JP6132337B2 - Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic image construction method - Google Patents

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Description

本発明は、超音波診断装置及び超音波画像構築方法に関し、特に、非接触で被測定対象物の超音波画像を得ることができる超音波診断装置及び超音波画像構築方法に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus and an ultrasonic image construction method, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus and an ultrasonic image construction method that can obtain an ultrasonic image of an object to be measured without contact.

医療用超音波画像診断は、高分解能な画像が得られること、装置の小型化により移動利便性が向上してきたこと、放射線被ばくがないこと等から、広く普及している。また、将来的にはさらなる低消費電力化や超小型化の余地が大きく、トランスデューサと信号処理回路を一体化し、画像構築のためのホスト装置とワイヤレスで接続することができる体表貼付け型や体内埋込型にすることによって、いつでも、どこでも、だれでも利用し、受診することができるユビキタス装置への展開の可能性が、MRI(核磁気共鳴、Magnetic Resonance Imaging)装置やCT(コンピュータ断層撮影、Computed Tomography)装置に比較して圧倒的に大きい。   Medical ultrasonic diagnostic imaging is widely used because high-resolution images can be obtained, the convenience of movement has been improved by downsizing the apparatus, and there has been no radiation exposure. In the future, there is a lot of room for further reduction in power consumption and ultra-miniaturization, and it is possible to integrate a transducer and signal processing circuit and connect wirelessly to a host device for image construction. The possibility of deployment to ubiquitous devices that anyone can use and receive medical examinations anytime, anywhere by adopting an implantable type is the MRI (Magnetic Magnetic Resonance Imaging) device and CT (Computerized Tomography, Compared to Computed Tomography), it is overwhelmingly large.

ところで、現状では携帯型の装置が市販され始め、ネットワークを利用した遠隔診断が可能になりつつあるが、装置と超音波診断用プローブとを結ぶケーブルは依然として存在している。また、超音波診断用プローブの大きさも携帯型とは言いながら、旧来の据置型装置のものと大差ないのが実状である。特に、音響カプラを介して、超音波診断用プローブを被験者の体表に押し付けて超音波診断するスタイルは変わっていない。したがって、体表に傷があったり、体表を押し付けるのを避けたい患者にとっては、好ましい診断手法とは言えず、MRIやCTのような非接触診断が望まれている。しかしながら、超音波は、空中を伝搬しにくいという基本特性上、超音波診断プローブを体表から離間させて超音波診断を行うという方法は、不可能とされてきた。   By the way, at present, portable devices are beginning to be marketed, and remote diagnosis using a network is becoming possible, but there are still cables connecting the device and an ultrasonic diagnostic probe. In addition, the size of the ultrasonic diagnostic probe is not so different from that of the conventional stationary apparatus although it is portable. In particular, the style of ultrasonic diagnosis by pressing an ultrasonic diagnostic probe against the body surface of a subject via an acoustic coupler has not changed. Therefore, it is not a preferable diagnostic method for patients who have a wound on the body surface or who want to avoid pressing the body surface, and non-contact diagnosis such as MRI or CT is desired. However, due to the basic characteristic that ultrasound does not easily propagate in the air, it has been impossible to perform an ultrasound diagnosis by separating the ultrasound diagnostic probe from the body surface.

特開2009−276319号公報JP 2009-276319 A

特許文献1には、空気中を伝搬する超音波を用いて、非接触で材料表面性状、内部欠陥あるいは異常部を検出、評価する空気超音波診断システムが開示されている。特許文献1のシステムでは、空中用アレイ型超音波振動子を用いて非接触で被測定対象物中に伝搬超音波の焦点を結ばせて、超音波ビームの位相制御(フェーズドアレイ走査)を行うことによって、フォーカシング、ステアリングを行い、超音波診断画像を構築する。   Patent Document 1 discloses an air ultrasonic diagnostic system that detects and evaluates material surface properties, internal defects, or abnormal portions in a non-contact manner using ultrasonic waves that propagate in the air. In the system of Patent Document 1, the phase of an ultrasonic beam is controlled (phased array scanning) by focusing the propagating ultrasonic wave in a measurement target object in a non-contact manner using an aerial array type ultrasonic transducer. As a result, focusing and steering are performed to construct an ultrasonic diagnostic image.

ところで、超音波ビームの入射角θと屈折角θとの間にはスネルの法則が成り立ち、空中の音速v、生体内の音速vとすると以下の関係がある。 By the way, Snell's law is established between the incident angle θ 1 and the refraction angle θ 2 of the ultrasonic beam, and there is the following relationship when the sound speed v 1 in the air and the sound speed v 2 in the living body.

sinθ/sinθ=v/v (1) sin θ 1 / sin θ 2 = v 1 / v 2 (1)

ここで、空中の音速v=340m/s、生体の音速v=1500m/sとすると、入射角θが13°程度を超えると、θは90°以上になり、空中の超音波は、生体内部には伝搬しないこととなる。 Here, when the sound speed in the air v 1 = 340 m / s and the sound speed of the living body v 2 = 1500 m / s, when the incident angle θ 1 exceeds about 13 °, θ 2 becomes 90 ° or more, and the ultrasonic wave in the air Will not propagate inside the living body.

一方、異なる媒体の境界における超音波の反射率に注目すると、反射率Rは、以下のように表わされる。   On the other hand, paying attention to the reflectance of ultrasonic waves at the boundary between different media, the reflectance R is expressed as follows.

R=(vρ−vρ)/(vρ+vρ
=(z−z)/(z+z) (2)
R = (v 2 ρ 2 −v 1 ρ 1 ) / (v 2 ρ 2 + v 1 ρ 1 )
= (Z 2 −z 1 ) / (z 2 + z 1 ) (2)

ここで、ρは、空気の密度であり、1.293kg/m、ρは水の密度であり、生体内の密度にほぼ等しく、1000kg/mである。また、空気の固有音響インピーダンスz=vρ,水の固有音響インピーダンスz=vρであり、z≪zだから、(2)式よりR≒1となる。つまり、空中から生体に向けて垂直に超音波を入射してもほぼ全て反射されてしまうのである。したがって、特許文献1の方法を用いても、固有音響インピーダンスが大きく異ならない材料について内部評価が可能であったとしても、空中から生体内に超音波を発信しても、生体内の超音波画像構築のための超音波伝搬を実現することはできないとの問題がある。 Here, ρ 1 is the density of air, 1.293 kg / m 3 , and ρ 2 is the density of water, which is approximately equal to the density in the living body and is 1000 kg / m 3 . Further, specific acoustic impedance z 1 = v 1 ρ 1 of air, a specific acoustic impedance z 2 = v 2 [rho 2 of water, z 1 «z 2 So, the R ≒ 1 from (2). In other words, even if ultrasonic waves are incident vertically from the air toward the living body, almost all of them are reflected. Therefore, even if the method of Patent Document 1 is used and internal evaluation is possible for a material whose intrinsic acoustic impedance is not significantly different, even if an ultrasonic wave is transmitted from the air to the living body, the in-vivo ultrasonic image There is a problem that ultrasonic propagation for construction cannot be realized.

そこで、本発明は、非接触で生体組織内を伝搬可能な超音波ビームを形成して超音波画像構築を可能にする超音波診断装置及び超音波画像構築方法を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus and an ultrasonic image construction method capable of constructing an ultrasonic image by forming an ultrasonic beam that can propagate in a living tissue without contact.

上述の課題を解決するために、本発明の一実施の形態に係る超音波診断装置は、被測定媒体の表面から離間した位置に配置されて、1次音源としての集束超音波を発生する集束超音波発生手段と、集束超音波発生手段によって照射された集束超音波を被測定媒体の表面又は直下に集束点を有するように制御する集束点位置合せ手段とをそれぞれ含む複数の集束超音波制御回路ユニットを備え、上記複数の集束超音波制御回路ユニットによって、上記被測定媒体の表面に超音波を集束させて複数の2次音源を形成し、該2次音源に基づいて被測定媒体の内部を伝搬する2次送信超音波によって形成される合成波面を制御する送信ビームフォーミング手段を更に備える。
In order to solve the above-described problem, an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention is arranged at a position separated from the surface of a medium to be measured, and generates a focused ultrasonic wave as a primary sound source. A plurality of focused ultrasound controls each including an ultrasound generation means and a focusing point alignment means for controlling the focused ultrasound irradiated by the focused ultrasound generation means so as to have a focusing point on the surface of the medium to be measured or directly below it A plurality of focused ultrasonic control circuit units for focusing ultrasonic waves on the surface of the medium to be measured to form a plurality of secondary sound sources, and the inside of the medium to be measured based on the secondary sound sources. Transmission beam forming means for controlling a synthetic wavefront formed by the secondary transmission ultrasonic wave propagating through the beam .

また、本発明の他の実施の形態に係る超音波診断装置は、集束超音波を発生する集束超音波発生手段と、集束超音波発生手段によって照射された集束超音波を被測定媒体の表面直下に位置するように制御する集束点位置合せ手段と、集束点位置合せ手段によって被測定媒体の表面直下に形成される2次音源に基づいて被測定媒体の内部を伝搬する2次送信超音波パルスを、被測定媒体の内部の関心領域に対して1次元又は2次元に走査して、関心領域における2次送信超音波パルスの裏面への透過超音波、又は音響インピーダンス境界で反射したパルスエコー信号の特徴値に基づいて画像形成する画像形成手段とを備える。   An ultrasonic diagnostic apparatus according to another embodiment of the present invention includes a focused ultrasonic wave generating unit that generates a focused ultrasonic wave, and a focused ultrasonic wave irradiated by the focused ultrasonic wave generating unit directly below the surface of the measured medium. And a secondary transmission ultrasonic pulse propagating through the inside of the measured medium based on a secondary sound source formed immediately below the surface of the measured medium by the focusing point aligning means. Is scanned in one or two dimensions with respect to the region of interest inside the medium to be measured, and the transmitted ultrasonic wave to the back surface of the secondary transmission ultrasonic pulse in the region of interest or the pulse echo signal reflected at the acoustic impedance boundary Image forming means for forming an image on the basis of the feature value.

また、本発明の他の実施の形態に係る超音波診断装置は、対象物の表面に離間した空中位置から対象物の表面直下に2次点音源を形成するための集束超音波発生手段と、2次点音源から対象物の深部に向かって2次送信超音波パルスを発生させる手段と、2次送信超音波パルスが対象物を透過して対象物の裏面に到達した透過超音波パルスを対象物の裏面側で、又は対象物の内部にある音響インピーダンス境界で反射したパルスエコー信号を対象物の表面側で受信し、電気信号に変換する手段と、電気信号の特徴値を記憶する記憶手段と、対象物の表面の関心領域範囲で2次点音源の焦点が面内の直交した方向に焦点の面内座標を記憶手段に記憶させながら機械的に相対的移動させる機械的移動手段と、記憶手段に記憶した電気信号の特徴値と2次点音源の面内座標の間の相関をとることによって超音波画像を構築する画像構築手段とを備える。   In addition, the ultrasonic diagnostic apparatus according to another embodiment of the present invention includes a focused ultrasonic wave generating means for forming a secondary point sound source from an aerial position separated from the surface of the object, directly below the surface of the object, A means for generating a secondary transmission ultrasonic pulse from the secondary point sound source toward the deep part of the object, and a transmission ultrasonic pulse transmitted through the object and reaching the back surface of the object. Means for receiving a pulse echo signal reflected on the back side of the object or at an acoustic impedance boundary inside the object on the surface side of the object and converting it to an electric signal; and storing means for storing a characteristic value of the electric signal And mechanical movement means for mechanically moving the focal point of the secondary point sound source in the region of interest on the surface of the object in a direction orthogonal to the plane while storing the in-plane coordinates of the focal point in the storage means, The characteristic value of the electrical signal stored in the storage means and And an image construction means for constructing an ultrasonic image by taking the correlation between the in-plane coordinates of runner-up sound.

本発明の一実施の形態に係る超音波画像構築方法は、集束超音波発生手段によって、被測定媒体の表面から離間した第1の音源から超音波を出力し、集束点位置合せ手段によって、被測定媒体の表面に第1の音源の音響焦点を結ぶようにして第2の音源を形成し、第2の音源によって、被測定媒体の内部を伝搬する伝搬超音波を生成し、受信手段によって、伝搬超音波を受信して、画像形成のための信号処理を行うことによって超音波診断画像を構築する。
本発明の他の実施の形態に係る超音波画像構築方法は、集束超音波発生手段によって、被測定媒体の表面から離間した第1の音源から超音波を出力し、集束点位置合せ手段によって、被測定媒体の表面に第1の音源の音響焦点を結ぶようにして第2の音源を形成して被測定媒体の表面形状を記憶する段階と、集束点位置合せ手段によって、記憶した被測定媒体の表面に沿って再度第2の音源を形成し、第2の音源によって被測定媒体の内部を伝搬する伝搬超音波を生成し、伝搬超音波を受信して、画像形成のための信号処理を行うことによって超音波診断画像を構築する段階とを有する。
An ultrasonic image construction method according to an embodiment of the present invention outputs an ultrasonic wave from a first sound source separated from the surface of a medium to be measured by a focused ultrasonic wave generation unit, and is focused by a focusing point alignment unit. A second sound source is formed so as to connect the acoustic focal point of the first sound source to the surface of the measurement medium, and a propagating ultrasonic wave propagating through the medium to be measured is generated by the second sound source. An ultrasonic diagnostic image is constructed by receiving propagating ultrasonic waves and performing signal processing for image formation.
In an ultrasonic image construction method according to another embodiment of the present invention, ultrasonic waves are output from a first sound source separated from the surface of a medium to be measured by focused ultrasonic wave generation means, and focused point alignment means A step of forming a second sound source so as to connect the acoustic focus of the first sound source to the surface of the medium to be measured and storing the surface shape of the medium to be measured, and a medium to be measured stored by the focusing point alignment means A second sound source is formed again along the surface of the substrate, a propagation ultrasonic wave propagating through the medium to be measured is generated by the second sound source, the propagation ultrasonic wave is received, and signal processing for image formation is performed. Constructing an ultrasound diagnostic image by performing.

