JPS6036035A - 超音波伝送方式 - 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】

皮血次」 この発明は、医療機器として用いられるコンピュータＩ
・モグラフイ装置などに用いられる超音波伝送方式に関
するものである。

【Ｘ葱遺 コンピュータトモグラフィ装置には、伝送される超音波
が被検体の中を通る場合に受ける伝送歪および位相回転
が場所によって変化することを利用しているものがある
。従来、研究されているこれら装置においては、超音波
に感応するデバイスが線−トあるいは点上にあるのに対
して狭い指向性をもつ超１１波源を用いるため、ＩｒＪ
ｉ音波源と感応デバイスとの相対位置関係を精密に維持
するために特別の機構を必要とする。従来研究されてい
るこれらの方法では超音波感応デ／へイスは線」二を走
査するものであって立体視像を得ることかできない。 旦−一一一的 この発明は、平面上を同一位相で振動する超音波源と音
波を吸収するモ面に超音波の感応線を分布させることに
よって立体視像を得ることを可能とし、感応平面自体に
よる影響を極小にすることを１」的とするものである。 −−１ 本発明の構成について、以下、実施例に基づいて説明す
る。 超音波が伝送される伝送媒体において、媒体の物理的な
特性に応じてＭｉＫ波を受信する点における影響には変
化が生ずる。この変化を多くの点においてとらえること
によって伝送媒体の物理的な特性に関する何らかの情報
を得ることが出来る。 第１図は、本発明の構成を示すもので、図中、■は複数
の角形の磁歪振動子を集合してなる超音波源であって、
該超音波源は平面状をなし平面各点において振動の位相
が一致している。（りは超音波受信平面であって■の■
の方向の面は超音波感応デ／ヘイスからなる画素を分布
させることによって構成されているものである。（２）
は超音波が伝送される方向を示すものであって、而■お
よび■の間の空間には超音波伝送特性の相異が分布され
る被写体がおかれる。このような相異は■なる面に分布
する超音波感応デバイスによってとらえられる。 第２図は■なる面に分１「ｉする８音波感応デバイスの
一つの構成を示すもので、多層にわたって集積回路を加
工する場合の材料の成長とエツチング法を轟用すること
によってなるものである。第２図の左側の数字は層番号
を示すものであって、第２図は第１図の■なる平面に垂
直な感応デバイスの断面を示す。第２図のＦ、とＦ２は
鉄を成長させた部分であって、これにＮなるニッケルな
どの磁歪振動子となる材料を成長させである。Ｆｌ　。 Ｆ２　、Ｎの部分は磁束の通る通路を形成するものであ
って、Ｃ３はＦ２に磁気偏極を発生させる直流を流して
Ｆ２を通る磁束の変化をとらえるコイルの断面である。 右傾斜の斜線の部分は絶縁物を成長させてなる部分で、
０４〜Ｃ１２はこれら絶縁物の中に“うめ込まれたアド
レス用の複数の直線導体であってこれらの符号化信号は
感応デバイスごとに対応して出力される。これらのアド
レス線は特定の感応デバイスをアドレスしてＣ１＋Ｃ２
によって検出される電圧を検出、するものでこれを制御
する電子回路は５と６なる層に形成され、８なる層で以
」二の動作に必要な配線を行う。この配線のために他の
層から８なる層への接続線を通すには接続線をなす導体
の周囲は各層において絶縁物で隔離する必要がある。 第２図にＮにて示すニッケルなどの磁歪振動子は各感応
デバイスごとに分離して形成され′ており、第２図の上
方から伝播してきた超音波に感応して振動するが、この
とき各感応デバイスごとに独自の振動に応答することが
できる。この機械的振動によってＦ２を通る磁束に変化
が生じＣＩ＋０２なるコイルに交流電圧か誘起される。 これはタブレットによってアドレスされたときに読出さ
