JP2001104307A - 柔軟性のある受信ビームフォーミング用集積回路アーキテクチャ - Google Patents
柔軟性のある受信ビームフォーミング用集積回路アーキテクチャInfo
- Publication number
- JP2001104307A JP2001104307A JP2000240532A JP2000240532A JP2001104307A JP 2001104307 A JP2001104307 A JP 2001104307A JP 2000240532 A JP2000240532 A JP 2000240532A JP 2000240532 A JP2000240532 A JP 2000240532A JP 2001104307 A JP2001104307 A JP 2001104307A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- delay circuit
- stream
- digital samples
- control data
- amplitude
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- 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
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
- G01S7/52046—Techniques for image enhancement involving transmitter or receiver
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Image Analysis (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 受信ビームフォーマにおいて、受信時の動的
集束（ダイナミック・フォーカシング）のための遅延制
御及び振幅制御の機能を集積回路チップ上で具現化す
る。 【解決手段】 各々のチップは、遅延及び振幅を時間の
関数として算出することに関連する全ての複雑さをチッ
プから除去するように設計される。これらのデータは、
汎用目的コンピュータ上で予め計算され、これにより、
遅延機能及び振幅機能を容易に変化させることができ
る。チップ自体が、時間遅延制御及び振幅制御を具現化
した構造（３０、３２、３４、３６、３８）を含んでい
る。アナログ・ディジタル変換（２８）もまたチップ内
に組み込むことができる。
集束（ダイナミック・フォーカシング）のための遅延制
御及び振幅制御の機能を集積回路チップ上で具現化す
る。 【解決手段】 各々のチップは、遅延及び振幅を時間の
関数として算出することに関連する全ての複雑さをチッ
プから除去するように設計される。これらのデータは、
汎用目的コンピュータ上で予め計算され、これにより、
遅延機能及び振幅機能を容易に変化させることができ
る。チップ自体が、時間遅延制御及び振幅制御を具現化
した構造（３０、３２、３４、３６、３８）を含んでい
る。アナログ・ディジタル変換（２８）もまたチップ内
に組み込むことができる。
Description
【０００１】
【発明の背景】本発明は、フェーズド・アレイ型アンテ
ナを採用したコヒーレントなイメージング方法に関し、
より具体的には、超音波イメージング・システムに用い
られる受信ビームフォーミング（ビーム形成）手法に関
する。
ナを採用したコヒーレントなイメージング方法に関し、
より具体的には、超音波イメージング・システムに用い
られる受信ビームフォーミング（ビーム形成）手法に関
する。
【０００２】医用超音波システムは、個々の超音波線
（又はビーム）を取得することにより画像を形成する。
これらの線は互いに隣接しており、イメージングされる
べき目標区域を網羅している。各々の線は、特定の空間
的方向に超音波パルスを送信すると共にこの方向から反
射したエコーを受信することにより形成される。送信波
の空間的特性及び受信感度の特性が超音波画像の品質を
決定する。超音波線は、意図した方向からの目標情報の
みを収集し、他の方向に位置する目標を無視しているこ
とが望ましい。
（又はビーム）を取得することにより画像を形成する。
これらの線は互いに隣接しており、イメージングされる
べき目標区域を網羅している。各々の線は、特定の空間
的方向に超音波パルスを送信すると共にこの方向から反
射したエコーを受信することにより形成される。送信波
の空間的特性及び受信感度の特性が超音波画像の品質を
決定する。超音波線は、意図した方向からの目標情報の
みを収集し、他の方向に位置する目標を無視しているこ
とが望ましい。
【０００３】従来の超音波イメージング・システムは超
音波トランスデューサ素子のアレイを含んでおり、これ
らの素子が超音波ビームを送信し、次いで、被検体から
反射したビームを受信する。このような走査は、集束さ
れた超音波を送信し、短時間の後にシステムが受信モー
ドに切り換わり、反射した超音波を受信し、ビームフォ
ーミングし、処理して表示するという一連の測定を含ん
でいる。典型的には、送信及び受信は、各回の測定中に
は同じ方向に集束されており、音波ビーム又は走査線に
沿った一連の点からデータを取得する。受信器は、反射
した超音波が受信されるのに伴って、走査線に沿った一
連のレンジ（距離）に動的に集束される。
音波トランスデューサ素子のアレイを含んでおり、これ
らの素子が超音波ビームを送信し、次いで、被検体から
反射したビームを受信する。このような走査は、集束さ
れた超音波を送信し、短時間の後にシステムが受信モー
ドに切り換わり、反射した超音波を受信し、ビームフォ
ーミングし、処理して表示するという一連の測定を含ん
でいる。典型的には、送信及び受信は、各回の測定中に
は同じ方向に集束されており、音波ビーム又は走査線に
沿った一連の点からデータを取得する。受信器は、反射
した超音波が受信されるのに伴って、走査線に沿った一
連のレンジ（距離）に動的に集束される。
【０００４】超音波イメージングの場合には、アレイは
典型的には、１つ又はこれよりも多い行を成して配列さ
れており別個の電圧で駆動される多数のトランスデュー
サを有している。印加電圧の時間遅延（又は位相）及び
振幅を選択することにより、所与の行内の個々のトラン
スデューサ素子を制御して超音波を形成し、これらの超
音波を組み合わせて、好ましいベクタ方向に沿って走行
しており且つビームに沿って選択されたゾーンに集束さ
れている正味の超音波を形成することができる。各回の
ファイアリング（firing）でのビームフォーミング用パ
ラメータを変化させると、例えば、各々のビームの焦点
ゾーンを前回のビームの焦点ゾーンに対してシフトさせ
た状態で同じ走査線に沿って連続したビームを送信する
ことにより、最大焦点に変化を与えることもできるし、
他の場合には、各回のファイアリング毎に受信データの
内容を変化させることもできる。方向可変型（steere
d）アレイの場合には、印加電圧の時間遅延及び振幅を
変化させることにより、ビームをその焦点ゾーンについ
て平面内で移動させて物体を走査することができる。リ
ニア・アレイの場合には、１回のファイアリングから次
回のファイアリングにかけてアレイを横断するようにア
パーチャ（開口）を平行移動させることにより、アレイ
に垂直な方向を向いた集束ビームで物体を横断して走査
する。
典型的には、１つ又はこれよりも多い行を成して配列さ
れており別個の電圧で駆動される多数のトランスデュー
サを有している。印加電圧の時間遅延（又は位相）及び
振幅を選択することにより、所与の行内の個々のトラン
スデューサ素子を制御して超音波を形成し、これらの超
音波を組み合わせて、好ましいベクタ方向に沿って走行
しており且つビームに沿って選択されたゾーンに集束さ
れている正味の超音波を形成することができる。各回の
ファイアリング（firing）でのビームフォーミング用パ
ラメータを変化させると、例えば、各々のビームの焦点
ゾーンを前回のビームの焦点ゾーンに対してシフトさせ
た状態で同じ走査線に沿って連続したビームを送信する
ことにより、最大焦点に変化を与えることもできるし、
他の場合には、各回のファイアリング毎に受信データの
内容を変化させることもできる。方向可変型（steere
d）アレイの場合には、印加電圧の時間遅延及び振幅を
変化させることにより、ビームをその焦点ゾーンについ
て平面内で移動させて物体を走査することができる。リ
ニア・アレイの場合には、１回のファイアリングから次
回のファイアリングにかけてアレイを横断するようにア
パーチャ（開口）を平行移動させることにより、アレイ
に垂直な方向を向いた集束ビームで物体を横断して走査
する。
【０００５】受信モードでトランスデューサ・プローブ
