(57)【要約】【課題】  マルチライン取得型超音波データを取得するための超音波方法及び装置を提供する。【解決手段】  超音波信号を関心領域へ送信し、エコー信号を取得し解析することにより、第１の受信ビームに関連した第１のデータ・ストリーム（２７６）を生成する。第１のデータ・ストリームのデシメーションにより、該第１のデータ・ストリームから少なくとも２つの相次ぐデータ・サンプルを除去しながら、少なくとも２つの相次ぐデータ・サンプルを通過させて、第１のデシメーション済みデータ・ストリーム（２８６）を形成する。このデシメーション・パターンを使用して、デシメーション後のデータ・サンプリング・レートの２分の１乃至４分の３の帯域幅を達成することができる。【選択図】        図６
2005000665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波データを取得する方法であって、
関心領域からエコー信号を取得する段階と、
前記エコー信号を解析して、第１の受信ビームに関連した第１のデータ・ストリーム（２７６）を生成する段階と、
前記第１のデータ・ストリーム（２７６）について、少なくとも２つの相次ぐデータ・サンプルを通過させ且つ前記第１のデータ・ストリームから少なくとも２つの他のデータ・サンプルを除去することによりデシメーションを行って、第１のデシメーション済みデータ・ストリーム（２８６）を形成する段階と、
を有している方法。
【請求項２】
更に、前記エコー信号を解析して、前記第１の受信ビームとは空間的に異なる第２の受信ビームに関連した第２のデータ・ストリーム（２７８）を生成する段階と、
前記第１及び第２のデータ・ストリーム（２７６，２７８）を一緒に多重化する段階と、
を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項３】
更に、前記エコー信号を解析して、前記第１の受信ビームとは空間的に異なる第２の受信ビームに関連した第２のデータ・ストリーム（２７８）を生成する段階と、
前記第２のデータ・ストリーム（２７８）について、少なくとも２つの相次ぐデータ・サンプルを通過させ且つ前記第２のデータ・ストリームから少なくとも２つの他のデータ・サンプルを除去することによりデシメーションを行って、第２のデシメーション済みデータ・ストリーム（２８８）を形成する段階と、
を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項４】
更に、前記エコー信号を解析して、前記第１の受信ビームとは空間的に異なる第２の受信ビームに関連した第２のデータ・ストリーム（２７８）を生成する段階と、
前記第２のデータ・ストリーム（２７８）についてデシメーションを行って、前記第１のデータ・ストリーム（２７６）から除去された前記２つの他のデータ・サンプルと時間的に整列する少なくとも２つの相次ぐデータ・サンプルを通過させる段階と、
を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項５】
更に、４つの異なる受信ビームに関連した少なくとも４つのデータ・ストリーム（２７６，２７８）について前記解析する段階とデシメーションを行う段階とを繰り返す段階を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項６】
超音波信号を関心領域に送信する送信器（１０２）と、
送信された超音波信号からのエコー信号を受信する受信器（１０８）と、
前記エコー信号を処理して、相異なる第１及び第２の受信ビームに関連した第１及び第２のデータ・ストリーム（２７６，２７８）を同時に形成するビームフォーマ（１１０）であって、前記第１及び第２のデータ・ストリーム（２７６，２７８）からデータ・サンプルを除去する少なくとも１つのデシメータ（２５４）を含んでおり、該少なくとも１つのデシメータが帯域通過モードに基づいて異なる数の相次ぐ前記データ・サンプルを除去するものである、当該ビームフォーマ（１１０）と、
