超声波测量装置、超声波图像装置以及超声波测量方法
【专利摘要】提供兼顾了高速化和高分辨率化的易于使用的超声波测量装置、超声波图像装置以及超声波测量方法。以固定值的权重将通过超声波元件阵列接收超声波回波而得到的接收信号相加，生成图像，在显示所生成的图像的范围内设置感兴趣区域。若获取感兴趣区域，关于作为显示于感兴趣区域的图像的基础的数据，使通过超声波元件阵列接收到的接收信号以与接收信号相应的权重相加而生成图像。
【专利说明】超声波测量装置、超声波图像装置w及超声波测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及超声波测量装置、超声波图像装置W及超声波测量方法。
【背景技术】
[0002] 在专利文献1中记载了一种测量装置，其利用通过多个超声波转换元件接收在被 检体内传播而来的超声波所得到的模拟信号，生成被检体内的图像数据，该测量装置具有 将模拟信号转换成数字信号的信号转换部、对数字信号进行自适应信号处理而生成图像信 息的运算单元、W及减少从信号转换部传输至运算单元的数字信号的数据量的数据取样单 元（尹一々間引S手段），从而可W进行高速的信号处理。
[0003] 在专利文献2中记载了一种声波成像装置，其具有使多个声波接收元件的接收信 号的相位一致的调相部、使相位一致的接收信号转换为复数信号的复数信号转换部、计算 复数信号的相关矩阵的相关矩阵计算部、W及利用相关矩阵和预定的约束向量计算接收信 号的约束最小电力（拘束付最小電力）的电力计算部，相关矩阵计算部按规定的周期计算 所述相关矩阵并依次向电力计算部输出，电力计算部使用所输入的各个相关矩阵并行地计 算约束最小电力。
[0004] 先行技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 ;日本特开2011-5237号公报
[0007] 专利文献2 ;日本特开2011-217998号公报
【发明内容】
[000引发明拟要解决的技术问题
[0009] 在专利文献1所述的发明中，通过将相邻的元件之间的数字信号相加来抽稀数据 量，使计算处理高速化，但具有不能避免一定程度的图像质量下降的问题。
[0010] 在专利文献2所述的发明中，提出了具有多个存储电路和计算电路来进行并列运 算W提高计算速度的方案，但存在电路规模鹿大、电力消耗增加、发热该样的问题。
[0011] 本发明鉴于该样的情况而完成，目的在于，提供兼顾了高速化和高分辨率化且易 于使用的超声波测量装置、超声波图像装置W及超声波测量方法。
[0012] 用于解决技术问题的方案
[0013] 为解决上述技术问题的本发明的第一方面是一种超声波测量装置，其特征在于， 具备；图像处理部，基于通过超声波元件阵列接收从所述超声波元件阵列向目标物发送的 超声波所对应的超声波回波而得到的接收信号生成图像，所述超声波元件阵列具备多个通 道；W及感兴趣区域设置部，在显示生成的所述图像的范围内设置感兴趣区域，若所述感兴 趣区域被设置，关于作为显示于所述感兴趣区域的图像的基础的数据，所述图像处理部将 所述多个通道中的各通道的接收信号W与该各通道的接收信号相应的权重进行相加，并基 于该相加后的接收信号生成图像。
[0014] 根据第一方面，基于通过超声波元件阵列接收超声波回波而得到的接收信号生成 图像，在显示所生成的图像的范围内设置感兴趣区域。一旦获取感兴趣区域便针对作为显 示于感兴趣区域的图像的基础的数据，将各通道的接收信号W与接收信号相应的权重相加 并生成图像。通过该样，可W同时实现高速化和高分辨率化，易于使用。
[0015] 在此，也可W求出与所述各通道的接收信号相应的权重，使得与所述各通道的接 收信号相应的权重和与从所述目标物到所述各通道的直线距离相应的延迟时间后的所述 各通道的输出信号相乘的结果的方差为最小。通过该样，约束了方向，使无用波不具有灵敏 度，因此可W改善由无用波导致的方位分辨率降低的问题。
