JPH07136171A

JPH07136171A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH07136171A
Application number: JP5289210A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Gondo; 雅彦権藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-11-18
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 1995-05-30

Abstract

(57)【要約】【目的】観測領域を拡大できると共に、３次元画像を
得るための所要のデータを短時間で収集でき、しかも信
号線の断線も有効に防止できる信頼性の高い超音波診断
装置を提供する。【構成】アレイ振動子(3) と、このアレイ振動子の複
数の振動素子(30-1 〜30-N) を切り替えるマルチプレク
サ(13)と、これらアレイ振動子およびマルチプレクサを
一体に回転させる回転手段(4,5,6) と、アレイ振動子に
対してマルチプレクサを経て信号の授受を行うための回
転信号伝達手段(14c,14d) と、アレイ振動子の所定の回
転角毎に、複数の振動素子を回転信号伝達手段およびマ
ルチプレクサを経て順次駆動すると共に、その各振動素
子からマルチプレクサおよび回転信号伝達手段を経て供
給される受信信号に基づいて開口合成法により超音波画
像データを作成して３次元超音波画像データを得る観測
手段(20,100)とを具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、生体に対して超音波
の送受信を行って、生体内の３次元超音波画像データを
得る超音波診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置として、例えば、機械式
に回転する振動子から超音波を送受信して、胃壁や腸壁
の体内断層像を得るようにした超音波内視鏡が種々提案
されている。しかしながら、かかる超音波内視鏡を用い
て、例えば胃壁に浸潤している潰瘍や癌等の患部の大き
さを把握する場合には、プローブを出し入れして先端の
振動子部を前後に進退させながら複数枚の画像を観察
し、これらの画像をもとに、観察者において立体的な３
次元画像を構築して患部の大きさを推測する必要がある
ため、操作が面倒になると共に、正確な大きさを把握で
きないという不具合があった。

【０００３】このような不具合を解決するものとして、
例えば特開平３−１８２２３７号公報において、リニア
アレイ振動子を用い、その電子的なリニア走査と機械的
なセクタ走査とを組み合わせて、３次元的な超音波断層
像を得るようにしたものが提案されている。この３次元
超音波診断装置においては、機械駆動によるセクタ走査
を行いながら、そのセクタ走査の所定の回動角毎に、電
子回路によるリニア走査を行って多数の超音波断層像を
得、これらの超音波断層像をもとに３次元画像を構成し
て表示するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような３次元超
音波診断装置においては、リニアアレイ振動子からの多
数の信号線を観測装置に接続する必要がある。ここで、
単純に電子走査と機械走査とを組み合わせる場合、リニ
アアレイ振動子の信号線は、例えば６４本と多いため、
スリップリング等の回転信号伝達部材を用いることは極
めて困難である。このため、上記のような電子走査と機
械走査とを組み合わせた３次元超音波診断装置において
は、機械走査を回転揺動角が制限されたセクタ走査とし
て、リニアアレイ振動子の多数の信号線を観測装置に直
接接続するようにしている。

【０００５】しかし、このように機械走査を回転揺動角
が制限されたセクタ走査とすると、視野角が小さくなる
ために、奥行きのある３次元情報を検出しているにもか
かわらず、患部の大きさが把握しにくいという問題があ
る。

【０００６】また、機械式のセクタ走査においては、回
転スタート、回転ストップ、逆回転スタート、逆回転ス
トップの動作シーケンスによって回転揺動を行うことに
なるが、このシーケンスにおいては、回転スタートから
回転揺動速度が一定になるまでに、ある程度の時間を要
するため、回転ストップの時間を入れると、実際のデー
タ収集時間がわずかになる。このため、最終的に３次元
画像を得るためのデータ収集時間が長くなり、フレーム
レートが低下するという問題がある。

【０００７】さらに、リニアアレイ振動子の多数の信号
線を観測装置に直接接続して機械的なセクタ走査を行う
と、多数の信号線が左右交互に捻じり回転を受けるた
め、長時間の使用において断線するという問題がある。

