JP2011106949A - Ultrasonic image apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To overcome the problem that it is impossible to implement fine positioning at a positioning resolution or less as a movement distance due to one axis movement pulse signal normally transmitted from an axis control section at which a positioning robot can implement positioning. <P>SOLUTION: An ultrasonic image apparatus recalculates a position of an ultrasonic transducer scanned by the positioning robot within a measurement range from a speed of the positioning robot and a time interval of a synchronization signal with regard to a synchronization time of an ultrasonic echo signal as digital data continuously recorded in a storage apparatus, converts the ultrasonic echo signal at a corresponding position into pixel data, plots the pixel data at an image position based on the corresponding position information, and displays it. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波を用いて非破壊で被検体の調査または分析をおこなう超音波画像装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic imaging apparatus that investigates or analyzes a subject in a nondestructive manner using ultrasonic waves.

超音波信号を送受信する超音波トランスデューサから得られる超音波エコー信号と、前記超音波トランスデューサを位置決めロボットを用いて走査して得られる位置情報から、画像を生成して表示装置に表示する超音波画像装置において、
従来は、図3に示す様に、被検体13の内部または表面を伝搬する超音波によって、被検体の損傷などを画像化し、非破壊で検査をおこなう超音波画像装置が広く用いられている。
An ultrasonic image that generates an image from an ultrasonic echo signal obtained from an ultrasonic transducer that transmits and receives an ultrasonic signal and position information obtained by scanning the ultrasonic transducer using a positioning robot and displays the image on a display device In the device
Conventionally, as shown in FIG. 3, an ultrasonic imaging apparatus is widely used in which damage to a subject is imaged by ultrasonic waves propagating inside or on the surface of the subject 13 and non-destructive inspection is performed.

前記超音波画像装置により測定が開始されると、あらかじめ入力装置11によって入力されたX軸、Y軸の2次元の測定範囲内を測定条件に基づいて、位置決めロボット2に具備された超音波トランスデューサ1が走査される。   When measurement is started by the ultrasonic imaging apparatus, the ultrasonic transducer provided in the positioning robot 2 based on the measurement conditions in the two-dimensional measurement range of the X axis and the Y axis input in advance by the input device 11. 1 is scanned.

該走査は、計算機9によって軸制御部4に対して設定された条件に基づいて、軸移動用パルス信号を軸制御部4が軸駆動信号に変換して、位置決めロボット2に出力することによっておこなわれる。   The scanning is performed by the axis control unit 4 converting the axis movement pulse signal into an axis drive signal and outputting it to the positioning robot 2 on the basis of the conditions set for the axis control unit 4 by the computer 9. It is.

また、位置監視部5は軸制御部4を介して監視している位置決めロボット2の位置が、あらかじめ入力装置11によって入力された条件に一致するごとに、パルサーレシーバ6に対し同期信号を出力する。   Further, the position monitoring unit 5 outputs a synchronization signal to the pulsar receiver 6 every time the position of the positioning robot 2 monitored via the axis control unit 4 matches the condition input in advance by the input device 11. .

該パルサーレシーバ6は超音波トランスデューサ1に超音波駆動信号を出力し、該超音波駆動信号が超音波トランスデューサ1によって超音波パルス信号に変換され、水槽12に入れられた水などの超音波媒体を介して被検体13に送信される。   The pulsar receiver 6 outputs an ultrasonic drive signal to the ultrasonic transducer 1, the ultrasonic drive signal is converted into an ultrasonic pulse signal by the ultrasonic transducer 1, and an ultrasonic medium such as water put in the water tank 12 is used. And transmitted to the subject 13.

該被検体13から反射された超音波エコー信号は、パルサーレシーバ6で受信され、A/D変換部7によってデジタルデータに変換され、さらに、計算機9によって画素データに変換され、あらかじめ設定された条件によって計算された位置に対応する画像上の表示位置にプロットされる。   The ultrasonic echo signal reflected from the subject 13 is received by the pulsar receiver 6, converted into digital data by the A / D converter 7, and further converted into pixel data by the computer 9, and preset conditions Is plotted at the display position on the image corresponding to the position calculated by.

以上の動作が予め設定された条件によって定められた走査範囲の中で繰り返しおこなわれて、画像として表示装置8に表示される。あるいは、画像として記憶装置10に格納される。   The above operation is repeatedly performed within a scanning range determined by preset conditions, and is displayed on the display device 8 as an image. Alternatively, it is stored in the storage device 10 as an image.

