JP6078732B1 - 超音波プローブ - Google Patents
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Abstract
穿刺針の動きを正確に把握することができ、被検体に対する穿刺針の穿刺を確実に行うことができる超音波プローブを提供する。超音波プローブ3は、プローブ本体12と穿刺ガイド用アタッチメント14とを備える。プローブ本体12は、第1素子ユニット25と、第2素子ユニット26と、音響レンズ29とを有する。第1素子ユニット25には、複数の第1の超音波振動子23が直線状に配列され、第2素子ユニット26には、第1の超音波振動子23の配列方向と交差する方向に複数の第2の超音波振動子24が直線状に配列されている。第1素子ユニット25から出力される超音波Soのビームの方向が、第2素子ユニット26側に傾くように設定されている。【選択図】図5
Description
本発明は、超音波画像で穿刺針の位置を確認しながら穿刺針の穿刺を行う超音波プローブに関するものである。
医療現場では、一般的な注射、神経ブロック注射、採血、カテーテルの挿入など、生体組織(被検体)に対して穿刺する行為が広く行われている。神経ブロック注射やカテーテルの挿入などの処置を行う場合、目的の部位に対して正確に穿刺しないと、生体組織を損傷させてしまう可能性がある。このような背景の中、近年では、超音波画像で目的の部位の状態を観察しながら穿刺を行うといった超音波ガイドの技術が用いられている。
従来、超音波ガイドを用いた装置では、1つの断層画像を表示して穿刺を行っていた。この装置では、短軸像(横断面)または長軸像(縦断面)のいずれか一方しか確認することができない。そのため、穿刺針が血管内に正確に穿刺されていないような場合でも、作業者がそれに気付きにいくいという問題があった。
この問題を解消するため、直交する2つの断面(横断面及び縦断面)を同時に走査して各断面の超音波画像(短軸像及び長軸像)を表示し、それら画像を観察しつつ穿刺を行うようにした血管撮影装置が提案されている(例えば、特許文献1等参照)。図8は、従来の血管撮影装置に用いられる従来の直交またはT型の超音波プローブ80の概略構成を示している。
図8に示されるように、超音波プローブ80のプローブ本体81には、超音波をリニア走査するための複数の超音波振動子82,83(探触子)が略T字状となるように配列されている。より詳しくは、プローブ本体81において、横断面の断層画像を取得するための横断面用の超音波振動子82と縦断面の断層画像を取得するための縦断面用の超音波振動子83とが略T字状に交差するようそれぞれ直線状に配列されている。また、超音波プローブ80では、断層画像の解像度を上げて穿刺針の動きを確実に把握するために、音響レンズ84を用いて超音波Soのビームを絞って所定の焦点位置P1にて収束させるように構成している(図9参照)。なお、超音波Soのビームは、超音波振動子82,83において超音波放射面85と直交する中心線L1上に収束される。このように構成された超音波プローブ80を用いる場合、2つの断層画像(図10に示す横断面の断層画像87及び縦断面の断層画像88)を確認しながら穿刺針89を挿入することができるため、生体組織90の目的の部位に対して正確な穿刺を行うことが可能となる。
ところで、略T字状に超音波振動子82,83を配列した従来の超音波プローブ80を用いて横断面の断層画像87と縦断面の断層画像88とを表示する場合、断層画像87と断層画像88との間に、穿刺針89の画像が表示されない不感帯エリアR1ができてしまう(図10参照)。具体例を挙げると、例えば静脈への穿刺を行うと、まず横断面の断層画像87に穿刺針89が現れる。次いで、縦断面の断層画像88に穿刺針89の先端が現れるまでには、5mm以上穿刺針89を進めなければならず、そのあいだ穿刺針89の行方がわからなくなる。また、静脈への穿刺を行う周囲に動脈や神経組織が存在する場合、穿刺針89の針先の行方がわからないと、安心して穿刺針89の穿刺を行うことができない。従って、超音波プローブ80の位置をずらして静脈の周囲構造を十分に把握してから、穿刺針89の穿刺を行う必要がある。この超音波プローブ80を用いた確認作業には、ある程度の技量(スキル)が必要となる。特に、作業経験の少ない作業者が穿刺を行う場合には、静脈の周囲構造の確認作業に時間がかかり、不感帯エリアR1に針先を進める際には、不安になり精神的なストレスがかかってしまう。このようなことから、作業経験の少ない作業者が行う場合であっても、穿刺針89の穿刺を安心して確実に行えるようにするために、超音波プローブ80の改良が望まれていた。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、穿刺針の動きを正確に把握することができ、被検体に対する穿刺針の穿刺を確実に行うことができる。