JPS6018159A - 超音波断層撮影装置 - Google Patents
超音波断層撮影装置Info
- Publication number
- JPS6018159A JPS6018159A JP12724083A JP12724083A JPS6018159A JP S6018159 A JPS6018159 A JP S6018159A JP 12724083 A JP12724083 A JP 12724083A JP 12724083 A JP12724083 A JP 12724083A JP S6018159 A JPS6018159 A JP S6018159A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- tomography apparatus
- electroacoustic
- arrays
- transducer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
■5発明の背景
A、技術分野
本発明は超音波断層撮影装置、とくに、生体の表在性組
織用の超音波断層撮影装置に関する。
織用の超音波断層撮影装置に関する。
B、先行技術とその問題点
超音波断層撮影装置は、リニア電子スキャナ、セクタ電
子スキャナ、コンタクト・コンパウンド・スキャナなど
の様々な超音波スキャナ方式によって、たとえば生体な
どの被検体の各部に使用されている。たとえば、肝臓、
膵臓、腎臓などの腹部、胎児などの産婦人科領域、心臓
等の幅広い領域にわたって臨床使用され、診断上有用な
情報を提供している。
子スキャナ、コンタクト・コンパウンド・スキャナなど
の様々な超音波スキャナ方式によって、たとえば生体な
どの被検体の各部に使用されている。たとえば、肝臓、
膵臓、腎臓などの腹部、胎児などの産婦人科領域、心臓
等の幅広い領域にわたって臨床使用され、診断上有用な
情報を提供している。
このような生体組織の深部のみならず、表在性組織につ
いても適用可能で返る。技術の現状では、甲状腺、乳腺
、頚部(@動脈)などが中心となっている。
いても適用可能で返る。技術の現状では、甲状腺、乳腺
、頚部(@動脈)などが中心となっている。
通常の超音波断層撮影装置は、生体の比較的深部の断層
像を撮像するように設計されており、このような装置を
比較的体表面に近い(数cIl以下)部位の診断に使用
しても、深部の描出に比較して通常、解像力が低下する
傾向にある。これは、深部の観測のために、生体内にお
ける超音波の吸収の少ない3.5MHz帯を使用してい
ること、および生体深部においても指向性が良いように
大きな超音波送信開口を使用している点による。このた
め、生体浅部における距離分解能および方位分解能が犠
牲となっている。
像を撮像するように設計されており、このような装置を
比較的体表面に近い(数cIl以下)部位の診断に使用
しても、深部の描出に比較して通常、解像力が低下する
傾向にある。これは、深部の観測のために、生体内にお
ける超音波の吸収の少ない3.5MHz帯を使用してい
ること、および生体深部においても指向性が良いように
大きな超音波送信開口を使用している点による。このた
め、生体浅部における距離分解能および方位分解能が犠
牲となっている。
第1図を参照し、周波数fで振動する送信開口りの平面
円形振動子lOの近似的音場を考える。生体中を伝搬す
る超音波の音速をCとすると、その波長入はc/fとな
る。同図に示すように、振動子10から距#D/2人ま
での領域はフレネル領域FNと称し、ビーム径は開口り
に等しい。つまりY=Dである。これによって近距離音
場が形成される。
円形振動子lOの近似的音場を考える。生体中を伝搬す
る超音波の音速をCとすると、その波長入はc/fとな
る。同図に示すように、振動子10から距#D/2人ま
での領域はフレネル領域FNと称し、ビーム径は開口り
に等しい。つまりY=Dである。これによって近距離音
場が形成される。
この距離以遠はビーム径が角度λ/Dで広がるフラウン
ホーファ領域FHである。すなわちy=2(入/D)・
Xである。
ホーファ領域FHである。すなわちy=2(入/D)・
Xである。
これかられかるように、開口りが一定であれば周波数f
が高いほど指向性が良い。また、周波数一定であれば、
開口りが大きいほど指向性は良くなるが、当然、ビーム
径も大きくなる。
が高いほど指向性が良い。また、周波数一定であれば、
開口りが大きいほど指向性は良くなるが、当然、ビーム
径も大きくなる。
最近、表在性組織用の超音波断層撮影装置として、5
MHz、7.5MHz、10MHzの周波数帯を使用す
るものの開発および商品化が活発に行なわれている。
MHz、7.5MHz、10MHzの周波数帯を使用す
るものの開発および商品化が活発に行なわれている。
これは、高周波を使用することによって距離分解能を向
上させ、また送信開口を小さくできることで方位分解能
を向上させている。
上させ、また送信開口を小さくできることで方位分解能
を向上させている。
実時間断層像を得るためには、電子走査方式が優れてい
る。機械的または手動方式にょる表在性組織用スキャナ
もすでに商品化されているが、実時間性に欠けているた
め、実時間専用の超音波断層撮影装置の開発が望まれて
いる。
る。機械的または手動方式にょる表在性組織用スキャナ
もすでに商品化されているが、実時間性に欠けているた
め、実時間専用の超音波断層撮影装置の開発が望まれて
いる。
電子スキャナ用の高周波プローブを構成するにはいくつ
かの技術的および製造上の問題がある。
かの技術的および製造上の問題がある。
すなわち、第1に電気音響変換トランスジューサの材料
、第2に製造技術の問題である。
、第2に製造技術の問題である。
たとえば第2図に示すように、矢印Aの方向に超音波が
進行する直方体の振動子アレイ12の場合、トランスジ
ューサの厚み振動を利用しているので、高い周波数を使
用するためにはその厚さtを薄くシなければならない。
進行する直方体の振動子アレイ12の場合、トランスジ