以上説明した事例として、引用文献1には、位置監視部を用いた超音波深傷装置及び超音波深傷方法が記載されている。また、引用文献2には、受光素子クロックとモータ駆動クロックが同一クロックに基づいて生成される画像読み取り装置及び画像形成装置が記載されている。   As an example described above, the cited document 1 describes an ultrasonic deep wound device and an ultrasonic deep wound method using a position monitoring unit. Reference 2 describes an image reading apparatus and an image forming apparatus in which a light receiving element clock and a motor drive clock are generated based on the same clock.

これら、従来例では、位置信号と受光タイミングが同期している方式であり、画像の分解能は、モータで駆動される位置決め装置の位置分解能の範囲以内という制限を受けていた。   In these conventional examples, the position signal and the light reception timing are synchronized, and the image resolution is limited to be within the range of the position resolution of the positioning device driven by the motor.

特開平11-023539号JP 11-023539 特開2007-243315号JP 2007-243315 特開2001-178726号JP 2001-178726

超音波信号を送受信する超音波トランスデューサから得られる超音波エコー信号と、前記超音波トランスデューサを位置決めロボットを用いて走査して得られる位置情報から、画像を生成して表示装置に表示する超音波画像装置において、位置決めロボットで位置決めすることのできる位置決めの分解能は、軸制御部から軸移動用パルス信号が通常1パルスだけ送信された場合に移動する距離であって、前記移動距離以下での細かい画像分解能を得ることは不可能であった。   An ultrasonic image that generates an image from an ultrasonic echo signal obtained from an ultrasonic transducer that transmits and receives an ultrasonic signal and position information obtained by scanning the ultrasonic transducer using a positioning robot and displays the image on a display device In the apparatus, the positioning resolution that can be positioned by the positioning robot is the distance traveled when only one pulse of the axis movement pulse signal is transmitted from the axis control unit, and a fine image below the movement distance. It was impossible to obtain resolution.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、位置決めロボットに於いて機械的に設計された軸分解能よりも細かな測定ピッチで測定することができることによって、測定範囲が広くなった場合にも測定時間に対し影響が少ない超音波画像装置を提供する。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and in the case where the measurement range is widened by being able to measure at a measurement pitch finer than the axial resolution mechanically designed in the positioning robot. In addition, an ultrasonic imaging apparatus having little influence on the measurement time is provided.

前記課題を達成するため、第1の手段は、
「超音波信号を送受信する超音波トランスデューサから得られる超音波エコー信号と、前記超音波トランスデューサを位置決めロボットを用いて走査して得られる位置情報から、画像を生成して表示装置に表示する超音波画像装置において、
位置決めロボットの動作条件に基づいて走査範囲を計算する走査範囲計算部と、
クロック信号を発生するクロック発生部とからなり、
前記超音波トランスデューサが前記走査範囲の開始点へ移動した後、前記走査範囲上で直線移動を開始し、
前記走査範囲の内の測定範囲の開始点に到達した後、計算機の制御信号に基づいて、A/D変換部がデータ取得を開始し、
前記A/D変換部は前記クロック発生部からのクロック信号に同期して送受信回路から超音波エコー信号を受信し、デジタルデータに変換し、一時記憶装置に前記クロック信号に同期して受信した複数の超音波エコー信号を記録し、
軸制御部および前記計算機によって前記測定範囲の終了点に達した時または前記A/D変換部への前記クロック信号の入力回数によって前記測定範囲の終了位置であると判定された時に前記超音波エコー信号の受信を終了し、
前記一時記憶装置に記録された複数の超音波エコー信号が、前記計算機に抽出され記憶装置に記録され、
前記記憶装置にデジタルデータとして連続的に記録された前記超音波エコー信号のそれぞれの同期時間に対して、前記位置決めロボットの速度と前記クロック信号の時間間隔から測定範囲内での前記位置決めロボットによって走査された前記超音波トランスデューサの位置を再計算して、対応する位置の前記超音波エコー信号を画素データに変換し、対応する位置情報から画像の位置にプロットし、表示装置に表示する」ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the first means is:
“Ultrasound that generates an image from an ultrasonic echo signal obtained from an ultrasonic transducer that transmits and receives an ultrasonic signal and position information obtained by scanning the ultrasonic transducer using a positioning robot and displays the image on a display device In the imaging device,
A scanning range calculation unit for calculating a scanning range based on the operating conditions of the positioning robot;
It consists of a clock generator that generates a clock signal,
After the ultrasonic transducer has moved to the starting point of the scanning range, it starts a linear movement over the scanning range,
After reaching the starting point of the measurement range of the scanning range, based on the control signal of the computer, the A / D converter starts data acquisition,
The A / D conversion unit receives an ultrasonic echo signal from the transmission / reception circuit in synchronization with the clock signal from the clock generation unit, converts it to digital data, and receives a plurality of signals received in the temporary storage device in synchronization with the clock signal Record the ultrasonic echo signal of
The ultrasonic echo when the end point of the measurement range is reached by the axis control unit and the computer, or when the end point of the measurement range is determined by the number of times the clock signal is input to the A / D conversion unit Stop receiving signals,
A plurality of ultrasonic echo signals recorded in the temporary storage device are extracted by the computer and recorded in the storage device,
For each synchronization time of the ultrasonic echo signals continuously recorded as digital data in the storage device, scanning is performed by the positioning robot within a measurement range from the speed of the positioning robot and the time interval of the clock signal. Recalculate the position of the ultrasonic transducer, convert the ultrasonic echo signal at the corresponding position into pixel data, plot the corresponding position information at the image position, and display it on the display device. Features.

