JPS6055933A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の技術分野〉 本発明は、超音波の反射により生体内部の計測や映像化
等を行なう際に、反射率の低い血液等に反射率の高い物
質として微少気泡を混入させる超音波用造影気泡発生手
段を設けた超音波診断装置に関する。

〈技術の背景〉 超音波反射による生体の断層像観察では、血液の反射係
数がその他の生体組織の反射係数に比して非常に低いた
めに心臓中の皿流の情況例えば流速、流れの方向、流線
などを断層図上に映像化することが不可能に近い。又ド
プラー血流速測定でも同様の理由から誤差が生じやすい
。このためこの種の測定では反射率が高く且つ生体に無
害な物質を血液中に混入する造影操作（反射増強操作）
が行われる。造影物質としては、液体は殆ど超音波を反
射しないので、微小固体や微小気泡が用いられる。

〈従来技術と問題点〉 従来提案されている造影方法は、空気や炭酸ガスを熔解
した生理食塩水を静脈に注射し、これらの気体が血中で
反射率の高い微小気泡になることを利用したものである
。これを第１図で説明する。

上記注射で造影された静脈血は静脈１を通って右心房に
返り、右心室に入る。これにより心臓右心系２の映像や
ドブ与−計測が可能になる。しがしその後気泡は肺動脈
３を通って肺４に達し、肺の毛細管４ａでその管径（は
ぼ８μｍ）以上の大きさの気泡は捕捉される。それ以下
の気泡は通過するものの、微小気泡はその微小な泡の曲
率半径による大きな表面張力に打ち勝つためその内圧は
非常に高く、このため泡中気体は血中に拡散溶解して消
失してしまい、結局微小気泡は肺静脈５がら左心房の途
中で消失する。一般に微小気泡の寿命は短いので、上製
等に静脈注射すると右心房に達する迄に８μｍ以下の泡
は既に消失している。このために左心系６の造影を行え
ない。左心系６は肺４で酸素を摂取した血液を動脈７を
通して全身８の各種臓器８ａに送り出す重要な部分であ
るがらその撮像等が強く望まれる。左心系に入る肺静脈
５に上記注射を行なうと左心系の造影が可能になるはず
であるが、肺静脈５は体表から深くにあり、且つ重要な
動脈７等と隣接しているのでここからの造影剤の注射は
非常に危険で実行不可能である。この様な理由で従来方
法では肺静脈５〜心臓左心系６〜動脈７〜生体８という
経路の超音波による診断は不可能であった。

近年、この点を改善する方法として抹消動脈への注射で
血液に混入され、そして肺毛細管を通過してから発泡す
る物質で生体に無害なものの探索や、８μｍ以下の気泡
の消失を防ぐ超音波にょる附勢や表面活性剤の使用、或
いは気中分圧の操作等が提案されている（Ｒ，Ｓ、出ｔ
ｚｅｒ他、Ｔｒａｎｓｍｉｓ−ｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｕｌｔ
ｒａｓｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒａｓｔ　Ｔｈｒｏｕｇｈ　
ｔｈｅＬｕｎｇｓ、　Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ｉｎ　Ｍ
ｅｄ、＆　Ｂｉｏ＋、＋Ｖｏ、１７＋　Ｎｏ。

４、ｐｐ３７７〜３８４．１９８１）。しかし、実用化
には未だ成功していない。例えば気泡をマイクロカプセ
ルに入れて肺を通過させ、その後にカプセルを溶解させ
て気泡を作るという方法では、８μｍ以下という微小な
マイクロカプセルの製作が困難である。また超音波を与
え、キャビテーションにより血液中に気泡を作るという
方法では、気泡を発生させる程の超音波は相当に強力で
、生体に有害である。又超音波による気泡発生と、過酸
化水素またはエーテルなどの発泡物質の静脈注射法とを
組合せることも提案されているが、これも実現していな
い。理由は、この方法では静脈１から心臓右心系２．肺
動脈３．肺毛細管４　ａ　＋肺静脈５−−−−−−とい
う複雑な過程を経なければならず、造影剤の性質に制約
をうける点と、生体の安全面からの制約も大きいからで
ある。

本発明者等はこれらの制約を除去する超音波用造影気泡
発生方式を提案している。この方式の概・　略は、呼吸
作用により肺の毛細管から気体（蒸気を含む）の造影剤
を血中に取り込み、成分分圧の差や負圧形成によって血
中に微小気泡を生じさせようとするものである。この方
式によれば生体全域で反射率の高い微小気泡が発生する
ので、従来不可能とされていた左心系の造影も可能とな
る。

しかし生体の安全性を考慮すれば、静脈注射剤量、吸入
ガス成分量、吸入気の加圧度等はなるべく少ない方が望
ましく、又印加負静圧や超音波による負圧もなるべく低
いことが望ましい。又、従来の超音波だけによる負圧形
成では、心臓中面流の測定時等には肺中の空気によって
負圧形成用超音波の伝達が妨げられ有効に作用しない可
能性が強い。

