JP6099926B2 - 超音波医療装置及び超音波画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、超音波医療装置及び超音波画像診断装置に関する。

超音波画像診断装置は、超音波プローブを用いて被検体内を超音波で走査し、その反射波から生成したデータを基に被検体内部を画像化する。

超音波画像診断装置に用いられる超音波プローブの一例として、ＴＥＥ（ｔｒａｎｓ−ｅｓｏｐｈａｇｅａｌ ｅｃｈｏｃａｒｄｉｏｇｒａｈｙ）プローブがある（例えば、特許文献１）。

ＴＥＥプローブは、例えば、食道に経口的に挿入され、心臓等を撮影するために用いられる。ＴＥＥプローブは、食道に挿入される導中管、導中管の先端部に設けられた挿入部、挿入部の先端部に配置された超音波振動子、及び、超音波振動子の角度を変更させたり、挿入部を食道壁に密着させるための変更手段を有する。

導中管には、超音波振動子への電力が送られる電源線、超音波振動子への制御信号が送られる制御線、超音波振動子からのデータが送られるデータ線、変更手段を操作するワイヤが配置される。

導中管がある程度の剛性を有していため、導中管により挿入部を食道内に送ることが可能となる。しかし、導中管はφ１０−１２ｍｍ程度の太さを有するため、導中管が食道内に挿入される際、及び、挿入された後に、患者に負担がかかる。

患者の負担を軽減するためには、導中管をできるだけ細くすることが望ましい。導中管を細くすれば、食道内に挿入部を長く留置しておいても、患者に大きな負担がかからないため、例えば、術後の患者の体内を長期にわたり観察することが可能となる。なお、患者を「被検体」という場合がある。

特開２００２−１５９４９５号公報

仮に、導中管にワイヤを配置しなければ、ワイヤの太さの分だけ、導中管を細くすることが可能となる。しかしその場合に、どのようにして、超音波振動子の向きを変えるかが問題点となる。

また、導中管を細くすると、剛性が低くなり、導中管により挿入部を食道内に送ることが困難になるという問題点があった。

この実施形態は、上記の問題を解決するものであり、患者の負担を軽減するとともに、超音波振動子の角度を変更することが可能な超音波医療装置及び超音波画像診断装置を提供することを目的とする。

また、患者の負担を軽減するとともに、挿入部を食道に容易に送ることが可能な超音波医療装置及び超音波画像診断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、実施形態の超音波医療装置は、アレイ型の超音波振動子を内装するカプセル型本体部を有し、被検体の管状部に挿入されたカプセル型本体部内の超音波振動子から被検体内部に対して超音波を送信し、その反射波を受信する。導中管は、カプセル型本体部が先端部に設けられ、管状部に挿入可能な紐状体を有する。変更手段は、カプセル型本体部内に設けられ、超音波振動子の角度を変化させる。

第１実施形態に係る超音波画像診断装置の模式図。 超音波医療装置の斜視図。 カプセル型本体部の内部を示す正面図。 カプセル型本体部の内部を示す斜視図。 超音波振動子の角度を変更したときの図。 第１超音波モータの模式図。 駆動手段を模式的に示す図。 ピストンが下降途中にあるときの電磁コイルの図。 ピストンが最下位置に移動したときの電磁コイルの図。 ピストンが最下位置にあるときの電磁コイルの図。 ピストンが上昇途中にあるときの電磁コイルの図。 ピストンが最上位置に移動したときの電磁コイルの図。 カプセル型本体部の内部を模式的に示す図。 超音波医療装置を用いて、被検体の体内を観察するときの一連の動作を示すフローチャート。 超音波画像診断装置の構成ブロック図。 第２実施形態に係る駆動手段を模式的に示す図。 第３実施形態に係る超音波振動子の図。 第４実施形態に係る超音波振動子の図。 第５実施形態に係る変更手段の摸式図。

［第１実施形態］
超音波画像診断装置の第１実施形態について各図を参照して説明する。

図１に、本実施形態に係る超音波画像診断装置１は、カプセル型本体部１０を食道Ｅ内の所望の位置に留置し、留置された状態で被検体Ｐにおける所望の臓器（心臓Ｈ）に対して超音波を送信し、心臓Ｈからの反射波をエコー信号として受信し、心臓Ｈの観察を行う一例を示している。以下、超音波の送信及び反射波の受信を併せて「超音波の送受信」という場合がある。カプセル型本体部１０は、エコー信号を外部装置６０に送信し、外部装置６０は、カプセル型本体部１０から受信した信号を処理し、超音波画像を作成・表示させる。なお、各図面に示された心臓Ｈは、本実施形態における観察対象が心臓Ｈであることを理解し易くするために模式的に示したものである。なお、咽喉を図１に“Ｔ”で示す。

以下の説明で、超音波画像診断装置１というときは、超音波医療装置２及び外部装置６０を含む構成をいうものとする。また、超音波医療装置２というときは、カプセル型本体部１０及び導中管２０を含む構成をいうものとする。しかし、これらの装置１、２は、説明の都合上に分けられたもので、超音波医療装置２が超音波画像診断装置１を含む構成であってもよい。

図２は超音波医療装置の斜視図である。
図１及び図２に示すように、超音波医療装置は、カプセル型本体部１０及び導中管２０を有している。図１に導中管２０を破線で示し、図２に導中管２０の先端部を示す。

導中管２０の先端部はカプセル型本体部１０が連結されている。導中管２０の基端部は外部装置６０が連結されている。

カプセル型本体部１０及び導中管２０は被検体の食道Ｅに挿入される。カプセル型本体部１０は食道Ｅ内の所望の位置に留置され、食道Ｅの壁に密着された状態で使用される。

（カプセル型本体部１０）
図３は、カプセル型本体部１０の内部を示す正面図である。図３に示すように、カプセル型本体部１０は、その長軸方向の一端部に、食道Ｅに挿入し易いように半球状の外面部を有し、その長軸方向の他端部に、食道Ｅから引き出し易いように半球状の外面部を有する。

