JP4847442B2 - ３ｄ撮像のための超音波腔内プローブ - Google Patents

Description

本発明は医療診断撮像システムに関し、より詳細には、超音波診断撮像システムのための三次元撮像のための腔内プローブに関する。

腔内超音波プローブは、体内から体を撮像するために長年に亘って用いられている。体内から撮像することによって、介在組織及び身体構造を通じて超音波を発信せずに内蔵をより直接的に撮像し得る。例えば、経食道プローブは、食道又は胃から心臓及び腹部器官を撮像し、肋骨を通じて或いは肋骨の周りから超音波を送受信する必要を回避し得る。本発明は、頸部、子宮、又は、前立腺を撮像するために、膣内に挿入される腔内プローブ（ＩＶＴプローブ）又は直腸内に挿入される腔内プローブ（ＩＣＴプローブ）に関する。

従来、ＩＶＴプローブ及びＩＣＴプローブは、体内から二次元画像領域を走査した。これは、体のセクタ形状領域を走査する、配列送受波器又は振動する単結晶送受波器を用いて行われ得る。配列送受波器の構成素子をプローブの遠心端領域の全周で湾曲させることによって、１８０°に近似するセクタを走査し得る。典型的なＩＶＴ腔内プローブ１０が図１に示されている。このプローブは約６．６インチ（１６．７センチメートル）の長さ及び１インチの直径のシャフト部分１２を含み、体腔内に挿入される。超音波送受波器は、シャフトの遠位端１４内に配置される。プローブは、使用中、ハンドル１６によって把持され且つ操作される。ハンドルの端部には、約３〜７フィート延在し且つプローブを超音波システムに結合するコネクタ２２で終端するケーブル２０のためのひずみ解放１８がある。典型的なＩＶＴプローブは、シャフト及びハンドルを有し、ケーブル２０及びコネクタ２２を含めて１２インチの長さ及び約４８オンス（１５０グラム）の重量を有し得る。

近年、三次元（３Ｄ）撮像能力を備える超音波システムが導入され、腔内プローブは３Ｄ撮像を遂行するよう設計されている。一般的には、これは遠位端内に静的に取り付けられる配列送受波器を仰角方向に急速に振動し得る配列送受波器と置換することによって行われる。この振動は容積領域を通じて走査される画像平面を掃引し、三次元画像にされ得る複数の隣接する平面画像を獲得する。しかしながら、以前の振動単結晶又は環状配列送受波器を用いた場合のように、３Ｄプローブの振動する配列送受波器は、流体内に収容されなければならず、配列送受波器は流体を通じて振動することができ、それは超音波を極めて伝達可能である。一般的に、この流体は、鉱油のような水又は油基の溶液である。漏出の場合に患者の組織を損傷或いは刺激しないよう、流体は生体適合性を有することが好ましい。

これらの機械的に振動する３Ｄ配列プローブは、一般的に、プローブの本体内の振動駆動のためのモータを収容し、それによって、それを患者の体の外部に保つ。このモータの場所は、プローブのシャフト及び遠位端の殆ど又は全てを通じて延在する、振動機構及び送受波器のための流体区画を指令する。流体は、プローブのシャフト内に位置するプローブの重量の大部分を構成し、プローブの重心をプローブのシャフト内でハンドルの前方にする。

３Ｄ腔内プローブが診断手続き中に容易に操作されるよう、プローブの前方重量及び均衡を減少することが望ましい。

本発明の原理によれば、３Ｄ腔内プローブは、容積領域を走査するよう掃引される遠位端に配列送受波器を含む。配列送受波器は、プローブのハンドル内に位置するモータによって掃引される。配列送受波器は、プローブの遠位端に位置する流体室内に収容され、１０ｃｃ未満の流体を必要とする。その結果、シャフト及びハンドルの重心は、シャフト内ではなく、ハンドル内に位置し、使用中、プローブの把持及び操作をより容易且つより快適にする。

本発明のさらなる特徴によれば、配列送受波器は、低質量材料から成る配列取付部に取り付けられ、さもなければ流体によって占められるであろう室内の空間を置換し、それによって、室の流体容積を削減する。シャフト及びシャフト構成部材も、配列駆動機構の重要な摩擦面を除き、プラスチック又はアルミニウムのような低質量材料から成る。従って、プローブの重量は、従来技術の３Ｄ腔内プローブの重量の３分の２未満である。

