JPS6135865B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波ビーム走査装置に係り、複数個
の超音波振動子を用いて高性能、高信頼性、長寿
命な超音波ビームのセクタ走査を実行できる超音
波ビーム走査装置に関する。

従来より、心臓等の断層像を計測するために、
超音波ビームをセクタ状（扇形状）に走査する超
音波診断装置が知られているが、セクタ走査方式
には超音波振動子（トランスデユーサ）を機械的
に偏向走査するものと、配列した多数の微少な超
音波振動子の夫々の駆動タイミング電子的に制御
して合成超音波ビームを偏向走査するものとがあ
つた。後者は走査装置と超音波ビームを発射する
べき生体との接触面積（窓面積）が小であり、信
頼性、寿命の点で前者よりも優れ、また、騒音、
振動等の発生は無い反面、合成超音波ビームの質
が悪く、また偏向角によつてビーム強度、受信感
度、受信感度が大きく変化する欠荷があり、更に
位相制御の電子回路が極めて複雑で大型となり、
高価であるという欠点があつた。

一方、前者の機械的に偏向走査するものには、
従来、大別して２方式があつた。第１の方式は第
１図Ａに示す如く、回転円筒面に複数個、例えば
３個の超音波振動子A₁，A₂，A₃を配し、これら
を矢印Ｘ方向に一方向連続回転を行ない、走査角
θの角度範囲内に超音波振動子がある間はその振
動子が超音波ビームを発射するもので、超音波ビ
ームの走査状況は第１図Ｂに示す如く、振動子
A₁，A₂，A₃が順次繰り返し作動するので、一方
向繰り返し走査となる。

この第１の方式は連続回転運動により振動子
A₁〜A₃が回転されるので、振動、騒音なく、高
信頼性、長寿命であり、また走査モードが一方向
の繰り返しであり、計測される情報が生体内の各
点について等しい時間間隔で得られるから、心臓
の如き動的媒体の計測に適している。しかしなが
ら、この第１の方式はセクター中心と生体表面と
の間の距離が長く、第１図Ａ中、Ｔで示す窓面積
が大となり、心臓計測等では超音波を通さない肋
骨に当り、有効走査角がθよりかなり狭くなると
いう欠点があつた。

また第２の方式は第２図Ａに示す如く、セクタ
ー中心とした円弧上を１個の超音波振動子B₁が
左右に往復運動をするもので、この第２の方式に
よればセクター中心は生体表面に近く、又は生体
内部にとることも可能であり、窓面積を小とする
ことができるので、肋骨間の狭に間隙から心臓等
を有効に計測できるという長所がある。

しかし、この第２の方式は超音波振動子B₁の
寸法と往復円弧の寸法とから外形寸法が大になる
と共に、超音波振動子と窓との間の距離が大とな
り、この間の超音波ビームの多重反射の時間間隔
が長くなり、浅部測定に妨害を及ぼすという欠点
があつた。また第２の方式の走査パターンは第２
図Ｂに実線で示す如くになり、例えば角度θ_１が
走査される時間間隔はT₁である時とT₂（＞T₁）で
ある時とがあり、不等時間間隔となつてしまうと
いう欠点ががあつた。更に第２の方式は超音波振
動子B₁を往復運動させるため、走査方向が反転
する時点で振動騒音が発生し、また信頼性、寿命
の低下は免がれなかつた。

本発明目的は、複数個の超音波振動子を共通の
閉曲線（例えば円）に沿つて回転（所謂「公
転」）させ、かつ、個々の超音波振動子自体も
夫々回転（所謂「自転」）させることにより、上
記の諸欠点を悉く除去し得て効率良く超音波ビー
ムをセクタ走査できる超音波ビーム走査装置を提
供するにある。

本発明は、超音波振動子を軸を中心に回動自在
に保持し、閉曲線に沿つて所定方向に該超音波振
動子を公転せしめる第１の回動機構と、閉閉曲線
沿い公転する超音波振動子を上記軸を中心にして
公転する所定方向とは逆方向に自転せしめる第２
の回動機構とを備え、上記超音波振動子が自転し
て検体に対向する期間に超音波ビームを走査する
ことを特徴とするものであり、以下その各実施例
につき説明する。

第３図は本発明になる超音波ビーム走査装置に
おける超音波振動子の回転運動を説明するための
図で、超音波振動子は１点鎖線Ｉで示す円に沿つ
て１ａ→１ｂ→１ｃで示す右回りに公転せしめら
れ、かつ、超音波振動子自体もＶで示す如く左回
りで自転せしめられる。これにより、超音波振動
子の振動面は、１ａ，１ｂ，１ｃの各位置におい
て各々２ａ，２ｂ，２ｃで示す如くに回転し、超
音波ビーム→→で示す順序で角度θの範囲
に亘つてセクタ走査せしめられることになる。な
お、第３図中、αは超音波振動子より超音波ビー
ムが走査される公定角度を示す。

