JPH0443957A - 超音波撮像方式 - Google Patents

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、電子走査方式の医用超音波診断装置もしくは
超音波探傷装置等の超音波撮像装置の撮像方式に関し、
特にその電子走査方式を改良した超音波撮像方式に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、被検体中に超音波パルスを放射し、組織の境界か
ら反射されるエコーを受波してブラウン管等の表示器上
に所望の断層像を得る超音波撮像装置が周知である。ま
た、上記超音波撮像装置を発展させ、電子的走査により
得られる断層面の撮像をその厚み方向に移動あるいは偏
向させて繰返すことにより、被検体内の３次元領域（立
体）の撮像を行う超音波撮像装置も提案されている。こ
のような３次元超音波撮像装置の探触子では、超音波の
送受信を行う振動子にジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）
系磁器等の圧電材料を用い、２次元に分割された各振動
子に対して独立配線する方法が考えられていた。しかし
、この方法では、微小な振動子を多数配列するために実
装が難しく、また、付随する信号処理回路系も大規模に
なるため、事実上実現不可能であった。

そこで、この問題を避けるために、第２図（ａ）に示す
如く、振動子平板の各主面に短冊状の電極配列を形成し
、それらが互いに交差するようにしたものを電気音響変
換部に備えた超音波探触子が提案されている。この振動
子では、第２図（ｂ）に示す如く、各主面より電極Ａｉ
、Ｂｊを選択し、電極交差部分のみを一つの振動素子と
して駆動しようとするものである。しかしながら、この
交差型電極を備えた振動子を圧電材料で構成し、電極交
差部分のみを駆動して超音波を送受信しようとすると、
選択した電極Ａｉ、Ｂｊに接した振動子の中の交差部分
以外でも電気的に半選択状態になるため、結果的に駆動
領域の選択性が低下する問題があり、実際の超音波撮像
にこの構成の振動子を用いると、独立に２次元分割した
振動子を構成した場合に比較して、得られる画像の分解
能が著しく低下するという問題があった。

更に、上述の選択性の低下の問題を解決するため、第２
図（ａ）の振動子材料に電歪材料を用いて駆動領域の選
択性を向上させる超音波探触子が特開昭６２−８４６９
７号公報に開示されている。現在、振動子材料として広
く用いられている圧電材料は、超音波の受渡による機械
的変位により電圧を発生する性質を利用している。これ
に対して、電歪材料は、バイアス電界の存在下でのみ圧
電材料と同様に機械的変位による電圧の変動が生じる性
質を有する。また、バイアス電界の強度により電気機械
結合係数が大きく変化するため、電歪材料はバイアス電
界により電気音響変換効率が制御できる圧電材料とみな
せる。

この電歪材料平板を用いて、第２図（ａ）に示す如く、
互いに交差する短冊状の電極配列Ａ、Ｂを設は振動子２
を構成した場合には、各主面より選択した電極Ａｉ、Ｂ
ｊ間にバイアス電界を加えることにより、ｆＩ４２図（
ｂ）に示す如く、ハツチングを付けた交差部分の電歪材
料が振動素子２１として選択され、電極間の電圧変動と
して超音波送受信を行う、上述の電歪材料の振動子２を
用いた超音波探触子を備えた超音波撮像装置において、
バイアス電圧を印加する電極と超音波の送受信回路を接
続する電極とを選択し、振動子２を２次元的に選択駆動
して超音波の送受信を行うことにより、被検体の３次元
撮像を行なうことができる。

このような振動子を備えた探触子を用いて電子的に超音
波走査を行う３次元超音波撮像装置において、被検体内
部の３次元走査領域を高い分解能で撮像するためには、
超音波の送受信回数が従来の２次元のＢモード断層像の
撮像時に比べて飛躍的に増大するため、一つの３次元撮
像を終えるのに比較的長い時間を要し、撮像の即時性が
低下する問題がある。このことから、従来の２次元のＢ
モード断層像の撮像時と同様に、超音波探触子の位置お
よび配向を検査者が操作し、表示器上の像を実時間的に
見ながら最適な位置を決定する場合には、第３図（ａ）
に示すような、パイブレーン撮像が有効である。

パイブレーン撮像は、例えば、互いに直交する２つの断
層面を実時間で交互に撮像するものである。第３図（ｂ
）に示す如く、被検体内において撮像を行いたい全撮像
領域Ｖを撮像する場合に、目標あるいは位置関係の目安
としである関心領域Ｏを中心に撮像を行う必要が生じる
。そこで、第３図（ａ）に位置関係を示す如き、二つの
Ｂモード断層面ＰＬ、Ｐ２の断層像を実時間で表示器上
で確認しながら、断層面Ｐｉ’、Ｐ２の交線上に関心領
域０を捕らえるように探触子の位置と配向を決めた後に
、比較的撮像時間を要する３次元撮像を開始すれば、撮
像を効率的に行なえる点で非常に有効である。

また、３次元の撮像方法が、第３図（ｂ）に示す如く、
断層面ＰＩまたはＰ２の撮像を順次その厚さ方向に移動
させて繰り返すような走査である場合には、一般に、断
層面ＰＩを用いて走査を繰り返す場合とＰ２を用いる場
合とで、得られた全撮像領域Ｖの分解能に異方性が生じ
る。この理由から、３次元撮像でより分解能が高くなる
電子走査方向を断層面ＰＩあるいはＰ２のどちらの方向
に設定するかを、探触子の位置を移動させる事無く選択
できるようにすることが必要になる。

上述のパイブレーン撮像を可能とする超音波探触子とし
て、第２図（ａ）と同型の圧電振動子を用いる手法が、
特開昭５７−６８９９９号公報に開示されている。この
超音波探触子を用いることにより、互いに交差（例えば
直交）する被検体内の２つのＢモード断層面を撮像し、
実時間で表示器上に交互に随伴させて表示させるパイブ
レーン撮像を可能とする超音波診断装置が構成できると
されている。

すなわち、振動子の一方の主面の短冊状電極配列Ａまた
は已にセクタ型の超音波送受信走査回路部を接続状態に
し、他方の面の短冊状電極配列はすべて共通の接地側電
極として振動子を駆動し。

