JP3929524B2

JP3929524B2 - 針状超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置

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Publication number: JP3929524B2
Application number: JP15816496A
Authority: JP
Inventors: 野秀造佐; 藤裕佐; 本眞治岸
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2016-06-19
Also published as: JPH105217A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、針先に設けた超音波変換器を被検体内の生体組織へ直接刺入して超音波の２次元走査により上記生体組織の超音波画像を収集する針状超音波探触子に関し、特に生体組織へ直接刺入する針状部分を着脱可能として被検体に対する安全性を向上すると共に、収集した超音波画像信号のＳ／Ｎを向上することができ、かつ表示装置に被検体内部の超音波断層像と刺入部の超音波画像とを同時に表示することができる針状超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
体腔内各部に発生した病変部を診断する方法として、生体検査（バイオプシ）が一般的に行われている。これは、超音波診断装置で体腔内病変部を描出しながら穿刺針を所定箇所まで刺入し、針先端内部に病変部の生体組織の一部を捕獲・採取した後に観察試料を作成して、光学顕微鏡下に鑑別して病名の診断を行うものである。しかし、この方法では生体組織を体外に摘出した後に各種の処理を行って試料を作成する必要があることから診断に長時間を要し、また試料に各種の加工を加えることから組織が生体内の状態から変化する恐れがあるという問題があった。このような事情に対処して、近年、穿刺針に超音波変換器を取り付けて直接病変部に刺入し、病変部の組織性状を調べたり、周囲の生体組織を画像化する針状超音波探触子が例えば特公平４−７８２９９号公報、特公平５−９０９７号公報などで提案されている。
【０００３】
従来のこのような針状超音波探触子は、剛性材料で細径の中空パイプ状に形成された外針の内側に、剛性材料で細径の丸棒状に形成されると共に先端部が円錐状に形成された内針をその軸周りに回転可能及びその軸方向に並進可能に挿入し、上記内針の先端部近傍の外側面には超音波を送受波する超音波変換器を設けて成り、上記内針及び外針を被検体内に刺入して上記超音波変換器から超音波を送受波すると共に上記内針を回転及び並進の２次元走査を行って生体組織の超音波画像を収集するようになっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の針状超音波探触子においては、被検体内に刺入する内針及び外針を有する針状部分が着脱可能とされてはおらず、異なる被検体毎にその針状部分のみを容易に交換することはできないものであった、従って、再使用に際しては上記針状部分を十分に消毒しなければならず、取り扱いが容易ではないと共に、安全性について細心の注意を払わなければならないものであった。
【０００５】
また、針状超音波探触子による病変部の組織性状診断には、その病変部の超音波画像から直接行う方法が有効であり、このためには細胞レベルの微細構造を画像化するために、少なくとも数μｍから数１０μｍ程度の高い分解能が必要である。従って、超音波変換器の送受波の中心周波数は数１０ＭＨzから数100ＭＨzの高周波となることが不可欠であり、振動子の薄膜化が必要である。また、生体に対する侵襲性を少なくするためには針状部分を直径１mm程度に抑える必要があることから、超音波変換器を多数搭載するのは実装上困難である。このため、薄膜振動子を用いた超音波変換器を走査することが有効と考えられるが、その振動子が薄膜のために絶縁耐圧の制約から大きな電圧を印加することができず超音波パワーを大きくできないこと、及び生体内部の細胞レベルでの音響的インピーダンスの違いによる反射率が生体の平均的な反射率に対して非常に小さいと予想されることなどから、超音波受波信号が小さくて画像化に必要なＳ／Ｎが得られないことがあった。
【０００６】
