JPH06209941A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、プローブの移動機構やその移動量を
検出するエンコーダ等の位置検出器等を新たに必要とす
ることなく、かつ３次元高速処理を実現する大規模なハ
ードウェアを必要とすることなく、被検体の３次元領域
からの生体情報をリアルタイムで画像化することのでき
る超音波診断装置を提供することを目的とする。 【構成】本発明による超音波診断装置は、複数の振動子
１００を配列したプローブより超音波ビームを所定の走
査方向に沿って被検体内に送波し、この反射波を処理し
て被検体内情報を得る超音波診断装置において、超音波
ビームを上記走査方向と略直交する方向に拡散する拡散
手段を具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波ビームで被検体
内を走査して断層像を得る超音波診断装置に係り、特に
被検体の３次元領域を超音波ビームで走査することによ
り３次元の情報を得る超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置は、超音波パルスを生体
内に放射し、固有音響インピーダンス（両媒質の密度と
音速との積）の異なる組織の境界面から反射してくる超
音波エコーを受信した後、これを処理して超音波断層像
を得るものである。この超音波診断装置は、Ｘ線診断法
のような被曝障害がなく、造影剤を用いずに軟部組織の
断層像を観測することができる臨床上有効な装置であ
る。

【０００３】しかも、電子走査技術に代表される各種技
術の進歩によりリアルタイム性能が向上し、それに伴っ
て急速に普及してきた。また、近年は、ドップラ効果に
よる送信周波数と受信周波数との偏差である偏位周波数
を得て、それを処理して、血流状態を２次元でしかもカ
ラーで表示するカラードップラ技術が開発された。

【０００４】ところで、このようなリアルタイム装置に
メカニカルな機構を付加した３次元表示装置の開発が進
行している。なお、リニア電子走査型を一例に掲げて説
明する。リニア電子走査方式は、図１３に示すように多
数の振動子を直線状に配列し、これらを順次電子スイッ
チによって遅延回路を介して送信器または受信器と切り
替えて作動させる方式である。この方式では、送受信に
同時駆動するＭ個の振動子のうち中央部の振動子ほど駆
動パルスと受信信号の少なくとも一方に大きな遅延時間
を与えることにより、凹面の波面を形成し、超音波ビー
ムを所定の位置に収束せしめる。このようにして超音波
ビームは、遅延回路による各遅延時間の電子的制御によ
って、振動子の配列方向（換言すると走査方向）に沿っ
て任意の位置に収束されることができる。

【０００５】また、超音波ビームを音響レンズや凹面振
動子法などで、上述の走査方向と略直交する方向（以下
「スライス方向」という）に収束させて、分解能を高め
るている。

【０００６】最近では、このような従来の診断装置を用
い、超音波診断法の診断能をさらに向上させるための３
次元表示の研究報告がなされている。これらの研究は従
来の断層像観察用に開発された超音波プローブをスライ
ス方向に沿って機械的に移動させることにより、被検体
の３次元領域からの信号を収集し、これを用いて上記３
次元領域の各位置の生体情報を得て、この画像に輪郭抽
出等の信号処理を施したのち合成表示する方法が採用さ
れてきた。この方法は、例えば日本超音波医学会講演論
文集６０、ｐｐ１３３、１９９２に掲載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、超音波プロー
ブをスライス方向に沿って機械的に移動させることによ
り被検体の３次元領域からの信号を収集する従来の超音
波診断装置には次のような問題がある。

【０００８】すなわち、第１の問題は、超音波プローブ
を移動するための移動機構およびその移動方向や移動量
を検出するエンコーダ等の位置検出器を新たに必要とす
るという問題である。

【０００９】第２の問題は、これら移動機構や位置検出
器がプローブに付属されるため、プローブ周辺機構が大
きくなり、操作性が著しく劣化したり、あるいは信号収
束、処理に長時間を要するため超音波診断法の大きな利
点でもあったリアルタイム性が損なわれるという問題で
ある。第３の問題は、リアルタイム性を損なわずに３次
元的な高速処理を実現するためには、大規模なハードウ
ェアを必要とするという問題である。このように上述し
た問題に障害されて、３次元表示技術は未だ研究段階に
あり、臨床的には用いられていない。

【００１０】本発明は、上述した事情に対処すべくなさ
れたもので、その目的は、プローブの移動機構やその移
動量を検出するエンコーダ等の位置検出器等を新たに必
要とすることなく、かつ３次元高速処理を実現する大規
模なハードウェアを必要とすることなく、被検体の３次
元領域からの生体情報をリアルタイムで画像化すること
のできる超音波診断装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による超音波診断
装置は、複数の振動子が配列されたプローブより超音波
ビームを所定の走査方向に沿って被検体内に送波し、こ
の反射波を処理して被検体内情報を得る超音波診断装置
において、超音波ビームを上記走査方向と略直交する方
向に拡散する拡散手段を具備したことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明による超音波診断装置によれば、拡散手
段で超音波ビームを走査方向と略直交する方向に拡散す
るので、従来、収束ビーム形状をとってきた超音波ビー
ムを走査方向と略直交する方向に拡散型ビーム形状に変
更し、この方向に関しては所定の厚みの範囲内の広い範
囲からの反射信号を取得、表示することによって生体内
の立体情報をモニタ上で観察することができる。

