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Info
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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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Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 ｄ2 ・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。
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
Ｔi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。
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
Ｔi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。
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。
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 ｄ2 ・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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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１】本発明を用いた超音波作像装置のブロック図で
ある。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
られる３つ一組の受信ビームの略図である。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/787,422 US5291892A (en) | 1991-11-04 | 1991-11-04 | Ultrasonic flow imaging |
| US787422 | 1991-11-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05228147A JPH05228147A (ja) | 1993-09-07 |
| JPH0661333B2 true JPH0661333B2 (ja) | 1994-08-17 |
Family
ID=25141430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4292509A Expired - Lifetime JPH0661333B2 (ja) | 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 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5291892A (ja) |
| EP (1) | EP0541342A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0661333B2 (ja) |
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