KR20020043588A - 펄스압축에 의한 초음파 송수신장치 - Google Patents

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Abstract

도 2(a)에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는, 예를 들면, 초음파 탐촉자를 접착하는 측의 끝단면의 직경이 0.58mm, 가장 가는 부분에서 직경이 0.3 mm, 시료측의 끝단면에서는 직경이 0.68mm로, 길이가 38cm의 석영막대(20)를 사용한다. 이것은 용융석영막대(20)의 초음파 트랜스듀서(10)를 부착하는 측의 직경은 L(0, 3)모드의 변환효율이 좋은 범위에 있는 것, 또는, 시료(50)에 접촉하는 측의 석영막대(20)의 직경은 파장에 비교해서 충분히 크고, 그 밖의 부분은 가요성을 얻을 수 있도록 충분히 가늘어지도록 정하고 있다. 도 2(b)에는, 송신파형과 수신파형을 도시한다.

Description

펄스압축에 의한 초음파 송수신장치{ULTRASONIC TRANSMITTER/RECEIVER BY PULSE COMPRESSION}
초음파의 반사파 등을 사용하여 계측을 실행하는 것이나 화상을 얻는 것은 종래부터 행하여지고 있다. 예를 들면, 초음파 진단장치에 있어서는, 초음파 진동자로부터 임펄스파를 송신하여 체내로부터의 반사 에코를 수파(受波)하여, 화상처리 함에 의해 생체내의 단층상을 얻고 있다. 이러한 초음파 진단장치에는, 가능한 한 깊은 심달도와 높은 분해능이 요구되고 있다.
이 요구를 만족시키는 것으로서 펄스압축기술이 있다. 이것은 송신하는 초음파신호에 FM변조를 걸고(이하, 이 신호를 처프신호(chirp signal)라고 한다), 수신시에 처프신호에 대응한 필터를 통과시키는 것으로써, 원래 긴 펄스를 짧게 압축한다. 그리고, 압축에 의해 분해능을 높이면 동시에 S/N비의 향상을 도모하고, 심달도를 높이는 것이다.
이러한 펄스압축에서는, 송신신호와 수신신호를 시간적으로 분리하기 위해서, 측정대상물과 트랜스듀서(transducer)의 사이를 떨어뜨릴 필요가 있다. 이 사이의 영역을 세퍼레이션 영역이라는 것으로 한다. 예를 들면, 초음파현미경에서는 파장에 비교해서 충분히 큰 지름을 갖는 선로를 지연매체로서 사용하여 세퍼레이션 영역으로 하고 있다. 이 선로는 무한대의 직경이라도 좋은 것이기 때문에 가요성(可撓性)은 없고, 도파로(導波路)라고는 생각되지 않는다. 여기서 도파로란, 전파거리에 의해 단면내의 진폭분포가 변하지 않는 것을 말한다. 이 경우, 20㎒ 대에 있어서, 100 μ초이상의 계속시간이 긴 펄스를 송수신하는 것은 실제상 곤란하다. 또한, 이 선로는 가요성이 없기 때문에, 초음파 내시경 등에 적용할 수 없다. 이것을 대신하는 방법으로서 송수신과 다른 탐촉자를 사용하는 방법이 있다. 또한, 25 ㎒대 이상에서는 세큐레이터가 사용된다. 하지만, 이 경우에도 트랜스듀서와 전송매질과의 부정합에 의한 반사가 수신시스템으로 혼입한다.
펄스압축은 레이더나 소나(sonar)의 분야에서 송신피크·파워의 제한하에서, 송신에너지를 증가하고, 탐사거리의 증대 또는 고분해능화를 도모할 목적으로 널리 사용하고 있다. 의학용 초음파의 분야에서도 같은 목적을 달성하기 위해서 펄스압축기술을 도입하기 위한 연구가 수없이 행해져 왔다. 이 펄스압축기술에서는, 송신신호의 스펙트럼을 시간영역에서 조작할 수 있기 때문에, 특정영역의 분해능을 올릴 수 있다는 등의 이점이 있음에도 불구하고, 의학용 초음파의 분야에서는 아직 실용화에는 이르고 있지 않다.
실용화를 실현하기 위한 최대의 과제는 세퍼레이션 영역을 필요로 하는 것이고, 다음 과제는 펄스압축 후의 사이드 로브(side lobes)의 억압이다. 후자의 문제는 큰 반사로부터의 신호의 사이드 로브에 의해 작은 반사체부터의 신호가 묻혀 버리는 것이다.
세퍼레이션 영역의 문제에 대해서 말하자면, 펄스압축기술에서는, 송신 펄스신호의 펄스 폭이 수백μ초로 길기 때문에, 세퍼레이션 영역이 커진다. 이 영역을 마련하기 위해, 통상 부드러운 플라스틱의 판을 사용하고 있다. 이 방법은 실제상 상당히 취급하기 어렵다. 또한, 이 방법은 초음파 내시경 등에는 적용할 수 없다. 이 방법을 피하는 다른 방법으로서는, 송수신과 다른 탐촉자가 사용된다. 그러나, 송수신과 다른 탐촉자를 사용하면, 송신한 초음파빔과, 수신용 트랜스듀서의 수신가능한 영역이 교차하는 범위에서의 신호만이 검출가능하고, 얻어지는 화질도 양호하지 않다. 또한, 송신신호와 수신신호가 혼재한 채로의 수신에는, 동적범위의 극히 큰 증폭기를 필요로 하기 때문에 실제적이 아니다. 따라서, 송수신이 동일한 탐촉자로 송신신호와 수신신호를 분리하는 방법이 바람직하다.
[발명의 개시]
본 발명의 과제는, 종래의 초음파 송수신에 있어서의 다음 문제를 해결하는 것이다.
