JPH1142226A - ３次元映像化のための配列形トランスデューサの変換素子配列構造及びこれを採用した超音波３次元映像化装置 - Google Patents
３次元映像化のための配列形トランスデューサの変換素子配列構造及びこれを採用した超音波３次元映像化装置Info
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- JPH1142226A JPH1142226A JP9182869A JP18286997A JPH1142226A JP H1142226 A JPH1142226 A JP H1142226A JP 9182869 A JP9182869 A JP 9182869A JP 18286997 A JP18286997 A JP 18286997A JP H1142226 A JPH1142226 A JP H1142226A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 対象体の表面形状を３次元に映像化できる配
列形トランスデシューサーの変換素子配列構造及びこれ
を用いた超音波映像装置。 【解決手段】 変換素子のそれぞれの位置に相異なる中
心周波数を有する多数個の副変換素子を高さ方向と走査
方向とにより決定される面上で各副変換素子の超音波発
射方向が可変可能な形態に配列する。相異なる中心周波
数を有する副変換素子より構成された変換素子を備えた
配列形トランスデューサと、対象体から受信される超音
波エコー信号を予め設定された時間遅延を通して受信集
束してディジタル信号に変換する超音波信号処理手段
と、前記超音波信号処理手段から印加される超音波デー
タの周波数スペクトルを分析して１つの空間上の映像情
報を収集し、収集された映像情報をディスプレイするた
めに信号処理する周波数分析手段を含む。
列形トランスデシューサーの変換素子配列構造及びこれ
を用いた超音波映像装置。 【解決手段】 変換素子のそれぞれの位置に相異なる中
心周波数を有する多数個の副変換素子を高さ方向と走査
方向とにより決定される面上で各副変換素子の超音波発
射方向が可変可能な形態に配列する。相異なる中心周波
数を有する副変換素子より構成された変換素子を備えた
配列形トランスデューサと、対象体から受信される超音
波エコー信号を予め設定された時間遅延を通して受信集
束してディジタル信号に変換する超音波信号処理手段
と、前記超音波信号処理手段から印加される超音波デー
タの周波数スペクトルを分析して１つの空間上の映像情
報を収集し、収集された映像情報をディスプレイするた
めに信号処理する周波数分析手段を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波３次元映像化
に係り、特に高さ方向に鑑みて対象体、対象物の形状を
３次元に映像化できる配列形トランスデューサの変換素
子配列構造及びこれを用いた超音波３次元映像化装置に
関する。
に係り、特に高さ方向に鑑みて対象体、対象物の形状を
３次元に映像化できる配列形トランスデューサの変換素
子配列構造及びこれを用いた超音波３次元映像化装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波映像装置は超音波を用いて人体内
部の断面構造を示すもので、内科、小児科、産婦人科な
どの全ての医学分野に幅広く使用されている。特に、人
体内部の断面構造を観察できるＢモード映像装置と、動
く物体から反射される際起こる超音波ドップラー現象を
用いて人体内の血流情報を映像に供する映像装置が最も
広く使われている。最近、かかる超音波情報を３次元映
像に供する超音波３次元映像化装置の開発が図られてい
る。
部の断面構造を示すもので、内科、小児科、産婦人科な
どの全ての医学分野に幅広く使用されている。特に、人
体内部の断面構造を観察できるＢモード映像装置と、動
く物体から反射される際起こる超音波ドップラー現象を
用いて人体内の血流情報を映像に供する映像装置が最も
広く使われている。最近、かかる超音波情報を３次元映
像に供する超音波３次元映像化装置の開発が図られてい
る。
【０００３】図１は一般の超音波２次元映像装置のトラ
ンスデューサで超音波ビームが集束される方法を説明す
るための図である。
ンスデューサで超音波ビームが集束される方法を説明す
るための図である。
【０００４】図１に示したように、一般の超音波２次元
映像化装置は、一列に配列された変換素子を備えた配列
形トランスデューサを通して超音波ビームを１本の走査
線上に集束し、この超音波ビームを走査線を基準とする
平面上で移動させることによりその平面と出会う対象体
の断面を映像化する。この際、配列形トランスデューサ
に入射される超音波パルスの到達時間は変換素子のそれ
ぞれの位置により相違になる。すなわち、配列形トラン
スデューサの中心から遠く離れている変換素子は、中心
近くにある変換素子よりも超音波エコー信号を受信する
ために長時間かかる。したがって、超音波映像装置はト
ランスデューサの変換素子を通して受信された超音波エ
コー信号が同位相となるように超音波集束を行う。この
集束は送信時にも可能であるが、動的集束のためには受
信時に集束するのが望ましい。この動的集束は超音波ビ
ームのスキャニングによる遅延時間を動的に変換して超
音波エコー信号が戻ってくる位置を追跡しうる。一般の
超音波映像装置は高さ方向に超音波信号を集束する場
合、音響学的レンズを使用したり変換素子の幾何学的配
列を適宜に調節して固定焦点を保つ。この方法は、側面
方向（横方向）及び高さ方向（縦方向）へは弁別力を持
たせられる。そして、軸方向（奥行き方向）の弁別力を
