WO2018105108A1

WO2018105108A1 - 超音波ガイド下穿刺装置

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Publication number: WO2018105108A1
Application number: PCT/JP2016/086749
Authority: WO
Inventors: 雄一志賀
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-06-14

Abstract

超音波プローブ（２）は、体内に挿入される外管と、外管の先端側に設けられ、外管の長手方向に沿う面内に揺動可能に支持された超音波振動子（２１）と、外管内に長手方向に沿って穿刺針が挿通可能に形成された穿刺針挿通チャンネル（１４）と、穿刺針挿通チャンネル（１４）に並列に配置され、外管の長手方向に沿って往復運動をする可動部（３２ａ）を有するアクチュエータ（２２）と、変換機構（３３）とを有する。変換機構（３３）は、外管の長手方向に沿ってアクチュエータ（２２）と長手方向に直列に配置され、かつ超音波振動子（２１）と長手方向に並列に配置され、可動部（３２ａ）の往復運動を超音波振動子（２１）の揺動運動に変換する。

Description

超音波ガイド下穿刺装置

　本発明は、超音波ガイド下穿刺装置に関し、特に、超音波画像のガイド下で穿刺針を使用可能とする超音波ガイド下穿刺装置に関する。

　従来より、超音波イメージング装置が医療分野で広く用いられており、体腔内や血管内に挿入して体内臓器を観察できる超音波プローブも開発されている。

　超音波振動子がプローブの先端に設けられ、超音波振動子の走査方式には、電子走査方式と機械操作方式がある。プローブ自体は体腔内などに挿入されるため、プローブの直径は小さい方が好ましい。

　電子式の超音波プローブの場合、プローブの直径を小さくしようとすると、超音波の送受信を行う複数の素子の各々のサイズを小さくしなければならない。しかし、各素子のサイズが小さくなると周囲のノイズの影響を受け易くなるという問題に加えて、素子数が増えると信号線の本数も増え、結果としてプローブの直径の細径化には限界があるという問題がある。その結果、細径の電子走査方式の超音波プローブでは、得られる画像の解像度も高くできないという問題がある。

　一方で、機械走査方式の超音波プローブを採用する場合、細径なプローブ内で超音波振動子を機械的に動かす構造が必要となる。例えば特開平８－２７５９４６号公報には、ワイヤの往復運動あるいは回転運動を超音波振動子の揺動運動に変換する変換機構を有する超音波カテーテルが提案されている。

　超音波診断では、超音波画像のガイド下で穿刺針を使用して、生検、すなわち穿刺針により生体組織の一部を採取することが行われる。　
　機械操作方式の超音波プローブに穿刺針挿通チャンネルを設けようとすると、プローブの先端部に穿刺針が突出する開口が形成され、その開口に連通する挿通チャンネルと、超音波振動子を動かす構造が必要となる。

　しかし、機械走査方式の超音波振動子の場合、例えば上記の提案に係る装置では、往復運動あるいは回転運動を超音波振動子の揺動運動に変換する変換機構が、揺動する超音波振動子の基端側に配設されることになるため、プローブの中心軸に対する穿刺針の突出角度が小さくなってしまう。　
　そのため、穿刺針が先端部の開口から突出してから患部まで到達する距離が長くなり、術者は、超音波画像内に写る穿刺針の操作がしづらくなるという問題がある。

　そこで、本発明は、穿刺針が突出する先端部の開口の位置を超音波振動子の近くに位置させることが可能な超音波ガイド下穿刺装置を提供することを目的とする。

　本発明の一態様の超音波ガイド下穿刺装置は、体内に挿入される外管と、前記外管の先端側に設けられ、前記外管の長手方向に沿う面内に揺動可能に支持された超音波振動子と、前記外管内に前記長手方向に沿って穿刺針が挿通可能に形成された穿刺針挿通チャンネルと、前記穿刺針挿通チャンネルに並列に配置され、前記外管の長手方向に沿って往復運動をする可動部を有するアクチュエータと、前記外管の長手方向に沿って前記アクチュエータと前記長手方向に直列に配置され、かつ前記超音波振動子と前記長手方向に並列に配置され、前記可動部の往復運動を前記超音波振動子の揺動運動に変換する変換機構と、を備える。

