JPS63203143A - 超音波診断装置 - 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） 本発明は、超音波パルスを被検体に照射し、その反射波
を受波して被検体の断層像を層像する超音波診断装置に
関し、特に超音波パルスの送受波方式の改良に関する。

（従来の技術） 一般にこの種の超音波診断装置どしては、例えば「超音
波パルスＮｌ　（日刊工業）Ｐ８１０〜８１３」や「超
音波医学（医学出銃）Ｐ８１〜８４」に開示されている
ような、Ｂモード用超音波診断装置が主流をなしている
。Ｂモード用超音波診断装置は、深さ方向（振動子面に
対して法線プ］向）に対してほぼ一定の収束度（方位分
解能）を得るように、小開口の振動子にて超音波の送受
波を行なうものとなっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記したＢモード用超音波診ｒｇＩ装置では、収束度を
弱めることによって、７４−カス範囲を広くとる如く構
成されているので、方位分解能が悪いという欠点がある
。

そこで本発明は、従来の超音波診断装置に比べて解像度
が飛躍的に向上した超音波診断装置を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段］ 本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために、次
のような手段をδにじた。すなわら、検知すべき被検体
の断層面に対して超音波パルスを斜めに照射する如く送
波器を配置し、この送波器により照射された超音波パル
スの断層面からの反射波を収束して断層像を結像する如
く大開口の超音波レンズを配置し、この超音波レンズに
より結像された断層像を受波する如く超音波撮像素子を
配置した。なお超音波撮像素子としては、例えば超音波
受波面に受波された超音波の音圧分布を時系列な電気信
号（映像信号）に変換して外部に取出し得るものを用い
るものとする。

（作用） このような手段を講じたことにより、次のような作用を
呈する。断層面に対して超音波パルスが斜めに照射され
るため、断層面上には超音波パルスが時系列に照射され
ることになる。その結果、超音波撮像素子の受波面に結
像する断層像も時系列に結像することになる。そこでこ
の時系列に結像する断層像を、結像のタイミングに同期
して撮喀素子から電気信号として取出せば、被検体中の
御所層像が検出されることになる。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例の全体的な構成を示す図で
ある。第１図において、Ａは探触子であり、Ｂは装置本
体であり、Ｃは被検体である。

探触子Ａの被検体Ｃに対向する対向端面には、この対向
端面を囲む形で被検体Ｃの表面に安定に接触するベロー
ズ形容器１が装着されている。この容器１の内壁には超
音波の乱反射を防ぐための吸音材が装着されている。容
器１の内部には音響媒体２が封入されている。この音響
媒体２としては例えば水を使用する。なお水は温度によ
って音速が異なるものとなるので、図示はしてないが、
上記水を一定温度に保つための温度制御機４Ｎや泡を取
除くための脱泡機構が容器１に伺設されている。

探触子Ａの前記対向端面には送波器３が取付けられてい
る。この送波器３はリニアアレイ振動子からなり、検知
すべき被検体Ｃの断層面４に対して超音波パルスを斜め
に照射するように配置されている。

また探触子Ａの前記対向端面の中央部位には、大開口の
超音波レンズ５が断層面４に対してほぼ平行に取付けら
れている。この超音波レンズ５は断層面４からの反射波
を収束し、探触子Ａの内部に設置されている超音波Ｒ像
素子６の受波面に断層像を結像させるものである。超音
波レンズ５は、その音響インピーダンスが音響媒体２に
近く、かつ音速が音響媒体２とは異なる物質により形成
されている。その物質としては、音響媒体２が水である
ときはアクリル樹脂等のプラスチック材料がよい。プラ
スチック材料であれば、成型によって非球面レンズも容
易につくれる。超音波レンズ５の両面には、音響整合層
５ａ、５ｂがコーティングされている。なお超音波レン
ズ５は、単レンズであってもよいし、組合わせレンズで
あってもよく、さらに収差の除去や拡大、縮小のための
ズーム機構や、ピント調整機構が付設されたものであっ
てもよい。

超音波踊９＋素子６は、超音波受波面に受波された超音
波の音圧分布を時系列な電気信号（映像信号）に変換す
る機能を有している。

探触子Ａの内部には、前配送波器３のリニアアレイ振動
子を選択するためのマルチプレクサ７、超音波撮像素子
６から電気信号を取出すためのマルチプレクサ８，９、
取出した電気信号を増幅するプリアンプ１０、この゛プ
リアンプ１０の増幅度すなわら利得′を時間の経過にし
たがって上昇させるためのタイム・ゲイン・コントロー
ル信号発生回路１１などが収容されている。

