JPH10248842A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波プローブを比較的安価に構成できるよ
うにし、この超音波プローブによって開口合成法を利用
した高分解能の断層像を得る。 【解決手段】 超音波プローブ本体１は、円柱状で回転
可能な振動子保護ケース４内の外周部に複数の振動子５
−１〜５−３が配設され、これらの振動子５−１〜５−
３を回転駆動部７で回転駆動しながら超音波の送受波を
行うようになっている。開口合成観測装置２によって、
各振動子５−１〜５−３から得られた超音波の受信信号
を基に開口合成法により回転断面での映像化を行うこと
により高分解能の超音波断層像が得られ、コンベックス
型のＢモード断層像がモニタ表示器３に表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波の送受信に
より生体の断層像を得る超音波診断装置に関するもの
で、特に開口合成法を利用した超音波診断装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、医療分野において、超音波振
動子から生体組織内に超音波パルスを繰り返し送信し、
生体組織から反射される超音波パルスのエコーを、同一
あるいは別体に設けた超音波振動子で受信して、この超
音波パルスを送受信する方向を徐々にずらすことによっ
て、生体内の複数の方向から収集した情報を基に可視像
の超音波断層像を得て画像表示する超音波診断装置が種
々提案されている。

【０００３】超音波診断装置において、超音波断層像の
分解能を向上させる方法の一つに開口合成法がある。開
口合成法を用いた装置としては、例えば、米国特許４，
３２５，２５７号とか、特開平５−９２００２号公報な
どにその構成が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の開口合
成法を利用した超音波診断装置では、アレイ状に並んだ
振動素子を電気的に切り替えて、送信／受信する振動素
子を移動させるような構成となっていた。そして、各断
層内の空間位置でとらえた反射信号をメモリ内に格納し
た後、開口合成のアルゴリズムに基づく合成処理によ
り、前記反射信号から断層像を生成していた。

【０００５】このような従来の構成では、アレイ状の振
動素子を用いるために、各振動素子からの信号線が例え
ば１２８本などと多くなり、振動素子と信号線との接続
が難しく、また振動素子の切り替え手段の構成が複雑で
あるため、超音波プローブのコストが高くなってしまう
という問題点があった。また、アレイ状の振動素子その
ものも高価であるという問題点があった。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、比較的安価に超音波プローブを構成することがで
き、この超音波プローブによって開口合成法を利用した
高分解能の断層像を得ることが可能な超音波診断装置を
提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による超音波診断
装置は、回転可能な回転体に配設され出射する超音波の
ビームが回転方向に広がった１個以上の振動子と、前記
振動子を含む回転体を回転させる回転駆動部と、前記振
動子の回転位置に応じて振動子を駆動して超音波の送受
信を行う送受信制御手段と、前記回転する振動子から得
られた超音波の受信信号を基に開口合成法により回転断
面での映像化を行う断層像生成手段と、を備えたもので
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る超
音波診断装置の概略構成を示したものである。

【０００９】超音波診断装置は、診断用の超音波を送受
信する超音波プローブ本体１と、超音波プローブ本体１
と接続され前記超音波の受信信号を基に開口合成法によ
り断層像を生成する断層像生成手段としての開口合成観
測装置２と、開口合成観測装置２に接続され前記断層像
を表示するモニタ表示器３とを有して構成される。

【００１０】超音波プローブ本体１は、円柱状で回転可
能な回転体としての振動子保護ケース４と、振動子保護
ケース４の内部の外周部に配設され超音波を送受信する
複数（ここでは３つ）の振動子５−１，５−２，５−３
と、各振動子５−１〜５−３からの信号線と接続され超
音波信号を伝達するスリップリング６と、前記振動子５
−１〜５−３を回転させる回転駆動部７とを有して構成
されている。

【００１１】従来の開口合成法による超音波診断装置で
は、アレイ状の振動素子を用いて送受信する振動子を切
り替えて移動していたのに対して、本実施形態では、機
械的に回転させて送受信する振動子を移動するような構
成となっている。

