JPH0510620B2 - - Google Patents
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- JPH0510620B2 JPH0510620B2 JP59038854A JP3885484A JPH0510620B2 JP H0510620 B2 JPH0510620 B2 JP H0510620B2 JP 59038854 A JP59038854 A JP 59038854A JP 3885484 A JP3885484 A JP 3885484A JP H0510620 B2 JPH0510620 B2 JP H0510620B2
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-
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、金属中における超音波反射体を表示
するのに好適とされたアレイセンサによる超音波
送受信方法に係り、特に不感帯を生じせしめるこ
となく、しかも遅延回路不要にして鮮明な画像表
示が可能とされたアレイセンサによる超音波送受
信方法に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an ultrasonic transmission/reception method using an array sensor that is suitable for displaying ultrasonic reflectors in metal, and particularly relates to an ultrasonic transmission/reception method using an array sensor that does not create a dead zone. Moreover, the present invention relates to an ultrasonic transmission/reception method using an array sensor, which enables clear image display without the need for a delay circuit.
これまでのアレイセンサの電子走査方法として
は各センサへ発信信号を遅延回路を介し印加する
ことによつて超音波を発信させる一方、超音波の
受信にあたつては各センサからの受信信号を遅延
回路を介し加算することが知られている。遅延回
路の遅延時間を各センサ単位に変えることで、各
センサから発信された超音波が干渉し、この結果
斜角超音波ビームや集束超音波ビームが実現され
得るものである。遅延時間を制御する場合は、超
音波ビームの進行方向および超音波の焦点距離を
変え得、焦点位置可変として焦点位置を走査し得
るわけである。このようにして被検体内部を走査
する場合は、固定焦点の凹面探触子を機械的に走
査して反射体を映像化する場合に比し10倍以上走
査時間が短縮され得ることから、そのような走査
方法は動いている反射体、たとえば内臓などの映
像化を目的とした医療機器の分野で採り入れられ
急速に発展しているのが実状であり、この他金属
中の欠陥検出にも応用が進んでいる。
Conventional electronic scanning methods for array sensors have been to transmit ultrasonic waves by applying transmission signals to each sensor via a delay circuit, while receiving ultrasonic waves by applying received signals from each sensor. It is known to perform addition via a delay circuit. By changing the delay time of the delay circuit for each sensor, the ultrasonic waves emitted from each sensor interfere with each other, and as a result, an oblique ultrasonic beam or a focused ultrasonic beam can be realized. When controlling the delay time, the traveling direction of the ultrasonic beam and the focal length of the ultrasonic wave can be changed, and the focal position can be scanned by changing the focal position. When scanning the inside of a subject in this way, the scanning time can be reduced by more than 10 times compared to when imaging a reflector by mechanically scanning a concave probe with a fixed focus. The reality is that such scanning methods have been adopted and are rapidly developing in the field of medical equipment for imaging moving reflectors, such as internal organs, and are also being applied to detect defects in metals. is progressing.
ここで、遅延回路を有してなるアレイセンサに
よる走査方法を第１図により説明すれば、アレイ
センサ１自体はセンサAi（ｉ＝１〜ｍ）が等間隔
ｄに配列されたものとしてなり、被検体２を走査
する場合にはアレイセンサ１は被検体２表面に設
置されるものとなつている。ここで座標軸を図示
の如くにとり、各センサAi，…Ai，…Anの座標
（ｘ，ｚ）をそれぞれ（x0，０），…，（x0＋（ｉ−
１）ｄ，０），…，（x0＋（ｍ−１）ｄ，０）とす
れば、センサAiからの超音波が全て位置Ｆに同時
に到達するように超音波を発信すれば、位置Ｆで
超音波が集束することになることは明らかであ
る。いま、位置Ｆの座標を例えば（x0，z0）とす
れば、センサAiから超音波を発信した時刻は超音
波が点Ｆに到達した時刻より時間tiだけ前になり
時間tiは次式によつて与えられることになる。 Here, to explain the scanning method using an array sensor having a delay circuit with reference to FIG. 1, the array sensor 1 itself consists of sensors A i (i=1 to m) arranged at equal intervals d. When scanning the subject 2, the array sensor 1 is installed on the surface of the subject 2. Here, the coordinate axes are taken as shown, and the coordinates (x, z) of each sensor A i , ... A i , ... A n are (x 0 , 0), ..., (x 0 + (i-
1) If d, 0), ..., (x 0 + (m-1) d, 0), then if the ultrasonic waves from sensor A i all arrive at position F at the same time, then It is clear that at position F the ultrasound waves will be focused. Now, if the coordinates of position F are (x 0 , z 0 ), then the time when the ultrasonic wave is transmitted from sensor A i is a time t i before the time when the ultrasonic wave reaches point F, and the time t i is given by the following equation.
ti＝li／ｖ
＝√〔0−｛0＋（−１）｝2＋（０−
z0）2／ｖ
＝√（−１）2 2＋2 0／ｖ ……(1)
但し、ｖは被検体中での音速である。 t i =l i /v =√ [ 0 −{ 0 + (−1)} 2 + (0−
z 0 ) 2 /v =√(-1) 2 2 + 2 0 /v (1) where v is the speed of sound in the subject.
ｉの値によつて時間tiも変化することは明らか
であるが、第２図はその変化の様子を示したもの
である。使用されるセンサの数をｍとすれば時間
tnが最大値をとることになるものである。したが
つて、ｍ個の各センサから発信された超音波が全
て同時に点Ｆに到達するためには、ｍ番目のセン
サAnから超音波が発信された時点よりｉ番目の
センサAiからはτi＝tn−ti後に超音波を発信させ
なければならない。即ち、遅延時間τiは次のよう
に与えられる。 It is clear that the time t i changes depending on the value of i, and FIG. 2 shows how this changes. If the number of sensors used is m, then the time
This is the one for which t n takes the maximum value. Therefore, in order for all the ultrasonic waves emitted from m sensors to reach point F at the same time, from the time when the ultrasonic waves are emitted from m-th sensor A n , from the i-th sensor A i Ultrasonic waves must be transmitted after τ i =t n −t i . That is, the delay time τ i is given as follows.
