JPH0360492B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波診断装置、特に被検体へ向けた
超音波ビームの送受波により被検体の診断を行う
超音波診断装置の改良に関する。

近年、超音波を利用して診断を行う超音波診断
装置が広く用いられている。この超音波診断装置
は、体内の組織や臓器が異なる音響的特性を有す
ることを利用している。すなわち、超音波ビーム
を一定周期で繰り返して体内に放射すると、超音
波は体内を伝搬する途中異なつた組織の境界でそ
の一部が反射されるため、この反射エコーを検出
しブラウン管などに表示させれば、体内組織の音
響的特性の分布を表示させることができる。その
際、超音波ビームを被検体の所定被検部位に沿つ
て走査すれば、ブラウン管上には被検体の所定断
層面が表示されることとなり、健全な組織と腫瘍
組織は音響的特性が異なるので、ブラウン管上に
表示されたパターンから、組織内の異常の有無お
よびその位置を知ることができる。

このような超音波診断装置において、超音波ビ
ームの送受波により良好な診断画像を表示しよう
とする場合、被検体内に向け送受波される超音波
ビームの焦点距離の調整を適切に行う必要があ
る。このため、従来の診断装置においては、被検
体内における観測領域を深さにより区分し、その
観測領域の深さに応じた焦点距離を持つ超音波ビ
ームを送受波することにより、被検体の断層像を
形成していた。このため、得られる被検体の断層
画像は深さ方向に対しても良好な方位分解能を示
し、この診断装置を用いて生体内の臓器等の診断
を行う場合、確実な診断情報を得ることが可能で
あつた。

しかし、従来の診断装置は、超音波ビームの焦
点調整を、超音波ビーム走査方向に複数に分割形
成された振動子の各分割素子を選択制御すること
により行つていたため、超音波ビームの走査方向
に対する焦点調整は可能であるが、この走査面と
直交する幅方向に対しては焦点調整を行うことが
できず、その焦点は振動子面上に積層された音響
レンズにより一定深さ位置に固定されていた。

このため、超音波ビームを送受波して得られる
診断画像は、その幅方向焦点距離の深さ領域にお
いては極めて良好な幅方向方位分解能を示すが、
これ以外の深さ領域では分解能が相対的に低下し
てしまうという欠点があつた。

本発明はこのような従来の課題に鑑みなされた
もので、その目的は被検体へ向け送受波される超
音波ビームの焦点距離の調整を、その超音波ビー
ムの走査方向のみならずこの走査面と直交する幅
方向の調整も可能とし、被検体の深さ方向におい
て良好な診断画像を得ることができる超音波診断
装置を提供することにある。

この目的達成のため、本発明の装置は、電子走
査を行う走査方向及び走査方向と直交する幅方向
に分割形成された複数の振動子と、前記振動子の
励振電圧を焦点距離が長くなるに従つて高レベル
に設定し複数の異なるレベルの励振電圧パルスを
発生する励振電圧発生回路と、前記励振電圧パル
スを焦点距離に応じて選択して該励振電圧発生回
路から出力させ送信タイミングパルスを出力する
送信制御回路と、前記励振電圧パルスの電圧を充
電するコンデンサと前記送信タイミングパルスを
入力してスイツチングするスイツチング素子とを
含み該スイツチングに合わせて充電された前記励
振電圧パルスに応じた送信パルスを放電出力する
送信パルス発生回路と、前記送信パルス発生回路
から出力される送信パルスを入力し中央部だけの
振動子を励振する第１励振回路と前記送信パルス
発生回路から出力される送信パルスを入力し該送
信パルスを予め定められた基準値と比較してその
所定電圧レベルが該基準値レベルよりも高くなる
に従つて中央部以外の振動子を励振する第２励振
回路とを含み第１励振回路により前記複数の幅方
向の振動子のうち中央部だけの振動子を励振する
と共に第２励振回路により所定電圧レベルが該基
準値レベルよりも高くなるに従つて励振される振
動子の幅方向の数を増加させるように選択制御す
る選択回路とを備え、走査方向で選択された振動
子及び前記選択回路により幅方向で選択された振
動子により被検体の深さ方向において焦点調整を
行つた１つの超音波ビームを形成することを特徴
とする。

