JPS58502164A - 短い超音波エコ−パルスの発生方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 短い超音波エコーパルスの発生方法および装置本発明は短い超音波パルスを発生 する方法および装置妃関する。

超音波エコーパルスは、今日、医学診断に広く用いられている。この診断技術は 、異なる音響インピーダンスをもつ媒体間の境界面で超音波エネルギーが反射さ れることに基づ込ている。パルスの発射とそのエコーの受信との間の時間間隔、 すなわち、時間遅延は超音波送受信器（トランスジューサ）から反射面までの距 離の尺度である。したがって、発射と受信の両方に対し同じトランスジューサが 通常用いられる。

水中２よび人体の軟組織中では、音波は約１５００ｍ／ｓの速さで伝搬する。し たがって、反響の遅延時間が１１１Ｓのときそれは約００７５＋＋＋＋＋＋の距 離に相当する。

隣接する境界面からのエコーパルスが区別できるためには、エコーパルスは短く そして明確でなければ女らない。したがって、超音波エコー法における軸方向の 分解能は、超音波トランスジューサのインパルス応答の持続時間に強く依存する 。

従来、超音波ｌ・ランスジューサの構造を改良する努力が行なわれて２す、そし てまだ、境界面までの距離を決定するために、本来の検出の直前に受信エコーパ ルス信号の特別な信号処理が行なわれる。例えば、用いられる信号処理は、受信 エコー信号に応じてトランスジューサが発射する電気信号のアナログ的またはデ ジタル的逆フイルタ作用である。けれども、この方法で得られる結果は完全には 満足なものではなかった。

その理由は、とシわけ、超音波トランスジューサのインパルス応答が狭帯域特性 をもっているためであり、しだがって、適当な逆フィルタを考案することが困難 であるからである。

本発明によれば、この方法と装置に請求の範囲に記載されている特別の特徴を与 えることにより短い超音波パルスが発生される。

添付図面を参照しながら、本発明を下記において詳細に説明する。第１図は本発 明の基本原理を示したもので、本発明による装置が特定の検査体に向けて動作す る。第２ａ図および第２ｂ図は超音波トランスジューサのインパルス応答および それに関連した周吸数関数を示している。第３ａ図および第３ｂ図は加重最小２ 乗形のパルス成形フィルタのインパルス応答および周波数特性を示している。第 ４図は本発明を取入れだ検査装置のブロック線図である。第５ａ図および第５ｂ 図は、超音波トランスジューサの励振パルスの事前成形をしないで得られたエコ ー信号の例、および事前成形して得られたエコー信号の例をそれぞれ示す。

第１図に示されているように、本発明による装置は、超音波トランスジューサ２ に接続され、そしてこの超音波トランスジューサを励振するだめの信号発生器１ を有している。第１図に示された実施例では、超音波発射器２は、プレキシガラ スの２つのブロック３．４に向けて水タンク内にパルスを発射する。このプレキ シガラスのブロックの厚さは１５１ｍであり、そしてそれらは２　ｒｎｍの距離 だけ離れている。この場合、フレキ／ガラス内の音速は水中の音速の約２倍、す なわち、約３０００　ｍ／ｓであることを断っておく。

本発明により、信号発生器１はトランスジューサ本体に対する加重最小２乗信号 で実質上構成される励振信号を発生することができる。より詳細にいえば、超音 波トランスジューサ２に対する励振信号を予め成形するパルス成形フィルタによ り、との励振信号を発生することが好ましい。

第２ａ図は中心周波数が約２　ＭＨｚである超音波トランスジューサ２に対する インパルス応答５（ｔ）の−例ｉを示したものである０対応する周波数スペクト ルが第２ｂ図に示されている。第２ｂ図は超音波トランスジューサに対し典型的 である狭帯域特性を示している。

超音波トランスジューサ２を方形パルスで励振する従来の励振方法を用いた場合 、第５ａ図に示された形のエコー信号が得られる。この信号は、例えば、超音波 トランスジューサ２に接続されたオソゾロスコープ５で観察することができる。

超音波トランスジューサ２の励振信号が第３ａ図に示された形ｕ（ｔ）で与えら れる場合には、第５ｂ図に示された形のエコー信号が得られるであろう。第５ｂ 図を第５ａ図と比べてみるとはっきりとわかるように、従来の方形パルスで励振 を行なうよりも、不発明に従う励振信号で励振を行なうことにより、分解能が改 善される。

より詳細にいえば、第６ａ図に示された信号は加重最小２乗フィルタ（ＷＬＳフ ィルタ）からのインパルス応答で構成される。

ＷＬＳフィルタの周波数特性は第６ｂ図に示されている。

ＷＬＳフィルタは次の形のコスト関数を最小にするフィルタとして定義すること ができる。

ニーΣ（ｗ（す・［５（ｔ）＊ｕ（ｔ）〜δ（ｔ）］）２＋ｗｏΣ（ｕ（ｔ’） 　）”ｔ で定義される加重パラメータであり、 ５（ｔ）は超音波トランスジューサのインパルス応答であり、 ｕ（ｔ）はＷＬＳフィルタのインパルス応答であり、Ｗ○は期待される雑音効果 であり、 ５ Ｔは分解能パラメータであり、 ＊はただみこみを示す。

