JPH03182237A - 超音波結像方法及び装置 - Google Patents

超音波結像方法及び装置

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JPH03182237A
JPH03182237A JP2308441A JP30844190A JPH03182237A JP H03182237 A JPH03182237 A JP H03182237A JP 2308441 A JP2308441 A JP 2308441A JP 30844190 A JP30844190 A JP 30844190A JP H03182237 A JPH03182237 A JP H03182237A
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JP
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array
axis
mode
scan
longitudinal
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JP2308441A
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English (en)
Inventor
Bradley K Herres
ブラッドリー、ケー、ヘレス
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Acoustic Imaging Technologies Corp
Original Assignee
Acoustic Imaging Technologies Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/35—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using mechanical steering of transducers or their beams
    • G10K11/352—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using mechanical steering of transducers or their beams by moving the transducer
    • G10K11/355—Arcuate movement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/12—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves in body cavities or body tracts, e.g. by using catheters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B8/4488—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer the transducer being a phased array
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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

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〕 本発明は医学的診断装置に関し、さらに詳細には超音波
結像方法および装置に関する。
〔従来の技術〕
多年にわたりリニアアレイが超音波画像の形成のために
用いられている。このアレイを構成する素子は次々に作
動されてアレイの長手方向に平行な市内に平行スキャン
ラインを発生する。米国特許第３７８９８３３号明細書
はそのようなリニアアレイを示している。
また超音波画像形成には機械的セクタスキャナも多年に
わたり用いられている。１個の超音波素子が前後に振動
するときくり返し作動されて振動面内に発散するスキャ
ンラインを発生する。そのような機械的セクタスキャナ
の例が米国特許第４４２６８８６号および第４０９２８
６７号の各明細書に示されている。
リニアスキャンとセクタスキャンを組合せた超音波変換
器も知られている。米国特許第４８１７６１６号明細書
は軸に沿って長子方向に間隔をおいて一対の超音波変換
器を装着する支持部材を有する前立腺プローブを示して
いる。一方の変換器はリニアアレイであり、他方は機械
的セクタスキャナである。これら変換器は目標の異なっ
