(57)【要約】  複数の受信ビームを送信ビームにより包含された領域内に位置付けることにより、マルチライン出力（１４１―１４４）を生成するマルチラインビーム形成器（１００）が提供される。Ｎ個のマルチラインビームは、ビーム形成器（１１１−１１８）の要素のサブグループ（１０５−１０８）から部分和（１２１−１２８）を生成することにより、Ｎ／Ｍの完全な能力を有するビーム形成器（１１１−１１８）を用いて生成される。ここでＭは、画像周波数の波長で測定されたチャネル毎の要素の間隔である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、サブ配列を用いマルチラインビーム形成を行い、前記方法は：
各信号はトランスデューサーの配列の一意的なトランスデューサーと対応し、複数の前記信号を受信する段階；
各サブ配列内のトランスデューサーは隣接し、前記複数のトランスデューサーのトランスデューサー及び前記対応する信号を前記サブ配列にグループ化する段階；
画像に対応する２つ以上の異なる走査ラインを決定する段階；
各サブ配列は２つ以上のビームを生成し、各ビームは前記２つ以上の走査ラインの異なる走査ラインに対応する、信号の各サブ配列を処理する段階；
前記信号をサブグループに相互に関連付け、各サブグループは前記２つ以上の走査ラインの異なる走査ラインと対応する段階；
前記各サブグループ内の構成要素の信号を加算する段階；及び
マルチライン出力の各ラインは、対応する新しいサブグループに対応する特定の走査ラインと対応し、前記画像に対応する前記マルチライン出力を生成する段階、
を有する、マルチラインビーム形成方法。
【請求項２】
前記トランスデューサーの配列は、１２８チャネル位相配列ビーム形成器である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
１６個のサブ配列がある、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記１６個のサブ配列の各サブ配列は、８個のチャネルを有する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記マルチライン出力は、４個のライン出力である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記トランスデューサーの配列のトランスデューサーは、λ／２ピッチにある、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記画像周波数の波長において測定されたトランスデューサーのチャネル毎の間隔に基づき、前記ビーム形成器の出力を最適化する段階、を更に有する請求項１記載の方法。
【請求項８】
マルチラインビーム形成システムであって：
各トランスデューサーは反射信号に対応する信号を生成する、トランスデューサーの配列；
各サブ配列内のトランスデューサーは隣接し、前記トランスデューサーの配列のトランスデューサー及び前記対応する信号をサブ配列にグループ化するロジック；
各ビームは特定のサブ配列及び対応する一意的な走査ラインに対応する、２つ以上のビーム；
前記信号をサブグループに相互に関連付け、各サブグループは異なるビームに対応する、ロジック；
前記各サブグループ内の構成要素の信号を加算する加算モジュール；及び
マルチライン出力の各ラインは異なる走査ラインに対応する、マルチライン出力、
を有する、マルチラインビーム形成システム。
【請求項９】
前記トランスデューサーの配列は、１２８チャネル位相配列ビーム形成器である、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
１６個のサブ配列がある、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記１６個のサブ配列の各サブ配列は、８個のチャネルを有する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記マルチライン出力は、４個のライン出力である、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記トランスデューサーの配列のトランスデューサーは、λ／２ピッチにある、請求項８記載のシステム。
【請求項１４】
前記画像周波数の波長において測定されたトランスデューサーのチャネル毎の間隔に基づき、前記ビーム形成システムの出力を最適化するロジック、を更に有する請求項８記載のシステム。
【請求項１５】
コンピュータープログラムであって：
