JPH0515532A - ソフトウエア処理による整相加算器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波の受波ビームフォーミング装置におい
て、高速ＡＤ変換器等の高価なハードウェア機器を使用
しなくとも、十分に位相の整合した良質の画像を実時間
で得ることができるソフトウェア処理による整相加算器
を得ること。 【構成】 超音波プローブ１０内の各検出素子からそれ
ぞれ標本化データを得る標本化データ取得手段と、ビー
ム走査の各音線毎に設けられたデジタル信号処理手段１
０１〜１６４と、ビーム走査に同期して各デジタル信号
処理手段に標本化データを分配するデジタルマルチプレ
クサとを備え、前記各デジタル信号処理手段は標本化デ
ータメモリ５１と、ＤＳＰ５２と、プログラムメモリ５
３と、イメージデータメモリ５４とを含み、供給される
標本化データに対してソフトウェアにより整相加算演算
処理を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波診断装置等で受波
ビームフォーミングを行なうソフトウェア処理による整
相加算器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来超音波診断装置等で使用しているデ
ジタル式ビームフォーミング装置としては、アナログ信
号用可変遅延回路とアナログ信号用加算器とをそのまま
デジタル回路に置換したものが多かった。図５は従来の
デジタル式受波ビームフォーミング装置のブロック構成
図であり、図において、１０はｎ個（例えば６４，１２
８，２５６個等）の送受波用振動子をアレイ配列した超
音波プローブである。２はプリアンプ（以下ＰＡとい
う）ユニットであり、前記超音波プローブ１０内の＃１
〜＃ｎ振動子にそれぞれ対応する＃１〜＃ｎＰＡを含
む。各ＰＡは対応する振動子からの受波信号をそれぞれ
個別に信号増幅して出力する。３はアナログ・デジタル
変換器（以下ＡＤＣという）ユニットであり、前記＃１
〜＃ｎＰＡにそれぞれ対応する＃１〜＃ｎＡＤＣを含
む。各ＡＤＣは外部から供給される標本化クロック信号
に基づき、入力アナログ信号を逐次デジタルデータに変
換して出力する。即ち各ＡＤＣは標本化周期毎にそれぞ
れ量子化された標本化データを出力する。

【０００３】図５の５はデジタル可変遅延ユニットであ
り、前記＃１〜＃ｎＡＤＣにそれぞれ対応する＃１〜＃
ｎデジタル可変遅延素子を含む。ここでデジタル可変遅
延素子としては例えばシフトレジスタまたはランダムア
クセスメモリ（以下ＲＡＭという）等が使用できる。シ
フトレジスタの場合には、外部から各シフトレジスタに
それぞれ供給される遅延制御信号が入力するデータをシ
フトクロック信号（前記標本化クロック信号と同一信号
としてよい）で何回シフトしたら出力させるかを制御す
るので、入力データをシフトクロック周期の任意の整数
倍だけ遅延させたタイミングに標本化データを出力させ
ることになる。またＲＡＭの場合には、各ＡＤＣから標
本化周期毎に逐次出力される標本化データをそれぞれ対
応するＲＡＭに順次書込んでおき、各ＲＡＭについてど
のタイミングに書込まれたデータを読出して出力するか
を個別に制御すれば、各ＲＡＭから読出されたデータ相
互間の遅延時間がそれぞれ制御されたことになる。６は
デジタル加算器であり、デジタル可変遅延ユニット５に
よりそれぞれ遅延時間が制御されて出力される複数のデ
ータの加算を行なう。デジタル加算器６は例えば、前段
がシフトレジスタかまたはＲＡＭかにより、同時に多数
のデータを加算するか、または２つのデータの加算を繰
返して全部のデータの総和を算出する等の構成とする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来のデジタル式ビームフォーミング装置では、そ
の信号処理をほとんどハードウェア機器により行ってい
るため、装置が大規模となり高価格になるという問題点
があった。特にビーム形成結果として良質の画像を得る
ためには、各検出チャネル毎に設けたデジタル可変遅延
素子の遅延時間の分解能を良くする必要があり、その結
果標本化データを得るためのＡＤ変換器の高速化が要求
されることになる。例えば５０〜１００ＭＨｚ程度の速
度で標本化データの得られる高速ＡＤ変換器を用いたと
すると、装置が高価となり過ぎて市場で販売することが
困難であるという問題点があった。