[0016] 为解决上述技术问题的本发明的第二方面是一种超声波图像装置，其特征在于， 具备；图像处理部，基于通过超声波元件阵列接收从所述超声波元件阵列向目标物发送的 超声波所对应的超声波回波而得到的接收信号生成图像，所述超声波元件阵列具备多个通 道；显示部，显示生成的所述图像；W及感兴趣区域设置部，在显示生成的所述图像的范围 内设置感兴趣区域，若所述感兴趣区域被设置，关于作为显示于所述感兴趣区域的图像的 基础的数据，所述图像处理部将所述多个通道中的各通道的接收信号W与该各通道的接收 信号相应的权重进行相加，并基于该相加后的接收信号生成图像。通过该样，可W同时实现 高速化和高分辨率化，易于使用。
[0017] 在此，也可W还具备：区域输入部，接收显示在所述显示部的图像上的任意点或区 域的输入，所述感兴趣区域设置部基于输入的所述任意点或区域设置感兴趣区域。通过该 样，用户可W选择感兴趣区域的位置、大小、形状等。
[0018] 在此，也可W所述区域输入部接收期望的峽速率的输入，所述感兴趣区域设置部 W能够按所述期望的峽速率W上的峽速率生成图像的大小设置所述感兴趣区域。通过该 样，用户可W按任意的峽速率生成图像。
[0019] 在此，也可W所述感兴趣区域设置部将矩形、梯形或扇形的区域设置为所述感兴 趣区域，并通过四个角的坐标指定该矩形、梯形或扇形的区域。通过该样，可W设置与超声 波元件阵列的形式（例如可线性扫描的超声波元件阵列、可凸面扫描（3シ?' '文クス八* yシ）的超声波元件阵列等）相应的形状的感兴趣区域。
[0020] 在此，也可W感兴趣区域设置部将圆形或楠圆形的区域设置为所述感兴趣区域， 并通过中也坐标和直径指定该圆形或楠圆形的区域。通过该样，可W设置最低限度大小的 感兴趣区域。
[0021] 在此，也可W所述显示部将表示所设置的所述感兴趣区域的信息与生成的图像重 叠地或替代所述生成的图像地显示，所述区域输入部接收表示所述感兴趣区域的信息的更 改输入，所述感兴趣区域设置部基于接收所述更改输入后的表示感兴趣区域的信息设置感 兴趣区域。通过该样，可W比较图像的大小和感兴趣区域的大小，用户可W容易地选择感兴 趣区域的位置、大小、形状等。
[0022] 在此，也可W还具备；调相加法电路，所述调相加法电路针对作为显示于所述感兴 趣区域的图像的基础的数据W外的数据，将获取的所述接收信号W预先算出的权重相加。 通过该样，可W减少观看图像时的不适感。
[0023] 为解决上述技术问题的本发明的第H方面是一种超声波测量方法，其特征在于， 具有；基于通过接收对目标物发送的超声波所对应的超声波回波而得到的接收信号生成图 像的步骤；在显示生成的所述图像的范围内设置感兴趣区域的步骤；w及若所述感兴趣区 域被设置，关于作为显示于所述感兴趣区域的图像的基础的数据，将所述接收信号W与该 接收信号相应的权重相加并基于该相加后的接收信号生成图像的步骤。通过该样，可W同 时实现高速化和高分辨率化，易于使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1是表示本发明的第一实施方式涉及的超声波图像装置1的概略构成的立体 图。
[002引图2的（A)?似是表示超声波换能器元件的概略构成的一个例子的图。
[0026] 图3是表示超声波换能器装置（元件芯片）的构成例的图。
[0027] 图4是表示超声波换能器元件群UG扣G1?UG64)的例子的图，图4的（A)表示元 件列数为4列的情况，图4的炬）表示元件列数为1列的情况。
[0028] 图5是表示超声波图像装置1的功能构成的一个例子的框图。
[0029] 图6是到达各通道的信号的延迟的说明图。
[0030] 图7的（A)和炬）是示出表示在显示部显示的感兴趣区域的信息的一个例子的 图。
[0031] 图8是表示超声波测量装置主体的概略构成的一个例子的图。
