JP4787914B2 - Sonic velocity measuring method, sonic velocity measuring apparatus, and ultrasonic image inspection apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、超音波を利用して被検査物における音速を測定する音速測定方法、音速測定装置、及び超音波画像検査装置に関するものである。 The present invention relates to a sound speed measuring method, a sound speed measuring apparatus, and an ultrasonic image inspection apparatus that measure the speed of sound in an inspection object using ultrasonic waves.
外科手術中において切除する部位の大きさは、術後の患者の負担を考えるとできるかぎり小さく抑えるべきであるが、患部の一部が切除されずに残ってしまうと病気が再発するといった問題がある。このため、切除後の残留部分から標本(生体組織)をサンプリングし、患部の拡がりがないことを確認する必要がある。現在、この作業は、摘出した生体組織の切片を染色し、光学顕微鏡で観察することによって行われている。組織確定診断は、病理学的所見に基づいて標本部分に患部が拡がっていないことを確認する診断であるが、切片の染色には数日を要することから、術後の確認に用いられている。 The size of the site to be excised during surgery should be kept as small as possible considering the burden on the patient after surgery. However, if part of the affected area remains without being excised, there is a problem that the disease will recur. is there. For this reason, it is necessary to sample a specimen (living tissue) from the remaining part after excision and confirm that there is no spread of the affected part. Currently, this operation is performed by staining a section of the extracted biological tissue and observing it with an optical microscope. Histologically confirmed diagnosis is a diagnosis that confirms that the affected area has not spread in the specimen based on pathological findings, but it is used for postoperative confirmation because it takes several days to stain the section. .
術中においては、縫合前に患部が残されていないことを短時間で判断することが要求される。そのため、特殊な染料を用いて短時間で染色し、標本部分に患部が拡がっていないことを概ね確認する「組織迅速診断」といった方法も実用化されている。ところが、この組織迅速診断においても1時間程度の時間を必要とし、この間手術が中断されるので、これに代わる方法として、超音波による音速像の観察が提案されている。つまり、超音波によって音速像を得る場合には、染色法を用いなくても生体組織の観察を行うことができる。このことから、組織確定診断を行う診断装置として超音波顕微鏡を応用した製品の開発が進められている。 During the operation, it is required to determine in a short time that no affected area remains before suturing. For this reason, a method such as “tissue rapid diagnosis” in which a special dye is used for staining in a short time to confirm that the affected area has not spread in the specimen portion has been put into practical use. However, this rapid tissue diagnosis also takes about one hour, and the operation is interrupted during this time. Therefore, as an alternative method, observation of a sound velocity image using ultrasonic waves has been proposed. That is, when a sound velocity image is obtained by ultrasonic waves, it is possible to observe a living tissue without using a staining method. For this reason, the development of products using an ultrasonic microscope as a diagnostic apparatus for performing a tissue definitive diagnosis is in progress.
具体的には、従来の超音波顕微鏡では、単一周波数のバースト波を利用し、反射した超音波信号の強度や位相を解析することで、生体組織の性状を観察する。しかし、このような超音波顕微鏡には、超音波信号の測定に長時間を要するという問題があった。また、十分な精度と安定度を持った発振器や測定系などのアナログシステムが必要となるため、装置が大型化、複雑化するといった問題もあった。 Specifically, in a conventional ultrasonic microscope, the properties of a living tissue are observed by using a single-frequency burst wave and analyzing the intensity and phase of the reflected ultrasonic signal. However, such an ultrasonic microscope has a problem that it takes a long time to measure an ultrasonic signal. In addition, since an analog system such as an oscillator and a measurement system having sufficient accuracy and stability is required, there is a problem that the apparatus becomes large and complicated.
これら問題を解消して術中診断を可能とするための手段として、本発明者らはパルス励起型の超音波顕微鏡をすでに提案している(例えば、非特許文献1、特許文献1参照)。このパルス励起型超音波顕微鏡を用いた観察では、生体組織から切り出し、その組織を用いて厚さ数μmの凍結切片41を作製し、これをまずガラス基板42上に固定する(図15参照)。そして、パルス波でトランスデューサ43を励起して超音波Soを出力させ、その超音波Soを水などの媒質44を介して凍結切片41に照射する。そして、組織表面の反射波Saとガラス基板42(組織背面)の反射波Sbとの合成波を、トランスデューサ43で受信する。さらに、この受信波をフーリエ変換して基板42からの直接反射と比較することにより、強度及び位相スペクトルを得る。
As means for solving these problems and enabling intraoperative diagnosis, the present inventors have already proposed a pulse excitation type ultrasonic microscope (see, for example, Non-Patent
ところで、バースト波を用いた従来方式では、同じ測定点で周波数を切り替え何回も測定し、組織表面の反射と背面の反射との干渉を観測する必要があった。これに対して、パルス励起型超音波顕微鏡によれば、1回の測定で算出することができるという利点がある。この測定で得られた信号強度の極小点の周波数をfm、そのときの位相をφmとすると、組織表面と背面からの反射は極小点では逆位相となる。すなわち、極小点においては組織表面からの反射は背面からの反射より位相が(2n−1)π進んでおり、φm+(2n−1)πとなる(nは自然数)。従って、組織の厚さd、水の音速C0とすると、 By the way, in the conventional method using a burst wave, it is necessary to measure the frequency by switching the frequency at the same measurement point and observe the interference between the reflection on the tissue surface and the reflection on the back surface. On the other hand, the pulse excitation type ultrasonic microscope has an advantage that it can be calculated by one measurement. If the frequency of the minimum point of the signal intensity obtained by this measurement is f m and the phase at that time is φ m , the reflection from the tissue surface and the back surface has an opposite phase at the minimum point. That is, at the minimum point, the reflection from the tissue surface is advanced in phase by (2n−1) π from the reflection from the back surface, and becomes φ m + (2n−1) π (n is a natural number). Therefore, when the thickness of the tissue is d and the sound velocity of water is C 0 ,
従って、次式のように組織厚さdが求まる。 Therefore, the tissue thickness d is obtained as in the following equation.
また、距離2dを組織音速Cで通過した波と水の音速C0で通過した波との位相差がφmであることから、 Further, since the phase difference between the wave that has passed the distance 2d at the tissue sound speed C and the wave that has passed at the sound speed C 0 of water is φ m ,
このように、組織音速Cを測定しながら、超音波の照射点を二次元走査することにより、二次元の音速像が得られる。 Thus, a two-dimensional sound velocity image is obtained by two-dimensionally scanning the ultrasonic irradiation point while measuring the tissue sound velocity C.
