JPS6014165A - 超音波検査装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は超音波検査装置に係り、特に複数個の超音波振
動子を所定個数ずつ順次位置を変えて励振させることに
より超音波ビームを走査するリニア電子走査型の超音波
検査装置に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

電子走査方式の超音波検査装置にはその目的に応じて超
音波ビームを平行に移動させるリニア電子走査方式と超
音波ビームを扇形に偏向させるセクタ走食方式とがある
。

このうち、リニア走査方式は多数の超音波振動子（以下
、単に振動子と称する）を平面上に一列に配列してなる
超音波探触子を用い、電子スイッチによりこの超音波探
触子の振動子の隣接する所定個を一組として選択して各
々励振し、この励振された各々の振動子の発生超音波の
干渉を利用して超音波を一本のビーム状に絞り。

そのビームによるエコー（反射波）を該励振した各々の
振動子で受信して加算合成し、超音波エコーの信号を得
る。

そして、ｌパルスの超音波ビームを送受する毎に前記−
粗分の振動子は瞬接する振動子１個分をずらした次の新
たな一粗分の振動子に選択切換えされ、この′Ｘ汀たな
一粗分の振動子について励振を行う。このようにしてｌ
パルスの超音波ビーム発生毎に励振すべき一粗分の振動
子を５−振動子分ずつすらしたかたちで選択し切換えて
ゆくことにより超音波ビームは順次、振動子−個分のピ
ッチで移動してゆく。

このような原理を利用したもの゛がリニア走査方式であ
り、超音波探触子を被検体表面上の一−ｓｉｒの位１ｄ
に固定したまま、振ｍ１子の選択的励振によって超音波
探触子かもの超音波ビームを平行移動走置できるもので
ある。

この場合、超ＨＢｚビームの走査線間隔はＩＩ次切換え
られながら励振されてゆく一群の振動子の中心位ト、Ｌ
のピッチにｍｌ−いから、超音波探触子の振動子口径が
小さい程、走査線間隔も狭くすることができる。

一方、励振された一粗分の振動、子口径、すなわち、ア
パーチャ（超音波ビーム１パルス分を出力するに用いた
一粗分の振動子の総面積）が小さくなると遠距離での指
向性が鈍くなり、方位分解能（超音波ビームの伝搬方向
と直交する断面内での分解能）が低下子ることが知られ
ている。

従って、鋭い指向性を得るためにはある程度大きなアパ
ーチャが必璧となる。従って、従来は第１図に示すよう
に多数個の微小な短冊状の振動子５、〜５Ｍを、基準信
号発生器ｌの出力する基準信号ａに応動して制御を行う
コントローラ２の制御のもとに動作する高圧アナログス
イッチ群４により例えば隣接するｎ個を一組として選択
し、前記基準信号ａを該１組の振動子数分の送信回路を
有する送信回路群３の各送信回路に与え、これによって
各送信回路より出力される励振パルスを前記高圧アナロ
グスイッチ群４を介して該高圧アナログスイッチ群４に
より選択されている振動子に与えることより、該振！ｉ
Ｔ！ｊ子を励振して超音波ビームを送信する。

すなわち、高圧アナログスイッチ群４は各振１ＪＱＩ子
５．〜５Ｍと個別に接続されており、また送信回路Ｊｊ
ｆ、　ｓのｎ　４１１の送信回／ｊ６に対し１選択した
１１個の＆動子を接続する。この接続は例えば。

ｎ個の送信回路各々に設定された遅延時間を考慮し、ｎ
個の振動子をそれぞれ励振した場合にその励＆超音波の
位相差により所望の収束点で収束するような位相ＩＮ係
を持つような組み合わせで成される。

このようにしてｎ個の振動子とｎ個の送信回路が選択接
続され、基準信号発生器ｌより基準信号ａが送信回路に
与えられた段階でこのｎ個の送信回路は各々設定された
鰹延時間をもって励ｔ（パルスを発生して対応する振動
子に与えるので、選択された１１個の振動予告々よりそ
の受けた励振パルス相互間の時間をもって超音波が励振
され、各超ｆｋ波間の干渉によって所望の位置で収束す
る超音波ビームとなって送信されろことになる。

これにより、超音波ビームはｎ個の振動子より発生する
超音波により形成されるので、アＩく−チャはｎ個分の
振動子の開口面積に相当することになり、個々の振動子
の開口寸法が小さくともアパーチャを大きくとれる他、
第２図に示す如く一組即ち、励振するｎ２個１組の摂動
子な超音波ビームｌパルス発生毎に１振動子ずつ隣りの
振動子に選択切換えしてｌピッチ分ずつ振動子位置を移
動させてゆくことにより、超音波探触子５より送信され
る超音波ビームの走査線間隔はｌ振動子の配列ピッチに
対応した間隔とすることができる。