さらに、上記のような針状超音波探触子を用いた超音波診断装置においては、通常の探触子で被検体内部の診断部位について得た超音波断層像（Ｂモード像）と針状超音波探触子で刺入部について得た超音波画像（針先像）或いは被検体内部の超音波断層像と刺入部の正常組織及び異常組織の超音波画像とを表示装置の画面に同時に表示することはしていなかった。従って、被検体内部の診断部位と刺入部との位置関係が直ちには分からないと共に、刺入部の異常組織が正常組織とどのように違うかがわからないので、診断及び治療が正確かつスムーズにできないことがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、生体組織へ直接刺入する針状部分を着脱可能として被検体に対する安全性を向上すると共に、収集した超音波画像信号のＳ／Ｎを向上することができ、かつ表示装置に被検体内部の超音波断層像と刺入部の超音波画像とを同時に表示することができる針状超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による針状超音波探触子は、内針及び外針を被検体内に刺入して超音波変換器から超音波を送受波すると共に上記内針を回転及び並進の２次元走査を行って生体組織の超音波画像信号を収集する針状超音波探触子において、中空パイプ状に形成された外針と、この外針の内側に軸周りに回転可能及び軸方向に並進可能に挿入され剛性材料で細径の丸棒状に形成されると共に先端部が円錐状に形成された内針と、この内針の先端部近傍の外側面に設けられ超音波を送受波する超音波変換器とを有する針状部と、上記内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる駆動機構を内蔵した本体部と、を備え、上記本体部は、その先端部に、上記針状部の内針及び外針の基端部をそれぞれ挟持する挟持部と、上記本体部と針状部とを電気的に接続する接続部とを有し、該本体部と針状部とを着脱する着脱手段を備えたものである。
【０００９】
また、関連発明としての超音波診断装置は、被検体表面に当接して操作し被検体内に向けて超音波を送受波する探触子と、この探触子を駆動して超音波を送受波させると共に収集した超音波画像信号を処理して被検体内部の超音波断層像を作成する超音波装置と、この超音波装置からの画像信号を取り込んで超音波断層像を表示する表示装置と、先端部が穿刺針状で外側面に超音波変換器を有し被検体内に刺入して超音波の送受波を行うと共に走査を行って生体組織の超音波画像信号を収集する針状超音波探触子と、この針状超音波探触子で収集した超音波画像信号を処理して刺入部の超音波画像を作成する画像処理部とを備えて成る超音波診断装置において、上記針状超音波探触子として請求項１記載の針状超音波探触子を用い、上記画像処理部内には、針状超音波探触子の内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる駆動機構の駆動回路と、上記内針の駆動と同期させて収集した超音波画像信号を積算する積算回路と、上記駆動回路及び積算回路の動作を制御する制御回路部とを設け、上記表示装置に被検体内部の超音波断層像と刺入部の超音波画像とを同時に表示するようにしたものである。
【００１０】
なお、上記駆動回路及び積算回路の動作を制御する制御回路部は、針状超音波探触子の内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる動作を間歇的に行いながら、その停止期間内に上記針状超音波探触子による所定回数の超音波の送受波を繰り返すと共に受波信号を積算処理するようにしてもよい。
【００１１】
また、上記駆動回路及び積算回路の動作を制御する制御回路部は、針状超音波探触子の内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる動作を連続的に行いながら、超音波変換器の焦点位置でのスポット径を駆動機構の動作速度で除した時間内にて該超音波変換器の画像化領域内で、上記針状超音波探触子による超音波の送受波を繰り返すと共に所定回数の受波信号を積算処理するようにしてもよい。
【００１２】
さらに、上記駆動回路及び積算回路の動作を制御する制御回路部は、針状超音波探触子の内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる動作を間歇的に行う走査速度と超音波受波信号の積算を間歇的な停止時に所定回数だけ実行する積算密度を、間歇的なステップ間隔を変えたり積算回数を変えることで可変にし、又は針状超音波探触子の内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる動作を連続的に行う走査速度と超音波受波信号の積算を超音波変換器の焦点位置でのスポット径を駆動機構の動作速度で除した時間内に行う積算密度を、移動速度を変えること又は超音波の送波・受波並びに受波信号の積算のタイミングを変えることで可変にしてもよい。
【００１３】
