JPS62697B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波診断装置、特に単一の探触子を
用いて高速電子走査および分解能の高い低速手動
走査の両者を組み合わせ、この両者を切り換え制
御することのできる改良された超音波診断装置に
関するものである。

超音波ビームを被検体中に放射し、音響特性イ
ンピーダンスの異なる臓器あるいは疾患部等から
の反射エコー信号を検出して生体組織を表示器に
より表示観察する超音波診断装置が周知であり、
被検体に損傷を与えることなく生体組織が観察で
きる利点から広範囲の診断に利用されている。

従来の超音波診断装置には種々の形式がある
が、それぞれ個有の欠点を有しているために、広
範囲の診断に適する装置を得ることができず、単
一の装置を用いて迅速なかつ高精度の診断を行う
ことが困難であつた。

従来一般に広く用いられている超音波診断装置
として電子走査型超音波診断装置が周知であり、
瞬時に走査面の断層像を観察することができる。
通常の電子走査型超音波診断装置では、複数個の
超音波振動素子が配列された探触子が用いられ、
各振動素子にあらかじめ設定されたプログラムに
従つた遅延時間で超音波繰返パルスを供給するこ
とにより振動素子の送受信走査が行われ、リニア
走査あるいはセクタ走査等の電子走査断層像が得
られる。このような電子走査にあつては、高速走
査が行われるので、探触子を直接もしくは伝達媒
質を介して被検体に密着させると同時に、表示器
上に走査線に沿つた断層像が瞬時に表示観察され
る利点を有し、また特に高速走査であるため、比
較的速い動きを有する心臓その他の臓器に対して
も十分な追従性を有する。しかしながら、この電
子走査型超音波診断装置はその走査速度が速いた
め、表示器上の断層像は極めて短い周期でその画
像が更新され、この結果、探触子を被検体上で移
動した場合においても、移動速度に対して画像の
更新速度が著しく速いということから、探触子移
動中における画像の変化を探触子の各移動位置に
対する関連像として観察することができないとい
う欠点があつた。即ち、従来の電子走査において
は、探触子自体の位置検出を行うことができない
ので、探触子を被検体上で移動した場合、高速度
で更新される画像が移動面全体に対するどの位置
にあるかを知ることができず、特に広い範囲の診
断に際しては探触子の位置を被検体上で確認しな
がら画像を観察しなければならないという欠点を
有していた。

更に、従来の電子走査型超音波診断装置では、
超音波の伝播速度により１画像を形成する走査線
数に制約が与えられ、通常の場合、１mm当り１本
程度の走査線密度しか得ることができず、画像の
分解能が低下し、特に静止画像による精密な観察
測定時には、十分な画像を得ることができないと
いう欠点があつた。

従来の他の超音波診断装置として、探触子から
固定指向特性を有する超音波ビームを放射し、探
触子自体を手動により走査する、例えば手動コン
タクトコンパウンド走査方式が知られている。こ
の装置によれば、走査速度が遅いために、走査線
密度を著しく増加させ、高分解能の良質な画面を
得ることができると共に、探触子自体の走査に従
つて断層像画面が形成されるので、広範囲の診断
に対して走査位置と断層像との対応をつけ易いと
いう利点がある。しかしながら、この走査方式に
よつては、走査速度が遅いために、診断を要する
主要な走査面を探し当てるまでに多数回の手動走
査を行わなければならず、診断に時間が掛るとい
う欠点があつた。また手動走査方式では、比較的
速い速度で運動する心臓等の臓器の観察に際して
はそれらの動きに走査速度が追従できず、画面に
歪みが生じる等の欠点があつた。

以上の様に、従来装置はそれぞれ個有の欠点を
有するので、診断者は必要に応じて診断に適する
各種装置を備えなければならず、診断中これらの
装置を適当に組合せて操作する等の極めて複雑な
診断操作を必要とするという欠点があつた。

本発明は上記の欠点を解消するためになされた
もので、その目的は単一の探触子により高速電子
走査および低速手動走査の両者を組み合わせ、こ
の両者を切り換え制御することにより極めて診断
操作の容易な改良された超音波診断装置を提供す
ることにある。

