JPS6335248B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、超音波を人体などの被検物体中に放
射し、被検物体内部からの反射音波の強度、進行
方向、発生時間などを観測することにより、被検
物体内部の構造などに関する情報を得る電子走査
式超音波断層検査装置に関するものである。 電子走査式超音波断層検査装置（以下ESNDT
装置を略す）には現在の所、大きく分けて二通り
の方式がある。一つは位相合成アンテナの原理に
よるセクター走査形ESNDT装置（以下セクター
装置と略す）で、種々の方面で開発が行われてい
る。これは複数個の超音波発生素子、例えば圧電
振動子で発生する超音波の位相を制御することに
より、所定の方向に超音波を発生させるもので、
この位相制御量を変化させることにより超音波ビ
ームを扇形に偏向走査させるものである。このセ
クター装置は、実際の開口の大きさが小さくても
被検体内部を扇形に広く走査できるので、例え
ば、心臓の観測のように、肋間から超音波を放射
しなければならない場合などに主に用いられてい
る。 もう一方は、種々の方面で開発された直線走査
形ESNDT装置（以下リニア装置と略す）であ
る。これは直線上に配置された多数枚の圧電振動
子を次々に電子的スイツチング駆動し、超音波束
をテレビ走査と同様に放射走査するものである。 第１図に一般的なＢモード表示リニア装置の基
本構成図を示す。この装置は、基本的に、超音波
の送・受波を司る超音波探触子（以下UPと略す）
部１００と、UP部を構成する多数枚の圧電振動
子を所定の順序に従つて選択駆動できるように制
御する選択駆動制御部２００、超音波の送・受信
信号処理を行う、送・受信信号処理部３００、断
層像を表示する表示部４００、以上の各部の動作
を全体的に制御する基準信号発生部１０５の５部
よりなる。以下第１図に従つて各部の動作、機能
を簡単に説明する。 UP部１００は、直線上に配置された多数個の
圧電振動子１０１で構成されている。この圧電振
動子は、圧電セラミツク、結晶などを加工して作
られ、電気信号を超音波（機械振動）に、あるい
はその逆の変換を行うためのものである。一般に
は、この振動子の被検体１０２側には、超音波の
送・受波を能率よく行うための、ダングステン粉
末をエポキシ樹脂に混入させ固形化した、所定の
厚みをもつ整合層が、また被検体と反対側には、
整合層物質とほぼ同様な成分で構成された背面負
荷層が、それぞれ接着されている。 今、UP部１００が、Ｎ個の素子で構成されて
いるとすると、実際の電子走査は、発生超音波周
波数、被検部深さなどを勘案して設定された所定
の超音波送・受波開口を持つように、Ｎ個のう
ち、ｎ（Ｎ≫ｎ）個を一群として同時駆動し、こ
の圧電振動子群を、１あるいは紛数個分の振動子
幅ずつずらしながら行う。この動作を司るのが選
択駆動制御部２００で、アナログスイツチ、ある
いはリレーなどで構成された電子スイツチ１０３
と、この電子スイツチを上述の動作を満足するよ
うに制御する電子スイツチ制御部１０４よりな
る。この電子スイツチ制御部１０４は、基準信号
発生部１０５からの基準クロツク信号１０６によ
つて動作タイミングが制御される。 送・受信信号処理部３００は、基準クロツク信
号１０６に同期動作して、圧電振動子を駆動する
ためのインパルスあるいはRFパルスを発生する
駆動信号発生部１０７と、受信信号１０８を検
波・増幅する事を主な機能とする受信部１０９よ
りなる。受信信号処理された信号１１０は、表示
部を構成する表示装置１１１の輝度変調端子に印
加される。 この表示装置１１１には一般にモニター用
CRTが用いられる。一方、この表示装置１１１
には、基準クロツク信号１０６およびこの基準ク
ロツク信号の１／Ｎ分周された信号に同期して、
偏向信号発生部１１２で発生された高速偏向信号
１１３と低速偏向信号１１４が印加され、この変
調信号とともに、２次元断層像を表示可能ならし
める。 以上述べてきた構成および機能をもつESNDT
装置は、手動走査、機械走査などによるＢモード
