JPS602049B2 - 超音波穿刺装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波穿刺装置、特に電子走査超音波診断装置
により描出された臓器等の生体組織を観察しながら、穿
刺針により所望の生体組織を採取する超音波穿刺装置の
改良に関するものである。

超音波断層像により生体組織を観察しながら、臓器等の
所望生体組織を経皮的に穿刺採取する超音波穿刺装置が
周知であり、疾患部の精密検査に好適である。従釆の超
音波穿刺装置は超音波断層像検出用の探触子と穿刺針と
が別体に構成され、超音波探触子により被検体を走査し
て所望の断層像を表示部に表示させながら、所望生体組
織の位置および表面からの距離を測定したうえで、穿刺
針を被検体に刺入し穿刺作業を行っていた。この従来装
置では、断層像が表示部に描出されてから穿刺針が穿刺
されるまでに比較的大きな時間遅れが生じ、生体組織中
の臓器の移動により刺入位置が正しく定められず、所望
生体組織の採取が困難であるという欠点があった。従来
の改良された超音波穿刺装置として、超音波探触子と穿
刺針とを組み合わせることにより、実時間（リアルタイ
ム）で穿刺作用を行う装置が知られている。

第１図には、超音波探触子と穿刺針とを一体化した従来
装置が示されている。第１図において、超音波探触子１
０のほぼ中央部には切込み１０ａが形成され、該切込み
１０ａ内に穿刺針１２が挿入可能な構造となっている。
まず探触子１０を被検体１４の表面に密着させ電子走査
を行うことにより、穿刺を必要とする臓器１６の断層像
の中央部に描出されるよう、表示断層像を観察しながら
探触子１０の設置位置を定める。次に、穿刺針１２を探
鼠子１０の切込み１８ａから被検体１４中に刺入し、こ
の刺入状態を断層像により実時間で観察しながら、穿刺
針１２を臓器１６に達するまで刺入させる。この従来装
置によれば、穿刺針の刺入が実時間で観察できるので、
穿刺の必要な臓器へ確実に穿刺針を刺入することができ
るという利点を有する。しかしながら、この改良された
従来装置では「簾轍子】Ｑ‘こ設けられた切込み寛Ｑａ
のためｔ穿刺針１２が刺入される位置に対応する振動子
を除去しなければならず、刺入位置での超音波断層像の
感度が低下し、刺入時の穿刺針像を鮮明な画像として得
ることができないという欠点があった。

特に、通常の超音波穿刺装置では、穿刺針１２の刺入方
向は探触子１０の超音波パルスビームの放射方向とほぼ
平行に設置され、切込みＩＱａでの振動子の欠損が直接
刺入位置での超音波送受信号の欠如となり、極めて分解
能の低い画像しか得られず、穿刺作用に最も重要な穿刺
針亀２の先端部位層を正確に確認することができないと
いう欠点があった。第２図には従来の超音波穿刺装置の
他の構成が示されている。

第２図において、穿刺針１２は探独子１０の一端に固定
されたガイド１８に摺動可能に保持され、探触子】０が
被検体１４に密着された状態で穿刺針１２が被検体１４
の臓器ｉ６へ向って斜めに刺入される。この従来装置に
よれば、探鮫子１０から被検体１４中に放射される超音
波ビームと穿刺針１２とは平行することなく、あらかじ
め定められた偏位角を有することとなるので「刺入され
る穿刺針亀２の先端位置を正確に観察することができ、
また探鰍子１川こ穿刺針挿入用の切込みを設ける必要が
ないという利点を有する。しかしながら、この従来装置
では、探触子１０の側方に穿刺針ガイド１８を設ける必
要があり、したがって、探触子１０および穿刺針１２の
長さが増加するという欠点があった。更に、穿刺針１２
は被検体１４に対して比較的大きな傾斜角で刺入しなけ
ればならず、刺入線作性が低下すると共に、採取を必要
とする生体組織に向って刺入最短経路をとることができ
ないという欠点があった。本発明は上記の欠点を解消す
るためになされたもので、その目的は穿刺針の刺入状態
を正確に観察することのできる改良された超音波穿刺装
置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は穿刺針刺入前の断
層像信号を、いったん、基準断層像記憶部に記憶し、次
に穿刺針刺入時の実断層像信号と前記基準断層像信号と
を比較して穿刺針像を含む変化分信号を取り出し、更に
基準断層像信号を比例的に圧縮した基準圧縮断層像信号
と前記変化分信号とを重ね合わせ加算して、表示断層像
信号を形成することを特徴とする。本発明によれば、生
体組織の断層像は主として基準圧縮断層像信号から得ら
れ」また穿刺針像は変化分信号から得られ「変化分信号
はその信号値が基準圧縮断層像信号値より大きいため、
穿刺針像が強調された画像として表示されも生体組織像
上に鮮明な穿刺針像を描出することができ、正確な穿刺
作用を行うことが可能となる。

