JPWO2017026278A1 - 超音波撮像装置および超音波探触子 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態では、図2、図5のように、超音波探触子1000の内部に、送信信号生成部3100を配置する。
振動子2111から撮像対象1300内に送信された超音波ビームは、反射や散乱等されることにより、再び振動子2111に到達し、振動子2111によって受信される。振動子2111は、受信した超音波を電気信号(受信信号)に変換し、振動子2111ごとに接続されている遅延回路5100に受け渡す。
つぎに、遅延回路5100の構成例について説明する。図8のように、一つの遅延回路5100は、並列に接続されたK個のキャパシタ51と、K個のキャパシタ51ごとに、キャパシタ51の一側および他側にそれぞれ配置された第1スイッチ52および第2スイッチ53とを有する。図8では、図示を容易にするため、K=5個の場合を一例として図示しているが、実際には必要な遅延量に応じてKの数を設定する。例えばK=16〜64の範囲内の所定数のキャパシタ51が並列に接続される。したがって、一つの遅延回路5100には、それぞれK個のキャパシタ51−1〜51−Kと、第1スイッチ52−1〜52−Kと、第2スイッチ53−1〜53−Kが配置される。
このような遅延回路5100の動作において、行方向シーケンサ3300は、最初に閉信号を出力する信号線33−iFを何本目の信号線にするか、すなわち最初に信号電荷を書き込むキャパシタ51−1〜51−Kを何番目にするか、を選択することにより、第1遅延量を相対的に設定することができる。また列方向シーケンサ3200は、最初に閉信号を出力する信号線32−jFを何本目の信号線にするか、すなわち最初に信号電荷を読み出すキャパシタ51−1〜51−Kを何番目にするか、により第2遅延量を設定することができる。
本実施形態では、受信時刻ごとに遅延量を変更するダイナミックフォーカス処理を行うこともできる。ダイナミックフォーカス処理を行うためには、1回の送受信事象で、複数の時刻において遅延量を変化させる必要があるが、探触子内ビームフォーマ2000を含む回路と、本体1110の遅延量演算部200やメインビームフォーマ210等のシステムとの間での転送情報量を小さくすることが望ましい。この観点において、本実施形態の構成では、縦横に配列されたサブビームフォーマ4000単位で制御を行うことができるため、転送情報量が小さく、情報の圧縮の観点から優位である。また、アナログ回路である複数の遅延回路5100の書き込み・読み出し位置の選択動作を空間周期で規則的に、対称性を有する部分集合群(サブビームフォーマ4000の群)に分けて制御することができる。このため、小さな情報量で、効率よく、しかも、時間的・空間的なグレーティングローブを低減させて、ダイナミックフォーカス処理を行うことができる。
また、本実施形態では、遅延量演算部200が最大遅延量設定部220を備え、最大遅延量設定部220が、各遅延回路5100に設定する第1遅延量および第2遅延量の合計を、予め定めた最大遅延量以下になるように、第1遅延量および第2遅延量をそれぞれ設定する。例えば、第1遅延量及び第2遅延量のそれぞれの上限を、最大遅延量に基づいて設定し、第1遅延量および第2遅延量が、それぞれ上限以下になるように設定する。これにより、遅延量の画質劣化を抑制することができる。
Fx=DsinθA
Fy=DcosθAsinθE ・・・(1)
Fz=DcosθAcosθE
ただし、Dは、2次元振動子アレイ2100の表面の中心(原点)から焦点までの距離、アジマス角θAは、z軸(法線)方向と撮像方向とがなす角θの、x軸(長軸)およびz軸を含む面内方向の角度成分、エレベーション角θEは、角θの、y軸(短軸)およびz軸を含む面内方向の角度成分である。
第1遅延量の上限=(K/2)−(第2遅延量上限) ・・・(3)
遅延量演算部200は、所望の撮像方向に焦点を設定するために算出した第1遅延量および前記第2遅延量の合計(例えば、図18(a))と、撮像方向に焦点を設定するために必要な理想的な微小遅延量との誤差(例えば、図18(b)、図25(a)参照)を算出する誤差算出部250(図2、図13参照)と、サブアレイマスク270とをさらに備えることが可能である。
Claims (13)
- 2次元に配列された複数の振動子と、複数の前記振動子にそれぞれ接続された遅延回路および前記遅延回路に遅延量を設定する複数の信号線とを備えるビームフォーマICを内蔵する超音波探触子と、所望の撮像方向に応じて前記遅延回路に設定する遅延量を算出する遅延量演算部とを有し、
前記遅延回路はそれぞれ、第1遅延量と第2遅延量を設定可能な構成であって、前記第1遅延量と第2遅延量を合算した遅延量だけ信号を遅延させ、
複数の前記遅延回路は、複数のグループに分けられ、前記グループごとに行方向および列方向に配列して前記ビームフォーマIC上に搭載され、前記グループ内の同一の行に並んだ前記遅延回路には共通の第1遅延量が、前記グループ内の同一の列に並んだ前記遅延回路には共通の第2遅延量が、それぞれ前記信号線によって設定され、
