JP2002045359A - フィルター係数決定方法、超音波撮像システム及びその方法 - Google Patents

フィルター係数決定方法、超音波撮像システム及びその方法

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JP2002045359A
JP2002045359A JP2001180172A JP2001180172A JP2002045359A JP 2002045359 A JP2002045359 A JP 2002045359A JP 2001180172 A JP2001180172 A JP 2001180172A JP 2001180172 A JP2001180172 A JP 2001180172A JP 2002045359 A JP2002045359 A JP 2002045359A
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ultrasonic imaging
spread spectrum
ultrasonic
pulse compression
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Te Kyon Son
テ キョン ソン
Yan Mo Yuu
ヤン モ ユウ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 許容サイドローブを有するスペクトル拡散信
号を用いるパルス圧縮技法に基づいた超音波撮像システ
ム及び方法、このシステムで使用されるＦＩＲフィルタ
ー係数決定方法を提供する。 【解決手段】 予め決められた第１スペクトル拡散信号
を超音波信号に変換してオブジェクトに発射し、該オブ
ジェクトから反射された反射信号を受け取って反射信号
に対しパルス圧縮を行ってパルス圧縮信号を生成し、こ
のパルス圧縮信号を処理して受信集束信号を生成し、こ
の受信集束信号からオブジェクトの映像を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波撮像システ
ムに関し、特に、スペクトル拡散信号と効率的なハード
ウェア構造を有する有限インパルス応答(ＦＩＲ)フィル
ターとを利用するパルス圧縮技法に基づく超音波撮像シ
ステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、医療用超音波撮像システムは、短
パルスの超音波を人体へ発射し、それから反射される信
号を受け取って人体関連情報を得る。図１は、従来の短
パルス超音波撮像システム１００のブロック図であっ
て、複数のトランスジューサよりなるトランスジューサ
列１、パルサー１１、送信(Ｔｘ)集束遅延メモリ１４、
送受信(Ｔｘ／Ｒｘ)スイッチ２１、レシーバ３１、ビー
ム形成器３７、受信(Ｒｘ)集束遅延調整器３６、信号処
理器４１及びスキャンコンバータ４２を含む。
【０００３】Ｔｘ集束遅延メモリ１４は、トランスジュ
ーサ列１を通じてオブジェクト(例えば、人体)内に伝送
されるべき超音波パルスの遅延パターンを格納し、該遅
延パターンに対応する２進系列をパルサー１１に供給す
る。
【０００４】各トランスジューサに対する遅延パターン
を決める方法として、通常、人体内の所定地点上に超音
波パルスのエネルギーを集束する固定集束技法が用いら
れている。最近、送信時には固定集束技法を、受信時に
は動的集束技法を使用して生じる分解能低下の問題を解
決するための技法の一つとして、合成開口技法(synthet
ic aperture technique)に対する研究が行われてい
る。この合成開口技法によれば、超音波の送信時に一つ
またはそれ以上のトランスジューサを用いることがで
き、送受信両側で両方向動的集束が可能である。このよ
うな合成開口技法を用いることによって、分解能は高
め、信号対雑音比(SNR)は低下する。
【０００５】パルサー１１はＴｘ集束遅延メモリ１４か
らの２進系列に応じて、増幅信号(例えば、+８０Ｖ又は
-８０Ｖ)をトランスジューサ列１へ供給するバイポーラ
形パルサーである。パルサー１１からの出力は予め定め
られた大きさの電圧であって、該遅延パターンによって
決定される時刻にてトランスジューサ列１の各トランス
ジューサに印加される。
【０００６】トランスジューサ列１はパルサー１１から
の出力電圧に応じて、超音波パルスをオブジェクト内に
発射する。任意の時刻にて超音波パルスの送信の際、ト
