JPH0824259A - 針状超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 組織性状診断を容易なる穿刺針状超音波探触
子を提供する。 【構成】 中空外針の壁面に対向した複数対の薄膜超音
波変換器２、２’が、内実内針２０の先端部に探査用超
音波変換器３が、それぞれ設けられ、超音波変換器は音
響整合層を兼ねた被覆層３０に蔽われ、また変換器の背
面の外針の一部が吸音材になっている。内針と外針の先
端を合わせ、被検体内に針状超音波探触子を刺入し、探
査用超音波変換器３により、周囲の血管や正常組織と観
察部位の境界を探査しつつ刺入し、内針先端が観察部位
に達した点で停止し、内針位置を保持して外針１０を観
察部位まで刺入する。中空の外針内に観察部位の生体組
織が導入され、これを挟み複数対位置する超音波変換器
２、２’で、超音波の送受を行ない生体組織の音響特性
を測定する。 【効果】 病変組織への穿刺針の刺入が容易であり、病
変組織の画像化もできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波診断装置用の探触
子に関し、特に被検体内深層部の組織性状診断及び高分
解能撮像に好適な針状超音波探触子に関する。

【０００２】

【従来の技術】臓器に発生した病変を診断する方法とし
て生体検査（バイオプシ）が知られている。これは、超
音波撮像装置で体腔内の臓器を描出しながら、穿刺針を
病変部まで刺入し、針の内部に病変部の生体組織を導入
して採取し、これを鑑別して病名の診断を行うものであ
る。しかし、この方法では生体組織を体外に摘出した後
検査するためただちに診断できず、また組織が生体内の
状態から変化するという問題があった。そのため、穿刺
針に超音波変換器を取り付けて直接病変部に刺入し、病
変部の組織性状、具体的には病変部の音響特性の測定を
行う穿刺針が提案されてきた。これまでに提案されてい
る超音波変換器を備えた穿刺針は、特公平４−７８２９
９号のごとく針に凹部を設けてその壁面に超音波変換器
を設けたり、特公平５−１２５号のごとく穿刺針の内針
と超音波変換器を交換可能としたものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】生体組織の音響特性を
定量的に測定するには、超音波が伝搬する距離を正確に
決める必要がある。この場合、生体組織を既知の厚さに
スライスしその透過波を測定する方が、生体組織からの
反射波を測定するより精度が高い。また、病変の微細な
構造を検査するためには、病変部の生体組織を撮像する
必要があるが、このためには、少なくとも数１０μｍ程
度の分解能が必要である。高分解能を得るためには、超
音波変換器の送受波の中心周波数が５０ＭＨｚ以上の高
周波であることが望ましいが、高周波の超音波は生体内
での減衰が大きく、生体組織からの反射波を検出するの
が困難になる。従って、生体組織をその音響特性から診
断したり、高分解能で撮像するためには、生体組織を透
過する透過超音波、あるいは生体組織を透過して反射材
から反射される疑似透過超音波を測定することが有用で
ある。また従来の生体検査では、体表面に密着させた超
音波探触子で得た画像を参照しながら穿刺針を刺入する
が、正確に病変部に刺入するには生体検査にある程度習
熟する必要があった。本発明はこれらの従来技術におけ
る問題を解決するために、観察部位（病変組織）を探査
しながら刺入でき、かつ透過超音波あるいは疑似透過超
音波を容易に測定できる穿刺針状の超音波探触子を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】被検体内にある病変組織
の診断を迅速に行うために、被検体内に直接穿刺する穿
刺針において、超音波変換器と超音波反射材の対、また
は第１の超音波変換器と第２の超音波変換器の対の、少
なくとも１対を、穿刺針の軸に垂直な方向において対向
するよう設置し、対向する、超音波変換器と超音波反射
材、または第１の超音波変換器と第２の超音波変換器の
間に生体組織を導入する如く構成する。第１、第２の超
音波変換器、第１、第２の超音波変換器を被覆する被覆
層または反射材を曲面形状に構成して、超音波を収束さ
せ第１、第２の超音波変換器の超音波送受の効率を上げ
る。また、穿刺針の構造を単純とするため、針の少なく
とも一部が背面吸音材や反射材を兼ねる構成とする。病
変部位への穿刺針の正確な刺入を容易にするために、穿
刺針の外面、または生体組織を穿刺針内部に導入するた
めの内針の先端部に、上記の第１、第２の超音波変換器
とは周波数の異なる別の超音波変換器を設ける。また、
針内部に導入した生体組織を高分解能で撮像するため
に、内部に導入された組織に対して相対的に、穿刺針の
長手軸方向、または長手軸を回転軸とする回転方向に、
超音波変換器を運動、移動可能とする。この運動、移動
は単に針状超音波探触子自体を動かすことにより可能で
ある。さらに診断を容易にするため、得られたデータを
基準値と比較する装置を設ける。

