JPH02114948A - 超音波パルス圧縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ この発明はパルス圧縮方式を採用する超音波診断装置に
用いるに好適な超音波パルス圧縮装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、超音波振動子から周波数が直線的に変化いるＦＭ
変調をかけた超音波（チャーブ波）を被検体に投射し、
該被検体から反射されたエコー信号をパルス圧縮するこ
とにより検知感度および距離分解能の向上を図ったパル
ス圧縮方式を採用する超音波診断装置が種々提案されて
いる。

第５図は特開昭５８−７３３４４号公報に開示された超
音波診断装置の構成を示すものである。この超音波診断
装置においては、チャーブ波発生回路ｌから第６図に示
すようにＴ時間の間に周波数がｆＬからΔｆ高いｆＮま
で直線的に変化するチャーブ信号を発生させ、これを送
信回路２で増幅して超音波振動子３に供給することによ
り被検体（図示せず）に超音波のチャープ波を投射する
ようにしている。また、被検体で反射されたチャーブは
振動子３で受波して電気信号に変換し、受信回路４で増
幅すると共に被検体の深度に応じてゲインを調整するＳ
ＴＣ等の処理を行った後パルス圧縮回路５に供給してチ
ャープ波１周期分のパルス全幅を圧縮するようにしてい
る。ここで、パルス圧縮回路５は第７図に示すように高
周波に対しては遅延量が小さく、低周波に対しては遅延
量が大きい周波数対遅延特性を有する分散遅延線が用い
られ、これによりチャープ波を第８図に示すように振幅
をｈ−７下倍に、パルス幅（−３ｄＢ）を１／Δｆに圧
縮するようにしている。パルス圧縮回路５で圧縮された
信号は、スキャンコンバータ６に供給し、ここで標準テ
レビ信号等に変換して表示装置７に表示するようにして
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来の超音波診断装置において
は、パルス圧縮回路５を構成する分散遅延線として、表
面弾性波を応用した特殊なＳＡ−フィルタを用いている
ため、次のような問題がある。

すなわち、超音波診断装置においては使用周波数が低く
、かつ帯域幅が広いため、それに適合するＳＡＷフィル
タの製造が困難である。また、超音波診断装置において
は、減衰の大きい被検体をパルス反射法で測定する際に
、エコーの返ってくる深さに応じてフィルタ特性をダイ
ナミックに可変して最適化する必要があるが、ＳＡＷフ
ィルタにおいては電極のピッチや長さ等の機械的な形状
によってフィルタ特性が固定され、上記のようなダイナ
ミック可変フィルタ特性を得ることができない。

このような問題を解決するため、本願人は特願昭６２−
２６１２００号において、ＳＡＷフィルタを用いること
なく、相関回路により時間領域においてエコー信号波形
と参照波とのたたみ込み積分を行うことにより相互相関
をとってエコー信号をパルス圧縮するようにした超音波
診断用パルス圧縮装置を既に提案している。この超音波
診断用パルス圧縮装置によれば、相関回路によりエコー
信号波形と参照波とのたたみ込み積分を行って相互相関
をとるようにしているので、ＳＡＷフィルりにおけるよ
うな使用周波数やその帯域幅に影舌されることなく、し
かもダイナミック可変フィルタ特性を有効に持たすこと
ができる。したがって、高解像度、高感度の超音波診断
装置を実現できるという利点がある。

しかし、本発明者による検討の結果、上述した本願人が
既に提案した超音波診断用パルス圧縮装置においては、
以下に説明するような問題があることが判明した。

すなわち、この超音波診断用パルス圧縮装置においては
、相関回路においてエコー信号と参照波とのたたみ込み
積分を行うために、デイレイラインを用いて等しい時間
間隔のタップ毎にエコー信号の瞬間電圧を取り出し、こ
れらタップ毎の瞬間電圧により参照波抵抗列を流れる電
流の総和を求めるように、該相関回路をアナログ回路を
もって構成している。このため、回路を構成する素子の
非線形特性によりエコー信号と参照波との相関性が阻害
され、距離分解能やダイナミックフィルタ特性が悪化す
るという問題がある。