得るためにトランスデューサ１０は、連続波でなくパル
ス波形態の超音波信号を発射する。
映像化装置は、一列に配列された変換素子を備えた配列
形トランスデューサを通して超音波ビームを１本の走査
線上に集束し、この超音波ビームを走査線を基準とする
平面上で移動させることによりその平面と出会う対象体
の断面を映像化する。この際、配列形トランスデューサ
に入射される超音波パルスの到達時間は変換素子のそれ
ぞれの位置により相違になる。すなわち、配列形トラン
スデューサの中心から遠く離れている変換素子は、中心
近くにある変換素子よりも超音波エコー信号を受信する
ために長時間かかる。したがって、超音波映像装置はト
ランスデューサの変換素子を通して受信された超音波エ
コー信号が同位相となるように超音波集束を行う。この
集束は送信時にも可能であるが、動的集束のためには受
信時に集束するのが望ましい。この動的集束は超音波ビ
ームのスキャニングによる遅延時間を動的に変換して超
音波エコー信号が戻ってくる位置を追跡しうる。一般の
超音波映像装置は高さ方向に超音波信号を集束する場
合、音響学的レンズを使用したり変換素子の幾何学的配
列を適宜に調節して固定焦点を保つ。この方法は、側面
方向（横方向）及び高さ方向（縦方向）へは弁別力を持
たせられる。そして、軸方向（奥行き方向）の弁別力を
得るためにトランスデューサ１０は、連続波でなくパル
ス波形態の超音波信号を発射する。
【０００５】図２は図１のトランスデューサ１０を備え
た一般の超音波２次元映像化装置を示す。トランスミッ
タ５から発生したパルス電圧はトランスデューサ１０の
変換素子にそれぞれ印加される。この変換素子は、パル
ス電圧により超音波ビームを発生する、例えば圧電素子
によって形成される。この際、パルス電圧は相異なる箇
所に位置した変換素子によりそれぞれ相異なる時間遅延
を持つよう形成され、側面方向の発信集束となるように
する。超音波パルスは対象体の中に伝播され、この対象
体の目標点から反射され再びトランスデューサ１０の変
換素子に入射される。変換素子は戻ってきた超音波エコ
ー信号を電気的な信号に変換する。アンプ２０はトラン
スデューサ１０から受信される超音波エコー信号を増幅
する。時間利得補償部（ＴＧＣ）３０はアンプ２０から
印加される信号の利得を時間に応じて可変して超音波受
信距離による減衰を補償する。ビームフォーマ４０は入
力される信号を相互に時間遅延させてから全て加えて側
面方向の受信集束を行う。この際、ビームフォーマ４０
は時間遅延量を瞬間毎に変化させて受信集束を行う。包
絡線検波部５０はビームフォーマ４０を経た信号を入力
され包絡線検波し、関数変換部６０はその結果を所定関
数に圧縮する。Ａ／Ｄ変換及びＤＳＣ部７０は入力され
た信号をディジタル信号に変換し、ＤＳＣ(Digital Sca
n Converter)処理してディスプレイ部８０に表示する。
た一般の超音波２次元映像化装置を示す。トランスミッ
タ５から発生したパルス電圧はトランスデューサ１０の
変換素子にそれぞれ印加される。この変換素子は、パル
ス電圧により超音波ビームを発生する、例えば圧電素子
によって形成される。この際、パルス電圧は相異なる箇
所に位置した変換素子によりそれぞれ相異なる時間遅延
を持つよう形成され、側面方向の発信集束となるように
する。超音波パルスは対象体の中に伝播され、この対象
体の目標点から反射され再びトランスデューサ１０の変
換素子に入射される。変換素子は戻ってきた超音波エコ
ー信号を電気的な信号に変換する。アンプ２０はトラン
スデューサ１０から受信される超音波エコー信号を増幅
する。時間利得補償部（ＴＧＣ）３０はアンプ２０から
印加される信号の利得を時間に応じて可変して超音波受
信距離による減衰を補償する。ビームフォーマ４０は入
力される信号を相互に時間遅延させてから全て加えて側
面方向の受信集束を行う。この際、ビームフォーマ４０
は時間遅延量を瞬間毎に変化させて受信集束を行う。包
絡線検波部５０はビームフォーマ４０を経た信号を入力
され包絡線検波し、関数変換部６０はその結果を所定関
数に圧縮する。Ａ／Ｄ変換及びＤＳＣ部７０は入力され
た信号をディジタル信号に変換し、ＤＳＣ(Digital Sca
n Converter)処理してディスプレイ部８０に表示する。
【０００６】アメリカ特許番号5,305,756 号はトランス
デューサの改善のみで２次元超音波映像装置に含まれる
殆どの装置をほぼそのまま使用できる３次元映像化方法
を開示する。従って、実時間に映像を具現する際も有利
であり、安価に超音波映像診断装置を具現できる。
デューサの改善のみで２次元超音波映像装置に含まれる
殆どの装置をほぼそのまま使用できる３次元映像化方法
を開示する。従って、実時間に映像を具現する際も有利
であり、安価に超音波映像診断装置を具現できる。
【０００７】図３に基づき前述したアメリカ特許5,305,
756 号に開示された３次元映像化方法について簡単に説
明する。
756 号に開示された３次元映像化方法について簡単に説
明する。
【０００８】ビームフォーミングのための側面及び軸方
向の集束方法は図１に示された一般の２次元映像化方法
と同様である。しかし、高さ方法の集束方法は異なる。
高さ方向の集束方法は図１と異なり、ビームを広げて結
局対象体の１面に集束する（アメリカ特許5,417,219 号
参照）。そして、その面に垂直方向に集束された面を移
動させ３次元空間をスキャンする。この際、集束が理想
的になされて超音波ビームが１つの平面上でのみ位置す
る場合、対象体を３次元映像化する方法を図４の（Ａ）
及び（Ｂ）に基づき説明する。
向の集束方法は図１に示された一般の２次元映像化方法
と同様である。しかし、高さ方法の集束方法は異なる。
