JPH01155832A - アニュラーアレイ超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
断装置に係り、特に深さによらず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。

（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持っ
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
、透過法と比較して操作性に優れ、適用され得る診断部
位があまり限定されないことも広く普及した理由に挙げ
られる。

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。

後者は前者と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。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、このトランスデユーサを機械運動をさせる機
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凹面状
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
。すなわち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。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
の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には
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０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凹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診断像を得
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
電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が画像が構成される
ため広い範囲で高分解能化がはかれる。

（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、実際の収束点を設定収束
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るだめにその境界面で音波の屈折
が生ずることである。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
ずる屈折による収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
この場合カップリング溶液の音速値は予め知り得ても生
体内の音速値は現在の計測技術では正確に測定すること
はできない。このため従来の装置ではカップリング溶液
と生体との境界での音波屈折による収束点のズレに対し
てはとくに補正をおこなっておらず、したがって十分な
ダイナミックフォーカス法の性能が得られていなかった
。

本発明は以上に述べたような従来のアニユラ−アレイ型
超音波診断装置のダイナミックフォーカス法において、
生体音速と超音波プローブ内のカップリング溶液の音速
が異なることにより生ずる屈折に起因する画質劣化を送
受信用遅延回路の制御あるいはデータ収集位置の制御に
よって抑えることを目的としている。

（実　施　例） すでに述べたように生体内の音波伝搬速度を正確に決定
することは極めて回連である。これは良い測定方法が無
いことにもよるが、そのほかに生体内の部位や臓器によ
って音速がことなること、あるいは音速の固体（個人）
差が大きいこともその理由である。したがって本発明に
おいては実際に生体断層像を観測しながら前記音波屈折
の影響を補正することを特徴とする。

具体的な回路構成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−アレイランスデューサの等偏曲率半径カップ
リング溶液内での送信および受信超音波の波面がもつ曲
率半径をｒ２、音響窓の曲率半径をｒ工とする。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０２とすれば、
ｃ１＝ｃ、のときは超音゛波はトランスデユーサからｒ
２離れた位置に集束する。一方Ｃユ＝ｃ、ではないとき
に生ずる収束点のズレΔｒは近似的に次式で示される。

但し　Δｃ＝ｃ、　−Ｃ。

ここで０２以外は予め判明している量であるからΔｒと
Ｃ３の関係は比較的簡単に知ることができる。

一方トランスデューサからの距離によらずに−様な分解
能を得るためのダイナミックフォーカス法で実際の超音
波ビームが最も絞れた部分で得られる反射信号のみを合
成して画像化しなくてはならない。この場合前記音波屈
折を考慮して所定の距ｆｉ（ｘａ）に超音波ビームが集
束するように送受信回路内の遅延時間を制御してもよい
が、実収束点の位置のズレ（換言すれば収束点のズレ）
の分だけデータ収集位置を移動してもよい。

但しいずれの方法にしても生体内の音速あるいは収束点
のズレを予めしることは不可能であることは既に述べた
とおりである。

本発明は予想ｃ２にもとすく遅延問題値あるいはデータ
の収集位置の設定の一部をユーザ（医師や検査技師）側
がおこなえるような機能を有したことを特徴とするもの
である。

第１図に本発明の１実施例を示す。アニユラ−アレイト
ランスデユーサ４はその中心の置が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
ｉための送信機（パルサ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１ｏが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
れ前記パルサ５−１〜５−５のトリガパルスとなる。す
なわちパルサ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はパルサ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０画像メモリ１５
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。一方サンプル／ホ
ールド回路におけるサンプリングのタイミングを決定す
る制御信号はサンプリング位置制御回路１７から送られ
る。ここでの信号はユーザが直接操作する操作パネル１
８からの信号をもとに形成される。

