JP2009265037A - Ultrasonic probe device and ultrasonic imaging device - Google Patents

Ultrasonic probe device and ultrasonic imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP2009265037A
JP2009265037A JP2008117787A JP2008117787A JP2009265037A JP 2009265037 A JP2009265037 A JP 2009265037A JP 2008117787 A JP2008117787 A JP 2008117787A JP 2008117787 A JP2008117787 A JP 2008117787A JP 2009265037 A JP2009265037 A JP 2009265037A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
ultrasonic probe
imaging
probes
distance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2008117787A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Nishimura
修 西村
Tsutomu Shioyama
勉 塩山
Takehiko Suzuki
健彦 鈴木
Hiroshi Takahashi
博 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2008117787A priority Critical patent/JP2009265037A/en
Publication of JP2009265037A publication Critical patent/JP2009265037A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic probe device or the like, capable of attaining satisfactory ultrasonic imaging without limiting image resolution and observation object range by enabling control of the size of aperture length. <P>SOLUTION: The aperture length H is extended or contracted so as to be small when imaging a near range and to be large when imaging a far range. The attitude of each ultrasonic probe is controlled, in association with the extension and contraction of the aperture length, so that an imaging area is contained in the ultrasonic directivity angle width from each ultrasonic probe. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波を用いた媒質中物体の画像化技術分野に係り、特に、開口の大きさを制御可能な超音波プローブ装置及び超音波画像化装置に関する。   The present invention relates to the technical field of imaging an object in a medium using ultrasonic waves, and more particularly to an ultrasonic probe apparatus and an ultrasonic imaging apparatus capable of controlling the size of an opening.

超音波を用いた媒質中物体の可視化技術として、例えば海水中においては、遠方の魚群を探知する魚群探知機(超音波ソナー)に代表される超音波画像化装置が知られている。これらは、プラットフォームとしての船舶船底部に単数あるいは列状に配された複数の超音波プローブより超音波を海底へ向けて発信し、プラットフォームの移動に伴ってその受信波形を表示することで海底までの断面を作成し、魚群の画像を合成する手法をとっている。一般の超音波ソナーを用いた合成開口ソナーでも同様にプラットフォームの移動に伴って画像を生成するものであり、これらの手法では、プラットフォームの移動を行う必要があるとともに、プラットフォームの移動位置を正しく管理する必要がある。   As a technique for visualizing an object in a medium using ultrasonic waves, for example, in seawater, an ultrasonic imaging apparatus represented by a fish finder (ultrasonic sonar) that detects a distant fish school is known. These transmit ultrasonic waves toward the seabed from a plurality of ultrasonic probes arranged in a row or in a row on the ship's bottom as a platform, and display the received waveform as the platform moves to the seabed. The method is to create a cross section of and to synthesize an image of a school of fish. Similarly, synthetic aperture sonar using ultrasonic sonar generates images as the platform moves. In these methods, it is necessary to move the platform and manage the moving position of the platform correctly. There is a need to.

これらの手法に対して、マトリクス状に超音波プローブを配置し、プラットフォームを移動することなく一度に画像を生成することができる装置等が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。この様な装置では、マトリクス状に超音波プローブを配置することでいわゆる平面状のアンテナを有することになる。これらの装置においては、マトリクス状に配置されるプローブの相対的な位置関係は固定しており、プローブ密度は不変のものである。
特願平4−206588号公報 特願平3−174098号公報
In contrast to these techniques, there have been proposed devices and the like that can arrange ultrasonic probes in a matrix and generate images at once without moving the platform (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). ). Such an apparatus has a so-called planar antenna by arranging ultrasonic probes in a matrix. In these apparatuses, the relative positional relationship between the probes arranged in a matrix is fixed, and the probe density is unchanged.
Japanese Patent Application No. 4-206588 Japanese Patent Application No. 3-174098

しかしながら、従来の超音波プローブ装置、超音波画像化装置には、次のような問題がある。   However, the conventional ultrasonic probe device and ultrasonic imaging device have the following problems.

すなわち、超音波プローブがマトリクス状に配置された超音波プローブ装置(マトリクス状超音波プローブ装置)を用いた合成開口形式の超音波画像化装置では、画像分解能ΔXは、プローブから画像化領域までの距離Hと、マトリクス状の超音波プローブによって形成される超音波照射面(開口)の径(開口長)Lとの間で、ΔXはL/Hと比例の関係にある。従って、遠くを分解能良く画像化するには、大きなマトリクス超音波プローブが必要になる。   That is, in a synthetic aperture type ultrasonic imaging apparatus using an ultrasonic probe apparatus (matrix ultrasonic probe apparatus) in which ultrasonic probes are arranged in a matrix, the image resolution ΔX is from the probe to the imaging region. ΔX is proportional to L / H between the distance H and the diameter (opening length) L of the ultrasonic irradiation surface (opening) formed by the matrix ultrasonic probe. Therefore, a large matrix ultrasonic probe is required to image far distances with high resolution.

大きなマトリクス状超音波プローブ装置、すなわち開口長の大きなマトリクス状超音波プローブ装置で近距離を画像化すると、特定の超音波プローブの反射が強くなりすぎ、画質が低下する恐れがある。これは、マトリクス状超音波プローブ装置の超音波プローブ密度が近距離を画像化する場合には粗すぎるためとも言い換えられる。また、小さなマトリクス状超音波プローブ装置、すなわち開口長の小さなマトリクス状超音波プローブ装置で遠距離を画像化すると、画像分解能が足りなくなる恐れがある。これは、遠距離の分解能を挙げるためには受信面積を大きく取る必要があるという合成開口の原理によるものである。   If a short distance is imaged with a large matrix ultrasonic probe apparatus, that is, a matrix ultrasonic probe apparatus with a large opening length, the reflection of a specific ultrasonic probe becomes too strong, and the image quality may deteriorate. In other words, the ultrasonic probe density of the matrix ultrasonic probe apparatus is too rough when imaging a short distance. Further, if a long distance is imaged with a small matrix-like ultrasonic probe device, that is, a matrix-like ultrasonic probe device with a small opening length, the image resolution may be insufficient. This is due to the principle of the synthetic aperture that requires a large reception area in order to increase the resolution over a long distance.

すなわち、マトリクス状超音波プローブ装置の開口長が固定されていることで、画像分解能と観測対象距離が限定されるという問題がある。   That is, there is a problem that the image resolution and the observation target distance are limited because the aperture length of the matrix ultrasonic probe apparatus is fixed.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、開口長の大きさを制御可能とし、画像分解能及び観測対象距離を限定することなく、超音波による良好な画像化を実現することができる超音波プローブ装置及び超音波画像化装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can control the size of the aperture length, and can realize good imaging with ultrasound without limiting the image resolution and the observation target distance. An object of the present invention is to provide an acoustic probe device and an ultrasonic imaging device.

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。
特開平4−206588号公報 特開平3−174098号公報
In addition, as a well-known document relevant to this application, there exist the following, for example.
JP-A-4-206588 JP-A-3-174098

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.

本発明の第1の視点は、それぞれが、供給される駆動信号に応答して超音波を発信し、超音波を受信して電気信号を発生する複数の超音波プローブと、前記複数の超音波プローブを二次元状に配列し設置するための設置手段と、前記設置手段を伸張及び収縮させることで、前記複数の超音波プローブが配列されることによって形成される超音波照射面の径を変更する伸張収縮機構と、前記複数の超音波プローブが発生する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 a first aspect of the present invention, a plurality of ultrasonic probes that each transmit an ultrasonic wave in response to a supplied drive signal, receive an ultrasonic wave, and generate an electric signal, and the plurality of ultrasonic waves The diameter of the ultrasonic irradiation surface formed by arranging the plurality of ultrasonic probes is changed by extending and contracting the installation means for arranging and installing the probes two-dimensionally. An ultrasonic imaging apparatus comprising: an expansion / contraction mechanism for generating an ultrasonic image using each electric signal generated by the plurality of ultrasonic probes.