つのＢモード断層面を撮像したのち、それぞれの電極配
列への接続を互いに交代した接続状態で、再びＢモード
断層面を撮像するものである。

〔発明が解決しようとする課Ｉｔ） 上記従来技術のうちの前者、すなわち、特開昭６２−８
４６９７号公報には、交差型の電極配列を備えた電歪材
料振動子を電気音響変換部に用いた超音波探触子の動作
原理あるいは探触子の基本的構成が開示されている。し
かし、ここでは、３次元撮像において、前述のパイブレ
ーン撮像が有効かつ重要な手法である点は配慮されてお
らず、電歪材料振動子を用いた超音波探触子を備えた撮
像装置における３次元撮像方法は検討されていなかった
。

また、上記従来技術のうちの後者、すなわち、特開昭５
７−６８９９９号公報には、交差型の電極配列を備えた
圧電材料の振動子で構成された超音波探触子を用いたパ
イブレーン１！像についてのみ開示されており、電歪材
料を用いた超音波探触子の電子走査方向に関しては考慮
されていない、結局、これらの技術は、３次元撮像の実
時間性の低下や分解能の異方性に配慮して撮像を行なう
ことを考慮した技術ではなく、被検体に対する探触子の
配向を決定を容易にでき、実用的に３次元撮像が可能な
超音波撮像方式を実現できるものではなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、従来の技術における上述の如き問題を解
消し、交差型の電極配列Ａ、Ｂを設けた電歪材料を振動
子に用いた超音波探触子を備えた超音波撮像装置におい
て、撮像のための電子走査が該電極配列Ａ、Ｂのいずれ
の方向でも行える超音波撮像方式を提供することにある
。

本発明の他の目的は、上述の超音波撮像装置において、
互いにある角度をなして交わる二つの断層面を交互に撮
像し、実時間性高く随伴させて表示可能とした超音波撮
像方式を提供することにある。また、本発明の更に他の
目的は、上述の超音波撮像装置において、被検体の３次
元撮像を行う場合に、分解能の異方性を考慮して電子走
査方向を選択可能とした超音波撮像方式を提供すること
にある。

ｆ課題を解決するための手段］ 本発明の上記目的は、バイアス電界により圧電性が誘起
される電歪材料の平板の両主面に、互いに直交ないしあ
る角度で交差する複数の短冊状の電極配列Ａ、Ｂを設け
たものを振動子として用いる超音波探触子と、該超音波
探触子に接続される送波回路、受渡回路および前記電歪
材料に圧電性を誘起するためのバイアス電圧印加回路を
備えた超音波撮像装置において、前記電極配列Ａ、Ｂの
それぞれと前記送波回路、受渡回路およびバイアス電圧
印加回路との間にスイッチ走査回路を付加し、該スイッ
チ走査回路の接続変更により、超音波送受信の電子走査
を前記電極配列Ａ、Ｂのいずれによっても任意に実行可
能としたことを特徴とする超音波撮像方式によって達成
される。

〔作用］ 電歪材料は、前述の如く、バイアス電界の下でのみ、機
械的変位により電圧の変動が生じる性質を有するため、
直流バイアス電界により変換効率が制御できる圧電材料
とみなせる。第２図（ａ）に示す如く、平面状の電歪材
料の主面に互いに交差（例えば、直交）するように短冊
状の電極配列Ａ。

Ｂを設ける。ここでは、電極配列Ａ、Ｂは互いに交差す
る以外はまったく等形状の構成とする。電極配列Ａに電
極を選択するスイッチ回路の一方を介して超音波パルス
の送波回路および受波回路を接続し、電極配列Ｂに他方
のスイッチ回路を介してバイアス電圧印加回路を接続す
れば、電極配列Ａ、Ｂに接続されるスイッチ回路の状態
により、バイアス電圧印加回路と接続状態にある１！極
と対面にある電極との間にバイアス電圧がかかり、圧電
性が誘起されて、それぞれ選択した電極の交差部分だけ
が超音波の送受信を行うようになる。

電子走査型の超音波撮像装置に備えられる超音波探触子
では、少なくともある一つの軸方向に振動子が分割され
ており、電子フォーカス方式による超音波の収束を行う
、上記構成においては、電極配列Ａ、Ｂに接続される回
路は上述のスイッチ回路により相互に交代可能である。

電子フォーカス方式によって超音波の収束を行う場合に
、収束が可能な方位方向は送波回路、受渡回路と接続さ
れた電極配列ＡまたはＢの分割方向で決まる。これに対
応して、一つの断層面の電子走査方向も決まるため、電
極配列Ａ、Ｈに接続される回路が上述のスイッチ回路に
より相互に交代することにより、断層面撮像のための電
子走査方向も電極配列Ａ、Ｂの配列方向が互いになす角
度、例えば、直交方向となる。これにより、撮像される
断層面も互いに交わり、第３図（ａ）に示す如き直交す
る２つの断層面（パイブレーン）ＰＩ、Ｐ２の撮像が可
能となる。

また、上記構成において、第３図（ｂ）に示す如く、Ｂ
モード断層像をその面と交差する方向に走査して３次元
撮像を行なう場合には、被検体内の領域Ｖを撮像するた
めに、断層面Ｐ１を走査した撮像と断層面Ｐ２を走査し
た撮像とを選択することが可能である。断層面の撮像を
順次移動あるいは偏向させて複数回繰返すことにより、
３次元領域の撮像を行うことができるが、各断層像の分
解能は、撮像方式により方位方向と断層面の厚み方向と
で異なる。従って、得られる３次元領域の像は、上記電
極配列Ａ、Ｂの何れを用いて断層面の電子走査を行った
かにより、分解能の高くなる方位方向が異なるので、撮
像部位により、より望ましい方向を、操作者が前述のス
イッチ回路の交互接続の状態を超音波探触子、撮像装置
本体あるいは本体の延長上に設けた切り替えスイッチで
変更できるようにする。

Ｃ実施例〕 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

例えば、マグネシウム・ニオブ酸鉛−チタン酸鉛系固溶
体セラミクス等の緩和型強誘電体で、常誘電相−強誘電
相間の相転移温度が比較的室温付近にある組成物等（１
！歪歪型器成物）の矩形板、あるいは、その磁器組成物
の柱状物を配列した間を樹脂等で充填・保持した複合物
を振動子材料とする。

