JP2014023914A - プローブ及びその保護カバー - Google Patents
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Abstract
【課題】プローブの光出射部を保護する。
【解決手段】導光板13は、光出射面から被検体に向けて光を出射する。超音波振動子12は、被検体への光出射後に被検体内で発生する光音響波を検出する。保護カバー14は、導光板13の光出射面を覆う光透過性を有する保護部材15と、保護部材15を支持する支持具16とを有する。
【選択図】図2
【解決手段】導光板13は、光出射面から被検体に向けて光を出射する。超音波振動子12は、被検体への光出射後に被検体内で発生する光音響波を検出する。保護カバー14は、導光板13の光出射面を覆う光透過性を有する保護部材15と、保護部材15を支持する支持具16とを有する。
【選択図】図2
Description
本発明は、プローブに関し、更に詳しくは、被検体に向けて光を出射する光出射部を含む光音響用のプローブに関する。また、本発明は、そのような光音響用のプローブに用いる保護カバーに関する。
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超音波を受信し、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、例えば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。
ここで、超音波プローブに、樹脂で形成された保護カバーを取り付けることが特許文献1に記載されている。超音波プローブに使用されている圧電材料(PZT)は厚みが薄いこともあって非常にもろく、超音波プローブが落下したときなどに、PZTが破損することがあった。特許文献1では、超音波振動子の超音波照射面に被覆される音響レンズの先端部分を覆うように保護カバーを取り付けることで、破損が生じにくくしている。
超音波イメージングと光音響イメージングの大きな違いとして、光音響イメージングでは光照射(光出射)が必要という点がある。光音響イメージングにおいて、被検体に向けて光を出射する光出射部の光出射面に汚れや傷がつくことは、被検体に照射される光の光量が低下することがあるなど、好ましくない。特許文献1に記載されたものを含め、超音波プローブに取り付けて使用する保護カバーはいくつか知られている。しかし、超音波イメージングにおいて保護カバーで保護されるのは超音波振動子であり、超音波イメージングで用いられる超音波プローブ用の保護カバーを、光音響用のプローブにそのまま用いることはできない。
本発明は、上記に鑑み、光出射部を有するプローブで使用される保護カバーを提供することを目的とする。また、本発明は、そのような保護カバーを含む光音響用のプローブを提供する。
上記目的を達成するために、本発明は、被検体に対して光を出射する光出射部と、被検体への光照射後に被検体内で発生する光音響波を検出するための音響波検出部と、光出射部の光出射面を覆う光透過性を有する保護部材及び該保護部材を支持する支持具を有する保護カバーとを備えたことを特徴とするプローブを提供する。
本発明では、保護カバーが、保護部材の光出射部側の表面と、光出射部の光出射面とが平行になるようにプローブに取り付けられるものとすることができる。
保護部材の被検体側の表面には、親水膜又は撥水膜を形成することができる。
また、光出射部の光出射面側には、ダイアモンドライクカーボン膜を形成することができる。
光出射部の光出射面が音響波検出部の音響波検出器素子に隣接して配置され、保護部材の厚みが、音響波検出器素子側の一端から該一端とは反対側の他端にかけて順次に減少するように保護部材を形成してもよい。ここで、保護部材の“厚み”とは、保護部材の光出射部側の表面から、被検体側の表面までの距離として定義できる。
光出射部が、光源側から入射した光を被検体方向に導光する導光部材を含んでいてもよい。
保護部材の屈折率は、導光部材の屈折率よりも低いことが好ましい。
保護部材の光出射部側の表面に、反射防止膜を形成してもよい。
保護部材は、光出射部から出射する光の波長を含む所定範囲の波長の光を透過するプラスチック材料で形成することができる。支持具が、プラスチック材料又は金属で形成できる。
保護部材が音響波透過性を有し、音響波検出部の音響波検出面を更に覆うようにしてもよい。
保護部材は光拡散性を有していてもよい。
保護カバーは、音響波検出器を含むプローブ本体に対して着脱可能に取り付けられていることが好ましい。
本発明のプローブは、プローブ本体を収容する滅菌処理された滅菌カバーを更に有する構成としてもよく、滅菌カバーが保護カバーと一体にプローブ本体に対して着脱可能であってもよい。
