(57)【要約】【課題】穿刺作業の手間を軽減可能な超音波プローブ、及び超音波測定装置を提供する。【解決手段】超音波プローブ２は、第一方向（Ｙ方向）を長手とする超音波センサー２５と、超音波センサー２５を第一方向と交差する第二方向（Ｘ方向）に複数配設したセンサーユニット２１と、センサーユニット２１に設けられ、第一方向に並ぶ第一目盛線２７２を有する目盛部２７と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一方向を長手とする超音波センサーを前記第一方向と交差する第二方向に複数配設したセンサーユニットと、
前記センサーユニットに付帯され、前記第一方向に目盛が並ぶ第一目盛線を有する目盛部と、
を備えることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波プローブにおいて、
前記目盛部は、前記第一方向の開口縁に沿って前記第一目盛線が設けられている開口を備える
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波プローブにおいて、
前記開口は、前記第一方向に沿った第一縁部と、前記第一縁部に平行な第二縁部とを有し、
前記第一目盛線は、前記第一縁部に設けられている
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波プローブにおいて、
前記目盛部は、前記第二縁部に設けられた第二目盛線を備えている
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波プローブにおいて、
前記第一目盛線の目盛間隔は、前記第二目盛線の目盛間隔とは異なる
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波プローブにおいて、
前記センサーユニットを対象物に固定する固定部を備えている
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波プローブにおいて、
前記対象物に固定可能な固定ユニットと、
前記センサーユニットと前記固定ユニットとを接離可能に接続するジョイント部と、
を備えていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項８】
請求項７に記載の超音波プローブにおいて、
前記ジョイント部は、前記センサーユニットの前記第一方向に沿う端部と、前記固定ユニットとを接続し、
前記目盛部は、前記センサーユニットと前記固定部との間に設けられている
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項９】
第一方向を長手とする超音波センサーを前記第一方向と交差する第二方向に複数配設したセンサーユニットと、
前記センサーユニットに付帯され、前記第一方向に目盛が並ぶ第一目盛線を有する目盛部と、
前記超音波センサーによる超音波測定に基づいて、前記第一方向に沿った対象物の内部断層画像を取得する画像取得手段と、
複数の前記超音波センサーのそれぞれに対応した内部断層画像を表示部に表示させる表示制御手段と、
を備えたことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の超音波測定装置において、
前記目盛部は、前記第一方向の開口縁に沿って前記第一目盛線が設けられている開口を備えることを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の超音波測定装置において、
前記表示制御手段は、前記内部断層画像に、前記第一目盛線に対応した目盛位置画像を重畳させる
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の超音波測定装置において、
前記内部断層画像における穿刺針の位置を検出する針位置検出手段と、
複数の前記超音波センサーのそれぞれに対応した複数の前記内部断層画像のうちの前記穿刺針の位置が検出された前記内部断層画像に基づいて、前記穿刺針の位置が検出されなかった前記内部断層画像における前記穿刺針の延長位置を検出する針位置予測手段と、を備え、
前記表示制御手段は、前記穿刺針の位置が検出されなかった前記内部断層画像に、前記延長位置を示す針位置予測画像を重畳表示させる
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１３】
請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の超音波測定装置において、
前記表示部に表示された前記内部断層画像における任意の第一位置を取得する第一位置取得手段と、
前記第一位置に対して穿刺針を挿入する際の前記穿刺針の挿入位置に対応する前記第一目盛線の位置を穿刺位置として表示する穿刺位置表示手段と、
を備える
ことを特徴とする超音波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブ、及び超音波測定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体に対して穿刺針を挿入する際、超音波測定装置に用いられる超音波プローブを生体に当接させて内部断層画像を取得し、内部断層画像を観察しながら穿刺作業を行う。この場合、施術者は、モニターを観察しつつ、片手で超音波プローブの位置や角度を調整し、さらに他方の手で穿刺針を生体に挿入する必要があり、煩雑な作業が伴った。これに対して、このような煩雑な穿刺作業を軽減させる超音波装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の超音波測定装置の超音波プローブは、複数の振動子が配列された探触子と、穿刺針を挿通するガイド穴が設けられた穿刺針ガイドと、その穿刺針ガイドを回動可能に支持し、探触子に固定される支持アームと、を備える。このような構成では、穿刺針が複数の振動子の配列方向の延長上に位置するように、支持アームを回動させる。これにより、穿刺針ガイドに保持された穿刺孔が、超音波プローブにより取得される内部断層画像内に映り込むようになる。よって、穿刺針を内部断層画像で確認しやすくなり、穿刺作業の手間が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１９１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載の超音波プローブでは、内部断層画像内に穿刺針が映り込むので、穿刺針の位置を確認しやすくなるが、超音波プローブの位置や角度を調整する作業は軽減されない。このため、施術者は、やはり、モニターを確認しながら、一方の手で超音波プローブを操作し、他方の手で穿刺針を挿入する作業を行う必要があり、穿刺作業の軽減を十分に図れない。
【０００６】
本発明は、穿刺作業の手間を軽減可能な超音波プローブ、及び超音波測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一適用に係る超音波プローブは、第一方向を長手とする超音波センサーを前記第一方向と交差する第二方向に複数配設したセンサーユニットと、前記センサーユニットに付帯され、前記第一方向に目盛が並ぶ第一目盛線を有する目盛部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、本適用例における目盛部は、センサーユニットの一部に直接、第一目盛線が形成されることで構成されていてもよく、センサーユニットとは別部材となる目盛部をセンサーユニットに装着するものであってもよい。
上記のような本適用例では、第一方向に長手となる超音波センサーを有する。このような超音波センサーは、第一方向に沿った線領域を含み、当該線領域から線領域に交差（例えば直交）する面内に対して超音波の送受信処理を実施することができ、前記面内に対する対象物（例えば生体）内の内部断層画像を測定することが可能となる。そして、本適用例では、このような超音波センサーが第二方向に複数配置されているので、各超音波センサーの位置に対応した内部断層画像を複数取得することが可能となる。
つまり、対象物を輪切りしたような内部断層画像が、複数の超音波センサーの配置方向である第二方向に沿って、超音波センサーの配置数分だけ取得することが可能となる。これにより、超音波プローブの位置や角度を施術者が操作せずとも、センサーユニットを対象物に対して固定しておけば、対象物の３次元領域に対する内部構成を測定することが可能となる。
【０００９】
一方、本適用例では、超音波ユニットを対象物に対して装着（例えば固定）するので、施術者は、対象物に対する広範囲の測定領域（３次元領域）において、どの位置に穿刺針を挿入するかを判断する必要がある。これに対し、本適用例は、第一方向に沿って目盛が並ぶ第一目盛線を有する目盛部が設けられている。このため、第一目盛線を目安に、測定対象に対する穿刺針の挿入位置を判断することが可能となる。すなわち、第一目盛線が設けられることで、超音波プローブによる測定領域が広範囲である場合でも、どの位置に対して穿刺針を挿入すべきかを容易に判定することが可能となる。
以上により、施術者は、対象物に対する所望の位置での超音波測定結果を超音波プローブの角度や位置を調整することなく容易に取得することができ、かつ、第一目盛線により穿刺針の挿入位置も容易に判定することができる。これにより、施術者が対象物に対する穿刺作業を実施する際の作業効率性を飛躍的に向上させることが可能となり、かつ穿刺成功率をも飛躍的に向上させることが可能となる。言い換えると、本適用例の超音波プローブは、施術者の穿刺作業を好適に（効率良くかつ成功率の高くなるように）支援することができる。
【００１０】
本適用例の超音波プローブにおいて、前記目盛部は、前記第一方向の開口縁に沿って前記第一目盛線が設けられている開口を備えることが好ましい。
ここで、目盛部の第一目盛線がセンサーユニットに直接設けられている場合では、センサーユニットに開口が設けられていればよく、他部材からなる目盛部がセンサーユニットに装着されている場合では、目盛部に開口が設けられていてもよい。
このような構成では、センサーユニットに開口が設けられ、その開口の開口縁部に第一目盛線が設けられているので、施術者が穿刺針を対象物に挿入する際に、穿刺針を挿入する位置の近くに設けられた第一目盛線を確認しながら、穿刺作業を行うことができる。つまり、施術者は、穿刺位置から離れた位置に設けられた第一目盛線を確認する必要がないので、目線を変更することなく穿刺作業を行える。また、開口の開口縁部に穿刺針を当接させながら（ガイドさせながら）、穿刺作業を行うことができるので、目標とする位置に穿刺針を精度よく挿入することが可能となり、穿刺成功率も向上する。さらには、開口の開口縁に第一目盛線が設けられる構成であるので、開口の目盛と目盛との間に穿刺針を挿入することも可能となる。つまり、各目盛位置にそれぞれ穿刺針を挿入する開口を独立して設ける場合では、目盛の位置でしか穿刺針を挿入できず、また、穿刺針を挿入する際の消毒治具（脱脂綿等）の挿入も困難である。これに対し、本適用例では、開口内のいずれの位置からでも穿刺針を挿入することが可能となり、かつ、消毒治具も超音波プローブを取り外すことなく開口から挿入することが可能となる。
【００１１】
本適用例の超音波プローブにおいて、前記開口は、前記第一方向に沿った第一縁部と、前記第一縁部に平行な第二縁部とを有し、前記第一目盛線は、前記第一縁部に設けられていることが好ましい。
本適用例では、第一目盛線が開口の超音波センサーの長手方向（第一方向）に平行な第一縁部に沿って設けられている。超音波センサーを用いた超音波測定により得られる内部断層画像は、第一方向に沿った線領域を含む面内の画像となるので、第一方向に沿った第一目盛線が設けられることで、内部断層画像に対する第一目盛線の位置を把握しやすくなり、穿刺作業の効率を向上させることができる。
