JPH0720107A - 超音波信号処理装置 - Google Patents
超音波信号処理装置Info
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- JPH0720107A JPH0720107A JP5164415A JP16441593A JPH0720107A JP H0720107 A JPH0720107 A JP H0720107A JP 5164415 A JP5164415 A JP 5164415A JP 16441593 A JP16441593 A JP 16441593A JP H0720107 A JPH0720107 A JP H0720107A
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Abstract
次元配置受信素子群2と該素子群の受信信号を整相加算
することにより三次元的な走査領域1からの反射受信信
号を同時複数あるいは、逐次、一つずつ得る装置におい
て、整相加算条件で仮定している複数の反射源の方位
と、受信素子群の配置面の中心付近に面との交点を有
し、かつ面にほぼ垂直となる法線Nとの成す角度(緯度
方向)θが不等間隔となるように設ける超音波信号処理
装置。 【効果】超音波三次元撮像において、反射信号処理量を
大幅に減少させることができる。これにより、実時間に
より撮像できる被検体内の走査容積を増加させることが
できる。
Description
破壊検査する装置、あるいは医療診断に用いる超音波装
置等の信号処理に関し、特に、被検体内の立体的空間を
走査するための受信信号処理が可能な超音波信号処理装
置に関する。
標物へ放射された送信音波に起因して得られる反射波を
一次元配列した受信素子群で受信している。この装置で
はレーダやソナーと同様の技術を用いて電子的に受信信
号を整相加算しており、例えば、医用超音波診断装置で
は秒間30断層像程度の実時間表示を可能としている。
この走査を二次元の断層像から三次元の立体領域に拡張
する場合には、超音波の送受信に必要な受信素子群は二
次元平面あるいは曲面内で配置する必要がある。この三
次元撮像では走査しようとする被検体内の超音波の送波
回数が増加し、超音波の往復の伝播時間が撮像時間を限
定してしまい、実時間での撮像が困難になる。このた
め、一回の超音波の送信によって複数位置からの反射受
信信号を並列して同時に走査する受波複ビーム処理技術
が知られている。
例がアイ・イー・イー・イー・トランザクションズ・オ
ン・ウルトラソニクス・フェロエレクトリクス・アンド
・フリーケンシ・コントロール、第38巻、第2号、1
09頁から115頁(IEEE Transactions on Ultrasonic
s、Ferroelectrics、and Frequency Control、Vol.38、
NO.2、pp.109−115(1991))に開示されている。
成では超音波を受信する二次元配置素子群2の出力信号
は第一の遅延手段D0 により遅延される。この遅延され
た信号は従属接続された第二の遅延手段群D1〜Dnで遅
延される。D1〜DnはD0 の出力を並列して整相するも
のである。それぞれ整相された並列出力は加算手段A1
〜Anにより加算され、それぞれ異なった焦点F1〜Fn
からの受信信号を検出する。図5では図面の簡単化を図
るために焦点F1及びFnとそれに対応する波面のみを概
念的に示した。
の例を図4を用いて説明する。二次元配置素子群2の中
心Oを通り、面に垂直な法線をNとする。中心Oと法線
Nを基準に極座標系(R,θ,φ)で焦点位置を考え
る。複ビームの中心焦点Tn5は法線Nと角度(緯度)θを
成し、角度(経度)φは任意であるとする。複ビームの焦
点群Tn1〜Tn9はTn5を基準に設定される。これらの設
定において受信焦点がF1〜Fnは中心Oから見てほぼ等
しい距離半径Rn を有する球殻上に分布している。これ
らの焦点群の設定はθ,φ方向の角度で決定することが
でき、例えば、Tn2,Tn3間のφ方向の角度差φ′及び
Tn1,Tn4間のθ方向の角度差Ψ′は任意に設定でき
る。
る場合について説明する。図4のΨ′及びφ′が十分小
さい場合には焦点Tn5に合わせた遅延時間設定に対して
微小な遅延時間差を与えるだけで焦点群Tn1〜Tn9の遅
延時間分布を精度よく近似することができる。この遅延
時間差を与える部分が第二遅延時間手段群D1〜Dnであ
る。
の被検体内の走査につき、どのように受信ビームの焦点
の方位を決定するかについては開示されていなかった。
また、受信ビームを上記技術に沿って設定する際に近接
焦点間の角度差(例えば図4のΨ′及びφ′)をどのよ
うに決定すれば撮像時間の短縮化、即ち三次元撮像の効
率のよい高速化手段が開示されていなかったために、臨
床的に意味のある実時間の三次元撮像装置が実現できな
かった。
の第一の手段として、本発明では平面あるいは曲面上に
二次元的に配置された受信素子群と前記受信素子群の受
信信号を整相加算することにより三次元的な空間領域か
らの反射受信信号を同時複数あるいは、逐次、一つずつ
得る装置において、前記整相加算の条件で仮定している
複数の反射源の方位と、受信素子群の配置面の中心付近
に面との交点を有し、かつ面にほぼ垂直となる直線との
成す角度が不等間隔となるように設ける。
て、本発明では前記整相加算の条件で仮定している複数
の反射源の方位が、受信素子群の配置面の中心付近に面
との交点を有し、かつ面にほぼ垂直となる方位を基準に
角度が増加するにしたがってその間隔が疎となるように
設けるものである。
体内の立体領域において、超音波受信ビームがその偏向
角度の違いにより分解能を変化させるのに従い、分解能
が低下する領域ではその走査間隔を疎に、分解能がもっ
とも向上する部分では密に走査することにより、撮像す
る被検体内全域を同じ間隔で走査する場合に比べて超音
波の送受信回数を減少することができるので、走査時間