また、上記積算回路は、入力した超音波受波信号について演算する第一の演算器と、この第一の演算器からの出力信号を記憶するメモリ部と、このメモリ部からの出力信号について演算する第二の演算器との三段構成とし、上記第一の演算器で演算処理されたデータをメモリ部に順次記録し、この記録されたデータを読み出して第一の演算器に再び転送して所定の演算を行い、さらにこの第一の演算器及びメモリ部で積算されたデータを第二の演算器へ送って上記第一の演算器による積算結果をその演算回数で除して規格化するようにしてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による針状超音波探触子の実施の形態を示す中央縦断面図である。この針状超音波探触子は、針先に設けた超音波変換器を被検体内の生体組織へ直接刺入して超音波の２次元走査により上記生体組織の超音波画像を収集するもので、図１に示すように、外針１及び内針２を有する針状部分（針状部）２１と、本体部分（本体部）４とを備えている。
【００１５】
上記外針１は、内針２を内側に保持して被検体の生体組織へ刺入する際のガイドをする部材となるもので、金属などの剛性材料で外径が１〜２mm程度の細径の中空パイプ状に形成されている。上記外針１の内側には、内針２が挿入されている。この内針２は、後述の超音波変換器３を外側面に保持して被検体の生体組織へ直接刺入するもので、金属などの剛性材料で外径が１〜２mm程度の細径の丸棒状に形成されると共に先端部５が円錐状に形成されており、上記外針１の内側に小さなクリアランスをあけて同軸状に挿入されて、図２に示すようにその軸周りに矢印Ｂのように回転可能及びその軸方向に矢印Ｃのように並進可能に設けられている。
【００１６】
上記内針２の先端部５近傍の外側面には、超音波変換器３が設けられている。この超音波変換器３は、被検体内に超音波を打ち出すと共に生体組織から反射してきたエコー信号を受波するもので、図３に示すように、内針２の外側面の一部に溝６が形成されており、この溝６内に嵌め込んで固定されている。上記超音波変換器３は、サファイアやシリコンなどの音響レンズ材７をベースにして、この音響レンズ材７の一方の面８に下部電極９と圧電素子１０と上部電極１１とを設け、他方の面１２には凹球面状に形成したレンズ面１３を設けて成る。そして、上記下部電極９と圧電素子１０と上部電極１１とを駆動することにより、超音波１４が発生され、この超音波１４は上記レンズ面１３で屈折して曲げられ、その屈折後の超音波１４′は焦点１５に収束するようになっている。なお、符号１６は被検体を示し、符号１７は図２に示すように内針２を矢印Ｂのように回転することにより上記焦点１５によって得られる画像化領域を示している。また、図１に示すように、上記音響レンズ材７の一部に中間ベース１８を搭載し、この中間ベース１８と上記下部電極９、上部電極１１とをそれぞれ信号線１９でボンディングし、さらに上記中間ベース１８にケーブル２０を接続して図示外の制御装置に接続されている。
【００１７】
そして、上記外針１の内側に内針２を挿入した全体で針状部分２１を構成している。このような状態で、上記針状部分２１を被検体１６内に刺入し、超音波変換器３から超音波を被検体１６内に送受波すると共に上記内針２を矢印Ｂのように回転及び矢印Ｃのように並進して２次元走査を行い、上記被検体１６の生体組織の超音波画像を収集するようになっている。
【００１８】
ここで、本発明においては、図１に示すように、上記本体部分４の内部に内針２の駆動機構２２が設けられると共に、この本体部分４に上記針状部分２１を着脱可能に組み合わせる着脱手段を備えている。まず、上記駆動機構２２は、内針２を軸周りに回転させ或いはその軸方向に並進させるもので、回転アクチュエータ２３と、第一可動ブロック２４と、並進アクチュエータ２５と、第二可動ブロック２６とから成る。回転アクチュエータ２３は、図２に示すように内針２をその軸周りに矢印Ｂ方向に回転させるもので、例えば小型の電気モータ等から成り、本体部分４の筒状体２７の基端部に固定されている。上記回転アクチュエータ２３の回転軸２８には、第一可動ブロック２４が取り付けられている。この第一可動ブロック２４は、後述の第二可動ブロック２６に対して上記回転アクチュエータ２３の回転力をそのまま伝達するもので、先端部に噛み合い突部２９を有している。
【００１９】
また、上記回転アクチュエータ２３の回転軸２８には、並進アクチュエータ２５が連結されている。この並進アクチュエータ２５は、図２に示すように内針２をその軸方向に矢印Ｃのように並進させるもので、例えば前後方向の駆動力を発生する積層圧電体やモータの回転運動を直進運動に変更するリニアアクチュエータ等から成る。さらに、上記並進アクチュエータ２５の先端部には、第二可動ブロック２６が取り付けられている。この第二可動ブロック２６は、前記内針２に回転アクチュエータ２３の回転力と並進アクチュエータ２５の直進運動とを共に伝達するもので、基端部に上記第一可動ブロック２４の噛み合い突部２９と係合する噛み合い凹部３０を有している。そして、この噛み合い凹部３０と上記噛み合い突部２９とを噛み合わせると共に互いにスライド可能に係合するようになっている。このとき、上記噛み合い突部２９と噛み合い凹部３０との係合長さは、並進アクチュエータ２５の直進運動の距離を吸収しうる長さとされている。