τi＝tn−ti＝｛√（−１）2 2＋2 0−√（−１
）
2d2＋z2 0｝／ｖ
＝｛√（−１）2 2＋2 0−√（−１）2 2＋
z2 0｝／ｖ ……(2)
このように遅延時間を制御して超音波を集束さ
せる場合には、使用されるセンサのうち何れのセ
ンサから最も早く超音波を発信させなくてはなら
ないかを決定する必要があり、また式(2)よりその
他のセンサから超音波を発信させる遅延時間を求
めるのが複雑になる。もちろん、アレイセンサで
は、集束位置Ｆをｘ方向，ｚ方向にも移動させる
ため、各センサの遅延時間および、それらの遅延
時間の組合せが膨大になり、また、遅延時間を生
みだす遅延回路は少なくともセンサ数だけは必要
になる。ちなみに遅延回路の価格は１個当り30万
円程度であり、アレイセンサのセンサ数を多くで
きない一つの理由ともなつている。τ i =t n −t i ={√(−1) 2 2 + 2 0 −√(−1
)
2 d 2 +z 2 0 }/v = {√(-1) 2 2 + 2 0 −√(-1) 2 2 +
z 2 0 }/v ......(2) When controlling the delay time and focusing the ultrasound in this way, which of the sensors used must emit the ultrasound earliest? In addition, it becomes complicated to determine the delay time for transmitting ultrasonic waves from other sensors from equation (2). Of course, in the array sensor, since the focusing position F is moved in the x direction and the z direction, the delay time of each sensor and the combination of these delay times become enormous, and the delay circuit that generates the delay time is at least Only the numbers are needed. By the way, the cost of a delay circuit is about 300,000 yen per piece, which is one of the reasons why it is not possible to increase the number of sensors in an array sensor.
ところで、金属の探傷にアレイセンサを適用す
る場合の問題点として次の２点が挙げられる。 By the way, there are the following two problems when applying an array sensor to metal flaw detection.
(i) 不感帯の存在
金属中を伝播する超音波の速度は、人体中を伝
播する速度の約４倍である。すなわち、金属中の
波長は人体中での超音波波長の４倍になる。この
結果センサから近い位置では、各センサから発信
された超音波が干渉しきれず集束ビームを形成し
得ないというわけである。この限界距離は超音波
の波長に比例する。したがつて集束ビームを形成
し得ない領域は、金属探傷では人体の映像化に比
し４倍以上広がることになる。このため、アレイ
センサが設置される試料表面近傍に欠陥が存在す
る場合には、その欠陥は映像化され得ないという
わけである。(i) Existence of dead zone The speed of ultrasonic waves propagating through metal is approximately four times the speed of propagating through the human body. That is, the wavelength in metal is four times the ultrasonic wavelength in the human body. As a result, at a position close to the sensor, the ultrasonic waves emitted from each sensor cannot fully interfere with each other and cannot form a focused beam. This critical distance is proportional to the wavelength of the ultrasound. Therefore, the area where a focused beam cannot be formed is more than four times larger in metal flaw detection than in human body imaging. Therefore, if a defect exists near the sample surface where the array sensor is installed, the defect cannot be visualized.
(ii) 遅延回路の制御
金属中での音速は人体中でのそれの約４倍であ
らることは既に述べたところであるが、医療用ア
レイセンサで所定の位置に焦点を結ばせる遅延時
間に比し金属中で同じ位置に焦点を形成させる遅
延時間の値は1/4になる。すなわち金属探傷では、
遅延時間を４倍高い精度で制御することが必要で
ある。(ii) Control of delay circuit As already mentioned, the speed of sound in metal is about four times that in the human body, but the delay time required to focus a medical array sensor on a predetermined position is In comparison, the value of the delay time to form a focus at the same position in the metal is 1/4. In other words, in metal flaw detection,
It is necessary to control the delay time with four times more precision.
また、遅延回路はセンサの数と同じ数だけ必要
であり、さらに遅延回路各々は全センサにスイツ
チを介し選択的に連結可とされるべく、最低でも
センサ数の二乗分の結線が必要となつている。セ
ンサ自体が小型でも結線は膨大であり、また、遅
延回路の実装に際して制御部の小型化は困難なも
のとなつている。遅延回路としては通常コイルを
使用するが、製作上高度の技術が必要であること
から、コストが高くなること（約30万円／個）も
大きな問題となつている。 In addition, the same number of delay circuits as the number of sensors is required, and each delay circuit must be connected to all sensors selectively via a switch, so at least as many connections as the square of the number of sensors are required. ing. Even if the sensor itself is small, the number of connections is enormous, and it is difficult to miniaturize the control section when implementing a delay circuit. Coils are usually used as delay circuits, but because they require sophisticated manufacturing techniques, the high cost (approximately 300,000 yen/piece) is a major problem.
よつて本発明の目的は、被検体が金属であつて
も不感帯を生じせしめることなく、しかも遅延回
路不要にして鮮明な画像が表示され得るアレイセ
ンサによる超音波送受信方法を供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic transmission/reception method using an array sensor that can display a clear image without producing a dead zone and without the need for a delay circuit even if the object to be examined is metal.
この目的のため本発明は、ｎの値が順次更新さ
れるものとしてｎ個間隔毎に作動状態におかれた
センサから超音波を同時に被検体に向けて発信す
る一方、ｎの値が更新される毎に少なくともそれ
らセンサからの反射超音波受信信号を遅延させる
ことなく加算したうえ加算結果の波高値を記録す
ることによつて空間的なセンサ選択の周期に依存
したスペクトルを作成するようにし、作成された
スペクトルをフーリエ変換することによつて超音
波反射体の位置およびその形状を求め表示するよ
うにしたものである。
For this purpose, the present invention simultaneously transmits ultrasonic waves toward the subject from sensors placed in an active state at every n intervals, assuming that the value of n is updated sequentially. each time, at least the reflected ultrasonic reception signals from those sensors are added without delay, and the peak value of the addition result is recorded, thereby creating a spectrum that depends on the spatial sensor selection period; By Fourier transforming the created spectrum, the position and shape of the ultrasonic reflector are determined and displayed.
