JPH024290B2

JPH024290B2 -

Info

Publication number: JPH024290B2
Application number: JP54063326A
Authority: JP
Inventors: Aanesuto Engeraa Uiriamu; Jonson Taiman Jeroomu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-05-24
Filing date: 1979-05-24
Publication date: 1990-01-26
Also published as: GB2022251A; DE2920852C2; NL186878C; GB2022251B; FR2426911A1; US4155258A; NL186878B; FR2426911B1; NL7904073A; DE2920852A1; JPS55495A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は超音波作像装置、更に具体的に云え
ば、その信号処理装置に関する。

人体の軟らかい組織の特徴の様な物点を作像す
る超音波作像装置において、送信用及び受信用の
両方の変換器として作用する変換器配列を持つて
いる。配列の各々の個別の変換器の共振波数は実
質的に同じである。配列の個々の変換器を電気パ
ルスによつて順次励振し、個々の変換器の共振周
波数の数発振サイクルから成る超音波バーストを
発生する。超音波バーストが配列を取巻く空間又
は物体領域に結合される。超音波バーストは、物
点又は物体領域内の組織に入射すると、エコーを
発生し、エコーが反射して、配列の個々の変換器
によつて受信され、その中に電気信号を発生する
が、この信号は典型的には数サイクルの持続時間
を持つ。物点から変換器までのエコー伝播時間に
差がある為、電気信号は変換器には相異なる時刻
に到達する。夫々の物点からの各々のエコーが、
各々の変換器で１つの電気エコー信号という様
に、夫々一組の電気エコー信号を発生する。各々
のエコー信号の発生時点は、夫夫の変換器と物点
との間の距離に関係する。前述の予定の周波数と
略同じ周波数であるが、相対的な位相が異なる複
数個の第１の復調用信号を用意する。夫々のエコ
ー信号の位相に対する各々の第１の復調用信号の
位相は略同じ値に定める。変換器から得られたエ
コー信号を復調する手段をも設ける。この手段
は、各々のエコー信号を夫夫１つの第１の復調用
信号と混合して、夫々の第１の被復調信号を求め
ることを含む。各々の第１の被復調信号を、夫々
の変換器と物点の間の距離に対応する夫々の予定
の期間の間遅延させて、各々の第１の被復調信号
が同時に発生する様にする手段を設ける。遅延さ
せた第１の被復調信号を加算した第１の和信号を
求める第１の手段を設ける。予定の周波数と略同
じ周波数の複数個の第２の復調用信号をも発生す
る。各々の第２の復調用信号は夫々１つの第１の
復調用信号に対して直角位相である。変換器から
得られたエコー信号を復調する第２の手段を設け
る。この手段は、各々のエコー信号を夫々１つの
第２の復調用信号と混合して、夫々の第２の被復
調信号を求めることを含む。各々の第２の被復調
信号を、夫々の変換器と物点の間の距離に対応す
る夫々の予定の期間だけ遅延させて、各々の第２
の被復調信号が夫々の第１の被復調信号と同時に
発生する様にする第２の手段を設ける。遅延させ
た第２の被復調信号を加算して第２の和信号を求
める手段を設ける。第１の和信号の自乗と第２の
和信号の自乗の和の単調関数である合成信号を形
成する手段を設ける。

前掲特許願の装置では、各々の第１の被復調信
号及び各々の第２の被復調信号は、第１の被復調
信号及び第２の被復調信号が同時に発生する様に
する為、夫々の変換器と物点の間の距離に対応す
る予定の遅延時間を持つている。各々の遅延時間
は２成分に分けることが出来る。一方をビーム方
向ぎめ遅延時間と呼び、他方を集束用遅延時間と
呼ぶ。ビーム方向ぎめ遅延時間は、平面波状態で
存在する伝播通路の遅延時間の差を正確に補償
し、集束用遅延時間は、物点から配列内の種々の
変換器までの伝播通路の差を補償する。方向ぎめ
遅延時間は所定のビーム角度位置に対して固定で
あり、集束用遅延時間は距離の関数である。こう
いう遅延はCCD遅延線の様な適当な特性を持つ
サンプル・データ遅延線によつて行うことが出来
る。所要の範囲の遅延作用を持たせる為には、長
い遅延線が使われる。この遅延線の遅延を比較的
頻繁に変更する時、出力に人為的な要素が介入し
て、その出力が変わり、装置の性能が劣化する。

本発明は、以上の点に鑑みなされたものであつ
て、上述した如き従来技術の欠点を解消し、固定
焦点を設けることにより操作性を向上させ且つ構
成を簡単化させたコヒーレント復調可能な超音波
作像装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、コヒーレント復調可能な超音
波作像装置において、固定焦点を与えるために変
換器配列を湾曲して配列するか又は変換器配列に
隣接して集束性音響レンズ等を設けている。この
ように、固定焦点が設けられているので、信号処
理によて信号に遅延を与える必要性が緩和され、
装置はそれだけ簡単化され、処理速度は向上され
る。この発明では、広い範囲にわたつて正確な遅
延時間による集束作用を行う為に行う必要のある
集束用遅延の変化が比較的小さく、しかも所望の
区域に固定焦点を設ければ、十分適切であること
が判つた。この目的の為、この発明では、装置に
固定焦点を作る集束手段を用いることにより、焦
点からのエコーによつて発生されるエコー信号か
ら形成される第１の被復調信号が同時に発生する
様にする。焦点は配列に対する法線上で、特にエ
コーを検出しようとする区域又は扇形を中心とし
て、それから適当な距離の所におくことが出来
る。更に、各々の第１の被復調信号を、夫々の変
換器と物点との間の距離を配列の中点又は中心と
物点との間の軸線上に投影した長さに対応する
夫々の予定の期間だけ遅延させる手段を設け、こ
うして各々の第１の被復調信号が略同時に発生す
る様にする。各々の第２の被復調信号を、夫々の
変換器と物点との間の距離を配列の中心と物点と
の間の軸線上に投影した長さに対応する夫々の予
定の期間だけ遅延させる第２の手段を設け、こう
して各々の第２の被復調信号が第１の被復調信号
と略同時に発生する様にする。

この発明に特有と考えられる新規な特徴は、特
許請求の範囲に具体的に記載してあるが、この発
明の構成並びに作用は、その他の目的並びに利点
と共に、以下図面について説明する所から最もよ
く理解されよう。

第１図に、この発明の１実施例による超音波作
像装置１０の全体的な構成がブロツク図で示され
ている。超音波作像装置１０が変換器配列１１、
ダイプレクサ回路１２、送信機１３及び受信機１
４を含む。この発明のこの実施例では、変換器配
列１１は線形配列であり、複数個の変換器１５が
中心間間隔ｄで等間隔に配置されている。図示の
様に、変換器配列は送信配列及び受信配列の両方
として作用する。送信機１３が一連の電気パルス
１６を発生し、これがダイプレクサ回路１２を介
して変換器１５に印加される。変換器１５で発生
された超音波バーストが配列の近くの物体空間に
出て行く。超音波バーストは、全体として、パル
ス１６の直線的なタイミング順序に関係した予め
選ばれた方位に向けられる。配列の中点の周りの
方位方向に於ける超音波バーストの強度又は振幅
の変動が配列のビームと呼ばれる。配列１１のビ
ーム１７が、配列１１の中点に対する法線１９に
対して角度θをなす軸線１８を持つことが示され
ている。配列の１端（ｉ＝１）から他端（ｉ＝
ｎ）への各々のｉ番目の信号に対し、平面波状態
で存在する伝播通路の遅延時間の差を正確に補償
する為に加えられる遅延時間増分T_iは次の式で定
められる。

