JP6990794B1 - Array type ultrasonic imaging device and its control method - Google Patents
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Abstract
【課題】アレイ型超音波プローブを往復走査して被検体の広範囲の反射波画像を生成するアレイ型超音波映像装置において、画像ズレの少ないアレイ型超音波映像装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】本発明の複数の振動子がリニアに並設された超音波アレイプローブ4を平面走査して被検体8の表面または積層境界面に超音波ビームを照射し、超音波反射波の信号強度を表示するアレイ型超音波映像装置1は、超音波アレイプローブが所定の走査順序で超音波ビームを照射する電子スキャンを行うと共に、振動子の並設方向に垂直な方向に超音波アレイプローブを往復移動するスキャン動作と振動子の並設方向と平行に超音波アレイプローブを移動するシフト動作とにより超音波アレイプローブを平面走査し、超音波ビームを所定の走査順序で照射することにより、スキャン動作の往路と復路の切り替わった位置における超音波反射波の表示のズレを補正するようにした。【選択図】 図6BPROBLEM TO BE SOLVED: To provide an array-type ultrasonic imaging device having less image deviation and a control method thereof in an array-type ultrasonic imaging device for generating a wide-range reflected wave image of a subject by reciprocating scanning an array-type ultrasonic probe. SOLUTION: An ultrasonic beam is irradiated on a surface or a laminated boundary surface of a subject 8 by scanning an ultrasonic array probe 4 in which a plurality of transducers of the present invention are linearly arranged in a plane, and the ultrasonic reflected wave is generated. The array-type ultrasonic imaging device 1 that displays the signal strength performs an electronic scan in which the ultrasonic array probe irradiates an ultrasonic beam in a predetermined scanning order, and also performs an ultrasonic array in a direction perpendicular to the juxtaposed direction of the transducers. By scanning the ultrasonic array probe in a plane by a scanning operation that moves the probe back and forth and a shifting operation that moves the ultrasonic array probe parallel to the juxtaposed direction of the transducer, the ultrasonic beam is irradiated in a predetermined scanning order. , The deviation of the display of the ultrasonic reflected wave at the position where the outward path and the return path of the scanning operation are switched is corrected. [Selection diagram] FIG. 6B
Description
本発明は、アレイ型超音波映像装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to an array type ultrasonic imaging device and a control method thereof.
半導体などの被検体に超音波を照射して、その反射波に基づいて被検体内部の画像情報を生成し、被検体内部の欠陥を検出する超音波映像装置がある。この超音波映像装置によれば、非破壊による高分解能検査を行うことができ、電子部品の信頼性を確保できる。 There is an ultrasonic imaging device that irradiates a subject such as a semiconductor with ultrasonic waves, generates image information inside the subject based on the reflected wave, and detects defects inside the subject. According to this ultrasonic imaging device, non-destructive high-resolution inspection can be performed, and the reliability of electronic components can be ensured.
超音波映像装置の一形態に、単一の振動子で構成するシングルプローブを有する超音波映像装置がある。このシングルプローブを有する超音波映像装置では、シングルプローブを被検体の表面または積層界面の所定エリアのX方向・Y方向に機械的に走査して、超音波の被検体への照射と反射波の検出を行う。 One form of an ultrasonic imaging device is an ultrasonic imaging device having a single probe composed of a single oscillator. In the ultrasonic imaging device having this single probe, the single probe is mechanically scanned in the X and Y directions of the predetermined area of the surface of the subject or the laminated interface, and the ultrasonic irradiation to the subject and the reflected wave are generated. Perform detection.
この超音波映像装置のタクトタイムを短くするためには、シングルプローブの走査速度を速くする必要がある。しかし、被検体とシングルプローブを浸水する超音波映像装置では、シングルプローブの走査速度を速めると、泡の巻き込みや波立ち等の画像劣化の原因となる現象が発生する問題が生じる。 In order to shorten the tact time of this ultrasonic imaging device, it is necessary to increase the scanning speed of the single probe. However, in an ultrasonic imaging device in which a subject and a single probe are flooded, if the scanning speed of the single probe is increased, there arises a problem that a phenomenon that causes image deterioration such as bubble entrainment and waviness occurs.
このため、例えば、複数の圧電振動素子を有するアレイ型超音波センサを備え、アレイ並び方向には電子的に走査し、さらにアレイ並びの法線方向には機械走査することで、検査対象の内部からの反射信号を用いて検査画像を生成する超音波検査装置がある(特許文献1を参照)。 Therefore, for example, an array-type ultrasonic sensor having a plurality of piezoelectric vibration elements is provided, and the inside of the inspection target is internally scanned by electronically scanning in the array alignment direction and mechanical scanning in the array alignment normal direction. There is an ultrasonic inspection device that generates an inspection image using a reflected signal from (see Patent Document 1).
上記の先行技術によれば、プローブの走査速度を低減できるので、泡の巻き込みや波立ち等の画像劣化の原因となる現象の発生を低減できる。しかし、アレイ型超音波プローブを往復機械走査して被検体の広範囲の反射波画像を生成する際には、機械走査の端部、つまり、機械走査の往路と復路の切り替わった位置等において、超音波反射波の画像にズレが生じることがある。特許文献1には、アレイ型超音波プローブを往復機械走査することの記載はなく、この問題について考慮されていない。
According to the above-mentioned prior art, since the scanning speed of the probe can be reduced, it is possible to reduce the occurrence of phenomena that cause image deterioration such as bubble entrainment and waviness. However, when the array-type ultrasonic probe is reciprocally scanned by a reciprocating machine to generate a wide-range reflected wave image of the subject, the ultrasonic probe is super-scanned at the end of the machine scan, that is, at the position where the outward path and the return path of the mechanical scan are switched. The image of the reflected sound wave may be misaligned.
本発明の目的は、アレイ型超音波プローブを往復走査して被検体の反射波画像を生成するアレイ型超音波映像装置において、画像ズレの少ないアレイ型超音波映像装置及びその制御方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an array-type ultrasonic imaging device having less image deviation and a control method thereof in an array-type ultrasonic imaging device that reciprocally scans an array-type ultrasonic probe to generate a reflected wave image of a subject. There is something in it.