このようにすると振動子間隔のｎ倍のアノクーチャが得
られるので、指向性が向上する。

また受信は先の送信によって被検体内から反射されて来
たエコー（超音波反射波）を送信に供した振動子群で受
波し、前記高圧アナログスイッチ４を介してｎ個の前置
増幅器より成る前置増幅滞硅６に乃え、各々別個に増幅
し、送信時に与えられた各々の遅延時間をもって遅延さ
せて時間軸を揃えた後、加算器７で力り算し、ビデオ回
路８で検波した後、Ａ／ＩＪ変換（アナログ−ディジタ
ル変換）してディジタルデータ化し、超音波探触子５に
おける超音波走査位置とエコーの深さ位置に対応したフ
レームメモリＩＯのアドレスに該ディンタルデータを記
録してゆく。

このフレームメモリｌＯは超音波断層像のデータを１フ
レ一ム分記憶できる容量を持ち、リアルタイムに断層像
を表示時には使用しないが像をフリーズする場合にこれ
を使用する。

すなわち、ｊＲ１常は表示器１１にはビデオ回路８から
の映像信号をそのまま与えてリアルタイムで超音波断層
像を表示しており、呼吸性移動などで被検体の超音波断
層像が比較的ゆっくり変化している中で、撮影したい像
が表示器ｌｌ上に表小されたとき、それを写真データ撮
影して保存するため、その超音波断層像の記録に用いる
０この記録は記録用スイッチ９を操作してフレームメモ
リｌＯに記録指令を与え、これによって、フレームメモ
リ１０に送られて来る超音波断層像のディジタルデータ
を１フレ一ム分記憶させることにより行う。そして、そ
の後にこのフレームメそり１０の記録データを読み出し
、表示器１１に与えて像として表示させて、これを撮影
する。

このような超音波検査装置において、正確な診断を行う
ための重要な装置性能の一つとして信号・雑音比（以下
、Ｓ／Ｎと称する）がある。

Ｓ／Ｎを改善し、超音波断層像の分解能を向上させるた
めには信号成分のレベルを筒（シ・雑音成分を小さくす
る必要があるが、そのために現在の超音波装置では超音
波周波数を高周波化する傾向がある。

しかしながら、超音波の性質は周知のように被検体内減
衰率は周波数にほぼ比例して増大するため、被検体深部
でのＳ／Ｎは十分でない。ここで雑音として問題となる
のは超音波振ω）子群５及び前置増幅器６から発生する
白色雑音である。

よって、Ｓ／Ｎ改善策として最も簡単な方法は信号局Ｖ
数の（ｉ；・域幅を狭くする方法であるが、これを行う
と超音波Ｆｆｆｒ層像の距離分解能（超音波ビームの進
行方向に対する分解能）が低下するため、限界がある。

従って、この点を考慮１゛ると余り効果が期待でき１【
い。

また、もう一つの方法は被検体内部が比較的ゆっくりＫ
　ｊｌｌｌする腹部領域のような場合に対象が限られる
が、同じ部位のしＩ層像を数十枚会得てこれらを加算し
、平均をすることによって等仙１的に雑音成分なめ（ら
ずようにすることである。

この場合、顆：音の減少効果は加算する断層像の枚数ｎ
の−Ｓ／ｎ倍となる。

この方法を実説するには超音波ｉＯＴＯ像のデータを記
’ｆＲり゛る記憶装ｊｆ４（を必要とする。しかし、得
られる超音波エコーのダイナミックレンジ（最犬信号撤
幅／雑音振幅）が非常に広く１通常でｆ３　Ｑ　ｄＢ以
上もあるため、これを例えはディジタルメモリに記録し
ようとするとＡ／Ｄ変換器の必をビット数は１３ビット
以上となり、また、平均加算で１ＱｄＢの８／Ｎ　向上
を図るようにしｆｒ場合、ｌＯ枚仕分前後断１α・像情
報２５（必要であり、且つＡ／Ｄ変換器の分解能はさら
に３〜４ビット程度分、高いものが必要となる。

また、扱う超音波信号の周波数帯域幅はｌＯＭＨ２前後
あり、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング・クロック周波数は
サンプリング定理から２０ＭＨｚ以上必要となるうえ、
使用するメモリの容量も膨大なものになる。

従って、これを実現するには技術的に難しく、また、装
置も高価なものになることが予想される。

〔発明の目的〕

本発明は上記の事情に鑑みて成されたもので、技術的に
容易でしかも低コストで８７Ｈの改善を図ることができ
るようにした超音波検査装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の概要〕