(作用・効果)
本発明の第1の手段によって、位置決めロボットの位置決め分解能よりも細かなタイミングでの超音波波形データが取得でき、画像を細かいタイミングごとに取得することができる。
(Action / Effect)
By the first means of the present invention, ultrasonic waveform data can be acquired at timings finer than the positioning resolution of the positioning robot, and images can be acquired at fine timings.

次に具体的に説明をおこなうにあたり、説明を簡素化するために、位置決めロボットの動作を平面上のX軸1軸の動作について記載する。   Next, in concrete description, in order to simplify the description, the operation of the positioning robot will be described as the operation of the X axis on the plane.

すなわち、位置決めロボットの動作速度をV、クロック信号の周期をdtとすれば、画像分解能rは、
r=V×dt 〔数1〕
That is, if the operation speed of the positioning robot is V and the period of the clock signal is dt, the image resolution r is
r = V × dt [Equation 1]

で表され、位置決めロボットの位置決め分解能の影響を受けず、クロック信号の周期を短くすることによって画素の元データである超音波波形データの取得タイミングを細かくすることができる。 The acquisition timing of the ultrasonic waveform data, which is the original data of the pixels, can be made finer by shortening the cycle of the clock signal without being affected by the positioning resolution of the positioning robot.

また、測定範囲の開始点を軸制御部から取得して後A/D変換部が取り込み開始するまでの時間をdtとすれば、画素ズレの範囲は1画素以内となる。   Further, if the time from when the starting point of the measurement range is acquired from the axis control unit until the subsequent A / D conversion unit starts capturing is dt, the range of pixel deviation is within one pixel.

さらに、測定範囲Wから画像データ数nは、
n=W/r 〔数2〕
Further, the number n of image data from the measurement range W is
n = W / r [Equation 2]

となり、測定範囲W内での全データの取得時間Tは、 The acquisition time T of all data within the measurement range W is

T=n×dt=W/V 〔数3〕
であるから、広い測定範囲でも動作速度Vを上げることによって時間を短縮することができる。
T = n × dt = W / V [Equation 3]
Therefore, the time can be shortened by increasing the operation speed V even in a wide measurement range.

各時間の軸位置Xは、測定範囲の開始位置をX0とした場合に、
X=X0+∫Vdt 〔数4〕
The axis position X for each time is X0 when the start position of the measurement range is X0.
X = X0 + ∫Vdt [Equation 4]

にて求められる。 Is required.

ところで、動作速度Vを上げた場合には、画像分解能rは自ずから粗くなるが、クロック信号周期dtを小さくすることで、位置決めロボットの位置決め分解能には影響を受けず分解能を細かくすることができる。   By the way, when the operation speed V is increased, the image resolution r naturally becomes coarse, but by reducing the clock signal period dt, the resolution can be made fine without being affected by the positioning resolution of the positioning robot.

これらによって、位置決めロボットの分解能が粗いままでも、細かい画像を取得するために改めて細かい位置決め分解能の手段を用いることなく、その分解能よりも細かいタイミングでの画像が取得できる。   Thus, even if the resolution of the positioning robot is coarse, it is possible to acquire an image at a timing finer than the resolution without using a fine positioning resolution means again to acquire a fine image.

さらには、被検体の寸法が大きいため広範囲に測定したい場合でも、通常の分解能で、高速度で動作させることができるために測定時間を大きく損なうことは無い。従い、本発明では、被検体の寸法に左右されることなく高分解に超音波画像を得ることができる。   Furthermore, since the size of the subject is large, even when it is desired to measure over a wide range, it can be operated at a high speed with a normal resolution, so that the measurement time is not greatly lost. Therefore, in the present invention, an ultrasonic image can be obtained with high resolution without being influenced by the size of the subject.

