JPH0454458B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、内視超音波診断装置に関する。

〔発明の背景〕

従来、超音波診断装置の多くは、体表から体内
に超音波パルスを照射し、その反射波を受信して
生体内情報を得るものである。近年、その他に、
体腔内に超音波探触子を挿入し、生体臓器近くか
ら超音波パルスを送受波する内視超音波診断法が
行なわれつつある。この方法によると対象物の間
に介在する皮下脂肪層等による音波減衰が少ない
ため、高周波による高分解能化が可能となり、高
精度の生体情報が得られる。

上記内視超音波診断装置（略して、超音波内視
鏡）の例として、第１図は体腔内に挿入される先
端部１１の構成を示す断面図である。超音波内視
鏡は、光学的に観察する手段としての内視鏡と付
設して使用されるのが一般的であり、その構成を
第１図に従つて以下に説明する。

先端部１１は、側視型のもので、照明光を伝達
し出射するライトガイド１２の出射端に隣接して
配置した直角プリズム１３と結像レンズ１４の光
学結像系により、イメージガイド１５の端面に結
像する。その像は、イメージガイド１５を伝達
し、体外の観察光学系（ここでは説明しない）に
より体内表面像を得る。

超音波振動子２は、音波送受面が回転軸２０と
平行になるように取り付けられていて、オリーブ
油等の超音波伝達媒体１９と生体との音響結合用
音響ケース１８を介して、矢印Ａの方向に超音波
を送受波する。回転軸２０に取り付けられた超音
波振動子２及び音波吸収用ダンパー材１７は、フ
レキシブルシヤフト１６を介して体外に配置した
モータの回転によりＺ軸の回りに回転し、Ｚ軸と
垂直な面内の断層像を得る。回転軸２０は軸受２
２で支持され、軸受２２は先端部１１の内壁に周
囲を固定された軸受支持台２１で支持固定されて
いる。振動子２からの信号は、回転軸２０と接触
しているスリツプリング２５を介して、回転側信
号線２３から固定側信号線２４に信号伝達され、
ケーブル１０を通つて、図示しない信号処理する
回路系に接続され、Ｚ軸に垂直な断面の像を得
る。

以上のように構成された従来の超音波内視鏡に
おいて、例えば第２図で示したように、十二指腸
３０に前記内視鏡の先端部１１を挿入し、膵臓３
１などを診断する場合、単一振動子を回転走査す
るため、先端部１１を固定すると断面Ｂしか撮像
できない。膵臓３１の異なる断面（例えばB′）
を撮像するためには、十二指腸内３０で先端部１
１を矢印の方向に移動する必要がある。また、第
２図において断面Ｂ、B′は紙面に垂直な断面を
想定しているが、血管などの観察においては、紙
面に対して傾いた断面の情報が要求されるが、そ
の場合、十二指腸内で先端部１１を屈曲させる必
要がある。しかし、狭い管内で先端部を操作し、
異なる断面を撮像することは非常に困難である。
さらに、先端部１１を移動して、異なる断面の情
報を得たとしても、その移動量（先端部の相対位
置）を正確に知らなければ、被検体の３次元情報
（患部サイズなど）を測定することができない。

〔発明の目的〕

本発明は、このような従来の超音波内視鏡の問
題を解決するためになされたもので、振動子エレ
メントの配列方向の任意方向に超音波ビームを走
査することが可能な電子セクタ走査方式と従来超
音波内視鏡で採用している機械的ラジアル走査
（またはセクタ走査）を結合し、探触子の回転角
に同期してビームの偏向角を変化させることによ
り、先端部の患部近傍に固定したままで、患部の
任意断面を撮像可能とし、また、各断面の相対位
置を明確に設定できるようにしたことを特徴とす
る。

〔発明の概要〕

本発明の詳細を述べる前に、本発明で用いる従
来の電子セクタ方式について簡単に説明する。

第３図は、超音波ビームの偏向方法について図
示したものである。第３図に示すように、点音源
とみなすことのできる小さい振動子３２ａ〜３２
ｎを間隔ｄでｎ個直線配列し、これら各振動子を
制御駆動部３３によつて次式で示される遅延時間
t_iのパルス３４ａ〜３４ｎで駆動する。

t_i＝id／ｖsinθ ……(1) ｖは媒体内の音速である。

各振動子から放射される球面波の合成波は、音
波の干渉により、偏向角θの方向に伝播する。し
たがつて、この遅延時間t_iを変化させて各振動子
３２ａ〜３２ｎを駆動することにより、偏向角θ
を任意に設定できる。受波の指向性も、同様の方
法で制御することができる。

