JP3662827B2

JP3662827B2 - 超音波探触子及び超音波診断装置

Info

Publication number: JP3662827B2
Application number: JP2000301608A
Authority: JP
Inventors: 壽夫伊藤
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2000-10-02
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2020-10-02
Also published as: JP2002102221A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に関し、特に穿刺のための機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断を利用して穿刺を行う場合、穿刺アダプタが装着された超音波探触子を体表面上に当接し、二次元断層画像を見ながら、超音波探触子の位置や姿勢が適宜調整され、穿刺アダプタを利用して穿刺針が体内へ差し込まれる。
【０００３】
従来の一般的な穿刺アダプタは、二次元断層画像に対応する走査面に穿刺経路が設定されるように、所定角度で穿刺針を保持案内するものである。一方、従来の穿刺アダプタの中には、走査面と直交する方向から穿刺針を保持案内するものがある。また、穿刺角度を段階的に切換可能なものがある。その切換は手作業によって行われている。
【０００４】
また、従来の超音波診断装置は、穿刺を行う場合に、二次元断層画像上に穿刺経路をガイドラインとして表示する機能を有する。その場合に、ガイドラインは、予め登録された表示条件で表示され、ガイドラインによる穿刺アダプタの自動制御といったものはなされていない。
【０００５】
ところで、近年、三次元エコーデータ取込用超音波探触子を用いて、生体内の三次元領域に対して超音波の送受波を行い、それにより得られた三次元エコーデータに基づいて、三次元領域を表す三次元超音波画像や、三次元領域を例えば直交する３つの断層画像で表すトリプレーン画像などを表示可能な超音波診断装置が実用化されている。
【０００６】
しかし、従来の穿刺アダプタは基本的に二次元の走査面上に穿刺対象（ターゲット組織）を設定し、それに対して穿刺を行うためのものであり、超音波探触子に対して穿刺方向は固定されており、あるいは、穿刺方向が可変できるものであってもそれは所定面内での穿刺角度の切換えという限られたものであった。
【０００７】
特開平７−１１６１６４号公報には、三次元データ取込用超音波探触子に穿刺アダプタが装備されたものが開示されている。三次元データ取込空間は、超音波ビームの電子走査で形成される走査面を複数集合させたものとして構成されており、各走査面ごとに穿刺位置を設定することが可能である。具体的には、超音波振動子の機械走査方向に沿って針案内部材がスライド可能に設けられ、三次元画像上において穿刺位置が指定されると、その穿刺位置に対応したスライド位置に針案内部材が自動的に位置決めされ、その状態で当該穿刺位置に対応する走査面内で穿刺がなされる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平７−１１６１６４号公報に記載された装置においては、穿刺方向は平行移動可能であるが、穿刺角度を自在に設定することができず、また比較的大きなスライド機構を設ける必要があるため、超音波探触子が大型化するという問題がある。また、上記従来装置においては、三次元画像上での穿刺位置の設定により針案内部材を自動的に平行移動できるが、針案内部材を手動で位置決めする場合に、それを三次元画像に反映させることはできない。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、三次元データ取込空間において、穿刺経路をより自在に設定できるようにすることにある。
【００１０】
