JPS61234355A - 超音波測定方法およびその装置 - 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】 ■　発明の背景 技術分野 本発明は、被測定物体に超音波を送信し、その物体の内
部から反射される超音波エコーを受信し、この受信され
た超音波エコーによシ物体内部の音響特性を測定するの
に用いられる超音波測定方法およびその装置に係シ、特
に分解能を向上するに好適なものに関する。

先行技術 超音波を用いて物体内部の音響特性を測定し、これに基
づいて物体内部の状況等を把握したシ解析する超音波測
定技術は、金属探傷、魚群探知、医療診断など広範囲の
分野にわたって利用されている。中でも医療用の超音波
断層装置の最近の発展には目をみはるものがある。

超音波断層装置は、原理的にはパルスエコー法を用いて
おシ、被測定物体としての生体内へ送信された超音波パ
ルスが生体内部の音響インピーダンスの異なる境界で反
射する現象を利用し、この反射波（超音波エコー）を受
信していわゆるＢモード法による生体の断層像を表示す
るものである。

生体の断層像を得るには、生体の所定領域に超音波・母
ルスを走ＩＥ−Ｌその超音波エコーを受信するのである
が、その走査方式としては第５図に示すように、リニア
走査方式、セクタ走査方式、アーク走査方式お・よびコ
ンタクト・コンノぐランド走査方式などが知られている
。

いずれの走査方式であっても、第２図に示したように、
送受信兼用の超音波振動子（以下単に振動子と称する。

）を有してなる超音波探触子（以下、単に探触子と称す
る。）１から超音波パルス２を生体３内に向けて送信し
、この超音波・やルス２が生体３内に存在する音響イン
ピーダンスの不連続面４によって反射され、再び探触子
１に戻ってくる超音波エコー５を受信し、この受信され
た超音波エコー５を用いてＢモード断層像を得るように
している。

また、リニア走査方式とセクタ走査方式については現在
、電子的走査法が主流であシ、アーク走査方式と！部の
セクタ走査方式には機械的走査法が一般に採用されてい
る。これば対し、コンタクトコンノぐランド走査方式は
手動により走査するもので、第５図に示したように、探
触子１を生体表面６上で手動走査し、これによって操作
者の所望とする位置と角度にて超音波パルス２を生体３
内に送信し、戻ってくる超音波エコーを合成してＢモー
ド断層像を得るようにしている。

先行技術の問題点 ところで、実際には音響不連続面４にて反射された超音
波エコーは、第３図に示すように、広い角度方向に散乱
された散乱波７となるはずである。しかし、探触子１に
よシ受信される超音波エコー５は、散乱波７のうち探触
子１の受波面を見込む狭い角度範囲に含、まれる散乱波
成分のみ（通常、後方散乱エコーと称されている。）で
ある。

したがって、特にリニア走査方式やセクタ走査方式によ
、９Ｂモ一ド断層像を形成する場合には、上記の後方散
乱エコー成分のみとなることから、第４図に示すように
、探触子１の送信方向に対して不連続面８が傾斜をもっ
ている場合、この面８からの散乱エコー９は殆ど探触子
１に受信されず、この面８は断層像として描写されない
など、分解能が低いという問題を有している。

なお、コンタクトコンパウンド走査方式にあっても、探
触子１で受信することができるのは後方散乱エコーのみ
であるが、送信方向の角度を手動によシ変化させること
ができるので、リニア走査方式やセクタ走査方式に比べ
ると不連続面４にかかる音響情報は多いということが言
える。しかし、コンノＪ？ウンド走査方式によれば、手
動走査であることから、走査の再現性が乏しいと同時に
、断層像を得るのに多くの走査時間を必要とする。この
ため、生体の体動や呼吸性移動の影響によシ、合成され
たＢモード断層像は再現性に乏しいものであったシ、シ
ャープさに欠けた画像となるという問題がある。

■　発明の目的 本発明は、上記先行技術の問題点を解決すること、言い
換えれば、分解能に優れたＢモード断層像を再現性よく
短時間で得ることができる超音波測定方法およびその装
置を提供することを目的とするものである。

本発明による方法は、被測定物体に超音波を送信し、被
測定物体から反射された超音波エコーを受信して、被測
定物体の音響特性を測定する超音波測定方法において、
被測定物体から所定角度範囲方向に反射された超音波エ
コーを後方散乱エコーとこの後方散乱エコーを除く散乱
エコーとに分けてそれぞれ同一時に受信することを特徴
とする。

