JPS6311015B2 - - Google Patents

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JPS6311015B2
JPS6311015B2 JP61160021A JP16002186A JPS6311015B2 JP S6311015 B2 JPS6311015 B2 JP S6311015B2 JP 61160021 A JP61160021 A JP 61160021A JP 16002186 A JP16002186 A JP 16002186A JP S6311015 B2 JPS6311015 B2 JP S6311015B2
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JP
Japan
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section
probe
piezoelectric vibrators
signal
scanning
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Application number
JP61160021A
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Japanese (ja)
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JPS6279046A (en
Inventor
Masami Kawabuchi
Akira Fukumoto
Junichi Sato
Hiroshi Fukukita
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPS6311015B2 publication Critical patent/JPS6311015B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超音波を人体などの被検物体中に放
射し、被検物体内部からの反射波の強度、進行方
向、発生時間などより、被検物体内部の構造、構
成などに関する断層像情報をリアルタイムで得
る、電子走査式超音波断層検査装置(以下
ESNDT装置と略す)に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention emits ultrasonic waves into a test object such as a human body, and detects the damage caused by emitting ultrasonic waves from inside the test object based on the intensity, traveling direction, generation time, etc. of the reflected waves from inside the test object. An electronic scanning ultrasonic tomography system (hereinafter referred to as "electronic scanning ultrasonic tomography system") that obtains tomographic image information regarding the internal structure and composition of the specimen in real time.
(abbreviated as ESNDT device).

従来の技術 ESNDT装置には現在の所、大きく分けて2通
りの方式が存在する。一つは、位相合成アンテナ
の原理によるセクター走査形ESNDT装置(以下
セクター装置と略す)である。これは複数個の超
音波発生素子、例えば圧電振動子で発生する超音
波の位相を制御することにより、所定の方向に超
音波を発生させるもので、この位相制御量を変化
させることにより超音波束を扇形に偏向走査させ
るものである。このセクター装置は、超音波送受
波面の大きさは小さくとも扇形に広く走査できる
ので、例えば、心臓の観測のように、肋間から超
音波を放射しなければならない場合などに主に用
いられている。
Prior Art Currently, there are roughly two types of ESNDT devices. One is a sector-scanning ESNDT device (hereinafter abbreviated as sector device) based on the principle of a phase-synthesizing antenna. This system generates ultrasonic waves in a predetermined direction by controlling the phase of the ultrasonic waves generated by multiple ultrasonic generating elements, such as piezoelectric vibrators.By changing this phase control amount, ultrasonic waves The bundle is deflected and scanned in a fan shape. This sector device is capable of scanning a wide fan-shaped area even though the size of the ultrasound transmission/reception wave surface is small, so it is mainly used in cases where ultrasound must be emitted from between the ribs, such as when observing the heart. .

もう一方は、リニア装置である。これは直線上
に配置された多数枚の圧電振動子を次々に電子的
にスイツチング駆動し、超音波ビームを圧電振動
子の配列面と垂直方向に放射、平行走査するもの
である。
The other is a linear device. In this method, a large number of piezoelectric vibrators arranged in a straight line are electronically switched and driven one after another, and an ultrasonic beam is emitted in a direction perpendicular to the array plane of the piezoelectric vibrators and scanned in parallel.

発明が解決しようとする問題点 リニア装置は、セクター装置に比べ、超音波ビ
ームの走査が容易なため、安価にしかも比較的分
解能が高いものが実現できる。しかし、広い被検
領域を得ようとすると、必然的に探触子の長さを
長くしなければならず、曲率あるいは凹凸のある
被検体表面に、探触子を広い範囲にわたつて密着
させることが困難となる。
Problems to be Solved by the Invention Since the linear device can scan an ultrasonic beam more easily than the sector device, it can be realized at low cost and with relatively high resolution. However, in order to obtain a wide test area, it is necessary to increase the length of the probe, which means that the probe must be brought into close contact over a wide range of surfaces with curvatures or irregularities. This becomes difficult.

第6図aはこの模様を示したもので、探触子1
00が、例えば生体表面101に密着できるの
は、図中斜線領域しか有効被検領域がない。さら
に、被検領域中に、骨あるいは含気量の多い臓器
等が存在すると、音波伝搬方向に関して、上記臓
器の裏(深さ方向)側にある臓器が観測できな
い。
Figure 6a shows this pattern, where probe 1
00 can be brought into close contact with the living body surface 101, for example, since the only effective test area is the shaded area in the figure. Furthermore, if a bone or an organ with a large air content is present in the test region, the organ on the back side (in the depth direction) of the organ cannot be observed with respect to the sound wave propagation direction.

探触子を移動することにより、この欠点を除去
できる場合もあるが、生体構造上の制約から、そ
れが不可能な場合も多い。上記欠点を避ける方法
の一つに、第6図bに示した如く、探触子100
を傾斜させて入射させることにより、骨102で
さまたげられた目的物103を観測できるが、こ
の場合b図中の斜線部分しか観測できない。これ
らの欠点を除去する目的で開発されたのがセクタ
ー装置である。
Although this drawback can sometimes be eliminated by moving the probe, this is often not possible due to anatomical constraints. One way to avoid the above drawback is to use a probe 100 as shown in FIG. 6b.
By making the beam incident at an angle, it is possible to observe the object 103 blocked by the bone 102, but in this case, only the shaded area in figure b can be observed. A sector device was developed to eliminate these drawbacks.

