(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波撮像システムにおいて、
目標オブジェクトに向けて超音波信号を送信し、前記目標オブジェクトから反射される超音波信号を受信して電気的信号に変換する複数のトランスデューサを備えるトランスデューサアレイと、
前記複数のトランスデューサに一対一接続され、前記電気的信号を増幅し、前記増幅された電気的信号をデジタル信号に変換する複数の受信部と、
前記複数の受信部に一対一接続され、前記デジタル信号を第１遅延時間だけそれぞれ遅延させて第１遅延信号を出力する複数の第１遅延要素を備える第１遅延部（前記第１遅延部はＮ（Ｎは２以上の整数）個のグループに分割され、前記Ｎ個のグループそれぞれにはＭ（Ｍは２以上の整数）個の第１遅延要素が割り当てられる）と、
前記Ｎ個のグループに一対一接続され、前記Ｎ個のグループそれぞれからのＭ個の遅延信号を加算して第１加算信号を出力するＮ個の第１加算器と、
前記Ｎ個の第１加算器に一対一接続され、前記第１加算信号に対してパルス圧縮をそれぞれ行い、第１パルス圧縮信号を出力するＮ個の第１パルス圧縮器と、
前記Ｎ個の第１パルス圧縮器に一対一接続され、前記第１パルス圧縮信号を第２遅延時間だけそれぞれ遅延させて第２遅延信号を出力するＮ個の第２遅延要素を備える第２遅延部（前記第２遅延部はＩ（Ｉは２以上の整数）個のグループに分割され、前記Ｉ個のグループそれぞれにはＫ（Ｋは２以上の整数）個の第２遅延要素が割り当てられる）と、
前記Ｉ個のグループに一対一接続され、前記Ｉ個のグループそれぞれからのＫ個の遅延信号を加算して第２加算信号を出力するＩ個の第２加算器と、
前記Ｉ個の第２加算器に一対一接続され、前記第２加算信号に対してパルス圧縮をそれぞれ行い、第２パルス圧縮信号を出力するＩ個の第２パルス圧縮器と、
前記Ｉ個の第２パルス圧縮器に一対一接続され、前記第２パルス圧縮信号を第３遅延時間だけそれぞれ遅延させ、第３遅延信号を出力するＩ個の第３遅延要素を備える第３遅延部と、
前記第３遅延信号を加算する第３加算器と
を備えることを特徴とする超音波撮像システム。
【請求項２】
前記Ｎ個のグループの第１遅延部に接続され、前記各トランスデューサの相対的な位置に基づいて、前記第１遅延時間を計算し格納する第１の受信集束コントローラを、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項３】
前記Ｎ個の第２遅延要素に接続され、前記第１遅延部の各グループ間の時間遅延の差を補償するための前記第２遅延時間を計算し格納する第２の受信集束コントローラを、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項４】
前記第１遅延部と前記Ｎ個の第１加算器との間に設けられ、前記第１遅延信号に対して予め定められたアポディゼーション係数を乗じるアポディゼーション部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超音波撮像システム。
【請求項５】
超音波撮像方法において、
目標オブジェクト（人体を除く）に向けてトランスデューサアレイによって複数の超音波信号を送信する第１段階と、
前記目標オブジェクトから反射される前記複数の超音波信号を受信して複数の電気的信号に変換する第２段階と、
前記複数の電気的信号を増幅し、前記増幅された複数の電気的信号を複数のデジタル信号に変換する第３段階と、
前記複数のデジタル信号に対して第１遅延時間だけそれぞれ遅延させて複数の第１遅延信号を形成する第４段階と、
前記複数の第１遅延信号をＮ（Ｎは２以上の整数）個のグループ（前記Ｎ個のグループそれぞれはＭ（Ｍは２以上の整数）個の第１遅延信号が割り当てられる）にグループ化する第５段階と、
前記Ｎ個のグループそれぞれからのＭ個の第１遅延信号を加算し、Ｎ個の第１加算信号を出力する第６段階と、
