JP3423935B2 - 超音波撮像方法及び改良ゴールレイコードを用いたパルス圧縮方式に基づく装置 - Google Patents
超音波撮像方法及び改良ゴールレイコードを用いたパルス圧縮方式に基づく装置Info
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- 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
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- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波撮像システム
に関するもので、特に、改良ゴールレイコード(modifie
d Golay code)を用いるパルス圧縮方式に基づく超音波
撮像システムに関するものである。
に関するもので、特に、改良ゴールレイコード(modifie
d Golay code)を用いるパルス圧縮方式に基づく超音波
撮像システムに関するものである。
【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伝送し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、トランスデューサ列１、パルサー１１、
送信集束遅延メモリ１４、送受信用スイッチ２１、レシ
ーバ３１、ビーム形成器３５、受信集束遅延調整器３
６、信号プロセッサ４１及びスキャンコンバータ４２を
含む。
ルスの超音波を人体へ伝送し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、トランスデューサ列１、パルサー１１、
送信集束遅延メモリ１４、送受信用スイッチ２１、レシ
ーバ３１、ビーム形成器３５、受信集束遅延調整器３
６、信号プロセッサ４１及びスキャンコンバータ４２を
含む。
【０００３】送信集束遅延メモリ１４は、トランスデュ
ーサ列１を通じて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。
ーサ列１を通じて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】各トランスデューサに対する送信集束遅延
を決定する方法として、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術が用い
られている。近年では、固定集束技術を用いた送信およ
び動的集束技術を用いた受信に起因する解像度低下の問
題を解決するための様々な努力の一つとして、合成開口
技術に対する研究が行われている。この合成開口技術に
よれば、超音波の送信時に一つまたはそれ以上のトラン
スデ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術を用いる
ことによれば、解像度を改善し、信号対雑音比(SNR)を
低減することができる。
を決定する方法として、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術が用い
られている。近年では、固定集束技術を用いた送信およ
び動的集束技術を用いた受信に起因する解像度低下の問
題を解決するための様々な努力の一つとして、合成開口
技術に対する研究が行われている。この合成開口技術に
よれば、超音波の送信時に一つまたはそれ以上のトラン
スデ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術を用いる
ことによれば、解像度を改善し、信号対雑音比(SNR)を
低減することができる。
【０００５】パルサー１１は、遅延パターンに対応して
入力される２進系列に応じて増幅信号(例えば、+８０V
又は-８０V)をトランスデューサ列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デューサ列１の各トラ
ンスデューサに印加される。
入力される２進系列に応じて増幅信号(例えば、+８０V
又は-８０V)をトランスデューサ列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デューサ列１の各トラ
ンスデューサに印加される。
【０００６】トランスデューサ列１は複数のトランスデ
ューサ要素からなり、トランスデューサ列１からの出力
電圧に応じて超音波パルスを人体等の客体内に供給す
る。ある時刻における送信の際、トランスデューサ列１
のうちの一部が用いられる。例えば、トランスデューサ
列１が１２８個のトランスデューサ要素よりなる場合、
一回の送信では、開口内の６４個のトランスデューサの
みが超音波を送信する。
ューサ要素からなり、トランスデューサ列１からの出力
電圧に応じて超音波パルスを人体等の客体内に供給す
る。ある時刻における送信の際、トランスデューサ列１
のうちの一部が用いられる。例えば、トランスデューサ
列１が１２８個のトランスデューサ要素よりなる場合、
一回の送信では、開口内の６４個のトランスデューサの
みが超音波を送信する。
【０００７】また、トランスデューサ列１は超音波パル
スの送信の際人体から反射されるパルス信号を受け取
る。
スの送信の際人体から反射されるパルス信号を受け取
る。
【０００８】送受信用スイッチ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デュ
ーサ列１をパルサー１１に接続させ、受信の際にはトラ
ンスデューサ列1をレシーバ３１に接続させる。
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デュ
ーサ列１をパルサー１１に接続させ、受信の際にはトラ
ンスデューサ列1をレシーバ３１に接続させる。
