JP4647864B2 - 超音波映像装置およびその測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波映像装置およびその測定方法に関し、特に、超音波探触子を駆動する送信波信号の波形をパルス波からバースト波まで切り換えることなく滑らかに発生させ、超音波を利用して被検体の内部を測定する超音波映像装置とその測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9に従来の超音波映像装置の送受信系の構成の一例を示す。この構成例は、例えば特許第2971321号公報による「超音波映像検査装置」の図1に開示されている。ここで「超音波映像(検査)装置」は超音波探傷装置および超音波顕微鏡を含む概念である。
【0003】
図9に示されるように、送受信系101は、制御系によって動作を制御されるパルス発振器102とバースト波発振器103と、パルス発振器102から出力されるパルス信号またはバースト波発振器103から出力されるバースト波信号を切り換えて超音波探触子(プローブ)104へ送信するスイッチ105と、スイッチ105と超音波探触子104の間の接続線に接続され、超音波探触子104から出力される検出信号を受信する受信回路106を備えている。スイッチ105による接続切換え動作は制御系により制御される。超音波探触子104は、パルス発振器102から与えられるパルス信号またはバースト波発振器103から与えられるバースト波信号によって駆動され、各駆動信号に応じた波形の超音波107を発生する。超音波107は媒質108を通して伝播し被検体(試料またはサンプル等)109に照射される。被検体109で反射した超音波は再び超音波探触子104に戻る。超音波探触子104に戻った超音波は超音波探触子104で検出され、電気信号に変換される。検出により生じた電気信号は受信回路106に入力され、ここで増幅され、さらに信号処理系に与えられる。
【0004】
超音波映像装置では、さらに、超音波探触子104を移動させる走査機構、ピーク検出回路、時間計測回路、ゲート設定回路、信号処理系および制御系に係る回路構成が備えられる。これらの構成要素の図示は省略されている。
【0005】
図10の(A)でパルス発振器102から出力されるパルス信号201を示し、図11の(A)でバースト波発振器103から出力されるバースト波信号202を示す。パルス信号201およびバースト波信号202は共に超音波探触子104に供給される送信波信号であり、超音波探触子104を駆動する。
【0006】
送信波としてパルス信号201を用いて超音波探触子104を駆動するときには、被検体109からの反射に基づく受信波として図10(B)に示すような超音波信号203が得られる。パルス信号201はトリガ的な信号で広い周波数帯域を有している。また超音波信号203もその波形から明らかなように広い周波数帯域を有している。他方、水中や試料中での伝播において超音波は減衰を受ける。伝播中の減衰は下記の式(1)で表され、高周波ほど減衰を受けやすい。
【0007】
減衰量(dB)=8.686×α×f2×t …(1)
ここで、αは係数、fは周波数、tは時間である。
【0008】
そこで、図12(A)に示すごとく、パルス信号201に係る送信波204とこれに対応して得られる受信波205の周波数帯域の関係を示すと、高周波帯域が削られるため、ピーク周波数は低域側にシフトするという特性を有している。減衰の影響は高周波になるほど高くなるため、例えば送信波204が140MHzのピーク周波数f0を有する場合には、水距離6mmの減衰で受信波205のピーク周波数f1は100MHzにシフトする。
【0009】
一方、バースト波信号202は連続正弦波の一部を切り出した波形であり、極めて帯域が狭い。送信波としてバースト波信号202を用いて超音波探触子104を駆動するときには、図11(B)に示すような連続波としての超音波信号206が得られる。この超音波信号206も狭い周波数帯域を有している。図12(B)に示すごとく、バースト波信号202に係る送信波208とこれに対応して得られる受信波209の周波数帯域の関係を示すと、同様に高周波帯域が削られるため、ピーク周波数は低域側にシフトするという特性を有する。しかしながら、パルス信号の場合と比較すると、狭帯域であるので、さらに、シフト量は小さいという特性を有している。この場合、受信波209のピーク周波数f1は120MHz程度になる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとく従来の超音波映像装置では、送受信系においてパルス発振器102とバースト波発振器103を備え、スイッチ105で切り換えることにより送信波としてパルス信号201またはバースト波信号202のいずれかを用いて測定を行うように構成されていた。
