JPH024355A - 帰還信号獲得装置及び超音波ビーム位置の励起数を増大させる装置 - Google Patents
帰還信号獲得装置及び超音波ビーム位置の励起数を増大させる装置Info
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- JPH024355A JPH024355A JP63320800A JP32080088A JPH024355A JP H024355 A JPH024355 A JP H024355A JP 63320800 A JP63320800 A JP 63320800A JP 32080088 A JP32080088 A JP 32080088A JP H024355 A JPH024355 A JP H024355A
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は超音波映像システム等のような、エネルギービ
ームを用いる映像（Ｉｍａｇｉｎｇ ）システムに関す
るものであり、更に詳しくは単一の励起事象によって励
起された媒体から、実時間映像等のために複数個Ｍの異
なった帰還信号を受信するための新しい方法と装置に関
するものである。
ームを用いる映像（Ｉｍａｇｉｎｇ ）システムに関す
るものであり、更に詳しくは単一の励起事象によって励
起された媒体から、実時間映像等のために複数個Ｍの異
なった帰還信号を受信するための新しい方法と装置に関
するものである。
周知のように、被映像媒体の励起のためにエネルギービ
ームを使う（超音波、ソナー、レーダ等の）エネルギー
反射映像システムでは、スベクル（ｓｐｅａｋｌｅ ）
雑音等の現象によりコントラスト分解能が制限されるこ
とがある。それぞれ少し異なる伝送条件で得られる相異
なるデータの組から求められた複数の像を平均化すると
、スベクルの影響を低減できることも周知である。しか
し、スベクル雑音を減らすためにデータ平均化を使用す
ると、具合の悪いことに実時間映像のフレーム速度が、
平均化される像データの組の数に等しい係数だけ劇的に
低下してしまう。したがって、複数の信号の平均化を行
っている間も映像フレーム速度を維持するだけでなく、
実時間超音波血流映像のような特定の映像用途に対して
フレーム速度を上げることも望ましい。実時間超音波血
流映像のような用途では、従来は必要な画像表示（デイ
スプレィ）データを計算するために複数の異なるデータ
の組が必要なことにより、フレーム速度を下げることか
必要であった。被験媒体に入射するエネルギーの送信ビ
ームを発生する各励起事象から複数の受信ビームを同時
に発生することによって、これらの利点を得ることが望
ましい。送信される各励起ビームに対して複数個Ｍの実
質的に同時の受信ビームが得られるようにすることによ
って、各励起当りの異なる像点と各時間間隔当りの多重
フレームとの組合せを設けることができる。しかしフェ
ーズド・アレー（位相制御式変換器配列体）映像システ
ムに於いて高いコスト効率で実現するため、同時多重受
信ビームの実現に当っては（デューク大学（Ｄｕｋｅ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ）のオラフ・フォン・ラム（Ｏ
ｌａｆ ｖｏｎ Ｒａａ＋ｍ ）他によって提案された
非常にハードウェア集中型の方法と異なり）限られた付
加的なハードウェアを使用しなければならないと共に、
また独立した各ビーム方向に対して完全な新しい時間遅
延スケジュールを必要とせずに多重受信ビームを発生で
きるようになっていなければならない。
ームを使う（超音波、ソナー、レーダ等の）エネルギー
反射映像システムでは、スベクル（ｓｐｅａｋｌｅ ）
雑音等の現象によりコントラスト分解能が制限されるこ
とがある。それぞれ少し異なる伝送条件で得られる相異
なるデータの組から求められた複数の像を平均化すると
、スベクルの影響を低減できることも周知である。しか
し、スベクル雑音を減らすためにデータ平均化を使用す
ると、具合の悪いことに実時間映像のフレーム速度が、
平均化される像データの組の数に等しい係数だけ劇的に
低下してしまう。したがって、複数の信号の平均化を行
っている間も映像フレーム速度を維持するだけでなく、
実時間超音波血流映像のような特定の映像用途に対して
フレーム速度を上げることも望ましい。実時間超音波血
流映像のような用途では、従来は必要な画像表示（デイ
スプレィ）データを計算するために複数の異なるデータ
の組が必要なことにより、フレーム速度を下げることか
必要であった。被験媒体に入射するエネルギーの送信ビ
ームを発生する各励起事象から複数の受信ビームを同時
に発生することによって、これらの利点を得ることが望
ましい。送信される各励起ビームに対して複数個Ｍの実
質的に同時の受信ビームが得られるようにすることによ
って、各励起当りの異なる像点と各時間間隔当りの多重
フレームとの組合せを設けることができる。しかしフェ
ーズド・アレー（位相制御式変換器配列体）映像システ
ムに於いて高いコスト効率で実現するため、同時多重受
信ビームの実現に当っては（デューク大学（Ｄｕｋｅ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ）のオラフ・フォン・ラム（Ｏ
ｌａｆ ｖｏｎ Ｒａａ＋ｍ ）他によって提案された
