JPH01153145A - Annular array ultrasonic probe - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
この発明は超音波を用いて生体の断層像を得る超音波診
断装置に係わり、とくに深さによらずに良好な方位分解
能をもった超音波診断装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an ultrasonic diagnostic device that obtains tomographic images of a living body using ultrasonic waves. The present invention relates to an ultrasonic diagnostic device with high resolution.
(従来の技術)
超音波を用いた診断法は被検者に負担をかけずに軟部組
織の診断ができ、しかも無侵襲であるという利点をもっ
ており、近年の高速走査装置の進歩によって急速に普及
してきた。この超音波診断法はパルス反射法であるため
、透過法と比べて操作法に優れ、適応されうる診断部位
があまり限定されないことも広く普及した理由にあげら
れる。(Prior technology) Diagnostic methods using ultrasound have the advantage of being able to diagnose soft tissue without placing any burden on the patient, and are non-invasive, and are rapidly becoming popular due to recent advances in high-speed scanning equipment. I've done it. Since this ultrasonic diagnostic method is a pulse reflection method, it is easier to operate than the transmission method, and the diagnostic areas to which it can be applied are not so limited, which is another reason why it has become so popular.
高速走査法としては電子走査法と機械走査法の2つの方
法がある。There are two high-speed scanning methods: an electronic scanning method and a mechanical scanning method.
後者は前者に比べて超音波プローブ部分が大きくなり、
このため操作性が多少劣るものの比較的簡単な機構で装
置が実現でき、さらに後述するようにアニユラアレイ型
トランスデユーサを採用した場合には電子走査装置より
優れた生体断層像を得ることが可能となる。The latter has a larger ultrasound probe part than the former,
For this reason, although the operability is somewhat inferior, the device can be realized with a relatively simple mechanism, and as will be described later, if an annular array type transducer is adopted, it is possible to obtain biological tomographic images superior to that of electronic scanning devices. Become.
従来1機械走査型超音波診断装置は1つの超音波トラン
スデユーサを高速度で機械的に回転運動あるいは首振り
運動させる方法が採られており、超音波プローブはトラ
ンスデユーサの他、このトランスデューサを機械運動さ
せる機構部分、トランスデユーサの運動が直接生体に触
れることを防ぎ超音波のみを体内に伝達するためのカッ
プリング溶液さらには生体に直接触れる音響窓で構成さ
れている。前記トランスデユーサは初期には平盤状のも
のが用いられたこともあったが、今日では生体内で超音
波ビームを収束させて分解能に優れた断層像を得るため
に面状の円盤型トランスデユーサが一般に用いられてい
る。この方法では超音波を生体内に放射するために前記
トランスデユーサを駆動するための送信回路と前記トラ
ンスデユーサで受信される生体内からの超音波反射波を
増幅、検波する受信回路はそれぞれ1チャンネル分あれ
ばよいため電子回路構成が極めて簡単となるが超音波ビ
ームが体内で収束する場所は1つに限られてしまう欠点
がある。したがって超音波が収束した部分では鮮明な超
音波画像が得られるがそれ以外では依然として良好な画
像は得られない。Conventional mechanical scanning ultrasound diagnostic equipment uses a method in which one ultrasound transducer is mechanically rotated or oscillated at high speed. It consists of a mechanical part that mechanically moves the transducer, a coupling solution that prevents the movement of the transducer from directly touching the living body and transmits only the ultrasonic waves into the body, and an acoustic window that directly contacts the living body. Initially, flat transducers were used, but today, planar disk-shaped transducers are used to converge ultrasound beams in vivo and obtain tomographic images with excellent resolution. Transducers are commonly used. In this method, a transmitting circuit for driving the transducer to radiate ultrasound into the living body and a receiving circuit for amplifying and detecting the ultrasound reflected waves from the living body received by the transducer are each Since only one channel is required, the electronic circuit configuration is extremely simple, but the disadvantage is that the ultrasound beam is limited to only one location within the body. Therefore, a clear ultrasound image can be obtained in the area where the ultrasound waves are converged, but a good image is still not obtained in other areas.