前記課題を解決するため、本発明のアレイ型超音波映像装置は、複数の振動子がリニアに並設された超音波アレイプローブを、被検体に所定の走査順序で超音波ビームを照射する電子スキャンを行いながら、前記振動子の並設方向に垂直な方向に往復移動するスキャン動作と前記振動子の並設方向と平行に超音波アレイプローブを移動するシフト動作とにより平面走査して、被検体の表面または積層境界面に超音波ビームを照射し、被検体からの超音波反射波の信号強度を表示するアレイ型超音波映像装置であって、前記電子スキャンを、電子スキャンの一端の照射点に超音波ビームを照射し、つぎに対向する他端の照射点に超音波ビームを照射するように、それぞれの端部から一つずつ央部に向けて交互に順に超音波ビームを照射する走査順序になるように前記複数の振動子を選択して超音波ビームを照射して行う。 In order to solve the above problems, the array-type ultrasonic imaging device of the present invention uses an ultrasonic array probe in which a plurality of transducers are linearly arranged side by side to irradiate a subject with an ultrasonic beam in a predetermined scanning order. While scanning, a plane scan is performed by a scan operation of reciprocating in a direction perpendicular to the juxtaposed direction of the transducer and a shift operation of moving the ultrasonic array probe in parallel with the juxtaposed direction of the transducer. An array-type ultrasonic imaging device that irradiates the surface of a sample or the boundary surface of a stack with an ultrasonic beam and displays the signal intensity of the ultrasonic reflected wave from the subject . The electronic scan is irradiated at one end of the electronic scan. The points are irradiated with the ultrasonic beam, and then the ultrasonic beams are alternately irradiated from each end toward the central part so as to irradiate the opposite irradiation points at the other ends. The plurality of transducers are selected so as to be in the scanning order and irradiated with an ultrasonic beam .
また、本発明のアレイ型超音波映像装置の制御方法は、複数の振動子がリニアに並設された超音波アレイプローブの超音波ビームを被検体に順次照射して電子スキャンを行い、前記被検体からの超音波反射波の信号強度を表示するアレイ型超音波映像装置の制御方法であって、前記被検体に所定の走査順序で電子スキャンの一端の照射点に超音波ビームを照射し、つぎに対向する他端の照射点に超音波ビームを照射するように、それぞれの端部から一つずつ央部に向けて交互に順に超音波ビームを照射する走査順序になるように前記複数の振動子を選択して超音波ビームを照射しながら、前記超音波アレイプローブの振動子の並設方向に垂直な方向に前記超音波アレイプローブを所定速度で連続移動する第1のステップと、前記電子スキャンの走査幅分、前記振動子の並設方向と並行に前記超音波アレイプローブを移動するシフト動作をするシフトステップと、前記被検体に所定の走査順序で電子スキャンの一端の照射点に超音波ビームを照射し、つぎに対向する他端の照射点に超音波ビームを照射するように、それぞれの端部から一つずつ央部に向けて交互に順に超音波ビームを照射する走査順序になるように前記複数の振動子を選択して超音波ビームを照射しながら、前記第1のステップとは逆向きに前記超音波アレイプローブを所定速度で連続移動する第2のステップと、を含み、前記第1のステップと、前記シフトステップと、前記第2のステップとを繰り返すことにより、被検体全面を電子スキャンするようにした。
Further, in the control method of the array type ultrasonic imaging device of the present invention, the subject is sequentially irradiated with the ultrasonic beam of an ultrasonic array probe in which a plurality of transducers are linearly arranged side by side to perform an electronic scan, and the subject is subjected to an electronic scan. This is a control method for an array-type ultrasonic imaging device that displays the signal intensity of ultrasonic reflected waves from a sample. The subject is irradiated with an ultrasonic beam at one end of an electronic scan in a predetermined scanning order. Next, the plurality of ultrasonic beams are radiated alternately from each end toward the central part so as to irradiate the ultrasonic beam to the irradiation points at the other ends facing each other. The first step of continuously moving the ultrasonic array probe at a predetermined speed in a direction perpendicular to the juxtaposed direction of the transducers of the ultrasonic array probe while selecting an ultrasonic beam and irradiating the ultrasonic beam, and the above-mentioned A shift step that moves the ultrasonic array probe in parallel with the juxtaposed direction of the transducer by the scanning width of the electronic scan, and an irradiation point at one end of the electronic scan in a predetermined scanning order for the subject. Scanning sequence in which the ultrasonic beam is irradiated alternately from each end toward the central part so as to irradiate the ultrasonic beam to the irradiation points at the other ends facing each other. The second step of continuously moving the ultrasonic array probe at a predetermined speed in the direction opposite to the first step while irradiating the ultrasonic beam by selecting the plurality of transducers so as to be. By repeating the first step, the shift step, and the second step, the entire surface of the subject was electronically scanned .
本発明によれば、アレイ型超音波プローブを平面走査して被検体の超音波反射画像を生成するアレイ型超音波映像装置において、アレイ型超音波プローブのスキャンの往復動において生じる反射波画像の画像ズレを抑制することができる。 According to the present invention, in an array-type ultrasonic imaging device that scans an array-type ultrasonic probe in a plane to generate an ultrasonic reflection image of a subject, the reflected wave image generated in the reciprocating motion of the scan of the array-type ultrasonic probe. Image misalignment can be suppressed.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、実施形態のアレイ型超音波映像装置の全体構成を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an array-type ultrasonic imaging device according to an embodiment.
アレイ型超音波映像装置1は、3軸スキャナ2(走査手段)と、超音波アレイプローブ(以下、プローブ4と記す)を備えている。この3軸スキャナ2は、平面状の被検体8に対してプローブ4をX軸方向とY軸方向の二次元で走査(平面走査)する。これによりアレイ型超音波映像装置1は、平面状の被検体8を超音波によって映像化することができる。
The array-type
プローブ4は、多数の振動子を短冊状に並べたフェイズドアレイ超音波プローブである。詳しくは、多数の振動子における一部の複数の振動子(振動子群)のそれぞれの発振タイミングを制御して超音波収束ビーム(超音波ビーム)を作り、これを電子的に切り替えていくことで、照射位置を変えて超音波ビームを照射し、被検体8を一次元走査する。本明細書では、フェイズドアレイ超音波プローブによる電子的な超音波ビームの走査を電子スキャンと記す。
超音波ビームの反射波の受信制御も、振動子群を制御して行う。
The
The reception control of the reflected wave of the ultrasonic beam is also performed by controlling the oscillator group.