1. 펄스압축에 있어서, 단일의 트랜스듀서를 사용하고, 계속시간이 긴 송신신호와 수신신호를 시간적으로 분리할 수 없다.
2. 압축 후의 사이드 로브 레벨의 억압이 아직 불충분하다.
이들의 방법이 개발되면, 극히 미약한 신호의 검출이나 도플러 계측 등 여러가지 응용이 가능하게 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 송신하는 초음파신호로서 시간에 의해 주파수가 변화하는 신호를 사용하고, 수신한 초음파신호에 대하여 펄스압축을 하는 초음파 송수신장치에 있어서, 상기 초음파신호를 송수신하는 공통의 트랜스듀서와, 상기 초음파신호를 전파하는 공통의 전송선로로 구성되어 있고, 상기 전송선로로서 가요성이 있는 도파로형의 전송선로를 사용하여, 상기 전송선로를 지연매질로서 사용하여 송신하는 초음파신호와 수신하는 초음파신호를 시간적으로 분리하는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 의해, 계속시간이 긴 송신신호와 수신신호를 시간적으로 분리할 수가 있다. 이 전송선로로서, 중심부가 가늘어진 석영막대를 사용하면 좋다.
상기 송신하는 초음파신호로서 시간에 비례하지 않고 주파수가 변화하는 신호를 사용하면 좋다. 이 경우, 송신하는 상기 신호는 수신했을 때 시간에 비례하여 주파수의 변화하는 신호가 되는 것 같은 신호이다. 전송선로가 길면 주파수가 변화하는 처프신호는 비뚤어지지만, 시간에 비례하지 않고 주파수가 변화하는 비선형의 처프신호를 사용하는 것에 의해, 수신신호에 있어서의 비뚤어짐을 억제하는 것이 가능해진다.
수신한 초음파신호를 펄스압축한 후, 또 펄스압축했을 때의 이상압축파형과 상관을 하는 것에 의해, 사이드 로브의 억압을 실행할 수가 있다.
일정 시간이 지연된 복수의 초음파신호를 부호계열에 따라서 송신할 것인지 하지 않을 것인지에 의해, 초음파신호를 부호화하여 송신하고, 수신한 신호를 펄스압축한 후, 부호화한 부호계열에 의해 복호(復號)할 수도 있다. 이와 같이, 복수의 처프신호를 복호화 열에 따라 송신하는 것에 의해, 2단계의 압축처리가 가능하게 되고, 보다 S/N 비가 높은 수신신호를 얻을 수 있다.
송신하는 초음파신호로서, 업처프신호(up chirp signal)와 다운처프신호 (down chirp signal)를 사용하여, 수신한 상기 각각의 신호를 처리하여 얻어지는 압축 펄스 등의 시간차나 스펙트럼의 해석으로부터, 도플러효과를 정확히 측정할 수가 있다.
또한, 상술한 송수신의 구성을 적용하여 관강내용(管腔內用) 시스템을 구성하는 것도 할 수 있다.
의학용 분야 및 초음파계측의 분야에 있어서의, 초음파측정 및 영상화 등에 사용하는 초음파 송수신에 관하여, 특히 펄스압축에 의한 초음파 송수신에 관한 것이다.
도 1은 용융석영막대 안을 전파하는 탄성파의 분산특성을 나타내는 그래프이다.
도 2는 석영막대를 사용한 송신신호와 수신신호의 분리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 비선형 처프신호를 사용하는 것을 설명하는 도면이다.
도 4는 사이드 로브억제를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 사이드 로브억제의 모형을 설명하는 도면이다.
도 6은 2단계 압축을 설명하는 도면이다.
도 7은 관강내용 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 8은 업처프신호에 있어서의 도플러효과를 설명하는 도면이다.
도 9는 업처프신호에 있어서의 펄스압축처리를 설명하는 도면이다.
도 10은 펄스압축의 처리결과를 설명하는 도면이다.
도 11은 다운처프신호에 있어서의 도플러효과를 설명하는 도면이다.
도 12는 다운처프신호에 있어서의 펄스압축처리를 설명하는 도면이다.
도 13은 펄스압축의 처리결과를 설명하는 도면이다.
도 14는 도플러효과의 측정을 설명하는 도면이다.
도 15는 압축 펄스의 시간간격에 의한 도플러 주파수의 측정예이다.
도 16은 스펙트럼의 비교에 의한 도플러 주파수의 측정예이다.
도 17은 관강내용 시스템의 다른 구성을 설명하는 도면이다.
도 18은 관강내용 시스템의 다른 구성에 의한 파형 관찰결과의 도면이다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
［송신신호와 수신신호의 시간적 분리]
우선, 초음파의 송신신호와 수신신호의 시간적 분리에 대해서 설명한다.
본 발명에 있어서는, 시간적 분리를 실행하기 위한 세퍼레이션 영역은 가요성이 있는 도파로형의 전송선로를 사용하여 구성한다.
도 1에 도시한 것처럼, 용융석영막대 안을 전파하는 탄성파〔포셔머·크리파 (Pochhammer-Chree waves)〕의 L(0, 1)모드 및 L(0, 2)모드 또는 L(0, 3)모드의 전파특성이 분명히 되어 있다(전자통신학회논문지, Vol.J69-A, No.8, pp.1006-1014, l986, 전기학회논문지, Vol.109-C, No.8,1989, pp.581-586,참조). 또, L(0, 1)모드 및 L(0, 2)모드 또는 L(0, 3)모드는, 원주상 탄성체의 막대 안을 전파하는 탄성파 중, 종파로 원주방향으로는 변화하지 않은 파를 말한다. 가장 간단한 모드로부터 순서대로 L(0, 1)모드 및 L(0, 2)모드 또는 L(0, 3)모드라고 부르고, 각각 전파시간이 다르기 때문에 구별할 수가 있다.
