JP2002136522A - 超音波測定装置 - Google Patents
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】チャープ信号のパルス幅を拡大せずに超音波測
定を行うこと 【解決手段】移動している反射体１３０に対して、探触
子１２０から超音波を送信し、反射した超音波を同じ探
触子１２０で受信している。送信される超音波として、
使用する帯域をｎ個に分け、ｎ個のダウンチャープ信号
発生器１１２，１１３およびアップチャープ信号発生器
１１６，１１７から、アップチャープ信号とダウンチャ
ープ信号を作成し、合成器１１４，１１８で相補多重チ
ャープ信号を作成している。探触子１２０により受信さ
れた受信信号と、それぞれのアップチャープ信号および
ダウンチャープ信号との相互相関を相関器で取り、得ら
れた圧縮信号を合成器１４４，１４８で重ね合わせてア
ップとダウンの圧縮信号を得る。これらの圧縮信号の相
互相関を相互相関器１６０で取り、包絡線検波器１７０
で包絡線検波を行うことで、相関距離を求めてドプラ計
測を行う。
定を行うこと 【解決手段】移動している反射体１３０に対して、探触
子１２０から超音波を送信し、反射した超音波を同じ探
触子１２０で受信している。送信される超音波として、
使用する帯域をｎ個に分け、ｎ個のダウンチャープ信号
発生器１１２，１１３およびアップチャープ信号発生器
１１６，１１７から、アップチャープ信号とダウンチャ
ープ信号を作成し、合成器１１４，１１８で相補多重チ
ャープ信号を作成している。探触子１２０により受信さ
れた受信信号と、それぞれのアップチャープ信号および
ダウンチャープ信号との相互相関を相関器で取り、得ら
れた圧縮信号を合成器１４４，１４８で重ね合わせてア
ップとダウンの圧縮信号を得る。これらの圧縮信号の相
互相関を相互相関器１６０で取り、包絡線検波器１７０
で包絡線検波を行うことで、相関距離を求めてドプラ計
測を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を用いた測
定装置に関し、特にチャープ信号を用いた測定装置に関
する。
定装置に関し、特にチャープ信号を用いた測定装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】超音波の反射波等を用いて計測を行うこ
とや画像を得ることは従来から行われている。例えば、
超音波診断装置においては、超音波振動子からインパル
ス波を送信して体内からの反射エコーを受波して、画像
処理することにより生体内の断層像を得ている。このよ
うな超音波診断装置には、可能な限り深い深達度と高い
分解能が要求されている。この要求を満たすものとして
パルス圧縮技術がある。これは、送信する超音波信号に
ＦＭ変調をかけ（以下、この信号をチャープ信号とい
う）、受信時にチャープ信号に対応したフィルタ等を通
すことで、もとの長いパルスを短く圧縮する。そして、
圧縮により分解能を高めると同時にＳ／Ｎ比の向上を図
り、深達度を高めるものである。
とや画像を得ることは従来から行われている。例えば、
超音波診断装置においては、超音波振動子からインパル
ス波を送信して体内からの反射エコーを受波して、画像
処理することにより生体内の断層像を得ている。このよ
うな超音波診断装置には、可能な限り深い深達度と高い
分解能が要求されている。この要求を満たすものとして
パルス圧縮技術がある。これは、送信する超音波信号に
ＦＭ変調をかけ（以下、この信号をチャープ信号とい
う）、受信時にチャープ信号に対応したフィルタ等を通
すことで、もとの長いパルスを短く圧縮する。そして、
圧縮により分解能を高めると同時にＳ／Ｎ比の向上を図
り、深達度を高めるものである。
【０００３】パルス圧縮は、レーダーやソナーの分野で
送信ピーク・パワーの制限の下に送信エネルギーを増加
し、探査距離の増大又は高分解能化を図る目的で広く用
いられている。医用超音波の分野でも同様な目的を達成
するために、パルス圧縮技術を導入するための研究が数
多く行われてきた。このパルス圧縮技術では、送信信号
のスペクトルを時間領域で操作できるために、特定領域
の分解能を上げることができるなどの利点があるにも関
わらず、医用超音波の分野では未だ実用化には至ってい
ない。このようなレーダの分野で用いられているパルス
圧縮技術を医用超音波の分野で利用するために様々な研
究が行われている。
送信ピーク・パワーの制限の下に送信エネルギーを増加
し、探査距離の増大又は高分解能化を図る目的で広く用
いられている。医用超音波の分野でも同様な目的を達成
するために、パルス圧縮技術を導入するための研究が数
多く行われてきた。このパルス圧縮技術では、送信信号
のスペクトルを時間領域で操作できるために、特定領域
の分解能を上げることができるなどの利点があるにも関
わらず、医用超音波の分野では未だ実用化には至ってい
ない。このようなレーダの分野で用いられているパルス
圧縮技術を医用超音波の分野で利用するために様々な研
究が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の発明者は、以
前に相補チャープ信号（変調する周波数が上昇するもの
（アップチャープ信号）と変調する周波数が下降するも
の（ダウンチャープ信号）の双方を含む信号）を用いた
ドプラ測定に関し、発表している（例えば、守屋，「相
補チャープ信号を用いたドプラ計測法の検討」，J. Me
d. Ultrasonics,Ｖｏ．２７，Ｎｏ．４，７３−Ｐ１７
８，（２０００）および特願平１１−２７１４５４号等
参照）。その研究は、高速な動きの検出に対応できる測
定に関するものである。この研究では、低速の動きの検
出には実効的にチャープ信号の幅を長くする必要がある
との結果を得た。しかしながら、検出できる周波数変位
はチャープ信号の幅の時間平均となるため、低速の動き
を検出するときにチャープ信号の幅をあまり長くできな
い。このため、本発明の目的は、チャープ信号の超音波
を用いた測定において、チャープ信号のパルス幅を拡大