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、被検体の横断面を示す第1断層画像と、前記横断面に交差する方向の縦断面を示す第2断層画像とを同一画面上に同時に表示可能な超音波画像表示装置に用いられる超音波プローブであって、前記第1断層画像と前記第2断層画像とを取得すべく超音波をリニア走査するための複数の超音波振動子が略T字状となるように配列されたプローブ本体と、前記プローブ本体に固定され、前記第2断層画像が示す前記縦断面に沿って穿刺針を予め設定された所定の角度で前記被検体に挿入するよう前記穿刺針を案内する穿刺ガイド用アタッチメントとを備え、前記プローブ本体は、前記第1断層画像を取得すべく複数の第1の超音波振動子が直線状に配列されてなる第1素子ユニットと、記第2断層画像を取得すべく前記複数の第1の超音波振動子の配列方向と交差する方向に複数の第2の超音波振動子が直線状に配列されてなる第2素子ユニットと、前記第1素子ユニット及び前記第2素子ユニットにおいて前記超音波振動子の超音波放射面側に設けられ、前記超音波放射面からその法線方向に出力される前記超音波のビームを絞って所定の焦点位置にて収束させる音響レンズとを有し、前記第1素子ユニットから出力される前記超音波のビームの方向が、前記第2素子ユニット側に傾くように設定され、前記プローブ本体の底面に位置する振動子設置面において、前記第2素子ユニットの延長線上かつ前記第1素子ユニットがある側の端縁部には、前記穿刺針の先端側を当接させることによって前記穿刺針の挿入位置を決める位置決め部が設けられ、前記アタッチメントは、前記位置決め部を中心とする円の周方向に前記穿刺針を回動させることにより、挿入状態かつ前記位置決め部との当接状態のままで前記穿刺針の挿入角度を多段階的に調整可能な角度調整機構を有するとともに、前記プローブ本体において前記位置決め部がある側の側面下部に固定されていることを特徴とする超音波プローブをその要旨とする。
従って、請求項1に記載の発明によると、超音波プローブにおいて、第1素子ユニットの各超音波振動子から出力される超音波のビームの方向が第2素子ユニット側に傾くように設定されている。この超音波プローブを用いる場合、横断面を示す第1断層画像と縦断面を示す第2断層画像との間において、穿刺針の画像が表示されない不感帯エリアを少なくすることができる。この場合、横断面を示す第1断層画像に穿刺針が現れた後、間を置かずに縦断面を示す第2断層画像に穿刺針が表示されるようになり、穿刺針の動きをより正確に把握することができる。従って、作業者の心理的負担を軽減することができ、被検体に対して穿刺針を安心して確実に穿刺することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記第1素子ユニットにおける前記複数の第1の超音波振動子は、前記超音波放射面が前記第2素子ユニット側に傾いた状態で配置されていることをその要旨とする。
従って、請求項2に記載の発明によると、第1素子ユニットにおいて、超音波放射面が第2素子ユニット側に傾いた状態で複数の第1の超音波振動子が配置されるので、超音波のビームの方向を第2素子ユニット側に確実に傾けることができる。このようにすると、不感帯エリアが少なくなるため、作業者の心理的負担を軽減することができ、被検体に対して穿刺針を安心して確実に穿刺することができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1において、前記音響レンズは、前記第1素子ユニットにおいて、前記第1の超音波振動子の前記超音波放射面から出力される前記超音波のビームが前記超音波放射面の法線方向に対して前記第2素子ユニット側に傾斜した方向に収束するように、レンズの曲率を調整して形成されていることをその要旨とする。
従って、請求項3に記載の発明によると、音響レンズの曲率を調整することにより、第1の超音波振動子の超音波放射面から出力される超音波のビームが第2素子ユニット側に傾斜した方向に収束される。このようにしても、不感帯エリアが少なくなるため、作業者の心理的負担を軽減することができ、被検体に対して穿刺針を安心して確実に穿刺することができる。
請求項4に記載の発明は、請求項2において、前記超音波放射面から前記焦点位置までの領域内において、前記第1断層画像が示す前記横断面の領域と前記第2断層画像が示す前記縦断面の領域とが重ならないように、前記超音波放射面の傾斜角度が設定されていることをその要旨とする。
従って、請求項4に記載の発明によると、第1断層画像が示す横断面の領域と第2断層画像が示す縦断面の領域とが重ならないので、穿刺針を被検体に挿入する際には、穿刺針の超音波像が第1断層画像、第2断層画像の順番で見える。このようにすると、第1断層画像によって被検体に対する穿刺針の位置を確認した後に、第2断層画像によって穿刺針の挿入角度を確認しながら、穿刺針の穿刺をより確実に行うことができる。
請求項5に記載の発明は、請求項2において、前記複数の第1の超音波振動子における前記超音波放射面の傾斜角度は1°以上10°未満であることをその要旨とする。
