.

同軸ケーブル束47は、先端部11から、湾曲部12、可撓管部13、操作部20、ユニバーサルコード23、及び、超音波ケーブル26の各内部に挿通され、超音波コネクタ26aを介して超音波観測装置3と接続されている。   The coaxial cable bundle 47 is inserted from the distal end portion 11 into each of the bending portion 12, the flexible tube portion 13, the operation portion 20, the universal cord 23, and the ultrasonic cable 26, and is superposed via the ultrasonic connector 26a. The sound wave observation device 3 is connected.

次に、図4,5を参照して超音波振動子エレメント46の構成について説明する。なお、図は何れも説明のための模式図であり、パターンの数、厚さ、大きさ、及び、大きさの比率等は実際とは異なる。   Next, the configuration of the ultrasonic transducer element 46 will be described with reference to FIGS. Each figure is a schematic diagram for explanation, and the number, thickness, size, size ratio, and the like of patterns are different from actual ones.

図4に示すように、超音波振動子エレメント46には、例えば、複数種類の超音波セル50(例えば、3種類の超音波セル50a〜50c)がそれぞれマトリクス状に複数個配置されている。ここで、各超音波セル50a〜50cは、例えば、(MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて製造されるものであり、平面視円形をなす静電容量型の超音波セル(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer:C−MUT)によって構成されている。各超音波セル50a〜50cは、例えば、メンブレンの有効半径や膜厚等を適宜調整することにより、互いに共振周波数が異なるよう設定されている。これにより、各超音波セル50a〜50cは、所定の駆動信号(電気信号)が印加された際に、同一視野方向に対してそれぞれ異なる帯域特性の超音波を送受信することが可能となっている。   As shown in FIG. 4, in the ultrasonic transducer element 46, for example, a plurality of types of ultrasonic cells 50 (for example, three types of ultrasonic cells 50a to 50c) are arranged in a matrix. Here, each of the ultrasonic cells 50a to 50c is manufactured using, for example, (MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology), and is a capacitive ultrasonic machine (Capacitive Micromachined Ultrasonic) having a circular shape in plan view. The ultrasonic cells 50a to 50c are set to have different resonance frequencies by appropriately adjusting the effective radius, film thickness, etc. of the membrane, for example. Accordingly, each of the ultrasonic cells 50a to 50c can transmit and receive ultrasonic waves having different band characteristics with respect to the same visual field direction when a predetermined drive signal (electric signal) is applied.

これらのうち、例えば、超音波セル50a及び50bは、主として生体観察に好適な高周波数帯域の超音波を送受信する第1超音波送受信部として機能するものである。具体的には、超音波セル50aは、例えば、メンブレンの共振周波数が5[MHz]に設定されたセルで構成されている。これにより、超音波セル50aは、所定の駆動信号が印加された際に中心周波数(強度がピークとなる周波数)が5[MHz]となる所定帯域幅の超音波を送信するとともに、そのエコー波等(例えば、送信波と略同等の正反射波、及び、その高調波等)を受信することが可能となっている。   Among these, for example, the ultrasonic cells 50a and 50b mainly function as a first ultrasonic transmission / reception unit that transmits / receives ultrasonic waves in a high frequency band suitable for living body observation. Specifically, the ultrasonic cell 50a is configured by, for example, a cell in which the resonance frequency of the membrane is set to 5 [MHz]. Thus, the ultrasonic cell 50a transmits an ultrasonic wave having a predetermined bandwidth with a center frequency (frequency at which the intensity reaches a peak) of 5 [MHz] when a predetermined drive signal is applied, and the echo wave thereof. Etc. (for example, a specular reflection wave substantially equivalent to the transmission wave and its harmonics, etc.) can be received.

また、超音波セル50bは、例えば、メンブレンの共振周波数が7.5[MHz]に設定されたセルで構成されている。これにより、超音波セル50bは、所定の駆動信号が印加された際に中心周波数が7.5[MHz]となる所定帯域幅の超音波を送信するとともに、そのエコー波等を受信することが可能となっている。   In addition, the ultrasonic cell 50b is configured by, for example, a cell in which the resonance frequency of the membrane is set to 7.5 [MHz]. Thus, the ultrasonic cell 50b can transmit an ultrasonic wave having a predetermined bandwidth with a center frequency of 7.5 [MHz] when a predetermined driving signal is applied, and can receive the echo wave and the like. It is possible.

なお、一般に、生体観察には、5[MHz]〜20[MHz]程度の範囲内にある超音波が有効であることが知られており、上述のように例示した超音波セルの他に、例えば、共振周波数が10[MHz]、12[MHz]、20[MHz]等に設定された各超音波セルを、超音波振動子エレメント46上に適宜配置することも可能である。   In general, it is known that ultrasonic waves in the range of about 5 [MHz] to 20 [MHz] are effective for living body observation. In addition to the ultrasonic cells exemplified above, For example, each ultrasonic cell whose resonance frequency is set to 10 [MHz], 12 [MHz], 20 [MHz] or the like can be appropriately arranged on the ultrasonic transducer element 46.