本発明の実施の形態に関わる超音波ガイド下穿刺システムの全体構成を示す構成図である本発明の実施の形態に関わる超音波プローブの先端部の斜視図である。本発明の実施の形態に関わる、先端部から穿刺針が突出した状態を示す先端部の斜視図である。本発明の実施の形態に関わる、先端部内に配設された超音波振動子のアクチュエータの斜視図である。本発明の実施の形態に関わるアクチュエータの正面図である。本発明の実施の形態に関わるアクチュエータの左側面図である。本発明の実施の形態に関わるアクチュエータの右側面図である。本発明の実施の形態に関わるアクチュエータの断面図である。図４のＩＸ－ＩＸ線に沿った超音波プローブの断面図である。本発明の実施の形態に関わる、超音波振動子の超音波送受信面が先端側へ傾斜したときの、先端部の断面斜視図である。本発明の実施の形態に関わる、超音波振動子の超音波送受信面が基端側へ傾斜したときの、先端部の断面斜視図である。本発明の実施の形態に関わる、超音波振動子が揺動していない中間位置にあるときの先端部の断面図である。本発明の実施の形態に関わる、超音波振動子の超音波送受信面が先端側に傾斜しているときの先端部の断面図である。本発明の実施の形態に関わる、超音波振動子の超音波送受信面が基端側に傾斜しているときの先端部の断面図である。

　以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。　
（全体構成）
　図１は、超音波ガイド下穿刺システムの全体構成を示す構成図である。　
　超音波ガイド下穿刺システム１は、細長の超音波プローブ２と、穿刺針装置３と、プロセッサ４と、モニタ５とを有して構成されている。超音波プローブ２が、超音波画像のガイド下で穿刺針を使用可能とする超音波ガイド下穿刺装置を構成する。

　超音波プローブ２は、血管、肺抹消部、膵胆道系などの細い管腔内に挿通可能な細長形状を有する機械走査方式のプローブである。超音波プローブ２は、細長で可撓性を有する樹脂製の外管２ｔと、外管２ｔの先端に固定された先端部２ａとを有する。超音波プローブ２の直径は、例えば、２から５ｍｍである。超音波振動子は、後述するように超音波プローブ２の先端部２ａ内に配設されている。穿刺針装置３を接続するための穿刺針装置コネクタ２ｂが、外管２ｔの基端部に設けられている。

　細長の超音波プローブ２内には、穿刺針が挿通される穿刺針挿通チャンネル（図示せず）が形成されている。先端部２ａには、穿刺針挿通チャンネルの開口部が形成されている。

　超音波振動子を駆動する駆動信号等のための複数の信号線が挿通されたケーブル２ｃが、穿刺針装置コネクタ２ｂから延出している。プロセッサ４に接続可能なコネクタ２ｄが、ケーブル２ｃの基端部に設けられている。

　穿刺針装置３は、細長の穿刺針３ａと、穿刺針３ａの操作を行う穿刺用ハンドル３ｂとを有する。穿刺用ハンドル３ｂは、穿刺針装置コネクタ２ｂに着脱自在で、穿刺針３ａを挿通する挿通チャンネル（図示せず）を有する。穿刺針３ａは、その図示しない挿通チャンネルに挿入されると、超音波プローブ２内の穿刺針挿通チャンネル内に進入可能となり、結果として、穿刺針３ａの先端部は、超音波プローブ２の先端部２ａの開口部から突出可能となる。

　プロセッサ４は、先端部２ａ内の超音波振動子を駆動する駆動装置と、超音波振動子からの信号に基づき被検体内の超音波画像を生成する画像生成部とを有する。プロセッサ４は、生成された超音波画像の画像信号を、表示装置であるモニタ５に出力し、超音波画像がモニタ５に表示される。

　術者は、モニタ５に表示された超音波画像を見ながら、穿刺針３ａを生体組織に刺して生検を行うことができる。

（超音波プローブの先端部の構成）
　図２は、超音波プローブの先端部の斜視図である。図３は、先端部から穿刺針が突出した状態を示す先端部の斜視図である。図４は、先端部内に配設された超音波振動子のアクチュエータの斜視図である。

　図２及び図３に示すように、超音波プローブ２の先端部２ａは、樹脂製の筐体２ａ１を有する。外管２ｔと、外管２ｔの先端側に設けられた筺体２ａ１が、被検体の体内に挿入可能に構成されている。

