JPS61290938A - 超音波診断装置 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 この発明は超音波を用いて生体内の情報を得る超音波診
断装置に係夛、￥ｉ＃こ生体内での局所的な超音波音速
を計測する機能を有した超音波診断装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

超音波を用いた診断法は被検者ｌこ負担をかけずｌこ軟
部組織の診断ができ、しかも無侵襲であるという利点を
持りておシ、近年の高速走査装置の進歩によって急速に
普及してきた。この超音波診断法はパルス反射法である
ため、透過法と比較して操作性に優れ、適用され得る診
断部位があまシ限定されないことも広く普及した理由に
挙げられる。

このような超音波診断法に対して最近、画ｉ寮の定量化
の要求が高まりている。画像の定量化は、特に臓器疾患
の良性、悪性の鑑別診断において有効と考えられている
。しかしながら、従来のパルス反射法では反射波強度は
生体内組織間の音響インピーダンス（密度と音速の槓）
の差のみならず、反射面の形状１反射面に対する超音波
ビームの入射角、生体中での超音波ビーム等にも依存し
ておシ、またこれらの情報を分離して検出することが困
難であることから、画家の定量化は極めて難しかった・ 一方、音速のみを計測する方法は従来、透過型超音波Ｃ
Ｔにおいて行なわれておシ、未だ研究段階ではあるが性
能が徐々に向上しつつある（文献：　Ｇｒｅｅｎｌｅａ
ｆ、Ｊ、Ｆ、ｅｔ、ａｌ、　「アコーステイカルホログ
ラフィー（Ａｃｏｕｓｔｔｃａｌ　Ｈｏｌｏｇｒａｐｈ
ｙ月ｖｏｌ、６　１９７５）。　しかし、透過法は超音
波伝搬経路に骨やガスのある部位ｌこは適用できないた
め。

乳腺検査等ごく限られた領域でしか使用できないという
大きな欠点を有している。

一方、パルス反射法でＩｉ＠器内の音速を図る方法が近
年考案されている。第５図は赤松等によって報告された
肝臓内音速測定法を示したものである。

これは強い指向性金持りた２つの超音波トランスデユー
サ５１．５２に各々送信用、受信用として用い、送信用
超音波トランスデユーサ５１から送信された超音波が各
トランスデユーサ５１．５２の中心軸ＰＰ’　、　ＱＱ
’の交点Ｏ付近ｌこて反射し、受信用超音波トランスデ
ユーサ５２に到達して受信されるまでの時間を測定し、
この時間と、各トランスデユーサ５１．５２間の距離Ｘ
および角度θから算出される予想伝搬距離とから、肝臓
内の平、均音速を求める方法である。

この方法は肝臓内金体が一様な音響特性を持つ、例えば
肝硬変などのび漫性疾患の診断には有効と考えられるが
、得られる音速は伝霜経路内での平均音速であるため１
局部的な疾患には適用できない、また、肝臓内部とは音
速の異なる表皮あるいは脂肪層をも超音波が伝搬するた
め、音速の測定誤差が大きいという問題がある。

しかも第３図のように屈折が発生した場合には、予め設
定した伝搬経路とは異なった部分を、経過するため、そ
の誤差はさらに大きくなる。

例えば脂肪層の厚さと音速を各々ｄ、ｃ、入射角をθ、
トランスデユーサ間隔をＸとすれば肝臓内音速Ｃ！の推
定値（すなわち角度θで音波が直進した場合の伝搬長と
伝搬時間の測定値からもとめた音速）Ｃ！は で示され、さらにｄｌ＜＜Ｘの場合にはとなる。囲えば
Ｃ雪−１５７Ｑｍ／　ｓｅｃ　ｃ、　”１４００ｒＱ／
ｓｅｃとすれば約１０俤の誤差が含まれることになシ、
定量的な測定は困難となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は生体内深部臓器の平均あるいは局所音速
をよ〕正確に計測することを可能とした超音波診断装置
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するため、送信用超音波トラン
スデユーサと受信用超音波とをそれぞれの送信領域と受
信領域が互いに交叉するように配置し、送信用超音波ト
ランスデユーサから送信された超音波が生体内の異なる
２点で反射された氏。

受信用超音波トランスデユーサにそれぞれ受信されるま
での時間の差を計測し、この時間差から生体内の所望領
域での平均あるいは局所的な超音波音速を求めるよう番
こしたものであり、特に体表面に置かれた音速既知のカ
ップリング材を介して音波の送受信をおこなうようにし
たものである。なお、時間差から超音波音速を求める計
算はｙＬ尊開回路よってもよいし、医師等が自身で行な
ってもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば音速既知のカップリング材を介して音波
の送受信を行うため、体表近傍における音速の屈折によ
りて生ずる測定誤差を低減することができ、かつ、深部
臓器内の平均音速、あるいは局所音速を定量的に推定す
ることができるため、鑑別診断において極めて有効とな
フ得る。