また、プローブ4が、単一の振動子から発生した超音波を音響レンズで集束して被検体に照射し、この振動子を短冊状に複数個構成されるようにしてもよい。この構成でも、振動子を電子的に切り替えていくことで、超音波ビームの照射位置を変えて、被検体8の電子スキャンを行う。
Further, the
プローブ4は、水槽91に満たされた水に浸漬され、プローブ4の先端が被検体8に対向するように配置される。プローブ4は、ホルダ24により3軸スキャナ2に取り付けられている。
水槽91は、台92の上に載置される。
The
The
この3軸スキャナ2は、プローブ4を二次元で走査する際に、内蔵する位置変化を検出するエンコーダにより検出した直線位置または回転位置(角度位置)に基づいて、その走査位置を検出する。これにより、アレイ型超音波映像装置1は、被検体8の各走査位置(走査点)とエコー波との関係を二次元で映像化することができる。
When scanning the
3軸スキャナ2は、プローブ4を走査するX軸スキャナ21及びY軸スキャナ22と、プローブ4と被検体8との間隔を可変するZ軸スキャナ23と、プローブ4を把持するホルダ24とを備える。
また、プローブ4は、検査前に台92によって高さが調整されると共に、Z軸スキャナ23により被検体8との間隔が調整される。
The 3-
Further, the height of the
プローブ4は、複数の振動子がリニアに並設された方向に垂直な方向(以下、この方向をX軸方向と呼ぶ)に、3軸スキャナ2のX軸スキャナ21により所定速度で連続移動(スキャン動作)され、その後、3軸スキャナ2のY軸スキャナ22により、複数の振動子の並設方向と並行に、電子スキャンの走査幅分の移動(シフト動作)が行われる。
The
このホルダ24は、プローブ4の上部に設けられた鍔部42を支え、このプローブ4に上向きの力が加わったときにスムーズに上方向に動くようにしている。ホルダ24にはセンサ3が設けられており、プローブ4が上方向に動いたことを検知する。
The
制御装置10は、制御部18、送受信指令部12、タイミング処理部13、振動子動作信号生成部14、反射波信号処理部15、反射波画像生成部16と表示部17を備え、3軸スキャナの制御、プローブ4の送受信制御と被検体8からのエコー波の表示制御とを行う。
The
メカ制御部11は、X軸スキャナ21及びY軸スキャナ22が内蔵するエンコーダ出力に基づいて、X軸スキャナ21及びY軸スキャナ22を駆動し、プローブ4が被検体8上を平面走査する制御部である。
The
送受信指令部12は、振動子動作信号生成部14にタイミング処理部13を経由して振動子動作信号の生成を指令し、プローブ4の電子スキャンを開始する制御部である。
The transmission /
タイミング処理部13は、電子スキャンにおける超音波ビームの走査順序に対応するプローブ4の振動子群を選択する。
The
振動子動作信号生成部14は、タイミング処理部13で選択された振動子群と走査順序とに従って振動子動作信号を生成し、走査点毎に、プロ―プ4に送信する。
プローブ4は、振動子動作信号生成部14の振動子動作信号により超音波ビームを照射する。
The oscillator operation
The
反射波信号処理部15は、走査点毎に、プローブ4から超音波ビームの反射波の信号を受信し、ゲートを設けてゲート処理することによって反射波の変位(振幅)を求め、その変位によって信号強度を算出する。
The reflected wave signal processing unit 15 receives the reflected wave signal of the ultrasonic beam from the
反射波画像生成部16は、反射波信号処理部15で算出した照射点毎の反射波の信号強度を、例えば、0~255の階調度に変換する。被検体8と水槽91の水との境界や被検体8の内部の材料境界・剥離部・ボイド部等の音響インピーダンス(密度)が変わる境界面では、超音波ビームの反射波が生じる。反射波画像生成部16は、超音波ビームの反射波が無い点を階調度が255、反射波の信号強度が大きくなるほど、階調度を小さくする。
The reflected wave
表示部17は、反射波画像生成部16で求めた超音波ビームの反射波の信号強度を、被検体8の平面走査した濃淡画像として表示する。具体的には、階調度が255の場合には黒色を表示し、階調度が0の場合に白色を表示し、階調度が中間値の場合には階調度に応じて灰色を表示する。
これにより、アレイ型超音波映像装置1は、平面走査した被検体8の空洞(周囲と密度の差が大きい)を白い画像として表示する。
The
As a result, the array-type
制御部18は、メカ制御部11を制御すると共に、メカ制御部11から通知されるX軸スキャナ21のエンコーダ出力に同期して、送受信指令部12を制御する。つまり、制御部18は、プローブ4のスキャン動作に同期して電子スキャンを開始する。これにより、プローブ4の電子スキャンによる被検体8のX軸方向の走査ピッチは、X軸スキャナ21のエンコーダ出力のピッチに等しくなる。
The
つぎに、図2により、アレイ型超音波映像装置1におけるプローブ4の平面走査の動作内容を説明する。
プローブ4は、例えば、192個の振動子がリニアに並設されて構成されるが、図2には、プローブ4が、振動子a、b、c、d、e、f、gの7個の振動子で構成される場合を示している。
Next, with reference to FIG. 2, the operation contents of the plane scanning of the
The
アレイ型超音波映像装置1は、被検体8の設定された位置を走査の原点(図2の走査エリアの左上)とし、走査エリアの大きさが指定されて、プローブ4の平面走査を行う。
まず、プローブ4の電子スキャンの開始点が走査の原点に位置するように、3軸スキャナ2を駆動して、プローブ4を移動する。詳しくは、電子スキャンはプローブ4の移動中に行うため、プローブ4が電子スキャンの開始点を通過する際の移動速度が所定値になるように、助走分を含めて移動する。
The array-type
First, the 3-
平面走査の原点(開始位置)で、プローブ4は、振動子a、b、c、d、e、f、gによる電子スキャンを行うと共に、3軸スキャナ2のX軸スキャナ21により、振動子の並設方向に垂直な方向に移動する。そして、プローブ4は、X軸スキャナ21のエンコーダ出力に同期して、次の電子スキャンを行う。プローブ4は、これを走査エリアの幅分(X軸方向の大きさ分)、繰り返す。
At the origin (start position) of the plane scan, the
