JP2005168766A - 超音波プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】 挿入部を細径化できると共に、異なる走査方向に走査可能にして、所望とする断面位置での超音波画像情報を得るのに適した超音波プローブを提供する。
【解決手段】 可撓性を有する挿入部１１の先端部２１には、超音波信号を送受信する振動子を２次元的に配置した振動子アレイ２８が設けてあり、かつ振動子アレイ２８の走査方向を直交する方向に切り替えるマルチプレクサ群４１、４２と、これらのマルチプレクサ群４１、４２の切替を制御する切替制御回路４３とを設けることにより、挿入部１１内に挿通される信号線４４の本数を削減して挿入部１１の細径化を可能にすると共に、操作部１２に設けた走査指示スイッチ部５０の操作により、異なる方向への走査を可能とした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、超音波信号の送受信を行う超音波振動子を２次元的に配置した超音波振動子アレイを備えた超音波プローブに関する。

近年、生体内に超音波内視鏡を挿入して、その光学像から体内の病変部を発見して、超音波を照射して、その反射波から病変部の超音波断層像を診断する方法が広く普及している。また、穿刺針を用いて光学像・超音波断層像ガイド下で視認しながら穿刺して細胞を吸引して、吸引細胞により確定診断を行う方法も実施されている。
また、超音波内視鏡下で病変部の治療を行う方法も採用されている。更に、光学像・超音波診断像を用いて治療後の経過観察を行う方法も実施されている。
このような超音波内視鏡下での診断においては、超音波内視鏡の挿入方向に垂直面に超音波走査を行うラジアル走査式と、超音波内視鏡の挿入方向に沿って超音波を走査するリニア走査またはコンベックス走査の２つの走査方式がある。

前者は超音波内視鏡の挿入位置の管腔から、周囲の臓器を円周状に観察できる（輪切り観察）ために、臓器の位置関係の理解や病変部の発見に有効である。これに対してリニア走査方式は、超音波内視鏡の処置具挿通用チャンネルの先端開口から出される穿刺針と同方向に走査できるために、穿刺ルートの確定に主に利用される。
第１の従来例として特開２０００−１３９９２６号公報には、複数の超音波振動子を２次元的に配置した超音波振動子アレイを配置しているものを開示している。
この従来例では、複数の超音波振動子を２次元的に配置したものであるが、基本的には挿入部の軸方向に配列された超音波振動子を順次走査して２次元断層像を得るものである。そして、偏向切替スイッチを操作することにより、挿入部と直交する方向に配列された複数の超音波振動子に対して遅延素子を介して駆動することにより、超音波ビームの出射方向を偏向できるようにして、先端開口から突出される穿刺針が湾曲した場合にも視認できるようにしたものである。

また、第２の従来例としての特開平８−１７３４３２号公報には、上記第１の従来例に類似した超音波断層像を得られるようにしたものが開示されている。
この第２の従来例には、超音波プローブの挿入部の先端部に、挿入部の軸方向に沿って３列の振動子アレイを、その超音波の放射面の方向が異なるように配置している。そして、各列に沿った超音波アレイを順次駆動することにより、挿入部の軸方向を含む断層像となるが、断層像の方向が異なる３つの断層像が得られるようにしている。
特開２０００−１３９９２６号公報 特開平８−１７３４３２号公報

上記第１の従来例では偏向切替スイッチの走査により、超音波ビームの出射方向を偏向させるものであり、挿入部の軸方向に走査することを前提にしており、挿入部の軸方向と直交する方向の断層像を得るのに時間がかかってしまう。
更には、穿刺ルートの確認のためには、周囲臓器との関係を３次元的に立体構築できることが望まれるが、上記従来例ではそれができない状況であった。

また、第２の従来例においても、挿入部の軸方向に配列された超音波振動子を駆動するため、挿入部の軸方向と直交する方向の断層像を得るのに時間がかかってしまう。
また、従来の超音波プローブでは、第２の従来例においても記載されているように、超音波振動子アレイを駆動走査する駆動パルス（送信パルス）を超音波プローブが装着される超音波観測装置に設けている場合が一般的であるが、その場合には超音波振動子アレイと接続しなければならない信号線の本数が増大し、挿入部が太くなってしまう欠点があった。

（発明の目的）
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、挿入部を細径化できると共に、異なる走査方向に走査可能にして、所望とする断面位置での超音波画像を得るのに適した超音波プローブを提供することを目的とする。
また、本発明は、内臓物等の関心領域と穿刺針等の処置具による穿刺ルート等の確認や位置関係の確認等がし易い３次元画像が容易に得られる超音波画像信号装置を提供することを目的とする。