また、カプセル型本体部１０は、その長軸方向の両端部に球状の内面部１１を有している。球の中心の位置を図３に“Ｏ１”で示す。

両方の内面部１１の間には、超音波振動子３０、変更手段４０及び駆動手段５０が配置されている。カプセル型本体部１０の円周面１２と超音波振動子３０との間には、音響媒体（例えば、水）１３が充填されている。

（導中管２０）
図１及び図２に示すように、導中管２０は、紐状体２１を有している。

紐状体２１の内部には、多くても電源線ＥＬ及び信号線ＳＬ（図１０参照）が配置されている。電源線ＥＬは、外部装置６０からカプセル型本体部１０に電力を送るためのものである。信号線ＳＬは、外部装置６０とカプセル型本体部１０との間で信号（制御信号）を送受信するためのものである。

この実施形態では、紐状体２１をできるだけ細くするために、電源線ＥＬ及び信号線ＳＬ以外の線である、ワイヤ及びデータ線が配置されていない。ワイヤが配置されていないため、超音波振動子３０の角度を変更するため変更手段４０（後述する）が、カプセル型本体部１０の内部に設けられている。

データ線が配置されていないため、超音波振動子３０により受信された被検体Ｐからの反射波（エコー信号）は、無線により、カプセル型本体部１０から外部装置６０に送信される。エコー信号を無線によりカプセル型本体部１０から外部装置６０へ送信する手段としては、カプセル送受信部３２（後述する）がカプセル型本体部１０に設けられ、送受信部６１（後述する）が外部装置６０に設けられている。

電源線ＥＬなどの被覆には体腔内で使用できる素材を選定し、咽頭部に留置しても被検体Ｐに負担にならないような柔らかさをもたせる。

紐状体２１には、カプセル型本体部１０からの特定の距離（長さ）を識別可能なマーカ２２が設けられている。マーカ２２は、形状や色彩で視覚的に認識できるように構成されている。マーカ２２の一例として、目盛りであってもよい。具体例として、食道Ｅにカプセル型本体部１０を配置して心臓Ｈを観察する場合、口腔から食道Ｅの心臓Ｈを観察しうる概略位置（以下、所定位置と記す）までの一般的な長さに基づいて、紐状体２１にマーカ２２を設ける。術者は、紐状体２１を押し込んでカプセル型本体部１０を食道Ｅ内に挿入しつつ、マーカ２２の位置を確認する。よって、マーカ２２が口腔近傍に到達した場合には、術者はカプセル型本体部１０が食道Ｅ内の所定位置に位置したことを容易に把握することができる。なお、挿入されたカプセル型本体部１０が食道Ｅの蠕動運動により進行することを防止するため、たとえば、被検体Ｐの口腔内に配置されるマウスピースＭ等に紐状体２１の一端を固定することが可能である。

（超音波振動子３０）
超音波振動子３０は、カプセル型本体部１０に格納されている。超音波振動子３０は、カプセル制御部３３（図１０参照）からの駆動信号に基づいて、放射面から超音波を送信する。また、超音波振動子３０は、被検体Ｐから反射波（エコー信号）を受信し、カプセル送受信部３２（図１０参照）に送る。

超音波振動子３０は、音響レンズ、整合層、圧電素子、バッキング材から構成されている。図３では、これらの集合体としての超音波振動子３０を示す。

音響レンズは、超音波振動子３０の先端側に配置され、超音波ビームをスライス方向に集束させるものである。整合層は、圧電素子と生体組織との間に配置され、両者の中間的な音響インピーダンスを有する。圧電素子は、電気新語を超音波信号に変換し、その逆に超音波信号を電気信号に変換する。バッキング材は、圧電素子の背面に配置され、背面に放射された音響エネルギーを吸収する。

複数の超音波振動子３０は、円筒状、略部分円筒状、または、平板状に配列されている。ここでは、複数の超音波振動子３０を円筒状に配列したラジアルアレイ型を図３に示す。円筒状に成形された支持体１５に超音波振動子３０が配列されているが、円筒状に成形されたバッキング材に圧電素子等が配列されてもよい。このときには、支持体１５はバッキング材により構成される。なお、円筒状における筒軸を、単に「回転軸」、「超音波振動子の回転軸」、また、「支持体の回転軸」という場合がある。

（変更手段４０）
図４はカプセル型本体部１０の内部を示す斜視図、図５は、超音波振動子３０の角度を変更したときの図である。

図４及び図５に示すように、変更手段４０は、第１超音波モータ４１と、第２超音波モータ４２と、ボール体４３と、有している。

支持体１５の一端部（図４及び図５において下端部）には保持体１６が設けられている。保持体１６は支持体１５と一体的に形成されている。

ボール体４３は、一端側の内面部１１に沿って転動可能に保持体１６に支持されている。この構成によれば、ボール体４３が内面部１１に沿って転動されるとき、超音波振動子３０の回転軸３１の一端部も内面部１１に沿って移動される。

第１超音波モータ４１は、超音波振動子３０の回転軸３１の他端部（図４及び図５において上端部）または他端側の内面部１１のいずれか一方に配置されている。一端側の内面部を「第１内面部」、及び、他端側の内面部を「第２内面部」という場合がある。

以下、第１超音波モータ４１が超音波振動子３０の回転軸３１の他端部に配置されているものとして説明する。

図６は、第１超音波モータ４１の模式図である。図６に示すように、第１超音波モータ４１は、圧電セラミックス４１１、ステータ４１２、及び、ロータ４１３を有している。圧電セラミックス４１１は、ステータ４１２を間にしてロータ４１３と反対側に配置され、ステータ４１２に貼られている。ステータ４１２が貼られていない側の面４１４は、凹凸形状を有していて、ロータ４１３と密着している。

