JPH0219786A - 位相コヒーレンスを制御できる超音波エコーグラフ - Google Patents

位相コヒーレンスを制御できる超音波エコーグラフ

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JPH0219786A
JPH0219786A JP1124644A JP12464489A JPH0219786A JP H0219786 A JPH0219786 A JP H0219786A JP 1124644 A JP1124644 A JP 1124644A JP 12464489 A JP12464489 A JP 12464489A JP H0219786 A JPH0219786 A JP H0219786A
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medium
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Mathias Fink
マティアア・フィンク
Fabrice Cancre
ファブリス・カーンクル
Patrick Pesque
パトリック・ペスク
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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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】 (技術分野) 本発明は少なくとも一組のn個の超音波変換器、調査す
べき媒体に向かって超音波を放出する段、および上記の
媒体で出会う障害物により反射された超音波信号を受信
しかつ処理する段を具えている。n個の超音波変換器は
一次元アレイあるいは二次元マ) IJクスあるいは扇
形断片(sectorialfragmentatio
n)を持つものもあり持たないものもある平面アレイも
しくは湾曲した環状アレイに配置できる。
この発明は特゛に有利な態様で医療分野や材料の非破壊
監視(non−destructive monito
ring)の分野に適用可能である。
(背景技術) 医療分野において、その適用は、調査媒体についてでき
る限り正確である映像の構成を得るために、特に器官や
血管のごとき特殊な壁の形状を表示するために主として
望ましい場合に定性的であり、また例えば調査媒体中の
超音波の減衰バラメ−夕のような量の正確な測定により
病理学的調査の観点で調査された生物組織を正確な態様
で特徴付けるのが主として望ましい場合に定量的であろ
う。そのような医療学的適用は、例えば、論文、「医療
電子;超音波作像の原理と超音波作像の定量的解析(B
lectronique medical: prin
cipe de1’ imagerie a ultr
asons et analyse quantita
tiveen imagerie a ultraso
ns) J 、雑誌「全電子(Toute1’E!1e
ctronique) J 、第497号、1984年
10月、頁31−37に記載されている。
材料の非破壊監視の分野では、材料内の亀裂あるいは血
管の定量的検出の実行、あるいは非破壊監視に関連する
任意の定量的測定の実行のいずれかで同様に重要であり
、この場合、超音波の局所的振る舞いに関連するパラメ
ータの正確な測定により(例えば超音波減衰の測定より
)特にそうである。関係する材料は、実際には粒子ある
いは組織、複合材料、セラミクス等を組み込む材料のよ
うな固態材料、一般にすべての多重材料ならびにチーズ
、乳製品、ミート、そして一般に、農食品分野で特に遭
遇するすべてのもののような密でない材料0oose 
material)である。
エル・ジェー・ブツセ(L、J、Busse)とジエー
・ジー・ミラー(J、 G、 Miller)の論文、
「位相敏感ピエゾ電気かつ位相に敏感でない電気音響受
信器により空間的に非一様な超音波放出の検出(net
e−ction of 5patially nonu
niform ultrasonicrad!atio
n with phase 5ensitive pi
ezoelectricand phase 1nse
nsitive acoustoelectric r
ecei−vers) 、r米国音響学会誌(Jour
nal of AcousticalSociety 
of America) J 、第70 (5)号、1
981年11月、頁1377−1386は、超音波の伝
搬と検出の問題にふける位相の概念の重要性を強調し、
かつ上記の波の瞬時位相(instantaneous
 phase)に敏感でない変換器の使用が、定性的作
像と定量的測定の双方の場合に、さらに信頼性のある観
測を導くことを示している。そのような所見は、−例え
ば、調査によって、特定の開口の変換器を受は入れるた
めに周波数の関数として減衰の測定、周波数の関数とし
て超音波の振幅の変動の測定の過程で行われ、この振幅
はあるいは周波数について大いに減少されおよび/また
け除去される。事実、ある周波数とある状況において、
調査された複合信号の成分の部分的補償あるいは全補償
が存在し、同時に検出された超音波エネルギの局部的変
動は位相に敏感でない変換器により非常に制限されたま
まである。
しかし、現在使用されている超音波エコーグラフは位相
に敏感でない変換器構造を備えず、従って放出された超
音波のコヒーレンスの効果をマスクしがちである。器官
の形状あるいは材料内の欠陥の存在(あるいはさらに一
般的には、調査材料内の固定鏡面壁(fixed 5p
ecular wall)の存在)の定性的決定は従っ
て干渉によって妨害され、これは上述のように、調査媒
体内に含まれた多重拡散体(multidiffuse
r)のために構成的あるいは破壊的(construc
tive or destructive)であり、か
つそれは「不ペックル」、すなわち点状あるいは粒子状
の外見として規定された欠陥により汚染された影像を導
いている。さらに、音響<<ラメータ(減衰のような)
の測定は、これは調査媒体内にランダムな態様で分配さ
れた多重拡散体から発生するエコーグラフ信号の解析か
ら生じるのだが、多数の相関しないエコーグラフライン
の記録および測定の間の変換器の偏位を要求し、これは