〔発明の災施例〕 第１図は本発明の一実施例に係る超音波診断装置の要部
の構成を示すものである。図に示すように、ｌｆｆ１音
波トランスデユーサとして１つの送信片超音波トランス
デユーサ１１と、２つの受信用避音波トランスデユーサ
１２．１３が用意され、カップリング材２４を介して生
体１４の表面に装濁されている。

送信用超音波トランスデユーサ１１は送信回路１５から
供給される゛１気的駆動パルスによシ駆藏、　　され、
生体１４内に超音波パルスを送信する。この超音波パル
スは生体１４内で反射されるが、そのうちＡ点、Ｂ点で
反射された超音波が第１．第２の受信用超音波トランス
デユーサ１２．１３でそれぞれ受信されてミス信号に変
換され１反射波信号となる。これらの反射波信号は増幅
器１６゜エフでそれぞれ増幅された後、箒１．第２のエ
ツジ検出回路１８．１９に供給され、そのフロントエツ
ジが検出される。第１．第２のエフ′）検出回路１８．
１９から得られる検出パルスはカウンタ２０のセット人
力Ｓ、リセット入力Ｒにそれぞれ供給される。カウンタ
２０は第１のエツジ検出回路１８からの検出パルスのタ
イミングで、コントロール回路２１によって制御されて
いる高周波発：　　振器２２からのりＯツクパルスのカ
ラントラ開始し、第２のエツジ検出回路１９からの検出
パルスのタイミングでりＯツクパルスのカウントを停止
する。カウンタ２０のカウント値は演算回路２３に入力
される。

ここで、カウンタ２０のカウント値をＮ、高周波発振器
２２の発振周彼数をｆｘ　　とすれば、送信用超音波ト
ランスデユーサ１１から送信された超音波が生体１４内
の異なる２点で反射された後、第１．第２の受信用超音
波トランスデユーサ１２゜１３でそれぞれ受信されるま
での時間の差△ｔは△ｔ　ｎ　Ｎ　／　ｆ　ｘ　　　−
＝−”　　（１）で求めることができる。演算回路２３
はこの（１）式で表わされる演算を行ない、さらに必要
に応じてこの時間差△ｔから生体１４内の超音波音速を
計測する。

次に、第２図を参照してこの実施例における超音波音速
の原理を詳細に説明する。ｓｇ２図に示すように３つの
超音波トランスデユーサ１１〜１３をその中心軸（送信
または受信超音波ビームの中心軸ンが同一平面上に位置
するように生体１４上に配置する。但し、受信用超音波
トランスデユーサ１２．１３の中心軸は平行とする。一
方、送信用超音波トランスデユーサ１２の中心軸は受信
用超音波トランスデユーサ１２．１３ＣＩＪ中心軸とは
角度θ・で入射するものとする。ただしトランスデユー
サ１１〜１３と生体１４の間には音速が既知なカップリ
ング材２４（ガえば水〕が置かれている。いまカップリ
ング材２４内の音速をＬｅｅ体表近傍２５（たとえば脂
肪層）での音速Ｃ１被測定臓器１４円での音速をＣ！と
する。また超音波トランスデユーサ１１〜１３のビーム
の交点をＡＢ、受信用トランスデユーサ１２．１３の位
置をＥＦ、Ａ点から線分へへの会心と砿分ｎとの交点を
Ｄとし、領域ＡＤ−ＢＤ’　　を超音波音速を測定すべ
き関心領域（ＲＯＩ）とする（ただしＡＤ／／ＢＤ’）
。送信用超音波トランスデユーサ１１から送信された超
音波はカップリング材２４２体表２５．被測定臓器１４
の各境界面ｉこて図示の如く屈折した後、関心領域内の
Ａ点Ｂ点で反射し、受信用トランスデユーサ１２．１３
で受信される。

この時の伝搬時間を各々ｔ１ｍ１１とすればとなる拳た
だしｄＱ、ｄ、はカップリング材および　′体表の厚さ
であ〕またｄ！はＡ点よシ被（Ｑｌ１足臓器表面までの
距離である。また、１０　ｓ’ｌ　ｌｌ！はで表わされ
る。ｔ、とｔ！の時間差△ｔ１．は△ｔ□−ｔ、−ｔ１
−−；（ＡＢ十ＢＤ）Ｃ３ となる。（△Ｘはトランスデユーサ１２．１３の間隔を
示す）。すなわち、距離△Ｘ、送信用超音波トランスデ
ユーサ１１のビームと受信用超音波トランスデユーサ１
２．１３の中心軸のなす角反叉角）θ宜および伝搬時間
差△ｔ□より、関心領域内での超音波音速Ｃ１を求める
ことができる。