れる。なお、Ｎなる磁歪振動ｒ−を分π形Ｊ＆する方法
は後述する。−コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３などの構造は第
３図乃至第５図に示すが、構造はＣ，、Ｃ２、Ｃ３とも
同じであるのでＣ１についてのミ述べる。 第３図はＣ１の構造を第１図の■なる平面に直角方向か
ら各層を重ねて見たものであって、コイルの最下層の構
造は第４図のようになっている。 第４図の■は第３図の■と同じ部分を示すもので、第４
図の＠なるコイルを次の層のコイルに接わ“５するため
に」一層にむけて成長された導体部分で次の層のコイル
は■に接続されて左回りに構成され、第３図の■と■の
間のキャップを残して■のさらに上層のコイルに接続す
るための導体を形成する。＄４図の［相］なる部分は最
下層コイルの終端であって、うりの部分とは絶縁された
ギャップを保っている。この（０）なる部分にはさらに
下層へのびる・４体に接続され第２図の８なる層の配線
と接続が行われる。 第５図はコイルの最上層のものを示すもので、（毀なる
部分において最上層の直下のコイルから導体が成長され
、これ番し狗が左回りに成長されて替なる部分に到る。 この層においてＣ１の外側のコイル即ち第２図の０２へ
の接続を行うためにＱなる部分を成長させ、０なる部分
で０２と接続させる。■とりなる部分は第３図の０と＠
に相当する。Ｃ２コイルはＣ１コイルとは逆向きに巻か
れるように成長され、［相］なるギャップを残して最−
Ｌ層の直下の０２のコイルから成長された導体に接続さ
れるものである。Ｃ２の最下層コイルは第４図の０２に
示すように０なる部分で最下層から２番目のコイルに接
続されるから右回りにたどって０なるギャップを残して
０において終り、この０は第２図の８なる層における配
線から成長された導体に接続される。 以上のようにして成長された感応デバイスは第１図の■
なる平面に分布する。第２図の０４〜Ｃ１２はこれら感
応デバイスをアドレスするものであって、このアドレス
によってｃｌ、Ｃ２に誘導された電圧を読取るものであ
る。この誘導電圧を読取る回路は第６図のようになる。 第６ＩＡにおいて−ＥからＲを通ってＣＩ、Ｃ２に通ず
る回路のうち−Ｅ　、　Ｒ’＋およびＭなる端子はモノ
リシック構造の外部回路でＭは読出出力端子で、Ｄなる
ダイオードは各感応デバイス対応に設けられる。Ｆ１〜
Ｆ８は感応デバイスをアドレスするフリップ−フロップ
であり、出力は符号化されてＡ、−Ａ８に接続される。 Ｃ１，Ｃ２に発生する電圧をＭなる端子に出力するには
Ａ１〜Ａ８が同時にＯＮとなってＤが導通状態となるこ
とによるものである。次に磁歪振動子Ｎを分離形成する
方法についてのべる。 第７図はその工程を示すもので、鴇７図の（ａ）は第２
図の１７層であるＳとＦ２からなる部分にＮなるニッケ
ルの金層のへ着を行い、（ｂ）においてＦ２に接続され
る部分をマスクするマスクパターンを用いたエツチング
処理を行う。（Ｃ）では全面にシリコンからなる材料Ｇ
を形成Ｌ（ｂ）Ｑ）Ｎの部分以外をマスクするマスクパ
ターンによって（Ｃ）のＧをＣＦ４　、ＣＦ４＋ｏ２　
、ＣＦ４＋Ｈ２などを利用してエツチングし、（ｄ）な
る材料分布を作り以後（ａ）から（ｄ）までをくり返す
ことによって（ｅ）なる構造を作る。次にＧなる半導体
部分を上記のカスを用いてＳなる絶縁材料層まで除去し
Ｎなる部分を独立させるものである。 第７図の方法によって作られるデバイスは第２図のよう
な材料の分布をなすもので、これらのデバイスは一つの
感応線上に並ひ、これら感応線は７字形の溝が隣接して
いる場合に中間の凸部の瑣ｔに位置ずけられるものであ
る。第７図の方法によって多数の感応線の構造を作るこ
とができるか、これらは分離されなければならない。こ