圧電セラミックス４１１に高周波電圧を付与すると、振動（伸縮）する。それにより、ステータ４１２の面４１４に進行波が生じ、進行波の方向と反対の方向にロータ４１３を移動させる。図６に、進行波の方向及びその反対の方向を“Ｄ１”及び“Ｄ２”で示す。

この実施形態では、圧電セラミックス４１１及びステータ４１２が、超音波振動子３０の回転軸３１の他端部に設けられている。ロータ４１３が第２内面部１１を構成している。ステータ４１２及びロータ４１３は、第２内面部１１に沿う円弧形状を有している。カプセル型本体部１０が導中管２０に引っ張られているため、ロータ４１３が固定されている。

なお、ロータ４１３が第２内面部１１に設けられていてもよい。第１超音波モータ４１が第２内面部１１に配置される構成では、圧電セラミックス４１１及びステータ４１２が第２内面部１１に設けられ、ロータ４１３が超音波振動子３０の回転軸３１の他端部を構成すればよい。

圧電セラミックス４１１を駆動させたとき、ステータ４１２が第２内面部１１を反対の方向Ｄ２に移動させようとするが、ロータ４１３が固定されているため、超音波振動子３０の回転軸３１の他端部が進行波の方向Ｄ１に移動される。

圧電セラミックス４１１の駆動により、例えば、超音波振動子３０の回転軸３１の他端部が、時計回りの方向に第２内面部１１に対して相対移動されるとき、ボール体４３が設けられた、超音波振動子３０の回転軸３１の一端部が、第１内面部１１に沿って時計回りの方向に移動される。一方、圧電セラミックス４１１の駆動により、例えば、超音波振動子３０の回転軸３１の他端部が、反時計回りの方向に第２内面部１１に対して相対移動されるとき、超音波振動子３０の回転軸３１の一端部が、第１内面部１１に沿って反時計回りの方向に移動される。

以上の構成により、超音波振動子３０の回転軸３１が位置Ｏ１を中心に時計回りの方向または反時計回りの方向に傾けられる。

図３に、いずれの方向にも傾けられていない初期状態の超音波振動子３０の回転軸３１を示す。図５に、時計回りの方向に傾けられた超音波振動子３０の回転軸３１の傾き角（超音波振動子３０の角度）を“θ”で示す。

カプセル型本体部１０には、第１超音波モータ４１を制御するカプセル制御部３３（図１０参照）、及び、第１超音波モータ４１に、電力を供給するカプセル電源部３４（図１０参照）が設けられている。

カプセル制御部３３は、制御部６５からの「角度変更」の指示、及び、その指示の終了を変更手段４０に出力する。変更手段４０は、「角度変更」の指示を受けて、生成した高周波電圧を圧電セラミックス４１１に与え、圧電セラミックス４１１を振動（伸縮）させる。それにより、超音波振動子３０の角度を変更させる。

変更手段４０は、「角度変更」の指示の終了を受けて、圧電セラミックス４１１への高周波電圧の供給を停止する。それにより、圧電セラミックス４１１の振動を停止させ、超音波振動子３０の角度を保持する。

以上のように、第１超音波モータ４１は、超音波振動子３０の角度（超音波振動子３０の回転軸３１の傾き角度）を変更し、かつ、その角度に保持するものである。

次に、第２超音波モータ４２について図４を参照して説明する。なお、第２超音波モータ４２の基本的な構成は、第１超音波モータ４１と同じであるため、第１超音波モータ４１と異なる構成について主に説明し、重複する説明を省略する。

第２超音波モータ４２は、超音波振動子３０の周方向の角度を変更し、かつ、その角度に保持するものである。

第２超音波モータ４２も、圧電セラミック、ステータ及びロータ（それぞれ図示省略）を有している。これらは、支持体１５の一端部（図４において下端部）側に配置されている。例えば、圧電セラミック及びステータが支持体１５に設けられ、ロータが超音波振動子３０に設けられている。ステータ及びロータは、超音波振動子３０の円周に沿う環形状を有している。

なお、第１超音波モータ４１と同様に、ロータが支持体１５に設けられ、圧電セラミック及びステータが超音波振動子３０に設けられてもよい。

圧電セラミックの駆動方法は、第１超音波モータ４１と同様である。すなわち、 圧電セラミックス４１１に高周波電圧を付与すると、振動（伸縮）する。それにより、ステータの面に進行波が生じ、進行波の方向と反対の方向にロータを移動させようとするが、ロータが固定されているため、超音波振動子３０が支持体１５に対して、回転軸３１回り（周方向）に相対回転される。

カプセル型本体部１０には、第２超音波モータ４２を制御するカプセル制御部３３（図１０参照）、及び、第２超音波モータ４２に電力を供給するカプセル電源部３４（図１０参照）が設けられている。

カプセル制御部３３は、制御部６５からの「回転角変更」及び「変更終了」の指示を変更手段４０に出力する。変更手段４０は、「回転角変更」の指示を受けて、生成した高周波電圧を圧電セラミックに与え、圧電セラミックを振動（伸縮）させる。それにより、超音波振動子３０の回転角度を変更させる。

変更手段４０は、「変更終了」の指示を受けて、圧電セラミックへの高周波電圧の供給を停止する。それにより、圧電セラミックの振動を停止させ、超音波振動子３０の回転角度を保持する。

以上のように、カプセル型本体部１０の内部に変更手段４０が設けられているので、超音波振動子３０の角を変更するためのワイヤが不要となり、ワイヤを紐状体２１内に配置しないでもよく、その分だけ、紐状体２１を細くすることが可能となる。紐状体２１を細くことで、被検体Ｐの体内を観察するとき、被検体Ｐの負担が軽減される。