【０００５】

【作用】穿刺針の内部空間に導入された生体組織を、挟
むように位置する第１、第２の超音波変換器は、穿刺針
の内針の先端部、または穿刺針の外針の外面に設けられ
た超音波変換器よりも送受信する超音波の中心周波数が
高く設定されているので、内針の先端部または外針の外
面に設けられた超音波変換器は、より広い範囲を粗く測
定するのに対して、生体組織を挟むように位置する第
１、第２の超音波変換器は、より狭い範囲を詳細に測定
するのに適している。従来の生体検査と同様にして、被
検体の体表面に密着させた超音波探触子による画像を参
照しながら、穿刺針を刺入する際、上記の低周波の超音
波変換器から得られる信号をモニターして、周囲の血管
等を検知し、観察すべき生体組織（病変部位）を探査
（モニタ）しつつ、穿刺針を被検体に刺入できる。観察
部位に穿刺針の先端部が達した後、内針の移動操作を行
ない、観察部位の生体組織を、高周波の超音波変換器と
超音波反射材、または第１の高周波超音波変換器と第２
の高周波超音波変換器との間に導入する。しかるのち、
この高周波超音波変換器、第１、第２の高周波超音波変
換器により、観察部位の生体組織の音響特性（減衰や音
速、またはそれらの周波数スペクトルなど）を測定し、
その結果を基準値と比較して示し、医師の診断を容易と
することができる。また、観察部位の生体組織を画像化
する場合は、必要に応じて針状超音波探触子を長手軸方
向または長手軸周囲の回転方向に移動させる。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例を以下説明する。以下の説明
において示した素材や数値は一例であり、必ずしもこの
通りである必要はない。

【０００７】（第１の実施例）図１は本発明による第１
の実施例の針状超音波探触子を観察部位に刺入した状態
の断面を示している。外針の直径は１ｍｍ以下であり、
５００μｍ程度とするのが、被検体に与える負荷が少な
く好適である。本実施例では、中空の外針の壁面に、外
針の中心軸をはさみ対向する薄膜超音波変換器２、２’
が複数対設けられ、さらに内実の内針２０の先端部の、
内針の軸方向の面にも低周波の探査（モニタ）用超音波
変換器３が設けられている。外針の壁面に設けた薄膜超
音波変換器２はＺｎＯ（酸化亜鉛）の薄膜で形成され、
送受波の中心周波数は１００ＭＨｚ、超音波変換器対
２、２’の間の対向する間の距離は２００μｍである。