のため第７図の（ｅ）と（ｆ）に示されるようなダミ一
工程を第１図の■なる平面全体に応用する必要がある。 第８図はこの工程を示すもので■と［株］はそれぞれ第
２図のＮとその他の構造を示すものである。 第１の工程である第８図（Ａ）において■と（す２は第
７図においてダミー材料となった半導体であって（Ｂ）
の■と■からなる感応デ／＜、イスの中間を埋めている
。感応線は■なる一フルミはくのにに構成される。アル
ミはくは（Ｂ）の■なる点で切断され（Ｃ）のように感
応ｉごとに分離しアルミはくは折りまげられて７字溝の
列の山部の頂ににはり付ける。 これら７字溝の列を図示すると（０）のようになる。 （Ｄ）は（Ｃ）なる構造を巨視的に描いたものである。 第１図の■を一発する超音波は（Ｄ）の溝の内部で反射
をくり返すうちに減衰し反射して（Ｄ）の裏面に出″て
くる成分が小さくなる。 第２図の０４〜Ｃ１２なるアドレス線によってアドレス
することによって第６図のＭなる出力端−ｒにアドレス
された画素の巻線にＮなる磁歪振動子によって誘起され
た交流電圧が得られ、さらに第６図ＤＥＭによって直流
に変換される。ＤＥＭ出力の直流を得るには超音波源で
ある第１図のへ）に分布する角形磁歪振動子を励起する
交流によってＭの出力を検出する。第６図のＬＦはＤ　
Ｅ　Ｍ　ｌｊ力の不要波を除去するものである。ＬＦ小
出力あるＯＵＴ端子にはＭに得られる交流の位相に比例
して正負の電圧が得られる。この位相は第１図の被写体
の入る空間を通る場合に起る位相回転により画素ごとに
異なる値をとる。振幅について−も同様のことが云える
。第６図および第２図に示す０４〜Ｃ１２は一木の感応
線におけるデバイスをアドレスするものである。これら
のアドレスはコラムアドレスであるとするとロウアＩＳ
レスに相当して感応線を・アドレスする符号線が必要で
あるが、これらは感応平面の外側の回路によって配線で
きる。 立体視像を得るには第１図の構造を■なる垂線を軸にし
て１５に転する。立体視像の精細度は垂直方向について
は等高線のようにＩＩＩｋ、ｆｉｔ的であって、それぞ
れの高さにおける平面の断層像を詳細にするのが通例で
ある。今、第６図のＯ２０の交流を４ＭＨ’ｚとし、同
１ｉ４Ａｔ−Ａａ（７）切替速度をｌ　Ｍ　Ｈｚとする
と、一つの切替周期に入るＯ５Ｃ出力波形は４サイクル
となり、一応、折返し波は除去できる。このとき２５６
なる数のｌ＋！４Ｉ素デバイスを全部走査すると０　、
２５６　ｍ　ｓを要する。上記のように垂直方向の精細
□度をあらくし水平方向の３２分の１にとったとし、画
素数を５１２（水平）×１６（垂直）とすると上記２５
６の画素デバイスからなるブロックの数は３２ケとなる
。 第１図の■なる軸の１回転を５０ｍｓで行うものとする
と、この１回転の間に２００回の操作ができることとな
り瞬間をとらえた化体視像を得るこ・とができる。 第１図の■なる軸の１１８１！Ｊ転によって２００回の
走査を行うが、各回ごとに■なる平面の水平方向の一つ
の走査線上に分布する各画素デバイスの出力値を用いれ
ば上記回転角度の各点における１次元フーリエ変換を利
用して２次図形に変換する公知のコンピュータトモグラ
フィの原理を適用できる。このようにすれば■の水平方
向のそれぞれの走査線についてトモグラフイ］４形を得
ることができる。これらは後述のように等高線による立
体視図形に変換することができる。各回転についてこの
ような処理を行うには■なる平面−にの各画素の各回転
角度のデータが必要であって、これらのデータは処理前
にファイルにデータベースの形で記録しておいてトモグ
ラフィ図形処理を計算機を用いて行うのが適当である。 第９図においてＱは第３図の■、■は■に相当し■は被
写体である。■は静止したままであるが０、Ｏは円◎の
［１］心を回転の中心として■なる方向に回転し、第１
