JPS622813B2

JPS622813B2 -

Info

Publication number: JPS622813B2
Application number: JP51136106A
Authority: JP
Inventors: Masami Kawabuchi; Akira Fukumoto; Junichi Sato; Hiroshi Fukukita
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1976-11-10
Filing date: 1976-11-10
Publication date: 1987-01-21
Also published as: JPS5359283A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、超音波を人体などの被検物体中に放
射し、被検物体内部からの反射もしくは透過超音
波の強度、進行方向、発生時間などを観測するこ
とにより、被検物体内部の構造、構成などに関す
る情報を得る電子走査式超音波断層検査装置に関
するものである。

従来の技術超音波非破壊検査装置（以下NDT装置を略
す）は、金属などの不透明物体中のキズの有無を
調べるため、あるいは医学用として生体内の疾患
部分の検出などのために広く使用されている。
NDT装置は、検出情報として、反射超音波信号
を用いるか、透過超音波信号を用いるかによつて
大きく分類できるが、現在主に用いられている方
式であること、あるいは、原理上表裏を成してい
るという点から、反射超音波信号を用いる方式を
説明には用いる。またこのNDT装置には検出情
報の観測すべき次元、表示手段によつて(1)Ａモー
ド、(2)Ｂ（あるいはＣ）モード、(3)Ｍモードの３
方式がある。(1)のＡモードは、反射超音波信号の
強度とその発生時間のみを観測するもので、その
表示装置は、一般のオシロスコープと同様の原理
のものが採用されている。このＡモードは、工業
用NDT装置に、よく用いられている。もちろん
頭部疾患観測用として医用にも供されている。(2)
のＢモードは、被検物体内部の断層像を検出・表
示するもので、Ａモードで得られた反射信号の振
幅情報で走査線を輝度変調し、この情報を超音波
発射方向と直角方向に多数加え合せて２次元像と
したものでる。このＢモードは、Ｘ線と同様の像
が得られ、かつＸ線照射による諸々のへい害が無
い事などから、医学用の生体内観測装置として多
く用いられている。(3)のＭモードは、主に医学用
に用いられ、心臓の状態を観測するUCG装置の
原理となつている方式である。

ここでは、説明を容易にかつ簡便にするため、
以下ＢモードNDT装置を代表例として医用に応
用した場合を中位に説明する。

ＢモードNDT装置は、２次元像を得るための
走査手段によつて次の３つに分類できる。(1)手動
走査、(2)機械走査、(3)電子走査。

本発明は、この電子走査式によるNDT装置
（以下ESNDT装置と略す）に関するものであ
る。ESNDT装置の原形は、通信アンテナに用い
られている位相合成アンテナあるいは通信アンテ
ナと同様な原理を有するソナーに見られる。

ESNDT装置には現在の所、大きく分けて２通
りの方式が存在する。一つは、上述した位相合成
アンテナの原理によるセクター走査形ESNDT装
置（以下セクター装置と略す）で、種々の方面で
開発が行われている。これは複数個の超音波発生
素子、例えば圧電振動子で発生する超音波の位相
を制御することにより、所定の方向に超音波を発
生させるもので、この位相制御量を変化させるこ
とにより超音波束を扇形に偏向走査させるもので
ある。このセクター装置は、実際開口の大きさは
小さくとも扇形に広く走査できるので、例えば、
心臓の観測のように、肋間から超音波を放射しな
ければならない場合などに主に用いられている。

もう一方は、種々の方面で開発された直線走査
形ESNDT装置（以下リニア装置と略す）であ
る。これは直線上に配置された多数枚の圧電振動
子を次々に電子的スイツチング駆動し、超音波束
をTV走査と同様に放射走査するものである。

第１図に本発明の基本となる一般的なリニア装
置の基本構成図を示す。この装置は、基本的に、
超音波の送・受波を司る超音波探触子（以下UP
と略す）部と、UP部を構成する多数枚の圧電振
動子を所定の順序に従つて選択駆動できるように
制御する選択駆動制御部、超音波の送・受信信号
処理を行う、送・受信信号処理部、断層像を表示
する表示部、以上の各部の動作を全体的に制御す
る基準信号発生部の５部よりなる。以下第１図に
従つて各部の動作、機能を簡単に説明する。

UP部１００は、直線上に配置された多数個の
圧電振動子１０１で構成されている。この圧電振
動子は、圧電セラミツク、結晶などを加工して作
られ、電気信号を超音波（機械振動）に、あるい
はその逆の変換を行うためのものである。一般に
は、この振動子の被検体１０２側には、超音波の
送・受波を能率よく行うために、タングステン粉
末をエポキシ樹脂に混入させ固形化した、所定の
厚みをもつ整合層が、また被検体と反体側には、
整合層物質とほぼ同様な成分で構成された背面負
荷層が、それぞれ接着されている。