　筐体２ａ１は、先端部２ａの先端側に球状に形成され、超音波振動子２１を収容する収容部１１と、超音波プローブ２の軸Ｏに対して所定の角度θを持って形成された傾斜面部１２と、収容部１１と傾斜面部１２との間に形成され、超音波プローブ２の軸Ｏに対して平行な平面部１３を有する。先端部２ａも円柱形状を有し、円柱形状の中心軸は、超音波プローブ２の軸Ｏと一致する。

　収容部１１は、図４に示すように、超音波振動子２１を収容する内部空間を有し、超音波振動子２１は、先端部２ａ内に配設されたアクチュエータ２２（図４）により、収容部１１内において、所定の軸周りに、所定の角度の範囲内で揺動可能となっている。超音波振動子２１は、外形が略矩形の単板からなる素子である。

　筐体２ａ１は、先端側に超音波振動子２１を収容する内部空間ＳＩ１と、基端側にアクチュエータ２２を収容する内部空間ＳＩ２を有する（図１２～図１４参照）。アクチュエータ２２は、超音波プローブ２の軸Ｏの方向に細長い形状を有している。

　傾斜面部１２は、図２及び図３では、超音波プローブ２の上側に形成されている。超音波プローブ２内には、穿刺針挿通チャンネル１４が形成されている。穿刺針挿通チャンネル１４は、図２及び図３では、超音波プローブ２の上側に超音波プローブ２の軸方向に沿って形成されている。すなわち、穿刺針挿通チャンネル１４は、外管２ｔ内に長手方向に沿って穿刺針３ａが挿通可能に形成されている。穿刺針挿通チャンネル１４に連通する開口部１５が、傾斜面部１２に形成されている。穿刺針３ａの先端部は、開口部１５から先端部の軸に対して突出角αで突出可能となっている。

　図４において二点鎖線で示すように、アクチュエータ２２の基端側から、超音波振動子２１用とアクチュエータ用の複数の信号線１６が、外管２ｔ内において、穿刺針挿通チャンネル１４に平行に延出している。複数の信号線１６は、ケーブル２ｃ内に挿通されている。

（アクチュエータの構成）
　図５は、アクチュエータ２２の正面図である。図５は、先端部２ａの軸に直交する方向から見た図である。図６は、アクチュエータ２２の左側面図である。図７は、アクチュエータ２２の右側面図である。図６は、先端部２ａ内に配設されたアクチュエータ２２を先端側から見たときの側面を示し、図７は、先端部２ａ内に配設されたアクチュエータ２２を基端側から見たときの側面を示す。図８は、アクチュエータ２２の断面図である。図９は、図４のＩＸ－ＩＸ線に沿った超音波プローブの断面図である。図９は、プローブ２の軸Ｏに直交する方向の断面図である。

　上述したように、アクチュエータ２２は、超音波プローブ２の先端部２ａの内部空間ＳＩ２（図１２参照）内に配設され、超音波振動子２１を所定の軸回りに所定の角度の範囲内で揺動させる駆動装置である。ここでは、アクチュエータ２２は、電磁アクチュエータであるムービングマグネットタイプのボイスコイルモータを用いた電磁式駆動装置である。

　なお、本実施の形態では、アクチュエータ２２は、ムービングマグネット型のボイスコイルモータを用いているが、ムービングコイル型のボイスコイルモータを用いてもよい。

　電磁アクチュエータであるアクチュエータ２２は、枠部材３１と、枠部材３１内に配設された可動部３２と、可動部３２の先端側に配設され、超音波振動子２１が搭載される振動子搭載部３３とを有する。

　図４及び図９に示すように、アクチュエータ２２は、穿刺針挿通チャンネル１４に並列に配置され、外管２ｔの長手方向に沿って往復運動をする可動部３２を有する。言い換えれば、アクチュエータ２２は、穿刺針挿通チャンネル１４に対して、超音波プローブ２の軸Ｏに直交する方向に設けられている。

　図５及び図６に示すように、枠部材３１は、円筒部３１ａと、２本のアーム３１ｂとを有している。図４及び図５に示すように、２本のアーム３１ｂは、円筒部３１ａの先端から互いに平行に先端方向に延出するように設けられている。各アーム３１ｂには、後述する軸部３３ａ２が挿通される孔３１ｂ１が形成されている。

