JPH01500294A - 超音波撮像装置と撮像方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 超音波撮像装置と撮像方法 本発明は、超音波撮像装置と撮像方法に関するものである。

超音波撮像は、非破壊検査及び試験、医療診断法において使われる技術である。

超音波の音響波（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｗａｖｅｓ）を使 って像を形成する従来の装置は、超音波ビーム軸を含む平面像を形成するいわゆ るＢスキャン（Ｂ　−５ｃａｎ）法か、超音波ビームに垂直な平面像を形成する いわゆるＣスキャン（Ｃ−５ｃａｎ）法のいずれか一方を採用している。

本発明によれば、音響波パルス信号を焦点合せしに線を物体内に送り込み；　ト ランスミッタの線状焦点と交わる線状焦点を有する、線状に焦点合せさせられる レシーバを使って、送信信号によって、物体内で出くわしたいかなるターゲット からの戻りも検出し；　トランスミッタとレシーバを制御して上記交点に物体内 の面をスキャンさせ：レシーバにより受信した信号から像を作り出すステップか らなる超音波撮像法が提供される。

以下に述べるＵスキャン法と称する本発明は、高度な解像力でもってＢスキャン 或いはＣスキャン面或いはなんらかの中間的な面のいずれかの高度に焦点合せし た像を作り出すものである。

また、本発明によれば、線状に焦点合せされる音響波パルス（ａｌｉｎｅ　ｆｏ ｃｕｓｅｄ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｗａｖｅ　ｐｕｌｓｅ）　）ランスミッタ：　 トランスミッタの線状焦点と交点にて交わる線状焦点を有するように配された焦 点合せされる音響波パルスレシーバ：上記交点に像が形成される面をスキャンさ せるようにトランスミッタとレシーバを制御する制御手段；像を作り出すように レシーバにより制御される表示手段とからなる超音波撮像装置が提供される。

本発明は、図面を参照して実施例によって説明され、ここで；第１図は音響波ト ランスミッタを示し、第２図は音響波レシーバを示し、第３図は結合した音響波 トランスミッタとレシーバの部分を示し、第４図は焦点合仕用の音響レンズを用 いた本発明に係る装置の働き（ｏｐｅｒａｔ　１ｏｎ）を表し、第５図から第９ 図まではテスト物体のある容積部分（ｖｏｌｕｍｅ）全体の検査のための本発明 に係る方法の使用を表わし、第１０図は本発明に係る装置のブロック図で、第１ １図は本発明の他の実施例のブロック図である。

ここで、第１図は超音波パルス信号トランスミッタｌを示し、位相配列（ｐｈａ ｓｅｄ　ａｒｒａｙ）技術を使ってエレメント２の出力をラインｆＴに焦点合せ するように働くべく配置された複数のエレメント２からなっている。第２図は超 音波レシーバ３を示し、ライン目標ｆＲからの音響波を受け取るように配置され た複数のエレメント４からなっている。撮像されるターゲットをスキャンするの に使用するために、トランスミッタ１とレシーバ３は並べて、或いは一方を他方 の上に重ね合わせるかして配置され、その線状焦点ｆ７とｒＲを交わら什、好ま しくは直角で交わらせ、交点Ｐを定める（第４図参照）。操作中、トランスミッ タ１から送信された各パルスは、もしターゲットが交点Ｐに存在するならばレシ ーバ３への戻り（ｒｅｔｕｒｎ）を作り出し、レシーバ３により受信されたこの 戻りは視覚的な表示装置上にターゲットの像を作り出すのに使われる（第１０， １１図参照）。完全なターゲットの像を作り出すために、トランスミッタｌとレ シーバ３の焦点合せの制御は、ラインｆ７或いはラインｆＲのいずれか一方を最 初は静止させたままにして、他方のラインが上記一方のラインに沿ってスキャン され、それにより交点Ｐの連なりを作り、表示装置に１本のラインを構成するよ うに行なわれる。最初の静止ラインは、その後予め決められた量だけ進められて 新しい位置に行き、そして、他方のラインのスキャニングを繰り返すことにより 表示装置に第２のラインが作り出される。この手順は、ターゲソ）・平面内の交 点Ｐの完全なマトリックスが形成されるまで繰り返され、その結果表示装置に上 記平面の完全な像が作られる。

