JPH0554785B2 - - Google Patents

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JPH0554785B2
JPH0554785B2 JP60261799A JP26179985A JPH0554785B2 JP H0554785 B2 JPH0554785 B2 JP H0554785B2 JP 60261799 A JP60261799 A JP 60261799A JP 26179985 A JP26179985 A JP 26179985A JP H0554785 B2 JPH0554785 B2 JP H0554785B2
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JP
Japan
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transducers
element group
transducer array
transducer
receiving
Prior art date
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Application number
JP60261799A
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Japanese (ja)
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JPS62121357A (en
Inventor
Tomomasa Sato
Shigeru Igarashi
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Tokyo Keiki Co Ltd
Tokimec Inc
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Publication date
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  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、超音波を対象物に照射してその反射
像を得る超音波撮像装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an ultrasonic imaging device that irradiates an object with ultrasonic waves and obtains a reflected image thereof.

(従来技術) 従来、この種の超音波撮像装置としては第6図
に示すような開口合成型超音波診断装置がある。
これは、人体等の対象物Xに対し超音波を送信す
ると共に対象物Xからの反射超音波を受信する手
段として、多数(例えば64個)の振動子を配列し
て成る振動子アレイ1を備えている。この振動子
アレイ1中の振動子は、パルス発生器(パルサ
ー)2で作られた所定周波数のパルス信号が増幅
器3および振動子切換器4を介して加えられるこ
とで振動して超音波を発生する一方、超音波を受
けると電圧を発生する圧電素子で構成されてい
る。また、振動子切換器4は、振動子アレイ1中
の振動子を送信または受信に順次切り換えるもの
である。
(Prior Art) Conventionally, as this type of ultrasonic imaging apparatus, there is an aperture synthesis type ultrasonic diagnostic apparatus as shown in FIG.
This uses a transducer array 1 consisting of a large number (for example, 64) of transducers arranged as a means for transmitting ultrasonic waves to an object X such as a human body and receiving reflected ultrasonic waves from the object X. We are prepared. The transducers in this transducer array 1 vibrate and generate ultrasonic waves when a pulse signal of a predetermined frequency generated by a pulse generator (pulsar) 2 is applied via an amplifier 3 and a transducer switcher 4. On the other hand, it is composed of a piezoelectric element that generates a voltage when it receives ultrasonic waves. Further, the transducer switching device 4 sequentially switches the transducers in the transducer array 1 to transmission or reception.

この装置の作動時には、振動子アレイ1中の振
動子から対象物Xに向けて超音波を照射すると共
に対象物からの反射超音波を同じ振動子で受信
し、1ラインのデータを振動子切換器4から増幅
器5およびアナログ/デイジタル(A/D)変換
器6を介してラインメモリ7に一時格納した後、
各振動子に対応したフレームメモリ8に貯える。
対象物Xの像は、振動子アレイ1中の振動子を順
次切換走査しながら全てのラインのデータをフレ
ームメモリ8に貯え、その後演算部9にて像再生
処理を行い、デイジタルスキヤンコンバータ10
を介して1画面を表示器11に表示することで観
察される。
When this device is in operation, ultrasonic waves are emitted from the transducers in the transducer array 1 toward the object After being temporarily stored in a line memory 7 through an amplifier 5 and an analog/digital (A/D) converter 6,
It is stored in the frame memory 8 corresponding to each vibrator.
The image of the object X is obtained by sequentially switching and scanning the transducers in the transducer array 1, storing the data of all lines in the frame memory 8, and then performing image reproduction processing in the arithmetic unit 9 and converting the data to the digital scan converter 10.
The images can be observed by displaying one screen on the display 11 via.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の超音波撮像装
置にあつては、振動子アレイ中の開口面積の小さ
い振動子から対象物に向けて超音波を広げて照射
するため、特に生体中では照射エネルギが減少
し、受信した超音波のエネルギも小さくなること
から再生像に十分なS/N比が得られず、また、
各振動子に対応したフレームメモリに貯えたデー
タから開口合成演算を行うため、演算量が多く、
演算速度の向上や演算処理の単純化を図ることが
困難であるという問題があつた。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in such conventional ultrasonic imaging devices, ultrasonic waves are spread and irradiated toward the target object from the transducer with a small opening area in the transducer array. Therefore, especially in the living body, the irradiation energy decreases and the energy of the received ultrasound also decreases, making it impossible to obtain a sufficient S/N ratio in the reconstructed image.
Since the aperture synthesis calculation is performed from data stored in the frame memory corresponding to each transducer, the amount of calculation is large.
There was a problem in that it was difficult to improve the calculation speed or simplify the calculation process.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてな
されたもので、複数個の超音波送受信用振動子を
配列して成る振動子アレイと、該振動子アレイ中
の振動子を順次切り換えて超音波の送受信を行う
切換手段と、該振動子アレイ中の振動子で受信し
た超音波から開口合成処理により対象物の反射像
を得る像再生処理手段とを備えた超音波撮像装置
において、振動子アレイ中の隣接する少数の振動
子で送信素子群を構成すると共に、他の離散的に
位置する振動子で受信素子群を構成し、振動子ア
レイから対象物までの距離が長くなるほど受信素
子群の数を増加して受信開口面積を拡大すること
により、いかなる距離でも受信超音波のエネルギ
を補つて十分なS/N比をとることができると共
に、対象物の均一な映像が得られるようにしたも
のである。
(Means for Solving the Problems) The present invention has been made in view of such conventional problems, and includes a transducer array comprising a plurality of ultrasonic transmitting/receiving transducers arranged, and a switching means for transmitting and receiving ultrasonic waves by sequentially switching the transducers in the transducer array; and an image reproduction processing means for obtaining a reflected image of the object by aperture synthesis processing from the ultrasonic waves received by the transducers in the transducer array. In an ultrasonic imaging device equipped with a transducer array, a small number of adjacent transducers in the transducer array constitute a transmitting element group, and other discretely located transducers constitute a receiving element group. By increasing the number of receiving element groups and expanding the receiving aperture area as the distance to the object increases, it is possible to supplement the energy of the received ultrasonic waves at any distance and obtain a sufficient S/N ratio. This allows a uniform image of the object to be obtained.