を用いて反射音を受信する場合にも同じ原理を適用する
ことができる。受信を行うトランスデューサ素子におい
て発生する電圧は、正味の信号が物体内の単一の焦点ゾ
ーンから反射した超音波エネルギを示すものになるよう
に加算される。送信モードの場合と同様に、この超音波
エネルギの集束式受信は、各々の受信用トランスデュー
サ素子からの信号に別個の時間遅延（及び／又は位相シ
フト）並びにゲインを与えることにより達成される。受
信時の動的集束（ダイナミック・フォーカシング）を行
うために、時間遅延を帰投信号の深さが増すと共に調節
する。アパーチャのアポダイジングを通じてサイドロー
ブを減少させるために、各々のチャネルのゲインをレン
ジと共に変化させる。
を用いて反射音を受信する場合にも同じ原理を適用する
ことができる。受信を行うトランスデューサ素子におい
て発生する電圧は、正味の信号が物体内の単一の焦点ゾ
ーンから反射した超音波エネルギを示すものになるよう
に加算される。送信モードの場合と同様に、この超音波
エネルギの集束式受信は、各々の受信用トランスデュー
サ素子からの信号に別個の時間遅延（及び／又は位相シ
フト）並びにゲインを与えることにより達成される。受
信時の動的集束（ダイナミック・フォーカシング）を行
うために、時間遅延を帰投信号の深さが増すと共に調節
する。アパーチャのアポダイジングを通じてサイドロー
ブを減少させるために、各々のチャネルのゲインをレン
ジと共に変化させる。
【０００６】ビームフォーマは、超音波イメージャの本
質的な構成要素である。ビームフォーマの品質に対する
従来の改良が、医用超音波イメージングの発展状況に決
定的な影響を与えている。アナログ・ビームフォーマよ
りもディジタル・ビームフォーマの方が高品質超音波イ
メージャに広く用いられるようになっている。これらの
装置においては、トランスデューサの各々の素子からの
信号は、ビームフォーミングの前に増幅されディジタル
・ビットへ変換される。各々のチャネルの振幅及び時間
遅延はレンジと共に変化させる必要があるので、ディジ
タル・ビームフォーマに対する計算要求は極めて厳し
い。結果として、ビームフォーマは汎用目的のコンピュ
ータを用いていたのでは具現化することができず、特定
用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の形態の特殊化されたカ
スタム・ハードウェアが必要となる。
質的な構成要素である。ビームフォーマの品質に対する
従来の改良が、医用超音波イメージングの発展状況に決
定的な影響を与えている。アナログ・ビームフォーマよ
りもディジタル・ビームフォーマの方が高品質超音波イ
メージャに広く用いられるようになっている。これらの
装置においては、トランスデューサの各々の素子からの
信号は、ビームフォーミングの前に増幅されディジタル
・ビットへ変換される。各々のチャネルの振幅及び時間
遅延はレンジと共に変化させる必要があるので、ディジ
タル・ビームフォーマに対する計算要求は極めて厳し
い。結果として、ビームフォーマは汎用目的のコンピュ
ータを用いていたのでは具現化することができず、特定
用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の形態の特殊化されたカ
スタム・ハードウェアが必要となる。
【０００７】十分な計算能力を提供することのできるＡ
ＳＩＣは、設計及び試験に長時間を要する。更に、ＡＳ
ＩＣ設計の改訂を作製することに関連する非反復的な経
費は相当なものである。これらの欠点が新たなビームフ
ォーミング・アルゴリズムの具現化を阻んでいる。とい
うのは、計算はＡＳＩＣの設計によって固定されてお
り、新たなチップを製造しない限り修正することができ
ないからである。半導体技術及びビームフォーミング・
アルゴリズムの状況は急速に発展しているため、このま
までは不十分である。従って、この問題に対処する柔軟
性のあるビームフォーミング用集積回路アーキテクチャ
が必要とされている。
ＳＩＣは、設計及び試験に長時間を要する。更に、ＡＳ
ＩＣ設計の改訂を作製することに関連する非反復的な経
費は相当なものである。これらの欠点が新たなビームフ
ォーミング・アルゴリズムの具現化を阻んでいる。とい
うのは、計算はＡＳＩＣの設計によって固定されてお
り、新たなチップを製造しない限り修正することができ
ないからである。半導体技術及びビームフォーミング・
アルゴリズムの状況は急速に発展しているため、このま
までは不十分である。従って、この問題に対処する柔軟
性のあるビームフォーミング用集積回路アーキテクチャ
が必要とされている。
【０００８】
【発明の概要】好適実施例によれば、超音波ビームフォ
ーミング用集積回路のためのアーキテクチャが、超音波
トランスデューサ・アレイの１つ又はこれよりも多い圧
電トランスデューサ素子からの信号をその入力として有
するＡＳＩＣを含んでいる。このＡＳＩＣは、受信ビー
ムフォーマの各々のチャネルからの加算された出力信号
が、集束された受信ビームを形成するように、適当な遅
延及び振幅を与える。このアーキテクチャは、設計時間
を最短にし、超音波ビームフォーミング・アルゴリズム
の改良を可能にすると共に、半導体技術を新たな超音波
イメージャに迅速に組み込むことを可能にする。
ーミング用集積回路のためのアーキテクチャが、超音波
トランスデューサ・アレイの１つ又はこれよりも多い圧
電トランスデューサ素子からの信号をその入力として有
するＡＳＩＣを含んでいる。このＡＳＩＣは、受信ビー
ムフォーマの各々のチャネルからの加算された出力信号
が、集束された受信ビームを形成するように、適当な遅
延及び振幅を与える。このアーキテクチャは、設計時間
を最短にし、超音波ビームフォーミング・アルゴリズム
の改良を可能にすると共に、半導体技術を新たな超音波
イメージャに迅速に組み込むことを可能にする。
【０００９】ＡＳＩＣを設計するためのソフトウェア
は、加算器、メモリ及び乗算器等の標準的な構造につい
ては高度に発展している。これらの構造をハイ・レベル
で仕様設定して、詳細なサーキットリ（circuitry）及
びレイアウトはソフトウェアに残しておくことができ
る。これにより、チップ設計者の生産性が大幅に高ま
る。対照的に、このようなハイ・レベルで制御構造を画
定することは極めて困難であり、制御構造は典型的に
は、ゲート毎に作製されている。現在のＡＳＩＣ設計に
関連する複雑さのレベルは、ゲート・レベルでサーキッ
トリを追加するのは制御又は管理の上で殆ど不可能であ
るほどに高度である。
は、加算器、メモリ及び乗算器等の標準的な構造につい
ては高度に発展している。これらの構造をハイ・レベル
で仕様設定して、詳細なサーキットリ（circuitry）及
びレイアウトはソフトウェアに残しておくことができ
る。これにより、チップ設計者の生産性が大幅に高ま
る。対照的に、このようなハイ・レベルで制御構造を画
定することは極めて困難であり、制御構造は典型的に
は、ゲート毎に作製されている。現在のＡＳＩＣ設計に
関連する複雑さのレベルは、ゲート・レベルでサーキッ
トリを追加するのは制御又は管理の上で殆ど不可能であ
るほどに高度である。
【００１０】本発明は、ハイ・レベル記述（例えばＶＨ
ＤＬ）によって容易に仕様設定することのできるような
構造（例えば、加算器、メモリ及び乗算器）のみを用い
てビームフォーマ・アーキテクチャを作製するのに用い
ることができる。すると、合成及びレイアウトは、シリ
コン・コンパイラを用いて迅速且つ自動的に行うことが
できる。シリコン・コンパイレーションは、多年にわた
る努力にも関わらず、かなり複雑なＡＳＩＣの制御サー
キットリについては成功していない。
ＤＬ）によって容易に仕様設定することのできるような
構造（例えば、加算器、メモリ及び乗算器）のみを用い
てビームフォーマ・アーキテクチャを作製するのに用い
ることができる。すると、合成及びレイアウトは、シリ
コン・コンパイラを用いて迅速且つ自動的に行うことが
できる。シリコン・コンパイレーションは、多年にわた
る努力にも関わらず、かなり複雑なＡＳＩＣの制御サー
キットリについては成功していない。
【００１１】本発明のアプローチの更なる利点は、アク
ティヴ・マトリクス・アレイ（ＡＭＡ）トランスデュー
サの場合のように高度にアンダーサンプリングされるア
レイを用いてイメージングする場合に歴然とする。ビー
ムフォーミング用の標準的なＡＳＩＣは、レンジｒでの
集束遅延の１／ｒ依存性に頼っている。ＡＭＡプローブ
の中央行の外部のトランスデューサ素子は、最高の性能
を得るためには１／ｒと異なる集束遅延を必要とする。
ここに開示する設計は、レンジの関数として任意の遅延
変化を生成することができる。
ティヴ・マトリクス・アレイ（ＡＭＡ）トランスデュー
サの場合のように高度にアンダーサンプリングされるア
レイを用いてイメージングする場合に歴然とする。ビー
ムフォーミング用の標準的なＡＳＩＣは、レンジｒでの