せずに測定を行うことである。
前に相補チャープ信号（変調する周波数が上昇するもの
（アップチャープ信号）と変調する周波数が下降するも
の（ダウンチャープ信号）の双方を含む信号）を用いた
ドプラ測定に関し、発表している（例えば、守屋，「相
補チャープ信号を用いたドプラ計測法の検討」，J. Me
d. Ultrasonics,Ｖｏ．２７，Ｎｏ．４，７３−Ｐ１７
８，（２０００）および特願平１１−２７１４５４号等
参照）。その研究は、高速な動きの検出に対応できる測
定に関するものである。この研究では、低速の動きの検
出には実効的にチャープ信号の幅を長くする必要がある
との結果を得た。しかしながら、検出できる周波数変位
はチャープ信号の幅の時間平均となるため、低速の動き
を検出するときにチャープ信号の幅をあまり長くできな
い。このため、本発明の目的は、チャープ信号の超音波
を用いた測定において、チャープ信号のパルス幅を拡大
せずに測定を行うことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、超音波測定装置であって、複数の周波数
帯域で分割されたチャープ信号を合成することにより、
多重チャープ信号を発生する多重チャープ信号発生部
と、前記多重チャープ信号の超音波を送信して、測定対
象からの反射波を受信する探触子と、前記探触子からの
受信信号と、複数の周波数帯域で分割したチャープ信号
との相関を取ることで複数の圧縮信号を得て、前記複数
の圧縮信号を合成することにより、受信信号の圧縮信号
を得る圧縮信号生成部とを備えている。ドプラ・シフト
の測定を行う測定装置では、前記多重チャープ信号発生
部は、複数の周波数帯域で分割されたダウンチャープ信
号とアップチャープ信号とを合成することにより、相補
多重チャープ信号を発生し、前記圧縮信号生成部は、前
記探触子からの受信信号と、複数の周波数帯域で分割し
たダウンチャープ信号とアップチャープ信号との相関を
取ることで、複数のダウンチャープ信号とアップチャー
プ信号の圧縮信号を得て、前記複数のダウンチャープ信
号の圧縮信号およびアップチャープ信号の圧縮信号をそ
れぞれ合成することで、ダウンチャープ信号とアップチ
ャープ信号の圧縮信号を得ており、さらに、前記圧縮信
号発生部からのダウンチャープ信号とアップチャープ信
号の前記圧縮信号を用いて相互相関を取る相互相関部を
備え、前記相互相関の相関距離から、ドプラ計測を行っ
ている。
に、本発明は、超音波測定装置であって、複数の周波数
帯域で分割されたチャープ信号を合成することにより、
多重チャープ信号を発生する多重チャープ信号発生部
と、前記多重チャープ信号の超音波を送信して、測定対
象からの反射波を受信する探触子と、前記探触子からの
受信信号と、複数の周波数帯域で分割したチャープ信号
との相関を取ることで複数の圧縮信号を得て、前記複数
の圧縮信号を合成することにより、受信信号の圧縮信号
を得る圧縮信号生成部とを備えている。ドプラ・シフト
の測定を行う測定装置では、前記多重チャープ信号発生
部は、複数の周波数帯域で分割されたダウンチャープ信
号とアップチャープ信号とを合成することにより、相補
多重チャープ信号を発生し、前記圧縮信号生成部は、前
記探触子からの受信信号と、複数の周波数帯域で分割し
たダウンチャープ信号とアップチャープ信号との相関を
取ることで、複数のダウンチャープ信号とアップチャー
プ信号の圧縮信号を得て、前記複数のダウンチャープ信
号の圧縮信号およびアップチャープ信号の圧縮信号をそ
れぞれ合成することで、ダウンチャープ信号とアップチ
ャープ信号の圧縮信号を得ており、さらに、前記圧縮信
号発生部からのダウンチャープ信号とアップチャープ信
号の前記圧縮信号を用いて相互相関を取る相互相関部を
備え、前記相互相関の相関距離から、ドプラ計測を行っ
ている。
【０００６】また、超音波断層装置では、前記多重チャ
ープ信号発生部は、複数の周波数帯域で分割されたダウ
ンチャープ信号又はアップチャープ信号を合成した多重
チャープ信号を発生し、前記圧縮信号生成部は、前記探
触子からの受信波と、複数の周波数帯域で分割したダウ
ンチャープ信号又はアップチャープ信号との相関を取る
ことで、複数の圧縮信号を得て、前記複数の圧縮信号を
合成することにより、ダウンチャープ信号又はアップチ
ャープ信号の圧縮信号を得ており、さらに、前記探触子
と測定対象との間の伝送路と、前記伝送路と探触子とに
より、測定対象を走査するための走査部と、前記圧縮信
号を処理して、断層画像を得る画像処理部と、前記断層
画像を表示する表示装置とを備えている。上述の構成に
より、本発明の測定装置では、チャープ信号の帯域を分
割し、多重化することにより、パルス幅を拡大せずに計
測を行うことができる。
ープ信号発生部は、複数の周波数帯域で分割されたダウ
ンチャープ信号又はアップチャープ信号を合成した多重
チャープ信号を発生し、前記圧縮信号生成部は、前記探
触子からの受信波と、複数の周波数帯域で分割したダウ
ンチャープ信号又はアップチャープ信号との相関を取る
ことで、複数の圧縮信号を得て、前記複数の圧縮信号を
合成することにより、ダウンチャープ信号又はアップチ
ャープ信号の圧縮信号を得ており、さらに、前記探触子
と測定対象との間の伝送路と、前記伝送路と探触子とに
より、測定対象を走査するための走査部と、前記圧縮信
号を処理して、断層画像を得る画像処理部と、前記断層
画像を表示する表示装置とを備えている。上述の構成に
より、本発明の測定装置では、チャープ信号の帯域を分
割し、多重化することにより、パルス幅を拡大せずに計
測を行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、図面を参照
して詳細に説明する。本発明は、チャープ信号の帯域を
分割してから多重化することにより、パルス幅を拡大せ
ずに計測を行うものである。
して詳細に説明する。本発明は、チャープ信号の帯域を
分割してから多重化することにより、パルス幅を拡大せ
ずに計測を行うものである。
