JPH04193270A

JPH04193270A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH04193270A
Application number: JP2328688A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Hashimoto; 雅彦橋本; Shinichiro Ueno; 植野　進一郎; Akihisa Adachi; 明久足立
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1992-07-13

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、超音波探触子により超音波の送受および走査
を行って超音波探触子の前方を映像化するだめに用い、
特に、微小な空洞や管の状況を診断するために用いるの
に適する超音波診断装置に関するものである。

従来の技術最近、微小な空洞や管の状況を診断するため、これら空
洞等に挿入可能な超小型超音波探触子を用いた超音波診
断装置が循環器系の医療分野等で注目を集めている。こ
のような超小型の超音波探触子としては、例えば、ＰＲ
，０ＣＥＥＤＩＮＧ　ＯＦ　ＴＨＥＩＥＥＥ　（プロシ
ーディング　オブ　デイ　アイトリプルイー）　ＶＯＬ
７６、　ＮＯ９，１９８８に記載されている構成が知ら
れている。以下、図面を参照しながら上記従来の超小型
の超音波探触子について説明する。

第１１図は従来例における超音波探触子を示す先端部の
断面図である。第１１図において、１１０は超音波探触
子であり、先端が閉塞された筒状の筺体１１４と、筐体
１１４の先端部側方に形成された音響窓１１３と、筺体
１１４内における音響窓１１３の前側で超音波送受信面
が音響窓１１３に対して直角方向となるように配置され
た超音波振動子１１１と、筐体１１４内における音響窓
１１３の後側で傾斜して配置され、超音波振動子１１１
から送信される超音波を音響窓１１３の外力へ反射させ
、音響窓１１３から返って来る反射超音波を超音波振動
子１１１へ反射させる音響反射板１１２とを備えている
。

以上のような構成において、超音波振動子１１１から送
信された超音波は、音響反射板１１２により筐体１１４
の側力、すなわち、径方向に反射され、音響窓１１３を
通過して被検体の被検部位に向かう。

被検部位で反射された超音波は、送信と同じ経路を逆に
たどり、超音波振動子１１１により受信される。超音波
探触子１１０の先端部はその全体、またけその一部が回
転可能に構成されており、この回転により径方向の走査
が行われる。そして、上記受信信号が超音波診断装置本
体で処理されて画像化される。

発明が解決しようとする課題しかし、以上のような従来例の構成では、超音波を筒状
の筺体１１４の径方向へ送信するようになっているため
、前方の走査、すなわち、映像化が困難であり、このだ
め、微小空洞や管の内部などの状況を的確に判断するこ
とができないという問題を有している。

本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するもの
であり、超音波探触子の前方領域を広い領域で走査して
高い分解能で画像化することができ、したがって、微小
空洞や管内などの状況を的確に判断することができ、ま
た、超音波探触子の小型化を図ることができるようにし
た超音波診断装置を提供し、また、超音波振動子アレイ
のグレーティングローブを抑制することにより高分解能
化を図ることができると共に、超音波振動子数の少数化
を図ることができ、この少数化によりコストの低下を図
ることができるばかりでなく、超音波探触子の更に一層
の小型化を図ることができるようにした超音波診断装置
を提供することを目的とするものである。

課題を解決するだめの手段上記目的を達成するため、本発明の技術的解決手段は、
超音波を前方へ送信し、かつ反射超音波を受信する複数
の超音波振動子から成る超音波振動子アレイ、この超音
波振動子アレイの背後に設けられ、上記超音波振動子の
送受信を制御する電子回路を備えた超音波探触子と、上
記超音波振動子で受信した信号を開口合成方式により処
理する手段と、この処理データにより超音波探触子の前
方の画騰を構成する手段とを備えだものである。

そして、上記開口合成方式による信号処理手段が超音波
振動子アレイのグレーティングローブを抑制するのが好
ましく、この超音波振動子アレイのグレーティングロー
ブの抑制に重み関数を用いることができる。また、広い
走査領域の情報を得るため、超音波探触子の前方領域を
扇形走査することができる。

作　　　　用したがって、本発明によれば、超音波振動子アレイを構
成している超音波振動子の少なくとも１個から超音波探
触子の前方の被検部に超音波を送信し、少なくとも１個
の超音波振動子により前方の被検部から反射された超音
波を受信し、電気信号に変換する。送受信に使用される
超音波振動子は、超音波探触子内の電子回路により切り
替え、上記動作を繰り返すことにより、超音波探触子の
前方領域を走査し、開口合成力式で受信信号を処理して
画像化することができる。そして、超音波振動子の切り
替え機能を有する電子回路をＩＣ化等によシ超音波探触
子内部に設け、超音波診断装置本体と接続する信号線の
数を減少させることができる。