セクター装置の探触子104の寸法は2〜3cm
であり、生体表面あるいは内部構造に起因して観
測不可能となつたり、被検領域が狭くなる等の欠
点が緩和される。しかし、原理上生体表面付近で
の被検範囲が、第6図cに示した如く、狭くな
り、かつ超音波ビームを広い角度に渡つて指向性
よく偏向させるために必要な位相遅延素子に難点
があり、装置も複雑高価となるなどの欠点があ
る。
The size of the probe 104 of the sector device is 2 to 3 cm.
This alleviates drawbacks such as unobservability due to the surface or internal structure of the living body or narrowing of the test area. However, in principle, the detection range near the biological surface becomes narrow, as shown in Figure 6c, and there are problems with the phase delay element required to deflect the ultrasound beam over a wide angle with good directionality. However, there are disadvantages such as the equipment is complicated and expensive.

一方、両方の装置に共通する問題として、
ESNDT用超音波探触子(以下探触子部と略す)
があり、特にリニア装置用探触子部に大きな問題
があつた。リニア装置用探触子部は、たんざく状
の圧電振動子を、長さ50〜200mm程度のところに
50〜200個程度配列しなければならず、超音波周
波数を数百K〜数MHzとすると、一個の圧電振動
子の幅w対厚さt(w/t)が3以下になつてし
まい、従来の単一振動子を用いた場合(w/t≧
10)の探触子部と異つた動作を行う可能性があ
る。この異つた動作とは例えば、圧電振動子の振
動面が単純なピストン運動を行わず、高次の振動
モードが重畳したような複雑な振動を行うこと、
あるいは、データ表に表示されている例えば結合
係数などの各種データが異つてくる事などを意味
する。圧電振動子が単純なピストン運動を行わな
ければ、この圧電振動子から送受波された超音波
の音場は、開口形状のフーリエ変換した形にはな
らず、異常なものになる。第7図は、w/tが
2.5のPCM―5圧電セラミツクを用いた素子を二
つ集めた探触子部の音場パターンで、実線はピス
トン音源による理論値、〇印はこの素子で得られ
た実験値である。第7図から逆算するとPCM―
5セラミツクの素子表面における速度分布は第8
図のように、歪んだものであることがわかり、決
してピストン運動をしていないことが証明され
る。これらは、種々の振動モードの結合の結果生
じるものと考えられる。
On the other hand, a problem common to both devices is that
Ultrasonic probe for ESNDT (hereinafter referred to as the probe section)
There were major problems, especially in the probe section for linear equipment. The probe section for linear equipment uses a tanzaku-shaped piezoelectric vibrator at a length of about 50 to 200 mm.
Approximately 50 to 200 piezoelectric vibrators must be arranged, and if the ultrasonic frequency is several hundred K to several MHz, the width w to thickness t (w/t) of one piezoelectric vibrator will be less than 3. When using a conventional single resonator (w/t≧
10) It is possible that the probe section operates differently. For example, this different operation means that the vibration surface of the piezoelectric vibrator does not perform a simple piston movement, but performs a complex vibration in which higher-order vibration modes are superimposed.
Alternatively, it means that various data displayed in the data table, such as coupling coefficients, become different. If the piezoelectric vibrator does not perform a simple piston motion, the sound field of the ultrasonic waves transmitted and received from the piezoelectric vibrator will not be in the shape of the Fourier transform of the aperture shape, but will be abnormal. Figure 7 shows that w/t is
The sound field pattern of the probe section is a collection of two elements using 2.5 PCM-5 piezoelectric ceramics.The solid line is the theoretical value from the piston sound source, and the circle mark is the experimental value obtained with this element. If we calculate backwards from Figure 7, the PCM-
5 The velocity distribution on the surface of the ceramic element is the 8th
As shown in the figure, it can be seen that it is distorted, proving that there is no piston movement. It is thought that these occur as a result of the combination of various vibrational modes.

以上述べてきたように、w/t比に特別な配慮
を行わなければ、振動子面は、単純なピストン運
動を行わず、この結果音場パターンに乱れを生じ
サイドロープのレベルならびに形状を理論的なも
のより異常に大きくしかも異なる形状にする。こ
の結果、検出情報の精度を著しく低下させ、ひい
ては、断層像の画像品位(分解能、階調性など)
を劣化させる。さらに、より高い分解能、操作
性、機能の向上、拡大を図るための各種信号処理
方式例えば、サイドロープレベルを低くおさえる
ための重み付け駆動、分解能を向上させるための
超音波ビームの集束、操作機能を拡大するための
超音波ビームの偏向などを行う場合振動子が、理
想的なピストン運動を行つていない状態ではこれ
らを実現することは不可能である。それ故、従来
の考え方により探触子部を用いたESNDT装置で
は、高品位の診断情報を得る事、あるいは機能を
拡大する事などは事実上不可能に近いと言える。
As mentioned above, unless special consideration is given to the w/t ratio, the transducer surface will not perform a simple piston movement, resulting in disturbances in the sound field pattern and theoretically determining the level and shape of the side ropes. Make it abnormally larger and have a different shape than the normal one. As a result, the accuracy of the detected information is significantly reduced, and the image quality (resolution, gradation, etc.) of the tomographic image is deteriorated.
deteriorate. Furthermore, various signal processing methods are available to improve resolution, operability, and functionality, such as weighted drive to keep sidelobe levels low, ultrasonic beam focusing and manipulation functions to improve resolution. When deflecting an ultrasonic beam for expansion, etc., it is impossible to accomplish this unless the transducer is performing ideal piston motion. Therefore, it can be said that it is virtually impossible to obtain high-quality diagnostic information or expand the functionality with ESNDT devices that use a probe section based on the conventional concept.