【０００８】＜ドプラ測定装置＞アップチャープ信号お
よびダウンチャープ信号を用いて、ドプラ効果を用いる
ことにより、速度を計測する実施形態について説明す
る。ドプラ計測で用いるアップチャープ信号およびダウ
ンチャープ信号と、それらの信号に対するドプラ効果に
ついて、図１ないし図４を用いて説明する。まず、アッ
プチャープ信号の場合を考える。ドプラ効果が無い場合
を最初に説明する。図１（ａ）は線形ＦＭチャープ信号
を模式的に示したもので、周波数がｆ1からｆ2＝ｆ1＋
Δｆまで線形に増加するパルス幅Ｔのチャープ信号であ
る。チャープ信号は圧縮されると、図２（ａ）に示すよ
うな波形になる。このとき任意の基準時からの時間遅れ
をＴ0とする。次にドプラ効果のある場合を考える。図
１（ａ）に示すチャープ信号が、図１（ｂ）に示すよう
にドプラ効果によりチャープ信号が周波数の変移（ドプ
ラシフト）を受けて、ｆ1＋ｆdからｆ2＋ｆdまで変化す
るチャープ信号になったとする。ここでｆdはドプラ効
果による周波数変化でドプラ周波数と呼び、ここでは正
と仮定する。この周波数変移を受けたチャープ信号の圧
縮波形は、図２（ｂ）に示すような波形になり、基準時
からの遅れはＴ0−τdとなる。
よびダウンチャープ信号を用いて、ドプラ効果を用いる
ことにより、速度を計測する実施形態について説明す
る。ドプラ計測で用いるアップチャープ信号およびダウ
ンチャープ信号と、それらの信号に対するドプラ効果に
ついて、図１ないし図４を用いて説明する。まず、アッ
プチャープ信号の場合を考える。ドプラ効果が無い場合
を最初に説明する。図１（ａ）は線形ＦＭチャープ信号
を模式的に示したもので、周波数がｆ1からｆ2＝ｆ1＋
Δｆまで線形に増加するパルス幅Ｔのチャープ信号であ
る。チャープ信号は圧縮されると、図２（ａ）に示すよ
うな波形になる。このとき任意の基準時からの時間遅れ
をＴ0とする。次にドプラ効果のある場合を考える。図
１（ａ）に示すチャープ信号が、図１（ｂ）に示すよう
にドプラ効果によりチャープ信号が周波数の変移（ドプ
ラシフト）を受けて、ｆ1＋ｆdからｆ2＋ｆdまで変化す
るチャープ信号になったとする。ここでｆdはドプラ効
果による周波数変化でドプラ周波数と呼び、ここでは正
と仮定する。この周波数変移を受けたチャープ信号の圧
縮波形は、図２（ｂ）に示すような波形になり、基準時
からの遅れはＴ0−τdとなる。
【０００９】次にダウンチャープ信号の場合を考える。
ドプラ効果が無い場合、図３(ａ）は周波数がｆ2からｆ
1＝ｆ2−Δｆまで線形に減少するチャープ信号を模式的
に示したものである。この信号を処理することで、図４
（ａ）に示すような圧縮波形が得られる。このときの基
準時からの時間遅れをＴ0とする。ドプラ効果のある場
合、図３（ａ）に示したチャープ信号が、ドプラ効果に
より周波数変移を受けて、図３（ｂ）に示すように周波
数がｆ2＋ｆdからｆ1＋ｆd＝ｆ2＋ｆd−Δｆまで変化す
るチャープ信号に変化したとする。この信号は周波数が
全体として増加しているので、図４（ｂ）に示すように
圧縮波形の基準時からの遅れはＴ0＋τdになる。図２
（ｂ）及び図４（ｂ）で示すように、アップチャープ信
号とダウンチャープ信号の圧縮後の信号は、ドプラ効果
により逆方向にずれるので、これを検出することにより
ドプラ信号の検出が可能になる。
ドプラ効果が無い場合、図３(ａ）は周波数がｆ2からｆ
1＝ｆ2−Δｆまで線形に減少するチャープ信号を模式的
に示したものである。この信号を処理することで、図４
（ａ）に示すような圧縮波形が得られる。このときの基
準時からの時間遅れをＴ0とする。ドプラ効果のある場
合、図３（ａ）に示したチャープ信号が、ドプラ効果に
より周波数変移を受けて、図３（ｂ）に示すように周波
数がｆ2＋ｆdからｆ1＋ｆd＝ｆ2＋ｆd−Δｆまで変化す
るチャープ信号に変化したとする。この信号は周波数が
全体として増加しているので、図４（ｂ）に示すように
圧縮波形の基準時からの遅れはＴ0＋τdになる。図２
（ｂ）及び図４（ｂ）で示すように、アップチャープ信
号とダウンチャープ信号の圧縮後の信号は、ドプラ効果
により逆方向にずれるので、これを検出することにより
ドプラ信号の検出が可能になる。
【００１０】図５は、本発明の測定装置１００の構成を
示すブロック図である。図５において、矢印の方向に移
動している反射体１３０に対して、探触子１２０から超
音波を送信し、反射体１３０から反射した超音波を同じ
探触子１２０で受信している。探触子１２０から送信さ
れる超音波は、使用する帯域をｎ個に分け、ｎ個のダウ
ンチャープ信号発生器１１２ないし１１３およびアップ
チャープ信号発生器１１６ないし１１７から、それぞれ
の帯域のアップチャープ信号とダウンチャープ信号を作
成する。このｎ個のダウンチャープ信号およびアップチ
ャープ信号をそれぞれ、合成器１１４および１１８で重
ね合わせてアップチャープ信号とダウンチャープ信号を
作成する。今、これを多重相補チャープ信号と呼ぶ。こ
の多重相補チャープ信号は超音波信号として探触子１２
０から発せられる。この送信チャープ信号は、反射体１
３０から反射する際にドプラ・シフトを受け、再び探触
子１２０により受信される。探触子１２０に受信後、そ
れぞれの帯域毎に、ｎ個のダウンチャープ信号発生器１
４２ないし１４３からの、それぞれの帯域ダウンチャー
プ信号との相互相関を、相関器１５２ないし１５３で取
り、圧縮信号を得る。同様に、アップチャープ信号発生
器１４６ないし１４７からのアップチャープ信号との相
互相関を、相関器１５６ないし１５７で取り、圧縮信号
を得る。それぞれの圧縮信号を合成器１４４および１４
８で重ね合わせ、それぞれダウンチャープ信号およびア
ップチャープ信号の重ね合わされた圧縮信号を得る。こ
れらの圧縮信号の相互相関を相互相関器１６０で取り、
包絡線検波器１７０で包絡線検波を行うことで、相関距
離を求めてドプラ計測を行う。
示すブロック図である。図５において、矢印の方向に移
動している反射体１３０に対して、探触子１２０から超
音波を送信し、反射体１３０から反射した超音波を同じ