また、開口合成力式による信号処理を行う手段において
、超音波振動子アレイで問題となるグレーティングロー
ブを抑制するようにし、この抑制に重み関数を使用する
ことにより、超音波振動子アレイの素子数を増やすこと
なく、高分解能化を図ることができるので、制御電子回
路の構成を簡素化することができる。

実施例以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

まず、本発明の第１の実施例について説明する。

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例における超
音波診断装置を示し、第１図は超音波探触子の斜視図、
第２図は超音波探触子の断面図、第３図は超音波診断装
置全体の機能ブロック図である。

第１図および第２図において、１は超音波探触子であシ
、筒状の筺体２と、匣体２の先端部に設けられ、音響レ
ンズ、整合層、バッキング層等を含む超音波振動子アレ
イ３と、この超音波振動子アレイ３の背後に設けられた
関連電子回路４とを備えている。超音波探触子１の内部
空洞５には制御信号、送受信信号伝達のための複数本の
信号線が配線される。超音波振動子アレイ３は複数の微
小超音波振動子により構成されており、超音波の送受信
面が超音波探触子１の前方を向くように配置され、図示
例ではりニアアレイを形成している。

関連電子回路４はチャンネル切シ替え、スイッチ等の機
能を有し、超音波の送受信に際して超音波振動子アレイ
３の超音波振動子を切り替えることができる。関連電子
回路４は上記複数本の信号線によって超音波診断装置本
体と接続されている。

超音波診断装置本体について説明すると、第３図におい
て、６は超音波探触子１内の電子回路制御のだめの制御
回路部、７は超音波振動子アレイ３の超音波振動子に送
信信号を供給する送信回路部、８は超音波振動子アレイ
３の超音波振動子により受信されて変換された電気信号
の増幅等のための受信回路部、９は受信回路部８で処理
された信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、
１０はＡ／Ｄ変換器９から送出されるディジタル信号を
記憶するメモリ、１１はメモリ１０に記憶されているデ
ィジタル信号データを開口合成方式により画像表示のた
めのデータに変換する信号処理部、１２はディジタルス
キャンコンバータラ含み、信号処理部１１で処理された
データをビデオ信号に変換する画像構成部、１３は上記
各部を制御するコントローラ部、１４は画像構成部１２
から送出されたビデオ信号により画像表示するＣＲＴ（
陰極線管）である。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

まず、制御回路部６の制御信号を受けた関連電子回路４
において選択され、超音波振動子アレイ３を構成する微
小超音波振動子のうちの少なくとも１個に送信回路部７
から超音波送信信号を供給し、この微小超音波振動子か
ら超音波パルスを超音波探触子１の前方領域に送信する
。超音波探触子１の前方領域に送信された超音波パルス
の一部は、そこに存在する被検部により反射され、超音
波探触子１の超音波振動子アレイ３に達する。制御回路
部６から送出された制御信号により電子回路４において
選択された少なくとも１個の微小超音波振動子により受
信された超音波パルスは、電気信号に変換され、電子回
路４を介して受信回路部８に送出される。このように、
電子回路４は制御回路部６から送出される制御信号によ
り、送受信時のチャンネルの選択を行い、これによシ超
音波探触子１の前方領域を走査することができる。

上記のように微小超音波振動子から受信回路部８に送出
された受信信号は、この受信回路部８において増幅等の
処理を受け、Ａ／Ｄ変換器９においてディジタル量に変
換された後、メモリ１ｏに記憶される。この動作は画像
化に必要なデータがすべて収容されるまで繰り返される
。メモリ１゜に′記憶された受信信号データは、適宜、
信号処理部１１によって読み出され、高分解能と必要な
走査範囲を実現する開口合成方式により、遅延、重み付
け、加算等の処理を受け、画像データとなり、合成され
た画像データは、画像構成部１２　Ｋ送られてヒデオ信
号化され、ＣＲＴ１４に表示される。