本発明の第2の視点は、それぞれが、供給される駆動信号に応答して超音波を発信し、超音波を受信して電気信号を発生する複数の超音波プローブと、前記複数の超音波プローブを二次元状に配列し設置するための設置手段と、前記設置手段を伸張及び収縮させることで、前記複数の超音波プローブが配列されることによって形成される超音波照射面の径を変更する伸張収縮機構と、を具備することを特徴とする超音波画プローブ装置である。   According to a second aspect of the present invention, a plurality of ultrasonic probes that each transmit an ultrasonic wave in response to a supplied drive signal and receive an ultrasonic wave to generate an electrical signal, and the plurality of ultrasonic waves The diameter of the ultrasonic irradiation surface formed by arranging the plurality of ultrasonic probes is changed by extending and contracting the installation means for arranging and installing the probes two-dimensionally. And an expansion / contraction mechanism.

以上本発明によれば、開口長の大きさを制御可能とし、画像分解能及び観測対象距離を限定することなく、超音波による良好な画像化を実現することができる超音波プローブ装置及び超音波画像化装置を実現することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to control the size of the aperture length, and it is possible to realize good imaging with ultrasound without limiting the image resolution and the observation target distance, and an ultrasound image. Can be realized.

以下、本発明の第1実施形態乃至第3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, first to third 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.

(第1実施形態)
図1は、第1の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、超音波プローブ装置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、開口長制御部30、プローブ姿勢制御部32、操作部34を具備している。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a block diagram of an ultrasonic image processing apparatus 1 according to the first embodiment. As shown in the figure, the ultrasonic image processing apparatus 1 includes an ultrasonic probe device 10, an amplifier 12, an A / D converter 14, a distance signal calculation circuit 16, an image generation circuit 18, a transmitter 20, and a switching circuit 22. A transmission control unit 24, a display control unit 26, a display unit 28, an opening length control unit 30, a probe posture control unit 32, and an operation unit 34.

超音波プローブ装置10は、二次元状に配列された複数の超音波プローブ101、開口長変更装置103、プローブ姿勢変更部104を有している。複数の超音波プローブ101は、プローブ姿勢変更部104を介して開口長変更装置103に固定されている。各超音波プローブ101は、圧電素子から形成されており、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。開口長変更装置103は、開口長制御部30からの制御信号に従って開口長を変更するための機構を有している。プローブ姿勢変更部104は、プローブ姿勢制御部32からの制御信号に従って画像化対象領域Sに対する各超音波プローブ101の姿勢を変更するための機構を有している。なお、超音波プローブ装置10の詳しい構成については、後述する。   The ultrasonic probe device 10 includes a plurality of ultrasonic probes 101, an opening length changing device 103, and a probe posture changing unit 104 arranged in a two-dimensional manner. The plurality of ultrasonic probes 101 are fixed to the opening length changing device 103 via the probe posture changing unit 104. Each ultrasonic probe 101 is formed of a piezoelectric element, generates an ultrasonic wave based on the supplied drive signal, and receives an ultrasonic wave to generate an electric signal having a predetermined waveform. The opening length changing device 103 has a mechanism for changing the opening length in accordance with a control signal from the opening length control unit 30. The probe posture changing unit 104 has a mechanism for changing the posture of each ultrasonic probe 101 with respect to the imaging target region S in accordance with a control signal from the probe posture control unit 32. The detailed configuration of the ultrasonic probe apparatus 10 will be described later.

増幅器12は、各超音波プローブ101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 amplifier 12 amplifies the received ultrasonic wave generated by each ultrasonic probe 101 and sends it to the A / D converter 14.

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 / D converter 14 performs A / D conversion (analog / digital conversion) on the amplified received signal received from the amplifier 12.

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超音波プローブ101との間の距離を計算する。   The distance signal calculation circuit 16 calculates the distance between the object to be imaged and each ultrasonic probe 101 based on the received signal after A / D conversion.

画像生成回路18は、各超音波プローブ101の位置情報と計算された画像化の対象物と各超音波プローブ101との距離とに基づいて、対象物に関する超音波画像を各超音波プローブ101毎(各チャネル毎)に生成する。ここで、チャネルとは、超音波プローブ101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。   Based on the positional information of each ultrasonic probe 101 and the calculated distance between the object to be imaged and the distance between each ultrasonic probe 101, the image generation circuit 18 generates an ultrasonic image related to the object for each ultrasonic probe 101. Generated for each channel. Here, the channel means a reception system including an amplifier 12, an A / D converter 14, a distance signal calculation circuit 16, and an image generation circuit 18 provided for each ultrasonic probe 101.

発信器20は、所定のレート周波数fr Hz(周期;1/fr秒)で、発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 transmitter 20 repeatedly generates a drive signal for forming a transmission ultrasonic wave at a predetermined rate frequency fr Hz (period: 1 / fr second).

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超音波プローブ101に所定のタイミングで供給する。   The switching circuit 22 switches the switch according to the control signal from the transmission control unit 24 and supplies the drive signal from the transmitter 20 to the predetermined ultrasonic probe 101 at a predetermined timing.

発信制御部24は、発信器20からの駆動信号を供給する超音波プローブ101の選択、供給タイミング(供給間隔)に関する制御、及び各超音波プローブ101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、各超音波プローブ101への駆動信号の供給(すなわち、各超音波プローブ101からの超音波発信)、及び各超音波プローブ101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 controls the selection of the ultrasonic probe 101 that supplies the drive signal from the transmitter 20, the control related to the supply timing (supply interval), and the reception timing control of the reflected ultrasonic waves by each ultrasonic probe 101. In particular, the transmission control unit 24 supplies a drive signal to each ultrasonic probe 101 (that is, ultrasonic transmission from each ultrasonic probe 101) according to an aperture synthesis function using the maximum / minimum distance described later, The timing of reception of reflected ultrasonic waves by the ultrasonic probe 101 is controlled.

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 display control unit 26 combines the ultrasonic images for each channel generated by the image generation circuit 18 and generates an ultrasonic image indicating the shape, internal structure, and the like of the imaging target.

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 display unit 28 displays the ultrasonic image generated by the display control unit 26 in a predetermined form.

開口長制御部30は、発受信制御部24の制御のもと、開口長変更装置103の機構を展開(伸張)又は収縮させることで、超音波プローブ装置10の開口長を制御する。例えば、開口長制御部30は、画像化対象領域Sと超音波プローブ装置10との間の距離をLとし、超音波プローブ装置10の開口長をHとした場合、L/H=一定となるように開口長変更装置103の機構を展開又は収縮させる。   The opening length control unit 30 controls the opening length of the ultrasonic probe device 10 by expanding (stretching) or contracting the mechanism of the opening length changing device 103 under the control of the transmission / reception control unit 24. For example, when the distance between the imaging target region S and the ultrasonic probe apparatus 10 is L and the opening length of the ultrasonic probe apparatus 10 is H, L / H = constant. Thus, the mechanism of the opening length changing device 103 is expanded or contracted.

