JPS6321500B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 産業上の利用分野 本発明は超音波診断装置、とくにパルス状に超
音波を送信してその反射波を受信する電気音響相
互変換手段を有し、被写体を直線状に走査して反
射波に基づく表示を得るリニア走査超音波診断装
置に関するものである。

従来技術 従来のこのようなリニア走査超音波診断装置に
は、機械走査方式と電子走査方式とがあるが、そ
れぞれ固有の欠点を有する。

機械走査方式は、単一または複数個の超音波振
動子を機械的に走査させるものであり、そのため
に機械的運動をしている振動子と信号処理回路と
の電気的接続における安定性および信頼性に乏し
い。また振動子を往復運動させて直線走査を行な
うものは振動子系の慣性のために高速において均
一な走査速度を得ることが困難である。しかし一
般に機械走査方式は、手動走査方式と比べて走査
の再現性がよく、走査速度も低速から高速まで実
現可能であるので、精密診断用の静止像から実時
間観察用の動態像まで広い範囲に適用することが
できる。

電子走査方式は本質的に高速走査が可能である
ので、実時間動態観察に適している。しかし有効
な走査線数を得るためには、非常に多数（たとえ
ば200〜300個）の振動子を所定の走査範囲（たと
えば100mm）の中に直線状に配列しなければなら
ない。したがつてこれらの個々の振動子を独立し
て駆動するためにはそれに対応して非常に多数の
スイツチング回路が必要となる。また各振動子の
走査面内における断面形状は超音波の進行方向に
対して正方形に近い形状となる。すなわち振動子
の厚みと幅の値が近いものとなる。このため超音
波の進行方向に対応する厚み振動に幅方向の振動
が影響を及ぼすため、振動子を駆動したときに音
波の進行方向に対して理想的なピストン運動をと
らず、複雑な振動パターンを呈し、超音波場に悪
影響を及ぼすことになる。さらに、振動子の間隔
が半波長以上になると、いわゆるグレーテイング
ローブが発生して映像の中に虚像を生ずる原因と
なる。

この種の装置では、超音波の進行方向と直角な
方向（すなわち方位方向）の空間分解能を向上さ
せるためにいわゆる量子化された電子フオーカス
技法が用いられている。しかしそれには送信また
は受信信号の位相制御を行なうための複雑な回路
を必要とし、さらに量子化された位相に起因する
サイドローブが発生する。

なおこのように電子走査方式は振動子の機械的
配列による制限のため走査線数に限界があるの
で、良質な静止像を必要とする精密診断には適し
ていない。

本件発明の目的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、
複雑な回路構成を必要とせず、グレーテイングロ
ーブおよびサイドローブなどに起因する虚像を本
質的に生ずることなく実時間観察に適した動態像
および精密診断に適した良質の静止像を選択的に
得ることのできるリニア走査超音波診断装置を提
供することを目的とする。

この目的はつぎのような本発明による超音波診
断装置によつて達成される。すなわちこの装置に
おいて、該診断装置は、少なくとも前記走査領域
にわたつて所定の方向で超音波を送受信する少な
くとも１つの超音波振動子と、所定の方向の超音
波を前記走査領域にわたつて横切つて循環する帯
状循環体と、該帯状循環体を連続的に走行させる
駆動手段とを含み、前記帯状循環体は、超音波を
実質的に阻止する音響インピーダンスを有する第
１の部分と、該超音波を実質的に透過させる音響
インピーダンスを有し透過した超音波によつて超
音波ビームを形成する少なくとも１つの音響開口
をなす第２の部分とを具備して成り、該帯状循環
体を前記駆動手段が連続的に循環させるにつれ直
線状走査領域を超音波ビームで直線状に走査する
ものである。

本発明の１つの態様によれば、帯状循環体の第
２の部分は、超音波ビームを所定の１点に集束さ
せる音響レンズを形成する。

本発明の他の態様によれば、本装置における駆
動手段は、帯状循環体の走行速度を所望の速度に
設定する走査速度設定手段を有する。本発明の更
に他の態様によれば、帯状循環体の第１の部分は
超音波を吸収する音響吸収層を有するものであ
る。