【０００８】また、探査用超音波変換器３はＰＺＴ（ジ
ルコンチタン酸鉛）の薄膜で形成され、送受波の中心周
波数は４０ＭＨｚ程度が好ましい。診断を行うには、ま
ず内針と外針の先端位置を合わせた状態で、従来の穿刺
針と同様にして、被検体内に針状超音波探触子を刺入す
る。このとき、探査用超音波変換器３により、周囲の血
管や正常組織と観察部位（病変組織）の境界等を探査
（モニタ）しつつ刺入し、内針の先端が観察部位に達し
た位置で停止させる。その後、内針の位置を保持して、
外針１０をさらに内部の観察部位まで刺入する。そこで
中空の外針内には専ら観察部位の生体組織が導入され、
これを超音波変換器２の複数の対向する対が、図１に示
すように上下に挟むように位置することになる。この状
態で対を成す超音波変換器のそれぞれの間で超音波の送
受信を行ない、外針内に導入された生体組織の音響特性
を測定する。これが図１の状態に相当する。超音波変換
器のそれぞれは、エポキシ樹脂、ポリウレタン、または
これらを積層して形成される音響整合層を兼ねた被覆層
３０に蔽われ、また超音波変換器の背面にあたる外針の
一部が、タングステン粉末を混入したブチルゴム等の吸
音材で構成されている。各々の超音波変換器には、送受
波信号を伝達する信号線４０、４０’が結線されている
が、簡単のため、図１ではその一部のみを図示してい
る。本実施例では相対向する超音波変換器の間で、超音
波の送受波を行う構成であるが、超音波変換器の一方が
ステンレスなどの超音波反射材であり、送波した超音波
変換器が、反射材からの反射波を受波する構成にしても
よい。一般に生体に超音波を照射したとき、透過波は反
射波よりも信号量が大きいため、生体組織の透過波を検
出する本願発明の探触子は、減衰の大きい高周波の超音
波信号でも受波可能である。図１において、超音波変換
器２、２’の形状は、平面状、もしく外針の内周に沿
う、曲面状のいずれかである。

【０００９】なお、外針内に生体組織を導入する方法と
して、内針と外針の先端位置を合わせ被検体の病変組織
内に針状超音波探触子を刺し入れ、次いで内針を引くこ
とにより外針内の圧力を低下させて、注射針で被検体か
ら採血するときの吸入原理と同様にして、外針内に生体
組織を導入してもよい。以上説明したようにして対向す
る超音波変換器と超音波反射材の対、または超音波変換
器の対の間の圧力を低下させ、生体組織を対の間に導入
できる。

【００１０】（第２の実施例）図２は図１とは異なる第
２の実施例であり、針状超音波探触子の針内部を詳細に
示した断面図である。図２（ａ）は、針の中心軸を含む
中心軸方向での断面図、図２（ｂ）は、針の中心軸に直
交する面での断面図（図２（ａ）のＡ−Ａ’部断面図）
を示す。図２において、信号配線は簡単のため省略して
いる。本実施例においても、図１と全く同様に外針の内
部に観察部位の生体組織を導入するが、距離間隔の異な
る対向して対を成す２つの超音波変換器の対、２ａ、２
ｂがあり、生体組織はそのいずれの対の間にも同時に導
入される。超音波変換器の対、２ａ、２ｂの距離間隔
は、例えば、各々２００μｍ（対２ａにおいて）と１０
０μｍ（対２ｂにおいて）である。従って厚さの異なる
生体組織の音響特性が同時に測定できる。図１の実施例
では、内針の軸方向の面に低周波の探査（モニタ）用超
音波変換器３を設けたが、図２に示すように、外針の外
周面に探査（モニタ）用超音波変換器３’を配置しても
よく、変換器３’の面には、エポキシ樹脂、ポリウレタ
ン、またはこれらを積層して形成される音響整合層を兼
ねた被覆層３０’が配置されている。図２では、超音波
変換器２、２’の形状は、平面状であるが、曲面状の構
成としてもよい。