前記Ｎ個の第１加算信号に対してパルス圧縮をそれぞれ行い、Ｎ個の第１パルス圧縮信号を出力する第７段階と、
前記Ｎ個の第１パルス圧縮信号に対して第２遅延時間だけそれぞれ遅延させてＮ個の第２遅延信号を出力する第８段階と、
前記Ｎ個の第２遅延信号をＩ（Ｉは２以上の整数）個のグループ（前記Ｉ個のグループそれぞれはＫ（Ｋは２以上の整数）個の第２遅延信号が割り当てられる）にグループ化する第９段階と、
前記Ｉ個のグループそれぞれからのＫ個の第２遅延信号を加算し、Ｉ個の第２加算信号を出力する第１０段階と、
前記Ｉ個の第２加算信号に対してパルス圧縮をそれぞれ行い、Ｉ個の第２パルス圧縮信号を出力する第１１段階と、
前記Ｉ個の第２パルス圧縮信号に対して第３遅延時間だけそれぞれ遅延させ、Ｉ個の第３遅延信号を出力する第１２段階と、
前記Ｉ個の第３遅延信号を加算する第１３段階と
を備える超音波撮像方法。
【請求項６】
前記第４段階が、前記Ｎ個のグループの中のいずれかが他のグループと相異なる数の信号経路を有するように、前記受信した超音波信号に対してグループ付けを行うことを特徴とする請求項５に記載の超音波撮像方法。
【請求項７】
超音波撮像システムにおいて、
目標オブジェクトに向けて超音波信号を送信して前記目標オブジェクトから反射される超音波信号を受信して電気的信号に変換する複数のトランスデューサを備えるトランスデューサアレイと、
前記複数のトランスデューサに一対一接続され、前記電気的信号を増幅し、前記増幅された電気的信号をデジタル信号に変換する複数の受信部と、
前記複数の受信部に一対一接続され、前記デジタル信号を第１遅延時間だけそれぞれ遅延させ、第１遅延信号を出力する複数の第１遅延要素を備える第１遅延部（前記第１遅延部はＮ（Ｎは２以上の整数）個のグループに分割され、前記Ｎ個のグループそれぞれには互いに異なる個数の第１遅延要素が割り当てられる）と、
前記Ｎ個のグループに一対一接続され、前記Ｎ個のグループそれぞれからの第１遅延信号を加算して第１加算信号を出力するＮ個の第１加算器と、
前記Ｎ個の第１加算器に一対一接続され、前記第１加算信号に対してパルス圧縮をそれぞれ行い、第１パルス圧縮信号を出力するＮ個の第１パルス圧縮器と、
前記Ｎ個の第１パルス圧縮器に一対一接続され、前記第１パルス圧縮信号を第２遅延時間だけそれぞれ遅延させて第２遅延信号を出力するＮ個の第２遅延要素を備える第２遅延部（前記第２遅延部はＩ（Ｉは２以上の整数）個のグループに分割され、前記Ｉ個のグループそれぞれは互いに異なる個数の第２遅延要素が割り当てられる）と、
前記Ｉ個のグループに一対一接続され、前記Ｉ個のグループそれぞれからの第２遅延信号を加算して第２加算信号を出力するＩ個の第２加算器と、
前記Ｉ個の第２加算器に一対一接続され、前記第２加算信号に対してパルス圧縮をそれぞれ行い、第２パルス圧縮信号を出力するＩ個の第２パルス圧縮器と、
前記Ｉ個の第２パルス圧縮器に一対一接続され、前記第２パルス圧縮信号を第３遅延時間だけそれぞれ遅延させて第３遅延信号を出力するＩ個の第３遅延要素を備える第３遅延部と、
前記第３遅延信号を加算する第３加算器と
を備えることを特徴とする超音波撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波撮像システムに関し、特に、効率的なハードウェア構造を有すると共に、多段のパルス圧縮技法を採用して高分解能の超音波画像を実現し得る超音波撮像システム及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波撮像システムは、医療分野において、人体内の臓器のような目標オブジェクトの断面映像（超音波映像）を示す目的で、広く用いられている。この超音波撮像システムにおいて、まず超音波信号を検査しようとする人体内の目標オブジェクトに向けて発射し、その目標オブジェクトから（詳しくは、音響インピーダンスが途切れられるような目標オブジェクトの表面（例えば、皮膚）から）反射されてくる信号を受信し、その受信した信号を電気的信号に変換する一連のプロセスを経て、超音波映像が得られる。超音波撮像システムは、トランスデューサと、そのトランスデューサを駆動するパルサーとを用いて超音波信号の送信を行う。トランスデューサはパルサーから与えられたパルスに応じて超音波信号を発生する。
