JPH0661333B2 - 流動する反射体の大きさ及び方向の表示を求める方法及びコヒーレント作像システム - Google Patents

流動する反射体の大きさ及び方向の表示を求める方法及びコヒーレント作像システム

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JPH0661333B2
JPH0661333B2 JP4292509A JP29250992A JPH0661333B2 JP H0661333 B2 JPH0661333 B2 JP H0661333B2 JP 4292509 A JP4292509 A JP 4292509A JP 29250992 A JP29250992 A JP 29250992A JP H0661333 B2 JPH0661333 B2 JP H0661333B2
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    • G01S15/58Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S15/582Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】本発明は、超音波等のような振動エネル
ギを用いたコヒーレント作像、特に血液のような流動す
る組織の超音波作像に関する。超音波を用いて物体の像
を作ることのできる多数のモードがある。超音波送信器
を物体の一方の側に配置し、物体を透過した音波を反対
側に配置されている超音波受信器で受け取る(「送信モ
ード」)。この送信モードの方法では、画素の各々の輝
度が受信器に達する超音波の振幅の関数である(「減
衰」モード)か、又は画素の各々の輝度が音波が受信器
に到達するのに要した時間の関数である(「飛行時間」
又は「音速」モード)ような像を発生することができ
る。この代わりに、送信器と同じ物体の側に受信器を配
置し、画素の各々の輝度が物体から受信器に反射された
超音波の振幅又は飛行時間の関数である(「屈折」、
「後方散乱」又は「エコー」モード)ような像を発生す
ることができる。本発明は、超音波像を作る後方散乱方
法に関係する。
【0002】超音波データを収集する多数の後方散乱方
法がよく知られている。所謂「A−走査」方法では、送
信器によって超音波パルスを物体に送り込み、ある期間
に亘って反射された音波の振幅を記録する。エコー信号
の振幅は、物体内にある屈折材料の散乱強度に比例し、
遅延時間は、送信器からの屈折材料の距離に比例する。
所謂「B−走査」方法では、送信器が1つの運動軸線に
沿って物体を走査するときに一連の超音波パルスを送信
する。この結果得られるエコー信号がA−走査方法の場
合のように記録され、エコー信号の振幅又は遅延時間を
用いて、表示装置における画素の輝度を変調する。B−
走査方法では、屈折材料の像を再生することができるよ
うにするのに十分なデータが収集される。
【0003】所謂C−走査方法では、変換器を物体の上
方の平面に亘って走査し、変換器の焦点深度から反射さ
れるエコーのみを記録する。CRT表示装置の電子ビー
ムの掃引を変換器の走査と同期させて、変換器のx及び
y座標が像のx及びy座標と対応するようにする。医療
用の超音波変換器は、一対の電極の間に挟まれている1
つ又は更に多くの圧電素子から構成されている。このよ
うな圧電素子は典型的にはチタン酸ジルコン酸鉛(PZ
T)、二弗化ポリビニリデン(PVDF)又はPZTセ
ラミック/ポリマ複合体で構成されている。電極は電圧
源に接続されており、電圧が印加されたとき、圧電素子
は印加電圧の周波数に対応する周波数で、寸法が変化す
る。電圧パルスが印加されたとき、圧電素子は励振パル
スに含まれている周波数で、圧電素子が結合されている
媒質の中に超音波を放出する。逆に、超音波が圧電素子
に入射すると、素子はその電極の間に対応する電圧を発
生する。典型的には、素子の前側は音響整合層で覆われ
ており、音響整合層は、超音波がその中を伝搬する媒質
との結合を改善する。更に、圧電素子の背側には支持材
料が配置されており、支持材料は素子の裏側から出て来
る超音波を吸収し、超音波が干渉しないようにする。こ
のような超音波変換器の多数の構造が、何れも出願人の
有する米国特許番号第4217684号、同第4425
525号、同第4441503号、同第4470305
号及び同第4569231号に記載されている。
【0004】超音波作像に用いるとき、典型的には、変
換器は列に配置されている多数の圧電素子を有してお
り、これら多数の圧電素子は別々の電圧で駆動される
(アポダイゼーション)。印加電圧の遅延時間(又は位
相)及び振幅を制御することにより、圧電素子(送信モ
ード)によって発生される超音波が組み合わさって、選
ばれた点に焦点を合わせた正味の超音波を発生する。印
加電圧の遅延時間及び振幅を制御することにより、この
焦点を平面内で移動させて、被検体を走査することがで
きる。
【0005】変換器を用いて、反射された音波を受信す
るときにも(受信モード)、同じ原理が働く。即ち、配
列内の変換器素子に発生される電圧は、正味の信号が被
検体の1つの焦点から反射された音波を表すように合計
される。送信モードの場合と同じく、超音波エネルギを
このように焦点を合わせて受信することは、配列の各々
の変換器素子からの信号に別々の遅延時間(及び/又は
位相シフト)並びに利得を与えることにより達成され
る。
【0006】こういう形の超音波作像は、「位相調整ア
レイ扇形走査」又は“PASS”と呼ばれる。この走査
は一連の測定で構成されており、この測定で、焦点を合
わせた超音波を送信し、短い期間の後に装置が受信モー
ドに切り換わり、反射された超音波を受信して記憶す
る。典型的には、走査線に沿った一連の点からのデータ
を収集するために、毎回の測定の間、送信及び受信は同
じ方向(θ)に方向決めされる。反射された超音波を受
信するとき、受信器は走査線に沿った一連の距離(R)
の所に動的に焦点合わせされる。走査全体を行うのに必
要な時間は、毎回の測定を行うのに要する時間と、所望
の分解能及び信号対雑音比で関心のある領域全体をカバ
ーするのに必要な測定の回数との関数である。例えば、
各々の走査線を0.70°の増分に分けて方向決めし
て、合計128本の走査線を90°の扇形に亘って取得
することができる。このような多数の超音波作像装置
が、出願人に譲渡された米国特許番号第4155258
号、同第4155260号、同第4154113号、同
第4155259号、同第4180790号、同第44
70303号、同第4662223号、同第46693
14号及び同第4809184号に記載されている。
【0007】血液のような動く組織の速度を測定するた
めに超音波作像装置を用いることは、臨床的な用途が数
多くある。例えば、反射する組織の速度により画素の輝
度を決定するような心臓の像は、心臓の機械的な運動、
及び心臓サイクルの間の心室の中での血液の流れに関す
る貴重な情報をもたらすことができる。位相調整アレイ
扇形走査方式を用いて、このような像を発生する周知の
2つの方法がある。即ち、ドップラ測定及び相関測定で
ある。
【0008】血液のような動く組織から後方散乱される
超音波エコーは、超音波の周波数及び血液の流れの速度
に比例する分だけ、周波数偏移(シフト)している。赤
血球がサンプル容積の中を変換器配列に向かって移動す
ることが、反射されるエコーの波長を圧縮し、その周波
数を高め、これに対して赤血球が変換器配列から遠去か
る向きに移動することが、エコーの波長を長くし、その
周波数を下げる。ドップラ方法は、送信された超音波ビ
ームと同じ方向の平均速度の成分のみを測定する。ドッ
プラ周波数偏移をビーム方向の速度に関係付ける公式
は、次の通りである。
【0009】Δf=2f0 v/c ここで、Δfは周波数偏移、f0 は超音波搬送波(キャ
リア)周波数、vはビーム方向の流れの平均速度、cは
組織内での音速(1450mm/秒)である。2MHz
〜5MHzの搬送波周波数を用いる典型的な装置では、
人間の血液の流れにより生ずるドップラ周波数偏移は、
約0.2kHzから8kHzまでである。ドップラ流れ
の像を作る超音波作像装置は、何れも出願人に譲渡され