従って、請求項5に記載の発明によると、第1の超音波振動子における超音波放射面の傾斜角度を1°以上とすることにより、不感帯エリアを確実に減少させることができる。また、第1の超音波振動子における超音波放射面の傾斜角度を10°未満とすることにより、第1断層画像が示す横断面の領域と第2断層画像が示す縦断面の領域とが重なることを回避することができる。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか1項において、前記第2素子ユニットにおける前記複数の第2の超音波振動子は、前記超音波放射面が前記第1素子ユニット側に傾いた状態で配置されていることをその要旨とする。
従って、請求項6に記載の発明によると、第2素子ユニットにおける複数の第2の超音波振動子は、超音波放射面が第1素子ユニット側に傾いた状態で配置されているので、不感帯エリアを減少させることができ、被検体に対して穿刺針を安心して確実に穿刺することができる。
請求項7に記載の発明は、請求項6において、前記第2の超音波振動子における前記超音波放射面の傾斜角度は、前記第1の超音波振動子における前記超音波放射面の傾斜角度よりも小さく設定されていることをその要旨とする。
第2素子ユニットは、縦断面を示す第2断層画像を取得するための第2の超音波振動子が配列されるため、第1の超音波振動子が配列される第1素子ユニットよりも長くなる。従って、請求項7に記載の発明のように、第2の超音波振動子における超音波放射面の傾斜角度を第1の超音波振動子における超音波放射面の傾斜角度よりも小さく設定することにより、各素子ユニットの高さを揃えることが可能となる。
請求項8に記載の発明は、請求項7において、前記第1素子ユニットにおいて前記第1の超音波振動子が設置される振動子設置面と、前記第2素子ユニットにおいて前記第2の超音波振動子が設置される振動子設置面とは、傾斜方向の上側の端部及び下側の端部がそれぞれ同じ高さ位置となるよう傾斜角度を調整して設けられていることをその要旨とする。
従って、請求項8に記載の発明によると、第1素子ユニットにおける振動子設置面と、第2素子ユニットにおける振動子設置面との高さ位置が揃えられる。この場合、被検体の表面と各振動子設置面との間に隙間が生じにくくなり、各振動子設置面を被検体に確実に当接させることができる。この結果、鮮明な断層画像を得ることができ、穿刺針の穿刺を確実に行うことができる。
以上詳述したように、請求項1〜8に記載の発明によると、穿刺針の動きを正確に把握することができ、被検体に対する穿刺針の穿刺を確実に行うことができる。
以下、本発明を超音波画像表示装置としての血管撮影装置に具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は、本実施の形態の血管撮影装置1を示す正面図であり、図2は、その血管撮影装置1の電気的構成を示すブロック図である。
図1及び図2に示されるように、血管撮影装置1は、装置本体2と、その装置本体2に接続される超音波プローブ3とを備えている。本実施の形態の血管撮影装置1は、例えば生体組織4(被検体)内の静脈5にカテーテルなどの穿刺針6を挿入する際に使用される装置であり、静脈5の横断面を示す第1断層画像8(短軸像)と静脈5の縦断面を示す第2断層画像9(長軸像)とを同一画面10上に同時に表示する(図3参照)。
超音波プローブ3は、信号ケーブル11と、信号ケーブル11の先端に接続されるプローブ本体12と、プローブ本体12に対して着脱可能に固定される穿刺ガイド用アタッチメント14と、信号ケーブル11の基端に設けられるプローブ側コネクタ15とを備える。装置本体2にはコネクタ16が設けられ、そのコネクタ16に超音波プローブ3のプローブ側コネクタ15が接続されている。
超音波プローブ3は、リニア式電子走査を行うためのリニアプローブであり、例えば、5MHzの超音波を直線的に走査する。プローブ本体12の底面となる振動子設置面20上には、配列方向が相互に直交して略T字状となるように複数の超音波振動子23,24(探触子)が配列している。
より詳しくは、プローブ本体12は、第1断層画像8を取得するための複数の第1の超音波振動子23を収納する第1素子ユニット25と、第2断層画像9を取得するための複数の第2の超音波振動子24を収納する第2素子ユニット26とを有する。第1素子ユニット25における複数の第1の超音波振動子23は、横断面に対応した短軸方向Xに沿って直線的に配列されている。また、第2素子ユニット26における複数の第2の超音波振動子24は、縦断面に対応した長軸方向Yに沿って直線的に配列されている。本実施の形態において、第1素子ユニット25に収納される第1の超音波振動子23の素子数は、例えば48個であり、第2素子ユニット26に収納される第2の超音波振動子24の素子数は、例えば80個である。従って、各超音波振動子23,24の配列方向の長さは、第1素子ユニット25よりも第2素子ユニット26の方が長くなっている。
第2素子ユニット26において、長軸方向Yに複数の超音波振動子24が配列してなる超音波振動子列27は、振動子設置面20におけるプローブ本体12の中心線L0上に沿って配置されている。つまり、本実施の形態では、振動子設置面20において長軸方向Yの超音波振動子列27の延長線L0とプローブ本体12の中心線L0とが一致する。さらに、長軸方向Yの超音波振動子列27は、その始端が短軸方向Xの超音波振動子列28のほぼ中央に位置するように配列している。
