JPS59218143A - 超音波検査装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は超音波１生体内に放射し、生体内からの反射波
を検出してこの検出出力をもとに生検に 体の断層像を表示して診断に供する超音波検査装置に関
するものである。

〔発明の技術的背景〕

医用超音波診断装置においては超音波振動子よシ超音波
を生体内に放射し、その超音波の生体内からの反射波を
再び超音波振動子で検出してこれよシ生体内の断層像を
表示して診断に供している。

この超音波の断層像における分解能は大別すると距離分
解能と方位分解能の二つに分けられる。

このうち距離分解能とは超音波が伝搬する方向での分解
能であシ、これはパルス状に放射される超音波のパルス
幅によってほぼ決定される。

一方、方位分解能とは超音波の伝搬方向と直交する断面
内での分解能で、これは送波される超音波の？−ム太さ
と受信する超音波振動子の受信指向性とによってほは定
まる。送波される超音波ビームの太さは送波する超音波
振動子の指向性によって定まるので、云い換えれば方位
分解能は送信超音波振動子の指向性と受信超音波振動子
の指向性によって決定されると云っても良い。

ところで、生体の超音波断層像を得るためには生体内で
超音波のビームを走査することが必要である。そして、
超音波のビームを走査する方式としては機械的に超音波
振動子を移動させて超音波ビームを走査させる機械走査
方式と、多数の微小超音波振動子を並設してなる超音波
探触子を用い、これらの微小超音波振動子のうち例えば
所望超音波ビーム放射位置を中心に隣接するいくつかの
振動子を一組として選択し、この−組の微小超音波振動
子について超音波ビームの放射方向、焦点位置などに応
じて定まる各々の超音波振動子に対する適宜な遅延時間
をもって各々の超音波振動子に励振パルスを与え、超音
波を励振させこの励振された各々の超音波振動子からの
超音波の位相差による干渉を利用して前記所望の放射位
置、放射方向、焦点位置となる超音波ビームを得るよう
にした電気的制御によって超音波ビームのリニア、セク
タ走査のできる電子走査方式の二種類がある。

電子走査方式は高分解能を得るだめに配列された微小の
短冊状超音波振動子に所望の遅延時間を与えて超音波を
放射させることにょシ、所望の距離において超音波ビー
ムを収束させ、一方、受信の際も各々の微小超音波振動
子の受信信号に所望の遅延を与えてから加算し、合成す
ることによシ所望の受信指向性を得る方式がとられてい
る。

この場合、微、Ｊ＼超音波振動子の配列方向では超音波
の広がシを電子的に制御できるので分解能の改善がｉい
得るが、この方向と直交する方向、すなわち微小短柵状
の超音波振動子はその長手側を隣接させて配設するがそ
の長手側に沿う方向では超音波振動子列がないので、超
音波の広がシを電子的に制御することはできない。

￥のため、一般にシリコンゴムなどによってかまばと形
に成形され、超音波の伝搬時間を調整するための誉響レ
ンズをとの短冊状超音波振動子列の前面に設け′て超音
波振動子配列方向と直交する方向に対しての超音波ビー
ムの収束を行っている。

しかし、電気的な遅延尭術を用いたビーム収束は電気的
に遅延時間を制御す゛ることか可能であるので所望の距
（に収束すなわち焦点を結ばせることが可能であるが、
音響レンズの焦点はそのレンズに固有なもめとなるため
、任意に焦点を移動させることはできない。従って、一
方について焦点が任意に設定できても他方について固定
であれば、双方の焦点位置が一致する範囲以外では分解
能が低下してしまう。

この問題を解決する一手段として微小超音波振動子をマ
トリックス状すなわち基盤の目のように配列した二内元
配列の超音波探触子を用いると云う考えがある。この場
合は各々の微小超音波振動子に与える遅延時間を制御す
ることによって任意の距離に焦点を設定できる。しかし
ながら、これを実現するには電子回路があまシに複雑に
なり、また、マトリフックス配列の超音波探触子の製作
は極めて困難であることから、全く実用に供されていな
い。

従って任意の距離における方位分解能を高めるためには
上述したような音響レンズを用いる方式では実現ができ
ない。

診断を目的とする場合、所望の深さの像を高分解能で見
ることは正しい診断を行ううえで必須の要件であること
から、音響レンズによる固定焦点と云う限界を打開でき
る技術が強く要求されている。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、任意の距離
において収束させることができ、従って広い診断視野に
わたって高分解能の断層像を表示することの可能な超音
波検査装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