この様な問題点を解決するべく、最近ではアニユラアレ
イ型トランスデユーサを採用した機械走査型診断装置が
実用化されはじめている。アニユラアレイ型超音波トラ
ンスデユーサは第2図に示すように中心に置かれる1枚
の円盤状トランスデユーサと数個のリング状トランスデ
ユーサとから構成されている。以下では4個のリング状
トランスデユーサを例に説明する。これら1個の円盤型
トランスデユーサとリング状トランスデユーサは平盤あ
るいは凹面上にその中心が一致するように配置され、そ
の個々のトランスデユーサには送受信回路が接続されて
いる。この送信回路および受信回路はそれぞれ独立の遅
延回路をもっており、その遅延時間のコントロールによ
って超音波ビームの送信および受信収束点を可変にする
ことが可能となる。例えば凹面上に配置されたアニユラ
アレイトランスデユーサの場合に遅延時間制御をおこな
わずにそれぞれのトランスデユーサを同時に使用した場
合には面の曲率半径の距離に超音波ビームは収束される
が、さらに各トランスデユーサの駆動信号あるいは受信
信号に遅延時間差を与えることによりその焦点距離を前
後に移動させることができる。すなわち超音波ビームの
収束点を電子的な手段により制御することが可能となる
。さらに複数のリングトランスデユーサと送受信遅延回
路を組合わせることによりダイナミックフォーカスが可
能となり、トランスデユーサからの距離によらずに分解
能に優れた超音波断層像を得ることができる。このダイ
ナミックフォーカスとは収束点を変えながら超音波の送
受信をおこない焦点付近の信号のみから画像を合成する
方法である。この場合常に最も細くなった超音波ビーム
で走査されてえられた信号で画像が構成されるため広い
範囲で高分解能化がはかれる。In order to solve these problems, mechanical scanning diagnostic devices employing annular array type transducers have recently begun to be put into practical use. As shown in FIG. 2, the annular array type ultrasonic transducer is composed of one disc-shaped transducer placed at the center and several ring-shaped transducers. In the following, four ring-shaped transducers will be explained as an example. These single disk-shaped transducer and ring-shaped transducer are arranged on a flat plate or concave surface so that their centers coincide, and a transmitting/receiving circuit is connected to each transducer. The transmitting circuit and the receiving circuit each have an independent delay circuit, and by controlling the delay time, it is possible to vary the transmitting and receiving convergence points of the ultrasonic beam. For example, in the case of an annular array transducer placed on a concave surface, if each transducer is used simultaneously without delay time control, the ultrasonic beam will be focused at a distance equal to the radius of curvature of the surface. Furthermore, by giving a delay time difference to the drive signal or reception signal of each transducer, the focal length can be moved back and forth. That is, it becomes possible to control the convergence point of the ultrasonic beam by electronic means. Furthermore, by combining a plurality of ring transducers and a transmission/reception delay circuit, dynamic focusing becomes possible, and an ultrasonic tomographic image with excellent resolution can be obtained regardless of the distance from the transducer. Dynamic focus is a method of transmitting and receiving ultrasonic waves while changing the convergence point and synthesizing an image from only the signals near the focal point. In this case, since the image is always composed of signals obtained by scanning with the narrowest ultrasonic beam, high resolution can be achieved over a wide range.
(発明が解決しようとする問題点)
以上述べたようにアニユラアレイ型トランスデユーサの
採用によりダイナミックフォーカスが比較的簡単な回路
構成で実現でき高分解能な画像が得られるようになった
。しかしながらダイナミックフォーカスにより鮮明な画
像を得るためには予め設定した場所に超音波ビームが収
束されることが重要であり、実際の収束点が設定収束点
に対して大きく異なる場合には常に超音波ビームが十分
細くならない状態で生体内を走査することになり、鮮明
な画像を得ることができなくなる0機械的走査において
設定収束点に実際にビームを収束させることは困難な場
合が多い、その最大の原因は生体内の音速とカップリン
グ溶液の音速が異なった場合その境界面で音波の屈折が
生ずることである。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, by employing an annular array type transducer, dynamic focus can be realized with a relatively simple circuit configuration, and high-resolution images can be obtained. However, in order to obtain a clear image using dynamic focusing, it is important that the ultrasound beam is focused on a preset location. It is often difficult to actually converge the beam at the set convergence point in mechanical scanning, and the maximum The cause is that when the sound speed in the living body and the sound speed in the coupling solution differ, refraction of sound waves occurs at the interface.
一般に両者の音速が異なっていても、それぞれの音速値
が予め判っていれば、境界面で生ずる屈折による集束点
のズレは前記送受信回路の遅延時間制御により補正する
ことは可能である。しかしながら前記カップリング溶液
の音速は予め知ることができても生体内の音速は現在の
測定技術では正確に測定することができない、このため
0、両者の境界で生ずる屈折の影響を補正することには
無理があり、したがってダイナミックフォーカスの効果
が十分得られていなかった。In general, even if the speeds of sound are different between the two, if the respective sound speed values are known in advance, it is possible to correct the shift in the focal point due to refraction that occurs at the interface by controlling the delay time of the transmitter/receiver circuit. However, even though the sound speed of the coupling solution can be known in advance, the sound speed in the living body cannot be accurately measured using current measurement techniques. was unreasonable, and therefore the effect of dynamic focus was not sufficiently obtained.