ランスジューサ列１のうちの一部が選択的に用いられ得
る。例えば、トランスジューサ列１がＮ個(１２８個)の
トランスジューサよりなる場合、一回送信の際に、６４
個のトランスジューサのみが開口を通じて超音波を送信
するようにする。その後、トランスジューサ列１は超音
波パルスの送信の際該オブジェクトから反射されるパル
ス信号を受け取る。
【０００７】Ｔｘ／Ｒｘスイッチ２１は、パルサー１１
から出る高電圧に対してレシーバ３１を分離させる送受
切換え器として機能を果たし、送信の際にはトランスジ
ューサ列１をパルサー１１に接続させ、受信の際にはト
ランスジューサ列1をレシーバ３１に接続させる。
【０００８】レシーバ３１は受信信号を増幅する前置増
幅器と、超音波の伝搬の際生じる減衰を補償するための
時間利得補償器(ＴＧＣ)と、増幅された受信信号をディ
ジタル信号に変換するアナログディジタル変換器とから
構成される。
【０００９】ビーム形成器３７はＲｘ集束遅延調整器３
６からの遅延パターンに基づいて、レシーバ３１から入
力された該当ディジタル信号に対して受信集束を行う。
【００１０】信号処理器４１は包絡線検波、対数補償な
どの信号処理を行い、Ｂモードの映像信号を生成する。
【００１１】スキャンコンバータ４２は、Ｂモードの映
像信号を表示装置(図示せず)上に表示可能な信号に変換
する。
【００１２】超音波をゴム、軟組織のように減衰の激し
い媒体内へ伝搬する時、超音波の電力が減少することと
なり、短パルス方式の撮像システムは人体内の目標物に
対する正確な情報を得ることが困難である。
【００１３】医療用超音波撮像システム１００では、送
信される短パルスのピーク電圧が増加すれば、人体に損
傷をもたらし得るため、送信パルスの電力を増加させ受
信信号の電力を増加させることができない。
【００１４】一方、レーダー装置で用いられるパルス圧
縮技法は、送信パルスのピーク電圧を増加させる代わり
に、送信パルスの平均電力を増加させて超音波撮像シス
テムの信号対雑音比を向上させることができる。通常、
そのようなパルス圧縮技法を用いる撮像システムは短パ
ルスの代わりに、長期波形信号(即ち、長いパルス)を人
体に送信してＳＮＲを向上させる。
【００１５】短パルスを用いる従来の医療用撮像システ
ム１００では、高電圧の短パルスを用いるため、超音波
伝搬方向への分解能は選択された超音波トランスジュー
サのインパルス応答によって左右される。しかし、パル
ス圧縮技法を用いる撮像システムの場合に、分解能は超
音波トランスジューサと長パルスとの間のたたみ込みに
より決定される。
【００１６】パルス圧縮方式の撮像システムにおいて、
超音波レシーバはＦＩＲフィルターを有するパルス圧縮
器を用いて、短パルス方式のピーク電圧に比べ低い電圧
を有する長パルス信号を送信することによって信号対雑
音比を効果的に増加させることができる。
【００１７】長パルスを用いる超音波撮像システムの性
能は、用いられた長パルス信号の特性によって左右され
る。詳記すると、最終の画質は長パルス信号と超音波ト
ランスジューサとの間の周波数特性の関係によって決定
される。また、システムの性能はＦＩＲフィルターまた
はパルス圧縮器をどのように具現するかによって左右さ
れる。
【００１８】また、動的受信集束のためには、パルス圧
縮器がすべてのチャネルに使用されなければならないの
で、受信部のハードウェア複雑さはパルス圧縮器のハー
ドウェア構造によって左右される。
【００１９】そのような長パルス信号を用いる超音波撮
像システムでは、例えば、チャープ信号(線形周波数変
調信号)のようなスペクトル拡散信号を長パルス信号と
して使用することができる。そのようなチャープ信号
は、帯域幅の制限された超音波撮像システムのトランス
ジューサのスペクトルと整合する周波数特性を有する。
また、スペクトル拡散信号が従来のＦＩＲフィルターを
通過すると、メインローブより略-１３ｄＢ位低い尖頭
サイドローブが生成される。しかしながら、医療用超音
波撮像システムに用いるためには、パルス圧縮器を通し
た出力信号のスペクトルにおけるサイドローブがメイン
ローブに比べて-５０ｄＢ以下でなければならないの
で、従来のスペクトル拡散信号は医療用超音波撮像シス
テムに不適合であるという不都合がある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、許容サイドローブを有するスペクトル拡散信号を用
いるパルス圧縮技法に基づいた超音波撮像システム及び
その方法を提供することにある。