【００１３】したがって、本発明によれば、従来行われ
ていた走査方向と略直交する方向に沿って超音波ビーム
を移動する機械的な移動機構が不要であるため、大がか
りな機械走査機構を必要とせず、検査時のプローブの操
作性は３次元画像表示の時にも特に劣化することは無
い。

【００１４】また、走査方向と略直交する方向の情報は
拡散ビームによる１回の走査で得られるため、走査時間
は従来の２次元画像の場合と変わらず、また、データ収
集後の画像処理は従来と同じであるため、従来の画像処
理装置がそのまま流用できると共にリアルタイム処理が
可能である。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明一実施例を説明
するが、それに先立って本発明の原理について説明す
る。

【００１６】図１は、本発明による３次元表示の原理を
示す図である。なお、ここでは振動子１００を直線上に
配列したリニアアレイ振動子を一例として説明するもの
とする。そして、以下説明の便宜上、走査方向軸をＸ
軸、スライス方向軸をＹ軸、超音波の送受信方向軸をＺ
軸として適宜使用するものとする。図１（ａ）に示すよ
うに、本発明は、超音波ビームを、従来収束させていた
スライス方向Ｂに拡散したことを特徴とする。

【００１７】すなわち、図１（ｂ）に示すように、本発
明による超音波ビームは、走査方向Ａに、従来の２次元
断層像を得る場合と同様に、電子的な制御法、すなわち
各振動子の送受信信号の遅延時間の制御によって所定の
距離に収束される。一方、スライス方向Ｂには、図１
（ｃ）の実線に示すように拡散されて形成される。な
お、破線は、従来の収束されたビーム形状を示してい
る。

【００１８】本発明は、このように形成された超音波ビ
ームで、被検体の３次元領域を走査し、そのデータを従
来の２次元断層像を得ると同様の処理に供することで、
あたかもスライス方向から投影したような３次元的な断
層像を収集することができるものである。話を戻って、
以下、図面を参照して本発明一実施例を説明する。図２
は、第１実施例による超音波診断装置の全体構成を示す
ブロック図である。

【００１９】超音波プローブ５は、Ｍ個の振動子５−１
〜５−Ｍを一次元に配列して構成されたリニアアレイ型
プローブである。送信時には、まずパルス発生器１から
超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスが
出力される。このパルスは、Ｎ（走査方向同時駆動振動
子数）、すなわちここではＮチャンネルから構成される
送信用遅延回路２−１〜２−Ｎ（以下特に示さないかぎ
り一括して符号２を使用する）に送られ、送信時の走査
方向超音波ビームの収束距離を決定する遅延時間とスラ
イス方向の拡散ビーム形状あるいは収束ビームの収束距
離を決定する遅延時間が与えられ、Ｎチャンネルの駆動
回路３−１〜３−Ｎ（以下特に示さないかぎり一括して
符号３を使用する）に供給される。

【００２０】この駆動回路３では、振動子５を駆動し超
音波を発生するための駆動パルスが形成され、その駆動
パルスのタイミングは送信用遅延回路２の出力によって
決定される。この駆動回路３の出力は電子スイッチ４に
よってＮ個の振動子に供給されて、これら振動子を駆動
し超音波を発生する。超音波プローブから被検体内に放
射された超音波は音響インピーダンスの境界線で反射さ
れ、再び超音波プローブ５の各振動子によって受信さ
れ、送信時と同様の遅延時間が与えられ、Ｎチャンネル
の受信用遅延回路６−１〜６−Ｎ（以下特に示さないか
ぎり一括して符号６を使用する）を介して加算器７に送
られる。加算器７は、Ｎチャンネルの受信用遅延回路６
の出力信号を加算合成する。この加算信号は、対数増幅
器８、包絡線検波回路９にて順に対数圧縮、検波され、
アナログディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０を介して、画
像メモリ１１に一旦ストアされる。さらにストアされた
信号は、テレビフォーマットで出力されてテレビモニタ
１２にて超音波断層像として表示される。

【００２１】一方、加算器７の出力は、２系統の直交位
相検波回路に送られる。すなわち加算器７の出力は、ミ
キサ回路１４−１，１４−２に送られる。また基準信号
発生器２０からは、所定の周波数（ｆｏ）をもった連続
波が移相器１３にてその位相が９０度シフトしてミキサ
回路１４−２に入力され、ミキサ１４−１には基準信号
発生器２０の出力が直接入力される。このミキサ１４−
１，１４−２の各出力は個別にローパスフィルタ１５−
１，１５−２にて和の周波数成分が除去され、差の周波
数成分のみが抽出される。この差の周波数をもった信号
は、Ａ／Ｄ変換器１６−１，１６−２を介して、一旦メ
モリ１７−１，１７−２に各別にストアされる。