また、位置決め情報と超音波エコー波形の取得に際し、取得タイミングを得るために電気的信号を介して同期するにはおよばない。   Further, when acquiring the positioning information and the ultrasonic echo waveform, it is not necessary to synchronize via the electrical signal in order to obtain the acquisition timing.

すなわち、動作条件から、走査範囲計算部で事前に計算された測定範囲の開始点においてA/D変換部の取り込み開始をおこなえば良く、その後、A/D変換部は、位置決め信号とは無関係にクロック発生部から発生したクロック信号によって直接に接続され、記憶装置で順次波形を記録するため、位置監視による超音波エコー波形の取り込みタイミングの制御は不要となり、従って係る回路も不要となる。   That is, it is only necessary to start the A / D conversion unit at the start point of the measurement range calculated in advance by the scanning range calculation unit from the operating conditions, and then the A / D conversion unit is independent of the positioning signal. Since it is directly connected by the clock signal generated from the clock generator and sequentially records the waveforms in the storage device, it is not necessary to control the timing of acquiring the ultrasonic echo waveform by position monitoring, and accordingly, such a circuit is also unnecessary.

前記課題を達成するための、第2の手段は、「前記クロック信号が一定時間間隔で発信され、かつ前記測定範囲内での前記位置決めロボットが一定速度で動作するように前記動作条件から前記走査範囲を計算し、前記位置決めロボットの駆動条件と前記クロック信号の時間間隔とを用いて位置を計算する」ことを特徴とする。   The second means for achieving the above-mentioned object is as follows: “The clock signal is transmitted at a constant time interval, and the scanning from the operation condition is performed so that the positioning robot within the measurement range operates at a constant speed. The range is calculated, and the position is calculated using the driving condition of the positioning robot and the time interval of the clock signal ”.

(作用・効果)
本発明の第2の手段によって、クロック信号の周期dtが測定範囲内において一定であることにより、結果的に、隣接する取得画素間のの距離rは、〔数1〕から、
r∝V
となり、個々の時間dtを用いてその都度再計算された画像分解能rを用いなくても良い。このため、画像上のプロット位置が、動作条件から測定以前に求めることができるため、プロットごとの計算の簡素化が図れる。
(Action / Effect)
As a result of the second means of the present invention, the period dt of the clock signal is constant within the measurement range, and as a result, the distance r between adjacent acquisition pixels is
r∝V
Therefore, it is not necessary to use the image resolution r recalculated each time using the individual time dt. For this reason, since the plot position on the image can be obtained before the measurement from the operating conditions, the calculation for each plot can be simplified.

また、動作速度Vが測定範囲内において一定であることにより、隣接する画素間距離は、〔数1〕の関係から、r∝dtとなり、個々の時間における動作速度Vを用いて再計算された画像分解能rを用いる必要が無くなる。従い、画像上のプロット位置は、動作条件から測定前に求めることができるため、プロット毎の計算が容易になる。   Further, since the operation speed V is constant within the measurement range, the distance between adjacent pixels becomes r∝dt from the relationship of [Equation 1], and is recalculated using the operation speed V at each time. It is not necessary to use the image resolution r. Accordingly, the plot position on the image can be obtained before measurement from the operating conditions, so that calculation for each plot is facilitated.

さらに、本発明の第2の手段を用いれば、画像分解能rが一定となるため、画像上への画素データを等間隔にプロットすれば良いことになるので、画像上の位置をデータ毎に計算をする必要が無くなる。   Furthermore, if the second means of the present invention is used, the image resolution r becomes constant, so pixel data on the image may be plotted at equal intervals, so the position on the image is calculated for each data. There is no need to do.

前記課題を達成するための、第3の手段は、「前記位置決めロボットの速度と前記同期信号の時間間隔から再計算された位置が近傍となる複数の画素値から補間処理によって画素値を再計算して画像を生成する」ことを特徴とする。   The third means for achieving the above object is as follows: “Recalculate pixel values by interpolation from a plurality of pixel values whose positions recalculated from the speed of the positioning robot and the time interval of the synchronization signal are close to each other. And generating an image ".