上記ビーム偏向方式による電子セクタ走査式装
置の基本構成を第４図に示す。制御信号発生器４
４からの信号をもとにデジタル可変遅延回路４２
で作られた、デジタル的にコントロールされたｎ
個の送信トリガーを、送信パルス発生器４１に接
続する。送信パルス発生器４１は振動子の数と同
じだけ設置されていて、ｎ個の振動子４０は(1)式
で示した時間差t_iで超音波を送信する。体内から
反射されたエコーは、ｎ個の振動子４０に受波さ
れ、アナログ可変遅延回路４３で、(1)式で示した
時間t_iだけ遅延させて、ｎ個の受波信号が加算さ
れる。この出力は受信増幅器４５に接続され、信
号の大きさに応じた輝度変調出力を作つている。
一方、掃引信号発生器４６で超音波ビームの方向
を示すための掃引信号を作り、これらの信号がブ
ラウン管表示装置４７に接続され、一本の超音波
ビームに対応したラスターができ、輝度変調表示
される。制御信号発生器４４から順次超音波ビー
ムとラスターをわずかずつ偏向させるようなコン
トロール信号を発生させていくので、断層像が順
次完成されていく。

上記電子セクタ走査用探触子を超音波内視鏡に
内蔵しても、振動子の配列方向に平行な断面しか
撮像できない。そこで、本発明では、上記電子セ
クタ用探触子を超音波内視鏡に内蔵し、なおか
つ、電子セクタ用探触子を回転走査し、その回転
角βに対応してビーム偏向角θを順次変化させる
ことにより、回転軸Ｚを任意に切断するような断
面像を得ることができる。

以下に、本発明の方式の詳細について説明す
る。第５図ａは、内視鏡先端部に固定した座標系
ｘ−ｙ−ｚにおける断層面とビーム偏向角の関係
を示す図である。探触子の回転軸をＺ軸とし、そ
れに垂直な面をｘ−ｙ平面とする。今、断層面と
ｘ−ｙ平面のなす角がθ₀であるような面で撮像す
る場合を考える。偏向角が0°の送波方向OSをｘ
軸とし、ｘ軸からの探触子回転角βに対する送波
方向ORの偏向角θとブラウン管上の表示角度α
の関係はそれぞれ次式で与えられる。

α（β）＝tan^-1（tanβ／cosθ₀） ……(3) したがつて、回転角βがわかれば、断層面の傾
きθ₀に対する偏向角θと表示角度αが求まる。θ₀
を任意に設定することにより、第５図ｂで示すよ
うに、Ｚ軸に対して傾いた断面A′、A″を先端部
１１に固定したままで撮像することができる。ま
た、Ｚ軸の回りにβ₀だけ回転した座標系x′−y′−
ｚを基準に断層面を想定すれば、すなわち、β′＝
β＋β₀を(2)式に代入して偏向角θ（β）を求めれ
ば、第５図ｂにおいて紙面と傾いた面で撮像する
ことができる。

〔発明の実施例〕

次に、上記方法による本発明の実施例を、第６
図に示した基本構成図を用いて説明する。図の４
０はセクタ走査用探触子、４１は送信パルス発生
器、４２はデジタル可変遅延回路、４３はアナロ
グ遅延回路、４４は制御信号発生器、４５は受信
増幅器、４６は掃引信号発生器、４７はブラウン
管表示装置であり、上記各構成部の動作は、第４
図の説明で述べた動作と同様である。ただし、本
発明では、探触子４０は、回転伝達用フレキシブ
ルシヤフト５２を介してモータ５１により回転す
る。探触子４０の回転角度βは送波角度間隔Δβ
＝360°／Ｍ（Ｍはラスター数）ごとに回転角度検
出器４８により測定され、制御信号発生器４４に
入力される。断層面の決定パラメーターθ₀，β₀
は、マニユアル（例えばキーボード）により演算
器５０に入力され、(2)、(3)式に従つて、ラスター
数Ｍに対応するだけ、θ（β_j）、α（β_j）計算し、
メモリー４９に書き込まれる。但し、 β_j＝ｊ×Δβ（ｊ＝１〜Ｍ） ……(4) である。制御信号発生器４４では、回転検出器４
８から入力された回転角β_iに対応して、メモリー
４９から偏向角θ（β_j）を読み出し、(1)式で示し
た遅延時間t_iを発生するようなコントロール信号
を、デジタル遅延回路４２に送信する。また、同
時にメモリー４９からラスター表示方向α（β_j）
を読み出し、表示装置４７の表示角がα（β_i）に
なるような掃引信号を作るために、コントロール
信号を掃引信号発生器４６に送信する。上記構成
に従つて、順次回転角β_jによつて、超音波ビーム
とラスターがわずかずつ偏向するようにコントロ
ール信号が発生するので、任意の断層面（θ₀、
β₀）の撮像が行なわれる。

