JPH0258935B2 - - Google Patents

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JPH0258935B2
JPH0258935B2 JP59216473A JP21647384A JPH0258935B2 JP H0258935 B2 JPH0258935 B2 JP H0258935B2 JP 59216473 A JP59216473 A JP 59216473A JP 21647384 A JP21647384 A JP 21647384A JP H0258935 B2 JPH0258935 B2 JP H0258935B2
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transducer
blood vessel
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Fuerudeinando Burisukin Akuseru
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General Electric Co
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は全般的に超音波変換器、更に具体的
に云えば、この発明は扇形走査の為、並びに患者
の中の相異なる深さの所にある血管の血流をドツ
プラー式に測定する為に用いることの出来る超音
波変換器配列に関する。
ドツプラー超音波は、血流の非侵入形測定が出
来る方式として認識されている。然し、現在のド
ツプラー装置は、血液の速度、血管の断面積及び
ドツプラー・ビームと血管の間の角度の余弦の積
として容積流量を推定するので、この方法は定量
的な臨床の道具とはなつていない。この為には超
音波ビームに対する３次元の速度ベクトルの向き
を正確に測定することが必要であるし、それに加
えて、内腔断面積を独立に測定することが必要で
ある。こういう変数の正確な測定に伴なう困難の
為、従来は、ドツプラー式流量計を全く非侵入形
として定量測定に用いることが制限されていた。
定量的な非侵入形のドツプラー式血流測定の新
しい考えが、ウルトラサウンド・イメージング
誌、第１巻、第１号（1979年）所載のホツチンガ
ー及びマインドの論文「減衰補償形容積流量計を
用いた血流の測定」に記載されている。「血流測
定装置」については米国特許第3888238号を参照
されたい。この考えは、速度、断面積及びドツプ
ラー角度の別々の測定値ではなく、直接的な流量
の推定に基づくものであり、こういうパラメータ
が正確に判つていることを必要としない。然し、
この方法は、血管の内腔断面が超音波によつて一
様に照射されること、並びに血管の内側に第２の
小さな標本化ビームを位置ぎめすることを必要と
する。この為、超音波変換器は、距離及びビーム
の幅を制御して、血管の断面積全体を一様に照射
すると同時に、集束した照射を行なうことが要求
される。
所要の超音波ビーム・パターンを実現する為の
超音波変換器に対する従来の考えは、遠視野、近
視野及びレンズ方式がある。遠視野方式では、環
状配列の変換器の小さな中心の円板からの発散ビ
ームにより、血管の内腔にわたる一様な場が得ら
れ、これに対して開口（aperture）全体によつて
集束された標本化ビームが発生される。近視野方
式は、中心の小さな素子と円周方向の大きな素子
とで構成された２つの同一平面内の素子で構成さ
れた変換器を利用する。２つの素子が同時に等し
く駆動されて、１個の変換器を模擬し、こうして
一様な超音波照射を行なう。受信様式では、小さ
な素子は基準サンプル容積からの信号を受取り、
両方の素子が受取つた信号を加算して、血管の全
断面から戻る信号を収集する。レンズ方式では、
小さな中心の変換器素子の上に発散レンズを配置
して、特定の立体角にわたつて一様な発散ビーム
を発生すると共に、環状素子の上に収斂レンズを
配置して収斂ビームを発生する。
スタンフオード大学の研究者は、中心の円板と
この中心の円板を取囲む環状素子を含む大開口の
変換器構造を用いた血流装置を開発した。この近
視野方式はウルトラ・イメージング誌第２巻
（1980年）第324頁乃至第337頁所載のフー他の論
文「パルス状ドツプラー超音波に対する近視野の
一様なビーム」に記載されている。
近視野変換器の重大な制約は、変換器の表面か
ら始まつて、典型的には変換器の周波数による
が、身体内の変換器の直径１つ分又は２つ分の所
で終るという様に、焦点深度が短いことである。
更に、こういう変換器構造を使うには、関心が持
たれる解剖学的な領域又は血管の場所が判つてい
ることが前提になつている。
この発明は、関心のある解剖学的な領域を突止
める為の走査機能を持つことが出来、また焦点が
可変の環状変換器配列として作用することが出
来、こうして浅い血管でも更に深い血管でも、ド
ツプラー式の流れの測定が出来る様にした変換器
配列を対象とする。
従つて、この発明の目的は、扇形走査モード並
びに集束又は非集束モードで動作させることが出
来る変換器配列を提供することである。
この発明の別の目的は、焦点距離が大幅に可変
集束形変換器配列を提供することである。
この発明の特徴は、扇形走査を行なう為に選択
的に付勢することが出来ると共に、環状変換器配
