JPH07114775B2 - 超音波式内腔診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波による医療用画
像処理に関するものであり、より詳細には、超音波式内
腔診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】あるタイプの超音波式内腔診断装置に
は、フレキシブルな固定式カテーテルの端部に回転する
１つの超音波変換素子又は超音波反射器が設けられてい
る。この変換素子又は反射器は、カテーテルと関連して
回転し、カテーテルの長手方向、即ち、軸線と垂直な平
面内で「Ｂ−スキャン」を実行する。

【０００３】また、他のタイプの超音波式内腔診断装置
には、フレキシブルな固定式カテーテルの端部の円周周
囲に配列された複数の固定式超音波変換素子が設けられ
ている。これらの変換素子は、一団となって連続的に駆
動され、カテーテルの軸と垂直な１つの平面内で「Ｂ−
スキャン」を実行する。このタイプの装置は、Ｂｏｍに
付与された米国特許第３，９３８，５０５号に開示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この従来の技術は単一
の変換素子を有し、かつカテーテルの軸と垂直な１つの
平面に限定しているので、上記両タイプの従来の装置
は、長手方向の軸線で良好な分解能を示すものではな
い。Ｈｅｒｒｅｓに付与された米国特許第５，０７０，
８７９号には、頑丈な縦長の容器内に組込まれたハンド
ヘルド型の直腸診断用の超音波画像処理装置が示されて
いる。この容器内部には超音波変換素子のアレイが軸方
向に配列され、その縦方向の軸周囲で振動される。しか
しこの装置は人手によりアレイを回動させるにすぎない
し、かつカテーテルの振動する角度も狭い。 本発明の目
的は、カテーテル先端をモーターにより振動（回動）さ
れることによりカテーテルの長手方向の軸線の分解能を
改善することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、超音波式内腔
診断装置に関する上記Ｈｅｒｒｅｓの特許（米国特許第
５，０７０，８７９号）における原理に関連付けられる
ものである。特に、本発明に係る１つの形態では、時計
方向及び反時計方向に繰り返し回転する振動を行う回転
式ドライブシャフトのあるモーターが超音波式内腔診断
装置に設けられる。そして、このモーターと一端で結合
するフレキシブルなカテーテル被覆がドライブシャフト
と共に振動する。この被覆はその長手方向に軸線を有
し、その直径は人間の血管内部に適合するべく寸法が決
められる。この被覆の他端には超音波変換器が取り付け
られており、被覆と共に振動する。この超音波変換器
は、個々に動作可能な変換素子のアレイを備えており、
これらの変換素子がその軸と平行に配置されることによ
り、この軸と垂直な回転ビームを形成する。そして、上
記モーターの近傍に設けられた電子回路がこれら変換素
子を制御する。カテーテル被覆を通る配線は、変換素子
と電子回路とを電気的に接続する。好ましい形態におい
ては、この電子回路がこれら変換素子を連続的に作動さ
せて、その軸線の周囲にて異なる角度で「Ｂ−スキャ
ン」を実行させる。つまり、上記配線が、これら素子を
電子回路と個々に接続するための複数の電線を備える。
この電子回路は、当該装置における軸方向の解像度を強
調するために電子ビームのフォーカス機構を備えてい
る。

【０００６】本発明によれば、超音波を用いて人体の各
部分を管状構造的に画像化することができる。即ち、縦
方向に配列された超音波変換素子のアレイと、フレキシ
ブルなカテーテル被覆とが、画像化されるための血管、
又は人体の内腔に係る他の流路内に挿入される。上記ア
レイからの配線は、上記被覆内を通り、アレイの動作を
制御するために人体の外側に設けられた電子回路に送ら
れる。この被覆及びアレイは、アレイの作動中、時計方
向及び反時計方向に繰り返し回動して血管内又は他の内
腔内で共に振動し、血管内の流れを経て超音波パルスを
周囲の人体器官に照射する。そして、この超音波パルス
のエコーが信号処理された後に画面表示されて、内腔を
囲む人体器官の診断を可能にする。

