JPH032536B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内視用超音波診断装置、特に電子走査
型探触子を用いた広範囲の診断部位を診断可能な
改良された内視用超音波診断装置に関する。

超音波ビームを被検体中に放射して被検体から
の反射エコーに基づいて被検体内の所望診断部位
を画像表示する超音波診断装置が周知である。通
常の超音波診断装置は超音波ビームを送受波する
探触子が体表面に密着され、体表面からの超音波
ビーム送受波が行われるが、この従来装置では、
被検体の深部にある臓器その他を明瞭な画像とし
て観察表示することができず、近年、被検体の体
腔内に探触子を挿入して体腔内から被検体深部の
臓器等に直接超音波ビームを送受波する装置が提
案されている。

第１図には、前述した内視用超音波診断装置の
従来例が示され、被検体１０の体腔１０ａ例えば
食道、胃、直腸、腟、尿道その他に内視軸４０を
挿入し、該内視軸４０の先端に固定された探触子
１２から超音波ビーム２００を所望の診断部位へ
送受波する構成から成る。従来の一般的な内視用
超音波診断装置では、前記探触子には単一の振動
素子が設けられ、一本の超音波ビーム２００を送
受波させながら該探触子１２の位置を移動および
回転させ、所望の超音波断層画像を観察してい
た。しかながら、この従来装置では、一枚の断層
画像を得るのに多くの時間を必要とし、動きのあ
る臓器例えば呼吸、心拍等で移動する臓器に対し
ては正確な画像を得ることができないという問題
があつた。そこで、近年、前記探触子１２として
電子走査型探触子を用い、電子高速走査によつて
実時間で比較的広い範囲の診断部位をカバーする
装置が提案されている。

第２図には、この種の電子走査型探触子１２が
示され、探触子１２内には複数の振動素子１６−
１〜１６−ｎが放射面１２ａに沿つて等間隔に配
列され、この振動素子群１６から所定のプログラ
ムに従つて選択された振動素子を各送受波タイミ
ング毎に励振駆動することによつて実時間で内視
超音波断層画像を得る装置が提案されている。

前記第２図の従来装置によれば、実時間で容易
に診断部位の観察を行うことができる利点を有す
るが、その診断領域は振動素子群１６の配列長に
よつて制約され、必要な診断部位を一度に観察す
ることができないという欠点があつた。そして、
第２図の従来装置では、診断可能な領域を広げる
ためには振動素子群１６の配列長を大きくしなけ
ればならず、このような探触子１２を体腔内へ挿
入することが困難となるという欠点があつた。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもの
で、その目的は探触子の形状を小さくし、かつ広
範囲の診断部位をカバーすることのできる改良さ
れた内視用超音波診断装置を提供することにあ
る。

上記目的を達成するために、本発明は被検体の
体腔内に挿入される内視軸先端に固定され凸面状
に等間隔で配列された複数の振動素子を有する探
触子と、前記振動素子群から所定のプログラムに
従つて選択された振動素子を各送受波タイミング
毎に励振駆動する手段と、を含み、前記励振駆動
手段は振動素子群を２以上の振動素子を有する任
意組合せの複数組に組分けし各組に対して異なる
超音波ビーム指向特性を有する複数回の超音波ビ
ーム送受波作用を行わせる送受波制御回路を有す
ることを特徴とする。

以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説
明する。

第３図には、本発明の好適な実施例が示され、
第１図の内視軸４０の先端に固定される探触子１
２は凸面状に等間隔で配列された複数の振動素子
１６−１〜１６〜ｎをを有し、その放射面１２ａ
から放射される超音波ビーム２００は１００なる
放射角度を有し、この放射角度１００で定まる視
野角を任意に設定することによつて、探触子１２
の長さを大きくすることなく広い診断視野の内視
像表示を行うことを可能とし、、この結果、広範
囲の診断部位を小さな探触子１２によつてカバー
することができ、体腔１０ａ内への挿入時にも被
検者に苦痛を与えることなく、また診断時間をを
短縮することができる。

