JP6030634B2 - プローブ - Google Patents

Description

本発明は、画像診断装置による断層画像の生成に際して、生体管腔内に挿入されるプローブに関するものである。

従来より、動脈硬化の診断や、バルーンカテーテルまたはステント等の高機能カテーテルによる血管内治療時の術前診断、あるいは、術後の結果確認のために、画像診断装置が広く使用されている。

画像診断装置には、血管内超音波診断装置（ＩＶＵＳ：Ｉｎｔｒａ Ｖａｓｃｕｌａｒ Ｕｌｔｒａ Ｓｏｕｎｄ）や光干渉断層診断装置（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）等が含まれ、それぞれに異なる特性を有している。

更に、最近では、ＩＶＵＳの機能と、ＯＣＴの機能とを組み合わせた画像診断装置も提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。当該画像診断装置では、プローブに内挿されるイメージングコアの先端部に、ＩＶＵＳ用の送受信部と、ＯＣＴ用の送受信部とを配し、それぞれの送受信部において送受信される超音波及び光を用いることにより、２種類の断層画像を生成することができる。

つまり、当該画像診断装置を用いれば、高深度領域まで測定できるＩＶＵＳの特性と、高分解能で測定できるＯＣＴの特性とを活かした断層画像を生成することができる。

特開平１１−５６７５２号公報 特表２０１０−５０８９７３号公報

しかしながら、ＩＶＵＳ用の送受信部とＯＣＴ用の送受信部とを、イメージングコアの先端部に収容するにあたっては、省スペース化することが不可欠である。画像診断装置が診断を行う対象は、血管等の非常に細い生体管腔内であり、プローブに内挿されるイメージングコアの径は、極力小さくしておくことが望ましいからである。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、画像診断装置のプローブにおいて、ＩＶＵＳ用の送受信部と、ＯＣＴ用の送受信部とを省スペースに固定するための構成を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るプローブは以下のような構成を備える。即ち、
超音波の送受信を行う超音波送受信部と、光の送受信を行う光送受信部とが配置された円筒状のハウジングを有し、生体管腔内において、該ハウジングを回転させながら軸方向に移動させた状態で超音波及び光を送受信させることにより得られた信号に基づいて、超音波断層画像及び光断層画像を生成する画像診断装置に対して、該信号を伝送するプローブであって、
前記ハウジングの円筒面のうち、上方側には、前記超音波送受信部及び前記光送受信部が、超音波及び光を送受信するための開口部が設けられており、
前記ハウジング内において、
前記超音波送受信部は前記軸方向の先端側に、前記光送受信部は前記軸方向の基端側にそれぞれ配置されており、
前記超音波送受信部に一端が接続され、前記軸方向の基端側に向かって前記ハウジングの外側まで略平行に延設される２本の信号線は、前記光送受信部の下方において、該２本の信号線の間の距離が、前記光送受信部を構成する光学素子の幅よりも小さくなるように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、画像診断装置のプローブにおいて、ＩＶＵＳ用の送受信部と、ＯＣＴ用の送受信部とを省スペースに固定することが可能となる。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
図１は、本発明の一実施形態にかかる画像診断装置１００の外観構成を示す図である。 図２は、プローブ部の全体構成及び先端部の断面構成を示す図である。 図３Ａは、イメージングコアにおける超音波送受信部及び光送受信部の配置ならびにケーブルの配置を示す図である。 図３Ｂは、イメージングコアにおける超音波送受信部及び光送受信部の配置ならびにケーブルの配置を示す図である。 図４は、イメージングコアにおける超音波送受信部及び光送受信部の配置ならびにケーブルの配置を示す図である。

以下、本発明の各実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

［第１の実施形態］
＜１．画像診断装置の外観構成＞
図１は本発明の一実施形態にかかる画像診断装置（ＩＶＵＳの機能と、ＯＣＴの機能とを備える画像診断装置）１００の外観構成を示す図である。

図１に示すように、画像診断装置１００は、プローブ部１０１と、スキャナ及びプルバック部１０２と、操作制御装置１０３とを備え、スキャナ及びプルバック部１０２と操作制御装置１０３とは、各種信号を伝送する信号線１０４を介して接続されている。