高さ方向の集束方法は図１と異なり、ビームを広げて結
局対象体の１面に集束する（アメリカ特許5,417,219 号
参照）。そして、その面に垂直方向に集束された面を移
動させ３次元空間をスキャンする。この際、集束が理想
的になされて超音波ビームが１つの平面上でのみ位置す
る場合、対象体を３次元映像化する方法を図４の（Ａ）
及び（Ｂ）に基づき説明する。
【０００９】図４の（Ａ）において、超音波ビームはＰ
ＱＲＳ平面上でのみ存するとする。Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤはＰ
Ｒ線分上の任意の点であり、ＰＱの中点からＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄとそれぞれ等距離にありながら、対象体の表面に
ある点をそれぞれＡ′、Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′とする。対象
体表面の全ての点において超音波反射の程度は同一であ
ると仮定する。Ｄ′点から戻る超音波エコー信号は
Ａ′、Ｂ′、Ｃ′点から戻る超音波エコー信号より時間
的に先立ち、その大きさもさらに大きい。その理由は
Ｄ′点が他の点よりトランスデューサ１０に相対的に近
く、Ｄ′点付近の対象体の表面が超音波進行方向と垂直
に近いので、トランスデューサに戻る超音波エコー信号
がさらに多いためである。時間的にはＤ′、Ａ′、
Ｂ′、Ｃ′点の順の通り超音波エコー信号が戻る。しか
し、図４の（Ｂ）に示したように、Ａ′点で受信される
超音波エコー信号がＤ′点の超音波エコー信号より微弱
なことは、Ａ′点付近の対象体の面が超音波進行方向と
水平に近いので超音波ビームが散乱されトランスデュー
サ側へは信号がほぼ戻らないためである。すなわち、ト
ランスデューサ１０に戻る超音波エコー信号はＡ′点で
最も微弱であり、Ｄ′点で最も強い。トランスデューサ
と対象体の距離が遠ざかるほど超音波ビームが広がるの
で超音波エコー信号は小さいが、超音波エコー信号が小
さくなる程度は予め分かるので、時間による補償が可能
である。
ＱＲＳ平面上でのみ存するとする。Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤはＰ
Ｒ線分上の任意の点であり、ＰＱの中点からＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄとそれぞれ等距離にありながら、対象体の表面に
ある点をそれぞれＡ′、Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′とする。対象
体表面の全ての点において超音波反射の程度は同一であ
ると仮定する。Ｄ′点から戻る超音波エコー信号は
Ａ′、Ｂ′、Ｃ′点から戻る超音波エコー信号より時間
的に先立ち、その大きさもさらに大きい。その理由は
Ｄ′点が他の点よりトランスデューサ１０に相対的に近
く、Ｄ′点付近の対象体の表面が超音波進行方向と垂直
に近いので、トランスデューサに戻る超音波エコー信号
がさらに多いためである。時間的にはＤ′、Ａ′、
Ｂ′、Ｃ′点の順の通り超音波エコー信号が戻る。しか
し、図４の（Ｂ）に示したように、Ａ′点で受信される
超音波エコー信号がＤ′点の超音波エコー信号より微弱
なことは、Ａ′点付近の対象体の面が超音波進行方向と
水平に近いので超音波ビームが散乱されトランスデュー
サ側へは信号がほぼ戻らないためである。すなわち、ト
ランスデューサ１０に戻る超音波エコー信号はＡ′点で
最も微弱であり、Ｄ′点で最も強い。トランスデューサ
と対象体の距離が遠ざかるほど超音波ビームが広がるの
で超音波エコー信号は小さいが、超音波エコー信号が小
さくなる程度は予め分かるので、時間による補償が可能
である。
【００１０】前述したような超音波３次元映像化装置
は、一平面をスキャンしたときに一直線の映像を求め、
この直線上の点の明るさを超音波エコー信号の強さにマ
ッピングする。超音波エコー信号の強さは対象体の超音
波反射率、対象体面における超音波進行方向に対する傾
きなどで決定される。一平面をスキャンした後は平面を
側面方向にやや移動した後、再び前述したような動作を
繰り返して行う。このように得られた多数個の直線映像
を集めて対象体表面の形状を示す３次元映像を得る。
は、一平面をスキャンしたときに一直線の映像を求め、
この直線上の点の明るさを超音波エコー信号の強さにマ
ッピングする。超音波エコー信号の強さは対象体の超音
波反射率、対象体面における超音波進行方向に対する傾
きなどで決定される。一平面をスキャンした後は平面を
側面方向にやや移動した後、再び前述したような動作を
繰り返して行う。このように得られた多数個の直線映像
を集めて対象体表面の形状を示す３次元映像を得る。
【００１１】しかし、前述したような映像化方法は極め
て簡単に対象体の表面形状を３次元に映像化できるが、
図５の（Ａ）、（Ｂ）及び図６に示したような状況では
実際の形状と異なる映像が得られる。図５の（Ａ）、
（Ｂ）及び図６は従来の超音波３次元映像化装置の問題
点を説明するための図である。
て簡単に対象体の表面形状を３次元に映像化できるが、
図５の（Ａ）、（Ｂ）及び図６に示したような状況では
実際の形状と異なる映像が得られる。図５の（Ａ）、
（Ｂ）及び図６は従来の超音波３次元映像化装置の問題
点を説明するための図である。
【００１２】図５の（Ａ）は同一形状からなる二つの対
象体が並行に置かれた場合であり、図５の（Ｂ）はその
うちの一つが上下ひっくり返された場合である。ここ
で、トランスデューサの中心を通り過ぎる側面−軸方向
（横方向−奥行き方向）の平面を基準として対象体をひ
