(57)【要約】【課題】超音波パルスエコー法による生体内の断面画像を得る超音波診断は、非侵襲での測定が可能な安全な診断装置であることより医療機関では非常に多く使用されているが、特別な訓練や専門的な知識を有しない使用者にとっては、超音波プローブを操作することは難しいため、医療機関以外の施設に広く普及するには至っていない。【解決手段】超音波を送受信するための超音波トランスデューサを着脱自在に固定でき、固定した超音波トランスデューサを測定対象部位に停まらせる超音波トランスデューサ固定器具を備えた超音波プローブを提供することで、特別な訓練や専門的な知識を有しない使用者でも簡単に超音波二次元診断ができ、同一測定対象部位を安定した状態で測定できるようになる。【選択図】図１
2009213682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波パルスエコー法を利用して、生体内の断面画像を得る超音波診断装置において、超音波を送受信するための超音波トランスデューサを着脱自在に固定でき、固定した超音波トランスデューサを測定対象部位にとどまらせる超音波トランスデューサ固定器具を備えた超音波プローブ。
【請求項２】
前記超音波トランスデューサ固定器具は、少なくとも一部に粘着性材料を有し、前記超音波トランスデューサを保持する部分を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記超音波トランスデューサ固定器具は、屈曲可能な材料から構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波パルスエコー法を利用し、生体内の断面画像を得る超音波診断装置で使用される超音波プローブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波パルスエコー法による生体内の断面画像を得る超音波診断は、非侵襲での測定が可能な安全な診断装置であることより医療機関では非常に多く使用されている。特に、皮下脂肪厚を測定するために測定対象部位に超音波パルスを放射し、この超音波パルスが皮下脂肪組織とこれに隣接する筋肉組織との境界面において反射してエコーとして戻ってくる時間差に基づいて皮下脂肪厚を測定することは健康管理上有用である(例えば、特許文献１参照。)。
【０００３】
近年では、超音波駆動検出回路をコンパクトにして超音波信号処理を、インターフェースを備えたパーソナルコンピュータで行わせることで全体システムをコンパクトにし、皮下脂肪厚の計測や定量化を、医療機関などの特定の施設ではなく在宅などにおいても使用可能な、小型軽量で扱いやすく、かつ低価格な装置が提供されている (例えば、特許文献２参照。)。また、超音波診断を長期間にわたって継続実行するのに適した装着型超音波プローブも提供されている(例えば、特許文献３参照。)。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２３１９４５号公報（４頁、図１）
【特許文献２】特開２００５−１５２６０５号公報（１０頁、図２）
【特許文献３】特開２００１−７９００２号公報（５頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に示した小型軽量化された装置であっても、特別な訓練や専門的な知識を有しない使用者にとっては、超音波プローブを操作することは難しいため、医療機関以外の施設に広く普及するには至っていない。
また、同一な測定対象部位の経時変化を捉えたり、スポーツやフィットネス等の外部要因による変化を確認するためには、超音波プローブを測定対象部位で固定した状態で測定する必要があるが、使用者自身の手で超音波プローブを固定するのは困難であるという問題があった。特許文献３で示した超音波プローブは装着型プローブであるが、テープ状部材や粘着テープにより装着型プローブを測定対象部位に固定している。そのため、生体に巻きつける煩わしさがあったり、超音波振動子が生体表面に密着するように留意する必要があったり、粘着テープを剥がす際に痛みを伴ったりする等の問題があった。
【０００６】
そこで、本発明では上述した従来技術による問題点を解決し、特別な訓練や専門的な知識を有しない使用者でも簡単に超音波二次元診断ができ、同一測定対象部位を安定した状態で測定可能な超音波プローブ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】
前述した課題を解決するために、本発明による超音波プローブは、超音波を送受信するための超音波トランスデューサを着脱自在に固定でき、固定した超音波トランスデューサを測定対象部位に停まらせることが可能な超音波トランスデューサ固定器具を備えた超音
波プローブであることを特徴とする。
【０００８】
また、超音波トランスデューサ固定器具は、少なくとも一部に粘着性材料と超音波トランスデューサを保持する部分を備えることが好ましい。
【０００９】
また超音波トランスデューサ固定器具は屈曲可能な材料から構成されることが好ましい。
