JP2873701B2 - 超音波装置 - Google Patents

超音波装置

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JP2873701B2
JP2873701B2 JP1282973A JP28297389A JP2873701B2 JP 2873701 B2 JP2873701 B2 JP 2873701B2 JP 1282973 A JP1282973 A JP 1282973A JP 28297389 A JP28297389 A JP 28297389A JP 2873701 B2 JP2873701 B2 JP 2873701B2
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景義 片倉
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波診断装置等の超音波応用装置に関す
る。
〔従来の技術〕
従来の装置は米国特許第4140022号に記載のように、
アナログ遅延線を使用し、そのタップを選択することに
より遅延時間の設定を行ない、受信信号の位相を相互に
一致させ加算することにより受信ビームを形成してい
る。
この目的信号に対する同位相加算を以後整相処理と呼
ぶことにする。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術によると、タップ選択のためと切換え回
路が大規模となり、さらにアナログ遅延線の遅延時間精
度が不足し、問題があった。
そこで本発明はこれらの点を改善することを目的とす
る。
整相処理は、位相を合わせた加算であることから遅延
処理が本質ではなく、遅延処理なしに目的信号の同位相
加算を可能とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の構成は、サンプリング記憶による位相精度の
向上および移相による微小位相補正を採用することによ
り、高い位相精度の整相処理をスイッチ回路なしで実現
可能とした。
〔作用〕
受信信号のサンプリングおよび記憶はアナログメモリ
ー等の記憶素子により行なわれ、従来からのアナログ遅
延線は不要となり、サンプリング時刻の制御はディジタ
ル的に発生したクロックにより行なわれるため時間精度
が向上する。一方、移相により微小時間の補正を行なう
ため、低速度のクロックによりサンプリングする構成で
充分な時間精度の整相処理が可能となる。また、多チャ
ンネルの同期サンプリングが可能となり、S/Nの点でも
有利となる。また、アナログメモリーの動作を最適化す
ることによりスイッチ回路も不要となる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
第1図を本発明の実施例のうち受信信号1チャネル分
の構成(単位構成)を示す。すなわち、トランスデュー
サ1からの受信信号Rは直接、もしくは図示しない前置
増幅器を介して乗算器2に印加される。なお、1チャネ
ルの受信信号は、代表的にはトランスデューサアレイの
1素子からの受信信号であるが、装置によっては同一の
移相調整を行なうべき複数の素子からの信号を1チャネ
ルの信号にたばねてから乗算器2に印加する場合もあ
る。このような受信信号Rは、乗算器2にて位相が制御
された参照信号Gと乗算される。乗算により両信号の周
波数の和の高周波成分と、差周波成分とが生じるが、低
域濾波器3を通過させることにより3の出力信号Sは差
周波成分のみとなる。この出力信号Sは、所定のクロッ
ク間隔Tで記憶器4に記憶される。
第2図は記憶器4の構成を示す。記憶器4は複数(本
例では6個)の記憶要素40,41,42,43,44,45を有してお
り、間隔Tのクロック信号CLにより入力端の信号が順次
サンプリングされ複数の記憶要素に巡回的に書きこまれ
る。すなわち、書き込みの番地はクロックごとに巡回す
る。一方読み出しもクロック信号の間隔Tごとに巡回的
に行なわれる。ただし、書き込み番地WAと読み出し番地
RAとは制御データNDの示す数だけ差を有する。第3図
a)はND=1の場合のWAとRAを時間の経過とともに示し
ており、1クロック間隔Tだけ古い記憶値が読み出され
ることがわかる。第3図b)はND=3の場合のWAとRAを
