JP6133130B2 - Thickness measuring method and thickness measuring apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、超音波等を用いて被測定体の厚みを測定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for measuring the thickness of a measurement object using ultrasonic waves or the like.
従来から、骨強度に大きく関係する指標の1つとして、皮質骨の厚みが用いられている。例えば、X線を用いたCT(Computed Tomography)の原理によって骨の断層画像を生成し、当該断層画像に基づいて皮質骨の厚みを測定できる。 Conventionally, the thickness of the cortical bone has been used as one of the indexes greatly related to the bone strength. For example, a tomographic image of a bone can be generated based on the principle of CT (Computed Tomography) using X-rays, and the thickness of the cortical bone can be measured based on the tomographic image.
しかし、X線を用いた測定装置は高価であるとともに、被爆の問題がある。そこで、安全な超音波を用いて皮質骨の厚みを測定する技術が各種提案されている。 However, a measuring apparatus using X-rays is expensive and has a problem of exposure. Therefore, various techniques for measuring the thickness of cortical bone using safe ultrasonic waves have been proposed.
例えば特許文献1及び2は、皮質骨に向けて超音波信号を送信するとともに、皮質骨の表面からの反射波と、裏面からの反射波と、の時間差に基づいて当該皮質骨の厚みを測定する技術を開示している。
For example,
また、非特許文献1から3は、超音波エコーのスペクトル処理によって、皮質骨厚みを導出する技術を開示している。
超音波を用いて皮質骨の測定を行う場合、当該皮質骨表面の粗さや、皮質骨中の空孔の存在などによって、皮質骨からの反射波が乱れる場合がある。特許文献1及び2の構成の場合、皮質骨からの反射波が乱れると、表面のエコー又は裏面のエコーのピークを検出することが難しくなる。この結果、表面のエコーと裏面のエコーの時間差を正確に検出できなくなり、皮質骨の厚みの測定精度が低下する。
When measuring cortical bone using ultrasonic waves, the reflected wave from the cortical bone may be disturbed due to the roughness of the cortical bone surface or the presence of pores in the cortical bone. In the case of the configurations of
非特許文献1から3のように超音波エコーのスペクトルを求める場合、理想的な条件(表面と裏面が平行であること、表面がスムーズであること、骨中が均質であることなど)が必要なため、実際の皮質骨(空孔などが存在し、形状も複雑)の厚みを測定することは難しい。例えば、ケプストラム処理を用いた方法では、皮質骨表面と空孔の間の距離が、誤って皮質骨厚みとして算出される可能性がある。
When obtaining the spectrum of an ultrasonic echo as in
また、従来では、皮質骨からの良好な反射波を得るために、図15(a)に示すような音響レンズ101付きのシングルセンサを用いて超音波信号の送受信を行う場合があった。しかし、このような音響レンズを利用した場合、焦点の位置に送信波が集中するため、当該焦点の位置における皮質骨形状の影響を受け易くなる。特に高齢者の場合、皮質骨10の裏面15の形状が粗く、また皮質骨10中に空孔が多く存在する。例えば図15(b)のように裏面15が粗い場合、裏面15に焦点を合わせたときに反射波が散乱し、裏面15からの反射波を受信しにくくなる。
Conventionally, in order to obtain a good reflected wave from the cortical bone, an ultrasonic signal may be transmitted and received using a single sensor with an
このように、従来の技術では、皮質骨の表面の粗さや空孔の影響を受け易いため、当該皮質骨の厚みを精度良く安定して測定することが難しかった。 As described above, since the conventional technique is easily affected by the roughness of the surface of cortical bone and pores, it has been difficult to accurately and stably measure the thickness of the cortical bone.
また、図15のように音響レンズ101を用いたシングルセンサの場合、焦点までの距離が固定であるためスタンドオフ102を使う必要があり(例えば非特許文献1及び2)、測定が不便である。また、軟組織と皮質骨表面が平行でない場合は、皮質骨表面に対して垂直になるようにセンサの向きを調整する必要があり、この点でも測定が不便である。
Further, in the case of a single sensor using the
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、被測定体の厚みを簡単かつロバストに測定できる技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique capable of easily and robustly measuring the thickness of an object to be measured.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof will be described.
本発明の観点によれば、被測定体の厚みを、媒質を介して測定するための厚み測定方法が以下のとおり提供される。即ち、この厚み測定方法は、送信工程と、受信工程と、遅延時間設定工程と、ビーム形成工程と、厚み検出工程と、を含む。前記送信工程では、信号の送受信が可能な素子を複数有する素子アレイから、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信する。前記受信工程では、前記被測定体からの反射波を前記素子アレイで受信する。前記遅延時間設定工程では、各素子の遅延時間を設定する。前記ビーム形成工程では、前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成する。前記厚み検出工程では、前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。この厚み測定方法は、前記遅延時間設定工程において設定する前記遅延時間を、前記反射波が焦点から放射されているものとしたときの焦点距離を変化させるように変化させて、前記ビーム形成工程を繰り返すことにより、複数の受信ビーム信号を形成するスキャン工程を含む。前記厚み検出工程では、前記複数の受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。 According to the viewpoint of this invention, the thickness measuring method for measuring the thickness of a to-be-measured body through a medium is provided as follows. That is, this thickness measuring method includes a transmitting step, a receiving step, a delay time setting step, a beam forming step, and a thickness detecting step. In the transmission step, a transmission wave is transmitted from the element array having a plurality of elements capable of transmitting and receiving signals toward the measurement object via the medium. In the receiving step, a reflected wave from the measurement object is received by the element array. In the delay time setting step, the delay time of each element is set. In the beam forming step, a reception beam signal is formed by synthesizing a reception signal output from an element that has received the reflected wave by delaying the delay time set for the element. In the thickness detection step, the thickness of the measurement object is detected based on the intensity of the received beam signal. In this thickness measuring method, the beam forming step is performed by changing the delay time set in the delay time setting step so as to change a focal length when the reflected wave is emitted from a focal point. By repeating, a scanning step of forming a plurality of received beam signals is included. In the thickness detection step, the thickness of the measurement object is detected based on the intensity of the plurality of received beam signals.
このように、各素子に適切な遅延時間を設定することにより、各素子が出力した受信信号の位相を揃えることができる。位相を揃えた複数の受信信号を合成することによりS/N比を向上させることができるので、被測定体からの反射波のピークをロバストに検出できる。従って、上記の構成により、被測定体の厚みをロバストに検出することが可能になる。また、遅延時間を変化させながらビーム形成工程を繰り返すことにより、反射波の位相を揃えて受信ビーム信号を形成できる。 Thus, by setting an appropriate delay time for each element, the phases of the reception signals output by each element can be made uniform. Since the S / N ratio can be improved by synthesizing a plurality of reception signals having the same phase, the peak of the reflected wave from the measurement object can be detected robustly. Therefore, with the above configuration, the thickness of the measurement object can be detected robustly. Further, by repeating the beam forming process while changing the delay time, the received beam signal can be formed with the phases of the reflected waves aligned.
上記の厚み測定方法において、前記遅延時間設定工程では、特定の中心素子に対して最大の遅延時間が設定され、前記中心素子から離れた素子ほど小さい遅延時間が設定されることが好ましい。 In the thickness measurement method, it is preferable that in the delay time setting step, a maximum delay time is set for a specific center element, and a smaller delay time is set for an element far from the center element.
即ち、被測定体からの反射波は、当該被測定体に最も近い位置にある素子(中心素子)に対して最も早く到来し、当該中心素子から離れた素子ほど、前記反射波が到来するまでに時間がかかる。そこで上記のように遅延時間を設定することで、各受信信号に含まれる反射波の波形の位相を揃えることができる。 That is, the reflected wave from the object to be measured arrives the earliest to the element (center element) that is closest to the object to be measured, and the element farther from the center element until the reflected wave arrives. Takes time. Therefore, by setting the delay time as described above, the phase of the waveform of the reflected wave included in each received signal can be made uniform.
上記の厚み測定方法においては、前記遅延時間設定工程において各素子に設定される前記遅延時間と、当該素子から前記中心素子までの距離と、のあいだに双曲線の関係があることが好ましい。 In the thickness measuring method, it is preferable that there is a hyperbolic relationship between the delay time set for each element in the delay time setting step and the distance from the element to the central element.
被測定体の断面輪廓形状を円弧形とみなした場合、上記の関係が成り立つ。これにより、各素子の遅延時間を適切に設定できる。 When the cross-sectional ring shape of the object to be measured is regarded as an arc shape, the above relationship is established. Thereby, the delay time of each element can be set appropriately.
上記の厚み測定方法は、以下のように行うことが好ましい。即ち、前記被測定体は、第1面を有する。この厚み測定方法は、前記素子アレイから送信波を送信する送信角度を異ならせて複数回の送受信を行うことで前記第1面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出工程を含む。前記送信工程では、前記傾斜角度検出工程で検出された前記傾斜角度に基づいて送信角度が調整された前記送信波を送信する。 The thickness measuring method is preferably performed as follows. That is, the measured object has a first surface. This thickness measuring method includes an inclination angle detecting step of detecting the inclination angle of the first surface by performing transmission / reception a plurality of times with different transmission angles for transmitting transmission waves from the element array. In the transmission step, the transmission wave whose transmission angle is adjusted based on the inclination angle detected in the inclination angle detection step is transmitted.
この傾斜角度検出工程により、被測定体の第1面がどの方向にあるかを検知できる。送信工程において、第1面の傾斜角度を考慮して送信波を送信することで、当該送信波を第1面に対して確実に当てることができる。 By this inclination angle detection step, it is possible to detect in which direction the first surface of the measurement object is located. In the transmission step, by transmitting the transmission wave in consideration of the inclination angle of the first surface, the transmission wave can be reliably applied to the first surface.
上記の厚み測定方法は、以下のように行うことが好ましい。即ち、前記被測定体は、第1面及び第2面を有する。この厚み測定方法は、前記スキャン工程で生成した前記複数の受信ビーム信号を合成して合成ビーム信号を形成する合成処理工程を含む。そして、前記厚み検出工程では、前記合成ビーム信号に含まれる前記第1面からの反射波のピークと、第2面からの反射波のピークと、の時間差に基づいて、前記被測定体の厚みを算出する。 The thickness measuring method is preferably performed as follows. That is, the measured object has a first surface and a second surface. The thickness measuring method includes a combining process step of combining the plurality of received beam signals generated in the scanning step to form a combined beam signal. In the thickness detection step, the thickness of the object to be measured is based on the time difference between the peak of the reflected wave from the first surface and the peak of the reflected wave from the second surface included in the combined beam signal. Is calculated.
