JP3401199B2 - 超音波映像化システムの超音波信号集束方法及び装置 - Google Patents
超音波映像化システムの超音波信号集束方法及び装置Info
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- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
- G10K11/341—Circuits therefor
- G10K11/346—Circuits therefor using phase variation
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波映像化システ
ムの超音波信号集束方法及び装置に係り、特に、対象体
に向って発射される超音波信号を送信及び／または受信
集束（focusing）する超音波信号集束方法及び装置に関
する。
ムの超音波信号集束方法及び装置に係り、特に、対象体
に向って発射される超音波信号を送信及び／または受信
集束（focusing）する超音波信号集束方法及び装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、超音波映像化システムは超音波
を利用して人体のような対象体の内部の断面構造を示
す。このシステムは超音波信号集束装置及び映像化装置
を備える。超音波信号集束装置は対象体に超音波信号を
発射し、対象体の音響インピーダンスの不連続面から反
射され戻ってくる超音波信号を電気信号に変換させる。
映像化装置はこの電気信号をディスプレーして対象体の
内部状態を見せてくれる。
を利用して人体のような対象体の内部の断面構造を示
す。このシステムは超音波信号集束装置及び映像化装置
を備える。超音波信号集束装置は対象体に超音波信号を
発射し、対象体の音響インピーダンスの不連続面から反
射され戻ってくる超音波信号を電気信号に変換させる。
映像化装置はこの電気信号をディスプレーして対象体の
内部状態を見せてくれる。
【０００３】このような超音波映像化システムの機能向
上のために求められる重要な要因の一つは超音波映像の
解像度であり、この解像度を改善するための開発がなさ
れつつある。超音波映像は軸方向（axial direction）
解像度よりは側方向（lateral）解像度が一層劣り、こ
の側方向解像度を決定するのには集束が最大の役割をは
たす。側方向解像度を向上させるため、超音波映像化シ
ステムは多数個の変換素子（transducer element）で形
成された配列型変換器（array transducer）をプローブ
（probe）として使用し、電気的な信号処理を用いた送
信集束（transmission focusing）及び受信集束（recei
pt focusing）を行なう。受信集束時には、超音波の進
行速度に鑑みて集束点（focal point）の位置を配列型
変換器に近い位置から遠い位置に連続的に移動させなが
ら集束を行なう動的集束（dynamic focusing）が使用可
能である。この動的集束は集束点を固定させた時より一
層良好な側面解像度を提供する。
上のために求められる重要な要因の一つは超音波映像の
解像度であり、この解像度を改善するための開発がなさ
れつつある。超音波映像は軸方向（axial direction）
解像度よりは側方向（lateral）解像度が一層劣り、こ
の側方向解像度を決定するのには集束が最大の役割をは
たす。側方向解像度を向上させるため、超音波映像化シ
ステムは多数個の変換素子（transducer element）で形
成された配列型変換器（array transducer）をプローブ
（probe）として使用し、電気的な信号処理を用いた送
信集束（transmission focusing）及び受信集束（recei
pt focusing）を行なう。受信集束時には、超音波の進
行速度に鑑みて集束点（focal point）の位置を配列型
変換器に近い位置から遠い位置に連続的に移動させなが
ら集束を行なう動的集束（dynamic focusing）が使用可
能である。この動的集束は集束点を固定させた時より一
層良好な側面解像度を提供する。
【０００４】一般の送信集束を図１に基づき説明すれば
次の通りである。図１において、ｘ軸は配列型変換器１
０の超音波送信面に平行であり、ｚ軸は超音波送信面に
垂直である。説明の便宜のため、配列型変換器１０の特
定変換素子の表面と走査線（scanline）とが交わる点を
原点（０、０）に定め、原点に位置した変換素子を“変
換素子０"という。ここで、走査線はかじ取り角（steer
ing angle）が“θ"の場合に“変換素子０"の超音波送
信面の中央と送信集束点Ｆとを連結するラインである。
次の通りである。図１において、ｘ軸は配列型変換器１
０の超音波送信面に平行であり、ｚ軸は超音波送信面に
垂直である。説明の便宜のため、配列型変換器１０の特
定変換素子の表面と走査線（scanline）とが交わる点を
原点（０、０）に定め、原点に位置した変換素子を“変
換素子０"という。ここで、走査線はかじ取り角（steer
ing angle）が“θ"の場合に“変換素子０"の超音波送
信面の中央と送信集束点Ｆとを連結するラインである。
【０００５】全ての変換素子から発射された超音波パル
スが送信集束点Ｆに同じ時点に到達するためには、原点
から遠く離れた変換素子ほど原点に近い変換素子より先
に超音波パルスを発射しなければならない。例えば、
“変換素子３"は“変換素子０"に比べてｌ３／ｖほど早
く超音波パルスを送信しなければならない。ここで、ｖ
は超音波パルスの速度であり、ｒは原点から集束点Ｆま
での距離で、ｌは原点でない位置に置かれた変換素子の
超音波送信側面から集束点Ｆまでの距離（ｒ＋ｌ）と距
離（ｒ）間の距離差である。従って、ｚ軸から反時計方
向に太線で示された走査線までのかじ取り角（θ）を利
用すれば、位置ｘｌを有する“変換素子１"に対応する
遅延素子のための送信遅延時間ｔｄ（ｘ１）は次の数式
３で求められる。