【００２１】本発明の他の目的は、効率的な構造を有す
る有限インパルス応答(ＦＩＲ)フィルターとスペクトル
拡散信号を用いる超音波撮像システムで使用されるＦＩ
Ｒフィルター係数を決定する方法を提供することにあ
る。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の一好適実施例によれば、オブジェクトの
映像を撮像する超音波撮像方法であって、予め決められ
た第１スペクトル拡散信号を超音波信号に変換して前記
オブジェクトに発射する第１ステップと、前記オブジェ
クトから反射された前記超音波信号の反射信号を受け取
って、前記反射信号に対してパルス圧縮を行ってパルス
圧縮信号を生成する第２ステップと、前記パルス圧縮信
号を処理して受信集束信号を生成し、前記受信集束信号
から前記オブジェクトの映像を生成する第３ステップと
を含む超音波撮像方法が提供される。
【００２３】本発明の他の好適実施例によれば、オブジ
ェクトの映像を撮像する超音波撮像システムであって、
予め決められたスペクトル拡散信号に応じて、前記オブ
ジェクトに超音波信号を発射する一つまたはそれ以上の
トランスジューサと、前記オブジェクトから反射される
反射信号を受け取って、 前記反射信号に対してパルス
圧縮を行ってパルス圧縮信号を生成するパルス圧縮手段
と、前記パルス圧縮信号を処理して受信集束信号を生成
し、前記受信集束信号に基づいて前記オブジェクトの映
像を生成する手段とを含む超音波撮像システムが提供さ
れる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施例につい
て、図面を参照しながらより詳しく説明する。
【００２５】図２は、本発明による超音波撮像システム
２００の概略的なブロック図である。本発明の好適実施
例によれば、超音波の送信の際、重みつきチャープ信号
を用いているが、それと類似した特性を有するスペクト
ル拡散信号などの信号を用いてもよい。また、本発明の
超音波撮像システム２００は受信ビーム形成以前にＲＦ
データに基づいたパルス圧縮を施して受信集束を行うこ
とを特徴とする。従って、本発明によれば、受信集束以
後にパルス圧縮を行ったとき、近距離フィールドで超音
波伝搬方向に生じ得るサイドローブを除去することがで
き、メインローブの幅が増加することを防止することが
できる。
【００２６】図２において、超音波撮像システム２００
はパルサー１２、Ｔｘパターンメモリ１３、Ｔｘ集束遅
延メモリ１４、フィルター係数制御器１５、フィルター
係数メモリ１６、Ｔｘ／Ｒｘスイッチ２１、レシーバ３
１、パルス圧縮器３５、Ｒｘ集束遅延調整器３６、ビー
ム形成器３７、信号処理器４１及びスキャンコンバータ
４２から成る。パルス圧縮器３５はＲＦメモリ及びＦＩ
Ｒフィルター３４を有する。
【００２７】Ｔｘパターンメモリ１３はＴｘ信号パター
ンを格納し、Ｔｘ集束遅延メモリはＴｘ信号に対する遅
延パターンを格納する。Ｔｘパターンメモリ１３に格納
されたＴｘ信号パターンはパルサー１２に伝送され、こ
のパルサー１２は遅延パターンによって遅延されたパル
スを有する。
【００２８】本発明の一実施例によれば、Ｔｘパターン
メモリ１３及びＴｘ集束遅延メモリ１４は各々予め定め
られたＴｘ信号パターン及び予め定められた遅延パター
ンを格納する。パルサ１２への入力を供給するものとし
て、遅延されたＴｘ信号パターンを生成し得る回路また
はソフトウェアを用いてもよい。
【００２９】使用ウィンドウによって、パルサー１２は
Ｔｘパターンメモリ１３から受け取ったＴｘ信号パター
ンを増幅する。四角形ウィンドウが用いられる場合、パ
ルサー１２の代わりに、Ｔｘ／Ｒｘスイッチ２１を通じ
てバイポーラパルスをトランスジューサ列１に供給する
バイポーラパルサーを用いることができる。四角形ウィ
ンドウ以外のものを用いる場合は、パルサー１２は増幅
されたバイポーラパルスをトランスジューサ列１に供給
するためにバイポーラパルサー及び線形増幅器を有し得
る。図１に示したように、固定集束技法または合成開口
技法がチャープ信号の伝送の際に用いられる。
【００３０】Ｔｘ／Ｒｘスイッチ２１は図１中のスイッ
チと同様に、パルサー１２から出る高電圧に対してレシ
ーバ３１を分離させる送受切換え器として機能を果た
す。
【００３１】レシーバ３１が受信した信号は、サイドロ
ーブが大きすぎて映像形成に適合でない。従って、結果
映像の分解能が従来の短パルス方式の撮像システムの分
解能と互換されるように、パルス圧縮器３５を用いてレ
シーバ３１からの信号を処理する。
