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超声波成像装置

阅读：265发布：2021-02-28

IPRDB可以提供超声波成像装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种无论对于宽指向角还是狭指向角的发送超声波都能够生成有效的图像的超声波成像装置。该超声波成像装置具备：发送控制部，对所述多个第一压电元件各自的发送定时进行控制，以使从多个第一压电元件发送的超声波的合成波与从规定的虚拟发送点发送的超声波对应；信号检测电路，检测与从所述多个第一压电元件发送并被检查对象物反射、然后由多个第二压电元件接收的超声波回波对应的电信号；以及生成部，根据所述电信号，生成与所述检查对象物对应的图像。，下面是超声波成像装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超声波成像装置，其特征在于，具备：具有多个压电元件的超声波换能器；

发送控制部，对从所述多个压电元件中选择的多个第一压电元件各自的发送定时进行控制，以使从所述多个第一压电元件发送的超声波的合成波与从虚拟发送点发送的超声波对应，该虚拟发送点设定在所述超声波换能器的检查对象物一侧或者检查对象物的相反侧；

信号检测电路，检测电信号，该电信号是与从所述多个第一压电元件发送并被检查对象物反射、然后由从所述多个压电元件中选择的多个第二压电元件接收的超声波回波对应的电信号；

第一存储部，对表示发送传播时间的发送时间表进行存储，所述发送传播时间是超声波从所述规定的虚拟发送点开始、到对包含所述检查对象物的空间进行划分的多个空间网目中的每一个为止所传播的时间；

第二存储部，对表示接收传播时间的接收时间表进行存储，所述接收传播时间是超声波从所述多个空间网目的每一个开始传播到所述多个第二压电元件为止的时间；

第三存储部，对补偿时间进行存储，所述补偿时间是超声波从所述多个第一压电元件中的一个代表压电元件到所述虚拟发送点之间所传播的时间；

计算部，将所述发送传播时间、所述接收传播时间和所述补偿时间相加，计算出超声波的总传播时间；以及生成部，根据所述电信号和所述总传播时间，生成与所述检查对象物对应的图像。

2.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于，所述合成波是会聚于一个会聚点的会聚波，该会聚点与所述虚拟发送点相对应。

3.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于，所述合成波是从虚拟的一个发散点发散的发散波，该发散点与所述虚拟发送点相对应。

4.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于，所述发送控制部对所述多个第一压电元件各自的发送定时进行多次控制，以使所述合成波与从多个不同的虚拟发送点发送的超声波相对应，所述信号检测电路检测出与所述多个不同的虚拟发送点分别对应的多个电信号，所述生成部根据所述多个电信号，生成与所述检查对象物对应的图像。

5.根据权利要求4所述的超声波成像装置，其特征在于，所述多个不同的虚拟发送点在规定的虚拟面上被配置成矩阵状。

6.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于，还具备发送选择部，该发送选择部对应于多个不同的所述虚拟发送点中的每一个来选择所述第一压电元件。

7.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于，还具备接收选择部，该接收选择部对应于多个不同的所述虚拟发送点中的每一个来选择所述第二压电元件。

8.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于，所述计算部计算出仅与所述多个空间网目的一部分对应的发送传播时间所对应的总传播时间。

9.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于，所述计算部计算出仅与所述多个空间网目的一部分对应的接收传播时间所对应的总传播时间。

10.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于，由所述信号检测电路检测出的电信号是所述超声波回波的采样数据，所述生成部具有：时间差检测部，检测出从所述多个第一压电元件的发送开始到所述采样数据的检测为止的时间差；

判定部，根据所述时间差和所述总传播时间，判定与所述采样数据对应的空间网目；

分配部，对所述被判定的空间网目分配与采样数据对应的值；以及图像生成部，将分配给所述空间网目的值相加，生成图像数据。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的超声波成像装置，其特征在于，还具备：深度计测部，根据所述图像数据的深度方向的强度分布，计测所述检查对象的底面或边界面的深度分布；

第四存储部，对表示所述深度与超声波的衰减特性的关系的衰减表进行存储；

生成部，根据所述衰减表和所述深度分布，生成判定表，该判定表具有用于判定所述图像数据的强度的阈值；

导出部，导出所述图像数据的强度分布；以及

检测部，根据所述图像数据的强度分布和所述判定表，检测出所述图像数据的强度大于判定值的区域。

说明书全文

超声波成像装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种使用超声波将检查对象物成像的超声波成像装置。

背景技术

[0002] 例如，在医疗领域等所使用的超声波成像装置中，通过对微小压电元件进行二维或三维扫描，来生成笔形波束(pencil beam)(狭指向角的超声波束)，从而形成图像。这里，为了生成三维的图像，需要在三维空间中例如进行几百至几千次的非差多次数的扫描。