プローブ4が、上記のようにして、X軸方向のプローブ4の連続移動(スキャン動作1)をしながら、電子スキャンを繰り返して、Y軸方向の長さが電子スキャンの走査幅分で、X軸方向の長さが設定された走査エリアの幅分の帯状の走査エリアに超音波ビームを照射し、被検体8からの反射波を検出する。
As described above, the
この際、制御装置10は、プローブ4の一回の電子スキャンで検出した被検体8からの反射波を、X軸方向の位置(走査列)が同一の超音波ビームの反射波として、反射波の信号強度を算出し、濃淡画像として表示する。
At this time, the
つぎに、プローブ4は、3軸スキャナ2のY軸スキャナ22により、複数の振動子の並設方向と並行に、電子スキャンの走査幅分の移動(シフト動作)を行う。そして、プローブ4の電子スキャンの開始点が、上記のスキャン動作1の最後の電子スキャンの開始点と同一のX軸方向の位置になるように、X軸スキャナ21によりプローブ4を移動する。
Next, the
プローブ4は、振動子a、b、c、d、e、f、gによる電子スキャンを行うと共に、3軸スキャナ2のX軸スキャナ21により、スキャン動作1とは逆方向の振動子の並設方向に垂直な方向に移動する。そして、プローブ4は、X軸スキャナ21のエンコーダ出力に同期して、次の電子スキャンを行う。プローブ4は、これを走査エリアの幅分(X軸方向の大きさ分)、繰り返す。
The
プローブ4が、上記のようにして、X軸方向のプローブ4の連続移動(スキャン動作2)をしながら、電子スキャンを繰り返して、Y軸方向の長さが電子スキャンの走査幅分で、X軸方向の長さが設定された走査エリアの幅分の帯状の走査エリアに超音波ビームを照射し、被検体8からの反射波を検出する。
As described above, the
制御装置10は、上記のプローブ4のスキャン動作1とスキャン動作2により、指定された走査エリアをカバーできれば、平面走査を終了するが、不足の場合には、プローブ4を電子スキャンの走査幅分のシフト動作をして移動し、先の動作と同様の、電子スキャンすると共にスキャン動作3・シフト動作・スキャン動作4を行う。
制御装置10は、指定された走査エリアをカバーするまで上記の動作を繰り返して、被検体8の平面走査を行う。
If the
The
本明細書では、プローブ4のスキャン動作1、スキャン動作3…を往動スキャン動作(第1のスキャン動作)と記し、プローブ4のスキャン動作2、スキャン動作4…を復動スキャン動作(第2のスキャン動作)と記す。
In the present specification, the
プローブ4は、上記のスキャン動作1、2、3、4で、連続移動しながら、電子スキャンを行うため、詳細には、超音波ビームの照射タイミングによって、超音波ビームの照射点のX軸方向の位置にずれが生じる。つぎに、超音波ビームの照射タイミングと照射点の関係について説明する。
Since the
図3Aは、比較例のプローブ4の超音波ビームの照射点について説明する図である。
照射点a、b、c、d、e、f、gは、プローブ4の振動子a、b、c、d、e、f、gの電子スキャンによる超音波ビームの照射点である。特に、照射点aは、走査エリアの原点に対応する照射点であり、またスキャン動作の際に、X軸スキャナ21のエンコーダ出力に同期した電子スキャンの最初の超音波ビームの照射点である。
FIG. 3A is a diagram illustrating an irradiation point of the ultrasonic beam of the
The irradiation points a, b, c, d, e, f, and g are irradiation points of the ultrasonic beam by electron scanning of the oscillators a, b, c, d, e, f, and g of the
プローブ4の電子スキャンは、スキャン動作の連続移動中に行う。図3Aの実線の矩形は、最初に超音波ビームを照射する際のプローブ4の位置、破線の矩形は、最後に超音波ビームを照射する際のプローブ4の位置を示している。
比較例のプローブ4では、照射点aからプローブ4の他端に向けて順に超音波ビームを照射する。このため、照射点b、c、d、e、f、gは、スキャン方向に少しずつずれた位置となる。
The electronic scan of the
In the
図3Bは、比較例のプローブ4のスキャン動作1とスキャン動作2の平面走査における超音波ビームの照射点の位置を示す図である。
比較例のプローブ4の照射点aは、X軸スキャナ21のエンコーダ出力に同期して電子スキャンが行われるため、スキャン動作1とスキャン動作2とで、X軸方向の位置が一致する(例えば、Xn座標)。しかし、照射点b、c、d、e、f、gは、スキャン方向に応じて少しずつずれた位置となる。
FIG. 3B is a diagram showing the positions of the irradiation points of the ultrasonic beam in the plane scanning of the
Since the irradiation point a of the
ここで、プローブ4が照射した超音波ビームの反射波の超音波画像の表示について詳細説明する。
図4Aは、反射波信号処理部15で処理する反射波における信号強度の時間変化の一例を示す図である。反射波信号処理部15は、検査する被検体8の所定の深度に対応する時間を中心した所定時間幅における反射波の信号強度の変位(振幅)を求める。
Here, the display of the ultrasonic image of the reflected wave of the ultrasonic beam irradiated by the
FIG. 4A is a diagram showing an example of a time change in signal intensity in a reflected wave processed by the reflected wave signal processing unit 15. The reflected wave signal processing unit 15 obtains a displacement (amplitude) of the signal intensity of the reflected wave in a predetermined time width centered on a time corresponding to a predetermined depth of the subject 8 to be inspected.
