JP3401077B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、超音波診断装置、特
に被検体内の運動反射体の平均速度を検出する超音波診
断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、被検体内の運動部、例えば、
循環器及び血管内の血流、体液流等の運動反射体の平均
速度を測定するため、超音波パルスドプラ法を用いた超
音波ドプラ診断装置が用いられている。
【0003】この超音波ドプラ診断装置においては、被
検体内に超音波パルスを一定の繰り返し周期で送信し、
被検体内の運動反射体からの反射波におけるドプラ偏移
周波数を解析することによって運動反射体の速度、正確
には、超音波ビーム方向への速度成分を求めている。超
音波が血液等の運動反射体に当たって反射されると、各
超音波の周波数は一様に高い方または低い方にシフトす
る。そのシフト量に応じて予め得られている超音波断層
画像等の対応部分に色彩、例えば、R(赤)G(緑)B
(青)等を用いて生体の運動機能評価を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超音波
ドプラ診断装置は超音波ビーム方向の速度成分しか検出
することができないため、運動反射体の平均速度を算出
するためには、運動反射体に対する超音波ビームの入射
角度を正確に測定する必要があった。
【0005】従って、血管のように複雑に曲がり、超音
波ビームの入射角度の特定が難しい場合、運動反射体の
平均速度を算出することができないという問題があっ
た。
【0006】そこで、本発明は超音波ビームの入射角度
に関係なく運動反射体の平均速度を算出することのでき
る超音波診断装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、第1として、超音波振動子を有する超音波
探触子と、超音波探触子によって検出される超音波信号
に基づいて超音波画像を形成する装置本体部とから成る
超音波診断装置において、超音波探触子は、被検体に対
して任意の角度に回動して超音波ビームを照射すると共
第1のドプラ信号を検出する第1の超音波振動子と、
第1の超音波振動子とは異なる方向に任意の角度に回動
して超音波ビームを照射すると共に前記被検体の異なる
位置の第2のドプラ信号を検出する第2の超音波振動子
と、第1の超音波振動子及び第2の超音波振動子を回動
し、当該一対の超音波振動子からの超音波ビームが互い
に離反方向に向かうように扇角度を決定する振動子回動
機構と、を有し、装置本体部は、第1の超音波振動子及
び第2の超音波振動子から得られる第1のドプラ信号と
第2のドプラ信号の測定値と各超音波振動子が形成する
扇角度とから被検体内の運動反射体の平均速度を算出す
る速度算出部を含んでいることを特徴とするものであ
る。
【0008】また、第2として、第1において、超音波
白黒画像用の信号を検出する超音波振動子をドプラ信号
検出用の超音波探触子に並設したことを特徴とするもの
である。
【0009】さらに、第3として、第1または第2にお
いて、超音波探触子は、超音波振動子と振動子回動機構
とを搭載し、探触子表面に沿って往復移動可能な基台
と、前記基台を往復移動させる基台移動機構と、を有
し、基台を移動させながら超音波信号の検出を行うこと
を特徴とするものである。
【0010】
【作用】以上のような構成を有する超音波診断装置は、
第1の超音波振動子が被検体に対して任意の角度に回動
し、固定されて第1のドプラ信号を検出し、第2の超音
波振動子が第1の超音波振動子とは異なる方向に任意の
角度に回動し、固定されて前記被検体の異なる位置の第
2のドプラ信号を検出する。また、振動子回動機構が第
1の超音波振動子と第2の超音波振動子を回動動作及
び、一対の超音波振動子からの超音波ビームが互いに離
反方向に向かうように扇角度を決定する。そして、速度
算出部が検出された第1のドプラ信号と第2のドプラ信
号と第1の超音波振動子と第2の超音波振動子とによっ
て形成する扇角度とから被検体内の運動反射体の平均速
度を算出する。従って、超音波ビームの入射角度に関係
なく運動反射体の平均速度を算出することができる。
【0011】また、基板上に超音波白黒画像用の信号を
検出する超音波振動子をドプラ信号検出用の超音波探触
子に並設して設けているので、ドプラ信号検出のための
超音波ビームの照射位置を容易に決めることができると
共に、基台上に超音波振動子と振動子回動機構とを搭載
し、基台移動機構によって探触子表面に沿って超音波振
動子を往復移動させるので、超音波白黒画像にリアルタ