【００１０】
（作用）
超音波パルスエコー法を利用し、生体内の断面画像を得る超音波診断装置で使用される超音波プローブにおいて、超音波を送受信するための超音波トランスデューサを着脱自在に固定でき、固定した超音波トランスデューサを測定対象部位に停まらせることが可能な超音波トランスデューサ固定器具を備えた超音波プローブを提供することで、特別な訓練や専門的な知識を有しない使用者でも簡単に超音波二次元診断ができ、同一測定対象部位を安定した状態で測定できるようになる。
【発明の効果】
【００１１】
以上の説明のように、本発明の超音波プローブにおいては下記に記載する効果を有する。
【００１２】
超音波プローブに、測定対象部位に停まらせることが可能な超音波トランスデューサ固定器具を備えることで、操作性に優れた超音波プローブを提供することができ、特別な訓練や専門的な知識を有しない使用者も簡単に測定でき、超音波診断が日常的に可能となる。
【００１３】
超音波トランスデューサ固定器具は、少なくとも一部に粘着性材料と超音波トランスデューサを保持する部分を備えるため、使用者自身の手を使い続けずに測定対象部位に固定でき、同一測定対象部位を安定した状態で測定できるので、測定対象部位の経時変化を捉えることや、スポーツやフィットネス等の外部要因による変化を容易に確認することが可能である。
【００１４】
超音波トランスデューサ固定器具は、屈曲可能な材料から構成されるため、凹凸の多い体の表面でも接触性が良い測定ができ、より精度の高い測定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の超音波プローブの最適な実施形態を説明する。
【００１６】
（第一の実施形態）
まず、図１は本発明の第一の実施形態の例である。図１において、超音波プローブ１は、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサ２と、超音波トランスデューサ２を固定するための下カバー３及び上カバー４からなる超音波トランスデューサ固定器具５からなる。下カバー３は、粘着性ゲル６ａとフレーム７ａから構成されている。粘着性ゲル６ａの片方の側面は測定対象部位となる体の表面に貼り付けられる。もう片方の側面は超音波トランスデューサを固定するために使用する。また、フレーム７ａは、粘着性ゲル６aを固定するために粘着性ゲル６aを囲むようにして組まれている。下カバー３と同様に、上カバー４も粘着性ゲル６ｂとフレーム７ｂからなり、粘着性ゲル６ｂは超音波トランスデューサ２を固定するために使用し、フレーム７ｂは粘着性ゲルを覆うようにして組まれている。
下カバー３と上カバー４の間に、超音波トランスデューサ２を挟み固定する。
【００１７】
粘着性ゲル６ａは生体に直接貼り付けるため、生体に対して影響のない素材であること、皮膚と同程度の音響インピーダンスを有すること、適度な弾性が有り生体との形状適合性に優れていること等の性質を備えた素材が好ましく、シリコンゲル等の高分子ゲルが適切である。
【００１８】
下カバー３及び上カバー４は、超音波トランスデューサ２をより強固に固定するため、互いに結合可能な構造である必要がある。例えば、下カバー３にピン８aを立てておき、上カバー４にピン８ａが結合するようなピンホール８ｂを作っておくことでより強固に結合できる。なお、この方法に限らず、強固に結合できる方法であれば、例えば粘着テープや磁力を利用して結合させても良い。
【００１９】
粘着性ゲル６ａ及び６ｂは、超音波トランスデューサを固定したり、測定対象部位に貼り付けて使用するため、測定を繰り返し行っていると、粘着性が弱くなることが懸念される。粘着性が弱くなった場合は、超音波トランスデューサは着脱自在であるため、超音波トランスデューサ固定器具のみを新しいものに取替えればよい。超音波トランスデューサを新しく取り替える必要はないため、同一の超音波トランスデューサを永久的に使用し続けることが可能である。なお、フレームから粘着性ゲルを取り外し可能な構造にしておくことで、フレームの再利用が可能な超音波固定器具を提供することも可能である。
【００２０】
フレーム７ａ及び７ｂは、使用者が自在に動かすことができる屈曲可能な材料にすることで、凹凸の多い体の表面でも、接触性が良い測定ができるようになる。例えば、アルミニウムなどの金属や適度な硬度をもったゴム等が考えられる。
【００２１】
また、超音波固定器具５のフレームや粘着性ゲルを透明度の高い材料から構成することで、超音波トランスデューサの位置を確実に捉えることができ、測定対象部位に適切に超音波プローブを貼り付けることができる。
【００２２】