表示非破壊検査装置の他の走査方式に比べ、 (1) 走査機構に全く動的なものがなく、かつ電子
スイツチによる選択駆動が行えるため、装置動
作の安定性、耐久性の向上が図れ、しかも高速
走査ができるので実時間モニターが可能であ
り、心臓など動きのある臓器の２次元的観測が
可能。 (2) 検査は、単にUPを被検物にあてるだけで断
層像が、しかも実時間像で得られるため、検査
診断処理能率が極めて高い。 (3) 分解能、Ｓ／Ｎなど、装置性能を向上させる
ための各種信号処理、例えば、超音波ビームの
集束、偏向、重み付け走査によるサイドローブ
レベルの低下などが、純電子的に、しかも比較
的コンパクトで容易に行える可能性をもつ。 などの利点を有する。 反面、他の方式に比べて、現在のところ (1) 分解能が低い。 (2) Ｓ／Ｎが低い。 (3) 走査線数が、ESNDT用UPの構造上、他の
方式よりも極めて少く、断層像が不自然であ
る。 などの点が問題となつている。これらの問題点発
生の第１の要因は、ESNDT装置用UPの構成に
ある。 ESNDT装置用UPは、たんざく状の圧電振動
子を、長さ50〜200mm程度にところに50〜200個程
度配列しなければならず、超音波周波数を数百Ｋ
Hz〜数ＭHzとすると、一個の圧電振動子の幅Ｗ対
厚さｔの比（ｗ／ｔ）が３以下になつてしまい、
従来の単一振動子を用いた場合（Ｗ／ｔ≧10）の
UPと異つた動作を行う可能性がある。この異つ
た動作とは例えば、圧電振動子の振動面が単純な
ピストン運動を行わず、高次の振動モードが重畳
したような複雑な振動を行うこと、あるいは、デ
ータ表に表示されている例えば電気機械結合係数
などの各種データが異つてくる事などを意味す
る。圧電振動子が単純なピストン運動を行わなけ
れば、この圧電振動子から放射された超音波の回
折場での放射パターンは、開口形状のフーリエ変
換した形にはならず、異状なものになる。第２図
は、Ｗ／ｔが2.5のPCM−５圧電セラミツクを用
いた素子を二つ集めたUPの回折場放射パターン
で、実線はピストン音源による理論値、点線はこ
の素子の放射パターンの実験値である。第２図か
ら逆算するとPCM−５セラミツクの素子表面に
おける振動は第３図のように、歪んだものである
ことがわかり、決してピストン運動をしていない
ことが証明される。これらは、種々の振動モード
の結合の結果生じるものと考えられる。 以上述べてきたように、Ｗ／ｔ比に特別な配慮
を行わなければ、振動子面に、単純なピストン運
動を行わず、この結果放射パターケに乱れを生じ
サイドローブレベルを理論的なものより異常に大
きくし、放射パターンを異なる形状にする。この
結果、検出情報の精度を著しく低下させ、ひいて
は断層像の画像品位すなわち分解能、階調性など
を劣化させる。 このため、より高い分解能、操作性、機能の向
上、拡大を図るための各種信号処理方式、例え
ば、サイドローブレベルを、低くおさえるための
重み付け駆動や分解能を向上させるための超音波
ビームの集束などを行う場合、振動子が理想的な
ピストン運動を行つていない状態ではこれらを実
現する事は不可能である。また仮に振動子が理想
的なピストン運動を行つているとしても、体表近
傍から体内深部に至る領域全体にわたつて細いビ
ーム幅を得ることは従来では困難であつた。 本発明は、上述した種々の問題点を解決し、振
動子に理想的なピストン運動をさせながら、体内
深さ領域全体にわたつてビーム幅を細くし、横分
解能を向上させることを目的とするものである。 本発明は上記目的を達成するもので、振動子の
駆動並びに反射の受信信号処理にあたり、集束や
受信開口切換えなどの超音波ビームの制御機能を
付加し、これらの相乗効果により良好な断層像情
報を得られるようにしたESNDT装置を提供する
ものである。具体的な実施例を説明する前に、今
回使用したESNDT装置用UPの具体的構成例に
ついて述べる。第４図はこのUPの一構成例であ
り、第４図Ａは断面図、第４図Ｂは平面図であ
る。第４図Ａにおいて、４０１は圧電振動子であ
つて、例えばPZT、PCM、など、二、三成分系
セラミツクもしくは、LTTなどの一成分系セラ