複数の受信ビーム信号を合成することにより、第1面からの反射波のピークと、第2面からの反射波のピークと、を含む合成ビーム信号を得ることができる。第1面と第2面のピークの時間差に基づいて、被測定体の厚みを精度良く測定できる。 By combining a plurality of received beam signals, a combined beam signal including the peak of the reflected wave from the first surface and the peak of the reflected wave from the second surface can be obtained. Based on the time difference between the peaks of the first surface and the second surface, the thickness of the object to be measured can be accurately measured.
上記の厚み測定方法において、前記合成処理工程では、前記複数の受信ビーム信号を積算することにより前記合成ビーム信号を形成することができる。 In the thickness measurement method, in the synthesis processing step, the synthesized beam signal can be formed by integrating the plurality of received beam signals.
このように、各受信ビーム信号を積算することにより、第1面からの反射波のピークと、第2面からの反射波のピークとを、1つの合成ビーム信号に合成することができる。 In this way, by integrating the received beam signals, the peak of the reflected wave from the first surface and the peak of the reflected wave from the second surface can be combined into one combined beam signal.
上記の厚み測定方法において、前記合成処理工程では、時間ごとに、前記複数の受信ビーム信号の中で強度の最大値を求め、各最大値を時間軸方向で並べることにより前記合成ビーム信号を形成することもできる。 In the thickness measuring method, in the synthesis processing step, a maximum intensity value is obtained from the plurality of received beam signals at each time, and the maximum value is arranged in the time axis direction to form the synthesized beam signal. You can also
これにより、各受信ビーム信号に含まれている強いピークを残した合成ビーム信号を得ることができる。 As a result, it is possible to obtain a combined beam signal that leaves a strong peak included in each received beam signal.
本発明の別の観点によれば、被測定体の厚みを、媒質を介して測定するための厚み測定方法が以下のとおり提供される。即ち、この厚み測定方法は、送信工程と、受信工程と、遅延時間設定工程と、ビーム形成工程と、厚み検出工程と、を含む。前記送信工程では、信号の送受信が可能な素子を複数有する素子アレイから、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信する。前記受信工程では、前記被測定体からの反射波を前記素子アレイで受信する。前記遅延時間設定工程では、各素子の遅延時間を設定する。前記ビーム形成工程では、前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成する。前記厚み検出工程では、前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。前記被測定体は第1面と第2面を有する。この厚み測定方法は、前記第1面からの反射波と、前記第2面からの反射波が同じ方向から返ってきている場合に、前記被測定体の最小厚みを測定できていると判定する最小厚み判定工程を含む。 According to another aspect of the present invention, a thickness measuring method for measuring the thickness of an object to be measured through a medium is provided as follows. That is, this thickness measuring method includes a transmitting step, a receiving step, a delay time setting step, a beam forming step, and a thickness detecting step. In the transmission step, a transmission wave is transmitted from the element array having a plurality of elements capable of transmitting and receiving signals toward the measurement object via the medium. In the receiving step, a reflected wave from the measurement object is received by the element array. In the delay time setting step, the delay time of each element is set. In the beam forming step, a reception beam signal is formed by synthesizing a reception signal output from an element that has received the reflected wave by delaying the delay time set for the element. In the thickness detection step, the thickness of the measurement object is detected based on the intensity of the received beam signal. The measured object has a first surface and a second surface. This thickness measurement method determines that the minimum thickness of the object to be measured can be measured when the reflected wave from the first surface and the reflected wave from the second surface are returned from the same direction. A minimum thickness determination step is included .
即ち、最小厚みは、第1面と第2面が平行になった場所に存在するので、表面反射波と裏面反射波が同じ方向から返ってきている場合に最小厚みを測定できていると判断できる。 That is, since the minimum thickness exists in a place where the first surface and the second surface are parallel, it is determined that the minimum thickness can be measured when the front surface reflected wave and the back surface reflected wave return from the same direction. it can.
上記の厚み測定方法においては、前記媒質は軟組織であり、前記被測定体は皮質骨であり、前記送信波は超音波信号とすることができる。 In the thickness measuring method, the medium is a soft tissue, the measured object is a cortical bone, and the transmission wave can be an ultrasonic signal.
このように、超音波信号の送受信によって、軟組織中の皮質骨の厚みを測定できる。 Thus, the thickness of cortical bone in soft tissue can be measured by transmitting and receiving ultrasonic signals.
上記の厚み測定方法において、前記送信波は平面波であることが好ましい。 In the thickness measurement method, the transmission wave is preferably a plane wave.
このように、送信波を平面波とすることにより、当該送信波が被測定体の特定部分に集中することがないので、当該被測定体からの反射波を安定して得られる。これにより、ロバストな測定が可能になる。 In this way, by setting the transmission wave as a plane wave, the transmission wave does not concentrate on a specific portion of the measured object, and thus a reflected wave from the measured object can be stably obtained. This enables a robust measurement.
本発明の別の観点によれば、被測定体の厚みを、媒質を介して測定するための厚み測定装置が提供される。即ち、この厚み測定装置は、素子アレイと、遅延時間設定部と、ビーム形成部と、厚み検出部と、を備える。前記素子アレイは、信号の送受信が可能な素子を複数有し、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信するとともに、前記被測定体からの反射波を受信する。前記遅延時間設定部は、各素子の遅延時間を設定する。前記ビーム形成部は、前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成する。前記厚み検出部は、前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。この厚み測定装置は、前記遅延時間設定部が設定する前記遅延時間を、前記反射波が焦点から放射されているものとしたときの焦点距離を変化させるように変化させて、前記ビーム形成部による前記受信ビーム信号の形成を繰り返すことにより、複数の受信ビーム信号を形成するスキャン処理部を備える。前記厚み検出部は、前記複数の受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。 According to another viewpoint of this invention, the thickness measuring apparatus for measuring the thickness of a to-be-measured object through a medium is provided. That is, the thickness measuring apparatus includes an element array, a delay time setting unit, a beam forming unit, and a thickness detecting unit. The element array includes a plurality of elements capable of transmitting and receiving signals, and transmits a transmission wave toward the measurement object via the medium and receives a reflected wave from the measurement object. The delay time setting unit sets a delay time of each element. The beam forming unit forms a reception beam signal by synthesizing a reception signal output from an element that has received the reflected wave by delaying the delay time set for the element. The thickness detection unit detects the thickness of the measured object based on the intensity of the received beam signal. In this thickness measuring apparatus, the delay time set by the delay time setting unit is changed so as to change a focal length when the reflected wave is emitted from a focal point. A scan processing unit that forms a plurality of reception beam signals by repeating the formation of the reception beam signals is provided. The thickness detector detects the thickness of the measured object based on the intensity of the plurality of received beam signals.
上記の厚み測定装置において、前記遅延時間設定部は、特定の中心素子に対して最大の遅延時間を設定し、前記中心素子から離れた素子ほど小さい遅延時間を設定することが好ましい。 In the thickness measuring apparatus, it is preferable that the delay time setting unit sets a maximum delay time for a specific center element, and sets a smaller delay time for an element farther from the center element.
上記の厚み測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記被測定体は第1面を有する。この厚み測定装置は、前記素子アレイから送信波を送信する送信角度を異ならせて複数回の送受信を行うことで前記第1面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部を備える。前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度に基づいて送信角度を調整して前記送信波を前記被測定体に送信し、このとき得られた反射波に基づいて、前記ビーム形成部が前記受信ビーム信号を形成する。 The thickness measuring device is preferably configured as follows. That is, the measured object has a first surface. The thickness measuring device includes an inclination angle detection unit that detects an inclination angle of the first surface by performing transmission / reception a plurality of times with different transmission angles for transmitting transmission waves from the element array. The transmission angle is adjusted based on the inclination angle detected by the inclination angle detection unit and the transmission wave is transmitted to the measurement object. Based on the reflected wave obtained at this time, the beam forming unit receives the reception wave. Form a beam signal.
上記の厚み測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記被測定体は第1面と第2面を有する。この厚み測定装置は、前記スキャン処理部で形成した前記複数の受信ビーム信号を合成して合成ビーム信号を形成する合成処理部を備える。前記厚み検出部では、前記合成ビーム信号に含まれる前記第1面からの反射波のピークと、前記第2面からの反射波のピークと、の時間差に基づいて、前記被測定体の厚みを算出する。 The thickness measuring device is preferably configured as follows. That is, the measured object has a first surface and a second surface. The thickness measuring apparatus includes a synthesis processing unit that combines the plurality of reception beam signals formed by the scan processing unit to form a synthesized beam signal. In the thickness detector, the thickness of the object to be measured is determined based on the time difference between the peak of the reflected wave from the first surface and the peak of the reflected wave from the second surface included in the combined beam signal. calculate.
本発明の別の観点によれば、被測定体の厚みを、媒質を介して測定するための厚み測定装置が提供される。即ち、この厚み測定装置は、素子アレイと、遅延時間設定部と、ビーム形成部と、厚み検出部と、を備える。前記素子アレイは、信号の送受信が可能な素子を複数有し、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信するとともに、前記被測定体からの反射波を受信する。前記遅延時間設定部は、各素子の遅延時間を設定する。前記ビーム形成部は、前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成する。前記厚み検出部は、前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。前記被測定体は第1面と第2面を有する。この厚み測定装置は、前記第1面からの反射波と、前記第2面からの反射波が同じ方向から返ってきている場合に、前記被測定体の最小厚みを測定できていると判定する最小厚み判定部を備える。 According to another viewpoint of this invention, the thickness measuring apparatus for measuring the thickness of a to-be-measured object through a medium is provided. That is, the thickness measuring apparatus includes an element array, a delay time setting unit, a beam forming unit, and a thickness detecting unit. The element array includes a plurality of elements capable of transmitting and receiving signals, and transmits a transmission wave toward the measurement object via the medium and receives a reflected wave from the measurement object. The delay time setting unit sets a delay time of each element. The beam forming unit forms a reception beam signal by synthesizing a reception signal output from an element that has received the reflected wave by delaying the delay time set for the element. The thickness detection unit detects the thickness of the measured object based on the intensity of the received beam signal. The measured object has a first surface and a second surface. This thickness measuring apparatus determines that the minimum thickness of the object to be measured can be measured when the reflected wave from the first surface and the reflected wave from the second surface are returned from the same direction. A minimum thickness determination unit is provided.
