JPS60249947A - 超音波ｃｔ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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、超音波を用いて生体内の断面における音速分
布、減衰分布等を外部から無侵襲に測定して、超音波Ｃ
Ｔ　（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ　）像
を得る超音波ＣＴ波装置関する。

［発明の技術的背景］ 従来、例えばパルス反射法による超音波診断装置は、超
音波パルスを被検体として生体内へ発射し、生体内各部
の音響的性質の差１によって反射される反射波を検出す
ることによって超音波ビーム上の生体に関する情報を得
るものであり、その際に超音波ビームを機械的あるいは
電気的に生体内で走査することにより、生体の面におけ
る反射情報を生体断層像（Ｂモード像）として表示して
いる。ここで得られる情報は、反射波の強さの情報であ
り、基本的には音響インピーダンスの不連続性及び生Ｉ
＊構造上の不連続性を反映するものであるので、生体内
臓器等の生体内の形態を示しているものである。

ここで、反射波の強さは、生体内における減衰の大きさ
によって変化するので、上記断層像は、上記減衰情報も
含んでいるが生体内組織においては部位により減衰度合
が異なるので、その定量性はない。

近時上記Ｂモード像の超音波診断装置では分解能の向上
が図られ、表示された形態に基づく超音波診断がほぼ定
着した現在、上記形態情報とは異なる情報を診断情報に
加えたいという要求が高まり、これに呼応して生体内組
織の減衰、散乱、音速等の特性抽出を得ようとする試み
がなされている。

［背景技術の問題点コ 例えば、反射超音波を用い、Ｂモード像を得る超音波診
断装置でも、上記要求を満たすものとして特徴抽出手法
（ティシュキャラクタライゼーション手法）等が開発さ
れているが、この方法では、同一方向から、一般的に同
一振動子を用いて超音波ビームを送信および受信してい
るため原理的に音速を上げることができない。また超音
波ビーム上の異なる位置からの反射波の振幅変化あるい
は周波数スペクトラム変化から生体組織の減衰をめるこ
とは可能であるが、減衰値の精度をあげるためには空間
的な平均と、ある程度以上の位置差が必要なため空間的
な分解能を向上させることは困難である。

これに対し、安全性が高い超音波を用いてＣＴ像を得よ
うという試みがなされている。超音波０丁は、原理的に
は透過超音波の伝搬時間からは音速像が、また透過超音
波の振幅情報からは減衰像が再構成できる。従って超音
波ＣＴは、上記生体内組織の特性抽出は実現可能である
。

第１図は従来の超音波ＣＴ装置の原理を示しており、超
音波を発生し被検体３に送信する探触子１と、超音波を
受を信する探触子２とを被検体３上で離間して配置され
る。そして、被検体３を透過した超音波（透過超音波）
はノ辰幅及び伝搬時間を検出して一本の超音波ビーム上
のプロジェクションデータとする。次に送、受探触子１
，２の位置を並進あるいは回転等により移動させて被検
体３の異なる位置・方向でのプロジェクションデータを
得る。これを次々と繰返すことによって多数のプロジェ
クションデータを得、これらのデータに基づき所定の画
像再構成手法により音速、減衰分布を反映した超音波Ｃ
Ｔ像を得ている。

しかし乍ら、この手法は透過超音波を用いなければなら
ないので、生体腹部などのように大きい被検体３では超
音波の減衰が大きく十分な感度が得られない事、および
背骨等の影響を受ける事、および超音波結合を図るため
に人体を水槽内へ入れなければならない等の問題があり
実用性に乏しい。従って現在では、超音波ＣＴが実用可
能と考えられているのは女性の乳房等の限定部位の診断
への適用のみと言って良（、容易且つ広範囲に適用可能
な超音波ＣＴ装置の出現が強く望まれている。

［発明の目的］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、容易に生体内断面における音速分布、
減衰分布等を検出して超音波ＣＴ像を得ることが可能な
超音波ＣＴ装置を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明による超音波ＣＴ装置は、被検体の少なくとも２
つ以上の異なる位置に配置され上記被検体内へ超音波を
送信し、反射してくる超音波を受信するように構成され
た超音波送・受信手段と、この超音波送・受信手段の送
信指向性及び受信指向性を制御する手段と、上記超音波
送・受信手段における超音波の送信する位置及び反射波
を受信する位置を制御する手段と、超音波送信から反射
超音波の受信までの時間、及び反射波の振幅を検出し且
つこれらを記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶さ
れた多数の時間データ及び振幅データに基づき上記被検
体内部の音速分布及び減衰分布を演算する演算手段と、
この演算手段からの音速分布、減衰分布による画像を表
示する表示手段とを具備え、上記超音波の送信位置と受
信位置との間の距離を検出し、また送信超音波と受信超
音波との交差角度を検出し且つこれら距離及び交差角度
を多数検出することにより、多数個のプロジェクション
データを得て、よって音速分布像及び減衰分布像を生成
するようにしたことを特徴としている。