一方、超音波セル50cは、主として穿刺針観察に好適な低周波数帯域の超音波を送受信する第2超音波送受信部として機能するものである。具体的には、超音波セル50cは、例えば、メンブレンの共振周波数が2[MHz]に設定されたセルで構成されている。これにより、超音波セル50cは、所定の駆動信号が印加された際に中心周波数が2[MHz]となる所定帯域幅の超音波を送信するとともに、そのエコー波等を受信することが可能となっている。   On the other hand, the ultrasonic cell 50c functions as a second ultrasonic transmission / reception unit that transmits / receives ultrasonic waves in a low frequency band suitable mainly for puncture needle observation. Specifically, the ultrasonic cell 50c is configured by a cell in which the resonance frequency of the membrane is set to 2 [MHz], for example. Accordingly, the ultrasonic cell 50c can transmit an ultrasonic wave having a predetermined bandwidth with a center frequency of 2 [MHz] when a predetermined drive signal is applied, and can receive the echo wave and the like. It has become.

ここで、各超音波セル50は、例えば、図5に示すような断面構造をなす積層体で構成されている。すなわち、超音波セル50は、下部電極端子51と接続された下部電極層54と、下部絶縁層(第1絶縁層)55と、円板状のキャビティ56が形成された上部絶縁層(第2絶縁層)57と、上部電極端子52と接続された上部電極層58と、保護層(第3絶縁層)59と、を備え、これらが基体であるシリコン基板53上に順次積層されて要部が構成されている。なお、シリコン基板53は、シリコン53aの表面にシリコン酸化膜53b,53cを形成した基板である。   Here, each ultrasonic cell 50 is composed of a laminated body having a cross-sectional structure as shown in FIG. 5, for example. That is, the ultrasonic cell 50 includes a lower electrode layer 54 connected to the lower electrode terminal 51, a lower insulating layer (first insulating layer) 55, and an upper insulating layer (second insulating layer) in which a disk-shaped cavity 56 is formed. Insulating layer) 57, upper electrode layer 58 connected to upper electrode terminal 52, and protective layer (third insulating layer) 59, which are sequentially stacked on a silicon substrate 53 as a base. Is configured. The silicon substrate 53 is a substrate in which silicon oxide films 53b and 53c are formed on the surface of the silicon 53a.

下部電極層54は、各キャビティ56の下層側にそれぞれ配置された平面視略円形の下部電極部54aと、各下部電極部54aの縁辺部から2方向に延設された複数の下部配線部54bと、を有する。そして、これらの下部配線部54bにより、同一超音波振動子エレメント46上で隣接する下部電極部54aが相互に接続され、さらに、下部電極端子51と接続されている。   The lower electrode layer 54 includes a lower electrode portion 54a having a substantially circular shape in a plan view and disposed on the lower layer side of each cavity 56, and a plurality of lower wiring portions 54b extending in two directions from the edge of each lower electrode portion 54a. And having. These lower wiring portions 54 b connect the lower electrode portions 54 a adjacent to each other on the same ultrasonic transducer element 46 to each other, and are further connected to the lower electrode terminal 51.

上部電極層58は、各キャビティ56の上層側にそれぞれ配置された平面視略円形の上部電極部58aと、各上部電極部58aの縁辺部から2方向に延設された複数の上部配線部(図示せず)と、を有する。そして、これらの上部配線部により、同一超音波振動子エレメント46上で隣接する上部電極部58aが相互に接続され、さらに、上部電極端子52と接続されている。   The upper electrode layer 58 includes an upper electrode portion 58a having a substantially circular shape in plan view, which is disposed on the upper layer side of each cavity 56, and a plurality of upper wiring portions (two upper portions extending in two directions from the edge of each upper electrode portion 58a). (Not shown). The upper wiring portions adjacent to each other on the same ultrasonic transducer element 46 are connected to each other by these upper wiring portions, and are further connected to the upper electrode terminal 52.

このように、それぞれの超音波セル50は、キャビティ56を介して対向配置している下部電極部54aと上部電極部58aとを有する。   As described above, each ultrasonic cell 50 has the lower electrode portion 54 a and the upper electrode portion 58 a that are disposed to face each other with the cavity 56 interposed therebetween.

また、図4に示す超音波セル50では、キャビティ56の直上領域の上部絶縁層57と、上部電極層58と、保護層59とが、振動部であるメンブレン60を構成している。   In the ultrasonic cell 50 shown in FIG. 4, the upper insulating layer 57, the upper electrode layer 58, and the protective layer 59 in the region immediately above the cavity 56 constitute a membrane 60 that is a vibrating part.

次に、超音波観測装置3の主たる構成の概略を機能的に示すと、例えば、図6に示すように、超音波観測装置3は、駆動部としての駆動信号生成部3aと、エコー波検出部3bと、生体画像生成部3cと、針画像生成部3dと、重畳画像生成部3eとを有する。   Next, functionally showing the outline of the main configuration of the ultrasonic observation apparatus 3, for example, as shown in FIG. 6, the ultrasonic observation apparatus 3 includes a drive signal generation unit 3a as a drive unit, and an echo wave detection. A unit 3b, a biological image generation unit 3c, a needle image generation unit 3d, and a superimposed image generation unit 3e are included.