上記の厚み測定装置においては、前記媒質は軟組織であり、前記被測定体は皮質骨であり、前記送信波は超音波信号とすることができる。 In the thickness measuring apparatus, the medium is a soft tissue, the measured object is a cortical bone, and the transmission wave can be an ultrasonic signal.
上記の厚み測定装置において、前記送信波は平面波であることが好ましい。 In the thickness measurement apparatus, the transmission wave is preferably a plane wave.
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る厚み測定装置としての超音波診断装置1のブロック図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic
本実施形態の超音波診断装置1は、人体の皮質骨10を診断対象(被測定体)としている。図1に示すように、皮質骨10は、脂肪や筋肉などの軟組織(媒質)11に覆われている。また、皮質骨10の内部には海綿骨13が存在している。皮質骨10は、軟組織11に接する表面(第1面)14と、海綿骨13に接する裏面(第2面)15と、を有している。
The ultrasonic
本実施形態の超音波診断装置1は、軟組織11を介して皮質骨10の厚みを測定するように構成されている。なお、皮質骨10の厚みとは、表面14と裏面15の間の距離をいう。測定した厚みは、骨強度の計測指標として利用できる。
The ultrasonic
図1に示すように、超音波診断装置1は、超音波送受波器2と、装置本体3とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the ultrasonic
超音波送受波器2は、超音波の送波及び受波を行うものである。この超音波送受波器2は、測定部位の軟組織11の表面(皮膚)に当接する当接面2aと、素子アレイ22を備えている。素子アレイ22は、当接面2aに沿って、等間隔で1列に並んで配列された複数の素子24からなっている。
The ultrasonic transmitter /
本実施形態の素子24は超音波振動子であり、電気信号を与えられるとその表面が振動して超音波を発生させる。また、素子24は、その表面に超音波を受波すると、電気信号(受信信号)を生成して出力するように構成されている。即ち、各素子24は、超音波の送波と受波を行うことが可能である。
The
装置本体3は、ケーブルによって超音波送受波器2と接続されており、当該超音波送受波器2との間で信号の送受信ができるように構成されている。この装置本体3は、送信回路31と、複数の受信回路33と、送受信分離部34と、演算部35と、表示部32と、を備えている。
The apparatus
送信回路31は、電気パルス信号を生成するとともに、この電気パルス信号を各素子24に印加できるように構成されている。電気パルス信号の中心周波数は、例えば1〜10MHz程度である。送信回路31は、素子アレイ22の複数の素子24それぞれに対して任意のタイミングの電気パルス信号を印加できるように構成されている。これにより、複数の素子24から、一斉に、あるいは個別のタイミングで送信波を送信できる。
The
素子アレイ22は、皮質骨10に向けて、軟組織11を介して超音波信号(送信波)を送信する(図2(a))。送信波は、軟組織11中を伝播して皮質骨10の表面14で反射し、表面反射波を発生させる(図2(b))。また、送信波の一部は、皮質骨10の内部に入射し、当該皮質骨10中を伝播した後に裏面15で反射し、裏面反射波を発生させる(図2(c))。裏面反射波は、再び軟組織11中に放射される。表面反射波及び裏面反射波は、複数の素子24のうち、少なくとも一部の素子24に受信される。
The
複数の受信回路33は、素子アレイ22を構成する複数の素子24にそれぞれ接続されている。各受信回路33は、素子24が超音波を受信することにより出力した電気信号を受信し、当該電気信号に対して、増幅処理や、フィルタ処理、デジタル変換処理などを施したデジタルの受信信号を生成して演算部35に送信するように構成されている。
The plurality of receiving
送受信分離部34は、素子アレイ22と、前記送信回路31及び前記受信回路33と、の間に接続されている。この送受信分離部34は、送信回路31から素子アレイ22に送られる電気信号(電気パルス信号)が受信回路33に直接流れるのを防止するとともに、素子アレイ22から受信回路33に送られる電気信号(受信信号)が送信回路31側に流れるのを防止するためのものである。
The transmission /
演算部35は、CPU、RAM、ROMなどのハードウェアを備えたコンピュータとして構成されており、各素子24が出力した受信信号に対して各種の演算処理を実行できる。演算部35は、厚み測定部50と、受信角度補正部57と、としての機能を有している。
The
厚み測定部50は、前記受信信号に基づいて、皮質骨10の厚みを測定する。厚み測定部50によって測定された皮質骨10の厚みは、表示部32に適宜表示される。以上のように構成された超音波診断装置1により、皮質骨10の厚みを測定できる。なお、厚み測定部50の詳細な構成については後述する。
The
受信角度補正部57は、反射波の到来角度に由来する受信タイミングのズレを補正するように構成されている。例えば、素子アレイ22に直交する方向から反射波が到来した場合(素子アレイ22に平行な波面を有する反射波が到来した場合)、各素子24には同じタイミングで反射波を受信する。しかし、例えば図2(b)のように素子アレイ22に対して斜め方向から反射波が到来した場合、各素子24に反射波が受信されるタイミングにズレが生じる。そこで受信角度補正部57は、素子アレイ22に直交する方向から反射波が到来した場合を基準として、斜め方向から反射波が到来したことによる受信タイミングのズレを補正するように構成されている。具体的には、受信角度補正部57は、各素子24が出力した受信信号それぞれを、反射波が到来した角度に応じた遅延時間ずつ遅延させることにより、前記タイミングのズレを補正する。
The reception
なお、実際に反射波がどの方向から到来したかは不明であるから、受信角度補正部57は、素子アレイ22が送信波を送信した方向(図2(a)に示す送信角度θの方向)から反射波が返ってきたと仮定して、上記受信タイミングの補正を行う。特に断わらない限り、以下の説明では、受信角度補正部57による処理についての説明は省略し、各素子24が出力した受信信号は受信角度補正部57によって受信タイミングが補正されているものとする。
Since the direction from which the reflected wave actually arrives is unknown, the reception
続いて、本実施形態の特徴的な点について詳しく説明する。 Subsequently, characteristic points of the present embodiment will be described in detail.
図15に示した従来のセンサでは、音響レンズ101によって送信波を焦点に集中させていたので、焦点の位置で裏面15が荒れていたり、空孔等が存在したりした場合には、反射波が乱れ、皮質骨10の厚みを安定して測定できないという問題がある。
In the conventional sensor shown in FIG. 15, the transmission wave is concentrated on the focal point by the
そこで本実施形態の超音波診断装置1では、皮質骨10の特定の点に送信波を集中させないように構成されている。
Therefore, the ultrasonic
即ち、本実施形態の超音波診断装置1では、図2(a)に示すように、ある程度の幅を有する平面波を、素子アレイ22の複数の素子24から皮質骨10に向けて送信する(送信工程)。当該平面波は、皮質骨10の表面14のある程度の幅を有する領域に当たって、表面反射波を発生させる(図2(b))。また、前記平面波は、皮質骨10の裏面15のある程度の幅を有する領域に当たって、裏面反射波を発生させる(図2(c))。上記の表面反射波と裏面反射波は、それぞれ複数の素子24に受信される(受信工程)。
That is, in the ultrasonic
このように、素子アレイ22からの送信波を平面波としているので、表面14や裏面15の一点に送信波が集中することがない。これにより、表面14や裏面15の粗さ、皮質骨10中の空孔の存在などの影響を受けにくくなり、表面反射波及び裏面反射波を安定して素子アレイ22で受信できる。また、特定の点(焦点)に送信波を集中させる必要がないので、固定焦点の音響レンズを用いた場合に必要だったスタンドオフが不要になり、測定が簡単になる。
Thus, since the transmission wave from the
そして、本実施形態の超音波診断装置1の厚み測定部50は、皮質骨10からの反射波のピークを安定して検出するために、ビーム形成部42を備えている。
The
ビーム形成部42は、反射波を受信した複数の素子24が出力した受信信号Sを積算して合成することにより、受信ビーム信号Saccを形成するように構成されている。なお、受信ビーム信号Saccが形成される様子を、図3に模式的に示す。複数の受信信号Sを積算することにより、当該受信信号Sに含まれている反射波の波形が強めあってS/N比が向上するので、当該反射波のピークを検出し易くなる。
The
ただし、S/N比向上の効果が得られるのは、積算される複数の受信信号Sに含まれる反射波の波形の位相が揃っている場合に限られる。そこでビーム形成部42は、図3に示すように、遅延時間設定部43と、遅延処理部48を備えている。
However, only when the effect of the S / N ratio is improved is that obtained, a plurality of phases of the reflected waves of the waveform included in the received signal S is integrated are aligned. Therefore, the
遅延時間設定部43は、各素子24の遅延時間を設定するように構成されている。遅延処理部48は、各素子24が出力した受信信号Sを、遅延時間設定部43が設定した遅延時間ずつ遅延させるように構成されている。従って、各素子24の遅延時間が適切に設定されていれば、遅延処理部48が各受信信号Sを遅延させることにより、各受信信号Sに含まれる反射波の波形の位相が揃う。
The delay
ビーム形成部42は、積算処理部44を備えている。積算処理部44は、遅延処理部48が遅延させた受信信号Sを積算して、前記受信ビーム信号Saccを形成するように構成されている。
The
例えば、遅延処理部48が遅延させた各受信信号Sにおいて表面反射波の波形の位相が揃っていれば、これらを積算することで表面反射波の波形が強め合うので、受信ビーム信号Saccに含まれる表面反射波のピークの強度が大きくなる(図3に示した状態)。つまり、表面反射波のS/N比が向上するので、当該表面反射波のピークを検知し易くなる。なお、受信ビーム信号Saccの包絡線(図3に点線で示す)の振幅のことを、単に信号の「強度」という場合がある。
For example, if the phase of the surface reflected wave waveform is the same in each received signal S delayed by the
また例えば、表面反射波のときとは別の遅延時間を各素子24に設定することにより、裏面反射波の波形の位相を揃えて、当該裏面反射波のS/N比を向上させることも可能である(図示は省略)。これにより、裏面反射波のピークを検知し易くなる。
Also, for example, by setting a delay time different from that for the front surface reflected wave to each
このように、本実施形態の超音波診断装置1の構成によれば、表面反射波と裏面反射波のピークを安定して検出できるので、皮質骨10の厚みをロバストに求めることができる。
As described above, according to the configuration of the ultrasonic
ところで、皮質骨10からの反射波(表面反射波又は裏面反射波)の波形の位相を揃えるためには、各素子24の遅延時間を適切に設定する必要がある。そこで次に、遅延時間設定部43において、各素子24の遅延時間を設定する手法について説明する。
By the way, in order to align the phase of the waveform of the reflected wave (front surface reflected wave or back surface reflected wave) from the