本発明は以上に述べたような従来のア二二ラアレイ型超
音波診断装置のダイナミックフォーカス法を適用した場
合に超音波プローブ内のカップリング溶液と生体との境
界でのビーム屈折によって生ずる画質劣化を最小に抑え
ることを目的としている。The present invention aims to solve the problem of image quality deterioration caused by beam refraction at the boundary between the coupling solution in the ultrasound probe and the living body when applying the dynamic focus method of the conventional antenna array type ultrasound diagnostic device as described above. The aim is to minimize the
(実施例)
具体的な実施例について説明するまえに、本発明の妥当
性についてのべる。第3図はその説明図であり、凹面ア
ニユラアレイトランスデユーサの等偏曲率半径波面ずれ
の曲率半径をrz、音響窓の曲率半径をrlとする。ま
た音響窓内に封入されたカップリング溶液の音速を01
、被観測媒質(この場合は生体)内の音速をC2とすれ
ば% c1+= CMのときは超音波はトランスデユー
サからr2離れた位置に集束する。一方C1≠02のと
きに生ずる収束点のズレΔrは近似的に次式で示される
。(Example) Before describing specific examples, the validity of the present invention will be discussed. FIG. 3 is an explanatory diagram thereof, in which the radius of curvature of the wavefront shift with a uniform radius of curvature of the concave annular array transducer is rz, and the radius of curvature of the acoustic window is rl. In addition, the sound velocity of the coupling solution sealed in the acoustic window is 01
, if the speed of sound in the observed medium (in this case, a living body) is C2, then when % c1+=CM, the ultrasonic waves are focused at a position r2 away from the transducer. On the other hand, the deviation Δr of the convergence point that occurs when C1≠02 is approximately expressed by the following equation.
Δr= −ΔC* rz ” (rl + rz )
/C1/rl °°°■但し ΔC=e、
−cl
従来のメカニカルセクタ方式の超音波プローブの音響窓
の形状は生体に対して凸面になっており、一般にr、>
rlであった。例えば、超音波ビームの焦点距離(r、
) 50〜150mに対して音響窓の曲率半径(rl)
は20nmの如くである。この場合にカップリング溶液
と生体の音速が異なることによる設定集束点と実際の集
束点の差異について述べる。第4図はカップリング溶液
の音速1500m/see、窓材音速2000m/se
cとし、生体音速が1400m/sec−1600m/
seeの範囲で変化させた場合の設定集束点(FP)と
実際の集束点(Xo)との関係を示したものである。こ
の図に示すようにたとえば設定集束点FP=100 m
m / s e cの場合には実際に超音波ビームが集
束する場所は一30mm〜+40mmズレる可能性のあ
ることを意味し、したがって従来は、電子的な制御法な
どで、その集束点の補正が必要であるにもかかわらず、
生体内の音速が明確でないかぎり、その補正は不可能で
ある。Δr= −ΔC* rz” (rl + rz)
/C1/rl °°°■ However, ΔC=e,
-cl The shape of the acoustic window of the conventional mechanical sector type ultrasound probe is convex with respect to the living body, and generally r, >
It was rl. For example, the focal length (r,
) Radius of curvature (rl) of the acoustic window for 50-150 m
is like 20 nm. In this case, we will discuss the difference between the set focus point and the actual focus point due to the difference in sound speed between the coupling solution and the living body. Figure 4 shows the sound speed of the coupling solution at 1,500 m/see and the window material's sound speed at 2,000 m/see.
c, and the biological sound velocity is 1400m/sec-1600m/
This figure shows the relationship between the set focal point (FP) and the actual focal point (Xo) when the focal point is changed within the range of see. As shown in this figure, for example, the set focal point FP=100 m
In the case of m/sec, this means that the actual focal point of the ultrasonic beam may deviate by -30 mm to +40 mm. Therefore, conventional methods have been used to correct the focal point using electronic control methods, etc. Although it is necessary,
Unless the speed of sound inside the body is clear, it is impossible to correct it.
