(57)【要約】超音波診断画像形成システムは、トランスデューサのアパーチャの平面に垂直に複数のフォーカスされたビームを送信し、それぞれ送信されたビームに応じて多数の受信ラインを受ける。トランスデューサのアパーチャのサブアパーチャは、アポディゼーションにより定義され、サブアパーチャの信号は、アライメント及び結合され、サブアパーチャに関して異なる角度で送信ステアリングの作用を示す信号を生成する。ステアリングされた信号が検出され、画像フィールドにおける共通のポイントに関して検出された信号が結合される。結合された検出された信号は、低減されたスペックルをもつ超音波画像を生成するために使用される。
2009536856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アパーチャを有するトランスデューサ素子のアレイを含むプローブと、
前記トランスデューサ素子のアレイに結合され、前記アレイのアパーチャにわたり複数のフォーカスされたビームを送信する送信ビームフォーマと、
前記トランスデューサ素子のアレイに結合され、１つの送信ビームに応答し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と、
前記マルチライン受信ビームフォーマに結合されるサブアパーチャセレクタと、
選択されたサブアパーチャのビームをステアリングするステアリング回路と、
ステアリングされたビームに応答する検出器と、
複数の見る方向にわたりステアリングされるビームに応答する結合回路と、
低減されたスペックルをもつ画像を生成する前記結合回路に結合されるディスプレイと、
を有することを特徴とする超音波診断画像形成システム。
【請求項２】
前記サブアパーチャセレクタは、アポディゼーション回路を更に有する、
請求項１記載の超音波診断画像形成システム。
【請求項３】
前記アポディゼーション回路は、重み付け回路を更に有する、
請求項２記載の超音波診断画像形成システム。
【請求項４】
前記ステアリング回路は、受信されたエコー信号にステアリング遅延を与える複数の遅延ラインを含む、
請求項１記載の超音波診断画像形成システム。
【請求項５】
前記検出器は、振幅検出器を更に有する、
請求項１記載の超音波診断画像形成システム。
【請求項６】
前記結合回路は、画像フィールドにおける共通のポイントに関する信号を結合する結合回路を更に有する、
請求項１記載の超音波診断画像形成システム。
【請求項７】
低減されたスペックルのアーチファクトをもつ超音波画像を生成する方法であって、
画像フィールドを通して所与の方向でフォーカスされたビームを送信するステップと、
それぞれ送信されたビームに応答してエコー信号の複数のマルチラインを受信するステップと、
前記マルチラインエコー信号を処理して、画像フィールドを通して複数の方向でフォーカスされた送信ビームの作用を示すステアリングされたビームの信号を生成するステップと、
ステアリングされたビーム信号を検出するステップと、
画像フィールドにおける共通ポイントに対応する検出されたステアリングされたビーム信号を結合するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
結合された、検出されたステアリングされたビーム信号の画像を表示するステップを更に含む、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記マルチラインエコー信号を処理して、送信及び受信に関して複数の方向でフォーカスされたビームの作用を示すビーム信号を生成するステップを更に含む、
請求項８記載の方法。
【請求項１０】
ステアリングされたビームについて異なるサブアパーチャを定義するステップを更に含む、
請求項７記載の方法。
【請求項１１】
異なるアパーチャを定義するステップは、受信されたマルチラインのエコー信号をアポダイジングするステップを更に含む、
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
ステアリングされたビームの信号を生成するステップは、受信されたマルチラインエコー信号をアライメント及び結合するステップを更に含む、
請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記所与の方向は、トランスデューサアレイの平面に垂直な方向を更に有し、
前記複数の方向のうちの１つは、前記所与の方向である、
請求項７記載の方法。
【請求項１４】
エコー信号の複数のマルチラインを受信するステップは、前記所与の方向でエコー信号の複数のマルチラインを受信するステップを更に含む、
請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
エコー信号の複数のマルチラインを受信するステップは、前記複数の方向でステアリングされるエコー信号の複数のマルチラインを受信するステップを更に含む、
請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
トランスデューサアレイの平面に関して鋭角でステアリングされるビームで超音波画像を生成する方法であって、
トランスデューサアレイの平面に直交する方向で画像フィールドを通してフォーカスされたビームを送信するステップと、
それぞれ送信されたビームに関してエコー信号の複数のマルチラインを受信するステップと、