本発明の超音波プローブは、体腔内に挿入される可撓性を有する挿入部を備えた超音波プローブにおいて、
前記挿入部の先端部に設けられ、超音波信号の送受信を行う超音波振動子が２次元的に配置されて形成される超音波振動子アレイと、
前記挿入部の先端部に設けられ、前記超音波振動子アレイにおける駆動する超音波振動子の走査方向を異なる方向に切り替え可能とする駆動切替手段と、
を具備したことを特徴とする。
上記構成により、挿入部の先端部に超音波振動子を２次元的に配置した場合にも、先端部に駆動切替手段を配置することにより、挿入部内に挿通される信号線の本数を削減して、挿入部を細径化を保持保持でき、かつ前記超音波振動子アレイにおける異なる走査方向の超音波振動子の走査を可能にして、所望とする断面位置での超音波画像を得るのに適する様にしている。

本発明によれば、挿入部の先端部に超音波振動子を２次元的に配置した場合にも、先端部に駆動切替手段を配置しているので、挿入部内に挿通される信号線の本数を削減して、挿入部を細径化を保持保持でき、かつ前記超音波振動子アレイにおける異なる走査方向の超音波振動子の走査を可能にして、所望とする断面位置での超音波画像を得るのに適する。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１ないし図１０は、本発明の実施例１に係り、図１は、本発明の実施例１を備えた超音波画像診断装置の構成を示し、図２は、挿入部の先端部に配置される超音波振動子アレイ（振動子アレイと略記）及び振動子エレメント（振動子と略記）の構成を示し、図３は、超音波内視鏡及び超音波観測装置における電気系の概略の構成を示し、図４は、振動子アレイの駆動走査及び信号処理系の構成を示し、図５は、振動子アレイにおける直交する２方向に駆動走査する場合の詳細を示し、図６は、振動子アレイを２次元的に配置した先端部を示し、図７は、振動子アレイを２次元的な円筒面ないしは曲面状に配置した先端部を示し、図８は、振動子アレイを挿入部の軸方向と周方向とにコンベックス状に配置した先端部を示し、図９は、図８において周方向に駆動走査することを軸方向に繰り返し駆動走査した場合に得られる断層像を示し、図１０は、３次元の超音波画像と直交する２つの断面位置での断層像を示す。
本実施例は、挿入部を細径化できると共に、異なる走査方向に走査可能にして、所望とする断面位置での超音波画像を得るのに適した超音波プローブを提供することを目的とすると共に、１本の超音波内視鏡にて、超音波内視鏡のガイト下での穿刺ルートの確認を３次元表示でき、その後の３次元表示により穿刺を補助することで、１回の超音波内視鏡検査で穿刺の処置等ができる超音波画像診断装置を提供することを目的とする。

図１に示すように超音波画像診断装置１は、本実施例の超音波内視鏡２と、この超音波内視鏡２に照明光を供給する光源装置３と、超音波内視鏡２に内蔵された撮像素子に対する信号処理を行うビデオプロセッサ４と、超音波内視鏡２に設けられた振動子アレイ２８に対する駆動及び信号処理を行う超音波観測装置５と、ビデオプロセッサ４及び超音波観測装置５による映像信号を混合したり切替が可能なミキサ６と、このミキサ６を介して撮像素子で撮像した内視鏡画像と超音波画像を同時に或いは一方を表示するモニタ７とを有する。

超音波内視鏡２は、可撓性を有する細長の挿入部１１と、この挿入部１１の後端に設けられた操作部１２と、この操作部１２から延出されたユニバーサルケーブル１３及び超音波ケーブル１４とを有する。
超音波内視鏡２のユニバーサルケーブル１３及び超音波ケーブル１４の端部には、それぞれ内視鏡用コネクタ１５及び超音波コネクタ１６が設けてあり、それぞれ光源装置３及び超音波観測装置５に着脱自在に接続される。また、内視鏡用コネクタ１５は、さらに信号ケーブル１７を介してその端部の信号コネクタがビデオプロセッサ４に着脱自在に接続される。

また、超音波内視鏡２の挿入部１１は、先端側から硬質の先端部２１と、湾曲自在の湾曲部２２と、可撓性を有する細長の可撓部２３とからなり、ユーザは、操作部１２に設けられた湾曲ノブ２４を回動する操作を行うことにより、湾曲部２２を上下、左右等、所望の方向に湾曲することができる。
超音波内視鏡２の挿入部１１の先端部２１には、光学的な観察を行うための照明窓２５と、観察窓２６と、挿通された処置具を突出する処置具用チャンネル先端開口（先端開口と略記）２７の他に、振動子アレイ２８が設けてあり、光学的な観察機能の他に、超音波による音響的画像情報を得ることができるようにしている。
また、挿入部１１の後端付近には、挿入部１１内に設けられた処置具用チャンネル２９と連通する挿入口３０が設けてある。

