JPH053872A - 体腔用超音波プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】音響インピーダンスの不整合に因る多重反射の
アーチファクトを減らすと共に、オリエンテーションを
つけ易くし、且つ、Ｓ／Ｎ比低減を図る。 【構成】血管等、管状の体腔に挿入する挿入部９の先端
には、音響窓となる合成樹脂製のキャップ３６を固設す
る。このキャップ３６内には、信号変換部３７を形成す
る圧電振動子４０及び振動子ホルダ４１が回転可能に設
置される。圧電振動子４１は、挿入方向に垂直な方向に
超音波を放射するべく位置決めされている。振動子ホル
ダ４１はスプリング軸３３を介してモータ１０に連結さ
れる。スプリング軸３３は、サポートバネ３４及びこれ
に密着被覆させた被覆チューブ３５内に遊挿される。一
方、キャップ３６の圧電振動子４０に対向した側壁とし
てのテ−パ−部３６ｂは、所定角度αだけ傾斜させて先
細り形状としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波信号を用いて生
体の断層像を得る超音波診断装置のプローブに係り、特
に、血管や消化管等の管状の体腔の断層像を得るため、
超音波トランスデューサを内包させたチューブ（カテー
テル）を有し、そのチューブをそれらの管に挿入させる
構造の体腔用超音波プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】医療における超音波診断法は、Ｘ線を用
いた診断のような照射障害が無く、しかも造影剤無しで
軟部組織の診断ができる利点を有している。このような
利点に加えて、近年、電子回路の高周波化、超音波トラ
ンスデューサの微細加工技術の進歩に拠り、トランスデ
ューサを体内に挿入する超音波診断技術が広まってい
る。とくに、消化管の診断では、トランスデューサを内
包したカテーテルを消化管内に挿入して行う内視鏡的な
アプローチが臨床の場で広く普及しつつある。さらに最
近では、血管内にまでそのようなカテーテルを挿入し、
管壁の異常部位の断層像を得ようとする試みがなされて
いる。

【０００３】このような細い管壁を診断する超音波診断
装置のプローブとしては、図６、７に示すものがある。

【０００４】図６に示した超音波プローブ１０１は振動
子回転型と呼ばれるものである。この超音波プローブ１
０１は、可撓性のあるカテーテル１０２の先端部に有底
筒状のキャップ１０３を一体に密封・固着させ、そのキ
ャップ１０３内に振動子ホルダ１０４を挿入させてい
る。振動子ホルダ１０４は、キャップ１０３の内部で軸
受１０５により回転可能に支持される一方、カテーテル
１０２内に挿入された、可撓性のあるスプリング軸１０
６を介して図示しないモータの出力軸に連結されてい
る。キャップ１０３は例えば硬質プラスチックで形成さ
れ、超音波信号に対して透過性を有する音響窓として機
能する。

【０００５】振動子ホルダ１０４は、その外周面の一部
が軸方向に対してα度（例えば１０度）だけ、傾斜した
面１０４ａを有しており、この傾斜面１０４ａに超音波
トランスデューサとしての圧電振動子１０７を固設して
いる。この圧電振動子１０７は図示しない信号線に接続
されており、その信号線がロータリトランスを介して装
置本体の送受信部に繋がっている。なお、キャップ１０
３の内部には、音響インピーダンスの整合をとるため、
生理食塩水、水、オイルなどの音響媒体Ｍを充填させて
いる。

【０００６】このため、装置のモータの回転力がスプリ
ング軸１０６を介して振動子ホルダ１０４に伝わり、圧
電振動子１０７が一体に回転する。そこで、この圧電振
動子１０７の各振動子を所定の位相差をもったパルス電
気信号群で励振することにより、圧電振動子１０７から
超音波ビームが振動子面に対して垂直な方向に放射さ
れ、音響媒体Ｍ及びキャップ（音響窓）１０３を透過し
て生体の管壁に向かって放射される。このため、メカニ
カルなラジアル走査又はセクタ走査が可能になる。この
とき、超音波ビームの放射角及び入射角はキャップ１０
３のラジアル方向に対して所定値α（１０度）だけ傾い
ている。