Ｕ発明の実施例コ 以下本発明に係る超音波ＣＴ装置を第２図に示す一実施
例のブロック図を参照しながら説明する。

１０は基準信号発生器であり、１１は送信超音波ビーム
の方向およびフォーカスを制御するための送信遅延線で
あり、１２は送信遅延１１１からの遅延信号により送信
タイミングを決定して後述する振動子を励振するパルサ
であり、１３はアレイ形探触子１４内の振動子群から一
群の送信用の振動子１４Ａ群を選択するスイッチである
。

１５はアレイ形探触子１４内の振動子群の内で上記送信
用の振動子群１４Ａでは異なる受信用の振動子群１４Ｂ
からの受信信号を増幅する前置”増幅器であり、１６は
各受信信号に電気的遅延を与える受信指向性を決定する
受信遅延線であり、この受信遅延線１６の制御によって
受信指向性が決定される。

１７は基準信号発生器１０からの基準信号と受信信号の
タイミングとから被検体３におけるアレイ形探触子１４
の送信・受信振動子群１４Ａ。

１４Ｂによる交差超音波経路ｕｉ、Ｕ２上の超音波の伝
搬時間を計測し、また受信信号の振幅を検出する時間・
振幅計測部である。１Ｂは時間振幅計測部１７により計
算された時間データおよび振幅データを記憶する記憶部
である。１９は記憶された上記時間データ及び振幅デー
タに基づき後述する作用で説明する如く音速分布、減衰
分布を計算するための演算部である。２０は演算された
結果を記憶しかつ表示信号に変換する信号変換回路であ
る。２１は音速分布、減衰分布等を表示する表示装置で
ある。

２２は受信遅延線１６からの受信信号によるＢモード像
を得るレシーバ（対数増幅器と検波回路とフィルタ等よ
りなる）であり、２３はレシーバ２２の出力をテレビ信
号に変換する信号変換回路であり、これのテレビ信号は
表示装置２１にて選択的に表示される。

次に上記構成の超音波ＣＴ装置の作用について説明する
。即ち、第３図において、辺縁Ｒ８を有する被検体３の
表面上のＡ点（ＸＡ、ＶＡ）に、アレイ形探触子１４に
よる送信用振動子群１４ＡとＢ点（Ｘｅ、Ｖｅ）に受信
用振動子群１４Ｂとが配置しである。送信用振動子群１
４Ａの送波指向性と受信用振動子群１４Ｂの受渡指向性
は送信。

受信遅延線１１．１６により制御され被検体３の内部の
０点（ＸＣ，ＶＣ）で交差している。ここで、送・受信
用振動子群１４Ａ、１４Ｂ夫々の指向性が十分尖鋭であ
れば受信用振動子群１４Ｂにて受信する超音波反射信号
は送信用振動子群１４Ａにて送信され経路ＡＣ（Ｕｌ）
を被検体３の内部へ伝搬し、０点に於ける反射波が経路
ＣＢ（Ｕ２）を経て受信された信号となる。

今、被検体３は音速Ｖおよび減衰αが一様ではなくＶ（
Ｘ、Ｖ）、α（Ｘ　、　Ｖ　）という分布を有している
ものとする。送信用振動子群１４Ａで超音波パルスが送
波されてから受信用振動子群１４Ｂで反射信号が検出さ
れるまでの時間Ｔ（ＡＣＢ＞は下記式（１）のように表
わされる。

ここで線積分はＡＣ，ＣＢ上の線積分となる。

−力受信用振動子群１４Ｂで受信される信号の振幅Ｖ　
（ＡＣＢ）は下記式（′２Ｊのように表わされる。−こ
こでＫは音場補正項であり、Ｒは０点における反射係数
であり、減衰定数α（ｘ　、　ｙ　）に対する線積分は
ここでもＡＣ，ＣＢ上の積分である。

以上から明きらかなように送信指向性と受信指向性とが
交差している超音波受信系においては、超音波パルスの
伝搬時間は式（１）のように超音波伝搬経路上の音速の
情報を有しており、一方、受信振、幅は式（２）のよう
に超音波伝搬経路上の減衰の情報を有している。

上記特性に基づき、本装置では、アレイ形探触子１４内
で受信、送信振動子群１４Ａ、１４Ｂの位置をスイッチ
１３により変え、また送信・受信遅延線１１．１５によ
り経路ＡＣ，ＢＣを変えて被検体３内の異なる多数の経
路について式（１）１式（２）と同様な情報を収集する
。これにより、被検体３内の音速の分布及び減衰の分布
がまる。例えば、第４図に示すように被検体３を一辺の
長さがＬの４つの正方ブロックに分割し、その夫々が異
なる音速Ｖ１　、Ｖ２　、ＶＢ　、Ｖ４を有するものと
する。このとき、独立な４つの交差超音波の経路ＡＩＣ
ＩＢｔ　、ＡＩ　Ｃ２Ｂｔ　、ＡＩ　Ｃ３ＢｔおよびＡ
２Ｃ４Ｂ２について超音波パルスの伝搬時間Ｔ１．Ｔ２
　、Ｔ：ｌ　、Ｔ４を測定すると、下記式（３）が成立
する。

