JPS5977839A - 超音波断層装置 - 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、例えばセクタ走査やコンベックス形探触子に
よる走査のように、断層像を構築する走査線の配列を、
扇の骨のように放射状の多数の直線で構成する超音波断
層装置に関するものである。

リアルタイムの超音波断層装置として広く実用化されて
いるものにリニア電子走査形超音波断層装置がある。こ
の装置は微小な棒状撮動子を多数配列してなる長さ１０
ｚ程度の探触子を使用し、断層像を得るに轟たってはそ
のうちｉｏ本程度の振動子を同時に動作させて超音波パ
ルスを送受波し、かつその動作させる撮動子を電子スイ
ッチによシ順次配列方向に切シ換えて行くことによシリ
ニア走査するものである。

このような走査方式の装置による超音波ビームの走査線
配列を第１図に示す。このような装置は、比較的低価格
で広い視野が得られるという利点があるが、探触子１の
長さで視野の横幅が決まυ、従って視野を広くとるため
には探触子ｌを長くしなければならない。しかし探触子
１を余シ長くすると、取シ扱いが不便である上に、被検
体表面との密着性が悪くなるという欠点があった。

一方、セクタ走査方式の超音波断層装置および微小な棒
状振動子を凸面上に多数配列した、いわゆるコンベック
ス形探触子を用いた超音波断層装置がある。これらの装
置の超音波ビームの走査線配列を第２図および第３図に
示す。両図において、２はセクタ走査用探触子、３はコ
ンベックス形探触子であるが、測探触子２，３共に被検
体表面との接触面が小さく、小型化できるために操作性
もよくなる。しかし、第２図および第３図から明らかな
ように、これらの探触子２，３を用いた走査方式では、
それらの走査線配列がいずれも扇の骨のように放射状の
多数の直線で構成されているため探触子２，３から離れ
石に従って超音波ビームの走査線密度が粗くなシ、画質
が低下するという欠点があった。

ところで、以上述べた超音波断層装置において、従来か
ら実用化されているものの多くは超音波ビームの送受波
の焦点を所定の１個所に固定した方式が用いられている
。第４図はこのように焦点が１つのリニア走査方式の超
音波ビームパターンを例示する図で、図中１は探触子％
Ｆｌは焦点、矢印イは走査方向である。このｌ焦点方式
では、フレームレートは例えば深さ２００　ｖａ　、走
査線数１２０本の場合、約３０フレーム／秒と速いが、
焦点Ｆ１付近しか十分な分解能が得られない。

これに対し、コンビネーションフォーカスと呼ばれる複
数焦点方式がある。これは、超音波パルスを発射する毎
に送受波の焦点位置を変化させる方式で、この場合の超
音波ビームパターンを第５図に示す。第５図は３焦点の
場合を例示したもので、図中Ｆ２〜Ｆ＋１は焦点、その
他は第４図と同様である。このように、焦点数を多くと
ると断層像全体に亘って分解能を改善することが可能で
あるが、反面、フレームレートが低下するという欠点が
ある。

従って、セクタ走査方式あるいはコンベックス形探触子
を用いた装置において、前述したところの探触子２，３
から離れるに従って走査＠度が粗くなるという固有の欠
点を補うために、走査線を多くすると共に上述複数焦点
方式を適用して画質を改善することが考えられても、こ
れではフレームレートを著しく低下させることになるた
め、実用上、極めて不利となる。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので１セ
クタ走査刃式あるいはコンベックス形探触子を用いた走
査方式において、探触子から離れるに従って走査線を増
し、全体として均質かつ高分解能の画質の優れた像が得
られると共に、これによるフレームレートの低下が小さ
い超音波断層装置を提供することを目的とする。

以下第６図ないし第１３図を参照して本発明の詳細な説
明する。

まず、本発明装置における超音波ビームの走査の概要に
ついて第６図ないし第１０図に基づいて説明する。第６
図はその走査線配列の一例を示す図で、ここではセクタ
走査が用いられた場合を例示する。第７図は第６図に示
した走査線配列を得る場合に用いられる超音波ビームパ
ターンを示す。