た米国特許番号第4217909号、同第426512
6号、同第4182173号、同第4257278号及
び同第4530363号に記載されている。
【0010】超音波によって流れの像を作る第2の方法
は、2つのエコーによって発生された信号を相関させ
て、2回の超音波ビームの送信の間に血球が移動した距
離を決定する。2回の送信は同じビーム角度に差し向け
ることができ、標本化されたエコー信号の振幅を互いに
相関させて、これらの送信の間にビーム方向に沿って起
こった位置変位の量を決定する。送信の合間の期間が分
かっているから、この測定された変位を用いて速度を計
算することができる。同じ方法を用いて、異なるビーム
角度に一連のビームを送出し、その後、ビーム方向及び
ビームに対して横方向の両方で、受信エコー信号の振幅
を相関させることにより、ビームの方向を横切る流速を
測定することができる。このような相関型超音波作像装
置は、出願人に譲渡された米国特許番号第458797
3号及び同第4567898号と、ウルトラソニック・
イメージング誌8、第73頁〜第85頁(1986年)
所載のO.ボンフー等の論文「パルス−ドップラ超音波
の時間領域の定式化及び粗相関による血液速度の評価
(Time Domain Formulation Of Pulse-Doppler Ultraso
und And Blood Velocity Estimation By Gross Correla
tion)」、IEEE 1985年超音波シンポジウム、
第963〜66頁所載のP.M.エンブリ等の論文「時
間領域相関による血液の容積流の正確な超音波測定(Th
e Accurate Ultrasonic Measurement Of The Volume Fl
ow Of Blood By Time Domain Correlation)」、及びI
EEE 1987年超音波シンポジウム、第975〜6
1頁所載のグレッグE.トラヒ等の論文「2次元におけ
る追跡血液流に対する局所斑点パターン変位の測定(Me
asurement of Local Speckle Pattern Displacement to
Track Blood Flow in Two Dimension)」とに記載され
ている。しかしながら、ビーム横方向における相関のた
めには、相異なるビーム角度の複数のビームを発生し
て、ビーム横方向における大きさの包絡線を作らなけれ
ばならないし、この方法を繰り返して、最初の包絡線と
相関させることができる第2の包絡線を発生しなければ
ならない。
【0011】
【発明の要約】本発明は、流れの速度及び方向を示す位
相調整アレイ超音波装置を用いて像を作る方法及び装置
に関する。具体的に言うと、超音波装置は、角度θの向
きの第1のビームを送信し、ビーム角度θを中心とする
一組の受信ビームに対して、送信の結果得られるエコー
信号を標本化し、第1の入力バッファに記憶する。その
後、装置は同じ角度θで第2のビームを送信し、ビーム
角度θを中心とする一組の受信ビームに対して、送信の
結果生じるエコー信号を標本化し、第2の入力バッファ
に記憶する。第1及び第2の入力バッファにある標本
(サンプル)データを用いて、距離方向及び距離に対し
て横方向の両方で、角度θのビーム上のあるサンプル距
離の所にある反射体の流れの相関測定を行い、2次元の
流れの測定を用いて、サンプル距離及びビーム角度θに
位置が対応する2次元像内の画素を制御する。流れの2
次元相関測定を一連のサンプル距離の所で繰り返して、
2次元像内にあって、ビーム角度θに沿った線上にある
対応する画素を制御する。その後、他のビーム角度に対
して上に述べた過程を繰り返して、像のすべての画素を
制御する。
【0012】本発明の全般的な目的は、距離方向及び距
離に対して横方向の両方の流れの測定を行うことであ
る。各々のエコーが距離に対して横方向に「ファンアウ
ト」するような一組の受信ビームを同時に発生すること
により、距離方向及び距離に対して横方向の両方向で、
相関による流れの測定を同時に行うことができる。本発
明の他の目的は、流れの方向及び速度の両方の測定を行
うことである。距離方向及び距離に対して横方向の速度
成分が同時に測定されるので、これらの速度成分を組み
合わせて、像の2次元平面内での全体としての流れの速
度及びこの流れの方向を示すことができる。例えば、流
れの速度を用いて画素の輝度を制御することができ、流
れの方向の出力を用いて画素の色を制御することができ
る。
【0013】本発明の更に特定の目的は、相関方式を用
いて、距離に対して横方向の流れの速度を測定し、同時
に、ドップラ方法を用いて距離方向における流れの速度
を測定することである。信号対雑音比が小さくなる一層
長い距離の所では、ドップラ方法の方が相関方法よりも
しっかりしており(ロバストであり)、ドップラ方法を
用いて距離方向の流れを測定する。相関測定を行い、こ
の測定結果を利用してドップラ測定におけるエイリヤシ
ング(折返し)を検出することができ、勿論、距離に対
して横方向の速度を測定するために相関方法を用いなけ
ればならない。
【0014】本発明の上述並びにその他の目的及び利点
は、以下に説明する所から明らかになる。この説明は本
発明の好ましい実施例を例として示す図面を参照して行
う。しかしながら、この実施例は必ずしも本発明の範囲
全体を表すものではなく、本発明の範囲の解釈に当たっ
ては、特許請求の範囲を参照されたい。
【0015】
【好ましい実施例の説明】図1について具体的に説明す
ると、超音波作像装置は変換器配列11を含んでおり、
変換器配列11は別々に駆動される複数の素子12で構
成されている。各々の素子は、送信器13によって発生
されたパルスにより付勢されたとき、超音波エネルギの
バーストを発生する。被検体から変換器配列11に反射
された超音波エネルギが、変換器素子12の各々によっ
て電気信号に変換され、一組のスイッチ15を介して受
信器14に別々に印加される。送信器13、受信器14
及びスイッチ15は、オペレータの指令に応答して、デ
ィジタル制御装置16の制御の下に作動される。一連の
エコーを収集することにより完全な走査が行われる。こ
のとき、送信器13を一時的にオンにゲート駆動して、
変換器素子12の各々を付勢し、その後スイッチ15を
オンにゲート駆動して、変換器素子12の各々によって
発生された後続のエコー信号を受け取り、これらの別々
のエコー信号を受信器14で組み合わせて、1つのエコ
ー信号を発生し、そのエコー信号を用いて、表示装置1
7に像内の画素又は線を発生する。
【0016】送信器13は、発生される超音波エネルギ
がビームとして差し向けられ又は方向決めされるよう
に、変換器配列11を駆動する。従って、変換器配列1
1を物理的に動かす代わりに、このビームを点から点へ
移動させることによりB−走査を行うことができる。こ
のためには、送信器13が相次ぐ変換器素子12に印加
されるそれぞれのパルス20に遅延時間(Ti )を加え
る。遅延時間が0であれば(Ti =0)、すべての変換
器素子12は同時に付勢され、その結果生ずる超音波ビ
ームは、変換器の面に対して法線方向で、変換器配列1
1の中心から発する軸21に沿った向きになる。遅延時
間(Ti )が増加するにつれて、図1に示すように、超
音波ビームは中心軸21から角度θ分だけ下向きに向け
られる。変換器配列11の一端(i=1)から他端(i
=n)までのi番目の信号の各々に相次いで加えられる
遅延時間の増分Ti は、次の式で表される。
【0017】 Ti =−{i−(n−1)/2}d・sin(θ/c) +{i−(n−1)/2}2 2 ・cos2 (θ/2RT c) +T0 (1) ここで、dは隣り合った変換器素子12の中心の間の相
等しい間隔、cは被検体内での音速、RT は送信ビーム
が焦点合わせされる距離、T0 はすべての計算値
(Ti )が正の値になるように保証する遅延のオフセッ
トである。
【0018】この式の第1項がビームを所望の角度θに
方向決めし、第2項は送信ビームを一定の距離の所に焦
点合わせするときに用いられる。相次ぐ励振で遅延時間
iを漸進的に変えることにより、扇形走査が行われ
る。このため、角度θが増分に分けて変えられて、送信
ビームを一連の方向に方向決めする。ビームの方向が中
心軸21より上方であるとき、パルス20のタイミング