[0003] 另一方面，正在开发一种通过从配置成矩阵状的压电元件发出宽指向角的超声波，对接收回波信号进行孔径合成(開口合成)处理，从而生成图像的方式。将一个压电元件作为发送点来发送超声波，并由其他的压电元件进行接收。通过变更发送点、进行几十次左右的收发，可以生成立体图像。

[0004] 这里，在从压电元件发送宽指向角的超声波的情况下，超声波图像的分辨率提高存在界限。在孔径合成处理中，超声波的收发指向角越宽广，分辨率越提高。为了使指向角更加宽广，需要实现压电元件的小型化。但是，如果使压电元件小型化，则灵敏度降低，反而有可能使超声波图像的分辨率降低。

[0005] 因此，提出了一种通过对来自多个压电元件的超声波的发送定时进行控制，从一个虚拟点音源发送超声波的超声波成像装置(参照专利文献1)。由于即使压电元件小型化，灵敏度也不会降低，所以可实现分辨率的提高。

[0006] 但是，难以使用该超声波成像装置生成狭指向角的超声波束。

[0007] 专利文献1：日本特开2000-28589号公报

发明内容

[0008] 本发明的目的在于，提供一种无论对于宽指向角还是狭指向角的发送超声波都能够生成有效的图像的超声波成像装置。

[0009] 本发明的一个方式涉及的超声波成像装置具备：具有多个压电元件的超声波换能器；发送控制部，对从所述多个压电元件中选择的多个第一压电元件各自的发送定时进行控制，以使从所述多个第一压电元件发送的超声波的合成波与从规定的虚拟发送点发送的超声波对应；信号检测电路，检测电信号，该电信号是与从所述多个第一压电元件发送并被检查对象物反射、然后由从所述多个压电元件中选择的多个第二压电元件接收的超声波回波对应的信号；第一存储部，对表示发送传播时间的发送时间表进行存储，所述发送传播时间是超声波从所述规定的虚拟发送点开始、到对包含所述检查对象物的空间进行划分的多个空间网目中的每一个为止所传播的时间；第二存储部，对表示接收传播时间的接收时间表进行存储，所述接收传播时间是超声波从所述多个空间网目的每一个开始到所述多个第二压电元件为止所传播的时间；第三存储部，对补偿时间进行存储，所述补偿时间是超声波从所述多个第一压电元件传播到所述虚拟发送点的时间；计算部，将所述发送传播时间、所述接收传播时间和所述补偿时间相加，计算出超声波的总传播时间；以及生成部，根据所述电信号和所述总传播时间，生成与所述检查对象物对应的图像。

[0010] 发明效果

[0011] 根据本发明，可以提供一种无论对于宽指向角还是狭指向角的发送超声波都能够生成有效的图像的超声波成像装置。

附图说明

[0012] 图1是表示本发明的一个实施方式涉及的超声波成像装置100的构成图。

[0013] 图2A是表示会聚点(收束点)PFi的示意图。

[0014] 图2B是表示虚拟点音源PYi的示意图。

[0015] 图3是表示多个虚拟发送点Pi的例子的示意图。

[0016] 图4是表示图像合成处理的步骤的示意图。

[0017] 图5是表示检查对象物20a的示意图。

[0018] 图6是表示异常区域的检测步骤的一例的示意图。

[0019] 图7是表示X方向上的底面深度分布D(x)、判定表Th(x)、强度分布P(x)、判定图像数据J(x)的一例的图。

[0020] 附图标记说明

[0021] 100-超声波成像装置，110-超声波换能器，111-压电元件，112-发送压电元件组，113-接收压电元件组，121-发送切换电路，122-发送部，123-发送控制部，131-接收切换电路，132-放大器，133-A/D转换器，140-信号处理部，150-显示部，160-判定部，20-检查对象物，21-缺陷，30-成像范围，31-成像网目(mesh)，40-声音传播介质，Pi-虚拟发送点，PFi-会聚点，PYi-虚拟点音源。

具体实施方式

[0022] 下面参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。图1是表示本发明的一个实施方式涉及的超声波成像装置100的构成图。

[0023] 超声波成像装置100具有：超声波换能器110、发送切换电路121、发送部122、发送控制部123、接收切换电路131、放大器132、A/D转换器133、信号处理部140、显示部150和判定部160。超声波成像装置100通过对检查对象物20发送超声波，并接收被检查对象物20的表面22及内部反射的超声波，来使成像范围30内(检查对象物20的表面22及内部(缺陷21等))可视化。具体而言，成像范围30以成像网目31为单位被可视化。结果，可检测出检查对象物20内部的缺陷21。

[0024] 检查对象物20被配置在声音传播介质40中。声音传播介质40为了在超声波换能器110与检查对象物20之间有效地传播超声波，被配置在它们之间。作为声音传播介质40，可以使用液体介质(水、油等)、固体介质(树脂等)。