図の■・なる平面の各画素の各回転角度のデータは第９
図のＦなるファイルユニットに転送される。Ｏは回転す
る０、０なる超音波伝送系へ電力を静ｌ］；シたままで
送り出す切点であって運動する導体と接触している。■
はデータを伝送するケーブルである。ＣＰＵはＦのデー
タによってトモグラフィ処理を行うＡ１算機であ、す、
ＴＹは各種のデータのとり方を指示し結果を表示するキ
ーボードディスプレイである。Ｏなる９１点は水銀など
を利用して高速回転においても接触不良とならないよう
にするが多くの９Ｊ点をもつことは不可能であって」二
記のように多くのデータをＦに転送するには伝送フレー
ムを組んで■なるケーブルを周期的に符号伝送を行い、
■なる超音波伝送系の回転の、中、心から別ルートで伝
送する。■なるケーブルにおける伝送の物理的な形式は
光ファイバによるもので、■においては回転部分とケー
ブルからなる静止部分の物理的な結合を行う。■なる部
分における回転は０なる点を中心とするもので回転部分
から発せられる光は静１に部分の一定個所で受光するこ
とができる。 第１０図はこの結合部を示すもので第１０図（ａ）は外
観を示しａなる部分は静止しｂなる部分力ｔ（回転して
いる。このａとｂはｆｆＫ、　ｌ　０図（ｂ）に示すよ
うにみぞと凸部がかみあうことによって結合した状態で
回転している。第１Ｏ図（ｂ）の■とΦ）は光フアイバ
ケーブルで■と■はその芯である。■と■はそれぞれ回
転部と静止部にあるレンズでアラてのを出た光が集光さ
れて（匂で受光される。■と■はそれぞれ遮光のための
構造である。 人体などの断層写真を撮影する場合は、第９１渇におい
て■は静止した台１ユにあって◎が回転することとなる
。このとき回転部分は人体とはＬｔ’同じ長さを持ち必
要がある。そしてこの回転部分の内部を超音波伝送系（
第９図の０．！：Ｏ）は紙面に垂直方向１こ移動するこ
とによって人体の４ｆ−７Ｊの８１！り）を撮影できる
ようになっている必要がある。 第１１図は、回転部分を示す図で、該回転部分は第１１
図（ａ）に示すような中空の国体の中に人っている。国
体の中空の部分には（Ｄなる人体なと゛の被写体がおか
れる。回転部分は国体の中本こ１（体外壁に滑り玉でお
さえられる形でおさめられｆｆＳｌ１図（ａ）の■なる
部分で第１Ｏ図および第９図のＱとＯに示すような電気
的光学的接合を行う。回転部分は第１１図（ｂ）のよう
な形になり■と■なる部分においてＬ記滑り玉による国
体との結合が行われ、■と■にそれぞれｍ　音波伝送系
の源と受信平面がおかれる。このａ音波伝送系は■と■
の］二を水平移動が可能なようになっている必要がある
。この時、光による■−記符号伝送系における接続が保
たれるために仲反射鏡を含む光学系が必要となる。 超音波伝送系の出力源をファイルユニットまで伝送する
伝送系は、上記のように光によるもので、これによって
静止系と運動系との間の物理的結合が相対連動によって
断とならないようにすることができる。第１０図の構造
はこのためのもので、さらに」−記超音波伝送系と回転
部分との接合も第１２図のような系を用いる。第６図に
おいて（１）は第１１図の■あるいはに）の１−に設け
られるみそであって■で示す光線が通る。これは■なる
超音波伝送系の出力側の光源であって光変調器■を出た
光は■に固定された■なる反射鏡によって屈折し■なる
ケーブルファイバの芯■に受光される。■は集光レンズ
であって■なる光線の方向が変動しても（のに集束され
るようにする。（ゆで集光された光は第９図■において
第１０図の構造によって静止系に伝送される。 光による符号伝送系の符号伝送速度は２７０Ｍｂ　／　
ｓ程度とすることによって回転の各角度ごとのデータを
全部第９図のＦなるファイルユニットに伝送することが
できる。この伝送で伝送されるデータにはどの角度のデ
