JP2003230560A - 超音波画像診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波画像診断装置の探触子近傍に音波を妨害
する媒質が存在した場合の画像表示領域の確保 【解決手段】超音波画像診断装置は複数の振動子が配列
されてなる超音波探触子３１と、この振動子を所定の駆
動法によって駆動して超音波の送受信を行なう超音波送
受信手段３３と、この送受信回路によって得られた信号
を処理し表示する手段３４と、前記超音波探触子の音波
放射面に装着されたセンサ３２と、このセンサの出力に
よって前記音波放射面が検査対象である媒質表面に接触
している範囲を検出するための検出手段３６と、前記検
出手段からの信号に基いて超音波送受信の制御を行なう
走査制御手段１５を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は医療診断のために被
検体内の情報を画像として表示する超音波画像診断装置
に関わる。

【０００２】

【従来の技術】超音波パルスを体内に放射し、各組織か
らの反射波により生体情報を得る超音波診断法は超音波
断層法と超音波ドップラ法の２つの大きな技術開発によ
り近年急速な進歩を遂げた。超音波画像診断装置は探触
子を構成する超音波振動子から発生するＭＨｚ帯の超音
波パルスを生体内に放射し体内組織の音響インピーダン
スの差異によって生ずる反射信号を前記超音波振動子に
よって受信し、この受信信号に所定の信号処理を施して
モニタ上に表示するものである。

【０００３】現在広く普及しているものの大部分はアレ
イ型振動子を用いこれらを電子的に制御して超音波の送
受信を行うリアルタイム装置である。リニア電子走査超
音波画像診断装置のブロック図を用い従来例を図１３に
示す。

【０００４】超音波を生体内に送信する場合には、まず
レート信号発生器１によって超音波パルスの繰返し周期
を決定するレ−トパルスが出力される。このパルスはＮ
チャンネルから構成される送信遅延回路２に送られ、送
信における超音波ビ−ムの収束距離を決定する遅延時間
が与えられてＮチャンネルの駆動回路（パルサ）３に供
給される。このパルサ３では、超音波振動子５を駆動し
超音波を発生するための駆動パルスが形成され、その駆
動タイミングは前記送信遅延回路２によって決定され
る。このパルサ３の出力は電子スイッチ４によって超音
波探触子を構成するＭ個の超音波振動子５のうち、隣接
したＮ個の振動子（例えば５−１〜５−Ｎ）に供給され
これを駆動し超音波を生体内１６に放射する。超音波振
動子５から生体内１６に放射された超音波は生体内の各
組織の境界面などで反射され、再び前記超音波振動子５
によって受信された後プリンアンプ６を介してＮチャン
ネルで構成される受信遅延回路７に送られる。ここで受
信超音波ビ−ムの収束距離を決定する遅延時間が与えら
れた後加算器８に入力され、Ｎチャンネルの受信信号は
加算合成される。さらにこの信号は対数変換機９、包絡
線検波器１０にて信号振幅の対数圧縮と検波が行なわれ
Ａ／Ｄ変換器１１を介して画像メモリ１２に一旦記憶さ
れる。

【０００５】次に前記Ｍ個の振動子のうち例えば５−２
〜５−Ｎ＋１の振動子が選択されて同様な動作が行なわ
れ、その受信信号は前記画像メモリ１２に記憶される。
このような動作は振動子５−Ｍ−Ｎ＋１〜５−Ｍが選択
駆動されるまで繰り返され、その受信信号は順次画像メ
モリ12に記憶される。このようにして画像メモリ１２に
記憶されたＭ−Ｎ＋１の受信信号はＤ／Ａ変換器１３に
てアナログのビデオ信号に変換された後モニタ１４にて
超音波断層像として表示される。

【０００６】以上、従来例としてリニア走査装置につき
述べてきたが送信遅延時間２や受信遅延回路７における
遅延時間設定あるいは電子スイッチ４における振動子の
選択、画像メモリ１２やレート信号発生器１などの制御
は制御回路１５において行なわれる。なお振動子５が平
面状に配列されたリニア走査方式の探触子に対してコン
ベックス走査方式の探触子では振動子５が凸面状に配列
されるがこれらの振動子を駆動する方式に差異はない。
このようなリニア走査方式、あるいはコンベックス走査
方式では断層像の横幅は全振動子幅（すなわち振動子配
列間隔と振動子数の積）に依存し、広い画像幅を確保す
るには前記全振動子幅を広くする必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】リニア走査方式あるい
はコンベックス走査方式によって腹部等の診断を行った
場合、探触子の端部近くに位置する振動子から放射され
た超音波は生体内の軟部組織に対して透過されない場合
がある。その原因の１つは凸面状になっている生体表面
に探触子を接触させた場合にその両端の接触がとり難く
なり、振動子と生体の間に空気層が介在するためであ
る。

