(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波診断イメージングシステムであって：
複数の受信ラインを含む幅を伴って送信される送信ビームによるエコーから、複数の受信ラインが形成され、前記送信ビームとは異なる位置に送信ラインが形成される別の送信ビームによるエコーから、別の複数の受信ラインが形成され、前記別の複数の受信ラインの一部は前記複数の受信ラインと位置合わせされ、位置が一致する共通の受信ライン位置について受信ラインの合成を行うように送信ビームが位置合わせされて送信される合成送信フォーカシングを生成し、
トランスジューサ要素のアレイを含むプローブ；
前記トランスジューサ要素のアレイに結合され、前記送信ラインが水平方向に間隔を置いた複数の送信ラインの位置に形成されるように、各々が焦点領域を示すビームを送信するように動作する、送信ビームフォーマ；
前記のトランスジューサ要素のアレイに結合されたマルチライン受信ビームフォーマであって、異なる送信ビーム位置の各々における１つの送信ビームに応じて、対応する複数の受信ライン位置において複数の受信ラインを生成する、マルチライン受信ビームフォーマ；
前記共通の受信ライン位置において、互いに異なる送信ラインの位置に焦点領域を示す前記送信ビームのエコーから生成された複数の受信ビームに対して、受信ビーム間に存在する位相を同じにする複数の遅延部を有し、前記遅延がなされた受信ビームのｒ．ｆ．信号を組み合わせて画像データを生成するマルチライン組み合わせ回路；及び
前記画像データを用いて画像を生成するディスプレイ
を有する、
超音波診断イメージングシステム。
【請求項２】
前記マルチライン組み合わせ回路は、マルチラインデータを重み付けする複数の重み付け回路をさらに有する、請求項１に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項３】
前記プローブは線形アレイプローブを有する、請求項１に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項４】
前記プローブはフェーズドアレイプローブを有する、請求項１に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項５】
前記送信ビームフォーマは、選択された送信アパーチャから送信ビームを送信するように更に変えられる、請求項１に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項６】
前記送信ビームフォーマは、トランスジューサアレイに沿う一連のトランスジューサ列から構成される選択された異なるアパーチャで送信ビームを送信する、請求項５に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項７】
前記送信ビームフォーマは、一送信ビームの横方向に離間した受信ライン位置の少なくとも一部が他の送信ビームの横方向に離間した受信ライン位置の少なくとも一部と一致するように選択されるアパーチャで各送信ビームを送信する、請求項６に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項８】
前記送信ビームフォーマは、前記一送信ビームの横方向に離間した受信ライン位置の少なくとも一部が前記他の送信ビームの横方向に離間した受信ライン位置の少なくとも一部と軸方向において一致するように選択されるアパーチャで各送信ビームを送信する、請求項７に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項９】
前記マルチライン受信ビームフォーマは複数のマルチラインプロセッサを有し、該複数のマルチラインプロセッサの各々は、複数のトランスジューサ要素から受信された信号に一組の遅延部を適用し、選択されたライン方向において受信マルチラインをフォーカシングする、請求項１に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項１０】
前記マルチライン受信ビームフォーマが生成する受信ラインの本数は可変である、請求項９に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項１１】
前記マルチライン受信ビームフォーマに結合され、複数の送信ビームに応じて生成される受信ラインを記憶する、請求項１に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項１２】
超音波画像を生成する方法であって、
（Ａ） アレイトランスジューサから複数の受信ラインを含む幅を伴う送信ビームを送信する段階；
（Ｂ）  前記アレイトランスジューサによりエコー信号を受信する段階；
（Ｃ） 送信ライン位置から送信される送信ビームにより生成される前記エコー信号から、複数の受信ラインを生成する段階；
（Ｄ）  前記アレイトランスジューサに沿った前記送信ビームとは異なる位置において、アレイトランスジューサから複数の受信ラインを含む幅を伴う別の送信ビームを送信する段階；
（Ｅ）  前記別の送信ビームからのエコー信号を受信する段階；
（Ｆ）  前記（Ｅ）の段階の前記エコー信号から前記複数の受信ラインとは別の複数の受信ラインを生成する段階であって、この段階における別の複数の受信ラインの一部は前記複数の受信ラインの一部と位置合わせされる、段階；
（Ｇ）  全画像フィールドがスキャンされるまで受信ラインの間隔だけ送信ビームの位置を移動させながら、（Ｄ）から（Ｆ）の段階を繰り返す段階；