滅菌カバーは、保護カバーの光出射部側の表面に接着されていてもよい。この場合、保護カバーは滅菌処理されていてもよい。
本発明は、また、光出射部を含む光音響プローブ用の保護カバーであって、光音響用プローブに取り付けられた状態で光出射部の光出射面を覆う保護部材と、保護部材を支持する支持具とを備えたことを特徴とする保護カバーを提供する。
本発明では、保護カバーは、光透過性を有する保護部材を含む。そのような保護カバーを、保護部材がプローブの光出射部の光出射面を覆うようにプローブに取り付けることで、プローブを使用する際に光出射面を傷や汚れなどから保護することができる。
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実施形態のプローブ(超音波探触子)を含む光音響計測装置を示す。光音響計測装置は、超音波プローブ10、光源ユニット(光源)31、及び超音波ユニット32を備える。プローブ10は、被検体に向けて光を出射する光出射部と、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(音響波検出器素子)を含む。プローブ10には、保護カバー14が取り付けられる。この保護カバー14は、プローブ10の本体に対して着脱可能に取り付けられており、交換可能である。
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、プローブ10から被検体に出射される光を生成する。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、例えば1以上の光ファイバを含む。光配線21は、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によりプローブ10に導光され、プローブ10の光出射部から被検体に照射される。
超音波ユニット32は、信号処理ユニットであり、超音波プローブ10が検出した音響波に対して各種の信号処理を行う。超音波ユニット32は、電気配線22を介してプローブ10と接続されている。プローブ10が検出した音響波の検出信号は、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。超音波ユニット32は、例えば検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成する。信号処理の結果、例えば生成された光音響画像は、モニタなどの表示装置に表示される。
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、電子材11と導光板13とを有する。電子材11は、音響波検出器を構成する超音波振動子12を含む。超音波振動子12は、被検体に対する光照射の後に被検体内で生じた光音響波を検出する。図2では図示を省略しているが、プローブ10は、超音波振動子12の被検体側に音響レンズなどの音響部材を有していてもよい。電子材11は、超音波振動子12に加えて、例えば検出された超音波を増幅するプリアンプなどを含んでいてもよい。
光配線(光ファイバ)21は、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13は、光ファイバ21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部材である。導光板13は、プローブ10の光出射部を構成する。光ファイバ21は、例えば導光板13の図2に示す断面の横方向(x方向)の中央の位置に光学的に結合される。超音波プローブ10は、例えば導光板13を少なくとも2つ備えており、2つの導光板13は、超音波振動子12に隣接して、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13は、例えばガラス材料で形成されている。
プローブ10には、保護カバー14が交換可能に取り付けられる。保護カバー14は、導光板13の端面(光出射面)を覆う保護部材15と、保護部材15を支持する支持具16とを有する。保護部材15は、少なくとも被検体に照射される光を透過する。言い換えると、保護部材15は、被検体に照射される光の波長を含む所定の波長範囲(例えば710nm〜850nm)の光を透過する。保護部材15には、例えばポリカーボネートやアクリルなどのプラスチック材料や、シリコンゴム、ウレタンゴムなどを用いることができる。
支持具16には、例えばポリカーボネート、アクリルなどのプラスチック材料や、ステンレス、アルミなどの金属を用いることができる。保護部材15と支持具16とは例えば接着剤で接着されており、保護部材15と支持具16とが一体に形成されている。保護カバー14は、例えば使用のたびに新たしいものに交換される。