マルチラインエコー信号を処理して、トランスデューサアレイの平面に関して鋭角でステアリングされる送信ビームの作用を示すビーム信号を生成するステップと、
ステアリングされる送信ビームで画像を形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記形成するステップは、トランスデューサアレイに関して鋭角でステアリングされるビームの画像を形成するステップを更に含む、
請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記形成するステップは、トランスデューサアレイの平面に関して鋭角でステアリングされるビーム、及び前記トランスデューサアレイの平面に直交してステアリングされるビームの画像を形成するステップを更に含む、
請求項１６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、空間コンパウンディング（spatial  compounding）を実行する遡及的、動的な送信のフォーカシング（retrospective  dynamic  transmit  focusing）に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像フィールドにおける各ポイントで超音波画像がフォーカスされる合成フォーカシングの原理は、重要な研究の主題となっている。たとえば、米国特許第4,604,697号（Luthra等）は、超音波パルスが超音波トランスデューサアレイのそれぞれのエレメントから順次に送信される合成フォーカス技術を記述している。それぞれの送信から受信されるエコー信号は、アレイの全てのエレメントにより受信され、記憶される。全ての信号が受信された後、フォーカスされたエコー信号は、画像におけるそれぞれのポイントに関するそれぞれのトランスデューサエレメントの位置、並びにそれぞれのポイントへの超音波信号のフライト時間及びそれぞれのポイントからの超音波信号のフライト時間の知識から、画像フィールドにおけるそれぞれのポイントで形成される。  
適切な受信された信号は、画像に於けるそれぞれのポイントについてコヒーレントなエコー信号を形成するために結合される。それぞれのポイントを形成するために使用される記憶されたデータ値の選択は、画像におけるそれぞれのポイントについてビームフォーメーションを提供する。この方法が画像フィールドにおけるそれぞれのポイントでフォーカスされた信号を生成する一方で、幾つかの問題点を有する。
【０００３】
１つの問題点は、全体の画像フィールドからのｒ.ｆ.信号は、処理のために記憶される必要がある点である。これは、かなりの量の情報ストレージを必要とする。第二の問題点は、画像におけるそれぞれのポイントについてデータを選択及び重み付けし、次いで適切に重み付けされたデータを結合して画像データポイントを計算するためにかなりの量の処理が必要とされることである。第三の問題点は、このアプローチは、単一のトランスデューサエレメントにより伝送されるエネルギーが制限されるので、浅い浸透の深さ（shallow  penetration  depth）のみについて効果的である点である。
【０００４】
合成フォーカシングの基本原理を採用する特定の用途は、慣習的な遅延和の受信ビームフォーマであり、それぞれの受信エレメントからの信号に印加される遅延は、合成フォーカス技術におけるデータ選択に等価である。慣習的なビームフォーマは、特別の焦点領域でフォーカスされる送信ビームを送信し、この単一の送信ビームに沿ってのみエコーを同的にフォーカスするので、これらの原理の制限された用途である。このように、多数の送信は、全体の画像フィールドをスキャンするために必要とされる。  
結果的に得られる効率は、画像における各ポイントへの全ての送信についてデータが記憶される必要がなく、ある送信から受信されたデータは、ビーム方向に沿ってコヒーレントなエコー信号を形成するために即座に処理される。制限は、それぞれ受信されたビームが選択された焦点領域のみへの送信に関してフォーカスされることである。しかし、多数のトランスデューサ素子がビームを送信するために作動され、妥当な浸透が得られるのを可能にするために、より大きな深さでの信号対雑音比が改善される。
【０００５】
米国特許第6,231,511号（Bae等による）及びその後のBae等による“A  Study  of  Synthetic-Aperture  Imaging  with  Virtual  Source  Elements  in  B-Mode  Ultrasound  Imaging  Systems”IEEE  Trans.  UFFC,  vol.  47,  no.6  (2000)  と題される論文は、従来の焦点領域の外の横方向の解像度を改善するために標準的なフォーカスされたビームフォーマのアスペクトと合成フォーカシングを結合することを提案し、したがって、画像フィールドにおける全てのポイントでの送信フォーカシングの効果を達成する。  
このアプローチは、「仮想的なソースエレメント」から外側及び内側の両方にエネルギーを放出する標準的な送信されたビームの焦点での「仮想的なソースエレメント」を想定することを前提にしている。標準的な送信フォーカスされたビームの送信に続いて、受信アパーチャのトランスデューサエレメントによりエネルギーが受信され、蓄積される。全体の画像フィールドがスキャンされた後、それぞれのポイントにあるエコー信号は、フィールドにおけるポイントを包含するそれぞれの仮想的なソースフィールドのエレメントにより受信された信号から計算される。  
