JP2003190164A - 超音波撮像装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重み直交チャープ信号を利用した同時多重送
信集束技法を用いて、フレームレートの低下なしに超音
波映像の解像度を改善することができる超音波撮像装置
及びその方法を提供する。 【解決手段】 互いに直交するＮ個の直交コードを含む
重み直交信号を設け、重み直交信号を超音波送信信号と
してオブジェクト内に対応するＮ個の集束点に同時に送
信し、送信した超音波信号に対して対応するＮ個の集束
点から反射された信号を受信し、反射信号から格納され
たＮ個の直交コードを取出し、各々の直交コードに対し
てパルス圧縮を行い、パルス圧縮済み信号から受信集束
した信号を生成し、受信集束した信号を処理し該処理信
号をディスプレイする。

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装置及び
その方法に関し、特に重み直交チャープ信号を利用した
同時多重送信集束技法を利用することによって、フレー
ムレートの低下なしに、超音波映像の解像度を改善する
ことができる超音波撮像装置及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、超音波撮像装置は超音波信号を
診断しようとするオブジェクト、例えば人体に向かって
送信し、それから反射された超音波信号からオブジェク
トの映像を得て、これを表示装置に表示する装置で医療
分野で広く用いられている。

【０００３】超音波撮像装置は、オブジェクトに超音波
信号を送信するために複数のトランスデューサを含むト
ランスデューサ列と、各々のトランスデューサを立ち上
げるパルスを供給するパルサーとを含む。各々のトラン
スデューサはパルサーに印加するパルスに応じて超音波
信号を発生する。超音波信号の送信時にはトランスデュ
ーサ列の各々のトランスデューサから超音波信号を発生
させるタイミングを調節することによって、診断領域内
の任意の個所に超音波が送信集束されるようにする。即
ち、診断領域内の任意の個所に超音波信号が同時に到達
するようにパルサーにおいて各々のトランスデューサに
時間遅延を置いてパルスを印加することによって、望み
の個所に超音波信号を送信集束させる。

【０００４】超音波信号がオブジェクト内から反射され
た信号はトランスデューサ列によって受信される。超音
波がオブジェクトから反射された信号が各トランスデュ
ーサに到達する時間が各トランスデューサの位置によっ
て異なるので、このような到達時間の差を補償するため
に、ビーム形成器は各トランスデューサを通じて受信さ
れた反射信号に対して時間遅延を印加して加算すること
によって、受信集束した信号を生成する。

【０００５】超音波撮像装置のいろいろな映像技術中か
ら最も基本的なものは、二次元断面映像を提供するＢモ
ード走査法であり、この重要な性能変数には解像度、対
照度、フレームレート等がある。この中から解像度は超
音波映像の品位を決定する最も重要な指標であり、その
種類としてビームが進行する方向と直交する方向であっ
て走査線が移動する方向である側方向の解像度、ビーム
が伝播する方向である軸方向の解像度、及び二つの方向
がなす平面と直交する方向である高さ方向の解像度があ
る。

【０００６】１９８０年代以後に、このような解像度を
改善させるためにトランスデューサ列を用いて超音波を
送受信し、信号処理過程によって超音波の集束を行う電
子式走査方式が用いられた。図１は線形トランスデュー
サ列を用いて二次元映像を構成する方法を示している。
トランスデューサ列１を用いる場合、チャンネル数が大
きくなるほど、即ち活用する開口の大きさが大きくなる
ほど集束点での側方向の解像度は改善される。しかし、
集束点でない所での解像度は開口が大きくなるほど悪く
なるので、高い解像度の映像を全像点でなすための受信
動的集束技法が開発された。しかし、受信動的集束技法
は超音波映像の解像度を画期的に改善したが、送信時に
はある一つの深さに対してのみ超音波を集束するので、
送信集束点で遠くなるほど解像度が低下する送信固定集
束の限界がある。

【０００７】このような送信固定集束の問題点を解決す
る方法であって、走査線毎に集束位置を異にして、複数
回送受信して得た映像を距離によって組合せて一つの映
像に合成する多重送信集束方法（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｚ
ｏｎｅ ｆｏｃｕｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）が提案された
が、この方法は各走査線を構成するために使用される送
信集束点数だけの送受信過程が必要であるので、フレー
ムレートが低下するという短所がある。

【０００８】送信固定集束の問題点を解決するための他
の方法として、送受信の両方向動的集束が可能な合成開
口技法が研究開発されていた。しかし、合成開口技法
は、一つの走査線を得るために複数回の送受信過程を経
なければならないので、データ獲得時間が長くなり、そ
の結果、オブジェクトの動きによる位相歪み現象が現れ
やすい。また単一素子を用いて送信する場合に信号対雑
音比（ＳＮＲ）が低いという短所を有している。

【０００９】一般的な多重送信集束方式では、映像を深
さ方向にいろいろな領域に分け、全ての走査線に対して
領域数だけ超音波を送受信する。図２はこのような一般
的な多重送信集束技法を説明するためのものであって、
映像を二つの領域に分けた場合を示す。先ず、図２
（ａ）において第１集束点（集束点１）に超音波が集束
されるようにトランスデューサ列から超音波を送信して
第１領域の映像を構成した後、次の送受信過程で図２
（ｂ）の第２集束点（集束点２）に超音波が集束される
ようにトランスデューサ列から超音波を送信して第２領
域の映像を構成する。以後に、図２（ｃ）で示すよう
に、第１領域と第２領域の映像を合成して最終映像を得
ることによって、全体的にビームパターンを改善させて
側方向の解像度が向上する。しかし、この方法は各走査
線毎に集束点数だけ超音波を送受信しなければならない
ので、フレームレートが低下するという短所がある。