これらの一連の動作は、タイムベースを含むコントロー
ルｇ１３　により制御される。

このように、本実施例によれば、超音波探触子ｌの前方
領域を走査して画１象を得ることができ、また、開口合
成方式により、高い分解能と広い走査領域を実現するこ
とができる。本実施例に用いる超音波探触子１は、直径
を２−以下とし、血管等の微小な空洞、あるいは管構造
に挿入して使用するのに適するが、上記のように超音波
探触子１の前方を走査することができるので、空洞、あ
るいは管構造の閉塞等の状態を的確に観察することが可
能である。また、超音波探触子１の寸法の関係から、そ
の内部に信号線を多数本、設けることができないので、
関連電子回路４を超音波振動子の背後に設けることによ
り、信号線の数を減少させることができ、更に、関連電
子回路４をＩＣチップ化することにより超音波探触子１
の小型化を図ることができる。また、使用される超音波
の周波数は、超音波探触子１、あるいは空洞、管構造の
大きさ、分解能、超音波の減衰などを考慮して２０ＭＨ
ｚから４０■セが適当であり、超音波振動子としてはＰ
ＶＤＦ等の高分子圧電材料を用いるのが望ましい。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

第４図および第５図は本発明の第２の実施例における超
音波診断装置を示し、第４図は超音波探触子の断面図、
第５図は開口合成力式の信号処理部の機能ブロック図、
第６図は上記実施例における開口合成時に使用する重み
関数の概念図である。

本実施例においては、上記第１の実施例と同一の構成要
素については同一符号を付し、異なる内容について説明
する。第４図において、３ａは超音波振動子アレイ３を
構成する微小超音波振動子であり、同一の超音波振動子
３ａにより送受信を行い、送受信の過程で複雑な制御を
必要としないようにし、関連電子回路４として、超音波
振動子３ａ　のテヤンイ・ル数分の切り替え機能を有す
るアナログマルチプレクサを用いて簡素化し、信号線の
数を減少させるようにしている。単一の超音波振動子３
ａは無指向性に近いブロードな指向性１５　を持ち、１
回の送受信により超音波探触子１の前方部の広い範囲か
らの反射超音波が受信され、信号線を介して超音波診断
装置本体に送られ、上記第１の実施例と同様に処理され
、メモ！１ｌｆｆｉで記憶されるように麿っている。な
お、第４図中の符号１６は超音波振動子アレイ３の扇状
走査領域を示している。

第５図において、１７はメモリＩＯの読み出し位置を制
御する可変焦点コントローラ、１８Ｉ″ｉ可変重み、１
９はメモリ１０から読み比されたデータと重み１８を乗
算する乗算器、２０は各乗数器１９の乗算結果を加算す
る加算器である。

そしτ、まず、送受信後にメモリ１０に記憶された受信
データは、各超音波振動子３ａから画像化の対象点まで
の往復距離に応じて可変焦点コントローラ１７の制御に
よシ番地が計算され、それぞれの番地のデータがメモリ
１０から読み出される。次に、乗算器１９でそれぞれの
データに、画像化対象点から各超音波振動子３ａまでの
距離に応じて可変された重み１８を掛け、加算器２０に
おいて加算し、画像化対象点に対する画像データを得る
。本実施例においては、扇状走査領域１６の各画像化対
象点に対して上記の操作を実施し、１ｌＩＩｉＩ像分の
データを構成する。

第６図において、２１は超音波振動子アレイ３が連続す
る超音波振動子であった場合における画像化対象点まで
の送受を考慮しだ伝搬経路の分布を表わしており、２２
ｉｄ各超音波振動子３ａの受信信号データに対する重み
関数を示している。超音波振動子アレイ３の場合には、
通常のサイトローブの他に、超音波振動子３ａの配列間
隔に起因するグレーティングローブが問題となる。本実
施例では、超音波振動子アレイ３ａを多くても　１０素
子程度の少数で構成しているため、グレーティングロー
ブを抑制することができるか否かが大きな問題となる。

超音波振動子アレイ３が連続であるとし、その伝搬経路
分布２１　に超音波振動子アレイ３の実際の伝搬経路分
布を近づけるような重み関数２２を付加することにより
、グレーティングローブを軽減することが可能となる。

２次元の直線超音波振動子を想定した場合、ある画像化
対象点までの片道の距離をＲとして、伝搬経路分布を確
率的に表現すれば、次式のようになる。

ここで、Ｙは超音波振動子３ａを含む直線と画像化対象
点までの距離である。往復の伝搬経路分布は、（１）式
のコンボリューションとして次式のようになる。

ｐｔ　ｒ　（ｒ）−ｐ　（Ｒ１）＊　ｐ　（ｒ）　　　
　　　　　　　　、、、（２）（１）、（２）式はりニ
アアレイの場合の重み関数の指標となる。伝搬経路分布
は、コンペクスアレイ等でも計算が可能であり、超音波
振動子アレイ３の形状に対応して異外るものが必要であ
る。