【０００３】
従来殆どの超音波撮像システムは、超音波送信信号として短パルスを用いている。そのような超音波撮像システムにおいて、トランスデューサから送信した超音波信号が身体等の高密度の媒質を通過する時、激しく減殺され、トランスデューサによってその媒質から受信した信号の電力は著しく低下する。その結果、目標オブジェクトが人体内の深い所に位置する場合、その目標オブジェクトに対する所望の情報を得ることが難しい。このため、送信パルスのピーク電圧を増加することも考えられるが、これは身体内の各組織に影響を与える恐れがあり、パルスのピーク電圧の増加には制限があるという不都合がある。
【０００４】
上記のパルスのピーク電圧の増加の代わりに、パルスの平均電力を増加させ、システムの信号対雑音比（ＳＮＲ）を著しく向上する方法が考えられる。この方法はいわゆるパルス圧縮技法と呼ばれ、例えば、レーダー装置に用いられている。このパルス圧縮技法の超音波撮像システムでは、通常、既存の短パルスの代わりに持続時間の長いコード化長パルスを使用している。ピーク電圧の高い短パルスを用いる従来のシステムでは、映像の分解能はトランスデューサのインパルス応答特性によって決められるが、パルス圧縮方式の超音波撮像システムでは、トランスデューサの特性関数とコード化長パルスとの間の畳み込みにより分解能が決められる。そのような超音波撮像システムにおいては、超音波受信側にて相関器に基づいたパルス圧縮器を備えて、あたかも短パルスを送信したような結果を得るようになる。これによって、短パルスのピーク電圧に比べて比較的低い所定の電圧でも効率良く信号対雑音比を増加することができるようになる。
【０００５】
また、フェーズド・アレイをベースとしている超音波撮像システムが知られており、このシステムは各々がトランスデューサ、送信器（即ち、パルサー）及びそのトランスデューサに接続された受信器を有する、複数のチャンネルを備える。送信器は超音波パルス（又は、信号）を人体等の目標オブジェクトに向けて送信する。ここで、複数のチャンネルにおいて送信器は同時に超音波信号を送信しなく、異なるタイミングにて超音波信号を送信し、送信した各超音波信号が同時に目標オブジェクト内の所望の箇所に至るようにすることによって、目標オブジェクト内の予め決められた位置に送信集束を得ることに注目されたい。こうして送信した超音波パルスは人体内の様々な内部臓器を通過し、その内部臓器のある部分から反射され、トランスデューサ・アレイに入射される。
【０００６】
トランスデューサ・アレイは、目標オブジェクトから入射した超音波信号を電気的信号に変換する。反射信号がトランスデューサの各々に至るタイムは、目標オブジェクトに対するトランスデューサ・アレイにおける各トランスデューサの位置によって異なる。詳記すると、アレイの中央から遠く位置するほど、超音波信号のトランスデューサへの到達時間は増加するようになる。このような到達時間の差を補償するために、変換された電気信号に対して、いわゆる受信集束という動作を行うビームフォーマーが用いられる。このビームフォーマーはその変換された電気信号に対して適切な時間遅延を与え、各トランスデューサが反射信号を同時に受け取ったような効果を奏する。ビームフォーマーにおいて与えられた時間遅延は、目標オブジェクトの反射面の奥行き及び各トランスデューサの位置によって変化する。
【０００７】