本出願に係る第1の発明は、被測定媒体の表面から離間した位置に配置されて、1次音源としての集束超音波を発生する集束超音波発生手段と、上記集束超音波発生手段によって照射された集束超音波を上記被測定媒体の表面直下に集束点を有するように制御する集束点位置合せ手段とを備える超音波診断装置である。According to a first aspect of the present application, a focused ultrasonic wave generation unit that generates a focused ultrasonic wave as a primary sound source that is disposed at a position separated from the surface of the medium to be measured, and the focused ultrasonic wave generation unit emits light. And a focusing point alignment unit that controls the focused ultrasound so as to have a focusing point immediately below the surface of the medium to be measured.
また、本出願に係る第2の発明は、上記集束超音波発生手段と上記集束点位置合せ手段とをそれぞれ含む複数の集束超音波制御回路ユニットを備え、上記複数の集束超音波制御回路ユニットによって、上記被測定媒体の表面に超音波を集束させて複数の2次音源を形成し、該2次音源に基づいて被測定媒体の内部を伝搬する2次送信超音波によって形成される合成波面を制御する送信ビームフォーミング手段を更に備えることを特徴とする上記第1の発明に記載の超音波診断装置である。A second invention according to the present application includes a plurality of focused ultrasound control circuit units each including the focused ultrasound generation means and the focus point alignment means, and the plurality of focused ultrasound control circuit units includes the plurality of focused ultrasound control circuit units. A synthetic wavefront formed by secondary transmission ultrasonic waves that are propagated in the medium to be measured based on the secondary sound source is formed by focusing ultrasonic waves on the surface of the medium to be measured. The ultrasonic diagnostic apparatus according to the first aspect, further comprising transmission beam forming means for controlling.
さらに、本出願に係る第3の発明は、上記集束点位置合せ手段は、上記集束点の位置を上記集束超音波の伝搬方向に沿って可変する集束点位置可変手段を含むことを特徴とする上記第1の発明に記載の超音波診断装置である。Furthermore, the third invention according to the present application is characterized in that the focusing point positioning means includes focusing point position varying means for varying the position of the focusing point along the propagation direction of the focused ultrasound. The ultrasonic diagnostic apparatus according to the first invention.
また、本出願に係る第4の発明は、上記集束点位置可変手段は、超音波トランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサエレメントを駆動する信号ごとに位相差を与える位相差制御手段を有することを特徴とする上記第3の発明に記載の超音波診断装置である。According to a fourth aspect of the present invention, the focusing point position varying unit includes a phase difference control unit that gives a phase difference for each signal that drives a plurality of ultrasonic transducer elements constituting the ultrasonic transducer array. An ultrasonic diagnostic apparatus according to the third aspect of the invention.
さらに、本出願に係る第5の発明は、上記超音波トランスデューサアレイは、湾曲した2次元アレイ構造のコンポジット圧電振動子と、該コンポジット圧電振動子の超音波送受側に同じ曲率で湾曲し接合配置させた音響整合層と、該コンポジット圧電振動子の超音波送受側と反対側に、その表面が同じ曲率半径の凹曲面を有し、該コンポジット圧電振動子の超音波送受側と反対側の面に接合されたバッキング層とを含むことを特徴とする上記第4の発明に記載の超音波診断装置である。Further, according to a fifth aspect of the present application, the ultrasonic transducer array includes a curved composite piezoelectric vibrator having a two-dimensional array structure, and a curved and bonded arrangement with the same curvature on the ultrasonic transmission / reception side of the composite piezoelectric vibrator. The surface of the acoustic matching layer and the surface opposite to the ultrasonic transmission / reception side of the composite piezoelectric vibrator have a concave curved surface having the same radius of curvature, and the surface opposite to the ultrasonic transmission / reception side of the composite piezoelectric vibrator The ultrasonic diagnostic apparatus according to the fourth aspect, further comprising a backing layer bonded to the substrate.
また、本出願に係る第6の発明は、上記超音波トランスデューサアレイは、リニアアレイ、セクターアレイ、アニュラアレイのいずれか、又はこれらを複合したビーム走査ができる構造であることを特徴とする上記第4の発明に記載の超音波診断装置である。According to a sixth invention of the present application, the ultrasonic transducer array is a linear array, a sector array, an annular array, or a structure capable of performing beam scanning combining these. 4 is an ultrasonic diagnostic apparatus according to the invention.
さらに、本出願に係る第7の発明は、上記集束点位置合せ手段は、上記超音波トランスデューサアレイと、上記被測定媒体の表面との距離を計測する離間距離計測手段を更に有し、上記離間距離計測手段は、上記位相差制御手段に上記距離の情報をフィードバックすることによって離間距離を計測することを特徴とする上記第4の発明に記載の超音波診断装置である。Further, according to a seventh aspect of the present application, the focusing point alignment unit further includes a separation distance measuring unit that measures a distance between the ultrasonic transducer array and the surface of the medium to be measured. The distance measuring means is the ultrasonic diagnostic apparatus according to the fourth invention, wherein the distance is measured by feeding back the distance information to the phase difference control means.
また、本出願に係る第8の発明は、上記被測定媒体を透過した上記2次送信超音波の合成波面からなる合成超音波ビームを、該被測定媒体の表面とは反対側の面で、透過超音波として非接触で検出する非接触検出手段を更に備えることを特徴とする上記第2の発明に記載の超音波診断装置である。Further, an eighth invention according to the present application is directed to a synthetic ultrasonic beam composed of a synthetic wavefront of the secondary transmission ultrasonic wave transmitted through the measured medium, on a surface opposite to the surface of the measured medium, The ultrasonic diagnostic apparatus according to the second aspect, further comprising non-contact detection means for detecting non-contact as transmitted ultrasonic waves.
さらに、本出願に係る第9の発明は、上記被測定媒体を伝搬する合成超音波ビームが音響インピーダンス境界で反射することによって得られるパルスエコー信号を該被測定媒体の表面側で非接触で検出する非接触検出手段を更に備えることを特徴とする上記第2の発明に記載の超音波診断装置である。Furthermore, a ninth invention according to the present application detects, in a non-contact manner, a pulse echo signal obtained by reflecting a synthetic ultrasonic beam propagating through the measured medium at an acoustic impedance boundary on the surface side of the measured medium. The ultrasonic diagnostic apparatus according to the second aspect of the present invention, further comprising non-contact detection means.
また、本出願に係る第10の発明は、上記集束超音波発生手段は、超音波トランスデューサと、上記超音波トランスデューサに振幅変調電圧信号を印加する駆動制御手段とを有することを特徴とする上記第1の発明に記載の超音波診断装置である。The tenth invention according to the present application is characterized in that the focused ultrasonic wave generating means includes an ultrasonic transducer and drive control means for applying an amplitude modulation voltage signal to the ultrasonic transducer. An ultrasonic diagnostic apparatus according to the first aspect of the invention.
さらに、本出願に係る第11の発明は、集束超音波を発生する集束超音波発生手段と、上記集束超音波発生手段によって照射された集束超音波を被測定媒体の表面直下に位置するように制御する集束点位置合せ手段と、上記集束点位置合せ手段によって上記被測定媒体の表面直下に形成される2次音源に基づいて該被測定媒体の内部を伝搬する2次送信超音波パルスを、該被測定媒体の内部の関心領域に対して1次元又は2次元に走査して、該関心領域における該2次送信超音波パルスの裏面への透過超音波パルス、又は音響インピーダンス境界で反射したパルスエコー信号の特徴値に基づいて画像形成する画像形成手段とを備える超音波診断装置である。Furthermore, an eleventh invention according to the present application is directed to a focused ultrasonic wave generating means for generating a focused ultrasonic wave and the focused ultrasonic wave irradiated by the focused ultrasonic wave generating means so that the focused ultrasonic wave is located immediately below the surface of the measured medium. Focusing point alignment means for controlling, and a secondary transmission ultrasonic pulse propagating in the measured medium based on a secondary sound source formed immediately below the surface of the measured medium by the focusing point alignment means, A one-dimensional or two-dimensional scan with respect to a region of interest inside the measured medium, and a transmitted ultrasonic pulse to the back surface of the secondary transmission ultrasonic pulse in the region of interest, or a pulse reflected at an acoustic impedance boundary An ultrasonic diagnostic apparatus includes an image forming unit that forms an image based on a feature value of an echo signal.
また、本出願に係る第12の発明は、上記特徴値は、上記透過超音波パルス又は上記パルスエコー信号の最大振幅値を含むことを特徴とする上記第11の発明に記載の超音波診断装置である。According to a twelfth aspect of the present invention, in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the eleventh aspect, the characteristic value includes a maximum amplitude value of the transmitted ultrasonic pulse or the pulse echo signal. It is.
さらに、本出願に係る第13の発明は、上記特徴値は、上記透過超音波パルス又は上記パルスエコー信号の高調波成分の最大振幅値を含むことを特徴とする上記第11の発明に記載の超音波診断装置である。Furthermore, in a thirteenth aspect of the present application, the feature value includes a maximum amplitude value of a harmonic component of the transmitted ultrasonic pulse or the pulse echo signal. This is an ultrasonic diagnostic apparatus.
また、本出願に係る第14の発明は、上記特徴値は、上記透過超音波パルス又は上記パルスエコー信号の基本波成分の位相検波値を含むことを特徴とする上記第11の発明に記載の超音波診断装置である。According to a fourteenth aspect of the present invention, in the eleventh aspect, the feature value includes a phase detection value of a fundamental component of the transmitted ultrasonic pulse or the pulse echo signal. This is an ultrasonic diagnostic apparatus.
さらに、本出願に係る第15の発明は、上記特徴値は、上記透過超音波パルス又は上記パルスエコー信号の高調波成分の位相検波値を含むことを特徴とする上記第11の発明に記載の超音波診断装置である。Furthermore, a fifteenth aspect of the present invention is the fifteenth aspect according to the eleventh aspect, wherein the characteristic value includes a phase detection value of a harmonic component of the transmitted ultrasonic pulse or the pulse echo signal. This is an ultrasonic diagnostic apparatus.
また、本出願に係る第16の発明は、対象物の表面に離間した空中位置から該対象物の表面直下に2次点音源を形成する集束超音波発生手段と、上記2次点音源から上記対象物の深部に向かって2次送信超音波パルスを発生させる手段と、上記2次送信超音波パルスが上記対象物を透過して該対象物の裏面に到達した透過超音波パルスを該対象物の裏面側で、又は、該対象物の内部にある音響インピーダンス境界で反射したパルスエコー信号を該対象物の表面側で受信し、電気信号に変換する手段と、上記電気信号の特徴値を記憶する記憶手段と、上記対象物の表面の関心領域範囲で上記2次点音源の焦点が面内の直交した方向に該焦点の面内座標を上記記憶手段に記憶させながら機械的に相対的移動させる機械的移動手段と、上記記憶手段に記憶した電気信号の特徴値と2次点音源の面内座標の間の相関をとることによって超音波画像を構築する画像構築手段とを備えることを特徴とした超音波診断装置である。According to a sixteenth aspect of the present application, the focused ultrasonic wave generating means for forming a secondary point sound source directly below the surface of the object from an aerial position separated from the surface of the object, and the secondary point sound source described above. Means for generating a secondary transmission ultrasonic pulse toward a deep part of the object, and a transmitted ultrasonic pulse transmitted through the object and reaching the back surface of the object by the secondary transmission ultrasonic pulse. Means for receiving a pulse echo signal reflected at an acoustic impedance boundary inside the object or on the surface side of the object and converting it to an electric signal, and storing a characteristic value of the electric signal And a relative movement mechanically while the in-plane coordinates of the focal point are stored in the storage means in the orthogonal direction in the plane within the region of interest on the surface of the object. And mechanical storage means for storing the storage means Feature value of the stored electrical signals and by taking the correlation between the in-plane coordinates of secondary point source is an ultrasonic diagnostic apparatus characterized by comprising an image construction means for constructing an ultrasonic image.
さらに、本出願に係る第17の発明は、集束超音波発生手段によって、被測定媒体の表面から離間した第1の音源から超音波を送信し、集束点位置合せ手段によって、上記被測定媒体の表面に上記第1の音源の音響焦点を結ぶようにして第2の音源を形成し、上記第2の音源によって、上記被測定媒体の内部を伝搬する透過又は反射超音波パルスを生成し、受信手段によって、透過又は反射超音波パルスを受信して、画像形成のための信号処理を行うことによって超音波診断画像を構築する超音波画像構築方法である。Furthermore, in a seventeenth aspect of the present application, ultrasonic waves are transmitted from the first sound source spaced from the surface of the medium to be measured by the focused ultrasonic wave generating means, and the measurement medium is measured by the focusing point alignment means. A second sound source is formed so that the acoustic focal point of the first sound source is connected to the surface, and a transmitted or reflected ultrasonic pulse propagating through the measured medium is generated by the second sound source and received. An ultrasonic image construction method for constructing an ultrasonic diagnostic image by receiving transmitted or reflected ultrasonic pulses by means and performing signal processing for image formation.
また、本出願に係る第18の発明は、上記生成された2次送信超音波を、上記被測定媒体の内部にある関心領域に対して1次元又は2次元に走査することを特徴とする上記第17の発明に記載の超音波画像構築方法である。The eighteenth invention according to the present application is characterized in that the generated secondary transmission ultrasonic wave is scanned one-dimensionally or two-dimensionally with respect to a region of interest inside the measured medium. An ultrasonic image construction method according to the seventeenth invention.
さらに、本出願に係る第19の発明は、上記第2の音源は、上記第1の音源による集束超音波を用いた音響放射圧に基づくことを特徴とする上記第17の発明に記載の超音波画像構築方法である。Further, according to a nineteenth aspect of the present application, the second sound source is based on an acoustic radiation pressure using a focused ultrasonic wave generated by the first sound source. This is a sound image construction method.
また、本出願に係る第20の発明は、集束超音波発生手段によって、被測定媒体の表面から離間した第1の音源から超音波を送信し、集束点位置合せ手段によって、該被測定媒体の表面に上記第1の音源の音響焦点を結ぶようにして第2の音源を形成して該被測定媒体の表面形状を記憶する段階と、上記集束点位置合せ手段によって、上記記憶した被測定媒体の表面に沿って再度第2の音源を形成し、該第2の音源によって上記被測定媒体の内部を伝搬する超音波を生成し、透過又は反射超音波パルスを受信して、画像形成のための信号処理を行うことによって超音波診断画像を構築する段階とを有する超音波画像構築方法である。According to a twentieth aspect of the present application, ultrasonic waves are transmitted from the first sound source spaced from the surface of the medium to be measured by the focused ultrasonic wave generation means, and the measurement medium is measured by the focusing point alignment means. Forming a second sound source so as to connect the acoustic focus of the first sound source to the surface and storing the surface shape of the measured medium; and storing the measured medium by the focusing point alignment means A second sound source is formed again along the surface of the substrate, an ultrasonic wave propagating through the medium to be measured is generated by the second sound source, a transmitted or reflected ultrasonic pulse is received, and an image is formed. And constructing an ultrasound diagnostic image by performing the signal processing.