（駆動手段５０）
次に、カプセル型本体部１０を食道Ｅ内で進行させるための駆動手段５０について図３、図７Ａ及び図８を参照して説明する。

図７Ａは駆動手段５０を模式的に示す図、図８はカプセル型本体部１０の内部を模式的に示す図である。図７Ａに、ピストン５１を示すと共に、その上方及び下方に電磁コイル５３の極性のみ（“Ｎ”、“Ｓ”）を示す。図３に示す下方がカプセル型本体部１０の進行方向であって図７Ａに“Ｓ１”で表わし、図３に示す上方が進行方向と反対の方向であって図７Ａに“Ｓ２”で表わす。図７Ｂ−図７Ｆも同様である。なお、進行方向を下方、反対方向を上方という場合がある。図８に、超音波振動子３０が配置される領域の一例を一点鎖線で示す。

図３、図７Ａ及び図８に示すように、駆動手段５０は、支持体１５の中空部１５１に配置されている。

駆動手段５０は、ピストン５１と、永久磁石５２と、電磁コイル５３とを有している。

ピストン５１は、円筒状の支持体１５の中空部１５１を筒軸の方向へ往復移動（図３において上下方向の移動）可能に配置されている。

永久磁石５２は、例えば、ピストン５１の一端部（図３で上端部）がＮ極、他端部（図３で下端部）がＳ極となるように設けられている。

電磁コイル５３は、中空部１５１の上端側と下端側とに配置されている。したがって、上端側の電磁コイル５３と下端側の電磁コイル５３との間に、ピストン５１が往復移動可能に構成される。なお、ピストン５１を下降させるときの加速度をピストン５１を上昇させるときの加速度より大きくさせるように構成される。磁束密度は電流に比例するから、電磁コイル５３に流す電流を、上昇時より下降時を大きくすることで、上昇時の加速度が下降時より大きくなる。この構成により、ピストン５１を底部１５２に衝突させたときの衝撃力が、ピストン５１を天井部１５３に衝突させたときの衝撃力より大きくなる。それにより、カプセル型本体部１０の下方の進行を続けさせる。なお、ピストン５１を天井部１５３に衝突させたときの衝撃力を小さくするために、天井部１５３に衝撃緩和部材を配置してもよい。

カプセル型本体部１０には、電磁コイル５３を制御するカプセル制御部３３（図１０参照）、及び、電磁コイル５３に電力を供給するカプセル電源部３４（図１０参照）が設けられている。

カプセル制御部３３は、制御部６５からの「進行」及び「進行終了」の指示を駆動手段５０に出力する。駆動手段５０は、「進行」の指示を受けて、電磁コイル５３に予め定められた周期で交番電流を送る。そにより、電磁コイル５３の両端部（図３において、上端部及び下端部）に生じる磁極を変化させる。駆動手段５０は、「進行終了」の指示を受けて、電磁コイル５３に送られる交番電流を止める。

以上のカプセル制御部３３による電磁コイル５３の制御の一例について図７Ａから図７Ｆを参照して説明する。

図７Ａは、ピストン５１が最上位置に移動したときの電磁コイル５３の図である。図７Ａに示すように、ピストン５１を最上位置に移動させたとき、上端側の電磁コイル５３にＮ極を生じさせるように交番電流を送る。それにより、ピストン５１の上端部側のＮ極が斥力を受け、ピストン５１を下降させる。

図７Ｂはピストン５１が下降途中にあるときの電磁コイル５３の図である。図７Ｂに示すように、ピストン５１の下降の途中では、下端側の電磁コイル５３にＮ極を生じさせるように交番電流を送る。このＮ極により、ピストン５１の下端部側のＳ極が引力を受け、ピストン５１を加速させる。ピストン５１を最下位置に移動させたとき、支持体１５の底部１５２に衝突させる。そのときの衝撃力が支持体１５からカプセル型本体部１０に伝わり、カプセル型本体部１０を下方に進行させる。

図７Ｃはピストン５１が最下位置に移動したとき電磁コイル５３の図である。図７Ｃに示すように、ピストン５１を底部に衝突させるまで、電磁コイル５３の極性を変えない。すなわち、下端側の電磁コイル５３にＮ極を生じさせるように交番電流を送る。

図７Ｄは、ピストン５１が最下位置にあるときの電磁コイル５３の図である。ピストン５１を底部に衝突させた後、ピストン５１が最下位置にあるとき、図７Ｄに示すように、下端側の電磁コイル５３にＳ極を生じさせるように交番電流を送る。このＳ極により、ピストン５１の下端部側のＳ極が斥力を受け、ピストン５１を上昇させる。

図７Ｅは、ピストン５１が上昇途中にあるときの電磁コイル５３の図である。図７Ｅに示すように、ピストン５１の上昇の途中では、上端側の電磁コイル５３にＳ極を生じさせるように交番電流を送る。このＳ極により、ピストン５１の上端部側のＮ極が引力を受け、ピストン５１を最上位置に移動させることができる。

図７Ｆは、ピストン５１が最上位置に移動したときの電磁コイル５３の図である。図７Ｆに示すように、ピストン５１を最上位置に移動させるまで、電磁コイル５３の極性を変えない。すなわち、上端側の電磁コイル５３にＳ極を生じさせるように交番電流を送る。

カプセル制御部３３は、「進行」の指示を受けている間、図７Ａ−図７Ｆに示すピストン５１の移動を繰り返し、ピストン５１を支持体１５の底部１５２に繰り返し衝突させる。ピストン５１を底部１５２に衝突させたときの衝撃力が、ピストン５１を天井部１５３に衝突させたときの衝撃力より大きくなっているので、カプセル型本体部１０の下方の進行を続けさせる。