本発明は、以上述べてきた従来の探触子部の欠
点を解決するとともに、リニア装置の利点である
装置構成が簡単でしかも広い被検範囲にわたつて
良好な断層像が得られることを保持したまま、セ
クター装置の利点である、生体構造的制限による
被検範囲狭小化の緩和を図つたESNDT装置の提
供を目的とするものである。
The present invention solves the above-mentioned drawbacks of the conventional probe section, and maintains the advantage of the linear device, which is that the device configuration is simple and good tomographic images can be obtained over a wide test range. The purpose of the present invention is to provide an ESNDT device that alleviates the narrowing of the test range due to biological structural limitations, which is an advantage of the sector device.

問題点を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するもので、その技
術的手段は、理想的なピストン振動を行う探触子
部と、超音波ビームを所定の方向に偏向させ送受
信する偏向送受信信号処理部と、所定のピツチで
超音波ビームを走査させる選択駆動制御部と、断
層像の表示部と、全体の動作を制御する基準信号
発生部を備えたものである。
Means for Solving the Problems The present invention achieves the above object, and its technical means include a probe section that performs ideal piston vibration, and an ultrasonic beam that is deflected in a predetermined direction for transmission and reception. The device is equipped with a deflection transmitting/receiving signal processing section for scanning, a selection drive control section for scanning an ultrasonic beam at a predetermined pitch, a tomographic image display section, and a reference signal generation section for controlling the overall operation.

作 用 本発明はかかる構成において、音波の進行方向
と、振動子の配列方向で規定される面内で、任
意、あるいはある設定角度方向に、音波を偏向さ
せたまま、直線的に走査を行うことにより、被検
対象物が、物体表面あるいは、体内構造により検
出できない欠点を解決し、かつ上記障害がない場
合には、探触子の長さで規定された被検範囲を拡
張し、等価的に視野の拡大を実現するとともに、
セクター走査を行いながら直線的に走査を行う事
など、所謂複合走査が可能となる。
Effects In such a configuration, the present invention performs linear scanning while deflecting the sound wave in an arbitrary or preset angular direction within a plane defined by the traveling direction of the sound wave and the arrangement direction of the transducers. By doing this, if the defects that cannot be detected due to the object surface or internal structure of the object to be tested are resolved, and there are no obstacles mentioned above, the test range defined by the length of the probe is expanded and the equivalent In addition to expanding the field of view,
So-called composite scanning, such as linear scanning while performing sector scanning, becomes possible.

実施例 以下本発明の実施例について述べる。Example Examples of the present invention will be described below.

最初に、今回使用したCESNDT装置用探触子
部の具体的構成例について述べる。第1図は、こ
の探触子部の一構成例である。
First, we will discuss a specific example of the configuration of the probe section for the CESNDT device used this time. FIG. 1 shows an example of the configuration of this probe section.

第1図aは断面図、第1図bは平面図である。 FIG. 1a is a sectional view, and FIG. 1b is a plan view.

第1図aにおいて、401は圧電振動子であつ
て例えばPZT,PCMなど二,三成分系セラミツ
ク、もしくはLTTなどの一成分系セラミツクあ
るいは水晶、LiNbO3などの結晶材料を利用す
る。402,403は金属電極であつてAg,
Al,Au,Cu,Inなどの蒸着、焼付け塗布などに
よつて作られる。404,405はそれぞれ整合
層および背面負荷である。背面負荷405は、使
用する場合と使用しない場合がある。
In FIG. 1a, 401 is a piezoelectric vibrator that uses two- or three-component ceramics such as PZT and PCM, one-component ceramics such as LTT, or crystalline materials such as quartz and LiNbO 3 . 402 and 403 are metal electrodes made of Ag,
It is made by vapor deposition or baking coating of Al, Au, Cu, In, etc. 404 and 405 are a matching layer and a back load, respectively. The back load 405 may or may not be used.

整合層404は単層のものと、二重層、三重層
などの多層のものがある。406は音響絶縁スペ
ースであつて、各圧電振動子間の音響的な結合を
除去するためのものである。第1図bは第1図a
の探触子部を裏面より見た図である。簡単なため
背面負荷は省略してある。整合層404側の電極
402は共通電極として使用するため、電極間接
続線407が施されている。408は共通電極用
リード線、409は各圧電振動子からのリード線
である。
The matching layer 404 may be a single layer or a multilayer such as a double layer or a triple layer. 406 is an acoustic insulation space for eliminating acoustic coupling between each piezoelectric vibrator. Figure 1b is Figure 1a
FIG. For simplicity, the back load is omitted. Since the electrode 402 on the matching layer 404 side is used as a common electrode, an inter-electrode connection line 407 is provided thereon. 408 is a lead wire for a common electrode, and 409 is a lead wire from each piezoelectric vibrator.

