JPH027946A - プローブ、このプローブを利用したイメージング装置、およびこの装置の応用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、主として、プローブ、このプローブを利用し
たイメージング装置、およびこの装置の応用方法に関す
るものである。

従来の技術 様々なタイプの超音波走査プローブが既に知られている
。公知の第１のタイプは、扇形走査プローブである。す
なわち、可動振動ンステムを備えるか、あるいはホイー
ル上に設置されていて放射窓の前を通過するときに切り
換えられる複数の電気音響変換器を備えるプローブであ
る。このようなプローブの特徴は、画像獲得が速いこと
と、原理が簡単であるために信号処理手段が比較的簡単
で安価なこと：こある。音波のカップリング面積が比較
的狭いため、プローブを患者の２本の肋骨の間に配置し
て心臓を観察することができる。しかし、このよ・うな
プローブの寿命には限りがある。

公知の第２のタイプは、複数の電気音響変換器を備える
プローブである。このタイプのプローブの中では、例え
ば６４個の単位電気音響変換器を有する直線状ス）　＋
Ｊツブからなる直線走査装置が特に使用される。走査は
、１回のショットごとに、すなわち超音波を１回放射す
るごとにアクティブな一群の変換器を変えることにより
実現する。このタイプの直線状ストリップは、同時に使
用される変換器の数が少ないために分解能が悪い。

直線状ストリップの場合に、軌跡の差を相殺するための
遅延を利用した電子走査によってビームが集束されるの
で、走査角が制限される。さらに、コヒーレンス状態を
保ったまま信号を大きく遅延させる素子が必要とされる
ため、この方法は実施が難しい。

上記した問題に対する解決は、凸状ス）　ＩＪツブによ
り、すなわち変換器が曲線上に配置され放射面が凸面と
なるストリップにより与えられている。

このタイプのストリップは、特にヨーロッパ特許第６９
．６７７号に記載されている。

発明が解決しようとする課題 しかし、このタイプのストリップの分解能はまだ十分で
はない。

このタイプのストリップの全変換器が全方向で音波励起
できるわけではない。

課題を解決するための手段 本発明の大きな特徴は、１つの方向を音波励起すること
が可能なすべての変換器を利用することによってこの領
域に対応する画像を形成できることにある。集束は、遅
延素子を用いた電子走査によって実現される。ストリッ
プが曲線状になっているため、実現すべき遅延は直線状
ス）　ＩＪツブの場合よりも小さい。さらに、走査角は
はるかに大きく、例えば９０°〜１５０°である。

しかし、画像を形成するためには、使用する変換器の数
を中心部において周辺部よりも多くことが可能である。

この結果、画像は分解能が中心部において周辺部よりも
よ（なる。これはそれほど困ったことではない。という
のは、医用イメージングにおいては興味のある点を画像
の中心にし、周辺部は興味のある器官を他の器官に対し
て位置決めするのに主として利用されるからである。従
って、視野が非常に広いことは診断に当たっている医師
にとって都合がよい。さらに、中心部の分解能が極めて
高いために細かな診断が可能になる。

本発明は、特許請求の範囲に記載されているように、主
として、イメージング装置と、このような装置の応用方
法を提供することを目的とする。

本発明は、添付の図面を参照した以下の説明によりさら
によく理解できよう。なお、図面は単に実施例を示した
ものであって、本発明を限定することはない。

第１図〜第３図では、同じ要素を表すのに同じ参照番号
を用いである。

実施例 第１図には、複数の電気音響変換器２を備える超音波プ
ローブ１が図示されている。電気音響変換器２は規則的
に配置されていることが好ましい。

第１図の実施例では、プローブが円弧の形状となってい
る。もちろんプローブは、別の形状、例えば双曲線、楕
円、または放物線にしても本発明の範囲を逸脱すること
はない。

プローブ１は対称軸線３を有する。画像を形成する際に
は、興味のある点をこの軸線３上に位置させることが望
ましい。プローブ１を用いると、軸線３を中心とした扇
形内の画像を形成することができる。扇形走査は、変換
器２に様々な時間遅延を導入することにより実現される
。

