JPH02154745A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電気的に処理することにより、超音波を人
体などの被検体の中に照射するとともに、被検体内部の
超音波の反射を受信し処理して実時間で変化する被検体
の断層像を可視化し医療診断を行う超音波診断装置に関
する。

〔従来の技術〕

近年、超音波の反射を利用して物体の内部構造を検査し
たり、あるいは、生態を生きたままリアルタイムで診断
しようとする超音波診断装置が広く使用されて来ている
。中でも、二次元断層像が得られるＢ−モードと呼ばれ
ている走査方式は最も広く使用され、さらにドプラ効果
を利用して血流信号が得られるＤ−モードやある断面の
時間変化を追跡するＭ−モードなどの走査方式も実用に
供されている。

これらの走査方式で実際に超音波を走査する方式には次
の２つの方式がある。その１つは、多数の振動子プレイ
を電子的に切り換えて超音波走査線を次々に移動してい
く電子走査方式であり、もう１つは、振動子をモータに
より首振り運動をさせて扇状の走査領域を形成させる機
械走査方式である。これらの走査方式は超音波診断装置
に付属する操作ボードからの使用者の指示により走査の
実行と停止が行われる。以下、超音波診断装置の動作に
ついて詳述する。

第１０図は従来技術としての超音波診断装置のブロック
図である。この図では１本のプローブ１が使用されてお
り、このプローブｌは超音波を送信する信号１０２を作
り出す送信回路４０、被検体からの反射信号を受信しこ
の信号１０１をアナログ処理をするアナログ信号処理回
路２０、超音波の送受信の走査線を二次元的に走査する
信号１０４を作り出す走査回路４５、及び、プローブ１
の形式を示すプローブコードを示す信号１０３を伝える
制御回路７１にそれぞれ電気的に接続されている。

アナログ信号処理回路２０は受信回路２１、検波回路２
２、対数増幅回路２３とが順次直列に接続されたもので
あり、プローブ１の受信信号である信号１０１を入力信
号としてアナログ信号１０８を出力する。

使用者が操作ボード７５から所望の動作・機能の選択の
指示を行うと、制御回路７１から指令信号が超音波診断
装置を構成するシステム全体に伝達され、全体の制御が
行われる。制御回路７１はプローブ１からプローブコー
ド信号１０３を読んで走査方式や周波数の違いなどによ
って異なるプローブの種類を知り、それに対応した制御
を行う。

制ｉ１回路７１は、送信回路４０に信号を送って送信回
路４０に所定の動作を行わせると同時に、走査回路４５
を動作させて所定の二次元走査領域をプローブ１の種類
に応じて機械的又は電子的に走査を行わせる。被検体か
らの反射信号はプローブ１で受信され、受信信号１０１
は受信回路２１の入力信号となり増幅やフィルタ処理な
どが行われる。

その後、検波回路２２で検波され、対数増幅回路２３に
よって対数増幅された信号１０８はＡ／Ｄ変換器３０に
よりアナログ信号からディジタル信号に変換されディジ
タルスキャンコンバータ、略しＤＳＣ３１内部の画像記
憶装置に記憶される。この画像記憶装置の信号を継続的
に取り出してテレビモニタ３２に送りこの信号を基にし
てテレビモ÷り３２に二次元画像が表示される。これら
の−連の動作の制御は全てＤＳＣ３１によって行われる
。テレビモニタ３２に表示される画像の表示倍率や表示
深度は操作ボード７５によって指示され制御回路７１を
通じてＤＳＣ３１に伝達される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来、この種の超音波診断装置においては、超音波の送
信をして走査を行うか否かの指示は、使用者が操作ボー
ド７５に設けられているスイッチによっている。一般に
、この種の画像装置では、画像を記録するときに使用す
るために、得られた画像を固定するスイッチが用意され
ており、このスイッチが送信及び走査の停止、起動のス
イッチを兼ねている。ところが、使用者は、被検体の様
子を調べたりしながらこの装置を使用するので、装置は
起動状態であるにもかかわらずプローブ１が被検体に当
てられていない状態がかなりの時間あるのが実際である
。プローブｌが被検体に当てられていない状態では超音
波の送信や走査並びに受信などの動作は不要であり、前
述のようにプローブｌが被検体に当てられているか否か
に関係なく動作状態にあることは、電力を無駄に消費し
ているだけでなく、プローブ１の寿命を短縮しているこ
とになる。プローブ１の寿命は圧電振動子の圧電特性の
劣化という問題もあるが、温度上昇による音ｇ整合層や
その接着層の劣化に起因するものもある。更に、機械走
査式の場合は、モータや動力伝達機構の摩耗などが原因
となる。

