JP2009210271A - Ultrasonic imaging device and ultrasonic imaging program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、海中などの流体中に存在する対象物体に対して超音波を発信し、当該対象物体からの反射超音波を使って超音波画像を生成する超音波画像処理装置、及び超音波画像化プログラムに関する。 The present invention relates to an ultrasonic image processing apparatus that generates ultrasonic images using ultrasonic waves reflected from a target object, and an ultrasonic image. Related to the program.
海中では電波が十分伝わらないため、透明度以上の距離がある物体の位置や形状を画像化するには、音波を利用したソーナーが用いられている。ソーナーの中でも周波数の高い超音波を用いた場合には波長が小さくなり、画像分解能が向上することが知られている。すなわち、このような超音波の反射を用いた画像化装置の分解能は、超音波の波長に比例するが、同時に対象物体までの距離に比例し、トランスデューサの大きさ(開口長)に反比例する。従って、距離の長い物体の画像分解能を向上させるには、複数の超音波トランスデューサの反射波を用いて合成開口し開口長を大きくすることが考えられる。 Since radio waves are not sufficiently transmitted in the sea, sonar using a sound wave is used to image the position and shape of an object having a distance greater than transparency. It is known that when ultrasonic waves having a high frequency are used among sonars, the wavelength is reduced and the image resolution is improved. That is, the resolution of an imaging apparatus using such ultrasonic reflection is proportional to the wavelength of the ultrasonic wave, but at the same time is proportional to the distance to the target object and inversely proportional to the size (aperture length) of the transducer. Therefore, in order to improve the image resolution of an object with a long distance, it is conceivable to increase the aperture length by using synthetic waves using the reflected waves of a plurality of ultrasonic transducers.
ところが、海中での超音波の伝播速度は概ね、毎秒1500mであり、例えば100mの距離にある対象物の反射波を受信するには、発信後約0.13秒の往復伝播時間がかかることになる。従って、シングアラウンド方式のように1組の超音波トランスデューサの発受信を終了してから次の組合せの発受信を順次行わせると、合成開口で発受信を行う回数×往復伝播時間を要することになる。 However, the propagation speed of ultrasonic waves in the sea is approximately 1500 m per second. For example, in order to receive a reflected wave of an object at a distance of 100 m, it takes about 0.13 seconds of round-trip propagation time after transmission. Become. Accordingly, when the next combination of transmission and reception is sequentially performed after the transmission and reception of one set of ultrasonic transducers is completed as in the single-around method, the number of times of transmission and reception at the synthetic aperture × the round-trip propagation time is required. Become.
なお、本願に関連する公知文献としては、例えば次のようなものがある。
このように伝搬速度が光などに比べて遅い超音波の反射を使った画像化装置(超音波画像化装置)では、対象物までの往復伝播時間を要し、多数の発受信の組合せからなる合成開口手法を用いる際には、画像合成に要する時間がかかり、動きのある対象物の画像化精度の低下や、動画が作れないなどの課題が生じている。 In this way, an imaging device (ultrasonic imaging device) using ultrasonic reflection whose propagation speed is slower than that of light or the like requires a round-trip propagation time to an object, and consists of a combination of a large number of transmissions and receptions. When the synthetic aperture method is used, it takes time to synthesize an image, and there are problems such as a decrease in imaging accuracy of a moving object and a failure to create a moving image.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、対象物までの距離が長く、往復伝播時間を要する場合にも、高速の合成開口処理を可能とする超音波画像化装置及び超音波画像かプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an ultrasonic imaging apparatus and an ultrasonic image that enable high-speed synthetic aperture processing even when the distance to an object is long and a round-trip propagation time is required Or to provide a program.
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。 In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
請求項1に記載の発明は、それぞれが、供給される駆動信号に応答して超音波を送信し、超音波を受信して電気信号を発生する複数の圧電素子を有する超音波プローブと、前記各圧電素子と画像化を行う対象となる画像化領域との間の最大距離と最小距離とから、前記複数の圧電素子のいずれかから送信された超音波が前記画像化領域で反射され前記複数の圧電素子のいずれかにおいて受信されるまでの最短時間と最長時間とを計算する計算手段と、前記最短時間と最長時間とに基づいて、超音波の送信時間間隔を決定し、当該送信時間間隔に従って、前記複数の圧電素子への駆動信号の供給タイミングを制御する制御手段と、前記送信時間間隔に従って送信された超音波の反射波を受信することで、前記複数の圧電素子が発生した各電気信号を用いて、超音波画像を生成する画像生成手段と、を具備することを特徴とする超音波画像化装置である。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic probe having a plurality of piezoelectric elements each of which transmits an ultrasonic wave in response to a supplied drive signal and receives an ultrasonic wave to generate an electric signal; From the maximum distance and the minimum distance between each piezoelectric element and the imaging area to be imaged, ultrasonic waves transmitted from any of the plurality of piezoelectric elements are reflected by the imaging area, and Calculating means for calculating the shortest time and the longest time until reception by any one of the piezoelectric elements, and determining the ultrasonic transmission time interval based on the shortest time and the longest time, and the transmission time interval According to the control means for controlling the supply timing of the drive signal to the plurality of piezoelectric elements, and the reflected waves of the ultrasonic waves transmitted according to the transmission time interval, thereby receiving the electric signals generated by the plurality of piezoelectric elements. Trust Using an ultrasonic imaging apparatus characterized by comprising an image generating device which generates an ultrasound image.