空間解像度を著しく低減する。さらに、エコーグラフ信
号のこの解析は媒体内のあり得る鏡面反射体(spec
ular reflector)の存在により妨害され
、そしてこれはそれらの存在の効果の除去あるいは低減
の観点でそのような反射体の正確な局所化によることを
除いて救済できない。
(発明の開示) 従って本発明の目的は、超音波エコーグラフを提案し、
それによって検査媒体の改良されたエコーグラフ影像を
得、ならびに空間解像度を失うことなく音響パラメータ
の正確な決定を行うことを可能にすることである。
このために、本発明の主題は、 上記の放出段(emission stage)*、b
超音波の放出に割り当てられた超音波変換器の上流で(
upstream)、この放出に割り当てられた上記の
変換器の励起のための対応する数の信号発生器、 を具え、 励起信号の上記の発生器は放出に割り当てられた変換器
に要請された(imposed)集束およびあり得るア
ンギュレーション法則(focusing law a
ndpossibly angulation law
)に重畳されたランダム遅延法則(random de
lay law)に従って上記の発生器の各々1つのト
リガリングの時点を規定するよう備えられた単一クロッ
ク回路に接続され、かつ上記のランダム遅延の値はこれ
らの値の変動が検査媒体内の超音波により少なくとも半
波長の遷移時間に対応する時間間隔内に含まれるような
態様で分配されていること、 を特徴としている。
放出段の構成を簡単化する第1の変形において、本発明
の主題は、 上記の放出段が、 超音波の放出に割り当てられた超音波変換器の上流で、
この放出に割り当てられた上記の変換器の励起の制御回
路、 を具え、 上記の回路それ自身が、 一方では励起信号の発生器、そして他方ではこの発生器
の出力においてかつこの放出に割り当てられた変換器が
存在するのと同じくらい多くの並列チャネルにおいて、
放出に割り当てられた上記の変換器に要請された集束お
よびあり得るアンギュレーション法則に重畳されたラン
ダム遅延法則に従って上記の励起信号により上記の変換
器の励起の時点を遅延するよう備えられた遅延ライン、
を具え、 上記のランダム遅延の値はこれらの値の変動が検査媒体
内の超音波により少なくとも半波長の遷移時間に対応す
る時間間隔内に含まれるような態様で分配されているこ
と、 を特徴としている。
放出段の構成を簡単化する第2の変形において、本発明
の主題は、 上記の放出段が、 超音波の放出に割り当てられた超音波変換器の上流で、
この放出に割り当てられた上記の変換器の励起の制御回
路、 を具え、 上記の回路それ自身が、 一方では励起信号の発生器、そして他方ではこの発生器
の出力においてかつこの放出に割り当てられた変換器が
存在するのと同じくらい多くの並列チャネルにおいて、
放出に割り当てられた上記の変換器に要請された集束お
よびあり得るアンギュレーション法則に重畳されたラン
ダム遅延法則に従って上記の励起信号により上記の変換
器の励起の時点を遅延するよう備えられた遅延ライン、
および 上記の集束およびアンギュレーション法則に重畳すべき
2状態0あるいはπに位相の準ランダム反転法則(la
w for pseudo−random 1nver
sion)を結線により確定するよう備えられた条件付
き反転回路、 を具えることを特徴としている。
本発明の実現はもはや放出手段ではなく、受信・処理段
(reception and processing
 stage)の実現である。このために、本発明の主
題は、上記の受信・処理段が、 受信に割り当てられた超音波変換器の出力に備えられて
いるビームの集束およびあり得るアンギュレーションの
ための遅延ラインとエコーグラフ信号の処理回路との間
で、受信に割り当てられた上記の変換器に要請された集
束$よびあり得るアンギュレーション法則にランダム遅
延法則を重畳するような態様で、n個の集束遅延ライン
にワイヤー毎に接続されている各々がランダムなn個の
遅延ラインと、これらのランダム遅延ラインのn個の出
力信号のN個の合算器からなるN個のサブアセンブリを
具え、かつ 上記のN個のサブアセンブリのこれらのn個のランダム
遅延ラインの遅延の値は、検査媒体の超音波により少な
くとも半波長の遷移時間に対応する時間間隔内にこれ−
らの値の変動が含まれているような態様でランダムに分
配されていること、を特徴としている。
放出段に提案されたものと同様に、受信段を簡単化する
第1の変形において、本発明の主題は、上記の受信・処
理段が、 受信に割り当てられた超音波変換器の出力に備えられて
いるビームの集束およびあり得るアンギュレーションの
ための遅延ラインとエコーグラフ信号の処理回路との間
で、受信に割り当てられた上記の変換器に要請された集
束およびあり得るアンギュレーション法則に2状態0あ
るいはπの位相の準ランダム反転の法則を重畳するよう
な態様で、n個の集束遅延ラインに各々がワイヤー毎に
接続されているn個の条件付き反転回路と、これらの条
件付き反転回路のn個の出力信号のN個の合算器からな
るN個のサブアセンブリ、を具えることを特徴としてい
る。
受信段の構成の第2の変形において、放出段に提案され
たものと同様に、本発明の主題は、上記の受信・処理段
が、 受信に割り当てられた超音波変換器の出力に備えられて
いるビームの集束およびあり得るアンギュレーションの
ための遅延ラインとエコーグラフ信号の処理回路との間
で、上記の遅延ラインの組に等しい数でありかつそれ自
身各々が並列な非反転チャネルと反転チャネルからなる
一組の並列な条件付き反転回路と、これらの条件付き反
転回路のn個の出力信号のN個の合算器を具え、かつ上
記の条件付き反転回路の上記の非反転および反転チャネ
ルと対応合算器の入力との間の接続は受信に割り当てら
れた上記の変換器に要請された集束およびあり得るアン
ギュレーション法則に重畳されるべき2状態0あるいは
πの位相の準ランダム反転の法則の関数として結線によ
り形成されること、 を特徴としている。
受信段において、本質的に定性的な適用の場合に、 エコーグラフ信号の処理回路が上記の合算器の出力信号
の包絡線のN個の検出器と、このように構成されたN個
の包絡線の合算のための包絡線の合算器、および可視表
示装置および/または蓄積サブアセンブリを具えること
を特徴としている。
調査媒体の減衰パラメータのような量を定量的態様で決