【０００５】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたもので、超音波診断装置で受波ビームフォーミン
グを行なう場合に、高速ＡＤ変換器等の高価のハードウ
ェア機器を使用しなくとも、各検出チャネル毎に得られ
るエコー信号に与える遅延時間の分解能を向上させ、十
分に位相の整合したデータの加算により良質の画像を実
時間で得ることができるソフトウェア処理による整相加
算器を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
ソフトウェア処理による整相加算器は、超音波診断装置
で受波ビームフォーミングを行なう整相加算器におい
て、超音波プローブ内の各検出素子から得られるそれぞ
れの受信信号を所定の標本化周期毎に量子化して標本化
データを得る標本化データ取得手段と、超音波送受波ビ
ームの走査による各音線に対応してそれぞれ設けられた
デジタル信号処理手段と、前記超音波送受波ビームの走
査に同期して前記各音線に対応してそれぞれ設けられデ
ジタル信号処理手段を順次選択し、該選択されたデジタ
ル信号処理手段に前記標本化データ取得手段により得ら
れた標本化データを供給するデジタルマルチプレクサと
を備え、且つ前記各デジタル信号処理手段は、前記デジ
タルマルチプレクサから供給される自己の担当音線につ
いての標本化データを格納する標本化デターメモリと、
前記担当音線についての整相加算の演算プログラムを記
憶するプログラムメモリと、前記プログラムメモリに記
憶された整相加算の演算プログラムに基づき前記標本化
データメモリに格納された標本化データをソフトウェア
処理して前記担当音線についての整相加算結果のデータ
を得るデジタル信号プロセッサと、前記デジタル信号プ
ロセッサがソフトウェア処理した整相加算結果のデータ
を一時記憶するイメージデータメモリとを含むものであ
る。

【０００７】本発明の請求項２に係るソフトウェア処理
による整相加算器は、超音波診断装置で受波ビームフォ
ーミングを行なう整相加算器において、超音波プローブ
内の各検出素子から得られるそれぞれの受信信号を所定
の標本化周期毎に量子化して標本化データを得る標本化
データ取得手段と、超音波送受波ビームの走査による各
音線のそれぞれ隣合う複数の音線を１単位の音線群と
し、該１単位の音線群に対応してそれぞれ設けられたデ
ジタル信号処理手段と、前記超音波送受波ビームの走査
に同期して前記１単位の音線群に対応してそれぞれ設け
られデジタル信号処理手段を順次選択し、該選択された
デジタル信号処理手段に前記標本化データ取得手段によ
り得られた標本化データを供給するデジタルマルチプレ
クサを備え、且つ前記各デジタル信号処理手段は、前記
デジタルマルチプレクサから供給される自己の担当する
１単位の音線群についての標本化データを格納する標本
化デターメモリと、前記担当する１単位の音線群につい
ての整相加算の演算プログラムを記憶するプログラムメ
モリと、前記プログラムメモリに記憶された整相加算の
演算プログラムに基づき前記標本化データメモリに格納
された標本化データをソフトウェア処理して前記担当す
る１単位の音線群についての整相加算結果のデータを得
るデジタル信号プロセッサと、前記デジタル信号プロセ
ッサがソフトウェア処理した整相加算結果のデータを一
時記憶するイメージデータメモリとを含むものである。

【０００８】本発明の請求項３に係るソフトウェア処理
による整相加算器は、前記請求項２に係るソフトウェア
処理による整相加算器において、前記超音波プローブ内
の各検出素子から得られる受信信号を周波数変換した中
間周波数またはベースバンドの低周波信号を所定の標本
化周期毎に量子化して標本化データを得る標本化データ
取得手段を備えたものである。

【０００９】本発明の請求項４に係るソフトウェア処理
による整相加算器は、前記請求項２または請求項３に係
るソフトウェア処理による整相加算器において、前記各
デジタル信号処理手段は、前記デジタルマルチプレクサ
から供給される自己の担当する１単位の音線群について
の標本化データを格納する際に、標本化データと共にそ
の音線番号または方位角等のデータ識別情報を格納する
標本化データメモリを含むものである。

【００１０】

【作用】本請求項１の発明においては、超音波診断装置
で受波ビームフォーミングを行なう整相加算器におい
て、標本化データ取得手段は超音波プローブ内の各検出
素子から得られるそれぞれの受信信号を所定の標本化周
期毎に量子化して標本化データを得る。デジタル信号処
理手段は超音波送受波ビームの走査による各音線に対応
してそれぞれ設けられる。デジタルマルチプレクサは前
記超音波送受波ビームの走査に同期して前記各音線に対
応してそれぞれ設けられデジタル信号処理手段を順次選
択し、該選択されたデジタル信号処理手段に前記標本化
データ取得手段により得られた標本化データを供給す
る。また前記各デジタル信号処理手段は標本化データメ
モリ、プログラムメモリ、デジタル信号プロセッサ及び
イメージデータメモリを含み、前記標本化データメモリ
は前記デジタルマルチプレクサから供給される自己の担
当音線についての標本化データを格納する。前記プログ
ラムメモリは前記担当音線についての整相加算の演算プ
ログラムを記憶し、前記デジタル信号プロセッサは前記
プログラムメモリに記憶された整相加算の演算プログラ
ムに基づき前記標本化データメモリに格納された標本化
データをソフトウェア処理して前記担当音線についての
整相加算結果のデータを得る。イメージデータメモリは
前記デジタル信号プロセッサがソフトウェア処理した整
相加算結果のデータを一時記憶する。