っくり返せば並行に置かれた場合とひっくり返した場合
の両方の同一な形状が得られる。再び説明すれば、従来
の超音波３次元映像化装置は、トランスデューサから対
象体のスキャン面までの距離を測定できるだけで、実際
の対象体から反射される点がどこかに対する情報がない
ので、図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示されたような二つの
場合については同一の３次元映像が得られる。
象体が並行に置かれた場合であり、図５の（Ｂ）はその
うちの一つが上下ひっくり返された場合である。ここ
で、トランスデューサの中心を通り過ぎる側面−軸方向
（横方向−奥行き方向）の平面を基準として対象体をひ
っくり返せば並行に置かれた場合とひっくり返した場合
の両方の同一な形状が得られる。再び説明すれば、従来
の超音波３次元映像化装置は、トランスデューサから対
象体のスキャン面までの距離を測定できるだけで、実際
の対象体から反射される点がどこかに対する情報がない
ので、図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示されたような二つの
場合については同一の３次元映像が得られる。
【００１３】もう１つの問題点を図６に基づき説明す
る。スキャン面と対象体が出会う線がただ１つの場合
（図４の（Ａ）及び（Ｂ）参照）には問題ないが、図６
に示したように対象体がスキャン面上に全部含まれ対象
体とスキャン面が出会う線が多数本の場合は映像線の和
に当たる明るさを得る。すなわち、Ａに当たる点には
Ａ′とＡ′′から戻るエコー信号の和に当たる明るさが
割り当てられる。これはＢ、Ｃ点についても同様であ
る。すなわち、図６では対象体の上面と下面とは、画面
上で全然区別できない。結局、実際の対象体の形状と異
なる形状が画面上にディスプレイ（表示）されることが
ある。
る。スキャン面と対象体が出会う線がただ１つの場合
（図４の（Ａ）及び（Ｂ）参照）には問題ないが、図６
に示したように対象体がスキャン面上に全部含まれ対象
体とスキャン面が出会う線が多数本の場合は映像線の和
に当たる明るさを得る。すなわち、Ａに当たる点には
Ａ′とＡ′′から戻るエコー信号の和に当たる明るさが
割り当てられる。これはＢ、Ｃ点についても同様であ
る。すなわち、図６では対象体の上面と下面とは、画面
上で全然区別できない。結局、実際の対象体の形状と異
なる形状が画面上にディスプレイ（表示）されることが
ある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述した問題
点を解決するために案出されたもので、その目的は等距
離に存する多数個の目標点を区別可能にするために、相
異なる中心周波数を有する副変換素子を高さ方向角度の
関数で表示されるようにした配列形トランスデューサ変
換素子の配列構造提供することである。
点を解決するために案出されたもので、その目的は等距
離に存する多数個の目標点を区別可能にするために、相
異なる中心周波数を有する副変換素子を高さ方向角度の
関数で表示されるようにした配列形トランスデューサ変
換素子の配列構造提供することである。
【００１５】また、本発明の他の目的は相異なる中心周
波数を有する副変換素子より構成された配列形トランス
デューサで受信された超音波エコー信号の周波数スペク
トルを分析して多数個の目標点を区別し、目標点の高さ
方向位置を先頭値周波数と決定して超音波３次元映像化
を行える超音波３次元映像化装置を提供することであ
る。
波数を有する副変換素子より構成された配列形トランス
デューサで受信された超音波エコー信号の周波数スペク
トルを分析して多数個の目標点を区別し、目標点の高さ
方向位置を先頭値周波数と決定して超音波３次元映像化
を行える超音波３次元映像化装置を提供することであ
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前述した本発明の目的
は、変換素子のそれぞれの位置に相異なる中心周波数を
有する多数個の副変換素子を高さ方向と走査線方向とに
より決定される面上で各副変換素子の超音波発射方向が
可変される形態に配列する変換素子配列構造により達成
される。
は、変換素子のそれぞれの位置に相異なる中心周波数を
有する多数個の副変換素子を高さ方向と走査線方向とに
より決定される面上で各副変換素子の超音波発射方向が
可変される形態に配列する変換素子配列構造により達成
される。
【００１７】また、本発明の他の目的を達成するため
に、超音波３次元映像化のための装置は、相異なる中心
周波数を有する副変換素子より構成された変換素子を備
えた配列形トランスデューサと、対象体で反射して受信
される超音波エコー信号を、予め設定された時間遅延手
段を通して受信集束してディジタル信号に変換する超音
波信号処理手段と、前記超音波信号処理手段から印加さ
れる超音波データの周波数スペクトルを分析して１つの
空間上の映像情報を収集し、収集した映像情報をディス
プレイ（表示）するために信号処理する周波数分析手段
を含む。
に、超音波３次元映像化のための装置は、相異なる中心
周波数を有する副変換素子より構成された変換素子を備
えた配列形トランスデューサと、対象体で反射して受信
される超音波エコー信号を、予め設定された時間遅延手
段を通して受信集束してディジタル信号に変換する超音
波信号処理手段と、前記超音波信号処理手段から印加さ
れる超音波データの周波数スペクトルを分析して１つの
空間上の映像情報を収集し、収集した映像情報をディス
プレイ（表示）するために信号処理する周波数分析手段