次に、本発明による超音波内視鏡の先端部１１
の構成を第７図により説明する。セクタ走査用超
音波振動子３は、音波送受面が回転軸２０と平行
になるように取り付けられていて、オリーブ油等
の超音波伝達媒体１９と生体との音響結合用音響
ケース１８を介し、振動子の各素子に与えた遅延
送波パルスによつて垂直方向Ａとはθ₀だけ偏向し
た方向A′に超音波を送受波する。回転軸２０に
取り付けられたセクタ用振動子３及びダンパー材
１７は、フレキシブルシヤフト１６を介して体外
に配置したモータの回転によりＺ軸の回りに回転
し、Ｚ軸を傾き90°−θ₀で切断するような面の断
層像を得る。回転軸２０は軸受２２で支持され、
軸受２２は先端部１１の内壁に周囲を固定された
軸受支持台２１で支持固定されている。セクタ用
振動子３の各エレメントからのｎ本の信号線２３
は、中空の回転軸２０と中空のフレキシブルシヤ
フト１６の内部を通つて、体外に配置したモータ
側で、図示しないｎ極のスリツプリングを介して
信号処理回路系に接続されている。等角度にＭ等
分した反射パターンを印刷してある円盤状反射体
２７は、回転軸２０に対して垂直に取り付けられ
ていて、反射型ホトセンサ２８は、その反射パタ
ーンを検出することにより振動子３の回転角度検
出信号を発生する。第６図で示した信号処理回路
系によりこの回転角度検出信号に同期して超音波
ビームの偏向角とラスターの表示方向を順次変え
ることにより、上述したとおり任意断層像が得ら
れる。

上記実施例において、セクタ用振動子３の機械
的走査は、フレキシブルシヤフトを用いてＺ軸の
回りを360°回転するラジアル走査について説明し
たが、その他の手段により振動子３をＺ軸の回り
に往復回動する機械的セクタ走査と電子セクタ走
査を結合して任意断面撮像を行なうことも、全く
同様の構成により実施可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、電子セ
クタ走査と機械的ラジアル走査を結合し、探触子
の回転角に同期してビームの偏向角を変化させる
ことにより、短時間で超音波内視鏡の先端部を体
内で固定したまま、任意断面の撮像が行なえる。
また、各断面の相対位置は、明確に設定すること
が可能なので、各断層像の集合を被検体の超音波
３次元情報として用いることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波内視鏡の先端部構成の概
略を示す縦断面図、第２図は従来の超音波内視鏡
による膵臓の撮像位置を示す図、第３図は電子セ
クタ走査における超音波ビームの偏向方法を示す
模式図、第４図は電子セクタ走査装置の信号処理
基本構成を示すブロツク図、第５図ａは内視鏡先
端部の座標系における断層面とビーム偏向角の関
係を示す図、第５図ｂは本発明の超音波内視鏡に
よる撮像位置を示す図、第６図は本発明の実施例
を示すブロツク図、第７図は、本発明の超音波内
視鏡の先端部構成の概略を示す縦断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子セクタ探触子をその電子セクタ走査方向
   と交わる方向に回転走査し、超音波ビームを送受
   波する内視超音波診断装置であつて、上記電子セ
   クタ走査方向及び回転走査方向と異なる所定の平
   面断面上に送波超音波ビームがあるように、電子
   セクタ探触子の回転角のそれぞれに対応して上記
   送波超音波ビームの偏向角をそれぞれ設定し、任
   意の平面断面の撮像を行なうことすることを特徴
   とする内視超音波診断装置。