【００１１】本請求項２の発明においては、超音波診断
装置で受波ビームフォーミングを行なう整相加算器にお
いて、標本化データ取得手段は超音波プローブ内の各検
出素子から得られるそれぞれの受信信号を所定の標本化
周期毎に量子化して標本化データを得る。そして超音波
送受波ビームの走査による各音線のそれぞれ隣合う複数
の音線を１単位の音線群とし、該１単位の音線群に対応
してそれぞれデジタル信号処理手段が設けられる。デジ
タルマルチプレクサは前記超音波送受波ビームの走査に
同期して前記１単位の音線群に対応してそれぞれ設けら
れデジタル信号処理手段を順次選択し、該選択されたデ
ジタル信号処理手段に前記標本化データ取得手段により
得られた標本化データを供給する。また前記各デジタル
信号処理手段は標本化データメモリ、プログラムメモ
リ、デジタル信号プロセッサ及びイメージデータメモリ
を含み、前記標本化データメモリは前記デジタルマルチ
プレクサから供給される自己の担当する１単位の音線群
についての標本化データを格納する。前記プログラムメ
モリは前記担当する１単位の音線群についての整相加算
の演算プログラムを記憶し、前記デジタル信号プロセッ
サは前記プログラムメモリに記憶された整相加算の演算
プログラムに基づき前記標本化データメモリに格納され
た標本化データをソフトウェア処理して前記担当する１
単位の音線群についての整相加算結果のデータを得る。
イメージデータメモリは前記デジタル信号プロセッサが
ソフトウェア処理した整相加算結果のデータを一時記憶
する。

【００１２】本請求項３の発明においては、前記請求項
２の発明における標本化データ取得手段が前記超音波プ
ローブ内の各検出素子から得られる受信信号を周波数変
換した中間周波数またはベースバンドの低周波信号を所
定の標本化周期毎に量子化して標本化データを得る。

【００１３】本請求項４の発明においては、前記請求項
２または請求項３の発明における前記各デジタル信号処
理手段に含まれる標本化データメモリが、前記デジタル
マルチプレクサから供給される自己の担当する１単位の
音線群についての標本化データを格納する際に、標本化
データと共にその音線番号または方位角等のデータ識別
情報を格納する。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示すデジタル式受
波ビームフォーミング装置のブロック構成図である。同
図において、１０はこの例では６４個の送受波用振動子
をアレイ配列した超音波プローブである。２０は送受信
部であり、内部にＰＡユニット２、ＡＤＣユニット３、
ドライバユニット４及び標本化クロック信号発生器（図
２に図示せず）等を含む。

【００１５】図２は図１の送受信部の主要構成ブロック
図であり、図において、ＰＡユニット２及びＡＤＣユニ
ット３は図５と同一のものである。ドライバユニット４
は送波ビームフォーマ３０から供給される６４チャネル
分の送信信号をそれぞれ電力増幅して対応する振動子を
個別に駆動する６４個のドライバを含んでいる。この例
においては＃１〜＃６４ドライバがそれぞれ駆動する超
音波送信周波数を５ＭＨｚとし、ナイキストのサンプリ
ング理論と、汎用ＡＤＣの応答速度を考慮して、各ＡＤ
Ｃに供給する標本化クロック信号の周波数は２０ＭＨｚ
とする。また各ＡＤＣにより逐次量子化される標本化デ
ータは８ビットのデータとする。

【００１６】図１の３０は送波ビームフォーマであり、
送波トリガー信号から前記ドライバユニット４へ出力す
る６４チャネル分の送信信号のそれぞれのタイミングを
制御して、超音波ビーム走査において指定された音線の
方位及び距離に送波ビームの集束を行なわせるものであ
る。

【００１７】４０はデジタルマルチプレクサ（またはデ
ータ分配器）である。この例においては、超音波の送受
波ビームの走査は＃１音線から番号順に＃６４音線まで
の６４本の音線の繰返し巡回走査とする。デジタルマル
チプレクサ４０は前記超音波送受波ビームの走査に同期
して前記各音線に対応してそれぞれ設けられた６４個の
デジタル信号処理部を順次選択し、この選択されたデジ
タル信号処理部に送受信部２０から逐次出力される６４
チャネル分の標本化データを供給するものである。即ち
前記超音波ビームの巡回走査に同期して、送受信部２０
から出力される標本化データを＃１デジタル信号処理部
１０１から順番に＃６４デジタル信号処理部１６４まで
分配し、走査が一巡すると、再び＃１デジタル信号処理
部１０１に戻って標本化データの分配を繰返すものであ
る。