そして、この材料の厚み方向の共振周波数が放射あるい
は受波する超音波の周波数に相当するように加工して振
動子とする。前出の第２図（ａ）に示す如く、上述の如
（作成した電歪振動子２の矩形板の各主面に、それぞれ
複数の短冊状に分割された電極配列Ａ、Ｂを形成する。

電極は、例えば、銅、ニッケル等の無電解鍍金、あるい
は、金、銅等の蒸着により形成しても良い。両主面に形
成された電極配列Ａ、Ｂは、互い−の面上の電極分割方
向が直交するように形成されている。また、電極の形状
はＡ、Ｂ共に全く同型である。

第１図は、本発明の一実施例に係る超音波撮像装置にお
ける超音波探触子周辺の構成図である。

上述の電極配列Ａ、Ｂが設けられた電歪振動子２におい
て、電極配列Ａ、Ｂは、それぞれ、電子走査型のスイッ
チ走査回路１４ａ、＋４ｂに接続されている。送波回路
ＩＩ、受波回路１２．バイアス電圧印加回路１３は、そ
れぞれ、スイッチ走査回路１４ａ。

＋４ｂに接続されている。送波回路＋１と受波回路１２
およびバイアス電圧印加回路１３は、スイッチ走査回路
１４ａ、１．４ｂのどちらか一方において１！極配列Ａ
またはＢと接続状態にあり、スイッチ走査回路１４ａ、
１４ｂの動作状態により、電極配列ＡまたはＢに対する
接続を交互に交換できる。また、送波回路１１と受波回
路１２は、同じ電極配列に対して接続される。なお、上
述の如きスイッチ走査回路１４ａ、１４ｂは、例えば、
電極配列ＡまたはＢの各電極に対して、送波回路１１．
受渡回路１２．バイアス電圧印加回路１３の各回路との
接続を可能にするｌ×３チャネルのマルチプレクサ−回
路の複数配列と、電極配列を用いた電子的走査を可能に
するマトリクススイッチを備えることで実現できる、受
波回路１２には、更に信号処理回路部が接続され、各種
の電子走査方式に適合する信号処理が施されて撮像が行
なわれる。

この電子走査型の超音波撮像装置では、送波あるいは受
波において、少なくともどちらかの電極配列の配列方向
をＷｋ像を行う断層面の方位方向として超音波の電子フ
ォーカスを行う、従って送波回路１１および受波回路１
２と接続された電極配列ＡまたはＢの分割方向が、得ら
れる断層面の方位方向を決めるため、を極配列Ａ、Ｂに
接続される回路がスイッチ走査回路１４ａ、１４ｂによ
り相互に交代することにより、Ｗ！像する２つの断層面
はその方位方向が電極配列Ａ、Ｂの配列方向が互いにな
す角度、すなわち直交となるように形成される６電子走
斎方法がセクター走査の場合には、第３図（ａ）のＰＩ
、Ｐ２で示されるような扇型の直交パイブレーン撮像が
実現される。

このような撮像においては、電歪振動子２には次のよう
にして圧電性がＭＥされる。今、第２図（ａ）に示され
る電歪振動子２の電極配列Ａにバイアス電圧印加回路１
３がスイッチ走査回路１４ａにより接続され、電極配列
Ｂに対してはスイッチ走査回路＋４ｂにより送波回路１
１および受波回路】２が接続状態であるとする０Ｍ２図
（ｂ）に示す如く、１ｉ極配列Ａのうち電極Ａｉを選択
してバイアス電圧を印加しその他の電極は接地する。ま
た、電極配列Ｂのうちから電極Ｂｊを選択して送波回路
１１および受波回路１２が接続状態であるとする。この
とき、電極Ａ１と対面の電極配列Ｂの間に挾まれる部分
の電歪振動子にバイアス電界が加わり、圧電性が誘起さ
れる。このとき、１！極Ｂｊにスイッチ走査回路＋４ｂ
を介して送波信号電圧が印加されると、第２図（ｂ）に
おいてハツチングで示した部分には、バイアス電圧と信
号電圧が同時に印加されるため、電歪材料の性質から振
動子として駆動され超音波を放射する。また、この接続
状態で超音波を受信すると電極Ｂｊに受信電圧が発生し
、やはりスイッチ走査回路＋４ｂを介して受波回路１２
の入力信号となる。撮像の電子走査方式がセクター型電
子走査方式であり、フェイズドアレイ方式による超音波
送受信を行う場合には、電極配列Ａの全ての電極にバイ
アス電圧が印加されて電歪振動子２の全面が圧電性とな
る。また、これらの電極の選択動作は、スイッチ走査回
路１４　ａ　、　１４　ｂと他の回路との接続の交代に
より同様に行えることは説明するまでもない。

前にも示した第３図は、パイブレーン撮像と３次元撮像
の関係を示す概念図である。第３図（ａ）は、互いに直
交する２つのセクター型のＢモード断層像（パイブレー
ン）ＰＩ、Ｐ２の撮像領域と被検体内の関心領域との位
置関係を、超音波探触子Ｔの位置とともに示すものであ
る。超音波探触子Ｔの先端面は電歪振動子２の主面と平
行である。

電歪振動子の電極配列Ａが送波または受波の電子フォー
カスに用いられたときセ久ター型のＢモード断層像Ｐ１
が得られる場合、スイッチ走査回路１４ａ、１４ｂによ
り、送波回路１１．受波回路１２と電極配列Ａの接続を
電極配列Ｂとの接続に交代することによ番ハ撮像面は、
ＰｌからＰ２に変更される。Ｂモード断層面ＰＩ、Ｐ２
の撮像を交互に行い、超音波撮像装置の表示器上に二つ
の断層面を高速に交互に交代（これを［随伴」という）
させて表示すれば、被検体内の関心領域０を両方の断層
像の中心近傍で捕らえることにより、関心領域○の大き
さの推定、位置関係等を容易に判断できる。

この超音波撮像装置が医用超音波詮所装置である場合に
は、関心領域○は人体の臓器や患部に相当する。このよ
うなパイブレーン撮像により、擬似的に３次元的位置間
係を容易に把握できる。更に、第３図（ｂ）に示す如く
、Ｂモード断層像ＰＩまたはＰ２を、その面と直交する
方向に走査して被検体内の領域Ｖ全体にわたる３次元撮
像を行う場合には、上述の如き操作により、予め、パイ
ブレーン撮像を用いて探触子の最適な位置決めを行って
から、全体の３次元撮像を開始することができる。