T_i＝（ｉ−１）ｄ sinθ／ｃ (1) こゝでｃは配列の近くの物体領域に於ける超波
波の速度である。

相次ぐ励振パルスの間の遅延時間を漸進的に変
えることにより、法線１９の一方の側での角度θ
を増分的に変化させて、画像を構成する相次ぐ走
査線方向に送信ビームを方向ぎめする。法線１９
の反対側では、励振パルス１６のタイミングを反
転して、変換器が逆の順序で付勢される様にす
る。標的又は物点２０の様に、物体領域内にある
標的に入射した超音波バーストによつて発生され
たエコーが、物点２０から変換器までの伝播通路
の差の為、相異なる時刻に変換器１５によつて感
知される。エコーによつて変換器１５に発生され
るエコー信号をダイプレクサ回路１２を介して受
信機１４に送り、そこで大体一定レベルまで増幅
する。物点からのエコーによつて発生された電気
信号を同時に加算する為、変換器１５に関連した
受信機の信号処理チヤンネルに遅延時間を導入す
る。線形配列の場合、夫々の変換器に関連した各
チヤンネルに導入される遅延は２成分に分けるこ
とが出来る。一方はビーム方向ぎめ遅延時間と呼
び、他方は集束用遅延時間と呼ぶ。受信用の方向
ぎめの遅延時間は送信用のビーム方向ぎめ遅延時
間と同じである。前掲特許願の装置では、距離の
関数としての集束用遅延時間が各チヤンネルに導
入され、物点から配列内の種々の変換器位置まで
の伝播通路の遅延の差を補償する。各々の変換器
に対する集束用遅延増分は次の式で定められる。

T_k＝a²〔１−（x_k／ａ）²〕cos²θ／2Rc (2) こゝでａは配列の半開口距離、Ｒは焦点距離、
即ち物点までの距離、ｃは物体領域に於ける超音
波の速度、x_kは配列の中心からｋ番目の素子まで
の距離、T_kは物点２０の様な物点からのエコー
によつて発生された電気信号をコヒーレントに加
算する為の、ｋ番目の素子からの信号に伴う遅延
時間である。超音波エコーが最初は配列の中心の
変換器に到着し、端の変換器には最後に到着する
とき、中心の変換器からのエコー信号に最大の遅
延が加えられることが理解されよう。更に、変換
器からのエコー信号に対する遅延は、開口のみか
けの幅がビーム角θの余弦で変化するとき、ビー
ム角の余弦の自乗の形で変化する。前掲特許願の
装置では、受信用焦点を動的に変えて、エコー受
信期間の間にエコーを受信する距離を追跡する。
この発明では、広い範囲にわたつて正確な遅延時
間による集束作用をする為にしなければならない
集束用の遅延が比較的小さいこと、並びに所望の
区域に固定焦点を設ければ十分適切であることが
判つた。この発明では、後で第２図及び第５図に
ついて詳しく説明する様に、固定焦点を用いる。
パルス１６をパルス繰返し速度と呼ぶ速度で周期
的に繰返し、物点から各々の変換器に対して対応
するエコー・パルスを発生させ、これが受信機の
各チヤンネルにエコー信号を生ずる。相次ぐ励振
パルスの間の遅延時間を漸進的に変えると共に、
受信信号に関連する遅延時間を漸進的に変えるこ
とにより、ビーム１７の角度θを増分的に変え
る。受信機の出力に発生される信号をオツシロス
コープ（図に示してない）に適当に表示して、物
体領域、例えば人体の一部分を表示する。物点か
ら出るエコーをコヒーレントに加算する為に遅延
時間による適切な補償を使えば、配列はこの他の
形にすることが出来る。

第２図は、この発明の実施例に従つてエコー信
号を処理する為に、超音波作像装置で使われる装
置の機能的なブロツク図である。この装置は、略
同じ共振周波数を持つ変換器１５の配列１１を含
む。説明を簡単にする為、配列１を線形配列とし
て示してあるが、他の任意の適当な形であつてよ
い。点２０が配列を取巻く物体領域内の物点を表
わす。配列によつて発生された超音波の数サイク
ルから成るバーストが物点２０に当り、エコーを
発生する。配列の複数個の変換器によつて発生さ
れたバーストは、配列の中心から出たものとみな
すことが出来る。エコーは、物点２０と配列の変
換器との間の距離に応じて、相異なる時刻に配列
の種々の変換器で受信される。このエコーによ
り、各々の変換器で１つずつ、変換器内で一組の
エコー信号が発生される。変換器１５−１及び１
５−２で発生されるエコー信号の処理を具体的に
説明する。他の変換器で発生されるエコー信号が
同様に処理されることは云う迄もない。変換器１
５−１は配列の中心にあり、変換器１５−２は配
列の中心より上側にある。線２１は物点２０から
変換器１５−１の中心へ反射されたエコーの伝播
通路を表わす。線２２は物点２０から変換器１５
−２へ反射されたエコーの伝播通路を表わす。

変換器１５−１で発生されたエコー信号をエコ
ー信号No.１と呼び、変換器１５−２で発生された
エコー信号をエコー信号No.２と呼ぶ。各々のエコ
ー信号No.１及びNo.２、並びに配列の他の各々の変
換器で発生されたエコー信号が、チヤンネルと
呼ぶ夫々の信号処理チヤンネルで処理される。
各々のチヤンネルは復調波及び遅延作用を行
なう。各々のエコー信号No.１及びNo.２並びに配列
の他の変換器で発生された他のエコー信号が、復
調、波及び遅延作用がやはり行われる夫々のＱ
信号処理チヤンネルでも処理される。各々のＱチ
ヤンネルで使われる復調用信号は、夫々のチヤ
ンネルに於ける復調過程で使われる復調用信号に
対して直角位相に定められる。チヤンネルの遅
延信号をコヒーレントに加算し、第１の和信号を
求めると共に、Ｑチヤンネルの遅延信号もコヒー
レントに加算し、第２の和信号を求める。第１の
和信号及び第２の和信号から、物点２０からの反
射を表わす合成信号が発生される。

こゝで第３Ａ図乃至第３Ｌ図をも参照する。第
２図のブロツク図に於ける、第３Ａ図乃至第３Ｌ
図に示した信号の発生点が、その信号を示す第３
図の文字によつて第２図で示されている。変換器
１５−１で発生されたエコー信号No.１が第３Ａ図
に示されている。エコー信号No.１のピークは、配
列から発射された超音波バーストのピークの発生
時点t₀より後の時刻t₁に発生する。エコー信号No.
１のピークの発生時点t₁は、物点２０と変換器１
５−１との間の距離２１に関係する。エコー信号
No.１が第１の復調器２５に印加される。復調器２
５には、源２６から、第３Ｂ図に示す第１の復調
用信号No.１も印加される。第１の復調用信号No.
１、及びこの発明で第１の復調用信号と呼ぶ他の
信号は、変換器の共振周波数に略等しい基本周波
数を持つている。第１の復調用信号の波形は正弦
波として示してあるが、矩形波の様な他の波形に
することも出来る。第１の復調用信号No.１がエコ
ー信号No.１から位相変位αだけ位相が遅れること
が示されている。第１の復調器２５がその出力
に、第３Ｅ図に示す第１の被復調信号No.１を発生
する。これはエコー信号No.１と第１の復調用信号
No.１との積を表わす。第１の被復調信号No.１が低
域波器２７に印加され、この波器が第３Ｇ図
に示すその包絡線を再生する。遅延線２８が波
された第１の被復調信号No.１に予定の遅延を加
え、この為、同様に処理された、配列の他の変換
器に対するチヤンネル信号が同時に発生し、こ
うしてコヒーレントに加算することが出来る。遅
延させ且つ波した第１の被復調信号No.１が第３
Ｊ図に示されており、これを第１の遅延信号No.１
と呼ぶ。

