JPH067350A - 超音波作像装置 - Google Patents

超音波作像装置

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JPH067350A
JPH067350A JP5084318A JP8431893A JPH067350A JP H067350 A JPH067350 A JP H067350A JP 5084318 A JP5084318 A JP 5084318A JP 8431893 A JP8431893 A JP 8431893A JP H067350 A JPH067350 A JP H067350A
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ultrasonic
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echo signal
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JP5084318A
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Theodore L Rhyne
セオドレ・ラウアー・ライン
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General Electric Co
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
    • G10K11/341—Circuits therefor
    • G10K11/346—Circuits therefor using phase variation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52046—Techniques for image enhancement involving transmitter or receiver

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 受信ビームを正確に方向決めし且つ焦点合わ
せすることのできる超音波作像装置を提供する。 【構成】 本発明に係る超音波作像装置は、それぞれが
送信モードの間は超音波エネルギのパルスを発生すると
共に受信モードの間は入射した超音波エネルギに応答し
てエコー信号を発生する一組の配列素子を有している超
音波変換器配列１１と、送信モードの間は方向決めされ
た送信ビームが発生されるように配列素子に別個の信号
を印加する送信器１３と、受信モードの間は配列素子に
より発生されるエコー信号を標本化すると共に、変換器
素子から標本化された別個のエコー信号を別個に遅延さ
せると共に加算することにより受信ビーム信号を形成す
る受信器１４とを備えており、受信器１４は所定の式Ｄ
＝ｎＡ−ｎｐＢ−Ｅ2 ＋ｐ2に従って、値Ｄを計算する
ことによりエコー信号のサンプルに遅延を加えるよう動
作する別個のチャンネルを配列素子に対して有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明の分野は、音響式作像であり、特
に自動焦点調整を改善した超音波作像装置に関する。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飛行時間における振幅の関数
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、変換器が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、これらのエコー信号の振幅を用い
て、その遅延時間で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、電圧波形が印加されたとき、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。電圧波形が印加されたとき、圧電素子は励振波
形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
料が結合されており、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、米国特許番号第
４２１７６８４号、同第４４２５５２５号、同第４４４
１５０３号、同第４４７０３０５号及び同第４５６９２
３１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、好
ましいビームの方向に沿って伝わる正味の超音波を発生
し、この正味の超音波がビームに沿った選ばれた点に焦
点合わせされる。印加電圧の遅延時間及び振幅を制御す
ることにより、ビームをその焦点と共に平面内で移動さ
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、音響ビーム又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（自動焦点調
整）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、米国特許番号第４１
５５２５８号、同第４１５５２６０号、同第４１５４１
１３号、同第４１５５２５９号、同第４１８０７９０
号、同第４４７０３０３号、同第４６６２２２３号、同
第４６６９３１４号及び同第４８０９１８４号に記載さ
れている。
【０００７】完全に方向決めされ且つ焦点合わせされた
受信ビームを発生するために、変換器配列の各素子が受
け取る信号に加えられる遅延時間及び移相は、反射され
