JP2006288580A - 穿刺用プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】 近距離の穿刺針の確認を可能にすることができ、検査を通じて穿刺針の位置を正確に把握することができる穿刺用プローブを提供する。
【解決手段】 穿刺針３を保持する穿刺用アダプタ２を装着するための穿刺用アダプタ挿脱溝１０１がスライス方向側に設けられた第１の超音波振動素子６１及び第２の超音波振動素子６２からなる超音波振動素子列１０と、バッキング材９と、音響レンズ５とを有し、第２の超音波振動素子６２から発せられた超音波のフォーカス方向を、複数の第１の超音波振動素子６１からの超音波のフォーカス方向よりアダプタ挿脱溝１０１側に傾斜させるための傾斜部５２を音響レンズ５に形成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、穿刺針を被検体に刺し入れて患部の組織を採取又は治療する穿刺術に用いられる穿刺用プローブに関するものである。

図５は、従来の超音波プローブの内部の構成を示す斜視図である。図５に示すように、超音波プローブ１は、音響的に制動作用を行うバッキング材９上に、電気パルスを超音波に変換して被検体内に送信すると共に、被検体内で反射し、受信した超音波を電気信号に変換する短冊状の超音波振動素子６が多数並行に固着されている。

超音波振動素子６は、例えばチタンジルコン酸鉛（ＰＺＴ）よりなり、その背面（下面）には、焼き付け又は蒸着等の手段により信号電極が形成され、各超音波振動素子６の間には樹脂等が充填されている。ここで、短冊形状をなす超音波振動素子６の長さ方向をスライス方向とし、そのスライス方向に直交し、各超音波振動素子６を配列した方向をアレイ方向という。

超音波振動素子６の音波放射面側（バッキング材９が設置されている側と反対側）には、効率良く短い波形の超音波を放射するための共通電極７と音響整合層８とが形成され、音響整合層８の上には超音波ビームをフォーカスさせるために表面を円弧形状とした音響レンズ５が接着されている。音響レンズ５の材質は、例えばシリコンゴム（音速約１０００ｍ／ｓｅｃ）であり、スライス方向の断面形状は半円形状であり、超音波振動素子列から発せられる超音波の焦点距離を例えば深さ６ｃｍに設定したい場合には、音響レンズ５の表面の曲率半径は約３０ｍｍである。

そして、超音波振動素子６から発せられた超音波は対象臓器（図示せず）で反射され、この反射波が超音波振動素子６により受信され、電気信号に変換された後、図示しない処理装置により処理されて表示装置等に表示される。

ここで、被検体内の患部から組織を穿刺針で採取するような場合、超音波画像のガイドのもとで行われることが多い。この穿刺作業をより容易にするために、超音波プローブに穿刺針を装着するためのアタッチメントが各種実用化されている。特に近年では、穿刺専用としての形状を施した超音波プローブ（以下、穿刺用プローブと称する）がある（例えば、特許文献１）。

図６（ａ）は、穿刺用プローブの従来の外観構成を示す斜視図である。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）において穿刺用プローブの放射面側（被検者の体表に対向する側）の構成を示す平面図である。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、この穿刺用プローブ１は、穿刺針３を被検体の体表に対し比較的垂直に挿入し、体表に刺した直後から超音波画像の確認を可能とすることを目的として、穿刺用プローブ１の実効部分上に穿刺針３を通過させるアダプタ挿脱溝４が形成されている。

そして、穿刺針３を所定の角度で保持し、被検体の体腔内に案内するための穿刺アダプタ２が、アダプタ挿脱溝４に嵌合して着脱自在に取り付けられる。

ここで、前記実効部分とは、前述した超音波振動子６が列設されてなる超音波振動素子列が配置された部分であり、超音波振動素子列は穿刺用プローブ１の放射面に対向するように穿刺用プローブ１の内部に設置されている。すなわち、アダプタ挿脱溝４は、穿刺用プローブ１に内蔵されたアレイ状の超音波振動素子列の一部を欠落させて形成されている。

特開平１０−２４８８４９号公報

しかしながら、このような穿刺用プローブ１では、アダプタ挿脱溝４の形成部分において超音波振動素子列が欠落しているため、アダプタ挿脱溝４の有無によるスライス方向の音場に偏りが生じ、近距離の分解能に影響を与え、その結果として、近距離での穿刺針の確認が困難な場合があった。