以下、本発明を説明する。 The present invention will be explained below.
先ず本発明の理論的背景について第３図から第
８図により説明する。第３図に示す如く被検体２
中に点状反射体Ｐが存在し、その反射体Ｐから各
センサAiに反射波が入射する場合を想定すれば、
点Ｐの座標を（xp，zp）、センサAiのｚ軸座標を
０として点Ｐから伝播される反射波でセンサAiで
受信される波φiは以下のように表わされる。 First, the theoretical background of the present invention will be explained with reference to FIGS. 3 to 8. Subject 2 as shown in Figure 3
Assuming that there is a point-like reflector P inside, and a reflected wave is incident on each sensor A i from the reflector P,
Assuming that the coordinates of point P are (x p , z p ) and the z-axis coordinate of sensor A i is 0, the wave φ i that is a reflected wave propagated from point P and received by sensor A i is expressed as follows.
φi＝（ｃ／li）・exp｛jωt−jkli｝ ……(3)
但し、ｊは複素記号（√−１）を、ωは超音波
の角速度を、ｋは超音波の波数を、ｃは定数をそ
れぞれ示す。φ i = (c/l i )・exp{jωt−jkl i } ...(3) However, j is the complex symbol (√-1), ω is the angular velocity of the ultrasound, and k is the wave number of the ultrasound. , c represent constants, respectively.
第４図は式(3)に示す波φiの位相がセンサAiのｘ
座標によつて如何に変化するかを示したものであ
る。図に示すようにｘ座標xp，xqの位置では互い
に位相はπラジアンだけ異なつており、したがつ
てｘ座標xp，xqでの波は互いに反転した振動状態
にある。また、ｘ座標xp，xrでの位相は同じ値を
示している。即ち、ｘ座標xp，xrでの波の振動は
それぞれ同じ時間で同じ振動をする。しかして、
ｘ座標xp，xqでの振動を加算すると双方打ち消し
合つてしまう。これとは逆にｘ座標xp，xrの振動
を加算すると同位相なので振動の振幅は強め合つ
た振動になる。ここで、ｘ座標xpの振動を基準と
して任意のｘ座標ｘでの振動との加算を想定すれ
ば、先ずｘ座標xpでの振動φxpは式(3)より以下の
ようになる。 Figure 4 shows that the phase of wave φ i shown in equation (3) is x of sensor A i .
This shows how it changes depending on the coordinates. As shown in the figure, the phases at the x coordinates x p and x q differ from each other by π radians, and therefore the waves at the x coordinates x p and x q are in a mutually inverted vibration state. Further, the phases at the x coordinates x p and x r show the same value. That is, the waves at the x coordinates x p and x r vibrate in the same way at the same time. However,
When the vibrations at the x coordinates x p and x q are added, they both cancel each other out. On the contrary, when the vibrations at the x coordinates x p and x r are added, the amplitudes of the vibrations become stronger vibrations because they are in phase. Here, assuming that the vibration at the x coordinate x p is added to the vibration at an arbitrary x coordinate x as a reference, the vibration φ xp at the x coordinate x p will be as follows from equation (3).
φxp＝（ｃ／zp）・exp｛jωt−jkzp｝ ……(4)
同様にしてｘ座標ｘでの振動φxは以下のよう
に表わされる。φ xp = (c/z p )·exp{jωt−jkz p } (4) Similarly, the vibration φ x at the x coordinate x is expressed as follows.
φx＝ｃ／√（p−）2＋p 2・exp｛jωt−jk
√（p−）2＋p 2｝……(5)
ここで｜xp−ｘ｜≪zpであると仮定すれば、式
(5)は以下のように変形され得る。 φ x = c/√( p −) 2 + p 2・exp{jωt−jk
√( p −) 2 + p 2 }……(5) Here, assuming that |x p −x|≪z p , the formula
(5) can be transformed as follows.
φx≒〔ｃ／｛zp＋（xp−ｘ）2／2zp｝〕・exp〔
jωt−jk｛zp＋（xp−ｘ）2／2zp｝〕……(6)
第５図は式(4)，(5)の振動を加算した場合での振
動の振幅を示すが、図に示すようにｘ座標xpから
√2p離れたｘ座標位置の波を加算した場合に
振幅が高くなることが判る。但し、λは超音波の
波長である。したがつて、ｘ座標xp位置から√
2zpλの整数倍離れたｘ座標位置での波を全て加
算していけば、波の振幅が徐々に大きな値になる
ことは明らかである。 φ x ≒ [c/{z p + (x p −x) 2 /2z p }]・exp
jωt −jk {z p + ( x p − , as shown in the figure, it can be seen that the amplitude becomes higher when adding the waves at the x-coordinate position √2 p from the x-coordinate x p . However, λ is the wavelength of the ultrasonic wave. Therefore, from x coordinate x p position √
It is clear that if all waves at x-coordinate positions spaced apart by an integer multiple of 2z p λ are added up, the amplitude of the waves gradually increases.
このことを数式的に説明すると以下のようにな
る。 This can be explained mathematically as follows.
即ち、第６図に示す如く点Ｐを反射***置と
し、ｘ軸上にアレイセンサが位置すると想定する
場合、ｘ座標ｘでの受信波Ψxはｘ≪z0のとき、
次のように近似し得る。 That is, when assuming that point P is the reflector position and the array sensor is located on the x-axis as shown in FIG. 6, the received wave Ψ x at the x-coordinate x is when x≪z 0 .
