JPH0523332A - 探触子及びこの探触子を用いた超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 探触子において、手動操作により被検体表面
に沿って移動させた際の移動角度及び移動距離を検出す
る手段を内蔵し被検体に向けて送受信した超音波ビーム
の位置及び方向を計測可能とする。 【構成】 圧電材料から成り被検体に対し超音波を送受
信する超音波振動子１２と、この超音波振動子１２の背
面側に設けられ該背面側に放出される超音波を吸収する
吸音材１３と、上記超音波振動子１２の前面側に設けら
れ超音波ビームを集束させる音響レンズ１４と、上記超
音波振動子１２の被検体表面に対する移動角度を検出す
る角度センサ１５と、該超音波振動子１２の被検体表面
に対する移動距離を検出する距離センサ１６とを備えて
成る。これにより、探触子１０自体でその移動角度及び
移動距離を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、手動操作により被検体
表面に沿って移動させた際の移動角度及び移動距離を検
出する手段を内蔵し被検体に向けて送受信した超音波ビ
ームの位置及び方向を計測しうる探触子及びこの探触子
を用い広視野の超音波断層像或いは複合走査断層像を形
成可能とした超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波診断装置、例えばＢモード
手動コンパウンド走査超音波診断装置は、図１０に示す
ように、探触子２は送信回路３で励振されて被検体１に
超音波を送信し、上記被検体１の体内からの反射エコー
を該探触子２で受信すると共に受信回路４で増幅、検波
し、輝度変調信号として表示部５へ送りＣＲＴのＺ軸に
印加され、これにより１本の輝点列が表示されて、順次
探触子２の位置を移動させることで、Ｂモード像を上記
表示部５のＣＲＴに表示するようになっている。そし
て、このようなＢモード手動コンパウンド走査超音波診
断装置では、探触子２を手で直接持ち、被検体１の体表
面に沿って上記探触子２を走査させることで、自由な断
面のＢモード像を表示するものである。従って、上記探
触子２の被検体１に対する位置及び超音波ビームの方向
を正確に検出しなければならない。

【０００３】このため、図１０に示す従来例において
は、探触子２を、その探触子２の位置座標Ｘ，Ｙ並びに
超音波ビームの方向θを検出するためのスキャナ６で支
持している。このスキャナ６は、図１１に示すように、
限られた二次元平面内で探触子２の任意の位置と超音波
ビームの方向を設定できる複数のアーム７ａ，７ｂ，７
ｃと、これらのアーム７ａ〜７ｃのそれぞれの回転角を
検出する例えばポテンショメータから成る回転角センサ
８ａ，８ｂ，８ｃとから成り、第三のアーム７ｃの先端
に探触子２が固定されている。このようなスキャナ６に
より、上記探触子２を手で直接持って被検体１の体表面
上で移動させたときの位置は、上記３本のアーム７ａ，
７ｂ，７ｃの結合点に取り付けられた回転角センサ８
ａ，８ｂ，８ｃにより電気信号として検出される。この
検出した電気信号に対応して、Ｘ，Ｙ軸用の掃引波が発
生される。この掃引波によって、図１０に示す表示部５
のＣＲＴ上に探触子２からの超音波ビームの送波位置と
方向が表示される。

【０００４】以上のようなＢモード手動コンパウンド走
査超音波診断装置によれば、探触子２から打ち出す超音
波ビームの位置及び方向を変えて多方向から診断部位を
走査し、表示部５の画像メモリ上で合成画像を得ること
が可能であり、一方向からの超音波ビームだけでは描出
できない部分も表示することができると共に、方位分解
能のよい画像を得ることができる。しかし、上記探触子
２には、被検体１の体表面上で移動する探触子２の位置
及び超音波ビームの方向を検出するためのスキャナ６が
機械的に連結されているので、上記探触子２を被検体１
の体表面に沿って移動させる際は、常に上記スキャナ６
が探触子２の移動方向に追従するように操作してやらな
ければならないと共に、超音波診断装置の本体部と探触
子２との間に例えば三つの結節点を有するリンク機構の
ようなものが常に介在することとなり、上記探触子２の
操作性が低下するものであった。

【０００５】これに対して、次のように電子走査方式と
手動コンパウンド走査方式とを組み合わせた超音波診断
装置が提案されている。一つは、電子セクタ走査と手動
コンパウンド走査とを組み合わせたもので、例えば特開
昭55-101251号公報に記載されている。他の一つは、上
記電子セクタ走査と手動コンパウンド走査との組み合わ
せから得られるエコー信号の記憶保持及び信号変換を任
意に制御することによって任意の表示モードで表示する
もので、例えば特開昭57-52446号公報に記載されてい
る。そして、これらの装置においては、それぞれ電子走
査と手動コンパウンド走査の特徴を兼ね備えており、リ
アルタイムで且つ広視野の超音波断層像が得られるとい
う利点を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の電子走
査方式と手動コンパウンド走査方式とを組み合わせた超
音波診断装置においても、図１０に示す従来例と同様
に、その探触子には、被検体の体表面上で移動する探触
子の位置及び超音波ビームの方向を検出するためのスキ
ャナが機械的に連結されており、やはり探触子の操作性
が低下すると共に、装置全体が大形化するものであっ
た。