スが送信集束点Ｆに同じ時点に到達するためには、原点
から遠く離れた変換素子ほど原点に近い変換素子より先
に超音波パルスを発射しなければならない。例えば、
“変換素子３"は“変換素子０"に比べてｌ３／ｖほど早
く超音波パルスを送信しなければならない。ここで、ｖ
は超音波パルスの速度であり、ｒは原点から集束点Ｆま
での距離で、ｌは原点でない位置に置かれた変換素子の
超音波送信側面から集束点Ｆまでの距離（ｒ＋ｌ）と距
離（ｒ）間の距離差である。従って、ｚ軸から反時計方
向に太線で示された走査線までのかじ取り角（θ）を利
用すれば、位置ｘｌを有する“変換素子１"に対応する
遅延素子のための送信遅延時間ｔｄ（ｘ１）は次の数式
３で求められる。
【数３】
【０００６】遅延素子に負数の送信遅延時間を与えると
いうことは不可能である。従って、実際は、全ての変換
素子に対応する送信遅延時間に同じ正（positive）の値
を足して全ての送信遅延時間が正数になるようにするこ
とが必要である。
いうことは不可能である。従って、実際は、全ての変換
素子に対応する送信遅延時間に同じ正（positive）の値
を足して全ての送信遅延時間が正数になるようにするこ
とが必要である。
【０００７】しかし、説明の便宜のため、負数の送信遅
延時間が可能なことと仮定し、“変換素子０"が超音波
パルスを送信する瞬間の時間を“０"と定める。する
と、数式３におけるｒをｖｔ／２に置換することによっ
て、中心位置ｘを有する変換素子に対応する送信遅延時
間または受信遅延時間は次の数式４で表現される。
延時間が可能なことと仮定し、“変換素子０"が超音波
パルスを送信する瞬間の時間を“０"と定める。する
と、数式３におけるｒをｖｔ／２に置換することによっ
て、中心位置ｘを有する変換素子に対応する送信遅延時
間または受信遅延時間は次の数式４で表現される。
【数４】
ここで、ｔは超音波パルスが変換素子から集束点Ｆまで
を往復するのにかかる時間である。
を往復するのにかかる時間である。
【０００８】パルス発生器（図示せず）から発生された
各電気パルスに前述した数式４の送信遅延時間を利用す
れば、変換素子が集束点Ｆに向かって送信する超音波パ
ルスは図２に示したようなリップル（ripples）を形成
する。図２において、各波（ripple）は、変換素子がパ
ルス発生器から出てくる一つのパルスを他の送信遅延時
間によって遅延させた後送信した結果である。
各電気パルスに前述した数式４の送信遅延時間を利用す
れば、変換素子が集束点Ｆに向かって送信する超音波パ
ルスは図２に示したようなリップル（ripples）を形成
する。図２において、各波（ripple）は、変換素子がパ
ルス発生器から出てくる一つのパルスを他の送信遅延時
間によって遅延させた後送信した結果である。
【０００９】送信集束時には、全ての超音波パルスが同
じ時間に集束点Ｆに到達し、集束点Ｆに到達したこの超
音波パルスは全て同じ位相を持つ。従って、超音波の振
幅または強さは集束点Ｆで最大となる。しかし、集束点
Ｆ以外の位置（ＡまたはＢ）では、超音波パルスが同じ
時間に到達しなくなり、位相も相異なるため、超音波パ
ルスは互いに相殺されて超音波の強さは集束点Ｆに比べ
て小さくなる。この時、軸方向より側方向に遠ざかるほ
ど超音波パルスの強さはより一層小さくなる。
じ時間に集束点Ｆに到達し、集束点Ｆに到達したこの超
音波パルスは全て同じ位相を持つ。従って、超音波の振
幅または強さは集束点Ｆで最大となる。しかし、集束点
Ｆ以外の位置（ＡまたはＢ）では、超音波パルスが同じ
時間に到達しなくなり、位相も相異なるため、超音波パ
ルスは互いに相殺されて超音波の強さは集束点Ｆに比べ
て小さくなる。この時、軸方向より側方向に遠ざかるほ
ど超音波パルスの強さはより一層小さくなる。
【００１０】前述したような送受信集束の総合的な結果
により解像度が決定されるが、送信集束時には集束点を
固定させるしかないので、受信集束が理想的である。し
かし、受信集束の場合も、側方向解像度は集束点の近傍
で最良であり、その残り部分では比較的劣化する。
により解像度が決定されるが、送信集束時には集束点を
固定させるしかないので、受信集束が理想的である。し
かし、受信集束の場合も、側方向解像度は集束点の近傍
で最良であり、その残り部分では比較的劣化する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は対象体のため
に用いられる超音波信号を走査線上の送受信可能な全て
の点で集束する超音波映像化システムの超音波信号集束
方法及び装置に関することであって、本発明の目的は超
音波映像化において、送信集束点から遠ざかるほど次第
に側方向解像度が低くなる既存の超音波映像化システム
の短所を克服するため、走査線上の全ての点に集束点が
置かれているように送受信集束を行って全体的な解像度
を向上させる超音波映像化システムの信号集束方法及び
装置を提供するにある。
に用いられる超音波信号を走査線上の送受信可能な全て
の点で集束する超音波映像化システムの超音波信号集束
方法及び装置に関することであって、本発明の目的は超
音波映像化において、送信集束点から遠ざかるほど次第
に側方向解像度が低くなる既存の超音波映像化システム
の短所を克服するため、走査線上の全ての点に集束点が
置かれているように送受信集束を行って全体的な解像度
を向上させる超音波映像化システムの信号集束方法及び
装置を提供するにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前述したような目的を達
成するための本発明の特徴は、超音波信号を集束する装
置において、相異なる箇所に位置した変換素子によって
各々相異なる時間遅延を持つように作られて側方向の送
信集束を行なう配列型変換器と、前記変換素子に戻って
きた超音波信号を適切に増幅してデジタル信号に変換す
る受信部と、前記受信部からの信号を受けて送信する毎
に別途に格納（記憶）し、格納された超音波受信信号に
加えるべき時間遅延を計算して種々の送信走査線の信号
を一つの変換素子内で集束するイントラチャンネルプロ