本発明によれば、表面又はその直下に集束点を有する集束超音波によって2次音源が被測定媒体を伝搬する伝搬超音波を生成するので、非接触で超音波診断画像を構築することができる。   According to the present invention, since the secondary sound source generates propagating ultrasonic waves that propagate through the medium to be measured by focused ultrasonic waves having a focusing point at or just below the surface, an ultrasonic diagnostic image can be constructed without contact. .

本発明が適用された超音波診断装置を用いた超音波診断の手法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the method of the ultrasonic diagnosis using the ultrasonic diagnostic apparatus with which this invention was applied. 本発明が適用された超音波診断装置の構成例の主要部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part of the structural example of the ultrasonic diagnosing device to which this invention was applied. 本発明が適用された超音波診断装置の構成例のうち画像構築の部分を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the part of image construction among the structural examples of the ultrasound diagnosing device to which this invention was applied. 本発明が適用された超音波診断装置に用いる集束型超音波トランスデューサの構成例を概念的に示す図であり、(A)は正面図、(B)は各トランスデューサエレメントの配線を示す斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows notionally the structural example of the focusing-type ultrasonic transducer used for the ultrasound diagnosing device with which this invention was applied, (A) is a front view, (B) is a perspective view which shows the wiring of each transducer element. is there. 本発明が適用された超音波診断装置に用いる集束型超音波トランスデューサアレイの他の構造例を示す図であり、(A)は平面図、(B)は(A)図のAA’線における断面図、(C)は(A)図のBB’線における断面図である。It is a figure which shows the other structural example of the focusing-type ultrasonic transducer array used for the ultrasonic diagnosing device to which this invention was applied, (A) is a top view, (B) is the cross section in the AA 'line of (A) figure. FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. 本発明の超音波診断装置の動作原理である音響放射圧を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the acoustic radiation pressure which is an operation principle of the ultrasonic diagnostic apparatus of this invention. 本発明の超音波診断装置の動作原理である音響放射圧を利用した2次音源による伝搬超音波生成を説明するための模式図である。(A)図は、伝搬超音波を送信する状態を示し(B)図は、被測定対象物で反射された超音波エコーを受信する状態を示す。It is a schematic diagram for demonstrating the propagation ultrasonic wave generation by the secondary sound source using the acoustic radiation pressure which is the operation principle of the ultrasonic diagnostic apparatus of this invention. (A) The figure shows the state which transmits a propagation ultrasonic wave, (B) The figure shows the state which receives the ultrasonic echo reflected by the to-be-measured object. 音響放射圧を生成するためのサイン波の振幅変調波の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the amplitude modulation wave of a sine wave for producing | generating an acoustic radiation pressure. 本発明の超音波診断装置において、生体内を伝搬する伝搬超音波の波形の例を示す概念図である。(A)図、(B)図、(C)図の順で粘弾性特性が大きくなる場合の伝搬超音波の波形である。It is a conceptual diagram which shows the example of the waveform of the propagation ultrasonic wave which propagates in the biological body in the ultrasonic diagnostic apparatus of this invention. It is a waveform of the propagation ultrasonic wave when a viscoelastic characteristic becomes large in order of (A) figure, (B) figure, and (C) figure. 本発明の超音波診断装置において、体表に2次音源を生成する過程を説明するための概念図である。In the ultrasonic diagnostic apparatus of this invention, it is a conceptual diagram for demonstrating the process which produces | generates a secondary sound source on a body surface. 集束型超音波トランスデューサアレイから発信される信号の遅延時間のパターンを変化させることによって、体表で反射されて受信される出力信号パターンの大きさを測定して体表上の焦点位置を探索する手順を説明するための図である。(A)図及び(B)図は、遅延時間パターンの異なる発信信号波形を示す図である。(C)図は、(A)図に対応する受信信号の出力信号パターンを示す図であり、(D)図は、(B)図に対応する受信信号の出力信号パターンを示す図である。The focal position on the body surface is searched by measuring the size of the output signal pattern reflected and received by the body surface by changing the delay time pattern of the signal transmitted from the focused ultrasonic transducer array. It is a figure for demonstrating a procedure. (A) The figure and (B) figure are figures which show the transmission signal waveform from which a delay time pattern differs. (C) is a figure which shows the output signal pattern of the received signal corresponding to (A) figure, (D) figure is a figure which shows the output signal pattern of the received signal corresponding to (B) figure. 集束型超音波トランスデューサアレイによって形成された2次音源が体内を伝搬して合成波面を形成することを説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating that the secondary sound source formed by the focusing type ultrasonic transducer array propagates through the body to form a composite wavefront. 伝搬超音波によって超音波画像構築が可能であることを示す実験のための環境の概略図である。It is the schematic of the environment for experiment which shows that an ultrasonic image construction is possible by a propagation ultrasonic wave. (A)は、図12の構成で、40kHzの伝搬超音波を用いて測定された超音波画像の測定値である。(B)は、40kHzの伝搬超音波を用いた超音波画像のコンピュータシミュレーション値である。(C)は、400kHzの伝搬超音波を用いた超音波画像のコンピュータシミュレーション値である。(A) is the measurement value of the ultrasonic image measured using the propagation ultrasonic wave of 40 kHz in the configuration of FIG. (B) is a computer simulation value of an ultrasonic image using 40 kHz propagation ultrasonic waves. (C) is a computer simulation value of an ultrasonic image using 400 kHz propagating ultrasonic waves.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は、以下の順序にしたがって行う。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be made in the following order.

1.超音波診断システムの構成例
2.超音波診断装置の構成例
2−1.超音波診断装置の回路構成例
2−2.超音波トランスデューサの構成例
3.動作原理及び動作
3−1.2次音源の形成
3−2.集束点制御
3−3.超音波ビームフォーミング
3−4.受信ビームフォーミング
4.模擬実験
1. 1. Configuration example of ultrasonic diagnostic system Configuration example of ultrasonic diagnostic apparatus 2-1. Circuit configuration example of ultrasonic diagnostic apparatus 2-2. 2. Configuration example of ultrasonic transducer Operation principle and operation 3-1. Formation of secondary sound source 3-2. Focusing point control 3-3. Ultrasonic beam forming 3-4. Receive beamforming 4. Mock experiment

1.超音波診断システムの構成例
本発明が適用された超音波診断装置1が用いられた超音波診断システム40は、図1に示すように、たとえば天井裏に設置された超音波診断装置本体1aと、超音波診断装置本体1aから延びる配線2aが多関節マニピュレータ7a,7b,7c,7d内を通って接続される集束型超音波トランスデューサアレイ50を有する超音波プローブ50aとを備えている。超音波診断システム40は、超音波プローブ50aによって取得した超音波画像構築のためのデータに信号処理を行い、配線2bを介して接続されるモニタ32に表示する。
1. Configuration Example of Ultrasonic Diagnostic System As shown in FIG. 1, an ultrasonic diagnostic system 40 using the ultrasonic diagnostic apparatus 1 to which the present invention is applied includes, for example, an ultrasonic diagnostic apparatus main body 1a installed on the back of a ceiling. And an ultrasonic probe 50a having a focused ultrasonic transducer array 50 to which a wiring 2a extending from the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1a is connected through the multi-joint manipulators 7a, 7b, 7c, and 7d. The ultrasound diagnostic system 40 performs signal processing on the data for constructing an ultrasound image acquired by the ultrasound probe 50a and displays it on the monitor 32 connected via the wiring 2b.

多関節マニピュレータは、天井に固定された固定アーム7dと、固定アーム7dに第1関節8cによって自在に回動可能に接続された第1アーム7cと、第1アーム7cに第2関節によって自在に回動可能に結合された第2アーム7bと、第2アームに第3関節8aによって自在に回動可能に接続された3軸変位アーム7aとを有する。3軸変位アーム7aの先端には、集束型超音波トランスデューサアレイ50を有する超音波プローブ50aが接続される。超音波プローブ50aは、操作者3が一方の手で3軸変位アーム7aを把持して、ベッド9に横臥する被験者6の体表から離間して保持される。3軸変位アーム7aは、水平面に対して常に鉛直方向を維持するように配置されるので、超音波プローブ50aの測定面は、水平面に対して常に水平方向を維持される。多関節マニピュレータ7a,7b,7c,7dの各関節8a,8b,8cによって、操作者3は、被験者6の体表に沿って超音波プローブ50aを水平方向及び鉛直方向に自在に移動することができる。各関節8a,8b,8cには、エンコーダが内蔵されており、超音波プローブ50aの位置は、エンコーダ出力情報に基づいて正確に同定することができる。   The articulated manipulator includes a fixed arm 7d fixed to the ceiling, a first arm 7c connected to the fixed arm 7d by a first joint 8c so as to be freely rotatable, and a first arm 7c freely connected by a second joint. It has the 2nd arm 7b couple | bonded so that rotation was possible, and the 3 axis | shaft displacement arm 7a connected to the 2nd arm so that free rotation was possible by the 3rd joint 8a. An ultrasonic probe 50a having a focusing ultrasonic transducer array 50 is connected to the tip of the triaxial displacement arm 7a. The ultrasonic probe 50 a is held away from the body surface of the subject 6 lying on the bed 9 by the operator 3 holding the triaxial displacement arm 7 a with one hand. Since the triaxial displacement arm 7a is arranged so as to always maintain the vertical direction with respect to the horizontal plane, the measurement surface of the ultrasonic probe 50a is always maintained in the horizontal direction with respect to the horizontal plane. By the joints 8a, 8b, 8c of the multi-joint manipulators 7a, 7b, 7c, 7d, the operator 3 can freely move the ultrasonic probe 50a in the horizontal direction and the vertical direction along the body surface of the subject 6. it can. Each joint 8a, 8b, 8c incorporates an encoder, and the position of the ultrasonic probe 50a can be accurately identified based on the encoder output information.

操作者3は、超音波プローブ50aを動かしてモニタ32を見ながら観測箇所を確認することができる。また、他方の手に持ったリモコン5によって、モニタ32を見ながら超音波診断装置本体1aに対して指示を送信し、画像の描画モード等を制御することもできる。   The operator 3 can confirm the observation location while moving the ultrasonic probe 50a and watching the monitor 32. Further, the remote controller 5 held in the other hand can transmit an instruction to the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1a while looking at the monitor 32 to control the image drawing mode and the like.

なお、図1に示す超音波診断システム40では、超音波プローブ50aを構成する集束型超音波トランスデューサアレイ50が、超音波の発信及び受信を行うトランスデューサとして機能し、超音波の反射波(エコー波)を測定する場合の構成を示している。このほかにも、超音波プローブには、超音波の発信を行う超音波振動子を用い、被験者に対して反対側に設置された超音波受信器を用いて(図1の場合では、ベッド側に設置)、被験者の体内を透過した超音波を測定するようにしてもよいのは言うまでもない。   In the ultrasonic diagnostic system 40 shown in FIG. 1, the focused ultrasonic transducer array 50 constituting the ultrasonic probe 50a functions as a transducer that transmits and receives ultrasonic waves, and reflects reflected ultrasonic waves (echo waves). ) Is shown. In addition, an ultrasonic transducer that transmits ultrasonic waves is used for the ultrasonic probe, and an ultrasonic receiver installed on the opposite side of the subject is used (in the case of FIG. 1, the bed side). Needless to say, ultrasonic waves transmitted through the body of the subject may be measured.

