JPH08275946A - 超音波イメージング・カテーテル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】細径の超音波イメージング・カテーテルが本質
的に有している観察深度の浅さを大幅に改善し、細径で
あっても観察深度が深く、かつ画像の分解能の良い超音
波イメージング・カテーテルを提供する。 【解決手段】体腔内に挿入される外管１２と、外管１２
の先端部近傍に外管１２の長手方向に沿う面内に揺動可
能に支持され、外管１２の長手方向に沿って外管１２の
直径よりも大きい開口を有する振動子１４と、外管１２
内にその延出方向に沿って配設され、外管１２に対して
往復運動または回転運動をする伝達ワイヤ１８と、振動
子１４の後部に配置され、伝達ワイヤ１８の往復運動ま
たは回転運動を振動子１４の揺動運動に変換する変換機
構１９とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、血管内にも挿入で
きるカテーテル型の細径の超音波プローブの改良に関
し、特に観察深度の拡張を可能とした（超音波パルスエ
コー法による超音波診断装置用の）超音波イメージング
・カテーテルに関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置は、近年大変普及をした
画像診断装置の１つである。その診断対象は、ほぼ人体
の全身に渡っており、体外より体内臓器等を観察するた
めのプローブ（リニア・プローブ，コンベックス・プロ
ーブ，セクタ・プローブ等）が数多く実用化されてい
る。また最近では、体内より直接目的の臓器が観察でき
る体腔内プローブ（経直腸プローブ，経腔プローブや経
食道プローブ）が開発されており、より精密な観察・診
断が可能となった。

【０００３】更に現在では、内視鏡の鉗子口や血管内に
も挿入できる細径プローブが開発されてきており、内視
鏡観察下での胃、胆嚢、膵臓等の精密診断や、Ｘ線透視
下での冠状動脈断面の観察が進みつつある状況である。
現在、血管内にも挿入できる最小の細径プローブとして
は、直径が１mm強で３０ＭHzの超音波を使用したものが
知られている。

【０００４】血管内にも挿入できるカテーテル型の細径
超音波プローブ（以下、超音波イメージング・カテーテ
ルと呼ぶ）の従来の構造としては、大別して図１４
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示した様な３つのものが知ら
れている。

【０００５】図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、機械走
査方式によるラジアル走査型の超音波イメージング・カ
テーテルの構造を示しており、（ａ）は振動子１０１を
回転駆動軸１０３によって直接回転走査するもの、
（ｂ）は振動子１０１を固定し、対向する音響反射鏡１
０２を、回転駆動軸１０３によって回転走査するもので
ある。これらは、いずれも超音波ビーム１１０をカテー
テル１０４に対して垂直方向に回転走査し、断層像を得
るものである。すなわち、カテーテル１０４を血管内に
挿入した場合、血管の断面（輪切り）が画像として観察
できるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例のうち、図１４（ｂ）に示したものにおいては、
振動子１０１の開口は、カテーテル１０４の直径で制限
されてしまい、図１４（ａ）に示したものにおいては、
断層面のスライスの厚さ方向の分解能を決定する開口Ｓ
は、カテーテル１０４の直径には制限されないものの、
断層像面の方位分解能を決定する開口Ｌは、カテーテル
１０４の直径で制限されてしまう。

【０００７】従って、カテーテル１０４を細径、例えば
血管にも挿入できる様に１mm程度にすると、振動子１０
１の開口も、１mm以下となってしまう。音波の原理よ
り、小さい開口から送波された超音波は、大きな開口よ
り送波された超音波より指向性が悪くすぐに超音波ビー
ムが拡散してしまう性質をもっている。

【０００８】従って、このような小開口の振動子により
超音波ビームを発生させる場合、超音波ビームの指向性
を良くし、画像の分解能を良くするためには、原理的
に、超音波ビームの周波数をより高い周波数に設定しな
ければならない。この様な理由から、実用化されている
直径１mm程度の超音波イメージング・カテーテルの周波
数は２０〜３０ＭHz程度の高周波に設定されている。

