(57)【要約】【課題】安定した揺動走査が可能な超音波プローブを提供する。【解決手段】プローブの先端に配置され、揺動回転軸７を中心に揺動回転しつつ超音波を放射する超音波探触部材５と、超音波探触部材５を覆うように配置されたシース１３と、超音波探触部材５とシース１３との間に充填された第１音響媒体１４と、を備えた超音波プローブであって、超音波探触部材５の外形は、揺動回転軸７を対象軸とする軸対象形状とされている。【選択図】図２
2009213785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブの先端に配置され、揺動回転軸を中心に揺動回転しつつ超音波を放射する超音波探触部材と、前記超音波探触部材を覆うように配置されたシースと、前記超音波探触部材と前記シースとの間に充填された第１音響媒体と、を備えた超音波プローブであって、
前記超音波探触部材の外形は、前記揺動回転軸を対象軸とする軸対象形状とされていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記超音波探触部材は、
円筒形状のハウジングキャップと、
前記ハウジングキャップの内側に配置され、音響放射面から超音波を放射する超音波探触子と、
前記超音波探触子の前記音響放射面以外の外面と前記ハウジングキャップの内面との間に配置されたハウジングと、
前記超音波探触子の前記音響放射面と前記ハウジングキャップの内面との間に充填された第２音響媒体と、
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】
電気信号に応じて伸縮変形するアクチュエータの一方端部が、前記超音波探触部材における前記揺動回転軸以外の部分に接続されてい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、血管や心臓内に挿入して超音波ビームを前方方向に走査することにより、血管内の狭窄の診断や心臓内においてＩＣＤ用の左室電極を冠静脈洞に留置する際のガイドとして用いられる、前方視細径超音波プローブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波ビームを前方に走査する超音波プローブの走査方式として、電子式走査方式および機械式走査方式が知られている。電子式走査方式は、複数の振動子をアレイ状に配置し、それぞれの振動子に位相の異なるパルス送信信号を印加して超音波ビームを収束させ、印加する位相を調節して走査するものである。機械式走査方式は、振動子や音響反射ミラーを回転もしくは揺動走査することにより超音波ビームを走査するものである。
【０００３】
近時では、血管等に挿入可能な細径の超音波プローブが求められている。しかしながら電子式走査方式では、寸法上の制約から、超音波ビームを前方に走査する振動子アレイを先端部に配置することが困難である。また機械式走査方式においても、寸法の制約が大きく、消化管分野で用いられる超音波内視鏡で用いられている構成を細径超音波プローブにそのまま応用することは困難である。
【０００４】
細径超音波プローブに適した構成として、特許文献１には、少なくともひとつの形状記憶合金アクチュエータを用いて、振動子を揺動走査する超音波プローブが開示されている。上記形状記憶合金アクチュエータは、あらかじめ形状を記憶させたスプリング形状をしており、両端に電圧を付加することにより記憶合金アクチュエータの温度を調節し、形状記憶合金の形状復帰力を利用して、振動子を保持したアームや板を揺動走査するというものである。
【特許文献１】米国特許第５３７９７７２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
医療用で用いられる超音波の周波数帯域では、空中を介して超音波を体内に伝達することができない。そのため、細径超音波プローブでは、振動子とシースとの間の空間は超音波を生体に伝達しやすくする音響媒体で満たす必要がある。音響媒体としては、脱気水や生理食塩水などを用いることができる。