発明の構成 つぎに本発明による超音波診断装置の実施例を
添付図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明による超音波診断装置の実施例
を示すブロツク図である。同図において本装置は
プローブ１００および信号処理回路２００を有す
る。プローブ１００は液体１０２を満たした筐体
１０４の中に駆動用プーリ１０６および従動用プ
ーリ１０８、ならびにこれらのプーリにかかるル
ープ状ベルト１１０を有する。駆動用プーリ１０
６の駆動軸１１２はモータ３００などの外部駆動
源に接続され、これによつて矢印１１４の方向に
回転する。これによつてベルト１１０が駆動され
ると遠心力などによるベルトの走行の不安定性を
なくすため、案内ローラ１１６が図のように設け
られている。

ベルト１１０の内側には直線状の有効走査領域
Ｌにわたつてこれを上回るように直状の超音波振
動子１１８が図示のように配置されている振動子
１１８はたとえばセラミツク系の圧電素子からな
り、その上側および下側の面には電極１２０およ
び１２２が装着され、電気接続リード１２４およ
び１２６によつてそれぞれ端子１２８および１３
０に接続されている。振動子１１８は電極１２０
および１２２に加わる電気信号に応じて圧電効果
によつて超音波を発生し、またこれで受信した超
音波を電極１２０および１２２を通して電気信号
に変換する電気音響相互変換素子である。液体１
０２は人体の皮膚の音響インピーダンスに比較的
近く、吸収の小さな物質たとえばシリコン油であ
り、電極１２２の下側表面には液体１０２の音響
インピーダンスとの整合をとるための整合層１３
２が装着されている。また振動子１１８の電極１
２０の上側には、振動子１１８の振動を所定の時
間で減衰させ、または下方へ反射させるバツキン
グ材１３４が装着され、これによつて振動子１１
８をパルス励振させた場合に二次反射を実質的に
なくすため送信時間の短い超音波パルスを得るこ
とができる。なおこの実施例では振動子１１８、
整合層１３２およびバツキング材１３４を１組配
置しているが、これらの組を有効走査領域Ｌにわ
たつて複数組直線状に配置するようにしてもよ
い。

ベルト１１０は、液体１０２と音響インピーダ
ンスが大きく異なつた物質、たとえば金属または
空気などを多量に含んだ発泡性物質（たとえばポ
リウレタン）などからなる第１の部分１１０Ａ、
および液体１０２とほぼ等しい音響インピーダン
スを有するたとえばシリコンゴムなどの物質で構
成されている第２の部分、すなわち音響開口１１
０Ｂからなる。

したがつて、振動子１１８で発生した超音波は
同図において下の方向に進むが、第１の部分１１
０Ａでは実質的にほとんど全部が反射され開口１
１０Ｂでは実質的にほとんどすべてが透過する。
プローブ１００の筐体１０４において有効走査領
域の部分に対応する超音波ビーム透過膜１０４Ｂ
は、液体１０２と被写体１３８の音響インピーダ
ンスの幾何平均に実質的に等しいかまたはこれに
近い音響インピーダンスをもつ物質、たとえばシ
リコンゴムなどで構成されているので、開口１１
０Ｂを透過した超音波のほとんどは透過膜１０４
Ｂを通り、たとえば人体などの被写体１３８の内
部に進行する。また透過膜１０４Ｂは長方形の振
動子１１８とほぼ同じ幅をもつている。筐体１０
４の透過膜１０４Ｂ以外の部分は実質的に超音波
を阻止する音響インピーダンスを有する音響絶縁
層を形成している。音響開口１１０Ｂはたとえば
円形であり、図のようにある曲率半径をもつた音
響レンズを形成しているので、これを透過した超
音波ビームは透過膜１０４Ｂを通つて被写体１３
８の内部におけるある一点に集束するようになさ
れており、空間分解能を向上させることができ
る。