これら第６図および第７図において、４は探触子、Ｆ５
は超音波ビームを探触子４の位置０からその前方の位置
Ａ−ｉでの領域（深さ）０〜Ａにおいて細くするため絞
り込んだ焦点の位置、Ｆｆｓは超音波ビームを位置Ａか
ら位置Ｂまでの領域（深さ）Ａ〜Ｂにおいて細くするた
めに絞シ込んだ焦点の位置、＋ｘ　、　＋２．４３・・
・・・・札は第１．第２．第３・・・・・・第ｎ走査線
である。

すなわち、第６図に例示する走査線配列は第７図に示す
パターンをもつ超音波ビームによ９次のようにして得ら
れる。まず、超音波ビーム送波周期Ｔ１においては、走
査線１について、超音波ビームの焦点をＦ５におき、超
音波ビームを送波して領域０〜Ａまでの超音波エコーｅ
１を受信しく第８図（Ｔｌ）参照）、画像メモリ（図示
せず）に記録する。次に、周期Ｔ２においては、同走査
線ｌについて、超音波ビームの焦点をＦ６におき、超音
波ビームを送波して領域Ａ−Ｂ′！２での超音波エコー
８２を受信しく第８図（Ｔ２）参照）、前記画像メモリ
に記録する。周期Ｔ５においては、探触子４よｐＩｉＩ
ＩＩれた領域Ａ−Ｂの走査線密度を近くの領域０−Ａの
走査線密度とほぼ同様にするため、超音波ビームの焦点
をＦ６においたまま走査線２について超音波ビームを送
波して領域Ａ−Ｂまでの超音波エコーｅ、を受信しく第
８図（Ｔ５）参照）、前記画像メモリに記録する。周期
Ｔ４は走査線３について前記周期Ｔ１の場合と、周期Ｔ
５は同定【Ｔ３について前記周期Ｔ２の場合と、さらに
、周期Ｔ６は走査＠＋４について前記周期Ｔ５の場合と
、各々同様の動作により超音波エコーＪ〜ｅ６を受信し
く第８図（Ｔ１１）〜（Ｔ６）参照）、前記画像メモリ
に記録する。なお、以上の超音波ビーム送波周期’ｒｉ
−Ｔ６と、その際、超音波エコーｅｌ”１！６が受信さ
れる走査線＊　ｔ−＋４およびそれらの領域０〜Ａ、Ａ
−Ｈの別を分がシやすく示せば第９図の通シである。

以下同様の動作を走査線９５〜９ｎまで頻次燥シ“返し
て超音波エコー０７〜ｅｎを受信し、逐次前記画像メモ
リに記録するものである。これにょシ断盾像全体に亘っ
て走査線密度が均一化され、全体として均質かつ高分解
能の画質の優れた像が得られることになシ、シかもフレ
ームレートの低下は小さく抑えられる。

第１０図は、第５図に示すように３焦点のビームパター
ンをもつ超音波ビームを用いた場合の走査線配列の一例
を示す図で、ここでは上述の例よシさらに断層像全体に
亘って走査線密度を均一化するため、走査線数を領域０
〜Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｃにおいて１：２：３の比率にとっ
てあシ、この配列は、上述と同様の千１噴で焦点Ｆ２〜
ＦＩｌを変えていきながら超音波ビームを送受波するこ
とによシ得られるものである。なお、ここでは、前記焦
点位置Ｆ２〜Ｆ１１の移動と同時に探触子４の口径も変
化させている。

第１１図は本発明が適用された電子セクタ走査形超音波
断層装置の具体例を示すブロック図で、図中４は探触子
、５は多チャンネルのパルスを発生するパルス発生器で
、後述制御信号によシバルスを発生するタイミングを独
立に制御することが可能で、超音波ビームの偏向角や焦
点位置を任意に設定することができる。６は多チャンネ
ルの増幅器で、後述制御信号によシ時間関数として利得
を変えることができる。７は多チャンネルの信号電圧を
整相して超音波ビームに指向性を与える整相回路で、後
述制御信号によシ各信号の遅延時間を変えることができ
る多チャンネルの遅延回路と加算器で構成されている。

