JPH0728870B2 - コヒーレント振動エネルギビーム作像装置及び伝達媒質内の収差を補正する方法 - Google Patents

コヒーレント振動エネルギビーム作像装置及び伝達媒質内の収差を補正する方法

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JPH0728870B2
JPH0728870B2 JP4325382A JP32538292A JPH0728870B2 JP H0728870 B2 JPH0728870 B2 JP H0728870B2 JP 4325382 A JP4325382 A JP 4325382A JP 32538292 A JP32538292 A JP 32538292A JP H0728870 B2 JPH0728870 B2 JP H0728870B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は、超音波のような振動エネルギ
を用いたコヒーレント作像装置、特に、位相調整アレイ
扇形走査を用いた超音波作像装置に関する。超音波のよ
うな振動エネルギ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、進路を決
められた超音波を送信し、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、
各々の走査線の進路を０．７０°の増分に分けて進め、
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４１
５５２５９号、同第４１８０７９０号、同第４４７０３
０３号、同第４６６２２２３号、同第４６６９３１４号
及び同第４８０９１８４号に記載されている。
【０００７】ＰＡＳＳ作像装置が正しく動作するには、
超音波パルスが伝わる媒質内の音速が比較的一様である
ことが前提である。医療の用途では、一旦音波が身体の
壁を伝搬して内部器官に入れば、この前提は正しいのが
普通である。しかしながら、身体の壁自体の不規則性に
よって収差が起こることが非常に多くある。こういう収
差は、例えば、配列内のある素子から出る音波を遅くす
るため、所望の焦点で他の信号と加算されるときに、所
望の位相を有していないことがある。その結果、こうい
う素子からの遅延した超音波信号は、焦点にある反射体
によって発生されたエコー信号から実際に減算されるこ
とがあり、このため、再生像に誤り又は人為効果を生ず
ることがある。更に、収差により起こる遅延は、身体の
壁が有限の厚さを有しているため、ビーム方向決め角
（θ）の関数として一定ではないのが典型的である。こ
のように異なる角度で、有限の厚さを有する非均質な層
を音波が伝搬することにより、身体の壁の不規則性の如
何の関数として異なる収差を生ずる。更に、超音波を臨
床で利用する用途では、身体の壁が患者の呼吸及びその
他の患者の動きのために移動し、このため、収差は走査
ごとに変化し、実時間で補正を計算し直すことを必要と
する。
【０００８】出願人に譲渡された米国特許番号第４８３
５６８９号及び同第４９８９１４３号には、このような
収差を考慮して、変換器配列の素子によって発生される
別々の信号の位相を補正する方法及び装置が記載されて
いる。この従来の方法では、各々の配列素子によって発
生される別々の信号を検査し、各々の素子に対する位相
補正を計算する。この方式は、各々の変換器素子によっ
て発生される信号に対するアクセスが必要であり、各素
子ごとに別個の計算回路を必要とする。素子６４個の典
型的な装置では、この結果、ハードウェアが膨大にな
る。
【０００９】
【発明の要約】本発明は、音波の媒質内での収差により
ＰＡＳＳ作像装置で起こる位相誤差を補正する方法及び
装置、特に、収集されたビームデータを用いることによ
り、各々の変換器素子に対する補正位相の計算に関す
る。具体的に言うと、本発明は、多重素子超音波変換器
と、超音波ビームを所望の方向（θ）に方向決めするの
に必要な分だけ遅延させてパルス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応答すると共
に、そのうちの１つが所望の方向（θ）に方向決めされ
る複数の受信ビームを形成すべく、各々の素子によって
発生されたエコー信号に別々の遅延を与える受信器と、
受信器に応答すると共に、方向決め方向θからのエコー
信号と他の基準方向決め角からのエコー信号との間の複
素数誤差（Ａθ，Δφθ）を測定するために、同時に形
成された受信ビームの相互相関を計算するように動作可
能な収差補正プロセッサとを含んでいる。収差補正プロ
セッサは又、一組の測定された誤差（Ａθ，Δφθ）を
フーリエ変換して、一組の補正位相変化（シフト）Δφ
k を発生するようにも動作可能であり、この補正位相シ
フトΔφk は、送信器によってそれぞれの変換器素子に
印加されるパルスのタイミングを補正するように印加さ
れると共に、それぞれの変換器素子によって発生された
エコー信号に受信器によって加えられる遅延を補正する
ように印加される。その結果、方向決め方向θに沿っ
て、この後のビームが送信されて受信されるときに、ビ
ーム通路の収差が原因で起こる人為効果が減少する。
【００１０】本発明の全般的な目的は、受信ビームデー
タを用いることにより、音波伝達媒質内の収差を補正す
ることである。受信ビームが通る媒質が音響的に均質で
あれば、同時に発生される２つの受信ビームは、同じ距
離の所では同じ位相を有するはずである。それが同じ位
相を有しないとすれば、位相差は２つのビームの相互相
関により測定することができる。このような一組の同時
ビームを発生すると共に、所望の方向決め角（θ）の受
信ビームに対するそれぞれの差を測定することにより、
受信器及び送信器に対して一組の位相補正値を発生する
ことができる。これらの補正値は、所望の方向決め角
（θ）で完全な送信／受信ビームをこの後で得るために
