JPH03277353A

JPH03277353A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH03277353A
Application number: JP2076613A
Authority: JP
Inventors: Kinya Takamizawa; 高見沢　欣也
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1991-12-09

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、超音波を用いて生体の断層像を得る超音波診
断装置に関し、特に微小アレイトランスジューサを用い
ることにより体内の血管や細い消化管の超音波断層像を
高解像度で得る超音波診断装置に関する。

（従来の技術）超音波パルスを生体内に放射し、各組織からの反射波に
より生体情報を得る超音波診断法は、Ｘ線のような照射
障害がなく、しかも造影剤なしで軟部組織の診断ができ
る利点を有している。最も広く用いられている電子走査
型装置では、前記圧電振動子は配列型（アレイ型）振動
子が用いられており、これらの超音波振動子の各々の駆
動信号あるいは受信信号に所定の遅延時間を与えること
により、超音波ビームを所定の距Ｍ（位置）に集束させ
て方位分解能を高め、解像度の優れた断層画像を得てい
る。

ところで、近年における超音波診断技術は、電子回路の
高周波数化、トランスジューサの微小細工加工技術の進
歩に相俟って、トランスジューサを体内に挿入すること
が可能となってきた。

これにより消化管の診断では、内視鏡的なアブローチか
臨床の場で、広く普及しつつある。さらに最近では、血
管内にまでトランスジューサを挿入しようとする試みが
なされている。

第５図は既に提案されている方式を採用した超音波診断
装置の一部を示す概略図である。同図に示すように、直
径２　＋ｏｍ以下のカテーテル３０の先端内部に、１個
の超音波トランスジューサ１が装着されている。このト
ランスジューサ１にはカテーテルチューブ壁２に埋め込
まれた信号線及びアース線３を介して本体部分の送受信
器６から超音波トランスジューサ１を駆動するための駆
動信号が送られるものとなっている。

またこのｆｆ１ｆ！’においては、前記トランスジュー
サ１と対向させて音響ミラー４が配置されている。

この音響ミラー４は回転用ケーブル（いわゆるトルクケ
ーブル）５に取り付けられ、さらにこの回転用ケーブル
５は本体側に設けられたモータ７に取り付けられている
。これによりモータ７による回転運動が回転用ケーブル
５を介して音響ミラー４に伝達され、高速回転運動を行
なう。

また音響ミラー４の表面は、回転用ケーブル５の回転軸
に対して約４５度程度傾斜している。これによりトラン
スジューサ１から放射された超音波は、この音響ミラー
４て反射し回転軸に対して９０度、すなわちカテーテル
の壁２と直角方向に超音波が放射される。そして受信時
においても前記送信時と同様であり、カテーテルの壁２
と直角方向からの反射超音波のみが受信される。

一方、前記方式の他に微小トランスジューサ１を直接ト
ルクケーブルにより回転させる方式も提案されている。

これらいずれの方法でもこのようなメカニカル方式は、
構造が比較的簡単であり、また高周波化（２０ＭＨ２〜
４０　Ｍ　Ｈｚが一般的に用いられている）が容易であ
ることから、実現し易く、すでに臨床上で用いられる段
階に至っている。

（発明か解決しようとする課題）しかしながら、第５図に示したメカニカル方式にあって
は、高周波超音波により高分解能画像が得られるものの
、冠状動脈のように湾曲した血流内にカテーテルを挿入
しようとする場合には、前記メカニカル方式は適用しに
くい。すなわち、メカニカル方式では、カテーテルの中
心部分の大部分のスペースを、前記トルクケーブルが占
めているため、冠状動脈用に必要なガイドワイヤを装着
できないという問題があるからである。

そこで、このようなメカニカル方式の欠点を解決する他
の方式として、１９７１年に既に提案されたアレイ型ト
ランスジューサを用いる方式がある。

しかしながら、この方式はトランスジューサ及び電子回
路部分が極めて複雑となるという問題があった。

そこで本発明の目的は、メカニカル方式において、構成
が簡単であり、冠状動脈内であっても容易にガイドワイ
ヤを装着できる超音波プローブを備えた超音波診断装置
を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決する為の手段）本発明は上記の課題を解決し目的を達成する為に次のよ
うな手段を講した。すなわち本発明は、細い管の壁に沿
って複数のトランスジューサを配列しこれらトランスジ
ューサを送信手段で駆動することにより超音波を送受信
する超音波トランスジューサと、前記各々のトランスジ
ューサに接続されこれらトランスジューサを時系列的に
選択する選択手段と、この選択手段により選択されたト
ランスジューサからのエコー信号を時系列的に受信する
受（ｃｉ′手段と、この受信手段で得た受信信号を順次
記憶する記憶手段と、この記憶手段からの時系列的な受
信信号を合成する加算手段とを備えたものである。