セッシング部と、前記イントラチャンネルプロセッシン
グ部の出力を全て合算して全ての変換素子からの信号を
利用して集束を完成する受信集束部とを含む超音波信号
集束装置にある。
成するための本発明の特徴は、超音波信号を集束する装
置において、相異なる箇所に位置した変換素子によって
各々相異なる時間遅延を持つように作られて側方向の送
信集束を行なう配列型変換器と、前記変換素子に戻って
きた超音波信号を適切に増幅してデジタル信号に変換す
る受信部と、前記受信部からの信号を受けて送信する毎
に別途に格納（記憶）し、格納された超音波受信信号に
加えるべき時間遅延を計算して種々の送信走査線の信号
を一つの変換素子内で集束するイントラチャンネルプロ
セッシング部と、前記イントラチャンネルプロセッシン
グ部の出力を全て合算して全ての変換素子からの信号を
利用して集束を完成する受信集束部とを含む超音波信号
集束装置にある。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明の望ましい実施例を詳述する。図３は本発明に適用さ
れた超音波信号の集束を説明するための幾何学的な図面
である。
明の望ましい実施例を詳述する。図３は本発明に適用さ
れた超音波信号の集束を説明するための幾何学的な図面
である。
【００１４】図３において、ｆ０及びｆ２は集束点であ
り、Ｐ１、Ｐ１'、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４は対象点であ
る。そして、Ｚ１は“変換素子０"から走査線Ｌ０に沿
って集束点ｆ０に向かって発射した超音波パルスが対象
点Ｐ１に到達する時までの経路の長さを、Ｚ２は“変換
素子２"から走査線Ｌ２に沿って集束点ｆ２に向かって
発射した超音波パルスが対象点Ｐ１に到達するのにかか
る時間間隔に対応する経路の長さを示したことである。
Ｚｆは“変換素子２"から走査線Ｌ２に沿って集束点ｆ
２に向かって発射した超音波パルスが集束点ｆ２に到達
する時までの経路の長さを示し、Ｘｆは“変換素子０"
と“変換素子２"との距離を表す。
り、Ｐ１、Ｐ１'、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４は対象点であ
る。そして、Ｚ１は“変換素子０"から走査線Ｌ０に沿
って集束点ｆ０に向かって発射した超音波パルスが対象
点Ｐ１に到達する時までの経路の長さを、Ｚ２は“変換
素子２"から走査線Ｌ２に沿って集束点ｆ２に向かって
発射した超音波パルスが対象点Ｐ１に到達するのにかか
る時間間隔に対応する経路の長さを示したことである。
Ｚｆは“変換素子２"から走査線Ｌ２に沿って集束点ｆ
２に向かって発射した超音波パルスが集束点ｆ２に到達
する時までの経路の長さを示し、Ｘｆは“変換素子０"
と“変換素子２"との距離を表す。
【００１５】図４は図３に示された走査線Ｌ０及びＬ２
に沿って送信された後、対象点Ｐ１から戻ってくる超音
波パルスを説明するための図面である。図４において、
（ａ）は走査線Ｌ０上の集束点ｆ０に向かって送信した
超音波パルスが対象点Ｐ１から“変換素子０"に戻って
くる時間を示し、（ｂ）は集束点ｆ２に向かって送信し
た超音波パルスが対象点Ｐ１から“変換素子０"に戻っ
てくる時間を示す。
に沿って送信された後、対象点Ｐ１から戻ってくる超音
波パルスを説明するための図面である。図４において、
（ａ）は走査線Ｌ０上の集束点ｆ０に向かって送信した
超音波パルスが対象点Ｐ１から“変換素子０"に戻って
くる時間を示し、（ｂ）は集束点ｆ２に向かって送信し
た超音波パルスが対象点Ｐ１から“変換素子０"に戻っ
てくる時間を示す。
【００１６】区間Ａ内にある“変換素子−４"乃至“変
換素子４"は超音波パルスを、走査線Ｌ０上の集束点ｆ
０に向かって送信集束されるように発射し、区間Ｂ内に
ある“変換素子−２"乃至“変換素子６"は超音波パルス
を、走査線Ｌ２上の集束点ｆ２に向かって送信集束され
るように発射する。走査線Ｌ０について送信した超音波
パルスは“変換素子０"を出発してから距離Ｚ１を進行
する時間が経過した後、対象点Ｐ１に到達する。その
後、距離Ｚ１に該当する時間が過ぎた後“変換素子０"
に戻ってくる。走査線Ｌ２に対して送信した超音波パル
スは“変換素子２"を出発してから距離Ｚ２を進行する
時間が経過した後対象点Ｐ１に到達する。対象点Ｐ１に
到達した超音波パルスは再び距離Ｚ１に該当する時間が
過ぎた後“変換素子０"で受信される。“変換素子０"及
び“変換素子２"から集束点ｆ０に向かって送信された
超音波パルスは送信集束により同じ時間に集束点ｆ０に
到達する。従って、“変換素子０"から送信された超音
波パルスが対象点Ｐ１に到達する時間は“変換素子２"
から送信された超音波パルスが対象点Ｐ１'に到達する
時間と同一である。このような関係は、図３において集
束点ｆ０を中心に有する円（点線で表示）で示した。
換素子４"は超音波パルスを、走査線Ｌ０上の集束点ｆ
０に向かって送信集束されるように発射し、区間Ｂ内に
ある“変換素子−２"乃至“変換素子６"は超音波パルス
を、走査線Ｌ２上の集束点ｆ２に向かって送信集束され
るように発射する。走査線Ｌ０について送信した超音波
パルスは“変換素子０"を出発してから距離Ｚ１を進行
する時間が経過した後、対象点Ｐ１に到達する。その
後、距離Ｚ１に該当する時間が過ぎた後“変換素子０"
に戻ってくる。走査線Ｌ２に対して送信した超音波パル
スは“変換素子２"を出発してから距離Ｚ２を進行する
時間が経過した後対象点Ｐ１に到達する。対象点Ｐ１に
到達した超音波パルスは再び距離Ｚ１に該当する時間が
過ぎた後“変換素子０"で受信される。“変換素子０"及
び“変換素子２"から集束点ｆ０に向かって送信された
超音波パルスは送信集束により同じ時間に集束点ｆ０に
到達する。従って、“変換素子０"から送信された超音
波パルスが対象点Ｐ１に到達する時間は“変換素子２"
から送信された超音波パルスが対象点Ｐ１'に到達する
時間と同一である。このような関係は、図３において集
束点ｆ０を中心に有する円（点線で表示）で示した。