この発明は、プローブが被検体に当てられていないとき
には自動的に超音波の送信や走査などの動作を停止する
ことにより、プローブの劣化を遅らせて長寿命化し、ま
た電力の節約を行う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。

〔課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、この発明によれば、超音波
の反射を利用して被検体の断層像を可視化する超音波診
断装置であって、超音波診断装置全体を電気的に制御！
Ｉする制御回路と、前記被検体表面に当てて超音波を被
検体内に発信するとともに反射超音波を受信するプロー
ブと、前記プローブへの送信信号を出力する送信回路と
、前記プローブが受信した受信信号をアナログ信号処理
するアナログ信号処理回路と、前記プローブの走査線位
置を指定する走査回路とを備えた超音波診断装置におい
て、前記プローブが被検体に当てられているか否かを判
定する判定回路と、この判定を周期的に行う時点を設定
する周期パルスを出力するタイミングパルス発生器とを
設け、前記判定回路が、前記アナログ信号処理回路の出
力信号が所定の強度を越えたときに信号を出力する比較
器と、信号を入力信号として送信時点から所定の時間遅
れた時点に信号を出力する時間ゲート発生回路と、前記
走査回路からの信号と前記プローブからのプローブの区
別をするプローブコード信号とを入力信号として前記プ
ローブに応じた適切な走査線位置の場合に信号を出力す
る走査線選択回路と、前記比較器と前記時間ゲート発生
回路と前記走査線選択回路とのそれぞれの出力信号を入
力信号としてこれら３つの信号の「アンド」演算をした
結果を出力するアンド回路と、このアンド回路の出力信
号と前記タイミングパルス発生器の出力信号とを入力信
号としてタイミングパルス信号があるときのアンド回路
の出力信号を保持するとともに、保持されている状態を
出力信号とするホールド回路とからなり、前記ホールド
回路の出力信号を前記制御回路の入力信号として走査回
路及び送信回路の動作の停止及び起動を制御するように
するものとする。

〔作用］ この発明の構成において、超音波診断装置全体を電気的
に制御する制御回路と、被検体表面に当てて超音波を被
検体内に発信するとともに反射超音波を受信するプロー
ブと、プローブへの送信信号を出力する送信回路と、プ
ローブが受信した受信信号をアナログ信号処理するアナ
ログ信号処理回路と、プローブの走査線位置を指定する
走査回路とを備えた超音波診断装置において、プローブ
が被検体に当てられているか否かを判定する判定回路と
、この判定を周期的に行うためのタイミングを設定する
周期パルスを発生するタイミングパルス発生器とを設け
、判定回路を比較器、時間ゲート発生回路、走査線選択
回路、アンド回路、及びホールド回路で構成する。そ九
ぞれの構成及び作用は次の通りである。

プローブが被検体に当てられていないときにプローブ内
で発生する多重反射の第１波は被検体に当てられている
ときに発生する反射波に比べてはるかに強い強度を持つ
ことことから、比較器はアナログ信号処理回路の出力信
号を入力信号として、反射波の強度の違いを利用してア
ナログ信号処理回路の出力信号が所定の強度を越えたと
きにだけ信号を出力することにより、プローブが被検体
に当てられていないときにだけこの信号が出力されるこ
とになる。

