JPS61262657A - 超音波受波整相回路 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電子走査型超音波断層装置等における超音波
受波整相回路の構成に関するものである。

〔発明の背景〕

従来の受波整相器は、特開昭５８−１４１１４２号に記
載のように、各受信信号を信号帯域の最高周波数の２倍
でサンプリングした後、その信号値を各遅延時間に対応
する時間保持した後加算することによって受波整相する
ものである。超音波周波数を高周波化して、高分解能画
像を得ようとする場合。

サンプリン、グも高速化する必要があり、サンプリング
素子の動作速度の限界から、上記受波整相器を高周波超
音波に使用することが困難であった。

〔発明の目的〕

本発明は超音波断層装置の高性能化かつ簡略化された超
音波受波整相回路を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

かかる目的を達成するために、本発明は、各素子からの
受信信号を参照信号との位相比較を行なうことにより、
一旦低周波帯域に周波数移動した後、サンプリングによ
る遅延手段を用いることによって、高周波超音波の受波
整相を実現するものである。

〔発明の実施例〕

以下、図を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図の（ａ）、（ｂ）は１本発明による偏向角θ方向
からの受波信号を整相する回路構成を表わした図である
。Ａ１〜Ａ、は配列素子、Ｂ、〜Ｂ。

は受波信号ｒ□〜ｒ、と参照信号Ｒ１〜Ｒ１との位相比
較を行なうための乗算器である。ここで例えば。

ｒｉ（ｔ）＝Ａ（ｔ−τ、）ｃｏｓ（ωｏ（ｔ−？　ｔ
）＋φ１）−（１）Ｒｔ（ｔ）＝ｃｏｓ（ωＬｔ＋Δｉ
）　　　　　　　　・・・（２）τ、、φ、は、それぞ
れ第ｉ素子の受波信号の時間遅れと位相遅れに対応し、
τ。は超音波パルス巾、ω。、ω、はそれぞれ受波信号
、参照信号の角周波数、Δ、は第ｉ参照信号の位相遅れ
である。

従って、乗算器Ｂ、の出力は、 ｒｉ（ｔ）　・Ｒｉ（ｔ）＝−Ａ（ｔ　ｔｎ）ｃｏｓ（
ω。（ｔ−（１）＋φｔ　（ＬＩＬｊ　Ｊｉ）−）−Ａ
（ｔ−ｔ、）ｃｏｓ（ω、（ｔ−ｔｔ）＋φ＝＋ωＬｔ
　Ａｎ）・・・ｉ・・（３） ｒｌ（ｔ）のパワースペクトルを第２図の（ａ）の斜線
部Ｕ４て示す、但し、ｆＬ、＜−＜ｆ、とする。

２π この信号を、従来方式に従って直接サンプリングによっ
て整相する場合、折返しノイズ（ｕ％）を避けるため、
サンプリング周波数ｆ、を２ｆ、以上とする必要がある
（ナイキストのサンプリング定理よい）。

ところで、パルス超音波の受波整相では、受信信号ｒ、
の包路線信号の加算を行なえばよいのであるから、受渡
信号のパワースペクトルを第２１！ｌの（ｂ）の斜線部
Ｕ８に周波数移動した後、サンプリング周波数ｆ、′＝
２（ｆｌｌ−ｆ、）でサンプリングしてもｒ、の包路線
を再現できる。

従って、（２）式で示した参照信号Ｒ２の角周波数を ω、＝２πｆＬ　　　　　　　　・・・・・・（４）と
して、（３）式で示した乗算器出力ｒ、・Ｒ１のうち、
第１項の低い周波数成分のみを低域濾波器Ｃ１により、
分離抽出可能である。この低域濾波器Ｃ１の出力ｑ＊　
（ｔ）は、 ｑ、＝−Ａ（ｔ−ｔ、）ｃｏｓ　（（（１）。−ω、）
ｔ−Δ１−（１１＠τ１＋φ１）・・・・・・（５） となるａ　ｑｔは、サンプリングによる遅延手段Ｄｉに
よって１ｍΔＴだけ遅延された後、加算器Ｓによって整
相加算される。長延手段Ｄｔの出力Ｐｔは。

