JP2009268622A - 超音波測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超音波測定装置は第1及び第2の超音波プローブを有する。情報取得部が、測定対象物に加わる力もしくは測定対象物の変形量の時間変化が増加期間であるか減少期間であるかに関する情報を取得する。第1の超音波プローブは、2つのプローブの超音波送信領域の重複箇所に位置する測定対象物によって反射された超音波を受信して、第1の受信データを生成する。第2の超音波プローブは、同様に第2の受信データを生成する。演算処理部は、第1の受信データの内、増加期間あるいは減少期間のいずれか一方の期間におけるデータを用いて、測定対象物の第1の方向に関する第1の変位関連情報を演算し、第2の受信データの内、第1の変位関連情報を演算するために用いた期間と同じ期間におけるデータを用いて、測定対象物の第2の方向に関する第2の変位関連情報を演算する。
【選択図】図1
Description
第1の超音波プローブと第2の超音波プローブを少なくとも含む複数の超音波プローブと、
測定対象物に加わる力もしくは測定対象物の変形量の時間変化が増加傾向を示す増加期間であるか、または前記時間変化が減少傾向を示す減少期間であるかに関する情報を取得する情報取得部と、
前記第1及び第2の超音波プローブに、超音波を送信するための信号を入力する送信回路と、
前記第1及び第2の超音波プローブが超音波を受信することにより生成する信号を受信する受信回路と、
演算処理部と、
出力部と、
前記送信回路と前記受信回路と前記演算処理部と前記出力部とを制御するシステム制御部と、を備え、
前記第1の超音波プローブは、該第1の超音波プローブの超音波送信領域と前記第2の超音波プローブの超音波送信領域との重複箇所に位置する前記測定対象物によって反射された超音波を受信して、第1の受信データを生成し、
前記第2の超音波プローブは、前記重複箇所に位置する前記測定対象物によって反射された超音波を受信して、第2の受信データを生成し、
前記演算処理部は、
前記第1の受信データの内、前記増加期間あるいは前記減少期間のいずれか一方の期間におけるデータを用いて、前記測定対象物の第1の方向に関する第1の変位関連情報を演算し、且つ
前記第2の受信データの内、前記第1の変位関連情報を演算するために用いた期間と同じ期間におけるデータを用いて、前記測定対象物の第2の方向に関する第2の変位関連情報を演算し、
前記出力部は、前記第1及び第2の変位関連情報を用いて前記測定対象物の情報を出力する超音波測定装置である。
象物1089の第2の方向に関する第2の変位関連情報を演算する。たとえば、演算処理部1050は、図2のt0からt1の増加期間において得られた受信データを用いて第1の変位関連情報を演算したら、第2の変位関連情報もt0からt1の増加期間において得られた受信データから演算するのである。具体的には、時刻t0からt1の範囲内の互いに異なる時刻に受信した受信データから変位を求めることができる。そして、必要に応じて、変位から歪みを求めたり、当該測定対象物に加わる力が分かれば弾性係数を求めることもできる。ここで、第1の方向は、第1の超音波プローブ1010から発信される超音波の進行方向であり、典型的には音線方向1011に一致する。また、第2の方向は、第2超音波プローブ1020から発信される超音波の進行方向であり、典型的には音線方向1021に一致する。なお、前記第1及び第2の変位関連情報は互いに共通する傾向を示す期間内同士で求めることができる。つまり、「第1の変位関連情報を演算するために用いた期間と同じ期間におけるデータ」には、前記第1の変位関連情報を時刻t0からt1の範囲で求めて、前記第2の変位関連情報を時刻t0からt1に含まれる期間の一部のデータを用いて取得する場合をも含む。また、増加期間と減少期間との境界に位置する時刻は、両方の期間に含まれるものとする。
しか行わない。iii)増加期間においてしか、第1及び第2の超音波プローブによる超音波信号の送信及び受信を行わない。なお、減少期間の受信データのみを用いる場合についても、同様に考えることができる。勿論、本発明は、これらi)、ii)、iii)に記載した超音波信号の送受制御に限定されるものではない。
本発明においては、2以上の複数の超音波プローブを備えていれば良く、使用する周波数帯域としては、例えば1MHzから15MHzである。
