JPH03184532A - 三次元データ取り込み用超音波探触子 - 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］ 本発明は超音波探触子、特に被検体に対して超音波の送
受波を行い、被検体の三次元診断のための三次元データ
取り込み用超音波探触子に関する。

［従来の技術］ 超音波を生体などの被検体内に送波し、その反射エコー
を受波して被検体内の断層像あるいは被検体内の運動反
射体の速度（ドプラ）情報などを画面表示し被検体内情
報を得る超音波探触子が知られている。

第５図には、このような超音波探触子の一例として超音
波を送受波する超音波振動素子を複数個配列させた振動
子配列型探触子（図ではコンベックス型探触子）を示す
。

振動子配列型探触子５６のケーシング５８の最上面には
音響レンズ６０が載置されており、該音響レンズ６０の
内側には整合層６２を介して、短面状の超音波振動素子
６４が複数個配列され配列振動素子群を形成している。

また、該配列振動素子群の後方には、バッキング層６６
が配設されている。

音響レンズ６０は、電子走査方向（超音波振動素子６４
の配列方向）と直角をなす方向に関して超音波ビームの
改善、すなわち集束性を良好なものとするために機能す
る。そして、整合層６２は、超音波振動素子６４を構成
する圧電セラミックス等の音響インピーダンスと被検体
である生体の音響インピーダンスとの整合を行い、超音
波の伝搬特性を良好なものとするために設けられている
。

また、バッキング層６６は、超音波振動素子６４から後
方に発せられる超音波の吸収を行っている。

各超音波振動素子は、励振信号発生回路（図示せず）か
らの信号により超音波を送波し、被検体からの反射波を
受波する。このとき送波される超音波ビームの方向は、
一般的に超音波振動素子上面に対して垂直方向であり、
第５図に例示するコンベックス型超音波探触子では、個
々の超音波振動素子に供給する信号を切替選択すること
により、超音波ビームは放射状に移動していくため、扇
状の二次元画像データを得ることができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の超音波探触子では、電子走査させる所定の断
層面しか得られず、被検体内の患部等を三次元的（立体
的）に構造解析するためには、超音波探触子を電子走査
方向に対して直角方向へ移動又は回動させ複数の断層画
像を得る操作の必要があった。

ここで、詳細に三次元情報を得るべく超音波探触子の電
子走査方向に対し直角方向の分解能を向上させるために
は、超音波探触子の微小移動又は微小回動が要求される
。しかしながら、従来の超音波探触子は、このような機
能を有していない。

従って、超音波探触子を手動により移動又は回動させる
が、この場合には、安定性に欠け、三次元情報としての
確実性には問題があった。

また、従来の超音波探触子により得られる複数の断層画
像は、相互の位置関係が特定できず、三次元情報として
連続性に欠け、これにより断層画面を比較し診断する場
合、信頼性に欠けるという問題を有していた。

発明の目的 木発明は、上記問題を解決することを課題と１、でなさ
れたものであわ、そ・’）ｉ二＋的は、７立薩関係を確
実に把握することのてきる複数の断層１ｉＪ１ｉ像を得
ることにより、被検体Ｊ）＝４′元診断を７ｉ″！能）
２−す＾三次元データ取り込み用４′！：’　Ｈ波探触
子を提ｘｒａことにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、請求項（１）記載の発明に係
る超音波探触子は、超音波探触子本体内に設けられ先端
部に配列振動素子群を配置した振動子体と、前記配列振
動素子群の電子走査方向に対して直角に交わる方向へ前
記振動子体を機械的に揺動させる揺動機構と、前記振動
子体の揺動角度を検出する検出器と、を有することを特
徴とする 請求項（２）記載の発明は、請求項（１）記載の三次元
データ取り込み用超音波探触子において、前記超音波探
触子本体の内周壁に外周部が気密密着されｔ：膜であっ
て、はぼ中央部には前記振動子体の振動Ｆ装置側の端部
が固着されか）振ｅ丁一体の細手りを許容すく・ための
たるみを有する（１：切り膜と、該什切り膜と超音波探
触子の被検６ハξ触壁とのＦ（ｊｊｊ−、、ｆＦ’Ｈ，
成ぎｔｌ、Ｉ　Ｍ　＝；εｉ空間にき響伝搬媒体を免填
して戒３媒髄槽と、を有することを特徴とする請１−？
項（３＞、ｉｃ：試の発明は、請求項、（１）杷載の三
次元データ取り込み用超音波探触子において、該超音波
探触子の把持部に前記揺動機構及び電子走査を制御する
スイッチを設けたことを特徴とする。