列として作用する様に選択的に付勢することが出
来る変換器素子の２次元配列を提供することであ
る。
この発明の構成並びにその他の目的及び特徴
は、以下の図面について詳しく説明する所から明
らかになろう。
次に図面について説明する。第１図は前掲のホ
ツチンガー及びマインドルの論文に記載されてい
る様な減衰補償形容積流量計の機能的なブロツク
図である。この流量計は、血管を一様に照射する
近視野２重ビーム・パルス式ドツプラー変換器を
用いる。この配列は超音波の反復的な短いバース
トを発生し、変換器に戻る信号が同時に距離ゲー
トにより通されて処理されて、血管と交差する波
を示す第２図に例示する様に、２つの薄いサンプ
メ容積を作る。第２図に示す様に、容積１は血管
の内腔断面全体をカバーする一様に照射された大
きなサンプル平面を構成する。第２の容積は、こ
の大きな平面の一部分であつて、全部が内腔内に
ある小さな円板である。
前掲ホツチンガー及びマインドルの論文に記載
されている様に、第１図の発振器及び受信器回路
によつて２つのドツプラー信号が発生される。受
信信号がフイルタを通過して１次モーメント及び
エネルギ評価回路に送られる。出力の流量Ｑは時
間あたりの容積で表わされ、距離に依存する倍率
（Ｋ）とドツプラー１次モーメント・スペクトル
（変換器の全面から導き出す）の積をドツプラ
ー・エネルギ・スペクトル（中心の円板だけから
導き出す）で除したものである。
前に述べた様に、ドツプラー式血流測定に使う
公知の変換器配列は集束能力が限られており、現
在では表面近くにある血管内の血流測定用のみに
製造されている。更にこういう変換器を使うに
は、血管の場所が判つていることが前提である。
前掲フー他の論文に記載された変換器が第３図
に示されている。これは中心の中板１３１と外側
の環状素子１３２とで構成され、両者の間に隔離
（放射なし）用すき間１３３がある。中心の円板
は臨床的な検査を受ける血管の内腔よりも小さい
断面を持つ様に設計される。第４図は文献に記載
された多重素子の環状配列を示しており、具体的
には、ウルトラソニツク・イメージング誌、第１
巻（1979年）第56頁乃至75頁に記載されたデイー
ツ他の論文「拡大開口環状配列」に記載されてい
るものである。多重素子環状配列がフー他の配列
と同じ様に作用し得ること、更に動的に焦点を結
ぶことが出来るという別の利点があることは容易
に明らかである。第４図で、１４０は中心の円
板、１４１乃至１４６は環状リングを順次表わ
す。第４図は素子の間のすき間を具体的に示して
いない。
この発明では、扇形走査動作様式でも可変焦点
ドツプラー式流れ測定用にも使うことが出来る変
換器配列を提供する。第５図はこの発明の１実施
例の変換器配列の斜視図である。複数個の圧電変
換器素子１５１（典型的には61個）が支持部材１
５２の面に配置されており、各々の変換器素子は
互いに電気的並びに音響的に隔離されている。
各々の変換器素子の導線がケーブル１５３を介し
て超音波装置に接続される。各々の素子の場所の
中に記入した数字は個別のチヤンネル又は素子の
番号を表わす。
第６Ａ図は第５図の変換器配列の平面図で、位
相配列扇形走査装置に用いられるのと同様な扇形
走査に使う時の動作を例示している。第６Ａ図の
素子の数字は、送受信の両方に対する共通のタイ
ミングを示す。例として云うと、番号１を持つチ
ヤンネルで最初に送信し、それから一定の特定の
遅延時間Ｔの後に番号２のチヤンネルで送信する
という様にして、同じ様な遅延時間を用いて残り
も同様に送信すると、音響ビームは面に対して法
線以外の方向に方向ぎめされる。第６Ｂ図は円筒
形軸線１６２に対して法線方向の変換器配列１６
１の断面図を示しており、発信されるビーム１６
３が円筒形軸線からずれていることを示してい
る。ホイゲンスの小波の重畳によつて発生される
波頭１６４が示されている。同様な遅延時間を用
いて、発信ビームと同じ方向だけからの音響エネ
ルギを選択的に受信する。こうして、変換器素子
の行の間に可変の遅延時間を用いる各行の変換器
素子を付勢することにより、検査を受ける患者の
解剖学的な構造を走査することが出来、血管の様
な関心のある区域を突止めることが出来る。
関心のある血管を突止めた後、変換器素子の配
列は、第３図に概略的に示す近視野ドツプラー変
換器として動作する様に切換えることが出来る。
この時全ての素子は、一部が第７Ａ図に数字１で
表わす中心円板グループとして、残りが数字２で
表わす環状素子グループとして構成される。第７
Ｂ図は配列１７１の断面図、細いビーム１７２、
及び血管の内腔断面積全体をカバーする広いビー
ム１７３を示す。グループ１又はグループ２に構
成することは、全ての素子が素子間に遅延時間を
入れずに、同時に発信することを意味する。素子
が全て同時に受信し、ドツプラー・エネルギ、ス
ペクトルの計算が出来る様に、中心の素子を他か
ら仕切る。
遠視野の用途では、配列の全ての素子が、第８
図に示す様に、配列の中心からの距離に従つて仕
切られる。この時、配列は、複数個の同心の環状
リングに近く、その動作は、ウルトラ・イメージ
ング誌第１巻（1979年）第56頁乃至75頁所載のデ
イーツ他の論文「拡大開口環状配列」に記載され
た環状配列と同様である。変換器素子１−１２の
各グループが環状リング素子に近似する。幅の広
いビームを達成する為、例として番号１乃至３だ
けで表わした「環状リング」及び「中心の円板」