次に本発明の超音波診断装置の好適な実施例を
図面に基づいて説明する。

第１図には、本発明の超音波診断装置に用いら
れる振動子の好適な実施例が示されており、実施
例の振動子１０は超音波ビーム走査方向に対しｎ
列に分割形成されている。

実施例の超音波診断装置は、このようにｎ列に
分割形成された振動子１０の各分割素子を順次選
択して励振制御することにより、その振動子面か
ら超音波ビームの送受波を行つている。そして、
このような超音波ビームの送受波を、分割形成さ
れた振動子１０の振動子面に沿つて、その一側か
ら他側に向け順次行い、この超音波ビーム走査面
によつて切断される被検体の断層像をモニタのブ
ラウン管上にほぼリアルタイムで表示している。

ここにおいて、超音波診断装置は断層像の分解
能を高めるため、観測領域を深さごとに区分し、
各観測領域のそれぞれにその深さに応じて焦点距
離が調整された超音波ビームを送受波し、各深さ
の観測領域から得られる反射エコーを用いて断層
像を形成している。従つて、ブラウン管上に表示
される断層像は、被検体の深さ方向に対し極めて
良好な走査方向方位分解能を示すこととなる。

本実施例の超音波診断装置は、このような深さ
方向に対する超音波ビームの焦点距離の調整を、
第２図に示すように、行つている。すなわち、焦
点距離を近距離領域f₁に設定する場合には、４個
の分割素子を励振制御し、中距離領域f₂に焦点距
離を設定する場合には、６個の分割素子を同時に
励振制御し、遠距離領域f₃に焦点距離を設定する
場合には、８個の分割素子を同時に励振制御して
いる。

しかし、このような焦点距離の調整によつて
は、超音波ビームの焦点距離の調整を超音波ビー
ム走査方向にしか行うことができず、この超音波
ビームの走査面と直交するいわゆる幅方向に対す
る被検体深さ方向の焦点距離の調整を行うことが
できない。

本発明の超音波診断装置は、このような点に着
目してなされたものであり、その特徴は、振動子
を超音波ビームの走査面と直交する幅方向にも複
数に分割形成したことにあり、焦点距離に応じて
振動子の励振電圧を設定し、その所定電圧レベル
に従つて励振する振動子の幅方向の数を増加する
ように選択制御を行ない、ビース走査方向で選択
された振動子及び幅方向で選択された振動子によ
り、被検体の深さ方向において焦点調整を行つた
１つの超音波ビームを形成することにある。

実施例においては、振動子１０を幅方向に三等
分Ａ，Ｂ，Ｃに分割形成し、観測領域の深さに応
じ、中央の分割素子Ａのみを励振制御し、あるい
はこれら分割素子Ａ，Ｂ，Ｃの全てを励振制御し
ている。振動子１０において、励振制御する分割
素子をこのように選択制御することにより、第３
図に示すように、中央の分割素子Ａのみを励振制
御する場合には、超音波ビームの幅方向焦点距離
は近距離領域f₄に設定され、分割素子Ａ，Ｂ，Ｃ
全部を同時に励振制御する場合には、超音波ビー
ムの幅方向焦点距離は遠距離領域f₅（f₂＜f₅＜f₃）
に設定されることとなる。

ここにおいて、超音波ビームの深さ方向に対す
る焦点距離の調整は、その走査方向と幅方向とを
同時に行う必要があり、実施例においては、走査
方向に対する焦点距離がf₁に設定されている場合
には、幅方向に対する焦点距離はf₄に設定され、
走査方向に対する焦点距離がf₂あるいはf₃に設定
されている場合には、幅方向に対する焦点距離は
f₅に設定される。

なお実施例においては、振動子１０を幅方向に
三等分に分割したものを示したが、必要に応じ更
に細かく分割すれば、この振動子１０を励振制御
することにより送受波される超音波ビームの幅方
向焦点距離の調整を更に細かく行うことが可能と
なる。

第４図には、このように形成された振動子１０
の幅方向焦点距離の制御回路が示されている。

被検体へ向け超音波ビームを送受波するに当た
り、超音波ビームは被検体内を伝搬することによ
り減衰されるため、被検体内の遠距離領域を観測
する場合には、振動子の励振電圧を高レベルに設
定する必要がある。また逆に、このような減衰の
影響の少ない近距離領域を観測する場合には、振
動子１０の励振電圧を高レベルに設定すると、受
信系のダイナミツクレンジを広帯域に設定する必
要が生じ、しかも、振動子面と被検体および被検
体内の各境界面間における多重反射をも防止する
必要が生じる。従つて、近距離領域の観測に際し
ては、振動子の励振電圧を低レベルに設定する必
要がある。