本発明によれば、変化分信号は主として穿刺針像からな
るが、臓器が穿刺針の刺入前後において移動した場合に
は臓器移動分の信号が変化分信号に含まれ、表示断層像
信号にはこの臓器の移動による変化分も表示されるので
、動きのある臓器においても穿刺針刺入時における断層
像を実時間で観察することが可能となる。

本発明において、実断層像信号は直接基準断層像信号と
比較しても良く、また、いったん、実断層像記憶部に記
憶された後、基準断層像信号と比較しても良い。

本発明において、各断層像信号はアナログ信号として処
理されても良く、また同機にデジタル変換されて演算処
理することもできる。

本発明において、表示断層像信号は白黒輝度変調信号と
して表示部に供給しても良く、またカラーコーダにより
疑似色信号として表示部へ供給しても良い。

いづれの場合においても、穿刺針信号は他の生体組織断
層像と比較して大きな輝度信号レベルを有するので、高
騰度の画像あるいは読み取り易い色レベルが付与された
画像となり、極めて鮮明な画像を得ることができる。以
下本発明の好適な実施例を図面により詳細に説明する。

第３図には、断層像信号をデジタル処理する本発明に係
る超音波穿刺装置の好適な実施例が示されている。

繰返し信号発生器２０のパルス信号は走査制御信号発生
器２２および送受信部２４を介して電子走査型超音波探
触子２６へ供給される。図示した実施例では、探触子２
６はリニア電子走査型探触子からなり、直線状に配列さ
れた複数個の振動子から超音波パルスビーム放射毎にあ
らかじめ定められたプログラムに従い、一定個数の振動
子が走査制御信号発生器２２により選択され、繰返し信
号発生器２０のパルス信号が選択された振動子に供給さ
れる。パルス信号より励起された振動子からは被検体１
４中に超音波パルスビームが放射され、このときのビー
ムの集東作用が送受信部２４による各振動子への遅延時
間付与により行われる。探触子２６の励起される振動子
はビーム放射毎に順次走査方向に移動し、所定の超音波
パルスビーム走査作用が得られる。生体中の音響インピ
ーダンスの異なる部位から反射された反射エコーは探触
子２６により受信され、送受信部２４で増幅検波された
後、ＡＤ変換器２８へ供給される。

ＡＤ変換器２８は送受信部２６のアナログ受信信号をデ
ジタル変換し、図示した実施例においては、１回の超音
波パルスビ−ム放射毎に得られる受信信号を超音波放射
方向に沿って２５６点または５１２点でサンプリングし
、各サンプリング点における受信信号強度を４ビットの
デジタル信号に変換する。このデジタル信号は切襖スイ
ッチ３０を介してフレームデジタルメモリ等からなる基
準断層像記憶部３２または実断層像記憶部３４の各誌億
番地へ供給される。実施例の探触子２６は１２８回の超
音波送受信により１回の走査が完了し、この結果、放射
方向に２５６点のサンプリングを行う場合には、１２８
×２５６×４ビットの記憶容量が各記憶部３２，３４に
必要となり、同様に５１２点のサンプリングを行う場合
には１２８×５１２×４ビットの記憶容量が必要となる
。以上のようにして得られた断層像は本発明に係る処理
回路により処理されるが、以下に処理回路の構成および
作用を第４図の波形図を参照しながら説明する。第１図
に示されるような穿刺針刺入用の切込みを有する漆触子
を用いる場合、探触子２６からは穿刺針が除去された状
態で探鰍子２６が被検体に密着保持される。

