(57)【要約】      （修正有）【課題】超音波ビームを使用して調査中の物質を検査するシステム及び方法を提供する。【解決手段】エコーロケーションデータは、異なる超音波トランスデューサ５３０を使用して生成された超音波ビーム成分から生じたエコーを区別するため、位相及び振幅情報を使用できる多次元変換を使用して発生される。多次元変換は送信又は受信ビームラインの使用に依存しないので、多次元領域は一つの超音波送信を使用して映像化され得る。ある実施例では、これにより画像フレームレートが増加し、画像を発生させるために要する超音波エネルギーの量が減少する。【選択図】図５
2010142658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物質を検査する超音波システムによって実行される方法であって、
複数のトランスデューサにより、前記複数のトランスデューサの各トランスデューサによって発生された成分を含む超音波ビームを検査対象物質に送信する段階と、
前記超音波ビームと前記検査対象物質の間の相互作用によって発生されたエコーを受信する段階と、
受信したエコーから第１のデータを発生させる段階であって、前記第１のデータは位相情報及び振幅情報を含む値をとり、時間次元と関連付けられ、少なくとも一つの空間次元上で分布するデータを表す、段階と、
前記位相情報及び／又は振幅情報を使用して、受信したエコーの中から、前記複数のトランスデューサのうちのトランスデューサの部分集合によって発生された超音波ビーム成分から生じたエコーを区別する段階と、
区別されたエコーを使用して、前記第１のデータを、前記第１のデータよりも少なくとも１次元以上大きい空間次元上で分布した値をとる第２のデータに変換する段階と、
を有する方法。
【請求項２】
前記振幅情報、前記位相情報または前記振幅情報と位相情報の両方が受信したエコーの間でエコーを区別するため使用される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記超音波ビームは２次元以上の空間次元を含む対象領域を検査するように設定されており、
当該方法は、追加的超音波ビームを前記検査対象物質に送信する段階を更に含み、前記追加的超音波ビームは２次元以上の空間次元を含む前記対象領域と重なり合う第２の対象領域を検査するように設定されている、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記超音波ビームは２次元以上の空間次元を含む対象領域を検査するよう構成されており、
当該方法は、２次元以上の空間次元を含む対象領域と重なり合う第２の対象領域を検査するように設定されている追加的超音波ビームを前記検査対象物質に送信する段階と、
前記追加的超音波ビームと前記検査対象物質の間の相互作用によって発生した第２のエコーを受信する段階と、
受信した第２のエコーを使用して第３のデータを発生させる段階と、
前記第２のデータと前記第３のデータの両方を使用して画像を発生させる段階と、を更に有する請求項１記載の方法。
【請求項５】
検査対象物質を検査する超音波システムによって実行される方法であって、
単一の超音波ビームを検査対象物質に送信する段階と、
前記超音波ビームと前記検査対象物質の間の相互作用によって発生されたエコーを受信する段階と、
受信したエコーから、位相情報及び振幅情報を含み、時間次元及び少なくとも第１の空間次元に関連付けられた値をとる第１のデータを発生させる段階と、
変換されるべき第１のデータの一部を選択するために前記位相情報及び／又は前記振幅情報を用い、少なくとも第２の空間次元及び第３の空間次元に分布する第２のデータを生成し得る変換を使用して、前記第１のデータの一部を第２のデータに変換する段階と、
を有する方法。
【請求項６】
検査対象物質を検査する超音波システムによって実行される方法であって、
超音波ビームを検査対象物質に送信する段階と、
送信された超音波ビームと前記検査対象物質との間の相互作用によって発生されたエコーを受信する段階と、
受信されたエコーを使用して、時間及び第１の空間次元における多数の位置と関連付けることが可能である第１のデータを発生させる段階と、を有し、位置の個数は少なくとも６４個であり、位置の個数との関連付けは時間との関連付けとは独立であり、
当該方法が、
前記第１のデータを、少なくとも前記第１の空間次元及びある第２の空間次元と関連付けることができる値をとる第２のデータに変換する段階を更に有する、
方法。
【請求項７】
第２の超音波ビームと前記検査対象物質との間の相互作用によって発生させられた第２のエコーを受信する段階と、
受信した第２のエコーを使用して第３のデータを発生させる段階を更に有し、前記第１のデータと前記第３のデータの組み合わせは、前記第１のデータと同じ次元をもつ、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
検査対象物質を検査する超音波システムによって実行される方法であって、
少なくとも一つの空間次元において位置をずらされた少なくとも二つの重なり合う超音波ビームを検査対象物質中に送信する段階と、
前記少なくとも二つの重なり合う超音波ビームと前記検査対象物質との間の相互作用によって生成されたエコーを受信する段階と、
受信されたエコーから、振幅情報および位相情報を含み前記少なくとも一つの空間次元と関連付け可能な値をもつデータを生成する段階と、
受信ビーム形成に先立って、受信されたエコーから生成されたデータを組み合わせる段階とを有し、前記組み合わせる段階は前記生成されたデータの振幅および位相を調整することを含む、方法。
【請求項９】
検査対象物質を検査する超音波システムによって実行される方法であって、
少なくとも一つの空間次元において位置をずらされた少なくとも二つの重なり合う超音波ビームを検査対象物質中に送信する段階と、
前記少なくとも二つの重なり合う超音波ビームと前記検査対象物質との間の相互作用によって生成されたエコーを受信する段階と、
受信されたエコーから、振幅情報および位相情報を含み前記少なくとも一つの空間次元と関連付け可能な値をもつデータを生成する段階と、
前記少なくとも二つの重なり合う超音波ビームから同一の受信ビームが形成される受信ビーム形成を実行する段階と、
受信ビーム形成後に、受信されたエコーから生成されたデータを組み合わせる段階とを有し、前記組み合わせる段階は前記生成されたデータの振幅および位相を調整することを含み、前記データの振幅および位相の調整は前記少なくとも一つの空間次元の好適な線形変換において実行され、前記好適な線形変換はフーリエ変換である、方法。
【請求項１０】
超音波撮像システムであって：
検査対象物質の分析の要件に対するユーザ指示を受領するよう構成され、前記ユーザ指示に従って前記検査対象物質の撮像のための超音波ビームの数および形を決定するようさらに構成された制御装置と、
前記制御装置によって決定された超音波ビームの数および形に対応する超音波ビームを前記検査対象物質に送信するよう構成され、送信された超音波ビームに応答して生成されたエコーを検出して検出されたエコーに関するアナログ・チャネル・データを生成するようさらに構成されたトランスデューサ・アレイと、
振幅情報および位相情報を含むデジタル・チャネル・データを生成するよう構成されたマルチチャネルＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル・チャネル・データを記憶するよう構成されたチャネル・データ・バッファと、
記憶されたデジタル・チャネル・データの少なくとも振幅情報および位相情報の変換を通じて、送信ライン、受信ライン、走査ラインを使うことなく、多次元エコーロケーション・データを生成するよう構成された信号プロセッサと、
生成された多次元エコーロケーション・データを記憶するよう構成された、あらかじめ選択された座標系をもつエコーロケーション・データ・アレイと、
表示装置上に表示するための画像を生成するよう構成された画像コンバータであって、前記エコーロケーション・データ・アレイの前記あらかじめ選択された座標系に記憶された前記多次元エコーロケーション・データは前記表示装置上の特定の位置にマッピングされる、画像コンバータとを有する、
超音波撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像化の分野に係り、特に、超音波映像化の分野に関する。
【０００２】
〔関連出願へのクロスリファレンス〕本願は、２００２年４月５日に出願され、本願と同一出願人に譲渡された発明の名称が”幅広ビーム映像化(Broad-beam  Imaging)”である米国仮特許出願第６０／３７０，６３２を基礎とする優先権主張出願である。
【０００３】
本願は、２００１年１０月２０日に出願された発明の名称が”超音波映像化におけるブロック切換(Block  Switching  in  Ultrasound  Imaging)”である米国特許出願第１０／０３９，９２２の一部継続出願である。
【０００４】
本願は、２００１年５月１８日に出願された、発明の名称が”並列多重モード・多重バンド（M３B）超音波映像化(Simultaneous  Multi-Mode  and  Multi-Band(M3B)  Ultrasonic  Imaging)”である同時係属中の米国特許出願第１０／０３９，８６２号、２００１年５月３１日に出願された、発明の名称が”位相反転超音波映像化システム及び方法(System  and  Method  for  Phase  Inversion  Ultrasonic  Imaging)”である米国特許出願第０９／８７２，５４１号、及び、２００２年３月１９日に出願された、発明の名称が”後処理超音波カラードップラー映像化システム及び方法(System  and  Method  for  Post-Processing  Ultrasound  Color  Doppler  Imaging)”に関連する。関連出願の内容は、参考のため引用される。関連出願は本願と同一出願人に譲渡されている。
【背景技術】
【０００５】
超音波映像化は、広い範囲の物質を検査するため頻繁に使用される方法である。この方法は、相対的に非侵襲性、低コスト、及び、高速診断サイクルであるため、特に、医療分野で普及している。典型的に、超音波映像化は、超音波を発生し、調査対象の物質の方へ向け、異種物質の境界で発生される反射を観察することにより実現される。例えば、医療アプリケーションの場合、観察された反射は患者の組織の境界で発生されている。観察された反射は、受信装置（トランスデューサ）によって電気信号に変換され、エコー源のロケーションを判定するために従来技術で公知の方法を使用して処理される。得られたデータは、モニタのような表示装置を使用して表示される。
【０００６】
従来技術による超音波ビームを生成し、得られたエコーを解析する処理は、「ビーム形成（処理方式）」と呼ばれる。生産プロセスは、オプションとして、アパーチャ・アポディゼーション、ステアリング、及び／又は、フォーカシングによって「送信」ビーム特性を定義する。解析プロセスは、オプションとして、「受信ビーム」を計算し、受信されたエコーは、狭い領域に沿って発生したエコーを隔離するため処理される。この計算には、エコーが発生したときに沿ったと考えられる１次元ラインを識別することが含まれるので、以下では、「エコーライン計算」とも呼ばれる。ビーム形成を通じて、エコーロケーションデータの１次元集合が、各送信及び／又は受信ビームを使用して発生させられる。エコーロケーションデータは、１個以上のエコー源の物理的位置に関連した位置データであり、オプションとして、強度、速度及び／又は同様の物理情報を含む。エコーロケーションデータは、後ビーム形成未加工データ、検出データ、又は、画像データを含む。超音波画像のような多次元エコーロケーションデータは、多数の送信及び／又は受信ビームを使用して調査中に物質内の視野を走査することによって発生される。
【０００７】
送信フェーズ中に調査中の物質に送信された超音波ビームは、電子信号をトランスデューサへ供給することによって発生される。超音波ビームは、調査中の物質中を伝播するとき、散乱、共鳴、減衰及び／又は反射される。反射信号の一部はトランスデューサで受信され、エコーとして検出される。受信用トランスデューサは、エコー信号を電子信号に変換し、オプションとして、受信ビームを使用する解析に本質的なエコーライン計算を実行するエコーライン計算器（ビーム形成器）にエコー信号を供給する。
【０００８】
ビーム形成後、画像スキャンコンバータは、画像データを発生させるため計算されたエコーロケーションデータを使用する。従来技術のシステムの場合、画像形成レート（フレームレート）は、少なくとも、エコー画像を発生させるため使用された全超音波ビームの総パルス戻り時間によって制限される。パルス戻り時間は、超音波ビームが調査中の物質に送信されてから、最後に生じた反射エコーが検出されるまでの時間である。フレームレートが制限されると、超音波システムと調査中の物質の間の相対運動が原因となって時間的アーティファクトが生じる。
【０００９】
図１には、従来技術による超音波システム１００が示されている。超音波システム１００は、トランスデューサ素子１１０の素子アレイ１０５と、基材１２０と、オプション的なマッチング層１３０と、送受スイッチ１４０と、ビーム送信機１５０と、を含む。基材１２０は、素子アレイ１０５を支持し、基材１２０へ向かって伝播する超音波エネルギーを減衰させる。マッチング層１３０は、トランスデューサ素子１１０から調査中の物質（図示せず）に超音波エネルギーを転送する。トランスデューサ素子１１０は、個別のトランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｈを含み、個別のトランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｈは、導体１１５及び１１１７によって、送受スイッチ１４０を介して、ビーム送信機１５０へ別々に接続される。送受スイッチ１４０は、マルチプレクサ１４５を具備してもよく、これにより、導体１１７の個数を導体１１５の個数よりも少なくすることができる。送信フェーズでは、ビーム送信機１５０は、電子パルスを発生する。電子パルスは、送受スイッチ１４０を介して供給され、一部若しくは全部のトランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｈに供給され、超音波パルス１６０に変換される。全体として、超音波パルス１６０は、調査中の物質を調べる超音波ビーム１７０を形成する。
【００１０】
超音波ビーム１７０は、エコーが発生される領域を制限するため集中される。エコー源が狭い領域に限定されたとき、エコーロケーションデータの計算は、エコー源が「送信ライン」に沿うことを仮定することによって簡単化される。この仮定の下で、ビーム計算器の仕事は、エコー源の位置を１次元で判定する問題に簡略化される。この位置は、エコーの戻り時間を使用して確定される。この仮定の精度と、送信ラインの間隔は、従来技術の超音波システムの解像度を決定する上で重要な要因である。ビームを精細に集中させると、粗く集中させたビームよりも容易に解像度を高くすることができる。同様の仮定及び結果は、計算された受信ビームに関係した解析の場面にも現れる。
【００１１】
