JPS59101143A - 超音波による測定または加作用装置 - 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】 （発明の分野〕 本発明は超音波ビームを用いて、生体等の媒体内部につ
いてｈ１測をした多各種作用を加える装置に係り、特に
測定−畑作用を正確な部位に対して実施できる測矩壷別
作用方式に関する。

〔発明の従来技術〕

従来超音波を用いて生体内の癌部位等を加熱した９、キ
ャビテーションを発生したりして癌細胞を破壊する等の
作用を生体組織に加える装置が知られているが、このた
めに用いられる連続波（ＣＷ）又はパルス波よりなる超
音波ビームは、予じめＸ線や超″「波エコー映像装置で
体表における関心部位相当の位置を測定しておき、その
部位を目標として照射される。この場合、体表の基準と
なる点が設定しに＜＜、且つ食事後の時間や、体位、呼
吸、拍動等に起因して臓器の体表に対する相対位置はず
れ、臓器自身もその形状が変化する。このため臓器中の
関心部位の体表に苅する相対位ｌｉｄは絶えず変化する
。このため畑作用位置が不明確となり、例えば鰭破壊の
場合は癌が破壊されずに周辺附近の健當細胞が破壊さｈ
る様な不都合が生じる。

又パルス超音波ビームを用いて心臓各部の動的寸法計測
を行ったシ（所謂Ｍモード計Ｂ’ｌｌ　）　、心腔内面
流速度計測（所ｉ１ｔドツプラー計測）を行ったり、２
つ以上のビームを用いて心腔内関心点での血流速度ベク
トルを動的に求めたりすることが行正錨な関心点で実施
することが困難である。この対策として従来性われてい
る方式とその問題を次にのべる。

まずＭモードやドプラー等の計測用主ビームを反射法に
よるＢモード・エコー俳の走査面内にある様に設置し、
Ｂモード断面映像上で計測用主ビームの位置と、関心点
の位ｔを確認１７つつ実施する方法である。この場合第
１図の如くＢモード像は機械式又は電子式（リニア、フ
ェースドアレイ。

セクタ等）走査の探触子により得られ、主ビームは別の
独立した探触子を用い、機械的に特定の幾何 １７１１学的姿勢をとるようにＢモード探触子に固定さ
れるか、７５Ｊ動アームのリンクで結合され、結合関節
のポテンショメータ等でその相対位ｆｉ１ｔを検出する
事により、主ビームや関心部位の位置がｉｊ算されてＢ
モード断面像上に表示される場合がある。

第１図（ａ）はリニア・アレー電子走査探触子１とドプ
ラー（Ｍモード）探触子２とを一体に形成した例である
。また第１図（ｂ）は機械的回転式セクター走査（Ｂモ
ード）探触子３にドプラー（Ｍモード）探触子２を一体
化した例である。いずれもドプラー探触子２の方向は０
工変である。また第１し１（Ｃ）はフェーストアレー電
子セクタ走査（Ｂモード）探；９」電子４を４３！＞　
ｍ的リンク５によりドプラー（Ｍモード）探触子２と結
合し、リンクの各関節５１゜５２．５３にあるポテンシ
ョメータによシ両探触子の孔列姿勢を検知するものであ
る。

又従来、上述の２つの探触子音用いる煩雑さを避けるた
めに、電子式では走食線の走査順序を自由に設定可能で
あることを利用してＢモード走査とドプラー（Ｍモード
）走査とを時間的に父互に行う事が工夫された。第２図
（ａ）はリニア・アレイ１の一部１１をフェースト・ア
レイとして動作させ図のＭの方向にドプラー（Ｍモード
）測定用主ビームを形成している。第２図（ｂ）はフェ
ースドアレイ４の走査線の中の１本を測定用主ビームＭ
とするものである。

第２図の例では、ドプラー、Ｍモード等の計測では、走
査線シ返し回数が高いことが必要であるので、相瞬るＢ
モード走査線の走査の間に測定生ビーム走査を毎回挿入
する。即ち走査線番号を１゜２．３　・・とすると、１
．Ｍ、２．Ｍ、３．Ｍ。

