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    公开号:WO1981000198A1
    申请号:PCT/JP1980/000164
    申请日:1980-07-21
    公开日:1981-02-05
    发明作者:J Miyazaki；H Miwa；T Shimura
    申请人:Fujitsu Ltd；J Miyazaki；H Miwa；T Shimura；
    IPC主号:G01S15-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 発明の名称
    [0003] 超音波断層撮像装置
    [0004] 技術分野
    [0005] 本発明は、 物体に超音波を発信 し 物体か ら の反 射波， 透過波， 屈折波， 又は散乱波を受け 受信 し た音響波 よ ]) 物体内部の断層の状態を画像 と して再 現 し う る超音波断層撮像装置に関 し， 特に対雑音比 が大き 内部音響像を得る こ とがで き る よ う に改良 された超音波断層撮像装置に関する 。
    [0006] 背景技術 · '
    [0007] 超音波断層撮像装置は， 内部状態を観察すべき 物 体に超音波を発信 し， 物体内部の音響像 と して物体 内部か ら の反射波， 透過波又は散乱波を受信 し， こ の受信波を基に物体内部の状態を再現 し う る も ので あ る 。
    [0008] 内部状態を観察する装置 と して ， X線撮像装置が 広 く 用い られて るが， 超音波撮像装置は これに比 し， 特に物体が人体であ る場合に人体に無侵襲性で あ ]9 ， 危険が少 ¾ く ， 更に， 人体の軟組織も 診断 し う る と う 利点を有 して いる 。
    [0009] こ の種の超音波断層撮像装置 と して ， 超音波レ ン ズ を利用 した 力 メ ラ 方式が提案されて い る 。 こ の技術 は， Un i t ed S t a t es Pa t en t NO .3， 937, 066
    [0010] "Ul t ras on i c Came r a Sys t em and Met hod，'に開
    [0011] OMPI 。 示されて る 。
    [0012] こ の カ メ ラ 方式は， 診断面 ^ リ ア ル タ イ ム に選らべ る と ， 像の動き が見える等の利点があ ]) ， 他の超 音波撮像方式 （ パ ル ス エ コ ー方式 ） に比 し， 優れて ^る 。
    [0013] こ の従来の カ メ ラ 方式の超音波撮像装置は， 第 1 図 に示す如 く ， 観察物体である検体 3 の両側に， 超音 波発信手段であ る発信器 1 と， 超音波受信手段であ る受信器 2 と を設けて構成されている 。
    [0014] 発信器 1 には， 容器 1 1 内に水晶， P Z T等の電 気一音響変換素子か ら る超音波源 1 2 を含み， 容 器 1 1 の検体と の接触面 1 3 は検体 3 の音響イ ン ピ .— ダ ン ス と 略等 し 音響ィ ン ピ 一 ダ ン スを持つ可徺 性の有機フ ィ ル ム よ 構成される 。
    [0015] 受信器 2 は， 超音波光学系である超音波レ ン ズ 22 と音響変換器 2 3 と を容器 2 1 内に収容 し， 容器 2 1 の接触面 2 4 は前述の接触面 1 3 と 同様の有機フ ィ ル ム に よ 構成される 。
    [0016] 容器 1 1 及び 2 1 内には， 人体等の検体 3 の音響 ィ ン ピ 一 ダ ン ス と 略等 し 音響ィ ン ピ 一 ダ ン スを も っ媒貧 （ 例えば水 ） が満たされて る 。
    [0017] こ の よ う に構成された発信器 1 と 受信器 2 を第 1 図に示す よ う に検体に接触させ， 超音波源 1 2 か ら 検体 3 に超音波を発信する 。
    [0018] 超音波に よ る検体 3 の音響像は超音波 レ ン ズ 2 2 ノ ？、： EA ( OMPI に よ ]) 音響変換器 2 3 上に結像される'。
    [0019] 超音波 レ ン ズ 2 2 は， 周知の如 く 超音波を集束さ せる機能を も ち， 超音波レ ン ズ 2 2 の焦点距離と ， 超音波 レ ン ズ 2 2 と 音響変換器 2 3 の間の距離 と で 決ま る検体 3 の位置の断面 Xにおける音響像を音響 変換器 2 3 上に結像せ しめ る 。
    [0020] 音響変換器 ： 2 3 と しては， ア ル ミ ニ ウ ム 懸濁液や 液晶を用 る音響一可視像変換器や， 圧電変換原理 に よ る音響一電気変換器が使用 し う る 。
    [0021] かかる方式の超音波撮像装置にお いては、 幾何学 的法則では断面 Xか ら の超音波像は音響変換器 2 3 面に正 し く 結像される こ と にる る 。 しか し ¾が ら実 際は， 断面 Xの超音波像が音響変換器 2 3 面に到達 する ま でに反射 · 屈折又は散乱され， ぼけた像と し て互いに重畳された J9 及び断面 X .以外の他の断面の 像がぼけた像 と して重畳される空間的雑音 と ， 発信 器 1 2 か ら音響変換器 2 3 ま での間に多 く の反射， 屈折， 散乱を く J9 返 し時間的に遅れて断面 Xの像に 重畳される時間'的雑音 とが主 雑音の原因 と ¾ ) 像 を悪 く する 。
    [0022] 第 2 図はかかる空間的雑音が重畳される原理を説 明するための図であ る 。 断面： 上の点 S か ら 反射， 透過， 屈折又は散乱 （ 以下単に反射 と 記す ） された 超音波は， 音響変換器 2 3 の面 Y上の点 S ' に結像 する 伝幡過程で反射されたぼけた空間的強度分布を
    [0023] 〇ΜΡΙ· も っ た像 S A を形成する 。
    [0024] 同様に断面： Xの点 S 3 か ら 反射された超音波も ぼ けた空間的強度分布を も つ た像 S D を形成する 。
    [0025] ま た寧音波レ ン ズ 2 2 に対して断面： X よ ] 近 く にあ る点 S i か ら反射された超音波は面 Y よ ]) 遠 く の点 S 'i に集束されるが， 面 Yに於ては完全に集束され る以前の空閬分布を も つ た像 S B を形成する 。
    [0026] —方， 超音波レ ン ズ 2 2 に対 して断面 X よ ] 遠 く にあ る点 S 2 で反射された超音波は面 Y よ ） 手前の 点 S' 2 に集束される ため， 面 Yに於ては， 発散した 空間的強度分布を も つ た像 S C を形成する 。
    [0027] この結果， 面 Yでは互 の強度分布の広が ] が互 の他の像の空間的雑音 と して重畳され， 像を不鮮明 に して しま う と う こ と が， この方式の超音波診断 装置にお て解決すべき 課題の 1 つ と つ ている 。
    [0028] 第 3 図はかかる時間的雑音が重畳される原理を説 明する ための図であ る 。 断面 X上の点 S〃 か ら反射 された超音波はあ る時間 A T 内に面 Y の点 s〃 に到 達する 。 一方， 検体 X内の他の点 よ ！） 反射され た超音波が反射面 に よ つ て多重反射され S " を経由 し， 時間的に遅れて よ ]9 後に面 Yの同一 の点 S〃 に到達する 。 これらの像は第 3 図（Β)の如 く 重畳され時間的強度分布 S Α形成し， か ら の超 音波は時間的雑音 と な 像を不鮮明に して しま う こ とが こ の方式の超音波診新装置にお て解決すべき
    [0029] REA
    [0030] OM I IP。 課題の他の 1 と な っ て る 。
    [0031] 発明の開示
    [0032] 本発明の 目 的は， 前記カ メ ラ 方式の超音波断層撮 にお て， 前述の空間的雑音あ る いは Z及び 時間的雑音を除去 し， 対雑音比を改善する こ と にあ る 0
    [0033] 本発明の他の 目 的は， 前記カ メ ラ 方式の超音波断 層撮像装置において， 最小限の構成の付力 Πに よ ]3 对 雑音比を改善する こ と に あ る 0
    [0034] 更に， 本発明の他の 目 的は ， 前期 力 メ ラ 方式の超音 波断層撮像装置にお て ， 対雑音比を改善 しつつ且 つ所望断層の近傍の断層面の撮像を容易に行い う る よ う 改善する こ と にあ る 。
    [0035] このため， 本発明超音波断層撮像装置では， 物体内 の音響像を超音波レ ン ズ に よ ]) 超音波受信手段に結 像せ しめ， 該物体内の所望の断層における像を撮像 する超音波断層撮像装置にお て ， 該物体の所望の 断層を走査する様に超音波を発信する手段 と ， 前記 超音波発信手段の走査に応じて前記超音波受信手段 が lu 記走査に対応する音響像の受信を 行い う る よ う
    [0036] ¾ ゲ一 ト 手段と を備え る こ と ¾特徵 と する o
    [0037] 更に， 本発明の実施態様にお い て は ， 前記超音波発 信手段は前記所望の断層に沿 っ た方向か ら 前記超音 波を発信する こ と を特徴 と る 。
    [0038] 又， 本発明の他の実施態様に お ては， '前記 音波 発信手段は前記超音波受信手段と兼用される こ と を 特徵 と する 。
    [0039] 即ち， 本発明 'を概略すれば， 従来断層面全体に超 音波を照射する も の に対 し， 断層面を局所的に照射 る 。
    [0040] こ の局所照射は， ま ず全体を診断 し， その 中か ら 局所的に深 く 観察すべき 所のみを局所照射 し， 他か ら の空間的ノ イ ズを輊減 し， 画像を鮮明にするため に用 られる 。 た と えば腎臓結石の診断の場合には， ま ず全体像を と ら えて ， 次いで結石の局所部分にの み着 目 し， · 照射する こ と に よ J9 ， ろ つ 骨や横隔膜な どの他の部位か ら の空間的ノ イ ズを制限 し， 微少る 結石を も 判読-しゃす く ¾ る 。
