JPWO2019116414A1 - 超音波画像表示装置 - Google Patents

Abstract

構造が比較的簡単で、被検体に垂直穿刺する際に比較的早い段階から穿刺針及び対象部位を直交２断面で捉えて同時に表示可能であり、穿刺針を最短ルートで対象部位まで確実にガイドする。プローブ本体１２には、第１及び第２リニア振動子アレイ２３、２４とが直交配置される。プローブ本体１２にて両リニア振動子アレイ２３、２４の交差する部分には空き領域Ｓ１が設けられる。空き領域Ｓ１内には穿刺針６の通過のための穿刺ポイント３１が設定される。第１リニア振動子アレイ２３は第１の超音波ビームＢ１１を発し、第２リニア振動子アレイ２４は第２の超音波ビームＢ１２を発する。両超音波ビームＢ１１、Ｂ１２が空き領域Ｓ１のある方向に傾くよう電子的にステアリングされている。その結果、両超音波ビームＢ１１、Ｂ１２が穿刺ポイント３１の直下にて互いにオーバーラップする。

Description

本発明は、超音波プローブを用いて被検体の超音波断層画像を取得し、穿刺針の位置を確認しながら穿刺を行うための超音波画像表示装置に関するものである。

医療現場では、神経ブロック注射、採血、深部臓器に対する穿刺や生検など、生体組織（被検体）に対して穿刺する行為が広く行われている。神経ブロック注射やカテーテルの挿入などの処置を行う場合、被検体における目的の部位に対して正確に穿刺を行わないと、生体組織を損傷させてしまう可能性がある。このような背景の中、近年では、超音波プローブを用いて目的の部位及び穿刺針の様子を捉え、超音波断層画像でそれらを観察しながら穿刺を行うといった超音波ガイド技術が提案されている。

従来、超音波ガイド技術を用いた装置では、通常の超音波プローブ（いわゆるシングルプレーン型プローブ）を用いて１つの断層画像を捉え、この断層画像を表示することで穿刺を行っていた。しかしながら、従来の装置では、被検体における目的の部位及び穿刺針の全貌を同時に捉えることができなかった。そのため、穿刺針が正確に穿刺されていないような場合でも、作業者がそれに気付きにくいという問題があった。従って、正確な穿刺を行うためには、細かいプローブ操作を繰り返しながら、少しずつ穿刺針の前進させるようにして穿刺を行わなければならず、操作が煩雑であった。

そこで、本願発明者らは、目的の部位及び穿刺針の全貌を同時に捉えるべく、直交する２断面で同時に観察をすることができる超音波プローブ（いわゆるバイプレーン型プローブ）を過去に提案している（例えば、特許文献１等参照）。そしてこのタイプの超音波プローブを用いれば、各断面の超音波画像（短軸像及び長軸像）を表示することができ、作業者はこれら２つの超音波画像を観察することで、目的の部位及び穿刺針を同時に捉えることが可能になる。

従来においてバイプレーン型プローブを実現しようとすると場合、プローブ本体の底面上にて第１リニア振動子アレイと第２リニア振動子アレイとを直交配置する必要がある。具体的には、これら２つのリニア振動子アレイ１０１，１０２同士を、Ｘ字状に配置したいわゆるＸ型プローブ１０３や（例えば、特許文献２や図１６を参照）、Ｔ字状に配置したいわゆるＴ型プローブ１０４（図１７を参照）のように構成する必要がある。

ここで、上述した特許文献１のバイプレーン型プローブは、血管撮影装置に用いられるものであることから、体（上肢や下肢など）に沿って走行している血管を穿刺対象としている。それゆえ、体表に対して斜めの方向から穿刺を行い、生体内における対象部位である血管に沿って穿刺針を挿入するのに適した構造となっている。ところで、穿刺対象が例えば体内の比較的深部にある臓器（例えば腎臓）や組織（例えば嚢胞）などである場合には、体表面に対して斜め方向から穿刺を行うのではなく、垂直方向から穿刺を行うことが望ましいと考えられる。つまり、垂直方向から穿刺を行えば、対象部位に対して穿刺針を体表面から最短距離で到達させることができ、侵襲性の低減にもつながるからである。

特許第５２９２５８１号公報 特開平５−１４０号公報 特許第６０７８７３２号公報

しかしながら、上述したＸ型プローブ１０３やＴ型プローブ１０４は、どちらも血管や神経などに対する観察や穿刺には適しているが、体内の特定部位に独立して存在する深部臓器や深部組織の中心を直交する２断面で観察するのには不向きである。また、Ｘ型プローブ１０３は、一見、正確な直交２断面を得ることができそうな構造を呈している。ところが、Ｘ型プローブ１０３を単純なリニア振動子アレイ１０１，１０２で構成した場合、アレイ同士が交差する部位でいずれかの断面が欠けてしまうという致命的な問題がある。別の言い方をすると、リニア振動子アレイ１０１，１０２の発する超音波ビームＢＭ１，ＢＭ１同士が交わらない部分が存在するため、穿刺針を直交２断面で捉えて２画面で同時に表示することができない。なお、Ｔ型プローブ１０４においてもこれと同様の事情があった。

ゆえに、従来においては、垂直穿刺を行った際に穿刺針及び対象部位を直交２断面で捉えて同時に表示することができず、穿刺針を最短ルートで対象部位まで確実にガイドして組織等の採取を行うことができなかった。