【００１８】図１の１０１〜１６４はそれぞれ＃１〜＃
６４デジタル信号処理部であり、この例では超音波の送
受波ビームの走査による音線が６４本あるとしたので、
前記６４本の各音線に対応してそれぞれ同一構成のデジ
タル信号処理部が１個ずつ設けられている。そして送受
波ビームが＃１音線を走査するときには、デジタルマル
チプレクサ４０から６４チャネル分の標本化データが＃
１デジタル信号処理部１０１に供給され、＃２音線を走
査するときには、デジタルマルチプレクサ４０から前記
標本化データは＃２デジタル信号処理部１０２に供給さ
れる。このようにして各デジタル信号処理部には、自己
の担当する１つの音線についての全チャネルの標本化デ
ータが供給されることになる。

【００１９】図３は図１のデジタル信号処理部の構成ブ
ロック図であり、図において５１は標本化データメモリ
である。各デジタル信号処理部は自己の担当する音線の
走査期間中に、デジタルマルチプレクサ４０から標本化
周期（前記サンプリングレートを２０ＭＨｚとした場合
には、５０ｎsec ）毎に供給される６４チャネル分の標
本化データ（前記各チャネルの１データは８ビットのデ
ータである）を標本化データメモリ５１に逐次格納させ
る。従って標本化データメモリ５１はＲＡＭにより構成
することができる。またこの例では格納する標本化デー
タは送信周波数の５ＭＨｚを中心とするＲＦエコーデー
タである。（しかし標本化データはＲＦエコーデータの
代りに周波数のダウンコンバートされたＩＦ（中間周波
数）エコーデータやベースバンドデータとしてもよい。
この場合の実施例について後述する。）

【００２０】図３の５２はデジタルシグナルプロセッサ
（以下ＤＳＰという）、またはマイクロプロセッサ（以
下ＣＰＵという）であり、あらかじめ記憶された信号処
理プログラムに従い高速で整相加算の演算を行なうＬＳ
Ｉ素子である。またこのＤＳＰは後述する所定時間内に
前記整相加算の演算を可能とする専用ＤＳＰのＬＳＩ，
汎用ＤＳＰのＬＳＩ、複数のＣＰＵ用ＬＳＩ、もしくは
ＣＰＵのＬＳＩと拡張数値プロセッサＬＳＩとの組合せ
等のいずれにより構成されるものでもよい。

【００２１】５３はプログラムメモリであり、ＤＳＰ５
２が実行する整相加算の信号処理プログラムを記憶する
メモリである。従ってプログラムメモリ５３は例えばリ
ードオンリメモリ（以下ＲＯＭという）により構成する
ことができる。５４はイメージデータメモリでありＤＳ
Ｐ５２が実行した整相加算の演算結果のイメージデータ
を一時記憶するメモリである。従ってイメージデータメ
モリ５４は例えばｄｕａｌ ｐｏｒｔ付ＲＡＭ等により
構成することができる。

【００２２】図１の６０はレベル圧縮及び検波部であ
り、送受波ビームの走査に従い各音線に対応するデジタ
ル信号処理部から順次出力される各音線毎のデータを、
例えば対数圧縮によりレベルを圧縮し、この圧縮後のデ
ータを検波して、この検波されたビデオデータを出力す
るものである。７０はデジタルスキャンコンバータ（以
下ＤＳＣという）であり、レベル圧縮及び検波部から出
力される各音線毎のビデオデータを表示器の１画面分記
憶し、これを走査変換して表示部８０に供給する。従っ
てＤＳＣ７０は少くとも表示部８０の１画面分のフレー
ムメモリを有するＲＡＭ及び走査変換回路等により構成
される。８０は表示部であり、例えばカラーまたはモノ
クロＣＲＴ表示器等により構成される。

【００２３】最初に、受波ビームフォーミングを行なう
ための整相加算の信号処理について説明する。整相加算
を広義に解釈すると、開口合成的手法（Ｓｙｎｔｈｅｔ
ｉｃＡｐｅｒｔｕｒｅ）も含めてコンボリューシヨン演
算の一種ということになる。またＸ線ＣＴのビーム走査
における信号処理ではフィルタードコンボリューション
が採用されているが、超音波のビームフォーミングにも
これが適用される。この信号処理をリコンストラクショ
ン（合成処理）と呼んでもよいし、ホログラムを解析し
てイメージ信号を得るといってもよい。この場合のプリ
（前置）フィルタは、ダイナミックアパーチュア（重付
け係数の時間による変更）の場合や、波形歪の等化器
（イコライザ）の場合や、またはダイナミックフィルタ
（周波数特性の付与）の場合等がある。また分散圧縮方
式を採用する場合には、その圧縮側のマッチドフィルタ
とすることもできる。いずれにしろ各検出素子から標本
化周期毎にそれぞれ得られる標本化データにどのような
重付け処理をしてその総和を求めるかという積和演算処
理を行なうことになる。