It can be approximated as follows.
Ψx＝〔ｃ／（z0＋x2／2z0）〕・exp〔jωt−jk（z
0＋x2／2z0）｝……(7)
ここでｘ＝０での受信波をΨ0と表わすとすれ
ば式(7)は更に以下のように変形される。 Ψ x = [c/(z 0 +x 2 /2z 0 )]・exp[jωt−jk(z
0 +x 2 /2z 0 )}...(7) Here, if the received wave at x=0 is expressed as Ψ 0 , equation (7) can be further transformed as follows.
Ψx＝Ψ0（１−x2／2z0）・exp（−jkx2／2z0）…
…(8)
式(8)で与えられる振幅（実数部の値）を第７図
に示すが、このスペクトルは第５図で示すスペク
トルをxpだけ平行移動したスペクトルである。し
たがつて、反射体Ｐのｘ座標が如何なる位置でも
第５図，第７図で示すスペクトルの形状は保存さ
れ、最大振幅とその次に高い振幅との間隔は√
2zpλであることは明らかである。 Ψ x = Ψ 0 (1−x 2 /2z 0 )・exp(−jkx 2 /2z 0 )…
...(8) The amplitude (value of the real part) given by equation (8) is shown in FIG. 7, and this spectrum is obtained by translating the spectrum shown in FIG. 5 by x p . Therefore, no matter where the x-coordinate of the reflector P is, the shape of the spectrum shown in FIGS. 5 and 7 is preserved, and the interval between the maximum amplitude and the next highest amplitude is √
It is clear that 2z p λ.
次に、第７図で示すスペクトルの周波数分析を
行なうが、これは式(8)をフーリエ変換、即ち、以
下の式(9)によつてスペクトルを得るようにするも
のである。 Next, the frequency analysis of the spectrum shown in FIG. 7 is performed, which involves Fourier transforming equation (8), that is, obtaining the spectrum using equation (9) below.
式(9)の結果を図示すると第８図のようになる。
第８図に示す如くFxは幅の狭い正規分布を示す。
式(9)のFxは式(8)のΨxのフーリエ変換関数である
から、ΨxはFxのフーリエ変換関数でもある。Fx
は幅の狭い正規分布であるので、第６図に示す点
のｘ軸上の存在確率密度として考えることもでき
る。即ち、第７図で得られるスペクトルをフーリ
エ変換して反射体Ｐのｘ軸上位置を得る。ｚ軸位
置については、第７図の振幅極大値の間隔が√
2zpλであることから、これよりzpを得るもので
ある。このようにして反射***置（xp，zp）が正
確に求められるわけである。 The result of equation (9) is illustrated in FIG. 8.
As shown in FIG. 8, F x exhibits a narrow normal distribution.
Since F x in equation (9) is a Fourier transform function of Ψ x in equation (8), Ψ x is also a Fourier transform function of F x . F x
Since is a narrow normal distribution, it can also be considered as the existence probability density of the points shown in FIG. 6 on the x-axis. That is, the spectrum obtained in FIG. 7 is Fourier transformed to obtain the position of the reflector P on the x-axis. Regarding the z-axis position, the interval between maximum amplitude values in Figure 7 is √
Since 2z p λ, we can obtain z p from this. In this way, the reflector position (x p , z p ) can be accurately determined.
それでは、アレイセンサを用いた如何に走査す
れば第７図のようなスペクトルが得られるかを次
に説明する。 Next, we will explain how to scan using an array sensor to obtain the spectrum shown in FIG. 7.
第７図のスペクトルは式(8)のΨxを図示したも
のであり、また、ΨxはFxのフーリエ変換関数で
あることは既に述べた通りである。更に第７図と
第５図は同じスペクトルであることも既に述べた
ところである。結局第５図のスペクトルを得る方
法としては、複数あるセンサのうちから適当に複
数のセンサを選択したうえ選択されたセンサの受
信信号を加算した結果の振幅を測定すればよい。
この場合加算すべきセンサの間隔は等間隔にしな
くてはならない。これは、ΨxがFxのフーリエ変
換関数であるから、センサの間隔はｘ軸に対して
空間的な周波数に対応した値にするためである。
即ち、使用するセンサの間隔を１個，２個……，
ｉ個といつた具合にして、それらのセンサを選択
したうえ選択されたセンサの信号振幅を記録すれ
ば、そのスペクトルが第５あるいは第７図に示す
スペクトルとして得られるものである。 The spectrum in FIG. 7 illustrates Ψ x in equation (8), and as already stated, Ψ x is a Fourier transform function of F x . Furthermore, it has already been mentioned that FIG. 7 and FIG. 5 are the same spectra. In the end, the method of obtaining the spectrum shown in FIG. 5 is to select a plurality of sensors from among a plurality of sensors and then measure the amplitude of the result of adding up the received signals of the selected sensors.
In this case, the intervals between the sensors to be added must be equal. This is because Ψ x is a Fourier transform function of F x , so the sensor spacing is set to a value corresponding to the spatial frequency with respect to the x-axis.
In other words, the distance between the sensors used is 1, 2...,
By selecting i sensors and recording the signal amplitude of the selected sensor, the spectrum can be obtained as the spectrum shown in FIG. 5 or 7.
以上説明した如く本発明では、アレイセンサに
おける複数のセンサのうちから１個，２個，…ｉ
個毎のセンサを順次選択使用し、それら選択使用
に係るセンサ全ての受信信号を加算した信号の振
幅を記録することで空間的なセンサ選択の周期に
依存したスペクトルを作成し、そのスペクトルを
フーリエ変換することによつて反射***置を求め
たうえその像を表示することが可能となるもので
ある。このように本発明による場合は何等超音波
の送受信に遅延回路が要されることなく反射体の
像を表示可なわけである。 As explained above, in the present invention, one, two,...i
By sequentially selecting and using each sensor and recording the amplitude of the signal that is the sum of the received signals of all the sensors involved in the selected use, a spectrum that depends on the spatial sensor selection period is created, and the spectrum is converted into a Fourier By converting, it is possible to determine the position of the reflector and display its image. As described above, according to the present invention, an image of a reflector can be displayed without requiring any delay circuit for transmitting and receiving ultrasonic waves.