[0025] 成像范围30用于表示通过超声波成像装置100而被可视化的空间的范围。成像网目31(ix，iy，iz)例如具有立方体状、长方体状的形状，是将成像范围30在不同的方向上(例如X、Y、Z方向)分别划分的多个区域。成像网目31(ix，iy，iz)可以通过与它们的方向分别对应的后缀ix、iy、iz来相互识别。这里，ix＝1～Nx，iy＝1～Ny，iz＝1～Nz，数Nx、Ny、Nz分别是X、Y、Z方向上的成像范围30的划分数。成像网目31与对包含检查对象物20的空间进行划分的多个空间网目对应。

[0026] 在超声波换能器110中多个压电元件111配置成矩阵状，或者多个压电元件1配置成1列。在该实例中，压电元件111在X-Y方向以矩阵状配置。不过，压电元件111的配置方向也可以不是X-Y方向。

[0027] 压电元件111对检查对象物20发送超声波，并且接收被检查对象物20内的缺陷21等反射的超声波回波(反射波)。压电元件111具有压电材料，通过将电信号转换成超声波而发出超声波。另外，压电元件111通过将超声波转换成电信号，来接收超声波。可以在发送、接收双方中使用相同的压电元件111。

[0028] 发送切换电路121用于选择发送中使用的压电元件111。这里，16个压电元件111被选择为发送压电元件组112。发送切换电路121作为“与多个不同的虚拟发送点分别对应，选择第一压电元件的发送选择部”而发挥功能。

[0029] 发送部122使属于由发送切换电路121选择的发送压电元件组112的压电元件111发送超声波。发送部122通过对压电元件111施加单脉冲信号、连续脉冲信号等，使其发出超声波。

[0030] 发送控制部123对从发送部122输出的电信号的相位(超声波的发送定时)进行控制。即，控制由发送切换电路121选择出的规定个数的发送压电元件组112内的压电元件111的发送定时。结果，从超声波换能器110发出的超声波的合成波，与从一个虚拟发送点Pi(会聚点PFi、虚拟点音源PYi)发送的超声波对应。即，发送控制部123对应于“发送控制部，其对从多个压电元件中选择的多个第一压电元件各自的发送定时进行控制，以使从所述多个第一压电元件发送的超声波的合成波与从规定的虚拟发送点发送的超声波对应”。对于该详细内容将在后面叙述。

[0031] 接收切换电路131选择在接收时所使用的压电元件111。这里，选择了16个压电元件111作为接收压电元件组113。接收切换电路131作为“与多个不同的虚拟发送点中的每一个相对应地选择所述第二压电元件的接收选择部”发挥功能。

[0032] 从发送压电元件组112内的压电元件111发送的超声波，在经由声音传播介质40被检查对象物20的表面22折射之后，在检查对象物20内传播，被缺陷21反射。被缺陷21反射的超声波回波在检查对象物20的表面22再次发生折射，经由声音传播介质40，被接收压电元件组113内的压电元件111接收。接收压电元件组113内的压电元件111输出与接收到的超声波回波对应的电信号(超声波回波信号)。

[0033] 放大器132对来自属于接收压电元件组113的压电元件111的超声波回波信号进行放大。

[0034] A/D转换器133对被放大器132放大后的超声波回波信号进行A/D(模拟-数字)转换。A/D转换器133通过对超声波回波信号进行采样，生成后述的采样数据。A/D转换器133对应于“信号检测电路，其检测与从多个第一压电元件发送并被检查对象物反射、然后由从所述多个压电元件选择的多个第二压电元件接收的超声波回波对应的电信号”。

[0035] 信号处理部140通过对A/D变换后的超声波回波信号进行孔径合成处理，生成包含检查对象物20的表面22、缺陷21的图像的图像数据I。生成的图像数据I被发送给显示部150及判定部160。关于孔径合成处理的详细内容将在后面叙述。

[0036] 信号处理部140作为下述部件发挥功能。

[0037] 第一存储部，存储对从所述规定的虚拟发送点到划分包含所述检查对象物的空间的多个空间网目的每一个为止进行传播的超声波的发送传播时间进行表示的发送时间表；