【００３２】詳記すると、パルス圧縮器３５は、レシー
バ３１から受信したＲＦ信号をＲＦメモリ３３に格納す
る。各チャネルに対するＲＦ信号はＲＦメモリ３３に格
納されているため、ＦＩＲフィルター３４はハードウェ
アまたはソフトウェアによって具現されることができ
る。また、スペクトル拡散信号の代わりに通常の短パル
スを使用する場合、図２中の撮像システム２００はＦＩ
Ｒフィルター３４をバイパスすることによって従来の超
音波撮像システムの機能を行うこともできる。
【００３３】ＦＩＲフィルター３４はフィルター係数制
御器１５から供給されるフィルター係数に応じて、レシ
ーバ３１から受信した信号、即ち、ＲＦメモリ３３に格
納された信号をフィルタリングしてパルス圧縮信号を出
力する。即ち、長パルスが送信されれば、ＦＩＲフィル
ター３４は短パルスが送信されたことと同一の出力信号
を発生する。
【００３４】フィルター係数メモリ１６は複数組のフィ
ルター係数を格納する。各係数組は原チャープ信号及び
ウィンドウ関数の特性と超音波映像形成の際に用いられ
る周波数成分(例えば、基本周波数成分または高調波成
分)とによって予め定められる。このような周波数成分
は外部から使用者の入力によって選択され得る。
【００３５】フィルター係数制御器１５は、フィルター
係数メモリ１６に格納された係数組のうちのいずれかを
選択してＦＩＲフィルター３４に供給する。
【００３６】ビーム形成器３７はＲｘ集束遅延調整器３
６から供給されたＲｘ集束遅延を用いてＲｘ集束を行
う。Ｒｘ集束の後、信号処理器４１は包落線検波及びロ
グ補償を行ってＢモードの映像信号を生成する。スキャ
ンコンバータ４２はＢモードの映像信号を変換して表示
装置(図示せず)上にディスプレイされるようにする。
【００３７】前述したように、本発明の好適実施例によ
れば、超音波送信のために重みつきチャープ信号が用い
られる。重みつきチャープ信号は実際上一定な振幅及び
周波数を有することで、制限された周波数帯域で線形的
に時変する。チャープ信号のスペクトルは医療用撮像シ
ステムに用いられる狭帯域トランスジューサの特性とよ
く整合する。チャープ信号の周波数はドップラーシフト
によって変化され、このような周波数変化はＦＩＲフィ
ルターにて瞬間測定され目標オブジェクトの速度を表
す。時変する角周波数がω=ω0+μtであるとき、チャー
プ信号は下記式のように表現され得る。
【数１】 ここで、Ａは正の整数であり、ω0はチャープ信号の中
心角周波数を示し、定数μは時間間隙Ｔの間角周波数の
変化量Δω/Ｔを示し、w1 (t)は送信されるチャープ信
号の包落線を示す。
【００３８】通常のチャープ信号の場合、w1 (t)は矩形
波信号、即ち、w1 (t)＝rect(t/T)であって、通常のＦ
ＩＲフィルターを通過するとメインローブ周りに略−１
３ｄＢの尖頭サイドローブを生成するので、医療用超音
波撮像システムには適合でない。即ち、そのような通常
のチャープ信号を用いる場合、医療用映像を得るのに必
要な最小信号対雑音比を得ることができなくなる。
【００３９】従って、本発明はウィンドウ関数を用いて
チャープ信号の包落線に重みを付けて、フィルター係数
を変更させてデータ送受信を行うシステムを提供する。
チャープ信号は上記式(１)の四角形ウィンドウ関数以外
にも、低いサイドローブ及び狭いメインローブを生成し
得るウィンドウ関数を用いて重み付きが加えられる。
【００４０】図３は従来のチャープ信号のグラフを示
し、図４は本発明で使用されるハミング・ウィンドウ(H
amming-window)、ハンニング・ウィンドウ(Hanning-win
dow)、ブラックマン・ウィンドウ(Blackman-window)、
矩形ウィンドウ(Rectangular-window)を示す模式図であ
り、図５はハンニング・ウィンドウによって重み付きさ
れたチャープ信号を示すグラフである。図４及び図５に
おいて、Ｌはフィルター係数の個数を示す。重みつきチ
ャープ信号をトランスジューサに供給するためには、二
つの離散値だけを供給するパルサ１１よりは、前述のよ
うに連続的に信号を増幅し得るパルサ１２が必要であ
る。
【００４１】重みつきチャープ信号のフィルター出力信
号は下記式(２)の通りチャープ信号を変更するウィンド
ウ関数w1 (t)とフィルター係数を変更するウィンドウ関
数w2(t)とによって決定される。
【数２】
【００４２】その後、フィルター係数は、ＦＩＲフィル
ターに使用されたウィンドウ関数及び原チャープ信号の
特性と、受信信号に用いられた周波数成分が基本周波数