ミツクあるいは水晶、LiNbO₃などの結晶材料を
利用する。４０２，４０３は金属電極であつて、
Ag、Al、Au、Cu、Inなどの蒸着、焼付け塗布
などによつて作られる。４０４，４０５はそれぞ
れ整合層および背面負荷である。背面負荷４０５
は、使用する場合と使用しない場合がある。整合
層４０４は単層のものと、二重層、三重層などの
多層のものがある。４０６は音響絶縁スペースで
あつて、各圧電振動子間の音響的な結合を除去す
るものである。第４図Ｂは第４図ＡのUPを裏面
より見た図である。簡単なため背面負荷は省略し
てある。整合層４０４側の電極４０２は共通電極
として使用するため、電極間接続線４０７が施さ
れている。４０８は共通電極用リード線、４０９
は、各圧電振動子からのリード線である。 各部の寸法は、発生させる超音波の周波数、
Ｗ／ｔ比、挿入利得、微分位相特性、被検範囲な
どを考慮して設定される。なお設定のための基本
的考え方、基礎計算試料については同一出願人よ
り出願された特願昭51−128472号に記載されてい
る。次に発生超音波周波数を2.5MHzとした場合
を例として具体的な寸法、材料を以下に示す。 圧電振動子 材料 PCM−５ 寸法 幅0.35mm×厚さ0.6mm 枚数 128および256 音響的絶縁層 材料 空気 寸法 幅0.1mm 整合層 材料 第１層 溶融石英ガラス 第２層 エポキシ 背面負荷 使用せず 第５図は、上記仕様で製作したUPによつて得
られた回折場での放射パターンで、16個のエレメ
ントを同時に駆動した場合である。実線は、音源
がピストン運動をしている場合の理論値で黒丸印
が実験値である。第５図より、このUPは、理想
的な振動していることがわかる。以下このUPを
用いた、超音波断層装置の一実施例について述べ
る。 実施例 本実施例は、前述した構成に基くUPを用いて
複数個の圧電振動子を一群とし、その一群内の各
振動子を所定の位相差と振幅差をもたせて駆動
し、（圧電振動子幅＋音響絶縁体）のピツチある
いはその整数倍のピツチずらしながら順次走査を
行うことを基本としたものである。 第６図は、上記機能を満足させるUP部と選択
駆動回路部のブロツク図であり、前述した構成を
もつ超音波探触子（UP）部６０１と、所定の位
相差および振幅差をもたせた駆動信号を発生させ
る駆動信号発生部６０２、駆動信号発生部６０２
を所定の時間間隔で動作させる基準信号発生部６
０３、駆動信号を所定の順序でUP部に導くアナ
ログマルチプレクサ部６０４，６０５、アナログ
マルチプレクサ部６０４，６０５を所定の順序で
動作させるマルチプレクサ制御部６０６，６０
７、受信信号に対し、所定の位相差および振幅差
を持たせて合成する受信信号合成部６０８よりな
る。 以下図面をもとに第６図各部の構成、機能を詳
述する。まず第７図には、UP部６０１、アナロ
グマルチプレクサ部６０４（以下MPX部と略
す）、MPX部の電子スイツチを順序よく動作させ
るMPX制御部６０６それぞれの相関図を、第８
図には、上記各部の信号説明図を示す。 第７図において、Ｐ１〜Ｐ１２８は前述した構
成のUPで、本実施例では２個の圧電振動子を電
気的に並列接続し、これを一単位の振動子として
いる。即ちUPは、128×２＝256個の振動子を有
している。なお、一単位振動子の構成枚数は、所
定の感度や分解能が得られるよう使用超音波周波
数、超音波ビームの制御自由度などを勘案して決
める。それ故、１あるいは３、４個の振動子を一
単位振動子とする場合もある。一単位振動子Ｐ１
〜Ｐ１２８の一方の電極から出たリード線７０１
は、No.１〜No.16の16個のMPX７０２の各チヤン
ネルに接続される。MPXとしては、８チヤンネ
ルのものを16個用い、その接続方法はＰ１をNo.
1MPXの１チヤンネルに、Ｐ２をNo.2MPXの１チ
ヤンネルに、Ｐ３をNo.3MPXの１チヤンネルに、
……Ｐ１６をNo.16MPXの１チヤンネルに、Ｐ１
７をNo.1MPXの２チヤンネルに、Ｐ１８をNo.
2MPXの２チヤンネルに、……Ｐ１１３をNo.
1MPXの８チヤンネルに……Ｐ１２８をNo.
