JPS632616B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波作像、特に回転トランスジユー
サ付超音波作像ヘツドに関する。

近年、超音波を使用して人体の軟組織を解剖学
的に映し出すことに益々一層の努力が払われるよ
うになつて来た。その由縁は多少ともＸ線の危険
性を一般が認識するようになつたことにあり、同
時にエレクトロニクス分野の技術的進歩にある。
エレクトロニクスの分野では、現在入手可能な集
積回路記憶装置、マイクロプロセツサ等は10年前
には試みられなかつた信号処理を可能にしてい
る。

現在人体と接触させるスキヤニングヘツドを有
する多くの超音波走査子が販売されている。これ
らの装置では、１個又はそれ以上の超音波トラン
スジユーサで超音波パルスを送つてエコー信号を
感知し、これを表示又は記録する。こうして高品
質の映像を得ており、とりわけ比較的大型の作像
ヘツドを使用する場合は高品質の映像が得られ
る。しかし、多くの用途では、ある種の人体組織
を走査するために比較的小型の作像ヘツドが必要
とされる。例えば、肋骨下の胆嚢の映像を観察す
るか又は甲状線組織を調査するには小型の作像ヘ
ツド又は装置が必要である。

これらの走査の困難な部分の走査に現在使用さ
れている装置は、複数個のトランスジユーサを有
しており、各トランスジユーサは順次に人体を走
査する共通の軸線の周りを回転する。この装置に
付随する問題（反響音によつて生じる）は第１図
によつて説明されている。この種の形状を有する
代表的トランスジユーサは米国特許第4149419号
明細書に記載されている。

以下の説明から判る様に、本発明は、中心線か
ら外れて配置された複数個のトランスジユーサを
使用する作像ヘツドを提供するものである。この
様に配置することによつて従来装置に見られる反
響音の問題が排除される。

以下に人体を走査する超音波感知装置を説明す
る。

この装置は回転中心線を有する回転部材を有
し、夫々がこれに沿つて超音波を送受信するビー
ム中心線を有する複数個の超音波トランスジユー
サが回転部材上に回転自在に装着されている。こ
れらトランスジユーサの各ビーム中心線は、回転
部材の回転中心線と交わらないようになつてい
る。これらのビーム中心線は該回転中心線に対し
て直角を成す共通平面上にある。トランスジユー
サが回転するとビーム中心線は人体と接触する膜
又は窓を順次に横切る。これらのトランスジユー
サは回転部材上にその中心線から外れて取付けら
れているため、ビーム中心線はトランスジユーサ
が作動する時、人体に対して直角にならない。こ
のため類似の従来作像装置に伴う反響音の問題が
ほぼ排除できる。

以下、人体の走査に適する、特に小型の作像ヘ
ツドを必要とする部分の走査に適する超音波感知
装置又は作像ヘツドについて説明する。以下の説
明では、本発明を充分理解させるために、例えば
特定の周波数の様な多数の特定詳細を挙げる。し
かし、本発明はこれらの特定詳細がなくても実施
し得ることは勿論である。また、本発明を余り詳
細に説明して反つて不明瞭にすることを避けるた
めに周知の装置及び部品の詳細は説明しない。

先ず第１図に示す代表的な従来の型の作像ヘツ
ドでは、複数個のトランスジユーサが外匣１０内
に回転自在に取付けられている。トランスジユー
サ１１，１２及び１３は中心線１４の周りを回転
する様に取付けられている。各トランスジユーサ
のビーム中心線、即ち、これに沿つて超音波を送
受信する中心線は、回転中心線を通過する。例え
ばトランスジユーサ１３の中心線１７は回転中心
線１４と交る。

この種の代表的な従来装置では、各トランスジ
ユーサは回転する時人体と接触する窓１８を通じ
て逐次作動する。該トランスジユーサのビーム中
心線が人体又は窓に対して直角又はほゞ直角を成
す時、この界面からエコーが発生されてこれらを
トランスジユーサが感知する。第１図に示す様
に、トランスジユーサ１１が図示の位置にある
と、トランスジユーサ１１から発せられる超音波
１５は界面で反射されてエコー音１６が生じる。
エコー音１６はトランスジユーサ１１の表面から
反射されて、界面から再びはね返つて来る。この
連続的はね返し作用によつて観測された映像に周
期的アーチフアクト（試薬死等によつて組織内に
生じた物質又は構造）が生じる。この反響音の問
題は、トランスジユーサ１１が界面に対して直角
又はほぼ直角を成す位置にある場合に起こること
に留意されたい。トランスジユーサが別の位置に
ある場合には、界面からの反射音は直接トランス
ジユーサに戻らない。