成分か高調波成分かとによって計算される。
【００４３】重みつきチャープ信号は通常のチャープ信
号の包落線を変更して得られるため、送信電力効率が低
下され、パルス圧縮技法を通じて得るようになる信号対
雑音比の増加を減少させる。従って、トランスジューサ
１における入力電力に対する出力電力の比で定義される
伝送電力効率(ＴＰＥ)を考慮してウィンドウ関数を選択
しなければならない。また、超音波映像の分解能はパル
ス圧縮信号のサイドローブのレベル及びメインローブの
幅によって決定されるので、最低レベルのサイドローブ
及び最低幅のメインローブを齎すウィンドウ関数を選択
することが望ましい。即ち、本発明の医療用超音波撮像
システムに採用される送受信用ウィンドウ関数は、フィ
ルター出力信号のメインローブ幅、最大サイドローブ及
び送信電力効率を考慮して選択されなければならない。
【００４４】一方、前述したＦＩＲフィルター３４は各
チャネル別に備えなければならない。重みつきチャープ
信号を利用する場合や変形フィルター係数を使用する場
合に、ＦＩＲフィルター３４の係数は連続的な値を有す
ることとなる。このため、乗算器及び加算器を有するＦ
ＩＲフィルター３４の構造は複雑になって、多数のフィ
ルターを含む撮像システムの全体的な構造が複雑にな
る。
【００４５】図６は、従来の整合フィルターの形態で具
現されたＦＩＲフィルターの構造を示した模式図であ
る。送信信号の持続時間が長いほど整合フィルタの長さ
も増加し、ＦＩＲフィルターのハードウェア構造が相当
に複雑になる。図７は、本発明によるＦＩＲフィルター
の構造を示した模式図である。フィルター係数の連続的
な値によるＦＩＲフィルター３４のハードウェア複雑さ
は主に乗算器によって齎される。従って、本発明では発
生的アルゴリズムを利用して乗算器が除去されたＦＩＲ
フィルターを設計することによって受信部のハードウェ
ア複雑さを減らすことができる。相関値計算に使用され
るフィルター係数を２の自乗またはその和で表現できる
値に量子化される。そのような量子化によって、ＦＩＲ
フィルター３４は図６及び図７に示すように加算器及び
シフターだけで具現され得る。
【００４６】図８は、本発明の実施例によってフィルタ
ー係数の決定に用いられる発生的アルゴリズムを示すフ
ロー図である。発生的アルゴリズムは生物学的進化をモ
デリングするアルゴリズムであって、目的関数によって
個体群のうちで染色体を選択し発生的演算を適用して次
の個体群を生成する技法である(Ｄ．Ｅ．Ｇｏｌｄｂｅ
ｒｇ，「サーチ、最適化、マシン学習における発生的ア
ルゴリズム」、Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂ
ｌｉｓｈｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ、Ｉｎｃ．(１９８
９))。この発生的アルゴリズムにおいて、個体群は染色
体の集合を示し、一般的に染色体は固定長さの列であ
る。初期にランダムに発生された各染色体集合は目的関
数により評価されて、その中の一部が選択演算によって
次の染色体の親として選択されることによって、次の世
代の良い染色体が生成される。選択された染色体は互い
に有している染色体の一部を交換(交配)するかまたは交
配により得ることが難しい染色体を得るための突然変異
を通じて次の個体群の新たな染色体を生成する。
【００４７】例えば、フィルター係数の個数が５１２個
で、一個の係数は８ビットで表現される時、５１２個の
係数全体を表す４０９６ビットで構成されるビット列は
一つの染色体に対応する。染色体はエラー自乗平均(Ｍ
ＳＥ)、最小局所最大(ｍｉｎｉｍｕｍ ｌｏｃａｌ ｍ
ａｘｍｕｍ)などの目的関数により評価される。本発明
の一実施例によれば、目的関数としてのＭＳＥは次の通
り与えられる。
【数３】 ここで、Ｒｍｍ(i)は通常のＦＩＲフィルターを使用し
た場合のフィルター出力であり、Ｒｍd(i)は本発明によ
って設計されたＦＩＲフィルターを使用した場合のフィ
ルター出力である。Ｎはフィルター係数の個数を示す。
【００４８】図８を参照すれば、発生的アルゴリズムを
用いてＦＩＲフィルター３４の係数を求める過程が述べ
られている。ステップＳ１０１にて、各ビットが乗算器
を加算器及びシフターで代替させるために量子化された
一セットのビット列の初期値がランダムに発生される。
ステップＳ１０２にて、発生されたビット列の各々に対
するＭＳＥが上記式(３)を使用して求められる。