第４図Ａは２個の超音波振動子３及び４の公
転、自転による超音波ビームの走査軌跡、同図Ｂ
は３個の超音波振動子６，７及び８による超音波
ビームの走査軌跡を示し、更に同図Ｃは４個の超
音波振動子９，１０，１１及び１２による超音波
ビームの走査軌跡を示す。また第４図Ａ〜Ｃ中、
超音波振動子３，４，６〜１２は夫々１公転で１
自転を行ない、それらの振動面３ａ，４ａ，６ａ
〜１２ａより超音波ビームを特定の公転角度内で
発射する。また、５_１，５_２は夫々肋骨の断面形
状で、これらの間より生体内に送信され、かつ受
信される超音波ビーム数は、第４図Ａ〜Ｃより明
らかなように、超音波振動子の駆動間隔を同一と
した場合は、超音波振動子の数が多いほど多いこ
とがわかる。

次に本発明装置の具体的構成につき説明する
に、第５図Ａ，Ｂは夫々本発明装置の第１実施例
の機構の正面図、右側面図を示す。同図Ａ，Ｂ
中、１３，１４，１５，１６は夫々超音波振動子
で、遊星歯車機構により公転及び自転せしめられ
る。すなわち、超音波振動子１３〜１６は公転用
円盤歯車１７の90゜ずつの位置に配された４個の
自転軸１７ａ〜１７ｄに夫々固着されてる。自転
軸１７ａ〜１７ｄは夫々自転駆動歯車１８ａ〜１
８ｄ（ただし１８ｂ，１８ｄは図示せず）を有し
ており、これらは歯車１９により共通的に駆動さ
れるべく噛合している。

一方、２０はモータ軸で、その回転軸力はかさ
歯車２１，２２を介して歯車２３及び２４に夫々
伝達される。歯車２４は歯車２５と噛合してお
り、歯車２６は歯車２５と一体的に回転するよう
構成されている。また歯車２３は歯車２７と噛合
しており、、この歯車２７は前記歯車１９と噛合
している。更に歯車２６は前記公転用円盤歯車１
７と噛合している。

これにより、モータ（図示せず）からの回転力
は、かさ歯車２１，２２を介して２分岐され、一
方は歯車２４，２５，２６を夫々介して公転用円
盤歯車１７に伝達されて４個の超音波振動子１３
〜１６を夫々所定方向に公転させ、他方は歯車２
３，２７を夫々介して歯車１９に伝達されて４個
の自転駆動歯車１８ａ〜１８ｄを夫々共通に回転
せしめ、上記公転方向とは逆方向に超音波振動子
１３〜１６を夫々自転させる。ここでは公転用円
盤歯車１７と歯車１９との速度比は１：２に選定
されている。このようにして、第４図Ｃに示す４
個の超音波振動子９〜１２（第５図の１３〜１６
に相当）の回転運動が実現される。

第４図Ｃに示す例では、超音波ビームP₀から
P₉₀までの角度（ここでは90゜）内で発射され、
一つの超音波振動子の走査が終了すると次の超音
波振動子がP₀の位置にきているので、次の走査に
直ちに移ることができる。なお、振動子と送受信
電気系とはカプラ１８′をして、原理的にはトラ
ンス結合によつて結合される。

第６図Ａ，Ｂは夫々本発明装置の第２実施例の
機構の正面図、右側面図を示す。同図Ａ，Ｂ中、
超音波振動子１３〜１６は公転用回転板２８上に
互いに90゜ずつ異なる位置に固定される一方、４
個の自転用歯車２９ａ〜２９ｄの軸に夫々固定さ
れている。回転板２８の中心は軸３０に貫通固定
されている。また、この軸３０は回転板２８の中
心、自転用歯車２９ａ〜２９ｄと夫々共通に噛合
する歯車３１の中心、歯車３１と一体的に回転す
るよう構成された歯車３２の中心、及び歯車３３
の中心を夫々貫通しており、歯車３３の中心が回
転板２８と同様に固着されているが、歯車３１及
び３２に対しては回動自在に設けられている。従
つて、歯車３１及び３２は軸３０の回転とは無関
係に回転し、一方回転板２８及び歯車３０と一体
的に回転する。

