JPH09117452A - 超音波を集束するための非球面補償付き装置及び方法 - Google Patents

超音波を集束するための非球面補償付き装置及び方法

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JPH09117452A
JPH09117452A JP8252761A JP25276196A JPH09117452A JP H09117452 A JPH09117452 A JP H09117452A JP 8252761 A JP8252761 A JP 8252761A JP 25276196 A JP25276196 A JP 25276196A JP H09117452 A JPH09117452 A JP H09117452A
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aspherical
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ultrasonic
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Edward Verdonk
ヴァードンク，エドワード
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、超音波ビームへのカテーテル
・シースの歪みの影響を補償して、超音波プローブの焦
点ゾーンを制御する技法を提供することである。 【解決手段】上記目的は、管腔内超音波プローブの変換
器の周囲に円筒形ケースを備えるプローブであって、前
記円筒形ケースが中心軸を有し、前記変換器がケースの
中心軸まわりで回転可能であるプローブを用いて、対象
物の目標領域に超音波ビームを合焦させる方法におい
て、変換器から超音波ビームを放出するステップと、非
球面手段によって超音波ビームを合焦させて、超音波ビ
ームへの、ケースによる歪みの影響を低減するために、
円筒形ケースを介して超音波ビームを伝送するステップ
とを含む方法によって達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、脈管内超音波（Ｉ
ＶＵＳ）像をもたらす超音波プローブに関する。更に具
体的には、本発明は、超音波プローブと、適用時に像収
差が最小量である、かかるプローブの製造、及び使用方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】医師たちは、多くの国において、死亡と
廃疾の原因の首位を占める心臓疾患と闘うため、心臓の
血管系に関する詳細なデータを必要とする。生体内の場
合、脈管内超音波画像化（ＩＶＵＳ）によって、こうし
た情報を得るための比較的良好な方法が提供される。超
音波画像化には、超音波の音響波先パルスを人体に送り
込み、そのパルスの反射を検出することが必要になる。
反射は、音響インピーダンスが変化する境界において発
生する。反射が変換器によって受信される時間は、これ
らのインピーダンス境界の深さに対応する。選択された
角度だけ変換器をステップ移動させることによって、本
質的にインピーダンス境界のマップである、２次元（角
度と深さ）超音波像を得ることが可能である。これらの
インピーダンス境界の強度及び位置は、従って、血管及
びその中間環境の状態の特徴を表すものと解釈すること
が可能である。
【０００３】像の品質は、その分解能によって強く影響
され、分解能は、さらに、身体の検査に用いられる超音
波の波長によって決まる。波長が短くなると、これは周
波数が高くなることに該当するが、分解能の高い像が得
られる。しかし、高い周波数は、急速に減衰するので、
深さの検査に関してその利用が制限を受けることにな
る。従って、高周波変換器は、高分解能で比較的浅い像
形成に最も適している。例えば、５〜２０ＭＨｚの超音
波周波数は、胎児及び末梢血管の検査には有効である
が、３０ＭＨｚ以上の周波数は、心臓血管系の脈管内検
査に望ましい。
【０００４】近年、心臓専門医が、ＩＶＵＳの方法によ
って、冠状動脈の断面像を得ることの診断的価値をます
ます認識するようになってきた。現在では、２つの汎用
タイプのＩＶＵＳカテーテル・システムが存在する。第
１に、合成アパーチャ手法が存在する。例えば、米国特
許第4,917,097 号（Proudian他による）、及び米国特許
第5,186,177 号（O'Donnell による）には、合成アパー
チャの手法を利用して、変換器から電子的に超音波ビー
ムの操向を行う方法に関する教示がある。第２のタイプ
は、機械的運動によって像の走査を行う、機械式回転タ
イプである。機械式回転タイプには、３つのサブクラス
がある。第１のサブクラスの場合、遠位の（オペレータ
から遠隔の）変換器、又はミラーが、延長駆動シャフト
及び近位のモータによって、カテーテルの近位端から回
転させられる（Yockによる米国特許第4,794,931 号、及
び米国特許第5,000,185 号によって教示されるよう
に）。第２のサブクラスの場合、回転は、遠位端に制限
され、この場合、小形モータを用いて、変換器を回転さ
せるか（米国特許第5,240,003 号、及び米国特許第5,17
6,141 号（Bom による））、あるいは、流体駆動タービ
ンを利用して、変換器、又はミラーを回転させることに
なる（米国特許第5,271,402 号（Yeung 、及びDiasによ
る））。第３のサブクラスの場合、固定の近位変換器
が、遠位端に音を伝える回転音響導波管に対して音響的
に結合される（例えば、米国特許第5,284,148 号（Dia
s、及びMeltonによる））。
【０００５】今日用いられている最も普及タイプのＩＶ
ＵＳカテーテルは、平面的な単一素子変換器をカテーテ
ルの遠位端に配置した、機械式回転システムである。こ
れが好まれる理由は、現在の合成アパーチャ・システム
に比べて像の品質が優れていることにある。
【０００６】均質な液体に放射する平面変換器の圧力フ
ィールドに関して、近接フィールド（すなわち、フレネ
ル領域）から遠隔フィールド（フラウンホーファー領
域）への遷移距離Ｎは、一般に下記のように表される。
【０００７】Ｎ＝ｄ2 ／４λ （１） ここで、ｄは円形変換器の直径（、又は正方形変換器の
幅）であり、λは音の波長である。図１には、遷移領
域、又は焦点ゾーン（ほぼ遷移距離）が示されている。
図１には、ほぼ円筒形のケース（、又はシース）２０に
よって包囲された回転シャフト１４に装着される変換器
１６を備える、超音波プローブ１０が示されている。こ
のプローブは、患者の身体（不図示）における血管２６
の管腔２２の内側に配置される。変換器１６には、単一
の変換素子が含まれている（多素子変換器を用いること
も可能であるが）。変換器によって生じる超音波フィー