【０００７】このように超音波ビームを斜めに放射・入
射させているので、音響媒体Ｍ及び音響窓１０３間又は
音響窓１０３及び被検体間の音響インピーダンスのミス
マッチングがある場合でも、それらの境界面で超音波ビ
ームが多重反射することに起因した多重アーチファクト
の発生を減らし、誤診防止が図られる。

【０００８】一方、図７に示した超音波プローブ１１１
はミラー回転形と呼ばれるものである。このプローブ１
１１は、カテーテル１０２の先端部にキャップ１０３を
固着し、そのキャップ１０３の内部にミラー１１２を軸
受１０５で支持させると共に、そのキャップ１０３の先
端の肉厚部分をホルダにして圧電振動子１０７を軸方向
に垂直に且つ内向きに固設したものである。ミラー１１
２の振動子１０７側の面は斜めにカットされ、その傾斜
面の角度はミラー１１２のラジアル方向に対して４５度
よりも所定角度αだけ少ない値になっている。このミラ
ー１１２は図６と同様のスプリング軸１０６に連結さ
れ、固定状態の圧電振動子１０７は図示しない信号線で
装置本体に繋っている。その他は図６のものと同一の構
成である。

【０００９】このため、圧電振動子１０７から出た超音
波信号がミラー１１２の斜めの反射面で反射すると、そ
の信号はラジアル方向よりも所定角度αだけ斜めにずれ
た方向に伝搬する。そこで、ミラー１１２を連続的に又
は所定範囲で回転させることにより、超音波信号のラジ
アル走査又はセクタ走査ができる。ここで、超音波信号
を斜めに放射させる理由は上述したものと同様である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た超音波プローブにあっては、超音波ビームの伝搬方向
がキャップ１０３、即ち音響窓に対して斜めであること
から、走査断面が図８及び図９に模式的に示すように円
錐断面となる（図８は円錐断面の広がりの様子を、また
図９は血管Ｂ内での走査状況を夫々示す）。このため、
操作者が狙った位置からずれた位置を走査してしまうな
ど、いわゆるオリエンテーションが付けにくくなり、ま
た管腔に対しても超音波が斜めに入射するので、反射超
音波信号が戻り難くなって、注目部位からの信号強度が
低下し、Ｓ／Ｎ（信号／雑音）比が下がって十分な断層
画像が得られないという問題があった。

【００１１】本発明は、このような従来技術の問題に鑑
みてなされたもので、管状の体腔の断層像を得る際、音
響インピーダンスの不整合に起因した多重エコーに因る
アーチファクトを確実に低減できると共に、操作者にと
ってオリエンテーションが付け易く、且つ、Ｓ／Ｎ比を
向上させることができる体腔用超音波プローブを提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明に係る体腔用超音波プローブで
は、一端に受けた駆動源からのトルクを他端に伝達可能
なトルク伝達軸と、このトルク伝達軸の他端に固設され
ると共に、電気信号と超音波信号とを双方向に変換可能
であってその超音波信号を上記トルク伝達軸の軸方向に
垂直な方向に放射する信号変換部と、上記トルク伝達軸
を内包し且つそのトルク伝達軸を回転可能な状態に支持
するチューブと、このチューブの先端を、上記信号変換
部を内包した状態で封止すると共に、超音波信号を透過
可能な部材で形成した包囲体とを備え、この包囲体の内
側に音響媒体を充填する一方、上記包囲体の信号変換部
に対向した側壁を、この包囲体の軸方向に沿って傾斜さ
せた。

【００１３】また、請求項２記載の発明に係る体腔用超
音波プローブでは、包囲体の側壁を、この包囲体の先端
側に至るほど徐々に縮径された壁とした。請求項３記載
の発明に係る体腔用超音波プローブでは、トルク伝達軸
及びチューブに可撓性を持たせた。