2.超音波診断装置の構成例
上述した超音波診断システム40を構成する本発明が適用された超音波診断装置1は、図2に示すように、超音波を送受信する集束型超音波トランスデューサアレイ50と、集束型超音波トランスデューサアレイ50に接続され、電気信号に変換された超音波信号を入出力する制御回路ユニット10と、制御回路ユニット10に接続され、制御回路ユニット10に対して体内組織のイメージングのための送信用ビームフォーミングを行う体内組織のイメージング用送信ビームフォーマ17とを備える。
2. 2. Configuration Example of Ultrasonic Diagnostic Device As shown in FIG. 2, an ultrasonic diagnostic device 1 to which the present invention constituting the above-described ultrasonic diagnostic system 40 is applied includes a focused ultrasonic transducer array 50 that transmits and receives ultrasonic waves. The control circuit unit 10 is connected to the focusing type ultrasonic transducer array 50 and inputs / outputs an ultrasonic signal converted into an electrical signal. The control circuit unit 10 is connected to the control circuit unit 10 to image a body tissue. And a transmission beamformer 17 for imaging an internal tissue that performs beamforming for transmission.

また、図3に示すように、超音波診断装置1は、制御回路ユニット10からの信号を入力して体内組織のイメージングのための受信用ビームフォームを形成する体内組織のイメージング用受信ビームフォーマ25と、体内組織のイメージング用受信ビームフォーマ25からの信号に対して、パルス圧縮、位相検波、フィルタリング等の信号処理を行う信号処理部29と、信号処理部29において信号処理された画像信号にしたがって表示画像構築を行うスキャンコンバータ30と、スキャンコンバータ30の出力信号に基づいて所定の画像処理を行う画像処理部31と、画像処理部31によって処理が施された画像信号を表示するモニタ32とを備える。   As shown in FIG. 3, the ultrasonic diagnostic apparatus 1 inputs a signal from the control circuit unit 10 and forms a reception beamform for imaging a body tissue. And a signal processing unit 29 that performs signal processing such as pulse compression, phase detection, filtering, and the like on the signal from the reception beamformer 25 for imaging internal tissue, and an image signal that is signal-processed by the signal processing unit 29 A scan converter 30 that performs display image construction, an image processing unit 31 that performs predetermined image processing based on an output signal of the scan converter 30, and a monitor 32 that displays an image signal processed by the image processing unit 31 Prepare.

体内組織のイメージング用送信ビームフォーマ17及び体内組織のイメージング用受信ビームフォーマ25は、超音波診断装置1の動作を設定し、測定の手順等を司る処理部(CPU,Central Processing Unit)26と、処理部26が実行する命令を展開し、処理データを格納する記憶部(メモリ)27とともにバス28に接続され、バス28を介して、処理部26からの命令の実行、処理等を行う。処理部26は、たとえばマイクロプロセサやマイクロコントローラ等であり、記憶部27は、マイクロプロセサに内蔵された揮発性メモリあるいは不揮発性メモリである。記憶部27は、マイクロプロセサに外付けされた揮発性メモリあるいは不揮発性メモリであってもよい。バス28は、マイクロコンピュータシステムにおいて標準的に用いられるバス、たとえばISAバスやPCIバス等でもよく、専用に設計されたバスであってもよい。なお、バス28を介して、処理部26及び記憶部27が別体の、たとえばスタンドアロンのパーソナルコンピュータやワークステーションが接続されるように構成されてもよい。   The internal tissue imaging transmission beamformer 17 and the internal tissue imaging reception beamformer 25 set the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 and a processing unit (CPU, Central Processing Unit) 26 that manages the measurement procedure and the like, An instruction executed by the processing unit 26 is expanded and connected to a bus 28 together with a storage unit (memory) 27 for storing processing data, and the instruction from the processing unit 26 is executed and processed via the bus 28. The processing unit 26 is, for example, a microprocessor or a microcontroller, and the storage unit 27 is a volatile memory or a non-volatile memory built in the microprocessor. The storage unit 27 may be a volatile memory or a non-volatile memory externally attached to the microprocessor. The bus 28 may be a standard bus used in a microcomputer system, such as an ISA bus or a PCI bus, or may be a bus designed for exclusive use. Note that the processing unit 26 and the storage unit 27 may be configured to be connected separately via the bus 28, for example, a stand-alone personal computer or a workstation.

制御回路ユニット10は、本発明が適用された超音波診断装置1の中核をなすユニットである。制御回路ユニット10は、複数個のトランスデューサエレメント61が1次元状に配列されたカラムアレイ60ごとに用意され、対応するカラムアレイ60に接続される。   The control circuit unit 10 is a unit that forms the core of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 to which the present invention is applied. The control circuit unit 10 is prepared for each column array 60 in which a plurality of transducer elements 61 are arranged one-dimensionally, and is connected to the corresponding column array 60.

制御回路ユニット10は、図2の破線内のブロック図で示されるように、体内組織の超音波画像イメージングを行うための伝搬超音波ビームの形態を設定する体内組織のイメージング用送信ビームフォーマ17が生成する信号に基づいて、送信ビームステアリング及び/又は送信ビームフォーミング用の遅延時間のパターンを生成するビームステアリング用遅延時間パターン生成部15と、被験者6の体表又はその直下に2次音源を形成するための集束点距離制御用の遅延時間のパターンを生成する2次音源形成用遅延時間パターン生成部16とを有する。制御回路ユニット10は、ビームステアリング用遅延時間パターン生成部15及び2次音源形成用遅延時間パターン生成部16で生成された遅延時間パターンを遅延加算する遅延時間加算部14を有する。また、遅延時間加算部14の出力信号をサイン波の振幅変調波に変換して被験者6の体表に2次音源を形成する2次音源形成用送信ビームフォーマ13を有している。2次音源形成用送信ビームフォーマ13が出力する振幅変調波は、トランスデューサエレメント61を駆動することができる振幅に増幅するパルサに送られて、それぞれのトランスデューサエレメント61を駆動する。制御回路ユニット10は、1列分のカラムアレイユニット60を構成するトランスデューサエレメント61の個数分だけパルサを配列したパルサアレイ12を有する。パルサアレイ12の出力は、マルチプレクサ11を経由して、配線束70によって集束型超音波トランスデューサアレイ50を構成するそれぞれのトランスデューサエレメント61に供給される。   As shown in the block diagram within the broken line in FIG. 2, the control circuit unit 10 includes a transmission beamformer 17 for imaging an internal tissue that sets the form of a propagating ultrasonic beam for performing ultrasonic image imaging of the internal tissue. Based on the signal to be generated, a beam steering delay time pattern generation unit 15 that generates a delay time pattern for transmission beam steering and / or transmission beam forming, and a secondary sound source is formed on the body surface of the subject 6 or immediately below it. And a delay time pattern generation unit 16 for forming a secondary sound source for generating a delay time pattern for controlling the focal point distance. The control circuit unit 10 includes a delay time addition unit 14 that delay-adds the delay time patterns generated by the beam steering delay time pattern generation unit 15 and the secondary sound source formation delay time pattern generation unit 16. Further, it has a transmission beamformer 13 for forming a secondary sound source that converts the output signal of the delay time adding unit 14 into an amplitude-modulated wave of a sine wave and forms a secondary sound source on the body surface of the subject 6. The amplitude-modulated wave output from the transmission beamformer 13 for forming the secondary sound source is sent to a pulser that amplifies the amplitude so that the transducer element 61 can be driven, and drives each transducer element 61. The control circuit unit 10 has a pulsar array 12 in which pulsars are arranged by the number of transducer elements 61 constituting the column array unit 60 for one column. The output of the pulsar array 12 is supplied via the multiplexer 11 to each transducer element 61 constituting the focused ultrasonic transducer array 50 by the wire bundle 70.

上述した超音波を発生し、送信する経路とともに、制御回路ユニット10は、超音波を受信し、信号処理する経路を有している。すなわち、制御回路ユニット10は、集束型超音波トランスデューサアレイ50を構成するトランスデューサエレメント61で受信され、電気信号に変換された超音波信号がマルチプレクサ11を介して入力されるレシーバアレイ18と、レシーバアレイ18で信号処理された信号が入力され、それぞれの信号を遅延加算処理する受信ビームフォーマ19とを有する。受信ビームフォーマ19の出力は、SW20を介して、受信信号の最大値を検出する最大値検出部21又は受信信号のドップラシフトを検出するドップラシフト検出部23に選択的に接続される。体表に超音波を集束させる超音波集束モードの場合には、集束型超音波トランスデューサアレイ50を有する超音波プローブ50aと被験者6の体表との離間距離を測定し、SW20は、受信ビームフォーマ19の出力が最大値検出部21と接続するように制御信号入力用端子201を有したSW20を介して制御される。また、被験者6の体表に超音波を集束させ、2次音源を形成して、被験者の体内を伝搬する伝搬超音波によって超音波画像構築する超音波画像構築モードの場合には、SW20は、受信ビームフォーマ19の出力がドップラシフト検出部23に接続されるように制御される。SW20の制御は、好ましくは、制御信号入力用端子201を有したsw20を介して処理部26の指示にしたがって実行される。   Along with the path for generating and transmitting the above-described ultrasonic wave, the control circuit unit 10 has a path for receiving the ultrasonic wave and processing the signal. That is, the control circuit unit 10 includes a receiver array 18 to which an ultrasonic signal received by the transducer element 61 constituting the converging ultrasonic transducer array 50 and converted into an electric signal is input via the multiplexer 11, and a receiver array. 18 includes a reception beamformer 19 that receives the signal processed at 18 and performs delay addition processing on each signal. The output of the reception beamformer 19 is selectively connected via the SW 20 to the maximum value detection unit 21 that detects the maximum value of the reception signal or the Doppler shift detection unit 23 that detects the Doppler shift of the reception signal. In the case of the ultrasonic focusing mode in which the ultrasonic wave is focused on the body surface, the separation distance between the ultrasonic probe 50a having the focusing type ultrasonic transducer array 50 and the body surface of the subject 6 is measured. The 19 outputs are controlled via the SW 20 having the control signal input terminal 201 so as to be connected to the maximum value detection unit 21. In the case of an ultrasonic image construction mode in which ultrasonic waves are focused on the body surface of the subject 6 to form a secondary sound source and ultrasonic images are constructed by propagating ultrasonic waves propagating through the subject's body, the SW 20 Control is performed so that the output of the reception beamformer 19 is connected to the Doppler shift detector 23. The control of the SW 20 is preferably executed according to an instruction of the processing unit 26 via the sw 20 having the control signal input terminal 201.

受信ビームフォーマ19が接続された最大値検出部21は、受信信号の最大値を検出して2次音源形成用遅延時間パターン生成部16に入力し、送信信号パターン及び検出された受信信号に基づいて離間距離演算部24によって被験者6の体表と超音波プローブとの離間距離を測定し、バス28を介して処理部26に離間距離情報を伝送する。なお、本明細書では、2次音源とは、実体のあるトランスデューサ等を示すものではなく、前記の集束型超音波トランスデューサアレイ50によって体表に形成された集束点を言うものとする。   The maximum value detection unit 21 connected to the reception beamformer 19 detects the maximum value of the reception signal and inputs it to the secondary sound source formation delay time pattern generation unit 16, and based on the transmission signal pattern and the detected reception signal. Then, the separation distance calculation unit 24 measures the separation distance between the body surface of the subject 6 and the ultrasonic probe, and transmits the separation distance information to the processing unit 26 via the bus 28. In this specification, the secondary sound source does not indicate a substantial transducer or the like, but refers to a focusing point formed on the body surface by the focusing ultrasonic transducer array 50.

受信ビームフォーマ19が接続されたドップラシフト検出部23の出力は、ドップラシフトされた周波数を電圧に変換するFV変換部24に入力され、電圧信号に変換された受信信号は、体内組織のイメージング用受信ビームフォーマ25に入力されて画像構築処理がなされる。   The output of the Doppler shift detection unit 23 to which the reception beamformer 19 is connected is input to the FV conversion unit 24 that converts the Doppler shifted frequency into a voltage, and the received signal converted into the voltage signal is used for imaging a body tissue. An image construction process is performed by inputting to the reception beamformer 25.

2−2.超音波トランスデューサの構成例
本発明が適用された超音波診断装置1を構成する集束型超音波トランスデューサアレイ50は、図2に示すように、m行n列の2次元状に配列されたトランスデューサエレメント61を有する。トランスデューサエレメント61が1次元状にm個配列されたカラム集束型超音波トランスデューサアレイユニット(以下、カラムアレイユニットともいう。)60ごとに被験者の体表上に2次音源を形成するように、制御回路ユニット10が接続されるのが好ましい。
2-2. Configuration Example of Ultrasonic Transducer As shown in FIG. 2, a focused ultrasonic transducer array 50 constituting an ultrasonic diagnostic apparatus 1 to which the present invention is applied is a transducer element arranged in a two-dimensional array of m rows and n columns. 61. Control is performed so that a secondary sound source is formed on the body surface of the subject for each column focusing type ultrasonic transducer array unit (hereinafter also referred to as a column array unit) 60 in which m transducer elements 61 are arranged one-dimensionally. The circuit unit 10 is preferably connected.

トランスデューサエレメント61は、超音波振動子からなり、材料や構成が特に限定されるものではなく周知のものを制限なく用いることができる。たとえば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等のセラミクス材料によるものであってもよく、多孔質ポリプロピレン(セルラーPP)、強誘電性ポリマPVDF(ポリフッ化ビニリデン、PolyVinylidene DiFluoride)のような樹脂系材料のものであっても、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶でもよい。   The transducer element 61 is composed of an ultrasonic vibrator, and the material and configuration are not particularly limited, and any known element can be used without limitation. For example, it may be made of a ceramic material such as PZT (lead zirconate titanate), or a resin-based material such as porous polypropylene (cellular PP) or ferroelectric polymer PVDF (polyvinylidene fluoride). It may be a piezoelectric single crystal such as lithium niobate.