さて、本発明を第９図から第１６図により具体
的に説明すれば以下のようである。 Now, the present invention will be specifically explained below with reference to FIGS. 9 to 16.
先ず本発明に係る超音波送受信装置について説
明する。第９図はその装置の構成を概略的に示し
たものである。これによると複数のセンサよりな
るアレイセンサ１にはスイツチ群３を介しパルス
発振器５より高電圧パルスが直接的に印加可とな
つている。センサ対応のスイツチがオン状態にあ
る場合はそのスイツチ対応のセンサからは超音波
が被検体に向けて発射され、また、超音波反射体
からの反射超音波はそのセンサ，スイツチ、更に
はセンサ対応のアイソレータ４および前置増幅器
６を介し他のオン状態にあるセンサからの超音波
受信信号と加算器７で加算されるようになつてい
るものである。ところで、何れのスイツチがオン
状態におかれるかはスイツチ制御器１３からのス
イツチ制御データによつている。スイツチ制御器
１３はパルス発振器５からのパルス発振同期信号
をカウントすることによつてパルス発振回数をカ
ウントしており、パルス発振回数に応じスイツチ
を所定にオン状態におくようになつているもので
ある。スイツチ制御器１３はまた使用されるセン
サ間隔に応じ空間位相信号を発生するが、これは
加算器７の出力に乗じられるべく乗算器８に与え
られるようになつている。なお、アイソレータ４
ではパルス発振器５からの高電圧パルスはしや断
され、加算器７では超音波受信信号のみが加算さ
れる。 First, an ultrasonic transmitter/receiver according to the present invention will be explained. FIG. 9 schematically shows the configuration of the device. According to this, a high voltage pulse can be directly applied from a pulse oscillator 5 to an array sensor 1 consisting of a plurality of sensors via a switch group 3. When a switch compatible with a sensor is in the on state, ultrasonic waves are emitted from the sensor compatible with that switch towards the subject, and the reflected ultrasound from the ultrasonic reflector is transmitted to that sensor, the switch, and even the sensor compatible The adder 7 adds the ultrasonic reception signal from the other on-state sensor via the isolator 4 and preamplifier 6. By the way, which switch is turned on depends on the switch control data from the switch controller 13. The switch controller 13 counts the number of pulse oscillations by counting the pulse oscillation synchronization signal from the pulse oscillator 5, and turns on the switch at a predetermined value according to the number of pulse oscillations. be. Switch controller 13 also generates a spatial phase signal depending on the sensor spacing used, which is adapted to be applied to multiplier 8 to be multiplied by the output of adder 7. In addition, isolator 4
Then, the high voltage pulse from the pulse oscillator 5 is cut off, and the adder 7 adds only the ultrasonic reception signals.
さて、乗算器８では、加算器７からの加算超音
波受信信号とスイツチ制御器１３からの空間位相
信号Cωとが乗算されるが、この結果は振幅検出
器９に出力されるようになつている。この場合空
間位相信号Cωの値は使用されるセンサの間隔を
ｉ個として次式で与えられる。 Now, in the multiplier 8, the added ultrasonic reception signal from the adder 7 is multiplied by the spatial phase signal Cω from the switch controller 13, and this result is output to the amplitude detector 9. There is. In this case, the value of the spatial phase signal Cω is given by the following equation, where the distance between the used sensors is i.
Cω＝１／ｉ・exp（2πi／ｍ） ……(10)
振幅検出器９では乗算結果信号の振幅値が検出
され、記憶装置１０ではスイツチ制御データに対
応し、例えば2πi／ｍの値に比例した番地に検出
された振幅値を格納するようになつているもので
ある。フーリエ変換器１１では、スイツチ制御デ
ータにもとづきスイツチ間隔がｍ／２に到達した
時点で憶装置１０にあるスペクトルデータを読み
出したうえフーリエ変換するが、変換されたスペ
クトルは座標データとしてデイスプレイ１２に出
力されることによつて反射体の像が表示されるよ
うになつているものである。 Cω=1/i・exp(2πi/m) (10) The amplitude value of the multiplication result signal is detected in the amplitude detector 9, and the amplitude value of the multiplication result signal is detected in the storage device 10, for example, at the value of 2πi/m. The detected amplitude value is stored at a proportional address. In the Fourier transformer 11, based on the switch control data, when the switch interval reaches m/2, the spectrum data stored in the storage device 10 is read out and subjected to Fourier transformation, and the transformed spectrum is output to the display 12 as coordinate data. The image of the reflector is displayed by
ここで、スイツチ制御器１３によるスイツチ３
の制御について説明すれば、制御方法としては４
通りある。 Here, the switch 3 by the switch controller 13
To explain the control, there are 4 control methods.
There is a street.
先ずその１は超音波は全てのセンサより発生さ
れるようにするが、反射超音波の受信は１個，２
個，…，ｎ個おきのセンサによつて行なう方法で
ある。受信時にスイツチをオン状態とする組合せ
の例を第１０図に示す。図中、白丸はオン状態
を、黒丸はオフ状態を表わしている。 First, ultrasonic waves are generated by all sensors, but reflected ultrasonic waves are received by one sensor and two sensors.
This method uses every nth sensor. FIG. 10 shows an example of a combination in which the switch is turned on at the time of reception. In the figure, white circles represent on-states, and black circles represent off-states.
その２は第１１図に示す如くである。この場
合、発信回数がｉ（ｉ＋１）／２から
（ｉ＋１）（ｉ＋２）／２−１までの間では記憶装置１
０で同番地に記録してある値に新たに得た振幅値
を加算していくようにするものである。 Part 2 is as shown in FIG. In this case, when the number of transmissions is from i(i+1)/2 to (i+1)(i+2)/2-1, the newly obtained amplitude value is added to the value recorded at the same address in the storage device 10. It is something you should do as you go.