前記遅延量演算部は、前記遅延回路に設定される前記第1遅延量および第2遅延量の合計が予め定めた最大遅延量以下になるように、前記第1遅延量および第2遅延量をそれぞれ算出することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記第1遅延量および第2遅延量のそれぞれの上限を、前記撮像方向に応じて設定する最大遅延量設定部をさらに備え、
前記遅延量演算部は、前記第1遅延量および第2遅延量を、それぞれの前記上限以下の値で算出することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項2に記載の超音波撮像装置であって、前記最大遅延量設定部は、前記予め定めた最大遅延量を、前記撮像方向に応じて前記第1遅延量と前記第2遅延量に分配することにより、それぞれの前記上限値を設定することを特徴とする超音波撮像装置。
- 請求項3に記載の超音波撮像装置であって、前記最大遅延量設定部は、前記振動子の配列された面の法線方向と前記撮像方向とのなす角の、前記超音波探触子の長軸方向に沿った方向の角度成分と、短軸方向に沿った方向の角度成分の比に応じて、前記最大遅延量を、前記第1遅延量の上限と前記第2遅延量の上限に分配することを特徴とする超音波撮像装置。
- 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記遅延量演算部は、所望の撮像方向に焦点を設定するために算出した前記第1遅延量および前記第2遅延量の合計と、前記撮像方向に焦点を設定するために必要な遅延量との誤差を算出する誤差算出部を備えることを特徴とする超音波撮像装置。
- 請求項5に記載の超音波撮像装置であって、前記遅延量演算部は、前記誤差が予め定めた値よりも大きい遅延回路には、算出した前記第1遅延量および前記第2遅延量とは異なる値を設定することを特徴とする超音波撮像装置。
- 請求項5に記載の超音波撮像装置であって、前記遅延量演算部は、前記誤差が予め定めた値よりも大きい前記遅延回路の出力を異なる値に置き換えることを特徴とする超音波撮像装置。
- 請求項5に記載の超音波撮像装置であって、撮像対象の前記撮像方向からの超音波を前記振動子によって受信し、その出力を前記遅延回路で遅延させて得た遅延後出力を用いて、前記撮像対象の画像を生成する画像生成部をさらに有し、
前記画像生成部は、前記誤差算出部が算出した前記誤差の合計を前記グループごとに算出し、前記誤差の合計が予め定めた値よりも大きい場合、前記グループ内の前記遅延回路の遅延後出力を前記画像の生成に用いないことを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置において、前記遅延回路はそれぞれ、並列に順に接続されたK個のキャパシタと、前記キャパシタごとに一側および他側にそれぞれ配置された第1スイッチおよび第2スイッチとを有することを特徴とする超音波撮像装置。
- 請求項9に記載の超音波撮像装置において、前記最大遅延量は、前記キャパシタの数に対応していることを特徴とする超音波撮像装置。
- 請求項1に記載の超音波撮像装置において、前記遅延回路の前記複数のグループは、行方向および列方向に配列して前記ビームフォーマICに搭載され、
同一の行に並んだ複数の前記グループは、前記グループ内の同一の行に並んだ前記遅延回路に共通の前記第1遅延量を設定する信号線が、隣接する前記グループ間で相互に接続され、
同一の列に並んだ複数の前記グループは、前記グループ内の同一の列に並んだ前記遅延回路に共通の前記第2遅延量を設定する信号線が、隣接する前記グループ間で相互に接続されていることを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置において、前記グループ内の前記遅延回路の行方向および列方向の配列は、前記遅延回路が接続されている前記振動子の前記2次元の配列に対応していることを特徴とする超音波撮像装置。
- 2次元に配列された複数の振動子と、複数の前記振動子にそれぞれ接続された遅延回路および前記遅延回路に遅延量を設定する複数の信号線とを備えるビームフォーマICと、所望の撮像方向に応じて前記遅延回路に設定する遅延量を算出する遅延量演算部とを有し、
前記遅延回路はそれぞれ、第1遅延量と第2遅延量を設定可能な構成であって、前記第1遅延量と第2遅延量を合算した遅延量だけ信号を遅延させ、
複数の前記遅延回路は、複数のグループに分けられ、前記グループごとに行方向および列方向に配列して前記ビームフォーマIC上に搭載され、前記グループ内の同一の行に並んだ前記遅延回路には共通の第1遅延量が、前記グループ内の同一の列に並んだ前記遅延回路には共通の第2遅延量が、それぞれ前記信号線によって設定され、
前記遅延量演算部は、前記遅延回路に設定される前記第1遅延量および第2遅延量の合計が予め定めた最大遅延量以下になるように、前記第1遅延量および第2遅延量をそれぞれ算出することを特徴とする超音波探触子。
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