JP2018029697A - Ultrasonic device and ultrasonic measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波デバイス、及び超音波測定装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic device and an ultrasonic measurement apparatus.
従来、超音波を送受信する複数の振動素子(超音波送受部)が一方向に一次元アレイ配置された超音波アレイを含む超音波プローブ、及び当該超音波プローブを備える超音波診断装置(超音波測定装置)が知られている(例えば特許文献1参照)。
特許文献1に記載の超音波測定装置は、1次元配列された超音波送受部から所定のスキャン面内において超音波を送信し、スキャン面内の測定対象にて反射された超音波を受信することで、スキャン面における測定対象の断層画像を取得することができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic probe including an ultrasonic array in which a plurality of vibration elements (ultrasonic transmitting / receiving units) that transmit and receive ultrasonic waves are arranged one-dimensionally in one direction, and an ultrasonic diagnostic apparatus (ultrasonic wave) including the ultrasonic probe Measuring apparatus) is known (for example, see Patent Document 1).
The ultrasonic measurement apparatus described in
ところで、特許文献1に記載のような超音波測定装置を用いて、生体内の器官を観察しながら穿刺針を行う穿刺作業において、生体内の椎骨等の神経孔に穿刺針を挿入する場合がある。この場合、超音波測定装置により、骨の稜線や神経孔の内側を高精度に検出して超音波断層像を表示させる必要がある。しかしながら、特許文献1のような従来の超音波測定装置では、骨の稜線や神経孔等の孔部を高精度に検出することが困難である。
つまり、従来の超音波測定装置では、
I.超音波の送信ビーム及び受信ビームが細すぎる
II.送信ビームと受信ビームとの方向がほぼ同じ方向となる
III.骨表面からの反射波には、球面波成分と、鏡面反射成分とが含まれるが、球面波成分の反射量が少なく、ほとんど画像化できず、鏡面反射成分は対象(骨等)の表面と送受信ビームとが直交するときのみしか画像化できない
等の理由により、骨の稜線や孔部の検出精度を向上させるには限界があった。
By the way, in a puncturing operation in which a puncture needle is used while observing an organ in a living body using an ultrasonic measurement device as described in
In other words, in the conventional ultrasonic measurement device,
I. Ultrasonic transmit and receive beams are too thin
II. The direction of the transmit beam and the receive beam are almost the same direction
III. The reflected wave from the bone surface includes a spherical wave component and a specular reflection component, but the amount of reflection of the spherical wave component is small, and almost no image can be formed. The specular reflection component is the same as the surface of the target (such as bone). There is a limit to improving the detection accuracy of bone ridgelines and holes due to the fact that imaging can be performed only when the transmitted and received beams are orthogonal to each other.
また、超音波の送信ビームを送受信面から法線方向に出力し、当該法線方向から入射する反射する超音波を受信するリニアプローブに替えて、超音波の送受信方向を扇状領域に拡大させて超音波測定を実施するコンベックスプローブ等を用いることも考えられる。しかしながら、コンベックスプローブでは走査密度が粗くなり、画像の解像度を十分に上げることができない。 Also, instead of a linear probe that outputs an ultrasonic transmission beam in the normal direction from the transmission / reception surface and receives reflected ultrasonic waves incident from the normal direction, the ultrasonic transmission / reception direction is expanded to a fan-shaped region. It is also conceivable to use a convex probe or the like that performs ultrasonic measurement. However, with the convex probe, the scanning density becomes coarse and the resolution of the image cannot be sufficiently increased.
本発明は、凹凸を有する測定対象部位の形状を高精度に測定可能な超音波デバイス、及び超音波測定装置を提供することを一つの目的とし、以下に適用例及び実施形態を説明する。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic device and an ultrasonic measurement apparatus capable of measuring the shape of a measurement target portion having irregularities with high accuracy, and application examples and embodiments will be described below.
一適用に係る超音波デバイスは、複数の超音波送受部を有する複数の超音波素子アレイが互いの角度を可変として連結された超音波デバイスであって、複数の前記超音波送受部は、前記超音波素子アレイの厚み方向と交差する第一方向に配置され、複数の前記超音波素子アレイは、前記第一方向に角度を可変として連結され、前記厚み方向と前記第一方向とに交差する第二方向から平面視して、複数の前記超音波素子アレイの超音波の送受信面の中心を通る法線は一点で交わる、ことを特徴とする。 An ultrasonic device according to one application is an ultrasonic device in which a plurality of ultrasonic element arrays each having a plurality of ultrasonic transmission / reception units are connected to each other with variable angles, and the plurality of ultrasonic transmission / reception units include Arranged in a first direction that intersects the thickness direction of the ultrasonic element array, the plurality of ultrasonic element arrays are coupled to the first direction with variable angles, and intersect the thickness direction and the first direction. When viewed in plan from the second direction, normal lines passing through the centers of the ultrasonic wave transmitting / receiving surfaces of the plurality of ultrasonic element arrays intersect at one point.
本適用例における第一方向は、超音波素子アレイの厚み方向に対して交差する方向であり、当該方向に超音波送受部が並んで連結されている。したがって、各超音波素子アレイの超音波送受部から、第一方向及び厚み方向を含むスキャン面に対して超音波の送受信処理を実施することができる。そして、このような超音波素子アレイが第一方向で連結され、各超音波素子アレイの送受信面の中心を通る法線が一点で交わる(各法線が同一交点を通る)。したがって、各超音波素子アレイから、送受信面の法線方向に超音波を送信すると、交点に向かって超音波が送信されることになる。 The first direction in this application example is a direction that intersects the thickness direction of the ultrasonic element array, and the ultrasonic transmission / reception units are connected side by side in this direction. Accordingly, ultrasonic transmission / reception processing can be performed on the scan plane including the first direction and the thickness direction from the ultrasonic transmission / reception unit of each ultrasonic element array. Such ultrasonic element arrays are connected in the first direction, and normals passing through the centers of the transmission / reception surfaces of the ultrasonic element arrays intersect at one point (each normal line passes through the same intersection). Therefore, when an ultrasonic wave is transmitted from each ultrasonic element array in the normal direction of the transmission / reception surface, the ultrasonic wave is transmitted toward the intersection.
このような構成では、1つの超音波素子アレイから送受信面の法線方向に超音波を送信し、1つ以上の超音波素子アレイにて、測定対象部位にて反射された反射超音波を受信させることで、凹凸を有する測定対象部位の形状を高精度に測定することができる。
すなわち、1つの超音波素子アレイから、送受信面の法線方向に超音波を送信させると、測定対象部位に凹凸がある場合、反射超音波に、球面波成分と、鏡面反射成分とが含まれる。このうち、鏡面反射成分は、超音波を送信した超音波素子アレイ(以降、送信アレイと称す場合がある)にて高い受信感度で受信できる。一方、球面波成分は、超音波の送信方向とは異なる方向に反射されるため、送信子アレイにおいて好適に検出できない。しかしながら、本適用例では、他の超音波素子アレイの送受信面の法線方向も測定対象部位に向いているため、送信アレイ以外の他の超音波素子アレイにて、球面波成分の反射超音波を好適に受信することができる。したがって、送信アレイ及びそれ以外の超音波素子アレイから出力された受信信号に基づいて開口合成を行うことで、高精度に超音波の反射位置を検出できる。
また、送信アレイを変更することで、測定対象部位に凹凸が存在する場合でも、凹凸の広範囲に超音波の送信ビームを到達させることができ、かつ、送信アレイから送受信面の法線方向に超音波を送信するので、コンベックス型プローブと異なり、走査密度が粗くならない。
以上により、本適用例では、凹凸を有する測定対象部位の形状を高精度に測定することができる。
In such a configuration, ultrasonic waves are transmitted from one ultrasonic element array in the normal direction of the transmission / reception surface, and reflected ultrasonic waves reflected at the measurement target site are received by one or more ultrasonic element arrays. By doing so, the shape of the measurement target part having irregularities can be measured with high accuracy.
That is, when ultrasonic waves are transmitted from one ultrasonic element array in the normal direction of the transmission / reception surface, if the measurement target part has irregularities, the reflected ultrasonic wave includes a spherical wave component and a specular reflection component. . Among these, the specular reflection component can be received with high reception sensitivity by an ultrasonic element array that transmits ultrasonic waves (hereinafter also referred to as a transmission array). On the other hand, since the spherical wave component is reflected in a direction different from the transmission direction of the ultrasonic wave, it cannot be suitably detected in the transmitter array. However, in this application example, since the normal direction of the transmission / reception surface of another ultrasonic element array is also directed to the measurement target part, the reflected ultrasonic wave of the spherical wave component is reflected by another ultrasonic element array other than the transmission array. Can be suitably received. Therefore, by performing aperture synthesis based on the reception signals output from the transmission array and the other ultrasonic element arrays, the ultrasonic reflection position can be detected with high accuracy.
In addition, by changing the transmission array, even if the measurement target part has irregularities, the ultrasonic transmission beam can reach a wide area of the irregularities, and the transmission array can be extended in the normal direction of the transmission / reception surface. Since the sound wave is transmitted, the scanning density does not become rough unlike the convex probe.
As described above, in this application example, the shape of the measurement target portion having the unevenness can be measured with high accuracy.
本適用例の超音波デバイスにおいて、複数の前記超音波素子アレイは、第一超音波素子アレイと、第二超音波素子アレイとを含み、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの角度を可変として連結する第一連結部を備え、前記第一連結部には、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの間の角度を変更する駆動力を供給する角度変更部が設けられる、ことが好ましい。
本適用例では、複数の超音波素子アレイとして、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイとが含まれ、これらの第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイが第一連結部により角度が可変として連結され、第一連結部に第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイとの間の角度を変更する駆動力を供給する角度変更部が設けられている。このため、第一連結部において、第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイの角度を角度変更部により適宜設定することができ、これらの2つの超音波素子アレイから所望の深さ位置の測定対象部位に対して、上述したような超音波測定を行い、開口合成により、高精度な超音波断層像を得ることができる。
In the ultrasonic device according to this application example, the plurality of ultrasonic element arrays include a first ultrasonic element array and a second ultrasonic element array, and the first ultrasonic element array and the second ultrasonic element. A first connecting portion for connecting the angle with the array as a variable, and the first connecting portion has a driving force for changing an angle between the first ultrasonic element array and the second ultrasonic element array. It is preferable that an angle changing unit to be supplied is provided.
In this application example, as the plurality of ultrasonic element arrays, a first ultrasonic element array and a second ultrasonic element array are included, and the first ultrasonic element array and the second ultrasonic element array are first connected. An angle changing unit that supplies a driving force for changing the angle between the first ultrasonic element array and the second ultrasonic element array is provided to the first connecting part so that the angle is variable. For this reason, in the 1st connection part, the angle of a 1st ultrasonic element array and a 2nd ultrasonic element array can be suitably set by an angle change part, and desired depth position from these two ultrasonic element arrays The ultrasonic measurement as described above is performed on the measurement target part, and a high-accuracy ultrasonic tomographic image can be obtained by aperture synthesis.
