JPS6215213B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は超音波ビームの特性を評価するに好
適な超音波フアントムに関する。

近年、超音波診断装置に代表されるように、超
音波を利用した電子機器が多く使用されるように
なつている。このような電子機器の性能は、超音
波ビームの特性の良否に依存しているため、上記
電子機器を適確に使用するには、超音波特性を十
分把握しておく必要がある。この特性は、一般に
距離分解能および方位分解能によつて表わされ、
特性向上のために多大な研究がなされている。一
方、特性を評価する要素の一つに超音波ビームの
スライス幅の特性がある。このスライス幅の特性
は、断層面の位置を規定するために非常に重要な
ものであつた。ここで、特性評価の対象とされる
超音波ビーム及び超音波診断装置等における超音
波の走査原理について説明する。

すなわち、ここでいう超音波診断装置とは、電
子走査（電子スキヤン）方式の超音波装置を用い
て生体診断を行なうようにしたものである。ここ
で、電子走査方式とは、複数の超音波振動子を並
列に配設してなる超音波振動子群（超音波プロー
ブ）を用い、リニア電子スキヤンモード（直線状
走査モード）であれば、前記超音波振動子の複数
個を一単位としてこの１単位の超音波振動子につ
いて励振を行ない超音波ビームの送波を行なう。
そして、例えば順次１振動子分づつピツチをずら
しながら１単位の素子の位置が順々に変わるよう
にして励振してゆくことにより、超音波ビームの
送波点位置を電子的にずらしてゆくものである。

そして超音波ビームがビームとして集束するよ
うに、励振される超音波振動子は、ビームの中心
部に位置するものと側方に位置するものとでその
励振のタイミングをずらし、これによつて生ずる
超音波振動子の各発生超音波の位相差を利用し反
射される超音波を集束させる。これを電子フオー
カスという。

また、セクタ電子スキヤンモード（扇状走査モ
ード）であれば、励振させる１単位の超音波振動
子群に対し、超音波ビームの反射方向が超音波ビ
ーム１パルス分毎に順次扇形に変るように各振動
子の励振タイミングを所望の方向に応じて変化さ
せてゆくものである。

更に、前記リニア電子スキヤンモード及びセク
タ電子スキヤンモード両者を複合して行なう方式
をコンパウンド電子スキヤンモード（複合走査モ
ード）と云う。

このような電子走査方式の超音波診断装置は、
基本的には励振された超音波振動子にて超音波の
エコーを捕え、これを電気信号に変換して超音波
像を得るようにしたものである。

ところで、従来の超音波フアントムは次のよう
に構成されている。第１図ａはその概略構成図で
ある。この超音波フアントムは、長方体からなる
超音波伝搬媒体１と、この超音波伝搬媒体１に穿
設された複数の孔１ａとから構成されている。上
記超音波伝搬媒体１は、超音波プローブ（図示せ
ず）の送受波面に対向する一面が長方形状に形成
され、この長方形の大きさが上記超音波プローブ
の大きさに適合している。

すなわち、上記超音波伝搬媒体１は、奥行の長
さＬが短く設定され、取り扱いが容易でコンパク
トな形状および大きさに形成されている。また、
上記孔１ａは円筒状に形成され、上記超音波伝搬
媒体１に送波される超音波ビームの走査送波面に
直交する方向に、つまり上記超音波伝搬媒体１の
奥行方向に穿設されている。そして、このような
孔１ａは、上記超音波伝搬媒体１の深さ方向に対
して斜めに複数穿設されている。このような超音
波フアントムのＡ−Ａ断面は。例えば第１図ｂの
ように観測される。したがつて、上記のような構
造の超音波フアントムを用いると、方位分解能お
よび距離分解能を容易に評価することができる。
しかしながら、上記超音波フアントムでは、超音
波ビームのスライス方向の幅、つまりスライス特
性を評価するためには、従来音場の測定など、非
常に大がかりで複雑な測定を必要としていた。

この発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、その目的とするところは、超音波を用いて断
層像を得る場合に、基本となる超音波ビームのス
ライス幅方向の特性を、簡単な構成で簡易に評価
でき、よつて超音波ビームの特性をより正確に把
握することができる超音波フアントムを実現し、
提供することにある。

