JPS6053626B2 - 超音波検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波パルスを用いて物体の内部を観察する超
音波検査装置に関するものであり、更に詳しくは医用超
音波検査装置において可変遅延回路を全く新しい構成と
することによつて、より小型、高性能な超音波検査装置
を提供するものである。

超音波検査装置の中で、扇形走査型超音波検査装置は、
超音波送信部の面積が小さく、かつ扇形に超音波を走査
することより被検領域を広くとれるため、特に人体の心
臓部や腹部など循環器系統の診断などに有効な装置であ
る。

従来この扇形走査方法には機械式走査と電子式走査の２
方法がある。機械走査型装置は構成が簡単てあり安価で
あるなどの長所をもつている反面次のような欠点を有し
ている。１ 診断部のトランスジューサは可動型であり
駆動器を内臓するため振動や騒音の原因となる。

２ 可動型トランスジューサの寿命が極めて短い。

一方、電子走査型装置は機械走査型装置の欠点を改良し
たもので、その構成の一例を第１図に示す。

図において、１０１は人体などの被検体、１０２は複数
個の圧電振動子からなるトランスジューサアレイ、１０
３はトランスジューサアレイ１０２に高周波パルスを供
給するための送信回路、１０４は可変遅延回路、１０５
は受信回路、１０６はディスプレイ、１０７は上記各部
分を制御する制御回路である。第１図に基いて本装置の
動作を説明する。

送信回路１０３によつて発生された複数個の高周波パル
ス信号は、複数個の信号線１０８を経て、トランスジュ
ーサアレイ１０２に供給され、被検体中に超音波信号１
０９を送り込む働きをする。送信回路１０３より発生す
る複数個のパルス信号は、それぞれが一定の遅延関係を
持つており、結果的には、遅延時間で決定される一定の
方向へのみ高周波パルス信号を進行せしめる。第１図に
示される角度θはトランスジューサアレイ面の法線と上
記超音波パルス信号進行方向とのなす角度であるが、こ
の値θは前記遅延時間に関係し、遅延時間を制御するこ
とによつて角度０を制御することができる。この原理は
、例えば特開昭５２−２００５８号公報中に詳しく示さ
れているので、ここでは省略する。一方被検体１０１の
内部より反射した超音波エコー信号１１０は、再びトラ
ンスジューサアレイ１０２によつて電気信号に変換され
、複数個の信号線１０８を経て、可変遅延回路１０４に
供給され、加算を受けたのち、受信回路１０５によつて
適当なる信号処理を受け、ディスプレイ１０６上に、た
とえば被検体の断層像などの画像として表示される。第
１図における可変遅延回路１０４の役割は上記複数個の
エコー信号より得られた複数個の電気信号を、それぞれ
定められた値だけ遅延量が変化する遅延線に通じて、被
検体中における受信エコーの指向性を変化させ、送信さ
れる超音波パルス信号の指向性に合わせて、受信を効率
よく行わしめようするものである。

なお、送信回路１０３、可変遅延回路１０４、受信回路
１０５、およびディスプレイ１０６は、すべて制御回路
１０７より発射される制御信号によつてコントロールさ
れている。

このような構成の超音波検査装置の最大の問題点は可変
遅延回路１０４にあつた。

すなわち本装置に使用される可変遅延回路は、遅延素子
として、インダクターとキャパシタを主要部品として構
成したいわゆ引℃遅延回路がほとんどであつたが、この
ような絋遅延回路は１大型である。

２可変型としてタップ付のものにすると高価で．あり、
損失も大きく、周波数特性も悪い。

３補償アンプなどが多数必要である。

４遅延量の制御が困難である。

５遅延量の誤差が多い。

６調整が困難である。

など、多くの問題点を有していた。

本発明は上記の従来例に見られる欠点を除去したもので
あり、可変遅延回路及び信号の加算部を超音波による光
回折現象を利用して全く新しい構成とすることにより、
小型化、高性能化の可能な・超音波検査装置を提供する
ものである。

以下図面をもとに本発明の一実施例を詳細に説明する。
第２図は、超音波による光回折現象を利用して可変遅延
回路および加算部を置換した本発明による超音波検査装
置の構成の主要部を示すものであり、第２図Ａはその外
観図、第２図Ｂは第２図Ａのａ−ａ″断面図である。図
において、２０１は二酸化テルル結晶等の音波伝搬媒体
であり、第１図に示したトランスジューサアレイ１０２
からの信号が、高周波で変調された後、第２のトランス
ジューサアレイ２０２によつて超音波信号として再び音
波伝搬媒体２０１中に放射される。レーザ光線２０４の
入射角は、音波伝搬媒体２ノ０１の音響光学光回折効果
が最大となるフラッグ角に設定されており、入射光２０
４は音波伝搬媒体２０１内に放射された超音波列２０３
によつて回折され、回折光２０５と非回折光２０６に分
離される。