定することが所望される場合には、エコーグラフ信号を
処理する上記の回路は、スライディング時間窓(sli
ding time window)を規定するN個の
回路、 N個の高速フーリエ変換回路、 上記のフーリエ変換回路の各出力の加算器、および 上記の加算器の平均比カスベクトル電力に関連するパラ
メータの決定および調査媒体内で超音波の減衰のパラメ
ータβを評価する処理ユニット、を具えることを特徴と
している。
特定の周波数Fで減衰パラメータのこの決定が遂行され
る場合に、エコーグラフ信号を処理する上記の回路は、 N個の帯域通過フィルタ、 N個の包絡線検出器(envelope detect
or)、N個の対数増幅器、ふよび 傾斜の測定および調査媒体内で超音波の減衰のパラメー
タβを評価する回路、 を具えることを特徴としている。
受信・処理段の構成はアナログ型であるが、しかしまた
ディジタル型でも提案できる。本発明によるエコーグラ
フは、 n個のアナログ対ディジタル変換器がn個の変換器とn
個の集束およびアンギュレーション遅延ラインの入力と
の間にそれぞれ具えられ、かつ上記の変換器に続くよう
備えられた回路がディジタルであること、 を特徴としている。
最後に、それらのアナログ型ならびにディジタル型にお
いて、受信・処理後の上記の構成は放出段に提案された
3つの構造の1つと組み合わせることができる。
このように提案されたエコーグラフ構造では、本質的な
技術効果は、放出された信号の位相コヒーレンスふよび
/または変換器によって受信されたコヒーレンスあるい
は非コヒーレンス超音波に対応して処理されたエコーグ
ラフ信号のブレークダウンである。事実、放出および/
または受信で導入された遅延はランダムであり、すなわ
ちそれらの値はその定義間隔(definition 
1nterval)(この間隔は音響期間の程度である
)およびその空間相間長によって決定された同じ推計学
的プロセスのN個の構造を表している。さらに、これら
の遅延は放出段の出力および/または種々のサブアセン
ブリの出力における信号が相関していないような態様で
選択されている。例えは受信時に行われたコヒーレンス
のブレークダウンの場合、N個の信号の包絡線はエコー
が多重拡散媒体から発生される時に異なっており、ある
いは他方では、エコーが鏡面反射体から発生される時に
実質的に同一である。このように、信号対雑音比は増大
され、影像の粒子状外見、すなわち「スペックル」は実
質的に低減され、一方、鏡面反射体に関係する情報は強
調される。
前のフランス国特許出願第87107.795号におい
て、これは本出願の出願臼にはまだ公開されていなかっ
たが、位相に敏感でなくされた変換器によって測定を行
うよりはむしろ(前にエル・ジェー・ブツセとジェー・
ジー・ミラーによる論文に記載されたように、すなわち
複合信号の成分の位相の局所コヒーレンスに敏感でなく
することにより、この動作を行う可動な機械的手段に依
存して、検査すべき媒体内に伝搬する超音波のこのコヒ
ーレンスをブレークダウンすることが既に提案されてい
た。さらに特定すると、上記の適用にもたらされた技術
的解決法はエコーグラフの変換器構造の少なくとも1つ
の変換器に関連して超音波伝搬ビームの通路に位置して
いる少なくとも1つのランダム位相スクリーンからなっ
ている。このスクリーンは材料のウェハーの形で構成さ
れ、その少なくとも1つの面(face)はランダムな
粒度分析(granu lometry)の粗さを示し
、粒子の寸法は位相反転まで進む位相差を得ることを許
容するのに十分であり、かつ回転あるいは並進、あるい
は回転と並進との組み合わせのいずれかによって超音波
ビームに対して偏位可能になった。
このように、前の出願の場合には、ランダム位相スクリ
ーンの種々の位置に同じエコーグラフラインを記録する
ことにより、そして次に対応するすべての包絡線を合・
算することにより、なお同じ位置に位置している鏡面反
射体と関連する上記の包絡線の最大値は線形加法的(l
inear additive)となり、一方、多重拡
散体と関連して、検査媒体内のその分布は鏡面反射体と
は異なって平方根増大に従っての加法的であり、鏡面反
射体のコントラストの改善はスクリーンの明確な位置の
数の平方根の程度である。
しかし、ランダム位相スクリーンの機械的偏位は上記の
測定の継続時間をまったくスローダウンし、採用される
位置の数が大きくなるとそうなる。
たとえ装置がこの継続時間を減少する目的で作られてい
ても(例えば、お互いに対して可動な2つのランダム位
相スクリーンの設定は2つの連続測定位置の間の位置の
差の低減を許容する)、採用された原理に固有なこの特
性は毎秒約1影像の測定のリズムを実際に制限する。他
方、実時間の測定は本出願で提案されたエコーグラフ構
造で全く可能なままになっている。
本発明の特定な特徴と利点は、以下の説明と限定的でな
い実例により与えられる添付図面でさらに正確な態様で
明白となろう。
(実施例) ここで、第1図は本発明による超音波エコーグラフの全
体の線図を示し、 第2図と第3図は第1図のエコーグラフの放出段の2つ
の実施例を示し、 第4図は上記のエコーグラフの受信・処理段の一実施例
を示し、 第5a、 5b、 5c図は上記のエコーグラフが第4
図のような受信・処理段を具える場合に本発明によるエ
コーグラフの実現において、いかにして鏡面反射体の位
置に関係する情報がエコーグラフラインから抽出できる
かの理解を可能にし、 第6a図はいかにエコーグラフラインがスライディング
時間窓により解析できるかを示し、第6b図はエコーグ
ラフラインに対して周波数Fの関数としてのスペクトル
電力を表し、かつスペクトルからその主要パラメータ因
数(スペクトル幅、中心周波数)を推定できないことを
示し、このスペクトルは実際には雑音により影響された
外見を有しかつ多数の谷(トラフ)を含んでおり、第6
C図はラインのエコーグラフの組にわたり平滑化された
平均スペクトル電力を再び周波数の関数として表し、 第6d図は深さ2の関数として中心周波数F(z)と平
均スペクトル電力のスペクトル幅σ(Z)の展開を示し
、 第7a図と第7b図はそれぞれ第4図の受信・処理段の
2つの修正された実施例に対応し、そしてさらに特定す
ると、この段が調査媒体内の超音波の減衰のパラメータ
βの決定を目的としている場合に、遅延ラインサブアセ
ンブリの出力信号の合算器の下流の上記の段の修正を表
している。