非常にハードウェア集中型の方法と異なり）限られた付
加的なハードウェアを使用しなければならないと共に、
また独立した各ビーム方向に対して完全な新しい時間遅
延スケジュールを必要とせずに多重受信ビームを発生で
きるようになっていなければならない。
発明の要約
本発明による、単一の励起事象によって励起される媒体
中の複数個Ｍの異なるビーム方向の各方向からの帰還信
号を実質的に同時に受信するための新しい方法では、（
ａ）中心ビームから同じ小さい角度変位ずつ実質的に等
しく離れるようにＭ個のビーム方向の各々を割当て、（
ｂ）中心位置に集束されるように送信された単一エネル
ギービームで媒体を励起し、（ｃ）中心位置からの帰還
信号を受信し、（ｄ）Ｍ個の異なるビーム方向の各々に
ついて、受信した帰還信号の位相を所定回だけ独立に回
転させて、見かけの応答ビームを対応する離隔方向に変
位させる。
中の複数個Ｍの異なるビーム方向の各方向からの帰還信
号を実質的に同時に受信するための新しい方法では、（
ａ）中心ビームから同じ小さい角度変位ずつ実質的に等
しく離れるようにＭ個のビーム方向の各々を割当て、（
ｂ）中心位置に集束されるように送信された単一エネル
ギービームで媒体を励起し、（ｃ）中心位置からの帰還
信号を受信し、（ｄ）Ｍ個の異なるビーム方向の各々に
ついて、受信した帰還信号の位相を所定回だけ独立に回
転させて、見かけの応答ビームを対応する離隔方向に変
位させる。
好ましい実施態様では、Ｍ−２であり、フェーズド・ア
レーφセクタ中スキャナ（ＰＡＳＳ）の各チャネルに、
受信信号を変位角θｄ＝±（２ｋ−±Δθ／２だけ位相
回転させるための手段が設けられる。
レーφセクタ中スキャナ（ＰＡＳＳ）の各チャネルに、
受信信号を変位角θｄ＝±（２ｋ−±Δθ／２だけ位相
回転させるための手段が設けられる。
ここでΔθ／２はＭ個（この場合２個）のビームの各々
の励起ビーム中心線からの離隔角度であり、ＰＡＳＳか
ら送信される隣り合う映像ビームの間の正常な離隔角度
の半分にほぼ等しい。各映像フレーム当りＢ個のビーム
が作られるＰＡＳＳシステムでは、離隔角度が（ＭＸΔ
θ）のＢ／Ｍ個の送信ビームだけを１フレーム内で発生
させればよい。たとえば、Ｂ−１２８個の選択可能なビ
ーム角度をそなえた９Ｇ’のセクタ走査では、１２８個
の映像ビームが約０．７０’の間隔で得られるが、Ｍ−
２の場合には同じデータを得るのにそれぞれ（９０＠Ｘ
Ｍ）／Ｂシ１．４１”の間隔のＢ／Ｍ−６４個のビーム
しか必要としない。複数Ｎ個のチャネル（ここで、Ｎは
ＰＡＳＳ中の変・換器の数である）の各々の中のディジ
タル復調器によって与えられる直角ベースバンド・ディ
ジタルデータに対して±Δφの位相回転を与える好まし
い装置は、１対のちょう形位相回転手段を含む。各ちょ
う形位相回転手段は同相のｌデータ信号および直角位相
のＱデータ信号、ならびにそのとき使用している送信ビ
ーム角度θ０を表わすデータを受信し、正に変位した受
信ビームまたは負に変位した受信ビームの１つを与える
。
の励起ビーム中心線からの離隔角度であり、ＰＡＳＳか
ら送信される隣り合う映像ビームの間の正常な離隔角度
の半分にほぼ等しい。各映像フレーム当りＢ個のビーム
が作られるＰＡＳＳシステムでは、離隔角度が（ＭＸΔ
θ）のＢ／Ｍ個の送信ビームだけを１フレーム内で発生
させればよい。たとえば、Ｂ−１２８個の選択可能なビ
ーム角度をそなえた９Ｇ’のセクタ走査では、１２８個
の映像ビームが約０．７０’の間隔で得られるが、Ｍ−
２の場合には同じデータを得るのにそれぞれ（９０＠Ｘ
Ｍ）／Ｂシ１．４１”の間隔のＢ／Ｍ−６４個のビーム
しか必要としない。複数Ｎ個のチャネル（ここで、Ｎは
ＰＡＳＳ中の変・換器の数である）の各々の中のディジ
タル復調器によって与えられる直角ベースバンド・ディ
ジタルデータに対して±Δφの位相回転を与える好まし
い装置は、１対のちょう形位相回転手段を含む。各ちょ
う形位相回転手段は同相のｌデータ信号および直角位相
のＱデータ信号、ならびにそのとき使用している送信ビ
ーム角度θ０を表わすデータを受信し、正に変位した受
信ビームまたは負に変位した受信ビームの１つを与える
。
したがって、本発明の１つの目的は単一励起ビームに応
答して複数の異なる受信ビームを実質的に同時に得るた
めの新しい方法および装置を提供することである。
答して複数の異なる受信ビームを実質的に同時に得るた
めの新しい方法および装置を提供することである。
本発明の上記の目的および他の目的は図面を参照した本
発明の以下の詳しい説明を読むことにより明らかとなる
。
発明の以下の詳しい説明を読むことにより明らかとなる
。
図面を参照した発明の詳細な説明
まず第１図に示すようなコヒーレントな映像システム１
０では、複数Ｎ個の変換器Ｘ１−Ｘｎで構成されたフェ
ーズド・アレー（位相制御式変換器配列体）１１によっ
て励起ビーム１０ｔとして形成される超音波のような振
動エネルギーが使用される。アレー１１の各変換器が当
業者には周知のタイミング規準で個別に励起されること
により、媒体１２中の特定の距離Ｒの所にあって、かつ
アレー表面に垂直な線ｌｉｐに対して角度θ０をなす所
に集束された（焦点合せされた）単一のビームが形成さ
れる。通常、角度θ０で距離Ｒの所で１つの受信ビーム
が形成され、これによりその特定のビームの焦点１２ｓ