・・−の如く走査される。又第１図例のグループにおい
ても同様の理由でＢモードと主測定ビームとの両探触子
は相互の混信をさけるために夫々の走五線は又互に時間
切もζで走査される。

上記で説明したあ弐は一断面上で２次元的にすアルタイ
ムに連続的にモニターしながら測定できるので有意義で
ある。しかし残念ながら三次元的ｑ に部位を固定することはできない欠点がある。このため
心臓の如き動的で抜雑な１１６器の計測等では大きな誤
差を生じる０またＢモードの併用によって主測定ビーム
の走査繰返し率が半減することは、ドプラー開側では最
大測定可能流速が半減し、Ｍモード１測では時間分解能
が悪化するとともに、Ｂモード（８）の方も走査組数が
半減するか、毎秒のフレーム数が半減するという欠点が
める。

一方、３次元的に部位をモニターする方式としては、２
つのＢモード探触子を夫々の走査面が直交するように位
置させて用いる方式が九表されている。このための探触
子としては２組のフェーストアレーセクタスキャナをそ
の走査面が直交するようＶＣ隣接して体化したものや、
不発り」百等によるｌ狩願ｔＧＪ　５７　４５３９５　
ｒ特願昭５７−４５３９４の如く、凹型ヤ凸型や１Ｉｌ
ｌｌ型等のＩＪ　＝アアレーを直交したものや、複層に
積層したフェースドアレイ等がある。

しかし、いずれの場名にも２つのＢモード用探触子σ交
互に動作させねばならず、さらにそれに測定・畑作用ビ
ームを加えて玉名を時間切替えで順次動作させることは
困難である。

また前述の如くのフレームレートの減少等の欠点をさけ
るため、本発明省苓は、２つ以上の超音波ビームを同時
に動作させ、夫々のビーム全中心周波数を異ならしめる
等の％徴づけ全行い、受信エコーをその特徴で分割する
如き混４Ｍ−防止を利用する方式を発明した（特開昭５
５−１０３８３７号）。

この方式は有効であるが、実際の人体に応用すると、周
仮数依存性減哀と、測定深度、空回分解能等の相反する
要求から、使用し得る周波数は、特定の対象１熾器に対
しては２ヶ程度に限定される。

このため例えば直交２断面と浪１ｊ定王ビームとの３者
に夫々の３４」の周波数を割当てることは困難であった
。

〔発明の目的〕

本発明の目的はｉｏ＋」定・別作用用主超音波ビームや
関心部位の位置を、３次元的にリアルタイムに連ん「的
にモニターしながら主ビームの目的とする４Ｋｅ能を逐
行しうる訂ｊ音波装にを提供するにある。

〔発明の要点〕

本発明は少なくとも相互に交叉する２つの反射超音波Ｂ
モード断面映像と、少なくともその何れかに対して明確
な位置にある生ビームと′ｆｆ：導入し、主ビームと映
像系とに異なる周波数を割当てて同時動作させ映像系の
２１ｔｉｒ面は相互に１１．１．間切岩で動作させる等
により、主ビームの必−渋注能を劣化させることなく、
これら３ビームをはソ同時に、リアルタイムに連続的に
動作させることを可能とし上記目的ｋ　ｍ％成１■能と
したものである。

〔発り１の実施例〕 以下爽１１ル例について説明する。１１ｉ３単のために
主ビームは１本、映像走五■１は２白とし、映（〉コ走
査曲の又角は直角であるとするが、これに限定されるも
のでｉａない。

主ビームは化体等の媒体中に放射されるもので、迎わＩ
、波・鵬続波・パルス波を用いて特定の関心部位を加熱
したり、キャビテーション現低金利用したシして癌細胞
の破壊を行う様な特定の作用を加えるものであってもよ
め。又連わ、、沢やパルス汲による反射を利用したドプ
ラー皿流速測定や、温度測定や、組織の特性値を測定す
るものでもよい。