た超音波を受信しているときに変化する。このため、配
列の各素子の信号に対する所望の遅延時間及び移相を実
時間で計算することのできる受信器が必要になる。完全
に焦点合わせされた受信ビームを発生するために必要な
計算は以前から知られているが、これらの計算を実行す
る商業的な実現性のある装置は、これまでに利用するこ
とができなかった。その結果、従来のＰＡＳＳ超音波装
置では、必要とする自動焦点調整の計算は、利用し得る
ハードウェアで実行することができるように近似されて
いた。そのため、受信ビームは完全に焦点合わせされて
おらず、像の品質が損なわれていた。
【０００８】
【発明の要約】本発明は、ＰＡＳＳ超音波装置で受信ビ
ームの自動焦点調整を行う改良された方法及び装置を提
供する。更に具体的に言うと、本発明は、多重素子超音
波変換器と、所望の方向（θ）に超音波ビームを方向決
めするために必要な分だけ遅延されたパルス状波形を別
々の変換器素子に印加する送信器と、各々の変換器素子
に接続されており、所望の方向（θ）に方向決めされて
いると共に自動焦点調整された受信ビームを形成すべ
く、各々の変換器素子によって発生されたエコー信号に
別々の遅延及び／又は位相回転を加える受信器と、受信
ビームを用いて像を発生する表示装置とを含んでおり、
受信器は、次の式 Ｄ＝ｎＡ−ｎｐＢ−Ｅ2 ＋ｐ2 に従ってＤの値を計算し、エコー信号を受信する間にｎ
が増加するときに、Ｄの値を予め設定した値と比較し、
Ｄの値が予め設定された値を越えるときに、エコー信号
に加えられる遅延を変化させるためにｐを増加させるこ
とにより、各々の変換器素子のエコー信号に加えられる
別々の遅延及び／又は位相回転を計算する受信チャンネ
ル制御装置を含んでいる。ここで、ｎは超音波ビームが
送信された以降の時間増分の数であり、ｐはエコー信号
に加えられる遅延増分の数であり、並びにＡ、Ｂ及びＥ
は定数である。この遅延の加え方は、受信チャンネルの
構成の関数であり、例えば遅延時間ＦＩＦＯメモリの長
さを変えること若しくは位相回転装置によって加えられ
る位相遅延を増加すること、又はその両方を用いること
ができる。
【０００９】本発明の全般的な目的は、受信ビームを正
確に方向決めし且つ焦点合わせすることを可能にする遅
延及び位相回転を各々の変換器素子のエコー信号に加え
ることである。受信チャンネル制御装置によって実行さ
れる計算は、下式 Ｔd ＝ｔ／２ −｛（ｔ／２）2 ＋（ｘ／ｃ）2 −（ｘｔ／ｃ）・ｓｉｎθ｝1/2 に従って、受信ビームを正確に方向決めすると共に自動
焦点調整するような遅延及び／又は位相回転を各々のエ
コー信号に対して発生する。ここで、Ｔd は変換器配列
の中心から距離ｘの所に配置されている変換器素子に対
する遅延であり、ｃは被検体内での音速、ｔは超音波が
送信された以降の経過時間、及びθはビームが方向決め
される角度である。
【００１０】本発明の他の全般的な目的は、エコー信号
の遅延を実時間で計算することができると共に、その製
造が商業的に実現性のある受信チャンネル制御装置を提
供することである。Ｔd についての上に掲げた式は非常
に正確であるが、商業的に実用的な手段によって、これ
を計算することができない。しかしながら、この式は、
整数算術関数を用いてその計算をディジタル式に計数す
ることができるような形に変換することにより、実時間
で実効的に計算することができる。
【００１１】本発明の上述、並びにその他の目的及び利
点は、以下の説明から明らかになろう。この説明は図面
を参照して、例として示す本発明の好ましい実施例につ
いて行うが、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、本発明の範囲を解釈するに当たっては、
特許請求の範囲を参照されたい。
【００１２】
【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
されたパルス状波形によって付勢された（エネルギを与
えられた）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、一組の送信／受信（Ｔ／Ｒ）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、オペレータの指令入力に応答
する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、スイッチ１５を送信位置に設定し、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を受信位置に設定
して、各々の変換器素子１２によってこの後に発生され
たエコー信号を受信器１４に印加することによって、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
るのである。変換器素子１２の各々からの別々のエコー
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１７に像内
の１本の線を発生する。
【００１３】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
と一組の角度にわたって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状波形
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
して法線方向であると共に変換器配列１１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。
【００１４】 Ｔi ＝ＲT ／ｃ −｛（ＲT ／ｃ）2 ＋（ｘ／ｃ）2 ＋（ｘＲT ）・ｓｉｎθ／ｃ｝1/2 （１） ここで、ｘは変換器配列の中心からの素子ｉの中心の距