그러나, 종래는 분산[주파수에 의해 전파시간이 다른 것]이 큰 영역〔도 1 중의 B, 또는 D의 영역]을 사용하여, 펄스압축필터를 형성하는 것을 목적으로 하고 있었기 때문에, 분산이 적은 영역을 이용해서 처프신호를 전송하는 것은 생각되고 있지 않았다. 도 1 중의 A, C 또는 E의 영역에서는 분산이 적고, 또한 전기신호로부터 초음파신호로의 변환능률이 높은 것을 알 수 있고 있다(Japanese Journal of Applied Physics, Vol.27, Supplement 27-1, pp.117-119, 1998 참조). 본 발명에서는, 용해석영막대의 영역의 중에서, 가능한 한 넓은 범위를 사용하여, 시간과 동시에 주파수가 상승하는 신호[업처프신호] 또는 시간적으로 주파수가 감소하는 신호[다운처프신호]를 전송하는 것을 생각한다.
여기에서는 석영막대의 L(0, 3)모드의 E의 영역을 사용하여, 가요성이 있는 전송선로를 구성하는 방법에 대해 서술한다. 그런데, L(0, 3)모드의 E의 영역을 사용하여 주파수 20 ㎒의 초음파를 여진하기 위해서는, 직경이 0.5 mm 정도의 석영막대를 사용할 필요가 있다. 또, 측정시료내에서 초음파빔이 넓어지지 않은 평면파(바람직하게는 시료내에서 수속(收束)하는 초음파)를 송신하기 위해서는, 파장에 비교해서 충분히 넓은 단면적을 갖는 전송선로(20㎒에서 생체중의 초음파의 파장이 약 75㎛이기 때문에, 그 10배로 해서 직경 0.75㎜ 정도의 원형끝단면)를 사용해야 한다. 한편, 가요성을 확보하기 위해서는 가능한 한 가는 전송선로를 사용해야 한다. 그래서 본 발명에서는, 양끝이 굵고, 중심으로 향해서 완만히 가늘어진 테이퍼형상 석영막대를 사용하고 있다.
[테이퍼형상 석영막대]
테이퍼형상 석영막대를 사용한 경우, C의 영역의 일부와 D의 영역을 사용하는 것으로 되기 때문에, 끝단면과 중심부의 비가 어느 정도까지 허용될지는 실험적으로 구해야 한다. 각종 테이퍼형상 석영막대에 대하여 실험적으로 검토한 결과, 도 2(a)에 도시하는 것처럼, 본 발명에서는, 예를 들면, 초음파 탐촉자를 접착하는 측의 끝단면의 직경이 0.58㎜, 가장 가는 부분에서 직경 0.3mm, 시료측의 끝단면에 있어서는 직경 0.68㎜로, 길이가 38㎝의 석영막대(20)을 사용한다. 이것은 용융석영막대(20)의 초음파 트랜스듀서(10)를 설치하는 측의 직경은 L(0, 3)모드의 변환효율이 있는 것, 또는, 시료(50)에 접촉하는 측의 석영막대(20)의 직경은 파장에 비교해서 충분히 크고, 그 밖의 부분은 가요성이 얻어지도록, 충분히 가늘어지도록 정하고 있다.
이 경우, 18㎒ 에서 21㎒의 사이에서 다른 모드의 영향이 적고, 파형의 비뚤어짐이 적은 초음파를 전송할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 도2(b)에 송신파형과 수신파형을 도시한다. 또한, 29㎒에서 33㎒의 사이에서도 양호한 동작을 확인할 수 있었다.
[비선형 처프신호]
석영막대(20)의 상술한 것과 같은 영역에서도 분산이 있기 때문에, 세퍼레이션 영역을 형성하기 위해서 필요한 전파거리가 1미터 정도가 되면 파형이 비뚤어진다. 그래서, 그 보정이 필요하게 된다. 본 발명에서는, 처프신호는 시간영역에서 파형을 제어하는 것이 용이한 것을 이용하여, 송신 처프신호를 비선형인 처프신호[시간에 비례하여 주파수가 변화하지 않는 신호]로 하여, 그 특성을 수신후의 파형이 선형 처프신호[시간에 비례하여 주파수가 변화하는 신호]가 되도록 구성한다. 이것을 도 3에서 설명한다.
도 3(a)에 있어서, 신호발생기(30)에서 발생하는 송신신호를, 상술한 바와 같이 비선형 처프신호로 하고, 이 비선형 처프신호를 트랜스듀서(10)로부터 용융석영막대(20)로 송신신호로서 인가한다. 비선형 처프신호는 용융석영막대(20)를 전파하여, 시료(50)에서 반사하여, 동일한 용융석영막대(20)를 다시 전파하여 트랜스듀서(10)에서 수신된다. 이 수신신호는 선형 처프신호이다. 송신신호인 비선형 처프신호와 수신신호인 선형처프신호의 파형도는 도 3(b)(1) 및(2)에 도시된다. 송신신호인 비선형 처프신호의 구하는 방법은 후에 상세히 설명한다.
이에 따라, 동일한 전송선로의 안을 업처프신호도 다운처프신호도 전송하는 것을 가능하게 하고, 또한 생체조직에 있어서의 주파수 의존성감쇠의 영향제거나 도플러신호의 검출 등의 신호처리를 용이하게 하고 있다. 또, L(0, 3)모드의 전파시간은 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 1 미터당 180 μ초정도가 되기 때문에, 송신신호의 펄스 폭에 의해 상기 전송선로의 길이를 바꿀 필요가 있다.