超音波エコーグラフにより媒体を調査する装置あるいは
調査エコーグラフは、一方では調査すべき媒体に向かう
超音波の放出段と、他方では調査媒体内で上記の超音波
によって出会う種々の障害物により反射された超音波エ
コーを受信しかつ処理する段とに関連する少なくとも1
つの超音波変換器を一般に具えている。そのようなエコ
ーグラフ構造は通常のものであり、かつここで詳細には
説明されないであろう。現在の場合、変換器構造それ自
身はそのような超音波変換器の一次元アレイあるいは二
次元アレイあるいは扇形断片を持つこともあり持たない
こともある平面状もしくは湾曲した環状アレイ (すな
わち、放出された波あるいは受信された信号の予集東(
prefocusing)の観点でほぼ球状カップの形
をしている)。
これから説明する実施例において、本発明は放出段ある
いは受信・処理段のいずれか、あるいは多分その双方で
実現されている。第1図に有効に説明されかつ表されて
いる実例において、調査すべき媒体10に向かう超音波
の放出を制御する放出段100はこの目的でn個の超音
波変換器の組200に接続され、この場合、nは例えば
64に等しく、そして対応する変換器は参照記号101
から164により示されている。放出に使用される変換
器のこの同じ組はこの場合に受信にも使用され(しかし
放出と受信に別々の変換器構造を使用することは可能で
ある)、かつ同様に受信・処理段300に接続されてい
る。段100と段300はこれから詳細に説明され゛よ
う。あらかじめ、調査すべき媒体10が生物器官あるい
は組織であり、あるいは代案として材料であり、そして
この媒体内で、超音波の波長を越える大きさを持ち従っ
てこれらの波に対して鏡として振る舞う鏡面として引用
された反射体と多重拡散体、上記の波長より十分小さく
そしてすべての方向で殆ど−様な超音波の拡散分散を引
き起こす障害物の存在することが想起されよう。
第2図に表された実施例において、本発明を実現する放
出段はこの目的で放出に割り当てられている変換器(こ
れは多分n個の変換器101から164の総計であろう
)の上流で放出に割り当てられた上記の変換器の励起の
ための対応する数の信号発生器201を具えている。こ
れらの発生器201はさらにクロック回路202に接続
され、このクロック回路202は放出される超音波信号
の位相コヒーレンスの修正を任意に許容するランダム遅
延法則に従ってそれらの各々のトリガリングの時点を決
定している。
上記の遅延のランダム特性は上に規定された意味で解釈
されなければならない(同じ推計学的プロセスの異なる
構造)。もちろんこのランダム遅延法則は一般に放出に
割り当てられた変換器に要請された集束およびあり得る
アンギュレーション法則に重畳されている。この遅延法
則の実現はクロック回路202の中にパルス信号の発生
器を備え、かつこれらの信号の計数の遂行により実行さ
れている。励起信号の発生器201のトリガリングはこ
のように計数されたパルス信号のある特定の位置に対し
て起こり、これらの位置は求められたランダム遅延法則
と要請された集束およびアンギュレーション法則に従っ
て固定される。
第3図に表されたこの放出段の第1の修正実施例は、放
出に割り当てられた変換器の励起の制御回路において、
励起信号の単一発生器301以上のものを最早や備えて
いない。この発生器301の出力には放出に割り当てら
れた変換器が存在するほど多くの並列チャネルが備えら
れている。これらの並列チャネルは、一方では、それら
に要請された集束およびアンギュレーション法則に従っ
て変換器の励起信号を遅延するために備えられた遅延ラ
イン302、そして他方では、ライン302の遅延に付
加されるランダムである補足遅延(supplemen
−tary delay)に重畳して備えられた遅延ラ
イン303とを具えている。遅延ライン303のこれら
の遅延はこのようにして上記の集束およびアンギュレー
ション法則に重畳されている。遅延ライン302と30
3は直列であり、あるいは各並列チャネル内で2つの法
則の重畳に対応するそれぞれの遅延を要請している単一
の組の遅延ラインで多分構成されている。
第3図の構成の場合には、説明の観点から、これらのラ
インの表現内で、対応ラインにより寄与された遅延の大
きさに比例する部分(c、ezment)を線図的に表
すことにより遅延ライン302と303のそれぞれの役
割の証明が与えられ・ている。このように、ライン30
2により寄与された集束(もしビームが傾斜しているな
らアンギュレーションも)遅延の統合特性(coord
inated nature)とライン303により導
入された補足遅延のランダム特性との間に区別が描かれ
ている。第2図と第3図の構造のいずれかにおいて、こ
れらの補足ランダム遅延の値は検査媒体内の超音波によ
り少なくとも半波長の遷移時間に対応する時間の間隔内
にこれらの値の変動が含まれているような態様で分布さ
れているが、しかしこの選択は一例としてのみ行われ、
かつ発明の制限を構成していない。
これら2つの実施例において、エコーグラフの受信およ
び処理の段は通常のタイプのものである。
それとは逆に、通常のタイプである放出段と本発明を実
現する受信・処理段であることもできる。
前と同様に、与えられた変換器のすべであるいは若干を
受信に使用することが可能である。この場合、n個の超
音波変換器が使用されることが仮定され、そしてこの数
はこの選択を限定とすること無く例えば64に等しく選
ぶことが考慮されよう。
第4図に表された第1の実施例において、受信・処理段
は、一方では、ライン302(第3図)と同じタイプの
64個(一般の場合にはn個)の遅延ライン410aか
ら41onを具え、かつフェーズドアレイとして参照さ
れる変換器構造を用いる位相シフトを持つエコーグラフ
の場合に受信の電子集束ならびに検出ビームのあり得る
配向を通常の態様で保証している。事実、位相シフトを
持つエコーグラフがアレイの平面に対して超音波を斜め
に向ける放出のみならず、斜めに受信されたエコーのダ
イナミックな集束の受信に際して、フェーズドアレイの
個別の各変換器と関連する遅延の電子的な変動を生じる
可能性を与えることが知られている。
これらの通常の遅延ラインにはN個の同一のサブアセン
ブリ420^から42ON (この場合、例えばN=5
0)が続き、その各々は64個(一般の場合にはn個)
の遅延ライン420aから420nを具え、例えばサブ