プローブ姿勢制御部32は、発受信制御部24の制御のもと、プローブ姿勢変更部104の機構を駆動することで、各超音波プローブ101の姿勢を制御する。例えば、画像化対象領域Sが超音波プローブ装置10から距離Lの位置にある径L1の円盤状のものとしたとき、プローブ姿勢制御部32は、開口長Hの長さを有する超音波プローブ装置10の先端位置0.5Hにおいて指向角θcの超音波を送受信する超音波プローブ101が次の式(1)、(2)、(3)で定めるθoの向きになるように、プローブ姿勢変更部104の機構を制御する。

Figure 2009265037
The probe posture control unit 32 controls the posture of each ultrasonic probe 101 by driving the mechanism of the probe posture changing unit 104 under the control of the transmission / reception control unit 24. For example, when the imaging target region S is a disk having a diameter L1 at a distance L from the ultrasonic probe device 10, the probe posture control unit 32 has an ultrasonic probe device having an opening length H. The probe orientation is such that the ultrasonic probe 101 that transmits and receives the ultrasonic wave having the directivity angle θ c at the tip position 0.5H of 10 has the direction of θ o defined by the following equations (1), (2), and (3). The mechanism of the changing unit 104 is controlled.
Figure 2009265037

この開口長制御部30とプローブ姿勢制御部32の制御によって、例えば近距離を画像化する場合には開口長Hを小さくとり、遠距離を画像化する場合には開口長Hを大きくすることによって画像の分解能が一定に保たれる。   By controlling the aperture length control unit 30 and the probe posture control unit 32, for example, when the short distance is imaged, the aperture length H is reduced, and when the long distance is imaged, the aperture length H is increased. The image resolution is kept constant.

操作部34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 34 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 main body 1. ing.

(開口長制御機能)
次に、本超音波画像化装置1が有する開口長制御機能について説明する。この機能は、近距離を画像化する場合には開口長Hを小さくとり、遠距離を画像化する場合には開口長Hを大きくするように、開口長を伸張、収縮させるものである。また、画像化領域が各超音波プローブからの超音波指向角幅に含まれるように、各超音波プローブの姿勢を開口長の伸張、収縮に連動して制御する。これらの機能により、画像化対象までの距離に関係なく画像の分解能が一定に保つことができる。
(Opening length control function)
Next, the opening length control function of the ultrasonic imaging apparatus 1 will be described. This function expands and contracts the aperture length so that the aperture length H is reduced when imaging a short distance and the aperture length H is increased when imaging a long distance. Further, the posture of each ultrasonic probe is controlled in conjunction with the expansion and contraction of the opening length so that the imaging region is included in the ultrasonic directivity angle width from each ultrasonic probe. With these functions, the resolution of the image can be kept constant regardless of the distance to the imaging target.

図2(a)は、超音波プローブ装置10の展開状態を正面から見た図であり、図2(b)は、超音波プローブ装置10の収縮展開状態を正面から見た図である。各図に示すように、超音波プローブ101は伸縮ロッド105上に設置され、伸縮ロッド105は隣接するロッド同士を結合部材107によって結合されている。各伸縮ロッド105が伸び縮みすることで、開口面及び開口長を展開および収縮することができる。   FIG. 2A is a view of the expanded state of the ultrasonic probe apparatus 10 as viewed from the front, and FIG. 2B is a view of the contracted and expanded state of the ultrasonic probe apparatus 10 as viewed from the front. As shown in each figure, the ultrasonic probe 101 is installed on a telescopic rod 105, and the telescopic rod 105 is connected to each other by a coupling member 107. As each telescopic rod 105 expands and contracts, the opening surface and the opening length can be expanded and contracted.

超音波プローブ101のそれぞれは数cmから数10cm程度の径を有するため、開口長を収縮した状態では超音波プローブ101同士が重なりあう場合があり、係る場合、図2(b)に示すように収縮した状態で超音波プローブ101同士が重ならないようにする必要がある。従って、超音波プローブ101は図2(a)に示すように各伸縮ロッド105に対して同じ数設置されるわけではなく、図2(b)に示すように収縮した状態において重ならないように配置される。   Since each of the ultrasonic probes 101 has a diameter of about several centimeters to several tens of centimeters, the ultrasonic probes 101 may overlap with each other when the opening length is contracted. In such a case, as shown in FIG. It is necessary to prevent the ultrasonic probes 101 from overlapping each other in the contracted state. Therefore, the ultrasonic probes 101 are not installed in the same number for each of the telescopic rods 105 as shown in FIG. 2A, but arranged so as not to overlap in the contracted state as shown in FIG. Is done.

なお、図2(a)、(b)の例においては、超音波プローブ101は合計64個が配置され、伸縮ロッド105は32本配置されている。また、伸縮ロッド105は3本が1セットとなり、この伸縮ロッド105の1セットには、それぞれ超音波プローブ素子が4個、1個、2個のパターン(図2(a)の領域r参照)、或いは3個、1個、2個のパターン(図2(a)の領域r参照)で設置されている。しかしながら、当該例に拘泥されず、超音波プローブ101の個数、伸縮ロッド105の本数、各伸縮ロッド105に配置される超音波プローブ101の個数は、任意に設定することができる。 2A and 2B, a total of 64 ultrasonic probes 101 are arranged, and 32 telescopic rods 105 are arranged. In addition, three telescopic rods 105 form one set, and each set of telescopic rods 105 includes four, one, and two patterns of ultrasonic probe elements (see region r 1 in FIG. 2A). ) or 3, 1, are installed in the two pattern reference area r 2 (FIG. 2 (a)). However, without being limited to this example, the number of ultrasonic probes 101, the number of telescopic rods 105, and the number of ultrasonic probes 101 arranged on each telescopic rod 105 can be arbitrarily set.

図3(a)は、図2(a)の領域rの展開状態を示した図であり、図3(b)は、図2(a)の領域rの収縮状態を示した図である。各図に示すように、伸縮ロッド105は、送り出しのためのワイヤ111と結合部113によって結合されており、その送り出しワイヤ111は駆動機構115の回転によって送り出される。 3A is a diagram showing a developed state of the region r 1 in FIG. 2A, and FIG. 3B is a diagram showing a contracted state of the region r 1 in FIG. 2A. is there. As shown in each drawing, the telescopic rod 105 is coupled by a wire 111 for feeding and a coupling portion 113, and the feeding wire 111 is fed by the rotation of the drive mechanism 115.

また、伸縮ロッド105は、伸縮に伴って各超音波プローブ101の姿勢角を変更するリンク機構109を有している。リンク機構109は、所定の条件を満たすよう展開・収縮の大きさに応じて所定の条件を満たすよう各超音波プローブ101の姿勢角を制御する。このリンク機構109の典型例としては、伸縮ロッド105の伸縮長に同期して超音波プローブ101の角度を変更するようなラックピニオン機構などが挙げられる。しかしながら、当該例に拘泥されず、伸縮ロッド105の伸縮・収縮運動を回転運動に変換するものであれば、どの様な機構であっってもよい。   The telescopic rod 105 has a link mechanism 109 that changes the posture angle of each ultrasonic probe 101 as it expands and contracts. The link mechanism 109 controls the posture angle of each ultrasonic probe 101 so as to satisfy a predetermined condition according to the size of expansion / contraction so as to satisfy a predetermined condition. A typical example of the link mechanism 109 includes a rack and pinion mechanism that changes the angle of the ultrasonic probe 101 in synchronization with the expansion / contraction length of the expansion / contraction rod 105. However, any mechanism may be used as long as it can convert the expansion / contraction / contraction motion of the telescopic rod 105 into a rotational motion without being limited to the example.