すなわち１本発明は上記目的を達成するため、超廿談送
受信用の超音波探触子を用い、１−次超ど一彼ビームの
定食位置を変えて送信を行うとともにその超ｉｆｖ反射
波の受信信号をもとに超音波Ｕｒ層像を得るようにした
超音仮検介装置において、指令により同一走査位置にお
ける超音波ビームの送受信を予め設定した所定回数ずつ
行うよう制御する制御手段と、予め設定した前記受信信
号の外、音に埋れるｂ１定の弱いレベル範囲の信号を抽
出する第１の抽出手段と、この第１の抽出手段の抽出レ
ベル範囲を超えるレベル範囲の信号を前記受信信号より
抽出する第２の抽出手段と、前記同一走査位置の超音波
反則波の受信信号を前記４１の抽出手段より得てこれを
加算平均する手段と、この加算平均値に前記第２の抽出
手段の抽出出力を加算し、信号を復元する手段とを設け
、同一走査位置では信号成分し１同じパターンで雑音成
分は不規則である点に着目し、同一定食位置で複数回超
音波送受を行い、それにより得た超音波反則波の受信信
号を加算平均すると雑音成分を抑えることができること
をオＵ用しＳ／Ｎの影響を強く受ける雑音に埋れる程度
の弱い信号部について第１の抽出出段により抽出し、同
一走査位置について所定回数ずつ送受を繰り返すことに
よって得た同一走査位置での受信信号の前記第ｌの抽出
手段を介しての信号を加算平均することにより小さく抑
え、且つこの加算平均値に前記第２の抽出手段より抽出
された受信信号を付加して信号を復元し、用いるように
することによりリアルタイム表示以外では弱い信号レベ
ルのレベル範囲での雑音を抑えてＳ／Ｎの改善を図り、
また、雑音除去をＳ／Ｎの影響を強く受ける弱い信号レ
ベル範囲に留めることにより回路構成を簡易化し且つコ
ストダウンを図ることができるようにする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について第３図〜第６図を参照
しながら説明する。

上述したように侮られる超音波のエコーの受信信号はダ
イナミックレンジが非常に広いため。

この信号をそのまま扱うことは技術的に難しい。

従って１本発明は超ｉｆ波）υ［触法において問題とな
っている被検体深部からの非常に弱いエコーの受信信号
における８／Ｎを改善するため、該受信信号を倣弱な信
号部分と強い信号部分に分離し、做弱な信号のみ加算平
均法のフィルタ回路を通してＳ／Ｎの改善を図るように
し、その後、このＳ／Ｎの改善された微弱な信号と強い
信号部分を加算することにより比較的ｍ〕易にＳ／Ｎの
向上を図るようにしたものである。

その具体例について説明する。

第３図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図
中１１は基準信号ａを発生する基準信号発生器、１２は
コントローラである。１３は送信回路ｎ組を有する送信
回路群であり、ｎ個の送信回路は各々超音波をビーム状
に収束させるに必要なそれぞれ所要の遅延時間が設定さ
れ、基準信号発生器１１より与えられる基準信号ａを受
けると該遅延時間分遅延されて励振ノ（ルスを出力する
ものである。

１４は高圧アナログスイッチ群、１５ｒまＭ個の微小な
振動子１５□〜１５Ｍを一方向に並設した電子走査用の
超音波探触子である。

前記高圧アナログスイッチ群Ｚ４はＭ個の高圧アナログ
スイッチより成るもので、各高圧アナログスイッチは各
々前記「動子１５．〜１５ｙ１に一つずつ対応させて接
続してあり、コントローラ１２の制御のもとに例えば隣
接するｎ個を選択してこれを送信回路群１３の各々対応
する送信回路に接続するものである。この接続番″！選
択された瞬接するｎ個の振動子Ｑ）相対的な位置と励振
の際に与える遅延時間からこれらｎ個の各振動子を励振
させた際に各々より送信される超音波相互の干渉により
１本の鮭１音彼ビームとＩＩるような遅延時間関係が得
られるような送信回路と接続されるようにする。

１６はｎ個の前置増幅器より成る前置増幅器群であり、
高圧アナログスイッチ群１４を介して超音波探触子１５
の励振に供されたｎ個の振ρ１子より検出されたエコー
の検出出力を各々増幅して出力するものである。１７は
これら各増幅された出力を送信時の遅延時間に対応して
遅延させ１時間軸を合わせると共に加所して合成する遅
延機能を持った加算器であり、１８及びＺ９はリミッタ
である。これらのうち、リミッタＩ８は加算器１７の出
力に対し、１副’＋Ｆｉｉ　Ｖ　ｓを境に大なる部分を
制限し、御音成分を含んだ微弱な信号のみ得るものであ
り、また、リミッタ１９は加算ＢＨｚｙの出力に対し、
１鈎値■１を境に小１よる部分を制限して大なる信号を
得るためのものであって、超音波ビームのｉ回目毎の送
信時点よりその次の送信開始直前までの間に与えられろ
出力指令信号Ｃにてこの得た信号を出力するものである
。

２０はフレームゲート発生器であり、記録用スイッチ２
１を操作することにより得られる信号により、基準信号
発生器１１の出力する基準仏号ａに同↓す１して１フレ
一ム分のゲート信号すを発生するものである。このゲー
ト信号すが与えられる間、前記コントローラ１２はリア
ルタイム断層像を表示するため隣接１−るｎ個の振出１
１子を基準信号ａが入力される毎にｌ振動子分ずつ牌り
にずらした新たなｎ個について選択してゆく方式から、
隣接するｎ個の振動子について基準信号ａがｉ回入力さ
れるまで連続して選択し、ｉ回入力されるとはじめ−で
ｌ振動子分隣りにずらした新たなｎ個の振動子を１回連
続して選択すると云った選択方式となるように制御方式
を切換えるようになっている。