【００２２】ドップラ信号を算出するためには同一部位
を連続的に走査しそのときの複数の信号を用いる必要が
ある。このときの複数の信号をメモリ１７−１、１７−
２にて一旦ストアし、所定のデータ数がそろった時点
で、スペクトル分析器１８で高速フーリエ変換処理等の
周波数処理にてドップラ信号の周波数分析が行われる。
超音波血流イメージング法において表示される物理量
は、スペクトル中心（すなわち流速度の平均値）やスペ
クトルの分散値（すなわち流速の乱れの状態）などであ
る。これらの計算は、図示しない演算器にて実施され
る。演算器にて算出された値は、画像メモリ１１にて一
旦ストアされ、テレビモニタ１２にて表示される。この
演算器の出力は、カラーにて断層像と共に表示されるこ
とが一般的である。リニア電子走査型装置の場合（コン
ベックス走査型も同様であるが）にはこのような送受信
制御の関係を保ったままレートパルスのタイミングに同
期して送受信振動子が１本分シフトしながら選択され、
走査がおこなわれる。

【００２３】ところで、上述の原理で説明でも述べたよ
うに、本発明は超音波ビームを従来収束させていたスラ
イス方向Ｂに拡散したことを特徴とするものであり、本
実施例では、この超音波ビームをスライス方向に拡散さ
せる手段として、次のいずれかを採用する。

【００２４】図３（ａ）は、スライス方向の振動子実効
開口ｄ（実際に超音波が送受信される振動子幅）を狭く
する手段である。ビーム幅Ｗの拡散角度θは、次式
（１）により決定される。 θ＝ｓｉｎ^-1（λ／ｄ） …（１）

【００２５】ただし、λは超音波の波長である。この振
動子実効開口ｄを調整するのに、振動子幅や振動子表面
上の電極幅を狭めてもよいが、振動子前面に、音響スリ
ットを設け実効口径を狭くしてもよい。この方法は後述
する同図（ｂ）、（ｃ）の方法と比べて一様な空間感度
分布をもった特性が得られるが、振動子の有効面積を小
さくしたため送受信感度が劣化することが欠点である。
また開口を狭くした場合、送受信感度が低下し、画像の
Ｓ／Ｎ劣化が予想されるがこのような場合には送信時の
駆動エネルギーを増加（駆動電圧の昇圧、あるいは駆動
パルス波数の増加）させればよい。

【００２６】図３（ｂ）は、他の拡散手段を示す図であ
る。すなわち、図３（ｂ）の拡散手段は、振動子５の放
射面に、拡散レンズ３０を装着したものである。この拡
散レンズ３０によると、振動子の近傍から拡散ビームを
形成することが可能である

【００２７】また、図３（ｃ）は、さらに他の拡散手段
を示す図である。すなわち、図３（ｃ）の拡散手段は、
振動子５の放射面に、収束レンズ３１を装着したもので
ある。収束レンズ３１によると、収束強度の高いレンズ
により振動子近傍にいったんビームを収束させ、その収
束点より後方の拡散部分を使用するものである。

【００２８】なお、図３（ｂ），（ｃ）のいずれの拡散
手段も、図３（ａ）の拡散手段より、感度的に有利であ
り、しかも（ｃ）の拡散手段では空間感度分布も比較的
一様なものが得られるが、振動子近傍で使用できない欠
点をもつ。このようにいずれの拡散手段も一長一短であ
り、従って目的に応じて適宜選択して使用することが望
ましい。

【００２９】なお図３（ｂ），（ｃ）における音響レン
ズは、その材料中を伝搬する音速値が生体媒質より速い
もの（例えばアクリル材）を使用した場合には、拡散レ
ンズ３０は凸面形状、収束レンズ３１は凹面形状となる
ことは周知のとおりであり、例えばシリコンゴムのよう
に生体より音速の遅い材料の場合には拡散レンズ３０は
凹面に、また収束レンズ３１は凸面になる。

【００３０】以上のように構成された超音波診断装置
は、従来、収束ビーム形状をとってきた超音波ビームを
スライス方向に拡散し拡散型ビーム形状に変更し、この
スライス方向に関しては所定の厚みの範囲内での信号を
同時に取得、表示することによって、被検体の３次元領
域からの生体情報を画像化すること、具体的には、あた
かもスライス方向から投影したような３次元的な断層像
を収集することができる。

【００３１】したがって、従来おこなわれていたスライ
ス方向の機械的な走査手段やその移動量を検出するエン
コーダ等の位置検出器等が不要であるため、大がかりな
機械走査機構がなく、したがって検査時のプローブの走
査性は３次元画像表示の時にも特に劣化することは無
い。

【００３２】また、スライス方向の情報は拡散ビームに
よる１回の走査で得られるため、走査時間は従来の２次
元画像の場合と変わらず、特別な画像処理も必要としな
いため、３次元高速処理を実現する大規模なハードウェ
アを必要とすることなく、被検体の３次元領域からの生
体情報をリアルタイムで画像化することができる。

