JPH0332372B2

JPH0332372B2 -

Info

Publication number: JPH0332372B2
Application number: JP59232916A
Authority: JP
Inventors: Nobushiro Shimura; Juichi Sugyama; Kazuhiro Watanabe; Fumihiro Namiki; Kenji Kawabe
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1984-11-05
Filing date: 1984-11-05
Publication date: 1991-05-13
Also published as: JPS61109556A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はコンベツクス型超音波診断装置、特に
超音波を用いて心臓の断層像等をデイスプレイ上
に表示等する際に、多重反射が少なくかつ観察視
野が広い良質は超音波断層像等を得るよう構成し
たコンベツクス型超音波診断装置に関するもので
ある。

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕

従来、心臓用超音波診断装置として、第６図図
示の如くフエーズド・アレイ型プローブを用いて
各振動子１−１の駆動および受信位相を遅延回路
２を用いて図中矢印の示す走査方向に向かうべく
制御し、結果として観測方向を定めるいわゆるセ
クタ・スキヤンを行うものがあつた。該構成の心
臓用超音波診断装置を用いて心臓の断層像を観察
する場合には、例えば第６図図中振動子１−１か
ら反射体３−１の方向に反射された超音波は図示
点線を用いて示す如くいわば反射する形で戻つた
超音波を振動子１−１を用いて検出し、デイスプ
レイ上に表示することによつて行つていた。この
ため、第７図図示の如くプローブの先端に配置さ
れた平坦な形状の振動子１−２に対して、平行に
位置している反射体３−２が存在すると、当該反
射体３−２によつて反射された超音波が両者の間
で繰り返し反射してしまい、振動子１−２と反射
体３−２との間の距離“ｌ”の２倍、３倍…の位
置にも当該反射体３−２が図示虚像として存在す
る如くデイスプレイ上に表示されてしまうという
問題点があつた。

具体的に言うと、第８図図示の如き右室および
左室を心膜がおおつている形の心臓を、図中上部
から第６図あるいは第７図図示の如き平坦な振動
子１−１，１−２からなるプローブを用いて超音
波を放射し、反射されたものを検出した信号を示
すと、第９図図示の如くなる。第９図図中縦軸は
振動子１−１，１−２によつて検出された超音波
の振幅（強度）、横軸は時間を表す。振動子１−
１，１−２から心臓に向けて放射された超音波
は、第９図図中心膜が位置する領域で強く反射さ
れる。そして、次に示す右室内では血液が存在す
るために反射は殆どない筈であるが、図示点線を
用いて示す虚像（心膜と振動子１−１，１−２と
の間を反射したもの）が検出される場合がある。
また、同様に左室内でも血液が存在するために反
射が殆どない筈であるが、図示点線を用いて示す
虚像が検出される場合がある。このように、従来
の平坦な振動子１−１，１−２を用いていたので
は、心臓内あるいは近傍に存在する強い反射を生
じさせる反射体と当該振動子１−１，１−２との
間で繰り返し反射することによつて虚像が発生し
てしまうという問題点があつた。

一方、第１０図図示の如く円筒の一部に振動子
１−３を配置したいわゆるコンベツクス型探触子
が腹部の断層像等を観察するのに用いられるよう
になつてきた。その目的は、従来腹部に用いられ
ているリニア型探触子１−４は、第１２図図中実
線で示す如く、一点鎖線で示すセクタスキヤンに
比較し、体表４の近くで広い視野の像が得られる
が、体表４から深さ方向に離れても一定の幅の視
野しか得られない欠点があるため、体表４の近く
で広い視野を保ちつつ、かつ体表４から深さ方向
に離れた位置で図中点線で示すように広い視野を
確保することにある。従つて、該腹部の断層像等
の観察に用いられている超音波診断装置は、その
性質上本発明の目的としている肋骨によつていわ
ば篭の中の鳥の如く保護されている心臓を観察す
るものとは異なり、一般に振動子１−３を被観察
体（腹部）に接触する位置に制限を受けることが
少なく、しかも体表４に近い位置の広い視野の断
層像と深い位置のより広い視野の断層像等とを観
察することが望ましいために、第１０図図示の如
く超音波の放射される放射中心“Ｏ”は振動子１
−３の上方に位置している。このため、本発明の
目的とする心臓の断層像等を観察するのに強いて
用いると、第１１図図示の如く当該超音波の放射
中心が体表の上部、例えば放射中心“O₂”に位
置し、放射中心“O₀”の如く体表４に近づける
ことができないため、図示斜線を用いて示す肋骨
５によつて視野が制限され、観察し難いものとな
つてしまうという問題点があつた。