用いられる。扇形走査が完了するまで、他の方向決め角
に対してこの過程が繰り返される。
【００１１】本発明の他の目的は、音波伝達媒質内の収
差を補正するのに必要な回路の複雑さを減じることであ
る。受信ビームデータが、別々の位相補正値Δφk を発
生するために、１つの相関及びフーリエ変換プロセッサ
によって処理される。これは、各々の受信チャンネルに
対して別々の回路を用いていた従来のシステムとは対照
的である。
【００１２】本発明の他の目的は、被検体にある反射体
に動きがあるときでも、それから位相補正をすることが
できるような測定を行うことである。このため、同じ反
射体を「見る」同時受信ビームを発生する。従って、こ
ういう同時受信ビームは、音波伝達媒質内の収差により
起こる位相差を正確に測定することを容易にする。本発
明の上述及びその他の目的及び利点は、以下説明する所
から明らかになろう。以下の説明では、本発明の実施例
を示す図面を参照する。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
範囲を解釈するに当たっては、特許請求の範囲によるべ
きである。
【００１３】
【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、振動エネルギ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１
２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
ルギのような振動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に反射された振動エネルギは、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、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、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信器１４に印加
する。変換器素子１２の各々からの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１７の像
内の線を発生する。
【００１４】送信器１３は、発生される振動エネルギ、
例えば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１１を物理的に動かす代わりに、この
ビームを一組の角度に亘って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
Ｔ i は、次の式で表される。
【００１５】 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。
【００１６】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。
【００１７】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の所にある各焦点Ｐから
反射された全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。
【００１８】各々の変換器素子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１４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。
【００１９】 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
（θ）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（Ｒ）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エコ
ー信号サンプルが収集される。受信器１４は各々のエコ
ー信号サンプルに対する遅延を変えて、信号サンプルを
発生する反射体に動的に焦点合わせすることができる。
受信器によって発生された、焦点合わせされて方向決め
されたエコー信号サンプルのストリームを業界では「受
信ビーム」と呼んでいる。
【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サンプルを受け取り、このデータを
所望の像を発生する形に変換する。例えば、Ａ−走査を
希望する場合、一連のデータ点の大きさは単に時間の関
数として図示される。Ｂ−走査を希望する場合、この一
連の中の各々のデータ点は像の画素の輝度を制御するた
めに用いられ、相次ぐ方向決め角（θ）における一連の
走査で構成された走査が実施されて、表示に必要なデー
タを発生する。
【００２１】送信モード及び受信モードの両方の間、所
望の方向決め及び焦点合わせを行うために式（１）に従
って発生される遅延時間は、音波が伝搬する媒質全体に
亘って、音波が一様な速度ｃで通ることを前提としてい
る。臨床の用途では、このようにならないのが普通であ
る。その代わりに図７に示すように、超音波変換器１１
は典型的には患者の皮膚２５の上に配置されており、超
音波変換器１１から出る音波は１つ又は更に多くの組織
の層を通過するが、これらの層は音波伝搬特性が異なっ
ている。これらの層の間の境界２６は不規則な形状を有
している。その結果、例えばビームサンプルが方向決め
角θの点Ｐから収集されているとき、点Ｐと２つの別個
の配列素子１２4 及び１２5 との間を伝わる音波は、境
界２６の不規則性のために伝搬が全く異なる。このこと
がそれぞれの破線２８及び２９によって例示されてい
る。これらの破線は、組織層３０内での超音波の通路長
が変換器素子１２5 に対しては、変換器素子１２4 に対
するよりも長いことを明らかにしている。２つの変換器
素子までの組織層３０内での通路長のこの違いにより、