すなわち、本発明は上記目的を達成するため、複数の超
音波振動子を並設してなる超音波探触子を用い、これら
超音波振動子の所望の複数個を励振して超音波ビームを
送信すると共に所望の複数個を用いて超音波反射波を受
信し、この受信信号より前記超音波ビームによる超音波
反射波の映像信号を得てこれより超音波像の表示を行う
ようにした超音波ｆｉ装置において、肖訂−記超音波探
触子は受信指向性を異ならせるべく配列方向を異ならせ
た主及び副超音波振動子群を有する構成とし、壕だ、こ
れら各々の主及び副超音波振動子群各々に対応して設け
られ所望の深さで超音波ビームが収束するよう受信に用
いた超音波振動子釜々の受信出力を遅延、加算する手段
と、これら各遅延、加算された受信用９力を乗算する手
段とを用いて構成し、超音波探触子は配列方向を異なら
せた指向性の異なる主及び副超音波振動子群を有するも
のを使用して送信は主超音波振動子群を用いその配列方
向に対して所望の深さで収束させると共に受信は主及び
副超音波振動子群を用いて行い、受信信号の遅延処理に
よって主、副超音波振動子群各々の振動子配列方向につ
いて所望の深さで収束された受信信号を得、これによっ
て、主、副両超音波振動子群よシ各々指向性の異なる超
音波の受信信号を得、これによって主、副両超音波振動
子群の振動子配列方向について任意の深さ位置で超音波
ビームを収束させることができるようにし、また、上記
主、副両超音波振動子群による指向性の異なる両受信信
号を乗算することによって上記指向性の重な多合う領域
の信号以外は大幅に減衰して該限られた領域の信号が抽
出できるととを利用して所望の深さ位置において位置分
解能の高い超音波像を得ることができるようにする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

はじめに本発明の原理を半部化したモデルによって説明
する。

第１図（ＩＪ）に示すようにＸ軸方向に対しａなる幅を
有すると共に、ｙ軸方向に対し無限に長く、且つ２軸方
向での距離ｚＯにおいてＸ軸方向に対する焦点（収東檜
持つ超音波振動子ＰＢ４を考える。この超音波振動子Ｐ
Ｂ、に対する距離ｚＯでの受信感度特性Ｐ　（ｚｏ）は
近似的に次のように表わすことができる。

　　Ｕｐ ここでｋは超音波の波数である。

この様子を示したものが第１−図（ｂ）であハこの図で
は受信感度をＩで表わしておりＩ＝’１ＰＸ１２の関係
をもって示しである。

この図に示すようにｙ軸方向には受信感度が一様である
がＸ軸方向ではａｉ１ｘｃ関数の形で受信感度が変化す
る。

一方、第１図（Ｃ）に示すようにＸ軸方向に対し無限に
長く、ｙ軸方向に対してはｂなる幅を有すると共に２軸
方向の距離ＺＱにおいてｙ軸方向に対する焦点（収束）
を持つ超音波振動子を考えるとこの超音波振動子に対す
る距離ｚＯでの受信感度特性Ｐｙ　（Ｚｏ　）は第１式
と同様にと表わすことができる。

この様子を示したものが第１図（ｄ）であ）、この場合
はＸ軸方向に一様でｙ軸方向に対しでは５ｉｎｅ関数の
形で変化する受信感度が得られる。

今、第１図（ａ）の超音波振動子ＰＩ３＋と第１図（ｅ
）の超音波振動子ＰＢ、を第１図（ｅ）に示すように仮
想的に原点（ＸＯ１７Ｇ）で交叉させて配置し、その各
々の出力を乗算すると次式に示す受信感度特性が得られ
る。

この第３式で示される受信感度特性を示したものが第１
図（ｆ）である。この図に示されるように各々の超音波
振動子ＦＢＩ　、　ＰＢ、はｙ軸方向あるいはＸ軸方向
に対し一様な受信感度を有するものであってもその両者
の出力を乗算することによって！＋７平面内で二次元的
に極限された受信感度特性を得ることができる。

本発明は上述の原理を応用したもので、１個または一組
の振動子では事実上沓ることが困難な受信感度特性を受
信指向性の異なる二種以上の撮動子を用い、その出力を
乗算することによって得るもので超音波診断装置の方位
分解能を向上させることができ、任意の距離で焦点を結
ばせることができるものである。