今、UP部が、Ｎ個の素子で構成されていると
すると、実際の電子走査は、発生超音波周波数、
被検部深さなどを勘案して設定された所定の超音
波送・受波開口を持つように、Ｎ個のうち、ｎ
（Ｎ＃ｎ）個を一群として同時駆動し、この圧電
振動子群を、１あるいは複数個分の振動子幅ずつ
ずらしながら行う。この動作を司るのが選択駆動
制御部１１５で、アナログスイツチ、あるいはリ
レーなどで構成された電子スイツチ１０３と、こ
の電子スイツチを上述の動作を満足するように制
御する電子スイツチ制御部１０４よりなる。この
電子スイツチ制御部１０４は、基準信号発生部１
０５からの基準クロツク信号１０６によつて動作
タイミングが制御される。

送受信信号処理部１１６は、基準クロツク信号
１０６に同期動作して、圧電振動子を駆動するた
めのインパルスあるいはRFパルスを発生する駆
動信号発生部１０７と、受信信号１０８を検波・
増幅する事を主な機能とする受信部１０９よりな
る。

受信信号処理された信号１１０は、表示部を構
成する表示装置１１１の輝度変調端子に印加され
る。

この表示装置には一般にモニター用CRTが用
いられる。一方、この表示装置には、基準クロツ
ク信号１０６およびこの基準クロツク信号の１／
Ｎ分周された信号に同期して、偏向信号発生器１
１２で発生された高速偏向信号１１３と低速偏向
信号１１４が印加され、この変調信号とともに、
２次元断層像を表示可能ならしめる。

以上述べてきた構成、機能をもつリニア装置
は、ＢモードNDT装置の他の走査方式（手動走
査、機械走査）に比べ、 (1) 走査機構に全く動的なものがなく、かつ電子
スイツチによる選択駆動が行えるため、装置動
作の安定性、耐久性の向上が図れ、しかも高速
走査ができるので実時間モニターが可能とな
り、心臓など動きのある臓器の２次元的観測が
可能となつた。

(2) 検査は、単にUPを被検物にあてるだけで断
層像が、しかも実時間像で得られるため、検査
（診断）処理能率が極めて高い。

発明が解決しようとする問題点しかしながら反面、他の方式に比べて、現在の
ところ (1) 分解能が低い。

(2) Ｓ／Ｎが低い。

(3) 走査線数が、リニア装置用UPの構造上、他
の方式よりも極めて少く、断層像が不自然であ
る。

などの点が問題となつている。これらの問題点発
生の第１の要因は、リニア装置用UPの構成にあ
る。

以下に従来のリニア装置用UPの構成上の問題
点について述べる。

リニア装置用UPは、たんざく状の圧電振動子
を、長さ50〜200mm程度のところに50〜200個程度
配列しなければならず、超音波周波数を数百
KHz〜数MHzとすると、一個の圧電振動子の幅
ｗ対厚さｔ（ｗ／ｔ）が３以下になつてしまい、
従来の単一振動子を用いた場合（ｗ／ｔ≧10）の
UPと異つた動作を行う可能性がある。この異つ
た動作とは例えば、圧電振動子の振動面が単純な
ピストン運動を行わず、高次の振動モードが重畳
したような複雑な振動を行うこと、あるいは、デ
ータ表に表示されている例えば結合係数などの各
種データが異つてくる事などを意味する。圧電振
動子が単純なピストン運動を行わなければ、この
圧電振動子から放射された超音波の回折場での放
射パターンは、開口形状のフーリエ変換した形に
はならず、異常なものになる。第２図は、ｗ／ｔ
が2.5のPCM−５圧電セラミツクを用いた素子を
二つ集めたUPの回折場放射パターンで、実線は
ピストン音源による理論値、〇印はこの素子の放
射パターンの実験値である。第２図から逆算する
とPCM−５セラミツクの素子表面における速度
分布は第３図のように、歪んだものであることが
わかり、決してピストン運動をしていないことが
証明される。これらは、種々の振動モードの結合
の結果生じるものと考えられる。

以上述べてきたように、従来のリニア装置用
UPはｗ／ｔ比に特別な配慮を行つていないため
振動子面は、単純なピストン運動を行わず、この
結果放射パターンに乱れを生じサイドロープのレ
ベルならびに形状が理論的なものより異常に大き
くしかも異なる形状になる。この結果、検出情報
の精度を著しく低下させ、ひいては、断層像の画
像品位（分解能、階調性など）を劣化させる。そ
れ故、従来のUPを用いたリニア装置では、装置
全体としての感度の向上は望めず、高品位の診断
情報を得る事は不可能に近く、さらに小型化とい
う面でも充分ではなかつた。

このように、リニア装置用UPにおいては、圧
電振動子のｗ／ｔ比、整合層、振動モード等には
充分な配慮をしなければならず、本発明は上述し
た種々の欠点を除去したリニア装置用UPを用い
るとともに装置全体の高感度化、小型化をはか
り、良好な断層像情報が得られる電子走査式超音
波断層検査装置を提供することを目的とするもの
である。

問題点を解決するための手段本発明は上記目的を達成するためになされたも
ので、その技術的手段は、横幅ｗと厚さｔの比
ｗ／ｔが0.8以下の圧電振動子の整合層を設けた
探触子部と、前記探触子部をK′₃₃に係る幅伸び振
動で励振させ、かつ受信信号の処理を行う送受信
信号処理部と、圧電振動子のある一群をその配列
面の略法線方向に走査を行わせる選択駆動制御部
と、送受信信号処理部と選択駆動制御部との間に
設けられたインピーダンス整合回路と、前記探触
子部と選択駆動制御部とインピーダンス整合回路
を装填する筐体と、断層像表示を行う表示部と、
各部の動作を制御する基準信号発生部とを具備し
たものである。