【0011】
送信波としてパルス信号201を用いるかまたはバースト波信号202を用いるかについては、次の目安で決める。超音波映像装置では、超音波探触子104から出射された超音波を音響レンズで絞り、ビーム状にして被検体109の中を走査するようにしている。超音波のビームの径(d)は下記の式(2)で表されるように、周波数に依存する。そのため、送信波としてバースト波信号202を用いたときには、パルス信号201を用いたときよりもビーム径は小さくなり、高分解能の測定が可能となる。従って高分解能の測定を行うときには、送信波としてバースト波信号202を用いる。
【0012】
d=0.71×λ×f/D …(2)
ここでλは波長、fは音響レンズの焦点距離、Dは音響レンズの開口径である。
【0013】
他方、被検体109の内部の探傷を行う場合には、バースト波信号202よりも時間分解能の高いパルス信号201が用いられる。被検体内部の探傷をバースト波信号を用いて行うと、バースト波信号202は信号が時間的に長く存続するために、時間分解能が悪く、被検体の表面および界面からの反射信号が干渉する。そのために任意の界面のエコー信号を取り出すことが困難となる。
【0014】
上記のごとく、送信波としてバースト波信号202を利用した測定の場合には、被検体109の内部から生じる検出信号が干渉しやすく、焦点合わせあるいはゲートの設定に関する調整が困難である。そこで従来の超音波映像装置は、最初にパルス発振器102からのパルス信号201を送信波として利用して焦点合わせを行い、その後にバースト波発振器103に切り換え、ゲートを微調整して測定を行うように構成していた。
【0015】
しかしながら、パルス発振器102からバースト波発振器103へ切り換えるときにエネルギ、増幅、電気的整合等の調整をし直す必要があり、さらに切り換えのためのスイッチ105を回路要素として組み入れることで高周波の特性が低下するという不具合もあった。
【0016】
また送信波としてバースト波信号を利用して測定を行う場合には前述のごとく減衰を受けるが、当該減衰の影響を受け難くする手段として、従来では、超音波探触子で行っていた。すなわち、広帯域の超音波探触子に加えて、その他に図13に示すような受信波形301を生じさせる狭帯域の超音波探触子を用いるように構成されていた。
【0017】
本発明の目的は、上記の課題を解決することにあり、送信波を発生する発振器の回路部分の構成を簡略し、送信波をパルス信号からバースト波信号へ滑らかに変化させることができ、測定時に必要に応じて干渉が生じない範囲でバースト波信号を利用できるようにして、周波数帯域を狭くし、減衰の影響を低減し、高分解能の測定および映像作成を行うことのできる超音波映像装置を提供することにある。
【0018】
また本発明の他の目的は、送信波としてバースト波信号を使用した探傷において被検体の内部を高い分解能で観察できる超音波映像装置の測定方法を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る超音波映像装置およびその測定方法は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【0020】
第1の超音波映像装置は、超音波探触子を送信波信号で駆動して超音波を発生させかつこの超音波を被検体に照射し、被検体から戻ってくる反射波を超音波探触子で検出して受信波信号に変換し、受信波信号に基づいて像表示処理を行い被検体の所定の検査箇所の像を表示装置に表示する超音波映像装置である。送信波信号を出力する手段としてバースト波信号を出力するバースト波発振器のみを備え、このバースト波発振器が出力するバースト波信号の最少波数は1以下である。
【0021】
上記の超音波映像装置では、バースト波発振器で、内蔵される発振器から出る連続正弦波信号の切り出しの波数が1以下になるように制御することにより、パルス信号と同等な特性を発揮するパルス的信号を出力させることが可能となる。そのため、バースト波発振器とは別にパルス発振器を設けなくとも、制御の仕方を変えるだけでバースト波発振器をパルス発振器として代用させることが可能トなる。パルス発振器が不要となる結果、切換え手段としてのスイッチも不要となる。以上によって超音波映像装置の送受信部の構成が簡素になる。バースト波発振器だけで、送信波をパルス信号からバースト波信号へ滑らかに変化させることができる。
【0022】