【００３３】なお、胎児の超音波検診に際して、例えば
指の本数が正常か否かを確認するとき、従来の超音波診
断装置では超音波ビームがスライス方向に収束している
ため同一の断層像にすべての指を写すことが困難であ
り、プローブを移動させながら逐次確認するしかなかっ
たが、本実施例によるとスライス方向から投影したよう
な３次元的な断層像を得ることができるので、３次元的
な断層像にすべての指を写すことが可能である。次に第
２の実施例について説明する。全体の構成は、先の第１
実施例で説明した図２と異ならない。したがって、全体
構成の説明は省略する。

【００３４】先の第１実施例では、超音波ビームをスラ
イス方向に拡散すべく、音響レンズを振動子の放射面に
設けた。これに対して本実施例では、この音響レンズを
着脱自在にしたことを特徴とする。

【００３５】すなわち、本実施例は、図４（ａ）に示す
ように、スライス方向のビーム収束をおこなうための音
響レンズ３２（ここでの音響レンズ材はシリコンゴムで
あるため凸面形状となっている）を振動子５の前面に装
着した従来の汎用プローブの表面に、着脱自在の拡散レ
ンズ３３を設けて、拡散ビームを形成する。

【００３６】この拡散レンズ３３は、１種類の材料では
十分な拡散効果が得られない場合があり、また表面が凹
面の場合には被検者の体表との接触性に問題があるた
め、図４（ｂ）に示すように、２種類以上の材料を組み
合わせて構成することが望ましい。

【００３７】例えば、拡散レンズ３３の音響レンズ３２
に接する第１層３４は、凸面ポリメチルペンテン、生体
に接する第２層３５は、凹面シリコンゴムとする。この
ときの第１層３４、第２層３５の音速をそれぞれＶ１，
Ｖ２、また、生体の音速をＶ０とすればＶ１＞Ｖ０＞Ｖ
２となる。

【００３８】このような拡散レンズ３３によると、その
音線は図４（ｃ）に示すような経路に沿って拡散され、
したがって、効率よく、即ちレンズ厚をあまり厚くする
ことなく拡散させることが可能となる。

【００３９】以上のように、この実施例によっても、第
１の実施例と同様の効果が得られると共に、第１の実施
例にはない独自の効果を得ることができる。すなわち、
本実施例は、拡散レンズ３３が従来の汎用プローブの表
面に着脱自在であるので、従来と同じ断層像と、第１実
施例で説明した３次元的な断層像とを、拡散レンズ３３
を装着しない、または装着することよって、選択的に収
集することができる。また、この拡散レンズ３３は、従
来の汎用プローブの表面に着脱自在であるので、従来の
汎用プローブ、如いては従来の超音波診断装置をそのま
ま使用することができる。次に第３の実施例について説
明する。全体の構成は、先の第１実施例で説明した図２
と異ならない。したがって、全体構成の説明は省略す
る。本実施例は、超音波ビームをスライス方向に拡散す
るアタッチメントの構造を特徴とするものである。図５
は、本実施例のアタッチメントの断面図である。

【００４０】本実施例のアタッチメント４１は、超音波
プローブ４０の前面に音響ゼリー４２で固定される超音
波ビームを拡散させるように音速特性および形状を加工
された音響レンズ４３と、この音響レンズ４３の前方に
配置され略中心部分に開口部をもつ音響遮蔽板４４と
を、流動性の音響伝搬物質４６を充填した超音波透過性
の樹脂ケース４５の中に収容してなる。

【００４１】音響遮蔽板４４は、超音波の放射方向に沿
って、つまり振動子５から接近または離間する方向にス
ライド可能に樹脂ケース４５に収容されていて、このス
ライドに伴って変化する振動子５との距離に応じて超音
波ビームのスライス方向の拡散角度を調整するものであ
る。

【００４２】なお、音響レンズ４３は、シリコーンゴム
等のゴムや樹脂からなる。また、音響遮蔽板４４は、充
填材が混合されたシリコーンゴムの吸音材からなる。さ
らに、流動性の音響伝搬物質４６は、脱気水などからな
る。そして、超音波透過性の樹脂ケース４５は、ポリメ
チルペンテン等からなる。

【００４３】以上のように、この実施例によっても、第
１の実施例と同様の効果が得られると共に、第１の実施
例にはない独自の効果を得ることができる。すなわち、
本実施例は、図５の点線で示したように、音響遮蔽板４
４をスライドすることによって、超音波ビームのスライ
ス方向の拡散角度を適宜調整することができる。次に第
４の実施例について説明する。全体の構成は、先の第１
実施例で説明した図２と異ならない。したがって、全体
構成の説明は省略する。本実施例は、超音波ビームをス
ライス方向に拡散するアタッチメントの構造を特徴とす
るものである。図６は、本実施例のアタッチメントの断
面図である。

【００４４】本実施例のアタッチメント４７は、超音波
プローブ４０の前面に音響ゼリー４２で固定される超音
波ビームを拡散させるように音速特性および形状を加工
された音響レンズ４３と、支点５０によって開閉自在に
軸支された音響遮蔽板４８，４９とからなる。