また、従来の腹部用コンベツクス探触子（プロ
ーブ）は、第７図図示の如き繰り返し反射を防止
するために十分小さな曲率をとることが、体表４
に近い位置で広い視野の断層像を得る目的と相反
するため、行われていず、数十mmＲの曲率のもの
が一般的である。この程度の曲率では第１３図図
中矢印で示す如く反射波を拡散させて多重反射を
極小化するには十分でない。しかしながら、腹部
には、心臓をおおう心膜の如く強い反射を生じさ
せる反射体が体表近傍にないため、現状の曲率を
有するものであつても実用上差支えない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前記問題点を解決するために、超音
波を用いて心臓の断層像等をデイスプレイ上に表
示等する際に、超音波を放射および検出する振動
子を円筒面のほぼ半周に渡つて配置することによ
り、超音波の放射中心を低めると共にプローブを
小型化して肋骨によつて視野が制限されることが
なくかつ多重反射の生じない良質な心臓の断層像
等を得ている。そのため、本発明のコンベツクス
型超音波診断装置は、振動子を円筒面の外面に配
置したコンベツクス型プローブを用いてデイスプ
レイ上に画像を表示するコンベツクス型超音波診
断装置において、前記振動子を構成する各素子片
を円筒面の外面にほぼ半周に渡つて配置したプロ
ーブと、前記円筒面の中心を走査中心としてほぼ
90°の範囲内の前記素子片を１群として選択する
と共にodd／even走査を行うべく所定の前記素子
片を順次選択して超音波を放射するための電力を
供給する選択回路とを備え、ほぼ90°の走査角を
得るよう構成することを特徴としている。

〔実施例〕

以下図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に
説明する。

第１図は本発明の１実施例構成図、第２図は第
１図図示振動子の要部構成図、第３図および第４
図は第１図図示振動子の製造方法を説明する説明
図、第５図は第１図図示振動子の他の要部構成図
を示す。

図中、６は振動子、７はデイスプレイ、８は表
示回路、９は位相制御回路、９−１，９−３はド
ライバ、９−２，９−４はレシーバ、９−５はス
イツチ、１０は走査選択回路、１１は制御回路、
１２は電極、１３−１，１３−２は中継電極板、
１４は接着層、１５は接続膜、１６はテフロン
枠、１７は整合層、１８は前面整合層、１９は背
面整合層、２０はワツクス、２１は吸音体、２２
は支持体、２２−１は電極パターン、２３，２３
−１は接着剤、２４は支持型、２５はレンズを表
す。

第１図は心臓の断層像等を表示するコンベツク
ス型心臓用超音波診断装置の構成を示し、図中振
動子６は本発明に係わるものを示す。該振動子６
は後述する如く円筒面のほぼ半周を覆う形で配置
してあり、当該振動子６を構成する各素子（素子
片）は夫々走査選択回路１０に接続されている。
該走査選択回路１０は制御回路１１からの図示ゲ
ート信号および位相制御回路９内のドライバー９
−１，９−３等からのドライブ信号に対応する形
で振動子６を構成するほぼ90°の角度内に位置す
る素子群を図示の如く素子群１ないしｎの順に後
述するいわゆるodd／even走査を行つている。こ
のように、心臓の断層像等を表示させるために円
筒面のほぼ半周を覆う形に配置した振動子６を用
いているため、振動子６を円筒面に配置したこと
によつて多重反射による虚像の発生が防止され、
かつ振動子６から放射される超音波の放射中心が
低くなると共に小型になることによつて、肋骨の
狭い間に挿入した状態で視野の広い、良質な心臓
の断層像等をデイスプレイ７上に表示させること
ができる。

