JPS6274342A - 超音波パルスドプラ装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、医用超音波装置乃至短距離ソーナーとして有
用なフェーズドアレイ方式のパルスドプラ装置に関し、
更に詳しくは、その受波ビームフォーミングの手法の改
良に関ブーる。

（従来の技術） 従来のフェーズドアレイ・ドアラ！！装置は、殆んどの
場合Ｂモードイメージング装置と共用乃至共存する形で
実現されるため、探触子のみならず初段アンプ及び受波
ビームフォーマ（整相器とも呼ばれる）もイメージング
用とドプラ用とを兼用するのが常であった。

第８図は従来のこの種の装置の一例を示す図である。図
において、アレイ探触子１は送受信回路群２より与えら
れる高圧パルスによって駆動され、生体にＩＰ４音波を
投射する。送受信回路群は探触子１の各エレメントに１
対１に対応する高圧パルス発生回路を有し、その各々は
送波ビームフォーマ３の出力により駆動される。送波ビ
ームフォーマ３は送波トリガ回路４の出力トリガパルス
を受Ｇノ、適宜に時間遅延して出力する。送波トリガ回
路４はクロック発生器６のクロックを分周器５で適宜に
分周した信号でトリガされる。

探触子１は生体からのエコーを電気信号に変換して出力
し、送受信回路群２の初段アンプを経由して受波ビーム
フォーマ７に入力され、位相合せした後、斉相加算され
出力される。このエコー信号はＢモードイメージング用
エコーフィルタ８及びドプラ用エコーフィルタ９に与え
られる。エコーフィルタ８の出力は対数圧縮ＲＦアンプ
１０を経由し、次に検波器１１で検波されＢモード用ビ
デオ信号として出力される。このビデオ信号は図示しな
いＢモード用表示装置に入力され、Ｂモードイヌ−９表
示が行われる。

ドプラ用エコーフィルタ９の出力はコヒーレント検波器
１２に導かれ、移相器１３より与えられる互いに９０°
位相の異なる参照波により送信スペクトルに対するドプ
ラ信号のみ抽出される。移相器１３はクロックを二１ヤ
リャとして互いに位相の９０°異なる参照波を出力する
。コヒーレント検波器１２で２チヤンネルに分けられた
エコー信号はレンジゲート１４によりゲートされ、次い
でドプラフィルタ１５にて有効な周波数範囲の信号のみ
抽出され、ナイキストフィルタ１６にかけられる。

レンジゲート１４は、注目する深度における任意のサン
プルボリューム中のドプラ信号を選択するゲートで、そ
のゲートを制御する信号はレンジゲート設定器１７より
与えられる。レンジゲート・設定器１７は送波トリガ回
路４の出力をもとに設定によりレンジゲート信＠ＲＧを
生成する。

ナイキストフィルタ１６より出力されるドアラＡＦ信号
は図示しない周波数分析回路に送られ分析される。分析
結果は図示しない表示装置にて表示される。又、ドプラ
△Ｆ信号はスピーカ等にて直接可聴音としてモニタする
ことができる。生体内からのドプラシフトを有するエコ
ーはそれを有さないエコーより極めて微弱である。通常
血流のエコーは周囲ｌｌ、１のエコーより一３０ｄＢ程
度下方にある。これを確実に検出するためにはより広い
ダイナミックレンジ乃至直線性の良さが要求される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の方式では、不要な成分即ちドプラ
シフトを有さない成分（クラッタという）までがビーム
フォーマを介して整相加算されるため、その辺りのダイ
ナミックレンジ限界に遭遇してしまうことが多いという
問題があった。