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイは、前記第二方向に対して互いにずれる位置に配置されている、ことが好ましい。
本適用例では、第一超音波素子アレイによる超音波測定位置と、第二超音波素子アレイによる超音波測定位置とが、第二方向対して互いにずれた位置となる。したがって、第二方向に対して互いにずれた位置の超音波測定結果をそれぞれ得ることができる。これにより、例えば、超音波測定結果に基づいて測定対象の超音波断層像を得る場合では、第二方向に対して位置がずれた2か所の超音波測定画像を同時に得ることができる。
In the ultrasonic device according to this application example, it is preferable that the first ultrasonic element array and the second ultrasonic element array are arranged at positions shifted from each other with respect to the second direction.
In this application example, the ultrasonic measurement position by the first ultrasonic element array and the ultrasonic measurement position by the second ultrasonic element array are shifted from each other in the second direction. Therefore, the ultrasonic measurement results at positions shifted from each other with respect to the second direction can be obtained. Thereby, for example, when an ultrasonic tomographic image to be measured is obtained based on the ultrasonic measurement result, two ultrasonic measurement images whose positions are shifted with respect to the second direction can be obtained simultaneously.
本適用例の超音波デバイスにおいて、複数の前記超音波素子アレイは、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイと第三超音波素子アレイとを含み、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの角度を可変として連結する第一連結部と、前記第一超音波素子アレイと前記第三超音波素子アレイとの角度を可変として連結する第二連結部と、を備え、前記第一連結部には、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの間の角度を変更する駆動力を供給する第一角度変更部が設けられ、前記第二連結部には、前記第一超音波素子アレイと前記第三超音波素子アレイとの間の角度を変更する駆動力を供給する第二角度変更部が設けられる、ことが好ましい。 In the ultrasonic device of this application example, the plurality of ultrasonic element arrays include a first ultrasonic element array, a second ultrasonic element array, and a third ultrasonic element array, and the first ultrasonic element array, A first connecting part for connecting the angle with the second ultrasonic element array as a variable, a second connecting part for connecting the angle between the first ultrasonic element array and the third ultrasonic element array as a variable, A first angle changing unit for supplying a driving force for changing an angle between the first ultrasonic element array and the second ultrasonic element array is provided in the first connecting part; It is preferable that the second connecting portion is provided with a second angle changing portion that supplies a driving force for changing the angle between the first ultrasonic element array and the third ultrasonic element array.
本適用例では、複数の超音波素子アレイとして、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイと第三超音波素子アレイとが含まれ、第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイが第一連結部により角度が可変となり、第一角度変更部により角度が変更される。また、第一超音波素子アレイ及び第三超音波素子アレイが第二連結部により角度が可変となり、第二角度変更部により角度が変更される。
このため、第一連結部において、第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイの角度を第一角度変更部により適宜設定し、第二連結部において、第一超音波素子アレイ及び第三超音波素子アレイの角度を第二角度変更部により適宜設定することで、2つの超音波素子アレイから所望の深さ位置の測定対象部位に対して、上述したような超音波測定を行い、開口合成により、高精度な超音波断層像を得ることができる。
In this application example, the first ultrasonic element array, the second ultrasonic element array, and the third ultrasonic element array are included as the plurality of ultrasonic element arrays, and the first ultrasonic element array and the second ultrasonic element array The angle of the array is variable by the first connecting portion, and the angle is changed by the first angle changing portion. In addition, the angle of the first ultrasonic element array and the third ultrasonic element array is variable by the second connecting portion, and the angle is changed by the second angle changing portion.
For this reason, in the 1st connection part, the angle of the 1st ultrasonic element array and the 2nd ultrasonic element array is suitably set up by the 1st angle change part, and in the 2nd connection part, the 1st ultrasonic element array and the 3rd By appropriately setting the angle of the ultrasonic element array by the second angle changing unit, the ultrasonic measurement as described above is performed on the measurement target portion at the desired depth position from the two ultrasonic element arrays, and the opening is opened. A high-accuracy ultrasonic tomographic image can be obtained by synthesis.
本適用例に係る超音波測定装置は、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイと前記第三超音波素子アレイとは、前記第二方向に対して互いにずれる位置に配置されている、ことが好ましい。
本適用例では、第一超音波素子アレイによる超音波測定位置と、第二超音波素子アレイによる超音波測定位置と、第三超音波素子アレイによる超音波測定位置とが、第二方向対して互いにずれた位置となる。したがって、第二方向に対して互いにずれた3か所の超音波測定結果を同時に得ることができる。
In the ultrasonic measurement apparatus according to this application example, the first ultrasonic element array, the second ultrasonic element array, and the third ultrasonic element array are arranged at positions shifted from each other with respect to the second direction. It is preferable.
In this application example, the ultrasonic measurement position by the first ultrasonic element array, the ultrasonic measurement position by the second ultrasonic element array, and the ultrasonic measurement position by the third ultrasonic element array are in the second direction. The positions are shifted from each other. Therefore, three ultrasonic measurement results that are shifted from each other in the second direction can be obtained simultaneously.
一適用例に係る超音波測定装置は、上述したような超音波デバイスと、前記超音波デバイスを制御する制御部と、を備える、ことを特徴とする。
本適用例では、超音波デバイスを用いて、上述のような超音波測定処理を行い、制御部において、測定結果に基づいた開口合成を行うことができる。
An ultrasonic measurement apparatus according to an application example includes the ultrasonic device as described above and a control unit that controls the ultrasonic device.
In this application example, the ultrasonic measurement process as described above is performed using the ultrasonic device, and the aperture synthesis based on the measurement result can be performed in the control unit.
本適用例の超音波測定装置において、前記制御部は、複数の前記超音波素子アレイのうちの1つから超音波を送信させ、当該超音波送信処理により送信された超音波が対象物により反射された反射超音波を、複数の前記超音波素子アレイのうちの少なくとも1つ以上の前記超音波素子アレイにて受信させる超音波測定を実施する超音波測定部と、前記超音波測定部により、前記超音波を送信する前記超音波素子アレイを切り替えて複数回の超音波測定を実施した際に得られる各測定結果を合成した超音波断層像を生成する画像生成部と、を備える、ことが好ましい。 In the ultrasonic measurement apparatus according to this application example, the control unit causes an ultrasonic wave to be transmitted from one of the plurality of ultrasonic element arrays, and the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic wave transmission process is reflected by an object. An ultrasonic measurement unit that performs ultrasonic measurement for receiving the reflected ultrasonic waves by at least one of the plurality of ultrasonic element arrays, and the ultrasonic measurement unit, An image generation unit that generates an ultrasonic tomographic image obtained by combining the measurement results obtained when the ultrasonic element array that transmits the ultrasonic waves is switched and the ultrasonic measurement is performed a plurality of times. preferable.
本適用例では、超音波測定部は、複数の超音波素子アレイのうちの1つを送信アレイとして、送受信面の法線方向に超音波を送信し、少なくとも1つ以上の超音波素子アレイにて反射された超音波を受信する。そして、画像生成部は、超音波を受信した各超音波素子アレイからの受信信号(測定結果)を合成(開口合成)して、超音波断層像を生成する。
したがって、本適用例では、上述したような開口合成による超音波断層像の形成ができ、測定対象部位が骨等の凹凸を有する部位である場合や、神経孔等の孔部を検出する場合でも、その測定対象部位の形状が高精細な超音波断層像を形成できる。
In this application example, the ultrasonic measurement unit transmits one ultrasonic wave in the normal direction of the transmission / reception surface using one of a plurality of ultrasonic element arrays as a transmission array, and transmits the ultrasonic measurement element to at least one ultrasonic element array. The reflected ultrasonic waves are received. Then, the image generation unit synthesizes (aperture synthesis) reception signals (measurement results) from the respective ultrasonic element arrays that have received the ultrasonic waves, and generates an ultrasonic tomographic image.
Therefore, in this application example, an ultrasonic tomographic image can be formed by aperture synthesis as described above, and even when the measurement target part is a part having unevenness such as a bone or when a hole part such as a nerve hole is detected. Thus, it is possible to form an ultrasonic tomographic image with a high-definition shape of the measurement target part.
本適用例の超音波測定装置において、前記画像生成部は、複数の前記超音波素子アレイの互いの角度に基づいて、前記超音波送受部の位置を算出し、前記超音波送受部の位置と、前記超音波送受部から出力される受信信号とに基づく開口合成により、前記超音波断層像を生成する、ことが好ましい。
本適用例では、各超音波素子アレイの互いの角度を検出し、その角度に基づいて、超音波送受部の位置を算出し、当該算出された超音波送受部と受信信号とを用いて、開口合成により超音波断層像を生成する。これにより、超音波送受部の正確な位置が算出されることで、開口合成を行う際の精度を向上させることができ、より高精度な超音波断層像を形成することができる。
In the ultrasonic measurement apparatus according to this application example, the image generation unit calculates the position of the ultrasonic transmission / reception unit based on the mutual angle of the plurality of ultrasonic element arrays, and the position of the ultrasonic transmission / reception unit. Preferably, the ultrasonic tomographic image is generated by aperture synthesis based on a reception signal output from the ultrasonic transmission / reception unit.
In this application example, the mutual angle of each ultrasonic element array is detected, the position of the ultrasonic transmission / reception unit is calculated based on the angle, and the calculated ultrasonic transmission / reception unit and the received signal are used. An ultrasonic tomographic image is generated by aperture synthesis. Thereby, by calculating the exact position of the ultrasonic transmission / reception unit, it is possible to improve the accuracy when performing aperture synthesis, and to form a more accurate ultrasonic tomographic image.
本適用例の超音波測定装置において、前記超音波デバイスは、複数の前記超音波素子アレイの互いの角度を変更する角度変更部を備え、前記制御部は、前記角度変更部を制御して、超音波測定を実施する位置に応じた角度に複数の前記超音波素子アレイの互いの角度を変更する角度設定部を備える、ことが好ましい。
本適用例では、超音波デバイスにおいて、隣り合う超音波素子アレイの間の角度を変化させる角度変更部を備え、制御部は、当該角度を設定する角度設定部を備える。すなわち、複数の超音波素子アレイの互いの角度は、角度設定部により設定された角度に変更される。この場合、複数の超音波素子アレイの互いの角度を検出するためのセンサー等を別途用いることなく、設定された角度に基づいて、超音波を受信した各超音波送受部の位置を算出できる。
In the ultrasonic measurement apparatus according to this application example, the ultrasonic device includes an angle changing unit that changes an angle of each of the plurality of ultrasonic element arrays, and the control unit controls the angle changing unit, It is preferable to include an angle setting unit that changes the angle of each of the plurality of ultrasonic element arrays to an angle corresponding to a position where ultrasonic measurement is performed.
In this application example, the ultrasonic device includes an angle changing unit that changes an angle between adjacent ultrasonic element arrays, and the control unit includes an angle setting unit that sets the angle. That is, the mutual angle of the plurality of ultrasonic element arrays is changed to the angle set by the angle setting unit. In this case, the position of each ultrasonic transmission / reception unit that has received the ultrasonic wave can be calculated based on the set angle without separately using a sensor or the like for detecting the mutual angle of the plurality of ultrasonic element arrays.