【０００８】この問題は探触子を体表に強く押しつける
ことによって改善させることが可能であるが被検者（患
者）に苦痛を与えるという問題を有している。すなわち
図１３にて述べたＮ個の同時駆動振動子と生体との間に
空気層が介在した場合、振動子のもつ音響インピーダン
スと空気の音響インピーダンスの差が大きいため音波の
大部分はその境界面で反射し生体内にはほとんど入射さ
れない。このため生体内画像として表示できない領域が
発生する。

【０００９】以下ではこの領域を診断不可領域と呼ぶ。
この診断不可領域が診断に必要とされる領域（いわゆる
関心領域）と重なった場合とくに問題となる。図１４は
探触子の両端が生体表面に接触していない場合に生ずる
診断不可領域をリニア走査方式を例に示したものであ
り、凸面状の生体１７に超音波探触子３１を接触させた
場合、前記探触子の前面にある振動子に対して生体の非
接触面２１−１、非接触面２１−２は直接接触できず、
その間には空気層が介在する。したがって非接触面２１
の直下には超音波が入射できないいわゆる診断不可領域
２３が存在し、これと前記関心領域２２とが重なった領
域、すなわち関心領域２２−１と関心領域２２−２では
超音波検査が不可能となる。

【００１０】このような問題点に対して従来は生体との
接触面積が小さく深部にて広い視野幅が得られるセクタ
走査方式に切り替えて診断を行なっていたが、この場合
リニア走査用探触子あるいはコンベックス走査用探触子
をセクタ走査用探触子に交換しなくてはならなかった。
しかしながら超音波による臨床検査の途中で探触子を交
換することは診断効率を著しく低下させ、またセクタ走
査用探触子を常に準備しておく必要があった。

【００１１】このような問題点に対して特開平５−１９
２３３７号公報では超音波画像診断装置本体の制御回路
にセクタ方式やリニア方式、コンベックス方式等の複数
の走査機能をもたせ、一方、探触子の中央部に配列され
た振動素子幅は端部に配列されたものより小さくした探
触子を用いることによって1本の探触子でリニア走査あ
るいはコンベックス走査とセクタ走査を可能とする装置
の提案がなされている。

【００１２】しかしながらこの方法における走査方式の
切り替えは装置の操作者である医師や検査士が画像を観
察しながら手動で行うものであり、探触子を体表面上で
絶えず動かしながらリアルタイム画像を観測する一般の
臨床検査にそのまま適用するには操作性に問題があり診
断効率低下の問題は依然解決されていない。

【００１３】このような従来の問題点に対して本発明は
超音波画像診断装置の探触子表面近傍に音波の送受信を
妨げる媒質が存在する場合にその媒質の後方領域の観察
を可能とする走査方式への自動切り替えを可能とする超
音波画像診断装置の提供を目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の超音波画像診断装置は複数の振動子が配列
されてなる超音波探触子と、この振動子を所定の駆動法
によって駆動して超音波の送受信を行う超音波送受信手
段と、この送受信回路によって得られた信号を処理し表
示する手段と、前記超音波探触子の音波放射面近傍に装
着され、前記音波放射面が検査対象である媒質表面に接
触しているか否かを検出するための検出手段と、前記検
出手段からの信号に基いて超音波送受信の制御を行う走
査制御手段を有したことを特徴とする。本発明によれば
超音波探触子の生体接触面の一部に音響的障害物が存在
しても生体内断層像の広範囲な観測が容易に実現でき装
置の診断能のみならず診断効率においても大幅な向上が
期待できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００１６】図１は本発明の概要を示すブロック図であ
り、生体に接触する探触子３１の表面近傍にはこの探触
子３１の表面が生体に対して接触しているか否かを検出
するためのセンサ３２が装着され、このセンサ３２から
の出力信号は探触子接触度検出回路３６に送られ生体と
接触していない振動子を特定する。

【００１７】次にこの探触子接触度検出回路３６の結果
は制御回路１５に送られ、制御回路１５は送受信回路３
３に対して生体と密着し生体内に超音波の送受信が可能
な振動子の選定と超音波ビーム偏向を行うための送受信
遅延時間３３を制御し最適な走査方式への自動切り替え
を行う。このようなシステム構成により生体と接触して
いない振動子の存在によって狭くなった有効画像幅を画
質劣化なしに改善する。

【００１８】図２は本発明によって有効画像幅の改善が
なされたリニア走査画像の１例であり、探触子両端部の
振動子の送受信信号に所定の遅延時間を与え超音波ビー
ムを外側に偏向させることにより従来の方法では診断不
可領域であったために観測できなかった関心領域の端部
表示が可能となる。

【００１９】図３にて本発明の第1の実施形態を述べ
る。図３の実施形態では探触子表面と生体との接触の良
否を検出する手段として超音波画像診断装置に使用され
ている超音波振動子をそのまま使用する方法をリニア走
査方式の装置において述べる。

【００２０】超音波を生体内に送信する場合、まずレー
ト信号発生器１からのパルスがＮチャンネルで構成され
る送信遅延回路２に送られ、ここで送信超音波ビ−ムの
収束距離を決定する遅延時間τｆが与えられた後振動子
駆動回路（パルサ）３に供給される。ここでｎ番目の遅
延回路において設定される遅延時間τｆ（ｎ）は次のよ
うに設定される。