また、本発明の目的は、手動設定された穿刺方位を超音波画像上で確認できるようにすることにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、超音波画像上で設定された穿刺方位が実際に自動設定されるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、超音波ビームを第１走査方向及び第２走査方向に走査することにより立体的な三次元データ取込空間を形成する探触子本体と、前記探触子本体に設けられ、前記三次元データ取込空間に対して穿刺針を案内する穿刺アダプタと、を含み、前記穿刺アダプタは、前記探触子本体に設けられた固定フレームと、穿刺針を案内する案内溝を有する可動部と、前記固定フレームに対して前記可動部の姿勢を調整することにより、前記第１走査方向及び前記第２走査方向の穿刺角度を設定する姿勢調整機構と、を有することを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、超音波ビームが第１走査方向及び第２走査方向の両方向に走査されると、生体内に立体的な三次元エコーデータ空間が形成され、その三次元エコーデータ空間内で取り込まれたエコーデータに基づいて、三次元画像や複数の断層画像などが形成される。探触子本体には穿刺アダプタが設けられ、それによって穿刺針がガイドされる。穿刺アダプタには姿勢調整機構が設けられており、その姿勢調整機構によって、上の第１走査方向及び第２走査方向について、すなわち極座標における仰角、回転角のそれぞれについて任意の穿刺角度を設定することが可能である。
【００１４】
上記第１走査方向は電子走査方向又は機械走査方向であり、これは第２走査方向についても同様である。超音波ビームがセクタ走査あるいはコンベックス走査によって電子的に走査される場合、三次元データ取込領域はおよそ角錐形状となる。そのような三次元データ取込領域のほぼ全体わたって、穿刺経路の端点としての穿刺ポイントを自在に設定できる。
【００１５】
望ましくは、前記固定フレームは、前記探触子本体に対して着脱自在に装着される装着具を有する。この構成によれば、穿刺を行わない場合に穿刺アダプタを取り外し、操作性を良好にできる。
【００１６】
望ましくは、前記姿勢調整機構は、前記可動部に連結された球体と、前記固定フレームに設けられ、前記球体を回転自在に保持する保持部と、を含む。この構成によれば、球体の性質から、第１走査方向及び第２走査方向の両方向について連続的に可動部の角度を可変させることができ、微妙な角度調整も容易である。望ましくは、保持部内により球体の半分を越える部分が包囲される。
【００１７】
望ましくは、前記球体の第１回転方向の角度を検出する第１角度検出器と、前記球体の第２回転方向の角度を検出する第２角度検出器と、を含む。この構成によれば、穿刺経路の方位を検出することができる。特に、手動で穿刺経路の方位を設定する場合に、その方位を装置本体で認識できるという利点がある。
【００１８】
望ましくは、前記球体を第１回転方向に回転させる第１回転駆動部と、前記球体を第２回転方向に回転させる第２回転駆動部と、を有する。この構成によれば、装置本体側の走査によって第１回転駆動部及び第２回転駆動部を動作させて、穿刺経路を所望の方位に自動設定することができる。
【００１９】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、超音波探触子及び装置本体で構成された超音波診断装置において、前記超音波探触子は、超音波ビームを第１走査方向及び第２走査方向に走査することにより立体的な三次元データ取込空間を形成する探触子本体と、前記探触子本体に設けられ、前記三次元データ取込空間に対して穿刺針を案内する穿刺アダプタと、を含み、前記穿刺アダプタは、前記探触子本体に設けられた固定フレームと、穿刺針を案内する案内溝を有する可動部と、前記固定フレームに対して前記可動部の姿勢を調整することにより、前記第１走査方向及び前記第２走査方向の穿刺角度を設定する姿勢調整機構と、を有し、前記装置本体は、前記三次元データ取込空間内において取り込まれたエコーデータに基づいて、前記三次元データ取込空間を表す超音波画像を形成する画像形成手段と、前記超音波画像上に、前記姿勢調整機構によって設定される穿刺経路を表すガイドラインを合成表示するガイドライン合成表示手段と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、三次元データ取込空間との関係において、ガイドラインによって穿刺経路を認識することができ、的確な穿刺を行える。