イムで運動反射体の平均速度を表示することができる。
【0012】
【実施例】本発明の実施例を図面を利用して説明する。
【0013】図1は本発明に係る超音波診断装置の超音
波探触子の振動子回動機構10の好適な実施例を説明す
る概略図である。
【0014】図1において、超音波振動子12a、超音
波振動子12bは単一または複数個の超音波振動素子を
有し、超音波ビームの送受波を行っている。また、この
超音波振動子12a,12bは基台14上でそれぞれ軸
14a、14bによって、図中矢印A,A´方向に回動
自在に支持されている。さらに、基台14上には前記超
音波振動子12a,12bを正確に回動制御するための
超音波振動子回動制御用のモータ16が設けられてい
る。また、モータ16の回転軸ギア16aに噛合する第
1アイドルギア18と、この第1アイドルギア18に噛
合し、超音波振動子12aに固定された探触子ギア20
aとによって減速歯車列を形成している。同様に、第1
アイドルギア18には第2アイドルギア22が噛合し、
さらに、この第2アイドルギア22に超音波振動子12
bに固定された探触子ギア20bが噛合している。そし
て、モータ16と各ギアによって、全体として振動子回
動機構を構成し、モータ16の回転運動を超音波振動子
12a,12bに伝達し、該超音波振動子12a,12
bを回動制御している。例えば、モータ16を時計回り
に回転させれば、超音波振動子12aは図中矢印A´方
向に回動し、超音波振動子12bは図中矢印A方向に回
動する。前記モータ16にパルスモータ等のように正確
な駆動制御を行うことのできるモータを使用することに
より、超音波振動子12aと超音波振動子12bとの形
成する扇角度θを正確に決めることができると共に、超
音波振動子12aと超音波振動子12bとを任意の角度
に位置決め固定し、被検体に対して任意の角度から超音
波ビームを照射しドプラ信号を検出することができる。
【0015】本実施例の特徴的事項は、探触子回動機構
によって回動して任意の扇角度を形成する一対の超音波
振動子によって検出される運動反射体からの2種類のド
プラ信号を検出し、この2種類のドプラ信号と一対の超
音波振動子が形成する扇角度とから運動反射体の移動す
る平均速度を算出することである。
【0016】図1及び図2を用いて血管の中を流れる血
液の平均血流速度V(絶対値)の算出原理について説明
する。
【0017】ある区間Lで直線的に存在する血管30に
対して、モータ16と各ギアから成る探触子回動機構に
よって超音波振動子12aと超音波振動子12bとを扇
角度θに離反方向に開き血管に対して超音波ビームを照
射する。その時、血管30内を流れる血液は図2におい
て区間Lで一定速度Vで右方向に流れていると仮定した
場合、超音波振動子12aから送波された超音波ビーム
32は血管30に対して入射角φで入射し、運動反射
体、すなわち血液で反射する。そして、超音波振動子1
2aはドプラ信号としてv1 なる速度成分を得る。同様
に、超音波振動子12bから送波された超音波ビーム3
4は入射角π−(θ+φ)で入射し、超音波振動子12
bはドプラ信号としてv2 なる速度成分を得る。
【0018】従って、v1 及びv2 を平均血流速度V、
扇角度θ、入射角φを用いて表すと以下のようになる。
【0019】
【数1】 v1 =V*cosφ (式1)
【数2】 v2 =V*cos{π−(θ+φ)} (式2) (式1)、(式2)において、扇角度θは既知値、v1
及びv2 は測定値であるから未知値入射角φを消去して
式を整理すると平均血流速度Vを得ることができる。
【0020】
【数3】 V2 =(v1 2 +2*v1 *v2 *cosθ+v2 2 )/sin2 θ 従って、
【数4】 |V|={(v1 2 +2*v1 *v2 *cosθ+v2 2 )/sin2 θ}1/2 (式3) となり、平均血流速度Vを既知値と測定値のみで表すこ
とができる。
【0021】次に、平均血流速度Vを算出する好適な超
音波探触子の構成例を図1及び図3を用いて説明する。
【0022】図1において、基台14上にドプラ信号を
検出する超音波振動子12a,12bに加えて、超音波
振動子12a,12bに隣接して、基台と直交する方向
の超音波ビームを送受波して超音波白黒画像用の信号を
検出する超音波振動子24を固定配置している。
【0023】図3は上述した超音波振動子12a,12
b等を搭載する基台14を有するリニアスキャン型の超
音波探触子40の構成を示す概略図である。超音波探触
子40はスライダー42上に超音波振動子等を搭載した
基台14を保持している。また、スライダー42は超音