請求項4に記載の発明は、それぞれが、供給される駆動信号に応答して超音波を送信し、超音波を受信して電気信号を発生する複数の圧電素子を有する超音波画像化装置のコンピュータに、前記各圧電素子と前記画像化領域との間の最大距離と最小距離とから、前記複数の圧電素子のいずれかから送信された超音波が前記画像化領域で反射され前記複数の圧電素子のいずれかにおいて受信されるまでの最短時間と最長時間とを計算させる計算機能と、前記最短時間と最長時間とに基づいて、超音波の送信時間間隔を決定し、当該送信時間間隔に従って、前記複数の圧電素子への駆動信号の供給タイミングを制御させる制御機能と、前記送信時間間隔に従って送信された超音波の反射波を受信することで、前記複数の圧電素子が発生した各電気信号を用いて、超音波画像を生成させる画像生成機能と、を実現させることを特徴とする超音波画像化プログラムである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic imaging apparatus having a plurality of piezoelectric elements, each of which transmits an ultrasonic wave in response to a supplied drive signal and receives the ultrasonic wave to generate an electric signal. From the maximum distance and the minimum distance between each piezoelectric element and the imaging area, the ultrasonic waves transmitted from any of the plurality of piezoelectric elements are reflected on the imaging area and transmitted to the computer. Based on the calculation function for calculating the shortest time and the longest time until reception at any of the elements, and the shortest time and the longest time, an ultrasonic transmission time interval is determined, and according to the transmission time interval, Each of the electric power generated by the plurality of piezoelectric elements is received by receiving a control function for controlling the supply timing of the drive signal to the plurality of piezoelectric elements and a reflected wave of the ultrasonic wave transmitted according to the transmission time interval. With No. is an ultrasound imaging program characterized by realizing an image generating function of generating an ultrasonic image.
以上本発明によれば、対象物までの距離が長く、往復伝播時間を要する場合にも、高速の合成開口処理を可能とする超音波画像化装置及び超音波画像かプログラムを実現することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize an ultrasonic imaging apparatus and an ultrasonic image or a program that enable high-speed synthetic aperture processing even when the distance to an object is long and a round-trip propagation time is required. .
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.
図1は、本実施形態に係る超音波画像処理装置1のブロック構成図を示している。同図に示すように、本超音波画像処理装置1は、超音波プローブ10、増幅器12、A/D変換器14、距離信号演算回路16、画像生成回路18、発信器20、切替回路22、発信制御部24、表示制御部26、表示部28、操作部30を具備している。
FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic
超音波プローブ10は、マトリックス状に配列された複数の圧電素子T11、T21、・・・・、TNNを有している。各圧電素子は、供給される駆動信号に基づき超音波を発生し、また超音波を受信して所定の波形を有する電気信号を発生する。
The
増幅器12は、各圧電素子が発生した受信超音波形を増幅し、A/D変換器14に送り出す。
The
A/D変換器14は、増幅器12から受け取った増幅後の受信信号をA/D変換(アナログ/ディジタル変換)する。
The A /
距離信号演算回路16は、A/D変換後の受信信号に基づいて、画像化の対象物と各圧電素子との間の距離を計算する。
The distance
画像生成回路18は、各圧電素子の位置情報と計算された画像化の対象物と各圧電素子との距離とに基づいて、対象物に関する超音波画像を各圧電素子毎(各チャネル毎)に生成する。ここで、チャネルとは、圧電素子TNN毎に設けられている増幅器12、A/D変換器14、距離信号演算回路16、画像生成回路18からなる受信系統を意味する。
The
発信器20は、所定のレート周波数fr Hz(周期;1/fr秒)で、送信超音波を形成するための駆動信号を繰り返し発生する。
The
切替回路22は、発信制御部24からの制御信号に従ってスイッチを切り替え、発信器20からの駆動信号を所定の圧電素子に所定のタイミングで供給する。
The
発信制御部24は、発信器20からの駆動信号を供給する圧電素子の選択、供給タイミング(供給間隔)に関する制御、及び各圧電素子による反射超音波の受信タイミング制御を行う。特に、発信制御部24は、後述する最大/最小距離を用いた開口合成機能に従って、各圧電素子への駆動信号の供給(すなわち、各圧電素子からの超音波送信)、及び各圧電素子による反射超音波の受信のタイミングを制御する。