ここで、特許文献１に記載された技術では、振動子を保持したアームや板を揺動走査するときに、音響媒体が乱流を形成するなどして抵抗として働き、安定した揺動運動が妨げられるという問題がある。これに伴って、超音波画像が劣化することになる。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、安定した揺動走査が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】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、プローブの先端に配置され、揺動回転軸を中心に揺動回転しつつ超音波を放射する超音波探触部材と、前記超音波探触部材を覆うように配置されたシースと、前記超音波探触部材と前記シースとの間に充填された第１音響媒体と、を備えた超音波プローブであって、前記超音波探触部材の外形は、前記揺動回転軸を対象軸とする軸対象形状とされていることを特徴とする。
すなわち、超音波をプローブ長軸方向に平行な面で揺動走査する前方視細径超音波プローブにおいて、揺動動作する部材が揺動回転軸に対して略軸対象形状であることを特徴としている。
この発明によれば、超音波探触部材を揺動回転させた場合に、超音波探触部材の周囲に充填された音響媒体に乱流が発生しにくくなる。これにより、超音波探触部材が音響媒体の抵抗を受けにくくなるため、安定した揺動走査が可能になる。
【０００８】
また、前記超音波探触部材は、円筒形状のハウジングキャップと、前記ハウジングキャップの内側に配置され、音響放射面から超音波を放射する超音波探触子と、前記超音波探触子の前記音響放射面以外の外面と前記ハウジングキャップの内面との間に配置されたハウジングと、前記超音波探触子の前記音響放射面と前記ハウジングキャップの内面との間に充填された第２音響媒体と、を備えることが好ましい。
すなわち、前記揺動動作する部材が、略円柱形状のハウジングと略円筒形状のキャップにより超音波探触子が収納され、前記キャップと超音波探触子の音響放射面の間に音響媒体を充填する。
この発明によれば、超音波探触子をハウジングに装着し、ハウジングをハウジングキャップに挿入し、音響放射面とハウジングキャップとの間に第２音響媒体を充填することで、超音波探触部材を簡単に製造することができる。
【０００９】
また、電気信号に応じて伸縮変形するアクチュエータの一方端部が、前記超音波探触部材における前記揺動回転軸以外の部分に接続されていることが好ましい。
この発明によれば、超音波探触部材の揺動回転機構を簡単に構築することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の超音波プローブによれば、超音波探触部材を揺動回転させた場合に、超音波探触部材の周囲に充填された音響媒体に乱流が発生しにくくなる。これにより、超音波探触部材が音響媒体の抵抗を受けにくくなるため、安定した揺動走査が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
（超音波観測システム）
図１に、本実施形態に係る超音波プローブを用いた超音波観測システムの概略構成図を示す。超音波プローブ１は、可撓性を有するプローブ１ａの先端に、後述する超音波探触部材を備えたものである。超音波観測システム１００において、超音波プローブ１は、中継コネクタ２、中継ケーブル３を介して、超音波観測装置４に接続されている。超音波観測装置４には、超音波信号送受波用回路およびアクチュエータ駆動用回路が設けられている。超音波信号送受波用回路は、超音波プローブ１の振動子を駆動して超音波ビームを送信および受信し、超音波ビームの放射方向の情報を解析するものである。アクチュエータ駆動用回路は、アクチュエータにより振動子を揺動して超音波ビームを１次元方向に走査するものである。なお超音波プローブ１と超音波観測装置４とを結ぶ中継ケーブル３には、超音波信号用電線およびアクチュエータ駆動用電線が含まれている。
【００１２】
（超音波プローブ）
図２に、本実施形態に係る超音波プローブの先端部（図１のＰ部）の構造図を示す。なお図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は側面図であって、外側のシース１３のみ断面をとって内部構造を示している。図２に示すように、振動子が収納されている超音波探触部材５は、超音波プローブ１のプローブ先端部材（カテーテル先端部材）１１に設けられた２枚の回転支持体６に、回転軸部材７により回転自由に支持されている。
超音波探触部材５は、回転軸に対して略軸対象の構造を持っており、実施形態として円柱形状のものを示している。なお超音波探触部材５の外形は、図５（ａ）に示すように軸方向中央部が外側に膨らんでいる形状５１でもよく、図５（ｂ）に示すように軸方向中央部が内側に凹んでいる形状５２でもよい。また図５（ｃ）に示すように、軸方向に沿って外径が段階的に変化している形状５３でもよい。