また、本発明による装置は、被測定物体に超音波を送信
し、被測定物体から反射された超音波エコーを受信して
、被測定物体の音響特性を測定する超音波測定装置にお
いて、被測定物体に超音波を送信するとともに、被測定
物体から反射された超音波エコーを受信する送受信兼用
の第１の振動子と２、第１の振動子に近接配置され被測
定物体から反射された超音波エコーを受信する第２の振
動子と、第１と第２の振動子によシ受信された超音波エ
コーを合成する合成手段とを有することを特徴とするも
のである。

そして、本発明の一態様によれば、合成手段は第１又は
第２の振動子の受信出力の一方全所定時間遅延して加算
するものとすることができる。

さらに、その遅延時間は第１又は第２の振動子の受信出
力のうち先に受信されたものの受信時間に基づいて可変
とすることができる。

また１本発明による装置は、被測定物体に超音波を送信
し、被測定物体から反射された超音波エコーを受信して
、被測定物体の音響特性を測定する超音波測定装置にお
いて、被測定物体に超音波を送信するとともに、被測定
物体から反射された超音波エコーを受信する送受信兼用
の第１の振動子と、第１の振動子に近接配置され被測定
物体から反射された超音波エコーを受信する第２の振動
子と、第１と第２の振動子の受信出力を別々に処理して
表示する処理表示子■　発明の詳細な説明および作用 以下、本発明方法および装置を実施例装置に基づいて具
体的に説明する。

第１図（ロ）、（Ｂ）に本発明の一実施例装置のうちの
超音波探触子の概念構成図を示す。同図（４）は平面図
、同図（Ｂ）は使用状態を説明する断面図である。それ
らの図に示すように、探触子１０は円形の主面を有する
送受信兼用の第１の撮動子１１と、この周囲に主面を隣
接させて円環状に形成されてなる受信用の第２の振動子
１２とを含んでなるものである◎ このように、従来の探触子に相当する第１の振動子１１
の周囲に、受信用の第２の振動子１２が設けられている
ことから、第１図（Ｂ）に示すように、振動子１１から
送信された超音波・ぐルス８０は、被測定物体としての
生体３０内部の音響不連続面３１にて反射され、後方散
乱エコー８５は従来と同様に振動子１１に受信される。

他方、後方散乱エコー８５の方向を軸として所定角度範
囲方向に散乱された散乱エコー９０は、やや時間的に遅
れて振動子１２に受信される。

したがって、本実施例によれば探触子１ｏに受信される
超音波エコーは従来よシも広い角度範囲のものとなるか
ら、それらエコー成分をすべて合成してＢモード断層像
を形成すれば、従来よシも音響不連続面の斜面において
も分解能の良いＢモード断層像を、比較的短時間で、再
現性よく得ることができる。

なお、第１の振動子１１としてはＰＺＴ等のセラミック
系振動子が好ましく、第２の振動子１２としてはいわゆ
るＧ定数（圧電歪定数）の大きいＰＶＤＦ等の高分子系
、あるいはセラミック系と高分子系が複合された複合系
振動子が好ましい。また、探触子１０は第６図（ト）、
（Ｂ）に示す率をもつ第２の振動子１４とからなるもの
とすることができる。

次に、上記第１図実施例の探触子を用いて構成されてな
る超音波断層装置の一実施例について説明する。

第７図に水浸法による機械的リニア走査の模式図を、第
８図に超音波断層装置の全体構成図を示す。探触子１０
は第１図実施例のものが用いられておシ、水槽２０に満
たされた脱気水４０を介して超音波パルス８０を生体３
０に送信し、音響不連続面３１から広い角度範囲にわた
って反射される超音波エコー８５．９０を、第１又は第
２の振動子１１又は１２によって受信し、端子・１００
，１１０から電気信号として第８図の回路に出力する。

なお、水槽２０に満たされた脱気水４Ｇの超音波の伝播
損失は無視できるとされ、生体３０と接触される底面膜
２１は、音響インピーダンスが生体３０のそれに近い材
料で形成されている。また、リニア走査は図示していな
い機械式走査部によって、図示矢印５０又は６０の方向
になされるようになっている。