集束遅延の１／ｒ依存性に頼っている。ＡＭＡプローブ
の中央行の外部のトランスデューサ素子は、最高の性能
を得るためには１／ｒと異なる集束遅延を必要とする。
ここに開示する設計は、レンジの関数として任意の遅延
変化を生成することができる。
【００１２】本発明の好適実施例によれば、受信時の動
的集束の遅延制御及び振幅制御の機能が、遅延及び振幅
を時間の関数として算出することに関連する全ての複雑
さをチップから除去するように設計されたＡＳＩＣにお
いて具現化される。これらのデータは汎用目的の機械で
予め算出される。このようにして、遅延機能及び振幅機
能を容易に変化させることができる。チップ自体が時間
遅延制御及び振幅制御を具現化した構造を含んでいる。
的集束の遅延制御及び振幅制御の機能が、遅延及び振幅
を時間の関数として算出することに関連する全ての複雑
さをチップから除去するように設計されたＡＳＩＣにお
いて具現化される。これらのデータは汎用目的の機械で
予め算出される。このようにして、遅延機能及び振幅機
能を容易に変化させることができる。チップ自体が時間
遅延制御及び振幅制御を具現化した構造を含んでいる。
【００１３】１つの好適実施例によれば、入力信号はア
ナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器からのディジタル
・データのストリームである。各々のチャネルからの出
力信号は加算点に向けられるか、又はバス・アーキテク
チャを利用して、各々のチップが前段のチップから部分
和を受け取って現在のチャネルの寄与を加算するように
する。
ナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器からのディジタル
・データのストリームである。各々のチャネルからの出
力信号は加算点に向けられるか、又はバス・アーキテク
チャを利用して、各々のチップが前段のチップから部分
和を受け取って現在のチャネルの寄与を加算するように
する。
【００１４】もう１つの好適実施例によれば、アナログ
・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換をチップに含める。この方
法は、パッケージ全体にわたる接点の数を減少させると
いう利点がある。接点の数は、多数のチャネルが１つの
ＡＳＩＣによって処理されるべきものである場合には、
パッケージ内でのピンの数が制限されていることに鑑み
て重要な考慮点となる。１つのアナログ線は、例えば１
０のディジタル線の目的を満たすことができる。もう１
つの重要な考慮点は、回路板上でのビームフォーミング
用ＡＳＩＣの周囲のＡ／Ｄ変換器のクラスタ化である。
ＡＳＩＣが多くのＡ／Ｄ変換器からのデータを処理する
場合には、物理的なレイアウトが管理困難になる。従っ
て、「メガセル（megacell）」アプローチを用いて、す
なわちＡ／Ｄ変換器用の既存の回路設計をＡＳＩＣにイ
ンポートして、Ａ／Ｄ変換器をビームフォーミング用Ａ
ＳＩＣ内に吸収させると有利である。
・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換をチップに含める。この方
法は、パッケージ全体にわたる接点の数を減少させると
いう利点がある。接点の数は、多数のチャネルが１つの
ＡＳＩＣによって処理されるべきものである場合には、
パッケージ内でのピンの数が制限されていることに鑑み
て重要な考慮点となる。１つのアナログ線は、例えば１
０のディジタル線の目的を満たすことができる。もう１
つの重要な考慮点は、回路板上でのビームフォーミング
用ＡＳＩＣの周囲のＡ／Ｄ変換器のクラスタ化である。
ＡＳＩＣが多くのＡ／Ｄ変換器からのデータを処理する
場合には、物理的なレイアウトが管理困難になる。従っ
て、「メガセル（megacell）」アプローチを用いて、す
なわちＡ／Ｄ変換器用の既存の回路設計をＡＳＩＣにイ
ンポートして、Ａ／Ｄ変換器をビームフォーミング用Ａ
ＳＩＣ内に吸収させると有利である。
【００１５】
【好適実施例の詳細な説明】従来のＢモード超音波イメ
ージング・システムを図１に全体的に示す。このシステ
ムは、別個に駆動される複数のトランスデューサ素子４
で構成されているトランスデューサ・アレイ２を採用し
ており、トランスデューサ素子４の各々は、送信器８に
よって発生されるパルス型波形であって、送信状態に切
り換えられた１組の送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ６を
介して送信されるパルス型波形によってエネルギを与え
られると、超音波エネルギのバーストを発生する。被検
体から反射されてトランスデューサ・アレイ２に帰投し
た超音波エネルギは、受信を行う各々のトランスデュー
サ素子４によって電気信号へ変換されて、受信状態に切
り換えられたＴ／Ｒスイッチ６を介して受信ビームフォ
ーマ１０に別個に印加される。Ｔ／Ｒスイッチは典型的
には、送信電子回路によって発生される高電圧から受信
電子回路を保護するダイオードである。送信信号によっ
て、ダイオードは受信器への信号を遮断したり制限した
りする。送信器８及び受信ビームフォーマ１０は、ホス
ト・コンピュータ（すなわちマスタ・コントローラ）２
４の制御の下で動作する。１回の完全な走査は、送信器
８が瞬間的にオンにゲート制御されて送信アパーチャ内
の各々のトランスデューサ素子４にエネルギを与え、各
々のトランスデューサ素子４によって発生された後続の
エコー信号が受信ビームフォーマ１０に印加されるとい
った一連のエコーの取得により行われる。受信ビームフ
ォーマ１０は、各々のトランスデューサ素子からの別個
のエコー信号を組み合わせて単一のエコー信号を発生
し、この単一のエコー信号を用いて表示モニタ２２上に
画像の１本の線を形成する。
ージング・システムを図１に全体的に示す。このシステ
ムは、別個に駆動される複数のトランスデューサ素子４
で構成されているトランスデューサ・アレイ２を採用し
ており、トランスデューサ素子４の各々は、送信器８に
よって発生されるパルス型波形であって、送信状態に切
り換えられた１組の送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ６を
介して送信されるパルス型波形によってエネルギを与え
られると、超音波エネルギのバーストを発生する。被検
体から反射されてトランスデューサ・アレイ２に帰投し
た超音波エネルギは、受信を行う各々のトランスデュー
サ素子４によって電気信号へ変換されて、受信状態に切
り換えられたＴ／Ｒスイッチ６を介して受信ビームフォ
ーマ１０に別個に印加される。Ｔ／Ｒスイッチは典型的
には、送信電子回路によって発生される高電圧から受信
電子回路を保護するダイオードである。送信信号によっ
て、ダイオードは受信器への信号を遮断したり制限した
りする。送信器８及び受信ビームフォーマ１０は、ホス
ト・コンピュータ（すなわちマスタ・コントローラ）２
４の制御の下で動作する。１回の完全な走査は、送信器
８が瞬間的にオンにゲート制御されて送信アパーチャ内
の各々のトランスデューサ素子４にエネルギを与え、各
々のトランスデューサ素子４によって発生された後続の
エコー信号が受信ビームフォーマ１０に印加されるとい
った一連のエコーの取得により行われる。受信ビームフ
ォーマ１０は、各々のトランスデューサ素子からの別個
のエコー信号を組み合わせて単一のエコー信号を発生
し、この単一のエコー信号を用いて表示モニタ２２上に
画像の１本の線を形成する。
【００１６】受信ビームフォーマへの信号入力は、トラ
ンスデューサ素子からの低レベルのアナログＲＦ信号で
ある。受信ビームフォーマは、アナログからディジタル
への（アナログ・ディジタル）変換及び受信ビームフォ
ーミングを受け持つ。ベースバンド式イメージング・シ
ステムにおいては、ビーム加算された信号は復調器１２
へ出力され、復調器１２はビーム加算された信号をベー
スバンドの同相のＩ受信ビーム及び直角位相のＱ受信ビ
ームへ変換する。復調器１２からのＩ及びＱの音波デー
タ・ベクタは、好ましくは送信波形の基本周波数ｆ0又
は送信波形の高（若しくは低）調波周波数に中心を有す
る周波数の帯域を通過させるようなフィルタ係数でプロ
グラムされているそれぞれのＦＩＲ（有限インパルス応
答）フィルタ１４へ送られる。
ンスデューサ素子からの低レベルのアナログＲＦ信号で
ある。受信ビームフォーマは、アナログからディジタル
への（アナログ・ディジタル）変換及び受信ビームフォ
ーミングを受け持つ。ベースバンド式イメージング・シ
ステムにおいては、ビーム加算された信号は復調器１２
へ出力され、復調器１２はビーム加算された信号をベー
スバンドの同相のＩ受信ビーム及び直角位相のＱ受信ビ
ームへ変換する。復調器１２からのＩ及びＱの音波デー
タ・ベクタは、好ましくは送信波形の基本周波数ｆ0又