[第一実施形態]
以下、第一実施形態に係る超音波測定装置について説明する。
図1は、第一実施形態の超音波測定装置1の概略構成を示すブロック図である。
図1に示すように、本実施形態の超音波測定装置1は、対象物(本実施形態では生体M)に対して固定される超音波プローブ2と、超音波プローブ2を制御して生体Mの内部断層画像(超音波画像)を生成する制御装置7と、得られた内部断層画像が表示される表示装置8と、を備えている。
[First embodiment]
Hereinafter, the ultrasonic measurement apparatus according to the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an
As shown in FIG. 1, the
本実施形態の超音波測定装置1は、例えば穿刺針を生体内の所定の器官(例えば血管)に挿入する穿刺作業を行う際に好適に用いることができる。
例えば、穿刺作業において、施術者は、超音波プローブ2を生体における穿刺を行いたい患部位置に超音波の伝搬効率を向上させるための音響整合部材9(例えばジェル等)を塗布し、超音波プローブ2を固定する。そして、超音波測定装置1は、超音波プローブ2から生体内に超音波を送信する超音波送信処理、及び生体M内で反射された反射超音波を超音波プローブ2で受信する超音波受信処理を行う。制御装置7は、超音波プローブ2から超音波受信処理により得られた受信信号が入力されると、当該受信信号に基づいて生体M内の超音波画像を形成して表示装置8に表示させる。
このような超音波測定装置1を用いることで、施術者は、表示装置8に表示された超音波画像を確認(観察)しながら、穿刺作業を効率的に行うことができる。
以下、本実施形態の超音波測定装置1の各構成について詳細に説明する。
The
For example, in the puncturing operation, the practitioner applies an acoustic matching member 9 (for example, a gel) for improving the propagation efficiency of the ultrasonic wave to the affected part position where the
By using such an
Hereinafter, each configuration of the
[超音波プローブの構成]
図2は、超音波プローブ2を−Y側から見た際の概略構成を示す図であり、図3は、+X1側から見た際の概略構成を示す図である。
超音波プローブ2は、図2及び図3に示すように、超音波を送受信する超音波デバイス3と、この超音波デバイス3を支持する固定部材6と、を含み構成される。なお、図示は省略するが、超音波デバイス3を支持する固定部材6を収納する筐体が設けられる構成などとしてもよい。
固定部材6は、超音波デバイス3を固定するとともに、超音波デバイス3と生体Mとの間に配置する音響整合部材9を固定する。
また、超音波プローブ2は、ケーブルにより制御装置7に接続され、当該制御装置7による制御に基づいて得られた超音波画像が表示装置8に表示される。
[Configuration of ultrasonic probe]
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration when the
As shown in FIGS. 2 and 3, the
The fixing
The
[超音波デバイスの構成]
図4は、超音波デバイス3の概略構成を示す斜視図である。図5は、超音波デバイス3を−Y側から見た際の概略構成を示す側面図である。
超音波デバイス3は、3つの超音波ユニット4(第一ユニット4A、第二ユニット4B及び第三ユニット4C)を備える。これらの超音波ユニット4がX1方向の列として配置されている。
すなわち、X1方向の−X1側端部に第二ユニット4Bが配置され、第二ユニット4Bの+X1側に第一ユニット4Aが配置され、更に、その+X1側に第三ユニット4Cが配置されている。また、各超音波ユニット4における第二方向であるY方向に対する位置は同一位置となる。
[Configuration of ultrasonic device]
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of the
The
That is, the
[超音波ユニットの構成]
図6は、超音波ユニット4の概略構成を示す断面図である。
超音波ユニット4は、筐体41を備え、この筐体41の内部に、図6に示すように、超音波センサー42と、回路基板46とが収納されている。
後に詳述するが、超音波センサー42は、超音波の送受信を行う超音波素子アレイ43を有する。この超音波素子アレイ43は、一方向(スキャン方向)に沿って配列された複数の超音波送受部44を備える一次元アレイとして構成されている。
ここで、第一ユニット4A、第二ユニット4B、及び第三ユニット4Cのそれぞれに対応する超音波素子アレイ43を、第一超音波素子アレイ43A、第二超音波素子アレイ43B、及び第三超音波素子アレイ43Cとする。
[Configuration of ultrasonic unit]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the
The
As will be described in detail later, the
Here, the
そして、本実施形態では、第一ユニット4A及び第二ユニット4Bが、Y方向を軸心とした回動機構を有する第一連結部31により連結されている。また、第一ユニット4A及び第三ユニット4Cが、Y方向を軸心とした回動機構を有する第二連結部32により連結されている。したがって、第二ユニット4Bは、Y方向に沿った軸心を中心として、第一ユニット4Aに対して角度が可変となる。同様に、第三ユニット4Cは、Y方向に沿った軸心を中心として、第一ユニット4Aに対して角度が可変となる。
なお、各超音波ユニット4の連結構成及び回動機構については後述する。
In the present embodiment, the
The connection configuration and rotation mechanism of each
各超音波ユニット4において、超音波素子アレイ43は、図5に示すように、超音波を送受信する送受信面431(アレイ面)を有する。送受信面431の法線方向は、超音波素子アレイ43の厚み方向であり、図6においてZ2方向となる。また、各超音波ユニット4において、超音波プローブ2におけるX1−Z1平面と、送受信面431との交線に平行な方向がX2方向であり、超音波素子アレイ43の厚み方向に交差(本実施形態では直交を例示)する第一方向に相当する。ここで、隣り合う超音波ユニット4が180°で連結されている(送受信面431が同一平面上となる)場合、各超音波素子アレイ43のX2方向はX1方向と平行になる。これは、言い換えると、複数の超音波素子アレイ43(複数の超音波ユニット4)が第一方向であるX2方向に角度を可変に連結されていることを意味する。
そして、各超音波ユニット4の超音波素子アレイ43は、X2方向に並ぶ超音波送受部44を備えている。
なお、本実施形態では、第二超音波素子アレイ43B及び第三超音波素子アレイ43Cの第一超音波素子アレイ43Aに対する角度が可変となり、各超音波素子アレイ43におけるX2方向及びZ2方向は、当該角度により異なる方向となる。よって、以降の説明にあたり、第一超音波素子アレイ43AにおけるX2方向をX2A方向、Z2方向をZ2A方向と称し、第二ユニット4BにおけるX2方向をX2B方向、Z2方向をZ2B方向と称し、第三ユニット4CにおけるX2方向をX2C方向、Z2方向をZ2C方向と称す場合がある。
また、本実施形態では、第一ユニット4Aは、X2方向がX1方向と平行となるように固定部材6に固定される。したがって、X2A方向はX1方向であり、Z2A方向はZ1方向となる。
In each
The
In the present embodiment, the angles of the second
In the present embodiment, the
[筐体の構成]
筐体41は、例えば平面視が矩形状となる箱状部材であり、内部に超音波センサー42や回路基板46を収納する。筐体41は、図6に示すように、生体M側の一面に、超音波センサー42を露出させるセンサー窓411が設けられている。
[Case configuration]
The
[超音波センサーの構成]
次に、超音波センサー42について説明する。
図7は、本実施形態の超音波センサー42を模式的に示す平面図である。図8は、図7のA−A線を断面した際の超音波センサー42の概略断面図である。なお、図7及び図8は、第一ユニット4Aを構成する超音波センサー42について図示している。
超音波センサー42は、一つの超音波素子アレイ43を備える。この超音波素子アレイ43は、上述したように、X2方向に並ぶ複数の超音波送受部44により構成される。また、超音波送受部44は、複数の超音波トランスデューサー45がY方向に配置されて構成されている。この超音波素子アレイ43は、超音波送受部44が個別に駆動されることにより、Y方向における超音波送受部44の中央を通り、かつ、Z2−X2面に平行な仮想面(以下、スキャン面とも称す)に沿って、超音波ビームを走査可能に構成されている。
なお、図7に示す例では、超音波送受部44は、Y方向7個の超音波トランスデューサー45を含んで構成され、超音波センサー42は、X2方向に8個の超音波送受部44を含んで構成されるが、これに限定されず、例えばより多くの超音波トランスデューサー45が配置されていてもよい。
[Configuration of ultrasonic sensor]
Next, the
FIG. 7 is a plan view schematically showing the
The
In the example shown in FIG. 7, the ultrasonic transmission /
超音波センサー42は、例えば、図8に示すように、素子基板421、封止板422、音響層423、及び音響レンズ424等を含んで構成されている。
素子基板421は、図7に示すように、基部421Aと、振動膜421Bと、圧電素子421Cと、を備えている。
基部421Aは、例えばSi等の半導体基板により構成されている。この基部421Aには、各々の超音波トランスデューサー45に対応した開口部421A1が設けられている。本実施形態では、各開口部421A1は、基部421Aの基板厚み方向を貫通した貫通孔であり、当該貫通孔の一端側(封止板422側)に振動膜421Bが設けられる。
For example, as illustrated in FIG. 8, the
As shown in FIG. 7, the
The
振動膜421Bは、例えばSiO2や、SiO2及びZrO2の積層体等より構成され、基部421Aの封止板422側全体を覆って設けられている。すなわち、振動膜421Bは、開口部421A1を構成する隔壁421A2により支持され、開口部421A1の封止板422側を閉塞する。この振動膜421Bの厚み寸法は、基部421Aに対して十分小さい厚み寸法となる。
The
圧電素子421Cは、図7及び図8に示すように、各開口部421A1を閉塞する振動膜421B上にそれぞれ設けられている。この圧電素子421Cは、下部電極421C1、圧電膜421C2、及び上部電極421C3の積層体により構成されている。ここで、振動膜421Bのうち、開口部421A1を閉塞する領域と、圧電素子421Cとにより、1つの超音波トランスデューサー45が構成される。
As illustrated in FIGS. 7 and 8, the
このような超音波トランスデューサー45では、下部電極421C1及び上部電極421C3の間に所定周波数の矩形波電圧が出力されることで、圧電膜421C2が変形され、これにより開口部421A1を閉塞する振動膜421Bが振動することで、超音波が送信される(超音波送信処理)。また、振動膜421Bに超音波が入力されて振動膜421Bが振動すると、圧電膜421C2の下部電極421C1側と上部電極421C3側との間で電位差が生じる。これにより、下部電極421C1及び上部電極421C3の電位差を検出することで、超音波が受信されたことを検出することが可能となる(超音波受信処理)。
In such an
また、本実施形態では、上述のように、超音波トランスデューサー45が、X2方向及びY方向に沿ってアレイ状に配置されている。
ここで、下部電極421C1は、駆動電極配線であり、Y方向に沿う直線状に形成され、X2方向に沿って複数平行に配列される。つまり、下部電極421C1は、Y方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサー45に跨って設けられ、これらを結線する。この下部電極421C1の両端部(±Y側端部)には、回路基板46に電気接続される駆動端子部421D1が設けられている。
また、上部電極421C3は、X2方向に沿って直線状に形成されており、X2方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサー45に跨って設けられ、これらを結線する。そして、上部電極421C3の±X2側端部は共通電極線421D2に接続される。この共通電極線421D2は、Y方向に沿って複数配置された上部電極421C3同士を結線し、その±Y側端部には、回路基板46に電気接続される共通端子421D3が設けられている。
In the present embodiment, as described above, the
Here, the lower electrode 421C1 is a drive electrode wiring, is formed in a straight line shape along the Y direction, and is arranged in parallel along the X2 direction. That is, the lower electrode 421C1 is provided across the plurality of
The upper electrode 421C3 is formed in a straight line along the X2 direction, and is provided across a plurality of
次に、超音波センサー42を構成する封止板422について説明する。封止板422は、素子基板421に接合され、素子基板421を補強する。この封止板422は、Z2方向から見た平面視において、素子基板421の超音波トランスデューサー45が配置される領域を覆って形成されており、例えば、Si等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板422の材質や厚みは、超音波トランスデューサー45の周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー45にて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
Next, the sealing
そして、この封止板422は、例えば、素子基板421の振動膜421B上に形成された接合膜422Aにより素子基板421に接合される。接合膜422Aは、基部421Aの開口部421A1以外の領域(開口部421A1間の隔壁421A2)に対応して設けられている。よって、接合膜422Aにより振動膜421Bの振動が阻害されることがなく、各超音波トランスデューサー45の間のクロストークも抑制できる。
