JPH05244694A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 治療手段と併用可能な超音波探触子とする。 【構成】 円筒型のチューブ１内に円筒型でロータを構
成する永久磁石２を設け、この永久磁石２に圧電振動子
３を取り付け、永久磁石２の磁束と交差する回転磁界を
発生するコイル４を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空の構造物や器官に
挿入して超音波探傷や診断を行う超音波探触子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】超音波探傷技術の応用として超音波医療
用診断法が有効な診断法として広く用いられている。以
下、本文では血管に挿入した場合について説明するが、
他の中空の構造物に挿入する場合も同様である。血管の
梗塞部位を診断する場合、まず始に梗塞部位の同定をＸ
線撮影で行う。次に梗塞部位の様子を、光ファイバーを
用いた光学系により診断を行ったり、梗塞している脂質
の側方の厚さ等の診断をカテーテル型の超音波探触子で
行う。診断後、光ファイバーや超音波探触子を抜き取
り、状況に応じて血管のバイパス手術等の外科的処置を
施したり、梗塞部位の脂質をレーザーやレーザーファイ
バーの先端についたホットチップにより焼失させたり、
カテーテル先端部に設けられたカッターにより削除した
り、カテーテル先端部に付いたバルーンを梗塞部位で膨
らまして血管径を拡張する等の処置を施す。

【０００３】血管の診断方法としては、光ファイバーを
用いて光学的に観察する方法と超音波探触子を用いて超
音波断層像を撮って観察する方法があるが、後者の超音
波による方法は、診断部位の表面だけでなく内部も観察
可能でその部位の厚さ等の計測もできることから極めて
有効な手段である。またこの様な超音波診断はレーザー
等の治療手段との組み合わせが期待されている。

【０００４】従来用いられている超音波探触子、および
これを用いた診断や治療法を説明する。図17は超音波探
触子の構造を示す図で、超音波を送受信する圧電振動子
３はチューブ１の中に納められ、フレシキブル・ワイヤ
ー10によって回転する。これにより超音波は図に示すよ
うにチューブ１の軸に対して円状に走査する。フレシキ
ブル・ワイヤー10は中空になっており、圧電振動子３へ
の信号線が中に配線されている。図18は図17に示すフレ
シキブル・ワイヤー10の回転装置を示す。フレシキブル
・ワイヤー10はカップリング11でモータ13の軸12と結合
され、モータ13によって回転される。なお、チューブ１
を検査位置へ挿入するのは、チューブ１を外から繰り出
して送り込むことにより行う。

【０００５】図19は図17に示す超音波探触子を用いて血
管の内部を診断している状態を示す。図20は図19の探傷
で得られる超音波断層像を示し、血管内に付着した脂質
の厚みが得られる。図21は、このようにして得られた脂
質を除去するため、レーザーファイバー８を挿入し、レ
ーザー光により脂質を照射し焼き取る処置をしている状
態を表す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の超音波探触子を
用いる場合、図22に示すように超音波探触子が回転して
走査する１断面の画像しか得られないので、血管につい
た脂質全体を観察しようとした場合、図23に示すように
超音波探触子を前後に動かしながら断層像を撮らねばな
らない。また、図24に示すように血管が閉塞している場
合は、超音波探触子をそれ以上送り込めないため、閉塞
の厚みがどの程度か検査できない。

【０００７】また、図25に示すように上述した診断の下
でレーザー等を用いた治療を行う場合、診断方向が横断
方向しか持たない従来の超音波探触子では、治療対象が
存在する前方を観察することが出来ないため、その方向
にレーザーを照射するのが極めて危険である点が上げら
れる。つまり、図25に示す様にレーザーの誤照射による
血管の穿孔や正常組織の焼失の可能性がある。

【０００８】また、レーザー照射による治療後の判定、
すなわち治療部位に対して適切にレーザーが当てられた
か、あるいは十分レーザーが進達出来たかを観察出来な
いという欠点もある。さらに、超音波ビームのスキャン
は、図17, 図18に示すように、カテーテル外部のモータ
のトルクでフレシキブル・ワイヤーを介して圧電振動子
や、超音波ビームを反射するための反射体を回転させる
ことによって行う方法があるが、フレシキブル・ワイヤ
ーを用いるためカテーテルの剛性が高く、深部まで挿入
できなかったり、血管を傷つける可能性がある。また、
曲がりくねった血管等に挿入し、カテーテルの曲率が小
さい場合など、フレシキブル・ワイヤーがカテーテル内
壁との摩擦でスムーズに回転できなくなり、回転むらを
生じてしまう場合がある。

