JPH0566131B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、被測定物体に超音波を送信し、その
物体の内部から反射される超音波エコーを受信
し、この受信された超音波エコーにより物体内部
の音響特性を測定するのに用いられる超音波測定
方法およびその装置に係り、特に分解能を向上す
るに好適なものに関する。

先行技術 超音波を用いて物体内部の音響特性を測定し、
これに基づいて物体内部の状況等を把握したり解
析する超音波測定技術は、金属探傷、魚群探知、
医療診断など広範囲の分野にわたつて利用されて
いる。中でも医療用の超音波断層装置の最近の発
展には目をみはるものがある。

超音波断層装置は、原理的にはパルスエコー法
を用いており、被測定物体としての生体内へ送信
された超音波パルスが生体内部の音響インピーダ
ンスの異なる境界で反射する現象を利用し、この
反射波（超音波エコー）を受信していわゆるＢモ
ード法による生体の断層像を表示するものであ
る。

生体の断層像を得るには、生体の所定領域に超
音波パルスを走査しその超音波エコーを受信する
のであるが、その走査方式としては第５図に示す
ように、リニア走査方式、セクタ走査方式、アー
ク走査方式およびコンタクト・コンパウンド走査
方式などが知られている。

いずれの走査方式であつても、第２図に示した
ように、送受信兼用の超音波振動子（以下単に振
動子と称する。）を有してなる超音波探触子（以
下、単に探触子と称する。）１から超音波パルス
２を生内３内に向けて送信し、この超音波パルス
２が生内３内に存在する音響インピーダンスの不
連続面４によつて反射され、再び探触子１に戻つ
てくる超音波エコー５を受信し、この受信された
超音波エコー５を用いてＢモード断層像を得るよ
うにしている。

また、リニア走査方式とセクタ走査方式につい
ては現在、電子的走査法が主流であり、アーク走
査方式と一部のセクタ走査方式には機械的走査法
が一般に採用されている。これに対し、コンタク
トコンパウンド走査方式は手動により走査するも
ので、第５図に示したように、探触子１を生体表
面６上で手動走査し、これによつて操作者の所望
とする位置と角度にて超音波パルス２を生体３内
に送信し、戻つてくる超音波エコーを合成してＢ
モード断層像を得るようにしている。

先行技術の問題点 ところで、実際には音響不連続面４にて反射さ
れた超音波エコーは、第３図に示すように、広い
角度方向に散乱された散乱波７となるはずであ
る。しかし、探触子１により受信される超音波エ
コー５は、散乱波７のうち探触子１の受波面を見
込む狭い角度範囲に含まれる散乱波成分のみ（通
常、この散乱波成分は後方散乱エコーと称され、
すなわち後方散乱エコーとは、探触子から送信
し、再び同じ探触子に戻つてくるエコーの成分で
ある。）である。

したがつて、特にリニア走査方式やセクタ走査
方式によりＢモード断層像を形成する場合には、
上記の後方散乱エコー成分のみとなることから、
第４図に示すように、探触子１の送信方向に対し
て不連続面８が傾斜をもつている場合、この面８
からの散乱エコー９は殆ど探触子１に受信され
ず、この面８は断層像として描写されないなど、
分解能が低いという問題を有している。

なお、コンタクトコンパウンド走査方式にあつ
ても、探触子１で受信することができるのは後方
散乱エコーのみであるが、送信方向の角度を手動
により変化させることができるので、リニア走査
方式やセクタ走査方式に比べると不連続面４にか
かる音響情報は多いということが言える。しか
し、コンパウンド走査方式によれば、手動走査で
あることから、走査の再現性が乏しいと同時に、
断層像を得るのに多くの走査時間を必要とする。
このため、生体の体動や呼吸性移動の影響によ
り、合成されたＢモード断層像は再現性に乏しい
ものであつたり、シヤープさに欠けた画像となる
という問題がある。

発明の目的 本発明は、上記先行技術の問題点を解決するこ
と、言い換えれば、分解能に優れたＢモード断層
像を再現性よく短時間で得ることができる超音波
測定方法およびその装置を提供することを目的と
するものである。

本発明による方法は、被測定物体に超音波を送
信し、被測定物体から反射された超音波エコーを
受信して、被測定物体の音響特性を測定する超音
波測定方法において、被測定物体から所定角度方
向に反射された超音波エコーを後方散乱エコーと
この後方散乱エコーを除く散乱エコーとに分けて
それぞれ同一時に受信することを特徴とする。