【００１７】“変換素子０"で受信した二つの受信超音
波パルス即ち、走査線Ｌ０上の送信集束点ｆ０に向かっ
て送信した超音波パルスから得られた受信超音波パルス
と走査線Ｌ２上の送信集束点ｆ２に向かって送信した超
音波パルスから得られた受信超音波パルスは、対象点Ｐ
１から反射された受信超音波パルスが同じ時間に加えら
れるようにその遅延時間が調整される。こうすれば、送
信集束点ｆ０に向かって送信して“変換素子０"で受信
した対象点Ｐ１に対応する受信超音波パルスは、送信集
束点ｆ２に向かって送信して対象点Ｐ１から反射された
後“変換素子０"で受信される受信超音波パルスを利用
してその信号の強さが補強される。
波パルス即ち、走査線Ｌ０上の送信集束点ｆ０に向かっ
て送信した超音波パルスから得られた受信超音波パルス
と走査線Ｌ２上の送信集束点ｆ２に向かって送信した超
音波パルスから得られた受信超音波パルスは、対象点Ｐ
１から反射された受信超音波パルスが同じ時間に加えら
れるようにその遅延時間が調整される。こうすれば、送
信集束点ｆ０に向かって送信して“変換素子０"で受信
した対象点Ｐ１に対応する受信超音波パルスは、送信集
束点ｆ２に向かって送信して対象点Ｐ１から反射された
後“変換素子０"で受信される受信超音波パルスを利用
してその信号の強さが補強される。
【００１８】このように全ての走査線に対して送信集束
を行なった信号を合成（synthesizing）すれば、結果的
に目標とする対象点から反射された超音波受信パルスは
全てエンベロープと位相が整列されて加えられるのでそ
の信号強度が大きくなるが、その他の点に対応する信号
強度はそうでなくなる。
を行なった信号を合成（synthesizing）すれば、結果的
に目標とする対象点から反射された超音波受信パルスは
全てエンベロープと位相が整列されて加えられるのでそ
の信号強度が大きくなるが、その他の点に対応する信号
強度はそうでなくなる。
【００１９】図３を参照して信号強さ補強に必要な遅延
時間を説明すれば次の通りである。図３に示された“変
換素子０"、“変換素子２"及び対象点Ｐ１を考慮すれ
ば、次の数式５が満たされる。
時間を説明すれば次の通りである。図３に示された“変
換素子０"、“変換素子２"及び対象点Ｐ１を考慮すれ
ば、次の数式５が満たされる。
【数５】
【００２０】Ｚ１＝ｖｔ／２という関係を利用すれば、
数式５は次の数式６に置換される。
数式５は次の数式６に置換される。
【数６】
この数式６は“変換素子２"から走査線Ｌ２上の集束点
ｆ２に向かって送信した超音波パルスに対し、“変換素
子０"が対象点Ｐ１から受信する受信超音波パルスの遅
延時間になる。
ｆ２に向かって送信した超音波パルスに対し、“変換素
子０"が対象点Ｐ１から受信する受信超音波パルスの遅
延時間になる。
【００２１】超音波信号を送受信し、この信号を合成す
る時隣接した種々の走査線に送信集束して得られた信号
を全て同じ割合で合算する必要はない。側方向解像度を
向上させるためには色々な方法があるが、その中の一つ
として加重値を置く方法がある。例えば、走査線Ｌ０上
の送信集束点に向かって発射された信号から戻ってきた
信号のための加重値が‘１'とすれば、走査線Ｌ２上の
送信集束点に向かって発射された信号から戻ってくる信
号のための加重値は‘０．７'、それより一層離れてい
る走査線Ｌ３から戻ってきた信号のための加重値は
‘０．５'に定めて足す方法がある。このような方法を
ビームフォーミング技術ではアポダイゼーション（apod
ization）という。本発明の場合も適切にアポダイゼー
ションを使用して側方向解像度を改善できる。
る時隣接した種々の走査線に送信集束して得られた信号
を全て同じ割合で合算する必要はない。側方向解像度を
向上させるためには色々な方法があるが、その中の一つ
として加重値を置く方法がある。例えば、走査線Ｌ０上
の送信集束点に向かって発射された信号から戻ってきた
信号のための加重値が‘１'とすれば、走査線Ｌ２上の
送信集束点に向かって発射された信号から戻ってくる信
号のための加重値は‘０．７'、それより一層離れてい
る走査線Ｌ３から戻ってきた信号のための加重値は
‘０．５'に定めて足す方法がある。このような方法を
ビームフォーミング技術ではアポダイゼーション（apod
ization）という。本発明の場合も適切にアポダイゼー
ションを使用して側方向解像度を改善できる。
【００２２】今までは走査線Ｌ０のために“変換素子
０"だけ受信する場合を説明した。しかし、走査線Ｌ０
上の集束点ｆ０に対する送信集束に参加できる全ての隣
接した変換素子（図３では“変換素子−４"乃至“変換
素子４"）が走査線Ｌ０上の可能な全ての対象点に対す
る信号強度の補強に寄与できる。例えば、走査線Ｌ０に
沿って送信して“変換素子０"で受信した信号を‘基準
信号'と定める。すると、走査線Ｌ２に沿って送信した
信号を“変換素子１"が受信して格納（記憶）し、この
信号に対する適切な遅延時間を加えて基準信号と合せて
走査線Ｌ０上の対象点から得られた基準信号を補強でき
る。この対象点は勿論固定された点でなくても良く、超
音波パルスの進行を追って走査線Ｌ０上で動くことが一
層望ましい。こうすれば、走査線Ｌ０上の所望の全ての
対象点から得られる対象体からの信号は補強干渉により
大きくなるが、その他の点は相殺干渉により小さくなっ
て解像度が向上する。
０"だけ受信する場合を説明した。しかし、走査線Ｌ０
上の集束点ｆ０に対する送信集束に参加できる全ての隣
接した変換素子（図３では“変換素子−４"乃至“変換
素子４"）が走査線Ｌ０上の可能な全ての対象点に対す
る信号強度の補強に寄与できる。例えば、走査線Ｌ０に
沿って送信して“変換素子０"で受信した信号を‘基準
信号'と定める。すると、走査線Ｌ２に沿って送信した
信号を“変換素子１"が受信して格納（記憶）し、この
信号に対する適切な遅延時間を加えて基準信号と合せて
走査線Ｌ０上の対象点から得られた基準信号を補強でき
る。この対象点は勿論固定された点でなくても良く、超
音波パルスの進行を追って走査線Ｌ０上で動くことが一