ＷＬＳフィルタを設計する際に、分解能パラメータＴと入力信号雑音に関するパ ラメータＷ。が決定されなければならない。けれども、これらのパラメータは互 いに独立にフィルタに影響を与える○ＷＬＳフィルタは、純粋の逆フィルタと信 号適合フィルタの両方に関連していることを断っておく。実際、これらの２つの フィルタは、ＷＬＳフィルタの特別の場合である。純粋の逆フィルタはＷ。とＴ の両方を口と定めることによって得られる。信号適合フィルタはＴまたはＷ。の いずれかに大きな値を選定することによって得られる。コスト関数の前記最小条 件を満足するＷＬＳフィルタはまた、６つの要件、すなわち、超音波トランスジ ューサからのエコー出力信号が例えばｔ＝口の時点において大きな振幅をもつこ と、同じ出力信号振幅は分解時間間隔以外、すなわちｌｔｌ　＞Ｔでは小さくな ければならないこと、および、信号雑音が小さくなければならないことを最もよ く満足するフィルタである０ 前記より明らかであるように、信号発生器１の中に取入れられだＷＬＳフィルタ により受信エコー信号の軸方向の分解能が改良される。第４図は励振ノクルスを 予め成形するだめの適切なインパルス応答ｕ（１）を生する検査装置を示してい る。この装置はＷＬＳフイルりのインパルス応答のデジタル記憶のだめのシフト ・レジスタ６を有している。このシフト・レジスタ６の出力は、デジタル・アナ ログ変換器７と電力増幅器８を通して、超音波トランスジューサ２の入力に接続 される。トランスジューサ２は検査物体９に向けてパルスを発射し、そしてこの 検査物体からのエコー信号を受信する。このエコー信号はトランスジューサ２で 電気信号に変換され、そしてこの電気信号は前置増幅器１０とアナログ・デジタ ル変換器１１とを通して論理装置１２に供給される。論理装置１２に接続された コンピュータ１３によって、反響信号を評価することができ、そしてシフト・レ ジスタ６に記憶されたインパルス応答ｕ（ｔ’）を調整することができる。第４ 図のオノ７０スコープ１４は変換器７の出力と変換器１１の入力とに接続されて いて、このオソシロスコープにより励振信号とエコー信号が監視される。

得られたエコー信号をある適当なアルゴリズムの中に挿入することにより、励振 信号の調整を繰返し実行するだめに、第４図による検査装置と類似した装置を工 夫することの可能であることは明らかである。

シフト・レジスタ６の代替装置として、適当なフィルタ信号がデジタル的に記憶 されている例えば７°ログラム可能読出し専用メモ’Ｊ（ＰＲＯＭ）また―これ と同等な装置を用いることか可能である。

前記実施例を変更した実施例か本発明の範囲内において可能であることは理解さ れるであろう。

浄書（比容（二変更なし） ＦＩＧ、５ａ ＦＩＧ　５ｂ 手続補正書（方式） ％式％ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ５、補正命令の日付 昭和５８年　９月　１３日 ６、補正により増加する発明の数 国際調査報告 Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｌｌｎａｌ　Ａ９０１１Ｃａ＋ｌ０７ＩＩ。　ＰＣ丁／ＳＥ ８２１００１１第１頁の続き ＠発　明　者　マンデルソン・ベングトスウェーデン国ニス−２２２４３ルンド ・マギストラトスベーゲン２９ビー （ｆｊＤ出　願　人　ポールイエソン・ペルーオラスウェーデン国ニス−２９０ ７１モ一ラムスウエーデン国ニスー２２２　４フルンド・ギレスクロケン７ り■出　願　人　リントストローム・クイエルスウェーデン国ニス−２３６００ ホールビクスナース・エヌ・スコグスベーゲン３■出願人　マンデルソン・ベン グト スウェーデン国ニス−２２２４３ルンド・マギストラトスヘーケン２９ヒー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）超音波トランスジューサを用いて短い超音波エコーパルスを発生する方法 であって、前記超音波トランスジューサがトランスジューサ本体に対し実質上加 重最小２乗フィルタ信号である信号によって励振されることを特徴とする方法。 （２）請求の範囲第１項において、前記トランスジューサの最小２乗フィルタ関 数が前記トランスジューサの励振信号を繰返し調整するために繰返し計算される ととを特徴とする方法。 （３）請求の範囲第２項において、前記励振信号が７７ト・レジスタ内にデジタ ル形式で記憶されることと、そして前記励振信号がデジタル・アナログ変換器を 通して前記超音波トランスジューサに供給されることとを特徴とする方法。 （４）請求の範囲第２項および第６項において、前記超音波トランスジューサに よって受信される超音波エコーパルスが必要な信号パルスと比較されることと、 その差信号が前記励振信号を調整するために用いられることとを特徴とする方法 。 （５／　Ｈｉ−ｆｒｍトランスジューサ（２）を用いて短い超音波エコーパルス を発生する装置であって、前記超音波トランスジューサ（２）の励振入力に接続 されておりかつトランスジューサ本体に対し実質上加重最小２乗フィルタ信号で ある励振信号を適切に発生するようになっている信号発生器（１）を有すること を特徴とする装置。 （６）請求の範囲第５項において、前記励振信号がデジューサ（２，）の励振入 力と接続するデジタル　アナログ変換器（７）とを有することを特徴とする装置 。 （７）請求の範囲第６項において、超音波エコーパルスに対応する電気信号を受 信するだめおよび前記電気信号を前記励振信号の繰返し調整のためにデジタル形 式に変換するために、前記超音波トランスジューサ（２）に接続されたアナログ ・デジタル変換器（１１）を有することを特徴とする装置。 （８）　請求の範囲第す項において、前記励振信号がデジタル形式で記憶される 読出し専用メモリを有することを特徴とする特許 １