JPS5865144A - 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】 本発明は生体内の断層情報と共に血流速度情報を得るこ
とのできる電子走査型超音波診断装置に関するもので、
簡便な装置で広範囲に上記二つの情報を得られるように
することを目的としたものである。

従来生体内の血流速度を非観血的に測定する一手段とし
て超音波ドプラ法が知られている。

この種の装置は超音波の送信波と血球等による反射波と
の周波数差すなわち周波数偏移から血流速度を求める技
術を土台とするものである。

近年この種の技術に関連して断層情報と血流情報を同時
に得られる装置すなわち複合超音波診断装置が医学分野
で嘱望されている。従来はこのような装置の例としては
断層像走査方式およびドプラ方式に対して別個の振動子
が用いられる場合と、両方式に対して同一の振動子が用
いられる場合が現在報告されている。前者の装置の構成
を簡単に説明すると、診断装置〃の断層用探触子にアー
ムを介して超音波ドプラ計測用の探触子を取付け、両探
触子の位置、および超音波ビームの送受波方向をポテン
シオメータによって検出する。そして−力の探触子にて
リアルタイム断層像を得、他方の探触子にて超音波のド
プラ変位から血流速度を観測するものである。この種の
装置は上記２つの情報を関連して同時に得ることができ
るために非常に有用である。しかしながら上記方式に関
しては、２つの探触子の音波放射面が分離しているため
、ドプラ計測用の超音波ビームの通過領域が完全に描出
できないので、ドプラ超音波ビームが目的部位捷で確実
に到達しているか否かは判らない。例えばセクタ電子走
査の探触子を用いて断層像を得る場合には近距離の被検
視野が非常に狭いため、近距離におけるドプラ計測用の
超音波ビームの通過領域が完全に描出できないという欠
点を用する。。

−ｉた、一般に人体中における超音波の減衰特性は組織
により大きく異なり、例えば骨、あるいは空気存が多く
含まれている肺、消化器系の多くの組織等で（ｄ減衰が
非常に大き′い。このような組織がドプラ計測用の探触
子とドプラ検査の目的部位との間に存在する場合、目的
部位からの有効なエコー信号は得ることが不可能となる
ので断層像上で減衰の大きな組織を避けてドプラ超音波
ビームを入射させる必要がある。しかしながら上記構成
の装置の場合、ドプラ超音波ビームの通過領域が完全に
描出できないため、特に近距離領域に減衰の大きな組織
がある場合でも断層像で確認できない場合が考えられる
。この欠点は２つの分離した探触子を用いているために
起るのであるが、以下に述べるように断層像の走査方式
によりこの欠点の程度は異ってくる。すなわち探触子か
ら近距離の領域で視野が広い場合にはドプラ超音波ビー
ムの通過領域で表示不可能な部分は少くなる。

現時点で代表的な電子走査方式としては、セクタ電子走
査とリニア電子走査が考えられるがセクタ方式では近距
離の被検幅が狭いので、上記欠点に対処するためにはリ
ニア方式が適しているといえる。しかしリニア電子走査
では遠距離における被検幅も探触子の走査幅で限ノセさ
れてしまうため以下に示す理由で不都合を生じる場合が
ある。

一般に装置によって得られるドプラ周波数偏移と流速と
の関係は次式によって表わされる。

ただしΔｆ−周波数偏移、ｆ０−超音波の放射周波数、
Ｖ−血液の平均流速、Ｃ−組織中の音速（約１５４０ｍ
／秒）、θ−血流方向とドプラ超音波ビームのなす角度
である。したがって周波数偏移は第１式で示すように超
音波ビームと血流方向がなす角度θの余弦に比例し、両
者が平行な場合に最大となり精度よく測定され、直交す
る場合には零となり測定不可能となる。このような理由
から超音波ビームは血流方向に対して６０度以下の角度
で入射させることが望ましいとされている。

一方腹部の重要血管をドプラ検査する場合、例えば腹大
動脈、下大静脈等は体表面に対して平行。

深部に位置している。このような被検部位に対して、被
検幅りのリニア電子走査探触子の端部より位表面に対し
て４５度の角度でドプラ超音波ビームを入射させた場合
、ドプラ超音波ビームの通過領域が表示できるのは深さ
Ｊｊでとなる。一般に被検幅りとしては１ｏｃｎ１程度
以下であり、しがも探触子は走査幅が短い方が体表面と
の音響的な結合が良いという条件もある。以トのような
理由からある程度深い部位に位置する血流に対しては、
通常・すＩＪ　ニア電子走査により得られる被検領域は
適切であるとは言いがたい。この問題を解決するために
は近距離ではリニア走査程度の被検幅を有し、遠距離で
はセクター走査程度の被検幅となる台形状の領域を表示
できることが必要である。