（Ｈ）  前記（Ｆ）の段階で位置合わせされることで位置が一致した共通の受信ライン位置において、互いに異なる送信ラインの送信ビームのエコーから生成された複数の受信ビームに対して、受信ビーム間に存在する位相を同じにする遅延がなされた受信ビームのｒ．ｆ．信号を組み合わせて画像データを生成する段階；及び
（Ｉ）  前記画像データを用いて画像を生成する段階；
を有する方法。
【請求項１３】
前記（Ｈ）の段階において、前記組み合わせの前に、共通の受信ライン位置に対応する異なる送信ビームからの受信ビームのｒ．ｆ．信号のそれぞれに重みを付ける段階をさらに有する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療診断超音波システムに関し、特に、マルチライン受信ビームスプリッタを用いて焦点領域を拡張する超音波システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像が画像フィールドにおける全てのポイントでフォーカシングされる合成フォーカシングの原理が多くの研究のテーマになってきた。例えば、米国特許第４，６０４，６９７号明細書（Ｌｕｔｈｒａ等による）において、超音波パルスが超音波トランスジューサアレイの各々の要素から順次に送信される合成焦点技術について記載されている。各々の送信から受信されたエコー信号は、アレイの要素の全てにより受信され、記憶される。信号の全てが受信された後、フォーカシングされたエコー信号は、各々のポイントの方に及び各々のポイントの方から超音波信号の飛行時間及び画像における各々のポイントに対する各々のトランスジューサ要素の位置についての知識から、画像フィールドの各々のポイントにおいて生成されることが可能である。適切に受信された信号は、画像における各々のポイントについてコヒーレントなエコー信号を生成するように、組み合わされる。各々のポイントを生成するように用いられる、記憶されているデータ値の選択は、画像における各々のポイントについてビーム生成を与える。この方法は、画像フィールドにおける全てのポイントにおいてフォーカシングされた信号を与える一方、幾つかの短所を有している。それらの短所の１つは、全画像フィールドからのｒ．ｆ．信号が処理のために記憶される必要があることである。このことは、かなりの情報記憶量を必要とする。第２の短所は、画像における各々の点についてデータを選択して重み付けするために、かなりの処理量が必要とされ、その場合、画像データポイントを演算するように、適切に重み付けされたデータを組み合わせる必要があることである。第３の短所は、この方法は、単一のトランスジューサ要素により送信されるエネルギーは制約されるために、浅い侵入深度のためのみに有効であることである。
【０００３】
合成フォーカシングの基本原理を用いる特定のアプリケーションは、従来の遅延加算受信ビームスプリッタであって、各々の受信要素からの信号に適用される遅延は、合成焦点技術におけるデータ選択に相当する、遅延加算受信ビームスプリッタである。従来のビームスプリッタは、特定の焦点領域においてフォーカシングされる送信ビームを送信し、この信号送信ビームのみに沿ったエコーを動的にフォーカシングするために、それらの原理の限定されたアプリケーションである。従って、複数の装置が、全画像フィールドをスキャンするために必要である。結果として得られる効率は、画像における全てのポイントに対して全ての送信についてデータが記憶される必要はなく、送信により受信されるデータは、ビーム方向に沿ってコヒーレントなエコー信号を生成するように、すぐに処理される。各々の受信ビームは、選択された焦点領域のみに対する送信においてフォーカシングされることが制限となっている。しかし、より大きい深度における信号対ノイズ比は、複数のトランスジューサ要素がビームを送信するように作動されるために改善され、妥当な侵入が得られようにする。
【０００４】
米国特許第６，２３１，５１１号明細書（Ｂａｅ等による）及び後の文献“Ａ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ−Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｂ−Ｍｏｄｅ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”ｂｙ  Ｂａｅ  ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ＵＦＦＣ，ｖｏｌ．４７，ｎｏ．６（２０００），ｐ．１５１０〜においては、従来の焦点領域の外側の水平方向の分解能を改善し、従って、画像フィールドの全てのポイントにおいて送信フォーカシングの効果を達成するように、合成フォーカシングの特徴及び標準的にフォーカシングされるビーム生成器の特徴を組み合わせて提供されている。この方法は、“仮想ソース”から外部及び内部の両方にエネルギーを放出する、標準的な送信ビームの焦点に“仮想ソース要素”があるという仮定を前提としている。標準的なフォーカシングされた送信ビームの送信に後続して、エネルギーは、受信アパーチャのトランスジューサ要素により受信されて、記憶される。全画像フィールドがスキャンされた後、各々のポイントにおけるエコー信号は、フィールドにおけるポイントを含む各々の仮想ソースフィールドの要素により受信された信号から演算される。焦点における画像ポイントは、仮想ソースモデルが送信焦点に関する砂時計形状フィールドであるために、１つのビームのみからイメージングされるが、焦点からの深度において更に除去されるポイントは、多くのスキャンラインの受信信号から演算される。その結果は、送信焦点ポイントから外部及び内部のポイントにおいて改善された水平方向の分解能を示す画像であるといわれる。しかし、上記の基本的な合成アパーチャ方法と同様に、かなりのデータ量が、各々の受信アパーチャにおける全ての要素からのｒ．ｆ．信号を処理するために記憶される必要がある。更に、合成フォーカシングにより得られる画像は、送信及び受信のみがこの画像ポイントに寄与し、複数の送信及び受信が、送信焦点ポイントから除去されたポイントに寄与するため、焦点の周囲では暗く見えるといわれる。従って、少なくとも画像のかなりの部分に亘ってフォーカシングし、莫大な量のｒ．ｆ．データを記憶する必要のない送信を達成することが要請されている。
