JPS5920157A - 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】 本発明は超音波診断装置、特に被検体へ向けた超音波ビ
ームの送受波によシ被検体の診断を行う超音波診断装置
の改良に関する。

近年、超音波を利用して診断を行う超音波診断装置が広
く用いられている。この超音波診断装置は、体内の組織
や臓器が異なる音響的特性を有することを利用している
。すなわち、超音波ビームを一定周期で繰り返して体内
に放射すると、超音波は体内を伝搬する途中異々つた組
織の境界でその一部が反射されるため、この反射エコー
を検出しブラウン管などに表示させれば、体内組織の音
響的特性の分布を表示させることができる○その際、超
音波ビームを被検体の所定被検部位に沿って走査すれば
、ブラウン管上に１は被検体の所定断層面が表示される
こととなり、健全な組織と腫瘍組織は音響的特性が異な
るので、ブラウン管上に表示されたパターンから、組織
内の異常の有無およびその位置を知ることができる０ このような超音波診断装置において、超音波ピ−人の送
受波により良好な診断画像を表示しようとする場合、被
検体内に向は送受波される超音波ビームの焦点距離の調
整を適切に行う必要がある。

このため、従来の診断装置においては、被検体内におけ
る観測領域を深さにより区分し、その観測領域の深さに
応じた焦点距離を持つ超音波ビームを送受波することに
より、被検体の断層像を形成していた。このだめ、得ら
れる被検体の断層画像は深さ方向に対しても良好な方位
分解能を示し、この診断装置を用いて生体内の臓器等の
診断を行う場合、確実な診断情報を得ることが可能であ
った○ しか（−１従来の診断装置は、超音波ビームの焦点調整
を、超音波ビーム走査方向に複数に分割形成された振動
子の各分割素子を選択制御することにより行っていたた
め、超音波ビームの走査方向に対する焦点調整は可能で
あるが、この走査面と直交する幅方向に対しては焦点調
整を行うことができず、その焦点は振動子面上に積層さ
れた音響レンズにより一定深さ位置に固定されていた。

このだめ、超音波ビームを送受波して得られる診断面（
象は、その幅方向焦点距離の深さ領域においては極めて
良好な幅方向方位分解能を示すが、これ以外の深さ領域
では分解能が相対的に低下してし捷うという欠点があっ
た。

本発明はこのような従来の課題に鑑みなされたもので、
その目的は被検体へ向は送受波される超音波ビームの焦
点距離の調整を、その超音波ビームの走査方向のみなら
ずこの走査面と直交する幅方向の調整も可能とし、良好
な診断画像を得ることができる超音波診断装置を提供す
ることにある。

この目的達成のだめ、本発明の装置は、被検体へ向けた
超音波ビームの送受波により被検体の診断を行う超音波
診断装置において、励振制御されることにより超音波ビ
ームの送受波を行い超音波ビームの走査方向および超音
波ビームの走査面と直交する幅方向に複数に分割形成さ
れた振動子と、この振動子の励振制御領域を幅方向に選
択ル１ｊ御する選択回路と、を備え、選択回路による幅
方向励振制御領域の選択制御により超音波ビームをその
〕１：脊面と直交する幅方向に焦点調整できることを特
徴とする。

次に本発明の超音波診断装置の好適な実施例を図面に基
づいて説明する。

第１図には、本発明の超音波診断装置に用いられる振動
子の好適な実施例が示されており、実施例の振動子１０
は超音波ビーム走査方向に対しｎ列に分割形成されてい
る。

実施例の超音波診断装置は、このようにｎ列に分割形成
された振動子１０の各分割素子を順次選択して励振制御
することにより、その振動子面から超音波ビームの送受
波を打っている。そして、このような超音波ビームの送
受波を、分割形成された振動子１０の振動子面に沿って
、その−側から他側に向は順次行い、この超音波ビーム
走査面にＪ：って切断される被検体の断層像をモニタの
ブラウン管上にほぼリアルタイムで表示している。