ルドは、図１に示すように、フレネル領域Ａ、自然焦点
（３０に位置する）、及びフラウンホーファー領域Ｂを
備えている。シャフトを方向Ｄに回転させると、回転方
向Ｃにおいて超音波の掃引が可能になる。図２及び３に
は、変換器が部分的に示されている。
【０００８】式（１）により示されるように、変換器の
物理的寸法、及び動作周波数が共に、焦点ゾーンの軸方
向位置に影響を及ぼす。冠状動脈の画像化には、軸方向
の（時間的な）十分な分解能を実現して、臨床医が動脈
壁の層を分析できるようにするのに、通常は２０〜２０
ＭＨｚの範囲の高周波変換器が要求される。ＩＶＵＳカ
テーテルの物理的寸法は、絶えず縮小されているので、
それらカテーテルを、冠状動脈の樹木状分岐の更に下に
通し、又はより狭い閉塞を通過させることが可能になっ
ている。カテーテル寸法の下限は、非常に小さい変換器
を製造する能力によって設定され、また、変換器の電気
的インピーダンスが上昇し、面積の縮小と共に感度が低
下するという事実によっても設定される。現在のとこ
ろ、利用可能な最小のＩＶＵＳカテーテルの寸法は、約
３．０フレンチ（〜１ｍｍの直径）である。表１には、
冠状動脈の画像化に利用可能である、各種寸法（すなわ
ち直径）の変換器、及び周波数に対する遷移距離が作表
されている。このデータは、哺乳類の組織と同様の音響
インピーダンス及び速度を有する水（ｖ＝１．５ｍｍ／
μｓｅｃ）中に、変換器が放射すると仮定したものであ
る。
【０００９】
【表１】
【００１０】正常な冠状動脈の直径（平均±標準偏差）
は、左の主領域において４．０±０．７ｍｍである。そ
れは、左前下行部分において３．４±０．５ｍｍまで狭
まり、冠状動脈の樹木状分岐の回旋部分において３．０
±０．７ｍｍまで狭まる（MacAlpin他による、「放射線
医学」の 第108巻、1973年９月号の第567-576頁を参
照）。疾患のある冠状動脈は、管腔がもっと狭くなり、
おそらくは、きつすぎて、既存のＩＶＵＳカテーテルを
通すことは不可能である。カテーテルが動脈の管腔の中
心に位置決めされるものと仮定すると、Ｎは、カテーテ
ルの外壁（現在のところ最小のＩＶＵＳカテーテルで、
半径が〜０．５ｍｍ）と血管の壁（正常な冠状動脈の最
大予想半径で、〜２．０ｍｍ）との間のどこかに入る。
選択された動作周波数に対して、平面変換器を用いる場
合、変換器の直径の選択は明らかに制限される。
【００１１】Kondo 他による米国特許第4,572,201 号に
は、「回転軸に対して平行な方向における分解能を改善
する」ため、楕円形状の変換器の利用について教示があ
るが、焦点ゾーンの特性に対する「音響ケース」の影響
を取り扱っていない。米国特許第5,291,090 号におい
て、Diasは、シースが焦点に及ぼす歪みを認識し、楕円
形状の変換器を用いて、それを補正するように提案して
いる。しかし、彼は、変換器の寸法を決定すべき方法に
ついて教示していない。Lockwood他（IEEE UFFC,1994,
41(2), pp.231-235）は、球形状の高周波変換器を創り
出したが、シースなしで動作させている。この変換器
も、生体内における脈管内画像化には大きすぎる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】必要とされるのは、シ
ースを備える脈管内超音波プローブの焦点ゾーンを制御
することによって、被検査血管の最適な断面像を得る技
法である。
【００１３】多くの場合、管腔内（例えば、患者の）に
用いる超音波プローブは、シースを備える。シースは、
プローブによって血管（すなわち、動脈の壁）が損傷を
受けるのを防ぐために通常用いられる、ほぼ円筒形のケ
ースである。
【００１４】従って、本発明の目的は、先行技術におけ
る要求を満たし、発生される圧力フィールドへの、カテ
ーテルのシースのような介在構造の影響を考慮して、超
音波プローブの焦点ゾーンを制御する技法を提供するこ
とである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】更に具体的に、本発明に
よれば、焦点ゾーンにおいて均一な圧力フィールドが生
成される、超音波プローブ（シース付き）、及び該プロ
ーブの製造方法が提供される。かかる超音波プローブの
製造方法には、回転可能なシャフトに変換器を装着する
ステップと、非球面手段（非球面レンズのような）を設
けるステップと、シースとの空間的関係において、回転
可能なシャフト、変換器、及び非球面手段を位置決めす
るステップ（例えば、シースの内側で、回転可能なシャ
フト及び変換器に、非球面レンズを固定するステップ）
ステップとが含まれ、その結果、シースによる非対称な
集束効果が、非球面レンズによって低減される。変換器
は、超音波を発生、又は受信可能である。好適な実施例
の場合、変換器は、超音波を発生、及び受信する。シャ
フトは軸を備え、ほぼ円筒形のケースは、超音波の回転
可能な送信、又は受信のために、シャフトの軸とほぼ一
致する軸を備えている。超音波の送信、又は受信を行う
ため、変換器と結合する電子手段（例えば、ワイヤ、発
振器、増幅器、その他）も存在し得る。
【００１６】本発明によれば、さらに、プローブの変換
器を包囲するほぼ円筒形のケースを備えた超音波プロー
ブを利用して、対象物の目標領域に超音波ビームを合焦
させる方法も提供される。このケースは、中心軸を備え
ており、変換器は、ケースの中心軸まわりを回転可能で
ある。この方法には、ケースを介して超音波ビームを伝
送するステップと、ケースによる歪み影響を低減するた
めに、非球面手段を介して超音波ビームを合焦させるス
テップとが含まれる。
【００１７】非球面手段（例えば、レンズ）の非球面形
状は、目標領域における焦点を選択するステップと、超
音波の仮想供給源として焦点を利用するステップと、変
換器表面における必要な速度ポテンシャルを計算するス
テップによって決定することができる。シースの集束効
果を考慮することによって、その歪みの影響を補償する
ことが可能である。
【００１８】本発明の管腔内超音波プローブ、及び方法
を有効に用いて、ＩＶＵＳカテーテルの焦点ゾーン特性
を、制御するようにして、調整可能である。前述のよう
に、高周波は有効であるが、身体深くまで侵入しない。
超音波プローブを用いて高分解能と鮮鋭な像を得るため
には、適切な焦点ゾーンにある目標組織に、超音波ビー
ムを向けることが重要である。さらに、この焦点ゾーン
における超音波ビームは、均一な圧力フィールドを備え
ることが有利である。というのは、圧力が不均一であれ
ば、組織によって反射され、受信変換器によって受信さ
れる超音波の品質が悪影響を受けるためである。
【００１９】図１に示すように、直径がｄの単一素子変
換器は、波長がλの超音波を流体中に導入する。シース
がない場合、式Ｎ＝ｄ2／４λ によって、変換器のいわ
ゆる「自然焦点」Ｎが位置する場所が支配される。Ｎに