ところで、上記の超音波顕微鏡では、凍結切片41がガラス基板42に載せられており、さらに、そのガラス基板42が二次元走査手段であるX−Yステージ45上に載せられている。そのため、トランスデューサ43とガラス基板42及び凍結切片41との関係は、それぞれ正対の関係にあるとは限らず、わずかな傾きが生じる場合がある。この傾きがゼロでないと、凍結切片41の厚さdや組織音速Cを正確に算出することができず、わずかな測定誤差が生じる。この誤差による影響によって、より精密かつきめ細かな画像診断を行うことが困難となる。
By the way, in the above-mentioned ultrasonic microscope, the frozen
この対策として、本発明者らは、ガラス基板42におけるガラス面の傾き量を求め、そのガラス面の位置を補正することで凍結切片41の厚さdや組織音速Cを算出する方法を提案している(例えば、特許文献2参照)。具体的には、測定者がガラス基板42の表面が露出している部分(ガラス面)を目視で確認し、そのガラス面から適当な間隔をおいて3点を指定する。これにより、超音波顕微鏡においてそれらの3点に超音波が照射され、その反射波形をもとにガラス面の平面方程式(Z=ax+by+c)が算出される。その後、その平面方程式の各係数a,b,cを用いて、凍結切片41の厚さdが補正され、その厚さdから組織音速Cが求められる。
ところが、上記の超音波顕微鏡において、X−Yステージ45の走査時には、駆動手段の機械的な精度によってステージがわずかではあるが上下動してしまう。特に、X−Yステージ45の走査速度を速めて音速像の生成処理を短時間で行う場合、X−Yステージ45の上下動(Z方向のガタツキ)が0.5μm程度になることがある。上述した特許文献2におけるガラス面の傾き補正は、ガラス面を凹凸のない平面と仮定して組織音速を求めるものであり、X−Yステージ45の上下動を補正することができない。そのため、0.5μm程度の上下動により、組織音速として100m/s程度の測定誤差が生じてしまう。
However, in the above-described ultrasonic microscope, when the
従来の超音波顕微鏡では、X−Yステージ45の駆動手段としてリニアモータを用いることでその上下動を抑制するといった工夫はなされているが、上下動を完全になくすことは困難である。また、X−Yステージ45の駆動レールの表面を鏡面仕上げした場合でも、0.1μm程度の凹凸が残ってしまうため、組織音速として無視できない誤差が生じてしまう。さらに、X−Yステージ45の駆動を滑らかにするためにその駆動レール上に潤滑用のオイルを塗るといった工夫もなされているが、その場合でも、オイルの厚さばらつきが生じるため、X−Yステージ45の上下動が生じてしまう。
The conventional ultrasonic microscope has been devised to suppress the vertical movement by using a linear motor as the driving means of the
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次元走査装置のZ方向のガタツキを補正して、測定誤差を低減することができる音速測定方法、及び音速測定装置を提供することにある。また、別の目的は、被検査物の音速像を正確に表示して、その被検査物の検査を適切に行うことができる超音波画像検査装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a sound speed measuring method and a sound speed measuring apparatus capable of correcting a backlash in the Z direction of a two-dimensional scanning device and reducing measurement errors. It is to provide. Another object is to provide an ultrasonic image inspection apparatus capable of accurately displaying a sound velocity image of an inspection object and appropriately inspecting the inspection object.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して、試料載置板に載置された被検査物の表面に超音波を照射し、前記被検査物の表面及び背面からの反射波に基づいてその被検査物の厚さを求めるとともに、その厚さに基づいて被検査物の音速を求める音速測定方法であって、前記超音波の照射点を二次元走査装置によりX方向及びY方向に二次元的に走査して、その超音波の反射波の強度に基づいて、試料載置板における被検査物の非載置面を判定するステップと、前記非載置面における超音波の反射波に基づいて、前記二次元走査装置による超音波走査時のZ方向のガタツキに起因する基準点からの距離差分を補正するための補正データを演算により求めるステップと、前記補正データに基づいて前記Z方向の距離差分を求め、その距離差分を考慮して前記被検査物の音速を演算により求めるステップとを含むことを特徴とする音速測定方法をその要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to
請求項1に記載の発明によれば、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して、試料載置板に載置された被検査物の表面に超音波が照射され、被検査物の表面及び背面からの反射波に基づいてその被検査物の厚さが求められるとともに、その厚さに基づいて被検査物の音速が求められる。このパルス励起型超音波顕微鏡において、二次元走査装置により超音波をX方向及びY方向に二次元的に走査すると、わずかながらZ方向のガタツキが生じる。この対策として、本発明では、超音波の照射点を二次元走査装置によりX方向及びY方向に二次元的に走査して、その超音波の反射波の強度に基づいて、試料載置板における被検査物の非載置面が判定され、その非載置面における超音波の反射波に基づいて、そのZ方向のガタツキを補正するための補正データが演算により求められる。そして、補正データに基づいてZ方向の距離差分が求められ、その距離差分に基づいて被検査物の音速が演算により算出される。このようにすると、機械的な補正では困難であったZ方向の微小なガタツキを補正することができ、音速をより正確に求めることができる。 According to the first aspect of the present invention, the surface of the object to be inspected is irradiated with ultrasonic waves using the pulse excitation type ultrasonic microscope, and the surface and the back surface of the object to be inspected are irradiated. The thickness of the object to be inspected is determined based on the reflected wave from the sound wave, and the sound velocity of the object to be inspected is determined based on the thickness. In this pulse excitation type ultrasonic microscope, when an ultrasonic wave is scanned two-dimensionally in the X direction and the Y direction by a two-dimensional scanning device, a slight backlash in the Z direction occurs. As a countermeasure, in the present invention, an ultrasonic irradiation point is two-dimensionally scanned in the X direction and the Y direction by a two-dimensional scanning device, and based on the intensity of the reflected wave of the ultrasonic wave, A non-mounting surface of the object to be inspected is determined, and correction data for correcting the backlash in the Z direction is obtained by calculation based on the reflected wave of the ultrasonic wave on the non-mounting surface. Then, a distance difference in the Z direction is obtained based on the correction data, and the sound speed of the object to be inspected is calculated based on the distance difference. In this way, it is possible to correct minute rattling in the Z direction, which was difficult with mechanical correction, and to obtain the sound speed more accurately.
前記試料載置板としては、ガラス基板などの一般的なプレパラートを用いることが好ましい。このガラス基板上に被検査物としての生体組織などを載置してその音速を測定する場合、カラス基板の音響インピーダンスはその生体組織よりも大きくなるため、非載置面で反射する反射波の強度は生体組織での反射波よりも大きくなる。この場合には、ガラス基板を超音波で二次元走査して反射波の強度が最大となる位置を、非載置面上の位置であると判定することができる。そして、反射波の強度が最大となる位置での超音波の反射波形と近似した反射波形が得られる領域を、非載置面であると判定することができる。 As the sample mounting plate, it is preferable to use a general preparation such as a glass substrate. When a living tissue or the like as an object to be inspected is placed on this glass substrate and the sound velocity is measured, the acoustic impedance of the crow substrate is larger than that of the living tissue, so that the reflected wave reflected on the non-mounting surface The intensity is greater than the reflected wave in the living tissue. In this case, the position at which the intensity of the reflected wave is maximized by two-dimensionally scanning the glass substrate with ultrasonic waves can be determined as the position on the non-mounting surface. And it can determine with the area | region where the reflected waveform approximated to the reflected waveform of the ultrasonic wave in the position where the intensity | strength of a reflected wave becomes the maximum is obtained as a non-mounting surface.
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記X方向の走査ライン上における測定点が前記非載置面上に1つ以上ある場合には、前記非載置面においてX方向の走査ライン上にある複数の測定点の高さを走査ライン毎に測定し、前記走査ライン毎の平均値をY方向の補正データとして求め、前記Y方向の走査ライン上における測定点が前記非載置面上に1つ以上ある場合には、前記非載置面においてY方向の走査ライン上にある複数の測定点の高さを走査ライン毎に測定し、前記走査ライン毎の平均値をX方向の補正データとして求めるようにしたことをその要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, when one or more measurement points on the X-direction scanning line are on the non-mounting surface, the X-direction scanning is performed on the non-mounting surface. The height of a plurality of measurement points on the line is measured for each scanning line, the average value for each scanning line is obtained as correction data in the Y direction, and the measurement point on the scanning line in the Y direction is not mounted. When there is one or more on the surface, the height of a plurality of measurement points on the scanning line in the Y direction on the non-mounting surface is measured for each scanning line, and the average value for each scanning line is calculated in the X direction. The gist is that the correction data is obtained.
請求項2に記載の発明によれば、X方向の走査ライン上における測定点が非載置面上に1つ以上ある場合、そのX方向の走査ライン上にある複数の測定点の高さが走査ライン毎に測定され、走査ライン毎の平均値がY方向の補正データとして求められる。また、Y方向の走査ライン上における測定点が非載置面上に1つ以上ある場合、そのY方向の走査ライン上にある複数の測定点の高さが走査ライン毎に測定され、走査ライン毎の平均値がX方向の補正データとして求められる。この場合、X方向の補正データとY方向の補正データとに基づいて、所定の測定点のZ方向の距離差分(基準点からの高さ)を求めることができる。また、補正データは複数の測定点の高さの平均値として求められるので、1点の測定点から補正データを求める場合と比較してデータの信頼性を高めることができる。 According to the second aspect of the present invention, when there are one or more measurement points on the scanning line in the X direction on the non-mounting surface, the heights of the plurality of measurement points on the scanning line in the X direction are It is measured for each scanning line, and an average value for each scanning line is obtained as correction data in the Y direction. Further, when there are one or more measurement points on the non-mounting surface on the Y-direction scanning line, the heights of the plurality of measurement points on the Y-direction scanning line are measured for each scanning line, and the scanning line An average value for each is obtained as correction data in the X direction. In this case, based on the correction data in the X direction and the correction data in the Y direction, the distance difference in the Z direction (height from the reference point) of the predetermined measurement point can be obtained. Further, since the correction data is obtained as an average value of the heights of a plurality of measurement points, the reliability of the data can be improved as compared with the case where the correction data is obtained from one measurement point.
請求項3に記載の発明は、請求項2において、前記X方向の走査ライン上における全ての測定点が前記被検査物上にある場合には、前記非載置面における複数の測定点からの反射波を用いて、その非載置面の平面方程式の係数を算出し、その平面方程式の係数に基づいて前記Y方向の補正データを求め、前記Y方向の走査ライン上における全ての測定点が前記被検査物上にある場合には、前記非載置面における複数の測定点からの反射波を用いて、その非載置面の平面方程式の係数を算出し、その平面方程式の係数に基づいて前記X方向の補正データを求めるようにしたことをその要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, when all the measurement points on the scanning line in the X direction are on the inspection object, a plurality of measurement points on the non-mounting surface are measured. Using the reflected wave, the coefficient of the plane equation of the non-mounting surface is calculated, the correction data in the Y direction is obtained based on the coefficient of the plane equation, and all the measurement points on the scanning line in the Y direction are If it is on the object to be inspected, using the reflected waves from a plurality of measurement points on the non-mounting surface, calculate the coefficient of the plane equation of the non-mounting surface, and based on the coefficient of the plane equation The gist is that the correction data in the X direction is obtained.