【０００９】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
もので、第１の目的は、超音波探触子部自体でモータを
構成し、回転できるようにして、外部からフレシキブル
・ワイヤー等によって回転させる必要のない構成とする
こと、第２の目的は、超音波探触子の前方方向、さらに
３次元方向の探傷を可能とすることであり、第３の目的
は、超音波走査機構とレーザー等の治療手段を組み合わ
せ、診断しながら治療できるようにすることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、チューブ１と、このチューブ１内に設けられ円筒型
のロータを構成する永久磁石２と、この永久磁石２に取
り付けられた圧電振動子３と、前記永久磁石２の磁束と
交差する回転磁界を発生するコイル４とを備えたもので
ある。

【００１１】また、前記圧電振動子３を前記永久磁石２
の円筒軸方向前面に取り付けたものである。

【００１２】また、前記圧電振動子３を前記永久磁石２
の円筒外面に取り付けたものである。

【００１３】また、前記コイル４を前記チューブ１に取
り付けたものである。

【００１４】

【作用】上記構成により、円筒型の永久磁石２よりなる
ロータはコイル４によって発生する回転磁界により回転
する。これによりフレシキブル・ワイヤー等の機械的装
置に接続する必要がないので、カテーテルとしての超音
波探触子の柔軟性が大きくなり、深部までの挿入が可能
となる。また永久磁石２を円筒型にしているので、この
中をレーザーファイバーなどの治療手段を貫通すること
ができ、超音波探触子で状況を観察しながら治療を行う
ことが可能となる。

【００１５】また、圧電振動子３を永久磁石２の軸方向
前面に設け、永久磁石２を回転することにより、超音波
探触子の前方の超音波断層像が得られ、血管が脂質で閉
塞されていても、閉塞厚さなどを観察することができ
る。

【００１６】また、永久磁石２の円筒外面に圧電振動子
３を取り付け、回転することにより、円筒軸に直交する
断面の断層像が得られる。さらに、この永久磁石２の軸
方向前面に圧電振動子３をドーナツ状に取り付けること
により、円筒軸方向の断層像も得られる。

【００１７】また、コイル４をチューブ１に取り付ける
ことにより、漏れ磁束も少なくなり、コンパクトな装置
となる。血管内に超音波探触子を挿入する場合、コイル
４の取り付け位置としては、人体の外に取り付けること
も可能である。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１〜図３は本発明の第１実施例の構成を示す図
である。以下の実施例は血管などの中空の器官に用いる
場合について説明する。１はチューブでこれは体外まで
連続しており、超音波探触子の挿入や引き出しはこのチ
ューブ１により体外から行う。２は永久磁石であり円筒
型でモータのロータを構成する。図３に示すように２つ
割になっており、２極モータを構成する。永久磁石２に
は、図１に示すようにチューブ１の内面に設けられた２
条の円周状のリングに合わせて２条の溝が設けられ、互
いに回転自在に取り合う構造となっている。

【００１９】３は圧電振動子で永久磁石２の円筒部前面
にドーナツ状に取り付けられ、詳細を図２に示す。圧電
振動子３は８分割りで構成されているが、このように分
割することによりフレームレートの向上を図る。また、
これは一種の開口面合成で、前方の３次元構造を得るこ
とができる。

【００２０】４はコイルであり、コイル４のリード線６
から供給される電流により回転磁界を発生し、ロータを
形成する永久磁石２と一体となってモータを構成する。
モータとしては、ロータの位置検出にホール素子を用い
たホールモータなどを用いるとよい。５は圧電振動子３
の電極に電圧を印加するリード線である。コイル４は体
外に設けてもよいが、後述するようにチューブ１に設け
ることもできる。

【００２１】次に動作について説明する。図４は各圧電
振動子３の超音波ビームの走査状態を示す。永久磁石２
が回転しない場合は、８個の圧電振動子３から照射され
る８点の位置のデータしか得られないが、回転すること
により、円筒状に超音波ビームが走査され、前方の超音
波断層像が得られる。

【００２２】本実施例に示した圧電振動子３を回転する
ことにより前方の対象物の３次元超音波情報が得られる
ことについては、同一出願人による特願平3-118872に詳
説してあるので、ここで要点のみを説明する。図16は進
行方向の垂直面にドーナツ状に８個の圧電振動子を配置
し、ドーナツの中心軸を回転軸として回転して３次元超
音波影像を得る装置を示す。