The transmission control unit 24 performs selection of a piezoelectric element that supplies a drive signal from the
表示制御部26は、画像生成回路18において生成されたチャネル毎の超音波画像を合成し、画像化対象物の形状、内部構造等を示す超音波画像を生成する。
The
表示部28は、表示制御部26において生成された超音波画像等を所定の形態で表示する。
The
操作部30は、操作者からの各種指示、条件の設定指示、種々の画質条件設定指示等を装置本体1にとりこむための各種スイッチ、ボタン、トラックボール13s、マウス13c、キーボード13d等を有している。
The operation unit 30 includes various switches, buttons, a trackball 13s, a mouse 13c, a keyboard 13d, and the like for incorporating various instructions, condition setting instructions, various image quality condition setting instructions, and the like from the operator into the apparatus
(最大/最小距離を用いた開口合成機能)
次に、本超音波画像化装置1が有する最大/最小距離を用いた開口合成機能について説明する。この機能は、超音波プローブ10を構成する各圧電素子TNNと超音波による画像化領域との間の距離のうち、最大距離と最小距離とを用いて、開口合成を行うものである。
(Aperture synthesis function using maximum / minimum distance)
Next, the aperture synthesis function using the maximum / minimum distance of the
[最小経路L1及び最大経路L2の計算]
図2は、各圧電素子TNNと画像化領域Aとの位置関係を示した図である。画像化領域Aは、超音波により画像化を行う対象となる領域である。図2に示す例では、画像化領域Aは、超音波プローブ10の圧電素子TNNがマトリックス状に配列されている面(すなわち、超音波送受信面)の中央から画像化領域Aの中心まで距離H0に、超音波プローブ10の照射面に直交する形で奥行き2ΔH、幅2W、高さ2Hの直方体領域として定義されている。
Calculation of minimum path L 1 and the maximum path L 2]
FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between each piezoelectric element TNN and the imaging region A. The imaging area A is an area to be imaged with ultrasound. In the example shown in FIG. 2, the imaging region A is a distance from the center of the surface where the piezoelectric elements TNN of the
この様な位置関係において、超音波プローブ10の照射面に直交する直交座標系を設定し、圧電素子TNNと超音波による画像化領域との間の最大距離及び最小距離を計算する。
In such a positional relationship, an orthogonal coordinate system orthogonal to the irradiation surface of the
図3は、図2で設定された画像化領域Aと、超音波プローブ10の各圧電素子TNNとの最小距離L1を示したものである。同図に示すように、画像化領域Aとマトリックス超音波プローブ10とが図3のように正対している場合は、最小距離L1は、次の式(1)で表すことができる。
FIG. 3 shows the minimum distance L 1 between the imaging region A set in FIG. 2 and each piezoelectric element TNN of the
L1 = 2(H0−ΔH) (1)
図3は、図2で設定された画像化領域Aと、超音波プローブ10の各圧電素子TNNとの最大距離L2を示したものである。なお、最大距離L2は、どの圧電素子から発信されたかによって幾分異なる。例えば、図4のようにお互いが正対している場合に、超音波プローブ10の照射面中央にある圧電素子から発信したケースでは、発信した圧電素子から最も遠い画像化領域Aの端点までの距離L21と、先の画像化領域Aの端点から対角線上逆の超音波プローブ10の照射面上にある圧電素子までの距離L22との和が最大距離となる。
L 1 = 2 (H 0 −ΔH) (1)
FIG. 3 shows the maximum distance L 2 between the imaging region A set in FIG. 2 and each piezoelectric element TNN of the
すなわち、超音波プローブ10の中心と画像化領域の中心が最小距離H0にある図2のような配置で、発信する圧電素子が超音波プローブ10の中心にある場合には、L21、L22、L2はそれぞれ次式のように与えられる。
That is, when the center of the
L21=(H0+ΔH)2+D2+W2)0.5 (2)
L22=(H0+ΔH)2+(D+d)2+(W+d)2)0.5 (3)
L2=L21+L22 (4)
ここで、dは図2に示す超音波プローブ10の圧電素子によって形成される超音波照射面の1辺の長さの半分を示す。
L 21 = (H 0 + ΔH) 2 + D 2 + W 2 ) 0.5 (2)
L 22 = (H 0 + ΔH) 2 + (D + d) 2 + (W + d) 2 ) 0.5 (3)
L 2 = L 21 + L 22 (4)
Here, d indicates half of the length of one side of the ultrasonic irradiation surface formed by the piezoelectric element of the