仮想的なソースモデルは送信焦点に関して砂時計型のフィールドであるが、焦点から深さにおいて更に移動されるポイントは多数のスキャンラインの受信された信号から計算されるので、焦点にあるイメージポイントは、唯一のビームから画像形成される。結果は、送信の焦点から外側及び内側のポイントで改善された横方向の解像度を示す画像である。しかし、上述された基本的な合成のアパーチャアプローチのように、かなりの量のデータがそれぞれの受信アパーチャにおける各エレメントからのｒ.ｆ.信号を処理するために記憶される必要がある。  
さらに、結果的に得られる画像は、焦点の周りで暗く見える。これは、唯一の送信及び受信がこのイメージポイント及びその解像度に寄与し、多数の送信及び受信が送信の焦点から移動されたポイントに寄与するためである。したがって、膨大な量のｒ.ｆ.データを記憶する必要なしに、ある画像の少なくとも有意な部分を通して送信のフォーカシングを齎すことが望ましい。
【０００６】
“ULTRASONIC  SYNTHETIC  TRANSMIT  FOCUSING  WITH  A  MULTILINE  BEAMFORMER”と題された本発明者による前に提出された特許出願では、ｒ.ｆ.信号データを記憶する必要なしにフィールドの有意な深さを通して送信フォーカスを行なう診断超音波システム及び方法が記載される。マルチラインの取得は、送信ビームに応答して多数の受信スキャンラインを取得するために使用され、画像フィールドにおけるポイントに高周波の音波を当てることから受信されるエコーデータは遅延され、画像フィールドを通して送信フォーカスされるビームの作用を遡及的に形成するために結合される。遡及的に送信フォーカスされた画像におけるスペックルのアーチファクトの低減についてこれらの原理を拡張することが望まれる。スペックルを低減する１つの技術は、空間コンパウンディングとして知られており、これにより、画像フィールドにおけるポイントは、異なる外観の方向（アパーチャ）から高周波の音波が当てられる。それぞれの外観の方法から見られる画像フィールドは、イメージポイントの異なるビューが結合されたとき、正味のスペックルのアーチファクトが低減されるように、他の外観の方向と関連付けされない固有のスペックルパターンを有する。従来の空間コンパウンディングの効率よりも高い効率で遡及的に送信フォーカスされた画像で空間コンパウンディングを実行することが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の原理によれば、マルチラインの取得は、画像フィールドから画像データを取得するために使用される。典型的な実現では、このマルチラインデータは、トランスデューサアレイの平面に垂直な送信ビームにより取得される。異なる見る方向から画像フィールドにおける同じポイントに効果的にステアリングされるエコー信号を形成するため、トランスデューサアレイの異なるサブアパーチャにより受信されるエコーデータに遅延が印加される。画像に於けるポイントのエコー信号は、スペックルを低減するために結合される。本発明の実現は、多数の見る方向でビームを送信する必要のない、空間コンパウンディングの利益を生成するものであり、これにより、空間コンパウンドされた画像の表示のフレームレートを増加することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１ａ〜図１ｃを参照して、オーバラップするビームプロファイルは、それぞれのケースで、それぞれの送信ビームからの３つのビームの受信により後続される３ビームの送信について示される。図１ａは、トランスデューサアレイ８により送出され、該ビームを送出したトランスデューサアレイから延びるビームの中央での強度ピーク以下の一定のレベルでの送信ビームのプロファイル１０を示す。送信ビームのプロファイルレベルは、設計者により選択され、３ｄＢ、６ｄＢ、２０ｄＢ、又はビームの中央での最大強度以下の幾つかの他のレベルである場合がある。  
ビームプロファイルは、慣習的な送信フォーカシングによるビームプロファイルの最も狭い幅での焦点１２に関してフォーカスされる。ビーム２０の直交するビューは、トランスデューサアレイ８の下に示されており、センタローブ２０ａ、及びメインローブ２０ａの何れかのサイドでのサイドローブを含む。送信されたビームは、焦点領域１２でその最もタイトなフォーカスに到達し、その後に発散する。他の実現では、発散する送信ビームが使用される場合がある。
【０００９】
送信ビーム１０，２０は、多数の受信ライン１４，１６及び１８を包含する幅で送信される。一般に、より小さな送信アパーチャからの送信により幅の広いビームが生成される。すなわち、アレイにわたり全体のエレメント数よりも少ない数のアレイ８のエレメントがビームを送出するために作動される。後続する送信エコーが受信され、３つの受信ラインの位置１４、１６及び１８に沿ってフォーカスされる。以下に記載されるように、受信アパーチャのトランスデューサエレメントにより受信されるエコーは、３つの異なるやり方で遅延及び加算され、１つの送信ビームに応答して異なるラインの位置１４、１６及び１８で多数のラインを形成する。  