アセンブリ420^から42ONの遅延ラインのみが第
4図に表されているが、しかしそれらはもちろん数とし
てNXnに等しい。各サブアセンブリにおいて、64(
あるいはn)個の遅延ラインの遅延の値はランダムな態
様で分布され、これらの値の変動は検査媒体内の超音波
により少なくとも半波長の遷移時間に対応する時間の間
隔内に含まれている。各サブアセンブリ420^から4
2ONは並列に動作し、そして装置は各サブアセンブリ
の出力に存在する信号の包絡線がそれらの間で相関して
いないような態様でそれらの各々の種々のランダム遅延
を選択するようにされている。
並列になったこれら50(あるいはN)個のサブアセン
ブリは50 (あるいはN)個の合算器430Aから4
3ONを具え、その各々はエコーグラフ信号(あるいは
無線周波数信号)に対応する64(あるいはn)個の合
算を遂行している。サブアセンブリのこれらの合算器の
出力において、50(あるいはN)個の包絡線検出器4
40^から44ON、上記の包絡線検出器から発生する
50(あるいはN)個の包絡線を加算する合算器450
1および可視表示装置および/または蓄積サブアセンブ
リ460が備えられている。
50(あるいはN)個の合算器430Aから43ONの
出力において、このように使用可能な50(あるいはN
)個の相関しないエコーグラフ信号が存在する。
2つの合算器430Aから43ONの出力信号の例を示
す第5a図と第5b図はランダム遅延の値の2つの個別
選択のための1エコーグラフラインe (t)の記録を
それぞれ示している。対応する包絡線検出器の出力にお
いて、鏡線反射体に関連する対応包絡線(便宜上同じ図
に表されている)の最大値が同じ位置に現れることが見
いだされており、これは多重拡散体に関連する場合には
そうではない。第5c図は合算器450の出力信号S 
(t)を示し、そして包絡線検出器44〇八から44O
Nの50(あるいはN)個の出力信号の平均を形成する
この合算器が上記の最大値の存在をかなり減衰するかあ
るいは除去さえし、かつこのように影像の粒状性を平滑
化し、同時に鏡面反射体に関する情報を維持すると言う
事実を示している。
丁度説明した受信・処理段の実施例において、検査媒体
の実質的に改善されたエコーグラフ影像はこのようにし
て得られた。エコーグラフ信号の別の処理によって、調
査媒体内の超音波の減衰パラメータ (一般にはβと呼
ばれている)のようなパラメータの正確な定量的測定を
行うこともまた可能である。
第6a図に例示されているように、ランダム遅延の値の
所与の分布を記録するエコーグラフラインe(t)はエ
コーグラフラインe (t)に沿って偏位されている解
析時間窓(analysis time window
)2Qを通して累積的に解析されている。この解析窓2
0は組織の厚さdz=c −dtに対応する幅dtの時
間ゾーンを規定している。減衰パラメータの決定は調査
された媒体10内に分布された多重拡散体により放出さ
れたエコー30の解析に基づいている。この意味で、鏡
面反射体ゾーン40は寄生信号に対応し、それに対して
第5a、 5b、 5c図と共に前に説明されたプロセ
スはこれらのゾーンの面倒な効果を除去することにより
作用でき、それを行うために、第6a図に示されたよう
に、エコーグラフラインに沿って解析窓20を偏位し、
同時に鏡面反射体ゾーンを避けることで十分であり、こ
れはエコーグラフライン内に全く局所化されていると言
う理由でよく知られている。
エコーグラフラインe (t)に沿う解析窓20の所与
の位置に対して、時間tにより特徴付けられた位置、す
なわち深さz=ct/2によりまた特徴付けられた位置
に対して、そしてランダム遅延の値の所与の分布に対し
て、A2□(F)で表されかつ周波数Fの関数として表
された対応スペクトル電力は第6b図の場合にはフーリ
エ変換により計算される。スペクトルの外見は一般に雑
音によって大きく影響され、かつ減衰パラメータの正確
な決定の観点で使用することは困難である。と言うのは
、このスペクトルは調査窓内に位置している多重拡散体
からの多数のエコーの存在により谷を示しているからで
ある。他方、そしてこれは本発明の重要な利点であるの
だが、合算が起こる場合に同じ解析窓20内で、合算器
430Aから43ONの出力で利用可能な基本スペクト
ル電力(elementary 5pectral p
ower)A’、 (F)について、得られた結果は最
早やなんらの谷を含まないずっと良い品質の平滑化され
た平均スペクトル電力A”、 (F)(第6c図)であ
り、そしてそれは特に各深さ2に対して、中心周波数F
(z)および平均スペクトル電力A’、 (F)のスペ
クトル幅σ(2)の非常に正確な決定を許容している。
2によるF(z)とσ(Z)の変動(第6d図)を知る
と、求められた減衰パラメータβは下の式から推定され
る。
z フーリエ変換の手法を使用しないF (z)とσ(2)
の計算を許容する別の方法(これは常に実現することが
面倒であるが)は、ランダム遅延の所与の分布に対して
、t(あるいはz=ct/2)に中心を置く解析窓20
内のエコーグラフラインの零を通る通過の数の平均から
中心周波数F(Z)を決定することからなっている。事
実、零を通る通過のこの数は中心周波数F(z)に比例
していることが知られている。スペクトル幅σ(Z)に
関しては、それが実効的に計算上深さ2と共に変化しな
い事実から、放出された超音波信号を反射する平面上の
エコーの記録から一度だけ利益を得ることが可能である
第7図は2つの変形による第4図の受信・処理役の修正
、合算器430八から43ONの下流を示し、これはこ
の役が減衰パラメータβの決定を意図している場合であ
る。第6a図から第6d図に関係する第7a図の変形に
従うと、各サブアセンブリ42.OAから42ONに対
してスライディング時間窓の定義をする回路711内で
エコーグラフラインe(t)が解析されている。基本ス
ペクトル電力A2□(F)が高速フーリエ変換回路71
2により計算され、それから加算器713によって合算
される。処理ユニット714は加算器713の出力で得
られた平均スペクトル電力A2□(F)のパラメータσ
(Z) とF(z)を計算する。
これは最後にZの関数としてσ<Z) とF(z)の変
動からβの推定を許容している。
第7b図の変形に従うと、その狙いは特定周波数Fにお
ける減衰を測定することである。これを行うために、各