位相収差が生ずる。同じ組織層は他の変換器素子１２に
関連する音波の位相に影響するかもしれないし、影響し
ないかもしれないし、同じ組織層は、異なる方向決め角
θでは、同じ素子１２4 及び１２5 に関連する音波の位
相に影響するかもしれないし、影響しないかもしれな
い。このことが点Ｐ′までの音波の通路３１及び３２に
よって例示されている。これらの通路の組織層３０内で
の長さは、非常に似通っている。
【００２２】音波伝搬媒質内での収差によって起こる位
相誤差の補正は、変換器素子１２ごとに異なると共に、
走査中に収集される方向決め角θごとに異なる。本発明
では、音波の媒質内での収差によって起こる誤差を打ち
消すために、各々の変換器素子１２に関連する信号に必
要な位相補正値Δφk を計算し、図１に示す送信器１３
によって発生されると共に受信器１４によって加えられ
る遅延時間Ｔi に対して、こういう補正を加える。
【００２３】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、６４個の別個の変換器素子１２があり、
従って、６４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。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。
【００２４】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
ロック信号の位相のうちの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＝
６４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、図
２(B) に示すような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２
１（図１）を中心とする９０°の扇形に亘って、０．７
０°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。
【００２５】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。
【００２６】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、受信ビーム形成部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＝６
４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１
２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１０
５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Ｔ
ＧＣ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
コー信号がエコー信号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。
【００２７】受信器１４の受信ビーム形成部１０１は、
Ｎ＝６４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
１１０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。
【００２８】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が加算点１１４及び
１１５からの受信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、検出プロセッサ１２０で検波過程が行われ、各々の
受信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１２１に供給する。
【００２９】Ｍ＝（Ｉ2 ＋Ｑ2 ）1/2 本発明は、大部分、中心プロセッサ１０２に含まれてい
る収差補正プロセッサ１２２によって実施されるが、こ
れについては後で詳しく説明する。収差補正プロセッサ
１２２は、ビーム形成部１０１からの同時に発生された
２つのビームサンプルのＩ及びＱ成分を受け取り、中心
プロセッサの出力１２３に発生される位相補正値Δφk
を計算する。これらの位相補正値Δφk は前に述べた図
１の送信器１３に印加され、これから詳しく説明するよ
うに、受信ビーム形成部の別々のチャンネルに印加され
る。走査の間、各々の方向決め角θで、先ずデータを収
集し、収差補正プロセッサ１２２は収集されたデータを
用いて、位相補正値Δφkを発生する。このビームに沿
った次の収集のとき、次の像フレームでも、或いは同じ
像フレーム内のこの後の発射のときでも、位相補正を入
れて像データを収集する。像データは検出プロセッサ１
２０によって用いられて、図１の表示装置１７に対する
データを発生する。
【００３０】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。
【００３１】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は、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、通常のＢ−走査像を発生するとき、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 Algorithm for Di
splaying Ultrasound Images）」に記載されている。
【００３２】ディジタル走査変換器１５４によって行わ
れる特定の変換が何であっても、こうして得られた像デ
ータはメモリ１５５に書き込まれる。このメモリは、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１
