JPS58200738A - 超音波診断装置 - 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】 （ａ１発明の技術分野 本発明は、超音波を人体などに入射してその反射波を観
測することにより臓器の状態を診断する装置に関する。

（ｂｌ技術の背景 超音波を人体内に向けて照射する際、反射波を検出しな
がら発射点である超音波トランスジューサ（超音波振動
子）で走査して断層像を描かせることが行なわれている
。走査形式には、電子的に走査を行なう電子スキャン方
式と超音波振動子を機械的に移動させて走査する機械ス
キャン方式とが知られている。

走査方向で分類するとリニアスキャン方式とセフタスキ
ャン方式に分けられる。振動子の方向だけを扇形状に変
化させてスキャンするセクタスキャン方式は、発射点の
領域が狭く、肋骨の間から照射できるので、肋骨の中側
に隠れている心臓などの臓器を診断する際に有効である
。このセクタスキャン方式は、第１図（イ）に示すよう
に超音波探触子１の内部において、回転軸２の回りに３
〜４個の振動子３・・・を配設した構成になっている。

この超音波探触子１の探触窓４を生体５に押し当てた状
態で、振動子３・・・を回転させ、各振動子３・・・か
ら発射し生体５がら反射して来た超音波信号を受信して
映像化する。１つの振動子３が探触窓４を通過して超音
波を送受信することにより、画面の１フレームが構成さ
れる。ところで超音波信号を走査して生体を観察できる
範囲は、第１図（ロ）に示す走査角θで決る。従ってこ
の走査角θができるだけ広い方が好ましい。

振動子３・・・は、図示のように４個配置するものと３
個配置するものが考えられる。幾何学的には、３個の場
合は１２０度、４個の場合は９０度の走査角がそれぞれ
得られるはずであるが、実際にはそれぞれ更に小さな走
査角しか得られない。その理由は、現在走査している振
動子３と次のフレームを作成する振動子３との切り替え
時に、超音波信号を送受しない空き時間を設ける必要が
あるからである。

これは、超音波を発信すべく振動子に電気信号を与える
送信器および超音波の反射エコーを電気信号として受信
する受信器と、モータなどにより常時回転している振動
子との間の電気的な結合の問題に起因する。電気的結合
にブラシ等の機械的接触機構を用いると、接触抵抗が問
題となりＳ／Ｎが悪く、また寿命も短い。

（Ｃ）従来技術とその問題点 そこで通常は、第２図および第３図のようなトランス構
成による磁気的な結合を用いて、無接触構造にしている
。（イ）はロータ側の構成を示す側面図で、鉄心６・・
・に巻回されたコイル７・・・が、各振動子３・・・に
対応して配設され、且つ各振動子３・・・に接続されて
いる。（ロ）はステータ側の構成で、固定鉄心８にステ
ータ側のコイル９が巻回され、第３図に示す送信器Ｔお
よび受信器Ｒに接続される。（ハ）（ニ）に示されるよ
うにステータ側コイル９の側方を各ロータ側コイル７・
・・が通過するような位置関係で配置されている。いま
（ハ）図に示すように、ロータ側コイル７ａがステータ
側コイル９および鉄心８の中央付近を通過する時点では
、該ロータ側コイル７ａだけからしが超音波の送受は行
なわれないが、（ニ）図のように該ロータ側コイル７ａ
がステータ側コイル９の終端（９０度の位置）に到達す
ると共に次のロータ側コイル７ｂがステータ側コイル９
の始端（０度の位置）に来ると、２つのロータ側コイル
７ａ、７ｂが同時にステータ側コイル９と電磁的に結合
されることになる。

即ち電磁結合の場合は、漏洩磁束による結合が避けられ
ないため、走査角を９０度に設定すると、（ニ）図のよ
うな位置関係になった場合に、現在送受している振動子
３ａと次の振動子３ｂの２個が共に送信器Ｔおよび受信
器Ｒと結合してしまい、両方同時に超音波を送受するこ
とになる。またこのように漏洩磁束で結合されるような
、ステータ側コイル９の両端では被診断部に超音波が送
受されないように、探触窓４を小さくしたとしても、矢
印で示すように送信波が探触子１の内部で反射した信号
を受信してしまい、その結果ノイズとして画像に影響す
ることになり、診断ミスを招く想れがある。

