JPS587232A - 超音波プロ−ブ - 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】 本発明は被検査体内に超音波パルスを送入し、前記送入
の結果、前記体内からの反射信号を検出し、かつ検出さ
れた反射信号を表わす反射信号波形を発生するだめの超
音波プローブに係る。

産科学、眼科学及び内科学の分野の診断に使用するリア
ルタイム超音波結像システムの広範な研究の結果、各種
の結像方法を実行する種々の装置が開発されるに至った
。前記装置の１つの形態は超音波トランスデユーサのア
レイを組込む超音波プローブを利用するもので、使用す
る場合、患者の体に接触させ、選択されたトランスデユ
ーサを動作させて体内に超音波を送入する。超音波は体
内の音響インピーダンス不連続から反射する。反射波は
トランスデユーサによって検出され、電気的反射信号に
変換される。体内に送入される各々の超音波パルスの送
信とそのパルスの反射波の受信の間のタイムディレィは
、それぞれのトランスデユーサから反射波を生じる体内
の前記不連続までの距離に比例する。実際には、複数の
トランスデユーサによる超音波の送信とその反射波の受
信祭制御し、その結果得られた電気的反射信号を処理し
て体の断面図の像を組立て、ＣＲＴ上に表示する。

先行技術の特徴 アレイ状のトランスデユーサ素子の数と大きさは特定の
適用に要する設計条件を考慮して決定される。動作パタ
ーンは特定の適用に必要なビーム特性を与えるように選
択さ几る。例えば、トランスデユーサ・リニア・アレイ
が用いられることもあり、ビーム入射角はアレイにおけ
る動作素子の間の位相関係によって決定される。ビーム
指向に加えて、個々の送信中のトランスデユーサからの
送信時間を整相することによって、トランスデユーサ・
リニア・アレイの軸に対して選択された方向で超音波の
強度を高めることができる。受信された反射波はその受
信信号を位相反転することによって電気的にフォーカス
されるが、この方法は送信された超音波のサイド［］−
ブによって生じる不規則反射波を避けられない。

ビーム指向の代りに、リニア・アレイのトランスデユー
サを一度にグループとして同時に動作させ、超音波及び
選択された遅延線路を通ってきた受信反射波の均質性を
達成し、それによって電子的フォーカスをある程度達成
する。この方法は音波探知される大きな領域における反
射のアーティファクトと、遅延線路は正確なフォーカス
に必要な時間転移の一部分しか力えられないという事実
によって制約を受ける。

発明の要約 本発明の超音波プローブは、一対のパルス反射波受信器
を送信器リニア・アレイの各々のパルス送信器に組合わ
せるという点で先行技術と岑なる。

受信器対の２つの受信器は送信器のパルス伝搬軸に直角
な平面上で送信器から等距離の位置におかれる。受信器
対の２つの受信器からの出力は、２つの受信器からの個
々の信号波形を相関する装置に接続され、２つの波形の
時間一致成分はエンファシスされる。これによってプロ
ーブの縦の対称平面におけるフォーカスに非常によい結
果が得られる。

送信器と受信器は共に円形断面を有し、その直径は送信
器の方が受信器よりも大きい。受信器は隣接する送信器
の間のギャップに配置され全体としてコンパクト・パッ
ケージを形成する。送信器を選択する回路及び受信器か
らの反射信号波形を処理する回路は１枚の回路基板の両
面に構成され、完全なグローブは携帯可能な容器に収納
されるつ第１図に示すプローブは、それぞれが被検査体
内にパルスを送入する１つのパルス送信器と、体内から
反射するパルス反射波を検出する反射波受信器対から成
る超音波トランスデユーサのリニア・アレイで構成され
る。即ち、プローブ１は並行な２つの圧電受信器列ＲＡ
１〜ＲＡ（Ｎ＋１）及びＲＢ１〜ＲＢ（Ｎ＋１）及びそ
の間に位置する圧電送信器列Ｔ１〜ＴＮから成る。送信
器Ｔは励振されたとき十分にモ行なビームに沿って進行
する指向性の強い超音波を発生させるため、受信器ＲＡ
ＸＲＢの直径よりも相対的に大きな直径を有する。受信
器は送信器よりも小さく、隣接する送信器の間の２つの
ギャップに位置１〜、送信器のアレイの両側に平行して
配置される。２つの列で対応する位置の受信器は（ＲＡ
２、ＲＢ２）、（ＲＡ５、ＲＢ３）等のように受信器対
を構成する。