離、θは送信ビームの角度、ｃは被検体の中での音速、
及びＲT は送信ビームを焦点合わせする距離である。
【００１５】式（１）の遅延時間Ｔi は、ビームを所望
の角度θに方向決めすると共に、ビームを一定距離ＲT
の所に焦点合わせする効果を有する。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。
【００１６】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
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、反射点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
に適正な遅延時間及び移相を加え、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
ある点Ｐから反射された合計の超音波エネルギを正確に
表す１つのエコー信号を発生することである。
【００１７】各々の変換器素子１２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１
４の各々別個の変換器素子のチャンネルに遅延時間及び
移相が導入される。受信時のビームの遅延時間は、上述
した送信時の遅延と同じ遅延（Ｔi ）である。しかしな
がら、自動焦点調整のため、受信器の各チャンネルの遅
延時間及び移相はエコーの受信中に連続的に変化して、
エコー信号が出てきた距離Ｒの所に、受信ビームの自動
焦点調整を行う。各々の変換器素子が受け取った信号に
加えられる遅延時間の正確な式は、次の通りである。
【００１８】 Ｔd ＝ｔ／２ −｛（ｔ／２）2 ＋（ｘ／ｃ）2 −（ｘｔ／ｃ）・ｓｉｎθ｝1/2 （２） ここで、ｔは変換器配列の中心から音波が送信された
（即ち、開始）以降の経過時間、ｃは被検体の中での音
速、θはビームの角度、及びｘは変換器配列の中心から
の素子の中心の距離である。適当な倍率を用いれば、同
じ計算により正しい移相が得られる。
【００１９】ディジタル制御装置１６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（自動焦点調整を行う）のに適正な遅延及び移相
を発生する。このため、超音波パルス波形が発せられる
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。
【００２０】表示装置１７は受信器１４によって発生さ
れた一連のデータ点を受け取り、そのデータを所望の像
となるような形に変換する。例えば、Ａ−走査を希望す
る場合には、一連のデータ点の大きさが、単に時間の関
数としてグラフに描かれる。Ｂ−走査を希望する場合に
は、この一連の中の各々のデータ点を用いて、像の画素
の輝度を制御し、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。
【００２１】図２を参照して具体的に説明すると、送信
器１３は、包括的に参照番号５０で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。
駆動器５３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、５ＭＨｚの超音波パ
ルス５２を発生するが、好ましい実施例では、２．５、
３．７５、６．２５、７．５、８．７５及び１０ＭＨｚ
のようなこの他の搬送波周波数（Ｆ0 ）が用いられる。
これらの超音波パルス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５ＭＨｚ）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。
【００２２】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、ｎ
個のチャンネルの各々に対するパルス５２を適正な分だ
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によって発生される。送信制御装置５４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つの位相のうちの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（Ｔ i ）をおいて、４０ＭＨｚのマスタクロック信
号が、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１６からの次の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。
【００２３】送信器１３についての詳しいことは、１９
９１年５月１４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 ）」という米
国特許番号第５０１４７１２号を参照されたい。特に図
３について具体的に説明すると、受信器１４は３つの部
分、即ち、時間−利得制御部１００、ビーム形成部１０
１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＝１２８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１０６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。
【００２４】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遅延させられると共に移相されて、