[0032] 图9是表示超声波探测器10的处理流程的流程图。
[0033] 图10的（A)?（巧是表示感兴趣区域的形式的图。
[0034] 图11是表示设置带状的感兴趣区域时指定感兴趣区域的位置、大小的图。
[00巧]图12是表示设置矩形的感兴趣区域时指定感兴趣区域的位置、大小的图。
[0036] 图13的（A)和炬）是表示设置带状的感兴趣区域时指定感兴趣区域的位置、大小 的图。
[0037] 图14是表示设置圆形的感兴趣区域时指定感兴趣区域的位置、大小的图。
[0038] 图15是表示超声波测量装置主体20的处理流程的流程图。
[0039] 附图标记说明
[0040] 1超声波图像装置，10超声波探测器，11超声波换能器装置，12超声波换能器元 件，15电缆，20超声波测量装置主体，21显示部，22控制部，30压电体层，31第一电极层，32 第二电极层，40开口，50振动膜，60基板，110发送处理部，111发送脉冲发生器，113发送延 迟电路，115收发控制电路，120接收处理部，121接收延迟电路，122开关电路，123调相加法 电路，124、125传输部，126感兴趣区域设置部，127接收控制部，130图像处理部，131、132接 收部，133图像生成部，134高分辨率图像生成部，135图像合成部，201CPU，202RAM，203R0M， 205I/F电路，206通信装置，207总线，化i公共电极线，化驱动电极线，肥超声波换能器元 件，UG超声波换能器元件群
【具体实施方式】
[0041] W下参照附图就本发明的各实施方式进行说明。
[0042] 图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的超声波图像装置1的概况的图。超声 波图像装置1例如是简易式（'、シ尹才夕才）超声波测量装置。超声波图像装置1主要 具有超声波探测器10和超声波测量装置主体20。超声波探测器10与超声波测量装置主 体20通过电缆15连接。另外，超声波图像装置1不局限于简易式，例如既可W是固定式， 也可W是将超声波探测器内置于主体中的一体式。
[0043] 另外，超声波图像装置1使用可进行线性扫描和扇形扫描的超声波元件阵列，采 用电子对焦（電子7 *-力ス）。在线性扫描的情况下，划分开口，W所划分的开口进行收 发，生成线。另外，在扇形扫描的情况下，使用所有开口，边改变波束方向边生成线。W下， W超声波图像装置1进行线性扫描的情况为例进行说明。
[0044] 超声波探测器10具有超声波换能器装置11。超声波换能器装置11 一面沿着扫描 面扫描目标物，一面向目标物发送超声波束并接收基于超声波束的超声波回波。
[0045] W使用压电元件的类型为例，超声波换能器装置11具有多个超声波换能器元件 12 (超声波元件阵列、参照图2等）、W及多个开口被配置成阵列状的基板。
[0046] 图2示出超声波换能器装置11的超声波换能器元件12的构成例。在本实施方式 中，超声波换能器元件12采用薄的压电元件和金属板（振动膜）粘贴在一起的单晶 ;单层压电片）结构。
[0047] 图2的（A)?图2的似示出超声波换能器装置11的超声波换能器元件12的构 成例。图2的（A)是形成在基板（娃基板）60上的超声波换能器元件12的从元件形成面 侧的垂直于基板60的方向观察的俯视图。图2的炬）是示出沿着图2的（A)的A-A'的截 面的截面图。图2的（C)是示出沿着图2的（A)的B-B'的截面的截面图。
[0048] 超声波换能器元件12具有压电元件部和振动膜（隔膜、支撑部件）50。压电元件 部主要具有压电体层（压电体膜）30、第一电极层（下部电极）31、W及第二电极层（上部 电极）32。
[0049] 压电体层30例如由PZT (铅铁酸铅）薄膜形成，设置成覆盖第一电极层31的至 少一部分。此外，压电体层30的材料不限于PZT，也可使用例如铁酸铅（PbTi〇3)，铅酸铅 帅21'〇3)，铁酸铅铜（帅，1^3)1'1〇3)等。