    [0041] 更に こ の局所照射は診断面を部分的に照射合成 し 雑音の少 ¾ 全体の画像を 合成するために有効であ る 。 こ のため には， 断層面を超音波でス ポ ク ト 状に 走査 した ] ， 扁平状の超音波 ビ ー ム で走査する と と が採られ う る 。
    [0042] 更に， 本発明は 結像面にお て ， 断層面の局部 的照射部位の超音波像のみを受信 し う る よ う に超音 波受信手段が構成される 。 こ のため に， 超音波受信 手段 と しては， 2 次元の平面状の超音波受信手段に 対 し， 局部的照射部位に対応する結像画の位置のみ が超音砭像を受信又は起音波像の電気信号を 出力 し う る よ う な M次照射 と同期する機械的又は電気的空
    [0043] ΟΜΡΙ
    [0044] WIPO 間 ゲ一 ト 手段が用 られる 。 同様に一次元の超音波 受信手段に対 しては， 順次照射 と 同期する機械的空 間 ゲ一 ト 手段が用 られる 。
    [0045] 更に本発明は， 超音波受信手段に時間 ゲー ト 手段 を含み， 時間ゲー ト 手段が超音波照射手段か ら超音 波受信手段ま で の超音波の到達時間に同期 して動作 する こ と に よ ] 空間的雑音を除去する 。
    [0046] 図面の簡単な説明
    [0047] 第 1 図は本発明の基 と 従来の 力 メ ラ 方式の超 音波断層撮像装置構成図， 第 2 図は第 1 図従来の超 音波断層撮像装置における空間的雑音の説明図， 第
    [0048] 3 図は第 1 図従来の超音波断層撮像装置における時 間的雑音の説明図， 第 4 図及び第 5 図は本発明の原 理説明図， 第 6 図は本発明の実施例説明図， 第 7 図 は第 6 図実施例の時間的雑音説明図， 第 8 図は第 6 図実施例の時間ゲ ー ト 技術説明図， 第 9 図及び第 1 0 図は第 8 図時間 ゲー ト 技術のゲー ト 時間説明図， 第
    [0049] 1 ' 1 図及び第 1 2 図は第 4 図及び第 6 図 に用 られ る電子集束技術説明図， 第 1 3 図は第 4 図構成.に用 られる ゲ イ ン調整技術の一実施例説明図， 第 1 4 図は第 4 図 *成に用 られる ゲ イ ン調蹩技術の他の 実施例説明図， 第 1 5 図は本発明の一実施例プ ロ ツ ク 図， 第 1 6 図は本発明の他の実施例説明図， 第 1 7 図は第 1 6 図実施例に用 られる選択受信技術の一 実施例説明図， 第 1 8 図は第 1 6 図実施例に用い ら れる選択受信技術の第 2 の実施例説明図， 第 1 9 図 は第 1 6 図実施例に用 られる選択受信技術の第 3 の実施例説明図， 第 2 0 図及び第 2 1 図は本発明で 用い られる断層面可変技術の 1 実施例説明図， 第 2 2 図は第 2 0 図実施例における ブ ロ ッ ク 図， 第 2 3 図 は本発明で用 られる断層面可変技術の他の実施例 説明図で あ る 。 '
    [0050] 発明を実施するための最良の形態
    [0051] 第 4 図及び第 5 図は本発明の原理説明図を示す。 図 中， 1 1 0 は発振器であ ]) ， 少 ¾ く と も 3 列の 圧電変換素子マ ト リ ク ク ス で構成され， 中央列の圧 . 電変換素子群 と両側 2 列の圧電変換素子群 と の間に 駆動信号に位相差を与える こ と に よ ]) ， 例えば直線 部 i 上に集束させる こ とがで き る 。 この位相差を変 える こ と に よ ]) 集束直線部が， 断層面 Xに沿 進行 する 。 例えば直線部 j に移動する こ と にる る'。 即ち， 電気的集束手法が行る われる。 こ の電気.的集束手法 を圧電変換素子マ ト リ ゥ ク ス の列方向に も 採用すれ ば， ス ボ ッ ト 状の走査が可能 と る る 。
    [0052] これ ら の直線部 i 及び 〗 上に音響ィ ン ピ 一 ダ ン ス の異な る部位が存在する と ， 集束超音波は反射又は 散乱され， 断面 Xに垂直る方向にその超音波像が伝 幡する 。 伝幡する超音波像は超音波レ ン ズ 2 2 に よ 集束され， 結像面 Yの変換器 2 3 上に結像される。 こ の変換器 2 3 は， 例えば m X π 個の マ ト リ ッ ク
    [0053] ΟΜΡΙ ス配列された圧電変換素子群で構成され， 断面 X 内 の直線部 i 及び 〗 の音像は変換器 2 3 上の i 行 目 及 び j 行 目 の圧電変換素子群上に各 々 結像される 。
    [0054] 従 っ て， 直線部 i を照射 した際， その音像が変換 器 2 3 上に到来する時刻に i 行 目 の圧電変換素子群 の 出力を取 ]3 出 し， 直線部 j を照射 した際， j 行 目 の圧電変換素子群の 出力を同様に取 ]9 出す電気的空 間ゲー ト 手法を行えば， 照射部位に対応する像のみ をえる こ とがで き る 。
    [0055] その他に ， 直線部 i の照射の際， i 行 目 の位置の みに像が受信される よ う ¾ス リ ッ ト を も つマ ス ク板 を用 ， 断層面の順次照射に応じ ， マ ス ク 板を移動 させる機械的空間ゲ一 ト 手法を用いる こ と が出来る。
    [0056] 同様に， 変換器 2 3 がー次元の超音波受信手段で あれば， 超音波受信手段自 体を ， 断層面の順次照射 に応じ移動させる機械的空間ゲ一 ト 手段を 用 る こ - と も 可能であ る 。 又， Un i ted State Pa tent NO.3, 913, 061 に見 られる よ う 周知の音響プ リ ズ ム等の 音響光学系の回転移動に よ ] 機械的に結像面を移動 させる機械的空間ゲ一 ト 手段を 用 る こ と も 可能で あ 。
    [0057] こ の よ う に， 超音波を診断部位のみに局所的に照 射する と ， 照射部位以外の面か ら の反射， 散乱， 屈 折が著 し く 低滅され， 雑音の少 い明瞭な音響像を 得る こ と がで き る 。
    [0058] OMPI 第 6 図は本発明の実施例概略図を示 し， 第 4 図 と の相違は， 第 4 図が断層面 X と平行る方向か ら超音 波を照射 した例で あ るが， 第 fi 図は断層面： X と 直角 方向か ら超音波を照射する実施例であ る点である。 前述の電気的時間ゲー ト 手法を用 る と ， 一層雑 音が除去で き る 。
    [0059] 第 7 図は第 6 図の実施例における時間的雑音の説 明図であ る 。
    [0060] 即ち， 検体 3 の局所照射部 3 b の発振器 1 1 0 側 に反射体 3 a , 3 c が存在 した場合， 反射体 3 。 に よ る反射波が反射体 3 a で更に反射され， 照射部 3 b で発振器 1 1 0 の集束超音波と重畳されて ， 音響 レ ン ズ 2 2 へ伝幡する 。 これはいわゆ る 多重反射 と 呼ばれる も の の一種であ ] 9 , 時間的雑音の原因と ¾ 第 8 図は電気的ゲ一 ト 手法に よ る発信及び受信波 説明図を示 し， （A)は発信器 1 1 0 に よ る発振波形， (B)は変換器 2 3 に よ る電気的 ゲ一 ト される前の受信 波形， （C)はゲー ト 信号波形， る ら びに は ゲー ト さ れた受信波形であ る 。
    [0061] 第 8 図（B)に示す様に局所照射部 3 b へ到来する 多 重反射波は反射 して い） m射波に対して時間的に 遅れて到来する 。 即ち， 照射波に よ る音響出力 b 1 に対 し， 多重反射波に よ る音像出力 b 2 は時閒的に 遅れて受信される 。 従 っ て ， 音像出力 b 2 を カ ツ ト する よ う な ゲー ト 信号 （ 第 8 図（0 ) を与え， 出力 b l のみを取 ]9 出す よ う にすればよ い。
    [0062] 発振後か ら ゲー ト をかけるま で の時間 T 1 は超音 波の伝幡距離を超音波の伝幡速度で割る こ と に，よ ]9 得られる 。
    [0063] 第 9 図は こ の時間 Ti の求め方を説明するための 図であ る 。
    [0064] . 発振器 1 1 0 か ら 送出された超音波は， 診断すベ き 断面に沿 っ て < χ >方向へ と伝幡 し， 点 X の部分 で反射され， 音響 レ ン ズ 2 2 を経て， 変換器の あ る 位置 < x'〉軸上の点 X'へ と達する も の と する 。
    [0065] 記号 a , b ， L , お よ び I /を各指示区間の距離 と し， 超音波の伝幡速度を C と する と ， は次式で 求め られる 。
    [0066] T 1 = ( L + L'+x + ( 1 + b/a ) a2+x2 ) /C
    [0067] 尙， 第 9 図において ， χΉ お よ び x'L はそれぞれ マ ト リ ゥ ク ス配列の上限お よ び下限の圧電変換素子 の位置を表わ し， x H お よ び x L はそれぞれ χ'Ή x'Lの素子で受信される < χ 〉軸上の反射地点を表 わす も の とする 。
    [0068] こ の実施例 と して ， 第 4 図の照射方法を用 て るが， 第 6 図の照射方法で も 同様で あ る 。
    [0069] 第 1 0 図は Ti と X の関係を示すグ ラ フ であ ] , こ の場合の各パ ラ メ 一 タ は ， a = b 二 5 0 〔 CTI 〕 ， C = 1. 5 X 1 05 C cm / sec ] , L = 1 0 〔 cm 〕 ， お よ び L = 2 0 〔 cm 〕 である 。 こ の図の よ う に集束点 の位置 X に よ っ て ， 超音波発振后から ゲー ト を開 く ま での時間 T 1 が一義的に定ま る 。 又ゲー ト 時間 巾 T 2 は超音波の H F 波の波数と 音響光学系の光路差 に よ ] 一義的に定ま る 。