層望ましい。こうすれば、走査線Ｌ０上の所望の全ての
対象点から得られる対象体からの信号は補強干渉により
大きくなるが、その他の点は相殺干渉により小さくなっ
て解像度が向上する。
【００２３】図５は“変換素子０"に受信される超音波
パルスを補強するために隣接する“変換素子−１"に受
信される超音波パルスのために用いられる遅延時間を説
明するための図面である。説明の明瞭さのため、送信走
査線Ｌ２は支点（始点）（Ｘｆ、０）から集束点ｆ２を
通り、集束点ｆ２の座標は（Ｘｆ、Ｚｆ）である。ま
た、超音波パルスを受信する変換素子が支点（始点）
（Ｘｅ、０）にあり、最終的に集束する走査線は原点
（０、０）を通るＬ０と定める。すると、対象点Ｐ１か
ら“変換素子０"に受信される超音波パルスを補強する
ために“変換素子−１"に受信される超音波パルスに加
えなければならない遅延時間を数式で表現すれば次の数
式７の通りである。
パルスを補強するために隣接する“変換素子−１"に受
信される超音波パルスのために用いられる遅延時間を説
明するための図面である。説明の明瞭さのため、送信走
査線Ｌ２は支点（始点）（Ｘｆ、０）から集束点ｆ２を
通り、集束点ｆ２の座標は（Ｘｆ、Ｚｆ）である。ま
た、超音波パルスを受信する変換素子が支点（始点）
（Ｘｅ、０）にあり、最終的に集束する走査線は原点
（０、０）を通るＬ０と定める。すると、対象点Ｐ１か
ら“変換素子０"に受信される超音波パルスを補強する
ために“変換素子−１"に受信される超音波パルスに加
えなければならない遅延時間を数式で表現すれば次の数
式７の通りである。
【数７】
【００２４】ここで、Ｚｔとｒrは次の数式８で表現で
きる。
きる。
【数８】
従って、遅延時間は次の数式９の通りである。
【数９】
【００２５】Ｐ１をＺｐ＝ｖｔ／２に置き換えれば、数
式１０のように変形できる。
式１０のように変形できる。
【数１０】
【００２６】従って、支点（Ｘｅ、０）にある“変換素
子−１"で受信した超音波パルスをｓ（ｔ、Ｘｆ、Ｚ
ｆ、Ｘｅ）とすれば、対象点Ｐ１に対する最終集束の結
果信号Ｓfocused（ｔ）は、数式１１の通りである。
子−１"で受信した超音波パルスをｓ（ｔ、Ｘｆ、Ｚ
ｆ、Ｘｅ）とすれば、対象点Ｐ１に対する最終集束の結
果信号Ｓfocused（ｔ）は、数式１１の通りである。
【数１１】
ここで、Ａ（ｔ、Ｘｅ、Ｘｆ）は前述したアポダイゼー
ション因子（apodization factor）であって、ｔ、Ｘ
ｅ、Ｘｆにより各々適切な関数を使用する。
ション因子（apodization factor）であって、ｔ、Ｘ
ｅ、Ｘｆにより各々適切な関数を使用する。
【００２７】
【外１】
は対象点Ｐ１に対する超音波パルスの受信を許す全ての
送信スキャンランのための項であり、
送信スキャンランのための項であり、
【外２】
は対象点Ｐ１から反射される超音波パルスを受信する全
ての変換素子のための項である。この時、ｔもやはり前
述したように送信する毎に０に置く。また、Ｘｅ、Ｘｆ
は適切な間隔で適切な範囲内で変化させながら合算す
る。このような集束を行うためには最終集束された一本
の走査線のためにも多くのＸｅ、Ｘｆに対して一定の範
囲内の信号が必要である。しかし、最終集束された走査
線の位置が以前のものから全く移動しなければ、大部分
の信号はそのまま使用でき、一部が追加または削除され
るだけである。今までは説明の便宜上、最終集束する走
査線が固定されたように表現したが、実際は最終集束走
査線が移動可能であり、この時は今までの数式のｘ軸が
平行移動することと説明可能である。
ての変換素子のための項である。この時、ｔもやはり前
述したように送信する毎に０に置く。また、Ｘｅ、Ｘｆ
は適切な間隔で適切な範囲内で変化させながら合算す
る。このような集束を行うためには最終集束された一本
の走査線のためにも多くのＸｅ、Ｘｆに対して一定の範
囲内の信号が必要である。しかし、最終集束された走査
線の位置が以前のものから全く移動しなければ、大部分
の信号はそのまま使用でき、一部が追加または削除され
るだけである。今までは説明の便宜上、最終集束する走
査線が固定されたように表現したが、実際は最終集束走
査線が移動可能であり、この時は今までの数式のｘ軸が
平行移動することと説明可能である。
【００２８】図６は本発明の望ましい実施例にともなう
超音波映像化システムの集束装置を示す。送信部２０か
ら発生された電気パルスは配列型変換器１０の変換素子
に各々印加される。この時、各電気パルスは相異なる個
所に位置した変換素子によって各々相異なる時間遅延を
持つように作られ、側方向の送信集束になるようにす
る。変換素子は電気パルスの電圧によって超音波パルス
を発射する。超音波パルスは対象体内に伝播され、この
対象体内の支点から反射されて再び配列型変換器１０の
変換素子に入射されて電気的な信号に変換される。受信
部４０は変換素子からの超音波信号を適切に増幅してデ
ジタル信号に変換する。イントラチャンネルプロセッシ
ング部５０は受信部４０からのデジタル信号を受けて送
信する毎に別途に格納し、前述した数式１１のＸｆ項の
加算
超音波映像化システムの集束装置を示す。送信部２０か
ら発生された電気パルスは配列型変換器１０の変換素子
に各々印加される。この時、各電気パルスは相異なる個
所に位置した変換素子によって各々相異なる時間遅延を
持つように作られ、側方向の送信集束になるようにす
る。変換素子は電気パルスの電圧によって超音波パルス
を発射する。超音波パルスは対象体内に伝播され、この
対象体内の支点から反射されて再び配列型変換器１０の
変換素子に入射されて電気的な信号に変換される。受信
部４０は変換素子からの超音波信号を適切に増幅してデ
ジタル信号に変換する。イントラチャンネルプロセッシ
ング部５０は受信部４０からのデジタル信号を受けて送
信する毎に別途に格納し、前述した数式１１のＸｆ項の
加算
【外３】
に該当する動作を遂行する。
【００２９】受信集束部６０は乗算器６２、加算器６４
及びチャンネル間アポダイゼーション値計算部６６を具
備する。各乗算器６２は対応するイントラチャンネルプ