また、振動子６から心臓に向けて放射された超
音波の内、反射して戻つて来たものが当該振動子
６によつて検出され、位相制御回路９内のレシー
バ９−２，９−４およびスイツチ９−５等によつ
て、所望のフオーカスを決めるべき所定のタツプ
選択された遅延回路を通つた後に増幅、加算、検
波およびTGC等の受信超音波信号に対する公知
の所定の処理が行われる。そして、当該所定の処
理を行つた信号を表示回路８に供給する。該供給
を受けた表示回路８はデイスプレイ７上に心臓の
断層像等を表示する。この際、制御回路１１から
odd／even信号および送信タイミング信号等が位
相制御回路９に通知され、odd／even走査を行う
ように振動子６を構成する各素子に所定の超音波
を発生させる信号を供給すると共に反射波の検出
等をいわば同期した形で制御する。また、走査線
番号信号が表示回路８に通知され、所定の心臓の
断層像等が表示されるように制御する。以下順次
詳細に説明する。

まず、前述したodd／even走査について第１図
を用いて説明しておく。該odd／even走査は、第
１に図示の如く例えばほぼ90°の角度に対応する
素子群１に超音波を発生すべく信号を送出する。
第２に、当該素子群１の走査方向に１個余分の素
子片を付け加えた形の素子群２に超音波を発生す
べく信号を送出する。第３に、当該第２のステツ
プ中に用いた素子群２中の走査方向と反対方向の
最後部の素子片を１個切り離した素子群３に超音
波を発生すべく信号を送出する。以下第１ないし
第３のステツプを順次繰り返す。以上の如くほぼ
90°内の素子片を１群とした形の素子群１ないし
ｎに対して超音波を発生させる信号を順次供給し
ているため、当該odd／even走査によつて得られ
る最小の走査ステツプ幅が各素子片の最小ステツ
プ幅の半分となり、肋骨から心臓を観測するため
に制限される円筒面の半周長で通常の走査線数を
得ることができ、しかも、各素子片の振動モード
や送信超音波ビームのグレイテイング・ローブの
点で最適化を図る上で不可欠な条件を満たすこと
が可能となる。

第２図は第１図図中振動子６の要部構成図を示
し、円筒面の半周に渡つて振動子６を構成する素
子片が夫々配置されている。該素子片は既述した
如くほぼ90°に対応する素子群毎に超音波を放射
すべき信号が供給される。例えば図中S₊₄₅を用い
て示す１群の素子片に超音波を放射すべき信号を
供給すると、図中P₊₄₅を用いて示すエンベロープ
を有する超音波が生成される。同様に図中S₀およ
びS_-45を用いて示す１群の素子片に超音波を放射
すべき信号を夫々供給すると、図中P₀およびP_-45
を用いて示すエンベロープを有する超音波が夫々
生成される。従つて、既知したodd／even走査を
第２図図中＋45°ないし−45°の範囲に渡つて順次
行えば、振動子６を構成する素子片の幅の半分の
幅（ピツチ）でいわゆるセクタ・スキヤン角度＋
45°から−45°の範囲に渡つて行うことができる。
換言すれば、振動子６を構成する素子片の数の倍
の数のピツチでセクタ．スキヤンを＋45°から−
45°の範囲（90°）に渡つて行うことができ、心臓
用のセクタ・スキヤンを通常の走査線数で、しか
も時間分解能が良くグレイテイング・ローブのな
い超音波ビームが達成される。また、円筒面のほ
ぼ半周の部分に振動子６を構成する素子片を夫々
配置しているため、肋骨の間に挿入して心臓の断
層像等を表示させるのに適する位に充分小型とな
り、かつ超音波の放射中心Ｏが体表の近くに位置
することによつて約90°の高視野を当該肋骨によ
つて妨げられることがない。更に、本構成によれ
ば、以下具体的に数値で示す如く、曲率が小さく
なり、多重反射のない良質な画像を得ることがで
きる。

例えば、中心周波数を3.5MHz、開口ｌを10mm、
走査線数を約110本程度とし、グレイテイング・
プローブが殆ど画像に現れないことを条件に最適
化する。まず、振動子の半径ａ（曲率）はｌ＝2πa／４ ……(1) から、約７mmが得られる。また、グレイテイン
グ・プローブが画像に現れない条件から、開口を
40ないし70分割することが望ましく、走査線数と
して110本程度得たいことから、48ないし64分割
が適当である。この時の走査線数ｎはｎ＝ｍ×２（ｍ：分割数） ……(2) で求められ、約96ないし128本となる。この際、
既知したodd／even走査を採用している。以上の
如き構成によつて成人の肋骨の間に挿入して心臓
の断層像等を表示させるに充分な小型（プローブ
の半径約７mm程度）かつ広視野（90°程度）の小
型コンベツクス・プローブが得られる。また、小
児の心臓の断層像等を表示させる場合には、更に
小型のものが要求されるが、診断深さを50ないし
100mm程度に浅くしても良いこと、および中心周
波数を５ないし7MHzとしてもよいことから、開
口も狭くなり、プローブを更に小型にすることが
可能となる。