第2の超音波映像装置は、上記の構成において、好ましくは、バースト波発振器が出力するバースト波信号の最少波数は1/4から1の範囲に含まれる波数であることを特徴とする。この構成によれば、好ましくは、1/4,1/2,1の波数の電気信号をバースト波発振器から出力させることができる。これらの信号は実質的にパルス信号として利用することができる。
【0023】
第3の超音波映像装置は、上記の構成において、好ましくは、バースト波発振器は、時間の指示に基づき、この指示に応じた波数のバースト波信号を切り出して出力することを特徴とする。連続的な正弦波信号から所望の波数のバースト波を切り出すときには、時間の指示に基づき切り出し用のゲート信号を設定することが望ましい。
【0024】
第4の超音波映像装置は、上記の構成において、好ましくは、バースト波発振器は、波数による切り出し指示に基づき、この指示に応じた波数のバースト波信号を切り出して出力することを特徴とする。直接的に波数を指示することにより、所望の波数のバースト波信号を切り出すこともできる。この場合には波数に対応する時間のゲート信号が作られる。
【0025】
第1の超音波映像装置の測定方法は、送信波としてパルス的信号とバースト波信号のいずれかを任意に選択して出力するバースト波発振器を備え、バースト波発振器から出力される信号で超音波探触子を駆動して超音波を出射させる測定方法であり、最初にバースト波発振器はパルス的信号を出力して被検体の内部の焦点合わせを行い、表面反射波に係る信号と界面反射波に係る信号を取得し、次にバースト波発振器はバースト波信号を出力して被検体の探傷を行い、このときバースト波信号の存続時間は、バースト波信号に基づいて受信される表面反射波に係る信号の存続時間が、パルス的信号に基づいて得られた表面反射波に係る信号と界面反射波に係る信号の時間間隔よりも短くなるように、調整される測定方法である。この測定方法では、バースト波信号を用いて被検体の探傷を行うときに、バースト波信号の波数を適宜に制御することにより、被検体からの反射波において表面反射波信号と界面反射波信号とが干渉しないようにする。特に、探傷のためのバースト波信号の波数の設定は、パルス信号による測定の際に得られる反射波信号に基づいて行われ、波数を自由に制御することのできる1つのバースト波発振器でパルス的信号と所望の波数のバースト波信号を出力できるので、高分解能の上記測定方法の実施を容易に行うことができる。
【0026】
第2の超音波映像装置の測定方法は、上記の方法において、好ましくは、バースト波信号の存続時間は波数で決められることを特徴とする。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0028】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成(材質)については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【0029】
図1は本発明に係る超音波映像装置の要部構成を示す。送受信部(送受信系)11は、バースト波発振器12と受信回路13とから構成されている。送受信部11は、超音波探触子14に対して超音波探触子14を駆動し超音波を発生させるための駆動用電気信号としての送信波を送ると共に、超音波探触子14から送られてくる受信波に係る信号を受けるための回路部分である。バースト波発振器12は、制御部(制御系)15の制御の下で制御部15から与えられる制御信号に基づいて動作タイミングを与えられ、原則として、バースト波信号を出力する。バースト波信号は連続正弦波信号の一部を切り出して作られる電気信号であり、通常、バースト波信号は複数(例えば2〜10)の波数の正弦波信号である。しかしながら、本実施形態によるバースト波発振器12では、正弦波信号の切り出し方に関して、バースト波発振器12から出力される信号において通常のバースト波信号だけではなく、1以下の波数の切り出し(または切り取り)を目的に応じて制御よく行うことを可能にし、1以下の波数から成る信号を出力するように構成されている。従って、本実施形態によるバースト波発振器12は、原則的にはバースト波発振器として複数の波数を含むバースト波信号を出力するものであるが、目的に応じて1以下の波数、例えば1/2あるいは1/4の波数の信号を出力するように構成されている。波数が1以下の信号は、パルス的信号となり、パルス信号と同等に扱われる。
【0030】