[비선형 처프신호의 구하는 방법]
비선형 처프신호의 구하는 방법의 예로서, 용융석영막대 안을 전파하는 탄성파〔포셔머·크리파〕의 L(0, 3)의 E의 영역을 이용하여, 용융석영막대의 한쪽 끝에 트랜스듀서를 부착하고, 다른쪽 끝을 피측정물과의 커플러로서 이용하여, 상기 탄성파의 분산을 보정하는 비선형 주파수 변조신호를 송신신호로 하여, 수신신호를 선형처프 신호로 한다.
이 경우, 전송선로의 전달관수를 H(ω), 선형 처프신호의 푸리에변환(Fouri er transform)을 C(ω)로 하면, 송신 비선형 처프신호는 C(ω)/(H (ω)+ k)를 역푸리에변환하여 요구된다. 여기서 k는 이상적인 처프신호와 설계한 처프신호의 이승오차가 최소가 되는 기준으로 정한다.
[사이드 로브 억압]
예를 들면 의학용 초음파 영상화장치에 있어서는, 큰 반사체의 가까이 있는 작은 반사체의 검출을 할 필요가 있다. 그 때문에, 해상도를 올리기 위해서, 펄스압축에 있어서는, 반사파의 사이드 로브 억압이 최대의 문제이다. 본 발명에서는 사이드 로브를 억제하기 위해서, 도 4에 도시한 바와 같이, 수신한 처프신호에 있어서, 펄스압축필터(41)에 의해 측정물로부터의 파형을 압축한 후, 또, 파형발생기 (43)로부터의, 펄스압축필터(41)의 이상압축파형과 상관을 한다. 상호 상관을 하는 것에 의해, 유사한 2개의 파형은 일치했을 때에 출력이 높아지기 때문에, 이것을 이용하여, 사이드 로브를 억압한다.
도 5(a)는 수신한 처프신호의 펄스압축필터(41)로부터의 출력의 파형도이고, 도 5(b)는 상관처리부(42)의 출력의 파형도이다. 이들의 파형도면으로부터, 사이드 로브가 억압되어 있는 것을 알 수 있다.
이 방법은 레이더나 소나 등에 적용할 수가 있다.
[2단계 압축방법]
M 계열(랜덤한 펄스의 시계열)에 대응하여, 비선형 처프신호를 송신하고, 수신하여 펄스압축 후에 M계열에 합치하는 것을 얻을 수 있도록 설정하는 것에 의해, 본 방식을 M계열 등의 부호화방식에 적용한다. 이 방법에 의하면, 부호화방식에 있어서의 송신신호와 수신신호의 분리, M계열의 다중화가 가능하게 된다. 또한, 이 방법에 의한 전체의 압축비는 처프신호에 의한 압축비와 M계열에 의한 압축비의 적이 되기 때문에 큰 압축비를 얻을 수 있다.
도 6을 사용하여 자세히 설명한다. 도 6의 A의 부분에, 송신하는 신호의 발생을 도시하고 있다. 즉, 일정시간씩 늦은 복수의 처프신호를 발생하여, M계열의 코드 예를 들면, 1, 1, 0···에 대응하여, 시간적으로 늦은 처프신호를 송출한다. M계열이「1」의 경우 처프신호를 보내고,「0」의 경우 보내지 않도록 신호가 송출되어, 이들의 M계열에 따른 복수의 처프신호가 합성기(32)에서 합성된 후, 송신기(33)로부터 송신된다. 시료로부터의 신호를 수신기(46)에서 수신 후에, 우선 처프신호의 펄스압축이 펄스압축필터(47)에서 실행되고, M계열의 코드에 대응한 펄스열이 발생한다. 이어서, 복호기(48)에서 송신할 때의 동일한 M계열과 일치하는 신호가 복호되고, 1개의 단(短) 펄스를 얻을 수 있다. 이와 같이, 처프신호에 의한 압축과 M계열에 의한 압축의 2단계의 압축이 실행되기 때문에, S/N 비가 높은 측정이 가능해진다.
또, 상술한 사이드 로브 억압의 처리를 이 2단계 압축처리에 적용하여, 펄스압축필터의 처리 후에 사이드 로브 억제를 하는 것도 가능하다.
상술한 2단계 압축은 레이더나 소나 및 확산 스펙트럼통신에도 적용할 수 있다.
[관강내용 초음파 내시경 시스템]
관강내용 초음파 내시경에 상술한 본 발명을 적용한 예를, 도 7을 사용하여 설명한다. 혈관내나 요관내 등의 관강을 대상으로 하고, 기계적으로 탐촉자를 회전하는 시스템의 초음파 내시경에 있어서는, 카테테르(catheter)내에 초음파 트랜스듀서(10)를 넣어서 사용한다. 이 시스템에, 본 발명에 의한 송신신호와 수신신호를 분리하는 방법을 사용하여 펄스압축을 도입하는 것은 용이하다.
이것을 도 7에 나타낸다. 즉, 20 ㎒대에 있어서 L(0, 3)모드의 탄성파는 직경 약 0.3 mm에서 약 0.7 mm의 석영막대안을 전파하기 때문에, 중공의 금속선의 안에 견사를 감는 등 적당한 보호를 하여 석영막대를 넣을 수 있다. 이 정도의 굵기의 석영막대(20)는 가요성이 있는 때문에, 카테테르의 안에 넣어 사용할 수 있다. 커플러의 부분은 테이퍼형상 석영막대를 사용하여 측정심도에 따른 직경으로 설정한다. 또 음향적 정합부분(매칭층)(22), 음향빔의 굴절면 및 렌즈(이 예에서는, 집속렌즈가 붙은 반사경(24)을 배치한다. 이 렌즈는 측정대상의 시료의 바로 가까이에 둘 수 있다. 초음파 트랜스듀서(10)에 의해 여기된 초음파는 용융석영막대 (20) 및 커플러를 통해 목적영역에 조사되어, 반사신호는 반대로 석영막대(20)안을 전파하여, 트랜스듀서(10)에 의해 전기신호로 변환된다. 수신한 신호가 선형 처프신호가 되도록 송신신호를 설정하면, 수신신호는 표준적인 펄스압축필터 또는 A/D 변환 후, 신호처리부(44)에 의한 표준 디지털 신호처리에 의해 압축 펄스로 변환된다. 이것을 표시장치(45)로 관찰할 수가 있다.
