JP7294945B2 - 超音波発信器具、超音波撮像装置 - Google Patents
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Description
図1は、従来の超音波発信器具の構成例を示す図である。図1においてはカテーテルのような細長い治療・検査器具のわきに超音波発生源が取り付けられている例を想定している。光ファイバは器具と平行に延伸しており、光ファイバの先端に光吸収体が取り付けられている。光吸収体に対して光を照射すると、光音響効果によって光吸収体が超音波発信源として作用する。
図2は、本発明の実施形態1に係る位置検出システム200の構成図である。ここでは位置検出システム200の1例として、カテーテル治療において使用されるガイドワイヤ(細径器具)の先端位置を検出する構成例を説明する。ただし本発明の適用先はガイドワイヤに限られるものではなく、同様の形状と用途を有する細径医療器具に対して適用できることを付言しておく。
演算部602は、超音波画像取得と器具位置推定のどちらを実施するかを判定する。ここでは1例として超音波画像の取得と器具位置の推定を交互に実施することとした。超音波画像取得と器具位置推定は必ずしも交互に実施する必要はなく、両者に大きな位置ずれが起こらない程度のアップデートが両方のプロセス間で実施されれば十分である。超音波画像取得を実施する場合には一般的な超音波イメージングシステムと同じステップが実施される。図7はその簡略化したステップを示した。
超音波画像を取得する場合は、S702~S705を実施する。超音波プローブ203は超音波を送信する(S702)。超音波プローブ203は被検体205から反射してきた超音波信号を受信する(S703)。演算部602は、S703において受信した超音波信号をもとに画像を構成し(S704)、これをディスプレイ上に表示する(S705)。
超音波発信器具207の位置を推定する場合は、S706~S710を実施する。まずレーザ光をブロックしているシャッタ503を開け(S706)、レーザ光をガイドワイヤ204先端付近の光吸収体306へ照射する(S707)。レーザ光が光吸収体306に対して照射されると超音波が発生するので、この超音波を超音波プローブ203によって受信する(S708)。演算部602は、受信した超音波波形をもとに超音波発信器具207の位置を推定し(S709)、その位置を超音波画像上に重畳してディスプレイ202上で描画する(S710)。
本実施形態1に係る超音波発信器具207は、カテーテル等の細径器具(ガイドワイヤ204)中に光が透過する窓部305を配置するとともに、窓部305の外周部に光音響信号発生用の光吸収体306を配置することとした。窓部305は超音波発信器具207の軸周り方向に向かって均一に超音波を発生させられるよう、円筒状のような軸対象もしくはそれに近い構造とすることができる。これにより、超音波がガイドワイヤ204本体の金属部分によって遮られることなく、先端部周辺の各方向に向かって均一に超音波を発生させることができる。
本発明の実施形態2では実施形態1とは異なる細径器具の構造について説明する。実施形態1と同じく発明の形態を具体的に述べるため、カテーテル治療において使用される細径器具を例として取りあげる。位置検出システム200の全体構成と動作ステップについては実施形態1と同様であるので、説明を割愛する。
本発明の実施形態3では実施形態1~2とは異なる細径器具の構造について説明する。実施形態1と同じく発明の形態を具体的に述べるため、カテーテル治療において使用される細径器具を例として取りあげる。位置検出システム200の全体構成と動作ステップについては実施形態1と同様であるので、説明を割愛する。
実施形態1~3で説明した技術は、治療器具内に設けられた超音波発信源の位置を特定するための技術である。一方で透明な窓部を設けることの効果は上記の均一に超音波を発生する点以外にも存在する。具体的には、透明な窓部の構造を角度が規定できる形状とすることにより、治療用器具の位置に加えて角度を計測することが可能である。角度情報は治療器具の進行方向を決める等の用途で有用である。そこで本発明の実施形態4においては、透明な窓部の形状を角度が規定できる形状とすることによって、細径治療器具の角度を検出する方法について述べる。
本実施形態4に係る超音波発信器具は、カテーテル等の細径器具中に光が透過する窓部305を配置するとともに、窓部305の外周部に光音響信号発生用の光吸収体306を配置することとした。窓部305および光吸収体306はその位置に加えて角度が検出可能となるように、角度が規定できる形状(例えば断面が長方形となる1辺が長い直方体や円柱などの形状)を有する。これにより、超音波発信源が設けられた細径治療器具の位置と角度を計測することができる。
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
202 ディスプレイ
203 超音波プローブ
204 ガイドワイヤ
205 被検体
206 血管
207 超音波発信器具
301 ワイヤ部
302 コイル部
303 先端部
304 光ファイバ
305 窓部
306 光吸収体
401 光散乱部材
501 レーザ
502 レーザ光
503 シャッタ
504 減衰機
505 レンズ
506 コネクタ
602 演算部
603 送信部
604 受信部
605 外部入力
606 メモリ
607 画像出力部
611 レーザ光源
1001 細径器具