【００１１】（第３の実施例）図３は図１、図２と同様
の目的に用いられる、第３の実施例の断面図である。図
３（ａ）は、針の中心軸を含む中心軸方向での断面図、
図３（ｂ）は、針の中心軸に直交する面での断面図（図
３（ａ）のＡ−Ａ’部断面図）を示す。本実施例では、
内針の中心軸とほぼ直交する方向の内針の外周に、複数
の凹部が形成され、超音波変換器２、２”がこれら凹部
のそれぞれの底面に配置されている。超音波変換器２、
２”の面には、図２の構成と同様に、音響整合層を兼ね
た被覆層３０が配置されている。また、図１の構成と同
様に、内針の軸方向の面に探査（モニタ）用超音波変換
器３”が設けられている。図３に示した状態で、観察部
位の生体組織を凹部に導入し、しかる後に、内針を操作
し、内針の位置を移動させて、点線で示した如く凹部を
外針内に納める。このとき、観察部位の生体組織片４が
内針２５と外針１５の間の空間部分に導入される。図３
（ｂ）の断面図は、この状態を図示している。本実施例
では内針２５が超音波変換器の背面吸音材を兼ね、その
凹部の底に超音波変換器２、２”が配置されている。こ
こで、内針の一部を脱着可能部分２６として、脱着可能
部分２６の厚さを変更して、導入される組織片４の音響
特性の計測を最適条件にできる。凹部に導入された観察
部位の組織片は外針１５が対向するが、本実施例では外
針が、例えばステンレスであって音波の反射材を兼ね、
送波した超音波変換器２が反射波の受波も行なう。本実
施例とは逆に、外針に超音波変換器、内針に反射材が設
けても本発明の作用効果を得ることができる。また内
針、外針の双方に超音波変換器が設けてもよいことは言
うまでもない。本実施例においても、凹部の深さが２段
階となっており、図２の実施例と同様にして、厚さの異
なる生体組織の同時計測が可能である。図２、図３の実
施例では探査（モニタ）用の超音波変換器３’、３”は
アレイ状になっており、より詳細な探査が可能である。
図３では、超音波変換器２、２”の形状は、平面状であ
るが、曲面状の構成としてもよい。

【００１２】（第４の実施例）図４は本発明の第４実施
例であり、針の軸に直交する断面を示している。本実施
例では、生体組織はその断面が円形になるよう外針内に
導入され、複数の超音波変換器２がこれを囲む形になっ
ている。即ち、外針１０の内周面に、複数個互いに分離
され独立して動作する曲面を成す超音波変換器２が、配
置されている。超音波変換器２のそれぞれは、曲面を成
す音響整合層を兼ねる被覆層３０を有している。図４に
示す構成は、公知技術である超音波ＣＴのごとく、生体
組織の断層像を得るのに適した構成を有している。超音
波変換器２の数が、断層画像を得るのに十分でない場合
は、針の位置を針の中心軸のまわりに生体組織（観察部
位）に対して回転させて（図４に示す矢印の方向で、機
械的に移動して送受信するか、もしくは送受信させる超
音波変換器を電気的に選択して、各超音波変換器を動作
させる）、断層画像を得るのに十分な信号を得て、高画
質の断層画像を得ることができる。本実施例では、送波
される超音波が、広がって受波の強度が弱くなるのを防
止するため、超音波変換器２は曲面をなしており、超音
波を収束させる構造となっている。

【００１３】なお、超音波変換器の中心周波数は、１０
０ＭＨｚから４００ＭＨｚ程度が好適である。得られる
方位分解能と位置分解能はそれぞれ、中心周波数１００
ＭＨｚの超音波変換器では３０μｍ、２０μｍ、中心周
波数４００ＭＨｚの超音波変換器では１０μｍ、１０μ
ｍ程度である。中心周波数を高くすると分解能が向上す
る一方で、生体による超音波の吸収が増大して得られる
信号量が減少するが、超音波の送受波を行なう電気回路
系のダイナミックレンジを適切な条件とすることによ
り、超音波信号を効果的に受波することができる。

【００１４】（第５の実施例）図４、図５は本発明の第
４、第５の実施例であり、上記の第４の実施例の構成に
おいて音響整合層を兼ねる被覆層３０の代わりに、図５
に示す第５の実施例のごとく、サファイア、あるいは石
英などの音響レンズを兼ねた被覆層３５を曲面を成すよ
うに、平面状の超音波変換器２の面、外針１０の面に形
成してもよい。外針の内部では、超音波を収束させる音
響レンズを設置するのに十分なスペースに乏しいため、
この構造が特に有用である。第１から第３の実施例にお
いても、本実施例と同様にして、外針の内面に、平面状
の超音波変換器と音響レンズを、図５の構成と同様に配
置して、超音波を収束させる構成としてもよい。