이 시스템에, 송신신호로서 비선형의 처프신호를 사용하거나, 수신신호의 처리로서, 상술한 펄스압축필터의 이상 출력파형을 사용한 사이드 로브 억제처리를 실행하는 것도 가능하다.
또한, 상술한 2단계 압축처리를 사용할 수도 있다.
[도플러신호 측정]
선형의 처프신호가 플라스틱변이를 받으면, 압축신호파형의 형태는 그다지 바뀌지 않고 스펙트럼이 주파수 변이를 일으키는 것이 알려져 있다. 여기에서는, 상기 전송선로의 안을 업처프신호와 다운처프신호를 동시에 전송하여, 동일한 영역에서 반사한 각각의 신호의 스펙트럼이 역방향으로 추이하는 것을 이용하여, 이들의 스펙트럼을 비교하여 도플러신호의 검출을 하는 것을 설명한다. 송신 처프신호의 주파수의 시간적인 변화율을 바꾸는 것으로 넓은 범위의 운동속도를 검출할 수 있다.
우선, 업처프신호 및 다운처프신호의 도플러변이에 대해서, 도 8∼도 13을 사용하여 자세히 설명한다.
도 8∼도 10은 업처프신호의 경우에 도플러효과의 유무에 의해 압축후의 파형이 시간적으로 어긋나는 것을 설명한 것이다.
우선, 도플러효과가 없는 경우를 생각한다. 도 8(a)은 선형 FM 처프신호를 모식적으로 도시한 것으로, 주파수가 f1에서f2= f1+ Δf 까지 선형으로 증가하는펄스폭 T의 처프신호이다. 이 파형을 도 9(a)의 특성을 갖는 펄스압축필터에 입력한다. 이 필터에서는 주파수가 낮은 영역에서는 지연시간이 크고, 주파수가 높아짐에 따라서 선형에 지연시간이 작아진다. 주파수가 f1일 때 지연시간이 t2이고, 주파수가 f2일 때 지연시간이 t1= t2- T로 한다. 업처프신호를 이 필터에 입력하면, 시간적으로 빨리 입력한 신호는 천천히 진행하고, 높은 신호는 빨리 진행하기 때문에, 필터투과후에는 처프신호는 압축되어 도 10(a)에 도시되는 것과 같은 파형이 된다. 이 때 임의의 기준시로부터의 시간이 늦음을 T0로 한다.
다음에 도플러효과가 있는 경우를 생각한다. 도 8(a)에 도시되는 처프신호가 도 8(b)에 도시한 바와 같이 도플러효과에 의해 처프신호가 주파수의 변이(도플러 시프트)를 받고, f1+ fd에서 f2+ fd까지 변화하는 처프신호로 되었다고 한다. 여기서 fd는 도플러효과에 의한 주파수변화로 도플러 주파수라고 부르고, 여기서는 양이라고 가정한다. 이 주파부 변이를 받은 처프신호가 도 9(a)에 도시한 특성과 같은 펄스압축필터에 입력한 경우를 나타낸 것이 도 9(b)이다. 이 도에서 도시한 바와 같이, 주파수 f1+ fd에 대응하는 지연시간은 t2- τd로 작아진다. 여기에서 τd= Tㆍfd/ Δf 이다. 따라서, 압축파형의 늦음도 작아지고, 필터투과 후에는 처프신호는 도 10(b)에 도시한 바와 같이 파형으로 되고, 기준시로부터의 늦음은 T0- τd로 된다.
다음에 다운처프신호의 경우를 생각한다. 도 11∼도 13은 다운처프신호의 경우에, 도플러효과의 유무에 의해 압축후의 파형이 어긋나는 것을 설명한 것이다.
우선 도플러효과가 없는 경우를 생각한다. 도 11(a)은 주파수가 f2에서f1= f2- Δf까지 선형으로 감소하는 처프신호를 모식적으로 도시한 것이다. 이 신호가 도 12(a)에 도시한 바와 같은 특성의 펄스압축필터에 입력하면, 이 필터에서는 f2에 대한 지연시간이 크고, f1= f2- Δf에 대한 지연시간이 작기 때문에, 최초에 필터에 입력한 주파수가 높은 성분은 천천히 진행하고, 느리게 입력한 주파수가 낮은 성분은 빨리 진행하기 때문에, 도 13(a)에 도시한 바와 같은 압축파형을 얻을 수 있다. 이 때의 기준시로부터의 시간이 늦음을 T0로 한다.
다음에 도플러효과가 있는 경우를 생각한다. 도 11(a)에 도시한 처프신호가 도플러효과에 의해 주파부 변이를 받아, 도 11(b)에 도시한 바와 같이 주파수가 f2+ fd에서 f1+ fd=f2- f1+ Δf까지 변화하는 처프신호로 변화하였다고 한다. 이 신호를 도 12(a)와 같은 특성의 펄스압축필터에 입력하면, 주파수가 전체로서 증가하고 있기 때문에, 도 12(b)에 도시한 바와 같이 압축파형의 기준시로부터의 늦음은 T0+ τd이 된다. 필터투과 후에는, 처프신호는 도 12(b)에 도시한 바와 같은 파형이 되고, 기준시로부터의 늦음은 T0+ τd가 된다.
도 10 및 도 12에 도시한 바와 같이, 업처프신호와 다운처프신호의 압축후의 신호는 도플러효과에 의해 역방향에 어긋나기 때문에, 이것을 검출하는 것에 의해도플러신호의 검출이 가능하게 된다.