一方、時間ゲート発生回路は、送信回路からの送信時点
を示す信号を入力信号として送信時点から多重反射の第
１波が受信される時点までの時間間隔だけ遅れた時点に
パルス信号を出力し、また、走査線選択回路は走査回路
からの信号とプローブからのプローブの区別をするプロ
ーブコード信号を入力信号としてプローブごとに異なる
判定上適切な走査線位置の場合に信号を出力し、これら
比較器、時間ゲート発生回路、及び走査線選択回路の３
つの出力信号をアンド回路の入力信号とすることにより
、このアンド回路の出力信号は、受信信号が多重反射の
第１波であり、このときの送信時点はプローブに適した
走査線位置に対する送信時点であることになる。ホール
ド回路はこのアンド回路の出力信号とタイミングパルス
発生器の出力信号を入力信号として、タイミングパルス
の出力信号があるときにアンド回路の出力信号を次のタ
イミングパルスまで保持するとともに、保持されている
状態を出力信号とする。このホールド回路の出力信号は
アンド回路の出力信号をタイミングパルスの周期に応じ
て保持するものであるので、この出力信号を制御回路の
入力信号としてアンド回路の出力信号に応じた走査回路
及び送信回路の動作の停止や起動の制御を行うことがで
きる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す超音波診断装置のブロック図であ
る。この図において、第１０図と同じ回路については参
照符号を同じにすることにより詳細な説明を省略する。

判定回路６０はプローブ１が被検体に当てられているか
否かを判定しこの判定結果に応じて制御回路７に起動や
停止の指示をする信号を出力するものである。この判定
に必要な信号はアナログ信号処理回路２０の出力信号と
しての信号１０７、制御回路７からの動作状態を示す信
号１０８、送信回路４０からの送信タイミング信号であ
る信号１０５　、歩査回路４５からの走査線信号である
信号１０６、及びプローブ１からのプローブコードを表
す信号１０３である。また、タイミングパルス発生器５
１は判定回路６０が繰り返し判定動作を行う時間間隔を
設定するために０．１ないし１秒の間隔で発する周期的
なパルスである信号１１Ｏを判定回路６０に対して出力
する。

操作ボード７５からの使用者の指示が走査のｒ起動」で
ある場合に、判定回路６０によってブローブエが被検体
に当てられていないと判断された場合には、信号１０９
により制御回路７０は、走査を停止状態にし、かつ通常
の送信状態を中止する旨の信号を発信する。

第２図はこの発明の実施例における判定回路６０の構成
を示すブロック図である。この図において、タイミング
パルス発生器５１から出力された信号１１０によって判
定回路６０による・判定の動作を行うタイミングが与え
られる。第１図に示すように、このタイミングパルスと
しての信号１１０は制御回路７０にも送られ、送信回路
４０を駆動させる。その送信タイミング信号を基点とし
て後述の時間間隔ｔ、だけ遅らせたゲート信号としての
信号１２２を時間ゲート発生器６２が出力する。また、
アナログ信号処理回路２０の出力信号としての信号１０
７を比較器６１でしきい値と比較して、信号１０７の方
が高ければ信号１２１を出力する。比較器６１のしきい
値の設定や時間ゲート発生器６２の遅延時間ｔ、につい
てはプローブの種類による違いがあるので、プローブコ
ード信号１０３を読み取り設定する。走査線選択回路６
５は、判定に必要な走査線だけを選択して目的の走査線
位置にあるときにのみ信号１２３を出力する回路である
。