は反対になるが、それでも式(1)は依然として成立す
る。
【0019】更に図1の説明を続けると、超音波エネル
ギのバーストの各々によって発生されるエコー信号は、
超音波ビームに沿って相次ぐ位置(R)の所にある反射
物体から来る。これらのエコー信号は変換器配列11の
セグメント12の各々によって別々に感知され、特定の
時点におけるエコー信号の大きさのサンプルが、特定の
距離(R)で起こった反射の大きさを表す。しかしなが
ら、焦点Pと変換器素子12の各々との間の伝搬経路の
違いのため、これらのエコー信号は同時には発生せず、
又それらの振幅は等しくない。受信器14の動作は、こ
れらの別々のエコー信号を増幅して復調し、各々に正し
い遅延時間を加え、これらを加算して、角度θに向いて
いる超音波ビームに沿って距離Rの所にある焦点Pから
反射された超音波エネルギを正確に表す1つのエコー信
号を作ることである。後で更に詳しく説明するが、本発
明の一面は、主受信ビームの各々の側に複数の受信ビー
ムを形成すると共に集束させるように、エコー信号を加
算することである。これにより、中心角度θの周りの一
組の角度から、同時にエコー信号を標本(サンプル)化
することができる。
【0020】焦点Pからのエコーによって発生される電
気信号を同時に加算するため、受信器の各々別個の変換
器素子のチャンネルに遅延時間が導入される。線形配列
11の場合、チャンネルの各々に導入される遅延は2つ
の成分に分けることができる。一方の成分はビーム方向
決め遅延時間と呼ばれ、他方の成分はビーム集束遅延時
間と呼ばれる。受信時のビーム方向決め及びビーム集束
遅延時間は、前に述べた送信時の遅延と全く同じ遅延
(Ti )である。しかしながら、受信チャンネルの各々
に導入される集束遅延時間成分は、エコーを受信する
間、連続的に変化して、エコー信号が出てきた距離Rに
受信ビームを動的に焦点合わせする。この動的に焦点合
わせするための遅延成分は、次の通りである。
【0021】 Tk ={k−(n−1)/2}2 2 ・cos2 (θ/2Rc) (2) ここで、Rは配列11の中心から焦点Pまでの距離、c
は被検体内の音速、T k はそれを他のエコー信号とコヒ
ーレントに加算するための、k番目の素子からのエコー
信号に関連する遅延時間である。ディジタル制御装置1
6の指示の下に、受信器14は、受信器14の方向決め
が送信器13によって方向決めされたビームの方向を追
跡するように、走査の間遅延を発生すると共に、一連の
距離の所でエコー信号を標本化して、ビームに沿った点
Pに動的に焦点合わせするのに適当な遅延を発生する。
このため、超音波パルスが発せられる度に、その超音波
ビームに沿った所にある対応する一連の点Pからの反射
された音波の大きさを表す一連のデータ点が収集され
る。好ましい実施例では、エコー信号の各々から3つの
受信ビームを形成し、3組のエコー信号サンプルを収集
し、それを処理して一連の速度の値を発生する。
【0022】表示装置17は受信器14によって発生さ
れた一連の速度の値を受け取り、そのデータを所望のB
−走査像となるような形に変換する。この一連の中の速
度データを表す点の各々を用いて、像内の画素の輝度及
び色の両方を制御し、相次ぐ方向決め角度(θ)の所で
の一連の測定を含む走査を実施して、表示に必要なデー
タを求める。
【0023】各々のビーム角度(θ)で受信器14によ
って形成された3つの受信ビームが、図11にビーム3
5、36及び37として示されている。3つのビーム3
5、36及び37はすべて一連の距離(R)の所で標本
化される。中心ビームに沿った距離サンプルの各々に対
し、38に示す3×3部分のサンプルを流れの解析のた
めに用いる。この3×3部分にある中心サンプルをSn
(i,j)と表す。ここで、iは距離の指数であり、j
はビームの方向の指数であり、nは時間間隔ΔTをおく
繰り返し測定の番号である。1回の測定と次の測定とで
の2次元の相関関数が、この3×3部分38に亘って計
算されて、セル(i,j)からの反射体の動きを検出す
る。これらの相関関数は、次のように定義される。
【0024】
【数1】
【0025】2次元相関関数のピークが、1回の発射
(即ち、測定)から次の発射までの位置i、jにある反
射体の平均の変位を決定する。このピーク、従って、こ
の変位を、標本化した相関関数から正確に評価すること
ができる。この方法の基本は、次の条件を同時に満たす
変位を見つけることである。
【0026】
【数2】
【0027】相関が最大になる変位(i0 ,j0 )を見
つけるため、両式を点(x=i,y=j)を中心として
2次元テーラ級数に展開し、x及びy方向の何れでも、
1次より高次の項を無視する。その結果は一組の同時1
次方程式になる。
【0028】
【数3】
【0029】式(14)の4つの項を計算することがで
きれば、これらの式を解いて変位(i0 ,j0 )を求め
ることは容易である。中心差分近似を用いると、式(1
4)の4つの項が、9つの相関方程式(3)〜(11)
から計算される。
【0030】
【数4】
【0031】従って、9つのサンプル点を用いて、完全
な2−D(2次元)の相互相関関数のピークを計算する
ことができる。これから、3×3部分38の中心サンプ
ルにおける平均速度の2つの成分が、次の式で表され
る。
【0032】
【数5】
【0033】ここで、ΔTは発射の間の期間であり、Δ
Rは距離サンプルの間の間隔であり、Δ(sinθ)は
ビームサンプルの間の間隔である。次の式に従って、こ
れらの式からすべての画素における流れの大きさ及び方
向を求めることができる。
【0034】
【数6】
【0035】真のベクトル色付き流れ像は、式(17)
を用いて、像の画素の各々において色の値を符号化す
る。ここでは2次元で示したが、この方法は、3次元位
相調整アレイ作像装置に対して3次元に容易に拡張する
ことができる。上に述べた方法を用いて、よい評価値を
確実に得られるようにするため、励振装置は2つのこと
をしなければならない。第1に、励振パルスの包絡線
は、9つの相関値を計算するのに用いられる距離のサン
プリングとよく釣合っていなければならない。即ち、励
振包絡線の3db幅が、相関計算の距離のサンプリング
と等しくなければならない。励振装置の2番目の条件
は、繰り返し間隔(即ち、式(14)のΔT)は、赤血
球が1回の発射から次の発射までに3×3部分38を完
全に出ていくことがないように保証する程度に短くなけ
ればならない。超音波作像装置の部分帯域幅は常に10
0%未満であるから、この条件は普通のドップラプロセ
ッサのエイリヤシング(折返し)防止条件程厳しくはな
い。しかしながら、速度の評価値を発生するのに用いら
れる近似が妥当であることを保証するためには、パルス
繰り返し速度に条件がある。
【0036】値v(R,θ)が図1の表示装置17に供
給され、像の対応する画素の強度を制御するために用い
られ、値φ(R,θ)がその画素の色を制御するために
用いられる。図1と共に図2(A) を参照して説明する
と、送信器13は、包括的にメモリ50として示す一組
のチャンネルパルスコードメモリを含んでいる。好まし
い実施例では、128個の別個の変換器素子12があ
り、従って、128個の別個のチャンネルパルスコード
メモリ50がある。パルスコードメモリ50の各々は典
型的には1ビット×512ビットメモリであり、発生す
べき超音波パルス52の周波数を決定するビットパター
ン51を記憶している。好ましい実施例では、このビッ
トパターンを40MHzのマスタクロックによって、各
々のパルスコードメモリ50から読み出し、駆動器53
に印加する。この駆動器はこの信号を、変換器11を駆
動するのに適した電力レベルまで増幅する。図2(B) に
示す例では、ビットパターンは、4つの“1”ビットと
4つの“0”ビットとが交互になった順序であって、5
MHzの超音波パルス52を発生する。こういう超音波
パルス52が印加される変換器素子12は、それに応答
して超音波エネルギを発生する。512個のビットすべ
てを用いた場合、搬送波周波数(即ち、この例では5M
Hz)を中心とする40kHzという幅の狭い帯域幅の
パルスが放出される。
【0037】前に述べたように、超音波エネルギの送信
ビームを所望の方向(θ)に方向決めするためには、図
2(C) に示すようなNチャンネルの各々に対するパルス