光源装置３は、照明用のランプを内蔵し、このランプの照明光は、内視鏡用コネクタ１５から超音波内視鏡２内に挿通されたライトガイド３１（図３参照）によりその先端面に伝送（導光）される。このライトガイド３１の先端面は、先端部２１に設けられた照明窓２５に固定され、この先端面から照明窓２５の前方側に照明光が出射され、この照明光により挿入部１１が挿入された体腔内の患部等の被写体を照明する。
先端部２１には、照明窓２５に隣接して観察窓２６が設けてあり、この観察窓２６には対物レンズ３２（図３参照）が取り付けてあり、照明された被写体の光学像を結像位置に結ぶ。この結像位置には、ＣＣＤ等の固体撮像素子３３の受光面が配置され、対物レンズ３２による光学像を光電変換する。

この固体撮像素子３３は、挿入部１１内等に挿通された信号線を介してビデオプロセッサ４と接続され、ビデオプロセッサ４の内部の映像信号処理回路により信号処理されて、映像信号に変換される。このビデオプロセッサ４により生成された映像信号は、ミキサ６を介してモニタ７に入力され、モニタ７は、固体撮像素子３３により撮像した被写体の画像が内視鏡画像として表示される。
上記挿入部１１の先端部２１には、照明窓２５及び観察窓２６の前方側に２次元的に配置された振動子アレイ２８が設けてある。なお、ここでの振動子アレイ２８は、２次元的に振動子エレメント（振動子と略記）が配列されたものを意味し、１次元的に振動子を配列したものを振動子アレイと呼ぶとすると、その１次元の配列方向とは異なる方向にも配列した振動子アレイ群となる。

本実施例では、この振動子アレイ２８を設けることにより、以下に説明するように超音波診断がし易い、超音波プローブ或いは超音波内視鏡２と、超音波画像診断装置１を実現できるようにしている。なお、超音波プローブに光学的な観察機能を設けたものを超音波内視鏡と呼ぶ。
図２（Ａ）は、２次元的に配置された振動子アレイ２８を平面状に展開した状態で示したものである。
この振動子アレイ２８は、例えば横及び縦方向に、ｍ×ｎ個の振動子Ｅを配列して構成される。各振動子Ｅは、図２（Ｂ）に示すように、振動子本体３７と、この振動子本体３７の超音波放射面側に積層した音響レンズ３８と、この振動子本体３７の超音波放射面と反対側に積層した音波を吸収ないしは減衰させるバッキング層３９とから構成される。 なお、振動子本体３７の両面には、それぞれ電極が設けてあり、両電極間に超音波を励振させるための高周波の送信パルス（駆動パルス）が印加される。この場合、超音波放射面側は、例えばグランド側の電極となり、全ての振動子Ｅで共通となり、他方の背面側の電極に高周波の送信パルスが印加される。

図３は、図１における超音波内視鏡２における超音波に関する電気系と、その振動子アレイ２８に対する駆動及び信号処理を行う超音波観測装置５との概略の構成を示す。
先端部２１には２次元的に配置された振動子アレイ２８と共に、振動子アレイ２８における駆動すべき振動子を略直交する２方向において選択する２組のマルチプレクサ群４１、４２と、これらのマルチプレクサ群４１、４２の切替を制御する切替制御回路４３とが設けてある。
また、先端部２１における振動子アレイ２８の後端付近に照明窓２５，観察窓２６とが設けてある。
このように本実施例では、可撓性を有する挿入部１１の先端部２１に、２次元的に配列される振動子アレイ２８と、振動子アレイ２８の近傍にマルチプレクサ群４１、４２及び切替制御回路４３とを設けることにより、挿入部１１内等を挿通するのに必要となる信号線４４の本数を削減して、挿入部１１等が太くなってしまうようなことを解消できるようにしていることが特徴の１つとなっている。

振動子アレイ２８は、これに接続されたマルチプレクサ群４１、４２を介して超音波観測装置５内の送信パルスを発生する送信ブロック４５及び振動子アレイ２８により受信したエコー信号に対する受信処理を行う受信ブロック４６に接続される。
また、マルチプレクサ群４１、４２の切替を制御する切替制御回路４３は、制御信号線４７を介して超音波観測装置５内の制御処理を行う制御ブロック４８に接続される。
また、受信ブロック４６は、さらに信号処理ブロック４９と接続され、この信号処理ブロック４９を介して超音波断層像等に対応する映像信号が生成され、この超音波観測装置５からミキサ６或いはミキサ６を介することなくモニタ７に出力され、モニタ７の表示面に超音波断層像や超音波３次元画像を表示できるようにしている。

また、超音波内視鏡２における例えば操作部１２には、超音波の走査方向の指示等を行う走査指示スイッチ部５０が設けてあり、この走査指示スイッチ部５０を構成する走査指示スイッチ５０ａ及び５０ｂを操作することにより、その指示信号は、制御ブロック４８に入力され、制御ブロック４８は、対応する制御を行う。
例えば、走査指示スイッチ５０ａが操作された場合には、制御ブロック４８は、送信ブロック４５及び受信ブロック４６を制御すると共に、切替制御回路４３を介してマルチプレクサ群４１、４２を制御し、振動子アレイ２８における振動子Ｅを挿入部１１の軸方向に配列されたものが順次駆動されるように制御する。
また、走査指示スイッチ５０ｂが操作された場合には、振動子アレイ２８における振動子Ｅが挿入部１１の軸と直交する方向に配列されたものが順次駆動されるように制御する。この説明は、図５において後述する。