ューサの厚み振動を利用しているので、高い周波数を使
用するためにはその厚さtを薄くシなければならない。
また、近似的にビスI・ン音源とするためには、その幅
Wと厚みtの比することで、幅Wを厚さtより大きくす
ることができるが、後者は前者に比較して変換効率が低
い点に難がある。
Wと厚みtの比することで、幅Wを厚さtより大きくす
ることができるが、後者は前者に比較して変換効率が低
い点に難がある。
送信する際に、アレイ12上の複数の素子を1組として
駆動する場合、グレーティングローブを抑圧するために
はその超音波の波長入に比較して各素子のピ・ンチPを
小さくする必要がある。
駆動する場合、グレーティングローブを抑圧するために
はその超音波の波長入に比較して各素子のピ・ンチPを
小さくする必要がある。
要約すると、周波数が高いと、振動体の厚さが薄くなり
、ピストン音源に近づけるためにはこれに応して幅も狭
くしなければならないが、このような振動体をアレイ状
に構成するのは、製造技術上困難が伴なう。また、方位
分解能を向上させ、なおかつ走査線密度を高めるために
は複数の振動体によって1つの音響開口を構成れはよい
が、このとき生ずるグレーティングローブを抑圧するた
めには振動体の素子間隔を超音波の波長以下にする必要
があり、やはり製造技術−1−の困難か伴なう。なおさ
らに方位分解能を向上させるための電子フォーカスは、
木質的に量子化のサイドローブを生ずる。
、ピストン音源に近づけるためにはこれに応して幅も狭
くしなければならないが、このような振動体をアレイ状
に構成するのは、製造技術上困難が伴なう。また、方位
分解能を向上させ、なおかつ走査線密度を高めるために
は複数の振動体によって1つの音響開口を構成れはよい
が、このとき生ずるグレーティングローブを抑圧するた
めには振動体の素子間隔を超音波の波長以下にする必要
があり、やはり製造技術−1−の困難か伴なう。なおさ
らに方位分解能を向上させるための電子フォーカスは、
木質的に量子化のサイドローブを生ずる。
このよ、うに、高周波の表在性組織用スキャナを実現す
るためには、その電気音響変換材料の適i、TJな選択
と、微細加工技術の問題を解決しなければならない。
るためには、その電気音響変換材料の適i、TJな選択
と、微細加工技術の問題を解決しなければならない。
Il、発明の目的
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、高解像度
の断層像を得ることができる表在性組織用の超音波断層
撮影装置を提供することを目的とする。
の断層像を得ることができる表在性組織用の超音波断層
撮影装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、電気信号と超音波との相互変換を行な
う電気音響変換手段と、電気音響変換手段を駆動して超
音波を送信し被検体から反射され電気音−変換手段で検
出された超音波に応じた電気信号を受信する送受信回路
と、受信した電気信号に応じた映像を可視表示する映像
水力手段と、電気音響変換手段、送受信回路および映像
水力手段を制御して被検体の超音波断層撮影を行なう制
御回路とを含む超音波断層撮影装置において、電気音響
変換手段は、超音波を送受信する複数の振動体からなる
振動子アレイを含み、各振動体は、超音波を送受信する
方向の厚みがこれに垂直な方向の長さよりも小さく、比
較的高い周波数の超音波を出力し、制御回路は、複数の
振動体を順次駆動することによって超音波送受信のリニ
ア走査を行なう。
う電気音響変換手段と、電気音響変換手段を駆動して超
音波を送信し被検体から反射され電気音−変換手段で検
出された超音波に応じた電気信号を受信する送受信回路
と、受信した電気信号に応じた映像を可視表示する映像
水力手段と、電気音響変換手段、送受信回路および映像
水力手段を制御して被検体の超音波断層撮影を行なう制
御回路とを含む超音波断層撮影装置において、電気音響
変換手段は、超音波を送受信する複数の振動体からなる
振動子アレイを含み、各振動体は、超音波を送受信する
方向の厚みがこれに垂直な方向の長さよりも小さく、比
較的高い周波数の超音波を出力し、制御回路は、複数の
振動体を順次駆動することによって超音波送受信のリニ
ア走査を行なう。
本発明の一つの特徴によれば、超音波の周波数は、被検
体としての生体の表面からその中に電気音響変換手段に
よって超音波を出力した際に生体の表在性組織において
近距離音場を形成する程度に高い周波数に設定される。
体としての生体の表面からその中に電気音響変換手段に
よって超音波を出力した際に生体の表在性組織において
近距離音場を形成する程度に高い周波数に設定される。
本発明の一つの特徴によれば、振動子アレイは振動体が
線形配列された2列のアレイを含み、両アレイの振動体
は、両アレイの間で7jニいに、各7レイにおける振動
体の配列ピッチの実質的の半分に等しい長さだけずらせ
て配列されている。
線形配列された2列のアレイを含み、両アレイの振動体
は、両アレイの間で7jニいに、各7レイにおける振動
体の配列ピッチの実質的の半分に等しい長さだけずらせ
て配列されている。
本発明の一つの特徴によれば、電気音響変換手段は、振
動体の前方に超音波を集束させるための音響レンズ手段
を有する。
動体の前方に超音波を集束させるための音響レンズ手段
を有する。
本発明の一つの特徴によれば、2列のアレイは1両アレ
イのスライス方向における指向性の中心が近距離音場の
範囲内で互いに交差するように配設されている。
イのスライス方向における指向性の中心が近距離音場の
範囲内で互いに交差するように配設されている。
本発明の一つの特徴によれば、映像出力手段は所定のフ
レームレートで映像を実時間表示し、制御回路は、フレ
ームレートで電気音響変換手段、送受信回路および映像
出力手段を制御し、生体の表在性組織で反射された超音
波が電気音響変換手段で検出される程度の速度で振動体
を順次走査させ、映像伝力手段は映像に対して信号処理
を行なう。