52を適正量だけ遅延させなければならない。こういう
遅延は送信制御装置54によって行われる。この制御装
置は、ディジタル制御装置16(図1)から4つの制御
信号(開始、マスタクロック、RT 及びθ)を受け取
る。入力制御信号θ、一定の送信焦点RT 及び前掲の式
(1)を用いて、送信制御装置54は、相次ぐ送信チャ
ンネルの間に必要な遅延増分Ti を計算する。開始制御
信号を受け取ったとき、送信制御装置54は40MHz
のマスタクロック信号が取り得る4つの位相の内の1つ
を第1の送信チャンネル50にゲートする。その後、相
次ぐ遅延期間(Ti )をおいて、40MHzのマスタク
ロック信号の4つの位相の内の1つが、次のチャンネル
のパルスコードメモリ50を介してゲートされ、これが
N=128個のチャンネル全部がその超音波パルス52
を発生するまで続けられる。各々の送信チャンネル50
は、そのビットパターン51全体が送信された後にリセ
ットされ、その後、送信器13はディジタル制御装置1
6からの次の入力制御信号θ及び次の開始制御信号を待
つ。前に述べたように、本発明の好ましい実施例では、
完全なB−走査は変換器11の中心軸21(図1)を中
心とする90°の扇形に亘って、0.70°のΔθ増分
に分けて方向決めされる128個の超音波パルスで構成
されている。
【0038】送信器13についての詳しいことは、19
91年1月28日に付与された発明の名称「振動エネル
ギビームの送信の動的な焦点合わせを行うための符号化
された励振(Coded Excitation For Transmission Dyna
mic Focusing of VibratoryEnergy Beam )」という出
願人に譲渡された米国特許番号第5014712号を参
照されたい。
【0039】次に図1と共に特に図3を参照すると、受
信器14は3つの部分、即ち、時間−利得制御部10
0、ビーム形成部101及び中心プロセッサ102で構
成されている。時間−利得制御部100は、N=64の
受信チャンネルの各々に対する増幅器105と、時間−
利得制御(TGC)回路106とを含んでいる。各々の
増幅器105の入力はそれぞれ1つの変換器素子12に
接続されており、増幅器105は変換器素子12が受信
したエコー信号を受け取って増幅する。増幅器105に
よる増幅の程度は、時間−利得制御回路106によって
駆動される制御ライン107を介して制御される。周知
のように、エコー信号の距離が増加するにつれて、エコ
ー信号の振幅は減少する。その結果、より遠い反射体か
ら出るエコー信号が近くの反射体からのエコー信号より
も一層多く増幅されなければ、像の輝度は距離(R)の
関数として急速に低下する。この増幅はオペレータによ
って制御される。オペレータは手作業で8つ(典型的
に)のTGC線形ポテンショメータ108を、扇形走査
の範囲全体に亘って比較的一様な輝度が得られるような
値に設定する。エコー信号が収集される期間が、エコー
信号が出てきた距離を決定し、この期間をTGC回路1
06によって8つのセグメントに分割する。8つのポテ
ンショメータの設定により、8つのそれぞれの期間の各
々の間、増幅器105の利得を設定して、エコー信号が
収集期間に亘って次第に増加する分だけ増幅されるよう
にする。
【0040】受信器14のビーム形成部101は、N=
128個の別個の受信チャンネル110を含んでいる。
後で更に詳しく説明するが、各々の受信チャンネル11
0は、その入力111に1つのTGC増幅器105から
のアナログエコー信号を受け取り、I母線112及びQ
母線113にディジタル化された出力値のストリームを
発生する。こういうI及びQの値の各々が、特定の距離
(R)におけるエコー信号の包絡線のサンプルを表す。
こういうサンプルは前に述べたように遅延させられて、
サンプルを加算点114及び115で他の各々の受信チ
ャンネル110からのI及びQサンプルと加算したと
き、加算されたサンプルが方向決めされたビーム(θ)
上の距離Rの所にある点Pから反射されたエコー信号の
大きさ及び位相を示すようにする。好ましい実施例で
は、各々のエコー信号は、走査線の範囲全体(典型的に
は40ミリから200ミリ)に亘って約150ミクロン
の等しい間隔で標本化される。
【0041】受信器14についての更に詳しいことは、
1991年1月8日に付与された発明の名称「ディジタ
ル位相配列作像の方法及び装置(Method And Apparatus
forDigital Phase Array Imaging)」という米国特許
番号第4983970号を参照されたい。図3の説明を
続けると、中心プロセッサ部102は各々の受信チャン
ネル110からのビームサンプルを受け取る。ビームサ
ンプルの各々のI及びQの値は、点(R,θ)から反射
された音波の大きさの同相及び直角位相成分を表す16
ビットのディジタル数である。中心プロセッサ102
は、これらのビームサンプルに対して種々の計算を行う
ことができ、どれを選ぶかは、再生する像の種類によっ
て決定される。例えば、普通の大きさの像を発生する場
合、プロセッサ120で検波過程が行われ、別々の受信
チャンネルの出力信号を加算して、1つの受信ビーム信
号を発生し、各々の加算ビーム信号サンプルからディジ
タルの大きさ(M)を次の式に従って計算し、出力12
1に供給する。
【0042】M=(I2 +Q2 1/2 検出プロセッサ120は、1989年5月30日に付与
された発明の名称「位相共役を用いた適応型コヒーレン
トエネルギビームの形成(Adaptive CoherentEnergy Be
am Formation Using Phase Conjugation )」という米
国特許番号4835689号に記載されているような補
正方法をも実施することができる。この補正方法は、受
信ビーム信号のサンプルを調べて、ビームの焦点合わせ
及び方向決めを改善するために、送信器13及び受信器
14によるこの後の測定で用いることができる補正値を
計算するものである。このような補正は、例えば、各々
の変換器素子からの音波が走査中に通る媒質の非均一性
を考慮するために必要である。
【0043】中心プロセッサ102は、1980年8月
19日に付与された発明の名称「超音波装置における血
液速度の方向性検出(Directional Detection of Blood
Velocities In An Ultrasound System )」という米国
特許番号第4217909号、又は1981年5月5日
に付与された発明の名称「超音波装置による真の血液速
度の測定(Measurement of True Blood Velocity By an
Ultrasound System)」という米国特許番号第4265
126号に記載されているようなドップラプロセッサ1
22を含んでいてもよい。このようなドップラプロセッ
サは、各々のビームサンプルに含まれている位相情報
(φ)を用いて、ビームの方向(即ち、変換器11の中
心からの半径方向)に沿った反射する物体の速度を決定
する。
【0044】ここで、φ=tan-1(Q/I) 本発明は、大部分が中心プロセッサ102に含まれてい
るベクトル流れプロセッサ123によって実施される
が、これを以下に詳しく説明する。ベクトル流れプロセ
ッサ123は各々の受信チャンネル110からの別々の
I及びQサンプルを加算して、一連の距離Rの所で3つ
の受信ビーム信号が形成され且つ標本化されるようにす
る。ベクトル流れプロセッサ123はビーム(θ)に沿
った一連のサンプル距離Rにおける反射体の流れを示す
一連の速度数v(R,θ)及び方向数φ(R,θ))を
も計算する。これらの数は表示装置17に供給され、前
に述べたように像を発生する。特に図1及び図4につい
て説明すると、受信器14はその出力121に8ビット
ディジタル数のストリームを発生し、このストリームは
表示装置17の入力に印加される。これらの「走査デー
タ」が配列としてメモリ150に記憶され、走査データ
配列150の行が、収集されたそれぞれのビーム角度
(θ)に対応し、走査データ配列150の列が、各々の
ビームに沿ってサンプルが収集されたそれぞれの距離
(R)に対応する。受信器14からのR及びθ制御信号
151及び152は、配列150内のどこに各々の入力