示し、3Tだけ古い記憶値が読み出される。このようにサ
ンプリング時刻に対してND*Tなる時間だけ古いデータ
を得ることができ、NDの値により時間Tの単位で信号の
位相調整が可能である。
第1図に戻り説明を続けると、制御データNDによる間
隔Tの時間調整の他に、T以下の精密な時間調整を参照
信号Gの時間制御により行なう。すなわち、乗算器Mの
乗算により、低域濾波器から得る差周波成分は参照信号
Gの位相に応じてφだけ移相される。狭帯域信号の場合
にこの移相は時間調整と等価と考えられ、時間T以内の
微小時間調整が受信信号に対して行なわれたことにな
る。
各受信信号チャネルごとにそれぞれ時間調整がなされ
た受信信号を加算することにより、所望の深さ,方向の
点からの反射音波の波面に合わせた整相が実施される。
すなわち上記の点を焦点とする受波が実現できる。第4
図a),b)はそれぞれこの整相回路の具体例を示してい
る。第4図a)の例では、各チャネルごとに第1図に示
した乗算器2,低域濾波器3,記憶器4の回路を備え、それ
ぞれのチャネルの記憶器4から周期Tで読み出される信
号を加算器6に並列に印加して加え合わせて、加算器6
より整相出力を得る。各チャネルの乗算器2に印加する
参照信号Gの位相、及び記憶器4に与えるデータNDは、
整相すべき波面に合わせてそれぞれ個々に決定される。
一方、第4図b)の構成では、記憶器4−1,4−2,4−3
は加算器7−1,7−2を介して縦列に接続されている。
第1の第1チャネルの受信信号は乗算器2−1で微小な
時間調整を受けた後記憶器4−1でデータNDに対応した
時間調整が成され、乗算器2−2で微小な時間調整を受
けた第2チャネルの受信信号と加算器7−1で加算され
る。以下、記憶器4−2,記憶器4−3で縦列的に時間調
整が加えられるごとに、それぞれ乗算器で微小時間調整
がされた第3チャネル,第4チャネルの受信信号が加算
器7−2,7−3にて加え合わされ、全体で波面に合わせ
た位相の一致がなされる。
さらに、第5図に示すように、第4図a)に示した構
成を基本単位として複数組設け、各組の出力をそれぞれ
第2段の記憶器4′−1,4′−2,……4′−nに入力し
て再度時間調整し、加算する多段構成により装置構成を
簡略化することが可能である。このような多段構成の場
合に、例えば第2段の記憶器の部分を第4図b)のよう
に縦列構成としても良い。
また、第1図の構成の代りに、記憶器と乗算器との順
序を逆にする第6図のような構成も可能である。この場
合には、加算後の濾波で充分なため、低域濾波器3は加
算点の後に設けられ、濾波器の所要個数が少なくなる。
また、第1図の構成における参照信号G,MEMのND等を
時間と共に変化させることにより、移動焦点とする構成
も可能である。
第7図はさらに別の実施例を示す。本実施例は第5図
に示した2段構成の整相処理回路を基本とし、収束特性
の異なる複数の受波ビームを同時に並行して得る構成と
なっている。乗算器2,低域濾波器3,記憶器4からなる各
チャネル個別の時間調整手段の出力は、グループ別に加
算されて第2段目の記憶器4′−1,4′−2……に導か
れるとともに、もう1組設けられた第2段目の記憶器
4″−1,4″−2……にそれぞれ付加的時間調整回路6
−1,6−2……を介して導びかれる。記憶器4″−1,4″
−2……の具体的構成は、4′−1,4′−2等と同じ
く、第2図,第3図で述べた通りであり、それぞれ制御
データNDの設定により時間T単位の時間調整が行なわれ
る。1組目の記憶器4′−1,4′−2……の読み出し出
力の加算信号は第1のビームの受信信号となり、2組目
の記憶器4″−1,4″−2……の読出出力の加算信号は
第2のビームの受信信号となる。第1ビームと第2ビー
ムの収束特性の差は記憶器4′−1,4′−2……,と記
憶器4″−1,4″−2……との制御データNDの設定の差
により実現するが、この設定によりカバーできない微少
な位相の差は付加時間調整回路6−1,6−2……により
実現する。付加的時間調整回路は、微少な位相調整で良
いため、アナログ遅延線で実現できる。また第1図の乗
算器2と同じ構成としても良い。
以上述べた各実施例は、直交サンプリング整相と呼ぶ
ことのできる整相処理に適用できる。このためには、各
実施例において、初段の信号混合に用いる参照信号とし
て、90゜位相の異なる2つの信号をそれぞれ準備し、乗