よって、近接フィールド（複雑な圧力フィールドに関連
した）から遠隔フィールド（ビームの発散、及び音の強
さの単調な降下に関連した）への超音波フィールド遷移
が、どの軸方向範囲において生じるかが規定される。超
音波近接フィールドの圧力分布は、多くのピークとゼロ
を含む非常に複雑（すなわち、非常に不均一）なもので
ある。さらに、ピークを、軸外れにする（すなわち、ビ
ームの中心領域から外す）こともでき、この結果、問題
となる実際の領域の周囲の構造の画像化となる。従っ
て、遷移距離、又はそれを超える位置において、画像化
を行うことが望ましい。
【００２０】一般に、最も高品質の像は、問題となる領
域（例えば、動脈壁）に変換器の焦点ゾーンが位置する
ようにして、最小の横寸法（分解能の向上）と、最大の
音の強さ（Ｓ／Ｎ比の向上）を生かして利用することに
よって得られる。従って、変換器（所定の直径及び周波
数を有する）、特に、シースによって包囲された変換器
の焦点ゾーンを調整する能力は、有用である。これは、
本発明による非球面手段（例えば、レンズ、又は湾曲変
換器）によって実現可能である。実際、本発明によるプ
ローブ（レンズ、又は湾曲変換器のどちらかを備えた）
を利用すると、焦点ゾーンを距離Ｎよりも近づけること
が可能である。実際には、焦点ゾーンは、ほぼ円筒形の
ケース（すなわち、カテーテル・シース）の外部半径と
Ｎの間のどこかに位置決めするのが望ましい。
【００２１】本発明による超音波プローブの製造方法に
は、暗黙的に、音響ビームへのカテーテル・シースの影
響が組み込まれる。これまで、シースが存在しない場合
に生じる圧力フィールドに相対して、シースによって超
音波の圧力フィールドに生じる変化は無視し得ると仮定
してきた。実際には、シースがビームの総合的な品質に
対してかなりの影響を及ぼす可能性のある、ということ
が明らかになった（例えば、図６−８、及び図９−１１
に、理論的ビーム・プロットが示されている）。例え
ば、円形（すなわち、ディスク形状）変換器に固有の超
音波フィールドの回転対称性が、カテーテル・シースの
追加によって損なわれる。所望であれば、本明細書に記
載の方法を用いて、その対称性を回復することも可能で
ある。
【００２２】本発明の超音波プローブを用いて、超音波
ビームの利用可能な最適分解能、最高Ｓ／Ｎ比、及び対
称性を生かした、冠状動脈の断面像を得ることが可能で
ある。具体的には、超音波プローブは、脈管内画像化カ
テーテルの焦点ゾーンを、変換器の面から指定の距離の
位置に定める。このプローブと先行技術による装置を区
別するものは、カテーテル・シースの歪みを生じさせる
集束効果を補償する、非球面手段（例えば、レンズ）の
存在である。本発明は、カテーテル・シースを介して音
を通すことになる、どんなＩＶＵＳカテーテルにも適用
でき、それは、多素子合成アパーチャ・カテーテル、或
いはカテーテルの遠位端に単一変換器を備えるか、又は
音響導波管（この場合、変換器はカテーテルの近位端に
配置され、仮想変換器が遠位端に形成される）を備え
た、機械式回転カテーテルである。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の超音波プローブは、非球
面手段（例えば、レンズ）を備えて、シャフト及び変換
器を包囲するシースの集束効果によって生じる、超音波
ビームの歪みを補償する。
【００２４】プローブの好適な実施例 図４に示すように、これは、本発明の超音波プローブの
好適な実施例を示すが、本発明の超音波プローブ１００
は、電気モータ、空気圧駆動装置、その他といった回転
手段（不図示）によって回転可能な、シャフト１１４を
備えている。変換器１１６が、超音波を送受信するため
に、回転シャフト１１４に装着されている。変換器１１
６は、構成を簡易にするため、単一変換素子を備えるの
が望ましい。しかし、変換器表面に配置された複数の変
換素子を用いることも可能である。好適には、変換器
は、ピストン・モードで動作する（すなわち、変換器全
体の全ての粒子が同相で振動する）平坦な表面を備えて
いる（すなわち、この変換器は、平面変換器である）。
【００２５】非球面レンズ１１８が、回転シャフト１１
４から遠隔の、変換器１１６の表面に装着される。非球
面レンズ１１８の非球面表面１２４が、シャフト１１４
の軸から外方に面しており、その平坦な表面が、平面変
換器１１６に接して、これに取り付けられている。シャ
フト１１４、変換器１１６、及びレンズ１１８は、１つ
のユニット１１２として、円筒形のケース（、又はシー
ス）１２０の内側で回転可能であり、このケースは、回
転ユニット（すなわち、シャフト、変換器、及びレン
ズ）の回転動作から血管を保護する。シャフト１１４
は、シース１２０の軸とほぼ一致する軸を備えるので、
シャフト（従って、回転可能な変換器ユニット１１２）
が回転する場合、回転可能な変換器ユニット１１２は、
変換器に近いシースの軸にほぼ沿って回転する。理解し
ておくべきは、シャフト１１４及びシース１２０は、可
撓性であることが望ましいので、それらの軸は、その全
体形状に関連しており、必ずしもその全長に沿って真っ
直ぐである必要はない、ということである。
【００２６】回転ユニットが方向Ｄに回転すると、変換
器１１６は、超音波を送受信する。こうして送信される
超音波が、シャフト１１４の軸まわりの方向Ｃに掃引さ
れる。図３を参照すると、シースに垂直な方向に対して
角度βをなすように、超音波ビームが送出される。図３
において、角度βは、プローブの細部を示すため、誇張
されている。βの値を小さくすると（約１０゜が望まし
い）、変換器とシースの間の反響が低減する。より大き
いβの値を選択すると、カテーテルのガイドを助ける
「ルック・アヘッド」能力を促進することができる。理
解しておくべきは、１０゜がより望ましいが、βの望ま
しい範囲は、約０゜から３０゜に及ぶということであ
る。非球面レンズが、シース１２０の集束効果を補償す
るので、非球面レンズを介して変換器から送られる超音
波は、位置１３０において合焦する（図４参照）が、プ
ローブ１０及びプローブ１００が、同じシャフト及び変
換器を備えるものと仮定すると、この位置は、図１の位
置３０、又はその近くにあたるのが望ましい。
【００２７】超音波プローブにおける非球面手段の効果 単一素子カテーテルは、良好な像の品質を与えるが、回
折の計算によって明らかなように、平面変換器と連係し
たレンズを利用するか、又は湾曲（すなわち、凹面）変
換器を利用すると、平面変換器だけによって生じる圧力
フィールドに比べて、結果生じる圧力フィールドが大幅
に改善されることになる。レンズを平面変換器と組み合
わせて用いると、別様の場合に比べて直径の大きい変換
器を用いて、やはり目標焦点を実現することが可能にな
る。図５、６−８、９−１１、及び１２−１５には、集
束レンズを用いた場合と、用いない場合に生じる圧力フ