にある任意の反射サンプルからアレーに反射されて帰還
するエネルギーが受信される。
０では、複数Ｎ個の変換器Ｘ１−Ｘｎで構成されたフェ
ーズド・アレー（位相制御式変換器配列体）１１によっ
て励起ビーム１０ｔとして形成される超音波のような振
動エネルギーが使用される。アレー１１の各変換器が当
業者には周知のタイミング規準で個別に励起されること
により、媒体１２中の特定の距離Ｒの所にあって、かつ
アレー表面に垂直な線ｌｉｐに対して角度θ０をなす所
に集束された（焦点合せされた）単一のビームが形成さ
れる。通常、角度θ０で距離Ｒの所で１つの受信ビーム
が形成され、これによりその特定のビームの焦点１２ｓ
にある任意の反射サンプルからアレーに反射されて帰還
するエネルギーが受信される。
本発明の１つの原理によれば、複数Ｍ個の異なる受信ビ
ームがほぼ同時に作られ、各受信ビームは送信ビーム１
０ｔから変位角 θｄ＝±（２ｋ−±（２に−１）Ｘ （Δθ／２）だけ
角度変位している。ここでｋ＝１、２、・・・９Ｍ／２
である。このように１つの励起ビームによってサンプル
内のＭ個の異なるビームからの帰還が誘起される。した
がって、Ｂ個のビームでセクタ全体の像を作るためには
、隣り合うビーム相互を角度（ＭＸΔθ）だけそれぞれ
隔てたＢ／Ｍ個の励起ビームが必要となる。角度Δθは
セクタ・スキャナの個々の隣り合うビームの間の通常の
離隔角度に等しい。例として、Ｍ−２の場合を図示して
あり、単一の励起ビーム１０ｔがサンプル点１２ｓを照
射し、それぞれ送信ビーム角度θ０からその前後に小さ
な角度Δθ／２だけずれた方向を向いた１対の受信ビー
ム１０ｒｌおよび１０ｒ２が同時に発生され、点１２ｓ
の両側で同じ距離Ｒの所にあるサンプル点１２ｓ１およ
び１２ｓ２に対する情報を与える。
ームがほぼ同時に作られ、各受信ビームは送信ビーム１
０ｔから変位角 θｄ＝±（２ｋ−±（２に−１）Ｘ （Δθ／２）だけ
角度変位している。ここでｋ＝１、２、・・・９Ｍ／２
である。このように１つの励起ビームによってサンプル
内のＭ個の異なるビームからの帰還が誘起される。した
がって、Ｂ個のビームでセクタ全体の像を作るためには
、隣り合うビーム相互を角度（ＭＸΔθ）だけそれぞれ
隔てたＢ／Ｍ個の励起ビームが必要となる。角度Δθは
セクタ・スキャナの個々の隣り合うビームの間の通常の
離隔角度に等しい。例として、Ｍ−２の場合を図示して
あり、単一の励起ビーム１０ｔがサンプル点１２ｓを照
射し、それぞれ送信ビーム角度θ０からその前後に小さ
な角度Δθ／２だけずれた方向を向いた１対の受信ビー
ム１０ｒｌおよび１０ｒ２が同時に発生され、点１２ｓ
の両側で同じ距離Ｒの所にあるサンプル点１２ｓ１およ
び１２ｓ２に対する情報を与える。
（各励起ビームに対する）Ｍ個の同時受信ビームの発生
は、例えば、米国特許出願節９４４．４８２号（１９８
６年１２月１９日出願）および同第０５６，１７７号（
１９８７年６月１日出願）に記載されているような高速
ディジタル・フェーズド・アレー超音波映像システムに
適用して、実施することができる。これらの出願に述べ
られているフェーズド・アレー超音波映像システムでは
第１図に示すように「フロントエンド」電子手段１４を
使用している。この手段１４はアレーの各変換器１ｌ−
ｉ（ここで、１≦ｉ≦Ｎ）に対して１チヤネルの受信装
置１４−１を有する。このように、ＲＦ超音波帰還信号
を少なくとも１つのベースバンド・ディジタル信号に変
換するため、手段１４は同じ複数Ｎ個のチャネルをそな
えている。
は、例えば、米国特許出願節９４４．４８２号（１９８
６年１２月１９日出願）および同第０５６，１７７号（
１９８７年６月１日出願）に記載されているような高速
ディジタル・フェーズド・アレー超音波映像システムに
適用して、実施することができる。これらの出願に述べ
られているフェーズド・アレー超音波映像システムでは
第１図に示すように「フロントエンド」電子手段１４を
使用している。この手段１４はアレーの各変換器１ｌ−
ｉ（ここで、１≦ｉ≦Ｎ）に対して１チヤネルの受信装
置１４−１を有する。このように、ＲＦ超音波帰還信号
を少なくとも１つのベースバンド・ディジタル信号に変
換するため、手段１４は同じ複数Ｎ個のチャネルをそな
えている。
手段１４−１から１４−ｎの各チャネルは変換器１１−
１から１１−ｎの内の応答する１つの変換器から信号を
受ける。時間利得制御の増幅等の後、ＲＦ入力信号は、
最大超音波ＲＦ周波数よりずっと高いサンプリング周波
数で（たとえば５ ＭＨｚの超音波励起システムの場合
は約２０ＭＩＩｚのサンプリング周波数で）動作する２
つのアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）手段によっ
てディジタル化される。第２図に示すように、通常のＡ
ＤＣ手段２２ａおよび２２ｂは節点１４ａのＲＦ’入力
信号を受け、かつそれぞれのサンプリング信号Ｓ′およ
びＳを受ける。時間遅延（Δｔｓ）手段２４は、ＡＤＣ
手段２２ｂに与えられるサンプリング信号Ｓに対して、
ＡＤＣ手段２２ａに与えられるサンプリング信号Ｓ′の
位相を適切に調整して、サンプル出力が特定のビーム方
向θ。に沿った所定の距離Ｒのところにある点１２ｓに
集束されたＲＦ倍信号表わすようにする。ディジタル復
調手段２６はＡＤＣ手段２２ａからのディジタル・デー
タ信号ＡおよびＡＤＣ手段２２ｂからのディジタル・デ