この条件を満たすため探触子の複数個の圧電振動子をそ
の音波放射面側が凸面となるように配し、リニア電子走
査と同様な回路を組合わせて超音波ビームの方向を放射
状に走査させ、体表面付近ではある程度の被検幅を有し
、深い領域では通常のリニア電子走査の被検幅よりも広
い視野を確保する方式が本出願人により提案された。第
１図にこの方式の探触子を示し、それを利用した複合超
音波診断装置を以下に説明する。

図において、１１は断層用超音波探触子、１２はドプラ
計測用超音波探触子、２は被検体、２１は被検体表面、
２２は血管、３１はＮヶの圧電振切子、４幹よび６はそ
れぞれ圧電撮動子３１の前面に接合された第１および第
２の音響整合層、８゜１０（＃ｉ接続線、９１は電子ス
イッチ群、９２も電子スイッチである。非ドプラモード
での探触子１１の駆動法は通常のリニア電子走査と同様
に、送受信はＭ（＜Ｎ）個の振動子よりなる群を少しず
つ移動するようにスイッチ群９１により選択する。

ドプラモードではスイッチ９２によりドプラ計測用探触
子１２を選択する。非ドプラモードで駆動された圧電振
動子列から出る超音波は被検体２の中を矢印６のように
進行する。被検体内での反射信号７は、再び同じ圧電振
動子列により受信され、接続線８、電子スイッチ９１お
よび接続線１゜を通して診断装置本体の表゛示装置部、
およびドプラ信号検出回路等に結合される。

電子走査によって切替えられ、被検体内に発射され受信
される超音波信号およびエコー信号の走青領域は、探触
子１が円弧状になっているため、従来のリニア走査型の
よう身長方形ではなく、かつセクタ走査型のように探触
子部を中心としてその点からの扇形でもなく、探触子１
の円弧の中心部１１から放射状でかつ探触子の位置で区
切られたような走査領域となる。

上記した探触子を用いた場合、セクタ電子走査方式の場
合のような近距離部の情報の欠落がなく近距離も被検領
域が比較的広い。′！、たセクタ電子走査方式のような
大型の送受信部や加算部が不要であり、従来のリニア電
子走査方式とほぼ同様の簡易な送受信部で行なえるなど
多くの特長を持っている。しかしこの場合の被検幅は探
触子の曲率によって決まるため、リニア走査以上の被検
幅を得るためにも探触子の曲率を大きくしなければなら
ないが曲率を大きくすると探触子の被検体との密着、特
に断層用探触子とドプラ計測用探触子の接合部における
開部分の影響等による密着が悪くなり良好な画像が得ら
れない。被検体との音響的結合を良好ならしむるために
第１図の様に超音波探触子１を被検体表面２１にくい込
ませると周辺臓器が圧迫され血管２２も彎曲、偏平化す
る等自然な状態での血流測定が困難となることは明らか
である。

以上述べてきた列はすべて断層用探触子とドプラ計測用
探触子の２つを組合わせて使用している、。

一方断層像走査方式およびドプラ方式にｚｊシて同一の
振動子を用い、探触子の操作性を向Ｈさ仕るとともに断
層像上でのドプラ超音波ビームのフＪ向決定を正確にす
ることを特長とする装置も考えられている。しかしこの
方式に関しても現時’ｔａで実用化されているものを見
る限りいくつかの欠点を有し、例えば被検部位の性質に
合わせ−（断層面内におけるドプラ超音波ビームの方向
を変えたり、あるいは断層用の超音波周波数とは別に血
流の最高速度に合わせドプラ超音波周波数を選ぶ等の設
計の自由度が制約され、ドプラ周波数偏移の正確な測定
が困難となる場合がある。

本発明は以上のような事情を考、憲してなされたもので
、その目的とするとζるは断層用の超音波撮動子と振動
子とドプラ走査用の振動子を別個に有する探触子を用い
、しかもドプラ超音波ビームの通過領域を表示するのに
適した断層像表示領域を有する実用的な複合超音波診断
装置を提供するものである。以下図面を用いて本発明の
一実施例を詳細に説明する。

第２図には、本発明を採用し７た探触子部の基本構成を
、第３図には、第２図の探触子部を用いた超音波探触子
を、また第４図には、第３図の超音波探触子を用いた複
合超音波診断装置のブロック図を示す。なお、以下前回
と同一部分には同一番号を付し説明を略す。