の短縮が図れる。
被検体内の立体領域において、超音波受信ビームが受信
素子の配置面の法線方向からの角度の増加により分解能
が低下するのに従い、走査間隔を疎にすることにより、
撮像する被検体内全域を同じ間隔で走査する場合に比べ
て超音波の送受信回数を減少することができるので、走
査時間の短縮が図れる。
る。超音波を受信する二次元配置素子群2は直径aの円
内に不等間隔で確率的に十分一様に分布させた圧電素子
群で構成した。各圧電素子はその受信面の最大外径が受
信する超音波の波長の半分以下のものを用いた。本実施
例では水と音速が極めて近い被検体で2MHzの超音波
パルスを送受信するよう設計し、直径aは20mm、各圧
電素子の受信面の外径は0.37mm である。圧電素子の
総数は百個程度である。以下、受信面の円の中心点Oを
通り、振動子群の配置面の法線Nを基準に極座標(R,
θ,φ)で被検体内の空間的位置を指定する。
位分解能について考える。各素子の位置は法線Nについ
てφ方向(経度方向)に回転した場合に対称ではないが、
半径方向の素子数の分布密度はほぼ不偏と見なせる。素
子全体で見た円形の受信開口が回転に対して確率的な意
味で一様と見なせるので中心軸のまわりの回転操作に対
しφ方向(経度方向)の方位分解能Δφは、ほぼ一定と
できる。図を簡単化するためにφ1は図示していない。
また、この分解能はθ1(経度方向)にも依存しない。
向の指向性は半円形の振幅重み付けになるので分解能を
3[dB]のビームで定義すると、数1で計算できる。
φはほぼ0.02 ラジアンとなった。
はθの増加とともに焦点方向から見た見かけの口径幅が
減るのでθがあまりπ/2に近くなければ、数2で計算
できる。
は劣化する。例えば、図1において法線方向(θ=0)に
近い方位に位置する受信焦点T1(R1,θ1,φ1)と、θ
=π/4に近い方位に位置する受信焦点T2(R2,θ2,
φ2)では方位分解能Δθは異なる。このようなことから
T1 付近の方位分解能Δθを基準に考えて算出した整相
時の焦点群の設定方位間隔を受信焦点T2 付近で設定し
ても不必要に高密度で走査することになる。このことを
考慮してT2 付近では受信焦点の設定方位間隔をT1 付
近より大きくして疎に設定する走査方法が考えられる。
このようにすることにより被検体内の三次元の全走査領
域1を走査するにあたり、受信焦点数を低減できるので
全域を走査するのに要する超音波送受信回数を低減でき
る。これにより走査速度が増す。
ての実施例を図2で説明する。
を通り、振動子群の配置面の法線Nを基準に極座標
(R,θ,φ)で被検体内の空間的位置を指定する。
おいて、中心点Oに視点をおいた時に影になる、直線距
離がより遠くなる側の表面上に焦点群を設定する場合を
考える。通常は焦点を含む方向に超音波を送波したの
ち、中心点Oと焦点を結ぶ線分上で走査領域1に含まれ
る部分は全て整相加算処理が行われる。たとえば、送波
ビームを焦点T11を含む方位方向に向けて形成した後、
線分R11上で走査領域1に含まれる部分からの反射信号
は中心点Oに近い点から順に時系列的に受信整相加算処
理される。図中その他の焦点T12,T21,T22について
も同様である。
ルR11,R21が法線Nと成す角度はθ1,θ2であり、θ
1<θ2である。このとき上述の方位分解能Δθのθ依存
性により、T11と隣接して設定した焦点T12へのベクト
ルR12とR11との成すθ方向の角度差δ1 はT21と隣接
して設定した焦点T22へのベクトルR22の成す角度差δ
2 よりも小さく設定する。
子状の焦点群を設定しているが、θ方向の角度差のθ依
存性がθの増加と共に焦点間の角度差を増す傾向であれ
ば焦点群の配置規則はいかなるものであってもよい。
の実施例を図3,図4で説明する。図4は3×3の受信
複ビームを形成する場合について概念的に図示したもの
である。一度の送波で得られる反射信号を並列に9個の
受信回路群で処理するために、同時に9個の方位での整
相加算処理を終えるもので、撮像速度は個々に行う場合
の9倍に上昇する。この場合、各受信方位(受信焦点T
n1〜Tn9)のθ,φ方向の角度は任意に設定できるが、
中心の焦点Tn5へのベクトルRn とその他の焦点Tn1〜
Tn4,Tn6〜Tn9へのベクトルの成すθ,φ方向の角度
差は小さくなるように設定する。また、受信焦点群の配
置は図4のように格子状である必要はなく、任意に設定
できる。
θ,φ)で空間的位置を指定し、楕円体状の走査領域1
の外殻で中心点Oから直線距離がより遠くなる側の表面
上に複ビーム焦点群を設定する場合を考えるものであ
る。通常は複ビーム焦点群の中心を含む方向に超音波を
送波したのち、中心点Oと複ビーム焦点群の中心を結ぶ
線分上で走査領域1に含まれる部分からの受信信号は全
て整相加算処理が行われる。たとえば、送波ビームをR
1を含む方位方向に向けて形成した後、線分R1と複ビー
ムで同時に形成されるその他の8個の焦点群への線分上
で走査領域1に含まれる部分からの反射信号は中心点O
に近い点から順に時系列的にかつ並列処理をもって受信
整相加算処理される。図中その他の焦点T2とその周辺
に形成される複ビームの焦点群についても同様である。
T1,T2へのベクトルR1,R2が法線Nと成す角度はθ
1,θ2であり、θ1<θ2である。このとき上述の方位分
解能Δθのθ依存性により、T1 と隣接して同時に形成
されるその他の焦点へのベクトルとR1との成すθ方向
の角度差はT2と隣接して同時に形成されるその他の焦
点へのベクトルとR2 の成す角度差よりも小さく設定す
る。これを図4に対応させれば図中のθ方向の角度差
Ψ′をθn の増加に併せて増加させることになる。これ
に伴い、図3におけるR1,R2などの複ビーム中心方位
の設定間隔もθの増加と共に大きく成る。また、それら
中心位置の配置は格子状である必要はなく、任意に設定
できる。
したが、例えば形状を長方形とし、開口内に一定間隔で
規則的に振動子を二次元配列するような構成も考えられ