各部の寸法は、発生超音波周波数、w/t比、
挿入利得、微分位相特性、被検範囲などを考慮し
て設定される。(設定のための基本的考え方、基
礎計算資料については同一出願人の昭和51年10月
25日付の出願に係る特公昭56―17026号公報参照) 発生超音波周波数2.5MHzの場合を例として、
具体的寸法、材料を以下に示す。なお、本実施例
の場合、2個の圧電振動子を電気的に並列接続
し、1単位振動子としている。
The dimensions of each part are the generated ultrasonic frequency, w/t ratio,
It is set in consideration of insertion gain, differential phase characteristics, test range, etc. (The basic concept for setting and basic calculation materials are published by the same applicant in October 1975.
(Refer to Japanese Patent Publication No. 56-17026, filed on the 25th) As an example, in the case of a generated ultrasonic frequency of 2.5MHz,
Specific dimensions and materials are shown below. In the case of this embodiment, two piezoelectric vibrators are electrically connected in parallel to form one unit vibrator.

圧電振動子 材料 PCM―5 〃 寸法 (w)0.4×(t)0.6mm 〃 枚数 128 単位振動子 枚数 64 音響的絶縁層 材料 空気 〃 寸法 幅 0.1mm 整 合 層 材料 第1層溶融石英ガラス 第2層エポキシ樹脂 背面負荷 使用せず 第2図は上記仕様で製作した探触子部を幅のび
振動させたときの音場パターンで、16個の圧電振
動子(8個の単位振動子)を同時に動作させた場
合を示す。図において縦軸は正規化されたエコー
信号、横軸は角度を示す。実線は、音源がピスト
ン運動をしている場合の理論値で、〇印が実験値
である。第2図より、この探触子部は、理想的な
振動をしていることがわかる。
Piezoelectric vibrator Material PCM-5 〃 Dimensions (w) 0.4 x (t) 0.6 mm 〃 Number of pieces 128 Unit oscillators Number of pieces 64 Acoustic insulation layer Material Air 〃 Dimensions Width 0.1 mm Matching layer Material 1st layer fused silica glass 2nd Layer epoxy resin back load Not used Figure 2 shows the sound field pattern when the probe section manufactured according to the above specifications is vibrated across the width, and 16 piezoelectric vibrators (8 unit vibrators) are simultaneously vibrated. Shows when it works. In the figure, the vertical axis shows the normalized echo signal, and the horizontal axis shows the angle. The solid line is the theoretical value when the sound source is in piston motion, and the circle is the experimental value. From FIG. 2, it can be seen that this probe section is vibrating in an ideal manner.

具体的な装置説明に入る前に、超音波ビーム偏
向を行うため基本原理を示す。第3図は、その説
明図である。直線上に、距離dだけ離して配置さ
れたn個の単位振動子500(以下振動子と略
す)を用いて、超音波ビームを振動子が配列され
ている面の法線方向からΘだけ偏向させたい場
合、それぞれの振動子を(i−1)d sin Θ/
v(i:振動子番号、d:振動子間隔、Θ:偏向
角度、v:音波伝搬速度)の時間差を持たせて駆
動すれば、それぞれの振動子より発生された超音
波の合成波面501は、ホイヘンスの原理より、
振動子配列面502よりΘだけずれた方向に生じ
る。例えば超音波ビームをΘ=30゜偏向させたい
場合、振動子数n=8,振動子間隔1mm,水中伝
搬速度v=1.5×10mm/secと仮定すると、1番目
の振動子を駆動する時間を0秒とすると、振動子
番号8番目の振動子は2.33μ secだけ遅らせて駆
動すればよい。振動子番号7番,6番の振動子の
駆動タイミングは、それぞれ2.0μ sec,1.67μ
secである。
Before entering into a detailed explanation of the device, we will explain the basic principle for performing ultrasonic beam deflection. FIG. 3 is an explanatory diagram thereof. Using n unit transducers 500 (hereinafter referred to as transducers) arranged on a straight line at a distance d, the ultrasonic beam is deflected by Θ from the normal direction of the plane on which the transducers are arranged. If you want to make each oscillator (i-1)d sin Θ/
If driven with a time difference of v (i: transducer number, d: transducer interval, Θ: deflection angle, v: sound wave propagation velocity), the composite wavefront 501 of the ultrasonic waves generated by each transducer will be , from Huygens' principle,
This occurs in a direction shifted by Θ from the vibrator array surface 502. For example, if you want to deflect an ultrasound beam by Θ = 30°, assuming that the number of transducers n = 8, the transducer spacing 1 mm, and the underwater propagation velocity v = 1.5 × 10 mm/sec, the time required to drive the first transducer is If it is 0 seconds, the oscillator with the 8th oscillator number only needs to be driven with a delay of 2.33 μsec. The driving timing of the vibrator number 7 and 6 is 2.0 μ sec and 1.67 μ sec, respectively.
sec.

以上の説明を基本原理として、本発明の一実施
例におけるCESNDT装置の具体例について説明
する。第4図は、具体例の装置ブロツク図を、第
5図には、各部信号波形図をそれぞれ示す。
Based on the above explanation as a basic principle, a specific example of a CESNDT device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows a block diagram of a specific example of the device, and FIG. 5 shows a signal waveform diagram of each part.