【００２３】まず、始に８分割された圧電振動子104 の
うち、１個の圧電振動子を送信素子103 とし、残り７個
の圧電振動子を受信素子101 とする。次に送信素子103
からインパルスの球面波を送信し、任意の被測定点102
からの反射波を他の７個の受信素子101 で受信する。

【００２４】次に各受信素子101 からの出力をＡ／Ｄ変
換器105 でデジタル信号に変換し、ウエイブ・データと
してウエイブ・メモリ106 に取り込む。次にウエイブ・
メモリー106 に取り込んだ各受信素子101 のデータから
３次元影像を再構成する前に、再構成する空間を、超音
波探触子の圧電振動子104 が配置された平面と平行な
面、つまりＣモード像に相当する面を予め数面選択して
おき、各Ｃモード像ごとの、送信素子〜任意の被測定点
〜受信素子間の伝播経路の伝播時間を各受信素子ごとに
計算して予めデータ・マスク108 を製作しておく。

【００２５】次に各Ｃモード像ごとの各受信素子101 ご
とに予め計算されたデータ・マスク108 と等しい、実測
の各Ｃモード像ごとの各受信素子101 のウエイブ・デー
タをウエイブ・メモリ106 から読み出し、演算処理回路
107 で全てを加算した結果から逆に被測定点を同定し、
１枚のＣモード像を獲得する。

【００２６】最後の２段階を、高速に演算処理すること
の繰り返しにより各Ｃモード像を再構成し、数枚のＣモ
ード像をモニター109 に、voxel 表示、あるいは階調コ
ードとピクセルの大きさの変化をもたせた表示等をする
ことで、超音波放射面より前方の３次元影像を得ること
ができる。

【００２７】次に第２実施例を図５により説明する。図
５は永久磁石２の円筒外表面に圧電振動子３を取り付け
たもので、永久磁石２を回転することにより、回転軸と
直交する断面の超音波断層像が得られる。

【００２８】次に第３実施例を図６により説明する。図
６は第１実施例と第２実施例を組み合わせたもので、前
方および、回転軸断面の超音波断層像が得られる。

【００２９】次にコイル４の装着方法について図７〜図
10を用いて説明する。図７はチューブ１内にコイル４を
埋め込んだ状態を示す断面図である。図８は図７におい
てＺ方向から見たコイル４を示す。また図９は図７にお
けるＹ−Ｙ断面を示す。図10はチューブ１に対するコイ
ル４の各種取り付け方法を示すもので、（ａ）は図７の
場合で、チューブ１の壁内部に設けたものであり、
（ｂ）はチューブ１の内面に取り付けた場合、（ｃ）は
チューブ１の外面に取り付けた場合を示す。これらはエ
ッチング、フォトリソグラフ等の技術を用いることによ
り実施することができる。

【００３０】図11はロータリートランス７を用いて圧電
振動子３のリード線５を取り出す方法を示す図である。
永久磁石２の回転によりリード線５はよじれてしまうの
で、ロータリートランス７を用いてリード線５を機械的
に切断することにより、よじれを防止する。また、接触
ブラシ等を用いて電気信号の送受を行うことも可能であ
る。

【００３１】次に超音波探触子により診断しながら治療
を行う場合を説明する。図12は円筒型永久磁石２の中に
治療用レーザーファイバー８を通し、レーザー光を照射
する状態を示す。図13は血管内で脂質付着部を超音波探
触子により診断しながらレーザー光で脂質を焼き取って
いる状態を示す。

【００３２】図14は治療用レーザーファイバー８の先端
にホットチップ９を取り付けた器具を永久磁石２内に通
した状態を示し、図15は血管内で脂質を診断しながら、
ホットチップ９で脂質を焼き取る治療をしている状態を
示す。

【００３３】上述のように、第１実施例では前方を診断
することで、脂質の長さを把握することができる。しか
し、回転軸に直交する断面の診断を行うことができない
ので、脂質の厚さを把握することができない。一方第２
実施例では回転軸に直交する断面を診断することで脂質
の厚さを把握できるが、前方を診断することができない
ので、脂質の長さを把握することが出来ない。

【００３４】第３実施例は第１、第２実施例を組み合わ
せることにより前方、回転軸に直交する断面の直径診断
が可能となり、脂質の長さ、厚さを把握することができ
る。また、第１〜第３実施例においては、円筒状の永久
磁石２の中にレーザーファイバーやホットチップ付レー
ザーファイバーを通すことで診断と治療を同時に行うこ
とができる。