この信号１２３が必要な理由は次の理由による。

超音波診断装置には幾つかの動作状態があり、その走査
線位置で判定を行うのが適切かはその動作状態に依存す
る。すなわち、Ｂ−モードの走査（二次元走査）が実行
されている場合においては、機械走査方式であれ電子走
査方式であれ、走査領域の中央付近の走査位置で判定を
行うのが妥当である。というのは、走査領域の端の部分
は被検体に接触しないことがあり、プローブが当てられ
ているか否かは中央付近で判断するのが最も確実だから
である。また、走査位置が特定の位置に固定した動作モ
ードとなるＤ−モード走査やＭ−モード走査の場合には
、その特定された走査位置で判定することが適切である
。その固定位置は、操作ボード７５上のトラックボール
などにより使用者が指定するものである。　このように
走査方式によってプローブ１が被検体に当てられている
か否かの判定するための走査線の位置が異なるので、前
述のような走査方式ごとに異なる適切な走査線を選択す
るために信号１２３が必要なのである。

アンド回路６６は信号１２１．１２２．１２３すべてＨ
ｌｇｈの場合だけ信号１２４が出力され、ホールド回路
６７でホールドされる。ホールド回路６７の動作はタイ
ミングパルス発生器５１からのタイミングパルスとして
の信号１１０に同期して行われる。

信号１２４がＬｏｗの場合には、ホールド回路６７は１
１ｉｇｈからＬｏ−に変えられる。このような変更も信
号１１０に同期して行われる。ホールド回路６７はホー
ルド状態を信号１０９として出力する。

第１図において、制御回路７はこの信号１０９を受けて
、信号１０９がＨｌｇｈであればＢ−モード走査を停止
し、通常の送信も中止する。信号１０９がＬｏｉ＋であ
れば通常の動作状態に復帰させる。この判定動作は０．
１ないし１秒程度毎に繰り返す、１秒以上の間隔ではレ
スポンスが遅いので使いにくくなり、０．１秒より短い
間隔では判定動作を行う必要がなく、この範囲が実用上
妥当な範囲である。

以下、この発明の原理について説明する。

第３図は通常使用されている機械走査方式プローブの断
面図である。プローブ１０の振動子１５はウィンドウ１
６に封入された内温ｉ！１７の中に入れられており、駆
動機構１８により首振り状に動かされ扇状の走査が行わ
れる。プローブ１０が被検体に当てられた場合にはｔｌ
ｉ動子１５から出た超音波は、矢印Ｂのようにウィンド
ウ１６を貫通して被検体に侵入するのに対し、被検体に
当てられていない場合にはウィンドウ１６の外表面が空
気であるためウィンドウ表面で殆ど反射してしまい、図
のように振動子１５とウィンドウ１６の表面との間に多
重反射Ａが生ずる。

第４図は電子走査式リニアプローブの例を示す断面図で
ある。このプローブ１１は振動子１２の表面に整合層１
３とレンズ層１４とが形成されており、このレンズ層１
４の外表面が前述のプローブ１０の場合のウィンドウ１
６の外表面と同じ多重反射の境界面になり、図示のよう
に多重反射Ａが生ずる。

第５図は第１図のアナログ信号処理回路２０の中での信
号波形の変化を示す波形図である。この図において、受
信回路２１に捉えられた反射信号（ａ）は検波回路２２
によって検波されて正側だけの波形となる信号（ｂ）と
なり、その後対数増幅器２３で対数増幅されて、信号の
強度が圧縮された波形としての信号（ｅ）となる。

第６図はプローブが被検体に当てられた場合のアナログ
信号処理回路２０の出力信号としての信号１０７を示し
た波形図であり、超音波発信後時間ｔ、が経過した後に
被検体からの反射信号が受信される。今、第３図での振
動子１８とウィンドウ１６外表面間の距離もしくは第４
図での振動子１２とレンズ層１４の外表面間の距離をｔ
ｏ　ｓ内溶液１７の音速をＣＩ　とすると、時間間隔ｔ
、は、ｔｏ　−２１＠　／ＣＩで求められる。

第７図はプローブが被検体に当てられていない場合の信
号１０７の波形を示す波形図である。この図で、時間間
隔ｔ、の位置にウィンドウ１６もしくはレンズ層１４の
外表面からの反射信号Ａ、が受信され、その後時間間隔
ｔ・をおいて多重反射信号としてＡｓ　、Ａｍ　、Ａ４
が受信される０反射信号ＡＩは第６図の被検体からの反
射信号に比べてその波高値ははるかに大きいので、この
反射信号Ａ、を検出することによりプローブ１０もしく
は１１が被検体に当てられているか否かを自動判別する
ことができる。