の値を記憶すべきかを示し、メモリ制御回路153がそ
の値を配列150内の正しいメモリ位置に書き込む。こ
の走査を連続的に繰り返すことができ、受信器14から
の値の流れが走査データ配列150を連続的に更新す
る。
【0045】更に図4について説明すると、流れの速度
及び流れの方向の両方の情報から成っている配列150
内にある走査データが、ディジタル走査変換器154に
よって読み取られ、所望の像を発生する形に変換され
る。走査データ配列150に記憶されている速度値v
(R,θ)及び方向値φ(R,θ)から、それらをデカ
ルト座標の画素位置における速度値v(x,y)及び方
向値φ(x,y)に変換することにより、カラーB−走
査像が発生される。このような超音波像データの極座標
からデカルト座標への変換は、例えばヒューレット・パ
ッカード・ジャーナル誌、1983年10月号、第30
頁〜第33頁所載のスティーブンC.リービット等の論
文「超音波像を表示するための走査変換アルゴリズム
(A Scan Conversion Algorithm for Displaying Ultra
sound Images)」に記載されている。
【0046】こうして得られたカラー像データがメモリ
155に書き込まれる。このメモリは、変換された輝度
及びクロミナンス走査データの2次元配列を記憶する。
好ましい実施例では、輝度が流れの速度により決定さ
れ、クロミナンスが流れの方向により決定される。メモ
リ制御回路156がメモリ155にアクセスする二重ポ
ートを有しており、ディジタル走査変換器154がメモ
リ155の中の値を新しいデータで連続的に更新するこ
とができるようにすると共に、表示プロセッサ157が
更新されたデータを読み取るようにする。表示プロセッ
サ157は制御パネル158から受け取ったオペレータ
の指令に応答して、変換された走査データ155に対す
る普通の像処理作用を行う。例えば、変換された走査デ
ータ155が示す輝度レベルの範囲は、表示装置160
の輝度範囲をずっと越えることがある。実際、変換され
た走査データ155の輝度の分解能は、人間の目の輝度
の分解能を遥かに越えることがあり、典型的には、オペ
レータが、最大の像コントラストを達成しようとする輝
度の値のウィンドウを選択することができるようにする
手動で操作し得る制御装置が設けられている。表示プロ
セッサ157はメモリ155から、変換された輝度デー
タ及びクロミナンス走査データを読み取り、カラーCR
T表示装置にとって適切な独立のRGB(赤、緑、青)
数を計算し、こういう色の値を表示メモリ161に書き
込む。
【0047】表示メモリ161はメモリ制御回路163
を介して表示制御回路162と共有されており、表示メ
モリ161の中の色の値が表示装置160の対応する画
素の輝度及び色を制御するために写像される。表示制御
回路162は、用いられる特定の型の表示装置160を
作動するように設計された市場で入手し得る集積回路で
ある。例えば、表示装置160はカラー陰曲線管、即ち
CRTであってもよく、この場合、表示制御回路162
は、水平及び垂直掃引回路に対して必要な同期パルスを
供給すると共に掃引中の適当な時刻に表示データをCR
Tに写像するCRT制御チップである。
【0048】特定の超音波装置の能力及び融通性に応じ
て、表示装置17が色々な形のどの形にしてもよいこと
は当業者に明らかであろう。上に述べた好ましい実施例
では、プログラムされたマイクロプロセッサを用いて、
ディジタル走査変換器及び表示プロセッサの機能を実行
するが、このため、この結果として得られる表示装置は
非常に融通性があって強力である。
【0049】前に図3について述べたように、受信器1
4のビーム形成部101は、変換器11(図1)の各々
の素子12に1つずつ、一組の受信チャンネル110で
構成されている。特に図5について説明すると、各々の
受信チャンネルはディジタル制御装置16(図1)から
の開始指令、40MHzのマスタクロック、距離信号
(R)及びビーム角度信号(θ)に応答して、ディジタ
ルビーム形成機能を実施する。その機能の中には、アナ
ログ/ディジタル変換器200でアナログ入力信号を標
本化し、標本化された信号を復調器201で復調し、復
調器201によって発生された高周波数の和信号を低域
フィルタ202のフィルタ作用にかけ、減数器203で
データ速度を下げ、その結果得られたディジタルデータ
ストリームを遅延FIFO(即ち、先入れ/先出しメモ
リ)204及び位相回転装置205で時間的に遅延させ
ると共に位相調節をすることが含まれている。これらの
すべての素子は、ディジタル制御装置16(図1)から
の指令に応答して、必要なクロック及び制御信号を発生
する受信チャンネル制御装置206によって制御され
る。好ましい実施例では、これらのすべての素子は1つ
の集積回路に収容されている。
【0050】更に図5及び図6について説明すると、ア
ナログ/ディジタル変換器200は、図6(A) の波形2
10のグラフで示すアナログ入力信号を、受信チャンネ
ル制御装置206からの遅延サンプルクロック信号の前
縁によって決定された規則的な間隔で標本化する。好ま
しい実施例では、サンプルクロック信号は40MHzの
クロック信号であり、20MHzまでの超音波周波数を
用いても、ナイキストの標本化判断基準に違反しない。
例えば、5MHzの超音波搬送波周波数を用いるとき、
搬送波の1サイクル毎に8回標本化され、アナログ/デ
ィジタル変換器の出力には40MHzの速度で10ビッ
トのディジタルサンプルが発生される。これらのサンプ
ルは復調器201に供給され、この復調器は各々のサン
プルを送信された超音波搬送波と同相の基準及び送信さ
れた超音波搬送波と直角位相の基準の両方と混合する。
復調器の基準信号は、記憶されている正弦及び余弦テー
ブルから発生される。これらのテーブルは受信チャンネ
ル制御信号206からの40MHzの基準クロック信号
により、それぞれのROMメモリから読み出される。正
弦値に標本化された入力信号をディジタル乗算して、低
域フィルタ202に供給される復調同相値I信号を発生
し、余弦値に同じ標本化された入力信号をディジタル乗
算して、別個の低域フィルタ202に供給される復調直
角位相値Q信号を発生する。低域フィルタ202は、復
調器201から供給される差周波数を通過させるが、そ
れより高い和周波数を阻止するように同調された有限イ
ンパルス応答フィルタである。図6(B) のグラフの波形
215で示すように、このため、各々の低域フィルタの
出力信号は40MHzのディジタル値のストリームであ
り、これがエコー信号の包絡線のI又はQ成分の大きさ
を示す。
【0051】アナログ/ディジタル変換器、復調器及び
低域フィルタ回路についての詳しいことは、1989年
6月13日に付与された発明の名称「高速ディジタル位
相調整アレイコヒーレント作像システム用の方法及び装
置(Method and Apparatus For High Speed Digital Ph
ased Array Coherent Imaging System)」という出願人
に譲渡された米国特許番号第4839652号を参照さ
れたい。
【0052】更に図5及び図6の説明を続けると、エコ
ー信号の復調されたI及びQ成分を標本化する速度を減
数器203によって下げる。12ビットのディジタルサ
ンプルが40MHzの速度で減数器203に供給される
が、この速度は精度の観点からすると不必要に高く、こ
れは装置全体に亘って維持するのに困難なデータ速度で
ある。このため、減数器203は8番目毎のディジタル
サンプルを選んで、データ速度を5MHzの速度に下げ
る。このことは、受信チャンネル制御装置206によっ
て発生され、受信チャンネルの他の素子を動作するのに
用いられるベースバンドクロック信号の周波数に対応す
る。こうして、減数器203のI及びQ出力信号が、図
6(C) のグラフの破線220で示すエコー信号の包絡線
のディジタル化されたサンプル219である。減数比及
びベースバンドクロック周波数は、8:1及び5MHz
以外の値に変えてもよい。
【0053】この後、復調されて減数されたディジタル
サンプルにより表されるエコー信号の包絡線は、遅延F
IFO204及び位相回転装置205によって遅延され
て、所望のビームの方向決め及びビームの焦点合わせを