波探触子40の被検体接触面に対して水平方向に延びた
ガイドレール44上に摺動可能に係合している。そし
て、ガイドレール44とスライダー42とは、リニアモ
ータの第1鉄心と第2鉄心の機能を有しスライダー摺動
機構として機能し、スライダー42を所定の速度で滑ら
かに図中矢印B1、またはB2 方向に摺動可能に係合し
ている。
【0024】さらに、超音波探触子40は外装ケース4
6と、音響伝達媒体、例えば、水や油等を封入するメン
ブレン48とを有していて、前記メンブレン48内部の
音響伝達媒体中の所定位置にガイドレール44及びスラ
イダー42等を配置している。ガイドレール44の両端
部にはリミットスイッチ50a,50bを有していてス
ライダー42が端部まできた時に摺動方向の転換指令を
出している。また、ハーネス52はスライダー摺動機構
のリニアモータ制御用のケーブルや超音波振動子12
a,12bの超音波ビーム送受波用のケーブル、超音波
振動子12a,12bの回動制御用ケーブル、リミット
スイッチ50用のケーブル等を束ねたものである。
【0025】次に、本実施例の超音波探触子40によっ
て平均血流速度Vを算出する算出手順を説明する。
【0026】平均血流速度Vを算出する場合、血管30
が直線的に存在する区間L(図2参照)を定める必要が
ある。すなわち、超音波振動子12a、超音波振動子1
2bの超音波照射位置を決定する必要がある。そこで、
超音波振動子24をガイドレール44に沿って摺動させ
てリニアスキャンを実行して超音波白黒断層画像を得
る。この超音波白黒断層画像から血管の直線部分を選出
する。そして、直線部分の両端に超音波振動子12a及
び超音波振動子12bから照射される超音波ビームが当
たるように、スライダー42を摺動させると共に、振動
子回動機構10のモータ16を制御して、超音波ビーム
を直線部分の両端に照射する。この時、直線部分の両端
は超音波白黒断層画像を写し出しているモニタ画面上で
マウス等を用いて指示してもよい。
【0027】振動子回動機構10によって、超音波振動
子12aと超音波振動子12bの照射位置が決定される
と、直線部分の両端におけるドプラ信号、すなわち、超
音波振動子12aによって速度成分v1 、超音波振動子
12bによって速度成分v2の検出を行い、図示しない
超音波診断装置の装置本体部に設けられた速度算出部に
入力する。また、振動子回動機構10のモータ16の回
転に応じて決定される超音波振動子12aと超音波振動
子12bとが形成する扇角度θを速度算出部に入力す
る。
【0028】速度算出部では速度成分v1 ,v2 及び扇
角度θを(式3)に代入して演算を実行して平均血流速
度Vを算出する。
【0029】以上、説明したように一対の超音波振動子
によって得られる2種類のドプラ信号と、一対の超音波
振動子が形成する扇角度によって平均血流速度Vを算出
することができる。
【0030】また、振動子回動機構10によって制御さ
れる超音波振動子12aと超音波振動子12bとが形成
する扇角度θを小さくすることによって複雑に曲がって
いる血管でも微小部分で直線とみなすことが可能で平均
血流速度Vを算出することができる。
【0031】図4は、図1に示した超音波振動子12や
振動子回動機構10等を有する基台14をセクタスキャ
ン用の超音波探触子54に内蔵した例を示している。
【0032】超音波探触子54は内蔵された任意の位置
で停止可能な揺動機構56によってセクタスキャンによ
る超音波白黒断層画像を得た後、図3に示したリニアス
キャン型超音波探触子40と同様に速度成分v1 ,v2
及び扇角度θを検出して平均血流速度Vを算出する。
【0033】以上のように、本実施例の超音波診断装置
によれば、超音波ビームの入射角度に関係なく運動反射
体の平均速度を算出することができる。
【0034】また、上記実施例においては、同一の周波
数の超音波を用いても照射する方向が異なるため各超音
波ビームが干渉し合うことはなく良好な超音波ビームの
送受波を行うことができると共に、設計の効率化を計る
ことができる。
【0035】
【0036】さらに、上述した実施例の振動子回動機構
では、1つのモータで一対の超音波振動子を同時に回動
制御する例を説明したが、各超音波振動子を別々の駆動
源によって駆動することによって、形成する扇角度のバ
リエーションを増やすことができる。
【0037】また、運動反射体の平均速度を各点で測定
すれば、運動速度に応じた色彩を超音波白黒画像に容易
に付加することが可能であると共に、超音波白黒画像に
リアルタイムで運動反射体の平均速度を表示することが
できる。
【0038】また、本実施例において、超音波振動子の