本実施の形態の超音波プローブ3において、略T字状の超音波振動子列27,28における超音波の走査は、例えば、短軸方向Xの超音波振動子列28の一端(例えば図2の右端となる始端)の超音波振動子23から開始される。そして、短軸方向Xの超音波振動子列28の他端(例えば図2の左端となる終端)の超音波振動子23に向けて1素子分ずつ順番に行われる。その後、短軸方向Xの超音波振動子列28のほぼ中央に位置する長軸方向Yの超音波振動子列27の一端(図2では下端となる始端)の超音波振動子24から他端(図2では上端となる終端)の超音波振動子24に向けて1素子分ずつ順番に超音波の走査が行われる。
本実施の形態の超音波プローブ3では、プローブ本体12において底面に位置する振動子設置面20が生体組織4との接触面であり、超音波の送受信を行うための送受信面となる。この振動子設置面20において、略T字状に超音波振動子列27,28が配置される部分には、図示しない音響整合層を介して略T字状の音響レンズ29が配設されている。音響レンズ29は、例えばシリコーン樹脂からなり、第1素子ユニット25及び第2素子ユニット26において超音波振動子23,24の超音波放射面30側に設けられている。音響レンズ29は、生体組織4と接触する外面が湾曲した凸面状に形成されており、超音波振動子23,24の超音波放射面30からその法線方向に出力される超音波Soのビームを絞って所定の焦点位置P1にて収束させる(図5参照)。
プローブ本体12において、長軸方向Yの超音波振動子列27の延長線(振動子設置面20におけるプローブ本体12の中心線L0)上かつ振動子設置面20の端縁部(図2では下側、図4では左側の端縁部)には、位置決め部31が設けられている。位置決め部31は、穿刺針6の先端側が当接して生体組織4に対する穿刺針6の挿入位置を決めるための凹部である。さらに、生体組織4が接触するプローブ本体12の振動子設置面20において、短軸方向Xの両端部には、生体組織4の観察部位の圧迫を回避するための凸条部32が長軸方向Yに沿って設けられている(図4参照)。プローブ本体12の振動子設置面20にて一対の凸条部32を離間して設けることで、振動子設置面20側における一対の凸条部32間の領域があまり強く圧迫されなくなる。よって、観察部位にある静脈5が押し潰されることが防止され、静脈5への穿刺を確実に行うことが可能となる。
穿刺ガイド用アタッチメント14は、穿刺針6を案内するためのガイド溝33が形成された穿刺針ガイド部34と、穿刺針6の挿入角度を多段階的に調整可能な角度調整機構35と、プローブ本体12の側面下部に嵌め込んで固定する固定部36とを備える。穿刺ガイド用アタッチメント14は、第1断層画像8が示す横断面の中央部に穿刺針6が位置するとともに、第2断層画像9が示す縦断面に沿って穿刺針6を所定の角度で生体組織4に挿入するよう穿刺針6を案内する。本実施の形態の穿刺ガイド用アタッチメント14は、可撓性を有する樹脂材料を用いて形成された樹脂成型部品である。
プローブ本体12の下部は、先端側に配置される第1素子ユニット25が横方向に出っ張ったハンマーヘッド型の外形形状(略T字形状)を有する(図2及び図4参照)。穿刺ガイド用アタッチメント14において、固定部36は、そのハンマーヘッド型の外形形状に沿って環状に形成されている。固定部36の内周側には、例えば係合凹部(図示略)が形成されており、プローブ本体12に形成された係合凸部(図示略)に係合凹部が係合することによって、穿刺ガイド用アタッチメント14がプローブ本体12に固定されている。
穿刺ガイド用アタッチメント14において、固定部36の一端に角度調整機構35が設けられ、角度調整機構35に穿刺針ガイド部34が着脱可能に装着されている。穿刺針ガイド部34は、振動子設置面20から上方に離間した位置にて突出している。角度調整機構35は、プローブ本体12の位置決め部31を中心とした周方向に穿刺針ガイド部34を多段階的に移動させるとともに各位置にて固定可能に設けられた調整機構である。この角度調整機構35には、例えば3段階の切り替え位置が設けられている。
穿刺針ガイド部34のガイド溝33は、振動子設置面20からの投影視にて超音波振動子列27の延長線L0上に沿って延びるように形成されている。穿刺針ガイド部34は、長軸方向Yの超音波振動子列27の配列方向と平行な方向に延設されかつ基端部が互いに連結された2本の棒状部材40により構成され、上方から見た形状が略U字状となるよう形成されている。そして、穿刺針ガイド部34において2本の棒状部材40間に設けられた隙間がガイド溝33となっている。穿刺ガイド用アタッチメント14をプローブ本体12に装着した状態では、プローブ本体12の中心線L0上にガイド溝33が配置される。ガイド溝33には、穿刺針6を導入するための開口41と、導入した穿刺針6を当接させる底部42とが設けられている。さらに、穿刺針ガイド部34のガイド溝33には、開口41の側に行くに従って徐々に溝幅が広くなるよう形成された穿刺針導入部43が設けられている。