図２に示された従来技術の焦点合わせシステムでは、素子アレイ１０５は、トランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｈに印加される電子パルス２１０のタイミングを変えることによって超音波ビーム１７０を集中させるように構成されたフェーズドアレイである。本システムの場合、電子パルス２１０は、ビーム送信機１５０で発生され、送受スイッチ１４０を通される。電子パルス２１０は、遅延発生器（図示せず）を使用して遅延され、トランスデューサ素子１１０Ａ−Ｈに供給される。超音波ビーム１７０は、トランスデューサ素子１１０Ａ−Ｈが遅延電子パルスを超音波パルス１６０（図１）に適切に変換するときに形成される。一旦形成されると、超音波ビーム１７０は、焦点２３０を含む送信ビームライン２５０の方向へ向けられ、超音波ビーム１７０の幅によって表されるビーム胴部２４０が得られる。同様の方式で、素子アレイ１５０の段階的（フェーズド）励起は、超音波ビーム１７０を特定の方向へ向ける（舵取りする）ため使用される。超音波ビーム１７０の横断面強度は、典型的に、焦点周りのガウシアンであり、送信ビームライン２５０に沿って最大値をとる。超音波ビーム１７０の形状は、アパーチャ・アポディゼーションに依存する。
【００１２】
走査（スキャンニング）プロセスにおいて、超音波システム１００は、二つ以上の空間次元で画像を形成するため別の異なる送信ビームライン２５０に沿って別々の超音波ビーム１７０の系列を送信する。特定の超音波ビーム１７０は、オプションとして、別の超音波ビーム１７０を発生する前に、幾つかの送受サイクルで送信される。各送信フェーズの間に受信フェーズが現れ、その間にエコーが検出される。超音波スキャンにふくまれる各超音波ビーム１７０は、少なくとも１回の送受サイクルを必要とするので、走査プロセスは、パルス戻り時間の多数倍の時間を要する。このパルス戻り時間は、調査中の物質内の音速によって決定されるが、従来技術の超音波画像が発生されるレートに関する主要な制限である。更に、トランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｈが走査プロセス中に調査中の物質に対して相対的に移動した場合、望ましくない時間的異常性が発生される。
【００１３】
図３Ａ乃至３Ｅには、８個のトランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｈからなるフェーズドアレイ３１０における従来技術の走査プロセスが示されている。８個のトランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｈの部分集合３２０Ａ−３２０Ｅは、別々の１個の超音波ビーム１７０Ａ−１７０Ｅを発生させるため使用される。例えば、図３Ａは、トランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｄを含む部分集合３２０Ａによって形成された超音波ビーム１７０Ａを示す。走査プロセスの次のステップは、図３Ｂに示されるようにトランスデューサ素子１１０Ｂ−１１０Ｅを含む部分集合３２０Ｂを使用して超音波ビーム１７０Ｂを形成する。本例の場合、超音波ビーム１７０Ｂと関連した送信ビームライン２５０Ｂは、焦点２３０Ｂを通過し、焦点２３０Ｂは、典型的に１個のトランスデューサ素子１１０の幅に一致する距離だけ焦点２３０Ａから離れている。図３Ｃ乃至３Ｅに示されるように、超音波ビーム１７０Ｃ乃至１７０Ｅを生成するため使用された各部分集合３２０Ｃ乃至３２０Ｅは、夫々、部分集合３２０Ｂ乃至３２０Ｄに対してトランスデューサ素子１１０の１個分だけ変位している。各送信フェーズの間で出現し受信フェーズで検出されたエコーは、エコーロケーションデータを発生させるため使用され、これらのエコーロケーションデータは、典型的に、表示に適した画像を形成するため合成される。走査プロセスは多数の画像を生成するため繰り返される。
【００１４】
実際上、フェーズドアレイ３１０は、６４個、１２８個、或いは、それ以上の個数のトランスデューサ素子１１０を含む。エコーロケーションデータの解像度は、トランスデューサ素子１１０のアパーチャ及び個数と、送信ビームライン２５０が超音波ビーム１７０内で考えられるエコー源を正確に表現できる程度と、に依存する。ビームライン２５０Ａ−Ｅを使用する超音波ビーム１７０Ａ−Ｅの表現は、得られるエコーロケーションデータを決定する近似表現である。近似が良くない場合、得られるエコーロケーションデータの解像度が制限される。したがって、超音波ビーム１７０Ａ−Ｅの最大幅は、エコーロケーションデータの望ましい解像度によって制限される。近似の精度は、焦点２３０Ａ−Ｅからの距離の関数であり、近似はこの距離が長くなると精度が悪化する。
【００１５】
一般的な実現例では、異なる焦点２３０Ａ−Ｅで幾つかの超音波ビームを発生させ、焦点２３０Ａ−Ｅ付近でデータを発生させるため受信したエコーの各組を使用する。従来技術のデータ発生は、焦点２３０Ａ−Ｅ付近のエリアに制限される。なぜならば、距離が遠くなると、送信ビームライン２５０の近似は、望ましい解像度のエコーロケーションデータを得るために精度が不足するからである。典型的に、１本の受信又は送信ビームライン２５０が送受サイクル毎に発生される。エリアを映像化するために必要なビーム本数は、映像化されるべきエリアの幅及び奥行きと、望ましい解像度とに依存する。焦点２３０付近のエコーだけを使用することにより、全受信信号の一部分だけ（例えば、１０％未満）が使用され、残りの受信信号は無視される。従来技術の場合、検出信号は十分に利用されていない。同様の欠点は、シンセティック受信ラインを利用するシステムの場合にも生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従来技術において、カバーされるべきエリア、送信ビーム幅、送信ビーム１７０の個数、及び、エコーロケーションデータの解像度は、相互依存的である。送信ビーム幅は、エコーロケーションの最小横方向解像度幅を決定する。各送信ビーム１７０は、限定されたエリアしかカバーしないので、大規模エリアを映像化するためには非常に多数の送信ビーム１７０が必要になる。使用する送信ビーム１７０の数が増加すると、画像を発生させるために要する最大時間が長くなる。
【００１７】
パルス戻り時間、及び、信号の不十分な使用によって制限されている画像形成レートのような従来技術の欠点は、従来技術の超音波システムがマイクロ処理パワーにおける進歩を完全に活用することを阻害している。従来技術は、実現可能な最高解像度をもつ画像を発生させるためにこれらの欠点を犠牲にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一実施例による調査中の物質を検査する方法は、超音波ビームを調査中の物質に送信するため複数のトランスデューサを使用する手順（１）を有し、超音波ビームは、複数のトランスデューサのうちの各トランスデューサによって発生された成分を含み、超音波ビームと調査中の物質の間の相互作用によって発生されたエコーを受信する手順（２）と、受信エコーから第１のデータを発生させる手順（３）と、を有し、第１のデータは、位相情報及び振幅情報を含む値をとり、時間次元と関連付けられ、少なくとも一つの空間次元上で分布し、受信エコーの中から、複数のトランスデューサのうちのトランスデューサの部分集合によって発生された超音波ビーム成分から生じたエコーを区別するため、位相情報及び／又は振幅情報を使用する手順（４）と、区別されたエコーを使用して、第１のデータを、第１のデータよりも少なくとも１次元以上大きい空間次元上で分布した値をとる第２のデータに変換する手順（５）と、を有する。
【００１９】
本発明の一実施例による調査中の物質を検査する方法は、超音波ビームを調査中の物質に送信する手順（１）と、超音波ビームと調査中の物質の間の相互作用によって発生されたエコーを受信する手順（２）と、受信エコーから、位相情報及び振幅情報を含み、時間次元及び少なくとも第１の空間次元に関連付けられた値をとる第１のデータを発生させる手順（３）と、変換されるべき第１のデータの一部を選択するために位相情報及び／又は振幅情報を用い、少なくとも第２の空間次元及び第３の空間次元に分布する第２のデータを生成し得る変換を使用して、第１のデータの一部を第２のデータに変換する手順（４）と、を有する。
【００２０】
本発明の一実施例による調査中の物質を検査する方法は、一つ以上の超音波ビームを調査中の物質に送信する手順（１）と、送信された一つ以上の超音波ビームの中の１個の超音波ビームと調査中の物質との間で、少なくとも第１の空間次元及び第２の空間次元上に分布する点において生じる相互作用によって発生させられた第１のエコーを受信する手順（２）と、受信された第１のエコーから、時間次元に分布し、付加的に少なくとも第１の空間次元又は第２の空間次元に分布する値をとる第１のデータを発生させる手順（３）と、第１のデータを、少なくとも第１の空間次元及び第２の空間次元の両方に分布する値をとる第２のデータに変換する手順（４）と、別の超音波ビームを調査中の物質に送信する手順（５）と、別の超音波ビームを使用して発生された更なるエコーを受信する手順（６）と、受信された更なるエコーを使用して、エコーロケーションデータであり、特定の次元をもつ第３のデータを発生させる手順（７）と、第３のデータと同じ次元をもつように第３のデータと第２のデータを結合する手順（８）と、を有する。
【００２１】
本発明の一実施例による調査中の物質を検査する方法は、超音波ビームを調査中の物質に送信する手順（１）と、送信された超音波ビームと調査中の物質との間の相互作用によって発生されたエコーを受信する手順（２）と、受信されたエコーを使用して、時間及び第１の空間次元の多数の点と関連付けることが可能である第１のデータを発生させる手順と（３）を有し、点の個数は少なくとも６４個であり、点の個数との関連性は時間との関連性とは独立であり、第１のデータを、少なくとも第１の空間次元及び第２の空間次元と関連付けることができる値をとる第２のデータに変換する手順（４）を更に有する。
【００２２】
本発明の一実施例による調査中の物質を検査する方法は、超音波ビームを調査中の物質に送信するため複数の超音波トランスデューサを使用する手順（１）と、超音波ビームと調査中の物質との間の相互作用によって発生させられたエコーを受信する手順（２）と、受信されたエコーから、時間及び第１の空間次元における２個以上の第１の個数の位置と関連付けることができる複数の値をとる第１のデータを発生させる手順（３）と、第１のデータから、第２の空間次元及び第１の空間次元における第２の個数の位置と関連付けることができる第２のデータを発生させる手順（４）と、を有し、第１の位置の個数は第２の位置の個数よりも少数であり、第２のデータの中で、第２の個数の位置のうちの１個と関連付けることできるが、第１の個数の位置とは関連付けることができない少なくとも１個の値は、第１のデータの値の間の内挿を用いることなく発生される。
【００２３】
本発明の一実施例による調査中の物質を検査する方法は、複数の超音波ビームを調査中の物質に送信するため複数のトランスデューサを使用する手順（１）と、複数の超音波ビームの中の第１のメンバーと調査中の物質との間の相互作用によって発生された第１のエコーを受信する手順（２）と、受信した第１のエコーから、時間次元と関連付けることができ、少なくとも第１の空間次元における２個以上の位置と別個に関連付けることができ、位相情報及び振幅情報を含む値をとる第１のエコーデータを発生させる手順（３）と、複数の超音波ビームの中の少なくとも第２のメンバーと調査中の物質との間の相互作用によって発生された第２のエコーを受信する手順（４）と、受信した第２のエコーから、時間次元と関連付けることができ、少なくとも第２の空間次元における２個以上の位置と別個に関連付けることができる値をとる第２のエコーデータを発生させる手順（５）と、第１のエコーデータ、並びに、位相情報及び／又は振幅情報に応答するデータ変換を使用して、第１のエコーロケーションデータを発生させる手順（６）と、第２のエコーロケーションデータを発生させるため第２のエコーデータを使用する手順（７）と、第１のエコーロケーションデータと同じ次元をもつ第３のエコーロケーションデータを生成するため、第１のロケーションデータ及び第２のロケーションデータを結合する手順（８）と、を有する。
【００２４】
本発明の一実施例によるエコーロケーションデータを発生させる方法は、エコーをエコー信号に変換することによって、時間及び少なくとも一つの空間次元における複数の位置に関連付けることができ、位相情報及び振幅情報を含む複数の値をとる第１のデータを発生させる手順（１）と、第１のデータ、並びに、位相情報及び／又は振幅情報に応じたデータ変換を使用して、複数の位置における異なる位置と関連付けることができる複数の値のうちの２個以上のメンバーから獲得された少なくとも一つの値をとるエコーロケーションデータを発生させる手順（２）と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来技術の超音波システムの説明図である。
【図２】従来技術による超音波ビームを集中させる方法の説明図である。
【図３】（Ａ）乃至（Ｅ）は８個のトランスデューサ素子からなるフェーズドアレイを使用する従来技術の走査プロセスの説明図である。
【図４】本発明の一実施例による幅広ビーム方法の概要を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例による幅広ビームシステムのブロック図である。
【図６】本発明の一実施例による幅広ビーム設計ステップの詳細フローチャートである。
【図７Ａ】本発明の一実施例による直線状トランスデューサアレイを使用して発生された超音波ビームの説明図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施例による曲線状トランスデューサアレイを使用して発生された超音波ビームの説明図である。
【図７Ｃ】本発明の一実施例により発生した高周波照射領域を生じる超音波ビームの説明図である。
【図７Ｄ】幅広ビームの横断面を通る超音波強度をプロットしたグラフである。
【図８】本発明の一実施例による送信ステップの詳細フローチャートである。
【図９】本発明の一実施例による受信ステップの詳細フローチャートである。
【図１０】本発明の一実施例によるチャネルデータアレイに配置された保存データの説明図である。
【図１１Ａ】Ｘ位置を示す第１軸とＹ位置を示す第２軸を有する本発明の一実施例によるエコーロケーションデータアレイの説明図である。
【図１１Ｂ】角度（θ）を示す第１軸と半径（Ｒ）を示す第２軸を有する本発明の一実施例によるエコーロケーションデータアレイの他の実施例の説明図である。
【図１２Ａ】Ｘの１１分割用データビンを含む本発明の一実施例よる直交座標系の例示用の説明図である。
【図１２Ｂ】本発明の一実施例による超音波ビームによって高周波照射された領域を表現する極座標系の説明図である。
【図１３】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例によるトランスデューサ素子から調査中の物質内の物体まで伝播する超音波の説明図である。
【図１４】本発明の一実施例によるエコーから生成されたチャネルデータの説明図である。
【図１５】本発明の一実施例による図１４に示されたデータチャネルを使用して発生されたエコーロケーションデータの説明図である。
【図１６】本発明の一実施例によるエコー領域計算に含まれる方法のフローチャートである。
【図１７】本発明の一実施例による３通りの代替的なアポディゼーション関数を説明するグラフである。
【図１８】２個のトランスデューサ素子から送信され、超音波反射物体に衝突した超音波の説明図である。
