JP2013158427A - 超音波プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブにおいて、被検体に照射する光の入射角度を可変に構成する。
【解決手段】超音波振動子１２は、少なくとも、被検体からの音響波を検出する。光ファイバ１３は、光源から出射した光をプローブ本体まで導光する。導光板１１は、光ファイバ１３と光学的に結合された光入射端から超音波振動子１２の近傍に配置された光出射端まで光を導光する。導光板１１は、少なくとも光出射部端の一部が外力に応じて変形可能な弾性を有する材料で形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波プローブに関し、更に詳しくは光音響イメージングに用いられる超音波プローブに関する。

生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信及び受信が可能な超音波プローブ（探触子）を用いる。超音波プローブから被検体（生体）に超音波を送信させると、その超音波は生体内部を進んでいき、組織界面で反射する。超音波プローブでその反射音波を受信し、反射超音波が超音波プローブに戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することで、内部の様子を画像化することができる。

また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、パルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響信号）が発生する。この光音響信号を超音波プローブなどで検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することで、光音響信号に基づく生体内の可視化が可能である。

光音響イメージングでは、光ファイバなどを用いてレーザ光源からの光を超音波プローブまで導光し、超音波プローブからレーザ光を照射することがある。光照射部を有する超音波プローブは、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１では、光ファイバの光出射端側の端部と超音波振動子とを、隣接するように一体に固定する。光ファイバの光出射端は、超音波振動子からの超音波が進行する方向に光が照射されるように、ホルダに設けられた孔に固定される。

特開２００８−４９０６３号公報

ここで、特許文献１のように、超音波振動子に隣接して光照射部を設け、超音波振動子に隣接した場所から光照射を行う場合、超音波振動子の超音波検出面に対して垂直方向に光を照射すると、超音波振動子の直下の被検体表面付近に光が照射されず、被検体表面付近にある光吸収体からの光音響信号が検出できない。光照射部から照射される光の進行方向を、超音波振動子内側方向に傾けた場合には、超音波振動子直下の被検体表面付近にも光を照射することができ、そこからの光音響信号を検出できる。しかし、その場合、垂直方向に光を照射する場合に比して、被検体深部まで光が届きにくくなる。従来知られている超音波プローブでは、光をあらかじめ定められた所定の角度でしか照射できず、観察対象などに応じて被検体に照射する光の入射角度を変えることはできなかった。

本発明は、上記に鑑み、被検体に照射する光の入射角度を可変に構成した超音波プローブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、被検体からの音響波を検出する音響波検出器と、光源から出射した光をプローブ本体まで導光する光ファイバと、光ファイバと光学的に結合された光入射端から音響波検出器の近傍に配置された光出射端まで光を導光する導光手段であって、少なくとも光出射部端が外力に応じて変形可能な弾性を有する材料で形成された導光手段とを備えた超音波プローブを提供する。

本発明では、導光手段が、外力が加えられていない状態では音響波検出器方向に湾曲しており、前記光を音響波検出器の音響波検出面に対して所定の角度だけ傾いた方向に出射する構成を採用することができる。

上記において、外力が加えられていない状態では、導光手段の音響波検出器側の光入射端側から光出射端側に向かう方向の側面の長さが、音響波検出器側とは反対側の側面の長さに比して短い構成としてもよい。

導光手段が、超音波プローブを被検体に押し当てた際に生じる外力に応じて変形するように構成することができる。

導光手段は、超音波プローブを被検体に押し当てると、光出射端から出射する光の出射角度が、所定の角度よりも垂直に近づいていくように変形してもよい。

本発明の超音波プローブは、光及び音響波を透過するカプラであって、音響波検出器の音響波検出面及び導光手段の光出射端を覆うように超音波プローブに取り付けられたカプラを更に備える構成とすることができ、その場合、導光手段は、カプラを取り付ける際に生じた外力に応じて変形することとしてもよい。

カプラの側面が、音響波検出面に対して所定の角度で傾斜しており、導光手段が、カプラを取り付けた際に、光出射端を構成する面がカプラの側面と平行になるように変形するようにしてもよい。

上記したものに代えて、導光手段が、外力が加えられていない状態では、音響波検出器の音響波検出面に対して直交する方向に光を出射することとし、超音波プローブが、前記光が音響波検出面に対して任意の角度で傾いて光出射端から出射するように、導光手段を変形させる変形機構を更に備える構成としてもよい。

導光手段が、光入射端を含む第１の導光部と、該第１の導光部と光学的に結合された、光出射端を含む第２の導光部とを有し、第１の導光部がガラスで形成され、第２の導光部が弾性を有する材料で形成されるものとしてもよい。