（作用）このような手段を講じたことにより、次のような作用を
呈する。細い管内部に配列された複数のトランスジュー
サから得られる各々の受信信号を、選択手段で選択する
ことにより時系列的に受信手段に送ることかできるので
、トランスジューサが多い場合であっても、細い管から
装置本体へ接続するための信号線の数は、−本または数
本に減らすことができる。したがって、細い管内の信号
線の配線が容易になり、細い管の中心軸付近を中空でき
るので、例えばガイドワイヤーを細い管内に通すことが
できる。

（実施例）第１図は本発明に係る超音波診断装置の一実施例を示す
概略ブロック図である。

第１図において、超音波診断装置は、送信系としてパル
ス発生器１６．バルサ１４．信号ケーブル］３．電子ス
イッチ回路１２．アレイ型超音波トランスジューサ１１
−１〜１１−ｎを有する。

また受信系としてプリアンプ１７．Ａ／Ｄ１ｇ。

ＲＡＭ１９　（１９−１〜１．９−ｎ）、加算器２０を
有する。さらにＢモード処理系として断層画像を得るべ
く受信信号の包絡線を検波する包絡線検波回路２１．こ
の検波信号を対数増幅する対数変換テーブル２２を有し
、表示系として、フレームメモリからなり、画像データ
を記憶する画像メモリ２Ｂ、ＴＶモニタ２４を有してい
る。

前記アレイ型超音波トランスジューサ１１−１〜１１−
ｎは、細い管をなすカテーテル３０の先端部であって、
このカテーテル３０の円周に沿って複数配列され、これ
らトランスジューサから超音波を送受信する。また超音
波トランスジューサ１１−１〜１１−ｎに近接して選択
手段としての前記電子スイッチ１２が同しくカテーテル
３０内に設けられている。電子スイッチ１２の一端は、
それぞれ前記トランスジューサ１１−１〜１１−ｎに接
続され、他の端子は前記信号ケーブル１３に共通接続さ
れている。そして電子スイッチ１２はこれらトランスジ
ューサ１１−１〜１１−ｎのうちの、所定のトランスジ
ューサを時系列的に選択する。

本体側に組み込まれたパルス発生器１６はレートパルス
を発生し、このレートパルスを送信回路１４（以下バル
サ１４という。）に出力する。このバルサ１４は、前記
パルス発生器１６からのレートパルスに基づき駆動パル
スを発生する。この駆動パルスは、信号ケーブル１３を
介して前記カテーテル内の電子スイッチ１２に送られ、
この電子スイッチ１２により所定のトランスジューサが
選択され、所定のトランスジューサか選択駆動される。

一方、受信時には、原則的には同一のトランスジューサ
１１か選択される。そして前記電子スイッチ１２により
選択されたトランスジューサの受信信号は、カテーテル
３０内の信号ケーブル１３を介して本体側に設けられた
プリアンプ１７に時系列的に出力される。

すなわち、各々のトランスジューサ１１−１〜１１−ｎ
からの信号を電子スイッチ１２により順次時系列信号に
変換し、全素子から信号が受信完了した時点て、画像の
再構成を行なう、いわゆる開口合成法を採用している。

このようにすれば、複数のトランスジューサからの受信
信号を１本の信号ケーブルで伝送できることから、カテ
ーテル内の信号線を極力少なくすることができる。

そして前記電子スイッチ１２を介した受信信号は、プリ
アンプ１７を通過したのち、Ａ／Ｄ　１８（アナログ・
ディジタル信号変換器）によりディジタル信号に変換さ
れ、順次時系列的にＲＡＭ１９−１〜１９−ｒＦ（ラン
ダム・アクセス・メモリ）に−旦記憶される。