第４図には、前記本発明に係る探触子１２の更
に具体的な構成が示され、振動素子群１６は基板
４２の凸面状の振動子固定面に配列され、また各
振動素子１６には基板４２の平面状側面に配設さ
れた複数のリード線４４が接続され、基板４２の
背面に設けられた端子４６によつて前記リード線
４４を介して各振動素子１６が外部の励振駆動回
路に接続されている。

第５図には、本発明に係る探触子の内部構造お
よびその振動素子駆動手段が示されている。探触
子内部にはその放射面１２ａに沿つて複数の振動
素子１６−１〜１６−ｎが凸面状に等間隔で配列
されている。第５図において、各振動素子１６は
PZT等等の電気音響変換素子から成り、ほぼ矩
形状の振動面を有する。

各振動素子１６には、それぞれアナログスイツ
チ１８−１〜１８−ｎが接続され、所定のアナロ
グスイツチにより選択された振動素子が送波器２
０および受波器２２に接続される。受波器２２の
検出反射エコー信号はCRT等から成る表示器２
４に供給され、送波器２０からの同期信号により
掃引制御される表示器２４上に表示される。 振
動素子群１６からは所定のプログラムに従つて開
閉制御されるアナログスイツチ群１８により任意
に選択された個数および組合せの振動素子が送波
器２０の送受波タイミング毎に励振駆動される。
図示した実施例においては、左端から４個ずつ隣
接する振動素子群１６が各送受波タイミング毎に
励振駆動され、順次１個ずつ右側へ選択される振
動素子群の組合せが移動する。すなわち、１回目
の送受波は振動素子群１６−１〜１６−ｎにより
行われ、２回目の送受波は１６−２〜１６−５の
振動素子群により行われる。従つて、何らの遅延
制御を必要とすることなしに送波器２０から各選
択された振動素子へ共通の励振信号を供給するこ
とにより、探触子からはその放射面１２ａの法線
方向に超音波ビーム２００が放射され、この超音
波ビーム２００は探触子の凸面状の中心である点
５０を中心とした放射角度100なるセクタ走査を
行うことができる。

以上のように、本実施例によれば、探触子１２
の放射面１２ａから所望の放射角度１００で超音
波ビーム２００を被検体１０の体腔１０ａから放
射することができ、広い診断視野の内視画像表示
を行うことが可能となる。更に本実施例によれ
ば、各振動素子１６へは遅延制御のない共通の励
振信号が供給され、第２主極の発生がないため、
振動周波数を増加して分解能の高い画像を得るこ
とが可能となり、また従来の一般的な直線状に配
列された振動素子群をセクタ走査するための遅延
制御が不要なため、振動素子励振駆動用電子回路
を著しく簡略化することが可能となる。すなわ
ち、本発明の装置によれば、振動素子１６−１〜
１６−ｎ自体が凸面状に等間隔で配列されている
ので、従来の電子セクタ走査のような各振動素子
毎に異なる遅延時間を付与する必要がなく簡単な
制御回路により広い視野角のセクタ超音波ビーム
２００を得ることが可能となる。

しかしながら、この弧状探触子においては、各
超音波ビームが全て円弧の法線方向に向かうの
で、ビーム間隔が比較的広くなり、特にセクタ走
査超音波ビームの先端部においてはビーム間隔が
著しく拡大し、この部分における分解能が低下す
るという問題が生じる。

この問題を解決するために、本発明において
は、新規な超音波ビーム送受波方式が提案され、
以下に第６図ないし第８図を参照しながら、その
好適な実施例を説明する。

第６図には本発明に好適な凸面状に配列された
複数の振動素子１６を有する探触子およびその超
音波ビームが示され、また第７図には第６図の探
触子に本発明に係る超音波ビーム送受波作用を行
わせる送受波制御回路の実施例が示されている。