２２はフィルタ回路であり、このフィルタ回路２２はフ
レームゲート発生器２０の出力するゲート信号すと基準
信号ａとを受けて動作し、リミッタ１８の出力する雑音
成分を含んだ微弱なレベル範囲の信号についてＡ／１１
変換し、この得られたデータを加算して平均してゆくも
のである０このフィルタ回路２２は超音波の同一走査位
置におけるｉ回の送受信走査によりｉ回復られる受信信
号のりミッタ１８を迫した各イｈ号をディジタル処理に
より加算平均し、アナログ化して出力する。２３はリミ
ッタＩ９の出力とこの加算平均により得られた出力とを
加算する加算器であり、２４はこの加算器２３の出力ま
たは前記加算器１７の出力のいずれか一方を選択する店
択回ｒ６である。この選択回路２４はフレームゲート釦
生器２０のゲート信号すにより切換操作され、ゲート信
号すの発生期間は加算器２３の出力を、その他の期間で
は加算器１７の出力を選択するようｉｖ）作する。２５
はビデオ回路であり、この選択回路２４より得られる加
算器出力を検波し、ビデオ信号比するものである０２６
はフレームメモリであり、フレ９−ムゲート晃生器２０
の出力するゲー）　４Ｑ号すを受ける間、ビデオ回路２
５の出力するビデオ信号のＡ／１）−＆換によるディジ
タルデータな画累対応のアドレス位置４に記憶１−るも
のである。２７はこのフレームメモリ２６のＳじ１息画
像またはビデオ回路２５からのビデ第４１号による画像
を表示する表示器である。

次に上記構成の本装置のシｊ作を説明する。まず、リア
ルタイムで超音波断層像を表示する場合は、記録用スイ
ッチ２１は操作しない。従って、フレームゲート発生器
２０は不動作であり、選択回路２４は加算器１７の出力
選択側に切換えられている。また、コントローフ１２も
リアルタイムのモードとなっており、従って、基準信号
発生器１１から基準信号ａが発生する毎にコントローラ
１２は高圧アナログスイッチ群１４を制御して超音波探
触子１５における隘接ｆるｎ個を１振動子分すつ位置を
すらヒな２５Ｓらｊ阻次新たなｎ個を選択するべく制御
し、この選択したｎ個の振動子について送信回路＃ｔ３
．中の各々対応する送信回路に接続する。そして、基準
信号ａが出力される毎に各送信回路より各各設定された
遅延時間分ずつ遅延させて励振ノ（ルスが発生され、各
々の送信回路に対応する振動子に与えられてこれら振出
１１子より超音波が送信される。各々の送信超音波は時
間的に遅延時間分のずれがあるため、相互の干渉により
超音阪ビーム化されて被す；・２体中に活化されること
になる。そして、そのエコーは送信に供した振動子によ
り受（０され、′電気信号に変換された後、前ｆｔｐ：
　Ｊ（〜幅器４４ト１６中の各々の選択された振動子に
対応する前置増幅器に与えられ、増！−されて加算器１
７へ送られる。加算器１７はこれら各増幅された出力な
送１６の際に与えた魅延時間相当分ずつ遅延させ、時間
軸を揃えた後、加算し、合成する。この／１１」算合成
された信号は選択回路２４を介してビデオ回路２５に与
えられ、ここで検波されてビデオ信号化された後、リア
ルタイムモードではそのまま表示器２７に与えられて像
として表示される。

ｎ個の振！１１力子はコントローラ１２の制御のもとに
高圧アナログスイッチ群１４により基準位−８３の発生
毎にｌ振動子分ずつずらされた新たなｎ個について選択
されてすくので、超音宥皮ビームの位１１イは振止す子
１つ分う゛つ位置がずらされて短孔されてゆくことにな
り、従って、リニアスキャンによるリアルタイムの超音
波断層像が得られることになる。

次に表示器２７に表示されている超音波断層像をフリー
ズして撮影等をする場合について第４図のタイムチャー
トを参照しながら説明する。

このモードは記録用スイッチ２１を操作することにより
設定される。すなわち、記録用スイッチ２１を操作する
と、フレームゲート発生器２０が動作し、基準信号ａと
同期されたｌフレー４分のゲート信号すが出力される。

このゲート信号すによりコントローラ１２はリアルタイ
ムのスキャニング方式からフリーズのためのスキャニン
グ方式に切換えられる。

すなわち、このスキャニング方式はリアルタイムのとき
のように基準信号ａの発生毎に超音波ビームの位置が振
動子ｌピッチ分ずつシフトされるような方式ではなく、
第５図に示すように同一位置のｎ個の振動子を基準信号
ａがｉ回出力されるまで連続して選択し、同一位置で超
音波ビームがｉ回送信された後、振動子ｌピッチ分ずら
した次の新たなｎ個の振動子を選択し、これを基準信号
ａがｉ回出力されるまで連続して選択して超音波ビーム
をｉ回送信させた後、振動子ｌピッチ分ずらした次の新
たなｎ個の振動子を選択し、上述同様の動作を繰り返す
と云ったスキャニング方式となるよう制御する。従って
、このモードでは同一位置でｉ回ずつ超音波ビームを送
信し、ｉ回送信する毎にｌピッチ分ずつ超音波ビーム位
置をずらしてゆく。

