JPH0364831B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波を被検体に向けて送出し、被
検体からの反射波を受信し、かつこれを開口合成
法によつて処理し、探査対象物の位置、形状、寸
法等を認知する超音波探傷器、ソナーあるいは超
音波診断装置等の超音波映像化方法およびその装
置に関する。

超音波映像化方法において、忠実な映像を形成
するうえで、特に重要なパラメータの一つとし
て、２点の分離に関する方位分解能がある。

該方位分解能を向上するための手法としては、
集束した超音波ビームを使う方法、および多数の
点で超音波を送受信し、各々の受信信号を演算処
理することにより、上記集束した超音波ビームを
用いた場合と同等の方位分解能を得る開口合成法
が知られている。

本発明は開口合成法に関するものであるので、
開口合成法について、第１図Ａ，Ｂを用いて、そ
の原理を簡単に説明する。

第１図Ａにおいて、１は探触子、２は被検体、
２１は被検体表面、２２は被検体２内の欠陥であ
る。

被検体２の被検体表面２１にそつてｘ軸をと
り、これと直角の、被検体２の深さ方向にｙ軸を
とる。前記ｘ軸に沿つて探触子１を走査させ、走
査点の各々で超音波の送受信を行なうと、例えば
点反射体となる欠陥２２があるときは、第１図Ｂ
のような受信信号１２を得る。

ここで、被検体２のXY軸を含む平面（図にお
いて紙面と一致する平面）における断層像の映像
形成を行なうものと仮定する。

一般に各点の受信信号は、探触子１の座標がx_r
のときの送信波をS_t（ｔ）とし、被検体２中の音
速をｖ、被検体中の点（ｘ，ｙ）における超音波
の反射率をρ（ｘ，ｙ）とすれば、受信信号S_r
（x_r，ｔ）は(1)式であらわされる。

S_r（x_r，ｔ）＝∫ρ（ｘ，ｙ）S_t ［ｔ−２｛（ｘ−x_r）²＋y²｝^1/2／ｖ］dxdy
……(1) また、開口合成法による映像形式は、再生像を
表示する画面上の点（x_R，y_R）の強度を（x_R，
y_R）とすれば、前記（x_R，y_R）は(2)式であらわ
される。

（x_R，y_R） ＝｜∫S_r［x_r，２｛（x_R−x_r）² ＋y_R ²｝^1/2／ｖ］dx_r｜² ……(2) 上記(2)式開口合成法の基本式である。

ここで該映像系の方位分解能Δxは、第１図Ａ
に示したように、ｘ軸と再生点との間の距離を
Ｒ、探触子１の走査範囲をＤとし、使用超音波の
波長をλとすれば、(3)式であらわされる。

Δx＝λ・Ｒ／Ｄ ……(3) 超音波の送受信と画像形成とを同時に行なう逐
次開口合成超音波映像化装置においては、(2)式に
基づく演算を短時間に行なうことが必要である。

従来、開口合成法の演算処理は、１つの受信信
号の映像形成を考えると、まず画像再生点と超音
波送受信点（すなわち、探触子の位置）との距離
Ｒを計算し、次に上記の距離に対応した受信信号
を取り出し、再生点のデータに加えるという操作
によつて行なわれていた。

そして、以上の演算を画像面の各点について行
なうことによつて、はじめて断層面の画像形成が
実現されていた。

このため、画像を細密に、しかも実時間で得よ
うという場合には、上記の開口合成の演算を高速
で処理する装置が必要となる。例えば、画像のメ
ツシユの数を256×256個とし、１つの受信信号を
用いて画像形成の演算をする場合、１画面当りの
処理時間を１秒に限定すると、１画素当りの処理
時間は16μ秒となる。

上記のように短かい演算時間は、マイクロコン
ピユータ及び通常のミニコンピユータを用いて実
行するには困難な時間である。すなわち、従来法
の欠点は、演算回数が多く、通常の計算機では細
密な画像を短時間で得ることができないという点
にあつた。

本発明は、上記開口合成演算処理の演算回数を
減らした演算方法を提供し、再生画像の分割数を
多くして精細度を上げても、短時間に再生画像を
形成することのできる超音波映像化方法およびそ
の装置を提供することを目的とする。

本発明の要点は、受信信号に含まれる反射エコ
ーのみを取り出し、被検体の予め設定された領域
の画像形成に有効な計算のみを実行することによ
り、演算回数を減らし、演算時間の短縮をはかる
ことである。