従来技術ではこの問題を解決するため、界面か
らの最初のはね返りから生じるエコー音を取除く
ため、界面外の最初の数センチに関連するエコー
音を無視することが屡々ある。この結果、当然皮
膚近くの組織は走査されなくなる。またある場合
には、トランスジユーサは界面から走査されるべ
き人体の最大深さより大きい距離を置いて取付け
られる。この場合、人体組織からのエコー音は２
回目のはね返りが生じる前に受信されるため、１
回目のはね返り音以外の反響音の問題が回避され
る。しかしこの解決策は、例えば肋骨下の様なあ
る種の走査又は甲状線の走査には不適切な比較的
大型の作像ヘツドを必要とする。

次に第２図を参照して、本発明による作像ヘツ
ドの好ましい実施例を説明する。該作像ヘツド
は、人体と接触する半球形状の窓又は膜２４を有
するほぼ円筒形の外匣２２内に設けられている。
膜２４の形状はこの様に半球形にしてあるため、
人体に容易に押当てて走査が極めて困難な部分を
走査することができる。

第３及び第４図に示す様に、作像ヘツドは回転
中心線４０を有する回転体３７を有しており、該
回転中心線上に超音波トランスジユーサ２６，２
７及び２８が装着されている。回転体３７はベル
トを通じて電動機４３から駆動される。回転中の
回転体３７の位置は、回転体３７と同期的に駆動
される機械的エンコーダ４２によつて示される。

各トランスジユーサはビーム中心線を有してお
り、該中心線に沿つて超音波を送受信する。これ
を説明するために、トランスジユーサ２６のビー
ム中心線３４を図に示す。これらのトランスジユ
ーサはそのビーム中心線が回転中心線４０の中心
から外れるように即ち離間するように装着されて
いる。ビーム中心線が回転中心線と交る第１図の
先行技術とは異り、ビーム中心線３４が回転中心
線４０とは交らないことに留意されたい。本実施
例ではビーム中心線は全て回転中心線４０に対し
て直角を成す共通平面内にある。またトランスジ
ユーサは中心線４０の周りに一様な間隔で離間さ
れており、３個のトランスジユーサを使用するこ
の実施例では、これらは互いに120゜の間隔で離間
されている。

ゴム製バツフルは各トランスジユーサの不作動
端部に隣接する回転体３７上に装着されている。
例えばバツフル３０は、トランスジユーサ２６の
表面３５の反対側に置かれている。同様にバツフ
ル３１と３２とは夫々トランスジユーサ２７と２
８との不作動端部に隣接して置かれている。これ
らのバツフルは作像ヘツド内に伝達される不要な
超音波を少くするために使用される。

図示の好ましい実施例では、窓又は膜２４の形
状は半球形であり、また中心線４０に達する半径
を有している。超音波の波長の約1/2の厚さを有
する半剛性の膜が使用されている。さらに図示の
好ましい実施例では、外匣２２と膜２４とによつ
て形成される空所は液体で満たしてある。〔膜の
厚さ及び液体の音響特性の詳細については、「超
音波作像装置」なる名称を有し、かつ本発明の譲
受人に譲渡された1978年７月18日付出願の同時係
属出願の米国特願第925701号を参照されたい。〕 図示の好ましい実施例では、約13ミリの直径と
約3.5MHzの中心周波数を有する市販のトランス
ジユーサを使用している。使用されるパルス率は
約3KHzである。トランスジユーサは液体を満た
した外匣内で、約6.6回転／秒の速度で回転され
る。

周知の様に、トランスジユーサは各ビーム中心
線が膜２４と交る時、順次に作動される。従つ
て、例えばトランスジユーサが第３及び第４図に
示す位置にある時、トランスジユーサ２６は作動
されるが、トランスジユーサ２７と２８とは作動
されない。さらに回転が続くと次にトランスジユ
ーサ２８が作動され、以下同様に作動される。３
個のトランスジユーサを使用する好ましい実施例
では、各トランスジユーサはトランスジユーサ２
６の位置（中心線３９から−90゜の位置）にある
時作動される。トランスジユーサは中心線３９を
約15゜越えた点で作動を停止する。即ち、回転体
が一回転する間に約45゜の「死時間」がある。

