KR860000380B1 - 초음파 진단장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

초음파 진단장치

제1도는 본 발명의 제1의 실시예의 구성도.

제2도는 대역통과필터의 특성도.

제3도는 가변필터의 특성도.

제4도는 본 발명의 제2의 실시예를 설명하는 모식도.

제5도는 본 발명의 제3의 실시예의 구성도.

제6도는 본 발명의 제4의 실시예의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 초음파진동자 2 : 전치(前置)증폭기

3 : 대역통과필터 4 : 지연선

5 : 가산기 6 : 가변필터

7 : 신호처리부 8 : 표시부

본 발명은 다수개의 초음파진동자를 배열해서 사용하고, 이들의 초음파 진동자에서 방사되는 초음파 비임을 전기적으로 또는 기계적으로 주사해서 생체의 단층상을 얻는 초음파 진당장치에 관한 것이다.

초음파 진단장치의 단층상에 있어서 초음파 비임직경이 방위방향(초음파 전반(傳般)방향에 수직방향)의 분해능을 결정한다. 이 초음파의 비임직경은 개개의 초음파진동자의 크기 및 동시 또는 약간의 지연을 가지고 구동되는 일군의 초음파진동자의 수에 의하여 결정되는 총합(總合)의 초음파진동자의 구경과 개개의 초음파진동자에 가하는 지연량에 의하여 정해지는 촛점거리에 의존한다. 즉, 초음파비임의 전반방향의 넓은 범위에 걸쳐서 고분해능을 얻기 위해서는 초음파진동자에 관측하는 생체부위까지의 거리에 따라 적절히 초음파진동자의 구경 및 촛점을 바꾸는 것이 좋다. 초음파진동자의 구경을 바꾸는 방법으로는 구동하는 배열 초음파진동자의 수를 전기적 스위칭에 의해서 바꾸는 방법(특허공보, 특공소 54-18932호)이 또 촛점을 바꾸는 방법으로는 배열 초음파진동자가 개개에 주는 지연시간의 크기를 전기적 스위칭에 의하여 바꾸는 방법(이이누마(飯沼), 하시구찌(稿口), 제23회 일본 초음파의 학회 강연 논문집 P. 91, 48년 5월)이 있다. 이와 같이 초음파진동자의 구경이 크기에 따라 초음파비임의 폭은 크고, 또 근거리음장(비입이 평행으로 진행하는 지점)은 깊어진다. 그리고 촛점을 바꾸면 깊은 지점에서도 좁은 비음직경을 얻을 수 있다. 따라서 이러한 가변구경, 가변촛점을 사용한 초음파진단장치는 고분해능인 단층상을 얻을 수 있다.

그러나 이와 같이 전기적 스위칭에 의하여 구경 및 폿점을 바꾸는 방법은 회로가 복잡하고 스위칭시에 잡음의 발생을 수반하기 때문에 얻어지는 단층상에 잡음이 함유되어서 정확한 단층상을 얻을 수 없는 동시에 그 밖에 전기회로 및 소자의 오동작을 유발하는 결점이 있다.

본 발명의 목적은 구동하는 초음파진동자의 수를 전기적으로 스위칭하는 일없이 실효적으로 초음파진동자의 구경을 바꾸고 또 개개의 진동자에 부여하는, 지연시간을 전기적으로 스위칭하는 일없이 실효적으로 촛점을 바꿀 수 있는 고해상도의 가변구경, 가변촛점 초음파진단장치를 제공하는데에 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 초음파진동자로부터 방사되는 음파가 유한의 주파수 스펙트럼을 가지는 것에 착안하여 이루어진 것으로서 개개의 배열 초음파진동자와 이들의 구동회로 및 수신회로의 계를 이 계의 총합의 주파수 응답특성의 중심주파수 및 대역이 조금씩 다르게 구성하여 다시 이들 개개의 배열진동자로부터의 수신신호를 가산한 후에 중심주파수 및 대역이 가변의 대역통과형필터 또는 증폭기를 사용해서 원하는 스펙트럼 성분만을 추출하므로써 실효적으로 초음파진동자의 구경을 가변하는 것으로서, 또 개개의 배열진동자에 부여하는 지연시간을 초음파비입의 축상의 소정의 범위에 걸쳐서 분산적으로 초음파비임이 집속되도록 부여하므로써 실효적으로 초음파진동자의 촛점도 가변되도록 한 것이다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 제1의 실시예를 설명한다.