【００１４】

【作用】駆動源の出力トルクはトルク伝達軸を経由して
信号変換部に伝わり、信号変換部を回転又は回動させる
ので、信号変換部で変換された超音波信号は音響媒体、
包囲体（音響窓）を透過して、トルク伝達軸、つまり包
囲体の軸方向に垂直な面内に放射される。これにより、
軸方向に垂直な面内でのラジアル走査又はセクタ走査が
なされる。また、包囲体及びチューブを挿入する、血管
等の管壁に対しては超音波ビームがほぼ垂直に入射・反
射し、音響窓としての包囲体に対しては包囲体の側壁の
傾斜角分だけ斜め入射となる。

【００１５】特に、請求項２記載のプローブの包囲体
は、挿入が容易な先細りの形状となる。また、請求項３
記載のプローブでは、トルク伝達軸及びチューブ共に撓
むので、血管等の複雑に曲がった体腔内にも容易に挿入
できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図４を参照
して説明する。この実施例は振動子回転型の体腔用超音
波プローブに適用したものである。

【００１７】図１において、符号１は超音波診断装置を
示す。この超音波診断装置１は、超音波により所定の断
層像構成を行う装置本体２と、この装置本体２に接続さ
れた体腔用超音波プローブ３とを備えている。

【００１８】体腔内用超音波プローブ３は、装置本体２
側の手元操作部８と、この手元操作部８に連結され、血
管などの管状の体腔内に挿入される挿入部９とを有す
る。この内、手元操作部８は、回転駆動源としての電動
モータ１０と、この電動モータ１０の出力軸１０ａと挿
入部９とを連結する連結部１１とを有する。

【００１９】電動モータ１０は、装置本体２からの指令
電気信号に応じて回転する例えばサ−ボモータで成ると
共に、その回転位置信号を検出するエンコーダなどの角
度検知器を備えている。

【００２０】連結部１１は、電動モータ１０側から順に
装備され且つ軸方向中心部に貫通孔を有する第１ハウジ
ング２０、中間ハウジング２１、第２ハウジング２２を
有すると共に、第１ハウジング２０の貫通孔内に配設さ
れる硬質シャフト２３を有する。硬質シャフト２３は略
円筒状に形成され、その軸方向中心部の孔の手元側（電
動モータ１０側をいう）に前記モータ出力軸１０ａが挿
入・嵌合されると共に、その嵌合位置において軸受２５
を介して第１ハウジング２０の内周面に支持されてい
る。第１ハウジング２０の先端側（挿入部９側をいう）
内周面と中間ハウジング２１の手元側外周面にはねじ切
りが施され、両者は螺合により軸方向に連結されてい
る。中間ハウジング２１の手元側内周面は軸受２６及び
オイルシール２７を介して上記硬質シャフト２３の先端
側外周面を支持している。さらに、中間ハウジング２１
の先端側外周面と第２ハウジング２２の手元側内周面と
が螺合し、両者が軸方向に繋っている。このため、３つ
のハウジング２０、２１、２２は固定されているが、硬
質シャフト２３は電動モータ１０の出力軸１０ａと一体
に回転できる。

【００２１】なお、第１ハウジング２０のモータ１０側
内部には取付け室が形成され、この取付け室のハウジン
グ２０と出力軸１０ａとの間に、非接触の信号授受のた
めのロータリトランス３０が設置されている。また、中
間ハウジング２１の途中には、音響媒体Ｍを注入する注
入口３２が内部の貫通孔に連通した状態で形成してあ
る。音響媒体Ｍとしては前述のように生理食塩水、水、
オイルを使用する。

【００２２】また、前記挿入部９は、トルク伝達軸とし
てのスプリング軸３３と、このスプリング軸３３より大
径のサポートバネ３４と、このサポートバネ３４の外径
とほぼ同一内径の、カテーテルとしての被覆チューブ３
５と、この被覆チューブ３５の先端側に固着された包囲
体としてのキャップ３６と、このキャップ３６の内部に
設けられた信号変換部３７とを有する。信号変換部３７
は、超音波トランスデューサとしての圧電振動子４０
と、この圧電振動子４０を支持する振動子ホルダ４１と
から成る。なお、挿入部９の外径は、診断部位に応じて
１．５mm〜１０mm程度に形成される。