留意すべき重要な点は、トランスジユーサが中
心線から外れた位置に配置されているため、トラ
ンスジユーサのビーム中心線は作像ヘツドと人体
との界面に対して垂直又はほぼ垂直になることが
ないということである。例えば、ビーム中心線３
４が膜２４に対して垂直即ち直角にはならず、
又、中心線４０の周りを回転する時も直角になら
ないことに留意されたい。これは、トランスジユ
ーサ１１で示した位置に来る各トランスジユーサ
は界面に対して垂直である第１図に示した先行技
術例とは全く対称的である。図示の様にトランス
ジユーサを中心線からずらして配置すると、界面
からのエコー音はトランスジユーサの受信面から
外れる方向に向う。例えば、第４図のエコー音４
６で示す様に、界面からの戻り音はトランスジユ
ーサ２６の受信面３５から外れる方向に向い、大
部分バツフル３１によつて吸収される。

トランスジユーサで受信されるエコー音は多く
の周知の方法中の任意の方法で処理され、人体組
織の可視イメージを形成する。

好ましい実施例では、第３図に示した半固定記
憶装置（PROM）４５を校正装置として使用し
ている。エンコーダ４２は回転体３７の瞬時角位
置を示すデジタル信号を形成する。この情報か
ら、各トランスジユーサのビーム中心線の予想位
置が判かる。しかしながら、これらトランスジユ
ーサのビーム中心線はトランスジユーサ本体とは
めつたに整列しない。市販のトランスジユーサに
対する一般規格では、実際のビーム中心線とトラ
ンスジユーサの中心線との間の差に対して±1゜の
公差を認めている。PROM４６は、トランスジ
ユーサを回転体３７上に装着した後にプログラム
編成される。回転体が回転する時、ビーム中心線
の実際位置が表記されて回転体３７の角位置と比
較される。このデータはPROM４５内に記憶さ
れる。エンコーダ４２の出力はPROMをアドレ
スするために、即ちPROM４５内の特定位置の
データを捜すために用いられる。この位置に記憶
されるデータは、PROM４５から出力信号とし
て送られる実際のビーム位置である。この様に、
各作像ヘツド製造後にPROMはプログラム編成
されて、特定ヘツドの校正装置の役目をする。

上記実施例では３個のトランスジユーサを使用
したが、回転中心線から外れた位置に設けた他の
数のトランスジユーサも同様に使用できる。第５
図に膜５１を有する外匣５０を示す。中心線５７
の周りを回転する回転体５８は等間隔で置かれた
一対のトランスジユーサ５３と５４とを有してい
る。本実施例でも、例えばトランスジユーサ５４
の中心線５６の様な、これらトランスジユーサの
ビーム中心線は回転中心線５７から外れている。
本実施例でも同様に、トランスジユーサのビーム
中心線は、回転中心線５７に対して直角を成す共
通平面内にある。小数のトランスジユーサを使用
する程、「死時間」が長くなることに留意された
い。

第６図はＬ字形外匣を有する別の実施例を示
す。外匣６３はハンドル部分６５と膜６４とを有
している。説明の便宜上、図中には電動機６６に
よつて駆動される回転体６１上に中心線から外れ
て置かれた２個のトランスジユーサを示す。また
本実施例ではエンコーダ６２を図示する。ある人
体部分を走査するには、膜をハンドルに対して直
角を成す様にすればさらに走査が容易になる。