次に、図２を用いて超音波トランスデューサ２の構造を説明する。超音波トランスデューサ２は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルスを超音波パルスに変換し、また受信時には超音波信号を電気信号に変換する機能を有している。超音波トランスデューサ２は、一対の電極板２１ａおよび２１ｂと圧電体２２とバッキング材２３からなる。圧電体２２としては、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の高分子圧電材料や、あるいはこれらの高分子圧電材料とＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の無機圧電材料との複合体が用いられる。電極板２１ａおよび２１ｂには、リード線２４ａおよび２４ｂが電気的に接続されている。また、厚さ４０μｍの銅板からなるバッキング材２３により背面への超音波が前面側へ反射されパルス幅の短い超音波パルスが効率的に発生される。生体内部への超音波を細いビームとして入射するには圧電体２２の直径は４〜５ｍｍが好適である。圧電体２２はリード線２４ａおよび２４ｂ間に２０Ｖ程度のパルス電圧を印加することにより超音波をパルス的に発生する。この時、生体内に入射されるエネルギーはおおよそ４ｍＷであり、生体に与える影響は皆無と考えてよい。また、超音波画像の解像度や感度に大きな影響を与える超音波周波数は、この超音波トランスデューサ２の圧電体２２の厚みによってほぼ決定され、固有共振周波数が高い方が分解能は高いが、生体内での吸収も多くなるため、測定対象により適切な固有共振周波数を選択する必要がある。
【００２３】
本発明で用いる超音波パルスエコー法では、まず超音波送信部のパルス発生器で電気パルスを発生させ、この電気パルスをパルス遅延回路に送り、超音波トランスデューサ２で発生する超音波波面が深さ方向の決められた点で順次収束するように、時間的に焦点位置が変化するいわゆるダイナミックフォーカスが実現するように遅延を与える。
【００２４】
なお、超音波トランスデューサ２から放射される超音波をダイナミックフォーカスとせ
ず、固定の曲率を持つ超音波トランスデューサ２から放射され、球面波として伝播し、所定の位置で収束させるようにしてもよい。この場合、超音波プローブ１をより小型、軽量なものとすることができる。ただし、この場合は超音波ビームの焦点深度は深くなく、得られる画像の鮮明度がダイナミックフォーカスに比べていくらか劣るが、実用上は十分である。
【００２５】
また、超音波トランスデューサ２で用いられる圧電体２２の個数については超音波プローブを小型、軽量にするため、できるだけ少数にすることが望ましい。
【００２６】
次に、図３は下カバー３を上からみた概要図である。粘着性ゲル６ａには溝３１がついている。超音波を送信する超音波トランスデューサと測定対象部位となる生体表面との間に空気の層が存在すると、この空気層部分で超音波が減衰するため、十分な測定が実施できない。溝３１に合わせて超音波トランスデューサを設置すれば、空気層が入らずに設置できる。
【００２７】
図４は測定対象部位に対して超音波プローブを貼り付けた状態が示されている。測定対象部位４１が凹凸の多い体の表面でも、超音波プローブ１のフレーム７ａ及び７ｂは、屈曲可能な素材であるため、生体面に対して接触性が良く、精度の高い測定が可能である。
【００２８】
図５において本発明の超音波プローブを使用した場合の超音波診断装置の概略を説明する。超音波プローブ１を測定対象部位に貼り付けて超音波の送受信を行う。本体５１は、超音波パルスを発生させる駆動回路や検出回路などから成り、超音波診断装置を制御している。また、表示装置５２は、生体内の画像を表示するためのモニタである。表示装置としてパーソナルコンピュータを用い、本体と接続して使用することで、キーボードスイッチなどの操作性インターフェースを本体から省くことができる。ただし、表示装置は、この図にはパーソナルコンピュータを示しているが、これに限るものでなく、表示機能を備えていれば良い。
【００２９】
図６は、超音波診断装置の全体ブロック図を示すものである。この超音波診断装置は超音波トランスデューサ２を搭載した超音波プローブ１と、超音波を発生させるための駆動信号を生成する送信部６１と超音波トランスデューサからの電気信号を受信する受信部６２と、超音波エコー信号から生体内部情報を画像としてモニタ上に表示するための信号処理を行う信号処理部６３とを備えている。さらにこの超音波診断装置は入力部６４と表示部６５を備えている。
【００３０】
超音波プローブ１は被検体の表面に対してその前面を貼り付け、超音波の送受信を行うものであり、超音波トランスデューサ２を内部に備えている。超音波プローブ１は、ケーブルによって後述する送信部６１及び受信部６２に接続されている。
【００３１】
送信部６１はパルス発生器６６とパルス遅延回路アレイ６７とＦＥＴスイッチアレイ６８を備えている。パルス発生器６６は被検体の内部に放射する超音波パルスの基準パルスを発生する。パルス遅延回路アレイ６７は送信に使用される超音波トランスデューサ２とほぼ同数の複数の独立な遅延回路から構成されており、送信時における超音波ビームの収束距離を決定し、所定の深さに超音波を収束するための遅延時間を与えるための遅延回路であり、複数個の超音波トランスデューサを異なるタイミングで駆動する。ＦＥＴスイッチアレイ６８は超音波トランスデューサ２を駆動するための高圧パルスを生成するＦＥＴスイッチ回路アレイである。ＦＥＴスイッチアレイ６８はパルス遅延回路アレイ６７と同様にして、送信に使用される超音波トランスデューサ２とほぼ同数の複数の独立な駆動回路を有しており、超音波プローブ１に内蔵された超音波トランスデューサ２を駆動し、超音波を放射するための駆動パルスを形成する。