を使うことが出来、これに対して血管の中央の中
心スポツトに集束する為に、より一層多数の環状
リングを用いることが出来る。
デイーツ他の論文に記載されている様に、変換
器配列の焦点距離を長くする為には、より多数の
環状リングを付勢する。第８図に示す様に、変換
器配列の全ての素子を順次付勢することにより、
最も遠い焦点距離が実現される。この図で、素子
を１から１２まで順次付勢することにより、12個
の環状変換器を近似することが出来る。
この様に変換器素子の２次元配列を用いること
により、扇形走査モード及びドツプラー式流れ測
定モードが実現され、大幅に可変の焦点範囲が得
られる。限られた数の変換器素子を持つ変換器配
列の場合について使い方を説明したが、素子の数
を増やすことによつて忠実度を改善することが出
来、配列全体の規模を拡大することによつて、焦
点の範囲を拡げることが出来ることが理解されよ
う。
この発明を特定の実施例について説明したが、
この説明はこの発明を例示するものであつて、こ
の発明を制約するものと解釈されるべきではな
い。当業者には、この発明の範囲内で種々の変更
が考えられよう。
【図面の簡単な説明】
第１図は定量形ドツプラー式流量計の機能的な
ブロツク図、第２図はホツチンガー・マインドル
血流測定方法を用いた変換器の所要超音波ビーム
を示す図、第３図は近視野方式の２つの素子から
成る環状配列を示す図、第４図は多重素子環状配
列を示す図、第５図はこの発明の超音波変換器配
列の斜視図、第６Ａ及び６Ｂ図は第５図の変換器
配列の平面図及び断面図であつて、この配列を扇
形走査様式に用いる場合を示す図、第７Ａ及び７
Ｂ図は第５図の変換器配列の平面図及び断面図で
あつて、この配列を近視野集束用に用いる場合を
示す図、第８図は第５図の変換器配列の平面図で
あつて、この配列を遠視野集束に用いる場合を示
す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 血管内の血流を測定し得る超音波装置に於
    て、 支持部材の平らな面上に行及び列に配置され、
    かつ互いから電気的及び音響的に分離された２次
    元配列の超音波変換器素子と、 血管に向けて超音波エネルギを送出して該血管
    からエコー信号を受けるために前記変換器素子の
    選ばれたものを所定の順序で付勢する付勢手段と
    を有し、 該付勢手段が、下記モードのいずれをも実施す
    る機能、すなわち (イ)扇形走査モードの場合には、前記変換素子を
    選択して線形配列の変換器素子群を構成し、該変
    換器素子群を、被測定血管の位置を突き止めるこ
    とのできる扇形走査を行うように順次作動し、(ロ)
    近視野ドツプラー・モードの場合には、被測定血
    管の横断面の一部と交差する細いビームか又は該
    横断面の全体と交差する広いビームのいずれかを
    形成するために、円板状の領域を構成する変換器
    素子を同時に作動するか又は該円板状の領域内の
    変換器素子と共に該円板状の領域を同心に囲む環
    状の領域を構成する変換器素子を同時に作動し、
    (ハ)遠視野モードの場合には、前記血管に集束する
    ビームを形成するために、前記２次元配列の内側
    の円板状領域及びこの円板状領域を同心に囲む
    別々の複数の環状領域の各領域内の変換器素子を
    同時に作動すると共に、該円板状及び環状領域を
    順次作動する機能を有していること、を特徴とす
    る超音波装置。
JP59216473A 1983-10-20 1984-10-17 扇形走査用及びドツプラ−式流れ測定用の変換器配列 Granted JPS60122550A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/543,945 US4530363A (en) 1983-10-20 1983-10-20 Transducer array for sector scan and doppler flow measurement applications
US543945 1983-10-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60122550A JPS60122550A (ja) 1985-07-01
JPH0258935B2 true JPH0258935B2 (ja) 1990-12-11

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ID=24170163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59216473A Granted JPS60122550A (ja) 1983-10-20 1984-10-17 扇形走査用及びドツプラ−式流れ測定用の変換器配列

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4530363A (ja)
EP (1) EP0139285B1 (ja)
JP (1) JPS60122550A (ja)
DE (1) DE3483868D1 (ja)

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