[0050] 第一电极层31在振动膜50的上层例如由金属薄膜形成。该第一电极层31也可 W是如图2的（A)所示那样的向元件形成区域的外侧延长并与相邻的超声波换能器元件12 连接的布线。
[0051] 第二电极层32例如由金属薄膜形成，设置成覆盖压电体层30的至少一部分。该 第二电极层32也可W是如图2的（A)所示那样的向元件形成区域的外侧延长并与相邻的 超声波换能器元件12连接的布线。
[0052] 超声波换能器元件12的下部电极由第一电极层31形成，上部电极由第二电极层 32形成。具体而言，第一电极层31中的被压电体层30覆盖的部分形成下部电极，第二电极 层32中的覆盖压电体层30的部分形成上部电极。目P，压电体层30设置成被下部电极和上 部电极夹着。
[0053] 开口 40是通过从基板60的背面（未形成有元件的面）侧利用反应性离子蚀刻 化IE ;Reactive Ion化ching)等进行蚀刻而形成的。由该开口 40的尺寸决定超声波的共 振频率，其超声波向压电体层30侧（图2的（A)中是从纸面里侧向近前方向）发射。
[0054] 振动膜50设置成W例如Si〇2薄膜和Zr〇2薄膜的两层结构堵住开口 40。该振动膜 50支撑压电体层30及第一电极层31、第二电极层32并随压电体层30的伸缩而振动，从而 产生超声波。
[0055] 图3示出超声波换能器装置（元件芯片）的构成例。本构成例的超声波换能器装 置11包括多个超声波换能器元件群UG1?UG64、驱动电极线DL1?化64 (广义上是第1? 第m驱动电极线。m是2 W上的整数）、公共电极线CL1?化8 (广义上是第1?第n公共 电极线。n是2 W上的整数）。另外，驱动电极线的数量（m)、公共电极线的数量（n)并不限 于图3所示的数量。
[0056] 多个超声波换能器元件群UG1?UG64沿着第二方向D2 (扫描方向）配置成64列。 UG1?UG64中的各超声波换能器元件群具有沿着第一方向D1 (切片方向）配置的多个超声 波换能器元件。
[0057] 图4的（A)示出超声波换能器元件群UG扣G1?UG64)的例子。在图4的（A)中， 超声波换能器元件群UG由第一元件列?第四元件列构成。第一元件列由沿第一方向D1配 置的超声波换能器元件肥11?肥18构成，第二元件列由沿第一方向D1配置的超声波换能 器元件肥21?肥28构成。第H元件列扣E31?肥38)、第四元件列（肥41?肥48)也是一 样。在该些第一元件列?第四元件列上共同连接有驱动电极线化值L1?化64)。并且，在 第一元件列?第四元件列的超声波换能器元件上连接有公共电极线CL1?化8。
[0058] 并且，图4的（A)的超声波换能器元件群UG构成超声波换能器装置的一个通道。 目P，驱动电极线化相当于一个通道的驱动电极线，来自发送电路的一个通道的发送信号被 输入到驱动电极线DL。并且，来自超声波换能器元件群UG的一个通道的接收信号从驱动电 极线化输出。另外，构成一个通道的元件列数不限于图4的（A)所示的4列，既可W少于 4列，也可W多于4列。例如图4的炬）所示，元件列数也可W是1列。
[0059] 返回图3的说明。驱动电极线DL1?DL64(第1?第m驱动电极线）沿第一方向 D1布线。驱动电极线DL1?化64中的第i (i是1兰i兰m的整数）驱动电极线DLi与第 i超声波换能器元件群UGi的超声波换能器元件UE所具有的下部电极连接。
[0060] 在发射超声波的发送期间，发送信号VT1?VT64经由驱动电极线DL1?化64被 供给至超声波换能器元件UE。并且，在接收超声波回波信号的接收期间，来自超声波换能器 元件肥的接收信号VR1?VR64经由驱动电极线DL1?化64输出。