【０００７】以下、本発明を実現するために意図された
最適な一実施例の特徴を図面と共に説明する。

【０００８】

【実施例】図１において、この医療用超音波画像処理シ
ステムには操作卓１０が設けられている。図１に示した
ように、この操作卓１０の左側の傾斜した制御パネル上
には、ユーザー用の操作器１１が配置されている。ユー
ザー用の操作器１１の近傍の操作卓１０には、モーター
１２が設けられている。このモーター１２は、好ましく
は３６０度にわたり首を振る、即ち、時計方向及び反時
計方向に繰り返し回動する振動を行う中空な回転式ドラ
イブシャフト１４を備えている。また、ユーザー向けの
操作器１１の前面には、ビデオディスプレイ端末１５が
配置されている。フレキシブルなカテーテル被覆１６の
手もと側端部には、ドライブシャフト１４が取り付けら
れており、その手もと側端部がドライブ・シャフト１４
と共に振動する。被覆１６の直径は、人間の血管内に適
用できる寸法とされており、代表的には約２．２５ｍｍ
のオーダーであるが、例えば尿道のような他の内腔に対
しても適用できる寸法とされる。また、カテーテル被覆
１６の末端には、超音波変換プローブ１８が取り付けら
れる。モーター１２から操作卓１０内に向けて信号ケー
ブル１７が電気的に接続される。

【０００９】図２乃至図４において詳細に示されるよう
に、超音波変換プローブ１８は、被覆１６の末端に取り
付けられる。好ましくは、被覆１６が、例えばステンレ
ス鋼等の耐腐食性材料から作られた中空なチューブ２０
を備え、そのチューブが、例えばテフロン等の低摩擦材
料から作られた外被２２を有することが望ましい。ま
た、市場的に利用可能なカテーテルが用いられてもよ
い。被覆１６の末端部から操作卓１０のモーター１２に
向けて、複数の電線２４が被覆１６内を通る。これら電
線２４は、雄型コネクタ２６に結合される。プローブ１
８は、圧電セラミック材料で作られ電気的に分離された
超音波素子のアレイ２８を備える。アレイ２８の背部に
は、支持材料で作られた背板３０が接着されており、超
音波エネルギを放射するための平らな活性面３２から離
されている。支持背板３０の背面には、プリント配線基
板３４が配置される。このプリント配線基板３４は、上
記個々の素子２８と接続される回路を備えている。この
目的のために、支持背板３０に１つのスロットが形成さ
れてもよい。回路基板面３４の端子パッドが、電線３６
により雌型コネクタ３７と接続されており、この雌型コ
ネクタ３７が上記雄型コネクタ２６と対をなしている。
プローブ１８は、その末端部において丸められ且つその
被覆の結合端においてステップ状に形成された円筒形状
の部材３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，及び３８ｅで
構成された容器部材を備えている。これらの構成部材
は、図のように互いに接着されてプローブ容器を形成す
る。容器部材３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，及び３８ｄは、
例えばウレタン等の非活性材料から作られており、一
方、容器部材３８ｅは、超音波エネルギー伝播性の材料
から作られる。この容器部材３８ｅの形状は様々に選択
することができ、例えばプローブ１８の外見として正面
３２が設けられてもよい。コネクタ３７は、この容器の
ステップ状に形成された端部に設けられ、被覆１６の中
空な末端部内に適合される。プローブ１８と被覆１６間
の境界部は、Ｏ型リングによる保持材４０と圧縮シール
４２とによって固定される。代表的な形態において、ア
レイ２８の活性面は、例えば３．８ｍｍ×１．５ｍｍで
あり、その素子数は２４個に各端部の３つのガード素子
を加えたものとなる。

【００１０】典型的に被覆１６及びプローブ１８は、公
知のガイドワイヤー手法を用いて内腔内に位置決めされ
る。このガイドワイヤーは、被覆１６及びプローブ１８
の末端部を内腔内に導くものである。ガイドワイヤー
は、被覆１６の中空内と、プローブ１８の容器内に形成
された穴（図示せず）とを通るようにしても良いし、或
いは、被覆１６及びプローブ１８がガイドワイヤーの側
面に沿って通るようにしても良い。