(作用・効果)
ここでも、前記同様、具体的に説明をおこなうにあたり、説明を簡素化するために、位置決めロボットの動作を平面上のX軸1軸の動作について記載する。
すなわち、本発明の第3の手段によって、各時間の軸位置Xは、前記数式〔数4〕で計算され、該計算された各位置が、等間隔で離散的に分割された画像上の位置に完全に一致しない場合でも、近傍の複数の画素値から、それぞれの画素値のプロットすべき画像上の位置への重みを計算した上で、それらの重みを考慮して近傍の複数の画素値を足し合わせた画素値を画像上の対応する位置にプロットすることにより、隣接する画素間の距離が等間隔で無い場合でも、精細な画像を構築することができる。
(Action / Effect)
Here, similarly to the above description, in order to simplify the description, the operation of the positioning robot will be described with respect to the X-axis one-axis operation on a plane.
That is, by the third means of the present invention, the axial position X of each time is calculated by the formula [Equation 4], and the calculated positions are positions on the image that are discretely divided at equal intervals. Even if they do not completely match, calculate the weights from the neighboring pixel values to the position on the image where each pixel value should be plotted, and then consider the weights to calculate the neighboring pixel values. By plotting the pixel values obtained by adding together at corresponding positions on the image, it is possible to construct a fine image even when the distance between adjacent pixels is not equal.

本発明は、超音波画像を取得するにあたり、位置決めロボットにおいて、機械的に設定された軸分解能よりも細かい測定ピッチで測定することができることによって、測定範囲が広がった場合でも測定時間にさほど影響されない超音波画像の生成方法およびその装置を提供する。   In the present invention, when acquiring an ultrasonic image, the positioning robot can measure at a measurement pitch finer than the mechanically set axial resolution, so that the measurement time is not significantly affected even when the measurement range is widened. An ultrasonic image generation method and apparatus are provided.

本発明の実施形態に係る超音波画像装置の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の画像取得時のクロック信号発信タイミングを示す図である。It is a figure which shows the clock signal transmission timing at the time of the image acquisition of this invention. 従来の超音波画像装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the conventional ultrasonic imaging device.

以下図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図1に本発明の実施形態に係る超音波画像装置110の主要な構成を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a main configuration of an ultrasonic imaging apparatus 110 according to an embodiment of the present invention.

図1の超音波画像装置110の位置決めロボット2は、X軸、Y軸およびZ軸からなる門型に構成され、超音波を送受信する超音波トランスデューサー1と接続され、下部には超音波を被検体13に送受信する際に超音波媒体となる水などの液体を入れるための水槽12が配置されている。   The positioning robot 2 of the ultrasonic imaging apparatus 110 in FIG. 1 is configured in a portal shape composed of an X axis, a Y axis, and a Z axis, and is connected to an ultrasonic transducer 1 that transmits and receives ultrasonic waves, and an ultrasonic wave is transmitted to the lower part. A water tank 12 for placing a liquid such as water that becomes an ultrasonic medium when transmitting / receiving to / from the subject 13 is disposed.

超音波画像装置110の位置決めロボット2は、X軸、Y軸およびZ軸の3軸の位置決めが可能であるが、目的によっては、1軸だけの位置決めロボットでも目的を達することができる。また、回転軸θを加えることも可能である。   The positioning robot 2 of the ultrasonic imaging apparatus 110 can position three axes, that is, the X axis, the Y axis, and the Z axis. However, depending on the purpose, the positioning robot having only one axis can achieve the purpose. It is also possible to add a rotation axis θ.

水槽12の中には、被検体13が配置され、超音波トランスデューサー1は水槽12に満たされた水などの超音波媒体を介して超音波を被検体13に送信し、被検体から反射された超音波エコーを受信する。   A subject 13 is disposed in the water tank 12, and the ultrasonic transducer 1 transmits an ultrasonic wave to the subject 13 through an ultrasonic medium such as water filled in the water tank 12 and is reflected from the subject. Receive an ultrasonic echo.

送受信回路102はセンサ制御部104から出力される超音波送信タイミングに同期して、超音波を超音波トランスデューサー1から発信させるように動作する。   The transmission / reception circuit 102 operates to transmit ultrasonic waves from the ultrasonic transducer 1 in synchronization with the ultrasonic transmission timing output from the sensor control unit 104.

被検体13から反射した超音波エコー信号は、送受信回路102を介してA/D変換部7に出力され、A/D変換部7はセンサ制御部104またはクロック発生部103からのブロック信号に同期して超音波エコー信号をデジタルデータに変換して一時記憶装置108に記録する。   The ultrasonic echo signal reflected from the subject 13 is output to the A / D conversion unit 7 via the transmission / reception circuit 102, and the A / D conversion unit 7 is synchronized with the block signal from the sensor control unit 104 or the clock generation unit 103. Then, the ultrasonic echo signal is converted into digital data and recorded in the temporary storage device 108.