作用本発明は、ｗ／ｔ0.8の圧電振動子に整合層
を設けた複合の振動子をK₃₃′に係る幅伸び振動で
励振させることにより探触子部の高感度化をはか
るとともに、送信信号処理部と選択駆動制御部と
の間にインピーダンス整合回路を設けることによ
り装置全体の高感度をはかり、さらに上記結果と
の関連において低電圧駆動が可能となり選択駆動
制御部の小型化、集積化が図れ、探触子部と選択
駆動制御部とインピーダンス整合回路を同一の筐
体内に装填することにより装置全体の小型化と接
続線数の低減等による操作性の向上が実現できた
ものである。

実施例以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。まずリニア装置用UPの具体的構成例に
ついて述べる。第４図は、このUPの一構成例で
ある。第４図ａは断面図、第４図ｂは平面図であ
る。

第４図ａにおいて、４０１は圧電振動子であつ
て、例えばPZT、PCMなど二、三成分系セラミ
ツク、もしくは、LTTなどの一成分系セラミツ
クあるいは水晶、LiNbO₃などの結晶材料を利用
する。４０２，４０３は金属電極であつて、
Ag、Al、Au、Cu、Inなどの蒸着、焼付け塗布な
どによつて作られる。４０４，４０５はそれぞれ
整合層および背面負荷である。背面負荷４０５
は、使用する場合と使用しない場合がある。整合
層４０４は単層のものと、二重層、三重層などの
多層のものがある。４０６は音響絶縁スペースで
あつて、各圧電振動子間の音響的な結合を除去す
るためのものである。第４図ｂは第４図ａのUP
を裏面より見た図である。簡単なため背面負荷は
省略してある。整合層４０４側の電極４０２は共
通電極として使用するため、電極間接続線４０７
が施されている。４０８は共通電極用リード線、
４０９は各圧電振動子からのリード線である。

各部の寸法は、発生超音波周波数、ｗ／ｔ比、
挿入利得、微分位相特性、被検範囲などを考慮し
て設定される。（設定のための基本的考え方、基
礎計算資料については同一出願人の昭和51年10月
25日付の出願に係る特公昭56−17026号公報参
照）発生超音波周波数2.5MHzの場合を例として、
具体的寸法、材料を以下に示す。

圧電振動子材料 PCM−５〃寸法（ｗ）0.4mm×（ｔ）0.6mm 〃枚数 128および256 音響的絶縁層材料空気〃寸法幅 0.1mm 整合層材料第１層溶融石英ガラス第２層エポキシ背面負荷使用せず第５図は、上記仕様で製作したUPを幅伸び振
動、すなわち最も次数の低い幅縦振動させたとき
の回折場放射パターンで、16個のエレメントを同
時に駆動させた場合を示す。図において縦軸は正
規化されたエコー信号、横軸は角度を示す。実線
は、音源がピストン運動をしている場合の理論値
で、●印が実験値である。第５図より、このUP
は、理想的な振動をしていることがわかる。以下
このUPを用いた、超音波断層装置の一実施例に
ついて述べる。

実施例直線電子走査式超音波断層装置の例本発明は、前述した構成に基くUPを用いて、
複数個の圧電振動子を１群として、圧電振動子配
列面の略法線方向に、同時にしかも同一駆動信号
レベルで駆動し、（圧電振動子幅＋音響絶縁体）
のピツチあるいはその整数倍のピツチずつずらし
ながら順次走査を行うことを基本としたことを特
徴としたものである。以下その実施例について説
明する。

本装置の超音波探触子は、探触子部と選択駆動
を行うための選択駆動制御部と後述するインピー
ダンス整合回路で構成されている。この構成をも
つ超音波探触子をUPSL（Ultrasound Probe
with Scanning Logic Circuit）部と略称する。
このUPSL部のブロツク図を第６図に、第７図に
各部信号波形を示す。UPSL部は、探触子部１０
０、選択駆動制御部１１５、インピーダンス整合
回路６１６を主構成とし、同一筐体内に設けられ
ている。第６図において、Ｐ１〜Ｐ１２８は、前
述してきた構成をもつUPで、今の場合、２個の
圧電振動子を電気的に並列接続し、これを１単位
の振動子としている。即ち、このUPは128×２＝
256個の振動子を有している。この１単位振動子
の一方の電極から出たリード線群６０１は、No.１
〜No.８の８個のアナログマルチプレクサ６０２の
各チヤンネルに接続されている。アナログマルチ
プレクサ（以下MPXと略す）としては、シリコ
ニクス製DG５０６を用いている。接続の方法
は、Ｐ１をNo.1MPXの第１チヤンネル（以下1ch
と略す）に、Ｐ２をNo.2MPXの1chに、Ｐ３をNo.
3MPXの1chに、………Ｐ８をNo.8MPXの1chに、
Ｐ９をNo.1MPX2chに、Ｐ１０をNo.2MPXの2ch
に、………Ｐ１２１をNo.1MPXの16chに、………
Ｐ１２８をNo.8MPXの16chにという具合に接続す
る。