【特許文献１】米国特許第４，６０４，６９７号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２３１，５１１号明細書
【非特許文献１】“Ａ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ−Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｂ−Ｍｏｄｅ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”ｂｙ  Ｂａｅ  ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ＵＦＦＣ，ｖｏｌ．４７，ｎｏ．６（２０００），ｐ．１５１０〜
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の原理に従って、ｒ．ｆ．信号データを記憶する必要のない、フィールドのかなりの深度に亘る送信焦点に達する診断超音波システム及び方法について記載している。複数のスキャンラインの少なくとも一部に超音波を当て、受信ビームが、例えば、並列して又は時間多重化により、複数のスキャンラインに沿って同時に処理される超音波ビームが送信される。連続するそのような送信は、共通のスキャンラインの位置に関連付けられる複数のスキャンラインを生成する。好適には、それらの関連するスキャンラインは、同心円状に位置合わせされる。それらの関連付けられるスキャンラインのデータは、フィールドのかなりの深度に亘って有効に送信フォーカシングされるエコーデータを生成するようにビーム生成される。以下の実施例においては、超音波システムは、マルチラインビーム生成器により同時に複数のビームを受信する。本発明の実施形態は、一部の臨床アプリケーションにおいてマルチゾーンフォーカシングに頼る必要性を減らすことにより超音波イメージングのフレームレートを改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
先ず、図１ａ乃至１ｃを参照するに、重なったビームプロファイルが示され、３本の送信ビームが送信され、各場合に、各々の送信ビームから３つのビームを受信することが示されている。図１ａは、ビームを送信したトランスジューサアレイ８により送信される送信ビームプロファイル１０を示し、ビームの中心における強度ピークの下のレベルは一定である。送信ビームプロファイルレベルは、設計者により選択され、ビームの中心における最大強度以下の３ｄＢ、６ｄＢ、２０ｄＢ又はある他のレベルにあることが可能である。そのビームプロファイルは、従来の送信フォーカシングによるビームプロファイルの最狭の幅である焦点１２に焦点合わせされていることが理解できる。ビーム２０の直交する方向からみた様子は、トランスジューサアレイ８の下に示され、センターローブ２０ａと、そのメインローブ２０ａのどちらかの側のサイドローブを含む。送信されるビームは、焦点領域１２において最も狭い焦点に達し、その後広がる。他の実施形態においては、発散した送信ビームが用いられることが可能である。かなりの深度でのフォーカシングがまた、有効であることが判明した。
【０００７】
送信ビーム１０、２０は、複数の受信ライン１４、１６及び１８を含む幅を伴って送信される。一般に、より広いビームが、より小さい送信アパーチャから送信されることにより生成される。即ち、アレイにおける要素の全数に比べて、アレイ８のより少ない数の要素は、ビームを送信するように作動される。送信に後続して、エコーが受信され、３つの受信ライン位置１４、１６及び１８に沿ってフォーカシングされる。以下に説明するように、受信アパーチャのトランスジューサ要素によって受信されたエコーは、一つの送信ビームに対する応答において、異なるライン位置１４、１６、及び１８で、複数のラインを形成するために３つの異なるやり方で、遅延され合計される。この実施例においては、受信ライン１６は、送信ビーム１０、２０の中央において受信され、受信ライン１６と１８は、中央のラインのいずれかの側において受信されるようにフォーカシングされ、かつ、横方向に導かれる。この実施例においては、外側のライン１４及び１８のニアフィールド及びファーフィールドのみが送信ビームプロファイル１０内にある。それらの領域において、外側のライン１４及び１８は、中央のラインの位置のどちらかの側において送信エネルギーから受信され、それにより、中央のラインの位置の両側における画像フィールドにおける対象をサンプリングし、それにより、画像受信及び分解能についてニアフィールド及びファーフィールドにおける送信ビームの水平方向に広がったエネルギーを効率的に用いる。
【０００８】