ここにおいて、超音波診断装置は断層像の分解能を高、
りるため、観測領域を深さごとに区分し、各観測領域の
それぞれにその深さに応じて焦点距離が調整された超音
波ビー１、を送受波し、各深さる の観測領域から得られ２反射エコーを用いて断層像を形
成している。従って、ブラウン管上に表示される断層像
は、被検体の深さ方向に対し極めて良好な走査方向方位
分解能を示すこととなる。

本実施例の超音波診断装置は、このような深さ方向に対
する超音波ビームの焦点距離の調整を、第２図に示すよ
うに、行っている。すなわち、焦点距離を近距離領域ｆ
１　　に設定する場合に（４１４個の分割素子を励振制
御し、中距離領域ｆ２　　に焦点距離を設定する場合に
は、６個の分割素子を同時に励振制御し、遠距離領域ｆ
３　　に焦点距ガ１を設定する場合には、８個の分割素
子を同時に励振制御している。

しかし、このような焦点距離の調整によっては、超音波
ビームの焦点距離の調整を超音波ビーム走査方向にしか
行うことができず、この超音波ビームの走査面と直交す
るいわゆる幅方向に対する焦点距離の調整を行うことが
でき々い。

本発明の超音波診断装置は、このような点に着目してな
されたものであり、その特徴は、振動子を超音波ビーム
の走査面と直交する幅方向にも複数に分割形成したこと
にあり、振動子１０の幅方向励振制御領域を選択制御す
ることにより、超音波ビームの走査面と直交する幅方向
にも焦点調整を行うことを可能とするものである。

実ｌｔｊ例においては、振動子１０を幅方向に三等分Ａ
、Ｂ、Ｃに分割形成し、観測領域の深さに応じ、中火の
分割素子Ａのみを励振制御し、あるい（ｒｉこれら分割
素子Ａ、Ｂ、Ｃの全てを励振制御している。振動子１０
において、励振制御する分割素子をこのように選択制御
することにより、第３図に示すように、中央の分割素子
Ａのみを励振制御する場合には、超音波ビームの幅方向
焦点距離は近距離領域ｆ４　　に設定され、分割素子Ａ
、Ｂ。

Ｃ全部を同時に励振制御する場合には、超音波ビームの
幅方向焦点距離は遠距離領域ｆｓ　　（ｆ２＜ｆｓ〈ｆ
ｓ）に設定されることとなる。

ここにおいて、超音波ビームの深さ方向に対する焦点距
９．ｌ［の調整は、その走査方向と幅方向とを同時に行
う必要があり、実施例においては、走査方向に対する焦
点距離がｆｌ　　に設定されている場合には、幅方向に
対する焦点距離はｆ４　　に設定され、走査方向に対す
る焦点距離がｆ２　　あるいはｆｓに設定されている場
合には、幅方向に対する焦点距離はｆｓ　　に設定され
る。

なお実施例（（おいては、振動子１ｏを幅方向に三等分
に分割したものを示したが、必要に応じ更に細かく分割
すれば、この振動子１ｏを励振制御することにより送受
波される超音波ビームの幅方向焦点距離の調整を更に細
かく行うことが可能となる。

第４図には、このように形成された振動子１゜の幅方向
焦点距離の制向回路が示されている。

被検体へ向は超音波ビームを送受波するに当たり、超音
波ビームは被検体内を伝搬することにより減衰されるた
め、被検体内の遠距離領域を観測する場合には、振動子
の励振電圧を高レベルに設定する必要がある。まだ逆に
、このような減衰の影響の少ない近距離領域を観測する
場合には、振動−Ｆ−１０の、励振電圧を高レベルに設
定すると、受信系のダイナミックレンジを広帯域に設定
する必要が生じ、しかも、振動子面と被検体および被検
体内の各境界面間における多重反射をも防止する必要が
生じる。従って、近距離領域の観測に際しては、振動子
の励振電圧を低レベルに設定する必要がある。

とのため、実施例においては、振動子１０の励振電圧を
その幅方向焦点距離に応じて適切な値に設定する電圧回
路２０が設けられており、この電圧回路２０はセレクタ
２２により励振電圧をＶｌ。