なお、以上述べた図2乃至図4の例では、画像化領域Aを直方体領域とし、超音波プローブ10の超音波照射面を規準とした直交座標系により、最小距離L1と最大距離L2とを定義した。しかしながら、この表現はあくまでも一例であり、本発明の技術的思想は、当該例に拘泥されない。例えば円筒座標系(半径及び高さ)や球座標系(中心からの距離)といった別の表現により、最小距離L1と最大距離L2とを定義するようにしてもよい。
In the example of FIGS. 2 to 4 described above, the minimum distance L 1 and the maximum distance L 2 are defined by an orthogonal coordinate system in which the imaging region A is a rectangular parallelepiped region and the ultrasonic irradiation surface of the
特に、圧電素子から送信される超音波は、一般にある幅をもったビーム形状をもって送信されるため、例えるならば送信位置を頂点とした円錐台の範囲に送信超音波が伝達されていく。従って、画像化領域Aを円錐台領域として定義するのは好適な例であり、係る場合には、最小距離L1及び最大距離L2は、以下のようにして計算することができる。 In particular, since the ultrasonic wave transmitted from the piezoelectric element is generally transmitted with a beam shape having a certain width, for example, the transmitted ultrasonic wave is transmitted to the range of the truncated cone having the transmission position as the apex. Therefore, it is a preferable example to define the imaging region A as a truncated cone region. In such a case, the minimum distance L 1 and the maximum distance L 2 can be calculated as follows.
図5は、各圧電素子TNNと円錐台領域としてとしての画像化領域Aとの位置関係を示した図である。同図に示すように、画像化領域Aの最奥部までの長さをDとし、Dにおける円錐台の半径をRとする。このとき、画像化領域の奥行き長さをHとすると、最小距離L1は、次の式(5)によって求めることができる。 FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship between each piezoelectric element TNN and the imaging area A as a truncated cone area. As shown in the figure, the length to the innermost part of the imaging area A is D, and the radius of the truncated cone in D is R. At this time, if the depth length of the image region and H, the minimum distance L 1 can be obtained by the following equation (5).
L1=D−H (5)
図6は、図5で設定された画像化領域Aと、超音波プローブ10の各圧電素子TNNとの最大距離L2を示したものである。同図に示すように、発信した圧電素子から最も遠い画像化領域Aの端点までの距離L21と、先の画像化領域Aの端点から対角線上逆の超音波プローブ10の照射面上にある圧電素子までの距離L22との和が最大距離となる。
L 1 = D−H (5)
FIG. 6 shows the maximum distance L 2 between the imaging region A set in FIG. 5 and each piezoelectric element TNN of the
すなわち、超音波プローブ10の中心と画像化領域の中心が最小距離H0にある図2のような配置で、発信する圧電素子が超音波プローブ10の中心にある場合には、L21、L22、L2はそれぞれ次式のように与えられる。
That is, when the center of the
L21=(R2+D2)0.5 (6)
L22=(d2+(R+d)2+D2)0.5 (7)
L2=L21+L22 (8)
また、この様に画像化領域Aを円錐台領域とし、超音波プローブ10の各圧電素子からの送受信を考える場合には、画像化領域Aは、各圧電素子に対応する円錐台領域を重ね合わせた領域となる。
L 21 = (R 2 + D 2 ) 0.5 (6)
L 22 = (d 2 + (R + d) 2 + D 2 ) 0.5 (7)
L 2 = L 21 + L 22 (8)
Further, when the imaging region A is a truncated cone region and transmission / reception from each piezoelectric element of the
図7、図8は、各圧電素子に対応する円錐台領域の重ね合わせによって定義される画像化領域Aを概念的に示した図である。各図に示すように、奥行きDにおいて斜線領域a(斜線で示した領域)が、各圧電素子に対応する円錐台領域を全て重ねて得られた画像化領域Aとなる。このとき、最小距離L1は、次の式(9)によって定義される。 FIG. 7 and FIG. 8 are diagrams conceptually showing an imaging area A defined by overlapping the truncated cone areas corresponding to the piezoelectric elements. As shown in each figure, the hatched area a (the area shown by hatching) at the depth D is an imaging area A obtained by superimposing all the truncated cone areas corresponding to the piezoelectric elements. In this case, the minimum distance L 1 is defined by the following equation (9).
