JPH0140619B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、生体内の断層情報と共に血流速度情
報を得ることのできる電子走査型複合超音波診断
装置に関するもので、簡便な装置で広範囲に上記
二つの情報を得られるようにすることを目的とし
たものである。

従来生体内の血流速度を非観血的に測定する一
手段として超音波ドプラ法が知られている。

この種の装置は超音波の送信波と血球等による
反射波との周波数差すなわち周波数偏移から血流
速度を求める技術を土台とするものである。

近年この種の技術に関連して断層情報と血流情
報を同時に得られることができる装置すなわち複
合超音波診断装置が医学分野で嘱望されている。
従来はこのような装置の例としては断層像走査方
式およびドプラ方式に対して別個の振動子が用い
られる場合が多かつたが、両方式に対し同一の振
動子を用い断層像上のドプラビーム方向決定を正
確にすることを特徴とした装置に関するアイデア
が近年発表され、例えば特開昭55−54945号公報
がその一例である。

一方現時点では断層像を得るための電子走査方
式としては扇形電子走査、リニア電子走査が基本
となるが、それらに対して同一の振動子を用いド
プラ走査を組合わせてより正確な情報を得るよう
努力がなされている。しかし上記組合わせには診
断上いくつかの欠点が存在する。例えば扇形電子
走査と組合わせた場合には生体表面近くで走査領
域が狭くなり、その付近に存在する血管の描出が
本質的に困難である。また扇形電子走査回路を実
現するためには、例えば遅延線が大量に必要であ
る等の問題がある。一方リニア電子走査の場合、
回路は比較的簡単に構成することが可能である。
しかしこの方式の場合には超音波ビームが生体表
面に対し直交するため、一般に生体表面に対して
平行に位置することの多い重要血管の血流に対し
ても直交することが多くなり、血流観察が困難で
ある。

超音波ドプラ効果により得られる周波数偏移
Δは第１式であらわされる。

Δ＝2_O・Ｖ・cosθ／Ｃ ただし_O；超音波周波数、Ｖ；血液の流速、
θ；超音波ビームと血流方向がなす角度、Ｃ；被
検体中の音速（生体中では1540ｍ／Ｓ）である。
したがつて周波数偏移は第(1)式で示すように超音
波ビームと血流方向がなす角度θの余弦に比例
し、両者が平行な場合に最大となり精度よく測定
され、直交する場合には零となり測定不可能とな
る。このことからリニア電子走査に対して同一振
動子を用いてドプラ走査を組合わせた場合超音波
ビームの血流方向との角度を調整することは困難
であり、一般に血流速度の正確な測定も困難とな
る。

この欠点を取除くため本出願人により探触子を
構成する複数個の圧電振動子をその音波放射面側
が凸面となるように配し、リニア電子走査と同様
な回路を組合わせて超音波ビームの方向を放射状
に走査させドプラ信号検出用の超音波と血流方向
との角度を望ましい値に設定できる装置が考えら
れた。第１図にこの方式の探触子と走査回路を簡
単に説明する。

図において、１は超音波探触子、２は被検体、
２−１は被検体表面、２−２は血管、３はＮ個の
圧電振動子、４および５はそれぞれ圧電振動子３
の前面に接合された第１および第２の音響整合
層、８，１０は接続線、９は電子スイツチであ
る。探触子１の駆動法は通常のリニア電子走査と
同様に、送受信はＭ（＜Ｎ）個の振動子よりなる
群を同時に駆動し、非ドプラモードでの走査はそ
れらの群を少しずつ移動するように、ドプラモー
ドでは特定のＭ個の振動子群を選択するように電
子スイツチ９によつて制御される。このようにし
て駆動された圧電振動子列から出る超音波は被検
体２の中を矢印６のように進行する。被検体２内
での反射信号７は、再び同じ圧電振動子列により
受信され、接続線８、第子スイツチ９および接続
線１０を通して診断装置本体の表示装置部、およ
びドプラ信号検出回路等に結合される。