【００２１】 τｆ（ｎ）＝ｄ²[(Ｎ−１)²ー(２ｎ−Ｎ−１)²]/８Ｖ₀Ｆ₀ ・・・（１） ただし、Ｎは送信遅延回路のチャンネル数、ｄは振動子
配列間隔、Ｖ₀は生体内音速、Ｆ₀は焦点距離である。こ
のパルサ３では、超音波振動子を駆動し超音波を発生す
るための駆動パルスが形成され、その駆動パルスのタイ
ミングは送信用遅延回路２によって決定される。

【００２２】このパルサ３の出力は電子スイッチ４によ
ってＭ個配列された超音波振動子５のうちのＮ個（例え
ば５−１〜５−Ｎ）を選択駆動し超音波を発生する。生
体内に放射された超音波の一部は臓器の境界面あるいは
生体組織の音響散乱体にて反射し、再び超音波振動子５
によって受信され電気信号に変換される。この受信信号
は再び電子スイッチ４を経てさらにプリアンプ６や受信
超音波ビ−ムの収束用遅延時間を与えるためのＮチャン
ネル受信遅延回路７を介して加算器８に送られる。加算
器８で受信遅延回路７のＮチャンネル出力信号は加算合
成され、さらに対数変換器９、包絡線検波器１０にて受
信信号振幅の対数圧縮と包絡線検波が行なわれた後Ａ／
Ｄ変換されて画像メモリ１２に一旦記憶される。

【００２３】一方Ｎ個の受信遅延回路７の出力はそれぞ
れ探触子接触度検出回路３６に送られ後述する方法によ
ってそれぞれの受信信号の大きさが定量的に測定され、
その結果は探触子接触度検出回路３６内のメモリ＆加算
平均回路５４に一旦記憶される。さらに振動子５−２〜
５−Ｎ＋１、振動子５−３〜５−Ｎ＋２、・・・・振動
子５−Ｍ−Ｎ＋１〜５−Ｍを順次選択した状態で同様な
動作を繰り返す。この時得られた加算器８の出力信号も
対数変換器９、包絡線検波器１０、Ａ／Ｄ変換器１１を
経て前記画像メモリ１２に順次記憶されるとともに探触
子接触度検出回路３６にて信号強度が測定され、その結
果も探触子接触度検出回路３６内のメモリ＆加算平均回
路５４に記憶される。

【００２４】振動子５−Ｍ−Ｎ＋１〜５−Ｍによる超音
波の送受信が行なわれた後、画像メモリ１２に記憶され
た１フレーム分の画像データはテレビフォ−マットに変
換された後Ｄ/Ａ変換されてモニタ１４上に超音波断層
像として表示される。このように１フレーム分の受信信
号を得る間に探触子接触度検出回路３６内のメモリ＆加
算平均回路５４には振動子５−１、および振動子５−Ｍ
からの信号を除き同一振動子につき複数個の受信信号が
記憶されており、これらを加算平均することによって精
度の良い測定結果を得ることが可能となる。

【００２５】このようにして得られた各振動子の反射強
度測定値が予め設定された値（閾値）より小さければ当
該振動子から生体内への送受信は両者間の空気層介在の
ため行なわれていないと判定する。

【００２６】図４は空気層が介在する場合としない場合
の信号の違いを示したものである。図４（Ａ）は振動子
５−（ａ）、振動子５−（ｂ）の位置及び被検者の体表
位置の関係を表している。図４（Ｂ）は振動子と生体と
の間に空気層が存在する場合の振動子５−（ａ）の受信
絶対値波形（すなわち検波波形）と振動子と生体が直接
接している場合の振動子５−（ｂ）の受信絶対値波形
を、また図４（Ｃ）は振動子番号とその受信強度（すな
わちメモリ＆加算平均回路５４の出力）および閾値との
関係を模式的に示したものである。

【００２７】なおこの閾値は操作卓から操作者が設定す
る方法を採ることが望ましい。これは生体内からの超音
波反射強度には個体差があるためであり、また装置の増
幅器ゲインの変化に伴いノイズレベルも変動するためで
ある。（Ｂ）において振動子５−（ａ）の場合のように
振動子と生体との間に空気が介在する場合には振動子と
空気の境界からは大きな反射信号が得られるが、深部か
らの反射波の大きさはきわめて小さい。これに対して振
動子５−（ｂ）の場合のように振動子と生体とが直接接
触している場合には深部からも十分な大きさをもつ反射
信号を測定することができる。

【００２８】上記振動子を含む全ての振動子について所
定の深さ（図中の観測点）からの反射信号（すなわち図
中の観測点）の大きさを順次測定すると（Ｃ）に示す強
度分布が得られる。ここで例えば破線で示したレベルに
閾値を設定すればこの閾値より低値を示す振動子５−１
〜振動子５−ｍ１と振動子５−ｍ２〜振動子Ｍは空気層
介在のため有効に送受信されていないと判定することが
できる。すなわち探触子接触度検出回路３６によって生
体１６と接触している振動子は振動子５−ｍ１から振動
子５−ｍ２の範囲であることを検出する。したがって振
動子５−１〜振動子５−ｍ１と振動子５−ｍ２〜振動子
Ｍに相当する分だけ超音波画像として表示できる幅が狭
くなるが本発明では既に図２において示したように超音
波ビームを外側に偏向することによってこれを補ってい
る。このときの偏向角の設定方法については後述する。