以下、図１を参照して、従来の超音波撮像システムにおけるビームフォーマーの構造の詳細を示す。同図の如く、ビームフォーマー１００は、複数のトランスデューサを有するトランスデューサ・アレイ１０と、複数のトランスデューサに対応する数の遅延要素ＤＬＹ１〜ＤＬＹ６４を有する遅延段１１と、加算器１２と、この加算器１２の出力端に接続されるパルス圧縮器１３とから構成される。反射された超音波信号はトランスデューサにて電気的信号に変換され、遅延段１１に送られる。遅延段１１における各遅延要素ＤＬＹ１〜ＤＬＹ６４は、入力信号を、トランスデューサ・アレイ１０の中央に対する該当トランスデューサの位置によって予め決められる時間遅延分遅延する。これによって、各トランスデューサにおける到達時間の差を補償することができる。各遅延要素ＤＬＹ１〜ＤＬＹ６４から出力される遅延信号は加算器１２にて加算される。パルス圧縮器１３は加算器１２からの出力に対してパルス圧縮を行う。図１のビームフォーマー１００によって、全体システムの構成が単純化されるが、このビームフォーマーが動的受信集束を採用する場合には、後述する問題をもたらす。ビームフォーマーにおいて受信集束が動的に行われ、その後パルス圧縮が行われると、受信集束に必要となる遅延時間が後述のように不正確に計算される恐れがある。
【０００８】
好ましくは、図１のビームフォーマーは、超音波信号の人体への伝播の際、集束点を動的に変化させる動的受信集束を採用し得る。この動的受信集束の具現のために、トランスデューサ・アレイにおいて中央に位置するトランスデューサの時間遅延値は予め決められた値に固定し、中央に近くなるほど比較的短い時間遅延を有し、中央から遠くなるほど中央のトランスデューサの固定時間遅延値と同様な値を有するようにする。このような動的受信集束によって、全てのトランスデューサに対して同一の集束点からの信号が足し合わせられるように遅延時間を調節し続けるものである。
【０００９】
この場合、中央のトランスデューサに対する時間遅延値は固定することが望ましい。すると、外側のトランスデューサの時間遅延値は最初は小さいが次第に大きく、外側のトランスデューサを通過した超音波信号が歪んで、周波数が低下したように見られる。
【００１０】
また、図１のビームフォーマーでは、中央のトランスデューサに到達する超音波信号には時間歪みがないので、動的集束でも中央のトランスデューサでは遅延時間値の計算に問題はない。しかしながら、その他のトランスデューサでは、動的受信集束によって時間歪みが必然的に生じ、パルス圧縮器１３は不完全なパルス圧縮を行うことになる。このため、軸方向で望まない位置にサイドローブが現れるか、またはメインローブが広くなるかして、超音波映像の画質が低下する。
【００１１】
前述の問題を回避するために、図２には、仕組み上から図１のビームフォーマーとは僅かに異なるビームフォーマー２００が示されている。このビームフォーマー２００においては、トランスデューサ・アレイの各チャンネルに対して一つのパルス圧縮器が設けられている。同図の如く、ビームフォーマー２００は６４個のトランスデューサを有するトランスデューサ・アレイ１５と、各々が各トランスデューサに対応して設けられる、６４個のパルス圧縮器ＰＣ１〜ＰＣ６４を有するパルス圧縮部１６と、各パルス圧縮器ＰＣ１〜ＰＣ６４に対応して設けられる、６４個の遅延要素ＤＬＹ１〜ＤＬＹ６４を有する遅延部１７と、加算器１８とを備えている。図１では、加算器１２の後段に一つのパルス圧縮器１３が接続されているが、図２では、各トランスデューサは対応するパルス圧縮器ＰＣ１〜ＰＣ６４を介して各遅延要素ＤＬＹ１〜ＤＬＹ６４に接続されている。これによって、図２中のパルス圧縮部１６は各トランスデューサからの出力信号をパルス圧縮して遅延部１７に供給し、遅延部１７は入力信号に対して受信集束または可変遅延を動的に行うようになって、前述の不正確な計算の問題は回避することができる。しかしながら、図２のシステムは、複雑なハードウェア構造の多数のパルス圧縮器を備えなければならないので、システム全体の構成が非常に複雑となり、ハードウェア集積度のレベルが限られるという不都合がある。また、システムの用途に応じてプローブ及びトランスデューサの数が増大することに伴い、システムの複雑さはさらに増大する。