ｐ、＝−Ａ（ｔ−ｔｎ−ｍ／ＩＴ）ｃｏｓ　　（（ｃａ
ｂ−ω、）（ｔ−ｍ４丁＞−Ａ＊−ωａτｓ＋φ、）・
・・・・・（６） となる。

ここで、各遅延手段の出力Ｐ、が同位相で加算されるた
めの遅延量ｍ７ｊＴと、参照信号の位相遅れΔ、の関係
は。

ω６−　ω１ である。

従って、（７）式の関係を満足するようにΔ。

とｍ、ｉｊＴをそれぞれ設定することにより、加算器Ｓ
の出力０には、受信信号ｒ、の包絡線加算信号が得られ
る。

（６）式から明らかなように、遅延手段り、の時間量子
化精度は、（１）式の受信信号を直接遅延して整相する
場合に比べて□だけ低下しωＯ てもよい、すなわち、包絡線長に対する時間精度（ＡＴ
）でよい、これは、遅延手段を構成する上で大きな利点
となる。

また、参照信号Ｒ１の位相遅れＡ１の時間量子化精度は
、従来と同様に、入力信号ｒ、に対する精度が必要であ
るが、この場合は、第１図の（ｂ）に示したような簡単
な構成で実現可能である。

ωＯ シフトレジスタＳＨＨのデータとして印加し、ＳＨＲの
内容をτ１なる周期のクロックｈにより移動する。この
位相差τ、ごとのＳＨＲ出力信号Ｒ１’〜Ｒ，’　　（
ｍ≧ｎ）から、各素子に対応した参照信号Ｒ１′〜Ｒ＋
ｔ’　をマルチプレクサ−（図示せず）で選択し、その
後、中心周波数ω、なる共振フィルターＦ１〜Ｆ、によ
り整形することにより。

時間精度τ、の任意の参照信号Ｒ１〜Ｒ３が得られる。

この構成による参照信号発生回路は、フィルターを除い
て全てディジタル回路で構成可能であるために、簡単で
ある。

第３図の（ａ）は、サンプリングによる遅延手段り、と
じて、サンプルホールド回路を直列配置したものを用い
た場合の実施例である。

また１本発明において、遅延手段Ｄｔの時間精度（ＡＴ
）が包絡線長に対するものでよいことから、各素子間の
遅延時間差１τ、−丁６．，１がＡＴ以下の場合は、そ
の隣接する素子の参照信号位相遅れ７１１ｔＡ１＋１を １Δ、−Δに＋１１　”ω。１τ、−τ８．１１・・・
（８）となるように設定し、低域濾波器Ｃ，，Ｃ，。１
の出力ｑ＊ｅ　ｑｔ＊ｘを加算して、同一の遅延手段り
、によって整相加算することができる。従って、（８）
式を満足するような素子の受信信号は複数個加算してか
ら、遅延手段り、で整相することにより。

遅延手段り、の数を減少させることができる。

第３図の（ａ）は、サンプリングによる遅延手段Ｄ１と
して、サンプルホールド回路を直列配置したものを用い
た場合の実施例である。

ＩＮは入力端子、ＯＵＴは出力端子である。サンプリン
グスイッチＷ１によってサンプルされた信号は、スイッ
チが開放されると同時に、その時刻の電位が容量Ｅ１に
ホールドされる。バッファーアンプＰＬ−Ｐ、を介して
第２段目以降のスイッチＷ２〜Ｗ１、容量Ｅ１〜Ｅ２も
同様の動作をすることにより、１段当り最大で、サンプ
リング周期時間は、各サンプルホールド回路のホールド
時間を任意に設定することにより決定される。