カプセル制御部３３は、「進行終了」の指示を受けると、電磁コイル５３への交番電流を止め、ピストン５１の往復移動を終了させる。

以上のように、駆動手段５０は、紐状体２１が連結されている側（図３で上方）とは反対の方向（図３で下方）にカプセル型本体部１０を進行させるように構成されている。

なお、以上の説明では、カプセル型本体部１０の「進行」に、食道Ｅの蠕動運動や体動などによる進行を含まないものとする。

食道Ｅ内でカプセル型本体部１０を位置決めするとき、駆動手段５０による「進行」のみでは不十分である。たとえば、蠕動運動などにより進行し過ぎたりしたとき、導中管２０によりカプセル型本体部１０を後退させる「引き戻し」が必要となる。

同様に、長期間の観察で、食道Ｅ内でカプセル型本体部１０を所定位置に留置させるとき、駆動手段５０による「進行」と、導中管２０による「引き戻し」とが必要となる。なお、挿入されたカプセル型本体部１０が食道Ｅの蠕動運動により進行することを防止するため、被検体Ｐの口腔内に配置されるマウスピースＭ等に紐状体２１の一端を固定したときは、「引き戻し」は不要となる。ただし、観察を終了するとき、この「引き戻し」により、カプセル型本体部１０が体外に取り出される。

（超音波医療装置の動作）
以上に、超音波医療装置の構成について説明した。
次に、超音波医療装置の動作について図９を参照して説明する。図９は、超音波医療装置を用いて、被検体の体内を観察するときの一連の動作を示すフローチャートである。

先ず、超音波振動子３０を経口的に食道Ｅに挿入させる（Ｓ１０１）。

次に、超音波振動子３０がある程度挿入されたら、位置決めのための走査を開始する（Ｓ１０２）。それにより、ユーザは、画像を見ながら、カプセル型本体部１０を食道Ｅ内の所定位置に挿入させることが可能となる。このとき。紐状体２１も食道Ｅに挿入されていく。

次に、超音波振動子３０の位置決めを行う（Ｓ１０３）。超音波振動子３０の位置決めは、前述したように、駆動手段５０による「進行」と、導中管２０による「引き戻し」で行う。位置決めにおいては、駆動手段５０により、紐状体２１が連結されている側とは反対の方向にカプセル型本体部１０を進行させるので、紐状体２１が引っ張られ、その引っ張り力と駆動力とが釣り合ったとき、カプセル型本体部１０の位置が停止する。

次に、画像を見て、変更手段４０により、超音波振動子３０の回転角を変更する（Ｓ１０４）。例えば、画像の中に観察対象である心臓の画像が含まれるようにする。

次に、画像を見て、変更手段４０により、超音波振動子３０の角度（傾き角）を変更する（Ｓ１０５）。例えば、画像の所定範囲内に心臓の画像が含まれるようにする。

以上のようにして、超音波振動子３０の位置決め、回転角、角度（傾き角）を決定後に、食道Ｅ内の所定位置にカプセル型本体部１０を留置して、診断のための走査を開始する（Ｓ１０６）。
なお、ドップラー効果を使って、画像の所定範囲内に心臓の画像が含まれるように、超音波振動子３０の位置決め、回転角、角度（傾き角）（Ｓ１０３−Ｓ１０５）を自動化してもよい。

（超音波画像診断装置の基本構成）
次に、超音波医用画像装置の基本的な構成について図１０を参照して簡単に説明する。図１０は、超音波画像診断装置の構成ブロック図である。

（カプセル型本体部内のその他の構成）
次に、カプセル型本体部１０内の構成について説明する。

カプセル型本体部１０の内部には、超音波振動子３０、変更手段４０、及び、駆動手段５０が配置されていることは前述した通りである。

これらの他に、カプセル型本体部１０の内部には、カプセル送受信部３２、カプセル制御部３３及びカプセル電源部３４が配置されている。

カプセル送受信部３２は、外部装置６０（後述する制御部６５）からの制御信号をカプセル制御部３３に送信する。カプセル制御部３３は、当該制御信号に基づいて、超音波振動子３０に駆動信号を送信する。そして、カプセル送受信部３２は、超音波振動子３０が受信したエコー信号を受ける。本実施形態において、カプセル型本体部１０と外部装置６０との間の制御信号等の送受信は、紐状体２１内に配置された信号線ＳＬを介して行われる。

具体例として、カプセル制御部３３は、超音波振動子３０に駆動信号を供給してスキャンを行い、心臓Ｈに対して超音波を送信させる。カプセル制御部３３は、たとえば図示しないクロック発生器と、送信遅延回路と、パルサ回路とを有する。クロック発生器は、超音波信号の送信タイミングや送信周波数を決めるクロック信号を発生する。送信遅延回路は、超音波を所定の深さに集束させるための集束用遅延時間と、超音波を所定方向に送信するための偏向用遅延時間とに従って、超音波の送信時に遅延をかけて送信フォーカスを実施する。パルサ回路は、圧電素子に対応する個別チャンネルの数分のパルサを有する。パルサ回路は、遅延がかけられた送信タイミングで駆動パルス（駆動信号）を生成し、超音波振動子３０を構成する圧電素子に駆動パルス（駆動信号）を供給する。

また、カプセル送受信部３２は、受信したエコー信号に対して遅延処理を行うことにより、アナログのエコー信号を整相加算されたデジタルのデータに変換する。カプセル送受信部３２は、たとえば図示しないゲイン回路と、Ａ／Ｄ変換器と、受信遅延回路と、加算器を有する。ゲイン回路は、超音波振動子３０の圧電素子から出力されるエコー信号を受信チャンネルごとに増幅する（ゲインをかける）。Ａ／Ｄ変換器は、増幅されたエコー信号をデジタル信号に変換する。受信遅延回路は、デジタル信号に変換されたエコー信号に、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。具体的には、受信遅延回路は、所定の深さからの超音波を集束させるための集束用遅延時間と、所定方向に対して受信指向性を設定するための偏向用遅延時間とを、デジタルのエコー信号に与える。加算器は、遅延時間が与えられたエコー信号を加算する。その加算によって、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。すなわち、受信遅延回路と加算器とによって、所定方向から得られたエコー信号は整相加算される。カプセル送受信部３２は、遅延処理が施されたエコー信号を外部装置６０に出力する。