【００２９】ところでこの図に示すようにある時刻での
信号振幅値の測定は外来ノイズの影響を受けやすく、計
測が不安定になりやすい。

【００３０】図５はこのような問題点を改善するために
積分方式を採用した探触子接触度検出回路３６のブロッ
ク図を示したものであり、Ｎチャンネルの受信遅延回路
７の各出力は各々反射強度測定回路５０の絶対値回路５
１（あるいは包絡線検波回路）を経てゲート回路５２に
送られる。このゲート回路にて所定の期間のみの信号が
選択された後積分回路５３を経てメモリ＆加算平均回路
５４に送られる。

【００３１】図６に各部の信号波形を示す。（ａ）は超
音波振動子の駆動タイミングと駆動周期を決定するレー
ト信号発生器１の出力、（ｂ）は積分回路５３の積分範
囲を決定するゲート信号であり、所定の期間（ｔ１〜ｔ
２）を設けることによって振動子-空気表面からの大振
幅信号の影響を排除する。図６（ｃ）と図６（ｄ）は生
体と振動子の間に空気層がある場合について、振動子５
−（ａ）の受信信号の絶対値回路５１の出力と積分回路
５３の出力例、また図６（ｅ）と図６（ｆ）は生体と振
動子の間に空気層がない場合について、振動子５−
（ｂ）の受信信号の絶対値回路５１の出力と積分回路５
３の出力例を示した。

【００３２】ところでリニア走査方式では各振動子５か
らの受信信号は電子スイッチ４によって所定の遅延時間
を有した受信遅延回路７に接続される。例えば振動子７
−３の受信信号は第１の超音波受信では電子スイッチ４
を介して受信遅延回路７−３に接続されるが第２の受信
では受信遅延回路７−２に、また第３の受信では受信遅
延回路７−１に順次シフトして接続される構成になって
いる。したがってメモリ＆加算平均回路５４ではＮチャ
ンネルの積分回路５３によって積分された値のうち同一
振動子に対応するものを抽出しこれらに対して加算平均
を行う必要がある。

【００３３】加算平均して得られたＭ個の振動子の各受
信強度値は振動子選定回路１８に送られここで閾値設定
回路３８にて予め設定された閾値と比較することによっ
て有効に機能している振動子が選定される。その結果は
振動子制御回路４２およびビーム偏向制御回路４１に送
られ生体深部における画像表示範囲拡大のための最適走
査が行なわれる。

【００３４】探触子接触度検出回路３６よりこのとき有
効に機能している振動子番号（振動子５−ｍ１〜振動子
５−ｍ２）の情報を得た振動子制御回路４２ではこれら
の振動子のみを選択した新しい走査に切り替える。すな
わち空気層が介在することによって視野幅が狭くなった
分は振動子の送受信信号の遅延時間制御によって超音波
ビームを偏向して補う。例えば最初の送受信では振動子
５−ｍ１〜振動子５−ｍ１＋Ｎを選択して用いる。この
ときの振動子５−ｍ１＋ｎｘ（ｎｘ＝０〜Ｎ−１）の送
受信信号に与えられる遅延時間τ（ｎｘ）は超音波ビー
ム収束用遅延時間τｆ（ｎｘ）と超音波ビーム偏向用遅
延時間τｓ（ｎｘ）の和であり、τｆおよびτｓはそれ
ぞれ次のように設定される。 τｆ（nx）＝ｄ²[(N−１)²ー(２nx−N−１)²]/８V₀Ｆ₀ τｓ（nx）＝(nx−１)ｄsinθ/Ｖ₀ ・・・（１） ただし、ｄは振動子配列間隔、V₀は生体内音速、Ｆoは
焦点距離、θは偏向角である。

【００３５】図７は本発明における超音波走査順序を示
したものであり走査領域の外側へのビーム偏向は振動子
５−ｍ１〜振動５−ｍ１＋Ｎ−１および振動子５−ｍ２
−Ｎ＋１〜振動子５−ｍ２によってのみ行う場合ににつ
いて述べる。最大ビーム偏向角をθｓ1、θｓ２（θｓ1
＜０、θｓ２＞０）とすれば、まず第１の走査において
振動子５−ｍ１〜振動５−ｍ１＋Ｎ−１の送受信信号に
はθｓ１方向にビーム偏向を行うための遅延時間が与え
られるべく前記送信遅延回路２および受信遅延回路７は
前記ビーム偏向制御回路４１によって制御される。この
とき超音波走査によって得られた受信信号は既に述べた
ものと同様の電子回路を経て前記画像メモリ１２内の第
１の領域に記憶される。