ータ信号Ｂを受けて復調して、同相Ｉディジタル・デー
タ信号および直角位相Ｑディジタル・データ信号で構成
された直交位相ベースバンド信号対を発生する。各々の
新しいチャネル手段１４′が複数Ｍ個（たとえばＭ−２
）の直交位相ディジタル・データ信号対を発生し、対の
各信号が中心位置の点１２ｓから少しずれた別の位置１
２ｓｊ（ここで、１≦ｊ≦Ｍ）から生じた場合（たとえ
ば、ディジタル信号対■１およびＱｌが、アレーに対す
る垂線ｌｉｐから角度θ０をなす線に沿った単一励起ビ
ーム１０ｔの焦点すなわちサンプル点１２ｓに対して−
Δθ／２だけ角度のずれた第１の位置１２ｓ１から生じ
、また第２の直交位相信号対Ｉ２およびＱ２が＋Δθ／
２だけ角度のずれたもう１つのサンプル点１２ｓ２から
生じた場合）、媒体内の複数の異なる点からデータが実
質的に同時に得られ、このため単一の送信ビームによっ
て複数Ｍ個の異なるビームが同時に映像されると考えら
れる。したがって、１つの画像のために必要な合計Ｂ個
のビームからのデータを１フレームの時間の整数分の１
すなわち１／Ｍの時間で受けることができ、このためフ
レーム速度がＭ倍になると考えられる。すなわち、対象
物全体からのデータを得るのに、Ｂ個のビームではなく
て８７Ｍ個の励起ビームだけが必要となる。同じフレー
ム速度を使用した場合、１フレ一ム時間内で各励起毎に
複数Ｍ個の受信ビームが生じるので、媒体の同じ複数Ｍ
個の独立の励起が可能となり、各励起からそれぞれの完
全なデータの組が得られる。したがって同じフレーム時
間内で、複数Ｍ個の完全なデータの組が得られるので、
これらを平均化することにより表示画像中のスベクル雑
音を減らすことができる。
１から１１−ｎの内の応答する１つの変換器から信号を
受ける。時間利得制御の増幅等の後、ＲＦ入力信号は、
最大超音波ＲＦ周波数よりずっと高いサンプリング周波
数で（たとえば５ ＭＨｚの超音波励起システムの場合
は約２０ＭＩＩｚのサンプリング周波数で）動作する２
つのアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）手段によっ
てディジタル化される。第２図に示すように、通常のＡ
ＤＣ手段２２ａおよび２２ｂは節点１４ａのＲＦ’入力
信号を受け、かつそれぞれのサンプリング信号Ｓ′およ
びＳを受ける。時間遅延（Δｔｓ）手段２４は、ＡＤＣ
手段２２ｂに与えられるサンプリング信号Ｓに対して、
ＡＤＣ手段２２ａに与えられるサンプリング信号Ｓ′の
位相を適切に調整して、サンプル出力が特定のビーム方
向θ。に沿った所定の距離Ｒのところにある点１２ｓに
集束されたＲＦ倍信号表わすようにする。ディジタル復
調手段２６はＡＤＣ手段２２ａからのディジタル・デー
タ信号ＡおよびＡＤＣ手段２２ｂからのディジタル・デ
ータ信号Ｂを受けて復調して、同相Ｉディジタル・デー
タ信号および直角位相Ｑディジタル・データ信号で構成
された直交位相ベースバンド信号対を発生する。各々の
新しいチャネル手段１４′が複数Ｍ個（たとえばＭ−２
）の直交位相ディジタル・データ信号対を発生し、対の
各信号が中心位置の点１２ｓから少しずれた別の位置１
２ｓｊ（ここで、１≦ｊ≦Ｍ）から生じた場合（たとえ
ば、ディジタル信号対■１およびＱｌが、アレーに対す
る垂線ｌｉｐから角度θ０をなす線に沿った単一励起ビ
ーム１０ｔの焦点すなわちサンプル点１２ｓに対して−
Δθ／２だけ角度のずれた第１の位置１２ｓ１から生じ
、また第２の直交位相信号対Ｉ２およびＱ２が＋Δθ／
２だけ角度のずれたもう１つのサンプル点１２ｓ２から
生じた場合）、媒体内の複数の異なる点からデータが実
質的に同時に得られ、このため単一の送信ビームによっ
て複数Ｍ個の異なるビームが同時に映像されると考えら
れる。したがって、１つの画像のために必要な合計Ｂ個
のビームからのデータを１フレームの時間の整数分の１
すなわち１／Ｍの時間で受けることができ、このためフ
レーム速度がＭ倍になると考えられる。すなわち、対象
物全体からのデータを得るのに、Ｂ個のビームではなく
て８７Ｍ個の励起ビームだけが必要となる。同じフレー
ム速度を使用した場合、１フレ一ム時間内で各励起毎に
複数Ｍ個の受信ビームが生じるので、媒体の同じ複数Ｍ
個の独立の励起が可能となり、各励起からそれぞれの完
全なデータの組が得られる。したがって同じフレーム時
間内で、複数Ｍ個の完全なデータの組が得られるので、
これらを平均化することにより表示画像中のスベクル雑
音を減らすことができる。
本発明のもう１つの側面によれば、各受信信号の位相を
Δφだけ回転させて補正することにより、ｋ＝１、２，
３，・・・１Ｍ／２として、単一励起ビームの中心軸か
ら角度θｄ＝±（２ｋ−±（２に−１）Ｘ（Δθ／２）
だけそれぞれずれた複数Ｍ個の別々の受信ビームが同時
に形成される。たとえばＭ−２（すなわちに−１）の場
合、それぞれ送信ビームから反対の方向にずれた、変位
角θ、−±Δθ／２の１対のビームが得られる。位相Δ
φの大きさは映像装置の角度変位増分Δθに応じて定め
られる。このようにして、各変換器Ｘｉで受信したＲＦ
応答信号は角度θ０の中心（励起）ビーム１０ｔに適し
たＡＤＣサンプル・口・νり・スケジュールを使ってサ
ンプリングされる。ベースバンドに復調した後、同相■
ディジタル・データ信号および直角位、相Ｑディジタル