【００２０】
次に、上記本体部分４に対する針状部分２１の着脱可能の構造は、上記第二可動ブロック２６の先端に、内針挟持片３１が突設されると共にその内側面には接続端子３２が設けられている。また、上記本体部分４の筒状体２７の先端部には、外針挟持部３３が延長して設けられると共に、その外針挟持部３３の根元部には回転操作することにより該外針挟持部３３の先端を開閉することができる固定用ノブ３４が設けられている。ここで、上記内針挟持片３１と外針挟持部３３とで、上記針状部分２１の内針２及び外針１の基端部をそれぞれ挟持する挟持部を構成し、上記接続端子３２で、上記本体部分４と針状部分２１とを電気的に接続する接続部を構成している。
一方、針状部分２１の内針２の基端部には、上記内針挟持片３１の接続端子３２と接触する電極３５が設けられている。そして、上記針状部分２１の内針２の基端部を本体部分４の先端部に挿入し電極３５を内針挟持片３１の接続端子３２に接触させると共に、外針１の基端部を外針挟持部３３の内側に挿入し、固定用ノブ３４を締め付けることにより該外針挟持部３３の先端を閉めて、針状部分２１を固定状態に装着する。また、この状態から、上記固定用ノブ３４を緩めることにより該外針挟持部３３の先端を拡げて、針状部分２１を解放して外す。そして、上記内針挟持片３１、外針挟持部３３及び接続端子３２並びに固定用ノブ３４により、本体部分４に対して針状部分２１を着脱可能とする着脱手段が構成されている。
【００２１】
図４は図１に示す針状超音波探触子の関連発明としての超音波診断装置の実施の形態を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波を利用して被検体の診断部位及び刺入部について超音波画像を得るもので、図４に示すように、探触子３６と、超音波装置３７と、モニタ３８と、針状超音波探触子３９と、画像処理部４０とを備えて成る。
【００２２】
上記探触子３６は、被検体１６表面に当接して操作し被検体１６内に向けて超音波を送受波するもので、その内部には超音波を打ち出すと共に反射エコーを受信する超音波振動子が設けられている。超音波装置３７は、上記探触子３６を駆動して超音波を送受波させると共に収集した超音波画像信号を処理して被検体１６内部の診断部位４１の超音波断層像を作成するもので、その内部には送波回路、受波回路、対数圧縮回路、検波回路などが設けられている。モニタ３８は、上記超音波装置３７からの画像信号を取り込んで超音波断層像を表示する表示装置となるものである。また、針状超音波探触子３９は、先端部が穿刺針状で外側面に超音波変換器を有し被検体１６内に刺入して超音波の送受波を行うと共に走査を行って生体組織の超音波画像信号を収集するものである。
【００２３】
さらに、画像処理部４０は、上記針状超音波探触子３９で収集した超音波画像信号を処理して診断部位４１内の刺入部の超音波画像を作成するもので、図６に示すように、コネクタ４２を介して針状超音波探触子３９に送波駆動信号を供給する送波回路４３と、上記針状超音波探触子３９で受信し受波回路４４で取り出した超音波受波信号をコネクタ４５を介して入力し増幅するプリアンプ４６と、このプリアンプ４６からの超音波受波信号の信号レベルを最適化するゲイン調整部４７と、カウンタ４８の設定値に従って同期回路４９により送波回路４３を制御して超音波の送受波を繰り返すと共に上記ゲイン調整部４７からの受波信号の積算を行う積算回路５０と、コネクタ５１を介して針状超音波探触子３９の駆動機構２２に駆動信号を送る駆動回路５２と、バスライン５３を介して上記積算回路５０及び駆動回路５２を一括制御するパーソナルコンピュータなどの制御回路部５４と、上記積算回路５０からの超音波画像信号について対数圧縮及び検波処理などを行う信号処理回路５５とから成る。なお、この信号処理回路５５からの出力信号は、コネクタ５６を介してモニタ３８に送られる。
【００２４】
ここで、本発明の超音波診断装置においては、上記針状超音波探触子３９として、図１に示すように本体部分４に駆動機構２２が内蔵されると共にその本体部分４に対し針状部分２１が着脱可能に組み合わされた針状超音波探触子が用いられている。また、上記画像処理部４０の内部には、針状超音波探触子３９の内針２を軸周りに回転させ或いはその軸方向に並進させる駆動機構２２の駆動回路５２を設けると共に、上記内針２の駆動と同期させて収集した超音波画像信号を積算する積算回路５０を設け、かつ上記駆動回路５２及び積算回路５０の動作を制御する制御回路部５４を設けたことが特徴である。