    [0070] 超音波を電気的に集束する電気的集束手法につ て更に詳細に説明する 。
    [0071] 第 1 1 図は発振器 1 1 0 の詳細構成図， 第 1 2 図 はその駆動波形図を示す。
    [0072] 水晶， セ ラ ミ ッ ク等の圧電体基板 1 1 1 の一方の 面には共通電極 1 1 2 が被着形成され， 他方の側は 5 X 3 の振動子に切断分離さ'れ， 各 々 個別電極 1 1 3 を有 して る 。 各個別電極に接着される配線板 1 1 4 の接着面には取出 し用電極 1 1 6 が， 各個別電極 と 対応する位置に形成されて お ]9 ， 配線板 1 1 4 の他 の面には， Vi し V5 , M i ¾ し M s な ら び に L i な し L 5 の配線が印刷形成されて お ]) ， 各 配線 と 各取出 し電極 と はス ル ー ホ一ル 1 1 5 を介 し て接続されて る 。
    [0073] 今， 配線 Vi ¾ し Vs お よ び L i い し L 5 に は同位相の励振信号を， また配線 M i ¾ い し M 5 に はそれ よ 遅れた位相の励振信号をそれぞれ印加す る.と ， 外側の 2 歹 lj ( V 1 ¾い し V 5 お よ び L 1 ¾ い し L 5 ) か ら 中央へ向 っ て集束される よ う に超音波 が共通電極 1 1 2 側へ-と送出 される 。 こ の と き 超音 波が 1 線で集束される L の位置は， 配線 M i し M 5 に与える位相の遅れの量に よ っ て決定される 。 したが つ て この位相量を可変 と し調整する こ と に よ ) ， 断面 X内の所望の位置に集束線 L を移動する こ とがで き る 。 ま た， 断面 X上の所望の範囲にわた つ て直線 L を移動させ， 或る等間隔の位置における直 線 L上か ら の反射波をサンプ リ ン グして各々 ， 表示 器の 1 ラ ス タ走査分 と して順次記憶させてお き ， し かる の ち に表示器の ラ ス タ走査と 同期 して 記憶内容 を読み出 し表示すれば， 断面 X上の所望の範囲にわ た っ て雑音の少 表示を行る う こ と がで き る 。
    [0074] 尙， こ の場合， 超音波の減衰に よ っ て ， 超音波源 か ら遠い所程受信波が微弱 と ¾る故， 超音波源か ら 直鎳 L ま での距離に応じて ， 受信感度を 自 動的に変 える必要があ る 。
    [0075] 第 1 3 図は本発明の実施例における受信感度切換 えの説明図である 。 図 中 2 3 a 乃至 2 3 d はマ ト リ -ク ク ス受信ア レーの 1 例の受信素子を示 し， 説明の 簡単のため 4 行分示 して あ る 。 2 6 a 乃至 2 6 d は 増巾器を示 し， 各々 受信素子 2 3 a 乃至 2 3 d と对 応 して いる 。 今， 発振子 1 1 0 か ら検体 3 の焦点面 Xの A に集束 した と する と その音響傢は昔響 レ ン ズ 2 2 に よ 受信素子 2 3 d に結像される 。 前述の如 く 集束点 A , B で超音波の強度が異な る ため， 受信
    [0076] O PI 優 側で これを補儻する 。 即ち， 増巾器 2 ' 6 a の ゲ イ ン は集束点 A と発振子 1 1 0 と の距離 L 2 に応じ設定 される 。 増巾器 2 6 b , 2 6 c の ゲ イ ン も 同様に対 応する集束点の発振子 1 1 0 か ら の距離に応じ設定 される 。 こ の実施例では， 増巾器 2 6 d の ゲ イ ン が 最大で増巾器 2 6 a の ゲイ ンが最小であ る 。 マ ト リ ツ ク ス ア レーの各行の増巾器の ゲイ ンは こ の よ う に し 乙 し る 0
    [0077] お ロ グア ン プ等の非線形回路を使 ， 強度差を 圧縮すればゲイ ン設定は不要であ る 。
    [0078] 受信波の強度が超音波源か ら直線 L ま での距離に でき る だけ依存 し ¾ よ う にする には， 断面； Xの周 辺の対向する 2 個所に超音波源を設ければ良い。 第 1 4 図は対向する 1 対の超音波源を用 た場合の例 を説明する ための図であ る 。 第 1 図 と 同様な 1 対の 発振器 1 1 0 お よ び 1 1 が断面 Xの周辺に対向 し て設け られて る 。
    [0079] 1 対の発振器 1 1 0 お よ び 1 1 0 'の各振動子列に励 振信号を 印加する タ イ ミ ン グは第 1 2 図 における各 時間、 t ， t 1 1 , t 2 お よ び 1 21 の大 J、関係に よ つ て ， 第 1 4 図（A) ¾ い し（C)の よ う に集束線 L の位置 が移動する 。 ま た， 1 対の超音波源は上下対向する 位置にあ る故， 各超音波の強度の和は上下対称と ¾ ) , 減衰に よ る強度差を大幅に緩和する こ と がで き
    [0080] Ό o
    [0081] OMPI WIPO 第 1 5 図は本発明を適用 した一実施例ブ π ク 図 ¾示す。
    [0082] 図 中、 1 2 0 は電子集束回路であ ， 発振器 11 0 の各圧電変換素子 1 1 0 a 〜 l 1 Ό n を第 1 1 図及 び第 1 2 図の原理に基いて発振 ,駆動 し， 電子集束走 査を行わ しめる 。 1 3 0 は走査位置了 ド レ ス カ ウ ン タ ， 1 4 0 は ゲー ト 信号発生回路である 。 1 5 0 は 電子ゲ ー ト 回路であ ]9 , 圧電変換素子ア レーの各行 各列の個 々 の圧電変換素子の 出力を受け， ア ド レ ズ 信号と ゲー ト 信号発生回路 1 4 0 の 出力で所定の行 の圧電変換素子の 出力をサ ン ブ ルする 。 1 6 0 は基 準ク π ッ ク発振器， 1 6 1 は水平同期信号癸生のた めの 2 5 6 ビ ク ト 計数カ ウ ン タ ， 1 6 2 は水平同期 信号の ア ド レ ス カ ウ ン タ ， 1 6 3 ， 1 6 4 はデジ タ ル ー ア ナ ロ グ変換器， 1 6 5 ， 1 6 6 は増巾器を示 す。
    [0083] 電子集束回路 1 2 0 は， R F 波発振回路 1 2 1 と 各行の圧電変換素子群 1 1 0 a 〜 l 1 0 n を個 々 に 駆動する 駆動回路 1 2 2 a 〜 l 2 2 n か ら成る 。 、
    [0084] R F 波発生回路 1 2 1 は 1 水平周期信号カ ウ ン タ 1 6 1 の 出力が入力される と ， 複数個の sin波で構成 される バ ー ス ト 波を発生させる 。 通常 こ の 波数は 2 〜 3 波程度が用い られる 。
    [0085] R F 波発生回路 1 2 1 の 出力は各駆動回路 1 2 2 a 〜 l 2 2 n へ入力 される 。 各驟動回路 1 2 2 a 〜 l 2 2 n は， 遅延回路
    [0086] 1 2 3 a 〜 1 2 3 n ， ア ド レ ス メ モ リ 1 2 4 a 〜
    [0087] 1 2 4 η , マ ル チ プ レ ク サ回路 1 2 5 a 〜 ； 1 2 5 η 及び増巾器 1 2 6 a 〜 1 2 6 η を有する 。
    [0088] ア ド レ ス メ モ リ 1 2 4 a 〜 π はア ド レ ス カ ウ ン タ
    [0089] 1 3 0 の 出力であ る カ ウ ン ト 値で制御され， ァ ド レ ス カ ウ ン タ 1 3 0 は水平同期信号を計数する 。
    [0090] 例えば， 表示画面の走査線数を 2 5 6 本 とする と, ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 3 0 は 2 5 6 ビ ッ ト の計数カ ウ ン タ で あ る 。 即ち ， ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 3 0 は 0 か ら 2 5 5 ま.で の ア ド レ スを発生 し， この ア ド.レ ス が 了 ド レ ス メ モ リ 1 2 4 a 〜 η の リ ー ド オ ン リ ー メ モ リ の ァ ド レ ス情報 と る る 。
    [0091] ア ド レ ス メ モ リ 1 2 4 a 〜 ！！ は， 各ア ド レ ス に マ ル チ ブ レク サ回路 1 2 5 a 〜 π の選択信号が記憶さ れて いる 。
    [0092] ' —方， R F波発生回路 1 2 1 のバ ー ス ト 波出力は 遅延回路 1 2 3 a 〜 ！] に入力される 。 遅延回路
    [0093] 1 2 3 a ~ n は ¾延時間の異 る 2 5 6 種の遅延出 力を並列にマ ル チ プ レ ク サ回路 1 2 5 a 〜 n に入力
    [0094] "J 0 o
    [0095] マ ル チ プ レ ク サ回路 1 5 a 〜 ； π は前述のァ ド レ ス メ モ リ .1 2 4 a — n の 出力を受け， こ の遅延出力 の内指定された遅延出力を 出力する 。
    [0096] こ の遅延出力は増巾器 1 2 6 a 〜 ！！ で増巾され，
    [0097] OMP 各圧電変換素子 1 1 0 a 〜 π へ与えられ， 圧電変換 素子 1 1 0 a 〜 ！！ が駆動されて超音波を発振する 。 —
    [0098] 即ち， 各了 ド レ ス メ モ " 1 2 4 a 〜 ： π の各ァ ド レ ス には， 了 ド レ ス カ ウ ン タ 1 3 0 に よ ] 指定された 了 ド レ ス に対応する部位に超音波が集束する よ う に 遅延出力を選択するための選択信号を記憶する必要
    [0099] ^ある o .