図１ｂにおいては、第２ビームは、一の受信ラインの間隔だけ右の方に送信アパーチャを移動させることにより送信される。第２送信ビームは、第１送信ビームと同じビームプロファイルを有し、ビームプロファイル曲線１０’により輪郭付けされている。第１ビームの場合のように、３つの受信ラインが、受信ライン位置１６′、１８′及び２２における第２送信に応答して、同時に受信され、ビーム生成される。その結果、受信ライン１６′は、第１送信からの受信ライン１６と位置合わせされ、受信ライン１８′は第１送信からの受信ライン１８と位置合わせされ、そして受信ライン２２は第２送信の中央のライン１８′の右に位置付けられる。受信ラインの第１集合と同様に、受信マルチライン１６′、１８′及び２２の第２集合が後続の処理のために保存される。
【０００９】
図１ｃにおいては、第３ビームが、一受信ラインだけ右の方に再び移動される中央のアパーチャの位置から送信される。この送信ビームは、ビームプロファイル１０′′により輪郭付けされ、その送信後、３本の受信ライン１８′′、２２′及び２４が同時受信される。先行する受信ラインと同様のそれらの３つの受信ラインは、先行ビームのラインと同じ間隔を有する送信ビームのビームプロファイル内に全体が又は一部がある。その結果、受信ライン１８′′は、第１送信の受信ライン１８及び第２送信の受信ライン１８′と軸方向において位置合わせされ、受信ライン２２′は、第２送信の受信ライン２２と軸方向において位置合わせされる。受信ライン１８、１８′及び１８′′の経路内の対象は、ここでは、３つの受信ラインによって、即ち、それぞれの異なる送信ビームによってサンプリングされる。下で説明するように、それらの共に位置合わせされるビームは、何れかの個別のラインの場合に比べて、大きいフィールド深度においてフォーカシングされるラインに沿った画像データのラインを生成し、延ばされた送信焦点効果を得るように組み合わされる。３つのビーム送信からのエコーエネルギーは、結果として得られる画像データを生成するように組み合わされるため、フォーカシングはより深いフィールド深度において有効である。
【００１０】
送信及び受信は、全画像フィールドがスキャンされてしまうまで、この方法で、画像フィールドにおいて継続する。ラインの位置について、受信ラインの最大数、この実施例においては３つ、が取得される度に、受信ラインが処理され、その位置において画像データのラインが生成される。それ故、受信ｒ．ｆ．信号が、受信されるときに、マルチラインにビーム生成されるために、何れかの送信からのｒ．ｆ．データを予め加算して記憶する必要はない。受信ラインが処理され、ライン記憶は、後続のラインの記憶のために解放されるときに、その位置において受信ラインの全てが取得されるまで、あるラインの位置において先行するラインを記憶する必要は限られた場合にしかない。
【００１１】
図２ａ乃至２ｄは、送信ビームプロファイル３０が、図２ａの参照番号３１乃至３６に示されている、６つの受信ラインの位置における受信ラインの全て又は一部を有する、本発明の他の実施例を示している。この実施例においては、最初の場合と異なり、送信ビームの中央には受信ラインが存在しない。それに代えて、中央の受信ライン３３及び３４は、送信ビームの中央のいずれかの側での受信ライン間隔の半分の間隔で離間している。外側の受信ライン３２及び３５は、ニアフィールド及びファーフィールドにおけるビームプロファイル３０内にあり、最も外側の受信ライン３１及び３６のニアフィールド部分のみが送信ビームプロファイル内にある。下で説明するように、画像データ生成において、それらのニアフィールドライン部分３１及び３６を用いないように決定されることが可能である。
【００１２】
次の送信ビームは、図２ｂにおける第２送信ビームのプロファイル３０′で示すように、１受信ライン間隔だけ、第１送信ビームの右の方に送信される。６つの受信ラインはまた、受信ライン位置３２′、３３′、３４′、３５′、３６′及び３７において同時に受信され、ビーム生成される。それらの受信ラインの最初の５つは、第１送信ビームの受信ライン３２、３３、３４、３５及び３６と位置合わせされ、それ故、それらのライン位置の各々における処理のために第２受信ラインを与える。図２ｃは、第３送信ビームの送信及びビームプロファイル３０′′内の６つの受信ラインの受信に後続する結果を示している。ここでは、ライン位置３３′′、３４′′、３５′′及び３６′′において受信される３つの受信ライン、位置３７′における２つの受信ライン並びに位置３８における１つの受信ラインの一部、の全部又は一部が存在する。図２ｄにおけるビームプロファイル３０′′′で示されている第４送信の後、４つの受信ラインの全部または一部がライン位置３４′′′、３５′′′及び３６′′′において受信される。３つの受信ラインがライン位置３７′′において受信され、２つの受信ラインがライン位置３８′において受信され、１つの受信ラインの一部がライン位置３９において受信される。図から分かるように、このようにスキャンが継続されると、この実施例において示されているように、両極では受信されるラインは少ないが、それを除けば、アパーチャの殆どにおけるライン位置において、６つの受信ラインの全部又は一部が受信される。受信ラインデータを組み合わせて画像データを生成すれば、各々の受信ライン位置のサンプリングの数が大きいので、より良好な有効な送信フォーカシングがもたらされる。
【００１３】
より多くの同時受信ラインを用いてもよく、８個、１２個又は１６個の間隔を置いた、同時に受信されるラインを用いても良い。この場合には、送信時のＦ値を小さくして、より広い受信ライン位置を照射しなければならない。
【００１４】