第８図はこの自動判別を行うタイミングを示すタイムチ
ャートである。（ａ）は信号１０７、（ｂ）は信号１２
２　、（ｃ）は信号１０７と比較器６１に設定されたい
き値１３０との関係を、（ｄ）は信号１２４をそれぞれ
示している。信号１０７がしきい値１３０を越えた期間
に比較器６１はこの期間に対応するパルスとしての信号
１２１を出力し、この信号１２１と信号１２２と走査線
選択回路の出力信号としての信号１２３がそれぞれアン
ド回路６６の入力信号となるので、これら３つの信号１
２１．１２２．１２３の全てが旧ｇｈのときにアンド回
路６６が第８図（ｄ）に示す信号１２４を出力する。

第９図はタイミングパルスとしての信号１１０とホール
ド回路６７の出力信号としての信号１０９の関係を示す
波形図である。信号１１０のパルス幅はＴ寓、パルス間
隔は前述のように０．１から１秒の範囲である。今、期
間Ｔ１の間に被検体に当てられていたプローブが離れた
とする。そうすると、期間Ｔ　＋　、Ｔ　！の区間では
アンド回路６６の出力信号としての信号１２４がないた
めにホールド回路６７の出力である信号１０９も無い、
Ｔ！区間の途中でプローブが被検体から離れたために、
Ｔ３区間の最初の判別区間Ｔ、内で強い反射信号Ａ、が
生じ、アンド回路６６に出力信号が生じ、その信号１２
４がホールド回路６７によってホールドされる０次のタ
イミングパルス、すなわちＴ４区間の最初の判別区間Ｔ
、で再びプローブが被検体に当てられているか否かが調
べられ、この図の例では、プローブは依然として当てら
れていないことから、ホールド回路６６の出力信号１２
４はＨｉｇｈのままである。

前述のように、プローブが被検体に当てられていない状
態のときにプローブ内に発生する超音波の多重反射を検
出して定期的に判定することにより、自動的に動作状態
を停止状態にすることができることになった。その結果
、実際には使用されていない状態であるプローブが被検
体から離れている間は超音波の送信や走査などの動作を
停止することができることになり、電力の節約、プロー
ブの寿命の延長の効果を上げることができる。

なお、以上に述べたことは、二次元血流フローマツピン
グをリアルタイムで診断する装置においても同様に成り
立つ、また、プローブの種類を問わず同様な考えが成り
立つことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、従来装置にプローブが被検体
に当てられているか否かを判定する判定回路と、この判
定を周期的に行うためのタイミングを設定する周期パル
スを発生するタイミングパルス発生器とを追加して設け
、判定回路を比較器、時間ゲート発生回路、走査線選択
回路、アンド回路、及びホールド回路で構成する。

プローブが被検体に当てられていないときにプローブ内
で発生する多重反射の第１波は被検体に当てられている
ときに発生する反射波に比べてはるかに強い強度を持つ
、比較器は、この反射波の強度の違いを利用してアナロ
グ信号処理回路の出力信号が所定の強度を越えたときに
だけ出力させることにより、プローブが被検体に当てら
れていないときにだけ信号を出力することになる。