最初に静止させる線状焦点は、Ｃスキャンと同様に、しかし焦点合せにより高解 像度の、正射影（ｏｒｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ）像を作るためにトランスミッタの 軸に垂直な平面内で進めるか、Ｂスキャンと同様にしかし上記同様に焦点合せに より高解像度の同軸（ｃｏａｘｉａｌ）像を作るために、焦点距離を変えること により軸に平行な平面内で進めればよい。その他、最初に静止させた線状焦点は 斜面のスキャニングを作るために、上述した２方向の結合状態でシフトしてもよ い。原則として、如何なる任意の面もスキャンされ、撮像出来る。

いずれかの面が完全にスキャンされた後、スキャンした平面はそれ自身に平行に シフトされ、表示装置の適宜シフトを伴い、これによりある容積部分がスキャン され、疑似３次元像（ｐｓｅｕｄｏ　−３Ｄｉｍａｇｅ）が作られる。

上述のように、）・ランスミッタ１とレシーバ３は並べて置いてもよく、或いは 重ね合わせて、互いに結合してもよい。その他、第３図に示すように、トランス ミッタとレシーバは、電極１１と１２を反対方向の面に有する基質（ｓｕｂｓｔ ｒａｔｅ）　１０からなり、電極１１と１２が基質ｌＯ内の溝１３により帯状エ レメントに分割され、溝１３が混信を減する働きをする単一構造として形成して もよい。トランスミッタとレシーバを作るために適した材料は周知で、例えば石 英、硫酸塩リチウムのような圧電性（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）結晶体、チ タン酸塩バリウム、ジルコン酸・チタン酸鉛およびメタニオブ酸鉛のような圧電 性セラミックス、ＰＶＤＦのような圧電性プラスチック材のような材料である。

材料を組み合わせて使用することも出来、例えばプラスチック材からなるレシー バを結合したセラミックトランスミッタでもよい。もしプラスチック材からなる 基質が使われると、電極はメッシュを使ってスクリーン印刷或いは沈着物（ｄｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、或いは最初に一電極シートを沈着させ、続いて必要 なエレメントを得るためにエツチングすることにより塗布形成出来る。

第３図に示す装置に関しては、溝１３は単に電極をエレメントに分離しているだ けであって、もしその後の視覚的な表示を作る信号処理により混信効果を除去出 来れば溝１３は省略出来る。減衰の目的で、いずれのトランスミッタ或いはレシ ーバ、或いはその組み合わせた構造でも、その背面は公知の方法で、タングステ ンの粉のような重い材料を加えた樹脂のような公知の適宜材料の層でカバーされ てもよい。斯る減衰の目的に適していると分かっているその他の材料としては、 歯科用のアマルガム、および合金を含む或いは含まないそしてタングステンの粉 を加えた或いは加えないインジウムがある。

圧電性の装置以外のトランスミッタとレシーバが本発明に係る方法を実施するの に使われることは分かっている。

上述した方法と装置は、トランスミッタとレシーバを操作するために電気的な焦 点合せ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｆｏｃｕｓｉｎｇ）と位相配列（ｐｈａｓｅａ ｒｒａｙ）技術を利用している。

もし、Ｃスキャンだけが必要ならば、第４図に示す如く単純化された形式の装置 を使うことが出来る。この装置は音響レンズ５を使って、撮像されるべき物体内 のある深さの所にトランスミッタ１の像を形成している。

トランスミッタｌのエレメント２が活発化させられる（ｅｎｅｒｇｉｓｅｄ）と 、それは線状焦点ｆＴを音声化（ｉｎｓｏｎｉｆｉｅｓ）Ｌ、そして成る深さに おけるいずれかのターゲットからの戻りはレシーバ３上に撮像される。しかしな がら、レシーバ３の各エレメント４はターゲットエリア内、即ち１つの交点ｐ　 （ｐｉｘｅｌ）を形成するトランスミッタとレシーバのエレメントの各々の線状 焦点の交点によりカバーされたエリア内の線状焦点ｆ　から来た戻りだけを受信 する（ｐｉｃｋ　ｕｐ）。物体内におけるトランスミッタ１の線状焦点の距離以 外の距離からの戻りはゲートオフされる。この結果、パルストランスミッタ（ｐ ｕｌｓｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）が１つだけ必要とされ、それはトランスミッ タｌの１つのエレメント２から次のものへ、そして視覚的な表示を作るのに使わ れるレシーバ４のゲートオンし、そして整流した出力に転換される。