た直交する面をスキャンするように配向されている。シ
フト機構がこれらを一時に１個ずつ単位スキャン位置に
動かし、その位置にある変換器を作動させて目標をスキ
ャンする。
米国特許第４７９８２１０号明細書は３次元結像システ
ムを示している。一実施例においては複数の超音波送受
器がモータにより回転駆動されてセクタスキャンを形成
する。これら送受信器が回転すると次々に出る超音波エ
ネルギーは増大する角度量だけずれた方向に生じる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、超音波結像装置は長手軸に配置された
プローブを有する。超音波変換素子のリニアアレイがこ
のプローブの軸に沿って配置される。このアレイはこの
軸のまわりで両限界間でプローブに対し静止状態と発振
状態に交互にされてセクタを限定する。第１モードにお
いてこれら変換素子は次々に作動され、その間このアレ
イは静止しており、結果として長手方向のリニアスキャ
ンを発生する。第２モードにおいてアレイは発振され、
変換器のいくつがかくり返し作動されて長手スキャンに
直角の横方向セクタスキャンを発生する。これら第１モ
ードおよび第２モードにおいて変換素子に入るエコーは
夫々の直交スキャン面の像として表示される。いずれの
場合でもユーザはプローブが患者の皮膚に対し静止した
位置に保持される間にこのアレイの視野内のスキャン面
の位置を選択する。
〔作　用〕
本発明の特徴は第１モードで発生される長手方向の直線
スキャンと第２モードで発生される横方向のセクタスキ
ャンを互い違いにして直交する像面を同時に表示しうる
ようにすることである。
本発明の他の特徴は一つのモードにおけるすべての変換
素子位置において他のモードでこれら素子をくり返し動
作させて３次元スキャンを発生することである。例えば
、第１モードで作動される変換素子は第２モードの角度
位置においてくり返し長手スキャンを発生し全横方向ス
キャン面をカバーする。受信エコーは異なる見取り角度
から３次元像を表示するように処理される。
〔実施例〕
第１図においてプローブは静止したハウジング１２とシ
ャフト１４を有するドライブモータ１０を有する。この
シャフト１４は軸１６のまわりの円弧に沿って振動する
。軸方向に伸びた変換器ホルダ１８がシャフト１４に装
着されてそれと共に軸１６のまわりで回転する。位置セ
ンサ２０がシャフト１４に装着されて帰還制御信号を発
生する。
この制御信号はドライブモータ１０がセット点信号に追
従するようにサーボをかけるために用いられる。超音波
変換素子のリニアアレイ２２が変換器ホルダ１８の表面
に軸１６に沿った直線状に装着される。
アレイ２２の素子は二つのモードの内の一方で交互に作
動される。第１モードにおいてホルダ１８は軸１６のま
わりの複数の角度位置の選ばれた一つに静止状態で保持
され、これらエレメントは１個以上の群として次々に作
動されて軸１６に対しリニアスキャンを発生する。この
長手方向のスキャン面を第２図に２４で示している。代
表的な例においては軸１６のまわりに１２８個の角度位
置が設けられ、１２８個の素子が与えられ、これら素子
が１素子分ずつ次々にシフトされた６４個の素子からな
る素子群として作動される。この例では６５本の平行ス
キャンラインが長手方向スキャン面に発生されることに
なる。第２のモードにおいてホルダ１８は例えば１２８
個の角度位置を経て振動し、一つの選ばれた素子群の素
子が夫々の角度位置でくり返し作動されて軸１６に対し
横方向のセクタスキャンを発生する。この横方向スキャ
ン面を第２図に２６で示しており、ライン２８は長手方
向と横方向のスキャン面の交差を示している。代表的な
例では１２８個の素子があり、６４個の素子からなる選
ばれた素子群がくり返し作動され、それ故６５個の選択
長手方向位置が軸１６に沿って存在し、そこに横方向ス
キャン面が置かれる。この例については１２８本の発散
するスキャンラインが横方向スキャン面内に発生される
。夫々の場に動作素子群内の素子数はこれらスキャンラ
インについての所望の超音波開口により変更しうる。
アレイ２２のこれら二つの動作モードはｍ１図に３０で
示すように軸１６のまわりに中心をもつ円筒状のセクタ
を形成する変換器ホルダ１８についての視野をつくる。
長さり１幅Ｗ１高さＨの平行四辺形３２を本発明の詳細
な説明のためにこの視野内に設定する。第１モードにお
いてユーザは視野３０内の１２８個の長手方向スキャン
面の任意のものを選ぶことが出来る。第２モードではユ
ーザは視野３０内の６４個の横方向スキャン面の内の任
意のものを選ぶことが出来る。
これら二つのモードを組合せることにより、ユーザはプ
ローブが患者の皮膚に接触して静止している間に実時間
で異なった領域を検査するために矢印３４と３６（第２