まず、反射波の伝播経路の簡単なモデルとして、図4(a)に示すモデルを検討する。この図4(a)のモデルは、単一の反射点53から放射された反射波が、素子アレイ22の各素子24に受信された場合をモデル化したものである。
First, as a simple model of the propagation path of the reflected wave, the model shown in FIG. The model of FIG. 4A is a model in which a reflected wave radiated from a
図4(a)のモデルにおいて、反射波が最も早く到来する素子24を、素子アレイ22の中心素子24cとする。中心素子24cから反射点53までの距離をZ、当該反射点53からの反射波が各素子24に到来するまでの伝播時間をT、当該素子24から中心素子24cまでの距離をΔX、超音波が伝播する媒質の音速をSOSとすれば、以下の関係が成り立つ。なお、SOSとしては、軟組織中の音速の経験値を用いることができる。
In the model of FIG. 4A, the
なお、反射点53から中心素子24cまでの反射波の伝播時間Tcは、上記数式1にΔX=0を代入して以下の式で求めることができる。
The propagation time T c of the reflected wave from the
中心素子24cへの反射波の伝播時間Tcと、他の素子24への反射波の伝播時間Tと、の差を、各素子24までの反射波の遅れ時間ΔTとする。各素子24までの反射波の遅れ時間ΔTは、以下の数式3で求めることができる。
The difference between the propagation time T c of the reflected wave to the
上記数式3を変形すれば、以下の式を得る。
If the
上記数式4は、双曲線の式と同じ形をしている。なお、周知のように、双曲線の式は以下の数式5で表すことができる。従って、各素子24の位置ΔXと、当該素子24までの反射波の遅れ時間ΔTとの関係は、双曲線であると言える。従って、各素子24の位置ΔXに対して遅れ時間ΔTをプロットすれば、図4(b)のような双曲線グラフを得る。
各素子24が出力した受信信号Sに含まれる反射波の位相を揃えるためには、前記遅れ時間ΔTを相殺するように各素子24の遅延時間を設定すれば良い。従って、遅延時間設定部43が各素子24に設定すべき遅延時間は、図4(b)のグラフを上下反転した双曲線グラフ(図5)によって表すことができる。従って、各素子24に設定される遅延時間と、各素子24の位置ΔX(中心素子24cからの距離)の間には、双曲線の関係があるといえる。図5のグラフに示すように、中心素子24cに対して設定する遅延時間が最も大きく、当該中心素子24cから遠い素子24ほど、遅延時間は小さくなる。
In order to align the phases of the reflected waves included in the reception signal S output from each
即ち、図4(a)のモデルにおいては、中心素子24cに近い素子24ほど、反射点53からの反射波が早く到来し、中心素子24cから遠い素子24ほど、反射波が到来するまでの時間がかかる。そこで、中心素子24cに近い素子24ほど、大きな遅延時間を設定するのである。上記のように各素子24の遅延時間を設定すれば、図4の反射点53から反射波が放射されたときに、各素子24が出力する受信信号Sに含まれる反射波の波形の位相を揃えることができる。
That is, in the model of FIG. 4A, the time until the reflected wave arrives earlier at the
以上、反射波の伝播経路の簡単なモデルとして、図4(a)のモデルを参照し、遅延時間設定部43が設定する遅延時間について説明した。しかし前述のように、本実施形態の超音波診断装置1では、皮質骨10の特定の点に送信波を集中させない構成としているので、特定の反射点53から反射波(表面反射波又は裏面反射波)が放射されるとは考えられない。従って、図4(a)のモデルは、本実施形態における表面反射波及び裏面反射波の伝播経路のモデルとしては適当ではない。
The delay time set by the delay
そこで本願発明者らは、図6(a)に示すモデルを検討した。このモデルは、皮質骨10の表面14の断面形状を半径R1の円弧、裏面15の断面形状を半径R2の円弧として、皮質骨10の形状をモデル化したものである。素子アレイ22の中心素子24cから表面14までの距離はZ1、裏面15までの距離はZ2としている。
Therefore, the present inventors examined a model shown in FIG. This model is obtained by modeling the shape of the
実際の皮質骨10は全体的に複雑な曲面形状をしているが、皮質骨10の一部の領域(局所部位)に限定すれば、当該皮質骨10の形状を上記のモデルで十分に近似できる。本実施形態の超音波診断装置1は、図2(a)に示すように、素子アレイ22の一部の素子24から、皮質骨10の一部の領域(局所部位12)に向けて平面波を送信するように構成されている。このように、本実施形態では、超音波を当てる領域を皮質骨10の一部の領域に限定しているので、図6(a)のモデルによる近似が成立すると考えて良い。なお、このように素子アレイ22の一部から送信波を送信する場合、当該一部をサブアレイ25と称する。
The actual
続いて、図6(a)のモデルにおける裏面反射波の各素子24への遅れ時間ΔTについて考察する。
Next, the delay time ΔT of the back surface reflected wave to each
図6(a)のモデルにおいて、半径R1,R2、距離Z1,Z2、及び皮質骨10と軟組織11の音速をそれぞれ設定すれば、素子アレイ22から平面波を送信した場合に発生する裏面反射波の各素子24への伝播経路を、スネルの法則を用いたシミュレーションにより求めることができる。なお、このようにシミュレーションで求めた伝播経路の例を、図6(a)に示している。当該シミュレーションで求めた裏面反射波の伝播経路に基づいて、当該裏面反射波の各素子24への遅れ時間ΔTを算出できる。当該シミュレーションに基づいて求めた遅れ時間ΔTの例を、図6(b)のグラフに示す。
In the model shown in FIG. 6A, if the radii R1, R2, distances Z1, Z2, and the sound speeds of the
本願発明者らは、鋭意研究を重ねたところ、図6(b)の遅れ時間ΔTのグラフが、図4(b)の遅れ時間ΔTのグラフに良く似ていることに気付いた。 The inventors of the present application conducted extensive research and found that the graph of the delay time ΔT in FIG. 6B is very similar to the graph of the delay time ΔT in FIG.
そこで本願発明者らが詳しく検討したところ、図6(a)のモデルにおける6つのパラメータの組み合わせを異ならせた場合であっても、当該モデルに基づくシミュレーションによって求めた裏面反射波の遅れ時間ΔTが、前述の数式3で算出した遅れ時間ΔTによく一致することを突き止めた。なお、本願発明者らが検討した範囲では、図6(a)のモデルによるシミュレーションで求めた裏面反射波の遅れ時間ΔTのグラフ(図6(b))を、数式3で求めた遅れ時間ΔTのグラフ(図4(b))によって99%程度の類似度で近似できた。
Therefore, when the inventors of the present application examined in detail, even when the combination of the six parameters in the model of FIG. 6A is varied, the delay time ΔT of the back reflection wave obtained by the simulation based on the model is different. Thus, it was found that the delay time ΔT calculated by the above-described
次に、図6(a)のモデルにおける表面反射波の各素子24までの遅れ時間ΔTについて考察する。
Next, the delay time ΔT of the surface reflected wave to each
図6(a)のモデルの場合、表面14の断面形状を円弧状としているので、当該表面14を円形鏡とみなすことができる。周知のように、円形鏡において、開口面積が十分に小さければ、図7のように、焦点51を想定できる。この皮質骨10(円形鏡)に向けて平面波を送信すれば、当該平面波が表面14(円形鏡)で反射して発生した表面反射波は、あたかも焦点51から放射されたような伝播経路で各素子24に受信される(図7)。
In the case of the model of FIG. 6A, since the cross-sectional shape of the
従って、図6(a)のモデルにおける表面反射波の各素子24への遅れ時間ΔTは、当該表面反射波が単一の焦点51から放射されているものとして計算できる。より具体的には、中心素子24cから焦点51までの距離を焦点距離Zfとすれば、既に説明した数式3の距離Zに焦点距離Zfを代入することにより、各素子24への表面反射波の遅れ時間ΔTを算出できる。このように、表面反射波の各素子24への遅れ時間ΔTを、数式3を利用して計算できる。
Therefore, the delay time ΔT of the surface reflected wave to each
以上のように、本願発明者らの研究により、素子アレイ22から平面波を送信した場合に発生する表面反射波及び裏面反射波の遅れ時間ΔTを、それぞれ数式3によって近似的に計算できることが明らかになった。
As described above, it is clear from the research by the inventors of the present application that the delay time ΔT of the front surface reflected wave and the back surface reflected wave generated when a plane wave is transmitted from the
即ち、図6(a)のモデルを用いたシミュレーションにより反射波(表面反射波又は裏面反射波)の遅れ時間ΔTを求めるためには、6つのパラメータ(半径R1,R2、距離Z1,Z2、及び皮質骨10と軟組織11の音速)を設定する必要がある。軟組織11の音速は経験値を用いることができるが、他の5つのパラメータは未知である。そこで、未知の5つのパラメータを試行錯誤等によって探すことが考えられるが、5つの独立したパラメータを試行錯誤により探すことになるため、演算負荷が膨大になり現実的ではない。
That is, in order to obtain the delay time ΔT of the reflected wave (surface reflected wave or back surface reflected wave) by simulation using the model of FIG. 6A, six parameters (radius R1, R2, distance Z1, Z2, and It is necessary to set the sound velocity of the
この点、数式3の未知のパラメータは1つ(距離Z)のみであるから、未知のパラメータが5つも存在する図6(a)のモデルよりも簡単である。従って、反射波(表面反射波又は裏面反射波)の遅れ時間ΔTを計算する際に数式3を利用すれば、図6(a)のモデルを用いたシミュレーションにより遅れ時間ΔTを算出する場合に比べて、演算負荷を大幅に低減できる。
In this respect, since there is only one unknown parameter (distance Z) in
以上を踏まえ、本実施形態の厚み測定方法について、図8のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。 Based on the above, the thickness measurement method of the present embodiment will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.