16MPXの８チヤンネルという具合になつている。 なお本実施例においては、超音波の開口すなわ
ち一群として駆動する振動子の数を16単位振動子
としたが、これは、放射した超音波ビームが所定
のビーム幅やサイドローブレベルなどを得られる
よう、超音波周波数、被検深さ、さらに電子集束
を行う場合には焦点距離などを勘案して定める。 以下、16単位振動子を一群とし、一単位振動子
分だけずらしながら走査を行う場合を例に各部の
説明を行う。ここで、カウンター７０４とシフト
レジスタ７０８の部分は第６図のMPX制御部６
０６に相当する。各MPX７０２には、チヤンネ
ルの開閉を行うためのアドレス端子７０３があ
り、本実施例ではバイナリーコードによるアドレ
ス制御を行うようにしたため、３ビツトカウンタ
ー７０４から接続線７０５を通してアドレス用デ
イジタル信号が印加される。なお４ビツトカウン
ターを用いた場合には下位３ビツトだけを利用す
る。カウンター７０４はそれぞれMPX７０２に
対して１個ずつ設けられている。つまり３ビツト
カウンター７０４は、No.１〜No.16の合計16個であ
る。各MPXにはインプツト・アウトプツト端子
７０６およびイネイブル端子７０７があり、イン
プツト・アウトプツト端子７０６は、第６図の駆
動信号発生部６０２およびMPX部６０５を経た
駆動信号の伝達とUPからの受信信号の伝達を、
イネイブル端子７０７は、MPXを動作状態にし
たり不感状態にしたりする。本実施例では、それ
ぞれのイネイブル端子は常に動作状態となるよう
に所定の電圧を印加するようにしたが、走査に伴
うブランキング期間にMPXを不感状態にするた
めに所定の電圧をこの期間だけ印加する場合もあ
る。 ３ビツトカウンター７０４のクロツク端子Ｃに
は、16ビツトシフトレジスタ７０８の出力線７０
９が接続される。シフトレジスタ７０８のビツト
の転送は、基準信号発生部で発生されたクロツク
信号７１０に同期して行われる。なおクロツク信
号７１０の繰り返し周波数は所定の被検深さと一
画面を構成するための時間などを勘案して設定さ
れ、例えば被探深さを20cm程度にしたい場合に
は、約３〜4KHzとする。７１１はカウンター７
０４及びシフトレジスタ７０８をリセツトするた
めのリセツト端子である。 第８図ａには、上記したクロツク信号７１０を
示す。第８図ｃの駆動信号８１１は、このクロツ
ク信号周波数に同期して、後述する所定の位相差
および振幅差をもつて発生される。クロツク信号
７１０は16ビツトシフトレジスタ７０８に印加さ
れ、シフトレジスタ７０８の出力ビツトの転送を
行う。この模様を第８図ｄ，ｅに示す。ｄは、ａ
の時間軸を縮少したもので、クロツク信号７１０
を示す。このクロツク信号１パルスによつて１ビ
ツトの転送が行なわれ、ｅに示す様に、シフトレ
ジスタ７０８の各ビツトの出力端子にパルス信号
８０２が現われる。このパルス信号８０２は、１
ビツト目がNo.１の３ビツトカウンタのクロツク端
子に、２ビツト目がNo.２の３ビツトカウンタのク
ロツク端子に……16ビツト目がNo.16の３ビツトカ
ウンタのクロツク端子にそれぞれ接続されてお
り、パルス信号７１０が印加されるたびに各３ビ
ツトカウンタのアドレスが一番地ずつ増してい
く。アドレスが指定されると各MPX７０２のそ
のアドレスに対応したチヤンネルが開き、駆動信
号８０１および体内からの反射信号８０３を伝達
させる。以上の動作を128回繰返して行なうと、
クロツク信号７１０を128分周して得られたリセ
ツト信号８０４（第８図ｂ参照）が端子７１１に
印加され、16ビツトシフトレジスタ７０８、４ビ
ツトカウンタ７０４がリセツトされる。なお、
128回の繰返し動作のうち、15回分の動作につい
ては開口の径が変わる、すなわち駆動する単位振
動子の数が減るため、一般にブランキングをかけ
て画像情報を消す必要がある。 以上が、UPを選択して所定の駆動信号および
反射信号を伝達するための回路部の説明である。 次に、所定の位相差および振幅差をもたせて駆
動信号を発生させ、前述のMPX部６０４のイン
プツト・アウトプツト端子７０６に順序よく伝達
するとともに、受信信号を所定の位相差および振
幅差を持たせて加算し総合受信信号とするための
回路系について説明する。これは第６図において
駆動信号発生部６０２、基準信号発生部６０３、