図４は、振動子アレイ２８を駆動すると共に、振動子アレイ２８により得られた超音波エコー信号に対する信号処理系の構成を示す。
本実施例では、２次元的に配列された振動子Ｅｉｊ（ここで、ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ）に対して、ユーザによる選択指示により、２つの方向に沿って配列された振動子Ｅを順次駆動して、挿入部１１の軸方向（図４に示すＡ方向と略記）と、挿入部１１の軸と直交する方向（図４に示すＢ方向と略記）に対する超音波エコー情報とを簡単に得られるようにしている。
このため、本実施例では、Ａ方向の走査用のマルチプレクサ群４１（その構成要素を４１ａ、４１ｂ、…、４１ｍ）と、Ｂ方向の走査用のマルチプレクサ群４２（その構成要素を４２ａ、４２ｂ、…、４１ｎ）とを設けている。

マルチプレクサ群４１における第１番目の構成要素となる第１のマルチプレクサ４１ａの端子ａ、ｂ、…、ｎは、第１列目に沿った振動子Ｅ１１、Ｅ１２，…Ｅ１ｎとそれぞれ接続され、端子ｎ＋１は無接続となっている。
つまり、マルチプレクサ群４１における第ｉ番目の構成要素となる第ｉのマルチプレクサ４１ｉの端子ａ、ｂ、…、ｎは、第ｉ列目に沿った振動子Ｅｉ１、Ｅｉ２，…Ｅｉｎとそれぞれ接続され、端子ｎ＋１は無接続となっている。
一方、マルチプレクサ群４２における第１番目の構成要素となる第１のマルチプレクサ４２ａの端子ａ、ｂ、…、ｍは、第１行目に沿った振動子Ｅ１１、Ｅ２１，…Ｅｍ１とそれぞれ接続され、端子ｍ＋１は無接続となっている。
つまり、マルチプレクサ群４２における第ｊ番目の構成要素となる第ｊのマルチプレクサ４２ｊの端子ａ、ｂ、…、ｍは、第ｊ行目に沿った振動子Ｅ１ｊ、Ｅ２ｊ，…Ｅｍｊとそれぞれ接続され、端子ｍ＋１は無接続となっている。

また、マルチプレクサ４１ａ、４１ｂ、…、４１ｍの各共通端子ｃ′とマルチプレクサ４２ａ、４２ｂ、…、４２ｍの各共通端子ｃ′とはそれぞれ接続されている。図４では、ｎ＝ｍ＋１として共通端子の接続状態を示している。
そして、ｎ本の信号線が超音波観測装置５内に設けた超音波ビームを収束するためのビームフォーマ５１を介して送信ブロック４５と受信ブロック４６とに接続される。このビームフォーマ５１は複数の振動子をその位相をずらして駆動することにより、超音波ビームを電子的に収束させて出射させることができると共に、走査方向の制御もできる。
また、マルチプレクサ群４１及び４２は、切替制御回路４３により、共通端子ｃ′と接続される端子が設定される。この切替制御回路４３による切替設定は、超音波観測装置５内の制御ブロック４８による制御信号により決定される。

そして、共通端子ｃ′を介して送信ブロック４５と接続される振動子Ｅには、送信ブロック４５からの送信パルスが印加され、その振動子Ｅは、超音波をパルス状に発生し、生体側に送信される。その超音波（信号）は、生体組織の音響インピーダンスが変化している部分で反射され、その反射超音波は送信に用いられた振動子Ｅにより受信され、電気信号としての超音波エコー信号に変換される。そして、受信ブロック４６にて処理される。 超音波観測装置５内では、受信ブロック４６は、信号処理ブロック４９を構成するＡ／Ｄ変換回路５３と接続され、受信ブロック４６で受信され、増幅された後、包絡線検波されたエコー信号は、Ａ／Ｄ変換回路５３によりＡ／Ｄ変換される。
Ａ／Ｄ変換されたエコー信号データは、メモリ５４に一時格納される。メモリ５４に格納されたエコー信号データは、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣと略記）５５により、直交座標系の信号データに変換された後、ビデオ生成回路５６に入力される。このビデオ生成回路５６は、入力された信号をビデオ信号に変換して、その出力端から出力する。この出力信号はミキサ６を介して或いはミキサ６を介することなくモニタ７に出力され、モニタ７の表示面には超音波断層像が表示される。