L1=D−H (9)
一方、最大距離L2については、超音波プローブ10の端に存在する圧電素子から送信されたビームが奥行きDで到達する領域bは、斜線領域aを含む。このとき、最大距離L2は、次の計算で得ることができる。
L 1 = D−H (9)
On the other hand, the maximum distance L 2, the region b where the beam transmitted from the piezoelectric element existing at the end of the
L21=(R2+D2)0.5 (10)
L22=(d2+(R+D)2+D2)0.5 (11)
L2=L21+L22 (12)
このように、超音波プローブ10の各圧電素子の位置と画像化領域Aが設定されれば、超音波プローブ10上のどの圧電素子から超音波が送信されるかによって、送信圧電素子も含めた超音波プローブ10の圧電素子で受信する場合において、画像化領域Aにおいて反射して超音波プローブ10に戻ってくる超音波の最小経路L1と最大経路L2が特定される。本超音波画像化装置1では、予め設定される画像化領域Aの空間的情報(すなわち、図2の例では、中心位置、H0、D、W、ΔH)に基づいて、最小経路L1及び最大経路L2が距離信号演算回路16において計算される。
L 21 = (R 2 + D 2 ) 0.5 (10)
L 22 = (d 2 + (R + D) 2 + D 2 ) 0.5 (11)
L 2 = L 21 + L 22 (12)
Thus, if the position of each piezoelectric element of the
[発信時間間隔及び受信時間間隔の計算]
発信制御部24は、上記の様に計算された各圧電素子毎の最小経路L1及び最大経路L2を用いて、例えば以下の様に超音波の送信時間間隔(発信器20の駆動信号の発信時間間隔、駆動信号の各圧電素子への供給時間間隔)及び超音波の受信時間間隔を計算する。
[Calculation of transmission time interval and reception time interval]
Outgoing call control part 24 uses the minimum path L 1 and the maximum path L 2 of each of the piezoelectric elements are calculated as described above, the drive signal of the transmission time interval (
媒質での音速をCとすれば、発信後に画像化領域Aで反射されて戻ってくるまで最小でL1/C、最大でL2/Cの時間を要することになる。すなわち、最小でもL1/Cの時間が経過しないと画像化領域Aからは反射波が戻ってこないので、L1/C以下の間隔で次の超音波を発信しても受信側で混信することはない。逆に、画像化領域Aからの反射波は発信後の時間にしてL1/CからL2/Cの間に戻ってくるため、(L2−L1)/C以下の時間間隔で送信された超音波は、受信時間が重複することになる。 If the speed of sound in the medium is C, it takes a minimum of L 1 / C and a maximum of L 2 / C until it is reflected by the imaging area A and returns after transmission. That is, since the reflected wave does not return from the imaging area A unless the time of L 1 / C elapses at the minimum, even if the next ultrasonic wave is transmitted at an interval equal to or less than L 1 / C, interference occurs on the receiving side. There is nothing. On the contrary, since the reflected wave from the imaging region A returns between L 1 / C and L 2 / C in the time after transmission, it is transmitted at a time interval of (L 2 −L 1 ) / C or less. The received ultrasonic waves have overlapping reception times.
一方、受信側の混信を防ぐには、(L2−L1)/Cより大きい時間間隔で超音波を発信する必要がある。 On the other hand, in order to prevent interference on the receiving side, it is necessary to transmit ultrasonic waves at a time interval larger than (L 2 −L 1 ) / C.
図9は、受信側での混信を防ぐための送信間隔を説明するための図であり、例えば4個の圧電素子10a〜10dの順番で超音波を発信する場合を示している。この例では、送信時間間隔ttを次の式(13)の範囲とした場合には、各々の送信超音波が画像化領域Aで反射して戻ってきても混信せず、また、送信超音波と受信超音波が直接混ざることがないことがわかる。 FIG. 9 is a diagram for explaining a transmission interval for preventing interference on the receiving side, and shows a case where ultrasonic waves are transmitted in the order of four piezoelectric elements 10a to 10d, for example. In this example, when the transmission time interval t t is in the range of the following expression (13), even if each transmission ultrasonic wave is reflected back from the imaging region A and does not interfere, It can be seen that the sound wave and the received ultrasonic wave are not mixed directly.
(L2−L1)/C<tt<Lt/(3C) (13)
式(13)は、圧電素子の数をM個として、次のように一般化することができる。すなわち、M回の超音波の発信を行うとき、最初の送信超音波が戻ってくるまでに全ての発信を終えるには、一般に時間間隔をL1/{(M−1)C}以下とする必要がある。従って、本実施形態の場合には、送信時間間隔を次の式(14)の様に設定することができる。
(L 2 −L 1 ) / C <t t <L t / (3C) (13)
Equation (13) can be generalized as follows, where the number of piezoelectric elements is M. That is, when performing transmission of M ultrasonic waves, in order to finish all transmissions before the first transmission ultrasonic wave returns, the time interval is generally set to L 1 / {(M−1) C} or less. There is a need. Therefore, in the case of the present embodiment, the transmission time interval can be set as in the following equation (14).