レームレートで映像を実時間表示し、制御回路は、フレ
ームレートで電気音響変換手段、送受信回路および映像
出力手段を制御し、生体の表在性組織で反射された超音
波が電気音響変換手段で検出される程度の速度で振動体
を順次走査させ、映像伝力手段は映像に対して信号処理
を行なう。
本発明の一つの特徴によれば、信号処理は、映像のS/
N比を増加させる処理を含む。
N比を増加させる処理を含む。
本発明の一つの特徴によれば、信号処理は、映像の走査
線本数を増加させる処理を含む。
線本数を増加させる処理を含む。
本発明の一つの特徴によれば、振動子アレイは、被検体
をスライスして方位方向に複数のスライス断層像を得る
ように配設された複数のアレイを含む。
をスライスして方位方向に複数のスライス断層像を得る
ように配設された複数のアレイを含む。
(ンン、千41ミta)
IIl、発明の詳細な説明および作用
法に添伺図面を参照して本発明による超音波断層撮影装
置の実施例を詳細に説明する。
置の実施例を詳細に説明する。
第3図を参照すると、本発明による超音波断層撮影装置
の実施例では、表在性組織用の高周波プローブ100が
16個の電気音響変換材料からなる振動子102のアレ
イ104と、これに対応して設けられたスイッチ106
とを有する。
の実施例では、表在性組織用の高周波プローブ100が
16個の電気音響変換材料からなる振動子102のアレ
イ104と、これに対応して設けられたスイッチ106
とを有する。
スイッチ回路10f1は、所定の周波数の超音波を送信
し、被検体から反射したエコーを受信する送受信回路1
10に接続されている。この送受信回路110は、この
実施例ではlチャネル分の機能を有する。送受信回路1
10で受信された信号は受信信号処理回路+12で必要
な信号処理を受け、映像回路114で映像信号に変換さ
れる。この映像信号は、たとえば陰極線管(CRT)な
どの映像表示装置すなわちモニタ1゛18に可視像とし
て表示される。
し、被検体から反射したエコーを受信する送受信回路1
10に接続されている。この送受信回路110は、この
実施例ではlチャネル分の機能を有する。送受信回路1
10で受信された信号は受信信号処理回路+12で必要
な信号処理を受け、映像回路114で映像信号に変換さ
れる。この映像信号は、たとえば陰極線管(CRT)な
どの映像表示装置すなわちモニタ1゛18に可視像とし
て表示される。
これらの各回路の動作は制御回路118によって制御さ
れる。
れる。
本装置全体の動作は、通常の超音波パルスによるいわゆ
るBモード断層撮影による。生体の比較的深部における
断層像を得るためには、振動子は通常10〜15mmの
音響開口を有し、送受信する超音波の指向性を良くして
いた。しかし生体の浅部、すなわち表在性組織の超音波
断層像を得るためには、このような大きな開口は必要な
い。たとえば、甲状腺、頚動脈などの部位に限っても、
目的の診断深さは人体表面から3CI11程度の深さま
で撮影できれば十分であり、表皮から1〜2cmの深さ
にほぼ目的の組織が存在すると考えられる。また、走査
の幅も3〜5cm程度あれば十分であると考えられる。
るBモード断層撮影による。生体の比較的深部における
断層像を得るためには、振動子は通常10〜15mmの
音響開口を有し、送受信する超音波の指向性を良くして
いた。しかし生体の浅部、すなわち表在性組織の超音波
断層像を得るためには、このような大きな開口は必要な
い。たとえば、甲状腺、頚動脈などの部位に限っても、
目的の診断深さは人体表面から3CI11程度の深さま
で撮影できれば十分であり、表皮から1〜2cmの深さ
にほぼ目的の組織が存在すると考えられる。また、走査
の幅も3〜5cm程度あれば十分であると考えられる。
前述のように、円形の超音波振動子の場合、近似的に近
距離音場である振動体から距離D 72人までの範囲で
は超音波ビームの径が音響開口りにほぼ等しい。したが
って、これが約2〜3cm程度になるように超音波の波
長入、すなわち周波数f、および開口の径りを選択すれ
ばよい。
距離音場である振動体から距離D 72人までの範囲で
は超音波ビームの径が音響開口りにほぼ等しい。したが
って、これが約2〜3cm程度になるように超音波の波
長入、すなわち周波数f、および開口の径りを選択すれ
ばよい。
0人1C&白)
い。このように、前述の診断の深さD /2λに応じて
最適なfおよびDを選択することが可能である。 ・初
、^イ東2(71↓凧j友臥子力゛1Q門酊っ場合てパ
堝)。
最適なfおよびDを選択することが可能である。 ・初
、^イ東2(71↓凧j友臥子力゛1Q門酊っ場合てパ
堝)。
方位分解能は、近距離音場の性質からビーム径に依存す
るので、開口径りが小さいほど良好になる。また、距離
分解能は、周波数fが高いほど良くなる。したがって、
Dを小さく、fを高くすれば両分解能は良くなる。
るので、開口径りが小さいほど良好になる。また、距離
分解能は、周波数fが高いほど良くなる。したがって、
Dを小さく、fを高くすれば両分解能は良くなる。
しかし、近距離音場すなわち診断の深さは、Dを小さく
、またfを高くするほど短くなるので、Dおよびfの値
にはこの面から限界がある。また、高い周波数では、生
体中における超音波の減Cゾ・″I−奔白) 衰が増加し、さらにこれに接続されている電子回路のダ
イナミックレンジの制約から1も診断の深さ□ が制限される。
、またfを高くするほど短くなるので、Dおよびfの値
にはこの面から限界がある。また、高い周波数では、生
体中における超音波の減Cゾ・″I−奔白) 衰が増加し、さらにこれに接続されている電子回路のダ
イナミックレンジの制約から1も診断の深さ□ が制限される。
たとえば第5図に示すように、生体軟組織での減衰を約
1 dB/cm ・MHzとすれば周波数fが高いほど
生体内部における減衰量が多く、ダイナミックレンジを
100dBとすれば、超音波の周波数fは、診断の深さ
3cmでは約18MHz、 2 cmでは約25M)l
zが限界である。また逆に、20MHzでは深さ約2.