図３及び４は、全ての送信ビームから４つの受信ラインを用いる、本発明の他の実施例を示している。それらの図においては、連続ビーム群及び受信ライン群は重なり合っていないが、図示の明確化のために上下方向に位置合わせされている。各々の送信ビーム４０−１、４０−２、４０−３等は、下方を向いている破線の矢印で示され、各々の送信ビームからの受信ラインは、それぞれの受信ラインに対応する送信ビームのいずれかの側において、実線の矢印として示されている。図３ａ乃至３ｄは、最初の第４送信−受信シーケンスを示している。図中、送信ビーム４０−ｎは、各々の連続する送信間隔に係る一受信ライン間隔だけ右の方に移動されている。この送信−受信シーケンスの終わりには、受信ライン４４、即ち、第２ビームからの受信ライン４４−１、第３ビームからの受信ライン４４−２及び第４ビームからの受信ライン４４−３と位置合わせされた４つの受信ラインが受信されることが理解できる。それらの４つの受信ラインは、画像フィールドにおけるそれらの受信ラインの位置において画像データのラインを生成するように組み合わされる。
【００１５】
図４ａ乃至４ｄは、前述の送受信シーケンスの続きを示し、各々の送信ビームについて４つの同時に受信されるラインの更なる４つの送信−受信間隔を有する。次の４つの送信ビームは、それらの図において、４０−５、４０−６、４０−７及び４０−８として示されている。それらの図が示しているように、ここでは、ラインの位置４４、４５、４６、４７及び４８において受信される４つの受信ラインが存在する。それらの位置の各々において４つの受信ラインが受信された後、それらの４つのラインは合成され、、画像データの１つのラインとなり、記憶されている受信ラインは削除され、後続のラインが同じ記憶位置に記憶できるようにされる。４つの位置合わせされたラインの群のさらなる第４ラインが受信される度に、その群の４つのラインは合成され、その位置における画像データのラインを形成し、記憶位置は後続のラインのために用いられる。そのシーケンスは、このように続き、画像フィールドにわたり送信される各ビームの４つの受信ラインを受信し、各ライン位置全体にわたって４つの受信ラインが合成されるが、画像フィールドの両極は除かれる。
【００１６】
図５は、本発明の原理に従って構成された超音波イメージングシステムをブロック図形式で示している。超音波プローブ１０２は、トランスジューサ要素のトランスジューサアレイ１０４を有する。選択されたトランスジューサ要素の群は、送信ビームスプリッタ１０６によりそれぞれの遅延時間に動作されることで、所望の原点からそのアレイに沿って所望の方向を進行して、選択された焦点領域でフォーカシングされるビームが送信される。送信ビームフォーマは、送信／受信スイッチによりトランスジューサ要素に結合され、
送受信スイッチは、印加される高電圧送信パルスからの受信器への入力を防止するクロスポイントスイッチを有することが可能である。各々の送信ビームに応答して、アレイ１０４の各々のトランスジューサ要素により受信されるエコーは、マルチラインプロセッサ１１０ａ乃至１１０ｎの入力に適用される。各々のマルチラインプロセッサは、受信ビームスフォーマを有し、受信ビームフォーマは、それ自体の遅延のセットを適用し、必要に応じて、アレイ要素からの受信エコーを重み付けするアポディゼーション重みを適用し、同じ送信ビームから異なるステアリングがされた受信ビームを生成する。マルチラインプロセッサ１１０ａ乃至１１０ｎのための適切なマルチラインビームスプリッタは、例えば、米国特許第６，６９５，７８３号明細書（Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ等による）及び、米国特許第５，３１８，０３３号明細書（Ｓａｖｏｒｄによる）に開示されている。マルチラインプロセッサ１１０ａ乃至１１０ｎの出力は、ライン記憶部１１２に結合され、
ライン記憶部１１２は、少なくとも、表示データのラインを生成するために必要なマルチラインの全てが取得されるまで、受信されたマルチラインを記憶する。表示データのラインを生成するように用いられるマルチラインの群は、乗算器１１６ａ乃至１１６ｎのそれぞれに適用され、対応するライン位置の表示データが生成される。各々のラインからのエコーデータは、必要に応じて、アポダイゼーション重み１１４ａ乃至１１４ｎにより重み付けされることが可能である。一般に、それらの重みは、往復インパルス応答の関数として各々のラインを重み付けする。適切な重み付けアルゴリズムは、次のように求められる。すなわち、“ａｍｐｌｉｔｕｄｅ（ｘ，ｚ）を、送信波面による画像フィールドにおける位置（ｘ，ｚ）の点の照射振幅であり、方位角の位置ｘ＝０は送信ビームの中心軸に対応するものとする。Ｘを、送信ビーム軸に対する受信されたマルチラインの方位角であるとする。深度Ｚにおける画像の点を生成するために、この受信されたマルチラインに適用される重みは、次式で表される。
【００１７】
Ｗｅｉｇｈｔ（Ｘ，Ｚ）＝ａｍｐｌｉｔｕｄｅ（Ｘ，Ｚ）。
適切な遅延特性の決定のために、ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ＿ｔｉｍｅ（ｘ，ｚ）を、位置（ｘ，ｚ）における点に達するために送信波面が必要とする伝搬時間であり、再び方位角ｘ＝０が、送信ビームの中心軸に対応するものとする。Ｘを、送信ビーム軸に対する受信ラインの方位角であるとする。深度Ｚにおける画像の点を生成するためにこの受信されるマルチラインに適用される遅延は、次式で表され、
Ｄｅｌａｙ（Ｘ，Ｚ）＝ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ＿ｔｉｍｅ（Ｘ，Ｚ）−ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ＿ｔｉｍｅ（０，Ｚ）
