JP7357441B2 - 超音波プローブ - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置に用いる超音波プローブに関する。

例えば中心静脈にカテーテルを導入したり、神経ブロック治療などを行ったりするためには、体内の特定部位を正確に穿刺する必要がある。このような場合、超音波診断装置を用いて目標と針先の位置をリアルタイムに確認しながら穿刺する超音波ガイド法が広く用いられている。

特開２０１７－１７６６３８号公報

超音波ガイド法による穿刺を行う場合、一方の手で超音波プローブを保持しつつ、他方の手で穿刺する必要がある。一般的に用いられている体表用リニアプローブは、特許文献１に記載されるような、先端に超音波の送受信部を有する縦長の形態であるため、体表面から離れた位置を手で保持することになり、穿刺中、所望の断層像が得られる角度や位置にプローブを片手で維持することは容易でない。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、超音波ガイド法による穿刺に適した超音波プローブを提供することを目的とする。

上述の目的は、直線状に配列された複数の超音波振動子を収容する収容部と、複数の超音波振動子に接続される信号線を受け入れるために収容部に設けられた筒状の受け入れ部と、信号線を収容し、受け入れ部に挿入されるケーブルと、を有する超音波プローブであって、受け入れ部の長さ方向と平行で、前記収容部の底面端部に接する直線が、複数の超音波振動子の配列方向における中心で超音波プローブのフォーカス深度となるように、超音波プローブが超音波を送受信する方向と受け入れ部の長さ方向とがなす角度が定められていることを特徴とする超音波プローブによって達成される。

本発明によれば、超音波ガイド法による穿刺に適した超音波プローブを提供することができる。

実施形態に係る超音波プローブの構成例を示す図である。 実施形態に係る超音波プローブの構成例を示す図である。 実施形態に係る保持アタッチメントの構成例を示す図である。 実施形態に係る保持アタッチメントの構成例を示す図である。 実施形態に係る保持アタッチメントの構成例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明をその例示的な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る超音波プローブの外観例を示す図である。本実施形態の超音波プローブ１００は複数の超音波振動子が直線状に配置されたリニアプローブである。超音波プローブ１００は、収容部１１０および受け入れ部１１１からなる筐体部分と、受け入れ部に接続され、筐体部分にケーブル１２２を導入するためのケーブルブッシュ１２０とから構成される。

例えば硬質の樹脂部品から形成される筐体部分は中空構造であり、内部に音響レンズ、音響整合層、超音波振動子、バッキング材、配線、基板などが収容される。本実施形態では例えば１２８個の超音波振動子を、長手方向の大きさ（図２におけるＤｗ）が例えば２５～３０ｍｍ程度であり、長手方向の大きさが高さより大きい直方体状の収容部１１０に収容している。したがって、本実施形態の超音波プローブ１００は、背の低い、横長の筐体部分を有する。なお、収容部１１０は先端（遠位端）の高さが末端（近位端）の高さよりも低くなるように形成してもよい。収容部１１０をこのような形状とすることで、狭い部位での操作性が向上する。同様に、収容部１１０を先端の幅が末端の幅より狭くなる様に形成してもよい。

ケーブルブッシュ１２０は筐体部分の受け入れ部１１１に取り付けられ、超音波診断装置の本体（不図示）に接続されるケーブル１２２を通す穴１２１を有する。ケーブルブッシュ１２０はケーブル１２２内の信号線の破断を防止するため、ゴムなどの弾性体で形成される。ケーブル１２２には個々の超音波振動子に接続される細い信号線が多数収容されているため、被覆部分を受け入れ部１１１の内部で固定することにより、ケーブル１２２に対する張力によって信号線が断線するのを防止している。

超音波プローブ１００の筐体部分は、収容部１１０と受け入れ部１１１とを一体形成した樹脂部品から構成することができる。超音波プローブ１００は、ケーブル１２２が収容する信号線を筐体部分に受け入れるための筒状の受け入れ部１１１を、直方体状の形状を有する収容部１１０に対して特定の角度を有するように構成している。この点について図２も参照して説明する。

図２は、超音波プローブ１００の収容部１１０に対する受け入れ部１１１の角度に関して説明するための図である。図２において、Ｄｗは、収容部１１０の長手方向の長さであり、複数の超音波振動子は長手方向に配列されている。また、超音波の送受信は、直線２０１が示す、図２の紙面上下方向に行われる。直線２０１は長さＤｗを等分する位置を通り、鉛直方向に延びている。直線２０２は、受け入れ部１１１の中心線である。本実施形態では、直線２０２はケーブルブッシュ１２０およびケーブル１２２の中心線でもある。また、直線２０３は直線２０２と平行で、収容部１１０の底面端部に接する直線である。