【００２１】
望ましくは、前記超音波探触子は、前記姿勢調整機構によって設定される穿刺経路の方位を検出する方位検出手段を含み、前記検出される穿刺経路の方位に従って、前記超音波画像上における前記ガイドラインの表示態様が決定される。
【００２２】
この構成によれば、例えば、超音波画像として三次元画像が表示される場合にガイドラインについても三次元表示され、超音波画像として２つの直交断面等が表示される場合には、各断面上における穿刺経路が表示される。そして、穿刺経路が変更されると、それに応じてその表示態様も変更される。
【００２３】
望ましくは、前記姿勢調整機構は、前記可動部を運動させる駆動部を含み、前記装置本体は前記駆動部を制御する姿勢制御手段を含む。この構成によれば、駆動部によって可動部の運動させることができ、すなわち可動部の姿勢を自動設定することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１には、本発明に係る超音波探触子の好適な実施形態が示されており、図１は超音波探触子の斜視図である。
【００２６】
本実施形態に係る超音波探触子１０は、大別して探触子本体１２と穿刺アダプタ１４とで構成される。探触子本体１２は、その内部にアレイ振動子とそのアレイ振動子を揺動走査する走査機構とを有している。アレイ振動子上において超音波ビームの電子走査を行うことにより走査面が形成され、これを揺動走査すれば、図１に示す三次元データ取込空間１００が形成される。ちなみに、図１において符号１０４は電子走査方向すなわち超音波ビームが走査される方向を表しており、符号１０６は上記のアレイ振動子が揺動走査される機械走査方向を表している。
【００２７】
もちろん、本発明はいわゆる２Ｄアレイ振動子を用いる場合や単振動子を二次元走査する場合などにも適用可能である。
【００２８】
図１に示す穿刺アダプタ１４は大別して固定フレームとしてのベルト２４と、姿勢調整機構１８と、可動部２０とによって構成されている。ベルト２４は、上下方向に伸長形成された探触子本体１２における胴部に巻き付けられており、そのベルト２４を締め付けることによって穿刺アダプタ１４が探触子本体１２に対して着脱自在に固定される。もちろん、そのような着脱可能な固定機構としては他のものを用いることが可能である。本実施形態においては、探触子本体１２が４つの側面を有しており、いずれの側面についても穿刺アダプタ１４を配置することが可能である。もちろんベルト２４上において、姿勢調整機構１８や可動部２０をスライド運動可能なように構成してもよい。
【００２９】
可動部２０は、穿刺針１０２を案内・保持するための案内溝３０Ａを有する部材３０を含む。案内溝３０Ａは従来同様にＶ字型の溝であって、その案内溝３０Ａ内に穿刺針１０２が挿通された状態において、所定の金具を利用して穿刺針１０２を保持することが可能である。もちろん、その状態においては、穿刺針１０２は案内溝３０Ａにおいて自在に進退させることができる。穿刺針１０２の案内機構としては各種のものを採用することができる。上記の姿勢調整機構１８は、探触子本体１２に対して可動部２０の姿勢を自在に設定するための機構である。本実施形態において、この姿勢調整機構１８は球体２８とその球体を部分的に収容した保持部２６とで構成されている。この姿勢調整機構１８によれば、電子走査方向１０４及び機械走査方向１０６のいずれの方向においても穿刺針１０２の角度すなわち穿刺経路の角度を自在に設定することが可能であり、換言すれば、三次元データ取込空間１００内のほぼ全体にわたって穿刺ポイントを任意に設定することが可能となる。本実施形態においては、上記のような球体２８などを利用した姿勢調整機構１８が用いられているため、簡易かつ小型な機構でありながら、広い範囲にわたって穿刺角度の可変を行えるという利点がある。特に、球体２８が利用されているため、後述のように連続的な角度可変を行うことができ、また姿勢調整機構１８が小型化されているために操作者の視野を不必要に妨げることがないという利点がある。
【００３０】
図２には、図１に示した超音波探触子における穿刺アダプタ２０の構成が拡大図として示されている。
【００３１】