また、本発明による装置は、被測定物体に超音
波を送信し、被測定物体から反射された超音波エ
コーを受信して、被測定物体の音響特性を測定す
る超音波測定装置において、被測定物体に超音波
を送信するとともに、被測定物体から反射された
超音波エコーを受信する送受信兼用の第１の振動
子と、第１の振動子に近接配置され被測定物体か
ら反射された超音波エコーを受信する第２の振動
子と、第１と第２の振動子により受信された超音
波エコーを合成する合成手段とを有することを特
徴とするものである。

そして、本発明の一態様によれば、合成手段は
第１又は第２の振動子の受信出力の一方を所定時
間遅延して加算するものとすることができる。

さらに、その遅延時間は第１又は第２の振動子
の受信出力のうち先に受信されたものの受信時間
に基づいて可変とすることができる。

また、本発明による装置は、被測定物体に超音
波を送信し、被測定物体から反射された超音波エ
コーを受信して、被測定物体の音響特性を測定す
る超音波測定装置において、被測定物体に超音波
を送信するとともに、被測定物体から反射された
超音波エコーを受信する送受信兼用の第１の振動
子と、第１の振動子に近接配置され被測定物体か
ら反射された超音波エコーを受信する第２の振動
子と、第１と第２の振動子の受信出力を別々に処
理して表示する処理表示手段とを有することを特
徴とするものである。

発明の具体的説明および作用 以下、本発明方法および装置を実施例装置に基
づいて具体的に説明する。

第１図Ａ，Ｂに本発明の一実施例装置のうちの
超音波探触子の概念構成図を示す。同図Ａは平面
図、同図Ｂは使用状態を説明する断面図である。
それらの図に示すように、探触子１０は円形の主
面を有する送受信兼用の第１の振動子１１と、こ
の周囲に主面を隣接させて円環状に形成されてな
る受信用の第２の振動子１２とを含んでなるもの
である。

このように、従来の探触子に相当する第１の振
動子１１の周囲に、受信用の第２の振動子１２が
設けられていることから、第１図Ｂに示すよう
に、振動子１１から送信された超音波パルス８０
は、被測定物体としての生体３０内部の音響不連
続面３１にて反射され、後方散乱エコー８５は従
来と同様に振動子１１に受信される。他方、後方
散乱エコー８５の方向を軸として所定角度範囲方
向に散乱された散乱エコー９０は、やや時間的に
遅れて振動子１２に受信される。

したがつて、本実施例によれば探触子１０に受
信される超音波エコーは従来よりも広い角度範囲
のものとなるから、それらエコー成分をすべて合
成してＢモード断層像を形成すれば、従来よりも
音響不連続面の斜面においても分解能の良いＢモ
ード断層像を、比較的短時間で、再現性よく得る
ことができる。

なお、第１の振動子１１としてはPZT等のセ
ラミツク系振動子が好ましく、第２の振動子１２
としてはいわゆるＧ定数（圧電歪定数）の大きい
PVDF等の高分子系、あるいはセラミツク系と高
分子系が複合された複合系振動子が好ましい。ま
た、探触子１０は第６図Ａ，Ｂに示すように、主
面が凹球面状に形成された第１の振動子１３と、
これに合わせて形成された同一の曲率をもつ第２
の振動子１４とからなるものとすることができ
る。

次に、上記第１図実施例の探触子を用いて構成
されてなる超音波断層装置の一実施例について説
明する。

第７図に水浸法による機械的リニア走査の模式
図を、第８図に超音波断層装置の全体構成図を示
す。探触子１０は第１図実施例のものが用いられ
ており、水槽２０に満たされた脱気水４０を介し
て超音波パルス８０を生体３０に送信し、音響不
連続面３１から広い角度範囲にわたつて反射され
る超音波エコー８５，９０を、第１又は第２の振
動子１１又は１２によつて受信し、端子１００，
１１０から電気信号として第８図の回路に出力す
る。なお、水槽２０に満たされた脱気水４０の超
音波の伝播損失は無視できるとされ、生体３０と
接触される底面膜２１は、音響インピーダンスが
生体３０のそれに近い材料で形成されている。ま
た、リニア走査は図示していない機械式走査部に
よつて、図示矢印５０又は６０の方向になされる
ようになつている。

第８図に示すように、探触子１０の端子１００
は送信回路１２０と遅延回路１３０に接続され、
端子１１０は加算回路１４０に接続されている。
探触子１０は送信回路１２０から出力される駆動
パルス電圧によつて送受信兼用の振動子１１が駆
動され、振動子１１の主面から生体３０内に超音
波パルスが送信される。そして、生体３０内から
の超音波エコーは振動子１１と振動子１２によつ
て受信され、振動子１１によつて受信された超音
波エコー信号８５は遅延回路１３０を介して加算
回路１４０に、振動子１２によつて受信された超
音波エコー信号９０は加算回路１４０に直接入力
され、ここにおいてそれらが加算された後、受信
回路１５０に入力されている。