また、各チャンネル毎に行われる遅延及びパルス圧縮動作によって、フレーム・レートが低下するという不都合がもある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、効率的なハードウェア構造と共に高分解能の超音波画像を具現し得る、改善された超音波撮像システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、超音波撮像システムにおいて、目標オブジェクトに向けて超音波信号を送信し、前記目標オブジェクトから反射される超音波信号を受信して電気的信号に変換する複数のトランスデューサを備えるトランスデューサアレイと、前記複数のトランスデューサに一対一接続され、前記電気的信号を増幅し、前記増幅された電気的信号をデジタル信号に変換する複数の受信部と、前記複数の受信部に一対一接続され、前記デジタル信号を第１遅延時間だけそれぞれ遅延させて第１遅延信号を出力する複数の第１遅延要素を備える第１遅延部（前記第１遅延部はＮ（Ｎは２以上の整数）個のグループに分割され、前記Ｎ個のグループそれぞれにはＭ（Ｍは２以上の整数）個の第１遅延要素が割り当てられる）と、前記Ｎ個のグループに一対一接続され、前記Ｎ個のグループそれぞれからのＭ個の遅延信号を加算して第１加算信号を出力するＮ個の第１加算器と、前記Ｎ個の第１加算器に一対一接続され、前記第１加算信号に対してパルス圧縮をそれぞれ行い、第１パルス圧縮信号を出力するＮ個の第１パルス圧縮器と、前記Ｎ個の第１パルス圧縮器に一対一接続され、前記第１パルス圧縮信号を第２遅延時間だけそれぞれ遅延させて第２遅延信号を出力するＮ個の第２遅延要素を備える第２遅延部（前記第２遅延部はＩ（Ｉは２以上の整数）個のグループに分割され、前記Ｉ個のグループそれぞれにはＫ（Ｋは２以上の整数）個の第２遅延要素が割り当てられる）と、前記Ｉ個のグループに一対一接続され、前記Ｉ個のグループそれぞれからのＫ個の遅延信号を加算して第２加算信号を出力するＩ個の第２加算器と、前記Ｉ個の第２加算器に一対一接続され、前記第２加算信号に対してパルス圧縮をそれぞれ行い、第２パルス圧縮信号を出力するＩ個の第２パルス圧縮器と、前記Ｉ個の第２パルス圧縮器に一対一接続され、前記第２パルス圧縮信号を第３遅延時間だけそれぞれ遅延させ、第３遅延信号を出力するＩ個の第３遅延要素を備える第３遅延部と、前記第３遅延信号を加算する第３加算器とを備えることを特徴とする超音波撮像システムが提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施例について、添付図面を参照しながらより詳しく説明する。
【００１６】
図３は、本発明の第１実施例によって、多段パルス圧縮技法に基づいた超音波撮像システムのビームフォーマーの概略を示す構造図である。このビームフォーマー３００は、１６個のチャンネル（即ち、１６個のトランスデューサ）からの出力信号を入力とし、Ｎ個（好ましくは、１６個）のビームまたは走査線を形成するための仮データを生成する。このため、図３のようなビームフォーマーが、６４個のチャンネルに基づいたビーム集束を行うシステムには４個必要となる。図３に示すように、ビームフォーマー３００は１６個のトランスデューサを有するトランスデューサ・アレイ２０と、１６個の受信要素を有する受信部２１と、１６個の遅延要素ＤＬＹａ１〜ＤＬＹａ１６を有する第１遅延部２２と、１６個のアポディゼーション要素を有するアポディゼーション部２３と、４個の加算器を有する第１加算部２４と、４個のパルス圧縮器ＰＣ１〜ＰＣ４を有するパルス圧縮部２５と、４個の遅延要素ＤＬＹｂ１〜ＤＬＹｂ４を有する第２遅延部２６と、第２加算器２７と、第１受信集束コントローラ２８と、アポディゼーション生成器２９と、第２受信集束コントローラ３０とを備える。
【００１７】