操作パネルからユーザは例えばΔｒ／ｒ２ｓｒ、＝ｋに
おける定数ｋを入力すればよく、ｒ２に伴うΔｒはサン
プリング位置制御回路１７にて自動的に計算される。

つぎに他の実施例として遅延時間の制御によって超音波
ビーム屈折の影響を補正する方法について述べる。

第４図はそのブロック図であり、操作パネル１９、遅延
時間コントローラ２０、ＲＯＭテーブル２１以外は、図
１と同様であるためその動作説明は省略する。またこの
実施例ではサンプルホールド回路１４における深さ方向
サンプリングピッチは基本的には一定間隔とする。図４
において遅延回路７−１〜７−５および８−１〜８−５
の遅延時間量を決定する信号が遅延時間コントローラ２
０にてつくられる。すなわち、パネル上１９から入力さ
れる仮定生体音速値ｃ２に対応して屈折する超音波ビー
ムが形成する収束点が所定サンプリング位置と一致する
ような遅延時間が各トランスデユーサの送信あるいは受
信信号に与えられる６例えば図３同様に実収束点（所定
サンプリング位置）ｘｏ、音響窓ｒ１カップリング溶液
音速ｃ１、生体音速ＣいΔｃ＝ｃ。

−Ｃ１とすればトランスデユーサ近傍（カップリング溶
液中）の液面がもつ曲率半径ｒ２は近似的にとなる。

この場合生体音速ｃ２は前述の如く不明であるがＣ２を
適当な範囲内で変化させ、これに対応した液面曲率半径
ｒ２が０式となるような遅延時間を各トランスデユーサ
に与えている。実際にはいくつかのＣ２値とＸ、に対し
て各トランスデユーサに与える遅延時間を決定するコー
ド信号がＲＯＭテーブル２１に予じめ収納しておけば短
時間での制御が容易に実現できる。

ところで凹面トランスデユーサを用いたアニユラ−アレ
イの場合には凹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液面が決定される。

（発明の効果〕 以上述べたように本発明によればたとえ生体内の音速が
正確に判らなくても超音波ビームが最も良好に収束した
部分の信号から画像を構成することができるため高分解
能化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、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
図はビームの屈折によって生する収束点のズレを説明す
る図、第４図は本発明の他の実施例を示すブロック図で
ある。 １・・・被観測媒質（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・・・パ
ルス　　　　　　６・・・プリアンプ７・・・送信用遅
延回路　　８・・・受信用遅延回路９・・・加算機　　
　　　　１０・・・発振器１１・・・対数増幅機　　　
　１２・・・検波回路１３・・・Ａ／Ｄ変換機 １４・・・サンプルホールド回路 １５・・・画像メモリ　　　　１６・・・ＣＲＴ１７・
・・サンプリング位置制御回路 １８・・・操作パネル　　　　１９・・・操作パネル２
０・・・遅延時間コントローラ ２１・・・ＲＯＭテーブル 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　松山光之 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個のリング型トランスデューラが１つの円型
   トランスデューサの周囲に同心円状に配置されたアニュ
   ラーアレイトランスデューサと、このトランスデューサ
   によって超音波の送受信をおこなうために前記トランス
   デューサの各々に接続された超電波送波回路および受波
   回路と、前記トランスデューサを機械的に回転あるいは
   首振り運動させる機構と、この機械的な走査によって得
   られた信号を画像表示するための表示回路と、前記トラ
   ンスデューサと被検体との間にカップリング溶液を介入
   させたアニュラーアレイ超音波診断装置において、被検
   体の仮定音速に伴う装置定数を、画像観測下にて所定の
   範囲内で順次可変とする手段を有したことを特徴とする
   アニュラーアレイ超音波診断装置。
2. （２）被検体の仮定音速によって決定される深さ方向の
   サンプリング間隔を順次可変にする手段を有した特許請
   求の範囲第１項記載のアニュラーアレイ超音波診断装置
   。
3. （３）被検体の仮定音速によって決定される送信あるい
   は受信遅延時間を前記仮定音速の変化に伴って順次可変
   にする手段を有した特許請求の範囲第１項記載のアニュ
   ラーアレイ超音波診断装置。