は送信波形の高（若しくは低）調波周波数に中心を有す
る周波数の帯域を通過させるようなフィルタ係数でプロ
グラムされているそれぞれのＦＩＲ（有限インパルス応
答）フィルタ１４へ送られる。
【００１７】フィルタ処理されたＩ及びＱ音波データの
ベクタはＢモード・プロセッサ１６へ送られ、Ｂモード
・プロセッサ１６はＩ及びＱの音波データを信号包絡線
の対数圧縮された形態へ変換する。Ｂモード機能は、信
号の包絡線の時間変化する振幅をグレイ・スケールとし
て画像化する。ベースバンド信号の包絡線は、Ｉ及びＱ
が表わしているベクタの大きさである。Ｉ及びＱの位相
角はＢモード表示には用いられない。信号の大きさ（す
なわち強度）は、直交する成分の自乗和の平方根であ
り、すなわち（Ｉ2 ＋Ｑ2 ）1/2 である。
ベクタはＢモード・プロセッサ１６へ送られ、Ｂモード
・プロセッサ１６はＩ及びＱの音波データを信号包絡線
の対数圧縮された形態へ変換する。Ｂモード機能は、信
号の包絡線の時間変化する振幅をグレイ・スケールとし
て画像化する。ベースバンド信号の包絡線は、Ｉ及びＱ
が表わしているベクタの大きさである。Ｉ及びＱの位相
角はＢモード表示には用いられない。信号の大きさ（す
なわち強度）は、直交する成分の自乗和の平方根であ
り、すなわち（Ｉ2 ＋Ｑ2 ）1/2 である。
【００１８】Ｂモード強度データは、Ｂモード音線メモ
リと、この後にＸＹ表示メモリとを含んでいるスキャン
・コンバータ１８へ供給される。音線メモリは、処理済
のＢモード強度データのベクタを受け取って、必要があ
れば補間し、また、極座標（Ｒ−θ）のセクタ・フォー
マット又はデカルト座標のリニア・フォーマットから、
適当にスケーリングされたデカルト座標の表示ピクセル
強度データへＢモード強度データを変換し、変換後の表
示ピクセル強度データはＸＹ表示メモリに記憶される。
リと、この後にＸＹ表示メモリとを含んでいるスキャン
・コンバータ１８へ供給される。音線メモリは、処理済
のＢモード強度データのベクタを受け取って、必要があ
れば補間し、また、極座標（Ｒ−θ）のセクタ・フォー
マット又はデカルト座標のリニア・フォーマットから、
適当にスケーリングされたデカルト座標の表示ピクセル
強度データへＢモード強度データを変換し、変換後の表
示ピクセル強度データはＸＹ表示メモリに記憶される。
【００１９】スキャン・コンバート（走査変換）された
フレームがビデオ・プロセッサ２０へ渡されると、ビデ
オ・プロセッサ２０はピクセル強度データをビデオ・フ
レーム・レートへ変換した後に、ピクセル強度データを
ビデオ表示用のグレイ・スケール・マップにマッピング
する。従来の超音波イメージング・システムは典型的に
は、生の強度データから表示用グレイ・スケール・レベ
ルへの単純な伝達関数である多様なグレイ・マップを採
用している。次いで、グレイ・スケール画像フレームは
表示モニタ２２へ送られて表示される。
フレームがビデオ・プロセッサ２０へ渡されると、ビデ
オ・プロセッサ２０はピクセル強度データをビデオ・フ
レーム・レートへ変換した後に、ピクセル強度データを
ビデオ表示用のグレイ・スケール・マップにマッピング
する。従来の超音波イメージング・システムは典型的に
は、生の強度データから表示用グレイ・スケール・レベ
ルへの単純な伝達関数である多様なグレイ・マップを採
用している。次いで、グレイ・スケール画像フレームは
表示モニタ２２へ送られて表示される。
【００２０】図１に示すシステムによって形成される超
音波画像は、多数の画像走査線で構成されている。単一
の走査線（又は走査線の局在化した小群）は、関心領域
内の１つの点に集束された超音波エネルギを送信し、次
いで、反射したエネルギを時間にわたって受信すること
により取得される。集束された送信エネルギを送信ビー
ムと呼ぶ。送信後の時間中に、１つ又はこれよりも多い
受信ビームフォーマが、各々のチャネル（すなわち、単
一のトランスデューサに結合された受信サーキットリ）
によって受信されたエネルギを位相回転又は遅延を動的
に変化させながらコヒーレントに加算して、経過時間に
比例したレンジにおける所望の走査線に沿ったピーク感
度を形成する。得られた集束された感度パターンを受信
ビームと呼ぶ。走査線の分解能は、関連する送信ビーム
と受信ビームとの対の指向性の結果となる。
音波画像は、多数の画像走査線で構成されている。単一
の走査線（又は走査線の局在化した小群）は、関心領域
内の１つの点に集束された超音波エネルギを送信し、次
いで、反射したエネルギを時間にわたって受信すること
により取得される。集束された送信エネルギを送信ビー
ムと呼ぶ。送信後の時間中に、１つ又はこれよりも多い
受信ビームフォーマが、各々のチャネル（すなわち、単
一のトランスデューサに結合された受信サーキットリ）
によって受信されたエネルギを位相回転又は遅延を動的
に変化させながらコヒーレントに加算して、経過時間に
比例したレンジにおける所望の走査線に沿ったピーク感
度を形成する。得られた集束された感度パターンを受信
ビームと呼ぶ。走査線の分解能は、関連する送信ビーム
と受信ビームとの対の指向性の結果となる。
【００２１】走査線は、その位置及び角度によって定義
される。ビームとトランスデューサ・アレイ面との交点
を位相中心と呼ぶ。直交線に対する走査線の角度を方向
角（steering angle）と呼ぶ。
される。ビームとトランスデューサ・アレイ面との交点
を位相中心と呼ぶ。直交線に対する走査線の角度を方向
角（steering angle）と呼ぶ。
【００２２】ビームフォーミング用遅延は、固定されて
いてもよいし動的であってもよい。送信遅延は、特定の
レンジにおいてピーク圧を与えるように固定されてい
る。受信遅延は典型的には動的である。というのは、ピ
ーク感度が、増大する反射のレンジｒを経過時間ｔの関
数として追尾しなければならないからである。すなわ
ち、 ｒ＝ｔ（ｃ／２） （１） であり、ここで、ｃはイメージングされている媒体にお
ける音速である。経過時間は量τによって量子化するこ
とができ、量子化された焦点レンジと等価になる。
いてもよいし動的であってもよい。送信遅延は、特定の
レンジにおいてピーク圧を与えるように固定されてい
る。受信遅延は典型的には動的である。というのは、ピ
ーク感度が、増大する反射のレンジｒを経過時間ｔの関
数として追尾しなければならないからである。すなわ
ち、 ｒ＝ｔ（ｃ／２） （１） であり、ここで、ｃはイメージングされている媒体にお
ける音速である。経過時間は量τによって量子化するこ
とができ、量子化された焦点レンジと等価になる。
【００２３】 ｒ＝ｎτ（ｃ／２） （２） 図２及び図３にそれぞれ示すリニア型又はセクタ型トラ
ンスデューサ、及びカーブリニア型トランスデューサの
ビームフォーミング幾何形状においては、重要な基準点
は、位相中心、焦点及びトランスデューサ素子位置であ
る。位相中心は、（ｘ，ｚ）デカルト座標系の原点であ
る。焦点はレンジｒ（ベクトル量）に位置しており、ト
ランスデューサ素子位置はｐi （ベクトル量）である。
彎曲したアレイの場合には、トランスデューサ素子位置
は、曲率半径ρ及びチャネル角度Φi ＝ｌi ρによって
決定され、ここで、ｌi はプローブ面に沿った位相中心
からの距離である。
ンスデューサ、及びカーブリニア型トランスデューサの
ビームフォーミング幾何形状においては、重要な基準点
は、位相中心、焦点及びトランスデューサ素子位置であ
る。位相中心は、（ｘ，ｚ）デカルト座標系の原点であ
る。焦点はレンジｒ（ベクトル量）に位置しており、ト
ランスデューサ素子位置はｐi （ベクトル量）である。
彎曲したアレイの場合には、トランスデューサ素子位置
は、曲率半径ρ及びチャネル角度Φi ＝ｌi ρによって
決定され、ここで、ｌi はプローブ面に沿った位相中心
からの距離である。
【００２４】ビームフォーマは、位相中心とｐi （ベク
トル量）との間をｒ（ベクトル量）に位置する反射体を
介して走行する音波の伝播時間Ｔp についてのチャネル
間での差を補償しなければならない。相対遅延Ｔd は、
チャネルｉについての伝播時間と位相中心についての伝
播時間との間の差となる。図２の幾何形状の場合には、
時間Ｔp 及びＴd は次の通りになる。
トル量）との間をｒ（ベクトル量）に位置する反射体を
介して走行する音波の伝播時間Ｔp についてのチャネル
間での差を補償しなければならない。相対遅延Ｔd は、
チャネルｉについての伝播時間と位相中心についての伝
播時間との間の差となる。図２の幾何形状の場合には、
時間Ｔp 及びＴd は次の通りになる。
【００２５】 Ｔd（ｘi，θ，ｒ） ≡（１／ｃ）（（ｘi 2＋ｒ2−２ｘiｒｓｉｎθ）1/2−ｒ） （３） Ｔp（ｘi，θ，ｒ） ≡（１／ｃ）（（ｘi 2＋ｒ2−２ｘiｒｓｉｎθ）1/2＋ｒ） （４） Ｔd（ｘi，ｚi，ｒ）≡（１／ｃ）（［ｘi 2＋（ｒ−ｚi）2］1/2−ｒ） （５） Ｔp（ｘi，ｚi，ｒ）≡（１／ｃ）（［ｘi 2＋（ｒ−ｚi）2］1/2＋ｒ） （６） この同じ遅延を送信ビームフォーミング及び受信ビーム