走査ライン上における測定点が非載置面上に1つもない場合、すなわち、走査ライン上における全ての測定点が被検査物上にある場合には、前記請求項2の方法では補正データを求めることができない。そのため、請求項3に記載の発明のように、X方向の走査ライン上における全ての測定点が前記被検査物上にある場合には非載置面における複数の測定点からの反射波を用いて、その非載置面の平面方程式の係数が算出され、その平面方程式の係数に基づいてY方向の補正データが求められる。また、Y方向の走査ライン上における全ての測定点が被検査物上にある場合には、非載置面における複数の測定点からの反射波を用いて、その非載置面の平面方程式の係数が算出され、その平面方程式の係数に基づいてX方向の補正データが求められる。そして、そのX方向の補正データとY方向の補正データとに基づいて、所定の測定点のZ方向の距離差分を求めることができる。
When there are no measurement points on the scanning line on the non-mounting surface, that is, when all the measurement points on the scanning line are on the object to be inspected, the correction data is obtained by the method of
請求項4に記載の発明は、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して、試料載置板に載置された被検査物の表面に超音波を照射し、前記被検査物の表面及び背面からの反射波に基づいてその被検査物の厚さを求めるとともに、その厚さに基づいて被検査物の音速を求める音速測定装置であって、パルス励起されることによって超音波を被検査物に向けて照射するとともに、前記被検査物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、前記超音波の照射点をX方向及びY方向に二次元的に走査させる二次元走査装置と、前記超音波振動子で変換した信号に基づいて反射波の強度を検出する信号強度検出手段と、前記超音波の反射波の強度に基づいて、試料載置板における被検査物の非載置面を判定する判定手段と、前記非載置面における超音波の反射波に基づいて、前記二次元走査装置による超音波走査時のZ方向のガタツキに起因する基準点からの距離差分を補正するための補正データを演算により求める補正データ算出手段と、前記補正データに基づいて前記Z方向の距離差分を求め、その距離差分を考慮して前記被検査物の音速を演算により求める音速算出手段とを備えることを特徴とする音速測定装置をその要旨とする。 The invention according to claim 4 uses a pulse excitation type ultrasonic microscope to irradiate the surface of the inspection object placed on the sample mounting plate with ultrasonic waves, and from the surface and the back surface of the inspection object. A sound speed measuring device that obtains the thickness of an object to be inspected based on the reflected wave and obtains the sound speed of the object to be inspected based on the thickness of the object. Two-dimensionally scanning the ultrasonic irradiation point in two directions in the X direction and the Y direction, and an ultrasonic transducer that receives the reflected wave from the inspection object and converts it into an electrical signal. A scanning device; signal intensity detecting means for detecting the intensity of the reflected wave based on the signal converted by the ultrasonic transducer; and an object to be inspected on the sample mounting plate based on the intensity of the reflected wave of the ultrasonic wave. Determining means for determining a non-mounting surface; and Correction data calculation means for calculating correction data for correcting a distance difference from a reference point due to backlash in the Z direction during ultrasonic scanning by the two-dimensional scanning device based on reflected ultrasonic waves A sound speed measuring device comprising: a sound speed calculating means for determining a distance difference in the Z direction based on the correction data, and calculating a sound speed of the inspection object in consideration of the distance difference. And
請求項4に記載の発明によれば、超音波振動子がパルス励起されることによって超音波が被検査物に向けて照射され、二次元走査装置によりその超音波の照射点がX方向及びY方向に二次元的に走査される。このとき、超音波振動子により被検査物からの反射波が受信されて電気信号に変換され、信号強度検出手段によりその電気信号に基づいて反射波の強度が検出される。そして、判定手段によりその超音波の反射波の強度に基づいて試料載置板における被検査物の非載置面が判定される。また、補正データ算出手段により、非載置面における超音波の反射波に基づいて、二次元走査装置による超音波走査時のZ方向のガタツキを補正するための補正データが演算により求められる。そして、音速算出手段により、補正データに基づいてZ方向の距離差分が求められ、その距離差分に基づいて被検査物の音速が演算により求められる。このようにすると、機械的な補正では困難であったZ方向の微小なガタツキを補正することができ、音速をより正確に求めることができる。また、機械的な補正手段が不要となることから、音速測定装置の大型化を回避することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the ultrasonic transducer is pulse-excited so that the ultrasonic wave is irradiated toward the inspection object, and the ultrasonic irradiation point is set in the X direction and the Y direction by the two-dimensional scanning device. It is scanned two-dimensionally in the direction. At this time, the reflected wave from the object to be inspected is received by the ultrasonic transducer and converted into an electric signal, and the intensity of the reflected wave is detected based on the electric signal by the signal intensity detecting means. Then, the non-mounting surface of the inspection object on the sample mounting plate is determined based on the intensity of the reflected wave of the ultrasonic wave by the determining means. Further, the correction data calculating means calculates correction data for correcting rattling in the Z direction during ultrasonic scanning by the two-dimensional scanning device, based on the reflected ultrasonic wave on the non-mounting surface. Then, the sound speed calculation means determines a distance difference in the Z direction based on the correction data, and calculates the sound speed of the object to be inspected based on the distance difference. In this way, it is possible to correct minute rattling in the Z direction, which was difficult with mechanical correction, and to obtain the sound speed more accurately. Further, since no mechanical correction means is required, it is possible to avoid an increase in the size of the sound speed measuring device.
請求項5に記載の発明は、請求項4において、前記X方向の走査ライン上における測定点が前記非載置面上に1つ以上あるか否かを判定する第1測定点判定手段と、前記Y方向の走査ライン上における測定点が前記非載置面上に1つ以上あるか否かを判定する第2測定点判定手段とを備えることをその要旨とする。 The invention according to claim 5 is the first measurement point determination means for determining whether or not there are one or more measurement points on the scanning line in the X direction on the non-mounting surface in claim 4, The gist of the invention is to include second measurement point determination means for determining whether or not there are one or more measurement points on the Y-direction scanning line on the non-mounting surface.
請求項5に記載の発明によれば、第1測定点判定手段により、X方向の走査ライン上における測定点が非載置面上に1つ以上あるか否かが判定される。そして、測定点が非載置面上に1つ以上あると判定された場合、請求項2に記載の方法によってY方向の補正データが求められ、測定点が非載置面上に1つもないと判定された場合、請求項3に記載の方法によってY方向の補正データが求められる。また、第2測定点判定手段により、Y方向の走査ライン上における測定点が非載置面上に1つ以上あるか否かが判定される。そして、測定点が非載置面上に1つ以上あると判定された場合、請求項2に記載の方法によってX方向の補正データが求められ、測定点が非載置面上に1つもないと判定された場合、請求項3に記載の方法によってX方向の補正データが求められる。
According to the fifth aspect of the present invention, it is determined by the first measurement point determination means whether or not there are one or more measurement points on the scanning line in the X direction on the non-mounting surface. When it is determined that there are one or more measurement points on the non-mounting surface, correction data in the Y direction is obtained by the method according to
請求項6に記載の発明は、請求項4または5に記載の音速測定装置と、前記被検査物の音速に基づいて音速像を生成する処理を行う画像生成手段と、前記音速像を表示するための表示装置とを備えることを特徴とする超音波画像検査装置をその要旨とする。 The invention according to claim 6 displays the sound velocity image, the sound velocity measuring device according to claim 4, image generation means for performing a process of generating a sound velocity image based on the sound velocity of the inspection object, and the sound velocity image. The gist of the ultrasonic image inspection apparatus is characterized by comprising a display device for the purpose.
請求項6に記載の発明によれば、請求項4または5に記載の音速測定装置によって求められた被検査物の音速に基づいて、画像生成手段により音速像を生成する処理が行われ、その被検査物の音速像が表示装置に表示される。このようにすると、被検査物の音速像を正確に表示させることができ、被検査物の検査を適切に行うことができる。 According to the invention described in claim 6, processing for generating a sound speed image by the image generating means is performed based on the sound speed of the object to be inspected obtained by the sound speed measuring device according to claim 4, A sound velocity image of the inspection object is displayed on the display device. If it does in this way, the sound speed image of a to-be-inspected object can be displayed correctly, and a to-be-inspected object can be test | inspected appropriately.