導光手段を少なくとも２つ備え、２つの導光手段が音響波検出器を挟んで対向するように配置されていてもよい。

導光手段の光出射端側から所定の範囲が、光出射端側に向かって断面積が狭くなるようにテーパー状に形成されている構成を採用してもよい。

本発明の超音波プローブは、導光手段の光出射端側の少なくとも一部が弾性を有する材料で形成されているため、導光手段に外力を与えることでメカ的に光の照射方向を変えることができ、観察対象などに応じて被検体に照射する光の入射角度を変化させることができる。

本発明の第１実施形態の超音波プローブを含む光音響画像診断装置を示すブロック図。 超音波プローブの側面方向の断面を示す断面図。 超音波プローブを被検体に接触させた状態を示す断面図。 超音波プローブにカプラを取り付けた例を示す断面図。 超音波プローブに別のカプラを取り付けた例を示す断面図。 本発明の第２実施形態の超音波プローブの側面方向の断面図。 変形機構により導光板を変形させた状態を示す断面図。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の超音波プローブ（超音波探触子）を含む光音響画像診断装置を示す。光音響画像診断装置は、超音波プローブ１０、光源ユニット３１、及び超音波ユニット３２を備える。超音波プローブ１０は、被検体に光を照射する光照射部と、少なくとも被検体からの音響波（例えば超音波）が検出可能な音響波検出器子とを有する。音響波検出器は、例えば一元配列された複数の超音波振動子を含む。

光源ユニット３１は、例えばパルスレーザ光を生成するレーザユニットであり、超音波プローブ１０から被検体に対して照射すべき光を生成する。超音波プローブ１０は、光配線２１を介して光源ユニット３１と接続される。光配線２１は、それぞれ例えば数十本の光ファイバが束ねられたバンドルファイバとして構成される。光源ユニット３１で生成されたパルスレーザ光は、光配線２１により超音波プローブ１０に導光され、超音波プローブ１０の光照射部から被検体に照射される。

超音波ユニット３２は、超音波プローブ１０が検出した超音波信号に基づいて、光音響画像の生成を行う。超音波プローブ１０は、電気配線２２を介して超音波ユニット３２と接続される。超音波プローブ１０が検出した超音波信号は、電気配線２２により超音波ユニット３２に伝送され、超音波ユニット３２で処理される。

図２は、超音波プローブ１０を超音波振動子が配列された方向と直交する方向から見た側面方向の断面を示す。超音波プローブ１０は、導光板１１と、超音波振動子１２と、光ファイバ１３とを有する。超音波振動子１２は、音響波検出器を構成し、少なくとも、被検体からの音響波（超音波）を検出する。光ファイバ１３は、図１における光配線２１に相当し、レーザ光源ユニット３１（図１）から出射した光をプローブ本体まで導光する。

導光板１１は、導光手段であり、光ファイバ１３と光学的に結合された光入射端から超音波振動子１２の近傍に配置された光出射端まで光を導光する。超音波プローブ１０は、導光板１１を少なくとも２つ備えており、２つの導光板１１は、超音波振動子１２を挟んで対向するように配置される。

導光板１１は、少なくとも光出射部端の一部が外力に応じて変形可能な弾性を有する材料で形成される。導光板１１は、外力が加えられていない状態では、超音波振動子１２方向に湾曲しており、導光した光を超音波振動子１２の音響波検出面（超音波検出面）に対して所定の角度だけ超音波振動子側に傾いた方向に出射する。導光板１１の超音波振動子１２側の光入射端側から光出射端側に向かう方向の側面の長さと、その反対側の側面の長さとは異なる。導光板１１の超音波振動子１２側の側面の長さは、それとは反対側の側面の長さよりも短い。

導光板１１は、例えば光ファイバ１３からの光が入射する光入射端を含む第１の導光部１４と、第１の導光部１４と光学的に結合された、導光した光を被検体方向に出射する光出射端を含む第２の導光部１５とを含む。第１の導光部１４は、例えばガラスで形成される。第１の導光部１４は、例えば直方体形状に形成される。一方、第２の導光部１５は、弾性を有する材料、例えばゴム材料で形成される。第２の導光部１５は、例えば所定の曲率で湾曲した扇形状に形成される。導光板１１では、光出射端側の第２の導光部１５の部分が外力に応じて変形可能である。第２の導光部１５は、超音波プローブ１０を押し当てた対象物の形状に応じて変形する。