【００１１】通常、被覆１６及びプローブ１８は内腔よ
りも小さい直径とされる。したがって、そのために被覆
１６及びプローブ１８の末端部を十分に固定して、人体
器官の診断中、末端部が内腔内で前後又は軸方向に動か
ないように維持するように作ることが望ましい。一例に
よれば、被覆１６が内腔内の適所に配置された後、この
被覆１６の末端部で風船が膨らむようにしてもよい。こ
の風船は、被覆１６の末端部に固定されて被覆と共に回
転したり、或いは、ボールベアリングによって被覆に取
り付けられて、被覆が回転しても動かないように維持さ
れてもよい。また、被覆１６の末端が、被覆１６の末端
と内腔壁との間の隙間を満たす被覆によって固定される
ようにしてもよい。

【００１２】被覆１６の末端において、電線２４及び３
６は、被覆１６及びプローブ１８と共に振動する。しか
し、被覆１６の根元に近い端部では電線２４がモーター
１２の固定容器に固定される。したがって電線２４は、
モーター１２のシャフトが時計方向及び反時計方向に回
動する振動を行うに従い捩れ動作を行う。しかし被覆１
６は非常に長いので、その単位長さ当たりの捩れ動作は
僅かである。代表的に被覆１６の長さは約５０乃至１０
０ｃｍ、またはそれ以上である。ケーブル１７と電気的
接続するために、電線２４は、中空のドライブシャフト
１４とモーター１２内部とを通って進んでも良い。

【００１３】図５は、モーター１２，被覆１６，及びプ
ローブ１８を含めた全体的な超音波画像処理システムの
ブロック図である。図示のように、モーター１２は、被
覆１６によりプローブ１８と接続されると共に、位置セ
ンサ５０にも接続される。モータードライブ用の電子回
路５２は、位置センサ５０と振動制御用電子回路５４と
に応答してモーター１２の動作を制御する。プローブ１
８は、電線３６，コネクタ２６，３７，電線２４，及び
信号ケーブル１７とによってビーム形成器５６と電気的
に接続されており、図５では互いに電気的な接続として
一括に示されている。ビーム形成器５６は、伝播される
超音波エネルギー及び受波される超音波エネルギーのう
ち、少なくともいずれか一方を収束する役目を果たすも
のであり、好ましくは、上記各アレイ素子に対する信号
路に電気的な遅れをもたらす手段により行われる。ビー
ム形成器５６は、伝播制御用の電子回路５４と、ユーザ
ー操作用制御器１３に応答するメインシステム制御器６
０とに応答して制御される。プローブ１８への伝播パル
ス発生用信号は、変換制御用の電子回路５４にて生成さ
れた後、そこからビーム形成器５６及び電気的な接続線
５８を通してプローブ１８に送られる。また、プローブ
１８で生成される電気的なエコー信号は、電気的な接続
線５８及びビーム形成器５６を通してビデオ処理装置６
４に送られる。ビデオ処理装置６４は、走査変換器６６
に送られる画像信号を形成するために高い周波数の電気
信号を扱う。この画像信号は、ビデオ表示端末１５に適
用させるために走査変換器６６内で格納及び構築され
る。メインシステム・プロセッサ６０は、ビデオ処理装
置６４，走査変換器６６，及びビデオ表示端末７０の動
作を調整する。本例は、米国特許第５，１４０，５５８
号に関連して構成されるものであり、その上記開示内容
は、図５に示した装置に関する更なる記述例により十分
に関連付けられる。位置センサ５０，モータードライブ
回路５２，変換制御回路５４，ビーム形成器５６，ビデ
オ処理装置６４，及び走査変換器６８は、操作卓１０内
に収容される（図１参照）。

