JPS6225260A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、所定の角度内で走査を行う超音波断層装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

第１０図は従来の超音波断層装置を示すブロック図であ
り０図において、（１）は被検体、（２）は被検体＋１
１に密層させて超音波を送受信するトランスデユーサ群
よりなる探触子、（３）はこの探触子（２）を送信駆動
すると共に、探触子（２）で受信される被検体（１）の
内部からの反射信号を処理し、送信から受信までの遅れ
時間より被検体（１）の断層像を求める信号処理手段で
あり、この手段（３）においてＣ１υは超音波の送受信
や表示を制御する制御回路、０３は送信超音波ビームの
方向を制御回路Ｃ３υの指示により変化させるための送
信遅延回路、（至）は送信遅延回路（至）の出力信号に
よって探触子（２）内の対応するトランスデユーサを駆
動するドライバ、（ロ）は探触子（２）内の各トランデ
ューサが受信した信号を低ノイズで増幅するためのプリ
アンプ、（至）は制御回路６υの指示に従ってプリアン
プ（ロ）の出力信号を遅延させるための受信遅延回路、
（１）は受信遅延回路の出力信号を加算するための加算
回路、０７）は検波や非直線増幅などを行うための信号
処理回路である。（４）は被検体（１）の断層像を表示
する表示手段で、該手段（４）においてＩはアナログ・
ディジタル変換回路（以下ＡＤＣと略記する）、（Ｑは
ＡＤ変換した信号を一時記憶しておくメモリ、α］はＡ
ＤＣＱＯの出力をメモリ（４３に一時記憶するタイミン
グ及びメモリアドレスの制御を行うアドレスカウンタＷ
（Ｗは書込み用の意味）、（４４）はメモｌから表示の
ためにデータを読出すタイミングおよびメモリアドレス
の制御を行うアドレスカウンタＲ（Ｒは読出し用の意味
）、（４５はメモリ（６）から読出したデータをアナロ
グ値に変換するディジタル・アナログ変換回路（以下Ｄ
ＡＣと略記する）、に）はＤＡＣ（４５の出力信号を表
示するＴＶモニタである。

従来のセクタ走査式超音波断層装置は上記のように構成
され、探触子（２１から出力される超音波ビームを所定
の角度内で位相制御により走査しながら、被検体（１）
から反射されるエコーを受信し、これをデータ処理して
ＴＶモニタ（イ）に表示するものである。

第１１図は位相制御を行った場合の超音波ビームの指向
方向θと信号遅延の関係を示す説明図で。

（２０１）、　（２０２）、　（２０３）はそれぞｎト
ランスデユーサで、中心距離ｄを保って配列されている
とすれば。

θ方向への伝搬距離差へｌは互いに隣接するトランスデ
ユーサ間でΔ１＝ｄｔｈｘθとなり、被検体（１）内の
超音波の速度をＣとすれば、遅延時間ΔｔはΔｔ＝Δｌ
／Ｃ−ａｈθ／Ｃとなる。各トランスデユーサ（２０１
）　、　（２０２）　、　（２０３）に入力する電気信
号に対し、Δｔを打消すような相対遅延を与えてやれば
、各トランスデユーサからの出力はθ方向で互いに同位
相で重畳してこの方向の強度が最大となる。

第１２図は第１０図の送信遅延回路（至）とドライバ（
至）の構成を示すブロック構成図で、探触子（２）がト
ランスデユーサ（２０１）、　（２０２）、・・・・・
・、　（２３２）の３２個のトランスデユーサで構成さ
れ各トランスデユーサに対応してそれぞれドライバ（３
３０１）　、　（３３０２）　。

・・−・・、　（３３３２）が設けられ、同一電気信号
が送信遅延回路（３２０１）　、　（３２０２）　、・
・・・・・、　（３２５２）　　に並列に入力され、そ
れぞれ異なる遅延を受けて出力することを示している。

ただし、３２個の送信遅延回路（３２０１）、　（５２
ｏ：ｚ）、・・・・・・、　（３２３２）における遅延
は固定なものでなく、制御回路Ｇυによって、θに従い
Δｔに対応するように制御される。

第１３図は第１０図のプリアンプ（ロ）と受信遅延回路
（ト）の構成を示すブロック構成図で、同一のトランス
デユーサ（２０１）、　（２０２）、・・・・・・、　
（２３２）を超音波の送受信に共用した場合を示す。（
３４０１）〜（３４３２’）はプリアンプ、各受信遅延
回路（３５０１）〜（３５３２）の遅延量は制御回路Ｇ
υで制御されることは送信遅延回路（３２０１）〜（３
２３２）の場合と同じである。