ィールドが比較されている。各プロットは、−３、−
６、−１０、及び−２０ｄＢレベルにおける等圧線（そ
れぞれ、ｐ２０８、ｐ２０６、ｐ２０４、ｐ２０２とし
て表示の破線で表した）が示されている。しかし、ここ
で考慮されているのは、非球面レンズを用いる代わり
に、他の手段を用いて、シースによって生じる歪みを補
償することができる、ということである。例えば、変換
器を湾曲させるか、あるいは、シースの一部を不均一な
厚さにすることによって、非球面レンズと同様にして集
束効果を実現して、シースの歪みを補償することも可能
である。しかし、非球面湾曲変換器、又は一部の厚さが
不均一なシースを構成し、位置決めするのは比較的複雑
であるため、非球面レンズが望ましい。
【００２８】図２及び３には、カテーテル・シースを含
むフィールド・プロットに関する、方位角方向、及び仰
角方向が示されている。座標軸ｘ’、ｙ’、及びｚ’の
原点は変換器の面上にある。ｚ’軸は、変換器の軸（垂
線）と一致する。変換器の前方傾斜のため（すなわち、
βは０゜ではない）、ｚ’はカテーテルの回転軸に対し
て垂直ではない。仰角方向、及び方位角方向は、それぞ
れ、ｘ’軸及びｙ’軸に沿って延びるものと規定され
る。図３において、ｙ’軸は、このページに対して垂直
な矢印１５によって示されている。
【００２９】水中に放射する単一素子変換器に対する回
折計算が、幅広く研究されており、十分に理解されてい
る。これらの計算例として、図５は、連続波（ＣＷ）モ
ードにおいて、３０ＭＨｚで動作し、水中に放射する、
直径が０．６７ｍｍの円形変換器によって生じる圧力フ
ィールドの等高図である。このデータは、脈管内画像化
装置のコンソールにおいて共通に利用可能な、通常の時
間利得補償（ＴＧＣ）の効果に似るように調整されてい
る。一般に、ＴＧＣは、各深さにおける最大信号振幅を
等しくするように調整される（これらのプロットでは、
１に調整される）。すなわち、固定されたｚ’値の各ラ
インに沿ったポイントにおいて計算される圧力は、同じ
固定されたｚ’の平面において求められた最大圧力によ
って正規化される。こうして、レンジ（この場合ｚ’）
の増大に伴うフラットな応答が得られる。該フィールド
は、変換器の軸（回転シャフトの軸に対して幾分垂直な
方向にある）まわりの回転に関して対称である。軸方向
の焦点は、ｚ’＝２２３０μｍに位置している。
【００３０】それほど十分には理解されないのは、変換
器と問題となるフィールド点の間に介在する構造が、超
音波ビームの特性に及ぼす影響である。例えば、ＩＶＵ
Ｓカテーテルの焦点ゾーンの位置、及び寸法に関するカ
テーテル・シースの影響がある。脈間内カテーテルの変
換器とそれに関連する配線、及び／または駆動ケーブル
・シャフト（、又はケーブル）は、同軸のシース内に納
められている。シースは、２つの働きをする。第１に、
シースは、駆動ケーブルを機械的に支持して、もつれる
のを阻止し、曲がりくねった経路に沿ってガイドして、
画像化サイトに到達できるようにする。第２に、シース
は、傷つき易い動脈の内膜層を、回転駆動ケーブル及び
変換器による擦過傷から保護する。
【００３１】大部分のシースは、水（、又は血液）より
音が高速である、１層以上のプラスチック材料（例え
ば、メチルペンテン共重合体（例えば、ＴＰＸ）、ポリ
テトラフルオロエチレン（ＴＥＦＬＯＮ）、ポリエチレ
ン、ポリウレタン）から形成される。例えば、図６−１
１の場合、シース２０は、外層２０Ａ及び内層２０Ｂを
備えている。同様に、図１２−１５の場合、シース１２
０は、層１２０Ａ及び１２０Ｂを備えている。この速度
差が円筒形状と結合すると、シースは、方位角方向にお
いて集束レンズとして機能することになる。本明細書で
仰角方向と呼ぶ、図２の直交方向において、超音波ビー
ムの集束は、ほとんど、又は全く期待されない。従っ
て、円筒形のシースによって包囲された円形で平坦な変
換器は、シースの外側で非対称ビームを発生することが
予想される。
【００３２】図６−８には、３．５フレンチ、３０ＭＨ
ｚのカテーテルに関して計算された、圧力等高線が示さ
れている。このカテーテル・シース２０は、直径が１１
６０μｍで、壁厚が１１０μｍである。この壁に対して
２つの層（２０Ａ、２０Ｂ）があり、すなわち、厚さ８
８μｍのポリエチレン膜が、厚さ２２μｍのポリウレタ
ン膜によって覆われている。変換器は、傾斜し、１０゜
（すなわち、β＝１０゜）の前向き角を有している。変
換器は又、カテーテルの中心線（すなわち軸）から１２
０μｍだけオフセットしている。シースによって生じる
集束のため、軸方向の焦点は、この場合、ｚ’＝１９１
０μｍに位置することになる。図６及び７には、それぞ
れ、方位角方向、及び仰角方向における圧力等高線が示
されている。図５に示す圧力フィールドとは異なり、こ
の場合、ビームに対して非対称性である。これは、図８
で更に明瞭に示され、そこには、圧力等高線が、変換器
と平行に１０００μｍ離れて配置された平面内で示され
ている。この距離においても、やはり変換器の近接フィ
ールド内にあり、そこで、画像化の悪影響を被ることに
なる。例えば、図８における最大圧力値は、超音波ビー
ムの軸から外れた位置にある（すなわち、中心、すなわ
ちｘ＝０、ｙ＝０ではない）。
【００３３】比較のため、図９−１１には、平凹集束レ
ンズ（レンズの直径＝変換器の直径＝０．６７ｍｍ、そ
の曲率半径＝４９７μｍの球形凹状表面）の追加を除け
ば、図６−８と同じカテーテルに関して計算された、圧
力等高線が示されている。予測されるように、集束レン
ズを追加すると、焦点ゾーンが変換器に近づけられ、そ
の横寸法が狭められた。それにもかかわらず、図１１で
明らかなように、フィールドに対する非対称性の問題は
残されている。
【００３４】図１２−１５には、本発明の技法の図９−
１１のカテーテルに対する適用が要約されている。目標
焦点ゾーンは、軸上にあり、軸方向距離ｚ’＝１０００
μｍの焦点ゾーンに位置するように設定した。この焦点
を実現するには、縦波速度が２．８２（すなわち、Ｖ
lens＝２．８２）ｍｍ／μｓｅｃの材料で造られたレン
ズの場合、その高さが図１５に示すようなレンズが必要
となった。適合する材料はエポキシである。従って、非
球面レンズ（方位角方向よりも仰角方向における曲率が
大きく、これにより、仰角方向における集束効果を増す
ことによって、シースの歪みの影響が補償される）によ
って、図１２、１３、及び１４に示す対称な圧力フィー
ルドが得られる。例えば、図１４に示す圧力等高線（ラ
インｐ２０２、ｐ２０４、ｐ２０６、ｐ２０８）は、本
質的に円形であり、これは、ディスク形状の変換器の全
体形状に対応する。図１５の場合、レンズの高さ軸は、
レンズの凹状表面上における位置に関して、ｘ’ｙ’平
面（レンズの平坦な側）より上の高さ（ラインＬ１から
Ｌ６等で表示）を示している。ｘ’ｙ’平面における等