送信器アレイの両端にもそれぞれ受信器対が配置され、
空間利用を最大限に図っている。

第２図は受信器対ＲＡ１ＲＢにおけるそね、ぞれの受信
器によって検出される反射波から電気的反射信号を得る
だめの構成を示す。各受信器ＲＡ及びＲＢはそれぞれ差
動増幅器２Ａ及び２Ｂに接続される。前記２つの差動増
幅器の出力はアナログ掛は算器６に大刀する。２つの受
信器によって受信された個々の反射信号の積は両受信器
に共通な信号部分をエンファシスする。受信器対の各々
は送信器の列の両側に対称的に位置して（０るがら、掛
は算器から受領をれる出力信号はトランスデユーサ・リ
ニア・アレイの縦方向の対称面４（第１図）に存在する
対象物からの反射のみを表わす。

第５図は１つの送信器Ｔ及び受信器対ＲＡ、ＲＢを被検
査体の表面５に接触させ、パルスを送入しだ場合のパル
ス経路の図解例である。送信器縦軸６の方向で体内に入
ったパルスは体内の不連続点Ｐ１、Ｐ２及びＰ５から反
射する。第６図では不連続点Ｐ２のみが縦軸上に存在す
る。説明上、入射超音波は広範囲に存在する点Ｐ１及び
Ｐ５の反射波を生じるように幅広く免散しているように
示されている。実際には、送信器の表向は入射ビームが
十分に平行になるように既知の方法で輪郭づけられてい
る。

反射点Ｐ１、Ｐ２及びＰ５からの反射波を受信器ＲＡ、
ＲＢ及び差動増幅器７Ａ、、２Ｂでそハ、ぞれ受信、増
幅することによって発生する反射信号波形は第４図にお
いて対応する反射信号Ｅ１、ト〕２及びＥ５を含む波形
（ａ）、（ｂ）としてそれぞれ示される。各波形は送信
器からの送入パルスが受信器に直接入ることによって生
じる初期雑音Ｎを含む。

前記雑音は送信器と受信器の間のダンピング材によって
可能な限りダンピングきれる。プローブの物理的構造の
詳細は後に第６図に関連して記述される。

第４図で、波形（ａ）、（ｂ）が入力として印加さね、
るアナログ掛は算器６の相関反射信号波形出力は波形（
ｃ）で示される。１つの波形（ａ）まだは（ｂ）の個々
の信号成分Ｅ１及びＥ６に別の波形（ｂ）まだは（ａ）
のゼロに近い大きさの信号を掛けることによって、波形
（ｃ）ではＥｌ及びＥ６は消去される。波形（、）、（
ｂ）の時間的に一致する反射信号成分Ｅ２の掛は算によ
って大きい信号成分Ｅ２’　　を波形（ｃ）に生じる。

従って、掛は算器６０反射信号出力は送信器縦軸６に沿
って所在する体内の実在物のみを衣わす。

従って、すべてのトランスデユーサの出力に前記相関プ
ロセスを行うことによる効果は縦の対称面または後に参
照シれるプローブの走査面でプローブによって受領され
る反射波をフォーカスすることである。