上記目的を達成するために、本発明は電子走査
型超音波診断装置に探触子自体の移動位置を検出
する探触子位置検出走査器を設け、またスキヤン
モード切換器の切り換え操作によつて振動素子制
御信号発生器の高速電子走査を停止、切り換え制
御可能とし、必要に応じて探触子からは固定指向
特性の超音波単一ビームを放射可能としたことを
特徴とする。スキヤンモード切換器は少なくと
も、マルチモードとシングルモードの２種の切換
機能を有し、マルチモードでは探触子が電子走査
され、このときの超音波ビームの走査方向が電子
走査掃引信号発生回路および探触子位置検出走査
器との両者から検出されて探触子の位置および電
子走査から定まる走査信号が表示器に供給され
る。一方、シングルモードでは探触子の電子走査
が停止されて探触子からは超音波単一ビームが放
射され、表示器の輝度変調走査は探触子位置検出
走査器からの信号によつて制御されることとな
る。

本発明によれば、探触子を高速電子走査および
低速手動走査のいずれにも切り換え制御できるの
で、診断者は被検体の状態に応じて任意に走査方
式を選択することができ、単一の探触子により診
断に最適な断層像を得ることが可能となる。

以下図面により本発明の好適な実施例を詳細に
説明する。

第１図には本発明に係る超音波診断装置の好適
な実施例が示され、図においてはセクタ電子走査
型の探触子が用いられている。

第１図において、繰返パルス発生器１０はその
内部に超音波発振回路を有し、この超音波信号を
所定の繰返周期で出力する。超音波の繰返周期は
送受信信号間に混信が起こらないように診断深度
により任意に選択され、通常の場合、300〜400μ
ｓに選択される。繰返パルス発生器１０の出力は
振動素子制御信号発生器１２を介して送受信器１
４に供給される。振動素子制御信号発生器１２で
は後述するスキヤンモード切換器によりセクタ電
子走査および固定指向単一ビームの両走査方式の
いずれかが選択され、これらの方式により定まる
振動素子制御信号が送受信器１４に供給される。
送受信器１４の出力は探触子１６に供給され、探
触子１６から電子走査超音波ビームあるいは固定
指向特性を有する単一ビームが被検体中に放射さ
れる。

第２図には探触子１６に設けられている振動素
子の配列およびセクタ電子走査による超音波ビー
ムが示されている。第２図において、超音波振動
素子１８は32個の素子が配列された構造からな
り、これらの振動素子１８が被検体に対向配置さ
れる。各振動素子１８には繰返パルス発生器１０
の出力繰返パルスがあらかじめ設定されたプログ
ラムに従つて供給され、各繰返パルスは各振動素
子１８毎にそれぞれ異なる遅延時間をもつて供給
される。第２図には代表的な２本の超音波ビーム
が示され、振動素子「32」に対して素子「１」の
遅延時間が大きく設定された場合には実線で示さ
れる同位相面Ａが形成され、この同位相面Ａと直
角方向の超音波ビームａが被検体中に放射され
る。これに対し、素子「32」が素子「１」より大
きな遅延量を有する場合には鎖線で示される同位
相面Ｂが生じ、これと直角方向の超音波ビームｂ
が被検体中に放射される。したがつて、振動素子
制御信号発生器１２による各振動素１８への遅延
時間を制御することにより探触子１６からは順次
放射角の変化するセクタ電子走査ビームを得るこ
とが可能となる。

被検体からの反射エコー信号は探触子１６によ
り受信され、送受信器１４を介して検波器２０に
供給され、包絡線検波される。そして、この検波
器２０の出力は輝度変調電圧発生器２２により輝
度変調信号に変換され、ブラウン管等の表示器２
４に供給され、Ｂモード断層像が表示器２４に得
られる。

振動素子制御信号発生器１２は前述した高速電
子走査に替え、探触子１６から固定指向特性を有
する超音波単一ビームを放射するための振動素子
制御信号を出力することができる。超音波単一ビ
ームの放射は探触子１６の任意個数の振動素子１
８にそれぞれ設定された位相の超音波信号を供給
することにより得られ、各振動素子への超音波供
給位相を常に一定とすることにより、固定指向特
性の単一ビームを得ることができる。振動素子制
御信号発生器１２による高速電子走査ビームおよ
び単一ビームの切り換えはスキヤンモード切換器
２６により行われる。スキヤンモード切換器２６
は診断者により任意に操作される手動あるいは足
動スイツチを含む。