(実施例) 以下、添付図面に示す本発明の実施例について
説明する。
(Embodiments) Hereinafter, embodiments of the present invention shown in the accompanying drawings will be described.

第1図は本発明による超音波診断装置の構成を
示す図で、21は振動子アレイないし探触子であ
り、この振動子アレイ中の振動子は、パルス発生
器22で作られた所定周波数のパルス信号が増幅
器23および振動子切換器24を介して加えられ
ることで振動して超音波を発生し、超音波を受け
ると電圧を生ずる圧電素子で構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. Reference numeral 21 represents a transducer array or a probe, and the transducers in this transducer array have a predetermined frequency generated by a pulse generator 22. It is composed of a piezoelectric element that vibrates and generates ultrasonic waves when a pulse signal is applied thereto via the amplifier 23 and the transducer switch 24, and generates a voltage when receiving the ultrasonic waves.

振動子切換器24は、後述の撮像手順に従つて
振動子アレイ21中の振動子を送信素子群または
受信素子群に順次切り換える機能を有し、特に撮
像距離に応じて受信開口面積を変えるため、振動
子アレイ21から対象物Xまでの距離データを切
換器24に自動的にもしくは手動で入力する距離
設定器24aを備えている。
The transducer switching device 24 has a function of sequentially switching the transducers in the transducer array 21 to a transmitting element group or a receiving element group according to the imaging procedure described later, and in particular, to change the receiving aperture area according to the imaging distance. , is provided with a distance setting device 24a that automatically or manually inputs distance data from the transducer array 21 to the object X to the switching device 24.

振動子切換器24の受信部は、複数個の増幅器
25および遅延回路26と、それらの出力を加算
する加算器27と、A/D変換器28と、デイジ
タルスキヤンコンバータ29とを介して、表示器
30に接続されている。
The receiving section of the transducer switcher 24 transmits the display via a plurality of amplifiers 25 and delay circuits 26, an adder 27 that adds the outputs thereof, an A/D converter 28, and a digital scan converter 29. is connected to the device 30.

次に、本装置の撮像手順について説明する。 Next, the imaging procedure of this device will be explained.

本発明によれば、第1図および第2図に示すよ
うに、振動子アレイ21を構成する振動子のうち
隣接する少数(この場合5個)の振動子で送信素
子群31を構成し、それらの振動子から対象物X
に向けて収束超音波を照射すると共に、他の離散
的に位置する振動子で送信素子群31より開口面
積の大きい受信素子群32を構成し、対象物Xに
て反射された超音波を受信する。そして第3図に
示すように、受信素子群32による受信開口は、
距離設定器24aから送られる撮像距離すなわち
対象物Xから振動子アレイ21までの距離が長く
なるほど拡大し、それらの受信素子からの信号で
1ラインの映像を形成する。このようにすると、
距離が長くなるほど受信超音波のレベルが低くな
るが、受信素子の数が多くなることでレベルの低
下を補うことができると共に、どの距離でもパワ
ーが均一で分解能も均一な映像が得られる。
According to the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, a transmitting element group 31 is configured by a small number (in this case, five) of adjacent vibrators among the vibrators constituting the vibrator array 21, From those oscillators to the object
At the same time, other discretely located transducers constitute a receiving element group 32 having a larger aperture area than the transmitting element group 31, and receive the ultrasonic wave reflected by the object X. do. As shown in FIG. 3, the receiving aperture by the receiving element group 32 is
The imaging distance sent from the distance setter 24a, that is, the distance from the object X to the transducer array 21, increases as the distance increases, and the signals from these receiving elements form one line of video. In this way,
As the distance increases, the level of the received ultrasonic waves decreases, but by increasing the number of receiving elements, the decrease in level can be compensated for, and images with uniform power and resolution can be obtained at any distance.