［作用］ 請求項（１）記載の構成によれば、超音波探触子を被検
体に当接させ、被検体に対して該超音波探触子の姿勢を
保持した状態で、揺動機構により、超き波探触子本体内
の振動子体を該振動子体の先端部に配置されている配列
振動素子群の止子走査方向と直交する方向へ、機砿的に
任意の角度たけ正確かつ容易に揺動させることができる
。

従って、手動による移動又は回動操作に比べ信頼性が高
く、更に微小な揺動が可能であるので、三次元的精度を
爪光的に向上させることができる。

また、上述の動作により得られる個々の断層画像情報に
は、検出器による揺動角度情報が含まれており、各断層
画像の相関関係を完全に把握することができる。

すなわち、超音波探触子を被検体に当接し、該超音波探
触子本体を何ら移動させることなく、高精度に所望の範
囲の被検体内部の三次元画像情報を得ることができる。

そして、請求項（２）記載の構成によれば、超音波探触
子の被検体接触壁と仕切り膜とで形成された媒質槽に音
響伝搬媒質を充填したことにより、振動子体先端部に配
置されている配列振動素子群より送受波される超音波は
、空気層を通過せず、生体との音響インピーダンスの整
合もとれ良好に伝搬する。

そして、上記仕切り膜のたるみにより振動子体の揺動は
許容され、同時に気密状態を保持しているので、上記媒
質槽は超音波探触子の姿勢にかかわらず、音響整合の機
能を保ち続ける。

請求項（３）記載の構成によれば、把持部の制御手段に
より、超音波探触子を被検体の所望の位置に当接後、把
持した状態のままで制御操作を行うことができるので、
即■与にデータ取り込みの始動及び停止や振動子体の任
意の揺動角度からの始動及び任意角度での停止などを可
能にしている。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について説
明する。

第１図（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明に係る超音波探触子
の説明図であり、第１図（Ａ）は正面から見た内部の概
略構造並びに第１図（Ｂ）は側面から見た内部の概略構
造をそれぞれ示している。

超音波探触子１０の本体は、被検体接触面１２が球面を
なしており、把持部１１は操作者の利便を考應し、側面
が下部に比し細く形成されている。

前記超音波探触子１０の内部には、該超音波探触子１０
０本体内壁両側面のほぼ中央部に固定された支持台１４
と該支持台１４に固定された軸受け１６が設けられてい
る。そして、支持軸１８は前記軸受け１６によりその両
端部を回動自在に支承されている。

また、前記超音波探触子１０の内部には、コンベックス
型をした振動子体２２が設けられている。

該振動子体２２は、その曲面側が被検体方向を向き、か
つ曲面反対側が前記支持軸１８方向を向くように、支持
軸１８に２本のアーム２ｏを介し係合されている。そし
て、支持軸１８、アーム２０゜振動子体２２の各保合部
は相互に固定されているので、振動子体２２は支持軸１
８を軸線として、該支持軸１８と一体となり揺動する。

前記振動子体２２には、その先端部（探触子被検体面側
の端部）に、その曲面長手方向に沿って短冊状の超音波
振動素子２４が複数個配置され配列振動素子群２６を形
成している。そして、図示してはいないが振動子体先端
部曲面には超音波ビームの広がりを抑止する音響レンズ
、該音響レンズと配列振動素子群２６との間には、音響
インピーダンス整合を行う整合層、前記配列振動素子群
２６の後方には、バッキング層がそれぞれ設けられてい
る。

また、前記超音波探触子１ｏの内部には、振動子体２２
を揺動させる揺動［構２３が設けられている。

該揺動機構２３の動力となるモータ２８は、前記支持軸
１８近傍の前記支持台１４に固定されている。

そして、該モータ２８の動力は、ギヤ部３０を介し所要
の回転数に減速され、支持軸１８に伝達し該支持軸１８
を回転させる。これにより、該支持軸１８に懸架されて
いる振動子体２２は、該支持軸１８を１ｌｌｌ線として
揺動され、このとき、この揺動角度は、前記支持軸１８
に設けられている角度検出器３２（後述）により検出さ
れる。なお、第１図（Ｂ）では、図の簡略化のためモー
タ２８、ギヤ部３０ＳＧ出器３２が省略されている。