以上詳述したように、請求項1〜5に記載の発明によると、二次元走査装置のZ方向のガタツキを補正することにより、音速の測定誤差を低減することができる音速測定方法、及び音速測定装置を提供することができる。また、請求項6に記載の発明によると、被検査物の音速像を正確に表示することができ、その被検査物の検査を適切に行うことができる超音波画像検査装置を提供することができる。 As described in detail above, according to the first to fifth aspects of the present invention, the sound speed measurement method and the sound speed can be reduced by correcting the backlash in the Z direction of the two-dimensional scanning device, thereby reducing the sound speed measurement error. A measuring device can be provided. According to the invention described in claim 6, it is possible to provide an ultrasonic image inspection apparatus capable of accurately displaying a sound velocity image of an inspection object and appropriately inspecting the inspection object. it can.
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は音速測定装置としての超音波画像検査装置を示す概略構成図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an ultrasonic image inspection apparatus as a sound velocity measuring apparatus.
図1に示されるように、超音波画像検査装置1は、パルス励起型超音波顕微鏡2と、A/Dボード3と、パーソナルコンピュータ(パソコン)4とを備える。
As shown in FIG. 1, the ultrasonic
超音波顕微鏡2には、パルス発生回路11と、送受波分離回路12と、受信回路13と、トランスデューサ14と、X−Yステージ15と、エンコーダ(ENC)16と、コントローラ17X,17Yと、駆動モータ18X,18Yとが設けられている。
The
トランスデューサ14は、酸化亜鉛の薄膜圧電素子14aとサファイアロッドの音響レンズ14bとからなり、パルス発生回路11で発生される励起パルスにより薄膜圧電素子14aが振動して所定周波数帯域の超音波が音響レンズ14bを通して出力される。この音響レンズ14bにおける超音波は円錐状に収束され、水などの媒質19を介して試料載置板としてのガラス基板20の表面で焦点を結ぶようになっている。なお、トランスデューサ14としては、口径1.2mm、焦点距離1.5mm、中心周波数80MHz、帯域幅50〜105MHz(−6dB)の仕様のものを用いている。
The
また、トランスデューサ14の下方に、二次元走査装置としてのX−Yステージ15が設けられ、そのステージ15上にはガラス基板20が固定されている。そして、そのガラス基板20の上面に、被検査物としての生体組織21が載置される。なお、この生体組織21は、数μm程度(通常4μm〜10μm)の厚さにスライスされた凍結切片(生体組織切片)である。
Further, an
X−Yステージ15は、生体組織21を二次元的に動かすためのステージ15X,15Yと、それぞれのステージ15X,15Yを駆動するモータ18X,18Yとを備えている。これらのモータ18X,18Yとしては、リニアモータが使用される。
The
各モータ18X,18Yにはそれぞれ対応してコントローラ17X,17Yが接続されており、該各コントローラ17X,17Yの駆動信号に応答してモータ18X,18Yが駆動される。これらモータ18X,18Yの駆動により、Xステージ15Xを連続走査(連続送り)するとともに、Yステージ15Yを間欠送りとなるよう制御する。そしてこの制御によりX−Yステージ15の高速走査が可能となっている。
Controllers 17X and 17Y are connected to the motors 18X and 18Y, respectively, and the motors 18X and 18Y are driven in response to the drive signals of the controllers 17X and 17Y. By driving these motors 18X and 18Y, the
また、本実施の形態においては、Xステージ15Xに対応してエンコーダ16が設けられ、エンコーダ16によりXステージ15の走査位置が検出される。具体的にいうと、走査範囲(例えば、2.4mm×2.4mmの範囲)を300×300個の測定点(ピクセル)に分割した場合、1回のX方向(水平方向)の走査において300分割される。そして、各測定点の位置がエンコーダ16によって検出され、パソコン4に取り込まれる。パソコン4はそのエンコーダ16の出力に同期して駆動制御信号を生成して、その駆動制御信号をコントローラ17Xに供給する。コントローラ17Xは、この駆動制御信号に基づいてモータ18Xを駆動する。また、コントローラ17Yは、エンコーダ16の出力信号に基づきX方向の1ラインの走査が終了した時点でモータ18Yを駆動して、Yステージ15YをY方向に1ピクセル分移動させる。
In the present embodiment, an
さらに、コントローラ17Xは、駆動制御信号に同期してトリガ信号を生成してパルス発生回路11に供給する。これにより、パルス発生回路11において、そのトリガ信号に同期したタイミングで励起パルスが生成される。その励起パルスが送受波分離回路12を介してトランスデューサ14に供給されて該トランスデューサ14から超音波が照射される。
Further, the controller 17X generates a trigger signal in synchronization with the drive control signal and supplies it to the pulse generation circuit 11. As a result, the pulse generation circuit 11 generates an excitation pulse at a timing synchronized with the trigger signal. The excitation pulse is supplied to the
図2は、トランスデューサ14側から見たX−Yステージ15の平面図である。図2に示されるように、Xステージ15XによるX方向への往復走査とYステージによるY方向への走査とを行うことにより、ガラス基板20上の生体組織21に対して超音波が二次元的に走査される。
FIG. 2 is a plan view of the
図3には、本実施の形態における超音波の走査範囲Rの一例を示している。すなわち、超音波の走査範囲Rは、生体組織21に加えてガラス基板20の表面が露出している部分(ガラス面20a)を含むように設定される。そして、走査範囲Rの左上の隅の位置から走査が開始され、矢印で示すように、X方向及びY方向に二次元的に走査が順次行われる。
FIG. 3 shows an example of the ultrasonic scanning range R in the present embodiment. That is, the ultrasonic scanning range R is set so as to include a portion (
図1に示すトランスデューサ14の薄膜圧電素子14aは、送受波兼用の超音波振動子であり、生体組織21で反射した超音波(反射波)を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は送受波分離回路12及び受信回路13を介してA/Dボード3の検波回路28に供給される。
The thin film piezoelectric element 14a of the
検波回路28は、超音波の反射波を検出するための回路であり、図示しないゲート回路、遅延回路、演算回路、BPF(バンドパスフィルタ)及びピークホールド回路などを含む。本実施の形態の検波回路28は、トランスデューサ14で受信した反射波信号のなかからガラス面20aまたは生体組織21の反射波信号を抽出する第1検波部28aと、反射波信号の信号強度を検出する信号強度検出手段としての第2検波部28bとを有する。超音波は、トランスデューサ14とガラス面20aまたは生体組織21との間で繰り返し反射される。そのため、検波回路28の第1検波部28aは、最初に得られる反射波信号を抽出するよう構成されている。また、第2検波部28bはその反射波信号の信号強度を検出する。そして、検波回路28は、パソコン4からの制御信号(図示略)に基づいて、第1検波部28aで抽出した反射波信号をA/D変換回路29に入力したり、第2検波部28bで検出した信号強度をA/D変換回路29に入力したりする。
The
パソコン4は、CPU31、インターフェース(I/F)32,33、高速フーリエ変換回路(FFT)34、メモリ35、記憶装置36、入力装置37、及び表示装置38を備え、それらはバス39を介して相互に接続されている。
The personal computer 4 includes a CPU 31, interfaces (I / F) 32 and 33, a fast Fourier transform circuit (FFT) 34, a
CPU31は、メモリ35を利用して制御プログラムを実行し、装置全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、X−Yステージ15による二次元走査を制御するためのプログラムや組織音速を算出するためのプログラムなどを含む。
The CPU 31 executes a control program using the
インターフェース32は、A/Dボード3からの転送データ(A/D変換後の反射波信号など)を取り込むための通信ポート(例えば、USBポート)である。インターフェース33は、コントローラ17Xへの駆動制御信号を出力したり、エンコーダ16の出力信号を取り込んだりするための入出力ポートである。
The interface 32 is a communication port (for example, a USB port) for taking in transfer data (such as a reflected wave signal after A / D conversion) from the A /
高速フーリエ変換回路34は、A/Dボード3から入力される反射波信号をもとに、その反射波信号の周波数成分を得るためのフーリエ変換処理を行う回路である。
The fast
表示装置38は、例えば、LCDやCRTなどのカラーディスプレイであり、生体組織21の音速像や、各種設定の入力画面を表示するために用いられる。入力装置37は、キーボードやマウス装置などであり、ユーザからの要求や指示、パラメータの入力に用いられる。
The display device 38 is, for example, a color display such as an LCD or CRT, and is used to display a sound velocity image of the
記憶装置36は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、その記憶装置36には制御プログラム及び各種のデータが記憶されている。CPU31は、入力装置37による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置36からメモリ35へ転送し、それを逐次実行する。なお、CPU31が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置36にインストールして利用する。
The
超音波顕微鏡2において、X−Yステージ15の走査時には、モータ18X,18Yなどの機械的な精度によってX−Yステージ15が上下動してZ方向にガタツキが発生しまう。そのため、本実施の形態では、そのZ方向のガタツキを補正計算して生体組織21の音速を正確に測定するように構成している。
In the
このX−Yステージ15の上下動は、X方向またはY方向の同一方向に走査した場合に再現性がある。そのため、本実施の形態では、ガラス基板20の表面が露出している領域、すなわち生体組織21の非載置面であるガラス面20aからの反射波に基づいて、X−Yステージ15の上下動を補正するための補正データを演算により求める。そして、その補正データに基づいて組織背面側のガラス面の位置を推定し生体組織21の音速を補正計算している。
This vertical movement of the