【０００７】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、手動操作により被検体表面に沿って移動させた際
の移動角度及び移動距離を検出する手段を内蔵し被検体
に向けて送受信した超音波ビームの位置及び方向を計測
しうる探触子及びこの探触子を用い広視野の超音波断層
像或いは複合走査断層像を形成可能とした超音波診断装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による探触子は、圧電材料から成り被検体に
対し超音波を送信及び受信する超音波振動子と、この超
音波振動子の背面側に設けられ該背面側に放出される超
音波を吸収する吸音材と、上記超音波振動子の前面側に
設けられ超音波ビームを集束させる音響レンズと、上記
超音波振動子の被検体表面に対する移動角度を検出する
角度センサと、該超音波振動子の被検体表面に対する移
動距離を検出する距離センサとを備えて成るものであ
る。

【０００９】また、上記角度センサは、圧電振動子を駆
動用圧電磁器によって振動させ、この圧電振動子の中心
軸に回転角速度が加わった際にもとの振動軸に対して直
角方向の軸に生じるコリオリ力を検出用圧電磁器によっ
て検出することにより、上記回転角速度を検出する圧電
ジャイロを用いたものとするとよい。

【００１０】さらに、上記距離センサは、前面が上記音
響レンズの前側面の延長面上に位置すると共に被検体の
音響インピーダンスと異なる音響インピーダンスを有す
る音響媒体と、この音響媒体の後面において被検体表面
に超音波を打ち出すと共にその反射波を受信する超音波
振動子とから成り、この超音波振動子から被検体表面に
送受信した超音波のエコー信号のドプラ偏移周波数を計
測しうるものとするとよい。

【００１１】さらにまた、上記距離センサは、被検体に
対し超音波を送信及び受信する超音波振動子の一部を用
い、被検体にある角度をもって超音波を打ち出すと共に
その反射波を受信し、上記超音波振動子の一部から被検
体に打ち出した超音波のエコー信号のドプラ偏移周波数
を計測しうるものとしてもよい。

【００１２】また、上記探触子の関連発明としての超音
波診断装置は、被検体に向けて超音波を送受信する探触
子と、この探触子を駆動して超音波を送信及び受信させ
る超音波送受信部と、上記探触子からの受信信号を検波
する検波器と、この検波器からの出力信号を画像として
表示する表示装置とを有する超音波診断装置において、
上記探触子として請求項１〜４のいずれかに記載の探触
子を用いると共に、この探触子内の角度センサからの検
出信号を入力し被検体表面に対する移動角度を演算する
角度演算回路を設け、かつ該探触子内の距離センサから
の検出信号を入力し被検体表面に対する移動距離を演算
する距離演算回路を設け、これら両演算回路からの出力
信号と上記探触子における超音波ビームの送受信位置及
び方向のデータとに基づいて断層像を形成するための超
音波エコー信号を表示する位置を演算するようにしたも
のである。

【００１３】

【作用】上記のように構成された探触子は、内蔵された
角度センサにより被検体に対し超音波を送受信する超音
波振動子の被検体表面に対する移動角度を検出すると共
に、同じく内蔵された距離センサで上記超音波振動子の
被検体表面に対する移動距離を検出するように動作す
る。これにより、探触子を手動操作により被検体表面に
沿って移動させつつ送受信した際の超音波ビームの位置
及び方向をその探触子自体で計測することができる。

【００１４】また、上記のように構成された超音波診断
装置は、角度センサと距離センサとを内蔵して成る探触
子を用いることにより、被検体に対し超音波を送受信す
る探触子の被検体表面に対する移動角度及び移動距離を
検出し、角度演算回路で上記角度センサからの検出信号
を入力して被検体表面に対する移動角度を演算すると共
に、距離演算回路で上記距離センサからの検出信号を入
力して被検体表面に対する移動距離を演算するように動
作する。そして、上記両演算回路からの出力信号と上記
探触子における超音波ビームの送受信位置及び方向のデ
ータとに基づいて、断層像を形成するための超音波エコ
ー信号を表示する位置を演算する。これにより、広視野
の超音波断層像或いは複合走査断層像を形成可能とする
ことができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明による探触子の実施例を
示す内部構造の断面説明図である。図に示す探触子１０
は、リニア電子走査方式のものであり、ケース１１は、
本発明の探触子１０を構成する部品を内部に収容するも
ので適宜の大きさの細長い箱状に形成されている。そし
て、このケース１１の内部には、構成部品として、超音
波振動子１２と、吸音材１３と、音響レンズ１４と、角
度センサ１５と、距離センサ１６とが配置されている。

【００１６】上記超音波振動子１２は、被検体に向けて
超音波ビームを送信すると共に該被検体の目的部位から
の反射波を受信するもので、水晶、チタン酸バリウムあ
るいはチタン酸ジルコン酸鉛などの誘電体から成る圧電
材料を所定のピッチで切断した振動子素子を一列状に多
数配列してアレー形に形成されている。なお、この超音
波振動子１２は、図１に示すアレー形のものに限らず、
１枚の円板状振動子から成るものとしてもよい。

【００１７】上記超音波振動子１２の背面側には、吸音
材１３が設けられている。この吸音材１３は、超音波振
動子１２の背面側に放出される超音波を吸収するもの
で、超音波の減衰の大きい材料を用いている。また、上
記超音波振動子１２の前面側には、音響レンズ１４が設
けられている。この音響レンズ１４は、上記超音波振動
子１２の振動子素子の配列方向と直交する面内で超音波
ビームを集束させると共に、超音波発生源と被検体との
間に超音波ビームを減衰させる空気層の介入を防止する
もので、超音波伝播速度が生体中の伝播速度より遅い組
成の物質からなり、その外表面が上記振動子素子の配列
方向と直交する断面で外方に膨出するようにほぼ円弧状
に形成されている。

