(57)【要約】【目的】 探査の高分解能化を達成するとともに、リアルタイム処理を達成し、しかも分解能を高く保ったままで探査範囲の拡大を達成する。
【構成】 送信波形をパルス列として各パルスのピーク値を乗数とし、未知のインパルス応答の推定値を被乗数とするインパルス応答演算部１0 ，１1 ，・・・，１n からの演算結果に基づく畳み込み演算を行なって受信波との差を差算出部３により算出し、算出された差に基づいてインパルス応答演算部１0 ，１1 ，・・・，１n の補正部１0a ，１1a ，・・・，１na において推定されたインパルス応答の補正を行なうとともに、補正されたインパルス応答を次段のインパルス応答演算部に供給する。

(2)1【特許請求の範囲】【請求項１】 送信波を送波し、反射波を受信して受信波に基づいて媒体の密度が変化する境界面の位置を計測する探査装置において、送信波を複数個のパルス列として記録するパルス列記録手段（１0 ）（１1 ）・・・（１n ）と、各パルスおよび所定値が割当てられた該当するインパルス応答に基づく演算を行なうとともに、該当するインパルス応答を次のパルスに対応する演算に反映させるインパルス応答演算手段（１0 ）（１1 ）・・・（１n ）と、各インパルス応答演算手段（１0 ）（１1 ）・・・（１n ）により得られる演算結果を畳み込み演算する演算結果用畳み込み演算手段（２）と、畳み込み演算結果と受信波との差を算出する差算出手段（３）と、算出された差に基づいて各インパルス応答演算手段（１0 ）（１1 ）・・・（１n ）におけるインパルス応答を補正する補正手段（１0a ）（１1a ）・・・（１na ）とを含んでいることを特徴とする探査装置。
【請求項２】 受信波に先行する受信波を出力する先行受信波出力手段（５ａ）（５ｂ）と、先行する受信波に対応させて演算結果用畳み込み演算手段（２ａ）（２ｂ）および差算出手段（３ａ）（３ｂ）と、各インパルス応答演算手段（１0 ）（１1 ）・・・（１n ）（１n+1 ）（１n+2 ）に対応させて該当する差算出手段により得られる差を畳み込み演算して補正手段（１0a ）（１1a ）・・・（１na ）（１(n+1)a ）（１(n+2)a ）に供給する差用畳み込み演算手段（６0 ）（６1 ）・・・（６n ）（６n+1 ）（６n+2 ）とをさらに含んでいる請求項１に記載の探査装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】【産業上の利用分野】この発明は探査装置に関し、さらに詳細にいえば、超音波を用いる音響探査に代表される、パルスエコー法と同じ原理に基づく探査装置に関する。
【０００２】【従来の技術】従来から図３に示すように、送波点９１から超音波パルスを定期的に送波し、反射体９２により反射して戻ってくるパルスエコーを受波点９３においてとらえ、エコーの強度に基づいて媒体の密度が変わる境界面の位置を計測する、いわゆるパルスエコー法が広く知られている。
【０００３】また、近年、医用無侵襲計測機器の中で超音波断層撮影装置が著しい普及を遂げ、診断精度の向上に大きく貢献してきた。超音波断層撮影装置に代表される超音波診断装置の動作原理はアクティブ・ソナーの原理として広く知られているパルスエコー法と同じである。ここで、反射波の強度の時間波形を観測するモード
をＡモード（図４参照）、１次元的に接触子を走査し閾値を設けて走査方向と深さ方向の２次元像を観測するモードをＢモード（図５参照）、走査を２次元的に行なっ1020304050