探触子１２０で受信している。探触子１２０から送信さ
れる超音波は、使用する帯域をｎ個に分け、ｎ個のダウ
ンチャープ信号発生器１１２ないし１１３およびアップ
チャープ信号発生器１１６ないし１１７から、それぞれ
の帯域のアップチャープ信号とダウンチャープ信号を作
成する。このｎ個のダウンチャープ信号およびアップチ
ャープ信号をそれぞれ、合成器１１４および１１８で重
ね合わせてアップチャープ信号とダウンチャープ信号を
作成する。今、これを多重相補チャープ信号と呼ぶ。こ
の多重相補チャープ信号は超音波信号として探触子１２
０から発せられる。この送信チャープ信号は、反射体１
３０から反射する際にドプラ・シフトを受け、再び探触
子１２０により受信される。探触子１２０に受信後、そ
れぞれの帯域毎に、ｎ個のダウンチャープ信号発生器１
４２ないし１４３からの、それぞれの帯域ダウンチャー
プ信号との相互相関を、相関器１５２ないし１５３で取
り、圧縮信号を得る。同様に、アップチャープ信号発生
器１４６ないし１４７からのアップチャープ信号との相
互相関を、相関器１５６ないし１５７で取り、圧縮信号
を得る。それぞれの圧縮信号を合成器１４４および１４
８で重ね合わせ、それぞれダウンチャープ信号およびア
ップチャープ信号の重ね合わされた圧縮信号を得る。こ
れらの圧縮信号の相互相関を相互相関器１６０で取り、
包絡線検波器１７０で包絡線検波を行うことで、相関距
離を求めてドプラ計測を行う。
【００１１】本発明の図５に示した装置構成のシミュレ
ーション結果を、図６〜図８に示す。図６〜図８に示し
た例は、使用する超音波のパルス幅は１０００［μｓ］
で、それぞれ０．５〜１．０、１．０〜１．５［ＭＨ
ｚ］の、２つの帯域のアップチャープ信号を重ねた信号
と、それぞれ１．５〜１．０、１．０〜０．５［ＭＨ
ｚ］の、２つの帯域のダウンチャープ信号を重ねた信号
により、１組の多重相補チャープ信号を構成している。
なお、比較のために、同一の帯域の単一アップチャープ
信号および単一ダウンチャープ信号も示している。時間
に対する周波数変化率を同じとすると、周波数分割を行
ってチャープ信号を重ねることにより、チャープ信号の
信号幅を短くすることができる。この信号が、ドプラ・
シフトを受けて受信されたものを図６に示す。図６
（ａ）は、周波数が１［ｋＨｚ］シフトした、上述の多
重アップチャープ信号のスペクトルを示し、図６（ｂ）
は、比較のための単一アップチャープ信号のスペクトル
を示す。図６（ａ）に示した信号は、時間領域で、０．
５〜１［ＭＨｚ］のチャープ信号と１〜１．５［ＭＨ
ｚ］のチャープ信号とを重ねて送信した際の受信チャー
プ信号である。上記に対して、図６（ｂ）に示した単一
アップチャープ信号のスペクトルは、同じ時間幅だが重
ねないで、０．５〜１．５［ＭＨｚ］まで周波数を掃引
した場合のスペクトルである。図６（ａ）と（ｂ）に示
した信号の違いは、スペクトル上で切れ目が生じている
ことである。なお、ここでは、２つチャープ信号を重ね
た例を示しているが、これに例えば１．５〜２．０［Ｍ
Ｈｚ］のチャープ信号を重ねる、つまり、３つ以上のチ
ャープ信号を重ねることもできる。
ーション結果を、図６〜図８に示す。図６〜図８に示し
た例は、使用する超音波のパルス幅は１０００［μｓ］
で、それぞれ０．５〜１．０、１．０〜１．５［ＭＨ
ｚ］の、２つの帯域のアップチャープ信号を重ねた信号
と、それぞれ１．５〜１．０、１．０〜０．５［ＭＨ
ｚ］の、２つの帯域のダウンチャープ信号を重ねた信号
により、１組の多重相補チャープ信号を構成している。
なお、比較のために、同一の帯域の単一アップチャープ
信号および単一ダウンチャープ信号も示している。時間
に対する周波数変化率を同じとすると、周波数分割を行
ってチャープ信号を重ねることにより、チャープ信号の
信号幅を短くすることができる。この信号が、ドプラ・
シフトを受けて受信されたものを図６に示す。図６
（ａ）は、周波数が１［ｋＨｚ］シフトした、上述の多
重アップチャープ信号のスペクトルを示し、図６（ｂ）
は、比較のための単一アップチャープ信号のスペクトル
を示す。図６（ａ）に示した信号は、時間領域で、０．
５〜１［ＭＨｚ］のチャープ信号と１〜１．５［ＭＨ
ｚ］のチャープ信号とを重ねて送信した際の受信チャー
プ信号である。上記に対して、図６（ｂ）に示した単一
アップチャープ信号のスペクトルは、同じ時間幅だが重
ねないで、０．５〜１．５［ＭＨｚ］まで周波数を掃引
した場合のスペクトルである。図６（ａ）と（ｂ）に示
した信号の違いは、スペクトル上で切れ目が生じている
ことである。なお、ここでは、２つチャープ信号を重ね
た例を示しているが、これに例えば１．５〜２．０［Ｍ
Ｈｚ］のチャープ信号を重ねる、つまり、３つ以上のチ
ャープ信号を重ねることもできる。
【００１２】図７に単一アップチャープ信号と単一ダウ
ンチャープ信号、それぞれの圧縮波形の相互相関を取
り、包絡線検波し最大値で規格化した波形を示す。同様
に、図８に多重アップチャープ信号と多重ダウンチャー
プ信号、それぞれの圧縮波形の相互相関を取り、包絡線
検波し最大値で規格化した波形を示す。どちらの図も
（ａ）にはドプラ・シフト無し、（ｂ）には、０．５
［ｋＨｚ］のドプラ・シフトを受けた場合を示す。図７
および図８に示されるように、ドプラ・シフトが無い場
合を基準にして、ドプラ・シフトを受けた場合はピーク
の時間的な位置がずれている。このずれは相互相関時の
相関距離であり、上述に説明したドプラ・シフトの量つ
まり、周波数シフト量、さらには、速度に対応してい
る。つまり、大きくずれれば計測感度が高いことにな
る。図７および図８では、ドプラ・シフトが無い場合に
２０００のところでピークがでるように図示している。
ドプラ・シフトを受けると、２０００からずれ、その時
間幅がドプラ・シフトに対応している。図７に示される
単一相補チャープ信号の相互相関波形に比べて、図８に
示される多重相補チャープ信号の相互相関波形の方が約
２倍のずれになっている。これは、２つのチャープ信号
を重ねたためで、３つのチャープ信号を重ねれば３倍