プローブ部１０１は、直接血管等の生体管腔内に挿入され、パルス信号に基づく超音波を生体管腔内に送信するとともに、生体管腔内の生体組織からの反射波を受信する超音波送受信部と、伝送された光（測定光）を連続的に生体管腔内に送信するとともに、生体管腔内の生体組織からの反射光を連続的に受信する光送受信部と、を備えるイメージングコアが内挿されている。画像診断装置１００では、該イメージングコアを用いることで生体管腔内の状態を測定する。

スキャナ及びプルバック部１０２は、プローブ部１０１が着脱可能に取り付けられ、内蔵されたモータを駆動させることでプローブ部１０１に内挿されたイメージングコアの生体管腔内の軸方向の動作及び回転方向の動作を規定している。また、超音波送受信部において受信された反射波及び光送受信部において受信された反射光を取得し、操作制御装置１０３に対して送信する。

操作制御装置１０３は、測定を行うにあたり、各種設定値を入力するための機能や、測定により得られたデータを処理し、生体管腔内の断層画像として表示するための機能を備える。

操作制御装置１０３において、１１１は本体制御部であり、測定により得られた反射波に基づいて超音波データを生成するとともに、該超音波データに基づいて生成されたラインデータを処理することで、超音波断層画像を生成する。更に、測定により得られた反射光と光源からの光を分離することで得られた参照光とを干渉させることで干渉光データを生成するとともに、該干渉光データに基づいて生成されたラインデータを処理することで、光断層画像を生成する。

１１１−１はプリンタ及びＤＶＤレコーダであり、本体制御部１１１における処理結果を印刷したり、データとして記憶したりする。１１２は操作パネルであり、ユーザは該操作パネル１１２を介して、各種設定値及び指示の入力を行う。１１３は表示装置としてのＬＣＤモニタであり、本体制御部１１１において生成された断層画像（超音波断層画像、光断層画像）を表示する。

＜２．プローブ部の全体構成及び先端部の断面構成＞
次に、プローブ部１０１の全体構成及び先端部の断面構成について図２を用いて説明する。図２に示すように、プローブ部１０１は、直接血管等の生体管腔内に挿入される長尺のカテーテルシース２０１と、ユーザが操作するために血管等の生体管腔内に挿入されることなく、ユーザの手元側に配置されるコネクタ部２０２とにより構成される。カテーテルシース２０１の先端には、ガイドワイヤルーメンを構成するガイドワイヤルーメン用チューブ２０３が設けられている。カテーテルシース２０１は、ガイドワイヤルーメン用チューブ２０３との接続部分からコネクタ部２０２との接続部分にかけて連続する管腔を形成している。

カテーテルシース２０１の管腔内部には、超音波を送受信する超音波送受信部と光を送受信する光送受信部とを含む送受信部２２１と、電気信号ケーブル及び光ファイバケーブルを内部に備え、送受信部２２１を回転させるための回転駆動力を伝達するコイル状の駆動シャフト２２２とを備えるイメージングコア２２０が、カテーテルシース２０１のほぼ全長にわたって挿通されている。

コネクタ部２０２は、カテーテルシース２０１の基端に一体化して構成されたシースコネクタ２０２ａと、駆動シャフト２２２の基端に駆動シャフト２２２を回動可能に固定して構成された駆動シャフトコネクタ２０２ｂとを備える。

シースコネクタ２０２ａとカテーテルシース２０１との境界部には、耐キンクプロテクタ２１１が設けられている。これにより所定の剛性が保たれ、急激な物性の変化による折れ曲がり（キンク）を防止することができる。

駆動シャフトコネクタ２０２ｂの基端は、スキャナ及びプルバック部１０２に着脱可能に取り付けられる。

次に、プローブ部１０１の先端部の断面構成について説明する。上述したように、カテーテルシース２０１の管腔内部には、送受信部２２１と、それを高速に回転させるための回転駆動力を伝達する駆動シャフト２２２とを備えるイメージングコア２２０がほぼ全長にわたって挿通されており、プローブ部１０１を形成している。

送受信部２２１は、生体管腔内の生体組織に向けて超音波及び光を送信するとともに、生体管腔内の生体組織からの反射波及び反射光を受信する。

駆動シャフト２２２はコイル状に形成され、その内部には電気信号ケーブル及び光ファイバケーブル（シングルモードの光ファイバケーブル）が配されている。

駆動シャフト２２２は、カテーテルシース２０１に対して送受信部２２１を回転方向及び軸方向に動作させることが可能であり、柔軟で、かつ回転をよく伝送できる特性をもつ、例えば、ステンレス等の金属線からなる多重多層密着コイル等により構成されている。