装置本体Ｂには、パルス発生器１２．ディレィライン１
３からなるパルス供給源１５と、対数アンプ１６．検波
回路１７．加算回路１８．ブラック・クリップ回路１９
．Ｖ４分回路２０．比較回路２１、切換え回路２２１乗
算器２３．フレームメモリ２４などからなる信号処理回
路２５と、映像信号を表示するためのＴＶモニタ２６と
が、収容されている。

第２図は、前記送波器３の構成および上記送波器３とＩ
ｔ層面４との位置関係を示す斜視図である。

図示のごとく送波器１は、その送波面に第２図の断層面
上の矢印Ｙ方向に、均一に超音波ビームが照射されるよ
うに、拡散用の音響レンズ３１と、音響整合層３２と、
電気音響変換素子３３とが、ダンパー材３４上に積層固
定されている。かくして上記送波器３の一群の振動子３
びを、第１図に示したマルチプレクサ７によって選択し
、この選択した一群の振動子３ａに対して、パルス発生
器１２からの出力パルスにディレィライン１３によって
所定時間の遅延を与えた＠振パルスを印加して上記一群
の振動子を励振すると、断層面４上の一つのライン４ａ
上に時間差をもって超音波パルスが重畳的に照射される
。なおディレィライン５の遅延量は、送波された超音波
が断層面４上の矢印Ｘ方向に収束するように設定されて
いる。そしてライン４ａ上に超音波パルスがＭ、Ｎ、Ｌ
、の順番に照射されていったとき、その反射エコーは、
第１図に示すように超音波レンズ５により超音波撮像素
子６上にｍ、ｎ、ｌの順に時間差をもって結像されるこ
とになる。

第３図は超音波撮像素子６の構成を示す斜視図である。

第３図に示すように超音波撮像素子６は、音響ダンピン
グを兼ねた素子取付は台６１上に、信号電極６２．電気
音響変換素子６３．アース電極６４．音響整合層６５を
積層固定したものとなっている。なお信号電極６２およ
びアース電極６４は、後述するように互いに異なる方向
にそれぞれ複数個に分割されている。電気音響変換素子
６３はＰＶＤＦ、ＰＶＦ２のように、横方向の音響結合
が少ない材料の方が電極の分割だけでよいので有利であ
る。ＰＺＴのような電気音響変換材料使用する場合には
、ｄ械的にカッティングする必要がある。

第４図は超音波撮像素子６から電気信号を取出す手段を
示す図である。第４図に示すように、超音波層像素子６
の信号電極６２は、第２図の矢印Ｘの方向と平行な方向
に複数個に分割されている。

また裏側のアース電極６４は、上記とは直交する方向、
つまり第２図の矢印Ｙの方向と平行な方向にやはり複数
個に分割されている。そして各電極６２．６４には前記
したマルチプレクサ９，８がそれぞれ接続されている。

マルヂブレク°す′８の共通電極８ａはアースに接続さ
れている。またもう一方のマルチプレクサ９の共通電極
９ａは、前記した第１図のプリアンプ１０へ接続されて
いる。

かくしてマルチプレクサ８，９を切換え動作させること
により、超音波撮像素子６の各エレメントを順次選択す
ることができ、超音波撮像素子６の上にｍ、ｎ、Ｉの順
に結像された超音波断層像を、時系列な電気信号として
リアルタイムで取出すことができる。

このように、超音波パルスを被検体Ｃ中に斜めに照射す
ることにより、被検体Ｃの断層面４上の１ラインの反射
エコーのみを時系列信号として取出すことができる。モ
して送波器３のリニアアレイ振動子を切換えて送波位置
を移動（走査）させると同時に、超音波撮像素子６の検
出ラインをマルチプレクサ８により切換え、なおかつマ
ルチプレクサ９により超音波パルスの到達（結像）時間
に合わせて、エレメントを高速度（２００ｎｓｅＣ程度
）に切換えれば、被検体Ｃ中の鳳像目的である断層僚の
みを電気信号としてリアルタイムで外部に取出すことが
できる。

前記超音波撮像素子６の分解能は、断層面４上において
、はぼ超音波レンズ５の開口角と超音波パルスの周波数
で決まる。式で表わすと、２．４４Ｆ／Ｄλ となる。ただしＦはレンズの焦点距離、Ｄはレンズの直
径、λは超音波の波長である。断層面４と垂直な方向の
分解能は、超音波のパルス幅に１／ＣＯ９θを乗じたも
のとなる。θは送波された超音波と泥像断面とのなす角
度である。