プローブにおける送信器及び受信器対の数はグローブを
どのように適用するかによる。本実施例では２６の送信
器と２４の受信器対を有するグローブについて記述する
。トランスデユーサは相互に密接に保持し合い、次々と
順ぐりに動作し、被検査体内に次々と連続するサイクル
の超音波パルスを１つずつ送入する。この方法によって
、送信器の走査面によって定義される被検査体の部分が
完全に繰返し且つ連続して音波探知される。走査面自体
における選択されたフォーカス線に沿った反射情報をフ
ォーカスきせることは、前記のように個々のパルス送入
に続いて受信器対の選択きれたグループが受信した反射
信号波形を処理することによって実現される。反射信号
波形の処理は選択されたフォーカス線に沿った被検査体
内の異なる反射点からの反射波の伝搬時間の相違を補償
するように計算され、現在選択をれているフォーカス線
から片寄っている励振さｆｌ−た送信器に関連するグル
ープの受信器対が発生する相関反射信号波形に時間変換
を実行することを含む。時間変換に続いて、受信器グル
ープからのすべての信号波形はその信号波形自体で、例
えば掛は算によって相関きね１、現在選択されたフォー
カス線に沿って被検査体内の不連続からの反射波を衣わ
す個々の反射信号を含む１つの反射信号波形を発生する
。本発明の重要な特徴は時間変換プロセスを変更するこ
とによって映像のいくつかの特異な走査線を被検査体内
に送入された個々のパルスから引キ出＃れる反射情報か
ら作り出すことができることである。前記プロセスは必
要によって時間変換プロセスを変更して繰返され、各送
信器によって次々に送入されるそれぞれのパルスに対し
複数の等間隔のフォーカス線の反射情報を発生する。新
しい送信器が選択されると、受信器対のグループが識別
され、反射情報が発生し処理てれる。各フォーカス線か
らの反射波を表わすそれぞれの反射信号波形における個
々の反射信号は超音波結像装置に同期して走査（７てい
るＣＲＴビームの強度を変調するのに用いられ、走査平
面の音波探知される部分を横切る各々のフォーカス線に
対するＣ′ＲＴの走査線によって内部構造の完全な断面
図の映像を形成する。

プローブ選択回路は使用中の超音波結像装置から供給さ
れる制御信号に応答し、所定の順序で送信器を動作させ
、次々に動作する各々の送信器に関連する受信器対のグ
ループを選択し、それぞれの受信器対における２つの受
信器からの信号を相関して走査平面における反射波をフ
ォーカスし、フォーカスされた反射信号を使用中の超音
波結像装置に対する出力として供給する。前記回路の接
続の概略を第５図に示す。

第５図で、超音波プローブ１は１列に並んだ２６の送信
器Ｔ１〜Ｔ２３と、並行に２列に並んだ２４め受信器対
ＲＡ１、ＲＢ１〜ＲＡ２４、ＲＢ２４から成る。各送信
器はそれぞれカウント・デコーダ７に接続さね、る。カ
ウント・デコーダ７は入力端子９の送信器／受信器クロ
ック信号に応答して動作し、入力端子８に送信器信号を
出し、端子１０に加えられる電源電圧（例えば５０ボル
ト）に各送信器を次々に連続して接続する。端子８及び
９に供給される信号と端子１０に供給される電圧はプロ
ーブを用いる超音波結像装置によって力えられる。

本発明の実施例では、６つの受信器対のグループが各々
の送信器に組合わされる。特に、受信器対ＲＡ１．．Ｒ
Ｂ１；ＲＡ２、ＲＢ；及びＲＡ３、ＲＢ３は送信器Ｔ１
に組合わされ、受信器対ＲＡ２、ＲＢ２；ＲＡ３、ＲＢ
６；及びＲＡ４、ＲＢ４は送信器Ｔ２に組合わされる。

以下同様にしてアレイの最後の受信器対のグループＲＡ
２２、ＲＢ２２：ＲＡ２３、ＲＢ２３：及びＲＡ２４、
ＲＢ２４は送信器Ｔ２２及びＴ２３に組合わされる。

受信器対のグループにおける各受信器は複数の関連受信
器選択レジスタの１つに接続される。前記レジスタはデ
コーダ・レジスタの制御の下に動作し、選択されたグル
ープで受信器が発生する個々の反射信号波形を出力にゲ
ートする。第５図は簡略化されて各受信器対の１つの受
信器に対する選択回路のみを示す。もう１つの受信器の
選択も全く同じように実行てれる。