で、フレームレートの高い画像情報を取得することができる。具体的なフローを図11に示す。まず、第1の及び第2の超音波プローブの相対位置と向きに関する情報を取得する(S1)。そして、第1及び第2の超音波プローブの送信領域を入力し(S2)、互いの超音波送信領域が重複しているか否かを判断する(S3)。重複している場合には(S3;YES)、2本のプローブを送信タイミングをずらして用いる(S4)。一方、重複していない場合には(S3;NO)、2本のプローブの一方を用いて送受信する(S5)。各プローブによる超音波の送信タイミングは、システム制御部1070によって制御可能である。
情報取得部1040は、圧力センサ、速度センサ、加速度センサ、あるいは位置センサで構成可能である。たとえばプローブ(あるいは圧迫手段)に圧力センサを設けることで、プローブ等が人体1099を押圧する力を検知することができるため、測定対象物1089に加わる力の時間変化を間接的に検知可能となる。同様に、プローブ等に速度センサ、加速度センサ、位置センサなどを設けることで、プローブ等の変位を検知でき、測定対象物1089の変形量の時間変化を間接的に検知することができる。
測定対象物1089に対して力を加える為の圧迫手段を、第1及び第2の超音波プローブ1010、1020とは別に設けることができる。勿論、圧迫手段として、第1及び第
2の超音波プローブ1010、1020の一方あるいは両方を利用することもできる。
以下、実施例1では試料(測定対象物)を圧迫することによって試料の弾性特性を計測する方法について説明する。
算する。さらに圧力センサ16によって測定された圧力を圧迫データ処理部17によって解析することによって、加えられた圧力が増加傾向にあるか減少傾向にあるかを判別している。
S1(t)=A1(t)exp〔−j(ω0t+Φ1(t))〕 …(1)
S2(t)=S1(t−Δt)=A1(t−Δt)exp〔−j(ω0・(t−Δt)
+Φ1(t−Δt))〕 …(2)
Δt=2・Δx/c …(3)
θ1(t)=Φ1(t)
=tan−1(Q1(t)/I1(t)) …(4)
θ2(t)=Φ1(t−Δt)+ω0Δt
=tan−1(Q2(t)/I2(t)) …(5)
Δθ=θ2(t)−θ1(t)
=Φ1(t−Δt)−Φ1(t)+ω0Δt
=tan−1(Q1(t)/I1(t))
−tan−1(Q2(t)/I2(t)) …(6)
Δx=(c/2ω0)Δθ
=(c/2ω0){tan−1(Q1(t)/I1(t))−tan−1(Q2(t)/I2(t))} …(7)
T=C:S …(9)
を導出することが可能となる。
実施例2においては実施例1と異なる方法にて試料の歪を計測する方法を説明する。実施例1では試料を圧迫することによって試料の歪計測を行ったが、試料が自ら動く場合には測定点の移動を伴うため圧迫動作を行うことなく歪計測を行うことができる。たとえば、心臓や心臓周辺の部位は、心筋運動によって周期的に変形しているため、外部からの圧迫動作は不要である。このような場合、図3において超音波プローブ1a,1b,1cを動かすことなく歪計測を行う。また計測方法及び演算も実施例1と全く同じ方式であり、同様の効果を得ることが出来る。
実施例3においては実施例1と異なる圧迫手段を用いて弾性係数分布計測を行った例について説明する。図7に本実施例を用いた試料周辺の図を示す。実施例1と同様に超音波プローブ1a,1b,1c、位置センサ5a,5b,5c及び試料2が配置されているが、本実施例においてはプローブ以外に圧迫手段14が配置されている。超音波装置の全体システムは実施例1(図3)と同様である。測定時は、圧迫手段14で試料を圧迫し、圧迫前及び圧迫後の超音波信号を超音波プローブ1a,1b,1cによって取得する。また、各超音波プローブ1a,1b,1c及び圧迫手段14は対称性を持つことが最も測定精度が高くなる。よって、図8の上面図に示す如く、超音波プローブ1a,1b,1cを圧
迫手段14を対称軸とする3回対称性を持つ配置とするのがよい。本実施例によっても実施例1と同様の歪量及び弾性量を取得することが可能となる。
2、2a 試料
3a、3b、3c 超音波プローブ面
4、4a 超音波プローブの作る視野と測定点
5a、5b、5c 位置センサ
6 送信回路系
7 受信回路系
8 プローブ位置処理系
9 断層信号処理系
10 変位信号処理系
11 画像処理系
12 画像表示装置
13 システム制御部
14 圧迫手段
15a、15b 超音波信号
16 圧力センサ
17 圧迫データ処理部
Claims (14)
- 超音波測定装置であって、
第1の超音波プローブと第2の超音波プローブを少なくとも含む複数の超音波プローブと、
測定対象物に加わる力もしくは測定対象物の変形量の時間変化が、増加傾向を示す増加期間であるか、または前記時間変化が減少傾向を示す減少期間であるかに関する情報を取得する情報取得部と、