高線は、１０μｍ増分による等高線を示している。
【００３５】非球面手段の整形 図４のような超音波プローブを利用すれば、超音波の合
焦は、シースの歪みの影響を補償することによって、カ
テーテル・シースを介して可能となる。Lalonde 他（IE
EE UFFC, 1993, 40(5), PP.592-602 ）は、均質な媒体
（すなわち、シースが介在しない）を想定して、過温症
に適用するためのレンズの設計に、同様の技法を利用し
ている。Lalonde 他によって報告されたレンズ寸法の計
算を、参照として本明細書に組み込む。この方法を本発
明において適応させると、そのステップの開始は、カテ
ーテル・シースの外側のどこかに位置する目標焦点（ま
たは、近接した位置にあるポイントのグループ）を選択
することである。疑似音源がこの目標焦点に配置され、
以下のレイリー・ゾンマフェルト回折積分を用いると、
圧力フィールドは、変換器に向かって後方に伝搬する
（Acoustic Waves, G.S.Kino, Prentice-Hall, 1987, p
p.154-163 ）。
【００３６】
【数１】
【００３７】式（２ａ）及び２（ｂ）において、ｘ’、
ｙ’、及びｚ’は音源点座標のデカルト座標位置を表
し、ｘ、ｙ、及びｚは、点（ｘ’、ｙ’、ｚ’）とは異
なるフィールド点の位置を表し、φ（ｘ、ｙ、ｚ）は、
フィールド点（ｘ、ｙ、ｚ）における速度ポテンシャル
を表し、Ｕz（ｘ’、ｙ’、ｚ’）は、増分音源素子の
粒子変位を表し、ｋは波数であり、Ｒは、点（ｘ’、
ｙ’、ｚ’）での増分音源素子とフィールド点（ｘ、
ｙ、ｚ）との間の距離であり、θは、ｄＳ’に対する外
方垂線とベクトルＲとの間の角度であり、ｄＳ’は増分
音源素子の面積である。本発明の場合、例えば、変換器
のアパーチャが約１３波長の幅である場合、式（２ａ）
と式（２ｂ）のいずれかによって得られる結果は、他方
とは大幅に異なることはない。従って、式（２ａ）を、
図５−１５に関連した計算に用いる。当業者であれば、
この開示に基づいて、上記式をいかに適用できるかは分
かるであろう。
【００３８】速度ポテンシャルφ（ｘ、ｙ、ｚ）によっ
て、粒子変位が決まり、従って、粒子速度が決まる。圧
力は、音響インピーダンスを通じて、粒子速度と関連づ
けられる。当業者には、φと粒子変位及び圧力を関連づ
けることが可能である。レイリー・ゾンマフェルト回折
積分を繰り返し適用することによって、カテーテル・シ
ースを介して音を伝搬させることができる。レイリー・
ゾンマフェルト回折積分を続けて適用する場合、選択さ
れたフィールド点での速度ポテンシャルの値を音源とし
て利用して、別の点集合での速度ポテンシャルが計算さ
れる。圧力フィールドの変換器への後方伝搬は、１つの
ステップに対して出力されるフィールド値が、後続ステ
ップにおける入力音源になる、多数ステップ工程であ
る。変換器からの音の外方伝搬は、任意に、前方向とみ
なされる。音響フィールド（圧力フィールド）の後方伝
搬において辿るステップは、（単層のシースと仮定する
と） （ａ）目標焦点 → シースの外部表面、 （ｂ）シースの外部表面 → シースの内部表面、 （ｃ）シースの内部表面 → 平面変換器の面における
平面、 となる。
【００３９】シースが多層の場合、後方伝搬は、シース
を横断するまで、同様にして１つの層から次の層へと続
けられる。境界に対して垂直な粒子変位の連続性が、遭
遇する各界面毎に適用される。
【００４０】変換器に達すると、非球面レンズの寸法、
すなわち形状を判定して、非球面レンズの効果を試験す
ることが可能である。変換器の面における圧力フィール
ドは、複素共役をなし、後方伝搬に類似したようにして
前方伝搬する。シースの外側に結果生じる圧力フィール
ドは、最初に与えられた目標焦点における圧力フィール
ドと比較される。必要であれば、疑似音源に修正を加え
て、手順が繰り返される。
【００４１】所望の焦点を得るのに必要な、変換器にお
ける励起をいかに近似するかは、用いられるＩＶＵＳの
タイプに依存する。多素子合成アパーチャ・カテーテル
の場合、各素子の相対位相は、後方伝搬の結果が示すよ
うに調整される。単一素子変換器の場合、変換器自体を
凹状にすることもできるし、又は平面変換器を、方位角
方向及び仰角方向で、異なる寸法になるように切断する
ことも可能である（すなわち、楕円形の変換器）。
【００４２】好適には、レンズは、ピストン・モードで
駆動される平面変換器と組み合わせて用いられる。最後
の事例の場合、平凹レンズの必要な高さは（レンズ中で
の音速が、結合媒体中、例えば、水中での音速より大き
いと仮定すると）、下記の式によって得られる。
【００４３】
【数２】
【００４４】ここで、必要な位相シフトは、後方伝搬後
の変換器の面（すなわち表面）におけるフィールドから
得られ、Ｖlens及びＶwaterは、それぞれ、レンズ材料
及び水中での音速であり、ｆは変換器の動作周波数であ
る。
【００４５】図１６及び図１７のフローチャートには、
非球面レンズの曲率を決めるステップが示されている。
詳細には、図１８−２０及び図２１−２３に示すよう
に、該技法は以下のステップとなる。
【００４６】１．図１８において、カテーテル・シース
の外側のどこかに位置する目標焦点が選択される（図１
６に示すブロックＦ１）。１つの仮想点音源（又は、少
数の仮想点音源）３０２が、目標焦点に配置される（ブ
ロックＦ２）。これらの音源３０２は、レイリー・ゾン
マフェルト回折積分への入力として利用され、また、カ
テーテル・シース１２０の外部表面上の点集合３０４に
おける圧力、及び粒子速度を求めるために利用される
（ブロックＦ３）。図１８の矢印は、音の仮想伝搬を示
している。同様に、図１９−２３の矢印は、音の仮想伝
搬を示している。
【００４７】２．図１９において、こうして計算され
た、シース１２０の外部表面上の離散点３０４における
圧力、又は粒子速度は、次に、レイリー・ゾンマフェル
ト回折積分における音源３０６として利用されるが、そ
れは、その界面における粒子変位の連続性を誘導し（す
なわち、境界条件で置換し）て、音をシースの次の層
（シースが、図に示されていないが、２層以上から成る
場合）に伝搬させることによる（ブロックＦ４）。
【００４８】３．シースの内部表面３０８に達するまで
（点集合３１０において）、多層シースの各層毎に１回
ずつ、ステップ２が繰り返される。
【００４９】４．図２０において、レイリー・ゾンマフ
ェルト回折積分を適用することにより、速度ポテンシャ
ル計算を仮定に基づいて利用して、音が、さらに、シー
スの内部表面から（点３１０から）変換器の面３１２
（点３２０を有する）まで伝搬することになる（ブロッ
クＦ５）。変換器表面の点における位相シフトが計算さ
れる（ブロックＦ６）。
【００５０】５．非球面レンズの形状が計算される（ブ
ロックＦ７）。ステップ４において求められる計算され