[0038] 第二存储部，存储对从所述多个空间网目的每一个到所述多个第二压电元件为止进行传播的超声波的接收传播时间进行表示的接收时间表；

[0039] 第三存储部，存储从多个第一压电元件向所述虚拟发送点传播的超声波的补偿(offset)时间；

[0040] 计算部，将所述发送传播时间、所述接收传播时间和所述补偿时间相加，计算出超声波的总传播时间；

[0041] 生成部，根据电信号和所述总传播时间，生成与所述检查对象物对应的图像。

[0042] 另外，该生成部作为下述部件发挥功能。

[0043] 时间差检测部，对从多个第一压电元件的发送到超声波回波的采样数据的检测为止的时间差进行检测；

[0044] 判定部，根据时间差和所述总传播时间，判定与所述超声波回波的采样数据对应的空间网目；

[0045] 分配部，对所述被判定的空间网目分配与采样数据对应的值；

[0046] 图像生成部，将对空间网目分配的值相加，生成图像数据。

[0047] 显示部150是使用图像数据I显示图像的装置，例如是CRT、液晶显示器。

[0048] 判定部160使用从信号处理部140输出的图像数据I，对检查对象物20内的异常区域进行检测。判定部160作为下述的部件发挥功能。

[0049] 深度计测部，根据图像数据的深度方向的强度分布，对检查对象的底面或交界面的深度分布进行计测；

[0050] 第四存储部，对表示深度与超声波的衰减特性的关系的衰减表进行存储；

[0051] 生成部，根据衰减表和深度的分布，生成具有用于对图像数据的强度(超声波的强度)进行判定的阈值的判定表；

[0052] 导出部，导出图像数据的强度分布；

[0053] 检测部，根据图像数据的强度分布、和所述判定表，检测出所述图像数据的强度比判定值大的区域。

[0054] 关于该详细内容将在后面叙述。

[0055] (虚拟发送点Pi的详细情况)

[0056] 下面，对虚拟发送点Pi(会聚点PFi、虚拟点音源PYi)的详细情况进行说明。在从发送压电元件组112的压电元件111发送的超声波的合成波，与从1个点Pi发送的超声波对应时，将该点Pi称作虚拟发送点Pi。可以认为虚拟发送点Pi有会聚点PFi、虚拟点音源PYi这两种。图2A、图2B分别是表示会聚点PFi、虚拟点音源PYi的示意图。

[0057] 会聚点PFi被配置在超声波换能器110的前方(检查对象物20一侧)，是从属于发送压电元件组112的压电元件111发送的超声波的合成波会聚的点。即，合成波是会聚于一个会聚点的会聚波，该会聚点对应于虚拟发送点Pi。通过了会聚点PFi的超声波直接在声音传播介质40内传播。此时，从超声波换能器110发送的超声波的合成波，能够作为与从会聚点PFi发送的超声波实质相同的波来进行处理。

[0058] 虚拟点音源PYi被配置在超声波换能器110的后方(检查对象物20的相反侧)。当从属于发送压电元件组112的压电元件111发送的超声波的合成波，与从一点PYi发送的超声波对应时，该点PYi成为虚拟点音源PYi。即，合成波是从虚拟的一个发散点(虚拟点音源PYi)发散的发散波，该发散点对应于虚拟发送点Pi。此时，从超声波换能器110发送的超声波的合成波，能够作为与从虚拟点音源PYi发送的超声波实质相同的波进行处理。

[0059] 这样，可以使从超声波换能器110发送的超声波的合成波，与来自虚拟发送点Pi(会聚点PFi、虚拟点音源PYi)的超声波对应。由此，能够控制属于发送压电元件组112的压电元件111各自的发送定时。这里，作为压电元件111(k)，通过索引(添え字)k来识别每一个压电元件111。

[0060] 为了在会聚点PFi处在时刻t0发送超声波，在比时刻t0靠前的时刻(t0-Δt1(k))由每一个压电元件111(k)发送超声波。此时，可以根据从每个压电元件111(k)到会聚点PFi的距离Li(k)，来控制每个压电元件111(k)的发送的超前时间Δt1(k)。

[0061] Δt1(k)＝Li(k)/v ……式(1)

[0062] v：超声波在声音传播介质40内的传播速度

[0063] 另一方面，为了在虚拟点音源PYi处在时刻t0发送超声波，在比时刻t0靠后的时刻(t0+Δt2(k))由每一个压电元件111(k)发送超声波。此时，可根据从每一个压电元件111(k)到虚拟点音源PYi的距离Li(k)，来控制每个压电元件111(k)的发送的延迟时间Δt2(k)。

[0064] Δt2(k)＝Li(k)/v ……式(2)

[0065] v：超声波在声音传播介质40内的传播速度

[0066] 如上所述，通过错开每个压电元件111(k)的超声波的发送定时，可以生成与从虚拟发送点Pi发送的超声波对应的合成波。该情况下，理想的状况是该合成波成为以虚拟发送点Pi为中心的球面波的一部分。不过，该合成波也可以不是完整的球面波。如上所述，检查对象物20的图像以成像网目31为单位生成(成像网目31程度的分辨能力(分解能))。因此，容许成像网目31程度的波阵面偏差。虚拟发送点Pi自身也不需要是完整的点，容许某种程度(例如成像网目31程度)的扩展(区域)。

[0067] 这里，优选使用多个虚拟发送点Pi来生成检查对象物20的图像。由此，可提高图像的分辨能力。

[0068] 图3是表示多个虚拟发送点Pi的例子的示意图。虚拟发送点Pi(虚拟点音源PYi)被配置在与超声波换能器110平行的平面S(X-Y平面)上。这里，配置虚拟发送点Pi的面S位于超声波换能器110的后方(检查对象物20的相反侧)。也可以与之相对地，使配置虚拟发送点Pi的面S位于超声波换能器110的前方(检查对象物20一侧)。另外，可以使配置虚拟发送点Pi的面S成为曲面。