このようにしてｌフレー４分、超音波ビームをスキャン
させると、そのｌフレー４分のスキャンが終了した段階
でフレームゲート発生器２ｏかものゲート信号すが消滅
するので、その段階でリアルタイムのモードに戻る。尚
、−フレーム分の超音波ビームのスキャンは基準信号ａ
の入力回数をカウントすることにより検知できる。

以上のような方式で１フレ一ム分の超音波断層像を得る
場合、データ収集に要″３−る時間はリアルタイムモー
ド時のｉ倍となる。

ここで、このようにｉ回ずつ同一位置で超音波ビームを
送信し、エコーの検出信号を得る目的は後段のフィルタ
回路２２で時間平均をすることにより雑音成分を相殺し
てＳ／Ｎを改善することにある。

すなわち、選択したｎ個の振動子を励振することにより
被検体より得られたエコーの検出信号は該ｎ個の振動子
より＾圧アナログスイッチ８＋１４を介して前置増幅器
群１６で各別に増幅され、加算器１７に送られて送信時
の遅延時間分ずつ各々遅延されて時間軸を合わせた後、
加算されてリミッタ１８．１９に送られる。このとき、
ゲート信号すにより選択回路２４は加算器２３の出力選
択側を選択しているので、加算器１７の出力そのものは
ビデオ回ｗ５２５には与えられない。

リミッタ１８．１９のうち、Ｉ８は加算器Ｚ７の出力の
うち弱い信号レベルのものを抽出し、また１９は強い信
号レベルのものを抽出するものである。

すなわち、加算器１７より出力される加算合成された出
力信号（第４図ｄ）には超音波探触子１５の振動子およ
び前置増幅器相＝ｔｅの。各前置Ｊ’Ｗ　ＩＭ器自月′
の嶋゛仕音（主として白色雑音）が加算されており、そ
れによって微弱なＭＡ音吸のエコーの検出’ｈＥ　＋ｆ
がそれらの雑音に頼れて検出できない。

よって、不装置では加算器Ｉ７より得られる４ｔ　＋ｊ
　ｄ　ｖｃ　対しあるレベル（雑音に埋れるレベル）範
囲内のものとそれを超えるレベル範囲のものに分け、４
゛ト音に埋れる信号につい、ては、ｉ回分の送受により
各々得られた雑音に埋れるレベルの受信号をカＰ片、平
均して雑音分を小さく抑えるようにする。

すなわち・加算器１７の出力信号ｄはリミッタ１Ｂ、Ｉ
ｇに与えられ、リミッタＩ８によって第４図１ｅに示す
如（雑音レベルケ考慮した適宜なる１副値ｖ１の範囲内
にある成分を抽出し。

また、リミッタ１９により閾値ｖ１を超える範囲の成分
を抽出する〇 そしてリミッタ１８の出力ｅはフィルタ回路２２に与え
られるが、リミッタ１８からは同−走査位置での１回に
わたる送受信による受信出力を各回毎に得てこれをフィ
ルタ回路２２は加算平均圧よりフィルタリングして第４
図ｆに示す如く雑音成分を除去する。

同−走査位置において得られた受信信号においては信号
成分は信号のパターンが同じになるのに対し、雑音成分
は不規則であることから加算平均によりフィルタリング
することにより白色雑音成分はほぼ除去される。

これによるＳ／Ｎの改善度は加算回数との関係があり、
本実施例では加算回数を（ｉ−１）回としているため、
１７〜（ｉ−１）となる。

ｉ回目の送受信に入ると次のｉ＋１回目の送受信が始ま
るまでの間にフィルタ回路２２を通してリミッタ１９に
出力指令信号（第４図Ｃ）が出力され、この信号Ｃを受
けてリミッタ１９からは該リミッタ１９を通した加算器
１７の出力を加算器２３へ与える。このとき、加算器２
３にはｉ（ｇ１分のエコーの受信信号出力の微弱レベル
部分を加算平均した値がフィルタ回路２２より与えられ
ており、リミッタ１９からはｉ回目のエコーの検出ｍ力
の強レベル部分（第４図ｇ）が供給されるので、両者が
加算器２３で加算された結末、この加算値（第４図Ｉｔ
　）は微弱レベル部分での雑音が除去されてほぼエコー
の検出信号成分となったかたちに復元されたものとなる
。

この加算値（第４図ｂ　）は選択刊路２４を弁してビデ
オ回路２５　Ｋ　Ｍられ、ここで検線されてビデオ信号
化され％Ａ／Ｄ変換された後にフレームメモリ２６に送
られて・超音波探触子１５における超音波ビーム送受位
置をエコーの深さ信性に対応する画素位置のアドレスに
順次格納される。

以上の操作が各超音波ビーム走査位Ｗ（毎に繰り返えさ
れ、全走立位置について走査が終ると前述したようにフ
レームゲート発生器２ｏがらノケートイｉｍ　％’　ｂ
が無くなり、リアルタイムモードに切換わる。この時漬
ではすでにフレームメモリ２Ｇ中にはｌフレー４分の超
音波断層像の画像データが格納されているので、図示し
ない制御系によりこのフレームメモリ２６の記録画像デ
ータを読ろ出して表示器２７に与え画像として表示させ
れば微弱な信号レベルの成分について雑音の影響を受け
ないすなわち、Ｓ／Ｎの良い超音波断層像が得られるこ
とになる。