カプセル送受信部３２は、エコー信号を所定の周波数の搬送波（キャリア信号）により変調し、アンテナ（図示省略）から電波として、外部装置６０（後述する送受信部６１）に出力する。カプセル送受信部３２のアンテナと送受信部６１のアンテナ（図示省略）とで無線通信を行うように構成されている。本実施形態において、カプセル型本体部１０と外部装置６０との間のエコー信号の送受信は、無線で行われる。

カプセル電源部３４は、外部装置６０からの電力供給を受ける。カプセル電源部３４は、供給された電力を超音波振動子３０、カプセル送受信部３２及びカプセル制御部３３に分配する。本実施形態において、外部装置６０からの電力供給は、紐状体２１内に配置された電源線ＥＬを介して行われる。

すなわち、紐状体２１内には信号線ＳＬ及び電源線ＥＬが配置され、それ以外のワイヤやデータ線が配置されないため、紐状体２１を細くすることが可能となる。それにより、被検体Ｐの体内を観察するとき、被検体Ｐの負担が軽減される。

（外部装置６０）
次に、外部装置６０の構成について説明する。

図１０に示すように、外部装置６０は、送受信部６１と、受信データ処理部６２と、画像作成部６３と、表示部（モニタ）６４と、制御部６５と、操作部６６と、電源部６７とを含んで構成されている。

送受信部６１は、カプセル送受信部３２からのエコー信号を受信し、受信データ処理部６２に出力する。また、送受信部６１は、制御部６５からの制御信号をカプセル送受信部３２に送信する。

受信データ処理部６２は、送受信部６１から出力されたエコー信号に対して各種の信号処理を行う。たとえば、受信データ処理部６２はＢモード処理部を有する。Ｂモード処理部はエコー信号を送受信部６１から受けて、エコー信号の振幅情報の映像化を行う。また、受信データ処理部６２はＣＦＭ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｌｏｗ Ｍａｐｐｉｎｇ）処理部を有していてもよい。ＣＦＭ処理部は血流情報の映像化を行う。また、受信データ処理部６２はドプラ処理部を有していてもよい。ドプラ処理部はエコー信号を位相検波することによりドプラ偏移周波数成分を取り出し、ＦＦＴ処理を施すことにより血流速度を表すドプラ周波数分布を生成する。受信データ処理部６２は、信号処理が施されたエコー信号を画像作成部６３に出力する。

画像作成部６３は、超音波振動子３０により受信された反射波に基づく信号（受信データ処理部６２から出力された信号処理後のエコー信号）を処理し、画像データ（超音波画像データ）を作成する。

制御部６５は、超音波画像診断装置１の各部の動作を制御する。たとえば、制御部６５は、送受信部６１を介してカプセル送受信部３２に対し超音波振動子３０を駆動させる駆動信号を送信し、超音波の送受信を制御する。或いは、制御部６５は、画像作成部６３で作成された画像データ（超音波画像データ）に基づく画像（超音波画像）を表示部６４に表示させる。

表示部６４は、ＣＲＴや液晶ディスプレイなどのモニタで構成されている。操作部６６は、キーボードやマウスなどの入力装置で構成されている。術者は操作部６６を介してカプセル型本体部１０による超音波の送受信等を行う。

［第２実施形態］
第１実施形態では、駆動手段５０として、ピストン５１を支持体１５の底部１５２に衝突させ、その衝撃力により、超音波振動子３０を前進させるものを示したが、これに限らず、駆動手段５０としては、カプセル型本体部１０の内部において、カプセル型本体部１０に対して、前進する方向に衝撃力を与えて、カプセル型本体部１０を前進させるように構成すればよい。

次に、超音波医療装置の第２実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は駆動手段を模式的に示す図である。

なお、第２実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。

第２実施形態では、駆動手段５０は、アーム部５０１、カム部５０２、及び、付勢手段５０３を有している。

この駆動手段５０は、カプセル型本体部１０の内部の空きスペースに配置されている。ここでは、カプセル型本体部１０の先端部（図１１で下端部）の内部に配置されているが、カプセル型本体部１０の基端部（図１１で上端部）の内部に配置されてもよい。また、第１実施形態と同様に、円筒状の支持体１５の中空部１５１に配置されてもよい。

アーム部５０１の一端部は、カプセル型本体部１０に軸支されている。それにより、アーム部５０１の他端部が一端部を中心に揺動するように構成されている。アーム部５０１の他端部には、おもり５０４が設けられている。

カム部５０２は、カプセル型本体部１０の内部に回転可能に配置されている。図示省略したモータがカム部５０２に回転力を付与する。カム部５０２は、アーム部５０１の一端部と他端部との間の中間部に当接し、カム部５０２を回転させたとき、アーム部５０１の中間部を押し上げたり、引き下げたりすることにより、アーム部５０１を一端部を中心に揺動させるカム面を有する。

カム部５０２のカム面は、回転中心からの距離（径）が図１１で反時計回りに徐々に長くなる長径部５０５と、回転中心からの距離が短く一定である短径部５０６とを有している。長径部５０５の始端（短径部とほぼ同じ長さ径である端）と短径部５０６の終端とが連続している。また、長径部５０５の終端（最長の径である端）と短径部５０６の始端とが連続している。

付勢手段５０３は、アーム部５０１の中間部をカム部５０２に当接させる方向に付勢する。付勢手段５０３の一例としては引っ張りばねがある。したがって、カム部５０２を図１１で時計回りに回転させると、アーム部５０１の中間部は、カム部５０２のカム面に沿って、例えば、短径部５０６の始端から終端、短径部５０６の終端から長径部５０５の始端、長径部５０５の始端から終端、長径部５０５の終端から短径部５０６の始端の順番に相対的に移動する。