ここで、ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ＿ｔｉｍｅ（０，Ｚ）は、同じ深度であるが、軸上にある点に達する時間である。
【００１８】
関数ａｍｐｌｉｔｕｄｅ（Ｘ，Ｚ）及びｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ＿ｔｉｍｅ（Ｘ，Ｚ）は、例えば、送信フィールドのシミュレーションにより得られる。伝搬時間を計算する適切な方法は、複数の周波数における単色シミュレーションからのフィールドの位相遅延を用いることである。その振幅は、複数の周波数においてフィールドの振幅を平均化することにより計算されることが可能である。更に、深度に依存する正規化を重みに適用することが可能である。これは、ある深度における重み全てに、共通の係数を乗算する。例えば、正規化は、スペックル領域が深度に伴って一様な輝度を有するように、選択されることが可能である。深度の関数として重みを変えることにより、深度に伴ってアパーチャの大きさ及び形状（アポダイゼーション）を変化させることが可能である。
振幅及び伝搬時間は、システムで用いられる厳密な送信特性のシミュレーションから求められる必要はない。設計者は、例えば、異なるアパーチャサイズまたは異なるアポダイゼーションを用いることを選択してもよい。
【００１９】
各ラインからのエコーは乗算器１１６ａ乃至１１６ｎにより重み付けされ、遅延ライン１１８ａ乃至１１８ｎにより遅延される。一般に、それらの遅延は、上で示しているように、受信ライン位置に対する送信ビームの中心の位置に関連付けられるであろう。該遅延は、異なる送信−受信ビーム位置の組み合わせに伴う、マルチラインのライン毎に存在する位相シフト変動を同じにするように使われ、組み合わされる信号の位相差により信号がキャンセルされることはない。
【００２０】
言うまでもなく、ディジタルシステムにおいては、重み付けされた複数のエコーデータをメモリに記憶し、後で必要な遅延をかけるときにそのデータを読み出すことにより、遅延ラインをかけることが可能である。異なる長さのシフトレジスタ及びクロック信号を用いてディジタル遅延をかけることも可能であり、又は上記米国特許第６，６９５，７８３号明細書に記載されているような補間ビームフォーマが用いられることも可能である。遅延信号は加算器１２０により結合され、結果として得られる信号は画像プロセッサ１２２に結合される。画像プロセッサは、表示される画像を改善するように、スキャン変換又は他の処理を実行することが可能である。結果として得られる画像は、画像ディスプレイ１２４に表示される。
【００２１】
図５のシステムにおいては、遅延ライン１１８及び加算器１２０は、所定の方向に共に位置合わせされる複数の受信マルチラインから受信された信号の再フォーカシングを行う。その再フォーカシングは、各々のマルチラインについての異なる送信ビーム位置の使用からもたらされる位相差について調整し、合成信号における不所望の位相キャンセルを防止する。重み１１４は、送信ビームのマルチライン位置への近さに関連するマルチラインの寄与を重み付けし、信号対ノイズ比が高い受信ビームにはより大きい重みを与える。このことは、各々の受信ライン方向における複数のサンプリングの組み合わせにより、各々の受信ラインに沿ったフィールド深度が長くなり、及び改善された浸透（改善された信号対ノイズ比）をもたらす。
【００２２】
図４ａ乃至４ｄの実施例において、各々の受信マルチラインは、他の共に位置合わせされるマルチラインと組み合わせて、一度だけ用いられることが理解できる。このことは、本発明の実施形態は、重み部１１４、乗算器１１６及び遅延部１１８の第２セットを必要としないことを意味する。なぜなら、それらの重み付け及び遅延効果は、マルチラインプロセッサ１１０の重み及び遅延により実装することが可能だからである。マルチラインプロセッサ１１０は、適切な受信方向においてマルチラインをフォーカスし、合成されるマルチラインに対する位相変化及び送信ビーム変化を、すべてを１つのプロセスステップで処理することができる。ライン位置についてのマルチライン全てが受信された後、それらのマルチラインを単に加算して、表示ラインデータを生成する。代替として、ライン位置についての各々の受信マルチラインは、そのラインについてのライン累算器に記憶される。そのライン位置における後続して受信される各々のマルチラインは、その位置におけるマルチラインの全てがその累算器において結合されるまで、その累算器のコンテンツに加算される。累算器のコンテンツは、画像プロセッサに転送され、他のライン位置について使用するため、累算器を開放する。
【００２３】
図６ａ及び６ｂは、所定の表示ライン位置について受信マルチラインを組み合わせて用いることが可能である重み付け及び遅延の特徴の実施例を示している。図６ａは、図２ｂの受信マルチライン３３′のような送信ビームの中心から相対的に離れた受信マルチラインについての例示としての重み付け及び遅延の特徴を示している。受信マルチライン３３′は、ｚ＝０におけるトランスジューサアレイの面からその図の右側における最大スキャン深度までのｚ方向において拡張して示されている。そのマルチラインの中心は、破線として示され、マルチライン３３′のその部分は選択されたビームプロファイル３０′の外側にあり、その応答は、設計者が許容可能であると判断した応答より下にある。重み付け特徴８２は、それ故、マルチラインが再フォーカシングのために用いられるようになっている非ゼロレベルにおいて、及びビームプロファイルを越えている、最小にある重みをこのマルチラインに重み付けする。他の実施形態においては、重み付け特徴８２は、ニアフィールドにおいて、０に低下することが可能である。このことは、エコーは、必要な遅延が適用された後、アレイに近接し過ぎる、又はアレイの後にあり、従って、適切な受信に対して感応しないためである。従って、水平方向に距離を置いて離れたマルチラインからのマルチラインは、かなり近接したニアフィールドにおいてマルチラインの組み合わせでは用いられない。