第８図に示すように、探触子１０の端子１００は送信回
路１２０と遅延回路１３０に接続され、端子１１０は加
算回路１４０に接続されている。

探触子１０は送信回路１２０から出力される駆動・やル
ス電圧によって送受信兼用の振動子１１が駆動され、振
動子１１の主面から生体３ｏ内に超音波パルスが送信さ
れる。そして、生体３０内からの超音波エコーは振動子
１１と振動子１２によって受信され、振動子１１によっ
て受信された超音波エコー信号８５は遅延回路１３０を
介して加算回路１４０に、振動子１２によって受信され
た超音波エコー信号９０は加算回路１４０に直接入力さ
れ、ここにおいてそれらが加算された後、受信回路１５
０に入力されている。

超音波エコー信号８５と９０を加算するにあたって一方
の信号８５を遅延させる理由は、第１図（Ｂ）に示した
ように、エコー発生点Ｏから振動子１１の主面中心点Ａ
に至る伝播路の長さＹと、反射点０から振動子１２の主
面中心点Ｂ（又はＢ／）に至る伝播路の長さＹ′とが異
なシ、その差ΔＹ（＝Ｙ’−Ｙ）に和尚する伝播時間τ
だけ遅れて超音波エコー９０が受信されるからである。

したがって、２つの振動子１１と１１により受信された
超音波エコー信号８５と９０を合成して、音響不連続面
３１からの超音波エコー信号とするためには、時間的に
早く受信された超音波エコー信号８５を時間τだけ遅延
回路１３０により遅延させて加算するようにしている。

このときの遅延時間τは点Ａと点Ｂの間隔Ｘと、伝播路
の長さＹによって定まるものであシ、Ｘは探触子１０の
構造によって定まり、Ｙは振動子１１によって受信され
る後方散乱エコー（超音波エコー８５）の受信時間ｔと
平均音速Ｃ０の積であるから、次式（１）に示すように
、受信時間ｔの関係として求められる。

なお、ｙ＞ｘのときには、（１）式に代えて次式（２）
により近似することが可能である。

この遅延時間τはコントロール回路２１０によって（１
）式又は（２）式に基づいて演算され、このコントロー
ル回路２１０からの指令信号によって遅延回路１３０の
設定遅延時間τが選択されるようになっている。なお、
遅延回路１３０は周知のタップ付ＬＣ遅延線などを用い
て形成することが可能である。

このようにして遅延された超音波エコー信号８５には加
算回路１４Ｇにて超音波エコー信号９０が加算され、合
成された超音波エコー信号が受信回路１５Ｇに出力され
るようになっている。この合成超音波エコー信号は、周
知の受信回路１５Ｇ、対数増幅回路１６０、検波回路１
８０によって信号処理された後メモＩＪ　１９０に格納
される。このメモリ１９０内のデータはコントロール回
・路２１０の制御指令に基づいて読み出され、表示部２
００にＢモード断層像として展開されるようになってい
る。

なお、探触子ｌＯは走査部２２０によってリニア走査さ
れるようになっておシ、これによって生体３０の所望位
置の断面がＢモード像として得られるようになっている
。　　　゛したがって、上記超音波断層装置の実施例に
よれば、探触子の２つの振動子にそれぞれ受信される後
方散乱エコー成分とこれを除く所定角度方向への散乱エ
コー成分とを、その伝播遅れを調整して合成しているこ
とから、従来よシも広い角度範囲にわたる超音波エコー
が得られ、生体内の音響情報をよシ詳しく測定すること
ができ、Ｂモード断層像の分解能を向上させることがで
きる。

また、手動走査によっていないことから、比較的短時間
で再現性よ〈Ｂモード断層像を得ることができる。

以上、第８図実施例の超音波断層装置においては、機械
的ＩＪ　ニア走査方式を例にとって説明したが、走査方
式はこれに限られるものではなく、第５図に示した機械
的セクタ走査方式、機械的アーク走査方式、コンタクト
コンパウンド走査方式にも適用できることは言うまでな
く、本実施例と同一の効果が得られる。

また、本発明は超音波断層装置に限られるものではなく
、探触子を用いて超音波によシ被測定物体の内部音響情
報を測定する装置に適用して、上記実施例と同一の効果
が得られることは言うまでもない。

さらに、第９図〜第１１図に探触子の他の実施例を、第
１２図に超音波断層装置の他の実施例をそれぞれ示す。

つまシ、所定角度範囲方向に反射した散乱エコーを後方
散乱エコーとそれ以外の散乱エコーとに分けて同時に受
信して、被測定物体の内部音響情報をよシ詳しく測定す
るという点においては、探触子の構成は第１図又は第６
図に限られるものではない。第９図（４）。