(L2−L1)/C<tt<L1/{(M−1)C} (14)
実数値で上記の時間間隔を検証すると、以下の様である。すなわち、図2のように超音波プローブ10の中心と画像化領域Aとの中心が正対し、100m離れている場合に、超音波プローブ10の大きさがd=0.5m、画像化領域Aの大きさがW=D=1m、ΔH=0.5mとすると、最小経路L1及び最大経路L2は次のようになる。
(L 2 −L 1 ) / C <t t <L 1 / {(M−1) C} (14)
When the above time interval is verified with a real value, it is as follows. That is, as shown in FIG. 2, when the center of the
L1=2×(100−0.5)=199m
L2={(100+0.5)2+12+12}0.5
+{(100+0.5)2+(1+0.5)2+(1+0.5)2}0.5
=100.51+100.52=201.03m
媒質が水である場合は、音速は概ね毎秒1500mであるので、次の式(15)が得られる。
L 1 = 2 × (100−0.5) = 199 m
L 2 = {(100 + 0.5) 2 +1 2 +1 2 } 0.5
+ {(100 + 0.5) 2 + (1 + 0.5) 2 + (1 + 0.5) 2 } 0.5
= 100.51 + 100.52 = 201.03m
When the medium is water, the sound speed is approximately 1500 m per second, so the following equation (15) is obtained.
(L2−L1)/C=(201.03−199)/1500=0.00135秒 (15)
超音波プローブ10が8×8=64個の圧電素子を搭載している場合で、64回の発信を行う場合には、次のようになる。
(L 2 −L 1 ) / C = (201.3-199) /1500=0.00135 seconds (15)
When the
L1/{(M−1)C}=199/(63×1500)=0.0021秒
よって、0.00135秒以上0.0021秒以下の時間間隔で64個の超音波を発信すれば、混信せずに受信することが可能である。
L 1 /{(M−1)C}=199/(63×1500)=0.0002 seconds Therefore, if 64 ultrasonic waves are transmitted at a time interval of 0.00135 seconds or more and 0.0021 seconds or less, It is possible to receive without interference.
さらに、受信時においてもゲート時間を設けることにより、受信された反射波がどの圧電素子(すなわちチャネル)によって送信された超音波に対応するものであるかを特定することができる。例えば、図10に示すように、送信開始した時刻をT3、送信終了した時刻をT4として、送信した圧電素子から超音波が画像化領域Aまで到達、反射して超音波プローブ10上のいずれかの圧電素子の戻ってくるまでの最小経路をL3、最大経路をL4とした場合、送信時間間隔ttを式(14)と同様に、次の式(16)の様にとれば、前後の発信での受信超音波が重ならない。
Further, by providing a gate time even at the time of reception, it is possible to specify which piezoelectric element (that is, channel) the received reflected wave corresponds to the ultrasonic wave transmitted by. For example, as shown in FIG. 10, the transmission start time is T 3 and the transmission end time is T 4 , and the ultrasonic wave reaches the imaging region A from the transmitted piezoelectric element and is reflected and reflected on the
(L4−L3)/C<t<L3/{(M−1)C} (16)
さらに画像化領域Aでの反射波は、T3+L3/CからT4+L4/Cまでの時間に戻ってくるので、この時間帯に受信された反射波は全て特定の圧電素子からの発信であることがわかる。なお、このゲート時間に従う受信制御は、切替回路22による受信タイミングの制御、或いは画像生成回路18における圧電素子を特定する制御に用いられる。
(L 4 −L 3 ) / C <t <L 3 / {(M−1) C} (16)
Further, since the reflected wave in the imaging region A returns to the time from T 3 + L 3 / C to T 4 + L 4 / C, all the reflected waves received in this time zone are from a specific piezoelectric element. You can see that it is outgoing. The reception control according to the gate time is used for control of reception timing by the switching
(動作)
次に、本超音波画像化装置1の最大/最小距離を用いた開口合成機能に従う処理(以下、単に「開口合成処理」)における動作について説明する。
(Operation)
Next, the operation in the process according to the aperture synthesis function using the maximum / minimum distance of the ultrasonic imaging apparatus 1 (hereinafter simply referred to as “aperture synthesis process”) will be described.