　図６及び図８に示すように、円筒部３１ａの先端側には、孔３１ａ１が形成され、円筒部３１ａの基端側にも、孔３１ａ２が形成されている。すなわち、アクチュエータ２２は、可動部３２を内部に収容する枠部材３１を有し、枠部材３１の後述する変換機構３３Ｘとは反対側には、孔３１ａ１が形成されている。孔３１ａ２は、超音波プローブ２の製造時に、インピーダンスマッチングのために液体、ここでは油を先端部２ａの筺体２ａ１内に注入するための孔である。孔３１ａ２から注入された油は、孔３１ａ１を通って、収容部１１内に入り込む。

　図７に示すように、円筒部３１ａの上側側面３１ａ３及び下側側面３１ａ４は、平坦面を有する。図８に示すように、円筒部３１ａの上側側面３１ａ３には、円筒部３１ａの軸方向に沿って延びる貫通溝３１ａ５が形成されており、円筒部３１ａの下側側面３１ａ４にも、円筒部３１ａの軸方向に沿って延びる貫通溝３１ａ６が形成されている。

　円筒部３１ａの外周面には、コイル線材が巻回されて形成された２つのコイル部３４が設けられている。　
　そして、可動部３２は、円柱部材３２ａと、円柱部材３２ａの先端側から先端部２ａの軸方向に延出した延出部３２ｂを有している。　
　円柱部材３２ａの上面と下面には、それぞれ、円筒部３１ａの軸方向に沿ってカットされて形成された２つの平面部３２ａ１と３２ａ２を有している。平面部３２ａ１は、円筒部３１ａの上側側面３１ａ３に平行であり、平面部３２ａ２は、円筒部３１ａの下側側面３１ａ４に平行である。

　平面部３２ａ１には、凸部３２ａｔが形成されている。凸部３２ａｔは、貫通溝３１ａ５内に凸部３２ａｔの一部が入り込む高さを有しており、可動部３２の軸周りの回転を規制する。

　後述するように、円柱部材３２ａは、凸部３２ａｔが貫通溝３１ａ５に入り込んだ状態で、円筒部３１ａ内を先端部２ａの軸方向に沿って移動可能となっている。

　さらに、円柱部材３２ａは、円柱部材３２ａの軸方向に沿って形成された細長の凹部３２ａ４を有している。凹部３２ａ４は、図８に示すように、円柱部材３２ａの下側に形成されている。凹部３２ａ４内には、２つの永久磁石３５が円柱部材３２ａの軸方向に沿って配置されている。各永久磁石３５は、直方体形状を有し、着磁方向が円筒部３１ａの軸方向に直交する方向になるように、Ｎ極とＳ極が所定の向きで凹部３２ａ４内に配置されている。

　図８に示すように、コイル部３４の各コイル及び各磁石は、可動部３２の往復運動の方向に直交する方向における寸法よりも、往復運動の方向における寸法が長い形状を有する。よって、先端部２ａのスペース効率がよい。

　また、図８に示すように、コイル線材により形成される２つのコイル部３４が先端部２ａの軸Ｏの軸方向に沿って直列に配置され、２つの永久磁石３５も、先端部２ａの軸Ｏの軸方向に沿って直列に配置されるため、先端部２ａのスペース効率がよい。

　なお、円柱部材３２ａは、強磁性体で構成されている。ここでは、可動部３２は、２つの永久磁石３５を保持する円柱部材３２ａの材質として強磁性体の部材を用いることにより、磁気抵抗を減らして、磁気回路の出力効率が高くなり、可動部３２を動かす力を大きくしている。

　さらに、アクチュエータの駆動は、外乱（例えば術者の操作によるプローブの進退や湾曲に伴う外乱加速度、穿刺針の挿通時における振動）や、固体のばらつきの影響を受ける。そのため、超音波振動子の揺動運動が滑らかに出来ず、超音波画像がブレてしまうなど、画像劣化の懸念が少なからず残る。そのような課題に対しては、アクチュエータにフィードバック制御を施すのが望ましいが、その場合は別途センサを設ける必要があるため、装置が太径化してしまう。

　本実施の形態では、可動部３２に強磁性体を用いることにより、可動部３２の位置変化に対するコイルのインダクタンスの変化を大きくすることで、可動部３２の速度または位置を、センサを用いずに推定でき、いわゆるセンサレス制御が適用できる。