ここでは、カテーテル３０内の信号線数か１本の場合を
例として説明する。１つのバルサ１４から出力された送
信信号は、電子スイッチ１２により選択された１つのト
ランスジューサ（例えば１１−１）に送られ、このトラ
ンスジューサ１１−１から超音波が例えば血管に放射さ
れる。

一方、血管内や血管壁から反射された超音波は、前記ア
レイ型トランスジューサ１１−１で受信されるが、送信
時と同一のトランスジューサが電子スイッチ１２−１に
より選択され、このトランスジューサ１１−１により受
信された信号のみがプリアンプ１７に送られる。

このように生体内での超音波の送受信は、１本のトラン
スジューサを用いて行なうため、０本のアレイ型トラン
スジューサを用いる場合には、ｎ回の超音波の送受信に
より一枚の断層像が構成される。

そして、各々のトランスジューサから得られる受信信号
のうち、複数個の信号を加算手段としての加算器２０に
より合成し、等価的に大きな口径で受信した時と同等の
分解能を得る。

すなわちＲＡ　Ｍ　１９−１〜１９−　ｎに一旦記憶さ
れた各々の受信信号は、読み出しのタイミングをコント
ロールすることにより、所定の遅延時間が与えられて、
加算器２０により合成される。この場合、ｎ本のトラン
スジューサからの信号のうち、最も有効な受信ビームフ
ォーミングが行なわれるような信号数（有効口径）が決
定される。

例えば前記信号線数を５としたときの受信信号合成法を
以下に説明する。第１図において、ｍ番目のトランスジ
ューサの表面に対して垂直な方向で超音波の画像構成を
行なう場合、ｍ−２゜ｍ−１，ｍ、ｍ＋１．ｍ＋２の５
つの信号により得られた信号を用い、加算処理を行なう
。

そしてメモリ１９−（ｍ−２）〜１９−（ｍ＋２）内に
記憶された前記５つの信号を、図示しない制御回路によ
り読み出しタイミングを制御することにより加算合成す
る。これにより、５つのトランスジューサｍ−２〜ｍ＋
２により同時に受信した場合と同等の性能が得られる。

次にｍ＋１番目の方向における画像を得るためには、ｍ
−１，ｍ、ｍ＋１．ｍ＋２．ｍ＋３の５つのトランスジ
ューサにより得られた信号の合成を行なう。このように
ｎ個の信号が、予め得られていれば、これらを受信回路
内で適当イこ選択し合成することにより放射状の画像（
ＰＰ１画像）が容易に得られる。

この方法では、信号採取時間は、従来のように数本のト
ランスジューサを同時に駆動して送受信する場合とほと
んど差はなく、また信号合成処理に要する時間も近年の
ディジタル信号処理技術の進歩により、はぼリアルタイ
ム処理が可能となってきている。

次に前記実施例のトランスジューサ駆動方法を変更した
変形例について説明する。すなわち前記実施例は、１回
の超音波送受信に１素子のトランスジューサを用いたが
、変形例は複数のトランスジューサを用いることを特徴
とする。ここでは例えばトランスジューサ３素子を同時
駆動する場合について説明する。ｍ番目の走査の場合に
は、電子スイッチ１．２−　（ｍ−１）　、　　１２−
ｍ、　　１２−（ｍ＋１）がＯＮ状態となる。

すなわち、バルサ１４からの送信信号は、信号ケーブル
１３と電子スイッチ１２を介してトランスジューサ１１
−（ｍ−１）〜１１−（ｍ＋１　）に同時に送られる。

また受信時においても、前記トラジスジューサ１．１−
（ｍ−１）〜１１−（ｍ＋１）からの受信信号は、電子
スイッチ１２と信号ケーブル１３を介して本体側のプリ
アンプ１７に出力される。

このような変形例によれば、送信に用いるトランスジュ
ーサの面積が増加することがら、送信感度を上げること
ができ、しかも走査ピッチを前記実施例と同様に細かく
することができる。

次に第２図に本発明の第２の実施例を示す。本実施例は
、プリアンプ２５をカテーテル３ｏ内の電子スイッチ１
２と信号ケーブル１３との間に設けたことを特徴とする
。すなわちプリアンプ２５は、出力インピーダンスが小
さいことから、信号ケーブル１３における信号の劣化を
十分に抑えることができる。