た粒子速度の複素共役は、音波が変換器の面から前方に
伝搬し、ステップ１において選択された軸方向位置に合
焦するのに必要な励起である。この励起関数をいかに現
実的に生成することができるかは、用いられる変換器の
タイプに依存する。合成アパーチャ手法が所望の場合、
複数の素子のそれぞれの振幅及び位相を調整して、所望
の焦点特性を実現することが可能である。脈管内画像化
装置には、一般に、「ピストン・モード」で動作する、
平坦で、単一素子による変換器が使用され、変換器の面
における全ての点が、同相且つ等振幅で移動する。アパ
ーチャを横切る粒子速度の振幅及び位相における必要な
空間変動は、従って、電子的にではなく、物理的に実現
しなければならない。例えば、変換器にアポディゼーシ
ョンを施して、必要な空間振幅変動に近似させることに
なる。さらに、必要とされる、粒子速度の同相の空間変
動は、１つの平面を備えたレンズを、変換器の面に対し
て配置することによって実現可能である。レンズの高さ
変動（すなわち、厚さ）は、上述の式（３）によって求
められる。
【００５１】前述のように、必要な位相変動を実現する
代替方法には、超音波の送信、又は受信のための非球面
形状を得るために、変換器を整形する（湾曲させる）ス
テップと、表面が弧状で、厚さが不均一な一部を備える
ように、シースの一部を整形するステップとが含まれ
る。
【００５２】６．図２１−２３に示すように、（オプシ
ョンで）非球面手段の有効性を評価して、シースによる
音響歪みを補償するために、ステップ４において計算し
たように、変換器の面を横切る必要な粒子速度への実現
可能な近似が、変換器に適用される。音の伝搬は、仮定
に基づき、音の後方伝搬に類似したように粒子速度を計
算することによって、あたかも非球面レンズを介するか
のように、変換器の面３１２の選択された点３２０（図
１７のブロックＦ８）から、シース１２０の内部表面３
０８まで前方向になされる。これは、変換器の点３２０
において、ステップ４で得られた（位相シフトを有し
て）圧力フィールドを維持して、音をシースに伝搬させ
る（図１７のブロックＦ９、Ｆ１０の組み合わせ）こと
によって行われる。代替として、音が非球面レンズの外
部表面に達し（ブロックＦ９）、次に、シースの内部表
面に伝搬する（ブロックＦ１０）という、仮想伝搬に基
づいて、計算を行うことができる。この場合、変換器の
点３２０は、位相シフトせずに振動するのが望ましい。
【００５３】７．シースの内部表面の離散点３１０にお
いて計算したばかりの圧力、又は粒子速度は、次に、そ
の界面における粒子変位の連続性を導出して、音をシー
スの次の層に伝搬させることによって、レイリー・ゾン
マフェルト回折積分における音源として利用される。
【００５４】８．ステップ７は、シースの外部表面（点
集合３０４において）に達するまで繰り返される。
【００５５】９．音は、仮定に基づいて、シース１２０
の外部表面からシースの外部の点まで伝搬する。方位角
平面、仰角平面、及び軸方向平面の変動範囲における圧
力フィールドの計算は、ビームの３次元範囲を視角化す
るのにとりわけ有効である。計算されたフィールドの圧
力等高線によって、画像化している組織内構造を分解す
る能力が推定される。
【００５６】１０．ステップ９で求められた焦点ゾーン
・パラメータ（すなわち、速度ポテンシャル、従って圧
力フィールド）が、ステップ１で指定された目標焦点と
比較される。
【００５７】１１．この手順は、ビーム・プロフィール
に満足がゆくまで、目標焦点ゾーン、又は非球面レンズ
の高さを少しずつ移動させることによって繰り返され
る。
【００５８】上記方法によって、非球面レンズ（好適に
は、平面変換器と結合する平坦な表面を備えた）の曲率
を計算することが可能である。構造の簡略化のため、好
適な超音波プローブは、平坦な単一素子による変換器と
共に、こうした平凹非球面レンズを備えている。非球面
レンズの寸法は、変換器の寸法によって決まる。その
後、こうした非球面レンズは、ガラス、高分子材料、金
属、その他といった適切な材料から製造できる。２０Ｍ
Ｈｚ以上で動作する３．５フレンチのカテーテルの場
合、焦点ゾーン距離が、例えば約５００μｍから３００
０μｍの範囲内のカテーテルを製造することが可能であ
る。成型、又は研削のような、非球面音響レンズを製造
するための従来の工程を利用することが可能である。本
発明の適用は、材料、又はこうした材料から非球面レン
ズを製造する工程によって制限を受けることはない。
【００５９】前記のように、レンズ以外の非球面手段を
用いて、シースの歪みの影響を低減させることも可能で
ある。例えば、図２４には、弧状、凹面、及び非球面放
射表面１２４を有する変換器２１６を備えた、プローブ
２００が示されている。この場合、レンズは必要とされ
ない。多素子変換器を利用することも可能であるが、こ
の実施例の場合、変換器２１６は、単一変換器素子を備
えている。変換器上の計算された粒子変位に基づいて、
超音波へのシースの歪みの影響を補償するのに必要な変
換器の形状を、非球面レンズに用いられたのと類似した
仕方で計算することが可能である。
【００６０】さらに、図２５に示すように、レンズを用
いたり、又は変換器の放射表面を湾曲させる代わりに、
シースの寸法に修正を加えて、超音波への歪みの影響を
低減させることが可能である。この場合、プローブ４０
０には、厚さが不均一な部分４２３を備えるシース４２
０が含まれる。この部分４２３は、変換器１６から放出
される超音波ビームが向けられる（シャフトの回転時
に）場所に位置決めされた溝４２５を備えている。溝４
２５は、シース４２０の軸を包囲し、球面ではない（す
なわち非球面）表面を備えている。図２５に示すシース
４２０の部分４２３は、真っ直ぐな外部境界と、シース
の軸に沿った断面が弧状の境界をなす内部表面を備え
る、好適な実施例である。変換器上での粒子変位に基づ
き、超音波に対して、厚さが均一なシースの歪みの影響
を生じさせないようにする（換言すれば、補償する）の
に必要な部分４２３の形状は、非球面レンズに関する上
記の方法と類似した仕方で計算することができる。
【００６１】本発明の例示的な実施例を詳細に説明した
が、当業者であれば、本発明の精神及び範囲を逸脱する
ことなく、特に寸法と形状、及び様々な上記の特徴の組
合せに関して、上記の実施例に修正を加えることができ
るのは明らかである。例えば、非球面レンズは、変換器
に直接接触しないように配置することも可能である。ま
た、非ディスク形状の外形寸法（例えば、正方形、楕円
形等）を備えた変換器も利用可能である。様々な周波数
に適用可能なプローブも考慮される。
【００６２】以下に、本発明の実施態様を列挙する。
【００６３】１．管腔内超音波プローブの変換器の周囲
に円筒形ケースを備えるプローブであって、前記円筒形
ケースが中心軸を有し、前記変換器がケースの中心軸ま