このCESNDT装置を機能別に大別すると第4
図に示したように、超音波の送・受波を司るUP
部200と、UP部を構成する多数枚の圧電振動
子を所定の順序に従つて選択駆動できるように制
御する選択駆動制御部201,超音波の偏向、送
受信信号処理を行う偏向送受信信号処理部20
2,断層像を表示する表示部203,各部の動作
を全体的に制御する基準信号発生部204の5部
よりなる。UP部200と選択駆動制御部201
は同一の探触子筐体に装填されており、他の3部
は本体部筐体に装填されている。
This CESNDT device can be roughly classified by function.
As shown in the figure, the UP controls the transmission and reception of ultrasonic waves.
section 200, a selection drive control section 201 that controls a large number of piezoelectric vibrators constituting the UP section so that they can be selectively driven in a predetermined order, and a deflection transmission/reception signal processing section that deflects ultrasonic waves and processes transmission/reception signals. 20
2, a display section 203 that displays tomographic images, and a reference signal generation section 204 that controls the overall operation of each section. UP section 200 and selection drive control section 201
are loaded in the same probe housing, and the other three parts are loaded in the main body housing.

探触子部200は、第1図に示した構成をもつ
単位振動子300で構成されている。ただこの場
合、単位振動数は64単位振動子(振動子数=64×
2=128枚)である。超音波ビーム偏向は8枚の
単位振動子を用いて行うとするものとする。8単
位振動子をそれぞれ所定の時間遅延量を持たせて
駆動するために、インパルス、あるいはRFパル
スを発生する、駆動信号発生回路301を8個有
する。この駆動信号発生回路301は、外部から
の駆動タイミング信号302に同期して、駆動信
号を発生するものである。超音波ビーム偏向のた
めの駆動時間遅延量は、駆動タイミング信号30
2の印加タイミングによつて制御する。この駆動
タイミング信号は、基準クロツク信号発生器30
3の基準クロツク信号304(第5図a)を基準
として、駆動タイミング制御部305で作られ
る。この駆動タイミング制御部305は、基準ク
ロツク信号に同期して動作する8ビツトのシフト
レジスタ(今の場合、TI社製SN74164を使用)
で構成され、ビーム偏向角度に対応した時間差を
もつ駆動タイミング信号を8個発生する。偏向角
度指定信号発生器306から発生された遅延タイ
ミング信号307(第5図b)でシフトレジスタ
は転送を行う。単位振動子間隔d=1mm,偏向角
度Θ=30゜,伝搬速度v=1.5Km/Sの場合、この
遅延タイミング信号周波数は、3MHzである。遅
延タイミング信号は、所定の偏向角度に応じて、
例えばCR発振器の発振周波数を変化させること
によつて、任意の偏向角度に応じた遅延タイミン
グ時間が得られる。なお、該遅延タイミング信号
は、今の場合8単位素子で偏向を行うようにして
いるため、基準クロツク信号1パルスに対して8
個だけ発生させる。
The probe section 200 is composed of a unit vibrator 300 having the configuration shown in FIG. However, in this case, the unit frequency is 64 unit oscillators (number of oscillators = 64 ×
2 = 128 sheets). It is assumed that the ultrasonic beam deflection is performed using eight unit transducers. There are eight drive signal generation circuits 301 that generate impulses or RF pulses in order to drive eight unit oscillators with predetermined time delays. This drive signal generation circuit 301 generates a drive signal in synchronization with a drive timing signal 302 from the outside. The drive time delay amount for ultrasonic beam deflection is determined by the drive timing signal 30.
It is controlled by the application timing of step 2. This drive timing signal is supplied to the reference clock signal generator 30.
The drive timing controller 305 generates the clock signal using the reference clock signal 304 (FIG. 5a) of No. 3 as a reference. This drive timing control section 305 is an 8-bit shift register (in this case, TI's SN74164 is used) that operates in synchronization with the reference clock signal.
It generates eight drive timing signals with time differences corresponding to the beam deflection angle. The shift register performs the transfer based on the delay timing signal 307 (FIG. 5b) generated from the deflection angle designation signal generator 306. When the unit transducer spacing d=1 mm, the deflection angle Θ=30 degrees, and the propagation speed v=1.5 Km/S, the frequency of this delay timing signal is 3 MHz. The delayed timing signal, depending on the predetermined deflection angle,
For example, by changing the oscillation frequency of the CR oscillator, a delay timing time corresponding to an arbitrary deflection angle can be obtained. In addition, since the delay timing signal is deflected by 8 unit elements in this case, 8 unit elements are used for each pulse of the reference clock signal.
Generate only one.