5cmまでの診断が可能である。
1 dB/cm ・MHzとすれば周波数fが高いほど
生体内部における減衰量が多く、ダイナミックレンジを
100dBとすれば、超音波の周波数fは、診断の深さ
3cmでは約18MHz、 2 cmでは約25M)l
zが限界である。また逆に、20MHzでは深さ約2.
5cmまでの診断が可能である。
−例を示すと、fが15MHz 、開口径りが2mmの
場合、深さ2cmまではビーム径が2−mmであり、深
さ3cmでもビーム径は3mmにすぎない。なおその半
値幅は円形開口で1.4mm、矩形開口で1.2+nm
である。このような振動子をたとえば16個アレイ状に
配列すれば、全長32mmのアレイが構成でき、約3c
n+程度の走査幅を実現できる。
場合、深さ2cmまではビーム径が2−mmであり、深
さ3cmでもビーム径は3mmにすぎない。なおその半
値幅は円形開口で1.4mm、矩形開口で1.2+nm
である。このような振動子をたとえば16個アレイ状に
配列すれば、全長32mmのアレイが構成でき、約3c
n+程度の走査幅を実現できる。
第3図に戻って、制御回路118は第6図に示すような
タイミングでスイッチ106を順次、付勢し、各スイッ
チS1〜SI8を順次オンにする。これによって第3図
における16個の振動子102が順次、左から右に走査
され、それぞれのタイミングで超音波の送信と、生体内
部で反射されたそのエコーの受信が行なわれる。
タイミングでスイッチ106を順次、付勢し、各スイッ
チS1〜SI8を順次オンにする。これによって第3図
における16個の振動子102が順次、左から右に走査
され、それぞれのタイミングで超音波の送信と、生体内
部で反射されたそのエコーの受信が行なわれる。
従来のリニア走査では、複数たとえば8チヤネル分の振
動子が一斉に駆動され、この駆動が1チヤネルずつシフ
トして走査が行なわれるのに対し、本実施例では、同時
にはIチャネル分である1個の振動子102シか駆動さ
れず、lチャネルずつ順次シフトされてゆく。IBチャ
ネルまで駆動されれば、再び1チヤネルから駆動され、
走査を繰り返すことができる。 たとえば、走査深度3
0mm、走査幅が16チヤネルで32mm、生体内の音
速CM1.500tn/秒であるとすると、1フレーム
の走査に要する時間は640マイクロ秒となる。一般に
断層映像の実時間表示は、毎秒6oフレ一ム程度のレー
トで行なわれるので、17レームの走査に要する時間は
約16.7ミリ秒である。したがって、本実施例ではこ
の約l/26の所要時間で走査が完了する。
動子が一斉に駆動され、この駆動が1チヤネルずつシフ
トして走査が行なわれるのに対し、本実施例では、同時
にはIチャネル分である1個の振動子102シか駆動さ
れず、lチャネルずつ順次シフトされてゆく。IBチャ
ネルまで駆動されれば、再び1チヤネルから駆動され、
走査を繰り返すことができる。 たとえば、走査深度3
0mm、走査幅が16チヤネルで32mm、生体内の音
速CM1.500tn/秒であるとすると、1フレーム
の走査に要する時間は640マイクロ秒となる。一般に
断層映像の実時間表示は、毎秒6oフレ一ム程度のレー
トで行なわれるので、17レームの走査に要する時間は
約16.7ミリ秒である。したがって、本実施例ではこ
の約l/26の所要時間で走査が完了する。
このlフレーム期間における残りの時間は、信号処理回
路112における様々な信号処理に使用することができ
る。これについては、後に、詳述する。このように信号
処理回路112によって画像処理された受信信号は、映
像回路114において映像信号に変換され、表示装置1
18において輝度変調することによって、いわゆるBモ
ードで可視画像として表4示される。なお、本実施例で
は電子フォーカス機能を与えていないので、従来のリニ
ア電子走査方式で必要であった送受信信号に対して位相
遅延を与えるための遅延回路を必要としないのも、1つ
の特徴である。
路112における様々な信号処理に使用することができ
る。これについては、後に、詳述する。このように信号
処理回路112によって画像処理された受信信号は、映
像回路114において映像信号に変換され、表示装置1
18において輝度変調することによって、いわゆるBモ
ードで可視画像として表4示される。なお、本実施例で
は電子フォーカス機能を与えていないので、従来のリニ
ア電子走査方式で必要であった送受信信号に対して位相
遅延を与えるための遅延回路を必要としないのも、1つ
の特徴である。
前述の1フレ一ム期間における走査以外の時間において
、様々な信号処理を行なってもよい。たとえば、複数の
フレームについて受信信号の加算平均を行ない、S/N
比を向上させることができる。たとえば、前述の例では
lフレーム期間内に28回加算平均演算を行なえば、S
/N比が約5倍程度、向上する。また、加算平均演算の
際に後述の走査補間法を並行して行なうとしても、lフ
レーム期間内に13回の加算平均演算を行なうことがで
きる。
、様々な信号処理を行なってもよい。たとえば、複数の
フレームについて受信信号の加算平均を行ない、S/N
比を向上させることができる。たとえば、前述の例では
lフレーム期間内に28回加算平均演算を行なえば、S
/N比が約5倍程度、向上する。また、加算平均演算の
際に後述の走査補間法を並行して行なうとしても、lフ
レーム期間内に13回の加算平均演算を行なうことがで
きる。
高いフレームレートによる走査の余剰時間において、複
数の断面の実時間走査を行なうようにしてもよい。これ
は、第7図に示すような複数の振動子アレイA1. A
2およびA3を含むプローブ200によって実現される
。このプローブ20’Oば切替回路202を有し、第8
図のタイミング図に示されるように、制御回路110の
制御によってこれから信−J−線So 1 、SO2、
So、3に順次付勢信号が供給される。したがって、ア
レイA1のスイッチSlがらS16.アレイA2のスイ
ッチSlからS18.アレイA3のスイッチS1からS
IB というように順にスイッチ10Bが伺勢され、対
応する振動子102が順次駆動される。なお、この例で
は3列のアレイA1〜A3が示されてぃ 5るが、これ
は−例であって、本発明を限定するものではなく、これ
以上または以下の数の7レイを配列してもよいことは明
らかである。
数の断面の実時間走査を行なうようにしてもよい。これ
は、第7図に示すような複数の振動子アレイA1. A
2およびA3を含むプローブ200によって実現される
。このプローブ20’Oば切替回路202を有し、第8
図のタイミング図に示されるように、制御回路110の
制御によってこれから信−J−線So 1 、SO2、
So、3に順次付勢信号が供給される。したがって、ア
レイA1のスイッチSlがらS16.アレイA2のスイ