ところで■においてΔrとr工との関係はΔr = K
(1+rz/ rt)
と書換えることができる。ただしKは定数ここで、Δr
が最少となるのはr1=ψのとき、すなわち窓形状が生
体に対して平面のときであることがわかる。カップリン
グ溶液、窓材、生体の音速が第4図と同一の条件でr、
=ωの場合の集束点のズレの大きさを第5図に示す、こ
の図のように平面状の音響窓を用いた場合には従来法に
於けるズレと比べて極めて小さくなり、その補正は必ず
しも必要としないことがわかる。By the way, in ■, the relationship between Δr and r work is Δr = K
It can be rewritten as (1+rz/rt). However, K is a constant, where Δr
It can be seen that is minimized when r1=ψ, that is, when the window shape is flat with respect to the living body. Under the same conditions as in Figure 4, the coupling solution, window material, and biological sound speed are r,
Figure 5 shows the magnitude of the shift in the focal point when = ω. When a flat acoustic window is used as shown in this figure, the shift is extremely small compared to the conventional method, and it is difficult to correct it. It turns out that this is not necessarily necessary.
第1図(a)、 (b)に本発明による超音波プローブ
の一実施例の断面図及びその外観を示す、プローブは必
ずしも軸対称となる必要はなく、生体に接触する面は長
方形であってもよい、ただし、その−辺縁は、生体に当
たった場合に被検者に苦痛を与えない程度の丸みをもた
せることは必要である。FIGS. 1(a) and 1(b) show a cross-sectional view and external appearance of an embodiment of an ultrasound probe according to the present invention. The probe does not necessarily have to be axially symmetrical, and the surface that comes into contact with the living body may be rectangular. However, the edges must be rounded to a degree that does not cause pain to the subject if it hits the living body.
また生体に対して接触しにくい場合には一方向に限って
多少の曲面をもたせることも可能である。Furthermore, if it is difficult to come into contact with a living body, it is possible to have a slightly curved surface in only one direction.
第6図に本発明のアニユラアレイトランスデユーサを用
いた超音波診断装置の構成を示す、アニユラアレイトラ
ンスデユーサ4はその中心の置かれた円盤トランスデユ
ーサ(圧電振動子)4−1とその周囲に配置された4つ
のリング型トランスデユーサ4−2〜4−5とから構成
される。これらのトランスデユーサには夫々超音波を生
体内に放射するために前記トランスデユーサを駆動する
ための送信機(バルサ)5−1〜5−5と前記トランス
デユーサで受信される生体内からの超音波反射信号を増
幅するためのプリアンプ6−1〜6−5が接続されてい
る。送信時においては発振器10から発生する超音波放
射タイミング信号は送信用遅延回路7−1〜7−5に送
られ送信の超音波ビーム集束に必要な遅延時間が与えら
れ前記バルサ5−1〜5−5のトリガパルスとなる。す
なわちバルサ5−1〜5−5のトランスデユーサ駆動パ
ルスの遅延時間は遅延回路7−1〜7−5で決定される
。トランスデユーサ4−1〜4−5はバルサ5−1〜5
−5によって駆動されカップリング溶液3、音響窓2を
介して生体内1に超音波を放射する。一方生体内1から
反射した超音波信号は前記トランスデユーサ4−1〜4
−5で電気信号に変換されプリアンプ5−1〜5−5で
増幅されたのち受信用遅延回路8−1〜8−5に送られ
る。受信用遅延回路8−1〜8−5では受信時における
超音波収束点を設定するためのものであり、ここで所定
の遅延時間を与えられた5つの受信信号は加算器9で加
算され1つの信号となる。この信号は従来の超音波診断
装置と同様に対数増幅器11.検波回路12、を経てA
/D変換器13でデジタル信号に変換され、さらにサン
プル/ホールド回路14で集束領域からの信号をサンプ
リングして画像メモリ15に蓄積する。画像メモ1月5
では1枚分の画像データが蓄積されるとTVフォーマッ
トにてCRTモニターに表示される。FIG. 6 shows the configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus using the annular array transducer of the present invention. 1 and four ring-shaped transducers 4-2 to 4-5 arranged around it. These transducers each include transmitters (balsa) 5-1 to 5-5 for driving the transducers to radiate ultrasonic waves into the living body, and in-vivo waves received by the transducers. Preamplifiers 6-1 to 6-5 are connected to amplify ultrasonic reflected signals from. During transmission, the ultrasonic radiation timing signal generated from the oscillator 10 is sent to the transmission delay circuits 7-1 to 7-5, and a delay time necessary for focusing the ultrasonic beam for transmission is given to the balsas 5-1 to 5. -5 trigger pulse. That is, the delay times of the transducer drive pulses of the balsers 5-1 to 5-5 are determined by the delay circuits 7-1 to 7-5. Transducers 4-1 to 4-5 are balsa 5-1 to 5
-5 to radiate ultrasonic waves into the living body 1 through the coupling solution 3 and the acoustic window 2. On the other hand, the ultrasonic signals reflected from the inside of the living body 1 are transmitted to the transducers 4-1 to 4-4.