正確には、昭像断面上の矢印Ｘ方向の分解能は、超音波
レンズ５の方位方向の収束分布に送波ビームの指向性を
乗じたものとなり、矢印Ｙ方向の分解能は、超音波レン
ズ５の方位方向の収束分布に超音波パルスのエンベロー
プ波形と１７　Ｓ　ｉ　ｎｏを乗じたものとなる。また
断層面４と垂直な方向の分解能は、超音波パルスのエン
ベロープ波形に１／ｓ　＋　ｎｏと超音波レンズ５の軸
方向の収束分布を乗じたものとなる。かくして本実施例
における分解能は、従来装置の約７倍で程度まで向上し
た。

次に受波された上弓の処理について説明する。

マルチプレクサ９の共通電極９ａから取出された電気信
号は、プリアンプ１０にて増幅される。このプリアンプ
１０は雑音指数の良好なアンプであり、受信信号を後の
回路でのＳ／Ｎ比の悪化を防ぐために十分に増幅される
。なお第２図の断層面４上のＭ部分とＬ部分とでは、超
音波パルスの到達距離が違うため、プリアンプ１０の利
得が一定であると、被検体Ｃ中の減衰により感度に差が
生じてしまう。しかるにプリアンプ１０はタイム・ゲイ
ン・コントロール信号発生回路１１からの信号により、
時間の経過にしたがって利得が１弁する如く作動する。

したがって上記感度差は生じないものとなる。

プリアンプ１０の出力は、装置本体Ｂ内の対数アンプ１
６に入力する。ここで超音波エコー信号のダイナミック
レンジ（約６０８）に合わせた対数増幅が行なわれる。

次に検波回路１７によって検波されて映像信号に変換さ
れる。この映像信号は加算回路１８に入力する。ここで
利得調整用の電圧ｖ１を加算されたのち、ブラック・ク
リップ回路１９にて０■より下の電圧がクリップされる
。

上記電圧Ｖ１は次のようにして得られる。ブラック・ク
リップ回路１９の出力信号は積分回路２０に入力し、こ
こで１フレ一ム分の映像信号の平均値が求められる。こ
の１フレ一ム分の映像信号の平均値と、自動利得設定電
圧■２とが比較回路２１にて比較され、かつその差分が
増幅される。

この増幅された自動利得調整＜ＡＧＣ）電圧■３と手動
利得調整電圧Ｖ４とが切換え回路２２にて切換えられ、
前記利得調整用の電圧■１として出力される。

上記の如く利得の調整を受けた映像信号は乗Ｑ器２３に
入力し、ここで表示範囲の調整つまりダイナミックレン
ジの調整を行なうために、ダイナミックレンジコントロ
ール電圧■５が乗じられる。

しかるのち上記映像信号は、フレームメモリ２４に入力
し、ここでＴＶ走査に見合った時間変換と同期信号の加
算がなされ、ＴＶモニタ２６に供給される。かくして断
層像がＴＶモニタ２６にて表示される。

ところで超音波撮像素子６からの電気信号の読出し方式
として、第５図および第６図に示すような複線読出し方
式（本例では二線読出し方式）を用いることもできる。

第５図の方式によれば、完像時間の短縮をはかれる利点
がある。特願昭６１−２４５７７７号にて示されるよう
なチャープ波を応用したパルス圧縮橢能を、この搬像方
式に取入れる場合は、送信チャーブ波の継続時間が比較
手長いため、上記のような複線読出し方式によって切換
え時間を長く取る必要がある。ところで第５図のような
複線読出しを行なう場合には、送波器３のリニアアレイ
振動子における第２図の矢印Ｘ方向の収束度を、２ライ
ン分にまたがるように緩和する必要がある。

因みに送波器の超音波ビームが斜めに照射されていれば
、断層面４上に一様に照射されていてもよいのであるが
、乱反射や多垂反射によるゴーストエコーを抑制するこ
とと、前述したように第２図の矢印Ｘ方向の分解能は超
音波レンズ５の収束分布と送波ビームの指向性を乗じた
ものとなるため、本実施例においては解像度の向上を狙
って送波ビームを検出ライン上に収束させている。