【０００９】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(Time Gain Compensation; TGC)と、増
幅されたアナログ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。
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(Time Gain Compensation; TGC)と、増
幅されたアナログ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。
【００１０】ビーム形成器３５は受信集束遅延調整器３
６からの遅延パターンに基づいて受信集束を行う。
６からの遅延パターンに基づいて受信集束を行う。
【００１１】信号プロセッサ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。
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。
【００１２】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)上に表示し得る信号に変換
する。
像信号を表示装置(図示せず)上に表示し得る信号に変換
する。
【００１３】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ため、
短パルス方式の撮像システムによって人体内の目標物に
対する情報を得ることは困難である。
い媒体内へ伝搬する時、超音波の電力が減少するため、
短パルス方式の撮像システムによって人体内の目標物に
対する情報を得ることは困難である。
【００１４】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、受信信号の電力を増加させるこ
とができない。
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、受信信号の電力を増加させるこ
とができない。
【００１５】一方、レーダー装置で用いられるパルス圧
縮方式は、送信パルスのピーク電圧を増加させる代わり
に平均電力を増加させることによって、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。このよ
うなパルス圧縮技法を用いる撮像システムでは、短パル
スの代わりに、コード化された長パルスが人体内に送信
される。
縮方式は、送信パルスのピーク電圧を増加させる代わり
に平均電力を増加させることによって、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。このよ
うなパルス圧縮技法を用いる撮像システムでは、短パル
スの代わりに、コード化された長パルスが人体内に送信
される。
【００１６】既存の短パルスを用いる医療用撮像システ
ム１００では、高電圧の短パルスを用いるため、超音波
伝搬方向への解像度は使用される超音波トランスデュー
サのインパルス応答によって左右される。しかし、パル
ス圧縮方式を用いる撮像システムの場合には、コード化
された長パルスを用いるため、解像度は超音波トランス
デューサと該パルスとの間のたたみ込み（コンボリュー
ション）により決定される。パルス圧縮方式の撮像シス
テムでは、超音波受信器において相関器を有するパルス
圧縮器を用いることによって、短パルスを送信したこと
と同じ効果が達成される。従って、そのような撮像シス
テムは、短パルス方式のピーク電圧に比べ低い電圧を有
するコード化された長パルスを送信することによって信
号対雑音比を向上させることができる。
ム１００では、高電圧の短パルスを用いるため、超音波
伝搬方向への解像度は使用される超音波トランスデュー
サのインパルス応答によって左右される。しかし、パル
ス圧縮方式を用いる撮像システムの場合には、コード化
された長パルスを用いるため、解像度は超音波トランス
デューサと該パルスとの間のたたみ込み（コンボリュー
ション）により決定される。パルス圧縮方式の撮像シス
テムでは、超音波受信器において相関器を有するパルス
圧縮器を用いることによって、短パルスを送信したこと
と同じ効果が達成される。従って、そのような撮像シス
テムは、短パルス方式のピーク電圧に比べ低い電圧を有
するコード化された長パルスを送信することによって信
号対雑音比を向上させることができる。
【００１７】そのようなコード化された長パルスを用い
る超音波撮像システムにおいて、システムの性能はコー
ドの特性によって左右される。特に、最終の画質は使用
されたコードと超音波トランスデューサとの間の周波数
特性関係によって決定される。また、システムの性能は
相関器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。
る超音波撮像システムにおいて、システムの性能はコー
ドの特性によって左右される。特に、最終の画質は使用
されたコードと超音波トランスデューサとの間の周波数
特性関係によって決定される。また、システムの性能は
相関器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】
【発明が解決しようとする課題】ゴールレイコード(Gol
ay code)はサイドローブ除去特性を有するため、そのよ
うなゴールレイコードを長パルス方式の超音波撮像シス
テムに適用しようとする試みが従来より成されている。
しかし、ゴールレイコードの周波数特性には、従来の超
音波トランスデューサよりも広い周波数スペクトルを有
するという不都合がある。即ち、超音波トランスデュー
サにおけるゴールレイコードの電力の一部が損失され、
システムの信号対雑音比を所望のレベルに合わせにくい
という短所がある。
ay code)はサイドローブ除去特性を有するため、そのよ
うなゴールレイコードを長パルス方式の超音波撮像シス