変換器１５−２で発生されたエコー信号No.２が
第３Ｃ図に示されている。エコー信号No.２のピー
クは、配列から発射された超音波バーストのピー
クの発生時点t₀より後の時刻t₂に発生することが
示されている。エコー信号No.２のピークの発生時
点t₂は、物点２０と変換器１５−２との間の距離
２２に関係する。エコー信号No.２が復調器３１に
印加される。この復調器には、源３２から、第３
Ｄ図に示す第１の復調用信号No.２も印加される。
第１の復調用信号No.２は位相変位αだけ、エコー
信号No.２に対して位相が遅れる様に定めている。
この位相変位は、エコー信号No.１と第１の復調用
信号No.１との場合と同じである。この条件を充た
す為、第１の復調用信号No.２の位相を第１の復調
用信号No.１の位相に対し、伝播距離２１，２２の
差に応じた分だけ変える。第３Ｆ図に示す第１の
被復調信号No.２が第１の復調器３１の出力に現わ
れる。これはエコー信号No.２と第１の復調用信号
No.２との積を表わす。低域波器３３で波され
た後、第３Ｈ図に示す第１の被復調信号No.２の包
絡線が再生される。第１の被復調信号No.２は遅延
線３４によつて遅延させられて、遅延させ且つ
波した第１の被復調信号No.１、及びチヤンネル
の他の遅延させ且つ波した第１の被復調信号の
発生時点と同時に発生する様にする。遅延させ且
つ波した第１の被復調信号No.２が第３Ｋ図に示
されており、これを第１の遅延信号No.２と呼ぶ。

第１の遅延信号No.１及び第１の遅延信号No.２が
加算増幅器３５で加算され、第３Ｌ図に示す第１
の和信号になる。配列の他の各々の変換器で発生
されたエコー信号が同様に処理され、矢印３６で
包括的に示す様に加算されて、加算増幅器３５の
出力に、配列の変換器で発生された全てのエコー
信号の、第１の和信号に対する寄与を表わす振幅
の大きい信号Σを生ずる。

こゝで更に第４Ａ図乃至第４Ｍ図を参照する。
第４Ａ図乃至第４Ｍ図の信号が第２図のブロツク
図で発生される点が、第２図では第４図の信号を
表わす図面の文字にダツシを付けて表わされてい
る。

変換器１５−１で発生されるエコー信号No.１が
第４Ａ図に示されている。第３Ａ図について述べ
た様に、エコー信号No.１のピークは、配列から発
射された超音波バーストのピークの発生時点t₀よ
り後の時刻t₁に発生する。エコー信号No.１のピー
クの発生時点t₁は、物点２０と変換器１５−１と
の間の距離２１に関係する。エコー信号No.１が第
２の復調器４１に印加される。この復調器には、
源４２から、第４Ｂ図に示す第２の復調用信号No.
１も印加される。第２の復調用信号No.１及びこの
明細書で説明しないその他の第２の復調用信号
は、変換器の共振周波数と略等しい基本周波数を
有する。第２の復調用信号の波形を正弦波として
示してあるが、矩形波の様な他の波形を使うこと
が出来る。第２の復調用信号No.１は第１の復調用
信号No.１の位相に対して90゜遅れる様に、又はエ
コー信号No.１の位相に対してα＋90゜位相が遅れ
る様に定められる。第２の復調器４１がその出力
に、第４Ｅ図に示す第２の被復調信号No.１を発生
する。これはエコー信号No.１と第２の復調用信号
No.１との積を表わす。第２の被復調信号No.１が低
域波器４３に印加され、これが第４Ｇ図に示す
その包絡線を再生する。遅延線４４が波された
第２の被復調信号No.１に予定の遅延を加え、この
為、配列の他の変換器からの同様に処理されたＱ
チヤンネル信号は同時に発生し、この為コヒーレ
ントに加算することが出来る。遅延させ且つ波
した第２の被復調信号No.１が第４Ｊ図に示されて
おり、これを第２の遅延信号No.１と呼ぶ。

変換器１５−２で発生されたエコー信号No.２が
第４Ｃ図に示されている。前に第３Ｃ図について
述べた様に、エコー信号No.２のピークは、配列か
ら発射された超音波バーストのピークの発生時点
t₀より後の時刻t₂に発生することが示されてい
る。エコー信号No.２のピークの発生時点t₂は、物
点２０と変換器１５−２との間の距離２２に関係
する。エコー信号No.２が第２の復調器４５に印加
される。この復調器には源４６から、第４Ｄ図に
示す第２の復調用信号No.２も印加される。第２の
復調用信号No.２は、第１の復調用信号No.２の位相
よりも90゜遅れる様に、又はエコー信号No.２の位
相よりもα＋90゜位相が遅れる様に定められる。
第２の復調器４５の出力には、第４Ｆ図に示す第
２の被復調信号No.２が現われる。これはエコー信
号No.２と第２の復調用信号No.２との積を表わす。
第２の被復調信号No.２が低域波器４７に印加さ
れ、これが第４Ｈ図に示す、第２の被復調信号No.
２の包絡線を再生する。遅延線４８が波された
第２の被復調信号No.２に予定の遅延を加えるの
で、配列の他の変換器からの、同様に処理された
Ｑチヤンネル信号が同時に発生し、この為コヒー
レントに加算することが出来る。遅延させ且つ
波した第２の被復調信号No.２が第４Ｋ図に示され
ており、これを第２の遅延信号No.２と呼ぶ。

第２の遅延信号No.１及び第２の遅延信号No.２を
加算増幅器４９で加算して、第４Ｌ図に示す第２
の和信号とする。配列の他の各々の変換器で発生
されたエコー信号が同様に処理されて、矢印５０
で包括的に示す様に加算され、加算増幅器４９の
出力には、配列の変換器で発生された全てのエコ
ー信号の、第２の和信号に対する寄与を表わす振
幅の大きい信号ΣQが得られる。