受信器ＲＢ１、ＲＢ４、・・・・、ＲＢ２２からの出力
は受信器選択レジスタ１１．１に入力として接続され、
受信器ＲＢ２、ＲＢ５、・・・・、ＲＢ２５からの出力
は受信器選択レジスタ１１．２に入力として接続され、
受信器ＲＢ３、ＲＢ６、・・・・、ＲＢ２４からの出力
は受信器選択レジスタ１１．３に入力として接続される
。各グループにおける受信器の選択は使用中の超音波結
像装置からの９ビツト・バス１３によって供給さね、る
入力データに応じてデコーダ１２によって行われる。パ
ス１５によって供給さね、る情報は解読きれ、５つの受
信器選択レジスタ１１，１．１１．２及び１１．６に対
する別々の６ピツト入力として供給され、所定のグルー
プで組合わされた受信器からの反射信号波形をゲートす
る。次に選択さハ、るレジスタ・グループを識別するデ
コーダ１２に供給される入力データは、入力端子１４に
よって使用中の超音波結像装置からのセット選択信号の
発生によってデコーダ１２にロードされ、解読をれだ情
報は端子９からの送信器／受信器クロック信号の発生に
よって５つの受信器選択レジスタにゲートされる。デコ
ーダ１２は現在薄択されている受信器グループからの反
射情報が使用中の超音波結像装置によって利用されると
直ちに新しいデータをロードすることができる。

各受信器選択レジスタ１１，１．１１．２及び１１゜６
からの出力は差動増幅器２　Ｂ、　１．、２　Ｂ、　２
及び２Ｂ、５に伐ぞれ供給され、前記増幅器の出力は６
つのアナログ掛は算器３．１．３．２及び３．６の中の
関連する１つの掛は算器に対する１つの入力とじて供給
さね、る。掛は算器に対する他の入力はグループの受信
器対の他の半分を形成する受信器に対応する差動増幅器
２Ａ、１．２Ａ、２及び２Ａ、５から供給される。掛は
算器５．１．５．２及び６．５からの出力はそれぞれ増
幅器１５．１．１５．２及び１５．６によって出力端子
１６．１．１６．２及び１６．６に供給される。反射信
号は被検査体の組織によって次第に減衰するから、伝搬
距離が大きくなね、ばなるほど、掛は算器の利得も時間
とともに増加さネ１、減衰を補償する。可変電圧利得調
整信号が使用中の超音波結像装置によって入力端子１８
を通って５つの掛は算器のすべてに同時に供給される。

動作上、次の送信器の選択（例えばＴ１）は同時に関連
する受信器対のグループ（ＲＡｌ、ＲＢｌ；ＲＡ２、Ｒ
Ｂ２；ＲＡ３、ＲＢ３）の職別と選択を伴う。送信器に
よって送入されたパルスの反射信号は選択きれた受信器
対のグループにょって検出され、２つのレジスタ・セッ
ト（１セツト１１１．１１．２．１１．３のみ図示）に
よってゲートされ、差動増幅器２Ａ１．２Ｂ１　：２Ａ
２．２Ｂ２；２Ａ３．２Ｂ５で増幅され、各受信器対の
２つの受信器からの増幅さ；ｆＬだ反射信号波形は関連
する掛は算器によって互いに掛は合わされる。

反射信号波形が互いに掛は合わされている期間中、掛は
算器の利得は次第に増７ＪＤＬ、信号の減衰を補償する
。プローブによって定義をれた走査面における体内の各
点を起源として各受信器によって検出された反射波を表
わす掛は算器からの出力は更に増幅器１５．１．１５．
２及び１５．３によって増幅され、端子１６．１．１６
２及び１６．３で使用中の超音波結像装置に対する出力
信号として供給をれる。

携帯用の実際のプローブ・アセンブリを第６図に示す。

第６図で、圧電送信器Ｔ１〜Ｔ２３及び圧電受信器対Ｒ
Ａ１、ＲＢｌ、・・・・ＲＡ２４、ＲＢ２４は薄いダン
ピング材の層（図示せず）を間に挿入して相互に絶縁さ
れている。トランスデユーサ・アセンブリ全体はプラス
チック・ブロック１９に埋め込まれている。各圧電トラ
ンスデユーサは制御回路に接続する２本の線を有する。