第３図および第４図は夫々振動子６の製造方法
を示し、前者は前面整合層を振動子６の支持体と
して利用したものを示し、後者は背面整合層を振
動子６の支持体として利用したものを示す。以下
説明する。

第３図イは平面図、第３図ロ図は正面図を示
す。

図中振動子（例えばPZT）６は平板状であつ
て、当該平板状の両面に電極１２が設けられてい
る。該振動子６の両端には、セラミツク、ガラス
あるいはエポキシ等からなる中継電極板１３−
１，１３−２が接着層（エポキシ等）１４によつ
て接着されている。そして、当該接着層１４によ
つて接着されて一体となつた振動子６と中継電極
板１３−１，１３−２とに対して、表面から第３
図イ図示斜線を用いて示す如き形状（千鳥型）に
なるように電気的に導電性のある接続膜１５を生
成すると共に、裏面は全面に接続膜１５を生成す
る。該接続膜１５の生成はスパツタ、蒸着、メツ
キ等によつて行う。

第３図ハは前面整合層１８および背面整合層１
９を夫々生成する状態を示す。

図中テフロン枠１６を図示の如く中継電極１３
−１，１３−２の上部に夫々配置し、中間に整合
層１７を生成するために、エポキシに金属粉末を
混ぜて適当な音響インピーダンスに調整された整
合材を流し込む。そして、当該エポキシを硬化さ
せた後、図示点線を用いて示す位置、即ち発生さ
せようとする超音波の波長λの1/4に相当する距
離ｄの位置で切断して研磨する。これにより、前
面整合層１８が生成される。同様にして背面整合
層１９を振動子６の背面に生成する。

第３図ニは振動子６を各素子（素子片）に分離
する様子を示す。

図中ワツクス２０を用いて前記生成した振動子
６の前面整合層１８を作業台に固定する。そし
て、図中上部、即ち背面整合層１９の側から前面
整合層１８の図示点線を用いて示す位置までダイ
シンク・マシーンを用いて切り込みを入れる。該
切り込みは、第３図イ図中矢印を用いて示す位置
に夫々入れて、接続膜１５も夫々千鳥状に分離す
る。これにより、当該千鳥状に分離した位置に
夫々リード線を接続し、第１図図中走査選択回路
１０と接続することによつて、前述したodd／
even走査を行うことができる。

第３図ホは支持型２４に納まつている完成した
プローブを示す。該プローブは第３図ニによつて
生成した振動子６を円筒面のほぼ半周になるよう
に支持型２４にそわせて曲げ、別途用意した吸音
体２１を用いて接着剤２３を介してはさみ込み、
硬化したものである。該接着剤２３は素子間には
いり込まないように極少にする。以上の製作過程
において、第３図ニの作業で切り残した前面整合
層１８が第３図ホ図示の如く円筒面の外面に位置
するように配置してあるため、振動子６を構成す
る各素子は当該前面整合層１８によつて保持さ
れ、バラバラになることがなく、作業性が高い。

第４図イは振動子６を各素子（素子片）に分離
する様子を示し、前記第３図ニ図示のものに対応
し、本製造例ではワツクス２０を用いて背面整合
層１９を作業台に固定する点が異なる。他は第３
図ニの場合と同様である。

第４図ロは完成したプローブを示す。また第４
図ハは第４図ロのＡ−A′断面図である。該プロ
ーブは第４図イによつて生成した振動子６を構成
する各素子片を、円筒の端部に電極パターンを配
置し、振動子６の背面にあたる部分は中空になつ
ている支持枠２２にそわせて曲げる形で半田づけ
する。該半田づけは、前もつて当該振動子６の中
継電極板１３−１，１３−２に半田メツキを施し
ておいた部分と当該振動子６を保持する円筒状の
支持枠２２上に配置した電極パターン２２−１と
を一致させた状態で保持し、当該中継電極板１３
−１，１３−２と支持枠２２とを半田の溶ける温
度以上に加熱することによつて行つている。該半
田づけによつて、当該振動子６が支持枠２２に固
定される。次に、エポキシと酸化金属等との混合
物よりなる吸音体２１を流し込み、硬化させる。
この際、吸音体２１を流し込む前に当該吸音体２
１がもれないようにエポキシ等の接着剤２３を用
いて封止しておくとよい。以上の如く第４図イの
作業で切り残した背面整合層１９が第４図ロ図示
の如く内面に位置するように配置してあるため、
製作の過程で振動子６を構成する各素子片は当該
背面整合層１９によつて保持され、バラバラにな
ることがないため作業性がよい。