以下、上記のような送信および受信素子群によ
る超音波の送受信で対象物Xの映像が得られるこ
とを説明する。
Hereinafter, it will be explained that an image of the object X can be obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves by the above-described transmitting and receiving element group.

まず第4図に示すように、振動子アレイ21の
送信素子群31の中心を原点とし、振動子の送受
信面を(x、y)平面とする座標系を考える。図
において、振動子の幅をl、送信素子群の振動子
間隔をlT、受信素子群の振動子間隔をlR、送信素
子群の開口長さをXTおよびYT、受信素子群の開
口長さをXRおよびYRとすると、この実施例の場
合、lT=l、XT<XR、YT=YRである。
First, as shown in FIG. 4, consider a coordinate system in which the center of the transmitting element group 31 of the transducer array 21 is the origin and the transmitting and receiving surface of the transducer is the (x, y) plane. In the figure, the width of the transducer is l, the transducer spacing of the transmitting element group is l T , the transducer spacing of the receiving element group is l R , the aperture length of the transmitting element group is X T and Y T , the transducer spacing of the receiving element group is Letting the aperture lengths be X R and Y R , in this example, l T =l, X T <X R , and Y T = Y R.

今、送信素子群の1振動子の位置を rT=(xT、yT、0) とすれば、送信する超音波の複素信号の時間領域
および周波数領域での表現は夫々次のように定め
られる。
Now, if the position of one transducer in the transmitting element group is r T = (x T , y T , 0), the time domain and frequency domain expressions of the complex signal of the transmitted ultrasound are as follows, respectively. determined.

ST(rT、t)=∫〓21ST(rT、ω)exp(jωt)dω(1
) ST(rT、ω) =1/TCT 0ST(rT、t)exp(−jωt)dt(2) ここで、ω1、ω2は夫々送信される超音波に含
まれる最小および最大の角周波数で、ω1=ω2
もよい。TCは時間幅である。
S T (r T , t)=∫〓 21 S T (r T , ω)exp(jωt)dω(1
) S T (r T , ω) = 1/T CT 0 S T (r T , t) exp (−jωt) dt(2) Here, ω 1 and ω 2 are the transmitted ultrasound waves, respectively. At the minimum and maximum angular frequencies involved, ω 12 may be true. T C is the time width.

次に、原点から距離 r=(x、y、z) の位置にある対象物の反射係数を、簡便のため周
波数に依存しないものとしてρ(r)とし、受信素子
群の1振動子の位置を rR=(xR、yR、0) とすれば、受信される反射超音波は次のように表
わされる。
Next, the reflection coefficient of an object located at a distance r = (x, y, z) from the origin is assumed to be frequency-independent for the sake of simplicity, and is assumed to be ρ(r), and the position of one oscillator in the receiving element group is If r R = (x R , y R , 0), the received reflected ultrasound is expressed as follows.

SR(rR、rT、t)= ∫ rρ(r)ST(rT、t−tC)dr (3) SR(rR、rT、ω)= ∫ rρ(r)ST(rT、ω)exp(−jωtC)dr (4) ただし、tC=|r−rT|+|rR−r|/C(Cは超 音波の速度)は遅延時間を示す。 S R (r R , r T , t) = ∫ rρ(r)S T (r T , t−t C ) dr (3) S R (r R , r T , ω) = ∫ rρ(r)S T (r T , ω) exp (−jωt C ) dr (4) However, t C = |r−r T |+|r R −r|/C (C is the speed of the ultrasonic wave) indicates the delay time .