超音波を用いた媒質中物体の画像化における分解能について、図4、図5(a)、(b)を用いて説明する。超音波プローブ101が例えば図2(a)に示す形態にて配置された場合の開口長をHとし、画像化対象領域Sと超音波プローブ装置10の開口面との距離をLとする。この場合、画像分解能ΔXは、超音波プローブ101から画像化領域Sまでの距離Hと超音波プローブ装置10の大きさLとの間においては、ΔXとL/Hとは比例の関係にある。従って、近距離の画像化を行う場合には、図5(a)に示すように超音波プローブ101の配置密度を上げた状態にする必要がある。また、遠距離の画像化を行う場合には、図5(b)に示すように超音波プローブ101の配置密度を下げた状態にする必要がある。   The resolution in imaging an object in a medium using ultrasonic waves will be described with reference to FIGS. 4, 5 (a), and (b). For example, when the ultrasonic probe 101 is arranged in the form shown in FIG. 2A, the opening length is H, and the distance between the imaging target region S and the opening surface of the ultrasonic probe apparatus 10 is L. In this case, in the image resolution ΔX, ΔX and L / H are proportional to each other between the distance H from the ultrasonic probe 101 to the imaging region S and the size L of the ultrasonic probe apparatus 10. Therefore, when performing short-distance imaging, it is necessary to increase the arrangement density of the ultrasonic probes 101 as shown in FIG. Further, when imaging at a long distance, it is necessary to reduce the arrangement density of the ultrasonic probes 101 as shown in FIG.

一方、超音波プローブ101の配置密度については制限がある。これは、超音波プローブ101の指向性に起因するものである。また、発信された超音波が遠方の反射体に反射され、反射波として超音波プローブ101に検出されるためには、発信超音波の強度を上げる必要がある。発信超音波の強度を上げるためには、超音波プローブ101自体を大きくする方法がある。ただし、発信超音波の波形の半波長より超音波プローブ101の径が大きくなっていくと、超音波プローブ101が発信する超音波は当該プローブ101の前面に強く放射される指向性を持った波形となり、放射される波形の放射範囲(指向角内)に観測領域が無いと反射信号は弱すぎて受信できなくなる。つまり、ある画像化範囲に有効な反射波を発信できる超音波プローブ101の設置範囲には限界があり、それ以外に配置された残りの超音波プローブ101は開口合成による反射体の形状把握に寄与できなくなる。   On the other hand, the arrangement density of the ultrasonic probes 101 is limited. This is due to the directivity of the ultrasonic probe 101. Moreover, in order for the transmitted ultrasonic wave to be reflected by a distant reflector and detected by the ultrasonic probe 101 as a reflected wave, it is necessary to increase the intensity of the transmitted ultrasonic wave. In order to increase the intensity of the transmitted ultrasonic wave, there is a method of enlarging the ultrasonic probe 101 itself. However, as the diameter of the ultrasonic probe 101 becomes larger than the half wavelength of the waveform of the transmitted ultrasonic wave, the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic probe 101 has a directivity waveform that is strongly emitted to the front surface of the probe 101. Therefore, if there is no observation area in the radiation range (within the directivity angle) of the emitted waveform, the reflected signal is too weak to be received. In other words, there is a limit to the installation range of the ultrasonic probe 101 that can transmit an effective reflected wave in a certain imaging range, and the remaining ultrasonic probes 101 arranged other than that contribute to grasping the shape of the reflector by aperture synthesis. become unable.

すなわち、画像化領域Sを定めると、超音波プローブ101から発信される超音波の指向性により、画像化領域S内に超音波を発信可能な超音波プローブ101が制限される。図6に示す例では、超音波プローブ101a、101b、101c、101dのそれぞれから発信された超音波の各指向角θ、θ、θ、θ内に画像化領域Sが入っている。一方、一番下の超音波プローブ101eから発信された超音波の各指向角θ内には、画像化領域Sの一部しか存在しない。このように指向性がある超音波プローブ101を用いると、超音波プローブ装置10の開口長をどれだけ大きくしても、実際の開口合成に寄与する超音波プローブ101は全プローブの一部に限られてしまうことになる。以上のように、個々の超音波プローブ101が指向性を有することによって、開口合成に関与する超音波プローブ101の配置範囲に制限が生まれる。 That is, when the imaging region S is determined, the ultrasonic probe 101 that can transmit ultrasonic waves in the imaging region S is limited by the directivity of the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic probe 101. In the example shown in FIG. 6, an imaging region S is included in each directivity angle θ a , θ b , θ c , θ d of the ultrasonic wave transmitted from each of the ultrasonic probes 101a, 101b, 101c, 101d. . On the other hand, the bottom of the ultrasonic probe 101e originating ultrasonic each directional angle θ in e from, there is only a part of the imaging area S. When the ultrasonic probe 101 having such directivity is used, the ultrasonic probe 101 that contributes to the actual aperture synthesis is limited to a part of all the probes, no matter how much the aperture length of the ultrasonic probe apparatus 10 is increased. It will be. As described above, since the individual ultrasonic probes 101 have directivity, the arrangement range of the ultrasonic probes 101 involved in aperture synthesis is limited.

そこで、本実施形態に係る超音波プローブ装置10、及びこれを具備する超音波画像化装置1では、この制限を回避するために、各超音波プローブ101の姿勢を制御する。すなわち、図7に示すように個々の超音波プローブ101の各指向角内に画像化領域Sが入るように、各超音波プローブ101の向き(姿勢)を制御する。例えば、超音波プローブ101aについては、プローブ姿勢制御部21は、例えば鉛直方向に対して調整角θだけ下側に傾けることで超音波プローブ101の各指向角内に画像化領域Sが入るように、プローブ姿勢変更部104を制御する。この様な各超音波プローブ101の姿勢制御により、全ての超音波プローブ101から発信される超音波を画像化領域Sに到達させることができる。その結果、全超音波プローブ101を開口合成に寄与させることができ、開口長の大きさを大きくしただけ分解能を高くすることができる。 Therefore, the ultrasonic probe apparatus 10 according to the present embodiment and the ultrasonic imaging apparatus 1 including the ultrasonic probe apparatus 10 control the posture of each ultrasonic probe 101 in order to avoid this limitation. That is, the orientation (posture) of each ultrasonic probe 101 is controlled so that the imaging region S enters each directivity angle of each ultrasonic probe 101 as shown in FIG. For example, the ultrasound probe 101a, the probe position controller 21, for example, adjusting the angle theta A only to the image region S is within the directional angle of the ultrasound probe 101 by inclining the lower side with respect to the vertical direction In addition, the probe posture changing unit 104 is controlled. The ultrasonic waves transmitted from all the ultrasonic probes 101 can reach the imaging region S by such posture control of each ultrasonic probe 101. As a result, the entire ultrasonic probe 101 can contribute to aperture synthesis, and the resolution can be increased by increasing the size of the aperture length.

なお、超音波プローブ101の姿勢制御は、上記例に拘泥されない。超音波プローブ101が固定された伸縮ロッド105を変形させることで、鉛直方向に対する超音波プローブ101の角度を調整するようにしてもよい。図8には、画像化領域Sを中心として所定の曲率により円弧の一部分となるように変形ロッド121を変形する例を示してある。この様な手法によっても、鉛直方向に対する超音波プローブ101の角度を調整することができ、超音波プローブ101が常に画像化領域Sの方向を向くようにすることができる。特に、この様な超音波プローブ101の姿勢制御の利点は、超音波プローブ101毎に制御する必要がなく、統一的な駆動機構で調整可能であり、また個々の超音波プローブ101の位置精度も維持しやすいことである。   Note that the posture control of the ultrasonic probe 101 is not limited to the above example. The angle of the ultrasonic probe 101 with respect to the vertical direction may be adjusted by deforming the telescopic rod 105 to which the ultrasonic probe 101 is fixed. FIG. 8 shows an example in which the deforming rod 121 is deformed so as to become a part of an arc with a predetermined curvature around the imaging region S. Also by such a method, the angle of the ultrasonic probe 101 with respect to the vertical direction can be adjusted, and the ultrasonic probe 101 can always face the direction of the imaging region S. In particular, the advantage of the attitude control of the ultrasonic probe 101 is not required to be controlled for each ultrasonic probe 101, can be adjusted by a unified driving mechanism, and the positional accuracy of each ultrasonic probe 101 is also improved. It is easy to maintain.