この厚み測定方法では、まず、皮質骨10の表面14の傾斜角度θsurfを検出する(ステップS101、傾斜角度検出工程)。なお、傾斜角度θsurfとは、皮質骨10の表面14の接線と、素子アレイ22において素子24が並ぶ方向と、がなす角度をいう(図2(a)参照)。
In this thickness measurement method, first, the inclination angle θsurf of the
厚み測定部50は、傾斜角度検出部45を備えている。傾斜角度検出部45は、素子アレイ22の一部(サブアレイ25)から、皮質骨10の一部(局所部位12)に向けて、ある送信角度θで平面波を送信するように構成されている。なお、送信角度θとは、サブアレイ25の素子24が並ぶ方向に直交する方向と、平面波の進行方向と、がなす角度をいう(図2(a)参照)。
The
サブアレイ25から送信された平面波は、皮質骨10の表面14で反射して表面反射波を発生させる(図2(b)参照)。この表面反射波は、素子アレイ22の各素子24に受信される。傾斜角度検出部45は、各素子が出力した受信信号Sを積算して、受信ビーム信号Saccを形成する。
The plane wave transmitted from the
例えば図2(a)のように、送信角度θと傾斜角度θsurfが一致している場合、平面波を送信した方向(送信角度θの方向)から表面反射波が返ってくる(例えば図2(b)に示す)。この場合、当該表面反射波が各素子24に受信されたタイミングのズレが受信角度補正部57によって適切に補正されるので、受信ビーム信号Saccにおいて表面反射波のピークの強度が大きくなる。一方、送信角度θと傾斜角度θsurfが一致していない場合(図示は省略)、平面波を送信した方向(送信角度θの方向)とは違う方向から表面反射波が返ってくる(又は全く返ってこない)。この場合、当該表面反射波が各素子24に受信されたタイミングのズレは受信角度補正部57によって適切に補正できないので、受信ビーム信号Saccにおいて表面反射波のピークの強度が小さくなる。
For example, as shown in FIG. 2A, when the transmission angle θ and the inclination angle θ surf coincide with each other, the surface reflected wave returns from the direction in which the plane wave is transmitted (direction of the transmission angle θ) (for example, FIG. as shown in b)). In this case, since the deviation in timing at which the surface reflected waves are received by the
このように、送信角度θが異なれば、受信ビーム信号Saccに含まれる表面反射波のピークの強度も異なる。傾斜角度検出部45は、送信角度θを異ならせて、上記の平面波の送受信を複数回行うように構成されている。これにより、送信角度θを互いに異ならせた複数の受信ビーム信号Saccを得る。
As described above, when the transmission angle θ is different, the intensity of the peak of the surface reflected wave included in the reception beam signal S acc is also different. The inclination
送信角度θに対して各受信ビーム信号Saccの強度をプロットすれば、図9のようなθ−tグラフを得る。なお、図9において、ドット模様の密度が濃い部分ほど、受信ビーム信号Saccの強度が大きいことを示している。θ−tグラフにおいて、強度が強い部分(ドット模様の密度が濃い部分)を、「エコー像」と呼ぶ。 If the intensity of each received beam signal S acc is plotted against the transmission angle θ, a θ-t graph as shown in FIG. 9 is obtained. In FIG. 9, it is shown that the intensity of the received beam signal S acc is higher as the dot pattern density is higher. In the θ-t graph, a portion having a high intensity (a portion having a high dot pattern density) is referred to as an “echo image”.
傾斜角度検出部45は、前記θ−tグラフ上で、表面反射波のエコー像の強度が最大になる点の座標(θmax,tmax)を求めるように構成されている(図9)。このときの送信角度(送信角度θmax)が、局所部位12の表面14の傾斜角度θsurfに一致していると判断できる。即ち、局所部位12の表面14の傾斜角度θsurf=θmaxである。以上のようにして、傾斜角度検出部45は、局所部位12の表面14の傾斜角度θsurfを検出できる。
The tilt
次に、厚み測定部50は、サブアレイ25から局所部位12に向けて平面波を送信する(ステップS102、送信工程)。この送信工程において、厚み測定部50は、前記送信波の送信角度θを、傾斜角度検出部45が検出した傾斜角度θsurfに一致させるように調整して、当該送信波を送信する。これにより、局所部位12の表面14に対して平面波が垂直に当たるので、当該表面14に対して平面波を確実に当てることができる。
Next, the
前記平面波は、皮質骨10の表面14で表面反射波を発生させる。また、前記平面波は、皮質骨10に入射し、裏面15で裏面反射波を発生させる。表面反射波と裏面反射波は、それぞれ素子アレイ22の複数の素子24で受信される(ステップS103、受信工程)。
The plane wave generates a surface reflected wave on the
本実施形態の厚み測定部50は、スキャン処理部49を備えている。スキャン処理部49は、遅延時間設定工程(ステップS104)と受信ビーム形成工程(ステップS105)を繰り返し行うように構成されている(ステップS104〜S105のループ、スキャン工程)。
The
遅延時間設定工程(ステップS104)では、遅延時間設定部43が、数式3に基づいて、各素子24への反射波の遅れ時間ΔTを求める。なお、遅れ時間ΔTを計算するためには、数式3のパラメータである距離Zの値が必要である。ところが、当該距離Zに設定すべき適切な値は未知である。そこで遅延時間設定部43は、ステップS104において、数式3の距離Zに適当な値を代入して、各素子24についての遅れ時間ΔTを算出するように構成されている。
In the delay time setting step (step S104), the delay
そして遅延時間設定部43は、求めた遅れ時間ΔTを相殺するように、各素子24の遅延時間を設定する。既に説明したように、数式3に基づいて設定される各素子24の遅延時間と、各素子24の位置ΔXとのあいだには、図5のような双曲線の関係がある。
Then, the delay
ビーム形成工程(ステップS105)では、遅延処理部48が、各素子24が出力した受信信号Sを、当該素子24に設定された前記遅延時間ずつ遅延させる。積算処理部44は、遅延処理部48が遅延させた受信信号Sを積算して、受信ビーム信号Saccを形成する(ステップS105、ビーム形成工程)。
In the beam forming step (step S <b> 105), the
そして、スキャン処理部49は、上記の遅延時間設定工程と受信ビーム形成工程を繰り返し行う(ステップS104〜S105のループ、スキャン工程)。
Then, the
なお、遅延時間設定部43は、スキャン工程における前記繰り返しごとに、数式3の距離Zに代入する値を異ならせるように構成されている。従って、上記スキャン工程においては、距離Zの値を変化させながら、遅延時間設定工程及びビーム形成工程を繰り返し実行することになる。このように、距離Zの値を変化させながら処理を繰り返すことを、単に「距離Zをスキャンする」と表現する場合がある。
Note that the delay
以上のスキャン工程により、互いに距離Zの値を異ならせた複数の受信ビーム信号Saccが得られる(図10)。 Through the above scanning process, a plurality of received beam signals S acc with different values of the distance Z are obtained (FIG. 10).
前述のように、表面反射波の各素子24への遅れ時間ΔTは、数式3で近似的に計算できる。表面反射波の遅れ時間ΔTを計算するために必要な距離Zの値は不明であるが、上記のスキャン処理工程では、数式3の唯一の未知のパラメータである距離Zをスキャンしているので、表面反射波の遅れ時間ΔTを適切に算出できるときがある。このとき、ビーム形成工程において、各受信信号Sに含まれる表面反射波の波形の位相を揃えることができるので、このとき生成された受信ビーム信号Saccでは、表面反射波のS/N比が向上しているはずである。
As described above, the delay time ΔT of the surface reflected wave to each
また前述のように、裏面反射波の各素子24への遅れ時間ΔTも、数式3で近似的に計算できる。裏面反射波の遅れ時間ΔTを計算するために必要な距離Zの値は不明であるが、上記のスキャン処理工程では、数式3の唯一の未知のパラメータである距離Zをスキャンしているので、裏面反射波の遅れ時間ΔTを適切に算出できるときがある。このとき、ビーム形成工程において、各受信信号Sに含まれる裏面反射波の波形の位相を揃えることができるので、このとき生成された受信ビーム信号Saccでは、裏面反射波のS/N比が向上しているはずである。
Further, as described above, the delay time ΔT of the back surface reflected wave to each
従って、スキャン工程で得た複数の受信ビーム信号Saccの中には、表面反射波のS/N比が向上した受信ビーム信号Saccと、裏面反射波のS/N比が向上した受信ビーム信号Saccが、それぞれ含まれていると考えられる(図10)。 Accordingly, among the plurality of received beam signals S acc obtained in the scanning process, the received beam signal S acc with an improved S / N ratio of the front surface reflected wave and a received beam with an improved S / N ratio of the back surface reflected wave are included. Each of the signals S acc is considered to be included (FIG. 10).