図７は、従来の穿刺用プローブ１におけるアダプタ挿脱溝４の有無によるスライス方向の音場の違いを示すシミュレーション図であり、図７（ａ）は、アダプタ挿脱溝４の形成部分以外（図６（ｂ）のＡ−Ａ）におけるスライス方向の音場（音圧分布）を示す図、図７（ａ）は、アダプタ挿脱溝４の形成部分（図６（ｂ）のＢ−Ｂ）におけるスライス方向の音場（音圧分布）を示す図である。なお、図７（ａ），（ｂ）では、横軸を深さ方向（ｍｍ）、縦軸をスライス方向の幅（中心を０）とし、超音波振動素子列から発せられる超音波の焦点距離をほぼ８０ｍｍに設定したものである。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、アダプタ挿脱溝４が形成された部分以外では、穿刺用プローブ１の放射面から遠距離に至るまで、スライス方向の音場の軸がまっすぐに保たれている。

一方、図７（ｂ）に示すように、アダプタ挿脱溝４が形成された部分では、穿刺用プローブ１の放射面から近距離の部分（例えば、深さ４０ｍｍ）において、スライス方向の音場の軸が曲げられることが認められる。

このように、アダプタ挿脱溝４が形成された部分では、穿刺用プローブ１の放射面から近距離の部分（例えば、深さ４０ｍｍ）まで、スライス方向の音場の軸が曲げられるため、近距離部分の穿刺針３の画像が確認しにくい問題が生じていた。

また、この問題は、送受信の可変口径・可変フォーカシング（近距離においては、少ない超音波振動素子で送受信し、遠距離になるにしたがって多くの超音波振動素子で送受信する方法）の効果により、アダプタ挿脱溝４が形成された部分の超音波振動素子６の音場の軸の影響は、ごく近距離では強く出るが、遠方になるにしたがって弱まることが顕著である。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、アダプタ挿脱溝の形成によって超音波振動素子列が欠損した構成をなす穿刺用プローブにおいて、近距離の穿刺針の確認を可能にすることができ、検査を通じて穿刺針の位置を正確に検知することができる穿刺用プローブを提供することにある。

上記課題を解決するための、請求項１記載の発明に係る穿刺用プローブは、短冊形状をなす複数の第１の超音波振動素子と、係る第１の超音波振動素子よりも長さが短い、少なくとも１つの第２の超音波振動素子とからなり、係る第２の超音波振動素子を間に挟んで前記第１の超音波振動素子がスライス方向と直交するアレイ方向に前記短冊形状の長さ方向の一辺を揃えて配列されることによって、前記第２の超音波振動素子のスライス方向側に、穿刺針を保持する穿刺用アダプタを装着するためのアダプタ挿脱溝が設けられた超音波振動素子列と、前記超音波振動素子列がなす一方の面に設けられて、前記超音波振動素子列から前記一方の面方向に発せられる超音波を制動するバッキング材と、前記超音波振動素子列がなす他方の面に設けられて、前記超音波振動素子から発せられる超音波をフォーカスするための音響レンズとを有し、前記第２の超音波振動素子と、係る第２の超音波振動素子の一方の面に設けられたバッキング材と、前記第２の超音波振動素子の他方の面に設けられた音響レンズとは、前記第２の超音波振動素子から発せられる超音波が前記複数の第１の超音波振動素子からの超音波のフォーカス方向より前記アダプタ挿脱溝側に傾斜してフォーカスする構造とされたことを特徴とする。

かかる構成のように、前記第２の超音波振動素子から発せられる超音波の焦点距離を、前記第１の超音波振動素子から発せられる超音波の焦点距離よりも傾けることにより、スライス方向の音場の軸を照射面から近距離で立ち上がらせることとなるので、超音波診断装置の画像において穿刺針を近距離で視認することが可能となる。

上記課題を解決するための、請求項２記載の発明に係る穿刺用プローブは、請求項１に記載の穿刺用プローブにおいて、前記第２の超音波振動素子から発せられた超音波のフォーカス点を、前記複数の第１の超音波振動素子からの超音波のフォーカス方向より前記アダプタ挿脱溝側に傾斜させるための傾斜部が音響レンズに形成されたことを特徴とする。

上記課題を解決するための、請求項３記載の発明に係る穿刺用プローブは、請求項１又は２に記載の穿刺用プローブにおいて、前記第２の超音波振動子が前記アダプタ挿脱溝側に所定角度傾斜されたことを特徴とする。