図３は、超音波プローブ１０を被検体に接触させた状態を示す。導光板１１は、例えば超音波プローブ１０を被検体に押し当てた際に生じる外力に応じて変形する。より詳細には、導光板１１の第２の導光部１５が、超音波プローブ１０を被検体に押し当てたときの外力に応じて変形する。第２の導光部１５は、超音波プローブ１０が被検体に押し当てられると、光出射端から出射する光の出射角度が、外力が加わっていないときの出射角度よりも垂直に近づいていくように変形する。例えば超音波プローブ１０を被検体に強く押し当てると、弾性を有する材料で形成された第２の導光部１５が図３に示すような形状に変形し、第２の導光部１５が直方体に近い形状となる。これにより、超音波振動子１２の超音波検出面に対して垂直方向に光を照射することができる。

超音波プローブ１０を被検体に接触させるときに、光及び超音波を透過するカプラを用いてもよい。カプラは、超音波振動子１２の超音波検出面及び導光板１１の光出射端を覆うように、超音波プローブ１０に取り付けられる。導光板１１により導光された光は、カプラを介して被検体に照射される。また、被検体内で生じた光音響信号は、カプラを介して超音波振動子１２で検出される。カプラを用いる場合、導光板１１は、カプラを超音波プローブ１０に取り付ける際に生じた外力に応じて変形する。

図４は、超音波プローブ１０にカプラを取り付けた例を示す。カプラ１６は、光透過性及び超音波透過性を有する材料で形成されている。カプラ１６の側面は、超音波振動子１２の超音波検出面に対して所定の角度で傾斜している。このようなカプラ１６を超音波プローブ１０に取り付けると、導光板１１は、取り付ける際の外力に応じて第２の導光部１５の部分が変形する。第２の導光部１５は、図４に示すように、光出射端を構成する面が、カプラ１６の側面と平行になるように変形する。これにより、被検体に対して、カプラ１６の側面の傾斜角度に応じた所望の角度で光を照射することができる。

図５は、超音波プローブ１０にカプラを取り付けた別の例を示す。この例では、カプラ１６（図４）に比して、側面の傾斜角度がより大きなカプラ１７を用いている。このように、側面の傾斜角度がより大きなカプラ１７を用いた場合、カプラ１６を用いる場合よりも被検体に対する入射角度を大きくすることができる。従って、被検体のより深部にまで光を照射することができる。このように、使用するカプラの側面の傾斜角に応じて、光の出射方向を制御することができる。

本実施形態では、導光板１１は、少なくとも光出射端側が外力に応じて変形可能な弾性を有する材料で形成されている。光出射端側を変形させることで、導光板１１から出射する光の進行方向を変えることができ、メカ的に光の照射方向を変えることができる。例えば導光板１１の光出射端を構成する端面を、超音波プローブ１０を押し当てた対象物の面と平行になるように変形させることで、導光板１１から、押し当てた対象物に対して垂直に光を照射することができる。例えばカプラを用いる場合、導光板１１と接触すべき側面の傾斜角度が異なる複数のカプラを用意しておき、それらを観察対象などに応じて使い分けることで、所望の光照射状態を作り出すことができる。

次いで、本発明の第２実施形態を説明する。図６は、本発明の第２実施形態の超音波プローブの側面方向の断面図である。第１実施形態では、第２の導光部１５が外力が加えられていない状態で湾曲していたのに対し、本実施形態では、第２の導光部１５は、外力が加えられていない状態では直方体形状に形成されている。本実施形態では、導光板１１の光出射端側を変形させるために、変形機構（ゴム湾曲機構）１８を設けている。

導光板１１は、外力が加えられていない状態では、光出射端から、超音波振動子１２の超音波検出面に対して直交する方向に光を出射する。変形機構１８は、導光板１１から出射する光が、超音波振動子１２の超音波検出面に対して任意の角度で傾いて出射するように、導光板１１の第２の導光部１５を変形させる。

変形機構１８は、例えば交差する２本の操作棒を有する。操作棒の一端は、ユーザが操作する操作部であり、他端は第２の導光部１５に外力を加える作用部である。ユーザが２本の操作棒の間隔を狭めるように操作部を握ると、その力は操作棒の交差点（支点）を介して作用部に伝わり、第２の導光部１５に対して超音波振動子１２方向に外力が加わる。第２の導光部１５は、その外力に応じて超音波振動子１２方向に湾曲する。

図７は、変形機構１８により導光板１１を変形させた状態を示す。超音波プローブ１０にはカプラ１６が取り付けられている。ユーザは、変形機構１８を操作することで、導光板１１の光出射端側（第２の導光部１５）に対し、超音波振動子１２方向に外力を加える。外力が加わることで、第２の導光部１５は、光出射端側の端面が、カプラ１６の傾斜した側面と平行になるように変形する。このようにすることで、被検体に対して、所望の角度で光を照射することができる。