本発明の特徴は、凸面状に配列された断層用の圧電振動
子列とドプラ走査用のｔ＋−准振動子の各々の前面に設
けられた音響整合層と被検体との間に、走査角度を拡大
する音響伝搬媒質を設けた探触子を用いて広範囲の断層
像とドプラ情報を得られるようにしたことであり、更に
被検体表面を変形させることなく良好な音響的結合を得
るとともに、ドプラ超音波ビームの通過領域をその広い
断層像表示領域内に収め、かつドプラ超音波ビームの方
向、あるいは高周波の設定に関しては被検部位の性質に
合わせて最適の値を選べることにある。

本発明の一実施例として走査角を拡大した場合について
第２図を用いて説明する。例えば被検体が人体の場合に
は、シリコンゴムのように音直が人体より遅くしかも音
響インピーダンスがほぼ等しい材質でできた音響伝搬媒
質２６を、図のように凸面状に配された圧電振動子列３
１とドプラ走査用の振動子３２との間に、音響整合層４
，６を介して被検体２との接触部がほぼ平面状になるよ
うに設ける。このようにすれば超音波の走査角は更に拡
大され、従ってドプラ超音波ビームの通過領域を表示す
るのにより適しているとい泉る。この場合音響伝搬媒質
２６は走査角拡大用の音響レンズとなる。

こρようが構造の振動子部を用いた超音波探触子の構成
を第３図に示す。第３図において、第１図に示すように
凸面状に配列された振動子列３１の部分の駆動法は第１
図に関して説明した通り、通常のリニア電子走査と同様
に送、受信はある群を同時に行い、非ドプラモードでは
それらの群を少しずつ移動するように、ドプラモードで
は特定の群を選択するように電子スイッチ群９１により
制御されるか、あるいは電子スイッチ９２を切替えてド
プラ計測用撮動子３２を選択する。ここで述べたように
本発明の探触子では断層用の振動子列から送、受信され
る超音波ビーム進行方向は放射状に広がっているので、
ドプラ周波数偏移を得るのに適した角度で被検部位を走
査する場合も多く、その場合には断層用の振動子列の特
定の群をドプラ計測用に用いることも可能となる。この
ようにして駆動された圧電振動子列から出る超音波は、
音響レンズ２６によって更に偏向され、被検体２の中を
矢印６で示すように進行する。被検体２内での反射信号
７は再び同じ圧電振動子列により受信され、電子スイッ
チ９１．９２を通して診断装置本体の表示装置部に結合
される。

上記した探触子において、電子走査によって切替えられ
振動子列３１から被検体内に発射され受信される超音波
信号およびエコー信号の走査領域は、点２７を中心とす
る円弧状の領域２６となる。

これは、凸面状に配された圧電振動子列３１の前面の音
響伝搬媒質２１５によって音波の走査角が拡大されるた
めである。従って領域２６の表示は台形あるいはアーク
状となる。第３図ではドプラ計測用の振動子３２は１個
の四面撮動子で構成される。その音波放射面の方向は被
検部位の位置や、音響レンズ２６と生体表面の境界にお
ける屈折も考慮して決定される。凹面振動子の代りに凹
面状に配列された複数個の振動子を用いてもよい。ある
いは凹、凸にかかわらず配列された複数個の振動子に対
しても走査回路を用意してドプラ計測用の超音波ビーム
の方向を電子的に制御することも可能である。いずれの
場合にせよ断層用の振動子部とドプラ検査用の振動子部
は同−探触子内にあるので近接して配置することが可能
であり、ドプラ超音波ビームの通過領域表示に適した構
造となっている。

第４図は、上記の音響伝搬媒質２６を有する超音波探触
子を用いた複合超音波診断装置の構成を示すものであり
、図において、４１は圧電撮動子を駆動する送信部であ
り、超音波を集束する場合には集束用の位相制御回路を
も含む。受信部４２も、送信部４１同様π集束を行う場
合には集束用の位相制御回路をも含むものである。装置
はこれ以外に超音波の送受信のタイミングをとり、ドプ
ラモード、非ドプラモードに７・ｊ応じて電子スイッチ
を制御するための制御信号を発生させる制御部４３、音
響伝搬媒質２６の減衰等による各走査線での感度差を補
正する感度補市回路４４、受信信号を断層像として表示
するための非ドプラ信号処理回路４６、断層像およびド
プラ信号処理回路４８のドプラ情報出力を表示するため
の表示部４６、およびドプラ信号検出回路４７から構成
されている。制御部４３は超音波探触子の断層用振動子
部の任意の位置、あるいはドプラ計副用振動子部に超音
波ビームの設定を行うドプラ走査位置制御回路と、この
位置における超音波ビーム方向と被検＼裏面の外わ幣ｌ
方記も辷４　Ｚ　Ｉｔ贈υＱムリ血流方向が被検体表面
に平行である場合にはここで与えられた角度情報により
（１）式を用いて周波数偏位から血流速度が計算可能と
なる。