さらに本発明者らは、電磁波や超音波等により生体中所
望部位の血液を加熱して血中に微小気泡を発生すること
により血液の反射率を増強する方式を提案し、静脈注射
や呼吸等にる異物の体内投与量を低減し、また負圧形成
の場合の周囲雰囲気負圧量や超音波強度を低減し、さら
に肺内気体により透過不能な負圧形成用超音波の代替方
法をも提案している。

しかし、これら負圧形成用超音波又は加熱用の超音波若
しくは電磁波が、観測部位若しくは測定部位に対してど
のような位置、範囲に照射されているかが明確でないと
、その効果を有効に発揮することができない。

〈発明の目的〉 本発明の目的は、上記の如くの負圧形成又は加熱用のビ
ームが、測定用の超音波ビームと、どのような位置関係
にあるかを一目瞭然となるようにすることにある。

〈発明の構成〉 そのため、本発明では、測定用若しくは撮像用超音波探
触子（１６）と、該探触子によって測定若しくは撮像さ
れるべき部位に負圧を与え、及び／又は加熱を行なう超
音波振動子及び／又は電磁加熱装置（１２〜１４）を備
えるとともに、それらの相対位置を検出する手段（１７
，１７１〜１７５．１８）、及び該検出手段の出方にも
とづいて上記測定若しくは撮像位置と負圧若しくは加熱
を受ける位置との関係を表示する手段（２５，２６）を
備えたことを特徴とする。

〈発明の実施例〉 第２図は本発明の一実施例ブロック図であり、第１図と
同一の記号は同一のものを示す。また同図において１１
はＰＺＴ等の電歪振動子板（または磁歪振動子板でもよ
い）で、１２．１３はその両面にメッキ等で形成された
金属電極である。これらは負圧形成用の超音波発生部を
構成し、目的に応じて１０ＫＨｚ〜５００ＫＨｚで駆動
される。

振動子板１１は凹面をなし、生体８中の目的部位′８ａ
に集束した音場を与えて内部に負圧を形成する。実線領
域Ａはこの音場である。１５は超音波振動を生体８に伝
える氷袋等の媒体である。１４は電極１３と共に加熱電
磁場Ｂを形成する対向電極で、生体８に密着するように
可撓性を持たせである（コイルでもよい）。１６は例え
ばセクタスキャン型の超音波探触子で、Ｃはそのスキャ
ン領域である。Ｄは加熱／負圧用ビームの中心線である
。

負圧形成用の超音波と加熱用の電磁波とが同じ周波数で
よい場合は、電極１２．１４を接地して電極１３だけを
駆動すればよい。異なる場合でも電極１３を混合して駆
動してもよいが、電極１３は接地し、電極１２で負圧形
成用超音波の駆動を、また電極１４で電磁場の駆動を行
うのが好ましい。

独立した電磁場Ｂの駆動にはＭＨｚ〜ＧＨｚオーダーの
周波数が用いられる。本例は電磁場Ｂによる加熱と音場
Ａによる負圧形成の両面から生体８内の血中に気泡を発
生するものであるが、勿論これに発泡物質の注入等を加
えることもでき、逆に振動子板１１を省略して電磁場Ｂ
のみによる気泡発生とすることもできる。また電磁場Ｂ
は超音波による加熱湯でもよい。

マタ、加熱／負圧形成用トランスデユーサ１１〜１３と
、観測／測定用探触子１６とはリンク機構１７により連
結されている。リンク機構１７は２本のアーム１７１，
１７２と、それらの角度を検知するポテンショメータ１
７４．及び各アームと各探触子の角度を検知するポテン
ショメータ１７３．１７５を有している。各ポテンショ
メータからの信号は回路１８にて処理されて測探触子の
相対位置信号となる。

また探触子１６には、タイミング制御回路２゜からの信
号に応じて送信回路から送られる測定用超音波信号を電
気−音響変換するトランスデユーサ１６２と、それを回
転又は揺動させる走査機構１６１が含まれ、走査機構１
６１からは走査位置信号が出力される。

トランスデユーサ１６２がらの受信信号は受信回路２２
を介して画像メモリ　（デジタル・スキャン・コンバー
タ等）２３の、走査位置検出回路１９からの信号に基づ
くアドレスに入力される。画像メモリ２３からモニタテ
レビ２６の画面走査に合わせて読出された受信超音波信
号像は、プローブ位置計算回路１８の出力によって作成
される加熱／負圧用ビームの中心線Ｄ′の像と合成され
て、表示される。

尚、２４は加熱／負圧用信号の送信回路である。

又、生体８及び探触子１２〜１６、及びリンク機構１７
は、圧力室３０中に置かれる。圧力室３０には弁３１を
介して加圧タンク３３がらの気体（Ｈｅ、Ｎｅ、ＣＯｚ
　、又は単なる圧縮空気）を導入して高圧雰囲気が作成
でき、又弁３２を介して減圧することが可能である。