【００１８】上記音響レンズ１４の前端部に隣接したと
ころには、距離センサ１６が設けられている。この距離
センサ１６は、上記超音波振動子１２の被検体表面に対
する移動距離を検出するもので、前面が上記音響レンズ
１４の前側面の延長面上に位置すると共に被検体の音響
インピーダンスと異なる音響インピーダンスを有する音
響媒体１７と、この音響媒体１７の後面において被検体
表面に超音波を打ち出すと共にその反射波を受信する超
音波振動子１８ａ，１８ｂとから成り、この超音波振動
子１８ａ，１８ｂから被検体表面に送受信した超音波の
エコー信号のドプラ偏移周波数を計測しうるものとされ
ている。上記一方の超音波振動子１８ａからは、例えば
ある周波数の連続波超音波が打ち出され、その超音波ビ
ームが音響媒体１７中を体表面に対して例えば角度αで
伝播し、該音響媒体１７と被検体体表面とが接する部分
で反射され、その超音波ビームが上記音響媒体１７中を
体表面に対して例えば角度βで伝播し、他方の超音波振
動子１８ｂで受波するようになっている。この場合、上
記音響媒体１７の音響インピーダンスを被検体の音響イ
ンピーダンスと大きく異なるものとすることにより、大
部分の超音波は、上記被検体の体表面で反射されて該被
検体内にほとんど入射しないこととなるので、超音波断
層像を得るための前述の超音波振動子１２から送信され
る超音波と干渉しないようにすることができる。

【００１９】このような距離センサ１６において、一方
の超音波振動子１８ａから超音波を打ち出しつつ探触子
１０を被検体の体表面に沿って移動させて行くと、その
体表面からの超音波の反射波は、その移動速度に比例し
たドプラ偏移を受けて返ってくる。いま、図１に示す一
方の超音波振動子１８ａから打ち出される超音波の周波
数をｆ₀とし、探触子１０の移動速度をｖとし、送受信
の超音波ビームと体表面とのなす角をそれぞれα，βと
し、音響媒体１７中を伝播する超音波の音速をｃとすれ
ば、他方の超音波振動子１８ｂで受信する反射波の超音
波の周波数ｆは、ドプラ効果により次式で表わされる。 また、超音波の送信周波数からのずれをドプラ偏移周波
数ｆdとすれば、 と表される。そして、一般にはｖ≪ｃであり、上記二つ
の超音波振動子１８ａ，１８ｂが近接して配置されてい
る場合はα＝β＝θとおいて、上記第（１）式と第
（２）式から、ドプラ偏移周波数ｆdは、 となる。

【００２０】上記第（２）式あるいは第（３）式で表さ
れたドプラ偏移周波数ｆdは、探触子１０を被検体の体
表面に沿って移動する速さに応じて変化する。従って、
他方の超音波振動子１８ｂで受信したドプラ信号を、例
えば超音波診断装置の本体内に設けられた周波数弁別器
を用いてドプラ偏移周波数ｆdに比例する電圧を得て、
これを積分することにより上記探触子１０の移動距離を
計測することができる。ここで、信号が正側から負側
へ、また負側から正側へ移るとき零点を通過する回数
（これを零交差数という）は、正弦波ではその周波数の
２倍となるため、この零交差数を計数すれば周波数を知
ることができる。従って、上記のドプラ信号は、零交差
数を計数する周波数計（ゼロクロスカウンタ）により求
めることができ、この求めたドプラ信号の零交差数を積
算することにより、探触子１０の移動距離を知ることが
できる。なお、前記音響媒体１７としては、その中を伝
播する超音波の音速ｃが小さく、音響インピーダンスが
被検体と大きく異なる例えばテフロンのようなフッ素系
樹脂を用いると、ドプラ偏移周波数ｆdが大きくなり、
移動距離の計測が容易となる。

【００２１】なお、図１に示す距離センサ１６において
は、送信用と受信用の超音波振動子１８ａ，１８ｂをそ
れぞれ設けたものとしたが、本発明はこれに限らず、送
受信兼用の超音波振動子（１８ａ，１８ｂに相当するも
の）を１個だけ設け、送信波として一定の周期のバース
ト波を用い、被検体の体表面からの反射エコーを受信す
る際のドプラ偏移周波数を計測することにより、探触子
１０を体表面上で移動する速度を求めることができる。
そして、このような高周波パルスを使用するいわゆるパ
ルスドプラ法により、受信した反射エコーのドプラ偏移
周波数ｆdは、前記の第（３）式の場合と同様に次式で
表される。 第（４）式でｆrは参照周波数である。この場合は、符
号１８ａ，１８ｂに相当する超音波振動子と体表面との
間の距離により定まる時間で受信エコー信号にゲートを
かけることにより、上記体表面のみからの信号を取り出
すことができる。