本実施形態の厚み測定部50は、スキャン処理部49が形成した複数の受信ビーム信号Saccを合成して合成ビーム信号Scombを形成する合成処理部52を備えている。
The
合成処理部52は、まず、スキャン処理部49が得た複数の受信ビーム信号Saccそれぞれの強度(波形の包絡線の振幅)を検出する。続いて、合成処理部52は、各受信ビーム信号Saccの強度を、所定時間ごとにサンプリングすることにより、前記所定時間ごとの各受信ビーム信号Saccの強度を示すサンプルを取得する。次に、合成処理部52は、前記所定時間ごとに、各受信ビーム信号Saccについて取得したサンプルの中で最大値を示すサンプルを求める。そして、合成処理部52は、所定時間ごとの最大値を示すサンプルを、時間軸に沿って並べて連結することにより、合成ビーム信号Scombを生成する(ステップS106、合成処理工程)。
The
前述のように、複数の受信ビーム信号Saccの中には、裏面反射波のS/N比が向上した(裏面反射波のピークが大きくなった)受信ビーム信号と、表面反射波のS/N比が向上した(表面反射波のピークが大きくなった)受信ビーム信号と、が含まれている。この複数の受信ビーム信号Saccを合成処理部52によって合成することにより、表面反射波の大きなピークと、裏面反射波の大きなピークと、を有する合成ビーム信号Scombを得ることができる(図10)。
As described above, among the plurality of received beam signals S acc , the received beam signal having an improved S / N ratio of the back surface reflected wave (the peak of the back surface reflected wave has increased) and the S / And a received beam signal in which the N ratio is improved (the peak of the surface reflected wave is increased). By combining the plurality of received beam signals S acc by the combining
厚み測定部50は、合成ビーム信号Scombに基づいて皮質骨10の厚み(表面14と裏面15の距離)を算出する厚み検出部54を備えている。まず、厚み検出部54は、合成ビーム信号Scombに含まれている表面反射波のピークが出現する時間t1と、裏面反射波のピークが出現する時間t2と、をそれぞれ検出する。前述のように、合成ビーム信号Scombにおいては、裏面反射波及び表面反射波のS/N比が向上しているので、時間t1、t2をロバストに検出できる。
The
そして、厚み検出部54は、時間t1と時間t2の差Δt(図10参照)に基づいて、皮質骨10の厚み(表面14と裏面15の距離)を算出する(ステップS107、厚み検出工程)。例えば、皮質骨10中の音速をSOSとすれば、皮質骨10の厚みをSOS×Δtにより求めることができる。
The
厚み測定部50は、上記のようにして求めた皮質骨10の厚みを表示部32に適宜表示して、フローを終了する。
The
以上で説明したように、本実施形態の超音波診断装置1による厚み測定方法によれば、皮質骨10の厚みを、軟組織11を介して測定できる。本実施形態の厚み測定方法は、送信工程と、受信工程と、遅延時間設定工程と、ビーム形成工程と、厚み検出工程と、を含んでいる。送信工程では、信号の送受信が可能な素子24を複数有する素子アレイ22から、軟組織11を介して皮質骨10に向けて送信波を送信する。受信工程では、皮質骨10からの反射波を素子アレイ22で受信する。遅延時間設定工程では、各素子24に対して遅延時間を設定する。ビーム形成工程では、前記反射波を受信した素子24が出力した受信信号Sを、当該素子24に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号Saccを形成する。厚み検出工程では、前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。
As described above, according to the thickness measurement method using the ultrasonic
このように、各素子に適切な遅延時間を設定することにより、各素子が出力した受信信号の位相を揃えることができる。位相を揃えた複数の受信信号を合成することによりS/N比を向上させることができるので、被測定体からの反射波のピークをロバストに検出できる。従って、上記の構成により、被測定体の厚みをロバストに検出することが可能になる。 Thus, by setting an appropriate delay time for each element, the phases of the reception signals output by each element can be made uniform. Since the S / N ratio can be improved by synthesizing a plurality of reception signals having the same phase, the peak of the reflected wave from the measurement object can be detected robustly. Therefore, with the above configuration, the thickness of the measurement object can be detected robustly.
次に、本願発明の別の実施形態について、図11のフローチャートを参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態と同一又は類似する構成については、要素名に同一の符号を付して説明を省略する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the element names for the same or similar configurations as those in the above embodiment, and the description is omitted.
上記の実施形態では、サブアレイ25から送信した平面波が表面14と裏面15の両方に適切に当たることを前提としている。しかし、皮質骨10の表面14と裏面15は、サブアレイ25から見て必ずしも同じ方向に存在するとは限らない。そこで、以下で説明する実施形態の厚み測定方法では、サブアレイ25からの平面波の送信角度θを異ならせて複数回の送受信を行う。これにより、表面14及び裏面15に対して確実に平面波を当てることができる。
In the above-described embodiment, it is assumed that the plane wave transmitted from the
この厚み測定方法においても、まず皮質骨10の表面14の傾斜角度θsurfを検出する(ステップS201、傾斜角度検出工程)。
Also in this thickness measurement method, first, the inclination angle θsurf of the
次に、厚み測定部50は、ステップS201で検出した傾斜角度θsurfを中心とした所定の範囲内で送信角度θを変化(ステップS204)させながら、当該送信角度θで平面波を送信し(ステップS202、送信工程)、皮質骨10からの反射波を受信する(ステップS203、受信工程)という処理を繰り返し行う。
Next, the
このように、送信角度θを変化させながら平面波の送受信を繰り返すので、表面14及び裏面15に対して確実に平面波を当てることができる。
As described above, since the transmission / reception of the plane wave is repeated while changing the transmission angle θ, the plane wave can be reliably applied to the
なお、皮質骨10からの反射波は複数の素子24で受信されるので、ステップS203では複数の受信信号Sを得ることができる。上記の処理では、送信角度θを変化させながらステップS203を繰り返すので、送信角度θごとに、それぞれ複数の受信信号Sを得ることができる。
Since reflected waves from the
続いて、遅延時間設定部43は、数式3の距離Zに適当な値を設定し、各素子24への反射波の遅れ時間ΔTを求める。そして遅延時間設定部43は、求めた遅れ時間ΔTを相殺するように、各素子24に遅延時間を設定する(ステップS205、遅延時間設定工程)。
Subsequently, the delay
遅延処理部48は、各素子24が出力した受信信号Sを、当該素子24に設定された前記遅延時間ずつ遅延させる。積算処理部44は、遅延処理部48が遅延させた受信信号Sを積算して、受信ビーム信号Saccを形成する(ステップS206、ビーム形成工程)。
The
前述のように、本実施形態においては、ステップS202からS204の処理により、複数の受信信号Sを送信角度θごとに得ている。そこで、ステップS206のビーム形成工程においては、送信角度θごとに、受信ビーム信号Saccを形成する。 As described above, in the present embodiment, a plurality of reception signals S are obtained for each transmission angle θ by the processing of steps S202 to S204. Therefore, in the beam forming step in step S206, a received beam signal Sacc is formed for each transmission angle θ.
本実施形態の厚み測定部50は、画像生成部を備えている。画像生成部は、ステップS206で形成された送信角度θごとの受信ビーム信号Saccの強度を、それぞれ所定時間tごとにサンプリングし、時間ごとの各受信ビーム信号Saccの強度を示すサンプルを取得する。ここで、各サンプルを1つの画素と考える。各画素(サンプル)は、所定時間tごとに、かつ送信角度θごとに得られるので、t−θ座標で表わされる2次元の画像データ(θ−tグラフ)が得られたことになる(ステップS207)。このようにして得られた画像データを、エコー画像Eとする。
The
本実施形態のスキャン処理部49は、上記S205〜S207の処理を繰り返すように構成されている(スキャン工程)。なお、本実施形態においても、遅延時間設定部43は、スキャン工程における前記繰り返しごとに、数式3の距離Zに代入する値を異ならせるように構成されている。これにより、距離Zの値を互いに異ならせた複数のエコー画像Eが得られる(図12)。
The
本実施形態の合成処理部52は、スキャン処理部49が生成した複数のエコー画像Eを合成して、合成エコー画像Ecombを生成する(ステップS208、合成処理工程)。具体的には、合成処理部52は、エコー画像の各座標(θ,t)ごとに、前記複数のエコー画像Eの中で画素の値の最大値を求める。そして、合成処理部52は、各座標(θ,t)ごとに求めた最大値の画素を、当該座標(θ,t)にプロットしていくことで、合成エコー画像Ecombを生成する。
The
当該複数のエコー画像Eの中には、図12に示すように、表面反射波のS/N比が向上したエコー画像と、裏面反射波のS/N比が向上したエコー画像が含まれている。図12に示すように、表面反射波のS/N比が向上したエコー画像では、表面反射波のエコー像が明瞭に(大きな強度で)現れる。同様に、裏面反射波のS/N比が向上したエコー画像では、裏面反射波のエコー像が明瞭に(大きな強度で)現れる。 The plurality of echo images E include an echo image with an improved S / N ratio of the front surface reflected wave and an echo image with an improved S / N ratio of the back surface reflected wave, as shown in FIG. Yes. As shown in FIG. 12, the echo image of the surface reflected wave appears clearly (with high intensity) in the echo image in which the S / N ratio of the surface reflected wave is improved. Similarly, in an echo image in which the S / N ratio of the back surface reflected wave is improved, the echo image of the back surface reflected wave appears clearly (with high intensity).
従って、上記複数のエコー画像Eを合成処理部52によって合成することにより、表面反射波の明瞭なエコー像と、裏面反射波の明瞭なエコー像と、を有する合成エコー画像Ecombを得ることができる(図12)。
Therefore, by synthesizing the plurality of echo images E by the
本実施形態の厚み検出部54は、合成エコー画像Ecombに含まれている表面反射波のエコー像と、裏面反射波のエコー像と、をそれぞれ検出する。厚み検出部54は、合成エコー画像Ecombにおいて表面反射波のエコー像が検出された時間t1と、裏面反射波のエコー像が検出された時間t2と、の時間差Δt(図12参照)に基づいて、皮質骨10の厚み(表面14と裏面15の距離)を算出する(ステップS209、厚み検出工程)。
The
ところで、皮質骨10の厚みは測定部位によって異なるので、信頼性の高い測定結果を得るために、表面14と裏面15が最も接近している部位における厚み(最小厚み)を測定する必要がある。そこで本実施形態の厚み測定部50は、最小厚みを検出できているか否かを判断する最小厚み判定部を備えている。
By the way, since the thickness of the
皮質骨10の最小厚みhminは、図13(a)に示すように、表面14の接線(傾斜角度θsurf)と裏面15の接線(傾斜角度θback)が平行となっている部位に存在している。表面14と裏面15が平行であれば、表面反射波と裏面反射波は同じ方向からサブアレイ25に返ってくるので、表面反射波のエコー像と裏面反射波のエコー像は、合成エコー画像Ecombの同じ方向θに出現する(図13(b))。
As shown in FIG. 13A, the minimum thickness h min of the
一方、例えば図14(a)ように、表面14の接線と裏面15の接線が平行でない部位の厚みhは、皮質骨10の最小厚みではない。このように表面14と裏面15が平行でない場合、表面反射波と裏面反射波は異なる方向からサブアレイ25に返ってくるので、表面反射波のエコー像と裏面反射波のエコー像は、合成エコー画像Ecombで異なる方向θに出現する(図14(b))。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 14A, the thickness h of the portion where the tangent of the
そこで最小厚み判定部は、表面反射波のエコー像と、裏面反射波のエコー像とが、合成エコー画像Ecombにおいて同じ方向θに出現しているか否かを判定するように構成されている(ステップS210、最小厚み判定工程)。 Therefore, the minimum thickness determination unit is configured to determine whether or not the echo image of the front surface reflected wave and the echo image of the back surface reflected wave appear in the same direction θ in the composite echo image E comb ( Step S210, minimum thickness determination step).