この遅延タイミング信号に対応して駆動タイミ
ング制御部305で発生された駆動タイミング信
号302によつて、8個の同一構成の駆動回路3
01で発生された駆動信号308は探触子筐体内
に装填された8個の8チヤンネルのマルチプレク
サ(MPX)309のそれぞれのINPUT/
OUTPUT端子に印加される。今の場合、この
MPX309にはシリコニクス社製DG508を
使用している。この駆動信号は、それぞれの
MPXに対応して設置された、3ビツトのMPXア
ドレスカウンタ310で選択されたチヤンネルを
通つて、所定の振動子を駆動する。このアドレス
カウンタのクロツク端子311には、基準クロツ
ク信号304に同期動作する8ビツトシフトレジ
スタ312の出力313がそれぞれ接続されてい
る。この結果、基準クロツク信号304が1個送
られるたびに、8ビツトシフトレジスタが1ビツ
トずつシフトし、ビツトの変つたMPXアドレス
カウンタ310を1番地ずつ増加させる。なお、
基準クロツク信号の周波数は、所定の被検深さ
と、一画面を構成するための時間などを勘案して
設定され、今の場合例えば被検深さ20cm程度を得
るために約3〜4KHzである。
The drive timing signal 302 generated by the drive timing control section 305 in response to this delayed timing signal controls the eight drive circuits 3 having the same configuration.
The drive signal 308 generated at 01 is input to each of the eight 8-channel multiplexers (MPX) 309 mounted inside the probe housing.
Applied to the OUTPUT terminal. In this case, this
MPX309 uses Siliconix DG508. This drive signal is
A predetermined vibrator is driven through a channel selected by a 3-bit MPX address counter 310 installed corresponding to MPX. An output 313 of an 8-bit shift register 312 that operates in synchronization with a reference clock signal 304 is connected to a clock terminal 311 of this address counter. As a result, each time one reference clock signal 304 is sent, the 8-bit shift register shifts by one bit, and the MPX address counter 310 whose bit has changed is incremented by one address. In addition,
The frequency of the reference clock signal is set taking into account the predetermined depth of inspection and the time required to compose one screen, and in this case, for example, it is approximately 3 to 4 KHz to obtain a depth of inspection of approximately 20 cm. .

MPXの各チヤンネルと探触子部の接続方法は、
第4図に示したようにP1をNo.1MPXの第1チヤ
ンネル(以下1chと略す)に、P2をNo.2MPXの
1ch,P3をNo.3MPXの1chに……P8をNo.
8MPXの1chに、P9をNo.1MPXの2chに、P1
0をNo.2MPXの2chに……P63をNo.7MPXの
8chに、P64をNo.8MPXの8chにという具合に
接続されている。この結果、各MPXのチヤンネ
ルは8チヤンネルのうちどれか1つが常にオンと
なり、互いに隣接し合う1群(8個)の単位振動
子が送受波可能となるとともに、8ビツトシフト
レジスタ312の出力が変るたびに、この1群の
単位振動子の組合せが変り、即ち走査できること
になる。
How to connect each channel of MPX to the probe section is as follows.
As shown in Figure 4, P1 is the first channel of No.1MPX (hereinafter abbreviated as 1ch), and P2 is the first channel of No.2MPX.
1ch, P3 to 1ch of No.3MPX...P8 to No.
8MPX 1ch, P9 to No.1MPX 2ch, P1
0 to 2ch of No.2MPX...P63 to No.7MPX
8ch, and P64 is connected to No.8MPX's 8ch. As a result, one of the eight channels of each MPX is always on, and one group (eight units) of unit oscillators adjacent to each other can transmit and receive waves, and the output of the 8-bit shift register 312 Each time it changes, the combination of unit oscillators in this group changes, that is, it can be scanned.

以上の回路動作によつて、所定の偏向角度Θの
方向に発生された超音波ビーム314は、体内の
異種構造物で反射され、その反射音波は、送波を
司つた振動子群を励振させ、その結果生じた反射
電気信号315を8チヤンネルのMPX1個よりな
る受信信号選択器316に導く。ここで、例えば
常に発射音波の左端を司るチヤンネルのみを選択
し、受信器317に印加する。この受信信号選択
器のチヤンネル制御は、基準クロツク信号304
をクロツク入力信号とする3ビツトカウンタ31
8で発生されたチヤンネル選択信号319で行
う。
Through the circuit operation described above, the ultrasonic beam 314 generated in the direction of the predetermined deflection angle Θ is reflected by different structures inside the body, and the reflected sound wave excites the transducer group that controls the wave transmission. , and guides the resulting reflected electrical signal 315 to a received signal selector 316 consisting of one MPX of eight channels. Here, for example, only the channel controlling the left end of the emitted sound wave is selected and applied to the receiver 317. The channel control of this received signal selector is performed using the reference clock signal 304.
A 3-bit counter 31 whose clock input signal is
This is done using the channel selection signal 319 generated at 8.

本実施例では、1チヤンネルのみを受信信号と
する方式を採用したが、各受信信号に対し、アナ
ログ、あるいはデイジタルメモリを用いて、送波
時と同じ遅延量をもたせて加え合せる方式も可能
である。
In this example, we adopted a method in which only one channel is used as a received signal, but it is also possible to use an analog or digital memory to add the same amount of delay to each received signal as when transmitting. be.

受信器317は、受信信号320に対し、検
波・増幅を行い、断層像表示装置321の輝度変
調部に印加する。
The receiver 317 performs detection and amplification on the received signal 320 and applies it to the brightness modulation section of the tomographic image display device 321 .

一方、この表示装置321の高速偏向は、基準
クロツク信号に同期して、鋸歯状波偏向信号32
3(第5図d)を発生する高速偏向信号発生器3
22によつて行われる。また低速偏向は、基準ク
ロツク信号を、走査線数分だけ分周する分周器3
24で分周された低速クロツク信号325に同期
して、偏向信号発生器326で発生された低速偏
向信号327(第5図e)によつて行う。
On the other hand, the high-speed deflection of this display device 321 is achieved by the sawtooth deflection signal 32 in synchronization with the reference clock signal.
3 (Fig. 5d)
22. Also, for low-speed deflection, a frequency divider 3 divides the reference clock signal by the number of scanning lines.
This is done by a slow deflection signal 327 (FIG. 5e) generated by a deflection signal generator 326 in synchronization with a slow clock signal 325 whose frequency is divided by 24.