【００２２】上記距離センサ１６の上方近傍には、角度
センサ１５が設けられている。この角度センサ１５は、
前記超音波振動子１２の被検体表面に対する移動角度を
検出するもので、圧電振動子を駆動用圧電磁器によって
振動させ、この圧電振動子の中心軸に回転角速度が加わ
った際にもとの振動軸に対して直角方向の軸に生じるコ
リオリ力を検出用圧電磁器によって検出することによ
り、上記回転角速度を検出する圧電ジャイロを用いたも
のである。この圧電ジャイロは、傾きの絶対値は得られ
ないが傾斜による角度の相対値が得られるもので、その
基本原理について図２を参照して説明する。

【００２３】図２（ａ）は音片型振動ジャイロを示し、
同図（ｂ）は音叉型振動ジャイロを示している。図２
（ａ），（ｂ）において、音片型振動子２１又は音叉型
振動子２２から成る圧電振動子を、駆動用圧電磁器２３
又は２４によってｘ軸方向に振動させる。この状態で、
上記それぞれの振動子２１又は２２の中心軸（ｚ軸）に
回転角速度Ω₀が加わると、上記ｘ軸方向の振動に対し
て直角のｙ軸方向にコリオリ力が生じる。このコリオリ
力を、ｙ軸方向に直交して配置された検出用圧電磁器２
５又は２６で検出することにより、上記回転角速度Ω₀
を計測することができる。そして、上記圧電ジャイロ
は、回転角速度Ω₀に対応した出力電圧が得られるよう
になっており、この信号電圧を時間に対して積分するこ
とにより、初期値に対する回転角を得ることができる。
これにより、図１に示す探触子１０を被検体の体表面に
沿って移動させる動作において、その移動角度を検出す
ることができる。

【００２４】なお、図２（ａ）に示す音片型振動ジャイ
ロに対して、音片型振動子２１の断面形状を正三角形と
した圧電ジャイロが存在するが、回転角速度Ω₀に対す
る出力電圧の感度及びリニアリティ特性が優れ、ドリフ
トが少ないと共に小形化を達成することができる。ま
た、図１において、符号１９は信号線を示しており、符
号２０は上記信号線１９を束ねるケーブルを示してい
る。

【００２５】図３は上記角度センサ１５の他の実施例を
示す斜視図である。この実施例による角度センサ１５
は、傾斜角に対応した電気信号が発生する振子機構を有
するサーボ傾斜角度計から成るもので、振子２７がその
中心軸をトーションスプリング２８によって支持され、
揺動可能とされている。この振子２７の基端部はコイル
２９に固定されており、このコイル２９は永久磁石３０
の磁界中に置かれている。一方、上記振子２７の先端部
には、平板状のシャッタ部３１が形成されており、この
シャッタ部３１の両側方には、それぞれ光源３２及び光
検出器３３が配置されている。そして、上記振子２７の
シャッタ部３１が矢印の方向に傾斜する傾斜角に応じ
て、光源３２から光検出器３３に送られる光の量が変化
するようになっている。このとき、上記振子２７が傾く
ことにより動いた変位角は、上記光検出器３３で検出す
る光の量で計測され、該光検出器３３からの出力信号は
サーボアンプ３４により増幅され、このサーボアンプ３
４を介して上記コイル２９に電流を流すことにより、振
子２７を元の位置に戻すように動作する。このコイル２
９の駆動電流の大きさは上記振子２７の傾斜角に比例す
るので、途中の抵抗Ｒにより電圧として取り出すことに
より、振子２７の傾斜角を検出することができる。この
ようなサーボ傾斜角度計から成る角度センサ１５を図１
に示す探触子１０内に組み込むことにより、該探触子１
０の体表面上における移動角度の絶対値を検出すること
ができる。

【００２６】次に、図１に示すように構成された探触子
１０において、その内部に設けられた角度センサ１５及
び距離センサ１６によって該探触子１０の被検体表面上
での移動角度及び移動距離を検出し、上記探触子１０の
位置及び超音波ビームの方向を計測して広視野の超音波
断層像を得る状態について、図４を用いて説明する。図
４（ａ）において、最初は探触子１０の距離センサ１６
の中心が被検体表面上の点Ａ₀（ｘ₀，ｙ₀）に置かれて
おり、次のタイミングでは探触子１０がΔθ₁だけ傾く
と共に微小距離ΔＬ₁だけ移動して、点Ａ₁（ｘ₁，ｙ₁）
なる位置に来た場合の座標は次のように表される。

【００２７】ここで、上記探触子１０を被検体の曲面に
沿って移動させる場合を考える。この場合、上記と同じ
動作をｎ回繰り返し、点Ａ₀から点Ａnに到達するものと
すると、 となる。そして、探触子１０を微小距離ΔＬ₁，ΔＬ₂，
…，ΔＬnだけ移動させる毎に、角度センサ１５と距離
センサ１６の信号に基づき上記の第（６）式を計算する
ことにより、点Ａ₀（ｘ₀，ｙ₀）に対する点Ａn（ｘn，
ｙn）の位置と探触子１０の傾きθnが与えられる。従っ
て、図４（ｂ）に示すように、ｘ₀＝０，ｙ₀＝０として
初期の位置点Ａ₀における断層像Ｓ₀に対し、探触子１０
を点Ａnまで移動させて生成した断層像Ｓnの位置関係を
前記第（６）式により求めることができる。