前記デシメータ（２５４）の出力に基づいて情報を出力する出力と、
を有している超音波システム（１００）。
【請求項７】
前記ビームフォーマ（１１０）は更に、前記第１及び第２のデータ・ストリーム（２７６，２７８）を組み合わせるマルチプレクサ（２９０）を含んでいる、請求項６記載の超音波システム（１００）。
【請求項８】
前記超音波システム（１００）は更に、前記受信器（１０８）からエコー信号を受信して前記第１及び第２のデータ・ストリーム（２７６，２７８）に分割する少なくとも２つのプロセッサ（２７０，２７２）を含んでおり、前記第１及び第２の受信ビームは前記受信器（１０８）に関して空間的に異なっている、請求項６記載の超音波システム（１００）。
【請求項９】
前記超音波システム（１００）は更に、前記帯域通過モードに基づいてデータを通過させるエイリアシング防止フィルタ（２５２）を含んでおり、前記帯域通過モードは低帯域（２６０）、中間帯域（２６２）及び高帯域（２６４）のうちの一つである、請求項６記載の超音波システム（１００）。
【請求項１０】
更に、前記帯域通過モードを定めるシステム制御器（１２０）を含んでいる請求項６記載の超音波システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は診断用超音波システムに関する。具体的には、本発明は超音波データ・ストリームを取得し処理して、ビームフォーマの性能を劣化させることなくデータの帯域幅を低減し、且つマルチライン取得における相異なるビームに属する２つ以上のデータ・ストリームの間で帯域幅を共用するための方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は受信ビームフォーマ２００の典型的な構成を示している。ディジタル化されたチャンネル信号が多数の同じ信号処理装置（ビームフォーマＡＳＩＣ）２０２〜２０６に入力され、これらの装置は相互接続されてビーム和パイプラインを形成する。ＡＳＩＣ２０２はチャンネル１〜８の部分的ビーム形成を行う。その部分的ビーム和２０８が次いでＡＳＩＣ２０４に入力されて、ＡＳＩＣ２０４内でチャンネル９〜１８の部分的ビーム和に加算される。この処理はビーム和パイプラインに沿って続けられて、その系列内の最後のＡＳＩＣ２０６から最終的なビーム和２１０が出力される。
【０００３】
受信ビームフォーマ２００のような時間遅延ビームフォーマでは、データは典型的には２０ビット幅であって、一ビーム当り４０ＭＨｚのデータ・レート、すなわち、８００メガビット／秒のデータ帯域幅を持つものであってよい。並列のビームの同時受信、すなわち、マルチライン取得（ＭＬＡ）の場合、このデータ・レートは並列ビームの数だけ逓倍される。超音波システム内の相互接続構造のコストがデータ帯域幅につれて増大し、すなわち、信号処理のための集積回路上のピンの数を増やすことが必要とされ、或いはデータ経路のクロック・レートをより速くすることが必要とされる。
【０００４】
図４は、図３の部分的ビームフォーマＡＳＩＣ２０２〜２０６の中身を示す。入力データ・レート（サンプリング・レート）が４０ＭＨｚであると仮定するが、他のデータ・レートを使用することもできる。チャンネル１〜８の各々はチャンネル毎のビームフォーマ２１２〜２１６を介して処理される。チャンネル毎のビームフォーマ２１２〜２１６はチャンネル毎のビーム形成（時間遅延及びオプションとしてのチャンネル振幅重み付け）を実行する。
【０００５】