前述の領域Ｖ全体を高分解能で撮像する場合には、超音
波の送受信回数が、従来のＢモード断層像の撮像を行う
場合に比較して飛躍的に増大するために撮像時間が長く
なり、診断像の実時間性は著しく低下する。従って、上
述の如く、撮像時間が従来の２倍程度で済むパイブレー
ン撮像を用いて、領域Ｖ全体の中心位置が最適な位置に
なる如く探触子の位置決めを行ってから、３次元の撮像
を行えば、極めて効率的に撮像が行える。

更に、上述の装置構成により、断層面ＰＩを走査して行
う撮像と断層面Ｐ２を走査して行う撮像とを、選択する
ことが可能である。断層面ＰＩ。

Ｐ２の方位方向の分解能と面の厚さ方向の分解能は、一
般に一致するとは限らないので、スイッチ走査回路１４
ａ、＋４ｂの接続を交代できる本発明の構成によ番ハ撮
像領域の分解能が高くなる電子走査方向を、断層面のＰ
ＩあるいはＰ２のどちらの方向に設定するかを、探触子
の位置を回転させること無く選択できる。パイブレーン
撮像と３次元撮像の切り替え操作や、３次元撮像の走査
方向の選択も、操作者が容易に選択できるように、超音
波探触子、撮像装置本体あるいは本体の延長上に設けた
切り替えスイッチのトリガ入力で変更できるように構成
されている。

第４図は、本発明に係る超音波撮像装置の具体的構成例
を示すブロック図である。電歪振動子２の電極配列Ａ１
〜Ａｎはスイッチ走査回路１４ａに、電極配列Ｂ、〜Ｂ
ｎはスイッチ走査回路！４ｂに接続される。送波回路１
１．受渡回路１２．バイアス電圧印加回路Ｉ３は、スイ
ッチ走査回路１４　ａ　、　＋４　ｂのいずれとも接続
されている。送波回路１１．受渡回路！２は、電子フォ
ーカスによるリニア走査、セクター走査等において同時
に使用するチャネル数の信号線群でスイッチ走査回路＋
４ａ、＋４ｂと接続されている。

リニア型の電子走査方式の場合には、スイッチ走査回路
＋４ａ、１４ｂは、送波回路ＩＩ、受波回路！２からの
一連の信号線群をＡ、〜ＡｎまたはＢ１〜Ｂｎにおける
同数の電極群に接続し、順次移動して走査する機能を有
する。バイアス電圧印加回路１３の出力と電極Ａ１〜Ａ
ｎまたはＢ１〜Ｂｎとの接続動作は、例えば、送波回路
＋１．受波回路１２が電極配列Ａに接続される場合には
、電極配列Ｂの一部または全体に接続され、常に、送波
回路１１．受渡回路１２の接続動作に随伴した、対面の
側の電極配列に対して行われる。受波回路１２には信号
処理回路４１が接続され、画価を表示するための信号に
変換される。変換された信号は画像表示部４２により、
Ｂモード断層像、パイブレーン断層像、Ｃモード断層像
、３次元像等として、測定者に対して表示される。

これらの一連の撮像動作は、制御回路４３により制御さ
れる。制御回路４３は、超音波探触子、撮像装置本体あ
るいはその延長上に設けたスイッチ４４のトリガ入力に
より、パイブレーン断層像と３次元像の切り替え動作、
あるいは、３次元像の走査方向切り替え動作を行う。

以下、本発明に係る撮像方式として開口合成による撮像
を具体的に説明する。

第５図（ａ）は、開口合成による撮像動作を説明するた
めの概念図である。まず、本実施例の構成においては、
電歪振動子２の上側の主面に設けられた短冊状の電極配
列Ａと、下側の主面に設けられた電極配列Ｂは、スイッ
チ走査回路１４ａ、　１４ｂと他の回路との接続が交互
に交代する撮像動作のために、その形状は等価に構成さ
れている。

第５図（ａ）では、バイアス電圧印加回路１３と電極配
列Ａが、送波回路１１．受渡回路１２と電極配列Ｂが接
続状態にあることを示す、を極配列へ〇各電極はスイッ
チ走査回路１４ａによりバイアス電圧印加回路１３と接
続されるか接地される。また、電極配列Ｂの一部は、別
のスイッチ走査回路＋４ｂにより送波回路１１および受
波回路１２に接続される。

ここで、送波回路１１は、励振パルス発生回路１１ａと
遅延回路１１ｂから構成される。遅延回路１１ｂは励振
パルス発生回路１１ａの発生する送波パルスを基に、遅
延時間が異なる送波パルス信号群を生成して電子フォー
カスを実現し、被検体内の所望の領域に超音波パルスが
収束するように振動子を励振する。また、このとき、送
波回路ＩＩの出力は、受波回路１２の入力とならないよ
う絶縁される。

超音波エコーの受信時には、送波回路＋１が絶縁され、
受渡回路１２により振動子からの受信信号電圧が増幅さ
れる。増幅された信号群は、被検体内の所望の領域から
のエコーの受信信号となるように整相加算（受渡時の電
子フォーカス）する信号処理部へと伝達される。励振パ
ルス発生回路１１ａ。

遅延回路１１ｂ、受波回路１２の接続関係は、図示した
構成に限らず、例えば、励振パルス発生回路ＩＩａを？
ＪＥ数チャネルにしてスイッチ走査回路＋４ｂの各端子
に接続し、各励振パルス発生回路が電子フォーカスのた
めの異なる遅延時間を有するトリガ入力により、送波パ
ルス信号を出力するような構成でもよい。

このような構成の下、超音波ビームの走査を開始する時
点では、バイアス電圧印加回路Ｉ３が、スイッチ走査回
路１４ａにより電極配列Ａの中から選択された最端部の
１ｉａｉ　Ａ、に接続され、対向する電極配列Ｂとの間
にバイアス電界が印加される。

選択されなかった電極配列Ａの他の電極は、接地される
０図では、スイッチ走査回路＋４ａのマトリゲス部分に
おいて、黒丸印で示す交点が接続状態にあることを示し
ている。また、同時に、スイッチ走査回路！４ｂのマト
リクススイッチ部のうち、白丸印で示した一連の交点が
接続される。