サブアセンブリの出カニコーグラフライン信号はFに中
心を置く狭帯域通過フィルタ721 により周波数Fで
フィルタされる。このフィルタされた信号の平均包絡線
は包絡線検出器722により計算される。このようにし
て得られた平均包絡線は減少する指数曲線exp (−
α(F)ct/2)であり、ここでα(F)は周波数F
に対する減衰である。
対数増幅器723はこの指数曲線を傾斜−α(F) c
/2の直線に変換する。計算ユニット(computi
ng unit)724によってこの傾斜を測定するこ
とは、これは線形回帰(linear regessi
on)を遂行しかつ望ましい上記の傾斜−α(P)c/
2を備えるのだが、減衰α(F)を与える。帯域通過フ
ィルタ721の中心周波数Fを変えることにより、Fの
関数としてα(F)の変動を調べかつそれからβ・α(
F)/Fによってβを推定することは可能である。
もちろん本発明は上に説明されかつ示された実施例に限
定されず、それに基づいて本発明の範囲を逸脱すること
無く変形が提案できる。特に、鏡面反射体のコントラス
トの改善がサブアセンブリの数Nの平方根の程度である
ことは今や明らかである(鏡面反射体に関連する最大値
の線形加算、平方根増大に従って多重拡散体に関連する
最大値の加算)。しかし、例えば因数2だけサブアセン
ブリの数を減少し、かつショク) (shot)の間の
サブアセンブリの遅延の値の変更により同じエコーグラ
フラインに沿う複数のショットを使用することは可能で
ある。もちろん影像率(image rate)は同じ
因数だけ減少されるが、しかし電子回路は簡単であり、
それ故価格が安い。
著しい価格低減は条件付き反転回路と規定される回路に
よって各サブアセンブリの遅延ライン420aから42
Onの置換、あるいは少なくともそれらの1つあるいは
複数のそれらの置換により同様に得ることができる。電
子的インバータのみを具え:従って安価なこれらの回路
は遅延ライン410aから41onの出力信号を+1あ
るいは−1のいずれか(その選択はエコーグラフの構造
により要請されたかあるいは機械的手段もしくは電子的
手段により修正可能であるかのいずれかである)により
乗算するqエコーグラフのそのような態様は+1あるい
は−1から準ランダムコード(pseude−rand
om code)のファミリーから得られることを許容
し、その相関関数はランダム遅延法則の場合に得られた
ものと同一である。
今説明してきた簡単化された変形は、もしすべてのラン
ダム遅延ラインが通常の反転回路により置換されるなら
nXNなる数のこれらの反転回路を使用する。この新し
い簡単化は例えばn個の遅延ライン410aから410
nの出力に置かれ、かつ各々が2つの並列チャネル、す
なわち1つは非反転そして他はインバータとして機能す
るものであるせいぜいn個の条件付き反転回路を最早や
備えないことによりこれらの回路の数を減少して得るこ
とができ、そして上記の非反転および反転チャネルの出
力と対応する合算器430Aから43ONc7)n個の
入力との間の接続は獲得と集束およびアンギュレーショ
ン法則に重畳することが所望される準ランダム遅延ライ
ン法則の関数として結線により確定されている。
さらに、nとNの特定の値は前に説明された例で選ばれ
ているが、しかしこの選択は限定的ではなく、他のもっ
と低い値あるいは高い値も採用できることは明らかであ
り、nの値は32.64.128等のような2のべ手数
であることが好ましい(しかし現在知られている構造で
はn=t2gを越えない)。
他方、第4図は受信・処理役の同様な実施例を示してい
るが、しかし本発明の実現はn個の集束およびアンギュ
レーション遅延ライン410の前にn個のアナログ対デ
ィジタル変換器をn個の変換器200の出力において備
えることによりディジタル型で提案でき、上記の変換器
に続いて備えられた回路は第4図のものと類似している
が今やディジタルである。ディジタル型で提案された第
4図の実施例において、アナログ信号を可視表示装置お
よび/または蓄積サブアセンブリ460に蓄積するディ
ジタル対アナログ変換器を包絡線合算器450の出力に
備えることも同様に必要である。
条件付き反転回路によりランダム遅延ライイを置換する
ことからなる簡単化は同様に放出段に設定されることも
同様に述べられよう。この場合、それは放出に際して結
線により2つの状態0あるいはπに位相の準ランダム反
転の法則を確定するよう備えられているそのような回路
により置換されるランダム遅延ライン303(第3図)
であり、この法則は遅延ライン302の遅延に従う集束
およびアンギュレーション法則に重畳されている。
すべての場合において、放出段の異なる実施例の1つあ
るいは他のものは受信・処理段の異なる実施例の1つあ
るいは他のもので同時に実現されることは事実認められ
よう。その態様は放出と受信との双方に際して位相のコ
ヒーレンスのブレークダウンの効果を得るようなもので
あり、かつ最早や放出された信号あるいは変換器により
受信された波に対応するエコーグラフ信号のみによらな
いようなものである。
(要約) 放出および/または受信に際して、ランダムあるいは準
ランダム遅延法則に従って放出信号および/または受信
遅延に要請された回路を具えている超音波エコーグラフ
である。放出に際して、受信と丁度同様に、この法則は
信号の集束およびアンギュレーションの法則に重畳され
ている。放出に際して、上記の法則は例えば変換器の励
起のための信号の発生器のトリガリングの時点の変動を
生じさせることにより得られている。受信に際して、並
列ランダム遅延ラインあるいは条件付き反転回路のいず
れかの手段が備えられている。放出、受信あるいはその
双方同時に際して超音波のコヒーレンスのブークダウン
を許容するこれらの電子的手段はアナログ型ならびにデ
ィジタル型で提案することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による超音波エコーグラフの全体の線図
を示し、 第2図と第3図は第1図のエコーグラフの放出段の2つ
の実施例をそれぞれ示し、 第4図は上記のエコーグラフの受信・処理段の一実施例
を示し、 第5a、 5b、 5c図は鏡面反射体の位置に関係す
る情報がエコーグラフからいかにしして抽出できるかを
示し、 第6a、 6b、 6c、 6d図はエコーグラフに関
連する情報を示し、 第7a、 7b図は第4図の受信・処理段の2つの修正