このような理由から、第４図に示すように、４個の振動
子を用いて９０度間隔で配置したとしても、ステータ側
コイルの両端即ち０度と９０度の位置において漏洩磁束
で結合されるのを避けるべく、ステータ側コイル９およ
び鉄心８を９０度より充分小さくしなければ・ならず、
その結果走査角度が狭くなってしまうと共に、走査が行
なわれない空き時間が発生してしまい効率を低下させる
。

これに対し振動子を３個用いて１２０度間隔で配置すれ
ば、９０度の走査角を楽に得ることができるが、次に述
べるような別の理由がら好ましくない。

即ち超音波の生体内の伝播速度は、約１５３０ｍ／秒の
ため、例えば２０ｃｍ程度の深さまで映像化しようとす
ると、１回超音波パルスを送射し、深部がらの反射エコ
ーが戻って来るまでに、 ２０ｃｓｘ２（往ｆｌ）　＋　１５３０ｍ／　Ｓ　’−
２６Ｌｃｒ　Ｓ　（７）時間がかかる。

１フレームを構成する走査線本数を１２５本とすると、
１フレ一ム作成するのに、 ２６１．１７　Ｓ　ｘ　　１２５＝　３２．６ｍＳの時
間がががり、フレームレートは約３０画面／秒になる。

心臓などのように動きの速い組織をより滑らかに描写し
ようとすれば、フレームレートを上げるのが良いが、そ
うすると逆に走査線本数が少なくなり、粗雑な像になっ
てしまう。逆に走査線本数を増やして、フレームレート
を下げれば、１画像のきめ細かさは改善されるが、′臓
器の動きが飛び飛びになってしまい、動きを伴う部分の
観察には適しない。また画面のチラッキも目立ってくる
。これらは総て、超音波の伝播速度が遅いことに起因し
ている。

フレームレート：Ｎ画面７秒 走査線本数＝Ｍ本／フレーム との間には、 Ｈ（往復）　Ｘ　Ｎ　Ｘ　Ｍ　＝　１５３０ｍ／　Ｓの
関係がある。一方七−クの回転速度は、フレームレート
を３０フレ一ム／秒とすれば、振動子が４個の場合、 ｒ＝３０／４＝７．５回転／秒 走査線本数：１２５本／９０度 ゛振動子が３個の場合は、 ｒ７３０／３＝１０回転／秒 走査線本数：１２５本／１２ｏ度 となる。ところが走査線密度は、振動子が、４個では：
１２５本／９０度＝　１．３９本／１度３個では：１２
５本／１２ｏ度−１．０４本／１度となり、振動子が３
個になると、走査線密度が粗くなることがわかる。

逆に走査線密度を一定にすれば、振動子が、４個では：
ｒ＝７．５回転 （フレームレート＝３０フレーム／秒）３個では：ｒ＝
１．５回転 （フレームレート＝３０Ｘ３／４ ＝　２２．５フレ一ム／秒） となる。

従って３個の振動子にすれば、走査角は９０度以上取れ
るが、フレームレートあるいは走査線密度のいずれかが
、不満足なものになる。

（ｄ）発明の目的 そこで本発明は、従来の超音波１１＃断装置におけるこ
のような問題を解消し、走査線密度あるいはフレームレ
ートを低下させることの無い、４個の振動子を９０度間
隔に配置した構成の装置において、９０度の走査角を得
ることができるようにすることを目的とする。