前述した両走査方式に対して、表示器２４へそ
れぞれの方式に適合した掃引信号を供給するため
に、繰返パルス発生器１０からは電子走査掃引信
号発生器２８に同期信号が供給され、また探触子
１６の位置は探触子位置検出走査器３０により検
出される。電子走査掃引信号発生器２８および探
触子位置検出走査器３０の出力は掃引制御回路３
２に供給され、この出力が表示器２４に輝度変調
掃引信号として印加される。電子走査掃引信号発
生器２８は第２図のセクタ電子走査と同期した出
力を掃引制御回路３２へ供給し、また探触子位置
検出走査器３０は探触子自体の移動位置に対応し
た信号を掃引制御回路３２へ供給し、掃引制御回
路３２からは常に超音波ビームの放射方向に対応
するＸ，Ｙ掃引波信号が表示器２４へ供給され
る。

探触子位置検出走査器３０は超音波診断装置の
Ｘ，Ｙ座標に対する探触子１６の位置を検出する
作用を行い、その１例が第３図に示されている。
探触子１６は超音波診断装置の支点Ｏに対して３
本のアーム３４，３６および３８により任意の位
置に移動可能に保持される。したがつて、Ｘ，Ｙ
座標における探触子１６の位置Ｃ点の位置は各ア
ーム３４，３８の長さとＸ座標に対する角度によ
り検出することができる。

いま、各アームの長さをR₁，R₂およびR₃そし
て各アームの角度をθ_１，θ_２およびθ_３とする
ならば、Ｃ点の位置は、 Ｘ＝R₁cosθ_１＋R₂cosθ_２＋R₃cosθ_３……(1) Ｙ＝R₁sinθ_１＋R₂sinθ_２＋R₃sinθ_３……(2) となる。

図示した実施例においては、角度θ_１，θ_２，
θ_３に対応するsin値、cos値はsin・cosポテンシ
ヨメータで検出され、またアームの長さR₁，
R₂，R₃は常に一定であるため、表示器２４の感
度により定まる直流電圧として形成することがで
きる。探触子位置検出走査器３０からはこれらの
直流電圧およびポテンシヨメータ出力が探触子１
６の位置に応じて検出され、掃引制御回路３２へ
供給される。

一方、セクタ電子走査時においては、振動子１
６はＣ点において電子走査が行われるので、この
ときの電子走査超音波ビームの掃引信号は、(1)、
(2)式にセクタ電子走査による掃引信号を付加した
ものとなる。即ち、セクタ電子走査においては、 Ｘ＝R₁cosθ_１＋R₂cosθ_２＋R₃cosθ_３ ＋Ｓ（ｔ）cos〔θ_３＋ψ（ｔ）〕 ……(3) Ｘ＝R₁sinθ_１＋R₂sinθ_２＋R₃sinθ_３ ＋Ｓ（ｔ）sin〔θ_３＋ψ（ｔ）〕 ……(4) で示され、ここにＳ（ｔ）は超音波診断距離に対
応した三角波であり、またψ（ｔ）はセクタ電子
走査によつて時間的に変化する角度である。Ｓ
（ｔ）およびψ（ｔ）は電子走査掃引信号発生器
２８から検出され、セクタ電子走査時において
は、電子走査掃引信号発生器２８および探触子位
置検出走査器３０からの信号を掃引制御回路３２
で混合することにより、Ｘ，Ｙ掃引信号を得るこ
とができる。

本発明の好適な実施例は以上の構成からなり、
以下にその作用を説明する。

スキヤンモード切換器２６をマルチモードに切
り換えた場合、振動素子制御信号発生器１２から
は探触子１６へセクタ電子走査信号が供給され、
繰返パルス毎にプログラムされたセクタ電子走査
音波ビームが探触子１６から放射される。そし
て、この場合には電子走査掃引信号発生器２８か
らセクタ電子走査に対応する掃引信号が掃引制御
回路３２に供給され、探触子位置検出走査器３０
からの探触子位置信号と共に表示器２４のＸ，Ｙ
掃引作用が制御され、表示器２４ではセクタ電子
走査断層像が探触子１６の移動に応じてＢモード
断層像として表示される。したがつて、マルチモ
ードの場合には瞬時にセクタ走査面の断層像が得
られると共に、探触子１６の移動に応じて、例え
ば、ブラウン管上を有効表示画面が移動すること
等により、探触子１６自体の移動位置を表示器上
で表示することが可能となる。

