WO2022270362A1 - アレイ型超音波映像装置及びその制御方法 - Google Patents

アレイ型超音波映像装置及びその制御方法 Download PDF

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WO2022270362A1
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ultrasonic
scanning
array
probe
transducers
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卓弥 岸本
薫 北見
誠 神長
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株式会社日立パワーソリューションズ
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    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/102—Number of transducers one emitter, one receiver

Definitions

  • the present invention relates to an array-type ultrasound imaging apparatus and its control method.
  • ultrasonic imaging apparatus that irradiates an object such as a semiconductor with ultrasonic waves, generates image information inside the object based on the reflected waves, and detects defects inside the object. According to this ultrasonic imaging apparatus, non-destructive high-resolution inspection can be performed, and the reliability of electronic components can be ensured.
  • One form of ultrasound imaging device is an ultrasound imaging device having a single probe composed of a single transducer.
  • the single probe mechanically scans a predetermined area of the surface of the subject or the layered interface in the X and Y directions to irradiate the subject with ultrasonic waves and generate reflected waves. detect.
  • an array-type ultrasonic sensor having a plurality of piezoelectric vibration elements is provided, electronically scanned in the array alignment direction, and further mechanically scanned in the array alignment direction, so that the inside of the inspection object
  • an ultrasonic inspection apparatus that generates an inspection image using a reflected signal from an ultrasonic wave (see Patent Document 1).
  • An object of the present invention is to provide an array-type ultrasound imaging apparatus that generates a reflected wave image of a subject by reciprocating scanning of an array-type ultrasound probe, and a method of controlling the array-type ultrasound imaging apparatus with less image deviation. That's what it is.
  • an array-type ultrasonic imaging apparatus uses an ultrasonic array probe, in which a plurality of transducers are arranged linearly, to irradiate an object to be examined with ultrasonic beams in a predetermined scanning order.
  • Plane scanning is performed by a scanning operation of reciprocating in a direction perpendicular to the direction in which the transducers are arranged while scanning, and a shift operation of moving the ultrasonic array probe in parallel with the direction in which the transducers are arranged,
  • An array-type ultrasonic imaging apparatus that irradiates an ultrasonic beam onto the surface of a subject or a layer boundary surface and displays the signal intensity of an ultrasonic reflected wave from the subject, wherein the electronic scanning is performed at one end of the electronic scanning.
  • Ultrasonic beams are alternately irradiated one by one from each end toward the center so that the irradiation point is irradiated with an ultrasonic beam, and then the irradiation point at the opposite end is irradiated with an ultrasonic beam.
  • the ultrasonic beams are applied by selecting the plurality of transducers so as to achieve the scanning order.
  • an ultrasonic beam of an ultrasonic array probe in which a plurality of transducers are linearly arranged is sequentially irradiated onto a subject to perform an electronic scan.
  • a control method for an array-type ultrasonic imaging apparatus that displays the signal intensity of an ultrasonic reflected wave from a subject comprising: irradiating an irradiation point at one end of an electronic scan on the subject with an ultrasonic beam in a predetermined scanning order; Next, the plurality of ultrasonic beams are irradiated alternately one by one from each end toward the center so that the ultrasonic beam is irradiated to the irradiation point on the opposite end.
  • an array-type ultrasonic imaging apparatus that generates an ultrasonic reflection image of a subject by plane-scanning an array-type ultrasonic probe, a reflected-wave image generated by reciprocating scanning of the array-type ultrasonic probe is obtained. Image deviation can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of an array-type ultrasound imaging apparatus according to an embodiment
  • FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the contents of planar scanning operation of a probe in an array-type ultrasonic imaging apparatus
  • FIG. 10 is a diagram illustrating irradiation points of ultrasonic beams of a probe of a comparative example
  • FIG. 10 is a diagram showing positions of irradiation points of ultrasonic beams in planar scanning of a probe of a comparative example
  • It is a figure which shows an example of the time change of the signal strength in a reflected wave.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining conversion of the signal intensity of a reflected wave into a gradation of 0-255;
  • FIG. 2 is a diagram showing the positional relationship between an irradiation point of an ultrasonic beam and a subject 8 having three strip-shaped regions with different reflectances.
  • FIG. 4C shows an ultrasound image from the electronic scan in FIG. 4C;
  • FIG. 10 is a diagram showing positions of irradiation points of electronic scanning when the contour of a subject is set as a scanning area by the probe 4 of the comparative example.
  • FIG. 5B is an ultrasound image from the electronic scan of FIG. 5A; It is a figure explaining the irradiation point of the ultrasonic beam of the probe 4 of embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing positions of irradiation points of ultrasonic beams in planar scanning of a probe;
  • FIG. 10 is a diagram showing positions of irradiation points of electronic scanning when the contour of a subject is used as a scanning area in the embodiment;
  • FIG. 7B is an ultrasound image from the electronic scan of FIG. 7A;
  • FIG. 4 is a flow chart for explaining the planar scanning operation of the array-type ultrasound imaging apparatus;
  • FIG. 4 is a flow diagram showing details of electronic scanning processing;
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of an array-type ultrasound imaging apparatus according to an embodiment.
  • the array-type ultrasound imaging apparatus 1 includes a three-axis scanner 2 (scanning means) and an ultrasound array probe (hereinafter referred to as probe 4).
  • the three-axis scanner 2 scans (plane scans) the probe 4 two-dimensionally in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the planar subject 8 . Accordingly, the array-type ultrasound imaging apparatus 1 can image the planar subject 8 using ultrasound.
  • the probe 4 is a phased array ultrasonic probe in which a large number of transducers are arranged in strips. Specifically, it controls the oscillation timing of some of the multiple transducers (a group of transducers) in a large number of transducers to create an ultrasonic convergence beam (ultrasonic beam), which is then electronically switched. , the object 8 is one-dimensionally scanned by irradiating the ultrasonic beam while changing the irradiation position.
  • electronic scanning of an ultrasonic beam by a phased array ultrasonic probe is referred to as electronic scanning. Reception control of reflected waves of ultrasonic beams is also performed by controlling the group of transducers.
  • the probe 4 may focus ultrasonic waves generated from a single transducer with an acoustic lens and irradiate the subject with the ultrasonic waves, and the transducers may be configured in a plurality of strips. Also in this configuration, electronic scanning of the subject 8 is performed by changing the irradiation position of the ultrasonic beam by electronically switching the transducers.
  • the probe 4 is immersed in the water filled in the water tank 91 and placed so that the tip of the probe 4 faces the subject 8 .
  • the probe 4 is attached to the 3-axis scanner 2 with a holder 24 .
  • a water tank 91 is placed on a table 92 .
  • the three-axis scanner 2 detects the scanning position based on the linear position or the rotational position (angular position) detected by the built-in encoder for detecting positional changes.
  • the array-type ultrasound imaging apparatus 1 can two-dimensionally visualize the relationship between each scanning position (scanning point) of the subject 8 and the echo waves.
  • the three-axis scanner 2 includes an X-axis scanner 21 and a Y-axis scanner 22 for scanning the probe 4, a Z-axis scanner 23 for varying the distance between the probe 4 and the subject 8, and a holder 24 for holding the probe 4. .
  • the height of the probe 4 is adjusted by the table 92 before the examination, and the distance from the subject 8 is adjusted by the Z-axis scanner 23 .
  • the probe 4 is continuously moved at a predetermined speed ( After that, the Y-axis scanner 22 of the three-axis scanner 2 performs a movement (shift operation) corresponding to the scanning width of the electronic scan in parallel with the direction in which the plurality of transducers are arranged.
  • the holder 24 supports the flange 42 provided on the top of the probe 4 so that it can move upward smoothly when an upward force is applied to the probe 4 .
  • a sensor 3 is provided on the holder 24 to detect that the probe 4 has moved upward.