５５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１
５７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、メモリ１５５内の変換された走査データ
に対する通常の像処理作用を行う。例えば、メモリ１５
５内の変換された走査データ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、メモリ１５５内の変換された走査データの輝
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込んで、所望の
像の強化を行い、強化された輝度の値を表示メモリ１６
１に書き込む。
【００３３】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の中の輝度の値が表示装置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１６
０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（陰曲線
管）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。
【００３４】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。
【００３５】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。更に、収差補正位相Δφk が受信チャンネル制御装
置２０６に送られ、エコー信号に加えられる普通の遅延
Ｔk に加算される。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。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２０
０は、図１４(A) の波形２１０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、２０Ｍ
Ｈｚ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
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４
０ＭＨｚ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に対して復調直角位相値Ｑ出力信号を発生す
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１４(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。
【００３６】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。
【００３７】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、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１４
(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。
【００３８】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他に
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
２００、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。この合計の遅延は、式（１）に従って
計算された値Ｔi に、収差位相補正Δφk によって表さ
れる遅延を加えたものに等しい。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１４
(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、ＦＩＦＯ２
０４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。
【００３９】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１４(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おり、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（＋Δ
φ）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 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。
【００４０】図６について説明すると、各チャンネルの
受信器１１０のＩ及びＱ出力信号が第１及び第２の位相
回転装置２５０及び２５２に供給される。位相回転装置
２５０及び２５２は各々の受信チャンネル１１０の一部
として含めることができる。位相回転装置２５０及び２
５２は、１９８９年１２月１２日に付与された発明の名
称「単一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 Of, And A
pparatus For, Obtaining A Plurality Of Different R
eturn Energy Imaging Beams Responsive To A Single
Excitation Event）」という米国特許番号第４８８６０
６９号に記載されているように、２つの受信ビームを形
成する。位相回転装置２５０及び２５２の各々は、前に
述べた位相回転装置２０５（図５）と同一であり、ディ