以上複数個のトランスジユーサを使用する作像
ヘツドについて説明した。これらトランスジユー
サを回転中心線から外して設置することにより、
トランスジユーサ表面に伝わりまた該表面から戻
る超音波は人体とヘツドとの間の界面に対して直
角を成すことはない。これによつて従来装置に共
通してみられる反響音の問題が排除される。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術によつて形成された作像ヘツ
ド内における３個のトランスジユーサの取付け状
態を示す概略図；第２図は本発明に従つて構成さ
れた作像ヘツドの斜視図；第３図は第２図の作像
ヘツドの１部縦断面図及びヘツド内のエンコーダ
とプログラマブルリードオンリーメモリとの相互
接続を示す図；第４図は第２図の作像ヘツドの１
部展開図；第５図は本発明に従つて構成された作
像ヘツドの２個のトランスジユーサを使用する変
型実施例の縦断面図；及び第６図は変型作像ヘツ
ドの全体形状を示す本発明の他の変型実施例を示
す１部切断側面図である。 ２２……外匣、２６，２７，２８……トランス
ジユーサ、３７……回転体、４２……エンコー
ダ、４５……PROM、５０……外匣、５３，５
４……トランスジユーサ、５８……回転体、６２
……エンコーダ、６３……外匣。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 夫々ビーム中心線を有する複数個の超音波ト
   ランスジユーサと、回転中心線を有し、かつ前記
   各トランスジユーサの前記ビーム中心線が前記回
   転中心線から外れる様に装着された前記トランス
   ジユーサを支持する回転体と、前記回転体が前記
   回転中心線の周りを回転するに従つて前記各トラ
   ンスジユーサの前記ビーム中心線が逐次に横切る
   伝達用窓を有し、かつ前記トランスジユーサと前
   記回転体とを有する外匣とを設け、前記トランス
   ジユーサに関係する超音波が前記窓に対して直角
   以外の角度で前記窓を通過するようにしたことを
   特徴とする超音波感知装置。 ２ 前記トランスジユーサの前記ビーム中心線
   は、前記回転中心線に対して直角を成す共通の平
   面内にあることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 ３ 前記トランスジユーサは前記回転中心線の周
   りに同一間隔で置かれていることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の装置。 ４ 前記窓は、前記回転中心線上に中心を有する
   ほぼ半球形であることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項記載の装置。 ５ 前記トランスジユーサを収容する前記外匣の
   内側は液体で満たされていることを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載の装置。 ６ 前記装置はさらに、前記回転体に結合されて
   前記回転中心線の周りを回転する時に前記トラン
   スジユーサの指示位置を表示するデジタル出力を
   出す位置指示装置を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第２項に記載の装置。 ７ 前記装置はさらに記憶装置を有し、前記位置
   指示装置の前記デジタル出力は前記記憶装置に送
   られて前記記憶装置をアドレスし、また前記記憶
   装置は前記指示位置の関数として前記トランスジ
   ユーサの前記ビーム中心線の実際位置を表わすデ
   ータを有し、よつて前記記憶装置が位置校正を行
   うようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項記載の装置。 ８ 外匣と、前記外匣内に置かれかつ回転中心線
   を有する回転体と、夫々これに沿つて超音波を送
   受信するビーム中心線を有し、そして前記ビーム
   中心線の夫々が前記回転中心線と交差することな
   く前記回転中心線に対して直角を成す共通平面内
   に位置する様に前記回転体上に回転自在に装着さ
   れた複数個の超音波トランスジユーサとを設け、
   前記ビーム中心線を人体に対して直角にすること
   なく感知を行うようにしたことを特徴とする人体
   走査用超音波感知装置。 ９ 前記トランスジユーサは前記回転体の周りに
   同一間隔で置かれていることを特徴とする特許請
   求の範囲第８項記載の装置。 １０ 前記外匣はほぼ細長い円筒形を有し、その
   １端が前記回転中心線上に中心を有する半球形の
   膜で終つていることを特徴とする特許請求の範囲
   第９項記載の装置。 １１ 前記回転体は、それが回転する時に前記ト
   ランスジユーサの前記ビーム中心線が前記膜と順
   次交わる様に前記外匣内に装着されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の装置。 １２ 前記装置はさらに、前記回転体の感知され
   た位置を表わすデジタル信号を発生するデジタル
   エンコーダを有することを特徴とする特許請求の
   範囲第９項記載の装置。 １３ 前記装置はさらに、前記記憶装置のアドレ
   ス信号として前記デジタル信号を受ける様に結合
   され、かつ前記感知された位置の関数として前記
   トランスジユーサの実際のビーム中心線位置を表
   わす出力信号を発生する様に校正データでプログ
   ラム編成されたプログラマブル・リードオンリー
   記憶装置を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１２項記載の装置。