メモリー；
各信号はトランスデューサーの配列の一意的なトランスデューサーに対応し、前記メモリーに格納される、複数の前記信号を受信するロジック；
各サブ配列内トランスデューサーは隣接し、前記メモリーに格納され、前記複数のトランスデューサーのトランスデューサー及び前記対応する信号を前記サブ配列にグループ化するロジック；
前記メモリーに格納され、画像に対応する２つ以上の異なる走査ラインを決定するロジック；
前記メモリーに格納され、各サブ配列は２つ以上のビームを生成し、各ビームは前記２つ以上の走査ラインの異なる走査ラインに対応するよう、信号の各サブ配列を処理するロジック；
前記メモリーに格納され、前記信号をサブグループに相互に関連付け、各サブグループは前記２つ以上の走査ラインの異なる走査ラインと関連する、ロジック；
前記メモリーに格納され、前記各サブグループ内の構成要素の信号を加算するロジック；及び
マルチライン出力の各ラインは、対応する新しいサブグループに対応する特定の走査ラインと対応し、前記メモリーに格納され、前記画像に対応する前記マルチライン出力を生成するロジック、
を有する、コンピュータープログラム。
【請求項１６】
前記トランスデューサーの配列は、１２８チャネル位相配列ビーム形成器である、請求項１５記載のコンピュータープログラム。
【請求項１７】
１６個のサブ配列があり、前記１６個のサブ配列の各サブ配列は、８個のチャネルを有する、請求項１６記載のコンピュータープログラム。
【請求項１８】
前記マルチライン出力は、４個のライン出力である、請求項１７記載のコンピュータープログラム。
【請求項１９】
前記トランスデューサーの配列のトランスデューサーは、λ／２ピッチにある、請求項１５記載のコンピュータープログラム。
【請求項２０】
前記メモリーに格納され、前記画像周波数の波長において測定されたトランスデューサーのチャネル毎の間隔に基づき、前記ビーム形成器の出力を最適化するロジック、を更に有する請求項５記載のコンピュータープログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、超音波システムにおけるマイクロビーム形成に関連し、より詳細には、新たな後処理技術を利用して画像の解像度を向上する方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
位相配列超音波画像システムは、超音波エネルギーパルスを対象物、標準的には人体へ向け、そして細胞組織及び人体の構造から反射されたエネルギーに基づき体の像を作成する。送信されたエネルギーは、「ビーム形成」、つまり種々の時間遅延を個々のセンサーの出力に適用することによりセンサーの配列の焦点を走査ラインに沿って合わせる技術を利用し、センサーの配列の焦点を「走査ライン」に沿って合わせ得る。
【０００３】
大抵の今日の市販の位相配列超音波画像システムは、「マルチラインビーム形成」として知られている技術を用い、それらシステムの画像フレーム更新レートを向上する。この技術は、送信されたエネルギーは走査ラインに沿った単一点にのみ焦点を合わせ得るが、受信機は走査ラインに沿った全ての点に動的に焦点を合わせ得る、という事実に依存する。従って、複数の受信ビームは、送信ビームにより包含される範囲内に位置され得る。
【０００４】
このような「Ｎ度のマルチライン受信」ビーム形成器を実施する最も一般的な技術は、単一ラインビーム形成器のＮ個の複製を生成し、当該複製を並列に動作するか、又は単一ラインビーム形成器により要求されるよりＮ倍速いハードウェアを構築し、そして送信事象毎にＮ回、ハードウェアを作動することである。この技術の例は、リプシュッツによる特許文献１に記載されている。
【特許文献１】米国特許第５，４６９，８５１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、このような、要素のサブグループから部分和を生成可能なＮ／Ｍの完全な能力を有するビーム形成器だけを用いＮ個のマルチラインビームを生成するシステム及び方法を提供する。Ｍは、画像周波数の波長で測定されたトランスデューサーのチャネル毎の要素の間隔に依存する。開示された本発明は、必要なビーム形成器の数をＭ倍低減することにより、従来のデジタルマルチラインビーム形成技術の価格及び電力要件の両方を低減する。
【０００６】
これら及び他の利点は、更なる本発明の特徴と同様に、本開示から明らかである。
【０００７】
