JPS6041957A - 電子走査形超音波診断装置 - 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】 本発明は電子走査形超音波診断装置に関し、特に被検体
の広範囲にわたる部分を同時に観測できかつ体表をも描
′ｑ可能にし部位の判定を容易にした電子走査形超音波
診断装置に関づる。

超音波パルスを被検体中に放射し、その反射波から断層
園等を得る超音波検査装置は古くから用いられているが
、特にこの方法によって生体内の情報を得るものとして
、電子走査形超音波診断装置が開発されつつある。

第１図はその一例であるリニア電子走査形超音波診断装
置の原理的構成を示す図である。

１８〜１ｎは超音波探触子に設けられた圧電振動子のご
とき電気−音響変換器で、第２図に示ず探触子本体１１
の平坦な面上に一列に配列されている。

これらの変換器１ａ〜１ｎを以下振動子アレイと称する
。これらの振動子アレイ　１ａ〜１ｎはスイッヂング回
路２８〜２ｎを介してパルサー３により順次駆動され、
これにより超音波ビーム４は平行に移動する。この超音
波ビーム４の生体内ｆ’ｓ　＋うの反射波は、振動子ア
レイ　１ａ〜１ｎで受波された後、スイッヂング回路２
８〜２ｎを介して受波回路５に導かれ、信日処理回路６
を通してディスプレイ　７に表示される。これらの回路
２８〜２ｎ。

３．５．６．７は制御回路８によって制御されている。

この装置で実際に生体内を検査するには、第２図（ａ）
に示すように超音波Ｓ触子の振動子アレイの表面１２（
これを超音波送受波面と称する）を被検体である生体３
１の表面に接触させて、超音波ビームを生体３１内に放
射し、その反射波を受波するが、超音波ビームを前述の
ように平行移動させると、この超音波ビームで生体１４
内が走査されるので、ディスプレイ　７において第２図
（ｂ）内側の太枠内のような超音波断層像を得ることが
できる。なお、１３はケーブルである。

しかしながら、第２図（ａ）に示したように平面上に並
／、だ振動子ア１ノイからなる超音波送受波面１２を直
接、生体の表面３１に接触させるような超音波探触子で
は走査幅が超音波受波面１２に接触している生体表面の
比較的狭い部分に限られ、さらに断層像にお（）る超音
波送受波面（生体面）の部分は常に直線３４−に表示さ
れる。すなわち、超音波は空気中をほとんど透過するこ
とができず、超音波送受波面１２は平坦であるため、生
体表面３１と接触しない部分からの走査は不可能で、生
体表面３１と接触している部分が平坦となって、そこか
ら走査された部分のみが断層像として得られるのである
。

５− ところで、従来最も普及している手動複合走査と呼ばれ
る方式では第３図（ａ）に示寸ようにアングルの先端に
１個の電気−音響変換器９がとりつけられており、アン
グルの各支点にあるポテンショメータ１０ａ〜１０ｃに
よって、電気−音響変換器９の位置および超音波ビーム
の方向を検出してディスプレイ上に断層像を表示するた
め、第３図（ｂ）のように、検査部位全体の断層像をそ
の体表３４も自然の形のままで表示することができる。

この方式では断層像を写真に撮って、あとで読影を行な
うときに全体の像が描写されているため部位の判定に困
ることはない。ところが、リニア電子走査形超音波診断
装置の場合には、前述のように表示される範囲が狭い上
体表の形状は変形されて直線に表示されるため、探触子
を自分で動かしながらディスプレイ上で観測していると
ぎは部位の判定が容易であるが、いったん写真撮影した
ものを読影する場合には、部位の判定がきわめて困難に
なるのが欠点である。

超音波検査は検査技師が撮影して医師が読影す６− る場合が多くまた写真によるデータの記録保存はルーチ
ンの検査に不可欠であるためこの部位の判定がしにくい
ことはきわめて不便である。また、胎児などの診断では
胎児全体の像を一画面上に同時に描Ｖする必要がありこ
のためには狭い部分だ【プの走査だ１１ではどうしても
不十分である。

本発明はこのＪ：うな点に鑑みてなされたもので、その
目的は被検体の表面形状に関係なく、走査範囲を広くし
同時に広範囲の断層を得ることができ、かつ体表の変形
も少なく断層像の部位および断層像そのものの判定を容
易にした電子走査形超音波診断装置を提供するにある。