超音波エコー信号８５と９０を加算するにあた
つて一方の信号８５を遅延させる理由は、第１図
Ｂに示したように、エコー発生点０から振動子１
１の主面中心点Ａに至る伝播路の長さＹと、反射
点０から振動子１２の主面中心点Ｂ（又はB′）に
至る伝播路の長さY′とが異なり、その差ΔY（＝
Y′−Ｙ）に相当する伝播時間τだけ遅れて超音
波エコー９０が受信されるからである。したがつ
て、２つの振動子１１と１２により受信された超
音波エコー信号８５と９０を合成して、音響不連
続面３１からの超音波エコー信号とするために
は、時間的に早く受信された超音波エコー信号８
５を時間τだけ遅延回路１３０により遅延させて
加算するようにしている。

このときの遅延時間τは点Ａと点Ｂの間隔Ｘ
と、伝播路の長さＹによつて定まるものであり、
Ｘは探触子１０の構造によつて定まり、Ｙは振動
子１１によつて受信される後方散乱エコー（超音
波エコー８５）の受信時間ｔと平均音速C₀の積
であるから、次式(1)に示すように、受信時間ｔの
関係として求められる。

τ＝１／C₀ΔY ＝１／C₀（√²＋²−Ｙ） ＝１／C₀√²＋（₀）²−ｔ …(1) なお、Ｙ≫Ｘのときには、(1)式に代えて次式(2)
により近似することが可能である。

この遅延時間τはコントロール回路２１０によ
つて(1)式又は(2)式に基づいて演算され、このコン
トロール回路２１０からの指令信号によつて遅延
回路１３０の設定遅延時間τが選択されるように
なつている。なお、遅延回路１３０は周知のタツ
プ付LC遅延線などを用いて形成することが可能
である。

このようにして遅延された超音波エコー信号８
５には加算回路１４０にて超音波エコー信号９０
が加算され、合成された超音波エコー信号が受信
回路１５０に出力されるようになつている。この
合成超音波エコー信号は、周知の受信回路１５
０、対数増幅回路１６０、検波回路１８０によつ
て信号処理された後メモリ１９０に格納される。
このメモリ１９０内のデータはコントロール回路
２１０の制御指令に基づいて読み出され、表示部
２００にＢモード断層像として展開されるように
なつている。

なお、探触子１０は走査部２２０によつてリニ
ア走査されるようになつており、これによつて生
体３０の所望位置の断面がＢモード像として得ら
れるようになつている。

したがつて、上記超音波断層装置の実施例によ
れば、探触子の２つの振動子にそれぞれ受信され
る後方散乱エコー成分とこれを除く所定角度方向
への散乱エコー成分とを、その伝播遅れを調整し
て合成していることから、従来よりも広い角度範
囲にわたる超音波エコーが得られ、生体内の音響
情報をより詳しく測定することができ、Ｂモード
断層像の分解能を向上させることができる。

また、手動走査によつていないことから、比較
的短時間で再現性よくＢモード断層像を得ること
ができる。

以上、第８図実施例の超音波断層装置において
は、機械的リニア走査方式を例にとつて説明した
が、走査方式はこれに限られるものではなく、第
５図に示した機械的セクタ走査方式、機械的アー
ク走査方式、コンタクトコンパウンド走査方式に
も適用できることは言うまでもなく、本実施例と
同一の効果が得られる。

また、本発明は超音波断層装置に限られるもの
ではなく、探触子を用いて超音波により被測定物
体の内部音響情報を測定する装置に適用して、上
記実施例と同一の効果が得られることは言うまで
もない。

さらに、第９図〜第１１図に探触子の他の実施
例を、第１２図に超音波断層装置の他の実施例を
それぞれ示す。つまり、所定角度範囲方向に反射
した散乱エコーを後方散乱エコーとそれ以外の散
乱エコーとに分けて同時に受信して、被測定物体
の内部音響情報をより詳しく測定するという点に
おいては、探触子の構成は第１図又は第６図に限
られるものではない。第９図Ａ，Ｂの実施例は、
第１の振動子１１と第２の振動子１２をそれぞれ
円形振動子とし、振動子１１から送信し、振動子
１１と振動子１２によつて音響不連続面３１から
の超音波エコー８５，９０を受信するものであ
る。第１０図Ａ，Ｂの実施例は、第９図の振動子
１１と１２の主面に互いに角度をもたせて測定す
る方法を示している。第１１図の実施例は、第１
図実施例における振動子１１と１２の配置を入れ
代えたものである。