生体内の特定部位の加熱には従来ハイパー・サーミアと
して広く知られている技術を応用することができる。ハ
イパー・サーミアは超音波エネルギーの熱への変換や１
０ＭＨｚからマイクロ波領域の電磁波による誘導加熱等
によって生体中の発癌部を集中的に又はある広い範囲で
加熱し、癌細胞を死滅させるものである。つまり癌細胞
は熱に弱いが正常な細胞はそれ程弱くないという事実を
利用するものであるが、本発明でも正常な細胞を破壊し
ない程度の低いエネルギーで加熱する。

加熱による発泡現象は次の原理に基づくものである。即
ち■温度上昇による溶解度の減少：血液中に溶解してい
る各種気体は温度上昇により溶解度が減少し、過剰の気
体（空気、希ガス等）は遊離して気泡をつくる。■温度
上昇による低沸点物質の気化二面液中に溶解している各
種液体で低沸点物質（例えばエーテル）等が気化しガス
化して気泡をつくる。■温度上昇による分解：血液中に
溶解している物質、たとえばＨスＯＺ等が温度上昇で分
解し易くなり、分解生成物（Ｉ（ｚＯｚでは０□）が気
泡をつくる。■温度上昇による化学反応促進：血液中に
溶解したある物質Ａが血中成分、例えば酸素等と反応し
て気体を生じ、その反応が加温により促進される場合は
気泡を生じる。予め二つ以上の物質Ａ、Ｂ、−・−−−
一等を混入し、それら相互間だけで、又は血液成分と共
に反応する方法を用いることもできる。その−成分とし
て酵素等の触媒作用を有する物質を用いると特に有効で
ある。次に実施例を挙げる。

実施例１ 生体の所望部位を電磁波または超音波で加熱するだけで
その血中に上記■〜■のいずれかまたはそれらの組合せ
により微小気泡を発生させる。

実施例２ 実施例１の加熱以外に、生体全体を負圧室３０内に入れ
たり、超音波で局所的に負圧域を作ったりして、血液中
からの気泡生成を促進する。

実施例３ 実施例１または２の実施に先立ち、液状の反射増強用物
質を予め静脈等から血中に注射してお（。

上述のエーテルやＨｚ　Ｏｚ等はこの増強用物質に該当
する。また加熱で分解又は化学反応を生じやすい物質を
容器壁とし、内部にＣＯＩ等の気体を有するマイクロカ
プセルの懸濁生理食塩水等を用いることもできる。

実施例４ 実施例１または２の実施に先立ち、空気中の０２以外の
成分（例えばＮｚ）の一部又は全部をＨｅ。

Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等やＣＯｂ　、　Ｈ２０、エー
テル等で置換した気体を呼吸により肺から摂取させるこ
とで血液中に予め増強剤を導入しておく。

実施例５ 実施例１または２の実施に先立ち、実施例４の気体もし
くはそれを加圧した雰囲気、又は空気を加圧した雰囲気
中に生体を置き、呼吸作用による血中の増強剤濃度を高
めてお（。加圧空気の場合は潜水病として知られる現象
を逆に利用するものである。但し、その気泡径が毛細管
を通過し得る程度（８μｍ位）に加圧を抑える。

実施例６ 実施例４または５の雰囲気の形成領域を、吸排気用のマ
スクで呼吸器系（ロ、鼻、気管、肺部）に限定する。こ
のときその他の生体組織を當態におくことによって、肺
部で摂取した物質が他部で発泡し易くなるもので、連続
的な増強物質の取入と発泡を行なうことができる。

尚、探触子１６はドツプラ血流針であってもよい。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、加熱用の電磁場また
は音場により生体中任意の特定部位を加熱することで血
中に微小気泡を発生し、その反射率を増強できるので、
全身静脈系は勿論、全身動脈系の肺静脈、左心系、各種
動脈、各種臓器、各種抹消部等の血流の映像化や流速、
流量等の測定が可能となる。また、発泡物質を併用する
場合でもそれらの量を低減でき、また超音波による負圧
形成量等も低減できるので、安全性が高まる利点がある
。

さらに該加熱用ビームの位置が明確に示されるので、有
効な測定が容易に可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は生体内の循環系の説明図、第２図は本発明装置
の一実施例を示す説明図である。 図中、８は生体、１１は負圧形成用電歪振動子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　測定用若しくは撮像用超音波探触子（１６）と
   、該探触子によって測定若しく・は撮像されるべき部位
   に負圧を与え、及び／又は加熱を行なう超音波振動子及
   び／又は電磁加熱装置（１２〜１４）を備えるとともに
   、それらの相対位置を検出する手段（１７，１７１〜１
   ７５．Ｉ８）、及び該検出手段の出力にもとづいて上記
   測定若しくは撮像位置と負圧若しくは加熱を受ける位置
   との関係を表示する手段（２５，２６）を備えたことを
   特徴とする超音波診断装置。