次いで、ビーム加算器２１８からの出力、すなわち部分的ビーム和２０８が、１０ＭＨｚ以上の周波数を遮断して信号の帯域幅を減少させる低域通過エイリアシング防止フィルタ２２０に通される。低域通過エイリアシング防止フィルタ２２０からのデータ出力は、一列のサンプルA1 A2 A3 A4 A5....等を含むデータ・ストリームＡ２２４として表される。次いで、デシメータ２２２が、データ・ストリームＡ２２４の一つ置きのサンプルを捨て去ることによってデータ・レートを低減して、A1 X A3 X A5 X....等のサンプル列を有するデータ・ストリームＢ２２６を生成する。ここで、データ・ストリームＢ２２６の中の及び本書で述べるその後の全てのデータ・ストリームの中の「Ｘ」は、捨て去ったデータ・サンプルを表す。次いで、データ・ストリームＢ２２６は加算器２２８によって縦列入力２３０と加算される。縦列入力２３０はオプションの遅延線路２３２を介して供給して、その後の装置で加算できるようにしてもよい。遅延線路２３２は或る特定のビームフォーマ・アーキテクチャでは必要とされないことがある。
【０００６】
この代わりに、エイリアシング防止フィルタ２２０の遮断レートを２０ＭＨｚ／ｎ（こここで、ｎ＝１，２，３，４....）として、１つのサンプルを保持する毎に（ｎ−１）個のサンプルを捨て去ることによって４０ＭＨｚ／ｎのデータ出力レートが得られるようにすることができる。ｎの値を大きくすると、データ・レートの低減が大きくなる。残念なことに、受信ビームフォーマ２００の最大使用可能周波数がｎ分の１に低減され、例えば、２０ＭＨｚから２０ＭＨｚ／ｎに低減される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、上述の問題及び以前に経験された他の問題に対処する、出力ストリームのデータ・サンプリング・レートの２分の１に制限されない最大周波数を持つデータを取得するためのシステム及び方法が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、超音波データを取得する方法を提供する。この方法は、関心領域からエコー信号を取得する段階と、エコー信号を解析して、第１の受信ビームに関連した第１のデータ・ストリームを生成する段階と、第１のデータ・ストリームについて、該データ・ストリームから少なくとも２つのデータ・サンプルを除去することによりデシメーションを行って、第１のデシメーション済みデータ・ストリームを形成する段階とを有する。
【０００９】
また本発明では、超音波システムを提供する。この超音波システムは、超音波信号を関心領域に送信する送信器と、送信された超音波信号からのエコー信号を受信する受信器と、エコー信号を処理して、相異なる第１及び第２の受信ビームに関連した第１及び第２のデータ・ストリームを同時に形成するビームフォーマとを有する。ビームフォーマは、第１及び第２のデータ・ストリームのうちの少なくとも一方から少なくとも２つの相次ぐデータ・サンプルを除去するデシメータを含んでおり、またデシメータの出力に基づいて情報を出力する出力が設けられている。
【００１０】
また本発明では、デシメーション・サブシステムを提供する。このデシメーション・サブシステムは、複数のデータ・サンプルを含む第１のデータ・ストリームを受け取る入力を含んでいる。デシメーション・サブシステムは更に、第１のデータ・ストリームを受け取って、該データ・ストリームから少なくとも２つの相次ぐデータ・サンプルを除去すると共に、少なくとも２つの相次ぐデータ・サンプルを通過させて、第１のデータ・ストリームのデシメーション済みサブセットを出力する第１のデシメータを含んでいる。
【００１１】