具体的には、図3の走査範囲Rにおいて、超音波を二次元的に走査し、その反射波信号に基づいてガラス面20aを判定して、そのガラス面20aにおける複数の測定点からの反射波信号をもとに補正データを求めている。
Specifically, in the scanning range R of FIG. 3, ultrasonic waves are scanned two-dimensionally, the
ここで、走査範囲Rにおけるガラス面20aの各測定点を自動的に抽出する方法を説明する。
Here, a method for automatically extracting each measurement point of the
ガラス基板20の音響インピーダンスは生体組織21よりも大きいため、ガラス基板20の表面が露出したガラス面20aでの反射波の信号強度は生体組織21からの反射波よりも強くなる。従って、本実施の形態では、各測定点での反射波の信号強度に基づいて、生体組織21からの反射であるかガラス面20aからの反射であるかを判定する。
Since the acoustic impedance of the
ここでは、ノイズなどの影響による誤判定を防止するために、図4に示すように、走査範囲Rをそれよりも小さい所定の正方形状の領域B(本実施の形態では10×10の測定点P0,P1,P2,…からなるブロック)で区切るようにする。そして、各領域Bにおける反射波の信号強度の平均値に基づいて、その信号強度の最大となる位置がガラス面20a上の位置であると判定される。また、ガラス面20a上の位置と判定した測定点を基準点とし、その基準点での反射波形を参照波形として設定する。そして、超音波を二次元走査して取得した各測定点での反射波形と前記参照波形とを比較し、近似した反射波形が得られる領域をガラス面20aであると判定することにより、そのガラス面20a上の各測定点が抽出される。
Here, in order to prevent erroneous determination due to the influence of noise or the like, as shown in FIG. 4, the scanning range R is set to a predetermined square area B smaller than that (in this embodiment, 10 × 10 measurement points). A block composed of P0, P1, P2,. And based on the average value of the signal intensity of the reflected wave in each area | region B, it determines with the position where the signal intensity becomes the maximum being a position on the
ここで、ガラス面20aの任意の2点の反射波は同じ波形(参照波形)となる。但し、超音波走査時にX−Yステージ15が上下動すると、トランスデューサ14からの距離が異なることにより、図5に示すように、参照波形Srとガラス面20aにおける別の反射波形Sxとの間で位相差が生じる。従って、図6に示すように、ガラス面20aでの反射波形Sxを参照波形Srで規格化した強度スペクトルは、全ての周波数で1に近い値をとる。
Here, the reflected waves at any two points on the
一方、生体組織21がある部分では、生体組織21と水との音響インピーダンスが近いため、図7に示すように、生体組織21での反射波形Syがガラス面20aでの参照波形Srに比べて小さくなる。つまり、図8に示すように、生体組織21での反射波形Syを参照波形Srで規格化した強度スペクトルは、1よりも小さい値となる。また、生体組織21での反射波形Syは、組織表面の反射と背面の反射とが干渉して得られるため、強度スペクトルは平坦にならない。
On the other hand, since the acoustic impedance between the
従って、超音波を二次元走査して得られる各測定点の反射波形について、参照波形の強度スペクトルと比較することにより、その参照波形と近似した波形であるか否か判定することができる。そして、近似した波形である場合には、その測定点がガラス面20a上の位置にあるものと判定する。この判定により、走査範囲R内にあるガラス面20aの各測定点を自動的に抽出することができる。
Therefore, by comparing the reflected waveform at each measurement point obtained by two-dimensional scanning with ultrasonic waves with the intensity spectrum of the reference waveform, it can be determined whether or not the waveform approximates the reference waveform. And when it is an approximate waveform, it determines with the measurement point being in the position on the
次に、超音波走査時のX−Yステージ15の上下動(Z方向のガタツキ)を補正するための補正データの算出方法について説明する。
Next, a method for calculating correction data for correcting the vertical movement (backlash in the Z direction) of the
本実施の形態では、先ず、ガラス面20a上の位置として抽出した各測定点P0,P1,P2,…について各測定点に超音波を照射して各反射波信号が取得される。そして、それら反射波信号の周波数成分を得るためにフーリエ変換処理が施され、それぞれのフーリエ変換出力F0,F1,F2,…を用いて、測定点P0を基準にした規格化スペクトル(F1/F0),(F2/F0),…が求められる。
In the present embodiment, first, each reflected wave signal is obtained by irradiating each measurement point with ultrasonic waves at each measurement point P0, P1, P2,... Extracted as a position on the
この規格化スペクトルに関連した複素平面(周波数に対する位相φの関係)より、基準点P0と測定点P1とにおいてX−Yステージ15のZ方向のガタツキによって生じる時間差Δt1(=φ/2πf(但し、fは超音波の中心周波数))が求められる。そして、この時間差Δt1と媒質19(具体的には水)の音速C0とを用いて、基準点P0を基準位置として、測定点P1のZ方向の値(高さ)Z1(=Δt1×C0)が求められる。同様に、基準点P0と他の各測定点P2,…との時間差Δt2,…が求められ、各測定点P2,…の高さZ2,…が求められる。
From the complex plane related to the normalized spectrum (the relationship of the phase φ with respect to the frequency), the time difference Δt1 (= φ / 2πf (= φ / 2πf), where the reference point P0 and the measurement point P1 are caused by the backlash in the Z direction of the
そして、ガラス面20aにおいてX方向の走査ラインLx上にある複数の測定点の高さの平均値を走査ラインLx毎に求め、その平均値をY座標に対応した補正データb1,b2,・・・,bj,・・・としてメモリ35に記憶する(図9参照)。同様に、ガラス面20aにおいてY方向の走査ラインLy上にある複数の測定点の高さの平均値を走査ラインLy毎に求め、その平均値をX方向の座標に対応した補正データa1,a2,・・・,ai,・・・としてメモリ35に記憶する(図10参照)。
Then, a height of the average of a plurality of measurement points in the X direction of scanning the line Lx in the
図11に示されるように、X−Yステージ15のZ方向のガタツキは、X方向またはY方向の同一方向に走査した場合に再現性がある。そのため、任意の測定点P(xi,yj)におけるZ方向の高さZは、X方向及びY方向の2つの曲線方程式を用いて次式(5)のように近似(複合曲線近似)することができる。
As shown in FIG. 11, the backlash in the Z direction of the
Z(xi,yj)=f(xi)+g(yj) ・・・(5) Z (x i , y j ) = f (x i ) + g (y j ) (5)
ここで、f(xi)=ai,g(yj)=bjとおくと、二乗誤差は次式(6)で定義することができる。 Here, when f (x i ) = a i and g (y j ) = b j are set, the square error can be defined by the following equation (6).
これを最小にする条件は、 The conditions for minimizing this are:
これら補正データai,bjは、走査ラインLx,Ly上における測定点がガラス面20a上に1つ以上ある場合に、ガラス面20aからの反射波に基づいて求めることができる。しかし、図9に示されるように、走査範囲Rの下側の領域R0に位置するX方向の走査ラインLx上においては、全ての測定点が生体組織21上にあるため、その走査ライン上のガラス面20aからの反射波に基づいて高さの平均値(補正データ)を求めることはできない。この場合、特許文献2と同様に、ガラス面20aにおける3つの測定点からの反射波を用いて、ガラス面20aの平面方程式(Z=ax+by+c)を算出する。そして、その平面方程式の各係数a,b,cを用いて、走査範囲Rの下側の領域R0のY座標に対応した補正データを求める。
These correction data a i and b j can be obtained based on the reflected wave from the
なお、図12に示すような走査範囲Rを設定した場合、その走査範囲Rの右側の領域R1に位置するY方向の走査ラインLy上において、全ての測定点が生体組織21上にある。そのため、ガラス面20aからの反射波に基づいて高さの平均値(補正データ)を求めることはできない。この場合も、ガラス面20aの平面方程式の各係数を算出し、その平面方程式の各係数を用いてX方向の補正データを求める。
When the scanning range R as shown in FIG. 12 is set, all measurement points are on the
そして、このようにして求めたX方向及びY方向の補正データai,bjを用いれば、生体組織21における各測定点での高さを推定することができる。なお、ここで求められる各測定点の高さは、X−Yステージ15の上下動に加えて、ガラス面20aの傾斜量を含んだ値(距離差分)となる。
Then, using the correction data a i and b j in the X direction and the Y direction obtained in this way, the height at each measurement point in the
次に、生体組織21の音速を求める方法を説明する。
Next, a method for obtaining the sound speed of the
生体組織21における所定の測定点での反射波信号は、その測定点でのZ軸方向の高さ(距離差分)に相当する位相だけずれているため、その位相分を補正することで、生体組織21の厚さd及び音速Cが正確に求められる。
Since the reflected wave signal at a predetermined measurement point in the
詳述すると、測定点のX座標及びY座標に応じたZ方向の距離差分Δzが補正データai,bjを用いて算出され、その距離差分Δzを次式(10)に代入することにより位相のズレ量Δφmが求められる。 More specifically, a distance difference Δz in the Z direction corresponding to the X coordinate and Y coordinate of the measurement point is calculated using the correction data a i and b j , and the distance difference Δz is substituted into the following equation (10). A phase shift amount Δφ m is obtained.