保持部２６は全体として箱形の形態を有しており、その一部には開口２６Ａが形成され、その開口２６Ａを介して球体２８の一部分が外部に露出している。その一部分には可動部２０が固定的に連結されている。保持部２６内には少なくとも球体２８の半球部分以上が収納されており、これによって球体２８の脱落が防止されている。すなわち開口２６Ａの直径は球体２８の直径よりも小さく設定されている。
【００３２】
保持部２６の内部には、本実施形態において、水平回転モータ４８と、その軸５０に連結されたローラ５２とが設けられ、このローラ５２は球体２８の表面上に当接されている。図２に示されるように、水平回転モータ４８を回転駆動させれば、これによりローラ５２が回転し、それに当接されている球体２８が水平回転運動を行う。
【００３３】
また、保持部２６内には、垂直回転モータ４０が設けられており、その軸４２にはローラ４４が連結されている。垂直回転モータ４０を回転駆動させれば、ローラ４４が回転し、それに当接されている球体２８が垂直面内において回転運動を行う。
【００３４】
以上の構成から明らかなように、上記の機構によって球体２８の回転角度を所望の値に設定することが可能である。
【００３５】
水平回転角度検出器５４は、水平回転モータ４８の回転軸に連結されており、球体２８の水平面内における回転角度を検出している。また垂直回転角度検出器４６は垂直回転モータ４０の回転軸に連結されており、この垂直回転角度検出器４６によって球体２８の垂直面内における回転角度が検出されている。
【００３６】
ちなみに、球体２８とローラ４４，５２との間におけるスリップを防止するために、ローラ４４，５２をゴムなどの弾性体で構成するのが望ましく、また必要に応じて球体２８の表面上に凹凸などを設けるようにしてもよい。さらに、可動部３０の姿勢を自在に設定するための機構については図２に示すもの以外の機構を採用することも可能である。
【００３７】
上記の水平回転角度検出器５４及び垂直回転角度検出器４６は、例えばロータリーエンコーダによって構成されるが、これ以外にもポテンショメータやＭＲ素子などを利用したものを用いるようにしてもよい。
【００３８】
なお、一旦設定された可動部２０の姿勢を固定的に維持するために、球体２８あるいは各モータにブレーキ機構などを設けるようにしてもよい。
【００３９】
図３には、本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されている。超音波探触子１０は上記のように探触子本体１２と穿刺アダプタ１４とで構成されており、探触子本体１２内にはアレイ振動子６０、走査機構６２及び走査位置検出器６４が設けられている。ここで、走査位置検出器６４はアレイ振動子６０の機械走査方向における走査位置を検出するセンサである。
【００４０】
穿刺アダプタ１４には上記のように水平回転モータ４８、水平回転角度検出器５４、垂直回転モータ４０、垂直回転角度検出器４６などが設けられており、各モータ４０，４８にはドライバ６８からの駆動信号が供給されており、各検出器４６，５４からの出力信号は穿刺コントローラ７７に出力されている。
【００４１】
図３において、走査制御部７２は、超音波ビームについての電子走査及びアレイ振動子６０の機械走査を制御するユニットである。その走査制御部７２から走査機構６２に対して駆動信号が供給されており、走査位置検出器６４で検出された走査位置が走査制御部７２に送られている。これによってフィードバック位置制御がなされている。
【００４２】
アレイ振動子６０は複数の振動素子からなるものであって、本実施形態にはこのアレイ振動子６０に対して電子セクタ走査あるいはコンベックス走査が適用されている。具体的にはそのような電子走査は送受信部７４の作用によって遂行されており、ここで、この送受信部７４はアレイ振動子６０を構成する各振動素子に対して送信信号を供給すると共に、アレイ振動子６０の各振動素子から出力される受信信号に対する所定の処理を行う回路である。送受信部７４によって整相加算された受信信号は三次元画像処理部７６に出力されている。
【００４３】
この三次元画像処理部７６は、後に図４及び図５を用いて説明するような超音波画像を形成する回路であり、超音波画像として三次元画像が形成される場合には例えば特開平１０−３３５３８号公報に記載された手法を利用することもできる。三次元画像処理部７６から出力される画像データは表示処理部８０に出力されている。