第１図に図示されている実施例では、プローブ１が軸線
３と対向する位置に変換器２を備えていない。実際、こ
のような位置の変換器は、軸線３を中心とした扇形の画
像には決して寄与することができない。上記の電気音響
変換器は圧電変換器であることが好ましい。

第２図には、点Ａと点Ｅで制限された扇形の画像形成を
説明する図が示されている。この第２図の実施例では、
プローブ１が、円弧の上に規則的に配置された複数の電
気音響変換器２を備えている。本発明の方法では、電子
走査で超音波のエネルギを集中させることによって１点
を音波励起する。すなわち、変換器２から発生される信
号を時間遅延させて進行速度の差を相殺する。しかし、
第１に、電気音響変換器２は固有の方向性をもっており
、第２に、プローブ１のこの構成ではすべての変換器２
が観察しようとするすべての点に波を照射することはで
きない。本発明の装置では１点を音波励起してこの点の
画像を得ることのできる電気音響変換器２のみが使用さ
れている。この原理は、１回の放射が画像の１本の線に
対応する二次元電子走査の場合と、１回の放射が画像の
１点に対応する三次元電子走査の場合の両方に有効であ
る。

従って、点Ａ、Ｂ５Ｃ５Ｄ、Ｅの各々に対しては、これ
ら各点を音波励起することができる向きと方向性を有す
るすべての電気音響変換器が使用される。

第２図では、扇形３Ａ、３Ｂ、３Ｃ１３Ｄ１３Ｅが、そ
れぞれ点Ａ、Ｂ、ＣＳＤ、Ｅを通過する点または線を音
波励起することのできる変換器を示している。

第３図には、プローブ１の支持体として機能する球形キ
ャップが図示されている。球形キャップ上に電気音響変
換器２（第３図には図示せず）を分布させることにより
、音波ビームのエネルギを三次元で集中させることがで
きる。ビームの方向は、三次元電子走査を実行すること
によって、あるいは変換器を複数のリングとなるように
配置し、これらリングに走査される空間の様々な領域に
対応するアドレス手段を対応させることによって決める
ことができる。ここに説明した方法は、セージニーエー
ル　ニルトラソニック（ＣＧＲＩＪＬＴＲＡＳＯＮＩＣ
）社によって１９８３年１０月１８日に出願されたフラ
ンス国特許出願第８３０１６５５０号に記載されている
。

第４図と第５図からは入射角の影響を見ることができる
。入射角に応じて、画像の１本の線が画像の対応部分の
分解能で形成される。

第４図には、プローブｌの軸線の近くに位置する点１へ
を通過する線の画像の形成原理が示されている。斜線領
域７に属するすべての電気音響変換器（第４図には図示
せず）は、点Ａを通過する画像の線の形成に寄与する。

領域７に属するすべての電気音響変換器は、点Ａを音波
励起することができる。点Ａを通過する線は、表示スク
リーン上で画像の中心の線を構成する。この線の形成は
、最大数の電気音響変換器を含む領域７に寄与する。

従って、例えば医師にとっての興味の中心が位置する画
像の中心の分解能は非常に大きい。

第５図には、プローブ１の軸線から離れた点Ｂを通過す
る線の画像の形成原理が示されている。

この場合、点Ｂを音波励起することのできる電気音響変
換器の領域７（図示せず）は第４図の場合よりも狭い。

画像の周辺部に近づくにつれて領域７が小さくなり、そ
れに伴って画像の分解能が低下する。画像の周辺部では
、従来のシステムの分解能に対応する低い分解能となる
。

一方、曲線状ストリップを用いた電子走査を行うと、走
査角をより大きくすることができる。この角度は、例え
ば公知のタイプの装置では９０°であったものが１５０
°に大きくすることができる。