次に本発明の実施例について説明する。第２図は本装置
の超音波探触子２０の構造を示す斜視図であシ、図に示
す如くこの超音波探触子２０は複数の超音波振動子を一
方向に並設してなるリニア或いはセクタ電子走査形超音
波探触子として広く知られているアレイ形の超音波振動
子群２１（以下、主超音波振動群と称する）をはさんで
超音波振動子群２１の長手側両側に配列方向がこのアレ
イ形の超音波振動子群の配列方向と直交する方向となる
ようにしてそれぞれアレイ形の超音波振動子群２２，２
３（以下、副超音波振動子群と称する）を配したもので
ある。

電子走査方式の超音波探触子ではその超音波振動子群の
配列方向に対して超音波ビームを電子的に任意に収束制
御させることが可能であシ、また、受信指向性を制御す
ることが可能であるので、上述のような構成とすること
によって第１図で説明した原理を利用することが可能と
なる。

第３図は本発明装置の構成を示すブロック図であシ、図
中２０は前述の超音波探触子である。

また、３１はトリガパルスを遅延させる送信遅延回路で
あシ、この送信遅延回路３１には′超音波探触子２０に
おける複数の超音波振動子のうち励振を最大Ｎ個二組と
して行うものとすれば少なくともＮ個分の遅延線を備え
ている。そして、各々の遅延線は図示しない制御回路の
制御によシピーム方向及び収束（焦点）距離に応じ各々
の遅延線に対応される励振されるべき超音波振動子に必
要な遅延時間を与えるものである。３２はと昨ら各々の
遅延線に対応させて設けられ、その対応する遅延線を通
して得られるトリガパルスを受けて超音波励振用の励振
ノ４ルス−を発生するノソルサー、３３はスイッチング
回路である。

このスイッチング回路３３は超音波送信時においてはパ
ルサー３２の出力を超音波探触子２０における主超音波
振動子群２１中の所望のＮ個に与えるもので、主超音波
振動子群２１中の所望の一組分（Ｎ個）を選択してこの
一組分の超音波振動子群に対し各々の相対的な位置に対
応する前記パルサー３２のＮ個の系統別に分けられたノ
クルサーの対応する／４′ルサーよ多出力される励振／
４’ルスを与えると共に受信時にはこの送信に供した超
音波振動子の各出方を受信系に送る機能を有する。この
スイッチング回路３３は超音波探触子２０における超音
波走査位置に応じ、前記図示しない制御装置の制御のも
とに動作する。スイッチング回路３３には主超音波振動
子群２１の９個（Ｑ＞Ｎ）ある振動予告々の信号線とノ
４ルサー３２のＮ系統の出方線及び受信系のＭ系統の信
号線が接続さ・れておシ、スイ、テング回路３３は例え
ばリニアスキャンの場合、主超音波振動子群２ノ中の例
えば隣接するＮ個を単位として順次主超音波振動子群２
１の一芳側端の位置よ、９Ｎ個を選択し、これに・ヤル
サー３２の該Ｎ個に対して各々対応する各ノｆルサーの
出力を与えると共にこの選択したＮ個の主超音波振動子
よシ各々検出された反射波の出力はＭ個分（ＭはＮと等
しくとも或いは異っていても良い）このスイッチング回
路３３を介して各別に受信系に与える構成となりてぃて
、スイッチング回路３３は超音波の送受が終る毎に順次
例えば主超音波振動子１つ分ずつ位置をずらしながらＮ
個を単位として選択してゆくことによシ超音波ビームを
リニアスキャンさせることができる。

３４はこのスイッチング回路３３から与えられるＭ系統
分の出力を各々各別に増幅する前置増幅器であり、ｓ’
ｕこの増幅され九Ｍ系統分の各別の出力を所望の受信指
向性を形成するべく、各々適宜なる遅延時間が設定され
た遅延線群を有する受信遅延回路及びこの各遅延線群の
出力を加算して合成する加算回路よ構成る受信遅延およ
び加算回路である。ここで上記遅延線群の遅延時間は所
望とする受信指向性に対応させて指示される受信指向性
指令に合わせて前記図示しない制御回路によシ設定され
る。