【００４９】ステップＳ１０３にて、各ビット列に対し
て、求められたＭＳＥが医療分野に適合であるかを判断
する。ステップＳ１０４にて、ＭＳＥが医療分野に適合
であれば該当ビット列を相関係数として選択し、プロセ
スを終了する。一方、ＭＳＥが医療分野に適合でなけれ
ば、ステップＳ１０５にて発生されたビット列の一部を
選択し、選択されたビット列はステップＳ１０６及びＳ
１０７にて交配または変異過程を経ることとなる。続け
て、制御プロセスはステップＳ１０２に戻して次のビッ
ト列に対するＭＳＥを計算する。
【００５０】前述のように、各フィルター係数を２の自
乗またはその和で表現されることができる値に量子化す
れば、ＦＩＲフィルター３４を加算器及びシフターだけ
で具現でき、システムの構造の単純化が可能である。一
方、送信信号の中心周波数が変更される度に、その変更
された周波数に対して新しく計算された係数をフィルタ
ー係数として使用しなければならない。本発明におい
て、同一の送信信号に対して同一の相関係数を使用する
ためには、送信信号の中心周波数が変更されるとき、サ
ンプリング周波数を変更して送信パターンメモリ１３か
らパルサー１２へ印加される送信パターンを変更する。
即ち、中心周波数とサンプリング周波数との比を一定に
して、このサンプリング周波数に基づいてＲＦメモリ３
３からＦＩＲフィルター３４への受信信号の供給速度を
変更する。
【００５１】本発明の他の実施例では、連続的な重みつ
きチャープ信号の送信の代わりに、前述の発生的アルゴ
リズムを使用して量子化された信号を送信することもで
きる。この場合、パルサ１２は高価の線形増幅器の代わ
りに安価のデジタル−アナログ変換器で具現されること
ができる。
【００５２】図９〜図１３において、原チャープ信号の
中心周波数、サンプリング周波数及び帯域幅は各々５Ｍ
Ｈｚ、４０ＭＨｚ及び３ＭＨｚである。また、この原チ
ャープ信号は８ビットで量子化され、フィルター係数は
ハンニングウィンドウによって変更される。図９〜図１
３中で、Ｌはフィルター係数の個数を表す。
【００５３】図９は、ハンニングウィンドウ関数によっ
て重みつきされたチャープ信号の基本周波数成分に対す
るＦＩＲフィルターの出力を示したグラフである。図９
から分かるように、メインローブの幅は変化しなく、サ
イドローブは医療用超音波撮像システムに適合な水準で
ある。従って、本発明では、乗算器が除去されたＦＩＲ
フィルター３４はシステムのハードウェア複雑さをより
一層減らし、望ましいシステム性能が提供できることが
分かる。
【００５４】図１０は、ハンニングウィンドウ関数によ
って重みつきされたチャープ信号の第２高調波成分に対
するフィルターの出力を示したグラフである。図１０の
フィルター出力は図９のフィルター出力に比べて、メイ
ンローブの幅が狭くサイドローブのレベルも低い。従っ
て、場合によって高調波成分を考慮してフィルター係数
を選択すればより良い超音波映像を形成できる。
【００５５】図１１は、ＦＩＲフィルター３４に供給さ
れる基本周波数及び第２高調波成分を有する受信信号の
例を示すグラフである。高調波成分は例えば、超音波の
非線形的伝搬等によって生じる。このような高調波成分
を用いて、目標オブジェクトによってより良い画質の超
音波映像を得ることができる。
【００５６】図１２は、図１１の受信信号の基本周波数
成分に対するフィルターの出力を示すグラフである。図
１２から、受信信号の基本周波数成分によって得られた
メインローブの幅及びサイドローブのレベルが医療用撮
像システムに適合であることが分かる。図１２中でグラ
フの右側に示されたサイドローブは第２高調波成分によ
り発生したものであるが、このサイドローブは−６０ｄ
Ｂ以下であってシステムの特性を大きく低下させない。
【００５７】図１３は、図１１の受信信号の第２高調波
成分に対するフィルターの出力を示すグラフである。図
１３から、受信信号の基本周波数成分によって得られた
メインローブの幅及びサイドローブのレベルが医療用撮
像システムに適合であることが分かる。図１３中でグラ
フの左側に示されたサイドローブは基本周波数成分によ
って生じたものであるが、このサイドローブは−６０ｄ
Ｂ以下であってシステムの特性を大きく低下させない。
【００５８】上記において、本発明の好適な実施の形態
について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱すること
なく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００５９】