ジタル制御装置１６（図１）から位相シフト指令Δθ1
及びΔθ2 をそれぞれ受け取る。位相回転装置２５０か
らのＩ及びＱ出力信号は加算点２６２及び２６３で、他
のすべてのチャンネル１１０の対応する出力信号と加算
されて第１の受信ビームを形成する。この第１の受信ビ
ームは、入力ラッチ２６４に１６ビットビームサンプル
データＳ（Ｒ，θ＋Δθ1 ）のストリームを発生する。
同様に、位相回転装置２５２からのＩ及びＱ出力信号は
加算点２７６及び２６８で、対応するチャンネルの出力
信号と加算されて第２の受信ビームを形成する。この第
２の受信ビームは、入力ラッチ２６９に１６ビットビー
ムサンプルデータＳ（Ｒ，θ＋Δθ2 ）のストリームを
発生する。２つのビーム信号を形成するために、各々の
受信チャンネル１１０のＩ及びＱ出力信号がどのように
加算されるか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 D
igital Phased Array Imaging ）」という米国特許番号
第４９８３９７０号を参照されたい。図８に示すよう
に、受信器はこうして、方向決め角度θを中心として、
ビームのオフセットΔθ1 及びΔθ2 によって決定され
る分だけ離れた所にある２つの同時受信ビームを形成す
る。以下の説明から明らかになるが、このように同時に
発生された受信ビームを用いて、本発明を実施するのに
必要な位相測定を行うことが、本発明の重要な一面であ
る。
【００４１】更に図６について説明すると、中心プロセ
ッサ１０２（図３）は、１６ビットデータ母線２８１を
駆動する１６ビットプロセッサ２８０を中心として構成
されている。プロセッサ２８０は、受信ビームサンプル
が利用できるようになったときに入力ラッチ２６４及び
２６９から受信ビームサンプルを読み取り、読み取った
受信ビームサンプルをメモリ２８２のＳ（Ｒ，θ）配列
２８３内の正しい位置にロードするようにプログラムさ
れている。後で更に詳しく説明するが、「ビーム空間」
の誤差が適切に標本化されたときに、配列２８３に記憶
されているサンプル値は、メモリ配列２８４に記憶され
ている一組のビーム空間誤差（Ａθ，Δφθ）を計算す
るために用いられる。これらの値は測定された誤差をビ
ーム角θに関係付ける関数Ｆ（θ）を定めるために用い
られる。この関数Ｆ（θ）をフーリエ変換して、１２８
個の「素子空間」位相補正値Δφk を発生する。補正値
Δφk はメモリ配列２８５に記憶され、前に述べたよう
に送信器１３（図１）及び受信ビーム形成部１０１に印
加するために、ラッチ２８６に供給される。
【００４２】特定のビーム角θに対する位相補正が得ら
れた後、この角度θ及びサンプルＳ（Ｒ，θ）で引き続
き収集される像データが入力ラッチ２６４に現れる。プ
ロセッサ２８０は、これらのサンプル値のＩ及びＱ成分
を読み取り、前に述べたように大きさの値Ｍ（Ｒ，θ）
を計算し、それらを表示装置１７（図４）にある共有メ
モリ１５０に供給するようにプログラムされている。こ
うして、走査は、送信器及び受信器の位相調節を行うこ
とができるようにする各々のビーム角（θ）における一
連の測定で構成されており、その後、そのビーム角
（θ）に対する像データが収集される。走査内にある１
２８個のビーム角（θ）の各々に対して、こういうこと
が繰り返される。
【００４３】本発明に従って走査を実施するためには、
ディジタル制御装置１６（図１）によって実行されるプ
ログラムは、受信器（図６）にあるプロセッサ２８０が
実行するプログラムと協働して動作するように構成され
ていなければならない。しかしながら、これらのプログ
ラムを説明する前に、位相測定を行う態様及び順序を説
明する。
【００４４】特に図９について説明すると、走査の間に
発生すべき各々のビーム角θに対し、有限の持続時間に
亘って２つの同時受信ビームの複素ベースバンド出力の
間の相互相関関数を計算することにより、一組の相関測
定を行う。相関処理に用いられる信号は、距離に亘って
分布した不規則な又は不規則に近い散乱部材の集合から
出てくる。典型的には、送信器の焦点区域から受信され
る信号をこの目的のために用いる。これらの相関測定か
ら、収差補正位相Δφk が発生される。本発明の好まし
い実施例では、相関測定は走査すべき９０°の扇形全体
に亘って、１７個の等間隔の基準角度θ1 〜θ17で行わ
れる。１つは角度θ0 で，もう１つは今述べた基準角度
θ1 〜θ17のうちの１つの角度で、２つのビームを同時
に発生させ、発生した２つのビームをある距離セグメン
トに亘って相互相関させて、ビームの間の相対的な振幅
Ａθ及び位相Δφθの両方を計算する。更に、角度θ0
におけるビームの自己相関を正しい正規化のために計算
する。
【００４５】特に図１０(A) 及び図１０(B) について説
明すると、１７回の相関測定を行った後、測定された相
関値（Ａθ，Δφθ）に滑かな曲線を通すことにより、
複素関数Ｆ（θ）を定めることができる。このとき、各
々の複素数の実数部はＡθ・ｃｏｓ（Δφθ）に等し
く、虚数部はＡθ・ｓｉｎ（Δφθ）に等しい。この
後、関数Ｆ（θ）を−４５°≦θ≦＋４５°の範囲全体
に亘って、ｓｉｎθの増分で等間隔の１２８個の点で標
本化する。これらの１２８個の複素数サンプルが高速フ
ーリエ変換されて、１２８個の位相補正Δφk を生ず
る。これらの１２８個の位相補正は、１２８個の変換器
素子１２（図１）にそれぞれ対応している送信器及び受
信器内の１２８個のチャンネルに印加される。こうし
て、位相誤差が「ビーム空間」で測定され、「素子空
間」にフーリエ変換されて、「素子空間」で位相誤差
は、送信器及び受信器を補正するために有効に用いられ
得る。
【００４６】図９に戻って説明すると、位相測定Δφθ
は１７個の基準角θ1 〜θ17の各々と、所望のビーム
（θ0 ）との間の位相誤差を決定するが、好ましい実施
例では、実際にはこれらの測定は間接的に求められる。
具体的に言うと、位相誤差Δφθは所望のビーム
（θ0 ）と、それに一番近い基準角（図９における