図4(A)に示すように、集束点軸63上のいずれかの位置に超音波の集束点を形成するように、カラムアレイユニット60は、集束点軸63を対称軸とする凹曲線状に基材62上に配列される複数のトランスデューサエレメント61によって構成される。   As shown in FIG. 4A, the column array unit 60 has a concave curve shape with the focusing point axis 63 as a symmetric axis so as to form an ultrasonic focusing point at any position on the focusing point axis 63. The plurality of transducer elements 61 are arranged on the base material 62.

カラムアレイユニット60を構成する各トランスデューサエレメント61は、後述するように、集束点軸63上に超音波が集束するように、それぞれ位相差を有する信号で駆動される。ここで、各トランスデューサエレメント61は、それぞれ集束点軸63に対して対称になるように配列されることによって、対称位置にあるトランスデューサエレメント61が同位相で駆動でき、接続配線の本数を減らすことができる。すなわち、図4(B)に示すように、集束点軸63上のトランスデューサエレメント61aは、接続配線71aを有しており、トランスデューサエレメント61aに隣接するトランスデューサエレメント61b1,61b2は、同位相で駆動されるため同一の接続配線71bを有する。同様にトランスデューサエレメント61b1,61b2にそれぞれ隣接し、集束点軸63に対して対称位置にあるトランスデューサエレメント61c1,61c2は、同一の接続配線71cによって、同位相の信号で駆動される。以下同様にして最外のトランスデューサエレメント61n1,61n2まで、同一の接続配線71nによって駆動される。このような配線とすることによって、超音波を集束軸63上に集束させることができる。   As will be described later, each transducer element 61 constituting the column array unit 60 is driven by a signal having a phase difference so that the ultrasonic wave is focused on the focusing point axis 63. Here, by arranging the transducer elements 61 so as to be symmetrical with respect to the focusing point axis 63, the transducer elements 61 at the symmetrical positions can be driven in the same phase, and the number of connection wirings can be reduced. it can. That is, as shown in FIG. 4B, the transducer element 61a on the focusing point axis 63 has a connection wiring 71a, and the transducer elements 61b1 and 61b2 adjacent to the transducer element 61a are driven in the same phase. Therefore, the same connection wiring 71b is provided. Similarly, the transducer elements 61c1 and 61c2 that are adjacent to the transducer elements 61b1 and 61b2 and are symmetrical with respect to the focusing point axis 63 are driven with the same phase signal by the same connection wiring 71c. Similarly, the outermost transducer elements 61n1 and 61n2 are driven by the same connection wiring 71n. By using such wiring, the ultrasonic wave can be focused on the focusing axis 63.

多数のトランスデューサエレメント61は2次元状に配列されて、集束型超音波トランスデューサアレイ50を構成することに代えて、cMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer、静電容量型マイクロマシンプロセスを用いて製造した超音波トランスデューサ)のように、単一の基材上に多数のトランスデューサエレメントを形成して、より小型化、軽量化を実現することもできる。   A large number of transducer elements 61 are arranged in a two-dimensional manner, and instead of constructing a focused ultrasonic transducer array 50, an ultrasonic transducer manufactured using a capacitive micromachined process (cMUT). ), A large number of transducer elements can be formed on a single substrate to achieve further miniaturization and weight reduction.

単一基材上に多数のトランスデューサエレメントが形成された集束型超音波トランスデューサとして、コンポジット圧電体を用いることによって、凹曲面の形成が容易になり、好ましい。   The use of a composite piezoelectric body as a focusing type ultrasonic transducer in which a large number of transducer elements are formed on a single substrate facilitates the formation of a concave curved surface, which is preferable.

図5(A)〜図5(C)に示すように、コンポジット圧電体による集束型超音波トランスデューサアレイ80は、コンポジット圧電体82を有する。コンポジット圧電体82は、周知の構成とすることができ、たとえば圧電体層上に形成された多数の微細柱状圧電素子である圧電ピラーと、その圧電ピラーの周囲を柔軟性樹脂で充填された構造となっている。コンポジット圧電体82は、片面が共通接地電極83であり、共通接地電極83は、通常、超音波送受面側に配置される。反対側の面、すなわちバッキング層85側の面に配置される分割電極81は、図5(A)に示すように2次元に配列される。コンポジット圧電体82の圧電ピラーを埋める樹脂には、エポキシ等の高分子樹脂等の柔軟性のある樹脂を用いることができる。コンポジット圧電体82は、前述のように微細柱状圧電素子である圧電ピラーが柔軟性樹脂で連結された板状の圧電振動子であるため、容易に湾曲構造が実現でき、加えて同形状の圧電セラミクス板では実現不可能な大きな電気機械変換定数を持つことが特徴である。   As shown in FIG. 5A to FIG. 5C, the focused ultrasonic transducer array 80 using a composite piezoelectric material has a composite piezoelectric material 82. The composite piezoelectric body 82 can have a well-known configuration, for example, a piezoelectric pillar that is a large number of fine columnar piezoelectric elements formed on a piezoelectric layer, and a structure in which the periphery of the piezoelectric pillar is filled with a flexible resin. It has become. The composite piezoelectric body 82 has a common ground electrode 83 on one side, and the common ground electrode 83 is usually disposed on the ultrasonic transmission / reception surface side. The divided electrodes 81 arranged on the opposite surface, that is, the surface on the backing layer 85 side, are two-dimensionally arranged as shown in FIG. As the resin filling the piezoelectric pillar of the composite piezoelectric body 82, a flexible resin such as a polymer resin such as epoxy can be used. Since the composite piezoelectric body 82 is a plate-like piezoelectric vibrator in which the piezoelectric pillars, which are fine columnar piezoelectric elements, are connected by a flexible resin as described above, a curved structure can be easily realized. It is characterized by a large electromechanical conversion constant that cannot be realized with ceramic plates.

共通接地電極83上には音響整合層84が接合され、コンポジット圧電体82と空気との間の音響インピーダンス不整合を低減させ効率の良い超音波の送受信ができるようにしている。ただし、音響整合層84の厚さは、あつかう超音波の周波数fと音響整合層84の材料が持つ固有の音速vとから計算される波長λも1/4の厚さが最適とされ、この厚さの板が用いられる。したがって、送信時は周波数fの超音波を用いて音響整合が好適に実現されても、受信時にfと乖離した周波数の超音波をあつかうのでは超音波受信の効率を低減させてしまう。本発明の超音波診断装置1では、集束型超音波トランスデューサアレイ80のみを用いて、周波数fの空中超音波を体表に向けて送信し、体表直下に2次音源を形成し、周波数fの空中超音波よりも顕著に低周波f’(=(1/2)f以下となるエンベロープ周波数)の体内伝搬超音波をあつかうので、その周波数f’のままの超音波受信では、受信時の音響不整合を起こすことになる。   An acoustic matching layer 84 is bonded on the common ground electrode 83 to reduce acoustic impedance mismatch between the composite piezoelectric body 82 and air so that efficient ultrasonic transmission / reception can be performed. However, as for the thickness of the acoustic matching layer 84, the wavelength λ calculated from the frequency f of the ultrasonic wave to be handled and the inherent sound velocity v of the material of the acoustic matching layer 84 is also optimally set to a thickness of 1/4. Thick plates are used. Therefore, even if acoustic matching is suitably realized using ultrasonic waves of frequency f at the time of transmission, if ultrasonic waves having a frequency deviating from f are handled at the time of reception, the efficiency of ultrasonic reception is reduced. In the ultrasonic diagnostic apparatus 1 of the present invention, using only the focusing type ultrasonic transducer array 80, an aerial ultrasonic wave having a frequency f is transmitted toward the body surface, a secondary sound source is formed immediately below the body surface, and the frequency f Since the ultrasonic wave with the frequency f ′ is received at the reception frequency, the ultrasonic wave with the frequency f ′ (= envelope frequency that is equal to or lower than (½) f) is handled. This will cause acoustic mismatch.

音響整合層84に関する他の条件として、音響整合層84の音響インピーダンスの最適化とこの音響整合層84も湾曲構造とするので柔軟性が必要であり、これらの条件を勘案した音響整合層84を用いている。このような音響整合層84を形成することによって高い超音波送受信効率を持つ湾曲コンポジット超音波振動子を形成することができる。   As other conditions for the acoustic matching layer 84, the acoustic impedance of the acoustic matching layer 84 is optimized and the acoustic matching layer 84 is also curved so that flexibility is required. Used. By forming such an acoustic matching layer 84, a curved composite ultrasonic transducer having high ultrasonic transmission / reception efficiency can be formed.

上述では、いずれの集束型超音波トランスデューサアレイにおいても、トランスデューサエレメントがm行n列の2次元マトリクス(格子状)に配列されている場合について示したが、たとえばAモード信号の送受信とし対象物を相対的に走査することによって画像構築する場合には、トランスデューサエレメントが同心円状に配列された単一のアニュラアレイ振動子構造であってもよく、その他公知のトランスデューサアレイの構造とすることができるのは言うまでもない。   In the above description, in any of the focused ultrasonic transducer arrays, the case where the transducer elements are arranged in a two-dimensional matrix (lattice form) of m rows and n columns has been described. When an image is constructed by relatively scanning, a single annular array transducer structure in which transducer elements are arranged concentrically may be used, or a known transducer array structure may be used. Needless to say.

3.動作原理及び動作
3−1.2次音源の形成
上述したとおり、音響インピーダンスが大きく異なる空気と生体内(水中とほぼ等価)との間では超音波伝搬が困難であるため、本発明の超音波診断装置1では、音響放射圧、すなわち、強度の強い超音波が進行する方向に音響インピーダンスに大きな差がある媒体が存在する場合に、その媒体表面に直流的な圧力が発生するという原理を用いて、被験者の体表直下に形成された2次音源を利用する。
3. 3. Principle of Operation and Operation 3-1.2 Formation of Secondary Sound Source As described above, since it is difficult to propagate ultrasonic waves between air and a living body (substantially equivalent to water) having greatly different acoustic impedances, the ultrasonic wave according to the present invention. The diagnostic device 1 uses the principle that, when there is a medium having a large difference in acoustic impedance in the direction in which the ultrasonic wave with high intensity travels, that is, a strong ultrasonic wave, a direct current pressure is generated on the medium surface. Then, a secondary sound source formed directly under the subject's body surface is used.

図6に示すように、信号源によって、振幅Aの非線形信号Asinωt×sinωtを被験者6の体表6aに向けて放射する場合を考える。非線形信号Asinωt×sinωtは、三角関数の加法定理により、以下のように表わされる。 As shown in FIG. 6, a case is considered where a nonlinear signal Asinω 1 t × sinω 2 t having an amplitude A is radiated toward the body surface 6 a of the subject 6 by a signal source. The nonlinear signal Asinω 1 t × sinω 2 t is expressed as follows by the addition theorem of trigonometric functions.

sinωt×sinωt=−(1/2){cos(ω+ω)t
−cos(ω−ω)t} (3)
sin ω 1 t × sin ω 2 t = − (1/2) {cos (ω 1 + ω 2 ) t
−cos (ω 1 −ω 2 ) t} (3)

ここで、ω=ω=ωとすると、(3)式は、第2高調波(2ω)とDC成分のみとなる。 Here, when ω = ω 1 = ω 2 , the expression (3) includes only the second harmonic (2ω) and the DC component.

Asinωt×sinωt=−(1/2){cos(2ω)t−1} (3’) Asinω 1 t × sinω 2 t = − (1/2) {cos (2ω) t−1} (3 ′)

体表6aは、(3’)式の非線形超音波現象である放射圧のDC成分からなる音響放射圧によって信号の振幅に対象物の粘弾性特性を考慮した距離dDCだけ凹む。 The body surface 6a is recessed by a distance d DC considering the viscoelastic characteristics of the object in the amplitude of the signal by the acoustic radiation pressure composed of the DC component of the radiation pressure, which is a nonlinear ultrasonic phenomenon of the equation (3 ′).

このような音響放射圧に振幅変調をかけることによって、体表6aを押す圧力を変化させることができる。体表の圧力変化によって、体表6aを振動させて、生体内に縦波で伝搬する伝搬超音波を生成することができる。なお、図6では、便宜的に集束超音波ではなく、平面波表示であるが、後述するように、実際には集束超音波を用いて、音響焦点において最大の超音波強度になるようにして、音響焦点で最大の非線形性が発揮できるようにする。   By applying amplitude modulation to such acoustic radiation pressure, the pressure for pressing the body surface 6a can be changed. The body surface 6a is vibrated by the pressure change of the body surface, and the propagation ultrasonic wave propagating in the living body by the longitudinal wave can be generated. In FIG. 6, for convenience, not the focused ultrasonic wave but a plane wave display, but as will be described later, the focused ultrasonic wave is actually used so that the maximum ultrasonic intensity is obtained at the acoustic focal point. Allow maximum nonlinearity at the acoustic focus.

図7(A)及び図7(B)に示すように、超音波が体表6aに向かって進行し、体表6aは、変調された超音波信号の包絡曲線の波形で弾性振動する。この弾性振動は2次音源からの2次送信超音波となり体内深部に向かって伝搬する。この2次送信超音波が音響インピーダンスの異なる異常組織との境界部6bに達すると(図7(A))、一部は透過波となり、裏面に到達し、残りは反射され、パルスエコー信号として体表6a側に到達する(図7(B))。   As shown in FIGS. 7A and 7B, the ultrasonic wave travels toward the body surface 6a, and the body surface 6a elastically vibrates with the waveform of the envelope curve of the modulated ultrasonic signal. This elastic vibration becomes a secondary transmission ultrasonic wave from the secondary sound source and propagates toward the deep part of the body. When this secondary transmission ultrasonic wave reaches the boundary 6b with the abnormal tissue having different acoustic impedance (FIG. 7A), a part becomes a transmitted wave, reaches the back surface, and the rest is reflected as a pulse echo signal. It reaches the body surface 6a side (FIG. 7B).