第６図から明らかなように、探触子にはPZT
等の電気音響変換素子から成るほぼ矩形状の振動
素子１６−１〜１６−ｎが凸面状に等間隔で配列
されている。探触子の超音波ビーム送受波作用は
第７図の送受波制御回路により制御され、各振動
素子１６−１〜１６−ｎには送信回路２６−１〜
２６−ｎから送信信号が供給される。送信回路２
６−１〜２６−ｎには、それぞれ遅延トリガ回路
２８−１〜２８−ｎが接続され、各遅延トリガ回
路２８−１〜２８−ｎはコントロール回路３０に
よりそれぞれの遅延時間が設定制御されている。
送受波制御回路の送信系統は以上の構成から成
り、コントロール回路３０により選択された所望
の振動素子１６に所定遅延時間の送信信号が供給
されることとなる。

一方、振動素子１６により受波された反射エコ
ーの受信作用を行うために、各振動素子１６−１
〜１６−ｎには受信切換回路３２−１〜３２−ｎ
が接続され、各受信切換回路３２−１〜３２−ｎ
は前記コントロール回路３０からの制御信号によ
りその受信作用が制御されている。各受信切換回
路３２−１〜３２−ｎには遅延回路３４−１〜３
４−ｎが接続され、更に各遅延回路３４−１〜３
４−ｎの出力は受信回路３６を介して図示しない
表示部に受信信号として供給される。

第７図の送受波制御回路により、前記振動素子
１６は２以上の振動素子を有する任意組合せの複
数組に組分けされ、図示した実施例においては、
各振動素子１６は４個ずつの素子に組分けされ
る。そして、各振動素子組に対しては超音波ビー
ム送受波タイミング毎に送受波制御回路から異な
る超音波ビーム指向特性を有する複数回の超音波
ビーム送受波作用が行われる。

以下に第６図の超音波ビームを参照しながら、
本発明に係る送受波作用を詳細に説明する。

図示した実施例において、４個ずつの振動素子
１６から成る各組には、５回ずつの超音波ビーム
送受波作用が行われる。第６図の実線で示される
超音波ビームのうち４００−１〜４００−ｎは振
動素子１６−１〜１６−ｎが形成する円弧のの法
線方向に向かう基本超音波ビームを示し、この基
本超音波ビームは各組を形成する４個ずつの振動
素子１６に相互間遅延時間のない共通の送信信号
を供給することにより得られる。第１の基本超音
波ビーム４００−１は振動素子群１６−１〜１６
−４に同一の送信信号を供給した場合に得られ、
同様に基本超音波ビーム４００−２は振動素子１
６−２〜１６−５に同一の送信信号が供給された
場合に得られる。

本実施例においては、各基本超音波ビーム毎に
少なくとも１本の補助超音波ビームを放射するこ
とを特徴とする。

図示した実施例において、各基本超音波ビーム
４００に対して４本の補助超音波ビーム５００，
６００，７００および８００が放射される。基本
超音波ビーム４００と各補助超音波ビーム５０
０，６００，７００および８００はそれぞれ異な
る超音波ビーム指向特性を有し、前述した第７図
のコントロール回路３０により各送受波タイミン
グ毎に選択された４個の振動素子に遅延トリガ回
路２８にて異なる遅延時間を与えることにより、
前述した異なる超音波ビーム指向特性を有する補
助超音波ビームを得ることができる。例えば、基
本超音波ビーム４００−１に対して時計方向にあ
る補助超音波ビーム５００−１は振動素子１６−
１〜１６−４に素子１６−４，１６−３，１６−
２，１６−１の順に増加する遅延時間を有する送
信信号が供給されたときに得られ、また補助超音
波ビーム６００−１は前記遅延時間差が小さい送
信信号の供給により形成される。一方、基本超音
波ビーム４００−１より反時計方向にある補助超
音波ビーム８００−１は振動素子１６−１〜１６
−４に素子１６−１，１６−２，１６−３，１６
−４の順に増加する遅延時間の送信信号が供給さ
れたときに得られ、また補助超音波ビーム７００
−１はこの遅延時間差を少なくすることにより得
ることができる。

以上のようにして、第６図の破線で示されるよ
うに、各基本超音波ビーム４００毎に４本の補助
超音波ビーム５００，６００，７００，８００を
形成することにより、セクタ走査面に密な間隔の
超音波ビームを均一に放射して極めて分解能の高
い反射エコーを得ることができる。この反射エコ
ーはコントロール回路３０により選択された受信
切換回路３２から遅延回路３４を通つて受信回路
３６に供給され、図示しない表示部に受信信号を
供給する。前述した遅延回路３４による遅延時間
はそれぞれ対応する送信時の遅延時間と同一に設
定され、第６図に示されている超音波ビームの方
向に受信特性を設定することができる。