【００１０】また、従来の超音波撮像装置はスペックル
パターンを減らすために周波数複合方法（ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙ ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）を用
いる。図３は、このような従来の周波数複合方法を示し
た図面である。図３で示すように、従来の周波数複合方
法は第１中心周波数ｆ１を有する第１パルス信号１ｓｔ
を送受信した値と第２中心周波数ｆ２を有する第２パル
ス信号２ｎｄを送受信した値を得て、これを加算平均し
てスペックルパターンを減らす。

【００１１】スペックルは実際の人体軟組織に対する超
音波Ｂモード映像に含まれた小さい粒状のパターンであ
り、媒質を通過する送信信号の波長より小さい複数のス
キャターにより発生する干渉現象である。スペックルパ
ターンは、一般にシステム内にランダムに分布する雑音
とは異なる性質を有しており、走査線別に生成される形
態が同一であるので、走査線別に信号の加算平均を取っ
てもスペックルパターンが減らない。従って、このよう
なスペックルパターンを減らすための従来の方法とし
て、図３に示した周波数複合方法が用いられたが、既存
の周波数複合方法は互いに異なる中心周波数を有するパ
ルス信号を複数回送受信して得た各信号を加算平均する
ことによって、スペックルを減らす。しかし、図３に示
した従来の周波数複合方法は送受信回数によってフレー
ムレートの低下が引き起こされるという問題点がある。

【００１２】図４は、従来の超音波撮像装置において走
査線獲得方法を示した図面である。従来の超音波撮像装
置は一回の送受信で一つの走査線を形成するが、図４で
は、例えば三回の送受信で三つの走査線を形成する過程
を示した。図４で示すように、従来の超音波撮像装置で
は走査線の個数によって送受信回数が増加するようにな
って、前述の通りフレームレートが低下する。

【００１３】一方、図５（ａ）のように一般的な１Ｄト
ランスデューサを用いる超音波撮像装置において高さ方
向の解像度の場合に機械的なレンズを用いるので、レン
ズの曲率に該当する集束点を外した地点では、送受信の
両方向固定集束により解像度の質が顕著に落ちる。この
時、高さ方向に対しても側方向のようにトランスデュー
サ列を用いるようになれば、２Ｄトランスデューサ列に
なって映像の質は明確に改善できるが、システムの複雑
性が大きく増大して実際に具現し難い。しかし、図５
（ｂ）に示した通り、高さ方向に小さい個数の配列トラ
ンスデューサで分けた１．５Ｄトランスデューサ列を用
いれば、ハードウェア的な複雑性を大きく減らしながら
送信集束点を変化させることができ、受信動的集束が可
能になり映像の解像度を向上させることができる。しか
し、このような方法も送信時に固定集束された集束面を
外した領域では高さ方向への解像度が低下するという問
題点がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、重み
直交チャープ信号を利用した同時多重送信集束技法を用
いることによって、フレームレートの低下なしに超音波
映像の解像度を改善することができる超音波撮像装置及
びその方法を提供することにある。

【００１５】本発明の他の目的は、重み直交チャープ信
号を利用して同時に複数の走査線を獲得することによっ
て、フレームレートを向上させることができる超音波撮
像装置及びその方法を提供することにある。

【００１６】本発明のもう他の目的は、重み直交チャー
プ信号を利用した同時多重送信技法を用いることによっ
て、フレームレートの低下なしに周波数複合方法を適用
できる超音波撮像装置及びその方法を提供することにあ
る。

【００１７】本発明のもう他の目的は、周波数帯域分割
方式を用いて重みチャープ信号を設計するにおいて、隣
接した重みチャープ信号の時間による周波数変化率が交
互になるように配置し、隣接した重みチャープ信号間の
帯域が所定幅だけ重なるようにすることによって、直交
特性を有するようにした超音波撮像装置及びその方法を
提供することにある。

【００１８】

【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は、オブジェクトに対する
超音波映像を形成する超音波撮像装置であって、互いに
直交するＮ個の直交コードを含む重み直交信号を格納す
る手段と、前記重み直交信号を超音波送信信号として前
記オブジェクト内に対応するＮ個の集束点に同時に送信
する手段と、前記送信した超音波信号に対して前記対応
するＮ個の集束点から反射された信号を受信する手段
と、前記反射信号から前記格納されたＮ個の直交コード
を取出し、各々の直交コードに対してパルス圧縮を行う
手段と、前記パルス圧縮済み信号から受信集束した信号
を生成する手段と、前記受信集束した信号を処理し、該
処理信号をディスプレイするための手段とを含む。