番データ信号をそれぞれ位相補正角＋Δφだけ回転させ
て第１の新しい信号対１１およびＱｌを作り、また第２
の補正位相角−Δφだけ回転させて新しい第２の信号対
Ｉ２およびＱ２を作る。各々の信号の組は第１図に示す
２つの受信ビームの内の１つを表わす。すなわち、デー
タ信号１１およびＱｌは点１２ｓ２を表わし、データ信
号Ｉ２およびＱ２は点１２ｓ１を表わす。各位相回転は
一対の位相補正手段２８のうちの１つによって行われ、
この手段としてはたとえば１９８６年１２月２９日出願
の米国特許出願箱９４７，０６５号に記載されているよ
うなちょう形位相回転手段が用いられる。
Δφだけ回転させて補正することにより、ｋ＝１、２，
３，・・・１Ｍ／２として、単一励起ビームの中心軸か
ら角度θｄ＝±（２ｋ−±（２に−１）Ｘ（Δθ／２）
だけそれぞれずれた複数Ｍ個の別々の受信ビームが同時
に形成される。たとえばＭ−２（すなわちに−１）の場
合、それぞれ送信ビームから反対の方向にずれた、変位
角θ、−±Δθ／２の１対のビームが得られる。位相Δ
φの大きさは映像装置の角度変位増分Δθに応じて定め
られる。このようにして、各変換器Ｘｉで受信したＲＦ
応答信号は角度θ０の中心（励起）ビーム１０ｔに適し
たＡＤＣサンプル・口・νり・スケジュールを使ってサ
ンプリングされる。ベースバンドに復調した後、同相■
ディジタル・データ信号および直角位、相Ｑディジタル
番データ信号をそれぞれ位相補正角＋Δφだけ回転させ
て第１の新しい信号対１１およびＱｌを作り、また第２
の補正位相角−Δφだけ回転させて新しい第２の信号対
Ｉ２およびＱ２を作る。各々の信号の組は第１図に示す
２つの受信ビームの内の１つを表わす。すなわち、デー
タ信号１１およびＱｌは点１２ｓ２を表わし、データ信
号Ｉ２およびＱ２は点１２ｓ１を表わす。各位相回転は
一対の位相補正手段２８のうちの１つによって行われ、
この手段としてはたとえば１９８６年１２月２９日出願
の米国特許出願箱９４７，０６５号に記載されているよ
うなちょう形位相回転手段が用いられる。
Ｎ個のチャネル手段の各々は複数Ｍ個のちょう形ディジ
タル位相回転手段を有する（図示例では、各チャネルは
１対の位相補正手段２８ａおよび２８ｂを有する）。各
位相回転手段は上記米国特許出願に示されているように
４個の乗算器、１対の加算手段および記憶手段で構成さ
れる。各位相補正手段２８は角度θ０の情報ならびにＩ
およびＱデータを受けて、＋Δφ位相補正手段２８ａか
らは位相補正された出力信号■＋およびＱ＋を送出し、
−Δφ位相補正手段２８ｂからは！−およびＱ−出力信
号を送出する。結果として得られる位相補正された第１
の信号対■１およびＱｌが出力１４ｂおよび１４ｃに送
出され、位相補正された第２の信号対Ｉ２およびＱ２が
それぞれのチャネル手段出力１４′ ａおよび１４′
ｂに送出される。
タル位相回転手段を有する（図示例では、各チャネルは
１対の位相補正手段２８ａおよび２８ｂを有する）。各
位相回転手段は上記米国特許出願に示されているように
４個の乗算器、１対の加算手段および記憶手段で構成さ
れる。各位相補正手段２８は角度θ０の情報ならびにＩ
およびＱデータを受けて、＋Δφ位相補正手段２８ａか
らは位相補正された出力信号■＋およびＱ＋を送出し、
−Δφ位相補正手段２８ｂからは！−およびＱ−出力信
号を送出する。結果として得られる位相補正された第１
の信号対■１およびＱｌが出力１４ｂおよび１４ｃに送
出され、位相補正された第２の信号対Ｉ２およびＱ２が
それぞれのチャネル手段出力１４′ ａおよび１４′
ｂに送出される。
■およびＱデータ信号をそれぞれ各手段２８で補正する
位相回転Δφの大きさは特定のシステムに対して選択さ
れた変位角Δθによって定まる。
位相回転Δφの大きさは特定のシステムに対して選択さ
れた変位角Δθによって定まる。
例えば２’−１２８通りの異なった角度θ０がある９０
°セクタ走査システムでは、変位角Δθを（９０°／１
２ ｇ）−〇、７０”と選定することができる。位相回
転Δφの大きさはビーム角度θ０とともに変るが、距離
Ｒの関数としては変らない。（アレイ１１の開口の長さ
をｒａＪとした場合の最大オフセット距離ａ ／ ２よ
り小さい）オフセット距離Ｘの所にその変換器を有する
チャネルに対する位相回転量Δφは次式で表わされる。
°セクタ走査システムでは、変位角Δθを（９０°／１
２ ｇ）−〇、７０”と選定することができる。位相回
転Δφの大きさはビーム角度θ０とともに変るが、距離
Ｒの関数としては変らない。（アレイ１１の開口の長さ
をｒａＪとした場合の最大オフセット距離ａ ／ ２よ
り小さい）オフセット距離Ｘの所にその変換器を有する
チャネルに対する位相回転量Δφは次式で表わされる。
（１） Δφ（ｘ、 Ｒ，θ０）
−φ（ｘ、 Ｒ，θ０＋Δθ／２）
−φ（ｘ、 Ｒ，θ０）
これは
（１ａ）
Δφ （ｘ、Ｒ，θ０）
−（２π／λ）［ｘ（ｓ１ｎθ。
−５ｉｎ （θ。＋Δθ／２））
＋ｘ２／２Ｒ） （ｃｏｓ２ θ０
− ｃｏｓ２（θ。＋Δθ／２））］
となり、次のように簡略化して表わすことができる。
（１ｂ）
Δφ （ｘ、Ｒ，θ０）
〜（π／λ）［−ｘｃｏｓθ０ Δθ
−（ｘ２．／Ｒ） ｓｉｎθ□ ｃｏｓθ０Δθ］
最大位相差値が生じるのは変位角Δθが最大のときであ
り、アレー素子が開口の端すなわち変位距離ｘ −ａ
／ ２の変換器Ｘ１またはＸｎであって、距離Ｒがアレ