算器、低域濾波器、記憶器から成る整相処理回路を2重
に構成すれば良い。具体的な回路構成の例を第8図に示
す。1チャネルの受信信号Rは乗算器2−aと2−bと
に分けて並行して入力される。このチャネルの微小時間
調整のための参照信号は、乗算器2−aに直接与えられ
るとともに90゜移相器7を介して乗算2−bに与えられ
る。2−a,2−bの混合出力の低域成分がそれぞれ低域
濾波器3−a,3−bにより抽出される。これにより、受
信信号が微少時間調整を受けるとともに複素信号化さ
れ、実部を示す信号aと虚部を示す信号bとが得られ
る。各受信信号チャネルとも同様に2つの乗算器を用い
た構成がとられ、記憶器以後の構成も第4図,第5図も
しくは第7図の構成が実部信号用と虚部信号用とに2重
に設けられ、実部,虚部で独立に整相処理が成される。
整相処理された2つの信号は最後に合成される。
以上に述べた整相方式によりドプラ計測を行なうこと
も当然可能である。
また、クロックCLは各記憶器に対して同期させること
により他チャンネルからの飛び込み雑音を大幅に低下可
能である。
また、記憶器としてスイッチトキャパシタメモリを使
用すると低消費電力の回路が構成できる。
一方、記憶器としてアナログディジタル変換器とディ
ジタルメモリを使用した構成も可能であり、この場合に
はダイナミックレンジの広い整相部の構成が可能とな
る。
本構成における位相関係は以下となる。
ω(T′−T)−ωdT′=φ ここでφは乗算により行なわれる移相角 ωd:参照信号周波数 ωS:信号周波数 T′:サンプリング時刻 T:受信波面の等位相面(目的信号入射時刻) なる関係が正確な整相のためには望ましい。
また、本構成はアナログ遅延線を使用しないことから
集積化が可能であり、記憶器と乗算器と同一チップに集
積するあるいは記憶器,低域濾波器、乗算器の全体を同
一チップに集積することも可能である。
本方式を全く複数保有させて交互に処理させることに
よりさらに計測を高速化することも当然可能である。
また本方式は受信信号を記憶する構成であることから
記憶器への書き込みのクロック周期と読み出しクロック
の周期とを異ならせることができる。特に、読み出しク
ロックをn倍に高速化すればn回の読出し信号それぞれ
で異なる時間調整を行なったことになるので、そのうち
所望の複数信号を選択すれば1個の整相部により複数ビ
ームを形成するなど多重処理が可能となる。
〔発明の効果〕
以下のように、本発明によれば所定クロックで書込
み、読出し動作を行う記憶器と、参照信号の位相制御と
で多チャネルの超音波受信信号の遅延量制御を行なって
整相処理を行なうので、高い時間精度の整相処理が小規
模の回路手段により行なえるとの効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の各実施例の基本単位構成を示す回路
図、第2図は、第1図の記憶部の具体的構成を示す回路
図、第3図a),b)は、第2図の動作を示す概念図、第
4図a),b)は本発明によるそれぞれ実施例の整相部を
示すブロック図、第5図,第6図,第7図及び第8図は
それぞれ別の実施例の整相部を示すブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−268539(JP,A) 特開 昭63−265185(JP,A) 特開 昭62−73162(JP,A) 特開 昭63−179276(JP,A) 特開 平3−81683(JP,A) 特開 平3−81684(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96 A61B 8/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】トランスデューサアレイの1、又は複数の
    素子からの受信信号へ位相制御された参照信号を乗算す
    る乗算器と該乗算器の出力信号の低周波成分をアナログ
    /ディジタル変換する変換器と該変換器の出力を記憶す
    る記憶器とを具備する複数のチャネルと、前記各チャネ
    ルの前記記憶器から読み出した信号を加算する加算器
    と、前記乗算器への前記参照信号の位相制御、及び前記
    記憶器に対するデータの書き込みと読み出しを制御する
    制御装置とを具備する整相処理回路とを有し、前記制御