　コイル部３４には、可動部３２の移動により誘導起電力が発生する。その誘導起電力に基づき発生するコイル部３４に流れる電流の大きさの変化が、可動部３２の末端移動位置を検出できるように、可動部３２の強磁性体の部分を、２つのコイル部３４の内側に配置する。可動部３２の正確な位置制御のために、強磁性体の円柱部材３２ａの軸方向の長さが、先端部２ａの軸方向における２つのコイル部３４の長さよりも長くなるように形成されることが好ましい。　
　その結果、コイル部３４に流れる電流の大きさに基づいて、アクチュエータ２２における可動部３２の位置を検出することができる。

　さらにまた、穿刺針３ａが磁性体であると、その穿刺針３ａからの磁界の影響を、アクチュエータ２２は受けてしまう。そこで、上述したように、円柱部材３２ａの強磁性体の部分は、可動部３２の穿刺針挿通チャンネル１４側に設けられている。すなわち、強磁性体の部材が、可動部３２の穿刺針挿通チャンネル１４側に設けられている。強磁性体が、穿刺針挿通チャンネル１４と２つの永久磁石３５の間に配置される。よって、円柱部材３２ａが穿刺針３ａからの磁界の影響をシールドするという効果を得ることができる。

　また、図８に示すように、円柱部材３２ａの凹部３２ａ４内に２つの永久磁石３５が配設されるため、円柱部材３２ａを強磁性体で構成した場合、２つの永久磁石３５は、円柱部材３２ａの先端部３２ａ５と基端部３２ａ６の間に配設される。すなわち、強磁性体の部材が、２つの永久磁石３５の先端側と基端側の両側に設けられている。よって、先端部２ａの軸方向における外部からの磁界の影響も、シールドすることができ、かつ先端部２ａの軸方向の前後に磁性体が存在しても、その磁性体により引っ張られる磁気力を低減して、アクチュエータ２２の出力効率がよい。

　さらになお、円柱部材３２ａから延出する延出部３２ｂは、非磁性体若しくは弱磁性体で構成されている。すなわち、可動部３２の後述する変換機構３３Ｘ側の部分は、非磁性体又は弱磁性体である。延出部３２ｂが強磁性体であると、上述したセンサレス制御を行うときに、インダクタンス変化が非対称となるため、可動部３２の位置を精度良く検出できない虞がある。そこで、延出部３２ｂを非磁性体若しくは弱磁性体にして、位置検出の精度を悪化させないようにしている。

　以上のように、超音波プローブ２の先端部２ａの軸回りに巻回されたコイル線材からなる２つのコイル部３４内に、先端部２ａの軸方向に沿ってＮ極とＳ極が所定の向きになるように２つの永久磁石３５が配設されている。

　図９に示すように、先端部２ａの内部空間ＳＩ２の一部は、筐体２ａ１内の平面部２ａ２により規定される。コイル線材が枠部材３１の円筒部３１ａの外側に巻回されているため、コイル部３４の外形は、円筒部３１ａの上側側面３１ａ３と下側側面３１ａ４に沿った２つの平面部３４ａと３４ｂを有する。すなわち、２つのコイル部３４の外形の一部は平面部を有する。

　直方体の永久磁石３５の２つの平面部３５ａと３５ｂが、２つの平面部３４ａと３４ｂに平行になるように、各コイル部３４と各永久磁石３５は、配設される。　
　２つの平面部３４ａと３４ｂの内の一方が筐体２ａ１内の平面部２ａ２に対向するように筐体２ａ１内に配置される。そして、図９に示すように、先端部２ａを先端側からみたときに、２つの平面部３４ａと３４ｂがアクチュエータ２２の中心と穿刺針挿通チャンネル１４の中心を結ぶ線に直交するように、各コイル部３４は、先端部２ａ内に配設される。言い換えれば、２つの平面部３４ａと３４ｂの平面は、先端側から外管２ｔをみたときに、穿刺針挿通チャンネル１４とボイスコイルモータを結ぶ線に対して直交する。よって、筐体２ａ１内に穿刺針挿通チャンネル１４の内径を小さくすることなく、筐体２ａ１内にアクチュエータ２２を配設するため、スペース効率がよい。