なお、本願発明者らは、プローブ本体の底面上にて２つのリニア振動子アレイを直交配置するとともに、一方のリニア振動子アレイの超音波照射面を他方のリニア振動子アレイ側に傾斜させて配設したバイプレーン型プローブを過去に提案している（例えば、特許文献３を参照）。しかし、特許文献３のバイプレーン型プローブは、リニア振動子アレイの発する超音波ビーム同士が交わる部分ができる点で有利である反面、構成が複雑になりやすく製造しにくいという欠点があった。また、このプローブも基本的にはＴ型プローブであることから、垂直穿刺の用途に適しているとは言い難いものであった。さらに、このプローブの構成であると、傾斜角度があらかじめ決まっているため、超音波ビーム同士が交わる部分の深度等を変更できないという欠点があった。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造が比較的簡単であるにもかかわらず、被検体の表面に対して垂直に穿刺を行う際に比較的早い段階から穿刺針及び対象部位を直交２断面で捉えて同時に表示することが可能であり、穿刺針を最短ルートで対象部位まで確実にガイドすることができる超音波画像表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、プローブ本体の底面上にて第１リニア振動子アレイと第２リニア振動子アレイとが直交配置された超音波プローブを備え、前記超音波プローブを用いた超音波の送受信により得た被検体からの反射波データに基づいて、穿刺時における前記被検体の第１断面を示す第１断層画像を取得し、かつ前記第１断面と直交する第２断面を示す第２断層画像を取得する超音波画像表示装置であって、前記プローブ本体において前記第１リニア振動子アレイと前記第２リニア振動子アレイとが交差する部分には、いずれのリニア振動子アレイも存在しない空き領域が設けられるとともに、前記空き領域内には、穿刺時に穿刺針を通過させるための穿刺ポイントが設定され、前記第１リニア振動子アレイの発する第１の超音波ビーム及び前記第２リニア振動子アレイの発する第２の超音波ビームが前記穿刺ポイントの直下において互いにオーバーラップするように、前記第１及び第２の超音波ビームがそれぞれ前記空き領域のある方向に傾くよう電子的にステアリングされていることを特徴とする超音波画像表示装置をその要旨とする。

従って、請求項１に記載の発明によると、空き領域方向に傾くようなビームステアリングがなされていることで、第１の超音波ビーム及び第２の超音波ビームが穿刺ポイントの直下において互いにオーバーラップする。このため、穿刺ポイントの直下において、直交する断層画像を得ることができる。従って、被検体の表面に対して垂直に穿刺を行う際に比較的早い段階から穿刺針及び対象部位を直交２断面で捉えて同時に表示することが可能となる。よって、垂直穿刺した穿刺針を最短ルートで対象部位まで確実にガイドすることができる。また、この装置の超音波プローブは、リニア振動子アレイを用いて特に傾斜等を設けることなく構成することができるので、従来技術と比べて構造が簡単であって安価に製造することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記第１及び第２の超音波ビームのビームステアリング角度は、変更可能であることをその要旨とする。

従って、請求項２に記載の発明によると、超音波ビーム同士がオーバーラップする深度を調整することができる。このため、対象部位のある深さ（即ち穿刺針の穿刺深さ）に応じて最適なオーバーラップ深度を設定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記第１及び第２の超音波ビームのビームステアリング角度は、同時に等しい角度で変更可能であることを特徴とその要旨とする。

従って、請求項３に記載の発明によると、２つの超音波ビームのビームステアリング角度を個別に変更する制御を行うときと比べて、制御を一括して容易に行うことができ、ひいては使用するリニア振動子アレイの単純化にも寄与しうる。

請求項４に記載の発明は、請求項３において、Ｎ個の振動子を有するリニア振動子アレイが、１番目からｘ番目（ただし、ｘは３以上かつＮ−３以下の自然数）の振動子を含む第１パートと、ｘ＋１番目からＮ番目の振動子を含む第２パートとに分割されており、前記第１パートが前記第１リニア振動子アレイとして用いられ、かつ前記第２パートが前記第２リニア振動子アレイとして用いられるとともに、前記第１パートのｘ番目の振動子側及び前記第２パートのＮ番目の振動子側を前記空き領域に向けた状態で、前記第１パート及び前記第２パートが配置されていることをその要旨とする。

従って、請求項４に記載の発明によると、もともと１つのリニア振動子アレイを出発とする第１パート及び第２パートを利用することにより、特別な処理等を必要とせずに簡単に２つの超音波ビームのビームステアリング角度を同時に等しい角度で変更することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記第１リニア振動子アレイとして用いられる前記第１パートに属する前記振動子の数と、前記第２リニア振動子アレイとして用いられる第２パートに属する前記振動子の数は略等しいことをその要旨とする。

従って、請求項５に記載の発明によると、振動子の数が第１リニア振動子アレイと第２リニア振動子アレイとで略同数となる結果、２つの超音波ビームのビームステアリング角度を同時に等しい角度で変更する制御が行いやすくなる。また、第１リニア振動子アレイ及び第２リニア振動子アレイのサイズや能力に差がなくなるため、対象部位である深部臓器や深部組織の形状が不明である場合などにおいて、それらを探索するときに有利なものとなる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項において、前記プローブ本体において前記空き領域に対応する箇所には、前記穿刺ポイントに前記穿刺針を誘導するための穿刺ガイド部が設けられていることをその要旨とする。

従って、請求項６に記載の発明によると、穿刺ガイド部によって穿刺針が案内される結果、被検体まで簡単にかつ正確に穿刺をすることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記穿刺ガイド部は、前記プローブ本体の前記底面に対して垂直な方向に前記穿刺針が進行するように前記穿刺針を誘導するガイド孔を有していることをその要旨とする。

従って、請求項７に記載の発明によると、ガイド孔によって穿刺針が垂直方向に確実に誘導されるため、穿刺針を被検体の対象部位まで最短距離で到達させることができる。

以上詳述したように、請求項１〜７に記載の発明によると、構造が比較的簡単であるにもかかわらず、被検体の表面に対して垂直に穿刺を行う際に比較的早い段階から穿刺針及び対象部位を直交２断面で捉えて同時に表示することが可能であり、穿刺針を最短ルートで対象部位まで確実にガイドすることができる超音波画像表示装置を提供することができる。