また、図示は省略するが、封止板422は、下部電極421C1や上部電極421C3の端子に対向して貫通孔が設けられており、当該貫通孔に下部電極421C1や上部電極421C3と回路基板46とを接続する電極が設けられる。電極としては、例えば貫通電極であってもよく、リード線やFPC等であってもよい。
The sealing
Although not shown, the sealing
音響層423は、図8に示すように、基部421Aの開口部421A1内を埋めるように、素子基板421の超音波の送受信側に設けられている。
音響レンズ424は、素子基板421の超音波の送受信側に設けられている。この音響レンズ424は、超音波トランスデューサー45から送信された超音波を生体内の所定の深さ位置に収束させる。
このような音響層423や音響レンズ424は、超音波トランスデューサー45から送信された超音波を生体に伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率よく超音波トランスデューサー45に伝搬させる。このため、音響層423や音響レンズ424としては、音響インピーダンスの値が生体の音響インピーダンスに近い値となる素材により形成される。このような素材として、例えばシリコーン等が挙げられる。
As shown in FIG. 8, the
The
The
[回路基板の構成]
次に、回路基板46について説明する。
回路基板46は、超音波センサー42の各駆動端子部421D1及び各共通端子421D3のそれぞれと電気接続されており、制御装置7の制御に基づいて超音波センサー42を制御する。
具体的には、回路基板46は、送信回路、基準電極回路、受信回路等を備えている。送信回路は、各駆動端子部421D1にパルス波形の駆動電圧を印加する。基準電極回路は、各共通端子421D3に所定の基準電圧(例えば0V等)を印加する。受信回路は、各駆動端子部421D1から出力された受信信号を取得し、当該受信信号の増幅処理、A−D変換処理、整相加算処理等を実施して制御装置7に出力する。
[Configuration of circuit board]
Next, the
The
Specifically, the
[各超音波ユニット4の連結構成]
次に、上記のような超音波ユニット4(第一ユニット4A、第二ユニット4B,第三ユニット4C)の連結構成及び回動機構について説明する。
図9は、超音波ユニット4の連結構成を示す概略平面図である。
第一ユニット4Aの筐体41(41A)と、第二ユニット4Bの筐体41(41B)との間には、上述したように、第一連結部31が設けられ、回動機構によって、第二ユニット4Bを第一ユニット4Aに対して回動可能に連結する。
この回動機構としては、第一ユニット4Aと第二ユニット4Bとの角度を所望の角度に変更可能な構成であれば、如何なる構成を用いてもよく、例えば、図9に示すような構成が例示できる。
すなわち、図9に示す例では、第一連結部31は、第一ユニット4Aの筐体41Aの−X2A側端面に接続される第一接続片311と、第二ユニット4Bの筐体の+X2B側端面に接続される第二接続片312と、第一接続片311及び第二接続片312の間に設けられY方向に沿った軸心を有する第一回動部313とを備える。
[Connection configuration of each ultrasonic unit 4]
Next, a connection configuration and a rotation mechanism of the ultrasonic unit 4 (
FIG. 9 is a schematic plan view showing the connection configuration of the
As described above, the first connecting
As the rotation mechanism, any configuration may be used as long as the angle between the
That is, in the example illustrated in FIG. 9, the first connecting
第一接続片311は、第二ユニット4B側に突出する第一支持部311Aを有する。この第一支持部311Aは、例えばY方向に貫通する貫通孔が設けられ、当該貫通孔に第一回動部313の第一回動軸313Aが挿通される。なお、本例では、貫通孔を一例として挙げるが、例えば第一回動軸313Aを挟持する構成などとしてもよい。以降に説明する第二支持部312A、第三支持部321A、第四支持部322Aにおいても同様である。
第二接続片312は、第一ユニット4A側に突出する第二支持部312Aを有する。この第二支持部312Aは、例えばY方向に貫通する貫通孔が設けられ、当該貫通孔に第一回動軸313Aが挿通される。そして、第二支持部312Aの一部は、第一回動軸313Aに固定され、第一回動軸313Aが軸心を中心に回動されることで、第二接続片312に接続された第二ユニット4Bも回動される。
The
The
第一回動部313は、第一回動軸313Aと、第一角度変更部313Bとを含んで構成される。
第一角度変更部313Bは、例えば、図3及び図4に示すように、第一回動軸313Aの一端部で、超音波デバイス3の外側に設けられる。第一角度変更部313Bは、例えばサーボモーター等、回転方向を反転可能なモーターであり、制御装置7から入力された制御信号に基づいた回転方向に、制御信号に基づいた角度だけ回転される。なお、ここでは、正逆方向に回転可能なモーターを用いる例を示すが、例えば、第一回動軸313Aとの間に回転方向を制御するための切り替えギアを設ける構成としてもよい。また、第一角度変更部313Bに第一回動軸313Aが直接連結されて、回転駆動力が直接伝達される例を示すが、第一角度変更部313Bと第一回動軸313Aとの間に、回転数を制御するためのギアが適宜配置されてもよい。
The
For example, as shown in FIGS. 3 and 4, the first
また、第一ユニット4Aの筐体41Aと、第三ユニット4Cの筐体41(41C)との間には、上述したように、第二連結部32が設けられ、回動機構によって、第三ユニット4Cを第一ユニット4Aに対して回動可能に連結する。
この回動機構としては、上記第一連結部31と同様の構成を用いることができる。
例えば、図9に示すように、第二連結部32は、第一ユニット4Aの筐体41Aの+X2A側端面に接続される第三接続片321と、第三ユニット4Cの筐体41Cの−X2C側端面に接続される第四接続片322と、第三接続片321及び第四接続片322の間に設けられY方向に沿った軸心を有する第二回動部323とを備える。
In addition, as described above, the second connecting
As this turning mechanism, the same configuration as the first connecting
For example, as illustrated in FIG. 9, the second connecting
第三接続片321は、第三ユニット4C側に突出する第三支持部321Aを有する。第三支持部321Aは、例えばY方向に貫通する貫通孔を有し、当該貫通孔に第二回動部323の第二回動軸323Aが挿通される。
第四接続片322は、第一ユニット4A側に突出する第四支持部322Aを有する。この第四支持部322Aは、例えばY方向に貫通する貫通孔が設けられ、当該貫通孔に第二回動軸323Aが挿通される。そして、第四支持部322Aの一部は、第二回動軸323Aに固定され、第二回動軸323Aが軸心を中心に回動されることで、第四接続片322に接続された第三ユニット4Cも回動される。
The
The
第二角度変更部323Bは、例えば、図3及び図4に示すように、第二回動軸323Aの一端部で、超音波デバイス3の外側に設けられる。第二角度変更部323Bは、例えばサーボモーター等、回転方向を反転可能なモーターにより構成され、制御装置7から入力された制御信号に基づいた回転方向に、制御信号に基づいた角度だけ回転される。なお、第一角度変更部313Bと同様、例えば第二回動軸323Aとの間に回転方向を制御するための切り替えギアを設ける構成としてもよく、第二角度変更部323Bと第二回動軸323Aとの間に、回転数を制御するためのギアを設ける構成としてもよい。
For example, as illustrated in FIGS. 3 and 4, the second
[固定部材の構成]
固定部材6は、図2及び図3に示すように、音響整合部材9を超音波デバイス3に対して固定する。この固定部材6は、超音波デバイス3が取り付けられる固定本体部61と、固定本体部61の−Y側かつ+Z側からZ方向に延出する第一固定部材62と、当該第一固定部材62の+Y側に位置し、固定本体部61の+Y側かつ+Z側からZ方向に延出する第二固定部材63と、を有する。音響整合部材9は、第一固定部材62と第二固定部材63との間に挟まれるように配置される。これにより、超音波プローブ2を生体Mの表面に沿って移動させたとしても、超音波デバイス3に対する音響整合部材9の位置ずれを抑制できる。
[Configuration of fixing member]
As shown in FIGS. 2 and 3, the fixing
固定本体部61は、制御装置7に接続されるケーブルが設けられている。この固定本体部61は、超音波プローブ2を操作する際に施術者によって把持される。固定本体部61の形状は、図示例のように矩形状に限らず、施術者が把持し易い形状であってもよい。また、固定本体部61の内部に超音波センサー42を駆動するための回路基板等が設けられていてもよい。
The fixed
第一固定部材62は、図2に示すように、Y方向から見た平面視において、略矩形状の外形を有する。この第一固定部材62は、穿刺針のガイドとしての溝部622と、スキャン開始位置を示す開始マーク623と、を有する。
溝部622は、第一固定部材62の−Y側の面621の+Z1側の端部で、かつ、X1方向における中心部に形成されている。この溝部622の底面622Aは、図3に示すように、+Z1側に向かうにしたがって+Y側に向かうように所定の角度(例えばX1−Y面に対して15°以上30°以下の角度)で傾斜している。このため、施術者は、穿刺針10を底面622Aに沿って移動させることにより、超音波プローブ2に対して穿刺針10を所定の角度で移動させることが容易である。したがって、施術者は、生体Mの内部の血管に対して穿刺針10を穿刺する際に、適切な穿刺作業をより容易に行うことができる。
As shown in FIG. 2, the first fixing
The
開始マーク623は、例えば、第一固定部材62の−Y側の面621の−X1側の位置に設けられ、超音波プローブ2におけるスキャンが開始される−X1側の位置を示す。なお、開始マーク623は、X1方向及びZ1方向のそれぞれに沿って設けられ互いにL字状に交差する溝を例示しているが、これに限定されず、例えば、X1方向及びZ1方向のいずれかに沿って設けられた溝であってもよいし、Y方向から見た平面視において円形や矩形状の溝であってもよい。また、開始マーク623は、溝以外にも突部であってもよい。また、第一固定部材62に開始マーク623を印字してもよい。また、開始マーク623のみが設けられる例を示したが、スキャンが終了する終了マーク等が更に設けられる構成としてもよい。
The
[音響整合部材の構成]
音響整合部材9は、図2及び図3に示すように、超音波測定時において、超音波デバイス3と生体Mの表面との間に配置され、超音波デバイス3から送信された超音波を生体に効率良く伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波デバイス3に伝搬させる。このため音響整合部材9は、生体に近い音響インピーダンスを有する。
また、音響整合部材9は、弾性材料、例えばジェル状の材料で形成され、Y方向から見た平面視において台形状の外形を有する。このため、音響整合部材9は、超音波デバイス3の各超音波素子アレイ43と、生体表面との両方に対して好適に密着可能である。
[Configuration of acoustic matching member]
As shown in FIGS. 2 and 3, the
The
[制御装置の構成]
次に、制御装置7について説明する。
制御装置7は、CPU(Central Processing Unit)等により構成された演算部と、メモリー等により構成された記憶部とを含んで構成される。
記憶部には、超音波プローブ2を用いた超音波測定や、超音波測定結果に基づいた生体の超音波画像の生成及び表示を行うための各種プログラムや各種データが記憶されている。
演算部は、記憶部に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、図1に示すように、超音波測定部71、画像生成部72、表示制御部73、及び角度制御部74(角度設定部)等として機能する。また、制御装置7には、その他、キーボード等により構成された入力操作部等が設けられていてもよい。
[Configuration of control device]
Next, the
The
The storage unit stores various programs and various data for ultrasonic measurement using the
As shown in FIG. 1, the calculation unit reads and executes various programs stored in the storage unit, so that an
超音波測定部71は、超音波プローブ2を制御して、超音波センサー42の所定の超音波送受部44から超音波を送信させ、超音波を受信した超音波送受部44からの受信信号を取得する超音波測定処理を実施する。
具体的には、超音波測定部71は、超音波測定処理として、3つの超音波素子アレイ43のいずれか1つを、超音波を送信する送信アレイとし、当該送信アレイの各超音波送受部44を同時駆動させることで、送受信面431の法線方向に超音波の送信ビームを送出する。そして、測定対象部位に反射された反射超音波を、3つの超音波素子アレイ43の各超音波送受部44で受信させて、それぞれの超音波送受部44から受信信号を得る。さらに、上記の超音波の送受信を、送信アレイを切り替えて複数回(本実施形態では、3つの超音波素子アレイ43が設けられるため3回)の超音波の送受信処理を行う。
The
Specifically, as the ultrasonic measurement process, the
画像生成部72は、超音波プローブ2の各超音波素子アレイ43A,43B,43Cの各超音波送受部44から出力された受信信号に基づいて、生体Mの超音波断層像を生成する。
具体的には、画像生成部72は、角度制御部74により制御される第一超音波素子アレイ43Aに対する第二超音波素子アレイ43B及び第三超音波素子アレイ43Cの角度を取得する。また、取得した角度に基づいて、各超音波素子アレイ43の各超音波送受部44の位置(X1Z1座標系での位置)を算出する。そして、超音波測定処理により得られた各超音波送受部44から出力される受信信号の出力タイミングと、上記算出された各超音波送受部44の位置とを用いて、開口合成により測定対象部位の超音波が反射された位置を算出し、超音波の反射位置を画像化した超音波断層像を生成する。