フォーミングに用いる。
フォーミングに用いる。
【００２６】本発明の好適実施例による最適化されたＡ
ＳＩＣのアーキテクチャを１つの受信チャネルについて
図４に示す。各々のＡＳＩＣが複数の受信チャネル（例
えば、８）を有することが理解されよう。この好適実施
例によれば、このようなＡＳＩＣを複数にして図１に示
す受信器１０の代わりに置き換えることができる。好ま
しくは、各々のＡＳＩＣ受信チャネルが３つの機能を具
現化している。すなわち、アナログからディジタルへの
変換、時間遅延制御及び振幅制御である。時間遅延及び
振幅の両方が、トランスデューサの位相中心からの距離
につれて変化する必要がある。遅延及び振幅は、汎用目
的のコンピュータで予め算出され、次いで、ＡＳＩＣメ
モリにロードされる。このようにして、遅延機能及び振
幅機能を容易に変化させることができる。
ＳＩＣのアーキテクチャを１つの受信チャネルについて
図４に示す。各々のＡＳＩＣが複数の受信チャネル（例
えば、８）を有することが理解されよう。この好適実施
例によれば、このようなＡＳＩＣを複数にして図１に示
す受信器１０の代わりに置き換えることができる。好ま
しくは、各々のＡＳＩＣ受信チャネルが３つの機能を具
現化している。すなわち、アナログからディジタルへの
変換、時間遅延制御及び振幅制御である。時間遅延及び
振幅の両方が、トランスデューサの位相中心からの距離
につれて変化する必要がある。遅延及び振幅は、汎用目
的のコンピュータで予め算出され、次いで、ＡＳＩＣメ
モリにロードされる。このようにして、遅延機能及び振
幅機能を容易に変化させることができる。
【００２７】図４に示すように、各々の受信チャネルへ
の入力は、圧電トランスデューサ素子からのアナログ信
号であり、予め増幅を行ってもよいし行わなくてもよ
い。アナログ信号は、データ入力２７を介してチップへ
供給され、Ａ／Ｄ変換器２８がアナログ信号を一定のサ
ンプリング速度でディジタル・サンプルのストリームへ
変換する。ディジタル・サンプルは遅延先入れ先出し
（ＦＩＦＯ）レジスタ３０へ供給され、ＦＩＦＯレジス
タ３０は、サンプル時間の整数倍に等しい時間だけディ
ジタル・サンプルを遅延させ、これにより、所謂「粗い
（coarse）」遅延を与える。この整数は、遅延ランダム
・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）３４からの入力信号とし
て得られる。次いで、粗い遅延付きディジタル・サンプ
ルは、補間器３２へ供給され、補間器３２は粗い遅延付
きディジタル・サンプルをサンプル時間の分数に等しい
時間だけ遅延させ、これにより、所謂「細かい（fin
e）」遅延を与える。サンプル時間の分数もまた、遅延
ＲＡＭ３４からの入力として供給される。補間器は、サ
ンプル時間よりも細かい遅延を量子化するのに用いられ
る。ＦＩＦＯ及び補間器によって与えられる遅延は、広
帯域受信ビームフォーミングをサポートするようにレン
ジ依存性となっている。遅延スケジュールは、遅延ＲＡ
Ｍ３４に単純な表として納められている。遅延ＲＡＭか
らのデータは、ＦＩＦＯの長さをレンジの関数として直
接的に指定する。ＦＩＦＯの長さが増大すると、出力サ
ンプルは１サンプル時間ずつ保持される。同様に、遅延
ＲＡＭからのデータは、所望の分数時間遅延を達成する
ために補間器３２に適用されるべき係数を直接的に指定
する。補間器は好ましくは、有限インパルス応答（ＦＩ
Ｒ）ディジタル・フィルタである。好適実施例では、補
間器フィルタ３２は４つのタップを有している。これら
４つのタップに対してフィルタ係数ｋ0乃至ｋ3がそれぞ
れ適用されて、４分の１サンプル時間の倍数での分数遅
延が与えられる。４０ＭＨｚのクロック（サンプル）速
度及び４：１の補間比での例示的なフィルタ係数を表１
に掲げる。ＦＩＦＯの長さ及び補間器配置は１００ナノ
秒毎に変化させることができる。 ［表１］ 係 数 分数時間遅延 ｋ0 ｋ1 ｋ2 ｋ3 ｔ＝０ 0 1 0 0 ｔ＝１／４ -0.0546875 0.8203125 0.2734375 -0.0390625 ｔ＝１／２ -0.0625 0.5625 0.5625 -0.0625 ｔ＝３／４ -0.0390625 0.2734375 0.8203125 -0.0546875 ｔ＝１ 0 0 1 0 。
の入力は、圧電トランスデューサ素子からのアナログ信
号であり、予め増幅を行ってもよいし行わなくてもよ
い。アナログ信号は、データ入力２７を介してチップへ
供給され、Ａ／Ｄ変換器２８がアナログ信号を一定のサ
ンプリング速度でディジタル・サンプルのストリームへ
変換する。ディジタル・サンプルは遅延先入れ先出し
（ＦＩＦＯ）レジスタ３０へ供給され、ＦＩＦＯレジス
タ３０は、サンプル時間の整数倍に等しい時間だけディ
ジタル・サンプルを遅延させ、これにより、所謂「粗い
（coarse）」遅延を与える。この整数は、遅延ランダム
・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）３４からの入力信号とし
て得られる。次いで、粗い遅延付きディジタル・サンプ
ルは、補間器３２へ供給され、補間器３２は粗い遅延付
きディジタル・サンプルをサンプル時間の分数に等しい
時間だけ遅延させ、これにより、所謂「細かい（fin
e）」遅延を与える。サンプル時間の分数もまた、遅延
ＲＡＭ３４からの入力として供給される。補間器は、サ
ンプル時間よりも細かい遅延を量子化するのに用いられ
る。ＦＩＦＯ及び補間器によって与えられる遅延は、広
帯域受信ビームフォーミングをサポートするようにレン
ジ依存性となっている。遅延スケジュールは、遅延ＲＡ
Ｍ３４に単純な表として納められている。遅延ＲＡＭか
らのデータは、ＦＩＦＯの長さをレンジの関数として直
接的に指定する。ＦＩＦＯの長さが増大すると、出力サ
ンプルは１サンプル時間ずつ保持される。同様に、遅延
ＲＡＭからのデータは、所望の分数時間遅延を達成する
ために補間器３２に適用されるべき係数を直接的に指定
する。補間器は好ましくは、有限インパルス応答（ＦＩ
Ｒ）ディジタル・フィルタである。好適実施例では、補
間器フィルタ３２は４つのタップを有している。これら
４つのタップに対してフィルタ係数ｋ0乃至ｋ3がそれぞ
れ適用されて、４分の１サンプル時間の倍数での分数遅
延が与えられる。４０ＭＨｚのクロック（サンプル）速
度及び４：１の補間比での例示的なフィルタ係数を表１
に掲げる。ＦＩＦＯの長さ及び補間器配置は１００ナノ
秒毎に変化させることができる。 ［表１］ 係 数 分数時間遅延 ｋ0 ｋ1 ｋ2 ｋ3 ｔ＝０ 0 1 0 0 ｔ＝１／４ -0.0546875 0.8203125 0.2734375 -0.0390625 ｔ＝１／２ -0.0625 0.5625 0.5625 -0.0625 ｔ＝３／４ -0.0390625 0.2734375 0.8203125 -0.0546875 ｔ＝１ 0 0 1 0 。
【００２８】補間器３２からの時間遅延付きディジタル
・サンプルは、レンジ依存的な振幅制御を具現化する乗
算器３６へ供給される。乗算器３６へのもう１つの入力
は、振幅ＲＡＭ３８からアポダイゼーション加重(weigh
ting) を受け取る。アポダイゼーション加重は、振幅Ｒ
ＡＭ３８に単純な表として記憶されている。乗算器３６
は、各々のディジタル・サンプルと対応するアポダイゼ
ーション加重との積をチップ・データ出力４０へ供給す
る。
・サンプルは、レンジ依存的な振幅制御を具現化する乗
算器３６へ供給される。乗算器３６へのもう１つの入力
は、振幅ＲＡＭ３８からアポダイゼーション加重(weigh
ting) を受け取る。アポダイゼーション加重は、振幅Ｒ
ＡＭ３８に単純な表として記憶されている。乗算器３６
は、各々のディジタル・サンプルと対応するアポダイゼ
ーション加重との積をチップ・データ出力４０へ供給す
る。
【００２９】所要の振幅変化は、時間遅延の変化ほど正
確である必要はない。従って、ディジタル振幅値は、デ
ィジタル遅延値よりも少ないビット数しか必要としな
い。加えて、振幅値は、遅延値よりも少ない頻度で更新
してよい（例えば、毎１００ナノ秒の代わりに毎２００
ナノ秒）。
確である必要はない。従って、ディジタル振幅値は、デ
ィジタル遅延値よりも少ないビット数しか必要としな
い。加えて、振幅値は、遅延値よりも少ない頻度で更新
してよい（例えば、毎１００ナノ秒の代わりに毎２００
ナノ秒）。
【００３０】以上のアーキテクチャは、マルチ・ビーム
フォーミングを具現化したシステムを考慮する場合であ
ってもチップ上に穏当な量のＲＡＭしか要求しない。一
実施例では、各々のビームの遅延データについて２，５
００個の１１ビット数が記憶され、振幅（アポダイゼー
ション）制御について１，２５０個の８ビット数が用い