加算増幅器３５の出力から第１の和信号、及び
増幅器４９の出力からの第２の和信号が回路５１
に印加され、第１の和信号の自乗及び第２の和信
号の自乗の和の単調関数である合成信号が取出さ
れる。更に具体的に云うと、この回路は、第１の
和信号の自乗と第２の和信号の自乗との和の平方
根に比例する合成信号を発生する。回路５１は、
その振幅が、夫々１つのエコー信号に対する各々
の第１の復調用信号の位相の設定に無関係であ
り、また各々の第２の復調用信号が夫々１つの第
１の復調用信号に対して直角位相関係に定められ
ているから、夫々１つのエコー信号に対する各々
の第２の復調用信号の設定にも勿論無関係である
様な合成信号を発生する。これは、次の例を考え
れば容易に理解されよう。第３Ｂ図の第１の復調
用信号No.１が第３Ａ図のエコー信号No.１の位相に
対してα度だけ遅れているから、第３Ｅ図の第１
の被復調信号No.１のピーク振幅は、第３Ｂ図の第
１の復調用信号No.１が第３Ａ図のエコー信号No.１
と同相である場合に第１の被復調信号No.１が持ち
得る最大値のcosα倍に等しい。第４Ｂ図の第２
の復調用信号No.１がエコー信号No.１の位相よりも
（α＋90゜）だけ遅れているから、第４Ｅ図の第２
の被復調信号No.１の振幅は、第２の復調用信号No.
１がエコー信号No.１と同相である場合に第２の被
復調信号No.１がとり得る可能最大振幅のcos（α＋
90）倍であると云うことが出来る。第１の被復調
信号No.１の最大値を求めるには、第１の復調用信
号No.１及び第２の被復調信号No.１の夫々の自乗の
和の平方根を求めればよい。√²＋²（
＋
90゜）がαに無関係で１に等しいから、第１の被
復調信号の最大値がエコー信号No.１のピークに比
例することは明らかである。他の各々のエコー信
号が同様に処理されるから、この例で述べた結果
は、第１の和信号Σ及び第２の和信号ΣQにつ
いて有効であることは明らかである。第３Ａ図乃
至第３Ｄ図で、位相変位又は角度αを60゜として
示してある。第４Ａ図乃至第４Ｄ図でも、角度α
を60゜として示してある。この為、各々のエコー
信号を処理する為に１対の及びＱチヤンネルを
利用することにより、角度αに無関係な合成信号
が得られる。然し、和信号が形成される時の相殺
を防止する為、各々の第１の復調用信号及び夫々
のエコー信号に対する角度αは実質的に同じでな
ければならない。この結果は、夫々のエコー信号
に対する各々の第１復調用信号の関係が略同じに
なる様に、各々の第１の復調用信号の相互の位相
を設定することによつて達成される。各々の第１
の復調用信号の位相の設定は、物点２０から夫々
の変換器までの伝播距離に関係する。従つて、物
点と異なつた位置の物点に対しては、物点２０に
対する第１復調用信号とエコー信号との間の相対
的位相αの値とは異なつた相対的位相αの値に設
定することが必要である。このように、αを所望
の値に設定することによつて異なつた位置におけ
る物点の解像度を向上させることが可能であるか
ら、相対的位相αを設けることにより高解像度の
領域を実質的に拡大することが可能である。各々
の第２の復調用信号は夫々の第１の復調用信号に
対して遅相の直角関係に定められるから、各々の
第２の復調用信号に対する適正な位相関係が自動
的に得られる。

次に装置が物点２０の近辺の物点に応答する様
子を考える。第２図で、配列からの距離が物点２
０と同じであるが、変換器１５−１を中心とする
円弧に沿つて物点２０から横方向にずれた所にあ
る近くの物点５５を考える。変換器１５−１に対
する伝播通路が同じ長さであるから、近くの物点
５５から到達する信号は復調器２５で使われる復
調用信号波形に対し、物点２０からの信号と同じ
位相角αを持つている。然し、変換器１５−２の
様な他の変換器の信号は、距離６１及び６２の様
な通路の長さが等しくない為、物点２０からの信
号に較べて異なる位相で到着する。この為、物点
５５から変換器１５−２に到着する信号と第１の
復調器３１に印加される復調用信号との間の位相
角はαに等しくならない。更に、実際の位相角は
変換器の位置につれて多少とも一様に変化する。
従つて、各々の特定の変換器に対し、夫々の復調
器の出力は、変換器の位置に応じて、振幅並びに
極性が変化する。大きさ並びに極性のこういう変
化は、低域波器２７，３３及び遅延線２８，３
４でもそのまゝである。加算増幅器３５では、全
ての変換器から来る信号が代数的に加算され、こ
れらの信号が大きさ並びに極性が多少とも一様に
変化するから、近くの物点５５からのエコーによ
るエコー信号の正味の寄与は非常に小さくなる。
Ｑチヤンネルで処理される、物点５５からのエコ
ー信号に対する同様な解析によつても、加算増幅
器の出力に於ける正味の寄与は非常に小さくな
る。従つて、被復調信号の遅延並びに加算と共
に、エコー信号のコヒーレントな位相復調を利用
することにより、物点２０の近辺の物点からのエ
コー信号の排除がよくなり、こうして高い分解能
が得られる。焦点を合せた物点の距離範囲内にあ
るが、それからずれた他の物点によつて変換器配
列内で発生されるエコー信号は、上に述べたコヒ
ーレントな位相復調及びコヒーレントな加算によ
り、加算増幅器の出力では、平均して相殺され
る。焦点から方位がずれたエコーに対する装置の
感度分布が受信ビームと呼ばれる。更に、超音波
バーストが幅の狭いビームに沿つて送信されると
共に、配列の変換器が受信したエコーが幅の狭い
ビームとなる様に遅延させられて加算されるの
で、物点がビームの軸線からかなり角度がずれゝ
ば、ビデオ出力のエコーは、ビームの一杯の強度
がこの物点に向けられないこと並びに受信ビーム
もこの物点に向けられていないことの両方の理由
で、相当減衰する。

第２図の装置が正しく動作する為には、夫々の
エコー信号の位相に対する各々の第１の復調用信
号の位相は、どの対の信号でも、実質的に同じに
すべきである。勿論、第２の復調用信号の位相
は、第１の復調用信号の位相を定めたことによつ
て定められる。異なる距離の所にある物点は、加
算増幅器３５，４９の出力に理想的な応答を得る
為には、第１の復調用信号並びに勿論第２の復調
用信号の相異なる相対的な位相を必要とする。物
点２０の距離からの小さな距離増分に対しては、
第１の復調用信号及び第２の復調用信号の相対位
相条件は、理想的な相対位相を利用した場合に得
られる性能に較べて、性能に目立つたずれが生ず
る程は変化しない。然し、物点２０とは距離の異
なる或る点で、変換器までの伝播時間が変化する
関係により、性能が限界的になり、大体理想に近
い性能を得る為には、第１及び第２の復調用信号
の相対位相関係を新しいものにすることが必要で
ある。この新しい一組の相対位相関係は或る距離
範囲にわたつて有効であり、それを越えると別の
一組の位相関係が使われる。一般的に、超音波バ
ーストが物体領域内に深く入り込むのにつれて、
焦点を合せる物点は、復調用信号の位相関係を個
別の段階に分けて又は連続的に逐次的に調節する
ことにより、バーストを追跡する様にする。距離
に対する相対位相の設定値に対する異なる条件に
対処する為、第１及び第２の復調用信号の位相を
設定し直すやり方を次に第５図の機能的なブロツ
ク図について説明する。

受信ビームを線２１の様な特定の方向に方向ぎ
めする為には、復調用信号の正しい位相関係を選
択する他に、線形配列の場合について式(1)につい
て説明した様に、及びＱチヤンネルの各々で遅
延時間を加える必要がある。方向ぎめされた受信
ビームの方向にある特定の物点に焦点を合せる為
には、各々のチヤンネル及び各々のＱチヤンネ
ルに、前に式(2)について説明した様な集束用の遅
延を更に加える。

配列から順次一層遠く隔たる、即ち一層大きな
距離の所にある相次ぐ物点から受取つた相次ぐエ
コーが、配列１１の変換器で相次ぐ組の電気信号
を発生する。相次ぐ組の第１の復調用信号及び第
２の復調用信号に前に説明した様な適正な相対位
相関係を持たせる。更に、チヤンネル及びＱチ
ヤンネルで加える方向ぎめの遅延は前に説明した
様に変える。この結果、回路５１の出力に現われ
る信号は、相次ぐ物点から受取つたエコーに対応
する要素を含む。

複数個の超音波バーストを配列に印加して、複
数個のエコー信号を発生させると共に、回路５１
の出力に複数個の合成信号を発生することが出来
る。更に、送信及び受信ビームの角度は、各々の
バーストの後、増分的に変えて、配列の片側の一
方の極限の角度から反対側の極限の角度まで走査
することが出来、対応する合成信号を求めること
が出来る。次に合成信号を表示装置で種種の走査
様式で適当に表示して、視界内にある身体の組織
構造を可視的に表示することが出来る。人体内部
の移動する物体の可視像を描く為に、十分高い繰
返し速度を使うことが出来る。