上記の送受信部11の構成について、従来の送受信系と比較すると、パルス発振器が設けられていない点が異なる。本実施形態による構成では、従来のパルス発振器で出力されていた信号は、バースト波発振器12から出力される例えば1波長分、1/2波長分、または1/4波長分の信号で代用することができるので、パルス発振器を省くことができる。またパルス発振器を省くことができたので、さらにパルス発振器とバースト波発振器を切り換えていた切換えスイッチも省くことができる。
【0031】
バースト波発振器12から出力された信号は、駆動用電気信号として超音波探触子14に与えられる。超音波探触子14は圧電素子で作られ、バースト波発振器12の出力信号で駆動され、超音波を出射する。出射される超音波の波形は駆動用電気信号で決まる。駆動用電気信号がパルス的な信号であれば、パルス的は超音波が出射され、バースト波信号である場合にはバースト波状の超音波が出射される。超音波探触子14から出た超音波16は媒質17を伝播し、被検体18に照射される。被検体18からの反射で超音波探触子14に戻った超音波は電気信号に変換され、受信回路13で受信される。受信回路13で受信された電気信号は信号処理部(信号処理系)19に送られる。
【0032】
バースト波信号の基本的な例は前述した図11(A)に示される。このバースト波信号202の例では波数は5である。従来の超音波映像装置の送受信系のバースト波発振器では、最少3波長のバースト波信号が使用されていた。本実施形態によるバースト波発振器12では、代表的には図2の(1)(A)に示す1波長(波数1)の信号が生成され、出力される。さらには、1以下の波数、すなわち、好ましくは、図2の(2)(A)に示す1/2波長(波数1/2)の信号、あるいは図2の(3)(A)に示す1/4波長(波数1/4)の信号が生成され、出力される。バースト波発振器12から上記のごとき1波長、1/2波長、1/4波長の信号を出力して送信波として超音波探触子14に与えて当該超音波探触子を駆動したとき、受信信号の波形としては図2の(1),(2),(3)の(B)に示されるごとき信号21となる。この信号21の波形は、パルスの送信波の場合とほとんど同じである。従って、バースト波発振器12において、前述の波数1の信号、あるいは1/2、1/4の波数の信号を作り出すように構成することにより、これらをパルス信号の代わりに用いることができる。
【0033】
図3は、バースト波発振器12において連続正弦波信号の切り出しを制御してバースト波信号を作り出すときにおいて、切り出し方を変えることによりバースト波の波数を例えば1から徐々に増していったときの、受信信号における周波数分布を取っていったときのピーク周波数の変化を示す。図3で、横軸は波数を意味し、縦軸はピーク周波数を意味する。この例では、100MHzの周波数、焦点距離3mmの超音波探触子を用いている。図3に示すごとく、受信信号における周波数分布のピーク周波数は、1〜15の波数の小さい初期の間に急激に増加し、その後に飽和状態になるように変化する特性を有する。波数が高くなると、ピーク周波数が高くなり、分解能が高くなる。
【0034】
図4と図5を参照してバースト波発振器12を詳述する。図4はバースト波発振器12の内部構成を示し、図5は回路各部の波形を示す。図4において、バースト波発振器12は、連続正弦波の電気信号を出力する発振回路31と、この発振回路31の出力信号の振幅を調整する振幅調整回路32と、パルス変調回路33と、制御回路34と、変調パルス発生回路35と、電力増幅回路36を内蔵している。制御回路34には端子37を経由して外部から同期信号が入力される。制御回路34は、発振回路31と振幅変調回路32と変調パルス発生回路35の動作を制御する制御信号を与える。制御回路34には、制御信号38が入力される。振幅調整回路32からは図5の(A)に示されるような振幅が調整された連続的な正弦波信号41が出力され、パルス変調回路33に与えられる。変調パルス発生回路35は、制御回路34からの動作指令に基づいて図5の(B)に示される変調パルス信号42を出力し、パルス変調回路33に与える。変調パルス信号42はバースト波(またはパルス波)を切り出すための信号である。パルス変調回路33は、振幅変調回路32から連続正弦波の信号が与えられるが、その中から変調パルス信号42をゲート信号として利用して変調パルス信号42の存続時間(パルス幅に相当)の間正弦波信号を切り出し、図5の(C)に示されるようなバースト波信号43が出力信号として取り出される。バースト波信号43の波数は2である。バースト波信号43は、パルス変調回路33から出力される。この例では、バースト波信号43は波数2(2波長)の信号である。バースト波信号33は、電力増幅回路36で所要レベルに増幅され、バースト波発振器12の出力端子39から出力される。
【0035】