上記式（３）は時間・振幅計測部１７にてまり、そのデ
ータは逐次記憶部１８に記憶され、４つの独立な連立方
程式が成立し、演算回路１つにて音速ｖｌ乃至■４の値
がまる。

ここでより多くの超音波の伝搬経路についての伝搬時間
をめれば、それだけ細かにく精度良く）音速の分布がま
ることになる。減衰についても全く同様である。

上述した音速分布、減衰分布のデータは信号変換回路２
０でＴＶ信号に変換され、表示装置２１上でＣＴ像がレ
シーバ２２及び信号変換回路２３からのＢモード像と選
択的あるいは同時に表示される。

以上述べたように本実施例では、アレイ形探触子１４を
用い、このアレイ形探触子１４内で離間して送信用％動
子群１４Ａと受信用振動子群１４１３を構成し、その離
間距離と、送信超音波及び受信超音波内の交差角度とを
種々変えることにより、所謂プロジェクションデータが
他数個得られ、このプロジェクションデータにより音速
分布像及び減衰分布像を演算部１つによりめ、これを表
示装置２１に、Ｂモード像と選択表示あるいは同時表示
することが可能となる。

本実施例では超音波探触子としてアレイ形探触子１４を
用いたが、第５図に示すように図示しないポテンシオメ
ータを取付けたアーム機構２４Ａ。

２４Ｂの夫々の先端に送信用、受信用のセクター走査型
振動子（探触子’）２５Ａ、２５Ｂを各別に取付けた構
成でもよい。この場合、送信用振動子２５Ａと受信用撮
動子２５Ｂとの離間距離は上記ポテンシオメータにより
計測される。

更に、一層多数の超音波伝搬経路を得、且つ表示視野と
広くするためには第６図のように図示しないポテンシオ
メータを取付けたアーム機構２６の先端にアレイ形探触
子１４を取イ」【プ第３図に示す電子走査と機械走査と
を複合して行なうようにしてもよい。この他に本発明は
その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、被検体の少なくとも
２つ以上の異なる位置に配置され上記被検体内へ超音波
を送信し、反射してくる超音波を受信するように構成さ
れた超音波送・受信手段と、この超音・被送・受信手段
の送信指向性及び受信指向性を制御する手段と、上記超
音波送・受信手段における超音波の送信する位置及び反
射波を受信する位置を制御する手段と、超音波送信から
反射超音波の受信までの時間、及び反射波の振幅を検出
し且つこれらを記憶する記憶手段と、この記憶手段に記
憶された多数の時間データ及び振幅データに基づき上記
被検体内部の音速分布及び減衰分布を演算する演算手段
と、この演算手段からの音速分布、減衰分布による画像
を表示する表示手段とを具備え、上記超音波の送信位置
と受信位置との間の距離を検出し、また送信超音波と受
信超音波との交差角度を検出し且つこれら距離及び交差
角度を多数検出することにより、多数個のプロジェクシ
ョンデータを得て、よって音速分布像及び減衰分布像を
生成するようにしたので、透過超音波によらずに反射超
音波を用いて容易に超音波ＣＴ像を得ることが可能な超
音波ＣＴ装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来（透過超音波を用いた方式）の超音波Ｃ’
Ｔ装置を説明するための図、第２図は本発明による超音
波ＣＴ装置の一実施例を示すブロック図、第３図及び第
４図は夫々本実施例の作用を説明するための図、第５図
及び第６図は夫々本発明の他の実施例を説明するための
図である。 １０・・・基準信号発生器、１１・・・送信遅延線、１
２・・・パルサ、１３・・・スイッチ、１４・・・アレ
イ形探触子、１５・・・前置増幅器、１６・・・受信遅
延線、１７・・・時間・振幅計測部、１８・・・記憶部
、１９・・・演算部：’；２０・・・信号変換回路、２
１・・・表示装置、２２・・・レシーバ、２３・・・信
号変換回路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図 第４図 Ｌ　Ｌ 第５図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　被検体の少なくとも２つ以上の異なる位置に配
   置され上記被検体内へ超音波を送信し、反射してくる超
   音波を受信するように構成された超音波送・受信手段と
   、この超音波送・受信手段の送信指向性及び受信指向性
   を制御する手段と、上記超音波送・受信手段における超
   音波の送信する位置及び反射波を受信する位置を制御す
   る手段と、超音波送信から反射超音波の受信までの時間
   、及び反射波の振幅を検出し且つこれらを記憶する記憶
   手段と、この記憶手段に記憶された多数の時間データ及
   び振幅データに基づき上記被検体内部の音速分布及び減
   衰分布を演算する演算手段と、この演碑手段からの音速
   分布、減衰分布による画像を表示する表示手段とを具備
   したことを特徴とする超音波ＣＴ波装置
2. （２）超音波送・受信手段は、多数の振動子を配列して
   なり、上記振動子の一部を送信用振動子群とし、この送
   信用振動子群とは異なる上記振動子の他部を受信用撮動
   子群として選定されるアレイ形探触子であることを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の超音波ＣＴ波装
   置