【００４５】そして、これら音響遮蔽板４８と４９とを
接近または離間するように回動することにより、音響遮
蔽板４８と４９とに挟まれる開口部の開度を調整し、超
音波ビームのスライス方向の拡散角度を適宜調整するこ
とができる。次に第５の実施例について説明する。全体
の構成は、先の第１実施例で説明した図２と異ならな
い。したがって、全体構成の説明は省略する。本実施例
は、超音波プローブ４０の前面に取り付けられる音響レ
ンズの表面にいわゆるλ／４音響整合層を装着したこと
を特徴とする。音響整合層の音響整合条件は、G.Kossof
f らに準する。

【００４６】すなわち、λ／４音響整合層の厚みをｔ、
超音波ビームの波長をλ、自然数をｍ、λ／４音響整合
層の音響インピーダンスをＺ、アタッチメントの音響レ
ンズの音響インピーダンスをＺ1 、生体の音響インピー
ダンスをＺ2 とすると、以下の式（２），（３）を満た
すときに、透過率が極大となる。 ｔ＝（λ／４）×（２ｍ−１） …（２） Ｚ＝Ｚ1 ×Ｚ2 …（３） 一方、以下の式（４），（５）を満たすときに、透過率
が極小となる。 ｔ＝（λ／２）×ｎ …（４） Ｚ＝Ｚ1 ×Ｚ2 …（５）

【００４７】したがって、振動子５の駆動周波数をλ／
４を基準に、（２ｍ−１）／２ｎ倍の関係で変化させる
ことで、音響整合の透過率を極大〜極小間で調整でき、
その結果、超音波ビームのスライス方向の拡散角度を変
更することができる。

【００４８】例えば、振動子５の駆動周波数を上記基準
λ／４の１／２倍にすることにより、音響整合層の透過
率を極小とすることができ、結果として、超音波ビーム
のスライス方向の口径が縮小され、超音波ビームのスラ
イス方向の拡散の度合いを小さくすることができる。

【００４９】また、逆に、予め超音波診断装置の駆動周
波数に対応する波長に対して透過率が極小となるような
条件を音響整合層に与えておけば、振動子５の駆動周波
数を２倍にすることによってスライス方向の口径をその
分だけ大きくすることができ、それに伴って超音波ビー
ムのスライス方向の拡散角度を拡大させることができ
る。なお、音響整合層を形成する部位は、アタッチメン
トの音響レンズ表面に限らず、例えばプローブとアタッ
チメントとの間でも可能である。次に第６の実施例につ
いて説明する。全体の構成は、先の第１実施例で説明し
た図２と異ならない。したがって、全体構成の説明は省
略する。

【００５０】本実施例は、図７に示したように、超音波
プローブ４０の前面に、スライス方向（矢印）に沿っ
て、周辺ほど減衰量が大きくなるような音響レンズ５１
を装着したことを特徴とする。

【００５１】したがって、減衰係数が周波数に依存する
特性を有していることから、振動子の駆動周波数を変化
させることにより、超音波ビームのスライス方向の口径
を変化でき、これによって、ビームの拡散角度を調整す
ることができる。なお、減衰量の変化は、音響レンズの
厚み以外に減衰係数を変更することによっても可能であ
る。次に第７の実施例について説明する。全体の構成
は、先の第１実施例で説明した図２と異ならない。した
がって、全体構成の説明は省略する。本実施例は、波動
の回折効果を利用して超音波ビームの口径を制限し、ス
ライス方向に拡散させることを特徴とする。このとき、
超音波ビームのスライス方向の拡散角度θは、波長λお
よび開口幅ｄとの関係で次の式（６）で決定される。 θ＝ sin^-1( λ/d) …（６） この波動の回折効果の性質を利用して、診断装置の駆動
周波数を変化させることで、超音波ビームの拡散角度を
制御することができる。次に第８の実施例について説明
する。全体の構成は、先の第１実施例で説明した図２と
異ならない。したがって、全体構成の説明は省略する。

【００５２】本実施例は、図８に示したように、音響遮
蔽材からなり、超音波放射中心に開口部５３を有するア
タッチメント５２を、超音波プローブ４０の前面に装着
することと特徴とする。

【００５３】このアタッチメント５２は、スライス方向
の口径を開口部５３だけに制限している一方で、その音
響遮蔽能力は不十分である。したがって、遮蔽材に覆わ
れた開口部５３以外の部分からも超音波をある程度透過
する。これによって、収束ビームと拡散ビームによる情
報を得ることができる。なお、この遮蔽材は、超音波プ
ローブ４０や生体との境界面での音響インピーダンスの
ミスマッチングの度合い、または減衰量が大きくない仕
様である。次に第９の実施例について説明する。全体の
構成は、先の第１実施例で説明した図２と異ならない。
したがって、全体構成の説明は省略する。

【００５４】本実施例のアタッチメントは、波動の回折
効果によって超音波ビームをスライス方向に拡散させる
が、音響遮蔽板にいわゆるλ／４音響整合層が備えられ
ていることを特徴とする。

【００５５】このλ／４音響整合層は、その音響インピ
ーダンスが、その前後の層の音響インピーダンスの幾何
平均になるように設定されていて、その厚みが（λ／
２）×ｎであるとき、音響遮蔽の効果を発生する。