【００２５】
そして、上記積算回路５０の内部構成は、図７に示すように、入力した超音波受波信号について演算する第一の演算器５７と、この第一の演算器５７からの出力信号を記憶するメモリ部５８と、このメモリ部５８からの出力信号について演算する第二の演算器５９との三段構成とされている。なお、図７において、第一のラッチ６０は、上記第一の演算器５７の演算結果を一時保存すると共に、メモリ部５８へ送るものである。また、アドレス回路６１は、上記メモリ部５８への記録に先立って所定のアドレスデータを発生させるものである。さらに、第二のラッチ６２は、上記メモリ部５８から読み出されたデータを一時保存すると共に、第一の演算器５７の別の入力部へ転送するものである。そして、制御回路６３は、上記各構成要素の動作を制御するものである。
【００２６】
次に、このような積算回路５０の動作について、図８に示すタイムチャートを参照しながら説明する。まず、図７において、画像化処理された超音波受波信号は、所定ビットでＡ／Ｄ変換された後に第一の演算器５７へ入力データＤ₁，Ｄ₂，…として入力する（図８（ａ））。次に、上記第一の演算器５７で演算処理されたデータは、第一のラッチ６０に一時保存されると共に、メモリ部５８に送られて順次記録される。このとき、上記メモリ部５８への記録に先立って、アドレス回路６１は所定のアドレスデータＡ₁，Ａ₂，…を発生させ（図８（ｃ））、アドレスが確定すると既に記録済みのデータをメモリ部５８から読み出すと共に、新しいデータを記録する。すなわち、制御回路６３は、メモリ部５８に対し図８（ｂ）に示すようにリード、ライトを切り換え、該メモリ部５８をいわゆるリードモディファイライトサイクルにて使用するように制御する。このリードモディファイライトサイクルは、同じアドレスＡ₁，Ａ₂，…に対してアドレス保持時間の半分をデータ出力（リード）に、残り半分をデータ入力（ライト）にそれぞれ使用するものである。
【００２７】
次に、上記アドレス確定後の前半の時間で、メモリ部５８は予め記録されていたデータを図８（ｄ）に示すＤ₁₀₁，Ｄ₁₀₂，…のように出力し、第二のラッチ６２へ送る。第二のラッチ６２はこれを一時保存してから図８（ｅ）に示すＤ₁₀₁，Ｄ₁₀₂，…のように出力し、第一の演算器５７の別の入力部へ転送する。すると、第一の演算器５７は、入力したデータＤ₁₀₁，Ｄ₁₀₂，…について所定の演算を行い、その演算結果を第一のラッチ６０に送る。以後、上述と同様にして処理が進み、第一の演算器５７及びメモリ部５８で積算されたデータが第二のラッチ６２を介して第二の演算器５９へ送られる。次に、第二の演算器５９は、第二のラッチ６２から出力されたデータを入力し、第一の演算器５７による積算結果をその演算回数で除して規格化し、原データと同じビット長となるように処理する。その結果、第二の演算器５９からは、図８（ｆ）に示すように積算処理後のデータＤ₂₀₁，Ｄ₂₀₂，…が出力される。なお、上記第二の演算器５９は、具体的には除算器などを用いれば実現可能であり、制御回路６３で必要データを設定すればよい。
【００２８】
以上のように、本発明では、積算回路５０を第一の演算器５７とメモリ部５８と第二の演算器５９との三段構成としたことにより、積算処理のための繰り返し演算回数を自由に設定でき、演算結果の規格化などと共にリアルタイムの積算処理を実現することができる。
【００２９】
次に、このように構成された超音波診断装置の動作について説明する。まず、図４において、探触子３６と超音波装置３７とモニタ３８とを用いて、被検体１６内の診断部位４１を観察しながら針状超音波探触子３９の内針２を所望の刺入部まで誘導する。次に、上記刺入した針状超音波探触子３９において、図３に示す上部電極１１に超音波の送波電圧を印加して圧電素子１０から所定周波数の超音波１４を発生させ、音響レンズ材７のレンズ面１３で超音波１４′を屈折、収束させて焦点１５を形成する。これと共に、上記焦点位置に対応する被検体１６の生体組織からの反射エコーを上記と逆経路で圧電素子１０に導いて受波信号を発生させ、この受波信号を図４に示す画像処理部４０へ送って信号処理を行い、モニタ３８上に刺入部の超音波画像を表示する。
【００３０】
このとき、図５に示すように、上記モニタ３８の画面には、被検体１６内部の診断部位４１の超音波断層像６４と上記診断部位４１の刺入部の超音波画像（針先像）６５とが同時に表示される。このような状態で、図４において探触子３６及び針状超音波探触子３９で超音波の送受波を行いながら、図１に示す駆動機構２２を操作して図２に示すように内針２を画像化領域１７に沿って矢印Ｂ，Ｃのように回転及び並進操作することにより、リアルタイムに生体組織の細胞レベルでの超音波画像を得ることができる。この場合、図６に示す制御回路部５４は、針状超音波探触子３９の内針２を軸周りに回転させ或いはその軸方向に並進させる動作を間歇的に行いながら、その停止期間内に上記針状超音波探触子３９による所定回数の超音波の送受波を繰り返すと共に受波信号を積算処理するように制御する。