次に、駆動手段５０の動作を説明する。

カム部５０２を図１１で時計回りの方向に回転させる。

カム部５０２が時計回りに回転しているとき、アーム部５０１が短径部５０６に当接されている間、アーム部５０１は揺動しない。アーム部５０１が長径部５０５に当接されることで、付勢力に抗して、図１１において時計回りに方向に徐々に揺動する。長径部５０５の終端では、アーム部５０１は、大きく揺動する。そして、長径部５０５の終端から短径部５０６の始端に移動することで、アーム部５０１が付勢力により急速に反時計回りに揺動する。それにより、カム部５０２の回転軸が、アーム部５０１（おもり５０４を含む）の衝撃を受け、その衝撃力により、カプセル型本体部１０が前進する。カム部５０２が１回転するごとに、カプセル型本体部１０は、アーム部５０１からの衝撃を受けて、前進する。

カプセル型本体部１０には、カム部５０２の回転を制御するカプセル制御部３３（図１０参照）、及び、カム部５０２を回転させるモータ（図示省略）に電力を供給するカプセル電源部３４（図１０参照）が設けられている。カプセル制御部は、「進行」及び「進行終了」の指示を駆動手段５０に出力する。駆動手段５０は、「進行」の指示を受けて、モータに電力を供給する。駆動手段５０は、「進行終了」の指示を受けて、モータに供給される電力を止める。

［第３実施形態］
次に、超音波医療装置の第３実施形態について図１２を参照して説明する。図１２は超音波振動子の図である。

なお、第３実施形態において、変更手段４０及び駆動手段５０などは第１実施形態と同様である。第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。

第１実施形態では、超音波振動子３０は、円筒状に配列されたラジアルアレイ型のものであったが（図３参照）、第３実施形態の超音波振動子３０は、平板状に配列されたものである（一次元アレイ型）。

図１２に示すように、円筒状の支持体１５には略円形の窓が設けられ、その窓に対応するように、超音波振動子３０が配置される。超音波振動子３０は、平板と直交する軸を中心に回転可能に構成されている。回転方向を図に矢印で示す。

［第４実施形態］
次に、超音波医療装置の第４実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は超音波振動子の図である。

なお、第４実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。

第１実施形態では、超音波振動子３０は、ラジアルアレイ型のものであったが（図３参照）、第４実施形態の超音波振動子３０は、円筒状に配列されると共に、筒軸に沿って配列されたものである（二次元アレイ型）。

二次元アレイ型にしたことにより、そのうちの所定領域の超音波振動子３０を所定順に駆動し、心臓などの観察対象を走査することができ、超音波振動子３０の向きを物理的に心臓などの観察対象に向ける必要がない。それにより、第１実施形態で用いられた変更手段４０が不要となる。また、超音波ビームを絞るための音響レンズも不要となる。

円筒状に配列された二次元アレイ型に限らず、視野の狭い二次元アレイを利用し、煽り機構で視野を調整することで、任意の位置に三次元画像を生成することが可能となる。

［第５実施形態］
次に、超音波医療装置の第５実施形態について図１４を参照して説明する。図１４は変更手段の摸式図である。

なお、第５実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。

第１実施形態では、変更手段４０が第１超音波モータ４１と、第２超音波モータ４２と、ボール体４３と、有しているものであったが、三角形断面形状の袋状の変更手段４０を平板状の超音波振動子３０の下に配置することで、超音波振動子３０に角度（仰角）を付けるようにしてもよい。この「角度」の方向が、食道内に留置されるカプセル型本体部１０から見上げる側（咽喉側）の仰角の方向（心臓の方向）に相当する。図１４に仰角の方向を“θ１”で示す。

例えば、体外にゴム製の空気たまりがあり、それを押すと空気を送入できる。押し圧を緩めると、空気が戻って仰角が減る。空気の送り込みと仰角との関係を予め測定しておくことで、送り込み量の見える化で仰角を示すことができる。送り込み部にコックを備え、所定の仰角が得られたときコックを閉じて保持する。

なお、三角形断面形状に限らず、超音波振動子３０を取り付ける機構の二つの隅、または、四隅に配置された円柱状の風船であってもよい。個々の風船に体外から空気を送入して膨らませることで、任意の仰角に調整することができる。また、風船に空気を送入するのではなく、水または粘性のある生体に無害な液体を送入することで調整した仰角で安定して保持する。

なお、前記実施形態では、カプセル型本体部１０の内部において、カプセル型本体部１０に対して、ピストン５１やおもり５０４などを前進する方向に衝突させて、その衝撃力により、カプセル型本体部１０を前進させる駆動手段５０を示したが、これに限らない。たとえば、カプセル型本体部１０の後端に設けたスクリューを回転させることで、カプセル型本体部１０を前進させ、スクリューを逆転させることで、後退させるようにしてもよい。

また、前記実施形態では、紐状体２１内に電源線ＥＬを配置し、電源線ＥＬを介して、外部装置６０からカプセル型本体部１０（カプセル電源部３４）に電力を供給したが、無線給電の方法を用いれば、電源線ＥＬが不要となり、紐状体２１をさらに細くすることが可能となる。無線給電の方法の一例としは、送信側（外部装置６０）に設けられた給電コイルと、受信側（カプセル型本体部１０）に設けられ、給電コイルと相互誘導により結合する共振コイル、及び、共振コイルに接続された共振周波数調節回路と、を備え、電力を送信側から受信側に無線で供給するものがある（例えば、特開２００１−１８５９３９号公報）。