  • the control device 10 includes a scanner control unit 11, a transmission/reception command unit 12, a timing processing unit 13, a transducer operation signal generation unit 14, a reflected wave signal processing unit 15, a reflected wave image generation unit 16, and a display unit 17. Scanner control, transmission/reception control of the probe 4, and display control of echo waves from the subject 8 are performed.
  • the scanner control unit 11 drives the X-axis scanner 21 and the Y-axis scanner 22 based on the encoder outputs built into the X-axis scanner 21 and the Y-axis scanner 22, and the probe 4 planarly scans the subject 8. is.
  • the transmission/reception command unit 12 starts electronic scanning of the probe 4 in synchronization with the encoder output of the X-axis scanner 21 notified from the scanner control unit 11 . That is, the transmission/reception command unit 12 starts electronic scanning in synchronization with the scanning operation of the probe 4 .
  • the scanning pitch of the subject 8 in the X-axis direction by electronic scanning of the probe 4 becomes equal to the pitch of the encoder output of the X-axis scanner 21 .
  • the timing processing unit 13 selects the transducer group of the probe 4 corresponding to the scanning order of the ultrasonic beams in electronic scanning.
  • the transducer operation signal generation unit 14 generates transducer operation signals in accordance with the transducer group and the scanning order selected by the timing processing unit 13, and transmits the signals to the probe 7 for each scanning point.
  • the probe 4 irradiates an ultrasonic beam according to the transducer operation signal from the transducer operation signal generator 14 .
  • the reflected wave signal processing unit 15 receives the signal of the reflected wave of the ultrasonic beam from the probe 4 for each scanning point, provides a gate, and performs gate processing to obtain the displacement (amplitude) of the reflected wave. Calculate the signal strength.
  • the reflected wave image generation unit 16 converts the signal intensity of the reflected wave for each irradiation point calculated by the reflected wave signal processing unit 15 into a gradation of 0 to 255, for example.
  • a reflected wave of the ultrasonic beam is generated at a boundary surface where the acoustic impedance (density) changes, such as a boundary between the subject 8 and the water in the water tank 91, a material boundary inside the subject 8, a peeled portion, a void portion, or the like.
  • the reflected wave image generator 16 sets the gradation to 255 at the point where there is no reflected wave of the ultrasonic beam, and decreases the gradation as the signal strength of the reflected wave increases.
  • the display unit 17 displays the signal intensity of the reflected wave of the ultrasonic beam obtained by the reflected wave image generation unit 16 as a grayscale image obtained by planarly scanning the subject 8 . Specifically, when the gradation is 255, black is displayed, when the gradation is 0, white is displayed, and when the gradation is an intermediate value, gray is displayed according to the gradation. As a result, the array-type ultrasound imaging apparatus 1 displays the planarly scanned cavity of the subject 8 (which has a large difference in density from its surroundings) as a white image.
  • the probe 4 is configured by linearly arranging 192 transducers.
  • a case is shown in which the vibrator is composed of
  • the array-type ultrasound imaging apparatus 1 uses the set position of the subject 8 as the origin of scanning (upper left of the scanning area in FIG. 2), specifies the size of the scanning area, and performs planar scanning with the probe 4 .
  • the three-axis scanner 2 is driven to move the probe 4 so that the electronic scanning start point of the probe 4 is positioned at the scanning origin.
  • the probe 4 is moved including the run-up so that the moving speed when passing the start point of the electronic scan is a predetermined value.
  • the probe 4 performs electronic scanning with the transducers a, b, c, d, e, f, and g, and the X-axis scanner 21 of the 3-axis scanner 2 scans the transducers. Moves in a direction perpendicular to the side-by-side direction. The probe 4 then performs the next electronic scan in synchronization with the encoder output of the X-axis scanner 21 . The probe 4 repeats this for the width of the scanning area (the size in the X-axis direction).
  • the probe 4 repeats the electronic scanning while continuously moving the probe 4 in the X-axis direction (scan operation 1), and the length in the Y-axis direction is the scanning width of the electronic scanning, and the X An ultrasonic beam is applied to a band-shaped scanning area having a width of the scanning area whose length in the axial direction is set, and reflected waves from the subject 8 are detected.
  • control device 10 converts the reflected wave from the subject 8 detected by one electronic scan of the probe 4 into the reflected wave of the ultrasonic beam having the same position (scanning row) in the X-axis direction as a reflected wave. is calculated and displayed as a grayscale image.
  • the probe 4 is moved by the Y-axis scanner 22 of the 3-axis scanner 2 by the scanning width of the electronic scan (shift operation) in parallel with the arrangement direction of the plurality of transducers. Then, the probe 4 is moved by the X-axis scanner 21 so that the starting point of the electronic scanning of the probe 4 is at the same position in the X-axis direction as the starting point of the last electronic scanning of the scanning operation 1 described above.
  • the probe 4 performs electronic scanning with the transducers a, b, c, d, e, f, and g, and the X-axis scanner 21 of the triaxial scanner 2 scans the transducers in parallel in the direction opposite to the scan operation 1. Move in a direction perpendicular to the direction. The probe 4 then performs the next electronic scan in synchronization with the encoder output of the X-axis scanner 21 . The probe 4 repeats this for the width of the scanning area (the size in the X-axis direction).
  • the probe 4 repeats electronic scanning while continuously moving the probe 4 in the X-axis direction (scanning operation 2).
  • An ultrasonic beam is applied to a band-shaped scanning area having a width of the scanning area whose length in the axial direction is set, and reflected waves from the subject 8 are detected.
  • the control device 10 ends the plane scanning. Then, electronic scanning is performed and scan operation 3, shift operation, and scan operation 4 are performed in the same manner as the previous operation. The control device 10 repeats the above operation until the specified scanning area is covered, and performs planar scanning of the subject 8 .
  • scanning operation 1 scanning operation 3
  • scanning operation
  • the X-axis direction of the irradiation point of the ultrasonic beam depends on the irradiation timing of the ultrasonic beam. position is shifted. Next, the relationship between the irradiation timing of the ultrasonic beam and the irradiation point will be described.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating irradiation points of ultrasonic beams of the probe 4 of the comparative example.
  • Irradiation points a, b, c, d, e, f, and g are irradiation points of ultrasonic beams by electronic scanning of the transducers a, b, c, d, e, f, and g of the probe 4 .
  • the irradiation point a is the irradiation point corresponding to the origin of the scanning area, and is the irradiation point of the first ultrasonic beam for electronic scanning synchronized with the encoder output of the X-axis scanner 21 during the scanning operation.
  • Electronic scanning of the probe 4 is performed during the continuous movement of the scanning motion.
  • the solid-line rectangle in FIG. 3A indicates the position of the probe 4 when the ultrasonic beam is first applied, and the dashed-line rectangle indicates the position of the probe 4 when the ultrasonic beam is finally applied.
  • the probe 4 of the comparative example ultrasonic beams are sequentially irradiated from the irradiation point a toward the other end of the probe 4 . Therefore, the irradiation points b, c, d, e, f, and g are shifted little by little in the scanning direction.
  • FIG. 3B is a diagram showing the positions of the irradiation points of the ultrasonic beams in the plane scans of the scan operation 1 and the scan operation 2 of the probe 4 of the comparative example. Since the irradiation point a of the probe 4 of the comparative example is electronically scanned in synchronization with the encoder output of the X-axis scanner 21, the positions in the X-axis direction match between the scan operation 1 and the scan operation 2 (for example, Xn coordinates). However, the irradiation points b, c, d, e, f, and g are shifted little by little according to the scanning direction.
  • FIG. 4A is a diagram showing an example of temporal change in signal intensity of the reflected wave processed by the reflected wave signal processing unit 15.