表示制御部73は、表示装置8に対して、生成された各超音波画像を表示させる。
The
Specifically, the
The
角度制御部74は、第一角度変更部313Bや第二角度変更部323Bを制御することで、第二超音波素子アレイ43Bや第三超音波素子アレイ43Cの第一超音波素子アレイ43Aに対する傾斜角度を変更する。
The
本実施形態では、所定深さ位置d近傍に位置する測定対象部位の形状を検出する超音波測定を実施する。つまり、角度制御部74は、図5に示すようなY方向から見た平面視において、第一超音波素子アレイ43Aによる超音波測定の測定領域F1と、第二超音波素子アレイ43Bによる超音波測定の測定領域F2と、第三超音波素子アレイ43Cによる超音波測定の測定領域F3と、が重なり合う部分(重畳領域F4)に測定対象点(点P)が位置するよう、当該測定対象点の測定深さに応じて、第二超音波素子アレイ43B及び第三超音波素子アレイ43Cの第一超音波素子アレイ43Aに対する傾斜角度δを変更する。
ここで、第一超音波素子アレイ43Aの開口中心(X2方向及びY方向における中心)を通る送受信面431面の法線を法線N1とする。同様に、第二超音波素子アレイ43B及び第三超音波素子アレイ43Cについて、開口中心を通る送受信面431面の法線をそれぞれ法線N2、法線N3とする。各法線N1,N2,N3は、−Y側から見た平面視において点Pで交差している。
なお、本実施形態において、第一超音波素子アレイ43A、第二超音波素子アレイ43B及び第三超音波素子アレイ43Cは、点Pから等距離の位置に配置されている。
In the present embodiment, ultrasonic measurement is performed to detect the shape of the measurement target part located in the vicinity of the predetermined depth position d. That is, the
Here, the normal line of the transmission /
In the present embodiment, the first
より具体的には、角度制御部74は、超音波プローブ2により測定深さdに対して超音波測定を実施する場合、超音波素子アレイ43のX2方向のサイズ(幅寸法)をWとして、下記式(1)を満たす角度δを算出する。
More specifically, the
[数1]
Wcosδ+2Wcos2δ−W−2dsinδ=0 …(1)
[Equation 1]
Wcos δ + 2 W cos 2 δ−W− 2 d sin δ = 0 (1)
[超音波測定処理]
図10は、超音波測定装置1における超音波測定処理の一例を示すフローチャートである。
以下、超音波測定装置1における超音波測定処理について図10に基づいて説明する。
超音波測定装置1による超音波測定処理では、先ず、測定者は、生体M(患者等)の対象部位に、音響整合部材9を介して超音波プローブ2を固定する。この後、図10に示すように、制御装置7は、測定深度を取得する(ステップS1)。
このステップS1では、例えば、測定者が、制御装置7に通信可能に接続された入力装置等を操作して、超音波測定を実施する深度を入力する。入力装置としては、制御装置7に設けられた操作部であってもよく、超音波プローブ2に設けられた操作部であってもよい。深度の入力は、具体的な深度の深さが入力されてもよく、予め設定された複数の深度レベルから測定者が所望の深度レベルを選択してもよい。制御装置7は、測定者の入力装置の操作から操作信号に基づいて、測定を実施する測定深度d、つまり、生体Mの表皮から測定対象点(点P)の深さdを取得する。
[Ultrasonic measurement processing]
FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of ultrasonic measurement processing in the
Hereinafter, the ultrasonic measurement process in the
In the ultrasonic measurement processing by the
In step S <b> 1, for example, the measurer operates an input device or the like that is communicably connected to the
次に、角度制御部74は、ステップS1により取得した深度dから、上記式(1)に基づいて、第二超音波素子アレイ43B及び第三超音波素子アレイ43Cの、第一超音波素子アレイ43Aに対する傾斜角度δを算出する(ステップS2)。
なお、ここでは、式(1)に基づいて傾斜角度δを算出する例を示すが、これに限定されない。例えば、記憶部に、測定深度dと傾斜角度δとの関係を示すテーブルデータを記憶しておいてもよい。この場合、ステップS1にて取得した測定深度dに対応する傾斜角度δをテーブルデータから取得すればよい。
Next, the
In addition, although the example which calculates inclination-angle (delta) based on Formula (1) is shown here, it is not limited to this. For example, table data indicating the relationship between the measurement depth d and the inclination angle δ may be stored in the storage unit. In this case, the inclination angle δ corresponding to the measurement depth d acquired in step S1 may be acquired from the table data.
この後、角度制御部74は、ステップS2にて算出された傾斜角度δとなるように、第一連結部31の第一角度変更部313B及び第二連結部32の第二角度変更部323Bを駆動させ、第二ユニット4B及び第三ユニット4Cの第一ユニット4Aに対する角度を変更する(ステップS3)。これにより、第二ユニット4B内の第二超音波素子アレイ43B、及び第三ユニット4C内の第三超音波素子アレイ43Cが、第一超音波素子アレイ43Aに対して傾斜角度δで傾斜される。
Thereafter, the
この後、超音波測定装置1は、各超音波素子アレイ43A,43B,43Cを駆動させて超音波測定処理を行う(ステップS4)。
ステップS4では、超音波測定部71は、先ず、第一超音波素子アレイ43Aを送信アレイとし、この第一超音波素子アレイ43Aの各超音波送受部44を同時に駆動させ、送受信面431の法線方向に超音波を送信する。そして、第一超音波素子アレイ43A、第二超音波素子アレイ43B、及び第三超音波素子アレイ43Cの各超音波送受部44で受信処理を実施させる。よって、各超音波送受部44から、反射超音波が受信された受信タイミングで受信信号が出力される。超音波測定部71は、得られた測定結果、すなわち、受信信号の信号強度及び信号が出力された時間(送信アレイから超音波を送信してから受信信号が出力されるまでの時間)等を、各超音波送受部44に対応づけて記憶部に記憶する。
Thereafter, the
In step S4, the
次に、超音波測定部71は、送信アレイを、第一超音波素子アレイ43Aから、第二超音波素子アレイ43Bに切り替え、上記と同様に、超音波の送信処理及び、各超音波素子アレイ43の超音波送受部44での受信処理を実施させ、測定結果を記憶部に記憶する。
さらに、超音波測定部71は、送信アレイを、第二超音波素子アレイ43Bから、第三超音波素子アレイ43Cに切り替え、上記と同様に、超音波の送信処理及び、各超音波素子アレイ43の超音波送受部44での受信処理を実施させ、測定結果を記憶部に記憶する。
Next, the
Furthermore, the
なお、超音波測定中において、測定深度dを変更してもよい。この場合、角度制御部74は、ステップS1で取得した測定深度dを中心に、予め設定された範囲±Δdで深度を変化させ、変化した測定深度d±Δdに対応した角度に第二超音波素子アレイ43B及び第三超音波素子アレイ43Cの傾斜角度δを変更する。そして、ステップS4の超音波測定処理を実施して測定結果を取得する。
Note that the measurement depth d may be changed during the ultrasonic measurement. In this case, the
この後、画像生成部72は、ステップS2で算出された角度δに基づいて、各超音波素子アレイ43における各超音波送受部44の位置を算出する(ステップS5)。
ここで、第一超音波素子アレイ43Aにおいては、X2A方向がX1方向に平行となるので、予め記憶部に各超音波送受部44の位置を記憶しておけばよい。
一方、第二超音波素子アレイ43B及び第三超音波素子アレイ43Cに設けられた各超音波送受部44の位置は、X2方向における超音波トランスデューサー45(超音波送受部44)間のピッチや、アレイ内の最端部に位置する超音波トランスデューサー45又は超音波送受部44の位置情報(第一超音波素子アレイ43Aの各超音波送受部44に対する位置)を記憶しておき、これらのピッチ及び位置情報と、ステップS2で算出された角度δに基づいて各超音波送受部44の位置を算出する。
Thereafter, the
Here, in the first
On the other hand, the position of each ultrasonic transmission /
そして、画像生成部72は、ステップS5により得られた各超音波送受部44の位置と、当該超音波送受部44から出力された受信信号とに基づき、開口合成を用いて、超音波が反射された位置を算出し、超音波断層像を生成する(ステップS6)。本実施形態の開口合成では、超音波デバイス3に含まれる全ての超音波送受部44を用いて、超音波の反射位置を算出するため、複数の超音波送受部44の測定結果を合成した超音波断層像を得ることができ、測定対象部位が骨等の凹凸がある部位であっても、神経孔等の孔部が有る部位であっても、その形状を鮮明に表示する高精度な超音波断層像を得ることができる。
この後、表示制御部73は、生成された超音波断層像を表示装置8に表示させる。
Then, the
Thereafter, the
[従来の超音波デバイスと、本実施形態の超音波デバイスの比較]
次に、上記のような本実施形態の超音波デバイス3を用いた際の超音波測定処理と、従来の超音波測定処理とにおける測定範囲について説明する。
図11から図16は、従来の超音波素子アレイを用いた超音波測定処理、及び本実施形態における超音波測定処理を説明するための図であり、図11は、凹部を有する測定対象部位に対して、従来の超音波素子アレイによってリニアスキャンを行った場合の測定範囲を示す図、図12は、凹部を有する測定対象部位に対して、従来の超音波素子アレイによってセクタスキャンを行った場合の測定範囲を示す図、図13は、従来の超音波素子アレイを用いて開口合成を行った場合の測定範囲を示す図、図14は、深度が深い孔部を有する測定対象部位に対して、従来の超音波素子アレイを用いて開口合成を行った場合の測定範囲を示す図、図15は、本実施形態において、凹部を有する測定対象部位に対する超音波測定処理の測定範囲を示す図、図16は、本実施形態において、深度が深い孔部を有する測定対象部位に対する超音波測定処理の測定範囲を示す図である。なお、図11から図16、及び後述する図17及び図18において、M1は、例えば骨等の測定対象部位であり、図中の斜線範囲は、超音波測定により測定される測定範囲M2を示している。
[Comparison of conventional ultrasonic device and ultrasonic device of this embodiment]
Next, the measurement range in the ultrasonic measurement process when using the
FIGS. 11 to 16 are diagrams for explaining the ultrasonic measurement process using the conventional ultrasonic element array and the ultrasonic measurement process in the present embodiment, and FIG. On the other hand, the figure which shows the measurement range at the time of performing a linear scan by the conventional ultrasonic element array, FIG. 12 is the case where the sector scan is performed by the conventional ultrasonic element array with respect to the measurement object site | part which has a recessed part. FIG. 13 is a diagram illustrating a measurement range when aperture synthesis is performed using a conventional ultrasonic element array, and FIG. 14 is a diagram illustrating a measurement target region having a deep hole portion. FIG. 15 is a diagram illustrating a measurement range when aperture synthesis is performed using a conventional ultrasonic element array, and FIG. 15 is a diagram illustrating a measurement range of ultrasonic measurement processing for a measurement target portion having a recess in the present embodiment. 16, in this embodiment, showing the measuring range of the ultrasonic measuring process for measuring target portion depth with deep holes. 11 to 16 and FIGS. 17 and 18 to be described later, M1 is a measurement target part such as a bone, for example, and the hatched area in the figure indicates a measurement range M2 measured by ultrasonic measurement. ing.