【００２４】
位相特徴８４は、送信ビームの焦点におけるゼロ位相調整と関連付けられ、ニアフィールドにおいては略一定のまま保たれ、ファーフィールドにおいては次第に減少することが理解できる。
【００２５】
図６ｂは、送信ビームの中心により近接する受信マルチライン３３についての例示としての重み付け特徴及び遅延特徴を示している。このより近接した近接性のために、そのマルチラインは、重み付け特徴８６で示されるように、より大きい全体的な重み付けが与えられる。その重み付けは、焦点領域における参照番号３３′のようなより遠く離れたマルチラインの重み付けの減少を調整するように、焦点領域の近傍で増加する。水平方向においてより遠いマルチラインについての遅延特徴８３はより中央のマルチライン３３の位相から演算されるため、位相調整特徴８８は直線で示されている。この実施例においては、マルチライン３３は、画像の全深度に亘って再フォーカシングするように用いられるが、所定の実施形態においては、設計者は、かなり近接したニアフィールドにおけるライン位置に近接する送信ビームからの単一ラインのエコーを用いるように選ぶことが可能である。
【００２６】
本発明の実施形態は、種々の受信機能と共に用いられることが可能である。例えば、それは、フォーカシングされたサブアパーチャからの信号において機能する。他の変形においては、受信ビーム自体を生成することに代えて、フーリエ成分のような限定された数の直交関数を用いることが可能である。その場合、フーリエ空間における種々の送信を組み合わせることが可能である。組み合わされた信号は、受信される画像ラインに正確には対応しない。従って、受信ビームは、フーリエ成分又はサブアパーチャを組み合わせることにより生成される。アポダイゼーションの変化によりビームから導き出される複数のビーム及び関数の種々の組み合わせはまた、本発明の範囲内にある。他の実施形態においては、少数の受信マルチラインが、付加中間マルチラインを補間することにより増加されることが可能であり、その場合、増加した数のマルチラインにより本発明の処理を実行することが可能である。
【００２７】
図７は、動きの効果を扱う、図５の超音波システムについての変形を示している。図５に示す実施例においては、異なる送信−受信インターバルの複数の共に位置合わせされるマルチラインから受信されたｒ．ｆ．信号を合成される。合成されるのはｒ．ｆ．信号であって、検出された信号の包絡線ではないため、合成されるマルチラインが受信される期間における画像において動きが殆どないことは重要である。画像フィールドにおける物質の、又は画像フィールドに対するプローブのどちらかの大きな動きによりｒ．ｆ．信号差が生じ、それにより、異なるマルチラインからの信号が合成されるとき、好ましい信号増強ではなく、キャンセルをもたらす。
この問題は、取得時間が長く、その間に、合成されるより多くの数のマルチラインが取得されるときに、より深刻になる。図７の実施例は、相対的な画像動きを検出し、動きの存在に応じて、マルチラインの順序を調整することにより、この問題に対処することができる。動き検出器１３０は、画像プロセッサ１２２から連続した画像フレームを受信し、画像コンテンツを比較して、動きを示す差を求める。これを行うための適切な技術は相関法であり、この手法では、同じ領域又は連続した画像の領域における画素値を相関させる。これは、２つの画像のデータ間のゼロ遅れ（ｚｅｒｏ−ｌａｇ）正規化相互相関を計算することにより実行できる。相関係数が大きい（即ち、画像が略同じである）場合、より多い数のマルチラインを用いてフィールドの深度を改善するが、送信−受信インターバルはより多くかかる。画像フィールド内の又はプローブによる動きに原因して、相関係数が小さい（画像が異なる）とき、より少ない数のマルチラインが合成される。適切な相関技術は、米国特許第６，１２６，５９８号明細書（Ｅｎｔｒｅｋｉｎ等による）に記載されている、絶対差の最小合計（ＭＳＡＤ）技術であり、ここに参照援用する。その特許文献に記載されているように、動き検出のためにＭＳＡＤ処理を受けるデータは、画像フレーム中に又は画像フレーム間で送信される画像の領域又は基準ラインであることが可能である。また、ドップラ法が、米国特許第５，１２７，４０９号明細書（Ｄａｉｇｌｅによる）に記載されているように、動きを検出するように用いられることが可能である。
【００２８】
動き検出の結果は、マルチライン制御器１３２に結合される。マルチライン制御器１３２は、動きの関数としてマルチラインの送信及び受信を調整し、動きが存在するときは低次のマルチラインを用いる。この実施例において行われる調整は、送信ビームフォーマを制御して、動きが存在するときに、より少ないマルチラインを水平方向において含む、Ｆ値がより大きいビームを送信し、合成されるマルチラインが送信時間のより短い期間に広がるようにする。より小さい送信アパーチャは、より大きい深度領域に亘ってより一様であるより広い焦点領域と用いることが可能であり、視野をカバーするのにより少ない送信ビームで済む。受信時に、マルチライン制御器１３２は、用いられるマルチラインプロセッサを制御し、動きがあるとき、より少ないマルチラインの受信のために、より少ないマルチラインプロセッサを必要とする。