    [0100] こ の よ う に して ， 電子集束動作が行なわれ， 順次 断層面が走査される こ と にな る 。
    [0101] 水平同期信号に よ る電子集束動作に同期 して， ゲ
    [0102] 一 ト 信号も.作成される 。
    [0103] 即ち， ゲー ト 信号発生回路 1 4 0 は シ フ ト レ ジ ス タ 1 4 1 と ， 可変時間ク π 'タ ク発生器 1 4 2 と ， 遅 延回路 1 4 3 と ， マ ル チ プ レ ク サ回路 1 4 4 と ， リ — ドオ ン リ 一 メ モ リ で構成される ア ド レ ス メ モ リ '
    [0104] 1 4 5 と ， ワ ン シ ョ ク ト マ ル チ ノ イ ブ レ ー タ で構成 される ゲー ト 巾設定回路 1 4 6 を含む。
    [0105] 水平同期信号は シ フ ト レ ジ ス タ 1 4 1 に よ っ て遅 延され， 遅延時間の制御は可変時間ク α ッ ク発生器
    [0106] 1 4 2 の 出力に よ ]) 行る う 。
    [0107] シ フ ト レ ジ ス タ 1 4 1 の遅延量は発振器 1 1 0 か ら 発生 した超音波が検体 3 を通過 し， レ ン ズを通 して 受信素子 2 3 に致る最短到達時間 T o を得る よ う に 調整する 。
    [0108] シ フ ト レ ジ ス タ 1 4 1 で遅延された水平同期信号
    [0109] OMPI ヽ は遅延回路 1 4 3 に よ ] 遅延量が微調整される 。
    [0110] この遅延量は， 例えば 2 5 6 本の集束走査を行る う 場合は， 各集束走査に よ ]) 若干到達時間が異 ¾る の を各集束走査毎に補正する も のであ る 。
    [0111] 従 っ て， 集束走査数に応じた数例えば 2 5 6 個の 遅延出力が遅延回路 1 4 3 よ ] 出力される 。
    [0112] こ の 出力はマ ル チ プ レ ク サ回路 1 4 4 に入力され る 。 一方， 集束走査の ア ド レ スはア ド レ ス カ ウ ン タ 1 3 0 力 ら与え られ， ア ド レ ス レ ジ ス タ 1 4 5 は， こ の ア ド レ スを受け， こ の ア ド レ ス の走査.に最適 ¾ 遅延出力を.選択する よ う に マ ル チ プ レ ク サ回路 144 へ選択信号を 出力する 。
    [0113] こ の マ ル チ プ レ ク サ回路 1 4 4 の 出力は， ワ ン シ ト マ ル チ バ イ ブ レ ー タ であ る ゲー ト 巾設定回路 1 4 6 で， R F 波の波数分の時間だけ巾が広げ られ て ゲー ト信号 と して 出力される 。
    [0114] —方， 電子ゲー ト 回路 1 5 0 は， n 行 m列の圧電 変換素子マ ト リ ク ス 2 3 の各圧電変換素子 と接続 されて る 。 1 行 目 の m列の各圧電変換素子の出力 は， 受信回路 1 5 1 a に入力され， 以下順次第 n 行 目 ン J m列の各圧電変換素子の 出力は受信回路 1 5 1 η に入力される 。
    [0115] 各受信回路 1 5 1 a 〜 ！！ はゲー ト 回路 1 5 5 a 〜 n メ モ リ 回路 1 5 6 a 〜 π 及びマ ル チ プ レ ク サ回路 1 5 7 a 〜 η に よ ] 構成される 。 ゲー ト 回路 1 5 5
    [0116] O PI
    [0117] WIFO a 〜 n , メ モ リ 回路 1 5 6 a 〜 π は各 々 m個分有 し ているが， 図では 1 つの ブ ロ ·> クで示 して あ る 。
    [0118] ゲ ー ト 回路 1 5 5 a 〜 n の各 m個の ゲ一 ト ュニ ッ 卜 には， 前述の ゲ ー ト 信号が入力されて いる 。
    [0119] ゲー ト 回路 1 5 5 a ~ n は ゲー ト 信号に よ る各々 m個の受信入力を メ モ リ 回路 1 5 6 a 〜 n に送出す る 。 メ モ リ 回路 1 5 6 a 〜 ！] の 各 m ィ固の メ モ リ ュ ニ ' ト は介々 の ゲー ト 出力を各々 記憶する 。
    [0120] —方， 電子ゲ ー ト 回路 1 5 0 の 了 ド レ ス カ ウ ン タ 1 5 4 は基準ク ロ ッ ク発振器 1 6 0 の ク ロ ッ ク を受 け， これを計数し， 計数値を 出力する 。 こ の 了 ド レ ス '力 ゥ ン タ は圧電変換素子マ ト リ ク ク ス の歹 IJ分， m ビ ツ ト の カ ウ ン タ で あ る 。
    [0121] こ の計数値出力はマ ル チブ レク サ回路 1 5 7 a 〜 n に入力 され， 従 っ て ， マ ル チ ブ レ ク サ：回 路 1 5 7 a 〜 n の並列出力を直列出力に変換する 。 メ モ リ 回 路 1 5 6 a 〜 n は ア ド レ ス 力 ゥ ン タ 1 5 4 の カ ウ ン ト 了 ッ ブ信号で リ セ ッ ト され， 次の受信入力に備え
    [0122] Ό o
    [0123] これ ら の n ケの直列出力はマ ル チ プ レ ク サ回路
    [0124] 1 5 2 に並列入力 される 。 一方， マ ル チ プ レ ク サ 回路 1 5 2 は， 水平同期信号を計数する 了 ド レ ス カ ウ ン タ 1 6 2 の計数値を受ける 。
    [0125] 従 っ て ， マ ル チ プ レ ク サ回路 1 5 2 は n ケの直 列入力の 内， ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 6 2 の計数値に
    [0126] O FI 対応 +る 1 ケ の直列入力を 出力す 。 ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 6 2 は n 列分， g|Jち n ビ ッ ト の計数カ ウ ン タ で， 集束走査本数が 2 5 6 本 ら ， n = 2 5 6 と る 0
    [0127] こ の マ ル チ プ レ ク サ回路 1 5 2 の 出力は， 増巾器
    [0128] 1 5 3 で増巾 され，' 輝度信号 と して， 表示装置で利
    [0129] ¾ 4レ る o
    [0130] —方， ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 6 2 の 出力はデ ジ タ ル ア ナ ロ グ変換器 1 6 3 で ア ナ ロ グ信号に変換され， 増巾器 1 6 6 で増巾 され， 表示装置の画面の縦軸 ( 即ち Y軸 ） の偏向信号と して利用され， ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 5 4 の出力 も デ ジ タ ル ア ナ ロ グ変換器
    [0131] 1 6 4 でア ナ 口 グ信号に変換され， 増巾器 6 5 で 増巾 され， 表示装置の画面の横軸 （ 即ち X軸 ） の偏 向信号 と して利用 される 。
    [0132] 上述の動作を要約する と ， ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 3 0 で指定された断層の走査位置に超音波が集束走査さ れる よ う ， 駆動回路 1 2 2 a 〜 ！！ を制御 し， 且つ指 定された走査位置に応じた遅延量の ゲ一 ト 信号を ゲ ー ト 信号発生回路 1 4 0 で作成 し， この ゲー ト 信号 に よ ， m X n の圧電変換素子マ ト リ ッ ク ス 2 3 の 各受信入力をサ ン ブ ル し ， これを直列信号に変換後 ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 6 2 で指定される前述の走査位 置対応の受信位置の行に相当する II列信号を マ ル チ ブ レク サ回路 1 5 2 で出力する も のであ る 。
    [0133] OMPI IPO 上述に加え， 本発明では， 発信器 と 受信器が同一の も ので構成される よ う 考慮され o
    [0134] 即ち， 本発明では圧電変換器よ D 送出 した超音波を 音響 レ ン ズ系お よ び音響偏向系で偏向集束させて被 検体の局部へ照射 し， その局部か ら の反射波を再び 同 じ音響 レ ン ズ系お よ び音響偏向系で偏向集束させ て同 じ圧電変換器で受像させる こ と にあ る 。
    [0135] 第 1 6 図は本発明の第 2 の実施例構成図であ る 。