【００１２】
本適用例の超音波プローブにおいて、前記目盛部は、前記第二縁部に設けられた第二目盛線を備えていることが好ましい。
本適用例では、さらに、第二縁部に沿って第二目盛線が設けられている。このため、施術者は、第一縁部に沿った第一目盛線と、第二縁部に沿った第二目盛線とを用いることで、穿刺針の挿入位置を適切に設定することができる。つまり、目標に対する第一目盛線や第二目盛線の位置が決定されれば、当該決定された目盛位置に対して穿刺針を当接させて穿刺作業を行うことができる。これにより、穿刺針の挿入位置や挿入方向がずれる等の不都合を抑制でき、穿刺作業に不慣れな施術者であっても、高い穿刺成功率で穿刺作業を行うことができる。また、第一目盛り線と第二目盛り線の両方を参照することにより、第一方向への角度を精度よく調整することができる。
【００１３】
本適用例の超音波プローブにおいて、前記第一目盛線の目盛間隔は、前記第二目盛線の目盛間隔とは異なることが好ましい。
開口の長手方向（第一方向）に対して垂直方向に穿刺針を挿入する場合では、第一目盛線の間隔と第二目盛線の間隔とが同間隔であってもよい。しかしながら、生体内の目標位置に対して所望の方向から穿刺針を挿入する場合では、第一目盛線と第二目盛線との間隔が同じ場合、挿入角度を細かく設定することが困難である。これに対して、本適用例では、第一目盛線の目盛間隔と第二目盛線の目盛間隔とが異なる。つまり、第一目盛線の目盛間隔は、第二目盛線の目盛間隔よりも小さい、若しくは大きい。この場合、穿刺針の挿入方向を間隔が狭い一方を用いて高精度に穿刺方向を決めることができ、穿刺成功率の更なる向上を図れる。
【００１４】
本適用例の超音波プローブにおいて、前記センサーユニットを対象物に固定する固定部を備えていることが好ましい。
本適用例では、センサーユニットを対象物に固定する固定部を備える。よって、施術者がセンサーユニットを対象物に対して固定する等の作業が不要となり、センサーユニットを対象物に固定した状態で、穿刺作業に集中することができ、穿刺作業の効率性や穿刺成功率を向上させることができる。
【００１５】
本適用例の超音波プローブにおいて、前記対象物に固定可能な固定ユニットと、前記センサーユニットと前記固定ユニットとを接離可能に接続するジョイント部と、を備えていることが好ましい。
本適用例では、センサーユニットと固定ユニットとがジョイント部により接続され、当該ジョイント部は、センサーユニットと固定ユニットとを接離可能に接続する。このような構成では、センサーユニットと固定ユニットとの双方を対象物に固定し、ジョイント部によって、センサーユニットと固定ユニットとの距離を拡げることで、対象物の表面に張力が付与される。これにより、対象物の表面が引き延ばされた状態となり、穿刺針を挿入しやすくなる。
【００１６】
本適用例の超音波プローブにおいて、前記ジョイント部は、前記センサーユニットの前記第一方向に沿う端部と、前記固定ユニットとを接続し、前記目盛部は、前記センサーユニットと前記固定部との間に設けられている。
本適用例では、センサーユニットにおける第一方向に沿う端部（第二方向に対して交差する端部）と固定ユニットとの間がジョイント部により接続され、センサーユニットの当該端部と固定ユニットの間に目盛部が設けられている。つまり、センサーユニットと固定ユニットとの距離を拡げて対象物に対して張力を付与されて穿刺針が挿入される位置に目盛部が設けられている。このため、穿刺針を挿入する際に目盛部の第一目盛線を確認しやすく、穿刺作業の効率性及び成功率を向上させることができる。
【００１７】
本発明に係る一適用例の超音波測定装置は、第一方向を長手とする超音波センサーを前記第一方向と交差する第二方向に複数配設したセンサーユニットと、前記センサーユニットに付帯され、前記第一方向に目盛が並ぶ第一目盛線を有する目盛部と、前記超音波センサーによる超音波測定に基づいて、前記第一方向に沿った対象物の内部断層画像を取得する画像取得手段と、複数の前記超音波センサーのそれぞれに対応した内部断層画像を表示部に表示させる表示制御手段と、を備えたことを特徴とする。
本適用例では、画像取得手段は、超音波プローブの各超音波センサーによる超音波測定結果に基づいて、第一方向と第一方向に対して交差する面の内部断層画像を第二方向に沿って取得できる。そして、表示制御手段は、これらの内部断層画像を表示部に表示させる。このため、施術者が表示部に表示された複数の内部断層画像に基づいて、対象物の広い範囲に対する内部断層画像を確認でき、各内部断層画像と、目盛部の第一目盛線とにより、穿刺作業を容易かつ高精度に行うことができる。
【００１８】
本適用例の超音波測定装置において、前記目盛部は、前記第一方向の開口縁に沿って前記第一目盛線が設けられている開口を備えることが好ましい。
本適用例では、目盛部が開口を備え、この開口の開口縁に沿って第一目盛線が設けられている。したがって、上述した適用例と同様、施術者が穿刺針を対象物に挿入する際に、穿刺針を挿入する位置の近くに設けられた第一目盛線を確認しながら、穿刺作業を行うことができる。また、開口の開口縁部に穿刺針を当接させながら（ガイドさせながら）、穿刺作業を行うことができる。さらに、開口の領域内で穿刺針を挿入する位置が制約されることがなく、任意の位置で穿刺針を位置決めして穿刺作業を行える。これに加え、脱脂綿等の消毒治具も容易に開口から対象物表面に到達させることができ、超音波プローブを取り外すことなく、消毒作業も行える。以上により、本適用例では、穿刺作業の更なる効率化を図れ、かつ穿刺成功率も向上させることができる。
【００１９】
本適用例の超音波測定装置において、前記表示制御手段は、前記内部断層画像に、前記第一目盛線に対応した目盛位置画像を重畳させることが好ましい。
本適用例は、表示制御手段は、各内部断層画像の第一目盛線に対応する位置に、目盛位置画像を重畳させて表示する。これにより、施術者は、内部断層画像における第一目盛線に対応した位置を容易に確認できるので、穿刺作業効率をより一層向上させることができる。
【００２０】
本適用例の超音波測定装置において、前記内部断層画像における穿刺針の位置を検出する針位置検出手段と、複数の前記超音波センサーのそれぞれに対応した複数の前記内部断層画像のうちの前記穿刺針の位置が検出された前記内部断層画像に基づいて、前記穿刺針の位置が検出されなかった前記内部断層画像における前記穿刺針の延長位置を検出する針位置予測手段と、を備え、前記表示制御手段は、前記穿刺針の位置が検出されなかった前記内部断層画像に、前記延長位置を示す針位置予測画像を重畳表示させることが好ましい。
本適用例の超音波測定装置では、穿刺作業中に超音波プローブによる超音波測定を行うと、内部断層画像内に穿刺針が映り込むことになり、針位置検出手段は、内部断層画像において穿刺針が映り込んでいる場合に、その穿刺針の位置を検出する。
また、針位置予測手段は、穿刺針の位置が検出された内部断層画像に基づいて、穿刺針が映り込んでいない内部断層画像における針位置を予測する。つまり、穿刺針は直線状であり、各超音波センサーの間隔は既知であるので、針位置検出手段は、穿刺針が映り込んでいる内部断層画像が複数ある場合に、穿刺針をさらに挿入した場合における、穿刺針が映り込んでいない内部断層画像の穿刺針の位置（延長位置）を容易に予測することが可能となる。そして、表示制御手段は、上記のように予測された穿刺針の延長位置を示す針位置予測画像を重畳させる。
これにより、施術者は、ある程度穿刺針を挿入した時点で、そのまま穿刺針を挿入した際に、目標とする位置に到達可能か否かを内部断層画像に基づいて容易に確認することができる。よって、例えば、穿刺針の延長位置が目標とは異なる場合に、穿刺針の挿入を早期に中断することが可能となり、穿刺作業における事故の発生を抑制できる。
【００２１】
本適用例の超音波測定装置において、前記表示部に表示された前記内部断層画像における任意の第一位置を取得する第一位置取得手段と、前記第一位置に対して穿刺針を挿入する際の前記穿刺針の挿入位置に対応する前記第一目盛線の位置を穿刺位置として表示する穿刺位置表示手段と、を備えることが好ましい。
本適用例では、表示部に表示された内部断層画像に対して、例えば施術者が別途設けられた操作手段を用いて、穿刺針の目標とする挿入位置（第一位置）を入力すると、第一位置取得手段が、この第一位置を取得し、穿刺位置表示手段が、第一位置に穿刺針を到達させるための第一目盛線の位置を穿刺位置として表示させる。このため、施術者の穿刺技術が未熟である場合でも、最適な穿刺位置を案内して、穿刺作業を支援することができ、穿刺作業における作業効率性や、穿刺成功率を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一実施形態の超音波測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】第一実施形態の超音波プローブの概略構成を示す斜視図。
【図３】第一実施形態の超音波プローブの概略断面図。
【図４】第一実施形態の超音波プローブの概略断面図。
【図５】第一実施形態の目盛部近傍の構成を示す平面図。
【図６】第一実施形態の超音波センサーの平面構成の一例を示す図。
【図７】第一実施形態の超音波センサーの一部を断面した断面図。
【図８】第一実施形態のジョイント部の分解斜視図。
【図９】第一実施形態における超音波測定方法を示すフローチャート。
【図１０】第一実施形態において表示部に表示される内部断層画像の一例を示す図。
【図１１】第一実施形態において表示部に表示される内部断層画像の他の一例を示す図。
【図１２】第二実施形態の目盛部近傍の構成を示す平面図。
【図１３】第三実施形態の目盛部近傍の構成を示す平面図。
【図１４】第三実施形態における制御装置の機能構成を示すブロック図。
【図１５】第三実施形態における超音波測定方法のフローチャート。
【図１６】第三実施形態において表示部に表示される内部断層画像の一例を示す図。
【図１７】他の一実施形態の目盛部の概略構成を示す斜視図。
【図１８】他の一実施形態の目盛部の概略構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第一実施形態］
以下、第一実施形態に係る超音波測定装置について説明する。
図１は、第一実施形態の超音波測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の超音波測定装置１は、対象物（本実施形態では生体）に対して固定される超音波プローブ２と、超音波プローブ２を制御して生体内の内部断層画像を得る制御装置３と、得られた内部断層画像が表示される表示部４と、を備えている。
【００２４】
本実施形態の超音波測定装置１は、穿刺針１１（図３及び図４参照）を生体内の所定の器官（例えば血管）に挿入する穿刺作業を行う際に用いられる。この超音波測定装置１では、穿刺作業において、超音波プローブ２を生体における穿刺を行いたい患部位置に固定し、超音波プローブ２から生体内に超音波の送信処理、及び生体内で反射された反射超音波の受信処理を行う。そして、超音波プローブ２は、受信処理により得られた受信信号を制御装置３に出力し、制御装置３は受信信号に基づいて生体内の内部断層画像を生成して表示部４に表示させる。
このような超音波測定装置１を用いることで、施術者は、表示部４に表示された内部断層画像を確認（観察）しながら、穿刺作業を効率的に行うことができる。
以下、本実施形態の超音波測定装置１の各構成について、詳細に説明する。
【００２５】
［超音波プローブ］
図２は、第一実施形態の超音波プローブ２の概略構成を示す斜視図である。図３及び図４は、図２のＡ−Ａ線で超音波プローブ２を切断した際の概略断面図である。