第６図に上記リミッタ１８及びフィルタ回路２２よりな
る微弱信号中の属音除去を行う系統をディジクル技術で
実現する場合の例を示しておく。

この例では前述の加算器１７の出力信号ｄがアナログ・
ディジタル変換を行うＡ／１）変換器６１に入力され、
ディジタルデータに変換される。このＡ／ｌ）変換器６
１はＡ／Ｄ変換し得る最大入力振幅をＶ、とすることに
より前記のりミック１８の機能を持たせてあり）Ｖｌ　
の振幅を超える部分についてはｖｌに相当するディジタ
ル値で出力する。ここで使用されるＡ／ＩＪ変換器６１
は扱う信号のレベルが小さく、通常。

数ミリボルト前後となるため、最大入力振幅もそれに対
応したものとなる。しかし、汎用のＡ　／　１）変換器
はｊ長大入力振幅は数ホルトであるので％　ｉ’ＩＮ幅
器で一旦レベルを増幅することにより汎用のものをその
まま使用することができる。

使用するＡ／ＩＪ変換器のビット数は期待するＳ／Ｎ改
畳度１−なわち、加算回数により定まり、例えは約８．
５ｄＢのＳ／Ｎ　改善を行うためには７回の加↓；１回
数が必要で、この場合、必要ビットはｌｏｇ２（加算回
数＋１）から３ビツトあれは良い◎以■の説明は加算回
数７回の場合について行う。この場合、超音波ビームの
送信回数は同−走立位置について８回１゛つ必要となる
。前述したｎ個の振動子を電気的に励振する最初のタイ
ミングは第４図、裁５図における■によるもので１これ
によって得られたエコーの検出信号は前記基準’ｆｔｊ
号ａに同」υ］して動作するコントローラ６２より出力
されるＡ／Ｄ変換指令用のクロック化上ｌを受けて９１
作するＡ／Ｄ変換器６１によりディジタル化１−ろ。そ
して、ディジクル加算器６３に送ってゲート回路６４の
出力と加算する。

本装置は超音波のエコーの検出信号を一走査線分記録す
る２組のラインメモリ６５．６６を有し、コントローラ
６２によってゲートの開閉制御され−るバッファ６７．
６Ｂを弁してディジタル加算器６３の出力をこれらライ
ンメモリ６５．６６に与えると共にこれらラインメモリ
６５．６６の読み出しデーダはコントローラ６２により
ゲートの開閉制御が成されるバッファ６９．７０を介し
て論理回路６４に与えるようにしてあり、また、コント
ローラ２０は超音波ビームがｉ回送信される毎にその次
の超音波ビームの送信を開始する直前までの間、　ｌ　
なるレベルの前記出力指令信号Ｃを出力するようにして
あり、この出力指令信号Ｃを反転回路７Ｉで反転して論
理回Ｆｆ６６４の１入力化号としである。この論理回路
６４は反転回路７１かもの出力が　００とき′１″を出
力すると共に反転回路７１かもの出力が　１　のときは
バッファ６９．７０の出力をそのまま出力するものであ
る。また、前記バッファ６９．７０の出力は前記出力指
令信号Ｃにより制御されるバッファ７２を介してＤ　／
　Ａ　ｉ換器７３に与えられ、このＤ／に変換器７３の
出力が前述のフィルタ回路２２の出力ｆと同様の出力ｆ
となるものである。

そして、本装置においては同一走査位置におけるｉ回ず
つの超音波ビームの送受信において各々最初はコントロ
ーシロ２かもの出力指令信号Ｃは　１　レベルとなるよ
うにしであるので、反転回路７１でこれを反転して　Ｏ
レベルとし、論理回路６４に与えることにより論理回路
６４からは”ｌ”なる出力が発生ずる。ここで論理回路
６４は一画素当り３ピツ）　ｊｉ’ｊ成の２インメモリ
６５．６６より順次一画素分ずつのデータが与えられ、
これを３ビツト分ずつ並列的にディジタル加所器６３に
与える構成としであるので実際には論理回路６４は上記
各ビット毎に対応させて３組設ヒてあり、各々の論理回
路６４に反転回路７１の出力が４えもれるようになって
いる。

従って、初期状態で２インメモＩＪ　６５　、６６の内
容が零であったとしても３組の論理回路６４からはそれ
ぞれ′ｌ”が出力され、１．１．１なる値がディジクル
加算器６３に与えら」することになる。

Ａ／Ｉ）変換器６１の出力は３ピツト構成であり、一方
、初期においては論理回゛路６４ｆＪ箋らをよ３ビツト
の最大値　Ｌ、１．１”が出力されるので、ディジタル
加算器６３は両者を加算して両者び）　ｊＪｌ算値をめ
る。ここで、ディジタル加算器６３＆１４ビツト構成と
してあり、そのうち上位の３ビツト分をラインメモリ（
５ｓ　＊　ｅ　６側へ与える構成としである。そして、
こり〕上位３ビット分のデータはコントローラ６２より
出力されるコントロール信号ｍにより開かれたノくツフ
ァ６７を介してラインメモリ６５へ送られて記憶される
。