この状態において、スイッチ走査回路！４ａで選択され
た電極Ａ１とスイッチ走査回路１４ｂで選択された電極
配列Ｂの一連の電極とで挾まれる振動子の交差部分が、
バイアス電界により誘起されて圧電性を持つようになり
、電気音ｆｆ換部として機能するようになる、励振パル
ス発生回路１１ａの出力は、遅延回路１１ｂにより異な
る遅延時間を有する一連の信号群となり、スイッチ走査
回路１４ｂを経て、電極配列Ｂのうちの選択された一連
の電極に対して接続される。

このとき、遅延回路１１ｂは、スイッチ走査回路＋４ｂ
が、１ｉ極配列Ｂから部分的に選択する一連の電極群に
対して、その一連の中心にある電極に出力される信号に
は最も長い遅延時間を与え、両端にある電極には最も短
い遅延時間を与えることにより、各電極に対応する振動
子が励振されて生成する超音波パルスの波面が、円弧状
に形成されるよう電子フォーカスを行う、このとき放射
される超音波パルスの波面を、電極Ａ、の長手方向に平
行な面内で図のＸ軸方向から見た形状は、送波パルス群
の遅延時間の分布によって決められた、ある焦点距離を
半径とする円弧となる。

また、電極配列Ａの各短冊状の電極は分割方向（Ｘ軸方
向）の幅が長さ方向に比べ十分狭く、振動子の指向性が
無指向性に近いため、ｙ軸方向から見た超音波ビームの
形状は扇型になる。従って、この場合の電子フォーカス
による超音波ビームの収束領域は、ｙ軸方向から見ると
、遅延回路１１ｂの条件で決められた焦点距離を半径と
する円弧付近に存在することになる。このようにして超
音波パルスを送波した後の、被検体内部からのエコーの
受波時には、振動子の圧電性誘起部分だけが励振により
電圧変動を生じ、スイッチ走査回路＋４ｂを経て、受波
回路１２に受信信号群が入力される。

このとき、受波回路１２に続いて接続される信号処理回
路は、送波時の電子フォーカスとは逆の過程で、ｙ軸方
向から見たある焦点距離を半径とする円弧ａの上に存在
する反射源からの信号の総和となるように、遅延時間の
分布を逐次受信信号群に対して仮定して受信信号値を加
算する。すなわち、撮像領域の最浅部から最深部に相当
する焦点距離に対応させて遅延時間の分布を逐次仮定し
、整相加算処理を行なう。

更に、信号処理回路に続いて接続される記憶回路上に、
少なくとも一つの断層面の撮像に必要な全信号値を保持
するのに十分な２次元の記憶空間を、実際の被検体中の
空間に対応させて設け、信号処理回路が整相加算処理に
より出力する信号値を、そのときの遅延時間分布が決め
る焦点距離を半径とする円弧上の点の信号値として加算
し保持する。この一連の超音波送受信および受信信号群
の整相加算値の記憶空間での加算保持動作を、バイアス
電圧を印加する電極をスイッチ走査回路１４ａが順次移
動する毎に繰り返す。

第５図（ａ）に示す如く、被検体内に反射源Ｃがあると
、円弧ａに相当する遅延時間の分布が、整相加算処理に
より与えられたとき、対応する記憶空間内の反射源Ｃを
含む円弧上にある一群の点に大きな値が加算保持される
。スイッチ走査回路１４ａで電極配列Ａから選択する電
極が順次切り替えられ、電極Ａ、が選択された場合でも
、反射源Ｃを含む円弧すに相当する遅延時間の分布が整
相加算処理で仮定されたとき、対応する記憶空間内の円
弧上に大きな値が加算保持される。このとき、記憶空間
内において反射源Ｃに対応する点は円弧ａ、ｂの交点で
あり、対応する記憶空間上の点で加算保持されている値
は大きく増加する。ａｍ配列Ａの全ての電極についてこ
の動作を繰り返すことにより、記憶空間上に展開した整
相加算値の積算値は反射源Ｃに対応する位置で強め合う
。

被検体内の撮像領域にある全ての反射源についてこのよ
うな逐次加算による積算値の増加が生じる結果、一つの
断層像情報が記憶空間上に形成される。また、受渡時に
電極配列Ａの中から選択してバイアス印加回路と接続す
る電極は、送波時に選択した電極と同じ必要はなく、同
じ送波状態に対して、受渡時には他の電極でもバイアス
印加回路を接続し才受信動作を行い、その動作を電極配
列Ａの他の電極すべてに対して次々と反復してもよい。

３次元領域の撮像を行う場合には、このような開口合成
法によって一つの断層像を得る走査を、スイッチ走査回
路＋４ｂが同時に選択する電極群を切り替え、移動して
繰り返す、すなわち、スイッチ走査回路＋４ｂのマトリ
クス部分の交点のうち、白丸印で示された一群の接続を
開放し、黒丸印で示した一群の交点を接続することによ
り、電極配列Ｂの選択部分は走査方向に一つ移動する。

この動作により、上述の開口合成法で得られる断層面の
位置は、電極配列Ｂの配列方向すなわちｙ軸方向に電極
配列Ｂの分割幅を単位に並行移動する。

また、記憶回路上に設けられる記憶空間は、ｙ軸方向に
走査して撮像する断層面数の信号値を保持するに足る３
次元記憶空間を確保する必要がある。実際の撮像装置で
は、電極の分割数は、第５図（ａ）に示した数に比べて
十分に多く、この動作を多数繰り返して連続した断層面
の走査により、３次元撮像が行われる。また、パイブレ
ーン撮像の場合には、スイッチ走査回路＋４ｂによる電
極群選択は、電極配列Ｂの中心部分の一群の電極と送波
回路１１．受波回路１２とを接続状態にし、一つの断層
面の撮像を行った後に、スイッチ走査回路１４ａ、＋４
ｂと他の回路との接続を交代して直交方向の断層面の撮
像を行う。