保護カバー14を取り付けた状態で、プローブ10の被検体に接触させる側の表面に段差が生じていないことが好ましい。表面に凹凸がないようにすることで、プローブ10を被検体に接触させやすくなる。支持具16と保護部材15との間で段差を生じさせないようにするために、保護部材15を接着する部分の支持具16の厚みは、他の部分の厚みよりも保護部材15の厚みの分だけ薄くしておくとよい。
なお、図2では、導光板13の光出射面と保護部材15との間に隙間が存在しているが、保護部材15を導光板13の光出射面に接触させるようにしてもよい。また、図2では、超音波振動子12と保護部材15との間に段差が生じているが、導光板13と保護部材15との高さが揃うように、超音波振動子12を被検体方向に突出させてもよい。
図3(a)〜(c)は保護カバーを示す。同図(a)は保護カバー14をy方向から見た側面図であり、(b)はz方向から見た底面図、(c)はx方向から見た正面図である。y方向は、例えばプローブ10における超音波振動子の配列方向に対応する。また、x方向は、プローブ10における超音波検出面と平行な面内でy方向に直交する方向に対応する。z方向は、超音波検出面に垂直な方向に対応する。
支持具16の側面には貫通孔を設けることができる(図3(a))。支持具16は、ねじなどの固定具を用いてプローブ10の所定の位置に固定される(図3(b))。保護部材15は、導光板13よりもそのサイズが大きい。保護部材15のサイズが導光板13のサイズよりも大きいことで、導光板13の光出射面を保護することができる。また、保護部材15の端部が光路に対して邪魔にならない。保護部材15の屈折率は、導光板13(図2)の屈折率よりも低いことが好ましい。そのようにすることで、導光板13の光出射面での全反射成分を抑制できる。
2つの保護部材15の間には開口が形成される。この開口は、プローブ10(図2)において超音波振動子12が一次元的に配列された領域に対応する。超音波振動子12が保護カバー14の開口から露出するようにすることで、保護カバー14により音響波が減衰することを回避できる。開口を設けるのに代えて、光音響波を透過する部材で超音波振動子12を覆ってもよい。
保護部材15は、例えば0.5mm以上5mm以下の厚みを有する。保護部材15の厚みが薄すぎると、衝撃などが加わったときに壊れやすくなる。一方で、厚くしすぎると、被検体方向に透過する光の減衰が大きくなる。また、超音波振動子12との間で大きな段差が生じることにもつながる。保護カバー14は、保護部材15の光入射面(導光板13側の表面)が、導光板13の光出射面と平行になるように、プローブ10に取り付けられることが好ましい。
図4は、導光板13と保護部材15とを拡大して示している。保護部材15の被検体側の表面には、親水性を有する親水膜(親水コーティング)17を形成することができる。親水膜17は、被検体に照射される光の波長を含む所定の波長範囲の光を透過する親水剤で形成される。
親水膜17が形成されていない場合、保護部材15の被検体側の表面に水(光透過性を有する液体などの物質)が付着したとき、丸い形状の水滴が形成されることがある。丸い形状の水滴が保護部材15の表面に付着すると、水滴がレンズ効果を持ち、保護部材15から出射した光が集光し、照明ムラなどが発生することがある。保護部材15の表面に親水膜17を形成することで、保護部材15の被検体側の表面に丸い形状の水滴が付着することを防ぐことができる。
親水膜17に代えて、撥水性を有する撥水膜(撥水コーティング)を形成しても、同様に水滴が付着することを防止できる。撥水コーティングには、例えば特開2011−121357号公報に記載されたコーティング手段を用いることができる。すなわち、基板である保護部材15に酸素プラズマを当てて、基板の内側部分よりも密度が高い外側部分を形成し、形成した外側部分の外表面に、テフロン(登録商標)及びフルオロカーボンポリマーなどの非湿潤性コーティングを付与することで、撥水膜を形成してもよい。
保護部材15の導光板13側の表面には、所定の波長範囲の光の反射を抑制する反射防止膜(ARコート)18を形成することができる。反射防止膜18を設けることで、特に保護部材15の屈折率が導光板13の屈折率よりも高い場合に、保護部材15の光入射側の表面での光反射を抑制して、被検体に照射される光が低下することを抑えることができる。撥水膜又は親水膜と、反射防止膜との何れか一方、又はそれらの双方は、省略してもよい。
導光板13の光出射面には、光透過性を有する硬質膜(DLC:ダイアモンドライクカーボン膜)19を形成してもよい。DLC膜19を形成することで、例えば保護カバー14をプローブ10に取り付ける際に支持具16(図2)などが導光板13の光出射面に接触したときでも、光出射面に傷がつくことを防止することができる。