θ7 ）との間で測定され、その後、隣接する対の基準角
の間（θ7 〜θ8 ，θ8 〜θ9 ，θ 9 〜θ10等）で、位
相誤差Δφθが測定される。その後、所望のビーム角
（θ0）と、基準角θ1 〜θ17の各々との間の位相誤差
Δφθが、別々の「増分的な」測定値を加算することに
より計算される。このようにして、互いに６°未満しか
離れていない２つの同時受信ビームを用いて、９０°の
扇形全体に亘る位相誤差を測定することができる。
【００４７】図１と共に図１１を参照して説明すると、
本発明の好ましい実施例を実施するために、ディジタル
制御装置１６が工程３００から入る走査プログラムを実
行する。位相補正フラグ及び基準角カウンタを含んでい
るデータ構造がプロセス工程３０１で初期設定され、そ
の後ループに入る。このとき、所望のビーム角（θ）に
対する位相測定を行う。プロセス工程３０２に示すよう
に、各々の位相測定のサンプル角が計算されて、送信ビ
ームが所望のビーム角（θ）に最も近い基準角に差し向
けられ、２つの受信ビームが２つの基準ビーム方向に向
けられるようにする。図９で、例えば基準角θ7 及びθ
8 の間の位相誤差を測定しようとする場合、送信ビーム
を最も近い基準角（θ0 ＝θ7 ）に差し向け、受信ビー
ムを角度θ7 及びθ8 に向ける。プロセス工程３０３に
示すように、ビームを送信し、プロセス工程３０４で２
つの受信ビームを受信する。エコー信号の受信中に受信
器に供給される位相シフト指令Δθ1 及びΔθ2 は、２
つの受信ビームを測定している基準角θ1 〜θ17の一対
に差し向けるように設定され、受信ビーム形成部のタイ
ミングは、これらの２つの基準角の中間にビームを差し
向けるように設定される。この過程は、１７回の相関測
定の全部が判定工程３０５で判断して行われるまで、上
に述べたように続けられる。
【００４８】相関データを収集した後、位相補正メッセ
ージを受信器１４の中心プロセッサに供給して、プロセ
ス工程３０６に示すように、位相補正を計算すべきであ
ることを知らせる。そのときディジタル制御装置１６
は、計算が行われて、収差補正位相Δφk が上に述べた
ように送信器１３及び受信器１４に印加されたことを知
らせる戻りメッセージを判定工程３０７で待つ。その
後、図１１のプロセス工程３０８で送信器１３が付能さ
れて、ビーム角（θ）に方向決めされた超音波パルスを
発生し、プロセス工程３０９で受信器１４が付能され
て、その結果生ずるエコー信号を受信する。一連の受信
ビームサンプルがプロセス工程３１０で表示装置１７に
供給されて、表示スクリーンに１本の線又はビームのデ
ータを発生する。走査プログラムは、判定工程３１１の
判断により、１２８本のビーム全部が得られるまで、ル
ープ上に戻って像の他のビームを発生する。
【００４９】走査を実施する態様には様々な変更が可能
であることは、当業者には明らかである。例えば、各々
のビーム角（θ）に対して、増分的な位相差を測定し直
すことは必ずしも必要ではない。その代わりに、各々の
基準角で独立の測定を行って、方向決めビーム角θの関
数として位相誤差Δφk を特徴付けることができる。こ
れらの基準角の間のビーム角に対しては、隣り合った２
つの基準角からの位相誤差Δφk を用いて、補間を利用
することができる。更に、すべてのフレームで測定を行
う必要もない。新しい測定を行う前に、ある測定をいず
れのフレームかのデータに適用することができる。完全
な一組の位相測定を行う速度は、検査を行っているとき
に、医者が画像の品質と全体の走査時間との兼合いをと
ることができるようにオペレータによって選択できるよ
うにすることが可能である。
【００５０】図１２について説明すると、中心プロセッ
サ１０２（図３）にあるプロセッサ２８０（図６）は、
サンプルビームデータを受け取り、受け取ったサンプル
ビームデータを用いて、収差位相補正Δφk を計算する
か、表示装置１７（図１）に対する像データのビームを
発生するようにプログラムされている。このプログラム
には工程３２５から入り、「補正済み」フラグのような
データ構造をプロセス工程３２６で初期設定してから、
中心プロセッサがどのようなモードにあるかを決定す
る。判定工程３２７の判断で、中心プロセッサが収差補
正モードにあれば、プロセッサは、受信データが利用で
きるようになるまで、判定工程３２８に従って待つ。前
に述べたように中心プロセッサは、ディジタル制御装置
１６（図１）からのメッセージによってこのモードに入
る。
【００５１】特に図６及び図１２について説明すると、
判定工程３２８の判断で、入力ラッチ２６４及び２６９
にデータが利用し得るとき、プロセス工程３２９に示す
ように、データを読み取って、Ｓ（Ｒ，θ）配列２８３
に記憶する。１７対のビームデータが収集されたとき、
位相補正を計算すべきであることを示すメッセージがデ
ィジタル制御装置１６から来る。これを判定工程３３０
で検出し、このとき、Ｓ（Ｒ，θ）配列２８３が図１３
に示すデータを記憶する。
【００５２】図６の配列２８３は、図１３に示す２つの
２次元配列３３１及び３３２から構成されている。配列
３３１の各行は入力ラッチ２６４（図６）からのビーム
サンプルを記憶し、配列３３２の対応する行は同時に受
信したビームのビームサンプルを記憶する。配列３３１
にある第１行のビームサンプルデータは、所望のビーム
角（θ）に沿ったエコー信号を測定したものである。配
列３３２の対応する第１行は、一番近い基準角θx から
の同時に収集されたデータを記憶する。配列３３１及び
３３２の後続の行は、同時に収集された対の隣接する基
準ビームデータを表す。
【００５３】図１２に戻って説明すると、相関測定デー
タが収集された後、最初の工程は、プロセス工程３３５
で示すように、一組の距離に亘るエコー信号の対の相互
相関を計算することである。この計算は配列３３１及び
３３２（図１３）の対応する行を互いに相互相関するこ
とにより行われる。これにより、１７個一組の相関の振