【００４４】
穿刺コントローラ７７は本実施形態において２つの主要な機構を有している。第１の機能は、超音波探触子１０において可動部２０の姿勢がマニュアル設定された場合に、その可動部の姿勢すなわち水平方向及び垂直方向の回転角度に基づいて超音波画像上にその姿勢に対応したガイドラインを表示させる機能である。もう一つの第２の機能は、入力器７９の入力によって、超音波画像上において穿刺経路方位あるいは穿刺角度が設定された場合に、そのような設定に従って可動部２０の姿勢を自動的に制御する機能である。以下に、図４及び図５を用いてそれらの機能について説明する。図４には、表示画面１０８上に表示された三次元画像１１０が示されている。この三次元画像１１０は、三次元データ取込空間を表したものである。その三次元取込空間内には穿刺対象となる臓器１０９が含まれている。本実施形態においては、このような三次元画像１１０と共に表示画面１０８上にガイドライン１１２を表示させることができる。このガイドライン１１２は穿刺経路の方位を表したものであり、そのガイドライン１１２上における。上側のポイント１１２Ａが三次元データ取込空間への入射ポイントすなわち体表面穿刺位置を表しており、ポイント１１２Ｂは対象臓器１０９内における穿刺ポイントを表している。ポイント１１２Ａは自動演算によってその位置が求められており、ポイント１１２Ｂについては必要に応じてユーザー設定される。
【００４５】
本実施形態においては、超音波探触子１０において、可動部２０をマニュアルで操作し、これによって可動部２０の姿勢を所望のものに設定すると、穿刺コントローラ７７の作用によって、その設定された穿刺経路を表すガイドライン１１２が図３に示すガイドライン像生成部７８によって生成され、それが表示処理部８０に送られる。表示処理部８０は三次元画像処理部７６から出力される三次元画像に対してガイドライン像を合成し、合成画像を表示器８２に出力している。その結果、図４に示すような画像が表示されることになる。
【００４６】
その一方、本実施形態においては、入力器７９を用いてガイドライン１１２を三次元画像１１０上で設定すると、その方位が穿刺コントローラ７７によって自動的に演算され、その方位に実際に穿刺経路が合致するように、可動部２０の姿勢が調整される。すなわち、水平回転モータ４８及び垂直回転モータ４０に対して必要な回転命令が出され、その結果、それらのモータの作用により可動部２０の角度が所望の角度に設定される。したがって、そのような状態で案内溝３０Ａ内に穿刺針１０２を挿入すれば、三次元画像に表示されている状態と同じ穿刺条件で穿刺針を体内に挿入して実際に穿刺を行うことが可能となる。もちろん、そのような穿刺針１０２は超音波画像上においてもエコーとして表れるため、ガイドライン１１２上に沿ってそのような穿刺針１０２を表す像が実際に表示されることになる。したがって操作者はそのような画像を確認することにより設定どおりの穿刺が行われているか否かを確認することが可能である。
【００４７】
次に、図５には他の超音波画像の表示例が示されている。図５に示す例では、表示画面１０８内に三次元データ取込空間を三方向から見た画像が表示されている。具体的には画像１１４は三次元データ取込空間１００を探触子本体側からみた画像であり、これはトップビューに相当するものである。また画像１１８は三次元データ取込空間１００を正面から見た像に相当するもので、これはフロントビューに相当するものである。さらに、画像１１６は三次元データ取込空間１００を側面から見た像に相当し、これはサイドビューに相当する。各画像において、符号１０９は対象臓器を表しており、符号１１２は、図４に示したものと同様にガイドラインを表している。また画像１１４においてライン１１８Ａはフロントビューの１１８が表れている断面位置を表している。またライン１１６Ａはサイドビューの画像の１１６に相当する断面位置を表している。
【００４８】