上記の例で、変調パルス発生回路35から出力される変調パルス信号42のパルス幅または存続時間(t1)は、制御回路34に与えられる制御信号38で適宜に変化させることができる。変調パルス信号42のパルス幅または存続時間(t1)を変えることにより、連続的な正弦波信号41から目的に応じて1/4波長、1/2波長、1波長、数波長のバースト波信号を切り出して出力することが可能となる。なお1/4波長、1/2波長、1波長の電気信号は、概念的にバースト波信号というよりもパルス的な信号に相当するものであるが、バースト波発振器12から出力されるものであるので、ここでは、バースト波信号の概念に含ませて説明する。
【0036】
上記のごとく、バースト波発振器12によれば、発振回路31および振幅調整回路32から提供される連続正弦波信号41に対して、変調パルス信号42のパルス幅t1を適宜に調整することにより、1/4波長、1/2波長、1波長のパルス的な信号から、例えば波数2〜10のバースト波信号までを、自由に作って出力することができる。すなわち、1つのバースト波発振器12を用いてパルス信号から本来のバースト波信号に至るまで、切出し波形処理を行うことにより、滑らかに、連続的に、さらにはリニア(線形的)に作り出し、送信波として超音波探触子14に与えることができる。
【0037】
またバースト波発振器12によれば、変調パルス発生回路35から出力される変調パルス信号42の発生時期とパルス幅を変化させることにより、出力されるバースト波信号の波数を自由に調整することができるので、超音波探触子14に与える送信波の周波数帯域を自由に制御することができる。これにより、送信波の広帯域化または狭帯域化を目的に応じて適宜に制御することができる。
【0038】
変調パルス信号42を作るには、外部から与えられる制御信号38が必要であるが、この制御信号を与える手段としてマニュアル式の操作手段を用意することができる。この操作手段は、時間(パルス幅)を指定することにより変調パルス信号38を作ることもできるし、波数あるいはピッチ(例えば1/4,1/2,1,2,3等)を指定することにより変調パルス信号を作ることもできる。
【0039】
さらに別途に自動測定プログラムを用意した制御装置(PC)を用意して、その自動測定プログラムで与えられる制御指令を制御信号38として与え、超音波映像装置の測定動作の全部または一部を自動化することも可能である。
【0040】
図6に従って本実施形態に係る超音波映像装置による構成を利用した測定方法の一例を説明する。図6は、バースト波発振器12からバースト波信号を送信波として出力させて被検体18の超音波探傷を行うときに、出力されたバースト波信号46と、被検体18からの当該バースト波信号46に基づいて生じた表面反射波に係る信号(表面反射波信号)47とこれに続く界面反射波に係る信号(界面反射波信号)48を示している。この測定方法に従えば、表面反射波信号47の存続時間X1が、従来の送受信系のパルス信号による測定でえられる表面反射波信号と界面反射波信号の時間差よりも短くなるように、バースト波信号46の波数が例えば3になるようにバースト波発振器12の動作状態を制御する。この結果、この測定方法によれば、バースト波信号を用いて探傷を行っても表面反射波信号47と界面反射波信号48とが時間軸上明確に分離された状態を作り出すことが可能となる。換言すれば、本実施形態による超音波映像装置の測定方法は、バースト波信号を用いて被検体の探傷を行うとき、表面反射波信号と界面反射波信号が時間的に明確に分離されるような波数を有するバースト波信号を作るように調整する方法である。受信信号において表面反射波信号47と界面反射波信号48が干渉しないように最適な波数のバースト波信号が送信波46として設定される。
【0041】
図6に示されるように、表面反射波信号47と界面反射波信号48が時間的に明確に分離されると、干渉が生じないのであるから、ゲート信号49を例えば界面反射信号48の位置に合わせることにより、所望の界面反射波信号を得ることができる。
【0042】
次に、前述の図4および図5、さらに図7および図8を参照して、本実施形態による測定方法でのバースト波信号46の作り方について説明する。図7は信号処理部19と制御部15の要部構成を示し、図8は上記バースト波信号46を作り出して被検体探傷を行うためのプロセスを示している。この実施形態では、バースト波信号46の波数を定めるために、最初の段階で波数1のパルス的信号による送信波を与えて測定を行い、その受信波をモニタすることにより適切な波数を決定する。
【0043】