ラインメモリ５５．６６は１画素当り３ビツトのｙ爺で
超音波ビームの走査線上の画素鉄分σ）容量を持ってい
る。そして、１回σ）送受信により該画素０分のデータ
がｌ１ＩＬ（次Ａ／Ｄ変侠器６Ｉを介してデー１ンクル
加算’ｊ”’ｉ６３に送られ、論理回路６４からのυ」
力と加↓７１．されて送り出されるので、ラインメモリ
６５上には一走亘線分の画素のデータが記憶されること
になる。

次に励振タイミング■により得られたエコーの受信１１
１号は「ｊｌ」連間４７．１くにＡ／Ｄ変換器６１でデ
ィジクル変換され、ディジクル加算器６３に与えられる
が、このとき、前を己化号Ｃは　１　となっており１イ
丸って反鴨回ｈ￥５７１の出力は　Ｏとなっている。

一方、コントローラ６２によりラインメモリ６５の内容
が受イｉｊイ６−弓の深さ位す、と対応するよ５プよ同
期１３！ｌ］係で３ビット並列に順次読み出され、コン
トローラ６２の制飼１のもとにゲート制御されるバッフ
ァ６９をブｒして３組の論理回路６４にビット別に与え
られる。そして、この論理回路６４を介してディジタル
加′！Ａ−器６３に与えられる。このとき、論理回路６
４に与えられる反ｒＰＪ−，回路７１の出力は　０　で
あるので、各論理回路６４の出力はラインメモリ６５か
も読み出されたデータのビット内容そのものになる。

そして、ディジタル加算器６３は両入力を加算し、その
上位３ビット分をノ（ソファ６８をブｒしてラインメモ
リ６６に送りここに記憶させる。

上述同様、　Ａ／１）変換器６１からはコントローラ６
２０制伽のもとに超音波ビームの走査線上σ）各画素位
置毎のデータが出ガされ、これに同期してラインメモリ
６５上からは同一画素位置のデータが読み出されるので
、ラインメモ１ノロ６上には両データの加算値の上位３
ビット分１つが、各々の画素位置対応のデータとして記
憶されてゆく。

同様にして励振タイミング■にお（・てをまラインメモ
リ６６の内容とＡ／Ｉ）変換器６１の出力ｆ）１順次加
算されてラインメモリ６５に記憶さオし、次の励振タイ
ミングではラインメモリ６５の内容とＡ／ｌ）変換器６
ノの出力が順次加算されてラインメモリ６６に記憶され
る。このようにしてラインメモリを交互に切換えながら
、加算値σ）読み出しと書き込みが行われる。

このように３ビツト描成のラインメモリの記憶データと
Ａ／Ｄ変換器６１の出力データを加算し％４ビット（；
・ｆ成の加ルーイＬを得ると共にその加算値の上位３ビ
ツトをデータとして得ることによって二つのデータの加
算平均の値が得られることになる。そして、これをｉ回
の送受信に対して行うことにより近似的なｉ回分の加算
平均値が得られ％　’（：％音成分は低く抑えられるこ
とになる。ｉ回目の励振が開始されると次回の励振の開
始時までの間、コントローラ６２かも　ルベルのＣ４号
Ｃが出力され、且つ最終の加算平均値が記憶されたライ
ンメモリの内容が読み出されてバッファ６９．７０を介
し〕くソファ７２へと送り出され、信号Ｃにより開かれ
ているノくソファ７２を通って１〕／Ａ変換ゐ７３へと
送られる。そして、このＩ）／Ａ変換器７３にてＬ）／
Ａ変換され、アナログ信号として出力される。

このとき、１１間」自１回ｌｌ猶６４にもラインメモリ
の読み出しデータが与えられるが、反転回路７１の出力
が０”であるため各々　ｌ　を出力する。

従ってラインメモリから読み出された＠訂回までの不要
な加算平均値は取り込まれること１よく。

次の加算値蕾き込みの際に消去さ」することになるＯ このようにしてラインメモリ中に谷画素のデータを格納
し、これを順次読み出してＡ／Ｄｆｆｉ換器の出力とと
もに加算し、ぞの７ＪＩＩ算１Ｌの上位３ビツトを画素
データとして格納１−ると云った手順をｉ回繰り返すこ
とにより加算平均１直ｂ１られる。この場合、受信信号
のうち雑音に埋り、る信号レベルに相当するレベル分に
つ０てｆ）分角イ能が維持できるビット数のＡ／Ｌｌ変
換器（上も己汐ｕでは３ビツト）を用いてＡ／ＩＪ変換
することによりそれ以上の入力レベルについては飽和し
てしまい、リミッタとして機能して必要なレベル内のデ
ータが自動的抽出できることになる。また、雑音に埋れ
る信号レベルの範囲につ（・て力０算平均するようにし
たことにより、−画素当り３ピツトの容量で済むので構
成は簡単となり、コストダウ／を図ることができる。

また、２１４６図の方式の他にラインメモリなｉＪ、＋
１月」い、１回分の送受（ｉによる各受信データをそれ
ぞれ別（１ｆｆｉ・ＩＶＣ記１．ハさせてｉ回分のデー
タ収集の後に加工店子〕９１−るようにすることもでき
る。