第５図（ｂ）は、本実施例のスイッチ走査回路１４ａ、
１４ｂの一構成例を示すものである０本回路は電子走査
のためのマトリクススイッチ部５１とマルチプレクサ一
部Ｓ２とから成る。マトリクススイッチ部５１は、電極
接続端子群５１．〜５１ｎとマルチプレクサ一部５２へ
の接続を行列の交点部分で開閉する。スイッチ走査回路
１４ａでは、１ｉ極接続端子群５１、〜５１ｎは、電極
配列Ａの各電極Ａ１〜Ａｎと接続され、スイッチ走査回
路１４ｂでは、電極配列Ｂの各電極Ｂ１〜Ｂｎと接続さ
れる。

マルチプレクサ一部５２は、マトリクススイッチ部５１
の各行方向の信号線に対して、１×４チヤネルのマルチ
プレクサ−５２，〜５２ｎが接続される。ここで、マル
チプレクサ−５２，〜５２ｎの各端子には、送波回路１
１．受渡回路１２．バイアス電圧印加回路１３および接
地点への接続端子が設けられている。

これらのスイッチは、送波時、受渡時の動作に従って開
閉される。

第６図は、受波時の信号群の整相加算による電子フォー
カスと断層面走査方向の関係を示す図である。第６図（
ａ）は、前出の第５図（ａ）の接続状態において、振動
子をＸ軸方向から見た側面図、同（ｂ）は、Ｒｙ軸方向
から見た側面図である。第６図（ｂ）に示す電極配列Ａ
のうち電極Ａ、に直流バイアス電圧を加え、その他のバ
イアス電極は接地する。また、第６図（ａ）では、電極
配列Ｂの一部の電極８５〜Ｂ、に対し、第５図（ａ）の
送波回路１１と受波回路１２が、スイッチ走査回路＋４
ｂにより接続されている。

被検体内のある円弧上の領域に対して、超音波パルスが
収束するように、上記電極８１〜Ｂ、に対し異なる遅延
時間を持たせた励振パルス電圧を加えて電歪振動子２を
振動させ、被検体内に超音波パルスを送波した後、受渡
回路１２で、エコー受信信号の増幅と、その後の信号処
理部での整相加算処理、すなわち、電子フォーカスを行
う。

第６図（ａ）の破線は、上述の電子フォーカスにより、
振動子に対して、被検体内の近い所の焦点Ｒ１から遠い
所の焦点Ｒ，へと移動する様子を、振動子の主面に垂直
で電極Ａ、の長さ方向に沿った平面内で示したものであ
る。これにより、振動子の主面に垂直で１！極配列Ｂの
長さ方向に沿った断層面Ｈ１の開口合成処理が行われる
。また、太い白矢印は、断層面の撮像を繰り返して３次
元撮像を行うため、スイッチ走査回路＋４ｂの接続領域
が移動し、それに従って、撮像される断層面の位置も、
途中Ｈ，を経てＨｋへと平行に移動する様子を示す。

第６図（ｂ）は、断層面Ｈ１の開口合成処理による撮像
を、電極配列Ｂの配列方向から見たものである。電子フ
ォーカスの収束は、電極配列Ａの電極の幅が小さいため
に、この面内では無指向性に近く、第６図（ａ）のＲ，
、Ｒ，、Ｒ，は、電極Ａ、を中心とした円弧状になる。

バイアス電圧を印加する電極をＡ、、Ａ、、Ａ、、”・
、Ａｌ、　・・・ｔＡｎと順次移動しながら受信信号強
度を記憶空間上に展開・加算保持する、開口合成により
一つの断層像が得られ、第６図（ａ）に示す如く、電極
配列Ｂの中から同時に選択する電極をＢ、−Ｂｉ。、、
Ｂ、ヤ３〜Ｂ　ｉ＋ｖｙＢ、□〜Ｂ、＋＠、・・・とし
て、順次切り替えて移動すれば、複数の断層像が走査さ
れて３次元撮像が行われる。

第６ｒｇｊ（ｂ）において、ｉｉ極Ａ１の幅が小さい場
合には、指向性が無指向性に近づくために、超音波パル
スの収束域は円弧状になるが、電極の幅が小さい場合に
は、同じ励振パルス電圧の印加では超音波の放射強度が
減少し、減衰の大きな被検体の撮像では実用上不都合が
生じる。そのため、バイアス電圧を電極配列Ａのうちの
複数の電極に同時に印加し、超音波の放ＩＲ強度を増す
方法が考えられる。この場合には、第６ＣＷ（ｂ）にお
ける超音波パルスの収束域の形状は、指向性が顕著にな
り円弧で近似できなくなるが、その場合には、指向性関
数を考慮して、受信信号を記憶空間上に展開して加算保
持することにより、同様に断層像の開口合成を行うこと
ができる。

このような走査により得られる被検体内の３次元撮像領
域は、第６図（ａ）の方向から見ると矩形であるが、同
（ｂ）の方向から見た領域は開口合成でどのような領域
まで受信信号を記憶空間上に展関するかに依存し、その
領域を矩形の領域にすることも、また、扇型の領域にす
ることも可能である。なお、送信時あるいは受信を同時
に行う電極の数および同時に直流バイアス電圧を加える
電極の数は、本実施例の場合（こ限らず任意である。

また、一つの断層像を開口合成する際に、バイアス電圧
を加える電極を選択する順序、および、断層像を複数走
査する場合に各断層像を走査する順序は、如何なるもの
であっても良い、また、第６図（ｂ）の電極と回路の接
続状態において、同時に電極配列Ｂから選択する電極の
数を、超音波の送受信時に順次変更して振動部分の口径
を変化させ、焦点が振動子の面に近い部分からの受信に
は小さな口径を設定し、遠い部分からの受信には大きな
口径を設定することにより、分解能を改善することも可
能である。

第５図（ａ）、第６図（ａ）における電極配列方向の超
音波走査手段は、従来の電子走査型の撮像装置における
リニア型電子走査に相当する。一方、電極配列方向の超
音波の走査手段をセクター型電子走査に相当させて行う
ことも可能である。

第６図（ａ）の電極配列Ｂの配列方向の超音波の走査を
、セクター型電子走査に相当させて撮像を行う場合を第
７図に示す０Ｍ７図（ａ）は、第６図と同様に、第５図
（ａ）の接続状態をＸ軸方向から見た側面図、同（ｂ）
は同ｙ軸方向から見た側面図である。第６図のリニア型
類似走査の場合と同様に、第７図（ｂ）に示す電極配列
Ａのうち電極Ａ。