  • FIG. The reflected wave signal processing unit 15 obtains the displacement (amplitude) of the signal strength of the reflected wave in a predetermined time width centered on the time corresponding to the predetermined depth of the subject 8 to be inspected.
  • FIG. 4B is a diagram explaining how the reflected wave image generation unit 16 converts the signal intensity of the reflected wave for each irradiation point into a gradation of 0-255.
  • the signal intensity of the reflected wave is 0 (the displacement is 0), it is black with a gradation of 255.
  • the signal intensity of the reflected wave is the maximum (the displacement is the maximum), it is gradation 0.
  • the gradation is decreased (intermediate value) and gray is obtained.
  • FIG. 4C is a diagram showing the positional relationship between the irradiation point of the ultrasonic beam of the probe 4 and the object 8 having three strip-shaped regions with different reflectances as shown in the figure.
  • the first irradiation point of the electronic scan of the probe 4 is in each of the three regions with different reflectances, but since the electronic scan is performed while the probe 4 is moving, the last irradiation point of the electronic scan is the adjacent It is in the strip area.
  • FIG. 4D is a diagram showing an ultrasound image by electronic scanning in FIG. 4C.
  • the reflected wave image generation unit 16 converts the reflected wave from the subject 8 detected by one electronic scan of the probe 4 into the reflected wave of the ultrasonic beam having the same position (scan line) in the X-axis direction.
  • the signal intensity of the reflected wave is calculated, a grayscale image is obtained, and the display unit 17 displays it as an ultrasonic image. Therefore, a grayscale image of a reflectance distribution different from that of the object 8 described with reference to FIG. 4C is displayed.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining display examples of ultrasonic images when the probe 4 of the comparative example is reciprocated.
  • FIG. 5A is a diagram showing the positions of the irradiation points of the electronic scanning of the probe 4 when the outline of the subject 8 is set as the scanning area.
  • scan operation 1 and scan operation 2 for example, Xn coordinates.
  • the irradiation points b, c, d, e, f, and g are shifted little by little according to the scanning direction. Therefore, the irradiation points e, f, and g of the final electronic scan of the scan operation 1 irradiate the ultrasonic beams outside the object.
  • FIG. 5B is an ultrasound image from the electronic scan of FIG. 5A.
  • the reflected wave image generation unit 16 displays the reflected waves from the subject 8 detected by one electronic scan of the probe 4 as reflected waves of the ultrasonic beams having the same position (scanning row) in the X-axis direction.
  • irradiation points e, f, and g are displayed as an ultrasound image of the subject 8 at Xn coordinates.
  • the reflected wave images corresponding to the irradiation points e, f, and g are displayed as images with different densities, and are visually recognized as image information deviations. be.
  • the reflected wave image of the subject 8 is shown in white, and the reflected wave image outside the subject is shown in black.
  • the array-type ultrasound imaging apparatus 1 of the embodiment will be described below.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating irradiation points of ultrasonic beams of the probe 4 of the embodiment.
  • Irradiation points a, b, c, d, e, f, and g are irradiation points of ultrasonic beams by electronic scanning of transducers a, b, c, d, e, f, and g of the probe 4 .
  • the irradiation point a is the irradiation point corresponding to the origin of the scanning area, and is the irradiation point of the first ultrasonic beam for electronic scanning synchronized with the encoder output of the X-axis scanner 21 during the scanning operation.
  • the solid-line rectangle in FIG. 6A indicates the position of the probe 4 when the ultrasonic beam is first applied, and the dashed-line rectangle indicates the position of the probe 4 when the ultrasonic beam is finally applied.
  • the timing processing unit 13 causes the probe 4 to irradiate the irradiation point a with the ultrasonic beam, and then irradiate the irradiation point g at the other end of the electronic scan with the ultrasonic beam.
  • an ultrasonic beam is applied to irradiation point b, which is closer to the center than irradiation point a.
  • the probe 4 performs electronic scanning by alternately irradiating ultrasonic beams from the irradiation points at the opposite ends to the irradiation points at the center.
  • the probe 4 irradiates the ultrasonic beam so that the irradiation point of the ultrasonic beam has a V shape or an inverted V shape depending on the direction of the scanning operation.
  • FIG. 6B is a diagram showing the positions of the irradiation points of the ultrasonic beams in the scan areas of scan operation 1 and scan operation 2 of the probe 4 . Since the irradiation point a of the probe 4 is electronically scanned in synchronization with the encoder output of the X-axis scanner 21, the position in the X-axis direction is the same between the scan operation 1 and the scan operation 2, and the irradiation points b and c , d, e, f, and g are slightly shifted in the scanning direction.
  • 7A and 7B are diagrams for explaining display examples of ultrasonic images when the probe 4 of the comparative example is reciprocated.
  • FIG. 7A is a diagram showing positions of irradiation points of electronic scanning of the probe 4 when the outline of the subject 8 is set as a scanning area.
  • the irradiation point a of the probe 4 is electronically scanned in synchronization with the encoder output of the X-axis scanner 21.
  • the irradiation points b, c, d, e, f, and g coincide with each other, and the irradiation points of the ultrasonic beams are inverted doglegs or doglegs depending on the scanning direction.
  • the irradiation points c, d, and e of the final electronic scan of the scan operation 1 irradiate the ultrasonic beams outside the subject.
  • FIG. 7B is an ultrasound image from the electronic scan of FIG. 7A.
  • the reflected wave image generation unit 16 displays the reflected waves from the subject 8 detected by one electronic scan of the probe 4 as reflected waves of the ultrasonic beams having the same position (scanning row) in the X-axis direction. , Xn coordinates of the subject 8, the irradiation points c, d, and e are displayed in black.
  • the reflected wave image of the subject 8 is shown in white, and the reflected wave images outside the subject with different signal intensities of the reflected waves are shown in black.
  • the image in the vicinity of the end boundary with the backward movement process is displayed in white
  • the first electronic scan of the backward movement process is displayed in white
  • the image near the edge boundary is also displayed in white.
  • the image in the vicinity of the boundary between the ends of the forward movement and the backward movement is displayed in white, which is the same gradation. That is, by irradiating the ultrasonic beam so that the irradiation point of the ultrasonic beam becomes a dogleg or an inverted dogleg depending on the direction of the scan operation described with reference to FIG.
  • Images in the vicinity of the boundary at the end have the same gradation, suppressing deviation of image information to be generated, and displaying an image close to the real image of the subject. That is, it is possible to correct the display deviation of the reflected ultrasonic wave at the position where the forward path and the return path of the scanning operation are switched.
  • step S81 the control device 10 acquires the scanning conditions of the origin position (XY coordinates), width (length in the X-axis direction), and height (length in the Y-axis direction) of the scanning area.
  • the scanner control unit 11 of the control device 10 drives the 3-axis scanner 2 to move the probe 4 to the position of the origin of the scanning range.
  • step S83 the control device 10 repeats the processing from step S83 to step S811 for the height of the scanning area (in the Y-axis direction).
  • the scanner control unit 11 causes the X-axis scanner 21 to start scanning the probe 4 in the scanning area in the X-axis direction.
  • step S85 the control device 10 repeats the processing from step S86 to step S88 for the width of the scanning area (in the X-axis direction).
  • step S86 the transmission/reception command unit 12 of the control device 10 determines whether or not the encoder output of the X-axis scanner 21 notified from the scanner control unit 11 has been detected. electronic scanning of the probe 4 in step S87, which will be described later. If the encoder output cannot be detected, the process of step S86 is repeated and the detection of the encoder output is awaited.
  • step S89 the scanner control unit 11 of the control device 10 causes the Y-axis scanner 22 of the 3-axis scanner 2 to move in the Y-axis direction by the scanning width of the electronic scan, thereby performing a shift operation.
  • step S810 the scanner control unit 11 sets to reverse the moving direction (scanning direction) of the probe 4 in the scanning operation started in step S84.