なお、超音波発生開口は、放射した超音波ビー
ムが、所定の被検深さ内で、大きく変化しないよ
うに、発生超音波周波数、被検深さを勘案して設
定される。2.5MHzの場合、一般に開口径は８〜
10mm程度が良いとされている。本発明では、開口
径を８mm□と設定した。８mm□の開口径を得るた
め、ピエゾの同時駆動枚数は、８単位振動子と
し、走査ピツチは１単位振動子分、今の場合１mm
とした。

以上述べてきた結線方法と走査方法を満足させ
るためには、128単位素子の場合、16chのMPX６
０２が８個必要である。このMPXには、チヤン
ネル開閉の制御を行うための4bitのアドレス端子
６０３があり、これには、４ビツトのカウンタ６
０４から、接続線６０５を通して、アドレス用デ
イジタル信号が、印加される。このカウンタ６０
４は、それぞれ、MPX６０２に対して、１個ず
つ設けられている。つまり、４ビツトカウンタ６
０４はNo.１〜No.８の合計８個にある。MPX６０
２には、その他に、振動子を駆動するための駆動
信号、および受信信号などを伝達するための
INPUT／OUTPUT端子６０６およびEnable端子
６０７があり、これらは、第６図に示すように全
て並例に接続されている。Enable端子は、普通
＋15VDCが常時印加されている。なおこの
Enable端子には、走査に伴うブランキング期間
は、MPXを不感状態にし、誤動作を防止するた
めに零ポテンシヤルを印加することも考えられ
る。

４ビツトカウンタ６０４のクロツク端子Ｃには
８ビツトシフトレジスタ６０８の出力線６０９が
接続され、その接続は、このシフトレジスタ６０
８のビツト出力に対応して、第６図に示す如く行
われている。このシフトレジスタでのビツトの転
送は、クロツク信号６１１に同期して行われる。
このクロツク信号周波数は、所定の被検深さと、
一画面を構成するための時間などを勘案して設定
され、今の場合例えば被検深さ20cm程度を得るた
めに約３〜4KHzである。

第７図ａは、このクロツク信号を示す。駆動信
号７０１も、このクロツク周波数で、発生され
る。

このクロツク信号は、８ビツトシフトレジスタ
６０８に印加され、シフトレジスタの出力ビツト
の転送を行う。この模様を第７図ｄ，ｅに示す。
ｄは、ａを縮少したもので、クロツク信号を示
す。このクロツク信号１パルスによつて、１ビツ
トの転送が行われ、ｅに示した如く、各ビツト出
力端子に、パルス信号７０２が現われる。このパ
ルス信号７０２は、１ビツト目が、４ビツトカウ
ンタ番号No.１のクロツク端子に、２ビツト目がこ
のカウンタNo.２のクロツク端子に………それぞれ
接続されており、このパルス信号７０２が印加さ
れるたびに、各４ビツトカウンタのアドレスが１
番地ずつ増していくことになる。アドレスが指定
されると、各MPXのそのアドレスに対応したチ
ヤンネルは閉じ、第７図ｃに示す駆動信号７０１
および体内からの反射信号７０３を伝達させる。
以上の動作を128回行うと、クロツク信号７０４
を128分周して作られた第７図ｂに示すリセツト
信号７０５（第６図６１２）で、８ビツトシフト
レジスタ、４ビツトカウンタをリセツトする。但
し、単純に128分周したのでは走査原理上、有効
な走査線情報は、128−７＝121本分しかなく、７
本分は、超音波発出開口が不規則になるため、こ
の７本分の期間は、ブランキング（但し低速走査
方向）で画像情報を消さなければならない。なお
ブランキング信号発生回路およびリセツト信号の
発生回路等については、後述する。６１３，６１
４，６１５は電源線で、全てＣ−MOSICを使用
したため、それぞれ＋15V、−15V、アースであ
る。UPSLの電子回路部品全てＣ−MOSIC化した
事により、電源線は合計３本でよく電力消費量
は、激減し、部品の集積度向上によるスペースフ
アクターの向上が図れる。