トランスデューサ・アレイ２０における各トランスデューサは、それに接続されたパルサー（図示せず）からの電圧に応じて超音波パルスを目標オブジェクトに向けて出射し、その目標オブジェクトから反射されてくる超音波信号を受け取る。公知のように、複数のトランスデューサの一部が第１の超音波信号送信時に用いられる。例えば、１２８個のトランスデューサよりなる超音波撮像システムにおいては、第１の超音波信号送信時に６４個のトランスデューサが選択され用いられる。トランスデューサ・アレイ２０は、類似な時間歪みを有する所定数の隣接する４個のトランスデューサを１グループとして、計４個のグループＧ１〜Ｇ４に分けられる。そして、各グループＧ１〜Ｇ４の中で、基準となる一つのトランスデューサが選定される。各グループの大きさ及び基準トランスデューサの選定は、各トランスデューサに係わる時間歪みの絶対値の差の最大値又は実効値を最小化するように行われる。この実施例において、４個のトランスデューサを１グループにグループ付けたが、分野に応じては８個のトランスデューサを１グループとしてもよい。
【００１８】
受信部２１は、トランスデューサ・アレイ２０からのアナログ信号を増幅し、その増幅信号をデジタル信号に変換する働きを果たす。このため、受信部２１は図示しない前置増幅器、時間利得補償器（ＴＧＣ）及びＡ／Ｄ変換器を備えてもよい。トランスデューサ・アレイ２０が４個のグループに分けられることに対応して、同様に受信部２１は４個のグループに分けられる。
【００１９】
第１遅延部２２は、図３に示すように４個のグループで構成され、受信部２１から与えられるデジタル信号を入力とし、これを各トランスデューサ毎に異なる第１時間遅延分遅延する。この第１時間遅延は好ましくは、第１受信集束コントローラ２８にて各トランスデューサの相対的位置と目標オブジェクトにおける超音波信号の反射地点とに基づいて予め計算され格納される。この実施例では、一つの第１受信集束コントローラ２８が第１遅延部２２に接続されていることとして示したが、第１遅延部２２内の各グループ毎に別に接続されてもよい。
【００２０】
アポディゼーション部２３は公知の方法によって、側方向の分解能を向上させるために、第１遅延部２２からの出力信号に対して予め決められた重み（即ち、アポディゼーション係数）を与える。第１遅延部２２からの出力信号に与えられた重みは、各走査線毎に異なり得る。この場合、その重み（アポディゼーション係数）は、アポディゼーション生成器２９内のアポディゼーション・カーブ・メモリ（図示せず）に予め格納された、予め決められたアポディゼーション・カーブ・パターン・データによって決められる。この実施例では、一つのアポディゼーション生成器２９がアポディゼーション部２３に接続されていることとして示したが、必要に応じてアポディゼーション部２３の各グループ毎に別にアポディゼーション生成器を設けてもよい。
【００２１】
第１加算部２４は、アポディゼーション部２３の各グループＧ１〜Ｇ４に対応する４個の加算器を備え、各加算器にて各グループＧ１〜Ｇ４の４個のアポディゼーション部２３からの出力信号が加算される。例えば、グループＧ１に属する４個のアポディゼーション要素からの４個の出力信号は図３に示すように、第１加算部２４内の第１加算器によって加算される。
【００２２】
パルス圧縮部２５は、各グループＧ１〜Ｇ４に対応する４個のパルス圧縮器を備え、第１加算部２４からの加算信号に対してパルス圧縮を行う。例えば、パルス圧縮部２５内の第１パルス圧縮器ＰＣ１は、第１加算部２４内の第１加算器からの加算信号に対してパルス圧縮を行い、組み込んだ相関器（図示せず）を用いて各走査線に対応するデータをソートすることによって、超音波信号のサイドローブを取り除く。
【００２３】
第２遅延部２６は、パルス圧縮部２５の各パルス圧縮器に対応する４個の遅延要素ＤＬＹｂ１〜ＤＬＹｂ４を備え、パルス圧縮部２４から出力されたパルス圧縮信号を第２の時間遅延分遅延する。この第２の時間遅延は各グループ毎に異なっており、第１時間遅延と同様な方法にて、第２受信集束コントローラ３０によって予め計算され得る。また、第２遅延部２６は、グループ間の時間遅延の差を補償し、その補償信号を後段の第２加算器２７に供給する。最後に、第２加算器２７は第１遅延部２６からの各出力信号を合算して、受信集束超音波信号を出力する。しかる後、その受信集束超音波信号は公知の方法によってモニターなどの表示装置上にディスプレイされる。