ロセッシング部５０から出力されるデータにチャンネル
間アポダイゼーション値計算部６６から供給されるアポ
ダイゼーション値をかけ、その結果を加算器６４に出力
する。加算器６４は乗算器６２から供給されるデータを
加算して、その結果である最終集束された値を表示部７
０へ供給する。表示部７０は集束された超音波信号をモ
ニター８０上にディスプレーさせる。なお、図６におい
て符号３０は送信部２０および表示部７０の動作を制御
する制御部である。
及びチャンネル間アポダイゼーション値計算部６６を具
備する。各乗算器６２は対応するイントラチャンネルプ
ロセッシング部５０から出力されるデータにチャンネル
間アポダイゼーション値計算部６６から供給されるアポ
ダイゼーション値をかけ、その結果を加算器６４に出力
する。加算器６４は乗算器６２から供給されるデータを
加算して、その結果である最終集束された値を表示部７
０へ供給する。表示部７０は集束された超音波信号をモ
ニター８０上にディスプレーさせる。なお、図６におい
て符号３０は送信部２０および表示部７０の動作を制御
する制御部である。
【００３０】図７は図６に示されたイントラチャンネル
プロセッシング部５０の詳細な構成を示す。イントラチ
ャンネルプロセッシング部５０は受信部４０でデジタル
信号に変換されて印加されるＲＦデータを順序通り格納
（記憶）する多数のバッファメモリ５１を備える。各バ
ッファメモリ５１は対応する書込制御部５３の制御下に
ＲＦデータを格納し、読出制御部５４の制御下に遅延補
間器５２に格納されたデータを供給する。読出制御部５
４は多数のバッファメモリ５１に対応するように構成さ
れ、集束遅延量計算部５５から印加される遅延量によっ
てバッファメモリ５１に格納されたデータを読出す。バ
ッファメモリ５１は内部的に複数のＳＲＡＭで構成され
ており、交代に一つのＳＲＡＭにＲＦデータを記録し、
他の一つのＳＲＡＭで既に記録されたＲＦデータを出力
する。従って、記録及び読出の干渉がなく、読む間デー
タが変わらない。集束遅延量計算部５５はバッファメモ
リ５１に格納されたデータを集束するために前述した数
式１０を利用して遅延時間を計算する。この数式１０を
適用する過程自体は既存のデジタル集束における方法中
一つとほぼ同一である。例えば、数式１０で示した集束
遅延時間（focusingdelay time）を受信部４０でＡＤＣ
のために用いられるサンプリング間隔（sampling inter
val）で分けて整数部と小数部とに分離する。集束遅延
量計算部５５は整数データをバッファメモリ５１の読出
アドレスに換算して読出制御部５４に出力する。そし
て、集束遅延量計算部５５は小数データを遅延補間器５
２に供給する。読出制御部５４は該当読出アドレスを利
用してバッファメモリ５１からデータを読み出し、読み
出したデータは遅延補間器５２に出力される。遅延補間
器５２はバッファメモリ５１からのデータを集束遅延量
計算部５５から印加される小数データによって時間遅延
及び補間したデータを発生する。このため、遅延補間器
５２は集束遅延量計算部５５からの小数データに対応す
る幾つかのデータをバッファメモリ５１から供給される
データから決定し、決定されたデータを補間させる。そ
の結果、遅延補間器５２は、バッファメモリ５１からの
データに、集束遅延量計算部５５において計算された遅
延量の小数部に該当する遅延時間を補間を通じて加え
る。補間は、広く知られた多相フィルタ（polyphase fi
lter）などを使用することができ、これらの動作は、前
後の幾つかのデータにそれぞれ適 切な係数を乗じて全て
を合わせたものである。このとき係数は、計算された遅
延量の小数部によって決定される。より詳しくは、遅延
補間器５２は集束遅延量計算部５５で計算された遅延量
の整数部に対応するデータを含んだいくつかのデータを
バッファメモリ５１から読み出して小数部に対応する係
数を使ってデータを補間させる。その結果、遅延補間器
５２はバッファメモリ５１からのデータを集束遅延量計
算部５５からの遅延量のうち小数部に該当する精密な時
間間隔だけ遅延させることができるようになる。。遅延
補間器５２により発生されたデータはアポダイゼーショ
ン部９０に出力される。アポダイゼーション部９０内の
各乗算器９２は対応する遅延補間器５２から供給される
データにイントラチャンネルアポダイゼーション値計算
部９６で計算された対応するアポダイゼーション値を掛
ける。前述した全ての過程は各送信走査線に該当する部
分で各々同時に行なわれ、この時発生された補間データ
は乗算器９２を経て加算器９４に供給される。加算器９
４は乗算器９２から出力する信号を足して最終集束され
た信号を出力する。
プロセッシング部５０の詳細な構成を示す。イントラチ
ャンネルプロセッシング部５０は受信部４０でデジタル
信号に変換されて印加されるＲＦデータを順序通り格納
（記憶）する多数のバッファメモリ５１を備える。各バ
ッファメモリ５１は対応する書込制御部５３の制御下に
ＲＦデータを格納し、読出制御部５４の制御下に遅延補
間器５２に格納されたデータを供給する。読出制御部５
４は多数のバッファメモリ５１に対応するように構成さ
れ、集束遅延量計算部５５から印加される遅延量によっ
てバッファメモリ５１に格納されたデータを読出す。バ
ッファメモリ５１は内部的に複数のＳＲＡＭで構成され
ており、交代に一つのＳＲＡＭにＲＦデータを記録し、
他の一つのＳＲＡＭで既に記録されたＲＦデータを出力
する。従って、記録及び読出の干渉がなく、読む間デー
タが変わらない。集束遅延量計算部５５はバッファメモ
リ５１に格納されたデータを集束するために前述した数
式１０を利用して遅延時間を計算する。この数式１０を
適用する過程自体は既存のデジタル集束における方法中
一つとほぼ同一である。例えば、数式１０で示した集束
遅延時間（focusingdelay time）を受信部４０でＡＤＣ
のために用いられるサンプリング間隔（sampling inter
val）で分けて整数部と小数部とに分離する。集束遅延
量計算部５５は整数データをバッファメモリ５１の読出
アドレスに換算して読出制御部５４に出力する。そし