本実施形態の超音波プローブ２は、センサーユニット２１と、固定ユニット２２と、センサーユニット２１及び固定ユニット２２とを接続するジョイント部２３と、を含んで構成されている。ここで、以降の説明にあたり、図２に示すように、センサーユニット２１と固定ユニット２２との並び方向をＸ方向（第二方向）とする。また、Ｘ方向に交差（本実施形態では直交を例示）する方向をＹ方向（第一方向）とする。さらに、ＸＹ平面に対して直交する方向をＺ方向とする。
【００２６】
［センサーユニット］
センサーユニット２１は、生体に対して超音波を送信する超音波送信処理、及び、生体からの超音波（反射超音波）を受信する超音波受信処理を実施する。このセンサーユニット２１は、図２及び図３に示すように、筐体２４と、超音波センサー２５と、回路基板（図示略）等を含んで構成されている。このセンサーユニット２１は、例えば信号ケーブル２６を介して制御装置３に接続されており、超音波センサー２５を制御する回路基板と、制御装置３とが通信可能に接続される。
【００２７】
筐体２４は、例えばＺ方向から見た平面視が矩形状となる箱状部材であり、内部に超音波センサー２５や回路基板を収納する。この筐体２４は、生体に対向する一面（センサー面２４１；図３及び図４参照）に、複数のセンサー窓２４１Ａ（図３及び図４参照）が設けられている。これらのセンサー窓２４１Ａは、Ｙ方向に長手状のスリット孔であり、Ｘ方向に沿って複数配設されている。各センサー窓２４１Ａには、超音波センサー２５が外部（生体側）に臨んで設けられている。つまり、超音波センサー２５の超音波送受信面がセンサー窓２４１Ａから露出している。
また、センサー面２４１のセンサー窓２４１Ａが設けられていない領域（センサー面２４１の外周部分及び各センサー窓２４１Ａ間）には、粘着層２４１Ｂが設けられている。この粘着層２４１Ｂは、センサーユニット２１を生体の表皮に固定する固定部である。なお、粘着層２４１Ｂは、センサーユニット２１に対して着脱自在であり、穿刺作業を行う毎に交換されることが好ましい。
【００２８】
筐体２４の一部には、端子部２４２が設けられ、端子部２４２に信号ケーブル２６が接続されている。本実施形態では、図２に示すように、端子部２４２は、固定ユニット２２とは反対側（−Ｘ側）の筐体２４の端部に設けられている。
【００２９】
また、筐体２４の＋Ｘ側の端部（以降、第一接続端部２４３と称す）は、Ｚ方向から見た平面視においてＹ方向に沿った直線状の辺であり、ジョイント部２３を介して固定ユニット２２に接続される。
具体的には、第一接続端部２４３の±Ｙ側端部には、それぞれ、ジョイント部２３が接続されるセンサー側接続部２４４が、＋Ｘ側（固定ユニット２２側）に突出して設けられている。
このセンサー側接続部２４４は、例えば、ＸＺ面に沿った断面視において突出先端部が円弧状となり、当該円弧の中心位置に、Ｙ方向に沿ってセンサー側接続部２４４を貫通する挿通孔２４４Ａ（図８参照）が設けられている。この挿通孔２４４Ａには、後述するジョイント部２３の第一突出部２３１Ｂ（図８参照）に保持された第一回動軸２３１Ｄが挿通される。これにより、センサーユニット２１とジョイント部２３とが回動可能に接続される。
【００３０】
筐体２４の上面２４５（センサー面２４１とは反対側）には、Ｙ方向における中心位置を通りＸ方向に平行となるセンターライン２４５Ａが形成されている。このセンターライン２４５Ａは、センサーユニット２１を生体に固定する際、及び内部断層画像に基づいて穿刺位置を設定する際の目安となる線である。
【００３１】
筐体２４の第一接続端部２４３の±Ｙ側端部に設けられたセンサー側接続部２４４の間には、第一接続端部２４３から＋Ｘ側に突出した目盛部２７が設けられている。つまり、目盛部２７は、センサーユニット２１と固定ユニット２２との間に位置するように設けられている。
なお、本実施形態では、図２に示すように、目盛部２７は、筐体２４に対して一体構成となっているが、これに限定されず、筐体２４に対して、筐体２４とは別部材となる目盛部を固定される構成などとしてもよく、他の部材を介して目盛部２７が固定される構成などとしてもよい。
【００３２】
図５は、第一実施形態における目盛部２７の近傍の概略平面図である。
目盛部２７は、Ｙ方向に長手となる形状を有し、穿刺針１１を挿入可能な穿刺孔２７１（開口）が設けられている。この穿刺孔２７１は、Ｚ方向に沿って目盛部２７を貫通する貫通孔であり、穿刺作業において穿刺針１１が生体の表皮に届くようになっている。
具体的には、穿刺孔２７１は、Ｚ方向からの平面視において、Ｙ方向に平行な２辺を有し、Ｙ方向に長手となる細長いスリット孔となる。ここで、穿刺孔２７１の２辺のうち、−Ｘ側（超音波センサー２５が配置される側）の辺を第一縁部２７１Ａ、＋Ｘ側の辺を第二縁部２７１Ｂとする。
また、目盛部２７は、穿刺孔２７１の第一縁部２７１Ａに沿って等間隔で配置される第一目盛線２７２を備えている。この第一目盛線２７２は、穿刺孔２７１から穿刺針１１を挿入する際の目安となり、施術者は、表示部４に表示される内部断層画像とを観察しつつ、第一目盛線２７２に穿刺針１１の位置を合わせることで、穿刺作業を効率的に行うことが可能となる。
【００３３】
［超音波センサー］
次に、上記のようなセンサーユニット２１に設けられる超音波センサー２５について説明する。
超音波センサー２５は、上述したように筐体２４の内部に設けられ、センサー窓２４１Ａに対応した数だけ設けられている。本実施形態では、３つのセンサー窓２４１Ａのそれぞれに対応して３つの超音波センサー２５が設けられている。
この超音波センサー２５は、Ｙ方向に長手となるラインセンサーであって、図４に示すように、ＹＺ面に沿って生体に対して超音波を送信し、当該ＹＺ面における生体内で反射された反射超音波を受信する。
【００３４】
図６は、第一実施形態の超音波センサー２５の平面構成の一例を示す図である。また、図７は、超音波センサー２５のＡ―Ａ線を断面した断面図である。
超音波センサー２５は、例えば、図７に示すように、素子基板２５１、封止板２５２、及び音響整合層２５３等を含んで構成されている。
素子基板２５１には、図６に示すように、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサー２５１Ａが配置されており、これらの超音波トランスデューサー２５１Ａにより、超音波の送信処理及び受信処理が行われる。
【００３５】
具体的には、図７に示すように、素子基板２５１は、基部２５１Ｂと、振動膜２５１Ｃと、圧電素子２５１Ｄと、を備えている。
基部２５１Ｂは、例えばＳｉ等の半導体基板により構成されている。この基部２５１Ｂには、各々の超音波トランスデューサー２５１Ａに対応した開口部２５１Ｂ１が設けられている。各開口部２５１Ｂ１は、基部２５１Ｂの基板厚み方向を貫通した貫通孔である。
振動膜２５１Ｃは、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、基部２５１Ｂの封止板２５２側全体を覆って設けられている。すなわち、振動膜２５１Ｃは、基部２５１Ｂの開口部２５１Ｂ１の封止板２５２側を閉塞する。この振動膜２５１Ｃの厚み寸法は、基部２５１Ｂに対して十分小さい厚み寸法となる。
圧電素子２５１Ｄは、図６及び図７に示すように、各開口部２５１Ｂ１を閉塞する振動膜２５１Ｃ上にそれぞれ設けられている。この圧電素子２５１Ｄは、下部電極２５１Ｄ１、圧電膜２５１Ｄ２、及び上部電極２５１Ｄ３の積層体により構成されている。ここで、振動膜２５１Ｃのうち、開口部２５１Ｂ１を閉塞する領域と、圧電素子２５１Ｄとにより、１つの超音波トランスデューサー２５１Ａが構成される。
このような超音波トランスデューサー２５１Ａでは、下部電極２５１Ｄ１及び上部電極２５１Ｄ３の間に所定周波数の矩形波電圧が印加されることで、圧電膜２５１Ｄ２が変形され、これにより開口部２５１Ｂ１を閉塞する振動膜２５１Ｃが振動することで、超音波が送信される（超音波送信処理）。また、振動膜２５１Ｃに超音波入力されて振動膜２５１Ｃが振動すると、圧電膜２５１Ｄ２の下部電極２５１Ｄ１側と上部電極２５１Ｄ３側とで電位差が生じる。これにより、下部電極２５１Ｄ１及び上部電極２５１Ｄ３の電位差を検出することで、超音波が受信されたことを検出することが可能となる（超音波受信処理）。
【００３６】
また、本実施形態では、図６に示すように、上記のような超音波トランスデューサー２５１Ａが、Ｘ方向及びＹ方向に沿ってマトリックス状に複数配置されている。なお、図６では、説明の便宜上、Ｘ方向に沿って４つ、Ｙ方向に沿って９つの超音波トランスデューサー２５１Ａが配置される例を示すが、実際には、Ｘ方向及びＹ方向に沿ってさらに多くの超音波トランスデューサー２５１Ａが配置されている。
ここで、下部電極２５１Ｄ１は、Ｘ方向に沿う直線状に形成され、Ｙ方向に沿って複数平行に配列される。つまり、下部電極２５１Ｄ１は、Ｘ方向に並ぶ複数の圧電素子２５１Ｄに跨って設けられている。そして、これらの下部電極２５１Ｄ１は、例えば両端部に下部電極端子部２５１Ｄ４を有し、当該下部電極端子部２５１Ｄ４おいて回路基板に電気接続される。一方、上部電極２５１Ｄ３は、Ｙ方向に沿う直線状に形成され、Ｘ方向に沿って複数平行に配列される。また、上部電極２５１Ｄ３は、例えば両端部において隣り合う上部電極２５１Ｄ３と接続線２５１Ｄ５により結線されている。そして、接続線２５１Ｄ５の延長上に上部電極端子部２５１Ｄ６が設けられ、回路基板に電気接続される。
【００３７】
このような超音波センサー２５では、下部電極２５１Ｄ１により連結されたＸ方向に並ぶ超音波トランスデューサー２５１Ａにより１ｃｈ（チャネル）のトランスデューサー群２５１Ａ１が構成され、当該トランスデューサー群２５１Ａ１がＹ方向に並ぶ１次元アレイ構造の超音波アレイを構成する。
このような構成では、超音波送信処理において、各下部電極２５１Ｄ１に対してそれぞれ駆動信号（ＳＩＧ）を入力し、上部電極２５１Ｄ３に対して、共通バイアス信号（ＣＯＭ）を入力する。この際、下部電極２５１Ｄ１に入力する駆動信号を同時に入力すれば、各トランスデューサー群２５１Ａ１から同時に超音波が送信される。よって、センサーユニット２１からセンサー面２４１の法線方向に向かって平面波が送信されることになる。また、各下部電極２５１Ｄ１への駆動信号の入力タイミングをそれぞれ遅延させることで、センサー面２４１の法線方向に対して遅延時間に応じた傾斜角度で超音波（平面波）を送信することが可能となる。すなわち、ＹＺ面内で、超音波センサー２５を中心に略扇状となる範囲に超音波を送信することが可能となり、当該扇状の範囲に対する超音波測定が可能となる。なお、本実施形態のような１次元アレイ構造の超音波アレイでは、超音波を所定の深さ位置に収束させるために音響整合層２５３上に音響レンズを設けることが好ましい。
超音波受信処理では、上部電極２５１Ｄ３に対して、共通バイアス信号（ＣＯＭ）を入力し、各下部電極２５１Ｄ１から出力される信号を回路基板に設けられた受信回路にて検出すればよい。
【００３８】
なお、上記例では、１つのトランスデューサー群２５１Ａ１において、下部電極２５１Ｄ１が共通となる例を示すが、各超音波トランスデューサー２５１Ａにおいて、下部電極２５１Ｄ１がそれぞれ独立して回路基板に接続される構成などとしてもよい。この場合、２次元アレイ構造の超音波アレイを構成でき、各下部電極２５１Ｄ１への駆動信号の入力タイミングを制御することで、音響レンズが設けられなくても所定位置に超音波を収束させることが可能となる。
【００３９】
次に、超音波センサー２５を構成する封止板２５２について説明する。封止板２５２は、素子基板２５１に接合され、素子基板２５１を補強する。この封止板２５２は、Ｚ方向から見た平面視において、素子基板２５１の超音波トランスデューサー２５１Ａが配置される領域を覆って形成されており、例えば、Ｓｉ等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板２５２の材質や厚みは、超音波トランスデューサー２５１Ａの周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー２５１Ａにて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