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ミリメートルから２００ミリメートル）に亘って
約１５０ミクロンの増分に分けて標本化される。
【００２５】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
ル位相アレイ作像の方法及び装置（Method And Apparat
us for Digital 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は加算点１１４及
び１１５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２０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しようとす
る場合、プロセッサ１２０で検波過程が行われ、各々の
ビームの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１２１に出力する。
【００２６】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
信したビームのサンプルを検査して、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。
【００２７】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
する場合が多い。この場合、 φ＝ｔａｎ-1（Ｉ／Ｑ） 中央プロセッサは、１９８６年５月１３日に付与された
発明の名称「自己相関を用いて血液の流れ等を測定する
超音波方法及び装置(Ultrasonic Method and Means For
Measuring Blood Flow And The Like Using Autocorre
lation )」という米国特許番号第４５８７９７３号に記
載されているような相関流れプロセッサ１２３を含んで
いてもよい。この方法は、相次ぐ超音波パルスによる測
定の間での反射体の位置の移動を追跡することにより、
反射体の動きを測定する。相次ぐ測定が同じビーム角度
（θ）で行われる場合には、ビームの方向に沿った反射
体の動きが測定され、これに対して相次ぐ測定が異なる
ビーム角度（θ）で行われる場合には、他の方向におけ
る反射体の動きを相互相関により測定することができ
る。
【００２８】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
集したときの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
プルを収集したときのそれぞれの距離（Ｒ）に対応す
る。受信器１４からのＲ及びθ制御信号１５１及び１５
２は、配列１５０内のどこに各々の入力の値を記憶すべ
きかを指示し、メモリ制御回路１５３がその値を配列１
５０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。
【００２９】更に図４について説明すると、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。例えば、普通のＢ−走査像を発生しようとする場
合、走査データ配列１５０に記憶されている大きさの値
Ｍ（Ｒ，θ）は、像内の画素位置（ｘ，ｙ）における大
きさを示す大きさの値Ｍ（ｘ，ｙ）に変換される。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 Al
gorithm for Displaying Ultrasound Images）」に記載
されている。
【００３０】ディジタル走査変換器１５４によって行わ
れる特定の変換に関係なく、その結果得られた像データ
は、変換された走査データの２次元配列を記憶するメモ
リ１５５に書き込まれる。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内の値を新しい
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１５
８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１
５５から変換された走査データを読み取って、像の所望
の強化を行い、強化された輝度の値を表示メモリ１６１
に書き込む。
【００３１】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内の輝度の値が表示装置１６０の対応する画
素の輝度を制御するために写像される。表示制御回路１
６２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ＣＲＴに写像するＣＲＴ制御チッ
プである。
【００３２】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がいろいろな形式のどの形式にしても
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。
【００３３】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の各々の素子１
２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２
００でアナログ入力信号１１１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Ｆ
ＩＦＯ（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。