【００２４】前記整相加算処理を行うに際しては、、ま
ずＰｈａｓｅ Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ Ｃｏｒｒｅｃｔ
ｉｏｎ（以下ＰＡＣという、位相補正即ち整相の意）処
理、ないし古典的表現でのレトロディレクティブアレイ
処理が行われていることが好ましい。前記ＰＡＣ処理を
するには、先ず着信波面の位相の不整成分を検出する必
要があるが、これは前記リコンストラクション処理にお
ける積和演算の行程と並行して次のように行なうことが
できる。即ちあるエコー帰投時刻のリコンストラクショ
ン結果のデータ値（即ち整相加算結果のデータ値）を得
るためには、アパーチュアに含まれるすべての各検出素
子から得られるある時間関係の標本化データに重付け処
理を行ない重付けデータを算出し、これらの重付けデー
タの総和として求めた累積データと個々の重付けデータ
との間、もしくは前記重付けデータ相互の間の位相角に
差があれば、この差がＰｈａｓｅ Ａｂｅｒｒａｔｉｏ
ｎの結果生じた誤差であるとみなしてこれを補正するよ
うにする。

【００２５】図４は本発明の整相加算を説明する模式図
であり、同図は＃１ＣＨ〜＃６４ＣＨまでの各受信チャ
ネルから標本化時刻ｔ₁ ，ｔ₂ ……毎に量子化されて得
られた標本化データが白丸で示される。ここで各標本化
時刻毎のエコーの標本化データは、既に復調されたベー
スバンドの複素データ（実数部と虚数部とを有する複素
数のデータ）であるとする。この場合図の実線の円弧で
示されるサミングアップラインが指定波面、即ちある瞬
間に実行すべきコンボリューションのカーネル（Ｋｅｒ
ｎｅｌ，１つの解）を与える。そしてこの指定波面上の
黒地の正方形が重付けデータとして示され、整相処理後
の重付けデータをサミングアップラインに沿って集計し
た累積データが整相加算結果のデータ（複素データ）と
なる。前記整相加算処理は、例えば１２８点の複素ＦＩ
Ｒ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓ
ｅ，有限インパルス応答）フィルタ処理と等価な処理で
ある。そしてこのＦＩＲフィルタ処理と並行して前記Ｐ
ＡＣ処理（整相処理）を行なう手法を説明する。

【００２６】図４に示される各チャネル毎の重付けデー
タは、指定波面上の黒地の正方形をはさんで時間軸上で
隣合う白丸で示される２つの標本化データからその距離
の比（即ち時間の比）に応じた重付け（スカラー積）演
算を行なうことにより得られる。このようにして得られ
た各チャネル毎の重付けデータ（複素データである）相
互の間の位相角、またはこれらの重付けデータの総和と
して求めた累積データと個々の重付けデータとの間の位
相角に差があれば、Ｐｈａｓｅ Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ
があったか、または不要な干渉成分があったことにな
る。この位相角の差を各チャネル（即ち各検出素子）毎
に適当な距離分だけ平均化した平均値を作り、この平均
値に基づき個々の重付けデータの位相角を補正する処理
がＰＡＣ処理である。

【００２７】前記ＰＡＣ処理は前記ＦＩＲフィルタ相当
の処理を実行中に、プログラムフローの途中の寄り道的
処理として実行することができ、これが最も有効な処理
法である。また前記ＰＡＣ処理のために必要な位相補正
の作業とは、具体的には標本化データを成す複素数値の
絶対値はかえないでその偏角（つまり位相）のみを変化
させる作業に該当し、従ってθを補正量として次の様な
回転演算のための係数を乗ずる作業である。

【数１】

【００２８】別の処理方法として、サミングアップライ
ンの方をＰｈａｓｅ Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎに合わせて
歪ませるという手法も考えることができる。しかしこの
手法も結局、データの重付け加算、即ち積和演算の一種
であり本質的な差ではない。但しプログラムとして表現
されたときに、その処理手順の順序や、意味付け、命名
法等が多少異なるのみである。これはソフトウェアによ
る整相加算処理を正しく、広義に解釈することにより、
上記いずれの処理方法も含まれることが理解できる。即
ちデジタルないし標本化時系列信号の処理においては、
標本化データがＲＦエコーデータ、ＩＦエコーデータ、
またはベースバンドデータのいずれでもよい。例えばＲ
Ｆエコーデータの場合には、時間軸上でサミングアップ
ラインの直前の２つの標本化データと直後の２つの標本
化データ、即ち４つの標本化データからサミングアップ
ライン位置における重付けデータ（実数データ及び虚数
データ）を得るようにすれば、ベースバンドエコーの場
合と等価の処理になる。