【００４０】
そして、この封止板２５２は、例えば、素子基板２５１の振動膜２５１Ｃ上に形成された接合膜２５２Ａにより素子基板２５１に接合される。接合膜２５２Ａは、基部２５１Ｂの開口部２５１Ｂ１以外の領域（開口部２５１Ｂ１間の隔壁２５１Ｂ２）に対応して設けられている。よって、接合膜２５２Ａにより振動膜２５１Ｃの振動が阻害されることがなく、各超音波トランスデューサー２５１Ａの間のクロストークも抑制できる。
また、図示は省略するが、封止板２５２は、下部電極２５１Ｄ１や上部電極２５１Ｄ３の端子に対向して貫通孔が設けられており、当該貫通孔に下部電極２５１Ｄ１や上部電極２５１Ｄ３と回路基板とを接続する電極が設けられる。電極としては、例えば貫通電極であってもよく、リード線やＦＰＣ等であってもよい。
【００４１】
音響整合層２５３は、図７に示すように、基部２５１Ｂの開口部２５１Ｂ１内を埋めるように、素子基板２５１の超音波の送受信側に設けられている。また、音響整合層２５３上に、音響レンズを別途設けてもよい。音響レンズを設ける場合、ＸＺ面における断面表面形状が円弧となり、Ｙ方向を軸としたシリンドリカル形状の音響レンズを用いる。このような音響レンズを設けることで、生体内の所定の深さ位置に対して収束する超音波を送信することが可能となる。
このような音響整合層２５３や音響レンズは、超音波トランスデューサー２５１Ａから送信された超音波を生体に伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率よく超音波トランスデューサー２５１Ａに伝搬させる。このため、音響整合層２５３や音響レンズは、超音波トランスデューサー２５１Ａの音響インピーダンスと、生体の音響インピーダンスとの中間の音響インピーダンスに設定される必要がある。このような音響インピーダンスの素材としては、例えばシリコーン等を挙げることができる。
【００４２】
また、各超音波センサー２５に接続される回路基板は、例えば各トランスデューサー群２５１Ａ１に対して、超音波の送信処理を実施するための駆動信号を出力する送信回路、各トランスデューサー群２５１Ａ１からの信号を受信して超音波の受信処理を実施するための受信回路、送信処理及び受信処理を切り替えるスイッチング回路等を備える。また、受信回路としては、例えば各トランスデューサー群２５１Ａ１からの受信信号を整相加算する整相加算回路等を備えており、処理された受信信号が制御装置３に送信される。
【００４３】
本実施形態では、上述したような、ＹＺ面に対する超音波測定（超音波送信処理及び超音波受信処理）が可能な超音波センサー２５が、Ｘ方向に沿って複数設けられている。したがって、超音波の送信処理及び受信処理を実施すると、各超音波センサー２５が設けられる位置での生体の内部断層画像を生成するための受信信号がそれぞれ制御装置３に送信される。
【００４４】
［固定ユニット］
次に、図２、図３、及び図４に戻り、固定ユニット２２について説明する。
固定ユニット２２は、図２に示すように、例えば、Ｚ方向から見た平面視において、略矩形状に形成され、ジョイント部２３を介してセンサーユニット２１に接続される。
この固定ユニット２２は、生体に対向する面に、粘着層２２１が設けられており、生体に対して固定可能となる。粘着層２２１は、センサーユニット２１の粘着層２４１Ｂと同様であり、固定ユニット２２を生体の表皮に固定する。
【００４５】
また、固定ユニット２２の−Ｘ側の端部（以降、第二接続端部２２２と称す）は、Ｚ方向から見た平面視においてＹ方向に沿った直線状の辺であり、ジョイント部２３を介してセンサーユニット２１に接続される。
具体的には、第二接続端部２２２の±Ｙ側端部には、それぞれ、ジョイント部２３が接続される一対の固定側接続部２２３が設けられている。つまり、＋Ｙ側端部に一対の固定側接続部２２３が設けられ、−Ｙ側端部にも一対の固定側接続部２２３が設けられる。これらの一対の固定側接続部２２３は、所定の間隔をあけて、Ｙ方向に沿って並接されている。
固定側接続部２２３は、−Ｘ側（センサーユニット２１側）に突出して設けられており、それぞれ、ＸＺ面に沿った断面視において、突出先端部が円弧状となる。また、一対の固定側接続部２２３の互いに対向する面には、前記円弧の中心位置にＹ方向に沿った挿入孔２２３Ａ（図８参照）が設けられている。これらの挿入孔２２３Ａには、固定側接続部２２３をＹ方向に貫通する貫通孔であってもよく、凹状孔部であってもよい。
そして、これらの挿入孔２２３Ａには、後述するジョイント部２３の第二ジョイント部２３２（図８参照）を貫通した第三回動軸２３２Ｅが挿通される。これにより、固定ユニット２２とジョイント部２３とが回動可能に接続される。
【００４６】
［ジョイント部］
ジョイント部２３は、上述したように、センサーユニット２１と固定ユニット２２とを接離可能に接続する。つまり、本実施形態では、穿刺針１１を挿入する際に、針挿入をしやすくするために、センサーユニット２１と固定ユニット２２とを生体に固定した後、センサーユニット２１と固定ユニット２２とを互いに離隔する方向に引き離して、生体に対して張力を付与する。
具体的には、ジョイント部２３は、図２から図４に示すように、センサーユニット２１に接続される第一ジョイント部２３１と、固定ユニット２２に接続される第二ジョイント部２３２とを備えて構成され、第一ジョイント部２３１と第二ジョイント部２３２とが回動可能に接続される。第一ジョイント部２３１は、一対設けられており、これらの一対の第一ジョイント部２３１は、第一接続端部２４３の±Ｙ側に設けられたセンサー側接続部２４４のそれぞれに対応して配置される。同様に、第二ジョイント部２３２は、一対設けられており、これらの一対の第二ジョイント部２３２は、一対の第一ジョイント部２３１のそれぞれに対応して配置される。
【００４７】
図８は、第一実施形態のジョイント部２３の分解斜視図である。
第一ジョイント部２３１は、図８に示すように、ジョイント本体部２３１Ａと、第一突出部２３１Ｂと、第二突出部２３１Ｃとを備える。
ジョイント本体部２３１Ａは、例えばＹ方向に沿って長手となる板状部材である。ジョイント本体部２３１ＡのＸ方向に沿う幅寸法は、センサーユニット２１及び固定ユニット２２を引き離して生体に張力を付与する際の、センサーユニット２１及び固定ユニット２２の引き離し距離に略相当する。また、ジョイント本体部２３１Ａの厚み寸法は、センサー側接続部２４４のＺ方向寸法と略同一寸法となる。
【００４８】
第一突出部２３１Ｂは、例えばジョイント本体部２３１Ａに一体的に設けられ、ジョイント本体部２３１Ａからセンサーユニット２１側に突出する。本実施形態では、第一突出部２３１Ｂが、ジョイント本体部２３１Ａの板厚み方向に対して直交する方向に突出する例を示す。なお、これに限定されず、ジョイント本体部２３１Ａの板厚み方向に対して交差する方向で、かつセンサーユニット２１側に突出する構成としてもよい。
本実施形態では、第一突出部２３１Ｂは、一対設けられ、これらの一対の第一突出部２３１Ｂにより、１つのセンサー側接続部２４４が挟み込まれる構成となる。
【００４９】
図８に示すように、これらの一対の第一突出部２３１Ｂの突出先端側は、ＸＺ平面に対する断面形状において、突出先端側が円弧状となり、当該円弧の中心位置に、それぞれ、第一回動軸２３１Ｄを保持する保持孔２３１Ｅが設けられている。
保持孔２３１Ｅは、第一突出部２３１ＢをＹ方向に沿って貫通する貫通孔としてもよく、一対の第一突出部２３１Ｂの互いに対向する面に形成された凹状孔部であってもよい。
そして、これらの保持孔２３１Ｅに保持された第一回動軸２３１Ｄは、上述したように、センサー側接続部２４４の挿通孔２４４Ａに挿通され、第一ジョイント部２３１がセンサーユニット２１に対して回動可能に接続される。
【００５０】
第二突出部２３１Ｃは、例えばジョイント本体部２３１Ａに一体的に設けられており、ジョイント本体部２３１Ａから固定ユニット２２側に突出する。本実施形態では、第二突出部２３１Ｃは、第一突出部２３１Ｂと同様、ジョイント本体部２３１Ａの板厚み方向に対して直交する方向に突出する。なお、これに限定されず、ジョイント本体部２３１Ａの板厚み方向に対して交差する方向で、かつ固定ユニット２２側に突出する構成などとしてもよい。
また、本実施形態では、第二突出部２３１Ｃは、一対設けられ、これらの一対の第二突出部２３１Ｃにより、第二ジョイント部２３２が挟み込まれる構成となる。
【００５１】
図８に示すように、一対の第二突出部２３１Ｃの突出先端側は、ＸＺ平面に対する断面形状において円弧状となる。そして、当該円弧の中心位置に、それぞれ、第二回動軸２３１Ｆを保持する保持孔２３１Ｇが設けられている。
保持孔２３１Ｇは、第二突出部２３１ＣをＹ方向に沿って貫通する貫通孔としてもよく、一対の第二突出部２３１Ｃの互いに対向する面に形成された凹状孔部であってもよい。
そして、これらの保持孔２３１Ｇに保持された第二回動軸２３１Ｆは、後述する第二ジョイント部２３２の挿通孔２３２Ｃに挿通されている。これにより、第一ジョイント部２３１は、第二ジョイント部２３２に対しても回動可能に接続される。
【００５２】
第二ジョイント部２３２は、ＸＺ平面における断面視において、略Ｌ字状となり、連結部２３２Ａと、進展ノブ２３２Ｂとを備える。
連結部２３２Ａは、第一ジョイント部２３１と固定ユニット２２とを連結する板状部材である。進展ノブ２３２Ｂは、例えば連結部２３２Ａに一体的に設けられ、連結部２３２Ａのセンサーユニット２１側の端部から所定角度で立ち上がる。なお、本実施形態では、進展ノブ２３２Ｂは、連結部２３２Ａに対して９０度の角度を為して立ち上がる例を示す。
【００５３】
また、連結部２３２Ａのセンサーユニット２１側の端部は、ＸＺ断面視において、進展ノブ２３２Ｂが設けられる側とは反対側において、図３，４に示すように円弧状となり、当該円弧の中心に挿通孔２３２Ｃが設けられる。連結部２３２Ａの進展ノブ２３２Ｂ側の端部は、第一ジョイント部２３１の一対の第二突出部２３１Ｃの間に挟まれ、挿通孔２３２Ｃに第二突出部２３１Ｃの保持孔２３１Ｇに保持された第二回動軸２３１Ｆが挿通され、上記のように、第一ジョイント部２３１に対して第二ジョイント部２３２が回動可能となる。
【００５４】
一方、連結部２３２Ａの固定ユニット２２側の端部は、固定ユニット２２の一対の固定側接続部２２３に挟まれて配置される。この連結部２３２Ａの固定ユニット２２側の端部は、ＸＺ断面視において、突出先端側が円弧状となり、当該円弧の中心には、挿通孔２３２Ｄが設けられる。そして、この挿通孔２３２Ｄには、一対の固定側接続部２２３の挿入孔２２３Ａに保持された第三回動軸２３２Ｅが挿通される。
【００５５】
上記のようなジョイント部２３では、センサーユニット２１及び固定ユニット２２を生体に固定する前において、図３に示すように、進展ノブ２３２Ｂを固定ユニット２２側に倒しておく。これにより、第一ジョイント部２３１が固定ユニット２２側に引き寄せられ、センサーユニット２１が固定ユニット２２に近接して位置することになる。
そして、生体にセンサーユニット２１及び固定ユニット２２を固定した後、進展ノブ２３２Ｂを、第二回動軸２３１Ｆを中心にセンサーユニット２１側に回動させる。これにより、図４に示すように、第一ジョイント部２３１が第二ジョイント部２３２に押されてセンサーユニット２１側に移動する。よって、センサーユニット２１も固定ユニット２２とは離れる方向に移動される。
この際、センサーユニット２１及び固定ユニット２２は、粘着層２４１Ｂ，２２１により生体に固定されているので、生体の表皮に張力が付与される。このように、生体の表皮に張力が付与された状態では、穿刺針１１を挿入する際に表皮を貫通しやすくなり、穿刺作業の効率化を図ることが可能となる。