【０００８】この発明は、上記の問題点に鑑みてなされ
たもので、観測領域を拡大できると共に、３次元画像を
得るための所要のデータを短時間で収集でき、しかも信
号線の断線も有効に防止できるよう適切に構成した信頼
性の高い超音波診断装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、複数の振動素子を配列してなるアレ
イ振動子と、このアレイ振動子の前記複数の振動素子を
切り替えるマルチプレクサと、これらアレイ振動子およ
びマルチプレクサを一体に回転させる回転手段と、前記
アレイ振動子に対して前記マルチプレクサを経て信号の
授受を行うための回転信号伝達手段と、前記アレイ振動
子の所定の回転角毎に、前記複数の振動素子を前記回転
信号伝達手段およびマルチプレクサを経て順次駆動する
と共に、その各振動素子から前記マルチプレクサおよび
回転信号伝達手段を経て供給される受信信号に基づいて
開口合成法により超音波画像データを作成して３次元超
音波画像データを得る観測手段とを具える。

【００１０】

【作用】かかる構成において、アレイ振動子は回転手段
により回転されながら、その複数の振動素子が、観測手
段により所定の回転角毎に回転信号伝達手段およびマル
チプレクサを経て順次駆動されて超音波の送受が行われ
る。この所定の回転角毎における各振動素子での受信信
号は、観測手段に供給されて開口合成法により超音波画
像データが作成され、これら各回転角毎の超音波画像デ
ータによって３次元超音波画像データが得られる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の好適実施
例について説明する。図１は、この発明の一実施例を示
すものである。シース１には、フレキシブルシャフト２
およびその先端に取り付けた複数の振動素子３０−１〜
３０−Ｎからなるアレイ振動子３を組み込み、このシー
ス１を駆動部ケース７に口金８を介して連結する。ま
た、シース１内には、超音波伝搬および回転潤滑を兼ね
た液体９を注入し、この液体９を先端封止材１０および
Ｏリング１１により外部に漏れないように封止する。

【００１２】駆動部ケース７には、フレキシブルシャフ
ト２の後端に連結して回転体４を設け、この回転体４を
回転伝達部材５を介してモータ６により回転させること
により、回転体４、フレキシブルシャフト２およびアレ
イ振動子３を一体に回転させるようにする。また、回転
体４には、マルチプレクサ１３および４個のスリップリ
ング１４ａ〜１４ｄを設け、マルチプレクサ１３に、ア
レイ振動子３の振動素子３０−１〜３０−Ｎからの多数
の信号線１２、例えば６４本をフレキシブルシャフト２
内を通して接続する。マルチプレクサ１３は、スリップ
リング１４ａ，１４ｂを経て電源Ｖccに接続すると共
に、スリップリング１４ｃ，１４ｄおよび端子１５，１
６を経て開口合成法観測装置１００に接続し、この開口
合成法観測装置１００から端子１５およびスリップリン
グ１４ｄを経て供給される切り換え信号に基づいて多数
の信号線１２の中から一本の信号線を選択し、その選択
した信号線をスリップリング１４ｃおよび端子１６を経
て開口合成法観測装置１００に接続するようにする。な
お、モータ６は、回転駆動装置２２から端子１７を経て
供給される信号に基づいて駆動する。

【００１３】開口合成法観測装置１００は、後述するよ
うに、開口合成法の結像原理に基づいてアレイ振動子３
から得られる信号をもとに超音波断層像の合成を行うも
ので、その出力は３次元処理装置２０に供給する。３次
元処理装置２０は、３次元の画像形成に合わせて開口合
成法観測装置１００および回転駆動装置２２にトリガ信
号を供給してそれらの駆動を同期させながら、アレイ振
動子３の各回転位置に応じて開口合成法観測装置１００
から逐次得られる多数の超音波断層像を内部の画像メモ
リに取り込んで３次元の超音波断層像を構築し、その３
次元の超音波断層像に基づいて所要の超音波画像を表示
器２１に表示するようにする。

【００１４】図２は、図１に示す超音波診断装置におい
て、３次元の超音波画像を構成する場合の超音波ビーム
の関係を説明するための図である。アレイ振動子３は、
開口合成法により初めに仮想超音波ビーム２３を構成
し、送受信を繰り返しながらアレイの終端まで仮想超音
波ビーム２４を形成する。この一連の送受信によりアレ
イ振動子３の所定の回転角における超音波断層像を得
る。次に、わずかな角度、例えば１°だけアレイ振動子
３を回転させ、同様にアレイの先端から後端まで送受信
を繰り返して新たな超音波断層像を得る。このようにし
て、例えば１°おきの超音波断層像を３６０枚得、これ
を３次元の超音波画像データとする。

