JPS6232937B2 - - Google Patents

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
かつ体表をも描写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する。 超音波パルスを被検体中に放射し、その反射波
から断層像等を得る超音波検査装置は古くから用
いられているが、特にこの方法によつて生体内の
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。 １ａ〜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図に示す
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
はスイツチング回路２ａ〜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
内からの反射波は、振動子アレイ１ａ〜１ｎで受
波された後、スイツチング回路２ａ〜２ｎを介し
て受波回路５に導かれ、信号処理回路６を通して
デイスプレイ７に表示される。これらの回路２ａ
〜２ｎ，３，５，６，７は制御回路８によつて制
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探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３１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、デイスプレイ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
に並んだ振動子アレイからなる超音波送受波面１
２を例えば、頚動脈のように曲面状の生体表面に
接触させる場合、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、
さらに断層像における超音波送受波面（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
つて、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。 従つて、生体表面との接触を良くするために実
公昭51―23333号に示されるような水袋を用いる
ことが考えられる。しかしながら、このような水
袋は超音波の減衰の原因になるので、生体表面が
平坦な場合、生体表面に直接探触子を当てたほう
が好ましい。 本発明はこのような点に鑑みてなされたもの
で、被検体の表面形状に応じて、水袋を超音波探
触子に着脱自在に設けることができる電子走査形
超音波診断装置を提供することを目的とする。 以下実施例により本発明を詳細に説明する。 第３図は本発明の一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ある。尚、第２図と
同一部分に同一符号を付してある。すなわち、超
音波探触子の送受波面に接するように、単独で密
閉室を形成する袋状膜体１４が設けられている。
この袋状膜体１４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く、1.5〜1.6×10⁶［Kg／
m²・ｓ］程度のものが選ばれる。 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４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１
２より拡がる。これは膜体１４の大きさや、流動
性物質１５の量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。したがつて、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く腹部内に透過し、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４図ｂはこの結果得られた断層像を示したも
ので、腹部表面３４および内臓３３が広範囲にわ
たつ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′となつて描写され
るが、本発明の超音波探触子を用いれば、第４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
たがつて、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影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１
４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
等しい音響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1.6×10⁶［Kg／m²・ｓ］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。 一方、流動性物質１５としては、やはり超音波
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1.5×10⁶
［Kg／m²・ｓ］であるから、水でもよいが、腹部
などでは純粋な水よりやや音響インピーダンスの
大き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。食塩水は純粋な水よりも音速、
密度ともに大きいため、その積である音響インピ
ーダンスは水のそれよりも大きくなる。しかも、
食塩水は必要な濃度のものをどこでも簡単に入手
できる上、膜体１４の材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つても生体には全く
害がない特徴を有している。 膜体１４および流動性物質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、超音波の多重反射が起こつ
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５図に示すように、膜体１
４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Ｚ１、生体表面３１ではＺ２、超音波
送受波面１２ではＺ０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、 ｜Ｚ０−Ｚ１／Ｚ０＋Ｚ１×Ｚ２−Ｚ１／Ｚ２＋Ｚ１
｜ⁿ となる。Ｚ０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つて決ま
り、比較的大きな値であるが、前述したようにＺ
２＝Ｚ１なるＺ１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することができる。例
えば、Ｚ０＝５×10⁶［Kg／m²・ｓ］、Ｚ２＝1.6
×10⁶［Kg／m²・ｓ］とすれば、Ｚ１の値を種々
変えた場合の多重反射の強度は次表のようにな
り、これよりＺ１をＺ２に近づけることにより、
多重反射の影響が減少してゆくことがわかる。

【表】 ところで、通常膜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
重力によつて膜体には張力が働き、膜体が伸び
る。この伸び量が大きくなると、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。このようにすると、膜体は薄いために一
定張力のもとで最大の容積を持つように変形す
る。したがつて、このような状態で第３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４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、膜体１４の張力が増加する。その
結果、この張力によつて生体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の重力だけで膜
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１４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全面にわたつて生体表
面積３１との十分な音響的結合を保つことができ
る。 第６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６図は膜体１４の超音波
送受波面１２の一端側にチユーブ１６を取付け、
コツク１７で開閉し得るようにした例である。す
なわち、膜体１４で囲まれた空間に流動性物質１
５を空気を含まぬように充填して密閉するのは困
難であるが、このようにすると膜体１４を取付け
た後に、チユーブ１６から流動性物質１５を注入
しコツク１７で閉ぐことにより、流動性物質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の量を所定の量に
正確に設定可能で、その量を必要に応じて変更す
ることも容易である。さらに、このチユーブ１６
およびコツク１７は探触子の左右の別を見分ける
ための目印ともなるので、描写された断層像の向
きの判別に役立つ。 第７図及び第８図は同実施例の断面及び探触子
本体１１から外した状態を示す図である。すなわ
ち、流動性物質１５を充填した膜体１５を単独で
密閉室を形成するように袋状にし、これに探触子
本体１１への取付用枠２０を取付け、この取付枠
２０を探触子本体１１に嵌着するようにしたもの
である。膜体１４からなる水袋と超音波送受波面
１２との音響的結合を良好するために、ペースト
２１を注入してある。 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超音波ビームを走
査する超音波診断装置にも適用可能である。その
場合、本発明によ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
における視野を拡大する利点がある。 以上申し述べたように、本発明によれば、超音
波を透過する流動性物質を充填した水袋を超音波
探触子の送受波面に着脱自在に設けることによ
り、生体表面が平坦でない場合は水袋を装着して
生体表面と超音波探触子との接触を良くし、逆に
生体表面が平坦な場合は、超音波の減衰を招く同
水袋を外せることができる。 しかも、流動性物質を密閉するようにしている
ので、着脱の度にこの流動性物質が零れることは
ない。

【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図は本発明の一実施例を
示す超音波探触子の斜視図、第４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５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６図は本発明の他の実施例を示す斜視図、第７
図乃至第８図は同実施例の断面図及び水袋のみの
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
……膜体、１５……流動性物質、１６……チユー
ブ、１７……コツク、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。

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
   路と、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
   力を表示するデイ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、
   この超音波探触子の送受波面に接するように着脱
   自在に設けられ、柔軟性を有する膜体を有し、単
   独で密閉室を形成する水袋と、この水袋により形
   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
   る特許請求の範囲第１項記載の電子走査形超音波
   診断装置。 ３ 前記水袋は前記流動性物質を出し入れするた
   めのチユーブを有するものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の電子走査形超音波
   診断装置。 ４ 前記流動性物質は音響インピーダンスが水の
   それより大きな液体からなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の電子走査形超音波診断
   装置。 ５ 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第４項記載の電子走査形超音
   波診断装置。