図）で示すように視野３０内のスキャン面の一方または
両方の位置を変えながら、同時に（第２図）直交するス
キャン面内のエコーデータを得て表示することが出来る
。一つの組合せモードにおいて、変換器ホルダ１８は前
後に振動して横方向スキャンを発生するが、選ばれた長
手方向スキャン面の角度位置になる度に一時的に停止し
てこれら素子を次々に１回作動し、そして丙び振動を続
行する。これは同一のフレームレートで横方向および長
手方向スキャンを発生させる。横方向スキャンにより高
いフレームレートが必要であればホルダ１８はその振動
サイクルの内、１つ置き、２つ置き等において停止する
だけでよい。他の組合せモードではアレイの素子はホル
ダ１８を静止させたまま次々に動作して長平方向のスキ
ャンを発生するが、選ばれた横方向スキャン面の長手方
向位置となる度に一時的に動作を停止して、ホルダ１８
を１回振動させる間に対応する素子群をくり返し作動さ
せ、再び変換器ホルダ１８を静止させて次々に動作を続
行させる。
これにより同一フレームレートで横方向および長手方向
スキャンが発生される。長手方向スキャンについてより
高いフレームレートが必要であれば、ホルダ１８を連続
動作サイクルにおいて一つ置き、２つ置き等で振動させ
るだけでよい。第３図は横方向セクタスキャン３８で図
形３２の高さＨと長さＬを、長手方向のリニアスキャン
４０で高さＨと幅Ｗを同時に表示するビデオ表示端末器
のスクリーンを示す。スキャン３８の発散するラインは
横方向スキャンのスキャンラインを、スキャン４０の平
行なうインは長手方向スキャンのスキャンラインを示す
。
これら二つのモードを組合せることにより、ユーザは３
次元エコーデータを得て表示することも出来る。好適に
はこの３次元データはホルダ１８の夫々の角度位置でア
レイ２２を第１モードで動作させて夫々の角度位置で長
手方向スキャンを発生することにより得られる。このよ
うにホルダ１８の視野の完全な３次元スキャンを行うた
めにはそれを１回振動させるだけでよい。第１モードの
アレイ２２の夫々の動作中ホルダ１８が静止しているか
次の角度位置に動いているかは速度対画像品質の問題で
ある。ホルダ１８が静止していれば形成される事象の数
は少くなり、画像品質は改善される。ホルダ１８が動い
ていればより高速の、それ故高スキャンレートが実現出
来る。得られた画像を全方向から見られるようにするた
めにそれを３本の互いに直交する軸に関して回転しうる
ようにするために３次元画像データを処理し表示するコ
ンピュータプログラムは存在する。第４図に示すように
、本発明にそのようなプログラムを用いれば図示３２を
ビデオ表示端末のスクリーン上で回転させてそれを全方
向から見ることが出来るようにすることが出来る。
第５図は第１図の装置を動作させるための電子回路構成
を示す。第１図について述べたように、ドライブモータ
１０のシャフト１４は変換器ホルダ１８に接続され、モ
ータ１０が作動されると軸１６のまわりでアレイ２２を
振動させる。位置センサもシャフト１４に接続されて軸
１６のまわりのシャフト１４の角度位置に比例する信号
を発生する。選ばれた動作パラメータを表わすユーザ制
御装置４２からの信号に応じてメインシステムコントロ
ーラ４４が時間の関数としてシャフト１４の所望の角度
位置を表わす時間的に変化するセット点信号を計算する
。このセット点信号は変換器制御電子回路４６とモータ
ドライブ電子回路４８に与えられる。この位置センサ信
号とセット点信号に応じてモータドライブ回路４８はド
ライブモータ１０を、シャフト１４がシャフトの角度位
置セット点に追従するように作動させる。このセット点
信号とユーザ制御信号に関連して変換器制御回路４６は
時間の関数として動作すべきアレイ２２内の素子の群を
選択する。メインシステムコントローラ４４はエコーデ
ータを得て表示するためのタイミング機能を行う。ビー
ム成形器５０は制御回路４６に応じて送受信用のアレイ
素子の群を選び、必要であればメインシステムコントロ
ーラ４４に応じてそのビームを集束するための従来の電
子回路を含むものとする。選ばれた素子群に入るエコー
信号はビーム成形器５０により従来の受信／復調器５２
に与えられる。メインシステムコントローラは周知の技
術によりこの受信／復調器５２の動作パラメータを調整
する。受信器／復調器５２により処理されたビデオ信号
は周知のスキャンコンバータ５４に与えられてエコーデ
ータの記憶ととり出しがメインシステムコントローラ４
４により調整される。このエコーデータはスキャンコン
バータ５４から、メインシステムコントローラ４４の制
御によりビデオ表示端末５６に与えられる。
第６図において、結腸プローブは直腸に合うような形と
された長いハウジング５８を有する。ハウジング５８内
には中空の変換器ホルダ１８が軸受６０と６２によりス