【００１３】
図２に戻り、超音波探触部材５の外周面に、少なくとも２本以上の回転伝達線（例えばワイヤ）８の一端が固定されている。回転伝達線８（８ａ，８ｂ）は、超音波探触部材５の外周面に形成された溝に沿って配置されている。この溝は、超音波探触部材５の音響放射面５ａを隠さない円柱の端部付近に形成されている。第１回転伝達線８ａの多端は、バネ部材（弾性体）９を介してプローブ先端部材１１に固定され、第２回転伝達線８ｂの多端は、形状記憶合金アクチュエータ（以下、アクチュエータという。）１０を介してプローブ先端部材１１に固定されている。バネ部材９およびアクチュエータ１０は、プローブ先端部材１１に設けられたバネ配置穴３４およびアクチュエータ配置穴３５の内部に配置されている。
【００１４】
アクチュエータ１０の両端には、アクチュエータ駆動用電線１２が接続されており、アクチュエータを伸縮させる電圧を供給できるようになっている。アクチュエータ駆動用電線１２は、プローブ先端部材１１に設けられた信号用導線孔（図示せず）を通って、超音波プローブ１の中継コネクタ２に接続する端子（図示せず）まで延長されている。アクチュエータ１０は、その両端に電圧が印加されて温度が上昇するとバネが縮むように形状記憶されている。アクチュエータ１０の両端に電圧が印加されると、アクチュエータ１０が収縮変形し、アクチュエータ１０に接続された第２回転伝達線８ｂを引っ張る。これにより、第２回転伝達線８ｂに接続された超音波探触部材５に回転動力が作用する。このとき、他方に設けられたバネ部材９が引き伸ばされる。一方、アクチュエータ１０の両端への電圧印加をとめると、バネ部材９の復元力で超音波探触部材５に逆回転動力が作用する。これにより、超音波探触部材５の揺動動作を可能にしている。
【００１５】
超音波探触部材５を覆って密閉するように、シース１３が設けられている。シース１３は、プローブ先端部材１１の少なくとも一部に接した状態で先端方向に取り付けられている。超音波探触部材５とシース１３の間は、生理食塩水等の第１音響媒体１４で満たされている。
超音波探触部材５から導出されている超音波信号用電線２１は、プローブ先端部材１１に設けられた信号用導線孔（図示せず）を通って、超音波プローブ１の中継コネクタ２に接続する端子（図示せず）まで延長されている。
【００１６】
なお図２中では、バネ部材９およびアクチュエータ１０をプローブ先端部材１１の中央寄りに設置しているが、回転伝達線８（８ａ，８ｂ）を超音波プローブ１の長軸と平行に配置するため、シース１３の内面付近に設けてもよい。
また、本実施形態ではアクチュエータ１０およびバネ部材９を用いて超音波探触部材５を揺動回転可能としたが、リンク機構等の他の機構を用いて超音波探触部材５を揺動回転可能としてもよい。
また、超音波プローブ１の基端部からの操作により超音波プローブ１の先端部が自在に湾曲変形するように構成されていてもよい。
【００１７】
また、プローブ先端部材１１には、ガイドワイヤー用チャネル３２や送吸引チャネル３３を設けてもよい。
シース１３の先端形状は半球状としたが、もちろんこの形状にとらわれず略円柱状であってもよい。
また、超音波プローブ１の先端の硬質部（プローブ先端部材１１が配置される部分）を短くする目的で、図３に示す如く滑車１０１を用いてアクチュエータ１０２を屈曲させ折りたたんだ状態でプローブ先端部材１１に収納してもよい。
【００１８】
（超音波探触部材）
図４に、本実施形態に係る超音波探触部材の構造を示す。図４は、図２（ａ）のＡ−Ａ線における側面断面図である。図４に示すように、超音波探触部材５の内部には、振動子１６を備えた超音波探触子２２が配置されている。振動子１６（圧電素子）の前面には整合層１７（例えばフィラー入りエポキシ樹脂製）と音響レンズ１８（例えばエポキシ樹脂製）が、背面にはバッキング層１９（例えばフェライトゴム製）が設けられ、内ハウジング２０に収納されている。振動子１６の前後面の電極層（図示せず）に超音波信号用電線２１が半田付けされ、内ハウジング２０の背面より引き回されている（以上をまとめて超音波探触子２２と呼ぶ。）。
【００１９】
超音波探触子２２は、音響放射面５ａを除き概円筒形状のハウジング２３中に納められ、ハウジング２３には、円筒形状のハウジングキャップ２４（例えばポリエーテルブロックアミド製）が外装されている。音響レンズ１８とハウジングキャップ２４との間の密閉空間には、第２音響媒体３１（例えば生理食塩水）が充填されている。なお第２音響媒体３１は、上述した第１音響媒体と同じ材料であってもよい。