本発明を具体化した本実施形態の深部臓器穿刺装置を示す全体概略図。 本実施形態の深部臓器穿刺装置の電気的構成を示すブロック図。 本実施形態における超音波プローブのプローブ本体を示す斜視図。 本実施形態における超音波プローブのプローブ本体を示す底面図。 上記プローブ本体における第１リニア振動子アレイ及び第２リニア振動子アレイの構成を説明するための概略図。 上記プローブ本体における第１リニア振動子アレイ及び第２リニア振動子アレイの構成を説明するための概略図。 上記プローブ本体における第１リニア振動子アレイ及び第２リニア振動子アレイの構成を説明するための概略図。 上記プローブ本体における第１リニア振動子アレイ及び第２リニア振動子アレイの構成を説明するための概略図。 本実施形態における直交２断面の超音波画像（穿刺前の状態）を示す説明図。 本実施形態における直交２断面の超音波画像（穿刺後の状態）を示す説明図。 本実施形態における直交２断面の超音波画像（ビームステアリング角度の変更後の状態）を示す説明図。 本実施形態における第１リニア振動子アレイ及び第２リニア振動子アレイの配置を説明するための概略図。 別の実施形態における第１リニア振動子アレイ及び第２リニア振動子アレイの配置を説明するための概略図。 別の実施形態における第１リニア振動子アレイ及び第２リニア振動子アレイの配置を説明するための概略図。 別の実施形態における第１リニア振動子アレイ及び第２リニア振動子アレイの配置を説明するための概略図。 従来技術における第１リニア振動子アレイ及び第２リニア振動子アレイの配置を説明するための概略図。 従来技術における第１リニア振動子アレイ及び第２リニア振動子アレイの配置を説明するための概略図。

以下、本発明を超音波画像表示装置としての深部臓器穿刺装置に具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態の装置１を示す全体概略図であり、図２は、その装置１の電気的構成を示すブロック図である。

図１及び図２に示されるように、本実施形態の深部臓器穿刺装置１は、装置本体２と、その装置本体２に接続される超音波プローブ３とを備えている。この深部臓器穿刺装置１は、例えば生体組織４（被検体）内にある対象部位５（例えば腎臓などの深部臓器や、嚢胞や腫瘍などの深部組織）に穿刺針６を挿入する際に使用される。この深部臓器穿刺装置１は、穿刺針６及び対象部位５の第１断面を示す第１断層画像８と、第１断面に直交する第２断面を示す第２断層画像９とを同一の画面１０上に同時に表示する（図９〜図１１参照）。

図１、図３、図４に示されるように、超音波プローブ３は、信号ケーブル１１と、信号ケーブル１１の先端に接続されるプローブ本体１２と、信号ケーブル１１の基端に設けられるプローブ側コネクタ１５とを備える。また、図２に示されるように、装置本体２にはコネクタ１６が設けられ、そのコネクタ１６に超音波プローブ３のプローブ側コネクタ１５が接続されている。

超音波プローブ３は、リニア式電子走査を行うためのリニアプローブであり、例えば、５ＭＨｚの超音波を直線的に走査する。プローブ本体１２の底面２０上には、第１リニア振動子アレイ２３と第２リニア振動子アレイ２４とが略Ｌ字状をなすようにして直交配置されている。第１リニア振動子アレイ２３は、第１断層画像８を取得するためのものであって、複数の振動子を第１の方向Ｘ（即ち第１断面に対応した方向）に沿って直線的に配列することにより構成されている。第２リニア振動子アレイ２４は、第２断層画像９を取得するためのものであって、複数の振動子３０を第２の方向Ｙ（即ち第２断面に対応した方向）に沿って直線的に配列することにより構成されている。本実施形態において、第１リニア振動子アレイ２３を構成する振動子３０の素子数は、例えば８０個であり、第２リニア振動子アレイ２４を構成する振動子３０の素子数は、それよりも少ない数（例えば４８個）となっている。従って、第１リニア振動子アレイ２３の配列方向の長さのほうが、第２リニア振動子アレイ２４の配列方向の長さよりも長くなっている。

ここで、本実施形態における２つのリニア振動子アレイ２３，２４は、元来１つのリニア振動子アレイＡ１に由来するものである（図５参照）。より具体的にいうと、Ｎ個の振動子３０を有するリニア振動子アレイＡ１であるとすると、そのリニア振動子アレイＡ１を第１パートＰ１と第２パートＰ２とに分割し、それらを９０°屈曲させて略Ｌ字状に配置する（図６参照）。ちなみに、第１パートＰ１は第１リニア振動子アレイ２３として用いられる部分であり、第２パートＰ２は第２リニア振動子アレイ２４として用いられる部分である。このとき、プローブ本体１２の底面２０において第１リニア振動子アレイ２３と第２リニア振動子アレイ２４とが交差する部分には、いずれのリニア振動子アレイ２３，２４も存在しない空き領域Ｓ１が設けられる。

第１パートＰ１にはＮ個ある振動子３０のうちの１番目からｘ番目（ただし、ｘは３以上かつＮ−３以下の自然数：ここではｘ＝８０）の振動子３０が含まれ、第２パートＰ２にはｘ＋１番目からＮ番目の振動子３０（ここでは８１番目から１２８番目）が含まれている。ここで、第１パートＰ１及び第２パートＰ２は、第１パートＰ１の８０番目の振動子３０側及び第２パートＰ２の１２８番目の振動子３０側を空き領域Ｓ１に向けた状態で配置されている。

本実施形態の超音波プローブ３において、超音波の走査は、１番目の振動子３０から順番に１２８番目の振動子３０まで１素子ずつ行われる。具体的には、まず第１リニア振動子アレイ２３として用いられる第１パートＰ１の一端から他端（即ち空き領域側端）に向けて超音波の走査が行われる。そしてこれに連続して、第２リニア振動子アレイ２４として用いられる第２パートＰ２の一端から他端（即ち空き領域側端）に向けて超音波の走査が行われるようになっている。