【００１５】図３は、図１に示す開口合成法観測装置１
００の構成を示すものである。開口合成法観測装置１０
０は、タイミングコントロール回路１０１、送信アンプ
１０２、受信アンプ１０３、ＳＴＣ電圧発生回路１０
４、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０５、サンプルホ
ールド回路（Ｓ／Ｈ）１０６、Ａ／Ｄコンバータ１０
７、転送切り換え回路１０８、波面メモリ１０９、アド
レス制御回路１１０、合成回路１１１を有する。

【００１６】タイミングコントロール回路１０１は、３
次元処理装置２０からのトリガ信号を受けて切り換え信
号等の各種のコントロール信号を発生する。このタイミ
ングコントロール回路１０１から発生される切り換え信
号は、スリップリング１４ｄを経てマルチプレクサ１３
に供給し、これにより振動素子３０−１〜３０−Ｎから
の信号線１２の中の１つを選択する。送信アンプ１０２
は、タイミングコントロール回路１０１からの送信トリ
ガを受けて送信パルスを発生し、その送信パルスを、ス
リップリング１４ｃ、マルチプレクサ１３およびこのマ
ルチプレクサ１３で選択された信号線１２を経て対応す
る振動素子に供給して、該振動素子から超音波を発生さ
せる。

【００１７】選択された振動素子から放射された超音波
の生体内での反射波は、該振動素子で受信して、その受
信信号を送信時とは逆の経路を経て受信アンプ１０３に
供給し、ここでタイミングコントロール回路１０１から
のコントロール信号に基づいてＳＴＣ電圧発生回路１０
４から発生されるコントロール電圧に基づいて、近距離
および遠距離の受信信号レベルが同等となるように、受
信信号の距離感度を補正する。この受信アンプ１０３の
出力は、バンドパスフィルタ１０５に供給し、ここで必
要な周波数帯域の信号成分を取り出した後、サンプルホ
ールド回路１０６を経てＡ／Ｄコンバータ１０７に供給
して、タイミングコントロール回路１０１からのタイミ
ング信号に基づいてデジタル信号に変換し、そのデジタ
ル信号を転送切り換え回路１０８を経て波面メモリ１０
９に格納する。

【００１８】波面メモリ１０９は、各振動素子３０−１
〜３０−Ｎに対応するメモリ１０９−１〜１０９−Ｎを
有し、Ａ／Ｄコントロール回路１０７からのデジタル信
号を転送切り換え回路１０８を経て対応するメモリに格
納する。この波面メモリ１０９に格納されたデータは、
アドレス制御回路１１０で発生されるアドレス信号に基
づいて読み出して合成回路１１１に供給し、ここで各焦
点での超音波信号の反射強度を求め、合成出力として図
１に示した３次元処理装置２０に供給する。

【００１９】ここで、アレイ振動子３を含む平面内の超
音波像の合成処理は、開口合成法で行うが、この開口合
成法を図４を参照して説明する。図４において、振動素
子３０−１から超音波パルスが送波されると、反射体４
０ａ，４０ｂによって超音波が反射され、その反射信号
が音線信号４１−１として波面メモリ１０９に格納され
る。同様に、振動素子３０−ｉから超音波パルスが送波
されると、その反射信号が音線信号４１−ｉとして波面
メモリ１０９に格納される。これらの音線信号４１−
１，４１−ｉは、各振動素子３０−１，３０−ｉと、反
射体４０ａ，４０ｂとの空間位置関係が異なるために、
それぞれ異なった時系列波形となる。このようにして、
全ての振動素子３０−１〜３０−Ｎで反射信号を得て、
それらを全て音線信号として波面メモリ１０９へ格納す
る。