一方、時間ゲート発生回路は、送信回路からの送信時点
を示す信号を入力信号として送信時点から多重反射の第
１波が受信される時点までの時間間隔だけ遅れた時点に
パルス信号を出力し、また、走査線選択回路は走査回路
からの信号とプローブからのプローブの区別をするプロ
ーブコード信号を入力信号としてプローブごとに異なる
判定上適当な走査線位置の場合に信号を出力し、これら
時間ゲート発生回路、走査線選択回路の出力信号を比較
器の出力信号とともにアンド回路の入力信号とすること
により、このアンド回路の出力信号は、受信信号が多重
反射の第１波であり、このときの送信時点はプローブに
適した走査線位置に対する送信時点であるということに
なる。このアンド回路の出力信号とタイミングパルス発
生器の出力信号を入力信号として、ホールド回路は、タ
イミングパルスの出力信号があるときにアンド回路の出
力信号を次のタイミングパルスまで保持するとともに、
保持されている状態を出力信号とする。このホールド回
路の出力信号はアンド回路の出力信号をタイミングパル
スの周期に応じて保持するものであるので、この出力信
号を制御回路の入力信号としてアンド回路の出力信号に
応じて走査回路及び送信回路の動作の停止や起動の制御
を行うことができる。

このように、超音波診断装置の使用者の判断や操作を一
切必要とせずに被検体にプローブが当てられていないこ
とを反射超音波の受信信号から判断して自動的に走査回
路や送信回路を停止し、プローブが当てられた状態にな
ると自動的に走査回路や送信回路を起動することができ
るので、無駄な走査や送信をすることがなくなり、装置
の消費電力の低減とともに、プローブの寿命を長くする
という優れた効果が得られる。また、機能を付加したこ
とにより、走査者は何らの操作や注意を必要とすること
はない。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
第１図の一部を詳細に示したブロック図、第３図はこの
発明の詳細な説明するための機械走査式プローブの断面
図、第４図は同じくリニア走査式プローブの断面図、第
５図、第６図、第７図は同じく波形図、第８図、第９図
は同じくタイムチャート、第１０図は従来技術のブロッ
ク図である。 １．１０．１１・・・プローブ、 ２０・・・アナログ信号処理回路、４０・・・送信回路
、４５・・・走査回路、５１・・・タイミングパルス発
生器、６０判定回路、６１・・・比較器、 ６２・・・時間ゲート発生回路、 ６５・・・走査線選択回路、６６・・・アンド回路、６
７・・・ホールド回路、７，７１・・・制御回路。 ８４面 第６図 ｖＪ１図 →目間 第３図 一一伽詩関 第９辺

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）超音波の反射を利用して被検体の断層像を可視化す
   る超音波診断装置であって、超音波診断装置全体を電気
   的に制御する制御回路と、前記被検体表面に当てて超音
   波を被検体内に発信するとともに反射超音波を受信する
   プローブと、前記プローブへの送信信号を出力する送信
   回路と、前記プローブが受信した受信信号をアナログ信
   号処理するアナログ信号処理回路と、前記プローブの走
   査線位置を指定する走査回路とを備えた超音波診断装置
   において、前記プローブが被検体に当てられているか否
   かを判定する判定回路と、この判定を周期的に行う時点
   を設定する周期パルスを出力するタイミングパルス発生
   器とを設け、前記判定回路が、前記アナログ信号処理回
   路の出力信号が所定の強度を越えたときに信号を出力す
   る比較器と、信号を入力信号として送信時点から所定の
   時間遅れた時点に信号を出力する時間ゲート発生回路と
   、前記走査回路からの信号と前記プローブからのプロー
   ブの区別をするプローブコード信号とを入力信号として
   前記プローブに応じた適切な走査線位置の場合に信号を
   出力する走査線選択回路と、前記比較器と前記時間ゲー
   ト発生回路と前記走査線選択回路とのそれぞれの出力信
   号を入力信号としてこれら３つの信号の「アンド」演算
   をした結果を出力するアンド回路と、このアンド回路の
   出力信号と前記タイミングパルス発生器の出力信号とを
   入力信号としてタイミングパルス信号があるときのアン
   ド回路の出力信号を保持するとともに、保持されている
   状態を出力信号とするホールド回路とからなり、前記ホ
   ールド回路の出力信号を前記制御回路の入力信号として
   走査回路及び送信回路の動作の停止及び起動を制御する
   ようにしたことを特徴とする超音波診断装置。