【００５６】一方、この整合層の音響インピーダンス
が、その前後の層の音響インピーダンスの幾何平均にな
るように設定されていて、その厚みが（λ／４）×（２
ｍ−１）であるとき、透過率が最大となる。

【００５７】したがって、診断装置の駆動周波数を、２
ｎ／（２ｍ−１）倍の関係で変化させることにより、ス
ライス方向の口径を変更でき、これによってビームの収
束と拡散の程度を調整することができる。次に第１０の
実施例について説明する。全体の構成は、先の第１実施
例で説明した図２と異ならない。したがって、全体構成
の説明は省略する。

【００５８】本実施例のアタッチメントは、波動の回折
効果によって超音波ビームをスライス方向に拡散させる
が、一部に開口部をもつ音響遮蔽板が周波数依存性の減
衰係数をもつものを採用する。

【００５９】したがって、高周波では口径が制限され、
回折によってビームが拡散する。一方、低周波では、音
響遮蔽板を透過しやすいため、比較的収束したビームが
形成される。次に第１１の実施例について説明する。全
体の構成は、先の第１実施例で説明した図２と異ならな
い。したがって、全体構成の説明は省略する。本実施例
のアタッチメントは、図９に示したように、スライス方
向の口径を変化させることにより、ビームの収束の度合
いを制御するものである。

【００６０】アタッチメントの超音波放射中心に開口部
５５を有する音響レンズ５４は、周波数依存性の減衰量
を持ち、診断装置の駆動周波数が変化すると、それに応
じて、超音波ビームをスライス方向にその口径を変化す
るものである。なお、減衰量の変化は、音響レンズの厚
み以外に、減衰係数を変更することによっても可能であ
る。次に第１２の実施例について説明する。全体の構成
は、先の第１実施例で説明した図２と異ならない。した
がって、全体構成の説明は省略する。

【００６１】本実施例のアタッチメントは、波動の回折
効果によって超音波ビームをスライス方向に拡散させる
が、音響遮蔽板に周波数依存性の減衰係数をもたせてい
る。したがって、診断装置の駆動周波数を調整すること
によって、超音波ビームの拡散角度を調整することがで
きる。次に第１３の実施例について説明する。全体の構
成は、先の第１実施例で説明した図２と異ならない。し
たがって、全体構成の説明は省略する。

【００６２】上述した第３〜第１２実施例では、超音波
ビームの拡散角度及び音路の長さが音線毎に異なってい
るため、各スライス方向の各位置からの反射波が超音波
プローブに集まり受信される際に歪みが生じ、本来平板
状の面が凸面化するような歪みを生じさせる問題があ
る。本実施例は、この問題を解決するものである。すな
わち、本実施例は、音路の長さを揃えたながら超音波ビ
ームを拡散させ、平面波として生体に垂直に透過させる
ことを特徴とする。

【００６３】図１０は本実施例によるアタッチメントの
断面図であり、説明の便宜上断面平面をｘ、ｙ座標軸で
規定する。なお、超音波プローブはｙ軸プラス側に配置
され、その方向から超音波がアタッチメントに入射され
るようになっている。

【００６４】このアタッチメントは、透過時の音速がそ
れぞれＣ0 、Ｃ1 、Ｃ2 の３種類の透過部材５５，５
６，５７を超音波透過性の樹脂ケース５８に収容した構
成である。各透過部材５５，５６，５７の音速Ｃ0 、Ｃ
1 、Ｃ2 は、順に大きくなるように設定される。ここ
で、図１０の矢印で示す音路を例に取って説明する。

【００６５】Ｔは透過部材５５の中心点、Ｓは透過部材
５７の中心点、Ａ〜Ｄは各透過部材の境界点である。ま
た、ｆ0 は透過部材５５の音響伝達関数、ｆ1 は透過部
材５６の音響伝達関数、ｆ2 は透過部材５７の音響伝達
関数である。

【００６６】このとき、音線の角度、音路の長さ、超音
波ビームのスライス方向の口径ｌ₀、アタッチメント通
過後の超音波ビーム幅ｌ_S は、それぞれ次式（７），
（８），（９），（１０）で表される。

【００６７】

【数１】

【００６８】この式（７）〜（１０）を満たすようにｆ
1 、ｆ2 および各中心点Ｔ，Ｓの配置関係を調整（設
定）することにより、拡散角度および音路の長さが音線
毎に異なっていることに起因して生じるスライス方向の
画像歪みを解消することができる。なお、上記式（７）
〜（１０）を部分的にでも満たす場合にも上述の歪の低
減には有効である。次に第１４の実施例について説明す
る。全体の構成は、先の第１実施例で説明した図２と異
ならない。したがって、全体構成の説明は省略する。

【００６９】上述した第３〜第１２実施例のようなアタ
ッチメントは、いくつかの音響特性の異なる材料を組み
合わせて構成され、この音響特性の異なる材料間で音波
の多重反射が生じるという問題がある。本実施例はこの
音響特性の異なる材料間で生じる音波の多重反射を低減
するものである。