　なお、ここでは、２つのコイル部３４は、２つの平面部３４ａと３４ｂを有しているが、筐体２ａ１内の平面部２ａ２に対向する面である平面部３４ａとは反対側の面は、平面部でなくてもよい。

　２つのコイル部３４と、可動部３２の２つの永久磁石３５が、ムービングマグネット型のボイスコイルモータを形成する。　
　図５及び図６に示すように、可動部３２の延出部３２ｂの先端側には、ピン３２ｂ１が形成されている。ピン３２ｂ１は、先端部２ａの軸方向に直交する方向に突出した形状を有する。

　振動子搭載部３３は、外形が略矩形の単板の超音波振動子２１が搭載されて固定される固定部３３ａと、固定部３３ａから延出する延出部３３ｂを有する。

　固定部３３ａは、単板の超音波振動子２１を接着剤などの固定手段により固定するための平面部３３ａ１を有する（図６参照）。　
　矩形形状の固定部３３ａは、互いに逆方向に突出する２つの軸部３３ａ２を有する。２つの軸部３３ａ２は、固定部３３ａが軸部３３ａ２の軸回りに回動可能に、２本のアーム３１ｂの２つの孔３１ｂ１に挿通されている。

　延出部３３ｂは、平面部３３ａ１の反対側の面から延出している。延出部３３ｂは、細長の貫通スリット３３ｂ１を有している。可動部３２の延出部３２ｂのピン３２ｂ１が貫通スリット３３ｂ１内に入り込んでいる。

　より具体的には、固定部３３ａが２つの軸部３３ａ２の軸回りで回動可能に２本のアーム３１ｂにより支持されると共に、固定部３３ａが２つの軸部３３ａ２の軸回りに回動したときにピン３２ｂ１が貫通スリット３３ｂ１内を移動可能なように、貫通スリット３３ｂ１は形成されている。

　可動部３２の延出部３２ｂが、先端部２ａの軸方向に沿って所定の範囲内で前後すると、ピン３２ｂ１も先端部２ａの軸方向に沿って前後方向に動く。ピン３２ｂ１の往復運動は、ピン３２ｂ１に係合する延出部３３ｂを動かして、固定部３３ａを２つの軸部３３ａ２の軸回りに揺動させる揺動運動を生じさせる。

　図１０は、超音波振動子２１の超音波送受信面が先端側へ傾斜したときの、先端部２ａの断面斜視図である。図１１は、超音波振動子２１の超音波送受信面２１ａが基端側へ傾斜したときの、先端部２ａの断面斜視図である。

　可動部３２が基端側へ移動すると、図１０に示すように、超音波振動子２１の超音波送受信面２１ａは、先端部２ａの先端側へ向かって傾斜する。可動部３２が先端側へ移動すると、図１１に示すように、超音波振動子２１の超音波送受信面２１ａは、先端部２ａの基端側へ向かって傾斜する。

　可動部３２が先端部２ａの軸方向に沿って往復運動すると、固定部３３ａが２つの軸部３３ａ２の軸回りに第１の方向及び第１の方向とは逆の第２の方向に交互に回動し、ピン３２ｂ１が貫通スリット３３ｂ１内を移動する。

　従って、ピン３２ｂ１を有する可動部３２と、ピン３２ｂ１に係合する貫通スリット３３ｂ１を有する延出部３３ｂが、可動部３２の往復運動を超音波振動子２１の揺動運動に変換する変換機構３３Ｘを構成する。変換機構３３Ｘは、外管２ｔの長手方向に沿ってアクチュエータ２２と長手方向に直列に配置され、かつ超音波振動子２１と長手方向に並列に配置され、可動部３２の往復運動を超音波振動子２１の揺動運動に変換する。

　以上のように、先端部２ａの筐体２ａ１は、外管２ｔの先端側に穿刺針挿通チャンネル１４の開口部１５を有し、アクチュエータ２２は、開口部１５と長手方向に並列に配置されている。超音波振動子２１は、外管２ｔの先端側に設けられ、外管２ｔの長手方向に沿う面内に揺動可能に支持されている。その結果、固定部３３ａに固定された超音波振動子２１は、２つの軸部３３ａ２に軸支され、２つの軸部３３ａ２の軸回りに所定の角度範囲で揺動可能となっている。

