JPH0228973B2 - - Google Patents

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
として有用なフエ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
オーミングの手法の改良に関する。

（従来の技術） 従来のフエーズドアレイ・ドプラ装置は、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オーマ（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
るのが常であつた。

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つて駆動さ
れ、生体に超音波を投射する。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オ
ーマ３の出力により駆動される。送波ビームフオ
ーマ３は送波トリガ回路４の出力トリガパルスを
受け、適宜に時間遅延して出力する。送波トリカ
回路４はクロツク発生器６のクロツクを分周器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
して受波ビームフオーマ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イルタ８及
びドプラ用エコーフイルタ９に与えられる。エコ
ーフイルタ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
ドイメージ表示が行われる。

ドプラ用エコーフイルタ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はクロツクをキヤリヤ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
ラフイルタ１５にて有効な周波数範囲の信号のみ
抽出され、ナイキストフイルタ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
意のサンプルボリユ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号RGを生成する。

ナイキストフイルタ１６より出力されるドプラ
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AF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
エコーは周囲組織のエコーより−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
ダイナミツ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（クラツタとい
う）までがビームフオーマを介して整相加算され
るため、その辺りのダイナミツクレンジ限界に遭
遇してしまうことが多いという問題があつた。

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イレシオが非常に小さく
（1/30〜1/300）、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
るという問題があつた。

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
ムフオーマのダイナミツ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プラ用に利
用し、ドプラの場合にはビームフオーマで位相合
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
レツチヤーの役を果す複数個のパルスストレツチ
ヤーフイルタと、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
ルスストレツチヤーフイルタ及びビームフオーマ
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オーマ、コヒーレント検波
手段に高レベル信号もしくはクラツタの入つた信
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、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
フオーマより前段に配設し、且つそのレンジゲー
トの後にストレツチヤーフイ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
は同一符号を付してある。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ト
がｎ個個別に設けられている。各レンジゲート２
０₁〜２０ｎを経由したエコー信号はそれぞれパ
ルスストレツチヤーフイルタ２１₁〜２１ｎに入
力されている。パルスストレツチヤーフイルタ２
１₁〜２１ｎの出力はドプラ専用の受波ビームフ
オーマ７にて整相加算される。パルスストレツチ
ヤーフイルタ２１₁〜２１ｎは、RFパルス信号の
エンベロープを丸めるための丸めフイルタ（同調
回路）である。そして、これは２次乃至それ以上
のローパスフイ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イレシオのあまり
高くないものにするものである。このフイルタと
しては例えばLC、水晶、セラミツク、メカニカ
ル等のバンドパスフイルタを使用することができ
る。パルスストレツチヤーフイルタの機能につい
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、ストレツ
チヤ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、パルスストレツチヤーフイルタ群２１受
波ビームフオーマ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
ストレツチヤーフイルタ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オーマ７ａ
で行われ、且つその信号は斉相加算されビームフ
オーマ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ジユレータ
（BDM）２組を用いて構成することができる。

又、ビームフオーマはフレネルレンズ的なフエ
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ヤンネル
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、ダイナミツクレンジの限
界に遭遇する恐れが従来の場合よりもずつと少な
くなつている。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ツチヤー
の役を果す狭帯域フイルタを課しているため、パ
ルスストレツチヤーフイルタの出力はデユーテイ
レシオが大（即ちピークフアクタが小）となりコ
ヒーレント検波器の取扱い可能なダイナミツクレ
ンジの点でCWドプラの場合と同等となる。

第５図は本発明の他の実施例の要部構成図であ
る。即ち、パルスストレツチヤーフイルタ２１₁
〜２１ｎの各出力をバランスドデモジユレータ
BDMでコヒーレント検波してから、ｉ、ｑ各々
別々に斉相加算するようにしたものである。位相
合せは、コヒーレント検波に際しての参照用キヤ
リヤの位相でもつて行う。３０は復調用キヤリヤ
群を作るためのフエーズマツプで、例えばシフト
レジスタ等によつてデイジタル化された回路を使
用することができる。

第６図は本発明の更に他の実施例を示す要部構
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ち、
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
合パルスストレツチヤーフイルタ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を用いるときには、その受波エレメントから
のCW信号をパルスストレツチヤーフイルタの後
又は前に注入すればよい。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、レンジゲー
トを各エレメント毎に設け、それをビームフオー
マより前に配置し、且つレンジゲート出力をパル
スストレツチヤ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
ビームフオーマ、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（クラツタ）が入つた
ままの信号を印加せずに済むので、従来装置で問
題であつた耐ダイナミツ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
はパルスストレツチヤーフイルタの機能を説明す
るための図、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
波ビームフオーマ、４……送波トリガ回路、５…
…分周器、６……クロツク発生器、７……Ｂモー
ド用受波ビームフオーマ、８……エコーフイル
タ、１０……対数圧縮RFアンプ、１１……検波
器、１２……コヒーレント検波器、１３……移相
器、１５……ドプラフイルタ、１６……ナイキス
トフイルタ、２０……レンジゲート群、２１……
パルスストレツチヤーフイルタ群、７ａ……ドプ
ラ専用受波ビームフオーマ、２２……システムコ
ントローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   フオ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ツチヤーの役を果す複数個の
   パルスストレツチヤーフイルタと、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、パルスストレツチヤーフイルタ及
   びビームフオ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オーマ、
   コヒーレント検波手段に高レベル信号もしくはク
   ラツタの入つ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。