[0069] 这里，考虑使虚拟发送点Pi与超声波换能器110的距离发生变化的情况。当如图2A、图2B所示那样，减小虚拟发送点Pi与超声波换能器110的距离时，可以向检查对象物
20照射宽指向角的超声波。尤其在将虚拟发送点Pi设为虚拟点音源PYi时，虚拟发送点Pi与检查对象物20的距离增大，可向检查对象物20的更宽广范围照射超声波，使得可视化变容易。

[0070] 另一方面，若增大虚拟发送点Pi与超声波换能器110的距离，则可以向检查对象物照射狭指向角的超声波。尤其通过将虚拟发送点Pi设为会聚点PFi，将会聚点PFi设置到检查对象物20的附近或其内部，容易以高分辨能力使特定的部位可视化。

[0071] 如上所述，通过适当改变虚拟发送点Pi与超声波换能器110的距离，可以调节向检查对象物20照射的超声波的指向性的宽狭。结果，能够有效地使检查对象物20整体或其一部分可视化。

[0072] 这里，考虑到存在这样的情况，即，对应于虚拟发送点Pi，使由发送切换电路121选择的压电元件111(发送压电元件组112)发生变化的情况。例如存在对应于图3中的虚拟发送点Pi来选择接近虚拟发送点Pi的发送压电元件组112(i)的情况。这样，通过选择接近虚拟发送点Pi的发送压电元件组112(i)，能够有效地使用比较少的压电元件111，生成虚拟发送点Pi。在该例子中，发送压电元件组112(i)的一部分会发生重叠。发送压电元件组112(i)也可以不发生重叠。

[0073] 这里，还能够不对应于虚拟发送点Pi变更发送压电元件组112。例如，可以使用所有的压电元件111，生成不同的虚拟发送点Pi，来改变发送超声波的方向。通过使用多个压电元件111，能够实现来自虚拟发送点Pi的高精度且强力的超声波发送。该情况下，不需要发送切换电路121。

[0074] 与以上的发送压电元件组112相关的讨论，在某种程度上还适用于接收压电元件组113。即，可以考虑对应于虚拟发送点Pi，来改变由接收切换电路131选择的压电元件111(发送压电元件组113)。通过对应于虚拟发送点Pi，选择接收压电元件组113(i)，能够有效地利用比较少的压电元件111来接收超声波。另一方面，还能够不对应于虚拟发送点Pi来变更接收压电元件组113。例如，可以使用所有的压电元件111来接收超声波回波。通过使用多个压电元件111，能够从检查对象物20接收高精度的超声波。该情况下，不需要接收切换电路131。

[0075] 如上所述，在图1中，利用发送切换电路121选择了发送压电元件组112的共计16个压电元件111。该情况下，从发送部122输出16个脉冲状或连续波的电压信号。这里，从发送部122发送的电压信号的发送定时由发送控制部123控制。结果，发送压电元件组112的各个发送超声波的合成波，与从虚拟发送点Pi发送的超声波的波阵面对应。

[0076] 这里，从发送部122输出的脉冲状或连续波的电压信号可以全都是同一形状(同一电压)。为了使从发送点P发送的超声波的波阵面接近于球面波(减小方向依赖性)，优选根据虚拟发送点Pi与压电元件111(k)的距离L(k)，使压电元件111(k)的超声波的发送强度不同。但是，由于即便使压电元件111(k)的发送强度不同，方向依赖性也不会大幅改变，所以，可以使来自各个压电元件111(k)的超声波的发送强度相同。

[0077] 这样发送的超声波，作为从虚拟发送点Pi发送的扩散波Wi进行传播，在检查对象物20的表面22上发生了折射之后，在检查对象物20内传播。进而，该超声波被缺陷21反射，由超声波换能器110内的压电元件111接收。即，通过由接收切换电路131选择的接收压电元件组113内的压电元件111接收到的超声波回波，被16个电路的放大器132同时放大，进而在由16个电路的A/D转换器133同时转换成数字信号之后，被读入到信号处理部140。

[0078] 反复进行以上的处理步骤。即，每当利用发送切换电路121进行了选择切换时，便反复执行通过变更发送部122的输出电压信号的发送定时而实现的虚拟发送点Pi的位置变更。由此，从多个虚拟发送点Pi发送超声波Wi，并被缺陷21反射，由信号处理部140收集该被反射的超声波回波的数字信号。

[0079] (孔径合成处理的详细内容)

[0080] 下面，对信号处理部140执行的孔径合成处理的详细内容进行说明。

[0081] 在信号处理部140中，通过对以数字方式收集到的超声波回波进行孔径合成，从而生成成像范围30内的超声波图像。即，对成像范围30内的成像网目31分配了以数字方式收集到的超声波回波的数据。