さらに、前記実施形態では、カプセル型本体部１０と外部装置６０との間の制御信号等の送受信は、紐状体２１内に配置された信号線ＳＬを介して行われるものを示したが、カプセル型本体部１０と外部装置６０との間の制御信号等を無線で送受信する方法を用いれば、信号線ＳＬが不要となり、紐状体２１をさらに細くすることが可能となる。それにより、被検体Ｐの体内を観察するとき、被検体Ｐの負担が軽減される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるととともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 超音波画像診断装置
２ 超音波医療装置
１０ カプセル型本体部
１１ 内面部
１２ 円周面
１３ 音響媒体
１５ 支持体
１５１ 中空部
１５２ 底部
１６ 保持体
２０ 導中管
２１ 紐状体
２２ マーカ
３０ 超音波振動子
３１ 回転軸（筒軸）
３２ カプセル送受信部
３３ カプセル制御部
３４ カプセル電源部
４０ 変更手段
４１ 第１超音波モータ
４１１ 圧電セラミックス
４１２ ステータ
４１３ ロータ
４２ 第２超音波モータ
４３ ボール体
５０ 駆動手段
５１ ピストン
５２ 永久磁石
５３ 電磁コイル
５０１ アーム部
５０２ カム部
５０３ 付勢手段
５０４ おもり
５０５ 長径部
５０６ 短径部
６０ 外部装置
６１ 送受信部
６２ 受信データ処理部
６３ 画像作成部
６４ モニタ
６５ 制御部
６６ 操作部
６７ 電源部

Claims (13)

1. アレイ型の超音波振動子を内蔵するカプセル型本体部を有し、被検体の管状部に挿入された前記カプセル型本体部内の前記超音波振動子から被検体内部に対して超音波を送信し、その反射波を受信する超音波医療装置であって、
   前記カプセル型本体部が先端部に設けられ、前記管状部に挿入可能な紐状体を有する導中管と、
   前記カプセル型本体部内に設けられ、前記超音波振動子の角度を変化させる変更手段と、
   を有すること、
   を特徴とする超音波医療装置。
2. アレイ型の超音波振動子を内蔵するカプセル型本体部を有し、被検体の管状部に挿入された前記カプセル型本体部内の前記超音波振動子から被検体内部に対して超音波を送信し、その反射波を受信する超音波医療装置であって、
   前記カプセル型本体部が先端部に設けられ、前記管状部に挿入可能な紐状体を有する導中管と、
   前記カプセル型本体部内に設けられ、カプセル型本体部を管状部内で進行させる駆動手段と、
   を有すること、
   を特徴とする超音波医療装置。
3. アレイ型の超音波振動子を内蔵するカプセル型本体部を有し、被検体の管状部に挿入された前記カプセル型本体部内の前記超音波振動子から被検体内部に対して超音波を送信し、その反射波を受信する超音波医療装置であって、
   前記カプセル型本体部が先端部に設けられ、前記管状部に挿入可能な紐状体を有する導中管と、
   前記カプセル型本体部内に設けられ、カプセル型本体部を管状部内で進行させる駆動手段と、
   前記カプセル型本体部内に設けられ、前記超音波振動子の角度を変化させる変更手段と、
   を有すること、
   を特徴とする超音波医療装置。
4. 複数の前記超音波振動子は円筒状に配列され、
   前記変更手段は、前記円筒状における筒軸を傾けるように構成されていること、
   を特徴とする請求項１または請求項３に記載の超音波医療装置。
5. 前記カプセル型本体部は、前記筒軸の両端部にそれぞれ対向させて球状の内面部が配置され、
   前記変更手段は、
   前記筒軸の一端部に設けられ、前記筒軸の一端部を前記内面部に沿って転動可能に設けられたボ−ル体と、
   前記筒軸の他端部または前記筒軸の他端部が対向する前記内面部の一方に配置され、前記筒軸の他端部または前記内面部の他方に接し、前記筒軸の他端部を前記内面部に対して相対的に移動させる超音波モ−タと、
   を有すること、
   を特徴とする請求項４に記載の超音波医療装置。
6. 前記紐状体には、多くても、前記カプセル型本体部へ電力を送る電源線、並びに、前記カプセル型本体部へ信号を送る信号線が配置されていること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超音波医療装置。
7. 前記紐状体は、前記カプセル型本体部が前記管状部へ挿入される長さを識別可能なマ−クを有すること、
   を特徴とする請求項６に記載の超音波医療装置。
8. 前記駆動手段は、前記紐状体が連結されている側とは反対の方向に前記カプセル型本体部を進行させるように構成されていること、
   を特徴とする請求項２、３、または請求項７のいずれかに記載の超音波医療装置。
9. 前記駆動手段は、前記カプセル型本体部の内部において、前記カプセル型本体部に対して前記進行する方向の衝撃を与えることにより、前記カプセル型本体部を進行させるように構成されていること、
   を特徴とする請求項８に記載の超音波医療装置。
10. 前記駆動手段は、
    前記円筒状における内部に、筒軸の方向へ往復移動可能に設けられたピストンと、
    前記ピストンに設けられた永久磁石と、
    前記ピストンを前記往復移動させ、前記ピストンを前記円筒状における底部に衝突させることにより、前記カプセル型本体部を進行させる電磁コイルと、
    を有すること、
    を特徴とする請求項９に記載の超音波医療装置。
11. 前記駆動手段は、
    前記カプセル型本体部内に設けられ、前記カプセル型本体部に一端部が軸支され、一端部を中心にして他端部が揺動するア−ム部と、
    前記カプセル型本体部に軸支され、前記ア−ム部を揺動させるカム部と、
    前記ア−ム部をカム部の方へ付勢する付勢手段を有すること、
    を有し、
    前記付勢する力により、前記ア−ム部を前記カム部に衝突させることにより、前記カプセル型本体部を進行させるように構成されていること、
    を特徴とする請求項９に記載の超音波医療装置。
12. 前記駆動手段は、前記カプセル型本体部の先端部または後端部に配置されていること、
    を特徴とする請求項１１に記載の超音波医療装置。
13. 前記請求項１から請求項１２のいずれかに記載の超音波医療装置を有し、
    前記反射波から生成した受信信号を基に被検体内部を画像化すること、
    を特徴とする超音波画像診断装置。

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