【００２９】超音波の送受波ビームの走査による各音線
毎に設けられた各デジタル信号処理部は、内部のプログ
ラムメモリ５３に前記詳細に説明した整相加算の演算プ
ログラムを記憶している。そして各ＤＳＰ５２はこのプ
ログラムメモリ５３に記憶された演算処理プログラムに
従い、自己の担当する音線についての整相加算演算をソ
フトウェア処理により所定時間内に実行する。例えば＃
１デジタル信号処理部１０１は、超音波の送受波ビーム
が＃１音線上にある期間中には標本化周期毎に６４チャ
ネル分の標本化データを標本化データメモリ５１に順次
格納し、ビーム走査が＃２音線から＃６４音線まで移り
再び＃１音線に戻ってくるまでの期間中に、即ち実時間
の６４倍の時間内に整相加算演算処理を行ない、その処
理結果のイメージデータをイメージデータメモリ５４に
格納すればよいことになる。

【００３０】いまエコーのサンプリングレートを２０Ｍ
Ｈｚ、即ち標本化周期を５０ｎsecとすると、この時間
は通常のＤＳＰの１命令サイクルタイムの上限に近い値
であるが、１つの標本化データがＤＳＰ５２の１命令で
処理可能と考えてよい。また標本化データがＲＦエコー
データの場合に１音線の整相加算に要する処理命令の数
は、プローブのエレメント数と時間軸上の標本化デター
数との積の回数となる。従ってこの例における６４エレ
メントのフェーズドアレイの場合、実時間の６４倍の時
間があればＤＳＰ５２がプログラム処理により１音線の
受波整相加算処理を完了させることができる。

【００３１】図１の例においては、デジタル信号処理部
を６４個の各音線毎に設けるようにしたので、各デジタ
ル信号処理部はビーム走査が一巡するまでの間に自己の
担当する音線についての受波整相加算処理を完了させる
ことができ、装置全体としてはビーム走査のすべての音
線についての処理を実時間で行なうことが可能となる。
この各音線毎に整相加算処理されたデータが各デジタル
信号処理部内のイメージデータメモリ５４から読出さ
れ、この読出されたデータがＲＦエコーデータの場合に
は、レベル圧縮及び検波部６０で圧縮検波された後に、
ＤＳＣ部７０に供給される。またイメージデータメモリ
５４から読出されたデータがベースバンドデータの場合
には、直接ＤＳＣ部７０に供給される。ＤＳＣ部７０は
表示器１画面分のデータを記憶し、これを走査変換して
表示部８０により表示させる。これらの動作は従来装置
と同一のため詳細説明は省略する。

【００３２】図１の実施例においては、１つの音線、即
１単位の送受波ビームについてのエコーデータは１つの
デジタル信号処理部または１つのＤＳＰにより処理され
る例を示したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。例えばＤＳＰ５２のデータ処理能力に余裕が無い場
合には、１単位の信号処理系にＤＳＰが複数存在し、１
音線のＲＦエコーの時系列データを多少重複さるように
複数区間に分割して、この分割された区間毎に個別のＤ
ＳＰが処理するようにしてもよい。

【００３３】ここで本発明の別の実施例ついて説明す
る。これは各デジタル信号処理部またはＤＳＰ５２のデ
ータ処理能力に余裕を持たせることにより、２本以上の
複数の音線についてのエコーデータを１つのデジタル信
号処理部により処理して、複数の音線についての整相加
算結果のデータが得られるようなシステム構成とするこ
とである。この場合デジタル信号処理部の数が減少する
ことにより装置のコストが低減される効果がある。また
必ずしも１つのデジタル信号処理部（または１つのＤＳ
Ｐ）により２本または３本の音線のデータを処理する代
りに、例えば協調する２つまたは３つのデジタル信号処
理部により５本または７本の音線のデータを処理するよ
うにしても、システム全体としてデジタル信号処理部の
数の低減効果はあることになる。

【００３４】このように複数の音線についてのエコーデ
ータを１つのデジタル信号処理部により処理する場合に
は、お互に隣合う２本以上の音線をまとめて１単位の音
線群として、この１単位の音線群のエコーデータを１つ
のメモリ領域に記憶し、１つのＤＳＰで処理するのが好
ましい。その理由は方位角が隣合っている音線の方が、
離れた方位角の音線の場合よりも整相加算の処理が似て
いるので、プログラムに共通部分が生じ同一の処理プロ
グラムを共用することができる点の利点があるからであ
る。

【００３５】勿論ビーム走査の各音線毎に合成すべき方
位角が異なり、またダイナミックフォーカス、ダイナミ
ックアパーチュア及びスライデイングフイルタ等も各音
線毎に行なう必要があるので、デジタル信号処理部内の
プログラムメモリ５３に格納される引用変数は音線によ
り変ってくる。具体的には標本化データメモリ５１内に
標本化データを格納する物理的アドレスが、超音波プロ
ーブ１０内の各エレメント番号とエコーの帰投時刻とを
表わしているので、このアドレスの引用変数が音線番号
や方位角等により変わってくる。しかし音線番号が決ま
ると、これらの引用変数を決めることができるので、標
本化データと共にその音線番号または方位角等の必要情
報を併記して標本化デターメモリ５１に記憶するように
すれば、ＤＳＰ５２は上記必要情報を参照して走行前に
引用変数を決めて信号処理を開始することができる。