本実施形態の超音波プローブ３では、プローブ本体１２の底面２０が生体組織４と接触する面となっており、これが超音波の送受信を行うための送受信面となる。プローブ本体１２の底面２０には、図示しない音響整合層を介して音響レンズ２９がリニア振動子アレイ２３，２４を覆う状態でそれぞれ配設されている。音響レンズ２９は例えばシリコーン樹脂からなり、生体組織４と接触する外面が湾曲した凸面状を有している。また、この音響レンズ２９は、リニア振動子アレイ２３，２４の超音波放射面からその法線方向に出力される超音波のビームを、アレイ幅方向に絞って所定の焦点位置にて収束させる役割を果たしている。また、リニア振動子アレイ２３，２４において超音波放射面の反対側には、後方への超音波の伝播を防止するための図示しないバッキング材が配設されている。

図１、図３、図４に示されるように、プローブ本体１２において空き領域Ｓ１に対応する箇所には、穿刺ポイント３１に穿刺針６を誘導するための穿刺ガイド部３４が設けられている。本実施形態の穿刺ガイド部３４は、プローブ本体１２の下部側面に突設されたブロック状の部位であって、当該部位の上端面及び下端面を垂直方向に貫通するガイド孔Ｈ１を有している。このガイド孔Ｈ１は、穿刺ポイント３１に対応して配置されており、プローブ本体１２の底面２０に対して垂直な方向に穿刺針６が進行するように穿刺針６を誘導する役割を果たす。

次に、図２に基づいて深部臓器穿刺装置１における電気的な構成について詳述する。

図２に示されるように、深部臓器穿刺装置１の装置本体２は、コントローラ５０、パルス発生回路５１、送信回路５２、受信回路５３、信号処理部５４、画像処理部５５、メモリ５６、記憶装置５７、入力装置５８、表示装置５９、ステアリング角度制御部８１等を備える。コントローラ５０は、周知の中央処理装置（ＣＰＵ）を含んで構成されたコンピュータであり、メモリ５６を利用して制御プログラムを実行し、装置全体を統括的に制御する。

パルス発生回路５１は、コントローラ５０からの制御信号に応答して動作し、所定周期のパルス信号を生成して出力する。送信回路５２は、超音波プローブ３におけるリニア振動子アレイ２３，２４の素子数に対応した遅延回路５２ａを含み、パルス発生回路５１から出力されるパルス信号に基づいて、各リニア振動子アレイ２３，２４に応じて遅延させた駆動パルスを出力する。

本実施形態の遅延回路５２ａは、概念的にいうと、所定のビームフォーカスを行うための遅延量を設定する第１遅延回路部と、所定のビームステアリングを行うための遅延量を設定する第２遅延回路部とにより構成されている。

第１遅延回路部では、超音波プローブ３における各々のリニア振動子アレイ２３，２４の発する超音波ビームＢ１１，Ｂ１２が所定の照射点でそれぞれ焦点を結ぶように、各駆動パルスの遅延量が設定されている。本実施形態において具体的には、以下のとおりである。即ち、第１リニア振動子アレイ２３については、最も外側に位置する１番目の振動子３０及び８０番目の振動子３０の遅延量が最も少なく設定されている。この遅延量は、略中央部に位置する４０番目の振動子３０に行くに従って、徐々に多くなるように設定されている。また、第２リニア振動子アレイ２４については、最も外側に位置する８１番目の振動子３０及び１２８番目の振動子３０の遅延量が最も少なく設定されている。この遅延量は、略中央部に位置する１０４番目の振動子３０に行くに従って、徐々に多くなるように設定されている。

一方、第２遅延回路部では、超音波プローブ３における各々のリニア振動子アレイ２３，２４の発する超音波ビームＢ１１，Ｂ１２が、それぞれ空き領域Ｓ１のある方向に傾くように（つまり電子的にステアリングするように）、各駆動パルスの遅延量が設定されている（図７、図８参照）。本実施形態において具体的には、以下のとおりである。即ち、第１リニア振動子アレイ２３については、空き領域Ｓ１から最も遠い位置にある１番目の振動子３０の遅延量が最も少なく設定されている。この遅延量は、空き領域Ｓ１から最も近い位置にある８０番目の振動子３０に行くに従って、徐々に多くなるように設定されている。また、第２リニア振動子アレイ２４については、空き領域Ｓ１から最も遠い位置にある８１番目の振動子３０の遅延量が最も少なく設定されている。この遅延量は、空き領域Ｓ１から最も近い位置にある１２８番目の振動子３０に行くに従って、徐々に多くなるように設定されている。このようなビームステアリングが行われる結果、第１リニア振動子アレイ２３の発する第１の超音波ビームＢ１１及び第２リニア振動子アレイ２４の発する第２の超音波ビームＢ１２が、穿刺ポイント３１の直下において互いにオーバーラップするようになっている。ちなみに図７においては、ステアリングする前の超音波ビームＢ０１，Ｂ０２も比較のために示している。

受信回路５３は、図示しない信号増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路、遅延回路５３ａ、整相加算回路を含む。この受信回路５３では、超音波プローブ３における各リニア振動子アレイ２３，２４で受信された各反射波信号（エコー信号）が増幅され、かつアナログ信号がデジタル信号に変換され、さらに受信指向性を考慮した遅延量が各反射波信号に付加された後、整相加算される。この加算によって、各リニア振動子アレイ２３，２４の受信信号の位相差が調整される。

本実施形態の遅延回路５３ａは、概念的にいうと、上記のビームフォーカスを考慮した遅延量を設定する第１遅延回路部と、上記のビームステアリングを考慮した遅延量を設定する第２遅延回路部とにより構成されている。具体的にいうと、第１遅延回路部では、上記送信回路５２の遅延回路５２ａにおける第１遅延回路部と同様の遅延量が設定されている。また、第２遅延回路部では、上記送信回路５２の遅延回路５２ａにおける第２遅延回路部と同様の遅延量が設定されている。

信号処理部５４は、図示しない対数変換回路、包絡線検波回路などから構成されており、受信回路５３からの反射波信号データに基づいて、信号強度を輝度の明るさで表現したデータ（Ｂモードデータ）を生成する。対数変換回路は反射波信号を対数変換し、包絡線検波回路は対数変換回路の出力信号の包絡線を検波する。