送受信部２２１が配されたハウジング２２３は、短い円筒状の金属パイプの一部（円筒面の上方側）に開口部が設けられた形状をしており、金属塊からの削りだしやＭＩＭ（金属粉末射出成形）等により成形される。ハウジング２２３は、内部に送受信部２２１として、超音波送受信部と光送受信部とを有しており、基端側は駆動シャフト２２２に接続されている。また、先端側には短いコイル状の弾性部材２３１が設けられている。

弾性部材２３１はステンレス鋼線材をコイル状に形成したものであり、弾性部材２３１が先端側に配されることで、イメージングコア２２０を前後移動させる際にカテーテルシース２０１内での引っかかりを防止する。

また、補強コイル２３２は、カテーテルシース２０１の先端部分の急激な折れ曲がりを防止する目的で設けられている。

ガイドワイヤルーメン用チューブ２０３は、ガイドワイヤが挿入可能なガイドワイヤ用ルーメンを有する。ガイドワイヤルーメン用チューブ２０３は、直接血管等の生体管腔内に挿入されたガイドワイヤを受け入れ、ガイドワイヤによってカテーテルシース２０１を患部まで導くのに使用される。

＜３．イメージングコアの内部構成＞
次に、イメージングコア２２０の内部構成について詳説する。図３Ａは、イメージングコア２２０における超音波送受信部及び光送受信部の配置ならびにケーブルの配置を詳説するための図である。

図３Ａの３０ａは、イメージングコア２２０を側面から見た場合の断面構成を、図３Ａの３０ｂ、３０ｃは、イメージングコア２２０を正面（先端側）から見た場合の超音波出射位置または光出射位置における断面構成をそれぞれ示している。図３Ａの３０ａに示すように、イメージングコア２２０の先端部のハウジング２２３内に配された送受信部２２１は、超音波送受信部３１０と光送受信部３２０とを備えており、各送受信部は、ハウジング２２３内において軸方向に沿って配置されている。このうち、超音波送受信部３１０は、イメージングコア２２０の先端側に、光送受信部３２０は、イメージングコア２２０の基端側に配置されている。

また、図３Ａの３０ｂ、３０ｃに示すように、円筒状のハウジング２２３は、円筒面の内側に（３０ｂ、３０ｃの例では、下方側の円筒面の内側に）接着剤が充填されており、これによりハウジング２２３内には、軸方向に沿って接着剤上面が形成される。

超音波送受信部３１０は、振動子３１０ａと背面材３１０ｂとを備えており、背面材３１０ｂの底面全体を、接着剤上面よりも下側に位置させることで（つまり接着剤に埋設させることで）、超音波送受信部３１０はハウジング２２３に対して強固に固定されることとなる。

光送受信部３２０は、光ファイバケーブル３２１の先端に設けられ、光を集光するレンズ機能と反射する反射機能とを有するボールレンズ部（光学素子）３２２の下方部分及びスペーサストレート部３２３の下方部分が、接着剤上面よりも下側に位置しており（つまり、下方部分が接着剤に埋設しており）、これにより、光送受信部３２０はハウジング２２３に対して強固に固定されることとなる。なお、ボールレンズ部３２２の反射面は傾斜面に反射材をコートすることにより形成されている。

なお、図３Ａの３０ａに示すように、超音波送受信部３１０にパルス信号を送信するとともに、超音波送受信部３１０において受信した反射波を操作制御装置１０３に送信するための２本の電気信号ケーブル３１１は、それぞれの一端が超音波送受信部３１０に接続されており、ハウジング２２３内において、光送受信部３２０の光の出射位置と干渉することのない経路にて駆動シャフト２２２（ハウジング２２３の外側）まで略平行に延設されている。

なお、駆動シャフト２２２内において、電気信号ケーブル３１１は、光送受信部３２０のスペーサストレート部３２３にその一端が接続された光ファイバケーブル３２１に対して、ツイスト配線となるように巻き回されながら駆動シャフト２２２内に配されているものとする。

次に、ハウジング２２３の内部構成について、図３Ｂを用いて更に詳説する。図３Ｂは、ハウジング２２３における超音波送受信部３１０及び光送受信部３２０の配置ならびにケーブルの配置を詳説するための図である。