本実施形態では、保護カバー14が光透過性を有する保護部材15を含んでおり、その保護部材15がプローブ10の導光板13の光出射面を覆うように、保護カバー14をプローブ10に取り付ける。保護部材15が導光板13の光出射面を覆うことで、導光板13の光出射面に傷や汚れが付くことを防止することができる。
なお、上記では保護部材15を直方体形状の部材として説明したが、保護部材15の形状は直方体形状には限定されない。図5に、変形例の保護部材を示す。保護部材15は、x方向(図2)の位置に応じて、超音波振動子12と隣接する一端から他端にかけて、厚み(保護部材の光出射部側の表面から、被検体側の表面までの距離)が順次に減少するように形成してもよい。この場合、光を超音波振動子12側に曲げることができる。また、導光板13は、超音波検出面に対して垂直に配置される必要はなく、斜めに配置してもよい。斜めに配置することで、超音波振動子12の直下に光を照射することができる。
また、光出射部を保護する保護部材を、光透過性及び音響波透過性を有する材料で形成してもよい。図6は、保護部材が光透過性及び音響波透過性を有する場合のプローブの断面を示す。この例では、保護カバー14の保護部材に、光と音響波(超音波)の双方を透過するカップリング部材20を用いている。カップリング部材20は、例えば、ポリエチレン製の袋に水を入れた水袋で構成される。あるいは、カップリング部材20に、ソナゲル(タキロン株式会社製)を用いてもよい。保護部材が超音波透過性を有する場合、保護部材が光出射部に加えて超音波振動子12を覆ってもよく、超音波振動子12の直下に開口を設ける必要はない。
図6では、支持具16を用いてカップリング部材20をプローブに取り付けているが、カップリング部材20を直接プローブに取り付けるようにしてもよい。図7は、支持具を省略した例を示す。カップリング部材20の内側(プローブ10に取り付けられる側)は粘着性を有しており、単独でプローブ10の側面などに貼り付け可能になっている。この場合、支持具を省略することができる。この例が示すように、保護部材が支持具を兼ねる構成も可能である。
保護部材は、光拡散性を有してもよい。例えば、保護部材をポリカーボネートや、ポリエステル、アクリル,石英ガラスなどの材料で形成し、その光入射側の表面に微小凹凸形状を形成することで、保護部材に光拡散性を持たせてもよい。あるいは、保護部材を構成するポリカーボネートや、ポリエステル、アクリル,石英ガラスなどの材料やシリコンに、炭酸カルシウムや酸化チタンなどの光拡散剤を入れることで、光拡散性を持たせるようにしてもよい。また、保護部材を、ポリプロピレンやポリ塩化ビニルなどの白濁色の材料で形成してもよい。保護部材が光拡散性を有する場合、被検体へ照射される光の光量を均一化できる。
続いて本発明の第2実施形態を説明する。図8は、本発明の第2実施形態のプローブの断面図である。本実施形態では、プローブ10を、滅菌された袋状のカバー(滅菌カバー)24に入れて使用する。例えば手術中にプローブ10を使用するときに、プローブ10に滅菌カバー24を被せて使用する。その他の点は第1実施形態と同様でよい。なお、図8では、保護カバー14が支持具16とカップリング部材20とで形成される例を示しているが、保護カバー14は、図2に示したものと同様に、保護部材15と支持具16とで形成されていてもよい。また、図7に示したものと同様に、カップリング部材20が支持具を兼ねる構成でもよい。
滅菌カバー24は、例えばポリエチレンなどで形成される。滅菌カバー24は、保護カバー14と一体に、プローブ10の本体に対して着脱可能である。滅菌カバー24の外側は、例えば保護カバー14(支持具16)の光出射部13側の表面(側面)に接着固定される。一方、滅菌カバー24の内側は、光出射部13の保護部材でもあるカップリング部材20に接着される。この場合、滅菌カバー24は、支持具16とカップリング部材20との間に挟み込まれる形で保持される。
なお、図8では、保護カバー14の構成要素のうち、支持具16は滅菌カバー24の外側に位置し、カップリング部材20は滅菌カバー20の内側に位置する。この例のように、保護カバー14の一部が滅菌カバー24の中に収容されることには限定されず、保護カバー14の全てが滅菌カバー24の中に収容されるようにしてもよい。逆に、保護カバー14の全てが滅菌カバー24の外側に位置するようにしてもよい。