ッチSlからS18.アレイA3のスイッチS1からS
IB というように順にスイッチ10Bが伺勢され、対
応する振動子102が順次駆動される。なお、この例で
は3列のアレイA1〜A3が示されてぃ 5るが、これ
は−例であって、本発明を限定するものではなく、これ
以上または以下の数の7レイを配列してもよいことは明
らかである。
このアレイA1〜A3は、第9図に示すように矢印Bで
示す方位方向、すなわちスライス方向に垂直な方向に配
列されている。したがって、前述のように順次駆動され
ると、同図に示すように3つの走査スライス210,2
12,214について断層撮影を行なうことができる。
示す方位方向、すなわちスライス方向に垂直な方向に配
列されている。したがって、前述のように順次駆動され
ると、同図に示すように3つの走査スライス210,2
12,214について断層撮影を行なうことができる。
前述の例では、この所要時間は1,920マイクロ秒で
ある。したがって、1フレ一ム期間に加算平均演算を8
回行なうことができる。さらに、2つのスライスずつ走
査線を補間する走査線補間演算を行なっても、 2,5
f(0マイクロ秒で完了するので、加算平均を6回行な
うことができる。
ある。したがって、1フレ一ム期間に加算平均演算を8
回行なうことができる。さらに、2つのスライスずつ走
査線を補間する走査線補間演算を行なっても、 2,5
f(0マイクロ秒で完了するので、加算平均を6回行な
うことができる。
この方式を応用すれば、基本的には複数の断面を同時に
実時間表示することができる。また、いわゆるCモード
表示も可能であり、これらを組み合せることによって、
断層画像の立体的表示を行なうこともできる。
実時間表示することができる。また、いわゆるCモード
表示も可能であり、これらを組み合せることによって、
断層画像の立体的表示を行なうこともできる。
第10図に示すように、このような信号処理は、映像信
号を一時蓄積するディジタルメモリ300を映像回路の
出力側に設けて行なってもよい。これによって、走査映
像を一時凍結させるフリーズ機能を実現してもよい。
号を一時蓄積するディジタルメモリ300を映像回路の
出力側に設けて行なってもよい。これによって、走査映
像を一時凍結させるフリーズ機能を実現してもよい。
第11図は、18個の振動子102のアレイ104を有
し、スイッチ回路が設けられていないプローブ400の
例を示している。この実施例の場合は、送受信回路40
2に各振動子102が多線で接続され、送受信回路40
2は、1Bチャネル分送信機能と1チャネル分の受信機
能を有する。これによって、第3図の実施例について説
明したのと同様な走査を行なうことができる。
し、スイッチ回路が設けられていないプローブ400の
例を示している。この実施例の場合は、送受信回路40
2に各振動子102が多線で接続され、送受信回路40
2は、1Bチャネル分送信機能と1チャネル分の受信機
能を有する。これによって、第3図の実施例について説
明したのと同様な走査を行なうことができる。
このように本発明による超音波断層撮影装置では、電子
フォーカスを使用していないので、回路構成が簡略であ
り、またこれによるサイトローブも発生することがな′
い。つまり、基本的には通當の単一プローブによるBモ
ードスキャナと回し効果を奏する。
フォーカスを使用していないので、回路構成が簡略であ
り、またこれによるサイトローブも発生することがな′
い。つまり、基本的には通當の単一プローブによるBモ
ードスキャナと回し効果を奏する。
このような超音波断層撮影装置において、解像度をさら
に向上させるため、走査線数の増加や、超音波ビームの
集束を行なうと有利である。
に向上させるため、走査線数の増加や、超音波ビームの
集束を行なうと有利である。
走査線数の増加を行なわなければ、一般に走査線の数は
振動子の数に等しく、その間隔は振動子間隔P(第2図
)に等し”い。たとえば、音響間1」径2m1I+では
走査線密度は5木/cmである。因に従来のリニア電子
スキャナは12木/cm程度である。
振動子の数に等しく、その間隔は振動子間隔P(第2図
)に等し”い。たとえば、音響間1」径2m1I+では
走査線密度は5木/cmである。因に従来のリニア電子
スキャナは12木/cm程度である。
このような疎な走査線密度をデータ補間法によって補間
してもよい。これは、信号処理回路112における信号
処理演算によって、隣接する°2木の走査線の中間の画
素データをたとえば線形補間によって補間するものであ
る。これによれば、第12図に示すように、k番目の走
査線(実線500で示す)のデータをNkとすれば、k
番目の走査線とに+1番目の走査線との中間にある補間
される走査線に’ (点線502で示す)のデータNk
’は(Nk+Nk+1)/2で得られる。
してもよい。これは、信号処理回路112における信号
処理演算によって、隣接する°2木の走査線の中間の画
素データをたとえば線形補間によって補間するものであ
る。これによれば、第12図に示すように、k番目の走
査線(実線500で示す)のデータをNkとすれば、k
番目の走査線とに+1番目の走査線との中間にある補間
される走査線に’ (点線502で示す)のデータNk
’は(Nk+Nk+1)/2で得られる。
また、次のような走査補間法によって走査線増加を行な
ってもよい。これによれば、振動子ピッチPの半分の間
隔で走査を行なうことができる。
ってもよい。これによれば、振動子ピッチPの半分の間
隔で走査を行なうことができる。
第13図および第14図を参照すると、アレイA1とA
2とでは互いにP/2だけアレイ方向すなわち矢印Bに
垂直な方向にシフトされた相対位置に両アレイが配列さ
れ、支持体504によって支持されている。つまり、ア
レイA】から出力される走査線506と、アレイF、A
2から出力される走査線510とではP/2だけアレイ
方向にずれて配列されている。しかも、第15図および
第16図に示すように、v4アレイA1とA2ではスラ
イス方向において超音波ビームの中心が、たとえば診断
深さの約半分の、位)で互いに交差するように指向性が
付与されている。したがって第16図かられかるように
、ビームの径は位置Fにおいて開口径りに等しくなって
いる。このようにしてスライス方向の分解能を方位方向
Bと同程度にしている。この位置FはアレイAIとA2
の向きを調整することによって任意に設定することがで
きる。
2とでは互いにP/2だけアレイ方向すなわち矢印Bに
垂直な方向にシフトされた相対位置に両アレイが配列さ
れ、支持体504によって支持されている。つまり、ア
レイA】から出力される走査線506と、アレイF、A
2から出力される走査線510とではP/2だけアレイ