そして、ガイド溝33の底部42とプローブ本体12の位置決め部31との組み合わせにより穿刺針6の挿入角度が決定される。つまり、プローブ本体12の位置決め部31に穿刺針6の針先を当接させるとともに、ガイド溝33の底部42に穿刺針6の側面を当接させることによって、生体組織4に対する穿刺針6の挿入角度が決定される。また、穿刺ガイド用アタッチメント14において、角度調整機構35を操作し、穿刺針ガイド部34を移動させてガイド溝33の底部42の位置を変更することにより、底部42と位置決め部31とにより決定される穿刺針6の挿入角度が多段階的に調整されるようになっている。
次に、血管撮影装置1における電気的な構成について詳述する。
図2に示されるように、血管撮影装置1の装置本体2は、コントローラ50、パルス発生回路51、送信回路52、受信回路53、信号処理回路54、画像処理回路55、メモリ56、記憶装置57、入力装置58、表示装置59等を備える。コントローラ50は、周知の中央処理装置(CPU)を含んで構成されたコンピュータであり、メモリ56を利用して制御プログラムを実行し、装置全体を統括的に制御する。
パルス発生回路51は、コントローラ50からの制御信号に応答して動作し、所定周期のパルス信号を生成して出力する。送信回路52は、超音波プローブ3における超音波振動子23,24の素子数に対応した複数の遅延回路(図示略)を含み、パルス発生回路51から出力されるパルス信号に基づいて、各超音波振動子23,24に応じて遅延させた駆動パルスを出力する。各駆動パルスの遅延時間は、超音波プローブ3から出力される超音波が所定の照射点で焦点を結ぶように設定されている。
受信回路53は、図示しない信号増幅回路、遅延回路、整相加算回路を含む。この受信回路53では、超音波プローブ3における各超音波振動子23,24で受信された各反射波信号(エコー信号)が増幅されるとともに、受信指向性を考慮した遅延時間が各反射波信号に付加された後、整相加算される。この加算によって、各超音波振動子23,24の受信信号の位相差が調整される。
信号処理回路54は、図示しない対数変換回路、包絡線検波回路、A/D変換回路などから構成されている。信号処理回路54における対数変換回路は反射波信号を対数変換し、包絡線検波回路は対数変換回路の出力信号の包絡線を検波する。また、A/D変換回路は、包絡線検波回路から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。
画像処理回路55は、信号処理回路54から出力される反射波信号に基づいて、画像処理を行いBモードの超音波画像(断層画像)の画像データを生成する。具体的には、画像処理回路55は、反射波信号の振幅(信号強度)に応じた輝度の画像データを生成する。画像処理回路55で生成された画像データは逐次メモリ56に記憶される。なおここでは、生体組織4の横断面を示す第1断層画像8及び生体組織4の縦断面を示す第2断層画像9の画像データが生成され、メモリ56に記憶される。そして、メモリ56に記憶された1フレーム分の画像データに基づいて、生体組織4の第1断層画像8及び第2断層画像9が白黒の濃淡で表示装置59に表示される。
入力装置58は、キーボード61やトラックボール62などで構成されており、ユーザからの要求や指示等の入力に用いられる。表示装置59は、例えば、LCDやCRTなどのディスプレイであり、生体組織4の第1断層画像8及び第2断層画像9(図3参照)や、各種設定の入力画面を表示するために用いられる。本実施の形態の表示装置59の表示画面10には、図3に示すように、第1断層画像8及び第2断層画像9が左右に並べて同時に表示される。
記憶装置57は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、制御プログラム及び各種のデータを記録媒体に格納している。コントローラ50は、入力装置58による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置57からメモリ56へ転送し、それを逐次実行する。なお、コントローラ50が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置57にインストールして利用する。
図5に示されるように、本実施の形態の超音波プローブ3では、第1素子ユニット25における第1の超音波振動子23から出力される超音波Soのビームの方向が、第2素子ユニット26側に傾くように設定されている。より詳しくは、第1素子ユニット25において、振動子設置面20aが第2素子ユニット26側に傾斜して設けられており、振動子設置面20a上に複数の第1の超音波振動子23が設置されている。この結果、第1素子ユニット25における複数の超音波振動子23は、超音波放射面30が第2素子ユニット26側に傾いた状態で配置される。さらに、第2素子ユニット26において、振動子設置面20bが第1素子ユニット25側に傾斜して設けられており、振動子設置面20b上に複数の第2の超音波振動子24が設置されている。この結果、第2素子ユニット26における複数の第2の超音波振動子24は、超音波放射面30が第1素子ユニット25側に傾いた状態で配置される。