본 실시예는 개개의 배열진동자의 수신회로에 중심주파수 및 대역이 다른 대역통과형 필터를 사용해서 구동회로, 초음파진동자, 수신회로계의 주파수응답특성의 중심주파수 및 대역을 달리하도록 하는 것으로서 그 구성은 제1도의 구성도에 도시한다. 동도면의 도시와 같이 2N-1개(N는 자연수)의 초음파진동자(1)가 직선상(또는 곡선상)에 배열된다. 피검체로부터 반사 또는 투과한 초음파신호는 이 진동차(1)에서 수신되고 전기신호로 변환된다. 각 진동차(1)에서 전기신호로 변환된 수신신호는 전치증폭기(2), 대역통과형필터(3), 지연선(4)을 지나서 가산기(5)에서 가산된다. 가산기(5)에서 가산된 각 진동(5)의 수신신호는 가변필터(6), 신호처리부(7)를 지나서 표시부(8)에서 표시된다. 대역통과형필터(3)는 예를 들면 제2도의 필터구성도에 도시하는 바와 같이 2N-1개의 중심에 위치하는 진동자(1)로부터 떨어짐에 따라 특성곡선(9), (10), (11), ……(12)과 같이 저역차단주파수를 맞추어서 중심주파수 및 대역이 낮고 또한 좁아지도록 설정되어 있다.

또 가변필터(6)는 예를 들면 제3(a)도, 제3(b)도 필터특성도의 도시와 같이 대역통과형필터(3)의 가장 넓은 대역의 특성곡선(9)의 범위내에서 소정의 주파수 성분의 신호를 추출할 수 있도록 특성곡선(9) 보다도 좁은 대역의 특성곡선(13a), (14a), (15a), ……(16a) 또는 (13b), (14b), (15b), ……(16b)을 구비한다. 생체등에 송신되는 초음파는 짧은 펄스모양의 음파로서 여진되고 있기 때문에 유한의 스펙트럼폭을 가지고 있다.

이 초음파는 생체내를 통과 또는 반사해서 초음파진동자(1)에 의해서 수신된다. 진동자(1)는 이 수신된 초음파신호를 전기신호로 변환한다. 이 전기신호로 변환된 초음파 수신신호는 전치증폭기(2)에서 증폭되고, 대역통과필터(3)에 공급된다. 대역통과필터(3)는 유한의 스펙트럼성분을 가지는 수신신호의 주파수성분중 각각 설정한 특성의 성분만 지연선(4)에 공급한다. 즉, 2N-1개의 직선상에 배열된 진동자 1군중 중심부근의 진동자(1)가 수신한 수신신호는 거의 전 스펙트럼을 통과하여 중심부근에서 멀어지는 데에 따라 낮고, 또 좁은 주파수성분만을 통과한다. 지연선(4)은 각 수신신호에 지연시간을 설정하고, 초음파 비임의 집속 또는 각도주사를 실시한다. 지연선(4)을 통과한 수신신호는 가산기(5)에서 가산되고 가변필터(6)에 공급된다. 가변필터(6)는 각 대역통과필터(3)을 통과한 수신신호중 소정의 주파수 성분만을 추출하고 신호처리부(7)에 공급한다. 이때 예를들면 가변필터의 주파수대역을 일정하게 하여 중심주파수를 고→저로 차례로 쉬프트하면 각 진동자(1)의 구경이 실효적인 소→대가 된다.

즉, 제3도에서 도시하는 바와 같이 가변필터(6)의 특성을 곡선(13a)과 같이 선택하면 대역통과필터(3)의 특성곡선(9), (10)의 주파수 성분만이 추출된다.

이와 같이 가변필터(6)의 특성을 변화시키므로써 실제상 전진동자(1)로 수신하고 있으면서도 특정의 진동자(1)가 수신한 신호만을 추출할 수 있다. 즉, 대역통과필터(3)를 상기와 같이 설정해 놓으면 가변필터(6)의 특성을 변화하는 것으로 실효적으로 구경을 바꿀 수 있다. 이 가변필터(6)를 통과한 특정의 진동자(1)의 수신신호가 신호처리부(7)에서 휘도변조를 받아 표시부(8)에서 표시된다.

이와 같이 표시된 화상은 넓은 범위에 걸쳐서 초음파 비임이 공간적으로 국재(局在)하고 있으므로 초음파비임방향의 전역에 걸쳐서 고분해능이 실현가능하다. 이 실시예에서는 대역통과필터(3)를 전치증폭기(2)의 바로 뒤에 배치하고 있으나 필터(3)의 위치는 개개의 배열진동자(1)와 가산기(5)의 사이에 위치하게만되면 어디에 배치해도 무방하다. 또 필터(3) 및 필터(6)의 대신에 대역통과형 증폭기를 사용해서 개개의 초음파진동자의 감도의 차이를 보정하는 기능 및 초음파의 전반감쇠를 보정하는 기능을 아울러 갖도록 할 수도 있다. 또 진동자(1)를 진선상이 아니고 곡면상에 배열해도 된다.

다음 제2의 실시예에 대하여 설명한다.

본 실시예는 구경을 바꾸는 동시에 촛점도 가변하는 것으로, 제1의 실시예의 지연선(4)의 지연량을 예를 들면 진동자(1)의 중심부근에서 멀어지는데 따라 짧게 하고, 제4도의 모식도에서 도시하는 것과 같이 초음파비임의 축상의 유한범위 F₁, F₂……F_N와 같이 분산적으로 촛점이 모이도록 한 것이다.