方向にずれて配列されている。しかも、第15図および
第16図に示すように、v4アレイA1とA2ではスラ
イス方向において超音波ビームの中心が、たとえば診断
深さの約半分の、位)で互いに交差するように指向性が
付与されている。したがって第16図かられかるように
、ビームの径は位置Fにおいて開口径りに等しくなって
いる。このようにしてスライス方向の分解能を方位方向
Bと同程度にしている。この位置FはアレイAIとA2
の向きを調整することによって任意に設定することがで
きる。
また、第17図に示すようにアレイ^1およびA2に音
響レンズ600を配設してさらに分解能を向上させても
よい。このレンズ6θOによってスライス方向のビーム
幅は第18図に示すように集束され、同図にLlで示す
ようにスライス幅が開口径り以下になる領域が拡大され
る。この走査補間法に前述の走査線増加法を併用すれば
、走査線密度はさらに倍になる。したがって全体として
は、走査線密度を2〜4倍に増加させることができる。
響レンズ600を配設してさらに分解能を向上させても
よい。このレンズ6θOによってスライス方向のビーム
幅は第18図に示すように集束され、同図にLlで示す
ようにスライス幅が開口径り以下になる領域が拡大され
る。この走査補間法に前述の走査線増加法を併用すれば
、走査線密度はさらに倍になる。したがって全体として
は、走査線密度を2〜4倍に増加させることができる。
なお、これらの図において、振動子アレイに、おける音
響整合層は、本発明の理解に直接関係ないので、図の複
雑化を避けるため図示を省略しである。
響整合層は、本発明の理解に直接関係ないので、図の複
雑化を避けるため図示を省略しである。
超音波ビームの凍束は、このような音響レンズによるビ
ームフォーカス法が有利に適用される。
ームフォーカス法が有利に適用される。
超音波少ローブは第18図に示すように、支持体504
に振動子102か支持され)その上に音響整合層700
が形成されている。振動子102単体はこの実施例では
、第20図(’A )に示すように開口りとスライス幅
りの直方体をなしている。同図(B)に示すようにスラ
イス幅りは開口りに等しくてもよい。このようにすれば
、本発明による超音波断層撮影装置では分解能をスライ
ス方向と方位方向とで等しくすることができる。
に振動子102か支持され)その上に音響整合層700
が形成されている。振動子102単体はこの実施例では
、第20図(’A )に示すように開口りとスライス幅
りの直方体をなしている。同図(B)に示すようにスラ
イス幅りは開口りに等しくてもよい。このようにすれば
、本発明による超音波断層撮影装置では分解能をスライ
ス方向と方位方向とで等しくすることができる。
従来のリニア電子スキャナでは、走査方式上、スライス
方向においてのみ音響レンズを適用することができるが
、本発明による超音波断層撮影装置では、個々の振動子
単体について音響レンズを配設することができる。した
がって、集束される音場は、電子フォーカス方式と比較
すると木質的に優れている。
方向においてのみ音響レンズを適用することができるが
、本発明による超音波断層撮影装置では、個々の振動子
単体について音響レンズを配設することができる。した
がって、集束される音場は、電子フォーカス方式と比較
すると木質的に優れている。
第21図に示す音響レンズ600は凸型のものであり、
第22図に示す音響レンズ610は凹型のものである。
第22図に示す音響レンズ610は凹型のものである。
これらは平面形状がこれらの図の(B)に示すように円
形であるが、第23図に示すような方位方向Bにおいて
直方な、かまぼこ型のものであってもよい。勿論、これ
が凹型であってもよい。
形であるが、第23図に示すような方位方向Bにおいて
直方な、かまぼこ型のものであってもよい。勿論、これ
が凹型であってもよい。
第21図または第23図に対応するものは、第24図に
示すように、また、第22図tこ対応するものは第25
図に示すように、その凸面620および凹面622の曲
率半径をそれぞれrlおよびr2、レンズ材料中の音速
をそれぞれvlおよびv2とすると、rl= F・(1
−n) = F −(1−c/vl) r2= F・(1−n) =F・(1−c/v2) である。ただし、Cは生体710における音速である。
示すように、また、第22図tこ対応するものは第25
図に示すように、その凸面620および凹面622の曲
率半径をそれぞれrlおよびr2、レンズ材料中の音速
をそれぞれvlおよびv2とすると、rl= F・(1
−n) = F −(1−c/vl) r2= F・(1−n) =F・(1−c/v2) である。ただし、Cは生体710における音速である。
また、凹型ではn<1(v>c)でrがIIミであり、
凸型ではn>1(v<c)でrが負である。−例をあげ
ると、Cを約1,500 メートル7秒、Fを10mm
として、凸型レンズ材料にマ!が1 、100メ一トル
/秒のシリコンゴムを使用するとn = 1.38.1
= 3.8mmとなり、凹型レンズ材料にv2が1,
800メ一トル/秒のポリカーボネートを使用すると1
1 = 0.83、r=1.7mmとなる。
凸型ではn>1(v<c)でrが負である。−例をあげ
ると、Cを約1,500 メートル7秒、Fを10mm
として、凸型レンズ材料にマ!が1 、100メ一トル
/秒のシリコンゴムを使用するとn = 1.38.1
= 3.8mmとなり、凹型レンズ材料にv2が1,
800メ一トル/秒のポリカーボネートを使用すると1
1 = 0.83、r=1.7mmとなる。
このような形状の音響レンズは、成形加工などによって
容易に製造することができ、振動子アレイに必要な素子
数だけ一体成形したレンズを製造することが有利である
。
容易に製造することができ、振動子アレイに必要な素子
数だけ一体成形したレンズを製造することが有利である
。
IV、発明の具体的効果
本発明による超音波断層撮影装置では、電子フォーカス
を使用することなく高解像度で表在性組織の断層像を得
ることができる。
を使用することなく高解像度で表在性組織の断層像を得
ることができる。
より具体的には、電子フォーカスを使用しないので量子
化によるサイドローブが生ずることがなく、凹面トラン
スジューサや音響レンズによって集束音場が形成され、
トランスシュ゛−サ材料は幅を厚みより大きくできるこ
とで近似的にピストン音源を構成することができる。し
たがって、優れた超音波の音場特性を形成することがで
きる。
化によるサイドローブが生ずることがなく、凹面トラン
スジューサや音響レンズによって集束音場が形成され、
トランスシュ゛−サ材料は幅を厚みより大きくできるこ
とで近似的にピストン音源を構成することができる。し
たがって、優れた超音波の音場特性を形成することがで