1つの超音波素子アレイ43Dを有する従来の超音波デバイスを用いてリニアスキャンを実施する場合、超音波素子アレイ43Dから送受信面431の法線方向に超音波(送信ビーム)が出力され、法線方向に反射された超音波(受信ビーム)を受信する。反射された超音波には、曲面で反射される球面波成分と、鏡面反射された鏡面反射成分とが含まれるが、球面波成分は法線方向に反射される成分が少ない。よって、図11に示すように、測定対象部位M1のうちの、送受信面431と略平行な一部が測定範囲M2となり、測定結果に基づいた超音波断層像を生成すると、一部の形状しか検出できず、精度が低くなる。
When linear scanning is performed using a conventional ultrasonic device having one
また、上記のような従来の超音波素子アレイ43Dの各超音波送受部44に対して、位相制御を行い、略扇状の範囲内で超音波の送受信方向を制御するセクタスキャンを実施する場合もある。この場合、図12に示すように、凹部に対して複数方向から超音波を送信することができるため、測定対象部位における広い範囲での形状を検出できる。しかしながら、セクタスキャンでは、サイドローブを発生させないように超音波の送受信方向をチルトする必要が有り、角度範囲に限界があり、プローブの開口(超音波送受部44)も有限である。このため、図12に示すように、従来のリニアスキャンよりも測定可能な範囲が広がるものの、凹部の全体の形状を測定できるほどの広さの測定範囲M2は得られない。また、送受信面431の法線に対して傾斜する角度から、受信ビームを受信する。この場合、傾斜角が大きくなるほど受信感度が低くなり、SN比が低下し、測定精度が低下するとの問題がある。傾斜角を変更した複数の超音波測定結果を使って画像を重ね合せることも考えられるが、フレームレートが遅くなるとの弊害が生じる。また、超音波素子アレイ43から測定対象部位M1までの距離(測定深さ)によっては、超音波の走査密度が粗くなる。以上から、図11に示すようなリニアスキャンに比べて、測定範囲は広がるものの、高精度な超音波断層像の生成には不向きとなる。
In addition, a phase scan may be performed on each ultrasonic transmission /
従来の超音波素子アレイ43Dを用いて開口合成を行う場合、図13に示すように、送受信面431から法線方向に超音波を送信し、超音波素子アレイ43Dに有る全ての超音波送受部44で反射超音波を受信し、超音波送受部44の位置と受信信号の出力タイミングから、測定対象部位における超音波の反射位置を算出する。
この場合、図13に示すように、凹部の深さが浅い場合には、凹部のほぼ全体を測定範囲M2に含めることができ、測定対象部位M1の形状を良好に検出できる。しかしながら、図14に示すように、凹部の深さが深い場合(例えば神経孔等を検出する場合)、反射超音波の球面波成分が減少し、超音波断層像を形成した際に、不鮮明(輝度不足)となる。
When performing aperture synthesis using the conventional
In this case, as shown in FIG. 13, when the depth of the recess is shallow, almost the entire recess can be included in the measurement range M2, and the shape of the measurement target site M1 can be detected well. However, as shown in FIG. 14, when the depth of the concave portion is deep (for example, when detecting a nerve hole or the like), the spherical wave component of the reflected ultrasonic wave is reduced, and when the ultrasonic tomographic image is formed, the image is unclear ( Insufficient brightness).
これに対して、本実施形態では、開口合成によって図15に示すように、凹部を有する測定対象部位に対して良好にその形状を検出することができる。
これに加え、本実施形態では、第一超音波素子アレイ43Aに対する第二超音波素子アレイ43Bや第三超音波素子アレイ43Cの傾斜角度δが可変となり、測定深度dに応じて、傾斜角度δが変化される。この場合、図16及び図14を比較すると分かるように、測定対象部位M1に深い凹部(孔部)が設けられている場合でも、孔部の軸に対して傾斜する方向から超音波を挿し込むことができ、より広い測定範囲M2に対する測定結果を得ることができ、孔部の内部の形状を好適に検出することができる。
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 15 by aperture synthesis, the shape of a measurement target part having a recess can be detected well.
In addition, in this embodiment, the inclination angle δ of the second
[第一実施形態の作用効果]
本実施形態の超音波デバイス3は、第一超音波素子アレイ43A、第二超音波素子アレイ43B、及び第三超音波素子アレイ43Cを含む複数の超音波素子アレイ43を有する。これらの超音波素子アレイ43は、厚み方向(Z2方向)に交差するX2方向に配列された超音波送受部44を備え、X2−Z2平面と平行なスキャン面に対して超音波測定を実施することができる。そして、これらの超音波素子アレイ43は、X1方向にY方向を回動軸として角度を可変として連結されており、各超音波素子アレイ43のアレイ中心を通る法線N1,N2,N3が交点Pで交わる。
このような構成では、1つの超音波素子アレイ43を送信アレイとして送受信面431の法線方向に超音波を送信し、3つの超音波素子アレイ43にて反射超音波を受信させ、開口合成による超音波測定を実施することで、凹凸を有する測定対象部位に対しても高精度に形状測定を行うことができる。
つまり、送信アレイを切り替えることで、超音波の送信ビームを孔部等の凹凸に対して複数の方向から入射させることができ、例えば、1つの超音波素子アレイにより一方向から超音波を入射させる場合に比べて、凹部表面の広い範囲に超音波を到達させることができる。また、セクタスキャンのように超音波の送信ビームを送受信面431の法線に対して傾斜させることがないため、サイドローブの発生や、SN比の低下、フレームレートの低下等も生じず、迅速、かつ、高精度な超音波測定処理を実施でき、その測定結果に基づいて高精度で鮮明な超音波断層像を生成及び表示させることができる。よって、例えば骨の稜線や神経孔等の孔部を、鮮明な超音波断層像として表示させることができ、穿刺作業等における効率の向上や、穿刺作業等の作業成功率の向上に貢献できる。
[Operational effects of the first embodiment]
The
In such a configuration, one
In other words, by switching the transmission array, an ultrasonic transmission beam can be incident on the unevenness such as the hole from a plurality of directions. For example, the ultrasonic wave is incident from one direction by one ultrasonic element array. Compared to the case, the ultrasonic wave can reach a wide range of the concave surface. Further, since the ultrasonic transmission beam is not inclined with respect to the normal line of the transmission /
本実施形態では、複数の超音波素子アレイ43として、上述のように第一超音波素子アレイ43A、第二超音波素子アレイ43B、及び第三超音波素子アレイ43Cを備える。また、第一超音波素子アレイ43A及び第二超音波素子アレイ43Bを連結する第一連結部31、第一超音波素子アレイ43A及び第三超音波素子アレイ43Cを連結する第二連結部32を備える。
このような構成では、中央に配置される第一超音波素子アレイ43Aから、凹部の軸方向に沿って(凹部の直上から)超音波の送信ビームを入射させることができ、第二超音波素子アレイ43Bや第三超音波素子アレイ43Cから、凹部の軸方向に対して傾斜する方向から超音波の送信ビームを入射させることができる。よって、凹部の広い範囲により確実に送信ビームを到達させることができる。
In the present embodiment, as described above, the plurality of
In such a configuration, an ultrasonic transmission beam can be incident along the axial direction of the concave portion (from directly above the concave portion) from the first
また、第一連結部31には、第二超音波素子アレイ43Bの第一超音波素子アレイ43Aに対する角度を変更する第一角度変更部313Bが設けられ、第二連結部32には、第一超音波素子アレイ43Aに対する第三超音波素子アレイ43Cの角度を変更する第二角度変更部323Bが設けられている。
このため、第一超音波素子アレイ43Aに対する第二超音波素子アレイ43Bや第三超音波素子アレイ43Cの傾斜角度δを容易に変更することができる。よって、所望の測定深さdに対して好適に超音波測定を実施することができる。また、超音波測定処理において、傾斜角度δを変更することも可能であり、例えば、傾斜角度δを変更することで、凹部の深さが深い場合等においても、凹部全体に超音波の送信ビームを到達させることが可能となる。
The first connecting
For this reason, the inclination angle δ of the second
また、本実施形態では、制御装置7により、超音波プローブ2(超音波デバイス3)を制御する。制御装置7は、上述のような超音波測定処理を実施する超音波測定部71と、測定結果に基づいて超音波断層像を生成する画像生成部72と、傾斜角度δを変更する角度制御部74と、を備えている。このため、上述のような超音波測定処理、及び超音波断層像の生成処理を、容易に行うことができる。
そして、角度制御部74により傾斜角度δを算出した場合に、画像生成部72は当該傾斜角度δに基づいて、各超音波素子アレイ43における各超音波送受部44の位置を算出する。このため、開口合成により超音波の反射位置を高精度に算出することができ、精度の高い超音波断層像を生成することができる。
In this embodiment, the
When the
[第二実施形態]
次に、第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、超音波デバイス3に第一超音波素子アレイ43A、第二超音波素子アレイ43B、及び第三超音波素子アレイ43Cが含まれ、第一超音波素子アレイ43Aに対する第二超音波素子アレイ43B及び第三超音波素子アレイ43Cの傾斜角度δが変更可能となる構成を例示した。これに対して、第二実施形態では、超音波デバイス3が2つの超音波素子アレイ43を有する点で上記第一実施形態及び第二実施形態と相違する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described.