特開平５−４２１４０2て同じ深さの２次元像を観測するモードをＣモード（図６参照）という。したがって、超音波診断装置を使用し、目的とする診断の種類に応じてＡモード、Ｂモード、Ｃモードを選択することにより、人体に傷をつけることなく人体内部の診断を行なうことができる。
【０００４】また、同様の原理に基づく超音波探傷装置を使用することにより各種構造物の内部の傷の有無等を検査することができる。
【０００５】【発明が解決しようとする課題】上記超音波診断装置の空間分解能は５mm程度であり、癌の早期発見等の用途に要求される空間分解能（１mm程度）と比較すれば空間分解能が低すぎるのであるから、癌の早期発見等の用途には適用できないという不都合がある。また、空間分解能を高めるために（解像度を高めるために）、送信超音波のバースト波の長さを短くすることが考えらている。具
体的には、超音波の周波数を高くすることによりバースト波形を簡単に短くできるのであるから、送信超音波パルスの周波数として高い周波数を選択してバースト波を短くすることが一般的に選択される。しかし、周波数を高くすれば、超音波の減衰が顕著になり、人体の深部の診断には適用できなくなってしまうという新たな不都合が発生する。また、周波数を高くすることなくバースト波形を短くするために、短いバースト波形を出力できる探触子を使用することが考えられるが、新たな探触子の開発には試行錯誤による素材の研究を伴ない、必然的に開発が長期化してしまうという不都合があり、現状において直ちに適用できるものではない。
【０００６】さらに、超音波パルスの周波数を高めることなく空間分解能を向上させる方法として、送信波形および受信波形に基づいて高速フーリエ変換演算（以下、ＦＦＴ演算と略称する）を行なってインパルス応答を求める方法が知られている。しかし、データのサンプル数が２ｎ個でなければならないという制約があるのみならず、演算装置が大型化し、しかもリアルタイム性がなくなってしまうという不都合があるので、リアルタイム性が重視される人体の診断には余り用いられていない。
【０００７】以上には超音波診断装置における探査方法についてのみ説明したが、超音波探傷装置、レーダ等においても同様の不都合がある。
【０００８】【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、送信波を変更しなくても空間分解能を高めることができ、しかもリアルタイム性を達成できる新規な探査装置を提供することを目的としている。
【０００９】【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの、請求項１の探査装置は、送信波を複数個のパルス列として記録するパルス列記録手段と、各パルスおよび所定値が割当てられた該当するインパルス応答に基づく(3)3
演算を行なって、該当するインパルス応答を次のパルスに対応する演算に反映させるインパルス応答演算手段と、各インパルス応答演算手段により得られる演算結果を畳み込み演算する演算結果用畳み込み演算手段と、畳み込み演算結果と受信波パルスとの差を算出する差算出手段と、算出された差に基づいて各インパルス応答演算手段におけるインパルス応答を補正する補正手段とを含んでいる。但し、インパルス応答演算手段がパルス列記録手段および補正手段を含んでいてもよい。
【００１０】請求項２の探査装置は、受信波パルスに先行する受信波パルスを出力する先行受信波パルス出力手段と、先行する受信波パルスに対応させて演算結果用畳み込み演算手段および差算出手段と、各インパルス応答演算手段に対応させて該当する差算出手段により得られる差を畳み込み演算して補正手段に供給する差用畳み込み演算手段とをさらに含んでいる。
【００１１】【作用】請求項１の探査装置であれば、送信波を送波し、反射波を受信して受信波に基づいて媒体の密度が変化する境界面の位置を計測する場合に、送信波を複数個のパルス列としてパルス列記録手段に記録しておき、インパルス応答演算手段により、各パルスおよび所定値が割当てられた該当するインパルス応答に基づく演算を行なって得られた演算結果を次のパルスに対応する演算に反映させる。そして、演算結果用畳み込み演算手段によって、各インパルス応答演算手段により得られる演算結果を畳み込み演算し、差算出手段により畳み込み演算結果と受信波パルスとの差を算出し、算出された差に基づいて補正手段により各インパルス応答演算手段におけるインパルス応答を補正するのであるから、特殊な送波器、受波器を用いなくても高い空間分解能を達成できる。そして、高周波帯域での減衰率が大きい媒質であっても、送信波のパルス周波数を低くし、しかも受信波のサンプリング・レートを高めることにより、探査範囲の拡大および高空間分解能化を達成できる。さらに、ＦＦＴ処理と異なり、リアルタイムでインパルス応答を得ることができる。
【００１２】請求項２の探査装置であれば、現在の受信波パルスのみならず先行する受信波パルスをも考慮してインパルス応答を補正するのであるから、ノイズに対する耐性を高めることができ、より高精度に媒体の密度が変化する境界面の位置を計測できる。
【００１３】【実施例】以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。図１はこの発明の探査装置の一実施例としての超音波探査装置の要部を示すブロック図であり、送波器から送波される所定のパルス周波数の超音波をｎ個のパルスからなるパルス列として得た場合の各パルスのピーク値ｘ0 ，ｘ1 ，・・・，ｘn を乗数とし、推定すべきインパルス応答ｇj ，ｇ(j‑1) ，・・・，ｇ(j‑n) を被乗

1020304050

特開平５−４２１４０4数とする演算を行なうインパルス応答演算部１0 ，１1 ，・・・，１n と、全ての演算部から出力される演算結果に基づく畳み込み演算を行なう畳み込み演算部２と、畳み込み演算結果および受波波形を所定のサンプリング・レートでサンプリングすることにより得られる受信波パルスを入力として両者の差を算出する演算結果用差算出部３と、第１段目の演算部１０に対して未知のインパルス応答ｇj について仮想の初期値を与える乱数発生器４とを有している。そして、インパルス応答演算部１0 ，１1 ，・・・，１n は上記差に基づいて該当するインパルス応答を補正する補正部１0a ，１1a ，・・・，１na を含んでおり、各補正部により補正されたインパルス応答を次段のインパルス応答演算部に供給するようにしている。尚、最終段の補正部１na により補正されたインパル
ス応答は超音波探査結果として出力される。
【００１４】さらに詳細に説明すると、送波超音波の各パルスのピーク値ｘ（τ）がｘ0 ，ｘ1 ，・・・，ｘn であるから、時刻ｊにおける境界面のインパルス応答をＧ
j 、計測された反射波（受信波）をｙj とし、放射される超音波パルス波の音圧が小さく線形加算性が成立する場
合には、受信波ｙj が数１で表現できる。
【００１５】【数１】