トッパ（図示せず）間で軸１６のまわりで回転するよう
にはめ込まれている。
アレイ２２は軸１６に平＆ｔｉホルダ４８の遠端に装着
される。複数のアレイ素子リード線６３がアレイ２２か
らホルダ４８を通りその他端まで通っている。静止した
エラストマシース６４がホルダ４８の残りの部分のまわ
りにゆるく設けられて軸受６２に隣接したハウシング５
８の内壁に固定され、密閉された流体チャンバ６６を限
定する。音響結合流体がこのチャンバ６６に充填される
。チャンバ６６の外側の境界を形成するハウジング５８
の部分は動作中に超音波エネルギーがそこを通るから音
響的には透明である。ベローカプラのようなフレキシブ
ルなシャフト６８がモータ１２のシャフト１４を剛性を
もつ偏心シャフト７０に接続する。シャフト１８は軸受
７２と７４により回転可能に支持される。例えば位置セ
ンサ１４は回転形の可変差動変圧器である。シャフト７
０はホルダ４８がシャフト１４．６８．７０を介してモ
ータ１２により駆動されるようにホルダ４８に固定され
る。静止ケーブル７６が第５図について述べた回路に導
かれている。フレキシブルコネクタ７８はリード線６３
とケーブル７６のリード線との間の機械的および電気的
接続を行う。上述のようにユーザは多数の長手方向スキ
ャン面の内の１つ、および／または、多数の横方向スキ
ャン面の１つを、直腸内のプローブを動かすことなくビ
デオ表示端末で個々に、または同時に見るために選ぶこ
とが出来る。あるいは、ユーザは回転する３次元画像と
して見るために円筒形の扇形視野内のすべてのエコーの
３次元の取込みを選択することが出来る。
この実施例は本発明の概念を示すものであり、本発明の
範囲はそれにより限定されるものではない。種々の他の
構成が当業者には可能であり、例えばストレートのリニ
アアレイではなく凹面形のリニアアレイを用いてもよく
、その場合には長手方向にセクタスキャンが発生される
ことになる。
さらに、ドライブモータはプローブハウジングの形状に
よりホルダと整列するのではなくその脇に配置してもよ
い。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理を用いた超音波結像装置の概略斜
蜆図、第２図は第１図の装置の相互に直交するスキャン
面を示す図、第３図は第２図のスキャン面内の画像から
第１図の装置により得られるエコーデータの同時表示を
示す表示スクリーンの説明図、第４図は視野内の画像か
ら第１図の装置により得られる３次元エコーデータの表
示を示す表示スクリーンの説明図、第５図は第１図の装
置の動作のための電子回路のブロック図、第６図は第１
図の装置を組込んだ結腸プローブの側断面図である。 １０・・・ドライブモータ、１２・・・ハウジング、１
４・・・シャフト、１６・・・軸、１８・・・変換器ホ
ルダ、２０・・・位置センサ、２２・・・変換素子アレ
イ、２４・・・長手方向スキャン面、２６・・・横方向
スキャン面、４２・・・ユーザ制御装置、４４・・・メ
インシステムコントローラ、４６・・・変換器制御回路
、４８・・・モータドライブ回路、５０・・・ビームフ
ォーマ、５２・・・受信器／復調器、５４・・・スキャ
ンコンバータ、５６・・・ビデオ表示端末。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、長手軸を有するプローブと、 このプローブの長手軸に沿って配置された超音波変換素
    子のリニアアレイと、 上記アレイを交互に静止状態に保持し、そのアレイを両
    限界間で上記軸のまわりで上記プローブに対し振動させ
    て一つのセクタを限定するドライブ手段と、 第１モードにおいて上記ドライブ手段が上記アレイを静
    止状態に保持する間に上記変換素子を次々に動作させて
    長手方向のスキャンを発生する手段と、 第２モードにおいて上記ドライブ手段が上記アレイを振
    動させる間にいくつかの変換素子をくり返し動作させて
    横方向のスキャンを発生するための手段と、 上記第１モードおよび第２モードで上記変換素子に入る
    エコーを表示する手段と を備えた超音波結像装置。 ２、前記第１モードにおいて前記アレイが連続動作用に
    静止状態に保持される前記軸のまわりの角度を選択して
    その軸のまわりの長手方向スキャン面を制御する手段を
    更に含んでいる請求項１記載の装置。 ３、前記第２モードにおいて１個以上の隣接する変換素
    子をくり返し動作のために選択して前記軸に沿った横方
    向スキャン面を制御する手段を更に含んでいる請求項２
    記載の装置。 ４、前記第２モードにおいて１個以上の隣接する変換素
    子をくり返し動作のために選択して前記軸に沿った横方
    向スキャン面を制御するための手段を更に含んでいる請