テムに適用しようとする試みが従来より成されている。
しかし、ゴールレイコードの周波数特性には、従来の超
音波トランスデューサよりも広い周波数スペクトルを有
するという不都合がある。即ち、超音波トランスデュー
サにおけるゴールレイコードの電力の一部が損失され、
システムの信号対雑音比を所望のレベルに合わせにくい
という短所がある。
【００１９】従って、本発明の目的は、超音波トランス
デューサの周波数特性によく整合するコードを用いるパ
ルス圧縮方式の超音波撮像方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記コードを用いる超音波撮像方
法を效果的に具現する撮像装置を提供することにある。
デューサの周波数特性によく整合するコードを用いるパ
ルス圧縮方式の超音波撮像方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記コードを用いる超音波撮像方
法を效果的に具現する撮像装置を提供することにある。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、
超音波パルスを客体に伝送し、該客体から反射される信
号を用いて該客体の映像を形成する超音波撮像装置であ
って、第１時限の間、一対の改良ゴールレイコードのう
ちの第１コードに対する電圧を一つまたはそれ以上のト
ランスデューサへ供給し、第２時限の間、前記一対の改
良ゴールレイコードのうちの第２コードに対する電圧を
前記一つまたはそれ以上のトランスデューサへ供給する
手段と、前記第１時限の後に、前記客体から反射される
第１超音波パルス組の第１反射信号組を受信し、前記第
２時限の後に、前記客体から反射される第２超音波パル
ス組の第２反射信号組を受信する手段と、前記第１反射
信号組及び前記第２反射信号組に対してパルス圧縮を行
って第１及び第２パルス圧縮信号を生成し、前記第１パ
ルス圧縮信号と前記第２パルス圧縮信号とを加算するパ
ルス圧縮手段と、前記加算された信号を用いて受信集束
信号を生成する手段と、前記受信集束信号を処理して得
られる前記映像をディスプレイする手段と、を含み、 前
記改良ゴールレイコードはその周波数特性がトランスデ
ューサの周波数特性と整合されるようにゴールレイコー
ドを変更させて生成されることを特徴とする。
超音波パルスを客体に伝送し、該客体から反射される信
号を用いて該客体の映像を形成する超音波撮像装置であ
って、第１時限の間、一対の改良ゴールレイコードのう
ちの第１コードに対する電圧を一つまたはそれ以上のト
ランスデューサへ供給し、第２時限の間、前記一対の改
良ゴールレイコードのうちの第２コードに対する電圧を
前記一つまたはそれ以上のトランスデューサへ供給する
手段と、前記第１時限の後に、前記客体から反射される
第１超音波パルス組の第１反射信号組を受信し、前記第
２時限の後に、前記客体から反射される第２超音波パル
ス組の第２反射信号組を受信する手段と、前記第１反射
信号組及び前記第２反射信号組に対してパルス圧縮を行
って第１及び第２パルス圧縮信号を生成し、前記第１パ
ルス圧縮信号と前記第２パルス圧縮信号とを加算するパ
ルス圧縮手段と、前記加算された信号を用いて受信集束
信号を生成する手段と、前記受信集束信号を処理して得
られる前記映像をディスプレイする手段と、を含み、 前
記改良ゴールレイコードはその周波数特性がトランスデ
ューサの周波数特性と整合されるようにゴールレイコー
ドを変更させて生成されることを特徴とする。
【００２６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の超
音波撮像装置であって、前記改良ゴールレイコードはそ
の周波数特性が前記トランスデューサの周波数特性と整
合されるようにゴールレイコードに二相ウィンドウを適
用することによって生成されることを特徴とする。
音波撮像装置であって、前記改良ゴールレイコードはそ
の周波数特性が前記トランスデューサの周波数特性と整
合されるようにゴールレイコードに二相ウィンドウを適
用することによって生成されることを特徴とする。
【００２７】請求項３記載の発明は、請求項１記載の超
音波撮像装置であって、前記二相ウィンドウが、二相四
角形ウィンドウ、二相ハミングウィンドウ、二相ハニン
グウィンドウ及び二相バーレット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。
音波撮像装置であって、前記二相ウィンドウが、二相四
角形ウィンドウ、二相ハミングウィンドウ、二相ハニン
グウィンドウ及び二相バーレット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。
【００２８】請求項４記載の発明は、請求項１記載の超
音波撮像装置であって、前記パルス圧縮手段が、前記第
１反射信号組及び前記第２反射信号組に対する自己相関
値を求める相関器を含むことを特徴とする。
音波撮像装置であって、前記パルス圧縮手段が、前記第
１反射信号組及び前記第２反射信号組に対する自己相関
値を求める相関器を含むことを特徴とする。
【００２９】請求項５記載の発明は、請求項４記載の超
音波撮像装置であって、前記パルス圧縮手段が、前記第
１反射信号組の前記自己相関値を一時格納するメモリを
さらに含むことを特徴とする。
音波撮像装置であって、前記パルス圧縮手段が、前記第
１反射信号組の前記自己相関値を一時格納するメモリを
さらに含むことを特徴とする。
【００３０】請求項６記載の発明は、請求項１記載の超
音波撮像装置であって、前記パルス圧縮手段が、前記第
１反射信号組及び前記第２反射信号組を格納するメモリ
をさらに含むことを特徴とする。
音波撮像装置であって、前記パルス圧縮手段が、前記第
１反射信号組及び前記第２反射信号組を格納するメモリ
をさらに含むことを特徴とする。
【００３１】請求項７記載の発明は、請求項１記載の超