駆動信号生成部3aは、生態観察(すなわち、B−Mode画像の生成)に好適な高周波帯域(例えば、中心周波数が5〜12[MHz]の範囲内となる所定帯域)の超音波信号を発生するための駆動信号(駆動パルス)を生成する。具体的には、駆動信号生成部3aは、例えば、予め設定された超音波観察用のレンジ等に応じて、超音波セル50aの共振周波数に適合した駆動パルス、或いは、超音波セル50bの共振周波数に適合した駆動パルスを、選択的に、或いは、同時に生成する。   The drive signal generation unit 3a generates an ultrasonic signal in a high frequency band (for example, a predetermined band in which the center frequency is in the range of 5 to 12 [MHz]) suitable for ecological observation (that is, generation of a B-Mode image). A driving signal (driving pulse) is generated. Specifically, the drive signal generation unit 3a, for example, according to a preset ultrasonic observation range or the like, a drive pulse adapted to the resonance frequency of the ultrasonic cell 50a or the resonance of the ultrasonic cell 50b. A drive pulse suitable for the frequency is generated selectively or simultaneously.

また、駆動信号生成部3aは、穿刺針38の観察に好適な低周波数帯域(例えば、中心周波数が2〜3[MHz]の範囲内となる所定帯域)の超音波信号を発生するための駆動信号(駆動パルス)を生成する。具体的には、駆動信号生成部3aは、例えば、超音波セル50cの共振周波数に適合した駆動パルスを生成する。   Further, the drive signal generation unit 3a is a drive for generating an ultrasonic signal in a low frequency band suitable for observation of the puncture needle 38 (for example, a predetermined band in which the center frequency is in the range of 2 to 3 [MHz]). A signal (driving pulse) is generated. Specifically, the drive signal generation unit 3a generates, for example, a drive pulse that matches the resonance frequency of the ultrasonic cell 50c.

そして、駆動信号生成部3aは、これら高周波数帯域の超音波信号発生用の駆動信号、及び、低周波数帯域の超音波信号発生用の駆動信号を合成し、超音波ユニット15(超音波アレイ45)に対して出力する。   Then, the drive signal generation unit 3a synthesizes the drive signal for generating the ultrasonic signal in the high frequency band and the drive signal for generating the ultrasonic signal in the low frequency band to generate the ultrasonic unit 15 (the ultrasonic array 45). ).

これにより、超音波振動子エレメント46毎にそれぞれ所定のタイミングにおいて、超音波振動子エレメント46上の各超音波セル50a〜50cの下部電極部54aには、駆動信号が同時に印加される。駆動信号による電圧が下部電極部54aに印加されると、上部電極部58aは静電力により下部電極部54a側に引き寄せられ、上部電極部58aを含むメンブレン60は変形する。そして、下部電極部54aへの電圧印加が解除されると、メンブレン60は弾性力により元の形状に回復する。このメンブレン60の変形/回復により超音波が発生する。このように、超音波振動子エレメント46上の超音波セル50a〜50cは同時に駆動され、超音波振動子エレメント46からは、高周波帯域の超音波信号と低周波帯域の超音波信号とが同時に出力される。   Thereby, a drive signal is simultaneously applied to the lower electrode part 54a of each ultrasonic cell 50a-50c on the ultrasonic transducer element 46 at a predetermined timing for each ultrasonic transducer element 46. When a voltage based on the drive signal is applied to the lower electrode portion 54a, the upper electrode portion 58a is attracted to the lower electrode portion 54a side by electrostatic force, and the membrane 60 including the upper electrode portion 58a is deformed. When the voltage application to the lower electrode portion 54a is released, the membrane 60 is restored to its original shape by the elastic force. An ultrasonic wave is generated by the deformation / recovery of the membrane 60. As described above, the ultrasonic cells 50a to 50c on the ultrasonic transducer element 46 are simultaneously driven, and the ultrasonic transducer element 46 outputs an ultrasonic signal in a high frequency band and an ultrasonic signal in a low frequency band at the same time. Is done.

一方、超音波受信時には、受信した超音波エネルギーにより上部電極部58aを含むメンブレン60が変形する。この変形により上部電極部58aと下部電極部54aとの距離が変化すると、これらの間の静電容量が変化する。   On the other hand, at the time of ultrasonic reception, the membrane 60 including the upper electrode portion 58a is deformed by the received ultrasonic energy. When the distance between the upper electrode portion 58a and the lower electrode portion 54a changes due to this deformation, the capacitance between them changes.

エコー波検出部3bは、各メンブレン60の変形に伴う容量変化を電極間にDCバイアスを印加することにより電圧信号に変換し、エコー信号として受信する。さらに、エコー波検出部3bは、例えば、受信したエコー信号に対して周知のFFT処理及びバンドパスフィルタ処理等を行うことで、エコー信号を高周波成分のエコー信号と低周波成分のエコー信号とに分離する。そして、エコー波検出部3bは、分離した高周波成分のエコー信号を生体画像生成部3cに出力し、低周波成分のエコー信号を針画像生成部3dに出力する。   The echo wave detection unit 3b converts the capacitance change accompanying the deformation of each membrane 60 into a voltage signal by applying a DC bias between the electrodes, and receives it as an echo signal. Furthermore, the echo wave detection unit 3b performs, for example, well-known FFT processing and bandpass filter processing on the received echo signal, thereby converting the echo signal into a high frequency component echo signal and a low frequency component echo signal. To separate. Then, the echo wave detection unit 3b outputs the separated high frequency component echo signal to the biological image generation unit 3c, and outputs the low frequency component echo signal to the needle image generation unit 3d.

