(57)【要約】超音波診断イメージングシステムは、マルチライン受信のアレイに沿って間隔を置いた複数のビームを送信することにより拡張された焦点領域を有する画像を生成する。複数の送信ビームの受信マルチラインは、不所望の位相キャンセルを回避するように、空間的に整合され、それぞれの受信マルチラインの間の位相調整と組み合わされる。その組み合わされたマルチラインは、その組み合わされたマルチラインを用いて生成される画像が拡張された焦点領域を示すように、拡張された送信焦点の効果をもたらす。動きアーティファクトを回避するように、マルチライン次数が画像動きの関すとして調整可能である。
2009536853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスジューサ要素のアレイを有するプローブ；
前記のトランスジューサ要素のアレイに結合され、焦点領域を示すビームを送信するように動作可能であり、そして水平方向に間隔を置いた複数のラインの位置を有する、送信ビームスプリッタ；
前記のトランスジューサ要素のアレイに結合され、１つの送信ビームに対するライン位置に複数の受信ラインを生成するように動作可能である、マルチライン受信ビーム生成器；
複数の送信ビームに対してマルチライン受信ビーム生成器により生成された共通ライン位置に関連する複数の受信ラインに対応し、画像データを生成するように前記複数の受信ラインを組み合わせるように動作可能である、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る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】
請求項１に記載の超音波診断イメージングシステムであって、前記マルチライン組み合わせ回路は、異なるマルチラインからのデータを組み合わせるように動作可能である、超音波診断イメージングシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断イメージングシステムであって、前記マルチライン組み合わせ回路は、前記の異なるマルチラインからのデータに対応する複数の遅延部を更に有し、前記マルチラインの間の位相変化を調整するように動作可能である、超音波診断イメージングシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波診断イメージングシステムであって、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ように動作可能である複数の重み付け回路を有する、超音波診断イメージングシステム。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波診断イメージングシステムであって、前記プローブは線形アレイプローブを有する、超音波診断イメージングシステム。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波診断イメージングシステムであって、前記プローブはフェーズドアレイプローブを有する、超音波診断イメージングシステム。
【請求項７】
請求項１に記載の超音波診断イメージングシステムであって、前記送信ビーム生成器は、選択送信アパーチャからのビームを送信するように更に変えられる、超音波診断イメージングシステム。
【請求項８】
請求項７に記載の超音波診断イメージングシステムであって、前記送信ビーム生成器は、トランスジューサアレイに沿って一連の異なるアパーチャから一連のビームを送信するように動作可能である、超音波診断イメージングシステム。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波診断イメージングシステムであって、前記送信ビーム生成器は、一のビームの水平方向に間隔を置いたライン位置の少なくとも一部が他のビームの水平方向に間隔を置いたライン位置の少なくとも一部と整合されるように選択された一連の異なるアパーチャからの一連のビームを送信するように更に動作可能である、超音波診断イメージングシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載の超音波診断イメージングシステムであって、前記送信ビーム生成器は、前記の一のビームの水平方向に間隔を置いたライン位置の少なくとも一部が前記の他のビームの水平方向に間隔を置いたライン位置の少なくとも一部と同軸上に整合されるように更に動作可能である、超音波診断イメージングシステム。
【請求項１１】
請求項１に記載の超音波診断イメージングシステムであって、前記マルチライン受信ビーム生成器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、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ように複数のトランスジューサ要素から受信された信号に遅延の集合を適用する、超音波診断イメージングシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の超音波診断イメージングシステムであって、前記マルチライン受信ビーム生成器は可変マルチビーム次数を示す、超音波診断イメージングシステム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の超音波診断イメージングシステムであって、前記マルチライン受信ビーム生成器に結合されたライン記憶部を更に有し、複数の送信ビームに対して生成される受信ラインを記憶するように動作可能である、超音波診断イメージングシステム。
【請求項１４】
拡張された焦点領域を有する超音波画像を生成する方法であって：
アレイトランスジューサから複数の送信ビームを送信する段階であって、各々の送信ビームはアレイに沿った異なる位置に集められ、各々の送信ビームは、他のビームの水平方向に間隔を置いたライン位置に空間的に関連する複数の水平方向に間隔を置いたライン位置を有する、段階；
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；
前記送信ビームの前記水平方向に間隔を置いたライン位置においてエコー信号の複数の受信ラインを生成するように、１つの送信ビームに対して受信された前記エコー信号を同時に処理する段階；
追加送信ビームについて前記同時の処理を繰り返す段階；
画像データを生成するように、空間的に関連する異なる送信ビームからの受信ラインのエコー信号を組み合わせる段階；
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１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記組み合わせる段階に先行して、異なる送信ビームからの前記の受信ラインのエコー信号を相対的に遅延させる段階を更に有する、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、前記組み合わせる段階に先行して、異なる送信ビームからの前記の受信ラインのエコー信号を相対的に重み付けする段階を更に有する、方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であって、前記アレイに沿った一連の連続的なライン位置に集められた一連の送信ビームを送信する段階を更に有する、方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法であって、前記アレイに沿った一連の連続的なライン間位置に集められた一連の送信ビームを送信する段階を更に有する、方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の方法であって、複数の送信ビームの前記水平方向に間隔を置いたライン位置は、同軸上に整合されることにより空間的に関連付けられる、方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載の方法であって、前記組み合わせる段階に先行して、複数の送信ビームからの前記受信ラインを記憶する段階を更に有する、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、浅い侵入負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、結果として得られる画像は、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、焦点の周囲に暗く現れるといわれる。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、同心円状に整合される。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フォーカシングするマルチゾーンに対する必要性を再分類する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、各々の送信ビームから３つのビームを受信する各々の場合において後続される３つの送信ビームの送信について示されている。