物体領域からエコーを受信する期間の間に、第
１の復調用信号及び第２の復調用信号の相対位相
を予め設定するやり方、並びにコヒーレントな復
調を維持する為に、第１の復調用信号及び第２の
復調用信号の相対位相を距離と共に変えるやり方
を第５図について説明する。受信ビームを種種の
角度で種々の距離の所に焦点を合せる為に、及
びＱチヤンネルの各々で遅延時間を定めるやり方
をも第５図について説明する。

第５図は第２図について説明したこの発明の１
実施例を用いた超音波作像装置６０の機能的なブ
ロツク図である。第５図に示した素子の内、第２
図の素子と同一のものは、同じ符号で表わしてあ
る。送信機６１が適正な持続時間及びタイミング
のパルスの線形配列１１の変換器に供給して、送
信ビームを形成する。この送信ビームは、多数の
相異なる方向に向けることが出来る。ビームの
各々の方向又は位置にビーム番号が付けられる。
送信ビームの方向を制御するビーム番号が、ビー
ム番号制御器６２から送信機６１に供給される。
送信機６１及びビーム番号制御器６２を動作させ
る周波数が、主発振器６５に接続された周波数合
成器６３，６４から夫々供給される。

複数個の前置増幅器６６を設ける。各々の前置
増分器は夫々の変換器と夫々１対の及びＱ信号
処理チヤンネルとの間に接続して、処理するのに
適した振幅を持つエコー信号を発生する。時間利
得制御回路６７が、エコー信号の処理を容易にす
る為、距離の関数として配列１１の種々の変換器
で発生されたエコー信号の振幅を等しくする為の
出力信号を各々の前置増幅器６６に加える。時間
利得制御回路６７は、各々の超音波バーストが送
信された後、ビーム開始信号によつて作動され
る。このビーム開始信号は、ビーム開始回路６８
から入り、送信機６１からのパルスと同期してい
る。ビーム開始信号は、これから説明する様に、
及びＱ波形発生器の位相を予め設定する動作を
開始する為にも使われる。及びＱ波形発生器７
５が第２図の第１の復調用信号発生器２６及び第
２の復調用信号発生器４２により発生される出力
を発生する。及びＱ波形発生器７６が第２図の
第１の復調用信号発生器３２及び第２の復調用信
号発生器４６により発生される出力を発生する。
送信機６１から供給されるパルスと同期した受信
開始回路６９が、これから詳しく説明する様に、
配列の種々の変換器に関連した信号処理チヤンネ
ルに対する位相滑り（phase slip）順序を制御す
る為に使われる受信開始信号を、ビーム開始信号
が発生した後に発生する。

前に述べた様に、配列１１で発生される各々の
エコー信号に対する第１及び第２の復調用信号の
相対位相関係の最初の設定は、受信ビームの方向
の関数である。コヒーレントな復調を達成する為
に、特定の変換器に関連した第１及び第２の復調
用信号の位相をエコーを受信する距離と共に変え
なければならないが、その変え方も受信ビームの
方向の関数である。前に述べた様に、コヒーレン
トな加算を行なう為に、各々の信号処理チヤンネ
ルで必要な遅延も受信ビームの方向の関数であ
る。この為、各々の受信ビームの位置に対し、独
特の一組の、位相を予め設定したデータを全ての
チヤンネルの復調回路に供給しなければならない
と共に、独特な一組の遅延時間データを全てのチ
ヤンネルの遅延線に供給しなければならない。一
般に、線形配列では、式(1)で表わす位相関係は距
離に無関係であり、ビームの角度だけに関係する
が、式(2)で表わされる位相関係は距離にも関係
し、従つて時間に依存性を持ち、この為時間に依
存性を持つ一連の位相関係の変化が必要である。
これが位相滑り計画によつて行なわれる。１対ず
つ独特の位相滑りデータの計画を用意しなければ
ならないが、これは異なる方向に対して異なる速
度で行われゝば、一組の位相滑りによつて十分に
近似することが出来る。こうすると、位相関係全
体は、ビームの角度だけに関係する部分と、パラ
メータとしてのビーム角度に関係するが、その他
の点では距離だけに関係する別の部分とに分けら
れる。位相関係の内、角度だけに関係する部分は
位相プリセツトとして扱われる。各々のビーム番
号に対して位相プリセツト・データが取出され、
このデータは位相プリセツトROM（読取専用記
憶装置）７１に貯蔵されている。各々のビーム番
号に対してチヤンネル遅延データが取出され、こ
のデータは遅延RAM（ランダム・アクセス記憶
装置）７３に貯蔵されている。各々のビーム番号
に対して位相滑りデータが取出され、このデータ
は位相滑りROM７２に貯蔵されている。前に述
べた様に、位相滑りデータは、その計画を異なる
角度では異なる速度で読出せば、１個の計画にま
とめることが出来る。

次に前述の作用を実行する態様を説明する。最
初に、種々のチヤンネルに於ける第１及び第２の
復調用信号の相対位相を、特定の番号を持つ受信
ビームに対するコヒーレントな復調が出来る様に
プリセツトする場合を考える。変換器１５−１か
らのエコー信号に対する第１及び第２の復調用信
号が及びＱ波形発生器７５によつて発生され
る。変換器１５−２からのエコー信号に対する第
１及び第２の復調用信号が及びＱ波形発生器７
６によつて発生される。各々のチヤンネルに於け
る第１及び第２の復調用信号は夫々、互いに45゜
だけずれた８つの位置の内の任意の１つにプリセ
ツトすることが出来る。発生器７５は除数８の２
進計数器７７によつて制御される。発生器７６は
除数８の２進計数器７８によつて制御される。除
数８の各計数器が持ち得る８個の位相位置の内の
任意の１つが、この除数８の計数器を夫々の３ビ
ツト・ワードでプリセツトすることによつて得ら
れる。３ビツト・ワードは位相プリセツトROM
７１から取出される。各々のビーム番号に対し、
複数個の３ビツト・ワードがROM７１に貯蔵さ
れている。各ワードは夫々の及びＱ波形発生器
の位相設定値を表わす。この為、ビーム番号制御
器６２から線７４にビーム番号が現われた時、
ROM７１がアクセスされ、全てのチヤンネルの
除数８の２進計数器を適正にプリセツトする。ビ
ーム開始回路６８からビーム開始信号が現われた
時、除数８の２進計数器７７及び７８が作動され
る。変換器で発生されるエコー信号の周波数の８
倍の周波数で現われるパルスが、主発振器６５か
ら入力を受取る周波数合成器８３から、夫々の禁
止ゲート８１，８２を介して除数８の２進計数器
７７，７８に印加される。この為、特定のビーム
番号によつて選定された方向に沿つて超音波バー
ストが送信された後、位相プリセツトROM７１
から、夫々の信号処理チヤンネルに関連した各々
の８ビツト２進計数器に対して情報が供給され、
他のチヤンネルの第１及び第２の復調用信号に対
して適正な位相関係を持つ第１及び第２の復調用
信号が発生され、物体領域の最初の距離範囲に於
けるエコー信号のコヒーレントな復調が出来る様
にする。全てのチヤンネルが同じクロツク・パル
スを受取るから、走査の始めにある位相プリセツ
ト・カウントの差はその走査全体を通じて保たれ
る。