生体画像生成部3cは、例えば、高周波成分のエコー信号から生体組織由来の正反射波成分を抽出し、抽出した正反射波成分に基づいて通常の生体画像(B−Mode画像)を生成する。或いは、生体画像生成部3cは、例えば、高周波成分のエコー信号から生体組織由来の高調波成分(例えば、二次高調波成分)を抽出し、当該高調波成分に基づく生体画像(ハーモニック画像)を生成する。   For example, the biological image generation unit 3c extracts a specular reflected wave component derived from biological tissue from an echo signal of a high frequency component, and generates a normal biological image (B-Mode image) based on the extracted specular reflected wave component. Alternatively, the biological image generation unit 3c extracts, for example, a harmonic component derived from biological tissue (for example, a second harmonic component) from an echo signal of a high frequency component, and generates a biological image (harmonic image) based on the harmonic component. Generate.

針画像生成部3dは、低周波成分のエコー信号から針由来の正反射波成分を抽出し、抽出した正反射波成分に基づいて穿刺針38を示す画像(針画像)を生成する。或いは、針画像生成部3dは、例えば、低周波成分のエコー信号から針由来の高調波成分(例えば、二次高調波成分)を抽出し、当該高調波成分に基づく針画像を生成する。   The needle image generation unit 3d extracts a regular reflection wave component derived from the needle from the low frequency component echo signal, and generates an image (needle image) showing the puncture needle 38 based on the extracted regular reflection wave component. Alternatively, the needle image generation unit 3d extracts a needle-derived harmonic component (for example, a second harmonic component) from, for example, a low-frequency component echo signal, and generates a needle image based on the harmonic component.

重畳画像生成部3eは、生体画像生成部3cから入力された生体画像上に、針画像生成部3dから入力された針画像を重畳した合成画像を生成し、モニタ4に出力する。これにより、例えば、図12に示すように、モニタ4上には、生体画像上に穿刺針38の像が表示される。   The superimposed image generation unit 3e generates a composite image in which the needle image input from the needle image generation unit 3d is superimposed on the biological image input from the biological image generation unit 3c, and outputs the combined image to the monitor 4. Thereby, for example, as shown in FIG. 12, an image of the puncture needle 38 is displayed on the biological image on the monitor 4.

図7に示すように、超音波用処置具35は、例えば、超音波内視鏡2の処置具挿通チャンネルに挿入されるシース36と、このシース36の基端部に配置された把持部を兼ねる操作部37と、この操作部37を介してシース36内に進退自在に挿通配置される先端部が鋭利な形状に形成された細長な針管からなる穿刺針38と、を有して構成されている。   As shown in FIG. 7, the ultrasonic treatment instrument 35 includes, for example, a sheath 36 that is inserted into the treatment instrument insertion channel of the ultrasonic endoscope 2 and a gripping portion that is disposed at the proximal end of the sheath 36. And an puncture needle 38 formed of an elongated needle tube having a sharp tip formed in a sharp shape with a distal end portion inserted and disposed in the sheath 36 through the operation portion 37 so as to be able to advance and retreat. ing.

また、例えば、図8,9に示すように、穿刺針38の先端部には、凹部としての凹溝39が設けられている。この凹溝39は、例えば、断面略円弧状をなし、穿刺針38の外周面に沿って螺旋状をなして刻設されている。なお、例えば、図10に示すように、凹溝39は、断面略矩形状をなすものであってもよい。   For example, as shown in FIGS. 8 and 9, a concave groove 39 as a concave portion is provided at the distal end portion of the puncture needle 38. The concave groove 39 has, for example, a substantially arc shape in cross section, and is engraved in a spiral shape along the outer peripheral surface of the puncture needle 38. For example, as shown in FIG. 10, the groove 39 may have a substantially rectangular cross section.

ここで、凹溝39を螺旋状に刻設する際のピッチ(凹溝39間のエッジ間距離a)は、超音波セル50cから送信される穿刺針検出用超音波の中心周波数Frに対応付けて設定されるものである。   Here, the pitch (distance between the edges a between the grooves 39) when the grooves 39 are spirally engraved is associated with the center frequency Fr of the ultrasonic waves for detecting the puncture needle transmitted from the ultrasonic cell 50c. Is set.