    [0136] 図にお て 2 2 a お よ び 2 2 d は音響 レ ン ズ ， 2 2 b お よ び 2 2 c は 楔形プ リ ズム ， X 1 , X 1'は被検体
    [0137] 内断面 ¾ ら びに Χ 2 ， は結像面を表わ して いる。
    [0138] 同図において ， 圧電変換器を点 A の位置に紙面に 垂直に配置 し， 音響像が点 Α を 中心 と して上下方向
    [0139] Χ 2 ， に往復運動する よ う に 1 対の楔 形プ リ ズ ム 2 2 b お よ び 2 2 c を調整する 。 点 A よ J 順次超 音波パ ル スを送出する と レ ン ズ 2 2 a お よ び 2 2 4 る ら びに プ リ ズ ム 2 2 b お よ び 2 2 c に よ っ て各超
    [0140] 音波パ ル スは集束偏向されて ， 断面： X 1 ， X の各
    [0141] 点に順次照射される 。 1 つの'圧電素子が送出すべき パ ル ス間隔は全ての圧電素子が 1 度づっ順次送受信 する時閒に設定 し， ま た表示器の走査線数と 同 じ回 数だけ各圧電素子がブ リ ズ ム が 1 8 0 ° 回転する 間 にパ ル ス を送受信する よ う 調整すれば， プ リ ズ ム が 半回転する と 画像の 1 フ レ ー ム が得られる 。
    [0142] こ の実施例にお ては， 被検体断面 X 1 ， X に
    [0143] O PI
    [0144] ニ ° -、 ノ 対 して超音波が局所的に集束照射される故， 強 反 射波 したが っ て 明瞭 ¾画像が得られ， 他の部位か ら の反射波に よ る雑音 も 少 。 ま た， 圧電変換器が超 音波の送出 と 受信 と を兼ねて いる ので装置の構造も よ ]9 籣単 と る る 。
    [0145] ま ， 点 A よ ！） 送出された超音波が点 B に集束さ れた と する と ， 点 B か ら の反射波がプ リ ズ ムを通過 する時には プ リ ズ ムはい く らか回転が進んで るか ら， 反射波は丁度 A点へは戾 らずわずかに A点か ら ずれた例えば点 C に集束する 。 したが つ て こ のずれ に見合 っ た十分な 幅を有する 圧電変換器を用 る必 要があ る 。 超音波の伝幡速度 と プ リ ズ ム の回転速度 を一定 と する と ， 上記のずれの大き さはブ リ ズ ムか ら被検体断面ま で の距離 と ブ リ ズ ムか ら 結像面ま で の距離 と に依存する 。 これ ら 2 つの距離は一方を小 さ く する と 一方が大き く る る と う 関係にあ.る故， 診断部位が深い場合に も 浅 場合に も ずれは同程度 に表われる 。 .
    [0146] こ のずれは圧電変換器の幅が十分広い場合には問 題 と な ら ¾ いが， 幅が広ければそれだけ雑音を拾 う 可能性が大き く ¾ る 。 したが っ て， こ の点を考慮 し て， 被検体断面か らの反射波が圧電変換器上の集束 位置でのみ選択的に受信される よ う 制御手段を傰 える こ と が望ま しい。 かかる制御手段 と しては次の
    [0147] 3 つの方法を用いる こ と がで き る REA
    [0148] O PI WIPO その第 1 の方法は第 1 7 図（A)に示す よ う に， 圧電 変換器 2 3 と して平行に並んだ複数 （： こ の場合 7個） の配列体 2 3 a い し 2 3 b を用 ， 集束点の移動 に合わせて集束すべき 位置に あ る配列体を電気的に 選択する方法であ る 。 配列体 と しては第 1 7 図（B)に 示す よ う に， 細長い圧電体板 3 1 0 の 1 方の面に共 通電極 3 1 1 を， そ して他方の面の突出部には個別 電極 3 1 2 を形成 した も のを用いる こ と ができ る 。 ま た， 電気的選択手段と しては， 第 1 7 図（C)に示す よ う に， 圧電変換器 2 3 の配列体を順次選択する選 択回路 5 0. を設け， プ リ ズ ム 回転角検出器 4 0 か ら の回転角情報に応じ て配列体を選択 し受信する 。 受信信号は信号処理回路 6 0 に送られ映像信号に変 換され， 陰極線管に表示される 。 プ リ ズ ム に よ る集 束点の移動は時間に対 して正弦関数的であ る故， 選 択回路 5 0 に よ ]9 選択する タ イ ミ ン グ も 正弦関数的 に とれば よ い。 こ の場合， 配列体 2 3 a に よ ]) 超音 波の送出を行 ， 配列体 2 3 a お よ び 2 3 b で受信 を行 っ て も 良 く ， ま た逆に， 配列体 2 3 a お よ び 2 3 b で超音波を送出 し， 配列体 2 3 a で受信 して も よ 。 こ の よ う に幅の狭い 1 個の配列体で選択的 に受信する の で ， 配列体 7 ケ分の幅を持つ 1 つの圧 電変換器で受信する場合に比べ， 混入する雑音は少 く ¾ る 。
    [0149] 制御手段 と し て の第 2 の方法は， 第 1 8 図に示す 如き ス リ ク ト 機構を 用いる方法である 。 圧電変換器 と しては幅の広い 1 個の配列体 3 5 を用 ， その前 面に ス リ ト 7 5 を有する マ ス ク 板 7 0 を配置 し， ピ ン 8 5 に よ っ て 回転円板 8 0 の動 き と 違動で き る よ う に つ て る 。 回転円板 8 0 は電動モ ー タ の回 転軸 8 3 に よ っ て ， プ リ ズ ム の回転と 同期 して回転 される 。 したが っ て ス リ ク ト 7 5 は正弦関数的に上 下に往復違動を行 う 。 配列体の各素子は超音波の送 出 と 受信 と を行 う が， 丁度ス リ ツ ト の位置の部分で 選択的に受信する こ とができ る 。
    [0150] 制御手段 と しての第 3 の方法はブ リ ズ ム の回転速 度を制御 して集束点の往復運動を等速で行わせ， 第 1 の方法 と 同様の圧電変換器 と選択回路手段'と を用 ， 配列体の選択の タ イ ミ ン グを等速度に と る方法 し る
    [0151] 次に ブ リ ズ ム の回転速度の制御方法につ き 説明す る 。 プ リ ズム が等速回転する と き ， 第 1 図における 結像面 X 2 , X 2 '上の集速点の移動は次式で表わさ y = A o * sin Wo t (l)
    [0152] 但 し， t は時間， W o はプ リ ズ ム の等速角速度およ び A 0 は振幅であ る 。 いま ， プ リ ズ ム の回転速度を 時間の関数 W (t) と し， 集速点の移動が直 ^状に つ た と する と ， S W(t) d t ^ (t) と おけば
    [0153] y 二 B o sin (t)= k t (2)
    [0154] OMPI
    [0155] 、 n 但 し Kは比例定数， B o は振幅であ j9 , W(i)は次の 範囲に あ る も の とする 。
    [0156] 0 ≤ Θ (t)く π / 2
    [0157] (2)式か ら ，
    [0158] Θ (t) = sin-1 / Bo (3)
    [0159] (3)式を微分する と ブ リ ズ ム の角速度が次式の よ う に 求ま る 。
    [0160] W(t)= d 6 (t)/d t = X BO/K)2- t 2 (4)
    [0161] 故に， t 二 BoZ Kの と き （4)式は無限大 と ¾ D (3)式の りは丁度 ^ Z 2 と る る 。 角速度を無限大にする こ と は不可能であ る故， 回転角度が ノ 2 と な る ま で 集束点の移動を直線的に制御する'こ とは不可能であ る 。 従 っ て B o を A o よ ] 大き く と i ， （2)式の y が Ao と る ま では y が等速度で変化する も の と し， それ以降は別の制御を行わせる も の と する 。
    [0162] 別の制御方法 と しては種々 考え られるが， y が Ao- と つ て以後はその時の角速度を保 っ て 回転する も の と する 。
    [0163] この と き の角速度は次式で与え られる 。
    [0164] 〔 W(t)〕 Ao ;-〔 d0 it)/ d t〕 t=j^L 二（KZAo ) ZV n 2—
    [0165] (5) 但 し， B o二 n A o ( n 〉 1 ) (6) y が A o と っ た時間 Ao /K ま でに ブ'リ ズ ム は次 の角度だけ回転 して いる 。'すなわち， （3)式 と（6)式か ら ，
    [0166] O PI ^ ( Ao /K )二 sin - l /n ) (7) 従 っ て等速回転すべき 角度は， .