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、そのトランスジューサ８から延びているビームの中心における強度ピーク以下の一定レベルにある送信ビームプロファイル１０を示している。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、メインローブ２０ａのどちらかの側においてセンタローブ２０ａ及びサイドローブを有することが理解できるトランスジューサアレイ８の下に示されている。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する。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。下で説明するように、受信アパーチャのトランスジューサ要素が受信するそれらのエコーは、一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においてマルチラインを形成するように、３つの異なる方法で遅延されて、合計される。この実施例においては、受信ライン１４は、送信ビーム１０、２０の中央において受信され、中央のラインのどちらかの側において受信されるように水平方向に操作され、フォーカシングされる。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点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と整合され、受信ライン１８′は第１送信からの受信ライン１８と整合され、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また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、その送信は、受信ライン１８′′、２２′及び２４の同時受信により後続される。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′と軸方向において整合され、受信ライン２２′は、第２送信の受信ライン２２と軸方向において整合される。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各々、サンプリングされる。下で説明するように、それらの共に整合されるビームは、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。所定の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、受信ラインは、その位置において画像データのラインを生成するように共に、処理される。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予め合計されたｒ．ｆ．データを記憶する必要はなく、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限定的要求のみが存在し、そのとき、取得された受信ラインは処理され、ライン記憶は、後続のラインの記憶のために解かれる。
【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どちらかの側に、受信ライン間隔の半分、間隔を置いている。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と整合され、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送信に後続して、ライン位置３４′′′、３５′′′及び３６′′′において受信される４つの受信ライン、ライン位置３７′′において受信される３つの受信ライン、ライン位置３８′において受信される２つの受信ライン並びにライン位置３９において受信される１つの受信ラインの一部、の全部又は一部が存在する。この方法においてスキャンが継続されるとき、この実施例において示されているように少ない数のラインが受信される極端な場合を除いて、アパーチャの殆どにおけるライン位置において受信される６つの受信ラインの全部又は一部が存在するであろう。画像データを生成するように受信ラインデータが組み合わされるとき、各々の受信ライン位置のより良好なサンプリングの数がより大きい場合、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】
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のような、より大きい数の同時に受信されるラインが用いられることが可能であり、送信時により少ない数Ｆが、受信ライン位置のより大きい拡張を超音波を当てて得る(Ｉｎｓｏｎｉｆｙ)ように、用いられる必要がある。
【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整合されている。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、それぞれの送信ビームのどちらか側において、実線の矢印として示されている。図３ａ乃至３ｄは、各々の連続送信間隔のために１受信ライン間隔だけ右の方に移動された送信ビーム４０−ｎを有する最初の第４送信−受信シーケンスを示している。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と整合された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、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−受信間隔を有する先行する送信−受信シーケンスの寄与を示している。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、画像データの１つのラインと、後続のラインが同じ記憶位置に記憶されることができるように削除された、記憶されている受信ラインと、を形成するように組み合わされることが可能である。４つの整合されたラインの群の他の第４ラインが受信される度に、その群の４つのラインは、その位置において画像データのラインを形成するように組み合わされ、その記憶は後続のラインのために用いられる。そのシーケンスは、この方法においては、画像フィールドの水平方向の極限の殆どに亘って、各々のライン位置において４つの受信ラインが組み合わされることが可能であるように、画像フィールドにおいて各々送信されるビームのための４つの受信ラインの受信を継続する。
【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、そのアレイに沿った所望の限定により及び所望の方向において、選択された焦点領域でフォーカシングされるビームを送信するように、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。送信ビームスプリッタは、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、それ自体の遅延の集合と、必要に応じて、同じ送信ビームから異なるように操舵された受信ビームを生成するようにアレイ要素から受信されるエコーを重み付けするアポディゼーション重みと、を適用する受信ビームスプリッタを有する。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、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ライン記憶部１１２に結合される。表示データの特定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が、対応するライン位置のために表示データを生成するように、乗算器１１６ａ乃至１１６ｎのそれぞれの位置に適用される。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だけ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が、用語“振幅（ｘ，ｚ）を、送信波面により画像フィールドにおける位置（ｘ，ｚ）の点のｉｎｓｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ振幅であって、方位角の位置ｘ＝０は送信ビームの中心軸に対応する、ｉｎｓｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ振幅であるようにすることにより、導き出されることが可能である。Ｘを、送信ビーム軸に対して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ように、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、Ｐｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ＿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、方位角を、送信ビームの中心軸にまた、対応するｘ＝０であるとする。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。伝搬時間を演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演算されることが可能である。更に、深度依存性正規化が、重みに適用されることが可能である。これは、共通因子により所定の深度において重み全てを乗算する。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。