具体的に説明すると、凹部を設けた部分の穿刺針38を伝達する超音波の音速がC[m/s]である場合、以下の(4)式の関係を満たす距離aを設定することにより、穿刺針38の固有振動数Frを穿刺針検出用超音波の中心周波数と合致させることができる。
C/a=Fr …(4)
More specifically, when the sound velocity of the ultrasonic wave transmitted through the puncture needle 38 in the portion provided with the recess is C [m / s], the distance a satisfying the relationship of the following expression (4) is set. The natural frequency Fr of the puncture needle 38 can be matched with the center frequency of the puncture needle detection ultrasonic wave.
C / a = Fr (4)

そして、このような関係を満たす距離aを設定して穿刺針38の固有振動数Frを穿刺針検出用超音波の中心周波数と合致させると、穿刺針38を中心周波数Frと共振する周波数にて効率よく励振させることができる。この穿刺針38の振動は、穿刺針38が刺入された人体にも伝達され、超音波セル50cにおいて、見かけ上、穿刺針由来の低周波のエコー波(正反射波、及び、その高調波)として的確に受信される。これにより、上述の針画像生成部3dでは、良好な針画像を生成することが可能となる。   When the distance a satisfying such a relationship is set and the natural frequency Fr of the puncture needle 38 is matched with the center frequency of the puncture needle detection ultrasonic wave, the puncture needle 38 is resonated with the center frequency Fr. It can be excited efficiently. The vibration of the puncture needle 38 is also transmitted to the human body in which the puncture needle 38 is inserted, and, in the ultrasonic cell 50c, apparently low frequency echo waves (regular reflection wave and its harmonics) derived from the puncture needle. ). As a result, the above-described needle image generation unit 3d can generate a good needle image.

このような現象は、例えば、中心周波数Frの「λモード」のみならず、「λ/2モード」、「3λ/2モード」、「4λ/2モード」、…、に対しても実現可能である。この点を考慮し、自然数nを用いて(4)式を一般化すると、以下の(5)式の関係を得ることができる。
C/(2×n×a)=Fr …(5)
Such a phenomenon can be realized not only for the “λ mode” of the center frequency Fr but also for the “λ / 2 mode”, “3λ / 2 mode”, “4λ / 2 mode”,. is there. In consideration of this point, when the equation (4) is generalized using the natural number n, the relationship of the following equation (5) can be obtained.
C / (2 × n × a) = Fr (5)

そして、(5)式に基づいて距離aを設定すれば、超音波セル50cにおいて、針由来の低周波のエコー波を的確に受信可能となる。   If the distance a is set based on the equation (5), the ultrasonic cell 50c can accurately receive the low-frequency echo wave derived from the needle.

以上を考慮すると、穿刺針検出用超音波の中心周波数を任意な値に設定した場合にも、穿刺針38上の凹溝39間の距離aを最適化することにより、針由来の低周波のエコー波を的確に受信して、針画像生成部3dにおいて良好な針画像を生成可能であることが分かる。   In consideration of the above, even when the center frequency of the ultrasonic wave for detecting the puncture needle is set to an arbitrary value, the distance a between the concave grooves 39 on the puncture needle 38 is optimized, thereby reducing the low frequency derived from the needle. It can be seen that an echo wave can be accurately received and a good needle image can be generated by the needle image generation unit 3d.

そして、穿刺針検出用超音波の中心周波数を生体診断用の超音波の周波数帯域との干渉を回避可能な値に設定すれば、生体観察用の超音波と穿刺針検出用の超音波とを同時に出力した場合にも、受信したエコー波を互いに干渉させることなく、容易に分離することが可能となる。   If the center frequency of the ultrasound for detecting the puncture needle is set to a value that can avoid interference with the frequency band of the ultrasound for biodiagnosis, the ultrasound for living body observation and the ultrasound for detecting the puncture needle are Even when the signals are output simultaneously, the received echo waves can be easily separated without interfering with each other.

この場合、超音波セル50cから送信される穿刺針検出用超音波の中心周波数は、例えば、その二次高調波の影響まで排除することを考慮し、生体検出用の超音波の中心周波数に対して最低限3[MHz]のマージンを確保することを念頭に設定されている(図11参照)。   In this case, the center frequency of the ultrasound for detecting the puncture needle transmitted from the ultrasound cell 50c is considered to be excluded from the influence of the second harmonic, for example, with respect to the center frequency of the ultrasound for detecting the living body. Therefore, the minimum margin of 3 [MHz] is set in mind (see FIG. 11).

すなわち、中心周波数Fr及び距離aは、以下の(1)式を満たす値に設定されている。
X=Y+α=((C/a)×(n/2))+α …(1)
但し、
X:第1超音波送受信部の送信用中心周波数
Y:第2超音波送受信部の送信用中心周波数
α:3[MHz]以上
C:穿刺針上での音速
a:凹部と凹部との距離
n:自然数
である。
That is, the center frequency Fr and the distance a are set to values that satisfy the following expression (1).
X = Y + α = ((C / a) × (n / 2)) + α (1)
However,
X: transmission center frequency of the first ultrasonic transmission / reception unit Y: transmission central frequency of the second ultrasonic transmission / reception unit: 3 [MHz] or more C: sound speed on the puncture needle a: distance n between the recesses and the recesses : Natural number.