また、A/D変換部7がクロック信号に同期して連続的に記録する動作を開始するのは、計算機9からのA/D変換動作開始記号による。   The A / D conversion unit 7 starts the operation of recording continuously in synchronization with the clock signal by the A / D conversion operation start symbol from the computer 9.

クロック発生部103は設定されたクロック信号出力タイミングでクロック信号を出力する。一方、軸制御部4は入力装置11によって入力された動作条件によって、軸駆動部3に軸動作用パルス信号を出力する。   The clock generator 103 outputs a clock signal at the set clock signal output timing. On the other hand, the axis control unit 4 outputs an axis operation pulse signal to the axis drive unit 3 according to the operation condition input by the input device 11.

該軸動作用パルス信号は、位置決めロボット2がなめらかに加減速されたり、測定範囲内では、等速度で移動する様に、算出され、設定される。   The axis operation pulse signal is calculated and set so that the positioning robot 2 can be smoothly accelerated and decelerated or moved at a constant speed within the measurement range.

該軸動作用パルス用信号を解析すれば、軸の動作開始から終了までの軸の位置が各時間を基に算出できる。   By analyzing the shaft movement pulse signal, the position of the shaft from the start to the end of the shaft operation can be calculated based on each time.

または、位置決めロボット2にリニアスケールなどの位置検出器を取り付けて、軸制御部4に現在位置情報をフィードバックし、軸の動作開始から終了までの軸の位置を各時間ごとに計測して求めることもできる。   Alternatively, a position detector such as a linear scale is attached to the positioning robot 2, current position information is fed back to the axis control unit 4, and the position of the axis from the start to the end of the axis is measured and obtained every time. You can also.

走査範囲計算部109は、入力装置11によって入力された動作条件に基づいて、測定範囲内での動作速度が、一定となる様に、加減速部分の領域を算出し、走査範囲を求めることができる。   The scanning range calculation unit 109 calculates the area of the acceleration / deceleration part so as to obtain the scanning range based on the operating condition input by the input device 11 so that the operating speed within the measurement range is constant. it can.

続けてさらに、具体的に説明をおこなうにあたり、ここでも説明を簡素化するために、位置決めロボットの動作を平面上のX軸1軸の動作について記載する。図2に示す様に、X軸を移動開始させると、位置決めロボット2が測定範囲の開始位置を通過させる瞬間に、計算機9は、あらかじめ設定された条件又は軸制御部4からの位置情報に基づいてA/D変換部7にA/D変換動作開始信号を出力する。   In order to further simplify the description, the operation of the positioning robot will be described with respect to a single X-axis operation on a plane. As shown in FIG. 2, when the movement of the X-axis is started, the computer 9 is based on the preset condition or the position information from the axis control unit 4 at the moment when the positioning robot 2 passes the start position of the measurement range. The A / D conversion operation start signal is output to the A / D converter 7.

その後、A/D変換部7は、クロック信号に基づいてA/D変換動作を行う。A/D変換部7は計算機9からのA/D変換動作終了信号によってA/D変換動作を終了する。   Thereafter, the A / D converter 7 performs an A / D conversion operation based on the clock signal. The A / D conversion unit 7 ends the A / D conversion operation in response to an A / D conversion operation end signal from the computer 9.

終了後に、A/D変換部7がデジタルデータに変換して一時記憶装置108に記録した連続した超音波エコー信号が、計算機9によって読み取られて、記憶装置10に記録され、画像データとしてプロットされ、表示装置8に表示される。   After the end, the continuous ultrasonic echo signal converted into digital data by the A / D converter 7 and recorded in the temporary storage device 108 is read by the computer 9, recorded in the storage device 10, and plotted as image data. Are displayed on the display device 8.

測定範囲の開始位置から各時間の軸位置は、あらかじめ設定された動作条件に基づいて計算されるか、あるいは、軸制御部4によって計算される。
すなわち、各時間における軸の位置Xは、〔数4〕で示した様に、
X=X0+∫V・dtであって、あらかじめ設定された動作条件や計測された位置情報に基づいて求めることができる。
The axis position at each time from the start position of the measurement range is calculated based on a preset operating condition or calculated by the axis control unit 4.
That is, the position X of the axis at each time is expressed by [Equation 4],
X = X0 + ∫V · dt, which can be obtained based on preset operation conditions and measured position information.