この発明は、このような問題点に着目してなされたもの
で、エコー信号と参照波との相関性を高め、距離分解能
およびダイナミックフィルタ特性を向上できるよう適切
に構成した超音波パルス圧縮装置を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕上記目的を達
成するため、この発明では超音波振動子から得られるエ
コー信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、こ
のＡ／Ｄ変換器の出力とこれをパルス圧縮するための参
照波との相互相関をデジタル処理で行う相関手段と、こ
の相関手段の出力を参照波の一周期に亘って累算するｒ
Ａ算手段とを有するデジタル回路をもって超音波パルス
圧縮装置を構成してエコー信号をパルス圧縮するように
する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の第１実施例を示すものである。この
超音波パルス圧縮装置１０は、第５図において超音波振
動子３で受波され、受信回路４を経て出ツノされるエコ
ー信号（チャープ波）を、チャープ波の最高周波数の２
〜３倍の周波数のマスタークロツタ（ＣＫ）の立ち上が
りでサンプリングしてｎ個のデジタル信号に変換するＡ
／Ｄ変換器１１と、このＡ／Ｄ変換器１１の出力を受け
るｎ個の相関ニュッｈ１２−１〜１２−ｎと、１クロツ
タずつ位相の異なるｎ個のデジタルの参照波（チャープ
波）１〜ｎを発生する参照波発生回路１３と、各種のタ
イミング信号を発生するタイミング信号発生回路１４と
を有する。相関ユニッ目２−１には、乗算器１５−１と
、加算器１６−１およびラッチ１７−１より成る累算器
１８−１と、ラッチ１９−１とを設け、乗算器１５−１
の出力を加算器１６−１の一方の入力端に、この加算器
１６−１の出力をラッチ１７−１にそれぞれ供給し、ラ
ッチ１７−１の出力をラッチ１９−１および加算器１６
−１の他方の入力端にそれぞれ供給するようにする。他
の相関ユニット１２−２〜１２−ｎも相関ユニッｌ−１
２−１と同様に構成して、各相関ユニットの乗算器１５
−１〜１５−ｎの一方の入力端にＡ／Ｄ変換器１１の出
力を、他方の入力端に参照波発生回路１３からのＩＣＫ
ずつ位相の異なるｎ相の参照波１〜ｎを繰り返しそれぞ
れ供給し、ラッチ１９−１〜１９−ｎの出力端をワイヤ
ードＯｆ？接続してその出力を第５図に示すスキャンコ
ンバータ６に供給するようにする。なお、ラッチ１７−
１〜１７−ｎおよび１９−１〜１９−ｎにはＣにを供給
して、Ａ／Ｄ変換器１１におけると同様にその立ち上が
りで動作させるようにする。また、ラッチ１７−１〜１
７−ｎのクリア端子（ＣＬＲ）には、タイミング信号発
生回路１４からＩＣＫずつ位相が異なり、ｎ　ＣＫ毎に
ローレベルとなる相関開始信号５ＴＡＲＴ＋−をそれぞ
れ供給シ、ＣＬＲ端子がローレベルのときに内部レジス
タをクリアするようにする。更に、ラッチ１９−１〜１
９−ｎの出力制御端子（ＯＣ）には、当該相関ユニット
に供給される相関開始信号からＩｃＫ遅れてｎＣＫ毎に
ローレベルとなる出力制御信号ＯＣＩ〜ＯＣｎをタイミ
ング信号発生回路１４からそれぞれ供給し、ＯＣ端子が
ローレベルのときにラッチしたデータを出力するように
する。

以下、この実施例の動作を第２図に示すタイミングチャ
ートを参照しながら説明する。

相関ユニッ目２−１においては、その乗算器１５−１に
Ａ／Ｄ変換器１１でデジタル信号に変換されたエコー信
号と、参照波発生回路１３からのデジタルの参照波１と
が供給され、ここでエコー信号と参照波１との相互相関
がとられ、累算器１８−１で累算される。なお、参照波
ｌは１周期がｎ　ＣＫ分のパルス幅を持った送信チャー
ブ波と相似な波形が周期的に繰り返し現われる信号であ
り、参照波２〜ｎはこの参照波１とＩＣＫずつ位相が異
なっている。