きる。
とくに、l0N)12程度以上の高周波領域において良
好な指向性で超音波を送受信できるので、とくに表在性
組織の断層撮影に効果的に適用できる。
好な指向性で超音波を送受信できるので、とくに表在性
組織の断層撮影に効果的に適用できる。
また従来のリニア電子スキャナに比較して、各振動子材
料を細かく切断する必要がなく、すなわち振動子の幅が
広くて数も少ないので、プローブの°加工や電極の配線
が容易であるなど、製造上の利点も顕著である。さらに
、電子フォーカスを形成するための回路が不要であり、
送受信のチャンネル数も少なくてよいので、回路構成が
簡略であり、装置本体とプローブを接続するケーブルの
接続線数も少なくてよいなど、装置構成が簡略化される
。
料を細かく切断する必要がなく、すなわち振動子の幅が
広くて数も少ないので、プローブの°加工や電極の配線
が容易であるなど、製造上の利点も顕著である。さらに
、電子フォーカスを形成するための回路が不要であり、
送受信のチャンネル数も少なくてよいので、回路構成が
簡略であり、装置本体とプローブを接続するケーブルの
接続線数も少なくてよいなど、装置構成が簡略化される
。
さらに、高走査レートのため1フレームの走査期間にか
なりの余裕があるので、その間に画素信号の複数フレー
ムにわたる加算平均演算や、複数断面の同時走査などの
様々な信号処理を実時間で行なうことができる。
なりの余裕があるので、その間に画素信号の複数フレー
ムにわたる加算平均演算や、複数断面の同時走査などの
様々な信号処理を実時間で行なうことができる。
第1図および第2図は本発明による超音波断層撮影装置
の基本原理を説明するための説明図、第3図は本発明に
よる超音波断層撮影装置の実施例を示すブロック図、 第4図および第5図は第3図に示す実施例に使〜 用さ
れる超音波プローブの超音波伝搬特性を説明するための
グラフ、 第6図は第3図の実施例の動作を示すタイミング図、 第7図および第8図は本発明の他の実施例を示すそれぞ
れブロック図およびタイミング図、第9図は第7図の実
施例に使用されるプローブの例を示す斜視図、 第1θ図および第11図は本発明の他の実施例を示すブ
ロック図、 第12図は、本発明による超音波断層撮影装置に適用さ
れるデータ補間法による走査線増加を説明するための説
明図、 W413図ないし第25図は、本発明による超音波断層
撮影装置に適用される様々なプローブの構成を説明する
ための説明図である。 一:j戸当ノ)の、色の=1 100、、、超音波プローブ 102、、、振動子 104、、、振動子アレイ 110、、、送受信回路 ■+2...+2...受信路 1ift、、、映像モニタ 118、、、制御回路 eoo、、、音響レンズ 特許出願人 チル千株式会社 第22図 第23図 (B) 第24図 第25図
の基本原理を説明するための説明図、第3図は本発明に
よる超音波断層撮影装置の実施例を示すブロック図、 第4図および第5図は第3図に示す実施例に使〜 用さ
れる超音波プローブの超音波伝搬特性を説明するための
グラフ、 第6図は第3図の実施例の動作を示すタイミング図、 第7図および第8図は本発明の他の実施例を示すそれぞ
れブロック図およびタイミング図、第9図は第7図の実
施例に使用されるプローブの例を示す斜視図、 第1θ図および第11図は本発明の他の実施例を示すブ
ロック図、 第12図は、本発明による超音波断層撮影装置に適用さ
れるデータ補間法による走査線増加を説明するための説
明図、 W413図ないし第25図は、本発明による超音波断層
撮影装置に適用される様々なプローブの構成を説明する
ための説明図である。 一:j戸当ノ)の、色の=1 100、、、超音波プローブ 102、、、振動子 104、、、振動子アレイ 110、、、送受信回路 ■+2...+2...受信路 1ift、、、映像モニタ 118、、、制御回路 eoo、、、音響レンズ 特許出願人 チル千株式会社 第22図 第23図 (B) 第24図 第25図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)、電気信号と超音波との相互変換を行なう電気音
響変換手段と、 該電気音響変換手段を駆動して超音波を送信し、被検体
から反射され該電気音響変換手段で検出された超音波に
応じた電気信号を受信する送受信回路と。 該受信した電気信号に応じた映像を可視表示する映像ヱ
V手段と、 該電気音響変換手段、送受信回路および映像水力手段を
制御して被検体の超音波断層撮影を行なう制御回路とを
含む超音波断層撮影装置において、 前記電気音響変換手段は、超音波を送受信する複数の振
動体からなる振動子アレイを含み、該振動体は、超音波
を送受信する方向の厚みがこれに垂直な方向の長さより
も小さく、比較的高い周波数の超音波を出力し、 前記制御回路は、該、複数の振動体を順次駆動すること
によって超音波送受信のリニア走査を行なうことを特徴
とする超音波断層撮影装置。 (2)、前記超音波の周波数は、被検体としての生体の
表面からその中に前記電気音響変換手段によって超音波
を出力した際に該生体の表在性組織において近距離音場
を形成する程度に高い周波数に設定されることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の超音波断層撮影装置。 (3)、前記振動子アレイは、振動体が線形配列された
2列のアレイを含み1両アレイの振動体は、両アレイの
間で互いに、各アレイにおける振動体の配列ピッチの実
質的の半分に等しい長さだけずらせて配列されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の超音波断層
撮影装置。 (4)、前記電気音響変換手段は、振動体の前方に超音
波を集束させるための音響レンズ手段を有することを特
徴とする特許請求の範囲第2項または第3項に記載の超
音波断層撮影装置。 (5)、前記2列のアレイは、両アレイのスライス方向
における指向性の中心が近距離音場の範囲内でWいに交
差するように配設されていることを特徴とする特許請求
の範囲第3項記載の超音波断層撮影装置η。 (す、前記映像出力手段は所定のフレームレートで映像
を実時間表示し、 前記制御回路は、該フレームレートで前記電気音響変換
手段、送受信回路および映像出力手段を制御し、生体の
表在性組織で反射された超音波が前記電気音響変換手段
で検出される程度の速度で前記振動体を順次走査させ、 該映像出力手段は前記映像に対して信号処理を行なうこ
とを特徴とする特許請求の範囲第2項記戦の超音波断層
撮影装置。 (7)、前記信号処理は、映像のS/N比を増加させる
処理を含むことを特徴とする特許請求の範囲第6項記載
の超音波断層撮影装置。 (a)、前記信号処理は、映像の走査線本数を増加させ