以上の装置動作により、超音波ビームを30度偏
向させながら、リニア走査と同様に走査をするこ
とにより、にわゆるひし形の断層像が得られるこ
とになる。
With the above device operation, a so-called diamond-shaped tomographic image can be obtained by scanning in the same manner as linear scanning while deflecting the ultrasound beam by 30 degrees.

なお以上の説明は、8単位振動子を一群にして
駆動しつつ、1単位振動子の横幅分だけずらしな
がら超音波ビームの走査を行う場合を例に説明し
たが、一群として駆動する単位振動子枚数は8に
限らず、7枚でも、9〜10枚でもよく、一般にこ
の枚数は、単位振動子の整数倍は全て可能であ
る。さらに、横ずらしピツチ量は1単位振動子幅
分に限らず、例えば、一群の駆動振動子幅以上ず
らして駆動し、伝搬時間の制限によるパルス反射
法の限界クロツク周波数を越えたクロツク周波数
で超音波パルスを発射し、完像時間を早める事も
可能となる。走査の方向も、カウンタ310を加
算・減算カウンタを使用することにより、正逆両
方向に行える。
The above explanation has been based on an example in which the ultrasonic beam is scanned while driving eight unit transducers as a group and shifting them by the width of one unit transducer. The number of oscillators is not limited to 8, but may be 7 or 9 to 10, and generally this number can be any integer multiple of the unit oscillator. Furthermore, the amount of lateral shift pitch is not limited to one unit transducer width; for example, if the transducer is driven with a shift of more than the width of a group of drive transducers, the clock frequency exceeds the limit clock frequency of the pulse reflection method due to propagation time limitations. It is also possible to emit sound wave pulses to speed up the completion time. Scanning can be performed in both forward and reverse directions by using the counter 310 as an addition/subtraction counter.

発明の効果 以上要するに本発明は、理想的なピストン振動
を行う探触子部と、超音波ビームを所定の方向に
偏向させ送受信する偏向送受信信号処理部と、所
定のピツチで超音波ビームを走査させる選択駆動
制御部と、断層像の表示部と、全体の動作を制御
する基準信号発生部を備えたものであり、以下の
効果を有する。
Effects of the Invention In summary, the present invention includes a probe section that performs ideal piston vibration, a deflection transmitting/receiving signal processing section that deflects an ultrasound beam in a predetermined direction and transmits and receives it, and scans the ultrasound beam at a predetermined pitch. The present invention is equipped with a selection drive control section for controlling the operation, a tomographic image display section, and a reference signal generation section for controlling the overall operation, and has the following effects.

(1) 診断のための障害物をさけて、しかも広い被
検範囲の断層像が得られる。
(1) It is possible to obtain tomographic images of a wide examination area while avoiding obstacles for diagnosis.

(2) (1)の結果、生体構造にとらわれることなく診
断が可能となり、診断精度、効率が向上する。
(2) As a result of (1), diagnosis becomes possible regardless of biological structure, improving diagnostic accuracy and efficiency.

(3) 直線電子走査(本発明で用いた駆動クロツク
信号の時間遅延がない場合)と、本発明の走査
モードを併用すると、該直線電子走査の場合に
較べて広視野化が図れる。
(3) When linear electronic scanning (when there is no time delay of the drive clock signal used in the present invention) and the scanning mode of the present invention are used together, a wider field of view can be achieved than in the case of linear electronic scanning.

(4) 偏向角度の極性を、1枚の断層像が完像する
ごとに変化させることにより、台形状の断層像
が得られ、直線電子走査に比べ広視野化が図れ
る。
(4) By changing the polarity of the deflection angle each time one tomographic image is completed, a trapezoidal tomographic image can be obtained and a wider field of view can be achieved compared to linear electronic scanning.

(5) 偏向角度が任意に設定可能であるため、例え
ば、セクタ走査しながら、これで得られた扇形
の断層像を重ね合せるように走査して断層像を
得ることも可能となり、臓器に対して超音波ビ
ームの入射角度が固定していたために発生した
臓器形態の不完全映像化(スペキユラ効果)の
問題が解決できる。なおこの効果は、上記(3),
(4)においても得られる。
(5) Since the deflection angle can be set arbitrarily, for example, it is possible to obtain a tomographic image by overlapping sector-shaped tomographic images obtained while scanning a sector, which allows for the observation of internal organs. This solves the problem of incomplete imaging of organ morphology (specular effect), which occurs because the incident angle of the ultrasound beam is fixed. This effect is due to (3) above,
It is also obtained in (4).

(6) 探触子部が、理想のピストン運動を行い、し
かも高感度化するような構成にした事により、
上記1〜5に係る超音波ビームの偏向が理想的
に、しかも高感度で行え、高品位の断層像が得
られる。
(6) The probe section is configured to perform ideal piston motion and to achieve high sensitivity.
The deflection of the ultrasonic beam according to items 1 to 5 above can be performed ideally and with high sensitivity, and a high-quality tomographic image can be obtained.