【００１２】診断時には、振動子保護ケース４の外装を
診断対象部位の生体組織８に当接させて振動子５−１〜
５−３を回転駆動しながら各振動子５−１〜５−３より
超音波ビーム９を出射し、生体組織８からの超音波エコ
ーによる受信信号を得て開口合成観測装置２へ出力す
る。このとき、振動子保護ケース４を生体組織８に押し
当てて部分的に生体組織８と密着させており、この範囲
内で超音波ビーム９が生体内に伝搬していく。この生体
内に伝搬して戻ってきた超音波の受信信号を基に、開口
合成観測装置２によって断層像の生成を行い、モニタ表
示器３に画像表示する。モニタ表示器３に表示される断
層像は、生体組織８と密着した部分のみの画像となるの
で、コンベックス型のＢモード断層像となる。

【００１３】振動子５−１〜５−３は回転方向に小さな
寸法をもつもので、その振動子で発生する超音波ビーム
９は、回転方向に広がったファンビームとなる。一方、
回転軸方向には、例えば１ｃｍ程度の長さがあるため
に、超音波ビーム９は絞られる。回転している振動子５
−１〜５−３の回転位置に応じてこの超音波ビーム９の
送信／受信を繰り返して得られる超音波の受信信号を基
に、開口合成観測装置２において開口合成法による合成
演算を行うことで、振動子の回転断面における生体内の
超音波断層像を生成する。

【００１４】図２は本実施形態に係る超音波診断装置の
構成をより詳しく示したものである。超音波プローブ本
体１の中には、前述した複数の振動子５−１〜５−３
と、複数チャンネルのスリップリング６と、回転駆動部
７としてのモータ１０とが組み込まれている。

【００１５】スリップリング６からの信号線は、スイッ
チ１１を介して送信パルサー１２及び受信アンプ１３に
接続されており、スイッチ１１により振動子５−１〜５
−３の中から駆動する振動子が選択される。例えば送信
パルサー１２によりパルス信号を送信して振動子５−１
を駆動し、超音波パルスによる超音波ビーム９を生体内
へ送波する。そして、生体中で反射された超音波パルス
は振動子５−１で受波されて受信信号として受信アンプ
１３に入力され、受信アンプ１３で必要な大きさに増幅
された後にＡ／Ｄ変換器１４でデジタル信号に変換さ
れ、開口合成演算回路１５内のメモリに格納される。

【００１６】このとき、振動子５−１〜５−３は、モー
タ１０により例えば毎秒３０回転（１８００ＲＰＭ）程
度で回転駆動される。また、超音波パルスの送信間隔を
１５０μsec とし、振動子回転円周の１／４が生体組織
８に接触しているとすると、次の（１）式により５５個
の有効受信信号が得られることになる。 有効受信信号数 ｎ＝（１／３０）／１５０μsec ／４＝５５ …（１）

【００１７】前記モータ１０はモータ駆動回路１６によ
って駆動制御されるようになっており、このモータ駆動
回路１６と送信パルサー１２はタイミング制御回路１７
に接続され、前記振動子５−１〜５−３の回転と超音波
パルスの送信とのタイミングがタイミング制御回路１７
によりコントロールされる。タイミング制御回路１７に
は調整器１８が接続されており、詳しくは後述するが、
調整器１８で振動子５−１〜５−３の回転速度と送信間
隔を微調整することによって画質を調整することが可能
となっている。