【００１５】（第６の実施例）図６を用いて、上記で説
明したいずれかの実施例による針状超音波探触子を含む
超音波診断装置とその動作を説明する。従来の生体検査
と同様に、被検体の体表面に密着させた超音波探触子５
により得られた全体画像を、参照しながら針状超音波探
触子１を刺入する。ここで穿刺針内の低周波の探査用超
音波変換器により、針先端の位置における生体組織の音
響特性をモニターし、周囲の血管や音響特性の不連続点
などを探査（モニタ）し、その情報を、超音波探触子５
により得た全体画像と同一画面上に表示する。観察部位
の境界に達した位置で穿刺針の内針を操作し、観察部位
の生体組織を針内部に導入する。この後、針内部に設け
た超音波変換器を動作させ、導入された組織の性状、具
体的にはその音響特性（減衰、音速、またはこれらの周
波数スペクトル）を測定し、基準値と比較することによ
り診断を容易とする。ここで、基準値は切除した病変組
織の音響特性の実測値などの臨床データをもとにあらか
じめ設定されているものとする。さらに得られたデータ
を処理し、病変組織の断面を画像化する。基準値と比較
する比較器は独立の装置である必要はなく計算機のソフ
トウエアでもよい。針状超音波探触子またはその内針を
被検体から抜けば、従来の穿刺針と同様にして、生体組
織が採取できるため、従来と同様にして組織鑑別を行な
うことができる。

【００１６】図６において、超音波探触子５での送受波
は送受波装置５０、針状超音波探触子１での探査用超音
波変換器の送受波は送受波装置５０’によりそれぞれな
され、それぞれの送受波の信号の制御と信号処理は、信
号処理装置５２にて実行され、その結果は全体画像とし
て表示装置５４に表示される。また、針状超音波探触子
１での、針内部に設けられ、針内部に導入された組織の
音響特性を計測するための超音波変換器の位置は移動装
置５６により制御され送受波は送受波装置５８によりな
され、送受波の信号の制御と信号処理は、信号処理装置
６２にて実行され、その結果は病変部組織の画像として
表示装置６４に表示される。上記の基準値は、音響特性
比較器６０、もしくは信号処理装置６２に記憶されてお
り、送受波装置５８からの送受信の信号は、基準値と比
較するための音響特性比較器６０において、比較される
か、もしくは信号処理装置６２において基準値と比較さ
れる。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による針状超
音波探触子を、従来の生体検査用穿刺針に代えて用いる
ことにより、穿刺中に病変部の組織性状診断が可能とな
り、別途鑑別する必要がない。また、生体組織の画像化
も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の針状超音波探触子を被
検体内に刺入した断面図。