前記第1及び第2の超音波プローブに、超音波を送信するための信号を入力する送信回路と、
前記第1及び第2の超音波プローブが超音波を受信することにより生成する信号を受信する受信回路と、
演算処理部と、
出力部と、
前記送信回路と前記受信回路と前記演算処理部と前記出力部とを制御するシステム制御部と、を備え、
前記第1の超音波プローブは、該第1の超音波プローブの超音波送信領域と前記第2の超音波プローブの超音波送信領域との重複箇所に位置する前記測定対象物によって反射された超音波を受信して、第1の受信データを生成し、
前記第2の超音波プローブは、前記重複箇所に位置する前記測定対象物によって反射された超音波を受信して、第2の受信データを生成し、
前記演算処理部は、
前記第1の受信データの内、前記増加期間あるいは前記減少期間のいずれか一方の期間におけるデータを用いて、前記測定対象物の第1の方向に関する第1の変位関連情報を演算し、且つ
前記第2の受信データの内、前記第1の変位関連情報を演算するために用いた期間と同じ期間におけるデータを用いて、前記測定対象物の第2の方向に関する第2の変位関連情報を演算し、
前記出力部は、前記第1及び第2の変位関連情報を用いて前記測定対象物の情報を出力することを特徴とする超音波測定装置。 - 前記情報取得部は、圧力センサ、速度センサ、加速度センサ、あるいは位置センサによって、前記測定対象物に加わる力もしくは前記測定対象物の変形量の時間変化を検知することを特徴とする請求項1に記載の超音波測定装置。
- 前記情報取得部は、前記第1の受信データあるいは前記第2の受信データから、前記測定対象物の変形量の時間変化を算出することを特徴とする請求項1に記載の超音波測定装置。
- 前記測定対象物に対して力を加える圧迫手段を有する請求項1から3のいずれか1項に記載の超音波測定装置。
- 前記圧迫手段は、前記第1及び第2の超音波プローブの間、若しくは前記複数の超音波プローブの形成する多角形の内側に位置することを特徴とする請求項4に記載の超音波測定装置。
- 前記複数の超音波プローブは治具により相対的に固定されており、且つ前記圧迫手段は前記第1及び第2の超音波プローブの中間、または前記多角形の中心若しくは重心に位置することを特徴とする請求項5に記載の超音波測定装置。
- 前記変位関連情報とは、前記測定対象物の変位、歪みあるいは弾性係数に関する情報のことである請求項1から6のいずれか1項に記載の超音波測定装置。
- 前記第1の超音波プローブの超音波送信領域と前記第2の超音波プローブの超音波送信領域とが前記重複箇所を有しているか否かの情報を出力する手段を有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の超音波測定装置。
- 前記第1の超音波プローブの超音波の音線と前記第2の超音波プローブの超音波の音線とが、互いに交差しているか否かの情報を出力する手段を有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の超音波測定装置。
- 前記システム制御部は、前記第1及び第2の超音波プローブが交互に超音波を送受信するように、前記送信回路及び前記受信回路を制御することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の超音波測定装置。
- 前記システム制御部は、前記第1及び第2の超音波プローブが互いに異なる周波数の超音波を送受信するように、前記送信回路及び前記受信回路を制御することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の超音波測定装置。
- 前記演算処理部は、前記第1の方向と前記第2の方向の相対関係に基づいて、前記第1及び第2の変位関連情報から多次元の変位関連情報を生成し、前記出力部に出力することを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の超音波測定装置。
- 前記第1及び第2の超音波プローブの相対的な位置と向きに関する情報を取得するセンサを備え、
前記演算処理部は、該センサから取得される情報を用いて、前記第1の方向と前記第2の方向との相対関係を取得することを特徴とする請求項12に記載の超音波測定装置。 - 前記演算処理部は、前記第1及び第2の方向から構成される座標系から直交座標系へと、前記第1及び第2の変位関連情報を座標変換することにより、前記多次元の変位関連情報を生成することを特徴とする請求項12または13に記載の超音波測定装置。
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