回折された光の強さ１１は、入射光の強さＩ。

と超音波の強さＰａによつて定まり次式で示される。ま
た各トランスジューサ２０２からの音波列２０３は各々
遅延されているため音波伝搬媒体２０１内でもそのまま
遅延されている。すなわちトランスジューサアレイ両端
間の遅延時間の差をτ、音波伝搬媒体の音速をＶ１第２
のトランスジューサアレイ２０２両端間の距離をＬとす
ると音波伝搬媒体２０１中での音波列２０３はで示され
る方向に傾いている。

従つて、第２図Ａに示すように、光源より発射されたレ
ーザ光線２０４を整形器等で矩形に整形し、これを第２
図Ｂに示すように音波列２０３の傾斜角θに一致するよ
うに矩形のレーザ光線２０４の回転角を制御すれば、回
折光２０５は入射された複数本の超音波束２０３によつ
て同時に変調を受けるため、これを適当な変換器で電気
信号に変換すれば、従来の装置における可変遅延線と加
算器を通過した信号と同等の信号が得られる。

第３図は、第２図の構成を用いた本発明の一実施例の超
音波検査装置を示すものであり、図において、送信回路
３０３より適当に遅延されて送信される高周波パルスは
、被検体３０１上に接触した第１のトランスジューサア
レイ３０２によつて超音波列３１０となり、矢印３０９
方向に発射される。被検体３０１内で反射され、再び第
１のトランスジューサアレイ３０２で受信される様子は
、従来の電子走査型装置と同様てある。次に、受信信号
は受信用増幅器列３０４を通つて振幅変調器列３０５に
送られる。

この変調器列３０５では搬送波として高周波発振器３１
８からの信号が入力され、前記の受信信号によつて各々
変調される。この変調信号は電力増幅器列３０６によつ
て再び増幅され、音波伝搬媒体３０８上に設けられた第
２のトランスジューサアレイ３０７に印加される。なお
音波伝搬媒体としては、例えば０応用物理Ｊ４２巻１１
号、頁１０５５、Ｔａｂｌｅ２（ｂ）に記載されている
二酸化テルル結晶やガラスなどの音響光学素子を用いる
ことができ、特に二酸化テルル結晶を用いる楊合には結
晶のＣ軸方向に伝搬する縦波を利用するとその効果が大
きい。次に音波列は矢印３１９で示される方向に進行す
るが、第２図Ｂに示したように被検体３０１中の音波３
１０の偏向角θ１に対応した角度０２だけ傾いている。

レーザ光線は、光源３１１より発射されビーム拡大器３
１２によつて直径がＬ以上の光ビームに拡大される。

光ビーム整形器３１３は、例えば回転円板の中心に長さ
Ｌ以上の細い矩形のスリットを設けたものであり、制御
装置３２０からの制御信号によつて回転角が制御され、
常に音波傾斜角θ２に一致するように設定される。この
矩形の光ビーム３１４は、前記したように音波伝搬媒体
３０８中で音波列によつて回折を受けた後、スリットの
ような光分離装置３１５で回折光だけが選択され、光検
出器３１６によつて電気信号に変換された後、受信回路
３１７を経てディスプレイ３２１に表示される。ここで
音波伝搬媒体３０８に照射される矩形の光ビーム幅は、
扇形走査における径方向の分解能を定義する値として決
められる。

例えば光ビームの幅を１ＴｎＩｎとすると、二酸化テル
ル結晶のＣ軸伝搬音波を利用した場合光ビーム通過時間
は０．２４μＳｅｃとなり、これは人体中の音波伝搬距
離で約０．３５Ｔｒｎに相当するため十分な距離分解能
を持つ。次に本発明による他の実施例として、音波伝搬
媒体に弾性表面波素子を用いた場合について第４図をも
とに説明する。表面波伝搬媒体４０１として、例えばニ
オブ酸リチウム結晶のＹ板を用い、結晶表面にくし型電
極列４０２を設ける。

第３図中の増幅器３０６からの変調信号をくし型電極に
印加すると超音波信号として表面波列４０３が結晶表面
上を進行する。レーザ光４０４はこの表面波列にフラッ
グ角で照射すると音響光学素子と同様に回折光４０５と
非回折光４０６が生じる。この回折光４０５を検出して
電気信号に変換し、第３図と同様にして表示すれば良い
。本発明ではさらに、光ビーム整形器３１３のスリット
形状を矩形ではなく菱形や凸レンズ状などの形状にする
ことによつて各トランスジューサエレメントからの回折
光の強さを変え、表示された画質の向上を図ることも可
能である。