図4Bは、反射波画像生成部16が照射点毎の反射波の信号強度を0~255の階調度に変換することを説明する図である。反射波の信号強度が0(変位が0)のときを階調度255の黒色とし、反射波の信号強度が最大(変位が最大)のときを階調度0の白色とし、反射波の信号強度(変位)が大きくなるに従い、階調度を小さくし(中間値)、灰色とする。
FIG. 4B is a diagram illustrating that the reflected wave
つぎに、比較例のプローブ4により電子スキャンした際の超音波画像を図4C、図4Dにより説明する。
図4Cは、プローブ4の超音波ビームの照射点と図に示すような短冊状に3つの反射率の異なる領域を有する被検体8の位置関係を示す図である。プローブ4の電子スキャンの最初の照射点は、3つの反射率の異なる領域のそれぞれの領域にあるが、プローブ4の移動中に電子スキャンを行うため、電子スキャンの最後の照射点は、隣りの短冊領域に入っている。
Next, the ultrasonic images obtained by electronically scanning with the
FIG. 4C is a diagram showing the positional relationship between the irradiation point of the ultrasonic beam of the
図4Dは、図4Cにおける電子スキャンのよる超音波画像を示す図である。
この際、反射波画像生成部16は、プローブ4の一回の電子スキャンで検出した被検体8からの反射波を、X軸方向の位置(走査列)が同一の超音波ビームの反射波として、反射波の信号強度を算出し、濃淡画像を求め、表示部17が超音波画像として表示する。このため、図4Cで説明した被検体8と異なる反射率の分布の濃淡画像が表示される。
FIG. 4D is a diagram showing an ultrasonic image obtained by an electronic scan in FIG. 4C.
At this time, the reflected wave
以下に詳細を説明するが、この隣りの短冊領域に入った照射点の超音波画像が、X軸方向のスキャン動作の往路と復路の切り替わった位置における表示のズレに繋がる。 As will be described in detail below, the ultrasonic image of the irradiation point in the adjacent strip area leads to a display shift at the position where the outward path and the return path of the scanning operation in the X-axis direction are switched.
図5A、図5Bは、比較例のプローブ4を往復動した際の、超音波画像の表示例を説明する図である。
5A and 5B are diagrams illustrating an example of displaying an ultrasonic image when the
図5Aは、被検体8の外形を走査エリアとした際の、プローブ4の電子スキャンの照射点の位置を示す図である。
図3Bで説明したように、X軸スキャナ21のエンコーダ出力に同期して電子スキャンが行われるため、スキャン動作1とスキャン動作2とで、X軸方向の位置が一致する(例えば、Xn座標)。しかし、照射点b、c、d、e、f、gは、スキャン方向に応じて少しずつずれた位置となる。このため、スキャン動作1の最後の電子スキャンの照射点e、f、gは、被検体外に超音波ビームを照射することになる。
FIG. 5A is a diagram showing the position of the irradiation point of the electron scan of the
As described with reference to FIG. 3B, since the electronic scan is performed in synchronization with the encoder output of the
図5Bは、図5Aの電子スキャンのよる超音波画像を示す図である。
反射波画像生成部16は、プローブ4の一回の電子スキャンで検出した被検体8からの反射波を、X軸方向の位置(走査列)が同一の超音波ビームの反射波として表示するため、被検体8のXn座標の超音波画像として、照射点e、f、gを表示する。
FIG. 5B is a diagram showing an ultrasonic image obtained by the electronic scan of FIG. 5A.
The reflected wave
被検体8の反射波と被検体外の反射波とは、信号強度が異なるため、照射点e、f、gに相当する反射波画像は異なる濃度画像として表示され、画像情報のズレとして視認される。なお、図5Bでは、説明のため、被検体8の反射波画像を白色、被検体外の反射波画像を黒色している。 Since the reflected wave of the subject 8 and the reflected wave outside the subject have different signal intensities, the reflected wave image corresponding to the irradiation points e, f, and g is displayed as a different density image and is visually recognized as a deviation of the image information. Ru. In FIG. 5B, for the sake of explanation, the reflected wave image of the subject 8 is white, and the reflected wave image outside the subject is black.
以下に、実施形態のアレイ型超音波映像装置1について説明する。
The array-type
図6Aは、実施形態のプローブ4の超音波ビームの照射点について説明する図である。
照射点a、b、c、d、e、f、gは、プローブ4の振動子a、b、c、d、e、f、gの電子スキャンによる超音波ビームの照射点である。特に、照射点aは、走査エリアの原点に対応する照射点であり、またスキャン動作の際に、X軸スキャナ21のエンコーダ出力に同期した電子スキャンの最初の超音波ビームの照射点である。
FIG. 6A is a diagram illustrating an irradiation point of the ultrasonic beam of the
The irradiation points a, b, c, d, e, f, and g are irradiation points of the ultrasonic beam by electron scanning of the oscillators a, b, c, d, e, f, and g of the
プローブ4の電子スキャンは、スキャン動作の連続移動中に行う。図6Aの実線の矩形は、最初に超音波ビームを照射する際のプローブ4の位置、破線の矩形は、最後に超音波ビームを照射する際のプローブ4の位置を示している。
The electronic scan of the
タイミング処理部13(図1参照)により、プローブ4は、超音波ビームを照射点aに照射した後に、電子スキャンの他端の照射点gに超音波ビームを照射する。つぎに、照射点aより中央側の照射点bに超音波ビームを照射する。このように、プローブ4は、対向する端部の照射点から央部の照射点に向けて交互に順に超音波ビームを照射して電子スキャンを行う。
The
換言すれば、プローブ4は、スキャン動作の方向に応じて超音波ビームの照射点がくの字状または逆くの字状になるように超音波ビームを照射する。
In other words, the
図6Bは、プローブ4のスキャン動作1とスキャン動作2の走査エリアにおける超音波ビームの照射点の位置を示す図である。
プローブ4の照射点aは、X軸スキャナ21のエンコーダ出力に同期して電子スキャンが行われるため、スキャン動作1とスキャン動作2とで、X軸方向の位置が一致し、照射点b、c、d、e、f、gは、スキャン方向に応じて少しずつずれた位置となる。
FIG. 6B is a diagram showing the positions of the irradiation points of the ultrasonic beam in the scanning areas of the
Since the irradiation point a of the
図7A、図7Bは、比較例のプローブ4を往復動した際の、超音波画像の表示例を説明する図である。
7A and 7B are diagrams illustrating an example of displaying an ultrasonic image when the
図7Aは、被検体8の外形を走査エリアとした際の、プローブ4の電子スキャンの照射点の位置を示す図である。
図6Bで説明したように、プローブ4の照射点aは、X軸スキャナ21のエンコーダ出力に同期して電子スキャンが行われるため、スキャン動作1とスキャン動作2とで、X軸方向の位置が一致し、照射点b、c、d、e、f、gは、スキャン方向に応じて、超音波ビームの照射点が逆くの字状、またはくの字状になる。これにより、スキャン動作1の最後の電子スキャンの照射点c、d、eは、被検体外に超音波ビームを照射することになる。
FIG. 7A is a diagram showing the position of the irradiation point of the electron scan of the
As described with reference to FIG. 6B, the irradiation point a of the
図7Bは、図7Aの電子スキャンのよる超音波画像を示す図である。
反射波画像生成部16は、プローブ4の一回の電子スキャンで検出した被検体8からの反射波を、X軸方向の位置(走査列)が同一の超音波ビームの反射波として表示するため、被検体8のXn座標の超音波画像として、照射点c、d、eを黒色に表示する。なお、説明のため、被検体8の反射波画像を白色、反射波の信号強度が異なる被検体外の反射波画像を黒色している。
FIG. 7B is a diagram showing an ultrasonic image obtained by the electronic scan of FIG. 7A.