【００７０】すなわち、超音波プローブの音響レンズと
等しい材料で、アタッチメントを構成する。例えば、プ
ローブの音響レンズが生体より音速の小さい材料であれ
ば、アタッチメントの音響レンズは、凸形状で、近距離
にフォーカス点を持ち、したがってこのフォーカス点よ
り後方で超音波ビームが拡散することになる。また、回
折効果を利用する拡散方式では、音響遮蔽板をプローブ
固有の音響レンズの音響特性と等しい材料で構成するこ
とによって、音波の多重反射を低減することができる。
次に第１５の実施例について説明する。全体の構成は、
先の第１実施例で説明した図２と異ならない。したがっ
て、全体構成の説明は省略する。スライス方向に、音響
レンズの厚み、減衰係数を単調に変更し、減衰量を変化
させるように、アタッチメントを構成する。これにより
透過する超音波が重み付けをされるため陰影効果が高ま
り、結果として画像の奥行き方向に立体感を増長するこ
とができる。次に第１６の実施例について説明する。全
体の構成は、先の第１実施例で説明した図２と異ならな
い。したがって、全体構成の説明は省略する。

【００７１】本実施例は、図１１（ａ），（ｂ）に示し
たように、振動子５をスライス方向に複数の振動子、こ
こではｎ1 〜ｎ4 の４つの振動子に分割したいわゆる２
次元アレイプローブを採用し、各部分に送受信遅延回路
Ｄa-1 〜Ｄa-4 ，Ｄb-1 〜Ｄb-4 …を対応させたもので
ある。

【００７２】このように２次元アレイプローブを採用す
ることによって、超音波ビームをスライス方向に収束／
拡散の切換え、および拡散角度の調整が、遅延時間を調
整することにより電子的に可能になる。

【００７３】すなわち収束時には、図１１（ｃ）に示す
ような遅延時間、つまり中心部に近い振動子に供給する
送信信号あるいはこの振動子から得られる受信信号ほど
大きな遅延時間を与える。

【００７４】一方、拡散時には、収束時と逆の遅延時
間、すなわち図１１（ｄ）に示すような中心部に近い振
動子に供給する送信信号あるいはこの振動子から得られ
る受信信号ほど遅延時間を小さくする。

【００７５】このように、各振動子に与える遅延時間を
電子的な制御によって瞬時にかえることによって、超音
波ビームをスライス方向に収束または拡散することがで
きる。また、その拡散角度を調整することができる。

【００７６】したがって、２次元の断層像と３次元的な
断層像とを電子的な制御、すなわち遅延時間の切り替え
動作によって瞬時に選択でき、非常に近い時刻に得た各
断層像を同一モニタに並べて表示したり、あるいは重ね
て表示することも可能である。

【００７７】なお、本実施例は、駆動振動子を選択する
ことによっても、図１２に示すように、超音波ビームの
スライス方向に収束または拡散や、その拡散角度を調整
することができる。すなわち、超音波を放射する実効面
積を駆動振動子を選択することで調整する。この場合、
実効面積が大きい場合には、所定の位置に超音波ビーム
は収束されるが（点線）、駆動振動子を減少させ実効面
積を小さくすると拡散ビームが得られる。このように収
束用の音響レンズと振動子面積切り替え機能の組み合わ
せによっても２次元断層像と３次元断像像の瞬時切換え
が可能となる。なお、このとき、振動子の実効面積の変
化に伴って送信時の駆動エネルギー量を制御してやれば
Ｓ／Ｎの優れた超音波画像が得られる。一般に、拡散ビ
ームを生体内に照射した場合は局所的な照射エネルギー
は収束ビーム時より著しく低下するため、送信エネルギ
ーを大幅に増加させても生体に与えるダメージは無視で
きる。

【００７８】また、本発明によって得られる画像をより
３次元的に表示させる方法として、スライス方向のビー
ム感度に非対象性の与える方法がある。この場合、スラ
イス方向に並設された振動子間に、感度勾配を与える。
このため、図１１（ｃ）に示すように、増幅器Ａ1 〜Ａ
4 を振動子と加算器７との間に介挿し、振動子Ｔ₁₄、Ｔ
₂₄、Ｔ₃₄、Ｔ₄₄からの受信信号各々の利得値を順に小さ
く（または大きく）なるように設定する。これによっ
て、感度分布はスライス方向に沿って一側に傾斜し、断
層像を表示したときには、手前側ほど輝度が強くなり、
より立体的な画像が得られる。本実施例は、２次元アレ
イプローブを用いる代わりに厚みが一方向に向かって序
々に増加する音響レンズによって感度勾配を実現しても
よい。

【００７９】本発明は上述した実施例に限定されること
なく、種々変形して実施可能である。本発明は、生体内
の血球等の動態からの反射波の周波数偏移を画像化した
いわゆるＢモード像を得る超音波診断装置にも当然適用
可能である。また、上述の説明では、リニア電子走査方
式を例に取り上げたが、これに限定されるものではな
く、コンベックス走査方式、セクタ走査方式、ラジアル
走査方式においても適用可能であることはいうまでもな
い。