バースト波発振器12の内部構成は、図4と図5を参照して述べた通りである。バースト波発振器12によれば、変調パルス発生回路35から出力される変調パルス信号42のパルス幅または存続時間(t1)は、制御回路34に与えられる制御信号38で適宜に変化させられる。変調パルス信号42のパルス幅または存続時間(t1)を変えることにより、連続的な正弦波信号41から目的に応じて任意の波数から成るバースト波信号を作り出すことができる。以上のごとく、バースト波発振器12によれば、発振回路31および振幅調整回路32から提供される連続正弦波信号41に対して、変調パルス信号42のパルス幅t1を適宜に調整することにより、波数が1以下、あるいは2〜15のバースト波信号を自由に作って出力することができる。上記のバースト波信号46は、このようにして作られた信号である。変調パルス信号42を作るには、外部から与えられる制御信号38が必要である。本実施形態では、制御部で用意された測定プログラムに基づき制御部から与えられる制御信号38として与え、上記のバースト波信号46を作っている。
【0044】
次に図7と図8を参照して、本実施形態による超音波映像装置の測定方法を説明する。信号処理部19は、上記超音波探触子14で検出された反射波に係る信号を送受信部11の受信回路13を経由して受信信号として取り込む。信号処理部19は、ピーク検出回路52、波形前縁検出回路53、時間計測回路54、ゲート設定回路55等を含んでいる。
【0045】
ピーク検出回路52は、アナログ信号である受信信号の波形においてピーク値を保持する回路である。ピーク検出回路52で検出された波形ピーク値に係る電圧値はA/D変換回路56で変換され、デジタル値として制御部15に入力される。波形前縁検出回路53は、信号レベルの比較的な急速な変化状態を微分処理回路により検出することで波形の前縁を検出する。波形の前縁の発生の有無は閾値回路57で0または1の信号に変換され、制御部15に入力される。波形前縁検出回路53の出力レベルが設定された閾値を超えたときにのみ1が出る。出力が1のときに波形の前縁が検出されたことを意味する。時間計測回路54はタイマ回路を内蔵している。この時間計測回路54によれば、波形前縁検出回路53で検出された波形前縁の検出時の間の時間データを制御部15に提供する。ゲート設定回路55は、送受信部11の受信回路13を経由して入力されてくる受信信号(探傷信号)において、上記のピーク検出回路52を介して例えば界面反射波信号を切り出すためのゲート信号を設定する回路である。図6では、界面反射波信号48を切り出すためのゲート信号49となる。このゲート設定回路55は、制御部15から与えられる制御信号に基づいて時間軸上でゲート信号の位置を任意に設定する。
【0046】
制御部15はコンピュータで構成され、CPU(またはMPU)62およびメモリ63を備える。メモリ63には、本実施形態の測定方法を実施するための測定プログラムおよび関連するその他のプログラム、データ等が格納されている。測定プログラムの内容を示すと、図8に示すごときフローチャートとなる。CPU62とメモリ63はバス64で接続されている。また信号処理部19の各部はインターフェース65を経由して制御部61のCPU62に接続される。制御部15から送受信部11に対してはインターフェース65を介して制御信号が与えられる。さらに制御部15からバースト波発振器12に対しては、前述のごとく、変調パルス信号42のパルス幅t1を調整するための制御信号38が与えられる。
【0047】
なお超音波映像装置による被検体18の内部の焦点合わせの制御および被検体18に対する探傷の制御では、超音波探触子14を被検体18に接近させたり、遠ざけたり、あるいは被検体18の表面を走査するための機構、およびこれを制御する手段が設けられているが、その図示は省略されている。また探傷信号に基づいて被検体18の内部構造を映像化し、ディスプレイに表示する手段の図示も省略されている。
【0048】
次に図8に従って測定プログラムで実施される内容を説明する。最初に送受信部11のバースト波発振器12からパルス的信号を出力させるようにバースト波発振器12を駆動する信号を与える(ステップS11)。パルス的信号としては図2に示される波数として1,1/2,1/4の波形が使用される。このようなパルス的信号を出力させるために、制御部15は、所要の制御信号38をバースト波発振器12に与える。制御信号38は決められた波数を指定する。制御信号38は、バースト波発振器12の制御回路34に与えられ、変調パルス発生回路35から出力される変調パルス信号42のパルス幅t1を決める。パルス幅t1は、パルス変調回路33から出力されるバースト波信号43の波数が上記のごとくなるように決められる。
【0049】