【００１９】また、本発明の他の好適実施例は、オブジ
ェクトに対する超音波映像を形成する超音波撮像方法で
あって、互いに直交するＮ個の直交コードを含む重み直
交信号を設ける段階と、前記重み直交信号を超音波送信
信号として前記オブジェクト内に対応するＮ個の集束点
に同時に送信する段階と、前記送信した超音波信号に対
して前記対応するＮ個の集束点から反射された信号を受
信する段階と、前記反射信号から前記格納されたＮ個の
直交コードを取出し、各々の直交コードに対してパルス
圧縮を行う段階と、前記パルス圧縮済み信号から受信集
束した信号を生成する段階と、前記受信集束した信号を
処理し、該処理信号をディスプレイするための段階とを
含む。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施例につい
て、添付図面を参照しながらより詳しく説明する。

【００２１】本発明はフレームレートの低下なしに改善
された解像度を得ることができる方案であって、図６に
示したような同時多重送信集束技法を用いる。同時多重
送信集束技法は、短いパルスを用いる既存の方法とは異
なり、長いコードを用いるパルス圧縮技法を基盤とし
て、いろいろな送信集束点（例えば、図６の集束点１及
び集束点２）に互いに独立して集束される直交チャープ
信号を同時に送信し、受信時にこれを集束位置別に分離
して集束位置の付近の狭い幅の側方向ビームパターンを
組合せてビームパターン（図６の太線）を形成すること
によって、映像の解像度を改善する。即ち、一般的な多
重送信集束技法をフレームレートの低下なしに一度の送
受信で行うものである。

【００２２】この時、送信時と同時にいろいろな位置に
ビームを集束するために用いられたチャープ信号は、周
波数帯域で分割されて互いに直交特性を有するように設
計され、以下それに対して詳記する。

【００２３】チャープ信号はパルス圧縮技法に用いられ
るいろいろな信号中の一つとして、相関器を通じて短い
パルスでパルス圧縮が可能であり、特に制限された帯域
幅を有する超音波トランスデューサの周波数スペクトラ
ムとよく整合される特性がある。チャープ信号は線形周
波数変調信号ともいい、式（１）に示したように各周波
数ωがω＝ω_０＋μｔのように時間によって線形的に変
わる信号である。

【００２４】

【数１】 ここで、Ａは任意の振幅であり、ω_０はチャープ信号の
中心角周波数であり、μは角周波数の変化率を示し、ω
(ｔ)は送信されるチャープ信号の包落線を決定するウィ
ンドウ関数を示す。

【００２５】図７は、重みチャープ信号の特性を示した
ものであって、図７（ａ）と７（ｂ）は四角ウィンドウ
関数によって重み付けられた重みチャープ信号の瞬時周
波数と波形を各々示しており、図７（ｃ）は図７（ｂ）
の四角ウィンドウ関数によって重み付けられた重みチャ
ープ信号を相関器を利用して圧縮した波形を示したもの
である。相関器を通過させて圧縮させたチャープ信号の
メインローブの幅は変化する周波数の帯域幅に反比例
し、メインローブとサイドローブは重み ウィンドウの
種類によって変わるようになる。従って、周波数の帯域
幅と重みウィンドウ関数の選択は信号を設計するのに重
要な要素となる。

【００２６】送信時に同時に各集束点に集束された信号
を分離するためには、用いられた信号が互いに直交特性
を有しなければ可能でない。本発明では良い圧縮特性と
直交特性とを有するチャープ信号を送信信号として用い
るが、チャープ信号は制限された帯域幅を有する超音波
トランスデューサの周波数スペクトラムとよく整合され
る特性を有しており、望みの周波数帯域を有するように
信号を設計できるという特性がある。本発明では、整合
過程を通過した信号が次の式（２）のような特性を有す
るように送信信号を設計する。

【００２７】

【数２】

【外１】 意味し、＊は複素共役を示す。即ち、式（２）はＳｉと
Ｓｊの相関過程を意味するが、二つの信号が同一である
場合は相関結果がデルタ関数であって、理想的な圧縮特
性を示し、二つの信号が異なる場合は相関結果が０にな
って完全な直交特性を示すようになる。

【００２８】図８は超音波トランスデューサの制限され
た周波数帯域幅内で互いに直交特性を有するチャープ信
号の設計方法を概念的に示したものである。図８で示す
ように、実線で表記された各チャープ信号を重ならない
ように配置して互いに直交する信号を設計する。図８で
Ｓｉはｉ番目チャープ信号の周波数スペクトラムを示
す。全てのチャープ信号はハニングウィンドウ関数を利
用して重み付けられ、超音波トランスデューサの周波数
応答（点線）を四角関数として表示した。

【００２９】図８で制限された周波数帯域を多く分け過
ぎて信号を設計すると、各信号が有する周波数帯域は相
対的に減るようになり、減った周波数帯域によって相関
器を通じて圧縮された信号のメインローブの幅が増加す
るようになる。これは超音波映像の軸方向の解像度によ
くない影響を与えるので、実際的に多くの数の信号を用
いることができない。