された実施例をそれぞれ示している。 10・・・媒体       20・・・解析時間窓3
0・・・エコー      40・・・鏡面反射体ゾー
ン100・・・放出段     101〜164・・・
変換器200・・・超音波変換器の組 201・・・発生器     202・・・クロック回
路300・・・受信・処理段  301・・・発生器3
02、303・・・遅延ライン 410・・・集束およびアンギュレーション遅延ライン
410a〜410n・・・遅延ライン 420a〜420n・・・遅延ライン 420八〜42ON・・・サブアセンブリ430八〜4
3ON・・・合算器 440A〜44ON・・・包絡線検出器450・・・(
包絡線)合算器 460・・・可視表示装置および/または蓄積サブアセ
ンブリ 711・・・スライディング時間窓回路712・・・高
速フーリエ変換回路 713・・・加算器     714・・・処理ユニッ
ト721・・・狭帯域通過フィルタ 722・・・包絡線検出器  723・・・対数増幅器
724・・・計算ユニット

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、少なくとも一組のn個の超音波変換器、調査すべき
    媒体に向かって超音波を放出す る段、および 上記の媒体で出会う障害物により反射された超音波信号
    を受信しかつ処理する段、 を具えるものにおいて、 上記の放出段が、 超音波の放出に割り当てられた超音波変換器の上流で、
    この放出に割り当てられた上記の変換器の励起のための
    対応する数の信号発生器、 を具え、 励起信号の上記の発生器は放出に割り当てられた変換器
    に要請された集束およびあり得るアンギュレーション法
    則に重畳されたランダム遅延法則に従って上記の発生器
    の各々1つのトリガリングの時点を規定するよう備えら
    れた単一クロック回路に接続され、かつ 上記のランダム遅延の値はこれらの値の変動が検査媒体
    内の超音波により少なくとも半波長の遷移時間に対応す
    る時間間隔内に含まれるような態様で分配されているこ
    と、 を特徴とする超音波エコーグラフ。 2、少なくとも一組の超音波変換器、 調査すべき媒体に向かって超音波を放出する段、および 上記の媒体で出会う障害物により反射された超音波信号
    を受信しかつ処理する段、 を具えるものにおいて、 上記の放出段が、 超音波の放出に割り当てられた超音波変換器の上流で、
    この放出に割り当てられた上記の変換器の励起の制御回
    路、 を具え、 上記の回路それ自身が、 一方では励起信号の発生器、そして他方ではこの発生器
    の出力においてかつこの放出に割り当てられた変換器が
    存在するのと同じくらい多くの並列チャネルにおいて、
    放出に割り当てられた上記の変換器に要請された集束お
    よびあり得るアンギュレーション法則に重畳されたラン
    ダム遅延法則に従って上記の励起信号により上記の変換
    器の励起の時点を遅延するよう備えられた遅延ライン、 を具え、 上記のランダム遅延の値はこれらの値の変動が検査媒体
    内の超音波により少なくとも半波長の遷移時間に対応す
    る時間間隔内に含まれるような態様で分配されているこ
    と、 を特徴とする超音波エコーグラフ。 3、少なくとも一組の超音波変換器、 調査すべき媒体に向かって超音波を放出する段、および 上記の媒体内で出会う障害物により反射された超音波信
    号を受信しかつ処理する段、 を具えるものにおいて、 上記の放出段が、 超音波の放出に割り当てられた超音波変換器の上流で、
    この放出に割り当てられた上記の変換器の励起の制御回
    路、 を具え、 上記の回路それ自身が、 一方では励起信号の発生器、そして他方ではこの発生器
    の出力においてかつこの放出に割り当てられた変換器が
    存在するのと同じくらい多くの並列チャネルにおいて、
    放出に割り当てられた上記の変換器に要請された集束お
    よびあり得るアンギュレーション法則に重畳されたラン
    ダム遅延法則に従って上記の励起信号により上記の変換
    器の励起の時点を遅延するよう備えられた遅延ライン、
    および 上記の集束およびアンギュレーション法則に重畳すべき
    2状態0あるいはπに位相の準ランダム反転法則を結線
    により確定するよう備えられた条件付き反転回路、 を具えることを特徴とする超音波エコーグラフ。 4、少なくとも一組のn個の超音波変換器、調査すべき
    媒体に向かって超音波を放出する段、および 上記の媒体で出会う障害物により反射された超音波信号
    を受信しかつ処理する段、 を具えるものにおいて、 上記の受信・処理段が、 受信に割り当てられた超音波変換器の出力に備えられて
    いるビームの集束およびあり得るアンギュレーションの
    ための遅延ラインとエコーグラフ信号の処理回路との間
    で、受信に割り当てられた上記の変換器に要請された集
    束およびあり得るアンギュレーション法則にランダム遅
    延法則を重畳するような態様で、n個の集束遅延ライン
    にワイヤー毎に接続されている各々がランダムなn個の
    遅延ラインと、これらのランダム遅延ラインのn個の出
    力信号のN個の合算器からなるN個のサブアセンブリを
    具え、かつ 上記のN個のサブアセンブリのこれらのn個のランダム
    遅延ラインの遅延の値は、検査媒体の超音波により少な
    くとも半波長の遷移時間に対応する時間間隔内にこれら
    の値の変動が含まれているような態様でランダムに分配
    されていること、 を特徴とする超音波エコーグラフ。 5、少なくとも一組のn個の超音波変換器、調査すべき
    媒体に向かって超音波を放出する段、および 上記の媒体で出会う障害物により反射された超音波信号
    を受信しかつ処理する段、 を具えるものにおいて、 上記の受信・処理段が、 受信に割り当てられた超音波変換器の出力に備えられて
    いるビームの集束およびあり得るアンギュレーションの
    ための遅延ラインとエコーグラフ信号の処理回路との間
    で、受信に割り当てられた上記の変換器に要請された集
    束およびあり得るアンギュレーション法則に2状態0あ