て、集束遅延量計算部５５は小数データを遅延補間器５
２に供給する。読出制御部５４は該当読出アドレスを利
用してバッファメモリ５１からデータを読み出し、読み
出したデータは遅延補間器５２に出力される。遅延補間
器５２はバッファメモリ５１からのデータを集束遅延量
計算部５５から印加される小数データによって時間遅延
及び補間したデータを発生する。このため、遅延補間器
５２は集束遅延量計算部５５からの小数データに対応す
る幾つかのデータをバッファメモリ５１から供給される
データから決定し、決定されたデータを補間させる。そ
の結果、遅延補間器５２は、バッファメモリ５１からの
データに、集束遅延量計算部５５において計算された遅
延量の小数部に該当する遅延時間を補間を通じて加え
る。補間は、広く知られた多相フィルタ（polyphase fi
lter）などを使用することができ、これらの動作は、前
後の幾つかのデータにそれぞれ適 切な係数を乗じて全て
を合わせたものである。このとき係数は、計算された遅
延量の小数部によって決定される。より詳しくは、遅延
補間器５２は集束遅延量計算部５５で計算された遅延量
の整数部に対応するデータを含んだいくつかのデータを
バッファメモリ５１から読み出して小数部に対応する係
数を使ってデータを補間させる。その結果、遅延補間器
５２はバッファメモリ５１からのデータを集束遅延量計
算部５５からの遅延量のうち小数部に該当する精密な時
間間隔だけ遅延させることができるようになる。。遅延
補間器５２により発生されたデータはアポダイゼーショ
ン部９０に出力される。アポダイゼーション部９０内の
各乗算器９２は対応する遅延補間器５２から供給される
データにイントラチャンネルアポダイゼーション値計算
部９６で計算された対応するアポダイゼーション値を掛
ける。前述した全ての過程は各送信走査線に該当する部
分で各々同時に行なわれ、この時発生された補間データ
は乗算器９２を経て加算器９４に供給される。加算器９
４は乗算器９２から出力する信号を足して最終集束され
た信号を出力する。
【００３１】今まで便宜上、全ての内容において線形配
列変換器におけるθ＝０即ち、ビームかじ取り（beam s
teering）のない場合についてだけ説明したが、実際は
全ての集束について原理的に同じ方法を適用できる。例
えば、コンベックスアレイ（convex array）、かじ取り
（steering）、２次元アレイ（2-D array）などに前述
したような方法を適用できる。更に、本発明によると、
図２に示した焦点が配列型変換器から出射される超音波
パルスが発散する形態を有する波（ripple）様子を形成
するよう、配列型変換器の裏の任意の位置に置かれるよ
うにすることも可能である。
列変換器におけるθ＝０即ち、ビームかじ取り（beam s
teering）のない場合についてだけ説明したが、実際は
全ての集束について原理的に同じ方法を適用できる。例
えば、コンベックスアレイ（convex array）、かじ取り
（steering）、２次元アレイ（2-D array）などに前述
したような方法を適用できる。更に、本発明によると、
図２に示した焦点が配列型変換器から出射される超音波
パルスが発散する形態を有する波（ripple）様子を形成
するよう、配列型変換器の裏の任意の位置に置かれるよ
うにすることも可能である。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では集束点を
順次に変動させながら超音波の送信を行い、送信毎に全
ての変換素子が各々受信し、この受信信号を全て各々格
納し、格納された信号を利用して集束を行う。このよう
な方法で隣接した多くの走査線上に送信集束して得た信
号を全て活用すれば、受信しようとする走査線上の全て
の点について集束点を置いたことと同じ効果を得られ
る。
順次に変動させながら超音波の送信を行い、送信毎に全
ての変換素子が各々受信し、この受信信号を全て各々格
納し、格納された信号を利用して集束を行う。このよう
な方法で隣接した多くの走査線上に送信集束して得た信
号を全て活用すれば、受信しようとする走査線上の全て
の点について集束点を置いたことと同じ効果を得られ
る。
【図１】集束点Ｆに送信集束する既存の技術の原理を説
明するための概念図である。
明するための概念図である。
【図２】従来の送信集束において、超音波パルスが集束
点Ｆに進行される姿を示す図面である。
点Ｆに進行される姿を示す図面である。
【図３】本発明の望ましい一実施例にともなう超音波信
号集束を説明するための概念図である。
号集束を説明するための概念図である。
【図４】走査線Ｌ０及びＬ２に沿って送信した超音波パ
ルスが対象点に到達してから同じ変換素子に戻ってくる
ことを比較するための図である。
ルスが対象点に到達してから同じ変換素子に戻ってくる
ことを比較するための図である。
【図５】本発明の望ましい一実施例にともなう超音波信
号集束を説明するための概念図である。
号集束を説明するための概念図である。
【図６】本発明の超音波信号の集束装置を示した図であ
る。
る。
【図７】図６の装置においてイントラチャンネルプロセ
ッシング部を示す図である。
ッシング部を示す図である。
５０ イントラチャンネルプロセッシング部
５１ バッファメモリ
５２ 遅延補間器
５３ 書込制御部
５４ 読出制御部
５５ 集束遅延量計算部
６０ 受信集束部
６２ ９２ 乗算器
６４ ９４ 加算器
６６ ９６ アポダイゼーション値計算部
９０ アポダイゼーション部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭58−69538（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−217143（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−47348（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−14926（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−277042（ＪＰ，Ａ)