[0061] 公共电极线化1?化8(第1?第n公共电极线）沿着第二方向D2布线。超声波 换能器元件肥所具有的第二电极与公共电极线CL1?CL8中的任一条连接。具体是，例如 图3所示，公共电极线CL1?CL8中的第j(j是1 ^ j 的整数）公共电极线CLj与配 置在第j行的超声波换能器元件所具有的上部电极连接。
[006引公共电极线化1?化8被供给有公共电压VC0M。该公共电压VC0M是一定的直流 电压即可，也可W不是0V、即地电位（y 3シK電位；接地电位）。
[0063] 在发送期间，发送信号电压与公共电压之差的电压被施加在超声波换能器元件肥 上，发射规定频率的超声波。
[0064] 另外，超声波换能器元件肥的配置并不限于图3所示的矩阵配置，也可W是相邻 的两列元件错开地配置成银齿形的所谓的之字形配置（千烏配置）等。另外，在图4的（A)、 图4的炬）中，示出了一个超声波换能器元件兼用作发送元件和接收元件两者的情况，但本 实施方式并不局限于此。例如，也可W分别设置发送元件用的超声波换能器元件和接收元 件用的超声波换能器元件并使之配置成阵列状。
[0065] 另外，超声波换能器元件12不限于使用压电元件的形式。例如，既可W采用使用 C-MUT (Capacitive Micro-machined 叫 trasonic Transducers;电容式微超声换能器）等 电容性元件的换能器，也可W采用块型（ク夕^ )的换能器。
[0066] 返回图1的说明。在超声波测量装置主体20上设有显示部21。显示部21显示由 图像处理部130(参照图5)生成的显示用图像数据。显示部21可W采用例如液晶显示器、 有机化显示器、电子纸等。
[0067] 图5是示出超声波图像装置1的功能构成的一个例子的框图。在超声波探测器10 内主要设有发送处理部110、收发控制电路115、和接收处理部120。在超声波测量装置主体 20内主要设有图像处理部130和显示控制部140。在本实施方式中，接收处理部120被设 置在超声波探测器10内，但也可W设置在超声波测量装置主体20上。
[0068] 发送处理部110进行从超声波换能器元件12对目标物发送超声波的处理。发送 处理部110包括发送脉冲发生器111和发送延迟电路113。
[0069] 发送脉冲发生器111施加发送脉冲电压，使超声波换能器元件12驱动。
[0070] 发送延迟电路113进行发送聚焦控制，使超声波换能器元件12向目标物发射与所 生成的脉冲电压相应的超声波束。为此，发送延迟电路113针对发送脉冲电压的施加定时， 在通道之间赋予时间差，使从多个振动元件产生的超声波会聚。该样，通过改变延迟时间， 可W任意改变焦距。
[0071] 收发控制电路115控制发送处理部110,使超声波W规定的峽速率从超声波换能 器元件12向目标物发送。规定的峽速率既可W由用户从区域输入部22输入（后面将详 述），也可W由感兴趣区域设置部126算出（后面将详述）。
[0072] 并且，收发控制电路115进行超声波的发送和接收的切换处理。收发控制电路115 防止发送时的振幅脉冲输入至接收处理部120。超声波换能器元件12 W与发送时相同的峽 速率接收对应所发送的超声波的超声波回波的接收波（W下称为接收波），收发控制电路 115使该结果（接收信号）通到接收处理部120。
[0073] 接收处理部120获取接收信号进行接收处理。接收处理部120主要具有接收延迟 电路121、开关电路122、调相加法电路123、传输部124、125、感兴趣区域设置部126 W及接 收控制部127。
[0074] 接收延迟电路121对各通道接收的信号施加延迟时间（delay time)Dm的延迟，W 使各通道接收的信号同相。由于来自某反射体的反射波呈球面状扩散，因此，接收延迟电路 121赋予延迟时间，使到达各振荡器的时间相同，考虑到延迟时间地将反射波相加。