その３は第１２図に示すようである。この場合
にはセンサの数は２の整数倍とされ、発振回数ｌ
が（ｉ／２−１）ｉ／２＋１からｉ／２（ｉ／２＋
１）の範囲では式(10)の代わりに次式(11)が用いられ
るものとなつている。 Part 3 is as shown in FIG. In this case, the number of sensors is an integral multiple of 2, and the number of oscillations l
In the range from (i/2-1)i/2+1 to i/2(i/2+1), the following equation (11) is used instead of equation (10).
Cω＝exp（2πΔl／2i） ……(11)
但し、Δl＝ｌ−（ｉ／２−１）ｉ／２−１であ
り、この場合でも記憶装置１０では同番地に記憶
してある値には新たに得た振幅値が加算される。 Cω=exp(2πΔl/2i) ...(11) However, Δl=l-(i/2-1)i/2-1, and even in this case, the storage device 10 stores the value stored at the same address. is added with the newly obtained amplitude value.
その４は第１３図に示す如くである。この場合
はセンサ数ｍは２の整数乗とされ、発信回数が2i
−１から2i+1−２までの範囲では式(10)の代わりに
次式(12)が用いられる。 Part 4 is as shown in FIG. In this case, the number of sensors m is an integer power of 2, and the number of transmissions is 2 i
In the range from −1 to 2 i+1 −2, the following equation (12) is used instead of equation (10).
Cω＝exp（2πΔl／2i） ……(12)
但し、Δl＝ｌ−2i＋１であり、この場合にも同
様に記憶装置１０では同番地に記憶してある値に
新たな発信回数で得た振幅値が加算記録されるも
のとなつている。 Cω=exp(2πΔl/2i) ...(12) However, Δl=l−2 i +1, and in this case as well, the storage device 10 adds a new number of transmissions to the value stored at the same address. The amplitude values obtained are added and recorded.
以上第１０図から第１３図に挙げた方法におい
ては、全センサで超音波を発生させることなく超
音波を受信すべきセンサのみ超音波を発生させる
ようにすることも可能である。 In the methods described above in FIGS. 10 to 13, it is also possible to generate ultrasonic waves only in the sensor that should receive the ultrasonic waves, without causing all the sensors to generate ultrasonic waves.
次に発信回数がこれまでに述べたものよりも少
なくて済まされる方法について説明する。第１４
図はその方法に係る超音波送受信装置の構成を示
したものである。図示の如く第９図に示すものと
異なるところは、スイツチ群３の代わりに異なつ
た機能をもつスイツチ群３′が設けられ、また、
アイソレータ４′、前置増幅器６′、加算器７′お
よび減算器１４が新たに追加されていることであ
る。この場合アイソレータ４′はアイソレータ４
と同一機能を有しているが、スイツチ群３′はス
イツチ群３と異なり単なるオンオフ動作ではなく
アレイセンサ１とアイソレータ４，４′の何れか
との接続を切替えるためのものである。即ち、ス
イツチ制御器１３からのスイツチ制御データに従
つてあるスイツチはアレイセンサ１とアイソレー
タ４とを接続し、それ以外のスイツチはアレイセ
ンサ１とアイソレータ４′とを接続するものとな
つている。前置増幅器６，６′ではそれぞれアイ
ソレータ４，４′からの超音波受信信号が増幅さ
れるが、前置増幅器６，６′それぞれの出力は更
に加算器７，７′で加算されるようになつている。
減算器１４では加算器７の出力と加算器７′の出
力との間で減算が行なわれその結果は乗算器８に
与えられるようになつている。乗算器８以降の処
理内容は第９図の場合と同一である。したがつ
て、この方法による場合は、発振回数は例えば第
１２図に示す方法による場合に比し第１５図に示
す如くその1/2で済まされるものである。但し、
第１５図中、白丸はアレイセンサ１とアイソレー
タ４とのスイツチ接続状態を、三角印はアレイセ
ンサ１とアイソレータ４′とのスイツチ接続状態
をそれぞれ示す。なお、この方法による場合発信
回数ｌが（ｉ／２−１）４＋１からｉ／４（ｉ／
２＋１）の範囲では式(11)の代わりに次式(13)が用い
られる。 Next, a method for reducing the number of calls than those described above will be explained. 14th
The figure shows the configuration of an ultrasonic transmitter/receiver according to the method. As shown, the difference from the one shown in FIG. 9 is that a switch group 3' having a different function is provided instead of the switch group 3, and
An isolator 4', a preamplifier 6', an adder 7', and a subtracter 14 are newly added. In this case, isolator 4' is isolator 4
However, the switch group 3' differs from the switch group 3 in that it does not perform a simple on/off operation, but switches the connection between the array sensor 1 and either the isolator 4 or 4'. That is, according to switch control data from the switch controller 13, a certain switch connects the array sensor 1 and the isolator 4, and other switches connect the array sensor 1 and the isolator 4'. The preamplifiers 6 and 6' amplify the ultrasonic reception signals from the isolators 4 and 4', respectively, and the outputs of the preamplifiers 6 and 6' are further added together in adders 7 and 7'. It's summery.
The subtracter 14 performs subtraction between the output of the adder 7 and the output of the adder 7', and the result is applied to the multiplier 8. The processing contents after multiplier 8 are the same as in the case of FIG. Therefore, when using this method, the number of oscillations is reduced to 1/2, as shown in FIG. 15, compared to the method shown in FIG. 12, for example. however,
In FIG. 15, white circles indicate the switch connection state between the array sensor 1 and the isolator 4, and triangle marks indicate the switch connection state between the array sensor 1 and the isolator 4'. Note that when using this method, the number of calls l will vary from (i/2-1)4+1 to i/4(i/
2+1), the following equation (13) is used instead of equation (11).