一方スネルの法則よル で示される。（６）において、α、△ｔは既知であり△
ｔｔｚ　は測定によって求めることができるためＣ！が
算出できる。なお本実施例において受信用トランスデユ
ーサ１２．１３は各々そのビーム方向が体表面にほぼ垂
直になるように配置したがこれに限定する必要はない、
第３図は本発明の他の実施例を示すもので、電子走査に
より生体内の断層像（Ｂモードｔ！りを得る場合に使用
されるアレイ盟の超音波トランスデユーサの一部を超音
波音速の計測に利用した例である。すなわち、アレイ微
超音波トランスデエーサ３０を構成する多数配列された
服切子のうち、送信時には斜巌で示す３１の領域が使用
され、受信時には同じく斜線で示す３２の領域と３３の
領域が使用される。３１〜３３の各領域の振動子の数は
図では複数であるが、場合によっては１つでありてもよ
い。アレイｍ、超晋波トランスデユーサ３０の領域３１
から超音波を送信する場合、領域３１における隣接した
複数個の振動子の駆動タイミングを遅延手段によ〕所定
時間ずらせることによりて、その超音波ビームを例えば
第３図中に示したよりに偏向させることができる。この
ような電子的な偏向を行なうための具体的な駆動方法と
しては１例えば特公昭５６−１００５８号公報に記載さ
れた方法を用いることができる。

第３１の実施例において、嬉１図４こ示した実施例と同
様の、処理を行なおうとすればアレイ型超音波トランス
デユーサ３０の受信領域３２．３３からの反射信号につ
いてそれぞれ別の受信系が必要となるが、もつ２つの反
射板信号を時間的に分離して取出すことが可能ならば、
Ｃれらの反射波信号を加算した後に同じエツジ検出回路
によυエツジ検出を行なうことができる。その場会、７
７０算された反射波信号の鍾初の信号のフロントエツジ
でカウンタのカウントを開始させ、仮の信号のフロント
エツジでカウントを終了させればよい。

この実施列は単一の１１４匹超音波トランスデユーサを
用いての超音波音速の計測が可能であるため、走査性に
浸れて・おり、しかもＢモード鐵のリアルタイム表示を
併せて行なうことができるため、超音波音速を計測しよ
うとする関心頭載の正確力設定を容易に行なえるという
利点がある。また、送受信団音波トランスデユーサの位
置（領域３１〜３３の位置）および送信超音波ビームの
ｌ内角を電子的手段により容易、かつ高速に変えること
で、超音波の送信領域と受信領域との交叉領域を変える
ことができるので、生体内全領域での局所的な超音波音
速の計測ができ、さらには２次元音速分布の表示も可能
となる。すなわち、従来では不可能であったパルス反射
法による生体内超音波音速分布を求めることができる。

第４図は本発明のさらに別の実施例を示すもので、２つ
の送信用超音波トランスデユーサ１１゜１１′　　を用
い、第１の送信用超音波トランスデユーサ１１から送信
された超音波が生体１４内に異なる２点で反射された後
、受信用超音波トランスデユーサ１２．１３でそれぞれ
受信されるまでの時間の差と、追加された第２の送信用
超音波トランスデユーサ１１′から送信された超音波が
同様に生体１４円の異なる２点で反射された後、受信用
超音波トランスデユーサ１２．１３でそれぞれ受信され
るまでの時間の差を計測し、さらにこれら２つの時間差
の差を計測して超音波音速を求めるようにしたものであ
る。このような場合にも本発明は適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る超音波診断装置の構成
図、＃！２図は同冥施列ｌこおける生体内超音波音速測
定の原理を説明するための図、８ｇ３図。 第４図はそれぞれ本発明の他の実ｍガを示す図、第５図
は従来のパルス反射法による体内超音波音速の計測の原
理を示すための図である。 １１．１１’　　・：・送信用超音波トランスデユーサ
、１２．１３・・・受信用超音波トランスデユーサ、１
４・・・生体、１５・・・送信回路、１６．１７−・・
増幅器、１８．１９・・・エツジ検出回路、２０・・・
カウンタ、２１・・・コントロール回路、２２・・・高
周波発振器、２３・・・演算回路、３０・・・アレイ型
超音波トランスデユーサ、３１・・・送信領域、３２．
３３・・・受信領域。 代理人弁理士　　則　近　憲　佑（ほか１名ン第　　３
　図 第　　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 生体内に超音波を送信する送信用超音波トランスデュー
   サと生体内で反射した超音波を受信する受信用超音波ト
   ランスデューサとをそれぞれの送信領域と受信領域とが
   互いに交叉するように配置し、前記送信用超音波トラン
   スデューサから送信された超音波が生体内の異なる２点
   で反射された後、前記受信用超音波トランスデューサで
   各々受信されるまでの時間の差を計測し、この時間差か
   ら生体内の所望領域での平均あるいは局所的な超音波音
   速を求めるようにした体内音速測定装置であって、前記
   送信および受信用超音波トランスデューサと生体との間
   に音速が既知なカップリング材が装着されることを特徴
   とする超音波診断装置。