尚１本具体例では振動子の励振１ｕ数（ｉ＋１）に対し
て加算平均回数がｉ回であるが、これはリミッタにメモ
リ素子を用いれは加算平均回畝を励振１数と同数に１−
ることかできる。

また本発ψｊはリニア電子スキャンの他に電子あるいは
メカニカルセクタスキャン等に対しても応用し得るもの
であり、また、医用の他超音波探場たどの分野において
も実施可能である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は超音鼓、送受信用の超音波
探触子を用い、１幀次超音波ビームの走査位置を笈えて
送信を行うとともにその超音波反射波の受イ占信号をも
とに超音彼断鳩像を得るようにした超音波検査装置゛に
おいて、指令により同−走食位ｔｌｉにおける超音漱ビ
ームの送受信を予め設定した所定回数１つ行うよう制御
′１−る制御手段と、予め設定した前記受信信号の雑音
に埋れる所定の弱いレベル範囲の信号を抽出する第１の
抽出手段と、この第１の抽出手段の抽出レベル範囲を超
えるレベル範囲の信号を前記受信信号より抽出する第２
の抽出手段と、前記同一走査位置の超音波反射波の受信
信号をｆｎｌ　Ｂ己第１の抽出手段より得てこれを加算
平均する手段と、この加算平均値に前記第２の抽出手段
の抽出出力を加算し、信号を復元する手段とを設け、同
一走査位置では信号成分は同じパターンで雑音成分は不
規則である点に瀦目し、同一走査位置で複数回超音波送
受を行い、それにより得た超音波反射波の受信信号を加
ふＩ６平均すると雑音成分を抑えることかでさることを
利用しＳ／Ｎの影響を強く受ける雑音に埋れる程度の輸
い信号分について第１の抽出手段により抽出し、同一走
査位置について所定回数づ゛つ送受を繰り返すことによ
って得た同一走査位置での受信信号の前記第１の抽出手
段を介しての信号な加岬平均することにより小さく抑え
、且つこの加算平均値に前記第２の抽出手段より抽出さ
れた受信信号を付加して信号を復元し、用いるようにし
たことによりリアルタイム表示以外では弱い信号レベル
のレベル範囲での雑音を抑えて８７Ｎの改善を図ること
ができるようになり、また、雑音除去を雑音の影響を強
く受ける弱い信号レベル範囲に留めたことにより、信号
レベルの分布範囲は狭くなるので、これをディジタル処
理により加算平均する場合にＡ／ＩＪ　、　ＩＪ／Ａ変
換器のビット１ｔＦｉ成を少なくでき、しかも加算平均
のために保存ず超音波走畳位置の走査線上のデータ量も
少なくて済むことから構成も簡単であり、しかも安価に
実施できるなどの特徴を有する超音波検査装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成を示すブロック図、第２図はり
ニア′ＩＬ子スキャンにおける励振すべき振１＋＋子の
変化の様子を説明するための図、第３図は本発明の一実
施例を示すブロック図、第４図はその動作を説明するた
めのタイムチャート、第５図は本発明装置におけるフリ
ーズ時のデータ収集の励振に供する振動子群の選択手順
を説明するための図、第６図はリミッタ及びフィルタ回
路部分の一具体例を示すブロック図である。 １１・・・基準信号発生器％１２．６２・・・コントロ
ーラ、１３・・・送信回路群、′１４・・・面圧アナロ
グスイッチ群、１５・・・超音波探触子、１５．〜１５
Ｍ・・・振動子、１６・・・前置増幅器群、１７．２３
・・・加算器、１８，１９・・・リミッタ、２０・・・
フレームゲート発生器、２１・・・スイッチ、２２・・
・フィルタ回路％２４・・・選択回路、２５・・・ビデ
オ回路。 ２６・・・フレームメモリ、２７・・・表示器、６Ｚ・
・・Ａ／Ｉ）変換器、６３・・・ディジタル加算器、６
５゜６６・・・ラインメモリ、６７、〜７０，７２・・
・バッファ、７３・・・ｌ）／Ａ変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波送受信用の超音波探触子を用い、順次超音波ビー
   ムの走イを位置を変えて送信な行５とともにその超音波
   反射波の受信信号をもとに超音波断層像を得るようにし
   た超音波検査装置において、１旨令により同一走査位置
   における超音波ビームの送受信を予め設定した所定回数
   ずつ行うよ’）　ｆｌｊｌ）御するｉｉｊ制御手段と、
   予め設定した前記受信信号の雑音に埋れる所定の弱いレ
   ベル範囲の信号を抽出する第１の抽出手段と、この第１
   の抽出手段の抽出レベル範囲を超えるレベル範囲の信号
   を前記受信信号より抽出する第２の抽出手段と、前記同
   −走を位Ｈ，４の超音波反射波の受信信号をｉＭｆＩ　
   Ａｃ第１の抽出手段より得てこれを加算平均する手段と
   、この加算平均値に前記第２の抽出手段の抽出出力を加
   算し、信号を復元する手４父とを備えたことを特徴とす
   る超音波検査装置。