行う。これらの遅延は、前に述べたようにアナログディ
ジタル変換器200に印加される遅延サンプルクロック
信号のタイミングによって行われる粗い遅延とは別にあ
るものである。即ち、受信チャンネル110によって加
えられる合計の遅延は、アナログ/ディジタル変換器2
00、遅延FIFO204及び位相回転装置205に供
給された遅延サンプルクロック信号により与えられた遅
延の和である。遅延FIFO204は、相次ぐディジタ
ルサンプルの値が5MHzの速度で減数器203によっ
て発生されたときに書き込まれるメモリ装置である。こ
のように記憶された値は、メモリの相次ぐアドレスに書
き込まれ、その後メモリ装置から読み出されて、位相回
転装置205に供給される。図6(D) のグラフで示す遅
延の大きさは、そこからディジタルサンプルを現在供給
しているメモリ位置と、現在受け取ったディジタルサン
プルが記憶されているメモリ位置との間の差によって決
定される。5MHzのベースバンドクロック信号が、記
憶されているディジタルサンプルの間の200ナノ秒の
間隔を定め、従って、FIFO204は、200ナノ秒
の増分で測って、最大25.6マイクロ秒までの遅延時
間を作ることができる。
【0054】位相回転装置205はエコー信号のディジ
タル表示を、遅延FIFO204の200ナノ秒の分解
能未満の大きさだけ遅延させることができるようにす
る。位相回転装置205に供給されたI及びQディジタ
ルサンプルは、図6(E) に示すようにフェーザ221に
よって表すことができ、位相回転装置205によって発
生された回転I及びQディジタルサンプルはフェーザ2
22によって表すことができる。フェーザの大きさ(即
ち、それぞれのI及びQ成分のベクトル和)は変わらな
いが、I及びQの値は互いに変わっていて、出力フェー
ザ222は入力フェーザ221から量Δφだけ回転して
いる。受信チャンネル制御装置206から母線を介して
受け取る位相制御信号に応答して、位相は(+Δφ)進
めることも(−Δφ)遅らせることもできる。位相回転
装置205についての詳しいことは、1990年1月2
3日に付与された発明の名称「コルディック複素数乗算
器(Cordic Complex Multiplier )」という出願人に譲
渡された米国特許番号第4896287号を参照された
い。
【0055】図7の装置では、各々のチャンネル受信器
110のI及びQ出力信号が中心プロセッサ102(図
1に示す)にあるベクトル流れプロセッサ123に供給
されると共に、位相回転装置250、ラッチ251及び
第2の位相回転装置252の対応する入力に印加され
る。素子250〜252は、各々のチャンネル受信器1
10の一部と見做すことができる。ラッチ251は、θ
方向に方向決めされた集束された受信ビームを表すディ
ジタル化された受信チャンネルのI及びQサンプルのス
トリームを単に通過させる。これらのI及びQサンプル
はそれぞれの加算点253及び254で、それぞれ母線
255及び256に現れる受信器110の他のチャンネ
ルの各々からの対応するI及びQラッチ出力信号と加算
される。I及びQラッチ出力を加算してビーム信号を形
成する方法についての詳しいことは、1991年1月8
日に付与された発明の名称「ディジタル位相調整アレイ
作像の方法及び装置(Method And Apparatus For Digit
al Phase Array Imaging)」という米国特許番号第49
83970号を参照されたい。加算されたI及びQラッ
チ出力信号は、距離Rに動的に焦点合せされ且つ角度θ
に方向決めされた中心受信ビームを表す。この中心ビー
ムは5MHzの速度で標本化され、サンプルは入力ラッ
チ257に逐次的にクロック作用で送り込まれる。
【0056】位相回転装置250及び252、並びにそ
れらに関連した回路によって、他の2つの受信ビーム信
号が形成される。位相回転装置250は前に述べた位相
回転装置205(図5)と同一であり、母線260から
+Δθ指令を受け取る。この指令は、この位相回転装置
に受信チャンネルI及びQの値によって表されるフェー
ザを回転させる。1989年12月12日に付与された
発明の名称「1つの励振事象に応答して複数の異なる戻
りエネルギ作像ビームを求める方法及び装置(Method O
f, And Apparatus For, Obtaining A Plurality Of Dif
ferent ReturnEnergy Imaging Beam Responsive To A S
ingle Excitation Event )」という米国特許番号第4
886069号に説明されているように、この位相回転
と、それに続いてそれぞれの加算点262及び263で
すべての+Δθだけ回転したI及びQ出力信号を加算す
ることにより、中心ビームから+Δθの角度に方向決め
された第2の受信ビームを表す信号が発生される。+Δ
θビームサンプルのストリームが、5MHzのクロック
速度で入力ラッチ264に印加される。
【0057】位相回転装置252は母線266の−Δθ
指令を受け取り、中心ビームのI及びQサンプルで表さ
れるフェーザを、+Δθ位相回転装置250と反対方向
に回転させる。各々の受信チャンネル110からの−Δ
θのI及びQサンプルは、加算点267及び268で加
算されて、前に引用した米国特許番号第4886069
号に記載されている第3の(−Δθ)受信ビームを表す
信号を形成する。この第3の受信ビーム信号のI及びQ
サンプルのストリームは、5MHzのクロック速度で入
力ラッチ269にクロック作用により送り込まれる。
【0058】このため、図7及び図11について説明す
ると、受信器14(図1)は、一連のサンプル距離Rの
所に動的に焦点合わせされていると共に、中心ビーム3
6を中心としてビーム角度(θ)で配列されている3つ
一組の受信ビーム35、36及び37を表す信号を発生
する。入力ラッチ269、257及び264は、変換器
配列11(図1)が超音波エコーを受信するとき、これ
らのビーム35〜37それぞれのI及びQサンプルを同
時に受け取る。すべての距離Rに対するサンプルを収集
した後、測定されるサンプルの信号対雑音比を改善する
ために、同じビーム角度(θ)で、追加の超音波パルス
を送信し、追加の受信ビームを収集する。好ましい実施
例では、各々の中心ビーム角度(θ)で4回から16回
の繰り返しを実施してから、走査を次のビーム角度まで
0.70°だけ進める。128個のビーム角度全部、又
はこういうビームの部分集合に対するデータが収集され
たとき、走査は完了する。
【0059】図7について具体的に説明すると、入力ラ
ッチ257、264及び269に各組のビームサンプル
が利用できるとき、プロセッサ280は割り込みされ
て、3つのビームサンプルをランダムアクセスメモリ2
82にある次回入力バッファ281に進めるルーチンを
実行する。次回入力バッファは2次元データ配列として
構成されており、3つのビームサンプルが配列のそれぞ
れの列に記憶されており、サンプルの各行はサンプルの
距離(R)と対応している。後で詳しく説明するが、プ
ロセッサ280は、中心ビーム(θ)に沿ったサンプル
距離(R)における流れの値を計算するプログラムを実
行する。こういう計算は、既に収集され、現在入力バッ
ファ283及び前回入力バッファ284に記憶されてい
るデータに基づいて実施される。バッファ283及び2
84は、上に述べたものと同一の2次元配列を記憶して
いるが、これらのバッファが記憶しているのは、送信器
13の前2回の発射に対して収集された一組のサンプル
データである。バッファ283及び284の内容は図1
0に見取図で示されている。後で詳しく説明するが、プ
ロセッサ280はデータ配列283及び284に作用し
て、速度の値及び方向の値を計算し、これらの値はラッ
チ290に供給される。これら一連の出力値は、前に述
べたようにそれらに関連するビーム角度(θ)及び距離
(R)と共に、表示装置17(図1)に印加される。
【0060】本発明に従って走査を実施するため、ディ
ジタル制御装置16(図1)は図8に示すプログラムを
実行する。このプログラムには300から入り、プロセ
ス工程301で示す一組の命令を実行して、距離カウン
タ、ビーム角度カウンタ及び繰り返しカウンタのような
データ構造を初期設定する。この後、プロセス工程30