-5, the signals are converted into electrical signals, amplified by preamplifiers 5-1 to 5-5, and then sent to reception delay circuits 8-1 to 8-5. The receiving delay circuits 8-1 to 8-5 are for setting the ultrasonic convergence point during reception, and the five received signals given a predetermined delay time are added by an adder 9 and one There will be two signals. This signal is sent to the logarithmic amplifier 11 as in conventional ultrasound diagnostic equipment. A through the detection circuit 12
The /D converter 13 converts the signal into a digital signal, and the sample/hold circuit 14 samples the signal from the focusing area and stores it in the image memory 15. Image memo January 5
Once the image data for one image is accumulated, it is displayed on the CRT monitor in TV format.
ところで凹面トランスデユーサを用いたアニユラアレイ
の場合には面の曲率によるものと、前記遅延時間による
ものとが合成されて実際の波面が決定されることはいう
までもない。By the way, in the case of an annular array using a concave transducer, it goes without saying that the actual wavefront is determined by combining the curvature of the surface and the delay time.
以上述べたように、本発明による音響窓形状をもったア
ニユラアレイ用超音波プローブを用いればプローブ内の
カップリング溶液と生体の音速が異なることによって生
ずる超音波ビーム集束点のズレを最少限に抑えることが
できるため、超音波断層像の高分解能化が可能となる。As described above, by using the ultrasound probe for annular array with the acoustic window shape according to the present invention, the deviation of the ultrasound beam focus point caused by the difference in sound speed between the coupling solution in the probe and the living body can be minimized. This makes it possible to obtain high resolution ultrasonic tomographic images.
第1図は本発明のプローブを示す図、第2図はアニユラ
アレイトランスデユーサの構成を示す図、第3図は音響
窓での屈折による集束点のズレを説明する図、第4図は
従来の音響窓形状における集束点のズレの大きさを示す
図、第5図は本発明の音響形状における集束点のズレの
大きさを示す図、第6図は本発明による超音波プローブ
を用いた診断装置を示す図である。
1・・・生体 2・・・音響窓3・・・カ
ップリング溶液
4・・・アニユラアレイトランスデユーサ5・・・バル
サ 6・・・プリアンプ7・・・送信用遅延
回路 8・・・受信用遅延回路9・・・加算器
1o・・・発振器11・・・対数増幅器
12・・・検波回路13・・・A/D変換器
14・・・サンプル/ホールド回路
15・・・画像メモリ 16・・・CRTモニタ
代混代理弁理士近憲佑
同 松山光之
第1図
第2図
第3図Fig. 1 is a diagram showing the probe of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the configuration of an annular array transducer, Fig. 3 is a diagram illustrating the shift of the focal point due to refraction at the acoustic window, and Fig. 4 5 is a diagram showing the magnitude of the focal point shift in the conventional acoustic window shape, FIG. 5 is a diagram showing the magnitude of the focal point shift in the acoustic window shape of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing the magnitude of the focal point shift in the acoustic window shape of the present invention. It is a figure showing the diagnostic device used. 1... Biological body 2... Acoustic window 3... Coupling solution 4... Annular array transducer 5... Balsa 6... Preamplifier 7... Delay circuit for transmission 8... Reception delay circuit 9...adder
1o... Oscillator 11... Logarithmic amplifier
12...Detection circuit 13...A/D converter 14...Sample/hold circuit 15...Image memory 16...CRT monitor Mixed agent Kensuke Chika and Mitsuyuki Matsuyama Figure 1 Figure 2 Figure 3
Claims (1)
された超音波トランスデューサと、このトランスデュー
サを機械的に運動させる機構部とこのトランスデューサ
を囲むカップリング溶液および音響窓から構成されるア
ニュラアレイ超音波探触子において、 前記音響窓の被測定媒質に接触する部分がほぼ平面とな
っていることを特徴とするアニュラアレイ超音波探触子
。[Claims] An annular structure comprising an ultrasonic transducer in which a plurality of ring-shaped transducers are arranged substantially concentrically, a mechanism for mechanically moving the transducer, a coupling solution surrounding the transducer, and an acoustic window. An annular array ultrasonic probe, characterized in that a portion of the acoustic window that contacts the medium to be measured is substantially flat.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62311877A JPH01153145A (en) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | Annular array ultrasonic probe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP62311877A JPH01153145A (en) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | Annular array ultrasonic probe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01153145A true JPH01153145A (en) | 1989-06-15 |
Family
ID=18022486
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62311877A Pending JPH01153145A (en) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | Annular array ultrasonic probe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01153145A (en) |
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