７５Ｔ　浦Ｍモードとして知られているパルスの各ｆｊ
：’Ｉがらの反射を利用して寸法の測定全行うものでも
よい。パルスの透過全利用する超音−波ＣＴに用いるも
のであってもよい。をするに主として目的とする原作用
や、６１＋１定を行うもので以下王ビームと略称する。

映像用走ゑ面は、Ｂｒ謂Ｂモード像として知られている
もので、パルス波を一本の走査糺１方向に放射し、その
放射に同期してＣＲＴ上でその方向に輝線を走査しその
各深度からの反射波をその受信時１ｉＪ１に対応して、
該ｆ４編上で発光させ、更にその走査線を特定の面内で
順次偏向し断面像を得るもので、レーダーとして久ｆ１
られていＺ）方式と相似である○具体的には前述の如く
、和汁波トランスジーーサーを機械的にに査する方式と
、多数の分割された水子からなるアレーの駆動素子群全
電子的に切り替え平行走査線群で走査向を’ｈｐ；成す
るリニア・アレーや、駆動台素子の時間的位相を制御し
て合成ビーム方向を偏向し、その偏向角ｋ　ｌ１ｆｒ４
次変化して放射状走査線群で走査面を構成するセクター
・アレー等の方式の何れを用いてもよい。第３図（ａ）
は本発明の第１の実施例であシ、探触子２は主ビームＭ
を、探触子４，６は映像用走査面ＢＩ＋Ｂ２に形成する
。夫々は機械的なアーム５でリンクされ、アームの接合
部の節は自由に回転でき、その交角は節に設けられたポ
テンシオ・メータ５１〜５５で検出される。探触子４と
６は相互にその走査向が直交する様にアームに対して取
りつけられる。第３図（ｂ）Ｆｉ第２の実施例を示し、
探触子４と６が一体として形成された探触子７を用いた
例である。探触子７の構造は、走査向が９０異なるよう
に二つのトランスジューサーを相隣して一体化したもの
で近似的に構成できるが、不発明者の提案した特願昭５
７−４５３９５や％顔昭５７−４５３９４によればより
完全なものを得ることができる。第３図（ａ）＋　（ｂ
）における主ビームＭはイロ」れも映像用走査面Ｂ、内
にある様に全ての探触子はアーム・リンク５に取付けら
れる。第４図（ａ）＋　（ｂ）は主ビームＭが映像用走
査面Ｂ、、　Ｂ２の交叉線上にある第３゜第４の実施例
である０組４区１（ａ）では探触子８は第２図（ｂ）の
探触子４と同様な手法により主ビームと映像用走査面Ｂ
２に形成する。探触子４と８とは第３図で説明した如く
、アーム・リンクによシＢ１がＢ２２ｔの位置を通過す
る様に取付けられる。

図示例では交叉線及びＭはＢ２の中央走査線に一致する
様に選はれているが、中央に限ボされるものではない。

第４図（ｂ）は第３図（ｂ）の探触子７に更に主ビーム
用探触子を加え一体化した例で、具体的なトランスジュ
ーサーの構成例を第５図で説明する。第４図（ｂ）では
Ｂ＋、Ｂｔの又叉線及びＭはＢＩ＋Ｂ２の中央走査線と
一致しているが、必らずしも中火走査線である必要はな
い。第４図（ｂ）の探触子９の具体的栴成例を第５図に
示す０組５図（ａ）は凹面型、第５図（ｂ）は凸面型の
セクタスキャン用りだ触子をボし、前述の物臭１μ昭５
７−４５３９４と同様に背向吸収体９５゜９６上に２組
のアレー９１．９２又は９３．９４を直交配置し、その
交点では２贋化しである。そして更に本発明の主ビーム
のためのトランスジューサ９７又は９８を第３層として
積層しである０主ビームが測定用の場合にｄトランスデ
ー−サ９７．９８は小径のものでよいが、畑作用用の場
合には大口径のものが必要である。その場合には第５図
（ｃ）にボす如く、大口径トランスデー−サ９９上に２
組のリニア・アレーｉｏｏ、　　ｉｏｔを＆１督した９
、又は第５図（ｄ）にボす如く大口径トランスデ一サ１
０２の中央に窓穴を設けてそこに第５図（ａ）。