第１２図の実施例は、第１の振動子により受信
される後方散乱エコーと、第２の振動子により受
信される所定角度範囲方向の散乱エコーとを合成
しないで、別々にＢモード断層像として出力表示
させるようにしたものである。第８図実施例と異
なる点は、遅延回路１３０と加算回路１４０が不
要なことと、受信回路から表示部に至る回路がす
べて２系列（Ａ，Ｂ）設けられていることであ
る。なお、それら回路を２系列とせずに、時間的
に切替えて別々に測定表示することも可能であ
る。

発明の具体的効果 以上説明したように、本発明の超音波測定方法
および装置によれば、後方散乱エコーと、該後方
散乱エコーを除く所定範囲方向の散乱エコーとを
それぞれ第１振動子および第２振動子にて同一時
に受信していることから、分解能に優れたＢモー
ド断層像を再現性よく、短時間で得ることができ
るという効果がある。

第１の振動子により送信さされて被測定物体に
て反射された超音波のうち、後方散乱エコーを第
１の振動子にて受信し、さらにこの後方散乱エコ
ーを除く散乱エコーを第２の振動子にて受信して
いる。この結果、特に、第１の振動子からの超音
波の送信方向に対して傾斜を有した被測定物体の
音響不連続面においてもＢモード断層像をより詳
しく描出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による超音波探触子
の平面図と使用状態を示す断面図、第２図〜第４
図は従来の超音波探触子による測定動作を説明す
る説明図、第５図は超音波探触子の走査方式の説
明図、第６図は本発明の他の実施例の超音波探触
子の平面図と使用状態を示す断面図、第７図は第
１図実施例の超音波探触子を水浸法の機械的リニ
ア走査に適用した例を示す模式図、第８図は第１
図実施例の超音波探触子を適用してなる超音波断
層装置の一実施例の全体構成図、第９図〜第１１
図はそれぞれ、本発明のさらに他の実施例の超音
波探触子の正面図と使用状態を示す断面図、第１
２図は第１図実施例の超音波探触子を適用してな
る超音波断層装置の他の実施例の全体構成図であ
る。 主要部分の符号の説明、１０…超音波探触子、
１１…第１の振動子、１２…第２の振動子、１３
０…遅延回路、１４０…加算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定物体に超音波を送信し、該被測定物体
   から反射された超音波エコーを受信して、被測定
   物体の音響特性を測定する超音波測定方法におい
   て、 第１の振動子により被測定物体に超音波を送信
   する送信工程と、 前記第１の振動子から送信されて、前記被測定
   物体にて所定範囲方向に反射された超音波エコー
   を後方散乱エコーと該後方散乱エコーを除く散乱
   エコーとに分けて、該第１の振動子および該第１
   の振動子に近接配置された第２の振動子によりそ
   れぞれ同一時に受信する受信工程と、 受信された該超音波エコーを合成する工程とか
   らなる超音波測定方法。 ２ 被測定物体に超音波を送信し、該被測定物体
   から反射された超音波エコーを受信して、被測定
   物体の音響特性を測定する超音波測定装置におい
   て、該装置は、 該被測定物体に超音波を送信するとともに、該
   被測定物体にて反射された超音波エコーのうち後
   方散乱エコーを受信する送受信兼用の第１の振動
   子と、 該第１の振動子に近接配置され該被測定物体に
   て反射された前記超音波エコーのうち前記後方散
   乱エコーを除く散乱エコーを受信する受信用の第
   ２の振動子と、 前記第１および第２の振動子により受信された
   超音波エコーを合成する合成手段とを有すること
   を特徴とする超音波測定装置。 ３ 前記合成手段は、第１又は第２の振動子の受
   信出力の一方を所定時間遅延させて加算するもの
   としたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の超音波測定装置。 ４ 前記遅延時間は、前記第１又は第２の振動子
   の受信出力のうち、先に受信されたものの受信時
   間に基づいて可変とすることを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載の超音波測定装置。 ５ 被測定物体に超音波を送信し、該被測定物体
   から反射された超音波エコーを受信して、被測定
   物体の音響特性を測定する超音波測定装置におい
   て、該装置は、 該被測定物体に超音波を送信するとともに、該
   被測定物体から反射された超音波エコーのうち後
   方散乱エコーを受信する送受信兼用の第１の振動
   子と、 該第１の振動子に近接配置され該被測定物体か
   ら反射された前記超音波エコーのうち前記後方散
   乱エコーを除く散乱エコーを受信する受信用の第
   ２の振動子と、 前記第１および第２の振動子の受信出力を合成
   しないで別々に処理してＢモード断層像を出力表
   示する処理表示手段とを有することを特徴とする
   超音波測定装置。