以上のようにして、１番目の組すなわち振動素
子１６−１〜１６−４を異なる超音波ビーム指向
特性で５回送受波作用を行い、超音波ビーム５０
０−１，６００−１，４００−１，７００−１，
８００−１で示される５本の超音波ビームを走査
した後、コントロール回路３０により２番目の組
すなわち１６−２〜１６−５までの振動素子組が
選択され、順次１番目と同様の異なる指向特性の
超音波ビーム送受波作用が行われる。

以上のようにして、第６図から明らかなよう
に、基本超音波ビームに対して５倍の密度で超音
波ビーム送受波作用を行うことができ、極めて高
い分解能の画像を得ることが可能となる。

第７図の受信回路３６およびこれに接続される
表示部は詳細には図示されていないが、周知の
CRT等から成る表示器により形成することがで
きる。表示部の掃引作用は第６図に示される超音
波ビーム放射特性と同一にすることにより、実時
間で正確な画像を形成することができるが、第６
図のような超音波ビーム軌跡を表示部上に形成す
るためには複雑な掃引制御作用を必要とし、表示
部の簡略化を行うために第８図に示されるような
仮想超音波ビーム掃引による表示を行うことが好
ましい。

第８図は第６図の補助超音波ビーム５００，６
００，７００，８００をそれぞれのビーム延長線
が探触子の弧状中心０に一致するものと仮想し
て、超音波ビーム受波信号を処理するものであ
る。第８図の処理特性によれば、実際の生体組織
と画像とは若干の相違を生じるが、制御回路を著
しく簡略化することができ、簡単な構成の超音波
診断装置を得るために好適である。

図示した実施例では、選択された各振動素子組
毎に５回の超音波ビーム送受波作用が行われてい
るが、送受波作用の回数は任意に設定することが
可能であり、所望の分解能を得ることができる。
また各超音波ビームの走査順序も任意に設定する
ことができ、例えば、最初に全基本超音波ビーム
の走査を行つた後、順次補助超音波ビームを走査
することも可能である。

第９図には、内視軸４０自体を回転して探触子
１２の周囲にある診断部位を連続的に観察し、あ
るいは所定の診断部位を探触子１２の回転によつ
て輪切面として表示することのできる本発明の他
の実施例が示され、内視軸４０の一端は被検体１
０の外部に設けられた回転機構４８に接続されて
おり、モータ等の駆動に従つて内視軸４０を所定
の回転速度で回転駆動することができる。第９図
において、回転機構４８の他端はコネクタ５２を
介して図示していない励振駆動手段と接続されて
いる。従つて、回転機構４８によつて、内視軸４
０は矢印Ａ方向に回転駆動され、短時間に多くの
診断情報を得ることが可能となる。また第９図に
おける探触子１２は細長形状から成り、かつその
外周が電気絶縁材５４によつて被覆されており、
体腔１０ａ内への挿入が極めて容易であるという
特徴を有する。

前述した各実施例においては、内視軸４０の先
端に単一の電子走査型探触子１２が固定されてい
るが、本発明において、内視軸４０の先端に、第
１０図で示されるように、複数の、実施例におい
ては２個の探触子１２，１１２を設けることも可
能であり、内視軸４０の回転軸に対して対称的な
位置に両探触子１２，１１２を固定することが好
適である。この実施例によれば、例えば内視軸４
０の回転時に、180゜の回転角度で全周を一度に走
査することができ、診断時間を更に短縮すること
が可能となり、また各探触子１２，１１２を異な
る特性の探触子とすることによつて、両者の切替
により、診断部位に適合した最適な超音波ビーム
送受波を行うことができる。すなわち、前記探触
子の特性としては、その凸面の曲率あるいは各振
動素子の形状および励振周波数の切替等を含み、
これらの切替によつて最適な超音波ビームの選択
を行うことが可能となる。