次にスキヤンモード切換器２６をシングルモー
ドに切り換えると、振動素子制御信号発生器１２
は探触子１６からの超音波ビームを固定指向特性
を有する単一モードに切り換え制御し、セクタ電
子走査を停止する。スキヤンモード切換器２６は
同時に電子走査掃引信号発生器２８の掃引信号を
無効とし、掃引制御回路３２へは探触子位置検出
走査器３０の出力のみが供給される。したがつ
て、探触子１６はコンタクトコンパウンド走査に
より、被検体上を走査され、極めてゆつくりした
走査速度により分解能の高い良質な画面を表示器
２４上に表示することができる。スキヤンモード
切換器２６は極めて簡単なスイツチング操作によ
り走査され、診断者は診断部位の状態に応じて任
意に高速電子走査あるいは低速手動走査を選択切
り換えすることができる。

第４図には16個の振動素子１８を含む探触子１
６の構成が示され、各振動素子への送受信遅延時
間を選択して同位相面がＰで示される曲面となる
ように各タイミングを制御することにより、本発
明の低速手動走査時における指向性を集束型指向
性とすることができ、第４図において、その集束
点がＱにて示されている。本発明においては、第
４図で示される集束指向性の手動走査を利用する
こともでき、また集束点を時間的に可変させるダ
イナミツクフオーカス特性を与えることも可能で
あり、いずれの場合においても極めて分解能の高
い断層像を手動走査により得ることが可能とな
る。

以上説明したように、本発明は高速電子走査と
低速手動走査とを単一の探触子を用いて切り換え
制御することができるので、診断時間を著しく短
縮し、かつ分解能の高い良質な画面を得ることが
可能となる。また本発明によれば、電子走査時に
おいても探触子の位置を画面上に対応表示するこ
とが可能となり、特に広範囲の診断に好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波診断装置の好適な
実施例を示すブロツク回路図、第２図は第１図に
おける探触子のセクタ電子走査型振動素子の構成
とその超音波ビームとを示す説明図、第３図は第
１図における探触子の位置検出原理を説明するた
めの探触子基本構成図、第４図は第１図における
探触子の他の実施例であり、集束指向性の超音波
ビームの説明図である。 １０……繰返パルス発生器、１２……振動素子
制御信号発生器、１４……送受信器、１６……探
触子、１８……振動素子、２２……輝度変調電圧
発生器、２４……表示器、２６……スキヤンモー
ド切換器、２８……電子走査掃引信号発生器、３
０……探触子位置検出走査器、３２……掃引制御
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個の超音波振動素子を配列した探触子
   と、超音波送信用繰返パルスを発生する繰返パル
   ス発生回路と、該繰返パルス発生回路の出力繰返
   パルスをあらかじめ設定されたプログラムに従つ
   た遅延時間で各振動素子に供給して探触子を高速
   電子走査制御する振動素子制御信号発生器と、該
   振動素子制御信号発生器のプログラム制御信号に
   より送信信号を探触子の各振動素子に供給すると
   ともに反射エコー信号を受信制御する送受信器
   と、探触子の高速電子走査時における超音波ビー
   ムの走査方向掃引信号を出力する電子走査掃引信
   号発生器と、探触子自体の移動位置を検出する探
   触子位置検出走査器と、前記振動素子制御信号発
   生器の高速電子走査を停止切換制御して探触子か
   ら固定指向特性の超音波単一ビームを放射させる
   ことのできるスキヤンモード切換器と、反射エコ
   ー信号を輝度変調情報として表示する表示器とを
   含み、前記スキヤンモード切換器の切換操作によ
   り高速電子走査断層像が探触子の移動に応じた広
   範囲の像として表示されるマルチモードと高分解
   能の低速手動走査断層像が静止像として表示され
   るシングルモードとを任意に選択することのでき
   る超音波診断装置。