【００３１】
図９は、上記制御回路部５４による針状超音波探触子３９の移動操作と超音波信号の送受波の積算との関係を示す動作タイミングの説明図である。図１に示す駆動機構２２による回転及び並進操作により、使用している超音波の周波数から得られる分解能と同等かそれより小さいステップ間隔で内針２を移動するときの画像化領域１７（図２参照）上での超音波の焦点１５の軌跡は、図９（ａ）に示すようになる。この図９（ａ）において、符号６６はステップ的に回転するときの間隔を示し、符号６７は上記ステップ的に回転した後の停止状態を示し、符号６８はいくつかステップ的に回転（６６）した後にステップ的に並進するときの間隔を示している。
【００３２】
また、上記駆動機構２２によりステップ的に移動を行った際に、その停止状態６７で所定回数の超音波の送受波と積算処理を行う動作は、図９（ｂ）に示すようになる。図９（ｂ）の動作タイミングにおいて、領域ａは上記ステップ的に回転する移動時（６６）を示し、領域ｂは上記ステップ的に回転した後の停止時(６７）を示し、符号６９は上記領域ｂにおいて間隔ｃで超音波の送波・受波並びに受波信号の積算を行うタイミングを示している。さらに、領域ｄは上記ステップ的に回転（６６）した後にステップ的に並進する移動時（６８）を示している。この場合、超音波の送波・受波並びに受波信号の積算を上記の動作タイミングで領域ｂの停止時に所定の回数だけ実行することにより、反射率が小さい場合でも効率よく信号強度の大きい受波信号を得ることができる。従って、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができ、受波信号が小さい場合でも高画質の超音波画像が得られる。
【００３３】
図１０は、上記針状超音波探触子３９の移動操作と超音波信号の送受波の積算との関係の他の例を示す動作タイミングの説明図である。この場合、図６に示す制御回路部５４は、針状超音波探触子３９の内針２を軸周りに回転させ或いはその軸方向に並進させる動作を連続的に行いながら、上記針状超音波探触子３９による超音波の送受波を繰り返すと共に所定回数の受波信号を積算処理するように制御する。図１に示す駆動機構２２による回転及び並進操作により、連続して内針２を移動するときの画像化領域１７（図２参照）上での超音波の焦点１５の軌跡は、図１０（ａ）に示すようになる。この図１０（ａ）において、符号７０は例えば鋸刃状に連続して往復移動する軌跡を示している。
【００３４】
また、上記駆動機構２２により連続して移動を行った際に、その移動状態７０で所定回数の超音波の送受波と積算処理を行う動作は、図１０（ｂ）に示すようになる。図１０（ｂ）の動作タイミングにおいて、符号７１は間隔ｃで超音波の送波・受波並びに受波信号の積算を行うタイミングを示している。このとき、図１０（ｃ）に示すように、超音波の周波数と音速と超音波レンズのＦ数とから得られる焦点位置でのスポット径をｄとし、駆動機構２２の動作速度をｖとすると、ｔ＝ｄ／ｖの時間内にできるだけ多くの送波・受波並びに受波信号の積算を実行して、上記スポット径ｄのオーバーラップを多くするようにすればよい。このように、超音波の送波・受波並びに受波信号の積算を上記の動作タイミングで所定の回数だけ実行することにより、反射率が小さい場合でも効率よく信号強度の大きい受波信号を得ることができる。従って、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができ、受波信号が小さい場合でも高画質の超音波画像が得られる。
【００３５】
なお、図示はしていないが、上記制御回路部５４の制御において、針状超音波探触子３９の内針２を軸周りに回転させ或いはその軸方向に並進させる動作を間歇的に行う走査速度と超音波受波信号の積算密度、又は針状超音波探触子３９の内針２を軸周りに回転させ或いはその軸方向に並進させる動作を連続的に行う走査速度と超音波受波信号の積算密度をそれぞれ可変にしてもよい。この場合は、試料組織の密度及び反射信号強度の程度に合わせて走査速度と超音波受波信号の積算密度を選択することにより、画像化時間或いは解像度の制御を行うことが可能である。すなわち、試料組織の密度がラフな場合や反射信号強度が大きい場合或いは解像度を必要としない場合には、図９においてステップ間隔を大きくしたり積算回数を減らし、また図１０において移動速度を早くしたり超音波の送波・受波並びに受波信号の積算のタイミングを長くすればよい。