【００１８】振動子５−１〜５−３は、回転しながら送
信／受信を行うために、送信毎に得られる受信信号は少
しずつ異なる空間で得られた信号となる。振動子５−１
〜５−３が１回転したならば、開口合成演算回路１５に
よって従来例にあるような公知の開口合成法を用いたア
ルゴリズムにより合成演算を行い、断層面の反射映像を
求める。この反射映像をデジタル・スキャン・コンバー
タ（ＤＳＣ）１９に入力し、ＤＳＣ１９により座標変換
と補間処理を行って表示形式を整え、モニタ表示器３に
出力する。モニタ表示器３には、診断対象部位の超音波
断層像として扇形状の断層像が画像表示される。なおこ
のとき、開口合成演算回路１５及びＤＳＣ１９の動作タ
イミングはタイミング制御回路１７により制御される。

【００１９】複数の振動子５−１〜５−３に全く同じ特
性の振動子を用いて送受信を繰り返すことにより、振動
子全体が１回転する間に３フレーム分の反射映像を求め
ることができ、回転数を同じとすると振動子の数に応じ
て超音波断層像のフレームレイトを向上させることがで
きる。

【００２０】このように、本実施形態によれば、同じ特
性の複数の振動子を回転させながら超音波の送受信を繰
り返し行い、超音波の受信信号を得て、このときの回転
数を例えば１フレーム期間とすることにより、１フレー
ム期間内に振動子の個数分の反射映像を求めることがで
きるため、アレイ状の振動素子を用いて走査する場合と
ほぼ同様の作用が得られ、開口合成処理により分解能の
良い断層像を得ることができる。

【００２１】従って、開口合成法を用いた超音波診断装
置において、本実施形態のような機械的な振動子の切り
替え／移動手段を用いた構成によっても、１個以上の振
動子を回転させながら超音波を送受信して異なる走査空
間での複数の受信信号を基に開口合成法に基づき回転断
面での映像化を行うことにより、高分解能の断層像が得
られると同時に、超音波プローブを簡単な構造で比較的
安価に構成することが可能となる。

【００２２】図３及び図４は本発明の第２実施形態に係
り、図３は複数の振動子の回転軸方向の焦点深度とビー
ム特性を示す作用説明図、図４は複数の深度範囲の反射
映像を組み合わせた超音波断層像を示す作用説明図であ
る。

【００２３】開口合成法による超音波診断では、振動子
の走査断面では高分解能に焦点合わせすることができる
が、走査断面と直交する断面では振動子の音響レンズで
作成されるビーム形状によって分解能が決定され、近距
離から遠距離にわたって高分解能を維持することができ
ないという問題点があった。そこで、このような不具合
を解決する構成例を以下に説明する。

【００２４】第２実施形態では、図１の構成における複
数の振動子５−１〜５−３の回転軸方向の焦点深度を異
ならせて複数の深度範囲の反射映像から高分解能の超音
波断層像を得るようにした構成例を示す。超音波診断装
置の各部の構成は第１実施形態と同様であるため、説明
を省略する。

【００２５】振動子５−１の回転軸方向の焦点深度ｆ１
を例えば３０mm，振動子５−２の焦点深度ｆ２を５０m
m，振動子５−３の焦点深度ｆ３を７０mmとして、回転
軸方向の焦点深度の異なる複数の振動子を用いた回転駆
動式の超音波プローブを構成する。図３はこれらの振動
子５−１〜５−３のビーム特性を重ねて図示したもので
ある。ここで、Ａ１は振動子５−１の回転軸方向での開
口長を、Ａ２は振動子５−２の開口長を、Ａ３は振動子
５−３の開口長をそれぞれ示したもので、焦点深度が深
くなるに従い、開口長が大きくなっていく。

【００２６】このような構成の振動子５−１〜５−３を
回転させながら、スイッチ１１により焦点深度の異なる
振動子を切り替えて、それぞれ開口合成演算回路１５に
おいて開口合成演算により焦点近傍の部分的な反射映像
を求める。そして、ＤＳＣ１９において図４に示すよう
に各振動子による複数の深度範囲の反射映像をつなぎ合
わせて、最終的な超音波断層像を作成する。