加算回路（至）の出力は信号処理回路３７）Ｋ工って振
幅圧縮される。振幅圧縮には例えば対数増幅器が用いら
れ、信号のダイナミックレンジを縮小してＡＤＣＱＩ）
、　メモＩＪＵ、”ＤＡ（４５，ＴＶモニタ（４Ｇ　　
Ｋおける信号処理が楽になるように処理する。

信号処理回路（ロ）の出力はＡＤＣＱυでディジタル信
号に変換され、制御回路Ｇυで制御する方位角θとエコ
ー位（愛（送信からエコー受信までの遅れ時間）に対応
するアドレス信号がアドレスカウンタＷ（４３から与え
られ、そのアドレス位置においてメモリ（４３に１込座
れ、ＴＶモニタ（イ）の走査に対応したアドレスがアド
レスカウンタＲ（財）から与えられてメモリ（６）から
読出さｎ、ＤＡＣ（４！ｉによりアナログ信号に変換さ
れてＴＶモニタ（４Ｑに表示さｎる。

第１４図はＴＶモニタ翰の表示と被検体の内部ｍ織を示
しており、第１４図（ａ）は超音波走査の状態を示す断
面構成図、同図（ｂ）は断層像を示す平面図である。こ
＼で、同図（ａ）の扇状の直線は超音波の走査方向の例
を示している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の超音波断層装置では、第１０図のよ
うに探触子（２）と被検体（りとが密治している。ｆな
わち超音波は音Ｊｆ１特性が均一で境界のない媒質全伝
搬するとして映像化していたので。

探触子（２）と被検体（１）が密澄していなけｎば、第
１５図（ａ）のように被検体（１）入面での超音波の屈
折により像が歪んでしまうという問題があった。第１５
図（ａ）（ユ被検体表面で超音波の屈折が起きている場
合の超音波走査の状態を示す断面構成図、第１５図（ｂ
）は断層像を示す平面図である。同図（−において点線
は被検体（１）表面における超音波ビームの屈折を表し
、実線は被検体（１）表面で屈折した実際の超音波ビー
ムを示す。（７）は水等の媒質である。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、探触子と被検体が密着していす１両者の間に
被検体とは音響特性の異なる超音波伝搬媒質が介在して
いる場合でも、歪の無い像が得られる装置を得ることを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る超音波断層装置は、被検体と媒質との境
界面からの反射信号より、探触子の正面方向と被検体に
立てた垂線との角度及び被検体と探触子の最短距離を求
める位置検出回路並びにこの位置検出回路の出力、遅れ
時間、及び媒質と被検体における音速を用い断層像の屈
折による歪みを補正し０表示手段の表示位置を決める座
標変換手段を設けたものである。

〔作用〕

この発明における座標変換手段は、被検体表面での超音
波の屈折を考慮して反射信号の表示値［ｉｆを補正する
ので゛、被検体と探触子が密着していなくても、歪の無
い断層像が得られる。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の一実施例による超音波探傷断層装置
を示すブロック図であり、（１）〜（３）、ＣｔＯ。

（６）、　（４４１−に）は従来装置と同じものである
。（７）は探触子（２）と被検体（１）０間に介在する
媒質、（５）は探触子（２）の正面方向と被検体（１）
に立てた垂線との角度および゛探触子（２）と被検体（
１）の最短距離を求める位置検出回路、（６）は被検体
（１）と媒質（７）の境界面における超音波ビームの屈
折による断層像の歪みを補正し０表示手段（４）に反射
信号を表示する表示位置即ち座標を決定する座標変換手
段、　　（４３３）はＡＤＣ（４＋１の出力をメモリ（
６）に一時記憶するタイミングおよび被検体（１）と媒
質（７）の境界面における超音波ビームの屈折を考慮し
たメモリアドレスの制御を行うアドレスカウンタＷ（Ｗ
は書込み用の意味）である。