この実施例では開口１１０Ｂはベルトの全長を
２等分する点において２ケ所に配置されているの
で、プーリ１０６が矢印１１４の方向に駆動され
ると、一方の開口１１０Ｂが走査領域Ｌを右から
左へ通過し、ある時間をおいて他方の開口１１０
Ｂが同様にして走査領域Ｌを通過する。このよう
に１つの開口１１０Ｂが走査領域Ｌ内にある間だ
け振動子１１８による超音波パルスの送受信が行
なわれ、これによつて被写体１３８が直線走査さ
れることになる。

プーリ１０６の曲率が小さいと、開口１１０Ｂ
の受ける機械的変形が少なくなり望ましいが、一
方の開口１１０Ｂが走査領域Ｌを離れる時点と他
方の開口１１０Ｂが走査領域Ｌに突入する時点と
の間が長くなり、走査効率が悪くなる。そのよう
な場合には、たとえば第２図に示すようにベルト
の全長を４等分した各点において開口１１０Ｂを
１つづつ合計４個配置し、隣接する開口１１０Ｂ
の相互の距離を少なくとも走査領域Ｌの長さＬ以
上にとる。このようにすることによつて走査領域
Ｌを実質的に連続的に直線走査することができ
る。なおベルト１１０における開口１１０Ｂの数
は１個以上の任意の数でよく、本実施例に示した
数に制限されるものではない。

再び第１図に戻ると、信号処理回路２００は、
走査の基準クロツクを発生する基準クロツク２０
２と、このクロツクに応動して振動子１１８をパ
ルス励振させる送信信号を発生する送信部２０４
と、振動子１１８による送信および受信の動作を
切り替える送受信切替部２０６と、振動子１１８
で受信した受信信号を処理して輝度変調信号とす
る受信信号処理部２０８と、この輝度変調した信
号によつて被写体１３８の内部における超音波の
反射エコーを可視表示する表示部２１０とを有す
る。この可視表示部はたとえば通常の陰極線管な
どで構成され、その垂直偏向信号は基準クロツク
２０２に応動して垂直偏向信号発生部２１２で発
生し、また水平偏向信号は水平偏向信号発生部２
１４で発生する。ところでベルト１１０の内側に
はベルトの走行方向に対して開口１１０Ｂの直後
に図示のように光反射体１４０が装着され、また
図示の位置に発光素子および受光素子を有する水
平同期センサ１４２が設けられ、反射体１４０が
センサ１４２の直下に来ると発光素子の発した光
が光反射体１４０で反射され、これを受光素子で
検出してその信号が端子１４４を通つて走査開始
検出部２１６に送られる。水平偏向信号発生部２
１４はこの走査開始検出部２１６によつて水平偏
向動作が起動される。なお本実施例では受信信号
処理部２０８と表示部２１０の間に記憶制御部２
１８および記憶部２２０が設けられているが、こ
れらはのちに説明するように必ずしも必要なもの
ではない。また表示部２１０には、たとえばカメ
ラなどの表示部２１０の可視表示のハードコピー
を作成する記録部２２２を設けてもよい。また本
実施例では、モータ３００の回転速度を制御する
速度制御部３０２を設けてもよい。これについて
はのちに説明する。