画像処理部５５は、信号処理部５４が生成したＢモードデータに基づいて所定の画像処理を行い、Ｂモードの超音波画像（断層画像）を生成する。具体的には、画像処理部５５は、反射波信号の振幅（信号強度）に応じた輝度の画像データを生成する。画像処理部５５で生成された画像のデータは、逐次メモリ５６に記憶される。なおここでは、生体組織４の第１断面を示す第１断層画像８及び生体組織４の第２断面を示す第２断層画像９の画像データが生成され、メモリ５６に記憶される。そして、メモリ５６に記憶された１フレーム分の画像データに基づいて、生体組織４の第１断層画像８及び第２断層画像９が白黒の濃淡で表示装置５９に表示される（図９〜図１１参照）。

入力装置５８は、キーボード６１やトラックボール６２などで構成されており、ユーザからの要求や指示等の入力に用いられる。表示装置５９は、例えば、ＬＣＤやＣＲＴなどのディスプレイであり、生体組織４の第１断層画像８及び第２断層画像９や、各種設定の入力画面を表示するために用いられる。

本実施形態の表示装置５９の画面１０には、図９〜図１１に示すように、第１断層画像８及び第２断層画像９が左右に並べて同時に表示される。第１断層画像８は左側に傾いた平行四辺形状を呈しており、第２断層画像９は右側に傾いた平行四辺形状を呈している。第１断層画像８には、画面垂直方向に沿って直線的に延びるガイドライン６５が表示される。このガイドライン６５は、穿刺針６の進む方向を示すためのものであって、平行四辺形状をなす第１断層画像８の右側斜辺を始点としかつ底辺を終点としている。第２断層画像９には、画面垂直方向に沿って直線的に延びるガイドライン６６が表示される。このガイドライン６６は、穿刺針６の進む方向を示すためのものであって、平行四辺形状をなす第２断層画像９の左側斜辺を始点としかつ底辺を終点としている。

図２に示されるように、ステアリング角度制御部８１は、送信回路５２の遅延回路５２ａに対して接続されていて、コントローラ５０からの指示に基づき第１の超音波ビームＢ１１のステアリング角度を調整する制御を行う。より具体的にいうと、送信回路５２においては、ステアリング角度制御部８１が遅延回路５２ａの第２遅延回路部における遅延量を変更する。例えば、第１リニア振動子アレイ２３については、１番目の振動子３０の遅延量と８０番目の振動子３０の遅延量との差を小さくすることにより、第１の超音波ビームＢ１１のステアリング角度を小さくすることができる。同様に第２リニア振動子アレイ２４については、８１番目の振動子３０の遅延量と１２８番目の振動子３０の遅延量との差を小さくすることにより、第２の超音波ビームＢ１２のステアリング角度を小さくすることができる。ちなみに、図１１には、図９及び図１０のときと比べて、これら超音波ビームＢ１１，Ｂ１２のステアリング角度が小さくなるように変更した状態が示されている。なお、受信回路５３においても、基本的には上記と同様のステアリング角度制御が行われている。

このように第１及び第２の超音波ビームＢ１１，Ｂ１２のビームステアリング角度を調整することにより、超音波ビームＢ１１，Ｂ１２同士がオーバーラップする深度を調整することができる。その結果、対象部位５のある深さに応じて最適なオーバーラップ深度を設定することが可能となっている。例えば、上述した図９、図１０ではビームステアリング角度が比較的大きいことから、オーバーラップ深度が浅くなるように設定されている。これに対し、図１１ではビームステアリング角度が比較的小さいことから、オーバーラップ深度が深くなるように設定されている。なお、第１及び第２の超音波ビームＢ１１，Ｂ１２のビームステアリング角度は、同時に等しい角度で変更してもよいほか、同時に異なる角度で変更してもよい。また、ビームステアリング角度の変更は、例えば上述した入力装置５８を用いて行うことができる。

記憶装置５７は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、制御プログラム及び各種のデータを記録媒体に格納している。コントローラ５０は、入力装置５８による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置５７からメモリ５６へ転送し、それを逐次実行する。なお、コントローラ５０が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置５７にインストールして利用する。

次に、本実施形態の深部臓器穿刺装置１を用いて穿刺針６を生体組織４の対象部位５に挿入する際の操作例について説明する。

まず、医者などの作業者は、処置部となる生体組織４の表面に、音響媒体（無菌ゲルや滅菌ゲル）を塗った後、その音響媒体を介してプローブ本体１２の底面２０を接触させる。この後、作業者は、入力装置５８に設けられている走査開始ボタン（図示略）を操作する。すると、コントローラ５０は、そのボタン操作を判断し、生体組織４の断層画像８，９を表示するための処理を開始する。

この処理において、コントローラ５０は、パルス発生回路５１を動作させ、超音波プローブ３による超音波の送受信を開始させる。具体的には、コントローラ５０から出力される制御信号に応答してパルス発生回路５１が動作し、所定周期のパルス信号が送信回路５２に供給される。そして、送信回路５２では、パルス信号に基づいて、各超音波振動子２３，２４に対応した遅延時間を有する駆動パルスが生成され、超音波プローブ３に供給される。これにより、超音波プローブ３の各リニア振動子アレイ２３、２４が振動して超音波が生体組織４に向けて照射される。生体組織４からの反射波は各リニア振動子アレイ２３、２４にて受信され、電気信号（反射波信号）に変換される。そして、その反射波信号は、受信回路５３で増幅、Ａ／Ｄ変換された後、信号処理部５４に入力される。

信号処理部５４では、反射波信号について対数変換、包絡線検波といった信号処理が行われる。画像処理部５５では、その反射波信号に基づいて、断層画像８，９の画像データを生成するための画像処理が行われる。そして、コントローラ５０は、画像処理部５５で生成された各画像データをメモリ５６に一旦記憶する。

コントローラ５０は、メモリ５６に記憶された各画像データを読み出し、第１断層画像８及び第２断層画像９を表示装置５９に表示させるための表示データを生成する。また、ガイドライン表示手段としてのコントローラ５０は、ガイドライン６５，６６の表示データを生成する。