更に本発明では、超音波データを取得する別の方法を提供する。この方法は、関心領域からエコー信号を取得する段階と、エコー信号に基づいた第１及び第２の受信ビームに関連した第１及び第２のデータ・ストリームを生成する段階と、第１及び第２のデータ・ストリームをフィルタ処理して、部分的にオーバーラップする周波数帯域を持つ第１及び第２のフィルタ処理済みデータ集合を形成する段階とを有する。この方法はまた、第１及び第２のフィルタ処理済みデータ集合をデシメートして、第１及び第２のデシメーション済みデータ集合を形成する段階も含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に従って形成された超音波システム１００のブロック図である。超音波システム１００は、超音波パルス信号を身体の中へ送出するためにトランスデューサ１０６内の素子１０４の配列を駆動する送信器１０２を含んでいる。様々な幾何学的配置構成を使用することができる。超音波信号は血球や筋肉組織のような身体内の構造から後方散乱されて、素子１０４へ戻るエコーを生成する。これらのエコーは受信器１０８によって受信される。受信されたエコーはビームフォーマ１１０に通され、ビームフォーマ１１０はビーム形成を実行して、ＲＦ信号を出力する。次いで、ＲＦ信号はＲＦプロセッサ１１２に通される。この代わりに、ＲＦプロセッサ１１２に複素復調器（図示せず）を含ませて、この複素復調器によりＲＦ信号を復調して、エコー信号を表すＩＱデータ対を形成するようにしてもよい。次いで、ＲＦ又はＩＱ信号データは一時的記憶のためにＲＦ／ＩＱバッファ１１４に直接送ることができる。システム制御器１２０が超音波システム１００の構成部品の動作を制御する。
【００１３】
超音波システム１００はまた、取得した超音波情報（すなわち、ＲＦ信号データ又はＩＱデータ対）を処理して、表示システム１１８で表示するための超音波情報のフレームを調製する信号プロセッサ１１６も含んでいる。信号プロセッサ１１６は、取得した超音波情報について複数の選択可能なモダリティに従った１つ又は複数の処理動作を実行するように構成されている。取得した超音波情報は、走査時間中にエコー信号を受信するにつれて実時間で処理することができる。その上、又はその代わりに、超音波情報を走査時間中にＲＦ／ＩＱバッファ１１４に一時的に記憶して、ライブ又はオフライン動作で実時間未満で処理することもできる。
【００１４】
超音波システム１００は、人間の目のおおよその知覚速度である５０フレーム／秒を越えるフレーム・レートで超音波情報を連続的に取得することができる。取得した超音波情報は、取得したデータのフレーム・レートとは異ならせることのできるフレーム・レートで表示システム１１８に表示される。直ちに表示する予定になっていない、取得した超音波情報の処理済みフレームを記憶するために、画像バッファ１２２が設けられる。好ましくは、画像バッファ１２２は、少なくとも数秒に相当するフレーム数の超音波情報を記憶するのに充分な容量を持つものである。これらの超音波情報のフレームは、その取得順序又は取得時間に従って検索し易いように記憶される。画像バッファ１２２は任意の既知のデータ記憶媒体を含むものであってよい。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態に従って形成された超音波システムを示している。このシステムは、送信器１２及び受信器１４に接続されたトランスデューサ１０を含んでいる。トランスデューサ１０は超音波パルスを送信し、走査された超音波ボリューム１６の内部の構造からのエコーを受け取る。メモリ２０が、走査された超音波ボリューム１６から導き出した受信器１４からの超音波データを記憶する。ボリューム１６は様々な手法（例えば、３Ｄ走査、実時間３Ｄイメージング、ボリューム走査、位置決めセンサを持つ素子配列による２Ｄ走査、ボクセル補正手法を使用するフリーハンド走査、２Ｄ又はマトリクス配列トランスデューサなど）によって求められる。
【００１６】