上記課題を解決するための、請求項４記載の発明に係る穿刺用プローブは、請求項３に記載の穿刺用プローブにおいて、前記アダプタ挿脱溝側に所定角度傾斜した前記第２の超音波振動素子に応じた傾斜部が前記バッキング材に形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、第２の超音波振動素子から発せられる超音波の焦点距離を第１の超音波振動素子から発せられる超音波の音軸を内側に傾けたり、焦点距離よりも短くすることで、スライス方向の音場の軸をアダプタ挿脱溝が形成された側に、より近距離（プローブ近く）から傾け、近距離から超音波診断装置画像にて穿刺針の確認を可能にすることができ、臨床上、穿刺針の位置を正確に検知することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る穿刺用プローブの一実施形態における構成を示す斜視図であり、図１（ａ）は、穿刺針を保持した穿刺アダプタを装着させた穿刺用プローブの側面図、図１（ｂ）は、穿刺針を保持した穿刺アダプタを装着させた穿刺用プローブの底面図である。なお、短冊形状をなす超音波振動素子６の長さ方向をスライス方向とし、そのスライス方向に直交し、各超音波振動素子６を配列した方向をアレイ方向という。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の穿刺用プローブ１は、穿刺針３を被検者の体表に対し比較的垂直に挿入し、体表に刺した直後から超音波画像の確認が可能となることを目的として、穿刺用プローブ１の実効部分上にアダプタ挿脱溝４が形成されている。

そして、穿刺針３を所定の角度で保持し、被検体の体腔内に案内するための穿刺アダプタ２が、アダプタ挿脱溝４に嵌合して着脱自在に取り付けられる。

また、本実施形態の穿刺用プローブ１は、従来の穿刺用プローブと同様に、超音波振動素子６が、例えばチタンジルコン酸鉛（ＰＺＴ）よりなり、その背面（下面）には、焼き付け又は蒸着等の手段により信号電極が形成され、各超音波振動素子６の間には樹脂等が充填されている。さらに、超音波振動素子６の音波放射面側（バッキング材９が設置されている側と反対側）には、効率良く短い波形の超音波を放射するための共通電極７と音響整合層８とが形成され、音響整合層８の上には超音波ビームをフォーカスさせるための円筒形の音響レンズ５が接着されている。音響レンズ５の材質は、例えばシリコンゴム（音速約１０００ｍ／ｓｅｃ）であり、スライス方向の断面形状は半円形状であり、超音波振動素子列から発せられる超音波の焦点距離を例えば６ｃｍに設定したい場合には、音響レンズ５の表面の曲率半径は約３０ｍｍである（図５参照）。

本実施形態の穿刺用プローブ１は、アレイ方向に並設した複数の超音波振動素子６の上下方向に電圧を印加して超音波を発生させ、被検体へ送信し、被検体内で反射した超音波を各超音波振動素子６が受信して、その情報を上下面に発生した電圧として取得する。なお、本実施形態では、このように構成された超音波振動素子６、共通電極７及び音響整合層８をまとめて、超音波振動素子列１０として説明する。

ここで、超音波画像を取得する上では、アダプタ挿脱溝４のない状態の超音波振動子列１０による配列面が本来望ましい。従って、この望ましい超音波振動子列１０による配列面を実効部分という。すなわち、本実施形態のようにアダプタ挿脱溝４が形成された穿刺用プローブでは、前記実効部分が欠落した態様となる。

このように、アダプタ挿脱溝４がスライス方向側の一端に形成されているため、例えば、超音波振動子列１０が１５０素子で構成されていた場合、所定数（例えば２０素子）の超音波振動素子６２（本請求項にいう第２の超音波振動素子）が他の超音波振動素子６１（本請求項にいう第１の超音波振動素子）よりも短く形成されることとなる（図４参照）。また、アダプタ挿脱溝４の形成により、超音波振動素子列１０のアダプタ挿脱溝１０１、音響レンズ５のアダプタ挿脱溝５１及びバッキング材９のアダプタ挿脱溝９１が形成されることとなる。

（音響レンズの構成）
図２は、本実施形態における音響レンズの構成を示す図であり、図２（ａ）は、本実施形態における音響レンズの構成を示す斜視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

図２（ａ）に示すように、音響レンズ５の表面（超音波振動素子列１０が設置される側と反対側の面）は、超音波ビームをスライス方向でフォーカスさせるために円弧形状とされている。音響レンズ５の材質は、例えばシリコンゴム（音速約１０００ｍ／ｓｅｃ）であり、スライス方向の断面形状は半円形状であり、超音波振動素子列１０から発せられる超音波の焦点距離を例えば深さ６ｃｍに設定したい場合には、音響レンズ５の表面の曲率半径は約３０ｍｍである。