本開示、及び本開示の利点は、図と共に以下の説明を参照することにより、より完全に理解されるだろう。図中の類似の参照符号は、類似の機能を示す。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、受信チャネルをサブグループ化し、各サブチャネルを複数回処理し、受信機信号の単一のセットから複数の走査ラインを生成する、超音波ビーム形成器の例を提供する。一般に、開示された本発明は、Ｎ／Ｍの完全な能力を有するビーム形成器を用い、Ｎ個のマルチラインの走査ライン又は「ビーム」を生成する。Ｍは、画像周波数の波長で測定されたトランスデューサーのチャネル毎の受信機要素の間隔に依存する。以下に記載された例は、１２８チャネルの位相配列ビーム形成器だけを利用するが、本技術は如何なる数のチャネルにも適用可能である。
【０００９】
本発明の他の態様、目的及び利点は、図と関連した以下の詳細な記載から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明を利用する例であるビーム形成システム１００を示す。この例では、Ｎは４であり、各サブグループは１６チャネルを有する。Ｍは、ビーム形成において有意な誤りを生成することなく、大きさ２である。従来のデジタルマルチラインビーム形成システムの価格及び電力要件の両方を低減するために、開示された技術は、このようなシステムにおいて必要なビーム形成器の数をＭ倍低減する。
【００１１】
ビーム形成器システム１００は、１つ以上の送信機（示されない）から送信されたエネルギーを受信する１２８チャネル受信機１０２を有する。本願明細書を通じ、特定チャネル及びチャネルのサブグループは、角括弧（「［］」）内の数字を利用し参照される。例えばチャネル０−７はｃｈ［０−７］、及びチャネル０、７、１５及び２３はｃｈ［０、７、１５、２３］として参照される。
【００１２】
受信機１０２のチャネルｃｈ［０−１２７］は、４個の３２チャネルサブグループに分割される。各サブグループは、２つの単一走査ライン（１Ｘ）ビーム形成器により処理される。より詳細には、チャネルｃｈ［０−３１］１０５は、１Ｘビーム形成器１１１及び１１２により処理される。チャネルｃｈ［３２−６３］１０６は、１Ｘビーム形成器１１３及び１１４により処理される。チャネルｃｈ［６４−９５］１０７は、１Ｘビーム形成器１１５及び１１６により処理される。そしてチャネルｃｈ［９６−１２７］１０８は、１Ｘビーム形成器１１７及び１１８により処理される。
【００１３】
ビーム形成器１１１、１１３、１１５及び１１７は、マルチライン拡張器１３２へそれぞれ信号１２１、１２３、１２５及び１２７を出力する。マルチライン拡張器１３２は、図２と関連して以下により詳細に説明される。マルチライン拡張器１３２の出力は、２つのビーム形成器信号１４１及び１４２を有する。ビーム形成器信号１４１及び１４２は、更なる処理のためデジタルシグナルプロセッサー１４６へ送信される。ビーム形成器信号１４１及び１４２は、受信機１０２の１２８チャネルｃｈ［０−１２７］から生成された２つの異なる走査ラインを表す。
【００１４】
同様に、ビーム形成器１１２、１１４、１１６及び１１８は、マルチライン拡張器１３４へそれぞれ信号１２２、１２４、１２６及び１２８を出力する。マルチライン拡張器１３４は、図２と関連して以下により詳細に説明される。マルチライン拡張器１３４の出力は、２つのビーム形成器信号１４３及び１４４を有する。ビーム形成器信号１４３及び１４４は、更なる処理のためデジタルシグナルプロセッサー１４６へ送信される。ビーム形成器信号１４３及び１４４は、受信機１０２の１２８チャネルｃｈ［０−１２７］から生成された２つの異なる走査ラインを表す。
【００１５】
本願明細書の残りを通じて、信号１４１は「ビームＡ」として、信号１４２は「ビームＢ」として、信号１４３は「ビームＣ」として、及び信号１４４は「ビームＤ」として参照される。受信機１０２から４個の異なる走査ラインを生成することにより、システム１００は、標準的なマルチラインビーム形成システムより少ないハードウェアで、結果として得られる画像の解像度を向上可能である。この特徴は、３次元（「３Ｄ」）画像をリアルタイムに再生するよう設計されたビーム形成システムにおいて特に重要である。
【００１６】
図２は、図１と関連して共に以上に説明されたビーム形成器システム１００のマルチライン拡張器１３２をより詳細に示す。拡張器１３２への入力は、サブグループ１２１、１２３、１２５及び１２７に構成された（図１）チャネルｃｈ［０−１２７］を有する。拡張器１３２の出力は、２つのビームフォーマー信号、ビームＡ１４１及びビームＢ１４２（図１）を有する。
【００１７】