    求項１記載の装置。 ５、第３モードにおいて前記変換素子のすべてより少い
    数の前記変換素子からなる素子群を、前記ドライブ手段
    が前記アレイを振動させて横方向スキャンを発生させる
    間にくり返し動作させ、前記軸のまわりの選ばれた角度
    において夫々の振動を中断させ、夫々の中断期間中に上
    記変換素子を次々に動作させて上記選ばれた角度で長手
    方向のスキャンを発生する手段を更に含んでいる請求項
    １記載の装置。 ６、第４モードにおいて前記変換素子を、前記ドライブ
    手段が前記アレイを静止状態に保持する間に次々に動作
    させて長手方向スキャンを発生し、前記軸に沿った選ば
    れたアレイ位置において上記アレイを次々に振動させ、
    夫々の発振期間中に上記変換素子をくり返し動作させて
    上記選ばれたアレイ位置で横方向スキャンを発生する手
    段を史に含んでいる請求項５記載の装置。 ７、前記表示手段は前記横方向および長手方向の両スキ
    ャンからのエコーを同時に表示する、請求項５記載の装
    置。 ８、第３モードにおいて前記変換素子のすべてより少い
    上記変換素子からなる素子群を、前記ドライブ手段が前
    記アレイを振動させる間にくり返し動作させて横方向ス
    キャンを発生させ、前記軸のまわりの選ばれた角度にお
    いて夫々の振動を中断させ、その中断中に上記変換素子
    を次々に動作させてこの選ばれた角度で長手方向スキャ
    ンを発生するための手段を更に含んでいる請求項１記載
    の装置。 ９、前記表示手段は前記横方向および長手方向の両スキ
    ャンからのエコーを同時に表示する、請求項８記載の装
    置。 １０、第３モードにおいて、前記変換素子のすべてより
    少い数の上記変換素子からなる次々の素子群を、前記ド
    ライブ手段が前記アレイを振動させる間にくり返し動作
    させて前記軸に沿った上記変換素子の位置において次々
    の横方向スキャンを発生させる手段を更に含んでいる請
    求項１記載の装置。 １１、前記表示手段はこれら３次元スキャンからのエコ
    ーを同時に表示する、請求項１０記載の装置。 １２、第３モードにおいて前記軸のまわりの角度位置に
    対し前記アレイを増分的に振動させ、上記角度位置に上
    記アレイを静止して保持する間に上記変換素子を次々に
    動作させて上記軸のまわりの上記角度位置において増分
    的長手方向スキャンを発生させる手段を更に含んでいる
    請求項１記載の装置。 １３、前記表示手段はこれら３次元スキャンからのエコ
    ーを同時に表示する、請求項１２記載の装置。 １４、一つの軸に沿って配置された超音波変換素子のリ
    ニアアレイを用いる方法であって、両限界間で上記軸の
    まわりに対し相対的に上記アレイを交互に静止および振
    動状態に保持して一つのセクタを限定するステップと、 上記アレイが静止状態にある間に第１モードにおいて上
    記変換素子を次々に動作させて長手方向スキャンを発生
    するステップと、 第２モードにおいて、上記アレイが振動している間に上
    記変換素子の内のいくつかを動作させて横方向スキャン
    を発生するステップと、 上記第１モードおよび第２モードにおいて上記変換素子
    に入るエコーを表示するステップとを有するリニアアレ
    イを用いる方法。 １５、前記軸のまわりの角度を選択し、その角度を前記
    第１モードにおいて以降の動作のために保持して上記軸
    のまわりの長手方向スキャン面を制御するステップを更
    に有する請求項１４記載の方法。 １６、前記第２モードにおいて１個以上の隣接する変換
    素子を選びそれらをくり返し動作させて前記軸に沿った
    移動する横方向スキャン面を制御するステップを更に有
    する請求項１４記載の方法。
JP2308441A 1989-11-30 1990-11-14 超音波結像方法及び装置 Pending JPH03182237A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US44375289A 1989-11-30 1989-11-30
US443752 1989-11-30

Publications (1)

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JPH03182237A true JPH03182237A (ja) 1991-08-08

Family

ID=23762054

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