なお、６１６は第１図で示した送受信信号処理
部１１６と選択駆動制御部１１５との間に設けら
れ、駆動回路と振動子とのインピーダンス整合の
ためのインピーダンス整合回路で、最も簡単には
INPUT／OUTPUT端子に接続されている接続線
６１７に直列にインダクタンスを挿入して行う。
コイルのインダクタンスの設定は、送受波される
パルス音波の尾びきが小さく、かつ送・受信信号
レベルが大きい事を条件に数値計算し設定する。
数値計算としては、挿入利得、位相特性を評価関
数とする。もちろん、直列インダクタンス１個に
よる単一回路素子だけでなく、伝送回路網的考察
より、多素子による整合回路も可能である。第８
図は、試作したUPのインピーダンス特性で、こ
れの整合を実験データを基に挿入利得特性と、位
相特性を数値計算したものを第９図に示す。これ
ら一連の数値計算によりコイルのインダクタンス
Ｌ＝1.5μＨ、駆動回路の内部抵抗Rs＝50Ωの場
合が広帯域化がはかれ、位相特性が良いことがわ
かつた。このように送受信信号処理部１１６と選
択駆動制御部１１５の間にインピーダンス整合回
路６１６を装設することにより検査装置全体の高
感度化がはかれた。さらに探触子部１００、選択
駆動制御部１１５及びインピーダンス整合回路６
１６を同一筐体内に装填することにより小型化が
図れると同時に探触子からの接続線が６本となり
取扱いが極めて容易となつた。加えて仕様の異な
る探触子を本体部につなぎかえて使用する場合、
本体部には何ら手を加えることなく、最良の条件
で診断が行えるようになつた。

以上の説明は、８単位振動子を同時に駆動しつ
つ、１単位振動子の横幅分だけずらしながら超音
波ビームの走査を行う場合を例に説明したが、同
時に駆動する単位振動子枚数は８に限らず、７枚
でも、９〜10枚でもよく、一般にこの枚数は、圧
電振動子の整数倍は全て可能である。さらに、横
ずらしピツチ量は１単位振動子幅分に限らず、例
えば、同時駆動振動子幅以上ずらして駆動し、伝
搬時間の制限によるパルス反射法の限界クロツク
周波数を越えたクロツク周波数で超音波パルスを
発射し、完像時間を早める事も可能となる。走査
の方法も、カウンタ６０４を加算・減算カウンタ
を使用することにより、正逆両方向に行える。

以上、UPSL部について説明してきた。次に本
体部を説明する。第１０図は、本体部を中心とし
た装置全体のブロツク図、第１１図は各部信号波
形図である。本体部は基本的には送受信信号処理
部１１６と基準信号発生部１０５と表示部１１１
から成り立つている。図において１０００は、前
述したUPSL部で、このUPSLには、＋15、−
15V、GNDの各電源線１００１、クロツク信号１
００２、リセツト信号１００３、および駆動信号
１００４が接続されている。このクロツク信号１
００２は、クロツク信号周波数のＮ倍で発振する
主発振器１００５を例えば、カウンタで構成され
た分周器１００６で１／Ｎに分周された後、単安
定マルチバイブレータ１００７で、所定の時間遅
延長ならびに、所定のパルス幅を持たせて、
UPSL部に送出される。この単安定マルチバイブ
レータ（以下MMと略称する）１００７での時間
遅延量は、ロジツク回路全体の遅延量を補正する
ためのものである。１／Ｎ分周器１００６は、Ｎ
倍インターレースをして、断層像画像を表示する
もので、例えば３倍インターレース（表示画面上
で、単位素子数の３倍の走査線で表示するもの）
の場合、分周比は１／３となる。その結果クロツ
ク周波数3KHzの場合は、主発振器１００５の発
振周波数は３×３＝9KHzでなければならない。

このMM１００７からのパルス出力は、もう一
つのMM１００８に印加され、所定のパルス遅延
量およびパルス幅を作つて、RFパルス発生器１
００９に印加される。このRFパルス発生器１０
０９は、MM１００８で設定されたパルス幅だけ
発振を行うもので、一般にパルスド・オシレータ
ーと呼ばれているものである。RFパルスの幅
は、探触子の帯域幅によつて設定され、通常、発
振周波数の１〜２周期分に設定される。このRF
パルスは、駆動回路の出力インピーダンス変換
と、RFパルスの増幅を目的としたRFパルス増幅
器１０１０に印加される。このRFパルス増幅器
の出力インピーダンスは、UPSLのところで説明
した様に、送・受波信号の超音波パルスの尾引き
と受信信号レベルが最良となるように設定され
る。試作した探触子では、前述した如く、Rs＝
30〜60Ωが良い。RFパルス増幅器１０１０の出
力は、UPSL部のINPUT／OUTPUT信号線１０
０４を通して、各MPXに印加される。

以上、説明してきた信号の波形を第１１図のａ
〜ｅに示す。ａ〜ｅは、第１０図に示した信号線
信号を対応する。信号の時間関係は、クロツク周
波数3KHz、RFパルス周波数2.5MHzで行つてい
る。

RFパルス信号で励振された振動子は、所定の
周波数の超音波パルスを被検体１０１１中に放射
し、該被検体中の音響インピーダンス（ρ×ｖ：
ρ：被検体各部の密度、ｖ：被検体内各部の音
速）が異る部分で反射され、送波と同一の振動子
で受波され、電気信号に変換された後RFパルス
を送出したのと同一の接続線を通して、受信信号
処理部に印加される。受信信号処理部では、主に
被検体中伝搬距離に基く音波減衰量の補正（以下
Time Gain Compensation、TGCと略す）、検
波、増幅、ブラウン管表示のための信号処理など
を行う。以下その詳細を述べる。