    装置は、前記記憶器へ書き込まれたデータを各チャネル
    毎に特定番地から読み出すことによる前記記憶器から出
    力される信号の位相の調整の制御と、前記乗算器への前
    記参照信号の周波数を時間経過に従って変化させる制御
    とを行なうことを特徴とする超音波装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の超音波装置において、前
    記書き込み、及び読み出しを、前記複数のチャネルにお
    いて同期したクロック信号により行なうことを特徴とす
    る超音波装置。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の超音波装置において、前
    記読み出しのクロック信号の周期を前記記書き込みのク
    ロック信号の周期よりも大とすることを特徴とする超音
    波装置。
  4. 【請求項4】請求項3に記載の超音波装置において、前
    記書き込みのクロック信号に対して前記読み出しのクロ
    ック信号がn倍高速に設定されることを特徴とする超音
    波装置。
  5. 【請求項5】請求項1に記載の超音波装置において、前
    記1、又は複数の素子からの受信信号を入力する第1、
    及び第2の前記チャネルを有し、前記第1、及び第2の
    前記チャネルの前記乗算器へ90゜位相の異なる前記参照
    信号を入力することを特徴とする超音波装置。
  6. 【請求項6】トランスデューサアレイの1、又は複数の
    素子からの受信信号へ位相制御された参照信号を乗算す
    る乗算器と該乗算器の出力信号の低周波成分をアナログ
    /ディジタル変換する変換器と該変換器の出力を記憶す
    る第1の記憶器とを具備する複数のチャネルと、前記各
    チャネルの前記第1の記憶器から読み出した信号を加算
    する第1の加算器と、該第1の加算器の出力を記憶する
    第2の記憶器と、前記第1の加算器に前記第2の記憶器
    と並列に接続され、微小な位相調整を行なう付加時間調
    整回路と、該付加時間調整回路の出力を記憶する第3の
    記憶器とを有する回路群と、前記各回路群の前記第2の
    記憶器から読み出した信号を加算して第1の受信ビーム
    を形成する第2の加算器と、前記各回路群の前記第3の
    記憶器から読み出した信号を加算して第2の受信ビーム
    を形成する第3の加算器と、前記乗算器への前記参照信
    号の位相制御、前記第1、第2、及び第3の記憶器に対
    するデータの書き込みと読み出しを制御する制御装置と
    を具備する整相処理回路とを有し、前記制御装置は、前
    記第1記憶器へ書き込まれたデータを各チャネル毎に特
    定番地から読み出すことによる前記第1の記憶器から出
    力される信号の位相の調整の制御と、前記第2、及び第
    3の記憶器へ書き込まれたデータを前記各回路群毎に特
    定番地から読み出すことによる前記第2、及び第3の記
    憶器から出力される信号の位相の調整の制御とを行なう
    ことを特徴とする超音波装置。
  7. 【請求項7】トランスデューサアレイの1、又は複数の
    素子からの受信信号へ位相制御された参照信号を乗算す
    る乗算器と該乗算器の出力信号の低周波成分をアナログ
    /ディジタル変換する変換器と該変換器の出力を記憶す
    る記憶器とを具備する複数のチャネルと、前記各チャネ
    ルの前記記憶器から読み出した信号を加算する加算器
    と、前記乗算器への前記参照信号の位相制御、及び前記
    記憶器に対するデータの書き込みと読み出しを制御する
    制御装置とを具備する整相処理回路とを有し、前記制御
    装置は、前記記憶器へ書き込まれたデータを前記各チャ
    ネル毎に特定番地から読み出すことによる前記記憶器か
    ら出力される信号の位相の調整の制御を行ない、前記乗
    算器と前記低周波濾波器と前記記憶器のうち、少なくと
    も前記乗算器と前記記憶器が同一チップ上に集積される
    ことを特徴とする超音波装置。
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