The reflected wave
このように、シフト処理直前の往動処理の最終の電子スキャンにおいて、復動処理との端部境目近傍の画像は白く表示され、一方、復動処置の最初の電子スキャンの往動処理との端部境目近傍の画像も白く表示される。この結果、往動と復動の端部境目近傍の画像は、同じ階調度である白で表示される。つまり、図6Aで説明したスキャン動作の方向に応じて超音波ビームの照射点がくの字状または逆くの字状になるように超音波ビームを照射することで、スキャン動作の往路と復路の端部境目近傍の画像において、同じ階調度となり、生成する画像情報のズレを抑制して、被検体の実像に近い画像を表示することが可能となる。すなわち、スキャン動作の往路と復路の切り替わった位置における超音波反射波の表示のズレを補正することができる。 In this way, in the final electronic scan of the forward processing immediately before the shift processing, the image near the edge boundary with the recovery processing is displayed in white, while the forward processing of the first electronic scan of the recovery processing is performed. The image near the edge boundary is also displayed in white. As a result, the image near the boundary between the forward and backward edges is displayed in white, which has the same gradation. That is, by irradiating the ultrasonic beam so that the irradiation point of the ultrasonic beam has a dogleg shape or an inverted shape according to the direction of the scan operation described with reference to FIG. 6A, the outward path and the return path of the scan operation are performed. In the image near the edge boundary, the gradation is the same, and it is possible to suppress the deviation of the generated image information and display an image close to the real image of the subject. That is, it is possible to correct the deviation of the display of the ultrasonic reflected wave at the position where the outward path and the return path of the scanning operation are switched.
つぎに、図8より、アレイ型超音波映像装置1の平面走査の動作フローを説明する。
ステップS81で、制御装置10は、走査エリアの原点の位置(XY座標)、幅(X軸方向の長さ)、高さ(Y軸方向の長さ)のスキャン条件を取得する。
Next, the operation flow of the plane scanning of the array type
In step S81, the
ステップS82で、メカ制御部11は、3軸スキャナ2を駆動してプローブ4を走査範囲の原点の位置に移動する。
In step S82, the
ステップS83で、制御装置10は、走査エリアの高さ分(Y軸方向)、ステップS83からステップS811の処理を繰り返す。
In step S83, the
ステップS84で、メカ制御部11は、X軸スキャナ21により走査エリアのX軸方向のプローブ4のスキャン動作を開始する。
In step S84, the
ステップS85で、制御装置10は、走査エリアの幅分(X軸方向)、ステップS86からステップS88の処理を繰り返す。
In step S85, the
ステップS86で、制御装置10の制御部18は、メカ制御部11から通知されるX軸スキャナ21のエンコーダ出力を検知したか判定し、エンコーダ出力を検知した場合に(S86のYes)、詳細を後述するステップS87のプローブ4の電子スキャンの処理を行う。エンコーダ出力の検知できない場合には、ステップS86の処理を繰り返し、エンコーダ出力の検知を待機する。
In step S86, the
ステップS89で、メカ制御部11は、3軸スキャナ2のY軸スキャナ22により、Y軸方向に電子スキャンの走査幅分の移動を行い、シフト動作する。
In step S89, the
ステップS810で、メカ制御部11は、ステップS84で開始されるスキャン動作における、プローブ4の移動方向(スキャン方向)を反転するように設定する。
以上の処理により、アレイ型超音波映像装置1は被検体8の所定の走査エリアの超音波映像を撮像する。
In step S810, the
By the above processing, the array type
図9は、図8のステップS87のプローブ4の電子スキャンの処理の詳細を示すフロー図である。
図9では、プローブ4の照射点数をn個(奇数)とし、電子スキャンの一端の照射点の番号を1とし、他端に向けて昇順に番号付けしている。
FIG. 9 is a flow chart showing details of the electronic scan process of the
In FIG. 9, the number of irradiation points of the
ステップS91で、タイミング処理部13(図1参照)は、変数iが1から(n-1)/2まで、ステップS92からステップS94を、変数iに1ずつ加算しながら繰り返す。 In step S91, the timing processing unit 13 (see FIG. 1) repeats steps S92 to S94 from step S92 to (n-1) / 2 while adding one to the variable i.
ステップS92で、タイミング処理部13は、照射点(i)に超音波ビームを照射する振動子群を選択し、振動子動作信号生成部14(図1参照)によりプローブ4に振動子動作信号を生成して、照射点(i)に超音波ビームを照射する。
In step S92, the
ステップS93で、タイミング処理部13は、照射点(n+1-i)に超音波ビームを照射する振動子群を選択し、振動子動作信号生成部14(図1参照)によりプローブ4に振動子動作信号を生成して、照射点(n+1-i)に超音波ビームを照射する。
ステップS92とステップS93の繰り返しにより、タイミング処理部13は、対向する端部の照射点から央部の照射点に向けて交互に順に超音波ビームを照射する。
In step S93, the
By repeating steps S92 and S93, the
ステップS95で、タイミング処理部13は、照射点((n+1)/2)に超音波ビームを照射する。つまり、電子スキャンの中央の照射点に超音波ビームを照射する。
In step S95, the
上記の処理により、電子スキャンの一端から中心側に向けた第1の照射点・第3の照射点・・の位置と、対向する他端から中心側に向けた第2の照射点・第4の照射点・・の位置とに、第1の照射点・第2の照射点・第3の照射点・第4の照射点の位置の順に超音波ビームをする。 By the above processing, the positions of the first irradiation point, the third irradiation point, and the like from one end of the electronic scan toward the center side, and the second irradiation point and the fourth irradiation point toward the center side from the opposite end ends. An ultrasonic beam is applied to the positions of the irradiation points ... In the order of the first irradiation point, the second irradiation point, the third irradiation point, and the fourth irradiation point.