この例では、受信ライン１４は、送信ビーム１０，２０の中央の下で受信され、受信ライン１４及び１８は、中央のラインの何れかのサイドで受信されるように横方向にステアリング及びフォーカスされる。この例では、外側ライン１４及び１８の近接場及び非近接場の部分のみが送信ビームのプロファイル１０内にある。これらの領域では、外側ライン１４及び１８は、センターラインの位置の何れかの側で送信エネルギーから受信され、センターラインの位置の両方のサイドでイメージフィールドにおけるターゲットをサンプリングし、これにより、画像の受信及び変換のために近接場及び非近接場における送信ビームの横方向の広がるエネルギーを効果的に使用することができる。
【００１０】
図１ｂでは、第二のビームは、１つの受信ラインの間隔だけ右に送信アパーチャをシフトすることで送信される。第二の送信ビームは、第一の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の曲線１０’により輪郭が示される。第一のビームのケースに於けるように、３つの受信ラインが同時に受信され、受信ラインの位置１６’，１８’及び２２で第二の送信に応答してビーム成形される。結果として、受信ライン１６’は、第一の送信から受信ライン１６でアライメントされ、受信ライン１８’は、第一の送信から受信ライン１８でアライメントされ、受信ライン２２は、第二の送信の中央ライン１８’の右に位置される。第一の受信ラインのセットのように、第二の受信マルチライン１６’、１８’及び２２のセットは、後続の処理のために保存される。
【００１１】
図１ｃでは、第三のビームは、１つの受信ラインにより右にシフトされる中央のアパーチャの位置から送出される。この送信ビームは、ビームプロファイル１０’’により輪郭が示され、送信は、３つの受信ライン１８’’、２２’及び２４の同時の受信により後続される。これら３つの受信ラインは、前の受信ラインのように、先行するビームのラインと同じ間隔をもつ送信ビームのビームプロファイルに全体的又は部分的にある。結果として、受信ライン１８’’は、第二の送信の受信ライン１８’及び第一の送信の受信ライン１８と軸方向にアライメントされ、受信ライン２２’は、第二の送信の受信ライン２２で軸方向にアライメントされる。  
受信ライン１８，１８’及び１８’’のパスにおけるターゲットは、それぞれ異なる送信ビームにより、３つの受信ラインによりサンプリングされる。これら共にアライメントされたビームは、以下に記載されるように結合され、個々のラインのケースであるよりも大きなフィールドの深さを通してフォーカスされるラインに沿って画像データのラインを生成し、拡張された送信フォーカスの効果が形成される。フォーカシングは、３つのビームの送信からのエコーエネルギーが結合されて結果的に画像データが生成されるので、より大きなフィールドの深さに対して効果的である。
【００１２】
この遡及的な送信フォーカシングの例では、送信及び受信は、フル画像フィールドがスキャンされるまで、このように画像フィールドにわたり継続する。この場合は３である所与のライン位置の受信ラインの最大数が取得されるたび、受信ラインは、その位置で画像データの遡及的な送信フォーカスされたラインを生成するために互いに処理される。したがって、受信されたｒ.ｆ.信号が、受信されたとき多数のラインにビーム成形されるときに、任意の送信からの前もって合計されたｒ.ｆ.データを記憶する必要がなく、その位置での全ての受信ラインが取得されるまで、あるラインの位置での前のラインを記憶する制限された必要のみが存在し、受信ラインが取得される時間で、全ての受信ラインは処理され、ラインのストレージは、後続するラインのストレージのために解放される。
【００１３】
８、１２又は１６といった、離れて配置されて同時に受信されるラインのように、同時に受信されたラインの多くの数が使用される場合があり、送信に関して低いＦの数は、受信ラインの位置の更に大きな広がりに高周波の音波を当てるために使用される。遡及的な動的な送信フォーカシングの他の例は、上述された先に提出された特許出願60/747,148に記載され、その内容は本明細書に盛り込まれる。
【００１４】
遡及的な、動的な送信フォーカシングの効果は、1996年にPassman及びErmertにより提案されるバーチャルトランスデューサ近似を使用して分析される。C.  Passman  &  H.  Ermert,  “A  100-MHz  ultrasound  imaging  system  for  dermatologic  an  ophthalmologic  diagnostics”  IEEE  Trans.  Ultrasonics,  Ferroelectrics  and  Frequency  Control,  vol.  43,  no.4,  pp.  545-52  (1996)  を参照されたい。この提案は、送信ビームの焦点がビームプロファイル内の画像フィールドにおけるそれぞれのポイントに高周波の音波を当てるバーチャルトランスデューサとして考慮されるものとしている。
【００１５】
この提案の例は図２Ａに示されており、焦点Ｆ1でフォーカスされるビームを送信するトランスデューサアレイ８を示す。この焦点で収束し、その後に発散する送信ビームのビームプロファイルは、ライン３１〜３４により定義される。送信ビームは、焦点Ｆ1で収束するため音速での既知の時間量を要する。その後、ビームの波面が球状に発散するとき、波面にとって画像フィールドにおけるポイントＰに高周波の音波を当てるための時間量ｔpが必要とされる。媒体における音速が既知であれば、時間ｔp及び全体の送信時間が計算される。