【００３０】従って、信号を設計する時、各信号の帯域
幅をできるだけ最大にし、信号間の相関度も最小にして
互いに分離できるようにすることが最も重要である。

【００３１】このために、本発明では周波数領域で隣接
した二つの送信信号ができるだけ広い周波数帯域を共有
するようにして、与えられた帯域幅内に多くの送信信号
を設計したが、二つの信号間の相互相関値が各信号の自
己相関の最大値に比べて最小４０ｄＢ以下になるように
した。また、隣接した二つの送信信号の共有された周波
数領域、即ち帯域重ねの程度は信号の帯域幅と用いられ
た重みウィンドウ関数とによって変わるが、本発明に適
用されたハニングウィンドウ関数の場合には３０ｄＢ帯
域幅の２５％程度の帯域幅重ねはパルス圧縮器を通じた
信号の出力から医療用の撮像システムで要求される−４
０ｄＢ以下のサイドローブが得ることができるが、この
ような帯域幅重複が適用された隣接した重み直交チャー
プ信号等の設計方法を図９に示す。

【００３２】図９は隣接した二つのチャープ信号の時間
による周波数変化率の符号が互いに異なる場合を示す
が、一つの信号（即ち、チャープ１）は時間によって周
波数が増加する信号であり、他の信号（即ち、チャープ
２）は時間によって周波数が減少する信号である。図９
で示すように、トランスデューサの周波数帯域を二つの
部分に分けて上の二つの信号（即ち、チャープ１及びチ
ャープ２）を生成したが、各周波数帯域を−４０ｄＢ以
下のサイドローブを得ることができる限度内で一部分を
重ね合って各々が有する帯域幅を増加させる。

【００３３】このように設計されたチャープ信号は互い
に異なる周波数帯域を有するようになって映像の解像度
に影響を与えるようになるが、超音波映像において側方
向の解像度を決定するメインローブの幅ｘは次の式
（３）のようである

【００３４】

【数３】

【００３５】ここで、λは波長を、ｚは進行する深さ
を、Ｄはトランスデューサの開口の大きさを、ｖは超音
波の速度を、ｆは周波数を各々意味する。式（３）にお
いて、メインローブの幅ｘは周波数ｆと進行する深さｚ
とにより影響を受ける。即ち、ある周波数帯域を有する
チャープ信号をどの位置に用いるかによって側方向の解
像度が変わるようになる。

【００３６】メインローブの幅は周波数と反比例し、深
さに比例するので、高周波であるほどかつ深さが浅いほ
ど、側方向の解像度はさらに良くなる。従って、本発明
では深さによって映像の側方向の解像度の質を一定に維
持するために、低周波成分を近距離音場に、高周波成分
を遠距離音場に集束する方式を用いる。これは本発明で
は重みチャープ信号を用いたパルス圧縮方法が用いられ
るので、一般的なパルス集束映像に比べて非常に高い信
号対雑音比を得ることができるので、高い周波数信号を
用いる場合にも、深い所で低い周波数を用いたパルス集
束方法が提供するＳＮＲを得ることができるからであ
る。しかし、使用者の必要によって上記と反対に低周波
成分を遠距離音場に、高周波成分を近距離音場に集束す
る方式を使用してもよい。

【００３７】次に、本発明で具現しようとする同時多重
送信集束技法を具現するための超音波撮像装置を図１０
を参照して詳察する。本発明では超音波送受信時に一般
的な線形チャープ信号の代りにハニングウィンドウ関数
によって重み付けられた重みチャープ信号をパルス圧縮
信号として用いる。本発明ではチャープ信号がハニング
ウィンドウ関数によって重み付けられたが、他のウィン
ドウ関数により重み付けられてもよい。例えば、ハニン
グウィンドウ関数の以外にもハミングウィンドウ関数、
ブラックマンウィンドウ関数、カイザーウィンドウ関数
などが用いられる。

【００３８】図１０は、本発明の実施例による同時多重
送信集束技法を具現するための超音波撮像装置を概略的
なブロック図であって、図１１は図１０の送信直交コー
ドパターンメモリ１４に格納された複数のコードパター
ンを概念的に示したものであり、図１２は図１０のパル
ス圧縮部２５における相関器の構造を概念的に示したも
のであり、図１３は送信集束点に対する直交コードを分
離して圧縮するために、第１相関器３１と第２相関器３
２とに印加される係数の変化を図式的に示した図面であ
る。

【００３９】前述した図面を参照しながら本発明による
超音波撮像装置の各構成要素を詳細に説明すれば次の通
りである。

【００４０】超音波送信部としてのパルサー１２は、送
信直交コードパターンメモリ１４に格納された送信信号
のパターンの入力を受け、これを増幅してトランスデュ
ーサ列１に伝達する働きを果たす。このパルサー１２は
任意の信号を線形的に増幅させる働きを果たすように具
現してもよい。送信直交コードパターンメモリ１４には
送信信号パターンとして重み直交チャープ信号が格納さ
れ、これは図１１に示したようにＮ個の直交コードの形
態で格納され、第１コードＣ１と第２コードＣ２、及び
第３コードＣ３と第４コードＣ４は相互直交するコード
として図９に示したような周波数特性を有している。即
ち、例えば、第１コードＣ１が低周波から高周波に上昇
するチャープ信号であれば、第２コードＣ３はこれに直
交するように高周波から低周波に減少するチャープ信号
として設定される。