前記方法を実施するために、本発明において
は、被検体上の相異なる多数の点において、被検
体との間で超音波を受信する探触子と、受信され
た反射エコーの遅れ時間を検出する手段と、前記
遅れ時間に基づいて、反射エコーの遅れ時間およ
び振幅デーータを選択する手段と、選択された前
記反射エコーの遅れ時間と超音波の速度から超音
波送受信点と超音波反射点との距離を演算する手
段と、前記のように演算された距離に基づいて、
予め設定した被検体の領域に対応する表示画面上
の各Ｘアドレスにそれぞれ対応したＹアドレスを
演算する手段と、前記のように演算されたＸ，Ｙ
アドレスに振幅データを逐次累積する手段と、画
像メモリに振幅データを累積して得られた画像デ
ータに基づいて画像表示を行なう手段とを具備し
ている。

以下、図面により本発明の一実施例を説明す
る。第２図は本発明の一実施例のブロツク図であ
る。

探触子１を所定の位置に設定し、超音波受信部
３で高圧パルスを発生させ、探触子１より被検体
２に超音波を送出する。該被検体２からの受信信
号１３は、超音波受信部３で増幅し、AD変換器
４でデジタル化し、波形記憶部５に受信信号を記
憶させる。同時に、探触子１の位置（x_r）が位置
検出器８により検出され、その位置信号８１が距
離演算部７に入力される。

前記波形記憶部５に入力された受信信号は、波
形前処理部６に転送され、波形前処理部６では、
反射エコーのデータ（遅れ時間および振幅）のみ
が取り出される。超音波送信から反射エコー受信
までの遅れ時間データ５１は、距離演算部７に入
力される。

該距離演算部７では、第３図について、後で詳
述するように、遅れ時間データ５１に基づいて、
探触子１の座標位置（x_r）と欠陥２２との距離を
計算し、前記距離によつて決定される画像メモリ
のアドレス（Ｘアドレス７１およびＹアドレス７
２）を計算する。

そして、距離演算部７で計算された前記画面Ｘ
アドレス７１および画面Ｙアドレス７２によつて
画像メモリ９のアドレスを指定する。

次に、画像メモリ９の指定されたアドレスに既
に記憶されていた旧画像データ９１を読み出し、
演算器１０に転送する。演算器１０では、波形前
処理部６から入力されている今回サンプリングに
よる振幅データ５２を、前記旧画像データ９１に
加算し、新画像データ９２として画像メモリ９の
前記指定アドレスに改めて書き込む。

以上のような画像データの累積処理を、前記距
離が一定の条件で、画像Ｘアドレスを順次に更新
し、それぞれのＸアドレスに対応する画面Ｙアド
レスを指定して実行する。

さらに、波形前処理部６から出力される残りの
データについても同様の演算を行い、１つの受信
信号（すなわち、探触子１のある１つの固定位置
で得られた信号）についての演算を完了する。

続いて、探触子１を別の位置へ移動させて、上
記と同様の画像形成演算処理を行なう。

このようにして、すべての探触子走査が終了す
ると、反射エコーの振幅データを画像メモリ９の
各アドレスに累積記憶して得られた画像データを
画像処理部１１に転送し、濃淡又はカラーによる
階調化等の処理をして表示部１２に再生画像を表
示する。

第３図は、１つの受信信号（反射エコー）１３
を得たときの画像形成を模式的に示す図である。

受信信号１３の反射エコーの発生点の遅れ時間
５１をΔt₁とし、前記反射エコーの消滅点の遅れ
時間ををΔt₂とすると、探触子１とその反射エコ
ー１３の発生点および消滅点に対応する欠陥との
距離はそれぞれ、Ｖ・Δt₁／２およびＶ・Δt₂／
２で求められる。

すなわち、表示画面９４上では、前記欠陥は、
第３図に斜線領域で示したように探触子の位置を
中心とし、半径がＶ・Δt₁／２およびＶ・Δt₂／
２の２つの円弧ではさまれた領域内にあることに
なる。ここで、探触子１の座標はx_rであるから、
前記欠陥の位置座標を（x_R，y_R）とすれば(4)式が
成立する。

y_R＝｛(V・Δt/2)²−（x_R−x_r）²｝^1/2……(4) したがつて、まず座標x_Rを適当に設定すればそ
れに対応する座標y_Rが、第２図の距離演算部７に
よつて得られ、反射エコーの振幅データを累積す
べき画像メモリ９のＸおよびＹアドレス７１，７
２が決定される。

x_Rをつぎつぎに変化させ、それぞれのx_Rに対応
するy_Rを計算することによつて、振幅データを累
積すべきすべての画像メモリ９のアドレスを決定
し、そこに振幅データを累積する。

明らかなように、以上の操作によつて、第３図
に示したような、探触子位置を中心にした円弧帯
領域に含まれるアドレス位置に振幅データが累積
される。なお、波形前処理部６では、反射エコー
の遅れ時間が予定の範囲に入つているものの中か
ら、あるレベル以上の信号だけを取り出すように
する。

以上に図示説明した本発明の一実施例によれ
ば、波形前処理部を設け、受信信号のうち、予め
設定した領域から反射エコーのデータについての
み、振幅データを累積演算するようにしたので演
算回数を大幅に減らすことが可能となり、したが
つて、画素数の多い細密な画像を実時間処理で得
られるという効果がある。