この整相回路７は後述制御信号によシ受波信号の指向性
および焦点位置を任意に制御できる。８は検波器および
ビデオ増幅器等からなる検波増幅回路で、整相回路７の
出力信号が入力される。９は半導体メモリからなる画像
メモリを備えたディジタルスキャンコンバータで、前記
整相回路７の出力信号が検波増幅回路８を介してその画
像メモリに曹き込まれる。この書き込みは、例えば第６
図に示すような走査線配列の場合、第８図および第９図
で説明したような順序に従って行われ、また、読み出し
は標準ＴＶと同様のモードに従って行われる。ｌＯはデ
ィジタルスキャンコンバータ９の画像メモリに書き込ま
れたデータに従って断層像を表示するＣＲＴディスプレ
イである。１１は前記パルス発生器５、多チヤンネル増
幅器６、整相回路７およびディジタルスキャンコンバー
タ９等に制御信号を送シ、それらを第１２図（ａ）ない
しくＣ）に示すタイミングをもって動作させ、同（ｄ）
〜（ｆ）に示す超音波エコーをディジタルスキャンコン
バータ９の画像メモリに書き込むための制御信号発生器
である。ここで、第１２図（ｍｋ）は超音波ビームの送
波パルス、同（ｂ）はディジタルスキャンコンバータ９
の画像メモリへの超音波エコー書込制御信号、同（Ｃ）
は超砕波ビームの焦点を制御する主制御信号、同（ｄ）
は前記画像メモリの走査ｌ１ｌｉ！ｌに相当するエリア
に省き込まれる超音波エコー書込信号、同（ｅ）は同じ
く走査線２に相当するエリアに書き込まれる超音波エコ
ー書込信号、同（ｆ）は同じく走査線１３に相当するエ
リアに書き込まれる超音波エコー書込信号を示す。

次に、第６図ないし第９図を併用して上述本発明装置の
動作について説明する。まず、第１発註の送波パルスＰ
１の発生と共に超音波ビーム送波周期Ｔ１での期間ｔ１
に超音波エコーｅ１がディジタルスキャンコンバータ９
に取シ込まれ、その画１家メモリの走査線１の領域（深
さ）０〜Ａに相当するエリアに書き込まれる。このとき
、超音波ビームの焦点は探触子４に近い位置Ｆ５に置か
れている。次に、周期Ｔ１の期間の終シに近い短期間ｔ
５において、超音波ビームの焦点がＦ６に置かれるよう
に制御信号発生器１１からの主制御信号によシパルス発
生器５および整相回路７が制御され、その後、第２発目
の送波パルスＰ２が発生する。その周期Ｔ２での期間ｔ
２において超音波エコーｅ２がディジタルスキャンコン
バータ９に取シ込まれ、その画像メモリの走査線ｌの領
域（深さ）Ａ−Ｈに相当するエリアに貫き込まれる。そ
の後、周期Ｔ２の期間の終シに近い短期間ｔ５において
、超音波ビームの焦点がＦ６に置かれたままとなるよう
に制御信号発生器１１からの主制御信号によシバルス発
生器５および整相回路７が制御され、その後、第３発目
の送波パルスＰ５が発生する。第３発目の送波パルスＰ
５が発生すると、その周期Ｔ５での期間ｔ２において超
音波エコーｅ３がディジタルスキャンコンバータ９Ｋｅ
Ｃ込まれ、その画像メモリの走査線２の領域（深さ）Ａ
−Ｈに相当するエリアに書き込まれる。以下、走査線’
＋３　、　＋４・・・・・・札について同様の動作がｌ
ｌｌｉｑ次繰シ返され、超音波エコー８５〜ｏｎがディ
ジタルスキャンコンバータ９の画像メモリの各々該当す
る走査線９３〜１ｎの各領域（深さ）０〜ＡまたはＡ−
８に相当するエリアに書き込まれる。この書き込みの終
了後、ＣＲＴディスプレイ１０を動作させることによシ
、断層像が表示されるものである。