【００４１】送信のための遅延パターンは、送信遅延制
御器１５によって決定されるが、送信遅延制御器１５は
使用者が選択した図１３に示したような多様な送信集束
点に対する遅延値を計算し、Ｎ個の直交コードが格納さ
れた送信直交コードパターンメモリ１４から各送信直交
コードＣ１〜Ｃｎを読取って加算器１３に出力する。こ
の時、各直交コードは各々に対応される送信集束点に対
する遅延時間を考慮して加えられ、パルサー１２を経て
トランスデューサ列１を通じてオブジェクトに送信され
る。

【００４２】図１０においてトランスデューサ列１は、
ｋ個のトランスデューサからなって超音波を送受信す
る。すべての直交コードを含む受信信号はトランスデュ
ーサ列１を通過した後、送受切換え用スイッチ２１を経
て各チャンネル別に時間利得補償器（ＴＧＣ）とアナロ
グ−デジタル変換器（ＡＤＣ）とで構成された受信部２
２に伝えられる。送受切換え用スイッチ２１はパルサー
１２から放出される高圧の電力が受信部２２に影響を与
えないようにするディプレクサの働きを果たす。即ち、
トランスデューサ列１が送信及び受信を交互に行う時、
送信部としてのパルサー１２と受信部２２とをトランス
デューサ列１に適切にスイッチングする働きを果たす。
受信部２２は直交コードを含む受信信号をパルス圧縮部
２５に伝達する。

【００４３】第１及び第２ビーム形成器２６、２７は、
パルス圧縮部２５からパルス圧縮済み信号の入力を受け
て、受信集束遅延部２８からの遅延値を参照して受信集
束を行う。信号処理部２９は包絡線検波、ログ圧縮など
を行い、Ｂモード映像を構成できる信号を生成する働き
を果たす。スキャン変換部３０はＢモード映像信号を実
際モニタに表示され得る形態に変換する働きを果たす。
前述した構成要素の中から本発明の特徴は、パルス圧縮
部２５の内部構造と動作にあるので、以下にパルス圧縮
部２５を詳細に説明するようにする。

【００４４】パルス圧縮部２５は、長いコード信号を短
いパルス信号に圧縮するために、受信した重み直交チャ
ープ信号を図１２に示した第１及び第２相関器３１、３
２を各々通過させる。従って、第１コードＣ１及び第３
コードＣ３などの奇数番目のコードは第１相関器３１に
よってパルス圧縮処理され、これに直交する第２コード
Ｃ２及び第４コードＣ４などの偶数番目のコードは第２
相関器３２によってパルス圧縮処理される。

【００４５】図１０に示した超音波撮像装置は、隣接し
た二つの送信集束点に対して各々一つの相関器と一つの
ビーム形成器とを備える。従って、本発明では図１０及
び図１２に示したように二つの相関器３１、３２と二つ
のビーム形成器２６、２７とを用いて同時多重送信集束
が具現される。

【００４６】図１３は、すべての送信集束点に対する直
交コードを分離して圧縮するために第１相関器３１と第
２相関器３２とに印加される係数の変化を図式的に示
す。同図において、受信信号は各チャンネル別に相関器
３１、３２を通じて圧縮されるとともに分離される。こ
の時、第１相関器３１の係数は第１集束点に対して送信
信号Ｃ１を用い、第２集束点に対して送信信号Ｃ３を用
い、第２相関器３２の係数は第１相関器３１と交互にな
るように第２集束点に対して送信信号Ｃ２を用い、第４
集束点に対して送信信号Ｃ４を用いる。各相関器によっ
てチャンネル別に圧縮されて分離された各信号は、二つ
のビーム形成器２６、２７によって各々受信動的集束さ
れる。このように集束された各送信集束点に対する各信
号はエコー処理過程によって距離により区間別に選択さ
れ、一つの信号として組合せられる。このように相関器
と集束器とを二対にしておいて、第１相関器３１と第２
相関器３２との相関領域を重ね合うことによって、二つ
の映像をエラーなくスムーズに合成することができる。

【００４７】図１４は、本発明に適用された二つの重み
チャープ信号の波形と周波数特性とを示したものであっ
て、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、第１送信チャー
プ信号Ｃ１と第２送信チャープ信号Ｃ２との時間領域に
おける波形を示し、図１４(ｃ)及び図１４（ｄ）は、二
つのチャープ符号Ｃ１、Ｃ２の周波数特性を各々示す。
第１送信チャープ信号Ｃ１は、低周波成分のチャープ信
号として図１４（ｄ）で実線にて示されており、第２送
信チャープ信号Ｃ２は第１送信チャープ信号Ｃ１に直交
する高周波成分のチャープ信号として図１４（ｄ）で点
線にて示されている。

【００４８】図１４に示した各々のチャープ信号を独立
して送信して得るデータの特性を図１５に示した。図１
５（ａ）及び図１５（ｂ）は、各々二つのチャープ信号
Ｃ１、Ｃ２に対する受信信号の時間波形であり、図１５
(ｃ)及び図１５（ｄ）は二チャープ信号Ｃ１、Ｃ２の周
波数特性を各々示す。