サブグループ１２１、１２３、１２５及び１２７は、それぞれ２つの遅延ブロックへ送信される。具体的には、サブグループ１２１は、遅延サブモジュール１５１及び１５２へ送信される。サブグループ１２３は、遅延サブモジュール１５３及び１５４へ送信される。サブグループ１２５は、遅延サブモジュール１５５及び１５６へ送信される。そしてサブグループ１２７は、遅延サブモジュール１５７及び１５８へ送信される。
【００１８】
遅延サブモジュール１５１−１５８のそれぞれは、遅延制御モジュール（ＤＣＭ）１６１−１６４の１つにより制御される。遅延制御モジュール（ＤＣＭ）１６１−１６４はまた、主遅延制御（ＭＤＣ）モジュール１８０により制御される。具体的には、遅延サブモジュール１５１及び１５２は、ＤＣＭ１６１により制御される。遅延サブモジュール１５３及び１５４は、ＤＣＭ１６２により制御される。遅延サブモジュール１５５及び１５６は、ＤＣＭ１６３により制御される。そして遅延サブモジュール１５７及び１５８は、ＤＣＭ１６４により制御される。遅延サブモジュール１５１−１５８は、それぞれそれらの対応するＤＣＭ１６１−１６４により制御され、各サブグループ１２１、１２３、１２５及び１２７に適用されるべき遅延量を調整する。適用される特定の遅延は、所望の画像深さの関数である。ＤＭＣ１５１−１５８は、それぞれ信号１７１−１７８を生成する。
【００１９】
例である加算モジュール１６６及び１６８は、対応するサブグループからの出力を結合し、完全にビーム形成された結果、ビームＡ１４１及びビームＢ１４２を形成する。具体的には、加算モジュール１６６は、信号１７１、１７３、１７５及び１７７を結合し、ビームＡ１４１を生成する。また、加算モジュール１６８は、信号１７２、１７４、１７６及び１７８を結合し、ビームＢ１４２を形成する。
【００２０】
このように、ビーム形成器システム１００は、受信機１０２から４個の異なる走査ライン、つまりビームＡ１４１、ビームＢ１４２、ビームＣ１４３、及びビームＤ１４４を生成し、標準的なビーム形成システムより少ないハードウェアでシステム１００の解像度を向上する。図１と関連して以上に説明されたように、標準的な単一走査ラインビーム形成システムとして同一の送信機及び受信機のハードウェアを用い複数の走査ラインが生成されるので、この技術は、３次元（「３Ｄ」）画像をリアルタイムに再生するよう設計されたビーム形成システムにおいて特に重要である。
【００２１】
以下の表は、この場合、４０チャネル受信機（示されない）を有するビーム形成システムの推定時間遅延誤りを示す。４０チャネルは、各グループが８チャネルを有する５個のグループにサブグループ化される。この例では、生成されたビームの固定角は０度に等しく、焦点深度は８０ミリメートル（ｍｍ）に等しい。実際の角度は２度であり、実際の深度は８０ｍｍである。チャネルピッチは０．２５０ｍｍ、音速は０．６５０ｕｓｅｃ／ｍｍ、完全に能力を有するビーム形成器の量子化遅延は０．００６ｕｓｅｃ、及びマルチライン拡張器の量子化遅延は０．０２５ｕｓｅｃである。
【００２２】
【表１】
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以上の表の重要な点は、誤り率がシステムの能力（この場合０．２５ｕｓｅｃ）より少ない又は非常に接近していて、及び従って実質的に検出不可能であることである。
【００２３】
図３は、本発明の実施例を実施する処理２００のフローチャートである。処理２００は「開始」ブロック２０２で開始し、直ぐに「信号を受信する」ブロック２０４へ進む。ブロック２０４の間、ビーム形成システム１００（図１）のようなビーム形成システム内の送信機のグループからの信号が受信される。「信号をグループ化する」ブロック２０６の間、ブロック２０４の間に受信された信号は、サブグループにグループ化される。各サブグループは、標準的に互いに隣接する送信機を表す。図１及び図２と関連した上述の例では、４個のサブグループがあるが、他のサブグループ数が利用されても良い。
【００２４】
「走査ラインを決定する」ブロック２０８の間、トランスデューサー及びサブグループの数に従い、利用可能なデータから生成され得る異なる走査ラインの数が、決定される。図１及び図２の例では、２つの異なる走査ラインが決定されるが、再びこの数は、トランスデューサー及びサブグループの量に従い変化して良い。「サブグループを処理する」ブロック２１０の間、ブロック２０６で決定された各サブグループのブロック２０４の間に受信した各信号は、ブロック２０８で決定された走査ライン毎に異なる信号が存在するように、分離される。言い換えると、上述の例を用い、各信号は、各走査ラインが全ての信号の複製を有し得るよう、複製される。次に、各走査ラインに対応する各信号は、適切な量だけ時間遅延され、対応する走査ラインを生成する。