る。このような場合、上記極座標系においてφ方向(経
度方向)に回転を行った場合、回転対称とは見なされな
いので、φ方向の角度に依存してφ方向の方位分解能Δ
φは異なる。上述のΔθ変化にあわせた受信焦点のθ方
向の方位設定間隔増加と同様にφ方向でも方位設定間隔
増加による超音波送受信回数を低減することができる。
いて、反射信号処理量を大幅に減少させることができ
る。これにより、実時間により撮像できる被検体内の走
査容積を増加させることができる。
法の説明図。
法の説明図。
法の説明図。
を説明する図。
群、O…原点、N…法線、T1,T2…走査領域表面上の
受信焦点、R1,R2…受信焦点へのベクトル。
Claims (2)
- 【請求項1】平面あるいは曲面上に二次元的に配置され
た受信素子群と前記受信素子群の受信信号を整相加算す
ることにより三次元的な空間領域からの反射受信信号を
同時複数あるいは逐次、一つずつ得る装置において、前
記整相加算の条件で仮定している複数の反射源の方位
と、前記受信素子群の配置面の中心付近に面との交点を
有し、かつ面にほぼ垂直となる直線との成す角度が不等
間隔となるように設けることを特徴とする超音波信号処
理装置。 - 【請求項2】請求項1において、前記整相加算の条件で
仮定している反射源の方位が、前記受信素子群の配置面
の中心付近に面との交点を有し、かつ面にほぼ垂直とな
る方位を基準に角度が離れるにしたがって疎となるよう
に設ける超音波信号処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16441593A JP3308655B2 (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 超音波信号処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16441593A JP3308655B2 (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 超音波信号処理装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0720107A true JPH0720107A (ja) | 1995-01-24 |
JP3308655B2 JP3308655B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=15792717
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16441593A Expired - Fee Related JP3308655B2 (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 超音波信号処理装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3308655B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11318889A (ja) * | 1998-05-13 | 1999-11-24 | Toshiba Corp | 超音波診断装置 |
JP2000116651A (ja) * | 1998-10-14 | 2000-04-25 | Toshiba Corp | 超音波診断装置 |
JP2003515134A (ja) * | 1999-11-17 | 2003-04-22 | ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー | フェーズドアレイの伝搬波経路を球状境界物質内に集束させる方法および装置 |
JP2006167206A (ja) * | 2004-12-16 | 2006-06-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波診断装置 |
JP2006521146A (ja) * | 2003-03-27 | 2006-09-21 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 広いビューの三次元超音波イメージングにより侵襲的医療装置を案内する方法及び装置 |
-
1993
- 1993-07-02 JP JP16441593A patent/JP3308655B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP4865178B2 (ja) * | 1999-11-17 | 2012-02-01 | ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー | フェーズドアレイの伝搬波経路を球状境界物質内に集束させる方法および装置 |
JP2006521146A (ja) * | 2003-03-27 | 2006-09-21 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 広いビューの三次元超音波イメージングにより侵襲的医療装置を案内する方法及び装置 |
JP2006167206A (ja) * | 2004-12-16 | 2006-06-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波診断装置 |
JP4593260B2 (ja) * | 2004-12-16 | 2010-12-08 | パナソニック株式会社 | 超音波診断装置 |
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---|---|
JP3308655B2 (ja) | 2002-07-29 |
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