図11は、本超音波画像化装置1の開口合成処理の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、操作部30から、形状検出しようとする対象物を含む画像化領域Aの位置情報(中心位置、奥行き、高さ、幅)が入力される(ステップS1)。距離信号演算回路16は、入力された画像化領域Aの位置情報及び予め記憶された各圧電素子の位置情報とに基づいて、各圧電素子と画像化領域Aとの間の最小距離L1及び最大距離L2を計算する(ステップS2)。
FIG. 11 is a flowchart showing the flow of the aperture synthesis process of the
次に、発信制御部24は、媒質の音速をCとして、(L2−L1)/C<tt<L1/C
を満たす送信時間間隔ttで圧電素子が切り替わるように切替回路22を制御し、超音波送信に関する制御を行う(ステップS3)。その結果、送信超音波と受信超音波とが直接混ざることなく、超音波送信が実行される。
Next, the transmission control unit 24 sets (L 2 −L 1 ) / C <t t <L 1 / C, where C is the sound speed of the medium.
The switching
次に、超音波プローブ10の各圧電素子は、対象物からの反射波を受信し、これに基づく電気信号を発生する(ステップS4)。距離信号演算回路16は、A/D変換後の受信信号に基づいて、画像化の対象物と各圧電素子との間の距離を計算する。画像生成回路18は、例えば特定圧電素子の送信開始時刻をT3、終了時刻をT4とし、当該圧電素子から設定空間内で反射して超音波プローブ10に戻るまでの最短距離をL3、最長距離をL4としたとき、次の時間TRは、T3+L3/C< TR <T4+L4/Cの時間に受信された信号を特定発信センサから発信されたものとして開口合成する(ステップS5)。また、画像生成回路18は、この開口合成は、全ての圧電素子について実行する(ステップS6)。
Next, each piezoelectric element of the
表示制御部26は、画像生成回路18において生成されたチャネル毎の開口合成結果を用いて、画像化対象物の形状、内部構造等を示す超音波画像を生成する。表示部28は、表示制御部26において生成された超音波画像等を所定の形態で表示する(ステップS7)。
The
(効果)
以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
(effect)
According to the configuration described above, the following effects can be obtained.
本超音波画像化装置によれば、超音波プローブを構成する各圧電素子TNNと超音波による画像化領域との間の最大距離と最小距離とを用いて、複数の圧電素子のいずれかから送信された超音波が前記画像化領域で反射され複数の圧電素子のいずれかにおいて受信されるまでの最短時間と最長時間とを計算し、各圧電素子からの送信超音波が画像化領域Aで反射して戻ってきても混信せず、また、送信超音波と受信超音波が直接混ざることがない範囲で、送信時間間隔を定義する。従って、超音波プローブと対象物体までの距離が長く、超音波を発信してから対象物体で反射して受信するまでの伝播時間が長い場合においても、超音波プローブ上の複数の圧電素子を使って合成開口処理を行う際の超音波の発信時間間隔を短縮することが可能になり、画像分解能を改善することができる。 According to this ultrasonic imaging apparatus, from each of a plurality of piezoelectric elements, using the maximum distance and the minimum distance between each piezoelectric element TNN constituting the ultrasonic probe and the ultrasonic imaging region. The shortest time and the longest time until the transmitted ultrasonic wave is reflected by the imaging region and received by any of the plurality of piezoelectric elements are calculated, and the transmitted ultrasonic wave from each piezoelectric element is calculated in the imaging region A. The transmission time interval is defined within a range in which interference does not occur even when reflected and returns, and transmission ultrasonic waves and reception ultrasonic waves are not directly mixed. Therefore, even when the distance between the ultrasonic probe and the target object is long and the propagation time from when the ultrasonic wave is transmitted until it is reflected by the target object is long, multiple piezoelectric elements on the ultrasonic probe are used. Thus, it is possible to shorten the transmission time interval of ultrasonic waves when performing the synthetic aperture processing, and the image resolution can be improved.
また、本超音波画像化装置では、超音波プローブを構成する各圧電素子TNNと超音波による画像化領域との間の最大距離と最小距離とを用いて、受信時においてもゲート時間を設けることにより、受信された反射波がどの圧電素子(チャネル)によって送信された超音波に対応するものであるかを特定することも可能ができる。従って、受信信号が、どの圧電素子から送信された超音波に起因するものかを、簡単な装置構成で容易に特定することができる。 Further, in this ultrasonic imaging apparatus, a gate time is provided even at the time of reception by using the maximum distance and the minimum distance between each piezoelectric element TNN constituting the ultrasonic probe and the ultrasonic imaging area. Thus, it is possible to specify which piezoelectric element (channel) the received reflected wave corresponds to the ultrasonic wave transmitted. Therefore, it is possible to easily specify with a simple device configuration which piezoelectric element the received signal is caused by the ultrasonic wave transmitted from.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的な変形例として、例えば本実施形態に係る機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、DVDなど)、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. As a specific modification, for example, the function according to the present embodiment can be realized by installing a program for executing the processing in a computer such as a workstation and developing the program on a memory. At this time, a program capable of causing the computer to execute the technique is stored in a recording medium such as a magnetic disk (floppy (registered trademark) disk, hard disk, etc.), an optical disk (CD-ROM, DVD, etc.), or a semiconductor memory. It can also be distributed.