発明の作用 つぎに本装置の動作を説明する。ベルト１１０
はモータ３００によつて駆動用リール１０６が回
転することで所定の速度で走行する。一方送信部
２０４は基準クロツク２０２に応動してパルス状
の送信信号を発生し、送受信切替部２０６はやは
り基準クロツク２０２に応動して送信部２０４の
発生したパルスを振動子１１８に送るように切り
替えられる。したがつて振動子１１８がパルス状
に励振されると、振動子１１８の全面にわたつ
て、すなわち少なくとも第１図における走査領域
Ｌにわたつて同図の下方に超音波パルスを発生す
る。開口１１０Ｂ以外の部分、すなわち第１の部
分１１０Ａに向つて送信された超音波はその内側
の面で反射されるが、開口１１０Ｂに向つて送信
された超音波パルスは音響レンズをなす開口１１
０Ｂによつてビーム状の超音波として同図の下方
に進行し、液体１０２、透過膜１０４Ｂを通つて
被写体１３８の内部に進行し、所定の一点で焦点
を結ぶ。一方送信部２０４が送信パルスを発生し
ていない期間は、送受信切替部２０６は振動子１
１８を受信信号処理部２０８に接続するように切
り替え、さきに送信した超音波が被写体１３８の
内部で反射されると、その一部は送信超音波と逆
の経路を通つて音響開口１１０Ｂからベルトの内
側に進行し、振動子１１８で受信され、これによ
る受信信号が受信信号処理部２０８で処理され
る。処理部２０８はこの受信信号によつて表示部
２１０の可視表示を輝度変調させ、被写体１３８
の内部で生じたエコーを表示させる。

ところでベルト１１０の走行につれ１つの開口
１１０Ｂが走査領域Ｌの右端に突入すると、前述
のようにセンサ１４２がこれを検出して走査開始
検出部２１６に信号を送り、表示部２１０の水平
方向の偏向を水平偏向信号発生部２１４で開始さ
せる。したがつて開口１１０Ｂが走査領域Ｌの中
のある位置にある間振動子１１８が１つの送信パ
ルスで励振された後、振動子１１８がこの送信パ
ルスによる反射波を受信している間に水平偏向信
号発生部２１４が１本の水平走査線を表示部２１
０に形成する。つぎにベルト１１０の走行に応じ
て開口１１０Ｂがつぎの位置にくると、垂直偏向
信号発生部２１２は基準クロツク２０２に応動し
て１走査線分だけ垂直偏向を行ない、この位置に
おいてつぎの送受信動作を繰り返す。このように
して表示部２１０には反射波のエコーが順次可視
表示される。したがつてモータ３００の回転速度
を変えれば走査領域Ｌにおける走査線密度を変え
ることができることがわかる。この目的のために
速度制御部３０２が設けられている。これによつ
て、たとえば生体の動態観察を行ないたい場合に
はモータ３００の回転速度を速くすることによつ
て走査線密度は粗くなるが時々刻々に変化する生
体内部の模様をリアルタイムで表示することがで
きる。また精密観察用の良質な静態像を得たい場
合にはモータ３００の回転速度を遅くして走査領
域Ｌにおける走査線の密度を高くすればよい。こ
の場合には画面全体の走査速度が遅くなることで
画面全体の観察が困難になるのを防止する目的
で、１フレームの画像を記憶制御部２１８によつ
て一旦記憶部２２０に蓄積させ、これをチラツキ
限界のコマ速度以上の速度、たとえば50フイール
ド／秒以上の速度でリフレツシユして表示部２１
０に表示させる。したがつて前述のように、リア
ルタイムの高速走査のみを行なう場合には記憶制
御部２１８および記憶部２２０の回路は必要でな
い。

たとえばリアルタイム観察を考えると、フレー
ムレートは50フイールド／秒以上必要であり、し
たがつて１フイールドの時間は20ミリ秒以下とな
る。走査領域Ｌの長さを100mmとするとこれを20
ミリ秒で走査するにはベルト１１０の線速度は
100mm／20ミリ秒＝５ｍ／秒となる。１つの走査
線の生体内における受信深度を150mmとすると、
生体内の平均音速は約1500ｍ／秒であるから150
mmを往復するのに要する時間は0.2ミリ秒となる。
この0.2ミリ秒の時間の間にベルトは１mm移動す
るから、全走査領域100mmの間には100本の走査線
が得られる。実際には通常のテレビジヨンのよう
に２対１の飛越し走査を行なえば、200本の走査
線を25フレーム／秒（50フイールド／秒で２フイ
ールド／フレーム）のフレーム数で得ることがで
きる。