或いは、第2超音波送受信部の送信用中心周波数及び距離aは、以下の(2)式及び(3)式を満たす値に設定されている。
Y=(C/a)×(n/2) …(2)
但し、
Y:第2超音波送受信部の送信用中心周波数
α:3[MHz]以上
C:穿刺針上での音速
a:凹部と凹部との距離
n:自然数
であり、
2f<Xf12 …(3)
但し、
2f:第2超音波送受信部からの送信波に対する受信波の二次高調波成分の中心周波数
f12:第1超音波送受信部の送信用周波数帯域のうち画像生成に有効な強度帯域の低周波側の閾値(例えば、第1超音波送受信部の送信用周波数のうち信号強度を1/4に落とした部分(所謂12dB落ちの部分)の値であって、且つ低周波側の値)
である。
Alternatively, the transmission center frequency and the distance a of the second ultrasonic transmission / reception unit are set to values satisfying the following expressions (2) and (3).
Y = (C / a) × (n / 2) (2)
However,
Y: transmission center frequency α of the second ultrasonic transmission / reception unit: 3 [MHz] or more C: speed of sound on the puncture needle a: distance between the recesses and the recesses n: natural number,
Y 2f <X f12 (3)
However,
Y 2f : Center frequency X f12 of the second harmonic component of the received wave with respect to the transmission wave from the second ultrasonic transmission / reception unit: Low intensity band effective for image generation in the transmission frequency band of the first ultrasonic transmission / reception unit Frequency-side threshold (for example, the value of the portion of the transmission frequency of the first ultrasonic transmission / reception unit where the signal intensity has been reduced to ¼ (the so-called 12 dB drop) and the value on the low frequency side)
It is.

以上に基づき、本実施形態において、超音波セル50cから送信される超音波の中心周波数Frは、超音波セル50a,50bから送信される超音波との関係に基づき、上述した通り、2[MHz]に設定されている。   Based on the above, in the present embodiment, the center frequency Fr of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic cell 50c is 2 [MHz] as described above based on the relationship with the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic cells 50a and 50b. ] Is set.

また、例えば、穿刺針38がSUS304によって形成されている場合においては、穿刺針38上を伝達する超音波の音速Cは、5800m/sであることから、例えば、超音波セル50cから送信される超音波の中心周波数が2[MHz]に設定されている場合、凹溝39間の距離aは、1.45[mm](λ/2モード)、2.9[mm](λモード)、4.35[mm](3λ/2モード)、…、の何れかに設定されている。   For example, when the puncture needle 38 is formed of SUS304, the sound velocity C of the ultrasonic wave transmitted on the puncture needle 38 is 5800 m / s, and is transmitted from, for example, the ultrasonic cell 50c. When the center frequency of the ultrasonic wave is set to 2 [MHz], the distance a between the concave grooves 39 is 1.45 [mm] (λ / 2 mode), 2.9 [mm] (λ mode), 4.35 [mm] (3λ / 2 mode),...

このような実施形態によれば、超音波セル50cから送信される穿刺針検出用の超音波の中心周波数を、当該穿刺針検出用超音波のエコー波が超音波セル50a,50bから送信される生態観察用の超音波のエコー波との干渉を回避可能な十分に低い値に設定することにより、穿刺針検出用の超音波を生態観察用の超音波と同時に送信した場合にも各エコー波の受信信号を的確に分離することができる。その上で、穿刺針38上に螺旋状の凹溝39を設け、この凹溝39間のエッジ間の距離aの最適化によって、穿刺針38の固有振動数と穿刺針検出用超音波の中心周波数とを合致させることにより、穿刺針検出用超音波によって穿刺針38を効率よく励振して穿刺針38の振動を、見かけ上、穿刺針由来の低周波のエコー波として的確に受信させることができる。これにより、フレームレートを低下させることなく穿刺針の視認性を向上することができる。
なお、針の凹部間の共振を利用すると、周期的な針由来のエコー波が検出され、針の深さ方向の分解能が低下することがある。生体画像生成部3cおいては、一つの音線上では針からのエコー波のもっとも強度が高い部分を表示させる機能を持たせることにより、より鮮明に針を描出可能となる。
According to such an embodiment, the center frequency of the ultrasound for detecting the puncture needle transmitted from the ultrasound cell 50c is transmitted from the ultrasound cells 50a and 50b, and the echo wave of the ultrasound for detecting the puncture needle is transmitted from the ultrasound cells 50a and 50b. By setting the value to a sufficiently low value to avoid interference with echo waves for ecological observation, each echo wave is transmitted even when ultrasonic waves for detecting a puncture needle are transmitted simultaneously with the ultrasonic waves for ecology observation. The received signals can be accurately separated. Then, a spiral concave groove 39 is provided on the puncture needle 38, and by optimizing the distance a between the grooves 39, the natural frequency of the puncture needle 38 and the center of the ultrasonic wave for detecting the puncture needle are detected. By matching the frequency, the puncture needle 38 can be efficiently excited by the ultrasonic waves for detecting the puncture needle so that the vibration of the puncture needle 38 is apparently received as a low frequency echo wave derived from the puncture needle. it can. Thereby, the visibility of the puncture needle can be improved without reducing the frame rate.
When resonance between the concave portions of the needle is used, periodic echo waves derived from the needle may be detected, and the resolution in the depth direction of the needle may be reduced. The living body image generation unit 3c has a function of displaying the highest intensity portion of the echo wave from the needle on one sound ray, so that the needle can be drawn more clearly.