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
以上本発明によれば、対象物までの距離が長く、往復伝播時間を要する場合にも、高速の合成開口処理を可能とする超音波画像化装置及び超音波画像かプログラムを実現することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize an ultrasonic imaging apparatus and an ultrasonic image or program that enable high-speed synthetic aperture processing even when the distance to an object is long and a round-trip propagation time is required. .
1…超音波画像化装置、10…超音波プローブ、12…増幅器、14…A/D変換器、16…距離信号演算回路、18…画像生成回路、20…発信器、22…切替回路、24…発信制御部、26…表示制御部、28…表示部、30…操作部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記各圧電素子と、画像化を行う対象となる画像化領域との間の最大距離と最小距離とから、前記複数の圧電素子のいずれかから送信された超音波が前記画像化領域で反射され前記複数の圧電素子のいずれかにおいて受信されるまでの最短時間と最長時間とを計算する計算手段と、
前記最短時間と最長時間とに基づいて、超音波の送信時間間隔を決定し、当該送信時間間隔に従って、前記複数の圧電素子への駆動信号の供給タイミングを制御する制御手段と、
前記送信時間間隔に従って送信された超音波の反射波を受信することで、前記複数の圧電素子が発生した各電気信号を用いて、超音波画像を生成する画像生成手段と、
を具備することを特徴とする超音波画像化装置。 An ultrasonic probe having a plurality of piezoelectric elements each transmitting ultrasonic waves in response to a supplied drive signal, receiving ultrasonic waves and generating electrical signals;
From the maximum distance and the minimum distance between each piezoelectric element and the imaging area to be imaged, ultrasonic waves transmitted from any of the plurality of piezoelectric elements are reflected by the imaging area. A calculation means for calculating a shortest time and a longest time until reception by any one of the plurality of piezoelectric elements;
Control means for determining an ultrasonic transmission time interval based on the shortest time and the longest time, and controlling the supply timing of the drive signal to the plurality of piezoelectric elements according to the transmission time interval;
An image generation means for generating an ultrasonic image using each electrical signal generated by the plurality of piezoelectric elements by receiving reflected ultrasonic waves transmitted according to the transmission time interval;
An ultrasonic imaging apparatus comprising:
前記画像生成手段は、前記最短時間及び最長時間を規準とする前記圧電素子毎の電気信号を用いて、前記超音波画像を生成すること、
を特徴とする請求項1記載の超音波画像化装置。 The calculating means calculates the transmitted ultrasonic wave from the maximum distance and the minimum distance between each piezoelectric element and the imaging region, and the start time and the end time of ultrasonic transmission in each piezoelectric element. Calculating the shortest time and the longest time for each of the piezoelectric elements to be reflected by the conversion region and received by any of the plurality of piezoelectric elements,
The image generation means generates the ultrasonic image using an electrical signal for each of the piezoelectric elements based on the shortest time and the longest time;
The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1.
前記各圧電素子と画像化を行う対象となる画像化領域との間の最大距離と最小距離とから、前記複数の圧電素子のいずれかから送信された超音波が前記画像化領域で反射され前記複数の圧電素子のいずれかにおいて受信されるまでの最短時間と最長時間とを計算させる計算機能と、
前記最短時間と最長時間とに基づいて、超音波の送信時間間隔を決定し、当該送信時間間隔に従って、前記複数の圧電素子への駆動信号の供給タイミングを制御させる制御機能と、
前記送信時間間隔に従って送信された超音波の反射波を受信することで、前記複数の圧電素子が発生した各電気信号を用いて、超音波画像を生成させる画像生成機能と、
を実現させることを特徴とする超音波画像化プログラム。 Each of the computers of the ultrasonic imaging apparatus having a plurality of piezoelectric elements that transmit an ultrasonic wave in response to the supplied drive signal and receive the ultrasonic wave to generate an electrical signal,
From the maximum distance and the minimum distance between each of the piezoelectric elements and the imaging area to be imaged, an ultrasonic wave transmitted from any of the plurality of piezoelectric elements is reflected by the imaging area. A calculation function for calculating the shortest time and the longest time until reception at any one of the plurality of piezoelectric elements;
A control function for determining an ultrasonic transmission time interval based on the shortest time and the longest time, and controlling a supply timing of a drive signal to the plurality of piezoelectric elements according to the transmission time interval;
An image generation function for generating an ultrasonic image using each electrical signal generated by the plurality of piezoelectric elements by receiving reflected ultrasonic waves transmitted according to the transmission time interval;
An ultrasonic imaging program characterized by realizing the above.
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