音波撮像装置であって、前記パルス圧縮手段が、前記第
１反射信号組と前記第１改良ゴールレイコードとの間の
たたみ込みを行う手段と、前記第２反射信号組と前記第
２改良ゴールレイコードとの間のたたみ込みを行う手段
と、をさらに含むことを特徴とする。
音波撮像装置であって、前記パルス圧縮手段が、前記第
１反射信号組と前記第１改良ゴールレイコードとの間の
たたみ込みを行う手段と、前記第２反射信号組と前記第
２改良ゴールレイコードとの間のたたみ込みを行う手段
と、をさらに含むことを特徴とする。
【００３２】
【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。本発明の
主な特徴は、超音波の送信の際に改良ゴールレイコード
を用いる点である。本発明に用いられる改良ゴールレイ
コードは各々が同じ長さを有する一対の相補２進系列よ
りなる。このような一対の相補２進系列の自己相関関数
は、等しいメインローブと、大きさが等しく極性の異な
るサイドローブとを有している。従って、相補２進系列
の自己相関値を和すれば、メインローブの大きさは各２
進系列の自己相関の際のメインローブのものより２倍に
増加し、サイドローブは互いに相殺される。
て、図面を参照しながらより詳しく説明する。本発明の
主な特徴は、超音波の送信の際に改良ゴールレイコード
を用いる点である。本発明に用いられる改良ゴールレイ
コードは各々が同じ長さを有する一対の相補２進系列よ
りなる。このような一対の相補２進系列の自己相関関数
は、等しいメインローブと、大きさが等しく極性の異な
るサイドローブとを有している。従って、相補２進系列
の自己相関値を和すれば、メインローブの大きさは各２
進系列の自己相関の際のメインローブのものより２倍に
増加し、サイドローブは互いに相殺される。
【００３３】図２は、ゴールレイコードの特性を表す模
式図である。詳記すると、図２(a)及び図２(b)は相補関
係にある一対のゴールレイコードを示し、図２(c)及び
図２(d)は相補関係にある一対のゴールレイコードに対
して自己相関を取った結果を示し、図２(e)は図２(c)及
び図２(d)に示した自己相関値の和である。図２中で、a
i及びbiは各々、相補コードのコード長さで+１または-
１を有する２進要素である。これらのコードの自己相関
関数は下記の通り表現される。
式図である。詳記すると、図２(a)及び図２(b)は相補関
係にある一対のゴールレイコードを示し、図２(c)及び
図２(d)は相補関係にある一対のゴールレイコードに対
して自己相関を取った結果を示し、図２(e)は図２(c)及
び図２(d)に示した自己相関値の和である。図２中で、a
i及びbiは各々、相補コードのコード長さで+１または-
１を有する２進要素である。これらのコードの自己相関
関数は下記の通り表現される。
【００３４】
【数１】
【００３５】また、これらの自己相関関数の和は下記の
通り表現され得る。
通り表現され得る。
【００３６】
【数２】
【００３７】前述したように、周波数特性において、ゴ
ールレイコードの周波数スペクトルは従来の超音波トラ
ンスデューサのものに比べて広い帯域を占める。即ち、
トランスデューサではゴールレイコードの電力の一部が
損失される。従って、ゴールレイコードのエネルギーを
効率的に送出する技法が要求される。
ールレイコードの周波数スペクトルは従来の超音波トラ
ンスデューサのものに比べて広い帯域を占める。即ち、
トランスデューサではゴールレイコードの電力の一部が
損失される。従って、ゴールレイコードのエネルギーを
効率的に送出する技法が要求される。
【００３８】このような目的のため、本発明は有限イン
パルス応答(FIR)フィルター設計の際に用いられるウィ
ンドウ関数のうちの一つを掛け合わせることにより従来
のゴールレイコードを改良する。この改良ゴールレイコ
ード信号を客体へ伝送し該客体から反射される信号の自
己相関を和すれば、メインローブは使用されたウィンド
ウの自己相関によって決定され、サイドローブは不改良
ゴールレイコードの特性のため全て除去される。
パルス応答(FIR)フィルター設計の際に用いられるウィ
ンドウ関数のうちの一つを掛け合わせることにより従来
のゴールレイコードを改良する。この改良ゴールレイコ
ード信号を客体へ伝送し該客体から反射される信号の自
己相関を和すれば、メインローブは使用されたウィンド
ウの自己相関によって決定され、サイドローブは不改良
ゴールレイコードの特性のため全て除去される。
【００３９】図３(a)は、改良ゴールレイコードを生成
するに用い得る、二相四角形ウィンドウ(Rectangular w
indow)、二相ハミングウィンドウ(Hamming window)、二
相ハニングウィンドウ(Hanning window)、二相バーレッ
トウィンドウ(Bartlett window)等のウィンドウを時間
軸上で示す波形図である。
するに用い得る、二相四角形ウィンドウ(Rectangular w
indow)、二相ハミングウィンドウ(Hamming window)、二
相ハニングウィンドウ(Hanning window)、二相バーレッ
トウィンドウ(Bartlett window)等のウィンドウを時間
軸上で示す波形図である。
【００４０】以下、改良ゴールレイコードの具体例を挙
げ説明する。コード長さの８であるゴールレイコードが
[１、-１、-１、-１、１、１、-１、１]及び[１、-１、
-１、-１、-１、-１、１、-１］であり、送信信号の中
心周波数(fo)が５MHzであり、送信信号のサンプリング
周波数(fs)が４０MHzであり、この時のチップレート(fs
/fo)が８であると仮定する。
げ説明する。コード長さの８であるゴールレイコードが
[１、-１、-１、-１、１、１、-１、１]及び[１、-１、
-１、-１、-１、-１、１、-１］であり、送信信号の中
心周波数(fo)が５MHzであり、送信信号のサンプリング