  • the array-type ultrasonic imaging apparatus 1 captures an ultrasonic image of a predetermined scanning area of the subject 8 .
  • FIG. 9 is a flowchart showing the details of electronic scanning processing of the probe 4 in step S87 of FIG.
  • the number of irradiation points of the probe 4 is n (odd number)
  • the irradiation point number at one end of the electronic scan is 1, and the numbers are assigned in ascending order toward the other end.
  • step S91 the timing processing unit 13 (see FIG. 1) repeats steps S92 to S94 from 1 to (n ⁇ 1)/2 while adding 1 to the variable i.
  • step S92 the timing processing unit 13 selects a group of transducers for irradiating the irradiation point (i) with an ultrasonic beam, and transmits a transducer operation signal to the probe 4 by the transducer operation signal generation unit 14 (see FIG. 1). and irradiate the irradiation point (i) with an ultrasonic beam.
  • step S93 the timing processing unit 13 selects a group of transducers for irradiating the irradiation point (n+1-i) with an ultrasonic beam, and causes the transducer operation signal generation unit 14 (see FIG. 1) to cause the probe 4 to operate.
  • a signal is generated to irradiate the irradiation point (n+1-i) with an ultrasonic beam.
  • the timing processing unit 13 alternately irradiates ultrasonic beams from the irradiation points at the opposite ends toward the irradiation points at the center.
  • the timing processing unit 13 irradiates the irradiation point ((n+1)/2) with an ultrasonic beam.
  • the ultrasound beam is applied to the irradiation point in the center of the electronic scan.
  • Ultrasonic beams are applied to the positions of the first irradiation point, the second irradiation point, the third irradiation point, and the fourth irradiation point in this order.
  • FIG. 9 illustrates the case where the number of irradiation points of the probe 4 is an odd number. Repeat while adding 1 to i. Then, the process of step S95 may be deleted.
  • the dot sequence of the irradiation point g which is the irradiation point of the last ultrasonic beam of the electronic scan in the scan operation 1, and the first ultrasonic beam of the electronic scan in the scan operation 2 is smaller than the case shown in FIG. 3B.
  • control device 10 calculates the signal intensity of the reflected wave as the reflected wave of the ultrasonic beam having the same position (scanning row) in the X-axis direction as the reflected wave by the electronic scanning and displays it as a grayscale image, It is possible to reduce the deviation of the grayscale image at the boundary between the display area by scanning operation 1 and the display area by scanning operation 2 .
  • the probe 4 performs electronic scanning by alternately irradiating ultrasonic beams from the irradiation points at the opposite ends to the irradiation points at the central portion, the positional deviation of the adjacent irradiation points in the electronic scanning worsens. can be made small, and it is possible to suppress the actualization of deviation of the grayscale image in the display area by the scanning operation 1 and in the display area by the scanning operation 2 .
  • the array-type ultrasound imaging apparatus 1 of the embodiment described above can suppress the occurrence of image deviation of reflected wave images generated in the forward and backward scans of the probe 4, and the image of the subject 8 can be suppressed.
  • An ultrasonic image with reduced displacement can be acquired at high speed.

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Abstract

複数の振動子がリニアに並設された超音波アレイプローブを、被検体に所定の走査順序で超音波ビームを照射する電子スキャンを行いながら振動子の並設方向に垂直な方向に往復移動するスキャン動作と、振動子の並設方向と平行に超音波アレイプローブを移動するシフト動作と、により平面走査して、被検体の表面または積層境界面に超音波ビームを照射し、被検体からの超音波反射波の信号強度を表示するアレイ型超音波映像装置であって、電子スキャンを、電子スキャンの一端の照射点に超音波ビームを照射し、つぎに対向する他端の照射点に超音波ビームを照射するように、それぞれの端部から一つずつ央部に向けて交互に順に超音波ビームを照射する走査順序になるように複数の振動子を選択して超音波ビームを照射して行うようにし、画像ズレの少ないアレイ型超音波映像装置及びその制御方法を提供する。