【００３６】次の第２の走査、第３の走査・・・では第
1の走査と同じ振動子５−ｍ１〜振動５−ｍ１＋Ｎ−１
を用い、その送受信信号に対してビーム偏向角がθｓ１
＋Δθ（Δθは走査角間隔）、θｓ１＋２Δθ、・・・
となるように遅延時間が与えられる。このような動作は
ビーム偏向角が零度すなわちリニア走査方向と一致する
まで繰り返され、それぞれの走査によって得られた受信
信号は前記画像メモリ１２の第1の領域に記憶される。

【００３７】次に振動子５−ｍ１〜振動子５−ｍ２の範
囲でＮ個の振動子を用いたリニア走査が行なわれその受
信信号は前記画像メモリ１２の第２の領域に記憶され
る。このリニア走査が終了すると再び角度間隔Δθのビ
ーム偏向が振動子５-ｍ２−Ｎ＋１〜振動子５−ｍ２を
用いて行なわれる。この動作は最大偏向角θｓ２までく
りかえされ、その受信信号は前記画像メモリ１２の第３
の領域に一旦記憶された後既に画像メモリ１２の第１の
領域および第２の領域に記憶されている画像信号ととも
に断層像としてモニタ１４上に表示される。

【００３８】次に最大偏向角θｓの設定方法について述
べる。超音波画像診断装置では既に述べたように各振動
子の送信信号および受信信号に遅延時間を与え、振動子
面から所定の距離に超音波ビームを収束させることによ
り解像度を上げている。受信においては受信のタイミン
グに同期して遅延時間を変更することによって深さ方向
の広い範囲で収束ビームを得るいわゆるダイナミック収
束法の適用が可能である。これに対して送信での収束点
は１つに限られるため関心領域に送信ビームの収束点が
設定されるようになっており、腹部診断における焦点距
離は一般に約７０ｍｍに設定される。したがってこの深
さにおいて空気層の影響を受けない場合のリニア走査画
像の有効幅と同等の画像有効幅が得られるように前記最
大偏向角θｓを設定する必要がある。

【００３９】図８を用いてさらに詳細に述べる。リニア
走査式探触子を用いた従来の超音波画像の画像幅をＷ、
送信収束点までの距離（焦点距離）をL、探触子の両端
部において空気層の介在により超音波の送受信が不能と
なっている横幅をＷ１、Ｗ２とすれば探触子左端での最
大偏向角θｓ１はθs1＝tan^-1（Ｗ１／Ｌ）で決定され
る。同様に探触子右端での最大偏向角θｓ２はθs２＝t
an^-1（Ｗ２／Ｌ）となる。前記偏向角度間隔Δθについ
ても深さＬにおいてリニア走査間隔とほぼ等しくなるよ
うに設定すればよい。すなわちリニア走査間隔がΔｘの
場合にはΔθ＝tan^-1（Δｘ／Ｌ）で決定される。この
ような設定により関心領域の中心である深さＬにおいて
は常に画像幅Ｗを走査間隔Δｘで走査するため毎秒表示
される画像枚数（フレーム数）は変わらない。

【００４０】ところで振動子の配列間隔ｄが十分小さく
ない場合には偏向角θを大きくするとグレーティングロ
ーブが発生しθ方向の主ビーム以外の方向においても超
音波の送受信が同時に行なわれるため超音波画像上での
アーチファクト（虚像）発生の原因となることはよく知
られている。したがってこのような現象が起こらないよ
うな振動子配列間隔を有した探触子を使用する必要があ
る。振動子間隔が十分小さく出来ないため偏向角θｇ以
上においてグレーティングローブが発生し、それによる
アーチファクトが診断上許容できないレベルにある場合
には最大偏向角θｓをθｇとして設定してもよい。

【００４１】次に本発明の1つ重要な構成要素である探
触子接触度検出回路３６につき第２の実施形態を図９の
ブロック図を用いて説明する。この実施形態では探触子
接触度検出回路３６への入力信号を包線検波回路１０の
出力から取っていることがすでに述べた図３の方法と異
なる。すなわち生体内１６からの反射波を電子スイッチ
４によって選択されたＮ個の超音波振動子５（例えば５
−１〜５−Ｎ）によって受信し電気信号に変換された受
信信号は電子スイッチ４、プリアンプ６さらには受信遅
延回路７を経て加算器８に送られる。この加算器８でＮ
チャンネルの受信信号は加算合成され、対数変換器９、
包絡線検波回路１０にて対数圧縮、検波された後Ａ／Ｄ
変換され画像メモリ1２に一旦記憶される。

【００４２】一方この包絡線検波回路１０の出力は探触
子接触度検出回路３６に入力されて生体内からの反射強
度が測定され、その結果は探触子接触度検出回路３６の
メモリ回路に記憶される。さらに振動子５−２〜５−Ｎ
＋１、振動子５−３〜５−Ｎ＋２、・・・・振動子５−
Ｍ−Ｎ＋１〜５−Ｍを順次選択した状態で同様な動作を
繰り返し、この時得られた加算器８の出力信号も対数変
換器９、包絡線検波回路１０、Ａ／Ｄ変換器１１を経て
前記画像メモリ１２に順次記憶される。