[0082] 这里，考虑从虚拟发送点Pi虚拟发送的超声波Wi被缺陷21反射，作为超声波回波Wj，由接收压电元件组113内的压电元件111(j)接收的情况。

[0083] 图4是表示图像合成处理的步骤的示意图。信号处理部140存储发送时间表组T及接收时间表组R。

[0084] 发送时间表组T包含对与虚拟发送点Pi及所有的成像网目31(ix，iy，iz)对应的发送超声波传播时间ti(ix，iy，iz)进行表示的发送时间表Ti。接收时间表组R包含对被所有的成像网目31(ix，iy，iz)反射、并由压电元件111(j)接收为止的接收超声波传播时间rj(ix，iy，iz)进行表示的接收时间表Rj。

[0085] 发送超声波传播时间ti(ix，iy，iz)表示从虚拟发送点Pi向成像范围30内的成像网目31(ix，iy，iz)传播的超声波传播时间。接收超声波传播时间rj(ix，iy，iz)表示从成像范围30内的成像网目31(ix，iy，iz)到压电元件111(j)为止的超声波传播时间。

[0086] 大致而言，发送超声波传播时间ti、接收超声波传播时间rj分别由从虚拟发送点Pi到成像网目31(ix，iy，iz)的距离L1(ix，iy，iz)、从成像网目31(ix，iy，iz)到压电元件111(j)的距离L2(ix，iy，iz)规定。通过将这些距离L1、L2除以超声波的速度，可以近似计算出发送超声波传播时间ti、接收超声波传播时间rj。

[0087] 如上所述，超声波在检查对象物20的表面22发生折射。因此，为了准确地求出发送超声波传播时间ti、接收超声波传播时间rj，需要预先求出检查对象物20的外形。若判断检查对象物20的外形，则可以考虑斯涅耳定律来计算出发送超声波传播时间ti、接收超声波传播时间rj。在该计算中可以利用各种数值模拟(simulation)。

[0088] 另外，在不判定检查对象物20的外形的情况下，也可以使用超声波成像装置100对检查对象物20的外形的成像结果，来求出检查对象物20的外形。

[0089] 图4中的图像合成的处理步骤表示了对来自虚拟发送点Pi的超声波被压电元件111(j)接收后的接收波形数据Dij(t)进行处理的情况。

[0090] (1)总传播时间tij的计算

[0091] 计算出从超声波换能器110发送的超声波被压电元件111(j)接收到的时间(总传播时间)tij。

[0092] 通过将发送超声波传播时间ti、接收超声波传播时间rj和补偿时间T0i相加，计算出总传播时间tij。

[0093] tij＝ti+rj+T0i ……式(3)

[0094] 补偿时间T0i是从超声波换能器110(发送压电元件组112)发送的超声波到达虚拟发送点Pi为止的超声波传播时间。如上所述，属于发送压电元件组112的压电元件111(k)的发送定时一般不一致。只要从属于发送压电元件组112的压电元件111(k)中确定代表点(代表电压元件)，并以该代表的压电元件111(k)为基准，规定补偿时间T0i即可。确定代表点(代表压电元件)使其与接收波形数据Dij(t)的时刻的基准点O对应。

[0095] 补偿时间T0i的绝对值与上述的超前时间Δt1(k)、延迟时间Δt2(k)对应。在虚拟发送点Pi是会聚点PFi的情况下，补偿时间T0i具有正的值。与之相对，在虚拟发送点Pi是虚拟点音源PYi的情况下，补偿时间T0i具有负的值。

[0096] 可以如上所述那样，针对所有的成像网目31(ix，iy，iz)计算出总传播时间tij。

[0097] 这里，可以对计算出总传播时间tij的成像网目31(ix，iy，iz)的范围进行限制。

[0098] 在图4中的发送时间表Ti、接收时间表Rj中，作为成像(孔径合成)的有效区域，设定了发送区域Lti、接收区域Lrj。在该有效区域中限制了总传播时间tij的计算范围(孔径合成处理的范围)。通过限制计算范围，可实现处理的高速化及高精度化。

[0099] 发送区域Lti根据虚拟发送点Pi的位置、及从虚拟发送点Pi发送的超声波的轮廓(指向性)而设定。由于从虚拟发送点Pi发送的超声波具有某种程度的指向性，所以，可以根据虚拟发送点Pi，规定成像范围30中的超声波的强度分布。事实上可以忽视来自虚拟发送点Pi的超声波的强度弱的、来在成像网目31的超声波回波Wj。在忽视的情况下，后述的接收波形数据Dij(t)分配的精度会提高。