を含む。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明の望ましい一実施例を詳述する。図７及び図８は、本
発明の望ましい一実施例であって、高さ方向に相異なる
中心周波数を有する副変換素子が１つの変換素子に周波
数の大きさ順に配列された配列形トランスデューサを示
す図である。配列形トランスデューサを構成する１つの
変換素子は多数個の副変換素子より構成される。この副
変換素子は電気的に並列連結され１つの変換素子として
動作する。本発明の配列形トランスデューサは、相異な
る中心周波数を有する副変換素子を多く備えることによ
り高さ方向に連続してまたは次第（段階的）に中心周波
数が変化するビームを形成する。
明の望ましい一実施例を詳述する。図７及び図８は、本
発明の望ましい一実施例であって、高さ方向に相異なる
中心周波数を有する副変換素子が１つの変換素子に周波
数の大きさ順に配列された配列形トランスデューサを示
す図である。配列形トランスデューサを構成する１つの
変換素子は多数個の副変換素子より構成される。この副
変換素子は電気的に並列連結され１つの変換素子として
動作する。本発明の配列形トランスデューサは、相異な
る中心周波数を有する副変換素子を多く備えることによ
り高さ方向に連続してまたは次第（段階的）に中心周波
数が変化するビームを形成する。
【００１９】図９は図７に示した本発明の配列形トラン
スデューサを用いた超音波３次元映像化装置を示す。本
発明の装置は、前述したように相異なる中心周波数を有
する副変換素子が１つの変換素子をなす配列形トランス
デューサ２００を含む。また、本発明の装置は図２に示
した超音波２次元映像化装置の構成を一部含み（２０〜
５０）、周波数分析手段１００をさらに含む。この周波
数分析手段１００はＡ／Ｄ変換部５０から印加される超
音波ビームの周波数スペクトルを推定するスペクトル分
析部１１０及び３次元映像情報をユーザーの所望の形態
にディスプレイできるように演算する３−Ｄ再演算部
（三次元再構成部）１３０を備える。
スデューサを用いた超音波３次元映像化装置を示す。本
発明の装置は、前述したように相異なる中心周波数を有
する副変換素子が１つの変換素子をなす配列形トランス
デューサ２００を含む。また、本発明の装置は図２に示
した超音波２次元映像化装置の構成を一部含み（２０〜
５０）、周波数分析手段１００をさらに含む。この周波
数分析手段１００はＡ／Ｄ変換部５０から印加される超
音波ビームの周波数スペクトルを推定するスペクトル分
析部１１０及び３次元映像情報をユーザーの所望の形態
にディスプレイできるように演算する３−Ｄ再演算部
（三次元再構成部）１３０を備える。
【００２０】本発明の超音波３次元映像化装置は前述し
たような副変換素子を備えた配列形トランスデューサを
用いて１つのスキャン面上に多数個の目標点が存する対
象体を映像化する場合、それぞれの目標点に達する距離
は、従来の超音波映像診断装置と同様に超音波エコー信
号が達する時間の測定によって分かる。そして、目標点
からトランスデューサの中心を連結した線が側面−軸方
向平面となす角度はエコー信号の周波数スペクトルを介
して分かる。
たような副変換素子を備えた配列形トランスデューサを
用いて１つのスキャン面上に多数個の目標点が存する対
象体を映像化する場合、それぞれの目標点に達する距離
は、従来の超音波映像診断装置と同様に超音波エコー信
号が達する時間の測定によって分かる。そして、目標点
からトランスデューサの中心を連結した線が側面−軸方
向平面となす角度はエコー信号の周波数スペクトルを介
して分かる。
【００２１】図１０の（Ａ）〜（Ｃ）は図９に示された
超音波３次元映像化装置において、本発明の望ましい一
実施例による３次元映像化を具現する方法を示す図であ
る。図１０の（Ａ）は等距離に存する三つの目標点Ａ、
Ｂ、Ｃが存する対象体を映像化することを示す。図１０
の（Ａ）に示したように、三つの目標点が存する対象体
を映像化すれば、同一の時間範囲における超音波エコー
信号は三つの目標点に区分されない（図１０の（Ｂ）参
照）。しかし、超音波エコー信号の周波数スペクトルで
は三つの目標点Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ区別できる（図１
０の（Ｃ）参照）。この際、スペクトルの先頭値毎に１
つの目標物が存することがわかり、その目標物の高さ方
向の位置は先頭値の周波数と決定しうる。このような情
報を得れば、３次元空間座標上から反射された超音波エ
コー信号を実時間に得られる。
超音波３次元映像化装置において、本発明の望ましい一
実施例による３次元映像化を具現する方法を示す図であ
る。図１０の（Ａ）は等距離に存する三つの目標点Ａ、
Ｂ、Ｃが存する対象体を映像化することを示す。図１０
の（Ａ）に示したように、三つの目標点が存する対象体
を映像化すれば、同一の時間範囲における超音波エコー
信号は三つの目標点に区分されない（図１０の（Ｂ）参
照）。しかし、超音波エコー信号の周波数スペクトルで
は三つの目標点Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ区別できる（図１
０の（Ｃ）参照）。この際、スペクトルの先頭値毎に１
つの目標物が存することがわかり、その目標物の高さ方
向の位置は先頭値の周波数と決定しうる。このような情
報を得れば、３次元空間座標上から反射された超音波エ
コー信号を実時間に得られる。
【００２２】従って、前述したような周波数スペクトル
の先頭値を用いた本発明の超音波３次元映像化装置の動
作を図９、図１０の（Ａ）及び（Ｃ）に基づき説明す
る。トランスデューサ２００の副変換素子はそれぞれ相
異なる中心周波数ｆ０を有する超音波ビームを発生し、