図8に示した例において球面の曲率を最小にするためには、一回の超音波発受信で画像化することを予定した画像化領域Sが各超音波プローブ101の指向角幅に入ればよい。図9に示すように、画像化領域Sを指向角幅内に存在させるための超音波プローブ101aの最小の調整角θ(=θ)は、式(1)の関係式によって求めることができる。ここで、L1は式(2)で、Hは式(3)で書き表される。すなわち、超音波プローブ装置10からLだけ離れた位置にある半径H1の円盤状の画像化領域Sに、開口面一番端の位置0.5Hで指向角θcの超音波プローブ101からの音波を照射するためには、超音波プローブ101の向きをθoとすればよい。 In order to minimize the curvature of the spherical surface in the example shown in FIG. 8, if the imaging region S planned to be imaged by one ultrasonic transmission / reception falls within the directivity angle width of each ultrasonic probe 101. Good. As shown in FIG. 9, the minimum adjustment angle θ A (= θ o ) of the ultrasonic probe 101a for causing the imaging region S to be within the directivity angle width can be obtained by the relational expression of Expression (1). it can. Here, L1 is expressed by equation (2), and H is expressed by equation (3). That is, a sound wave from the ultrasonic probe 101 having the directivity angle θ c at the position 0.5H at the extreme end of the opening surface is formed in a disk-shaped imaging region S having a radius H1 that is separated from the ultrasonic probe device 10 by L. In order to irradiate, the direction of the ultrasonic probe 101 may be set to θ o .

なお、超音波プローブ101の向きのみを調整する場合には、距離L1を考慮しない式(3)、及び次に示す式(4)を満たすような超音波プローブ101の向きθoを選択すれば十分である。

Figure 2009265037
When only the direction of the ultrasonic probe 101 is adjusted, it is sufficient to select the direction θo of the ultrasonic probe 101 that satisfies the equation (3) not considering the distance L1 and the following equation (4). It is.
Figure 2009265037

(効果)
以上述べた構成によれば、近距離を画像化する場合には開口長Hを小さくとり、遠距離を画像化する場合には開口長Hを大きくするように、開口長を伸張、収縮させることができる。特に、超音波プローブ装置の開口長をH、当該超音波プローブ装置と画像化対象領域との間の距離をLとした場合に、L/Hが一定となるように、画像化対象領域までの距離Lに応じて開口長Hを制御する。従って、画像対象領域までの距離に関わらず、一定の画質による超音波画像化を実現することができる。特に、開口長を伸張、収縮に連動して、画像化領域が各超音波プローブからの超音波指向角幅に含まれるように、各超音波プローブの姿勢を制御する。これにより、全ての超音波プローブを画像化に寄与させることができ、画像化対象までの距離に関係なく画像の分解能が一定に保つことができる。
(effect)
According to the configuration described above, the aperture length is expanded and contracted so that the aperture length H is reduced when imaging a short distance and the aperture length H is increased when imaging a long distance. Can do. In particular, when the opening length of the ultrasonic probe device is H and the distance between the ultrasonic probe device and the imaging target region is L, the L / H is constant so that L / H is constant. The opening length H is controlled according to the distance L. Therefore, ultrasonic imaging with a constant image quality can be realized regardless of the distance to the image target region. In particular, the posture of each ultrasonic probe is controlled so that the imaging region is included in the ultrasonic directivity angle width from each ultrasonic probe in conjunction with expansion and contraction of the opening length. Thereby, all the ultrasonic probes can be contributed to imaging, and the resolution of the image can be kept constant regardless of the distance to the imaging target.

また、本超音波プローブ装置では、伸縮ロッド等を利用した開口長変更装置によって、展開・収縮を任意回数実行できる強固な構造となっている。従って、例えば海中の様な抵抗の大きい媒質中においても、自在に開口長を制御することが可能である。   In addition, the ultrasonic probe device has a strong structure that can be expanded and contracted an arbitrary number of times by an opening length changing device using an extendable rod or the like. Therefore, the opening length can be freely controlled even in a medium having high resistance such as in the sea.

なお、超音波を用いた開口合成手法によく似た観測手段として、電波を用いた合成開口レーダにおいて、展開機能を有するアンテナがよく用いられている。例えば、宇宙空間の人工衛星において、地上との通信や各種観測に用いるための展開アンテナとして様々なものが知られている。これらの人工衛星用アンテナは、打ち上げ時収納のために収縮しているものの、展開を一度きり行えばよいものであり、展開収縮を複数回行うことはない。また、障害物のない宇宙空間に展開されるため、構造が脆弱でも問題はないと言える。さらに、アンテナとして電波を用いるために電波の波長を送受信する素子は面状に配置されており、その素子の配置密度を操作する必要もない。また、プラットフォームとしての人工衛星そのものが移動することによって開口合成を行うために、アンテナ素子の向きを変更する必要もない。従って、本超音波プローブ装置は、これらのアンテナに比して、展開・収縮を任意のタイミングで所望する回数だけ実行できるものとなっており、また、格段の強度を有するものとなっている。   As an observation means that is very similar to an aperture synthesis method using ultrasonic waves, an antenna having a deployment function is often used in a synthetic aperture radar using radio waves. For example, various space antennas are known as deployable antennas for use in communication with the ground and various observations. These satellite antennas are contracted for storage at launch, but need only be deployed once, and are not expanded and contracted multiple times. Also, because it is deployed in outer space without obstacles, it can be said that there is no problem even if the structure is weak. Furthermore, in order to use a radio wave as an antenna, elements that transmit and receive the wavelength of the radio wave are arranged in a planar shape, and it is not necessary to manipulate the arrangement density of the elements. Further, since the aperture synthesis is performed by the movement of the artificial satellite itself as the platform, it is not necessary to change the direction of the antenna element. Therefore, compared with these antennas, this ultrasonic probe apparatus can execute expansion / contraction at a desired number of times at an arbitrary timing and has a remarkable strength.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る超音波画像化装置10は、超音波プローブ装置10の超音波照射面(すなわち、開口面)を画像対象領域Sに対して傾斜させることで、開口長及び姿勢を制御する例である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The ultrasound imaging apparatus 10 according to the present embodiment is an example of controlling the aperture length and posture by inclining the ultrasound irradiation surface (that is, the aperture surface) of the ultrasound probe device 10 with respect to the image target region S. It is.

図10(a)、(b)は、本実施形態に係る超音波プローブ装置10の側面図を示した図である。同図に示すように、本超音波プローブ装置10は、平面板121に対しプローブ姿勢変更部104を介して超音波プローブ101がマトリックス状に配列されている。なお、超音波プローブ101を配列する土台は、平面板121に拘泥されず、例えば波等からの影響を低減させるために格子状の強固なフレームであってもよい。   FIGS. 10A and 10B are views showing a side view of the ultrasonic probe apparatus 10 according to the present embodiment. As shown in the figure, in the ultrasonic probe apparatus 10, the ultrasonic probes 101 are arranged in a matrix with respect to a flat plate 121 via a probe attitude changing unit 104. The base on which the ultrasonic probes 101 are arranged is not limited to the flat plate 121 and may be a grid-like solid frame, for example, in order to reduce the influence from waves or the like.