Cω＝exp（πΔl／2i） ……(13)
但し、Δl＝ｌ−（ｉ／２−１）ｉ／４−１であ
る。Cω=exp(πΔl/2i)...(13) However, Δl=l-(i/2-1)i/4-1.
同様に第１３図に示す方法による場合に比し発
振回数はその場合での1/2で済まされることにな
る。 Similarly, compared to the method shown in FIG. 13, the number of oscillations is reduced to 1/2.
第１６図は第１４図に示す構成よりさらに詳細
な振幅を検出するための装置構成を示す。アレイ
センサ１、パルス発振器５、スイツチ制御器１
３、乗算器８、振幅検出器９、記憶装置１０、フ
ーリエ変換器１１およびデイスプレイ１２の構成
とその機能は第１４図に示すものと変わらない
が、受信信号をアイソレートする組合せを変えた
構成にしているのが特徴である。これによるとア
イソレータ４，４′，４″，４は、スイツチ３′，
３″，３，３′′′′を介してアレイセンサ１に対し
それぞれセンサ１個分ずつシフトして連結されて
いる。アイソレータ群の数はセンサ個数より少な
い数で、各アイソレータ群の結線のシフト量も２
個以上でも構わない。アイソレータ群の出力はそ
れぞれ前置増幅器群６，６′，６″，６で増幅さ
れ、それら増幅信号は加算器７，７′，７″，７
で加算されるようになつている。これらの加算信
号は乗算器８′，８″，８で重みをつけられたう
え加算器７′′′′で更に加算されるものとなつてい
る。乗算器８′，８″，８での重みは、スイツチ
３′の結線に対するそれぞれのスイツチが結線し
ているセンサのシフト分に相当する量であり、シ
フト分をｎ、スイツチ３′で使用されるセンサの
間隔をｉとすると、重みWaは以下のようにな
る。 FIG. 16 shows a more detailed apparatus configuration for detecting amplitude than the configuration shown in FIG. 14. Array sensor 1, pulse oscillator 5, switch controller 1
3. The configuration and functions of the multiplier 8, amplitude detector 9, storage device 10, Fourier transformer 11, and display 12 are the same as those shown in FIG. 14, but the combination of isolating the received signals is changed. It is characterized by the fact that According to this, isolators 4, 4', 4'', 4 are connected to switches 3',
3'', 3, 3''''' are connected to the array sensor 1 with a shift of one sensor each.The number of isolator groups is less than the number of sensors, and the connection of each isolator group is The shift amount is also 2
It doesn't matter if it's more than one. The outputs of the isolator groups are amplified by preamplifier groups 6, 6', 6'', 6, respectively, and the amplified signals are sent to adders 7, 7', 7'', 7.
It is now added as follows. These added signals are weighted by multipliers 8', 8'', 8 and further added by adder 7''. The weight is an amount corresponding to the shift of the sensor connected to each switch with respect to the connection of the switch 3'.If the shift is n and the interval between the sensors used in the switch 3' is i, then the weight Wa becomes as follows.
Wa＝cos（2πn／ｉ） ……(14)
シフト分ｎ、センサ間隔ｉはスイツチ制御器１
３から重み変換器２０に送信され、変換器２０は
式(14)にもとづき重みが算出されたうえそれぞれ乗
算器８′，８″，８に出力されるようになつてい
る。加算器７′′′′で重み付けの加算を行つた後の
信号処理は第１４図の場合と同じである。この構
成では、反射波の受信に関しアイソレータ群で、
１回の発信で並列に受信信号処理を行なうため、
その分発信回数を少なくできること、重み付けし
た信号の加算により加算信号の振幅が精度よく検
出できることになる。 Wa=cos(2πn/i)...(14) Shift amount n and sensor interval i are switch controller 1
3 to a weight converter 20, the converter 20 calculates a weight based on equation (14), and outputs the weight to multipliers 8', 8'', and 8, respectively.Adder 7' The signal processing after the weighted addition is performed in ``'' is the same as in the case of Fig. 14.In this configuration, regarding the reception of reflected waves, the isolator group performs
In order to process received signals in parallel with one transmission,
The number of transmissions can be reduced accordingly, and the amplitude of the added signal can be detected with high accuracy by adding weighted signals.
以上説明したように本発明は、複数のセンサか
らは超音波が同時に被検体に向けて発信されるよ
うにするが、被検体からの反射超音波を受信する
際には少なくとも受信すべきセンサからの反射超
音波受信信号は加算されたうえその波高値が記録
され、それにより作成された、空間的なセンサ選
択の周期に依存したスペクトルをフーリエ変換す
ることによつて超音波反射***置を求め表示する
ようにしたものである。したがつて、本発明によ
る場合は、超音波送受信の際にこれまで要されて
いた高価な遅延回路が不要とされながらも鮮明な
画像表示が可能となるばかりか、装置の小型化や
経済性の面で有利となる。また、集束ビーム形成
の際アレイセンサ近傍領域においては超音波ビー
ムの音圧が不安定となり、その領域内に反射体が
存在しても十分な強度でそれを検出し得ないが、
本発明による場合は集束ビームは形成されなく、
したがつて、被検体が金属であつてもアレイセン
サに近い領域における超音波反射体を十分な強度
で表示し得ることになる。
As explained above, in the present invention, ultrasonic waves are simultaneously emitted toward a subject from a plurality of sensors, but when receiving reflected ultrasonic waves from a subject, at least one sensor that should receive them The reflected ultrasonic reception signals are added and their peak values are recorded, and the ultrasonic reflector position is determined by Fourier transforming the resulting spectrum that depends on the spatial sensor selection period. It is designed to be displayed. Therefore, in the case of the present invention, it is not only possible to display clear images while eliminating the need for the expensive delay circuits that have been required up to now when transmitting and receiving ultrasonic waves, but also to reduce the size and cost of the device. It is advantageous in terms of. Furthermore, when forming a focused beam, the sound pressure of the ultrasonic beam becomes unstable in the area near the array sensor, and even if a reflector exists in that area, it cannot be detected with sufficient intensity.