次にその動作につｈて説明する。

第１図の信号処理手段（３）の動作は第１０図と同じで
ある。映像化に先立って、第２図のように制御回路０υ
が被検体１１）ヲ超音波で走査（以下初期走査と略記す
る）すると１位置検出回路（５）はその送信から第１エ
コー受信までの遅れ時間（以下伝搬時間と略記する）ｔ
ｑ　が最小となる方向（被検体（１）表面に立てた垂線
の方向、以下垂線方向と略記する）αυおよびその方向
における被検体（１）と探触子（２）の距ｍ１１　を出
力する。第３図はこの発明の一実施例に係る位置検出回
路（５）を示すブロック図。

第４図はその動作を説明する波形図であり、第３図及び
第４□□□のように初期走査において、信号演出回路（
５２）は送信指令（５２１）及び受信エコー（５２２）
を各々制御回路３υ及び信号処理回路（ロ）より受信す
ると方形パルス（５５１）　ｉ出力する。カウンタ（５
３）は送信指令（５２１）に対応するパルス（５３１１
）　’ｉ受信するとクロック回路（５１）のクロックを
カウントし始め、受信エコ＝　（５２２）に対応するパ
ルス（５３１２）を受信するとカウントを打切る。（出
力信号（５３２）参照。）このカウント数が伝搬時間ｔ
ｏ　となる。

比較器（５４）はこの伝搬時間ｔｏとレジスタ（５６）
に格納している伝搬時間ｔ１とを比較し、　　ｔｏがｔ
ｌより小さければゲート（５５）をＯＮにしてレジスタ
（５６）の内容を更新する。ただし、レジスタ（５６）
には初期値として格納し得る最大値を与えておく。

ゲート（５５）の０Ｎ−ＯＦＦに合わせてゲート〔５８
〕の０Ｎ−ＯＦＦも行い、制御回路Ｏυより信号（５８
４）を入力して伝搬時間のより短い超音波ビームの方位
角θ１をレジスタ（５９）に格納する。この動作を初期
走査が終了するまで繰り返すことによって。

位置検出回路（５）は第５図の伝搬時間が最小となる垂
線方向αυを求め、垂線方向Ｉと探触子（２）の中心軸
（至）との角度（以下探触子偏向角と略記する）θ１　
及び最小伝搬時間ｔ１　　を求める。乗算器（５７）は
この最小伝搬時間ｔ１　　に媒質（７）の音速Ｃｙ　ｋ
乗じて探触子（２）と被検体（１）との最短距離（以下
最短距離と略記する）１１　　を求める。

次にこの発明の一実施例に係る座標変換手段（６）のブ
ロック図を第６図に示し、その動作を第７図に示す探触
子（２）と媒質（水）（７）及び被検体（１）との位置
関係を例にとって説明する。演算回路（６１）は位置検
出回路（５）の出力である探触子偏向角θ１．最短距離
１１ヲもとに、超音波ビームの画面上での表示位置を計
算する。探触子（２）の中心軸（２）からの角度（以下
方位角と略記する。）θ１方向に放射された超音波ビー
ムｒを考える。まず、水の層（７）では方位角が方向に
直進するので、垂線方向αυと探触子（２）の中心軸（
２）との交点（以下基準点と略記する）＠全基準として
、超音波ビームｔに沿って距離ｒ１の位置Ｒ１の画面上
の座標（ｘ！’　＊　ｙ４’　）は ｒｌ＜１１／ａｌＩｌ（θ１＋０１） で与えられるから、演算回路（６１）は上記θ１．１１
゜θ１．ｒ１より式＋１１のＸ□、背ヲ求める。媒質（
７）と被検体（１１との境界面において、上記超音波ビ
ームｒは角度θＣだけ屈折する。

このθａｆ超音波屈折補正角と呼ぶ。演算回路（６１〕
は被検体（１）と媒質（７）の音速ｃ１．ｃ７を与える
ことによって、超音波屈折補正角θＡ　ｋ以下の演算を
行って求める。

□（２） そこで、媒質（７）と被検体（１１との境界面における
超音波ビームの屈折を考慮しない場合の、基準点（ハ）
を基準とした超音波ビームｒに沿った距離ｒ２Ｒの位置
Ｒ２Ｒの画面上の座標（ｘＨ＊　ｙＨ２）はで与えられ
るので、媒質（））と被検体（１３との境界面における
超音波ビームの屈折を考慮し次場合の。