られる。２００ビームのフレームには９１６キロバイト
のＲＡＭが必要であり、これは十分に実用的な量であ
る。マルチ・ビームフォーミングは、各回の送信ファイ
アリングから２つ又はこれよりも多い独立した受信ビー
ムを形成することによりイメージャのフレーム・レート
を増大させる。２：１ビームフォーミングの場合には、
係数の冗長性から、必要とされるＲＡＭの量は、シング
ル・ビームフォーミングの場合に必要とされるＲＡＭの
量の２倍に満たないものとなる。
フォーミングを具現化したシステムを考慮する場合であ
ってもチップ上に穏当な量のＲＡＭしか要求しない。一
実施例では、各々のビームの遅延データについて２，５
００個の１１ビット数が記憶され、振幅（アポダイゼー
ション）制御について１，２５０個の８ビット数が用い
られる。２００ビームのフレームには９１６キロバイト
のＲＡＭが必要であり、これは十分に実用的な量であ
る。マルチ・ビームフォーミングは、各回の送信ファイ
アリングから２つ又はこれよりも多い独立した受信ビー
ムを形成することによりイメージャのフレーム・レート
を増大させる。２：１ビームフォーミングの場合には、
係数の冗長性から、必要とされるＲＡＭの量は、シング
ル・ビームフォーミングの場合に必要とされるＲＡＭの
量の２倍に満たないものとなる。
【００３１】図４は、単一チャネルの受信ビームフォー
ミング用ＡＳＩＣを示しているが、単一のチップに多数
のチャネルを組み込み得ることが容易に理解されよう。
また、単一のビーム出力信号を形成する代わりに、各々
のチャネルをＡ／Ｄ変換器の出力の位置で分岐させて左
ビーム及び右ビームを形成し、これらのビームを異なる
組の受信時間遅延及びアポダイゼーション加重を用いて
時間遅延しアポダイジングしてもよいことも明らかであ
ろう。２：１ビームフォーミングの場合には、遅延ＲＡ
Ｍ及び振幅ＲＡＭを除き、図４に示す構成要素３０、３
２、３４、３６及び３８を第２の受信チャネル用に重複
させ、それぞれの遅延ＲＡＭ及び振幅ＲＡＭは、異なる
組の時間遅延及びアポダイゼーション加重を記憶するよ
うにする。
ミング用ＡＳＩＣを示しているが、単一のチップに多数
のチャネルを組み込み得ることが容易に理解されよう。
また、単一のビーム出力信号を形成する代わりに、各々
のチャネルをＡ／Ｄ変換器の出力の位置で分岐させて左
ビーム及び右ビームを形成し、これらのビームを異なる
組の受信時間遅延及びアポダイゼーション加重を用いて
時間遅延しアポダイジングしてもよいことも明らかであ
ろう。２：１ビームフォーミングの場合には、遅延ＲＡ
Ｍ及び振幅ＲＡＭを除き、図４に示す構成要素３０、３
２、３４、３６及び３８を第２の受信チャネル用に重複
させ、それぞれの遅延ＲＡＭ及び振幅ＲＡＭは、異なる
組の時間遅延及びアポダイゼーション加重を記憶するよ
うにする。
【００３２】更に、図４は、別個のＲＡＭ３４及び３８
を示しているが、これらのＲＡＭは同じ回路複合体の異
なる番地のブロックを形成していてもよく、物理的に分
離している必要はないことを理解されたい。
を示しているが、これらのＲＡＭは同じ回路複合体の異
なる番地のブロックを形成していてもよく、物理的に分
離している必要はないことを理解されたい。
【００３３】本発明の幾つかの好ましい特徴についての
み図示すると共に記述したが、当業者には多くの改変及
び変形が想到されよう。例えば、チップ内で整数時間遅
延、分数時間遅延及び振幅加重を行う順序は本発明にと
って重大ではない。具体的には、振幅加重を時間遅延を
印加する前に行うこともできる。従って、特許請求の範
囲は、本発明の要旨に含まれるような全ての改変及び変
形を網羅しているものとして理解されたい。
み図示すると共に記述したが、当業者には多くの改変及
び変形が想到されよう。例えば、チップ内で整数時間遅
延、分数時間遅延及び振幅加重を行う順序は本発明にと
って重大ではない。具体的には、振幅加重を時間遅延を
印加する前に行うこともできる。従って、特許請求の範
囲は、本発明の要旨に含まれるような全ての改変及び変
形を網羅しているものとして理解されたい。
【図１】従来のＢモード超音波イメージング・システム
のブロック図である。
のブロック図である。
【図２】リニア型又はセクタ型トランスデューサについ
てのビームフォーミング幾何形状を示す概略図である。
てのビームフォーミング幾何形状を示す概略図である。
【図３】カーブリニア型トランスデューサについてのビ
ームフォーミング幾何形状を示す概略図である。
ームフォーミング幾何形状を示す概略図である。
【図４】本発明の好適実施例による柔軟性のある受信ビ
ームフォーミング用集積回路アーキテクチャのブロック
図である。
ームフォーミング用集積回路アーキテクチャのブロック
図である。
２ トランスデューサ・アレイ ４ トランスデューサ素子
フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・マコンバー・レウ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、オール バニ、ブルックライン・アベニュー、87番
Claims (16)
- 【請求項１】 ディジタル・サンプルの第１のストリー
ムを受け取るデータ入力（２７）とデータ出力（４０）
とを有する第１の受信チャネルを備えた受信ビームフォ
ーミング用集積回路チップであって、前記第１の受信チ
ャネルは、 前記第１のストリームの前記ディジタル・サンプルをサ
ンプル時間の整数倍だけ遅延させる第１の粗い遅延回路
（３０）と、 前記第１のストリームの前記ディジタル・サンプルを前
記サンプル時間の分数だけ遅延させる第１の細かい遅延
回路（３２）と、 前記第１の粗い遅延回路及び前記第１の細かい遅延回路
によりそれぞれ適用される遅延を制御するための第１の
組の整数時間遅延制御データ及び第１の組の分数時間遅
延制御データを記憶するランダム・アクセス・メモリ
（３４、３８）とを含んでいる、受信ビームフォーミン
グ用集積回路チップ。 - 【請求項２】 前記第１のストリームの前記ディジタル
・サンプルにアパーチャをアポダイジングするための振
幅加重を乗算する第１の乗算器（３６）を更に含んでお
り、前記ランダム・アクセス・メモリはまた、前記第１
の乗算器により適用される振幅加重を制御するための第
１の組の振幅加重制御データを記憶するように構成され
ている、請求項１に記載の受信ビームフォーミング用集
積回路チップ。 - 【請求項３】 前記第１の粗い遅延回路はＦＩＦＯレジ
スタを含んでおり、前記第１の細かい遅延回路は補間器
フィルタを含んでいる、請求項１に記載の受信ビームフ
ォーミング用集積回路チップ。 - 【請求項４】 ディジタル・サンプルの第２のストリー
ムを受け取るデータ入力（２７）とデータ出力（４０）
とを有する第２の受信チャネルを更に含んでおり、該第
２の受信チャネルは、 前記第２のストリームの前記ディジタル・サンプルをサ
ンプル時間の整数倍だけ遅延させる第２の粗い遅延回路
（３０）と、 前記第２のストリームの前記ディジタル・サンプルを前
記サンプル時間の分数だけ遅延させる第２の細かい遅延
回路（３２）とを含んでおり、 前記ランダム・アクセス・メモリはまた、前記第２の粗
い遅延回路及び前記第２の細かい遅延回路によりそれぞ
れ適用される遅延を制御するための第２の組の整数時間
遅延制御データ及び第２の組の分数時間遅延制御データ
を記憶するように構成されている、請求項１に記載の受
信ビームフォーミング用集積回路チップ。 - 【請求項５】 ディジタル・サンプルの第２のストリー
ムを受け取るデータ入力（２７）とデータ出力（４０）
とを有する第２の受信チャネルを更に含んでおり、該第
２の受信チャネルは、 前記第２のストリームの前記ディジタル・サンプルをサ
ンプル時間の整数倍だけ遅延させる第２の粗い遅延回路
（３０）と、 前記第２のストリームの前記ディジタル・サンプルを前
記サンプル時間の分数だけ遅延させる第２の細かい遅延
回路（３２）と、 前記第２のストリームの前記ディジタル・サンプルに振
幅加重を乗算する第２の乗算器（３６）とを含んでお
り、 前記ランダム・アクセス・メモリはまた、前記第２の粗
い遅延回路及び前記第２の細かい遅延回路によりそれぞ
れ適用される遅延を制御するための第２の組の整数時間
遅延制御データ及び第２の組の分数時間遅延制御デー
タ、並びに前記第２の乗算器により適用される振幅加重
を制御するための第２の組の振幅加重制御データを記憶
するように構成されている、請求項２に記載の受信ビー
ムフォーミング用集積回路チップ。 - 【請求項６】 データ出力（４０）と、前記第１の受信
チャネル・データ入力に接続されている入力とを有する
第２の受信チャネルを更に含んでおり、該第２の受信チ
ャネルは、 前記第１のストリームの前記ディジタル・サンプルをサ
ンプル時間の整数倍だけ遅延させる第２の粗い遅延回路