幅及び位相差の値が得られる。好ましい実施例では、各
々の相互相関は像の中心にある一組の距離で、一方のビ
ームの複素サンプルに他方のビームの対応する複素サン
プルの複素数共役を乗じ、その結果を平均することによ
り行われる。その後、プロセス工程３３６に示すよう
に、こういう増分的な差を前に述べたように加算して、
所望のビームパターンにおける誤差を示す複素数誤差Ａ
1 〜Ａ17及びΔφ1 〜Δφ17を発生する。図１０(A) は
ビーム角（θ）の関数として位相シフト値Δφθを示し
ており、これに対して図１０(B) では、相対的な振幅の
値Ａθが基準ビームθ0 （即ち、上述の例ではθ7 ）の
振幅の自己相関の振幅に対して正規化されており、ビー
ム角（θ）の関数としても示されている。
【００５４】次に、図１２のプロセス工程３３７に示す
ように、上に述べた１７個の相対的な振幅及び位相誤差
の測定値に滑かな曲線を通して、図１０(A) 及び図１０
(B)に破線３４０ａ及び３４０ｂで示すように、ビーム
角の関数として複素数誤差（即ち、大きさ及び位相）を
測定する複素誤差関数Ｆ（θ）を発生する。この誤差関
数Ｆ（θ）を１２８個の点で標本化し、これらのサンプ
ルは、図１２のプロセス工程３４１で示すように高速フ
ーリエ変換にかけられる。これにより、各々の送信ビー
ム角θに対して１２８個の位相補正値Δφk が得られ
る。これらがプロセス工程３４２で、前に述べたように
送信器１３（図１）及び受信チャンネル１１０（図３）
に供給される。その後、プロセス工程３４３で「補正済
み」のメッセージがディジタル制御装置１６（図１）に
送られ、中心プロセッサは次の動作モードを決定するた
めにループ上に戻る。この場合も、走査に用いられるす
べての送信ビーム角θに対して、独立の一組の補正値Δ
φk を収集する必要はない。基準角に沿って差し向けら
れた送信ビームに対する縮小した一組の補正値Δφkを
収集してもよい。そのとき、補間を利用して、これらの
基準角の間にある送信ビーム角θに対する補正値Δφk
の正確な推定値を発生することができる。
【００５５】更に図１２について説明すると、中心プロ
セッサによって位相補正を行った後、中心プロセッサは
像モードにおかれる。このことが判定工程３５０で検出
される。中心プロセッサは、入力ラッチ２６４（図６）
でビームサンプルが利用できるようになるまで待ち、判
定工程３５１の判断により、ビームサンプルが利用でき
るようになったときに、検出プロセッサはプロセス工程
３５２で示すように、対応する大きさＭ（Ｒ，θ）を計
算するように動作する。プロセス工程３５３で、この大
きさの値が表示装置１７（図１）に供給され、次に、判
定工程３５４で、角度（θ）のビーム全体が収集された
かどうかを判断するための試験を行う。収集されていれ
ば、中心プロセッサはループ上に戻って、次の動作モー
ドを決定し、収集されていなければ、中心プロセッサは
ループ上に戻って、再び判定工程３５１に入る前に更に
多くのビームサンプルを待つ。
【００５６】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、当業者にはいろいろな変更が考えられ
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の装置の一部を形成している送信器を説明
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の装置の一部を形成している受信器のブロ
ック図である。
【図４】図１の装置の一部を形成している表示装置のブ
ロック図である。
【図５】図３の受信器の一部を形成している受信チャン
ネルのブロック図である。
【図６】図３の受信器の一部を形成している中心プロセ
ッサの電気的なブロック図である。
【図７】図１の装置に用いられている超音波変換器の略
図であって、音波伝達媒質内での収差の影響を示す図で
ある。
【図８】２つの同時受信ビームを発生を示す超音波変換
器の略図である。
【図９】本発明を実施するために用いられる基準ビーム
の向きを示す超音波変換器の略図である。
【図１０】図１０(A) 及び図１０(B) は本発明に従って
基準ビーム角で行われる誤差の測定を示すグラフであ
る。
【図１１】図１のディジタル制御装置によって実行され
る走査プログラムのフローチャートである。
【図１２】本発明を実施するために図６の中心プロセッ
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１３】本発明を実施する際に図６の中心プロセッサ
によって発生されるデータ構造の略図である。
【図１４】図５の受信チャンネルの種々の点に現れる信
号を示すグラフであって、図１４(A) 及び図１４(B) は
受信チャンネルに関する信号波形を示す図、図１４(C)
は受信チャンネルに関するディジタルサンプルを示す
図、図１４(D) は受信チャンネルに関する遅延時間を示
す図、並びに図１４(E) は受信チャンネルに関するフェ
ーザを示す図である。
【符号の説明】
１１ 変換器配列 １２ 素子 １３ 送信器 １４ 受信器 １６ ディジタル制御装置 １７ 表示装置 １００ 時間−利得制御部 １０１ 受信ビーム形成部 １０２ 中心プロセッサ １２０ 検出プロセッサ １２２ 収差補正プロセッサ ２８０ プロセッサ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ビームに対する伝達媒質内の収差を補正
    するコヒーレント振動エネルギビーム作像装置であっ
    て、 あるパターンに配置されていると共に、送信モードの間
    は振動エネルギのパルスを発生し受信モードの間は入射
    した振動エネルギに応じてエコー信号を発生するように
    それぞれが別々に動作可能な一組の配列素子を有してい
    る変換器配列と、 該変換器配列に接続されており、前記送信モードの間は
    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パルスを印加するよう動作可能な送