ータであるかを明示する必要があり、伝送フレームは各
角度ごとに組んでこれに角度データをおくフィールドを
設ける。このように角度を明確にするには−１−記回転
部分の回転は同期する必要がある。伝送フレームの各フ
ィールドの作成、回転角度情報の作成および回転の同期
制御は次のように行う。 第１３図のＯＵ　Ｔ　１端子には伝送フレーＬ１のネ：
１号系列が出力される。この符号系列のクロックはＯ２
０なる発振器によって動作するクロック発生器ＣＬによ
って作られる。第１３図のＹはロウアドレス線を駆動す
るレジスタでＣＬ出力論理値の２８〜２１２なる桁によ
って動作し、順次ｉ１図の■平面の水平走、査線な指す
。ＸｉとＸ２はコラムアドレス線を駆動するレジスタで
ＣＬ出力論理値の２°〜２７なる桁によって動作し」−
記水平走査線の前半画素デバイスおよび後半画素デバイ
ースをそれぞれアドレスする。Ｘｌとｘ２の指定が終る
ことによってＹを指定し第６図のＭなる端子に信号が出
力される。第１３図のＡ１とＡ２なるタブレット構造に
おいてｙ２：ｘ、およびＹとＸ２の指定を行いＢ１とＢ
２の↓印のついた交点においてＭ端子への信号読出を行
う。各読出信号はＡＤｉ〜ＡＤ３２なるアナログ−ディ
ジタル変換回路によって８ビツトレジスタに記録される
。この読出しシーケンスと、並列にＺなる分配回路によ
ってＡＤ１〜ＡＤ３２の出力ディジタル値が読出されて
伝送フレーム作成回路へ出力される。ＡＤ、〜ＡＤ３２
の出力には２段のレジスタが心安で１段］−１にＹとＸ
ｌおよびＹとＸ２によ′る読出記録を行い、２段［Ｉは
Ｚの指定による符−）送出を行う。Ｙどｘｌおよびｘ２
による次の走査が開始される直前に１段目レジスタの内
容を２段目レジスタに転送する。ＣＩと０２なるマトリ
ックスはＡＤ、〜ＡＤ３２の出力を２の出力線によって
開閉と伝送フレームのビット構成を行うものである。 伝送フレームを作る部分はＦ、ＡＧおよびＦＸによって
なる。ＦはＣＬ小出力よって０１と０２の出力を伝送し
ＣＩと０２の出力符号を送信している間にＡＧによって
作ったＣＲＣチェック符号を送出する時間、ＣＲＣチェ
ック符号を送信する時間、および回転角度情報その他の
符号をＡＮから送伝する時間にＯＮとなる信号線を作る
。ＦＸなるマトリックスはＦの出力によってＡＧ、ＡＮ
およびＣ１とＣ２の出力をゲートなるものである。角度
情報を作るＡＮはＣＬの最高桁の出力によって動作する
バイナリカウンタの部分を含んでいてこの出力はＯＵＴ
、−２ＦＸを通して接続する一方回転制御を行うために
直接ＯＵ　Ｔ　２に作成するものである。 第１４図は−に述の回転制御を行う機能を示す図で、（
ａ）図の■と■は第１１図の（ｂ）なる回転わくに固定
されるものでギアによ“つて■と■からなる原動回転子
に連結している。■は回転わくの回転軸であり第１０図
（ｂ）の■と■からなる部分が埋め込まれている。■と
■の部分ではギヤのかみ合いが行われる。■は原動回転
子の回転軸で■なる界磁線輪によって回転が得られる電
動器の一部をなす。■と［相］は■なる回転軸に固定さ
れて回転するもので■は透明な部分とσΦなる不透明な
部分からなる回転盤である。■なる光源でこの回転盤を
照射しその応答な■なる光センサによって受光する。■
は連結機構を示す。■の出力波形は（ｂ）図の■のよう
な波形をなすものであって、これに対しくｂ）図の■に
示す波形は（ａ）図ＯＵ　Ｔ２　、　ｔｉｌｌち、第１
３図の０ＵＴ２の数値の変化を示すものである。第１４
図（ａ）のＰＵは（ｂ）ｌ：ｆｆｌの■と■の波形を用
いてディジタル信号処理を行うサンプル値データ系であ
って、（ｂ）図の■なる波形即ち、回転盤の出力信号が
ＯＦＦとなったときに（ｂ）図の■のレベルと■の波形
の中心レベルとの差を、めこれをＤＡ変換してＰＵの３