以上の結果得られた第３図ホおよび第４図ロ図
示のプローブは走査方向と直交するいわゆる厚み
方向に超音波ビームの集束用のレンズ２５を接着
して実用的なプローブとなる。この時、接着剤２
３，２３−１の厚みは、できるだけ薄く塗布する
ことが望ましい。特に、第４図ロ図示の場合には
素子間に該接着剤２３−１がはいり込まないよう
にする。

第５図は振動子６の周囲を吸音体２１等を用い
て埋めることなく、エア・ギヤツプ（空気の隙
間）が存在するように構成したプローブの特性を
示す。該構成を採用することにより、当該振動子
６を構成する各素子の相互の間の干渉、特に隣接
する素子の横方向の振動の影響による干渉が減少
する。このため、従来、当該振動子６の間を吸音
体２１を用いて埋めた場合の指向特性は、第５図
図中実線を用いて示す如く不連続部分が存在し、
いわゆるサイド・ローブ（個々の素子の指向性に
よつて生じるもの）が発生し易かつた。しかし、
本実施例では、当該振動子６を構成する各素子の
間を音響的にアイソレーシヨンするためのエア・
ギヤツプを設けたため、第５図図中点線を用いて
示す如く前記サイド・ローブが発生することがな
いために、滑らかな連続曲線が得られ、サイド・
ローブにない超音波ビームで高分解能の画像を得
ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によれば、超音波を
用いて心臓の断層像等をデイスプレイ上に表示等
する際に、超音波を放射および検出する振動子を
円筒面のほぼ半周に渡つて配置してあるため、当
該振動子から放射される超音波の放射中心を低め
ると共に当該振動子を小型化して、広視野であつ
てかつ多重反射の生じない良質な心臓の断層像等
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例構成図、第２図は第
１図図示振動子の要部構成図、第３図および第４
図は第１図図示振動子の製造方法を説明する説明
図、第５図は第１図図示振動子の他の要部構成
図、第６図は従来のコンベツクス型心臓用超音波
診断装置の動作を説明する説明図、第７図ないし
第９図は第６図図示構成の動作を捕捉する説明
図、第１０図は従来の他のコンベツクス型心臓用
超音波診断装置の動作を説明する説明図、第１１
図は第１０図図示構成の動作を捕捉する説明図、
第１２図および第１３図は従来の腹部用のコンベ
ツクス型超音波診断装置の動作を説明する説明図
を示す。図中、６は振動子、７はデイスプレイ、８は表
示回路、９は位相制御回路、９−１，９−３はド
ライバ、９−２，９−４はレシーバ、９−５はス
イツチ、１０は走査選択回路、１１は制御回路、
１２は電極、１３−１，１３−２は中継電極板、
１４は接着層、１５は接続膜、１６はテフロン
枠、１７は整合層、１８は前面整合層、１９は背
面整合層、２０はワツクス、２１は吸音体、２２
は支持枠、２２−１は電極パターン、２３，２３
−１は接着剤、２４は支持型、２５はレンズを表
す。

Claims

【特許請求の範囲】

１振動子を円筒面の外面に配置したコンベツク
ス型プローブを用いてデイスプレイ上に画像を表
示するコンベツクス型超音波診断装置において、
前記振動子を構成する各素子片を円筒面の外面に
ほぼ半周に渡つて配置したプローブと、前記円筒
面の中心を走査中心としてほぼ90°の範囲内の前
記素子片を１群として選択すると共にodd／even
走査を行うべく所定の前記素子片を順次選択して
超音波を放射するための電力を供給する選択回路
とを備え、ほぼ90°の走査角を得るよう構成する
ことを特徴とするコンベツクス型超音波診断装
置。