【０００９】開口と分解能と周波数の関係については、
本願出願人が既に出願している特開昭６０−１８１５９
号公報に詳しく述べられている。

【００１０】以上のように、ラジアル走査方式の細径の
イメージング・カテーテルでは、２０〜３０ＭHz程度の
高周波を使用しなければならないため、その観察深度
（超音波ビームの到達深度）は極めて浅く（約５mm程
度）、従って診断対象も血管断面付近と極めて制限され
たものとなっている。勿論、カテーテルの直径を太くす
れば、大開口がとれるので、より低い周波数である２０
ＭHzから１０ＭHz位の周波数が使用でき、診断深度は拡
大するのであるが、カテーテルの直径は２〜３mm位に太
くなってしまい、血管内への挿入が困難となってしま
う。

【００１１】また、図１４（ｃ）に示したものは、カテ
ーテルの周囲に矩形状の振動子１０１を多数個配列し、
電子スキャン方式により、超音波ビーム１１０をラジア
ル走査するものである。この方式においても、方位分解
能はカテーテル１０４の直径で制限される開口に依存し
ている。更に、この方式では、カテーテル１０４の外周
上に配列された振動子１０１の数を多くしないと（例え
ば６４素子以上）、分解能の良い断層像が得られないと
いう原理的問題点があり、製造上極めて困難である。ま
た、電子スキャンを制御するスイッチング回路をカテー
テル１０４の先端部１０５に設ける必要もあり（スイッ
チング回路がカテーテルの外部に在る場合は素子の数だ
けのリード線をカテーテル内に通す必要がある）、いず
れにしても、細径化を図ることは、極めて困難であり、
実用的な方式とは言えない。

【００１２】上記の様な問題点を解決するための一つの
方法としては、振動子の開口をカテーテルの長手方向に
延長し、カテーテルの中心軸を含む面に沿ってこの振動
子をセクタ走査する方法が考えられる。この場合には、
走査方向の開口は、カテーテルの直径によって制限され
ないので、分解能を低下させることなく、より低い周波
数を使用することができ、観察深度をより深くすること
ができる。

【００１３】このように振動子をカテーテルの中心軸を
含む面に沿ってセクタ走査する機構としては、例えば、
特公昭５７−６１４１７号公報に開示されているもの
や、特開昭６３−１４５６４０号公報に開示されている
ものが知られている。

【００１４】しかしながら、上記の機構のうち特公昭５
７−６１４１７号公報に開示されている機構は、図１５
に示した様に振動子１２２の下部に、ソレノイドコイル
１２８，アマーチャ１２４，回動体１２０等の機構部材
を設けたものであるため、これらの機構部材を配置する
ためのスペースがカテーテルの径方向に余分に必要であ
る。そのため、カテーテルの外径が原理的に太くなって
しまい、細径のカテーテルには本質的に適さない構造で
ある。また仮に、この構造で、図１６に示す様に振動子
の開口をカテーテルの長手方向に沿って大きく取ったと
しても、上記の機構部材の存在によって、セクタ走査角
度は極端に小さく制限されてしまう。すなわち、この構
造は、直腸や体腔内プローブには適用可能であっても、
血管内にまで挿入できる様な細径のプローブには適用す
ることができない。

【００１５】また、特開昭６３−１４５６４０号公報に
開示されている機構は、カテーテルの先端に、揺動自在
な回動部材を設け、この回動部材上に電子スキヤン方式
の探触子を取り付けたものである。この構造も、特公昭
５７−６１４１７号公報に開示されている機構と同様、
振動子（探触子）の下部に駆動機構が存在するので、こ
の駆動機構の分だけカテーテルの径方向に余分なスペー
スを必要とすることとなるため、カテーテルの外径は本
質的に太くなる傾向にあり、血管内にも挿入できる様な
細径のカテーテルには適さない。