【図１９】本発明の一実施例によるチャネルデータアレイに格納された、ＳＣＥトランスデューサ素子によって発生された信号の説明図である。
【図２０】本発明の一実施例によるエコー領域計算ステップの詳細フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
新しい幅広ビーム（New  broad-beamTM)技術は、多次元（領域２次元若しくは容積３次元）エコーロケーションデータをできる限り少ない１個の超音波ビームから発生させることができるシステム及び方法である。これらの技術は、超音波ビームを発生させ、調査中の物質に超音波ビームを送信し、得られたエコーからエコー信号を発生させ、２次元以上の次元に分布したエコーロケーションデータを生成するためエコー信号を処理する。
【００２７】
幅広ビーム技術は、従来技術の超音波システム及び方法と比較して複雑ではない。例えば、幅広システム及び方法は、送信ライン、走査ライン、或いは、受信ラインの使用による制限がなく、幅広ビームシステム及び方法は、僅か１個の送信超音波ビームから多次元エコーロケーションデータを発生させ得る。送信ライン及び受信ラインへの依存性は取り除かれる。なぜならば、幅広ビーム技術は、エコー源が、送信ビームライン２５０及び／又は受信ラインのような１次元ラインに沿って存在することを仮定しないからである。幅広ビームシステム及び方法は、２次元画像を発生させるため、多数のビーム走査若しくは走査ラインを必要としない。また、従来技術とは異なり、得られたエコーロケーションデータは、２次元に分布する１個の送信された超音波ビームから生じ得る。幅広ビームシステム及び方法を使用した場合、大多数の受信エコー信号は画像発生のため使用される。
【００２８】
従来技術の実施例に対して、幅広ビームシステム及び方法は、送信された超音波ビームの形状若しくは幅に依存することなく、エコーロケーションデータの解像度を決定することができる。このような独立性が得られる理由は、幅広ビームシステムは、送信された超音波ビームが、送信ライン、又は、送信ラインを取り囲む円柱によって近似されることを仮定していないためである。一般的に、幅広ビームシステム及び方法において使用される超音波ビーム（幅広ビーム）は、従来技術において使用される精細に集束させられた超音波ビーム１７０よりも幅が広い。
【００２９】
幅広ビームシステム及び方法は、データの操作の仕方が従来技術とは相違する。幅広ビームシステム及び方法は、受信用トランスデューサで受信されたエコーをエコーロケーションデータに変換する多次元逆コンボリューションアルゴリズムに基づいているので、単一の送信超音波ビームから多次元エコーロケーションデータを発生する。例えば、一実施例によれば、逆コンボリューションアルゴリズム（計算）は、２次元（時間、超音波トランスデューサ）未加工データから、２次元（Ｘ，Ｙ位置）エコーロケーションデータへの変換に影響を与える。２次元（時間、超音波トランスデューサ）未加工データは、オプションとして、送信ライン若しくは受信ラインを仮定することなく、単一の送信超音波ビームから発生させられる。２次元エコーロケーションデータは、表現のため少なくとも二つの空間次元を要求する領域に分布する。幅広ビームシステム及び方法に組み込まれたデータ操作は、表示装置への表示のため構成された２次元画像を生成するため、単一の送信超音波ビームを使用することが可能である。
【００３０】
幅広ビームシステム及び方法は、マイクロプロセッサ能力の増加と、集積回路技術の進歩を有効に活用する。現在のマイクロプロセッサは、従来技術のビーム形成技術を使用して個別の超音波ビームが送信され受信されるレートよりも速いレートで幅広ビームデータ解析を実行する能力を備えている。従来技術は、パルス戻り時間と、領域を映像化するために必要な個別の超音波ビームの個数とによって制限されるが、幅広ビーム方式の実施例は、コンピューティングテクノロジーにおいて進行中の最新技術を活用する。幅広ビームシステム及び方法は、従来技術のように、細く集束させられた超音波ビームを使用することによって主として制限されることのない画像発生レートを達成する。
【００３１】
例えば、２００ｍｍの深さまで映像化する従来のシステムの場合、１２８回の送受信サイクルは、１．５４ｍｍ／マイクロ秒の音速に基づいて３３．３ミリ秒を要する。このレートにより得られるフレームレートは、基本アレイ１０５の軸に垂直な方向で画像領域全体の画像解像度が１２８ラインである場合に、約３０フレーム／秒である。これに対して、同じ深さを映像化するため本発明の一実施例を使用する場合、同じ解像度は、５乃至７回の送受信サイクルを使用して実現され、全部で１．３乃至１．８ミリ秒しか要しない。この時間は、最終的なフレームレートを７６９乃至５４９フレーム／秒に制限する。様々な実施例において、上述の１２９ラインの画像解像度の画像は、２５、１７、１０．５、又は、２ミリ秒未満で獲得される。
【００３２】
幅広ビーム技術の一部の実施例は、従来技術の走査プロセスに伴う望ましくない時間的異常性の出現が最小限に抑えられた画像を生じる。幅広ビーム超音波ビームから獲得された多次元エコーロケーションデータは、短期間のパルスもどり時間における調査中の物質の断面を表す。この時間は、従来技術における２次元（多重ビーム）走査を実現するために要する時間よりも短いので、データ収集中にトランスデューサと調査中の物質の間に相対運動が生じる確率は、従来技術の場合よりも低下する。
【００３３】
幅広ビームシステム及び方法は、超音波ビームがビームライン２５０のようなラインによって表現可能である、という従来技術の近似法に依存しない。したがって、得られるエコーロケーションデータの解像度は、従来技術の焦点２３０Ａ−Ｅのような焦点からの距離の関数ではない。幅広ビームは、典型的に、従来技術の各集束ビームよりも幅が広く、より大きい領域を映像化する能力を備えている。
【００３４】
各幅広ビームは、従来技術の超音波ビームの場合よりも広い領域を映像化することができるので、特定の領域を映像化するために必要な超音波ビームの個数は、従来技術よりも減少する。必要とされる超音波ビームは、例えば、１本のように非常に少ないので、幅広ビームシステム及び方法は、調査中の物質を映像化するため従来技術よりも少ない電力しか使用しない。使用電力が減少すると、調査中の物質に与えられるエネルギー量が減少し、各映像を発生させるために要する電気量も減少する。電気的必要条件の緩和は、バッテリーのような内蔵型電力源を使用する装置のためになる。
【００３５】
幅広ビーム技術の実施例には、超音波ビームを生成、受信及び解析するエリア（領域）形成(area  formingTM)プロセスが含まれる。このプロセスでは、エコーロケーションデータの組は、表現のための二つの空間次元を必要とする領域に分布し、高々１個の超音波ビームを使用して発生される。エコー検出が行われ、エコーロケーションデータが発生される受信点は、検査領域内のどの場所でも構わない。受信点は、オプションとして、粒度及び規則性が位置によって変化する可変グリッドに沿って並ぶ。幅広ビーム技術の他の実施例は、ボリューム（容積）形成(volume  formingTM)プロセスが含まれる。ボリューム形成プロセスは、エリア形成プロセスと類似しているが、僅か１個の超音波ビームを使用して発生されたエコーロケーションデータを適切に表現するために３個の空間次元が必要である点で相違する。エリア形成及びボリューム形成は、オプションとして、多次元形成(multidimensional  formingTM)プロセスを達成するため、時間及び速度のような非空間次元と組み合わされる。
【００３６】
図４は、本発明の一実施例による幅広ビーム方法４００の概要を説明するフローチャートである。方法４００は、領域又は容積を映像化するために要する超音波ビーム（幅広ビーム）の個数及び形状を決定する幅広ビーム設計ステップ４１０から始まる。このステップ内で、少なくとも１個の決定された幅広ビームの望ましい特性が計算され、この幅広ビームの発生のためのパラメータが設定される。各幅広ビームの望ましい特性は、位置、方向、幅、強度、分散などのような因子を含む。パラメータには、電圧、アパーチャ関数、励起遅延などが含まれる。
【００３７】
送信ステップ４２０において、ステップ４１０で設計された幅広ビームが発生され、調査中の物質へ送信される。送信ステップ４２０は、例えば、デジタル若しくはアナログ波形発生器を使用する電子波形の発生を含む。この波形は多数のチャネルに供給され、各チャネルは、多重チャネル遅延発生器及び多重チャネル電力装置を使用して独立に遅延させられ、増幅される。典型的に、遅延時間は、幅広ビームの望ましい形状、幅、及び、方向に応じて選択される。増幅された波形は、幅広ビームを調査中の物質へ送信させるトランスデューサ素子１１０を励起する。
【００３８】
受信ステップ４３０は、送信された幅広ビームによって生成されたエコーを検出するためトランスデューサ素子１１０を使用する。トランスデューサ素子１１０は、検出されたエコーに応じて電子信号を発生する。発生した電子信号（アナログチャネルデータ）は、アナログフィルタを使用してオプション的にフィルタ処理され、デジタルチャネルデータを発生させるため、典型的に多重チャネルＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル化される。一実施例において、チャネルデータは、好ましくは、振幅情報と位相情報の両方を含む。データ保存ステップ４４０では、チャネルデータはチャネルデータバッファに記憶される。このチャネルデータバッファは、ＲＡＭ、磁気媒体、光媒体などのようなメモリに設けられる。
【００３９】
エコー領域計算ステップ４５０は、多次元逆コンボリューションアルゴリズムを使用して、保存されているチャネルデータを操作する。これらのアルゴリズムは、チャネルデータを多次元エコーロケーションデータに変換する数学的技術である。エコー領域計算ステップ４５０は、従来技術を特徴付ける送信ライン、受信ライン、又は、走査ラインを使用することなく、多次元エコーロケーションデータを発生することが可能である。
【００４０】
方法４００は、エコーロケーションデータ保存ステップ４６０へ進み、ここで、得られたエコーロケーションデータは、事前に選択された座標系を利用するエコーロケーションデータアレイを使用して記憶される。エコーロケーションデータは、典型的に、ＲＡＭ、磁気媒体、光媒体などのようなメモリに設けられる。
【００４１】
ステップ４６５において、方法４００は、データ収集プロセスが完了したかどうか（例えば、望ましい画像を発生させるために必要なデータが収集されたかどうか）をテストする。データ収集プロセスが不完全である場合、この方法は、幅広ビーム設計ステップ４１０へ戻り、別の幅広ビームが設計される。ステップ４６５において、データ収集プロセスが完了した場合、画像は、オプション的な画像発生ステップ４７０で発生され、オプション的な表示ステップ４８０でコンピュータモニタのような表示装置に表示される。
【００４２】
他の一実施例では、幅広ビーム設計ステップ４１０は、幾つかの幅広ビームに対する特性を計算する。本実施例では、オプションとして、ステップ４６５とステップ４２０の間でステップ４１０へ戻る。この方法は、ステップ４６５から送信ステップ４２０へ直接的に進む場合がある。なぜならば、次の幅広ビームの望ましい特性は、ステップ４１０の先行の場面で予め計算されているからである。
【００４３】
図５は、本発明の一実施例による幅広ビームシステム５００の構成図である。プログラマブル・パルス・シーケンス発生器などのような波形発生器５１０は、電子パルス２１０のような電子信号を発生させるため使用される。この電子パルスは、幅広ビーム形超音波ビームを形成するため後で使用される。電子信号は、幾つかの信号チャネルで、遅延装置５１５によって、図４のステップ４１０で設計された特性をもつ超音波ビームを発生させるように構成された遅延の組を用いて、個別に遅延される。遅延装置５１５の出力は、電力トランジスタ、演算増幅器、高速ＦＥＴなどのような電力増幅器５２０に供給され、そこで増幅され、送受スイッチ５２５を通過する。送受スイッチ５２５は、オプションとして、遅延装置５１５から与えられた信号を含む入力チャネルを、トランスデューサアレイ５３０への送信用の出力チャネルへ接続するように構成されたマルチプレクサ５２７を具備する。トランスデューサアレイ５３０は従来技術の素子アレイ１０５と類似している。トランスデューサアレイ５３０は、超音波トランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｈのような超音波トランスデューサ素子を含み、送受スイッチ５２５から受信した電気信号を超音波パルスに変換することによって幅広ビームを発生させる。
【００４４】
トランスデューサアレイ５３０は、幅広ビームを調査中の物質５３５に送信するように構成される。幅広ビームの送信は図４のステップ４２０で行われる。エコーは、幅広ビームと、組織及び骨のような超音波反射物体との間の相互作用によって、調査中の物質５３５内で発生される。トランスデューサアレイ５３０は、発生されたエコーを受信し、図４のステップ４３０において対応した電気信号を生成する。典型的にアナログ信号であるこれらの電気信号は、送受スイッチ５２５を介して、電圧調整型演算増幅器。デジタル制御型増幅器、増幅用トランジスタコイルなどの可変利得増幅器５４０へ供給される。
【００４５】
増幅後、信号は、オプション的なアナログフィルタ５４５を通過して、Ａ／Ｄ変換器５５０へ渡され、Ａ／Ｄ変換器において、増幅された信号はデジタル化される。アナログフィルタ５４５は、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタ、などのように従来技術において公知のアナログフィルタでもよい、Ａ／Ｄ変換器５５０は、典型的に、市販されているアナログ・デジタル変換器などでもよい。
【００４６】
生成されたデジタル信号は、ステップ４４０（図４）で、チャネルデータ記憶バッファ５５５に格納され、信号プロセッサ５６０によって操作される。チャネルデータ記憶バッファ５５５は、従来技術において公知の記憶システムに設けられる。例えば、チャネルデータ記憶バッファ５５５は、オプションとして、ＲＡＭのような電子メモリ、ディスクドライブのような磁気メモリ若しくは光メモリ、コンパクトディスク等に設けられる。信号プロセッサ５６０によって実行される演算は、図４のステップ４５０のエコー領域計算を含み、チャネルデータ記憶バッファ５５０に保存された時間域データを、図４のステップ４６０でエコーロケーションデータ記憶装置５６５に格納される未加工データ若しくは検出データのようなエコーロケーションデータに変換する。エコーロケーションデータ記憶装置５６５から、データは、オプションとして、付加データ記憶装置５７０に転送されるか、或いは、画像コンバータ５７５によってアクセスされる。エコーロケーションデータ記憶装置５６５及び付加データ記憶装置５７０は、電子メモリ、磁気媒体、光媒体などのような任意の適当な記憶装置である。画像コンバータ５７５は、従来技術における画像スキャンコンバータと類似しているが、幾つかの超音波ビームを含む走査を使用した発生されたデータではなく、１個の超音波ビームを使用して発生させられたデータに対して更に作用する。図４のステップ４７０において、画像コンバータ５７５は、検出されたデータ又は画像データを発生させるため、エコーロケーションデータ記憶装置５６５、付加データ記憶装置５７０、或いは、両方の記憶装置に記憶されたデータを使用する。
【００４７】