ーレンズの最小Ｆナンバに対応する距離である場合であ
る。長さａの開口に対するナイキスト条件によって定め
られる最大の角度変位はΔθＷａＸ−λ／ ２ ａであ
るので、開口の端に於ける最大位相差は （３） Δφ（ａ／２． Ｒｆｆｌｉｎ、θ０）−一［
π／４］［ｃｏｓθ０ ＋ （ｓｉｎθｏＣＯ８θＯ／ＦＮ）］となる。Ｆナシ
ナン２以上である場合、Δφの最大値はほぼπ／４であ
り、この位相差に対する集束の寄与分の最大値はほぼπ
／１６である。したがって、（距離Ｒの関数としての）
固定の回転は、繰返しサイクルごとに２つの別々の受信
ビームを形成する装置１４′の１対の位相補正手段２８
ａおよび２８ｂにより発生された２つのビーム１０ｒ１
および１０ｒ２の各々に対する非常に良い近似である。
り、アレー素子が開口の端すなわち変位距離ｘ −ａ
／ ２の変換器Ｘ１またはＸｎであって、距離Ｒがアレ
ーレンズの最小Ｆナンバに対応する距離である場合であ
る。長さａの開口に対するナイキスト条件によって定め
られる最大の角度変位はΔθＷａＸ−λ／ ２ ａであ
るので、開口の端に於ける最大位相差は （３） Δφ（ａ／２． Ｒｆｆｌｉｎ、θ０）−一［
π／４］［ｃｏｓθ０ ＋ （ｓｉｎθｏＣＯ８θＯ／ＦＮ）］となる。Ｆナシ
ナン２以上である場合、Δφの最大値はほぼπ／４であ
り、この位相差に対する集束の寄与分の最大値はほぼπ
／１６である。したがって、（距離Ｒの関数としての）
固定の回転は、繰返しサイクルごとに２つの別々の受信
ビームを形成する装置１４′の１対の位相補正手段２８
ａおよび２８ｂにより発生された２つのビーム１０ｒ１
および１０ｒ２の各々に対する非常に良い近似である。
したがって、各ビーム角度毎に２つの独立した励起ビー
ムを送信して、映像システム全体のフレーム速度を１／
２に低下させることなく、それら２つのビームからの応
答を平均化することができる。
ムを送信して、映像システム全体のフレーム速度を１／
２に低下させることなく、それら２つのビームからの応
答を平均化することができる。
本発明によれば、各励起事象に対して複数Ｍ個の別々の
受信ビームを設けるこの方法は、Ｍ個の周期的に交互す
る繰返し時間間隔内に、それぞれが異なるスペクトル特
性または集束特性をそなえた複数Ｍ個の異なる励起ビー
ムを設けることによって、スベクルの低減に用いること
ができる。別々の励起で得られた信号の平均によって、
フレーム速度を損なうことなしに画像のスベクル雑音を
１／ＪＭまで減らすことが可能となる。第２図のＭ−２
の回路を用いた場合、スベクル雑音を１／Ｊ２に減らす
ことができる。
受信ビームを設けるこの方法は、Ｍ個の周期的に交互す
る繰返し時間間隔内に、それぞれが異なるスペクトル特
性または集束特性をそなえた複数Ｍ個の異なる励起ビー
ムを設けることによって、スベクルの低減に用いること
ができる。別々の励起で得られた信号の平均によって、
フレーム速度を損なうことなしに画像のスベクル雑音を
１／ＪＭまで減らすことが可能となる。第２図のＭ−２
の回路を用いた場合、スベクル雑音を１／Ｊ２に減らす
ことができる。
本発明によれば、この方法のもう１つの用途は超音波血
流映像であり、この場合、各ビーム角度で複数の励起ビ
ームを送信することにより、ビームに沿った各点で運動
の推定値を発生する。この形式の映像では、血流の動き
を推定するために各ビーム線で必要とされる余計なパル
スが得られるように像セクタのフレーム速度または角度
範囲を通常小さくしなければならない。したがって、複
数Ｍ個の実質的に同時の受信ビームを設ける本発明の新
しい方法を使うことにより、像セクタのフレーム速度ま
たは角度範囲をＭ倍に上げることができる。たとえば、
第２図に示すチャネル手段の構成では２倍に上げること
ができる。
流映像であり、この場合、各ビーム角度で複数の励起ビ
ームを送信することにより、ビームに沿った各点で運動
の推定値を発生する。この形式の映像では、血流の動き
を推定するために各ビーム線で必要とされる余計なパル
スが得られるように像セクタのフレーム速度または角度
範囲を通常小さくしなければならない。したがって、複
数Ｍ個の実質的に同時の受信ビームを設ける本発明の新
しい方法を使うことにより、像セクタのフレーム速度ま
たは角度範囲をＭ倍に上げることができる。たとえば、
第２図に示すチャネル手段の構成では２倍に上げること
ができる。
したがって本発明の新しい方法および装置はシステムの
コストをあまり上げずに超音波医療用映像システムでの
少なくとも２つの重要な用途の品質を著しく向上するこ
とができる。各チャネルのフロントエンド手段１４を１
つ以上のＶＬＳＩ集積回路に設ければ、Ｍ個の位相補正
手段２８に対する乗算器／加算器／メモリを具現するた
めに必要な比較的小さな回路チップ領域が各チャネルＩ
Ｃ手段に容易に付加できる。
コストをあまり上げずに超音波医療用映像システムでの
少なくとも２つの重要な用途の品質を著しく向上するこ
とができる。各チャネルのフロントエンド手段１４を１
つ以上のＶＬＳＩ集積回路に設ければ、Ｍ個の位相補正
手段２８に対する乗算器／加算器／メモリを具現するた
めに必要な比較的小さな回路チップ領域が各チャネルＩ
Ｃ手段に容易に付加できる。
本発明のいくつかの好ましい特徴だけを図を参照して説
明してきたが、当業者には多くの変形や変更を考え付く