第３図は、前記角度検出器３２の主要構成部を示してい
る。支持軸１８には、外周囲にスリットが多数設けられ
ているスリット板４０が支持軸１８と一体回転するよう
に固定されている。４２は光学式カウンタであり、前記
スリット板４０に該カウンタ４２の凹部を遊神し、該ス
リット板４０を境として一方側で発光を行い、他方側で
スリットを通過した光を受光し、この受光カウント数に
より前記スリット板４０の回転、つまり前記支持軸１８
の回転角を検出する。

従って、振動子体２２は揺動機構２３により機械的に安
定かつ容易に揺動され、更にその揺動角度は検出器３２
の出力信号として得られるので、前記振動子体２２の先
端部の配列振動素子群２６により得られる画像情報は、
信頼性が高い。

また、上記超音波探触子１０の内部には、振動子体２２
の揺動にかかわらず、常に該振動子体２２の先端部に媒
質を介在させ、送波される超音波の伝搬を良好とするた
めの媒質槽３４が設けられている。

該媒質槽３４は、超音波探触子１０の本体内部を仕切る
可撓性の仕切り膜３６と超音波探触子１０の被検体接触
壁１３とで囲まれる空間に音響伝搬媒質を充１真し形成
されている。なお、媒質には、水や油等の被検体と音響
インピーダンスの近い肢体が用いられ、該媒質は、注入
口３８から注入される。前記仕切り膜３６は、そのほぼ
中央部に振動子体２２の先端部曲面全面が密着し、その
外周部は超音波探触子１０の本体内周壁に気密密着され
ている。そして、更に仕切り膜３６は、振動子体２２の
揺動を許容するためのたるみを有している。

従って、振動子体２２の揺動にかかわらず振動子体２２
の先端より送受波される超音波は、前記媒質ＦｆＩ３４
内の媒質を通過することとなり振動子体２２の先端部と
被検体である生体との音響整合は、常に保たれる。また
、媒質槽３４は、気密状態となっており、超音波探触子
１０の姿勢にかかわらず音響整合は保たれるので、超音
波探触子１０をいかなる姿勢で被検体に当接しても走査
させることが可能である。

なお、上記仕切り膜３６と振動子体２２の密着は、仕切
り膜３６に開口を設け、この開口から振動子体２２の先
端面を突出させ、振動子体２２先端面と音響伝搬媒質と
が直接接するようにすることも可能である。また、仕切
り膜３６を蛇腹状の伸縮形状とし、たるみ構造に代える
ことも可能である。

また、超音波探触子１０の把持部１１には、電子走査及
び機械的揺動走査の制御手段であり、これらの始動・停
止を行うスイッチ３つが設けられている。これにより、
例えば断層画像を見ながら走査させる場合、所望の揺動
位置での停止やその位置からの始動が可能である。すな
わち、被検体に超音波探触子１０を当接した後、把持し
た状態で即時にスイッチ操作を行うことができるので、
非常に便利である。加えて、この把持部１］に揺動角度
指定つまみを設けることもできる。これにより、容易に
揺動初期角度や揺動範囲指定を行え、データ取り込みの
機能性・操作性をより向上させることができる。

第２図には、本発明の超音波探触子による三次元データ
取り込み領域を示す。

振動子体２２の先端部に配置された超音波振動素子２４
から送波される超音波ビームは、該超音波振動素子２４
の上面に対し垂直である。従って、配列振動素子群２６
から送波される超音波ビームは図の斜線に示す扇状の二
次元領域のデータを得る。そして、上記揺動機構２３に
より電子走査面に対し直角方向に振動子体２２を所定の
角度で微小揺動させることにより、微小位置変位させた
断層画面が得られる。そして、この過程を機械的に繰り
返し行わせることにより、第２図に示す立体領域■をデ
ータ取り込み領域とし、三次元画像データを得ることが
できる。

すなわち、各断層画像データには、検出器３２による位
置情報が含まれており、相互の断層画像データの０置的
相関関係は完全に把握されるので、各データを総合する
ことにより三次元データとすることができる。