一方、A/D変換部7の同期信号は、クロック信号であり、クロック発生時間が別途設定されることによって、既知であることから、一時記憶装置108にデジタルデータとして記録されている超音波エコー信号がどの時間に相当するものであるかが確定できる。
これらの時間と〔数4〕で得られた超音波エコー信号がどの時間のものに相当するものであるかを算出し、係る画像上の位置にプロットする。
また、クロック信号の時間間隔を一定にしているので、 〔数4〕からX軸方向の位置Xを容易に算出することができる。
さらに測定範囲内で一定速度となる様に動作条件を設定することにより、 〔数4〕における速度Vが一定となるため、係る軸の位置Xを容易に求めることができる。
また、 〔数4〕で計算された軸の位置Xが、離散的に配置された画像上での位置に完全に一致しない場合においても、隣接する複数の画素値から、補間処理によって画像上での画素値として再計算しプロットすることができる。
On the other hand, since the synchronization signal of the A / D converter 7 is a clock signal and is known by separately setting the clock generation time, the ultrasonic echo recorded as digital data in the temporary storage device 108 is used. It can be determined which time the signal corresponds to.
The time corresponding to the ultrasonic echo signal obtained by these times and [Equation 4] is calculated and plotted at the position on the image.
Further, since the time interval of the clock signal is constant, the position X in the X-axis direction can be easily calculated from [Equation 4].
Furthermore, by setting the operating conditions so that the speed is constant within the measurement range, the speed V in [Equation 4] becomes constant, so that the position X of the axis can be easily obtained.
In addition, even when the position X of the axis calculated in [Equation 4] does not completely match the position on the discretely arranged image, the interpolation is performed on the image from a plurality of adjacent pixel values. Can be recalculated and plotted as the pixel value.

図1の超音波画像装置110の位置決めロボット2の位置決め分解能が0.1mmであるとき、クロック信号が0.1mmを移動する間に100回発生するように軸速度Vを決定すれば、画像の分解機能は、1.0ミクロンメートルとなる。尚、ここで用いる画像の位置分解能は、超音波トランスデューサーによって決められる画像分解能とは異なり、機械的な位置の分解能を指す。   When the positioning resolution of the positioning robot 2 of the ultrasonic imaging apparatus 110 in FIG. 1 is 0.1 mm, the axial velocity V is determined so that the clock signal is generated 100 times while moving 0.1 mm. The resolution function is 1.0 micrometer. Note that the image position resolution used here is different from the image resolution determined by the ultrasonic transducer, and refers to the mechanical position resolution.

また、画素ズレは、開始位置の精度によってのみ問題視されるが、別途設定したりあるいは校正することができる。   Further, the pixel shift is regarded as a problem only by the accuracy of the start position, but can be separately set or calibrated.

記憶装置にデジタルデータとして連続的に記録された超音波エコー信号のそれぞれの同期時間に対して、位置決めロボットの速度と同期信号の時間間隔から測定範囲内での位置決めロボットによって走査された超音波トランスデューサの位置を再計算して、対応する位置の前記超音波エコー信号を画素データに変換して対応する画像の位置にプロットすることにより、位置決めロボットにおいて機械的に設計された軸分解能よりも細かい測定ピッチで測定することができので、測定範囲が広くなった場合にも測定時間にさほど影響しない超音波画像装置法が提供できる。   An ultrasonic transducer scanned by the positioning robot within the measurement range from the speed of the positioning robot and the time interval of the synchronization signal for each synchronization time of the ultrasonic echo signal continuously recorded as digital data in the storage device By recalculating the position of the image, converting the ultrasonic echo signal at the corresponding position into pixel data and plotting it at the position of the corresponding image, thereby making a measurement finer than the axial resolution mechanically designed in the positioning robot Since the measurement can be performed with the pitch, an ultrasonic imaging apparatus method that does not significantly affect the measurement time even when the measurement range is widened can be provided.

1 超音波トランスデューサ
2 位置決めロボット
3 軸駆動部
4 軸制御部
5 位置監視部
6 パルサ・レシーバ
7 A/D変換部
8 表示装置
9 計算機
10 記憶装置
11 入力装置
12 水槽
13 被検体
102 送受信回路
103 クロック発生部
104 センサ制御部
108 一時記憶装置
109 走査範囲計算部
110 超音波画像装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic transducer 2 Positioning robot 3 Axis drive part 4 Axis control part 5 Position monitoring part 6 Pulsar receiver 7 A / D conversion part 8 Display device 9 Computer 10 Storage device 11 Input device 12 Water tank 13 Subject 102 Transmitting and receiving circuit 103 Clock Generation unit 104 Sensor control unit 108 Temporary storage device 109 Scanning range calculation unit 110 Ultrasonic imaging device

Claims (3)