【００４３】一方、包絡線検波回路１０の出力は探触子
接触度検出回路３６において生体内からの超音波受信強
度の測定が行なわれ、その結果は探触子接触度検出回路
３６内のメモリ回路に記憶される。振動子５−Ｍ−Ｎ＋
１〜５−Ｍによる超音波の送受信が行なわれた後、画像
メモリ１２に蓄積された１フレーム分の画像データはテ
レビフォ−マットに変換された後Ｄ/Ａ変換されてモニ
タ１４上に超音波断層像として表示される。探触子接触
度検出回路３６内のメモリには各走査によって得られた
受信信号の大きさが順次記憶される。

【００４４】探触子接触度検出回路３６への入力信号を
包絡線検波回路１０の出力からとったこの実施形態では
探触子接触度検出回路３６は１チャンネルでよいため装
置の構成が簡単になる。しかしながら接触/非接触の判
定に用いた受信信号はいずれもＮ本の振動子によって得
られたものであり、（１）Ｎ本全ての振動子が非接触の
場合や（２）Ｎ本全ての振動子が接触の場合の他に
（３）Ｎ本の中の一部の振動子が非接触の場合の３つの
ケースがある。

【００４５】図４（Ａ）において凸面をした生体１６の
表面に探触子３１を置いた場合、走査ｂは探触子３１の
中央部に配置された例えばＮ個の振動子の全てが生体１
６に接触している場合の超音波送受信、走査aは探触子
３１の端部に配置されたＮ個の振動子の全てが生体１６
に接触していない場合の超音波送受信、さらに走査ｃは
探触子３１の隣接したＮ個の振動子のうち一部は生体１
６に接触していない場合の超音波送受信を示している。

【００４６】図１０（Ｂ）は走査ａ、走査bおよび走査
ｃのそれぞれにおける受信絶対値波形（すなわち包絡線
検波器１０の出力波形）を示したものである。走査aは
振動子と生体との間に空気が介在するために振動子と空
気の境界からは大きな反射信号が得られるが深部からの
反射波強度はきわめて小さい。走査ｂでは振動子と生体
とが直接接触しているため深部からも十分な大きさの反
射信号を測定できる。一方走査ｃでは振動子の一部にお
いて生体との間に空気が介在するため走査aと走査bの中
間の大きさをもつ反射信号が得られる。

【００４７】これを第１の実施形態と同様に横軸を振動
子番号、縦軸を反射信号強度にとったグラフで模式的に
示すと図１０（Ｃ）のようになり走査Ｃでは使用される
振動子のシフトにともなって反射強度は順次変化する。
ただしこの場合は走査番号と振動子番号は正確ではない
がほぼ対応させることが可能であり、図９の振動子選定
回路１８では閾値以下の受信強度を示す走査番号から空
気層介在のため有効な送受信が行なわれていない振動子
を選定することができる。この振動子選定回路１８の出
力は振動子制御回路４２およびビーム偏向制御回路４１
に送られ生体深部における画像表示範囲拡大のための最
適走査が行なわれる。

【００４８】探触子接触度検出回路３６よりこのとき有
効に機能している振動子番号（振動子５−ｍ１〜振動子
５−ｍ２）の情報を得た振動子制御回路４２ではこれら
の振動子のみを選択した新しい走査に切り替える。すな
わち空気層が介在することによって視野幅が狭くなった
分を振動子の送受信信号の遅延時間制御によって超音波
ビームを偏向し補う。例えば最初の送受信では振動子５
−ｍ１〜振動子５−ｍ１＋Ｎを選択して用いる。

【００４９】既に図７に示したように最大ビーム偏向角
をθｓ1、θｓ２とすれば、まず第１の走査において振
動子５−ｍ１〜振動５−ｍ１＋Ｎ−１の送受信信号には
θｓ１方向にビーム偏向を行う。このために必要な前記
送信遅延回路２および受信遅延回路７の遅延時間は前記
ビーム偏向制御回路４１によって制御される。このとき
超音波走査によって得られた受信信号は既に述べたもの
と同様の電子回路を経て前記画像メモリ１２内の第１の
領域に記憶される。

【００５０】次の第２の走査、第３の走査・・・では第
1の走査と同じ振動子５−ｍ１〜振動５−ｍ１＋Ｎ−１
を用い、その送受信信号に対してビーム偏向角がθｓ１
＋Δθ（Δθは走査角間隔）、θｓ１＋２Δθ、・・・
となるように遅延時間が与えられる。このような動作は
ビーム偏向角が零度すなわちリニア走査方向と一致する
まで繰り返され、それぞれの走査によって得られた受信
信号は前記画像メモリ１２の第1の領域に記憶される。