本超音波プローブ装置10において開口長を長くする場合には、図10(a)に示すように平面板121をSに対して直面するように配置し、且つ各超音波プローブ101と平面板121とが垂直になるように(すなわち、各超音波プローブ101が画像化領域と直面するように)プローブ姿勢変更部104を制御する。一方、開口長を短くする場合には、図10(b)に示すように例えば水平方向と角度θをなすように平面板121を傾斜させる。また、このとき、全ての超音波プローブ101を画像化に寄与させるために、各超音波プローブ101の姿勢を制御する。この制御は、例えば図11に示すように、当該超音波プローブ装置10から径H1の円盤状の画像化領域までの距離をLとした場合に、当該超音波プローブ装置10の開口面一番端の位置0.5Hで指向角θcの超音波を画像照射領域Sに対して照射するために、次の式(5)で与えられる角度θoだけ超音波プローブ101を傾ける。

Figure 2009265037
When the opening length of the ultrasonic probe apparatus 10 is increased, the flat plate 121 is disposed so as to face S as shown in FIG. 10A, and each ultrasonic probe 101 and the flat plate 121 are arranged. And the probe posture changing unit 104 are controlled so that each of the ultrasonic probes 101 faces the imaging region. On the other hand, in the case of shortening the opening length to tilt the flat plate 121 so as to form, for example, horizontal and angle theta e as shown in Figure 10 (b). At this time, the posture of each ultrasonic probe 101 is controlled so that all the ultrasonic probes 101 contribute to imaging. For example, as shown in FIG. 11, when the distance from the ultrasonic probe device 10 to the disk-shaped imaging region having the diameter H1 is L, the control is performed at the extreme end of the opening surface of the ultrasonic probe device 10. to at positions 0.5H irradiated with ultrasonic waves for directional angle theta c for the image irradiation area S, tilting the angle θo only the ultrasound probe 101 which is given by the following equation (5).
Figure 2009265037

なお、式(5)中のL1、Hは、それぞれ次の式(6)、(7)によって与えられる。

Figure 2009265037
In addition, L1 and H in Formula (5) are given by the following Formulas (6) and (7), respectively.
Figure 2009265037

以上述べた構成によっても、第1の実施形態と同様の効果を実現することができる。   Even with the configuration described above, the same effects as those of the first embodiment can be realized.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態に係る超音波画像化装置10は、複数の超音波プローブ101が配列された、大きさの異なる同心円上の円形フレームの円弧長(又は半径)を制御することで、当該超音波プローブ装置10の開口長を制御する例である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The ultrasonic imaging apparatus 10 according to the present embodiment controls the arc length (or radius) of a circular frame on a concentric circle having different sizes, in which a plurality of ultrasonic probes 101 are arranged, thereby the ultrasonic probe. This is an example of controlling the opening length of the device 10.

図12(a)は、本実施形態に係る超音波プローブ装置10の展開状態を正面から見た図であり、図12(b)は収縮展開状態を正面から見た図である。各図に示すように、超音波プローブ装置10は、同心円状に配置され複数の超音波プローブ101が設置された複数の円環フレーム123を有している。また、各円環フレーム123は、中心位置を固定したままで伸縮自在な機構(詳細は後述)を有している。従って、各円環フレーム123の動径方向に沿って拡大、縮小させることで、本超音波プローブ装置10の開口長を展開(拡大)、収縮させることができる。   FIG. 12A is a view of the deployed state of the ultrasonic probe apparatus 10 according to the present embodiment as viewed from the front, and FIG. 12B is a view of the contracted and deployed state as viewed from the front. As shown in each figure, the ultrasonic probe apparatus 10 has a plurality of annular frames 123 arranged concentrically and provided with a plurality of ultrasonic probes 101. Each annular frame 123 has a mechanism (details will be described later) that can be expanded and contracted while the center position is fixed. Therefore, the opening length of the ultrasonic probe device 10 can be expanded (enlarged) and contracted by expanding and contracting along the radial direction of each annular frame 123.

なお、図12(a)、(b)に示した例では、内側から順番に、6個、6個、6個、12個の超音波プローブ101が各円環フレーム123に設置された超音波プローブ装置10を示している。しかしながら、当該例に拘泥されず、図12(b)に示す収縮状態のときに超音波プローブ101同士が接触しない範囲であれば、どのような設置構成であってもよい。また、円環支持部材125の数についても、特に限定はない。   In the example shown in FIGS. 12A and 12B, the ultrasonic waves in which six, six, six, and twelve ultrasonic probes 101 are installed in each annular frame 123 in order from the inside. A probe device 10 is shown. However, the installation configuration may be any configuration as long as the ultrasonic probes 101 are not in contact with each other in the contracted state illustrated in FIG. Further, the number of the annular support members 125 is not particularly limited.

図13は、円環フレーム123の伸縮機構を説明するための図である。説明のために図13を125で切って展開したものを図14(a)、(b)に示す。図13、14(a)、(b)に示すように、円環フレーム123は、連結部位123cにおいて連結されたフレーム部材123a、123b、フレーム部材123a、123bのなす角度θを開口長制御部30からの信号に従って制御する開閉装置123dを有するパンタグラフである。例えば、開閉装置123dが開口長制御部30からの信号に従って角度θを増大させた場合には、図14(b)に示すように連結されたフレーム部材123a、123bが伸張することで円環フレーム123の円弧長さ(又は半径)が増大し、その結果本超音波プローブ装置10の開口長が大きくなる。一方、開閉装置123dが開口長制御部30からの信号に従って角度θを減少させた場合には、図14(a)に示すように連結されたフレーム部材123a、123bが収縮することで円環フレーム123円弧長さ(又は半径)が減少し、その結果、本超音波プローブ装置10の開口長が小さくなる。   FIG. 13 is a view for explaining the expansion and contraction mechanism of the annular frame 123. For explanation, FIG. 14A and FIG. 14B show what is developed by cutting FIG. 13 at 125. FIG. As shown in FIGS. 13, 14 (a), (b), the ring frame 123 has an opening length control unit 30 that determines the angle θ formed by the frame members 123 a, 123 b and the frame members 123 a, 123 b connected at the connection part 123 c. It is a pantograph which has the opening / closing device 123d controlled according to the signal from. For example, when the opening / closing device 123d increases the angle θ in accordance with the signal from the opening length control unit 30, the frame members 123a and 123b connected to each other as shown in FIG. The arc length (or radius) of 123 increases, and as a result, the opening length of the ultrasonic probe apparatus 10 increases. On the other hand, when the opening / closing device 123d decreases the angle θ according to the signal from the opening length control unit 30, the connected frame members 123a and 123b contract as shown in FIG. 123 arc length (or radius) decreases, and as a result, the opening length of the ultrasonic probe apparatus 10 decreases.

なお、連結部材123cは、図14(a)、(b)に示すように、パンタグラフ円弧長さと同期して長さが変わるものである(すなわち、開閉装置123dが角度θを増大させた場合には長くなり、角度θを減少させた場合には短くなる。)。本実施形態に係る超音波プローブ装置10は、この連結部材123cの性質を利用して、パンタグラフ機構による開口長制御と連動した各超音波プローブ101の姿勢制御を実行する。   As shown in FIGS. 14A and 14B, the connecting member 123c changes in length in synchronization with the pantograph arc length (that is, when the opening / closing device 123d increases the angle θ). Becomes longer and decreases when the angle θ is decreased.) The ultrasonic probe apparatus 10 according to the present embodiment performs posture control of each ultrasonic probe 101 in conjunction with opening length control by a pantograph mechanism, using the property of the connecting member 123c.