接続線１００４を通つて来た受信電気信号は、
感度調整のための減衰器１０１２に印加され、受
信回路の所定の入力レベル範囲に入るよう調整さ
れる。

減衰器１０１２の入力インピーダンスは、前述
した数値計算結果を満足するように設定する。今
の場合、受信回路系の入力インピーダンスは、駆
動回路の出力インピーダンスに比べて非常に高い
という条件で数値計算を行つているため、Rs＝
50Ωを無視し得るという点から入力インピーダン
スを500Ωとしている。この減衰器１０１２から
の出力は、高域通過フイルター１０１３（以下
HPFと略称する）を通過して、TGC回路に印加
される。HPF１０１３はＳ／Ｎ改善を主な目的
とし、今の場合、UPの中心周波数2.5MHz、ベー
スバンド帯域幅（−3dB）が700KHz程度である
ので、1.2〜1.4MHzカツトオフのHPFを用いた。

TGC回路は、前述した如く、被検体中での音
波伝搬に基く音波の減衰を補正するものである。
一般に生体内音波減衰は、約1dB／MHz／cmと言
われており、例えば2.5MHzを駆動信号周波数と
し、被検深さ20cmの場合、約50dBの利得が必要
である。この利得は、伝搬距離の関数であり、パ
ルス反射法の場合は、受信時間をパラメータとし
て、利得が指数関数的に変化するように行う。但
し、被検体表面近くではこの限りではなく、所謂
イニシヤルコンプレツクス信号（以下I.C信号と
略す）が発生するので、この部分（生体では、一
般に表面下２〜３cm）には、さらに特別の補正が
必要である。IC信号の除去（ないしは補正）
は、前述したTGC制御信号とは逆特性を持たせ
て行う。即ち、伝搬距離に従つて一種のLOG特
性的に利得を制御する。以上のTGC動作を司る
のが、第１０図におけるブロツク１０１４，１０
１５，１０１６，１０１７で、１０１４はIC信
号除去のための制御関数発生器、１０１５は前述
した伝搬距離に基く音波減衰補正制御関数発生器
である。１０１６，１０１７はそれぞれ、制御関
数発生器１０１４，１０１５からの制御信号１０
１８，１０１９をもとに、受信信号の利得制御を
行う制御器である。制御関数発生器１０１４、制
御器１０１６を普通Near Field TGC、１０１
５，１０１７をFar Field TGCという。制御信
号１０１８，１０１９を第１１図ｆ，ｇに示す。

制御の基本的考え方は、Near Field用と
FarField用の変調器を２個用い、これを直列に
接続するものである。変調器としては、
MOTOROLA製μA1496を用いたが、前述した如
く、TGCの目的はあくまで、利得制御であり、
例えば、TGC制御信号をFETのゲートに印加し
て制御を行う方式もこの目的を満足する。なお
TGCとして、Near FieldとFar Fieldの２領域分
割制御方式を採用したが、例えば、心臓の弁の動
き等を中心として観測したい場合など、さらに小
領域に分割して制御したい場合も考えられる。こ
の場合は、変調器ならびに制御関数発生器を分割
領域数に応じて設ければよく、前述してきた
TGC方式が、そのまま拡張できる。TGC制御信
号発生器１０１４，１０１５には、高速偏向信号
発生器１０２０からの掃引信号１０２１を印加す
るようにしており、TGC制御用の掃引信号発生
回路を新に設けるムダをはぶいている。

第１１図ｈにこの掃引信号１０２１の信号波形
を示す。この高速走査用掃引信号発生器１０２０
に関しては、偏向、表示の説明の時に詳述する。

TGC回路によつて、増幅利得制御を受けた信
号は、バンドパスフイルタ１０２２（以下BPFと
略す）を通過し、検波器用増幅器１０２３に加え
られる。このBPF１０２２は、波形歪によつて
TGC回路１０１６，１０１７で発生する所謂ス
プリアス成分の除去と、Ｓ／Ｎの改善をその目的
とする。検波器用増幅器は、ダイオード及びトラ
ンスで構成された検波器１０２４を直線領域で２
乗検波できるように、所定の電圧レベルまで増幅
するものである。検波器１０２４で２乗検波され
た受信信号は、表示ブラウン管の変調特性を考慮
して、より忠実に、しかもダイナミツクレンジを
広く表示するためのガンマ補正回路１０２５を経
て、ビデオ増幅器１０２６に印加される。

ビデオ増幅回路には、演算増幅器を採用し、
DCベルスライスが可能となつている。これによ
り、低レベルの雑音信号レベルをカツトし、断層
像を見やすくすることができるようにしている。
またこの機能により、所定のレベル以上の断層像
個所を知ることもできる。

ガンマ補正回路１０２５は、ダイオードによる
折線近似回路で構成され、そのγ（ガンマ）特性
は、表示ブラウン管１０２７のγ特性を補正する
よう設定する。

以上受信回路系について説明してきたが、この
受信回路系には種々の回路系構成が考えられる。
その１つは、一般に100dB広いダイナミツクレン
ジをもつ受信信号を、全て表示しようという考え
のもとに、LOG増幅器を第１０図、HPF１０１
３の後に挿入するものである。この方式を採用す
る背景としては、受信系の前段で信号を圧縮する
ことができるため、このLOG増幅器以降の受信
回路系が簡単化できることがあげられる。