MPX部６０５、MPX制御部６０７、受信信号合
成部６０８を指す。 まず駆動信号発生部６０２の構成は、超音波ビ
ームをどのように制御し、UPから放射するかに
依存する。ここでは、任意の位相差および振幅差
を持つRFパルス信号を発生させ、電子集束およ
び重み付けの機能をもつ駆動信号発生部について
説明する。 第９図は、第６図の駆動信号発生部６０２の実
施例のブロツク図である。送信タイミング信号発
生器９０１は第６図の基準信号発生部６０３から
のクロツク信号７１０に同期して送信タイミング
の最小単位、例えば20n sec間隔でパルスを発生
させ、かつあらかじめプグラムされたCPU９０
２からの制御信号９０３の制御のもとに、データ
セレクターの如き機能を有して、各制御チヤンネ
ルに対応した駆動信号発生器９０４に送信タイミ
ング信号９０５を印加する。駆動信号発生器９０
４は、パルス・ド・オシレータの動作が可能な発
振器で構成され、印加パルス期間のみ所定の周波
数が発振する。各送信タイミング信号９０５の制
御によつて発振されたRFパルス９０６は、CPU
９０２の制御によつてあらかじめ設定された振幅
になるよう振幅制御器９０７の制御によつて振幅
可変器９０８で振幅変化を受ける。振幅可変器９
０８としては、変調器形式のもの、FETなど能
動素子を用いる自動利得制御形式のものや抵抗値
切替など受動素子を用いた減衰器形式のものなど
がある。能動素子を用いた形式の振幅制御器は、
所定の制御電圧がCPUの制御で発生保持できる
構成になつており、例えばCPUから信号線を通
して送られたデイジタル信号をＤ／Ａ変換し、こ
のアナログ信号を積分器などで保持する回路で構
成される。また抵抗値切替による減衰器形式のも
のでは、CPUからの抵抗値選択信号をもとに、
分割出力端子の選択ができる構成になつている。 次に、上記制御を受けた信号は、各制御チヤン
ネルにそれぞれ付加されたバツフアアンプ９１０
を通して第６図のMPX部６０５に印加される。 第１０図は、MPX部６０５及びMPX制御部６
０７の実施例である。基本的な構成は、第７図で
説明したMPX部６０４と類似である。結線方法
は、MPX６０４とMPX６０５の相互のアドレス
方法に関係があり、種々の形態が考えられる。こ
こではMPX６０４のアドレス方法には第７図で
示した方法を用い、かつUPとの接続も同様とす
る。第１０図において、信号線１〜１６は、第９
図において、各駆動信号チヤンネルに設けられた
バツフアアンプ９１０の各出力に対応する。また
信号線１〜１６は、16チヤンネルのMPX１００
１の各アナログ信号端子に接続されており、信号
線１はNo.１〜No.16の各MPX１００１の第１チヤ
ンネルに並列接続され、信号線２はNo.１〜No.16の
各MPX１００１の第２チヤンネルに……、信号
線１６はNo.１〜No.16の各MPX１００１の第16チ
ヤンネルに並列に接続される。No.１〜No.16の各
MPX１００１のアドレス端子には、MPX制御部
６０７がそれぞれ接続されている。MPX制御部
６０７は、リードオンリーメモリー（以下ROM
と略す）で構成されており、ROMには、第１表
に示すようなMPXアドレス制御用デイジタルデ
ータが書込れている。

【表】

【表】 正論理で○印はビツト有
このROMは基準信号発生器６０３（第６図参
照）からのクロツク信号７１０に同期して動作
し、データを各MPX１００１のアドレス端子に
４ビツト信号線１００３を通じて送出する。次に
MPX制御部１００２からのアドレス信号によつ
て選択された駆動信号は、MPX１００１のイン
プツト・アウトプツト端子１００４を通して、第
７図に示したMPX７０２の各インプツト・アウ
トプツト端子７０６に印加される。なお本実施例
でMPX制御部６０７にROMを採用したのは、
回路を変更することなく種々の超音波ビーム制御
法に対応して、MPXの動作を制御できるように
するためである。従つて、単一の制御動作のみを
行わせる場合には、第１表に示したようなアドレ
ス信号を各MPXに伝達するようにすれば、第７
図に示した構成とほぼ同様の構成で実現できる。
ただしこの場合には、各信号線１〜１６の各
MPX１００１の16本の端子との接続方法を、第
１表の記憶内容の伝達ができるように例えばNo.