超音波と−ムｒに沿った距ｌｌＩ！ｒ２の位＊Ｒｚの画
面上の座標（”！２−　ｙ’ｒ２）　Ｌｔｄで与えられ
る。そこで、演算回路（６１）は上記式（２）〜（４）
の演算を行い、ｘｘ−ｙｘ　　を求める。上記の演算結
果は第６図の変換テーブル（６２）に順次格納され。初
期走査が終了してすべての演算が完了すれば、第８図の
ようなすべてのθｉ、ｒｊに対応するＸν、　　ｙ’ｘ
’の変換テーブル（６２１）　、　（６２２）　ができ
あがる。

実際の映像化では、制御回路Ｇυが被検体ｆｉ＋を走査
することによって得られる方位角θ１　及びエコー位置
ｒｊを変換テーブル（６２）に入力することにより画面
上の座標（イメージング座標）（ｘνｊ。

ｙψ〕が得られる。すなわち、信号処理回路（ロ）の出
力はＡＤＣ４υでディジタル信号に変換され、制御回路
Ｇυで制御する方位角θ１及びエコー位置ｒ・を上記座
標変換手段（６）によって変換されたイメージング座標
（Ｘψ、　Ｙ’Ｘｊ）に対応するアドレス信号がアドレ
スカウンタＷ　（４３３）から与えられ、そのアドレス
位置においてメモリ（４２に書込まれ、　　ＴＶモニタ
禰の走査に対応したアドレスがアドレスカウンタＲｋ４
１から与えられてメモリ０３から読出され。

ＤＡＣ（ハ）にエリアナログ信号に変換されてＴＶモニ
タに）に表示される。

なお、上記実施例は水浸法を使用した超音波探傷断層装
置について述べたが、第９図のように送水管（８）ヲ用
いて被検体（１）と探触子（２）の間に媒質（水）（７
１−介在させる局部水浸法によって、ベルトコンベア等
で移動している被検体の探傷（オンライン計測）も可能
となる。

また、上記実施例では被検体（１）の表面は平面として
いたが、その形状が指定できれば平面以外（曲面等）で
あってもよい。

また、上記実施例では超音波探傷断層装置（工業計測用
）について述べたが、医用超音波診断装置としても使用
可能である。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、探触子と被検体の位置
関係を初期操作により自動的に検知し。

この情報及び被検体の音響特性等の情報をもとに表示を
補正することによって、探触子と被検体が密着していな
くても、正確な断層像が得られるとという効果がちる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による超音波断層装置を示
すブロック図、第２図、第５図及び第７図は各々この発
明の一実施例に係る超音波走査の状態を示す断面構成図
、第３図はこの発明の一実施例に係る位置検出回路を示
すブロック図、第４図はその動作？、説明する波形図、
第６図はこの発明の一実施例に係る座標変換手段を示す
ブロック図、第８図はこの発明の一実施例に係る変換テ
ーブルを示す説明図、第９図はこの発明の他の実施例に
係る超音波走査の状態を示す断面構成図、第１０図は従
来の超音波断層装置上水すブロック図。 第１１図は位相制御を行った場合の超音波ビームの指向
方向と信号遅延の関係を示す説明図、第１２囚は従来の
超音波断層装置の送信部分を示すブロック構成図、第１
３図は従来の超音波断層装置の受信部分を示すブロック
構成図、第１４図（（転）（ｂ）は各々従来の超音波走
査の状態及び断層像を示す断面構成図及び平面図、並び
に第１５図（ａ）　（ｂ）は各々被検体表面で超音波の
屈折が起きている場合の従来の超音波走査の状態及び断
層像を示す断面構成図及び平面図である。 （１）・・・被検体、（２）・・・探触子、（３）・・
・信号処理手段。 （４）・・・表示手段、（５）・・・位置検出回路、（
６）・・・座標変換手段、（７）・・・媒質 なお０図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 媒質を介して存在する被検体に向けて探触子より超音波
   を送信すると共に、上記被検体の表面または内部からの
   反射信号を上記探触子で受信し、送信から受信までの遅
   れ時間より上記被検体の断層像を求め、表示手段に表示
   するものにおいて、上記被検体と上記媒質との境界面か
   らの反射信号より上記探触子の正面方向と上記被検体に
   立てた垂線の角度及び上記被検体と上記探触子の最短距
   離を求める位置検出回路、並びに上記位置検出回路の出
   力、上記遅れ時間、及び上記媒質と上記被検体における
   音速を用い、上記境界面における上記超音波の屈折によ
   る上記断層像の歪みを補正し上記表示手段の表示位置を
   決める座標変換手段を設けたことを特徴とする超音波断
   層装置。