2でループに入り、送信器13(図1)から発射して、
方向θに方向決めされた超音波ビームを発生する。現在
の発射からある正確な期間をおいて次の発射が行われる
ように、間隔タイマΔTを設定し、その後、装置は受信
したエコー信号からサンプルを収集することを開始す
る。
【0061】送信器13(図1)の毎回の発射の後にエ
コー信号を受信するとき、受信器14(図1)はプロセ
ス工程303で示すように、各々のサンプル距離(R)
で付能され、前に述べたようにして3つの受信ビームサ
ンプル(+Δθ,θ,−Δθ)が発生される。その後工
程304で、中心プロセッサ280(図7)の割り込み
を発生して、ビームサンプルが利用し得ることをプロセ
ッサに知らせ、判定工程305で、送信器のこの発射に
対する最後のビームサンプルが収集されたかどうかを判
定する。収集されていなければ、プロセス工程306で
距離カウンタ(R)をインクレメントし、装置はループ
上に戻って、3つの受信ビームの追加のサンプルを収集
する。
【0062】エコー信号全体が標本化された後、判定工
程307で、同じビーム角度(θ)でのそれ以上の発射
をすべきかどうかを判定するための検査をする。好まし
い実施例では、後で説明するが、計算された速度の値を
平均するために、各々のビーム角度(θ)で少なくとも
4回、そして16回までの発射を行うことができる。更
に発射を行う場合、装置がループ上に戻り、工程308
で距離カウンタ(R)をリセットし、プロセス工程30
9で繰り返しカウンタをインクレメントする。
【0063】判定工程307で判断して、所望の回数の
繰り返し発射が行われたとき、プロセス工程310でビ
ーム角度カウンタ(θ)をインクレメントして、送信器
及び受信器を走査内の次のビーム角度に方向決めする。
判定工程311で判断して、最後のビーム角度の収集が
終わっているとき、走査は完了し、プログラムは参照番
号312から出て行く。そうでなければ、装置はループ
上に戻って、工程313で距離カウンタ(R)をリセッ
トし、工程314で繰り返しカウンタをリセットした
後、次のビーム角度の収集を行う。
【0064】ビームサンプルを収集している間、中心プ
ロセッサ280(図7)は図9に示すプログラムを実行
して、それまでに収集されたビームサンプルから速度の
値を計算する。このプログラムには参照番号325から
入り、プロセス工程326で一組の命令を実行して、距
離カウンタ、ビーム角度カウンタ、繰り返しカウンタ及
び全配列(TL)のようなデータ構造を初期設定する。
次に、判定工程327でループに入り、中心プロセッサ
280は十分なデータが収集されるのを待つ。前に図7
について述べたように、プロセッサ280の毎回の割り
込みの間、他のビームサンプルデータが次回入力バッフ
ァ281にロードされ、バッファが一杯になると、ポイ
ンタが変更されて、次回入力バッファが現在入力バッフ
ァ283になり、現在入力バッファが前回入力バッファ
284になり、前回入力バッファが次回入力バッファ2
81になる。現在入力バッファ283及び前回入力バッ
ファ284が新しいビームサンプルデータを有している
とき、中心プロセッサ280に対する十分なデータが利
用できるようになる。
【0065】速度の値を計算するのに用いられる入力バ
ッファ283及び284は、図10に見取図で示されて
いる。各々のバッファは、各々のサンプル距離Rの所
に、ドットで示す3つ一組の複素数ビームサンプルを含
んでいる。各々の計算では、各々のバッファ283及び
284に9つのサンプルに対する3×3のウィンドウ3
30を用い、このウィンドウを距離方向に配列の中で移
動させる。図9のプロセス工程331で示すように、ウ
ィンドウで定めた現在の配列283内の中心サンプル3
32には、前回の配列284内のウィンドウで定めた9
つのサンプルの各々の複素数共役を乗ずる。プロセス工
程333(図9)で示すように、これらの乗算によって
得られた9つの値が、全配列(TL)335内の対応す
る9つの値と加算される。全配列335は、各々のサン
プル距離Rにおける9つの乗算結果を記憶する3次元配
列(3×3×R)である。
【0066】各々のサンプル332が乗算されて、結果
が全配列(TL)335で加算された後、中心プロセッ
サは判定工程337(図9)でループ上に戻って、工程
338で距離カウンタをインクレメントすると共に、次
の距離サンプルで計算を繰り返す。従って、最後の距離
の計算が済んだとき、全配列(TL)335は、各々の
距離Rにおける値の3×3配列を記憶している。これら
が前に式(3)〜式(11)で定義した9つの値であ
り、これらのデータから流れの値を計算することは可能
であるが、好ましい実施例では、同じビーム角度のデー
タを少なくとも4回収集し、プロセスは判定工程340
(図9)でループ上に戻って、ビームサンプルデータの
次のバッチを用いて計算を繰り返す。距離カウンタが工
程341でリセットされ、測定繰り返しカウンタがプロ
セス工程342でインクレメントされてから、中心プロ
セッサはループ上に戻り、次のデータが利用できるよう
になるのを待つ。従って、所望回数の繰り返しが完了し
たとき、全配列335(図7及び図10)は、式(3)
〜式(11)の相関値である、プロセス工程331(図
9)で行われた各々の複素数共役乗算の和を記憶する。
【0067】この後、図9のプロセスは、全体を参照番
号350で示すループに入る。このループでは、全配列
(TL)に累算された合計を用いて、各々の距離(R)
における速度の値及び方向の値を計算する。先ず、距離
カウンタ(R)がプロセス工程351でリセットされ、
次にプロセス工程352で示すように、式(13)、式
(15)、式(16)及び式(17)で定められるよう
に、中心ビームの距離サンプル(R)の所で速度及び角
度を計算する。その後、計算された値は、プロセス工程
353で示すように表示装置に供給される。各々のサン
プル距離(R)における速度及び方向の値が計算され
て、表示装置に供給されたことが、判定工程354で判
定されるまで、この計算が続けられる。従って、ループ
350にある間、中心プロセッサは、方向決め角度
(θ)の1つのビームにおける相次ぐ距離(R)に対す
る値のストリームを計算して、表示装置に供給する。
【0068】中心プロセッサがループ上に戻り、プロセ
ス工程355で距離カウンタをインクレメントし、走査
が完了するまで、他のビーム角度(θ)に対する値を計
算し続ける。判定工程356の判定により、最後のビー
ム角度(θ)が済むと、プロセスは工程357から出て
行く。そうでなければ、プロセス工程358でビーム角
度カウンタをインクレメントし、中心プロセッサはルー
プ上に戻って、次のビーム角度(θ)の処理を開始する
のに十分なデータが利用できるようになるのを待つ。
【0069】本発明のある好ましい特徴だけを図面に示
して説明したが、当業者には色々な変更が考えられよ
う。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲内に属す
るこのようなすべての変更を包括するものであることを
承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を用いた超音波作像装置のブロック図で
ある。
【図2】図1の装置の一部である送信器を説明するため
の図であって、図2(A) は送信器のブロック図、並びに
図2(B) 及び図2(C) は図2(A) の送信器の任意のチャ
ンネルの信号を示すグラフである。
【図3】図1の装置の一部である受信器のブロック図で
ある。
【図4】図1の装置の一部である表示装置のブロック図
である。
【図5】図3の受信器の一部である受信チャンネルのブ
ロック図である。
【図6】図5の受信チャンネルに関する信号波形、ディ
ジタルサンプル、遅延時間及びフェーザを示す図であ
る。
【図7】図3の受信器の一部であるベクトル流れプロセ
ッサの電気的なブロック図である。
【図8】本発明の好ましい実施例を実施するために図1
のディジタル制御装置によって実行されるプログラムの
フローチャートである。
【図9】本発明の好ましい実施例を実施するために図7
のベクトル流れプロセッサによって実行されるプログラ
ムのフローチャートである。
【図10】本発明の好ましい実施例を実施するために図