このため、実施例においては、振動子１０の励
振電圧を焦点距離が長くなるに従つて高レベルに
設定する励振電圧発生回路としての電源回路２０
が設けられており、例えば幅方向焦点距離に応じ
て適切な値に設定される。この電源回路２０は送
信制御部３８の送信電圧切替信号でセレクタ２２
により励振電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３……，Vnが任
意に選択され、その選択された電圧をパワーアン
プ２４を介して送信パルス発生部２６に励振信号
電圧として入力している。

この送信パルス発生部２６は、抵抗２８、スイ
ツチング素子３０およびコンデンサ３４をもつて
形成され、送信トリガ発生部３２から出力される
トリガパルスによりスイツチング素子３０がオン
オフ制御され、電源回路２０から入力される電圧
励振信号電圧とほぼ等しい波高値のパルス波形
を、コンデンサ３４を介して選択回路３６に入力
している。

ここにおいて、電源回路２０のセレクタ２２お
よび前記トリガ回路３２は送信制御部３８′によ
り一定の同期をとりつつ制御され、送信制御部３
８からセレクタ２２に送信電圧切替信号が入力さ
れ、コンデンサ３４に充電が完了した後に、トリ
ガ発生部３２に送信タイミング信号が入力され
る。従つて、電源回路２０から送信制御部３８に
より指示された電圧が出力され、コンデンサ３４
に充電が完了した後に、送信トリガ発生部３２か
らトリガパルスがスイツチング素子３０に向け出
力され、電源回路２０から出力される電圧励振信
号電圧とほぼ等しい波高値のパルス波形となり第
１励振回路と第２励振回路とから成る選択回路３
６に入力されることとなる。

選択回路３６は、前記電源電圧回路２０から出
力された励振信号電圧を入力し、その所定電圧レ
ベルが高くなるに従つて励振する振動子の幅方向
の数を増加させるように選択制御している。この
ようにして、入力される励振パルスのパルス電圧
に応じて振動子１０の所定分割素子Ａ，Ｂ，Ｃの
選択切替を行う。そして、選択された所定の分割
素子を送信パルス発生器２６から出力される送信
パルスをもつて励振制御する。

ここにおいて、この選択回路３６は送信パルス
発生部２６の出力端と振動子１０の中央に形成さ
れた分割素子Ａの電極面とをダイオード４０をも
つて接続しているため、送信パルス発生部２６か
ら送信パルスが出力されると、第１の励振回路に
より、その電圧レベルにかかわりなく中央の分割
素子Ａが選択され、そのパルス電圧をもつて中央
の分割素子Ａが励振制御されることとなる。また
この選択回路３６は、第２の励振回路により送信
パルス発生部２６の出力端と振動子１０の分割素
子Ｂ，Ｃのダイオード４２およびコンデンサ４４
を介して接続するとともに、このダイオード４２
のアノード側を抵抗４６を介してスレシホールド
電圧V_THREの電源端子に接続している。このため、
送信パルス発生部２６からこのスレシホールド電
圧V_THREの絶対値を超える送信パルスが出力され
なければ、ダイオード４２は導通されないことと
なる。従つて、振動子１０の分割素子Ｂ，Ｃは送
信パルス発生部２６から前記スレシホールド電圧
V_THREの絶対値を超える送信パルスが出力された
場合にのみ励振制御されることとなる。

この結果、送信パルス発生部２６の出力する送
信パルスがスレシホールド電圧V_THREより小さい
場合には、振動子１０の中央に位置する分割素子
Ａのみが励振制御され、送信パルス発生部２６か
らスレシホールド電圧V_THREの絶対値より大きな
電圧を持つ送信パルスが出力された場合には、振
動子１０の分割素子Ａ，Ｂ，Ｃの全てが励振制御
されることとなる。

このように、本発明によれば、走査方向で選択
された振動子及び前記選択回路で選択された振動
子により、被検体の深さ方向において、焦点調整
を行つた１つの超音波ビームを形成する。すなわ
ち、本実施例の超音波診断装置においては、振動
子１０上において励振制御される分割素子Ａ，
Ｂ，Ｃの選択切替が送信パルス発生部２６から出
力される送信パルスの電圧絶対値に応じて行わ
れ、しかも、その励振電圧が焦点距離に応じて制
御されることとなるため、近距離から遠距離にわ
たり分解能の高い良好な診断画像を得ることが可
能となる。

また本実施例の超音波診断装置においては、振
動子１０の励振電圧を設定する電源回路２０の出
力電圧をもつて選択回路３６を作動する構造を採
用しているため、振動子１０の選択と励振電圧の
設定を同時に行うことができ、回路構成を簡単な
ものとすることができる。