【発明の効果】従って、本発明によれば、重みつきスペ
クトル拡散信号を利用したパルス圧縮システムはメイン
ローブの幅及び最大サイドローブの側面で医療用超音波
撮像システムに適合である。特に、スペクトル拡散信号
をウィンドウ関数で重みつき処理し、受信集束以前にパ
ルス圧縮を行うことによって、受信信号のサイドローブ
を低下させて超音波映像の画質を向上させることができ
る。さらに、本発明によれば、発生的アルゴリズムを利
用して乗算器が除去されたフィルターを設計することに
よって、システムのハードウェア構造を単純化すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の短パルス超音波撮像システムのブロッ
ク図である。
【図２】 本発明による超音波撮像システムの概略的な
ブロック図である。
【図３】 従来のチャープ信号を示したグラフである。
【図４】 本発明で使用されるハミングウィンドウ、ハ
ンニングウィンドウ、ブラックマンウィンドウ及び矩形
ウィンドウを示す模式図である。
【図５】 ハンニングウィンドウによって重み付きされ
たチャープ信号を示すグラフである。
【図６】 従来の整合フィルターの形態で具現されたＦ
ＩＲフィルターの構造を示した模式図である。
【図７】 本発明によるＦＩＲフィルターの構造を示し
た模式図である。
【図８】 本発明の実施例によってフィルター係数の決
定に用いられる発生的アルゴリズムを示すフロー図であ
る。
【図９】 ハンニングウィンドウ関数によって重みつき
されたチャープ信号の基本周波数成分に対するＦＩＲフ
ィルターの出力を示したグラフである。
【図１０】 ハンニングウィンドウ関数によって重みつ
きされたチャープ信号の第２高調波成分に対するフィル
ターの出力を示したグラフである。
【図１１】 ＦＩＲフィルターに供給される基本周波数
及び第２高調波成分を有する受信信号の例を示すグラフ
である。
【図１２】 図１１の受信信号の基本周波数成分に対す
るフィルターの出力を示すグラフである。
【図１３】 図１１の受信信号の第２高調波成分に対す
るフィルターの出力を示すグラフである。
【符号の説明】
１２ パルサー １３ Ｔｘパターンメモリ １４ Ｔｘ集束遅延メモリ １５ フィルター係数制御器 １６ フィルター係数メモリ ２１ Ｔｘ／Ｒｘスイッチ ３１ レシーバ ３４ ＦＩＲフィルター ３５ パルス圧縮器 ３６ Ｒｘ集束遅延調整器 ３７ ビーム形成器 ４１ 信号処理器 ４２ スキャンコンバータ ２００ 超音波撮像システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユウ ヤン モ 大韓民国 ソウル トクビョルシ ヨンド ンポクダンサンドン５ガ カンナムアパー ト25ドン205ホ Ｆターム(参考） 2G047 BA03 BC13 CA01 DB02 EA07 EA14 GB02 GF07 GF12 GF18 GG17 4C301 AA01 BB22 EE07 EE11 EE15 GB02 HH01 HH24 HH43 JB02 JB29 JB33 JB35 5J083 AA02 AB17 AC15 AC28 AD13 AE10 BA03 BC01 BE53 BE57 BE58

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 オブジェクトの映像を撮像する超音波撮
    像方法であって、 予め決められた第１スペクトル拡散信号を超音波信号に
    変換して前記オブジェクトに発射する第１ステップと、 前記オブジェクトから反射された反射信号を受け取っ
    て、前記反射信号に対してパルス圧縮を行ってパルス圧
    縮信号を生成する第２ステップと、 前記パルス圧縮信号を処理して受信集束信号を生成し、
    前記受信集束信号から前記オブジェクトの映像を生成す
    る第３ステップとを含むことを特徴とする超音波撮像方
    法。
  2. 【請求項２】 前記予め決められた第１スペクトル拡散
    信号が、少なくとも一つ以上のトランスジューサで前記
    超音波信号に変換されることを特徴とする請求項１記載
    の超音波撮像方法。
  3. 【請求項３】 前記予め決められた第１スペクトル拡散
    信号が、チャープ信号に対して第１ウィンドウ関数を適
    用することによって生成されることを特徴とする請求項
    １記載の超音波撮像方法。
  4. 【請求項４】 前記第１ウィンドウ関数が、ハンニング