【００２７】このように、焦点深度の異なる振動子を複
数用いることで、回転軸方向では振動子を切り替えて広
い深度範囲の反射映像をより精細に得ることができ、回
転断面方向には開口合成により高分解能な断層像を合成
することができる。従って、振動子の回転断面のみなら
ず、回転軸断面においても空間分解能がすぐれた映像化
が可能となる。

【００２８】また、第２実施形態の変形例として、複数
の振動子５−１〜５−３から発信する超音波の中心周波
数を異ならせて、例えば振動子５−１の中心周波数を
７．５ＭＨｚ、振動子５−２の中心周波数を５．０ＭＨ
ｚ、振動子５−３の中心周波数を３．５ＭＨｚとして、
スイッチ１１により各振動子を切り替えれば、一つの超
音波プローブ本体で容易に多くの周波数帯域に対応する
ことができる。

【００２９】超音波診断装置では、観察する部位に応じ
て超音波プローブを取り替えて、例えば肝臓などの深部
観察では３．５ＭＨｚの周波数を、甲状腺などの浅部観
察では７．５ＭＨｚの周波数を用いるのが一般的であ
る。このため、広範囲な診断を行うには、数本のプロー
ブを用意しておく必要があり、その取り替えが面倒であ
ったり、プローブを収納するホルダを必要とするなどの
不具合があった。

【００３０】そこで、前記のように周波数特性の異なる
複数の振動子５−１〜５−３を用いることにより、一つ
の超音波プローブで中心周波数を切り替えて多周波数に
対応できるため、診断対象部位に応じた周波数選択が容
易に行えると共に、診断時に超音波プローブを取り替え
るなどの煩雑な作業をなくして操作性を向上でき、安価
な構成で広範囲にわたる診断が可能な超音波プローブを
実現できる。

【００３１】図５は本発明の第３実施形態に係る振動子
の回転速度の変化による超音波のビーム特性変化を示す
作用説明図である。

【００３２】従来の超音波診断装置では、アレイ状振動
素子の間隔が大きいと電気的に開口合成によるビーム合
成をしても希望とする方向以外にグレーティング・ロー
ブといわれる不要なビームを発生し、虚像として映像化
される。また、アレイ状振動素子の間隔が小さいと希望
方向のメイン・ビームが太くなり分解能が劣化するとい
う問題点が生じる。アレイ状振動素子の間隔は固定であ
るために、前記の超音波のビーム特性を診断部位に応じ
て変更することはできなかった。そこで、このような不
具合を解決する構成例を以下に説明する。

【００３３】第３実施形態では、図２の構成において、
調整器１８により超音波パルスの送信間隔を一定にした
まま、振動子の回転速度を可変とした構成例を示す。超
音波診断装置の各部の構成は第１実施形態と同様である
ため、説明を省略する。

【００３４】図５は振動子の回転速度を変化させること
によって開口合成法により合成を行う超音波の回転面内
でのビーム特性がどのようになるかを表図に示したもの
である。

【００３５】振動子を回転させながら超音波の送受信を
繰り返し、開口合成の演算処理を行うと、アレイ状の振
動素子の振動子間隔で示されるピッチＰで走査すること
とほぼ等価となる。このとき、振動子の回転速度Ｖが大
きければ、図５の左側のようにピッチＰが大きくなり、
グレーティング・ローブを発生するがメイン・ローブは
細くなる。よってこの場合、虚像が生じるものの高分解
能の断層像が得られる。一方、回転速度Ｖが小さい場合
は、図５の右側のようにピッチＰが小さくなり、グレー
ティング・ローブの発生が無くなる代わりにメイン・ロ
ーブが太くなる。よってこの場合、分解能は落ちるもの
の高画質の断層像が得られる。

【００３６】従って、振動子の回転速度Ｖを変化させて
等価的に振動子のピッチＰを変化させることにより、開
口合成法により合成を行う超音波のビーム特性を変化さ
せることができる。