【００５６】
［制御装置］
次に、超音波測定装置１における制御装置３について説明する。
制御装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成された演算部と、メモリー等により構成された記憶部とを含んで構成される。
記憶部には、超音波プローブ２を用いた超音波測定や、超音波測定結果に基づいた生体の内部断層画像の生成及び表示を行うための各種プログラムや各種データが記憶されている。
演算部は、記憶部に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、図１に示すように、測定制御手段３１、画像生成手段３２、針位置検出手段３３、針位置予測手段３４、及び表示制御手段３５等として機能する。また、制御装置３には、その他、キーボード等により構成された入力操作部等が設けられていてもよい。
【００５７】
測定制御手段３１は、超音波プローブ２を制御して、各超音波センサー２５に超音波送信処理及び超音波受信処理を実施させる。
画像生成手段３２（画像取得手段）は、超音波プローブ２から送信された受信信号（画像信号）を取得し、各超音波センサー２５に対応した内部断層画像を生成する。
【００５８】
針位置検出手段３３は、各内部断層画像に対して穿刺針１１の位置を検出する。
針位置予測手段３４は、各内部断層画像のうち、穿刺針１１が検出されなかった内部断層画像での穿刺針１１の延長位置（針到達位置）を予測する。
表示制御手段３５は、表示部４に対して、各内部断層画像を表示させる。また、針位置予測手段３４により予測された針到達位置に対応した針位置予測画像５４を表示させる。
なお、制御装置３の具体的な処理については後述する。
【００５９】
［超音波測定方法］
次に、上述したような超音波測定装置１を用いた超音波測定方法について説明する。
図９は、本実施形態における超音波測定方法を示すフローチャートである。
本実施形態の超音波測定装置１を用いた超音波測定方法では、例えば施術者（操作者）は、超音波プローブ２のセンサーユニット２１のセンサー窓２４１Ａに、生体と超音波センサー２５との間で超音波の伝搬効率を向上させるための音響整合材料（例えばジェル等）を塗布する。そして、センサーユニット２１及び固定ユニット２２を粘着層２４１Ｂ，２２１により生体の皮膚表面に固定する。この際、ジョイント部２３の進展ノブ２３２Ｂを固定ユニット２２側に回動させておき、センサーユニット２１と固定ユニット２２との距離を縮めておく。
【００６０】
センサーユニット２１及び固定ユニット２２を表皮に固定した後、進展ノブ２３２Ｂをセンサーユニット２１側に回動させて、センサーユニット２１と固定ユニット２２との距離を拡げる。これにより、表皮に張力が付与され、穿刺針１１の挿通が容易となる。
【００６１】
この後、施術者（操作者）により入力操作部が操作されて、超音波測定を開始する旨の操作信号が入力されると、測定制御手段３１は、超音波プローブ２の各超音波センサー２５に超音波測定（超音波送信処理及び超音波受信処理）を実施させる（ステップＳ１）。
具体的には、測定制御手段３１は、回路基板のスイッチング回路を制御して各超音波トランスデューサー２５１Ａ（各トランスデューサー群２５１Ａ１）と送信回路とを接続する。これにより、各超音波トランスデューサー２５１Ａの下部電極２５１Ｄ１に駆動信号（ＳＩＧ）が印加され、上部電極２５１Ｄ３に共通バイアス信号（ＣＯＭ）が印加されて、超音波を送信させる。その後、測定制御手段３１は、回路基板のスイッチング回路を制御して各超音波トランスデューサー２５１Ａ（各トランスデューサー群２５１Ａ１）と受信回路とを接続する。これにより、生体内で反射された反射超音波が各超音波トランスデューサー２５１Ａに入力されて振動膜２５１Ｃが振動されると、下部電極２５１Ｄ１から圧電膜２５１Ｄ２で発生した電位差に応じた受信信号が受信回路に入力される。受信回路は、入力された受信信号に対して、デジタル信号への変換、ノイズ成分の除去、所望信号レベルへの増幅、トランスデューサー群２５１Ａ１毎の整相加算処理を行い、処理後の受信信号を制御装置３に出力する。
【００６２】
次に、画像生成手段３２は、各超音波センサー２５による超音波測定により得られた測定結果（受信信号）に基づいて、各超音波センサー２５の位置に対応した内部断層画像をそれぞれ生成する（ステップＳ２）。図１に示す例では、超音波プローブ２にＹ方向に並ぶ３つの超音波センサー２５が設けられる。この場合、各位置に対応した３つの内部断層画像が生成される。
【００６３】
この後、表示制御手段３５は、ステップＳ２で生成された各内部断層画像を、表示部４に表示させる（ステップＳ３）。
図１０は、表示部４に表示される内部断層画像の一例を示す図である。
本実施形態では、図１０に示すように、３つの内部断層画像５１が表示部４に表示される。この際、表示部４の画面内に、３つの内部断層画像５１が同時表示されることで、施術者は、表示部４に表示させる内部断層画像５１を切り替える操作を行う必要がなく、一度に各位置での生体内の状態を観察することが可能となる。
【００６４】
また、このステップＳ３では、表示制御手段３５は、各内部断層画像５１に対して、図１０に示すように、目盛部２７の各第一目盛線２７２の位置に対応した目盛位置画像５２を重畳表示させる。
これにより、施術者は、各内部断層画像５１に基づいて、生体内の穿刺針１１を到達される目標位置を容易に確認することが可能となり、当該目標位置に対して、目盛部２７のどの第一目盛線２７２の位置に穿刺針１１を挿入すればよいかを容易に判断することが可能となる。例えば、各内部断層画像５１における静脈位置から静脈の方向を判断できるので、穿刺針１１の挿入方向と挿入位置を容易に判断することが可能となる。
また、穿刺作業を行う際に、上述のように生体の表皮が張力によって引き伸ばされた状態となっているので、穿刺針１１挿入時に表皮が撓む等の不都合が抑制される。
【００６５】
この後、穿刺針１１が挿入され、各超音波センサー２５の測定範囲内に穿刺針１１が入ると、当該穿刺針１１も内部断層画像に映り込む。
針位置検出手段３３は、内部断層画像に映り込んだ穿刺針１１の位置を検出する（ステップＳ４）。
図１１は、穿刺針１１が所定量挿入された際に表示部４に表示される内部断層画像５１の一例を示す図である。
このステップＳ４では、例えば、針位置検出手段３３は、内部断層画像を例えば画像解析することで、穿刺針１１の針位置５３を検出する。つまり、生体内の組織に対して穿刺針は超音波に対する反射率が高いため、内部断層画像上で輝度値が高く表示される。よって、針位置検出手段３３は、内部断層画像において、輝度値が所定の第一閾値以上となる領域を検出して、針位置５３として検出する。
【００６６】
なお、本実施形態では、輝度値に基づいて針位置５３を検出する例を示すが、針位置検出手段３３は、図１０に示すような最初に表示された内部断層画像５１と比較することで、針位置５３を検出してもよい。
つまり、図１０に示すような、穿刺針１１が挿入されていない状態の内部断層画像５１と、その後に取得された図１１に示すような内部断層画像５１とを比較し、輝度値が第二閾値以上高くなる領域を針位置５３として検出してもよい。また、最初に取得された内部断層画像５１に対して、第二閾値以上となる領域を検出した上で、さらに当該領域の輝度値が第一閾値以上であるか否かを判定してもよい。
【００６７】
次に、針位置予測手段３４は、取得された内部断層画像５１のうち、針位置５３が検出された画像が２つ以上あるか否かを判定する（ステップＳ５）。
このステップＳ５において、Ｙｅｓと判定された場合、針位置予測手段３４は、さらに、全ての内部断層画像５１において針位置５３が検出されているか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００６８】
ステップＳ６において、Ｎｏと判定された場合、針位置５３が検出されなかった内部断層画像５１（例えば図１１の下段の内部断層画像５１）に対して、穿刺針１１をそのまま挿入した際に、穿刺針１１が到達する位置（針到達位置）を予測する（ステップＳ７）。
通常、穿刺針１１は直線状に形成されており、また、各超音波センサー２５間の距離は既知である。よって、針位置予測手段３４は、針位置５３が検出された２つ以上の内部断層画像の針位置５３に基づいて、穿刺針１１の挿入方向及び挿入角度を算出し、さらに、超音波センサー２５間の距離を用いて針到達位置を予測する。
【００６９】
例えば、超音波センサー２５が等間隔で配置され、穿刺孔２７１から近い順に第一超音波センサー２５Ａ（図３及び図４参照）、第二超音波センサー２５Ｂ（図３及び図４参照）、第三超音波センサー２５Ｃ（図３及び図４参照）が並ぶ場合は以下のような処理をする。
まず、第一超音波センサー２５Ａに対応した第一内部断層画像５１Ａの針位置５３Ａの座標（第一座標）と、第二超音波センサー２５Ｂに対応した第二内部断層画像５１Ｂの針位置５３Ｂの座標（第二座標）とを算出する。なお、第一座標及び第二座標としては、例えば、エッジ検出処理により検出された略円環状の針位置５３Ａ及び針位置５３Ｂの中心点（重心点）とする。また、第一座標と第二座標との距離（針間距離）を算出する。
さらに、第一座標と第二座標とを結ぶ直線を算出する。この直線は、穿刺針１１をＹＺ平面（内部断層画像５１上）に投影した位置を示す直線（穿刺投影直線）となる。
そして、穿刺投影直線上で、かつ、第二座標の第一座標とは反対側に針間距離となる位置を第三超音波センサー２５Ｃに対応した第三内部断層画像５１Ｃにおける針到達位置とする。４つ以上の超音波センサー２５が設けられる場合も同様に、穿刺投影直線上で、針間距離の間隔となる座標位置をそれぞれ算出して針到達位置とすればよい。
【００７０】
そして、表示制御手段３５は、針位置５３が検出されなかった内部断層画像５１（本実施形態では、第三内部断層画像５１Ｃ）に対して、図１１に示すように、針到達位置に対応した針位置予測画像５４を内部断層画像５１に重畳させて表示する（ステップＳ８）。針位置予測画像５４は、例えば「×」印により表示してもよく、その他、内部断層画像５１において使用されていない色（例えば赤色等）により表示してもよい。
これにより、施術者は、挿入した穿刺針１１が目標位置に到達可能であるかを内部断層画像に基づいて、容易に判断することが可能となる。
【００７１】
なお、ステップＳ５において、Ｎｏと判定された場合は、針到達位置を予測するために必要な内部断層画像の数が足りない（穿刺針１１の挿入量が少ない）ことを意味し、この場合は、ステップＳ４に戻る。
また、ステップＳ６において、Ｙｅｓと判定された場合は、既に穿刺針１１が目標位置に到達したか、若しくは、超音波測定装置１による測定範囲を超えていて針到達位置を予測できないことを意味する。
既に穿刺針１１が目標位置に到達している場合は、超音波測定装置１による超音波測定処理を終了させる。なお、目標位置に到達しているか否かは、例えば、施術者が入力操作部により処理を終了させる旨の操作信号が入力された場合に、目標位置に到達したと判定すればよい。また、施術者が入力操作部を操作して予め目標位置を指定しておき、目標位置と針位置５３とが一致した場合に、処理を終了させてもよい。
一方、例えば、穿刺針１１の挿入角度が小さい場合等では、超音波測定装置１による測定範囲を超えるため、針到達位置を予測できないことがある。この場合では、内部断層画像の全てに、例えば目標位置よりも表皮に近い位置に針位置５３が位置することになる。このような場合では、超音波測定装置１は、音声若しくは表示部４への表示により、針位置を予測できない旨を警告してもよい。