なお、図9は、プローブ4の照射点数が奇数個の場合について説明したが、偶数個の場合には、ステップS91で、変数iが1からn/2まで、ステップS92からステップS94を、変数iに1ずつ加算しながら繰り返す。そして、ステップS95の処理を削除すればよい。
Although FIG. 9 describes the case where the number of irradiation points of the
以上の処理により、図6Bに示したように、スキャン動作1における電子スキャンの最後の超音波ビームの照射点である照射点gの点列と、スキャン動作2における電子スキャンの最初の超音波ビームの照射点である照射点aの点列とのずれは、図3Bに示した場合よりも小さくなる。
By the above processing, as shown in FIG. 6B, the point sequence of the irradiation point g which is the irradiation point of the last ultrasonic beam of the electronic scan in the
このため、制御装置10が、電子スキャンによる反射波をX軸方向の位置(走査列)が同一の超音波ビームの反射波として、反射波の信号強度を算出し濃淡画像として表示した際の、スキャン動作1による表示領域とスキャン動作2による表示領域との境界部における濃淡画像のずれを小さくできる。
Therefore, when the
また、プローブ4は、対向する端部の照射点から央部の照射点に向けて交互に順に超音波ビームを照射して電子スキャンを行うので、電子スキャンの隣接する照射点の位置ずれの悪化を小さくでき、スキャン動作1による表示領域内及びスキャン動作2による表示領域内の濃淡画像のずれの顕在化を抑止できる。
Further, since the
以上で説明した実施形態のアレイ型超音波映像装置1は、プローブ4のスキャンの往動と復動において生成される反射波画像の画像ズレの発生を抑制することができ、被検体8の画像ずれを低減した超音波画像を高速に取得することができる。
The array-type
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-mentioned examples, and includes various modifications. The above-described embodiment has been described in detail in order to explain in an easy-to-understand manner in the present invention, and is not necessarily limited to the one including all the configurations described.
1 アレイ型超音波映像装置
10 制御装置
11 メカ制御部
12 送受信指令部
13 タイミング処理部
14 振動子動作信号生成部
15 反射波信号処理部
16 反射波画像生成部
17 表示部
18 制御部
2 3軸スキャナ
21 X軸スキャナ
22 Y軸スキャナ
23 Z軸スキャナ
24 ホルダ
3 センサ
4 プロ―ブ(超音波アレイプローブ)
42 鍔部
8 被検体
91 水槽
92 台
1 Array type
42 collar 8 subject 91
Claims (9)
前記電子スキャンを、電子スキャンの一端の照射点に超音波ビームを照射し、つぎに対向する他端の照射点に超音波ビームを照射するように、それぞれの端部から一つずつ央部に向けて交互に順に超音波ビームを照射する走査順序になるように前記複数の振動子を選択して超音波ビームを照射して行うこと
を特徴とするアレイ型超音波映像装置。 An ultrasonic array probe in which a plurality of vibrators are linearly arranged in parallel is reciprocated in a direction perpendicular to the parallel direction of the vibrators while performing an electronic scan in which an ultrasonic beam is applied to a subject in a predetermined scanning order. The scanning operation and the shifting operation of moving the ultrasonic array probe in parallel with the juxtaposed direction of the vibrator perform plane scanning to irradiate the surface of the subject or the laminated boundary surface with an ultrasonic beam to irradiate the subject. It is an array type ultrasonic imaging device that displays the signal strength of the ultrasonic reflected wave from.
In the electronic scan, the ultrasonic beam is radiated to the irradiation point at one end of the electronic scan, and then the ultrasonic beam is radiated to the irradiation point at the other end facing each other. An array-type ultrasonic imaging device characterized in that a plurality of oscillators are selected and irradiated with ultrasonic beams so as to have a scanning order in which ultrasonic beams are alternately irradiated toward each other .
前記超音波ビームの照射位置毎に前記超音波アレイプローブの振動子群の超音波の送受信を制御する振動子動作信号生成部と、
前記電子スキャンの走査順序に対応する前記振動子群を選択するタイミング処理部と、
前記振動子動作信号生成部に前記タイミング処理部を経由して振動子動作信号の生成を指令し前記超音波アレイプローブの前記電子スキャンを開始する送受信指令部と、
前記超音波アレイプローブのスキャン動作に同期して前記送受信指令部を制御する制御部と、を備えることを特徴とするアレイ型超音波映像装置。 In the array type ultrasonic imaging apparatus according to claim 1,
An oscillator operation signal generation unit that controls the transmission and reception of ultrasonic waves of the oscillator group of the ultrasonic array probe for each irradiation position of the ultrasonic beam.
A timing processing unit that selects the oscillator group corresponding to the scanning order of the electronic scan, and
A transmission / reception command unit that commands the oscillator operation signal generation unit to generate an oscillator operation signal via the timing processing unit and starts the electronic scan of the ultrasonic array probe.
An array-type ultrasonic imaging device including a control unit that controls a transmission / reception command unit in synchronization with a scanning operation of the ultrasonic array probe.
前記タイミング処理部は、前記超音波アレイプローブの移動の進行方向に向かって、超音波ビームの照射点が、見かけ上、くの字状または逆くの字状になるように前記振動子群を選択することを特徴とするアレイ型超音波映像装置。 In the array type ultrasonic imaging apparatus according to claim 2 ,
The timing processing unit arranges the vibrator group so that the irradiation point of the ultrasonic beam is apparently doglegged or inverted in the direction of travel of the ultrasonic array probe. An array-type ultrasonic imaging device characterized by selection.