【００３５】従って、Ｘ線のモニタなしにカテーテル型
超音波探触子を安全かつ確実に挿入可能となり、診断と
治療を同時に行うことができる。これにより、治療部位
へのレーザーの照射、進達のモニタを行うことができる
ので、レーザー光による血管の穿孔、ホットチップによ
る血管壁正常組織の焼損の可能性を大幅に減少すること
ができる。

【００３６】なお、上記実施例では、永久磁石２は２
極、コイル４は１つの場合を示したが、これらを増加し
てもよい。また、永久磁石２の前方の圧電振動子３の数
は１個以上であればよい。さらに、二重のドーナツ状に
するなど、他の形態も可能である。また、圧電振動子３
で送受信される超音波の音響特性を向上させるため、バ
ッキング、整合層、レンズ等を形成して取り付けること
は周知の技術である。また、超音波ビームの送信方向ま
たは、受信方向を検出するために、ロータリーエンコー
ダや非接触のレーザーを用いたエンコーダを用いて位置
検出、角度検出等を行うこと、および診断装置側で、超
音波受信信号と位置信号を処理する信号処理回路や制御
回路で制御を行うことで超音波断層像を表示する回路な
ども周知技術である。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、円筒状の永久磁石をロータとし、これをコイルによ
り回転する。永久磁石の前方や円筒表面に圧電振動子を
取り付けることにより、前方や円筒軸と直交する断面の
超音波断層像が得られる。さらに円筒状永久磁石内にレ
ーザーファイバー等を通すことにより診断しながらレー
ザー光による治療などを安全に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の構成を示す横断面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ矢視図である。

【図３】図１のＹ−Ｙ断面図である。

【図４】第１実施例の超音波走査状態を示す図である。

【図５】第２実施例の超音波走査状態を示す図である。

【図６】第３実施例の超音波走査状態を示す図である。

【図７】コイルの装着状態を示す図である。

【図８】図７のＺ方向から見た図である。

【図９】図７のＹ−Ｙ断面図である。

【図１０】図９のＣ部詳細でチューブへの各種コイル取
り付け方法を示す図である。

【図１１】圧電振動子への給電をロータリートランスを
用いて行う場合を示す図である。

【図１２】永久磁石内にレーザーファイバーを通した状
態を示す図である。

【図１３】レーザー光による治療と超音波探触子による
診断を同時に行う状態を示す図である。

【図１４】永久磁石内にホットチップを頭部にもつレー
ザーファイバーを通した状態を示す図である。

【図１５】ホットチップによる治療と超音波探触子によ
る診断を同時に行う状態を説明する図である。

【図１６】円筒型永久磁石の前面に設けた圧電振動子の
動作を説明する図である。

【図１７】従来の超音波探触子の構成例を示す図であ
る。

【図１８】図17に示すフレシキブル・ワイヤーの回転機
構を示す図である。

【図１９】従来の診断の様子を示す図である。

【図２０】図19で得られる超音波断層像の一例を示す図
である。

【図２１】レーザー光により血管中の脂質を照射して除
去する状態を示す図である。

【図２２】従来の装置での診断を説明する図である。

【図２３】従来の装置での診断を説明する図である。

【図２４】従来の装置での診断を説明する図である。

【図２５】レーザー光照射の誤りを説明する図である。

【符号の説明】

１ チューブ ２ 永久磁石 ３ 圧電振動子 ４ コイル ５ 圧電振動子からのリード線 ６ コイルのリード線 ７ ロータリートランス ８ 治療用レーザーファイバー ９ ホットチップ

フロントページの続き (72)発明者 志村 ▲たか▼城 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チューブ（１）と、このチューブ（１）
   内に設けられ円筒型のロータを構成する永久磁石（２）
   と、この永久磁石（２）に取り付けられた圧電振動子
   （３）と、前記永久磁石（２）の磁束と交差する回転磁
   界を発生するコイル（４）とを備えたことを特徴とする
   超音波探触子。
2. 【請求項２】 前記圧電振動子（３）を前記永久磁石
   （２）の円筒軸方向前面に取り付けたことを特徴とする
   請求項１記載の超音波探触子。
3. 【請求項３】 前記圧電振動子（３）を前記永久磁石
   （２）の円筒外面に取り付けたことを特徴とする請求項
   １または２記載の超音波探触子。
4. 【請求項４】 前記コイル（４）を前記チューブ（１）
   に取り付けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   に記載の超音波探触子。