ことができよう。たとえば、本発明の方法および装置は
レーダ、ソーナ等の他のエネルギービームを用いた映像
システムに使うことができる。たとえばディジタル・ビ
ーム形成フエズド・アレー・レーダーシステムは現在普
通に用いられている比較的複雑なフーリエ変換法のかわ
りに本発明の位相回転法を用いることができる。
明してきたが、当業者には多くの変形や変更を考え付く
ことができよう。たとえば、本発明の方法および装置は
レーダ、ソーナ等の他のエネルギービームを用いた映像
システムに使うことができる。たとえばディジタル・ビ
ーム形成フエズド・アレー・レーダーシステムは現在普
通に用いられている比較的複雑なフーリエ変換法のかわ
りに本発明の位相回転法を用いることができる。
本発明の真の趣旨と範囲に入るこのようなすべての変形
および変更は特許請求の範囲に包含されるものである。
および変更は特許請求の範囲に包含されるものである。
第１図は励起エネルギービームと受信エネルギービーム
を発生するためのフェーズド・アレーならびに複数チャ
ネルのフロントエンド手段を示す映像システムの概略図
である。第２図は各チャネルのフロントエンド手段の一
部を形成する電子回路の概略ブロック図である。 （主な符号の説明） １０・・・映像システム １１・・・フェーズド・アレー １１ｐ・・・アレー表面に垂直な線 １２・・・媒体 １４・・・フロントエンド電子手段 ２６・・・ディジタル復調手段 ２８ａ、２８ｂ・・・位相補正手段 １０ｔ・・・送信ビーム １０ｒｌ、１０ｒ２−受信ビーム Ｘｌ乃至Ｘｎ・・・変換器。
を発生するためのフェーズド・アレーならびに複数チャ
ネルのフロントエンド手段を示す映像システムの概略図
である。第２図は各チャネルのフロントエンド手段の一
部を形成する電子回路の概略ブロック図である。 （主な符号の説明） １０・・・映像システム １１・・・フェーズド・アレー １１ｐ・・・アレー表面に垂直な線 １２・・・媒体 １４・・・フロントエンド電子手段 ２６・・・ディジタル復調手段 ２８ａ、２８ｂ・・・位相補正手段 １０ｔ・・・送信ビーム １０ｒｌ、１０ｒ２−受信ビーム Ｘｌ乃至Ｘｎ・・・変換器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、単一励起事象に応答して、媒体から複数Ｍ個の異な
る帰還信号をそれぞれ異なるビームから実質的に同時に
得るための方法であって、 （ａ）複数Ｍ個のビームの各々を中心ビームから小さい
角度変位でほぼ等しく離隔するように割当て、 （ｂ）中心ビームに沿って集束された単一のエネルギー
ビームで媒体を励起し、 （ｃ）中心ビームに応答した帰還信号を受信し、 （ｄ）上記複数Ｍ個の異なるビームの各々に対して受信
帰還信号の位相を所定量Δφだけ独立に回転させて、該
帰還信号の見かけの原点を上記の離隔したビームのうち
の対応するビームに沿った位置に変位させる各段階を含
むことを特徴とする方法。 ２、前記段階（ｄ）が、少なくとも予め選定された変位
角Δθに応じて位相回転量Δφの大きさを定めることを
含んでいる、請求項１記載の方法。 ３、信号の送信と受信のためにフェーズド・アレー・セ
クタ・スキャナが用いられ、Ｓ度のセクタ走査範囲にわ
たって合計Ｂ個のビームが発生される場合において、前
記段階（ｄ）が変位角Δθの大きさを（Ｓ／Ｂ）度にほ
ぼ等しくなるように選定することを含んでいる、請求項
２記載の方法。 ４、Ｓ＝９０°、Ｂ＝１２８、Ｍ＝２かつ Δθ＝０．７０°である、請求項３記載の方法。 ５、ｋ＝１、２、・・・、Ｍ／２として、Ｍ個のビーム
の各々が中心ビームから異なる変位角θ＿ｄ＝±（２ｋ
−１）×（Δθ／２）だけ離隔している、請求項２記載
の方法。 ６、Ｍ＝２であり、前記段階（ｄ）が帰還信号の位相を
それぞれ＋（Δφ／２）°および−（Δφ／２）°だけ
回転させて２つの離隔した位置の第１の位置および第２
の位置からの受信信号をそれぞれ求めることを含む、請
求項２記載の方法。 ７、励起ビームが変換器アレーによって送信される場合
において、前記段階（ｂ）が該アレーに対する垂線に対
して角度θ＿０をなす位置に励起ビームを集束させるこ
とを含み、前記段階（ｄ）が角度θ＿０の大きさに応じ
て位相回転量Δφの大きさを定めることを含む、請求項
２記載の方法。 ８、複数Ｎ個の変換器で前記アレーが形成されている場
合、前記段階（ｄ）が各変換器に対応する１つのチャネ
ルに対して、その変換器のアレー中心からのオフセット
距離ｘに応じて相異なる値の位相回転量の大きさを定め
ることを含む、請求項７記載の方法。 ９、前記段階（ｄ）がまたアレー中心からの中心位置の
距離Ｒに応じて位相回転量Δφの大きさを定めることを
含む、請求項８記載の方法。 １０、位相回転量Δφの値が次式、 Δφ≒（π／λ）［−ｘ×（ｃｏｓθ＿０）×（Δθ）
−（ｘ＾２Ｒ）×（ｓｉｎθ＿０）×Δθ］ で与えられる、請求項９記載の方法。 １１、単位時間内に合計Ｂ個の異なるビーム位置の各ビ
ーム位置の励起数を増大するための方法であって、 （ａ）Ｍを１より大きい整数として、前記単位時間を複
数Ｍ個の循環的に反復する逐次的なフレーム時間に分割
し、 （ｂ）合計Ｂ個の独立したビーム方向のうちから、中心
ビーム方向から小さな角度変位で実質的に等しく離隔し
た複数Ｍ個の異なるビームをそれぞれ選択し、 （ｃ）中心方向に集束された単一のエネルギービームで