（作用）
　次に、超音波プローブ２の先端部２ａ内における、超音波振動子２１とアクチュエータ２２の動作について説明する。

　２つのコイル部３４と２つの永久磁石によりムービングマグネット型のボイスコイルモータが形成される。２つのコイル部３４の各コイル線材に流す電流の方向を変更することにより、先端部２ａの軸方向に沿った２つの永久磁石３５の移動方向を制御することができる。

　図１２は、超音波振動子２１が揺動していない中間位置にあるときの先端部２ａの断面図である。図１３は、超音波振動子２１の超音波送受信面２１ａが先端側に傾斜しているときの先端部２ａの断面図である。図１４は、超音波振動子２１の超音波送受信面２１ａが基端側に傾斜しているときの先端部２ａの断面図である。

　図１２に示すように、外管２ｔの先端側に設けられた筐体２ａ１は、超音波振動子２１及び変換機構３３Ｘを収容する内部空間ＳＩ１と、アクチュエータ２２を収容する内部空間ＳＩ２を有する。

　２つのコイル部３４の各コイル線材に、第１の方向の電流を流すと、ムービングマグネット型のボイスコイルモータの原理により、可動部３２は、図１３に示すように、基端側に移動し、円筒部３１ａの基端側の内壁に当接する。このとき、超音波振動子２１の超音波送受信面２１ａは、先端側に向く。図１３に示すように、超音波送受信面２１ａの法線方向が、先端部２ａの軸に直交する方向に対してθ１だけ先端側へ傾斜する。

　２つのコイル部３４の各コイル線材に、第１の方向と逆の第２の方向の電流を流すと、ムービングマグネット型のボイスコイルモータの原理により、可動部３２は、図１４に示すように、先端側に移動し、円筒部３１ａの先端側の内壁に当接する。このとき、超音波振動子２１の超音波送受信面２１ａは、基端側に向く。図１４に示すように、超音波送受信面２１ａの法線方向が、先端部２ａの軸に直交する方向に対してθ２だけ基端側へ傾斜する。

　よって、電流の流す向きを交互に変更することにより、超音波振動子２１は、軸部３３ａ２の軸回りに、角度（θ１＋θ２）の範囲で揺動する。　
　従って、超音波プローブ２は、例えば血管などの内部に挿通され、先端部２ａの収容部１１内の超音波振動子２１が揺動して超音波が被検体内を機械式で走査することによって、モニタ５に超音波画像が表示される。

　超音波振動子２１による超音波画像は、上述した角度（θ１＋θ２）の範囲であって、開口部１５の近傍の部分を含む。よって、穿刺針３ａが先端部２ａの開口部１５から突出角αで突出してから患部まで到達する距離が短くなり、術者は、超音波画像を見ながら穿刺針３ａの操作をし易い。

　超音波振動子２１は、単板式が使用可能なため、高解像度な超音波画像が得られ、かつ超音波プローブ２を細径にすることができる。特に、単板の超音波振動子によれば、単板のサイズを大きくできるため、方位分解能の高い超音波画像を得ることもできる。

　また、電磁アクチュエータであるボイスコイルモータを用いて超音波振動子を高速に揺動できるため、得られる超音波画像は、リアルタイムであり、術者は、穿刺走査をスムーズに行うことができる。言い換えれば、術者にとって、超音波画像を見ながらの穿刺の操作性がよい。

　上述した特開平８－２７５９４６号公報に開示の構成のカテーテルの場合、ワイヤの往復運動あるいは回転運動を超音波振動子の揺動運動に変換する変換機構を用いているため、超音波振動子を高速に揺動可能で高いフレームレートの画像を得ることはできない。しかし、上述した実施の形態では、電磁アクチュエータであるボイスコイルモータを用いているため、超音波振動子を高速に揺動可能で高いフレームレートの画像を得ることができる。

　さらに、上述した実施の形態では、アクチュエータ２２が穿刺針挿通チャンネル１４に並列に配置され、アクチュエータ２２の先端側に超音波振動子２１が配設されている。すなわち、アクチュエータ２２と、アクチュエータ２２の往復運動を固定部３３ａの揺動運動に変換する変換機構とが、先端部２ａの軸方向に沿って直列に配設され、変換機構と超音波振動子２１は、先端部２ａの軸方向に直交する方向において並んで配設されている。よって、穿刺針３ａが突出する先端部２ａの開口部１５を、超音波振動子２１の近傍に配置することができるため、穿刺針３ａが開口部１５から突出してから病変部までの距離が短い。