対象体から戻る超音波エコー信号を電気的な信号に変換
する。アンプ２０はトランスデューサ２００から戻って
来た超音波エコー信号を増幅する。ＴＧＣ部３０は時間
に応じてアンプ２０から印加される信号の利得をそれぞ
れ可変して超音波受信距離に対する減衰を補償し、ビー
ムフォーマ４０は受信集束を行う。Ａ／Ｄ変換部５０は
ビームフォーマ４０から印加される超音波エコー信号を
ディジタルデータに変換する。スペクトル分析部１１０
はＡ／Ｄ変換部５０から印加されるディジタルデータを
時間に応じて分割して各線分のスペクトルを判断する。
この際、時間に応ずるディジタルデータの分割は隣接し
た二つの線分のデータの半分がオーバラップされるよう
分割する。線分が長いほどスペクトルを判断し易い。従
って、高さ方向へは解像度が良好な反面、軸方向へは解
像度が劣化する。そのため、適切な解像度調節が必要で
ある。結局、スペクトル分析部１１０はトランスミッタ
５すなわちビームフォーマ４０が決定するスキャン面上
の１つのアーク（図９に示した目標物Ａ、Ｂ、Ｃが置か
れたアーク）に沿って映像を出力する。かかるアーク上
の映像は１回の送受信で１つの平面について十分な個
数、すなわち、スペクトル分析部１１０で得られた線分
の個数ほど得られる。スペクトル分析部１１０はスキャ
ン面を移動して前述したような映像を得る過程を繰り返
して集まった１つの空間上の情報を３−Ｄ再演算部１３
０に出力する。３−Ｄ再演算部１３０は得られたデータ
を処理してスキャン容量内の対象体の表面形状を抽出
し、これを指定された角度で照明が入射されると仮定し
て定められた位置から見たときに見える形状を表示す
る。
の先頭値を用いた本発明の超音波３次元映像化装置の動
作を図９、図１０の（Ａ）及び（Ｃ）に基づき説明す
る。トランスデューサ２００の副変換素子はそれぞれ相
異なる中心周波数ｆ０を有する超音波ビームを発生し、
対象体から戻る超音波エコー信号を電気的な信号に変換
する。アンプ２０はトランスデューサ２００から戻って
来た超音波エコー信号を増幅する。ＴＧＣ部３０は時間
に応じてアンプ２０から印加される信号の利得をそれぞ
れ可変して超音波受信距離に対する減衰を補償し、ビー
ムフォーマ４０は受信集束を行う。Ａ／Ｄ変換部５０は
ビームフォーマ４０から印加される超音波エコー信号を
ディジタルデータに変換する。スペクトル分析部１１０
はＡ／Ｄ変換部５０から印加されるディジタルデータを
時間に応じて分割して各線分のスペクトルを判断する。
この際、時間に応ずるディジタルデータの分割は隣接し
た二つの線分のデータの半分がオーバラップされるよう
分割する。線分が長いほどスペクトルを判断し易い。従
って、高さ方向へは解像度が良好な反面、軸方向へは解
像度が劣化する。そのため、適切な解像度調節が必要で
ある。結局、スペクトル分析部１１０はトランスミッタ
５すなわちビームフォーマ４０が決定するスキャン面上
の１つのアーク（図９に示した目標物Ａ、Ｂ、Ｃが置か
れたアーク）に沿って映像を出力する。かかるアーク上
の映像は１回の送受信で１つの平面について十分な個
数、すなわち、スペクトル分析部１１０で得られた線分
の個数ほど得られる。スペクトル分析部１１０はスキャ
ン面を移動して前述したような映像を得る過程を繰り返
して集まった１つの空間上の情報を３−Ｄ再演算部１３
０に出力する。３−Ｄ再演算部１３０は得られたデータ
を処理してスキャン容量内の対象体の表面形状を抽出
し、これを指定された角度で照明が入射されると仮定し
て定められた位置から見たときに見える形状を表示す
る。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
さ方向に相異なる中心周波数を有する配列形トランスデ
ューサを構成し、配列形トランスデューサで受信した超
音波エコー信号の周波数スペクトルを分析して多数個の
目標点を区別し、目標点の高さ方向の位置を先頭値周波
数と決定して超音波３次元映像化を行える。
さ方向に相異なる中心周波数を有する配列形トランスデ
ューサを構成し、配列形トランスデューサで受信した超
音波エコー信号の周波数スペクトルを分析して多数個の
目標点を区別し、目標点の高さ方向の位置を先頭値周波
数と決定して超音波３次元映像化を行える。
【図１】従来の超音波２次元映像化装置のトランスデュ
ーサで超音波ビームが集束される方法を説明するための
図である。
ーサで超音波ビームが集束される方法を説明するための
図である。
【図２】図１のトランスデューサを備えた従来の超音波
２次元映像化装置を示す図である。
２次元映像化装置を示す図である。
【図３】従来の３次元映像化方法を説明するために超音
波ビームが集束される形を示す図である。
波ビームが集束される形を示す図である。
【図４】集束が理想的になされ超音波ビームが１つの平
面上でのみ位置する場合の、従来の３次元映像化方法を
示す図であって、（Ａ）は対象体を超音波ビームで走査
する様子を示す図であり、（Ｂ）は超音波エコーの経時
変化をグラフで示す図である。
面上でのみ位置する場合の、従来の３次元映像化方法を
示す図であって、（Ａ）は対象体を超音波ビームで走査
する様子を示す図であり、（Ｂ）は超音波エコーの経時
変化をグラフで示す図である。
【図５】超音波３次元映像化装置における問題点を説明
するための図であって、（Ａ）は同一形状からなる二つ
の対象体が並行に置かれた場合を示す図であり、（Ｂ）
はそのうち一つが上下反転された場合を示す図である。
するための図であって、（Ａ）は同一形状からなる二つ
の対象体が並行に置かれた場合を示す図であり、（Ｂ）
はそのうち一つが上下反転された場合を示す図である。
【図６】超音波３次元映像化装置における問題点を説明