（ｅ１発明の構成 この目的を達成するために本発明は、４個の超音波振動
子とトランス結合用のコイルを９０度間隔に配置して、
各超音波振動子に接続されたロータ側のコイルと送受信
装置に接続されたステータ側のコイルとがトランス結合
される超音波診断装置において、 各ロータ側のコイルの通過方向に少なくとも９０度の範
囲をカバーできる大きさのステータ側コイルが、超音波
探触子の探触窓側の位置に１個、回転軸に対し対称位置
に１個あて配設されると共に、該２個のステータ側コイ
ルがそれぞれ送受信装置に、ロータが探触窓の走査開始
位置から９０度の位置をたびに切り替え可能に接続され
、 回転軸に対し互いに対称位置にある１対のロータ側コイ
ルは、それぞれ近接対応する超音波振動子に接続され、
他の１対のロータ側コイルは、それぞれ対称位置にある
他方の音波振動子に接続されており、 更に前記の探触窓と反対側のステータコイルの両端に対
応する位置には、各超音波振動子が通過する際に対向す
るように超音波の吸音体が配設されている構成を採って
いる。

（ｆ）発明の実施例 次に本発明による超音波診断装置の実施例を図に基いて
説明する。第５図は探触子内部の構成と動作を示す側面
図である。この図に示されているように、４個の超音波
振動子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが、回転軸２の回りに９
０度間隔に配設されており、且つそれぞれの振動子に近
接対応して、鉄心６ａ、６ｂ。

６ｃ、　６ｄに巻回されたコイル７ａ、　７ｂ、　７ｃ
、　７ｄが配設されている。それぞれの鉄心６ａ、　６
ｂ、６ｃ、６ｄおよびコイル７ａ、　７’ｂ、７ｃ、　
７ｄも、各振動子３ａ、　３ｂ、　３ｃ。

３ｄに近接対応して９０度間隔に配置されている。回転
軸２に対し互いに反対側の１対のコイル７ａと７０は、
それぞ塾近接対応する自己の振動子３ａと３０に電気的
に接続されているが、従来と違って、他の１対のコイル
７ｂと７ｄは、回転軸２に対し反対側の他方の振動子３
ｄ、３ｂに接続されている。

またステータ側の鉄心とコイルは、従来の鉄心８および
該鉄心８に巻回されたコイル９に対応して鉄心８ａとコ
イル９ａが配設されている。ただし従来と違って、鉄心
８ａおよびコイル９ａのロータ回転方向の長さは、９０
度より充分長目になっている。

本発明の場合、この探触窓４例のステータ側鉄心８ａお
よびコイル９ａのほかに、回転軸２に対し反対側の位置
にも、ステータ鉄心８ｂおよびコイル９ｂが配設されて
いる。この鉄心８ｂおよびコイル９ｂも、ロータ回転方
向に９０度より充分長目に形成されている。そしてステ
ータ側のコイル９ａ、９ｂはそれぞれ、第６図の回路図
に示されているように、別々の送信部１１ａ　、　ｌｌ
ｂと、受信器のプリアンプ１２ａ、１２ｂに接続されて
いる。

更に、探触窓４と反対側のステータ側鉄心８ｂの両端に
対応する位置、即ち走査開始位置から　１８０度と２７
０度の位置に、超音波の吸音体１０ａと１０ｂが配設さ
れている。これらの吸音体１０ａと１０ｂは、ロータ回
転方向に成る幅をもっており、また両吸音体１０ａと１
０ｂは円周方向に連続した一体構成のものであってもよ
い。なお探触窓４ば、少なくとも９０度以上開けられて
いる。

このような構成において、ロータ側か回転して走査が行
なわれる際、走査および送受信器との間の超音波信号の
送受動作は、（イ）−（ロ）−（ハ）テ（ニ）−（ホ）
の順に行なわれる。即ち、ロータ側か矢印で示されるよ
うに反時計方向に回転するものとすると、いま（イ）図
のようにコイルと振動子が近接状態で接続されている側
の振動子３ａが、探触窓４側のステータ鉄心８ａの中央
付近を通過する時点では、該振動子３ａのコイル７ａ、
が探触窓４側のステータコイル９ａとトランス結合され
、該コイル９ａを介して送信部１１ａと接続され、送信
が行なわれると共に、受信側プリアンプ１２ａに接続さ
れ、超音波の受信が行なわれる。