る処理を含むことを含むことを特徴とする特許請求の範
囲第6項記載の超音波断層撮影装置。 (9)、前記振動子アレイは、被検体をスライスして方
位方向に複数のスライス断層像を得るように配設された
複数のアレイを含むことを特徴とする特許請求の範囲第
6項記載の超音波断層撮影装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12724083A JPS6018159A (ja) | 1983-07-13 | 1983-07-13 | 超音波断層撮影装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12724083A JPS6018159A (ja) | 1983-07-13 | 1983-07-13 | 超音波断層撮影装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6018159A true JPS6018159A (ja) | 1985-01-30 |
| JPH0530464B2 JPH0530464B2 (ja) | 1993-05-10 |
Family
ID=14955177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12724083A Granted JPS6018159A (ja) | 1983-07-13 | 1983-07-13 | 超音波断層撮影装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6018159A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05280553A (ja) * | 1992-03-31 | 1993-10-26 | Yamakawa Ind Co Ltd | クラッチドラム |
| JP2007068911A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波探触子 |
| JP2007075130A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波探触子 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5526975A (en) * | 1978-08-18 | 1980-02-26 | Tokyo Shibaura Electric Co | Ultrasonic wave reflection device |
-
1983
- 1983-07-13 JP JP12724083A patent/JPS6018159A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5526975A (en) * | 1978-08-18 | 1980-02-26 | Tokyo Shibaura Electric Co | Ultrasonic wave reflection device |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05280553A (ja) * | 1992-03-31 | 1993-10-26 | Yamakawa Ind Co Ltd | クラッチドラム |
| JP2007068911A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波探触子 |
| JP2007075130A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波探触子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0530464B2 (ja) | 1993-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101132531B1 (ko) | 서로 마주 보는 트랜스듀서를 구비하는 초음파 진단 장치 | |
| US4241608A (en) | Ultrasonic scanner | |
| CN104783835B (zh) | 超声波诊断装置以及超声波图像生成方法 | |
| JP3862793B2 (ja) | 超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置 | |
| US20030055337A1 (en) | Dual-frequency ultrasonic array transducer and method of harmonic imaging | |
| JPH02217000A (ja) | 超音波探触子 | |
| JP2010029374A (ja) | 超音波診断装置 | |
| Nikolov et al. | Practical applications of synthetic aperture imaging | |
| JPH0137146B2 (ja) | ||
| JP2004089311A (ja) | 超音波送受信装置 | |
| CN102695455A (zh) | 超声波诊断装置及超声波收发方法 | |
| Carpenter et al. | A multimode real time scanner | |
| JPS6018159A (ja) | 超音波断層撮影装置 | |
| JPH0344771B2 (ja) | ||
| JPH08140969A (ja) | 超音波診断装置 | |
| JPS6340974Y2 (ja) | ||
| JPH06205773A (ja) | 超音波診断装置 | |
| JPH0678922A (ja) | 超音波診断装置 | |
| JP2004223109A (ja) | 超音波撮像装置及び超音波撮像方法 | |
| JPH02147052A (ja) | 電子走査型超音波診断装置 | |
| Kim et al. | Hybrid beamformation for volumetric ultrasound imaging scanners using 2-D array transducers | |
| JPH10305032A (ja) | 超音波診断装置 | |
| JPH07218620A (ja) | 超音波変換器システム | |
| JP2000229079A (ja) | 超音波撮像方法および装置 | |
| Karrer | Phased array acoustic imaging systems |