従って、医用イメージングの分野では、中心部で非常に
高い分解能であり、しかも走査角が大きな画像が得られ
る。医用イメージングでは、周辺部は、器官同士の相対
位置を決め、従ってこれら器官を非常に高い分解能を必
要とせずに同定するのに主として役立つ。一方、検査す
べきであり最大の分解能が必要とされる器官は、画像の
中心に位置決めされる。本発明の装置を利用する医師は
、周辺部の分解能の低下に気付かないことさえしばしば
あろう。

もちろん、プローブ１を延長して例えば第１図に示した
ようにほぼ完全な円を形成することが、本発明の範囲を
逸脱することなく可能である。この場合、分解能は、プ
ローブを実現するのに必要な変換器の数を多くすると、
画像の中心部と周辺部で分解能が同じになる。さらに、
このようにすると走査角を大きくすることができる。

一方、変換器の数が決められていて例えば１２８個また
は２５６個である場合には、曲率を所定の値にすること
により中心部の分解能を大きくすることが可能である。

第６図には、本発明の超音波走査装置の構成の第１の実
施例が示されている。この装置は、複数の電気音響変換
器２を備えている。図面を簡単にするため、電気音響変
換器２は一直線に並んだ状態が図示されている。もちろ
ん、本発明の装置の実施例として、任意の構成、例えば
凸状の放射面にすることもできる。電気音響変換器２は
、マルチプレクサ６０と可変遅延装置４を介して電気エ
ネルギを受ける。電気音響変換器２は、遅延装置４とマ
ルチプレクサ６０を介してレシーバ８に接続されている
。このレシーバ８は信号処理装置９に接続されている。

この信号処理装置９は使用装置１０に接続されている。

使用装置は、例えば陰極線管、画像記憶装置または画像
処理装置を備える表示装置である。制御装置５は、接続
線５２によって遅延装置４に接続され、バス５３を介し
てマルチプレクサ６０に接続され、制御線５１によって
トランスミノタロに接続されている。

制御装置５は、所望の集束状態が得られるよう、画像の
各線に対して動作させる電気音響変換器２を決定し、マ
ルチプレクサ６０のセツティングを制御してこの動作を
可能にし、遅延装置４のセツティングを制御する。放射
に寄与する変換器のみがマルチプレクサ６０を介してト
ランスミツタロからのパワー供給を受ける。

受信時には、少なくとも放射に寄与した変換器２がマル
チプレクサ６０を介してレシーバ８に接続される。

制御線５１によって、放射と受信の間の同期が保証され
る。実際、トランスミツタロの信号がレシーバ８の動作
を乱さないようにするため、受信の間はトランスミツタ
ロが放射を行わないようにすることが重要である。実際
には、注意をしていないと、トランスミツタロの信号が
レシーバ８を飽和させる可能性がある。

マルチプレクサ６０は、例えばアナログ式マルチプレク
サをカスケード接続したものを備えている。

アナログ式マルチプレクサとしては、シリコニックス（
ＳＩＬＩＣＯＮＩＸ）社が市販している製品記号ＤＧ５
０７のマルチプレクサが挙げられる。

もちろん、ディジタル式マルチプレクサを用いても本発
明の範囲を逸脱することはない。

遅延装置４は例えば遅延線であり、時間遅延の値は、遅
延線の信号データ路を切り換えることによって選択され
る。

信号処理装置９は、例えば、信号プロセッサ、フィルタ
、乗算器、加算器および／または高速フーＩＪ工変換計
算器を備えている。

制御装置５は、本発明の装置の正常な動作を保証する。

この制御装置は、放射と受信の゛ｒドレス摸作と同期操
作を実行する。様々なタイプの制御装置５を使用するこ
とが可能である。例として挙げることのできる適当なタ
イプの制御装置は、使用するアドレスを記憶しているメ
モリにアドレスするカウンタを含むシーケンサを備えて
いる。制御装置５は、マイクロプロセッサに例えば含ま
れる少なくとも１つの算術論理ユニットと、プログラム
を記憶しているＲＯＭと、空の作業用メモリとを備えて
いることが望ましい。