【００１４】Ｈｅｒｒｅｓの米国特許第５，０７０，８
７９号に開示されるように（ここで、その開示内容は本
例と関連付けられる）、モーター１２は、そのドライブ
シャフト１４が連続的又は断続的に振動するように制御
され得る。代表的にこの装置の診断領域の深さは約３乃
至４ｃｍのオーダーであり、モーター１２に関する角速
度は約１ＲＰＭである。いかなる場合においても、その
動作は、メインシステム・プロセッサ６０によって、ビ
デオ表示端末７０の動作に同期される。各変換素子２８
は連続的に作動されて、プローブ１８の軸と平行な平面
にてプローブ１８の周囲で以て異なる角度の「Ｂ−スキ
ャン」を実行したり、あるいはプローブ１８が振動する
とともにプローブ１８の軸と垂直な平面で１つの「Ｂ−
スキャン」を実行するように一斉に制御され得る。も
し、プローブ１８が連続的に振動する一方で各変換素子
２８が連続的に制御されるならば、捕捉される３次元デ
ータが３次元形式でディスプレイ表示され得る。

【００１５】本発明に係る上記実施例は、本発明の概念
について好適且つ説明的に示したものであり、本発明の
形態は本実施例に限定されるものではない。当業者にお
いては、本発明の精神及び見地から逸脱することなく多
くの変形及び他の形態が案出され得るであろう。例え
ば、被覆１６は、血管内に直接的に配置されるのではな
く、比較的大きいチューブの直径を犠牲にすることにな
るかも知れないが、非回転式の外側チューブ内に配置す
ることも可能であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波式内腔診断装置を備えた医
療用超音波画像処理装置の側面図である。

【図２】図１のカテーテルの端部について超音波変換器
とその接続を示しながら表した断面図である。

【図３】図２の線分３−３で切断された超音波変換器の
断面図である。

【図４】カテーテルの端部と超音波変換器とを示した斜
視図である。

【図５】超音波変換器とカテーテルとが組合わされた超
音波画像処理システムの概略的なブロック図である。

【符号の説明】

１０…操作卓 １２…モーター １３…ユーザ用操作器 １４…ドライブシャフト １５…ビデオディスプレイ端末 １６…被覆 １７…ケーブル １８…プローブ ２０…中空チューブ ２２…外被コート ２４，３６…電線 ２６…雄型コネクタ ２８…アレイ ３４…プリント配線基板 ３７…雌型コネクタ ３８…各容器部材

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定された容器及び該容器に対して時計
   方向及び反時計方向に繰返し回転する振動を行う回転式
   ドライブシャフトを有するモーターと、 一端が該モーターに結合されて前記ドライブシャフトと
   共に前記振動し、所定の長さを有するフレキシブルなカ
   テーテル被覆と、 前記被覆の他端に結合されて該被覆と共に振動する超音
   波変換器と、 前記モーター近傍にあり前記変換器を制御するための電
   子回路手段と、 前記被覆を通して前記変換器と電子回路手段とを電気的
   に接続する配線と、 前記配線の一端を前記変換器に取り付けて該変換器と共
   に前記振動する取り付け手段と、 前記変換器が前記振動するに従い前記配線が捩れ運動す
   るように前記配線の他端を前記モーター容器に取り付け
   手段と、 を具備する超音波式内腔診断装置。
2. 【請求項２】 前記変換器が、個々に動作可能な変換素
   子のアレイを備え、該変換素子が、前記所定の長さ方向
   の軸線と平行に配列されて該軸線に垂直な回転ビームを
   形成する、請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記電子回路手段が、前記変換素子を連
   続的に作動させてＢ−スキャンを実行させ、前記配線
   が、該変換素子を該電子回路手段に個々に接続するため
   の複数の電線を備えている、請求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記電子回路手段が、前記回転ビームを
   収束させるためのフォーカス手段を備えている請求項３
   に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記被覆が、低摩擦材料で覆われた外被
   を備えている、請求項１に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記被覆の直径が約２．２５ｍｍのオー
   ダーである、請求項１に記載の装置。
7. 【請求項７】 前記被覆の直径が、血管の内部に適合す
   るように寸法決めされている、請求項１に記載の装置。
8. 【請求項８】 前記被覆の他端を固定するための固定手
   段を更に具備する、請求項１に記載の装置。