Ｖ２．　Ｖ３−−−Ｖｏから任意に選択し、その選択し
た電圧をパワーアンプ２４を介して送信・々ルス発生部
２６に入力している。

この送信パルス発生部２６は、抵抗２８．スイッチング
素子３０およびコンデンサ３４をもって形成され、送信
トリガ発生部３２から出力されるトリガパルスによりス
イッチング素子３０がオンオフ制御され、電源回路２０
から入力される電圧とほぼ等しい波高値のパルス波形を
、コンデンサ３４を介して選択回路３６に入力している
。

ここにおいて、電源回路２０のセレクタ２２および前記
トリガ回路３２は送信制御部３８により一定の同期をと
りつつ制御され、送信制御部３８からセレクタ２２に送
信電圧切替信号が入力され、コンデンサ３４に充電が完
了した後に、トリガ発生部３２に送信タイミング信号が
入力される。従って、電源回路２０から送信制御部３８
により指示された電圧が出力され、コンデンサ３４に充
電が完了した後に、送信トリガ発生部３２からトリガパ
ルスがスイッチング素子３０に向は出力され、電源回路
２０から出力される電圧とほぼ等しい波高値のパルス波
形となり選択回路３６に入力されることとなる。

選択回路３６はこのようにして入力される励振パルスの
パルス電圧に応じて振動子１０の所定分割素子Ａ、Ｂ、
Ｃの選択切替を行う。そして、選択された所定の分割素
子を送信パルス発生器２６から出力される送信パルスを
もって励振制御する。

ここにおいて、この選択回路３６は送信パルス発生部２
６の出力端と振動子１０の中央に形成された分割素子六
の電極面とをダイオード４０をもって接続しているため
、送信パルス発生部２６から送信パルスが出力されると
、その電圧レベルにかかわりなく中央の分割素子Ａが選
択され、そのパルス電圧をもって中央の分割素子Ａが励
振制御されることとなる。またこの選択回路３６は、送
信パルス発生部２６の出力端と振動子１０の分割素子Ｂ
、Ｃをダイオード４２およびコンデンサ４４を介して接
続するとともに、このダイオード４２のアノード側を抵
抗４６を介してスレンホールド電圧ＶＴＨＩＩＥの電源
端子に接続している。この／こめ、送信ハルス発生部２
６からこのスレンホールド電圧ＶＴＴｉＲＥの絶対値を
超える送信パルスが出力されなければ、ダイオード４２
は導通されないこととなる。従って、振動子１０の分割
素子Ｂ。

Ｃは送信パルス発生部２６から前記スレンホールド電圧
ＶＴＩＩＲＢの絶対値を超える送信パルスが出力された
場合にのみ励振制御されることとなる。

この結果、送信パルス発生部２６の出力する送信パルス
がスレンホールド電圧ＶＴＩＩＲＥより小さい場合には
、振動子１０の中央に位置する分割素子Ａのみが励振制
御され、送信パルス発生部２６からスレンホールド電圧
ＶＴＩＩＲ，Ｅの絶対値より大きな電圧を持つ送信パル
スが出力された場合には、振動子１０の分割素子Ａ、Ｂ
、Ｃの全てが励振制御されることとなる。

このように、本実施例の超音波診断装置においては、振
動子１０上において励振制御される分割素子Ａ、Ｂ、Ｃ
の選択切替が送信パルス発生部２６から出力される送信
パルスの電圧絶対値に応じて行われ、しかも、その励振
電圧が焦点距離に応じて制御されることとなるため、近
距離から遠距離にわたり分解能の高い良好な診断画像を
得ることが可能となる。

まだ本実施例の超音波診断装置においては、振動子１０
の励振電圧を設定する電圧回路２０の出力電圧をもって
選択回路３６を作動する構造を採用しているため、振動
子１０の選択と励振電圧の設定を同時に行うことができ
、回路構成を簡単なものとすることができる。

第５図には、以上のように構成された超音波診断装置の
作用を示すタイミングチャートが示されており、本実施
例の診断装置は、超音波ビームの幅方向焦点距離の調整
を超音波ビームの走査方向焦点距離の調整と連動して行
っている。

すなわち、前述したように、実施例の装置は被検体の観
測領域を深さに応じて３つに区分し、１本の走査線を形
成するに当たり、これら各深さに応じて焦点距離が設定
された超音波ビームを３回送受波し、得られる診断画像
をいずれの観測領域においても高い分解能を有するもの
としている。