Description

アレイ型超音波映像装置及びその制御方法
　本発明は、アレイ型超音波映像装置及びその制御方法に関する。
　半導体などの被検体に超音波を照射して、その反射波に基づいて被検体内部の画像情報を生成し、被検体内部の欠陥を検出する超音波映像装置がある。この超音波映像装置によれば、非破壊による高分解能検査を行うことができ、電子部品の信頼性を確保できる。
　超音波映像装置の一形態に、単一の振動子で構成するシングルプローブを有する超音波映像装置がある。このシングルプローブを有する超音波映像装置では、シングルプローブを被検体の表面または積層界面の所定エリアのＸ方向・Ｙ方向に機械的に走査して、超音波の被検体への照射と反射波の検出を行う。
　この超音波映像装置のタクトタイムを短くするためには、シングルプローブの走査速度を速くする必要がある。しかし、被検体とシングルプローブを浸水する超音波映像装置では、シングルプローブの走査速度を速めると、泡の巻き込みや波立ち等の画像劣化の原因となる現象が発生する問題が生じる。
　このため、例えば、複数の圧電振動素子を有するアレイ型超音波センサを備え、アレイ並び方向には電子的に走査し、さらにアレイ並びの法線方向には機械走査することで、検査対象の内部からの反射信号を用いて検査画像を生成する超音波検査装置がある（特許文献１を参照）。
特開２００７－２６３７８０号公報
　上記の先行技術によれば、プローブの走査速度を低減できるので、泡の巻き込みや波立ち等の画像劣化の原因となる現象の発生を低減できる。しかし、アレイ型超音波プローブを往復機械走査して被検体の広範囲の反射波画像を生成する際には、機械走査の端部、つまり、機械走査の往路と復路の切り替わった位置等において、超音波反射波の画像にズレが生じることがある。特許文献１には、アレイ型超音波プローブを往復機械走査することの記載はなく、この問題について考慮されていない。
　本発明の目的は、アレイ型超音波プローブを往復走査して被検体の反射波画像を生成するアレイ型超音波映像装置において、画像ズレの少ないアレイ型超音波映像装置及びその制御方法を提供することにある。
　前記課題を解決するため、本発明のアレイ型超音波映像装置は、複数の振動子がリニアに並設された超音波アレイプローブを、被検体に所定の走査順序で超音波ビームを照射する電子スキャンを行いながら前記振動子の並設方向に垂直な方向に往復移動するスキャン動作と、前記振動子の並設方向と平行に超音波アレイプローブを移動するシフト動作と、により平面走査して、被検体の表面または積層境界面に超音波ビームを照射し、被検体からの超音波反射波の信号強度を表示するアレイ型超音波映像装置であって、前記電子スキャンを、電子スキャンの一端の照射点に超音波ビームを照射し、つぎに対向する他端の照射点に超音波ビームを照射するように、それぞれの端部から一つずつ央部に向けて交互に順に超音波ビームを照射する走査順序になるように前記複数の振動子を選択して超音波ビームを照射して行うようにした。
　また、本発明のアレイ型超音波映像装置の制御方法は、複数の振動子がリニアに並設された超音波アレイプローブの超音波ビームを被検体に順次照射して電子スキャンを行い、前記被検体からの超音波反射波の信号強度を表示するアレイ型超音波映像装置の制御方法であって、前記被検体に所定の走査順序で電子スキャンの一端の照射点に超音波ビームを照射し、つぎに対向する他端の照射点に超音波ビームを照射するように、それぞれの端部から一つずつ央部に向けて交互に順に超音波ビームを照射する走査順序になるように前記複数の振動子を選択して超音波ビームを照射しながら、前記超音波アレイプローブの振動子の並設方向に垂直な方向に前記超音波アレイプローブを所定速度で連続移動する第１のステップと、前記電子スキャンの走査幅分、前記振動子の並設方向と並行に前記超音波アレイプローブを移動するシフト動作をするシフトステップと、前記被検体に所定の走査順序で電子スキャンの一端の照射点に超音波ビームを照射し、つぎに対向する他端の照射点に超音波ビームを照射するように、それぞれの端部から一つずつ央部に向けて交互に順に超音波ビームを照射する走査順序になるように前記複数の振動子を選択して超音波ビームを照射しながら、前記第１のステップとは逆向きに前記超音波アレイプローブを所定速度で連続移動する第２のステップと、を含み、前記第１のステップと、前記シフトステップと、前記第２のステップとを繰り返すことにより、被検体全面を電子スキャンするようにした。
　本発明によれば、アレイ型超音波プローブを平面走査して被検体の超音波反射画像を生成するアレイ型超音波映像装置において、アレイ型超音波プローブのスキャンの往復動において生じる反射波画像の画像ズレを抑制することができる。
実施形態のアレイ型超音波映像装置の全体構成を示す図である。 アレイ型超音波映像装置におけるプローブの平面走査の動作内容を説明する図である。 比較例のプローブの超音波ビームの照射点について説明する図である。 比較例のプローブの平面走査における超音波ビームの照射点の位置を示す図である。 反射波における信号強度の時間変化の一例を示す図である。 反射波の信号強度を0～255の階調度に変換することを説明する図である。 超音波ビームの照射点と短冊状に３つの反射率の異なる領域を有する被検体８の位置関係を示す図である。 図４Ｃにおける電子スキャンのよる超音波画像を示す図である。 比較例のプローブ４により被検体の外形を走査エリアとした際の、電子スキャンの照射点の位置を示す図である。 図５Ａの電子スキャンのよる超音波画像を示す図である。 実施形態のプローブ４の超音波ビームの照射点について説明する図である。 プローブの平面走査における超音波ビームの照射点の位置を示す図である。 実施形態における被検体の外形を走査エリアとした際の、電子スキャンの照射点の位置を示す図である。 図７Ａの電子スキャンのよる超音波画像を示す図である。 アレイ型超音波映像装置の平面走査の動作を説明するフロー図である。 電子スキャンの処理の詳細を示すフロー図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は、実施形態のアレイ型超音波映像装置の全体構成を示す図である。
　アレイ型超音波映像装置１は、３軸スキャナ２（走査手段）と、超音波アレイプローブ（以下、プローブ４と記す）を備えている。この３軸スキャナ２は、平面状の被検体８に対してプローブ４をＸ軸方向とＹ軸方向の二次元で走査（平面走査）する。これによりアレイ型超音波映像装置１は、平面状の被検体８を超音波によって映像化することができる。
　プローブ４は、多数の振動子を短冊状に並べたフェイズドアレイ超音波プローブである。詳しくは、多数の振動子における一部の複数の振動子（振動子群）のそれぞれの発振タイミングを制御して超音波収束ビーム（超音波ビーム）を作り、これを電子的に切り替えていくことで、照射位置を変えて超音波ビームを照射し、被検体８を一次元走査する。本明細書では、フェイズドアレイ超音波プローブによる電子的な
超音波ビームの走査を電子スキャンと記す。
　超音波ビームの反射波の受信制御も、振動子群を制御して行う。
　また、プローブ４が、単一の振動子から発生した超音波を音響レンズで集束して被検体に照射し、この振動子を短冊状に複数個構成されるようにしてもよい。この構成でも、振動子を電子的に切り替えていくことで、超音波ビームの照射位置を変えて、被検体８の電子スキャンを行う。
　プローブ４は、水槽９１に満たされた水に浸漬され、プローブ４の先端が被検体８に対向するように配置される。プローブ４は、ホルダ２４により３軸スキャナ２に取り付けられている。
　水槽９１は、台９２の上に載置される。
　この３軸スキャナ２は、プローブ４を二次元で走査する際に、内蔵する位置変化を検出するエンコーダにより検出した直線位置または回転位置（角度位置）に基づいて、その走査位置を検出する。これにより、アレイ型超音波映像装置１は、被検体８の各走査位置（走査点）とエコー波との関係を二次元で映像化することができる。
　３軸スキャナ２は、プローブ４を走査するＸ軸スキャナ２１及びＹ軸スキャナ２２と、プローブ４と被検体８との間隔を可変するＺ軸スキャナ２３と、プローブ４を把持するホルダ２４とを備える。
　また、プローブ４は、検査前に台９２によって高さが調整されと共に、Ｚ軸スキャナ２３により被検体８との間隔が調整される。
　プローブ４は、複数の振動子がリニアに並設された方向に垂直な方向（以下、この方向をＸ軸方向と呼ぶ）に、３軸スキャナ２のＸ軸スキャナ２１により所定速度で連続移動（スキャン動作）され、その後、３軸スキャナ２のＹ軸スキャナ２２により、複数の振動子の並設方向と並行に、電子スキャンの走査幅分の移動（シフト動作）が行われる。
　このホルダ２４は、プローブ４の上部に設けられた鍔部４２を支え、このプローブ４に上向きの力が加わったときにスムーズに上方向に動くようにしている。ホルダ２４にはセンサ３が設けられており、プローブ４が上方向に動いたことを検知する。