上記(3)、(4)式は1個の送信素子による超音波を
受信した場合であるから、送信素子群全体を考え
ると、 SR(rR、t)=1/AT ∫ rT ∫ rρ(r)ST(rT、t−tC)drdrT (5) SR(rR、ω)=1/AT ∫ rT ∫ rρ(r)ST(rT、ω)・exp(−jωtC)drdrT (6) ただし、 AT=XT・YT(送信素子群の開口面積) 上記(6)式を(2)式で除すると、対象物Xのホログ
ラムH(rR、rT、ω)が求められ、これを逆フー
リエ変換すると、対象物Xと振動子アレイ21と
の間の超音波の伝搬時間情報h(rR、rT、t)が
得られる。すなわち、 H(rR、rT、ω)=SR(rR、ω)/ST(rT
ω)=1/AT ∫ rT ∫ rρ(r)exp(−jωtC)drdrT (7) であるから、 h(rR、rT、t)=1/W∫〓21H(rR
、rT、ω)exp(jωt)dω =1/WAT ∫ rT ∫ r∫〓21ρ(r)exp{jω(t−tC)}dωdrdrT (8) ここで、W=ω2−ω1は帯域幅である。
Equations (3) and (4) above are for the case where ultrasonic waves are received by one transmitting element, so considering the entire transmitting element group, S R (r R , t) = 1/A T ∫ r T ∫ rρ(r)S T (r T , t−t C ) drdr T (5) S R (r R , ω) = 1/A T ∫ r T ∫ rρ(r)S T (r T , ω)・exp(−jωt C ) drdr T (6) However, A T =X T・Y T (Aperture area of transmitting element group) If the above equation (6) is divided by equation (2), the hologram H of the object (r R , r T , ω) is obtained, and by performing inverse Fourier transform on this, the ultrasonic propagation time information h (r R , r T , t) between the object X and the transducer array 21 is obtained. It will be done. That is, H(r R , r T , ω)=S R (r R , ω)/S T (r T ,
ω)=1/A T ∫ r T ∫ rρ(r)exp(−jωt C ) drdr T (7) Therefore, h(r R , r T , t)=1/W∫〓 21 H (r R
, r T , ω)exp(jωt)dω = 1/WA T ∫ r T ∫ r∫〓 21 ρ(r)exp{jω(t−t C )}dωdrdr T (8) Here, W= ω 2 −ω 1 is the bandwidth.

この超音波伝搬時間情報h(rR、rT、t)に基
づき、受信素子群32の各振動子に対して次のよ
うな開口合成処理を施すことにより、対象物Xの
3次元反射率分布すなわち再生点の位置rにおけ
る3次元画像が得られる。すなわち、 I(rI)=1/AR ∫ rRh(rR、rT、tI)drR (9) ただし、 rI=(xI、yI、zI) tI=|rI−rT|+|rR−rI|/C AR=XR・YR(受信素子群の開口面積) この(9)式は、第1図に示した装置の遅延回路2
6による遅延処理と加算器27による合成処理を
施すことで実現でき、1ラインの超音波反射像を
得る。
Based on this ultrasonic propagation time information h (r R , r T , t), the three-dimensional reflectance of the object A three-dimensional image at the distribution, ie, the position r of the reproduction point, is obtained. That is, I (r I ) = 1/A R ∫ r R h (r R , r T , t I ) dr R (9) where, r I = (x I , y I , z I ) t I = | r I −r T |+|r R −r I |/C A R =X R・Y R (Aperture area of receiving element group) This equation (9) is expressed by the delay circuit 2 of the device shown in FIG.
This can be realized by performing delay processing by 6 and compositing processing by adder 27 to obtain a 1-line ultrasonic reflection image.

そして、第2図に示したように隣接する振動子
から成る送信素子群31と離散的に位置する振動
子から成る受信素子群32の両方について順次位
置を走査することにより、1フレームの超音波映
像を得ることができる。
As shown in FIG. 2, by sequentially scanning the positions of both the transmitting element group 31 consisting of adjacent transducers and the receiving element group 32 consisting of discretely located transducers, one frame of ultrasonic waves is generated. You can get the picture.

以下、(9)式に基づいて再生像の解析を行う。 Hereinafter, the reconstructed image will be analyzed based on equation (9).

まず、(9)式に(8)式を代入すると、 I(rI)=1/ARATW ∫ rR ∫ rT ∫ r∫〓21ρ(r)exp{jΦ}dωdrdrTdrR (10) ただし、 Φ=ω(tI−tC)=ω/C(|rI−rT|+|rR−rI
−|r−rT|−|rR−r|)(11) ここで、zI≒z=αとおくと、フレネル近似に
より Φ≒ω/C{2(zI−z)+(xI 2−x2
/α+(yI 2−y2)/α−(xI−x)/αxT−(yI−y
)/αyT− (xI−x)/αxR−(yI−y)/αyR
}(12) となる。
First, by substituting equation (8) into equation (9), I(r I )=1/A R A T W ∫ r R ∫ r T ∫ r∫〓 21 ρ(r)exp{jΦ}dωdrdr T dr R (10) However, Φ=ω(t I −t C )=ω/C(|r I −r T |+|r R −r I
−|r−r T |−|r R −r|) (11) Here, if we set z I ≒z=α, then Φ≒ω/C{2(z I −z) + (x I2 x2 )
/α+(y I 2 −y 2 )/α−(x I −x)/αx T −(y I −y
) / αy T − (x I − x) / αx R − (y I − y) / αy R
}(12).