周波数(fs)が４０MHzであり、この時のチップレート(fs
/fo)が８であると仮定する。
【００４１】例えば、従来のゴールレイコードを用いる
場合、超音波送信の際、下記のようなコードがパルサー
に入力される。 Ga = [１１１１１１１１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１-１-１-１-１ １１１１１１１１ １１１１１１１１ -１-１-１-１-１-１-１-１ １１１１１１１１] Gb = [１１１１１１１１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１-１-１-１-１ １１１１１１１１ -１-１-１-１-１-１-１-１]
場合、超音波送信の際、下記のようなコードがパルサー
に入力される。 Ga = [１１１１１１１１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１-１-１-１-１ １１１１１１１１ １１１１１１１１ -１-１-１-１-１-１-１-１ １１１１１１１１] Gb = [１１１１１１１１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１-１-１-１-１ １１１１１１１１ -１-１-１-１-１-１-１-１]
【００４２】本発明によれば、トランスデューサへの入
力に対する出力電力の比として定義される伝送電力効率
(TPE)を向上させるために、従来のゴールレイコードの
代わりに改良ゴールレイコードを用いる。
力に対する出力電力の比として定義される伝送電力効率
(TPE)を向上させるために、従来のゴールレイコードの
代わりに改良ゴールレイコードを用いる。
【００４３】例えば、二相四角形ウィンドウを従来のゴ
ールレイコードに乗じると、改良ゴールレイコードは次
の通り得られる。 Ga´=[１１１１-１-１-１-１ -１-１-１-１１１１１ -１-１-１-１１１１１ -１-１-１-１１１１１ １１１１-１-１-１-１ １１１１-１-１-１-１ -１-１-１-１１１１１ １１１１-１-１-１-１] Gb´=[１１１１-１-１-１-１ -１-１-１-１１１１１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１１１１ -１-１-１-１１１１１ -１-１-１-１１１１１ １１１１-１-１-１-１ -１-１-１-１１１１１]
ールレイコードに乗じると、改良ゴールレイコードは次
の通り得られる。 Ga´=[１１１１-１-１-１-１ -１-１-１-１１１１１ -１-１-１-１１１１１ -１-１-１-１１１１１ １１１１-１-１-１-１ １１１１-１-１-１-１ -１-１-１-１１１１１ １１１１-１-１-１-１] Gb´=[１１１１-１-１-１-１ -１-１-１-１１１１１ -１-１-１-１-１-１-１-１ -１-１-１-１１１１ -１-１-１-１１１１１ -１-１-１-１１１１１ １１１１-１-１-１-１ -１-１-１-１１１１１]
【００４４】本発明によれば、周期Ｔの二相四角形ウィ
ンドウ関数m(t)を乗じることによって得られる一対の改
良ゴールレイコードは次の通り表現され得る。
ンドウ関数m(t)を乗じることによって得られる一対の改
良ゴールレイコードは次の通り表現され得る。
【００４５】
【数３】
【００４６】ここで、ga(t)及びgb(t)は従来のゴールレ
イコードであり、Tはトランスデューサ特性関数の中心
周波数の逆数に該当する値である。
イコードであり、Tはトランスデューサ特性関数の中心
周波数の逆数に該当する値である。
【００４７】一対の改良ゴールレイコードの自己相関関
数の和は次の通り表現される。
数の和は次の通り表現される。
【００４８】
【数４】
【００４９】この場合、ランプ関数は三角関数として次
の通り表現され得る。
の通り表現され得る。
【００５０】
【数５】
【００５１】また、自己相関関数の和を次の通り計算す
ることができる。
ることができる。
【００５２】
【数６】
【００５３】改良ゴールレイコードを用いる場合、伝送
電力効率(TPE)及びメインローブの幅は使用されるウィ
ンドウによって決定される。また、二相四角形ウィンド
ウを用いれば、二極パルサーを用いてパルスが発生でき
る。しかしながら、ハニングウィンドウ又はハミングウ
ィンドウを用いる場合には、二極パルサーから発生され
る二極パルスを線形増幅させるにはディジタルアナログ
変換器が必要となる。
電力効率(TPE)及びメインローブの幅は使用されるウィ
ンドウによって決定される。また、二相四角形ウィンド
ウを用いれば、二極パルサーを用いてパルスが発生でき
る。しかしながら、ハニングウィンドウ又はハミングウ
ィンドウを用いる場合には、二極パルサーから発生され
る二極パルスを線形増幅させるにはディジタルアナログ
変換器が必要となる。
【００５４】図３(b)は、二相四角形ウィンドウ、二相
ハミングウィンドウ、二相ハニングウィンドウ及び二相
バーレットウィンドウを用いて得られる、改良ゴールレ
イコードの周波数領域特性を示すグラフである。
ハミングウィンドウ、二相ハニングウィンドウ及び二相
バーレットウィンドウを用いて得られる、改良ゴールレ
イコードの周波数領域特性を示すグラフである。
【００５５】図３(c)は、図３(b)に示した信号が送受信
の際に用いられる場合、これらの信号に対する自己相関
関数の和を示すグラフである。
の際に用いられる場合、これらの信号に対する自己相関
関数の和を示すグラフである。
【００５６】図４は、本発明の好適な実施例による超音
波撮像システム４００のブロック図である。前述したよ
うに、本発明の超音波撮像システム４００は、受信ビー
ム形成以前にRFデータを用いてパルス圧縮を行い、該パ
ルス圧縮済みの信号に対して受信集束を行うことに特徴
がある。受信集束の以後にパルス圧縮を行う場合、近接