駆動機構はリニアモータや減速歯車列を用いた例につい
て説明したが、他の駆動機構、例えば、ワイヤ駆動機構
やダイレクトドライブ機構等を用いても同様の効果を得
ることができる。
【0039】
【発明の効果】以上のようにして、本願発明に係る超音
波診断装置においては、第1の超音波振動子と第2の超
音波振動子とが被検体に対して任意の角度に回動して被
検体の異なる位置の第1のドプラ信号と第2のドプラ信
号を得ることができる。また、振動子回動機構が第1の
超音波振動子と第2の超音波振動子の回動動作及び、
対の超音波振動子からの超音波ビームが互いに離反方向
に向かうように扇角度を決定することが可能であり、速
度算出部が検出された第1のドプラ信号と第2のドプラ
信号と第1の超音波振動子と第2の超音波振動子とによ
って形成する扇角度とから被検体内の運動反射体の平均
速度を算出することができるので、超音波ビームの入射
角度に関係なく運動反射体の平均速度を算出することが
できる。
【0040】さらに、第1の超音波振動子と第2の超音
波振動子とが任意の角度で回動することができるので、
運動反射体の深さや運動位置に応じて最適な位置に第1
の超音波振動子と第2の超音波振動子の超音波照射を行
うことが可能であり、正確な運動反射体の平均速度測定
を行うことができる。
【0041】また、超音波白黒画像用の信号を検出する
超音波振動子をドプラ信号検出用の超音波探触子に並設
して設けているので、ドプラ信号検出のための超音波ビ
ームの照射位置を容易に決めることができると共に、基
台上に超音波振動子と振動子回動機構とを搭載し、基台
移動機構によって探触子表面に沿って超音波振動子往復
移動するので、超音波白黒画像にリアルタイムで運動反
射体の平均速度を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明に係る超音波診断装置の超音波振動子
駆動機構の構成を示す概略図である。
【図2】本願発明に係る超音波診断装置における運動反
射体の平均速度算出原理を説明する説明図である。
【図3】本願発明に係る超音波診断装置の超音波探触子
の構成を示す概略図である。
【図4】本願発明に係る超音波診断装置の他の超音波探
触子の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
10 振動子駆動機構 12 回動型超音波振動子 14 基台 16 モータ 18 第1アイドルギア 20 探触子ギア 22 第2アイドルギア 24 固定型超音波振動子

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波振動子を有する超音波探触子と、
    超音波探触子によって検出される超音波信号に基づいて
    超音波画像を形成する装置本体部とから成る超音波診断
    装置において、 超音波探触子は、 被検体に対して任意の角度に回動して超音波ビームを照
    射すると共に第1のドプラ信号を検出する第1の超音波
    振動子と、 第1の超音波振動子とは異なる方向に任意の角度に回動
    して超音波ビームを照射すると共に前記被検体の異なる
    位置の第2のドプラ信号を検出する第2の超音波振動子
    と、 第1の超音波振動子及び第2の超音波振動子を回動し、
    当該一対の超音波振動子からの超音波ビームが互いに離
    反方向に向かうように扇角度を決定する振動子回動機構
    と、 を有し、 装置本体部は、第1の超音波振動子及び第2の超音波振
    動子から得られる第1のドプラ信号と第2のドプラ信号
    の測定値と各超音波振動子が形成する扇角度とから被検
    体内の運動反射体の平均速度を算出する速度算出部を含
    んでいることを特徴とする超音波診断装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の超音波診断装置におい
    て、 超音波白黒画像用の信号を検出する超音波振動子をドプ
    ラ信号検出用の超音波探触子に並設したことを特徴とす
    る超音波探触子。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の超音波診
    断装置において、 超音波探触子は、 超音波振動子と振動子回動機構とを搭載し、探触子表面
    に沿って往復移動可能な基台と、 前記基台を往復移動させる基台移動機構と、を有し、 基台を移動させながら超音波信号の検出を行うことを特
    徴とする超音波診断装置。
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