に、４つのチャープ信号を重ねれば４倍になる。しかし
ながら、重ねるとピーク・パワーがそれぞれ３倍、４倍
（送信チャープ信号の振幅が３倍、４倍ということ）と
なる。上述に示すように、チャープ信号の帯域を分割し
重ねることにより、同じずれを生じるためには、パルス
幅は半分でよいことになる。このように、パルス幅を拡
大せずにドプラ計測を行うことは有効である。
ンチャープ信号、それぞれの圧縮波形の相互相関を取
り、包絡線検波し最大値で規格化した波形を示す。同様
に、図８に多重アップチャープ信号と多重ダウンチャー
プ信号、それぞれの圧縮波形の相互相関を取り、包絡線
検波し最大値で規格化した波形を示す。どちらの図も
（ａ）にはドプラ・シフト無し、（ｂ）には、０．５
［ｋＨｚ］のドプラ・シフトを受けた場合を示す。図７
および図８に示されるように、ドプラ・シフトが無い場
合を基準にして、ドプラ・シフトを受けた場合はピーク
の時間的な位置がずれている。このずれは相互相関時の
相関距離であり、上述に説明したドプラ・シフトの量つ
まり、周波数シフト量、さらには、速度に対応してい
る。つまり、大きくずれれば計測感度が高いことにな
る。図７および図８では、ドプラ・シフトが無い場合に
２０００のところでピークがでるように図示している。
ドプラ・シフトを受けると、２０００からずれ、その時
間幅がドプラ・シフトに対応している。図７に示される
単一相補チャープ信号の相互相関波形に比べて、図８に
示される多重相補チャープ信号の相互相関波形の方が約
２倍のずれになっている。これは、２つのチャープ信号
を重ねたためで、３つのチャープ信号を重ねれば３倍
に、４つのチャープ信号を重ねれば４倍になる。しかし
ながら、重ねるとピーク・パワーがそれぞれ３倍、４倍
（送信チャープ信号の振幅が３倍、４倍ということ）と
なる。上述に示すように、チャープ信号の帯域を分割し
重ねることにより、同じずれを生じるためには、パルス
幅は半分でよいことになる。このように、パルス幅を拡
大せずにドプラ計測を行うことは有効である。
【００１３】＜多重アップチャープ信号と多重ダウンチ
ャープ信号との関係＞ Ａ．アップチャープ信号、ダウンチャープ信号の両方を
同じ帯域とする場合 上記で詳しく説明した例であり、アップチャープ信号と
ダウンチャープ信号とを同じ帯域の周波数で多重化する
ことである。例えば、１〜４［ＭＨｚ］使用できる探触
子で送受信できるとし、アップチャープ信号とダウンチ
ャープ信号とをそれぞれ３つ、合計６重化するとする。
このとき、１〜２、２〜３、３〜４［ＭＨｚ］の各帯域
のアップチャープ信号と４〜３、３〜２、２〜１［ＭＨ
ｚ］の各帯域のダウンチャープ信号を全て重ねて送受信
する。この場合には、受信信号と、１〜２［ＭＨｚ］の
アップチャープ信号と相互相関を取り圧縮した波形、２
〜３［ＭＨｚ］のアップチャープ信号と相互相関を取り
圧縮した波形、３〜４［ＭＨｚ］のアップチャープ信号
と相互相関を取り圧縮した波形を３つ重ねてアップチャ
ープ信号の圧縮波形とする。同様にダウンチャープ信号
も３つの圧縮波形を重ねる。これには、以下の利点があ
る。 ・帯域全体を利用できる。 ・生体試料の周波数依存性の音響特性の影響がアップチ
ャープとダウンチャープで異ならない。しかしながら、
以下の欠点もある。 ・多重化したチャープ信号は周波数軸上で周期関数とな
るため、圧縮信号がとびとびの値になり、ピークの位置
を調べにくい。（これは、周期関数をフーリエ級数展開
すると離散スペクトルになるのと類似している）
ャープ信号との関係＞ Ａ．アップチャープ信号、ダウンチャープ信号の両方を
同じ帯域とする場合 上記で詳しく説明した例であり、アップチャープ信号と
ダウンチャープ信号とを同じ帯域の周波数で多重化する
ことである。例えば、１〜４［ＭＨｚ］使用できる探触
子で送受信できるとし、アップチャープ信号とダウンチ
ャープ信号とをそれぞれ３つ、合計６重化するとする。
このとき、１〜２、２〜３、３〜４［ＭＨｚ］の各帯域
のアップチャープ信号と４〜３、３〜２、２〜１［ＭＨ
ｚ］の各帯域のダウンチャープ信号を全て重ねて送受信
する。この場合には、受信信号と、１〜２［ＭＨｚ］の
アップチャープ信号と相互相関を取り圧縮した波形、２
〜３［ＭＨｚ］のアップチャープ信号と相互相関を取り
圧縮した波形、３〜４［ＭＨｚ］のアップチャープ信号
と相互相関を取り圧縮した波形を３つ重ねてアップチャ
ープ信号の圧縮波形とする。同様にダウンチャープ信号
も３つの圧縮波形を重ねる。これには、以下の利点があ
る。 ・帯域全体を利用できる。 ・生体試料の周波数依存性の音響特性の影響がアップチ
ャープとダウンチャープで異ならない。しかしながら、
以下の欠点もある。 ・多重化したチャープ信号は周波数軸上で周期関数とな
るため、圧縮信号がとびとびの値になり、ピークの位置
を調べにくい。（これは、周期関数をフーリエ級数展開
すると離散スペクトルになるのと類似している）
【００１４】Ｂ．アップチャープ信号とダウンチャープ
信号とをそれぞれ別の帯域にする場合 アップチャープ信号とダウンチャープ信号とを別々の帯
域で多重化する。例えば、１〜４［ＭＨｚ］使用できる
探触子で送受信できるとし、アップチャープ信号とダウ
ンチャープ信号とを、それぞれ３つ、合計６重化すると
する。このとき、１〜１．５、１．５〜２、２〜２．５
［ＭＨｚ］のアップチャープと４〜３．５、３．５〜
３、３〜２．５［ＭＨｚ］のダウンチャープを全て重ね
て送受信する。この場合には、多重化した相補チャープ
信号をフィルタリングにより、多重化する前のチャープ
信号に戻し、それを時間軸上でつなぎ合わせて、元々用
意しておいたチャープ信号と相互相関を取り圧縮する。
例えば、具体的には、１〜１．５、１．５〜２、２〜
２．５［ＭＨｚ］のアップチャープ信号をフィルタによ
り別々に分離し、それをつなぎ合わせて、１〜２．５
［ＭＨｚ］のアップチャープ信号にする。あらかじめ、
用意しておいた１〜２．５［ＭＨｚ］のアップチャープ
信号と相互相関を取り圧縮をする。ダウンチャープ信号
も同様に処理を行う。アップチャープとダウンチャープ