更に第１０図の実施例においては、両探触子１
２，１１２の各振動素子１６−１〜１６−ｎ，１
１６−１〜１１６−ｎの各リード線数を減らすた
めに、両振動素子群１６，１１６は各探触子１
２，１１２間で共通接続され、共通リード線群４
４ａが端子５６に接続されている。そして、両振
動素子群１６，１１６の各共通端が切替リード線
４４ｂおよび４４ｃとして端子５８，６０に導か
れ、両端子５８，６０を切替接点６２によつて切
替制御することにより、切替接点６２に接続され
た端子６４と前記端子５６との間に供給される励
振駆動信号がいずれかの振動素子群１６，１１６
の一方に供給されることとなる。従つて、第１０
図の実施例によれば、２組の探触子１２，１１２
を内蔵するにもかかわらず、リード線の数を従来
より僅か１本だけ増加すればよく、リード線の増
加による探触子の大型化および内視軸４０の太さ
の増加を防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、被検体
の体腔内に挿入される探触子を小型化しながら、
かつ広い診断視野の内視画像表示をを行うことが
可能となり、被検者に苦痛を与えることなく、か
つ短時間で診断を行うことができるという利点を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な内視用超音波診断装置の使用
状態を示す概略説明図、第２図は従来の電子走査
型探触子を用いた内視用超音波診断装置の要部を
示す説明図、第３図は本発明に係る内視用超音波
診断装置の好適な実施例を示す要部説明図、第４
図は第３図における探触子の具体的な構造を示す
斜視図、第５図は本発明に好適な探触子およびそ
の励振駆動回路を示す説明図、第６図は本発明に
係る超音波ビームの送受波作用を示す説明図、第
７図は本発明に好適な励振駆動回路の実施例を示
す回路図、第８図は本発明に用いられる超音波ビ
ームの送受波状態を示す説明図、第９図は本発明
に係る内視用超音波診断装置の他の実施例を示す
概略構成図、第１０図は更に他の実施例を示す要
部説明図である。 １０……被検体、１０ａ……体腔、１２……探
触子、１６……振動素子、４０……内視軸、４８
……回転機構、５４……電気絶縁材、１１２……
探触子、１１６……振動素子、２００……超音波
ビーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検体の体腔内に挿入される内視軸先端に固
   定され凸面状に等間隔で配列された複数の振動素
   子を有する接触子と、前記振動素子群から所定の
   プログラムに従つて選択された振動素子を各送受
   波タイミング毎に励振駆動する手段と、を含み、 前記励振駆動手段は振動素子群を２以上の振動
   素子を有する任意組合せの複数組に組分けし各組
   に対して異なる超音波ビーム指向特性を有する複
   数回の超音波ビーム送受波作用を行わせる送受波
   制御回路を有することを特徴とする内視用超音波
   診断装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、送受
   波制御装置は各セクタ走査超音波ビームのビーム
   延長線が接触子の弧状中心に一致するものと仮想
   して超音波ビーム受波信号を処理し表示部へ提供
   することを特徴とする内視用超音波診断装置。 ３ 特許請求の範囲１，２のいずれかに記載の装
   置において、接触子は細長形状から成り、かつ外
   周が電気絶縁材にて被覆されていることを特徴と
   する内視用超音波診断装置。 ４ 特許請求の範囲１，２，３のいずれかに記載
   の装置において、内視軸の外端部には接触子回転
   機構が設けられ、接触子が体腔内で回転制御され
   ることを特徴とする内視用超音波診断装置。 ５ 特許請求の範囲１，２，３，４のいずれかに
   記載の装置において、内視軸先端には複数の探触
   子が設けられていることを特徴とする内視用超音
   波診断装置。 ６ 特許請求の範囲５記載の装置において、各探
   触子の振動素子群は各探触子間で共通接続されて
   いることを特徴とする内視用超音波診断装置。 ７ 特許請求の範囲６記載の装置において、各探
   触子の振動素子群の切替リード端は切替接点に接
   続され、切替接点の切替制御により励振駆動信号
   がいずれかの振動素子群に供給されることを特徴
   とする内視用超音波診断装置。