に直流バイアス電圧を加え、その他の電極は接地される
。第７図（ａ）において、電極配列Ｂのすべての電極Ｂ
、〜Ｂｎに送波回路＋１．受波回路１２が接続される。

この接続状態で、電極配列Ｂに平行な平面内にある円弧
状領域に対して、超音波パルスが収束するように、電極
Ｂ１〜Ｂｎに対し、遅延時間に分布を持たせた励振パル
ス信号群を加えて送波する。この時の遅延時間分布は、
セクター型走査でのフェイズドアレイ方式によるものと
同様である。

受渡回路１２で、エコー信号の増幅とその後の整相加算
部で電子フォーカスを行う。第７図（８）の破線は、受
信時においてフェイズドアレイ方式の電子フォーカスに
より、振動子に対して近い所の焦点Ｓ、から遠い所の焦
点Ｓ、へと移動する様子を電極Ａ、の長さ方向に平行で
、振動子主面に垂直な面内で示したものである。これに
より、電極配列Ｂの長さ方向に平行な断層面Ｇ１での開
口合成が行われる様子と、３次元走査のために矢印方向
にＧ、、ＧＪを経てＧｋまで複数断層面が走査される様
子を示す。

また、第７図（ｂ）は、断層面Ｇ、での収束領域ｓ、’
、　ｓ、’、　ｓ、’の様子を、電極配列Ｂの配列方向
から見たものである。電極配列Ａの電極の幅が小さいの
で断層面Ｇ、での指向性は無指向性に近く、ｓ、’、　
ｓ、、Ｓ、゛は、電極Ａｉを中心とした円弧状になるの
で、第６図の場合と同様な開口合成により、一つの断層
像が得られる。また、バイアス電圧をｔ極配列Ａのうち
の複数の電極に同時に印加し、超音波の放射強度を増す
方法でも、指向性関数を考慮して受信信号を記憶空間上
に展開して積算することにより、同様の断層像の開口合
成ができる。

バイアス電圧を印加する電極をＡ、、Ａ、、Ａ、。

・・２Ａ、、・・・、Ａｎと順次移動しながら、受信信
号強度を記憶空間上に開口合成することにより、電極配
列Ｂの各電極の長さ方向に平行な一つの断層像が得られ
、第７図（ａ）の矢印で示すようにフ・エイズドアレイ
方式の遅延時間分布を変えることにより、順次その角度
を変化させれば、複数の断層像が走査されて３次元撮像
が行われる。この場合に撮像される被検体内の領域は、
第７図（ａ）の方向から見ると扇型であるが、同（ｂ）
の方向から見た領域も扇型にできる。

なお、このセクター型類似の走査においても、送信時あ
るいは受信を同時に行う信号電極の数および同時に直流
バイアス電圧を加えるバイアス電極の数は本実施例の場
合に限らず任意である。また、一つの断層像を開口合成
するのに、バイアス電圧を加える電極をスイッチ走査回
路で選択する順序、および、断層面を複数走査する場合
に与える第７図（ａ）での遅延時間分布の設定順序は、
如何なるものであっても良いことは言うまでもないこと
である。

第８［１！Ｉは、本発明に係る超音波撮像装置の他の構
成例を示す図である。互いに交差する電極配列Ａ、〜Ａ
ｎ、　Ｂ、〜Ｂｌｌを備えた電歪振動子２には、スイッ
チ走査回路１４ａ、＋４ｂを介して、送波回路１１、受
渡回路＋２．バイアス電圧印加回路１３が接続される。

電極配列Ａ、Ｂの何れか一方に送波回路１１と受波回路
１２が接続され、他方にバイアス電圧印加回路１３が接
続される。パイブレーン撮像の場合には、制御回路４３
により、スイッチ走査回路１４ａ、１４ｂと各回路との
接続を互いに交代して撮像動作を行う。

今、スイッチ走査回路１４ｂにより電極配列Ｂに対し送
波回路１１と受波回路１２が接続され、スイッチ走査回
路１４ａにより、電極配列Ａにはバイアス電圧印加回路
１３が接続されているとする。制御回路４３の出力する
論理信号により、スイッチ走査回路１４ａは、バイアス
電圧を印加する電極を電極配列Ａ、〜ＡｒＩから選択し
、電歪振動子２の駆動部分の圧電性をバイアス電界によ
り誘起する。励振パルス発生回路＋１ａは、送波パルス
電圧を発生し、遅延回路１１ｂの入力とな・る。遅延回
路１１ｂの遅延時間群は、制御回路４３の論理信号によ
り設定される。また、遅延時間分布を有した励振パルス
信号群は、スイッチ走査回路＋４ｂに入力され、電極配
列Ｂ、〜Ｂｎのうち制御回路４３の論理信号により選択
された一連の電極に印加される。

こうして送信された超音波パルスのエコーは。

百び電歪振動子の圧電性誘起部分で受信され、受信信号
としてスイッチ走査回路＋４ｂを介して、受渡回路１２
の入力となる。受波回路１２で増幅された受信信号群は
、整相加算回路８１による受波の電子フォーカスを受け
て開口合成用の信号となり、Ａ／Ｄ変換されて記憶回路
８２上の記憶空間に順次加算・保持されながら展開され
る。制御回路４３は、バイアス電圧印加側のスイッチ走
査回路＋４ａの電極との接続を切り替えて、超音波の送
受信動作と記憶回路８２への受信信号値の展開を繰返し
、電極配列Ａ１〜Ａｎのすべてについて走査を終了し、
つの断層像を得るための開口合成を完了する０表示回路
８３は、記憶回路８２の保持する記憶空間上の開口合成
値をＤ／Ａ変換して信号とし、表示器に出力するための
信号電圧への変換を行い、断層像を表示する。

パイブレーン撮像の場合は、スイッチ走査回路＋４ｂに
接続される電極配列の中央の一連の電極あるいは電極配
列全体を用いて、電歪振動子２の主面に垂直でかつ中央
に存在する断層面の撮像を行う、更に、制御回路４３の
論理信号出力によりスイッチ走査回路１４ａ、１４ｂの
接続を交代し、再び、同じ走査を繰り返すことにょ番ハ
互いに直行する２つの断層面を随伴させて表示回路８３
の表示器に出力させることができる。