According to the invention, no focused beam is formed;
Therefore, even if the object to be examined is metal, the ultrasonic reflector in the area close to the array sensor can be displayed with sufficient intensity.
第１図は、遅延回路を有してなるアレイセンサ
による被検体走査方法を説明するための図、第２
図は、特定位置に超音波をアレイセンサによつて
集束させる場合での超音波発生時点がセンサ位置
によつて如何に変化するかを示す図、第３図、第
４図、第５図、第６図、第７図、第８図は、本発
明の理論的背景あるいは原理を説明するための
図、第９図は、本発明に係る超音波送受信装置の
構成を概略的に示す図、第１０図、第１１図、第
１２図、第１３図は、その装置による超音波送受
信方法を説明するための図、第１４図は、本発明
に係る超音波送受信装置の他の例での構成を概略
的に示す図、第１５図は、その装置による超音波
送受信方法を説明するための図、第１６図は、詳
細な振幅検出が可とされた本発明に係る超音波送
受信装置の一例での構成を示す図である。
１…アレイセンサ、３，３′，３″，３，３
′′′′…スイツチ群、４，４′，４″，４…アイソ
レータ、５…パルス発振器、６，６′，６″，６
…前置増幅器、７，７′，７″，７…加算器、８
…乗算器、９…振幅検出器、１０…記憶装置、１
１…フーリエ変換器、１２…デイスプレイ、１３
…スイツチ制御器。
FIG. 1 is a diagram for explaining an object scanning method using an array sensor having a delay circuit, and FIG.
The figures are diagrams showing how the ultrasonic generation point changes depending on the sensor position when ultrasonic waves are focused on a specific position by an array sensor, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5, FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 8 are diagrams for explaining the theoretical background or principle of the present invention, and FIG. 9 is a diagram schematically showing the configuration of an ultrasonic transmitting/receiving device according to the present invention. 10, 11, 12, and 13 are diagrams for explaining the ultrasonic transmitting and receiving method using the device, and FIG. 14 is a diagram showing another example of the ultrasonic transmitting and receiving device according to the present invention. FIG. 15 is a diagram schematically showing the configuration, and FIG. 15 is a diagram for explaining an ultrasonic transmission/reception method using the device. FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example configuration. 1...Array sensor, 3, 3', 3'', 3, 3
''''...Switch group, 4, 4', 4'', 4...Isolator, 5...Pulse oscillator, 6, 6', 6'', 6
...Preamplifier, 7, 7', 7'', 7... Adder, 8
...multiplier, 9...amplitude detector, 10...storage device, 1
1...Fourier transformer, 12...Display, 13
...Switch controller.
Claims (1)
イセンサによる超音波送受信方法にして、ｎの値
が更新される程にｎ個間隔毎に作動状態におかれ
るセンサより少なくとも超音波を同時に被検体に
向けて発信する一方、超音波発信の度に超音波発
信に係るセンサからの反射超音波受信信号を遅延
させることなく加算したうえ加算結果の波高値を
記録することによつて空間的なセンサ選択の周期
に依存した空間周波数スペクトルを作成し、該ス
ペクトルをフーリエ変換により実空間強度分布に
変換した上、被検体内における超音波反射体の位
置および形状を表示することを特徴とするアレイ
センサによる超音波送受信方法。 ２ ｎは2k（ｋ；正の整数）にしたがつて更新さ
れる特許請求の範囲第１項記載のアレイセンサに
よる超音波送受信方法。 ３ 超音波を送受信するセンサには該センサに対
してｊ（ｊ＜ｎ）個分間隔をずらしたセンサが含
まれ、ｎ個間隔のセンサ群と、ｊ個分センサ間隔
がずれたセンサ群との超音波受信信号は重みをつ
けて加算される特許請求の範囲第１項記載のアレ
イセンサによる超音波送受信方法。[Scope of Claims] 1. An ultrasonic transmission/reception method using an array sensor in which a plurality of sensors are arranged at equal intervals, in which at least one sensor is activated at every n intervals so that the value of n is updated. While simultaneously emitting ultrasonic waves toward the subject, each time the ultrasonic waves are emitted, the reflected ultrasonic reception signals from the sensor related to ultrasonic emission are added without delay, and the wave height value of the addition result is recorded. Therefore, a spatial frequency spectrum dependent on the spatial sensor selection period is created, the spectrum is converted into a real spatial intensity distribution by Fourier transformation, and the position and shape of the ultrasonic reflector within the subject is displayed. An ultrasonic transmission and reception method using an array sensor characterized by: 2. The ultrasonic transmission and reception method using an array sensor according to claim 1, wherein 2n is updated according to 2k (k: a positive integer). 3. The sensors that transmit and receive ultrasonic waves include sensors that are shifted by j (j<n) intervals with respect to the sensor, and there are a sensor group that is spaced by n spaces and a sensor group that is spaced by j spaces. 2. The ultrasonic transmission/reception method using an array sensor according to claim 1, wherein the ultrasonic reception signals are weighted and added.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59038854A JPS60183553A (en) | 1984-03-02 | 1984-03-02 | Transmitting and receiving method of ultrasonic wave by array sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59038854A JPS60183553A (en) | 1984-03-02 | 1984-03-02 | Transmitting and receiving method of ultrasonic wave by array sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60183553A JPS60183553A (en) | 1985-09-19 |
| JPH0510620B2 true JPH0510620B2 (en) | 1993-02-10 |
Family
ID=12536786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59038854A Granted JPS60183553A (en) | 1984-03-02 | 1984-03-02 | Transmitting and receiving method of ultrasonic wave by array sensor |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPS60183553A (en) |
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1984
- 1984-03-02 JP JP59038854A patent/JPS60183553A/en active Granted
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