ドプラ信号検出回路４７の具体例としては直交位相検波
技術を用いる方式等があり、またドプラ信号処理回路４
８の具体例としては離散フーリエ変換による周波数解析
技術を用いる方式等があり、例えば以下の文献に両者の
具体例の説明がなさｉｔでいるので、ここでは詳しく述
べない。

千原　他著 ［マイクロコンピュータを用いた 超音波パルスドプラ血流計」 化学技術　ＭＢＥ７９−２０（１９７９）ｓ３ 表示部４６では従来の断層像を表示する機能の他に、ド
プラ信号処理回路４８からの出力であるドプラ情報を例
えば血流速度として、又はよく知られているようなソノ
グラム方式で表示することも可能である。

重上のように本発明は、凸面状に配列された複数個の圧
電振動子からなる第１の振動子部と、１個または複数個
の振動子部からなる第２の振動子部を有し、かつ上記両
圧電振動子部と被検体との間に、音速が被検体より遅く
しかも音響インピーダンスが被検体とほぼ等しい材質で
できた音響伝搬媒質を被検体との接触部がほぼ平面状に
なるように設けた探触子と、断層像表示装置、ドプラ走
査位置制御１回路、ドプラ信号検出回路、ドプラ信号処
理回路、ドプラ走査ビーム方向角度発生回路等を具備し
、断層像情報と血流情報を得る複合超音波診断装置であ
り以下に示すような多くの特徴を有している。すなわち
１個の探触子の中に断層用振動子部とドプラ計測用振動
子を有し操作性が良い。また、断層像は近距離、遠距離
ともにドプラ超音波ビームの通過領域を表示するのに適
した台形状の被検領域を有しドプラ超音波ビームが確実
に目的部に到達していることを確認するのに適している
。しかも台形状の被検領域を得るために被検体中におい
て放射状に超音波ビームを走査すｌ技術に関しては、大
型の送、受信部や位相制御が不・悶である。また単に凸
面状の断層用振動子部と、ドプラ削測用振動子を配置し
て探触子の音波放射面に凸部、四部がある場合に比べて
、本発明では探触子の音波放射面がほぼ平面となるよう
な音響レンズを設けており、生体表面との密着性もよく
、無理に押しつけて周辺臓器を変形させる心配もない。

更にこの音響レンズによる被検領域の拡大が、ドプラ超
音波ビーム通過領域表示に雫捷層内振動子と同一ではな
いので、被検部位の性質にあわせたドプラ超音波周波数
の選択、あるいはビーム方向の決定が可能となっている
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願人が提案した提案した凸面状超音波探触
子の構成図、第２図は本発明の一実施例における超音波
探触子の基本構成を示す斜視図、第３図は本発明による
超音波探触子の全体構成図、第４図は第３図の超音波探
触子を用いた複合超音波診断装置のブロック図である。 １・・・・・超音波探触子、１２・、・・・ドプラ計測
用超音波探触子、２・・・・・・被検体、２１・・・・
・・被検体表面、２２・・・・・・血管、３１・・・・
・・圧電撮動子、３２・・・・・ドプラ計測用圧電振動
子、４・・・・・第１整合層、６・・・・・・第２整合
層、８．１０・・・・・・−接続線、９１，９２・・・
・・・電子スイッチ、２５・・・・・・音響レンズ、３
０・・・・・・超音波ビーム、４１・・・・・・送信１
７１（，４２・・・・・・受信部、４３・・・・・制御
部、４４・・・・・・感度補正部、４６・・・・・・処
理部、４６・・・・・表示部、４７・・・・ドプラ信号
検出ＩＣ１ｌ路、４８・・・・・ドプラ信号処理回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名畠１
図 へ−　”−７−″ １１４２図 第　３　図 、′ ′３θ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 凸面状に配列された複数個の圧電振葡子からなる第１の
   振動子部と、１個または複数個の圧電振動子からなる第
   ２の振動子部と、各振動子部の音波放射面側に密着し被
   検体側がほぼ平面状でありかつその音速が被検体より遅
   い媒質からなる音響伝搬媒質とを有する超音波探触子と
   、前記第１の振動子部を順次走査して台形あるいはアー
   ク状の超音波断層像を得る手段と、前記第２の振動子部
   を駆動してドプラ信号採取用超音波ビームの送受信を行
   うドグラ走査位置制御回路と、この超音波ビームの反射
   信号を検波してドプラ信号を得るドプラ信号検出回路と
   、この位置における超音波ビーム方向と被検体表面の角
   度情報を与える回路と、この角度情報を用いてドプラ信
   号の解析を行う処理回−路と、処理されたドプラ信号を
   表示する表示部を具備したことを特徴とする　　超音波
   ビーム。 置。