JPS6332454B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は超音波指向性ビームにより被診断物
を走査すると共に超音波パルスを放射し、その反
射波を受信する超音波診断装置に関する。

従来の超音波診断装置は超音波パルスを放射
し、その反射波を受信してその送波点から反射点
までの距離を検出するものであつた。この従来装
置によれば被診断生体のその媒質の質的状態、例
えば減衰率を検出することはできなかつた。Ｘ線
を利用した診断装置にいわゆるＸ線トモグラフイ
ーと呼ばれる装置、生体内部におけるＸ線の減衰
状態を知り、これにより生体の内部の各部におけ
るＸ線に対する媒質の質的状態を測定表示するも
のがあり、これは大変優れた装置である。しかし
Ｘ線を用いる場合はその生体のうちの一部のみに
しか適用できない。つまりＸ線を被爆することが
できない部分に対する診断を行うことができな
い。

一方、Ｘ線トモグラフイーと同様に超音波トモ
グラフイーも考えられているが、これは超音波を
放射し、生体を透過した超音波を検出することに
なり、超音波は生体中のガスや骨を透過すること
ができないため、このような超音波トモグラフイ
ーを利用できる部分は生体中のごく一部に限られ
てしまう。

この発明の目的は超音波の反射特性を利用して
生体内の形状のみならず、質的な特性をも検出す
ることができるようにしようとするものである。

この発明によれば、鋭い指向性をもつ送波器に
より超音波パルスを生体内に放射し、その直接の
放射波を検出するのではなく、超音波が生体の進
行中にその各部において散乱波しながら進行する
が、その各部における散乱波を検出し、超音波送
波器と受波器の各位置、これらの指向方向の交差
点よりその受信した散乱波の反射点を知り、その
超音波パルスの放射よりその反射点を通つて受波
するまでの超音波通路を伝搬するに要した時間を
測定する。このような超音波指向方向の交差点を
二次元的に移動走行することにより、生体の各部
と対応した超音波パルスの経過時間を測定して、
例えば生体の各部における超音波の速度を求める
ことができ、よつて生体内の各部の音速を表示す
ることができ、例えば悪性腫瘍などは音速は速い
が、そのような個所を容易に発見することが可能
となる。

例えば第１図に示すように、容器１１の上板に
開口１２が開けられ、開口１２を塞ぐように被診
断物体１３が容器１１内の一部及び上部に配され
る。容器１１内には超音波結合媒体、例えば水１
４が満され、容器１１内において結合媒質１４を
介して超音波送波器１５より超音波パルスが被診
断物体１３に入射される。送波器１５は鋭い指向
性を持つており、この超音波指向性ビーム１６に
沿つて送波器１５より放射された超音波パルス
は、結合媒質１４においては反射を生じることな
く進行し、物体１３に入射され、物体１３内では
その各点において散乱しながら進行する。

この発明においてはその散乱波を鋭い指向性の
受波器で受信するようにする。即ち送波ビーム１
６と交差する指向方向１７を持つ受波器１８が設
けられ、受波器１８はその指向方向１７よりの超
音波を受波し、この方向以外からの超音波の受信
を極力避ける構成とする。例えばこの例に示すよ
うに超音波を遮断するホーン１９を受波器１８の
前面に設け、このホーン１９は第２図に示すよう
に内周面には超音波吸収乃至減衰層２０を形成す
ることが好ましい。このようにして送波ビーム１
６と受波器の指向方向１７との交点２１で発生し
た散乱波中の指向方向１７に向う反射パルスを受
波器１８で受信する。

送波器１５の位置及びビーム１６の指向方向の
角度と、受波器１８の位置とその指向方向１７の
角度とから両指向方向の交点２１を知ることがで
きる。従つて送波器１５より交点２１で散乱し、
受波器１８に至る通路上を知ることができ、この
経路を通つた超音波の送波されてから受波される
までの時間を知り、更にこれよりその経路におけ
る平均速度を知ることができる。

送波ビーム１６の方向を一定とした状態で受波
器１８の指向方向１７の角度又は位置を順次ずら
して送波ビーム１６上の各点における散乱波を受
信し、その送波パルス及びその受波までに必要と
する時間を測定する。更に送波ビーム１６の角度
又は位置をずらして同様にその送波ビーム上の各
点の散乱波を受信して以下同様のことを行い、図
に示すように物体１３を例えば碁盤の目のように
した各微小領域２２に分割し、その各微小領域２
２を反射点とする場合は超音波放射により受波器
で受信するまでの時間をそれぞれ測定する。

例えば送波器１５のxy座標上の位置と、放射
ビーム１６の角度とを、機構部３１を制御部３２
で制御して設定し、その制御部３２よりの送波器
１５の位置を示すデータx₁y₁θ₁を座標演算部３３
へ入力する。同様に受波器１８のxy座標上の位
置及び指向方向の角度とを、機構部３４を制御部
３５で制御し、受波器１８の位置を示すデータ
x₂y₂θ₂を制御部３５より座標演算部３３に入力す
る。座標演算部３３はこれら制御部３２，３５よ
りの送波器、受波器の各位置とその指向方向との
データから受信パルスが得られる物体１３の各小
領域２２が何れに属するかの座標位置を演算し、
その座標位置に対応したアドレスをアドレス発生
部３６より発生する。つまり座標演算部３３にお
いては指向ビーム１６と受波器の指向方向１７と
の交点２１の各座標位置が演算される。