上記のように出力されたパルス的信号は送信波として超音波探触子14に与えられ、これを駆動し、パルス状の超音波を発生させる。超音波探触子14は、被検体18からの反射波を受け、反射波に係る受信信号に変換し、受信信号は、受信回路13を経由して信号処理部19に伝送される。ここで信号処理部19には、受信信号として表面反射波信号と界面反射波信号が入力される。受信信号として信号処理部19に表面反射波信号と界面反射波信号が入力されたとき、波形前縁検出回路53と閾値回路57と時間計測回路54に基づいて表面反射波信号と界面反射波信号の時間差(間隔)X0が計測される(ステップS12)。この時間差X0は表面反射波信号の前縁と界面反射波信号の前縁との時間差である。この時間差X0は制御部15に提供される。制御部15は時間差X0の情報を取得する(ステップS13)。
【0050】
次に、制御部15では、時間差X0を用いて、次の段階でバースト波発振器12を駆動させるための条件としてのバースト波の波数を決定する(ステップS14)。バースト波を形成する連続正弦波信号の周波数は予め定められており、当該周波数のデータはメモリ63に記憶されている。そこで、次の段階でバースト波発振器12から探傷用送信波としてバースト波信号を出力させ、超音波探触子14から超音波を発射させ、被検体18からの反射波に基づく受信信号を得たときにおける表面反射波信号の存続時間X1が時間差X0よりも短くなるように、上記の時間差X0のデータと連続正弦波信号の周波数のデータに基づいてバースト波46の波数を決定する。この実施形態では、図6で説明したようにバースト波46の波数は3に決められる。
【0051】
次に、ステップS15では、再びバースト波発振器103を駆動する。このとき制御信号38を送り、上記のごとき決められた波数を指定する。この制御信号38は、バースト波発振器12の制御回路34に与えられ、変調パルス発生回路35から出力される変調パルス信号42のパルス幅t1を決める。パルス幅t1は、パルス変調回路33から出力されるバースト波信号43の波数が3となるように決められる。
【0052】
バースト波発振器12が上記の条件で動作すると、送信波として波数3のバースト波信号46が超音波探触子14に供給され、バースト波状の超音波16が超音波探触子14から出射される。超音波を照射された被検体18では表面反射波および界面反射波が生じ、その結果、受信回路13で表面反射波信号47と界面反射波信号48を受信する。表面反射波信号47と界面反射波信号48は信号処理部19へ送られる。本実施形態では、先に図6を参照して説明した通り、被検体18の探傷で使用されるバースト波信号46は、上記制御の下で波数3のバースト波信号として作られており、その結果、表面反射波信号47の存続時間X1は時間差X0よりも短くなっている。それ故に表面反射波信号47と界面反射波信号48とは時間的に明確に分離された状態で受信される。
【0053】
信号処理部19に入力された受信信号は、時間的に明確に分離された表面反射波信号47と界面反射波信号48に対して、ゲート設定回路55は、界面反射波信号48を切り出すように設定されたゲート信号49を出力し、界面反射波信号の切り出しが行われる(ステップS16)。その後、データ記憶処理(ステップS17)、および映像作成処理(ステップS18)が行われ、バースト波信号を利用して被検体18の探傷測定および画像化が行われる。
【0054】
前述の説明では、バースト波発振器12から出力されるバースト波を利用した被検体18の探傷で、その前に同様にバースト波発振器12から出力されるパルス的な波で測定した際の表面反射波信号と界面反射波信号の時間差X0と、バースト波の周波数とに基づいて、所定の条件を満たすようにバースト波の波数を決定し、任意の界面のバースト波信号のみを切り出して画像化するようにした。このときにおいて、図6に示されるように、表面反射波信号47と界面反射波信号48の間で干渉はなく、界面反射波信号48を正確に切り出すことができる。
【0055】
上記の実施形態では、バースト波46の切り出しを変調パルス信号を利用して時間の長さで行ったが、バースト波に関する波長と波数の組み合わせに基づいてバースト波の切り出し制御を行うこともできる。
【0056】
さらに非干渉の状態を作るべくバースト波の波数を広げ、ビーム径を小さくすることができる。このようにして、干渉の影響を生じない範囲で被検体の界面を高い分解能で測定することができる。
【0057】
前述の実施形態では、送受信部11では、バースト波発振器12のみを備えるように構成されていたが、別途にパルス発振器を設けていてもよい。