図8には、集束超音波発生手段であるカラムアレイユニット60を構成するいずれかのトランスデューサエレメント61を駆動するための印加電圧信号波形を示した。   FIG. 8 shows an applied voltage signal waveform for driving one of the transducer elements 61 constituting the column array unit 60 which is a focused ultrasonic wave generation means.

図8に示すように、カラムアレイユニット60に印加する電圧信号は、体内に伝搬する伝搬超音波のパルス幅Tpulse’の2次送信超音波パルス信号V(body)transを体表に励起させるための空中超音波のパルス幅Tpulseを有する信号V(air)burstと、生体内部から体表へ到達したパルスエコー信号V(body)recをドップラ効果に基づいて受信する受信時間Trecを有する0Vではないベースライン信号V(air)baseとからなる。空中超音波のパルス幅Tpulse及び受信時間Trecによって時間Trepの時間経過を所要し、この時間Trepを所要する1セットが繰り返される。このパルス信号V(air)burstは、第1のバーストパルスVb1、第2のバーストパルスVb2、及びこれらのバーストパルスVb1,Vb2に挟まれた0Vのベースライン時間Tbase0とからなるパルス信号で、具体的にはサイン波の振幅変調波からなっていると言える。図8の上側の波形図に示す印加電圧信号の印加によって、カラムアレイユニット60から集束超音波が体表に向かって伝搬し、伝搬時間Tairを経て、体表に2次音源を形成し、これが2次送信超音波パルスV(body)transとなって体内深部に向かって伝搬する。この超音波信号V(body)transは、カラムアレイユニット60の伝達関数H(ω)、空中伝搬時の超音波ロスAL(ω)、音響放射圧によるDC成分変換効率DC(ω)、及び体表組織の粘弾性特性TS(ω)による影響を積算的に受け、図8の下側の図に示すようなパルス波形V(body)transとなる。 As shown in FIG. 8, the voltage signal applied to the column array unit 60 excites the secondary transmission ultrasonic pulse signal V (body) trans having the pulse width T pulse 'of the propagating ultrasonic wave propagating in the body to the body surface. A reception time T rec for receiving a signal V (air) burst having a pulse width T pulse of an aerial ultrasonic wave and a pulse echo signal V (body) rec arriving at the body surface from inside the living body based on the Doppler effect It consists of a baseline signal V (air) base that is not 0V. And it required the time course of time T rep by airborne ultrasound pulse width T pulse and the reception time T rec, 1 set of required this time T rep is repeated. The pulse signal V (air) burst includes a first burst pulse V b1 , a second burst pulse V b2 , and a baseline time T base0 of 0 V sandwiched between these burst pulses V b1 and V b2. It can be said that it is a pulse signal, specifically consisting of an amplitude modulated wave of a sine wave. By applying the applied voltage signal shown in the upper waveform diagram of FIG. 8, the focused ultrasound propagates from the column array unit 60 toward the body surface, and after a propagation time T air , forms a secondary sound source on the body surface, This becomes a secondary transmission ultrasonic pulse V (body) trans and propagates toward the deep part of the body. This ultrasonic signal V (body) trans is the transfer function H (ω) of the column array unit 60, the ultrasonic loss AL (ω) during propagation in the air, the DC component conversion efficiency DC (ω) due to the acoustic radiation pressure, and the body The influence of the viscoelastic property TS (ω) of the surface tissue is integrated, and a pulse waveform V (body) trans as shown in the lower diagram of FIG. 8 is obtained.

超音波V(body)transは、体内深部に伝搬し、深部の特定の位置にある異常組織6bで反射した後、体表に向かって図8の下側の図に示したようにパルスエコー信号V(body)recが振幅減衰して体表6aにもどり、体表6aは、このパルスエコー信号波形V(body)recに基づいて弾性変位振動する。この時、印加電圧の受信期間Trecにおいて、常時周波数fの超音波が体表6aに照射されているので、この照射信号であるパルスエコー信号V(body)recは、ドップラシフトを受け、f±Δfの周波数となって、カラムアレイユニット60にもどってゆく。 The ultrasonic wave V (body) trans propagates to the deep part of the body, is reflected by the abnormal tissue 6b at a specific position in the deep part, and then is directed to the body surface as shown in the lower diagram of FIG. The amplitude of V (body) rec attenuates and returns to the body surface 6a, and the body surface 6a undergoes elastic displacement vibration based on the pulse echo signal waveform V (body) rec . At this time, since the ultrasonic wave of the frequency f is constantly irradiated on the body surface 6a in the reception period T rec of the applied voltage, the pulse echo signal V (body) rec that is the irradiation signal is subjected to Doppler shift, f Return to the column array unit 60 at a frequency of ± Δf.

なお、前記した2次送信超音波パルスV(body)transの波形は2つのバーストパルスからなる送信超音波パルス励起用信号の場合について記載したが、バーストパルスは、3つでも、4つでも、5つでもよい。図9(A)〜図9(C)に示すように、伝搬する生体内の粘弾性特性等の粘性特性によって、生体内を伝搬する縦波伝搬超音波の波形は変化し得る。図9(B)及び図(C)に示すように、縦波伝搬超音波は、進行するにつれてゆるやかな波形となることもあるし、対象物の粘弾性特性によっては伝搬の最初から、図9(B)や図9(C)のような波形になっている場合もある。(図9(A)、(B)、(C)の順で粘弾性特性が大きい。) In addition, although the waveform of the secondary transmission ultrasonic pulse V (body) trans described above has been described for the case of a transmission ultrasonic pulse excitation signal composed of two burst pulses, the number of burst pulses may be three or four. Five may be sufficient. As shown in FIG. 9A to FIG. 9C, the waveform of longitudinal wave propagating ultrasonic waves propagating in the living body may change depending on the viscosity characteristics such as the viscoelastic characteristics in the living body. As shown in FIGS. 9B and 9C, the longitudinal wave propagating ultrasonic wave may have a gentle waveform as it progresses, and depending on the viscoelastic characteristics of the object, from the beginning of the propagation, FIG. In some cases, the waveform is as shown in FIG. 9B or FIG. (Viscoelastic properties are large in the order of FIGS. 9A, 9B, and 9C)

異常部との境界部6bで反射された超音波のパルスエコー信号が被験者6の体表直下に到達すると、体表6aでは、周波数をfとした場合に、f×Δxの振動速度Vsurfaceを持つ(ここで、f=1/(Tburst+Tbase0)。 When the pulse echo signal of the ultrasonic wave reflected at the boundary 6b with the abnormal part reaches directly below the body surface of the subject 6, the body surface 6a has a vibration speed V surface of f × Δx when the frequency is f. (Where f = 1 / (T burst + T base0 ).

図8にもどって、本発明による受信モードについて以下に説明する。   Returning to FIG. 8, the reception mode according to the present invention will be described below.

受信期間Trecでは、周波数fの比較的振幅の小さいサイン波V(air)baseが後続している。この区間ではその周波数と振幅に対応した比較的小さな音響放射圧による直流的な沈みこみ変位dDCがTrecの間中発生すると同時に、同じ周波数のサイン波が反射しつづける。この状態において、体表6aにパルスエコー信号V(body)recが到達すると、体表6aが周波数fと変位振幅に対応した振動速度の振動変位をするので、体表6aへ入射する周波数fの超音波はドップラシフトを受け、前記反射信号は、f±Δfのドップラ信号となって集束型超音波トランスデューサアレイ50に戻っていき受信される。一般には、Δfはfに比べてかなり小さいので、f±Δfが(1/2)fより小さくなることはなく、同一の音響整合層で受信時の音響整合効果を活用でき、受信感度を増加させることができる。 In the reception period T rec , a sine wave V (air) base having a relatively small frequency f follows. In this section, a DC subsidence displacement d DC due to a relatively small acoustic radiation pressure corresponding to the frequency and amplitude is generated during T rec , and a sine wave of the same frequency continues to be reflected. In this state, when the pulse echo signal V (body) rec arrives at the body surface 6a, the body surface 6a is displaced at a vibration speed corresponding to the frequency f and the displacement amplitude. The ultrasonic wave undergoes a Doppler shift, and the reflected signal becomes a Doppler signal of f ± Δf and returns to the focused ultrasonic transducer array 50 for reception. In general, Δf is considerably smaller than f. Therefore, f ± Δf is not smaller than (1/2) f, and the acoustic matching effect at the time of reception can be utilized in the same acoustic matching layer, and reception sensitivity is increased. Can be made.

3−2.集束点制御
上述したように、集束超音波を体表に照射することによって、体表に2次音源を形成し、体表を振動させて生体深部へ伝搬する2次送信超音波を形成することができる。さらに、超音波を体表直下に集束させることによって、体内への伝搬超音波を球面波あるいはシリンドリカル波として伝搬させることができ、このようにして形成された球面波、シリンドリカル波に対して、n個配列したカラムアレイユニット60のそれぞれにさらに位相制御を施すことによって、波面合成超音波ビームを形成し(ビームフォーミング)、形成した超音波ビームを集束(ビームフォーカシング)、リニア走査またはセクター走査(ビームステアリング)を実施し、関心領域の超音波診断画像を再構築できるようになる。
3-2. Focusing point control As described above, by irradiating the body surface with focused ultrasound, a secondary sound source is formed on the body surface, and a secondary transmission ultrasound wave that propagates to the deep part of the living body by vibrating the body surface is formed. Can do. Further, by focusing the ultrasonic wave directly below the body surface, the ultrasonic wave propagating into the body can be propagated as a spherical wave or a cylindrical wave. For the spherical wave and the cylindrical wave thus formed, n Each of the arrayed column array units 60 is further subjected to phase control to form a wavefront synthesized ultrasonic beam (beam forming), focus the formed ultrasonic beam (beam focusing), linear scanning or sector scanning (beam) Steering) can be performed, and an ultrasound diagnostic image of the region of interest can be reconstructed.

図10では、2次音源のための集束点の垂直方向の位置制御方法を説明するために、図2の制御回路ユニット10と、集束型超音波トランスデューサアレイ50を構成するカラムアレイユニット60と、対応する体表6aの部分とを取り出して示している。集束点の垂直方向の位置制御方法においては、制御回路ユニット10内の遅延時間パターン生成部15,16のうち、ビームステアリング用遅延時間パターン生成部15は、初期状態では信号を出力せず、2次音源形成用遅延時間パターン生成部16のみが動作する。   In FIG. 10, in order to explain the vertical position control method of the focusing point for the secondary sound source, the control circuit unit 10 of FIG. 2, the column array unit 60 constituting the focusing type ultrasonic transducer array 50, The corresponding part of the body surface 6a is extracted and shown. In the vertical position control method of the focal point, the beam steering delay time pattern generation unit 15 out of the delay time pattern generation units 15 and 16 in the control circuit unit 10 outputs no signal in the initial state. Only the next sound source formation delay time pattern generation unit 16 operates.

n個配列した集束型超音波トランスデューサアレイ50の中の1番目の最初の集束型超音波トランスデューサアレイ60と体表6aとの離間距離X1とし、n番目のカラムアレイ集束型超音波トランスデューサアレイ60と体表6aとの離間距離Xnとする。この場合に、一般的には、X1≠Xnである。最初のカラムアレイユニット60を構成するm個のトランスデューサエレメント61が、2次音源形成用遅延時間パターン生成部16によって生成された遅延時間パターンによって空中集束超音波B1を発生する。この空中集束超音波B1が体表6a上に音響焦点F1として位置している。X1≠Xnなので、n番目のカラムアレイユニット60に対して、2次音源形成用遅延時間パターン生成部16が一番目のカラムアレイユニット60と同じ遅延時間パターンを生成しても、n番目のカラムアレイユニット60が発生する空中超音波Bnは、体表6a上に集束し音響焦点を結ばない。なお、カラムアレイユニット60は、所定の曲率半径の湾曲形状をしていて、それによる固定音響焦点を有しているので、集束点制御量はその固定集束点を中心に増減させる制御が行われる。   The separation distance X1 between the first first focused ultrasonic transducer array 60 and the body surface 6a in the n focused ultrasonic transducer arrays 50 arranged, and the nth column array focused ultrasonic transducer array 60, It is set as the separation distance Xn with the body surface 6a. In this case, generally, X1 ≠ Xn. The m transducer elements 61 constituting the first column array unit 60 generate the air-focused ultrasonic wave B1 by the delay time pattern generated by the secondary sound source formation delay time pattern generation unit 16. This air-focused ultrasonic wave B1 is located on the body surface 6a as the acoustic focus F1. Since X1 ≠ Xn, even if the secondary sound source formation delay time pattern generation unit 16 generates the same delay time pattern as the first column array unit 60 for the nth column array unit 60, the nth column array unit 60 The aerial ultrasonic wave Bn generated by the array unit 60 is focused on the body surface 6a and does not form an acoustic focus. Since the column array unit 60 has a curved shape with a predetermined radius of curvature and has a fixed acoustic focal point, the focusing point control amount is controlled to increase or decrease around the fixed focusing point. .