前述したように、音響レンズ５にもスライス方向の一端部側にアダプタ挿脱溝５１が形成されており、そのアダプタ挿脱溝５１のスライス方向側には、前記第２の超音波振動素子から発せられた超音波のフォーカス点（焦点距離）を、前記複数の第１の超音波振動素子からの超音波のフォーカス点（焦点距離）より短くする傾斜部５２が形成されている。

すなわち、本実施形態の音響レンズ５は、アレイ方向においてアダプタ挿脱溝５１の両側に位置する部分（第１の超音波振動素子６１（図示せず）に対応する部分）を傾斜部５２（第２の超音波振動素子６２（図示せず）に対応する部分）が連結する態様で形成され、図２（ｂ）に示すように、第２の超音波振動素子６２（図示せず）から発せられた超音波の焦点距離が、第１の超音波振動素子６１（図示せず）から発せられた超音波の焦点距離よりも短くするために、傾斜部５２における円弧の中点を外側（アダプタ挿脱溝５１からスライス方向に離れる方向側）にずらしたような形状に設定される。このようにすることで、傾斜部５２による第２の超音波振動素子６２（図示せず）から発せられる超音波の焦点距離を、第１の超音波振動素子６１（図示せず）から発せられる超音波の音軸を内側に傾け、焦点距離より近くする。

図３は、超音波振動素子列１０を可変口径、可変フォーカシング（深さに応じて一定の比で超音波振動素子列の数を増やし口径を大きくした）を実施したときのアレイ方向の音場の影響も重ね合わせたあるスライス面の音場を示した図である。なお、図３では、横軸を深さ方向（ｍｍ）、縦軸をスライス方向の幅（中心を０）とし、超音波振動素子列から発せられる超音波の焦点距離をほぼ８０ｍｍに設定したものである。

図３に示すように、アダプタ挿脱溝４のスライス方向の音場の軸が照射面から所定角度内側に向き、例えば、深さ３０ｍｍ付近で従来（細点線に示す）は、８０ｍｍ付近の音場の軸に対して斜めであったのが、本発明（太点線に示す）により、直線的に一致するようになった。なお、音響レンズ５は注型による作成でもよい。

このように、深さ３０ｍｍ付近で穿刺針が認識されるようにスライス方向の音場の軸が傾けられたので、診断画像に影響する極近距離以外の領域では、ほとんど影響が出ない音場を作ることができる。従って、実用上、近距離においては、診断画像に影響なく、穿刺針３の視認性を高めることが可能である。なお、遠距離になるにしたがって、可変口径による口径が大きくなるために、第２の超音波振動素子６２の影響は少なくなり、実質的には深部音場に影響しない。

（他の実施形態）
（超音波振動子列の構成）
図４は、本発明に係る穿刺用プローブの他の実施形態における内部構成を示す図であり、図４（ａ）は、本実施形態における超音波振動子列及びバッキング材の構成を示す斜視図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のアダプタ挿脱溝におけるスライス面の断面図である。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の穿刺用プローブ１は、アダプタ挿脱溝４がスライス方向側の一端に形成されているため、超音波振動素子列１０においては、アレイ方向に例えば１００素子並列された場合、所定数（例えば１０素子）の超音波振動素子６２（本請求項にいう第２の超音波振動素子）が他の超音波振動素子６１（本請求項にいう第１の超音波振動素子）よりも短く形成されることとなる。従って、超音波振動素子６１に超音波振動素子６２が挟まれる構造となることにより、アダプタ挿脱溝４に対応した「超音波振動子列アダプタ挿脱溝１０１」が形成される。

具体的には、１００素子並列された超音波振動素子列１０のうち、アレイ方向に５０素子（１２ｍｍ）の超音波振動素子６１、１０素子（４ｍｍ）の超音波振動素子６２、４０素子（１２ｍｍ）の超音波振動素子６１の合計３パーツに分けられる。

そして、超音波振動素子６１よりもスライス方向において短い１０素子分（４ｍｍ）の超音波振動素子６２を、超音波振動素子６１に対してアダプタ挿脱溝１０１が形成された方向に所定角度傾斜させている。

一方、バッキング材９には、前述のアダプタ挿脱溝４、アダプタ挿脱溝５１及びアダプタ挿脱溝１０１の形状に応じたアダプタ挿脱溝９１と、超音波振動素子６２の傾斜に応じた傾斜部９２が形成されており、バッキング材９上（照射面側）に超音波振動素子６２が所定角度傾斜された超音波振動素子列１０が載置されることとなる。