その後、コントローラ５０は、生成した断層画像８，９の表示データ、ガイドライン６５，６６をそれぞれ表示装置５９に出力する。この結果、図９〜図１１に示されるように、表示装置５９の画面１０に第１断層画像８及び第２断層画像９が左右に並べて同時に表示される。そして、これらの断層画像８，９上には、ガイドライン６５，６６が重畳されて表示される。

次いで作業者は、表示装置５９に表示された第１断層画像８及び第２断層画像９を視認しながら、超音波プローブ３の位置を調整する。具体的には、第１断層画像８上に対象部位５の断面が表示されるとともに第１のガイドライン６５が当該対象部位５の略中心に位置するように、超音波プローブ３の第１リニア振動子アレイ２３を位置合わせする。さらに、第２断層画像９上に対象部位５の断面が表示されるとともに第２のガイドライン６６が当該対象部位５の略中心に位置するように、超音波プローブ３の第２リニア振動子アレイ２４を位置合わせする。

次に作業者は、穿刺ガイド部３４のガイド孔Ｈ１に対し、穿刺ガイド部３４の上端面側から穿刺針６を挿通させる。このとき、穿刺針６を下方に押し進めると穿刺針６の先端７１が穿刺ポイント３１に到達し、さらに穿刺針６を下方に押し進めるとプローブ本体１２の底面２０に対して（即ち体表面に対して）垂直な方向に穿刺針６が進行するように穿刺針６が誘導される。なお、第１断層画像８及び第２断層画像９においては、あらかじめガイドライン６５，６６が表示されているため、穿刺針６の進行方向を確認しつつ穿刺を行うことができる。そして作業者は、穿刺針６の先端７１が対象部位５に到達したと判断したら、穿刺針６を押し進める動作を止める。そして、この状態で必要に応じて対象部位５に対する処理（例えば穿刺針６を介した薬液の注入や、組織の採取など）を行う。

その後、作業者は、入力装置５８に設けられている走査終了ボタン（図示略）を操作する。コントローラ５０は、そのボタン操作を判断し、生体組織４の断層画像８，９を表示するための処理を終了する。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態の深部臓器穿刺装置１では、プローブ本体１２において第１及び第２リニア振動子アレイ２３，２４が交差する部分に空き領域Ｓ１が設けられ、そこに穿刺ポイント３１が設定されている。そして、第１リニア振動子アレイ２３の発する第１の超音波ビームＢ１１及び第２リニア振動子アレイ２４の発する第２の超音波ビームＢ１２が、それぞれ空き領域Ｓ１方向に傾くように電子的にステアリングされている。このようなビームステアリングがなされる結果、第１の超音波ビームＢ１１及び第２の超音波ビームＢ１２が穿刺ポイント３１の直下において互いにオーバーラップするようになっている。このため、従来からあるＸ型プローブやＴ型プローブとは異なり、穿刺ポイント３１の直下において、直交する断層画像８，９を確実に得ることができる。従って、被検体４の表面に対して垂直に穿刺を行う際に比較的早い段階から穿刺針６及び対象部位５を直交２断面で捉えて同時に表示することが可能となる。よって、垂直穿刺した穿刺針６を最短ルートで対象部位５まで確実にガイドすることができる。以上のように、本実施形態の深部臓器穿刺装置１によれば、穿刺針６及び対象部位５（深部臓器）を直交２断面で常に観察できることから、超音波ガイド下で、周辺組織を損傷させることなく簡単かつ確実に穿刺を行うことができる。なお、この深部臓器穿刺装置１を用いることは、作業者にとって診断・施術時間の短縮につながるというメリットがあるほか、被験者（患者）にとっても侵襲性の低減につながるというメリットがある。

また、本実施形態の超音波プローブ３は、リニア振動子アレイ２３，２４を用いて特に傾斜等を設けることなく構成することができる。それゆえ、互いに直交配置した２つのリニア振動子アレイのうち、一方のリニア振動子アレイの超音波照射面を他方側に傾斜させた従来技術と比べて、構造を簡単にすることができるとともに、安価に製造することができる。さらに、傾斜角度があらかじめ決まっている上記従来技術には、超音波ビーム同士が交わる部分の深度等を変更できないという欠点があったのに対し、この超音波プローブ３によれば、超音波ビームＢ１１，Ｂ１２のステアリング角度を調整することで当該深度を比較的容易に変更することができる。

（２）本実施形態の深部臓器穿刺装置１は、ステアリング角度制御部８１を備えていることから、第１及び第２の超音波ビームＢ１１，Ｂ１２のビームステアリング角度を変更することが可能となっている。従って、超音波ビームＢ１１，Ｂ１２同士がオーバーラップする深度を適宜調整することができる。このため、対象部位５のある深さ（即ち穿刺針６の穿刺深さ）に応じて最適なオーバーラップ深度を設定することができる。具体的にいうと、対象部位５が比較的浅い位置にある場合には、図９及び図１０に示されるように、超音波ビームＢ１１，Ｂ１２のステアリング角度を大きめに調整する。この場合、超音波ビームＢ１１，Ｂ１２同士が比較的浅い位置にてオーバーラップするようになる。なおこの場合には、より早い段階（つまり体表面に極めて近い深さ位置）から穿刺針６を直交２断面で捉えて同時に表示することが可能となる。逆に、対象部位５が比較的深い位置にある場合には、図１１に示されるように、超音波ビームＢ１１，Ｂ１２のステアリング角度を小さめに調整する。この場合、超音波ビームＢ１１，Ｂ１２同士が比較的深い位置にてオーバーラップするようになる。