なお、本発明は、以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲内である。   In addition, this invention is not limited to each embodiment described above, A various deformation | transformation and change are possible, and they are also in the technical scope of this invention.

例えば、上述の実施形態においては、穿刺針38の外周面上に凹溝39を設け、この凹溝39の間隔aによって穿刺針38の固有振動数を調整する一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、穿刺針の外表面上に複数のディンプルを配列し、このディンプルの間隔によって穿刺針の固有振動数を調整することも可能である。
そして、上述の実施形態においては、穿刺針について記述したが、穿刺針に限定したものではなく内視鏡用として公知の各種処置具の外周面に凹部を設けて、上述の超音波内視鏡と併用することで同様の効果を得ることができる。処置具としては、例えば、鉗子、鋭匙、ブラシ、クリップ、鋏、ナイフ、ネットなどが挙げられる。
For example, in the above-described embodiment, an example in which the concave groove 39 is provided on the outer peripheral surface of the puncture needle 38 and the natural frequency of the puncture needle 38 is adjusted by the interval a of the concave groove 39 has been described. For example, a plurality of dimples can be arranged on the outer surface of the puncture needle, and the natural frequency of the puncture needle can be adjusted by the interval between the dimples.
In the above-described embodiment, the puncture needle has been described. However, the present invention is not limited to the puncture needle, and the above-described ultrasonic endoscope is provided with a concave portion on the outer peripheral surface of various known treatment instruments for endoscopes. The same effect can be obtained by using together. Examples of the treatment tool include forceps, sharp scissors, brushes, clips, scissors, knives, and nets.

また、穿刺針の材質としては、上述の実施形態で示したSUS304の他に、例えば、SUS316、NiTi、CoCr等を好適に適用することが可能である。   Moreover, as a material of the puncture needle, for example, SUS316, NiTi, CoCr, or the like can be suitably applied in addition to SUS304 shown in the above-described embodiment.

また、上述の実施形態においては、静電容量型の超音波セルを用いて超音波ユニットを構成した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、特開2002−248100号公報に開示されているような圧電素子を用いて超音波ユニットを構成してもよいことは勿論である。   In the above-described embodiment, an example in which an ultrasonic unit is configured using a capacitive ultrasonic cell has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, JP-A-2002-2002 Of course, the ultrasonic unit may be configured by using a piezoelectric element as disclosed in Japanese Patent No. 248100.

1 … 超音波内視鏡システム
2 … 超音波内視鏡
3 … 超音波観測装置
3a … 駆動信号生成部
3b … エコー波検出部
3c … 生体画像生成部
3d … 針画像生成部
3e … 重畳画像生成部
4 … モニタ
10 … 挿入部
11 … 先端部
12 … 湾曲部
13 … 可撓管部
15 … 超音波ユニット
16 … 照明用レンズ
17 … 観察用レンズ
18 … 鉗子口
20 … 操作部
21 … アングルノブ
22 … 送気送水ボタン
23 … 吸引ボタン
23 … ユニバーサルコード
24 … 処置具挿入口
26 … 超音波ケーブル
26a … 超音波コネクタ
30 … ユニバーサルコード
31 … コネクタ
32 … ケーブル
32a … コネクタ
33 … ケーブル
33a … コネクタ
35 … 超音波用処置具
36 … シース
37 … 操作部
38 … 穿刺針
39 … 凹溝
45 … 超音波アレイ
46 … 超音波振動子エレメント
47 … 同軸ケーブル束
48 … 信号線
49 … 容量検出線
50 … 超音波セル
50a … 超音波セル(第1超音波送受信部)
50b … 超音波セル(第1超音波送受信部)
50c … 超音波セル(第2超音波送受信部)
51 … 下部電極端子
52 … 上部電極端子
53 … シリコン基板
53a … シリコン
53b,53c … シリコン酸化膜
54 … 下部電極層
54a … 下部電極部
54b … 下部配線部
56 … キャビティ
57 … 上部絶縁層
58 … 上部電極層
58a … 上部電極部
59 … 保護層
60 … メンブレン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasound endoscope system 2 ... Ultrasound endoscope 3 ... Ultrasound observation apparatus 3a ... Drive signal generation part 3b ... Echo wave detection part 3c ... Living body image generation part 3d ... Needle image generation part 3e ... Superimposition image generation Section 4 ... Monitor 10 ... Insertion section 11 ... Tip section 12 ... Bending section 13 ... Flexible tube section 15 ... Ultrasound unit 16 ... Illumination lens 17 ... Observation lens 18 ... Forceps port 20 ... Operation section 21 ... Angle knob 22 ... Air / water button 23 ... Suction button 23 ... Universal cord 24 ... Treatment instrument insertion port 26 ... Ultrasonic cable 26a ... Ultrasonic connector 30 ... Universal cord 31 ... Connector 32 ... Cable 32a ... Connector 33 ... Cable 33a ... Connector 35 ... Ultrasound treatment tool 36 ... sheath 37 ... operation part 38 ... puncture needle 39 ... Grooves 45 ... ultrasonic array 46 ... ultrasonic transducer element 47 ... coaxial cable bundle 48 ... signal line 49 ... capacitance detection line 50 ... ultrasonic cell 50a ... ultrasonic cell (first ultrasonic transmitter-receiver)
50b ... Ultrasonic cell (first ultrasonic transmission / reception unit)
50c ... Ultrasonic cell (second ultrasonic transmission / reception unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 51 ... Lower electrode terminal 52 ... Upper electrode terminal 53 ... Silicon substrate 53a ... Silicon 53b, 53c ... Silicon oxide film 54 ... Lower electrode layer 54a ... Lower electrode part 54b ... Lower wiring part 56 ... Cavity 57 ... Upper insulating layer 58 ... Upper Electrode layer 58a ... Upper electrode part 59 ... Protective layer 60 ... Membrane