【００８０】また、超音波プローブは体表から用いるも
のに限る必要はなく探触子を体内に挿入するいわゆる体
腔内走査用超音波プローブにおいても使用可能である。
さらに本発明は電子走査型装置のみでなく機械走査方式
においても有効である。この場合たとえば走査方向には
凹面、スライス方向においては凸面になる形状の振動子
を機械的に回転ないし移動しても容易に実現できる。

【００８１】さらに、駆動周波数を調整し超音波エネル
ギを変化させて生体内の減衰量を調整することで、超音
波ビームが生体内部に入射しない、つまり生体表面での
み反射する現象を利用して、表面のみ画像化するように
してもよく、この場合、より立体的な画像が得られる。

【００８２】

【発明の効果】本発明は、複数の振動子が配列されたプ
ローブより超音波ビームを所定の走査方向に沿って被検
体内に送波し、この反射波を処理して被検体内情報を得
る超音波診断装置において、超音波ビームを上記走査方
向と略直交する方向に拡散する拡散手段を具備したこと
を特徴とする。

【００８３】したがって、拡散手段で超音波ビームを走
査方向と略直交する方向に拡散するので、従来、収束ビ
ーム形状をとってきた超音波ビームを走査方向と略直交
する方向に拡散型ビーム形状に変更し、この方向に関し
ては所定の厚みの範囲内の広い範囲からの反射信号を取
得、表示することによって生体内の立体情報をモニタ上
で観察することができる。

【００８４】この結果、従来行われていた走査方向と略
直交する方向に沿って超音波ビームを移動する機械的な
移動機構が不要であるため、大がかりな機械走査機構を
必要とせず、検査時のプローブの操作性は３次元画像表
示の時にも特に劣化することは無い。

【００８５】また、走査方向と略直交する方向の情報は
拡散ビームによる１回の走査で得られるため、走査時間
は従来の２次元画像の場合と変わらず、また、データ収
集後の画像処理は従来と同じであるため、従来の画像処
理装置がそのまま流用できると共にリアルタイム処理が
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための図。

【図２】本発明第１実施例の全体構成を示すブロック
図。

【図３】第１実施例の拡散手段を示す図。

【図４】着脱自在の拡散レンズを示す図。

【図５】第２実施例のアタッチメントを示す図。

【図６】第３実施例のアタッチメントを示す図。

【図７】第６実施例のアタッチメントを示す図。

【図８】第８実施例のアタッチメントを示す図。

【図９】第１１実施例のアタッチメントを示す図。

【図１０】第１３実施例のアタッチメントを示す図。

【図１１】第１６実施例の振動子を示す図。

【図１２】第１６実施例の振動子による他の拡散方法を
説明する図。

【図１３】従来の超音波ビームの収束原理について説明
する図。

【符号の説明】

１…パルス発生器、２…送信用遅延回路、３…駆動回
路、４…電子スイッチ、５…振動子、６…受信用遅延回
路、７…加算器、８…対数増幅器、９…検波回路、１
０，１６…Ａ／Ｄ変換器、１１…画像メモリ、１２…Ｔ
Ｖモニタ、１３…移相器、１４…ミキサ回路、１５…ロ
ーパスフィルタ、１７…メモリ、１８…スペクトル分析
器、２０…基準信号発生器、３０，３３…拡散レンズ、
３１…収束レンズ、３２，４３…音響レンズ、３４…第
１層、３５…第２層、４０…超音波プローブ、４１，４
７…アタッチメント、４２…音響ゼリー、４４，４８，
４９…音響遮蔽板、４５…樹脂ケース、４６…音響伝搬
物質、５０…支点。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の振動子が配列されたプローブより
   超音波ビームを所定の走査方向に沿って被検体内に送波
   し、この反射波を処理して被検体内情報を得る超音波診
   断装置において、 超音波ビームを前記走査方向と略直交する方向に拡散す
   る拡散手段を具備したことを特徴とする超音波診断装
   置。
2. 【請求項２】 前記拡散手段は、前記プローブと被検体
   との間に介挿された音響レンズであることを特徴とする
   請求項１記載の超音波診断装置。
3. 【請求項３】 前記音響レンズは、少なくとも２種類の
   音速の異なる材料からなることを特徴とした請求項２記
   載の超音波診断装置。
4. 【請求項４】 前記音響レンズは、前記プローブに着脱
   自在であることを特徴とする請求項２記載の超音波診断
   装置。
5. 【請求項５】 前記拡散手段は、前記走査方向と略直交
   する方向の開口幅を変化させる手段であることを特徴と
   する請求項１記載の超音波診断装置。
6. 【請求項６】 前記振動子は、前記走査方向と略直交す
   る方向に沿って複数の部分に分割されていて、 前記拡散手段は、送信時に前記各部分に供給される駆動
   パルスと受信時に前記各部分で得られる受信信号の少な
   くとも一方に、前記超音波ビームを拡散するような遅延
   時間を与える手段であることを特徴とする請求項１記載
   の超音波診断装置。