【００３４】更に図５について説明すると、アナログ／
ディジタル変換器２００は、グラフ２１０で示すアナロ
グ入力信号を、ライン２１１から入る遅延サンプルクロ
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２１１
は４０ＭＨｚのクロックであり、これにより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サイクルごとに８回標
本化され、アナログ／ディジタル変換器の出力には４０
ＭＨｚ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に入力され、
復調器２０１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
らのテーブルはライン２１２の４０ＭＨｚの基準クロッ
クによって、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、復調された同相値（Ｉ）を発生し、この同相値
（Ｉ）は低域フィルタ２０２に出力される。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、復調さ
れた直角位相値（Ｑ）を発生し、この直角位相値（Ｑ）
は別個の低域フィルタ２０２に出力される。低域フィル
タ２０２は、復調器２０１から出力された差周波数を通
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。グラフ２
１５で示すように、このため、各々の低域フィルタの出
力は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。
【００３５】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）」という米国特
許番号第４８３９６５２号を参照されたい。
【００３６】更に図５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２０
３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に入力されるが、この
速度は精度の観点からすると不必要に高い速度であると
共に、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番目ごとのディジ
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、ライン２１８に発生されると共
に、受信チャンネルの他の素子を動作するために用いら
れるベースバンドクロックの周波数に対応する。こうし
て、減数器２０３のＩ及びＱ出力が、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２１
９となる。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。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ＦＩＦＯ２０４によって
遅延されると共に、位相回転装置２０５によって移相さ
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。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に出力される。初期の遅延の大きさは、そこから
ディジタルサンプルを現在出力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、ＦＩＦ
Ｏ２０４は、最大２５．６マイクロ秒まで、２００ナノ
秒の増分に分けて測定される遅延時間を発生することが
できる。
【００３７】遅延ＦＩＦＯ２０４によって発生される時
間遅延は、減数器２０３によって標本化されたデータ点
を前進させることにより、エコー信号の受信中、動的に
変えられる。標本化されたデータが前進する度に、遅延
ＦＩＦＯ２０４に入力されるデータストリームが更に２
５ナノ秒（１／４０ＭＨｚ）だけ余分に実効的に遅延さ
せられる。受信チャンネル制御装置２０６によって駆動
されるサンプル前進制御ライン２２４が、このような各
々の前進を行うべきときを決定する。後で詳しく説明す
るが、この前進は、本発明の教示に従って、エコー信号
の受信中の計算された点で起こる。
【００３８】位相回転装置２０５はエコー信号のディジ
タル表示を、位相回転することができるようにする。位
相回転装置２０５に入力されたＩ及びＱディジタルサン
プルはフェーザ２２１によって表すことができ、位相回
転装置２０５によって出力される回転されたＩ及びＱデ
ィジタルサンプルはフェーザ２２２によって表すことが
できる。フェーザの大きさ（即ち、それらの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
に変わっており、出力フェーザ２２２は入力フェーザ２
２１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２２３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（−Δ
φ）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２３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 Compl
ex Multiplier ）」という米国特許番号第４８９６２８
７号を参照されたい。