図３Ｂの３１ａは、イメージングコア２２０を上面から見た場合の平面構成を示しており、図３Ｂの３１ｂ−１、３１ｂ−２、３１ｃ−１、３１ｃ−２は、図３Ｂの３１ａに示す複数の一点鎖線３４１〜３４４それぞれの位置を切断位置として、ハウジング２２３の先端側から見た場合の断面構成を示している。

図３Ｂの３１ａ及び３１ｃ−１に示すように、超音波送受信部３１０に接続された２本の電気信号ケーブル３１１は、光送受信部３２０の光の出射位置（一点鎖線３４３で示す位置）において、接着剤上面よりも下側を通って（つまり、光の出射位置において、一旦、接着剤に埋設されたうえで）駆動シャフト２２２まで延設されている。

ここで、仮に、超音波送受信部３１０に接続された電気信号ケーブル３１１が、振動子３１０ａの上面に設けられた接続端子（３１ｂ−２参照）と接着剤側面（３１ｃ−２参照）との間で張架され、ボールレンズ部３２２の上方にて宙吊りの状態で配置されていたとすると、イメージングコア２２０を高速で回転させた場合に、当該電気信号ケーブル３１１が振動を発生させる可能性がある。

これに対して、図３Ｂの３１ａ及び３１ｃ−１に示すように、光の出射位置において、電気信号ケーブル３１１を接着剤上面よりも上方ではなく、接着剤上面よりも下方を通す構成とすることで、ハウジング２２３内において電気信号ケーブル３１１が宙吊りの状態となることが回避され、ハウジング２２３に強固に固定されることとなる。この結果、イメージングコア２２０を高速回転させた場合であっても、電気信号ケーブル３１１が振動を発生させることはなく、光送受信部３２０による測定への影響を回避することが可能となる。

また、図３Ｂの３１ｃ−１に示すように、超音波送受信部３１０に接続された２本の電気信号ケーブル３１１は、光送受信部３２０を構成するボールレンズ部３２２の下方において、間隔Ｄがボールレンズ部３２２の幅Ｗよりも小さくなるように配置されている。これにより、図３Ｂの３１ａに示すように、イメージングコア２２０を上面から見た場合、２本の電気信号ケーブル３１１は、それぞれの一部が、ボールレンズ部３２２に重なることとなる。この結果、例えば、２本の電気信号ケーブル３１１をボールレンズ部３２２の側面に配置した場合と比較して（つまり、ボールレンズ部３２２に重なることなく配置した場合と比較して）、省スペースにて配置することが可能となる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るプローブ部１０１は、イメージングコア２２０の先端部に設けられたハウジング２２３内において、先端側に超音波送受信部３１０を基端側に光送受信部３２０を配置するにあたり、
・円筒状のハウジング２２３を形成する円筒面のうち、下方側の円筒面の内側に接着剤を充填させたうえで、超音波送受信部３１０の背面材３１０ｂの底面全体を、当該接着剤上面よりも下側に配置させる（つまり、接着剤に対して埋設させる）構成とした。これにより、超音波送受信部３１０をハウジング２２３に対して強固に固定することが可能となった。
・同様に、光送受信部３２０のボールレンズ部３２２の下方部分及びスペーサストレート部３２３の下方部分を、接着剤に対して埋設させる構成とした。これにより、光送受信部３２０をハウジング２２３に対して強固に固定することが可能となった。
・超音波送受信部３１０に接続された電気信号ケーブル３１１を、光送受信部３２０の光の出射位置にて、接着剤に埋設させる構成とした。これにより、ハウジング２２３内において電気信号ケーブル３１１が宙吊りの状態となることを回避させることが可能となった。
・超音波送受信部３１０に接続された電気信号ケーブル３１１を、光送受信部３２０を構成するボールレンズ部３２２の下方において、ボールレンズ部３２２の幅Ｗよりも狭い間隔Ｄで、配置する構成とした。これにより、ハウジング２２３内において電気信号ケーブル３１１を省スペースで配置することが可能となった。

この結果、画像診断装置のプローブにおいて、イメージングコアを高速に回転させた場合であっても、振動等の発生を確実に抑制することが可能となるとともに、イメージングコアの径を極力小さくすることが可能となった。

［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、上記構成により、ＩＶＵＳ用の送受信部と、ＯＣＴ用の送受信部とがハウジング２２３に対して強固に固定されうることに加え、省スペースにて配置されうる点についても説明した。しかしながら、省スペースにて配置されうる効果は、ボールレンズ部３２２の径が大きくなった場合に、より顕著となる。