振動子１１８はその全面で超音波を発生するの
で、ベルト１１０の第１の部分１１０Ａの内側の
面で反射された超音波が振動子１１８で受信され
表示部２１０に虚像を生ずることがある。これを
防ぐためにはベルト１１０の第１の部分１１０Ａ
の内側にゴムなどの超音波吸収層１４６を設ける
か、または第１の部分１１０Ａの内側の面の反射
層断面形状を第３図のごとく山形の形状とし、反
射した超音波を四方に分散させることが望まし
い。

発明の効果 本発明はこのように構成したことにより、従来
の振動子可動型機械走査方式のような機械的接触
部分の不安定性がなく、また走査速度のばらつき
もない。さらに電子走査方式と比較して複雑な多
数のスイツチング回路を必要とせず、振動子の形
状が超音波の進行方向と直角な方向に長い形をと
つているため複雑な振動パターンがなく理想的な
音場が得られる。また電子走査方式に特有のグレ
ーテイングローブやサイドローブなどは本質的に
生ずることがなく、位相制御のための複雑な回路
も必要としない。したがつて簡単で廉価な装置構
成で良質の画面が得られ、リアルタイム観察だけ
でなく精密診断にも適した超音波診断装置を提供
することができる。

本発明を図示の特定の実施例について説明した
が、本発明の精神を逸脱することなく特許請求の
範囲の記載の範囲内で種々の変更が可能である。
たとえば振動子１１８は直線走査領域Ｌにわたつ
て単一である必要はなく、複数の振動子を走査方
向に沿つて配列して構成してもよいことは明らか
であろう。またベルト１１０は走査面（第１図の
平面）内において振動子１１８の周囲を包囲する
構成をとつているが、必らずしもこれに限定する
必要はなく、振動子１１８が送受信する超音波を
第１の部分１１０Ａが完全に横切つて遮蔽する構
成であればどんな構成でもよい。たとえばベルト
１１０の走査領域Ｌ以外にある部分が同図の面の
垂直方向に走行して循環する構成や、音響開口１
１０Ｂに相当するスリツトが直線走査領域Ｌにわ
たつて直線走行するように第１図の平面に垂直な
面内で回転する円板構成なども本発明の思想に含
まれることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波診断装置の一部分
を断面図で示し、他の部分をブロツク図で示す模
式図、第２図は本発明の超音波診断装置に使用す
るプローブの他の例を示す断面図、第３図は本発
明の超音波診断装置に使用するベルトの第１の部
分の山形断面形状の例を示す拡大断面図である。 主要部分の符号の説明、１００……プローブ、
１１０……ループ状ベルト、１１０Ａ……第１の
部分、１１０Ｂ……第２の部分、音響開口、１１
８……超音波振動子、１４６……超音波吸収層、
２００……信号処理回路、３００……モータ、３
０２……速度制御部、Ｌ……走査領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被写体を直線状の所定走査領域にわたつて走
   査して反射波に基づく表示を得るリニア走査超音
   波診断装置において、該診断装置は少なくとも前
   記走査領域にわたつて所定の方向で超音波を送受
   信する少なくとも１つの超音波振動子と、所定の
   方向の超音波を前記走査領域にわたつて横切つて
   循環する帯状循環体と、該帯状循環体を連続的に
   走行させる駆動手段とを含み、前記帯状循環体
   は、超音波を実質的に阻止する音響インピーダン
   スを有する第１の部分と、該超音波を実質的に透
   過させる音響インピーダンスを有し透過した超音
   波によつて超音波ビームを形成する少なくとも１
   つの音響開口をなす第２の部分とを具備して成
   り、該帯状循環体を前記駆動手段が連続的に循環
   させるにつれ直線状走査領域を超音波ビームで直
   線状に走査することを特徴とする超音波診断装
   置。 ２ 帯状循環体の第２の部分は、超音波ビームを
   所定の１点に集束させる音響レンズを形成するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音
   波診断装置。 ３ 駆動手段は、前記帯状循環体の走行速度を所
   望の速度に設定する走査速度設定手段を含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波
   診断装置。 ４ 帯状循環体の第１の部分は超音波を吸収する
   音響吸収層を含むことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の超音波診断装置。