前に述べた様に、種々の信号処理チヤンネルの
第１及び第２の復調用信号を互に他のチヤンネル
に対し適正な相対位相にする為には、各々の第１
及び第２の復調用信号の位相を距離と共に変え
て、この適正な相対位相を保つことが必要であ
る。各チヤンネルの第１及び第２の復調用信号の
位相が距離と共に変わる態様は、ビーム番号、即
ちビームの角度の向きに関係すると共に、変換器
配列の中心に対するその変換器の位置にも関係す
るが、これを次に説明する。エコー信号のコヒー
レントな復調を維持する為に、１つのチヤンネル
の第１及び第２の復調用信号の位相を距離と共に
変えるべき大きさは、式(2)を考えれば、線形配列
の場合は容易に確めることが出来る。庭延時間
T_kは距離Ｒ、考えている特定の変換器素子x_k及
びビームが配列に対する法線となす角θの関数で
ある。遅延時間T_kは、この独立の変数を変換器
の共振周波数の１サイクルの周期で割ることによ
り、変換器の共振周波数に於ける位相変数に変換
することが出来る。即ち、所定の変換器素子x_kに
必要な位相変化は距離Ｒ又は時間に対して反比
例、且つθの余弦の自乗に正比例して変化する。
この関係を利用して各々の信号処理チヤンネルで
距離に対する位相の滑りを定めるやり方を次に説
明する。信号処理チヤンネルの第１及び第２の復
調用信号の位相の滑りは、周波数合成器８３から
禁止ゲート８１，８２の様な禁止ゲートを介し
て、計数器７７，７８の様な除数８の２進計数器
に供給される一連のパルスから、１つのパルスを
削除又は禁止することによつて得られる。各各の
禁止ゲートには位相滑りROM７２から一連のビ
ツトが供給される。或るビツトがその補数に変わ
つた時又はその逆に変わつた時、何時でもパルス
は除数８の２進計数器へ通過することを禁止ゲー
トによつて禁止され、この為２進計数器の45゜の
位相滑りを生ずる。位相滑りROM７２は逐次的
なアドレスに一連のワードを持つている。各ワー
ドにあるビツト数は装置内のチヤンネルの数に等
しい。相次ぐワード中の同じ番号のビツトが、ア
ドレス計数器８６の逐次的な計数動作に従つて、
対応する禁止ゲートに順次供給される。アドレス
計数器８６がゲート８７を介して周波数合成器８
８に接続される。周波数合成器８８は主発振器６
５によつて制御される。周波数合成器８８が、ビ
ーム番号制御器６２から供給されたビーム番号の
関数である周波数を持つ出力信号を発生する。特
に、周波数合成器８８の出力信号の周波数は、式
(2)の因子cos²θに比例する。ゲート８７は、受信
開始回路６９から受信開始信号が発生する前は、
周波数合成器８８からの出力信号がアドレス計数
器８６に通過するのを阻止する。ゲート８７に受
信開始信号が現われると、周波数合成器８８の出
力がアドレス計数器８６に印加される。アドレス
計数器８６が各アドレスに進む速度は、周波数合
成器８８から供給される周波数に関係する。配列
に対して法線方向のビームでは、周波数合成器８
８から供給される周波数は、特定の計数速度に対
応する或る１つの値である。法線から角度θだけ
ずれたビームでは、この周波数はcos²θ倍になる。
従つて、アドレス計数器８６は一層速い速度で動
作し、位相滑りROM７２のワードのビツト符号
の変化が一層速い速度で起り、この為除数８の２
進計数器の位相変化を一層速く行う。

各々のチヤンネル及び各々のＱチヤンネルに
遅延時間を加えて、配列に固定焦点を持たせるや
り方、並びにコヒーレントな復調と合せて処理さ
れた信号のコヒーレントな加算を行う態様を次に
説明する。前に述べた様に、処理信号をコヒーレ
ントに加算する為に各々の信号処理チヤンネルに
加えなければならない遅延時間が、ビームの角度
θ又はビーム番号の関数である。適当な遅延を加
える為に、遅延線２８，３４の様なチヤンネル
の遅延線及び遅延線４４，４８の様なＱチヤンネ
ルの遅延線は、それに供給された周波数に依存す
る様に作られる。ビーム番号制御器６２から線７
４に特定のビーム番号が現われた時、一組の周波
数が及びＱチヤンネル遅延線に印加され、その
遅延をコヒーレントな加算を行うのに適切な値に
定める。各々のチヤンネル遅延線及び各各のＱ
チヤンネル遅延線が方向ぎめの遅延並びに固定焦
点用の遅延を発生する。方向ぎめに必要な遅延
は、線形配列の場合、式(1)によつて定められる。
特定の固定焦点に必要な固定焦点用の遅延は、こ
の場合式(2)によつて定められる。式(1)及び(2)の条
件に合う様な周波数依存性の遅延を持たせる周波
数依存性遅延線は、1975年にカルフオルニア州の
ソサイエテイ・オブ・フオトオプテイカル・イン
スツルメンテーシヨン・エンジニアーズから出版
された「心臓欠陥作像及び像処理、理論と実際」
所載のW.L.ビーバー他の論文「２次元の変換器
配列を用いた超音波作像」の第９図に示され且つ
説明されている形式のものであつてよい。この論
文の第９図には、変換器配列からのエコー信号を
処理する複数個の信号処理チヤンネルが示されて
いる。各チヤンネルが方向ぎめの為の第１及び第
２のCCD遅延線と集束用の第３のCCD遅延線を
含んでいる。第１の遅延線は、配列の片側から反
対側まで、長さが直線的に変化し、第２の遅延線
も相補形に長さが変化する。第１のクロツクが第
１の遅延線に対して第１のクロツク周波数を供給
し、第２のクロツクが第２の遅延線に対して第２
のクロツク周波数を供給する。各チヤンネルの第
１及び第２の遅延線にある段の総数は同じであ
る。従つて、チヤンネルの相対的な遅延、並びに
形成された受信ビームの角度は第１のクロツクの
周波数及び第２のクロツクの周波数の相対的な大
きさに関係する。これらの周波数が同じであれ
ば、受信ビームは配列に対する法線の向きであ
る。第１のクロツクの周波数が一方の極限値であ
り、第２のクロツクの周波数が別の極限値である
時、受信ビームは配列の法線に対して一方の極限
の角度の向きである。各チヤンネルにある第３の
遅延線は多数の段を持ち、その段数は、最大数の
段を持つ中心チヤンネルから、両端にある最小数
の段まで２次式に従つて変化する。第３の遅延線
が第３のクロツクによつて駆動される。第３のク
ロツクの周波数は、所望の固定焦点が得られる様
に、式(2)によつて要求される通り、パルス・エコ
ー・サイクルにわたつて一定である。この為、い
ずれも第１、第２及び第３の部分から成る第１の
複数個の遅延線を装置のチヤンネルに対する遅
延線として利用し、いずれも第１、第２及び第３
の部分から成る第２の複数個の遅延線を装置のＱ
チヤンネルの遅延線として利用することが出来
る。各々のビーム番号に対して、一組の２つの周
波数が決定され、それが全てのチヤンネルの及
びＱ遅延線に供給された時、適正な遅延が得られ
る。各々のビーム番号に対する２つの周波数に関
するデータが遅延RAM７３に貯蔵されている。
RAM７３をビーム番号によつてアクセスした
時、一組の２つの周波数に関するデータが周波数
合成器８５に送出され、この周波数合成器が及
びＱチヤンネルの全ての遅延線に対する適正な一
組の２つの周波数を供給する。勿論、希望によつ
ては、第３の遅延線を省略し、配列１１の代りに
第６図及び第７図について説明する様な固定焦点
配列を使うことが出来る。

CCD遅延線構造は、帯域幅も遅延時間の精度
も制約のあるサンプル・データ構造である。従来
の装置では、こういう制約によつて共振周波数、
並びに所定の扇形角度に対し、変換器配列の開口
が著しく制限される。その為、こういう従来の装
置は分解能又は達成し得る最大扇形角度、又はそ
の両方が制限されていた。この発明では、同期復
調器が、CCD構造の帯域幅の制約を越えずに、
共振周波数を高くすることが出来る様にする手段
になる。この為、一層幅の広い変換器配列並びに
大きな扇形角度を使うことが出来る。こういう改
良によつて、医療診断用又はその他の目的の為、
関心が持たれる組織構造の広い視野にわたつて、
高い分解能が達成される。