【図２】本発明の第２の実施例の針状超音波探触子の断
面図。

【図３】本発明の第３の実施例の針状超音波探触子の断
面図。

【図４】本発明の第４の実施例の針状超音波探触子の断
面図。

【図５】本発明の第５の実施例の針状超音波探触子の一
部の断面図。

【図６】本発明の針状超音波探触子を含む超音波診断装
置の構成例を示すブロック図。

【符号の説明】

１…針状超音波探触子、２、２’、２”…超音波変換
器、３、３’、３”…探査用超音波変換器、４…病変部
位、５…従来の超音波探触子、１０…外針、１２…外針
の一部をなす背面吸音材、１５…反射材を兼ねる外針、
２０…内針、２５…背面吸音材を兼ねる内針、２６…脱
着可能部分、３０、３０’、３０”…音響整合層を兼ね
る被覆層、３５…音響レンズを兼ねる被覆層、４０、４
０’…信号線、５０、５０’…送受波装置、５２…信号
処理装置、５４…表示装置、５６…移動装置、５８…送
受波装置、６０…音響特性比較器、６２…信号処理装
置、６４…表示装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠村 隆一 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 伊藤 由喜男 東京都千代田区内神田一丁目１番14号 株 式会社日立メディコ内 (72)発明者 石川 潔 東京都文京区湯島３丁目19−11 日立建機 株式会社ＦＡ事業部内 (72)発明者 神田 浩 東京都千代田区内神田一丁目１番14号 株 式会社日立メディコ内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体内に穿刺する穿刺針に、超音波変換
   器と超音波反射材の対、または第１の超音波変換器と第
   ２の超音波変換器の対の、少なくとも１対を、穿刺針の
   軸に垂直な方向に対向させて配置したことを特徴とする
   針状超音波探触子。
2. 【請求項２】前記対向する、前記超音波変換器と前記超
   音波反射材の対、または前記第１の超音波変換器と前記
   第２の超音波変換器の対の間に、生体組織が導入される
   ことを特徴とする請求項１に記載の針状超音波探触子。
3. 【請求項３】対向する前記超音波変換器と前記超音波反
   射材の対、または前記第１の超音波変換器と前記第２の
   超音波変換器の対の間の圧力を低下させ、前記生体組織
   が前記対の間に導入されることを特徴とする請求項１に
   記載の針状超音波探触子。
4. 【請求項４】前記対向する、前記超音波変換器と前記超
   音波反射材の対、または前記第１の超音波変換器と前記
   第２の超音波変換器の対の、それぞれを成す構成要素の
   間の間隔が可変であることを特徴とする請求項２に記載
   の針状超音波探触子。
5. 【請求項５】前記対向する、前記超音波変換器と前記超
   音波反射材の対、または前記第１の超音波変換器と前記
   第２の超音波変換器の対を、少なくとも２対有し、それ
   ら対のそれぞれを成す構成要素の間の間隔が異なること
   を特徴とする請求項２に記載の針状超音波探触子。
6. 【請求項６】送受波の中心周波数が、前記超音波変換
   器、前記第１、および第２の超音波変換器とは相異な
   る、モニタ用の超音波変換器または超音波変換器アレイ
   がさらに配置されたことを特徴とする請求項１から５の
   いずれかに記載の針状超音波探触子。
7. 【請求項７】前記超音波変換器、前記第１、第２の超音
   波変換器、及びモニタ用の超音波変換器または超音波変
   換器アレイが薄膜で形成されることを特徴とする請求項
   １から６のいずれかに記載の針状超音波探触子。
8. 【請求項８】前記の導入された生体組織に対して相対的
   に、前記穿刺針の軸方向または軸周囲の回転方向に、前
   記穿刺針の内部に配置された超音波変換器の位置を移動
   させる機構を設けたことを特徴とする請求項１から６に
   記載の針状超音波探触子。
9. 【請求項９】前記穿刺針の少なくとも一部が超音波変換
   器の背面吸音材を兼ねることを特徴とする請求項１から
   ５のいずれかに記載の針状超音波探触子。
10. 【請求項１０】前記穿刺針の少なくとも一部が超音波反
    射材を兼ねることを特徴とする請求項１から５のいずれ
    かに記載の針状超音波探触子。
11. 【請求項１１】前記第１、第２の超音波変換器が曲面を
    なすことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載
    の針状超音波探触子。
12. 【請求項１２】前記第１、第２の超音波変換器を被覆す
    る被覆層が曲面をなす音響レンズであることを特徴とす
    る請求項１から５のいずれかに記載の針状超音波探触
    子。
13. 【請求項１３】前記超音波反射材が曲面をなし、反射超
    音波を収束させることを特徴とする請求項１から１０の
    いずれかに記載の針状超音波探触子。
14. 【請求項１４】請求項１から１３いずれかに記載の針状
    超音波探触子を用いた超音波診断装置において、前記針
    状超音波探触子を用いて生体組織の音響特性を測定し、
    該音響特性を基準値と比較することを特徴とする超音波
    診断装置。
15. 【請求項１５】前記音響特性が、前記生体組織の超音波
    減衰率、音速、またはこれらの周波数スペクトルである
    ことを特徴とする請求項１４に記載の超音波診断装置。