図２を今や参照すると、本発明の腔内超音波プローブ３０が示されている。プローブ３０は、使用者が使用中に操作のためにハンドルを把持するハンドル区画３６を含む。ハンドルの後部には、プローブケーブル（図示せず）のためのひずみ解放１８がある。ハンドル３６の前方端から延在するのは、プローブのシャフト３２であり、シャフトは遠心端にあるドーム形状の音響窓３４で終端し、撮像中、超音波は音響窓を通じて送受波される。シャフトの遠心端内に収容されるのは、送受波器取付組立体４０であり、それは図３のシャフトの断面図及び図４の取り外された図面中にも示されている。凸状に湾曲した配列送受波器４６が、送受波器取付組立体４０の遠心端で、送受波器クレードル４８に取り付けられれている。送受波器クレードル４８は、その旋回軸４９によって、プローブの遠心端で前後に揺動されるよう旋回的に取り付けられ、それによって、プローブの前の容積領域を通じて画像平面を掃引する。送受波器クレードル４８は、ハンドル３６内のモータ及び位置センサ６０から送受波器取付組立体４０に延在する、振動する駆動シャフト５０によって揺動される。駆動シャフト５０は、移動する駆動シャフトを、導電体及び送受波器取付組立体４０近傍でシャフト内に位置する容積補償バルーン４４から絶縁するシャフト内の絶縁管５２を通じて延在している。駆動シャフト５０は、２つの適合するかさ歯車５４を用いてクレードルを揺動し、かさ歯車の一方は駆動シャフト５０の端部にあり、他方は送受波器クレードル４８上にある。モータは、駆動シャフト５０を回転の１つの方向に、次に、他の方向に交互に駆動し、それは送受波器クレードル４８を１つの方向に、次に、他の方向に交互に揺動し、それは送受波器配列４６の画像平面をプローブの遠心端の前の容積領域を通じて前後に掃引する。送受波器配列４６によって得られるエコー信号はビーム形成され、検出され、且つ、超音波システムによって、プローブによって走査される容積領域の三次元画像を形成するようにされる。

超音波エネルギーは空気を効率的に通過しないので、配列送受波器４６は、超音波を伝達可能であり、水の音響インピーダンスと近似する体の音響インピーダンスと緊密に適合する液体によって取り囲まれている。水基、油基、及び、合成重合体の液体を用い得る。構成されている実施態様では、シリコーン油が用いられている。本発明の原理によれば、少量の液体のみがシャフト３２内に必要とされる。何故ならば、液体の重量は、シャフトの全体的な重量に著しく寄与し得るからである。一部の従来技術のプローブでは、シャフト全体が液体で充填され、かなりの重量をシャフトに加え、ハンドル及びシャフトの重心がシャフト内に位置付けさせている。他の従来技術のプローブは、送受波器配列の液体槽のために、かなり大きな液体の弾性バックを使用している。これらの実施態様も、プローブの重心をシャフト内に配置し、それはプローブを不格好にし且つ容易に操作することを困難にしている。そのような実施態様において用いられる液体は、例えば、５０ｃｃに達し、遠心端でプローブシャフトに重量を加えている。

本発明の原理によれば、送受波器配列のための液体槽の大部分は、送受波器取付組立体４０内に収容される。送受波器取付組立体４０の背面４２の後方に位置する唯一の液体は（図２を参照）、少量の容積補償バルーン４４である。構成されている実施態様において、プローブのシャフト内にある液体の総量は６．３ｃｃであり、その９５％は送受波器取付組立体４０内に収容されている。０．３ｃｃの液体のみが容積補償バルーン４４内に収容され、液体の低い全容積の故に、それを液体の小さな容積に保ち得る。構成されている実施態様において、シャフト３２の長さは、ハンドルから遠位端まで７．５インチであった（図２中の寸法Ａ）。送受波器取付組立体４０は、その長さの遠位１．５インチ内に収容されている（図２中の寸法Ｂ）。よって、６ｃｃの液体のみがプローブシャフト３２の前方半体内にあり、液体の６．３ｃｃのみがシャフト全体内にある。液体の９５％は、プローブシャフトの遠位２０％内にあるよう配置された送受波器配列に近接近してある。シャフト内に極く少量の液体があり、プローブシャフトの前方半体内に極く少量の液体があり、且つ、モータはハンドル内に位置する状態で、プローブハンドル及びシャフトの重心６２は、ハンドル／シャフト界面の全インチ後方でハンドル内に位置している（図２中の寸法Ｃ）。重心がハンドル内に位置する状態で、プローブは使用中に操作がより容易であり且つより快適である。

シャフトの前方区画において必要な少量の流体に加えて、図３及び４の実施態様は、液体の量及びプローブシャフト３２の重量を削減するための追加的な手段を用いている。駆動シャフト５０、歯車５４、及び、送受波器クレードルのための旋回地点のような、シャフト３２内の重要な摩耗面のみが、ステンレス鋼で形成されている。選択的なファスナ及びフィッティングもステンレス鋼から成る。シャフト内の他の構成部品は、ステンレス鋼の密度よりも軽い密度を備えるより軽い材料で形成されている。送受波器クレードル４８は、３つのピースのアルミニウムで形成され、クレードルが液体を通じて進行するときの前縁である側部にテーパが付けられている。両側のテーパは、クレードルを液体を通じてより少ない抵抗でより一層容易に移動させる。送受波器配列及びバッキングの後方の空間は中空ではなく、さもなければ液体によって占められるであろう容積を置換するよう充填され、プローブの遠心端において必要とされる液体をさらに削減している。送受波器取付組立体４０の主要本体も、絶縁管５２と同様に、アルミニウムから成る。容積補償バルーン４４は、薄いプラスチックから成る。送受波器配列及びそのバッキングは、圧電セラミック及びエポキシのような目的に一般的に用いられる材料から成る。この軽量材料の使用は、プローブシャフト及びハンドルを含む本発明の構成された実施態様が、４００グラムの重量の従来技術のプローブに比べ、２５０グラムの重量だけであることを可能にする。