３２は前記超音波探触子２０における副超音波振動子群
２２．２３の各振動子受信出力を各別に増幅する前置増
幅器であシ、３８はこの各別に出力される増幅された受
信出力を所望の受信指向性を形成すべく各々適宜なる遅
延時間がこの遅延線群の出力を加算して合成する加算回
路よ形成る受信遅延および加算回路であシ、機能的には
先に説明した受信遅延および加算回路３５と同様のもの
である。３８は両受信遅延および加算回路３５，３７の
加算出力を受けて両者を乗算する乗算器、３９はこの乗
算にょシ得られた出力を振幅補正する振幅補正回路、４
０はこの振幅補正された出方をビデオ信号に変換する信
号処理部、４１はこのビデオ信号を受けて超音波断層像
として表示する表示部である。

次に上記構成の本装置の作用について説明する。本装置
においては超音波の送信は超音波探触子２０の主起音波
振動子群２ノにょル行い、受信はこれと副超音波振動子
群２２．２３を用いて行う。

すなわち、超音波の送信はＱ個の振動子よシなる主起音
波振動子群２１中の所望のＮ個をスイッチング回路３３
にょシ選択し、そして、所望の焦点にフォーカスするよ
うに遅延時間が設られる。そして、所望の距離に焦点を
結ぶように設定された各々の信号対応の受信遅延線で遅
延され、加算されてこの加算後の出力が前記乗算器３８
に入力される。そして、この乗算器３８により両人力は
乗算される。

乗算器３８の二つの入力はそれぞれ超音波振動子の配列
方向が９０°異なっており、受信指向性は各々一方向に
ついてのみあるだけであるがその方向が９０°異なる。

従って、この二つの信号を乗算すると送信時の超音波ビ
ームの指向性及び主、副超音波振動子群２１〜２３のう
ち受信に用いられた振動子の面積と主、副超音波振動子
群２１〜２３の受信時での焦点距離等に応じた鋭い受信
指向性が得られる。

この乗算された出力は振副補正回路３９によシ振幅調整
した後、信号処理部４０によシビデオ信号に変換されて
表示部４１に与えられ、超音波断層像として超音波探触
子２″０における超音波ビーム送信位置対応の画面位置
に表示される。

超音波ビー・ムの走査は所定のタイミングで順次出力さ
れるクロックツ９ルスに対応して主超音波振動子群２１
中の隣接するＮ個を１超音波・苧ルスの送受信終了毎に
振動子１つ分ずつずらしながら選択するようスイッチン
グ回路３３を制御することによシ行い、また、超音波の
励振パルスは前記クロック・卆ルスを送信遅延回路３１
の各遅延線に与えることによって得られる各々の遅延線
によ不設定遅延時間だけ遅れたトリガパルスによシ得る
。

このようにして超音波ビームを走査し、主。

副超音波振動子群２１〜２３でその反射波を検出して受
信フォーカスの処理を行い、加算後に上述のような乗算
処理を行い、この乗算後の出力を用いて表示部で表示す
ることによシ方位分解能の鋭い超音波断層像を得ること
ができる。

上述したように本装量においては送受総合の指向性は送
信に用いられ名Ｎ個超音波振動子群による送信指向性と
、受信に用いられる配列方向が９０°異なった主及び副
の二つの超音波部−動子群すなわち、主超音波振動子群
２１中の受信に用いるＮ個の振動子と副超音波振動子群
・２２゜２３の指向性の積によって決定される受信指向
性との積によシ決定される。

本装置においては主超音波振動子群２１はもとよシ副超
音波振動子群２２．２３の焦点も該副超音波振動子群２
２．２３の受信遅延回路に設定される遅延時間によって
任意に設定できるので、従来のアレイ形の超音波探触子
において音響レンズｅ用いて収束させる方式のように固
　′定焦点とならず、任意に設定できることから、従来
ノ音響レンズによる収束方向を含めて所望の深さで焦点
を結ぶように受信処理することができ、しかも収束方向
の異なる主、副超音波振動子群２１〜２３による受信信
号の乗算を行うようにしたことによシ所望の急峻な指向
性が得られるようになシ、所望ゝの観察対象部位につい
て、分解能の高い像を得ｌることがそきる。−しかも副
超音波振動子群２２．２３は主部音波振動子群２１を狭
んでその両側に配設する構造としたことによシ超音波、
探触子２０は構造的には簡易となシ、容易且つ安価に実
現が可能となる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定するこ
となく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実
施し得るものであシ、例えば上記実施例ではリニア電子
スキャンの例について説明したがセクタ電子スキャンに
おいても“実施することができる。また、本装置は診断
用　′の他、被破壊検査など生体以外の物体を検査する
場合にも応用できる。