【００１６】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、細径の超
音波イメージング・カテーテルが本質的に有している観
察深度の浅さを大幅に改善し、細径であっても観察深度
が深く、かつ画像の分解能の良い超音波イメージング・
カテーテルを提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明の超音波イメージング・カ
テーテルは、体腔内に挿入される外管部と、該外管部の
先端部近傍に該外管部の長手方向に沿う面内に揺動可能
に支持され、前記外管部の長手方向に沿って該外管部の
直径よりも大きい開口を有する振動子と、前記外管部内
にその延出方向に沿って配設され、該外管部に対して往
復運動または回転運動をする伝達ワイヤと、前記振動子
の後部に配置され、前記伝達ワイヤの往復運動または回
転運動を前記振動子の揺動運動に変換する変換機構とを
具備することを特徴としている。

【００１８】以上の様に、この発明に係わる超音波イメ
ージング・カテーテルは構成されているので、伝達ワイ
ヤの往復運動または回転運動を、振動子の後方に設けら
れた変換機構を介して、外管部の径よりも大きい開口を
有する振動子の揺動運動に変換することにより、振動子
をその開口の大きい方向に走査することが可能でありな
がら、外管部の径方向に変換機構の収容スペースを必要
としなくなるので、細径であっても観察深度が深く、か
つ画像の分解能の良い超音波イメージング・カテーテル
を提供することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施形態
について、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００２０】図１は、一実施形態の超音波イメージング
・カテーテルの構造を概略的に示した図である。

【００２１】図１において、超音波イメージング・カテ
ーテル１０（以下、単にカテーテルと呼ぶ）は、その先
端部１０ａから体腔または血管内に挿入され、これら体
腔または血管の周囲の構造を超音波により探索するため
のものである。

【００２２】カテーテル１０の外殻を構成する外管１２
の内部の先端部近傍には、超音波振動子１４が配置され
ており、この超音波振動子１４は、基板３０に取り付け
られている。基板３０は、回転軸１６によりカテーテル
１０の長手方向に沿う平面内で回動自在に支持されてい
る。超音波振動子１４の後方には、外管１２の長手方向
に沿って配置されたフレキシブルな駆動ワイヤ１８が配
設されており、この駆動ワイヤ１８は、カテーテル１０
の後端部に配置された不図示の駆動装置により、外管１
２の長手方向に沿う往復運動（矢印ａ方向）または、外
管１２の中心軸を回転軸とする回転運動（矢印ｂ方向）
を行う様になされている。駆動ワイヤ１８と超音波振動
子１４の間には駆動ワイヤ１８の上記の往復運動または
回転運動を、超音波振動子１４の回転軸１６回りの揺動
運動（矢印ｃ方向）に変換するための変換機構１９が配
置されている。従って、超音波振動子１４は、不図示の
駆動装置により、カテーテル１０の長手方向に対して側
視の方向に矢印ｄの範囲に渡ってセクタ操作が行われる
様に駆動される。

【００２３】超音波振動子１４は、図１，図２，図３に
示した様に、カテーテル１０の長手方向にＡの開口幅を
有しており、カテーテル１０の径方向にＦの開口幅を有
している。カテーテル１０の径方向の開口幅Ｆは、必然
的にカテーテル１０の内径Ｄにより制限され、開口幅Ｆ
はこの内径Ｄよりも僅かに小さい値に設定されている。
一方、カテーテル１０の長手方向の開口幅Ａは、カテー
テル１０の内径Ｄには制限されず、カテーテル１０の内
径Ｄよりも大きく採ることが可能である。このように、
カテーテル１０の長手方向すなわち超音波振動子１４の
走査方向に沿って、開口幅Ａを大きく採ることによっ
て、超音波が拡散しにくくなるので、矢印ｄの範囲で示
されるセクタ操作における方位分解能が改善される。こ
の方位分解能が改善されることにより、より低い周波数
を使用しても必要な分解能が確保されるので、低い周波
数を使用して、超音波ビームの到達深度を増大させるこ
とができる。超音波ビームの到達深度が増大すれば、カ
テーテル１０による観察深度が深くなり、より広い範囲
の観察を行うことが可能となる。

【００２４】なお、この実施形態における超音波振動子
１４の開口幅Ａと、セクタ走査角度αとカテーテル１０
の内径Ｄとの関係は次の様な式で表される。

【００２５】α＝２・ｓｉｎ^-1（Ｄ／Ａ） この関係をグラフに表すと、図４に示した様になる。図
４によれば、開口幅Ａをカテーテル１０の内径Ｄの２倍
とした場合で、約６０°の走査角度が得られ、開口幅Ａ
を内径Ｄの４倍とした場合でも、３０°程度の走査角度
が得られることが分かる。