【００３７】図５に示したような超音波のビーム特性を
考慮して、診断対象部位に応じて調整器１８により振動
子の回転速度を変化させることによって、生成される断
層像の画質を調整できるため、状況に応じた最適な超音
波断層像を得ることができ、良好な診断を行うことが可
能となる。

【００３８】本実施形態によれば、超音波の送信間隔を
一定にして振動子の回転速度を可変とすることにより、
等価的に振動子のピッチを変化させて開口合成法により
合成を行う超音波のビーム特性を変化させることがで
き、診断部位に応じた最適な映像化を行うことが可能と
なる。

【００３９】なお、以上の実施形態では、回転体の内部
に３個の振動子を組み込んだ構成例を示したが、これに
限らず１個以上の振動子で同様に実現できる。また、１
つの超音波プローブの中に、焦点深度の異なる複数の振
動子と、周波数の異なる複数の振動子を組み込むことも
可能である。

【００４０】また、本実施形態では超音波プローブ本体
を生体組織に押しつけ、コンベックス型の超音波断層像
を作成するような構成を説明したが、超音波プローブ本
体を生体内へ注入できる大きさとすれば、全周ラジアル
型の超音波断層像を作成することができる。

【００４１】［付記］ （１） 回転可能な回転体に配設され出射する超音波の
ビームが回転方向に広がった１個以上の振動子と、前記
振動子を含む回転体を回転させる回転駆動部と、前記振
動子の回転位置に応じて振動子を駆動して超音波の送受
信を行う送受信制御手段と、前記回転する振動子から得
られた超音波の受信信号を基に開口合成法により回転断
面での映像化を行う断層像生成手段と、を備えたことを
特徴とする超音波診断装置。

【００４２】（２） 前記振動子は、前記回転体の回転
方向に沿って配設された焦点距離の異なる複数の振動子
からなり、この複数の振動子を切り替えるスイッチ手段
を有することを特徴とする付記１に記載の超音波診断装
置。

【００４３】（３） 前記振動子は、前記回転体の回転
方向に沿って配設された周波数特性の異なる複数の振動
子からなり、この複数の振動子を切り替えるスイッチ手
段を有することを特徴とする付記１に記載の超音波診断
装置。

【００４４】（４） 前記振動子が配設された回転体の
回転速度を変化させ、開口合成法により合成を行う超音
波のビーム特性を変化させる回転速度可変手段を有する
ことを特徴とする付記１に記載の超音波診断装置。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、比
較的安価に超音波プローブを構成することができ、この
超音波プローブによって開口合成法を利用した高分解能
の断層像を得ることが可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る超音波診断装置の概略
構成を示す構成説明図

【図２】本実施形態に係る超音波診断装置の構成をより
詳しく示したブロック図

【図３】本発明の第２実施形態に係る複数の振動子の回
転軸方向の焦点深度とビーム特性を示す作用説明図

【図４】複数の深度範囲の反射映像を組み合わせた超音
波断層像を示す作用説明図

【図５】本発明の第３実施形態に係る振動子の回転速度
の変化による超音波のビーム特性変化を示す作用説明図

【符号の説明】

１…超音波プローブ本体 ２…開口合成観測装置 ３…モニタ表示器 ４…振動子保護ケース ５−１〜５−３…振動子 ６…スリップリング ７…回転駆動部 １１…スイッチ １２…送信パルサー １５…開口合成演算回路 １７…タイミング制御回路 １８…調整器 １９…デジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転可能な回転体に配設され出射する超
   音波のビームが回転方向に広がった１個以上の振動子
   と、 前記振動子を含む回転体を回転させる回転駆動部と、 前記振動子の回転位置に応じて振動子を駆動して超音波
   の送受信を行う送受信制御手段と、 前記回転する振動子から得られた超音波の受信信号を基
   に開口合成法により回転断面での映像化を行う断層像生
   成手段と、 を備えたことを特徴とする超音波診断装置。