다음에, 어떻게 하여, 도플러신호를 검출하고 있을까에 대해서 설명한다. 도 10(a)에 도시되는 업처프신호의 압축파형의 푸리에변환을 Fu(ω)으로 한다. 도 10(b)의 도플러효과가 있는 신호에서는 파형은 변하지 않고 시간적으로 τd어긋나고 있기 때문에, 이 파형의 푸리에변환은 Fu(ω)ejωτd가 된다. 마찬가지로, 다운처프신호인 도 13(a)의 파형 푸리에변환을 FD(ω)로 하면, 도 13(b)에 나타내는 도플러효과가 있는 신호파형의 푸리에 변환은 FD(ω) e-jωτd가 된다.
따라서, 도플러효과가 없는 경우에, 예를 들면, FV(ω) = FD(ω)가 되도록 시스템을 조정하면, FU(ω)ejωτd와 FD(ω)e-jωτd의 측정치로부터 τd= TㆍfdㆍΔf 즉 도플러 주파수 fd가 요구된다.
또, 이 설명에서는 도플러신호가 증가하는 경우를 생각하였지만, 감소하는 경우에는 변화하는 방향이 반대가 될 뿐이고 원리는 변하지 않는다.
이 원리를 사용하여, 도플러 주파수를 검출하는 장치를 도 14에 나타낸다.
도 14에 있어서, 업처프신호신호(1)와 다운처프신호(2)가 합성기(61)에서 합성되어 송신된다. 본 발명에 의한 전송선로 등을 통해 시료에 송출된 신호는 수신기, 신호(1)은 업처프용 펄스압축시스템(64)에 의해 압축되고, 게이트회로1(66)에서 목표위치의 신호가 추출된다. 다운처프신호(2)도 다운처프용 펄스압축시스템 (65)에 의해 압축되어, 게이트회로2(67)에서 상기 목표위치의 신호가 추출된다.
압축펄스의 목표위치검출과 함께, 도플러계측을 하는 경우에는, 게이트회로1 (66) 및 게이트회로2(67)로부터 각각의 목표위치의 신호가 시간비교회로(도시하지 않음)로 송출된다. 시간비교회로에 의해, 업처프신호(1)및 다운처프신호(2)에 각각에 대한 시간차에 따라, 목표위치에 있어서의 도플러효과의 측정을 한다. 이것에 대해서는, 후에 상세히 설명한다.
스펙트럼에 의한 도플러주파수 검출의 경우에는, 게이트회로1(66)및 게이트회로2(67)의 출력인 펄스는 각각, 표준처프신호 발생기(70)로부터의 표준처프신호[업처프신호(1) 또는 업처프신호(2)]와, 접어넣음 적분기1(68) 및 접어넣음 적분기2 (69)에 있어서 접어넣음 적분된다. 이 결과, 시간차를 갖는 처프신호를 얻을 수 있기 때문에, 이것을 혼합기(71)에 입력하여 서로 곱한 후, 스펙트럼 해석을 실행한다. 이에 따라 저주파성분을 추출하면, 2개의 시간차를 갖는 처프신호의 비드를 구하는 것으로 된다. 여기서부터 목표위치에 있어서의 도플러주파수를 구할 수 있다. 또, 게이트회로1(66)과 게이트회로2(67)의 특성을 동일하게 하는 것에 의해 창관수(窓關數)의 영향을 최소로 할 수 있다.
이 스펙트럼해석에 대해서도 후에 상세히 설명한다.
이 도플러효과의 측정의 신호의 전달에는, 도 2에 도시한 석영막대를 사용할 수 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니다.
이들의 신호의 송수신에는, 상술하는 비선형 처프신호 등을 사용하거나, 사이드 로브 억제에, 상술한 펄스압축의 이상출력파형을 사용한 사이드 로브 억제처리를 하거나 하는 것도 할 수 있다.
이 방법을 예를 들면 생체의 혈류의 속도검출에 대하여 사용할 때, 저농도의 초음파용 조영제(트레이서:tracer)와 병용하는 것에 의해 정확히 혈류검출을 할 수 있고, 또한, 위치측정과 동시에 그 위치에 있어서의 혈류를 측정할 수 있기 때문에, 혈류의 속도분포가 요구된다.
도 15에 있어서, 도 14에 있어서의 게이트회로1과 게이트회로2의 출력펄스의 시간간격을 비교하는 것에 의한 도플러 주파수 측푸리에예를 도시한다. 여기에서는, 미리 송신처프신호의 중심주파수를 비키어 놓고, 도플러효과가 없을 때의 간격을 기준으로서, 도플러효과의 증감과 펄스간격의 증감을 대응시킨다. 즉, 도 15 (b)에 도시하는 도플러효과가 없는 경우의 간격에 비교해서, 도플러 시프트가 양이면, 도 15(a)에 도시한 바와 같이, 펄스의 간격이 넓어지고, 도플러 시프트가 음이면, 도 15(b)에 도시한 바와 같이, 펄스의 간격이 좁아진다. 이것을 검출하는 것에 의해, 목표위치에 있어서의 도플러효과를 측푸리에할 수가 있다.
도 16에 있어서는 스펙트럼해석에 의한 도플러 주파수 측정예를 도시한다. 여기에서는, 미리 송신처프신호의 중심주파수를 비키어 놓고, 도플러효과가 없을 때의 스펙트럼을 기준으로서, 도플러효과의 증감과 스펙트럼의 추이를 대응시켰다. 즉, 도플러 시프트가 0일 때, 도 16(b)에 도시한 바와 같이, 스펙트럼의 중심이 10㎑로 한다. 도플러 시프트가 양이면, 도 16(a)에 도시한 바와 같이, 스펙트럼의 중심이 저주파수측에 시프트하고, 도플러 시프트가 음이면, 도 16(c)에 도시한 바와 같이, 스펙트럼의 중심이 고주파수측에 시프트한다. 이것을 검출하는 것에 의해, 도플러효과에 의한 주파수(도플러 주파수)를 검출할 수가 있다.