したがって、各インパルス応答演算部において正確なインパルス応答が設定されていれば畳み込み演算部２から出力される畳み込み演算結果Ｏj （数２参照）は受信波ｙj と一致し、演算結果用差算出部３から出力される差ｙj −Ｏj は０となる。
【００１６】【数２】

しかし、実際には全てのインパルス応答演算部において正確なインパルス応答を設定できる場合は皆無であり、計測時にノイズが混入するため、推定したインパルス応答ｇ(j‑i) と実際のインパルス応答Ｇ(j‑i) とのずれに対応する差ｙj −Ｏj が演算結果用差算出部３から出力される。
【００１７】そして、演算結果用差算出部３から出力される差ｙj −Ｏj に基づいて各インパルス応答演算部に含まれる補正部において次式で示す補正演算を行なって推定したインパルス応答を補正する。
ｇ(j‑i) ＝ｇ(j‑i) ＋ε・（ｙj −Ｏj ）・ｘi
ここで、εとはインパルス応答の収束速度および安定性に影響を及ぼすパラメータであり、微小な正の数に設定される。

(4)5【００１８】したがって、推定されたインパルス応答ｇ(j‑i)
が上記補正演算に基づく補正分だけ実際のインパルス応答Ｇ(j‑i) に接近する。そして、補正されたインパルス応答ｇ(j‑i) は次の時刻における処理に対応すべ
く次段のインパルス応答演算部に供給され、同様の処理が反復される。この結果、インパルス応答演算部１0 ，１1 ，・・・，１n において順次上記処理が行なわれることにより実際のインパルス応答Ｇ(j‑i) に高精度に近似できるインパルス応答ｇ(j‑i) が得られる。
【００１９】以上の説明から明らかなように、ｎ段のインパルス応答補正処理が行なわれた後は、データが得られる毎に直ちにインパルス応答を得ることができ、リアルタイム処理を達成できる。また、送出パルスの周波数を低くして減衰を小さくし、データ列を得るためのサンプリング・レートを高めることにより簡単に高解像度化できる。
【００２０】【実施例２】図２はこの発明の探査装置の他の実施例としての音響探査装置の要部を示すブロック図であり、図１の実施例と異なる点は、畳み込み演算部２および演算結果用差算出部３のほかにも畳み込み演算部２ａ，２ｂおよび演算結果用差算出部３ａ，３ｂを設けた点、受信波を所定時間だけ遅延させた状態で演算結果用差算出部３ａ，３ｂに供給する遅延回路５ａ，５ｂを設けた点、インパルス応答演算部１n+1 ，１n+2 をさらに設けた点および各インパルス応答演算部に対応させて差用畳み込み演算部６0 ，６1 ，・・・，６n ，６n+1 ，６n+2 を設け、差用畳み込み演算部からの演算結果を該当するインパル
ス応答演算部に含まれる補正部に供給する点のみである。
【００２１】そして、インパルス応答演算部１0 ，１1 ，・・・，１n からの演算結果を畳み込み演算部２に、インパルス応答演算部１1 ，１2 ，・・・，１n ，１n+1 からの演算結果を演算結果用畳み込み演算部２ａに、インパルス応答演算部１2 ，１3 ，・・・，１n ，１n+1 ，１n+2からの演算結果を演算結果用畳み込み演算部２ｂにそれぞれ供給しているとともに、演算結果用差算出部３からの差を差用畳み込み演算部６0 ，６1 ，・・・，６n に、演算結果用差算出部３ａからの差を差用畳み込み演算部
６1 ，６2 ，・・・，６n ，６n+1 に、演算結果用差算出部３ｂからの差を差用畳み込み演算部６2 ，６3 ，・・・，
６n ，６n +1 ，６n+2 にそれぞれ供給している。
【００２２】したがって、この実施例の場合には、各演算結果用畳み込み演算部および演算結果用差算出部により実施例１と同様に差を算出する。この結果、時刻ｊにおける差ｄj ＝ｙj −Ｏj と、時刻ｊ−１における差ｄj‑1＝ｙj‑1 −Ｏj‑1 と時刻ｊ−２におけるｄj‑2 ＝ｙj‑2 −Ｏj‑2 とが同時に得られる。そして、これらの差はそれぞれ該当する差用畳み込み演算部に供給され、差用畳み込み演算部からの演算結果が該当するインパルス応答演算1020304050