一方、３４は公転用モータ、３５は自転用モー
タで、モータ３４の回転軸が歯車３６の中央に固
着され、また、モータ３５の回転軸が歯車３８の
中央に固着されている。歯車３６は歯車３７に、
歯車３７は歯車３３に夫々噛合しており、他方、
歯車３８は歯車３９に、歯車３９は歯車３２に
夫々噛合している。

これにより、モータ３４の回転力は歯車３６，
３７，３３、軸３０を夫々経て回転板２８に伝達
され、超音波振動子１３〜１６を夫々所望方向へ
回転させて、これらを所謂公転運動させる。一
方、モータ３５の回転力は歯車３８，３９，３２
及び３１を夫々経て歯車２９ａ〜２９ｄに夫々共
通に伝達され、超音波振動子１３〜１６自体を上
記公転方向とは逆方向に回転させて、これらを所
謂自転運動させる。なお、４０は超音波ビームが
外部へ送出され、また受信される窓である。

このようにして、本実施例によつて第４図Ｃに
説明したように、４個の超音波振動子１３〜１６
が夫々公転及び自転運動せしめられる点は第１実
施例と同様であるが、本実施例は公転と自転を
各々専用のモータ３４，３５により行なう点が第
１実施例と異なる。従つて、本実施例では公転、
自転の角速度が任意に独立して設定できるから、
走査範囲が狭くても、より走査密度を増し鮮明な
画像を得たり、またはより深い部位を観察する場
合、第１実施例では公転、自転の角速度比が一定
であるため、走査密度を増せば観察深さを浅くす
るか、フレーム数を落さねばならなかつたのに対
し、フレーム数を落す必要はない、という特長が
ある。

なお、本発明では超音波ビームは走査に対し、
公転用閉曲線を特別な形状とする場合を除き、特
定の一点（セクタセンター）を通過するとは限ら
ない。また超音波ビームが一点を通過する場合
も、各走査毎でビーム原点とセクタセンターとの
距離が異なることが一般である。

しかし、本発明の走査は毎回同じ方法であるの
で、各走査角に対する原点の位置とか、生体表面
を通過する超音波ビーム位置等は予め求めて記憶
しておくこともでき、毎回計算することもでき
る。例えば、各走査角度に対する原点座標を予め
リード・オンリ・メモリ（ROM）等の記憶装置
に記憶しておき、各走査角度毎にその座標を読み
出して表示に利用できることは明らかである。本
発明における表示位置精度は、このようにして完
全なものとすることができる。

なお、本発明において、超音波振動子が一回の
公転の間に自転する回数は１回に限られるのでは
なく、２回以上の複数回でもよいことは明らかで
ある。

上述の如く、本発明によれば、特定の閉曲線に
沿つて回転する複数個の超音波振動子自体も所定
方向に回転するため、超音波ビームのセクター中
心は生体表面に近い所か、生体内におくことがで
き、窓面積を小にでき、また超音波振動子と生体
表面との間の距離が短かいので、多重反射の影響
を容易に除去でき、更に走査モードが一方向の繰
り返しであり、計測される情報が人体内の各点に
ついて等しい時間間隔で得られるので理想的であ
り、また更にすべての回転運動は等速にて行なわ
れるため、振動、騒音が無く、高信頼性、長寿命
とすることができ、また偏向角が相違しても超音
波ビーム強度や受信感度を一定にできる等の数々
の特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、第２図Ａは夫々従来装置の概略構成
を示す図、第１図Ｂ、第２図Ｂは夫々第１図Ａ，
Ｂの走査角度変化を示す特性図、第３図は本発明
装置における超音波振動子の回転運動を説明する
ための図、第４図Ａ，Ｂ及びＣは夫々超音波振動
子が２個、３個及び４個の場合の超音波ビームの
走査軌跡を示す図、第５図Ａ，Ｂは夫々本発明装
置の第１実施例の機構の正面図、右側面図、第６
図Ａ，Ｂは夫々本発明装置の第２実施例の機構の
正面図、右側面図である。 ３，４，６〜１６……超音波振動子（トランス
デユーサ）、１７……公転用円盤歯車、１８ａ〜
１８ｄ……自転駆動歯車、２０……モータ軸、２
８……公転用回転板、２９ａ〜２９ｄ……自転用
歯車、３４……公転用モータ、３５……自転用モ
ータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超音波振動子を軸を中心に動自在に保持し、
   閉曲線に沿つて所定方向に該超音波振動子を公転
   せしめる第１の回動機構と、該閉曲線に沿い公転
   する超音波振動子を該該軸を中心にして該公転す
   る所定方向に自転せしめる第２の回動機構とを備
   え、該超音波振動子が自転して検体に対向する期
   間に超音波ビームを送信して該超音波ビームを走
   査することを特徴とする超音波ビーム走査装置。