図11(A)〜図11(D)は、音響焦点位置合わせ制御の手順例を送受信の波形について示すものである。上述した図10の1番目のカラムアレイユニット60について、図11(A)に示すようなパルサアレイ12が出力する電圧信号S1(1),S2(1)...Si(1)...Sm(1)からなる遅延時間パターン11(11の前の1は1番目のカラムアレイユニット60に関しての場合を示し、後の1は1つ目の遅延パターンを示す)の場合に、図11(C)のR1(1)に示すような受信ビームフォーマ19による加算処理後の受信パルス信号が得られる。同様に1番目のカラムアレイユニット60に対し図11(B)に示した2つ目の送信遅延パターン12、すなわち電圧信号S1(2),S2(2)...Si(2)...Sm(2)からなる遅延時間パターン12を設定した場合の受信ビームフォーマ19による加算処理後の受信パルスは図11(C)のR1(2)となる。さらにi番目のカラムアレイユニット60に対し、図に示していないi番目の送信遅延パターン1i、すなわち電圧信号S1(i),S2(i)...Si(i)...Sm(i)からなる遅延時間パターン1iを設定した時の受信ビームフォーマ19による加算処理後の受信パルスは、図11(C)のR1(i)となる。そして、それぞれの受信信号レベルは、最大値検出部21で取得される。上記の様に受信信号R1(1)は、送信された遅延時間パターン11によって得られる受信パルス信号であり、R1(2)は、送信された遅延時間パターン2によって得られる受信波形であり、同様にR1(3)、R1(4)、R1(i)は図11(A)に図示していない3番目,4番目,i番目に得られる受信パルス信号である。これらの受信パルス信号のうち、パルスの最大振幅値が最大になる時が音響焦点が体表に一致した場合であり、すなわち図11(C)においてはR1(2)である。最大振幅値が最大になる送信遅延時間パターンの決定は、以下の様に行われる。送信遅延時間パターン11に対応して得られる受信パルス信号R1(1)の最大振幅値Vppが検出され、検出結果に基づいて離間距離演算部22で、体表6aとカラムアレイユニット60との離間距離が計算される。計算された結果をバス28を介して処理部26に送り、処理部26は、あらたな遅延信号パターンを生成するように2次音源形成用遅延時間パターン生成部16に指示する。2次音源形成用遅延時間パターン生成部16は、あらたな遅延時間パターン12をパルサアレイ12により送信する(図11(B))。あらたな遅延時間パターン12に対する図8(C)に示した受信信号R1(2)を取得して、上述と同様に最大値を取得する。同様にして受信信号の最大振幅値が最大になる送信遅延パターンが見つかるまで送信遅延パターンを変更し、見つかった時点で、その送信遅延パターンを記憶させ、同時に、受信パルス信号の発生時刻を評価することによって、カラムアレイユニット60から体表6aまでの距離が判明する。R1(2)なる受信パルスが得られた時の送信遅延時間パターン2に固定することによって、1番目のカラムアレイユニット60に関して、体表6aへの音響焦点合わせが完了することになる。2番目、3番目、・・・,i番目、・・・n番目のカラムアレイユニット60についても同様の音響焦点合わせをして体表に焦点合わせが実施されて2次音源アレイが構築されたことになる。   FIG. 11A to FIG. 11D show transmission / reception waveforms for an example of the procedure of acoustic focal point alignment control. For the first column array unit 60 of FIG. 10 described above, voltage signals S1 (1), S2 (1)... Output from the pulsar array 12 as shown in FIG. . . Si (1). . . In the case of the delay time pattern 11 composed of Sm (1) (1 before 11 indicates the case with respect to the first column array unit 60, and 1 after indicates the first delay pattern) (see FIG. 11). A reception pulse signal after addition processing by the reception beamformer 19 as indicated by R1 (1) of C) is obtained. Similarly, for the first column array unit 60, the second transmission delay pattern 12 shown in FIG. 11B, that is, voltage signals S1 (2), S2 (2). . . Si (2). . . When the delay time pattern 12 composed of Sm (2) is set, the reception pulse after the addition processing by the reception beamformer 19 is R1 (2) in FIG. 11C. Further, for the i-th column array unit 60, an i-th transmission delay pattern 1i, ie, voltage signals S1 (i), S2 (i). . . Si (i). . . The reception pulse after the addition processing by the reception beamformer 19 when the delay time pattern 1i composed of Sm (i) is set is R1 (i) in FIG. Each received signal level is acquired by the maximum value detector 21. As described above, the received signal R1 (1) is a received pulse signal obtained by the transmitted delay time pattern 11, and R1 (2) is a received waveform obtained by the transmitted delay time pattern 2. R1 (3), R1 (4), and R1 (i) are the third, fourth, and i-th received pulse signals not shown in FIG. Among these received pulse signals, the time when the maximum amplitude value of the pulse becomes maximum is the case where the acoustic focus coincides with the body surface, that is, R1 (2) in FIG. The transmission delay time pattern that maximizes the maximum amplitude value is determined as follows. The maximum amplitude value Vpp of the reception pulse signal R1 (1) obtained corresponding to the transmission delay time pattern 11 is detected, and the separation between the body surface 6a and the column array unit 60 is detected by the separation distance calculation unit 22 based on the detection result. The distance is calculated. The calculated result is sent to the processing unit 26 via the bus 28, and the processing unit 26 instructs the secondary sound source formation delay time pattern generation unit 16 to generate a new delay signal pattern. The secondary sound source formation delay time pattern generation unit 16 transmits a new delay time pattern 12 by the pulsar array 12 (FIG. 11B). The reception signal R1 (2) shown in FIG. 8C for the new delay time pattern 12 is acquired, and the maximum value is acquired in the same manner as described above. Similarly, the transmission delay pattern is changed until a transmission delay pattern in which the maximum amplitude value of the reception signal is maximized is found, and when the transmission delay pattern is found, the transmission delay pattern is stored, and at the same time, the generation time of the reception pulse signal is evaluated. Thus, the distance from the column array unit 60 to the body surface 6a is determined. By fixing to the transmission delay time pattern 2 when the reception pulse R1 (2) is obtained, the acoustic focusing on the body surface 6a is completed for the first column array unit 60. The second, third,..., I,..., Nth column array unit 60 was also subjected to the same acoustic focusing and focusing on the body surface to construct a secondary sound source array. It will be.

上述のように、空中超音波を発信する各トランスデューサエレメント61のそれぞれの遅延時間を制御して受信信号のレベルが最大になる遅延時間パターン(位相パターン)を集束点を取得したものとして採用する。図2において、集束点制御を行う集束点制御モードでは、SW20を最大値検出部21の側に接続することによって行う。各カラムアレイユニット60ごとに取得された遅延時間パターンを記憶部27に格納して、伝搬超音波を受信して超音波画像を構築する超音波画像構築モードにおいて、体表位置(距離)を制御しつつ、SW20をドップラシフト検出部23側に切り替えて、伝搬超音波信号、すなわち音響インピーダンスの異なる異物を透過した透過超音波信号を背面側から、又は、異物との境界で反射したパルスエコー信号を体表側から取得する。   As described above, the delay time pattern (phase pattern) in which the level of the received signal is maximized by controlling the delay time of each transducer element 61 that transmits the aerial ultrasonic wave is adopted as the acquired focus point. In FIG. 2, in the focusing point control mode in which focusing point control is performed, the SW 20 is connected to the maximum value detection unit 21 side. The delay time pattern acquired for each column array unit 60 is stored in the storage unit 27, and the body surface position (distance) is controlled in the ultrasound image construction mode in which the propagation ultrasound is received and the ultrasound image is constructed. On the other hand, the switch 20 is switched to the Doppler shift detection unit 23 side, and the propagation ultrasonic signal, that is, the transmitted ultrasonic signal transmitted through the foreign matter having different acoustic impedance is reflected from the back side or at the boundary with the foreign matter, the pulse echo signal. Is obtained from the body surface side.

3−3.超音波ビームフォーミング
本発明が適用された超音波診断装置1では、上述したように、2次音源は、被験者6の体表6aに点状に形成され、形成された2次音源は、体内に向かって球面波又はシリンドリカル波として伝搬する2次送信超音波を体内深部に伝搬させる。ここで、トランスデューサアレイを構成するカラムアレイユニット60がそれぞれ生成する2次音源に対して、さらに位相制御を行うことによって、伝搬超音波が形成する合成波面Swの曲率と向きを任意に設定することができる。
3-3. In the ultrasonic diagnostic apparatus 1 to which the present invention is applied, as described above, the secondary sound source is formed in a dot shape on the body surface 6a of the subject 6, and the formed secondary sound source is in the body. A secondary transmission ultrasonic wave propagating as a spherical wave or a cylindrical wave is propagated deep in the body. Here, the curvature and direction of the composite wavefront Sw formed by the propagating ultrasonic wave are arbitrarily set by further performing phase control on the secondary sound sources generated by the column array units 60 constituting the transducer array. Can do.

図12に示すように、2次音源形成用遅延時間パターン生成部16が生成する遅延時間パターンに、ビームステアリング用遅延時間パターン生成部15が生成する遅延時間パターンを加算することによって、2次音源が生成する伝搬超音波のビームフォーミング、すなわちビームフォーカシングによる焦点形成と、ビームステアリングを走査、すなわちビームステアリングとを行うことができる。たとえば、最初のカラムアレイユニット60の空中超音波B1による集束点F1に形成される2次音源は、球面波又は円筒波となりその波頭が所定のタイミングで被験者6の体内の位置Sw1に合成波面を形成する。n番目のカラムアレイ60の空中超音波Bnにより集束点Fnに形成される2次音源が生成する2次送信超音波の位相をF1に形成される2次音源のものよりもtdelayだけ位相を遅らせてカラムアレイ60を駆動することによって、最初のカラムアレイ60による2次音源が生成する伝搬超音波と、n番目のカラムアレイ60による2次音源が生成する伝搬超音波とでは、伝搬距離差Xdelay=1500[m/s]×tdelayが生ずる。生体内を伝搬する超音波の速度1500[m/s]は一定なので、2次音源ごとにtdelayを設定する、すなわち位相制御することにより、各2次音源の生成する球面波の波面が形成する合成波面の曲率と向きを制御することができる。形成された合成波Swは、伝搬超音波ビームBBを形成して体内を伝搬し、ビーム焦点FBを形成する。また、2次音源ごとにtdelayを動的に制御することによって、合成波面Swの曲率と向きを動的に変更することができ、図12の矢印Locussteerの方向にセクター走査ができる。 As shown in FIG. 12, the secondary sound source is obtained by adding the delay time pattern generated by the beam steering delay time pattern generating unit 15 to the delay time pattern generated by the secondary sound source forming delay time pattern generating unit 16. It is possible to carry out beam forming of propagating ultrasonic waves generated by the laser beam, that is, focus formation by beam focusing and to scan the beam steering, that is, beam steering. For example, the secondary sound source formed at the focal point F1 of the first column array unit 60 by the aerial ultrasonic wave B1 is a spherical wave or a cylindrical wave, and its wave front has a synthesized wavefront at a position Sw1 in the body of the subject 6 at a predetermined timing. Form. The phase of the secondary transmission ultrasonic wave generated by the secondary sound source formed at the focal point Fn by the aerial ultrasonic wave Bn of the n-th column array 60 is set by t delay from that of the secondary sound source formed at F1. By driving the column array 60 with a delay, the propagation distance difference between the propagation ultrasonic wave generated by the secondary sound source generated by the first column array 60 and the propagation ultrasonic wave generated by the secondary sound source generated by the n-th column array 60 is different. X delay = 1500 [m / s] × t delay is generated. Since the velocity 1500 [m / s] of the ultrasonic wave propagating in the living body is constant, the wave front of the spherical wave generated by each secondary sound source is formed by setting t delay for each secondary sound source, that is, by controlling the phase. The curvature and direction of the synthesized wavefront can be controlled. The formed synthetic wave Sw forms a propagating ultrasonic beam BB and propagates through the body to form a beam focal point FB. In addition, by dynamically controlling t delay for each secondary sound source, the curvature and direction of the combined wavefront Sw can be dynamically changed, and sector scanning can be performed in the direction of the arrow locus steer in FIG.

なお、ビームステアリング用遅延時間パターン生成部15によって、位相制御してビームフォーミング及び/又はビームステリングを行う手法については、周知のものを用いることができるのは言うまでもない。   Needless to say, a well-known method can be used as a method of performing beam forming and / or beam steering by controlling the phase by the beam steering delay time pattern generation unit 15.

3−4.受信ビームフォーミング
受信された超音波信号は、レシーバアレイ18を構成する各レシーバにおいて所定の信号処理がなされて、受信ビームフォーマ19に入力される。受信ビームフォーマ19では、m個の受信信号(m行n列の集束型超音波トランスデューサアレイの場合)が遅延加算処理されて1つの受信信号が形成される。受信ビームフォーマ19には、周知の構成を用いることができる。
3-4. Reception Beam Forming The received ultrasonic signal is subjected to predetermined signal processing at each receiver constituting the receiver array 18 and input to the reception beam former 19. In the reception beamformer 19, m reception signals (in the case of a focused ultrasonic transducer array of m rows and n columns) are subjected to delay addition processing to form one reception signal. A well-known configuration can be used for the reception beamformer 19.