以下実施例にＪ：り本発明の詳細な説明する。

第４図は発明の〜実施例を示す超音波診断装置の探触子
の部分の斜視図で、第５図は同実施例の断面図である。

尚、第２図と同一部分に同一符号をイー１しである。す
なわち、探触子本体１１の振動子アレイからなる超音波
送受面１２側には、凸状の音響レンズ１８が設（）られ
でいる。

そして、この音響レンズ１８の表面に接するように、単
独で密閉室を形成する袋状膜体１４．１９が設【プられ
ている。この袋状膜体１４．１９の中には、超音波を透
過する流動性物質１５が封入されている。

流動性物質１５の音響インピーダンスは前述のように生
体表面のそれに近いものが良（，１，５〜１　、６　ｘ
　１０６［’Ｋ（＋　／ｍ２・Ｓ］程度のものが選ばれ
るが、これとほぼ等しい音響インピーダンスのシリコー
ンゴｌいからなる音響レンズ１８を用いることにより、
この１ノンズ１８と流動性物質１５との境弄での反射を
少なくできる。そして、この音響レンズ１８は破線Ａで
示すような収束効果を持たすために、凸レンズとしてい
るため、もし膜体１４で形成された密閉室に気泡が入っ
ても、表面が凸状になっていることにより、気胞は側方
へ逃げることになり好都合である。また、シリコーンゴ
ムは一般に流動性物質、特に水をわずかに通すため、上
記薄膜１９によって音響レンズ１８および探触子内部の
保膜を図っている。

この超音波探検感触子を用いて例えば人体の腹部の断面
を観測しようとする場合には、第６図（ａ）に示すよう
に膜体１４を生体３１の腹部表面に接触させる。この場
合、膜体１４は図のように腹部表面の形状に応じて変形
するが、この状態で膜体１４と腹部表面との接触面は、
超音波送受波面１２より拡がる。これは膜体１４の大き
ざや、流動性物質１５のｍ等を適当に選ぶことにより達
成される。この結果、超音波送受波面１２の全面と腹部
表面とが膜体１４および流動性物質１５を介して音響的
に結合される。したがって、超音波送受波面１２より放
射された超音波パルスは空気層等で反射されることな（
腹部内に透過し、腹部内で反射された超音波パルスも超
音波送受波面１２に空気層等で反射されることなく到達
し、振動子アレイ全数について超音波ビームの操作が有
効に行なわれ、広範囲にわたる断層像が同時に観測でき
る。

第６図（ｂ）はこの結果得られた断層像を示したもので
、股部表面３４および内臓３３が広範囲にわたって同時
に一断層像としてＣＲＴ上に描写される。すなわち、従
来の超音波探触子を用いた場合は、第２図（ｂ）に示し
たように超音波送受波面９− １２と接触した部分の狭い範囲の断層像３２′のみがし
かも体表面が常に直線３４′となって描写されるが、本
発明の超音波探触子を用いれば、第６図（ｂ）に示すよ
うに全振動子アレイにわたる広範囲の断層像３２が体表
３４があまり変形されずに自然に近い状態で１枚の断層
像として描写される。したがって、胎児などの診断に必
要な広範囲にわたる１枚の断層像の同時描写が可能とな
り写真撮影による断層像の読書形および部位の判定はき
わめて容易となる。

なお、本発明の超音波探触子において、膜体１４は超音
波の反射および吸収を少なくするため、できるだけ薄く
かつ丈夫な物質で作られている必要がある。また、膜体
１４は超音波の反射を少くするために、被検体である生
体の表面部分とほぼ等しいｇ　９１インピーダンスを有
する材質のものが望ましい。例えば腹部の表面部分の音
響インピーダンスはおよそ１．６Ｘ１０　［Ｋ（１／ｌ
１ｌ−３１であり、それとほぼ等しい音響インピーダン
スを持つ材料として、天然ゴム、合成ゴムなどがある。