【００１６】
図２Ｂでは、多数の送信ビームは、Ｆ1〜Ｆ4として示される焦点を有するトランスデューサアレイ８から送信される。これら送信ビームのビームプロファイルは、図２Ｂで示される。この例では、ポイントＰは焦点Ｆ1〜Ｆ3でフォーカスされるビームにより（ビームプロファイルで）高周波の音波が当てられるが、焦点Ｆ4でフォーカスされる第四のビームにより高周波の音波が当てられない。これは、ポイントＰは、この第四のビームのビームプロファイル３５〜３８の外側にあるからである。したがって、ポイントＰに高周波の音波を当てる第一の３つの送信ビームからのエコーの寄与は、コヒーレントに結合され、図２Ｃで示されるようにポイントＰで効果的にフォーカスされた信号が生成される。バーチャルトランスデューサの分析を使用して、ポイントＰに高周波の音波を当てるため、波面にとって各バーチャルトランスデューサの焦点Ｆ1，Ｆ2及びＦ3から進行するために必要とされる時間が計算され、次いで遅延でイコライズされ、これにより、ポイントＰでフォーカスされ、ポイントＰからリターンされる有効な信号を形成するためにエコーがコヒーレントに構築的に結合される。図２Ｂが例示するように、送信フォーカシングからの係るエコーは、全体の受信ラインＬに沿って発見される。ポイントＰでフルアパーチャＦ1〜Ｆnからの信号をフォーカスするために必要とされる遅延プロファイル４０は、図２Ｄで例示される。この例におけるようにアパーチャのセンターにおけるポイントについて期待されるように、遅延はアパーチャの中央で最も大きく、この場合、ポイントＰへの通過時間は最短であり、遅延はアパーチャのサイドで最も小さく、この場合、ポイントＰへの通過時間が最長である。構築された実現では、中央の焦点は、遅延を必要としないことが想定され、これは、中央への横方向にある焦点の遅延は、受信された信号の時間的に早いポイントから取られる負の遅延であることを意味する。
【００１７】
本発明の原理によれば、この遡及的な送信フォーカシング技術は、異なる見る方向から高周波の音波が当てられたかのように、画像フィールドにおけるポイントからエコー信号を形成するために使用される。異なるアパーチャは、異なる見る方向について相対的に無相間にされる形成された信号のスペックルの成分を与える、異なる見る方向について使用され、これにより、エコー信号が結合されるとき、全体の画像のスペックルが低減される。図２Ｄに類似して図３Ａを参照して、所与の見る方向のアパーチャは、アポディゼーションにより選択される。この例では、アポディゼーション関数５０は、トランスデューサアレイの中央のエレメントの周りで１の値を有し、アレイの他の位置でゼロの値を有する方形波である。滑らかに変動する関数のような他のアポディゼーションの重み又は他の関数を使用することができることを理解されたい。中央のアポディゼーション関数５０により、（バーチャル）トランスデューサエレメントの焦点Ｆx，Ｆy及びＦzのサブアパーチャの信号がポイントＰでの信号を形成するために使用させる。これらの信号は、遅延プロファイル４０のハイライト表示された部分４２により遅延され、ポイントＰがトランスデューサエレメントの平面に垂直に送信される送信ビームにより、図３Ａにおける矢印により示される送信ビーム角α2で高周波の音波が当てられるかのように、ポイントＰについて信号が生成される。
【００１８】
図３Ｂは、ポイントＰでのエコー信号の形成のために左にあるサブアパーチャを選択するために、アポディゼーション関数５０がトランスデューサアパーチャの左側に移動したことを除き、図３Ａに類似している。このサブアパーチャが選択されたとき、ポイントＰがアレイの左側にある見る方向から問合せされたかのように信号が生成される。アレイの左側にある（バーチャル）トランスデューサ素子ＦA，ＦB及びＦCの信号は、重み付け関数５０により選択され、遅延プロファイル４０のハイライト表示された部分４４により示される遅延により遅延される。結合された信号は、図面における矢印により示されるように、角度α1で左から右にステアリングされる見る方向からポイントＰに高周波の音波を当てることに等価なエコーを生成する。異なるサブアパーチャについて異なる遅延により生じるビームステアリング（beam  steering）により、２つのサンプルにおける無相関にされたスペックルの特性をもつポイントＰに信号が得られる。それぞれのサブアパーチャの結合された信号が検出されたとき、ポイントＰでの結合されたスペックルのアーチファクトが低減される。
【００１９】
上述された遡及的なビームステアリングは、ステアリングされた線形な画像の生成のような他の目的のために使用されることが理解されるであろう。
【００２０】