以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。第２図ａは同実施例に用いる超音波フア
ントムの概略構成図、第３図は同フアントムを用
いた観測装置の概略構成図である。第２図ａにお
いて超音波フアントム１０は、幅がＷ、深さがＤ
そして奥行きがＬからなる長方形の海綿体状の材
料により構成された超音波伝搬媒体１１と、この
超音波伝搬媒体１１に、その幅Ｗ方向に平行に、
そして深さＤ方向に傾斜するように穿設された細
径で円筒状の孔１２とから構成されている。な
お、上記超音波伝搬媒体１１は、幅Ｗと深さＤよ
りも奥行Ｌが短く設定され、取り扱い易いコンパ
クトな形状をなしている。このように構成された
超音波フアントム１０は、第３図に示すようにア
クリル等の透光性材質からなる容器１３に収容さ
れている。この容器１３は、その内形状および大
きさが前記超音波フアントム１０の形状および大
きさと略同等になるように形成され、超音波フア
ントム１０の収容状態が変化しないようにしてい
る。また、容器１３には水等の超音波伝搬媒質が
注入され、上記超音波フアントム１０が浸漬され
るようになつている。さらに、上記超音波フアン
トム１０等の収容に用いた容器１３の開口部に
は、シリコンゴム等からなるシート１４が掛けら
れている。このシート１４は、容器１３に注入し
た上記超音波伝搬媒質の流出や蒸発を防止するも
ので、容器１３内に空気が残存しないように密封
固定している。

そうして、前記超音波フアントム１０は、その
上面部が超音波プローブ１５の超音波ビームの送
受波面に対向して配置されるようになつている。
すなわち、超音波フアントム１０の超音波伝搬媒
体１１の幅Ｗ方向が、超音波プローブ１５内に設
けられた複数の超音波振動子（図示せず）の配設
方向、つまり超音波ビームの走査方向に、また、
上記超音波伝搬媒体１１の深さＤ方向が超音波ビ
ームの送波方向にそれぞれ合致するように配置さ
れている。したがつて、超音波伝搬媒体１１内に
設けられた孔１２は、超音波ビームの走査送波面
に対して平行となる。

かくして、超音波プローブ１５から送波された
超音波ビームは、超音波フアントム１０の深さＤ
方向に送受波され、かつ幅Ｗ方向に走査される。
そうして、第２図ｂに示すようにＢ−Ｂ断面にお
ける断層像が得られる。

ところで、超音波ビームのスライス幅方向の特
性は、超音波ビームのスライス方向の幅によつて
決定される。例えば、超音波ビームのスライス方
向に２個の物標が近接している場合、超音波ビー
ムのスライス幅が大きいと各物標による反射波が
重つてしまい、物標が分離されずに一つのものと
して表示される。すなわち断層面における奥行方
向の判断がつかなくなる。したがつて、超音波ビ
ームのスライス方向の幅は小さければ小さいほど
良いことになり、つまり超音波ビームの指向性が
鋭いほど精度が高くなる。そこで、前記超音波フ
アントムから得た断層像においてスライス幅方向
の特性を評価すると、この特性は、孔１２と超音
波伝搬媒体１１との境界面、つまり孔１２の上縁
部および下縁部のぼけとして観測評価される。す
なわち特性が悪い場合には、スライス幅が孔１２
の直径より大きくなり孔の側面の超音波伝搬媒体
１１からの反射があり断層面の奥行きが上記ぼけ
によつて判断できず、したがつて孔１２の断面口
径が実際のものに比べて小さく観測されたり孔の
中にエコーが表示されたりする。

実際には、第５図に示すように断層像（Ｂモー
ド像）が得られるようにしたアレイ型超音波プロ
ーブ１５には、超音波ビームUBのスライス幅方
向にも焦点が合うように音響レンズ１５ａが付け
られており、このようなプローブ１５をフアント
ム１０に用いるとスライス幅方向の特性が容易に
把握できる。すなわち、前述した超音波の走査の
原理により、上記のプローブ１５で放射された超
音波のスライス幅方向の焦点位置が穴１２にくる
ようにして、得られた断層像を観測する（第６図
ａ及び第７図ａ）。この観測結果により、第６図
ｂに示すように２線がくつきり上下に現れたのな
らば、そのビームUBの焦点が小さいといえる。
また第７図ｂのように２線がぼんやり太く現れた
のならば、焦点が大きいといえる。従つて、ビー
ムUBの方位分解能および距離分解能が高という
ことは、ビームUBの焦点が小さく位置が正確で
あることであるから、第６図ｂの方が良特性であ
り、第７図ｂの方が悪特性であると評価できるこ
とになる。