【００３６】さらに複数の音線についてのエコーデータ
を１つのデジタル信号処理部により処理する場合には、
処理プログラムの共用のみならずエコーデータを共用し
て処理を行なうことができる。これはビームフォーミン
グの一手法であるマルチビームフォーミングと呼ばれた
ものに相当する。即ち１つのフェーズトアレイを複数の
サブアレイに分割し、サブアレイ毎にリコンストラクシ
ョンの処理を行ない、その後サブアレイの合成結果に位
相や遅延時間の分布処理を行って多様に合成し最終結果
を得る方法である。

【００３７】次に各デジタル信号処理部またはＤＳＰ５
２のデータ処理能力に余裕を持たせる具体的な方法を説
明する。図１の実施例においは、各デジタル信号処理部
内の標本化データメモリ５１に格納するデータは、超音
波プローブ１０内の各検出素子から得られるそれぞれの
受信信号を高速のサンプリングレート（前例では２０Ｍ
Ｈｚ）により量子化したＲＦエコーデータを格納した例
を示した。この場合データのサンプル数が多いのでＤＳ
Ｐの処理能力の関係から１本の音線のデータは１つのＤ
ＳＰにより処理するようにした。しかし前記ＲＦエコー
データの代わりに、ＲＦ信号の周波数をダウンコンバー
トしたＩＦ（中間周波数）エコーデータやベースバンド
データを格納するようにすれば、サンプリングレートを
ＲＦエコーデータの場合の１／２〜１／４程度に低下さ
せ、必然的に標本化データ数を同程度に減少させること
ができる。このように演算を要するデータ数の減少によ
り、演算処理時間も減少するからＤＳＰの処理能力には
余裕ができる。従って隣合う２本または２本以上の音線
についての標本化データを１つのメモリ領域に格納し、
１つのＤＳＰによりまとめて処理することが具体的に可
能となる。なお、標本化データとしてベースバンドのデ
ータを標本化データメモリ５１に格納する場合には、図
１のレベル圧縮及び検波部６０は送受信部２０内に含ま
れる構成となり、各デジタル信号処理部内のイメージデ
ータメモリ５４の出力が直接ＤＳＣ部７０に供給され
る。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、超音波診
断装置で受波ビームフォーミングを行なう整相加算器に
おいて、超音波送受波ビームの走査による各音線にそれ
ぞれ対応して音線数と等しい数のデジタル信号処理手段
を設け、前記各デジタル信号処理手段はそれぞれ自己の
担当する音線に係る超音波プローブ内の各検出素子から
それぞれ標本化周期毎に得られる標本化データを受理す
ると、これらのデータを一旦標本化データメモリに記憶
後、デジタル信号プロセッサはビーム走査が一巡する時
間内に、プログラムメモリに記憶した演算処理プログラ
ムに基づき、ソフトウェア処理による整相加算演算を行
ない、その演算結果のデータを出力するようにしたの
で、高速ＡＤ変換器等の高価なハードウェア機器を使用
しなくとも十分に位相の整合した良質の画像をソフトウ
ェア処理により実時間で得ることができる効果がある。

【００３９】また本発明によれば、超音波診断装置で受
波ビームフォーミングを行なう整相加算器において、超
音波送受波ビームの走査による各音線のそれぞれ隣合う
複数の音線を１単位の音線群とし、該１単位の音線群に
対応してそれぞれデジタル信号処理手段を設け、前記各
デジタル信号処理手段はそれぞれ自己の担当する１単位
の音線群に係る超音波プローブ内の各検出素子からそれ
ぞれ標本化周期毎に得られる標本化データを受理する
と、これらのデータを一旦標本化データメモリに記憶
後、デジタル信号プロセッサはビーム走査が一巡する時
間内に、プログラムメモリに記憶した演算処理プログラ
ムに基づき、ソフトウェア処理による整相加算演算を行
ない、その演算結果のデータを出力するようにしたの
で、前記良質の画像を実時間で得られると共に、システ
ム全体としてデジタル信号処理手段の数を減少させ装置
のコストを低減できる効果がある。

【００４０】また本発明によれば、前記超音波プローブ
内の各検出素子から得られる受信信号を周波数変換した
中間周波数またはベースバンドの低周波信号を所定の標
本化周期毎に量子化して標本化データを得るようにした
ので、標本化データ数の低減による演算処理時間の短縮
により、前記デジタル信号処理手段の数の減少を容易に
実現できる効果がある。