典型的な動作シーケンスは、以下のようである。一連の横方向に配置されるビームは、トランスデューサアレイから送信される。一般に、これらのビームは、アレイの平面に垂直に送信される（方向α2）。それぞれ送信されたビームについて、マルチラインビームフォーマは、異なる横方向の位置で多数のビームを受信する。受信された信号は、遅延及び結合され、我々の先に提出された特許出願で記載される遡及的な送信フォーカシングによりフィールドのかなりの深さを通してフォーカスされる受信されたマルチラインが形成される。遡及的な送信フォーカシングの遅延は、個別の遅延であるか、マルチラインのビームフォーマ遅延に含まれる。受信された信号のグループは重み付けされ、コヒーレントに結合され、送信ビームの遡及的なアポディゼーション及びステアリングがもたらされる。それぞれの信号グループは、特定の見る方向について異なるサブアパーチャのためのものである。結合された信号は、所望のコントラスト解像度のログ圧縮により検出され、共通のポイントについて異なる見る方向からの検出された信号は、表示された画像についてイメージポイントを形成するために結合される。異なるアパーチャの使用は、図４Ａ〜図４Ｄで例示されるように異なるビームステアリング方向（異なる見る方向）を生成する。図４Ａでは、３つの異なるステアリング方向α1、α2及びα3が使用され、イメージフィールドにおけるバーチャルトランスデューサのアレイから浅い深さＰS（フォーカスの深さ）にあるポイントに高周波の音波が当てられる。それぞれのビームは、異なるアポディゼーション関数５１、５３及び５５により選択されるバーチャルトランスデューサのアレイの異なるサブアパーチャから放出される。
【００２１】
図４Ｂでは、画像フィールドのより深い深さにあるポイントＰDについて同じ３つのステアリングの方向が使用される。同じ角度α1、α2及びα3でステアリングされたビームを維持するため、異なるサブアパーチャは、異なるサブアパーチャを選択するアポディゼーション関数５２，５４及び５６により示されるように使用される必要がある。これらのサブアパーチャは、異なる深さにある同じ見る方向のセットを維持するため、異なる位置及び／又は分布にあるバーチャルトランスデューサエレメントを使用する必要がある。当業者であれば、サブアパーチャは、超音波アレイシステムで慣習的であるように深さと共に動的に拡大することを認識されるであろう。
【００２２】
図４Ｃ及び図４Ｄでは、浅い深さのポイントＰS及び深い深さのポイントＰDの両者で同じアパーチャが使用される。直交角度が容易に生成される一方で（α2）、深い深さで同じアパーチャ５１，５３，５５の幾何学的形状により、他の２つの角度α1’及びα3’の勾配が緩やかになる。異なる深さでのこれらの僅かに異なる見る方向の使用による斑点の低減に関する作用は、大部分の実現で顕著ではない。図４Ｃ〜図４Ｄの実施の形態は、遡及的なフォーカスにとって利用可能なマルチラインの数が制限される場合の画像のエッジの近くで効果的である。
【００２３】
図５は、本発明の原理に従って構築される超音波画像形成システムを例示するブロック図である。超音波プローブ１０２は、トランスデューサエレメントのトランスデューサアレイ１０４を含む。トランスデューサエレメントの選択されたグループは、送信ビームフォーマ１０６によりそれぞれ遅延された時間で作動され、アレイに沿って所望の方向で且つ所望の発生源から、選択された焦点領域でフォーカスされるビームを送信する。送信ビームフォーマは、印加される高電圧送信パルスからの受信機の入力を保護するクロスポイントスイッチを有する送信／受信スイッチによるトランスデューサエレメントに結合される。それぞれの送信ビームに応答してアレイ１０４のそれぞれのトランスデューサエレメントにより受信されるエコーは、マルチラインプロセッサ１１０ａ〜１１０ｎの入力に印加される。それぞれのマルチラインプロセッサは、受信ビームフォーマを含み、この受信ビームフォーマは、それ自身の遅延のセットを印加し、必要に応じて、アレイエレメントからの受信されたエコーを重み付けするアポディゼーションウェイトを印加して、同じ送信ビームから異なってステアリングされる受信ビームを形成する。マルチラインプロセッサ１１０ａ〜１１０ｎについて適切なマルチラインビームフォーマは、たとえば米国特許第6,695,783号（Henderson等）及び米国特許第5,318,033号（Savord）で発見される場合がある。マルチラインプロセッサ１１０ａ〜１１０ｎの出力は、少なくとも表示データのラインを形成するために必要とされる全てのマルチラインが取得されるまで、受信されたマルチラインを記憶するラインストア１１２に結合される。表示データの特定のラインを形成するために使用されるマルチラインのグループは、対応するライン位置について表示データを生成するため、乗算器１１６ａ〜１１６ｎのそれぞれ１つに印加される。それぞれのラインからのエコーデータは、必要に応じて、アポディゼーションウェイト１１４ａ〜１１４ｎにより重み付けされる。一般に、これらの重みは、その送信インパルス応答の関数としてそれぞれのラインを重み付けする。
【００２４】
先に提出された特許出願では、以下の重み付け及び遅延アルゴリズムが与えられている。適切な重み付けアルゴリズムは、項amplitude(x,z)を送信の波面により画像フィールドにおける位置（ｘ,ｚ）でのポイントの高周波の音波を当てる振幅であるとすることで導出され、アジマス位置ｘ＝０は、送信ビームの中心軸に対応する。Ｘを送信ビームの軸に関して受信されたマルチラインのアジマスであるとする。深さＺでの画像のポイントを形成するための、この受信されたマルチラインに印加される重みは、以下に示される。
Weight(X,Z)＝amplitude(X,Z)
適切な遅延特性の決定のため、propagation_time(x,z)を位置（ｘ,ｚ）でのポイントに到達するために波面により必要とされる伝播時間とし、アジマスｘ＝０は、送信ビームの中心軸に対応する。Ｘを送信ビームの軸に関する受信ラインのアジマスであるとする。深さＺでの画像のポイントを形成するためにこの受信されたマルチラインに印加される遅延は、以下のように示される。