もし、必要ならば、音響レンズが、使われているトランスミッタ／レシーバのエ リアとは異なったエリアのスキャニングを得るために使われる。

ここで、第５図から第９図を参照して、テスト物体のある容積部分の十分な検査 のための本発明に係る方法の使用について説明する。

説明する方法は３段階からなり、即ち第１の探査段階では、テスト物体全体の高 速スキャニングが粗い解像度でなされ、もしターゲットが発見されないならば、 検査は終わり、もしターゲットが発見されると第２の焦点合せ段階で、トランス ミッタとレシーバが発見されｆコク−ゲット上に焦点合せされ、それから第３段 階ではスキャニングがターゲットの輪郭に従って実施され、これによりターゲッ トの対応する像が視覚的な表示装置上に作られる。

第５図は、内部に発見され、撮像されるターゲットである欠陥２１を有する直方 体ブロックの形式のテスト物体２ｏを示している。

探査段階は、次の３方法のうちの１つにより実施される。

１、テスト物体２０の１面は、座標（ｘｉ、ｙｉ）のそれぞれにより各々記述さ れる探査ユニットの配列に分割される。トランスミッタとレシーバのエレメント は平行に（焦点合せされていない。）活発化させられ、平面波パルスを輻射し、 受信し、そして引き続いて各探査ユニット（ｘｉ、ｙｉ）をそれぞれ探査コラム ２２内に見おろす。戻りを与えるターゲットはどれでも座標（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ ）で表示される。

２、トランスミッタとレシーバは、可能な最も小さい焦点面積の、例えば４或は ５倍のより大きなエリアまで、故意に焦点合せの程度を下げて使われる。そして 、スキャニングはこれに対応して大きな間隔で、より短時間に行われる。このよ うにして、ある容積部分が粗いＢスキャン或はＣスキャン層のいずれかで探査さ れる。発見されたターゲット２１はどれでも上記同様に表示される。

３、平面波パルスが伝えられ、そして一方向の最初のエレメントがレシーバとし て使われ、ＣＢ　−Ａ　−２１６０９７３および論文“Ａ　ｒｅａｌｔｉｍｅ　 ｈｉｇｈ　ｆｒａｍｅ　ｒａｔｅ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｓ ｙｓｔｅｍ″（Ｇ、Ｐ、Ｐ。

Ｇｕｎａｒａｔｈｎｅ、　Ｊ、　５ｚｉｌａｒｄ、Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ　Ｉ ｎｔｅｒｎａａｔａｉｏｎａｌ゛８５．ロンドン）に記載の技術を用いて全ての ターゲット２１を視覚化して、これに続いて他の方向のエレメントを使って同様 の操作を行い、生じた像がためられる。

上述の操作において、２つのパルスだけを利用して、即ち数百マイクロセカンド でエレメントの２方向に対応してテスト物体２０の２つ直交する投影が作り出さ れる。これらの２つの投影は、表示される。簡単な場合には、それらはそれ自身 で十分であるが、ターゲットの形状が複雑な場合は明確な像を作り出すより詳細 な検査の実施が必要となる。

焦点合せ段階では、発見されたターゲット２１の１つから始めて、高度に焦点合 せさせらされたＣスキャンが探査コラム２２（探査の選択枝ｌ）、或は探査して いる焦点容積部分（探査の選択枝２）にて発見された、或は２つの直交する投影 から決められた（探査の選択枝３）ターゲットの頂部に対応する適宜探査平面（ ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）内て組み立てられる。スキャニングはターゲット２１の頂部 が正確に位置決めされ、撮像されるまで続く。

第６図に示すように、次の段階では、スキャニングは続き、そして送信されたパ ルスの飛行時間をモニタすることにより、ターゲット２１までの距離は最初の接 触位置２３からｔだけ変わるので、そのため焦点距離はターゲット２１の輪郭に したがって再調整され、その操作のために、次の３つの可能性がある。