【００７２】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波測定装置１における超音波プローブ２は、Ｙ方向に長手となる超音波センサー２５がＸ方向に沿って複数配置されたセンサーユニット２１と、センサーユニット２１に設けられてＹ方向に並ぶ第一目盛線２７２を有する目盛部２７と、を備えている。
このため、生体に対して超音波プローブ２を固定すれば、各超音波センサー２５に対応して、Ｘ方向に沿って並ぶ複数の内部断層画像５１を取得することができる。つまり、超音波プローブ２を生体に対して固定した状態で、穿刺作業に必要な内部断層画像５１を取得することができる。したがって、施術者が超音波プローブ２の位置や角度等を調整する必要がなく、施術者が所望とする位置での内部断層画像５１を容易に取得することができる。これにより、施術者は、穿刺作業に集中することができるため、穿刺作業の効率化を図れることができ、穿刺作業における事故の発生を抑制でき、穿刺成功率の向上も図れる。
【００７３】
また、ＹＺ面に沿った内部断層画像５１を取得する場合、施術者は、穿刺針１１の挿入位置をＹ方向のどの位置にするべきかを適切に判断する必要がある。これに対し、本実施形態では、第一目盛線２７２がＹ方向に沿って設けられている。したがって、施術者は、表示部４に表示された内部断層画像５１を観察しながら、第一目盛線２７２を目安に穿刺針１１の挿入位置を判断することができる。よって、施術者が穿刺針１１の挿入位置を決定する際にも好適に支援することができ、この点でも穿刺作業の効率化及び穿刺成功率の向上を図ることができる。
【００７４】
本実施形態では、センサーユニット２１は、穿刺針１１を挿入するための、Ｙ方向に長手となる穿刺孔２７１を備えている。そして、この穿刺孔２７１の第一縁部２７１Ａに沿って第一目盛線２７２が配置されている。
このような構成では、施術者が穿刺針１１を生体の表皮から挿入する際に、穿刺孔２７１の第一縁部２７１Ａに沿って設けられた第一目盛線２７２を確認しながら、穿刺作業を行うことができる。この場合、第一目盛線２７２が穿刺針１１を挿入する位置に近い部位に設けられているので、穿刺作業を行う際に手元（穿刺針１１の位置）から目を離して第一目盛線２７２を確認する必要がなく、容易に第一目盛線２７２を確認しながら穿刺作業を行える。
また、穿刺孔２７１の第一縁部２７１Ａに穿刺針１１を当接させてガイドさせながら穿刺作業を行うこともでき、この際、穿刺針１１と第一目盛線２７２をと位置合わせすることで、所望の位置に対して穿刺針１１を適切に挿入することができる。
さらに、穿刺孔２７１がＹ方向に長手となる開口であり、その開口縁に沿って第一目盛線２７２が設けられるので、例えば、各目盛位置に対応して、それぞれ独立した貫通孔を形成する場合に比べて、穿刺針１１の挿入位置を細かく制御することが可能となる。つまり、本実施形態では、穿刺針１１の挿入位置は、穿刺孔２７１内であれば制約を受けることがなく、施術者は、穿刺孔２７１内の任意の位置に穿刺針１１を位置決めして穿刺作業を行うことができる。
さらには、穿刺針１１を挿入するための貫通孔を、目盛位置毎に独立に設ける場合では、生体表面を脱脂綿等の消毒治具を用いて消毒する際に、貫通孔に当該消毒治具を通すことが困難である。よって、消毒を行う場合に、超音波プローブ２を一旦取り外す必要が生じる。これに対して、本実施形態では、Ｙ方向に長手となる開口である穿刺孔２７１が設けられているので、穿刺孔２７１から消毒治具を挿入して、穿刺針１１を挿入する位置を消毒することができる。よって、消毒作業のために超音波プローブ２を取り外す必要がない。
【００７５】
本実施形態では、センサーユニット２１を生体に固定する粘着層２４１Ｂを備えているので、センサーユニット２１を生体の表皮に固定することができる。よって、施術者がセンサーユニット２１を生体に対して手で固定する等の作業が不要となり、穿刺作業に集中することができるので、穿刺作業の効率や穿刺成功率を向上させることができる。
【００７６】
本実施形態の超音波プローブ２は、センサーユニット２１と、固定ユニット２２と、センサーユニット２１及び固定ユニット２２を接離可能に接続するジョイント部２３とを備える。
このような構成では、ジョイント部２３によりセンサーユニット２１と固定ユニット２２との距離を縮めた状態で、センサーユニット２１と固定ユニット２２との双方を生体の表皮に固定し、その後、ジョイント部２３によって、センサーユニットと固定ユニットとの距離を拡げる。これにより、生体の表皮に張力を付与して引き延ばすことができ、穿刺針１１を挿入する際に、表皮が撓む等の不都合を抑制でき、穿刺針１１を挿入しやすくなる。
【００７７】
本実施形態では、ジョイント部２３は、センサーユニット２１の第一接続端部２４３の±Ｙ側に設けられたセンサー側接続部２４４、及び固定ユニット２２の第二接続端部２２２の±Ｙ側に設けられた固定側接続部２２３に対応して設けられている。つまり、ジョイント部２３は、第一接続端部２４３及び第二接続端部２２２の間で、±Ｙ側にそれぞれ設けられている。そして、目盛部２７は、第一接続端部２４３及び第二接続端部２２２の間で、かつ、＋Ｙ側のジョイント部２３と、−Ｙ側のジョイント部２３との間に設けられている。
つまり、センサーユニット２１と固定ユニット２２との距離を拡げた際に張力が付与される穿刺針１１の挿入位置に第一目盛線２７２が設けられている。このため、穿刺針１１を挿入する際に目盛部２７の第一目盛線２７２を確認しやすく、穿刺作業の効率性及び成功率を向上させることができる。
【００７８】
そして、本実施形態の超音波測定装置１では、画像生成手段３２が、超音波プローブ２からの受信信号（画像信号）を取得して内部断層画像５１を生成し、表示制御手段３５が生成された内部断層画像５１を表示部４に表示させる。
これにより、施術者は、表示部４に表示された複数の内部断層画像５１に基づいて、生体のＸ方向及びＹ方向に沿った広範囲の内部構造を確認することができる。
【００７９】
本実施形態の超音波測定装置１では、表示制御手段３５は、内部断層画像５１に、第一目盛線２７２に対応した目盛位置画像５２を重畳させて表示させる。このため、内部断層画像５１と第一目盛線２７２との位置関係が分かりやすくなり、施術者が内部断層画像５１と第一目盛線２７２とを用いて穿刺針１１の挿入位置を決定する際に、好適に施術者を支援することができ、穿刺作業の更なる効率化を図ることができる。
【００８０】
本実施形態の超音波測定装置１では、針位置検出手段３３は、各内部断層画像５１に穿刺針１１が映り込んでいる場合に、その穿刺針１１の針位置５３を検出する。そして、針位置予測手段３４は、２つ以上の内部断層画像５１で針位置５３が検出され、他に針位置５３が検出されなかった内部断層画像５１がある場合に、穿刺針１１の針到達位置を予測する。そして、表示制御手段３５は、予測された針到達位置に対応した針位置予測画像５４を、内部断層画像５１に重畳して表示させる。
これにより、施術者は、ある程度穿刺針１１を挿入した時点で、そのまま穿刺針１１を挿入した際に、目標位置に穿刺針１１が到達可能か否かを、表示部４に内部断層画像５１に基づいて容易に判断することができる。これにより、例えば、穿刺針１１の針到達位置が目標位置とは異なる場合に、早期に穿刺作業を中断することが可能となり、穿刺作業における事故を抑制することができる。
【００８１】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。
上述した第一実施形態では、目盛部２７は、穿刺孔２７１の第一縁部２７１Ａに沿った第一目盛線２７２を備える構成を例示した。これに対して、第二実施形態では、第二縁部２７１Ｂに第二目盛線が設けられる点で上記第一実施形態と相違する。
【００８２】
図１２は、第二実施形態の目盛部２７Ａの近傍の構成を示す平面図である。なお、以降の説明にあたり、既に説明した構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
本実施形態の目盛部２７Ａは、図１２に示すように、第一実施形態と同様、センサーユニット２１と固定ユニット２２との間に設けられており、Ｙ方向に長手となる穿刺孔２７１を有する。
【００８３】
そして、第一実施形態と同様、目盛部２７Ａには、穿刺孔２７１の第一縁部２７１Ａに沿った第一目盛線２７２が設けられている。さらに、本実施形態では、目盛部２７Ａには、穿刺孔２７１の第二縁部２７１Ｂに沿った第二目盛線２７３が設けられている。ここで、第一目盛線２７２は、第二目盛線２７３よりも目盛間隔が狭く（小さく）なっている。
【００８４】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波プローブ２では、目盛部２７Ａは、穿刺孔２７１の第二縁部２７１Ｂに沿った第二目盛線２７３を備えている。
このような構成では、施術者は、第一縁部２７１Ａに沿った第一目盛線２７２と、第二縁部２７１Ｂに沿った第二目盛線２７３とを用いて、穿刺針１１の挿入位置や挿入角度をより細かく制御することができる。つまり、穿刺針１１を目標位置に到達させるための第一目盛線２７２や第二目盛線２７３の位置を、より精度よく決めることができる。そして、第一目盛線２７２及び第二目盛線２７３に穿刺針１１を沿わせて挿入することで、目標位置に対して高精度に穿刺針１１を進入させることができ、例えば穿刺作業に不慣れな施術者であっても、高い穿刺成功率で穿刺を行うことができる。
【００８５】
また、第一目盛線２７２の間隔が、第二目盛線２７３の間隔よりも小さい。この場合、例えば、第二目盛線２７３の１つに穿刺針１１の一部を当接させた後、間隔が小さい第一目盛線２７２に穿刺針１１の他の一部を当接させて、より高精細に挿入位置を決めることができる。つまり、本実施形態では、穿刺針１１の挿入方向を高精細に決めることができ、穿刺成功率の更なる向上を図れる。
【００８６】
［第三実施形態］
次に、第三実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、穿刺針１１を挿入した際の針到達位置を予測して、内部断層画像５１に針位置予測画像５４を重畳させる例を示した。これに対して、第三実施形態では、さらに、施術者が指定した任意の目標位置に対して、穿刺針１１の挿入位置を表示する点で上記第一実施形態と相違する。
【００８７】
図１３は、第三実施形態の目盛部２７Ｂの近傍の構成を示す平面図である。
本実施形態では、第二実施形態と同様、目盛部２７Ｂは、穿刺孔２７１の第一縁部２７１Ａに沿った第一目盛線２７２Ａと、第二縁部２７１Ｂに沿った第二目盛線２７３Ａとを備えている。
ここで、本実施形態では、第二目盛線２７３Ａは、第一目盛線２７２Ａと同じ目盛間隔で配置されている。なお、第二実施形態と同様、第一目盛線２７２Ａの間隔を、第二目盛線２７３Ａの間隔よりも小さくしてもよい。
【００８８】
また、本実施形態では、目盛部２７Ｂは内部が空洞となり、各第一目盛線２７２Ａ及び各第二目盛線２７３Ａの位置に対応して光透過性の窓部が設けられている。そして、目盛部２７Ｂの内部には、各第一目盛線２７２Ａ及び各第二目盛線２７３Ａに対応した光源（例えばＬＥＤ）が配置されている。したがって、光源を点灯させることで、点灯させた光源に対応する第一目盛線２７２Ａ及び第二目盛線２７３Ａが点灯（光強調表示）されることになる。
【００８９】
図１４は、第三実施形態における制御装置３Ａの機能構成を示すブロック図である。
第三実施形態の制御装置３Ａは、演算部が記憶部に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、図１４に示すように、測定制御手段３１、画像生成手段３２、針位置検出手段３３、針位置予測手段３４、表示制御手段３５、目標位置取得手段３６（第一位置取得手段）、穿刺位置算出手段３７、及び穿刺位置表示手段３８として機能する。
【００９０】
目標位置取得手段３６は、施術者（操作者）による入力操作部の操作により指定された内部断層画像における目標位置（第一位置）を取得する。