トランスデューサ１０は関心領域（ＲＯＩ）を走査しながら、直線経路又は弓状経路などに沿って動かされる。各々の直線経路又は弓状経路上の位置において、トランスデューサ１０は走査平面１８を求める。これらの走査平面１８は一群又は一組の隣接する走査平面１８などから或る厚さにわたって収集される。これらの走査平面１８はメモリ２０に記憶され、次いでボリューム走査変換器４２に通される。実施形態によっては、トランスデューサ１０は走査平面１８の代わりに線（ライン）を求めることができ、メモリ２０はトランスデューサ１０は走査平面１８よりはむしろトランスデューサ１０によって得られたこれらの線を記憶することができる。ボリューム走査変換器４２は、走査平面１８から生成すべきスライスの厚さを定めるスライス厚さ設定値を、制御入力４０から受け取る。ボリューム走査変換器４２は複数の隣接する走査平面１８からデータ・スライスを生成する。各データ・スライスを形成するために求められる隣接する走査平面１８の数は、スライス厚さ制御入力４０によって選択された厚さに依存する。データ・スライスはスライス・メモリ４４に記憶されて、ボリューム・レンダリング・プロセッサ４６によってアクセスされる。ボリューム・レンダリング・プロセッサ４６はデータ・スライスについてボリューム・レンダリングを実行する。ボリューム・レンダリング・プロセッサ４６の出力はビデオ・プロセッサ５０及び表示装置６７に送られる。
【００１７】
各エコー信号サンプル（ボクセル）の位置は、幾何学的精度（すなわち、一ボクセルから次のボクセルまでの距離）と超音波応答（及び超音波応答からの導出値）によって定義される。適当な超音波応答には、グレースケール値、カラー・ドップラー値、及び血管又はパワー・ドップラー情報が含まれる。
【００１８】
図５は、本発明による１つのビームについての部分的ビームフォーマの中身を示している。ＡＳＩＣ２５０はプログラム可能なエイリアシング防止（ａ−ａ）フィルタ２５２を含んでいる。図４内の要素に対応する要素には同じ参照符号を付してある。それらの要素の機能は図４に関して説明したものと同様であり、従ってそれ以上の説明はしない。ａ−ａフィルタ２５２は通過帯域を有し、それは０〜１０ＭＨｚの「低域通過」すなわち低帯域２６０、５〜１５ＭＨｚの「帯域通過」すなわち中間帯域２６２、或いは１０〜２０ＭＨｚの「高域通過」すなわち高帯域２６４のいずれかである。ａ−ａフィルタ２５２はビームフォーマ１１０のために３つの個別の動作モードを提供し、その使用可能な周波数範囲は関連するａ−ａフィルタ２５２の選択された通過帯域に対応する。ａ−ａフィルタ２５２によって出力されるデータ・ストリームＡ２５６は、一列のA1 A2 A3 A4 A5....等を含む。
【００１９】
デシメータ２５４はａ−ａフィルタ２５２の異なるモードについて異なる作用を行う。低帯域２６０及び高帯域２６４モードでは、デシメータ２５４はデータ・ストリームＡ２５６の中の一つ置きのデータ・サンプルをデシメート（除去）して、一列のA1 X A3 X A5 X....等を含むデータ・ストリームＣ２５８を出力する。数学的には、データ・ストリームＣ２５８はサンプル・ストリーム［A1 A2 A3 A4 A5 A6.....］に数列［１０１０１０１０１０１０....］を乗算したものに対応する。その結果得られる波形のスペクトルは０Ｈｚと２０ＭＨｚを中心とした周波数成分を有するので、低帯域２６０及び高帯域２６４モードにおけるａ−ａフィルタ処理済み信号のスペクトルはデシメーション後にオーバーラップしない。当業者には、ａ−ａフィルタ処理済み信号（データ・ストリームＡ２５６）内の情報の全てが、高帯域２６４のフィルタ処理済み信号の場合でもデシメーション処理を通じて完全に保存されることが認められよう。図５は、関連するａ−ａフィルタ２５２モードについて適用可能なデータ・ストリームＣ２５８を示している。データ・ストリームＣ２６６が低帯域２６０モードに関連し、またデータ・ストリームＣ２７０が高帯域２６４モードに関連している。
