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1. (WO1981000198) APPAREIL DE MISE EN IMAGE ULTRASONIQUE DE DEFAUTS
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明 細 書

発明の名称

超音波断層撮像装置

技術分野

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 。

背景技術 · '

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。

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。

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

"Ul t ras on i c Came r a Sys t em and Met hod,'に開

OMPI 。 示されて る 。

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 。

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 。

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 。

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 。

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。

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 。

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'。

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。

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。

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。

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

〇ΜΡΙ· もった像 S A を形成する 。

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 。

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 。

—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 。

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。

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

REA

OM?I IP。 課題の他の 1 となって る。

発明の開示

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

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

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。

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

¾ ゲ一 ト手段とを備えること ¾特徵とする o

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 。

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。

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。

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。

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。

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

ΟΜΡΙ

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 。

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 。

図面の簡単な説明

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

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

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。 '

発明を実施するための最良の形態

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。

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

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 。

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。

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。

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 。

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。

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。

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。

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。

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。

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 。

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。

. 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。

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 。

T 1 = ( L + L'+x + ( 1 + b/a ) a2+x2 ) /C

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。

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。

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。

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 。

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。

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。

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。

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。

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

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

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。

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。

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

Ό o

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。

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。

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。、

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 。

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

1 2 3 a 〜 1 2 3 n ,アドレスメモリ 1 2 4 a 〜

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 。

ア ドレスメモリ 1 2 4 a 〜 π はアドレスカウンタ

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 。

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。

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。

' —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

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

"J 0 o

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 。

こ の遅延出力は増巾器 1 2 6 a 〜!!で増巾され,

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 。—

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

^ある o .

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。

水平同期信号に よ る電子集束動作に同期 して, ゲ

一 ト信号も.作成される 。

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 '

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。

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

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 に致る最短到達時間 T o を得る ように 調整する 。

シフトレジスタ 1 4 1 で遅延された水平同期信号

OMPI ヽ は遅延回路 1 4 3 によ ]? 遅延量が微調整される 。

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。

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 。

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 。

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 。

—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 。

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

O PI

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。

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 。

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 。

—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。

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

Ό o

これ らの n ケの直列出力はマ ル チプレクサ回路

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 。

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

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

このマルチプレクサ回路 1 5 2 の出力は,増巾器

1 5 3 で増巾 され,' 輝度信号 として,表示装置で利

¾ 4レる o

—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

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。

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。

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

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。

第 1 6 図は本発明の第 2 の実施例構成図であ る 。

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

内断面 ¾ らびに Χ 2 , は結像面を表わ して いる。

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

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

音波パ ルスは集束偏向されて , 断面: X 1 , X の各

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。

この実施例にお ては, 被検体断面 X 1 , X に

O PI

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。

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 。 .

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

3 つの方法を用いる こ とができる REA

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。

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。

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

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)

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

y 二 B o sin (t)= k t (2)

OMPI

、 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。

0 ≤ Θ (t)く π / 2

(2)式か ら,

Θ (t) = sin-1 / Bo (3)

(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。

W(t)= d 6 (t)/d t = X BO/K)2- t 2 (4)

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。

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。

この ときの角速度は次式で与え られる 。

〔 W(t)〕 Ao ;-〔 d0 it)/ d t〕 t=j^L 二(KZAo ) ZV n 2—

(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 ,

O PI ^ ( Ao /K )二 sin - l /n ) (7) 従 って等速回転すべき 角度は, .

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/ )

を乗じた ものと等しいか ら,次式が成立する 。

( ^ 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,


(6)式よ!) Bo =2 Ao

(4)式に (10)よ ]? 得られる次式を代入する。

Β0· 2Α0 π

Κ Κ Wo ( +l )


ただ し, 0 ≤ t ≤ AQ/K

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。

すな わち CU)式のように回転制御を行えば よ 。

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。

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

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 。

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

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

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

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。

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 。 .

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

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。

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 。

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 。

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 。

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 。

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。

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。

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。

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 。

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。

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。

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

o

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。

—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

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 。

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。

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 。

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

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

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。

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 。

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 。

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。

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。

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

1 4 4 へ還択信号を 出力する 。

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

OMPI

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

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 。

—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 。

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

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。

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 。

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

·> トは介々のゲート出力を各々 記億する 。

—方, 雷子ゲー ト回路 1 5 0 の了ドレスカウンタ

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。

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。

これ らの n ケの直列出力はマ ル チプレクサ回路

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 。

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

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。

こ のマルチプレクサ回路 1 5 2 の出力は増巾器

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 。

—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

(:即ち Υ軸)の偏向信号 として利用 され,アドレス

ΟΜΡΙ

0 V カ ウンタ 1 5 4 の出力もデジタルアナログ変換器

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 。

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。

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。 '

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

- 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。

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 。

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 。

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

ΟΜΡΓ

V WIPO る

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 。

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。

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。

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。