わりで回転可能であるプローブを用いて、対象物の目標
領域に超音波ビームを合焦させる方法において、(a) 変
換器から超音波ビームを放出するステップと、(b) 非球
面手段によって超音波ビームを合焦させて、超音波ビー
ムへの、ケースによる歪みの影響を低減するために、円
筒形ケースを介して超音波ビームを伝送するステップ
と、を含む方法。
【００６４】２．非球面手段が、変換器と円筒形ケース
の間に配設された非球面レンズである、前項１に記載の
方法。
【００６５】３．超音波ビームの仮想供給源として、目
標領域において焦点を選択するステップと、前記超音波
ビームに基づいて、変換器上の速度ポテンシャルを計算
するステップと、前記速度ポテンシャルに基づいて、非
球面手段の非球面形状を計算するステップを含む方法に
よって、非球面手段の非球面形状が決定される、前項１
に記載の方法。
【００６６】４．円筒形ケースが円筒形表面を備え、非
球面手段の非球面形状が、目標領域において焦点を選択
するステップと、ケースの円筒形表面上の速度ポテンシ
ャルを計算するステップと、次に、変換器上の速度ポテ
ンシャルを計算するステップを含む方法によって決定さ
れる、前項３に記載の方法。
【００６７】５．円筒形ケースの軸に対してより近位の
前記ケースの円筒形表面上の速度ポテンシャルが、前記
軸に対してより遠位の前記ケースの円筒形表面上の速度
ポテンシャルに基づいて計算される、前項４に記載の方
法。
【００６８】６．円筒形ケースが、円筒形表面を各々有
する少なくとも２つの層を備え、非球面手段の非球面形
状が、目標領域において焦点を選択するステップと、円
筒形ケースの各層の円筒形表面上の速度ポテンシャルを
計算するステップと、次に、変換器上の速度ポテンシャ
ルを計算するステップを含む方法によって決定される、
前項３に記載の方法。
【００６９】７．円筒形ケースの軸に対してより近位の
層の円筒形表面上の速度ポテンシャルが、前記軸に対し
てより遠位の層の表面上の速度ポテンシャルに基づいて
計算される、前項６に記載の方法。
【００７０】８．円筒形ケースの表面上の速度ポテンシ
ャルが、レイリー・ゾンマフェルト回折積分を適用する
ことにより計算される、前項３に記載の方法。
【００７１】９．非球面手段の形状が、円筒形ケースに
起因する位相シフトを補償するために計算され、非球面
手段の非球面形状が、該ケースを介して変換器の複数の
位置に超音波を伝送する、目標領域での選択された焦点
における仮想供給源からの、変換器の複数の位置におけ
る位相シフトを求めることによって計算される、前項３
に記載の方法。
【００７２】１０．非球面手段の形状が、更に、変換器
上の複数の仮想的な超音波供給源から、円筒形ケースの
表面上の速度ポテンシャルを計算し、次に、元の仮想的
な超音波供給源が位置する目標領域での選択された焦点
において、ある表面の複数の位置における速度ポテンシ
ャルを計算することによって、非球面手段の形状を確認
するステップを含む方法によって計算される、前項３に
記載の方法。
【００７３】１１．変換器が、シャフト軸に対する垂線
から、０゜乃至３０゜の方向に超音波を向けるように位
置決めされる、前項１に記載の方法。
【００７４】１２．非球面手段が、前記超音波ビームを
放出する弧状非球面放射表面を備える変換器である、前
項１に記載の方法。
【００７５】１３．非球面手段が、円筒形ケースの中心
軸まわりに溝を備える前記ケースの一部であり、溝にお
ける弧状非球面表面が、結果として、前記ケースにおけ
る不均一な厚さとなる、前項１に記載の方法。
【００７６】１４．対象物の管腔内に適用する超音波プ
ローブの変換器を包囲する円筒形ケースの歪み効果を補
償するために、非球面手段の形状を決定する方法におい
て、(a) 超音波ビームの仮想供給源として、目標領域に
おいて焦点を選択するステップと、(b) 前記円筒形ケー
スを通ってきた前記超音波ビームに基づいて、変換器上
の速度ポテンシャルを計算するステップと、(c) 前記速
度ポテンシャルに基づいて、非球面手段の非球面形状を
計算するステップと、を含む方法。
【００７７】１５．円筒形ケースが円筒形表面を備え、
前記方法が、ケースの円筒形表面上の速度ポテンシャル
を計算するステップと、次にケースの円筒形表面上の速
度ポテンシャルに基づいて、変換器上の速度ポテンシャ
ルを計算するステップを含む、前項１４に記載の方法。
【００７８】１６．管腔内に適用するための超音波プロ
ーブにおいて、 (a) 対象物の管腔に挿入するために、中心軸を備えた円
筒形の音響ケースと、 (b) 前記中心軸に対してある角度をなす方向において、
超音波ビームを送信、又は受信するために、前記音響ケ
ース内に位置決めされて、前記音響ケースの前記中心軸
まわりに回転可能である、超音波変換器ユニットであっ
て、(i) 超音波を発生、又は受信する変換器と、(ii)
前記中心軸まわりで変換器を回転させるために、変換
器と可動に接続されて、前記中心軸と略一致する軸を備
えた、シャフトと、(iii) 円筒形の音響ケースによる、
目標領域に合焦した超音波への歪みを低減するために、
前記音響ケース内の変換器と関連付けられる、非球面手
段とを具備する超音波変換器ユニットと、からなる超音
波プローブ。
【００７９】１７．非球面手段が、円筒形ケースの歪み
の影響を補償する非球面レンズである、前項１６に記載
の超音波プローブ。
【００８０】１８．非球面手段の非球面形状が、円形状
の変換器上で、複数の仮想的な超音波供給源を選択し、
変換器により放出される仮想的な超音波ビームに基づい
て、円筒形ケースの表面上の速度ポテンシャルを計算
し、次に、選択された焦点におけるビームに垂直な合焦
表面上の速度ポテンシャルを計算すると、合焦表面上の
円形状の速度ポテンシャル・プロフィールが得られるよ
うな形状である、前項１６に記載の超音波プローブ。
【００８１】１９．非球面手段の非球面形状によって、
仮想的な超音供給源として、目標領域の焦点を選択する
ステップと、円筒形ケースの表面上の速度ポテンシャル
を計算するステップと、次に変換器上の速度ポテンシャ
ルを計算するステップと、を含む方法により計算される
位相シフトにほぼ等しい超音波伝送の位相シフトが生じ
ることになる、前項１６に記載の超音波プローブ。
【００８２】２０．円筒形ケースの中心軸に対してより
近位のケースの表面上の速度ポテンシャルが、前記軸に
対してより遠位の前記ケースの表面上の速度ポテンシャ
ルに基づいて計算される、前項１９に記載の超音波プロ
ーブ。
【００８３】２１．円筒形ケースが、少なくとも２つの
層を備え、非球面手段の非球面形状が、仮想的な超音供
給源として、目標領域において焦点を選択するステップ
と、ケースの各層の表面上の速度ポテンシャルを計算す
るステップと、次に変換器上の速度ポテンシャルを計算
するステップを含む方法によって決定される、前項１６
に記載の超音波プローブ。