第1素子ユニット25において第1の超音波振動子23が設置される振動子設置面20aと、第2素子ユニット26において第2の超音波振動子24が設置される振動子設置面20bとは、傾斜方向の上側の端部及び下側の端部がそれぞれ同じ高さ位置となるよう傾斜角度を調整して設けられている。具体的には、複数の第1の超音波振動子23における超音波放射面30の傾斜角度θ1は5°であり、複数の第2の超音波振動子24における超音波放射面30の傾斜角度θ2は1°である。ここで、超音波放射面30の傾斜角度θ1,θ2は、超音波放射面30から焦点位置P1までの領域内において、第1断層画像8が示す横断面の領域と第2断層画像9が示す縦断面の領域とが重ならないように設定されている。つまり、穿刺針6を生体組織4に挿入する際に、穿刺針6の超音波像が第1断層画像8、第2断層画像9の順番で見えるように超音波放射面30の傾斜角度θ1,θ2が設定されている。
図6に示されるように、第1素子ユニット25において、複数の第1の超音波振動子23が配列した超音波振動子列28における両端(図6では上端及び下端)には、超音波Soを出力しないダミー素子70がそれぞれ設けられている。また、第2素子ユニット26において、第2の超音波振動子24が配列した超音波振動子列27における第1素子ユニット25側の反対側となる一端(図6では右端)に、ダミー素子70が設けられるとともに、第1素子ユニット26側となる他端(図6では左端)には、ダミー素子70が設けられていない。なお、超音波振動子列27,28の各端部に配列されるダミー素子はそれぞれ数素子ずつ設けられている。これらダミー素子70は、超音波振動子23と同じ圧電材料を用いて同一の形状及びサイズとなるよう形成された素子である。
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
(1)本実施の形態の超音波プローブ3では、第1素子ユニット25における第1の超音波振動子23から出力される超音波Soのビームの方向が第2素子ユニット26側に傾くように設けられている。この超音波プローブ3を用いることにより、横断面を示す第1断層画像8と縦断面を示す第2断層画像9との間において、穿刺針6の画像が表示されない不感帯エリアR1(図5参照)を少なくすることができる。具体的には、従来の超音波プローブ80を用いる場合には、不感帯エリアR1が5mm程度であった。これに対して、本実施の形態の超音波プローブ3を用いる場合には、不感帯エリアR1を2mm程度にすることができる。この場合、第1断層画像8に穿刺針6が現れた後、間を置かずに第2断層画像9に穿刺針6が表示されるようになり、穿刺針6の動きをより正確に把握することができる。従って、各断層画像8,9を確認することにより、作業者の心理的負担を軽減することができ、静脈5に対して穿刺針6を安心して確実に穿刺することができる。
(2)本実施の形態の超音波プローブ3では、第1素子ユニット25における複数の第1の超音波振動子23は、超音波放射面30が第2素子ユニット26側に傾いた状態で配置されているので、超音波Soのビームの方向を第2素子ユニット26側に確実に傾けることができる。
(3)本実施の形態の超音波プローブ3では、超音波放射面30から焦点位置P1までの領域内において、第1断層画像8が示す横断面の領域と第2断層画像9が示す縦断面の領域とが重ならないように、超音波放射面30の傾斜角度θ1(具体的には、5°の傾斜角度)が設定されている。この場合、穿刺針6を静脈5に挿入する際には、穿刺針6の超音波像が第1断層画像8、第2断層画像9の順番で見える。このようにすると、第1断層画像8によって静脈5に対する穿刺針6の位置を確認した後に、第2断層画像9によって穿刺針6の挿入角度を確認しながら、穿刺針6の穿刺を確実に行うことができる。
(4)本実施の形態の超音波プローブ3では、第2素子ユニット26における複数の第2の超音波振動子24は、超音波放射面30が第1素子ユニット25側に傾いた状態で配置されている。このようにすると、不感帯エリアR1を減少させることができ、静脈5に対して穿刺針6を安心して確実に穿刺することができる。
(5)本実施の形態の超音波プローブ3では、第2の超音波振動子24における超音波放射面30の傾斜角度θ2は、1°であり、第1の超音波振動子23における超音波放射面30の傾斜角度θ1の5°よりも小さく設定されている。本実施の形態の超音波プローブ3において、第2素子ユニット26は第1素子ユニット25よりも長く形成されているため、第2の超音波振動子24の超音波放射面30の傾斜角度θ2を第1の超音波振動子23の超音波放射面30の傾斜角度θ1よりも小さく設定することにより、各素子ユニット25,26の高さを揃えることが可能となる。具体的には、超音波プローブ3において、第1素子ユニット25における振動子設置面20aと、第2素子ユニット26における振動子設置面20bとは、傾斜方向の上側の端部及び下側の端部がそれぞれ同じ高さ位置となるよう傾斜角度θ1,θ2を調整して設けられている。この場合、生体組織4の表面と各振動子設置面20a,20bとの間に隙間が生じにくくなり、各振動子設置面20a,20bを生体組織4に確実に当接させることができる。この結果、鮮明な断層画像8,9を得ることができ、穿刺針6の穿刺をより確実に行うことができる。
