JPS5854940A - 複合超音波診断装置 - 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】 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ｉ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が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
多かったが、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１例えば特開昭５
５−５４９４５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福山が
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１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Δｆは第１
式であられされる。

Δｆ＝２ｆｏ°ｖ°Ｃｏ８θ ただしｆ。；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１６４０ｍ／Ｓ）である。したがって周波数
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。

直交する場合には零六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６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。

８．１ｏは接続線、９は電子スイッチである。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ッチ９によって制御される。

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０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．弟子スイッチ９および接続線１０全通して診
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。

電子走査によって切替えられ、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が円弧状になっているため。

従来のＩＪ　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φ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、探触子よシ斜めに音波が
放射もしくは受信されるため、従来のリニア走査方式で
は不可能であっ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
易な送受信部で行なえるなど多くの特長を持っている。

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
い角度範囲全走査可能であることが望まし・ぐ、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って決まるため、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１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ｎなくなる０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
０ 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
装置全提供するものである。以下図面を用いて本発明の
一実施例全詳細に説明する。

第２図は１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
診断装置のブロック図を示す。なお、以下前回と同一部
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２１を５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．
５ｆ：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。このようにす扛ば、超音波の走査角は更に拡
大される。

従って音響伝搬媒質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ッチ群９により制御される０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ハ、音
響レンズ２１によって更に偏向され、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、電子スィッチ９
全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、電子走査によって切替えられ
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２
２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によって音波の走査が拡大され
るためである。

従って領域２２の表示は台形式はアーク状になる。

ドプラモードの場合には例えば断層像内に見ら１゜ 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ィッチ９全通
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３ｏ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
０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。従って、血管２−２と
超音波ビーム３ｏの作る角度はθ２−０１　として求め
られる。角度θ２−０１が９０度に近い場合は超音波ビ
ーム３０（Ｈ走査してθ２を変えることができ、従って
、第１式で示したドプラ周波数偏移Δｆ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の位相制御回路をも含むもの
である。装置に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
子スイッ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４６、断層像および
ドプラ信号処理回路４８のドブ２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０これらについては例えば ４ｙ＃、、ｒマイクロコンビ二一タを用いた超音波２ 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０）式の周波数偏移Δｆ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６０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０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３ 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５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、ドグラ走査位置制御回路、ドプラ
信号検出回路、ドプラ倫号処理回路、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あ
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、生体衣４ 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
適した構造となっている。

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、したがって頚動脈検査で要求され
る６〜１０ＭＨｚ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１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
走査方式は電子セクタ方式よりも慶っている。

本発明の探触子の生体との接触面はほぼ平面とみなせ、
かつ走査方向に関しで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１５ たがっ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ヤ電子走査では視
野の端に位置するので比較的を苗出しにくかったが１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
ム金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
置のブロック図である。 １・・・・・・超音波探触子、２・・・・・・被検体、
２−１　・・・・・被検体表面、２−２・・・・・血管
、３・・・り圧電振動子、４・・・・・第１整合層、６
・・・・・・第２整合層、８．１０・・・・・接続線、
９・川・・電子スイッチ、２１　・・・・・・音響レン
ズ、３０・・・・・・超音波ビーム、４１・・・・・・
・送信部、４２・川・・受信部、４３・・・・・制御部
、４４・・・・・・感度補正部、４５・・・・・・処理
部、４６・川・表示部、４７・・・・・　ドプラ信号検
波回路、４８・・・・・　ドプラ信号検波回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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い遅い媒質
   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。