電子走査によつて切替えられ、被検体内に発射
され受信される超音波信号およびエコー信号の走
査領域は、探触子１が円弧状になつているため、
従来のリニア走査型のような長方形ではなく、か
つセクタ走査型のように探触子部を中心としてそ
の点からの扇形でもなく、探触子１の円弧の中心
部１１から放射状でかつ探触子の位置で区切られ
たような走査領域となる。

上記した探触子を用いた場合、探触子より斜め
に音波が放射もしくは受信されるため、従来のリ
ニア走査方式では不可能であつた血流方向に対す
る超音波ビーム方向の望ましい角度設定が可能と
なり、ドプラ周波数偏移測定が正確となり、かつ
セクタ走査方式の場合のような近距離部の情報の
欠落がなく近距離も被検領域が比較的広い。また
セクタ走査方式のような大型の送、受信部や加算
部が不要であり、従来のリニア走査方式とほぼ同
様の簡易な送受信部で行えるなど多くの特長を持
つている。

しかし上記した探触子において超音波ビームを
望ましい角度で血管と交差させるためには超音波
ビームはより広い角度範囲を走査可能であること
が望ましく、このためには探触子の曲率を大きく
しなければならない。また被検幅は探触子の曲率
によつて決まるため、リニア走査なみの被検幅を
得るためにも探触子の曲率を大きくしなければな
らないが、曲率を大きくすると探触子の被検体へ
の密着が悪くなり良好な画像が得られなくなる。
被検体との音響的結合を良好ならしむるために第
１図の様に超音波探触子１を被検体表面２−１に
くい込ませると周辺臓器が圧迫され血管２−２も
彎曲、偏平化する等自然な状態での血流測定が困
難となることは明らかである。

本発明は上記欠点を取除き、被検体表面を変形
させることなくより正確な血流測定を可能とする
複合超音波診断装置を提供するものである。以下
図面を用いて本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

第２図は、本発明を採用した探触子部の基本構
成を、第３図は、第２図の探触子部を用いた超音
波探触子をまた第４図は、第３図の超音波探触子
を用いた複合超音波診断装置のブロツク図を示
す。なお、以下前図と同一部分には同一番号を付
し説明を略す。

本発明の特徴は、凸面状に配列された圧電振動
子列の前面に設けられた音響整合層と被検体との
間に、走査角度を拡大する音響伝搬媒質を設けた
探触子を用いて広範囲の断層像とドプラ情報を得
られるようにしたことであり、更に被検体表面を
変形させることなく良好な音響的結合を得るとと
もに、走査角の拡大をはかり超音波ビーム方向と
血流方向の良好な角度関係を得、合わせて被検幅
も拡大している。本発明の一実施例として第２図
は走査角を拡大した場合について示している。

例えば被検体が人体の場合には、シリコンゴム
のように音速が人体より遅くしかも音響インピー
ダンスがほぼ等しい材質でできた音響伝搬媒質２
１を、図のように凸面状に配された圧電振動子列
３との間に、音響整合層４，５を介し被検体２と
の接触部がほぼ平面状になるように設ける。この
ようにすれば、超音波の走査角は更に拡大され
る。従つて音響伝搬媒質２１は走査角拡大用の音
響レンズとなる。

このような構造の振動子部を用いた超音波探触
子の構成は第３図のようになる。第３図において
第１図に示したように振動子の駆動法は第１図に
関して説明した通り通常のリニア電子走査と同様
に送、受信はある群を同時に動作させ、非ドプラ
モードでは走査はそれらの群を少しずつ移動する
ように、ドプラモードでは特定の群を選択するよ
うに電子スイツチ群９により制御される。このよ
うにして駆動された圧電振動子列から出る超音波
は、音響レンズ２１によつて更に偏向され、被検
体２の中を矢印６で示すように進行する。被検体
内での反射信号７は再び同じ圧電振動子列により
受信され、電子スイツチ９を通して診断装置本体
の表示装置部に結合される。