次に第３図に本発明の第３の実施例を示す。本実施例は
、カテーテル３０内に複数の信号信号ケーブル１３−Ａ
、１３−Ｂを複数（ただしＮ木より少ない。）設け、こ
れに対応して送受イ５系を設けたことを特徴とするもの
である。

ここでは例えば信号ケーブルを２本設けた場合について
説明する。この場合には、Ａ、Ｈの２系統からなるバル
サ１４．送信用遅延回路２６．信号線１３．電子スイッ
チ１２．プリアンプ１７゜Ａ／Ｄ１８．ＲＡＭ１９を有
する。

バルサ１４−Ａは、信号ケーブル１３−Ａ、電子スイッ
チ１２−Ａを介してアレイトランスジューサ１１の例え
ば奇数番目の素子に接続される。

一方、バルサ１４−Ｂは、信号ケーブル１３−Ｂ、電子
スイッチ１２−Ｂを介してアレイトランスジューサの例
えば偶数番目の素子に接続される。

受信時においても、同様である。

このような装置によれば、送信感度を上げることができ
、かつ送信の超音波ビームを収束させることができ、さ
らに高い分解能が図れる。

また以上説明した実施例を組み合わせた方法についても
本発明の範囲である。また実施例中での振動子数、同時
駆動振動子数などの値については、前述した実施例に限
定されるものではない。

さらに上述した実施例では、カテーテル３０の内部に超
音波トランスジューサを組み込むことについて説明した
が、このカテーテルは厳密なカテーテルである必要はな
く、細い管（チューブ）のようなものの中に装着する場
合には全て本発明の範囲である。

さらにまたトランスジューサの配列方向は上述した実施
例に示したように細い管の円周上に限定されるものでは
なく、例えば第４図に示すように細い管の軸方向に平行
な方向に配列しても良い。

この場合には、第１図の場合に得られる断面に対して、
直角ｈ“向の断面が得られる。

このほか本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施
可能であるのは勿論である。

［発明の効果コ本発明によれば、細い管内部に配列された複数のトラン
スジューサから得られる各々の受信信号を、選択手段で
選択することにより時系列的に受信手段に送ることがで
きるので、トランスジューサか多い場合であっても、細
い管から装置本体へ接続するための信号線の数を、減少
させることができる。したがって、細い管内に例えばガ
イドワイヤーを通す空間を設けられるので、ガイドワイ
ヤーを装着した細い管内の超音波プローブを実現でき、
例えば冠状動脈のように複雑に曲がった血管内を観察で
きる。さらにはレーザによる血栓除去治療のための光フ
ァイバーなどを細い管に通すことができ、超音波プロー
ブによる血管内の画像観測下での治療が可能となり、安
全かつ正確な治療を行なえる超音波診断装置を提供でき
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一実施例を示す
概略ブロック図、第２図は本発明の第２の実施例を示す
概略ブロック図、第３図は本発明の第３の実施例を示す
概略ブロック図、第４図は前記トランスジューサの配列
方向を変えた第４の実施例を示す概略ブロック図、第５
図は従来の機械走査型のカテーテル内題音波トランスジ
ュサを示す概略図である。１・・・超音波トランスジューサ、２・・・カテーテル
壁、３・・・信号線、４・・・音響ミラー　５・・・回
転ケーブル、６・・・超音波送信器、７・・・モータ、
１１・・・アレイ小型トランスジューサ、１２・・・電
子スイッチ、１３・・・信号ケーブル、１４・・バルサ
、１６・・・パルス発生器、１７．２５・・・プリアン
プ、１８・・・Ａ／Ｄ、１９・・・ＲＡＭ、２０・・・
加算器、２１・・・包絡線検波回路、２２・・・対数変
換テーブル、２３・・・画像メモリ、２４・・・ＴＶモ
ニタ、２６・・・送信用遅延回路。

Claims

【特許請求の範囲】

細い管の壁に沿って複数のトランスジューサを配列しこ
れらトランスジューサを送信手段で駆動することにより
超音波を送受信する超音波トランスジューサと、前記各
々のトランスジューサに接続されこれらトランスジュー
サを時系列的に選択する選択手段と、この選択手段によ
り選択されたトランスジューサからのエコー信号を時系
列的に受信する受信手段と、この受信手段で得た受信信
号を順次記憶する記憶手段と、この記憶手段からの時系
列的な受信信号を合成する加算手段とを具備したことを
特徴とする超音波診断装置。