　制御装置１０は、スキャナ制御部１１、送受信指令部１２、タイミング処理部１３、振動子動作信号生成部１４、反射波信号処理部１５、反射波画像生成部１６と表示部１７を備え、３軸スキャナの制御、プローブ４の送受信制御と被検体８からのエコー波の表示制御とを行う。
　スキャナ制御部１１は、Ｘ軸スキャナ２１及びＹ軸スキャナ２２が内蔵するエンコーダ出力に基づいて、Ｘ軸スキャナ２１及びＹ軸スキャナ２２を駆動し、プローブ４が被検体８上を平面走査する制御部である。
　送受信指令部１２は、スキャナ制御部１１から通知されるＸ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期して、プローブ４の電子スキャンを開始する。つまり、送受信指令部１２は、プローブ４のスキャン動作に同期して電子スキャンを開始する。これにより、プローブ４の電子スキャンによる被検体８のＸ軸方向の走査ピッチは、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力のピッチに等しくなる。
　タイミング処理部１３は、電子スキャンにおける超音波ビームの走査順序に対応するプローブ４の振動子群を選択する。
　振動子動作信号生成部１４は、タイミング処理部１３で選択された振動子群と走査順序とに従って振動子動作信号を生成し、走査点毎に、プロ―プ７に送信する。
　プローブ４は、振動子動作信号生成部１４の振動子動作信号により超音波ビームを照射する。
　反射波信号処理部１５は、走査点毎に、プローブ４から超音波ビームの反射波の信号を受信し、ゲートを設けてゲート処理することによって反射波の変位（振幅）を求め、その変位によって信号強度を算出する。
　反射波画像生成部１６は、反射波信号処理部１５で算出した照射点毎の反射波の信号強度を、例えば、0～255の階調度に変換する。被検体８と水槽９１の水との境界や被検体８の内部の材料境界・剥離部・ボイド部等の音響インピーダンス（密度）が変わる境界面では、超音波ビームの反射波が生じる。反射波画像生成部１６は、超音波ビームの反射波が無い点を階調度が２５５、反射波の信号強度が大きくなるほど、階調度を小さくする。
　表示部１７は、反射波画像生成部１６で求めた超音波ビームの反射波の信号強度を、被検体８の平面走査した濃淡画像として表示する。具体的には、階調度が２５５の場合には黒色を表示し、階調度が０の場合に白色を表示し、階調度が中間値の場合には階調度に応じて灰色を表示する。
　これにより、アレイ型超音波映像装置１は、平面走査した被検体８の空洞（周囲と密度の差が大きい）を白い画像として表示する。
　つぎに、図２により、アレイ型超音波映像装置１におけるプローブ４の平面走査の動作内容を説明する。
　プローブ４は、例えば、１９２個の振動子がリニアに並設されて構成されるが、図２には、プローブ４が、振動子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇの７個の振動子で構成される場合を示している。
　アレイ型超音波映像装置１は、被検体８の設定された位置を走査の原点（図２の走査エリアの左上）とし、走査エリアの大きさが指定されて、プローブ４の平面走査を行う。
　まず、プローブ４の電子スキャンの開始点が走査の原点に位置するように、３軸スキャナ２を駆動して、プローブ４を移動する。詳しくは、電子スキャンはプローブ４の移動中に行うため、プローブ４が電子スキャンの開始点を通過する際の移動速度が所定値になるように、助走分を含めて移動する。
　平面走査の原点（開始位置）で、プローブ４は、振動子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇによる電子スキャンを行うと共に、３軸スキャナ２のＸ軸スキャナ２１により、振動子の並設方向に垂直な方向に移動する。そして、プローブ４は、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期して、次の電子スキャンを行う。プローブ４は、これを走査エリアの幅分（Ｘ軸方向の大きさ分）、繰り返す。
　プローブ４が、上記のようにして、Ｘ軸方向のプローブ４の連続移動（スキャン動作１）をしながら、電子スキャンを繰り返して、Ｙ軸方向の長さが電子スキャンの走査幅分で、Ｘ軸方向の長さが設定された走査エリアの幅分の帯状の走査エリアに超音波ビームを照射し、被検体８からの反射波を検出する。
　この際、制御装置１０は、プローブ４の一回の電子スキャンで検出した被検体８からの反射波を、Ｘ軸方向の位置（走査列）が同一の超音波ビームの反射波として、反射波の信号強度を算出し、濃淡画像として表示する。
　つぎに、プローブ４は、３軸スキャナ２のＹ軸スキャナ２２により、複数の振動子の並設方向と並行に、電子スキャンの走査幅分の移動（シフト動作）を行う。そして、プローブ４の電子スキャンの開始点が、上記のスキャン動作１の最後の電子スキャンの開始点と同一のＸ軸方向の位置になるように、Ｘ軸スキャナ２１によりプローブ４を移動する。
　プローブ４は、振動子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇによる電子スキャンを行うと共に、３軸スキャナ２のＸ軸スキャナ２１により、スキャン動作１とは逆方向の振動子の並設方向に垂直な方向に移動する。そして、プローブ４は、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期して、次の電子スキャンを行う。プローブ４は、これを走査エリアの幅分（Ｘ軸方向の大きさ分）、繰り返す。
　プローブ４が、上記のようにして、Ｘ軸方向のプローブ４の連続移動（スキャン動作２）をしながら、電子スキャンを繰り返して、Ｙ軸方向の長さが電子スキャンの走査幅分で、Ｘ軸方向の長さが設定された走査エリアの幅分の帯状の走査エリアに超音波ビームを照射し、被検体８からの反射波を検出する。
　制御装置１０は、上記のプローブ４のスキャン動作１とスキャン動作２により、指定された走査エリアをカバーできれば、平面走査を終了するが、不足の場合には、プローブ４を電子スキャンの走査幅分のシフト動作をして移動し、先の動作と同様の、電子スキャンすると共にスキャン動作３・シフト動作・スキャン動作４を行う。
　制御装置１０は、指定された走査エリアをカバーするまで上記の動作を繰り返して、被検体８の平面走査を行う。
　本明細書では、プローブ４のスキャン動作１、スキャン動作３…を往動スキャン動作（第１のスキャン動作）と記し、プローブ４のスキャン動作２、スキャン動作４…を復動スキャン動作（第２のスキャン動作）と記す。
　プローブ４は、上記のスキャン動作１、２、３、４で、連続移動しながら、電子スキャンを行うため、詳細には、超音波ビームの照射タイミングによって、超音波ビームの照射点のＸ軸方向の位置にずれが生じる。つぎに、超音波ビームの照射タイミングと照射点の関係について説明する。
　図３Ａは、比較例のプローブ４の超音波ビームの照射点について説明する図である。
　照射点ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、プローブ４の振動子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇの電子スキャンによる超音波ビームの照射点である。特に、照射点ａは、走査エリアの原点に対応する照射点であり、またスキャン動作の際に、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期した電子スキャンの最初の超音波ビームの照射点である。
　プローブ４の電子スキャンは、スキャン動作の連続移動中に行う。図３Ａの実線の矩形は、最初に超音波ビームを照射する際のプローブ４の位置、破線の矩形は、最後に超音波ビームを照射する際のプローブ４の位置を示している。
　比較例のプローブ４では、照射点ａからプローブ４の他端に向けて順に超音波ビームを照射する。このため、照射点ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、スキャン方向に少しずつずれた位置となる。
　図３Ｂは、比較例のプローブ４のスキャン動作１とスキャン動作２の平面走査における超音波ビームの照射点の位置を示す図である。
　比較例のプローブ４の照射点ａは、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期して電子スキャンが行われるため、スキャン動作１とスキャン動作２とで、Ｘ軸方向の位置が一致する（例えば、Ｘｎ座標）。しかし、照射点ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、スキャン方向に応じて少しずつずれた位置となる。
　ここで、プローブ４が照射した超音波ビームの反射波の超音波画像の表示について詳細説明する。
　図４Ａは、反射波信号処理部１５で処理する反射波における信号強度の時間変化の一例を示す図である。反射波信号処理部１５は、検査する被検体８の所定の深度に対応する時間を中心した所定時間幅における反射波の信号強度の変位（振幅）を求める。