【００３９】受信チャンネル１１０の全般的な説明、並
びに各々の受信チャンネル１１０のＩ及びＱ出力をどの
ように加算してビーム信号を形成するかについての詳し
い説明は、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（Meth
od And Apparatus For Digital Phase Array Imagin
g）」という米国特許番号第４９８３９７０号を参照さ
れたい。
【００４０】本発明により達成される改良は、図６に詳
しく示す受信チャンネル制御装置２０６において実現さ
れる。前に述べたように、受信チャンネル制御装置２０
６は図５に示す他の受信チャンネルの素子と共に、非常
に大規模な集積回路に形成されている別個の論理回路で
ある。この論理回路を説明する前に、回路が実行する計
算を説明する。
【００４１】１つの受信チャンネルに対する受信信号に
加えられる遅延時間及び位相の回転は、次の式から決定
される。 Ｔd ＝ｔ／２ −｛（ｔ／２）2 ＋（ｘ／ｃ）2 −（ｘｔ／ｃ）・ｓｉｎθ｝1/2 （２） ここで、ｔは変換器配列の中心から音波パルスが送信さ
れた（即ち、開始）以降の経過時間、ｃは音速、θはビ
ーム角度、及びｘは配列の中心からの受信チャンネルの
変換器素子の距離である。この式に従ってＴd を実時間
で計算するためには、それを整数の数学で解くことので
きる形式に変換しなければならない。式（２）の遅延
は、次の式（３）に書き換えることができる。
【００４２】 ｔ＝｛（ｘ／ｃ）2 −Ｔd 2 ｝／｛（ｘ／ｃ）・ｓｉｎθ−Ｔd ｝ （３） この式は、更に次のように書き換えることができる。 ｔ｛（ｘ／ｃ）・ｓｉｎθ−Ｔd ｝−（ｘ／ｃ）2 ＋Ｔd 2 ＝０ （４） 受信チャンネル制御装置２０６は、式（４）を解くこと
により動作する。時間（ｔ）の値が増加するとき、現在
の遅延時間の値（Ｔd ）を用いて式（４）の左辺を計算
する。計算値がゼロに達するか又はゼロを越えると、遅
延時間の値Ｔdを増加させて、位相回転装置２０５及び
遅延ＦＩＦＯ２０４に出力する。各々の時間増分に対し
てこの計算を繰り返し、必要なときにＴd の値を増加さ
せて、その後の計算に用いる。
【００４３】整数の数学を用いて式（４）を解くには、
変数ｔ及びＴd を量子化することが必要である。好まし
い実施例では、位相回転装置２０５を１増分だけ前進さ
せるためにＴd に必要な遅延時間の分解能（ｔφ）は、
位相回転装置を搬送波周波数の周期の１／３２だけ回転
させるために必要な時間である。即ち、 ｔφ＝１／（３２・Ｆ0 ） （５） このとき、合計遅延時間Ｔd は、これらの増分的な遅延
時間（ｔφ）の整数（ｐ）倍になる。即ち、 Ｔd ＝ｐ・（ｔφ） （６） 同様に、時間（ｔ）は計数される増分、即ちインクレメ
ント（τ）に量子化することができる。即ち、 ｔ＝ｎ・τ （７） ここで、ｎはτクロックの個数である。好ましい実施例
では、５ＭＨｚのクロックを用いて、時間増分τを計数
すると共に、式（４）の毎回の計算を開始する。
【００４４】式（５）、（６）及び（７）を式（４）に
代入すると、 ｎ（３２／Ｌ）・｛３２Ｆ0 （ｘ／ｃ）・ｓｉｎθ−ｐ｝ −｛（ｘ／ｃ）・３２Ｆ0 ｝2 ＋ｐ2 ＝０ （８） ここで、Ｌ＝１／（τＦ0 ）である。式（８）は、それ
と同等であるが次の形に書き直すことができる。
【００４５】 ｎＡ−ｎｐＢ−Ｅ2 ＋ｐ2 ＝０＝Ｄ （９） ここで、Ａ＝（３２／Ｌ）・（３２Ｆ0 ）・（ｘ／ｃ）・ｓｉｎθ （９ａ） Ｂ＝３２／Ｌ （９ｂ） Ｅ＝（ｘ／ｃ）・３２Ｆ0 （９ｃ） 式（９）のＤの式は、Ｄ＝０であるとき、式（４）と同
等である。この式には、反射波を収集しようとするとき
に式（９）でＤ＝０を満たすような時間（ｎ）及び遅延
時間（ｐ）の初期値を与えることができ、その後受信信
号の自動焦点調整を行う過程を開始し、次のように動作
させる。
【００４６】（イ）Ｄの値を０（ゼロ）未満に減らすた
めにｐを増加する。 （ロ）時間（ｎ）を増加し、Ｄを計算し直して、Ｄがゼ
ロに達したか又はゼロを越えたかどうかを判定する。 （ハ）Ｄがゼロに達するか又はゼロを越えたときに、ｐ
を増加し、こうしてＤをゼロ未満に減少させ、合計遅延
Ｔd を受信チャンネルに出力する。
【００４７】（ニ）エコー信号全体を受け取るまで、工
程（ロ）を繰り返す。工程（イ）及び（ハ）でｐを増加
するため、Ｄの現在値におけるｐの寄与分を減算し、そ
の後、ｐの新しい値（即ち、ｐ＝ｐ＋１）の寄与分をＤ
に加える。これが次の計算に示されているが、その後、
ｐを増加する。 Ｄp+1 ＝Ｄp −ｎＢ＋（２ｐ＋１） （１０） 工程（ロ）でｎを増加するため、Ｄの現在値におけるｎ
の寄与分を減算し、その後、ｎの新しい値（即ち、ｎ＝
ｎ＋１）の寄与分をＤに加える。これが次の計算に示さ
れており、その後、ｎを増加する。
【００４８】 Ｄn+1 ＝Ｄn ＋Ａ−ｐＢ （１１） 受信チャンネル制御装置２０６の機能は、式（９）の定
数Ａ、Ｂ及びＥを計算し、Ｄ、ｐ及びｎの初期値を計算
し、工程（イ）、（ロ）、（ハ）及び（ニ）の過程を実
行して、反射された超音波を受信したときの位相制御信
号Δφを発生することである。
【００４９】図６について具体的に説明すると、受信チ
ャンネル制御装置２０６は、入力値Ｆ0 、ｘ及びｃを受
け取って、式（９ｃ）におけるＥの値を計算し、計算さ
れたＥをＥレジスタ２５１に記憶する回路２５０を含ん
でいる。回路２５２が入力Ｌを用いて式（９ｂ）におけ
るＢの値を計算し、その結果をＢレジスタ２５３に記憶
する。回路２５４が入力Ｆ0 、ｘ、Ｌ、θ及びｃを用い
て式（９ａ）における定数Ａを計算し、その結果をＡレ
ジスタ２５５に記憶する。これらの計算は、各々のビー
ムの送信の前に実行される。
【００５０】やはり各々のビームの送信の前に、そのと