上記した探触子において、電子走査によつて切
替えられて被検体内に発射され受信される超音波
信号およびエコー信号の走査領域は、点２３を中
心する円弧状の領域２２となる。これは、凸面状
に配された圧電振動子列３の前面の音響伝搬媒質
２１によつて音波の走査が拡大されるためであ
る。従つて領域２２の表示は台形或はアーク状に
なる。

ドプラモードの場合には例えば断層像内に見ら
れた血管２−２内の任意の点２−３からの反射信
号を得るように送受信する圧電振動子群を電子ス
イツチ９を通して固定する。圧電振動子群が固定
されるとこの圧電振動子群から発射される超音波
ビームの進行方向３０と探触子表面からの角度θ₂
は圧電振動子群の圧電振動子列内での位置が判明
しているため容易に知ることができる。更に、血
管２−２と探触子表面との間の角度θ₁は断層像よ
り測定することができる。従つて、血管２−２と
超音波ビーム３０の作る角度はθ₂−θ₁として求め
られる。角度θ₂−θ₁が90度に近い場合は超音波ビ
ーム３０を走査してθ₂を変えることができ、従つ
て、第１式で示したドプラ周波数偏移Δを変え
ることができる。

第４図は、上記の音響伝搬媒質２１を有する超
音波探触子を用いた複合超音波診断装置の構成を
示すものである。図において、４１は圧電振動子
を駆動する送信器であり、超音波を集束する場合
には集束用の位相制御回路をも含む。受信部４２
も、送信器４１と同様に集束を行う場合には集束
用の位相制御回路をも含むものである。装置はこ
れ以外に超音波の送受信のタイミングをとり、ド
プラモード、非ドプラモードに対応して電子スイ
ツチを制御するための制御信号を発生させる制御
部４３、音響伝搬媒質２１による各走査線での感
度差を補正する感度補正回路４４、受信信号を断
層像として表示するための非ドプラ信号処理回路
４５、断層像およびドプラ信号処理回路４８のド
プラ情報出力を表示するための表示部４６、およ
びドプラ信号検出回路４７から構成されている。
制御部４３には超音波探触子の任意の位置に超音
波ビームの設定を行うドプラ走査位置制御回路
と、この位置における超音波ビーム方向と被検体
表面の角度情報を与える回路も含まれる。ドプラ
信号検出回路４７の具体例としては直交位相検波
技術を用いる方式等があり、またドプラ信号処理
回路４８の具体例としては離散フーリエ変換によ
る周波数解析技術を用いる方式等がある。これら
については例えば 千原他、「マイクロコンピユータを用いた超音
波パルスドプラ血流計」（信学技報MBE79−20
（1979）P53） に説明がなされているので、ここでは詳述しな
い。

超音波ドプラは一般には第(1)式の周波数偏移
Δを与えるが、血液の流速Ｖを求めるためには
更に超音波ビームの方向と血流方向のなす角度θ
を求め第(1)式より逆算するのが一般的方法であ
る。角度θは非ドプラモードにおける表示部４６
の断層像から直接に読取ることが可能であり本実
施例では第３図の説明の中で示したように断層像
上部の基準線５０に対する血管の角度θ₁とドプラ
走査超音波ビームの角度θ₂の差から角θを求めて
いる。この場合角度θ₂は探触子の選択されている
振動子の群の位置より決定されるものであり制御
部４３により発生させることが可能である。また
血管が体表に対してほぼ平行である場合には角度
θ₁は零となり、角度θとして単に制御部４３から
発生している角度θ₂を代用するだけでもよい。

表示部４６では従来の断層像を表示する機能の
他にドプラ信号処理回路からの出力であるドプラ
情報を例えば血流速度として、又はよく知られて
いるようなソノグラム方式で表示することも可能
である。