    ウィンドウ、ハミングウィンドウ、ブラックマンウィン
    ドウのうちのいずれか一つであることを特徴とする請求
    項３記載の超音波撮像方法。
  5. 【請求項５】 前記第２ステップが、前記反射信号を予
    め決められたフィルター係数でフィルタリングするステ
    ップを含むことを特徴とする請求項１記載の超音波撮像
    方法。
  6. 【請求項６】 前記予め決められた第１スペクトル拡散
    信号が、予め決められた第２スペクトル拡散信号に対し
    て第２ウィンドウ関数を適用して生成される重みつきス
    ペクトル拡散信号であり、前記予め決められたフィルタ
    ー係数が、前記第２スペクトル拡散信号の有限インパル
    ス応答(ＦＩＲ)フィルター係数を変更し、前記変更され
    たＦＩＲフィルター係数に対して発生的アルゴリズムを
    適用して、該係数が２の自乗またはその和で表現される
    よう量子化することによって生成されることを特徴とす
    る請求項５記載の超音波撮像方法。
  7. 【請求項７】 前記ＦＩＲフィルター係数がウィンドウ
    関数の適用によって変更されることを特徴とする請求項
    ６に記載の超音波撮像方法。
  8. 【請求項８】 前記第１スペクトル拡散信号が、発生的
    アルゴリズムによって求められる量子化信号であること
    を特徴とする請求項１記載の超音波撮像方法。
  9. 【請求項９】 前記パルス圧縮信号が、前記反射信号の
    基本周波数成分信号及び高調波成分信号のうちのいずれ
    か一つに対して提供されることを特徴とする請求項１記
    載の超音波撮像方法。
  10. 【請求項１０】 超音波撮像システム及びオブジェクト
    撮像方法で用いられるフィルター係数を決定する方法で
    あって、 予め決められたスペクトル拡散信号のＦＩＲフィルター
    係数を求める第１ステップと、 前記ＦＩＲフィルター係数に対して発生的アルゴリズム
    を適用して、該係数が２の自乗またはその和で表現され
    るよう量子化する第２ステップとを含むことを特徴とす
    るフィルター係数決定方法。
  11. 【請求項１１】 オブジェクトの映像を撮像する超音波
    撮像システムであって、 予め決められたスペクトル拡散信号に応じて、前記オブ
    ジェクトに超音波信号を発射する一つまたはそれ以上の
    トランスジューサと、 前記オブジェクトから反射される反射信号を受け取っ
    て、前記反射信号に対してパルス圧縮を行ってパルス圧
    縮信号を生成するパルス圧縮手段と、 前記パルス圧縮信号を処理して受信集束信号を生成し、
    前記受信集束信号に基づいて前記オブジェクトの映像を
    生成する手段とを含むことを特徴とする超音波撮像シス
    テム。
  12. 【請求項１２】 前記スペクトル拡散信号が、チャープ
    信号に対してウィンドウ関数を適用することで生成され
    る重みつきチャープ信号であることを特徴とする請求項
    １１記載の超音波撮像システム。
  13. 【請求項１３】 前記パルス圧縮手段が、予め決められ
    たフィルター係数で前記反射信号をフィルタリングする
    手段を含むことを特徴とする請求項１１記載の超音波撮
    像システム。
  14. 【請求項１４】 前記スペクトル拡散信号が、発生的ア
    ルゴリズムによって求められる量子化信号であることを
    特徴とする請求項１１記載の超音波撮像システム。
  15. 【請求項１５】 前記パルス圧縮信号が、前記反射信号
    の基本周波数成分信号及び高調波成分信号のうちのいず
    れか一つに対して提供されることを特徴とする請求項１
    １記載の超音波撮像システム。
  16. 【請求項１６】 前記パルス圧縮手段が、フィルター係
    数を用いて前記反射信号をフィルタリングするフィルタ
    リング手段を含み、 前記フィルター係数が、前記スペクトル拡散信号のＦＩ
    Ｒフィルター係数を計算し、前記ＦＩＲフィルター係数
    に対して発生的アルゴリズムを適用して該係数が２の自
    乗またはその和で表現されるよう量子化することによっ
    て決められ、 前記フィルタリング手段が加算器及びシフターを用いて
    構成されることを特徴とする請求項１１記載の超音波撮
    像システム。
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