穿刺位置算出手段３７は、取得した目標位置に対し、穿刺針１１の挿入方向や挿入位置を算出する。
穿刺位置表示手段３８は、算出した穿刺針１１の挿入方向及び挿入位置に対応した第一目盛線２７２Ａ及び第二目盛線２７３Ａを点灯させる。
【００９１】
［超音波測定方法］
次に、第三実施形態の超音波測定装置１による超音波測定方法について説明する。
図１５は、第三実施形態における超音波測定方法のフローチャートである。
第三実施形態の超音波測定方法は、第一実施形態と略同様の処理により生体に対する内部断層画像を取得する。
すなわち、生体に対して超音波プローブ２を固定した後、超音波測定装置１は、ステップＳ１からステップＳ３の処理を実施して、表示部４に各内部断層画像５１を表示させる。
この後、表示制御手段３５は、穿刺位置の表示処理を行うか否かを問う表示を表示部４に表示させ、穿刺位置の表示処理を行う旨の操作信号が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１１）。
【００９２】
図１６は、表示部４に表示される内部断層画像の一例を示す図である。
ステップＳ１１において、Ｙｅｓと判定された場合、表示制御手段３５は、目標位置の指定を促す旨を表示部４に表示させる。そして、施術者が入力操作部を操作して、例えば内部断層画像５１のうちのいずれか１つ（図１６の例では、第三内部断層画像５１Ｃ）に対して、目標位置５５を設定すると、目標位置取得手段３６は、この目標位置５５の座標位置を取得する（ステップＳ１２）。
【００９３】
次に、穿刺位置算出手段３７は、目標位置５５に対する穿刺針１１の挿入方向及び挿入位置を算出する。
これには、穿刺位置算出手段３７は、先ず、目標位置５５が、血管に対して適切な位置となっているか否かを判定する（ステップＳ１３）。
血管に対して適切な位置であるか否かは、例えば、目標位置５５が血管に対応した略円環５６内にあるか否かにより判別できる。なお、円環５６の検出方法としては、例えばエッジ検出等の公知の画像解析を用いることができる。
また、血管の断面形状や、幾何学的な円環ではないため、円環５６の外周部の２点を結ぶ線分であって円環５６の重心点を通る線分の長さの最大値と最小値の比を「１」から減じた値（血管を略楕円とした場合、扁平率）が所定値以下である場合に、略円環５６であると判定する。
【００９４】
この所定値としては、例えば、目標位置５５と、その目標位置５５が設定された内部断層画像５１に応じて設定される。例えば、穿刺孔２７１から最も離れた超音波センサー２５Ｃに対応した第三内部断層画像５１Ｃにおいて（ｙ１、ｚ１）の座標に目標位置５５が設定された場合と、穿刺孔２７１から最も近い第一内部断層画像５１Ａに対応した第一内部断層画像５１Ａにおいて（ｙ１，ｚ１）の座標に目標位置５５が設定された場合とでは、穿刺孔２７１から穿刺針１１を挿入可能な角度がそれぞれ異なる。つまり、穿刺孔２７１に近い位置では、遠い位置に比べて、血管の線方向のＸ方向に対する角度が大きい場合でも、その線方向に沿って穿刺針１１を挿入することができる。また、目標位置５５の座標（ｙ１，ｚ１）によっても、穿刺針１１の挿入可能な角度が変わり、内部断層画像のＹ方向の端部に目標位置５５が設定される場合は、Ｙ方向の中止位置に目標位置５５が設定される場合に比べて、穿刺針１１の挿入可能な角度が変わる。
【００９５】
したがって、所定値としては、目標位置５５の位置や設定される内部断層画像５１、既知である穿刺孔２７１の位置やＹ方向の幅寸法、及び各超音波センサー２５間の距離等により設定される。具体的には、穿刺孔２７１から離れた超音波センサー２５に対応する内部断層画像５１に目標位置５５が設定される程、前記所定値を小さくする。また、目標位置５５が中心位置に近づく程、前記所定値を小さくする。
【００９６】
扁平率が前記所定値より大きい場合（１に近い値の場合）、血管の線方向と穿刺針の挿入方向とを合わせることができない。この場合は、目標とする血管に対して、穿刺作業を行う位置や超音波プローブ２の固定位置が適切ではないことを意味する。よって、ステップＳ１３にてＮｏと判定される。
また、目標位置５５が円環５６内であっても、複数の内部断層画像５１において、当該円環５６に対応した円環５６Ａ，５６Ｂが他に１つもない場合は、血管である可能性が低かったり、穿刺位置や超音波プローブ２の固定位置が不適切であったりする可能性が高い。よって、この場合も、ステップＳ１３にてＮｏと判定される。
【００９７】
ステップＳ１３にてＹｅｓと判定された場合、穿刺位置算出手段３７は、他の内部断層画像５１において表示された当該円環５６に対応した円環５６Ａ，５６Ｂに基づいて、血管の線方向を算出する（ステップＳ１４）。
例えば、目標位置５５が、第三内部断層画像５１Ｃに表示された円環５６（血管）内に設置されている場合、穿刺位置算出手段３７は、第二内部断層画像５１Ｂから円環５６に対応する円環５６Ｂ（血管）を抽出し、第一内部断層画像５１Ａから円環５６Ａ（血管）を抽出する。第二内部断層画像５１Ｂにおける円環５６Ｂは、円環５６と略同一面積を有し、かつ、円環５６の位置から所定の距離範囲内にある円環５６を抽出する。同様に、第一内部断層画像５１Ａにおける円環５６Ａは、円環５６Ｂと略同一面積を有し、かつ、円環５６Ｂの位置から所定の距離範囲内にある円環５６Ａを抽出する。
【００９８】
そして、穿刺位置算出手段３７は、検出された円環５６，５６Ｂ，５６Ａの重心位置を算出し、各超音波センサー２５のＸ方向に沿った配置間隔と、当該重心位置の座標とに基づいて、目標位置が設定された血管の線方向を算出する。なお、第二内部断層画像５１Ｂに円環５６Ｂがあるが、第一内部断層画像５１Ａに対して円環５６Ａが無い場合、円環５６及び円環５６Ｂのみにより血管の線方向を算出してもよい。
この後、穿刺位置算出手段３７は、算出された血管の線方向の延長上にある第一目盛線２７２Ａ及び第二目盛線２７３Ａの目盛位置を求める（ステップＳ１５）。
【００９９】
そして、穿刺位置表示手段３８は、ステップＳ１５により算出された第一目盛線２７２Ａ及び第二目盛線２７３Ａの目盛位置に対応した光源を点灯させる。つまり、穿刺位置に対応した目盛位置を表示する（ステップＳ１６）。施術者は、第一目盛線２７２Ａ及び第二目盛線２７３Ａのうち、点灯表示された目盛位置に沿って穿刺針１１を挿入することで、目標位置に穿刺針１１を到達させることができる。
【０１００】
一方、ステップＳ１３において、Ｎｏと判定された場合、目標位置が不適切である旨を表示部４に表示させる等して施術者に警告し、ステップＳ１１に戻る。
また、ステップＳ１１において、Ｎｏと判定された場合、及びステップＳ１６の後は、第一実施形態と同様、ステップＳ４からステップＳ８の処理を実施する。
【０１０１】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態では、制御装置３Ａは、目標位置取得手段３６、穿刺位置算出手段３７、及び穿刺位置表示手段３８としても機能する。つまり、目標位置取得手段３６は、施術者により指定された目標位置の座標位置を取得し、穿刺位置算出手段３７は、取得した目標位置に基づいて、穿刺位置を算出する。そして、穿刺位置表示手段３８は、算出された穿刺位置に対応した第一目盛線２７２Ａ及び第二目盛線２７３Ａを点灯表示させる。
このため、施術者の穿刺技術が未熟である場合でも、最適な穿刺位置を案内することができ、穿刺作業を好適に支援することができる。これにより、穿刺作業における作業効率性や穿刺成功率を更に向上させることができる。
【０１０２】
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
【０１０３】
例えば、上記実施形態では、超音波センサー２５として、基部２５１Ｂの開口部２５１Ｂ１側から超音波が送信され、開口部２５１Ｂ１から振動膜２５１Ｃに入力された超音波を受信する例を示したが、これに限定されない。例えば、超音波センサーとして、基部２５１Ｂの開口部２５１Ｂ１側に封止板２５２が接合され、振動膜２５１Ｃ側から超音波を送信し、振動膜２５１Ｃ側から入力された超音波の受信する構成としてもよい。
【０１０４】
また、上記実施形態では、基部２５１Ｂの開口部２５１Ｂ１を閉塞する振動膜２５１Ｃと圧電素子２５１Ｄとにより超音波トランスデューサー２５１Ａが構成される例を示したが、これに限定されない。
例えば、基板に対して振動膜を所定のエアギャップを介して配置し、基板と振動膜とに前記エアギャップを介して対向する電極を配置する構成としてもよい。この場合、電極間に周期駆動電圧を印加させることで、電極間に静電引力を作用させ、振動膜を振動させる構成などとしてもよい。
【０１０５】
第一実施形態において、センサーユニット２１及び固定ユニット２２は、Ｙ方向の両端部においてジョイント部２３により接続される例を示したが、これに限定されない。例えば１か所のみでジョイント部２３に接続されていてもよく、３か所以上で接続されていてもよい。
【０１０６】
また、ジョイント部２３の第一ジョイント部２３１がセンサー側接続部をＹ方向に沿って挟み込む一対の第一突出部２３１Ｂを備える構成を例示したが、これに限定されない。センサー側接続部２４４が一対設けられ、１つの第一突出部２３１ＢをＹ方向に沿って挟み込む構成としてもよい。第二突出部２３１Ｃと第二ジョイント部２３２の連結部２３２Ａにおいても同様であり、連結部２３２Ａから第一ジョイント部２３１側に突出する一対の突出部が設けられ、当該一対の突出部により、第二突出部２３１ＣがＹ方向に沿って挟み込まれる構成などとしてもよい。また、連結部２３２Ａと固定側接続部２２３においても同様である。
【０１０７】
さらに、上記第一実施形態では、進展ノブ２３２Ｂを回動させることで、第一ジョイント部２３１のＸＹ平面に対する傾斜を変更し、センサーユニット２１と固定ユニット２２とを接離させる構成を例示したが、これに限定されない。
例えば、センサーユニット２１及び固定ユニット２２がスクリューにより構成されたジョイント部により接続される構成などとしてもよい。この場合、センサーユニット２１及び固定ユニット２２のいずれか一方に、スクリューと螺合する螺合孔が設けられる構成とし、スクリューが回転されることで、センサーユニット２１と固定ユニット２２とが接離移動する構成としてもよい。
その他、センサーユニット２１及び固定ユニット２２を接離移動させる構成であれば、如何なる構成であってもよい。
【０１０８】
さらに、固定ユニット２２及びジョイント部２３が設けられない構成としてもよい。
この場合、穿刺針１１の挿入位置に張力を付与できないものの、構成の簡略化を図れ、超音波プローブ２の小型化を図ることができる。
【０１０９】
上記実施形態では、センサーユニット２１は、筐体２４に一体構成された目盛部２７を例示したが、これに限定されない。つまり、目盛部は、センサーユニット２１に付帯されていればよく、例えば図１７に示すように、目盛部がセンサーユニット２１の筐体２４に対して着脱自在に設けられる構成などとしてもよい。
図１７は、他の一実施形態の目盛部２７Ｃの概略構成を示す平面図である。
図１７に示す例では、目盛部２７Ｃは、筐体２４とは別体となり、目盛部２７Ｃの下面（筐体２４に対向する面）には、突起２７４が設けられている。突起２７４は、所定方向（例えばＹ方向）に移動可能に設けられており、移動方向に沿って突出するフック２７４Ａを有する。そして、例えば目盛部２７Ｃの上面２４５にスイッチ２７４Ｂが設けられており、スイッチ２７４Ｂが切り替えられることで突起２７４が移動する。
【０１１０】
また、筐体２４には、突起２７４に対応した係合孔２４６が設けられている。突起２７４は、係合孔２４６に挿通された状態で、スイッチ２７４Ｂが移動されることで所定方向に移動し、フック２７４Ａにより係合孔２４６に係合される。
【０１１１】