これによって超音波振動素子６２から発せられた超音波の音軸が、第１の超音波振動素子６１から発せられた超音波の音軸よりも内側に傾き、スライス方向の音場の軸がアダプタ挿脱溝１０１が形成された側（穿刺針３が通過する側）に傾くので、診断画像に影響する極近距離以外の領域では、ほとんど影響が出ない音場を作ることができる（図３参照）。従って、実用上、近距離においては、診断画像に影響なく、穿刺針３の視認性を高めることが可能である。

本実施形態では、アダプタ挿脱溝５１が形成された従来の音響レンズ５を採用しても十分な効果を得られるが、前述した傾斜部５２が形成された音響レンズ５と組み合わせることにより、接触する被検体よりさらに音速の遅い材料でできた音響レンズ５との入射角の差による音の屈折効果も加わるので、スライス方向の音場の軸がアダプタ挿脱溝４側にさらに傾き、近距離から超音波診断装置画像にて穿刺針３の確認を可能にすることができる。

上述の各実施形態は、本発明の一例であり、本発明は上記実施形態に限定されることはない。また、上述の実施形態では、コンベックス型の穿刺用プローブを例に説明したが、リニア型の穿刺用プローブであっても同様に適用でき、本発明によって得られる効果と同様な効果を得ることができる。また、この他であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

本発明に係る穿刺用プローブの一実施形態における構成を示す図。 本発明に係る穿刺用プローブの一実施形態における音響レンズの構造を示す図。 本発明に係る穿刺用プローブの一実施形態におけるアダプタ挿脱溝のスライス音場を示す図。 本発明に係る穿刺用プローブの他の実施形態における超音波振動素子の構造を示す図。 超音波プローブの従来の構成を示す図。 穿刺用プローブの従来の構成を示す図。 従来の穿刺用プローブにおけるアダプタ挿脱溝の有無によるスライス音場の違いを示す図。

符号の説明

１ 穿刺用プローブ
２ 穿刺アダプタ
３ 穿刺針
４ 穿刺用プローブのアダプタ挿脱溝
５ 音響レンズ
６ 超音波振動素子
７ 共通電極
８ 音響整合層
９ バッキング材
１０ 超音波振動素子列
５１ 音響レンズのアダプタ挿脱溝
５２ 音響レンズの傾斜部
６１ 第１の超音波振動子
６２ 第２の超音波振動子
９１ バッキング材のアダプタ挿脱溝
９２ バッキング材の傾斜部
１０１ 超音波振動素子列のアダプタ挿脱溝

Claims (4)

1. 短冊形状をなす複数の第１の超音波振動素子と、
   係る第１の超音波振動素子よりも長さが短い、少なくとも１つの第２の超音波振動素子とからなり、係る第２の超音波振動素子を間に挟んで前記第１の超音波振動素子がスライス方向と直交するアレイ方向に前記短冊形状の長さ方向の一辺を揃えて配列されることによって、前記第２の超音波振動素子のスライス方向側に、穿刺針を保持する穿刺用アダプタを装着するためのアダプタ挿脱溝が設けられた超音波振動素子列と、
   前記超音波振動素子列がなす一方の面に設けられて、前記超音波振動素子列から前記一方の面方向に発せられる超音波を制動するバッキング材と、
   前記超音波振動素子列がなす他方の面に設けられて、前記超音波振動素子から発せられる超音波をフォーカスするための音響レンズとを有し、
   前記第２の超音波振動素子と、係る第２の超音波振動素子の一方の面に設けられたバッキング材と、前記第２の超音波振動素子の他方の面に設けられた音響レンズとは、前記第２の超音波振動素子から発せられる超音波が前記複数の第１の超音波振動素子からの超音波のフォーカス方向より前記アダプタ挿脱溝側に傾斜してフォーカスする構造とされたことを特徴とする穿刺用プローブ。
2. 前記第２の超音波振動素子から発せられた超音波のフォーカス点を、前記複数の第１の超音波振動素子からの超音波のフォーカス方向より前記アダプタ挿脱溝側に傾斜させるための傾斜部が音響レンズに形成されたことを特徴とする請求項１に記載の穿刺用プローブ。
3. 前記第２の超音波振動子が前記アダプタ挿脱溝側に所定角度傾斜されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の穿刺用プローブ。
4. 前記アダプタ挿脱溝側に所定角度傾斜した前記第２の超音波振動素子に応じた傾斜部が前記バッキング材に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の穿刺用プローブ。
   

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