従つて、(12)式に(10)式を代入すると、 I(rI)=1/ARATW ∫ rR ∫ ∫ rTr∫〓21ρ(r)exp[jω/C{2(ZI−Z)+(x
I 2−x2/a)+(yI 2−y2/a) −(xI−x/axT+(yI−y/ayT)−(xI
x/axR)+(yI−y/ayR)}]dωdrdrTdrR 但し、W=ω2−ω1 新たに、 B=1/C{2(zI−z)+(xI 2−x2/a+yI 2−y2
/a) −(xI−x/axT+(yI−y)ayT) −(xI−x/axR+(yI−y)ayR)} とおくと、 I(rI)=1/ARAT∫ rRrTrρ(r)・1/W∫〓21exp(jωB)dωdrdrTdrR となる。
Therefore, by substituting equation (10) into equation (12), I(r I )=1/A R A T W ∫ r R ∫ ∫ r Tr ∫〓 21 ρ(r)exp[jω /C{2(Z I −Z)+(x
I 2 −x 2 /a)+(y I 2 −y 2 /a) −(x I −x/ax T +(y I −y/ay T )−(x I
x / ax R ) + (y I - y / ay R )}] dωdrdr T dr R However, W = ω 2 - ω 1 Newly, B = 1/C {2 (z I - z) + (x I 2 −x 2 /a+y I 2 −y 2 )
/a) −(x I −x/ax T + (y I − y) ay T ) −(x I − x/ax R + (y I − y) ay R )}, then I(r I )=1/A R A T ∫ r R r Tr ρ(r)・1/W∫〓 21 exp(jωB)dωdrdr T dr R.

ここで、 1/W∫〓21exp(jωB)dω =1/jBW[exp(jωB)]〓21 =1/jBW{exp(jBω2)−exp(jBω1)} =1/jBW{cos(Bω2)−jsin(Bω2) −cos(Bω1)−jsin(Bω1)} =1/jBW{−2sinB/2(ω2+ω1) sinB/2(ω2−ω1) +2jcosB/2(ω2+ω1)sinB/2(ω2−ω1)} =1/jBW[2sinB/2(ω2−ω1) ×{−sinB/2(ω2+ω1)+jcosB/2(ω2+ω
1)}] =sinB/2(ω2−ω1)/B/2W{cosB/2(ω
2+ω1) +jsinB/2(ω2+ω1)} =sinB/2W/B/2Wexp{jB/2(ω2+ω1
} =sinc(B/2W)exp(jBWm) 但し、 W=ω2−ω1 Wm=ω2+ω1/2 となるから、 I(rI)=1/ARAT∫ rR∫ rR∫ rTrρ(r)sinc[W/C(zI−z)+W/2C(xI 2−x2
/a+yI 2−y2/a) −W/2C(xI−x/axT+yI−y/ayT)−W/
2C(xI−x/axR+yI−y/ayR)] ×exp[jWm/C{2(zI−z)+xI 2−x2/a+
yI 2−y2/a}−jWm/C(xI−x/axT+yI−y/ay
T) −jWm/C(xI−x/axR+yI−y/ayR)]dr
drTdrR ついで、積分順序を変更し、 sinc[W/C(zI−z)+W/2C(xI 2−x2/a+yI 2
y2/a) −W/2C(xI−x/axT+yI−y/ayT) −W/2C(xI−x/axR+yI−y/ayR)] ≒sinc[W/C(zI−z)] の近似により、 I(rI)≒∫rρ(r)×exp[jWm/C{2(zI−z)+
(xI 2−x2/a+yI 2−y2/a)] ×1/AT∫ ×1/AT∫ rTexp[−jWm/C(xI−x/axT+yI−y/ayT)]d
rT ×1/AR∫ ×1/AR∫ rRexp[−jWm/C(xI−x/axR+yI−y/ayR)]d
rR×sinc[W/C(zI−z)]dr となり、(13)式が得られる。
Here, 1/W∫〓 21 exp(jωB)dω = 1/jBW[exp(jωB)]〓 21 = 1/jBW{exp(jBω 2 )−exp(jBω 1 )} = 1/ jBW{cos(Bω 2 )−jsin(Bω 2 ) −cos(Bω 1 )−jsin(Bω 1 )} = 1/jBW{−2sinB/2(ω 21 ) sinB/2(ω 2 −ω 1 ) +2jcosB/2(ω 21 ) sinB/2(ω 2 −ω 1 )} = 1/jBW[2sinB/2(ω 2 −ω 1 ) × {−sinB/2(ω 21 )+jcosB/ 2(ω 2
1 )}] = sinB/2(ω 2 −ω 1 )/B/2W{cosB/2(ω
21 ) +jsinB/2(ω 21 )} = sinB/2W/B/2Wexp{jB/2(ω 21 )
} = sinc(B/2W)exp(jBWm) However, since W=ω 2 −ω 1 Wm=ω 21 /2, I(r I )=1/A R A T ∫ r R ∫ r R ∫ r Tr ρ(r)sinc [W/C(z I −z)+W/2C(x I 2 −x 2
/a+y I 2 −y 2 /a) −W/2C(x I −x/ax T +y I −y/ay T )−W/
2C(x I −x/ax R +y I −y/ay R )] ×exp[jWm/C{2(z I −z)+x I 2 −x 2 /a+
y I 2 −y 2 /a}−jWm/C(x I −x/ax T +y I −y/ay
T ) −jWm/C(x I −x/ax R +y I −y/ay R )] dr
dr T dr RThen , change the integration order and sinc[W/C(z I −z)+W/2C(x I 2 −x 2 /a+y I 2
y 2 /a) −W/2C(x I −x/ax T +y I −y/ay T ) −W/2C(x I −x/ax R +y I −y/ay R )] ≒sinc[W /C(z I −z)], I(r I )≒∫ r ρ(r)×exp[jWm/C{2(z I −z)+
(x I 2 −x 2 /a+y I 2 −y 2 /a)] ×1/A T ∫ ×1/A T ∫ r T exp[−jWm/C(x I −x/ax T +y I −y /ay T )]d
r T ×1/A R ∫ ×1/A R ∫ r R exp[−jWm/C(x I −x/ax R +y I −y/ay R )]d
r R × sinc [W/C (z I - z)] dr , and formula (13) is obtained.