第５図には、以上のように構成された超音波診
断装置の作用に示すタイミングチヤートが示され
ており、本実施例の診断装置は、超音波ビームの
幅方向焦点距離の調整を超音波ビームの走査方向
焦点距離の調整を連動して行つている。

すなわち、前述したように、実施例の装置は被
検体の観測領域を深さに応じて３つに区分し、１
本の走査線を形成するに当たり、これら各深さに
応じて焦点距離が設定された超音波ビームを３回
送受波し、得られる診断画像をいずれの観測領域
においても高い分解能を有するものとしている。
そして、本実施例の装置はこのように１本の走査
線を形成する３回の超音波ビームの送受波に合わ
せ、超音波ビームの走査方向焦点距離が近距離f₁
に設定されている場合には、電圧V₁の送信パル
スを選択回路３６に出力するよう制御され、超音
波ビームの走査方向焦点距離が中距離f₂に設定さ
れている場合には、電圧レベルがV₂の送信パル
スを選択回路３６に出力するよう制御され、更に
超音波ビームの走査方向焦点距離が遠距離f₃に設
定されている場合には、電圧レベルV₃の送信パ
ルスを選択回路３６に入力するよう制御される。
ここにおいて、電圧V₁はスレシホールド電圧
V_THREの絶対値より小さく設定されており、電圧
V₂，V₃は前記スレシホールド電圧V_THREの絶対値
よりも大きく設定され、V₃の絶対値はV₂の絶対
値よりも大きく設定されている。

従つて、超音波ビームの走査方向焦点距離が近
距離f₁に設定されている場合には、選択回路３６
に電圧V₁の送信パルスが入力されるため、振動
子１０の中央に位置する分割素子Ａのみが励振制
御されることとなり、その幅方向焦点距離も近距
離f₄に設定される。

また超音波ビームの走査方向焦点距離が中距離
f₂に設定されている場合には、その電圧絶対値が
スレシホールド電圧V_THREの絶対値よりも大きな
電圧V₂の送信パルスが選択回路３６に入力され
るため、振動子１０上に形成された分割素子Ａは
電圧レベルV₂で、分割素子Ｂ，Ｃは電圧レベル
V₂−｜V_THRE｜で励振制御されることになる。こ
れにより、走査方向焦点距離の調整と合わせて、
その幅方向焦点距離も中距離f₅に設定される。

また超音波ビームの走査方向焦点距離が遠距離
f₃に設定されている場合には、送信パルス発生部
２６から選択回路３６に向けスレシホールド電圧
V_THREより高い電圧レベルV₃の送信パルスが入力
される。このため、振動子１０上の分割素子Ａは
電圧レベルV₃、分割素子Ｂ，Ｃは電圧レベルV₃
−｜_THRH｜の送信パルスによつて励振制御される
ため、超音波ビームの幅方向焦点距離はその走査
方向焦点距離に合わせて中距離f₅に設定される。

このように、本実施例の装置においては、超音
波ビームの幅方向焦点距離が走査方向焦点距離の
調整に連動して行われ、各観測領域から分解能の
高い受信エコーを得ることができるため、これら
受信エコーを基にして形成される被検体の診断画
像は極めて分解能の高いものとなる。

また本実施例の装置においては、超音波ビーム
の焦点距離が近距離、中距離、遠距離に設定され
るに従い、振動子面の励振電圧を低レベルの電圧
V₁から順次高レベルの電圧V₂，V₃に切り替える
ため、被検体に向けて走査される超音波ビームは
近距離においては弱く、遠距離になるに従つて強
く設定される。その結果、被検体内を超音波ビー
ムが伝搬する際に受ける減衰を考慮した超音波ビ
ームの送受波が可能となり、全ての深さの観測領
域からも同程度の強さの受信エコーを得ることが
できるため、受信機構のダイナミツクレンジの幅
を狭く設定することが可能となる。また近距離観
測時に受信エコーが強すぎて振動子面と被検体お
よび被検体内の各境界面間における多重反射を生
ずるということも少ない。更に被検体に向けて送
受波される超音波ビームの音圧が常に適正レベル
に設定されるため、例えば、妊婦等の診断を行う
場合に、超音波ビームの音圧が大きすぎて被検体
に悪影響を与えるということもない。