【００２０】
ａ−ａフィルタ２５２が中間帯域２６２モードにあるとき、ａ−ａフィルタ２５２はA1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10....等のパターンを有するデータ・ストリームＡ２５６を出力する。デシメータ２５４はデータ・ストリームＡ２５６のうちの２つの相次ぐデータ・サンプルを通過させると共に、データ・ストリームＡ２５６のうちの２つの相次ぐデータ・サンプルをデシメートする。従って、デシメータ２５４は一列のA1 A2 X X A5 A6 X X A9 A10....等を含むデータ・ストリームＣ２５８を出力する。数学的には、データ・ストリームＣ２５８はサンプル・ストリーム［A1 A2 A3 A4 A5 A6.....］に数列［１１００１１００１１００１１００....］を乗算したものに対応する。その結果得られる波形のスペクトルは０Ｈｚと１０ＭＨｚのみを中心とした周波数成分を有するので、この場合でもａ−ａフィルタ処理済み信号のスペクトルはデシメーション後にオーバーラップしない。当業者には、ａ−ａフィルタ処理済み信号（データ・ストリームＡ２５６）内の情報の全てがデシメーション処理を通じて完全に保存されることが認められよう。図５は、関連する中間帯域２６２モードについてデータ・ストリームＣ２６８を示している。
【００２１】
前の説明から明らかなように、０乃至２０ＭＨｚの全周波数範囲が２０ＭＨｚのみの（実際の）データ・レートにより３つのオーバーラップする周波数帯域でカバーされる。図５は４０ＭＨｚのサンプリング周波数を例示しているが、４０ＭＨｚ以外のサンプリング周波数も使用することができることは勿論である。
【００２２】
デシメーションによるデータ・レートの低減は、相異なるデータ・ストリームの遅延又は位相に影響を及ぼさない。従って、デシメーション処理はビーム形成する処理のどの段階でも実行することができる。代替例として、ａ−ａフィルタ２５２及びデシメータ２５４を処理内の前方へ動かして、チャンネル毎のビームフォーマ２１２の一部分として複製することができる。
【００２３】
図６は、２つの部分的ビームフォーマからのデータ・ストリームを多重化して単一の４０ＭＨｚのデータ・ストリームを構成する方法を示している。各単一ビーム部分的ビームフォーマ２７０及び２７２は、８チャンネル又は１６チャンネルのような一組のチャンネル毎のビームフォーマ２１２〜２１６を有する。各単一ビーム部分的ビームフォーマ２７０及び２７２内のチャンネル毎のビームフォーマ２１２〜２１６の数はハードウエアによる具現化の際に決定される。従って、単一ビーム部分的ビームフォーマ２７０及び２７２は、図４に関して前に説明したようなチャンネルを介して信号を受け取る。しかしながら、単一ビーム部分的ビームフォーマ２７０及び２７２は同じ一組のチャンネルからの信号を受け取り、典型的には、空間的に異なっている受信ビームである。単一ビーム部分的ビームフォーマ２７０及び２７２はそれぞれにデータ・ストリームＡ２７６及びデータ・ストリームＢ２７８を出力する。データ・ストリームＡ２７６は一列のA1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10....等を含み、またデータ・ストリームＢ２７８は一列のB1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10.... 等を含む。
【００２４】
ａ−ａフィルタ２５２及びデシメータ２５４の機能は図５について前に説明したものと同じであり、図６にはａ−ａフィルタ／デシメータ２８２／２８４として示してある。モード選択線２８０により、システム制御器１２０からａ−ａフィルタ／デシメータ２８２／２８４へ、帯域通過モード、すなわち低帯域２６０、中間帯域２６２又は高帯域２６４の何れかを選択する入力が供給される。この入力は超音波システム１００に対して所与のビームについてどの帯域で動作すべきかを指示する。