又、その整相加算の結果に対してレンジゲートを適用し
ているため、ゲートの制御波形及びゲートされた結果は
デユーティレシオが非常に小さく（１／３０〜１／３０
０）、その分だけコヒーレント検波器の前後における取
扱い可能レベル範囲上の制約に関して、全時間を利用で
きた場合〈ＣＷドプラの場合はそのように利用可能〉に
比べて不利であるという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、上記の如き理由での初段アンプやビームフォーマのダ
イナミックレンジ限界に遭遇しないですむような超音波
パルスドプラ装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決する本発明は、複数個の振動子エレメ
ントより成るアレイ探触子で受波した受信信号をＢモー
ドイメージング用とドアラ用に利用し、ドアラの」Ω合
にはビームフォーマで位相合せし斉相加算した後コヒー
レント検波しドプラ信号を得るようにした超音波パルス
ドプラ装置において、各エレメント毎に設けられ、注目
づる領域からの受信信号を抽出する複数個のレンジゲー
トと、このレンジゲートの各出力に対しパルスストレッ
チャーの役を果す複数個のパルスストレッチャーフィル
タと、前記複数個のレンジゲートの開閉時刻を別途個別
に制御するシステムコントローラとを具備し、受信信号
を前記レンジゲート、パルスストレッチャーフィルタ及
びビームフォーマを経由してコヒーレント検波に付すよ
うにし、しンジゲートやビームフォーマ、コヒーレント
検波手段に高レベル信号もしくはクラッタの入った信号
が印加しないようにしたことを特徴とするものである。

（実施例） 以下１図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明に係る超音波パルスドプラ装置の一実施
例を示す図である。第８図の従来装置と異なる点は、レ
ンジゲートをドプラ専用のビームフォーマより前段に配
設し、且つそのレンジゲートの後にストレッチャーフィ
ルタを設けた点である。図において、第８図の従来装置
と同等部分には同一符号を付しである。レンジゲート群
２０は探触子１の各エレメントに対応してレンジゲー［
・がｎ個個別に設けられている。各レンジゲート２０＋
〜２０ｎを経由したエコー信号はそれぞれパルスストレ
ッチャーフィルタ２１１〜２１ｎに入力されている。パ
ルスストレッチャーフィルタ２１１〜２１ｎの出力はド
プラ専用の受波ビームフォーマ７にて整相加０される。

パルスストレッチャーフィルタ２１＋〜２１ｎは、ＲＦ
パルスス号のエンベロープを丸めるための丸めフィルタ
（同調回路）である。そして、これは２次乃至それ以上
のＤ−バスフィルタを周波数軸を移したものと等価であ
り、第２図に示すように、ＲＦバースト信号（イ）を入
力すると、そのエネルギーを保存しつつ同図（ロ）のよ
うに波形をデユーティレシオのあまり高くないものにす
るものである。このフィルタとしては例えば１−Ｃ３水
晶、セラミック。

メ７Ｊニカル等のバンドパスフィルタを使用することが
できる。パルスストレッチャ−フィルタの開離について
別な見方をすれば、第３図に示すように周波数軸上にお
いて多数本周期的に観察されるこの信号の輝線スペクト
ラム群からその１つを抽出する役目をしていると言える
。しかしながら、ストレッチャーの役目としては必ずし
も斜線部の如き程度の抽出作用に限るものではなく、鎖
線の如き広いものでも実質上十分な役目を果す。

２２はシステムコントローラで、レンジゲート群２０．
パルスストレッチャーフィルタ群２１受波ビームフォー
マ７ａその他に必要な制御信号を与えるものである。

このような構成における動作を主としてドプラ装置の方
に注目して説明する。各エレメントのレンジゲートは、
第４図（イ）に示す如き注目点Ｐから到来する注目波面
ＦＷの入射の様子に応じて、第４図（ロ）に示すように
時間軸上に分布したものとなる。この時間軸は右側から
左側へと時間が・経過する時間軸である。システムコン
トローラ２２はそのような分布となる制御信号を発生す
る。

パルスス１−レッチャーフィルタ２１の出力は第４図（
ハ）に示すように引き伸ばされており、そのパルス性の
タイミングについてはあまり考慮する必要がなく、ただ
±１８０°の範囲で位相合せを考えれば十分である。こ
の位相合せは受波ビームフォーマ７ａで行われ、且つそ
の信号は斉相加算されビームフォーマ７ａより出力され
る。この出力はコヒーレント検波器１２において検波さ
れる。

コヒーレント検波器１２は例えばバランスドデモシュレ
ータ（ＢＤＭ）２＠を用いて構成することができる。

又、ビームフォーマはフレネルレンズ的なフェーズマツ
プでもよい。

このように探触子の各エレメントのチャンネル毎にレン
ジゲートを設け、その開閉時刻を別途個別に制御してい
るため、各々のレンジゲートの扱うべき信号レベルは整
相加算され振幅が増大する以前のものであるため、ダイ
ナミックレンジの限界に遭遇１６恐れが従来の場合より
もずっと少なくなっている。又、各エレメントからの受
波信号をレンジゲートをかけた後パルスストレッチャー
の役を果す狭帯域フィルタを課しているため、パルスス
トレッチャ−フィルタの出力はデユーティレシオが大（
即ちピークファクタが小）となりコヒーレント検波器の
取吸い可０ヒなダイナミックレンジの点でＣＷドプラの
場合と同等どなる。