【００１９】
エコーラインからのエコーは乗算器１１６ａ乃至１１８ｎ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な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。それらの遅延は、異なる送信−受信ビーム位置の組み合わせにより、マルチラインについてのライン毎に存在する位相シフト変動を等しくするように用いられ、それ故、信号キャンセルは結合された信号の位相差によりもたらされない。
【００２０】
ディジタルシステムにおいては、遅延ラインは、必要な遅延が発効する後（のち）のときに、メモリに重み付けされた複数のエコーデータを記憶し、データを読み出すことにより、発効され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はまた、ディジタル遅延を発効するように用いられることが可能であり、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スプリッタが用いられることが可能である。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、所定の方向に共に整合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達成する。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、結合された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、マルチライン位置に送信ビームの近接に関連するマルチラインの寄与を重み付けし、より大きい信号対ノイズ比を有するビームを受信する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のために、各々の受信ラインに沿ったフィールドの拡張された深度及び改善された侵入（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、他の共整合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、それらの重み付け及び遅延効果がマルチラインプロセッサ１１０の重み及び遅延により実行されることが可能であるために、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し、そのことは、適切な受信方向におけるマルチラインに集中し、全てが一体となった処理ステップとして結合されるべきマルチラインに対する位相変化及び送信ビーム変化を明らかにすることができる。所定の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は、表示ラインデータを与えるように、単に加算される。代替として、所定のライン位置についての各々の受信マルチラインは、その所定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構成要素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、その場合、画像プロセッサに転送され、他のライン位置について用いられる累算器を開放する。
【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整合マルチラインから受信されたｒ．ｆ．信号を組み合わせる。それはｒ．ｆ．信号であって、組み合わされている検出された信号の包絡線ではないため、組み合わされるようになっているマルチラインが受信される期間に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素材か又は画像フィールドに対するプローブのどちらかの重要な動きは、異なるマルチラインからの信号が組み合わされるとき、好ましい信号増強ではなく、キャンセルをもたらすｒ．ｆ．信号差をもたさすことが可能である。この課題は、より多くの数のマルチラインが組み合わせるために取得される、より長い取得インターバルにより、よりひどくなる。図７の実施例は、相対的な画像動きを検出し、動きの存在に応答して、マルチラインの順序を調整することにより、この課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、動きを表す差について画像コンテンツを比較する。これを行うための適切な技術は、同じ領域又は連続した画像の領域における画像画素値を関係付ける相関技術である。この技術は、２つの画像のデータ間のゼロ遅れ（ｚｅｒｏ−ｌａｇ）正規化相互相関を演算することにより実行されることが可能である。相関係数が大きい（即ち、画像が略同じである）場合、より多い数の送信−受信インターバルを必要とするより多い数のマルチラインが、フィールドの深度を改善するように用いられる。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組み合わされる。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、その特許文献の援用により、本明細書の説明の一部を代替する。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又は基準ラインの領域であることが可能である。ドップラ技術がまた、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、動きが存在するときに用いられる低位のマルチラインにより、動きの関数としてマルチラインの送信及び受信を調整するマルチライン制御器１３２に結合される。この実施例において行われる調整は、組み合わされるマルチラインが送信時間のより短い期間を渡すように、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、より大きいＦ数のビームを送信する送信ビーム生成器を制御する。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を伴って用いられ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は動きの存在下でより少ないマルチラインの受信のために必要なより少ない数の、用いられるマルチラインプロセッサを制御する。マルチラインプロセッサ１３２はまた、動きが存在するときに、重み部１１４、遅延ライン１１８及び加算器１２０により、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ように、ライン記憶部１１２に結合されている。それらの調整の結果は、組み合わされるようになっているマルチラインを取得するためにより短い時間を必要とし、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。それに対して、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する場合、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り、動き量が増加するにつれて、マルチライン次数が８ｘ、４ｘ、２ｘ及び１ｘ（単一ライン送信及び受信）になるとき、１６ｘマルチラインを用いる（送信ビームに応答して１６個のマルチラインを受信し、１６個の送信ビームからのマルチラインを組み合わせる）。例えば、プローブが、特定の解剖についての探索及び観察視野において対象の体において、プローブが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、正確に軸方向に整合される必要はない。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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【国際調査報告】
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