(6)本実施の形態の超音波プローブ3では、第1素子ユニット25の超音波振動子列28における両端及び第2素子ユニット26の超音波振動子列27における一端にダミー素子70が設けられている。この場合、超音波振動子列27,28において、端部と中央部とで各超音波振動子23,24の設置条件が同じとなり、各超音波振動子23,24の振動特性を均一にすることができる。この結果、断層画像8,9の画質の低下を抑えることができる。また、各素子ユニット25,26の連結部となる超音波振動子列27の端部にはダミー素子70が設けられていない。この場合、断層画像9の画質は若干落ちるが、不感帯エリアR1を減少させることができるため、静脈5に対する穿刺針6の穿刺を確実に行うことができる。
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態の超音波プローブ3では、第1素子ユニット25における振動子設置面20aを第2素子ユニット26側に5°傾けるとともに、第2素子ユニット26における振動子設置面20bを第1素子ユニット25側に1°傾けるものであったが、これに限定されるものではない。具体的には、第1断層画像8が示す横断面の領域と第2断層画像9が示す縦断面の領域とが重ならないように、超音波放射面30の傾斜角度θ1,θ2を設定するものであれば、傾斜角度θ1,θ2を適宜変更してもよい。なおこの場合、第1の超音波振動子23における超音波放射面30の傾斜角度θ1は、1°以上10°未満の角度範囲が好ましく、3°以上10°未満の角度範囲がより好ましい。さらに、第2の超音波振動子24における超音波放射面30の傾斜角度θ2は、0.5°以上3°未満であることが好ましい。また、第2素子ユニット26における振動子設置面20bを水平に保った状態(傾斜角度θ2=0°)で第1素子ユニット25における振動子設置面20aを第2素子ユニット26側に傾斜させて超音波プローブを形成してもよい。
・上記実施の形態の超音波プローブ3では、各素子ユニット25,26の振動子設置面20a,20bを傾斜させそれら設置面20a,20b上に各超音波振動子23,24を設けていたが、これに限定されるものではない。図7に示される超音波プローブ3Aのように、振動子設置面20a,20bを傾斜させずに各素子ユニット25,26を設けるととともに、音響レンズ29Aの曲率を調整して超音波Soのビームの方向が第2素子ユニット26側に傾くようにしてもよい。なお、ここで用いる音響レンズ29Aは、第1素子ユニット25において、第1の超音波振動子23の超音波放射面30から出力される超音波Soのビームが超音波放射面30の法線方向に対して第2素子ユニット26側に傾斜した方向に収束するように、レンズ表面の曲率を調整して形成されている。具体的には、図7に示す音響レンズ29Aの断面において、第2素子ユニット26側から遠い位置にある左半分の領域の曲率を相対的に小さく設定している。一方、第2素子ユニット26側に近い位置にある右半分の領域の曲率を相対的に大きく設定している。このように、超音波プローブ3Aを構成する場合でも、不感帯エリアR1が少なくなるため、作業者の心理的負担を軽減することができ、静脈5に対して穿刺針6の穿刺を安心して確実に行うことができる。
・上記実施の形態の超音波プローブ3では、第1素子ユニット25(振動子設置面20a)全体を第2素子ユニット26側に傾斜させて第1の超音波振動子23における超音波放射面30を傾斜させていたが、これに限定されるものではない。例えば、第1素子ユニット25を水平に設け、振動子設置面20aの内側において超音波放射面30が傾斜するように第1の超音波振動子23を個別に固定してもよい。このようにしても、第1素子ユニット25から出力される超音波Soのビームの方向が、第2素子ユニット26側に傾くように設定することができるため、不感帯エリアR1を少なくすることができる。
・上記実施の形態の血管撮影装置1では、静脈5の断層画像8,9を表示してカテーテルを用いた治療を行うものであったが、採血などの他の処置を行う場合に血管撮影装置1を用いてもよい。また、血管撮影装置1に限定されるものではなく、血管以外に神経などの断層画像を表示して神経ブロック注射などの他の処置を行う超音波画像表示装置に本発明を具体化してもよい。
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
(1)請求項4において、前記穿刺針を前記被検体に挿入する際に、前記穿刺針の超音波像が前記第1断層画像、前記第2断層画像の順番で見えるように前記超音波放射面の傾斜角度が設定されていることを特徴とする超音波プローブ。
(2)請求項6乃至8のいずれか1項において、前記複数の第1の超音波振動子における前記超音波放射面の傾斜角度は3°以上10°未満であり、前記複数の第2の超音波振動子における前記超音波放射面の傾斜角度は0.5°以上3°未満であることを特徴とする超音波プローブ。
(3)請求項1乃至8のいずれか1項において、前記第1素子ユニットにおいて、前記複数の第1の超音波振動子が配列した振動子列における両端には、前記超音波を出力しないダミー素子がそれぞれ設けられ、前記第2素子ユニットにおいて、前記第2の超音波振動子が配列した素子列における前記第1素子ユニット側の反対側となる端部に、前記ダミー素子が設けられるとともに、前記第1素子ユニット側となる端部には、前記ダミー素子が設けられていないことを特徴とする超音波プローブ。