第６図には、本発明の装置により送受波される
超音波ビームの幅方向焦点距離の計算結果が示さ
れている。第６図に示すグラフにおいて、横軸は
被検体の観測領域の深さを表わし、縦軸は超音波
ビームの幅方向のビーム径を表わしている。なお
計算は振動子１０の各分割素子Ａ，Ｂ，Ｃの幅を
６mmに形成し、かつこれら振動子面上に焦点距離
100mmの音響レンズを積層したものとして行つて
いる。

図において、特性曲線100は中央の分割素子Ａ
のみを励振制御した場合を示し、特性曲線200は
分割素子Ａ，Ｂ，Ｃを同時に励振制御した場合の
特性を示している。この図から明らかなように、
中央の分割素子Ａのみを励振制御した場合には、
約35mmの観測領域の深さに対して焦点距離が設定
されており、振動子１０の全部の分割素子Ａ，
Ｂ，Ｃを励振制御した場合には、この超音波ビー
ムは深さ約87mm付近において、焦点距離が設定さ
れることとなる。従つて、この第６図に示すよう
な特性を有する超音波振動子を用いれば、幅方向
の分解能を４mmに設定した場合、深さが約150mm
程度の領域まで良好な診断画像を得ることが可能
となる。

第７図には、第６図に示すデータと対比するた
め、従来の診断装置により送受波される超音波ビ
ームの幅方向焦点距離の計算結果が示されてい
る。計算は振動子面の幅が10mm、振動子面上に焦
点距離70mmの音響レンズを積層したものとして行
つている。

第６図および第７図に示す両データからも明ら
かなように、本発明の超音波診断装置は、近距離
から遠距離まで広範囲の領域にわたり良好な診断
画像を得ることが可能である。

以上説明したように、本発明の超音波診断装置
は、超音波ビームをその走査面と直交する幅方向
にも焦点調整することができるため、被検体へ向
けた超音波ビームの送受波により被検体の診断を
行うに当たり、被検体の深さにかかわりなく良好
な診断画像を得ることができる。特に超音波ビー
ムの幅方向焦点距離の調整を超音波ビームの走査
方向焦点距離の調整と連動して行うことにより、
一層鮮明な診断画像を得ることができ、例えば、
生体等の診断を行うに当たり、被検体からの正確
かつ詳細な診断情報を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波診断装置に用いられる
振動子の説明図、第２図および第３図はこの第１
図に示す振動子の励振制御動作を示す説明図、第
４図は第１図に示す振動子の励振回路の実施例を
示す回路図、第５図は第４図に示す回路のタイミ
ングチヤート図、第６図は本発明の超音波診断装
置の幅方向焦点距離の特性曲線を示す特性図、第
７図は従来の超音波診断装置の幅方向焦点距離の
特性曲線を示す特性図である。 １０……振動子、２０……電源回路、３６……
選択回路、Ａ，Ｂ，Ｃ……分割素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の振動子を励振制御し深さ方向において
   焦点調整しながら超音波ビームを所定方向に電子
   走査する超音波診断装置において、 前記電子走査を行う走査方向及び走査方向と直
   交する幅方向に分割形成された複数の振動子と、 前記振動子の励振電圧を焦点距離が長くなるに
   従つて高レベルに設定し複数の異なるレベルの励
   振電圧パルスを発生する励振電圧発生回路と、 前記励振電圧パルスを焦点距離に応じて選択し
   て該励振電圧発生回路から出力させ送信タイミン
   グパルスを出力する送信制御回路と、 前記励振電圧パルスの電圧を充電するコンデン
   サを前記送信タイミングパルスを入力してスイツ
   チングするスイツチング素子とを含み該スイツチ
   ングに合わせて充電された前記励振電圧パルスに
   応じた送信パルスを放電出力する送信パルス発生
   回路と、 前記送信パルス発生回路から出力される送信パ
   ルスを入力し中央部だけの振動子を励振する第１
   励振回路と前記送信パルス発生回路から出力され
   る送信パルスを入力し該送信パルスを予め定めら
   れた基準値と比較してその所定電圧レベルが該基
   準値レベルよりも高くなるに従つて中央部以外の
   振動子を励振する第２励振回路とを含み第１励振
   回路により前記複数の幅方向の振動子のうち中央
   部だけの振動子を励振すると共に第２励振回路に
   より所定電圧レベルが該基準値レベルよりも高く
   なるに従つて励振される振動子の幅方向の数を増
   加させるように選択制御する選択回路と、を備
   え、 走査方向で選択された振動子及び前記選択回路
   により幅方向で選択された振動子により被検体の
   深さ方向において焦点調整を行つた１つの超音波
   ビームを形成することを特徴とする超音波診断装
   置。