JPH0593410U - 超音波イメージング・カテーテル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】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。 【構成】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１
４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１
９とを具備する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、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。 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１０２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。

【０００５】

【考案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。

【０００６】 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１０１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。 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。

【０００７】 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。 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、２ ０〜３０ＭHz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２０ＭHz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。

【０００８】 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１０ １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。

【０００９】 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。

【００１０】 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。 しかしながら、上記の機構のうち特公昭５７−６１４１７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１２ ８，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。

【００１１】 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。

【００１２】 従って、本考案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。

【００１３】

【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、本考案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。

【００１４】

【作用】

以上の様に、この考案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。

【００１５】

【実施例】

以下、本考案の好適な一実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する 。 図１は、一実施例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。

【００１６】 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。 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１２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１ ８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。

【００１７】 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。

【００１８】 なお、この実施例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。 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。

【００１９】 次に、図５は、一実施例の第１の変形例を示した図である。なお、一実施例と 同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。 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１４，２ ２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。

【００２０】 図６は、一実施例の第２の変形例を示した図である。 この第２の変形例は、一実施例の超音波振動子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、この実施例の様に、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。

【００２１】 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。 次に、変換機構１９の構造について説明する。 図８は、変換機構１９の第１の実施例の構造を示した図である。 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１０）。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。

【００２２】 次に、図１１は、変換機構１９の第２の実施例の構造を示した図である。 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３ ４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。

【００２３】 図１２は、第２の実施例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の実施例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の実施例の構造を示した図である。

【００２４】 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。

【００２５】 上記の実施例のうちで、最も好ましいものは、第１の実施例である。第１の実 施例においては、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。

【００２６】 なお、本考案は、その主旨を逸脱しない範囲で上記実施例を修正または変形し たものに適用可能である。

【００２７】

【考案の効果】

以上説明した様に、本考案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。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例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】一実施例の第１の変形例を示した図である。

【図６】一実施例の第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の実施例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の実施例の構造を示した図で
ある。

【図１２】変換機構の第３の実施例の構造を示した図で
ある。

【図１３】変換機構の第４の実施例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)

【実用新案登録請求の範囲】
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。