また、メモリ５４に格納されたエコー信号データは、画像処理回路５７によって、３次元画像の生成処理が行われ、この画像処理回路５７内部のメモリに格納される。そして、ユーザが超音波観測装置５のフロントパネル等に設けた表示設定部５８からその表示指示を行うことにより、ＤＳＣ５５を介してビデオ生成回路５６に出力され、モニタ７には３次元の超音波断層像が表示される。なお、３次元画像の生成処理は、例えば特開平１０−２６２９６３号公報その他の公知の処理を用いる。
なお、表示設定部５８は、図示しないマウスなどにより、３次元画像表示されている状態において所望とする断面を指示し、その断面の断層像を表示させることもできる。
図６から図８により説明するように振動子アレイ２８は、先端部２１における曲面上等に２次元的に配列されるが、その前に図５を参照して振動子アレイ２８を直交する２方向に駆動走査する方法を説明する。
図５（Ａ）は、走査指示スイッチ５０ａが操作された場合におけるＡ方向の駆動走査の様子を示し、図５（Ｂ）は、走査指示スイッチ５０ｂが操作された場合におけるＢ方向の駆動走査の様子を示す。

走査指示スイッチ５０ａが操作された場合には、制御ブロック４８は、切替制御回路４３に制御信号を送り、マルチプレクサ群４１をイネーブルにし、かつマルチプレクサ群４２をアンネーブルにする。この場合、マルチプレクサ群４２は図４に示しているいるように無接続の端子ｍ＋１が選択され、マルチプレクサ群４１の動作に影響しない。
また、この場合、図５（Ａ）に示すようにマルチプレクサ群４１におけるマルチプレクサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、…の端子ａが（共通端子ｃ′と接続されるように）選択される。
そして、送信ブロック４５からの送信駆動パルスがマルチプレクサ群４１のマルチプレクサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、…に順次印加され、従って、図５（Ａ）における振動子アレイ２８における第１行目の振動子Ｅ１１，Ｅ２１，Ｅ３１、…が順次駆動されることになり、Ａ方向の走査が行われる。

第１行目の振動子Ｅ１１，Ｅ２１，Ｅ３１、…が順次駆動されると、マルチプレクサ群４１のマルチプレクサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、…の端子ｂが選択されるように切り替えられる。その後、送信ブロック４５からの送信駆動パルスがマルチプレクサ群４１のマルチプレクサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、…に順次印加され、従って、図５（Ａ）における振動子アレイ２８における第２行目の振動子Ｅ１２，Ｅ２２，Ｅ３２、…が順次駆動されることになり、Ａ方向の走査が繰り返される。
振動子アレイ２８における第３行目以降の振動子も同様に駆動走査される。このようにＡ方向の走査が、Ｂ方向に順次繰り返されることにより、２次元的に駆動走査される。

一方、走査指示スイッチ５０ｂが操作された場合には、制御ブロック４８は、切替制御回路４３に制御信号を送り、マルチプレクサ群４１をアンネーブルにし、かつマルチプレクサ群４２をイネーブルにする。この場合、マルチプレクサ群４１は図４に示している無接続の端子ｎ＋１が選択され、マルチプレクサ群４２の動作に影響しない。
また、この場合、図５（Ｂ）に示すようにマルチプレクサ群４２におけるマルチプレクサ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、…の端子ａが（共通端子ｃ′と接続されるように）選択される。

そして、送信ブロック４５からの送信駆動パルスがマルチプレクサ群４１のマルチプレクサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、…に順次印加され、従って、図５（Ｂ）における振動子アレイ２８における第１列目の振動子Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３、…が順次駆動されることになり、Ｂ方向の走査が行われる。
第１列目の振動子Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３、…が順次駆動されると、マルチプレクサ群４２のマルチプレクサ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、…の端子ｂが選択されるように切り替えられる。その後、送信ブロック４５からの送信駆動パルスがマルチプレクサ群４２のマルチプレクサ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、…に順次印加され、従って、図５（Ｂ）における振動子アレイ２８における第２列目の振動子Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ３２、…が順次駆動されることになり、Ｂ方向の走査が繰り返される。

振動子アレイ２８における第３列目以降の振動子も同様に駆動走査される。
このようにＢ方向の走査が、Ａ方向に順次繰り返されることにより、２次元的に駆動走査される。
また、図４に示すように走査モードの設定を行う走査モード設定部５９を設けることにより、この走査モード設定部５９により設定した走査モードにより走査させるようにしても良い。図５の説明では、Ａ方向の走査を、Ｂ方向に繰り返す２次元走査等により説明したが、例えばＡ方向の走査の後にＢ方向に十字状などに走査させるようにしても良い。 このように本実施例では、ユーザは、走査指示スイッチ５０ａ、５０ｂを操作することにより、簡単に超音波の走査方向を変更して、対応する超音波エコー情報を得ることができる。従って、ユーザは、所望とする走査方向に対応する走査指示スイッチ５０ａ、５０ｂを操作することにより、簡単に超音波の走査方向を変更して、対応する超音波エコー情報を得ることができ、またその超音波エコー情報は超音波観測装置５により信号処理されて超音波断層像や３次元画像を得ることができる。