次に、上記、受信信号の走査論理に従つて順序
よく、ブラウン管に表示するための、偏向回路系
について説明する。本装置は、前述した如く、３
倍インターレース法を採用しており、偏向論理
も、それに従つて説明する。もちろん、単位素子
数分だけの走査線あるいはその２倍の走査線（２
倍インターレース）による走査論理も同様の考え
方で構成することができる。9KHzで発振する主
発振器１００５からの信号は信号分周器１００６
で1/3分周され、3KHzのクロツク周波数とな
り、高速走査用掃引信号発生器１０２０に加えら
れ、ミラー積分回路、あるいは、ブートストラツ
プ回路で鋸歯状波信号１０２１を、3KHzクロツ
ク信号に同期して発生する。この鋸歯状波信号
は、高速偏向、信号増幅器１０２８に加えられ、
電流増幅され、ブラウン管１０２７の高速偏向コ
イル１０２９に印加される。なお、表示ブラウン
管としては、電磁偏向型のものと、静電偏向型の
ものがあるが、本実施例の場合は、電磁偏向型の
ものを使用している。電磁偏向型のものを使う利
点は、静電偏向型にくらべ偏向角度が大きくと
れ、表示ブラウン管寸法の割に、小型化できる。
また画像の表示ダイナミツクレンジも広く、輝度
も明るくとれる。もちろん静電型の場合は、偏向
回路系が簡単化できる利点がある。

低速偏向は、主発振器１００５から発生された
9KHzの信号を分周器１０３０，１０３１，１０
３２でそれぞれ1/5、1/11、1/7に分周し、約24Hz
の低速クロツク信号１０３３とし、この低速クロ
ツク信号は前述した高速走査用掃引信号発生器１
０２０と同様の回路構成をもつ低速走査用掃引信
号発生器１０３４に加えられ、低速の鋸歯状波信
号を発生させ、低速偏向信号増幅器１０３５で電
流増幅され、低速偏向用コイル１０３６に印加さ
れる。高速偏向周波数3KHzと低速偏向周波数24
Hzの周波数比により、いわゆる３倍インターレー
スが可能となる。なお、低速クロツク信号は、低
速偏向信号発生器１０３４に加えられると同時
に、MM１０３７に加えられ、所定の時間幅をも
つリセツトパルス１００３を発生し、UPSL部に
加えられる。所定の時間幅とは、3KHzの高速ク
ロツク信号の８〜９パルス分である。

MM１０３７からのリセツトパルス信号１００
３は、低速偏向の有効領域を設定するための、低
速偏向ブランキング発生器１０３８に加えられ、
所定の低速偏向ブランキング幅を、例えば、MM
等で設定して、ANDゲート回路１０３９に入力
される。このANDゲート回路には、MM１００７
からのクロツクパルス信号Ｃに同期し、上記した
ものと同様な回路構成、機能をもつ高速偏向ブラ
ンキング発生回路１０４０からのブランキング信
号も加えられている。ゲート回路１０３９で合成
されたこれら２種類のブランキング信号は増幅器
１０４１でパルス増幅され、ビデオ増幅器１０２
６に加えられ、受信検波信号とともに、ブラウン
管のカソードに加えられる。このビデオ増幅器１
０２６は、増幅のみでなく信号の合成も行い、こ
の増幅器には、その他に、マーカー信号１０４２
も印加される。マーカーは、被検体中の寸法を計
測することを目的とするもので、今の場合、表示
画面上に、たて、よこ１cm単位で、ドツトを表示
するようにしてある。以下マーカー発生について
説明する。高速偏向側のマーカーは、クロツク信
号を基準とし、マーカー位置移動用MM１０４３
で、マーカー発生タイミングの調整を行ない、所
定の周波数で発振する非安定マルチバイブレータ
（以下AMと略す）１０４４に印加される。この
AM１０４４の発振周波数は、被検体中音速を勘
案して設定され、生体内１cm単位の場合の発振周
波数は75KHzに設定される。低速偏向側も同様
で、低速クロツク信号に同期して、1045〜1046
で、それぞれ発生タイミングと、マーカー発生を
行い、パルス合成器１０４７で両者は合成され、
ビデオ増幅器に印加される。なお、この場合AM
１０４６の発振周波数は、クロツク周波数の約1/
１０に設定されている。なお、このマーカー発生方
式に依ると、マーカーのドツトは、３倍インター
レース法の場合走査線３本分発生することにな
り、特に低速偏向方向でドツトのシフトが目立
つ。これを防止するためには、１フイールドのみ
ドツト表示を行えばよく、ANDゲート回路１０
４７に、１フイールド分だけミキシング動作がで
きるよう、フイールド周波数の1/3分周したゲー
ト制御信号を印加すればよい。

以上直線電子走査式超音波断層装置の一実施例
について説明してきたが、本実施例によつて、以
下に示す効果が生れる。

(1) 上述の昭和51年10月25日付の特許出願に記載
された圧電振動子を採用した事により、断層像
情報の信頼性が著しく向上した。

(2) ｗ／ｔ、0.8の圧電振動子の整合層を設け
た複合の振動子の幅伸び振動モードで励振する
とともに、インピーダンス整合回路を設けるこ
とにより装置全体の高感度化がはかれたととも
に、探触子部、選択駆動制御部、インピーダン
ス整合回路を同一筐体に設けることにより装置
の小型化がはかれた。