【００２８】そして、図４（ｂ）において、断層像Ｓ₀
と断層像Ｓnとが順次重畳する部分の情報を適切な加算
演算を施すことにより、複合走査断層像を得ることがで
きる。或いは、断層像Ｓ₀とＳnとの重畳をいずれか一方
の画像情報で表示することにより、広視野の電子リニア
走査断層像が得られる。

【００２９】図５は本発明による探触子１０の他の実施
例を示す断面説明図である。この実施例は、距離センサ
１６′を、被検体の体表面に接して回転するゴムローラ
３５と、このゴムローラ３５の回転軸に直結されて該ゴ
ムローラ３５の回転角を読み取るエンコーダ３６とを組
み合わせて構成したものである。この場合は、上記探触
子１０を被検体の体表面に接して移動することにより、
上記ゴムローラ３５が体表面との摩擦により回転し、こ
の回転がエンコーダ３６に伝達されて上記ゴムローラ３
５の回転角を読み取り、電気信号として出力される。そ
して、この電気信号を処理することにより、上記探触子
１０が被検体の体表面に沿って移動した距離を計測する
ことができる。

【００３０】図６は本発明による探触子１０の更に他の
実施例を示す断面説明図である。この実施例は、距離セ
ンサ１６″として、断層像のエコー信号を得るために被
検体に対し超音波を送信及び受信する超音波振動子１２
の一つの振動子素子を用いたものである。そして、上記
一つの振動子素子から成る距離センサ１６″から被検体
にある角度をもって超音波を打ち出すと共にその反射波
を受信し、上記距離センサ１６″から被検体に打ち出し
た超音波のエコー信号のドプラ偏移周波数を計測しうる
ようにされている。すなわち、距離センサ１６″から一
定の方向θに向けて超音波ビームを打ち出すと共にその
反射エコーを受信し、体表面の一点Ｐ₁或いは体内部の
ある一点Ｐ₂などの超音波振動子１２の面から一定距離
だけ離れた所からの反射波のみにレンジゲートをかけ、
この受信信号のドプラ偏移周波数ｆdを検出すれば、図
１に示す距離センサ１６の場合と同様にして探触子１０
の移動距離を計測することができる。この場合は、図１
のように移動距離の検出のための専用の超音波振動子１
８ａ，１８ｂを設けることは要さず、構造を簡単とする
ことができる。

【００３１】以上説明したように、本発明による探触子
１０によれば、角度センサ１５及び距離センサ１６，１
６′，１６″を内蔵したことにより、探触子１０に何も
付属物を接続することなくそれ自体で、手動操作により
被検体表面に沿って移動させた際の移動角度及び移動距
離を検出することができる。これにより、被検体に向け
て送受信した超音波ビームの位置及び方向を計測するこ
とができる。

【００３２】なお、以上の説明では、リニア電子走査方
式の探触子について適用した例を述べたが、本発明はこ
れに限らず、セクタ電子走査方式又はセクタ機械走査方
式の探触子、或いは単板振動子型の探触子についても同
様に適用することができる。

【００３３】図７は、図１及び図５並びに図６に示す探
触子１０の関連発明としての超音波診断装置の実施例を
示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波
を利用して被検体の診断部位について断層像を得るもの
で、電子リニア走査形とされており、図７に示すよう
に、探触子１０と、超音波送受信部３７と、整相回路３
８と、検波器３９と、ディジタルスキャンコンバータ
（以下「ＤＳＣ」と略称する）４０と、信号処理回路４
１と、テレビモニタ４２と、制御部４３とを有し、更に
角度演算回路４４と、距離演算回路４５とを備えて成
る。

【００３４】上記探触子１０は、被検体に向けて超音波
を送受信するもので、本発明においては、図１又は図５
又は図６に示すように角度センサ１５及び距離センサ１
６，１６′，１６″を内蔵したものとされ、被検体表面
に対する移動角度及び移動距離をそれ自体で検出できよ
うになっている。

【００３５】超音波送受信部３７は、上記探触子１０を
駆動して超音波を送信及び受信させるもので、該探触子
１０内で一列状に多数配列された振動子素子のうち一群
の振動子素子のみを順次選択して切り換える電子スイッ
チ４６と、この電子スイッチ４６で選択された振動子素
子に対し所定の遅延時間を与えて超音波の打ち出し駆動
パルスを印加するパルス発生器４７と、上記電子スイッ
チ４６を介して探触子１０の各振動子素子のうちの一群
からの受波信号を入力し時間と共に利得を増加させ検診
深度に応じて信号強度を補正する可変利得増幅器４８と
から成る。

【００３６】整相回路３８は、上記超音波送受信部３７
の可変利得増幅器４８からの出力信号に所定の遅延時間
を与えて位相を揃え、受信エコーの指向を鋭くするもの
である。そして、検波器３９は、上記整相回路３８から
出力されるエコー信号の大きさに対応した信号を検出す
るものである。

【００３７】ＤＳＣ４０は、上記検波器３９からの出力
信号を入力してディジタル信号に変換し、内部の記憶手
段に書き込むと共に読み出し、これを再びアナログ信号
に変換して標準テレビのタイミングで出力するもので、
その内部構成及び動作は後述する。また、信号処理回路
４１は、上記ＤＳＣ４０から出力されたアナログビデオ
信号を入力して増幅及びγ補正などの信号処理を行うも
のである。さらに、テレビモニタ４２は、上記信号処理
回路４１で処理し出力されたビデオ信号を入力して画像
として表示するものである。