以下、第７図から第１０図を参照しながら、本実施例の
画像構成の流れについて、詳細に説明する。

第７図において、７１は本方式における合成ＲＦライン
、７２は扇状走査の中心点、７３は、点反射体、７４は
各超音波振動子４１と点反射体７３に対応した送受波の
伝搬経路を示している。

第７図に示されるように、扇状走査領域の中ノＬ・点を
超音波振動子より後方に移動させることにより、カテー
テルの直前における死角をなくし、より広い視野を実現
できる。したがって、受信信号のＲＦ倍信号、扇状走査
領域の中心７２を通る合成ＲＦライン７１　のように合
成される。

第８図は本方式における受信信号処理の流れを示してお
り、８１は走査領域４３内Ａ点に点反射体が存在すると
き、メモリ内に記録された受信波形データ、８２はＡ点
におけるＲＦ倍信号合成する場合の各超音波振動子に対
応したメモリからのデータの取シ出し位置、８３．８４
は同様に、走査領域内のＢ点、０点に対応したデータの
取り出し位置を示している。

本実施例では、上述のように超音波振動子４１の送受信
は、１素子ごとに行われ、その制御はアナログマルチプ
レクサ４４によりなされる。１素子分の受信信号は受信
回路部７により適当な増幅を受けた後、Ａ／Ｄ８により
ディジタル化され素子数の数だけ用意されたメモリに記
録される。第８図は、７素子、７メモリの場合に走査領
域内のＡ点に点反射体を配置したときの各超音波振動子
４１　に対応する受波波形データを模式的に示したもの
であり、走査領域４３内の位置の違いにより各素子に対
応するメモリ９内の取り比し位置が変化する。受波波形
データの取り出しは、第７図の合成ＲＦライン７１に沿
って順次行われる。

第９図は、受波波形メモリ９からデータが取り比された
後の信号処理系の詳細な説明図であり、９１は走査領域
の各点における各超音波振動子４１　の受波データに対
する重み値を記録している重みマツプ、９２はメモリか
ら素子の数だけ取り出された波形データ、９３は乗算器
５２、加算器５３を経て合成されだＲＦ倍信号９４は上
記の合成ＲＦ倍信号画像のダイナミックレンジに適合す
るように圧縮し、検波して画像データとする処理部、９
５は、画像データを記録する画像メモリ、そして９６は
画像メモリ９５内にストアされた画像データを模式的に
表現したものである。

グレーティングローブ抑制のだめの重み値は、あらかじ
め計算されて、各超音波振動子４１毎に重みマ、ブ９１
に記憶されている。合成ＲＦライン７１上の画像化対象
点に対応した重み値が、各超音波振動子４１毎に読み比
されて、乗算器５２において各画像データ９２に乗算さ
れ、加算器５３　において足し合わされ、処理中の画像
化対象点に対する合成ＲＦ信号値となる。合成ＲＦライ
ン７１上のすべての画１象化対象点について上記重み付
加、加算処理を行なうことにより、１ライン分の合成Ｒ
Ｆ倍信号３が構成され、この過程を走査領域全体に施す
ことによシ、１画面分の画像データが画像メモリ９５内
にストアされる。第９図の画像データ９６は第８図にお
いて走査領域４３内のＡ点に点反射体を配置した場合の
ものであり、中央付近の画像データに点反射体の信号が
みられることを示している。

第１０図は、画〜データ構成後の処理と超音波断層像を
示したものであり、１０１はＤＳＣ１１０２は表示領域
、そして１０３は超音波断層像である。

画像メモリ９５にストアされた画像データ　９６は、順
次読みだされＤＳＣによりビデオ信号に変換され、ＣＲ
Ｔ１３上に表示される。走査領域が扇状であることから
、表示領域１０２も扇状であり、実形状に対応した超音
波断層＠１０３となる。第１０図の超音波断層＠１０３
ば、第８図、第９図と同様に第８図の走査領域４３内の
Ａ点に点反射体が存在する場合の超音波断層像であり、
表示領域の中心付近に点反射点の隊が表示される。