【００２４】
図３から分かるように、目標オブジェクトから反射された超音波信号の第１加算部２４への到達は、計１６個の信号経路（即ち、トランスデューサ・アレイ２０の１グループ当たり４個の経路）を介して行われる。各グループからの４個の超音波信号は第１加算部２４内の対応加算器にて加算され、１つの信号を生成し、１６個の信号経路が４個の信号経路にまとめられる。これらの４個の信号経路は更に第２加算器２７によって一つの信号経路にまとめられる。このように、計１６個のチャンネルからの超音波信号はグループ単位に取り扱われ、最後には一つの経路にまとめられる。
【００２５】
図４及び図５は各々、本発明の第２実施例によって、多段パルス圧縮技法に基づいた超音波撮像システムのビームフォーマーの構成を示す模式図である。この図４及び図５のビームフォーマー４００は、トランスデューサ・アレイから発射された超音波信号の経路が４個のグループにグループ付けられるという点から、図３のビームフォーマー３００と同様である。また同図において、トランスデューサ・アレイ３１、受信部３２、第１遅延部３３、アポディゼーション部３４、第１加算部３５、第１パルス圧縮部３６及び第２遅延部３７は、図３中の対応構成要素と同じである。この第２実施例のビームフォーマー４００は、超音波信号に対して３段の第１遅延部３３、第２遅延部３７及び第３遅延部４０を通じて３回の時間遅延を行い、２段の第１パルス圧縮部３６及び第２パルス圧縮部３９を通じて２回のパルス圧縮を行う点から、図３の第１実施例のビームフォーマー３００と異なっている。詳記すると、第２加算部３８は２個の加算器を備えており、各加算器はそれに対応する２個のグループ（Ｇ５及びＧ６、又はＧ７及びＧ８）からの出力信号を加算する。第２パルス圧縮部３９は第２加算部３８から与えられる加算信号に対してパルス圧縮を行う。第３遅延部４０は第２パルス圧縮部３９から与えられる出力信号に対して時間遅延の処理を行う。最後に、第３加算器４１は第３遅延部４０から与えられる出力信号に対して、加算処理を行って受信集束信号を生成する。
【００２６】
詳記すると、図４及び図５のビームフォーマー４００は、第２遅延部３７によってグループ間の時間遅延の差を１次補償し、次段の第３遅延部４０によってグループ間の時間遅延の差を２次補償する。即ち、各階層的グループのレベルでパルス圧縮が行われるので、ハードウェア構成を簡略化すると共に、図３のビームフォーマー３００に比べてより向上した受信集束を得ることが可能である。
【００２７】
図６は、本発明の第３実施例によって、超音波撮像システムのビームフォーマーの構成を示す模式図である。同図において、トランスデューサ・アレイ５０、受信部５１、第１遅延部５２、アポディゼーション部５３、第１加算部５４、パルス圧縮部５５及び第２遅延部５６の機能は、図３中の対応構成要素の機能と同じである。また、この実施例によるビームフォーマー５００の全体構造は、図３のものと類似である。詳記すると、ビームフォーマー５００の各トランスデューサは予め決められた数のグループにグループ付けられ、パルス圧縮部５５内の各パルス圧縮器ＰＣ１〜ＰＣ４は各グループに対応して設けられる。しかしながら、 図３のビームフォーマー３００においてトランスデューサ・アレイ２０のグループ付けの際、各グループＧ１〜Ｇ４当たりトランスデューサの数が同じであることと異なり、図６のビームフォーマー５００においてはトランスデューサ・アレイ５０のグループ付けの際、各グループＧ９〜Ｇ１２当たりトランスデューサの数は相異なる。この第３実施例において、２個の内側グループＧ１０及びＧ１１は各々５個のトランスデューサを有し、２個の外側グループ Ｇ９及びＧ１２は各々３個のトランスデューサを有するように構成されている。以下、トランスデューサのグループ付けの差に対して詳記する。