するための図である。
するための図である。
【図７】本発明の望ましい一実施例により高さ方向に相
異なる中心周波数を有する副変換素子が１つの変換素子
に配列されたトランスデューサを示す図である。
異なる中心周波数を有する副変換素子が１つの変換素子
に配列されたトランスデューサを示す図である。
【図８】本発明の望ましい一実施例により高さ方向に相
異なる中心周波数を有する副変換素子が１つの変換素子
として配列されたトランスデューサを示す図である。
異なる中心周波数を有する副変換素子が１つの変換素子
として配列されたトランスデューサを示す図である。
【図９】本発明の望ましい一実施例による超音波３次元
映像化装置を示した構成図である。
映像化装置を示した構成図である。
【図１０】本発明の望ましい一実施例による超音波３次
元映像化を具現するための方法を説明する図であって、
（Ａ）は等距離に存する三つの目標点Ａ、Ｂ、Ｃが存す
る対象体を診断する様子を示す図であり、（Ｂ）は超音
波エコー信号の経時変化をグラフで示す図であり、
（Ｃ）は超音波エコー信号の周波数スペクトル分布をグ
ラフで示す図である。
元映像化を具現するための方法を説明する図であって、
（Ａ）は等距離に存する三つの目標点Ａ、Ｂ、Ｃが存す
る対象体を診断する様子を示す図であり、（Ｂ）は超音
波エコー信号の経時変化をグラフで示す図であり、
（Ｃ）は超音波エコー信号の周波数スペクトル分布をグ
ラフで示す図である。
２０ アンプ ４０ ビームフォーマ ５０ Ａ／Ｄ変換部 １００ 周波数分析手段 １１０ スペクトル分析部 １３０ ３−Ｄ再演算部 ２００ トランスデューサ
Claims (7)
- 【請求項１】 超音波３次元映像化のための配列形トラ
ンスデューサ変換素子の配列構造において、 前記変換素子のそれぞれの位置に相異なる中心周波数を
有する多数個の副変換素子を高さ方向と走査線方向とに
より決定される面上で各副変換素子の超音波発射方向が
可変される形態に配列することを特徴とする３次元映像
化のための配列形トランスデューサの変換素子配列構
造。 - 【請求項２】 前記副変換素子は電気的に並列連結され
１つの変換素子として動作することを特徴とする請求項
１に記載の３次元映像化のための配列形トランスデュー
サの変換素子配列構造。 - 【請求項３】 前記副変換素子は中心周波数の大きさが
連続的にまたは次第に変換するように配列されることを
特徴とする請求項１に記載の３次元映像化のための配列
形トランスデューサの変換素子配列構造。 - 【請求項４】 超音波３次元映像化のための装置におい
て、 相異なる中心周波数を有する副変換素子より構成された
変換素子を備えた配列形トランスデューサと、 対象体から受信される超音波エコー信号を予め設定され
た時間遅延手段を通して受信集束してディジタル信号に
変換する超音波信号処理手段と、 前記超音波信号処理手段から印加される超音波データの
周波数スペクトルを分析して１つの空間上の映像情報を
収集し、収集された映像情報を表示するために信号処理
する周波数分析手段を含むことを特徴とする超音波３次
元映像化装置。 - 【請求項５】 前記周波数分析手段は前記超音波信号処
理手段から時間別に入力される超音波データを時間に応
じて分割して走査線をなす各線分の周波数スペクトルの
推定を繰り返して１つの空間上の映像情報を出力するス
ペクトル分析部と、 前記スペクトル分析部から１つの空間上の映像情報を入
力され所望のフォーマットで表示するために所定の演算
を行う３−Ｄ再演算部を含むことを特徴とする請求項４
に記載の超音波３次元映像化装置。 - 【請求項６】 前記スペクトル分析部は隣接した二つの
線分データの半分が重畳するよう前記超音波データを時
間に応じて分割することを特徴とする請求項４に記載の
超音波３次元映像化装置。 - 【請求項７】 前記スペクトル分析部は目標物の存する
スキャン面上の１つのアークに沿って得た映像に当たる
周波数スペクトルを出力することを特徴とする請求項４
に記載の超音波３次元映像化装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR96-27484 | 1996-07-08 | ||
| KR1019960027484A KR0180057B1 (ko) | 1996-07-08 | 1996-07-08 | 초음파시스템의 3차원 영상 획득장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1142226A true JPH1142226A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=19465700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9182869A Pending JPH1142226A (ja) | 1996-07-08 | 1997-07-08 | ３次元映像化のための配列形トランスデューサの変換素子配列構造及びこれを採用した超音波３次元映像化装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6042546A (ja) |
| EP (1) | EP0818772A3 (ja) |
| JP (1) | JPH1142226A (ja) |
| KR (1) | KR0180057B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006064524A (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Nec Corp | ソーナー方法及び水中画像ソーナー |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3847976B2 (ja) * | 1998-10-14 | 2006-11-22 | 株式会社東芝 | 超音波診断装置 |