これは従来、送信側トランスジューサの励振分布を変え
サイドローブ抑圧に利用した手法と同一の効果を有する
。更に超音波を収束させるために各トランスジューサ列
間の遅延時間が一定でなく動作させる場合にはレーザ光
の形状を弧状にすることによつて収束効果を発揮させる
ことが可能である。この場合には第３図中の受信部３０
牡変調部３０５、増幅部３０６の間に補正用遅延回路を
入れることもできる。また装置全体の受信感度やダイナ
ミックレンジに関しては、音響光学素子や弾性表面波素
子のダイナミックレンジが７０〜８０ｄＢと十分あり、
かつ光検出器として光電子増倍管を用いれは音響光学素
子や弾性表面波素子のダイナミックレンジをほとんど低
下させることなく利用できる。

同様に、装置全体の寿命を規制する部分として光ビーム
整形部の回転部分が考えられるが、これ”は従来の機械
走査型装置の場合と異なり本体装置内に組込まれており
、寸法的にも余裕があるため特に寿命制限にもならず診
断用探触子のサイズを大きくしたり、雑音を発生させる
ことはない。

以上は超音波列によるレーザの回折光を使用する方法に
ついて述べたが、第２図又は第４図に示している非回折
光も回折光の代りに利用できる。これは非回折光が回折
光とは逆の強度変調を受けているためである。以上説明
したように、本発明は、従来よりある）超音波検査装置
の可変遅延回路および加算器を、音響光学素子や弾性表
面波素子などの光回折現象を有する音波伝搬媒体を用い
て全く新しい構成としたものであり、以下に示すような
多くの効果を持つものである。

１音響光学素子や弾性表面波素子は数０以下の小型の形
状をしており、レーザ光源として小型、安価のＨｅ−Ｎ
ｅレーザや半導体レーザを用いれば小型、低価格の装置
を得ることができる。

２従来の機械走査型装置に比べ、低雑音、長寿命化がは
かれる。

３受信感度やダイナミックレンジが従来の装置に比べ優
れている。

４２本の光ビームを使用することにより心臓の診断にお
いてＵＣＧと断層像が同時に得られる。

５音波の収束効果を出すことができ分解能も良くできる
。

６本発明の基本原理はリニア電子走査型超音波検査装置
にも適用でき、高速走査が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の扇形電子走査型超音波検査装置を示すブ
ロック図、第２図Ａは、本発明の主要部；に用いる音響
光学素子の構造を示す斜視図、同図Ｂは同断面図、第３
図は本発明の一実施例における超音波検査装置の全体構
成を示すブロック図、第４図は本発明の他の実施例に用
いる弾性表面波素子の構造を示す斜視図である。 ２０１・・・音波伝搬媒体、２０２・・・トランスジュ
ーサアレイ、２０３・・・音波列、２０４・・・入射光
、２０５・・・回折光、２０６・・・非回折光、３０１
・・・被検体、３０２・・・トランスジューサアレイ、
３０３・・・送信回路、３０４・・・受信増幅器列、３
０５・・・変調器列、３０６・・・電力増幅器列、３０
７・・・第２のトランスジューサアレイ、３０８・・・
音波伝搬媒体、３０９・・・音波進行方向、３１０・・
・音波波面、３１１・・ルーザ光源、３１２・・ゼーム
拡大器、３１３・・・ビーム整形器、３１４・・・光ビ
ーム、３１５・・・光分離装置、３１６・・・光検出器
、３１７・・・受信回路、３１８・・・高周波発振器、
３１９・・・音波進行方向、３２０・・・制御回路、３
２１・・・ディスプレイ、４０１・・・弾性表面波素子
、４０２・・べし型電極、４０３・・・表面波列、４０
４・・・入射光、４０５・・・回折光、４０６・・・非
回折光。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アレイ状に配列された複数個の圧電振動子からの信
   号によつて高周波信号を振幅変調する変調器列と、前記
   高周波信号を発生する高周波信号発生装置と、前記振幅
   変調された高周波信号を音波伝搬媒体の表面もしくは内
   部に超音波信号として供給する複数個のトランスジュー
   サと、前記音波伝搬媒体の表面もしくは内部を伝搬する
   超音波列に対しレーザ光をブラッグ角をなすように照射
   する手段と、前記レーザ光を超音波列の形成する波面に
   対応して回転させる手段と、前記超音波列によつてブラ
   ッグ回折されたレーザ光のうち回折光もしくは非回折光
   の少くとも一方を検出し電気信号として取り出す手段と
   を具備したことを特徴とする超音波検査装置。