フィールドにおける超音波伝搬方向へのサイドローブが
発生するが、本発明ではそのようなサイドローブを除去
することができる。また、本発明はメインローブの幅が
増えることも防止できる。
波撮像システム４００のブロック図である。前述したよ
うに、本発明の超音波撮像システム４００は、受信ビー
ム形成以前にRFデータを用いてパルス圧縮を行い、該パ
ルス圧縮済みの信号に対して受信集束を行うことに特徴
がある。受信集束の以後にパルス圧縮を行う場合、近接
フィールドにおける超音波伝搬方向へのサイドローブが
発生するが、本発明ではそのようなサイドローブを除去
することができる。また、本発明はメインローブの幅が
増えることも防止できる。
【００５７】図４において、超音波撮像システム４００
はパルサー１２、送信パターンメモリ１３、送信集束遅
延メモリ１４、送受信用スイッチ２１、レシーバ３１、
パルス圧縮器３４、受信集束遅延調整器３６、ビーム形
成器３７、信号プロセッサ４１及びスキャンコンバータ
４２を含む。パルス圧縮器３４は第１RFメモリ３４a、
第２RFメモリ３４b及び相関器３４cを有する。本発明は
改良ゴールレイコード及び相関器３４cを用いて信号対
雑音比(SNR)を改善することができる。
はパルサー１２、送信パターンメモリ１３、送信集束遅
延メモリ１４、送受信用スイッチ２１、レシーバ３１、
パルス圧縮器３４、受信集束遅延調整器３６、ビーム形
成器３７、信号プロセッサ４１及びスキャンコンバータ
４２を含む。パルス圧縮器３４は第１RFメモリ３４a、
第２RFメモリ３４b及び相関器３４cを有する。本発明は
改良ゴールレイコード及び相関器３４cを用いて信号対
雑音比(SNR)を改善することができる。
【００５８】送信集束遅延メモリ１４は超音波送信用遅
延パターンを格納し、送信パターンメモリ１３は送信コ
ードパターンを格納する。本発明によれば、送信コード
パターンは一対のゴールレイコードである。送信パター
ンメモリ１３に格納された送信コードパターンは、該遅
延パターンに従って遅延されるパルサー１２に供給され
る。この実施例において、送信パターンメモリ１３及び
送信集束遅延メモリ１４は予め計算された送信コードパ
ターン及び遅延パターンを格納し、図４に示したような
パルサー１２への入力を供給するが、遅延された送信コ
ードパターンを供給する回路またはソフトウェアを別途
に用いることもできる。
延パターンを格納し、送信パターンメモリ１３は送信コ
ードパターンを格納する。本発明によれば、送信コード
パターンは一対のゴールレイコードである。送信パター
ンメモリ１３に格納された送信コードパターンは、該遅
延パターンに従って遅延されるパルサー１２に供給され
る。この実施例において、送信パターンメモリ１３及び
送信集束遅延メモリ１４は予め計算された送信コードパ
ターン及び遅延パターンを格納し、図４に示したような
パルサー１２への入力を供給するが、遅延された送信コ
ードパターンを供給する回路またはソフトウェアを別途
に用いることもできる。
【００５９】使用するウィンドウに従って、パルサー１
２は送信パターンメモリ１３から供給された送信コード
パターンを増幅する。四角形ウィンドウを用いる場合、
パルサー１２の代わりに、二極パルスを送受信用スイッ
チ２１を通じてトランスデューサ列１へ供給する二極パ
ルサーを用いることができる。四角形ウィンドウ以外の
ウィンドウを用いる場合には、パルサー１２は二極パル
サー及び線形増幅器を備えて線形増幅された二極パルス
をトランスデューサ列１へ供給する。図１を参照して述
べたように、ゴールレイコードパターンの超音波送信の
際、固定集束技法または合成開口技法が用いられ得る。
２は送信パターンメモリ１３から供給された送信コード
パターンを増幅する。四角形ウィンドウを用いる場合、
パルサー１２の代わりに、二極パルスを送受信用スイッ
チ２１を通じてトランスデューサ列１へ供給する二極パ
ルサーを用いることができる。四角形ウィンドウ以外の
ウィンドウを用いる場合には、パルサー１２は二極パル
サー及び線形増幅器を備えて線形増幅された二極パルス
をトランスデューサ列１へ供給する。図１を参照して述
べたように、ゴールレイコードパターンの超音波送信の
際、固定集束技法または合成開口技法が用いられ得る。
【００６０】本発明によれば、トランスデューサ列１は
一対の改良ゴールレイコードのうちの第１コードgamに
対応する超音波パルスを送信し、該第１コードに対応す
る反射信号を受信する。この反射信号は人体等の客体か
ら反射される信号である。その後、トランスデューサ列
１は一対の改良ゴールレイコードのうちの第２コードg
bmに対応する超音波パルスを送信し、同様に第２コード
に対応する反射信号を人体から受信する。
一対の改良ゴールレイコードのうちの第１コードgamに
対応する超音波パルスを送信し、該第１コードに対応す
る反射信号を受信する。この反射信号は人体等の客体か
ら反射される信号である。その後、トランスデューサ列
１は一対の改良ゴールレイコードのうちの第２コードg
bmに対応する超音波パルスを送信し、同様に第２コード
に対応する反射信号を人体から受信する。
【００６１】図１を参照して述べたように、送受信用ス
イッチ２１はパルサー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。
イッチ２１はパルサー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。
【００６２】レシーバ３１が受け取った信号は高いサイ
ドローブを有するため、映像を形成するには不適であ
る。従って、本発明では、パルス圧縮器３４を用いて受
信信号を処理することによって、従来の短パルス撮像シ
ステムのような解像度を得る。
ドローブを有するため、映像を形成するには不適であ
る。従って、本発明では、パルス圧縮器３４を用いて受
信信号を処理することによって、従来の短パルス撮像シ
ステムのような解像度を得る。