1MPXについて言えば、チヤンネル１は信号線１
に、チヤンネル２は信号線１６に、チヤンネル３
は信号線１５にという具合に接続しなければなら
ない。なお、逆に第７図で示したMPX制御部の
構成も上記した場合と同様な関係にあり、カウン
ターとシフトレジスタを用いずに、ROMを用い
て構成することも可能である。 次に受信信号合成部６０８について説明する。
第１１図は受信信号合成部６０８の構成図であ
る。基本的には駆動信号発生部６０２と同様な機
能すなわち位相制御や振幅制御の機能をもち、あ
わせて信号の合成回路をも含む。ただ駆動信号発
生部６０２と異つているところは、取りあつかう
信号がアナログ信号であるため前述した様なパル
ス的遅延ができないところである。図において、
16本の信号線１２０１は駆動信号および受信信号
の伝達路で、受信信号は第６図に示す様に、
MPX部６０５と駆動信号発生部６０２との間の
信号線から分岐されて受信信号合成部６０８に導
かれる。受信信号合成部６０８は、基本的には駆
動信号発生部６０２と同数の信号チヤンネルを有
し、本実施例では16チヤンネルとなる。受信信号
は、各チヤンネルに設けられた位相可変器１２０
２に印加される。この位相可変器１２０２は、タ
ツプ付LC遅延線、CCD遅延線、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａ
コンバータとシフトレジスタ等のデイジタル素子
を用いた遅延線などで構成され、位相制御器１２
０３の制御で位相量を変化させる。位相制御器１
２０３は、第９図で述べたと同様にCPU１２０
４の制御のもとに所定の制御モードに対応した制
御信号を各位相可変器１２０２に印加する。位相
可変器としてタツプ付LC遅延線を使用した場合
には、CPU１２０４の指令に応じて所定の位相
量になるよう電子的あるいは機械的にタツプの位
置を切替え、CCD遅延線も用いた場合には、
CPU１２０４の指令に基いてCCDの転送クロツ
ク信号の周波数を変化させ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコン
バータとデイジタル遅延線を用いた場合も、
CCD遅延線と同様にクロツク周波数を変化させ
る。 次に、位相制御を受けた受信信号は、各チヤネ
ルに設けられた振幅可変器１２０５に印加され
る。振幅可変器１２０５は、振幅制御器１２０６
の制御のもとに、受信信号の所定の振幅にする。
振幅可変器１２０５と振幅制御器１２０６の構成
および機能は、前述した駆動信号発生部６０２
（第９図参照）のものとほぼ同様であるが、受信
信号合成部６０８における振幅制御器１２０５に
は、時間の経過にしたがつて等価的に受信開口を
変化させ、サイドローブレベルを低減させて横分
解能を向上させるよう振幅を変化させる機能を持
たせている。もちろん駆動信号発生部６０２で示
したように、一定の振幅レベルに制御することも
可能である。 位相変化、振幅変化を受けた受信信号１２０７
は、演算増幅器等で構成された加算器１２０８で
加算され、後述する受信信号処理回路に伝達され
る。 次に超音波ビームの制御方法について説明す
る。第１２図は、電子集束を行う場合の原理図
で、説明を簡単にするためにマルチプレクサなど
を省略した概念図を示している。位相可変器１３
０１における位相変化量は以下の式より求められ
る。 ここで ti：ｉ番目の単位振動子の遅延時間 Ｃ：音速（生体内では1540ｍ／Ｓ） ｎ：１群の単位振動子数 Ｆ：焦点距離 ｄ：単位振動子間ピツチ 第１３図は、超音波周波数を2.5MHz、ｎを16、
ｄを0.9mmとし、Ｆを70mmにした場合と無限大す
なわち集束をかけない場合との送・受信における
超音波ビーム幅を示したものである。図からわか
るように、電子集束をかけた場合にはかけない場
合よりも、深さ40mm以降で超音波ビーム幅が細く
なつており、いわゆる横方向分解能の向上が実現
できる。 しかしながら、電子集束をかけても、第１３図
からわかるように深さ40mm以内ではかえつてビー
ム幅が広くなつている。これを解決するために
は、受信信号合成部のところで述べたように、時
間に応じて連続的あるいは段階的に各チヤンネル
の受信信号レベルを変化させ、近距離では等価的
に受信開口を狭くし、遠距離では広くするように
制御しながら受信合成を行う方法や、各種の窓関
数に応じて振幅を変化させる方法などのいわゆる
重み付けの方法が考えられる。 前述の近距離では等価的に受信開口を狭くし、
遠距離では広くするように制御しながら受信合成
を行う方法としては、例えば一群の単位振動子数
ｎを16とする時、近距離では振動子No.１〜４およ
びNo.13〜16の受信信号レベルをＯとし、No.５〜12
の受信信号レベルをＡとして合成処理し、所定時
間後に、振動子No.１〜３およびNo.14〜16の受信信
号レベルをＯ、No.４〜13の受信信号レベルをＡと
して合成処理し、以降、所定時間毎に同様に各チ
ヤンネルの受信信号レベルを変化させる方法など