（３）本実施形態の深部臓器穿刺装置１では、もともと１つのリニア振動子アレイＡ１を出発材料としている。そして、これを１番目から８０番目の振動子３０を含む第１パートＰ１と、８１番目から１２８番目の振動子３０を含む第２パートＰ２とに分割することで、それぞれ第１リニア振動子アレイ２３、第２リニア振動子アレイ２４として利用している。この場合、第１パートＰ１の８０番目の振動子３０側及び第２パートＰ２の１２８番目の振動子３０側を空き領域Ｓ１に向けた状態で、第１パートＰ１及び第２パートＰ２を配置するようにしている。その結果、特別な処理等を必要とせずに比較的簡単に２つの超音波ビームＢ１１，Ｂ１２のビームステアリング角度を同時に等しい角度で変更することができる。

（４）本実施形態の深部臓器穿刺装置１の場合、プローブ本体１２において空き領域Ｓ１に対応する箇所には、穿刺ポイント３１に穿刺針６を誘導するための穿刺ガイド部３４が設けられている。また、この穿刺ガイド部３４には、プローブ本体１２の底面２０に対して垂直な方向に穿刺６針が進行するように穿刺針６を誘導するガイド孔Ｈ１が設けられている。このため、穿刺ガイド部３４のガイド孔Ｈ１によって、穿刺針６が垂直方向に確実に誘導される。その結果、被検体４の対象部位５まで穿刺針６を最短距離で簡単にかつ正確に到達させることができる。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態の超音波プローブ３では、図１２に示されるように、Ｎ＝１２８個の振動子３０を有するリニア振動子アレイＡ１を第１パートＰ１及び第２パートＰ２に分割するにあたり、一方の振動子数（８０個）が他方の振動子数（４８個）よりも多くなっていた。これに代えて、例えば、図１３に示す別の実施形態の超音波プローブ３Ａのように、第１パートＰ１の振動子数及び第２パートＰ２の振動子数を同数（例えば６４個ずつ）にしてもよい。このような構成であると、２つの超音波ビームＢ１１，Ｂ１２のビームステアリング角度を同時に等しい角度で変更する制御が行いやすくなるというメリットがある。また、第１リニア振動子アレイ２３及び第２リニア振動子アレイ２４のサイズや能力に差がなくなるため、対象部位５である深部臓器や深部組織の形状が不明である場合などにおいて、それらを探索するときに有利なものとなる。なお、出発材料とするリニア振動子アレイＡ１の全素子数Ｎは１２８に限定されず、これよりも多い数でも少ない数でもよい。

・上記実施形態では、もともと１つのリニア振動子アレイＡ１に由来する第１パートＰ１及び第２パートＰ２を、第１リニア振動子アレイ２３及び第２リニア振動子アレイ２４として利用したが、これに限定されない。例えば、もともと別個のリニア振動子アレイを２つ用いて超音波プローブ３を構成するようにしても勿論よい。

・上記実施形態では、プローブ本体１２の底面２０上にて第１リニア振動子アレイ２３と第２リニア振動子アレイ２４とを略Ｌ字状に配置することで、これらを互いに直交させていたが、これに限定されない。例えば、図１４に示される別の実施形態の超音波プローブ３Ｂのように、第１リニア振動子アレイ２３及び第２リニア振動子アレイ２４を若干ずらして略Ｔ字状に配置することで、これらを互いに直交させることもできる。あるいは、図１５に示される別の実施形態の超音波プローブ３Ｃのように、第１リニア振動子アレイ２３及び第２リニア振動子アレイ２４を略ロ字状に配置することで、これらを互いに直交させることもできる。なお、図１５においては穿刺ポイント３１が２箇所に形成されている。

・上記実施形態では、穿刺ポイント３１に穿刺針６を誘導するための穿刺ガイド部３４にガイド孔Ｈ１を設けたが、これに限定されず、例えばガイド溝などの構造物であってもよい。また、穿刺ガイド部３４は必ずしもブロック状でなくてもよい。

・上記実施形態では、第１断層画像８及び第２断層画像８にてそれぞれガイドライン６５、６６を表示するようにしたが、このような表示を省略してもよい。

・上記実施形態では本発明の超音波画像表示装置を深部臓器穿刺装置１として具体化したが、これに限定されない。即ち、穿刺対象は必ずしも深部臓器に限らず、例えば深部組織であってもよいことから、本発明は深部組織穿刺装置として具体化されてもよい。

１…超音波画像表示装置としての深部臓器穿刺装置
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…超音波プローブ
４…被検体としての生体組織
６…穿刺針
８…第１断層画像
９…第２断層画像
１２…プローブ本体
２０…底面
２３…第１リニア振動子アレイ
２４…第２リニア振動子アレイ
３０…振動子
３１…穿刺ポイント
３４…穿刺ガイド部
Ｂ１１…第１の超音波ビーム
Ｂ１２…第２の超音波ビーム
Ｈ１…ガイド孔
Ｐ１…第１パート
Ｐ２…第２パート
Ｓ１…空き領域

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、プローブ本体の略平坦な底面上にて第１リニア振動子アレイと第２リニア振動子アレイとが互いに同一面内において直交配置され、被検体の表面に前記底面を面接触させて使用する超音波プローブを備え、前記超音波プローブを用いた超音波の送受信により得た被検体からの反射波データに基づいて、穿刺時における前記被検体の第１断面を示す第１断層画像を取得し、かつ前記第１断面と直交する第２断面を示す第２断層画像を取得する超音波画像表示装置であって、前記プローブ本体において前記第１リニア振動子アレイと前記第２リニア振動子アレイとが交差する部分には、いずれのリニア振動子アレイも存在しない空き領域が設けられるとともに、前記空き領域内には、穿刺時に穿刺針を通過させるための穿刺ポイントが設定され、前記第１リニア振動子アレイの発する第１の超音波ビーム及び前記第２リニア振動子アレイの発する第２の超音波ビームが前記穿刺ポイントの直下において互いにオーバーラップするように、前記第１及び第２の超音波ビームがそれぞれ前記空き領域のある方向に傾くよう電子的にステアリングされているとともに、前記第１及び第２の超音波ビームのビームステアリング角度が変更可能であることを特徴とする超音波画像表示装置をその要旨とする。