【００４１】また本発明によれば、前記１単位の音線群
毎に設けられた前記各デジタル信号処理手段は、前記デ
ジタルマルチプレクサから供給される自己の担当する１
単位の音線群についての標本化データを格納する際に、
標本化データと共にその音線番号または方位角等のデー
タ識別情報を格納するようにしたので、各音線について
の整相加算演算プログラムについての共通部分が生じ、
プログラムを格納するメモリ容量を減少させることがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すデジタル式受波ビーム
フォーミング装置のブロック構成図である。

【図２】図１の送受信部の主要構成ブロック図である。

【図３】図１のデジタル信号処理部の構成ブロック図で
ある。

【図４】本発明の整相加算を説明する模式図である。

【図５】従来のデジタル式ビームフォーミング装置の構
成ブロック図である。

【符号の説明】

２ ＰＡユニット ３ ＡＤＣユニット ５ デジタル可変遅延ユニット ６ デジタル加算器 １０ 超音波プローブ ２０ 送受信部 ３０ 送波ビームフォーマ ４０ デジタルマルチプレクサ ５１ 標本化データメモリ ５２ ＤＳＰ ５３ プログラムメモリ ５４ イメージデータメモリ ６０ レベル圧縮及び検波部 ７０ ＤＳＣ部 ８０ 表示部 １０１〜１６４ ＃１〜＃６４デジタル信号処理部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波診断装置で受波ビームフォーミン
   グを行なう整相加算器において、 超音波プローブ内の各検出素子から得られるそれぞれの
   受信信号を所定の標本化周期毎に量子化して標本化デー
   タを得る標本化データ取得手段と、 超音波送受波ビームの走査による各音線に対応してそれ
   ぞれ設けられたデジタル信号処理手段と、 前記超音波送受波ビームの走査に同期して前記各音線に
   対応してそれぞれ設けられデジタル信号処理手段を順次
   選択し、該選択されたデジタル信号処理手段に前記標本
   化データ取得手段により得られた標本化データを供給す
   るデジタルマルチプレクサとを備え、 前記各デジタル信号処理手段は、前記デジタルマルチプ
   レクサから供給される自己の担当音線についての標本化
   データを格納する標本化デターメモリと、 前記担当音線についての整相加算の演算プログラムを記
   憶するプログラムメモリと、 前記プログラムメモリに記憶された整相加算の演算プロ
   グラムに基づき前記標本化データメモリに格納された標
   本化データをソフトウェア処理して前記担当音線につい
   ての整相加算結果のデータを得るデジタル信号プロセッ
   サと、 前記デジタル信号プロセッサがソフトウェア処理した整
   相加算結果のデータを一時記憶するイメージデータメモ
   リとを含むことを特徴とするソフトウェア処理による整
   相加算器。
2. 【請求項２】 超音波診断装置で受波ビームフォーミン
   グを行なう整相加算器において、 超音波プローブ内の各検出素子から得られるそれぞれの
   受信信号を所定の標本化周期毎に量子化して標本化デー
   タを得る標本化データ取得手段と、 超音波送受波ビームの走査による各音線のそれぞれ隣合
   う複数の音線を１単位の音線群とし、該１単位の音線群
   に対応してそれぞれ設けられたデジタル信号処理手段
   と、 前記超音波送受波ビームの走査に同期して前記１単位の
   音線群に対応してそれぞれ設けられデジタル信号処理手
   段を順次選択し、該選択されたデジタル信号処理手段に
   前記標本化データ取得手段により得られた標本化データ
   を供給するデジタルマルチプレクサを備え、 前記各デジタル信号処理手段は、前記デジタルマルチプ
   レクサから供給される自己の担当する１単位の音線群に
   ついての標本化データを格納する標本化データメモリ
   と、 前記担当する１単位の音線群についての整相加算の演算
   プログラムを記憶するプログラムメモリと、 前記プログラムメモリに記憶された整相加算の演算プロ
   グラムに基づき前記標本化データメモリに格納された標
   本化データをソフトウェア処理して前記担当する１単位
   の音線群についての整相加算結果のデータを得るデジタ
   ル信号プロセッサと、 前記デジタル信号プロセッサがソフトウェア処理した整
   相加算結果のデータを一時記憶するイメージデータメモ
   リとを含むことを特徴とするソフトウェア処理による整
   相加算器。
3. 【請求項３】 前記超音波プローブ内の各検出素子から
   得られる受信信号を周波数変換した中間周波数またはベ
   ースバンドの低周波信号を所定の標本化周期毎に量子化
   して標本化データを得る標本化データ取得手段を備えた
   ことを特徴とする請求項２記載のソフトウェア処理によ
   る整相加算器。
4. 【請求項４】 前記各デジタル信号処理手段は、前記デ
   ジタルマルチプレクサから供給される自己の担当する１
   単位の音線群についての標本化データを格納する際に、
   標本化データと共にその音線番号または方位角等のデー
   タ識別情報を格納する標本化データメモリを備えたこと
   を特徴とする請求項２または請求項３記載のソフトウェ
   ア処理による整相加算器。