がある。このようにすることによつて、深さ40mm
以上での細いビーム幅を維持しつつ、第１３図に
示されるような深さ40mm以内でのビーム幅の広が
りを抑制することができる。さらに一群の単位振
動子数ｎを大きくすることによつて深さ方向に広
い範囲で超音波ビームをより一層細くすることが
可能であり、被検深さ全域にわたつて横分解能の
向上が図れる。従つて体表近傍から体内の深い部
位まで、微小な腫瘍などの疾患に対して抽出が可
能となり、早期診断に有効な手段となるものであ
る。 次に窓関数を用いた方法について説明する。窓
関数としては、ドルフチエビシエフ多項式の係数
を使用する方法、ハミング法、ハニング法、ガウ
ス法、ブラツクマン法などがある。第１４図、第
１５図には、チエビシエフ、ハミング、ガウスの
各重み付け方法に基く各単位振動子での振幅比す
なわち重み係数と、所定の仕様に基いた場合の−
20dBでの超音波ビーム幅を示す。ただしチエビ
シエフの重み付け方法を用いた場合にはサイトロ
ーブレベルを−20dB、−30dB、−40dBとした場合
の値をそれぞれ示す。第１５図より明らかなよう
に、位相だけを変化させる場合に比べて、近距離
および遠距離での横分解能の改善がはかれる。 また、圧電振動子に所定の位相を加えて電子集
束させながら送受信し、受信時には時間に応じて
等価的に受信開口を変化させ、さらに、送信信号
および受信信号の一方もしくは両方に重みづけを
行なうことによつても、体表に近い部位から体内
の深い部位に至るまでサイドローブを抑圧しなが
らより一層細い超音波ビームの形成が可能とな
る。 以上、超音波ビームを所定の制御モードで送受
信するための方法および構成について述べた。次
に、受信信号処理および表示系を中心とした装置
の各部を説明する。なお、超音波ビームの制御方
法は、あらかじめ設定されているかもしくは人的
に選択し、前記した機能を満足するようCPUで
制御されるものでする。 第１６図は、受信信号処理および表示系のブロ
ツク図である。第６図で説明した、超音波探触子
部６０１、アナログマルチプレクサ部６０４，６
０５、マルチプレクサ制御部６０６，６０７、駆
動信号発生部６０２、受信信号合成部６０８から
なる超音波送受信部１７０５は、基準信号発生器
１７０１からのクロツク信号１７０２、リセツト
信号１７０３およびビーム制御モード指定信号１
７０４によつて超音波の送受信を行い、得られた
合成受信信号１７０６は、TGC回路１７０７に
印加される。TGC回路とは、被検体中での音波
伝搬に基く音波の減衰を補正するものであり、一
般に生体内において音波は指数関数的に減衰し、
軟部組織では１cm、1MHzあたり1dB減衰すると
言われている。そのため被検深さを20cm、超音波
周波数を2.5MHzとした場合、約50dBの利得制御
を可能にしておく必要がある。本実施例では、
FETを用いた自動利得制御方式による利得制御
を行い、利得制御範囲を60dBとした。利得制御
のための制御信号はTGC利得制御信号発生器１
７０８で発生させる。この制御信号は、基準信号
発生器１７０１からのクロツク信号１７０２に同
期して発生され、例えば第１７図に示した様な制
御波形を発生させる。波形は、図示した様に、
Ａ、Ｂ、Ｃ三つ部分に分割され各部分は外部の制
御ツマミで独立に制御できるようになつている。
特にＢ領域は傾斜が変化するようになされてい
る。 TGC回路１７０７によつて利得制御をうけた
信号は、超音波周波数を中心としたバンドパスフ
イルター１７０９を通過し、信号圧縮器１７１０
に加えられる。信号圧縮器１７１０は、広いダイ
ナミツクレンジの信号を表示用のCRT１７１１
に表示できるダイナミツクレンジまで圧縮するも
のであり、いわゆる対数増幅器と類似の構成およ
び機能を持つ。本実施例では40dBの信号ダイナ
ミツクレンジを26dBに圧縮した。圧縮された信
号は、検波器１７１２で検波され、信号加算器１
７１３において他の信号、例えばマーカー信号、
水平垂直ブランキング信号、表示レベル較正用グ
レイスケール信号などと加算される。なおこれら
の信号は、基準信号発生器１７０１からの信号を
基準として重畳信号発生器１７１４で作り出され
る。信号加算器１７１３で重畳加算された信号
は、ビデオ増幅器１７１５で増幅された後表示用
CRT１７１１の輝度変調軸に加えられる。 次に、上記受信信号を走査論理に従つて順序よ
くCRT上に表示するための偏向回路系について
説明する。基準信号発生器１７０１からのクロツ
ク信号１７０２をもとに高速用鋸歯状波信号発生
器１７１６により高速用鋸歯状波を発生させる。
この鋸歯状波は、偏向ひずみ補正回路１７１７で
補正をうけた後増幅器１７１８で増輻され、高速
用偏向コイル１７１９に印加される低速偏向側に
ついても同様に、基準信号発生器１７０１からの
リセツト信号１７０３をもとに、低速用鋸歯状波
発生回路１７２０偏向ひずみ補正回路１７２１、
増幅器１７２２を通して低速用偏向コイル１７２
３に印加される。 以上、直線上に配置された複数の振動子を所定