この図５に示すような画像が表示される場合においても、上記第１機能または第２機能を選択的に実行させることができ、すなわち可動部２０のマニュアル操作を行えばその可動部２０の姿勢に対応した穿刺経路を示すガイドライン１１２が表示され、また入力器７９を利用してガイドライン１１２を所望の角度に設定すれば、それに応じて可動部２０の姿勢が調整され、その結果、設定された穿刺条件で実際に穿刺条件に合致した穿刺方位で穿刺を行うことが可能となる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、三次元データ取込空間において、穿刺経路をより自在に設定することが可能となる。また本発明によれば、自動設定された穿刺方位を超音波画像上で確認することができ、更に、本発明によれば、超音波画像上で設定された穿刺方位に実際に自動設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る超音波探触子の斜視図である。
【図２】穿刺アダプタの拡大図である。
【図３】本実施形態に係る超音波診断装置のブロック図である。
【図４】表示例を示す図である。
【図５】他の表示例を示す図である。
【符号の説明】
１０超音波探触子、１２探触子本体、１４穿刺アダプタ、１８姿勢調整機構、２０可動部、２４ベルト（固定フレーム）、２６保持部、２８球体、４０垂直回転モータ、４６垂直回転角度検出器、４８水平回転モータ、５４水平回転角度検出器、７６三次元画像処理部、７７穿刺コントローラ、７８ガイドライン像生成部、８０表示処理部。

Claims

超音波ビームを第１走査方向及び第２走査方向に走査することにより立体的な三次元データ取込空間を形成する探触子本体と、
前記探触子本体に設けられ、前記三次元データ取込空間に対して穿刺針を案内する穿刺アダプタと、
を含み、
前記穿刺アダプタは、
前記探触子本体に設けられた固定フレームと、
穿刺針を案内する案内溝を有する可動部と、
前記固定フレームに対して前記可動部の姿勢を調整することにより、前記第１走査方向及び前記第２走査方向の穿刺角度を設定する姿勢調整機構と、
を有することを特徴とする超音波探触子。
請求項１記載の超音波探触子において、
前記固定フレームは、前記探触子本体に対して着脱自在に装着される装着具を有することを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の超音波探触子において、
前記姿勢調整機構は、
前記可動部に連結された球体と、
前記固定フレームに設けられ、前記球体を回転自在に保持する保持部と、
を含むことを特徴とする超音波探触子。
請求項３記載の超音波探触子において、
前記球体の第１回転方向の角度を検出する第１角度検出器と、
前記球体の第２回転方向の角度を検出する第２角度検出器と、
を含むことを特徴とする超音波探触子。
請求項３記載の超音波探触子において、
前記球体を第１回転方向に回転させる第１回転駆動部と、
前記球体を第２回転方向に回転させる第２回転駆動部と、
を有することを特徴とする超音波探触子。
超音波探触子及び装置本体で構成された超音波診断装置において、
前記超音波探触子は、
超音波ビームを第１走査方向及び第２走査方向に走査することにより立体的な三次元データ取込空間を形成する探触子本体と、
前記探触子本体に設けられ、前記三次元データ取込空間に対して穿刺針を案内する穿刺アダプタと、
を含み、
前記穿刺アダプタは、
前記探触子本体に設けられた固定フレームと、
穿刺針を案内する案内溝を有する可動部と、
前記固定フレームに対して前記可動部の姿勢を調整することにより、前記第１走査方向及び前記第２走査方向の穿刺角度を設定する姿勢調整機構と、
を有し、
前記装置本体は、
前記三次元データ取込空間内において取り込まれたエコーデータに基づいて、前記三次元データ取込空間を表す超音波画像を形成する画像形成手段と、
前記超音波画像上に、前記姿勢調整機構によって設定される穿刺経路を表すガイドラインを合成表示するガイドライン合成表示手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
請求項６記載の装置において、
前記超音波探触子は、前記姿勢調整機構によって設定される穿刺経路の方位を検出する方位検出手段を含み、
前記検出される穿刺経路の方位に従って、前記超音波画像上における前記ガイドラインの表示態様が決定されることを特徴とする超音波診断装置。
請求項６記載の装置において、
前記姿勢調整機構は、前記可動部を運動させる駆動部を含み、
前記装置本体は前記駆動部を制御する姿勢制御手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。