【００３６】
なお、以上において、図５に示すモニタ３８の画面に表示する針先像６５としては、刺入部の正常組織の画像６５ａと、異常組織の画像６５ｂとを並べて表示してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明による針状超音波探触子（図１参照）は以上のように構成されたので、中空パイプ状に形成された外針と、この外針の内側に軸周りに回転可能及び軸方向に並進可能に挿入された内針と、この内針の先端部近傍の外側面に設けられ超音波を送受波する超音波変換器とを有する針状部と；上記内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる駆動機構を内蔵した本体部とを；該本体部の先端部に設けられ、針状部の内針及び外針の基端部をそれぞれ挟持する挟持部と、本体部と針状部とを電気的に接続する接続部とを有する着脱手段で、上記本体部と針状部とを着脱することができる。このように、内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる駆動機構を内蔵した本体部に対し、被検体内に刺入する内針及び外針を有する針状部を着脱手段で着脱可能に組み合わせたことにより、生体組織へ直接刺入する針状部を被検体毎に容易に交換することができる。従って、従来のように針状部を十分に消毒してから再使用する必要はなく、取り扱いが容易であると共に、被検体に対する安全性を向上することができる。
【００３８】
また、関連発明としての超音波診断装置（図４参照）は以上のように構成されたので、被検体表面に当接して操作し被検体内に向けて超音波を送受波すると共に走査を行って診断部位の断層像信号を収集する探触子と、先端部が穿刺針状で外側面に超音波変換器を有し被検体内に刺入して超音波の送受波を行うと共に走査を行って生体組織の超音波画像信号を収集する針状超音波探触子とを有して成る超音波診断装置において、上記針状超音波探触子として請求項１記載の針状超音波探触子を用い、その針状超音波探触子がわの画像処理部内には、針状超音波探触子の内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる駆動機構の駆動回路と、上記内針の駆動と同期させて収集した超音波画像信号を積算する積算回路と、上記駆動回路及び積算回路の動作を制御する制御回路部とを設けたことで、超音波の送波・受波並びに受波信号の積算を所定の回数だけ実行することにより、反射率が小さい場合でも効率よく信号強度の大きい受波信号を得ることができる。従って、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができ、受波信号が小さい場合でも高画質の超音波画像が得られる。また、上記表示装置には被検体内部の超音波断層像と刺入部の超音波画像とを同時に表示することができるので、瞬時に病変を確定することができる。これにより、被検体内部の診断部位と刺入部との位置関係が直ちに分かり、診断及び治療が正確かつスムーズにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による針状超音波探触子の実施の形態を示す中央縦断面図である。
【図２】針状部分の内針の回転及び並進の２次元走査を示す説明図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図４】図１に示す針状超音波探触子の関連発明としての超音波診断装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図５】モニタにおける超音波画像の表示例を示す説明図である。
【図６】上記超音波診断装置における画像処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図７】上記画像処理部における積算回路の内部構成を示すブロック図である。
【図８】上記積算回路の動作を示すタイムチャートである。
【図９】制御回路部による針状超音波探触子の移動操作と超音波信号の送受波の積算との関係を示す動作タイミングの説明図である。
【図１０】上記針状超音波探触子の移動操作と超音波信号の送受波の積算との関係の他の例を示す動作タイミングの説明図である。
【符号の説明】
１…外針
２…内針
３…超音波変換器
４…本体部分
５…先端部
１６…被検体
２１…針状部分
２２…駆動機構
２３…回転アクチュエータ
２４…第一可動ブロック
２５…並進アクチュエータ
２６…第二可動ブロック
３１…内針挟持片
３３…外針挟持部
３６…探触子
３７…超音波装置
３８…モニタ
３９…針状超音波探触子
４０…画像処理部
４１…診断部位
５０…積算回路