Delay(X,Z)＝propagation_time(X,Z)−propagation_time(0,Z)
propagation_time(0,Z)は、同じ深さで、軸上にあるポイントに到達する時間である。
【００２５】
関数amplitude(X,Z)及びpropagation_time(X,Z)は、たとえば、送信フィールドのシミュレーションから得られる。伝播時間を計算する適切なやり方は、幾つかの周波数での単純なシミュレーションからフィールドの位相遅延を使用することである。振幅は、幾つかの周波数でのフィールドの振幅を平均することで計算される。さらに、深さに依存した正規化は、重みに印加される。これは、所与の深さでの全ての重みを共通のファクタで乗算する。たとえば、正規化は、スペックルの領域が深さをもつ一様な明るさを有するように選択される。深さの関数として重みを変えることで、深さと共に動的にアパーチャのサイズ及び形状（アポディゼーション）を変えることができる。
【００２６】
本発明では、完全な送信アパーチャの伝播時間及び振幅が遅延及び重みのために使用される場合、動的なフォーカシングが得られるが、ステアリングは達成されない。ステアリングを達成するため、第一の可能性は、サブアパーチャのセレクタと共に完全な送信の伝播時間及び振幅を使用することであり、遅延及び重みは、図３に示されるように、所与のステアリング方向について使用されるバーチャルトランスデューサにのみ印加される。
サブアパーチャセレクタの効果は、ビームに寄与しないバーチャルトランスデューサにゼロに等しい重みを適用することである。理想的に、サブアパーチャは、深さと共に変動する。
【００２７】
別の可能性は、フィジカルアレイのサブアパーチャにより生成されるフィールドをシミュレートすることである。たとえば、３つのステアリング方向の信号が生成される必要がないものとする。次いで、完全な送信のアパーチャは、３つのサブアパーチャに分割され、フィールドは、３つのサブアパーチャのそれぞれについてシミュレートされる。波面の振幅及び伝播時間は、対応するステアリング方向の遅延及び重みについて使用される。この場合、サブアパーチャセレクタは、その関数が重みにより実行されるので、もはや不要である。
【００２８】
振幅及び伝播時間は、システムで使用される正確な送信特性のシミュレーションから導出される必要がない。設計者は、たとえば異なるアパーチャサイズ又は異なるアポディゼーションを使用することを選択する。
【００２９】
それぞれのラインからのエコーは、乗算器６１１ａ〜１１６ｎにより重み付けされ、遅延ライン１１８ａ〜１１８ｎにより遅延される。一般に、これらの遅延は、先に示されたように受信ラインの位置に対する送信ビームの中心の位置に関連される。遅延は、異なる送信−受信ビームの位置の組み合わせにより、マルチラインのラインからラインに存在する位相シフトの分散をイコライズするために使用され、信号のキャンセルは、結合された信号の位相差により生じない。
【００３０】
デジタルシステムにおいて、遅延ラインは、メモリに重み付けされたマルチラインのエコーデータを記憶し、後の時間でデータ出力を読取ることで作用され、これにより必要な遅延が齎される。異なる長さ及びクロック信号のシフトレジスタは、デジタル遅延を齎すために使用されるか、又は、上述された米国特許第6,695,783号に記載されるような補間ビームフォーマが使用される場合がある。遅延された信号は、加算器１２０により結合され、結果的に得られる信号は、イメージプロセッサ１２２に結合される。イメージプロセッサは、スキャン変換又は表示された画像を改善する他の処理を実行する。結果的に得られる画像は、画像ディスプレイ１２４で表示される。
【００３１】
図５のシステムでは、遅延ライン１１８及び加算器１２０は、所与の方向で共にアライメントされる幾つかの受信マルチラインから受信される信号のリフォーカスを行なう。リフォーカスは、それぞれのマルチラインについて異なる送信ビーム位置の使用から得られる位相差を調節し、結合された信号における望まれない位相のキャンセレーションを防止する。重み１１４は、マルチラインの位置に対する送信ビームの近さに関するマルチラインの寄与を重み付けし、高い信号対雑音比をもつ受信ビームに高い重みを与える。これにより、それぞれ受信ラインの方向における多数のサンプリングの結合により、それぞれの受信ラインに沿ったフィールドの拡張された深さ及びされたエンハンスされた浸透（改善された信号対雑音比）が得られる。
【００３２】
この処理は、多数の受信された信号を補間し、我々の係属中の特許出願で記載されるように、トランスデューサアレイ１０４の平面に垂直にステアリングされるビームについてエコー信号の送信リフォーカシングを行なう。本発明の実現では、選択された方向におけるステアリング方向及びフォーカシングは、遅延ライン１１８により提供される。空間コンパウンディングを行なう本発明の実現について、ステアリングされるビームのサブアパーチャは、図４と共に記載されるように選択される必要がある。図５の実現では、サブアパーチャは、アレイの他の領域からの信号を減衰又は省略する一方で、所望のサブアパーチャの信号を強調するアポダイジング重み１１４により選択される。したがって、図５における重み１１４は、ステアリングされたビームのサブアパーチャを選択し、遅延ライン１１８は、必要なステアリング及びフォーカス遅延を与える。次いで、遅延された信号は、加算器１２０により結合され、レトロスペクティブにステアリングされた送信ビームを形成する。次いで、ステアリングされたビームのコヒーレントなエコー信号は、検出器１３０により検出され、見る方向１（ＬＤ2）についてビームを形成する。