【００２５】
低帯域２６０又は高帯域２６４の何れかが選択されたとき、データ・ストリームＣ２８６及びＤ２８８は次のパターン、すなわち、Ｃ＝A1 X A3 X A5 X A7 X A9....等、及びＤ＝B1 X B3 X B5 X B7 X B9....等を有する。データ・ストリームＣ２８６及びＤ２８８はＭＵＸ／ＦＩＦＯ２９０に入力される。ＭＵＸ／ＦＩＦＯ２９０は２つの入力を多重化して、A1 B1 A3 B3 A5 B5 A7 B7 A9 B9...等のパターンを有するデータ・ストリームＥ２９２を出力する。
【００２６】
中間帯域２６２モードが選択された場合、データ・ストリームＣ２８６及びＤ２８８は次の列、すなわち、Ｃ＝A1 A2 X X A5 A6 X X A9 A10....等、及びＤ＝B1 B2 X X B5 B6 X X B9 B10....等を含む。データ・ストリームＣ２８６及びＤ２８８はＭＵＸ／ＦＩＦＯ２９０に入力され、ＭＵＸ／ＦＩＦＯ２９０は２つの入力を多重化して、Ｅ＝A1 A2 B1 B2 A5 A6 B5 B6 A9 A10....等の列を有するデータ・ストリームＥ２９２を出力する。中間帯域２６２モードの場合のデータ・ストリームＡ２７６、Ｂ２７８、Ｃ２８６、Ｄ２８８及びＥ２９２が図６に明確に示されている。等価な機能を行う他の形態の多重化もまた存在すること、例えば、データ・ストリームＥ２９２をＥ＝A1 B1 A2 B2 A5 B5 A6 B6 A9 A10....等とすることができることは勿論である。
【００２７】
データ・ストリームＥ２９２は加算器２２８に送られ、加算器２２８はデータ・ストリームＥ２９２を縦列入力２３０と加算する。前に述べたように、遅延線路２３２はオプションである。典型的には、単一のＡＳＩＣ２７４は、単一ビーム部分的ビームフォーマ２７０〜２７２、ａ−ａフィルタ／デシメータ２８２〜２８４及びＭＵＸ／ＦＩＦＯ２９０のうちの１つ又は複数の機能を実行するために使用することができる。完全なマルチビーム・ビームフォーマ・トポロジイは、単一のデータ・ストリームを使用して部分的ビームフォーマ２７０〜２７２すなわちＡＳＩＣ２７４を接続する図３に示したのと同じやり方で、単一の４０ＭＨｚデータ・ストリームにより相互接続された、縦列の複数の部分的ビームフォーマ２７０〜２７２、すなわちＡＳＩＣ２７４を有する。従って、各々２０ＭＨｚのデータ・レートを持つ２つ（Ｎ個）の単一ビーム部分的ビームフォーマ２７０〜２７２すなわちＡＳＩＣ２７４を多重化することにより４０ＭＨｚの出力データ・ストリームを形成することができるので、部分的ビームフォーマ２７０〜２７２、すなわちＡＳＩＣ２７４相互の間の相互接続データ・レートを２分の１に低減することは、ビームフォーマ１１０の動作周波数範囲を損なうことなく達成することができる。
【００２８】
図７は、図５及び６のシステムと接続して使用することのできる複素復調器３００を示している。複素復調器３００はＲＦプロセッサ１１２内に設けることができる。データ・ストリームＣ２５８（図５）又はデータ・ストリームＥ２９２（図６）のような、縦列構成の最後の部分的ビームフォーマからのビーム和出力データ・ストリーム３０８が、乗算器３０４に入力される。
【００２９】
低帯域２６０又は高帯域２６４の場合、データ復調は以下のようにして行うことができる。入力のデータ・ストリーム３０８は低帯域２６０又は高帯域２６４のデータの何れかとすることができ、データ・ストリームＣ２８６及びＤ２８８（図６）からのデータ・サンプルを含んでいる。ＲＡＭテーブル３０２が複素時間依存復調波形を乗算器３０４に供給する。例えば、この波形は
Ｍ＝exp（−ｊ＊２＊π＊ｆ＊ｋ／ｆｓ／２），    k=0,1,2....