なお、上述実施例では、本発明装置の走査方式として電
子セクタ走査方式を用いた場合について説明したが、機
械セクタ走査方式を用いてもよく。

また、コンベックス形探触子によシ走査するようにして
もよい。

第１３図は２焦点の超音波ビームを得る機械セクタ走査
用探触子の一例を示す側面図で、ここでは、焦点が探触
子前方Ｆ５　、　Ｆ６（第７図参照）になるような凹面
振動子１２　、．１３を図示するように円柱状の吸音体
１４の周囲に配設してなるもので、これを高速回転する
ことによシ機械セクタ方式による２焦点Ｆ５．　Ｆ６の
コンビネーション７オーカスを達成し得る。

以上述べたように本発明は、例えばセクタ走査やコンベ
ックス形探触子による走査のように、断層像を構築する
走査線の配列を、鋼の骨のように放射状の多数の直線で
構成する超音波断層装置において、超音波エコーを受信
する領域を走査線の深さ方向に複数領域に分割すると共
に、それらの領域のうち超音波ビームを発する探触子よ
シ離れた領域はど超音波エコーを受信する回数を多くな
し、同時に超音波エコーを受信する領域に応じて超音波
ビームの焦点位置を制御し、これによシ受信された超音
波エコーを逐次画像メモリに書き込み、　　　　　　−
′　　ディスプレイにて断層像として表示するようにし
たので、全体として均質かつ高分解能の画質の優れた像
が得られ、しかもこの際、フレームレートの低下が小さ
い等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はリニア走査による超音波ビームの走査線配列を
示す図、第２図はセクタ走査による超音波ビームの走査
線配列を示す図、第３図はコンベックス形探触子を用い
た走査による超音波ビームの走査線配列を示す図、第４
図は焦点が１つのりニア走査方式の超音波ビームパター
ンを例示する図、第５図は３焦点のリニア走査方式の超
音波ビームパターンを例示する図、第６図は本発明装置
における超音波ビームの走査線配列の一例を示す図、第
７図は第６図に示す走査線配列を得る場合に用いられる
超″ＩＮ−波ビームパターンを示す図、第８図および第
９図は第７図に示すパターンをもつ超音波ビームを用い
て第６図に示す走査線配列を得る場合の超音波ビーム送
波周期に対する走査線。 走査領域および焦点の変更等を説明するだめの図、第１
Ｏ図は本発明装置における超音波ビームの走査線配列の
他の例を示す図、第１１図は本発明が適用された電子セ
クタ走査形超音波断層装置の具体例を示すブロック図、
第１２図（ａ）ないしくｆ）は同装置の動作説明図、第
１３図は２焦点の超音波ビームを得る機械セクタ走査用
探触子の一例を示す側面図である、 ４・・・探触子、５・・・パルス発生器、６・・・増幅
器、７・・・整相回路、８・・・検波増幅回路、９・・
・ディジタルスキャンコンバータ、１０・・・ＣＲＴ　
ティスプレィ、１１・・・制御信号発生器、Ｆ２〜Ｆ６
・・・超音波ビーム焦点（焦点位置）、３１〜ゞｎ・・
・走査線、８１〜ｅｎ・・・超音波エコー、Ｔ１〜Ｔ６
・・・超音波ビーム送波周期、ＰＩ−Ｐ４・・・超音波
ビーム送波パルス。 特詐出願人　株式会社日立メデイコ 代理人　弁理士　　秋　　本　　正　　実第１図 第２因 第４図 第５１図 （）　　　　Ａ　　　　　Ｂ　　　　　　Ｃ第　５　ｉ
ｇ４ 壮ｎ′ 第７図 第８図 第９図 第１０図 （ｅ） （ｆ） 第１１図 １ 第１２図 ｐ。 第１３図 ３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 断層像を構築する走査線の配列を、扇の骨のように放射
   状の多数の直線で構成する超音波断層装置において、超
   音波エコーを受信する領域を走査線の深さ方向にａ数頭
   域に分割すると共に、それらの領域のうち超音波ビーム
   を発する探触子よシ離れた領域はど超音波エコーを受信
   する回数を多くなし、同時に超音波エコーを受信する領
   域に応じて超音波ビームの焦点位置を制御し、これによ
   シ受信された超音波エコーを逐次画像メモリに曹き込み
   、ディスプレイにて断層像として表示することを特徴と
   する超音波断層装置。