きの受信データを収集すべきｎ及びｐの初期値が計算さ
れる。ビームの送信（開始）後にデータを収集すべき時
間（ｎi τ）は、次の式（１２）に従って、入力値ｘ、
θ、ｃ、ｔφ及びＦmin を用いて回路２５７によって計
算される。 ｎi ＝４Ｆmin ｜ｘ｜ｃｏｓθ／ｃ（ｔφ） （１２） ここで、Ｆmin はオペレータによって設定された光学レ
ンズのＦナンバである。この初期値（ｎi ）をｎレジス
タ２５８に記憶し、次に、初期値（ｎi ）と入力値ｘ、
θ及びｔφとを回路２６０で用いて、次の式に従って、
ｐの初期値を計算する。即ち、 ｐi ＝Ｔd ／（ｔφ） ここで、Ｔd は時間ｔ＝ｎi τにおいて式（２）に従っ
て計算される。その結果（ｐi ）をｐレジスタ２６１に
記憶する。このとき、回路２６２によってＤの初期値を
計算することができる。回路２６２は、レジスタ２５
１、２５３、２５５、２５８及び２６１の内容を入力と
して受け取り、式（９）の計算を行う。その結果をＤレ
ジスタ２６３に記憶する。このとき、受信チャンネル制
御装置２０６は、角度θで送信されたビームからのエコ
ー信号を処理する用意ができている。
【００５１】更に図６の説明を続けると、ビームが送信
されるとき、開始信号が論理シーケンサ２６５に印加さ
れる。論理シーケンサ２６５は、５ＭＨｚの入力クロッ
ク（τ）のサイクル数の計数を開始する。クロックサイ
クルの数が、ｎレジスタ２５８に記憶されている初期値
ｎi に等しくなると、論理シーケンサ２６５は回路素子
を作動し始めて、前に述べた工程（イ）〜（ニ）を実行
する。更に論理シーケンサ２６５は、制御ライン２１１
を介してアナログ／ディジタル変換器（図５）を付能す
る。このとき、ｐレジスタ２６１にある値が、ｎレジス
タ２５８、Ｂレジスタ２５３及びＤレジスタ２６３にあ
る値と共に、式（１０）に従ってＤの新しい値を計算す
るために用いられる。回路２６７がこの計算を実行し、
その結果をＤレジスタ２６３に再び記憶する。これによ
りＤの値が負になり、その後、ｐレジスタを増加し（ｐ
＝ｐ＋１）、そのｐの値を用いて、回路２６８で新しい
位相制御信号Δφ＝ｐ・（ｔφ）を計算する。この新し
い位相制御信号は、前に述べたように位相回転装置２０
５（図５）に出力される。
【００５２】この後クロック（τ）が入る度に、式（１
１）に従って、Ｄの値が増加される。このＤの値の増加
は回路２７０で行われる。回路２７０は、Ｄレジスタ２
６３、Ａレジスタ２５５、Ｂレジスタ２５３及びｐレジ
スタ２６１から入力を受け取り、計算された結果をＤレ
ジスタ２６３に記憶する。その後、ｎレジスタ２５８を
増加し（ｎ＝ｎ＋１）、Ｄレジスタ２６３にある新しい
値を比較器２７１に印加して、この新しい値がゼロに達
したか又はゼロを越えたかどうかを判定する。新しい値
がゼロに達していないか又はゼロを越えていなければ、
論理シーケンサはクロック（τ）の次の発生を待ち、同
じ計算及び比較を繰り返す。最終的に、Ｄの値がゼロに
達するか又はゼロを越え、そうなったときに、前に述べ
たように回路２６７によってＤを減少し、ｐレジスタ２
６１を増加し（ｐ＝ｐ＋１）、回路２６８から新しい位
相制御信号Δφを出力する。時間が経つと共にＤの値を
更新するこの過程は、受信器によって必要な数のエコー
信号のサンプルが収集されるまで続けられる。
【００５３】図６に示す回路と同一の回路がサンプル前
進制御ライン２２４を駆動すべく、受信チャンネル制御
装置２０６に設けられている。しかしながら、この場
合、減数器２０３で遅延を１増分だけ前進させるために
Ｔd に必要な分解能は、２５ナノ秒（即ち、１／４０Ｍ
Ｈｚのサンプル速度）である。即ち、 ｔφ＝２５×１０-9 このとき、合計遅延時間Ｔd は、整数個（ｐ）のこれら
の増分的な遅延時間（ｔφ）であり、それに従って、定
数Ａ、Ｂ及びＥの値が計算される。この場合、Ｄの計算
値がゼロに達するか又はゼロを越える度に、前に述べた
ように、Ｄが回路２６７によって減少され、ｐレジスタ
２６１が増加され（ｐ＝ｐ＋１）、サンプル前進制御ラ
イン２２４がパルス駆動されて、減数器を１サンプルだ
け前進させる。受信器によってエコー信号のサンプルが
収集されるとき、この過程が上に述べた位相回転装置２
０５の前進と平行して続けられる。
【００５４】本発明の実施例では、各々の受信チャンネ
ル１１０の位相遅延及び時間遅延の両方が、エコー信号
を受信するときに動的に変えられているが、位相遅延の
みを動的に変えることによっても、実質的な改善を達成
することができる。更に、本発明は、１９９２年３月２
日に出願された発明の名称「過剰標本化アナログ／ディ
ジタル変換器を用いた位相調整アレイ超音波ビームの形
成(Phased Array Ultrasonic Beam Forming Using Over
sampled A/D Converters )」という係属中の米国特許出
願番号第８４４０３１号に記載されているように、位相
回転装置を必要としない受信チャンネルにも用いること
ができる。この実施例では、時間遅延のみを動的に前進
させればよい。
【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の受信チャンネルの一部を形成している受
信チャンネル制御装置の電気的ブロック図である。
【符号の説明】
１１ 変換器配列 １２ 変換器素子 １３ 送信器 １４ 受信器 １５ スイッチ １６ ディジタル制御装置 １７ 表示装置 ５０ チャンネルパルスコードメモリ ５４ 送信制御装置 １０２ 中心プロセッサ部 １１０ 受信チャンネル ２００ アナログ／ディジタル変換器 ２０１ 復調器 ２０２ 低域フィルタ ２０３ 減数器 ２０４ 遅延ＦＩＦＯ ２０５ 位相回転装置 ２０６ 受信チャンネル制御装置 ２５０、２５２、２５４、２５７、２６０、２６２、２