　図４Ｂは、反射波画像生成部１６が照射点毎の反射波の信号強度を0～255の階調度に変換することを説明する図である。反射波の信号強度が０（変位が０）のときを階調度２５５の黒色とし、反射波の信号強度が最大（変位が最大）のときを階調度０の白色とし、反射波の信号強度（変位）が大きくなるに従い、階調度を小さくし（中間値）、灰色とする。
　つぎに、比較例のプローブ４により電子スキャンした際の超音波画像を図４Ｃ、図４Ｄにより説明する。
  図４Ｃは、プローブ４の超音波ビームの照射点と図に示すような短冊状に３つの反射率の異なる領域を有する被検体８の位置関係を示す図である。プローブ４の電子スキャンの最初の照射点は、３つの反射率の異なる領域のそれぞれの領域にあるが、プローブ４の移動中に電子スキャンを行うため、電子スキャンの最後の照射点は、隣りの短冊領域に入っている。
　図４Ｄは、図４Ｃにおける電子スキャンのよる超音波画像を示す図である。
  この際、反射波画像生成部１６は、プローブ４の一回の電子スキャンで検出した被検体８からの反射波を、Ｘ軸方向の位置（走査列）が同一の超音波ビームの反射波として、反射波の信号強度を算出し、濃淡画像を求め、表示部１７が超音波画像として表示する。このため、図４Ｃで説明した被検体８と異なる反射率の分布の濃淡画像が表示される。
　図５Ａ、図５Ｂは、比較例のプローブ４を往復動した際の、超音波画像の表示例を説明する図である。
　図５Ａは、被検体８の外形を走査エリアとした際の、プローブ４の電子スキャンの照射点の位置を示す図である。
  図３Ｂで説明したように、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期して電子スキャンが行われるため、スキャン動作１とスキャン動作２とで、Ｘ軸方向の位置が一致する（例えば、Ｘｎ座標）。しかし、照射点ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、スキャン方向に応じて少しずつずれた位置となる。このため、スキャン動作１の最後の電子スキャンの照射点ｅ、ｆ、ｇは、被検体外に超音波ビームを照射することになる。
　図５Ｂは、図５Ａの電子スキャンのよる超音波画像を示す図である。
  反射波画像生成部１６は、プローブ４の一回の電子スキャンで検出した被検体８からの反射波を、Ｘ軸方向の位置（走査列）が同一の超音波ビームの反射波として表示するため、被検体８のＸｎ座標の超音波画像として、照射点ｅ、ｆ、ｇを表示する。
　被検体８の反射波と被検体外の反射波とは、信号強度が異なるため、照射点ｅ、ｆ、ｇに相当する反射波画像は異なる濃度画像として表示され、画像情報のズレとして視認される。なお、図５Ｂでは、説明のため、被検体８の反射波画像を白色、被検体外の反射波画像を黒色している。
　以下に、実施形態のアレイ型超音波映像装置１について説明する。
　図６Ａは、実施形態のプローブ４の超音波ビームの照射点について説明する図である。
　照射点ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、プローブ４の振動子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇの電子スキャンによる超音波ビームの照射点である。特に、照射点ａは、走査エリアの原点に対応する照射点であり、またスキャン動作の際に、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期した電子スキャンの最初の超音波ビームの照射点である。
　プローブ４の電子スキャンは、スキャン動作の連続移動中に行う。図６Ａの実線の矩形は、最初に超音波ビームを照射する際のプローブ４の位置、破線の矩形は、最後に超音波ビームを照射する際のプローブ４の位置を示している。
　タイミング処理部１３（図１参照）により、プローブ４は、超音波ビームを照射点ａに照射した後に、電子スキャンの他端の照射点ｇに超音波ビームを照射する。つぎに、照射点ａより中央側の照射点ｂに超音波ビームを照射する。このように、プローブ４は、対向する端部の照射点から央部の照射点に向けて交互に順に超音波ビームを照射して電子スキャンを行う。
　換言すれば、プローブ４は、スキャン動作の方向に応じて超音波ビームの照射点がくの字状または逆くの字状になるように超音波ビームを照射する。
　図６Ｂは、プローブ４のスキャン動作１とスキャン動作２の走査エリアにおける超音波ビームの照射点の位置を示す図である。
　プローブ４の照射点ａは、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期して電子スキャンが行われるため、スキャン動作１とスキャン動作２とで、Ｘ軸方向の位置が一致し、照射点ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、スキャン方向に応じて少しずつずれた位置となる。
　図７Ａ、図７Ｂは、比較例のプローブ４を往復動した際の、超音波画像の表示例を説明する図である。
　図７Ａは、被検体８の外形を走査エリアとした際の、プローブ４の電子スキャンの照射点の位置を示す図である。
  図６Ｂで説明したように、プローブ４の照射点ａは、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期して電子スキャンが行われるため、スキャン動作１とスキャン動作２とで、Ｘ軸方向の位置が一致し、照射点ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、スキャン方向に応じて、超音波ビームの照射点が逆くの字状、またはくの字状になる。これにより、スキャン動作１の最後の電子スキャンの照射点ｃ、ｄ、ｅは、被検体外に超音波ビームを照射することになる。
　図７Ｂは、図７Ａの電子スキャンのよる超音波画像を示す図である。
  反射波画像生成部１６は、プローブ４の一回の電子スキャンで検出した被検体８からの反射波を、Ｘ軸方向の位置（走査列）が同一の超音波ビームの反射波として表示するため、被検体８のＸｎ座標の超音波画像として、照射点ｃ、ｄ、ｅを黒色に表示する。なお、説明のため、被検体８の反射波画像を白色、反射波の信号強度が異なる被検体外の反射波画像を黒色している。
　このように、シフト処理直前の往動処理の最終の電子スキャンにおいて、復動処理との端部境目近傍の画像は白く表示され、一方、復動処置の最初の電子スキャンの往動処理との端部境目近傍の画像も白く表示される。この結果、往動と復動の端部境目近傍の画像は、同じ階調度である白で表示される。つまり、図６Ａで説明したキャン動作の方向に応じて超音波ビームの照射点がくの字状または逆くの字状になるように超音波ビームを照射することで、スキャン動作の往路と復路の端部境目近傍の画像において、同じ階調度となり、生成する画像情報のズレを抑制して、被検体の実像に近い画像を表示することが可能となる。すなわち、スキャン動作の往路と復路の切り替わった位置における超音波反射波の表示のズレを補正することができる。
　つぎに、図８より、アレイ型超音波映像装置１の平面走査の動作フローを説明する。
　ステップＳ８１で、制御装置１０は、走査エリアの原点の位置（ＸＹ座標）、幅（Ｘ軸方向の長さ）、高さ（Ｙ軸方向の長さ）のスキャン条件を取得する。
　ステップＳ８２で、制御装置１０のスキャナ制御部１１は、３軸スキャナ２を駆動してプローブ４を走査範囲の原点の位置に移動する。
　ステップＳ８３で、制御装置１０は、走査エリアの高さ分（Ｙ軸方向）、ステップＳ８３からステップＳ８１１の処理を繰り返す。
　ステップＳ８４で、スキャナ制御部１１は、Ｘ軸スキャナ２１により走査エリアのＸ軸方向のプローブ４のスキャン動作を開始する。
　ステップＳ８５で、制御装置１０は、走査エリアの幅分（Ｘ軸方向）、ステップＳ８６からステップＳ８８の処理を繰り返す。
　ステップＳ８６で、制御装置１０の送受信指令部１２は、スキャナ制御部１１から通知されるＸ軸スキャナ２１のエンコーダ出力を検知したか判定し、エンコーダ出力を検知した場合に（Ｓ８６のＹｅｓ）、詳細を後述するステップＳ８７のプローブ４の電子スキャンの処理を行う。エンコーダ出力の検知できない場合には、ステップＳ８６の処理を繰り返し、エンコーダ出力の検知を待機する。
　ステップＳ８９で、制御装置１０のスキャナ制御部１１は、３軸スキャナ２のＹ軸スキャナ２２により、Ｙ軸方向に電子スキャンの走査幅分の移動を行い、シフト動作する。
　ステップＳ８１０で、スキャナ制御部１１は、ステップＳ８４で開始されるスキャン動作における、プローブ４の移動方向（スキャン方向）を反転するように設定する。
　以上の処理により、アレイ型超音波映像装置１は被検体８の所定の走査エリアの超音波映像を撮像する。
　図９は、図８のステップＳ８７のプローブ４の電子スキャンの処理の詳細を示すフロー図である。
　図９では、プローブ４の照射点数をｎ個（奇数）とし、電子スキャンの一端の照射点の番号を１とし、他端に向けて昇順に番号付けしている。