(4)請求項1乃至8のいずれか1項において、前記プローブ本体は、先端側に配置される前記第1素子ユニットが横方向に出っ張ったハンマーヘッド型の外形形状を有することを特徴とする超音波プローブ。
1…超音波画像表示装置としての血管撮影装置
3,3A…超音波プローブ
5…被検体としての静脈
6…穿刺針
8…第1断層画像
9…第2断層画像
10…画面
12…プローブ本体
14…穿刺ガイド用アタッチメント
20a,20b…振動子設置面
23…第1の超音波振動子
24…第2の超音波振動子
25…第1素子ユニット
26…第2素子ユニット
29,29A…音響レンズ
30…超音波放射面
So…超音波
θ1…第1の超音波振動子の超音波放射面の傾斜角度
θ2…第2の超音波振動子の超音波放射面の傾斜角度
Claims (8)
- 被検体の横断面を示す第1断層画像と、前記横断面に交差する方向の縦断面を示す第2断層画像とを同一画面上に同時に表示可能な超音波画像表示装置に用いられる超音波プローブであって、
前記第1断層画像と前記第2断層画像とを取得すべく超音波をリニア走査するための複数の超音波振動子が略T字状となるように配列されたプローブ本体と、
前記プローブ本体に固定され、前記第2断層画像が示す前記縦断面に沿って穿刺針を予め設定された所定の角度で前記被検体に挿入するよう前記穿刺針を案内する穿刺ガイド用アタッチメントと
を備え、
前記プローブ本体は、
前記第1断層画像を取得すべく複数の第1の超音波振動子が直線状に配列されてなる第1素子ユニットと、
前記第2断層画像を取得すべく前記複数の第1の超音波振動子の配列方向と交差する方向に複数の第2の超音波振動子が直線状に配列されてなる第2素子ユニットと、
前記第1素子ユニット及び前記第2素子ユニットにおいて前記超音波振動子の超音波放射面側に設けられ、前記超音波放射面からその法線方向に出力される前記超音波のビームを絞って所定の焦点位置にて収束させる音響レンズと
を有し、
前記第1素子ユニットから出力される前記超音波のビームの方向が、前記第2素子ユニット側に傾くように設定され、
前記プローブ本体の底面に位置する振動子設置面において、前記第2素子ユニットの延長線上かつ前記第1素子ユニットがある側の端縁部には、前記穿刺針の先端側を当接させることによって前記穿刺針の挿入位置を決める位置決め部が設けられ、
前記アタッチメントは、前記位置決め部を中心とする円の周方向に前記穿刺針を回動させることにより、挿入状態かつ前記位置決め部との当接状態のままで前記穿刺針の挿入角度を多段階的に調整可能な角度調整機構を有するとともに、前記プローブ本体において前記位置決め部がある側の側面下部に固定されている
ことを特徴とする超音波プローブ。 - 前記第1素子ユニットにおける前記複数の第1の超音波振動子は、前記超音波放射面が前記第2素子ユニット側に傾いた状態で配置されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブ。
- 前記音響レンズは、前記第1素子ユニットにおいて、前記第1の超音波振動子の前記超音波放射面から出力される前記超音波のビームが前記超音波放射面の法線方向に対して前記第2素子ユニット側に傾斜した方向に収束するように、レンズの曲率を調整して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブ。
- 前記超音波放射面から前記焦点位置までの領域内において、前記第1断層画像が示す前記横断面の領域と前記第2断層画像が示す前記縦断面の領域とが重ならないように、前記超音波放射面の傾斜角度が設定されていることを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブ。
- 前記複数の第1の超音波振動子における前記超音波放射面の傾斜角度は1°以上10°未満であることを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブ。
- 前記第2素子ユニットにおける前記複数の第2の超音波振動子は、前記超音波放射面が前記第1素子ユニット側に傾いた状態で配置されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の超音波プローブ。
- 前記第2の超音波振動子における前記超音波放射面の傾斜角度は、前記第1の超音波振動子における前記超音波放射面の傾斜角度よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項6に記載の超音波プローブ。
- 前記第1素子ユニットにおいて前記第1の超音波振動子が設置される振動子設置面と、前記第2素子ユニットにおいて前記第2の超音波振動子が設置される振動子設置面とは、傾斜方向の上側の端部及び下側の端部がそれぞれ同じ高さ位置となるよう傾斜角度を調整して設けられていることを特徴とする請求項7に記載の超音波プローブ。
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