JPH0135656B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は生体内の断層情報と共に血流速度情報
を得ることのできる電子走査型超音波診断装置に
関するもので、簡便な装置で広範囲に上記二つの
情報を得られるようにすることを目的としたもの
である。

従来生体内の血流速度を非観血的に測定する一
手段として超音波ドプラ法が知られている。

この種の装置は超音波の送信波と血球等による
反射波との周波数差すなわち周波数偏移から血流
速度を求める技術を土台とするものである。

近年この種の技術に関連して断層情報と血流情
報を同時に得られる装置すなわち複合超音波診断
装置が医学分野で嘱望されている。従来はこのよ
うな装置の例としては断層像走査方式およびドプ
ラ方式に対して別個の振動子が用いられる場合
と、両方式に対して同一の振動子が用いられる場
合が現在報告されている。前者の装置の構成を簡
単に説明すると、診断装置の断層用探触子にアー
ムを介して超音波ドプラ計測用の探触子を取付
け、両探触子の位置、および超音波ビームの送受
波方向をポテンシオメータによつて検出する。そ
して一方の探触子にてリアルタイム断層像を得、
他方の探触子にて超音波のドプラ変位から血流速
度を観測するものである。この種の装置は上記２
つの情報を関連して同時に得ることができるため
非常に有用である。しかしながら上記方式に関し
ては、２つの探触子の音波放射面が分離している
ため、ドプラ計測用の超音波ビームの通過領域が
完全に描出できないので、ドプラ超音波ビームが
目的部位まで確実に到達しているか否かは判らな
い。例えばセクタ電子走査の探触子を用いて断層
像を得る場合には近距離の被検視野が非常に狭い
ため、近距離におけるドプラ計測用の超音波ビー
ムの通過領域が完全に描出できないという欠点を
用する。また、一般に人体中における超音波の減
衰特性は組織により大きく異なり、例えば骨、あ
るいは空気等が多く含まれている肺、消化器系の
多くの組織等では減衰が非常に大きい。このよう
な組織がドプラ計測用の探触子とドプラ検査の目
的部位との間に存在する場合、目的部位からの有
効なエコー信号は得ることが不可能となるので断
層像上で減衰の大きな組織を避けてドプラ超音波
ビームを入射させる必要がある。しかしながら上
記構成の装置の場合、ドプラ超音波ビームの通過
領域が完全に描出できないため、特に近距離領域
に減衰の大きな組織がある場合でも断層像で確認
できない場合が考えられる。この欠点は２つの分
離した探触子を用いているために起るのである
が、以下に述べるように断層像の走査方式により
この欠点の程度は異つてくる。すなわち探触子か
ら近距離の領域で視野が広い場合にはドプラ超音
波ビームの通過領域で表示不可能な部分は少くな
る。

現時点で代表的な電子走査方式としては、セク
タ電子走査とリニア電子走査が考えられるがセク
タ方式では近距離の被検幅が狭いので、上記欠点
に対処するためにはリニア方式が適しているとい
える。しかしリニア電子走査では近距離における
被検幅も探触子の走査幅で限定されてしまうため
以下に示す理由で不都合を生じる場合がある。

一般に装置によつて得られるドプラ周波数偏移
と流速との関係は次式によつて表わされる。

Δ＝2_pVcosθ／Ｃ (1) ただしΔ＝周波数偏移、_p＝超音波の放射周
波数、Ｖ＝血液の平均流速、Ｃ＝組織中の音速
（約1540ｍ／秒）、θ＝血流方向とドプラ超音波ビ
ームのなす角度である。したがつて周波数偏移は
第１式で示すように超音波ビームと血流方向がな
す角度θの余弦に比例し、両者が平行な場合に最
大となり精度よく測定され、直交する場合には零
となり測定不可能となる。このような理由から超
音波ビームは血流方向に対して60度以下の角度で
入射させることが望ましいとされている。

一方腹部の重要血管をドプラ検査する場合、例
えば腹大動脈、下大静脈等は体表面に対して平
行、深部に位置している。このような被検部位に
対して、被検幅Ｌのリニア電子走査探触子の端部
より位表面に対して45度の角度でドプラ超音波ビ
ームを入射させた場合、ドプラ超音波ビームの通
過領域が表示できるのは深さＬまでとなる。一般
に被検幅Ｌとしては10cm程度以下であり、しかも
探触子は走査幅が短い方が体表面との音響的な結
合が良いという条件もある。以上のような理由か
らある程度深い部位に位置する血流に対しては、
通常のリニア電子走査により得られる被検領域は
適切であるとは言いがたい。この問題を解決する
ためには近距離ではリニア走査程度の被検幅を有
し、遠距離ではセクター走査程度の被検幅となる
台形状の領域を表示できることが必要である。