　ステップＳ９１で、タイミング処理部１３（図１参照）は、変数ｉが１から（ｎ－１）／２まで、ステップＳ９２からステップＳ９４を、変数ｉに１ずつ加算しながら繰り返す。
　ステップＳ９２で、タイミング処理部１３は、照射点（ｉ）に超音波ビームを照射する振動子群を選択し、振動子動作信号生成部１４（図１参照）によりプローブ４に振動子動作信号を生成して、照射点（ｉ）に超音波ビームを照射する。
　ステップＳ９３で、タイミング処理部１３は、照射点（ｎ＋１－ｉ）に超音波ビームを照射する振動子群を選択し、振動子動作信号生成部１４（図１参照）によりプローブ４に振動子動作信号を生成して、照射点（ｎ＋１－ｉ）に超音波ビームを照射する。
　ステップＳ９２とステップＳ９３の繰り返しにより、タイミング処理部１３は、対向する端部の照射点から央部の照射点に向けて交互に順に超音波ビームを照射する。
　ステップＳ９５で、タイミング処理部１３は、照射点（（ｎ＋１)／２）に超音波ビームを照射する。つまり、電子スキャンの中央の照射点に超音波ビームを照射する。
　上記の処理により、電子スキャンの一端から中心側に向けた第１の照射点・第３の照射点・・の位置と、対向する他端から中心側に向けた第２の照射点・第４の照射点・・の位置とに、第１の照射点・第２の照射点・第３の照射点・第４の照射点の位置の順に超音波ビームをする。
　なお、図９は、プローブ４の照射点数が奇数個の場合について説明したが、偶数個の場合には、ステップＳ９１で、変数ｉが１からｎ／２まで、ステップＳ９２からステップＳ９４を、変数ｉに１ずつ加算しながら繰り返す。そして、ステップＳ９５の処理を削除すればよい。
　以上の処理により、図６Ｂに示したように、スキャン動作１における電子スキャンの最後の超音波ビームの照射点である照射点ｇの点列と、スキャン動作２における電子スキャンの最初の超音波ビームの照射点である照射点ａの点列とのずれは、図３Ｂに示した場合よりも小さくなる。
　このため、制御装置１０が、電子スキャンによる反射波をＸ軸方向の位置（走査列）が同一の超音波ビームの反射波として、反射波の信号強度を算出し濃淡画像として表示した際の、スキャン動作１による表示領域とスキャン動作２による表示領域との境界部における濃淡画像のずれを小さくできる。
　また、プローブ４は、対向する端部の照射点から央部の照射点に向けて交互に順に超音波ビームを照射して電子スキャンを行うので、電子スキャンの隣接する照射点の位置ずれの悪化を小さくでき、スキャン動作１による表示領域内及びスキャン動作２による表示領域内の濃淡画像のずれの顕在化を抑止できる。
　以上で説明した実施形態のアレイ型超音波映像装置１は、プローブ４のスキャンの往動と復動において生成される反射波画像の画像ズレの発生を抑制することができ、被検体８の画像ずれを低減した超音波画像を高速に取得することができる。
　本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
　１　アレイ型超音波映像装置
　１０　制御装置
　１１　スキャナ制御部
　１２　送受信指令部
　１３　タイミング処理部
　１４　振動子動作信号生成部
　１５　反射波信号処理部
　１６　反射波画像生成部
　１７　表示部
　２　３軸スキャナ
　２１　Ｘ軸スキャナ
　２２　Ｙ軸スキャナ
　２３　Ｚ軸スキャナ
　２４　ホルダ
　３　センサ
　４　プロ―ブ（超音波アレイプローブ）
　４２　鍔部
　８　被検体
　９１　水槽
　９２　台

Claims (9)

  1. 　複数の振動子がリニアに並設された超音波アレイプローブを、被検体に所定の走査順序で超音波ビームを照射する電子スキャンを行いながら前記振動子の並設方向に垂直な方向に往復移動するスキャン動作と、前記振動子の並設方向と平行に超音波アレイプローブを移動するシフト動作と、により平面走査して、被検体の表面または積層境界面に超音波ビームを照射し、被検体からの超音波反射波の信号強度を表示するアレイ型超音波映像装置であって、
    　前記電子スキャンを、電子スキャンの一端の照射点に超音波ビームを照射し、つぎに対向する他端の照射点に超音波ビームを照射するように、それぞれの端部から一つずつ央部に向けて交互に順に超音波ビームを照射する走査順序になるように前記複数の振動子を選択して超音波ビームを照射して行うこと
    を特徴とするアレイ型超音波映像装置。
  2. 　請求項１に記載のアレイ型超音波映像装置において、
    　前記超音波ビームの照射位置毎に前記超音波アレイプローブの振動子群の超音波の送受信を制御する振動子動作信号生成部と、
    　前記電子スキャンの走査順序に対応する前記振動子群を選択するタイミング処理部と、
    　前記振動子動作信号生成部に前記タイミング処理部を経由して振動子動作信号の生成を指令し前記超音波アレイプローブの前記電子スキャンを開始する送受信指令部と、
    　前記超音波アレイプローブのスキャン動作に同期して前記送受信指令部を制御する制御部と、を備えることを特徴とするアレイ型超音波映像装置。
  3. 　請求項２に記載のアレイ型超音波映像装置において、
    　前記タイミング処理部は、前記超音波アレイプローブの移動の進行方向に向かって、超音波ビームの照射点が、見かけ上、くの字状または逆くの字状になるように前記振動子群を選択することを特徴とするアレイ型超音波映像装置。
  4. 　請求項２に記載のアレイ型超音波映像装置において、
    　前記制御部は、
    　前記超音波アレイプローブが前記被検体を平面走査する座標系を、前記超音波アレイプローブの振動子の並設方向に垂直な方向をＸ軸方向、前記振動子の並設方向をＹ軸方向とし、平面走査する超音波ビームの最初の照射点を座標原点とした場合に、
    　前記シフト動作の直前の電子スキャンの開始位置のＸ座標位置と、前記シフト動作の直後の電子スキャンの開始位置のＸ座標位置とが、等しくすることを特徴とするアレイ型超音波映像装置。
  5. 　請求項１に記載のアレイ型超音波映像装置において、
    　被検体からの超音波反射波を超音波ビームの照射位置毎に受信して反射波の信号強度を求め、前記平面走査に対応し矩形に区分された表示領域の所定位置に、前記信号強度に対応する濃度の画像を表示することを特徴とするアレイ型超音波映像装置。
  6. 　請求項１に記載のアレイ型超音波映像装置において、
    　前記振動子により受信した前記超音波ビームの反射波の信号強度を算出する反射波信号処理部を備えることを特徴とするアレイ型超音波映像装置。
  7. 　請求項６記載のアレイ型超音波映像装置において、
    　超音波アレイプローブの一回の電子スキャンで検出した被検体からの反射波を、Ｘ軸方向の位置が同一の超音波ビームの反射波として反射波の信号強度を算出し、濃淡画像を求める反射波画像生成部と、
    　前記反射波画像生成部で求めた濃淡画像を、被検体の平面走査した超音波ビームの反射波の濃淡画像として表示する表示部と、を備えることを特徴とするアレイ型超音波映像装置。
  8. 　複数の振動子がリニアに並設された超音波アレイプローブの超音波ビームを被検体に順次照射して電子スキャンを行い、前記被検体からの超音波反射波の信号強度を表示するアレイ型超音波映像装置の制御方法であって、
    　前記被検体に所定の走査順序で電子スキャンの一端の照射点に超音波ビームを照射し、つぎに対向する他端の照射点に超音波ビームを照射するように、それぞれの端部から一つずつ央部に向けて交互に順に超音波ビームを照射する走査順序になるように前記複数の振動子を選択して超音波ビームを照射しながら、前記超音波アレイプローブの振動子の並設方向に垂直な方向に前記超音波アレイプローブを所定速度で連続移動する第１のステップと、
    　前記電子スキャンの走査幅分、前記振動子の並設方向と並行に前記超音波アレイプローブを移動するシフト動作をするシフトステップと、
    　前記被検体に所定の走査順序で電子スキャンの一端の照射点に超音波ビームを照射し、つぎに対向する他端の照射点に超音波ビームを照射するように、それぞれの端部から一つずつ央部に向けて交互に順に超音波ビームを照射する走査順序になるように前記複数の振動子を選択して超音波ビームを照射しながら、前記第１のステップとは逆向きに前記超音波アレイプローブを所定速度で連続移動する第２のステップと、を含み、
    　前記第１のステップと、前記シフトステップと、前記第２のステップとを繰り返すことにより、被検体全面を電子スキャンする
    ことを特徴とするアレイ型超音波映像装置の制御方法。
  9. 　請求項８に記載のアレイ型超音波映像装置の制御方法において、
    　前記超音波アレイプローブをスキャン動作するＸ軸スキャナのエンコーダ出力の有無を検出するステップと、
    　前記エンコーダ出力を検出した際に、電子スキャンの一端の第１の照射点に超音波ビームを照射するステップと、を含むことを特徴とするアレイ型超音波映像装置の制御方法。
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