7のベクトル流れプロセッサによって用いられるデータ
構成の見取図である。
【図11】図7のベクトル流れプロセッサによって用い
られる3つ一組の受信ビームの略図である。
【符号の説明】
12 配列変換器 13 送信器 14 受信器 20 送信パルス 102 中心プロセッサ A(−1,−1)〜A(1,1) 相関関数 R サンプル距離 θ ビーム角度

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 像を発生するための振動エネルギを用い
    たコヒーレント作像システムにおける、流動する反射体
    の大きさ及び方向の表示を求める方法であって、 イ)時間間隔(ΔT)をおいて複数の振動エネルギパル
    スを発生し、 ロ)前記流動する反射体による前記振動エネルギパルス
    の反射から生じたエコー信号を受信し、 ハ)対応する複数のビーム角度に方向決めされた各々の
    エコー信号から受信ビームを表す複数の信号を形成し、 ニ)各々の受信ビームに沿って一組の相次ぐ距離に対す
    る前記複数の受信ビーム信号を標本化し、 ホ)前記エコー信号の1つから形成されている前記受信
    ビーム信号の1つの中心サンプルを一組の相関値を発生
    するべく、前記エコー信号の他の1つから形成されてい
    る前記受信ビーム信号の1つからの対応するサンプル
    と、前記エコー信号の他の1つから形成されている前記
    複数の受信ビーム信号からのその周囲にあるサンプルと
    に相関させ、 ヘ)距離方向及び距離に対して横方向の両方における前
    記中心サンプルにおける前記反射体の速度を前記一組の
    相関値から計算し、 ト)前記計算された速度を有する前記中心サンプルの位
    置に対応している画素の強度を制御し、 チ)前記1つの受信ビームに沿った相次ぐ距離の値の所
    にある中心サンプルに対して工程ホ)、ヘ)及びト)を
    繰り返し、 リ)工程ハ)で形成された前記複数の受信ビームを異な
    るビーム角度に方向決めして工程イ)からチ)までを繰
    り返す工程を含んでいる流動する反射体の大きさ及び方
    向の表示を求める方法。
  2. 【請求項2】 工程ヘ)は移動する反射体の方向を計算
    することを含んでおり、工程ト)は前記計算された方向
    を有する前記画素のクロミナンスを制御することを含ん
    でいる請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 振動エネルギ作像システムにおける、流
    動する反射体の大きさ及び方向の表示を有する像を発生
    する方法であって、 第1の組の受信ビームを発生するように第1の振動エネ
    ルギビームを角度θで前記反射体に向けて送信し、 前記角度θを中心として配置された前記組の受信ビーム
    をサンプリングし、 該サンプルを第1の入力バッファに記憶し、 第2の組の受信ビームを発生するように第2の振動エネ
    ルギビームを前記角度θで前記反射体に向けて送信し、 前記角度θを中心として配置された前記第2の組の受信
    ビームをサンプリングし、 該サンプルを第2の入力バッファに記憶し、 前記第1及び第2の入力バッファに記憶されている前記
    サンプルを用いて距離方向及び距離に対して横方向の両
    方において角度θの前記受信ビームの各々のサンプル距
    離の所にある反射体の流れを相関させ、 前記サンプル距離及びビームの角度θに位置が対応する
    2次元像内の画素を前記距離及び距離に対して横方向の
    流れの測定値に従って制御する工程を含んでいる流動す
    る反射体の大きさ及び方向の表示を有する像を発生する
    方法。
  4. 【請求項4】 サンプル距離の所にある反射体の流れを
    相関させる前記工程は、ビーム角度θに沿った線上にあ
    る前記2次元像内の対応する画素を制御するよう一連の
    サンプル距離で繰り返される請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 2次元像全体の中の対応する画素を制御
    するように他のビーム角度に対してこれまでの工程を繰
    り返すことを含んでいる請求項4に記載の方法。
  6. 【請求項6】 像を発生するための振動エネルギ、並び
    に流動する反射体の大きさ及び方向の表示を求める装置
    を用いたコヒーレント作像システムであって、 持続時間ΔTの時間間隔をおいて複数の振動エネルギパ
    ルスを発生する送信手段と、 前記振動エネルギパルスの前記流動する反射体による反
    射から生じたエコー信号を受信すると共に、対応する複
    数のビーム角度に方向決めされたビームに対して複数の
    サンプル受信ビーム信号を形成する受信手段と、 該受信手段からの前記サンプル受信ビーム信号を受け取
    り、1つのエコー信号からのサンプルを他のエコー信号
    からの対応するサンプルと相関させると共に、距離方向
    及び距離に対して横方向の両方における中心サンプルに
    おける前記反射体の速度を計算する中心プロセッサと、 該中心プロセッサから計算された速度を受け取ると共
    に、前記計算された速度に従って像内の画素の輝度及び
    色を制御すべく前記中心プロセッサに応答して動作可能
    な表示手段とを備えたコヒーレント作像システム。
  7. 【請求項7】 エコー信号を受信する前記受信手段は、
    3つの対応するビーム角度の各々に方向決めされたビー
    ムに対して3つの受信ビーム信号を形成するよう構成さ
    れている請求項6に記載のシステム。
  8. 【請求項8】 前記中心プロセッサは、それぞれが前記
    受信手段からの一組の前記サンプル受信ビーム信号に応
    答する第1及び第2の位相回転装置並びにラッチを含ん
    でいるベクトル流れプロセッサと、前記ラッチからの出
    力信号を前記受信手段からの他のすべての組の前記サン
    プル受信ビーム信号と合計する第1の合計手段とを含ん
    でおり、前記第1及び第2の位相回転装置は前記一組の
    サンプル受信ビーム信号を角度+Δθ及び−Δθだけそ
    れぞれ回転させるよう構成されており、前記中心プロセ
    ッサは更に、前記第1の位相回転装置からの+Δθだけ
    回転された出力信号を前記受信手段からの他のすべての
    組の+Δθだけ回転されたサンプル受信ビーム信号と合
    計する第2の合計手段と、前記第2の位相回転装置から
    の−Δθだけ回転された出力信号を前記受信手段からの
    他のすべての組の−Δθだけ回転されたサンプル受信ビ
    ーム信号と合計する第3の合計手段と、前記第1、第2
    及び第3の合計手段にそれぞれ接続されており、該第
    1、第2及び第3の合計手段からの出力信号を同時に受
    け取る第1、第2及び第3の入力ラッチと、該第1、第
    2及び第3の入力ラッチからの出力信号を記憶するラン
    ダムアクセスメモリ手段と、該ランダムアクセスメモリ
    手段に記憶された信号から中心ビームθに沿った所定の
    サンプル距離の所の流れの値を計算するプロセッサ手段
    とを含んでいる請求項7に記載のシステム。
  9. 【請求項9】 前記ランダムアクセスメモリ手段は前回
    入力バッファと、現在入力バッファと、次回入力バッフ
    ァとを含んでおり、前記プロセッサ手段は前記前回及び
    現在入力バッファに記憶されたデータに基づいて速度及
    び方向の値を計算するよう接続されており、当該システ
    ムは更に、当該コヒーレント作像システムにより表示す
    るための速度及び方向のデータを発生する前記プロセッ
    サ手段に接続されている出力ラッチを含んでいる請求項
    8に記載のシステム。
JP4292509A 1991-11-04 1992-10-30 流動する反射体の大きさ及び方向の表示を求める方法及びコヒーレント作像システム Expired - Lifetime JPH0661333B2 (ja)

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