保護カバー14(支持具16)は、滅菌カバー24に取り付けられた状態で、滅菌カバー24と共に滅菌処理される。滅菌処理には、例えば電子線滅菌、ガンマ線滅菌、EOG(エチレンオキサイドガス)滅菌などを用いることができる。滅菌カバー24は、例えば保護カバー14(支持具16)をプローブ10の先端部分に嵌め込むことで、保護カバー14と一体にプローブ10に取り付けられる。その際、滅菌カバー24とカップリング部材20や音響レンズ(図示せず)などとの間に超音波ゼリーなどの音響結合剤を塗布しておき、超音波振動子12と滅菌カバー24との間に、空気層などの音響波を減衰させる部分が生じないようにするとよい。
本実施形態では、滅菌カバー24と保護カバー14とを一体に構成し、プローブ10を滅菌カバー24内に収容して使用する。本実施形態では、滅菌カバー24の中にプローブ10を収容することで、例えば手術の際に未滅菌のプローブ10を無菌性が必要な清潔域でも使用することができる。また、例えば使用のたびに、滅菌カバー24を保護カバー14と一緒に交換するため、患者に対しての安全性を高めることができる。その他の効果は第1実施形態と同様である。
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、本発明のプローブ及び保護カバーは、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:プローブ
11:電子材
12:超音波振動子
13:導光板
14:保護カバー
15:保護部材
16:支持具
17:親水膜
18:反射防止膜
19:硬質膜
20:カップリング部材
21:光配線
22:電気配線
24:滅菌カバー
31:光源ユニット
32:超音波ユニット
11:電子材
12:超音波振動子
13:導光板
14:保護カバー
15:保護部材
16:支持具
17:親水膜
18:反射防止膜
19:硬質膜
20:カップリング部材
21:光配線
22:電気配線
24:滅菌カバー
31:光源ユニット
32:超音波ユニット
Claims (17)
- 被検体に対して光を出射する光出射部と、
被検体に対する光出射後に被検体内で発生する光音響波を検出する音響波検出部と、
少なくとも前記光出射部の光出射面を覆う光透過性を有する保護部材、及び該保護部材を支持する支持具を有する保護カバーとを備えたことを特徴とするプローブ。 - 前記保護部材の光出射部側の表面と、前記光出射部の光出射面とが平行になるように前記保護カバーが取り付けられる請求項1に記載のプローブ。
- 前記保護部材の被検体側の表面に、親水膜又は撥水膜が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のプローブ。
- 前記光出射部の光出射面側にダイアモンドライクカーボン膜が形成されていることを特徴とする請求項1から3何れか1項に記載のプローブ。
- 前記光出射部の光出射面が前記音響波検出部の音響波検出器素子に隣接して配置されており、前記保護部材の厚みが、前記音響波検出器素子側の一端から該一端とは反対側の他端にかけて順次に減少する請求項1から4何れか1項に記載のプローブ。
- 前記光出射部が、光源側から入射した光を被検体方向に導光する導光部材を含む請求項1から5何れか1項に記載のプローブ。
- 前記保護部材の屈折率が前記導光部材の屈折率よりも低い請求項6に記載のプローブ。
- 前記保護部材の前記光出射部側の表面に反射防止膜が形成されている請求項1から7何れか1項に記載のプローブ。
- 保護部材が、前記光出射部から出射する光の波長を含む所定範囲の波長の光を透過するプラスチック材料で形成されている請求項1から8何れか1項に記載のプローブ。
- 支持具が、プラスチック材料又は金属で形成されている請求項1から9何れか1項に記載のプローブ。
- 前記保護部材が音響波透過性を有し、前記音響波検出部の音響波検出面を更に覆う請求項1から10何れか1項に記載のプローブ。
- 前記保護部材が光拡散性を有する請求項1から11何れか1項に記載のプローブ。
- 前記保護カバーが、前記音響波検出器を含むプローブ本体に対して着脱可能に取り付けられている請求項1から12何れか1項に記載のプローブ。
- 前記プローブ本体を収容する滅菌処理された滅菌カバーを更に有し、該滅菌カバーが前記保護カバーと一体に前記プローブ本体に対して着脱可能である請求項13に記載のプローブ。
- 前記滅菌カバーが前記保護カバーの前記光出射部側の表面に接着されている請求項14に記載のプローブ。
- 前記保護カバーが滅菌処理されている請求項15に記載のプローブ。
- 光出射部を含む光音響プローブ用の保護カバーであって、
光音響用プローブに取り付けられた状態で前記光出射部の光出射面を覆う保護部材と、
前記保護部材を支持する支持具とを備えたことを特徴とする保護カバー。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
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