【００４９】図１５で第１送信チャープ信号Ｃ１に対す
る受信信号の３０ｄＢの帯域幅が第２送信チャープ信号
Ｃ２に対する受信信号の帯域幅より減少されて、トラン
スデューサ周波数帯域幅の両端部分で損失されたことが
分かる。また、低周波成分の第１送信チャープ信号Ｃ１
より高周波成分の第２送信チャープ信号Ｃ２で信号の帯
域幅がさらに多く減ったが、これは高周波成分に対する
減衰がさらに激しいためである。図１５（ｃ）及び１５
（ｄ）には各チャープ信号Ｃ１、Ｃ２が有する基本周波
数成分の他に中心周波数の２倍になる周波数帯域に高調
波成分が示されている。高周波成分は信号が媒質を進行
する時、媒質の非線形特性によって発生するが、本発明
では高調波成分が二つの信号間の相互相関結果と共に他
の信号に相互干渉として作用されるために、できるだけ
高調波成分の生成を制限する。即ち、送信信号のピーク
電圧を低く維持するか、高調波成分の周波数帯域が相関
係数の周波数帯域と重ならないように設計する。その
上、高調波成分の周波数帯域がトランスデューサの周波
数帯域を外したら、受信時のトランスデューサによって
フィルターリングされて除去されることができる。

【００５０】本発明では、直交特性を有する多様なチャ
ープ信号を時間遅延を考慮して加えた後、同時に送信し
てこれを受信時に完全に分離することができる。図１６
はこのような同時送信した後、信号の完全分離の可能さ
を説明するための図面であって、二つのチャープ信号Ｃ
１、Ｃ２を時間遅延なしで加えて送信した後、受信信号
の波形と周波数特性、そして相関関数の時間波形と包落
線の特性を示したものである。

【００５１】図１６（ａ）の時間波形において各チャー
プ信号の形態を区分することができないが、図１６
（ｂ）〜１６（ｃ）の受信信号の周波数特性を詳察すれ
ば、各チャープ信号の周波数帯域成分が維持されてい
る。図１６（ｄ）は、第１送信チャープ信号Ｃ１による
相関関数の時間波形を示し、図１６（ｆ）は第１送信チ
ャープ信号Ｃ１による相関関数の周波数の特性を示す。
図１６（ｅ）は第２送信チャープ信号Ｃ２による相関関
数の時間波形を示し、図１６（ｇ）は第２送信チャープ
信号Ｃ２による相関関数の周波数の特性を示す。図１６
（ｄ）〜１６（ｇ）から、第１送信チャープ信号Ｃ１と
第２送信チャープ信号Ｃ２を図１２の各々の相関器３
１、３２を通じて完全に分離できることがわかる。

【００５２】図１７は、第１送信チャープ信号Ｃ１に時
間遅延を有する第２送信チャープ信号Ｃ２を加えて送信
した場合の受信信号の波形、周波数特性、各信号に対す
る相関関数の時間波形と周波数特性とを示したものであ
る。図１７（ａ）は受信信号の波形を示したものであ
り、図１７（ｂ）は受信信号の周波数特性を示したもの
であり、図１７（ｃ）は受信信号の周波数特性をログス
ケール［ｄＢ］で示したものであり、図１７（ｄ）は第
２送信チャープ信号Ｃ２の周波数特性を示したものであ
り、図１７（ｅ）は第１送信チャープ信号Ｃ１の周波数
特性をログスケール［ｄＢ］で示したものであり、図１
７（ｆ）は第２送信チャープ信号Ｃ２の周波数特性をロ
グスケール［ｄＢ］で示したものである。図１７から、
互いに時間遅延を有する二つのチャープ信号を加えて送
信した場合にも、図１２の相関器３１、３２によって完
全に分離できることが分かる。

【００５３】一方、図１０に示した超音波撮像装置の他
の実施例として、各チャンネル別に時間利得補償器とＡ
Ｄ変換器とを経た各受信信号を一つのビーム形成器によ
って動的集束した後、直交コードのための二つの相関器
を通じて深さによって各直交コード別に分離して短い信
号で圧縮する方法も提案できる。このような構成は、図
１０と比較して超音波映像の質は落ちるが、相関器とビ
ーム形成器との順序を置き換えることによって一対の集
束器と二つのみの相関器だけが要求されるので、受信部
のハードウェアが簡単になる効果がある。

【００５４】結論的に、図１４〜図１７から、複数の集
束点に各々集束される各送信信号を一度に送信し、受信
時に各信号を分離できることが分かり、これによってフ
レームレートの低下がなくても解像度が改善される効果
がある。

【００５５】図１８は、本発明において重み直交チャー
プ信号を用いて同時多重送信集束方法を用いた周波数複
合方法を示したものである。図１８で分かるように、本
発明による重み直交チャープ信号を用いた同時多重送信
集束方法によれば、周波帯域分割方法によって設計され
た相異なる周波数帯域の直交チャープ信号を同時に所望
の領域に集束して送信した後、受信した信号を各相関器
を通じて分離し圧縮して、各々分離された異なる周波数
帯域の各信号の平均値を取ることによってスペックルパ
ターンを減らすことができる。従って、本発明では一回
の送受信でこのような結果が得られるため、フレームレ
ートは低下しない。

【００５６】図１９は、直交コードを同時多重送信して
一度の送受信で多様な走査線を獲得する方法を示したも
のである。図１９は、一例として三つの直交コードを用
いて三つの走査線を得ることを示したが、これに限ら
ず、それ以上の個数の直交コードと走査線を用いること
ができる。図１９から分かるように、各走査線に対して
異なる直交コードを同時に送信し、受信時に各信号を相
関器によって分離し、各独立したコードによる走査線を
獲得することによってフレームレートを向上させること
ができる。この時、各直交コードは対応する走査線に対
して送信遅延を有し、受信時に動的集束される過程でも
各々のコードに対して獲得された走査線に対する受信遅
延を異なって適用する必要がある。