    [0167] π/2 - Θ Α/Κ = π/2 -sin- 1 / n ) (8.) と る 。 回転角 <9 (t)が 0 か ら ノ 2 ま で変わる時間. が等速度回転の場合の時間 /2W0に等 し も の とす る と （8)式は（5)式に時間 （ -Ao/ )
    [0168] を乗じた も の と等 しいか ら ， 次式が成立する 。
    [0169] ( ^ 2W0 - A o/K ) ( K/A o)/Vri2 - 1二! ~sin - 1 ( l/n ·.· Kニ^ ·Α。 〔V^"= {号- sin ( ) }+l〕 (9) こ こ で π = 2 と お く と ， （9)式か ら ，
    [0170] (6)式 よ ！） Bo =2 Ao
    [0171] (4)式に （10)よ ] 得ら れる 次式を代入する 。
    [0172] Β0· 2Α0 π
    [0173] Κ Κ Wo ( +l ) ただ し， 0 ≤ t ≤ AQ/K
    [0174] その他の区間は B o /K ま で等速 と する 。 時閒 Bo 以降 も 同 じ考えで解析で き る 。
    [0175] すな わち CU)式の よ う に回転制御を行えば よ 。
    [0176] 制御手段 と しての第 3 の方法を実施するための回 路構成の 1 実施例を第 1 9 図に示す。 回転制御回路 5 4 の 中 には前述の回耘角 《9 ( あ る いは W (t)が時間 に対 して ブ ロ グ ラ ム されてお ！） ， その プ ロ グ ラ ム信 号に従 つ て ノヽ ' ル ス モ ー タ駆動回路 5 3 が ノヽ ' ル ス モ ー タ 5 2 を駆動 して ブ リ ズ ム 2 2 b お よ び 2 2 c を ブ α グ ラ ム通 ] の回転速度で回転させる 。 一方， 回転 制御回路 5 4 か ら プ ロ グラ ムされぇブ リ ズ ム回転角 情報が選択駆動回路 5 5 に送 られ， その情報に よ つ て配列体が選択されて超音波の送受信を行 う 。 受信 された信号は信号処理回路 6 5 で映像信号に変換さ れ， 表示制御回路 6 4 に よ つ て陰極線管 6 3 へ と 表示される 。 更に， 本発明は局所照射を利用 して異 る断層面の音響像を得る こ と も 出来る 。
    [0177] 即ち， 断層面を局所照射する と ， 当該局所の近傍 で， 局所に対 し， 送信器側， 又は， その反対側の位 置は レ ン ズ の焦点深度が深 場合局所 と ほぼ同様の 音響エ ネ ル ギーが照射される こ と と ] , 各位置か ら の反射波の受信 タ イ ミ ン グは時間差があ る 。 本発 明では こ の点を利用 し， 受信 タ イ ミ ン グ を変化 自 在 にする事に よ ]9 , これ ら局部を含む断面の近傍の断 面の画像を も 鮮明 に抽 し出せる よ う に した も の であ る 。 従 っ て ， 本発明では， 結像面にお て ， 断層面 の局部的照射部位の超音波像のみを受信 し う る よ う に超音波受信手段が構成される 。 こ のために， 超音 波受信手段 と して は， 2 次元の平面状の超音波受信 手段に対 し， 局部的照射部位に対応する 結像面の位 置のみが超音波像を受信又は超音波像の電気信号を 出力 し う る よ う な順次照射と 同期する機能的又は電 気的空間 ゲー ト手段が用 られる 。 同様に一次元の 超音波受信手段に対 しては， 順次照射と 同期する機 械的空間 ゲー ト 手段が用 ら o
    [0178] 更に本発明は， 超音波受信手段に時間 ゲ一 ト 手段 を含み， 時間ゲー ト 手段が超音波照射手段か ら超音 波受信手段ま での超音波の到達時間に同期 して動作 する こ と に よ ]) 空間的雑音を除去する 。
    [0179] 第 2 0 図は こ の方式の原理説明図を示す。 図中， 1 10 は発振器であ ] ， 少る く と も 3 列の圧電変換素子マ ト リ ク ク スで構成され， 中央列の圧電変換素子群と 両側 2 列の圧電変換素子群 と の間に駆動信号に位相 差を与える こ と に よ ] ， 例えば直線部 i 上に集束さ せる こ と がで き る 。 こ の位相差を変える こ と に よ ]) 集束直線部を， 断層面 Xに沿い進行させる こ と も で き るが同図においては楔形ブ リ ズ ム 2 2 b 及び 2 2 c に よ ]9 断層面 Xに沿い進行させる 。 例えば直線部 j に移動する こ と にる る 。 即ち， 電気的集束手法が行
    [0180] われる 。 こ の電気的集束手法を圧電， 変換素子マ ト リ ク ス の列方向に も 採用すればス ポ ツ ト 状の走 査が可能 と ¾ る 。 ま た 2 5 はハ ー フ ミ ラ ー であ ]) ， ポ リ ス チ チ ン ， ア ク リ ル等の材質で構成された も の であ る 。 2 2 b 及び 2 2 c は音響楔形プ リ ズ ムであ ， 機械的に回動される こ と に よ ]) , 発振器 1 1 0 か ら発振される音像を断面 X上の所定の位置に当該
    [0181] 一 O PI /,, W1FO 音像が照射される よ う 偏向せ しめ る も ので る 。 尙図示 し ¾ がこれ ら発振器 1 1 0 ， ハ ー フ ミ ラ ー
    [0182] 2 5 ， 楔形プ リ ズ ム 2 2 b 及び 2 2 c は， 第 1 図で 説明 した如き 容器 2 1 内に， レ ン ズ 1 2 ， 変換器 2 3 と 同様に収容される事はい う ま で も ¾ い。
    [0183] これ ら 断面 Xの直線部 i 及び 〗 上に音響イ ン ピ ー ダ ン ス の異な る部位が存在する と ， 集束超音波は反 射又は散乱され， 断面 Xに垂直 ¾ 方向にその超音波 像が伝幡する 。 伝幡する超音波像は超音波レ ン ズ 2 2 d に よ ！） 集束され， 結像面 Y の変換器 2 3 上に 結像される 。 .