【００３２】
受信部６２は、信号ゲート６９とプリアンプ７０と対数変換アンプ７１とＡＤコンバータ７２を備えている。プリアンプ７０は超音波トランスデューサ２によって電気信号に変換された微小信号を増幅し十分なＳ／Ｎを確保する。一般に被検体内からの受信信号は８０ｄＢ以上の広いダイナミックレンジをもった振幅を有しているため、弱い信号を強調しダイナミックレンジを狭くして画像として表示可能となるようにするため、対数変換アンプ７１は入力信号に対して検波を行い、超音波周波数成分を除去してその包絡線の振幅のみを検出し、同時にその振幅を対数変換する。ＡＤコンバータ７２はこの対数変換アンプ７１の出力信号をＡＤ変換する。
【００３３】
入力部６４は操作パネル上から、装置の動作条件を入力するために用いられる。また様々な画質条件設定などの指示を行うこともできる。信号処理部６３は受信した超音波信号から演算処理を行い、画像データを算出する。表示部６５はカラーモニタで構成され、画像の表示を行うことができる。
【００３４】
ＣＰＵ７３は受信部６２からの信号をＲＡＭ７４に一旦、格納したのち所定の演算アルゴリズムにしたがって座標変換器７５にて座標変換を行い、表示部６５に画像として表示する。ＣＰＵ７３は、その内部にプログラムなどを記憶するＲＯＭ、データや途中の処理結果などを記憶するＲＡＭなどの記憶手段を有しており、ＲＯＭに記憶しているプログラムの指示にしたがって演算処理を行う一般的なマイクロプロセッサである。
【００３５】
また、上述の実施形態において信号処理部６３と入力部６４と表示部６５は、それぞれ別のものとして記載したが、一般的なパーソナルコンピュータのように信号処理部と入力部と表示部を併せ持つものでもよい。
【００３６】
（第二の実施形態）
次に、図７は本発明の第二の実施形態における超音波プローブ１の構造を示した図である。なお、超音波装置構成の概略及び測定制御系に関しては第一の実施形態と同様のものとする。超音波パルスエコー法により生体内部を測定する際、一般的に検査面と超音波プローブとの接触媒体として、ゼリーや石鹸水等を皮膚に塗ることが多い。これは超音波プローブと検査面との隙間に空気層が存在すると超音波の伝達が悪くなるのを防ぐためである。しかし、超音波プローブ１は測定対象部位に貼り付けて使用するため、ゼリーや石鹸水等を測定対象部位の全面に塗布してしまうと、粘着性ゲル６ａの粘着力が弱くなり測定に悪影響を及ぼす。そこで、超音波プローブ１の下カバー３の粘着性ゲル６ａにくぼみ８１を設ける。ゼリーや石鹸水を使用する場合は、このくぼみ８１に注入し、超音波プローブを貼り付けて測定することで、粘着ゲルの粘着力を失うことなく、接触媒体を使用した測定ができるため、より高精度な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第一の実施形態における超音波プローブの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の超音波トランスデューサの構造を示す断面図である。
【図３】本発明の超音波プローブにおける下カバーを上面から見た場合の概要図である。
【図４】本発明の超音波プローブを測定対象部位に貼り付けた状態における超音波プローブの断面図である。
【図５】本発明の超音波診断装置の構成を示す概略図である。
【図６】本発明の超音波診断装置のブロック図である。
【図７】本発明の第二の実施形態における超音波プローブの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  超音波プローブ
２  超音波トランスデューサ
３  下カバー
４  上カバー
５  超音波トランスデューサ固定器具
６ａ  粘着性ゲル
６ｂ  粘着性ゲル
７ａ  フレーム
７ｂ  フレーム
８ａ  ピン
８ｂ  ピンホール
２１ａ  電極板
２１ｂ  電極板
２２  圧電体
２３  バッキング材
２４ａ  リード線
２４ｂ  リード線
３１  溝
４１  測定対象部位
５１  本体
５２  表示装置
６１  送信部
６２  受信部
６３  信号処理部
６４  入力部
６５  表示部
６６  パルス発生器
６７  パルス遅延回路アレイ
６８  ＦＥＴスイッチアレイ
６９  信号ゲート
７０  プリアンプ
７１  対数変換アンプ
７２  ＡＤコンバータ
７３  ＣＰＵ
７４  ＲＡＭ
７５  座標変換器
８１  くぼみ
【図１】
2009213682.tif 000003
【図２】
2009213682.tif 000004
【図３】
2009213682.tif 000005
【図４】
2009213682.tif 000006
【図５】
2009213682.tif 000007
【図６】
2009213682.tif 000008
【図７】
2009213682.tif 000009