６７、２７０ 回路 ２５１、２５３、２５５、２５８、２６１、２６３ レ
ジスタ ２６５ 論理シーケンサ ２７１ 比較器

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 それぞれが送信モードの間は超音波エネ
    ルギのパルスを発生するように別個に動作可能であると
    共に、それぞれが受信モードの間は当該配列素子に入射
    する超音波エネルギに応答してエコー信号を発生するよ
    うに動作可能であり、あるパターンに設けられている一
    組の配列素子を有している超音波変換器配列と、 該超音波変換器配列に接続されており、送信モードの間
    は方向決めされた送信ビームが発生されるように各々の
    配列素子に別個の信号を印加するよう動作可能な送信器
    と、 前記超音波変換器配列に接続されており、受信モードの
    間は前記超音波エネルギが入射したときに各々の配列素
    子により発生される前記エコー信号を標本化するよう動
    作可能であると共に、各々の変換器素子から標本化され
    た別個の前記エコー信号を別個に遅延させると共に加算
    することにより受信ビーム信号を形成するよう動作可能
    な受信器と、 前記受信ビーム信号を受け取ると共に該受信ビーム信号
    から像を発生するように接続されている表示装置とを備
    えており、 前記受信器は、ｎが前記方向決めされた送信ビームの発
    生以後の時間増分の数であり、ｐが前記エコー信号のサ
    ンプルに加えられた遅延増分の数であり、並びにＡ、Ｂ
    及びＥが前記方向決めされた送信ビームの結果として発
    生された前記エコー信号の受信中一定にとどまる値であ
    る場合に、式 Ｄ＝ｎＡ−ｎｐＢ−Ｅ2 ＋ｐ2 に従って、値Ｄを計算することにより前記エコー信号の
    サンプルに前記遅延を加えるように動作する別個のチャ
    ンネルを各々の配列素子に対して有しており、 前記Ｄの値は、時間増分ｎの関数として変化していると
    共に、予め設定された値と周期的に比較されており、前
    記ｐの値は、前記Ｄの値が前記予め設定された値を越え
    たときに変化している超音波作像装置。
  2. 【請求項２】 各々の受信チャンネルは、次の式 Ｄn+1 ＝Ｄn ＋Ａ−ｐＢ に従って、各々の時間増分が経過した後に前記Ｄの値を
    増加させる手段を含んでいる請求項１に記載の超音波作
    像装置。
  3. 【請求項３】 各々の受信チャンネルは、次の式 Ｄp+1 ＝Ｄp −ｎＢ＋（２ｐ＋１） に従って、前記ｐの値が変化する度に前記Ｄの値を変化
    させる手段を含んでいる請求項１に記載の超音波作像装
    置。
  4. 【請求項４】 各々の受信チャンネルは、前記エコー信
    号のサンプルに位相遅延を加える位相回転装置を含んで
    おり、前記位相遅延の大きさは、前記Ｄの値が前記予め
    設定された値を越える度に増加されている請求項１に記
    載の超音波作像装置。
  5. 【請求項５】 それぞれが送信モードの間は超音波エネ
    ルギのパルスを発生するように別個に動作可能であると
    共に、それぞれが受信モードの間は当該配列素子に入射
    する超音波エネルギに応答してエコー信号を発生するよ
    うに動作可能であり、あるパターンに設けられている一
    組の配列素子を有している超音波変換器配列と、 該超音波変換器配列に接続されており、送信モードの間
    は方向決めされた送信ビームが発生されるように各々の
    配列素子に別個の信号を印加するよう動作可能な送信器
    と、 前記超音波変換器配列に接続されており、受信モードの
    間は前記超音波エネルギが入射したときに各々の配列素
    子により発生される前記エコー信号を標本化するよう動
    作可能であると共に、各々の変換器素子から標本化され
    た別個の前記エコー信号の位相を別個に回転させると共
    に加算することにより受信ビーム信号を形成するよう動
    作可能な受信器と、 前記受信ビーム信号を受け取ると共に該受信ビーム信号
    から像を発生するように接続されている表示装置とを備
    えており、 前記受信器は、ｎが前記方向決めされた送信ビームの発
    生以後の時間増分の数であり、ｐが前記エコー信号のサ
    ンプルに加えられた位相回転の増分の数であり、並びに
    Ａ、Ｂ及びＥが前記方向決めされた送信ビームの結果と
    して発生された前記エコー信号の受信中一定にとどまる
    値である場合に、式 Ｄ＝ｎＡ−ｎｐＢ−Ｅ2 ＋ｐ2 に従って、値Ｄを計算することにより前記エコー信号の
    サンプルに前記位相回転を加えるように動作する別個の
    チャンネルを各々の配列素子に対して有しており、 前記Ｄの値は、時間増分ｎの関数として変化していると
    共に、予め設定された値と周期的に比較されており、前
    記ｐの値は、前記Ｄの値が前記予め設定された値を越え
    たときに変化している超音波作像装置。
  6. 【請求項６】 各々の受信チャンネルは、次の式 Ｄn+1 ＝Ｄn ＋Ａ−ｐＢ に従って、各々の時間増分が経過した後に前記Ｄの値を
    増加させる手段を含んでいる請求項５に記載の超音波作
    像装置。
  7. 【請求項７】 各々の受信チャンネルは、次の式 Ｄp+1 ＝Ｄp −ｎＢ＋（２ｐ＋１） に従って、前記ｐの値が変化する度に前記Ｄの値を変化
    させる手段を含んでいる請求項５に記載の超音波作像装
    置。
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