    るいはπの位相の準ランダム反転の法則を重畳するよう
    な態様で、n個の集束遅延ラインに各々がワイヤー毎に
    接続されているn個の条件付き反転回路と、これらの条
    件付き反転回路のn個の出力信号のN個の合算器からな
    るN個のサブアセンブリ、 を具えることを特徴とする超音波エコーグラフ。 6、少なくとも一組のn個の超音波変換器、調査すべき
    媒体に向かって超音波を放出す る段、および 上記の媒体で出会う障害物により反射された超音波信号
    を受信しかつ処理する段、 を具えるものにおいて、 上記の受信・処理段が、 受信に割り当てられた超音波変換器の出力に備えられて
    いるビームの集束およびあり得るアンギュレーションの
    ための遅延ラインとエコーグラフ信号の処理回路との間
    で、上記の遅延ラインの組に等しい数でありかつそれ自
    身各々が並列な非反転チャネルと反転チャネルからなる
    一組の並列な条件付き反転回路と、これらの条件付き反
    転回路のn個の出力信号のN個の合算器を具え、かつ 上記の条件付き反転回路の上記の非反転および反転チャ
    ネルと対応合算器の入力との間の接続は受信に割り当て
    られた上記の変換器に要請された集束およびあり得るア
    ンギュレーション法則に重畳されるべき2状態0あるい
    はπの位相の準ランダム反転の法則の関数として結線に
    より形成されること、 を特徴とする超音波エコーグラフ。 7、エコーグラフ信号の処理回路が上記の合算器の出力
    信号の包絡線のN個の検出器と、このように構成された
    N個の包絡線の合算のための包絡線の合算器、および可
    視表示装置および/または蓄積サブアセンブリを具える
    ことを特徴とする請求項4から6のいずれか1つに記載
    のエコーグラフ。 8、少なくとも一組のn個の超音波変換器、調査すべき
    媒体に向かって超音波を放出す る段、および 上記の媒体で出会う障害物により反射された超音波信号
    を受信しかつ処理する段、 を具えるものにおいて、 上記のN個の合算器の出力で、これらN個の合算器のN
    個の出力信号を処理する回路が、スライディング時間窓
    を規定するN個の回路、 N個の高速フーリエ変換回路、 上記のフーリエ変換回路の各出力の加算器、および 上記の加算器の平均出力スペクトル電力に関連するパラ
    メータの決定および調査媒体内で超音波の減衰のパラメ
    ータβを評価する処理ユニット、 を具えることを特徴とする超音波エコーグラフ。 9、少なくとも一組のn個の超音波変換器、調査すべき
    媒体に向かって超音波を放出する段、および 上記の媒体で出会う障害物により反射された超音波信号
    を受信しかつ処理する段、 を具えるものにおいて、 上記のN個の合算器の出力で、これらN個の合算器のN
    個の出力信号を処理する回路が、N個の帯域通過フィル
    タ、 N個の包絡線検出器、 N個の対数増幅器、および 傾斜の測定および調査媒体内で超音波の減衰のパラメー
    タβを評価する回路、 を具えることを特徴とする超音波エコーグラフ。 10、n個のアナログ対ディジタル変換器がn個の変換
    器とn個の集束およびアンギュレーション遅延ラインの
    入力との間にそれぞれ具えられ、かつ 上記の変換器に続くよう備えられた回路がディジタルで
    あること、 を特徴とする請求項8あるいは9記載のエコーグラフ。 11、上記の放出段が、 超音波の放出に割り当てられた超音波変換器の上流で、
    放出に割り当てられた上記の変換器の励起のための対応
    する数の発生器、 を具え、 励起信号の上記の発生器は放出に割り当てられた変換器
    に要請された集束およびあり得るアンギュレーション法
    則に重畳されたランダム遅延法則に従って上記の発生器
    の各々1つのトリガリングの時点を規定するよう備えら
    れる単一クロック回路に接続され、かつ 上記のランダム遅延の値はこれらの値の変動が検査媒体
    内の超音波により少なくとも半波長の遷移時間に対応す
    る時間間隔内に含まれるような態様で分配されているこ
    と、 を特徴とする請求項4から10のいずれか1つに記載の
    エコーグラフ。 12、上記の放出段が、 超音波の放出に割り当てられた超音波変換器の上流で、
    この放出に割り当てられた上記の変換器の励起を制御す
    る回路、 を具え、 上記の回路それ自身が、 一方では励起信号の発生器、そして他方ではこの発生器
    の出力においてかつこの放出に割り当てられた変換器が
    存在するのと同じくらい多くの並列チャネルにおいて、
    放出に割り当てられた上記の変換器に要請された集束お
    よびあり得るアンギュレーション法則に重畳されたラン
    ダム遅延法則に従って上記の励起信号により上記の変換
    器の励起の時点を遅延するよう備えられた遅延ライン、 を具え、 上記のランダム遅延の値はこれらの値の変動が検査媒体
    内の超音波により少なくとも半波長の遷移時間に対応す
    る時間間隔内に含まれるような態様で分配されているこ
    と、 を特徴とする請求項4から10のいずれか1つに記載の
    エコーグラフ。 13、上記の放出段が、 超音波の放出に割り当てられた超音波変換器の上流で、
    この放出に割り当てられた上記の変換器の励起を制御す
    る回路、 を具え、 上記の回路それ自身が、 一方では励起信号の発生器、そして他方ではこの発生器
    の出力においてかつこの放出に割り当てられた変換器が
    存在するのと同じくらい多くの並列チャネルにおいて、
    放出に割り当てられた上記の変換器に要請された集束お
    よびあり得るアンギュレーション法則に重畳されたラン
    ダム遅延法則に従って上記の励起信号により上記の変換
    器の励起の時点を遅延するよう備えられた遅延ライン、
    および 上記の集束およびアンギュレーション法則に重畳すべき
    2状態0あるいはπに位相の準ランダム反転法則を結線
    により実現するよう備えられた条件付き反転回路、 を具えることを特徴とする請求項4から10のいずれか
    1つに記載のエコーグラフ。
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