【００５７】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。

【００５８】

【発明の効果】従って、本発明によれば、重み直交チャ
ープ信号を用いた同時多重送信集束技法を用いることに
よって、フレームレートの低下なしで超音波映像の解像
度を改善させることができる。即ち、各走査線毎に集束
点数だけ超音波を送受信する必要がなく、複数の集束点
に各々集束される各送信信号を一度に送信し、受信時に
各信号を分離することができ、フレームレートの低下な
しで解像度が改善される。

【００５９】また、このような同時多重送信集束技法を
図３（ｂ）に示したような１．５Ｄトランスデューサ列
に適用することによって、既存の固定集束された集束面
を外した領域で高さ方向への解像度の低下を防止するこ
とができる。トランスデューサ列は１．５Ｄトランスデ
ューサに限らず、１．２５Ｄ、１．５Ｄ、１．７５Ｄ、
２Ｄトランスデューサも用いることができる。

【００６０】また、本発明によれば、重み直交チャープ
信号を用いた同時多重送信技法を用いることによって、
フレームレートの低下なしで周波数複合方法を適用する
ことができる。

【００６１】また、周波数帯域分割方式を用いて重みチ
ャープ信号を設計するにおいて、隣接した重みチャープ
信号の時間による周波数変化率を交互になるように配置
し、隣接した重みチャープ信号間の帯域が所定の幅ほど
重なるようにすることによって、良好な直交特性を有す
る信号の設計ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】線形トランスデューサ列を用いて二次元映像を
構成する方法を示す模式図である。

【図２】一般的な多重送信集束技法を説明するため模式
図である。

【図３】従来の周波数複合方法を示した模式図である。

【図４ａ】従来の超音波撮像装置において走査線獲得方
法を示した模式図である。

【図４ｂ】従来の超音波撮像装置において走査線獲得方
法を示した模式図である。

【図５】高さ方向へレンズによる集束を行う１Ｄトラン
スデューサ（ａ）と、７個のトランスデューサからなる
１．５Ｄのトランスデューサ列（ｂ）を示した模式図で
ある。

【図６】同時多重送信集束技法のビームパターンを示す
模式図である。

【図７】重みチャープ信号の特性を示す模式図である。

【図８】超音波トランスデューサの制限された周波数帯
域幅内で互いに直交特性を有するチャープ信号の設計方
法を概念的に示した模式図である。

【図９】隣接した二つのチャープ信号の時間による周波
数変化率の符号が互いに異なる場合を示す模式図であ
る。

【図１０】本発明の実施例による同時多重送信集束技法
を具現するための超音波撮像装置を概略的なブロック図
である。

【図１１】図１０中の送信直交コードパターンメモリに
格納された複数のコードパターンを概念的に示した模式
図である。

【図１２】図１０中のパルス圧縮部における相関器の構
造を概念的に示した模式図である。

【図１３】送信集束点に対する直交コードを分離して圧
縮するために、第１相関器と第２相関器とに印加される
係数の変化を図式的に示した図面である。

【図１４】本発明に適用された二つの重みチャープ信号
の波形と周波数特性とを示した模式図である。

【図１５】（ａ）及び（ｂ）は、各々二つのチャープ信
号Ｃ１、Ｃ２に対する受信信号の時間波形であり、(ｃ)
及び（ｄ）は二チャープ信号Ｃ１、Ｃ２の周波数特性を
各々示す図面である。

【図１６】（ａ）乃至（ｇ）よりなり、同時送信した
後、信号の完全分離の可能さを説明するための図面であ
る。

【図１７】（ａ）乃至（ｇ）よりなり、第１送信チャー
プ信号Ｃ１に時間遅延を有する第２送信チャープ信号Ｃ
２を加えて送信した場合の受信信号の波形、周波数特
性、各信号に対する相関関数の時間波形と周波数特性と
を示した図面である。

【図１８】本発明において重み直交チャープ信号を用い
て同時多重送信集束方法を用いた周波数複合方法を示し
た模式図である。

【図１９】直交コードを同時多重送信して一度の送受信
で多様な走査線を獲得する方法を示した模式図である。

【符号の説明】

１ トランスデューサ列 １２ パルサー １４ 送信直交コードパターンメモリ １５ 送信遅延制御器 ２５ パルス圧縮部 ２６ 第１ビーム形成器 ２７ 第２ビーム形成器 ２８ 受信集束遅延部 ３１ 第１相関器 ３２ 第２相関器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン ヨン グァン 大韓民国 ソウル トクビョルシジョンロ クシンヨンドン 247ドン１ホ Ｆターム(参考） 2F068 AA39 CC07 DD04 FF05 FF13 FF14 GG01 KK17 KK18 LL04 PP12 4C301 EE02 EE03 JB50 4C601 EE01 JB60 5J083 AA02 AB17 AC28 AC29 AC30 AD04 AD13 BA03 BE08 BE49 BE58 CB15 DC05