（３０）と、 前記第１のストリームの前記ディジタル・サンプルを前
記サンプル時間の分数だけ遅延させる第２の細かい遅延
回路（３２）とを含んでおり、 前記ランダム・アクセス・メモリはまた、前記第２の粗
い遅延回路及び前記第２の細かい遅延回路によりそれぞ
れ適用される遅延を制御するための第２の組の整数時間
遅延制御データ及び第２の組の分数時間遅延制御データ
を記憶するように構成されている、請求項１に記載の受
信ビームフォーミング用集積回路チップ。 - 【請求項７】 データ出力（４０）と、前記第１の受信
チャネル・データ入力に接続されている入力とを有する
第２の受信チャネルを更に含んでおり、該第２の受信チ
ャネルは、 前記第１のストリームの前記ディジタル・サンプルをサ
ンプル時間の整数倍だけ遅延させる第２の粗い遅延回路
（３０）と、 前記第１のストリームの前記ディジタル・サンプルを前
記サンプル時間の分数だけ遅延させる第２の細かい遅延
回路（３２）と、 前記第１のストリームの前記ディジタル・サンプルに振
幅加重を乗算する第２の乗算器（３６）とを含んでお
り、 前記ランダム・アクセス・メモリはまた、前記第２の粗
い遅延回路及び前記第２の細かい遅延回路によりそれぞ
れ適用される遅延を制御するための第２の組の整数時間
遅延制御データ及び第２の組の分数時間遅延制御デー
タ、並びに前記第２の乗算器により適用される振幅加重
を制御するための第２の組の振幅加重制御データを記憶
するように構成されている、請求項２に記載の受信ビー
ムフォーミング用集積回路チップ。 - 【請求項８】 第１のアナログ信号を受け取るデータ入
力（２７）とデータ出力（４０）とを有する第１の受信
チャネルを備えた受信ビームフォーミング用集積回路チ
ップであって、前記第１の受信チャネルは、 前記第１のアナログ信号をディジタル・サンプルの第１
のストリームへ変換する第１のアナログ・ディジタル変
換器（２８）と、 前記第１のストリームの前記ディジタル・サンプルをサ
ンプル時間の整数倍だけ遅延させる第１の粗い遅延回路
（３０）と、 前記第１のストリームの前記ディジタル・サンプルを前
記サンプル時間の分数だけ遅延させる第１の細かい遅延
回路（３２）と、 前記第１の粗い遅延回路及び前記第１の細かい遅延回路
によりそれぞれ適用される遅延を制御するための第１の
組の整数時間遅延制御データ及び第１の組の分数時間遅
延制御データを記憶するランダム・アクセス・メモリ
（３４、３８）とを含んでいる、受信ビームフォーミン
グ用集積回路チップ。 - 【請求項９】 前記第１のストリームの前記ディジタル
・サンプルに振幅加重を乗算する第１の乗算器（３６）
を更に含んでおり、前記ランダム・アクセス・メモリ
は、前記第１の乗算器により適用される振幅加重を制御
するための第１の組の振幅加重制御データを記憶するよ
うに構成されている、請求項８に記載の受信ビームフォ
ーミング用集積回路チップ。 - 【請求項１０】 前記第１の粗い遅延回路はＦＩＦＯレ
ジスタを含んでおり、前記第１の細かい遅延回路は補間
器フィルタを含んでいる、請求項８に記載の受信ビーム
フォーミング用集積回路チップ。 - 【請求項１１】 第２のアナログ信号を受け取るデータ
入力（２７）とデータ出力（４０）とを有する第２の受
信チャネルを更に含んでおり、該第２の受信チャネル
は、 前記第２のアナログ信号をディジタル・サンプルの第２
のストリームへ変換する第２のアナログ・ディジタル変
換器（２８）と、 前記第２のストリームの前記ディジタル・サンプルをサ
ンプル時間の整数倍だけ遅延させる第２の粗い遅延回路
（３０）と、 前記第２のストリームの前記ディジタル・サンプルを前
記サンプル時間の分数だけ遅延させる第２の細かい遅延
回路（３２）とを含んでおり、 前記ランダム・アクセス・メモリはまた、前記第２の粗
い遅延回路及び前記第２の細かい遅延回路によりそれぞ
れ適用される遅延を制御するための第２の組の整数時間
遅延制御データ及び第２の組の分数時間遅延制御データ
を記憶するように構成されている、請求項８に記載の受
信ビームフォーミング用集積回路チップ。 - 【請求項１２】 第２のアナログ信号を受け取るデータ
入力（２７）と第２のデータ出力（４０）とを有する第
２の受信チャネルを更に含んでおり、該第２の受信チャ
ネルは、 前記第２のアナログ信号をディジタル・サンプルの第２
のストリームへ変換する第２のアナログ・ディジタル変
換器（２８）と、 前記第２のストリームの前記ディジタル・サンプルをサ
ンプル時間の整数倍だけ遅延させる第２の粗い遅延回路
（３０）と、 前記第２のストリームの前記ディジタル・サンプルを前
記サンプル時間の分数だけ遅延させる第２の細かい遅延
回路（３２）と、 前記第２のストリームの前記ディジタル・サンプルに振
幅加重を乗算する第２の乗算器（３６）とを含んでお
り、 前記ランダム・アクセス・メモリはまた、前記第２の粗
い遅延回路及び前記第２の細かい遅延回路によりそれぞ
れ適用される遅延を制御するための第２の組の整数時間
遅延制御データ及び第２の組の分数時間遅延制御デー
タ、並びに前記第２の乗算器により適用される振幅加重
を制御するための第２の組の振幅加重制御データを記憶
するように構成されている、請求項９に記載の受信ビー
ムフォーミング用集積回路チップ。 - 【請求項１３】 多数のトランスデューサ素子を含んで
いるトランスデューサ・アレイ（２）と、 送信ファイアリング時に前記トランスデューサ素子をそ
れぞれの励起波形で駆動するようにプログラムされてい
る送信器（８）であって、前記励起波形は、該励起波形
に応答して前記トランスデューサ素子により発生される
個々の波動を組み合わせると一定の送信焦点ゾーン位置
に集束された送信ビームを形成するようなそれぞれの所
定の送信時間遅延を有している、送信器（８）と、 前記多数のトランスデューサ素子から受信されたそれぞ
れのアナログ信号をビームフォーミングするようにプロ
グラムされており、その各々がそれぞれ複数の受信チャ
ネルを含んでいる複数の集積回路チップと、正味の受信
信号を形成するように前記チップの出力信号を加算する
ビーム加算器とを含んでいる受信ビームフォーマ（１
０）と、 前記送信器及び前記受信ビームフォーマをプログラムす
るコンピュータ（２４）と、 前記正味の受信信号から画像信号を導出するプロセッサ
（１６、１８）と、 前記画像信号の関数である画像部分を有する画像を表示
する表示装置（２０、２２）と、を備えているイメージ
ング・システムであって、 前記受信チャネルの各々が、それぞれ、 それぞれのアナログ信号をそれぞれのディジタル・サン
プルのストリームへ変換するアナログ・ディジタル変換
器（２８）と、 前記それぞれのストリームの前記ディジタル・サンプル
をサンプル時間の整数倍だけ遅延させる粗い遅延回路
（３０）と、 前記それぞれのストリームの前記ディジタル・サンプル
を前記サンプル時間の分数だけ遅延させる細かい遅延回
路（３２）と、 前記粗い遅延回路及び前記細かい遅延回路によりそれぞ
れ適用される遅延を制御するためのそれぞれの組の整数
時間遅延制御データ及びそれぞれの組の分数時間遅延制
御データを記憶するランダム・アクセス・メモリ（３
４、３８）とを含んでおり、 前記コンピュータが、前記それぞれの組の整数及び分数
時間遅延制御データを供給するように構成されている、
イメージング・システム。 - 【請求項１４】 各々の前記受信チャネルが、前記それ
ぞれのストリームの前記ディジタル・サンプルに振幅加
重を乗算する乗算器（３６）を更に含んでおり、前記ラ
ンダム・アクセス・メモリはまた、前記乗算器により適
用される振幅加重を制御するためのそれぞれの組の振幅
加重制御データを記憶するように構成されており、前記
コンピュータは、前記それぞれの組の振幅加重制御デー
タを供給するように構成されている、請求項１３に記載
のイメージング・システム。 - 【請求項１５】 多数のトランスデューサ素子（４）を
含んでいるトランスデューサ・アレイと、 送信ファイアリング時に前記トランスデューサ素子をそ
れぞれの励起波形で駆動するようにプログラムされてい
る送信器（８）であって、前記励起波形は、該励起波形
に応答して前記トランスデューサ素子により発生される
個々の波動を組み合わせると一定の送信焦点ゾーン位置
に集束された送信ビームを形成するようなそれぞれの所
定の送信時間遅延を有している、送信器（８）と、 前記多数のトランスデューサ素子から受信されたそれぞ
れのアナログ信号をビームフォーミングするようにプロ
グラムされており、それぞれのアナログ信号をディジタ
ル・サンプルのそれぞれのストリームへ変換する複数の
アナログ・ディジタル変換器と、ディジタル・サンプル
の前記それぞれのストリームを受信するそれぞれのチッ
プ・データ入力（２７）を有すると共にその各々が複数
の受信チャネルを含んでいる複数の集積回路チップと、
正味の受信信号を形成するように前記チップのそれぞれ
の出力（４０）における出力信号を加算するビーム加算