| US6221020B1 (en) * | 1999-04-22 | 2001-04-24 | G.E. Medical Systems Global Technology Company, Llc | System and method for providing variable ultrasound analyses in a post-storage mode |
| KR100367419B1 (ko) * | 2000-01-25 | 2003-01-10 | 주식회사 메디슨 | Ｋ공간을 공유함으로써 ＦＳＥ기법에 3-포인트 Ｄｉｘｏｎ기법을 적용한 방법 |
| US6517484B1 (en) | 2000-02-28 | 2003-02-11 | Wilk Patent Development Corporation | Ultrasonic imaging system and associated method |
| JP2001327505A (ja) * | 2000-05-22 | 2001-11-27 | Toshiba Corp | 超音波診断装置 |
| KR20020012419A (ko) * | 2000-08-07 | 2002-02-16 | 정대영 | 미적 처리를 한 태아의 영상물과 조형물을 제작하고제공하는 방법 |
| WO2002043564A2 (en) * | 2000-11-28 | 2002-06-06 | Allez Physionix Limited | Systems and methods for making non-invasive physiological assessments |
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| WO2008032685A1 (fr) * | 2006-09-11 | 2008-03-20 | Panasonic Corporation | dispositif à ultrasons |
| KR100869496B1 (ko) * | 2007-03-07 | 2008-11-21 | 주식회사 메디슨 | 초음파 영상 시스템 및 초음파 영상 형성 방법 |
| CN102970639B (zh) * | 2012-11-08 | 2016-01-06 | 广州市锐丰音响科技股份有限公司 | 一种声接收系统 |
| CN108267745A (zh) * | 2016-06-22 | 2018-07-10 | 安溪县景宏技术咨询有限公司 | 图像形成装置及其图像形成方法 |
| TW202110404A (zh) * | 2019-09-10 | 2021-03-16 | 長庚大學 | 超音波影像系統 |
| CN110749343A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-02-04 | 杭州电子科技大学 | 基于六边形网格布局的多频带mems超声换能器阵列 |
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|---|---|---|---|---|
| JPS5519392B2 (ja) * | 1973-07-25 | 1980-05-26 | ||
| US3953825A (en) * | 1974-07-12 | 1976-04-27 | The Board Of Trustees Of Leland Stanford Junior University | Electronically focused imaging system and method |
| FR2342612A1 (fr) * | 1976-02-27 | 1977-09-23 | France Etat | Antennes acoustiques a reflecteur a large bande passante |
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-
1996
- 1996-07-08 KR KR1019960027484A patent/KR0180057B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-07-07 EP EP97111440A patent/EP0818772A3/en not_active Withdrawn
- 1997-07-08 JP JP9182869A patent/JPH1142226A/ja active Pending
- 1997-07-08 US US08/889,248 patent/US6042546A/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| US6042546A (en) | 2000-03-28 |
| KR0180057B1 (ko) | 1999-04-01 |
| EP0818772A2 (en) | 1998-01-14 |
| KR980008176A (ko) | 1998-04-30 |
| EP0818772A3 (en) | 2000-03-15 |
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