画像発生プロセスは、従来技術のビーム形成方法によって発生されたエコーロケーションデータを使用する画像発生技術に類似している。例えば、エコーロケーションデータ記憶装置５６５内の特定の1は、オプションとして、表示スクリーンの特定の場所にマッピングされる。画像内のある位置の強度及び／又はカラーは、調査中の物質５３５から検出された強度特性又はその他の特性を示す。この画像は、オプションとして、図４のステップ４８０で、ＬＣＤスクリーン、ＣＲＴスクリーン、コンピュータモニタ、電子ディスプレイ等のディスプレイ５８０に表示される。
【００４８】
画像コンバータ５７５によって使用されるデータは、超音波ビームの系列から得られるか、或いは、単一の超音波ビームから得られる。付加データ記憶装置５７０内のデータは、画像コンバータ５７５、通信電子機器５８５、及び、ユーザ・インタフェース電子機器５９０のような幅広ビームシステム５００の別のコンポ−メントに供給される。幅広ビームシステム５００のコンポーネントは、図５に示されないコネクションを通じて、図５に示された制御電子機器５９５によって制御され、調整される。制御電子機器５９５は、幅広ビームシステム５００の要素を制御し、幅広ビーム処理４００のような本発明の方法を実行するように構成されたマイクロプロセッサと、ＤＳＰと、オプション的なコンピュータコード５９６と、を含む。
【００４９】
図６は、本発明の一実施例による幅広ビーム設計ステップ４１０を説明するフローチャートである。本実施例では、計算は、コンピュータコード５９６を使用して実行され、例えば、超音波ビーム発生、伝播及びエコー発生の数学モデルを含む。ある種の例では、計算処理を高速化するためルックアップテーブルが使用される。例えば、ユーザが特定の解析の深さを指定した場合、望ましい強度は、オプションとして、ルックアップテーブルから決定される。幅広ビーム設計ステップ４１０は、カバレッジ判定ステップ６１０から始まる。カバレッジ判定ステップ６１０では、調査されるべき対象の物質５３５内の領域（若しくは容積）と、調査が行われるべき時間周期とが判定される。カバレッジ判定ステップ６１０は、ユーザによって選択されたオプション、及び、現在の映像化（解析）モードの要求に応答する。例えば、ドップラー映像化モードの場合、ユーザは、連続的なモニタリングと、超音波パルスの連続的な系列によって表される幅広ビームと、を選定する。別の例では、ユーザは、制限された視野を使用して、調査中の物質５３５内の領域を注目するように選択する。特定の視野の選択は、オプションとして、発生された幅広ビームの幅を計算するときに使用される。例えば、幅広ビームの幅は、整数個の幅広ビームが、１０％のオーバーラップで、選択された視野にぴったり合うように選択される。
【００５０】
また、カバレッジ判定ステップ６１０は、調査中の物質５３５内に領域（又は容積）を画像化するために要する幅広ビームの個数を決定する。例えば、一実施例によれば、カバレッジ判定ステップ６１は、遠くのフィールドにおけるカバレッジをシミュレートするように構成され、ブロック切換技術を使用して相互に離れている３個の幅広ビームを用いることによって最良に映像化される領域を決定する計算を含む。他の実施例では、この計算は、ある領域が最も巧く映像化される際に使用される幅広ビームの個数が、１個、２個、又は、それ以上の何れであるかを決定する。ユーザが、数種類の幅広ビーム、反復映像化、若しくは、連続モニタリングを含む動作モードを選択したとき、カバレッジ判定ステップ６１０は、オプションとして、幅広ビーム毎に１回ずつ実行される。
【００５１】
カバレッジ判定ステップ６１０の後には、特性判定ステップ６２０が続き、カバレッジ判定ステップ６１０で判定された更なる幅広ビームの特性が指定される。これらの特性には、例示として、超音波周波数、方向、散乱、パルス形状、位相関係、アパーチャ、強度、区間、反復レート、及び／又は、超音波ビームの他の特性が含まれるが、これらの例に限定されない。特性は、典型的に、実行される解析の映像化モード、必要解像度、及び、ユーザによって選択されたオプションに依存する。例えば、連続モニタリングモードは、特定のパルスレートで発生された幅広ビームを要求し、高解像度は多数の超音波周波数の使用を要求し、ユーザは、散乱の少ない幅広ビームによって最も良く検査される狭い領域の調査を選択する。更に、上述の特性の他に、特性判定ステップ６２０は、幅広ビームによって覆われる領域を表現するために使用する座標系と、この座標系の原点を選択する。このような座標系は、エコーロケーションデータを記憶するため使用される。座標系の選択は、オプションとして、幅広ビームの形状に応答する。実現可能な座標系の例は、図７に示されている。
【００５２】
カバレッジ判定ステップ６１０及び特性判定ステップ６２０は、オプションとして、解像度要求条件及びダイナミックレンジ要求条件に応答する。例えば、一実施例では、これらのステップは、特定の領域に関してズームされた画像を指定するユーザ入力に応答する。他の実施例では、これらのステップは、画像の一部若しくは全部に対して非常に高い画像解像度を指定するユーザ入力に応答する。他の一実施例では、カバレッジ判定ステップ６１０は、単一の超音波ビームが発生されるべきであるが、たとえば解像度を高めるために、この単一の超音波ビームによって発生されたエコーは、数種類の受信用トランスデューサの組によって複数の送受信サイクルにおいて検出されるべきである、と判定する。
【００５３】
カバレッジ判定ステップ６１０及び特性判定ステップ６２０は、オプションとして、本発明の他のステップで発生されるフィードバックに応答する。例えば、一実施例において、エコーロケーションデータは、覆われた領域の区域が余り巧く映像化されず、この映像化の不良は、巧く映像化されなかった区域と最も近いトランスデューサ素子１１０との間に非常に反射率の高い境界が存在するためであることを示す。このフィードバックへの応答として、カバレッジ判定ステップ６１０及び特性判定ステップ６２０は、反射境界及び検査されるべき領域とは同一線上に存在しない代替的な超音波トランスデューサから領域を検査する案内された幅広ビームを定義する。
【００５４】
幅広ビーム選択ステップ６３０は、送信用の幅広ビームを選択する。この幅広ビームは、特性判定ステップ６２０で定義された幅広ビームの中から選択される。幾つかの幅広ビームが特性判定ステップ６２０で特徴付けられた場合、幅広ビーム選択ステップ６３０は、次の特性判定ステップ６２０が出現する前に、オプション的に、２回以上実行される。このような場合、幅広ビーム選択ステップ６３０は、図４のステップ４６５の後で反復される。
【００５５】
幅広ビーム設計ステップ４１０は、励起計算ステップ６４０で終了する。励起計算ステップ６４０は、幅広ビーム選択ステップ６３０で選択された幅広ビームを発生させるため必要な適当な物理パラメータを決定する。これらの物理パラメータには、例えば、励起すべきトランスデューサ素子１１０、電子パルス電圧、パルス遅延時間、マルチプレクサ５２７の設定値等が含まれる。例えば、一実施例において、特定の望ましい形状及び方向をもつ選択された超音波ビームは、振幅、周波数及び位相によって特徴付けられた特定の電子波形によって励起された特定のトランスデューサ素子１１０の組を使用する必要がある。要求されたトランスデューサ素子１１０の組の中の各トランスデューサ１１０は適当な遅延で励起される。適当な物理パラメータは、特定個数のトランスデューサ素子１１０を励起するため使用される電圧、波形、及び、遅延を計算するため、例えば、数学モデルを使用して決定される。一実施例において、電圧は、幅広ビームが侵入することが期待される調査中の物質５３５までの距離に依存する。
【００５６】
図７Ａ〜７Ｃは、カバレッジ判定ステップ６１０及び特性判定ステップ６２０で決定された幅広ビーム７１０の実施例（７１０Ａ〜７１０Ｃ）を示す。図７Ａには、直線的なトランスデューサアレイ５３０の実施例を使用して発生された幅広ビーム７１０Ａが示されている。高周波音波が照射された区域の領域７１５Ａは、オプションとして、原点７２０がトランスデューサ素子１１０の表面に置かれた極（θ，Ｒ）座標系で表現される。高周波音波照射区域７１５内の点は、原点７２０からの距離（Ｒ）と、トランスデューサアレイ５３０、又は、軸７３０若しくは軸７３５のような軸に関する角度座標値（θ）とによって識別される。他の実施例では、幅広ビーム７０１Ｂの焦点は、図２に示されるようにトランスデューサ素子１１０の前面ではなく、トランスデューサアレイ５３０の反対側に設けられる。
【００５７】
図７Ｂは、曲線的なトランスデューサアレイ５３０の実施例を使用して発生された幅広ビーム７１０Ｂの説明図である。高調波音波が照射された区域７１５Ｂは、オプションとして、原点７５５がトランスデューサアレイ５３０の反対側にある極座標系によって表現される。この原点位置は、原点が図７Ａに示されるようにトランスデューサアレイ５３０に接近している場合よりも、トランスデューサ素子１１０付近の広い領域に高周波音波を照射する。トランスデューサアレイ５３０の反対側の原点７５５の位置は、オプションとして、トランスデューサアレイ７５５の形状とは独立である。本発明の実施例には、原点７５５及び／又は焦点を、直線的なトランスデューサアレイ５３０の反対側に配置する実施例も含まれるが、これらの例には限定されない。
【００５８】
図７Ｃは、高調波音波照射域７１５Ｃを生じる幅広ビーム７１０Ｃの説明図である。高調波音波照射域７１５Ｃは、図７Ａに示された幅広ビーム７１０Ａや図７Ｂに示された幅広ビーム７１０Ｂによって発生された高調波音波照射域よりも四角い形状をしている。幅広ビーム７１０Ｃによる高調波音波照射域は、矩形の形状をしているので、好ましくは、直交（ｘ，ｙ）座標系７８０で表現される。
【００５９】
超音波ビームの中心で最大強度が検出される従来技術に対して、幅広ビーム７１０Ｂ若しくは７１０Ｃのような幅広ビームの最大強度は、ビーム中心線以外の点に現れる。図７Ｄは、ビームアパーチャの幅の約２分の１に一致する距離だけトランスデューサアレイ５３０から離れた点で測定された、幅広ビーム７１０Ｃの断面を通る超音波の強度をプロットしたグラフ７９０である。この断面は、図７Ｃでは、破線７８５で示されている。ある種の状況では、幅広ビームの強度プロファイルは、従来技術で見られるエネルギー分布よりも望ましいエネルギー分布を表す。例えば、グラフ７９０によって示されたエネルギー分布は、従来技術による焦点側の超音波ビーム内のエネルギー分布よりも均等に高調波音波照射域７１５Ｃ上に分布している。
【００６０】
図８は、図４の送信ステップ４２０の一実施例の詳細説明図である。本実施例の場合、ステップ４２０は、波形発生器５１０が幅広ビーム設計ステップ４１０で計算された特性を備えた電気波形を発生させるため使用される波形発生ステップ８１０を含む。発生された波形は、オプションとして、周波数又は位相が変化する複数のパルスを含む。信号遅延ステップ８２０において、発生された波形は、幾つかの信号チャネルで再生され、遅延装置５１５を使用して、幅広ビーム設計ステップ４１０で決定された時間だけ遅延させられる。各信号チャネルの波形は、電力増幅器５２０を使用して増幅ステップ８３０で増幅される。増幅された波形は、多重化ステップ８４０でマルチプレクサ５２７に供給される。マルチプレクサ５２７は、トランスデューサアレイ５３０内のトランスデューサ素子１１０の一つ以上のメンバーに、各信号チャネル内の波形を案内する。音波発生ステップ８５０では、案内された波形が、トランスデューサアレイ５３０に幅広ビーム７１０を発生させる。この幅広ビームは調査中の物質５３５に向けられる。音波発生ステップ８５０は、送信ステップ４２０を終了する。
【００６１】
図９は、エコーが検出され、デジタルデータに変換される図４の受信ステップ４３０の実施例の詳細説明図である。スイッチセットステップ９１０では、送受（送信／受信）スイッチ５２５は、トランスデューサ素子１１０で生成された信号がマルチプレクサ５２７を介して可変利得増幅器５４０へ供給されるようにセットされる。エコー検出ステップ９２０では、調査中の物質５３５からのエコーがトランスデューサアレイ５３０内のトランスデューサ素子１１０のメンバーによって検出される。エコーの検出に使用されるトランスデューサ素子１１０のメンバーは、オプションとして、幅広ビーム７１０を送信するため使用されるトランスデューサ素子１１０のメンバーとは別のメンバーでもよい。様々な実施例において、これらの２組のトランスデューサ素子１１０は、多数の方法で構成される。例えば、２組は、同一であり、インターリーブされ、トランスデューサアレイ５３０に沿って部分的に重なり合い、或いは、トランスデューサアレイ５３０に沿って重なり合わない。送受スイッチ５２５はスイッチセットステップ９１０でセットされているので、検出されたエコーから生ずる電子信号は可変利得増幅器５４０へ供給される。
【００６２】
可変利得増幅器５４０へ供給された電子信号は、可変増幅ステップ９３０で増幅される。可変増幅ステップ９３０は、オプションとして、前の幅広ビーム７１０を使用して取得されたデータに基づくフィードバックを含む。フィードバックは、適応的な処理を実現し、後続のデータ操作ステップのダイナミックレンジが最大限になるように各チャネル内の信号を調節するため使用される。例えば、一実施例において、前の可変増幅ステップ９３０の実行によって特定のチャネルが飽和状態になった場合、そのチャネルの増幅は、オプション的に、後続の可変増幅ステップ９３０の実行の際に低下される。このような低下、すなわち、適応的フロントエンド利得は、増幅された信号のデジタル化後に行われる後のデータ操作で補償される。他の実施例では、トランスデューサアレイ５３０の中心付近のトランスデューサ素子１１０は、トランスデューサアレイ５３０の縁付近にあるトランスデューサ素子１１０よりも強くエコーに系統的に応答することが分かる。可変増幅ステップ９３０は、オプションとして、この系統的な差を補償する。
【００６３】
オプション的なアナログフィルタリングステップ９４０では、可変増幅ステップ９３０で増幅された電子信号は、アナログフィルタ９４５を使用して処理される。この処理には、例えば、Ｉ／Ｑミキシング、望ましくない周波数の除去、及び、後段のデータ操作により好適な周波数範囲への信号のシフトが含まれる。
【００６４】
データ変換ステップ９５０では、アナログフィルタリングステップ９４０でオプションとしてフィルタリングされる電子信号は、Ａ／Ｄ変換器５５０を使用してデジタル化される。デジタルデータの発生は、図４の受信ステップ４３０で完了する。様々な実施例において、データ変換ステップ９５０は、幅広ビーム処理４００内の別の時点で行われる。受信ステップ４３０の完了後、得られたデジタル信号は、データ保存ステップ４４０（図４）において、チャネルデータ記憶バッファ５５５に格納される。
【００６５】
図１０は、データ保存ステップ４４０で記憶されたデジタルデータを保持するように構成されたチャネルデータアレイ１０００の一実施例の説明図である。チャネルデータアレイ１０００は、チャネルデータ記憶バッファ５５５に収容される。チャネルデータアレイ１０００の第１軸１０１０は、トランスデューサアレイ５３０のエコー受信用メンバーによってインデックスされる。チャネルデータアレイ１０００の第２軸１０２０は、時間チャネルに分割される。アレイの各場所に格納された値は、特定の時間に、トランスデューサアレイ５３０の特定のメンバーによって検出されたエコー信号の強度及び位相を示す。
【００６６】