    信器と、 前記変換器配列に接続されており、受信モードの間は振
    動エネルギが入射したときに各々の配列素子により発生
    されるエコー信号を標本化すると共に、各々の配列素子
    から標本化された別個の前記エコー信号を加算すること
    により該各々の配列素子から複数の同時受信ビーム信号
    を形成するよう動作可能な受信器と、前記送信器及び前
    記受信器に接続されていると共に走査を行うよう動作可
    能であり、所望のビーム角（θ）に方向決めされた前記
    エコー信号に関する一組の基準ビーム角に方向決めされ
    た前記エコー信号の位相を測定すべく該走査の間に一組
    の相関測定を周期的に行う制御手段と、 前記送信器、前記受信器及び前記制御手段に接続されて
    おり、前記周期的な相関測定の結果として発生される同
    時受信信号に応じて一組の誤差（Ａθ，Δφθ）を発生
    するよう動作可能であると共に、前記変換器配列内の前
    記各々の配列素子に印加されると共に該素子により発生
    される信号の位相を補正するために前記送信器及び前記
    受信器に印加される一組の収差位相補正Δφk を発生す
    べく前記誤差に対してフーリエ変換を実施するよう動作
    可能なプロセッサ手段とを備えたコヒーレント振動エネ
    ルギビーム作像装置。
  2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記同時受信ビーム信
    号の一部を相互相関させる手段を含んでいる請求項１に
    記載のコヒーレント振動エネルギビーム作像装置。
  3. 【請求項３】 前記受信器は、前記エコー信号から一対
    の同時受信ビーム信号を発生する手段を含んでいる請求
    項１に記載のコヒーレント振動エネルギビーム作像装
    置。
  4. 【請求項４】 前記プロセッサ手段は、任意のビーム角
    度に対する収差位相補正を発生する補間手段を含んでい
    る請求項１に記載のコヒーレント振動エネルギビーム作
    像装置。
  5. 【請求項５】 超音波作像装置においてビームに対する
    伝達媒質内の収差を補正する方法であって、 超音波変換器配列内であるパターンに配置されており、
    それぞれが送信モードの間は方向決めされた送信ビーム
    が発生されるよう各々の配列素子に印加される別々の信
    号パルスに応じて別個に動作可能であると共に受信モー
    ドの間は入射した超音波エネルギに応じてエコー信号を
    発生するよう別個に動作可能な一組の超音波変換器配列
    素子を付勢し、 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
    より発生された前記エコー信号を標本化し、 各々の配列素子から標本化された別々の前記エコー信号
    を加算することにより前記一組の配列素子から複数の同
    時受信ビーム信号を形成し、 所望のビーム角（θ）に方向決めされた前記エコー信号
    に関する一組の基準ビーム角に方向決めされた前記エコ
    ー信号の位相を測定すべく、その間に一組の相関測定が
    周期的に行われる走査を実施し、 前記周期的な相関測定の結果として発生される同時受信
    信号に応じて一組の誤差（Ａθ，Δφθ）を発生し、 前記超音波変換器配列内の各々の配列素子に印加される
    と共に該各々の配列素子により発生される信号の位相を
    補正するための一組の収差位相補正Δφk を発生すべ
    く、前記一組の誤差（Ａθ，Δφθ）をフーリエ変換す
    る工程を備えた伝達媒質内の収差を補正する方法。
  6. 【請求項６】 前記一組の相関測定は像を再生するため
    に用いられるサンプルデータの各々のビームを収集する
    前に行われ、前記収差位相補正Δφk は、前記サンプル
    データの各々のビームを収集する前に送信器及び受信器
    に結合される請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 各々の相関測定は、前記同時受信ビーム
    信号の一部の相互相関により行われる請求項５に記載の
    方法。
  8. 【請求項８】 一対の同時受信ビーム信号は前記エコー
    信号から発生され、各々の相関測定は前記一対の同時受
    信ビーム信号からのビームサンプルデータの一部を相互
    相関させることにより行われる請求項５に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記相関測定の各組のうちの１つの相関
    測定は所望のビーム角（θ）に方向決めされた受信ビー
    ム信号と、１つの前記基準ビーム角に方向決めされた受
    信ビーム信号とを含んでおり、前記相関測定の各組の残
    りの相関測定は２つの前記基準ビーム角に方向決めされ
    た受信ビーム信号を含んでいる請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 各々の相関測定は、不規則な音波散乱
    部材の集合から出る一組の受信ビーム信号に対して行わ
    れる請求項５に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 収差補正処理のために送信されるビー
    ム角（θ）は、１つの前記基準ビーム角の方向に対応し
    ている請求項９に記載の方法。
JP4325382A 1991-12-06 1992-12-04 コヒーレント振動エネルギビーム作像装置及び伝達媒質内の収差を補正する方法 Expired - Lifetime JPH0728870B2 (ja)

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