【００２３】この内、スプリング軸３３は図２に示すよ
うに、巻き方向が互いに反対の２層ばね３３ａ，３３ｂ
で成る。このスプリング軸３３は、前記中間ハウジング
２１の貫通孔を遊挿すると共に、その手元側端部は前記
硬質シャフト２３の貫通孔の先端に挿入・固定され、先
端側端部は振動子ホルダ４１に固定されている。このた
め、モータ出力軸１０ａの回転に伴って硬質シャフト２
３が回転し、その回転トルクはスプリング軸３３を介し
て振動子ホルダ４１に伝えられる。被覆チューブ３５は
サポートバネ３４の回りに密着して被覆させてあり、共
に十分な可撓性を有しながらも、被覆チューブ３５の円
形の断面形状がサポ−トバネ３４により保持される。こ
の密着筒体の手元側は図示のように、中間ハウジング２
１の先端部外周面、内周面に係止されると共に、先端側
は筒状のスペーサ４３の外周に固定されている。このス
ペーサ４３の外周にはさらに、被覆チューブ３５と面を
合わせた状態で前記キャップ３６を被せてあり、その被
覆チューブ３５及びキャップ３６の繋ぎ目を密封してい
る。

【００２４】振動子ホルダ４１は図２に示すように細長
い略円柱状を成し、その手元側軸部分がスペーサ４３の
貫通孔に遊挿されると共に、そのスペーサ４３を出た先
端側の位置で、キャップ３６内周面から軸受４４を介し
て支持されている。ここで、サポートバネ３４、被覆チ
ューブ３５、スペーサ４３、及び軸受４４が本発明のチ
ューブを構成している。

【００２５】振動子ホルダ４１の先端寄り側面の一部に
は圧電振動子４０が固設され、この圧電振動子４０とキ
ャップ３６とが空隙を介して対向している。つまり、こ
の圧電振動子４０の超音波放射、入射方向は軸方向、即
ち体腔へのキャップ３６の挿入方向に対してほぼ垂直に
なる。

【００２６】キャップ３６全体は、音響インピーダンス
の整合をとることのできる、例えば合成樹脂で形成され
ており、図２に示すように、被覆チューブ３５と同一径
の手元側の基部３６ａと、略円錐形の筒状であって基部
３６ａから一体に立ち上がったテーパー部（側壁）３６
ｂと、このテーパー部３６ｂに固着された先端の丸み部
３６ｃとから成る。テーパー部３６ｂは前記圧電振動子
４０を包囲すると共に、そのテーパー部３６ｂの内、外
周面は先端に至るほど細くなる傾斜を有する。その傾斜
角αは本実施例では１０度に設定されている。キャップ
３６のテーパー部３６ｂは超音波信号が出入りする音響
窓として機能する。

【００２７】一方、前記注入口３２から注入された音響
媒体Ｍが各部材間の隙間を通ってギャップ３６の内部に
至り、この音響媒体Ｍが振動子ホルダ４１（圧電振動子
４０）とキャップ３６の間に充填されている。また、圧
電振動子４０には信号線（図示せず）が接続されてお
り、この信号線は振動子ホルダ４１の内部及びスプリン
グ軸３３の内側を通ってロータリトランス３０に至り、
このロータリトランス３０によって回転側と固定側と信
号送受が非接触で行われる。なお、ロータリトランス３
０の代わりに、スリップリングを用いてもよい。

【００２８】次に、本実施例の作用効果を説明する。

【００２９】オペレータは、挿入部９を血管などの所望
の体腔内にゆっくりと挿入し、体腔内の所望の診断部位
まで先端部、即ち信号変換部３７を到達させる。このと
き、挿入部９の先端に位置するキャップ３６は、先細り
の形状になっているので、単に筒状の先端形状の場合に
比べて、目的部位までの誘導が容易になる。

【００３０】この状態で、装置本体２から指令を受けた
電動モータ１０が回転すると、その回転トルクは硬質シ
ャフト２３、スプリング軸３３により振動子ホルダ４１
に伝達され、そのホルダ４１自体が回転する。これによ
り、圧電振動子４０が挿入方向に対して円を描くように
回転する。これと共に、駆動パルス信号がロータリトラ
ンス３０及び信号線を通って圧電振動子４０に供給され
ると、圧電振動子４０から超音波ビーム信号が放射され
る。