[0100] 接收区域Lrj根据接收用压电元件111(j)的位置及接收轮廓(指向性)而设定。压电元件111(j)具有来自正面方向的超声波的接收灵敏度高、来自斜向的超声波的接收灵敏度低的倾向。因此，根据与接收用压电元件111(j)的关系，事实上可以忽视来自位于灵敏度低的方向的成像网目31的超声波回波Wj。在忽视的情况下，后述的接收波形数据Dij(t)分配的精度会提高。另外，接收的指向性的宽窄与压电元件111的尺寸对应。压电元件111的尺寸越大，越成为宽指向性，尺寸越小，越成为狭指向性。

[0101] 通过上述处理，在图像合成的处理步骤中，可以将图像合成处理只限制在发送区域Lti和接收区域Lrj的重复部Oij，而回避限制区域以外的图像合成步骤。结果，不仅可以降低图像合成处理的负担、实现高速化，而且通过降低多余的图像合成噪声，能够实现高精度化。

[0102] (2)接收波形数据Dij(t)的采样数据的延迟时间的检测

[0103] 检测接收波形数据Dij(t)上的采样数据A1……An。并且，检测出从超声波的发送到这些采样数据An的延迟时间tn。这些采样数据An与从成像网目31(ix，iy，iz)的任意一个反射的超声波回波Wj对应。如上所述，采样数据An由A/D转换器133生成，通过例如以规定时间间隔对接收波形数据Dij(t)(超声波回波)进行采样而获得。

[0104] (3)数据向成像网目31的分配

[0105] 可以根据总传播时间tij，对成像网目31(ix，iy，iz)分配接收波形数据Dij(t)。

[0106] 即，通过求出与延迟时间tn对应的总传播时间tij，可以检测出该采样数据An与哪个成像网目31(ix，iy，iz)对应。并对检测出的成像网目31(ix，iy，iz)分配值。例如，按照下述公式那样赋予采样数据的值An。

[0107] I(ix，iy，iz)＝I(ix，iy，iz)+An ……式(4)

[0108] 这里，图像数据I(ix，iy，iz)表示来自成像网目31(ix，iy，iz)的超声波回波Wj的强度的累计值(稹算值)。即，图像数据I表示三维下的超声波回波Wj的强度分布。

[0109] 这里，与延迟时间tn对应的总传播时间tij(成像网目31(ix，iy，iz))一般存在多个。该情况下，将与一个采样数据An对应的值分配给多个成像网目31(ix，iy，iz)。例如，将除以了所述多个成像网目31的个数m而得到的量An/m，分配给各个成像网目31(I＝I+An/m)。该分配成为噪声的原因。但是，通过叠加多个数据，事实上能够消除噪声成分。

[0110] 如上所述，可以将计算出总传播时间tij的成像网目31限制在范围Oij中。由此，限制了向多个成像网目31分配无用的值，可降低多余的图像合成噪声。

[0111] 通过对虚拟发送点Pi和压电元件111(j)反复进行该(2)、(3)的步骤，可以生成检查对象物20整体的三维图像(孔径合成处理)。

[0112] (4)图像的显示

[0113] 通过对应于该图像数据I来改变显示部150上的亮度，可以在显示部150上显示检查对象物20的表面22、缺陷21的图像。

[0114] (异常区域的检测)

[0115] 下面，说明判定部160对异常区域的检测。

[0116] 这里，说明对具有厚度为D的分布的检查对象物20a中的异常区域Hp进行检测的步骤。图5是表示检查对象物20a的示意图。成像范围30a被设定成包括检查对象物20a的底面部或边界部。

[0117] 图6是表示异常区域的检测步骤的一个例子的示意图。该示意图包括底面深度分布D(ix，iy)、深度衰减特性G(D)、判定表Th(ix，iy)、强度分布(ix，iy)、判定图像数据J(ix，iy)。图7是表示与底面深度分布D(ix，iy)、深度衰减特性G(D)、判定表Th(ix，iy)、强度分布P(ix，iy)、判定图像数据J(ix，iy)各自对应的曲线图D(x)、Th(x)、P(x)、J(x)的图。这些曲线表示底面深度分布D(ix，iy)等在x轴方向(图6的x1-x2)的变化。

[0118] (1)检查对象物20a的底面部或边界部的深度d的计测

[0119] 通过在成像范围30中，检测出深度方向的图像数据I的峰值位置，可以计测检查对象物20的底面部或边界部的深度D(参照图6(A)及图7(A))。具体而言，使图像数据I(ix，iy，iz)中的索引ix，iy一定，让索引iz变化，来求出图像数据I为极大的iz。

[0120] 在图5中，成像范围30a中只包含检查对象物20a的底面(不包含上面)。该情况下，可认为图像数据I(ix，iy，iz)在深度方向的最大峰值与检查对象物20a的底面对应。

[0121] 与之相对，在成像范围30a中包含检查对象物20a的上面和底面双方的情况下，出现与上面和底面分别对应的峰值(图像数据I的极大点iz存在多个)。该情况下，可以根据图像数据I的峰值及此时的iz(深度)，检测出与底面部对应的峰值。由于来自检查对象物20a的表面及底面的超声波回波一般很大，所以，大的两个峰值中的较深的是与底面部对应的峰值。