そして、本実施例の装置はこのように１本の走査線を形
成する３回の超音波ビームの送受波に合わせ、超音波ビ
ームの走査方向焦点距離が近距離ｆ１に設定されている
場合には、電圧ｖ１　　の送信パルスを選択回路３６に
出力するよう制御され、超音波ビームの走査方向焦点距
離が中距離ｆ２　　に設定されている場合には、電圧レ
ベルがＶ２　　の送信パルスを選択回路３６に出力する
よう制御され、更に超音波ビームの走査方向焦点距離が
遠距離ｆ３に設定されている場合には、電圧レベルｖ３
　　の送信パルスを選択回路３６に入力するよう制御さ
れる。ここにおいて、電圧Ｖ１　　はスレンホールド電
圧ＶＴＨＲＥの絶対値よシ小さく設定されており、電圧
Ｖ２　＋　Ｖ３は前記スレンホールド電圧ＶＴＩＩＩの
絶対値よシも大きく設定され、Ｖ３　　の絶対値はＶ２
の絶対値よりも大きく設定されている。

従って、超音波ビームの走査方向焦点距離が近距離ｆ１
　　に設定されている場合には、選択回路３６に電圧■
１　　の送信パルスが入力されるだめ、振動子１０の中
央に位置する分割素子Ａのみが励振制御されることとな
り、その幅方向焦点距離も近距離ｆ４　　に設定される
。

寸だ超音波ビームの走査方向焦点距離が中距離ｆ２　　
に設定されている場合には、その電圧絶対値がスレンホ
ールド電圧ＶＴＨＲＥの絶対値よりも大きな電圧■２　
　の送信パルスが選択回路３６に入力されるため、振動
子１０上に形成された分割素子Ａは電圧レベルｖ２　　
で、分割素子Ｂ、Ｃは電圧レベルＶ２−　Ｉ　ＶＴＨＲ
Ｅｌ　　で励振制御されることになる。これにより、走
査方向焦点距離の調整と合わせて、その幅方向焦点距離
も中距離ｆ５　　に設定される。

寸だ超音波ビームの走査方向焦点距離が遠距離ｆ３　　
に設定されている場合には、送信パルス発生部２６から
選択回路３６に向はスレシホールド電圧ＶＴＩＩＲＥ　
ヨリ高い電圧レベル■３　　の送信パルスが入力される
。このため、振動子１０上の分割素子Ａは電圧レベル■
３、分割素子Ｂ、Ｃは電圧レベルＶ３−　Ｉ　ＶＴＩ（
ｎ、Ｅｌ　　の送信パルスによって励振制御されるため
、超音波ビームの幅方向焦点距離はその走査方向焦点距
離に合わせて中距離ｆ５　　に設定されるＯ このように、本実施例の装置においては、超音波ビーム
の幅方向焦点距離が走査方向焦点距離の調整に連動して
行われ、各観測領域から分解能の高い受信エコーを得る
ことができるだめ、これら受（言エコーを基にして形成
される被検体の診断画像は極めて分解能の高いものとな
る。

また本実施例の装置においては、超音波ビームの焦点距
離が近距離、中距離、遠距離に設定されるに従い、振動
子面の励振電圧を低レベルの電圧Ｖ１　　から順次高レ
ベルの電圧ｖ２．ｖ３　　に切り替えるため１．被検体
に向けて走査される超音波ビームは近距離においては弱
く、遠距離になるに従って強く設定される。その結果、
被検体内を超音波ビームが伝搬する際に受ける減衰を考
慮した超音波ビームの送受波が可能となシ、全ての深さ
の観測領域からも同程度の強さの受信エコーを得ること
ができるだめ、受信機構のダイナミックレンジの幅を狭
く設定することが可能となる。また近距離観測時に受信
エコーが強すぎて振動子面と被検体および被検体内の各
境界面間における多重反射を生ずるということも少ない
。更に被検体に向けて送受波される超音波ビームの音圧
が常に適Ｅレベルに設定されるため、例えば、妊婦等の
診断を行う場合に、超音波ビームの音圧が太きすぎて被
検体に悪影響を与えるということもない。