前記制御部は、
前記超音波アレイプローブが前記被検体を平面走査する座標系を、前記超音波アレイプローブの振動子の並設方向に垂直な方向をX軸方向、前記振動子の並設方向をY軸方向とし、平面走査する超音波ビームの最初の照射点を座標原点とした場合に、
前記シフト動作の直前の電子スキャンの開始位置のX座標位置と、前記シフト動作の直後の電子スキャンの開始位置のX座標位置とが、等しくすることを特徴とするアレイ型超音波映像装置。 In the array type ultrasonic imaging apparatus according to claim 2 ,
The control unit
The coordinate system in which the ultrasonic array probe scans the subject in a plane is defined as the X-axis direction in the direction perpendicular to the juxtaposed direction of the oscillator of the ultrasonic array probe, and the Y-axis direction in the juxtaposed direction of the transducer. , When the first irradiation point of the ultrasonic beam to be scanned in a plane is set as the coordinate origin,
An array-type ultrasonic imaging apparatus characterized in that the X-coordinate position of the start position of the electronic scan immediately before the shift operation and the X-coordinate position of the start position of the electronic scan immediately after the shift operation are equal to each other.
被検体からの超音波反射波を超音波ビームの照射位置毎に受信して反射波の信号強度を求め、前記平面走査に対応し矩形に区分された表示領域の所定位置に、前記信号強度に対応する濃度の画像を表示することを特徴とするアレイ型超音波映像装置。 In the array type ultrasonic imaging apparatus according to claim 1,
The ultrasonic reflected wave from the subject is received at each irradiation position of the ultrasonic beam to obtain the signal intensity of the reflected wave, and the signal intensity is set to a predetermined position in the display area divided into a rectangular shape corresponding to the plane scanning. An array-type ultrasonic imaging device characterized by displaying an image of a corresponding density.
前記振動子により受信した前記超音波ビームの反射波の信号強度を算出する反射波信号処理部を備えることを特徴とするアレイ型超音波映像装置。 In the array type ultrasonic imaging apparatus according to claim 1,
An array-type ultrasonic imaging device including a reflected wave signal processing unit that calculates the signal intensity of the reflected wave of the ultrasonic beam received by the vibrator.
超音波アレイプローブの一回の電子スキャンで検出した被検体からの反射波を、X軸方向の位置が同一の超音波ビームの反射波として反射波の信号強度を算出し、濃淡画像を求める反射波画像生成部と、
前記反射波画像生成部で求めた濃淡画像を、被検体の平面走査した超音波ビームの反射波の濃淡画像として表示する表示部と、を備えることを特徴とするアレイ型超音波映像装置。 In the array type ultrasonic imaging apparatus according to claim 6 ,
The signal intensity of the reflected wave is calculated as the reflected wave of the ultrasonic beam having the same position in the X-axis direction from the reflected wave from the subject detected by one electronic scan of the ultrasonic array probe, and the reflection to obtain the grayscale image. Wave image generator and
An array-type ultrasonic imaging apparatus comprising: a display unit for displaying a light and shade image obtained by the reflected wave image generation unit as a light and shade image of a reflected wave of an ultrasonic beam scanned in a plane of a subject.
前記被検体に所定の走査順序で電子スキャンの一端の照射点に超音波ビームを照射し、つぎに対向する他端の照射点に超音波ビームを照射するように、それぞれの端部から一つずつ央部に向けて交互に順に超音波ビームを照射する走査順序になるように前記複数の振動子を選択して超音波ビームを照射しながら、前記超音波アレイプローブの振動子の並設方向に垂直な方向に前記超音波アレイプローブを所定速度で連続移動する第1のステップと、
前記電子スキャンの走査幅分、前記振動子の並設方向と並行に前記超音波アレイプローブを移動するシフト動作をするシフトステップと、
前記被検体に所定の走査順序で電子スキャンの一端の照射点に超音波ビームを照射し、つぎに対向する他端の照射点に超音波ビームを照射するように、それぞれの端部から一つずつ央部に向けて交互に順に超音波ビームを照射する走査順序になるように前記複数の振動子を選択して超音波ビームを照射しながら、前記第1のステップとは逆向きに前記超音波アレイプローブを所定速度で連続移動する第2のステップと、を含み、
前記第1のステップと、前記シフトステップと、前記第2のステップとを繰り返すことにより、被検体全面を電子スキャンする
ことを特徴とするアレイ型超音波映像装置の制御方法。 An array type super that displays the signal intensity of the ultrasonic reflected wave from the subject by sequentially irradiating the subject with the ultrasonic beam of the ultrasonic array probe in which multiple oscillators are arranged side by side in a linear manner and performing an electronic scan. It is a control method for sound wave imaging equipment.
One from each end so that the subject is irradiated with an ultrasonic beam at one end of the electronic scan in a predetermined scanning order, and then the ultrasonic beam is irradiated at the opposite end of the irradiation point. While irradiating the ultrasonic beams by selecting the plurality of transducers so that the scanning order is such that the ultrasonic beams are alternately irradiated toward the central part, the directions of the transducers of the ultrasonic array probe are arranged side by side. The first step of continuously moving the ultrasonic array probe at a predetermined speed in a direction perpendicular to the
A shift step that moves the ultrasonic array probe in parallel with the parallel direction of the oscillators by the scanning width of the electronic scan, and a shift step.
One from each end so that the subject is irradiated with an ultrasonic beam at one end of the electronic scan in a predetermined scanning order, and then the ultrasonic beam is irradiated at the opposite end of the irradiation point. While irradiating the ultrasonic beams by selecting the plurality of transducers so that the scanning order is such that the ultrasonic beams are alternately irradiated toward the central part, the ultrasonic beams are irradiated in the opposite direction to the first step. Including a second step of continuously moving the ultrasonic array probe at a predetermined speed.
By repeating the first step, the shift step, and the second step, the entire surface of the subject is electronically scanned.
A control method for an array-type ultrasonic imaging device.
前記超音波アレイプローブをスキャン動作するX軸スキャナのエンコーダ出力の有無を検出するステップと、
前記エンコーダ出力を検出した際に、電子スキャンの一端の第1の照射点に超音波ビームを照射するステップと、を含むことを特徴とするアレイ型超音波映像装置の制御方法。 In the control method of the array type ultrasonic imaging apparatus according to claim 8 ,
The step of detecting the presence / absence of the encoder output of the X-axis scanner that scans the ultrasonic array probe, and
A control method for an array-type ultrasonic imaging device, comprising a step of irradiating a first irradiation point at one end of an electronic scan with an ultrasonic beam when the encoder output is detected.
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