但し、fmは信号強度の極小点の周波数である。 However, f m is the frequency of the local minimum point of the signal strength.
このズレ量Δφmを補正した位相φmを求めてそれを上記式(2),(4)に代入することで、Z方向のガタツキに起因する距離差分Δzを補正した最終的な厚みdと音速Cとが求められる。 By obtaining a phase φ m obtained by correcting the deviation amount Δφ m and substituting it into the above formulas (2) and (4), the final thickness d obtained by correcting the distance difference Δz caused by the backlash in the Z direction is obtained. The speed of sound C is required.
次に、本実施の形態において、生体組織21の音速像を生成するためにCPU31が実行する処理例について、図13及び図14のフローチャートを用いて説明する。なお、図13は、補正データを算出するための処理であり、図14は、X−Yステージ15のZ方向のガタツキを考慮した音速像を生成するための処理である。
Next, an example of processing executed by the CPU 31 to generate a sound velocity image of the
先ず、CPU31は、制御信号を出力することでコントローラ17X,17Yによってモータ18X,18Yを駆動し、X−Yステージ15による二次元走査を開始させ、エンコーダ16の出力に基づいて測定点の座標データを取得する。またこのとき、励起パルスがトランスデューサ14に供給されると、トランスデューサ14から超音波が照射され、反射波の信号強度が検波回路28の第2検波部28bで検出される。そして、CPU31は、A/D変換回路29で変換されたデジタルデータをインターフェース32を介して取り込み、そのデータを各測定点での反射波の信号強度として座標データに関連付けてメモリ35に記憶する(ステップ100)。
First, the CPU 31 outputs control signals to drive the motors 18X and 18Y by the controllers 17X and 17Y to start two-dimensional scanning by the
ステップ100において、走査範囲Rにある全ての測定点での反射波の信号強度を取得した後、各測定点のなかから信号強度が最も大きかった測定点を抽出する(ステップ110)。なお、このステップ110では、10×10の測定点からなるブロックB毎に平均値が求められ、その値が最大となるブロックBの任意の測定点がガラス面20a上の位置にある基準点として抽出される。
In
CPU31は、その基準点に対応する位置にX−Yステージ15を駆動し、その駆動により超音波を走査して基準点での参照波形を取得する(ステップ120)。ここで、ガラス面20a上の基準点に向けて超音波が照射されると、その超音波の反射波信号が検波回路28の第1検波部28aで抽出された後、A/D変換回路29でデジタルデータに変換される。CPU31は、その反射波信号をインターフェース32を介して取り込み、高速フーリエ変換回路34に入力する。高速フーリエ変換回路34では、その反射波信号の周波数成分を得るためのフーリエ変換処理が行われる。CPU31は、その高速フーリエ変換回路34の出力(フーリエ変換出力)を取り込み、それを参照波形のデータとしてメモリ35に記憶する。
The CPU 31 drives the
CPU31は、X−Yステージ15の駆動により超音波を二次元走査して、各測定点の反射波信号を取得する(ステップ130)。ここでも、各測定点の反射波信号が高速フーリエ変換回路34でフーリエ変換され、フーリエ変換出力が測定点の座標データに関連付けてメモリ35に記憶される。
The CPU 31 scans the ultrasonic waves two-dimensionally by driving the
判定手段としてのCPU31は、各測定点でのフーリエ変換出力を参照波形のデータで規格化することで規格化スペクトルのデータを算出し、その規格化スペクトルに基づいて測定点がガラス面20a上の位置であるか否かを判定する。この判定を全ての測定点について行うことで、CPU31は、ガラス面20a上の測定点を全て抽出して、それら測定点の座標データを取得する(ステップ140)。
The CPU 31 as the determination means calculates the normalized spectrum data by normalizing the Fourier transform output at each measurement point with the reference waveform data, and the measurement point is on the
補正データ算出手段としてのCPU31は、抽出した各測定点の反射波形のデータに基づいて、補正データを算出する。具体的には、CPU31は、抽出した測定点について、その反射波信号のフーリエ変換出力と参照波形のフーリエ変換出力との比を演算することで規格化スペクトルを求める。そして、CPU31は、規格化スペクトルの周波数成分fと位相成分φとから時間差を求め、その時間差と既知の音速(具体的には水の音速)とから測定点の高さ(Z方向の距離差分)を算出する(ステップ150)。ここでは、ガラス面20a上の測定点として抽出した全ての測定点の高さを算出する。
The CPU 31 as the correction data calculation means calculates correction data based on the extracted reflection waveform data at each measurement point. Specifically, the CPU 31 obtains a normalized spectrum for the extracted measurement point by calculating the ratio between the Fourier transform output of the reflected wave signal and the Fourier transform output of the reference waveform. Then, the CPU 31 obtains a time difference from the frequency component f and the phase component φ of the normalized spectrum, and calculates the height of the measurement point (distance difference in the Z direction) from the time difference and the known sound speed (specifically, the sound speed of water). ) Is calculated (step 150). Here, the heights of all the measurement points extracted as measurement points on the
その後、第1測定点判定手段としてのCPU31は、X方向の走査ラインLx上における測定点がガラス面20a上に1つ以上あるか否かを判定する(ステップ160)。測定点がガラス面20a上に1つ以上あると判定した走査ラインLxについては、その走査ラインLx上にある各測定点の高さの平均値を走査ラインLx毎に求め、その平均値をY方向の補正データbjとしてメモリ35に記憶する(ステップ170)。なおここで、測定点が1つであった場合はその高さを補正データとする。一方、X方向の走査ラインLx上における全ての測定点が生体組織21上にあると判定した場合、ガラス面20aの平面方程式に基づいて、その走査ラインLxのY座標に対応した補正データを求めてメモリ35に記憶する(ステップ180)。
Thereafter, the CPU 31 as the first measurement point determination means determines whether or not there are one or more measurement points on the scanning line Lx in the X direction on the
次いで、第2測定点判定手段としてのCPU31は、Y方向の走査ラインLy上における測定点がガラス面20a上に1つ以上あるか否かを判定する(ステップ190)。測定点がガラス面20a上に1つ以上あると判定した走査ラインLyについては、その走査ラインLy上にある各測定点の高さの平均値を走査ラインLy毎に求め、その平均値をX方向の補正データbjとしてメモリ35に記憶する(ステップ200)。なおここで、測定点が1つであった場合はその高さを補正データとする。一方、Y方向の走査ラインLy上における全ての測定点が生体組織21上にあると判定した場合、ガラス面20aの平面方程式に基づいて、その走査ラインLyのX座標に対応した補正データを求めてメモリ35に記憶する(ステップ210)。
Next, the CPU 31 as the second measurement point determination means determines whether or not there are one or more measurement points on the scanning line Ly in the Y direction on the
上述した図13の処理が終了した後、CPU31は図14の処理を開始する。 After the process in FIG. 13 is completed, the CPU 31 starts the process in FIG.