この状態で切襖スイッチ３０は接点３０ａ側に切り換え
られ、この結果、ＡＤ変換器２８からの断層像信号は基
準断層像記憶部３２へ供給される。このときの記憶部３
２の記憶内容は穿刺針刺入前の断層像信号則ち基準断層
像信号１０１を記憶することとなる。以上のようにして
、穿刺針の刺入前における基準断層像信号が基準断層像
記憶部３２へ収納記憶された後、切換スイッチ３０は接
点３０ｂ側に切り換えられると共に、探触子の切込みか
ら穿刺針が被検体中へ刺入される。

このときの実断層像信号１０２はデジタル信号として実
断層像記憶部３４へ供給される。穿刺針の刺入操作中、
探触子２６は被検体に密着した状態で固定保持されるの
で、基準断層像信号１０１と実断層像信号１０２とはほ
とんど同一の信号波形となるが、信号１０２から明らか
なように、実断層像信号には穿刺針像２００が含まれて
いることが理解される。基準断層像記憶部３２の基準断
層像信号１０１と実断層像記憶部３４の実断層像信号１
０２とは比較部３６に供給され、比較部３６内にて比較
差算されて変化分信号１０３が得られる。前述した説明
から明らかなように、基準断層像信号１０１と実断層像
信号１０２とは、生体組織の断層像はほとんど同一形状
となり、単に実断層像信号１０２中に穿刺針像２００が
含まれているという相違があるのみなので、変化分信号
１０３は第４図に示されるように穿刺針像２００のみと
なる。基準断層像記憶部３２の基準断層像信号１０１は
、更に信号変換部３８は図示した実施例において、基準
断層像信号１０１を半分のレベルに圧縮し、基準圧縮断
層像信号１０４が得られる。

比較部３６に変化分信号１０３と信号変換部３８の基準
圧縮断層像信号１０４とは加算部４川こ供給されて、両
信号１０３，１０４が重ね合わせ加算され、表示断層像
信号１０５が得られる。表示断層像信号１０５は第４図
から明らかなように、生体組織を表示する断層像は１′
２に圧縮された低レベル信号そして穿刺針像２０川ま圧
縮されない高レベルの信号として重ね合わされており、
この結果、穿刺針像が他の生体組織像と比較して著しく
大きな信号強度を有することとなる。以上のようにして
得られた表示断層像信号１０５は、探舷子２６の走査に
対応して１ラインずつフレームデジタルメモリ４２へ収
納記憶される。フレームデジタルメモリ４２の表示断層
像信号はＡＤ変換器４４およびカラーコーダ４６に供給
され、白黒輝度変調信号および疑似カラー信号に変換さ
れる。ＡＤ変換器４４もしくはカラーコーダ４６の画像
情報は切換スイッチ４８により選択的に取り出され、い
ずれかの信号が同期混合器６０により読み出された後、
テレビモニタからなる表示器によって第５図で示される
ような超音波断層像を形成する。図示した実施例におい
ては、ＡＤ変換器４４は１６レベルの白黒濃淡輝度変調
信号を形成し、またカラーコーダ４６はフレームデジタ
ルメモリ４２の出力レベルに対応して任意に選択された
着色作用を与える。同期混合器５０はいずれかの画像信
号と同期信号とを混合して標準テレビモニ夕５２へ表示
信号を供給する。以上のようにして、本発明によれば、
白黒表示画像の場合、穿刺針像は他の生体組織像と比較
して高輝度の画像を形成し、また疑似色信号によれば、
穿刺針像が読み取り易い色例えば赤で表示され、他の生
体組織像に対して顕著な差違を形成することができる。