第５図は本発明の他の実施例の酸部構成図である。即ら
、パルスストレッチャーフィルタ２１１〜２１ｎの各出
力をバランスドデモシュレータＢＤＭでコヒーレント検
波してから、ｉ、ｑ各々別々に斉相加専するようにした
ものである。位相台ぜは、コヒーレント検波に際しての
参照用ギヤリヤの位相でもって行う。３０は復調用キャ
リヤ群を作るためのフェーズマツプで、例えばシフトレ
ジスタ等によってディジタル化された回路を使用づるこ
とができる。

第６図は本発明の更に他の実施例を示づ要部構成図であ
る。本発明の方式は別な見方をすれば、パルスドプラの
受波信号をＣＷドプラのそれに似たものに仕立て直そう
としているわけであり、その意味で、同一アレイを用い
ようと、又、別の独立の専用２素子探触子を用いようと
、ＣＷドプラと非常に馴染みがよいものある。即ち、受
波時の各エレメンシ毎のレンジゲートを閉状態に保ら、
送波は別な送波器からか又は同一のアレイの他の部分か
らか行うとすれば、直ちにＣＷドプラになる。第６図は
その様子を示すものである。この場合パルスストレッチ
ャーフィルタ２１は有効に機能してはいないが介在して
いても何ら差し支えない。

一方、第７図に示すように別のＣＷ専用探触子１Ｃを用
いるどきには、その受波エレメントからのＣＷ　（、Ｍ
号をパルスストレッチャーフィルタの後又は前に注入す
ればよい。

（発明の効果） 以上）ホべたように本発明によれば、レンジグー１〜を
各ニレメン１〜毎に設け、それをビームフォーマより前
に配冒し、且つレンジゲート出力をパルスストレッチャ
ーで引き伸ばした後コヒーレント検波に付すようにした
ため、レンジゲートや受波ビームフォーマ、コヒーレン
ト検波器に高レベルの信号もしくは不要な信号（クラッ
タ）が入ったままの信号を印加せずに済むので、従来装
置で問題であった耐ダイナミックレンジ性が大幅に有利
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波パルスドプラ装置の一実施
例を示す要部構成図、第２図及び第３図はパルスストレ
ッチャーフィルタの機能を説明するだめの図、第４図は
動作説明のための各部の波形図、第５図乃至第７図は本
発明の他の実施例を示す要部構成図、第８図は従来の超
音波パルスドプラ装置の一例を示す図である。 １・・・探触子　　　　　　２・・・送受信回路群３・
・・送波ビームフォーマ ４・・・送波トリガ回路　　５・・・分周器６・・・ク
ロック発生器 ７・・・Ｂモード用受波ビームフォーマ８・・・エコー
フィルタ １０・・・対数圧縮ＲＦアンプ １１・・・検波器 １２・・・コヒーシン１〜検波器 １３・・・移相器　　　　　１５・・・ドプラフィルタ
１６・・・ナイキストフィルタ ２０・・・レンジゲート群

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の振動子エレメントより成るアレイ探触子で受波
   した受信信号をＢモードイメージング用とドプラ用に利
   用し、ドプラの場合にはビームフォーマで位相合せし斉
   相加算した後コヒーレント検波しドプラ信号を得るよう
   にした超音波パルスドプラ装置において、各エレメント
   毎に設けられ、注目する領域からの受信信号を抽出する
   複数個のレンジゲートと、このレンジゲートの各出力に
   対しパルスストレッチャーの役を果す複数個のパルスス
   トレッチャーフィルタと、前記複数個のレンジゲートの
   開閉時刻を別途個別に制御するシステムコントローラと
   を具備し、受信信号を前記レンジゲート、パルスストレ
   ッチャーフィルタ及びビームフォーマを経由してコヒー
   レント検波に付すようにし、レンジゲートやビームフォ
   ーマ、コヒーレント検波手段に高レベル信号もしくはク
   ラッタの入った信号が印加しないようにしたことを特徴
   とする超音波パルスドプラ装置。