しかして、このように構成された超音波フアン
トムによれば、超音波伝搬媒体１１に孔１２を穿
設し、この孔１２を超音波ビームの走査送波面と
略平行に、かつ超音ビームの走査方向に傾斜して
設定することによつて、従来通り超音波ビームの
方位分解能および距離分解能を観測評価できるば
かりか、超音波ビームのスライス幅方向の特性を
も、簡単な構成で、さらに簡易に観測評価するこ
とができる。したがつて、超音波ビームの特性に
より正確に把握することができる。

なお、この発明は前記実施例に限定されるもの
ではない。例えば、超音波フアントムの超音波伝
搬媒体が円筒形成されたものでもよく、また孔の
形状についてもその断面が方形あるいは半円形の
ものであつてもよい。さらに孔は、中空状でなく
上記超音波伝搬媒体と異なる材質であれば、どん
なものを穿設してもよく、貫通孔でなくても構わ
ない。また、第４図ａのように超音波ビームの走
査方向と平行に穿設した孔を、送波方向に複数配
設した超音波フアントムを設けてもよく、この結
果接触子１５の送波面からの距離に対する超音波
ビームのスライス幅方向の性能を、より正確に評
価することができる。さらに、第４図ａを発展さ
せて、第４図ｂのように孔を穿設方向に対してテ
ーパ状に形成することによつて、スライス幅方向
の特性の程度を定性的に評価することができる。
また、医療診断用として用いる超音波検査装置に
対して、第４図ｃに示すように血管を模したゴム
チユーブ等を超音波伝搬媒体内に埋没した超音波
フアントムを用いることによつて、より実際に近
い評価を得ることができる。また超音波伝搬媒体
１１の材料としてはウレタン、各種ゴム、シリコ
ーンゴムなどからなるラバースポンジが適してお
り、特に超音波伝搬媒質（液体）は水の他ラバー
スポンジと音響インピーダンスが近似的に等しい
食塩水などを用いることができる。さらに超音波
伝搬媒体１１は実効的超音波吸収係数が生体組織
の吸収係数（数dB／cm）に等しくなるように材
料、スポンジの小泡の大きさを選ぶことができ
る。さらに、超音波伝搬媒体１１のまわりに液体
と音響インピーダンスが等しく吸収の大きな材料
ゴム、シリコーンゴムなどの板をおき多重反射を
防ぐことができる。

以上詳述したようにこの発明によれば、超音波
伝搬媒体に超音波ビームの走査送波面と略平行に
孔を穿設した超音波フアントムを設けたことによ
つて、超音波を用いて断層像を得る場合に基本と
なる超音波ビームのスライス幅方向の特性を、簡
単な構成で簡易に評価でき、よつて超音波ビーム
の特性をより正確に把握することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の超音波フアントムの概略構成
図、同図ｂは同超音波フアントムの断層像を示す
図、第２図ａはこの発明の一実施例における超音
波フアントムの概略構成図、同図ｂは同超音波フ
アントムの断層像を示す図、第３図はこの発明に
おける一観測装置の概略構成図、第４図は他の実
施例における超音波フアントムの概略構成図、第
５図乃至第７図は夫々本発明の作用を説明するた
めの図である。 １０……超音波フアントム、１１……超音波伝
搬媒体、１２……孔、１３……容器、１４……シ
ート、１５……超音波プローブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波ビームの特性評価に用いる超音波フア
   ントムにおいて、超音波ビームの送波方向および
   走査方向に長く、かつ前記超音波ビームの走査送
   波面に直交する方向に短く形成された超音波伝搬
   媒体と、この超音波伝搬媒体に前記超音波ビーム
   の走査面と略平行に穿設される孔とを具備したこ
   とを特徴とする超音波フアントム。 ２ 超音波伝搬媒体は、海綿状材料で形成された
   ものである特許請求の範囲第１項記載の超音波フ
   アントム。 ３ 孔は、超音波ビームの送波方向に対して傾斜
   するように穿設されたものである特許請求の範囲
   第１項記載の超音波フアントム。