累算器１８−１のラッチ１７−１のＣＬＲ端子に入力さ
れる５ＴＡＲＴ、は、ｎ　ＣＫ毎に１回、参照波１の先
ＷＵ（ＴＩ）でローレベルとなり、これによりラッチ１
７−１の内部レジスタがクリアされ、次に５ＴＡＲＴ、
がローレベルになる直前（Ｔｎ）までの間、乗算器１５
−１で相互相関がとられた信号が累算農工８−１でｎ回
累算されてラッチ１７−１にラッチされる。このラッチ
１７−１の出力はラッチ１９−１でラッチされ、累算が
完了した時点（Ｔｌｌ。２）でＯＣＩがローレベルにな
ることによりスキャンコンバータに出力される。

このように、相関ユニット１２−１においては、Ｔ、〜
Ｔ、、までのｎ　ＣＫの期間のエコー信号を参照波１で
圧縮してＴ７゜２で出力する。同様に、相関ユニット１
２−２においては、Ｔ２〜ＴＲ４１までのｎＣＫの期間
のエコー信号を参照波２で圧縮してＴ７゜。

で出力し、また相関ユニット１２−ｎにおいてはＴ７〜
Ｔｔｎ−１までのｎＣにの期間のエコー信号を参照波ｎ
で圧縮してＴ１＋１で出力する。したがって、スキャン
コンバータには常にパルス圧縮された信号がとぎれるこ
となく供給されることになる。

以上のように、この実施例によれば、パルス圧縮回路を
デジタル素子で構成したので、個々の素子のバラツキや
特性の非線形性の影響を受けず、エコー信号と参照波と
の相関性を常に良好に保つことができる。また、短期的
な温度変化や電源変動によるドリフト、長期的な部品劣
化によるドリフトの９５９を受けることがないと共に、
複雑な回路調整も不用となる。

第３図はこの発明の第２実施例を示すものである。この
超音波パルス圧縮装置２０は、エコー信号（チャープ波
）をその最高周波数の２〜３倍の周波数のマスタークロ
ック（ＣＫ）の立ち上がりでサンプリングして第４図に
示すようにＭ１〜Ｍ、のｎ個のデジタル信号に変換する
第１実施例と同様なＡ／Ｄ変換器２１と、このＡ／Ｄ変
換器２１の出力を受けるｎ個の相関ユニット２２−１〜
２２−ｎとを有する。

相関ユニット２２−１にはＲＯＭ　２３−１およびラッ
チ２４−１を設け、ＲＯＭ　２３−１の出力をラッチ２
４−エに供給するようにする。また、相関ユニット２２
−２には１２０Ｍ　２３−２、加算器２５−２およびラ
ッチ２４−２を設け、ＲＯＭ　２３−２の出力を加算器
２５−２の一方の入力端子に供給し、加算器２５−２の
出力をラッチ２４−２に供給するようにする。他の相関
ユニット２２−３〜２２−ｎも相関ユニット２２−２と
同様に構成して、各相関ユニッ）２２−１〜２２−ｎの
ＲＯＭ　２３−１〜２３−　ｎにＡ／Ｄ変換器２１の出
力を供給し、ラッチ２４−１〜２４−（ｎ−１）の出力
をそれぞれ次段の相関ユニッ）２２−２〜２２−ｎの加
算器２５−２〜２５−ｎの他方の入力端に供給して、最
終段の相関ユニット２２−ｎのラッチ２４−ｎの出力を
第５図に示すスキャンコンバータ６に供給するようにす
る。なお、ラッチ２４−１〜２４−ｎにはＣＫを供給し
て、Ａ／Ｄ変換器２１におけると同様にその立ち上がり
で動作させるようにする。また、１７０Ｍ　２３−１〜
２３−ｎ、＋には、第４図に示すような参照波の各成分
に、　−Ｋ、と入力されるエコー信号とを乗算した結果
を出力するような相関テーブルを書き込んでおく。

以下、この実施例の動作を第４図を参照しながら説明す
る。

ＲＯＭ　２３−１〜２３−ｎにエコー信号が入力される
と、ＣＫのｔ１期間にＲＯＭ　２３−１からは参照波の
成分に、とエコー信号の成分Ｍ１とが乗算された結果が
出され、同様にＲＯＭ　２３−２〜２３−ｎからは参照
波の成分に２〜に７の各々とエコー信号の成分門、とが
乗算された結果が出力される。次に、＋２の期間にはＲ
ＯＭ　２３−２　カラ１ｈトＭｚ！：ヲ乗算Ｌｆ結果（
ＫｚＸＭｚ）が加算器２５−２の一方の入力端に供給さ
れると共に、この加算器２５−２の他方の入力端には前
段のラッチ２４−１で一旦ラッチされたに！ＸＭＩが供
給され、その出力はに、ＸＭ、十に２×Ｍ２となる。こ
の加算器２５−２の出力はラッチ２４−２でラッチされ
、次のも３の期間において次段の加算器２５−３の他方
の入力端に供給されてＲＯＭ　２３−３の出力と加算さ
れる。