I(rI)= ∫ rρ(r)exp{jΦ1} ・1/AR ∫ rTexp{jΦ2}drT ・1/AR ∫ rRexp{jΦ3}drR ・sinc{W/C(zI−z)}dr (13) ここで、 Φ1=Wm/C{2(zI−z)+(xI 2−x2)/α +(yI 2−y2)/α} Φ2=Wm/C{−xI−x/αxT−yI−y)/αyT} Φ3=Wm/C{−xI−x/αxR−yI−y)/αyR} Wm=ω1+ω2/2 sinc{W/C(zI−z)} =sin{W/C・(zI−z)}/W/C・(zI−z) 上記(13)式のrTによる積分項を計算すると、次の
ようになる。
I (r I ) = ∫ rρ(r)exp{jΦ 1 } ・1/A R ∫ r T exp{jΦ 2 }dr T・1/A R ∫ r R exp{jΦ 3 }dr R・sinc {W /C(z I −z)}dr (13) Here, Φ 1 = Wm/C{2(z I −z) + (x I 2 − x 2 )/α + (y I 2y 2 ) /α} Φ 2 = Wm/C{−x I −x/αx T −y I −y)/αy T } Φ 3 = Wm/C{−x I −x/αx R −y I −y)/ αy R } Wm=ω 12 /2 sinc{W/C(z I −z)} = sin{W/C・(z I −z)}/W/C・(z I −z) Above ( Calculating the integral term by r T in equation 13) gives the following:

1/A ∫ rTexp{jΦ2}drT =lsinc{Wml/2Cα(xI−x)} ・[sinc{WmXT/2Cα(xI−x)} *m(WmlT/2Cα(xI−x))] ・sinc{WmYT/2Cα(yI−y)} (14) ここで、 Wm/2Cα(xI−x)=u (15) Wm/2Cα(yI−y)=v (16) とおくと、(14)式は 1/A ∫ ∫ rTexp{jΦ2}drT=lsinc(lu)・[sinc(XTu)*m
(lTu)]・sinc(YTv)(17) となる。ただし、 m(lTu)=+∞n=-∞ δ(n−lTu)=lT+∞n=-∞ δ(n/lT− u) (18) (δはデルタ関数)であり、*はコンボリユーシ
ヨン(たたみ込み)を示す。
1/A ∫ r T exp{jΦ 2 }dr T = lsinc{Wml/2Cα(x I −x)} ・[sinc{WmX T /2Cα(x I −x)} *m(Wml T /2Cα(x I −x))] ・sinc{WmY T /2Cα(y I −y)} (14) Here, Wm/2Cα(x I −x)=u (15) Wm/2Cα(y I −y)= v (16), equation (14) becomes 1/A ∫ ∫ r T exp{jΦ 2 }dr T = lsinc (lu)・[sinc (X T u) * m
(l T u)]・sinc(Y T v) (17). However, m(l T u)= +∞n=-∞ δ(n−l T u)=l T+∞n=-∞ δ(n/l T − u) (18) (δ is the delta function ), and * indicates convolution.