第６図には、本発明の装置により送受波される超音波ビ
ームの幅方向焦点距離の計算結果が示されている。第６
図に示すグラフにおいて、横軸は被検体の観測領域の深
さを表わし、縦軸は超音波ビームの幅方向のビーム径を
表わしている。なお計算は振動子１０の各分割素子Ａ、
Ｂ、Ｃの幅を６　ｍｍに形成し、かつこれら振動子面上
に焦点距離１００ｍｍ　　の音響レンズを積層したもの
として行っている。

図において、特性曲線１００は中央の分割素子Ａのみを
励振制御した場合を示し、特性曲線２００は分割素子Ａ
、Ｂ、Ｃを同時に励振制御した場合の特性を示している
。この図から明らかなように、中央の分割素子Ａのみを
励振制御した場合には、約６５ｍｍの観測領域の深さに
対して焦点距離が設定されており、振動子１０の全部の
分割素子Ａ。

Ｂ、Ｃを励振制御した場合には、この超音波ビームは深
さ約８７ｍｍ付近において、焦点距離が設定されること
となるＯ従って、この第６図に示すような特性を有する
超音波振動子を用いれば、幅方向の分解能を４　ｍｒｎ
に設定した場合、深さが約１５０ｍｍ程度の領域まで良
好な診断画像を得ることが可能となる。

第７図には、第６図に示すデータと対比するため、従来
の診断装置により送受波される超音波ビームの幅方向焦
点距離の計算結果が示されている。

計算は振動子面の幅が１０ｍｍ振動子面上に焦点距離７
０ｍｒｎの音響レンズを積層したものとして行っている
。

第６図および第７図に示す両データからも明らかなよう
に、本発明の超音波診断装置は、近距離から遠距離まで
広範囲の領域にわたり良好な診断画像を得ることが可能
である。

以上説明したように、本発明の超音波診断装置は、超音
波ビームをその走査面と直交する幅方向にも焦点調整す
ることができるだめ、被検体へ向けだ超音波ビームの送
受波により被検体の診断を行うに当たり、被検体の深さ
にかかわりなく良好な診断画像を得ることができる。特
に超音波ビームの幅方向焦点距離の調整を超音波ビーム
の走査方向焦点距離の調整と連動して行うことにより、
一層鮮明な診断画像を得ることができ、例えば、生体等
の診断を行うに描たり、被検体からの正確かつ詳細な診
断情報を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波診断装置に用いられる振動子の
説明図、第２図および第３図はこの第１図に示す振動子
の励振制御動作を示す説明図、第４図は第１図に示す振
動子の励振回路の実施例を示す回路図、第５図は第４図
に示す回路のタイミングチャート図、第６図は本発明の
超音波診断装置の幅方向焦点距離の特性曲線を示す特性
図、第７図は従来の超音波診断装置の幅方向焦点距離の
特性曲線を示す特性図である。 １０・・・振動子 ３６・・・選択回路 Ａ、　Ｂ、　Ｃ・・・分割素子 出願人　　アロカ株式会社 第１頁の続き ０発　明　者　藤江健 三鷹市牟礼６丁目２２番１号アロ 力株式会社内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）被検体へ向けだ超音波ビームの送受波によシ被検
   体の診断を行う超音波診断装置において、励振制御され
   ることにより超音波ビームの送受波を行い超音波ビーム
   の走査方向および超音波ビームの走査面と直交する幅方
   向に複数に分割形成された振動子と、との撮動子の励振
   制御領域を幅方向に選択制御する選択回路と、を備え、
   選択回路による幅方向励振制御領域の選択制御により超
   音波ビームをその走査面と直交する幅方向に焦点調整で
   きることを特徴とする超音波診断装置。 （２、特許請求の範囲（１）記載の装置において、振動
   子の励振電圧を超音波ビームの幅方向焦点調整に同門し
   て制御することを特徴とする超音波診断装置。 （３）特許請求の範囲（１）　、　（２）のいずれかに
   記載の装置において、超音波ビームの幅方向焦点調整を
   超音波ビームの走査方向焦点調整と連動して行うことを
   特徴とする超音波診断装置。