次にパルス・エコー・サイクル又は動作期間に
わたる第５図の装置の動作を説明する。送信機６
１から配列１１の変換器に対して励振パルスが印
加される直前に、ビーム番号制御器６２からのビ
ーム番号信号が線７４に現われる。線７４に現わ
れるビーム番号信号が送信機６１に印加され、送
信機６１から配列１１の変換器に供給される励振
パルスの適当な遅延時間を定め、ビーム番号に対
応する特定の向きに向けられる超音波ビームを発
生する。ビーム番号信号が位相プリセツトROM
７１にも印加され、それによつてアドレスされた
データを呼出す。このデータが各々の信号処理チ
ヤンネルに関連した除数８の２進計数器７７，７
８に送られ、除数８の２進計数器を、配列の形状
に適切な位相関係の角度依存部分に対応する初期
カウントにプリセツトする。これによつて、及
びＱ波形発生器７５，７６が相互に正しい位相に
なり、配列１１の近視野から配列の変換器が受信
したエコー信号のコヒーレントな復調が出来る様
になる。ビーム番号信号は周波数合成器８８にも
印加され、この周波数合成器からビーム番号に対
し適切な位相滑り周波数を発生させる。ビーム番
号信号は遅延RAM７３にも印加され、その遅延
時間クロツク周波数データを呼出し、このデータ
が周波数合成器８５に印加され、方向ぎめの各々
の遅延線に対して１つずつ、一組の２つの周波数
を発生する。方向ぎめの遅延が、送信ビームと同
じ方向の受信ビームに沿つて受信するのに対応し
て、遅延線２８，３４，４４，４８に発生され
る。更に、固定焦点用の遅延が、信号処理チヤン
ネルで処理されたエコー信号に対してコヒーレン
トな加算が行うことが出来る様にする為、遅延線
に加えられる。

送信機６１からの励振パルスが超音波バースト
を発生し、それが配列１１から出たすぐ後に、ビ
ーム開始信号が発生され、時間利得制御回路６７
に印加される。この回路が距離の関数として前置
増幅器６６の利得を制御し、配列の変換器で発生
される受信エコー信号の振幅を等しくする。ビー
ム開始信号は、計数器７７，７８の様な除数８の
２進計数器をも作動し、その計数を開始させ、こ
うして発生器７５，７６の様な及びＱ波形発生
器を作動し、装置の種々のチヤンネルに対する
及びＱ波形を発生して、これらのチヤンネルに現
われる種々のエコー信号のコヒーレントな復調を
行わせる。エコー信号は、配列の近視野にある物
点からのエコーによつて最初に発生される。全て
のチヤンネルの遅延線の方向ぎめ及び集束用の遅
延は、全てのチヤンネルの第１及び第２の復調器
の出力に現われる被復調信号が、同時に発生し、
その為加算増幅器でコヒーレントに加算される様
に、これらの被復調信号に対して遅延を加える様
に定められる。

ビーム開始信号のすぐ後に、受信開始回路６９
によつて受信開始信号が発生され、それがゲート
８７に印加される。このゲートが開き、周波数合
成器８８の出力に現われる信号がアドレス計数器
８６に印加され、アドレス計数器は、周波数合成
器８８からの信号の周波数によつて決定される速
度で計数を行う。アドレス計数器８６が位相滑り
ROM７２のアドレスを特定の速度で進め、この
為ゲート８１，８２の様な禁止ゲートが、周波数
合成器８３からのパルスを脱落させ、こうして除
数８の２進計数器の位相を変える。除数８の２進
計数器の位相を滑らせることにより、全ての信号
処理チヤンネルの及びＱ波形の位相は、配列か
らより離れた距離の所にある物点から反射された
エコーによつて発生されたエコー信号のコヒーレ
ントな復調作用が保たれる様な相対的な値に保た
れる。又、遅延RAM７３から供給されるデータ
により、遅延線の集束部分に印加されるクロツク
信号の周波数を制御して、配列から一層離れた距
離にある所望の物点に全体の焦点を保つ。一層離
れた所にある物点からの処理済みのエコー信号が
加算増幅器３５，４９でコヒーレントに加算され
る。加算増幅器３５，４９からの信号が回路５１
に印加される。この回路５１が、加算信号Σの
自乗及び加算信号ΣQの自乗の和の平方根に比例
する出力を発生する。回路５１の出力をビデオ信
号と呼ぶが、これは時間の関数として種種の距離
に於けるエコー強度に対応する振幅変動を持つて
いる。この信号をオツシロスコープの様な種々の
表示装置に印加して、時間の関数として信号の振
幅を表示し、時間又は距離の関数として物点を可
視的に表示することが出来る。希望する場合、表
示の為に、ΣQ及びΣ信号のこの他の組合せを
形成してもよい。

特定ビームに対するパルス・エコー・サイクル
を何回か繰返し、他のビーム番号に対して同じサ
イクルを順次実行することが出来る。こうする
と、ビームによつて走査される領域内にある、エ
コーを発生する物点を表示することが出来る。

配列１１の変換器１５は任意の共振周波数を持
つていてよい。典型的には変換器１５の共振周波
数は2.0乃至5.0メガヘルツであつてよい。及び
Ｑ波形発生器７５，７６の周波数、従つて除数８
の２進計数器７７，７８の周波数は、変換器１５
の共振周波数と略同じにする。周波数合成器８３
の出力の周波数は除数８の２進計数器の基本周波
数の８倍にし、従つて、共振周波数が2.25メガヘ
ルツの変換器では、18メガヘルツになる。送信機
から供給されるパルスは約２マイクロ秒の持続時
間を持つのが便利である。こうすると、励振され
た時、変換器は数サイクル振動する。送信機パル
スの繰返し速度は３キロヘルツ程度にするのが便
利である。この周波数は、配列から超音波を送込
む物体領域内の物点の超音波の透過並びにそれか
らの反射の奥行に関係する。周波数合成器６３
が、送信器６１によつてこういう持続時間並びに
繰返し速度を持つパルスを発生する為の適切な周
波数情報を供給する。ビーム番号制御器６２の順
序動作は励振パルスの繰返し速度に関係し、この
為、周波数合成器６４がこのクロツク動作に適し
た周波数を供給する。位相滑り動作の為に使われ
る周波数合成器８８の出力の周波数は、周波数合
成器８３の周波数範囲内にある。この範囲がビデ
オ周波数帯又は変換器の共振周波数に近い周波数
領域を含まないことが好ましい。遅延線の遅延を
制御する為に使われる周波数合成器８５によつて
発生される周波数は、一般的に変換器の周波数範
囲より高く、4.5メガヘルツ程度又はそれ以上で
ある。主発振器６５は、種々の周波数合成器によ
つて発生される周波数が適正な値になる様にする
為、装置で使われる最高周波数より何倍か高い周
波数にする。