（ｂ）と同様な部拐９３，９４．９６又は９１，９２゜
９５を埋込んでもよい。

第５図（ａ）（ｂ）（ｄ）のアレーはそれ自身の曲率に
よってセクタスキャンしてもよいし、さらにフェースド
アレイの原理を用いて、より走ｉ角を広けてもよい。谷
トランスデユーサはＰＺＴや、有機圧電体等で作ること
ができる。

連続波を用いたドプラー血流速測定とか、ノ（ルス波を
用いたドプラ血流速測定とかＭモード（１１す定とか組
織特性ｍｌり定等の如く主ビームが計ｊ定を主体とした
時は第５図（ａ）、　（ｂ）の如き４’、Ｉｉ触触子構
成力ζ−られ主ビームの目的が加熱とか悪性組織破壊等
の原作用では第５区１（（りｌ　（ａ）の如き構成が用
いらオし、且つ連続波又は間欠波が用いられることか多
い。

主ビームが連続波又は間欠波であると、時間分解能は無
限になるが深さ方向の位置分解能はなくなる。しかしそ
の周波数箱は極めて狭い帯域のものとなシ、映像用周波
数と差をつけて分離し、相互の干渉・混信を防ぐために
フィルター等の混信防止手段を容易に設けることができ
る。

主ビームがパルス阪による反射波をオｌ用する形式であ
る場ｆ３は、主ビームのスペクトルは中心周波数ｆｉｎ
の両側に広がる広帯域のものとなる。又パルスが主ビー
ムの致達最大深度を往復する［ｉｊは次のパルスが放射
できないので、この往復時間を２ｔとすると、最大時間
分解能１’ｊ２ｔとなる。その化９深さ方向空間分解能
はノクルス巾ｒと音速Ｃを乗じたＣｒとなる。主ビーム
が最大時間利用効率で動作されたシ、最大開間分角・１
−能でｆＪＩＵ市に変イヒする血流速やＭモード像を得
たシするためには、返し率で動作される必要がある。こ
のことは主ビームＭと、画像用のＢ、、Ｂ２走査ビーム
とを中心周波数をかえる如き特徴附を行って区別し、帯
域フィルターの如き混信防止手段を用いて分離すること
によって、実現され主ビームＭを最大時間利用効率で動
作塾せることかできる。画像用ｎ、、Ｂ２走査線もｆｍ
とは異なシ、且つ互に異なる中心周波数ｆｌ＋ｆ２で％
似づけ、同様に帯域フィルターで混イａＩ！／Ｊ止を行
えば、夫々最大時間オＩＪＩ’ｌ効率で動作できる。し
かし、生ビームが人体組織中の測定に用いられる時は、
ｆｍ＋ｆｎｆ２は実用上制限をうける。即ち、空間的深
さ分解能を良くするにはｒを小とするため夫々の（＋ｉ
城中は広くなければならない。又相互の混信を防止する
ためには夫々の帯域はＭ’ｆｘってはならない。このた
めにｆｍ＞ｆｌ〉ｆ２　　と仮定するとｆｍとｆ、は大
きくはなれねはならない。一方に於て除さ方向と直角な
横方向分解能はＪｊｊ礫数に逆比例するので時短の解像
力を必渋とするためにはある最低坂波数ｆＬがある。即
ちｆ　Ｌ　＜　ｆｍ、　ｆ、、　ｆ２でなけｉｌ、　＆
：ｊ：ならない。又、生体組織では超音波の減衰は、深
さく通溝距離）と共に指数函数的に変化シ２、その減衰
係数αは周波数に比例（α−βｆ）することが知られて
いる。このため主ビームの１１」用最犬深さが定まると
減衰をさけるために周波数はある最大値ｆＨ以下、即ち
ｆＨ＞ｆｍ１ｆＨｆ２でなけれはなら、ない。このため
実際の応用例からはｆＬとｆＨとの間にはせいぜい２周
波数位しかとれない場合がｅｌとんとである。したがっ
て、−散にｆｒｎｔ　ｆ＋　＋　ｆ２の３周波を選ぶこ
とができない。本発明はこの場合、主ビームＭにｆｍを
割当て、ｌｌ！１１像用ＢＩ＋Ｂ２にＶｉｆ、を割当て
ＢＩＴＢ２はタイムシェア（時ＩＮ、切換）で走査され
る様にするものである。さらにもし対象物の動きが鈍い
とか、主ビームの効果を得るのに長筒間を資してもよい
場合には主ビームの時１ｉ４Ｊ利用率ヲ１００％以下と
し、その残シの時間にｉｉｆ＋ｉ像川走査を用ってもよ
い。この場合でも主ビームの時１’ｆｌＪ利用率が他の
ｉｉ！ＩＩ像用走査のａＴｈｌｌＪ４利用率と等しいか
より大きいことが望ましい。