制御装置５は、制御バス５５を介してユーザーからの制
御命令を受けることが望ましい。

第７図には、本発明の装置の構成の第２の実施例が示さ
れている。この実施例では、トランスミツタロとレシー
バ８が、互いに直列に接続された遅延装置１３、マルチ
プレクサ６０、スイッチング装置１４を介して電気音響
変換器２に接続されている。

制御装置５は、バス５２を介して遅延装置１３に接続さ
れ、バス５３を介してマルチプレクサ６０に接続され、
バス１２を介してスイッチング装置１４に接続されてい
る。さらに、制御装置５はトランスミツタロに接続され
ている。

遅延装置１３は遅延線を有している。遅延線は、直列お
よび／または並列に接続することができる。

従って、遅延装置１３を用いると、プローブの動作に必
要な遅延時間の様々な値を同時に得ることができる。マ
ルチプレクサ６０に接続されたスイッチング装置１４は
、適切な遅延素子を適切な電気音響変換器２に接続する
のに役立つ。第７図に図示した装置は、この装置が正常
に動作するのに必要とされる遅延線の数を減らすことが
できるという利点を有する。

第８図には、本発明の装置の構成の第３の実施例が示さ
れている。第８図に図示されたこの実施例では、トラン
スミツタロと遅延素子１３０が、各電気音響変換器２に
接続されている。制御装置５は、制御線５１を介してト
ランスミツタロに接続され、制御線５２を介して遅延素
子１３０に接続されている。

電気音響変換器２は遅延素子１３０を介してレシーバ８
に接続されている。レシーバ８は信号処理装置９に接続
されている。この信号処理装置９は、使用装置１０であ
る表示装置などに接続されている。

本発明は、例えば超音波などの音波を用いたイメージン
グに応用することができる。本発明は、特に、非破壊検
査や、例えば水面下での画像を始めとする液体中の画像
を生成させるのに応用することができる。

最後に、本発明は、主として、超音波による医用イメー
ジングの分野に応用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のプローブの第１の実施例の構成を示
す図である。 第２図は、本発明のプローブの動作原理を説明する図で
ある。 第３図は、本発明のプローブの第２の実施例の構成を示
す図である。 第４図は、本発明のプローブの動作を説明する図である
。 第５図は、本発明のプローブの動作を説明する図である
。 第６図は、本発明のイメージング装置の構成の第１の例
を示すブロック図である。 第７図は、本発明のイメージング装置の構成の第２の例
を示すブロック図である。 第８図は、本発明のイメージング装置の構成の第３の例
を示すブロック図である。 （主な参照番号） １・・プローブ、 ３・・対称軸線、 ５・・制御装置、 ８・・レシーバ、 １０・・使用装置 ２　・　・ ４　・　・ ６　・　・ ９　・　・ （表示装置）、 電気音響変換器、 遅延装置、 トランスミッタ、 信号処理装置、 １３・・遅延装置、 １４・・スイッチング装置、

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）凸面上に配置された複数の圧電変換器と、これら
   圧電変換器に関係する信号を遅延させることのできる遅
   延素子とを備える超音波走査装置であって、放射方向に
   応じて当該放射方向の音波励起を最大にできるよう、最
   適数の変換器をアクティブにすることが可能なスイッチ
   ング手段を備え、１つの方向から隣接する方向へは、使
   用される変換器に常にこれら２つの方向に対して共通に
   使用される一群の変換器が含まれることを特徴とする超
   音波走査装置。
2. （２）上記圧電変換器が凸状円弧上に配置されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の超音波走査装置。
3. （３）上記圧電変換器が部分球面上に配置されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の超音波走査装置。
4. （４）各方位に対して音波を放射することおよび／また
   は各方位から音波を受信することに使用される圧電変換
   器を決定するための、アクティブな圧電変換器に与える
   遅延の値を決定するための、および／または放射／受信
   の同期を実行するための自動制御装置を備えることを特
   徴とする請求項３に記載の超音波走査装置。