図15(a)、(b)は、パンタグラフ機構による開口長制御と連動した各超音波プローブ101の姿勢制御を説明するための図である。図15(a)に示すように、連結部材123cは、ピニオン機構を有するハッチング部123e、当該ハッチング部123eに結合され且つ超音波プローブ101を設置するめのラック123fを具備している。開閉装置123dによって角度θが増大され円環フレーム123が展開すると、当該展開と連動して、設置された超音波プローブ101の姿勢は例えば図15(b)に示すように下方に変化する。また、開閉装置123dによって角度θが減少され円環フレーム123が収縮すると、当該展開と収縮と連動して、設置された超音波プローブ101の姿勢は例えば図15(b)から図15(a)へと変化する。   FIGS. 15A and 15B are views for explaining the posture control of each ultrasonic probe 101 in conjunction with the opening length control by the pantograph mechanism. As shown in FIG. 15A, the connecting member 123c includes a hatching portion 123e having a pinion mechanism, and a rack 123f that is coupled to the hatching portion 123e and on which the ultrasonic probe 101 is installed. When the angle θ is increased by the opening / closing device 123d and the annular frame 123 is expanded, the posture of the installed ultrasonic probe 101 changes downward as shown in FIG. 15B, for example, in conjunction with the expansion. Further, when the angle θ is decreased by the opening / closing device 123d and the annular frame 123 contracts, the posture of the installed ultrasonic probe 101 is interlocked with the expansion and contraction, for example, from FIG. 15B to FIG. 15A. To change.

なお、ラック123fとピニオン機構の歯数と半径の関係は、既述の式(1)、(2)、(3)を満たすように向きを変更するために十分な条件を有する必要があることはいうまでもない。さらに、第1の実施形態で示した様に、超音波プローブ101の向きは、距離L1を考慮しない場合には、既述の式(3)、(4)を満たすような超音波プローブ101の向きθoを選択すれば十分である。この場合、超音波プローブ101の向きは、開口の大きさ長Hよって決まる角度となる。 It should be noted that the relationship between the number of teeth of the rack 123f and the pinion mechanism and the radius needs to have sufficient conditions to change the direction so as to satisfy the above-described formulas (1), (2), and (3). Needless to say. Furthermore, as shown in the first embodiment, when the distance L1 is not considered, the direction of the ultrasonic probe 101 is that of the ultrasonic probe 101 that satisfies the expressions (3) and (4) described above. It is sufficient to select the orientation θ o . In this case, the direction of the ultrasonic probe 101 is an angle determined by the size length H of the opening.

また、図15(a)、(b)に示した超音波プローブ装置101の姿勢制御機構は、あくまでも一例である。従って、その姿勢を制御するために、例えば各超音波プローブ101毎に(すなわち個別に)姿勢駆動機構を有する構成であってもよい。   Further, the posture control mechanism of the ultrasonic probe apparatus 101 shown in FIGS. 15A and 15B is merely an example. Therefore, in order to control the posture, for example, a configuration having a posture driving mechanism for each ultrasonic probe 101 (that is, individually) may be used.

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。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。   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. 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、開口長の大きさを制御可能とし、画像分解能及び観測対象距離を限定することなく、超音波による良好な画像化を実現することができる超音波プローブ装置及び超音波画像化装置を実現することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to control the size of the aperture length, and it is possible to realize good imaging with ultrasound without limiting the image resolution and the observation target distance, and an ultrasound image. Can be realized.

図1は、第1の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。FIG. 1 shows a block diagram of an ultrasonic image processing apparatus 1 according to the first embodiment. 図2(a)、(b)は、超音波プローブ装置10の展開状態と収縮状態を正面から図示したものである。2A and 2B illustrate the expanded state and the contracted state of the ultrasonic probe apparatus 10 from the front. 図3(a)は、図2(a)の領域rの展開状態を示した図であり、図3(b)は、図2(a)の領域rの収縮状態を示した図である。3A is a diagram showing a developed state of the region r 1 in FIG. 2A, and FIG. 3B is a diagram showing a contracted state of the region r 1 in FIG. 2A. is there. 図4は、超音波を用いた媒質中物体の画像化における分解能について説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the resolution in imaging an object in a medium using ultrasonic waves. 図5(a)、(b)は、超音波を用いた媒質中物体の画像化における分解能について説明するための図である。FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the resolution in imaging an object in a medium using ultrasonic waves. 図6は、超音波プローブの指向角と画像化領域Sとの位置関係を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the positional relationship between the directivity angle of the ultrasonic probe and the imaging region S. FIG. 図7は、超音波プローブの姿勢制御の一例を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an example of posture control of the ultrasonic probe. 図8は、超音波プローブの姿勢制御の他の例を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining another example of posture control of the ultrasonic probe. 図9は、画像化領域Sを超音波プローブの指向角幅内に存在させるための調整角θcを説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the adjustment angle θ c for causing the imaging region S to exist within the directivity angle width of the ultrasonic probe. 図10(a)、(b)は、第2の実施形態に係る超音波プローブ装置10の側面図を示した図である。FIGS. 10A and 10B are side views of the ultrasonic probe apparatus 10 according to the second embodiment. 図11は、第2の実施形態に係る超音波プローブ装置10の超音波プローブ101の姿勢制御を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining posture control of the ultrasonic probe 101 of the ultrasonic probe apparatus 10 according to the second embodiment. 図12(a)、(b)は、第3の実施形態に係る超音波プローブ装置10の正面図である。12A and 12B are front views of the ultrasonic probe apparatus 10 according to the third embodiment. 図13は、円環フレーム123の伸縮機構を説明するための図である。FIG. 13 is a view for explaining the expansion and contraction mechanism of the annular frame 123. 図14(a)、(b)は、円環フレーム123の伸縮機構を説明するための図である。FIGS. 14A and 14B are views for explaining the expansion and contraction mechanism of the annular frame 123. FIG. 図15は、パンタグラフ機構による開口長制御と連動した各超音波プローブ101の姿勢制御を説明するための図である。FIG. 15 is a diagram for explaining posture control of each ultrasonic probe 101 in conjunction with opening length control by the pantograph mechanism.

符号の説明Explanation of symbols

1…超音波画像化装置、10…超音波プローブ装置、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…開口長制御部、32…プローブ姿勢制御部、34…操作部、101…超音波プローブ、103…開口長変更装置、104…プローブ姿勢変更部、105…伸縮ロッド、107…結合部材、109…リンク機構、111…ワイヤ、113…結合部、115…駆動機構、121…変形ロッド、123…円環フレーム、125…円環支持部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic imaging apparatus, 10 ... Ultrasonic probe apparatus, 12 ... Amplifier, 14 ... A / D converter, 16 ... Distance signal arithmetic circuit, 18 ... Image generation circuit, 20 ... Transmitter, 22 ... Switching circuit, 24 ... Transmission control unit, 26 ... Display control unit, 28 ... Display unit, 30 ... Opening length control unit, 32 ... Probe posture control unit, 34 ... Operation unit, 101 ... Ultrasonic probe, 103 ... Opening length changing device, 104 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Probe posture change part, 105 ... Telescopic rod, 107 ... Connection member, 109 ... Link mechanism, 111 ... Wire, 113 ... Connection part, 115 ... Drive mechanism, 121 ... Deformation rod, 123 ... Ring frame, 125 ... Ring Support member

Claims (8)