従つて、(17)式において変数uを横軸にとつた時
の送信素子群のビームパターンは、第5図aに示
すようになる。
Therefore, when the variable u is plotted on the horizontal axis in equation (17), the beam pattern of the transmitting element group becomes as shown in FIG. 5a.

同様に、(13)式のrRによる積分項を計算すると、
次のようになる。
Similarly, when calculating the integral term due to r R in equation (13), we get
It will look like this:

1/A ∫ rRexp{jΦ3}drR =lsinc{Wml/2Cα(xI−x)} ・[sinc{WmXR/2Cα(xI−x)} *m(WmlR/2Cα(xI−x))] ・sinc{WmYR/2Cα(yI−y)} =lsinc(lu) ・[sinc(XRu)*m(lRu)] ・sinc(YRv) (19) 従つて、(19)式において変数uを横軸にとつた時
の受信素子群のビームパターンは、第5図bに示
すようになる。
1/A ∫ r R exp{jΦ 3 }dr R = lsinc{Wml/2Cα(x I −x)} ・[sinc{WmX R /2Cα(x I −x)} *m(Wml R /2Cα(x I −x))] ・sinc{WmY R /2Cα(y I −y)} = lsinc(lu) ・[sinc(X R u)*m(l R u)] ・sinc(Y R v) (19 ) Therefore, when the variable u is plotted on the horizontal axis in equation (19), the beam pattern of the receiving element group is as shown in FIG. 5b.

上記の(17)、(19)式を(13)式に代入することにより、
再生像は I(rI)= ∫ rρ(r)exp{jΦ1} ・{lsinc(lu)}2 ・[sinc(XTu)*m(lTu)] ・[sinc(XRu)*m(lRu)] ・sinc(YTv) ・sinc(YRv) ・sinc{W/C(zI−z)}dr (20) となる。従つて、変数uを横軸にとると、第5図
cに示すようなビームパターンが得られる。
By substituting equations (17) and (19) above into equation (13),
The reconstructed image is I(r I )= ∫ rρ(r)exp{jΦ 1 } ・{lsinc(lu)} 2・[sinc(X T u)*m(l T u)] ・[sinc(X R u )*m(l R u)] ・sinc(Y T v) ・sinc(Y R v) ・sinc {W/C(z I − z)} dr (20). Therefore, if the variable u is plotted on the horizontal axis, a beam pattern as shown in FIG. 5c is obtained.

第5図a,bからわかるように、送信素子群3
1および受信素子群32のビームパターンは、振
動子アレイ21の形状すなわち振動子幅l、振動
子間隔lT,lR、開口幅XT,XRと、振動子切換器2
4による素子群の選定によつて決定されるが、こ
の場合、受信素子群32を離散的に選定すること
で受信ビームパターンにグレーテイングロープが
発生する。従つて、この影響を最小にするように
送信素子群31の選定を行うことが必要であり、
そのためには、受信ビームパターンのグレーテイ
ングローブピーク値に送信ビームパターンのゼロ
クロスを重ね合わせるように、即ち1/XT
1/lRとなるように、振動子アレイの形状設計と
素子群の選定を行えばよい。これにより、第5図
cのようにグレーテイングロープが除去されたビ
ームパターンが得られる。
As can be seen from FIGS. 5a and 5b, transmitting element group 3
1 and the receiving element group 32 are determined by the shape of the transducer array 21, that is, the transducer width l, the transducer spacing l T , l R , the aperture width X T , X R , and the transducer switching device 2
In this case, by discretely selecting the receiving element groups 32, a grating rope is generated in the receiving beam pattern. Therefore, it is necessary to select the transmitting element group 31 so as to minimize this influence.
To do this, superimpose the zero crossing of the transmit beam pattern on the grating globe peak value of the receive beam pattern, that is, 1/X T =
It is sufficient to design the shape of the vibrator array and select the element group so that R is 1/l. As a result, a beam pattern with the grating rope removed as shown in FIG. 5c is obtained.