In the first embodiment, the
本実施形態では、超音波素子アレイ43として、第一超音波素子アレイ43Aと第二超音波素子アレイ43Bとが含まれ、これらが、第一実施形態と同様の第一連結部31により角度を可変として連結されている。このような構成でも、上記第一実施形態や第二実施形態と同様に、測定対象点(点P)の深度に応じた傾斜角度δに、第一超音波素子アレイ43Aに対する第二超音波素子アレイ43Bの角度を変化させることで、精度の高い超音波測定を実施することができる。
In the present embodiment, the
図17は、本実施形態において、凹部を有する測定対象部位に対する超音波測定処理により測定可能な範囲を示す図、図18は、本実施形態において、深度が深い孔部を有する測定対象部位に対する超音波測定処理により測定可能な範囲を示す図である。
図15及び図16と、図17及び図18を比較すると分かるように、本実施形態では、送受信面431がX1方向と平行となる超音波素子アレイ43が設けられない。このような構成では、凹部の深さが深い場合、第一実施形態に比べて精度が低下する。一方、凹部の開口径が小さい場合では、第一実施形態では、第二超音波素子アレイ43Bや第三超音波素子アレイ43Cからの送信ビームを凹部の内部に入射させにくい。これに対して、本実施形態では、開口径が小さい凹部であっても、例えば、凹部の中心軸上に第一連結部31が略位置するように超音波プローブ2を配置することで、凹部の内部に各超音波素子アレイ43からの送信ビームを好適に到達させることができる。
FIG. 17 is a diagram illustrating a range that can be measured by ultrasonic measurement processing on a measurement target region having a recess in the present embodiment, and FIG. 18 is a diagram illustrating a measurement range of the measurement target region having a deep hole in the present embodiment. It is a figure which shows the range which can be measured by a sound wave measurement process.
As can be seen by comparing FIGS. 15 and 16 with FIGS. 17 and 18, in this embodiment, the
[第三実施形態]
次に、第三実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、超音波デバイス3に含まれる第一超音波素子アレイ43A、第二超音波素子アレイ43B、及び第三超音波素子アレイ43CのY方向の位置が同一である例を示した。これに対して、第三実施形態では、第一超音波素子アレイ43A、第二超音波素子アレイ43B、及び第三超音波素子アレイ43CがY方向にずれた位置に配置される点で上記第一実施形態と相違する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment will be described.
In the first embodiment, an example is shown in which the positions of the first
図19は、本実施形態の超音波ユニットの連結構成を示す概略平面図である。
図19に示すように、本実施形態では、第一実施形態と同様に、超音波デバイス3は、3つの超音波ユニット4(第一ユニット4A、第二ユニット4B及び第三ユニット4C)を備える。これらの超音波ユニット4がX1方向の列として配置され、かつ、X1方向に交差(本実施形態では直交を例示)する第二方向であるY方向に対して所定寸法ずれた位置に配置されている。つまり、本実施形態では、第一超音波素子アレイ43A、第二超音波素子アレイ43B、及び第三超音波素子アレイ43CがY方向に互いにずれた位置に配置されている。
具体的には、第一ユニット4Aは、第二ユニット4Bの+X1側で、かつ+Y側にずれて配置される。また、第三ユニット4Cは、第一ユニット4Aの+X1側で、かつ+Y側にずれて配置される。これらの第一ユニット4Aや第三ユニット4CのY方向のずれ量は、超音波測定を実施する際の測定位置の間隔(スキャン面の間隔)であり、例えば超音波ユニット4のY方向の寸法未満の間隔寸法となる。
なお、本実施形態では、各超音波素子アレイ43がY方向に対して互いにずれた位置に配置されるが、これに限定されない。例えば、各超音波素子アレイ43が、X1―Y平面において、X1方向及びY方向に対して傾斜する方向にずれて配置されていてもよい。
FIG. 19 is a schematic plan view showing the connection configuration of the ultrasonic units of the present embodiment.
As shown in FIG. 19, in this embodiment, the
Specifically, the
In the present embodiment, the
このような第三実施形態の超音波デバイス3では、各超音波素子アレイ43のスキャン面がY方向にずれて位置することになるので、Y方向にずれた3つの超音波断層像を得ることができる。また、各超音波素子アレイ43において、開口合成を行うことで、それぞれのスキャン面に対する高精度な超音波測定結果(超音波断層像)を得ることができる。また、3つの超音波素子アレイ43により同時に超音波測定を実施できるので、上記のようなY方向にずれた3つの超音波断層像を同時に(リアルタイムに)得ることができる。
さらに、各超音波素子アレイ43をX1方向に対して同一位置で、かつY方向に並べて配置する場合、スキャン面の間隔を、超音波ユニット43のY方向の寸法以下にすることができない。これに対して、本実施形態では、各超音波ユニット43がX1方向に連結される構成であるので、スキャン面の間隔を超音波ユニット43のY方向の寸法より小さくすることができる。したがって、スキャン面の間隔を小さくでき、Y方向に対する分解能が高い各超音波断層像を得ることができる。
In such an
Further, when the
[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態について説明する。
上記第三実施形態では、第一実施形態の各超音波素子アレイ43をY方向に対して互いにずれた位置に配置する例である。これに対して、第二実施形態の各超音波素子アレイ43をY方向に互いにずれた位置に配置してもよい。
図20は、第四実施形態の超音波ユニットの連結構成を示す概略平面図である。
第四実施形態では、超音波デバイス3は、第二実施形態と同様、第一超音波素子アレイ43Aが設けられる第一ユニット4A(筐体41A)に対して、第二超音波素子アレイ43Bが設けられる第二ユニット4B(筐体41B)がY方向の+Y側にずれた位置に配置される。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
The third embodiment is an example in which the
FIG. 20 is a schematic plan view illustrating a connection configuration of the ultrasonic units according to the fourth embodiment.
In the fourth embodiment, as in the second embodiment, the
このような第四実施形態においても、第三実施形態と同様の効果を奏することができ、Y方向にずれた2つの超音波断層像を開口合成によって高精度に得ることができる。また、これらの超音波断層像を同時に(リアルタイムに)得ることができる。 In the fourth embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained, and two ultrasonic tomographic images shifted in the Y direction can be obtained with high accuracy by aperture synthesis. Further, these ultrasonic tomographic images can be obtained simultaneously (in real time).
[変形例]
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
[Modification]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention includes configurations obtained by modifying, improving, and appropriately combining the embodiments as long as the object of the present invention can be achieved. Is.