CPU31は、制御信号を出力することでコントローラ17X,17Yの制御によってモータ18X,18Yを駆動し、X−Yステージ15による二次元走査を開始させ、エンコーダ16の出力に基づいて測定点の座標データを取得する。(ステップ300)。このとき、励起パルスがトランスデューサ14に供給されると、トランスデューサ14から超音波が照射され、反射波信号が検波回路28の第1検波部28aで検出される。
The CPU 31 outputs the control signal to drive the motors 18X and 18Y under the control of the controllers 17X and 17Y to start the two-dimensional scanning by the
CPU31は、検出された反射波信号をA/D変換回路29及びインターフェース32を介して取り込み、その反射波信号を高速フーリエ変換回路34に入力する。高速フーリエ変換回路34では、その反射波信号の周波数成分を得るためのフーリエ変換処理が行われる。CPU31は、その高速フーリエ変換回路34の出力(フーリエ変換出力)を取り込み、メモリ34に記憶する(ステップ310)。
The CPU 31 takes in the detected reflected wave signal via the A / D conversion circuit 29 and the interface 32 and inputs the reflected wave signal to the fast
CPU31は、図13の処理で求めた補正データを使用して、測定点の座標データに対応するZ方向の距離差分を求める(ステップ320)。 CPU31 calculates | requires the distance difference of the Z direction corresponding to the coordinate data of a measurement point using the correction data calculated | required by the process of FIG. 13 (step 320).
算出手段としてのCPU31は、基準点での反射波信号と測定点での反射波信号との時間差、反射波信号の強度、位相差などから測定点での生体組織21の厚みdを算出する(ステップ330)。このとき、測定点での距離差分を考慮して、Z方向のガタツキによる影響が除去され、正確な厚みdが算出される。その後、CPU31は、算出した厚みdから測定点での音速Cを求め、その音速Cを測定点の座標データと関連付けてメモリ35に記憶する(ステップ340)。
The CPU 31 as the calculation means calculates the thickness d of the
画像生成手段としてのCPU31は、算出した音速Cに基づいて音速像を生成するための画像処理を行う(ステップ350)。すなわち、CPU31は、音速Cを用いてカラー変調処理を行い、音速Cの大きさに応じた画像データを生成し、該画像データをメモリ35に記憶する。
The CPU 31 as the image generation means performs image processing for generating a sound speed image based on the calculated sound speed C (step 350). That is, the CPU 31 performs color modulation processing using the sound speed C, generates image data corresponding to the magnitude of the sound speed C, and stores the image data in the
CPU31は、全ての測定点での処理が終了し、1画面分の画像データが取得されたか否かを判断する(ステップ360)。ここで、全データが取得されていない場合、CPU31は、ステップ300に戻って、ステップ300〜360の処理を繰り返し実行し、全データが取得された場合には、該データを表示装置38に転送して該データに応じた音速像を表示させた後、図14の処理を終了する。
The CPU 31 determines whether or not the processing at all measurement points has been completed and image data for one screen has been acquired (step 360). If all the data has not been acquired, the CPU 31 returns to step 300 and repeatedly executes the processing of
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施の形態の超音波画像検査装置1によれば、反射波の信号強度に基づいて、ガラス基板20における生体組織21の非載置面、すなわち基板表面が露出したガラス面20aを判定することができる。そのガラス面20aにおける複数の測定点の反射波に基づいて、X−Yステージ15のZ方向のガタツキを補正するための補正データを求めることができる。そして、それら補正データに基づいてZ方向の距離差分が求められ、その距離差分に基づいて生体組織21の音速が演算により算出される。このようにすると、機械的な補正では困難であったZ方向の微小なガタツキを補正することができ、音速をより正確に求めることができる。また、その音速に基づいて音速像が生成されて表示装置38に表示される。この場合、生体組織21の音速像を正確に表示させることができ、生体組織21の生体組織診断を適切に行うことができる。さらに、Z方向のガタツキを補正するための機械的な補正手段が不要となることから、超音波画像検査装置1の大型化を回避することができる。
(1) According to the ultrasonic
(2)本実施の形態の超音波画像検査装置1の場合、ガラス面20aにおける全ての測定点が抽出される。そして、X方向の走査ラインLx上における測定点がガラス面20a上に1つ以上ある場合、そのX方向の走査ラインLx上にある全ての測定点の高さが走査ライン毎に測定され、走査ライン毎の平均値がY方向の補正データとして求められる。また、Y方向の走査ラインLy上における測定点がガラス面20a上に1つ以上ある場合、そのY方向の走査ラインLy上にある全ての測定点の高さが走査ライン毎に測定され、走査ライン毎の平均値がX方向の補正データとして求められる。このように、より多くの測定点の反射波に基づいて補正データを求めることにより、その算出誤差を低減することができ、Z方向の距離差分をより正確に求めることができる。その結果、生体組織21の音速の測定精度を高めることができる。
(2) In the case of the ultrasonic
(3)本実施の形態の場合、X方向の走査ラインLx上における全ての測定点が生体組織21上にある場合、ガラス面20aにおける3つの測定点からの反射波を用いて、そのガラス面20aの平面方程式の係数が算出され、その平面方程式の係数に基づいてY方向の補正データを求めることができる。また、Y方向の走査ラインLy上における全ての測定点が生体組織21上にある場合にも、ガラス面20aの平面方程式に基づいてX方向の補正データを求めることができる。
(3) In the case of the present embodiment, when all the measurement points on the scanning line Lx in the X direction are on the
(4)本実施の形態の超音波画像検査装置1の場合、走査範囲を10×10の測定点からなる領域に区分し、その領域における反射波の信号強度の平均値に基づいて、その値が最大となる領域をガラス面20a上の位置であると判定するようにした。このようにすれば、ノイズなどの影響によって生体組織21表面での測定点をガラス面20a上の位置であると誤判定することを確実に防止することができる。
(4) In the case of the ultrasonic
(5)本実施の形態の超音波画像検査装置1の場合、各測定点での反射波信号をフーリエ変換することにより得られた強度スペクトルを比較することにより、ガラス面20aからの反射波形か否かを的確に判定することができる。
(5) In the case of the ultrasonic
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。 In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
・上記実施の形態では、信号強度が最大となるガラス面20a上の基準点の検出時、ガラス面20a上の各測定点の抽出及び補正データの算出時、生体組織21の厚さdや音速Cの算出時などのそれぞれの処理タイミングで超音波の二次元走査を行うよう構成していたが、これに限定されるものではない。例えば、パソコン4に内蔵されるメモリ35の記憶容量が大きい場合には、1回の二次元走査によって得られる各測定点での反射波信号及び信号強度のデータを全てメモリ34に記憶しておき、それらデータを利用して、ガラス面20a上の基準点の検出、ガラス面20a上の各測定点の抽出、補正データの算出、生体組織21の厚さdや音速Cの算出といった各処理を行うように構成してもよい。このように構成すれば、超音波の二次元走査にかかる処理時間を削減できるので、生体組織21の音速像を迅速に生成することが可能となる。
In the above embodiment, when the reference point on the
・上記実施の形態では、補正データを算出し、その補正データを用いて音速を求めるものであったが、この算出処理は適宜変更することができる。例えば、上下動による誤差を含む音速を求めた後に補正データを算出し、その補正データを用いて音速を補正するよう構成してもよい。この場合、補正前の音速と補正後の音速とを用いて、補正前及び補正後の音速像を表示装置38に表示し、それら音速像を比較することにより、補正処理の優位性を確認することができる。 In the above-described embodiment, correction data is calculated and the sound speed is obtained using the correction data. However, this calculation process can be changed as appropriate. For example, the correction data may be calculated after obtaining the sound speed including an error due to vertical movement, and the sound speed may be corrected using the correction data. In this case, the pre-correction and post-correction sound speed images are displayed on the display device 38 using the uncorrected sound speed and the corrected sound speed, and the superiority of the correction process is confirmed by comparing the sound speed images. be able to.
・上記実施の形態では、走査ライン上における全ての測定点が生体組織21上にある場合、ガラス面20aにおける3つの測定点の反射波に基づいてガラス面20aの平面方程式を算出して補正データを求めるようにしたが、4つ以上の複数の測定点の反射波に基づいてガラス面20aの平面方程式を算出するように構成してもよい。
In the above embodiment, when all the measurement points on the scanning line are on the
・上記実施の形態では、二次元走査装置としてのX−Yステージ15を駆動することにより、超音波の照射点を二次元的に走査する構成を採用したが、超音波トランスデューサ14側に二次元走査装置を設けてもよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the ultrasonic irradiation point is scanned two-dimensionally by driving the
・上記実施の形態では、超音波画像検査装置1を利用して、被検査物としての生体組織21の音速を測定するものであったが、それ以外に、例えば樹脂表面などの音速を測定してもよい。
In the above embodiment, the ultrasonic
・上記実施の形態では、フーリエ変換処理を行う高速フーリエ変換回路34がパソコン4に設けられていたが、外部のA/Dボード3に設けてもよい。また、A/Dボード3としては、パソコン4内部に搭載可能なボードを用いてもよい。
In the above embodiment, the fast
・上記実施の形態の超音波画像検査装置1では、カラー変調による音速像を得るものであったが、それ以外に輝度変調した音速像として可視化してもよい。
In the ultrasonic
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。 Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the embodiment described above are listed below.