次に（ロ）図のように、前記の振動子３ａとその鉄心６
ａ、コイル７ａが、９０度付近の位置に到来すると、こ
の状態では、ステータ鉄心８ａが充分長いために、コイ
ル７ａとステータコイル９ａとのトランス結合は充分に
行なわれ、前記と同様に送受信器と接続されて超音波の
送受が行なわれる。このような状態では、後続の振動子
３ｂがステータ鉄心８ａの０変位置付近に到来し、該振
動子３ｂに接続されたコイル７ｄは、他方のステータコ
イル９ｂとトランス結合状態になるが、該コイル９ｂは
未だ送受信器と接続されていないため、該振動子３ｂに
よる走査は行なわれない。ただし、該振動子３ｂに近接
するコイル７ｂが探触窓側のステータコイル９ａとトラ
ンス結合されており、該コイル７ｂに接続された上側の
振動子３ｄで超音波を発射可能な状態にあるが、該振動
子３ｄと対向する位置に配置された吸音体１０に吸収さ
れるため、該振動子３ｄによる走査は行なわれない。結
局９０度変位置近の振動子３ａによる走査のみが有効と
なる。

次いで（ハ）図に示すように、振動子３ａおよびコイル
７ａが、９０度の位置を通過すると同時に、探触窓側の
ステータコイル９ａば送受信器と電気的に切り離され、
反対側のステータコイル９ｂが送受信器と接続される。

そのため該コイル７ａが探触窓側のステータコイル９ａ
とトランス結合状態にあっても、該振動子３ａによる走
査は不可能となる。そして後続の振動子３ｂによる走査
が、Ｏ変位置から開始し、その信号がコイル７ｄを介し
て上側のステータコイル９ｂとトランス結合され、送受
信器と接続される。またこの状態では、前記の振動子３
ａと反対側の振動子３ｃのコイル７ｃが、上側ステータ
コイル９ｂとトランス結合状態になるが、該振動子３ｃ
からの発射超音波は吸音体１０ｂに吸収されるので、振
動子３ｂによる走査のみが有効となる。

更に回転して（ニ）図のように振動子３ｂが探触窓側ス
テータ鉄心８ａの中央付近を通過する際は、該振動子３
ｂに接続されたコイル７ｄのみが、送受信器と接続され
たステータコイル９ｂとトランス結合されるため、該振
動子３ｂのみによる走査が行なわれる。

そして（ホ）図のように該振動子３ｂが、９０度の位置
に接近すると、上側のステータコイル９ｂが送受信器と
接続されている限り、該振動子３ｂによる走査が行なわ
れる。即ち０変位置に接近した振動子３ｃのコイル７Ｃ
が探触窓側のステータコイル９ａとトランス結合される
が、該ステータコイル９ａは未だ送受信器と接続されな
いため、該振動子３Ｃによる走査は行なわれない。振動
子３ａは上側のステータコイル９ａとトランス結合状態
となるが、該振動子３ａから発射した超音波は、吸音体
１０８に吸収される。

更に回転して、振動子３ｂが９０度変位置過ぎると、探
触窓側のステータコイル９ａが送受信器と接続されるの
で、後続の振動子３ｃによって走査が開始する。その際
９０度変位置通過したコイル７ｂに接続された振動子３
ｄから発射した超音波は、吸音体１０ｂに吸収される。

前記のようにステータ例のコイルが２つ設置され、各ロ
ータコイルが９０度の位置を通過するたびに交互に送受
信器と接続されるが、この切り替え動作は、受信側はマ
ルチプレクサ１３で行なわれる。

従って、振動子が探触窓側の０〜９０度の範囲を通過す
る間に、画面の１フレ一ム分のデータが増幅器１４を介
してメモリ１５に一時的にストアされ、ディスプレイ装
置１６に入力して画像とし表示される。

送信側は、振動子を駆動する電圧が高く電子的な切り替
えが困難なため、２つの送信部１１ａとｌｌｂを設ける
と共に、振動子への出力を、制御部１７からの操作で交
互にオン、オフして送信動作を切り替えるのがよい。な
お各振動子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの回転動作と同期し
て、各振動子が探触窓４のＯ変位置から９０度の位置に
到達する毎にに、制御部１７による切り替えとマルチプ
レクサ１４による切り替えが同時に行なわれることはい
うまでもない。