最小厚み判定部は、表面反射波のエコー像と、裏面反射波のエコー像が、合成エコー画像Ecombにおいて異なる方向θに出現している場合(図14(b)のような場合)、ステップS209で求めた皮質骨10の厚みは最小厚みではないと判断する。この場合、厚み測定部50は、最小厚みを測定できる位置にサブアレイ25を移動させ(ステップS211)、ステップS201からステップS210の処理をやり直すように構成されている。なお、本実施形態の超音波診断装置1の場合は、サブアレイ25を物理的に移動させるのではなく、平面波の送信を行う素子24を切り換えることにより、サブアレイ25の移動を電子的に実現できる。
When the echo image of the front surface reflected wave and the echo image of the back surface reflected wave appear in different directions θ in the composite echo image E comb (in the case of FIG. 14B), the minimum thickness determination unit performs a step. It is determined that the thickness of the
一方、最小厚み判定部は、表面反射波のエコー像と、裏面反射波のエコー像が、合成エコー画像Ecombにおいて同じ方向θに出現している場合(図13(b)のような場合)、ステップS209で求めた皮質骨10の厚みは最小厚みであると判断する。この場合、超音波診断装置1は、ステップS209で求めた皮質骨10の厚みを、最終的な測定結果として表示部32に表示させて、フローを終了する。
On the other hand, the minimum thickness determination unit, and the echo image of the surface reflected wave echo image of the back surface reflected wave, (case shown in FIG. 13 (b)) if appearing in the same direction θ in the composite echo images E comb The thickness of the
以上の方法によれば、皮質骨10の最小厚みを、精度良く安定して測定できる。
According to the above method, the minimum thickness of the
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the above configuration can be modified as follows, for example.
上記の傾斜角度検出工程では、表面14の傾斜角度を検出するために、送信角度θを変化させながら複数回の送受信を行う必要がある。また、図11のフローチャートで説明した実施形態では、エコー画像(θ−tグラフ)を形成するために、送信角度θを変化させながら複数回の送受信を行っている。また、最小厚みを測定できなかった場合には、サブアレイ25を移動させて送受信を繰り返さなければならない。このように、素子アレイ22からの送受信を実際に何度も繰り返す場合は、測定に時間がかかるという問題がある。
In the above-described tilt angle detection step, in order to detect the tilt angle of the
そこで、超音波探傷装置の分野で公知の開口合成法を応用して、サブアレイ25での信号の送信及び受信を演算によって行っても良い。この開口合成について簡単に説明すると以下のとおりである。
Therefore, transmission and reception of signals in the
まず、ある1つの素子24から超音波信号を送信し、皮質骨10からの反射波を素子アレイ22の各素子24で受信し、各素子24が出力した受信信号をそれぞれデータ(受信信号データ)として記憶する。これを、信号を送信する素子24を切り替えながら繰り返し行って、受信信号データを収集する。
First, an ultrasonic signal is transmitted from a
収集した受信信号データのうち、サブアレイ25を構成する複数の素子24が送信した信号に基づく各素子24の受信信号データを、素子24ごとに合成することにより、当該サブアレイ25から送信波を送信したときに各素子24が出力する受信信号Sを演算により求めることができる。
Of the collected received signal data, the received signal data of each
このように、受信信号データの収集を予め行っておくことにより、サブアレイ25による信号の送受信を全て演算によって行うことができる。これにより、サブアレイ25で信号の送受信を繰り返す必要がないので、測定に要する時間を短縮できる。
In this way, by collecting the received signal data in advance, all transmission / reception of signals by the
従って、本願発明において「送信」「受信」という場合には、サブアレイ25で実際に信号を送受信する場合に加えて、予め収集しておいた受信信号データを合成することによりサブアレイ25の各素子24が出力する受信信号Sを演算で求める処理(開口合成)も含む。
Therefore, in the present invention, when “transmission” and “reception” are used, in addition to the case where signals are actually transmitted and received by the
上記実施形態において、合成処理部52は、複数の受信ビーム信号の最大値を並べることにより、合成ビーム信号を形成している。これに限らず、合成処理部52は、例えば、複数の受信ビーム信号の強度を時間ごとに積算することにより、合成ビーム信号を形成しても良い。要は、表面反射波のピークと、裏面反射波のピークと、を適切に合成して1つの合成ビーム信号を生成できれば良い。
In the above embodiment, the combining
上記実施形態では、超音波診断装置1が皮質骨10の厚みを算出する構成としたが、必ずしもこれに限定されない。例えば、超音波診断装置1は、皮質骨の厚みの値を具体的に算出せずに、図10の合成ビーム信号Scomb又は図12の合成エコー画像Ecombを表示部32に表示するだけでも良い。超音波診断装置1のオペレータは、表示された合成ビーム信号Scomb又は合成エコー画像Ecombを見ることで、表面反射波と裏面反射波の時間差Δtに基づいて皮質骨10の厚みを求めることができる。
In the above-described embodiment, the ultrasonic
上記実施形態では、素子アレイ22から皮質骨10に向けて平面波を送信する構成としているが、これに限定するものではない。皮質骨10の特定の点に送信波が集中しなければ良いので、例えば皮質骨10の外側に焦点を有する球面波を送信するように構成してもよい。
In the above embodiment, a plane wave is transmitted from the
上記実施形態では、距離Zの値を変化させながら、ビーム形成工程を繰り返し行っている(スキャン工程)。これは、距離Zの値が不明であるために、1回のビーム形成工程では反射波(表面反射波又は裏面反射波)の位相を揃えられないためである。とはいえ、可能性としては、1回目のビーム形成工程で、表面反射波及び裏面反射波の位相が揃う場合も有り得る。この場合、ビーム形成工程をわざわざ繰り返し行う必要はないので、当該ビーム形成工程は1回のみでも良い。 In the above embodiment, the beam forming process is repeatedly performed while changing the value of the distance Z (scanning process). This is because the value of the distance Z is unknown, and therefore the phase of the reflected wave (front surface reflected wave or back surface reflected wave) cannot be aligned in one beam forming step. However, as a possibility, the phase of the front surface reflected wave and the back surface reflected wave may be aligned in the first beam forming step. In this case, since it is not necessary to repeat the beam forming process, the beam forming process may be performed only once.
本願発明の厚み測定方法は、皮質骨の厚み測定に限らず、その他の被測定体の厚み測定に広く応用できる。例えば、本願発明の厚み測定方法によって、血管の厚みを測定することができる。動脈の厚みを測定することにより、血管の内面に沈殿した不要成分の厚みを検出できるので、動脈硬化の診断などに利用できる。 The thickness measurement method of the present invention is not limited to the measurement of cortical bone thickness but can be widely applied to the measurement of the thickness of other measured objects. For example, the thickness of the blood vessel can be measured by the thickness measurement method of the present invention. By measuring the thickness of the artery, it is possible to detect the thickness of unnecessary components that have precipitated on the inner surface of the blood vessel, and thus can be used for diagnosis of arteriosclerosis.
また、本願発明の厚み測定方法は、人体を診断対象とした利用に限定されない。例えば、内部に流体が流れているパイプにおいて、流体のpH、温度、流れ方などによって内壁面の腐食の進行具合が異なるため、当該パイプの劣化の程度を判断することが難しい。そこで本実施形態の厚み測定方法によってパイプの厚みを測定することにより、当該パイプの腐食具合をモニタリングできる。 Further, the thickness measuring method of the present invention is not limited to the use of a human body as a diagnosis target. For example, in a pipe in which a fluid flows inside, the progress of the corrosion of the inner wall surface varies depending on the pH, temperature, flow method, etc. of the fluid, so it is difficult to determine the degree of deterioration of the pipe. Therefore, by measuring the thickness of the pipe by the thickness measurement method of the present embodiment, the degree of corrosion of the pipe can be monitored.
1 超音波診断装置(厚み測定装置)
10 皮質骨(被測定体)
11 軟組織(媒質)
14 表面(第1面)
15 裏面(第2面)
22 素子アレイ
24 素子
1 Ultrasonic diagnostic equipment (thickness measuring equipment)
10 Cortical bone (object to be measured)
11 Soft tissue (medium)
14 Surface (1st surface)
15 Back side (2nd side)
22
Claims (17)
信号の送受信が可能な素子を複数有する素子アレイから、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信する送信工程と、
前記被測定体からの反射波を前記素子アレイで受信する受信工程と、
各素子の遅延時間を設定する遅延時間設定工程と、
前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成するビーム形成工程と、
前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する厚み検出工程と、
を含み、
前記遅延時間設定工程において設定する前記遅延時間を、前記反射波が焦点から放射されているものとしたときの焦点距離を変化させるように変化させて、前記ビーム形成工程を繰り返すことにより、複数の受信ビーム信号を形成するスキャン工程を含み、
前記厚み検出工程では、前記複数の受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出することを特徴とする厚み測定方法。 A thickness measuring method for measuring the thickness of a measured object through a medium,
A transmission step of transmitting a transmission wave from the element array having a plurality of elements capable of transmitting and receiving signals toward the measurement object via the medium;
A receiving step of receiving a reflected wave from the object to be measured by the element array;
A delay time setting step for setting the delay time of each element;
A beam forming step of forming a reception beam signal by synthesizing the reception signal output from the element that has received the reflected wave by delaying the delay time set in the element;
A thickness detecting step of detecting the thickness of the measured object based on the intensity of the received beam signal;
Only including,
By changing the delay time set in the delay time setting step so as to change a focal length when the reflected wave is emitted from a focal point, and repeating the beam forming step, a plurality of times Including a scanning step of forming a receive beam signal;
In the thickness detecting step, the thickness of the object to be measured is detected based on the intensity of the plurality of received beam signals .