の位相および振幅で駆動し、超音波断層像を得る
本発明の実施例について述べたが、本発明によつ
て生じる効果は以下の通りとなる。 即ち、圧電振動子の横幅Ｗと厚さｔの比Ｗ／ｔ
を0.8以下とし、電気機械結合係数がk33もしは
k33′に係る基本縦振動を用いて各圧電振動子を所
定の電圧レベル及び位相で駆動し、各圧電振動子
からの受信信号に対し、時間に応じて受信開口を
変化させながら及び所定の位相を持たせて合成処
理することによつて、体表近傍から体内の深部に
至るまで、高感度でビーム幅が細い超音波探触子
を実現し、被検領域全体にわたつて微小な腫瘍な
どの抽出を可能とし、疾病の早期かつ正確な診断
に対し有効な手段となる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波断層検査装置を示すブロ
ツク図、第２図は、Ｗ／ｔが2.5のPCM−５圧電
セラミツクを用いた素子を二つ集めたUPの回折
場放射パターンを示す図、第３図は第２図で用い
た素子の振動状態を示す図、第４図Ａ，Ｂはそれ
ぞれ本発明に用いるUPの一構成例を示す断面図
および平面図、第５図は第４図で示したUPの回
折場放射パターンを示す図、第６図は本発明によ
る断層検査装置のUP部と選択駆動回路部のブロ
ツク図、第７図は、同UP部、MPX部、MPX制
御部の関係を示す図、第８図は第７図に示した各
部の動作を示す信号波形図、第９図は駆動信号発
生部の具体構成を示すブロツク図、第１０図は同
MPX部の構成例を示すブロツク図、第１１図は
受信信号合成部の構成を示すブロツク図、第１２
図は電子集束の原理を示す図、第１３図は電子集
束をかけた場合の深さとビーム幅の関係を示す
図、第１４図は重み付けの説明図、第１５図は重
み付けをした場合のビーム幅の深さの関係を示す
図、第１６図は受信信号処理および表示系のブロ
ツク図、第１７図はTGC利得制御信号の一例を
示す図である。 ４０１……圧電振動子、４０２，４０３……電
極、４０４……整合層、４０５……背面負荷、４
０６……音響絶縁スペース、４０７……電極間接
続線、４０８……リード線、６０１……UP部、
６０２……駆動信号発生部、６０３……基準信号
発生部、６０４，６０５……アナログマルチプレ
クサ部、６０６，６０７……マルチプレクサ制御
部、６０８……受信信号合成部、７０２……
MPX、７０４……カウンター、７０８……シフ
トレジスタ、９０１……送信タイミング信号発生
器、９０２……CPU、９０４……駆動信号発生
器、９０７……振幅制御器、９０８……振幅可変
器、９１０……バツフアアンプ、１００１……
MPX、１２０２……位相可変器、１２０３……
位相制御器、１２０４……CPU、１２０５……
振幅可変器、１２０６……振幅制御器、１２０８
……加算器、１７０１……基準信号発生器、１７
０５……送受信部、１７０７……TGC回路、１
７０８……TGC利得制御信号発生器、１７０９
……バンドパスフイルター、１７１０……信号圧
縮器、１７１１……CRT、１７１２……検波器、
１７１３……信号加算器、１７１４……重畳信号
発生器、１７１５……ビデオ増幅器、１７１６…
…高速用鋸歯状波信号発生器、１７１７……偏向
ひずみ補正回路、１７１８……増幅器、１７１９
……高速用偏向コイル、１７２０……低速用鋸歯
状波発生回路、１７２１……偏向ひずみ補正回
路、１７２２……増幅器、１７２３……低速用偏
向コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧電振動子の横幅Ｗと厚さｔとの比Ｗ／ｔが
   0.8以下の値をもち、この圧電振動子を厚みｔ方
   向における電気機械結合係数がk33もしくは33′に
   係る基本縦振動で励振させるＮ個の圧電振動子を
   有する超音波探触子部と、前記超音波探触子部を
   構成するＮ個の圧電振動子の内、連続するｎ個
   （Ｎ＞ｎ）を一群とし、一定方向に順次ずらしな
   がら走査する選択駆動制御部と、各圧電振動子を
   所定の電圧レベル及び位相で駆動する駆動信号発
   生部と、各圧電振動子からの受信信号に対し、同
   一パルス内において、時間に応じて連続的あるい
   は段階的に各圧電振動子の受信信号レベルを変化
   させ、近距離では等価的に受信開口を狭くし、遠
   距離では広くするように制御しながら及び所定の
   位相を持たせて合成処理を行う受信信号処理部
   と、前記受信信号処理部で得られた信号を前記走
   査順序に従つて表示面上に表示する表示部と、前
   記各部の動作を全体的に制御する基準信号発生部
   とを有することを特徴とする電子走査式超音波断
   層検査装置。 ２ 圧電振動子に所定の位相を加えて電子集束さ
   せながら送受信し、さらに送信信号及び受信信号
   の少なくとも一方に重み付けを行うことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の電子走査式超音
   波断層検査装置。