器とを含んでいる受信ビームフォーマ（１０）と、 前記送信器及び前記受信ビームフォーマをプログラムす
るコンピュータ（２４）と、 前記正味の受信信号から画像信号を導出するプロセッサ
（１６、１８）と、 前記画像信号の関数である画像部分を有する画像を表示
する表示装置（２０、２２）と、を備えたイメージング
・システムであって、 前記受信チャネルの各々が、それぞれ、 前記それぞれのストリームの前記ディジタル・サンプル
をサンプル時間の整数倍だけ遅延させる粗い遅延回路
（３０）と、 前記それぞれのストリームの前記ディジタル・サンプル
を前記サンプル時間の分数だけ遅延させる細かい遅延回
路（３２）と、 前記粗い遅延回路及び前記細かい遅延回路によりそれぞ
れ適用される遅延を制御するためのそれぞれの組の整数
時間遅延制御データ及びそれぞれの組の分数時間遅延制
御データを記憶するランダム・アクセス・メモリ（３
４、３８）とを含んでおり、 前記コンピュータは、前記それぞれの組の整数及び分数
時間遅延制御データを供給するように構成されている、
イメージング・システム。 - 【請求項１６】 各々の前記受信チャネルが、前記それ
ぞれのストリームの前記ディジタル・サンプルに振幅加
重を乗算する乗算器（３６）を更に含んでおり、前記ラ
ンダム・アクセス・メモリはまた、前記乗算器により適
用される振幅加重を制御するそれぞれの組の振幅加重制
御データを記憶するように構成されており、前記コンピ
ュータは、前記それぞれの組の振幅加重制御データを供
給するように構成されている、請求項１５に記載のイメ
ージング・システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US37018699A | 1999-08-09 | 1999-08-09 | |
| US09/370186 | 1999-08-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001104307A true JP2001104307A (ja) | 2001-04-17 |
Family
ID=23458591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000240532A Withdrawn JP2001104307A (ja) | 1999-08-09 | 2000-08-09 | 柔軟性のある受信ビームフォーミング用集積回路アーキテクチャ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001104307A (ja) |
| DE (1) | DE10038653A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008149139A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Industry-Univ Cooperation Foundation Sogang Univ | ポストフィルタリングを利用した小数遅延フィルタに基づくビーム形成装置及び方法 |
| US7868824B2 (en) | 2006-07-14 | 2011-01-11 | Chikayoshi Sumi | Beamforming apparatus and method |
-
2000
- 2000-08-08 DE DE2000138653 patent/DE10038653A1/de not_active Withdrawn
- 2000-08-09 JP JP2000240532A patent/JP2001104307A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7868824B2 (en) | 2006-07-14 | 2011-01-11 | Chikayoshi Sumi | Beamforming apparatus and method |
| JP2008149139A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Industry-Univ Cooperation Foundation Sogang Univ | ポストフィルタリングを利用した小数遅延フィルタに基づくビーム形成装置及び方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10038653A1 (de) | 2001-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW426805B (en) | Multi-dimensional beamforming device | |
| JP4039643B2 (ja) | 超音波ビーム形成装置 | |
| US4989143A (en) | Adaptive coherent energy beam formation using iterative phase conjugation | |
| US6292433B1 (en) | Multi-dimensional beamforming device | |
| US8672846B2 (en) | Continuous transmit focusing method and apparatus for ultrasound imaging system | |
| JP5895018B2 (ja) | コヒーレントでない遡及的で動的な送信の焦点合わせ | |
| O'Donnell et al. | Efficient synthetic aperture imaging from a circular aperture with possible application to catheter-based imaging | |
| US5469851A (en) | Time multiplexed digital ultrasound beamformer | |
| EP0627635B1 (en) | Ultrasonic imaging by radial scan of trapezoidal sector | |
| JP4428477B2 (ja) | ビームフォーミング用時間遅延及びアポダイゼーション値の敏速な分散型計算のための方法及び装置 | |
| US5142649A (en) | Ultrasonic imaging system with multiple, dynamically focused transmit beams | |
| JP3700990B2 (ja) | ビーム形成器及び超音波イメージング・システム | |
| US8038620B2 (en) | Fresnel zone imaging system and method | |
| JP2000157548A (ja) | 超音波散乱体をイメ―ジングするための方法及びシステム | |
| US5817023A (en) | Ultrasound imaging system with dynamic window function generator | |
| US6721235B2 (en) | Steerable beamforming system | |
| JP4107840B2 (ja) | 機敏型ビーム形成器を使用した屈折遅延誤差補正 | |
| US5476098A (en) | Partially coherent imaging for large-aperture phased arrays | |
| US5548561A (en) | Ultrasound image enhancement using beam-nulling | |
| US11484292B2 (en) | Ultrasound signal processing device that uses synthetic aperture method and delay and sum method | |
| US6366227B1 (en) | Delta-sigma beamformers with minimal dynamic focusing artifacts | |
| JP2001104307A (ja) | 柔軟性のある受信ビームフォーミング用集積回路アーキテクチャ | |
| JPH08289891A (ja) | 超音波診断装置 | |
| JPH08173431A (ja) | 超音波診断装置 | |
| Thomenius | Instrumentation Design for Ultrosonic Imaging |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20071106 |