図２に示すように、受け入れ部１１１は、超音波の送受信方向に対して角度θ（直線２０１と、直線２０２（または直線２０３）とがなす角度）を有するように、収容部１１０に設けられている。そして、この角度θは、超音波プローブ１００のフォーカス深度Ｄｆの値によって定められている。ここで、超音波プローブ１００のフォーカス深度Ｄｆは、超音波プローブ１００が有する機械的要素の特性によって定まる、スライス方向におけるビーム幅が最も狭くなる距離（固定値）である。ここで、超音波プローブ１００のフォーカス深度Ｄｆを決定する機械的要素は例えば音響レンズおよび／または超音波振動子である。

超音波ガイド法による穿刺では、穿刺針の先端位置を超音波断層像でリアルタイムに確認しながら目標部位に針先を到達させるため、超音波プローブを目標部位の真上で保持しながら、体表面に接している超音波プローブの底面の近傍から、超音波プローブの直下に向かって斜め方向に針を穿刺するのが一般的である。本実施形態の構成によれば、直線２０３が示すように、超音波プローブ１００の収容部１１０の底面端部に接するように、受け入れ部（およびケーブルブッシュ）の中心線に平行な方向に針を穿刺することにより、針の先端がフォーカス深度Ｄｆ付近にある状態で特に分解能の高い断層像が得られるため、精度の高い穿刺に有用である。

また、本実施形態では、受け入れ部１１１を、直方体状の形状を有する収容部１１０の上面を形成する長方形の短辺部分に、受け入れ部１１１の中心線が収容部１１０の長手方向に平行となるように設けている。収容部１１０の長手方向（上面を形成する長辺の長さ方向）は、超音波振動子の配列方向である。そのため、受け入れ部１１１（およびケーブルブッシュ１２０）と平行かつ収容部１１０の下端部に接するように針を進めることで、断層像が得られる空間内で針を操作できる。そのため、針の位置を常時確認することが容易であるという利点がある。

受け入れ部１１１の角度θは、超音波プローブ１００のフォーカス深度Ｄｆ、収容部１１０の長さ方向の大きさＤｗとから以下の様に定めることができる。
θ＝tan^-1 ((Dw/2)/Df)
なお、ここでは、収容部１１０の長手方向の端部に接する位置から、超音波の送受信方向に対して角度θで針を穿刺した際に、複数の超音波振動子の配列方向における中心（収容部１１０の長手方向の中心）位置（Ｄｗ／２）でフォーカス深度となるように角度θの値を定めた。これにより、超音波のスキャンにより断層像（Ｂモード像）を形成した際、断層像におけるスキャン方向（スキャンラインに直交する方向）の中心に針の先端が達するように穿刺すれば、針の先端がフォーカス深度に位置するように穿刺することができ、経験の浅い術者であっても容易に適切な位置に穿刺することができる。

なお、収容部１１０の底面端部に接する位置から、超音波の送受信方向に対して角度θで針を穿刺した際に、断層像におけるスキャン方向のどの位置で針の先端がフォーカス深度に達するかは、術者が把握できさえすれば、必ずしもＤｗ／２の位置でなくてもよい。

穿刺時に針を適切な方向に挿入するための補助具として、超音波プローブに着脱可能なニードルガイドが知られている。しかし、本実施形態の超音波プローブ１００の構成によれば、ニードルガイドのような別部品を用意したり取り付けたりすることなく、針を挿入すべき方向を直感的に知ることができるという利点がある。

なお、図１、２では、受け入れ部１１１を、直方体状の収容部１１０の上面を形成する長方形の短辺部分に設けた例を説明した。しかし、受け入れ部１１１は収容部１１０の底面（超音波の送受信面）を除く任意の位置に設けることができる。例えば、収容部１１０の上面を形成する長方形の長辺部分、収容部１１０の上面内、側面内などに設けることができる。