【００２５】
「信号を相互に関連付ける」ブロック２１２の間、各サブグループからの時間遅延された信号は、それらの対応する走査ラインに基づき関連付けられる。そして各走査ラインを表す信号は、合算され、各走査ラインを生成する。「マルチライン出力を生成する」ブロック２１４の間、走査ラインは、時間遅延され且つ加算された信号のグループに基づき生成される。各走査ラインは、各信号からの情報を有する。このように、複数の走査ラインは、信号の単一のセットから生成される。最後に、「終了」ブロック２９９で、処理２００は完了する。
【００２６】
本願明細書において、「メモリー」又は「記録媒体」は、命令実行システム、装置又は機器により用いられる又は関連したプログラム及び／又はデータを有する、格納する、通信する、伝達する、又は運ぶ如何なる手段であって良い。メモリー及び記録媒体は、電子、磁気、光、電磁気、赤外線又は半導体システム、装置又は機器であり得るが、これらに限定されない。メモリー及び記録媒体はまた、例えば、携帯型コンピューターディスク、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）、消去可能なプログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリー）、及び携帯型コンパクトディスクの読み出し専用メモリー又はプログラム及び／又はデータが格納され得る他の適切な媒体を含むが、これらに限定されない。
【００２７】
更に、開示された本発明の方法は、ソフトウェア、ハードウェア、又はソフトウェア及びハードウェアの両方の組み合わせで実施されて良い。ハードウェア部分は、専用ロジックを用いて実施され得る。ソフトウェア部分は、メモリーに格納され、そしてマイクロプロセッサーのような、しかしマイクロプロセッサーに限定されない適切な命令実行システムにより実行され得る。
【００２８】
本発明の実施例の説明に関連する（特に、特許請求の範囲に関連する）単数を表現する語及び類似のものは、本願明細書に特に指示されない限り、又は文脈と明らかに矛盾しない限り、単数及び複数の両方を包含すると見なされる。「構成する」、「有する」、「含む」及び「包含する」の語は、特に指示されない限り、制限されない条件（つまり、「．．．を有するが、．．．に限定されない」の意味）として見なされる。本願明細書に詳述された値の範囲は、特に本願明細書に記載のない限り、単に、当該範囲に包含されるそれぞれ別個の値を個々に参照することを省略するためである。また、それぞれ別個の値は、本願明細書に個々に詳述されると同様に、本願明細書に組み込まれる。本願明細書に記載された全ての方法は、本願明細書に特に記載のない限り、又は明らかに文脈と矛盾しない限り如何なる適切な順序で実行され得る。本願明細書で用いられる如何なる及び全ての例の利用、又は例として言語（例えば、「のような」）は、単に、本発明により注意を向けることを目的とし、特に言明されない限り、本発明の範囲を限定しない。本願明細書の如何なる言語も、請求されていない如何なる要素を、本発明の実施に不可欠であるとして示すと見なされてはならない。
【００２９】
本発明の好適な実施例は、本発明を実施する目的で本発明を知るために最適な例を含み、本願明細書に記載された。これら好適な実施例の変形は、上述の記載を読んだ後、当業者には明らかである。発明者らは、このような変形を適切に利用するために、熟練した技術者を想定する。また発明者らは、本願明細書に具体的に記載されたように又は他の方法で、本発明が実施されることを想定する。例えば、異なるチャネル数、遅延サブモジュール、加算サブモジュール、及び出力ビームが実施されて良い。従って、本発明は、適切な法により認められた特許請求の範囲に記載された本発明の全ての変更及び等価物を包含する。更に、本発明の全ての可能な変化における以上に記載された要素の如何なる組も、特に本願明細書に記載されない限り、又は明らかに文脈と矛盾しない限り、本発明に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を利用する例であるビーム形成器を示す。
【図２】図１に導入されたビーム形成器システムのマルチライン拡張器構成要素を示す。
【図３】本発明の実施例を実施する処理のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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