[다른 관강내용 시스템]
관강내용 시스템에 본 발명을 적용한 다른 예를, 도 17을 사용하여 설명한다.
혈관내나 요관내 등의 관강을 대상으로 하여, 기계적으로 탐촉자를 회전하는 시스템의 초음파 내시경에 있어서는, 카테테르내에 초음파 트랜스듀서(10)를 짜넣어서 사용한다. 이것은 도 7에 사용한 시스템과 마찬가지이다. 이 시스템에서는, 전송선로가 한층의 가요성을 갖는 것이 바람직하기 때문에, L(0, 1)모드를 사용하여 구성한다.
이것을 도 17에 도시한다. 즉, 20㎒ 대에서 L(0, 1)모드는 직경 125㎛ 정도의 석영막대의 안을 전송한다. 본 실험에서는 직경이 125㎛에서, 길이가 약 60cm의 용융석영막대(20)의 선단에 매칭층(matching layer)(22)(정합용 전송선로)으로서 직경이 150㎛, 길이가 37㎛의 유전체 선로(Stycast 2651㎜)를 접착한 것을 사용하였다. 정합층은 전송선로와 물과의 커플러로서의 역할을 갖는다. 이 정합층이 붙은 전송선로를 금속관 안에 넣어 방수처리하였다. 수속렌즈(24)로서 회전타원쌍의 일부를 사용하여, 그 초점의 위치에 전송선로의 선단부가 오도록 배려하였다. 또한, 이 경우, 가는 선로에 대진폭의 초음파를 여기하기 위해서, 초음파 트랜스듀서(10)에 의해 여기된 초음파방물면 거울(11)을 통해 용융석영막대에 초음파를 송수신하였다. 이 렌즈는 측정대상의 시료의 바로 가까이에 둘 수 있다. 초음파 트랜스듀서(10)에 의해 여기된 초음파는 용융석영막대(20) 및 커플러를 통해 목적영역(55)에 조사되고, 반사신호는 반대로 석영막대(20)안을 전파하여, 트랜스듀서 (10)에 의해 다시 전기신호로 변환된다. 수신한 신호가 선형 처프신호가 되도록 송신신호를 설정하면, 수신신호는 표준적인 펄스압축필터 또는 A/D 변환 후, 신호처리부(44)에 의한 표준적인 디지털신호처리에 의해 압축펄스로 변환된다. 이것을 표시장치(45)로 관찰할 수가 있다. 관측한 파형의 1예를 도 18에 도시한다.
도18(a)는 수중의 알루미늄판으로부터의 반사를 관찰한 예이다. 전송끝단면부터의 반사 A의 후에, 수중의 알루미늄판으로부터의 반사의 파형 B를 분명히 관찰할 수 있다. 도 18(b)은 알루미늄판으로부터의 반사를 관찰한 예이고, 도 18(c)은 수중에 있는 125㎛ø의 광파이버를 관찰한 예이다. 쌍방 모두, 전송끝단면으로부터의 반사파형 A의 후에, 목적물부터의 반사의 파형 C, D를 관찰할 수가 있다.
이 시스템에, 송신신호로서 비선형의 처프신호를 사용하거나, 수신신호의 처리로서, 상술의 펄스압축필터의 이상출력파형을 사용한 사이드 로브 억제처리를 하거나 하는 것도 가능하다.
또한, 상술의 2단계 압축처리를 사용하는 것도 할 수 있다.
본 발명에서는, 처프신호를 사용하는 초음파 송수신에 있어서, 전송선로로서 가요성이 있는 도파로형의 전송선로를 사용하여, 상기 전송선로를 지연매질로서 사용하는 것에 의해, 어떤 계속시간이 긴 송신신호와 수신신호를 시간적으로 분리할 수가 있다. 이 전송선로로서, 양끝에 테이퍼가 있는 석영막대를 사용하면 좋다.
전송선로가 길면 처프신호가 비뚤어지지만, 비선형의 처프신호를 사용하는 것에 의해, 수신신호에 있어서의 비뚤어짐을 억제하는 것이 가능하다.
또한, 펄스압축의 이상출력파형을 사용하는 것에 의해, 수신신호의 사이드 로브 억제를 할 수 있다.
복수의 처프신호를 부호화열에 따라서 송신하는 것에 의해, 2단계의 압축처리가 가능해져서, 보다 S/N 비가 높은 수신신호를 얻을 수 있다.
게다가, 업처프신호 및 다운처프신호를 사용하는 것에 의해, 도플러효과를 정확히 측정할 수가 있다.

Claims (9)

  1. 송신하는 초음파신호로서 시간에 의해 주파수가 변화하는 신호를 사용하여, 수신한 초음파신호에 대하여 펄스압축을 하는 초음파 송수신장치로서,
    상기 초음파신호를 송수신하는 공통의 트랜스듀서와,
    상기 초음파신호를 전파하는 공통의 전송선로로 구성되어 있고,
    상기 전송선로로서 가요성이 있는 도파로형의 전송선로를 사용하여, 상기 전송선로를 지연매질로서 사용하여 송신하는 초음파신호와 수신하는 초음파신호를 시간적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 초음파 송수신장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신하는 초음파신호로서 시간에 비례하지 않고 주파수가 변화하는 신호를 사용하여, 송신하는 상기 신호는 수신하였을 때 시간에 비례하여 주파수가 변화하는 신호가 되는 것 같은 신호인 것을 특징으로 하는 초음파 송수신장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    수신한 초음파신호를 펄스압축한 후, 또 펄스압축하였을 때의 이상압축파형과 상관을 하는 것에 의해 사이드 로브의 억압을 하는 것을 특징으로 하는 초음파송수신장치.