また本発明では、前記第１及び第２の超音波ビームのビームステアリング角度が変更可能であることから、超音波ビーム同士がオーバーラップする深度を調整することができる。このため、対象部位のある深さ（即ち穿刺針の穿刺深さ）に応じて最適なオーバーラップ深度を設定することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記第１及び第２の超音波ビームのビームステアリング角度は、同時に等しい角度で変更可能であることを特徴とその要旨とする。

従って、請求項２に記載の発明によると、２つの超音波ビームのビームステアリング角度を個別に変更する制御を行うときと比べて、制御を一括して容易に行うことができ、ひいては使用するリニア振動子アレイの単純化にも寄与しうる。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、Ｎ個の振動子を有するリニア振動子アレイが、１番目からｘ番目（ただし、ｘは３以上かつＮ−３以下の自然数）の振動子を含む第１パートと、ｘ＋１番目からＮ番目の振動子を含む第２パートとに分割されており、前記第１パートが前記第１リニア振動子アレイとして用いられ、かつ前記第２パートが前記第２リニア振動子アレイとして用いられるとともに、前記第１パートのｘ番目の振動子側及び前記第２パートのＮ番目の振動子側を前記空き領域に向けた状態で、前記第１パート及び前記第２パートが配置されていることをその要旨とする。

従って、請求項３に記載の発明によると、もともと１つのリニア振動子アレイを出発とする第１パート及び第２パートを利用することにより、特別な処理等を必要とせずに簡単に２つの超音波ビームのビームステアリング角度を同時に等しい角度で変更することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記第１リニア振動子アレイとして用いられる前記第１パートに属する前記振動子の数と、前記第２リニア振動子アレイとして用いられる第２パートに属する前記振動子の数は略等しいことをその要旨とする。

従って、請求項４に記載の発明によると、振動子の数が第１リニア振動子アレイと第２リニア振動子アレイとで略同数となる結果、２つの超音波ビームのビームステアリング角度を同時に等しい角度で変更する制御が行いやすくなる。また、第１リニア振動子アレイ及び第２リニア振動子アレイのサイズや能力に差がなくなるため、対象部位である深部臓器や深部組織の形状が不明である場合などにおいて、それらを探索するときに有利なものとなる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記プローブ本体において前記空き領域に対応する箇所には、前記穿刺ポイントに前記穿刺針を誘導するための穿刺ガイド部が設けられていることをその要旨とする。

従って、請求項５に記載の発明によると、穿刺ガイド部によって穿刺針が案内される結果、被検体まで簡単にかつ正確に穿刺をすることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記穿刺ガイド部は、前記プローブ本体の前記底面に対して垂直な方向に前記穿刺針が進行するように前記穿刺針を誘導するガイド孔を有していることをその要旨とする。

従って、請求項６に記載の発明によると、ガイド孔によって穿刺針が垂直方向に確実に誘導されるため、穿刺針を被検体の対象部位まで最短距離で到達させることができる。

以上詳述したように、請求項１〜６に記載の発明によると、構造が比較的簡単であるにもかかわらず、被検体の表面に対して垂直に穿刺を行う際に比較的早い段階から穿刺針及び対象部位を直交２断面で捉えて同時に表示することが可能であり、穿刺針を最短ルートで対象部位まで確実にガイドすることができる超音波画像表示装置を提供することができる。

Claims (7)

1. プローブ本体の底面上にて第１リニア振動子アレイと第２リニア振動子アレイとが直交配置された超音波プローブを備え、前記超音波プローブを用いた超音波の送受信により得た被検体からの反射波データに基づいて、穿刺時における前記被検体の第１断面を示す第１断層画像を取得し、かつ前記第１断面と直交する第２断面を示す第２断層画像を取得する超音波画像表示装置であって、
   前記プローブ本体において前記第１リニア振動子アレイと前記第２リニア振動子アレイとが交差する部分には、いずれのリニア振動子アレイも存在しない空き領域が設けられるとともに、前記空き領域内には、穿刺時に穿刺針を通過させるための穿刺ポイントが設定され、
   前記第１リニア振動子アレイの発する第１の超音波ビーム及び前記第２リニア振動子アレイの発する第２の超音波ビームが前記穿刺ポイントの直下において互いにオーバーラップするように、前記第１及び第２の超音波ビームがそれぞれ前記空き領域のある方向に傾くよう電子的にステアリングされている
   ことを特徴とする超音波画像表示装置。
2. 前記第１及び第２の超音波ビームのビームステアリング角度は、変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の超音波画像表示装置。
3. 前記第１及び第２の超音波ビームのビームステアリング角度は、同時に等しい角度で変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の超音波画像表示装置。
4. Ｎ個の振動子を有するリニア振動子アレイが、１番目からｘ番目（ただし、ｘは３以上かつＮ−３以下の自然数）の振動子を含む第１パートと、ｘ＋１番目からＮ番目の振動子を含む第２パートとに分割されており、
   前記第１パートが前記第１リニア振動子アレイとして用いられ、かつ前記第２パートが前記第２リニア振動子アレイとして用いられるとともに、
   前記第１パートのｘ番目の振動子側及び前記第２パートのＮ番目の振動子側を前記空き領域に向けた状態で、前記第１パート及び前記第２パートが配置されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の超音波画像表示装置。
5. 前記第１リニア振動子アレイとして用いられる前記第１パートに属する前記振動子の数と、前記第２リニア振動子アレイとして用いられる第２パートに属する前記振動子の数は略等しいことを特徴とする請求項４に記載の超音波画像表示装置。
6. 前記プローブ本体において前記空き領域に対応する箇所には、前記穿刺ポイントに前記穿刺針を誘導するための穿刺ガイド部が設けら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項に記載の超音波画像表示装置。
7. 前記穿刺ガイド部は、前記プローブ本体の前記底面に対して垂直な方向に前記穿刺針が進行するように前記穿刺針を誘導するガイド孔を有していることを特徴とする請求項６に記載の超音波画像表示装置。

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