【００８４】２２．非球面手段が、前記超音波ビームを
発生、又は受信して、円筒形ケースの歪みの影響を補償
する、弧状非球面放射表面を備えた変換器である、前項
１６に記載の超音波プローブ。
【００８５】２３．非球面手段が、円筒形ケースの中心
軸まわりに溝を備える前記ケースの一部であり、溝の弧
状非球面放射表面が、結果として前記ケースの不均一な
厚さとなるので、前記ケースによって、かかる溝のない
円筒形ケースに比べて、大幅に減少した歪みとなる、前
項１６に記載の超音波プローブ。
【００８６】２４．対象物の管腔内に適用するために、
円筒形ケースを備えた超音波プローブを製造する方法に
おいて、(a) 回転可能に超音波を送信、又は受信するた
めの回転可能なユニットを形成するために、軸を備えた
回転シャフトに変換器を装着するステップと、(b) 非球
面レンズを、前記回転可能なユニットに固定するステッ
プと、(c) 円筒形ケースによる超音波ビームへの歪みの
影響が、非球面レンズによって低減されるように、円筒
形ケース内で回転可能に超音波を送信、又は受信するた
めのシャフト軸と略一致する軸を備えたケースの内側に
おいて、前記非球面レンズ、及び回転可能なユニットを
位置決めするステップと、を含む方法。
【００８７】
【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、非
球面手段を介して超音波ビームを合焦させることによ
り、シャフト及び変換器を包囲するシース（すなわち、
円筒形ケース）の非対称な集束効果に起因した、超音波
ビームへのシースの歪みの影響を低減、すなわち補償す
ることが可能になる。
【００８８】また、本発明による超音波プローブ（レン
ズ、又は湾曲変換器のいずれかを備えた）を用いると、
変換器の焦点ゾーンを調整して、それを、シースの外部
半径と「自然焦点」Ｎの間に位置決めできるので、最小
の横寸法と、最大の音の強さが得られ、従って、超音波
ビームの利用可能な最適分解能、最高Ｓ／Ｎ比、及び対
称性を生かした、冠状動脈の断面像を得ることが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】血管の内側に配置された、従来技術による超音
波プローブの断面図である。
【図２】ｘ’、ｙ’、ｚ’軸と、方位角及び仰角方向を
示す、図１の従来技術によるプローブの部分等角図であ
る。
【図３】図２のプローブの部分側面図である（明瞭にす
るためシースを省略する）。
【図４】血管の内側に配置された、本発明の超音波プロ
ーブの実施例の断面図である。
【図５】シースがなく、シースの歪みの影響を補償する
ための手段もない、３．５フレンチ、３０ＭＨｚの脈管
内カテーテルについて計算された、方位角圧力等高線を
表すグラフである。
【図６】シースを備えるが、シースの歪みの影響を補償
するための手段がない、３．５フレンチ、３０ＭＨｚの
脈管内カテーテルついて計算された、方位角圧力等高線
を表すグラフである。
【図７】シースを備えるが、シースの歪みの影響を補償
するための手段がない、３．５フレンチ、３０ＭＨｚの
脈管内カテーテルついて計算された、仰角圧力等高線を
表すグラフである。
【図８】シースを備えるが、シースの歪みの影響を補償
するための手段がない、３．５フレンチ、３０ＭＨｚの
脈管内カテーテルついて計算された、ｚ’＝１０００μ
ｍの平面における圧力等高線を表すグラフである。
【図９】シース、及び曲率半径が７９４μｍの平凹球面
レンズを備えた、３．５フレンチ、３０ＭＨｚの脈管内
カテーテルついて計算された、方位角圧力等高線を表す
グラフである。
【図１０】シース、及び曲率半径が７９４μｍの平凹球
面レンズを備えた、３．５フレンチ、３０ＭＨｚの脈管
内カテーテルついて計算された、仰角圧力等高線を表す
グラフである。
【図１１】シース、及び曲率半径が７９４μｍの平凹球
面レンズを備えた、３．５フレンチ、３０ＭＨｚの脈管
内カテーテルついて計算された、ｚ’＝１０００μｍの
平面における圧力等高線を表すグラフである。
【図１２】シース、及び平凹非球面レンズを備えた、
３．５フレンチ、３０ＭＨｚの脈管内カテーテルついて
計算された、方位角圧力等高線を表すグラフである。
【図１３】シース、及び平凹非球面レンズを備えた、
３．５フレンチ、３０ＭＨｚの脈管内カテーテルついて
計算された、仰角圧力等高線を表すグラフである。
【図１４】シース、及び平凹非球面レンズを備えた、
３．５フレンチ、３０ＭＨｚの脈管内カテーテルついて
計算された、ｚ’＝１０００μｍの平面における圧力等
高線を表すグラフである。
【図１５】図１２−１４の圧力等高線を生じるのに用い
られる、エポキシ製と仮定した非球面レンズについて計
算された形状を表すグラフである。
【図１６】非球面レンズの形状を計算する工程に関する
フロー・チャートである。
【図１７】非球面レンズについて計算された形状を確認
する工程に関するフロー・チャートである。
【図１８】選択された焦点からシースの外部表面への音
の伝搬を示す図である。
【図１９】シースの外部表面からシースの内部表面への
音の伝搬を示す図である。
【図２０】シースの内部表面から変換器への音の伝搬を
示す図である。
【図２１】変換器からシースの内部表面への音の伝搬を
示す図である。
【図２２】シースの内部表面からシースの外部表面への
音の伝搬を示す図である。
【図２３】シースの外部表面から目標領域への音の伝搬
を示す図である。
【図２４】血管の内側に配置された、本発明の超音波プ
ローブの他の実施例の横断面図である。
【図２５】本発明の超音波プローブの更に他の実施例の
部分縦断面図である。
【符号の説明】
100 超音波プローブ 112 超音波変換器ユニット 114 回転シャフト 116 変換器 118 非球面レンズ 120 円筒形ケース（シース） 124 非球面放射表面

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 管腔内超音波プローブの変換器の周囲に
    円筒形ケースを備えるプローブであって、前記円筒形ケ
    ースが中心軸を有し、前記変換器がケースの中心軸まわ
    りで回転可能であるプローブを用いて、対象物の目標領
    域に超音波ビームを合焦させる方法において、 (a) 変換器から超音波ビームを放出するステップと、 (b) 非球面手段によって超音波ビームを合焦させて、超
    音波ビームへの、ケースによる歪みの影響を低減するた
    めに、円筒形ケースを介して超音波ビームを伝送するス
    テップと、を含む方法。
JP8252761A 1995-09-25 1996-09-25 超音波を集束するための非球面補償付き装置及び方法 Pending JPH09117452A (ja)

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