チャネルデータ記憶バッファ５５５は、オプションとして、幾つかのチャネルデータアレイ１０００を具備する。さらに、チャネルデータアレイ１０００に格納された情報は、受信信号を平均化若しくは合計するため使用される。種々の実施例において、チャネルデータアレイ１０００は、多次元データを格納するように構成される。例えば、一実施例によれば、トランスデューサアレイ５３０は、トランスデューサ素子１１０の２次元アレイである。本実施例の場合、チャネルデータアレイ１００は、トランスデューサアレイ５３０の二つの次元を表現する２本の軸をふくみ、一方の軸は時間チャネルを表現する。
【００６７】
エコー領域計算ステップ４５０は、調査中の物質５３５内のエコー源の位置及び強度を示すエコーロケーションデータを発生させるため、データ保存ステップ４４０で格納されたデータを使用する。このエコーロケーションデータの発生には、チャネルデータアレイ１０００内で、多次元時間チャネルデータを、多次元位置（エコーロケーション）データに変換することが含まれる。例えば、一実施例によれば、２次元時間チャネルデータは、２次元空間座標によって表現されたエコーロケーションデータに変換される。エコー領域計算ステップ４５０のデータ変換は、ここで説明した多数の代替的な変換アルゴリズムを使用して実行される。これらの変換は、オプションとして、単一の幅広ビーム７１０の結果として受信された信号を用いて、２次元エコーロケーションデータを発生させるため使用される。代替的な一実施例では、エコー領域計算ステップ４５０は、付加的な空間次元を含む類似したエコー容積計算ステップで置き換えられる。エコー容積計算は、３次元容積をカバーする単一の幅広ビームの結果として受信された信号を用いて、３次元エコーロケーションデータを発生させる。
【００６８】
図１１Ａ及び１１Ｂは、エコーロケーションデータ記憶装置５６５に格納され、エコー領域計算ステップ４５０から得られた位置データを記憶するように構成されたエコーロケーションデータアレイ１１００の二つの実施例の説明図である。これらの二つの実施例は、異なる座標系を利用する。以下で詳述するように、より効率的な座標系は、特に、個別の超音波ビーム７１０の形状に依存する。殆どの場合に、より効率的な座標系は、高周波音波が照射された領域と接近してオーバーレイする。例えば、図７Ａ〜７Ｃに示されるように、幅広ビーム７１０Ａ、幅広ビーム７１０Ｂ、及び、幅広ビーム７１０Ｃによって高周波音波照射された領域は、夫々、異なる原点をもつ別々の座標系によって表現される。より効率的な座標系を使用することにより、サンプリング効率と空間解像度が向上する。好ましい座標系とエコーロケーションデータアレイ１１００の選定は、幅広ビーム７１０のような超音波ビームの形状に応じて行われ、オプションとして、ステップ４１０、４４０又は４５０で行われる。
【００６９】
図１１Ａは、Ｘ座標（位置）を示す第１軸１１１０と、Ｙ座標（位置）を示す第２軸１１２０と、を含む直交座標系を使用するエコーロケーションデータ和え離１１００の一実施例の説明図である。図１１Ｂは、角度（θ）座標を示す第１軸１１１０と、半径座標を示す第２軸１１２０と、を含む極座標系を使用するエコーロケーションデータアレイ１１００の他の一実施例の説明図である。エコーロケーションデータアレイ１１００の別の実施例は、別の座標系によって表現される。図示されない付加データは、オプションとして、第１軸１１００と第２軸１１２０をトランスデューサアレイ５３０に関係付けるため使用される。例えば、エコーロケーションデータアレイ１１００は、オプションとして、各座標系の原点を特定の個数の超音波トランスデューサ素子１１０へ関係付けるベクトルによって表現される。
【００７０】
図１２Ａ及び１２Ｂは、一方の座標系を使用する方がもう一方の座標系を使用するよりも効率的である状況を説明する図である。図１２Ａ及び１２Ｂは、夫々、図１１Ａ及び１１Ｂに示されたエコーロケーションデータアレイ１１００の実施例が超音波ビーム１２１０に重ねられた様子を表している。超音波ビーム１２１０は、幅広ビーム７１０の一実施例である。図１２Ａは、例示の目的のため、１１個のＸ分割用データビン（格納場所）１２２０を含む直交座標系を表している。データビン１２２０は、遠くのフィールド１２３０をカバーするために適切である。Ｘ次元におけるデータビン１２２０の間隔は、近傍フィールド１２４０のデータビンの間隔と同じであり、近傍フィールド１２４０の多数のデータビン１２２０は、超音波ビーム１２１９によって検査されない領域にマッピングされている。検査領域にマッピングされていないデータビン１２２０は、調査中の物質５３５の非効率的なサンプリングを表している。
【００７１】
これに対して、図１２Ｂには、超音波ビーム１２１０によって高調波音波照射された領域を表現するため極座標系を使用する例が示されている。極座標系の場合、データビン１２５０のサイズは、Ｒ座標の関数として変化する。エコーロケーションデータアレイ１１００の本実施例のデータ点は、したがって、図１２Ａに示されたエコーロケーションデータアレイ１１００の実施例の場合よりも効率的に、超音波ビーム１２１０によって検査される領域にマッピングされる。データビン１２５０のサイズの変化は効率的に増加する。なぜならば、図１２Ｂに示されるように、データアレイ１１００内のできるだけ多くのデータビン１２５０が超音波ビーム１２１０によってカバーされる領域に収まるからである。
【００７２】
データビンの粒度はダイナミックである。一部の実施例では、エコーロケーションデータアレイ１１００は、ナイキストの標本化空間を表現する。ビン１２５０の密度は、ある個数の標本が、対象の区域を通じて擬似的ではないサンプリングに対して、ナイキスト基準を充たすように、変化させられる。一部の実施例では、ビン１２５０の密度は、得られるエコーロケーションの解像度がある特定の区域で大きくなるように変化する。例えば、一実施例では、ユーザは、より詳細な画像が望ましい特定の区域を指定する。これに応じて、幅広ビームシステム及び方法は、この区域内でビン１２５０の密度が高くされたエコーロケーションデータアレイ１１００を使用する。
【００７３】
本発明の一部の実施例は、データビン１２５０の間で外挿及び内挿を行う。例えば、一実施例によれば、内挿は、遠方フィールドで使用され、各データビン１２５０は、エコーロケーションデータの密度を増加させるためより広い領域を表現する。オプションとして、内挿が近傍フィールドで殆ど使用されない場合、データビン１２５０の密度は高くなる。
【００７４】
受信ステップ４３０で発生されたチャネルデータの解像度（標本化周波数）は、基本的に、ナイキスト理論の結果として、得られるエコーロケーションの解像度を制限する。しかし、受信ステップ４３０で発生されたデータの解像度は、オプション的に、信号平均化又はアップサンプリング技術によって改良される。アップサンプリング技術には、付加データの使用が含まれ、オプションとして、付加データが解像度の改良を非常に要求する区域に集められるように、フィードバックが含まれる。
【００７５】
図１３乃至１５は、エコー領域計算ステップ４５０（図４）の実施例を示すために使用される。図１３は、トランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｓと、調査中の物質５３５内部の超音波反射物体との間での超音波の伝播の説明図である。図１４には、検出されたエコーから生成されたチャネルデータが示されている。図１５には、図１４に示されたチャネルデータを使用して発生させられたエコーロケーションデータが示されている。
【００７６】
エコー領域計算ステップ４５０の幾つかの実施例では、データ変換方法が含まれ、調査中の物質５３５内の各ロケーションから検出されたエコーへの主要な要因は、そのロケーションの最も近くにあるトランスデューサ素子１１０のメンバーであると仮定される。この素子は、主寄与素子（ＭＣＥ）と呼ばれる。典型的に、あるロケーションに最も近いトランスデューサ素子１１０のメンバーは、その特定のロケーション、及び、そのロケーションでの超音波反射物体に対するＭＣＥである。しかし、ＭＣＥの独自性は、幅広ビーム７１０の方向と、トランスデューサアレイ５３０の形状とに依存する。このような場合に、ＭＣＥは、特定のロケーションに最も近いトランスデューサ素子１１０ではない。図４のエコー領域計算ステップ４５０のデータ変換方法は、オプションとして、幅広ビーム７１０の方向、トランスデューサアレイ５３０の幾何形状、フィードバック、並びに、超音波反射物体に対し、トランスデューサ素子１１０の中で最も近いメンバーではないＭＣＥを決定するためのその他の要因を含む。
【００７７】
図１３Ａには、単一のトランスデューサ素子１１０から送信された超音波１３０５が示されている。超音波１３０５は、調査中の物質５３５（図示せず）の中を伝わり、超音波反射物体１３１０Ａに衝突する。トランスデューサ素子１１０Ｇは、トランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｓの中で超音波反射物体１３１０Ａの最も近くにあるトランスデューサ素子であり、従って、反射物体１３１０Ａに対するＭＣＥであるとみなされる。超音波反射物体１３１０Ａで、超音波１３０５は、超音波エコー１３１５を発生させる。その中の超音波エコー１３１５Ａ−１３１５Ｆが図示されている。超音波エコー１３１５は、トランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｓまで逆伝播し、そこで検出される。
【００７８】
図１３Ａには、１個のトランスデューサ素子１１０Ｇ（ＭＣＥ）から送信された超音波１３０５が示されているが、殆どの実施例において、超音波は、幅広ビーム７１０の形成中に複数のトランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｓから送信される。図１３Ｂは、超音波反射物体１３１０Ｂに対するＭＣＥである単一のトランスデューサ素子１１０Ｑによって発生させられた超音波１３３０を示す図である。超音波エコー１３４０Ａ−１３４０Ｆが図示されているエコー１３４０は、反射物体１３１０Ｂで発生し、逆伝播し、トランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｓによって検出される。
【００７９】
図１４は、図１３に示された超音波１３０５及び超音波１３３０によって発生させられたデータを含むチャネルデータアレイ１０００の一実施例の説明図である。チャネルデータアレイ１０００の各列１４１０Ａ−１４１０Ｓは、対応したトランスデューサ素子１１０Ａ−１１０Ｓで検出された信号を表す。チャネルデータアレイ１０００の各行１４２０Ａ−１４２０Ｕは、特定の時間周期に検出された信号を含む。図１４において、エコー１３１５及び１３４０の検出によって発生したデータを含むデータ要素１４３０は、データロケーションライン１４４０Ａ又はデータロケーションライン１４４０Ｂのそれぞれと交差するデータ要素１４３０である。かくして、調査中の物質５３５内で超音波反射物体１３１０のような反射物体から発生した超音波エコーは、データロケーションライン１４４０Ａ又は１４４０Ｂのようなラインに沿って存在するデータを生成する。データロケーションライン１４４０Ａ及び１４４０Ｂは、トランスデューサ５３０の既知幾何形状と、調査中の物質５３５内での音速と、を使用する物理学及び幾何学の原則から計算することができる。データロケーションライン１４４０Ａ及び１４４０Ｂは、ＭＣＥ、トランスデューサ素子１１０Ｇ、或いは、典型的にその他のトランスデューサ素子１１０と交差しない。実際上、調査中の物質５３５は、多数の超音波反射物体１３１０を含み、チャネルデータアレイ１０００はそれぞれの超音波反射物体によって発生されたデータを含む。
【００８０】
エコー領域計算ステップ４５０の実施例によれば、エコーロケーションデータは、データロケーションライン１４４０Ａ、データロケーションライン１４４０Ｂなどのようなラインに沿ってデータを合計することによって計算される。例えば、データロケーションライン１４４０Ｂの方向にデータを合計すると、超音波反射物体１３１０Ｂによって占有された位置で発生させられ、データビン１２２０やデータビン１２４０のようなデータビンによって表現されるエコー１３１５の振幅を表す結果が得られる。この合計は代表的なデータビンに格納される。類似した合計は、エコーロケーションデータアレイ１１００内のデータビン毎にオプションとして実行される。多数回の合計によって、エコーロケーションデータアレイ１１００は、調査中の物質５３５内の超音波反射物体を表現するエコーロケーションデータで占められる。
【００８１】
図１５には、エコーロケーションデータビン１５２０を含むエコーロケーションデータアレイ１１００の一実施例が示されている。各エコーロケーションデータビン１５２０は、図１４に示されるようにチャネルデータアレイ１０００におけるデータロケーションライン１４４０Ａのような固有のラインと関連付けられる。固有のラインに沿ったデータは、各データビン１５２０によって表される物理的ロケーションで行われたエコー発生の大きさを計算するため合計される。この合計は、オプションとして、全てのデータビン１５２０に関して実行され、エコーロケーションデータアレイ１１００全体のエコーロケーションデータを計算するために使用され得る。
【００８２】
図１６は、エコー領域計算ステップ４５０の一実施例に含まれるデータ変換方法の説明図である。本実施例は、エコーロケーションデータアレイ１１００内の一つのエコーロケーションデータビン１５２０が選択される素子選択ステップ１６１０を含む。典型的に、各々のエコーロケーションデータビン１５２０の選択は、エコーロケーションデータアレイ１１００を系統的にトラバース（辿る）ことによって実現される。素子選択ステップ１６１０の後には、ライン判定ステップ１６２０が続き、選択されたエコーロケーションデータビン１５２０と関連付けられたチャネルデータアレイ１１００の固有ラインが判定される。判定は、前に計算されたラインを含むルックアップテーブルなどを使用して、幾何学の原理からラインを計算することによって実行される。判定は、エコー領域計算ステップ４５０の前、或いは、エコー領域計算ステップ４５０の間に行われる。種々の実施例では、判定は、幅広ビーム設計ステップ４１０の前に、或いは、幅広ビーム設計ステップ４１０の間に行われる。代替的な実施例では、判定は、図４のステップ４２０、４３０及び／又は４４０の前若しくは実行中に行われる。ライン判定ステップ１６２０の後には、データ合計ステップ１６３０が続き、ライン判定ステップ１６２０で判定されたラインと交差するデータ要素１４３０からのデータを合計する。一実施例において、データ合計ステップ１６３０は、単純なデータの加算を行う。代替的な実施例では、データ合計ステップ１６３０は、重み付き関数、マトリックス演算、外挿、内挿など数学的技術を使用する。一実施例において、データ合計ステップ１６３０は、制御電子機器５９５内のファームウェアによって容易に実現される。結果保存ステップ１６４０では、ステップ１６３０での合計の結果が素子選択ステップ１６１０で選択されたデータ要素に格納される。
【００８３】
ステップ１６１０乃至１６４０は、オプションとして、エコーロケーションデータアレイ１１００内の全てのエコーロケーションデータビン１５２０に対して繰り返してもよい。図１５は、図１６に示された方法を使用してデータロケーションライン１４４０Ａ及び１４４０Ｂに沿った合計によって得られた非零値を含むエコーロケーションデータビン１５２０の二つの組（１５５０及び１５６０）を示す。エコーロケーションデータビン１５２０の各組（１５５０及び１５６０）は、典型的に、種々の非零値が格納されたエコーロケーションデータビンを含む。ある種の実施例では、ステップ１６１０から１６４０までの一つ以上のステップは、並列処理として実行される。
【００８４】