〔発明の効果〕

以上、詳述し庭ように本発明は複数の超音波振動子を並
設してなる超音波探触子を用い、これら超音波ビームの
所望の複数個を励振して超音波ビームを送信すると共に
所望の複数個を用いて超音波反射波を受信し、この受信
信号よシ・前記超音波ビームによる超音波反射波の映像
信号を得てこれよシ超音波メの表示を行うようにした超
音波検査装置において、前記超音波探触子は受信指向性
を異ならせるべく配列方向を異ならせた主及び副超音波
振動子群を有する構成とし、また、これら各々の主及び
副超音波振動子群各々に対応して設けられ所望の深さで
超音波ビームが収束するよう受信に用いた超音波探触子
各々の受信出力を遅延、加算する手段と。

これら各遅延、加算された受信出力を乗算する手段とを
用いて構成し、超音波探触子は配列方向を異ならせた指
向性の異なる主及び副超音波振動子群を有するものを使
用して送信は主超音波振動子群を用いその配列方向に対
して所望の深さで収束させると共に受信は主及び副超音
波振動子群を用いて行い、受信信号の遅延処理によって
主、副超音波振動子群各々の振動子配列方向について所
望の深さで収束された受信信号を得、これによダヘ主、
副両超音波振動子群より各々指向性の異なる超音波の受
信信号を得、これによって主、副側超音波振動子群の振
動子配列方向について任意の深さ位置で超音波ビームを
収束させることができるようにし、まだ、上記主、副両
超音波振動子群による指向性の異なる両受信信号を乗算
することによって上記指向性の重なり合う領域の信号以
外は大幅に減衰して該限られた領域の信号が抽出できる
ことを利用して所望の深さ位置において位置分解能の高
い超音波像を得ることができるようにしたので、所望の
検査対象部位について高解像度の超音波断層像を得るこ
とができ、従って、より正確な診断や検査ができるよう
になる他、超音波探触子は主超音波振動子群と配列方向
が異方る副超音波振動子群を主超音波振動子群に近接配
置した構造であるため、製作は容易であり、また、副超
音波振動子群に対する必要な受信系の回路も複雑化しな
いで済むなどの特徴を有する超音波検査装置を提供□す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するだめの図。 第２図は本発明による超音波探触子の構造を示す斜視図
、第３図は本発明の一実施例を示すブロック図である。 ２０・・・超音波探触子、２１・・・主超音波振動子群
、２２．２３・・・副超音波振動子群、３１・・・送信
遅延回路、３２・・・ｌ々ルサー、３Ｉ・・・スイッチ
ング回路、３４．３６・・・前置増幅器、３５．３７・
・・受信遅延および加算回路、３Ｂ・・・乗算器。 ３９・・・振幅補正回路、４０・・・信号処理部、４１
・・・表示部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の超音波振動子を並設してなる超音波探触子
   を用い、これら超音波振動子の所望の複数個を励振して
   超音波ビームを送信すると共に所望の複数個を用いて超
   音波反射波を受信し、この受信信号よシ前記超音波ビー
   ムによる超音波反射波の映像信号を得てこれよシ超音波
   像の表示を行うようにした超音波Ｍ装置において、前記
   超音波探触子は受信指向性を異ならせるべく配列方向を
   異ならせだ主及び副超音波振動子群を有する構成とし、
   また、これら各々の主及び副超音波振動子許容々に対応
   して設けられ所望の深さで超音波ビームが収束するよう
   受信に用いた超音波探触子各々の受信出力を遅延、加算
   する手段と、これら各遅延、加算された受信出力を乗算
   する手段とを具備し、前記乗算後の出力を映像信号とし
   て超音波像の表示に用いることを特徴とする超音波検査
   装置。
2. （２）複数の微小短柵状超音波振動子を一方向に並設し
   て主超音波振動子群とすると共にこの主超音波振動子群
   の並設方向と交叉する方向に主超音波振動子群の分布幅
   とほぼ同じ幅の複数の超音波振動子を並設して副超音波
   振動子群を構成した超音波探触子を用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の超音波検査装置。