また、このような構成では、センサーユニット２１に対して、目盛部２７Ｃが着脱自在となる。したがって、穿刺孔２７１の形状やサイズ、第一目盛線２７２（２７２Ａ）や第二目盛線２７３（２７３Ａ）の目盛間隔が異なる複数種の目盛部２７Ｃをストックしておき、穿刺作業を行う患部位置や、穿刺作業を行う際の精度に応じて適宜目盛部２７Ｃを変更することが可能となる。
なお、目盛部２７Ｃの筐体２４への固定構成としては上記に限定されず、例えばネジ止め等、如何なる固定構成を用いてもよい。
また、目盛部２７Ｃを筐体２４の上面２４５に固定する例を示すが、例えば筐体２４の固定ユニット２２に対向する端面に固定する構成としてもよい。
【０１１２】
目盛部２７の穿刺孔２７１として、当該Ｙ方向に沿って直線状の第一縁部２７１Ａと、第一縁部２７１Ａに平行な第二縁部２７１Ｂとを有する。Ｙ方向に長手の細長いスリット形状の開口を例示したが、これに限定されない。穿刺孔２７１としては、例えば、第一縁部２７１Ａや第二縁部２７１Ｂが直線状とならないもの、例えば楕円形状等の穿刺孔が設けられていてもよい。また、超音波センサー２５側の第一縁部が、Ｙ方向の中心点から±Ｙ側に離れるに従って、固定ユニット２２側に傾斜する三角形状の穿刺孔が設けられていてもよい。このような形状では、Ｙ方向の位置によって穿刺針１１をガイドさせる第一縁部と第二縁部との距離が異なるため、穿刺針１１を挿入する位置により、穿刺針の挿入角度を変更することができる。
また、穿刺孔２７１として、Ｙ方向に長手となる穿刺孔２７１に限定されず、例えば、Ｙ方向とＸ方向の開口縁寸法が同じとなる正方形状の穿刺孔や、Ｘ方向に長手となる穿刺孔であってもよい。
【０１１３】
さらには、穿刺孔２７１として、Ｘ方向の幅寸法を変更可能な開口であってもよい。
図１８は、他の一実施形態における目盛部２７Ｄの概略構成を示す平面図である。
図１８に示す目盛部２７Ｄは、穿刺孔２７１の第一縁部２７１Ａを構成する第一可動部２７１Ｃと、第二縁部２７１Ｂを構成する第二可動部２７１Ｄとを有する。
第一可動部２７１Ｃ及び第二可動部２７１Ｄは、Ｘ方向に沿って移動可能となっている。具体的には、目盛部２７Ｄは、穿刺孔２７１から−Ｘ側（超音波センサー２５側）に凹状となる第一凹部２７５Ａを有する。この第一凹部２７５Ａは、第一可動部２７１Ｃに対向する面に、第一可動部２７１Ｃの移動をガイドするガイドレール２７５Ａ１が設けられ、第一可動部２７１Ｃに設けられたガイド溝２７１Ｃ１に係合する。これにより、第一可動部２７１ＣがＸ方向に沿って移動可能となる。
同様に、目盛部２７Ｄは、穿刺孔２７１からの＋Ｘ側（固定ユニット２２側）に凹状となる第二凹部２７５Ｂを有する。この第二凹部２７５Ｂは、第二可動部２７１Ｄに対向する面に、第二可動部２７１Ｄの移動をガイドするガイドレール２７５Ｂ１が設けられ、第二可動部２７１Ｄに設けられたガイド溝２７１Ｄ１に係合する。これにより、第二可動部２７１ＤがＸ方向に沿って移動可能となる。
【０１１４】
また、第一凹部２７５Ａ及び第二凹部２７５Ｂは、Ｘ方向に沿った開口縁部に目盛線（第三目盛線２７６Ａ，２７６Ｂ）が設けられている。さらに、第一可動部２７１Ｃ及び第二可動部２７１Ｄは、第三目盛線２７６Ａ，２７６Ｂに対向する位置に、Ｘ方向の位置を示す位置表示線２７１Ｃ２，２７１Ｄ２を備える。
【０１１５】
このような構成では、穿刺孔２７１のＸ方向に沿う幅寸法を変更可能であり、穿刺針１１の挿入角度を精度よく調整することができる。つまり、穿刺針１１は、第一可動部２７１Ｃの下端２７１Ｃ３（生体側）と、第二可動部２７１Ｄの上端２７１Ｄ３（生体とは反対側）とに当接されて、生体に挿入されることで、挿入角度のずれが抑制される。この際、第一可動部２７１Ｃや第二可動部２７１ＤをＸ方向に沿って移動させることで、穿刺針１１の挿入角度を変更することが可能となる。
また、第一可動部２７１Ｃの位置表示線２７１Ｃ２を第一凹部２７５Ａの第三目盛線２７６Ａの所定位置に合わせ、第二可動部２７１Ｄの位置表示線２７１Ｄ２を第二凹部２７５Ｂの第三目盛線２７６Ｂの所定位置に合わせることで、第一可動部２７１Ｃや第二可動部２７１Ｄの位置を精度よく制御することが可能となる。
なお、図１８の例では、第一可動部２７１Ｃ及び第二可動部２７１Ｄの双方が設けられる構成を例示するが、第一可動部２７１Ｃ及び第二可動部２７１Ｄのいずれか一方のみが設けられる構成としてもよい。
なお、上記図１８の例では、穿刺孔のＸ方向の幅寸法を変更可能な構成であるが、Ｙ方向の幅寸法を変更可能な構成としてもよく、Ｘ方向及びＹ方向の幅寸法をそれぞれ変更可能な構成としてもよい。このような構成では、穿刺針１１を挿入する際に、穿刺針１１をガイドする位置に合わせて穿刺孔のＸ方向及びＹ方向の寸法を変更することができ、穿刺針１１の挿入時の穿刺位置のずれを抑制できる。
【０１１６】
また、当該構成は、第三実施形態において好適に適用できる。
すなわち、第三実施形態では、施術者により設定された目標位置５５に対して、穿刺位置を算出する。この際、血管の線方向に対して第一目盛線２７２Ａ及び第二目盛線２７３Ａを算出するが、穿刺針１１の挿入角度によっては、目標位置５５に穿刺針１１を到達させることができない場合がある。
【０１１７】
これに対して、上記構成を用いる場合、さらに挿入角度まで案内することができる。
この場合、穿刺位置算出手段３７は、目標位置５５から血管の線方向上の第一目盛線２７２の目盛位置（第一目盛位置）を算出する。その後、第一可動部２７１Ｃの下端２７１Ｃ３のうち、第一目盛位置の直下となる第一当接位置と目標位置５５とを通る仮想線を算出する。
そして、第二可動部２７１Ｄの上端２７１Ｄ３が仮想線上に位置するように、第二可動部２７１Ｄの移動量を算出し、さらに、仮想線と上端２７１Ｄ３とが重なる位置での第二目盛線２７３の目盛位置（第二目盛位置）を算出する。
なお、算出された移動量が第二可動部２７１Ｄの移動可能量を超える場合、例えば、第二可動部２７１Ｄの移動可能な上限値まで移動させた際の第二目盛位置を算出し、目標位置５５及び第二目盛位置を通る仮想線上に、第一可動部２７１Ｃの下端２７１Ｃ３を位置させるための第一可動部２７１Ｃの移動量を算出すればよい。
【０１１８】
そして、穿刺位置表示手段３８は、算出された第一目盛位置、第二目盛位置、第一可動部２７１Ｃや第二可動部２７１Ｄの移動量（位置表示線２７１Ｃ２，２７１Ｄ２に対応する第三目盛線２７６Ａ，２７６Ｂの位置）をそれぞれ表示する。なお、目盛位置の表示方法としては、例えば、第三実施形態の第一目盛線２７２Ａ及び第二目盛線２７３ＡのようにＬＥＤにより発光可能な構成としてもよく、表示部４に表示させてもよい。
さらに、図１８に示す例は、手動により第一可動部２７１Ｃや第二可動部２７１Ｄを移動させる構成であるが、例えば圧電素子等のアクチュエーターやモーター等の駆動力を用いて、第一可動部２７１Ｃ及び第二可動部２７１Ｄを自動で移動させる構成としてもよい。
【０１１９】
上記各実施形態では、超音波プローブ２に３つの超音波センサー２５が設けられる構成を例示したが、例えば２つであってもよく、４つ以上配置されていてもよい。
また、各超音波センサー２５の測定結果により得られた内部断層画像５１を表示部４に同時に表示する例を示したが、例えば施術者の操作により、表示する内部断層画像５１を切り替える構成などとしてもよい。さらには、複数の表示部４が設けられ、各表示部４にそれぞれ異なる超音波センサー２５に対応した内部断層画像５１を表示させてもよい。
【０１２０】
第三実施形態において、穿刺位置表示手段３８は、第一目盛線２７２Ａや第二目盛線２７３Ａに対応する光源を点灯させる構成を例示したがこれに限定されない。第一目盛線の位置を表示させる方法としては、例えば、表示部４に、第一目盛線２７２や第二目盛線２７３の画像を表示させ、穿刺位置に対応した目盛を強調表示させる等であってもよい。
また、目盛部２７の上面が液晶パネルであり、液晶パネルにより第一目盛線２７２や第二目盛線２７３を表示させる構成としてもよい。この場合、例えば穿刺位置に対応した第一目盛線２７２や第二目盛線２７３の目盛位置を表示させ、その他の目盛位置を非表示にしてもよい。また、目盛部２７を液晶パネルにより構成する場合では、第一目盛線２７２や第二目盛線２７３の目盛間隔を適宜変更することも可能となる。
【０１２１】
また、上記例では、目盛部２７が液晶パネルにより構成される例であるが、筐体２４の上面２４５が液晶パネルにより構成されていてもよい。すなわち、各実施形態では、表示部４として、制御装置３，３Ａに接続されるモニター等を例示したが、これに限定されず、超音波プローブ２の筐体２４の上面に設けられた液晶パネルを本発明の表示部としてもよい。
このような構成では、穿刺作業の穿刺位置に近い位置で内部断層画像が表示されるので、穿刺作業をより効率的に行うことができる。
【０１２２】
上記各実施形態では、第一目盛線２７２がＹ方向に沿って形成されているが、例えばＸ方向に対しても目盛線を設けてもよい。
また、穿刺孔２７１の開口縁部に沿って第一目盛線２７２が設けられる例を示すが、例えば、固定ユニット２２やジョイント部２３が設けられない構成では、センサーユニット２１（筐体２４）の外周縁に沿って目盛線が設けられ、穿刺孔２７１が設けられない構成としてもよい。
【０１２３】
第二実施形態では、第一目盛線２７２の目盛間隔が、第二目盛線２７３の目盛間隔よりも狭くなる構成を例示したが、これに限定されない。例えば第三実施形態のように、第一目盛線２７２の目盛間隔と、第二目盛線２７３の目盛間隔とが同一間隔であってもよい。また、第二目盛線２７３の目盛間隔が、第一目盛線２７２の目盛間隔よりも狭くなる構成としてもよい。
【０１２４】
上記各実施形態では、表示制御手段３５は、内部断層画像５１に、目盛位置画像５２を重畳して表示させる例を示したがこれに限定されない。
例えば、目盛位置画像５２が表示されなくともよく、この場合でも、目盛部２７が設けられることで従来に比べて、高精度かつ高効率で穿刺作業を行うことが可能である。
【０１２５】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【０１２６】
１…超音波測定装置、２…超音波プローブ、３，３Ａ…制御装置、４…表示部、８…ステップ、１１…穿刺針、２１…センサーユニット、２２…固定ユニット、２３…ジョイント部、２４…筐体、２５…超音波センサー、２５Ａ…第一超音波センサー、２５Ｂ…第二超音波センサー、２５Ｃ…第三超音波センサー、２６…信号ケーブル、２７，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ…目盛部、３１…測定制御手段、３２…画像生成手段、３３…針位置検出手段、３４…針位置予測手段、３５…表示制御手段、３６…目標位置取得手段（第一位置取得手段）、３７…穿刺位置算出手段、３８…穿刺位置表示手段、５１…内部断層画像、５１Ａ…第一内部断層画像、５１Ｂ…第二内部断層画像、５１Ｃ…第三内部断層画像、５２…目盛位置画像、５３，５３Ａ，５３Ｂ…針位置、５４…針位置予測画像、５５…目標位置、５６，５６Ａ，５６Ｂ…円環、２２１…粘着層、２２２…第二接続端部、２２３…固定側接続部、２２３Ａ…挿入孔、２３１…第一ジョイント部、２３２…第二ジョイント部、２３２Ｂ…進展ノブ、２４１Ｂ…粘着層（固定部）、２４２…端子部、２４３…第一接続端部、２４４…センサー側接続部、２４５…上面、２４５Ａ…センターライン、２５１…素子基板、２５１Ａ…超音波トランスデューサー、２５１Ａ１…トランスデューサー群、２５１Ｂ…基部、２５１Ｂ１…開口部、２５１Ｃ…振動膜、２５１Ｄ…圧電素子、２５２…封止板、２５３…音響整合層、２７１…穿刺孔、２７１Ａ…第一縁部、２７１Ｂ…第二縁部、２７１Ｃ…第一可動部、２７１Ｄ…第二可動部、２７２，２７２Ａ…第一目盛線、２７３，２７３Ａ…第二目盛線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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