ａ）　（Ｘ、Ｙ）平面内でターゲット２１の輪郭を写像すること（ｍａｐｐｉｎ ｇ）（第７図）。

ｂ）　（ｙ、ｚ）平面内でターゲット２１の輪郭を写像すること（第８図）。

ｃ）　）ランスミッタ、即ち（ｘ、ｙ）平面から等距離のターゲット２１の輪郭 線を写像すること（第９図）。

１つのターゲットの撮像が終了すると、操作は引き続いてテスト物体２０内にあ る全てのターゲットにつき繰返される。

もし、スキャニングの結果かたくわえられるならば、軸側投像法による図（疑似 ３次元）が表示されるか、或は所望の平面又は面を通る断面が作り出され表示さ れる。

第９図は、第１図から第３図を参照して上述した方法を実施するための本発明に 係る装置のブロック図である。

本装置は、組み合さったトランスミッタ／レシーバ１．３を備え、トランスミッ タ１の各エレメントは個々のパルスジェネレータ３゜からの供給を受けている。

このパルスジェネレータ３０はタイマ兼位相シフト装置３１により制御され、こ の装置は装置全体の操作を制御し、そしてフレームスドア（ｆｒａｍｅ　５ｔｏ ｒｅ）としても働くマイクロコンピュータ３２により制御される。レシーバ３の エレメントにより受信される戻りは各々プリアンプリファイア３３．高速ディジ タイザ３４およびメモリ３５を備えたそれぞれの経路を経てプロセッサ３６に送 られ、プロセッサ３６は受け取った信号を組み合せ、マイクロコンピュータ３２ を経て視覚的な表示装置３７に供給する前に必要な信号処理をするために働き、 表示装置３７は受信した信号に対応してトランスミッタ／レシーバ装置１．３に よって検出されたどのターゲットも表示する。

上述した装置は、第１図から第３図を参照して上述し１こ汎用的なスキャニング （ＢスキャンおよびＣスキャン）を行うことが出来る自給式の（ｓｅｌ　ｆ　− ｃｏｎｔａｉｎｅｄ）システムとしてもよい。

次に第１１図は、第４図を参照して上述した方法（Ｃスキャンのみ）を実施する ための本発明に係る別の装置のブロック図で、本装置は超音波レンズ（第４図中 の５）を使っており、そしてピーク値検出手段として働くモニターを備えた標準 超音波欠陥検出器に付属品として供給され得るものである。第１Ｏ図に示された 部分に対応した第１１図に示された部分は同じ参照符号を有している。

本装置に関して、標準の欠陥検出器５０のモニター出力５１がマイクロコンピュ ータ３２を経由して視覚的な表示装置３７を制御し、この欠陥検出器５０は第２ のアナログ出力を有し、この信号からマイクロコンピュータ３２はエコーの到着 時間を決め、これにより３次元の視覚的か」二連したように作り出される。パル スジェネレータ３０は、マイクロコンピュータ３２の制御下で装置５ｏがらのト リガー信号を分配するために働くデバイス５３により制御される。戻りは個々の プリアンプリファイア３３によりアナログマルチプレクサ５４に送られこのアナ ログマルチプレクサ５４は装置５ｏに信号を送り、視覚的な表示を作り出し、そ してそれはマイクロコンピュータ３２により制御されている。

もし、３次元の視覚的な表示が必要でないならば、欠陥検出器５０からの第２の 出力５２は省略できる。

国際調査報告 ｍ５ｍ５＋積ｍ　Ａ＊ｅｌ＜ｍａｎ　１１１１　ＰＣＴ／ＧＢ　Ｉｉ１７１００ ４８５ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　工ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＳＥλＲＣＨＲＥ？ ＯＲＴ　ＯＮ＋―一時一・・―＋＋轡働−−―＋＋＋−・―−―−−−−・・・ ｅ＋＋＋吻−鳴一時一暢一一