Claims (2)

第1超音波送受信部と、
前記第1超音波送受信部の観察視野に向けて超音波を送受信可能な第2超音波送受信部と、
前記第1超音波送受信部及び前記第2超音波送受信部を同時に駆動して異なる周波数の超音波を同時に送信する駆動部と、
所定の音速を有し、前記第2超音波送受信部の観察視野に進退可能に配置された穿刺針と、
前記穿刺針の少なくとも一部に配置された複数の凹部と、を備え、
前記第1超音波送受信部の送信用中心周波数は式(1)を満たすことを特徴とする超音波内視鏡システム。
X=Y+α=((C/a)×(n/2))+α …(1)
但し、X:第1超音波送受信部の送信用中心周波数
Y:第2超音波送受信部の送信用中心周波数
α:3[MHz]以上
C:穿刺針上での音速
a:凹部と凹部との距離
n:自然数
である。
A first ultrasonic transmission / reception unit;
A second ultrasonic transmission / reception unit capable of transmitting / receiving ultrasonic waves toward an observation field of view of the first ultrasonic transmission / reception unit;
A driving unit that simultaneously drives the first ultrasonic transmission / reception unit and the second ultrasonic transmission / reception unit to transmit ultrasonic waves of different frequencies;
A puncture needle having a predetermined sound velocity and arranged to be able to advance and retreat in the observation visual field of the second ultrasonic transmission / reception unit;
A plurality of recesses disposed in at least a part of the puncture needle,
The ultrasonic endoscope system according to claim 1, wherein a transmission center frequency of the first ultrasonic transmission / reception unit satisfies formula (1).
X = Y + α = ((C / a) × (n / 2)) + α (1)
However, X: Center frequency for transmission of the first ultrasonic transmission / reception unit Y: Center frequency for transmission of the second ultrasonic transmission / reception unit α: 3 [MHz] or more C: Sound velocity on the puncture needle a: Between the concave portion and the concave portion Distance n: a natural number.
第1超音波送受信部と、
前記第1超音波送受信部の観察視野に向けて超音波を送受信可能な第2超音波送受信部と、
前記第1超音波送受信部及び前記第2超音波送受信部を同時に駆動して異なる周波数の超音波を同時に送信する駆動部と、
所定の音速を有し、前記第2超音波送受信部の観察視野に進退可能に配置された穿刺針と、
前記穿刺針の少なくとも一部に配置された複数の凹部と、を備え、
前記第2超音波送受信部の受信用中心周波数は式(2)を満たし、
前記第1超音波送受信部の送信用中心周波数は式(3)を満たすことを特徴とする超音波内視鏡システム。
Y=(C/a)×(n/2) …(2)
但し、Y:第2超音波送受信部の送信用中心周波数
C:穿刺針上での音速
a:凹部と凹部との距離
n:自然数
であり、
2f<Xf12 …(3)
但し、Y2f:第2超音波送受信部からの送信波に対する受信波の二次高調波成分の中心周波数
f12:第1超音波送受信部の送信用周波数帯域のうち画像生成に有効な強度帯域の低周波側の閾値である。
A first ultrasonic transmission / reception unit;
A second ultrasonic transmission / reception unit capable of transmitting / receiving ultrasonic waves toward an observation field of view of the first ultrasonic transmission / reception unit;
A driving unit that simultaneously drives the first ultrasonic transmission / reception unit and the second ultrasonic transmission / reception unit to transmit ultrasonic waves of different frequencies;
A puncture needle having a predetermined sound velocity and arranged to be able to advance and retreat in the observation visual field of the second ultrasonic transmission / reception unit;
A plurality of recesses disposed in at least a part of the puncture needle,
The reception center frequency of the second ultrasonic transmission / reception unit satisfies the formula (2),
The ultrasonic endoscope system, wherein the transmission center frequency of the first ultrasonic transmission / reception unit satisfies the expression (3).
Y = (C / a) × (n / 2) (2)
Where Y: transmission center frequency of the second ultrasonic transmission / reception unit C: speed of sound on the puncture needle a: distance between the recesses and the recesses n: a natural number,
Y 2f <X f12 (3)
However, Y2f : Center frequency of the second harmonic component of the received wave with respect to the transmission wave from the second ultrasonic transmission / reception unit Xf12 : Intensity band effective for image generation in the transmission frequency band of the first ultrasonic transmission / reception unit Is a threshold on the low frequency side.
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