媒体を励起し、 （ｄ）各々が複数Ｍ個の異なる方向のうちの対応する１
つの方向から反射されたエネルギーに応答し、かつすべ
てが前記段階（ｃ）の１つのビームに応答して複数Ｍ個
の異なる受信信号を発生し、 （ｅ）前記合計Ｂ個の独立したビーム方向の中でそれぞ
れ他の複数Ｍ個のビームよりなる残りの（Ｂ／Ｍ）−１
個の異なる組の各々に対して前記段階（ｂ）乃至（ｄ）
を反復し、（ｆ）その単位時間内の（Ｍ−１）個のフー
ム時間の各々に対して前記段階（ｂ）乃至（ｅ）を反復
する各段階を含むことを特徴とする方法。 １２、前記段階（ｆ）が同じ励起ビームの反復毎に同じ
Ｍ個の位置を使うことを含む、請求項１１記載の方法。 １３、少なくとも１つの選択された媒体位置から、同じ
単位時間のすべてのＭ個のフレーム時間に得られた受信
信号を平均化する段階を含んでいる請求項１１記載の方
法。 １４、各単位時間にほぼすべての媒体位置の各々から平
均化した受信信号を得る段階を含んでいる請求項１３記
載の方法。 １５、前記段階（ｆ）がドップラー処理と血流映像の少
なくとも１つのためにＭ個のフレーム時間のすべてを使
うことを含む、請求項１１記載の方法。 １６、単一励起事象による中心位置からの単一のＲＦ帰
還信号に応答して、すべてが中心位置からほぼ等しく離
隔した異なるビーム方向から対応する複数Ｍ個の異なる
帰還信号を実質的に同時に得るための装置であって、 ＲＦ帰還信号をベースバンド信号に変換する変換手段、
および ベースバンド信号のＭ個の相似物の各々の位相を所定量
Δφだけ独立に回転させて、位相回転したベースバンド
信号の各々の見かけの原点を、離隔した独立のビーム方
向のうちの対応する１つの方向に変位させる位相回転手
段、を含むことを特徴とする装置。 １７、Ｍ＝２であり、この場合、１対の同じベースバン
ド信号が上記位相回転手段に与えられ、上記位相回転手
段が、第１のベースバンド信号の位相を＋Δφだけ回転
させて第１の媒体位置から受信した信号に対応する第１
の出力信号を送出する手段、および第２のベースバンド
信号の位相を−Δφだけ回転させて第２の媒体位置から
受信した信号に対応する第２の出力信号を送出する手段
を含んでいる、請求項１６記載の装置。 １８、ｋ＝１、２、・・・、Ｍ／２として、複数Ｍ個の
ビーム方向がすべて角度θ＿ｄ＝±（２ｋ−１）×Δθ
に比例したほぼ等しい変位角で中心位置から離隔してお
り、上記位相回転手段の位相回転量が角度Δθの大きさ
に応じて定められる、請求項１６記載の装置。 １９、励起事象により、発信変換器アレーの表面に対す
る垂線から角度θ＿０でエネルギービームが送信され、
上記位相回転手段の位相回転量がまた角度θ＿０の大き
さに応じて定められる、請求項１８記載の装置。 ２０、上記アレーが複数Ｎ個の交換器で構成され、各変
換器はアレーの中心から異なる距離ｘの所に配置されて
いて、各変換器にはそれに対応したチャネル信号手段が
設けられており、このＮ個のチャネル信号手段は同じＮ
個の変換手段および同じＮ個の位相回転手段をそれぞれ
１つずつ含み、各チャネルの信号手段の中の位相回転手
段による位相回転量がそのチャネルに関連する変換器の
オフセット距離の大きさに応じて定められる、請求項１
９記載の装置。 ２１、上記中心位置が上記アレーから距離Ｒのところに
あり、上記位相回転手段が Δφ≒（π／λ）［（−ｘ）×（ｃｏｓθ＿０）×Δθ
−（Ｘ＾２／Ｒ）×（ｓｉｎθ＿０）×（ｃｏｓθ＿０
）×Δθ］ で与えられる値の位相回転量Δφを加える、請求項２０
記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/135,198 US4886069A (en) | 1987-12-21 | 1987-12-21 | Method of, and apparatus for, obtaining a plurality of different return energy imaging beams responsive to a single excitation event |
| US135,198 | 1987-12-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH024355A true JPH024355A (ja) | 1990-01-09 |
| JP2933631B2 JP2933631B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=22466977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63320800A Expired - Lifetime JP2933631B2 (ja) | 1987-12-21 | 1988-12-21 | 帰還信号獲得装置及び超音波ビーム位置の励起数を増大させる装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4886069A (ja) |
| JP (1) | JP2933631B2 (ja) |
| DE (1) | DE3842582A1 (ja) |
| NL (1) | NL8803109A (ja) |
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