特表 昭60−502141（ＪＰ，Ａ)
国際公開96／3921（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61B 8/00
Claims (8)
- 【請求項１】 超音波信号を集束する装置において、 相異なる箇所に位置した変換素子によって各々相異なる
時間遅延を持つように作られて側方向の送信集束を行な
う配列型変換器と、 前記変換素子に戻ってきた超音波信号を適切に増幅して
デジタル信号に変換する受信部と、前記送信集束時毎に戻ってきた超音波信号を各送信走査
線別に格納し、格納された超音波受信信号に加えるべき
遅延時間を計算した後に前記遅延時間によって遅延させ
た種々の送信走査線別受信信号を各変換素子別に 集束す
るイントラチャンネルプロセッシング部と、 前記イントラチャンネルプロセッシング部の出力を全て
合算して全ての変換素子からの信号を利用して集束を完
成する受信集束部を含む超音波映像化システムの超音波
信号集束装置。 - 【請求項２】 前記受信集束部は、 各チャンネル間アポダイゼーション値を計算するチャン
ネル間アポダイゼーション値計算部と、 前記イントラチャンネルプロセッシング部から印加され
る信号を前記チャンネル間アポダイゼーション値計算部
から印加されるアポダイゼーション値によって乗算演算
を行なう乗算器と、 前記乗算器から出力された信号を全て合算して最終集束
された値を出力する加算器とを含むことを特徴とする請
求項１に記載の超音波映像化システムの超音波信号集束
装置。 - 【請求項３】 前記イントラチャンネルプロセッシング
部は、 前記各変換素子に受信された超音波信号をデジタル信号
に変換したＲＦデータを走査線別に格納する多数のバッ
ファメモリと、 前記バッファメモリに前記ＲＦデータを格納するための
制御信号を出力する書込制御部と、 前記バッファメモリに格納されたＲＦデータを集束する
ための集束遅延時間を計算する集束遅延量計算部と、 前記集束遅延量計算部から印加される読出アドレスによ
って前記バッファメモリに格納された超音波信号を読出
すための制御信号を出力する読出制御部と、 前記集束遅延量計算部において計算された集束遅延量の
小数部によって信号を補間して該信号を遅延量および小
数部に該当する精密な量だけ遅延させる遅延補間器と、 前記遅延補間器によって遅延された信号に適切な加重値
を加え、適切な加重値が加えられた信号を全て合算する
アポダイゼーション部とを含むことを特徴とする請求項
１に記載の超音波信号集束装置。 - 【請求項４】 前記アポダイゼーション部は、 前記アポダイゼーション値を計算するイントラチャンネ
ルアポダイゼーション値計部と、 前記イントラチャンネルプロセッシング部から印加され
る信号を前記チャンネル間アポダイゼーション値計算部
から印加されるアポダイゼーション値により適切な加重
値に掛ける乗算演算を行う乗算器と、 前記乗算器から出力された信号を全て合算して一本の走
査線についてアポダイゼーションが行なわれた値を出力
する加算器とを含むことを特徴とする請求項３に記載の
超音波信号集束装置。 - 【請求項５】 前記集束遅延量計算部は、送信集束して
送信された信号が最終集束点に達した後に各々の変換素
子に戻ってくる遅延時間を勘案して集束遅延時間を計算
することを特徴とする請求項３に記載の超音波信号集束
装置。 - 【請求項６】 前記集束遅延量計算部は、送信走査線が
（Ｘｆ、０）を通り、その集束点の座標を（Ｘｆ、Ｚ
ｆ）、受信する変換素子の座標を（Ｘｅ、０）、最終的
に集束する走査線は原点（０、０）を通り、対象点で変
換器の表面まで到達する経路の長さがｖｔ／２である場
合、前記送信走査線上の対象点からの信号を補強するた
めに受信信号に加えるべき前記集束遅延時間ｔｄ（ｔ、
ｘｆ、Ｚｆ、ｘｅ）を次式、 【数１】 により計算することを特徴とする請求項５に記載の超音
波信号集束装置。 - 【請求項７】 前記イントラチャンネルプロセッシング
部は全ての送信集束に対して個々の変換素子の超音波受
信信号に前記集束遅延時間ｔｄ（ｔ、ｘｆ、Ｚｆ、ｘ
ｅ）を加えた後に全て合算して集束することを特徴とす
る請求項５に記載の超音波信号集束装置。 - 【請求項８】 前記イントラチャンネルプロセッシング
部は、前記集束遅延時間ｔｄ（ｔ、ｘｆ、Ｚｆ、ｘｅ）
を加えた後に全て合算して集束した最終集束信号を次式 【数２】 により計算し、このときのＡ（ｔ、ｘｅ、ｘｆ）はｔ、
ｘｅ、ｘｆによって各々適切な関数を使用し、ｔは毎回
送信毎に０に設定して計算する超音波信号集束装置であ
ることを特徴とする請求項５に記載の超音波信号集束装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR97-59057 | 1997-11-10 | ||
| KR1019970059057A KR100280197B1 (ko) | 1997-11-10 | 1997-11-10 | 초음파영상화시스템의초음파신호집속방법및장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11221214A JPH11221214A (ja) | 1999-08-17 |
| JP3401199B2 true JP3401199B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=19524460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31961998A Expired - Lifetime JP3401199B2 (ja) | 1997-11-10 | 1998-11-10 | 超音波映像化システムの超音波信号集束方法及び装置 |
Country Status (5)
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