さらに画像用走査には１回の走査送信に対しその近傍の
複数の走査線を同時受信する特開昭５５−５２７４６号
公報に記載の技術等を利用することにより、時間割当て
率が半減しても走査線数は減少せずに済ませることも可
能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、超音波ビームによる媒体への畑作用や
媒体の測定に於て、ビーム及び／又は畑作川魚・測定点
の３次元的な媒体中の位伯を確認しつつ動作を行うこと
が可能となり、正確な位置合わせができ、媒体が［ｉ、
ｆ１８１的に変動している場合でも目的とする部位に追
随して動作を行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来方式の説明図、第３図。 第４図は本殆り」の実施例のω己明図、第５図は主ビー
ムと直父２ｂ１面１ｉｉＩＩ稼走査用とのトランスジュ
ーサーが一体化でれた構成図である。 （ａ）　　　　　　　　　　　　　＜ｂ）第３図 ％４図 （ｂ） ７ （Ｃ）、（ｄ） 第　Ｓ　図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　超音波音用いて媒体内部の測定又は媒体内部
   への別作用を行なう装置において、該測定用又は別作用
   用の超音波ビーム（以下主ビームと称す）を発生する手
   段と、零でない父角で交鎖する少くとも２つの反射超音
   波による断面像を得る手段と、上記主ビームと上記少く
   とも２つの断面との位置関係を−にに保２か、又は該位
   置関係を常時検出する手段とを設けたことを特徴とする
   超も波にょる測定または別作用装置。
2. （２）上記主ビームは連続波又はパルス波で駆動され、
   上記少くとも２つの断面像の走査線に夫々互いに時分割
   的に駆動されかつ上記主ビーム用とは異なる鼓形又は異
   なる周波数を用いることを特徴とする特ＷＦＢ氷の範囲
   第１項記載の超音波にょる側足または別作用装置。
3. （３）上記主ビームは上記少くとも２つの−ｒ面像のう
   ちの１つの走査線と同−周波数又は同一波形でかつ互い
   に時分割的に駆動され、また他の断面像の走査線は上記
   １つの走査線とは異なる周波数又は異なる波形で駆動さ
   れることを特徴とする特許請求の恥、囲第１項記載の超
   音波による測定または別作用装貸。
4. （４）上記主ビームの時間オＵ用率が、上記いずれの断
   面像の走査線の時間利用率よシも大きいか又は等゛しい
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項の
   いずれかに記載の超音波による測定または別作用装置。
5. （５）上記主ビームは上記少くとも２つの断面像のいず
   れかの走査面内に設けられたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の超音波に
   よる測定または別作用装置。
6. （６）上記主ビームは上記少くとも２つの断面像の交線
   上に設けられたこと全特徴とする％許Ｆ＋ｔｉ求の範囲
   第１項ないし第４項のいずれかに記載の超音波による測
   定または別作用装置。
7. （７）上記少くとも２つの断面像の走査面は直交するこ
   とを特徴とする特許話求の範囲第１項ないし第６７Ｕの
   いずれかに記載の超音波による測定または別作用装珈０