この条件を満たすため探触子の複数個の圧電振
動子をその音波放射面側が凸面となるように配
し、リニア電子走査と同様な回路を組合わせて超
音波ビームの方向を放射状に走査させ、体表面付
近ではある程度の被検幅を有し、深い領域では通
常のリニア電子走査の被検幅よりも広い視野を確
保する方式が本出願人により提案された。第１図
にこの方式の探触子を示し、それを利用した複合
超音波診断装置を以下に説明する。

図において、１１は断層用超音波探触子、１２
はドプラ計測用超音波探触子、２は被検体、２１
は被検体表面、２２は血管、３１はＮケの圧電振
動子、４および５はそれぞれ圧電振動子３１の前
面に接合された第１および第２の音響整合層、
８，１０は接続線、９１は電子スイツチ群、９２
も電子スイツチである。非ドプラモードでの探触
子１１の駆動法は通常のリニア電子走査と同様
に、送受信はＭ（＜Ｎ）個の振動子よりなる群を
少しずつ移動するようにスイツチ群９１により選
択する。

ドプラモードではスイツチ９２によりドプラ計
測用探触子を選択する。非ドプラモードで駆動さ
れた圧電振動子列から出る超音波は被検体２の中
を矢印６のように進行する。被検体内での反射信
号７は、再び同じ圧電振動子列により受信され、
接続線８、電子スイツチ９１および接続線１０を
通して診断装置本体の表示装置部、およびドプラ
信号検出回路等に結合される。

電子走査によつて切替えられ、被検体内に発射
され受信される超音波信号およびエコー信号の走
査領域は、探触子１が円弧状になつているため、
従来のリニア走査型のような長方形ではなく、か
つセクタ走査型のように探触子部を中心としてそ
の点からの扇形でもなく、探触子１の円弧の中心
部１１から放射状でかつ探触子の位置で区切られ
たような走査領域となる。

上記した探触子を用いた場合、セクタ電子走査
方式の場合のような近距離部の情報の欠落がなく
近距離も被検領域が比較的広い。またセクタ電子
走査方式のような大型の送受信部や加算部が不要
であり、従来のリニア電子走査方式とほぼ同様の
簡易な送受信部で行なえるなど多くの特長を持つ
ている。しかしこの場合の被検幅は探触子の曲率
によつて決まるため、リニア走査以上の被検幅を
得るためにも探触子の曲率を大きくしなければな
らないが曲率を大きくすると探触子の被検体との
密着、特に断層用探触子とドプラ計測用探触子の
接合部における凹部分の影響等による密着が悪く
なり良好な画像が得られない。被検体との音響的
結合を良好ならしむるために第１図の様に超音波
探触子１を被検体表面２１にくい込ませると周辺
臓器が圧迫され血管２２も彎曲、偏平化する等自
然な状態での血流測定が困難となることは明らか
である。

以上述べてきた例はすべて断層用探触子とドプ
ラ計測用探触子の２つを組合わせて使用してい
る。

一方断層像走査方式およびドプラ方式に対して
同一の振動子を用い、探触子の操作性を向上させ
るとともに断層像上でのドプラ超音波ビームの方
向決定を正確にすることを特長とする装置も考え
られている。しかしこの方式に関しても現時点で
実用化されているものを見る限りいくつかの欠点
を有し、例えば被検部位の性質に合わせて断層面
内におけるドプラ超音波ビームの方向を変えた
り、あるいは断層用の超音波周波数とは別に血流
の最高速度に合わせドプラ超音波周波数を選ぶ等
の設計の自由度が制約され、ドプラ周波数偏移の
正確な測定が困難となる場合がある。

本発明は以上のような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断層用の超音波
振動子と振動子とドプラ走査用の振動子を別個に
有する探触子を用い、被検体内の広い領域でのド
プラ計測を可能にした実用的な複合超音波診断装
置を提供するものである。以下図面を用いて本発
明の一実施例を詳細に説明する。

第２図には、本発明を採用した探触子部の基本
構成を、第３図には、第２図の探触子部を用いた
超音波探触子を、また第４図には、第３図の超音
波探触子を用いた複合超音波診断装置のブロツク
図を示す。なお、以下前図と同一部分には同一番
号を付し説明を略す。