　上述した特開平８－２７５９４６号公報に開示の構成のカテーテルの場合、穿刺針の突出する開口部を設けようとしても、ワイヤの往復運動あるいは回転運動を超音波振動子の揺動運動に変換する変換機構の基端側に開口部が配設されることになり、穿刺針がその開口部から突出してから病変部まで到達するまでの距離が長くなる。その到達距離が長くなると、超音波画像に写らない場所にある開口部から穿刺針が突出することになるため、術者は、針の位置を把握しづらい。その結果、超音波画像を見ながらの穿刺の操作性は良くない。

　これに対して、上述した実施の形態の超音波プローブ２では、穿刺針３ａが開口部１５から突出してから病変部までの距離が短いため、術者は、超音波画像を見ながら、針の位置を把握し易く、穿刺の操作性が良い。

　さらに、アクチュエータとして圧電素子を用いて超音波振動子を揺動させることも考えられるが、圧電素子の駆動信号の周波数が高いため、超音波振動子の出力にノイズが重畳し易くなるという問題がある。これに対して、本実施の形態では、アクチュエータとしてボイスコイルモータを用いているため、圧電素子を利用するアクチュエータと比べて駆動信号の周波数も低く、超音波画像へのノイズの重畳の影響も少ない。

　以上のように、上述した実施の形態によれば、穿刺針が突出する先端部の開口の位置を超音波振動子の近くに位置させることが可能な超音波ガイド下穿刺装置を提供することができる。

　本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

Claims

　体内に挿入される外管と、
　前記外管の先端側に設けられ、前記外管の長手方向に沿う面内に揺動可能に支持された超音波振動子と、
　前記外管内に前記長手方向に沿って穿刺針が挿通可能に形成された穿刺針挿通チャンネルと、
　前記穿刺針挿通チャンネルに並列に配置され、前記外管の長手方向に沿って往復運動をする可動部を有するアクチュエータと、
　前記外管の長手方向に沿って前記アクチュエータと前記長手方向に直列に配置され、かつ前記超音波振動子と前記長手方向に並列に配置され、前記可動部の往復運動を前記超音波振動子の揺動運動に変換する変換機構と、
を備えることを特徴とする超音波ガイド下穿刺装置。
　前記アクチュエータは、電磁アクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の超音波ガイド下穿刺装置。
　前記電磁アクチュエータは、コイルと磁石を備えるボイスコイルモータであることを特徴とする請求項２に記載の超音波ガイド下穿刺装置。
　前記コイル又は前記磁石は、前記往復運動の方向に直交する方向における寸法よりも、前記往復運動の方向における寸法が長い形状を有することを特徴とする請求項３に記載の超音波ガイド下穿刺装置。
　前記ボイスコイルモータは、前記可動部が前記磁石を有するムービングマグネット型であることを特徴とする請求項４に記載の超音波ガイド下穿刺装置。
　前記可動部は、強磁性体の部材を有していることを特徴とする請求項５に記載の超音波ガイド下穿刺装置。
　前記強磁性体の部材は、前記可動部の前記穿刺針挿通チャンネル側に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の超音波ガイド下穿刺装置。
　前記強磁性体の部材は、前記磁石の先端側と基端側の両側に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の超音波ガイド下穿刺装置。
　前記可動部の前記変換機構側の部分は、非磁性体又は弱磁性体であることを特徴とする請求項８に記載の超音波ガイド下穿刺装置。
　前記コイルの外形の一部は平面部を有し、
　前記平面部の平面は、前記先端側から前記外管をみたときに、前記穿刺針挿通チャンネルと前記ボイスコイルモータを結ぶ線に対して直交することを特徴とする請求項５に記載の超音波ガイド下穿刺装置。
　前記アクチュエータは、前記可動部を内部に収容する枠部材を有し、前記枠部材の前記変換機構とは反対側には、孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波ガイド下穿刺装置。
　前記外管の先端側に設けられ、前記超音波振動子及び前記変換機構を収容する第１の内部空間と、前記アクチュエータを収容する第２の内部空間を有する筺体を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波ガイド下穿刺装置。
　前記外管の先端側に前記穿刺針挿通チャンネルの開口部を有し、
　前記アクチュエータは、前記開口部と前記長手方向に並列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波ガイド下穿刺装置。