の信号をフィルタで分離（つまり、６つのチャープに分
離）できるためには、帯域を分ける必要がある。これに
は、以下の利点がある。 ・多重化しても周波数軸上で周期関数にならないため、
圧縮信号が連続となり、ピークの位置を調べやすい。し
かしながら、これにも以下の欠点がある。 ・アップチャープ、ダウンチャープそれぞれの信号が使
用できる帯域が半分になってしまう。 ・生体試料の周波数依存性の音響特性の影響がアップチ
ャープ信号とダウンチャープ信号とで異なるため、ドプ
ラ・シフトの計測に影響を与えうる。
信号とをそれぞれ別の帯域にする場合 アップチャープ信号とダウンチャープ信号とを別々の帯
域で多重化する。例えば、１〜４［ＭＨｚ］使用できる
探触子で送受信できるとし、アップチャープ信号とダウ
ンチャープ信号とを、それぞれ３つ、合計６重化すると
する。このとき、１〜１．５、１．５〜２、２〜２．５
［ＭＨｚ］のアップチャープと４〜３．５、３．５〜
３、３〜２．５［ＭＨｚ］のダウンチャープを全て重ね
て送受信する。この場合には、多重化した相補チャープ
信号をフィルタリングにより、多重化する前のチャープ
信号に戻し、それを時間軸上でつなぎ合わせて、元々用
意しておいたチャープ信号と相互相関を取り圧縮する。
例えば、具体的には、１〜１．５、１．５〜２、２〜
２．５［ＭＨｚ］のアップチャープ信号をフィルタによ
り別々に分離し、それをつなぎ合わせて、１〜２．５
［ＭＨｚ］のアップチャープ信号にする。あらかじめ、
用意しておいた１〜２．５［ＭＨｚ］のアップチャープ
信号と相互相関を取り圧縮をする。ダウンチャープ信号
も同様に処理を行う。アップチャープとダウンチャープ
の信号をフィルタで分離（つまり、６つのチャープに分
離）できるためには、帯域を分ける必要がある。これに
は、以下の利点がある。 ・多重化しても周波数軸上で周期関数にならないため、
圧縮信号が連続となり、ピークの位置を調べやすい。し
かしながら、これにも以下の欠点がある。 ・アップチャープ、ダウンチャープそれぞれの信号が使
用できる帯域が半分になってしまう。 ・生体試料の周波数依存性の音響特性の影響がアップチ
ャープ信号とダウンチャープ信号とで異なるため、ドプ
ラ・シフトの計測に影響を与えうる。
【００１５】＜超音波断層装置＞２つ以上のスペクトル
を重ねてチャープ信号を送受信することは、上述したド
プラ・シフトの計測以外に、腹部等の診断に用いられて
いる超音波断層装置にも利用できる。単一の探触子を用
いる場合（多くの超音波断層装置が単一）、チャープ信
号は一般のパルスエコー法の送信波であるインパルス信
号に比べ、時間幅が長いので、送信している間は受信信
号を受信することができない。このため、チャープ信号
の時間幅に応じた遅延伝送路をもうける等により、送信
チャープ信号が送信しきるまで、反射受信波が探触子に
到達しないようにしている。この伝送路を挿入すること
で生じる遅延のために、繰り返し時間も長くなり、フレ
ームレートを上げる際の制限になる。
を重ねてチャープ信号を送受信することは、上述したド
プラ・シフトの計測以外に、腹部等の診断に用いられて
いる超音波断層装置にも利用できる。単一の探触子を用
いる場合（多くの超音波断層装置が単一）、チャープ信
号は一般のパルスエコー法の送信波であるインパルス信
号に比べ、時間幅が長いので、送信している間は受信信
号を受信することができない。このため、チャープ信号
の時間幅に応じた遅延伝送路をもうける等により、送信
チャープ信号が送信しきるまで、反射受信波が探触子に
到達しないようにしている。この伝送路を挿入すること
で生じる遅延のために、繰り返し時間も長くなり、フレ
ームレートを上げる際の制限になる。
【００１６】図９に、多重チャープ信号を用いた超音波
断層装置２００の構成を示す。図９において、送信のた
めの多重チャープ信号を発生する多重チャープ信号発生
部２１０は、例えばダウンチャープ信号を発生する周波
数帯域で分割された複数のダウンチャープ発生器２１２
ないし２１３からのダウンチャープ信号を合成器２１４
で合成することで、複数のチャープ信号を重ね合わせた
多重チャープ信号を生成する。ここでは、ダウンチャー
プ信号を多重化したチャープ信号を用いているが、アッ
プチャープ信号を多重化してもよい。さて、この多重チ
ャープ信号発生部２１０からの多重チャープ信号で探触
子２２０により超音波が発生される。この超音波は、例
えば石英棒等の伝送路２２３を介して測定対象物２３０
へ送信される。多重チャープ信号が送信されている間、
スイッチ２２５により受信側への接続は切断されてい
る。多重チャープ信号の送信が終了すると、スイッチ２
２５が切り替わり、送信側との接続は切られ、探触子２
２０は受信側に接続される。測定対象物からの反射波
は、伝送路２２３を介して探触子２２０で受信される。
探触子２２０と伝送路２２３とは、測定対象物を走査す
るため、一体的に動き、その動きは全体のコントローラ
（図示せず）により検知することができる。
断層装置２００の構成を示す。図９において、送信のた
めの多重チャープ信号を発生する多重チャープ信号発生
部２１０は、例えばダウンチャープ信号を発生する周波
数帯域で分割された複数のダウンチャープ発生器２１２
ないし２１３からのダウンチャープ信号を合成器２１４
で合成することで、複数のチャープ信号を重ね合わせた
多重チャープ信号を生成する。ここでは、ダウンチャー
プ信号を多重化したチャープ信号を用いているが、アッ
プチャープ信号を多重化してもよい。さて、この多重チ
ャープ信号発生部２１０からの多重チャープ信号で探触
子２２０により超音波が発生される。この超音波は、例
えば石英棒等の伝送路２２３を介して測定対象物２３０
へ送信される。多重チャープ信号が送信されている間、
スイッチ２２５により受信側への接続は切断されてい
る。多重チャープ信号の送信が終了すると、スイッチ２
２５が切り替わり、送信側との接続は切られ、探触子２
２０は受信側に接続される。測定対象物からの反射波
は、伝送路２２３を介して探触子２２０で受信される。