本発明の特徴は、凸面状に配列された断層用の
圧電振動子列とドプラ走査用の圧電振動子の各々
の前面に設けられた音響整合層と被検体との間
に、走査角度を拡大する音響伝搬媒質を設けた探
触子を用いて広範囲の断層像とドプラ情報を得ら
れるようにしたことであり、更に被検体表面を変
形させることなく良好な音響的結合を得るととも
に、ドプラ超音波ビームの通過領域をその広い断
層像表示領域内に収め、かつドプラ超音波ビーム
の方向、あるいは高周波の設定に関しては被検部
位の性質に合わせて最適の値を選べることにあ
る。

本発明の一実施例として走査角を拡大した場合
について第２図を用いて説明する。例えば被検体
が人体の場合には、シリコンゴムのように音速が
人体より遅くしかも音響インピーダンスがほぼ等
しい材質でできた音響伝搬媒質２５を、図のよう
に凸面状に配された圧電振動子列３１とドプラ走
査用の振動子３２との間に、音響整合層４，５を
介して被検体２との接触部がほぼ平面状になるよ
うに設ける。このようにすれば超音波の走査角は
更に拡大され、従つてドプラ超音波ビームの通過
領域を表示するのにより適しているといえる。こ
の場合音響伝搬媒質２５は走査角拡大用の音響レ
ンズとなる。

このような構造の振動子部を用いた超音波探触
子の構成を第３図に示す。第３図において、第１
図に示すように凸面状に配列された振動子列３１
の部分の駆動法は第１図に関して説明した通り、
通常のリニア電子走査と同様に送、受信はある群
を同時に行い、非ドプラモードではそれらの群を
少しずつ移動するように、ドプラモードでは特定
の群を選択するように電子スイツチ群９１により
制御されるか、あるいは電子スイツチ９２を切替
えてドプラ計測用振動子３２を選択する。ここで
述べたように本発明の探触子では断層用の振動子
列から送、受信される超音波ビーム進行方向は放
射状に広がつているので、ドプラ周波数偏移を得
るのに適した角度で被検部位を走査する場合も多
く、その場合には断層用の振動子列の特定の群を
ドプラ計測用に用いることも可能となる。このよ
うにして駆動された圧電振動子列から出る超音波
は、音響レンズ２５によつて更に偏向され、被検
体２の中を矢印６で示すように進行する。被検体
２内での反射信号７は再び同じ圧電振動子列によ
り受信され、電子スイツチ９１，９２を通して診
断装置本体の表示装置部に結合される。

上記した探触子において、電子走査によつて切
替えられ振動子列３１から被検体内に発射され受
信される超音波信号およびエコー信号の走査領域
は、点２７を中心とする円弧状の領域２６とな
る。これは、凸面状に配された圧電振動子列３１
の前面の音響伝搬媒質２５によつて音波の走査角
が拡大されるためである。従つて領域２６の表示
は台形あるいはアーク状となる。第３図ではドプ
ラ計測用の振動子３２は１個の凹面振動子で構成
される。その音波放射面の方向は被検部位の位置
や、音響レンズ２５と生体表面の境界における屈
折も考慮して決定される。凹面振動子の代りに凹
面状に配列された複数個の振動子を用いてもよ
い。あるいは凹、凸にかかわらず配列された複数
個の振動子に対しても走査回路を用意してドプラ
計測用の超音波ビームの方向を電子的に制御する
ことも可能である。いずれの場合にせよ断層用の
振動子部とドプラ検査用の振動子部は同一探触子
内にあるので近接して配置することが可能であ
り、ドプラ超音波ビームの通過領域表示に適した
構造となつている。

第４図は、上記の音響伝搬媒質２５を有する超
音波探触子を用いた複合超音波診断装置の構成を
示すものであり、図において、４１は圧電振動子
を駆動する送信部であり、超音波を集束する場合
には集束用の位相制御回路をも含む。受信部４２
も、送信部４１同様に集束を行う場合には集束用
の位相制御回路をも含むものである。装置はこれ
以外に超音波の送受信のタイミングをとり、ドプ
ラモード、非ドプラモードに対応して電子スイツ
チを制御するための制御信号を発生させる制御部
４３、音響伝搬媒質２５の減衰等による各走査線
での感度差を補正する感度補正回路４４、受信信
号を断層像として表示するための非ドプラ信号処
理回路４５、断層像およびドプラ信号処理回路４
８のドプラ情報出力を表示するための表示部４
６、およびドプラ信号検出回路４７から構成され
ている。制御部４３は超音波探触子の断層用振動
子部の任意の位置、あるいはドプラ計測用振動子
部に超音波ビームの設定を行うドプラ走査位置制
御回路と、この位置における超音波ビーム方向と
被検体表面のなす角度情報を与える回路も含まれ
る。血流方向が被検体表面に平行である場合には
ここで与えられた角度情報により(1)式を用いて周
波数偏位から血流速度が計算可能となる。