【００６３】まず、パルス圧縮器３４において、レシー
バ３１が受け取ったRF信号は第１RFメモリ３４aに格納
される。各チャンネルに対するRF信号が第１RFメモリ３
４aに格納されているため、相関器３４cはハードウェア
またはソフトウェアとして選択的に具現されることがで
きる。また、ゴールレイコードの代わり従来の短パルス
を用いる場合、図４中の撮像システム４００は相関器３
４c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。
バ３１が受け取ったRF信号は第１RFメモリ３４aに格納
される。各チャンネルに対するRF信号が第１RFメモリ３
４aに格納されているため、相関器３４cはハードウェア
またはソフトウェアとして選択的に具現されることがで
きる。また、ゴールレイコードの代わり従来の短パルス
を用いる場合、図４中の撮像システム４００は相関器３
４c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。
【００６４】相関器３４cは、レシーバ３１から供給さ
れ第１RFメモリ３４aに格納されている信号の自己相関
値を計算する。
れ第１RFメモリ３４aに格納されている信号の自己相関
値を計算する。
【００６５】第２RFメモリ３４bは、ゴールレイコード
の自己相関値を一時格納する。一時格納が必要となる理
由は、ゴールレイコードの利用の際、２回の送受信が行
われるためである。図４において、第１RFメモリ３４a
及び第２RFメモリ３４bは別途に設けられているが、こ
れらのメモリは一体に具現することができる。また、設
計によっては、第１RFメモリ３４aを省略することがで
きる。第１RFメモリ３４aを用いる場合、RFデータが第
１RFメモリ３４aに格納されているので、本発明に加え
て多様な信号処理技法を適用し映像の画質を向上させる
ことが可能である。
の自己相関値を一時格納する。一時格納が必要となる理
由は、ゴールレイコードの利用の際、２回の送受信が行
われるためである。図４において、第１RFメモリ３４a
及び第２RFメモリ３４bは別途に設けられているが、こ
れらのメモリは一体に具現することができる。また、設
計によっては、第１RFメモリ３４aを省略することがで
きる。第１RFメモリ３４aを用いる場合、RFデータが第
１RFメモリ３４aに格納されているので、本発明に加え
て多様な信号処理技法を適用し映像の画質を向上させる
ことが可能である。
【００６６】相関器３４cが第２ゴールレイコードに対
する自己相関値を計算した後、計算した自己相関値と第
２RFメモリ３４b内に一時格納された自己相関値とを和
してパルス圧縮信号が求められる。その後、パルス圧縮
信号はビーム形成器３５へ供給される。
する自己相関値を計算した後、計算した自己相関値と第
２RFメモリ３４b内に一時格納された自己相関値とを和
してパルス圧縮信号が求められる。その後、パルス圧縮
信号はビーム形成器３５へ供給される。
【００６７】ビーム形成器３７は受信集束遅延調整器３
６からの受信集束遅延に基づいて、受信集束を行う。受
信集束の後、信号プロセッサ４１は包絡線検波及び対数
補償を行いBモードの映像信号を生成してスキャンコン
バータ４２へ供給する。スキャンコンバータ４２は受け
取ったBモードの映像信号を所望の映像信号に変換して
表示装置(図示せず)上で表示されるようにする。
６からの受信集束遅延に基づいて、受信集束を行う。受
信集束の後、信号プロセッサ４１は包絡線検波及び対数
補償を行いBモードの映像信号を生成してスキャンコン
バータ４２へ供給する。スキャンコンバータ４２は受け
取ったBモードの映像信号を所望の映像信号に変換して
表示装置(図示せず)上で表示されるようにする。
【００６８】また、前述したコード以外の多様な改良ゴ
ールレイコードが超音波送信時に用いられることができ
る。また、遅延パターン及び/またはコードパターンは
メモリに格納して用いたが、これらのパターンは多様な
方法を用いて計算することができる。また、図４に図示
したもの以外にも、多様な公知の超音波映像改善技法を
超音波撮像システム４００に用いることができる。
ールレイコードが超音波送信時に用いられることができ
る。また、遅延パターン及び/またはコードパターンは
メモリに格納して用いたが、これらのパターンは多様な
方法を用いて計算することができる。また、図４に図示
したもの以外にも、多様な公知の超音波映像改善技法を
超音波撮像システム４００に用いることができる。
【００６９】図５(a)〜図５(c)は各々、従来の短パルス
を用いた場合、ゴールレイコードを用いた場合及び改良
ゴールレイコードを用いた場合に相関信号のグラフであ
る。図５(a)及び図５(b)に示したように、ゴールレイコ
ードを用いる場合は、従来の短パルスを用いた場合に比
べ雑音のレベルが相当量減少したことが分かる。また、
図５(b)及び図５(c)に示したように、改良ゴールレイコ
ードを用いた場合は、ゴールレイコードを用いた場合に
比べSNRが４dB程度に増えたことが分かる。
を用いた場合、ゴールレイコードを用いた場合及び改良
ゴールレイコードを用いた場合に相関信号のグラフであ
る。図５(a)及び図５(b)に示したように、ゴールレイコ
ードを用いる場合は、従来の短パルスを用いた場合に比
べ雑音のレベルが相当量減少したことが分かる。また、
図５(b)及び図５(c)に示したように、改良ゴールレイコ
ードを用いた場合は、ゴールレイコードを用いた場合に
比べSNRが４dB程度に増えたことが分かる。
【００７０】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。
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。
【００７１】
【発明の効果】従って、本発明によれば、従来の超音波
トランスデューサの周波数スペクトルとよく一致する改