このように、相関ユニット２２−１〜２２−（ｎ−１）
の各出力は次々と次段の相関ユニッｌ−２２−２〜２２
−ｎの加算器２５−２〜２５−ｎとラッチ２４−２〜２
４−ｎで累算され、ｎ個の相関ユニット２２−１〜２２
−ｎを通過することで参照波１周期分の相関がエコー信
号と参照波との間でとられることになり、Ｌｌから＋７
までのエコー信号をパルス圧縮した結果かも、、ｉ＋の
期間に最終段のラッチ２４−ｎから出力される。同様に
、最終段のラッチ２４−ｎからは、ｔ□２の期間にＬｔ
−ｔ、、＋１　の期間のエコー信号をパルス圧縮した結
果が出力される。このようにして、ラッチ２４−ｎから
は常にパルス圧縮された結果が出力される。

この実施例によれば、第１実施例と同様の効果を得るこ
とができる他、ＲＯＭを用いて相関結果を得るようにし
たので、第１実施例のように乗算器を用いて相関を行う
場合に比べ安価にできると共に、第１実施例のような参
照波発生回路やタイミング信号発生回路が不要となり、
装置全体を簡単かつ安価にできるという利点がある。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によればエコー信号と参照
波との相互相関をデジタル処理で行うようにしたので、
これらの相関をアナログ処理で行う場合に比べ相関性を
十分高めることができ、したがって距離分解能およびダ
イナミックフィルタ特性を十分向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示すブロック図、 第２図はその動作を説明するためのタイイミングチヤー
ド、 第３図はこの発明の第２実施例を示すブロック図、 第４図はその動作を説明するための図、第５図、第６図
、第７図および第８図は従来の技術を説明するための図
である。 １０・・・超音波パルス圧縮装置 １１・・−Ａ／Ｄ変換器 １２−１〜１２−ｎ・・・相関ユニット１３・・・参照
波発生回路 １４・・・タイミング信号発生回路 １５−１〜１５−　ｎ　−”乗算器 １６−１〜１６−ｎ・・・加算器 １７−１〜１７−　ｎ−・・ラッチ １日−１〜１８−ｎ・・・累算器 １９−１〜１９−ｎ・・・ラッチ ２０・・・超音波パルス圧縮装置 ２１・・・Ａ／Ｄ変換器 ２２−１〜２２−ｎ・・・相関ユニッ ２３−１４２３−　ｎ　・ＲＯＭ ２４−１〜２４−　ｎ　−ラッチ ２５−２〜２５−ｎ・・・加算器 ト 特許出願人　　　オリンパス光学工業株式会社第４図 第５図 第６図 第７０ 第８図 １、明細書第２頁第４行の「されている」の後に「（例
えば、特開昭５８−７３３４４号公報参照）」を加入し
、 同頁第５行の「特開昭５８−７３３４４号公報に開示さ
れた」を「パルス圧縮方式を採用する従来の一般的な」
に訂正する。 ２、同第４頁第１８行〜第５頁第１行を削除する。 ３、同第５頁第２行の「すなわち」を「しかしながら」
に訂正し、 同頁第３行の「おいては」を「おいても」に訂正し、 同頁第１０行の「非線形特性」を「バラツキ、温度ドリ
フト等の非線形特性」に訂正する。 正　　書 昭和６３年１２月１２日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、超音波振動子から得られるエコー信号と参照波との
   相互相関を行って、エコー信号をパルス圧縮する超音波
   パルス圧縮装置であって、前記エコー信号をデジタル信
   号に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の出力
   と参照波との相互相関をデジタル処理で行う相関手段と
   、この相関手段の出力を参照波の一周期に亘って累算す
   る累算手段とを具える超音波パルス圧縮装置。