なお、受信ビームフォーマ19の出力信号はドップラ効果の影響を受けた信号であり、送信信号の周波数をfとすると、f±Δfの周波数成分からなっていて、ドップラシフト±Δfの中に異物境界で反射したパルスエコー信号が体表に到達し体表を振動変位させている情報が含まれている。その情報を解析するためには±Δfをドップラシフト検出器23によって取り出し、さらにFV変換器24で電圧信号に変換する。このFV変換信号は、n個の制御回路ユニット10の1つずつに出力されるので、それらを体内組織のイメージング用受信ビームフォーマ25で遅延加算処理を行い、加算処理後の受信信号を対数増幅、ダイナミックフィルタリング、STC処理等の周知の信号処理29を行い、その出力信号をスキャンコンバータ30で画像信号に変換し、輪郭強調、ガンマ補正、明度、コントラスト強化などの画像処理31を行いモニタ32に表示する。本発明が適用された超音波診断装置では、上述したように、サイン波による振幅変調波を用いた音響放射圧に基づく伝搬超音波には、基本周波数fに加えて、第2高調波成分等の高調波成分が含まれるので、この高調波成分を用いることによってより高い空間分解能で画像構築することもできる。   The output signal of the reception beamformer 19 is a signal affected by the Doppler effect. If the frequency of the transmission signal is f, it is composed of a frequency component of f ± Δf, and a foreign substance boundary is included in the Doppler shift ± Δf. The information that the pulse echo signal reflected on the body reaches the body surface and vibrates and displaces the body surface is included. In order to analyze the information, ± Δf is taken out by the Doppler shift detector 23 and further converted into a voltage signal by the FV converter 24. Since this FV conversion signal is output to each of the n control circuit units 10, they are subjected to delay addition processing by the imaging receive beamformer 25 for in vivo tissue, and the received signal after the addition processing is logarithmically amplified. Then, known signal processing 29 such as dynamic filtering and STC processing is performed, and the output signal is converted into an image signal by the scan converter 30, and image processing 31 such as edge enhancement, gamma correction, brightness, and contrast enhancement is performed on the monitor 32. indicate. In the ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention is applied, as described above, in the propagation ultrasonic wave based on the acoustic radiation pressure using the amplitude-modulated wave by the sine wave, in addition to the fundamental frequency f, the second harmonic component, etc. Therefore, an image can be constructed with higher spatial resolution by using this harmonic component.

4.模擬実験
水を入れ、一部に体表に相当するメンブレン(ポリエチレン製の膜)を形成した水槽を生体(密度がほぼ等しく、超音波の伝搬速度がほぼ等しい)に見立てて、メンブレンに集束超音波をあてて、2次音源を形成し、水中を伝搬する伝搬超音波を生成する実験を行った。
4). Simulated experiment A water tank filled with a membrane (polyethylene film) corresponding to the body surface in part is considered to be a living body (density is almost equal and the propagation speed of ultrasonic waves is almost equal). An experiment was conducted in which a sound wave was applied to form a secondary sound source, and a propagating ultrasonic wave propagating in water was generated.

図13には、2次音源による伝搬超音波生成実験のための測定系の概要を示す。集束超音波を発信する集束型超音波トランスデューサ100は、所定の離間距離だけ離間させた水槽105の壁面の一部に形成されたメンブレン102上に超音波101を集束させるように配置した。水槽105には水107が満たされている。水107中には、生体内の骨に見立てた3本の木製の棒104a,104b,104cを等間隔に配置した。木製の棒104aと104cとの距離は、4.8cmであった。   FIG. 13 shows an outline of a measurement system for a propagation ultrasonic wave generation experiment using a secondary sound source. The focused ultrasonic transducer 100 that transmits focused ultrasonic waves is disposed so as to focus the ultrasonic waves 101 on the membrane 102 formed on a part of the wall surface of the water tank 105 separated by a predetermined separation distance. The water tank 105 is filled with water 107. In the water 107, three wooden rods 104a, 104b, 104c, which are like bones in a living body, are arranged at equal intervals. The distance between the wooden bars 104a and 104c was 4.8 cm.

集束型超音波トランスデューサ100から非線形超音波を発信し、水107中を伝搬する伝搬超音波106を生成し、水槽105の反対側の面にマイクロフォン108を配置して、集束型超音波トランスデューサ100とマイクロフォン108をセットにして水槽に対しX,Y方向に移動させて、移動量に対してマイクロフォン108の出力電圧をプロットすることにより得られた超音波像を図14に示した。   A nonlinear ultrasonic wave is transmitted from the focused ultrasonic transducer 100 to generate a propagating ultrasonic wave 106 that propagates in the water 107, and a microphone 108 is disposed on the opposite surface of the water tank 105. FIG. 14 shows an ultrasonic image obtained by setting the microphone 108 as a set and moving it in the X and Y directions with respect to the water tank and plotting the output voltage of the microphone 108 against the amount of movement.

図14に測定結果と、比較のために行ったコンピュータシミュレーションの結果を示す。図14(A)には、図13の測定系によって測定した超音波信号を画像処理して表示した結果であり、集束型超音波トランスデューサ100から発信される超音波の周波数は、40kHzを用いている。   FIG. 14 shows the measurement results and the results of computer simulation performed for comparison. FIG. 14A shows the result of image processing and display of the ultrasonic signal measured by the measurement system of FIG. 13. The frequency of the ultrasonic wave transmitted from the focusing ultrasonic transducer 100 is 40 kHz. Yes.

図14(B)及び図14(C)には、実測値との比較のために行ったコンピュータシミュレーションの結果であり、図14(B)には、実測の場合と同じ周波数の超音波を用いた場合の結果を示す。図14(C)には、超音波の周波数を400kHzにした場合のコンピュータシミュレーション結果を示す。   FIGS. 14B and 14C show the results of computer simulation performed for comparison with actual measurement values, and FIG. 14B uses ultrasonic waves having the same frequency as the actual measurement values. The result is shown. FIG. 14C shows a computer simulation result when the ultrasonic frequency is set to 400 kHz.

これらの結果より、3本の木製の棒の位置を正確に示していることが検証された。また、図14(B)及び図14(C)の対比により、超音波の周波数をさらに高周波化することによって分解能を向上させることができることが示唆されている。   From these results, it was verified that the positions of the three wooden bars were accurately indicated. 14B and 14C suggest that the resolution can be improved by further increasing the frequency of the ultrasonic waves.

1 超音波診断装置、10 制御回路ユニット、11 マルチプレクサ、12 パルサアレイ、13 2次音源形成用送信ビームフォーマ、14 遅延時間加算部、15 ビームステアリング用遅延時間パターン生成部、16 2次音源形成用遅延時間パターン生成部、17 体内組織のイメージング用送信ビームフォーマ、18 レシーバアレイ、19 受信ビームフォーマ、20 SW、21 最大値検出部、22 離間距離演算部、23 ドップラシフト検出部、24 FV変換部、25 体内組織のイメージング用受信ビームフォーマ、26 処理部、27 記憶部、28 バス、29 信号処理部、30 画像処理部、32 モニタ、40 超音波診断システム、50 集束型超音波トランスデューサアレイ、60 カラムアレイユニット、61 トランスデューサエレメント、70 配線束、71a〜71n 接続配線、80 コンポジットタイプの集束型超音波トランスデューサアレイ、81 下部電極、82 コンポジット圧電体、83 共通接地電極、84 音響整合層、85 バッキング層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic diagnostic apparatus, 10 Control circuit unit, 11 Multiplexer, 12 Pulsar array, 13 Transmission beam former for secondary sound source formation, 14 Delay time addition part, 15 Delay time pattern generation part for beam steering, 16 Delay for secondary sound source formation Time pattern generation unit, 17 Transmit beamformer for imaging of body tissue, 18 receiver array, 19 receive beamformer, 20 SW, 21 maximum value detection unit, 22 separation distance calculation unit, 23 Doppler shift detection unit, 24 FV conversion unit, 25 receiving beamformer for imaging of body tissue, 26 processing unit, 27 storage unit, 28 bus, 29 signal processing unit, 30 image processing unit, 32 monitor, 40 ultrasonic diagnostic system, 50 focusing type ultrasonic transducer array, 60 column Array unit, 61 G Nsu inducer element 70 wiring bundle, 71A~71n connection wiring, 80 a composite type of focused ultrasonic transducer array, 81 lower electrode, 82 a composite piezoelectric body, 83 a common ground electrode, 84 an acoustic matching layer, 85 backing layer

Claims (5)

被測定媒体の表面から離間した位置に配置されて、1次音源としての集束超音波を発生する集束超音波発生手段と、
上記集束超音波発生手段によって照射された集束超音波を上記被測定媒体の表面直下に集束点を有するように制御する集束点位置合せ手段とをそれぞれ含む複数の集束超音波制御回路ユニットを備え、
上記複数の集束超音波制御回路ユニットによって、上記被測定媒体の表面に超音波を集束させて複数の2次音源を形成し、該2次音源に基づいて被測定媒体の内部を伝搬する2次送信超音波によって形成される合成波面を制御する送信ビームフォーミング手段を更に備える超音波診断装置。
A focused ultrasonic wave generating means arranged to be separated from the surface of the medium to be measured and generating a focused ultrasonic wave as a primary sound source;
A plurality of focused ultrasound control circuit units each including focused point alignment means for controlling the focused ultrasound irradiated by the focused ultrasound generating means so as to have a focused point directly under the surface of the medium to be measured ;
The plurality of focused ultrasonic control circuit units focus ultrasonic waves on the surface of the measured medium to form a plurality of secondary sound sources, and a secondary that propagates inside the measured medium based on the secondary sound sources. An ultrasonic diagnostic apparatus further comprising transmission beam forming means for controlling a synthetic wavefront formed by transmission ultrasonic waves .
上記集束点位置合せ手段は、上記集束点の位置を上記集束超音波の伝搬方向に沿って可変する集束点位置可変手段を含むことを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。   The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the focusing point alignment unit includes a focusing point position varying unit that varies a position of the focusing point along a propagation direction of the focused ultrasound. 集束超音波を発生する集束超音波発生手段と、
上記集束超音波発生手段によって照射された集束超音波を被測定媒体の表面直下に位置するように制御する集束点位置合せ手段と、
上記集束点位置合せ手段によって上記被測定媒体の表面直下に形成される2次音源に基づいて該被測定媒体の内部を伝搬する2次送信超音波パルスを、該被測定媒体の内部の関心領域に対して1次元又は2次元に走査して、該関心領域における該2次送信超音波パルスの裏面への透過超音波パルス、又は音響インピーダンス境界で反射したパルスエコー信号の特徴値に基づいて画像形成する画像形成手段とを備える超音波診断装置。
Focused ultrasound generating means for generating focused ultrasound;
Focusing point alignment means for controlling the focused ultrasonic wave irradiated by the focused ultrasonic wave generating means to be positioned immediately below the surface of the medium to be measured;
A secondary transmission ultrasonic pulse propagating through the inside of the measurement medium based on a secondary sound source formed immediately below the surface of the measurement medium by the focusing point alignment means is used to generate a region of interest inside the measurement medium. Image based on the characteristic value of the transmitted ultrasonic pulse to the back surface of the secondary transmission ultrasonic pulse in the region of interest or the pulse echo signal reflected at the acoustic impedance boundary. An ultrasonic diagnostic apparatus comprising image forming means for forming.
対象物の表面に離間した空中位置から該対象物の表面直下に2次点音源を形成する集束超音波発生手段と、
上記2次点音源から上記対象物の深部に向かって2次送信超音波パルスを発生させる手段と、
上記2次送信超音波パルスが上記対象物を透過して該対象物の裏面に到達した透過超音波パルスを該対象物の裏面側で、又は、該対象物の内部にある音響インピーダンス境界で反射したパルスエコー信号を該対象物の表面側で受信し、電気信号に変換する手段と、
上記電気信号の特徴値を記憶する記憶手段と、
上記対象物の表面の関心領域範囲で上記2次点音源の焦点が面内の直交した方向に該焦点の面内座標を上記記憶手段に記憶させながら機械的に相対的移動させる機械的移動手段と、
上記記憶手段に記憶した電気信号の特徴値と2次点音源の面内座標の間の相関をとることによって超音波画像を構築する画像構築手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
A focused ultrasonic wave generating means for forming a secondary sound source from an aerial position separated from the surface of the object directly below the surface of the object;
Means for generating a secondary transmission ultrasonic pulse from the secondary point sound source toward the deep part of the object;
The transmitted ultrasonic pulse transmitted through the object and reaching the back surface of the object is reflected on the back surface side of the object or at an acoustic impedance boundary inside the object. Means for receiving the converted pulse echo signal on the surface side of the object and converting it into an electrical signal;
Storage means for storing the characteristic value of the electric signal;
Mechanical moving means for mechanically moving the focal point of the secondary sound source in the region of interest on the surface of the object in a direction orthogonal to the plane while storing the in-plane coordinates of the focal point in the storage means When,
Ultrasonic diagnostic apparatus characterized by comprising an image construction means for constructing an ultrasonic image by taking the correlation between the in-plane coordinates of the characteristic values and secondary point source of electrical signals stored in the storage means.
集束超音波発生手段によって、被測定媒体の表面から離間した第1の音源から超音波を送信し、
集束点位置合せ手段によって、上記被測定媒体の表面に上記第1の音源の音響焦点を結ぶようにして第2の音源を形成し、
上記第2の音源によって、上記被測定媒体の内部を伝搬する透過又は反射超音波パルスを生成し、
受信手段によって、透過又は反射超音波パルスを受信して、画像形成のための信号処理を行うことによって超音波診断画像を構築する超音波画像構築方法。
The ultrasonic wave is transmitted from the first sound source separated from the surface of the medium to be measured by the focused ultrasonic wave generating means,
A second sound source is formed by converging the focal point of the first sound source on the surface of the medium to be measured by the focusing point alignment means,
The second sound source generates a transmission or reflection ultrasonic pulse propagating through the measured medium,
An ultrasonic image construction method for constructing an ultrasonic diagnostic image by receiving a transmission or reflection ultrasonic pulse by a receiving means and performing signal processing for image formation.
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