【0058】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、バースト波発振器から出力されるバースト波信号の波数を1以下に制御することができるので、パルス信号と同等な信号をバースト波発振器から出力させることができる。その結果、従来必要であったパルス発振器を省略でき、さらに切換え用のスイッチを省略することができ、回路構成を簡素にすることができる共に、経路の単純化に伴い周波数特性が良くなる。さらに1台のバースト波発振器によってパルス波からバースト波へ連続的に滑らかに、かつリニアに変えることができ、切換え時の再設定が不要となり、操作が容易になる。
【0059】
またバースト波発振器において最初はパルス的信号を出力させて表面反射波信号の存続時間X0を測定し、次の探傷の際に使用されるバースト波信号の波数を、それによる表面反射波信号の存続時間X1がX0よりも短くなるように、設定することにより、超音波探傷の際の表面反射波信号と界面反射波信号の干渉をなくし、高い分解能での測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超音波映像装置の送受信部の構成を示すブロック回路図である。
【図2】波数が1,1/2,1/4の波形とその受信波の信号波形を示す図である。
【図3】バースト波信号の波数とピーク周波数の関係を示す図である。
【図4】バースト波発振器の内部構成を示すブロック回路図である。
【図5】バースト波発振器の回路各部の波形を示すタイミングチャートである。
【図6】本発明に係る超音波映像装置の測定方法でのバースト波状送信波と表面反射波信号および界面反射波信号との関係を示す波形図である。
【図7】信号処理部と制御部の内部構成を示す回路図である。
【図8】本発明に係る超音波映像装置の測定方法のプロセスを示すフローチャートである。
【図9】従来の超音波映像装置の送受信系の内部構成を示すブロック回路図である。
【図10】送信波としてのパルス信号と受信波信号の波形図である。
【図11】送信波としてのバースト波信号と受信波信号の波形図である。
【図12】送信波と受信波における周波数分布を示し、(A)はパルス信号の場合、(B)はバースト波信号の場合を示す周波数分布図である。
【図13】受信信号の一例を示す波形図である。
【符号の説明】
11 送受信部
12 バースト波発振器
13 受信回路
14 超音波探触子
15 制御部
16 超音波
18 被検体
19 信号処理部
46 バースト波信号
47 表面反射波信号
48 界面反射波信号
Claims (4)
- パルス的信号の入力によりパルス的超音波を出力し、バースト波信号の入力によりバースト波超音波を出力する超音波探触子と、
前記超音波探触子に出力するパルス的信号及びバースト波信号を発生するバースト波発振器と、
前記パルス的超音波を送信したときに被検体から反射される表面反射波に係る信号と界面反射波に係る信号の時間差を求める受信回路部と、
前記バースト波発振器を制御して、前記バースト波発信器から前記パルス的信号及び前記バースト波信号のいずれかを出力させ、前記パルス的超音波を出力するときに前記被検体から反射される表面反射波に係る信号の存続時間が、前記時間差よりも短くなるように、前記バースト波発振器で発生する前記バースト波信号の存続時間を調整する制御部とを備えたことを特徴とする超音波映像装置。 - 前記パルス的超音波を出力するときに前記被検体から反射される表面反射波に係る信号の存続時間が、前記時間差よりも短くなるように、前記バースト波信号の波数を決定し、前記バースト波信号の存続時間を、決定された前記波数で決める前記制御部を備えた請求項1に記載の超音波映像装置。
- 送信波としてパルス的信号とバースト波信号のいずれかを任意に選択して出力するバースト波発振器を備え、前記バースト波発振器から出力される信号で超音波探触子を駆動して超音波を出射させる超音波映像装置の測定方法であり、
最初に前記バースト波発振器は前記パルス的信号を出力して被検体の内部の焦点合わせを行い、表面反射波に係る信号と界面反射波に係る信号を取得し、
次に前記バースト波発振器はバースト波信号を出力して前記被検体の探傷を行い、このとき前記バースト波信号の存続時間は、前記バースト波信号に基づいて受信される表面反射波に係る信号の存続時間が、前記パルス的信号に基づいて得られた前記表面反射波に係る信号と前記界面反射波に係る信号の時間間隔よりも短くなるように、調整される、
ことを特徴とする超音波映像装置の測定方法。 - 前記バースト波信号の存続時間は波数で決められることを特徴とする請求項3記載の超音波映像装置の測定方法。
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