以上、第1図の実施例について説明したが、本
発明はこれに限られるものではない。例えば、第
1図の実施例における遅延回路26と加算器27
のアナログ回路をA/D変換器とデイジタル演算
回路に置き換え、この演算回路で遅延合成処理を
行うようにしてもよい。これにより、遅延処理の
精度を高めることができる。また、本発明は診断
装置に限らず、水中ソナー等の撮像装置に広く適
用できるものである。
Although the embodiment shown in FIG. 1 has been described above, the present invention is not limited thereto. For example, the delay circuit 26 and adder 27 in the embodiment of FIG.
The analog circuit may be replaced with an A/D converter and a digital arithmetic circuit, and the delay synthesis process may be performed by this arithmetic circuit. Thereby, the accuracy of delay processing can be improved. Further, the present invention is not limited to diagnostic devices, but can be widely applied to imaging devices such as underwater sonar.

(発明の効果) 以上のように、本発明によれば、振動子アレイ
の隣接する少数の振動子で送信素子群を構成する
と共に、他の離散的に位置する振動子で受信素子
群を構成し、振動子アレイから対象物までの距離
が長くなるほど受信素子群の数を増加して受信開
口面積を拡大するようにしたので、いかなる距離
でも受信超音波のエネルギを補つて十分なS/N
比をとることができると共に、対象物の均一な映
像が得られる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, a small number of adjacent oscillators in a oscillator array constitute a transmitting element group, and other discretely located oscillators constitute a receiving element group. However, as the distance from the transducer array to the target object increases, the number of receiving element groups is increased and the receiving aperture area is expanded, so that the energy of the received ultrasonic waves can be supplemented and sufficient S/N can be achieved at any distance.
Not only can the ratio be determined, but also a uniform image of the object can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の構成を示す図、第
2図および第3図は振動子走査の説明図、第4図
は振動子アレイと対象物の座標系を示す図、第5
図は超音波ビームパターンを示す図、第6図は従
来例を示す図である。 1……振動子アレイ、2……パルス発生器、3
……増幅器、4……振動子切換器、5……増幅
器、6……A/D変換器、7……ラインメモリ、
8……フレームメモリ、9……演算部、10……
デイジタルスキヤンコンバータ、11……表示
器、21……振動子アレイ、22……パルス発生
器、23……増幅器、24……振動子切換器、2
4a……距離設定器、25……増幅器、26……
遅延回路、27……加算器、28……A/D変換
器、29……デイジタルスキヤンコンバータ、3
0……表示器、31……送信素子群、32……受
信素子群。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams of transducer scanning, FIG. 4 is a diagram showing the coordinate system of the transducer array and the object, and FIG.
The figure shows an ultrasonic beam pattern, and FIG. 6 shows a conventional example. 1... Vibrator array, 2... Pulse generator, 3
...Amplifier, 4...Resonator switcher, 5...Amplifier, 6...A/D converter, 7...Line memory,
8... Frame memory, 9... Arithmetic unit, 10...
Digital scan converter, 11...Display device, 21...Resonator array, 22...Pulse generator, 23...Amplifier, 24...Resonator switch, 2
4a...Distance setting device, 25...Amplifier, 26...
Delay circuit, 27...Adder, 28...A/D converter, 29...Digital scan converter, 3
0... Display unit, 31... Transmitting element group, 32... Receiving element group.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 複数個の超音波送受信用振動子を配列して成
る振動子アレイと、該振動子アレイ中の振動子を
順次切り換えて超音波の送受信を行う切換手段
と、該振動子アレイ中の振動子で受信した超音波
から開口合成処理により対象物の反射像を得る像
再生処理手段とを備えた超音波撮像装置におい
て、 前記振動子アレイ中の隣接する少数の振動子で
送信素子群を構成すると共に、他の離散的に位置
する振動子で受信素子群を構成し、前記振動子ア
レイから対象物までの距離が長くなるほど受信振
動子の数を増加して受信開口面積を拡大するよう
にしたことを特徴とする超音波撮像装置。
[Scope of Claims] 1. A transducer array formed by arranging a plurality of ultrasonic transducer transducers, a switching means for sequentially switching the transducers in the transducer array to transmit and receive ultrasonic waves, and and an image reproduction processing means for obtaining a reflected image of an object by aperture synthesis processing from the ultrasound waves received by the transducers in the transducer array, wherein a small number of adjacent transducers in the transducer array In addition to forming a transmitting element group, a receiving element group is formed by other discretely located transducers, and as the distance from the transducer array to the object increases, the number of receiving transducers increases to increase the receiving aperture area. An ultrasonic imaging device characterized in that it is configured to magnify.
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JPS59214437A (en) * 1983-05-19 1984-12-04 株式会社東芝 Ultrasonic diagnostic apparatus

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