【００３８】そして、制御部４３は、上記の各構成要素
の動作を制御するもので、電子スイッチ４６及び可変利
得増幅器４８並びに整相回路３８などの制御を、前記Ｄ
ＳＣ４０からのタイミング信号に従って実行するように
なっている。

【００３９】さらに、角度演算回路４４は、前記探触子
１０内の角度センサ１５（図１参照）からの検出信号を
入力し被検体表面に対する移動角度を演算するものであ
る。また、距離演算回路４５は、上記探触子１０内の距
離センサ１６（図１参照）からの検出信号を入力し被検
体表面に対する移動距離を演算するものである。そし
て、上記両演算回路４４，４５で演算した結果の信号
は、前記ＤＳＣ４０へ送られるようになっている。

【００４０】図８は上記ＤＳＣ４０の内部構成を示すブ
ロック図である。このＤＳＣ４０は、入力部に前記検波
器３９からの信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変
換器４９が設けられ、出力部にはディジタル信号をアナ
ログ信号に変換して前記信号処理回路４１へ送出するＤ
／Ａ変換器５０が設けられ、このＡ／Ｄ変換器４９とＤ
／Ａ変換器５０との間には受信したエコー信号の強さに
対応したデータが書き込まれるフレームメモリ５１が設
けられている。そして、上記フレームメモリ５１へのデ
ータの書き込みは、書込みバッファメモリ５２を介して
行われ、該フレームメモリ５１からのデータの読み出し
は、読出しバッファメモリ５３を介して行われる。この
とき、データの書込み及び読出しの各アドレスは、それ
ぞれ独立に実行する書込みアドレス発生器５４又は読出
しアドレス発生器５５によって制御されるようになって
いる。これにより、テレビ同期信号のタイミングとも関
連するが、超音波の送受信のタイミングに従ってフレー
ムメモリ５１の表示画面に対応するアドレスにエコー信
号のデータが書き込まれ、かつその内容は繰り返し標準
テレビのタイミングで読み出される。

【００４１】前記検波器３９からの超音波画像信号は上
記Ａ／Ｄ変換器４９によりディジタル信号に変換され、
超音波の１回の送波で得られる超音波ビーム１本に相当
するデータを上記書込みバッファメモリ５２に記憶させ
る。また、探触子１０内の角度センサ１５及び距離セン
サ１６からの検出信号は、それぞれ図７に示す角度演算
回路４４又は距離演算回路４５へ入力して該探触子１０
の移動角度及び移動距離の信号が得られ、これらの信号
は図８において書込みアドレス発生器５４へ入力する。
そして、上記書込みバッファメモリ５２は、通常ライン
メモリが用いられ、制御部４３（図７参照）からの超音
波の送受信のタイミングにより読み出される。この書込
みバッファメモリ５２から読み出されたデータは、テレ
ビ同期信号発生器５６のタイミングで制御されるマルチ
プレクサ５７によるフレームメモリ５１の読出し期間を
避けたタイミングで、書込みアドレス発生器５４のアド
レス信号に従ってフレームメモリ５１に書き込まれる。

【００４２】このとき、上記フレームメモリ５１へのエ
コー信号の書込みアドレスは、探触子１０において超音
波の送受信に携わる振動子素子群により決まる該探触子
１０上での送受信の位置と、その探触子１０の被検体表
面に対する接触位置とにより決まる。すなわち、上記書
込みアドレス発生器５４は、図７に示す制御部４３の電
子スイッチ４６に対する制御信号と、角度演算回路４４
及び距離演算回路４５からの探触子１０の移動角度及び
移動距離の計測信号とに基づいて、書込みアドレスのデ
ータを発生するようになっている。

【００４３】次に、図７に示す探触子１０を手で保持し
て被検体の体表面上を適宜移動させ、上記被検体の検査
部位に超音波を送受信して広視野の超音波断層像を得る
状態について、図９を参照して説明する。まず、図９
（ａ）において、被検体１の体表面上に探触子１０を符
号１０₁で示す状態に置いたとする。このとき、上記探
触子１０内の超音波振動子１２の素子配列で最初に超音
波の送受信に携わる一方端の位置をＡとし、リニア電子
走査を実行するに従って超音波の送受信位置は順次他方
端側へ移動してＢの位置に達するとする。また、超音波
の送受信の深さ方向はＡＣとする。このような状態で収
集した超音波画像のデータのＤＳＣ４０内のフレームメ
モリ５１におけるアドレスは、図９（ｂ）において符号
Ａd₁で示したごとく定められる。そして、上記のリニア
電子走査の実行に対応して、図９(ｂ）に示したフレー
ムメモリのアドレスＡd₁は、同図（ａ）における位置Ａ
からＢへの移動が同図（ｂ）ではＡ′からＢ′へと方向
Ｎに沿って順次定められる。また、図９（ａ）における
深さ方向ＡＣは同図（ｂ）においてＡ′からＣ′へと方
向Ｍに沿って順次定められる。