【００３１】この超音波ビームは、挿入方向に対して垂
直（即ち、管壁に対して垂直）に放射され、音響媒体Ｍ
及び音響窓としてのキャップ３６を図３に示す如く通っ
て管壁に垂直に入射する。管壁から反射してきた超音波
信号は、反対に、キャップ３６及び音響媒体Ｍを通って
圧電振動子４０に到達し、電気信号に変換される。この
変換された電気信号は信号線及びロータリトランス３０
を通って装置本体２に送られ、断層像の所定の再構成処
理がなされる。このため、電動モータ１０を一方向に連
続回転させながら圧電振動子４０を駆動させることによ
り、超音波のメカニカルなラジアル走査ができ、また、
電動モータ１０を所定角度範囲で反復回転させながら圧
電振動子４０を駆動させることにより、メカニカルなセ
クタ走査ができる。

【００３２】いま、メカニカルなラジアル走査を行って
断層像を得ているとすると、超音波信号は管壁に対して
ほぼ垂直に出入りするので、走査断面は従来のような円
錐断面（図８参照）にならず、図４に示すように、挿入
方向に垂直な正規の垂直断面になる。このため、オペレ
ータにとってオリエンテーションがつけ易くなるので、
目的部位の位置決めが簡単になると共に、断層像を再構
成するときも、傾斜した面の断層像から垂直面の断層像
に直す処理が不要になるなど、その信号処理も簡単にな
る。

【００３３】また、管壁に対しては超音波ビームが垂直
に入射するため、入射強度を従来と同じに設定した場合
でも、その反射エコーの強度が斜め入射の場合よりも多
くなり、Ｓ／Ｎ比が向上する。これと共に、垂直入射に
よって管壁の深部まで超音波ビームが入り易くなり、断
層像のカバーできる範囲が広がる。

【００３４】さらに、管壁には上述の如く垂直入射であ
るが、音響窓としてのキャップ３６の内外側面には斜め
入射（入射角αは例えば１０度）になるので、前述した
従来技術のように超音波信号の送受を最初から斜めに行
う場合と同様の効果が得られる。つまり、音響インピー
ダンスの違いに因り、１つの超音波ビームが音響窓で周
期的に反射するという状態を的確に排除でき、これによ
り、多重エコーによるアーチファクトを低減させて、信
頼性の高い断層像を得ることができる。

【００３５】なお、本発明の体腔用超音波プローブは前
述した振動子回転型のものに限定されることなく、ミラ
ー回転型のプローブに適用するものであってもよい。図
５にそのプローブ５０の信号変換部の概要を示す（前記
実施例と同一の構成要素には同一符号を用いる）。同図
において、音響窓となるキャップ５１は前記実施例と同
様に先端に至るほど縮径されたテーパー部（側壁）５１
ｂを有し、その内部の先端部に固定状態且つ放射面を下
向きにして圧電振動子５２が設けられている。またキャ
ップ５１の内部には、挿入方向に対して４５度の角度の
反射面を有したミラーー５３が軸受５４により回転可能
に支持されている。このミラー５３には前記実施例と同
様に可撓性のある２重巻きのスプリング軸３３が連結し
てある。このため、スプリング軸３３を介して回転トル
クがミラー５３に伝達すると、ミラー５３が回転するか
ら、圧電振動子５２から放射した超音波ビームは、ミラ
ー５３の反射面で軸方向に垂直に折り曲げられて、超音
波ビームの送受が行われる。なお、ここで、圧電振動子
５２及びミラー５３が信号変換部を成している。これに
より、血管や消化管等の管壁に対しては垂直入射であ
り、音響窓に対しては斜め入射であるから、前記実施例
と同等の作用効果を得ることができる。