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オブジェクトに対する超音波映像を形成
   する超音波撮像装置において、 互いに直交するＮ個の直交コードを含む重み直交信号を
   格納する手段と、 前記重み直交信号を超音波送信信号として前記オブジェ
   クト内に対応するＮ個の集束点に同時に送信する手段
   と、 前記送信した超音波信号に対して前記対応するＮ個の集
   束点から反射された信号を受信する手段と、 前記反射信号から前記格納されたＮ個の直交コードを取
   出し、各々の直交コードに対してパルス圧縮を行う手段
   と、 前記パルス圧縮済み信号から受信集束した信号を生成す
   る手段と、 前記受信集束した信号を処理し、該処理信号をディスプ
   レイするための手段とを含むことを特徴とする超音波撮
   像装置。
2. 【請求項２】 前記重み直交信号が、 ハニング、ハミング、ブラックマン、カイザの中のいず
   れか一つによって重み付けられた重みチャープ信号であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
3. 【請求項３】 前記重み直交信号が、 低周波から高周波に上昇する第１送信チャープ信号と高
   周波から低周波に減少する第２送信チャープ信号とを含
   むことを特徴とする請求項２に記載の超音波撮像装置。
4. 【請求項４】 前記重み直交信号が、 低周波帯域の第１信号を前記送信手段及び前記受信手段
   と近い音場に集束し、高周波帯域の第２信号を前記送信
   手段及び前記受信手段と遠い音場に集束することを特徴
   とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
5. 【請求項５】 前記パルス圧縮手段が、 前記Ｎ個の直交コード中から奇数番目のコードをパルス
   圧縮するための第１相関器と、 前記Ｎ個の直交コード中から偶数番目のコードをパルス
   圧縮するための第２相関器とを含むことを特徴とする請
   求項１に記載の超音波撮像装置。
6. 【請求項６】 前記第１相関器が、前記奇数番目のコー
   ドをパルス圧縮した信号から受信集束信号を生成する第
   １ビーム形成器に接続され、前記第２相関器が、前記偶
   数番目のコードをパルス圧縮した信号から受信集束信号
   を生成する第２ビーム形成器に接続されることを特徴と
   する請求項５に記載の超音波撮像装置。
7. 【請求項７】 前記重み直交信号が、 前記Ｎ個の直交コードを用いて同時に複数の走査線を獲
   得することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装
   置。
8. 【請求項８】 前記同時に複数の走査線を獲得する方式
   は１．２５Ｄ、１．５Ｄ、１．７５Ｄ及び２Ｄのトラン
   スデューサ列に適用されることを特徴とする請求項７に
   記載の超音波撮像装置。
9. 【請求項９】 オブジェクトに対する超音波映像を形成
   する超音波撮像方法において、 互いに直交するＮ個の直交コードを含む重み直交信号を
   設ける段階と、 前記重み直交信号を超音波送信信号として前記オブジェ
   クト内に対応するＮ個の集束点に同時に送信する段階
   と、 前記送信した超音波信号に対して前記対応するＮ個の集
   束点から反射された信号を受信する段階と、 前記反射信号から前記格納されたＮ個の直交コードを取
   出し、各々の直交コードに対してパルス圧縮を行う段階
   と、 前記パルス圧縮済み信号から受信集束した信号を生成す
   る段階と、 前記受信集束した信号を処理し、該処理信号をディスプ
   レイするための段階とを含むことを特徴とする超音波撮
   像方法。
10. 【請求項１０】 前記重み直交信号が、 ハニング、ハミング、ブラックマン、カイザの中のいず
    れか一つによって重み付けられた重みチャープ信号であ
    ることを特徴とする請求項９に記載の超音波撮像方法。
11. 【請求項１１】 前記重み直交信号が、 低周波から高周波に上昇する第１送信チャープ信号と、 高周波から低周波に減少する第２送信チャープ信号とを
    含むことを特徴とする請求項１０に記載の超音波撮像方
    法。
12. 【請求項１２】 前記重み直交信号が、 低周波帯域の第１信号を前記オブジェクト内の近距離音
    場に集束し、高周波帯域の第２信号を前記オブジェクト
    内の遠距離音場に集束することを特徴とする請求項９に
    記載の超音波撮像方法。
13. 【請求項１３】 前記パルス圧縮段階が、 前記Ｎ個の直交コード中から奇数番目のコードをパルス
    圧縮するための第１相関過程と、 前記Ｎ個の直交コード中から偶数番目のコードをパルス
    圧縮するための第２相関過程とを含むことを特徴とする
    請求項９に記載の超音波撮像方法。
14. 【請求項１４】 前記重み直交信号が、 前記Ｎ個の直交コードを利用して同時に複数の走査線を
    獲得することを特徴とする請求項９に記載の超音波撮像
    方法。
15. 【請求項１５】 前記同時に複数の走査線を獲得する方
    式は１．２５Ｄ、１．５Ｄ、１．７５Ｄ及び２Ｄのトラ
    ンスデューサ列に適用されることを特徴とする請求項１
    ４に記載の超音波撮像方法。
16. 【請求項１６】 前記第１相関過程及び第２相関過程に
    よりパルス圧縮処理された各々の信号は、別途に受信集
    束処理される請求項１３記載の超音波撮像方法。