    [0184] こ の変換器 2 3 は， 例えば m X n 個の マ ト リ ッ ク ス配列された圧電変換素子群で構成され， 断面 X 内 の直線部 i 及び 〗 の音像は変換器 2 3 上の i 行 目 及 び j 行 目 の圧電変換素子群上に各 々 結像さ
    [0185] 従 っ て ， 直線部 i を照射 した際， その音像カ 変換 器 2 3 上に到来する時刻に i 行 目 の圧電変換素子群 の 出力を取 ] 出 し， 直線部 j を照射 した際， j 行 目 の圧電変換素子の 出力を同様に取 J) 出す電気的空間 ゲー ト 手法を行えば， 照射部位に対応する像のみを える こ と ^で き る 。
    [0186] 更に断面 X よ ！） 距離 A d だけ深 位置に あ る断面 X'の像につ て ¾ 断面 X よ ] 9 距離 2 A d を伝幡され る時間 A t だけ遅れた時間的 ゲ一 ト 手段 よ 1) 得る こ と：^で き る 。 従っ て こ の時間的ゲー ト 手段がゲ一 ト する タ イ ミ ン グを種々 変化せ しめ る こ と に よ 断面 Xだけで く， 距離 A d が送信機側への距離であ る断面又は逆に深 度を増す方向への距離であ る 断面 X'を受信器 2 3 の 受信信号 よ ] 現示せ しめ得る 。
    [0187] 第 2 1 図は発信及び受信波説明図を示 し， （A)は発 信器 1 1 0 に よ る発振波形， （B)は変換.器 2 3 に よ る 電気的ゲ一 ト される前の受信波形， （C)はゲー ト 信号 波形， な ら びに ）はゲー ト された受信波形であ る 。 第 2 1 図（B)に示す様に局所照射部 3 b へ到来する 多 重反射波は反射 して い ¾ 照射波に対 して時間的に 遅れて到来する 。 即ち， 照射波に よ る音響出力 b i に対 し， 多重反射波に よ る音像出力 b 2 は時間的に 遅れて受信される 。
    [0188] 従 っ て音像出力 b 2 を カ ク ト する よ う る ゲー ト 信 号 C i ( 第 2 1 図（0 ) を与え， 出力 b i のみ を取 ]) ) 出す よ う にすれば よ 。 ま た断面 X'については時 閒 A t だけ遅れて受信される 。
    [0189] 従 っ て時間 T 3 後にゲー ト 信号 C 2 を与えて 出力 b 3 のみを取 ]) 出せば よ 。
    [0190] 党信を希望する集束点の位 *に よ つ て超音波発振 后か ら ゲー ト を 開 く ま での時 f¾ T i が一義的に定ま る 。 又ゲー ト 時間 巾 T 2 は超音波の R F 波の波数と 晋響光学系の光路差に よ J 一義的に定ま る 。
    [0191] 第 2 2 図は本発明に用い ら れる断層位 fc可変技術 の一実施例ブ ロ ッ ク 図を示す。
    [0192] 図 中， 第 1 5 図 と 同一の も のは同一の 記号で示 し て あ ] , 1 2 0 は送信 ド ラ イ ブ回 であ ， 発振器 1 1 0 の各圧電変換素子 1 1 0 a 〜 l 1 O n を同期 して発振駆動 し， 送信を行な わ しめ る 。 1 3 0 は走 査位置ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 3 1 はス キ ャ ナ ド ラ イ バ であ 楔形プ リ ズ ム 2 2 b ， 2 2 c を ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 3 0 の値に従 っ て順次回転 し， 第 2 0 図の如 く 走査させる も のであ る 。 1 4 0 はゲー ト 信号発生 回路で あ る 。 1 5 0 は電子 ゲー ト 回路であ ] , 圧電 変換素子ア レーの各行各列の個々 の圧電変換素子の 出力を受け， ア ド レ ス信号 と ゲー ト 信号発生回路 1 4 0 の 出力で所定の行の圧電变換素子の 出力を サ ン プ ルす る 。 1 6 0 は基準ク ロ ク ク発振器， 1 6 1 は水平同期信号発生のための 2 5 6 ビ ッ ト 計数カ ウ ン タ ， 1 6 2 は水平同期信号の ァ ド レ ス カ ウ ン タ ， 1 6 3 , 1 6 4 はデ ジ タ ル — ア ナ ロ グ変換器， 1 65， 1 6 6 は増巾器を'示す。 ' 送信 ド ラ イ ブ回路 1 2 0 は， R F 波発振回路 121 と 圧電変換素子群 1 1 0 a 〜 ： L I O n を個 々 に駆動 する駆動回路 1 2 2 a - 1 2 2 n カ ら成る 。
    [0193] R F 波発生回路 1 2 1 は 1 水平同期信号カ ウ ン タ 1 6 1 の 出力が入力される と ， 複数個の sin波で構成 される バー ス ト 波を発生させる 。 通常 こ の波数は 2 〜 3 波程度が用 ら れる 。
    [0194] OMPI IPO 波発生回路 1 2 1 の出力は各,駆動回路 122 a 〜 1 2 2 n へ入力される。
    [0195] 各駆動回路 1 2 2 a 〜 1 2 2 η は増巾器 と して動 作する も のであ る 。
    [0196] ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 3 0 は水平同期信号を計数 し こ の値に よ っ て ス キ ャ ナ ド ラ イ バ 1 3 1 は制御され
    [0197] o
    [0198] 例えば， 表示画面の走査線数を 2 5 6 本 とする と, 了 ド レ ス カ ウ ン タ 1 3 0 は 2 5 6 ビ ジ ト の計数カ ウ ン タ であ る 。 即ち， ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 3 0 は 0 か ら 2 5 5 ま での ァ ド レ スを発生 し こ の 了 ド レ ス が 形プ リ ズ ム 2 2 b ， 2 2 c の位置情報 と ¾ る 。
    [0199] —方， R F 波発生回路 1 2 1 の バ ー ス ト 波出力は， 増巾器 1 2 2 a ~ n で増巾 され， 各圧電変換素子
    [0200] 1 1 0 a 〜 n へ与え られ， 圧電変換素子 1 1 0 a 〜 n が駆動されて超音波を発振する 。
    [0201] 従 っ て， ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 3 0 に よ j9 指定され た了 ド レ ス に対応する部位に， 超音波が集束する よ ぅ ス キ -ャ ナ ド ラ イ バ 1 3 1 がス キ ャ ナを位置決め し た時点で発振される こ と に よ ]) 電子集束動作が行 ¾ われつつ， 順次断層面が走査される こ と にな る 。
    [0202] 水平同期信号に よ る電子走査動作に向期 して， ゲ ― ト 信号 も 作成される 。
    [0203] 即ち ， ゲ一 ト 信号発生回路 1 4 0 は シ フ ト レ ジ ス タ 1 4 1 ， 可変時間ク ロ ッ ク発生器 1 4 2 と ， 遅
    [0204] OMPI · WIPO一 延回路 1 4 3 と ， マ ル チ プ レ ク サ回路 1 4 4 と ， リ 一 ド 才 ン リ ー メ モ リ で構成される 了 ド レ ス メ モ リ
    [0205] 1 4 5 と ， ワ ン シ ョ ッ ト マ ル チ ノく イ ブ レ ー タ で構成 される ゲー ト 巾設定回路 1 4 6 を含む。
    [0206] 水平同期信号は シ フ ト レ ジ ス タ 1 4 1 に よ っ て遅 延され， 遅延時間の制御は可変時間ク コ つ ク発生器 1 4 2 の 出力に よ ] 行る う 。 シ フ ト レ ジ ス タ 1 4 1 の遅延量は， 発振器 1 1 0 か ら発生 した、超音波が検 体 3 を通過 し， レ ン ズを通 して受信素子 2 3 に至る 最短到達時間を得る よ う に調整する 。
    [0207] シ フ ト レ ジ ス タ 1 4 1 で遅延された水平同期信号 は遅延回路 1 4 3 に よ ]) 遅延量が微調整される 。
    [0208] この遅延量は， 例えば 2 5 6 本の集束走査を行な う 場合は各集束走査に よ ) 若干到達時間が異 る のを 各集束走査毎に， 補正 ;する も のであ る 。
    [0209] 従 っ て， 集束走査数に応じた数例えば 2 5 6 個の 遅延出力が遅延回路 1 4 3 よ j) 出力 される 。
    [0210] こ の出力はマ ル チ プ レ ク サ回路 1 4 4 に入力され る 。 一方， 集束走査のア ド レ スはァ ド レ：ス カ ウ ン タ 1 3 0 か ら与え られ， ア ド レ ス レ ジ ス タ 1 4 5 は， こ の ア ド レ ス を受け， こ の ア ド レ ス の走査に最適な 遅延出力を達択する よ う に， マ ル チ プ レ ク サ回路
    [0211] 1 4 4 へ還択信号を 出力する 。
    [0212] こ の マ ル チ プ レ ク サ回路 1 4 4 の 出力は， ワ ン シ ョ ク ト マ ル チ バ イ ブ レ ー タ で あ る 。 ゲー ト 巾設定回
    [0213] OMPI
    [0214] Y,rIFO 路 1 4 6 で， R 波の波数分の時間だけ巾が広げら れて ゲー ト 信号と して発生される 。 こ の ゲー ト 信号 は可変遅延回路 1 4 7 に入力され， 前述 した時間 A t 遅延される 。 可変遅延回路 1 4 7 には， 例えば 断層位置設定回路 1 4 7 が接続され， この設定回路
    [0215] 1 4 7 を変化させる こ と に よ ]) ， その遅延量か ら 断 層位置が設定される 。
    [0216] —方， 電子ゲー ト 回路 1 5 0 は， n 行 m列の圧電 変換素子マ ト リ ッ ク ス 2 3 の各圧電変換素子 と 接続 されて いる 。 1 行 目 の m列の各圧電変換素子の 出力 は， 受信回路 1 5 1 a に入力され， 以下順次等 π 行 目 の m列の各圧電変換素子の 出力は受信回路 1 5 1 π に入力される 。
    [0217] 各受信回路 1 5 1 a 〜 ！！ はゲー ト 回路 1 5 5 a 〜 メ モ リ 回路 1 5 6 a 〜 π 及びマ ル チ プ レ ク サ回路
    [0218] 1 5 7 a 〜 ！！ に よ ] 構成される 。 ゲー ト 回路 1 5 5 a 〜 n , メ モ リ 回路 1 5 6 a 〜 ！！ は各々 m個分有 し て るが， 0では 1 つの ブ ロ ク ク で示 して あ る 。
    [0219] ゲー ト 回路 1 5 5 3 〜 11 の各 111ィ固の ゲ一 ト ュ ニ ク ト には， 前述の ゲー ト 信号が入力されて る 。
    [0220] ゲ一 ト 回路 1 5 5 a 〜 ！！ は ゲ一 ト 信号に よ る各々 m個の受信入力を メ モ リ 回路 1 5 6 a 〜 ！！ に送出す る 。 メ モ リ 回路 1 5 6 a ~ n の各 mィ固の メ モ リ ュ ニ
    [0221] ·> ト は介々 の ゲー ト 出力を各々 記億する 。