特開平５−４２１４０
6部の補正部に供給される。ここで、差用畳み込み演算部
６i （ｉ＝２，３，・・・，ｎ）は演算結果用差算出部
３，３ａ，３ｂからの差ｄj ，ｄj‑1 ，ｄj‑2 に対応して荷重ｘi ，ｘi+1 ，ｘi+2 が設定されており、ｘi ・ｄj ＋ｘi+1 ・ｄj‑1 ＋ｘi +2 ・ｄj‑2 の畳み込み演算を行なって演算結果を該当するインパルス応答演算部の補正部に供給する。また、差用畳み込み演算部６0 は演算結果用差算出部３からの差ｄj に対応して荷重ｘ0 が設定されており、ｘ0 ・ｄj の畳み込み演算を行なって演算結果を該当するインパルス応答演算部の補正部に供給し、差用畳み込み演算部６1 は演算結果用差算出部３，３ａからの差ｄj ，ｄj‑1 に対応して荷重ｘ0 ，ｘ1 が設定されており、ｘ0 ・ｄj ＋ｘ1 ・ｄj‑1 の畳み込み演算を行なって演算結果を該当するインパルス応答演算部の補正部に供給し、差用畳み込み演算部６n+1 は演算結果用差算出部３ａ，３ｂからの差ｄj‑1 ，ｄj‑2 に対応して荷重ｘn‑1 ，ｘn が設定されており、ｘn ・ｄj‑1 ＋ｘn‑1 ・ｄj‑2 の畳み込み演算を行なって演算結果を該当するインパルス応答演算部の補正部に供給し、差用畳み込み演算部６n+2 は演算結果用差算出部３ｂからの差ｄj‑2 に対応して荷重ｘn が設定されており、ｘn ・ｄj‑2 の畳み込み演算を行なって演算結果を該当するインパルス応答演算部の補正部に供給する。
【００２３】したがって、時刻ｊにおける受信波のみならず時刻ｊ−１，ｊ−２における受信波に対する差を得、得られた全ての差に基づいて補正部によりインパルス応答を補正し、補正されたインパルス応答を次段のインパルス応答演算部に供給して同様の処理を反復するのであるから、受信波に瞬間的にノイズが重畳されていてもノイズの影響を大巾に低減でき、高精度の超音波探査を達成できる。
【００２４】実施例２においては、時刻ｊ，ｊ−１，ｊ−２の各時点における受信波を考慮してインパルス応答を推定するようにしているが、考慮する受信波の時点を増加させてノイズに対する耐性をさらに高めることが可能である。尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば、超音波診断装置、ソナー、レーダ等種々の分野に適用することができるほか、この発明の要旨を変更しない範囲内において種々の設計変更を施すことが可能である。
【００２５】【発明の効果】以上のように請求項１の発明は、特殊な送波器、受波器を用いなくても高い空間分解能を達成できるのみならず、高周波帯域での減衰率が大きい媒質であっても、送信波のパルス周波数を低くし、しかも受信波のサンプリング・レートを高めることにより、探査範囲の拡大および高空間分解能化を達成でき、さらに、ＦＦＴ処理と異なり、リアルタイムでインパルス応答を得ることができるという特有の効果を奏する。
【００２６】請求項２の発明は、請求項１の効果に加(5)特開平５−４２１４０78
え、該当する時点の受信波のみならず先行する受信波を＊ 向と深さ方向の２次元像を観測するモードを説明する概も考慮してインパルス応答を推定するのであるから、ノ略図である。
イズに対する耐性を高めることができるという特有の効【図６】走査を２次元的に行なって同じ深さの２次元像果を奏する。
を観測するモードを説明する概略図である。
【図面の簡単な説明】【符号の説明】【図１】この発明の探査装置の一実施例としての音響探２，２ａ，２ｂ 演算結果用畳み込み演算部
査装置の要部を示すブロック図である。
３，３ａ，３ｂ 演算結果用差算出部
５ａ，５ｂ【図２】この発明の探査装置の他の実施例としての音響遅延回路
探査装置の要部を示すブロック図である。
１0 ，１1 ，・・・，１n ，１n+1 ，１n+2
インパルス応【図３】パルス・エコー法の原理を説明する概略図であ 10 答演算部
る。
１0a ，１1a ，・・・，１na ，１（n+1)a ，１(n+2)a補【図４】反射波の強度の時間波形を観測するモードを説正部明する概略図である。
６0 ，６1 ，・・・，６n ，６n+1 ，６n+2
差用畳み込み【図５】１次元的に接触子を走査し閾値を設けて走査方＊
演算部
【図１】

【図４】

【図５】

(6)

【図２】

【図６】

特開平５−４２１４０

(7)

【図３】

特開平５−４２１４０