(1)請求項1において、前記反射波の強度が最大となる位置を、前記非載置面上の位置であると判定することを特徴とする音速測定方法。
(1) In
(2)技術的思想(1)において、前記反射波の強度が最大となる位置での超音波の反射波形と近似した反射波形が得られる領域を、前記非載置面であると判定することを特徴とする音速測定方法。 (2) In the technical idea (1), it is determined that an area where a reflected waveform approximate to the reflected waveform of the ultrasonic wave at a position where the intensity of the reflected wave is maximum is obtained is the non-mounting surface. A method of measuring the speed of sound.
(3)請求項1乃至4のいずれか1項において、前記超音波の走査範囲は、前記被検査物の表面に加えて前記試料載置板の表面が露出した非載置面を含むように設定されることを特徴とする音速測定方法。
(3) In any one of
(4)請求項6において、前記被検査物は生体組織であり、前記表示装置に表示した音速像に基づいて生体組織診断を行うことを特徴とする超音波画像検査装置。 (4) The ultrasonic image inspection apparatus according to claim 6, wherein the object to be inspected is a biological tissue, and a biological tissue diagnosis is performed based on a sound velocity image displayed on the display device.
(5)請求項6において、前記画像生成手段は、算出した被検査物の音速の大きさに応じてカラー変調した画像データを生成し、その画像データにより、前記音速の大きさに応じて色分けされた音速像を前記表示装置に表示することを特徴とする超音波画像検査装置。 (5) In Claim 6, the image generation means generates image data color-modulated according to the calculated sound velocity of the object to be inspected, and color-coded according to the sound velocity according to the image data. An ultrasonic image inspection apparatus, wherein the sound speed image thus displayed is displayed on the display device.
1…音速測定装置としての超音波画像検査装置
2…パルス励起型超音波顕微鏡
14a…超音波振動子としての薄膜圧電素子
15…二次元走査装置としてのX−Yステージ
20…試料載置板としてのガラス基板
20a…非載置面としてのガラス面
21…被検査物としての生体組織
28b…信号強度検出手段としての第2検波部
31…判定手段、算出手段、及び画像生成手段としてのCPU
38…表示装置
ΔZ…距離差分
a1,a2,ai…X方向の補正データ
b1,b2,bj…Y方向の補正データ
Lx…X方向の走査ライン
Ly…Y方向の走査ライン
P0…基準点としての測定点
P1,P2…測定点
DESCRIPTION OF
38 ... Display device ΔZ ... Distance difference a 1 , a 2 , a i ... Correction data in X direction b 1 , b 2 , b j ... Correction data in Y direction Lx ... Scan line in X direction Ly ... Scan line in Y direction P0: Measurement point as reference point P1, P2: Measurement point
Claims (6)
前記超音波の照射点を二次元走査装置によりX方向及びY方向に二次元的に走査して、その超音波の反射波の強度に基づいて、試料載置板における被検査物の非載置面を判定するステップと、
前記非載置面における超音波の反射波に基づいて、前記二次元走査装置による超音波走査時のZ方向のガタツキに起因する基準点からの距離差分を補正するための補正データを演算により求めるステップと、
前記補正データに基づいて前記Z方向の距離差分を求め、その距離差分を考慮して前記被検査物の音速を演算により求めるステップと
を含むことを特徴とする音速測定方法。 Using a pulsed excitation type ultrasonic microscope, the surface of the inspection object placed on the sample mounting plate is irradiated with ultrasonic waves, and the inspection is performed based on the reflected waves from the front and back surfaces of the inspection object. A sound velocity measuring method for obtaining the thickness of an object and obtaining the sound velocity of the object to be inspected based on the thickness,
The ultrasonic irradiation point is scanned two-dimensionally in the X and Y directions by a two-dimensional scanning device, and the object to be inspected is not placed on the sample placement plate based on the intensity of the reflected wave of the ultrasonic wave. Determining a surface;
Based on the reflected wave of the ultrasonic wave on the non-mounting surface, correction data for correcting a distance difference from the reference point due to rattling in the Z direction during ultrasonic scanning by the two-dimensional scanning device is obtained by calculation. Steps,
Obtaining a distance difference in the Z direction based on the correction data, and calculating a sound speed of the inspection object in consideration of the distance difference.
前記Y方向の走査ライン上における測定点が前記非載置面上に1つ以上ある場合には、前記非載置面においてY方向の走査ライン上にある複数の測定点の高さを走査ライン毎に測定し、前記走査ライン毎の平均値をX方向の補正データとして求めるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の音速測定方法。 When there are one or more measurement points on the non-mounting surface on the X-direction scanning line, the height of the plurality of measurement points on the X-direction scanning line on the non-mounting surface is set as the scanning line. Measured every time, find the average value for each scanning line as correction data in the Y direction,
When there are one or more measurement points on the Y-direction scanning line on the non-mounting surface, the height of the plurality of measurement points on the Y-direction scanning line on the non-mounting surface is set as the scanning line. The sound speed measurement method according to claim 1, wherein measurement is performed every time, and an average value for each scanning line is obtained as correction data in the X direction.
前記Y方向の走査ライン上における全ての測定点が前記被検査物上にある場合には、前記非載置面における複数の測定点からの反射波を用いて、その非載置面の平面方程式の係数を算出し、その平面方程式の係数に基づいて前記X方向の補正データを求めるようにしたことを特徴とする請求項2に記載の音速測定方法。 When all the measurement points on the scanning line in the X direction are on the inspection object, the plane equation of the non-mounting surface is obtained by using reflected waves from a plurality of measurement points on the non-mounting surface. The correction data in the Y direction is obtained based on the coefficient of the plane equation,
When all the measurement points on the scanning line in the Y direction are on the object to be inspected, the plane equation of the non-mounting surface is obtained using reflected waves from a plurality of measurement points on the non-mounting surface. The sound speed measurement method according to claim 2, wherein the correction coefficient in the X direction is obtained based on the coefficient of the plane equation.
パルス励起されることによって超音波を被検査物に向けて照射するとともに、前記被検査物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、
前記超音波の照射点をX方向及びY方向に二次元的に走査させる二次元走査装置と、
前記超音波振動子で変換した信号に基づいて反射波の強度を検出する信号強度検出手段と、
前記超音波の反射波の強度に基づいて、試料載置板における被検査物の非載置面を判定する判定手段と、
前記非載置面における超音波の反射波に基づいて、前記二次元走査装置による超音波走査時のZ方向のガタツキに起因する基準点からの距離差分を補正するための補正データを演算により求める補正データ算出手段と、
前記補正データに基づいて前記Z方向の距離差分を求め、その距離差分を考慮して前記被検査物の音速を演算により求める音速算出手段と
を備えることを特徴とする音速測定装置。 Using a pulsed excitation type ultrasonic microscope, the surface of the inspection object placed on the sample mounting plate is irradiated with ultrasonic waves, and the inspection is performed based on the reflected waves from the front and back surfaces of the inspection object. A sound velocity measuring device that obtains the thickness of an object and obtains the sound velocity of the object to be inspected based on the thickness,
An ultrasonic transducer that irradiates an ultrasonic wave toward the inspection object by being pulse-excited and receives a reflected wave from the inspection object and converts it into an electrical signal;
A two-dimensional scanning device that two-dimensionally scans the ultrasonic irradiation point in the X direction and the Y direction;
Signal intensity detection means for detecting the intensity of the reflected wave based on the signal converted by the ultrasonic transducer;
Based on the intensity of the reflected wave of the ultrasonic wave, determination means for determining the non-mounting surface of the inspection object on the sample mounting plate;
Based on the reflected wave of the ultrasonic wave on the non-mounting surface, correction data for correcting a distance difference from the reference point due to rattling in the Z direction during ultrasonic scanning by the two-dimensional scanning device is obtained by calculation. Correction data calculation means;
A sound speed measuring device, comprising: a sound speed calculation unit that calculates a distance difference in the Z direction based on the correction data, and calculates a sound speed of the inspection object in consideration of the distance difference.
前記Y方向の走査ライン上における測定点が前記非載置面上に1つ以上あるか否かを判定する第2測定点判定手段と
を備えることを特徴とする請求項4に記載の音速測定装置。 First measurement point determination means for determining whether or not there are one or more measurement points on the scanning line in the X direction on the non-mounting surface;
The sound velocity measurement according to claim 4, further comprising second measurement point determination means for determining whether or not there are one or more measurement points on the non-mounting surface on the scanning line in the Y direction. apparatus.
A sound velocity measuring device according to claim 4, an image generating means for performing a process of generating a sound velocity image based on the sound velocity of the inspection object, and a display device for displaying the sound velocity image. A featured ultrasonic image inspection apparatus.
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