    [0222] —方， 雷子ゲー ト 回路 1 5 0 の 了 ド レ ス カ ウ ン タ
    [0223] ΟΜΡΙ _ 1 5 4 は基準ク n ク ク発振器 i 6 0 のク π ク を受 け， これを計数 し， 計数値を 出力する 。 こ の ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 5 4 は圧電変換素子マ ト リ ッ ク ス の列 分， m ビ ク ト の カ ウ ン タ で あ る 。
    [0224] こ の計数値出力は マ ル チ プ レ ク サ回路 1 5 7 a 〜 n に入力され， 従 っ て マ ル チ プ レ ク サ回路 1 5 7 a 〜 π の並列出力を直列出力に変換する 。 メ モ リ 回路 1 5 6 a 〜 ！！ はア ド レ ス カ ウ ン タ 1 5 4 の カ ウ ン ト ア ッ プ信号で リ セ ツ ト され， 次の受信入力に備える。
    [0225] これ ら の n ケの直列出力はマ ル チ プ レ ク サ回路
    [0226] 1 5 2 に並'列入力される 。 一方， マ ル チ プ レ ク サ回 路 1 5 2 は， 水平同期信号を計数する ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 6 2 の計数値を受ける 。
    [0227] 従 っ て， マ ル チ プ レ ク サ回路 1 5 2 は n ケ の直列 入力の内， ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 6 2 の計数値に対応 する 1 ケ の直列入力を 出力する 。 ア ド レ ス カ ウ ン タ
    [0228] 1 6 2 は， π 列分， 即ち π ビ ク ト の計数カ ウ ン タ で 集束走査本数が 2 5 6 本な ら ， n 二 2 5 6 と る る 。
    [0229] こ の マ ル チ プ レ ク サ回路 1 5 2 の出力は増巾器
    [0230] 1 5 3 で増巾 され， 輝度信号 と して， 表示装置で利 用される 。
    [0231] —方， ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 6 2 の 出力はデ ジ タ ル ア ナ ロ グ変換器 1 6 3 で ア ナ ロ グ信号に変換され， 増巾器 1 6 6 で増巾 され， 表示装置の画面の ¾έ軸
    [0232] (： 即ち Υ軸 ） の偏向信号 と して利用 され， ア ド レ ス
    [0233] ΟΜΡΙ
    [0234] 、 0 V カ ウ ン タ 1 5 4 の 出力 も デ ジ タ ル ア ナ ロ グ変換器
    [0235] 1 6 4 .でア ナ ロ グ信号に変換され， 増巾器 1 6 5 で 増巾 され， 表示装置の画面の横軸 （ 即ち X .軸 ） の偏 向信号と して利用される 。
    [0236] 上述の動作を要約する と ， ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 3 0 で指定された断層の走査位置に超音波が集束走査さ れる よ う ， 駆動回路 1 2 2 a 〜 ！！ を制御 し， 且つ指 定された走査位置に応じた遅延量の ゲー ト 信号を ゲ ー ト 信号発生回路 1 4 0 で作成 し， こ の ゲー ト 信号 を可変遅延回路 1 4 7 で遅延量が変化され， 変化さ れた ゲ一 卜信号に よ ]) ， m X n の圧電変換素子マ ト リ ク ク ス 2 3 の各多信入力を サ ン ブル し， これを直 列信号に変換後， ア ド レ ス カ ウ ン タ 1 6 2 で指定さ れる前述の走査位置対応の受信位置の行に相当する 直列信号を マ ル チ プ レ ク サ回路 1 5 2 で 出力する も の で あ る 。
    [0237] 次.に， 断層面可変技術の他の実施例を説明する 。 第 2 3 図は本発明に用 られる断層面可変技術の 他の実施例を説明するための図であ る 。 '
    [0238] 超音波発生手段であ る超音波振動子 1 1 0 は， 被 検体 3 の診断さ るべき 断面 X の周辺に被検体 3 に接 して設け られて る 。 レ ン ズ 2 2 お よ び変換器 2 3 を移動させるための第 1 の移動手段と して ， レ ン ズ 2 2 お よ び変換器 2 3 を載置 して把手 2 3 5 に よ つ て手動で移動される移動台 2 3 0 と ， ^動台 2 3 0
    [0239] - REAC O PI が密接 してその上を摺動する摺動基台 2 4 0 と ， 移 動台 2 3 0 の移動距離を検出するためのス ラ イ ダ ッ ク 2 5 0 と を備えて る 。 ま た超音波振動子 1 1 0 を移動させるための第 2 の移動手段と しては， 超音 波振動子を保持する保持台 9 1 と ， 保持合 9 1 のネ ジ孔に篏合する ネ ジ棒 9 5 と ， ネ ジ棒 7 5 を回転さ せる 直流モ ー タ 一 7 0 と ， 保持台 9 1 の位置を検知 するためのス ラ イ ダ ッ ク 9 2 と を備えて る 。
    [0240] ス ラ イ ダ ッ ク 2 5 0 の 中の摺動抵抗 2 5 1 には定電 圧源 2 8 0 か ら 直流電圧 + V A が供給され， 一方ス ラ イ タ： ツ ク 9 2 の 中の摺動抵抗 9 4 には定電圧源 9 6 か ら 直流電圧 + V A ' が供給されて る 。 把手 2 3 5 と 連動する摺動端子 2 5 2 で検出 される電圧 VBと， 保持合 9 1 と 違動する摺動端子 9 3 で検出 される 電 圧 V B と はプ リ ツ ジ回路 2 9 0 で比較され， その差 V B ' - V B に比例 した電圧が直流モ ー タ ー 9 0 に供 糸口 dれ 。
    [0241] 今， 2 つの摺動抵抗 2 5 1 お よ び 9 4 の抵抗値が 等 し く て均質 ¾ も のを用い， 2 つのス ラ イ ダ ク 2 5 0 お よ び 9 2 を図の よ う に同 じ方向に配置した も の と する 。 V A と V A ' の値を等 し く 設定 し， 移動 台 2 3 0 を ^る位置に固定すれば， V B と V B '' と力； 等 し く な る様支持台 9 1 の位置が決定される 。
    [0242] この と き 断面 Xの位置に超音波振動子 1 が正確に位 置づけ られる よ う ， 第 2 の移動手段全体を移動させ
    [0243] ΟΜΡΓ
    [0244] V WIPO る
    [0245] 次 で， 把手 2 3 5 に よ j 移動台 2 3 0 と共に音 響. レ ン ズ 2 2 と変換器 2 3 と を移動させる と V B の 値が変わ ， V B' の値が V B に等 し く る る ま で直流 モ ー タ 9 0 が回転 し， 保持台 9 1 と共に超音波振動 子 1 1 0 が， 移動台 2 3 0 と 同 じ方向に同 じ距離だ け移動する 。 一方， レ ン ズ 2 2 と変換器 2 3 と の閭 の距離 b を固定 したま ま 移動される故， 断面 Xの位 置 も 移動台 2 3 0 と 同 じ方向に同 じ距離だけ移動す る 。 従 っ て超音波振動子 1 1 0 は断面 Xの位置に， 常に正確に移動される 。
    [0246] 以上の実施例では， 音響 レ ン ズ 2 2 と変換器 2 3 と を一緒に移動 したが， 診断すべき 断面 X の位置を 変える には， 音響レ ン ズ 2 2 ま たは変換器 2 3 を移 動させる こ と に よ ]) ， 音響 レ ン ズ 2 2 と 変換器 2 3 と の距離 b を変える方法を用 て も よ 。 この場合 には， 第 2 の移動手段に応動させる 方法 と して， レ ン ズま たは変換器の移動距離を検出 し， 移動距離か ら新 しい b の値を算出 し， さ ら に こ の b と 音響レ ン ズの焦点距離と か ら断面 X と 音響 レ ン ズ と の距離 a を算出 して断面 X の移動： X の移動距離： Xを求め， X の距離だけ超音波振動子を移動させれば よ い。
    [0247] これ ら の検出手段,計算手段お よ び移動手段はいずれ も 公知の方法に よ 容易に実現で き る 。
    [0248] 以上の様に， 本発明は， 物体の所望の断層を走査 する様に超音波を発信する手段 と 前記超音波発信手 段の走査に応じて超音波受信手段が前記走査に対応 する音響像の受信を行い う る よ う ゲー ト手段を備 える こ と に よ っ て ， 雑音の少 ¾ い鮮明 ¾断層像を得 る こ と が出.来， 工業的に極めて有用であ る 。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1. 物体内の音響像を超音波 レ ン ズ に よ D 超音波受 信手段に結像せ しめ， 該物体内の )f 望の断層にお ける像を撮像する超音波断層撮-像装置にお て， 該物体の所望の断層を走査する様に超音波を発信 する手段と 前記超音波発信手段の走査に応じて前 記超音波受信手段が前記走査に対 する音響像の 受信 を行い う る よ う グー ト 手段 と ¾備える こ と を特徵 とする超音波断層撮像装置 ο
    2. 前記超音波発信手段は前記所望の断層に沿 っ た
    方向か ら前記超音波を発信する こ と を特徵 と する 特許請求の範囲第 1 項記載の超音波断層撮像装置。
    3. 前記超音波発信手段は前記超音波受信手段と兼
    用される こ と を特徵 と する特許請求の範囲第 1 項 記載の超音波断層撮像装置。
    OMPI
    V 'ΤΡΩ
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE3069663D1|1985-01-03|
    EP0032514B1|1984-11-21|
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1981-02-05| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US Designated state(s): US |
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    1981-07-29| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1980901334 Country of ref document: EP |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP79/94532||1979-07-25||
    JP9453279A|JPS5618854A|1979-07-25|1979-07-25|Ultrasonic diagnosing device|DE8080901334T| DE3069663D1|1979-07-25|1980-07-21|Ultrasonic wave tomographic imaging system|
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