線形配列１１を、夫々縦方向に0.25mmの幅を持
つ約50個の変換器素子で構成し、これらの変換器
素子を縦方向に中心間約0.3mm隔てゝ構成するこ
とが出来る。

この発明では、配列の中心に対する法線上にあ
つて、配列から適当な距離の所にある固定焦点に
配列の焦点を合せるのに対応して、固定焦点用の
遅延が及びＱチヤンネルで加えられる。各チヤ
ンネルに必要な一定の遅延時間は、式(2)から容易
に決定することが出来る。固定焦点は、最高の分
解能を持つエコーを取出したい区域又は扇形区域
の中心におく。或いは及びＱチヤンネルの遅延
線に一定の遅延時間を持たせる代りに、固定焦点
から配列の各々の変換器までの伝播通路を等しく
することが出来る。この様な１つの集束構造が第
６図に示されている。この図では、変換器配列９
１は、彎曲した配列であつて、配列の曲線に沿つ
て等間隔の１列の変換器９２で構成される。曲線
に沿つた変換器の物理的な位置は、焦点R_Fから
配列の全ての素子まで伝播する超音波の遅延時間
が等しくなる様にする。変換器素子は圧電材料で
作るのが典型的であり、図面の平面に対して垂直
な横方向に彎曲していてもよい。

固定焦点配列の別の実施例が第７図に示されて
いる。この変換器配列９５は１列の変換器９６と
音響用収斂レンズ９７とで構成される。音響用レ
ンズ９７が変換器９６の前側に取付けられてい
て、その中での音速が変換器を使おうとする物体
領域、例えば人体の組織より速くなる様な適当な
プラスチツクの様な材料で作られる。変換器９６
の放射面に隣接したレンズ９７の面は平面状であ
り、反対側の面は彎曲していて、焦点R_Fから配
列の全ての素子９６までの遅延時間が等しくなる
様な通路が得られる様になつている。

以上、詳説した如く、本発明においては、コヒ
ーレント復調可能な超音波作像装置において固定
焦点を与える手段を設けているので、信号を遅延
処理する条件が緩和されており、且つ装置は簡単
化され、又信号処理速度は向上される。

この発明を変換器の線形配列を用いた装置につ
いて説明したが、この発明はエコーによつて発生
された信号をコヒーレントに加算する為に遅延時
間を必要とする様な、線形配列以外の配列を用い
た装置にも使えることは云う迄もない。

この発明を医療診断用に人体内の組織構造を作
像する場合について説明したが、この装置が鋳物
の不良の検出という様な他の目的にも使うことが
出来ることは勿論である。

以上、詳説した如く、本発明によれば、バース
ト発生・指向手段と、変換器配列と、第１復調用
信号供給手段と、第１復調用信号による復調手段
と、固定焦点を与える合焦手段と、第１被復調信
号を遅延させる手段と、第１和信号を得る為に遅
延された第１被復調信号を加算する加算手段と、
第２復調用信号供給手段と、第２復調用信号によ
る復調手段と、第２被復調信号を遅延させる手段
と、第２和信号を得る為に遅延された第２被復調
信号を加算する加算手段と、第１和信号と第２和
信号を合成する合成信号形成手段とを有する超音
波作像装置が提供される。この様に、変換器配列
で発生されるエコー信号を所定の周波数の復調用
信号で復調し、かくして得られた被復調信号を遅
延させると共に加算して和信号を得ることによ
り、例えば第２図に示した関心のある物点２０の
近傍の物点５５からのエコー信号の排除が良くな
り、超音波作像装置としての分解能が著しく向上
される。更に、互いに直角位相関係にある一対の
第１及び第２復調用信号を使用して復調すると共
に、遅延及び加算を行なう２チヤンネルの構成を
有しており、又夫々のチヤンネルで得られた第１
及び第２和信号を所定の方法合成する合成信号形
成手段を設けてあるので、設定位相αに依存しな
い合成信号を得ることが可能である。更に、本発
明構成においては、固定焦点を与える合焦手段を
設けてあるので、従来の如くCCD遅延構造を使
用する必要がなく、従つてCCD構造の帯域幅の
制限を受けず共振周波数を高くできると共に、幅
広で大きな扇形角度を有する変換器配列とするこ
とが可能であり、広視野で高分解能の超音波作像
装置を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波作像装置の動作を例示するブロ
ツク図、第２図はこの発明の原理を説明する為
の、超音波作像装置の一部分の機能的なブロツク
図、第３Ａ図乃至第３Ｌ図は第２図に示した装置
のチヤンネルに関連する種々の点に現われる電
圧信号の振幅対時間波形を示すグラフであり、第
３Ａ図乃至第３Ｌ図に示した信号の発生箇所が第
２図のブロツク図では、その信号を示す図面番号
の文字によつて表わされている。第４Ａ図乃至第
４Ｌ図は第２図に示した装置のＱチヤンネル内の
種々の点に現われる電圧信号の振幅対時間関係を
示すグラフで、第４Ｍ図は第３Ｌ図及び第４Ｌ図
の信号から形成された合成信号を示すグラフであ
り、第４Ａ図乃至第４Ｍ図に示した信号が第２図
のブロツク図で発生される箇所は、第２図では、
この信号を示す第４図の図面番号の文字にダツシ
ユを付けた文字によつて表わされている。第５図
はこの発明を実施した超音波作像装置の機能的な
ブロツク図、第６図は固定焦点R_Fを持つ彎曲し
た変換器配列の図、第７図は彎曲配列の代りに平
坦な変換器配列と収斂形音響レンズを用いた例を
示す図である。主な符号の説明１１：変換器配列、１５：変
換器、２５，３１：第１の復調器、２６，３２：
第１の復調用信号源、２７，３３，４３，４７：
低域波器、２８，３４，４４，４８：遅延線、
３５，４９：加算増幅器、４１，４５：第２の復
調器、４２，４６：第２の復調用信号源、５１：
合成信号回路、９１：彎曲した変換器配列、９
７：音響収斂レンズ。

Claims

【特許請求の範囲】１超音波作像装置において、エコー信号を発生
するために物点に衝突する所定の周波数の超音波
バーストによつて発生する超音波エコーを受信す
るものであつて湾曲して配設されるか又は集束性
音響レンズ等を具備することにより固定焦点を与
える変換器配列、前記所定の周波数と実質的に同
一の周波数であり且つ相対的に位相が異なつた複
数個の第１復調用信号を供給する手段、前記変換
器から得られたエコー信号の各々を前記複数個の
第１復調用信号の対応するもので復調して夫々の
第１被復調信号を得る第１復調手段、前記所定の
周波数と実質的に同一の周波数の複数個の第２復
調用信号を供給する手段、前記変換器から得られ
たエコー信号の各々を前記複数個の第２復調用信
号の対応するもので復調して夫々の第２被復調信
号を得る第２復調手段、前記第１及び第２被復調
信号を極性を合せて結合して合成信号を形成する
結合手段、を有しており、各エコー信号とそれに
対応する第１復調用信号の相対的位相は実質的に
同一であり、且つ各第１復調用信号はそれに対応
する第２復調用信号と直角位相関係にあることを
特徴とする超音波作像装置。２特許請求の範囲第１項において、前記結像手
段が、第１被風潮信号を加算して第１和信号を得
る手段、第２被復調信号を加算して第２和信号を
得る手段、及び前記第１和信号の二乗と前記第２
和信号の二乗の和の単調関数として前記合成信号
を形成する手段、を有することを特徴とする超音
波作像装置。３特許請求の範囲第１項又は第２項において、
前記各第１被復調信号を濾波してその第１包絡線
を発生する濾波手段、前記各第２被復調信号を濾
波してその第２包絡線を発生する濾波手段を有し
ており、前記第１包絡線は前記第１遅延手段によ
つて遅延され且つ前記第２包絡線は前記第２遅延
手段によつて遅延されることを特徴とする超音波
作像装置。４特許請求の範囲第１項乃至第３項の内のいず
れか１項において、前記配列が線形配列であるこ
とを特徴とする超音波作像装置。５特許請求の範囲第１項乃至第４項の内のいず
れか１項において、前記物点への距離が、前記バ
ーストの期間に等しい時間間隔における前記超音
波バーストによつて伝播される距離と比較して一
層大きいことを特徴とする超音波作像装置。