第３図の（ｂ）は、サンプリングによる遅延手段り、と
じて、スイッチドキャパシタメモリを用いた場合の実施
例である。

ＩＮは入力端子、ＯＵＴは出力端子である。

Ｘ、〜ｘ、、ｙ、〜Ｙ、は、それぞれメモリ容量Ｍ１〜
Ｍ、の書き込みスイッチと読み出しスイッチである。ｘ
ｏはリセットスイッチ、ＯＰはオペアンプである。この
回路の詳細に動作は、特開昭５８−１５０１９３号で説
明されている。サンプリング周期をを制御することによ
り、サンプリング周期Ｔごとに最大ｍＴまで可変遅延手
段として用いることが可能である。サンプリング周期Ｔ
以下の遅延精度は、各素子間のサンプリングクロックの
位相をずらすことによって実現できる。第３図の（ｂ）
において、上記以外の可変遅延を実現する方法として、
書き込みと読み出しの間隔を固定しておいて。

サンプリング周波数をｆ　、／　　以上で変化させても
よい、このような制御を用いる場合、゛スイッチドキャ
パシタメモリの代りに、ＣＣＤを用いても。

同様に可変遅延が実現できることは明らかである。

第３図の（ｃ）は、サンプリングによる遅延手段Ｄ１と
して、Ａ／Ｄ変換器とラインメモリを用いた場合の実施
例である。

ＩＮは入力端子、ＯＵＴは出力端子である１周波数移動
された信号は、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄによりサンプリング
周波数ｆ　、Ｉ　　でＡ／Ｄ変換された後、ラインメモ
リＬＭによって任意の時間遅延された後、加算塁Ｓに出
力される。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば、受信信号を　　　１
参照信号との位相比較を行なって一旦低周波帯域に周波
数移動した後、サンプリングによる遅延手段を用いた受
波整相回路を構成することにより。

サンプリング周波数の低減化と、可変遅延手段の時間量
子化精度をゆるめることが可能であるため、簡単な構成
で高周波超音波の受波整相が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図の（ａ）は本発明の基本構成を示す図、同図（ｂ
）は参照信号発生回路を示す図、第２図の（ａ）は受波
信号のパワースペクトルを示す図。 同図（ｂ）は周波数移動した後の受渡信号パワースペク
トルを示す図、第３図の（ａ）はサンプリングによる遅
延手段の一実施例を示す図、同図（ｂ）、（Ｑ）は、そ
れぞれサンプリングによる遅延手段のそれぞれ第２．第
３の実施例を示す図である。 Ａ１〜Ａ、・・・配列素子、８１〜Ｂ、・・・乗算器、
Ｃ１〜Ｃ１・・・低域濾波器、Ｄ１〜Ｄ、・・・サンプ
リング遅延手段、Ｓ・・・加算器、ＳＨＲ・・・シフト
レジスター。 Ｆ工〜Ｆ、・・・フィルター、Ｗ１〜Ｗ、・・・スイッ
チ、Ｘ、〜Ｘ、・・・書き込みスイッチ、Ｙ１〜Ｙ、・
・・読み出しスイッチ、Ｅ、〜Ｅ、、Ｍ１〜Ｍ、・・・
コンデンサー、Ｐ□〜Ｐ、・・・バッファアンプ、ＯＰ
・・・オペアンプ、Ａ／Ｄ・・・Ａ／Ｄ変換器、ＬＭ・
・・ラインメモリ。 ｙ　１　図 は〕 ’７１　　ｚ　　ｉ （（Ｌ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、配列振動子の各素子の送波または受波信号の振巾、
   位相を制御することにより超音波ビームを偏向または集
   束させ、断層像を得る超音波断層装置において、複数個
   の受信器と、上記各受信信号と参照信号の位相比較を行
   なう乗算器と上記参照信号として順次遅延した正弦波を
   発生させる信号源と、上記位相比較器出力をそれぞれサ
   ンプリングすることにより遅延する手段と、上記遅延回
   路出力を加算する手段を具備することを特徴とする超音
   波受波整相回路。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記サ
   ンプリングによる遅延手段としてサンプルホールド回路
   を１個または複数個直列配置したものを用いたことを特
   徴とする超音波受波整相回路。 ３、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記サ
   ンプリングによる遅延手段として、スイッチドキャパシ
   タまたはＣＣＤを用いたことを特徴とする超音波受波整
   相回路。 ４、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記サ
   ンプリングによる遅延手段として、Ａ／Ｄ変換器とライ
   ンメモリで構成したことを特徴とする超音波受波整相回
   路。