次に、本実施例に係る三次元データ取り込み用超音波探
触子を用いた超音波診断装置の一例を第４図に示す。

図において、錯線は、超音波探触子１０を示し、その他
は超音波診断装置本体の構成を示す。

走査制御回路４４は、例えばリニア走査信号を励振制御
回路４６に送り、該励振制御回路４６は各超音波振動素
子２４に対して送受信回路４８を介して励振信号を供給
する。各振動素子はこの励振信号に話づいて被検体内に
超音波ビームを発する。そして、電子リニア走査式の場
合は超音波ビムが扇形に広がりその反射波を各振動素子
は受信し、送受信回路４８を介して断層画像信号を画像
処理回路５０に供給する。

そして、超音波探触子１０の揺動角度は、回転制御部５
２により制御される揺動機構２３により決定される。ま
た、この揺動角度は、検出器３２により検出され、検出
信号は、回転制御部５２並びに画像処理回路５０に供給
される。

そして、画像処理回路５０では、各断層画像及び各断層
画像毎の揺動角度の信号を混合し、三次元座標変換して
、ＣＲＴ５５に表示させる。

なお、本実施例では電子リニア走査式の超音波探触子を
用いたが、これに限られるものではなく、電子セクタ走
査式のものを用いることも可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る三次元データ取り込
み用超音波探触子によれば、揺動機構及び検出器により
、超音波探触子を何ら移動又は回動させることなく、所
望の被検体内の三次元領域画像データを安定かつ容易に
得ることができる。

また、媒質槽は超音波探触子の姿勢にかかわらすそのｇ
−＝整合機能を保つので、該超音波探触子の被検体への
当接姿勢を任意に選択可能である。

更に、把持部に設けられた制御手段により、操作者か電
子走査により被検体内の断層画像を観察しながら所望の
位置に超音波探触子を当接させ、その位置で即ＩＩ′ｉ
に機械走査ること等ができるので、操作性か非常によい
。

４、国内の簡１１−な説明 第１図（Ａ）は、実施例に係る三次元データ取り込み用
超音波探触子の内部概略正面を示す説明図、 第１図（Ｂ）は、第１図（Ａ）に示す超音波探触子の内
部概略側面を示す説明図、 第２図は、実施例に係る三次元データ取り込み用超き波
探触子による三次元データ取り込み領域を示す図、 第３図は、角度検出器の主要構成を示す斜視図、第４図
は、実施例に係る三次元データ取り込み用超音波探触子
を用いた超音波診断装置の全体構成を示すブロック図、 第５図は、従来の振動子配列型探触子の一例を示す概略
図である。

１０　・・・　超音波探触子 １８　・・・　支持軸 ２２　・・・　振動子体 ２３　・・・　揺動機構 ２６　・・・　配列振動素子群 ２８　・・・　モータ ３０　・・・　ギヤ部 ３２　・・・　検出器 ３４　・・・　媒質槽 ３６　・・・　仕切り膜 ３つ　・・・　スイッチ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波振動素子を複数個配列した配列振動素子群
   を内蔵し該配列振動素子群による超音波ビームの送波及
   び反射エコーの受波により被検体内の断層像情報を得る
   超音波探触子において、超音波探触子本体内に設けられ
   先端部に配列振動素子群を配置した振動子体と、 前記配列振動素子群の電子走査方向に対して直角に交わ
   る方向へ前記振動子体を機械的に揺動させる揺動機構と
   、 前記振動子体の揺動角度を検出する検出器と、を有する
   ことを特徴とする三次元データ取り込み用超音波探触子
   。
2. （２）請求項（１）記載の三次元データ取り込み用超音
   波探触子において、 前記超音波探触子本体の内周壁に外周部が気密接着され
   た膜であってほぼ中央部には前記振動子体の振動子配置
   側の端部が固着されかつ振動子体の前記揺動を許容する
   ためのたるみを有する仕切り膜と、 該仕切り膜と超音波探触子の被検体接触壁との間に形成
   される気密空間に音響伝搬媒質を充填して成る媒質槽と
   、 を有することを特徴とする三次元データ取り込み用超音
   波探触子。
3. （３）請求項（１）記載の三次元データ取り込み用超音
   波探触子において、 該超音波探触子の把持部に前記揺動機構及び電子走査を
   制御する制御手段を設けたことを特徴とする三次元デー
   タ取り込み用超音波探触子。