【００２６】次に、図５は、一実施形態の第１の変形例
を示した図である。なお、一実施形態と同一部分には同
一符号を付してその説明を省略する。

【００２７】図５において、超音波振動子１４の裏面に
は、バッキング層２０を介してもう１つの超音波振動子
２２が配設されている。これら２つの超音波振動子１
４，２２により同時にセクタ走査を行えば、矢印ｄで示
した範囲と、矢印ｅで示した範囲の断層像が同時に得ら
れることとなり、より観察範囲を広げることができる。

【００２８】図６は、一実施形態の第２の変形例を示し
た図である。

【００２９】この第２の変形例は、一実施形態の超音波
振動子１４を、図６，図７に示した様に、小さな振動素
子２４をアレイ状に配列させたアレイ振動素子２６で置
き換えたものである。このようにアレイ振動素子２６を
使用すれば、超音波の送信及び受信のときに、電子フォ
ーカスの技術を使用することができるので、画像の分解
能の改善を図ることができる。特に、この実施形態の様
に、開口を大きくして観察深度を深くしたカテーテルに
おいては、電子フォーカスの技術を使用することによ
り、患部の深い部分に焦点を合わせることができるの
で、深い部分を鮮明に観察することが可能となる。ま
た、アレイ振動子２６を、図５に示した第１の変形例に
適用することも可能である。

【００３０】更には、超音波振動子を凹面状の振動子と
して、超音波の収束性を良くするなど種々の変形が考え
られる。

【００３１】次に、変換機構１９の構造について説明す
る。

【００３２】図８は、変換機構１９の第１の実施形態の
構造を示した図である。

【００３３】図８において、超音波振動子１４は、回転
軸１６の回りに回動可能に取り付けられた基板３０上に
配設されている。基板３０の後端部には、図９に示した
様に、基板３０の幅方向に延出するスライド溝３０ａが
形成されている。一方、駆動ワイヤ１８の先端部１８ａ
は、図８に示した様に、曲げられており、その更に先端
部には、球状の突起部１８ｂが形成されている（図１
０）。そして、この突起部１８ｂが図１０に示した様
に、スライド溝３０ａを介して基板３０内に進入してい
る。このように構成された変換機構１９においては、駆
動ワイヤ１８が図８に矢印ｂで示した様に回転すると、
駆動ワイヤ１８の先端部１８ａが、駆動ワイヤ１８の中
心軸の回りに振れ回り運動する。この運動につれて、突
起部１８ｂが、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示した様に、
スライド溝３０ａに沿ってスライドし、基板３０は、回
転軸１６の回りに揺動運動することとなる。

【００３４】次に、図１１は、変換機構１９の第２の実
施形態の構造を示した図である。

【００３５】図１１において、基板３０の先端部には、
ヒンジ３２を介して、リンク部材３４の一端部が回転自
在に取り付けられている。リンク部材３４の他端部は、
駆動ワイヤ１８の先端部にヒンジ３５を介して回転自在
に取り付けられている。従って、駆動ワイヤ１８が、矢
印ａ方向に往復運動すると、リンク部材３４は、駆動ワ
イヤの動きにつれて９０°以内の回転角で回転運動し、
基板３０は、矢印ｃで示した様に揺動運動を行う。

【００３６】図１２は、第２の実施形態の変形例の構造
を示したものであり、基板３０の後端部にヒンジ３６を
介してリンク部材３８が取り付けられている場合を示し
ている。この構造においても、第２の実施形態と全く同
様に駆動ワイヤ１８が矢印ａ方向に往復運動することに
より、基板３０は、矢印ｃで示した様に揺動運動を行
う。 次に、図１３は、変換機構１９の第３の実施形態
の構造を示した図である。