エコー領域計算ステップ４５０の他の実施例は、代替的なデータ変換方法を含む。これらの代替的な方法は、例えば、周波数域で実行される計算を使用し、受信信号間の位相関係を使用し、各トランスデューサ素子１１０の寄与に重み付けをするためアポディゼーション関数を使用し、フィードバック機構を使用し、ＭＣＥ以外の送信用トランスデューサ素子１１０の相関解析を使用し考慮する。これらのＭＣＥ以外のトランスデューサ素子１１０は、チャネルデータからエコーロケーションデータへの変換の質と速度の両方を高めるため使用される。
【００８５】
一実施例において、エコー領域計算ステップ４５０は、各トランスデューサ素子１１０の寄与度に重みを付けるためアポディゼーション関数を利用する。ＭＣＥの近くにあるトランスデューサ素子１１０は、ＭＣＥから遠くにあるトランスデューサ素子１１０よりも強いエコーを、特定の反射物体１３１０から受信するので、重み付けをする方が望ましい。
【００８６】
図１７は、本発明の実施例による３通りの別のアポディゼーション関数の説明図である。グラフ１７１０は、３種類の別のアポディゼーション関数１７２０、１７３０及び１７４０を示す。例えば、トランスデューサ素子１１０Ｇが、図１６の素子選択ステップ１６１０で選択されたデータ要素１４３０のうちの一つに対するＭＣＥである場合、アポディゼーション関数１７２０は、得られた合計がトランスデューサ素子１１０Ｇの近くにあるトランスデューサ素子１１０からより大きい寄与を受けるように、データ合計ステップ１６３０で使用される。同様に、トランスデューサ素子１１０Ｋ及び１１０ＳがＭＣＥであるときの合計の場合、オプションとして、ライン１７３０及び１７４０で表されたアポディゼーション関数が使用される。
【００８７】
他の実施例では、エコー領域計算ステップ４５０は、少なくとも部分的に周波数域で実行される。データは、可逆的な変換、例えば、サイン変換、フーリエ変換、ウェーブレット変換などを用いて変換される。
【００８８】
エコー領域計算ステップ４５０の一部の実施例では、受信信号間の位相関係が、ＭＣＥによって送信された超音波から得られた受信信号と、２次寄与素子（ＳＣＥ）から得られた受信信号とを区別するために使用される。ＳＣＥは、ＭＣＥ以外のトランスデューサ素子１１０であり、超音波反射物体１３１０のような所定の超音波反射物体から発生した信号に寄与する。
【００８９】
図１８は、トランスデューサ素子１１０Ｆ及び１１０Ｇから送信され、超音波反射物体１３１０Ａに衝突する超音波１８１０及び１３０５を示す図である。トランスデューサ素子１１０Ｇは、トランスデューサ素子１１０の中で最も近くに存在するメンバーであるので、超音波反射物体１３１０Ａに対するＭＣＥで在ると考えられる。他の実施例では、密接に集合したトランスデューサの組が一体的にＭＣＥとして取り扱われる。トランスデューサ素子１１０Ｆのような他のトランスデューサ素子１１０も、反射物体１３１０Ａに到達する超音波を発生する。本例の場合、トランスデューサ素子１１０ＦはＳＣＥである。これらのＳＣＥトランスデューサ素子１１０からの超音波は、超音波反射物体１３１０Ａに到達するまでに、ＭＣＥトランスデューサ素子１１０からの超音波よりも長い距離を伝わる。ＭＣＥによって発生された超音波と同様に、ＳＣＥからの超音波は、超音波反射物体１３１０Ａに衝突したとき、エコーを発生させる。その中の一部のエコーはトランスデューサアレイ５３０で検出される。
【００９０】
図１９は、チャネルデータアレイ１０００内のＳＣＥトランスデューサ素子１１０Ｆによって発生された信号のロケーションの説明図である。これらの信号は、データロケーションライン１４４０Ａと類似したデータロケーションライン１９１０上にのる。データロケーションライン１９１０はデータロケーションライン１４４０Ａよりも時間的に僅かに遅れている。データロケーションライン１４４０Ａとデータロケーションライン１９１０の時間差は、超音波がトランスデューサ素子１１０Ｆから超音波反射物体１３１０Ａに到達するまでに要する時間と、超音波がトランスデューサ素子１１０Ｇから超音波反射物体１３１０Ａに到達するまでに要する時間との差に起因する。ＳＣＥから得られたデータと、ＭＣＥから得られたデータは、区別する方が望ましい。ＭＣＥからの信号は、典型的に、（超音波がより長い距離を伝わる）ＳＣＥから来る信号よりも強いが、ＳＣＥからの信号は、移動距離の差から生じる位相差によって更に見分けられる。特定の位相をもつ信号だけを考慮することによって、ＳＣＥから得られた信号をフィルタリングによって分離することができる。例えば、一実施例によれば、ＳＣＥ信号は、１０ｄＢよりも上で除去され、一部の実施例では、３８ｄＢよりも上で除去される。
【００９１】
様々な実施例において、ＳＣＥから来る信号は、エコー領域計算ステップ４５０で獲得された結果を改善するため使用される。例えば、一部の実施例では、ＳＣＥから来るデータは、ＭＣＥから来るデータに加算される（added）。かくして、図１９に示されるように、データロケーションライン１９１０にのるデータは、データロケーションライン１４４０Ａに沿うデータに加算される。データロケーションライン１９１０に重なるデータには、ＳＣＥトランスデューサ素子１１０Ｆで発生され、反射物体１３１０Ａから反射された超音波により生じたデータが含まれる。位相調節及び重み付けの後、このデータは、データロケーションライン１４４０Ａに重なるデータに強め合うように加算され、反射物体１３１０Ａの存在を示すエコーロケーションデータの信号対雑音比を改善する。典型的に、ＭＣＥの最も近くにあるＳＣＥは、遠くに離れているＳＣＥよりも大きい重みが付与される。例えば、一実施例では、近傍ＳＣＥの重みを決定するためＭＣＥに中心が置かれたＣｈｉ平方重み付け分布が使用される。他の実施例では、重み付け分布は、チャネルデータアレイ１０００における信号が強いＭＣＥ信号と重なるＳＣＥの重みを減少させるフィードバックアルゴリズムに応答する。
【００９２】
他の実施例では、ＳＣＥによって生ずる信号は、ＭＣＥによって生ずる信号から減算される。例えば、大きいＭＣＥ信号が、図１９に示されるようにデータロケーションライン１４４０Ａに沿って検出される場合、対応する大きいＳＣＥ信号がデータロケーションライン１９１０に沿って存在することが予想される。対応するＳＣＥ信号は予測可能であり、近似値はＭＣＥ信号の関数として計算可能であるため、データ値が他のエコーロケーションデータビン１２５０に対する値を計算するため使用される前に、計算値がデータ要素１４３０に格納されたチャネルデータ値から減算される。エコー領域計算を改良するためＳＣＥから生じたデータを考慮することは、オプションとして、データ合計ステップ１６３０（図１６）の一部として行われる。
【００９３】
エコー領域計算ステップ４５０の一部の実施例はフィードバックを使用する。例えば、一実施例によれば、計算エコーロケーションデータは、計算エコーロケーションデータに基づいてシミュレートされたエコー信号（シミュレートされたチャネルデータ）を生成する技術を使用する「逆」データ変換で処理される。この逆変換は、エコーロケーションデータの計算が最適である場合に期待されるシミュレーション・チャネルデータを生成する。逆変換は、オプションとして、従来技術の光線追跡法（レイ・トレーシング）を使用して実行される。シミュレートされたチャネルデータは、チャネルデータアレイ１０００に保存されている実際のエコーデータと比較される。これらの二つのデータセット間の類似度は、エコーロケーションデータを生成するため使用された計算の品質を表す。オプション的な反復処理の場合、エコーロケーションデータの計算は、この類似度に応じて変化するパラメータを使用して繰り返される。これらのパラメータは、チャネルデータアレイ１０００内のデータとシミュレート・エコー信号との間の類似度を最適化するため操作される、種々の加重（重み付け）係数、アポディゼーション関数又はＳＣＥを含む。
【００９４】
他の実施例によれば、フィードバックは、幅広ビーム設計ステップ４１０を制御するためエコーロケーションデータを利用する。例えば、一実施例では、ステップ４１０で設計された超音波ビームの方向は、調査中の物質５３５内の反射性境界の場所に応答する。他の実施例では、ステップ４１０で設計されたビームの焦点、幅、周波数、又は、個数は、計算エコーロケーションデータに敏感である。
【００９５】
エコー領域計算ステップ４５０の幾つかの実施例は、相関解析を利用するデータ変換を行う。相関法は、データ解析技術では公知であり、データ間の類似度を強調し、データ間の比較を行うために有用である。相関は、特に、例えば、位相の変化によって系統的に異なるデータを比較する場合に役に立つ。ある座標方向に一定の度合いで差がある２組のデータセットの相互相関解析は、この一定の差と、この差を考慮した後のデータの類似度を識別する。データセットの自己相関解析は、データ中の周期的信号又は反復的信号を実証する。
【００９６】
図２０は、ＭＣＥデータとの相関が良いＳＣＥデータの成分を識別するため相互相関法が使用されるエコー領域計算ステップ４５０の一実施例の説明図である。相互相関計算ステップ２０１０において、ＭＣＥと関連付けられた、ラインデータロケーション１４４０Ａ（図１４）のようなラインに載るデータは、ＳＣＥと関連付けられた、ラインデータロケーション１９１０（図１４）のようなラインに載るデータとの間で相互相関が求められる。これらのデータセットの各々は、オプションとして、アポディゼーション関数１７２０のような関数を使用して前処理される。相互相関は、２組のデータセットの間の位相差対類似度の関数として表現され得る相関データセットを発生する。位相差計算ステップ２０２０において、ＭＣＥデータとＳＣＥデータ間の予想位相差は、ＭＣＥとＳＣＥの間の既知の幾何学的関係に基づいて計算される。参照（ルックアップ）ステップ２０３０において、計算された位相差は、相関データセット内で、特定の位相差で、相互相関によって発生された相関データセット内の類似度値を参照するため使用される。位相差計算ステップ２０２０で計算された位相差に対応する類似度値は、ＭＣＥデータの信号対雑音比を改善する際にＳＣＥデータがどの程度有効であり得るかを示す。なぜならば、ＳＣＥデータの類似度が高くなるほど、強め合うようにＭＣＥデータに加算される可能性が高くなるからである。判定ステップ２０４０において、類似度値は所定の閾値（スレッショルド）と比較される。類似度値が閾値よりも大きい場合、ＳＣＥデータは、データ追加ステップ２０５０でＭＣＥデータに加算される。ステップ２０４０において、類似度値は所定の閾値未満であることが判明した場合、コンピュータコード５９６は、判定ステップ２０６０で、特定のＳＣＥデータセットの更なる解析を行うのが当然であるかどうかを判定する。例えば、近傍のＳＣＥが未だ検査されていない場合、或いは、ユーザが信号対雑音比をより一層改善することを要求する場合、更なる解析が当然に行われる。さもなければ、この特定のＳＣＥデータセットの解析は終了する。ステップ２０６０において、更なる解析が保証されていることが判定された場合，ＳＣＥデータセットはオプション的なフィルタステップ２０７０で処理される。ステップ２０７０における処理には、ＭＣＥデータセットとの間で優れた相関を示すＳＣＥデータセットの成分を強調するため設計された、フィルタリング、打ち切り、若しくは、類似した手段が含まれる。例えば、一実施例よれば、アポディゼーション関数１７４０のような代替的な関数がＳＣＥデータセットに適用される。図２０に示されたステップは、オプションとして、２組以上のＳＣＥデータセットに適用される。
【００９７】
エコー領域計算ステップ４５０の代替的な実施例を使用して発生させられたエコーロケーションデータは、オプションとして比較され、この比較は、計算の整合性を判定し、或いは、フィードバックを与えるため使用される。例えば、一実施例において、エコー領域計算ステップ４５０の２回の繰返しには、異なるＳＣＥの考慮が含まれる。これらの計算の精度は、繰返し毎の結果を比較することによってチェックされる。結果が接近している程、ＳＣＥを使用することによって正確な結果が生成される可能性が高くなる。他の例では、エコー領域計算ステップ４５０の２種類の実施例を使用して計算されたエコーロケーションデータは、著しく相違することが判明する。これらの相違は、幅広ビーム技術の他のステップに影響を与えるフィードバックとして使用される。例えば、特定区域におけるエコーロケーションデータの再生不可能性は、オプションとして、その区域を検査する幅広ビームの特性（強度、周波数、方向など）が変更されるように、幅広ビーム設計ステップ４１０にフィードバックを与えるため使用される。
【００９８】
エコーロケーションデータアレイ１１００に格納されたデータは、オプションとして、ユーザに向けて表示することができる調査中の物質５３５の画像を発生する画像発生ステップ４７０（図４）で使用される。画像の発生及び表示は、画像コンバータ５７５及びディスプレイ５８０を夫々使用することによって実現される。２次元データは、幅広ビーム技術を使用して単一の超音波ビームから発生させられ得るので、２次元画像が単一の超音波ビームから発生され得る。様々な実施例において、この能力は、従来技術による方法よりも画像フレームレートを増加させる。なぜならば、画像は、従来技術の多数の（すなわち、１００個を超える）パルスの戻り時間ではなく、単一パルスの戻り時間、或いは、選択的に、少数個（すなわち、５個未満、１０個未満、２０個未満、４０個未満若しくは６４個未満）のパルスの戻り時間によって制限される時間内に生成されるからである。単一の超音波パルスから画像を発生させることの利点には、生成される画像内のジッタを低減し得ることがある。なぜならば、従来技術に対して、データが収集される期間中にトランスデューサアレイ５３０と調査中の物質５３５の間に相対運動が生じる時間が短くなるからである。単一の超音波ビームから画像を発生させることにより、調査中の物質５３５へ向けられる超音波エネルギーの量が削減され、画像を発生させるために要する電気的パワーの量が削減される。
【００９９】
以上の方法及び装置の様々な実施例の記述から、当業者に明らかであるように、これらの実施例への変更及び追加は、本発明の原理を逸脱することなくなし得る。例えば、トランスデューサ素子１１０は、別の超音波発生素子によって置き換えることが可能であり、送受スイッチ５１５は、別個の送信スイッチ及び受信スイッチによって置き換えることが可能である。図示されたトランスデューサ素子１１０の個数は限定するものではない。典型的な実施例には、非常に多数のトランスデューサ素子１１０が含まれる。同様に、図示されたデータアレイの解像度は、例示の目的のためだけに選択された解像度である。典型的な実施例には、非常に多数のデータビンを備えたデータアレイが含まれる。
【０１００】
幅広ビーム技術は、領域形成と従来のビーム形成の両方を使用するように構成されたシステムに適用可能である。一部の実施例は、これらの二通りのアプローチを切り替える手段を含む。例えば、領域形成技術は、領域を調べるために使用され、従来のビーム形成技術は、特定の対象領域にエネルギーを集中させるために使用される。２次元トランスデューサアレイを含むある種の実施例では、領域形成技術は、従来のビーム形成技術と同時に使用される。例えば、一方のトランスデューサ素子の組は領域形成のため使用され、他方のトランスデューサ素子の組は従来のビーム形成のため使用される。別の例では、領域形成は一方の空間次元でデータを収集するため使用され、従来のビーム形成は他方の空間次元でデータを収集するため使用される。超音波ビームは、一方の次元では領域形成用に構成され、他方の次元では従来のビーム形成用に構成される。これらの実施例の場合、２種類以上のエコーロケーション法が同時に実行され、各々のエコーロケーション法は、オプションとして、特定の空間次元と関連付けられる。