（ｇ）発明の効果 以上のように本発明によれば、ロータ側コイルが９０度
間隔に４個配設され、超音波探触子の探触窓側に、各ロ
ータ側コイルの通過方向に少なくとも９０度の範囲をカ
バーできる大きさのステータコイルが配設されている。

この探触窓側のステータコイルと回転軸に対し対称位置
にも、９０度の範囲をカバーできる大きさのステータ側
コイルが配設されると共に、該２個のステータ側コイル
がそれぞれ、９０度ごとに切り替わるスイッチ手段を介
して送受信装置に接続されている。そして回転軸に対し
対称位置の１対のロータコイルが、それぞれ近接対応す
る超音波振動子に接続され、他の１対のロータコイルは
、それぞれ回転軸に対し反対側の超音波振動子に接続さ
れている。更に前記の探触窓と反対側のステータコイル
の少なくとも両端に対応する位置には、各振動子が通過
する際に対向する位置に超音波の吸音体が配設されてい
る。

そのため、フレームレートおよび走査線密度を低下させ
ないように、超音波振動子を９０度間隔に４個配設した
構成を採っているにも拘わらず、走査開始位置となる０
度付近と走査終了位置となる９０度付近を振動子が通過
する際でも、ノイズを拾うことなしに超音波を送受する
ことが可能となり、９０度の全範囲に渡たって走査し、
診断領域を広くすることができる。しかも診断に寄与し
ない空き時間が無くなり、効率的となる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は従来の超音波診断装置を示すもので
、第１図はセクタスキャン方式を説明する図、第２図は
走査動作を示す側面図、第３図は回路構成を示す図、第
４図は走査領域を示す側面図、第５図は本発明による超
音波診断装置の構成と走査動作を説明する側面図、第６
図は回路構成を示すブロック図である。 図において、２は回転軸、４は探触窓、３ａ、３ｂ、３
ｃ、　３ｄは超音波振動子、６ａ、　６ｂ、　６ｃ、６
ｄはロータ例の鉄心、７ａ、　７ｂ、　７ｃ、７ｄはロ
ータ側のコイル、８ａ、８ｂはステータ側の鉄心、９ａ
、９ｂはステータ側ノコイル、１０ａ　、　ｌＯｂは吸
音体、１３はマルチプレクサ、１７は制御部、Ｔは送信
器、Ｒは受信器をそれぞれ示す。 特許出願人　　　　　　富士通株式会社代理人　弁理士
　　　　青　柳　　　稔第１図 Ｄｌｓｐｌａｙ 第２図 （イ）（Ｏ）送信＆に楢へ （ハ）　　　　　　　　　　　（ニ） 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ４個の超音波振動子とトランス結合用のコイルを９０度
   間隔に、配置して、各超音波振動子に接続されたロータ
   例のコイルと送受信装置に接続されたステータ側のコイ
   ルとがトランス結合される超音波診断装置において、 各ロータ側コイルの通過方向に少なくとも９０度の範囲
   をカバーできる大きさのステータ側コイルが、超音波探
   触子の探触窓側の位置に１個、回転軸に対し対称位置に
   １個あて配設されると共に、該２個のステータ側コイル
   がそれぞれ送受信装置に、８０−タコイルが探触窓の走
   査開始位置から９０度の位置を通過するたびに切り替え
   可能に接続されていること、 回転軸に対し互いに対称位置にある１対のロータ側コイ
   ルは、それぞれ近接対応する超音波振動子に接続され、
   他の１対のロータ側コイルは、それぞれ対称位置にある
   他方の超音波振動子に接続されていること、 更に前記の探触窓と反対側のステータコイルの両端に対
   応する位置には、各超音波振動子が通過する際に対向す
   るように超音波の吸音体が配設されていることを特徴と
   する超音波診断装置。