また、本実施例では、図３を参照して上述したように振動子アレイ２８の近傍にマルチプレクサ群４１、４２及び切替制御回路４３を配置しているので、２次元的に振動子を配列した振動子アレイ２８の場合においても、配列数の多い方の配列数（具体的にはｎ）の本数の信号線４４と、切替制御回路４３を制御する制御信号線４７を超音波内視鏡２内に挿通することで振動子アレイ２８の駆動及び受信との処理が行えるようにしている。このため、特に挿入部１１が太くなることを回避できると共に、多数の信号線４４を挿通するために断線等が起こり易くなる等の信頼性の低下を防止できる。また、超音波内視鏡２を低コスト化することもできる。
図６は、本実施例に挿入部１１の先端部に搭載する振動子アレイ２８と、その一部を駆動する説明図を示す。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、先端部２１に振動子アレイ２８を平面に沿って２次元的に配置したものを示し、図６（Ａ）は平面図を示し、図６（Ｂ）は側面図を示す。
この場合には、振動子アレイ２８が配列された平面と対向する面の超音波画像を得る場合に適する。

図７は、振動子アレイ２８を、挿入部１１の外周面と略相似形状にした先端部２１における略円筒面（ないしは断面が楕円となる楕円面）における周方向の一部の領域に２次元的に配置したものを示す。通常のコンベックスタイプでは挿入部１１の軸方向に凸形状に形成して、１次元配列されたものであるが、図７に示す場合には、挿入部１１の軸と直交する周方向に略円筒面形状にして、この円筒面に振動子アレイ２８を２次元的に配列した構成にしている。この場合には、周方向に走査することにより、ラジアル走査における一部、つまり扇形状に走査した場合の広範囲の超音波画像が得られる。
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、通常のコンベックスタイプのものと図７の構造とを組み合わせたような振動子アレイ２８の配置例を示す。ここで、図８（Ａ）は側面図、図８（Ｂ）は斜視図を示し、図８（Ｂ）においては先端開口２７から穿刺針６１を突出した状態にて示している。

通常のコンベックスタイプの場合には、挿入部１１の軸方向に対して図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように凸レンズ状の曲面が形成され、この曲面に沿って振動子アレイ２８が１次元的に配置されるものであるが、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す場合にはさらに周方向にも凸レンズ状に曲面が形成され、その曲面に沿って振動子アレイ２８が配置されている。
従って、この構成によれば、周方向に対しても、或いは挿入部の軸方向に走査した場合にも広範囲に走査でき、広範囲の超音波画像が得られる。
また、先端開口２７は、先端部２１における斜面部に形成されており、この先端開口２７から突出（導出）される穿刺針６１の先端側は、振動子アレイ２８における周方向及び挿入部１１の長手方向（軸方向）の走査領域内に存在するように設定されている。

従って、この構成によれば、先端開口２７から突出される穿刺針６１の先端側を、振動子アレイ２８により、２次元走査を行うことにより、２次元走査により得られる超音波３次元ボリュームデータ内に捕らえることができ、画像処理回路５７により画像処理することにより、穿刺針６１を３次元画像としてその３次元位置を把握し易いように表示することができる。
図７及び図８においては、振動子アレイ２８は曲面に沿って配置されており、この場合には、振動子アレイ２８は３次元的な広がりを持って配置されている。
図９は、例えば図８に示した配列の場合において、例えば挿入部１１の軸と略直交する周方向に走査した場合のものを挿入部１１の軸方向に繰り返した場合に得られる代表的な走査位置Ａ１、Ａ２、Ａ３での扇形状の走査による２次元の断層像データＤ１、Ｄ２、Ｄ３を示す。

なお、図９における走査方向を入れ替えた場合にも、断面位置は当然に異なるが、略扇形状の２次元の断層像データが得られる。
各走査位置Ａｋ（ｋ＝１〜３）により得られる扇形状の２次元の断層像データは、図４のメモリ５４に順次格納し、画像処理回路５７により３次元画像の構築処理を行うことにより、図１０（Ａ）に示すように３次元画像Ｖが得られる。この図１０（Ａ）においては、血管部分Ｋや腫瘍部分Ｓ等も模式的に示す。また、穿刺針６１の像６１ａも示している。
また、この図１０（Ａ）において、例えば直交する断面Ｄａ、Ｄｂを指定することにより、図１０（Ｂ）や図１０（Ｃ）に示すように表示させることもできる。