ドプラ信号検出回路４７の具体例としては直交
位相検波技術を用いる方式等があり、またドプラ
信号処理回路４８の具体例としては離散フーリエ
変換による周波数解析技術を用いる方式等があ
り、例えば以下の文献に両者の具体例の説明がな
されているので、ここでは詳しく述べない。

千原 他著 「マイクロコンピユータを用いた超音波パルス
ドプラ血流計」 信学技術 MBE79−20（1979）P53 表示部４６では従来の断層像を表示する機能の
他に、ドプラ信号処理回路４８からの出力である
ドプラ情報を例えば血流速度として、又はよく知
られているようなソノグラム方式で表示すること
も可能である。

以上のように本発明は、凸面状に配列された複
数個の圧電振動子からなる第１の振動子部と、１
個または複数個の振動子部からなる第２の振動子
部を有し、かつ上記両圧電振動子部と被検体との
間に、音速が被検体より遅くしかも音響インピー
ダンスが被検体とほぼ等しい材質でできた音響伝
搬媒質を被検体との接触部がほぼ平面状になるよ
うに設けた探触子と、断層像表示装置、ドプラ走
査位置制御回路、ドプラ信号検出回路、ドプラ信
号処理回路、ドプラ走査ビーム方向角度発生回路
等を具備し、断層像情報と血流情報を得る複合超
音波診断装置であり以下に示すような多くの特徴
を有している。すなわち１個の探触子の中に断層
用振動子部とドプラ計測用振動子を有し操作性が
良い。また、断層像は近距離、遠距離ともにドプ
ラ超音波ビームの通過領域を表示するのに適した
台形状の被検領域を有しドプラ超音波ビームが確
実に目的部に到達していることを確認するのに適
している。しかも台形状の被検領域を得るために
被検体中において放射状に超音波ビームを走査す
る技術に関しては、大型の送、受信部や位相制御
が不要である。また単に凸面状の断層用振動子部
と、ドプラ計測用振動子を配置して探触子の音波
放射面に凸部、凹部がある場合に比べて、本発明
では探触子の音波放射面がほぼ平行となるような
音響レンズを設けており、生体表面との密着性も
よく、無理に押しつけて周辺臓器を変形させる心
配もない。更にこの音響レンズによる被検領域の
拡大が、ドプラ超音波ビーム通過領域表示に望ま
しい効果をもたらし、被検体内の広い領域でのド
プラ計測を可能にする。またドプラ計測用振動子
は断層内振動子と同一ではないので、被検部位の
性質にあわせたドプラ超音波周波数の選択、ある
いはビーム方向の決定が可能となつている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願人が提案した提案した凸面状超
音波探触子の構成図、第２図は本発明の一実施例
における超音波探触子の基本構成を示す斜視図、
第３図は本発明による超音波探触子の全体構成
図、第４図は第３図の超音波探触子を用いた複合
超音波診断装置のブロツク図である。 １……超音波探触子、１２……ドプラ計測用超
音波探触子、２……被検体、２１……被検体表
面、２２……血管、３１……圧電振動子、３２…
…ドプラ計測用圧電振動子、４……第１整合層、
５……第２整合層、８，１０……接続線、９１，
９２……電子スイツチ、２５……音響レンズ、３
０……超音波ビーム、４１……送信部、４２……
受信部、４３……制御部、４４……感度補正部、
４５……処理部、４６……表示部、４７……ドプ
ラ信号検出回路、４８……ドプラ信号処理回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 凸面状に配列された複数個の圧電振動子から
   なる第１の振動子部と、１個または複数個の圧電
   振動子からなる第２の振動子部と、前記第１と第
   ２の振動子部の音波放射面側に密着し被検体側が
   ほぼ平面状でありかつその音速が被検体より遅い
   音響伝搬媒質からなる走査角拡大用の音響レンズ
   とを有する超音波探触子と、前記第１の振動子部
   を順次走査して台形あるいはアーク状の超音波断
   層像を得る手段と、前記第２の振動子部を駆動し
   てドプラ信号採取用超音波ビームの送受信を行う
   ドプラ走査位置制御回路と、この超音波ビームの
   反射信号を検波してドプラ信号を得るドプラ信号
   検出回路と、この位置における超音波ビーム方向
   と被検体表面の角度情報を与える回路と、この角
   度情報を用いてドプラ信号の解析を行う処理回路
   と、処理されたドプラ信号を表示する表示部を具
   備したことを特徴とする超音波診断装置。