(3) TGC回路に、直列接続された変調器を採用
した事により、TGC動作が容易に精度よく得
られるようになつた。

(4) ３倍インターレース方式を採用したことによ
り、表示画面上での走査線数は、実際の単位振
動子枚数の３倍の約350本となり、大画面の表
示ブラウン管を採用しても、より自然な断層像
の観測が可能となつた。さらに、走査線数が多
くなつた事で、画面全体の明るさが向上し、ブ
ラウン管の高圧電圧を上げなくても良くなつ
た。

(5) 電磁偏向ブラウン管を採用した事により、高
輝度で、しかも階調性の良い表示が可能となつ
た。さらに、静電偏向ブラウン管に比べ表示画
面寸法の割に、表示装置寸法を小さくできるの
で、装置全体寸法の小型化が可能となつた。

発明の効果以上要するに本発明は、ｗ／ｔ0.8の圧電振
動子に整合層を設けた複合の振動子の振動モード
として、K′₃₃モード（幅伸び振動モード）を採用
した事により、結合係数が従来の振動モードの場
合に、著しく向上し、探触子の高感度・広帯域化
が図れた。その結果、縦分解能が向上するととも
に、微小駆動信号レベルでもＳ／Ｎの高い断層像
が得られるようになり、超音波断層装置の安全性
も向上した。またインピーダンス整合回路を設け
ることにより装置全体の感度が一段と向上した。
他方、駆動信号レベルが低くてもＳ／Ｎの高い断
層像が得られるということより、選択駆動回路と
して、集積度の高い、Ｃ−MOSMPX等が使用で
きるようになり、探触子部、選択駆動制御部、イ
ンピーダンス整合回路を全て探触子ケース中に実
装することが可能となつた。この事により、本体
部との接続線が激減し振動子１枚に対して１本の
信号線を必要とした従来の探触子と比べ、探触子
操作性は著しく向上した。さらに、高い走査線密
度を得るために、単位長さ当りの振動子枚数を増
加させる事も、接続線の本数を配慮することなく
増加させることができるようになり、より高品位
の断層像画像を得ることが容易である等の利点を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は直線電子走査式超音波断層装置の基本
構成を示すブロツク図、第２図および第３図は従
来の超音波探触子の特性図、第４図ａ，ｂ、第８
図、第９図は本発明に使用される超音波探触子の
構成図および特性図、第５図は第４図の超音波探
触子の特性図、第６図は本発明の一実施例におけ
る超音波断層検査装置のブロツク図、第第７図ａ
〜ｅは第６図の各部波形図、第１０図は本発明の
他の実施例の超音波断層診断装置のブロツク図、
第１１図ａ〜ｈは第１０図の各部波形図である。１００……探触子部、１０５……基準信号発生
部、１１１……表示部、１１５……選択駆動制御
部、１１６……送受信信号処理部、Ｐ１〜Ｐ１２
８……圧電振動子、６０２……アナログマルチプ
レクサ、６０４……カウンタ、６０８……８ビツ
トシフトレジスタ、６１６……インピーダンス整
合回路。

Claims

【特許請求の範囲】１横幅ｗと厚さｔの比ｗ／ｔが0.8以下の値を
持つ圧電振動子をＮ個（Ｎは複数）配列し、この
圧電振動子の厚み方向の上下面に電極を施し、こ
の電極の一方の面に密接して整合層を設けた探触
子部と、前記探触子部を電気機械結合係数がK′₃₃
に係る幅伸び振動で励振させるための駆動信号を
発生し、かつ受信電気信号の受信信号処理を行な
う送受信信号処理部と、前記探触子部を構成する
Ｎ個の圧電振動子の内、ｎ個（Ｎ＞ｎ）を一群と
し、このｎ個の圧電振動子を、圧電振動子間隔あ
るいはこの間隔の整数倍ずつずらしながら、圧電
振動子配列面の略法線方向に、同一駆動信号レベ
ルで駆動することにより超音波ビーム走査を行な
うように制御する、前記探触子部と同一筐体内に
装填した選択駆動制御部と、前記送受信信号処理
部と前記選択駆動制御部との間に設けられ、前記
探触子部及び選択駆動制御部と同一筐体内に装填
されたインピーダンス整合回路と、前記送受信信
号処理部で得られた受信信号を前記走査順序に従
つて断層像表示を行なう表示部と、以上の各部の
動作を全体的に制御する基準信号発生部とを備え
たことを特徴とする電子走査式超音波断層検査装
置。２選択駆動制御部が単一または複数個のアナロ
グマルチプレクサと、基準信号をもとにしてアナ
ログマルチプレクサの開閉を制御するカウンタと
を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の電子走査式超音波断層検査装置。３送受信信号処理部がインターレース手段を備
え、複数フイールドで、１フレーム分の断層像を
得るようにした事を特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の電子走査式超音波断層検査装置。