次に、図３～図５を用いて、本実施形態の超音波プローブに使用可能な保持アタッチメントについて説明する。本実施形態の超音波プローブ１００は、小型で、かつ長手方向の大きさよりも高さが小さい（背が低い）形状を有する。そのため、一般的な縦型のリニアプローブと比較して、例えば側面を指でつまむ等によって安定した保持が可能である。しかしながら、穿刺中や計測中における超音波プローブの保持を支援したり、観察部位に応じた使い勝手を改善したりするため、小型の超音波プローブに有用な補助部材である保持アタッチメントを用いることができる。

図３は、保持アタッチメントの第１の形態例を示す図である。保持アタッチメント３００は、略Ｕ字状の断面形状を有する、もしくは樋状の形状を有する本体３０１と、天面に設けられた保持部３０２と、本体の両内側面に設けられた１対の突起３０３とを有している。図３（ｂ）は図３（ａ）の矢印ＡおよびＢ方向から見た形状を示している。

本体３０１は弾性のある樹脂素材によって形成され、対向する側面で超音波プローブ１００の収容部１１０の、超音波振動子の配列方向に平行な両側面を挟み込むように、収容部１１０の上面にかぶせることで装着する（図３（ｃ））。本体３０１の両内側面に設けられた突起３０３は、収容部１１０への装着時に、収容部１１０の両側面に設けられた凹部１３０に入り込み、保持アタッチメント３００が容易に脱落することを防止している。なお、保持アタッチメント３００の装着状態を保持するための構成は突起３０３と凹部１３０との組み合わせに限らず、他の任意の構成を採用しうる。なお、超音波プローブ１００の使用時には、感染症防止などを目的として、超音波プローブ１００全体を薄い袋状のカバーに収容した状態で用いるのが一般的である。本実施形態の保持アタッチメント３００の構成によれば、カバーの上から収容部１１０に取り付けることも可能である。

保持部３０２は、装着状態で本体３０１から外方に延びる軸状の部材である軸部３０２１と、軸部３０２１の端部に設けられた板状（ここでは一例として円盤状）のストッパー３０２２とを有する。保持アタッチメント３００は、例えば超音波プローブ１００を指で体表面に軽く押圧して保持することが容易な部位で用いる場合に有用である。この場合、本体３０１の上面と、保持部３０２のストッパー３０２２との間に挿入した２本の指で軸部３０２１を挟み込むようにすることで、超音波プローブ１００を容易に保持することができる。また、保持部３０２をつまんで超音波プローブ１００を保持すれば、保持部３０２を時計方向または反時計方向に回転させることにより、超音波プローブ１００を容易に回転可能である。そのため、例えば血管の長さ方向に沿った断面と、長さ方向に直交する断面とを観察しながら穿刺する場合に有用である。

なお、保持部３０２の形状は図示の例に限定されない。例えば、ストッパー３０２２の形状は板状でなくてもよく、軸部３０２１の端部よりも大きな径を有する任意の形状であってよい。また、ストッパー３０２２は必須ではなく、軸部３０２１だけであってもよい。この場合、軸部３０２１の径を部分的に小さくして、指で挟持し易くしてもよい。つまり、保持部３０２は、端部の径が他の部分よりも大きく形成された軸状の部材であってよい。また、軸部３０２１の代わりに、あるいは軸部３０２１の端部に、指を挿入可能な開口部を有するリングを形成してもよい。さらに、軸部３０２１の代わりに指でつまんだり保持したりすることが可能な突起状の部材を設けても良い。また、保持部３０２は、本体３０１の上面に限らず、側面に設けても良い。

図４は、保持アタッチメントの第２の形態例を示す図である。略Ｕ字状の断面形状を有する、もしくは樋状の形状を有する保持アタッチメント４００は、取付部４０１と、取付部４０１に接続し、長さ方向に傾斜している傾斜部４０２とを有する。保持アタッチメント４００は、収容部１１０の複数の超音波振動子の配列方向における長さＤｗ（図２）よりも大きい長さを有する。これにより、超音波プローブ１００を、筐体部分から離れた位置で保持することを可能にする。また、傾斜部４０２が超音波の送受信方向に対して有する角度θは、図２で説明した受け入れ部１１１が超音波の送受信方向に対して有する角度θと等しい。

図４に示す例では、傾斜部４０２は図４（ｃ）に示すようにケーブルブッシュ１２０を越えてケーブルの一部までカバーする長さを有する。傾斜部４０２の両内側面から内側に突出した１対の棚部４０４は、ケーブルを傾斜部４０２内で支持するために設けられている。保持アタッチメント４００は、図３に示した保持アタッチメント３００と同様、取付部４０１の両内側面に設けられた１対の突起４０３が収容部１１０の両側面に設けられた凹部１３０に入り込むことによって超音波プローブ１００に取り付けられる。