【０１０１】
幅広ビーム技術は、２次元領域若しくは３次元容積の中で集中ビームを走査させるため、フェーズドアレイを使用することによって制限されたシステムに適用可能である。これらのシステムは、ソナーのような音響システム、並びに、レーダーのような電磁波システムを含む。幅広ビーム技術の実施例は、２次元トランスデューサアレイと共に使用される。これらの実施例の場合、エコー容積計算は、エコー領域計算を置き換え、ステップ４５０の変換は、エコーデータの３次元（トランスデューサ、トランスデューサ、時間）アレイを３次元（ｘ、ｙ、ｚ）エコーロケーションデータアレイに変換する。一実施例によれば、一つの３次元超音波ビームは、容積形成を実行するため使用され、これにより、空間内の容積をカバーするエコーロケーションデータを生成する。
【０１０２】
本願に関連して下記の態様が考えられる。
〔態様１〕
検査対象物質を検査する方法であって、各々のトランスデューサによって発生された成分を含む超音波ビームを検査対象物質に送信するため複数のトランスデューサを使用する手順と、超音波ビームと検査対象物質の間の相互作用によって発生されたエコーを受信する手順と、第１のデータが位相情報及び振幅情報を含む値をとり、時間次元と関連付けられ、少なくとも一つの空間次元上で分布するデータを表すとき、受信したエコーからこの第１のデータを発生させる手順と、受信したエコーの中から、複数のトランスデューサのうちのトランスデューサの部分集合によって発生された超音波ビーム成分から生じたエコーを区別するため、位相情報及び／又は振幅情報を使用する手順と、区別されたエコーを使用して、第１のデータを、第１のデータよりも少なくとも１次元以上大きい空間次元上で分布した値をとる第２のデータに変換する手順と、を有する方法。
〔態様２〕
振幅情報は受信したエコーの間でエコーを区別するため使用される、態様１記載の方法。
〔態様３〕振幅情報と位相情報の両方が受信したエコーの間でエコーを区別するため使用される、態様１記載の方法。
〔態様４〕位相情報は受信したエコーの間でエコーを区別するため使用される、態様１記載の方法。
〔態様５〕
超音波ビームは２次元以上の空間次元を含む対象領域を検査するように設定されている、態様４記載の方法。
〔態様６〕
付加超音波ビームを検査対象物質に送信する手順を更に含み、付加超音波ビームは２次元以上の空間次元を含む対象領域と重なり合う第２の対象領域を検査するように設定されている、態様５記載の方法。
〔態様７〕
２次元以上の空間次元を含む対象領域と重なり合う第２の対象領域を検査するように設定されている付加超音波ビームを検査対象物質に送信する手順と、付加超音波ビームと検査対象物質の間の相互作用によって発生した第２のエコーを受信する手順と、受信した第２のエコーを使用して第３のデータを発生させる手順と、第２のデータと第３のデータの両方を使用して画像を発生させる手順と、を更に有する態様５記載の方法。
〔態様８〕映像化モードに応答して超音波ビームを設定する手順を更に有する態様４記載の方法。
〔態様９〕受信用トランスデューサを使用して、受信したエコーから電子信号を発生させる手順と、受信用トランスデューサの組のメンバーの独自性に応じた係数をもつ重み付け関数を使用して、発生された電子信号を増幅する手順と、を更に有する態様４記載の方法。
〔態様１０〕重み付け関数は主要な寄与素子の独自性に応答する、態様９記載の方法。
〔態様１１〕第１のデータを変換する手順は多次元データ変換を行う、態様１記載の方法。
〔態様１２〕
検査対象物質を検査する方法であって、超音波ビームを検査対象物質に送信する手順と、超音波ビームと検査対象物質の間の相互作用によって発生されたエコーを受信する手順と、受信したエコーから、位相情報及び振幅情報を含み、時間次元及び少なくとも第１の空間次元に関連付けられた値をとる第１のデータを発生させる手順と、変換されるべき第１のデータの一部を選択するために位相情報及び／又は振幅情報を用い、少なくとも第２の空間次元及び第３の空間次元に分布する第２のデータを生成し得る変換を使用して、第１のデータの一部を第２のデータに変換する手順と、を有する方法。
〔態様１３〕振幅情報と位相情報の両方が受信したエコーの間でエコーを区別するため使用される、態様１２記載の方法。
〔態様１４〕位相情報が受信したエコーの間でエコーを区別するため使用される、態様１２記載の方法。
〔態様１５〕第１の空間次元は第２の空間次元と同じ次元である、態様１４記載の方法。
〔態様１６〕検査対象中の領域を解析するため設定される超音波ビームの特性を決定する手順を更に有する態様１４記載の方法。
〔態様１７〕超音波ビームによって検査されるべき領域を決定する手順を更に有し、第２のデータは当該領域に分布している、態様１２記載の方法。
〔態様１８〕変換する手順は、主要な寄与素子のロケーションを使用してデータロケーションラインを決定する手順を含む、態様１２記載の方法。
〔態様１９〕データロケーションラインは曲線である、態様１８記載の方法。
〔態様２０〕データロケーションラインは主要な寄与素子と交差しない、態様１８記載の方法。
〔態様２１〕第１のデータを変換する手順は、相関解析を使用する変換を含む、態様１２記載の方法。
〔態様２２〕第１のデータを変換する手順は、主要な寄与素子の決定を含む、態様１２記載の方法。
〔態様２３〕第１のデータを変換する手順は、２次的な寄与素子の考慮を含む、態様１２記載の方法。
〔態様２４〕付加超音波ビームを送信する手順を更に有し、第１のデータを変換する手順は、付加超音波ビームを送信する手順よりも前に行われる、態様１２記載の方法。
〔態様２５〕検査対象物質を検査する方法であって、一つ以上の超音波ビームを検査対象物質に送信する手順と、少なくとも第１の空間次元及び第２の空間次元上に分布する点において、送信された一つ以上の超音波ビームの中の１個の超音波ビームと検査対象物質との間で生じる相互作用によって発生させられた第１のエコーを受信する手順と、受信された第１のエコーから、時間次元に分布し、付加的に少なくとも第１の空間次元又は第２の空間次元に分布する値をとる第１のデータを発生させる手順と、第１のデータを、少なくとも第１の空間次元及び第２の空間次元の両方に分布する値をとる第２のデータに変換する手順と、別の超音波ビームを検査対象物質に送信する手順と、別の超音波ビームを使用して発生された更なるエコーを受信する手順と、受信された更なるエコーを使用して、エコーロケーションデータであり、特定の次元をもつ第３のデータを発生させる手順と、第３のデータと同じ次元をもつように第３のデータと第２のデータを結合する手順と、を有する方法。
〔態様２６〕別の超音波ビームの特性は第２のデータを処理するアルゴリズムに応じて変更される、態様２５記載の方法。
〔態様２７〕第２のデータと第３のデータを結合する手順は、第２のデータ又は第３のデータの一方だけを使用して発生させられた画像の信号対雑音比よりも得られた画像の信号対雑音比を改善する、態様２５記載の方法。
〔態様２８〕別の超音波ビームを送信する手順は第２のデータに応答する、態様２５記載の方法。
〔態様２９〕映像化モードに応答して一つ以上の送信されるビームを設定する手順を更に有する態様２５記載の方法。
〔態様３０〕一つ以上の超音波ビームを使用して検査されるべき領域を決定する手順を更に有する態様２５記載の方法。
〔態様３１〕第１のデータを変換する手順は、主要な寄与素子の独自性に応じた重み付け関数によるデータ変換を使用する、態様２５記載の方法。
〔態様３２〕第２のデータは、一つ以上の超音波ビームの形状に応じた座標系を使用してインデックスされる、態様２５記載の方法。
〔態様３３〕
検査対象物質を検査する方法であって、超音波ビームを検査対象物質に送信する手順と、送信された超音波ビームと検査対象物質との間の相互作用によって発生されたエコーを受信する手順と、受信されたエコーを使用して、時間及び第１の空間次元の多数の位置と関連付けることが可能である第１のデータを発生させる手順と、を有し、位置の個数は少なくとも６４個であり、位置の個数との関連性は時間との関連性とは独立であり、第１のデータを、少なくとも第１の空間次元及び第２の空間次元と関連付けることができる値をとる第２のデータに変換する手順を更に有する方法。
〔態様３４〕位置の個数は少なくとも１２８個である、態様３３記載の方法。
〔態様３５〕位置の個数は少なくとも２５６個である、態様３３記載の方法。
〔態様３６〕
第２の超音波ビームと検査対象物質との間の相互作用によって発生させられた第２のエコーを受信する手順を更に有する態様３３記載の方法。
〔態様３７〕受信した第２のエコーを使用して第３のデータを発生させる手順を更に有し、第１のデータと第３のデータの組み合わせは、第１のデータと同じ次元をもつ、態様３６記載の方法。
〔態様３８〕第２のデータはエコーロケーションデータである、態様３３記載の方法。
〔態様３９〕検査対象物質を検査する方法であって、超音波ビームを検査対象物質に送信するため複数の超音波トランスデューサを使用する手順と、超音波ビームと検査対象物質との間の相互作用によって発生させられたエコーを受信する手順と、受信されたエコーから、時間及び第１の空間次元における２個以上の第１の個数の位置と関連付けることができる複数の値をとる第１のデータを発生させる手順と、第１のデータから、第２の空間次元及び第１の空間次元における第２の個数の位置と関連付けることができる第２のデータを発生させる手順と、を有し、第１の位置の個数は第２の位置の個数よりも少数であり、第２のデータの中で、第２の個数の位置のうちの１個と関連付けることできるが、第１の個数の位置とは関連付けることができない少なくとも１個の値は、第１のデータの値の間の内挿を用いることなく発生される、方法。
〔態様４０〕第２のデータと関連付けることができる空間次元の個数は送信される超音波の個数とは独立である、態様３９記載の方法。
〔態様４１〕送信される超音波ビームは、方向、焦点、及び、焦点におけるビーム幅によって表され、ビーム幅は、ビームの方向に直交した、焦点を通る直線に沿って測定され、第２のデータは、ビームの方向に直交した、ビーム幅よりも小さい空間次元における解像度をもつエコーロケーションデータである、態様３９記載の方法。
〔態様４２〕第２のデータを発生させる手順は、エコー受信ロケーションに応じて重みをエコーに割当てる重み付け関数を用いる変換アルゴリズムを使用する、態様３９記載の方法。
〔態様４３〕超音波ビームを送信するため複数のトランスデューサを使用する手順は、複数のトランスデューサを使用し、第２のデータを発生させる手順は、受信したエコーの位相関係を使用し、又は、受信したエコーの振幅を使用して、複数のトランスデューサの異なるメンバーから得られる信号を区別するように設定された変換アルゴリズムを使用する、態様３９記載の方法。
〔態様４４〕検査対象物質を検査する方法であって、複数の超音波ビームを検査対象物質に送信するため複数のトランスデューサを使用する手順と、複数の超音波ビームの中の第１のメンバーと検査対象物質との間の相互作用によって発生された第１のエコーを受信する手順と、受信した第１のエコーから、時間次元と関連付けることができ、少なくとも第１の空間次元における２個以上の位置と別個に関連付けることができ、位相情報及び振幅情報を含む値をとる第１のエコーデータを発生させる手順と、複数の超音波ビームの中の少なくとも第２のメンバーと検査対象物質との間の相互作用によって発生された第２のエコーを受信する手順と、受信した第２のエコーから、時間次元と関連付けることができ、少なくとも第２の空間次元における２個以上の位置と別個に関連付けることができる値をとる第２のエコーデータを発生させる手順と、第１のエコーデータ、並びに、位相情報及び／又は振幅情報に応答するデータ変換を使用して、第１のエコーロケーションデータを発生させる手順と、第２のエコーロケーションデータを発生させるため第２のエコーデータを使用する手順と、第１のエコーロケーションデータと同じ次元をもつ第３のエコーロケーションデータを生成するため、第１のロケーションデータ及び第２のロケーションデータを結合する手順と、を有する方法。
〔態様４５〕データ変換は位相情報及び振幅情報に応答する、態様４４記載の方法。
〔態様４６〕データ変換は位相情報に応答する、態様４４記載の方法。
〔態様４７〕第１の空間次元は第２の空間次元と同じ次元である、態様４４記載の方法。
〔態様４８〕第１のエコーは、複数のトランスデューサのうちの少なくとも１台のトランスデューサを使用して受信される、態様４４記載の方法。
〔態様４９〕第３のエコーロケーションデータを試用して画像を表示する手順を更に有する態様４４記載の方法。
〔態様５０〕第１のエコーデータは、時間次元及び位置次元をもち、位置次元はトランスデューサ素子のロケーションと関連付けることができ、第１のエコーロケーションデータは、直交座標系で表現された２個の空間次元をもつ、態様４４記載の方法。
〔態様５１〕第１のエコーデータは、時間次元及び位置次元をもち、位置次元はトランスデューサ素子のロケーションと関連付けることができ、第１のエコーロケーションデータは、極座標系で表現された２個の空間次元をもつ、態様４４記載の方法。
〔態様５２〕エコーロケーションデータを発生させる方法であって、エコーをエコー信号に変換することによって第１のデータを発生させる手順を有し、第１のデータは、時間と関連付けることができ、かつ、少なくとも一つの空間次元における複数の位置と別々に関連付けることができる複数の値をとり、複数の値は位相情報及び振幅情報を含み、第１のデータ、並びに、位相情報及び／又は振幅情報に応じたデータ変換を使用して、エコーロケーションデータを発生させる手順を更に有し、エコーロケーションデータは、複数の位置における異なる位置と関連付けることができる複数の値のうちの２個以上のメンバーから獲得された少なくとも一つの値をとる、方法。
〔態様５３〕少なくとも一つの値は、複数の値のうちのメンバー間の内挿を使用しないで発生させられる、態様５２記載の方法。
〔態様５４〕エコーロケーションデータの複数のデータの各々は、少なくとも１次元の空間次元に異なる位置を占める複数の値のうちのメンバーから獲得される、態様５２記載の方法。
〔態様５５〕エコーは複数のトランスデューサ素子によって受信され、複数の値のうちの２個以上のメンバーの異なる位置は、複数のトランスデューサ素子の任意の２個のメンバー間の最短距離の少なくとも２倍だけ離されている、態様５２記載の方法。
〔態様５６〕データ変換は位相情報に応答する、態様５２記載の方法。
【０１０３】
また、以下の態様も考えられる。
〔態様１〕超音波システムであって：
第１の複数のトランスデューサからの単一の超音波ビームを発生させる手順と、
第２の複数のトランスデューサから発生されたエコーを受信する手順と、
位相情報及び振幅情報を含み、時間次元と関連付けられ、少なくとも一つの空間次元上で分布する第１のデータを、受信したエコーから発生させる手順と、
前記第１のデータからの位相及び振幅情報に変換を適用することによって第２のデータを発生させる手順と、
前記第２のデータから画像を生成する手順とを有する、
超音波映像化方法を実行するよう構成された、超音波システム。
〔態様２〕前記振幅情報を使って受信したエコーのうちからのエコーを区別する手段と、
区別されたエコーに基づいて前記第２のデータを発生させる手段とを更に有する、
態様１記載の超音波システム。
〔態様３〕前記振幅情報と位相情報の両方を使って受信したエコーのうちからのエコーを区別する手段と、