前記遅延時間設定工程では、
特定の中心素子に対して最大の遅延時間が設定され、
前記中心素子から離れた素子ほど小さい遅延時間が設定されることを特徴とする厚み測定方法。 The thickness measurement method according to claim 1 ,
In the delay time setting step,
The maximum delay time is set for a specific center element,
A thickness measuring method, wherein a delay time is set to be smaller for an element farther from the central element.
前記遅延時間設定工程において各素子に設定される前記遅延時間と、当該素子から前記中心素子までの距離と、に双曲線の関係があることを特徴とする厚み測定方法。 The thickness measuring method according to claim 2 ,
A thickness measurement method, wherein the delay time set for each element in the delay time setting step and the distance from the element to the central element have a hyperbolic relationship.
前記被測定体は第1面を有し、
前記素子アレイから送信波を送信する送信角度を異ならせて複数回の送受信を行うことで前記第1面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出工程を含み、
前記送信工程では、前記傾斜角度検出工程で検出された前記傾斜角度に基づいて送信角度が調整された前記送信波を送信することを特徴とする厚み測定方法。 It is the thickness measuring method as described in any one of Claim 1 to 3 ,
The object to be measured has a first surface;
A tilt angle detecting step of detecting a tilt angle of the first surface by performing transmission and reception a plurality of times with different transmission angles for transmitting transmission waves from the element array;
In the transmission step, the transmission wave whose transmission angle is adjusted based on the inclination angle detected in the inclination angle detection step is transmitted.
前記被測定体は第1面と第2面を有し、
前記スキャン工程で形成した前記複数の受信ビーム信号を合成して合成ビーム信号を形成する合成処理工程を含み、
前記厚み検出工程では、前記合成ビーム信号に含まれる前記第1面からの反射波のピークと、前記第2面からの反射波のピークと、の時間差に基づいて、前記被測定体の厚みを算出することを特徴とする厚み測定方法。 It is the thickness measuring method as described in any one of Claim 1 to 4, Comprising :
The object to be measured has a first surface and a second surface;
Combining a plurality of received beam signals formed in the scanning step to form a combined beam signal,
In the thickness detection step, the thickness of the object to be measured is determined based on the time difference between the peak of the reflected wave from the first surface and the peak of the reflected wave from the second surface included in the combined beam signal. A thickness measuring method characterized by calculating.
前記合成処理工程では、前記複数の受信ビーム信号を積算することにより前記合成ビーム信号を形成することを特徴とする厚み測定方法。 The thickness measuring method according to claim 5 ,
In the synthesis processing step, the synthesized beam signal is formed by integrating the plurality of received beam signals.
前記合成処理工程では、時間ごとに、前記複数の受信ビーム信号の中で強度の最大値を求め、各最大値を時間軸方向で並べることにより前記合成ビーム信号を形成することを特徴とする厚み測定方法。 The thickness measuring method according to claim 5 ,
Thickness characterized in that, in the synthesis processing step, the combined beam signal is formed by obtaining a maximum value of intensity among the plurality of received beam signals for each time and arranging the maximum values in a time axis direction. Measuring method.
信号の送受信が可能な素子を複数有する素子アレイから、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信する送信工程と、
前記被測定体からの反射波を前記素子アレイで受信する受信工程と、
各素子の遅延時間を設定する遅延時間設定工程と、
前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成するビーム形成工程と、
前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する厚み検出工程と、
を含み、
前記被測定体は第1面と第2面を有し、
前記第1面からの反射波と、前記第2面からの反射波が同じ方向から返ってきている場合に、前記被測定体の最小厚みを測定できていると判定する最小厚み判定工程を含むことを特徴とする厚み測定方法。 A thickness measuring method for measuring the thickness of a measured object through a medium,
A transmission step of transmitting a transmission wave from the element array having a plurality of elements capable of transmitting and receiving signals toward the measurement object via the medium;
A receiving step of receiving a reflected wave from the object to be measured by the element array;
A delay time setting step for setting the delay time of each element;
A beam forming step of forming a reception beam signal by synthesizing the reception signal output from the element that has received the reflected wave by delaying the delay time set in the element;
A thickness detecting step of detecting the thickness of the measured object based on the intensity of the received beam signal;
Including
The object to be measured has a first surface and a second surface;
A minimum thickness determination step for determining that the minimum thickness of the object to be measured can be measured when the reflected wave from the first surface and the reflected wave from the second surface are returned from the same direction; A thickness measuring method characterized by the above.
前記媒質は軟組織であり、前記被測定体は皮質骨であり、前記送信波は超音波信号であることを特徴とする厚み測定方法。 It is the thickness measuring method as described in any one of Claim 1-8 ,
The thickness measuring method, wherein the medium is soft tissue, the object to be measured is cortical bone, and the transmission wave is an ultrasonic signal.
前記送信波は平面波であることを特徴とする厚み測定方法。 A thickness measuring method according to any one of claims 1 to 9 ,
The thickness measuring method, wherein the transmission wave is a plane wave.
信号の送受信が可能な素子を複数有し、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信するとともに、前記被測定体からの反射波を受信する素子アレイと、
各素子の遅延時間を設定する遅延時間設定部と、
前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成するビーム形成部と、
前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する厚み検出部と、
を備え、
前記遅延時間設定部が設定する前記遅延時間を、前記反射波が焦点から放射されているものとしたときの焦点距離を変化させるように変化させて、前記ビーム形成部による前記受信ビーム信号の形成を繰り返すことにより、複数の受信ビーム信号を形成するスキャン処理部を備え、
前記厚み検出部は、前記複数の受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出することを特徴とする厚み測定装置。 A thickness measuring device for measuring the thickness of a measured object through a medium,
A plurality of elements capable of transmitting and receiving signals, an element array for transmitting a transmission wave toward the measurement object via the medium, and receiving a reflected wave from the measurement object;
A delay time setting unit for setting the delay time of each element;
A beam forming unit that forms a reception beam signal by synthesizing a reception signal output from an element that has received the reflected wave by delaying the delay time set in the element;
A thickness detector for detecting the thickness of the object to be measured based on the intensity of the received beam signal;
Bei to give a,
The delay time set by the delay time setting unit is changed so as to change a focal length when the reflected wave is emitted from a focal point, and the reception beam signal is formed by the beam forming unit. By repeating the above, a scan processing unit for forming a plurality of received beam signals is provided,
The thickness measuring unit detects the thickness of the object to be measured based on the intensity of the plurality of received beam signals .
前記遅延時間設定部は、
特定の中心素子に対して最大の遅延時間を設定し、
前記中心素子から離れた素子ほど小さい遅延時間を設定することを特徴とする厚み測定装置。 The thickness measuring device according to claim 11 ,
The delay time setting unit includes:
Set the maximum delay time for a specific center element,
The thickness measuring apparatus is characterized in that the delay time is set smaller as the element is farther from the central element.
前記被測定体は第1面を有し、
前記素子アレイから送信波を送信する送信角度を異ならせて複数回の送受信を行うことで前記第1面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部を備え、
前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度に基づいて送信角度を調整して前記送信波を前記被測定体に送信し、このとき得られた反射波に基づいて、前記ビーム形成部が前記受信ビーム信号を形成することを特徴とする厚み測定装置。 The thickness measuring device according to claim 11 or 12 ,
The object to be measured has a first surface;
A tilt angle detector that detects the tilt angle of the first surface by performing transmission and reception a plurality of times with different transmission angles for transmitting transmission waves from the element array;
The transmission angle is adjusted based on the inclination angle detected by the inclination angle detection unit and the transmission wave is transmitted to the measurement object. Based on the reflected wave obtained at this time, the beam forming unit receives the reception wave. A thickness measuring apparatus for forming a beam signal.
前記被測定体は第1面と第2面を有し、
前記スキャン処理部で形成した前記複数の受信ビーム信号を合成して合成ビーム信号を形成する合成処理部を備え、
前記厚み検出部では、前記合成ビーム信号に含まれる前記第1面からの反射波のピークと、前記第2面からの反射波のピークと、の時間差に基づいて、前記被測定体の厚みを算出することを特徴とする厚み測定装置。 The thickness measuring device according to any one of claims 11 to 13 ,
The object to be measured has a first surface and a second surface;
Comprising a combining processing unit that combines the plurality of received beam signals formed by the scan processing unit to form a combined beam signal;
In the thickness detector, the thickness of the object to be measured is determined based on the time difference between the peak of the reflected wave from the first surface and the peak of the reflected wave from the second surface included in the combined beam signal. A thickness measuring device characterized by calculating.
信号の送受信が可能な素子を複数有し、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信するとともに、前記被測定体からの反射波を受信する素子アレイと、
各素子の遅延時間を設定する遅延時間設定部と、
前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成するビーム形成部と、
前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する厚み検出部と、
を備え、
前記被測定体は第1面と第2面を有し、
前記第1面からの反射波と、前記第2面からの反射波が同じ方向から返ってきている場合に、前記被測定体の最小厚みを測定できていると判定する最小厚み判定部を備えることを特徴とする厚み測定装置。 A thickness measuring device for measuring the thickness of a measured object through a medium,
A plurality of elements capable of transmitting and receiving signals, an element array for transmitting a transmission wave toward the measurement object via the medium, and receiving a reflected wave from the measurement object;
A delay time setting unit for setting the delay time of each element;
A beam forming unit that forms a reception beam signal by synthesizing a reception signal output from an element that has received the reflected wave by delaying the delay time set in the element;
A thickness detector for detecting the thickness of the object to be measured based on the intensity of the received beam signal;
With
The object to be measured has a first surface and a second surface;
A minimum thickness determining unit that determines that the minimum thickness of the object to be measured can be measured when the reflected wave from the first surface and the reflected wave from the second surface are returned from the same direction; A thickness measuring apparatus characterized by the above.
前記媒質は軟組織であり、前記被測定体は皮質骨であり、前記送信波は超音波信号であることを特徴とする厚み測定装置。 The thickness measuring device according to any one of claims 11 to 15 ,
The thickness measuring apparatus, wherein the medium is a soft tissue, the object to be measured is a cortical bone, and the transmission wave is an ultrasonic signal.
前記送信波は平面波であることを特徴とする厚み測定装置。 The thickness measuring device according to any one of claims 11 to 16 ,
The thickness measuring apparatus, wherein the transmission wave is a plane wave.
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