それぞれが、供給される駆動信号に応答して超音波を発信し、超音波を受信して電気信号を発生する複数の超音波プローブと、
前記複数の超音波プローブを二次元状に配列し設置するための設置手段と、
前記設置手段を伸張及び収縮させることで、前記複数の超音波プローブが配列されることによって形成される超音波照射面の径を変更する伸張収縮機構と、
前記複数の超音波プローブが発生する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。
A plurality of ultrasonic probes, each transmitting ultrasonic waves in response to a supplied drive signal, receiving ultrasonic waves and generating electrical signals;
Installation means for arranging and installing the plurality of ultrasonic probes in a two-dimensional manner;
An expansion and contraction mechanism that changes the diameter of the ultrasonic irradiation surface formed by arranging the plurality of ultrasonic probes by extending and contracting the installation means;
Image generating means for generating an ultrasound image using each electrical signal generated by the plurality of ultrasound probes;
An ultrasonic imaging apparatus comprising:
前記超音波照射面と画像化対象領域との距離が近くなるに従って前記設置手段を収縮させ、前記超音波照射面と画像化対象領域との距離が遠くなるに従って前記設置手段を伸張させるように、前記伸張収縮機構を制御する制御手段をさらに具備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 installation means is contracted as the distance between the ultrasonic irradiation surface and the imaging target region is reduced, and the installation means is extended as the distance between the ultrasonic irradiation surface and the imaging target region is increased. The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1, further comprising control means for controlling the expansion / contraction mechanism. 前記制御手段は、前記超音波照射面の径をHとし、前記超音波照射面から画像化対象領域までの距離をLとした場合に、L/Hが一定となるように、前記距離Lに従って前記伸張収縮機構を制御することを特徴とする請求項2記載の超音波画像化装置。   The control means follows the distance L so that L / H is constant when the diameter of the ultrasonic irradiation surface is H and the distance from the ultrasonic irradiation surface to the imaging target region is L. The ultrasonic imaging apparatus according to claim 2, wherein the expansion / contraction mechanism is controlled. 前記複数の超音波プローブのそれぞれが発信する超音波の指向角幅に画像化対象領域が含まれるように、前記設置手段を伸張又は収縮に連動して、少なくとも一つの前記超音波プローブの前記設置手段に対する姿勢を制御する姿勢制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項1又は2記載の超音波画像化装置。   The installation of at least one ultrasonic probe is performed in conjunction with expansion or contraction of the installation means so that an imaging target region is included in the directivity angle width of the ultrasonic wave transmitted from each of the plurality of ultrasonic probes. 3. The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1, further comprising posture control means for controlling a posture with respect to the means. それぞれが、供給される駆動信号に応答して超音波を発信し、超音波を受信して電気信号を発生する複数の超音波プローブと、
前記複数の超音波プローブを二次元状に配列し設置するための設置手段と、
前記設置手段を伸張及び収縮させることで、前記複数の超音波プローブが配列されることによって形成される超音波照射面の径を変更する伸張収縮機構と、
を具備することを特徴とする超音波プローブ装置。
A plurality of ultrasonic probes, each transmitting ultrasonic waves in response to a supplied drive signal, receiving ultrasonic waves and generating electrical signals;
Installation means for arranging and installing the plurality of ultrasonic probes in a two-dimensional manner;
An expansion and contraction mechanism that changes the diameter of the ultrasonic irradiation surface formed by arranging the plurality of ultrasonic probes by extending and contracting the installation means;
An ultrasonic probe apparatus comprising:
前記超音波照射面と画像化対象領域との距離が近くなるに従って前記設置手段を収縮させ、前記超音波照射面と画像化対象領域との距離が遠くなるに従って前記設置手段を伸張させるように、前記伸張収縮機構を制御する制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項5記載の超音波プローブ装置。   The installation means is contracted as the distance between the ultrasonic irradiation surface and the imaging target region is reduced, and the installation means is extended as the distance between the ultrasonic irradiation surface and the imaging target region is increased. 6. The ultrasonic probe apparatus according to claim 5, further comprising control means for controlling the expansion / contraction mechanism. 前記制御手段は、前記超音波照射面の径をHとし、前記超音波照射面から画像化対象領域までの距離をLとした場合に、L/Hが一定となるように、前記距離Lに従って前記伸張収縮機構を制御することを特徴とする請求項6記載の超音波プローブ装置。   The control means follows the distance L so that L / H is constant when the diameter of the ultrasonic irradiation surface is H and the distance from the ultrasonic irradiation surface to the imaging target region is L. The ultrasonic probe apparatus according to claim 6, wherein the expansion / contraction mechanism is controlled. 前記複数の超音波プローブのそれぞれが発信する超音波の指向角幅に画像化対象領域が含まれるように、前記設置手段を伸張又は収縮に連動して、少なくとも一つの前記超音波プローブの前記設置手段に対する姿勢を制御する姿勢制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項5又は6記載の超音波プローブ装置。   The installation of at least one ultrasonic probe is performed in conjunction with expansion or contraction of the installation means so that an imaging target region is included in the directivity angle width of the ultrasonic wave transmitted from each of the plurality of ultrasonic probes. 7. The ultrasonic probe apparatus according to claim 5, further comprising posture control means for controlling the posture with respect to the means.
JP2008117787A 2008-04-28 2008-04-28 Ultrasonic probe device and ultrasonic imaging device Withdrawn JP2009265037A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008117787A JP2009265037A (en) 2008-04-28 2008-04-28 Ultrasonic probe device and ultrasonic imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008117787A JP2009265037A (en) 2008-04-28 2008-04-28 Ultrasonic probe device and ultrasonic imaging device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009265037A true JP2009265037A (en) 2009-11-12

Family

ID=41391057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008117787A Withdrawn JP2009265037A (en) 2008-04-28 2008-04-28 Ultrasonic probe device and ultrasonic imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009265037A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010223821A (en) * 2009-03-24 2010-10-07 Toshiba Corp Ultrasonic imaging apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010223821A (en) * 2009-03-24 2010-10-07 Toshiba Corp Ultrasonic imaging apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4386683B2 (en) Ultrasonic transmission / reception apparatus and ultrasonic transmission / reception method
JP4605594B2 (en) Ultrasonic transducer and underwater detector
US20160100822A1 (en) Beamforming apparatus and ultrasound diagnostic apparatus having the same
US20150164473A1 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus and control method thereof
EP3376253A2 (en) Ultrasound 3d imaging system
US20110066030A1 (en) Systems and methods for shear wave field formation
US20120140595A1 (en) Ultrasound probe and ultrasound diagnostic apparatus
JP5452179B2 (en) Antenna device
JP6000197B2 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus, ultrasonic image generation method and program
KR20180094774A (en) Synthetic aperture ultrasound system
JP2007178332A (en) Phased-array radar system
JP2015071028A (en) Ultrasonic measuring apparatus, ultrasonic image apparatus and ultrasonic measuring method
JP5868023B2 (en) Ultrasonic diagnostic device, ultrasonic probe, and ultrasonic transmission / reception program
US20110028846A1 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus
JP2002526145A (en) Directional steerable transducer array for intracardiac ultrasound imaging
CN105407806A (en) Ultrasound diagnostic device, ultrasound diagnostic method, and ultrasound diagnostic program
US20120071763A1 (en) Medical ultrasound 2-d transducer array using fresnel lens approach
KR20200013389A (en) Ultrasound imaging apparatus and controlling method thereof
JP7246251B2 (en) UNDERWATER DETECTION DEVICE AND UNDERWATER DETECTION METHOD
JP2009534970A (en) Method for optimizing power supply to a towed linear transmit antenna to transmit in omnidirectional mode
JP2008504057A (en) System and method for amplifying a transmit waveform generated by an ultrasound system
JP2009265037A (en) Ultrasonic probe device and ultrasonic imaging device
JP4840300B2 (en) Phased array antenna and phased array radar
KR20180097270A (en) The Ultrasonic Diagnostic Apparatus And Control Method Thereof
JP2004105257A (en) Ultrasonic wave transmitting/receiving system

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20110705