【００４４】次に、上記探触子１０を手で保持して被検
体１の体表面上を移動させ、図９(ａ）において符号１
０₂で示す状態に位置させたとする。このとき、上記探
触子１０内の超音波振動子１２の素子配列で最初に超音
波の送受信に携わる一方端の位置をＤとし、リニア電子
走査を実行するに従って超音波の送受信位置は順次他方
端側へ移動してＥの位置に達するとする。また、超音波
の送受信の深さ方向はＤＦとする。さらに、上記探触子
１０から打ち出される超音波ビームは、前回の状態に対
し角θだけ傾いたとする。この場合、図９（ａ）におい
て、位置Ａから位置Ｄへの移動距離及びそのときの移動
角度θは、前述の角度センサ１５と距離センサ１６並び
に角度演算回路４４と距離演算回路４５によって計測す
ることができるので、既知の位置Ａから位置Ｄを知るこ
とができる。また、リニア電子走査に伴って図９（ａ）
に示されたＤＥに沿う超音波ビームの送受信の位置を計
算することができるので、これらの位置に対応するフレ
ームメモリ５１上のアドレスが同図（ｂ）においてＤ′
からＥ′へと順次定められ、深さ方向にはＤ′からＦ′
へと順次定められる。すなわち、このような状態で収集
した超音波画像のデータのＤＳＣ４０内のフレームメモ
リ５１におけるアドレスは、図９（ｂ）において符号Ａ
d₂で示したごとく定められる。

【００４５】このようにして、図８に示す書込みアドレ
ス発生器５４により定められたアドレスに基づいて、書
込みバッファメモリ５２からのデータがフレームメモリ
５１に書き込まれる。また、テレビ同期信号発生器５６
によりテレビモニタ４２の表示アドレスに対応付けされ
た読出しアドレス発生器５５からのアドレスに従って、
上記フレームメモリ５１のデータが順次読み出されて読
出しバッファメモリ５３に書き込まれる。その後、この
読出しバッファメモリ５３から標準テレビのシーケンス
に従ってデータが読み出され、Ｄ／Ａ変換器５０でアナ
ログ信号に変換され、図７に示す信号処理回路４１を介
してコンポジットビデオ信号としてテレビモニタ４２に
送られ、画像として表示される。

【００４６】このとき、図９（ａ）に示す探触子１０₁
の位置で計測した画像データをフレームメモリ５１に書
き込んで更新しない状態で、該探触子を１０₂の位置に
移動させると、図９（ｂ）に示す探触子１０₁に対応す
る領域Ａ₁に、探触子１０₂に対応する領域Ａ₂が重畳す
る部分が発生し、この重畳領域Ａ₁₂の画像データとし
て、領域Ａ₁のデータと領域Ａ₂のデータとの平均値、或
いはいずれか大きい方のデータを、上記探触子１０をわ
ずかに移動する毎に順次書き込むようにすればよい。こ
のようにすると、複合走査の断層像となり、リニア電子
走査においては、超音波が被検体内に十分に入射されな
いため影となってしまう部分を少なくすることができ
る。

【００４７】一方、探触子１０₁に対応する領域Ａ₁の画
像データを書込み完了した後、更新しない状態で逐次そ
の探触子を移動させる動作において、例えば探触子１０
₂の位置に対応して新しく生成される領域Ａ₂のみに画像
データを書き込み、領域Ａ₁とＡ₂の重畳領域Ａ₁₂の画像
データとして、領域Ａ₁のデータか或いは領域Ａ₂のデー
タのいずれか一方のみを書き込むようにすると、従来の
超音波診断装置におけるリニア電子走査に比べ、広視野
の超音波断層像が得られる。

【００４８】なお、上記のような探触子１０では、被検
体１の体表面に接する部分が小さいため、該探触子１０
を手で体表面に沿って移動させる場合、図９（ｃ）に示
すように、必ずしも上記探触子１０の超音波振動子面の
方向に沿って移動することにはならない。すなわち、図
９（ｃ）において、被検体１の傾斜した体表面に対して
探触子１０を立てたまま斜め方向に移動させることがあ
る。このとき、例えばリニア電子走査方式の探触子１０
においても、被検体１の体表面を強く圧して矢印方向に
斜め移動させることにより、上記探触子１０の位置検出
に誤差が生じることがある。このような誤差を解消する
ために、上記探触子１０内に水平方向或いは垂直方向の
加速度計を設け、いずれかの方向の移動距離を算出して
上記の位置検出誤差を補正すればよい。

【００４９】以上、図７に示す実施例においては、被検
体内の反射エコー強度に応じて臓器の形状を断層像とし
て表示する場合を説明したが、反射エコーのドプラ偏移
周波数に対応して血流の速さを色相で表示するカラード
プラ断層像を広視野に表示する場合にも適用できる。ま
た、図７に示す実施例では、リニア電子走査方式の探触
子１０を用いた場合を説明したが、これに限らず、フェ
ーズドアレー型探触子又はコンベックス型探触子或いは
機械走査型探触子、単板振動子型探触子などを用いる場
合にも適用できる。

【００５０】

【発明の効果】本発明による探触子１０（図１、図５、
図６参照）は以上のように構成されたので、内蔵された
角度センサ１５により被検体に対し超音波を送受信する
超音波振動子１２の被検体表面に対する移動角度を検出
すると共に、同じく内蔵された距離センサ１６で上記超
音波振動子１２の被検体表面に対する移動距離を検出す
ることができる。これにより、探触子１０を手動操作に
より被検体表面に沿って移動させつつ送受信した際の超
音波ビームの位置及び方向をその探触子１０自体で計測
することができる。