このように本実施例によれば、１つの超音波内視鏡２により、図１０（Ａ）に示すようにラジアル走査の一部に対応する扇形状に走査した断面と、挿入部１１の軸方向にリニア走査したのに近い場合との両方に走査したような複合的な３次元画像データが得られるので、超音波観測装置５により立体画像の生成処理を行うことにより、図１０（Ａ）に模式的に示すように関心領域等の形状等を把握し易い３次元画像が得られる。従って、血管部分Ｋや腫瘍部分Ｓその他の３次元画像が得られ、それらの関係を把握し易い。
また、腫瘍部分Ｓ等の関心領域と共に、穿刺針６１の先端側も同時に表示でき、それらの位置関係の立体的な把握が行い易い。従って、穿刺ルートの確認等を容易に行うことができると共に、処置も行い易い。

また、本実施例によれば、最初から例えば図１０（Ａ）における断面ＤａやＤｂの走査方向を指定することにより、腫瘍部分Ｓ等を捕らえた断層像を得ることができる。この断層像から、その周辺付近で２次元走査を行えば、図１０（Ａ）に示すような３次元画像を得ることができ、関心領域等の検査を行い易い。
つまり、本実施例によれば、挿入部１１を細径化できると共に、異なる方向への走査（挿入部１１の軸と直交する方向と、挿入部１１の軸方向）を自由に行うことができ、かつ各走査方向に対応する断層像が容易に得られ、操作性の良好な超音波内視鏡２を実現できる。なお、光学的な観察手段を設けていない場合においては、操作性の良好な超音波プローブを実現できることになる。

特に図７或いは図８のように凸となる曲面に沿って振動子アレイ２８を配置した場合には、所望とする関心領域を含むような断層像を得ることが容易にできる。
また、上記のようにラジアル走査とリニア走査とを複合（組み合わせ）した３次元画像を得ることができ、１回の超音波内視鏡検査により、超音波内視鏡検査と穿刺処置も行うことができる。また、本実施例によれば、３次元画像の断面を指定することにより、２次元断層像においてもそれらの位置関係を把握し易いように表示できる。

次に本発明の実施例２を図１１ないし図１３を参照して説明する。本実施例は、実施例１の目的と共に、さらに穿刺等の処置を複数の（処置具用チャンネルの）先端開口から処置具を同時に使用する場合に、これら処置具の位置関係を超音波走査により明確に表示することができる超音波画像診断装置を提供することも目的とする。
図１１は、実施例２を備えた超音波画像診断装置１Ｂを示す。この超音波画像診断装置１Ｂは、図１の超音波画像診断装置１において、超音波内視鏡２の一部の構成を変更した超音波内視鏡２Ｂとしている。
本超音波内視鏡２Ｂは、図１の超音波内視鏡２において、２つの処置具用チャンネル２９ａ、２９ｂを備えたものにしており、チャンネル２９ａ、２９ｂの手元側は挿入口３０ａ、３０ｂと連通し、先端側は先端部２１において先端開口２７ａ、２７ｂと連通している。

図１２は、この超音波内視鏡２Ｂの先端側の構成を示し、チャンネル２９ａ、２９ｂを挿通した２本の穿刺針６１、６２を先端開口２７ａ、２７ｂから突出した状態を示す。 そして、この場合における例えば穿刺針６１、６２に近い側において、図９に示すように走査した場合に得られる３次元ボリュームデータにより３次元画像表示した様子を図１３に示す。
この場合、各穿刺針６１及び６２の像６１ａ、６１ｂの状態を立体的に把握できると共に、処置対象となる腫瘍部分Ｓその他の関心領域との位置関係を明確に把握（視認）できるように表示できる。従って、各穿刺針６１，６２により同時に穿刺して処置することもできる。

この場合、２つの先端開口２７ａ、２７ｂから突出される処置具（この場合、穿刺針６１，６２）を分離識別することは従来例では困難であったが、本実施例ではそれらを超音波の走査領域内に捕らえて３次元的に表示できるので、（超音波３次元画像の観察下において）各処置具による処置を一度に行うことができ、術者及び患者の負担を大幅に軽減できる。

なお、図１３において、各穿刺針６１及び６２をそれぞれ含むような断面或いは断面に近い立体画像を表示させるようにしても良い。

図１４は変形例を備えた超音波画像診断装置１Ｃの概略の構成を示す。この超音波画像診断装置１Ｃは、図３或いは図１１の超音波画像診断装置１或いは１Ｂにおいて、超音波内視鏡２或いは２Ｂの先端部２１にさらにマルチプレクサ７１を設け、このマルチプレクサ７１を切り替えてマルチプレクサ群４１，４２に送信パルスを供給する。
この場合には、図３により概略を示していた信号線４４をグランド線を除くと１本に削減できる。このため、挿入部１１を大幅に細径化することができる。なお、ビームをフォーカスする場合においては、複数本の信号線４４が同時に必要になるが、その場合においても、ビームをフォーカスするに必要な本数に削減できる。
なお、上述した各実施例を部分的に組み合わせる等して構成される実施例等も本発明に属する。