送信部３７より送波器１５を励振してこれより
超音波パルスを放射し、受波器１８よりの出力を
受信部３８で受信増幅するが、送信部３７よりパ
ルスを送信してから受信部３８で受信パルスが得
られるまでの時間を時間測定部３９で測定する。
この測定時間Ｔはアドレス発生部３６のアドレス
により指定して記憶部４１に記憶される。

記憶部４１には物体１３をその小領域２２に分
解した時の各点に対応した送波器１５より受波器
１８に至る超音波の通路の平均時間が記憶され
る。各微小領域の長さ（正確には超音波経路方向
における長さ）をSiと、その領域における超音波
の音速をViとすると、その微小領域をそれぞれ
通過する時間はSi／Vi＝τiとなる。１／vi＝xiとす ると、送波器１５より交差点２１を通り受波器１
８に至る通路上の各微小領域の長さSiと、その各
点におけるxiとの積を加算した値Σxisiがその領
域点に対する測定した平均時間Tiとなる。従つ
て各微小領域２における時間xiを未知数とする一
次の連立方程式を解くことによつて各微小領域２
２における音速viを知ることができる。このよう
な演算を、記憶部４１から取り出して演算部４２
で行つて各微小領域２２における速度を求める。
物体１３の二次元における微小領域２２の速度乃
至各点における通過時間を表示部４３に表示す
る。このような演算部４２における演算や表示部
４３による表示、更には記憶部４１の記憶などは
この装置と離れた遠隔部で行うようにしてもよ
い。

以上述べたようにこの発明による超音波診断装
置によれば、反射法により、つまり超音波の進路
における各点での散乱した超音波を受波すること
によつて透過法ではなく反射法によつて生体の内
部における微小領域における形状ではなく、その
媒質の質的な状態を検出することが可能である。
透過法に基づく場合においては骨やガスによつて
測定できない部分をこの発明の装置により測定す
ることができ、また当然のことであるがＸ線によ
る被爆のような問題は生じない。このようにして
従来不可能であつた各種臓器の質的な状態を検知
することが可能である。

また第１図について示したように物体１３のあ
る断面における二次元の各微小領域を、送波ビー
ムと受波指向方向との交点を移動走査するが、こ
れは例えば送波器１５の移動又は必要に応じて回
動と受波器１８の移動又は必要に応じて回動とに
より行う。このようなことは例えば従来の超音波
診断装置における送受波器ビームの走査手段をそ
のまま利用することができ、そのようなものとし
ては例えば特開昭52−484号公報に示すような手
段を使うことができる。また受波器１８としては
一つのみならず複数個を同時に動作し、例えば第
１図において受波器１８′を設け、その指向方向
１７′と送波ビーム１６との交点１１′の散乱超音
波を電波し、つまり１回の超音波パルスの送波に
よつてその進行方向における複数の散乱点からの
超音波を受波するようにして交差点の二次元走査
を高速にすることができる。

先に述べたように受波器１８としては不用のも
のを受波しないように非常に鋭い指向性を得るた
め、ホーン状の遮蔽体１９を用いることが好まし
い。この第１図に示すように物体１８と結合媒質
１４とを用いて超音波を物体１３に入射させる場
合は結合媒質１４においては殆んど散乱が行われ
ず、また結合媒質の音速は一定で予め知られてい
るため、結合媒質１４と物体１３との境界面にお
いては反射が得られ、その境界面を知ることがで
き、これに応じてこの結合媒質１４における演算
は省略するようにして構成し、それだけ演算量を
少なくし、また記憶部４１の記憶容量を減らすこ
とができる。

更にデータの信頼性を高めるため、送波器と受
波器とを同一形態として超音波通路においてその
一方で超音波パルスの放射をして他方で受波を
し、次に他方で超音波パルスを送波し、一方でそ
れを受波をし、この両者に対して同一データが得
られた場合にそのデータを正しいものとして利用
するようにしてもよい。

尚、一般に超音波診断装置としては例えば搬送
波を3MHzのものを利用するが、その3MHzよりも
低い周波数成分も発生しており、従つて例えば
1MHzなどの低い成分の反射散乱波をの受信に利
用することによつて、なるべく減衰を受けない散
乱波を受波するようにすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による超音波診断装置の一例
をすむブロツク図、第２図は受波器の指向性を鋭
くする手段を示す断面図である。 １５：送波器、１３：被診断物体、１６：超音
波送波ビーム、１７：受波指向方向、１８：受波
器、２１：交点、２２：物体の微小領域、３１：
送波器の駆動機構部、３２：制御部、３３：座標
演算部、３４：受波器の駆動機構部、３５：制御
部、３６：アドレス信号発生部、３７：超音波パ
ルス送信部、３８：超音波パルス受信部、３９：
時間計測部、４１：記憶部、４２：演算部、４
３：表示部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ビーム状指向性を持つ送波器と、その送波器
   を励振して超音波パルスを放射させる超音波パル
   ス送信部と、上記送波器の指向方向と交差する鋭
   い指向性を持つ受波器と、その受波器の受波出力
   を受信増幅する超音波パルス受信部と、上記超音
   波パルスの送信から、上記送波器及び受波器の指
   向方向の交差点における超音波パルスの散乱波を
   上記超音波パルス受信部で受信するまでの時間を
   測定する時間測定部とを具備する超音波診断装
   置。