【００５１】次に振動子５−ｍ１〜振動子５−ｍ２の範
囲でＮ個の振動子を用いたリニア走査が行なわれその受
信信号は前記画像メモリ１２の第２の領域に記憶され
る。このリニア走査が終了すると再び角度間隔Δθのビ
ーム偏向が振動子５-ｍ２−Ｎ＋１〜振動子５−ｍ２を
用いて行なわれる。この動作は最大偏向角θｓ２までく
りかえされ、その受信信号は前記画像メモリ１２の第３
の領域に一旦記憶された後既に画像メモリ１２の第１の
領域および第２の領域に記憶されている画像信号ととも
に断層像としてモニタ１４上に表示される。

【００５２】次に本発明の第３の実施形態として超音波
探触子の生体接触面に専用のセンサを配置した場合につ
いて図１１を用い説明する。第1の実施の形態および第
２の実施の形態の説明では前期超音波探触子３１と生体
との接触を検出する手段として従来から超音波画像診断
装置にて使用されてきた超音波振動子を用いる方法につ
いて述べてきたが、この実施例では図１１に示すように
前記振動子５の各素子に対応して接触感知センサ１９を
配置し、この接触感知センサ１９から得られる信号によ
って前記探触子３１の表面が生体に接触しているか否か
を検出する。

【００５３】この前記接触感知センサ１９として圧力セ
ンサや温度センサを使用することが可能である。すなわ
ち前記超音波探触子３１が生体１６に接触すると超音波
探触子３１内に内蔵された前記接触感知センサ１９はそ
の接触圧力あるいは接触によって伝達される生体体温を
感知し電気信号を探触子接触度検出回路３６に送くる。
例えば前記接触感知センサ１９はM個の前記超音波振動
子の各々に隣接して配置されており、これらM個の前記
接触感知センサ１９からの信号は前記探触子接触度検出
回路３６に送られて増幅や所定時間内での平均化処理が
行われることにより図１２に示すように横軸を超音波振
動子番号に対応した接触感知センサ番号、縦軸を検出信
号強度とした特性が得られる。

【００５４】このようにして得られた各接触感知センサ
１９の検出信号強度値は振動子選定回路１８に送られ、
ここで前記検出信号強度値は閾値設定回路３８による設
定値（閾値）との比較結果から当該接触感知センサ１９
に対応した各々の振動子の生体と接触の有無を判定す
る。

【００５５】振動子選定回路１８よりこのとき有効に機
能できる振動子番号（振動子５−ｍ１〜振動子５−ｍ
２）の情報を得た振動子制御回路４２ではこれらの振動
子のみを選択した走査を実施する。すなわち前記超音波
探触子の表面が生体と接触できないことによって発生す
る視野幅の狭小化に対し振動子の送受信信号の遅延時間
制御によって超音波ビームを偏向してこれを補う。例え
ば最初の送受信では振動子５−ｍ１〜振動子５−ｍ１＋
Ｎを選択して用いる。既に図７に示したように最大ビー
ム偏向角をθｓ1、θｓ２（θｓ1＜０、θｓ２＞０）と
すれば、まず第１の走査において振動子５−ｍ１〜振動
５−ｍ１＋Ｎ−１の送受信信号にはθｓ１方向にビーム
偏向を行うための遅延時間が与えられるべく前記送信遅
延回路２および受信遅延回路７は前記ビーム偏向制御回
路４１によって制御される。このとき超音波走査によっ
て得られた受信信号は既に述べたものと同様の電子回路
を経て前記画像メモリ１２内の第１の領域に記憶され
る。

【００５６】次の第２の走査、第３の走査・・・では第
1の走査と同じ振動子５−ｍ１〜振動５−ｍ１＋Ｎ−１
を用い、その送受信信号に対してビーム偏向角がθｓ１
＋Δθ（Δθは走査角間隔）、θｓ１＋２Δθ、・・・
となるように遅延時間が与えられる。このような動作は
ビーム偏向角が零度すなわちリニア走査方向と一致する
まで繰り返され、それぞれの走査によって得られた受信
信号は前記画像メモリ１２の第1の領域に記憶される。
次に振動子５−ｍ１〜振動子５−ｍ２の範囲でＮ個の振
動子を用いたリニア走査が行なわれその受信信号は前記
画像メモリ１２の第２の領域に記憶される。

【００５７】このリニア走査が終了すると再び角度間隔
Δθのビーム偏向が振動子５-ｍ２−Ｎ＋１〜振動子５
−ｍ２を用いて行なわれる。この動作は最大偏向角θｓ
２までくりかえされ、その受信信号は前記画像メモリ１
２の第３の領域に一旦記憶された後既に画像メモリ１２
の第１の領域および第２の領域に記憶されている画像信
号とともに断層像としてモニタ１４上に表示される。