【００３３】
同じサブアパーチャの選択処理及びステアリングは、この例ではＬＤ1及びＬＤ3といった他の見る方向について実行される。全ての所望の見る方向の信号が処理され、この例では３である、画像に於ける特定のポイントについて検出されたとき、信号は、スペックルが低減された信号を形成するために加算手段１４０により結合される。画像データは、所望の画像フォーマットへのスキャン変換のような機能を実行するイメージプロセッサ１２２により処理され、画像はディスプレイ１２４で表示される。図５の機能は、特定の実現では、必要に応じて他のシーケンスで実行される。たとえば、それぞれの見る方向の検出された信号は、スキャン変換され、次いで、スキャン変換された信号データは、加算手段１４０により結合される。
【００３４】
空間コンパウンディングを通してスペックルの低減を提供するため、異なる見る方向は、送信、受信又はその両者で利用することができる。上述された処理は、トランスデューサアレイの平面に垂直にオリジナルに送信されるビームのレトロスペクティブなステアリングを通して異なる送信の見る方向に作用する。受信の見る方向の多様性は、幾つかのやり方で実現される場合がある。１つは、マルチラインプロセッサにより採用される適切な遅延プロファイル及びアポディゼーションを選択することで受信に関してビームを実際にステアリングすることである。最初の送信ビームは、アレイの平面に垂直に送信され、受信に応じて、受信ビームは、当該技術分野で知られているように異なる方向でステアリングされる。代替的に、受信のステアリングは、レトロスペクティブに印加される。送信ビームがアレイに垂直に送信された後、マルチラインは、同じ方向で受信される。所与の送信について、レトロスペクティブにステアリングされた受信ビームは、異なるマルチラインの受信ビームを適切に遅延及び重み付けすることで形成することができる。レトロスペクティブな送信の補間が上述されたように実行される。代替的に、受信及び送信の補間は、単一のステージで実行することができ、これにより、幾つかの送信イベント及び幾つかの受信位置からの受信マルチラインは、遅延、重み付け及び結合され、所与の往復ラインを形成する。図６Ａは、アレイに垂直に受信されるマルチラインに印加される例示的な遅延プロファイルを例示する。プロファイルの曲線８０は、それがバーチャルトランスデューサのアレイの最も左のサブアパーチャについてであることを示して、最初の幾つかの送信のみについて定義される。図６Ｂは、受信に関してステアリングされるマルチラインについて遅延プロファイル９０を例示する。遅延曲線９０の傾斜は、これらの遅延の実質的にリニアなステアリングの項を示す。
【００３５】
本発明のバリエーションは、当業者にとって行なわれるであろう。たとえば、送信されたビームは、アレイの平面に垂直に送信される必要はないが、他のステアリング角度のうちの１つのような鋭角で送信される。異なるサブアパーチャは、全体的に異なる必要はない。他の実施の形態では、少数の受信されたマルチラインは、更なる中間のマルチラインを補間することで増加され、次いで、増加された数のマルチラインで本発明の処理を行なう。サブアパーチャの選択及びビームステアリングの遅延は、個別に実現されるか、マルチラインプロセッサのアポディゼーション及び遅延で複合される。ステアリングされたビームは、台形の画像フォーマットを形成するために２Ｄ画像の横方向の側のみでのステアリングのように、他の使用に配置される。本発明の実現では、画像フィールドの単一のスキャンのみが異なるステアリング方向を形成するために必要とされるので、標準的な空間コンパウンディングに比較して優れた動きアーチファクトの免疫を提供する。ある画像について必要とされるデータを生成するスキャンの時間、及び結果的に動きアーチファクトが低減される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の３ビームの例のビームプロファイルを例示する図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｄは、バーチャルトランスデューサの視野からの画像におけるポイントの信号の展開を例示する図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｂは、本発明の原理に係る遡及的なアポディゼーション及び遅延のステアリングを通した画像におけるポイントのビームのステアリングを例示する図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｄは、異なって構成されるサブアパーチャからの異なるビーム角のステアリングを例示する図である。
【図５】本発明の原理に従って構築される超音波システムを例示するブロック図である。
【図６】図６ａ〜図６ｂは、受信に関してステアリング及びアンステアリングされるマルチラインの遅延プロファイルを例示する図である。
【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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【国際調査報告】
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