従来技術の典型的な腔内超音波プローブを示す概略図である。 本発明の三次元撮像のための腔内プローブを示す側面図である。 本発明の３Ｄ腔内プローブを示す側断面図である。 本発明の３Ｄ腔内プローブの先端組立体を示す斜視図である。

Claims (15)

1. 体内から容積領域を走査するための超音波腔内プローブであって、
   当該超音波腔内プローブの使用中に把持されるべきハンドル区画と、
   当該超音波腔内プローブの使用中に体腔内に挿入されるべき遠心端を有するシャフト区画と、
   該シャフト区画の前記遠心端内に位置する旋回的に取り付けられた配列送受波器と、
   前記ハンドル区画内に位置するモータと、
   該モータ及び前記配列送受波器に結合された駆動機構と、
   前記シャフト区画の前記遠心端内に位置する液体槽と、
   前記シャフト区画の前記遠心端に位置する送受波器取付組立体とを含み、前記配列送受波器は、前記送受波器取付組立体に旋回的に取り付けられ、前記液体槽は、前記送受波器取付組立体内に位置し、
   前記配列送受波器は、送受波器クレードルによって、前記送受波器取付組立体に旋回的に取り付けられ、前記送受波器クレードルは、ステンレス鋼よりも軽い材料から成り、前記送受波器クレードルは、前記液体槽をより容易に通過するよう、テーパ付きであり、
   前記駆動機構は、走査中に前記配列送受波器を移動するよう作用し、
   前記液体槽の一部は、走査中、前記配列送受波器と前記シャフト区画の前記遠心端との間に位置し、
   当該超音波腔内プローブの重心は、前記ハンドル区画内に位置し、
   前記液体槽の少なくとも９０％は、前記送受波器取付組立体内に収容され、
   前記液体槽の少なくとも９０％は、前記シャフト区画の長さの最遠位２５％内に位置する、
   超音波腔内プローブ。
2. 前記送受波器取付組立体は、前記シャフト区画の前記遠心端の３インチ内に近位終端を有し、前記液体槽の７５％が前記送受波器取付組立体内に収容される、請求項１に記載の超音波腔内プローブ。
3. 前記送受波器取付組立体は、前記シャフト区画の前記遠心端の１．５インチ内に近位終端を有する、請求項２に記載の超音波腔内プローブ。
4. 前記液体槽は、２５ｃｃ未満の容積の液体を有する、請求項１に記載の超音波腔内プローブ。
5. 前記液体槽は、１０ｃｃ未満の容積の液体を有する、請求項４に記載の超音波腔内プローブ。
6. 前記液体槽は、ほぼ６ｃｃの容積の液体を有する、請求項５に記載の超音波腔内プローブ。
7. 前記液体槽は、液体の１０ｃｃ未満の容積を有する、請求項１に記載の超音波腔内プローブ。
8. 前記送受波器取付組立体は、主要本体を有し、前記配列送受波器は、前記送受波器取付組立体に旋回的に取り付けられ、前記送受波器取付組立体の前記主要本体は、ステンレス鋼よりも軽い材料で形成される、請求項１に記載の超音波腔内プローブ。
9. 前記送受波器クレードルは、さもなければ液体によって占められるであろう前記送受波器取付組立体内の容積を置換する前記配列送受波器の後方に位置する中実本体を含む、請求項１に記載の超音波腔内プローブ。
10. 前記送受波器取付組立体は、ステンレス鋼から成る摩耗面を含む、請求項８に記載の超音波腔内プローブ。
11. 前記摩耗面は、前記駆動機構の一部である、請求項１０に記載の超音波腔内プローブ。
12. 当該超音波腔内プローブの重量は、４００グラム未満である、請求項８に記載の超音波腔内プローブ。
13. 当該超音波腔内プローブの重量は、３００グラム未満である、請求項１２に記載の超音波腔内プローブ。
14. 当該超音波腔内プローブの重量は、ほぼ２５０グラムである、請求項１３に記載の超音波腔内プローブ。
15. ステンレス鋼の密度と少なくとも等しい材料から成る前記シャフトの唯一の構成部分は、前記駆動機構の構成部分である、請求項１３に記載の超音波腔内プローブ。

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