（Ｂ）の実施例は、第１の振動子１１と第２の振動子１
２をそれぞれ円形振動子とし、振動子１１から送信し、
振動子１１と振動子１２によって音響不連続面３１から
の超音波エコー８５．９０を受信するものである。第１
０図（ト）、（６）の実施例は、第９図の振動子１１と
１２の主面に互いに角度をもたせて測定する方法を示し
ている。

第１１図の実施例は、第１図実施例における振動子１１
と１２の配置を入れ代えたものである。

第１２図の実施例は、第１の振動子により受信される後
方散乱エコーと、第２の振動子によシ受信される所定角
度範囲方向の散乱エコーとを合成しないで、別々にＢモ
ード断層像として出力表示させるようにしたものである
。第８図実施例と異なる点は、遅延回路１３Ｇと加算回
路１４０が不要なことと、受信回路から表示部に至る回
路がすべて２系列（Ａ、Ｂ）設けられていることである
。なお、それら回路を２系列とせずに、時間的に切替え
て別々に測定表示することも可能である。

■　発明の具体的効果 以上説明したように、本発明の超音波測定方法および装
置によれば、後方散乱エコーと、該エコーを除く所定角
度範囲方向の散乱エコーをも同一時に受信していること
から、分解能に優れたＢモード断層像を再現性よく、短
時間で得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による超音波探触子の平面図
と使用状態を示す断面図、 第２図〜第４図は従来の超音波探触子による測定動作を
説明する説明図、 第５図は超音波探触子の走査方式の説明図、第６図は本
発明の他の実施例の超音波探触子の平面図と使用状態を
示す断面図、 第７図は第１図実施例の超音波探触子を水浸法の機械的
リニア走査に適用した例を示す模式第８図は第１図実施
例の超音波探触子を適用してなる超音波断層装置の一実
施例の全体構成図、 第９図〜第１１図はそれぞれ、本発明のさらに他の実施
例の超音波探触子の正面図と使用状態を示す断面図、 第１２図は第１図実施例の超音波探触子を適用してなる
超音波断層装置の他の実施例の全体構成図である。 １０・・・超音波探触子 １１・・・第１の振動子 １２・・・第２の振動子 ｉａｏ・・・遅延回路 １４０・・・加算回路 第１図 第２図　　　　第３図 第４図 第６図 （Ａ）　　　　　　　　　（Ｂ） 第７図 第９図 （Ａ）　　　　　　　　　（Ｂ） 第１０図 （Ａ）　　　　　　　　　（Ｂ） 第１１図 （Ａ）　　　　　　　　（Ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定物体に超音波を送信し、該被測定物体から反
   射された超音波エコーを受信して、被測定物体の音響特
   性を測定する超音波測定方法において、 該被測定物体から所定角度範囲方向に反射された超音波
   エコーを後方散乱エコーと該後方散乱エコーを除く散乱
   エコーとに分けてそれぞれ同一時に受信することを特徴
   とする超音波測定方法。 ２、被測定物体に超音波を送信し、該被測定物体から反
   射された超音波エコーを受信して、被測定物体の音響特
   性を測定する超音波測定装置において、該装置は、 該被測定物体に超音波を送信するとともに、該被測定物
   体から反射された超音波エコーを受信する送受信兼用の
   第１の振動子と、 該第１の振動子に近接配置され該被測定物体から反射さ
   れた超音波エコーを受信する第２の振動子と、 前記第１と第２の振動子により受信された超音波エコー
   を合成する合成手段とを有することを特徴とする超音波
   測定装置。 ３、前記合成手段は、第１又は第２の振動子の受信出力
   の一方を所定時間遅延させて加算するものとしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の超音波測定装置
   。 ４、前記遅延時間は、前記第１又は第２の振動子の受信
   出力のうち、先に受信されたものの受信時間に基づいて
   可変とすることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
   の超音波測定装置。 ５、被測定物体に超音波を送信し、該被測定物体から反
   射された超音波エコーを受信して、被測定物体の音響特
   性を測定する超音波測定装置において、該装置は、 該被測定物体に超音波を送信するとともに、該被測定物
   体から反射された超音波エコーを受信する送受信兼用の
   第１の振動子と、 該第１の振動子に近接配置され該被測定物体から反射さ
   れた超音波エコーを受信する第２の振動子と、 前記第１と第２の振動子の受信出力を別々に処理して表
   示する処理表示手段とを有することを特徴とする超音波
   測定装置。