可撓性を有する挿入部の先端部に振動子を２次元的に配置した振動子アレイを設けた超音波プローブ又は超音波内視鏡を体腔内に挿入し、走査指示スイッチにより走査方向の指示操作を行うことにより、挿入部方向や挿入部と直交する周方向等に超音波を走査して簡単に診断に適した２次元断層像や３次元画像情報を得られるようにした。

［付記］本発明は以下の内容も含む。
１．請求項１において、さらに前記駆動切替手段に対して走査方向の指示操作を行う走査方向指示手段を有する。
２．請求項１において、前記駆動切替手段は、少なくとも２つの異なる走査方向に対応してそれぞれ複数のマルチプレクサを備えた第１及び第２のマルチプレクサ群を有する。 ３．付記２において、前記先端部には、さらに前記第１及び第２のマルチプレクサ群の切替を行う切替制御手段を内蔵する。
４．請求項７において、前記超音波プローブは、処置用に形成された処置具用チャンネルを２つ有し、前記処置具用チャンネルの先端開口から突出されるそれぞれの処置具を前記超音波３次元画像内に表示可能にした。

本発明の実施例１を備えた超音波画像診断装置の構成を示す図。 挿入部の先端部に配置される振動子アレイ及び振動子の構成を示す図。 超音波内視鏡及び超音波観測装置における電気系の概略の構成を示すブロック図。 振動子アレイの駆動走査及び信号処理系の構成を示すブロック図。 振動子アレイにおける直交する２方向に駆動走査する場合の詳細を示す説明図。 振動子アレイを２次元的に配置した先端部を示す図。 振動子アレイを２次元的な円筒面ないしは曲面状に配置した先端部を示す斜視図。 振動子アレイを挿入部の軸方向と周方向とにコンベックス状に配置した先端部を示す図。 図８において周方向に駆動走査することを軸方向に繰り返し駆動走査した場合に得られる断層像を示す図。 ３次元の超音波画像と直交する断面位置での２つの超音波断層画像を示す図。 本発明の実施例２を備えた超音波画像診断装置の構成を示す図。 超音波プローブの先端部の構成を示す斜視図。 超音波３次元画像の表示例を示す図。 変形例における超音波画像診断装置の概略の構成を示す図。

符号の説明

１…超音波画像診断装置
２…超音波内視鏡
３…光源装置
４…ビデオプロセッサ
５…超音波観測装置
７…モニタ
１１…挿入部
１２…操作部
１３…ユニバーサルケーブル
１４…超音波ケーブル
１６…超音波コネクタ
２１…先端部
２２…湾曲部
２５…照明窓
２６…観察窓
２７…先端開口
２８…振動子アレイ
３３…ＣＣＤ
４１、４２…マルチプレクサ群
４３…切替制御回路
４５…送信ブロック
４６…受信ブロック
４８…制御ブロック
４９…信号処理ブロック
５０…走査指示スイッチ部
５８…表示設定部
６１、６２…穿刺針
代理人 弁理士 伊藤 進

Claims (8)

1. 体腔内に挿入される可撓性を有する挿入部を備えた超音波プローブにおいて、
   前記挿入部の先端部に設けられ、超音波信号の送受信を行う超音波振動子が２次元的に配置されて形成される超音波振動子アレイと、
   前記挿入部の先端部に設けられ、前記超音波振動子アレイにおける駆動する超音波振動子の走査方向を異なる方向に切り替え可能とする駆動切替手段と、
   を具備したことを特徴とする超音波プローブ。
2. 前記超音波振動子アレイを構成する個々の超音波振動子は、前記挿入部の長手方向に複数個配置されると共に、前記先端部の周方向に複数個配置されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記超音波振動子アレイを構成する個々の超音波振動子は、前記挿入部の長手方向にコンベックス状に複数配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波プローブ。
4. 前記駆動切替手段は、前記超音波振動子アレイを構成する超音波振動子を２次元的に走査して駆動させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超音波プローブ。
5. 前記駆動切替手段は、少なくともマルチプレクサを用いて構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超音波プローブ。
6. 前記超音波プローブは、前記挿入部の先端部に光学的な観察手段を備えた超音波内視鏡を形成する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の超音波プローブ。
7. 少なくとも、可撓性を有する挿入部、及び前記挿入部の先端部に設けられ、超音波信号の送受信を行う超音波振動子が２次元的に配置された超音波振動子アレイ、を備えた超音波プローブと、
   前記超音波振動子アレイにおける超音波振動子の走査方向を切り替える駆動切替手段と、
   前記超音波振動子アレイにより受信された超音波信号から超音波３次元画像を構築する画像構築手段と、
   を具備したことを特徴とする超音波画像診断装置。
8. 前記超音波プローブは、処置用に形成された処置具用チャンネルを少なくとも１つ有し、前記処置具用チャンネルの先端開口から突出される処置具を前記超音波３次元画像内に表示可能にしたことを特徴とする請求項７記載の超音波画像診断装置。

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