【００２０】
ここでは、内ハウジング２０を用いて超音波探触子２２を組み立てた後、ハウジング２３中に納めることで超音波探触子２２の製造を容易にする目論見をもたせているが、概円筒形状のハウジング２３中で超音波探触子２２を直接組み立ててもよい。また、ハウジングキャップ２４は、円筒の一部を切りだした形状であってもよく、この場合にはハウジング２３に接着固定される。ハウジングキャップ２４は、超音波探触子２２の音響放射面５ａに相当する部分が開口していてもよい。
超音波プローブ１の径が小さく十分な振動子１６の径を確保できないときには、音響レンズ１８を設けず整合層１７のみとしてもよく、整合層１７は複数設けてもよい。
【００２１】
（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、図１に示す超音波プローブ１を先端部から体内に挿入する。次に超音波観測装置４を操作することにより、図４に示す超音波信号用電線を介して振動子１６に交流電圧を印加する。これにより振動子１６が振動して音響放射面５ａから超音波が放射される。体内からの反射波が振動子１６に到達すると、反射波の音圧に比例した電圧が振動子１６に発生する。この電圧を、図１に示す超音波観測装置４に入力することにより、体内の情報を解析できるようになっている。
【００２２】
これと同時に、図２（ｂ）に示すアクチュエータ用電線を介してアクチュエータ１０に電圧を印加する。アクチュエータ１０は、形状記憶合金で形成され、収縮した形状を記憶している。アクチュエータ１０に電圧を印加すると、アクチュエータ１０の温度が上昇し、記憶形状への復元力が作用して、アクチュエータ１０が収縮変形する。これにより、アクチュエータ１０に接続された第２回転伝達線８ｂが引っ張られ、第２回転伝達線８ｂに接続された超音波探触部材５に正方向トルクが作用する。超音波探触部材５には第１回転伝達線８ａが接続され、第１回転伝達線８ａは超音波探触部材５の周方向において第２回転伝達線８ｂの反対側に引き出されている。そのため、超音波探触部材５に作用した正方向トルクにより、第１回転伝達線８ａが引っ張られ、第１回転伝達線８ａに接続されたバネ部材９が伸長変形する。その結果、超音波探触部材５が正方向に回動することになる。
【００２３】
次に、アクチュエータ１０への電圧印加を停止する。これにより、アクチュエータ１０の記憶形状への復元力が解消されてアクチュエータ１０が伸長変形する一方で、バネ部材９が収縮変形する。これにより、超音波探触部材５に負方向トルクが作用して、超音波探触部材５が負方向に回動することになる。
このように、アクチュエータ１０に対する電圧印加および停止をパルス状に繰り返すことにより、超音波探触部材５を周方向に揺動回転させることができる。これにより、超音波を走査して超音波画像を生成することができる
【００２４】
ここで、本実施形態の超音波探触部材５は、揺動回転軸を対象軸とする軸対象形状とされている。そのため、超音波探触部材５を周方向に揺動させた場合に、超音波探触部材５の周囲に充填された第１音響媒体１４に乱流が発生しにくくなる。これにより、超音波探触部材５が揺動回転中に音響媒体の抵抗を受けにくくなるため、安定した揺動走査が可能となり、超音波画像も安定させることができる。
【００２５】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係る超音波プローブを用いた超音波観測システムの概略構成図である。
【図２】（ａ）は本実施形態に係る超音波プローブの先端部（図１のＰ部）の平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図３】アクチュエータの変形例である。
【図４】図２（ａ）のＡ−Ａ線における超音波探触部材の側面断面図である。
【図５】超音波探触部材の変形例である。
【符号の説明】
【００２７】
１…超音波プローブ  １ａ…プローブ  ５…超音波探触部材  ７…回転軸部材（揺動回転軸）  １０…アクチュエータ  １３…シース  １４…第１音響媒体  ２２…超音波探触子  ２３…ハウジング  ２４…ハウジングキャップ  ３１…第２音響媒体
【図１】
2009213785.tif 000003
【図２】
2009213785.tif 000004
【図３】
2009213785.tif 000005
【図４】
2009213785.tif 000006
【図５】
2009213785.tif 000007