【００２８】
トランスデューサ・アレイ５０における外側トランスデューサＧ９及びＧ１２は相互の集束遅延の差が大きく、その値の時間による変化が大きいので、各トランスデューサの位置に対して時間遅延プロットの曲率の程度が、隣接するトランスデューサ間で非常に大きくなる。このため、トランスデューサ・アレイ５０の外側グループに比較的少ない数のトランスデューサを含めて、外側トランスデューサが画質の低下を引起さないようにする。その一方、トランスデューサ・アレイ５０の中央寄りに位置する内側トランスデューサは相互の集束遅延の差が比較的小さく、その値の時間による変化も小さいので、時間軸の曲率の程度が隣接するトランスデューサ間で小さくなる。このため、トランスデューサ・アレイ５０の内側グループに比較的に多数のトランスデューサを含めて、画質の向上を図る。
【００２９】
また、図６の構成を図４及び図５のようなカスケード形式で拡張して多段構成を形成することができる。すると、１端構成に比べてハードウェアの複雑さは増加するが、画質はより一層向上することができる。
【００３０】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得る。
【００３１】
【発明の効果】
前述のように、本発明の超音波撮像システムでは、トランスデューサ・アレイの各トランスデューサをより少ない数のグループにグループ付けして、多段時間遅延と共に多段パルス圧縮が可能となる。従って、本発明によれば、各トランスデューサの時間遅延を正確に計算して精度良く超音波信号の受信集束を行うことができる。また、本発明の超音波撮像システムはより少ない数の遅延要素及びパルス圧縮器によって具現可能であるので、システムの形成に必要となるメモリ空間の大きさを減らし、システムのハードウェア構造をより一層単純化、効率化することができる。さらに、本発明の超音波撮像システムによれば、超音波映像の画質の低下を齎すことなく、フレーム・レートの向上ができ、低製造コストが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超音波撮像システムのビームフォーマーの構造を示す模式図である。
【図２】従来の超音波撮像システムのビームフォーマーの他の構造を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施例によって、多段パルス圧縮技法に基づいた超音波撮像システムのビームフォーマーの概略を示す構造図である。
【図４】本発明の第２実施例における多段パルス圧縮技法に基づいた超音波撮像システムのビームフォーマーの概略の一部を示す構造図である。
【図５】本発明の第２実施例における多段パルス圧縮技法に基づいた超音波撮像システムのビームフォーマーの概略の他の一部を示す構造図である。
【図６】本発明の第３実施例によって、多段パルス圧縮技法に基づいた超音波撮像システムのビームフォーマーの概略を示す構造図である。
【符号の説明】
２０、３１、５０  トランスデューサ・アレイ
２１、３２、５１  受信部
２２、３３、５２  第１遅延部
２３、３４、５３  アポディゼーション部
２４、３５、５４  第１加算部
２５、５５  パルス圧縮部
２６、５６  第２遅延部
２７、５７  第２加算器
２８、４２、５８  第１受信集束コントローラ
２９、４３、５９  アポディゼーション生成器
３０、４４、６０  第２受信集束コントローラ
３６  第１パルス圧縮部
３７  第２遅延部
３８  第２加算部
３９  第２パルス圧縮部
４０  第３遅延部
４１  第３加算器
４５  第３受信集束コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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