と４からなる端子に出力して０なる補助Ｓ線に流し、電
動機の回転を１１ノ制御し、この回転を第１３図のＡＮ
のカウンタ部分の変化に同期させるものである。 伝送フレームによって運ばれたデータは第９図のファイ
ルユニツｌ−Ｆに記録される。このため第９ＥＡの■で
示すファイバケーブルの終端器において伝送フレームの
同期検出と復号化を行うものであるがこの方法について
は、本出願人によって既に提案されている再送訂正方式
に説明したものと同様にして工夫することができる。フ
ァイルユニツ）ＦのデータはＣＰＵが実行するプログラ
ムによって解析することが可能である。この解析は一般
にｎ回転分のデータによって行うことがＩＩ）能である
。何回転分のデータをとるかはＴＹなる操作卓から■に
出される指定符号によって指示することが０ｆ能である
。これらのデータはどのように解析するかはＣＰＵに入
れるプログラムを工夫することによって定めることがで
きる。笠高線力式による立体視図形を１）るには第１図
■の各水平走査銀のデータについて第１５図に示すよう
な変形を行う。即ち第１５図（ａ）に示すようにデータ
のトモグラフィ解析によって得た図形Ｐ上の任意点Ａの
Ｘ軸、Ｙ＠ｂの座標値をめそのＸ座標値を別の水平線−
にの０点とＡ’　ｘ伝との距離としこのＯＡ’Ｘなる線
分をＹ′なる斜線にそってＡ’Ｖ、Ａ’の位置まで平行
移動しｏ、Ａ’ｙの距離がＡ点のＹ座標値に等しくなる
ようにする。 次にこのＡ′を第１図■のそれぞれの水平走査線の高さ
だけｐｔＳ１５図の垂直方向（２の方向）に平行移動し
、このＡ点の伯を記録する。この処理をＰ■のすべての
点について行う。各高さについて書いたこの種図形を全
部重ねて古くことによって立体視像を得ることができる
。 蝮−一】 以上の説明から明らかなように、本発明をコンピュータ
トモグラフィ装置に応用すれば物体の内部における組織
に関する瞬間的な動きをとらえた情報を立体的な像の形
で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本方式の基本構成を示す図、第２図乃至第５図
及び第７図乃至第８図は本方式の主要部をなす感応平面
の構成法を示す図、第６図は感応平面に分布するデバイ
スの原理を電気回路図によって示す図、第９図乃至第１
５図は本方式を被写体の瞬間的な動きをとらえる立体的
なコンピュータトモグラフィ法に応用するための装置構
成法を示す図で、特に、第１３図はコンピュータトモグ
ラフィ法のための情報を集めるための電気回路図を示す
。 第１図において、■は超音波源、■は超音波受信平面、
■は超音波伝送方向、■は回転中心、Ｃ！〜Ｃ３・・・
コイル、０４〜Ｃ１２・・・アドレス導線、第６図にお
いて、Ｎ・・・磁歪振動子、ＤＥＭ・・・交流−直流変
換器、ＬＦ・・・不要波除去回路。 第１図 ■ 第２図 く　ω　ｏ　。 ＋　＋＋　リ 第１４図 ０ＵＴ２ 第１５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （”−１つ、直線上に位置する多数の超音波感応デバイ
   スによって感応線を構成し、相隣る２木の感応線の間に
   平行なＶ字形の直線状の溝を形成し、多数の上記感応線
   によって構成される１７−面に向けて同一位相で励起さ
   れる角形磁歪振動子を１１面状に配置してなる超音波源
   から超音波を伝送することを特徴とする超音波伝送方式
   。 （２）、前記超音波感応デバイスは絶縁材料、導体材料
   、および半導体材料を相互に層平面に交る平面を境界と
   して、この層平面に成長して成る特許請求の範囲ｆｔ５
   １項記載の超音波伝送方式。 （３）、前記超音波感応デバイスは誘導線輪の鉄心に磁
   歪振動子を成長して成る特許請求の範囲第１項又は第２
   項記載の超音波伝送方式。