上述した様に、保持アタッチメント４００は、長く延びた傾斜部４０２を持つことによって、超音波プローブ１００を接触させる部位から離れた位置で超音波プローブ１００を保持することを可能にする。したがって、保持アタッチメント４００は、小型の超音波プローブ１００を、筐体部分で保持することが望ましくない、あるいは困難な部位に対して用いる際に有用である。このような部位には例えば口腔内、腹腔内、細い血管などがある。

図５は、保持アタッチメントの第３の形態例を示す図である。略Ｕ字状の断面形状を有する、もしくは樋状の形状を有する保持アタッチメント５００は、取付部５０１と、取付部５０１に接続し、長さ方向に傾斜している傾斜部５０２と、傾斜部５０２に接続し、傾斜部５０２よりも長さ方向での傾斜が少ない（ここでは一例として長さ方向に水平な）延長部５０３とを有する。ここで、図５（ｄ）に示すように、傾斜部５０２が超音波の送受信方向に対して有する角度θは、図２で説明した受け入れ部１１１が超音波の送受信方向に対して有する角度θと等しい。

保持アタッチメント５００は、超音波プローブ１００を用いる部位の周辺に空間が少ない場合に、保持アタッチメント４００と同様、超音波プローブ１００の筐体部分から離れた位置で超音波プローブ１００を保持することを可能にする。保持アタッチメント４００を装着した場合よりも高さ方向に狭い空間で超音波プローブ１００を用いることができるように、傾斜部５０２を保持アタッチメント４００の傾斜部４０２よりも短くし、かつ、ケーブルの向きを延長部５０３に沿わせるように構成している。なお、保持アタッチメント５００は、超音波プローブ１００を用いる部位の周辺に空間が十分ある場合に用いてもよい。

突起５０４および棚部５０５は保持アタッチメント４００が有する突起４０３および棚部４０４と同様であるため、説明を省略する。保持アタッチメント５００は、延長部５０３があることにより、穿刺時における針の挿入角度のガイド機能は損なわれる可能性がある。しかし、その場合も小型の超音波プローブ１００を筐体部分から離れた位置で保持することを可能にするという利点があり、一般的な超音波診断時に有用である。

このように、保持アタッチメント３００、４００、５００は、超音波振動子の配列方向の長さよりも高さが小さい、横長の直方体状の形状を有する小型の超音波プローブについて、使用部位やユーザの要望に応じた保持を可能にする。したがって、様々な部位に対して１種類の超音波プローブ１００を用いることが可能になり、従前の様に観察部位に応じて超音波プローブを取り替える必要が無い。また、保持アタッチメントは着脱が容易であるため、ユーザは自分が使いやすい形状の保持アタッチメントを選択して用いることができる。そのため、測定や穿刺の精度向上にも寄与することが期待される。

１００…超音波プローブ、１１０…収容部、１１１…受け入れ部、１２０…ケーブルブッシュ、１２２…ケーブル

Claims (6)

1. 直線状に配列された複数の超音波振動子を収容する収容部と、
   前記複数の超音波振動子に接続される信号線を受け入れるために前記収容部に設けられた筒状の受け入れ部と、
   前記信号線を収容し、前記受け入れ部に挿入されるケーブルと、を有する超音波プローブであって、
   前記受け入れ部の長さ方向と平行で、前記収容部の底面端部に接する直線が、前記複数の超音波振動子の配列方向における中心で前記超音波プローブのフォーカス深度となるように、前記超音波プローブが超音波を送受信する方向と前記受け入れ部の長さ方向とがなす角度が定められていることを特徴とする超音波プローブ。
2. 前記収容部が、前記複数の超音波振動子の配列方向の大きさよりも高さが小さい形状を有し、前記受け入れ部が、前記収容部の上面端部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記収容部が、先端の高さが末端の高さよりも低くなるように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波プローブ。
4. 前記フォーカス深度が、前記超音波プローブが有する機械的要素の特性によって定まる固定値であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波プローブ。
5. 前記機械的要素が音響レンズまたは超音波振動子であることを特徴とする請求項４に記載の超音波プローブ。
6. 前記角度が、前記収容部の前記複数の超音波振動子の配列方向における長さと、前記フォーカス深度とから定められることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波プローブ。

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