−１０＝ 一方、流動性物質１５としては、や１９１り超音波の反
射、吸収が少なく、音響インピーダンスが生体表面ある
いは生体内組織および膜体１４の音響インピーダンスに
ほぼ等しいことが望まれ、例えば水は２６℃で音響イン
ピーダンスが１．５Ｘ１０［Ｋｇ／ｍ　・Ｓ］であるか
ら、水でもよいが、腹部などでは純粋イに水よりやヤ）
音響インピーダンスの大ぎなものが適しており、例えば
食塩水を含む流動性物質がよい。食塩水は純粋（２水よ
りも音速、密庶ともに大きいため、その伯である音響イ
ンピーダンスは水のそれよりも太きくイする。しかも、
食塩水は必要な潤度のものをどこＣ′も簡単に人手でき
る上、膜体１４の祠質であるゴムや有機物質を浸触する
ことがなく、もし膜体１４が破損して直接生体に接触す
ることがあっても生体には全く害がない特徴を有してい
る。

膜体１４おｊ：び流動性物質１５の音響インピーダンス
を生体表面のそれとほぼ等しくする理由は次の通りであ
る。すなわち、これらの音響インピーダンスが異なると
、超８波の多重反身・１が起こって、探触子本体１１の
超音波送受波面１２と生体表面との間の距離の整数倍の
距離に虚像を生じることになる。例えば第７図に示すよ
うに、膜体１４および流動性物質１５の音響インピーダ
ンスが等しく共に７１、生体表面３１では７２、超音波
送受波面１２ではＺＯとすれば、生体表面３１からの第
１回目の反射波に対する第ｎ回目の反射波の強度は流動
性物質１４内での減衰がないとして、 となる。７０は圧電振動子やその表面のコーテイング材
などの音響インピーダンスによって決まり、比較的大き
な値であるが、前述したように７２−ＺｌなるＺｌを選
択することにより、上式から多重反射の影響を少なくづ
ることができる。例えば、Ｚｏ＝５ｘ１０　［Ｋｇ／ｍ
−５ｌ、 Ｚ２　＝１．６Ｘ１０　［Ｋ（１／ｒｎ　−ｓ　］とす
れば、Ｚ１の値を種々変えた場合の多重反射の弾痕は次
表のようになり、これより７１を７２に近づけることに
より、多重反則の影響が減少してゆくことがわかる。

ところで、通常１９体からなる容器に流動性物質を充填
すると、膜厚が薄い場合には流動性物質の重力によって
膜体には張力が働き、膜体が伸びる。

この伸び量が大ぎくなると、張力もほぼ比例して増加し
、一定の伸び量のところで平衡状態に達する。このよう
に覆ると、膜体は薄いために一定張力のもとて最大の容
積を持つように変形する。したがって、このような状態
で第４図に示したように膜体１４で形成された密閉室に
流動性物質１５を充填した探触子を用い、第６図（ａ）
のように生体３１に押当てて膜体１４を変形させると、
同じ体積の流動性物質１５に対してその表面積が増える
ために。

−１３＝ 膜体１４の張力が増加する。その結果、この張力によっ
て生体３１の表面に応力が加わることになり、被検者に
対する負担を増すばかりでなく、超音波送受波面１２の
両端部での音響的結合も不完全となる場合が生じ、好ま
しくない。この応力を少なくするには、膜体１４の材料
にコンプライアンスの大きなものを使用し張力を減らせ
ばよいが、流動性物質１５の重力だ番プで膜体１４が伸
びてしまう結果となる。

そこで、流動性物質１５の量を、膜体１４の張力がほぼ
零の状態で膜体１４で形成された密閉室内に占めること
のできる最大容積よりもわずか少なくしておけば、膜体
１４を生体表面３１に接触させて変形させても、膜体１
４には小さな張力が生じるのみで、生体表面３１に応力
をさほど加えずに、超音波送受波面１２全面にわたって
生体表面積３１との十分な音響的結合を保つことができ
る。

第８図は本発明の探触子先端部分の他の実施例を示した
ものである。第８図は膜体１４の超音波送受波面１２の
一端側にチューブ１６を取付け、コック１４− １７で開閉し得るようにした例である。寸なわら、膜体
１４で囲まれた空間に流動性物質１５を空気を含まぬよ
うに充填して密閉−りるのは困テ１１であるが、この」
；うにすると膜体１４を取イく１けた後に、チコーブ１
６ノ＋１１ら流動（１１物質１５を注入し］ツク１７で
閉ぐことににす、流ｕＩ４’Ｉ−物質１５の密閉を空気
を含むことなく簡単に行なうことがで・きる。また、流
動性物質１５の出を所定の吊に正ｍに設定可１１ヒて、
その川を必要に応じて変更１Ｊること−し容易である。