이와 같이 지연선(4)의 지연량을 설정하면 예를 들면 가변필터(6)의 특성을 제3도의 (13)과 같이 변화시켰을 경우에 배열진동자(1)의 중심부만이 효과적으로 수신신호에 기여하는 동시에 촛점이 제4도의 F₁이 되어 가변필터(6)의 필터특성을 차례로 제3도의 (14), (15), (16)으로 바꾸면 촛점이 F₁과 F₂의 합성 촛점 F₁, F_2,F₃의 합성촛점으로 차례로 변환한다. 즉 가변구경과 동시에 가변촛점이 실현된다.

이와 같이 형성된 화상은 가변구경과 동시에 가변촛점이 실현되기 때문에 그 한쪽만을 실시했을 때보다도 더욱 고해상도의 화상이 된다. 이 방식을 상기의 전기적으로 구경 및 촛점을 스위칭하는 방식과 비교하면 본 발명은 스위치회로를 포함하지 않기 때문에 스위칭의 잡음의 문제가 발생하지 않고, 또 전기적으로 스위칭하는 방법으로는 비연속적으로 구경 및 촛점이 변하기 때문에 청상의 불연속성이 발생되나 본 발명에서는 연속적으로 구경 및 촛점이 변화하기 때문에 화상의 불연속성이 발생하지 않는 특성이 있다.

또 제1의 실시예에서는 개개의 배열진동자의 수신회로에 중심주파수 및 대역이 다른 대역통과형 필터를 사용해서 구동회로 초음파진동자, 수신회로계의 주파수 응답특성의 중심주파수 및 대역을 변화시켰으나, 이밖에 제3의 실시예로서는 초음파 진동자와의 공진회로를 형성해도 같은 동작을 한다. 즉, 이 실시예는 제5도의 구성도에서 도시하는 것과 같이 구동회로(19) 및 수신회로(20)에 각각 값이 다른 인덕턴스(17)및 저항(18)을 병렬로 배치하고 진동자(1)와의 공진회로를 형성한 것이다. 공진인덕턴스의 값을 작게하면 중심주파수는 높아지고, 또 병렬저항의 값을 크게하면 대역은 넓어지므로 인덕턴스와 저항의 값을 적절히 조정하므로써 제2도의 도시와 같은 주파수 응답특성을 얻을 수 있다. 여기에서는 병렬로 인덕턴스 및 저항을 배치한 예를 설명했으나 인덕턴스 및 저항을 직렬로 배치해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또, 본 실시예에서는 공진회로를 구동회로와 수신회로의 양쪽에 배치하고 있으나 어느 한쪽에만 공진회로를 배치하는 구성으로도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

다음 제3의 실시예에 대하여 설명한다,

초음파진동자의 주파수 응답특성은 그 두께에 의존되고, 중심주파수는 두께에 반비례해서 변화하기 때문에 배열진동자의 개개의 두께를 변경하므로써도 구동회로, 초음파진동자, 수신회로계의 주파수응답특성을 달리할 수가 있다. 제6도는 그 실시예를 도시하는 것으로 동도면(a)는 개개의 링의 두께가 다른 링모양 배열진동자의 정밀도, 동도면(b)는 (a)의 A-A의 단면도, 동도면(c)은 개개의 소자의 두께가 다른 어레이(array)형 배열진동자의 정면도, (d)는 (c)의 C-C의 단면도를 도시한다. 이와 같이 하면 진동자의 개개의 소자의 두께가 엷은 중심부근에서는 높은 주파수를 또 중심에서 떨어지는 데에 따라 낮은 주파수를 송·수신할 수가 있다. 따라서 제1의 실시예의 가변필터(6)의 특성을 제3(b)도와 같이 13b, 14b, 15b……16b로 저역측차단주파수를 고→저로 쉬프트하므로써 구경을 소→대로 가변할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 스위칭회로를 사용하지 않아도 가변구경, 가변촛점이 실시되기 때문에 잡음등이 포함되지 않는 정확한 단층상을 얻을 수 있는 초음파진단장치를 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 복수개의 초음파진동자를 배열해서 사용하는 초음파진단장치에 있어서 개개의 초음파진동자와 그 구동회로 및 수신회로로 결정되는 주파수응답특성이 배열초음과 진동자 사이에서 조금씩 달라지도록 구성하고, 다시 중심주파수 및 대역이 가변하는 필터 또는 대역통과형 증폭기를 배치하여 실효적으로 초음파 진동자의 구경을 가변으로 하는 구성의 초음파 진단장치.
2. 제1항에 있어서, 개개의 배열진동자의 송신회로 및 수신회로에 초음파비임의 축위의 어떤 범위에 걸쳐서 분산적으로 초음파 비임이 접속하도록 지연시간을 설정한 지연회로를 삽입하므로써 실효적으로 가변 구경과 가변촛점이 동시에 실시되는 구성으로 된 초음파 진단장치.

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