また、波形処理部６をハード構成とすれば、な
お一層演算速度を高め、前記効果を一層顕著にす
ることができる。

第４図は本発明の他の実施例のブロツク図で、
第２図と同一の符号は同一または同等部分をあら
わす。両者の対比から明らかなように、この実施
例が第２図の実施例と異なるのはつぎの諸点であ
る。

(イ) 超音波受信用の探触子１に、複数の振動子よ
りなるアレイ振動子１４を用いた。

(ロ) 探触子走査を機械的な走査から、各振動素子
を電子的に切換えるようにした。

(ハ) 更に波形記憶部５を５Ａ，５Ｂの２個とし
た。

(ニ) それに伴い、波形前処理部６および距離演算
部７を複数個６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ設けた。

さらに、以上の複数の処理装置の設置のため、
制御部８０の制御信号によつて作動させられる振
動子切換器８１、受信信号分配部８２、アドレス
切換部８３および波形データ切換器８４を設けて
いる。

以下に、その動作を簡単に説明する。まず、ア
レイ振動子１４のうち初期値の振動素子を振動子
切換器８１で選択し、超音波を送出して受信信号
（反射エコー）１３を得る。前記受信信号１３を
増幅およびAD変換した後、受信信号分配部８２
の制御によつて、まず最初は、第１の波形記憶部
５Ａに前記受信信号を記憶する。

そして、波形記憶部５Ａにおいて、第２図の動
作説明と同様の処理を行なう。一方、第１の距離
演算部７Ａにおいては、画面ＸアドレスX₁およ
び画面ＹアドレスY₁を算出する。アドレス切換
器８３では、X₁，Y₁を選択し、画像メモリ９の
指定アドレスに累積されている旧画像データを読
み出し、波形データ切換器８４で選択された振幅
データ（第１の波形前処理部６Ａの出力）D₁を
加算し、新画像データとして画像メモリ９の同じ
指定アドレスに書き込む。

上記の操作と同時に、アレイ振動子１４の次の
振動素子が選択され、受信信号分配器８２によ
り、第２の波形記憶部５Ｂに受信信号を書き込
み、以下同様の処理を行なう。

第１，第２の波形の画像形成の処理は、交互に
空き時間を利用して行なうことができる。以後の
振動素子の選択走査は第１，第２の波形記憶部を
有効に使用して効率よく行なう。

この実施例によれば、複数の振動素子および複
数の処理装置を有することにより、並列的に処理
を行なうことができるため、画像形成処理時間を
さらに短縮化することができる。

本発明によれば、受信信号のうち、被検体の予
め設定した領域の像再生に有効な反射エコーのみ
をとらえて演算するため、映像形成の演算回数を
減らすことができ、画素数の多い映像形成を短時
間で処理できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は開口合成法の原理を説明する図、第２
図および第４図はそれぞれ本発明の実施例のブロ
ツク図、第３図は本発明による画像形成の原理を
示す図である。 １……探触子、３……超音波送
受信部、４……AD変換器、５……波形記憶部、
６……波形前処理部、７……距離演算部、８……
位置検出器、９……画像記憶部、１０……演算
部、１１……画像処理部、１２……表示部、２２
……欠陥。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相異なる多数の点で被検体に向けて超音波を
   送信し、被検体からの反射波を受信し、反射波の
   遅れ時間から超音波送信点と被検体内の超音波反
   射点との距離を演算し、前記距離に対応した画像
   メモリ上のアドレスに受信信号の振幅データを画
   像データとして累積し、画像メモリに累積記憶さ
   れた画像データに基づいて画像表示を行なう超音
   波映像化方法において、 前記距離の演算およびこれに基づく振幅データ
   の累積操作は、前記被検体の予め設定された領域
   からの反射エコーのデータについてのみ実行され
   ることを特徴とする超音波映像化方法。 ２ 被検体上の相異なる多数の点において、被検
   体との間で超音波を送受信する探触子と、 受信された反射エコーの遅れ時間を検出する手
   段と、 前記遅れ時間に基づいて、反射エコーの遅れ時
   間および振幅データを選択する手段と、 選択された前記反射エコーの遅れ時間と超音波
   の速度から超音波送受信点と超音波反射点との距
   離を演算する手段と、 前記のように演算された距離に基づいて、予め
   設定した被検体の領域に対応する表示画面上の各
   Ｘアドレスにそれぞれ対応したＹアドレスを演算
   する手段と、 前記のように演算されたＸ，Ｙアドレスに振幅
   データを逐次累積する手段と、 画像メモリに振幅データを累積して得られた画
   像データに基づいて画像表示を行なう手段とを具
   備したことを特徴とする超音波映像化装置。