さらに、このデユープ１６および」ツク１７Ｌｊ探触了
の左右の別を見分ｔＪるための目印どもなるので、描写
された断層像の向きの判別に投ずＬつ。

本発明の超音波探触子は第１図に示したようなリニア電
子走査形超音波診断装置に限らず、セクタ電子走査形と
呼ばれる扇形にｌ１３音波ビームを走査する超音波診断
装置にも適用可能である。その場合、本発明ににれば超
音波送受波面を被検体表面から離すことができるため、
特に近距離の位置にお（プる視野を拡大づる利点がある
。尚、ｊ辰ｎ１板を袋体で被い、この中に振動伝搬媒体
を充たしたものとして実公昭５１−２３３３３があるが
、使用目的が異なり、また振動子は一枚のものであって
構造的にも本発明はこれと全く異なる。

【図面の簡単な説明】

第１図はリニア電子操作形超音波診断装置の原理的構成
を示す図、第２図（ａ＞は従来の超音波探触子の使用状
態を示す図、同図（ｂ）はその結果得られた断層像を示
す図、第３図（ａ）は従来の手動複合走査の方式を示す
図、第３図（ｂ）はそれにより得られる断層像を示す図
、第４図は本発明の一実施例を示す超音波探触子の斜視
図、第５図は同実施例の断面図、第６図（ａ）は同探触
子の使用状態を示す図、同図（ｂ）はその結果得られた
超音波断層像を示す図、第７図は同じ探触子を使用した
場合に生じる多重反射についての説明図、第８図は本発
明の他の実施例を示す斜視図である。 １ａ〜１ｎ・・・電気−音響変換器、 １１・・・超音波探触子本体、１２・・・超音波送受波
面、１４、１８・・・膜体、１５・・・流動性物質、１
６・・・チューブ、１７・・・コック、１８・・・音響
レンズ、１９・・・薄膜、２０・・・取付用枠、２１・
・・ペースト、３１・・・生体（被検体）３２・・・断
層像、３４・・・生体表面の断層像出願人代即人　弁即
十　則近　憲佑　はが１名１７− 第２図 ３２′ 第３図 第４図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）超音波探触子と、この探触子に設けられた複数個
   の電気−音響変換器を駆動するための駆動回路ど、前記
   電気−音響変換器に入射した超音波を受波するための受
   波回路と、この回路の受波信号を処理するための処理回
   路と、この処理回路の出力を表示するディスプレイとを
   備えた電子走査形超音波診断装置において、前記超音波
   探触子は、超音波探触子本体と、この探触子本体上に一
   列に配列され超音波の送受を行なう複数個の電気−音響
   変換器と、これらの変換器の超音波送受波面の前方に設
   けられ、走査面と直角な方向に超音波ビームを収束させ
   る音響レンズと、この音響レンズの表面に接するように
   設けられ、単独で密閉室を形成する柔軟性を有する袋状
   膜体と、この袋状膜体により形成された密閉室内に充填
   され前記送受波面と被検体表面とを音響的に結合せしめ
   る流動性物質とからなり、前記膜体と被検体表面との接
   触面が前記超音波送受波面より拡がるように構成されて
   いることを特徴とする電子走査形超音波診断装置。 （２）前記膜体は被検体表面部とほぼ等しい音響インピ
   ーダンスを有するものであることを特徴とする特許請求
   の範囲（１）に記載の電子走査形超音波診断装置。 （３）前記膜体は前記流動性物質を出ｌノ入れするため
   のチューブを有するものであることを特徴とする特許請
   求の範囲（１）に記載の電子走査形超音波診断装置。 （４）前記膜体は前記密閉室を単独で形成するように構
   成され、かつ前記探触子本体に対し＠脱自在に取付けら
   れていることを特徴とする特許請求の範囲（１）に記載
   の電子走査形超音波診断装置（５）前記密閉室内に充填
   される前記流動性物質の組は、前記膜体の張力がほぼ零
   の状態で前記密閉室内に占めることのできる最大容積よ
   りも少なく設定されていることを特徴とする特許請求の
   範囲（１）に記載の電子走査形超音波診断装首。 （６）前記流ｌＪＪ竹物質は音響インピーダンスが水の
   それＪ：り大きな液体からなることを特徴とする特Ｗ「
   請求の範囲（１）に記載の電子走査形超音波診断装置。 （７）前記液体として食塩水を用いたことを特徴とする
   特許請求の範囲〈６）に記載の電子走査形超音波診断装
   防。