このように、本実施例では、送受信を同一の超音波振動
子とすることによシ、関連電子回路を簡素化することが
でき、超音波探触子の小型化に適する。まだ、開口合成
方式により、高分解能化を図ることができ、その際の伝
搬経路分布を考慮した重み関数の付加により、グレーテ
ィングローブの抑制を図り、少ない超音波振動子数で超
音波探触子の前方領域を画像化することが可能となる。

発明の詳細な説明したように本発明によれば、超音波を前方へ送信
し、かつ反射超音波を受信する複数の超音波振動子から
成る超音波振動子アレイ、この超音波振動子アレイの背
後に設けられ、上記超音波振動子の送受信を制御する電
子回路を備えた超音波探触子と、上記超音波振動子で受
信した信号を開口合成力式により処理する手段と、この
処理データによす゛超音波探触子の前方の画像を構成す
る手段とを備えているので、超音波探触子の前方領域を
広い領域で走査して高い分解能で画像化することができ
、したがって、空洞や管構造力どの状況を的確に判断す
ることができる。また、超音波振動子の切り替え機能を
有する電子回路を超音波探触子の内部に設け、超音波診
断装置本体と接続する信号線の数を減少させることがで
きるので、超音波探触子の小型化を図ることができる。

また、開口合成力式による信号処理を行う手段において
、超音波振動子アレイで問題と力るグレーティングロー
ブを抑制するようにし、この抑制に伝搬経路分布を考慮
した重み関数を使用することによシ、超音波振動子アレ
イの素子数を増やすことなく、高分解能化を図ることが
できるので、関連電子回路をより簡素化することができ
る。したがって、コストの低化を図ることができ、超音
波探触子の更に一層の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例における超
音波診断装置を示１−１第１図は超音波探触子の斜視図
、第２図は超音波探触子の断面図、第３図は超音波診断
装置全体の機能ブロック図、第４図および第５図は本発
明の第２の実施例における超音波診断装置を示し、第４
図は超音波探触子の断面図、第５図は開口合成方式の信
号処理部の機能ブロック図、第６図は上記実施例におけ
る開口合成時に使用する重み関数の概念図、第７図は本
発明における扇状走査領域の説明図、第８図ないし第１
０　図は本発明における受信信号処理および囲障構成過
程の詳細な説明図、第１１図は従来例における超音波探
触子を示す断面図である。１・・・超音波探触子、３・・・超音波振動子アレイ、
３ａ・　超音波振動子、４　・関連電子回路、５・内部
空洞、６・・・制御回路部、７　送信回路部、８・・受
信回路部、９・・・Ａ／Ｄ変換器、１０・・・メモリ、
１１・・・信号処理部、１２・・・画像構成部、１３・
・・コントローラ部、１４　・　ＣＲＴ、１５　　・超
音波振動子の指向性、１６・・走査領域、１７・　可変
焦点コントローラ、１８５Ｔ変重み、１９・・　乗算器
、　２０加算器、２１・　伝搬経路分布、２２・・重み
関数、７１−・　合成ＲＦライン、７２　　・扇状走査
領域の中心、７３・　点反射体、７４　　送受波の伝搬
経路、８１・・波形データ、８２−　Ａ点のデータ取シ
出し位置、８３・・・Ｂ点のデータ取り出し位置、８４
　・・０点のデータ取り出し位置、９１・・重みマツプ
、９２・・・波形データ、９３・・合成ＲＦ倍信号９４
　　・処理部、９５・・・画像メモリ、９６−・国際デ
ータ、１０１・・・ＤＳＣ１１０２・表示領域、１０３
　　超音波断層像。代理人の氏名　弁理士　小鍜治　　　明　ほか２名第１
図第４図第６図Ｒｍｉｎ　　　　　Ｒｍａｘ＠　　　　遍派　　　　” ヘレ岐掘

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超音波を前方へ送信し、かつ反射超音波を受信す
る複数の超音波振動子から成る超音波振動子アレイ、こ
の超音波振動子アレイの背後に設けられ、上記超音波振
動子の送受信を制御する電子回路を備えた超音波探触子
と、上記超音波振動子で受信した信号を開口合成方式に
より処理する手段、この処理データにより超音波探触子
の前方の画像を構成する手段とを備えた超音波診断装置
。
（２）開口合成方式による信号処理手段が超音波振動子
アレイのグレーティングローブを抑制する請求項１記載
の超音波診断装置。
（３）超音波振動子アレイのグレーティングローブの抑
制に重み関数を用いる請求項２記載の超音波診断装置。
（４）超音波探触子の前方領域が扇状走査される請求項
１ないし３のいずれかに記載の超音波診断装置。