送信器の場合、１本の線は電源に接続され、他の１本は
接地される。前記接地は第５図の回路図では簡略化のた
め除外されている。受信器の場合、反射信号は２本の線
に差動信号として現われるが、第５図では簡略化のため
各受信器に対して１出力のみを示す。それぞれの増幅器
は差動出力によって事実−ト差動増幅器である。

埋め込まれたトランスデユーサ・ブロック１９は回路カ
ード２０の切込み部分に固定をれる。延長ビン・コネク
タ２１も前記切込み部分に固定され、トランスデユーサ
のビンに接続する。送信器及び受信器選択回路、増幅器
及び掛は算器はすべて個別の素子及びモジュール（一部
を図に示す）として回路カード２０の両面に固定され相
互接続される。受信器対を形成する２つの受信器の構成
要素は互いに回路カード２０の反対側に取付けられる。

プローブを動作させるのに必要な信号は信号端子８．９
．１０．１Ｂ及びバス１３に供給きれ、構成素子に対す
る入力電源は端子２２に供給され、６つの出力信号は端
子１６．１．１６．２及び１６．５から供給される。全
回路基板及びグローブ・アセンブリは送信器及び受信器
対を露出する延長アパチャ２４を有するケース２６に入
れて使用される。アセンブリーは一対のレール２５によ
ってケース２５に固定される。

【図面の簡単な説明】

第１図はそれぞれが被検五体内にパルスを送入するパル
ス送信器及び前記体内から反射するパルス反射波を検出
する反射波受信器対から成る超音波トランスデユーサの
リニア・アレイで構成されるプローブの構成図、 第２図はプローブの縦の対称平面に受信反射波をフォー
カスするだめの第１図に示すプローブの電気的接続図、 第６図は体内のいろいろな場所に反射面を有する被検査
体内に１つのパルスを送入したときパルスが送信されて
から反射して受信さね、るまでの経路と送信器、受信器
及び反射面の位置の例を示す動作図、 第４図は第６図における受信器対の２つの受信器によっ
て受信器れる反射信号の間の時間関係を示す図、 第５図はプローブの送信器選択及び反射信号処理の回路
図、 第６図はパッケージを含むプローブの物理的構造図であ
る。 １・・・・プローブ、２Ａ、２Ｂ、２Ａ、１．２Ｂ、１
．２人、２．２Ｂ、２．２Δ、６．２Ｂ、３・・・・差
動増幅器、６．６．１．３８２．６６・・・・アナログ
掛は算器、４・・・・リニア・アレイの縦方向の対称面
、５・・・・被検査体の表面、６・・・・送信器縦軸、
７・・・・カウント・デコーダ、Ｌ９’、ｉｏ・・・・
端子、１１，１．１１．２．１１．３・・・・受信器選
択レジスタ、１２・・・・デコーダ、１６・・・・バス
、１４・・・・端子、１５゜１．１５．２．１５．６・
・・・増幅器、１６．１．１６．２．１６．６・・・・
端子、１８・・・・端子、１９・・・・プラスチック容
器、２０・・・・回路カード、２１・・・・延長ビン・
コネクタ、２２・・・・端子、２５・・・・ケース、２
４・・・・延長アパーチャ、２５・・・・レール。 出願人　　インタブカン町卸いビシ木ス・マシーンズ・
コーゴ艮とう勺ンＦ　Ｉ　Ｇ、、２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検査体内に縦軸に沿って超音波パルスを注入し得る超
   音波送信器と、前記注入パルスの前記体内の不連続部か
   らの反射を表わす反射信号を含む反射信号波形を発生し
   得る、前記縦軸に対して直角な平面内に位置し、且つ前
   記縦軸から等距離にある２つの超音波受信器と、２つの
   波形の共通モード信号成分をエンファシスするように＠
   紀反射信号波形を結合する手段から成る超音波プローブ
   。