以上のようにして、本発明においては「穿刺針の刺入前
に基準断層像信号を記憶部に記憶させ、この基準断層像
信号と穿刺針を刺入したときの実断層像信号を比較差算
することにより、穿刺針像を取り出すことができ「穿刺
針像を鮮明な画像として表示することができる。

通常の電子走査型超音波探触子においては、その走査時
間は約３０のｓ程度であり、穿刺針の刺入速度に比べて
著しく高速であるので、穿刺針の刺入状態を実時間で観
察することができる。第３図から明らかなように、穿刺
針刺入時には、切換スイッチ３０は綾点３０ｂ側に切り
換えられているので、実断層像記憶部３４の実断層像信
号は各走査毎に記憶内容が書き換えられ、フレ−ムデジ
タルメモリ４２の表示断層像信号も走査毎に順次書き換
えられることが理解される。したがって、モニタ５２の
表示像は穿刺針の刺入状態を実時間で表示することがで
きる。本発明において、基準断層像信号は穿刺針刺入前
の生体組織を示し、この結果、実際の穿刺針刺入時には
臓器の動きによる画像の移動が生じるが、この移動分は
変化分信号１０３に含まれ、穿刺針像２００と共に臓器
の移動分が基準圧縮断層像信号１０４に重ね合わせ加算
されるため、表示部では臓器移動時の生体組織像を正確
に実時間で観察することができる。図示した実施例にお
いては、実断層像信号はいったん、記憶部に記憶された
後、比較部に供給されるが、受信信号を直接比較部へ供
給しても同様の効果を得ることができる。

また、実施例では受信信号をデジタル処理して表示断層
像信号を得ているが、アナログ信号として処理すること
も可能であり、更に、本発明はリニア電子走査およびセ
クタ電子走査の両走査方式に用いることも可能であるの
みらならず、メカニカルで高速に走査する超音波診断装
置にも実施可能である。以上説明したように、本発明に
よれば、生体組織の断層画像に比して穿刺像を著しく強
調して表示することができ、極めて鮮明な解像度の高い
穿刺針像を得ることが可能で、特に穿刺針先端位置を正
確に観察することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波穿刺装置の１列を示す探舷子構造
および穿刺作用を示す説明図、第２図は従来の他の超音
波穿刺装置における探触子の構造および穿刺作用を示す
説明図、第３図は本発明に係る超音波穿刺装置の好適な
実施例を示すブロック回路図、第４図は第３図における
各断層像信号を示す波形図、第５図は本発明に係る表示
画像の１例を示す説明図である。 ２６・…・・探鰍子、３２…・・・基準断層像記憶部、
３４・・・・・・実断層像記憶部、３６・・・・・・比
較部「 ３８・・・・・・信号変換部、４０・・・・・
・加算部、４２・・・・・・フレームデジタルメモリ、
４６……カラーコーダ、５２・・・・・・表示部。 オー図 才２図 才３図 才５図 オム図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高速で走査する超音波診断装置で生体観察を行いな
   がら穿刺針により所望の生体組織を採取する超音波穿刺
   装置において、穿刺針刺入前の断層像信号を記憶する基
   準断層像記憶部と、穿刺針刺入時の実断層像信号と基準
   断層像記憶部の基準断層像信号とを比較差算して変化分
   信号を得る比較部と、基準断層像信号を比例的に圧縮し
   て基準圧縮断層像信号を得る信号変換部と、比較部の変
   化分信号と信号変換部の基準圧縮断層像信号とを加算し
   て表示断層像信号を形成する加算部とを含む超音波穿刺
   装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、穿刺針刺入
   時の実断層像信号はいったん実断層像記憶部に記憶され
   た後比較部へ供給されることを特徴とする超音波穿刺装
   置。 ３ 特許請求の範囲１または２のいずれかに記載の装置
   において、断層像信号はデジタル処理されることを特徴
   とする超音波穿刺装置。 ４ 特許請求の範囲１、２、３のいずれかに記載の装置
   において、表示断層像信号はカラーコーダにより疑似色
   信号に変換されて表示部へ供給されることを特徴とする
   超音波穿刺装置。