以上のように、本発明は、複数の圧電振動子を
音波放射面が凸面状になるように配し、圧電振動
子列と被検体との間に、音速が被検体より遅くし
かも音響インピーダンスが被検体とほぼ等しい材
質でできた音響伝搬媒質を被検体との接触部がほ
ぼ平面状になるように設けた探触子と、断層像表
示装置、ドプラ走査位置制御回路、ドプラ信号検
出回路、ドプラ信号処理回路、ドプラ走査ビーム
方向角度発生回路等を具備し、断層像情報と血流
情報を得る複合超音波診断装置であり、以下に示
すような多くの特徴を有している。すなわち従来
の扇形電子走査方式により得られる情報に比べて
近距離の視野が広く、かつ大型の送、受信部や位
相制御が不要である。また単に振動子を凸面状に
配し、探触子の音波放射面も凸面状でる場合に比
べて、本発明では探触子の音波放射面がほぼ平面
となるような音響レンズを設けており、生体表面
と平行な位置にある重要血管の血流を計測するた
めに適した構造となつている。

更に血管などの被測定物と超音波ビームのなす
角を広範囲に変化でき、ドプラ信号の採取が容易
になる。

上記特徴は被検部位を人体頚部および頚動脈に
選んだ場合、より望ましい効果をもたらす。すな
わち本発明にもとづく走査方式は電子セクタ走査
方式と比較して走査回路構成が簡単であり、した
がつて頚動脈検査で要求される５〜10MHz以上の
超音波周波数帯域をカバーする回路が容易に実現
できる。また頚動脈は頚部体表に対して比較的浅
く平行に位置しているので、診断上近距離での広
い視野が要求されるが、この点に関しても本発明
の走査方法は電子セクタ方式よりも優つている。

本発明の探触子の生体との接触面はほぼ平行と
みなせ、かつ走査方向に関してある程度の長さを
有するので頚動脈と探触子の接触面はほぼ平行と
なりしかもその角度関係も一定に保ちやすい。し
たがつてドプラ走査のときの超音波ビームと血流
方向の角度関係も一定に保ちやすく周波数偏移か
ら血流速度を換算しやすいという利点を有する。
また頚部の上位に位置し、かつ血流異常発明の一
つのポイントとなる頚動脈分枝は従来のリニア電
子走査では視野の端に位置するので比較的描出し
にくかつたが、本発明にもとづく台形走査領域内
に表示することは容易であり、しかも上記頚動脈
分枝にドプラ走査の超音波ビームを望ましい角度
で安定に固定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願人の先行出願に係る凸面状超音
波探触子の構成図、第２図は本発明の一実施例に
おける超音波探触子の基本構成図、第３図は同超
音波探触子の全体構成図、第４図は同超音波探触
子を用いた複合超音波診断装置のブロツク図であ
る。 １……超音波探触子、２……被検体、２−１…
…被検体表面、２−２……血管、３……圧電振動
子、４……第１整合層、５……第２整合層、８，
１０……接続線、９……電子スイツチ、２１……
音響レンズ、３０……超音波ビーム、４１……送
信器、４２……受信部、４３……制御部、４４…
…感度補正部、４５……処理部、４６……表示
部、４７……ドプラ信号検波回路、４８……ドプ
ラ信号処理回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 凸面状に配列された複数個の圧電振動子の音
   波放射面上に、圧電振動子の音波放射面側に密着
   し被検体側の面がほぼ平面状であり、かつその音
   速が被検体より遅い媒質からなる音響伝搬媒質を
   設けた超音波探触子と、前記超音波探触子を順次
   走査して台形あるいはアーク状の超音波断層像を
   得る装置と、前記超音波探触子の任意の位置に固
   定してドプラ信号採取用超音波ビームの送受信を
   行うドプラ走査位置制御回路と、前記超音波ビー
   ムの反射信号を検波してドプラ信号を得るドプラ
   信号検出回路と、この位置における、前記音響伝
   搬媒質と被検体表面の境界における屈折を考慮し
   た被検体内の超音波ビーム方向と被検体表面の角
   度情報を与える回路と、前記角度情報を用いてド
   プラ信号の解析を行う処理回路と、処理されたド
   プラ信号を表示する表示部を具備したことを特徴
   とする複合超音波診断装置。