探触子２２０と伝送路２２３とは、測定対象物を走査す
るため、一体的に動き、その動きは全体のコントローラ
（図示せず）により検知することができる。
【００１７】探触子２２０により受信された信号は、圧
縮信号生成部２４０により圧縮信号を得る。圧縮信号生
成部２４０は、多重チャープ信号発生部２１０と同じダ
ウンチャープ信号をダウンチャープ発生器２４２ないし
２４３から発生し、このダウンチャープ信号と受信した
信号との相関を取ることにより、それぞれのダウンチャ
ープ信号に対応して圧縮信号を得て、それを合成器２４
４により合成している。この信号を用いて断層画像を生
成する。これには、例えば、伝送路２２３および探触子
２２０による走査の動作および受信信号の受信時間によ
る断層距離を用いて、信号の２次元位置を定める。その
位置の画素の濃淡として、信号に対してＡ／Ｄ変換を行
うことにより、２次元のデジタル画像を得る。得られた
画像は、表示装置２７０により表示することができる。
この画像はプリンタからプリントアウトすることも可能
である。このような超音波断層装置では、多重化したチ
ャープ信号を用いることにより、同じチャープ信号の帯
域でも、時間幅が半分以下になるため、伝送路の距離を
半分以下にできるとともに、フレームレートを上げやす
くなるという利点がある。
縮信号生成部２４０により圧縮信号を得る。圧縮信号生
成部２４０は、多重チャープ信号発生部２１０と同じダ
ウンチャープ信号をダウンチャープ発生器２４２ないし
２４３から発生し、このダウンチャープ信号と受信した
信号との相関を取ることにより、それぞれのダウンチャ
ープ信号に対応して圧縮信号を得て、それを合成器２４
４により合成している。この信号を用いて断層画像を生
成する。これには、例えば、伝送路２２３および探触子
２２０による走査の動作および受信信号の受信時間によ
る断層距離を用いて、信号の２次元位置を定める。その
位置の画素の濃淡として、信号に対してＡ／Ｄ変換を行
うことにより、２次元のデジタル画像を得る。得られた
画像は、表示装置２７０により表示することができる。
この画像はプリンタからプリントアウトすることも可能
である。このような超音波断層装置では、多重化したチ
ャープ信号を用いることにより、同じチャープ信号の帯
域でも、時間幅が半分以下になるため、伝送路の距離を
半分以下にできるとともに、フレームレートを上げやす
くなるという利点がある。
【００１８】
【発明の効果】（１）相補チャープ信号を用い、受信し
たアップチャープ信号の圧縮信号とダウンチャープ信号
の圧縮信号の相互相関を取り、その相関距離からドプラ
・シフトを知ることができる。 （２）同じ帯域、同じパルス幅で、２重化なら２倍、３
重化なら３倍のドプラ・シフト感度を持つことができ
る。 （３）超音波断層装置に多重化チャープ・パルス圧縮法
を導入した際、伝送路を短くでき、フレームレートを高
くできる。
たアップチャープ信号の圧縮信号とダウンチャープ信号
の圧縮信号の相互相関を取り、その相関距離からドプラ
・シフトを知ることができる。 （２）同じ帯域、同じパルス幅で、２重化なら２倍、３
重化なら３倍のドプラ・シフト感度を持つことができ
る。 （３）超音波断層装置に多重化チャープ・パルス圧縮法
を導入した際、伝送路を短くでき、フレームレートを高
くできる。
【図１】アップチャープ信号を示す図である。
【図２】アップチャープ信号の圧縮信号を示す図であ
る。
る。
【図３】ダウンチャープ信号を示す図である。
【図４】ダウンチャープ信号の圧縮信号を示す図であ
る。
る。
【図５】ドプラ測定の構成例を示す図である。
【図６】ドプラ測定における、（ａ）多重アップチャー
プ信号と、（ｂ）単一アップチャープ信号の受信チャー
プ信号を示す図である。
プ信号と、（ｂ）単一アップチャープ信号の受信チャー
プ信号を示す図である。
【図７】単一相補チャープ信号の相互相関および包絡線
検波を行った後の波形を示す図である。
検波を行った後の波形を示す図である。
【図８】多重相補チャープ信号の相互相関および包絡線
検波を行った後の波形を示す図である。
検波を行った後の波形を示す図である。
【図９】超音波断層測定の構成例を示す図である。
１００ ドプラ測定装置 １１０ 多重相補チャープ信号発生部 １１２，１１３ ダウンチャープ信号発生器 １１４，１１８ 合成器 １１６，１１７ アップチャープ信号発生器 １２０ 探触子 １３０ 反射体 １４０ 圧縮信号生成部 １４２，１４３ ダウンチャープ信号発生器 １４４，１４８ 合成器 １４６，１４７ アップチャープ信号発生器 １５２，１５３，１５６，１５７ 相関器 １６０ 相互相関器 １７０ 包絡線検波器 ２００ 超音波断層装置 ２１０ 多重チャープ信号発生部 ２１２，２１３ ダウンチャープ信号発生器 ２１４ 合成器 ２２０ 探触子 ２２３ 伝送路 ２２５ 切り替えスイッチ ２３０ 測定対象物 ２４０ 圧縮信号生成部 ２４２，２４３ ダウンチャープ信号発生器 ２４５，２４６ 相関器 ２４４ 合成器 ２６０ 画像生成部 ２７０ 表示装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｓ 15/10 Ｇ０１Ｓ 15/10 Ｆターム(参考） 2F068 AA03 CC07 DD04 FF05 FF12 FF26 PP11 QQ18 4C301 AA02 DD04 EE03 EE20 HH52 JB28 5J083 AA02 AB17 AC28 AD04 AD08 BA02 BE08 DA01
Claims (3)
- 【請求項１】超音波測定装置であって、 複数の周波数帯域で分割されたチャープ信号を合成する
ことにより、多重チャープ信号を発生する多重チャープ
信号発生部と、 前記多重チャープ信号の超音波を送信して、測定対象か
らの反射波を受信する探触子と、 前記探触子からの受信信号と、複数の周波数帯域で分割
したチャープ信号との相関を取ることで複数の圧縮信号
を得て、前記複数の圧縮信号を合成することにより、受
信信号の圧縮信号を得る圧縮信号生成部とを備えること