そこで、以下では、ボールレンズ部３２２の径が大きくなった場合に、上記構成により、省スペース化がより顕著になる点について詳説する。

図４は、ハウジング２２３における超音波送受信部３１０及び光送受信部３２０の配置ならびにケーブルの配置を詳説するための図である。図３との相違点は、ボールレンズ部３２２及びスペーサストレート部３２３の径が大きい点である。

このように、ボールレンズ部３２２の径が大きくなった場合において、仮に、超音波送受信部３１０に接続された電気信号ケーブル３１１を、ボールレンズ部３２２の側面を通すような配置としてしまうと、ハウジング２２３の内壁の直径は、ボールレンズ部３２２の直径と２本の電気信号ケーブル３１１の直径の合計よりも大きくしなければならない。

これに対して、図４の４０ａ及び４０ｃ−１に示すように、超音波送受信部３１０に接続された電気信号ケーブル３１１を、光送受信部３２０の光の出射位置において、ボールレンズ部３２２の下面に沿って配置することで、電気信号ケーブル３１１をボールレンズ部３２２の幅Ｗの範囲に収めることが可能となる。

また、その際、所定の距離Ｌだけ離して配置することで、ボールレンズ部３２２の高さＨに対する、電気信号ケーブル３１１の下方向への飛び出し量ΔＨを最小にすることができる（ボールレンズ部３２２の下面に沿って、並べて配置（つまり、Ｌ＝０）した場合（点線３１１’参照）と比較して、電気信号ケーブル３１１の下方向への飛び出し量ΔＨを小さくすることができる）。これにより、ハウジング２２３内において、電気信号ケーブル３１１を、より省スペースにて収容することが可能となる。

つまり、ボールレンズ部３２２の径が大きくなった場合であっても、プローブの径を維持することができる。

なお、上記第１の実施形態及び第２の実施形態においては、光学素子としてボールレンズを用いた例を示したが、本発明はこれに限定されず、ボールレンズ、分布屈折率型（ＧＲＩＮ）レンズ、反射型プリズム、及び非球面レンズなどの光学素子を用いて構成してもよい。

［その他の実施形態］
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

本願は、２０１２年３月２８日提出の日本国特許出願特願２０１２−０７２８６３を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (6)

1. 超音波の送受信を行う超音波送受信部と、光の送受信を行う光送受信部とが配置された円筒状のハウジングを有し、生体管腔内において、該ハウジングを回転させながら軸方向に移動させた状態で超音波及び光を送受信させることにより得られた信号に基づいて、超音波断層画像及び光断層画像を生成する画像診断装置に対して、該信号を伝送するプローブであって、
   前記ハウジングの円筒面のうち、上方側には、前記超音波送受信部及び前記光送受信部が、超音波及び光を送受信するための開口部が設けられており、
   前記ハウジング内において、
   前記超音波送受信部は前記軸方向の先端側に、前記光送受信部は前記軸方向の基端側にそれぞれ配置されており、
   前記超音波送受信部に一端が接続され、前記軸方向の基端側に向かって前記ハウジングの外側まで略平行に延設される２本の信号線は、前記光送受信部の下方において、該２本の信号線の間の距離が、前記光送受信部を構成する光学素子の幅よりも小さくなるように配置されていることを特徴とするプローブ。
2. 前記ハウジングの円筒面のうち、下方側には接着剤が充填されており、前記超音波送受信部及び前記光送受信部は、前記超音波送受信部の底面及び前記光送受信部の下方部分が該接着剤に埋設された状態で、前記ハウジングに固定されており、
   前記超音波送受信部に接続され前記ハウジングの外側まで延設される２本の信号線は、前記光送受信部の下方において、前記接着剤に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
3. 前記２本の信号線は、前記光送受信部を構成する光学素子の下面に沿って配されていることを特徴とする請求項２に記載のプローブ。
4. 前記２本の信号線は、前記光送受信部を構成する光学素子の幅に収まるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載のプローブ。
5. 前記２本の信号線は、前記光学素子の下面において所定の距離だけ離して配置されていることを特徴とする請求項４に記載のプローブ。
6. 前記ハウジングに接続され、該ハウジングを回転させるための回転駆動力を伝達する駆動シャフトを更に備え、
   前記駆動シャフトの内部において、前記２本の信号線は、前記光送受信部に接続される光ファイバに対して、ツイスト配線となるように巻き回されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプローブ。

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