【００３６】さらに、前記２つの実施例においては、ト
ルク伝達軸として可撓性のあるスプリング軸を用いたた
め、消化管、血管等の断層像が得られたが、本発明のト
ルク伝達軸はこれに限定されるものではなく、例えばト
ルク伝達軸として単に剛体を用いて直腸等をラジアル、
セクタ走査するプローブとしてもよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明に係る体腔用超音波プローブは、
トルク伝達軸を経由して伝達されるトルクで信号変換部
を回転又は回動させ、この信号変換部で変換された超音
波信号を音響媒体、包囲体（音響窓）を介して軸方向に
垂直な面内に放射させるため、軸方向に垂直な面内での
ラジアル走査又はセクタ走査を行えることから、オペレ
ータはオリエンテーションがつけ易く、従来のように円
錐断面内の走査の場合に比べて、位置決めや得られた信
号の後処理が容易になる。また、診断対象である血管等
の管壁に対しては超音波ビームがほぼ垂直に入射・反射
するので、同一の入射パワーとすると、斜め入射の場合
よりも反射強度が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が良くなると共
に、音響窓としての包囲体に対しては斜め入射となるの
で、この包囲体とその内側、外側との音響インピーダン
スの不整合に伴う多重反射を的確に排除でき、その多重
エコーに起因したアーチファクトの発生を防止できるか
ら、再構成された断層像の信頼性も高い。

【００３８】特に、請求項２記載の発明に係る体腔用超
音波プローブは、その先端部分が先細りの形状になって
いるので、管状の体腔への挿入が容易になる。また、請
求項３記載の発明に係る体腔用超音波プローブでは、ト
ルク伝達軸及びチューブから成る挿入部分が撓むので、
血管等の管路が複雑な管状体腔にも容易に挿入できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る体腔用超音波プローブ
の一部省略した断面図。

【図２】図１に示した超音波プローブの先端部分の拡大
断面図。

【図３】圧電振動子からの超音波ビームの伝搬方向を示
す説明図。

【図４】走査断面を説明する説明図。

【図５】本発明のその他の実施例に係る体腔用超音波プ
ローブの先端部分の構造を示す概略断面図。

【図６】従来の体腔用超音波プローブの一例を示す、先
端部分の概略断面図。

【図７】従来の体腔用超音波プローブの他の例を示す、
先端部分の概略断面図。

【図８】従来の走査断面の形状を説明する説明図。

【図９】血管に挿入されたプローブの様子を示す説明
図。

【符号の説明】

３ 体腔用超音波プローブ １０ 電動モータ ２３ 硬質シャフト ３３ スプリング軸 ３４ サポートバネ ３５ 被覆チューブ ３６ キャップ ３６ｂ テーパー部 ３７ 信号変換部 ４０ 圧電振動子 ４１ 振動子ホルダ ４３ スペーサ ４４ 軸受 ５０ 体腔用超音波プローブ ５１ キャップ ５１ｂ テーパー部 ５２ 圧電振動子 ５３ ミラー ５４ 軸受 Ｍ 音響媒体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に受けた駆動源からのトルクを他端
   に伝達可能なトルク伝達軸と、このトルク伝達軸の他端
   に固設されると共に、電気信号と超音波信号とを双方向
   に変換可能であってその超音波信号を上記トルク伝達軸
   の軸方向に垂直な方向に放射する信号変換部と、上記ト
   ルク伝達軸を内包し且つそのトルク伝達軸を回転可能な
   状態に支持するチューブと、このチューブの先端を、上
   記信号変換部を内包した状態で封止すると共に、超音波
   信号を透過可能な部材で形成した包囲体とを備え、この
   包囲体の内側に音響媒体を充填する一方、上記包囲体の
   信号変換部に対向した側壁を、この包囲体の軸方向に沿
   って傾斜させたことを特徴とする体腔用超音波プロー
   ブ。
2. 【請求項２】 前記包囲体の側壁は、この包囲体の先端
   側に至るほど徐々に縮径された壁であることを特徴とし
   た請求項１記載の体腔用超音波プローブ。
3. 【請求項３】 前記トルク伝達軸及びチューブは可撓性
   を有していることを特徴とした請求項１記載の体腔用超
   音波プローブ。