を特徴とする超音波測定装置。 - 【請求項２】請求項１記載の超音波測定装置において、 前記多重チャープ信号発生部は、複数の周波数帯域で分
割されたダウンチャープ信号とアップチャープ信号とを
合成することにより、相補多重チャープ信号を発生し、 前記圧縮信号生成部は、前記探触子からの受信信号と、
複数の周波数帯域で分割したダウンチャープ信号とアッ
プチャープ信号との相関を取ることで、複数のダウンチ
ャープ信号とアップチャープ信号の圧縮信号を得て、前
記複数のダウンチャープ信号の圧縮信号およびアップチ
ャープ信号の圧縮信号をそれぞれ合成することで、ダウ
ンチャープ信号とアップチャープ信号の圧縮信号を得て
おり、 さらに、前記圧縮信号発生部からのダウンチャープ信号
とアップチャープ信号の前記圧縮信号を用いて相互相関
を取る相互相関部を備え、 前記相互相関の相関距離から、ドプラ計測を行うことを
特徴とする超音波測定装置。 - 【請求項３】請求項１記載の超音波測定装置において、 前記多重チャープ信号発生部は、複数の周波数帯域で分
割されたダウンチャープ信号又はアップチャープ信号を
合成した多重チャープ信号を発生し、 前記圧縮信号生成部は、前記探触子からの受信波と、複
数の周波数帯域で分割したダウンチャープ信号又はアッ
プチャープ信号との相関を取ることで、複数の圧縮信号
を得て、前記複数の圧縮信号を合成することにより、ダ
ウンチャープ信号又はアップチャープ信号の圧縮信号を
得ており、 さらに、前記探触子と測定対象との間の伝送路と、 前記伝送路と探触子とにより、測定対象を走査するため
の走査部と、 前記圧縮信号を処理して、断層画像を得る画像処理部
と、 前記断層画像を表示する表示装置とを備えることを特徴
とする超音波測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000336460A JP2002136522A (ja) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | 超音波測定装置 |
| US10/415,557 US6918875B2 (en) | 2000-11-02 | 2001-11-01 | Ultrasound measurement apparatus |
| PCT/JP2001/009590 WO2002036016A1 (fr) | 2000-11-02 | 2001-11-01 | Instrument de mesure ultrasonore |
| EP01980951A EP1346691B1 (en) | 2000-11-02 | 2001-11-01 | Ultrasonic measurement instrument |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000336460A JP2002136522A (ja) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | 超音波測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002136522A true JP2002136522A (ja) | 2002-05-14 |
Family
ID=18812025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000336460A Pending JP2002136522A (ja) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | 超音波測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6918875B2 (ja) |
| EP (1) | EP1346691B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002136522A (ja) |
| WO (1) | WO2002036016A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008212542A (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Toshiba Corp | 超音波診断装置および超音波診断装置の制御プログラム |
| WO2021130818A1 (ja) * | 2019-12-23 | 2021-07-01 | 三菱電機株式会社 | 検出装置、検出方法、及び、検出プログラム |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2579100C (en) * | 2004-09-21 | 2014-04-08 | Digital Signal Corporation | System and method for remotely monitoring physiological functions |
| CN101166947B (zh) * | 2005-02-14 | 2010-05-19 | 数字信号公司 | 用于提供线性调频电磁辐射的系统和方法 |
| EP1739455A1 (en) * | 2005-06-23 | 2007-01-03 | I.N.S.E.R.M. Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale | Chirp reversal ultrasound contrast imaging |
| AU2006325781A1 (en) * | 2005-12-14 | 2007-06-21 | Digital Signal Corporation | System and method for tracking eyeball motion |
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