[0075] 在通道总数为M个的情况下，用数学式（1)求出第m个通道的输出信号Xm。另外， 如果用向量表示法表示各通道的输出信号，贝帖日公式（2)所示。在此，Xm是第m通道的接收 信号，n表示样本编号（目P，图像中的深度）。
[0076] X。= X。(n-Dm[n]].. . (1)
[0077]
【权利要求】
1. 一种超声波测量装置，其特征在于，具备： 图像处理部，基于通过超声波元件阵列接收从所述超声波元件阵列向目标物发送的 超声波所对应的超声波回波而得到的接收信号生成图像，所述超声波元件阵列具备多个通 道；以及 感兴趣区域设置部，在显示生成的所述图像的范围内设置感兴趣区域， 若所述感兴趣区域被设置，关于作为显示于所述感兴趣区域的图像的基础的数据，所 述图像处理部将所述多个通道中的各通道的接收信号以与该各通道的接收信号相应的权 重进行相加，并基于该相加后的接收信号生成图像。
2. 根据权利要求1所述的超声波测量装置，其特征在于， 所述图像处理部求出与所述各通道的接收信号相应的权重，使得与所述各通道的接收 信号相应的权重和与从所述目标物到所述各通道的直线距离相应的延迟时间后的所述各 通道的输出信号相乘的结果的方差为最小。
3. -种超声波图像装置，其特征在于，具备： 图像处理部，基于通过超声波元件阵列接收从所述超声波元件阵列向目标物发送的 超声波所对应的超声波回波而得到的接收信号生成图像，所述超声波元件阵列具备多个通 道； 显示部，显示生成的所述图像；以及 感兴趣区域设置部，在显示生成的所述图像的范围内设置感兴趣区域， 若所述感兴趣区域被设置，关于作为显示于所述感兴趣区域的图像的基础的数据，所 述图像处理部将所述多个通道中的各通道的接收信号以与该各通道的接收信号相应的权 重进行相加，并基于该相加后的接收信号生成图像。
4. 根据权利要求3所述的超声波图像装置，其特征在于，还具备： 区域输入部，接收显示在所述显示部的图像上的任意点或区域的输入， 所述感兴趣区域设置部基于输入的所述任意点或区域设置感兴趣区域。
5. 根据权利要求4所述的超声波图像装置，其特征在于， 所述区域输入部接收期望的帧速率的输入， 所述感兴趣区域设置部以能够按所述期望的帧速率以上的帧速率生成图像的大小设 置所述感兴趣区域。
6. 根据权利要求3至5中任一项所述的超声波图像装置，其特征在于， 所述感兴趣区域设置部将矩形、梯形或扇形的区域设置为所述感兴趣区域，并通过四 个角的坐标指定该矩形、梯形或扇形的区域。
7. 根据权利要求3至5中任一项所述的超声波图像装置，其特征在于， 所述感兴趣区域设置部将圆形或椭圆形的区域设置为所述感兴趣区域，并通过中心坐 标和直径指定该圆形或椭圆形的区域。
8. 根据权利要求4至7中任一项所述的超声波图像装置，其特征在于， 所述显示部将表示所设置的感兴趣区域的信息与生成的图像重叠地或替代所述生成 的图像地显示， 所述区域输入部接收表示所述感兴趣区域的信息的更改输入， 所述感兴趣区域设置部基于接收到所述更改输入后的表示感兴趣区域的信息设置感 兴趣区域。
9. 根据权利要求3至8中任一项所述的超声波图像装置，其特征在于，还具备： 调相加法电路，所述调相加法电路针对作为显示于所述感兴趣区域的图像的基础的数 据以外的数据，将获取的所述接收信号以预先算出的权重相加。
10. -种超声波测量方法，其特征在于，具有： 基于通过接收对目标物发送的超声波所对应的超声波回波而得到的接收信号生成图 像的步骤； 在显示生成的所述图像的范围内设置感兴趣区域的步骤；以及 若所述感兴趣区域被设置，关于作为显示于所述感兴趣区域的图像的基础的数据，将 所述接收信号以与该接收信号相应的权重相加并基于该相加后的接收信号生成图像的步 骤。
【文档编号】G01S7/52GK104422733SQ201410441313
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】渡边亮基, 林正树, 加纳一幸, 村上谦二 申请人:精工爱普生株式会社