５２…駆動回路
５４…制御回路部

Claims

内針及び外針を被検体内に刺入して超音波変換器から超音波を送受波すると共に上記内針を回転及び並進の２次元走査を行って生体組織の超音波画像信号を収集する針状超音波探触子において、
中空パイプ状に形成された外針と、この外針の内側に軸周りに回転可能及び軸方向に並進可能に挿入され剛性材料で細径の丸棒状に形成されると共に先端部が円錐状に形成された内針と、この内針の先端部近傍の外側面に設けられ超音波を送受波する超音波変換器とを有する針状部と、
上記内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる駆動機構を内蔵した本体部と、を備え、
上記本体部は、その先端部に、上記針状部の内針及び外針の基端部をそれぞれ挟持する挟持部と、上記本体部と針状部とを電気的に接続する接続部とを有し、該本体部と針状部とを着脱する着脱手段を備えたことを特徴とする針状超音波探触子。
被検体表面に当接して操作し被検体内に向けて超音波を送受波する探触子と、この探触子を駆動して超音波を送受波させると共に収集した超音波画像信号を処理して被検体内部の超音波断層像を作成する超音波装置と、この超音波装置からの画像信号を取り込んで超音波断層像を表示する表示装置と、先端部が穿刺針状で外側面に超音波変換器を有し被検体内に刺入して超音波の送受波を行うと共に走査を行って生体組織の超音波画像信号を収集する針状超音波探触子と、この針状超音波探触子で収集した超音波画像信号を処理して刺入部の超音波画像を作成する画像処理部とを備えて成る超音波診断装置において、
上記針状超音波探触子として請求項１記載の針状超音波探触子を用い、
上記画像処理部内には、針状超音波探触子の内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる駆動機構の駆動回路と、上記内針の駆動と同期させて収集した超音波画像信号を積算する積算回路と、上記駆動回路及び積算回路の動作を制御する制御回路部とを設け、
上記表示装置に被検体内部の超音波断層像と刺入部の超音波画像とを同時に表示するようにしたことを特徴とする超音波診断装置。
上記駆動回路及び積算回路の動作を制御する制御回路部は、針状超音波探触子の内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる動作を間歇的に行いながら、その停止期間内に上記針状超音波探触子による所定回数の超音波の送受波を繰り返すと共に受波信号を積算処理するようにしたことを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
上記駆動回路及び積算回路の動作を制御する制御回路部は、針状超音波探触子の内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる動作を連続的に行いながら、超音波変換器の焦点位置でのスポット径を駆動機構の動作速度で除した時間内にて該超音波変換器の画像化領域内で、上記針状超音波探触子による超音波の送受波を繰り返すと共に所定回数の受波信号を積算処理するようにしたことを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
上記駆動回路及び積算回路の動作を制御する制御回路部は、
針状超音波探触子の内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる動作を間歇的に行う走査速度と超音波受波信号の積算を間歇的な停止時に所定回数だけ実行する積算密度を、間歇的なステップ間隔を変えたり積算回数を変えることで可変にし、
又は針状超音波探触子の内針をその軸周りに回転させ及びその軸方向に並進させる動作を連続的に行う走査速度と超音波受波信号の積算を超音波変換器の焦点位置でのスポット径を駆動機構の動作速度で除した時間内に行う積算密度を、移動速度を変えること又は超音波の送波・受波並びに受波信号の積算のタイミングを変えることで可変にした、
ことを特徴とする請求項３又は４記載の超音波診断装置。
上記積算回路は、入力した超音波受波信号について演算する第一の演算器と、この第一の演算器からの出力信号を記憶するメモリ部と、このメモリ部からの出力信号について演算する第二の演算器との三段構成とし、上記第一の演算器で演算処理されたデータをメモリ部に順次記録し、この記録されたデータを読み出して第一の演算器に再び転送して所定の演算を行い、さらにこの第一の演算器及びメモリ部で積算されたデータを第二の演算器へ送って上記第一の演算器による積算結果をその演算回数で除して規格化することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の超音波診断装置。