マルチラインコントローラ１３２は、ライン記憶部１１２にも結合され、動きがあるとき、重み部１１４、遅延ライン１１８、及び加算器１２０による、より少ない数のマルチラインの再フォーカシングを命令する。それらの調整の結果、結合されるマルチラインを取得するのに必要な時間が短くなり、そのより短い時間の期間は、より長い取得インターバルに比べて、動きによって、より影響され難い。それに応じて、動きの影響が小さいときに、動き検出器が静止画像フィールドを検出した場合、マルチラインの次数はマルチライン制御器により高くなる。例示としての調整範囲は、画像フィールドが静止状態にある時、１６ｘマルチラインの使用（送信ビームに応答して１６本のマルチラインを受信し、１６本の送信ビームからのマルチラインを合成する）であり、動き量が増加するにつれて、マルチライン次数を８ｘ、４ｘ、２ｘ及び１ｘ（単一ライン送信及び受信）に下げる。例えば、プローブが、一定の人体構造や良い観察視野を探して被験者体内を動かされているとき、標準的な単一ラインのイメージングが用いられる。マルチライン次数はまた、超音波システムのイメージングモードの関数として、自動的に変化されることが可能である。例えば、そのシステムが、Ｂモードのイメージングからドップライメージングに変えられるとき、マルチライン取得は、マルチライン制御器により中止されることが可能である。マルチラインの度合いは、マルチライン制御器によるイメージングの間に自動的に設定されることが可能であり、及び／又は、ユーザは、マルチラインの度合いを設定するように、マニュアル制御を行うことが可能である。
【００２９】
本発明の範囲内にある上記の実施例の変形を、当業者は容易に想起することができるであろう。例えば、連続したライン位置に沿って送信することに代えて、送信は、マルチライン送信間のライン（多重化）をスキップすることが可能である。送信は、１つ置きのライン位置、３つ置きのライン位置又は他のマルチライン間隔のインターバルにおいて行われ、従って、画像を生成するために必要な送信イベントの数を減少させ、取得レートを高くすることが可能である。このことはまた、動きアーティファクトを低減する方法でもある。より少ない数の送信ビームを有するより広い間隔を置いたラインインターバルでマルチラインを受信することは、動きの課題に対処する他の方法である。この方法は、組み合わされるラインの数を増加させるように、上記のように、補間ラインを増加させることが可能である。このことはまた、所定数のマルチラインについて、フィールドの深度の改善をもたらす。用いられるサンプリングは、一般に、ナイキストサンプリングの要求を決定する送信アパーチャのＦ数の関数である。スキャンは、画像において順次に行われる必要はなく、他の送信シーケンスが用いられることが可能であり、そのシーケンスは、動きの存在下で、異なる応答を有する。上記の実施例は、アポダイゼーションと共に示されている一方、送信、受信又はマルチラインの組み合わせにおいてアポダイズすることは必要ない。組み合わされるようになっているマルチライン全てが、正確に軸方向に位置合わせされる必要はない。組み合わされるようになっているマルチラインは、互いに水平方向においてずらされることが可能であり、マルチラインが組み合わされるときに、補間を有効にする。本発明の原理はまた、仰角寸法及び方位角寸法の両方において処理を実行することにより三次元イメージング、フェーズドアレイ（セクタースキャン）イメージング及びリニアアレイ（直交スキャン）イメージング及び曲面化アレイの使用に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１ａ】本発明の３ビームの実施例のビームプロファイルを示す図である。
【図１ｂ】本発明の３ビームの実施例のビームプロファイルを示す図である。
【図１ｃ】本発明の３ビームの実施例のビームプロファイルを示す図である。
【図２ａ】本発明の６ビームの実施例のビームプロファイルを示す図である。
【図２ｂ】本発明の６ビームの実施例のビームプロファイルを示す図である。
【図２ｃ】本発明の６ビームの実施例のビームプロファイルを示す図である。
【図２ｄ】本発明の６ビームの実施例のビームプロファイルを示す図である。
【図３ａ】第１の４ビームパターンが図の明瞭化のためにずらされている本発明の４ビームの実施例を示す図である。
【図３ｂ】第１の４ビームパターンが図の明瞭化のためにずらされている本発明の４ビームの実施例を示す図である。
【図３ｃ】第１の４ビームパターンが図の明瞭化のためにずらされている本発明の４ビームの実施例を示す図である。
【図３ｄ】第１の４ビームパターンが図の明瞭化のためにずらされている本発明の４ビームの実施例を示す図である。
【図４ａ】受信ビームの整合性を示す図３の４ビームの寄与を示す図である。
【図４ｂ】受信ビームの整合性を示す図３の４ビームの寄与を示す図である。
【図４ｃ】受信ビームの整合性を示す図３の４ビームの寄与を示す図である。
【図４ｄ】受信ビームの整合性を示す図３の４ビームの寄与を示す図である。
【図５】本発明の原理に従って構成された超音波システムをブロック図で示す図である。
【図６ａ】本発明の４ビームの実施例の２つの異なるビームの遅延及び重み付け特徴を示す図である。
【図６ｂ】本発明の４ビームの実施例の２つの異なるビームの遅延及び重み付け特徴を示す図である。
【図７】本発明の実施において組み合わされるマルチラインの数を調整するように、動きに適応するように応答する超音波システムをブロック図で示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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