第三実施形態及び第四実施形態において、各超音波素子アレイ43が、Y方向に沿って移動可能な構成などとしてもよい。例えば、筐体41内に、超音波センサー42をY方向に移動可能にガイドするガイドレールと、Y方向に沿って設けられ、超音波センサー42の一部に係合されるスクリューと、スクリューを回転駆動させるモーターとを備える構成等が例示できる。当該構成では、スクリューを回転駆動させることで、スクリューに係合する超音波センサー42がY方向に移動可能となる。なお、超音波センサー42が手動により移動可能な構成などとしてもよい。
このように、超音波センサー42をY方向に移動可能な構成とすることで、超音波素子アレイ43のスキャン面の間隔を任意に設定して、複数の超音波断層像を得ることもできる。また、Y方向に対する位置が異なる複数の測定位置に対して、上記のような開口合成を用いた高精度な超音波断層像を得ることもできる。
In the third embodiment and the fourth embodiment, each
In this way, by configuring the
上記第一実施形態では、超音波デバイス3が3つの超音波素子アレイ43を含む例、第二実施形態では、2つの超音波素子アレイ43を含む例を示したが、これに限定されない。例えば、超音波デバイス3に、X1方向に連結される4つ以上の超音波素子アレイ43が含まれ、隣り合う超音波素子アレイ43同士の角度を変更可能な構成としてもよい。
In the first embodiment, an example in which the
また、上記各実施形態において、第一角度変更部313Bや第二角度変更部323Bは、モーターを含んで構成され、角度制御部74の制御によりモーターを駆動させることで、超音波素子アレイ43の傾斜角度δが変更される例を示したが、これに限定されない。
例えば、第一回動軸313Aや第二回動軸323Aと同軸となる操作つまみ等が設けられ、手動により超音波素子アレイ43の傾斜角度δが変更可能な構成としてもよい。
この場合では、別途、隣り合う超音波素子アレイ43の為す角度を検出する角度センサーが設けられていることが好ましい。すなわち、角度検出センサーにより傾斜角度δを検出することで、各超音波送受部44の位置を算出できる。これにより、開口合成において精度の高い超音波測定結果(超音波断層像)を得ることができる。
In each of the above embodiments, the first
For example, an operation knob that is coaxial with the
In this case, it is preferable that an angle sensor for detecting an angle formed by the adjacent
また、上記各実施形態では、各筐体41A,41B,41Cが互いに連結されることで、超音波素子アレイ43A,43B,43Cが筐体41Aを介して角度を可変として連結される例を示した。これに対して、各超音波素子アレイ(超音波センサー)が直接回動部を介して角度を可変として連結されていてもよい。
Moreover, in each said embodiment, each housing | casing 41A, 41B, 41C is mutually connected, and the
第一実施形態において、3つの超音波素子アレイ43のうちの中央に配置された第一超音波素子アレイ43Aが常に生体Mの表皮に対して略平行に維持され、表皮の法線方向に略沿って超音波の送受信を行う構成を例示したが、これに限定されない。
例えば、X1方向の−X1側の端部に位置する第二超音波素子アレイ43Bが、常に生体Mの表皮に対して略平行に維持され、X1方向の中央に配置された第一超音波素子アレイ43Aと、+X1側の端部に配置された第三超音波素子アレイ43Cとの傾斜角度δが変更される構成などとしてもよい。
In the first embodiment, the first
For example, the second
上記各実施形態では、各超音波素子アレイ43において、Z2方向への送信ビームを出力する例を示したが、例えば、セクタスキャンのように、送信ビームの送信方向を送受信面431に対して傾斜させてもよい。この場合、上述したように、SN比の低下や、フレームレートの低下等があるものの、より広い範囲に超音波の送信ビームを到達させることが可能となる。
In each of the embodiments described above, an example in which a transmission beam in the Z2 direction is output in each
上記第一実施形態において、第一超音波素子アレイ43Aに対する第二超音波素子アレイ43Bの傾斜角度δと、第一超音波素子アレイ43Aに対する第三超音波素子アレイ43Cの傾斜角度δと、を同一の角度に設定する例を示したが、これに限定されず、それぞれ異なる傾斜角度で傾斜させる構成としてもよい。
例えば、各超音波素子アレイ43のそれぞれのX2方向に対する幅寸法が異なる場合では、第一超音波素子アレイ43Aに対する第二超音波素子アレイ43Bの傾斜角度δと、第一超音波素子アレイ43Aに対する第三超音波素子アレイ43Cの傾斜角度δと、を異ならせる。これにより、各超音波素子アレイ43のアレイ中心を通る法線N1,N2,N3が一点(交点P)で交差させることができ、各超音波素子アレイ43からの送信ビームを所定の測定対象部位に向かせることができる。
In the first embodiment, the inclination angle δ of the second
For example, when the width dimensions of the respective
上記実施形態では、超音波トランスデューサー45は、基部421Aの振動膜421B側に封止板422が設けられ、基部421Aの開口部421A1から超音波を送信し、開口部421Aから射する超音波を受信する例を示したが、これに限定されない。例えば、封止板422が基部421Aの振動膜421Bとは反対側に設けられ、開口部421A1とは反対側に超音波を送信し、開口部421A1とは反対側から入射する超音波を受信する構成としてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、超音波デバイス3と対象物との間に音響整合部材9を配置していたが、これに限定されず、音響整合部材9を配置しなくてもよい。例えば、生体と略同じ音響インピーダンスを有する水等の媒質内で測定を実施する場合等において、音響整合部材9を設ける必要がない。
また、超音波デバイス3に対して音響整合部材9を固定する固定部材6を備える構成を例示したが、これに限定されず、固定部材6を備えない構成としてもよい。
In the said embodiment, although the
Moreover, although the structure provided with the fixing
上記実施形態では、超音波トランスデューサー45として、振動膜421Bと、当該振動子を振動させる振動子としての圧電素子421Cと、を備える構成を例示した。しかしながら、これに限定されず、圧電素子以外の振動子、例えば、静電アクチュエーター等を備える構成としてもよい。
また、超音波トランスデューサー45は、振動膜を備えず、圧電素子等の振動子を振動させることにより超音波送信するように構成されてもよい。
In the above embodiment, the configuration including the
Further, the
上記実施形態では、生体内の器官を測定対象とする超音波測定装置を例示したが、これに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化の検査を行う測定機に、本発明を適用することができる。また、例えば、半導体パッケージやウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する測定機にも本発明を適用することができる。 In the said embodiment, although the ultrasonic measuring apparatus which makes a measurement object an in-vivo organ was illustrated, it is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a measuring machine that uses various structures as a measurement object and detects defects in the structures or inspects aging. Further, for example, the present invention can be applied to a measuring machine that detects a defect of the measurement target using a semiconductor package, a wafer, or the like as the measurement target.
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。 In addition, the specific structure for carrying out the present invention may be configured by appropriately combining the above-described embodiments and modifications within the scope that can achieve the object of the present invention, and may be appropriately changed to other structures and the like. May be.
1…超音波測定装置、2…超音波プローブ、3…超音波デバイス、4…超音波ユニット、4A…第一ユニット、4B…第二ユニット、4C…第三ユニット、6…固定部材、7…制御装置、9…音響整合部材、31…第一連結部、32…第二連結部、41…筐体、41A…筐体、41B…筐体、41C…筐体、42…超音波センサー、43…超音波素子アレイ、43A…第一超音波素子アレイ、43B…第二超音波素子アレイ、43C…第三超音波素子アレイ、44…超音波送受部、45…超音波トランスデューサー、71…超音波測定部、72…画像生成部、73…表示制御部、74…角度制御部、311…第一接続片、311A…第一支持部、312…第二接続片、312A…第二支持部、313…第一回動部、313A…第一回動軸、313B…第一角度変更部、321…第三接続片、321A…第三支持部、322…第四接続片、322A…第四支持部、323…第二回動部、323A…第二回動軸、323B…第二角度変更部、F1…測定領域、F2…測定領域、F3…測定領域、F4…重畳領域、M…生体、M1…測定対象部位。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
複数の前記超音波送受部は、前記超音波素子アレイの厚み方向と交差する第一方向に配置され、
複数の前記超音波素子アレイは、前記第一方向に角度を可変として連結され、
前記厚み方向と前記第一方向とに交差する第二方向から平面視して、複数の前記超音波素子アレイの超音波の送受信面の中心を通る法線は一点で交わる、
ことを特徴とする超音波デバイス。 An ultrasonic device in which a plurality of ultrasonic element arrays each having a plurality of ultrasonic transmission / reception units are connected to each other with variable angles,
The plurality of ultrasonic transmission / reception units are arranged in a first direction intersecting the thickness direction of the ultrasonic element array,
The plurality of ultrasonic element arrays are coupled with a variable angle in the first direction,
In a plan view from a second direction intersecting the thickness direction and the first direction, normals passing through the centers of the ultrasonic wave transmitting / receiving surfaces of the plurality of ultrasonic element arrays intersect at one point.
An ultrasonic device characterized by that.
複数の前記超音波素子アレイは、第一超音波素子アレイと、第二超音波素子アレイとを含み、
前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの角度を可変として連結する第一連結部を備え、
前記第一連結部には、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの間の角度を変更する駆動力を供給する角度変更部が設けられる
ことを特徴とする超音波デバイス。 The ultrasonic device according to claim 1,
The plurality of ultrasonic element arrays include a first ultrasonic element array and a second ultrasonic element array,
A first connecting portion that connects the first ultrasonic element array and the second ultrasonic element array as a variable angle;
The ultrasonic device characterized in that the first connecting portion is provided with an angle changing portion for supplying a driving force for changing an angle between the first ultrasonic element array and the second ultrasonic element array. .
前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイは、前記第二方向に対して互いにずれる位置に配置されている、
ことを特徴とする超音波デバイス。 The ultrasonic device according to claim 2,
The first ultrasonic element array and the second ultrasonic element array are arranged at positions shifted from each other with respect to the second direction.
An ultrasonic device characterized by that.
複数の前記超音波素子アレイは、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイと第三超音波素子アレイとを含み、
前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの角度を可変として連結する第一連結部と、
前記第一超音波素子アレイと前記第三超音波素子アレイとの角度を可変として連結する第二連結部と、
を備え、
前記第一連結部には、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの間の角度を変更する駆動力を供給する第一角度変更部が設けられ、
前記第二連結部には、前記第一超音波素子アレイと前記第三超音波素子アレイとの間の角度を変更する駆動力を供給する第二角度変更部が設けられる、
ことを特徴とする超音波デバイス。 The ultrasonic device according to claim 1,
The plurality of ultrasonic element arrays include a first ultrasonic element array, a second ultrasonic element array, and a third ultrasonic element array,
A first connecting part for connecting the angle between the first ultrasonic element array and the second ultrasonic element array as a variable;
A second connecting part for connecting the angle between the first ultrasonic element array and the third ultrasonic element array as variable,
With
The first connecting portion is provided with a first angle changing portion for supplying a driving force for changing an angle between the first ultrasonic element array and the second ultrasonic element array,
The second connecting portion is provided with a second angle changing portion for supplying a driving force for changing an angle between the first ultrasonic element array and the third ultrasonic element array.
An ultrasonic device characterized by that.
前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイと前記第三超音波素子アレイとは、前記第二方向に対して互いにずれる位置に配置されている、
ことを特徴とする超音波デバイス。 The ultrasonic device according to claim 4,
The first ultrasonic element array, the second ultrasonic element array, and the third ultrasonic element array are arranged at positions shifted from each other with respect to the second direction.
An ultrasonic device characterized by that.
前記超音波デバイスを制御する制御部と、を備える、
ことを特徴とする超音波測定装置。 The ultrasonic device according to any one of claims 1 to 5,
A control unit for controlling the ultrasonic device,
An ultrasonic measurement device characterized by that.
前記制御部は、
複数の前記超音波素子アレイのうちの1つから超音波を送信させ、当該超音波送信処理により送信された超音波が対象物により反射された反射超音波を、複数の前記超音波素子アレイのうちの少なくとも1つ以上の前記超音波素子アレイにて受信させる超音波測定を実施する超音波測定部と、
前記超音波測定部により、前記超音波を送信する前記超音波素子アレイを切り替えて複数回の超音波測定を実施した際に得られる各測定結果を合成した超音波断層像を生成する画像生成部と、を備える、
ことを特徴とする超音波測定装置。 The ultrasonic measurement apparatus according to claim 6,
The controller is
An ultrasonic wave is transmitted from one of the plurality of ultrasonic element arrays, and a reflected ultrasonic wave obtained by reflecting the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic transmission process is reflected by the object. An ultrasonic measurement unit that performs ultrasonic measurement to be received by at least one of the ultrasonic element arrays;
An image generation unit that generates an ultrasonic tomographic image obtained by combining the measurement results obtained when the ultrasonic measurement unit performs a plurality of ultrasonic measurements by switching the ultrasonic element array that transmits the ultrasonic waves. And comprising
An ultrasonic measurement device characterized by that.
前記画像生成部は、複数の前記超音波素子アレイの互いの角度に基づいて、前記超音波送受部の位置を算出し、前記超音波送受部の位置と、前記超音波送受部から出力される受信信号とに基づく開口合成により、前記超音波断層像を生成する、
ことを特徴とする超音波測定装置。 The ultrasonic measurement apparatus according to claim 7,
The image generation unit calculates the position of the ultrasonic transmission / reception unit based on the mutual angle of the plurality of ultrasonic element arrays, and is output from the position of the ultrasonic transmission / reception unit and the ultrasonic transmission / reception unit The ultrasonic tomogram is generated by aperture synthesis based on the received signal,
An ultrasonic measurement device characterized by that.
前記超音波デバイスは、複数の前記超音波素子アレイの互いの角度を変更する角度変更部を備え、
前記制御部は、前記角度変更部を制御して、超音波測定を実施する位置に応じた角度に複数の前記超音波素子アレイの互いの角度を変更する角度制御部を備える、
ことを特徴とする超音波測定装置。 In the ultrasonic measuring device according to any one of claims 6 to 8,
The ultrasonic device includes an angle changing unit that changes the angle of each of the plurality of ultrasonic element arrays,
The control unit includes an angle control unit that controls the angle changing unit to change each angle of the plurality of ultrasonic element arrays to an angle according to a position at which ultrasonic measurement is performed.
An ultrasonic measurement device characterized by that.
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