【００２０】したがって、ある任意の空間ポイントと各
振動素子との伝搬時間の遅れ進みを調整するように、波
面メモリ１０９内の音線信号を合成すれば、従来のビー
ムホーミングと同様に任意空間の反射信号を検出するこ
とができる。けれは、一般に「ＤｅｌａｙａｎｄＳ
ｕｍ」と呼ばれ、波面合成する波面を全ての空間を対象
にして合成すれば、所定空間に対応した出力映像４２が
得られ、反射体４０ａ，４０ｂの位置や反射強度を知る
ことができる。

【００２１】このように、開口合成法では、従来の遅延
回路を用いるビーム合成法におけるように、一度に多数
の振動素子を用いて超音波の送受信を行うのではなく、
振動素子１個で送受信を行いながら、各振動素子に対応
する音線データを逐次メモリに格納し、その後、メモリ
に蓄積された多数のデータを合成して所定空間の反射強
度を求める。したがって、開口合成処理は、送受信のシ
ーケンスを多数回行った後、映像化するという見地から
すれば、一種の時分割処理であると言える。

【００２２】以下、この実施例の動作を説明する。先
ず、タイミングコントロール回路１０１からスリップリ
ング１４ｄを経てマルチプレクサ１３に切り換え信号が
送られ、振動素子３０−１からの信号線１２が選択され
ると共に、転送切り換え回路１０８にも切り換え信号が
送られ、振動素子３０−１での受信信号を波面メモリ１
０９の対応するメモリ１０９−１に転送するように設定
される。

【００２３】その後、送信アンプ１０２から超音波信号
が発生されて、振動素子３０−１から超音波パルスが送
波され、その生体内の音響インピーダンスが異なる組織
境界より反射される超音波パルスが同じ振動素子３０−
１で受波される。この振動素子３０−１での受信信号
は、受信アンプ１０３で適正な大きさに増幅された後、
バンドパスフィルタ１０５およびサンプルホールド回路
１０６を経てＡ／Ｄコンバータ１０７でデジタル信号に
変換され、転送切り換え回路１０８を経て波面メモリ１
０９の対応するメモリ１０９−１に音線データとして格
納される。

【００２４】次に、タイミングコントロール回路１０１
からの切り換え信号によって、振動素子３０−２が選択
されると共に、その振動素子３０−２からの受信信号が
波面メモリ１０９の対応するメモリ１０９−２に転送さ
れるように転送切り換え回路１０８が設定されて、上記
と同様にして超音波の送受信が行われる。

【００２５】以上のシーケンスが、振動素子とメモリと
を切り換えながら全ての振動素子について行われると、
次に図４で説明した「ＤｅｌａｙａｎｄＳｕｍ」の
開口合成法により、各空間における反射体の強度分布が
映像化される。この映像化処理においては、先ず、波面
メモリ１０９内の各波面データが等位相波面となるよう
に、アドレス制御回路１１０からのアドレス信号により
メモリ１０９−１〜１０９−Ｎ内のデータが逐次読み出
される。ここで、等位相波面は、各振動素子３０−１〜
３０−Ｎと、映像化しようとする空間ポイントとの超音
波伝搬距離によって決定されるもので、双曲線状の関数
となる。

【００２６】波面メモリ１０９から読み出された等位相
波面のデータは、合成回路１１１によって合成演算さ
れ、これにより所定空間ポイントの反射強度が算出され
る。１つの空間ポイントの合成演算が終了すると、アド
レス制御回路１１０からのアドレス信号により、別の空
間ポイントに焦点を形成するような等位相波面に対応す
るデータがメモリ１０９−１〜１０９−Ｎから逐次読み
出されて、同様に合成回路１１１において合成処理演算
が行われる。

【００２７】このようにして、アレイ振動子３で得られ
る観察視野の全領域での合成演算が行われて一平面での
超音波画像が作成され、その画像データが３次元処理装
置２０に出力される。

【００２８】その後、モータ６によって、回転体４、フ
レキシブルシャフト２およびアレイ振動子３が微小角
度、例えば１°回転され、その状態でのアレイ振動子３
を含む平面での超音波画像が、同様に開口合成法により
作成されて、その画像データが３次元処理装置２０に出
力される。