1201 ワイヤ部
1202 光ファイバ
1203 光吸収体
1204 窓部
Claims (18)
- 超音波を発信する超音波発信器具であって、
ワイヤ部材、
前記ワイヤ部材の周囲に配置され、後方の端が前記ワイヤ部材に固定されたコイル部、
前記ワイヤ部材に沿って、前記コイル部の内部に配置された光導波路、
前記コイル部の先端側に配置され、前記光導波路が出射する光のうち少なくとも一部を透過させる光透過部材、
前記光透過部材の外周のうち少なくとも一部を覆う外周部材、
を備え、
前記外周部材は、前記光を吸収することにより超音波を発生させる光吸収材料によって形成されている
ことを特徴とする超音波発信器具。 - 前記光透過部材は、前記光導波路が前記光を出射する出射端を覆うように取り付けられている
ことを特徴とする請求項1記載の超音波発信器具。 - 前記光透過部材は、筒状の形状を有しており、
前記光透過部材の底面は、前記出射端を覆う位置に配置されており、
前記外周部材は、前記光透過部材の側面のうち少なくとも一部を覆っている
ことを特徴とする請求項2記載の超音波発信器具。 - 前記超音波発信器具はさらに、前記光導波路が出射した前記光を前記光透過部材の内部において散乱させる光散乱部材を備える
ことを特徴とする請求項1記載の超音波発信器具。 - 前記光散乱部材は、前記光導波路が前記光を出射する出射端に配置されている
ことを特徴とする請求項4記載の超音波発信器具。 - 前記超音波発信器具はさらに、前記光のうち少なくとも一部を遮断する不透明部材を備え、
前記光透過部材は、前記出射端と前記不透明部材の間に配置されており、
前記不透明部材は、前記光透過部材のうち前記外周部材によって覆われていない部分の少なくとも一部を覆うように配置されている
ことを特徴とする請求項2記載の超音波発信器具。 - 前記ワイヤ部材は、前記コイル部の前方に延び、
前記光透過部材は、前記コイル部の先端側で、前記ワイヤ部材の側面のうち少なくとも一部を覆うように配置されている
ことを特徴とする請求項1記載の超音波発信器具。 - 前記ワイヤ部材は、前記コイル部の前方に延び、
前記光透過部材は、前記コイル部の先端側で、前記ワイヤ部材の側面のうち少なくとも一部を覆うように配置されており、
前記不透明部材は、前記ワイヤ部材の先端に取り付けられている
ことを特徴とする請求項6記載の超音波発信器具。 - 前記超音波発信器具は、中空部分を備え、
前記光導波路は、前記コイル部の内部かつ前記中空部分の外周に配置されており、
前記光透過部材は、前記コイル部の先端側、かつ前記中空部分の外周に配置されている
ことを特徴とする請求項1記載の超音波発信器具。 - 前記光透過部材は、一端において湾曲面を有しており、
前記光透過部材の他端は、前記出射端から出射される前記光を受け取る位置に配置されており、
前記外周部材は、前記湾曲面のうち少なくとも一部を覆っている
ことを特徴とする請求項2記載の超音波発信器具。 - 前記超音波発信器具はさらに、前記光導波路が出射した前記光を前記光透過部材の内部において散乱させる光散乱部材を備える
ことを特徴とする請求項10記載の超音波発信器具。 - 前記光吸収材料は少なくとも一つの角度の回転操作に対して対称にならない形状を持つ
ことを特徴とする請求項1記載の超音波発信器具。 - 前記光吸収材料は円筒形状である
ことを特徴とする請求項12記載の超音波発信器具。 - 前記光吸収材料の断面形状は長方形である
ことを特徴とする請求項12記載の超音波発信器具。 - 超音波を用いて被検体の画像を撮像する超音波撮像装置であって、
請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の超音波発信器具、
超音波を発生し超音波を受信する超音波探触子、
前記超音波探触子が受信した超音波を用いて前記被検体の超音波画像を生成する画像生成部、
前記超音波発信器具の位置を推定する位置推定部、
を備え、
前記超音波探触子は、超音波を受信する素子を複数備え、
前記位置推定部は、各前記素子が超音波を受信した時刻の差を用いて、前記超音波発信器具の位置を推定し、
前記超音波発信器具は、
前記超音波発信器具の内部に配置された光導波路、
前記光導波路が出射する光のうち少なくとも一部を透過させる光透過部材、
前記光透過部材の外周のうち少なくとも一部を覆う外周部材、
を備え、
前記外周部材は、前記光を吸収することにより超音波を発生させる光吸収材料によって形成されている
ことを特徴とする超音波撮像装置。 - 前記外周部材は少なくとも一つの角度の回転操作に対して対称にならない形状を持ち、
前記超音波撮像装置はさらに、前記画像生成部によって生成された超音波画像から前記超音波発信器具の傾きを推定する角度推定部を備える
ことを特徴とする請求項15記載の超音波撮像装置。 - 前記傾きを推定する角度推定部は前記画像生成部によって生成された超音波画像から前記超音波発信器具の像の傾きを計測し、前記超音波画像面内における角度を推定する
ことを特徴とする請求項16記載の超音波撮像装置。 - 前記傾きを推定する角度推定部は前記画像生成部によって生成された超音波画像から前記超音波発信器具の像の長さを計測し、事前に計測された前記超音波発信器具の真の長さとの比をとることによって、前記超音波画像と垂直な面内における角度を推定する
ことを特徴とする請求項16記載の超音波撮像装置。
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