第６図の方式によれば、マルチプレクサ９１゜９２の切
換えスピードを低減できる利点がある。

次に本発明の第２実施例について説明する。超音波はコ
ヒーレントの波動であるため、スペックルパターンが生
じ易い。送波をパルスとすることで上記スペックルパタ
ーンはかなり軽減されるが、完全には除去できない。

第７図は上記欠点を除去すると共に、解像度をさらに向
上させるための第２実施例を示す図である。７３は第１
実施例の超音波送波器３と同様の超音波送波器である。

また７４は結像用レンズ、７５は超音波撮像素子である
。

一画面の搬像が完了するごとに、結像用レンズ７４と麗
椴素子７５とを矢印の方向に移動させながら撮像を行な
う。このとき撮像素子７５の搬像面は結像される位置へ
その都度位置設定される。

このようにして得られた複数枚の画像は、アンプ７６に
て珊幅され、エンハンス回路７７を介して累積加算器７
８にて側御平均される。エンハンス回路７７は累積加算
により生じる「ボケ」を修正するためのものである。

本実施例によれば、スペックルパターンの除去が行なわ
れると共に、解像度が向上し、かつＳ／Ｎ比が良くなる
。なお結像用レンズ７４と撮像素子７５の移動による走
査は、撮像回数を増すために二次元走査としてもよい。

また結像用レンズ７４と撮像素子７５を移動走査する代
わりに、第８図のように結像用レンズ７４と撮像素子７
５とを予め複数組み用意してＣ１０き、これらを切換え
使用するようにしてもよい。

なお本発明は前記各実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であ
るのは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、検知すべき被検体の［！Ｉｉ層面に対
して超音波パルスを斜めに照射する如く送波器を配置し
、この送波器により照射された超音波パルスの断層面か
らの反射波を収束してＩｒ層像を結仏する如く大開口の
超音波レンズを配置し、この超音波レンズにより結像さ
れた断層像を受波する如く超音波撮像素子を配置したの
で、断層面に対して超音波パルスが斜めに照射され、断
層面上には超音波パルスが時系列に照射されることにな
り、その結果、超音波撮像素子の受波面に結像する断層
像も時系列に結像することになる。かくして時系列に結
像する断層像を、結像のタイミングに同期して搬像索子
から電気信号として取出せば、被検体中の御所層像が検
出されることになり、従来の超音波診断装置に比べて解
像度が飛躍的に向上した超音波診断装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の第１実施例を示す図で、第１
図は全体的な構成を示す図、第２図は送波器と断層面と
の関係を示す斜視図、第３図は超音波撮像素子の構成を
示す斜視図、第４図は超音波撮像素子から電気信号を取
出す手段を示す図である。第５図および第６図は第１実
施例における超音波撮像素子から電気信号を取出す手段
の変形例をそれぞれ示す図である。第７囚は本発明の第
２実施例における主要部の構成を示す図、第８図は第２
実施例の変形例を示す図である。 Ａ・・・探触子、Ｂ・・・装置本体、Ｃ・・・被検体、
３・・・送波器、４・・・断層面、５・・・超音波レン
ズ、６・・・超音波撮像素子。 出願人代理人　弁理士　坪井　淳 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 手続補正口 １、事件の表示 特願昭６２−０３６９３１号 ２、発明の名称 超音波診断ｉ置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 （０３７）オリンパス光学工業株式会社４、代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２月　ｔＪＢＥビル〒
１００　　電話　０３　（５０２）３１８１　（大代表
）６、補正の対象 ７、補正の内容 （１）　明り１１１ｍ第７ページ第１１行の「ディレィ
ライン５」を「ディレィライン１３」と訂正する。 （２）　同書第１０ページ第８〜９行の　「１／ＣＯＳ
θ」をｒ１／ｓｉｎθ」と訂正する。 （３）　同轡第１０ページ第１５行の　「１／ｓｉｎθ
」をｒｌ／ｃｏｓθ」と訂正する。 （４）　同書第１０ページ第２０行の「約７倍で程度」
を「約７倍程度」と訂正する。 （５）　同書第１３ページ第１１行の「比較手長いため
」を「「比較的長いため」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 検知すべき被検体の断層面に対して超音波パルスを斜め
   に照射する如く配置された送波器と、この送波器により
   照射された超音波パルスの断層面からの反射波を収束し
   て断層像を結像する如く配置された大開口の超音波レン
   ズと、この超音波レンズにより結像された断層像を受波
   する如く配置された超音波撮像素子とを具備したことを
   特徴とする超音波診断装置。