【００３７】図１３において、超音波振動子１４が取り
付けられている基板４０は、その先端部４０ａにおい
て、回転軸４１により外管１２に対して回転自在に支持
されている。基板４０の後端部４０ｂには摺動ピン４２
が取り付けられている。一方、駆動ワイヤ１８の先端部
には、略円弧状の溝部４４ａを有するスライドレール４
４が、上下方向に延出した状態で取り付けられている。
このように構成された変換機構１９においては、駆動ワ
イヤ１８が矢印ａ方向に往復運動すると、摺動ピン４２
は、円弧状の溝部４４ａに沿って、上下方向にスライド
し、これに伴って、基板４０は、回転軸４１を中心とし
て、揺動運動を行う。

【００３８】上記の実施形態のうちで、最も好ましいも
のは、第１の実施形態である。第１の実施形態において
は、駆動ワイヤ１８の回転運動により超音波振動子１４
を揺動運動させることができるので、図１４（ａ），
（ｂ）に示した様な従来のラジアルスキヤン方式の細径
プローブを使用する超音波診断装置の駆動機構をそのま
ま流用することができる。従って、１台の超音波診断装
置本体を使用し、プローブのみを取り替えることによ
り、血管近傍の観察から、深い臓器の観察まで、幅広い
診断範囲に対応することができ、実用的に優れている。

【００３９】なお、本発明は、その主旨を逸脱しない範
囲で上記実施形態を修正または変形したものに適用可能
である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の超音波イメ
ージング・カテーテルによれば、伝達ワイヤの往復運動
または回転運動を、振動子の後方に設けられた変換機構
を介して、外管部の径よりも大きい開口を有する振動子
の揺動運動に変換することにより、振動子をその開口の
大きい方向に走査することが可能でありながら、外管部
の径方向に変換機構の収容スペースを必要としなくなる
ので、細径であっても観察深度が深く、かつ画像の分解
能の良い超音波イメージング・カテーテルを提供するこ
とができる。

【００４１】

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の超音波イメージング・カテーテル
の構造を概略的に示した図である。

【図２】図１を右側から見た断面図である。

【図３】超音波振動子の形状を示す平面図である。

【図４】超音波振動子の開口幅とセクタ走査角度とカテ
ーテルの内径との関係を示したグラフである。

【図５】一実施形態の第１の変形例を示した図である。

【図６】一実施形態の第２の変形例を示した図である。

【図７】第２の変形例における超音波振動子の形状を示
す平面図である。

【図８】変換機構の第１の実施形態の構造を示した図で
ある。

【図９】超音波振動子の揺動する様子を示した図であ
る。

【図１０】基板の後端部の側断面図である。

【図１１】変換機構の第２の実施形態の構造を示した図
である。

【図１２】変換機構の第３の実施形態の構造を示した図
である。

【図１３】変換機構の第４の実施形態の構造を示した図
である。

【図１４】従来の細径の超音波イメージング・カテーテ
ルの構造を示した図である。

【図１５】従来の超音波振動子の駆動機構の例を示した
図である。

【図１６】図１５において、超音波振動子の開口を大き
く採った場合を示した図である。

【符号の説明】

１０ 超音波イメージング・カテーテル １２ 外管 １４ 超音波振動子 １６ 回転軸 １８ 駆動ワイヤ １９ 変換機構 ２０ バッキング層 ２２ 超音波振動子 ２４ 振動素子 ２６ アレイ振動素子 ３０ 基板 ３２ ヒンジ ３４ リンク部材 ３５ ヒンジ ３６ ヒンジ ３８ リンク部材 ４０ 基板 ４１ 回転軸 ４２ 摺動ピン ４４ スライドレール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 体腔内に挿入される外管部と、 該外管部の先端部近傍に該外管部の長手方向に沿う面内
   に揺動可能に支持され、前記外管部の長手方向に沿って
   該外管部の直径よりも大きい開口を有する振動子と、 前記外管部内にその延出方向に沿って配設され、該外管
   部に対して往復運動または回転運動をする伝達ワイヤ
   と、 前記振動子の後部に配置され、前記伝達ワイヤの往復運
   動または回転運動を前記振動子の揺動運動に変換する変
   換機構とを具備することを特徴とする超音波イメージン
   グ・カテーテル。