[0122] 这样，针对(ix，iy)，可以计测检查对象物20的底面部的深度D、即深度分布D(D(ix，iy)，D(x))。

[0123] (2)判定表Th的生成

[0124] 根据底面深度分布D(ix，iy)和通常化后的深度衰减特性G(D)(图6(B))，对应深度生成判定表Th(ix，iy)(图6(C)、图7(B))。

[0125] 判定表Th(ix，iy)表示用于对异常区域的有无进行判定的基准强度Th的分布。如后所述，如果强度分布P(ix，iy)中的强度P比判定表Th(ix，iy)中的基准强度Th大，则被判定为异常区域。

[0126] 深度衰减特性G(D)表示深度D与超声波的衰减量G的关系。深度D越大，超声波的衰减量G(D)越大，超声波回波的强度越小。因此，通过将深度衰减特性F(D)代入到底面深度分布D(ix，iy)中，可以求出衰减量分布G(ix，iy)。可根据该衰减量分布G(ix，iy)，生成判定表Th(ix，iy)。

[0127] (3)强度分布P(ix，iy)的计测

[0128] 通过在成像范围30a中检测深度方向的数据的峰值电平，来计测底面部或边界部处的反射强度，并根据其结果生成强度分布P(ix，iy)(图6(D)、图7(B))。

[0129] 强度分布P(ix，iy)可以采用在深度D(与D对应的iz)中对成像网目31(ix，iy，iz)分配的值I(ix，iy，iz)。

[0130] (4)异常区域Hp的检测

[0131] 通过将该强度分布P(ix，iy)与判定表Th(ix，iy)比较，来显示判定图像J(ix，iy)，可以根据其结果检测出异常区域Hp。如图7所示，由于在X3、X4的范围中，强度P(ix，iy)比判定值Th(ix，iy)大，所以，可判定为该范围是异常区域Hp。

[0132] 当在检查对象物20a内存在超声波的衰减少的区域时，在该区域通过的超声波经过检查对象物20a的底面部或边界部时的反射强度增大。即，该超声波的衰减少的区域对应于异常区域Hp。

[0133] 如果在该异常区域Hp的边界超声波被反射，则与该边界对应会出现接收波形数据Dij(t)的峰值，从而检测出异常区域Hp。但是，如果异常区域Hp的边界处的超声波的反射强度小，则难以使用接收波形数据Dij(t)的峰值检测出异常区域Hp。

[0134] 对此，通过本实施方式，即使在来自异常区域Hp的边界的反射弱的情况(或不具有明确的边界的情况)下，也能够根据来自检查对象物20a的底面等的反射强度，检测出异常区域Hp(超声波的衰减少的区域)。

[0135] 判定图像J(ix，iy)可以利用在强度分布P(ix，iy)中将强度P小于判定值Th的范围设为“0”的强度分布。

[0136] 如上所述，根据本实施方式，通过对超声波换能器110内的多个压电元件111的发送定时进行控制，能够在以电子方式控制发送超声波的扩散与会聚的同时，扫描发送波束。作为扫描的结果，为了根据接收到的多个超声波回波数据进行三维成像，使用事先计算出的发送时间表T和接收时间表R中存储的超声波传播时间。另外，通过将超声波的收发指向性反映到发送时间表T、接收时间表R中，可以实现高速、高精度地合成、显示三维图像的三维超声波图像。

[0137] (其他的实施方式)

[0138] 本发明的实施方式不限于上述的实施方式，可以进行扩展、变更，扩展、变更得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

[0139] 在上述实施方式中，将压电元件111配置成矩阵状。对此，也能够将压电元件配置成线状(一列)。例如，在检查对象物20在纵深方向(Y方向)较薄的情况可以考虑这种方式。这样的情况下，只要将压电元件111在X方向配置成线状，能够生成X-Z方向的平面图像即可。此时，通过将虚拟发送点Pi在X方向配置成线状，并进行孔径合成，能够生成X-Z方向的平面图像。

标题	发布/更新时间	阅读量
超声波切割装置-专利编号CN103958136B	2020-05-11	393
超声波探头-专利编号CN102830179A	2020-05-11	908
超声波清洗机-专利编号CN102151671A	2020-05-13	324
超声波探伤水槽-专利编号CN102914595A	2020-05-12	111
超声波换能器-专利编号CN103433194B	2020-05-13	409
超声波切割装置-专利编号CN103958136A	2020-05-12	558
一种超声波电源-专利编号CN110504843A	2020-05-11	411
超声波清洗机-专利编号CN103350079B	2020-05-11	43
超声波清洗机-专利编号CN103350079A	2020-05-12	43
超声波发生器-专利编号CN101658838B	2020-05-13	62

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