【００５８】なお本発明は上記実施形態に限定されるも
のでは無く、変形して実施することが可能である。例え
ば超音波振動子に隣接して設置される接触感知センサは
圧力センサや温度センサに限定されないし、超音波ビー
ムの偏向に際して実効振動子のうち両端部の振動子５−
ｍ１〜振動子５−ｍ１＋Ｎおよび振動子５−ｍ２−Ｎ＋
１〜振動子５−ｍ２のそれぞれＮ個の振動子群によって
のみ行なったがこれに限定されるものではなくその近傍
の振動子群（例えば振動子５−ｍ１＋１〜振動子５−ｍ
１＋Ｎ＋１および振動子５−ｍ２−Ｎ〜振動子５−ｍ２
−１））を使用しても良い。さらに送信時および受信時
で使用される振動子はいずれもＮ本としたがこれに限定
されず、送信時の振動子数は受信時の振動子数と異なっ
ていてもよいし、本発明の実施形態ではリニア走査方式
を例に説明したがコンベックス走査方式においても同様
に有効であることは言うまでも無い。

【００５９】また従来例および本発明を実現する回路構
成についてはアナログ方式にて説明したが近年実用化に
至ったフルデジタル方式においてもその効果に差異は無
い。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、超音波探触子の接触状
態に応じて超音波画像生成のための振動子の駆動範囲又
は偏向角度の少なくとも一方を切り換えるので、超音波
探触子の接触面の低下による画像の有効視野範囲の減少
を少なくすることができる。これにより超音波画像診断
を良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波画像診断装置の構成を示す
ブロック図。

【図２】本発明によってなされる超音波走査領域を示
す。

【図３】本発明の第１の実施の形態による超音波画像診
断装置のブロック図。

【図４】図３の方法によって得られる反射波形と反射強
度を示す図。

【図５】図３の接触/非接触判定回路の詳細を示したブ
ロック図。

【図６】図５の接触/非接触判定回路の測定原理を示す
図。

【図７】図３の方法における超音波ビームの偏向方法を
示す図。

【図８】図３における最大ビーム偏向角の設定方法を示
す図。

【図９】本発明の第２の実施の形態による超音波画像診
断装置のブロック図。

【図１０】図９の方法によって得られる反射波形と反射
強度を示す図。

【図１１】本発明の第３の実施の形態による超音波画像
診断装置のブロック図。

【図１２】図１１の方法によって得られる接触感知セン
サ番号と検出信号強度の関係を示す図。

【図１３】従来の超音波画像診断装置の構成を示す図。

【図１４】従来の超音波画像診断装置における問題点を
示す図。

【符号の説明】

５…振動子、１４…モニタ、１５…制御回路、１６…操
作卓、１８…振動子選定回 路、１９…接触感知セン
サ、３１…探触子、３２…センサ、３３…送受信回路、
３ ４…信号処理回路、３６…探触子接触度検出回路、
３８…閾値設定回路、５０…反 射強度測定回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C301 BB14 BB22 EE08 EE14 HH11 HH13 HH14 HH38 JB23 JB27 JB30 4C601 BB05 BB06 BB27 EE05 HH14 HH22 HH23 HH31 JB01 JB34 JB35 JB36 JB40 JB46

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の超音波振動子を備え、超音波放射
   面から超音波の送受波を行うように構成された超音波探
   触子と、前記超音波振動子から超音波を送波するための
   駆動信号を生成し、且つ、前記超音波振動子の出力信号
   を処理する送受信手段と、前記送受信手段の出力に基づ
   いて超音波画像を生成する手段と、前記超音波放射面が
   被検体に接触している範囲を検出する検出手段と、前記
   検出手段からの信号に基づいて前記送受信手段を制御す
   る走査制御手段を有したことを特徴とする超音波画像診
   断装置。
2. 【請求項２】 前記走査制御手段は、前記検出手段の出
   力に基づいて、超音波画像生成用の超音波送受波に使用
   する前記超音波振動子の駆動範囲又は偏向角度の少なく
   とも一方を変えるものであることを特徴とする請求項１
   記載の超音波画像診断装置。
3. 【請求項３】 前記走査制御手段は、前記超音波放射面
   の接触範囲が減少した時に、前記送受信手段により形成
   される超音波ビームの偏向角を外側方向に増加するもの
   であることを特徴とする請求項２記載の超音波画像診断
   装置。
4. 【請求項４】 前記検出手段は、前記超音波探触子に設
   けられた前記被検体との接触状態を検出するセンサと、
   前記センサの出力を所定の閾値と比較する手段を備える
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
5. 【請求項５】 前記センサは、圧力センサあるいは温度
   センサであることを特徴とする請求項４記載の超音波画
   像診断装置。
6. 【請求項６】 前記検出手段は、前記超音波振動子の出
   力信号に基づいて被検体との接触範囲を検出するもので
   あることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装
   置。
7. 【請求項７】 前記検出手段は、前記超音波振動子の出
   力に基づく信号を所定の期間積分し、その積分値に基づ
   いて接触・非接触を判断するものであることを特徴とす
   る請求項６記載の超音波画像診断装置。
8. 【請求項８】 操作者が閾値を設定するための入力手段
   を備え、且つ、前記検出手段は、前記超音波振動子の出
   力に基づいて得られた信号を所定の閾値と比較すること
   により接触・非接触を判断するものであることを特徴と
   する請求項６記載の超音波画像診断装置。