区別されたエコーに基づいて前記第２のデータを発生させる手段とを更に有する、
態様１記載の超音波システム。
〔態様４〕前記位相情報を使って受信したエコーのうちからのエコーを区別する手段と、
区別されたエコーに基づいて前記第２のデータを発生させる手段とを更に有する、
態様１記載の超音波システム。
〔態様５〕超音波ビームを発生させる前記手順が、２次元以上の空間次元を含む第１の対象領域を検査するように超音波ビームを構成することを含む、態様４記載の超音波システム。
〔態様６〕前記方法が：
追加的な超音波ビームを発生させる手順を更に含み、該追加的な超音波ビームは２次元以上の空間次元を含む、前記第１の対象領域と重なり合う第２の対象領域を検査するように構成される、態様５記載の超音波システム。
〔態様７〕前記方法が：
前記追加的な超音波ビームによって発生した第２のエコーを受信する手順と、
受信した第２のエコーを使用して第３のデータを発生させる手順と、
前記第２のデータと前記第３のデータの両方を使用して画像を発生させる手順と、を更に有する、
態様６記載の超音波システム。
〔態様８〕映像化モードに基づく前記超音波ビームの構成についての選択を受け取る手段を更に有する、
態様４記載の超音波システム。
〔態様９〕前記方法が：
第２の複数のトランスデューサを介して受信したエコーから電子信号を発生させる手段と、
前記第２の複数の受信用トランスデューサのうちのあるトランスデューサからの発生された電子信号の寄与に基づいて、発生された電子信号を増幅する手段と、を更に有する態様４記載の超音波システム。
〔態様１０〕前記の増幅が、発生された電子信号に重み付け関数を適用することを含む、態様９記載の超音波システム。
〔態様１１〕第２のデータを発生させる前記手順が前記第１のデータに多次元データ変換を適用することを含む、態様１記載の超音波システム。
〔態様１２〕超音波映像化システムの動作方法であって、
単一の超音波ビームを発生させる手順と、
発生された単一の超音波ビームからのエコーを受信する手順と、
第１の空間次元および時間に基づく受信したエコーから、位相情報及び振幅情報を含む第１のデータを発生させる手順と、
前記第１のデータの一部から、前記位相情報、前記振幅情報およびそれらの任意の組み合わせのうちのどれかに基づいて前記第１のデータの前記部分にデータ変換を適用することによって、少なくとも第２の空間次元及び第３の空間次元に分布する第２のデータを生成する手順と、を有する方法。
〔態様１３〕前記振幅情報と位相情報の両方が受信したエコーの間でエコーを区別するため使用される、態様１２記載の方法。
〔態様１４〕前記位相情報が受信したエコーの間でエコーを区別するため使用される、態様１２記載の方法。
〔態様１５〕前記第１の空間次元は前記第２の空間次元と同じ次元である、態様１４記載の方法。
〔態様１６〕検査対象物質中の領域を解析するよう構成された超音波ビームの特性を決定する手順を更に有する態様１４記載の方法。
〔態様１７〕前記超音波ビームを用いて映像化するべき領域を決定する手順を更に有し、前記第２のデータは前記領域にわたって分布している、態様１２記載の方法。
〔態様１８〕前記第１のデータの前記部分に前記変換を適用する手順は、受信したエコーの寄与素子のロケーションを使用してデータロケーションラインを決定する手順を含む、態様１２記載の方法。
〔態様１９〕データロケーションラインは曲線である、態様１８記載の方法。
〔態様２０〕データロケーションラインは主要な寄与素子と交差しない、態様１８記載の方法。
〔態様２１〕第１のデータを変換する前記手順は、相関解析を使用する変換を含む、態様１２記載の方法。
〔態様２２〕第２のデータを発生させる前記手順は、位相情報、振幅情報及びそれらの任意の組み合わせのうちのどれかの比較に基づいて、前記第２の複数のトランスデューサのうちから、受信したエコーへの寄与素子を特定することを含む、態様１記載の超音波システム。
〔態様２３〕寄与素子を特定する前記手順が、前記比較に基づいて前記第２のトランスデューサのうちから主要なトランスデューサを特定することを含む、態様２２記載の超音波システム。
〔態様２４〕前記第２のデータを発生させたあとに追加的な超音波ビームを発生させる手順を更に有する、態様１２記載の方法。
〔態様２５〕検査対象物質検査システムの動作方法であって：
単一の超音波ビームを発生させる手順と、
発生された超音波ビームからの第１のエコーを受信する手順と、
受信された第１のエコーから、時間次元に分布し、検査対象物質の少なくとも第１の空間次元又は第２の空間次元に分布する第１のデータを発生させる手順と、
前記第１のデータからデータロケーション軌跡を決定することによって前記第１のデータを、少なくとも前記第１の空間次元及び前記第２の空間次元に分布するエコーロケーションデータを含む第２のデータに変換する手順と、
前記第２のデータからの前記エコーロケーションデータが完全であるかどうかを判定する手順と、
別の単一の超音波ビームを発生させる手順と、
前記別の超音波ビームによって発生された更なるエコーを受信する手順と、
受信された更なるエコーを使用して、エコーロケーションデータであり、特定の次元をもつ第３のデータを発生させる手順と、
前記第３のデータと同じ次元をもつように前記第３のデータと前記第２のデータを組み合わせる手順と、を有する方法。
〔態様２６〕前記別の超音波ビームの特性は前記第２のデータを処理するアルゴリズムに応じて変更される、態様２５記載の方法。
〔態様２７〕前記第２のデータと前記第３のデータを組み合わせる前記手順は、前記第２のデータ又は前記第３のデータの一方だけを使用して発生されうる画像の信号対雑音比よりも得られた画像の信号対雑音比を改善する、態様２５記載の方法。
〔態様２８〕映像化モードに基づく前記超音波ビームの構成についての選択を受け取る手順を更に有する態様２５記載の方法。
〔態様２９〕前記超音波ビームによって映像化されるべき領域を決定する手順を更に有する態様２５記載の方法。
〔態様３０〕前記第１のデータを変換する手順は、重み付け関数によるデータ変換を使用することを含む、態様２５記載の方法。
〔態様３１〕前記第２のデータは、前記超音波ビームの形状に応じた座標系を使用してインデックスされる、態様２５記載の方法。
〔態様３２〕検査対象物質検査システムの動作方法であって：
第１の単一の超音波ビームを発生させる手順と、
発生された第１の単一の超音波ビームによって発生された第１のエコーを受信する手順と、
受信された第１のエコーを使用して、時間及び第１の空間次元における位置と関連付けることが可能である第１のデータを発生させる手順と、を有し、位置の個数は少なくとも６４個であり、位置との関連付けは時間との関連付けとは独立であり、
前記第１のデータを、前記第１の空間次元及びある第２の空間次元上に分布する第２のデータに変換する手順を更に有する方法。
〔態様３３〕前記位置の個数は少なくとも１２８個である、態様３２記載の方法。
〔態様３４〕前記位置の個数は少なくとも２５６個である、態様３２記載の方法。
〔態様３５〕第２の超音波ビームを発生させる手順と、
前記第２の超音波ビームに対する第２のエコーを受信する手順を更に有する態様３２記載の方法。
〔態様３６〕受信した第２のエコーを使用して第３のデータを発生させる手順を更に有し、
前記第１のデータと前記第３のデータの組み合わせは、前記第１のデータと同じ次元をもつ、態様３５記載の方法。
〔態様３７〕前記第２のデータはエコーロケーションデータである、態様３２記載の方法。
〔態様３８〕検査対象物質検査システムの動作方法であって：
検査対象物質への単一の超音波ビームを発生させるために複数の超音波トランスデューサを使用する手順と、
前記単一の超音波ビームによって発生させられたエコーを受信する手順と、
受信されたエコーから、時間及び第１の空間次元における２個以上の第１の個数の位置と関連付けることができる複数の値をとる第１のデータを発生させる手順と、
前記第１のデータから、第２の空間次元及び前記第１の空間次元における第２の個数の位置と関連付けることができる第２のデータを発生させる手順と、を有し、第１の位置の個数は第２の位置の個数よりも少数であり、前記第２のデータの中で、前記第２の個数の位置のうちの１個と関連付けることできるが、前記第１の個数の位置とは関連付けることができない少なくとも１個の値が、前記第１のデータの値の間の内挿を用いることなく発生される、方法。
〔態様３９〕前記第２のデータと関連付けることができる空間次元数は発生される超音波ビームの数とは独立である、態様３８記載の方法。
〔態様４０〕発生される超音波ビームは、方向、焦点、及び、焦点におけるビーム幅によって特徴付けられ、ビーム幅は、ビームの方向に直交した、焦点を通る直線に沿って測定され、前記第２のデータは、ビームの方向に直交した空間次元において、ビーム幅よりも小さい解像度をもつエコーロケーションデータである、態様３８記載の方法。
〔態様４１〕前記第２のデータを発生させる手順は、エコー受信ロケーションに応じて重みをエコーに割当てる重み付け関数を用いる変換アルゴリズムを使用することを含む、態様３８記載の方法。
〔態様４２〕超音波ビームを発生させるために複数のトランスデューサを使用する前記手順は、複数のトランスデューサを使用することを含み、第２のデータを発生させる前記手順は、受信したエコーの位相関係を使用し、又は、受信したエコーの振幅を使用して、前記複数のトランスデューサのうちの異なるトランスデューサから得られる信号を区別するように構成された変換アルゴリズムを使用する、態様３８記載の方法。
〔態様４３〕検査対象物質検査システムの動作方法であって：
複数のトランスデューサからの第１の組のトランスデューサから第１の単一の超音波ビームを発生させる手順と、
前記複数の超音波ビームからの第２の組のトランスデューサから、前記第１の超音波ビームの一部と重なる第２の超音波ビームを発生させる手順と、
前記第１の超音波ビームによって発生された第１のエコーを受信する手順と、
受信した第１のエコーから、時間次元と関連付けることができ、少なくとも第１の空間次元における２個以上の位置と別個に関連付けることができ、位相情報及び振幅情報を含む値をとる第１のエコーデータを発生させる手順と、
前記第２の超音波ビームによって発生された第２のエコーを受信する手順と、
受信した第２のエコーから、時間次元と関連付けることができ、少なくとも第２の空間次元における２個以上の位置と別個に関連付けることができる値をとる第２のエコーデータを発生させる手順と、
前記第１のエコーデータ、並びに、位相情報及び／又は振幅情報に応答するデータ変換を使用して、第１のエコーロケーションデータを発生させる手順と、
第２のエコーロケーションデータを発生させるため前記第２のエコーデータを使用する手順と、
前記第１のエコーロケーションデータと同じ次元をもつ第３のエコーロケーションデータを生成するため、前記第１のエコーロケーションデータ及び前記第２のエコーロケーションデータを組み合わせる手順と、を有する方法。
〔態様４４〕前記データ変換は位相情報及び振幅情報に応答する、態様４３記載の方法。
〔態様４５〕前記データ変換は位相情報に応答する、態様４３記載の方法。
〔態様４６〕前記第１の空間次元は前記第２の空間次元と同じ次元である、態様４３記載の方法。
〔態様４７〕前記第１のエコーは、前記複数のトランスデューサのうちの少なくとも１台のトランスデューサを使用して受信される、態様４３記載の方法。
〔態様４８〕前記第３のエコーロケーションデータを使用して画像を表示する手順を更に有する態様４３記載の方法。
〔態様４９〕前記第１のエコーデータは、時間次元及び位置次元をもち、該位置次元はトランスデューサ素子のロケーションと関連付けることができ、前記第１のエコーロケーションデータは、直交座標系で表現された２個の空間次元をもつ、態様４３記載の方法。
〔態様５０〕前記第１のエコーデータは、時間次元及び位置次元をもち、該位置次元はトランスデューサ素子のロケーションと関連付けることができ、前記第１のエコーロケーションデータは、極座標系で表現された２個の空間次元をもつ、態様４３記載の方法。
〔態様５１〕エコーロケーションデータを発生させる方法であって：
単一の発された超音波ビームからのエコーを電子信号に変換することによって第１のデータを発生させる手順を有し、前記エコーは少なくとも一つの空間次元でインデックスされるアレイに配列された複数のトランスデューサ素子によって複数の時間に受信され、前記第１のデータは、前記複数の時間のうちの一つの時間と関連付けることができ、かつ、前記アレイ中のあるトランスデューサ素子の位置と別々に関連付けることができる、前記電子信号の位相情報及び振幅情報を含む複数の値をもち、
当該方法が：
前記第１のデータに前記第１データからの前記位相情報及び／又は振幅情報に応じたデータ変換を適用することによってエコーロケーションデータを発生させ、エコーロケーションデータが前記アレイからのあるトランスデューサ素子と関連付けることができる２個以上の値から導出される手順を更に有する、方法。
〔態様５２〕前記エコーロケーションデータにおける、少なくとも１次元の空間次元において異なる位置を占める複数の値が、それぞれ、前記第１のデータからの値から導出される、態様５１記載の方法。
〔態様５３〕前記第１のデータからの前記２個以上の値の位置は、前記複数のトランスデューサ素子からの任意の２個の素子の最短距離の少なくとも２倍だけ離されている、態様５１記載の方法。
〔態様５４〕前記データ変換は位相情報に応じたものである、態様５１記載の方法。
〔態様５５〕超音波撮像方法であって：
第１の複数の超音波トランスデューサ素子を介して第１の単一の超音波ビームを発生させる手順と、
空間次元上に分布したアレイ内に配置された第２の複数の超音波トランスデューサ素子において、前記第１の単一の超音波ビームのエコーを検出する手順と、
前記エコーが検出された時刻および前記エコーが検出されたトランスデューサ素子ごとに、検出されたエコーからのデータを記憶する手順と、
前記第１のデータからデータロケーション軌跡を決定することによって前記の記憶されたデータから、少なくとも空間次元２次元上に分布するエコーロケーションデータを生成する手順と、
前記エコーロケーションデータから超音波画像を生成する手順とを有する、
方法。
〔態様５６〕態様５５記載の方法であって、前記第１の超音波ビームの一部に重なり、第２の複数の超音波トランスデューサ素子を介して発される、検査対象物質への第２の超音波ビームを発生させる手順を更に有する、方法。
【符号の説明】
【０１０４】
５１０  波形発生器
５１５  遅延装置
５２０  電力増幅器
５２５  送受スイッチ
５２７  マルチプレクサ
５３０  トランスデューサアレイ
５３５  調査中物質
５４０  可変利得増幅器
５４５  アナログフィルタ
５５０  Ａ／Ｄ変換器
５５５  チャネルデータ記憶バッファ
５６０  信号プロセッサ
５６５  エコーロケーションデータ記憶装置
５７０  付加データ記憶装置
５７５  画像コンバータ
５８０  ディスプレイ
５８５  通信電子機器
５９０  ユーザ・インタフェース電子機器
５９５  制御電子機器
５９６  コンピュータコード
【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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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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