本実施形態では、変形機構１８を用いて導光板１１の光出射端側に外力を加え、導光板１１の光出射端側を変形させる。超音波プローブ１０を対象物に押し当てる際に生じる外力を用いるのに代えて、変形機構１８により第２の導光部１５に外力を加える構成としても、導光板１１から出射する光の進行方向を変えることができ、メカ的に光の照射方向を変えることができる。

なお、上記各実施形態では、導光板１１がガラスで形成された第１の導光部１４と弾性を有する材料で形成された第２の導光部１５とを含む例について説明したが、導光板１１は少なくとも光出射端側の一部が変形可能であればよく、これには限定されない。例えば光入射端から光出射端までの全てを弾性を有する材料で形成することもできる。また、導光板１１において、光進行方向の各位置における断面積は同一である必要はなく、例えば光出射端側に向けて断面積が狭くなるようにテーパー形状に形成されていてもよい。

第２実施形態では、第２の導光部１５を直方体形状に形成し、変形機構を用いて第２の導光部１５を超音波振動子１２方向に湾曲させることとしたが、これには限定されない。例えば第２の導光部１５を第１実施形態と同様に外力を加えない状態で超音波振動子１２方向に湾曲させておき、変形機構を用いて超音波振動子１２とは反対側の方向に外力を加え、外力を加えることで、光照射方向を超音波振動子１２の超音波検出面に直交する方向に近付けていってもよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の超音波プローブは、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

１０：超音波プローブ
１１：導光板
１２：超音波振動子
１３：光ファイバ
１４：第１の導光部
１５：第２の導光部
１６、１７：カプラ
１８：変形機構
２１：光配線
２２：電気配線
３１：光源ユニット
３２：超音波ユニット

Claims (11)

1. 少なくとも、被検体からの音響波を検出する音響波検出器と、
   光源から出射した光をプローブ本体まで導光する光ファイバと、
   前記光ファイバと光学的に結合された光入射端から前記音響波検出器の近傍に配置された光出射端まで光を導光する導光手段であって、少なくとも前記光出射部端が外力に応じて変形可能な弾性を有する材料で形成された導光手段とを備えた超音波プローブ。
2. 前記導光手段が、外力が加えられていない状態では、前記音響波検出器方向に湾曲しており、前記光を前記音響波検出器の音響波検出面に対して所定の角度だけ傾いた方向に出射するものであ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. 外力が加えられていない状態では、前記導光手段の前記音響波検出器側の前記光入射端側から光出射端側に向かう方向の側面の長さが、前記音響波検出器側とは反対側の側面の長さに比して短いことを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記導光手段が、超音波プローブを被検体に押し当てた際に生じる外力に応じて変形することを特徴とする請求項１から３何れかに記載の超音波プローブ。
5. 前記導光手段が、超音波プローブを被検体に押し当てると、前記光出射端から出射する光の出射角度が、前記所定の角度よりも垂直に近づいていくように変形するものであることを特徴とする請求項４に記載の超音波プローブ。
6. 光及び音響波を透過するカプラであって、前記音響波検出器の音響波検出面及び前記導光手段の光出射端を覆うように超音波プローブに取り付けられたカプラを更に備え、前記導光手段が、前記カプラを取り付ける際に生じた外力に応じて変形することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の超音波プローブ。
7. 前記カプラの側面が、前記音響波検出面に対して所定の角度で傾斜しており、前記導光手段が、前記カプラを取り付けた際に、前記光出射端を構成する面が前記カプラの側面と平行になるように変形することを特徴とする請求項６に記載の超音波プローブ。
8. 前記導光手段が、外力が加えられていない状態では、前記音響波検出器の音響波検出面に対して直交する方向に光を出射するものであり、
   前記光が前記音響波検出面に対して任意の角度で傾いて前記光出射端から出射するように、前記導光手段を変形させる変形機構を更に備えたことを特徴とする請求項１から３何れかに記載の超音波プローブ。
9. 前記導光手段が、前記光入射端を含む第１の導光部と、該第１の導光部と光学的に結合された、前記光出射端を含む第２の導光部とを有し、前記第１の導光部がガラスで形成され、前記第２の導光部が前記弾性を有する材料で形成されることを特徴とする請求項１から８何れかに記載の超音波プローブ。
10. 前記導光手段を少なくとも２つ備え、２つの導光手段が前記音響波検出器を挟んで対向するように配置されていることを特徴とする請求項１から９何れかに記載の超音波プローブ。
11. 前記導光手段の光出射端側から所定の範囲が、前記光出射端側に向かって断面積が狭くなるようにテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項１から１０何れかに記載の超音波プローブ。