(7) 選択駆動制御部と探触子部を同一筐体内に装
填したことにより、本体部との接続線数を大幅
に低減させることができ、探触子の操作性が向
上する。
(7) By mounting the selection drive control section and the probe section in the same housing, the number of connection lines with the main body section can be significantly reduced, improving the operability of the probe.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例における電子走査式
超音波断層検査装置の探触子部を示し、同図aは
断面図、同図bは平面図、第2図は本発明の探触
子部の音場パターン図、第3図は本発明の超音波
ビーム偏向の基本原理図、第4図は本発明の装置
ブロツク図、第5図a〜eは第4図の各部の波形
図、第6図a,bは従来のリニア装置の断層像例
を示す図、cは従来のセクタ装置の断層像例を示
す図、第7図はw/tが2.5の場合の音場パター
ン図、第8図はw/tが2.5の場合の振動子面図
である。 200……探触子部、201……選択駆動制御
部、202……偏向送受信信号処理部、203…
…表示部、204……基準信号発生部、P1〜P
64……探触子部、301……駆動信号発生回
路、303……基準クロツク発号発生器、309
……アナログマルチプレクサ、310……カウン
タ、312……8ビツトシフトレジスタ、305
……駆動タイミング制御部、306……偏向角度
指定信号発生器、317……受信器、321……
断層像表示装置。
FIG. 1 shows a probe section of an electronic scanning ultrasonic tomographic examination apparatus according to an embodiment of the present invention, where a is a sectional view, b is a plan view, and FIG. 2 is a probe of the present invention. Figure 3 is a diagram of the basic principle of ultrasonic beam deflection of the present invention; Figure 4 is a block diagram of the apparatus of the present invention; Figures 5a to 5e are waveform diagrams of each part in Figure 4. , Fig. 6 a and b are diagrams showing an example of a tomographic image of a conventional linear device, c is a diagram showing an example of a tomographic image of a conventional sector device, and Fig. 7 is a sound field pattern diagram when w/t is 2.5. , FIG. 8 is a plan view of the vibrator when w/t is 2.5. 200... Probe section, 201... Selection drive control section, 202... Deflection transmission/reception signal processing section, 203...
...Display section, 204...Reference signal generation section, P1 to P
64... Probe section, 301... Drive signal generation circuit, 303... Reference clock signal generator, 309
... Analog multiplexer, 310 ... Counter, 312 ... 8-bit shift register, 305
... Drive timing control section, 306 ... Deflection angle designation signal generator, 317 ... Receiver, 321 ...
Tomographic image display device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 横幅wと厚さtの比w/tが0.8以下の値を
持つ圧電振動子をN個(Nは複数)配列しこの圧
電振動子の厚み方向の上下面に電極を施し、この
電極の一方の面に密接して整合層を設けた探触子
部と、この探触子部を電気機械結合係数k33に係
る幅伸び振動で励振させ、超音波の進行方向と、
圧電振動子の配列方向で規定される面内で、所定
の方向に超音波ビームを偏向させるための駆動信
号を発生し、かつ受信電気信号の受信信号処理を
行う偏向送受信信号処理部と、前記探触子部を構
成するN個の圧電振動子の内、n個(N>n)を
一群とし、このn個の圧電振動子を、同一駆動信
号レベルで駆動しながら超音波ビームを所定の方
向に偏向し、圧電振動子間隔あるいはこの間隔の
整数倍ずつずらしながら、所定の方向に走査を行
うように制御する、前記探触子部と同一筐体内に
装填した選択駆動制御部と、前記偏向送受信信号
処理部で得られた受信信号を前記走査順序に従つ
て断層像表示を行う表示部と、以上の各部の動作
を全体的に制御する基準信号発生部とを備えたこ
とを特徴とする電子走査式超音波断層検査装置。 2 選択駆動制御部が単一または複数個のアナロ
グマルチプレクサと、基準信号をもとにしてアナ
ログマルチプレクサの開閉を制御するカウンタと
を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の電子走査式超音波断層検査装置。
[Claims] 1. N pieces (N is plural) of piezoelectric vibrators having a ratio w/t of width w to thickness t of 0.8 or less are arranged, and electrodes are placed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric vibrators in the thickness direction. The probe part has a matching layer closely attached to one surface of the electrode, and the probe part is excited by width stretching vibration with an electromechanical coupling coefficient k33, and the direction of the ultrasonic wave is ,
a deflection transmission/reception signal processing unit that generates a drive signal for deflecting the ultrasound beam in a predetermined direction within a plane defined by the arrangement direction of the piezoelectric vibrators, and performs reception signal processing of the reception electric signal; Of the N piezoelectric vibrators that make up the probe section, n piezoelectric vibrators (N>n) are grouped together, and the ultrasonic beam is directed to a predetermined level while driving the n piezoelectric vibrators at the same drive signal level. a selection drive control section loaded in the same housing as the probe section, the selection drive control section configured to perform scanning in a predetermined direction while shifting the piezoelectric vibrator spacing or an integer multiple of the spacing; The present invention is characterized by comprising a display section that displays a tomographic image of the received signal obtained by the deflection transmission/reception signal processing section according to the scanning order, and a reference signal generation section that controls the overall operation of each of the above sections. Electronic scanning ultrasonic tomography device. 2. The electronic device according to claim 1, wherein the selection drive control section includes one or more analog multiplexers and a counter that controls opening and closing of the analog multiplexers based on a reference signal. Scanning ultrasonic tomography device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51136106A (en) * 1975-05-06 1976-11-25 Philips Nv Coillwinding device
JPS5359283A (en) * 1976-11-10 1978-05-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Device for inspecting electronic scanning ultrasonic section
JPS622813A (en) * 1985-06-27 1987-01-08 川重防災工業株式会社 Insulation monitor

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