【００２９】以上説明したアレイ振動子３の回転と、開
口合成法による超音波画像の作成とが繰り返し行われ
て、３６０°の全範囲での超音波画像が得られる。

【００３０】３次元処理装置２０では、アレイ振動子３
の回転と、平面超音波画像との対応関係を明確にするた
めに、上述したように回転駆動装置２２および開口合成
法観測装置１００にトリガ信号を供給してそれらの駆動
を同期させている。３次元処理装置２０において、アレ
イ振動子３の１回転分の円筒状の全ての超音波画像デー
タが得られると、その３次元の超音波画像データに基づ
いて所要の超音波画像が表示器２１に表示される。

【００３１】この表示器２１への超音波画像の表示例と
しては、例えば、アレイ振動子の長手方向に位置を任意
に切り換えながら、ラジアル断面表示を行ったり、逆に
ラジアル方向の角度を任意に切り換えながらリニア断面
表示を行ったりすることで、任意の超音波断層像をスム
ーズに切り換え表示することができる。また、円筒状に
得られた全ての超音波画像をボクセルデータと見なし
て、陰影を付けたり、奥行き方向に対して輝度変調し
て、超音波画像を３次元表示することもできる。さら
に、潰瘍や癌等の病変部を正確に把握できるように、超
音波信号に対して所要の信号処理を行って、病変部を強
調して３次元表示することもできる。

【００３２】なお、上記の実施例では、スリップリング
を用いてマルチプレクサで切り替えられた信号線を開口
合成法観測装置に接続するようにしたが、スリップリン
グの代わりにロータリートランス等の回転信号伝達手段
を用いることもできる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、アレ
イ振動子とその複数の振動素子を切り替えるマルチプレ
クサとを回転させ、その所定の回転角毎に開口合成法に
より超音波画像データを得るようにしたので、超音波の
送受信を振動素子単位（１チャンネル単位）で行うこと
ができ、スリップリング等の回転信号伝達手段のチャン
ネル数を少なくすることができる。したがって、アレイ
振動子を容易に回転させることができ、これにより回転
軸の回り全範囲に亘って超音波画像データを収集でき、
円筒状の３次元超音波画像データを得ることができる。

【００３４】また、機械動作としてはラジアル走査とな
るので、アレイ振動子から開口合成によって得られるリ
ニア断層像の１ラインの信号のみを表示することによ
り、従来の超音波内視鏡等において主流であるラジアル
走査による超音波断層像を表示することもでき、これに
より観測者に見慣れた画像を提供することができる。さ
らに、円筒状の３次元超音波画像データを得ることがで
きるので、その画像データを適切に処理することによ
り、患部の大きさ等を容易かつ正確に把握できるように
表示することができる。

【００３５】さらにまた、回転信号伝達手段を介してア
レイ振動子に対して信号の授受を行うようにしているの
で、上述した従来例におけるような信号線の捩れによる
断線が発生ぜず、信頼性を格段に向上できる。また、機
械走査は単純な回転で、高速走査を行うことができると
共に、従来の揺動走査（セクタ走査）におけるような上
述した立ち上がり時間が不要となるので、データ収集時
間が少なくて済み、フレームレートを向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す図である。

【図２】図１において、３次元の超音波画像を得る場合
の説明図である。

【図３】図１に示す開口合成法観測装置の構成を示す図
である。

【図４】開口合成法の原理を説明するための図である。

【符号の説明】

３アレイ振動子６モータ１３マルチプレクサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄスリップリング２０３次元処理装置２１表示器２２回転駆動装置１００開口合成法観測装置１０２送信アンプ１０３受信アンプ１０７Ａ／Ｄコンバータ１０９波面メモリ１１０アドレス制御回路１１１合成回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の振動素子を配列してなるアレイ振
動子と、このアレイ振動子の前記複数の振動素子を切り
替えるマルチプレクサと、これらアレイ振動子およびマ
ルチプレクサを一体に回転させる回転手段と、前記アレ
イ振動子に対して前記マルチプレクサを経て信号の授受
を行うための回転信号伝達手段と、前記アレイ振動子の
所定の回転角毎に、前記複数の振動素子を前記回転信号
伝達手段およびマルチプレクサを経て順次駆動すると共
に、その各振動素子から前記マルチプレクサおよび回転
信号伝達手段を経て供給される受信信号に基づいて開口
合成法により超音波画像データを作成して３次元超音波
画像データを得る観測手段とを具えることを特徴とする
超音波診断装置。