良ゴールレイコードの特性を用いて、超音波トランスデ
ューサにおける電力損失を低減することができ、信号対
雑音比をより一層向上させることができる。
トランスデューサの周波数スペクトルとよく一致する改
良ゴールレイコードの特性を用いて、超音波トランスデ
ューサにおける電力損失を低減することができ、信号対
雑音比をより一層向上させることができる。
【００７２】また、本発明によれば、ビーム形成以前に
RF信号に対してパルス圧縮を行うため、ビーム形成以後
に行う時発生する信号歪曲、特に近接フィールドにおけ
る信号歪曲を効果的に除去することができる。
RF信号に対してパルス圧縮を行うため、ビーム形成以後
に行う時発生する信号歪曲、特に近接フィールドにおけ
る信号歪曲を効果的に除去することができる。
【００７３】また、本発明によれば、改良ゴールレイコ
ードのみならず、多様なコード及び短パルスを用いるシ
ステムに対しても適用可能となるように設計することが
できる。
ードのみならず、多様なコード及び短パルスを用いるシ
ステムに対しても適用可能となるように設計することが
できる。
【図１】 従来の短パルス方式の超音波撮像システムの
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】 図２(a)〜図２（e)はそれぞれゴールレイコ
ードの特性を示すグラフである。
ードの特性を示すグラフである。
【図３】 図３(a)は改良ゴールレイコードの生成に用
いられるウィンドウを示す模式図であり、図３(b)及び
図３(c)は各々改良ゴールレイコードの特性を示すグラ
フである。
いられるウィンドウを示す模式図であり、図３(b)及び
図３(c)は各々改良ゴールレイコードの特性を示すグラ
フである。
【図４】 本発明の好適な実施例による超音波撮像シス
テムのブロック図である。
テムのブロック図である。
【図５】 図５(a)は従来の短パルスを用いた場合の相
関信号のグラフであり、図５(b)はゴールレイコードを
用いた場合の相関信号のグラフであり、図５(c)は改良
ゴールレイコードを用いた場合の相関信号のグラフであ
る。
関信号のグラフであり、図５(b)はゴールレイコードを
用いた場合の相関信号のグラフであり、図５(c)は改良
ゴールレイコードを用いた場合の相関信号のグラフであ
る。
１ トランスデューサ列
１２ パルサー
１３ 送信パターンメモリ
１４ 送信集束遅延メモリ
２１ 送受信用スイッチ
３１ レシーバ
３４ パルス圧縮器
３４a 第１RFメモリ
３４b 第２RFメモリ
３４c 相関器
３６ 受信集束遅延調整器
３７ ビーム形成器
４１ 信号プロセッサ
４２ スキャンコンバータ
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−127054（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61B 8/00 - 8/15
Claims (7)
- 【請求項１】 超音波パルスを客体に伝送し、該客体か
ら反射される信号を用いて該客体の映像を形成する超音
波撮像装置であって、 第１時限の間、一対の改良ゴールレイコードのうちの第
１コードに対する電圧を一つまたはそれ以上のトランス
デューサへ供給し、第２時限の間、前記一対の改良ゴー
ルレイコードのうちの第２コードに対する電圧を前記一
つまたはそれ以上のトランスデューサへ供給する手段
と、 前記第１時限の後に、前記客体から反射される第１超音
波パルス組の第１反射信号組を受信し、前記第２時限の
後に、前記客体から反射される第２超音波パルス組の第
２反射信号組を受信する手段と、 前記第１反射信号組及び前記第２反射信号組に対してパ
ルス圧縮を行って第１及び第２パルス圧縮信号を生成
し、前記第１パルス圧縮信号と前記第２パルス圧縮信号
とを加算するパルス圧縮手段と、 前記加算された信号を用いて受信集束信号を生成する手
段と、 前記受信集束信号を処理して得られる前記映像をディス
プレイする手段と、 を含み、 前記改良ゴールレイコードはその周波数特性がトランス
デューサの周波数特性と整合されるようにゴールレイコ
ードを変更させて生成される ことを特徴とする超音波撮
像装置。 - 【請求項２】 前記改良ゴールレイコードはその周波数
特性が前記トランスデューサの周波数特性と整合される
ようにゴールレイコードに二相ウィンドウを適用するこ
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
超音波撮像装置。 - 【請求項３】 前記二相ウィンドウが、二相四角形ウィ
ンドウ、二相ハミングウィンドウ、二相ハニングウィン
ドウ及び二相バーレット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１記載の超音波撮像装
置。 - 【請求項４】 前記パルス圧縮手段が、前記第１反射信
号組及び前記第２反射信号組に対する自己相関値を求め
る相関器を含むことを特徴とする請求項１記載の超音波
撮像装置。 - 【請求項５】 前記パルス圧縮手段が、前記第１反射信
号組の前記自己相関値を一時格納するメモリをさらに含
むことを特徴とする請求項４記載の超音波撮像装置。 - 【請求項６】 前記パルス圧縮手段が、前記第１反射信
号組及び前記第２反射信号組を格納するメモリをさらに
含むことを特徴とする請求項１記載の超音波撮像装置。 - 【請求項７】 前記パルス圧縮手段が、 前記第１反射信号組と前記第１改良ゴールレイコードと
の間のたたみ込みを行う手段と、 前記第２反射信号組と前記第２改良ゴールレイコードと
の間のたたみ込みを行う手段と、 をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の超音波撮
像装置。
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