３次元撮像を行う場合には、まず、リニア型類似の走査
の場合では、制御回路４３は、スイッチ走査回路＋４ｂ
を切り替えて、電極配列Ｂ、〜Ｂ、のうちから、先の断
層面走査時点より一つ移動した一連の電極群を選択し、
再び、一つの断層像を得るための開口合成を繰り返す３
また、セクター型類似の走査の場合は、＠極配列８１〜
Ｂ、のすべてを用いてフェイズドアレイ方式の電子フォ
ーカスを行い、これにより前の断層面走査時点より振動
子主面との偏向角度の異なる断層像の撮像を行う。

こうして、記憶回路８２の記憶空間上には、連続した断
層面の開口合成値が保持され、モニター表示回路８３に
より、任意断層面や再合成した３次元立体像が表示され
る。このときも、制御回路４３の論理信号により電極配
列Ａ、Ｂを交代することにより、断層面の撮像方向を互
いに直交する方向で選択が可能である。パイブレーン撮
像と３次元撮像の切り替えや、３次元撮像の走置方向の
切り替えは、超音波探触子、撮像装置本体あるいはその
延長上に設けられた切り替えスイッチ４４のトリガ入力
により切り替わる。

以上の撮像では、例えば、送波回路＋１と受波回路１２
を接続する側のスイッチ走査回路＋４ｂの設定を固定し
ている間にバイアス電圧印加側のスイッチ走査回路１４
ａを走査して一つの断層像を開口合成する走査を繰り返
しているが、逆にバイアス電圧印加側のスイッチ走査走
査回路１４ａを固定している間に超音波送受信回路側の
スイッチ走査回路＋４ｂを電子走査して、複数の断層面
の開口合成を同時に行う方法も可能である。

［発明の効果］ 以上、詳細に説明した如く、本発明によれば、被検体内
部の断層像あるいは３次元像情報を超音波エコーグラフ
ィーにより得られる超音波撮像方式を実現することがで
きる。この撮像方式に基づく撮像装置の実現により、検
査者が容易かつ迅速に、被検体内部の３次元的構造およ
び組織を推定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電歪振動子に接続される周辺回路の構成を説明
する図、第２図は交差電極型の電歪振動子を説明する図
、第３図はパイプレーン撮像と３次元撮像の関係を説明
する図、第４図は超音波撮像装置の構成を説明する図、
第５図は開口合成による撮像方法と振動子に接続される
回路手段の構成及び機能を説明する図、第６図はリニア
型類似の電子走査の場合の開口合成法を説明する図、第
７図はセクター型類似の電子走査の場合の開口合成法を
説明する図、第８図は開口合成方式による撮像装置の構
成を説明するブロック図である。 Ａ、Ｂ：電極配列、１１：送波回路、ｌｌａ：励振パル
ス発生回路、ｌｌｂ：遅延回路、１２：受波回路、１３
：バイアス電圧印加回路、１４ａ、　＋４ｂ　：スイッ
チ走査回路、２：１！歪振動子、２１：振動子選択部分
、ＰＩ、Ｐ２：Ｂモード断層面、０．関心領域、Ｖ：全
撮像領域、Ｔ：を歪超音波探触子、４１：信号処理回路
、４２：画像表示部、４３：制御回路、４４：切り替え
スイッチ、Ｒ１〜Ｒ，、Ｓ、〜ｓ、、ｓ、’〜Ｓ、′：
電子フォーカスによる収束領域、８１：整相加算回路、
８２：記憶回路、８３：表示回路。 第 図 第 図 （ａ） （ａ） 第 図（その１） 第 図 第 図（その２） 第 図（その２） 第 図（その２） （ｂ） 第 図（その１） （ａ） 第 図 （ａｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、バイアス電界により圧電性が誘起される電歪材料の
   平板の両主面に、互いに直交ないしある角度で交差する
   複数の短冊状の電極配列Ａ、Ｂを設けたものを振動子と
   して用いる超音波探触子と、該超音波探触子に接続され
   る送波回路、受波回路および前記電歪材料に圧電性を誘
   起するためのバイアス電圧印加回路を備えた超音波撮像
   装置において、前記電極配列Ａ、Ｂのそれぞれと前記送
   波回路、受波回路およびバイアス電圧印加回路との間に
   スイッチ走査回路を付加し、該スイッチ走査回路の開閉
   状態の変更により、超音波送受信の電子走査を前記電極
   配列Ａ、Ｂのいずれによっても任意に実行可能としたこ
   とを特徴とする超音波撮像方式。 ２、前記スイッチ走査回路の開閉状態の変更により、互
   いに直交ないしある角度をなして交わる二つのＢモード
   断層面を交互に撮像可能としたことを特徴とする請求項
   １記載の超音波撮像方式。 ３、一断層面の撮像を前記電極配列ＡまたはＢの配列方
   向に移動あるいは偏向させて繰り返し走査することによ
   り、３次元領域の撮像を何れの走査方向でも実行可能と
   したことを特徴とする請求項１記載の超音波撮像方式。 ４、前記各手段に加えて、操作者が走査方向を切り替え
   るためのスイッチを前記超音波探触子あるいは撮像装置
   本体あるいは本体の延長上に設け、操作者が走査方向を
   前記切り替えスイッチにより変更可能としたことを特徴
   とする請求項３記載の超音波撮像方式。 ５、前記互いに直交ないしある角度をなして交わる二つ
   の断層面を交互に撮像する撮像方式と、一断層面の撮像
   を前記電極配列ＡまたはＢの配列方向に移動あるいは偏
   向させて繰り返し走査する３次元領域の撮像方式とを、
   撮像装置の操作者が選択可能としたことを特徴とする請
   求項１記載の超音波撮像方式。 ６、前記各手段に加えて、操作者が撮像方式を切り替え
   るためのスイッチを前記超音波探触子あるいは撮像装置
   本体あるいは本体の延長上に設け、操作者が撮像方式を
   前記切り替えスイッチにより変更可能としたことを特徴
   とする請求項５記載の超音波撮像方式。 ７、前記電極配列ＡまたはＢの配列方向において超音波
   受信信号の開口合成処理を行って撮像を行うことを特徴
   とする請求項１から６のいずれかに記載の超音波撮像方
   式。