超音波信号を送受信する超音波トランスデューサ(1)から得られる超音波エコー信号と、前記超音波トランスデューサ(1)を位置決めロボット(2)を用いて走査して得られる位置情報から、画像を生成して表示装置(8)に表示する超音波画像装置において、
位置決めロボット(2)の動作条件に基づいて走査範囲を計算する走査範囲計算部(109)と、
クロック信号を発生するクロック発生部(103)とからなり、
前記超音波トランスデューサ(1)が前記走査範囲の開始点へ移動した後、前記走査範囲上で直線移動を開始し、
前記走査範囲の内の測定範囲(W)の開始点に到達した後、計算機(9)の制御信号に基づいて、A/D変換部(7)がデータ取得を開始し、
前記A/D変換部(7)が前記クロック発生部(103)からのクロック信号に同期して送受信回路から超音波エコー信号を受信し、デジタルデータに変換し、一時記憶装置(108)に前記クロック信号に同期して受信した複数の超音波エコー信号を記録し、
軸制御部(4)および前記計算機(9)によって前記測定範囲(W)の終了点に達した時または前記A/D変換部(7)への前記クロック信号の入力回数によって前記測定範囲(W)の終了位置であると判定された時に前記超音波エコー信号の受信を終了し、
前記一時記憶装置(108)に記録された複数の超音波エコー信号が、前記計算機(9)に抽出され記憶装置(10)に記録され、
前記記憶装置(10)にデジタルデータとして連続的に記録された前記超音波エコー信号のそれぞれの同期時間に対して、前記位置決めロボット(2)の速度と前記クロック信号の時間間隔から測定範囲(W)内での前記位置決めロボット(2)によって走査された前記超音波トランスデューサ(1)の位置を再計算して、対応する位置の前記超音波エコー信号を画素データに変換するとともに、対応する位置情報から画像の位置にプロットし、表示装置(8)に表示することを特徴とする超音波画像装置。
An image is generated from an ultrasonic echo signal obtained from an ultrasonic transducer (1) that transmits and receives an ultrasonic signal and position information obtained by scanning the ultrasonic transducer (1) using a positioning robot (2). In the ultrasonic imaging device displaying on the display device (8),
A scanning range calculation unit (109) for calculating a scanning range based on the operating conditions of the positioning robot (2);
A clock generator (103) for generating a clock signal,
After the ultrasonic transducer (1) moves to the starting point of the scanning range, it starts a linear movement on the scanning range,
After reaching the starting point of the measurement range (W) in the scanning range, the A / D conversion unit (7) starts data acquisition based on the control signal of the computer (9),
The A / D converter (7) receives an ultrasonic echo signal from the transmission / reception circuit in synchronization with the clock signal from the clock generator (103), converts it into digital data, and stores it in a temporary storage device (108). Record multiple ultrasonic echo signals received in synchronization with the clock signal,
The measurement range (W) when the end point of the measurement range (W) is reached by the axis control unit (4) and the computer (9) or depending on the number of times the clock signal is input to the A / D conversion unit (7). ) To end the reception of the ultrasonic echo signal when determined to be the end position of
A plurality of ultrasonic echo signals recorded in the temporary storage device (108) are extracted by the computer (9) and recorded in the storage device (10),
For each synchronization time of the ultrasonic echo signal continuously recorded as digital data in the storage device (10), a measurement range (W) from the speed of the positioning robot (2) and the time interval of the clock signal. ), The position of the ultrasonic transducer (1) scanned by the positioning robot (2) is recalculated, the ultrasonic echo signal at the corresponding position is converted into pixel data, and the corresponding position information The ultrasonic image apparatus is characterized in that the image is plotted at the position of the image and displayed on the display device (8).
前記クロック信号が一定時間間隔で発信され、かつ前記測定範囲(W)内での前記位置決めロボット(2)が一定速度で動作するように前記動作条件から前記走査範囲を計算し、前記位置決めロボット(2)の駆動条件と前記クロック信号の時間間隔とを用いて位置を計算することを特徴とする請求項1に記載の超音波画像装置。   The scanning range is calculated from the operating conditions so that the clock signal is transmitted at regular time intervals and the positioning robot (2) within the measurement range (W) operates at a constant speed, and the positioning robot ( 2. The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1, wherein the position is calculated using the driving condition of 2) and the time interval of the clock signal. 前記位置決めロボット(2)の速度と前記同期信号の時間間隔から再計算された位置が近傍となる複数の画素値から補間処理によって画素値を再計算して画像を生成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の超音波画像装置。   An image is generated by recalculating pixel values by interpolation processing from a plurality of pixel values whose positions recalculated from the speed of the positioning robot (2) and the time interval of the synchronization signal are close. The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1 or 2.
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