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．音響波パルス信号を焦点合せした線を物体内に送り込むステップと、交点に てトランスミッタの線状焦点と交わる線状焦点を有する、線状に焦点を合わすレ シーバを使って、送り込まれた信号により物体内で出くわした、いずれかのター ゲットからの戻りを検出するステップと、上記交点に物体内の面をスキャンさせ るようにトランスミッタとレシーバを制御するステップと、レシーバにより受信 された信号から像を作り出すステップとからなることを特徴とする超音波撮像方 法。
2. ２．出くわしたいずれかのターゲットの面を上記交点にスキャンさせるトランス ミッタとレシーバの制御が、トランスミッタとレシーバのうちのいずれか一方の 線状焦点が最初は静止状態で保たれ、他方のレシーバ或いはトランスミッタの線 状焦点がそれに沿ってスキャンされ、交点の連なりを作り出し、引き続いて作り 出される像の線を与え、そして最初に静止させた線を予め決められた量だけ進め て新しい位置に移し、上記他方の線状焦点のスキャニングを繰り返して交点の第 ２の連なりを作り出し、引き続いて作り出される像の第２の線を与え、上記手順 を交点の完成したマトリックスが形成されるまで繰り返すことを特徴とする請求 の範囲第１項に記載の超音波撮像方法。
3. ３．上記最初に静止させる線状焦点が、正射影の像を作り出すためにトランスミ ッタの軸に垂直な平面内で進められることを特徴とする請求の範囲第２項に記載 の超音波撮像方法。
4. ４．上記最初に静止させた線状焦点が、線状焦点を作り出すレシーバ或はトラン スミッタの焦点距離を変えるとともに、トランスミッタとレシーバの無点距離を 変えることによりトランスミッタの軸に平行な平面で進められることを特徴とす る請求の範囲第２項又は第３項のいずれかに記載の超音波撮像方法。
5. ５．いずれかの面のスキャニングの後、上記最初に静止させた線状焦点が、スキ ャンした面に平行な新たな平面内に移され、スキャニングが繰り返され、これに よってある容積部分がスキャンされ、疑似３次元像が作り出されることを特徴と する請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載の超音波撮像方法。
6. ６．物体内のいずれかのターゲットを発見するために物体内の全容積部分がトラ ンスミッタとレシーバの粗い解像度でスキャンされる第１の探査段階と、トラン スミッタとレシーバが第１の探査段階で発見されたターゲット上に焦点合せされ る第２の焦点合せ段階と、ターゲットが撮像される続く第３段階とを含むことを 特徴とする請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載の超音波撮像方法。
7. ７．第１の探査段階が、平行で、かつ焦点合せしていない状態のトランスミッタ とレシーバを操作して、物体上の特定の表面エリアによって定められる物体内の コラムを検査し、出くわしたいずれかのターゲットを表示し、この検査を必要と される物体上の特定の表面エリアについて繰り返すことにより実施されることを 特徴とする請求の範囲第６項に記載の超音波撮像方法。
8. ８．第１の探査段階が第３段階と同じように、しかしトランスミッタとレシーバ の焦点合せの程度は下げ、これにより相対的に大きな間隔でスキャニングを行う ようにしたことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の超音波撮像方法。
9. ９．第１の探査段階が物体全体の２つの直交する投影により実施されることを特 徴とする請求の範囲第７項に記載の超音波撮像方法。
10. １０．添付図面により記載されたのと実質的に同様な超音波撮像方法。
11. １１．線状に焦点合せする音響波パルストランスミッタと、交点にてトランスミ ッタの線状焦点と交差した線状焦点を有するように配置された線状に焦点合せす る音響波パルスレシーバと、上記交点に撮像されるべき面をスキャンさせるよう にトランスミッタとレシーバを制御する制御手段と、像を作り出すためにレシー バにより制御される表示手段とからなることを特徴とする超音波撮像装置。
12. １２．トランスミッタとレシーバの各々が複数の平行なエレメントからなってい ることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の超音波撮像装置。
13. １３．トランスミッタとレシーバが電気的に焦点合せさせられることを特徴とす る請求の範囲第１１項又は第１２項のいずれかに記載の超音波撮像装置。
14. １４．トランスミッタとレシーバが音響レンズによって焦点合せさせられること を特徴とする請求の範囲第１１項又は第１２項のいずれかに記載の超音波撮像装 置。
15. １５．トランスミッタとレシーバが単一構造のものとして形成されていることを 特徴とする請求の範囲第１１項から第１４項のいずれかに記載の超音波撮像装置 。
16. １６．トランスミッタとレシーバ又はトランスミッタとレシーバを形成する単一 構造体が減衰材からなる層を有していることを特徴とする請求の範囲第１１項か ら第１５項のいずれかに記載の超音波撮像装置。
17. １７．減衰材が歯科用アマルガム、又は合金材を含む或は含まない、そしてタン グステンの粉を加える或は加えないインジウムであることを特徴とする請求の範 囲第１６項に記載の超音波撮像装置。
18. １８．トランスミッタのエリアと異なったエリアのスキャニングが得られること を可能とする音響レンズを備えたことを特徴とする請求の範囲第１１項から第１ ７項のいずれかに記載の超音波撮像装置。
19. １９．歯科用アマルガム、又は合金材を含む或は含まない、そしてタングステン の粉を加える或は加えないインジウムから形成された減衰材料からなる層を備え たトランスデューサ。
20. ２０．第１図，第２図，第３図，第４図，第１０図，第１１図に記載されたもの と実質的に同一の超音波撮影装置。