  4. 제 1 항∼제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    일정시간 지연한 복수의 초음파신호를 부호계열에 따라서 송신할 것인지 하지 않을 것인지에 따라, 초음파 신호를 부호화하여 송신하고,
    수신한 신호를 펄스압축한 후, 부호화한 부호계열에 의해 복호하는 것을 특징으로 하는 초음파 송수신장치.
  5. 제 1 항∼제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전송선로로서, 중심부가 가늘어진 테이퍼형상 석영막대를 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파송수신장치.
  6. 도플러효과의 계측을 하는 초음파 송수신장치에 있어서,
    송신하는 초음파신호로서, 시간과 함께 주파수가 증가하는 신호와 시간과 함께 주파수가 감소하는 신호를 사용하고,
    수신한 상기 각각의 신호를 처리하여 얻어지는 압축펄스의 시간차로부터 도플러신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 초음파 송수신장치.
  7. 도플러효과의 계측을 하는 초음파 송수신장치에 있어서,
    송신하는 초음파신호로서, 시간과 함께 주파수가 증가하는 신호와 시간과 같이 주파수가 감소하는 신호를 사용하고,
    수신한 상기 각각의 신호를 처리하여 얻어지는 압축 펄스와, 표준처프신호와의 접어넣음 적분을 하여, 스펙트럼해석을 하는 것에 의해 도플러신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 초음파 송수신장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 기재된 도플러효과의 계측을 하는 초음파송수신장치에 있어서,
    초음파를 송수신하는 초음파송수신장치로서, 제 1 항∼제 4 항 중의 어느 한 항에 기재된 초음파 송수신장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 송수신장치.
  9. 제 1 항∼제 5 항 중의 어느 한 항에 기재된 초음파송수신장치를 사용하여 관강내용 초음파 내시경 시스템에 있어서,
    상기 전송선로의 시료측 끝단면에 정합층을 갖는 것을 특징으로 하는 관강내용 초음파 내시경 시스템.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4192490B2 (ja) 2002-04-26 2008-12-10 株式会社日立メディコ 超音波診断装置
EP1739455A1 (en) * 2005-06-23 2007-01-03 I.N.S.E.R.M. Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale Chirp reversal ultrasound contrast imaging
JP5411417B2 (ja) 2007-09-11 2014-02-12 古野電気株式会社 パルス信号の送受信装置および送受信方法
DE102008027489B4 (de) * 2008-06-10 2010-08-19 Krohne Ag Akustisches Durchflußmeßgerät
JP4962510B2 (ja) * 2009-02-25 2012-06-27 日本電気株式会社 目標捜索信号生成方法および目標捜索装置
JP5355194B2 (ja) * 2009-04-13 2013-11-27 日立アロカメディカル株式会社 超音波診断装置
DE102010039606A1 (de) * 2010-08-20 2012-02-23 Endress + Hauser Flowtec Ag Ultraschall-Durchflussmessgerät und Verfahren zum Betreiben des Ultraschall-Durchflussmessgeräts
GB201103642D0 (en) * 2011-03-03 2011-04-13 Univ Bradford Methods and systems for detection of liquid surface fluctuations
JP5847423B2 (ja) * 2011-04-13 2016-01-20 古野電気株式会社 レンジサイドローブ除去装置、信号処理装置、同信号処理装置を備えたレーダ装置、レンジサイドローブ除去方法及びプログラム
JP6049371B2 (ja) * 2011-11-09 2016-12-21 東芝メディカルシステムズ株式会社 超音波診断システム
US10245007B2 (en) 2013-03-15 2019-04-02 Infraredx, Inc. High resolution intravascular ultrasound imaging systems and methods
US9260963B2 (en) * 2013-07-03 2016-02-16 Schlumberger Technology Corporation Acoustic determination of the position of a piston within a sample bottle
GB201520388D0 (en) 2015-11-19 2016-01-06 Rolls Royce Plc Ultrasonic testing tool
CN105973997A (zh) * 2016-04-28 2016-09-28 长沙金码高科技实业有限公司 一种超声波收发器
JP7081143B2 (ja) * 2017-12-27 2022-06-07 セイコーエプソン株式会社 超音波装置、及び超音波測定方法
JP7127700B2 (ja) * 2018-12-19 2022-08-30 日本電気株式会社 情報処理装置、装着型機器、情報処理方法及び記憶媒体
CN111537764B (zh) * 2020-05-14 2023-05-12 南京昊控软件技术有限公司 相关性声学水体流速测量装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3815409A (en) * 1973-02-15 1974-06-11 A Macovski Focused sonic imaging system
JPS58123482A (ja) 1982-01-18 1983-07-22 Nec Corp Ｘｙ符号化パルス圧縮方式
JPS59225375A (ja) 1983-06-07 1984-12-18 Nec Corp ドツプラ−検出回路
JPH01146806U (ko) 1988-03-30 1989-10-11
JP2809418B2 (ja) 1989-01-26 1998-10-08 オリンパス光学工業株式会社 超音波診断装置
JPH03143432A (ja) 1989-10-31 1991-06-19 Yokogawa Medical Syst Ltd 分散圧縮方式の超音波診断装置
JPH03162837A (ja) * 1989-11-22 1991-07-12 Yokogawa Medical Syst Ltd 医用超音波装置
JPH03288804A (ja) * 1990-04-05 1991-12-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 赤外光ファイバとその製造方法
US5224482A (en) 1991-04-08 1993-07-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasound high velocity flow correlation measurement using coded pulses

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CA2383515A1 (en) 2001-03-29

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