【００５１】また、本発明による超音波診断装置（図７
参照）は以上のように構成されたので、角度センサ１５
と距離センサ１６とを内蔵して成る探触子１０を用いる
ことにより、被検体に対し超音波を送受信する探触子１
０の被検体表面に対する移動角度及び移動距離を検出
し、角度演算回路４４で上記角度センサ１５からの検出
信号を入力して被検体表面に対する移動角度を演算する
と共に、距離演算回路４５で上記距離センサ１６からの
検出信号を入力して被検体表面に対する移動距離を演算
することができる。従って、従来のように超音波診断装
置の本体部と探触子１０との間にスキャナのような計測
具を連結することは要さず、探触子１０を自由に動かす
ことができその操作性を向上することができると共に、
装置全体を小形化することができる。また、上記両演算
回路４４，４５からの出力信号と上記探触子１０におけ
る超音波ビームの送受信位置及び方向のデータとに基づ
いて、断層像を形成するための超音波エコー信号を表示
する位置を演算することができる。これらのデータを用
いることにより、従来よりも広視野の超音波断層像或い
は複合走査断層像を形成可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による探触子の実施例を示す内部構造
の断面説明図、

【図２】 角度センサの具体的な構造例を示す斜視図、

【図３】 角度センサの具体的な構造の他の例を示す斜
視図、

【図４】 上記探触子の被検体表面上での移動角度及び
移動距離を検出する状態を示す説明図、

【図５】 本発明による探触子の他の実施例を示す断面
説明図、

【図６】 本発明による探触子の更に他の実施例を示す
断面説明図、

【図７】 上記探触子の関連発明としての超音波診断装
置の実施例を示すブロック図、

【図８】 ＤＳＣの内部構成を示すブロック図、

【図９】 探触子を被検体表面上で適宜移動させ検査部
位について広視野の超音波断層像を得る状態を示す説明
図、

【図１０】 従来の超音波診断装置を示すブロック図、

【図１１】 従来例において探触子の移動距離及び移動
角度を計測するスキャナを示す説明図。

【符号の説明】

１０…探触子、 １２…超音波振動子、 １３…吸音
材、 １４…音響レンズ、１５…角度センサ、 １６，
１６′，１６″…距離センサ、 １７…音響媒体、１８
ａ，１８ｂ…超音波振動子、 ２１…音片型振動子、
２２…音叉型振動子、 ２３，２４…駆動用圧電磁器、
２５，２６…検出用圧電磁器、３７…超音波送受信
部、 ３８…整相回路、 ３９…検波器、 ４０…ＤＳ
Ｃ、４１…信号処理回路、 ４２…テレビモニタ、 ４
３…制御部、 ４４…角度演算回路、 ４５…距離演算
回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料から成り被検体に対し超音波を
   送信及び受信する超音波振動子と、この超音波振動子の
   背面側に設けられ該背面側に放出される超音波を吸収す
   る吸音材と、上記超音波振動子の前面側に設けられ超音
   波ビームを集束させる音響レンズと、上記超音波振動子
   の被検体表面に対する移動角度を検出する角度センサ
   と、該超音波振動子の被検体表面に対する移動距離を検
   出する距離センサとを備えて成ることを特徴とする探触
   子。
2. 【請求項２】 上記角度センサは、圧電振動子を駆動用
   圧電磁器によって振動させ、この圧電振動子の中心軸に
   回転角速度が加わった際にもとの振動軸に対して直角方
   向の軸に生じるコリオリ力を検出用圧電磁器によって検
   出することにより、上記回転角速度を検出する圧電ジャ
   イロを用いたものであることを特徴とする請求項１記載
   の探触子。
3. 【請求項３】 上記距離センサは、前面が上記音響レン
   ズの前側面の延長面上に位置すると共に被検体の音響イ
   ンピーダンスと異なる音響インピーダンスを有する音響
   媒体と、この音響媒体の後面において被検体表面に超音
   波を打ち出すと共にその反射波を受信する超音波振動子
   とから成り、この超音波振動子から被検体表面に送受信
   した超音波のエコー信号のドプラ偏移周波数を計測しう
   るものとしたことを特徴とする請求項１又は２記載の探
   触子。
4. 【請求項４】 上記距離センサは、被検体に対し超音波
   を送信及び受信する超音波振動子の一部を用い、被検体
   にある角度をもって超音波を打ち出すと共にその反射波
   を受信し、上記超音波振動子の一部から被検体に打ち出
   した超音波のエコー信号のドプラ偏移周波数を計測しう
   るものとしたことを特徴とする請求項１又は２記載の探
   触子。
5. 【請求項５】 被検体に向けて超音波を送受信する探触
   子と、この探触子を駆動して超音波を送信及び受信させ
   る超音波送受信部と、上記探触子からの受信信号を検波
   する検波器と、この検波器からの出力信号を画像として
   表示する表示装置とを有する超音波診断装置において、
   上記探触子として請求項１〜４のいずれかに記載の探触
   子を用いると共に、この探触子内の角度センサからの検
   出信号を入力し被検体表面に対する移動角度を演算する
   角度演算回路を設け、かつ該探触子内の距離センサから
   の検出信号を入力し被検体表面に対する移動距離を演算
   する距離演算回路を設け、これら両演算回路からの出力
   信号と上記探触子における超音波ビームの送受信位置及
   び方向のデータとに基づいて断層像を形成するための超
   音波エコー信号を表示する位置を演算するようにしたこ
   とを特徴とする超音波診断装置。