で表すことができ、ここで、簡単にするために、復調周波数ｆは一定であり、且つ復調振幅は１であると仮定している。サンプリング周波数ｆｓ＝４０ＭＨｚであり、ｋは実行時間指数である。従って、デシメーション済みデータ・ストリームＣ２８６についての所望の復調データ・ストリームがＭc1 Ｍc2 Ｍc3 Ｍc4 であり、且つデータ・ストリームＤ２８８についての所望の復調データ・ストリームがＭd1 Ｍd2 Ｍd3 Ｍd4 であると仮定する。乗算器３０４は、ＲＡＭテーブル３０２から入力されたＭにデータ・ストリームＣ２８６及びＤ２８８をインターリーブ（間挿）して、データ・ストリームＦ３１４を出力する。ここで、Ｆ＝Ｍc1 Ｍd1 Ｍc2 Ｍd2 Ｍc3 Ｍd3 Ｍc4 Ｍd4....等である。
【００３０】
データ・ストリームＦ３１４は、典型的には実係数を持つＦＩＲフィルタ３０６によってフィルタ処理される。簡単にするために、ＦＩＲフィルタ３０６の所望のインパルス応答が、h1 h2 h3 h4....,h(N)のように両方のデータ・ストリームについて同じであると仮定する。従って、この場合の復調器の所望の動作はｃ＝ｈ conv（Ｃ＊Ｍｃ） 及びｄ＝ｈ conv（Ｃ＊Ｍd）である。ここで、「conv」は「重畳積分する」ことを意味する。ゼロをインターリーブした所望のインパルス応答、Ｈ＝｛h1 0 h2 0 h3 0 .... h(N)｝としてＦＩＲフィルタ３０６の係数を選択することによって、出力復調データ・ストリームＧ３１０が所望通りにＧ＝c1 d1 c2 d2 c2 d3 c3 d3...等になることが当業者には理解されよう。
【００３１】
以下の説明は、ビーム和入力データ・ストリーム３０８がデータ・ストリームＣ２６８（図５）のような中間帯域２６２データである場合に当てはまる。数学的に云えば、復調は、入力データ・ストリーム３０８がＣｚ＝A1 A2 0 0 A5 A6 0 0 A9 A10 0 0....等によって表され得るように、中間帯域２６２のサンプル対の間に２つのゼロを挿入することによって行うことができる。ＲＡＭテーブル３０２は複素時間依存信号、例えば、
Ｍｚ＝exp（−ｊ＊２＊π＊ｆ＊ｋ／ｆｓ），    k=0,1,2....
を乗算器に供給する。ここで、簡単にするために、復調周波数ｆは一定であり、且つ復調振幅は１であると仮定している。復調波形Ｍｚはｆｓ＝４０ＭＨｚのような最初のサンプリング周波数でサンプリングされている。乗算器３０４によって出力されるデータ・ストリームＦ３１４は、次いで所望の係数｛ｈ（ｋ）｝を持つＦＩＲフィルタ３０６によってフィルタ処理される。ここで、ｋ＝１，２，３，....Ｎである。フィルタの出力は、一つ置きのサンプルを捨て去ることによって２分の１にデシメートされて、２０ＭＨｚの入力データ・レートと同じであるデータ出力レートを生じる。２０ＭＨｚの出力復調データ・ストリームＧ３１０はＧ＝g1 g2 g3 g4 g5....になる。
【００３２】
上記の例で注目され得る点は、列Ｍｚ＊Ｃｚ（すなわち、データ・ストリームＦ３１４）のサンプルの半分が、出力和に寄与しないゼロであることである。更に、入力データ・ストリーム３０８の帯域幅が１０ＭＨｚに制限されているので、複素データ出力のサンプリング・レートは情報の損失なしに１０ＭＨｚに低減できる。
【００３３】
従って、ＦＩＲフィルタ３０６／乗算器３０４におけるデータ・レートの半分のみを必要とする代替の復調列は、ビーム和入力データ・ストリーム３０８が中間帯域２６２のデータであるときでさえ達成することができる。入力データ・ストリーム３０８はＣｚ＝A1 A2 A5 A6 A9 A10....等によって表すことができる。入力データ・ストリーム３０８は２０ＭＨｚのレートで入力される。乗算器３０４は入力データ・ストリーム３０８と、Ｃｚの非ゼロ・サンプルに対応するＲＡＭテーブル３０２からのＭｚのサンプル、すなわちｋ＝１，２，５，６，９，１０，....等として｛Ｍｚ（ｋ）｝とをインターリーブする。
【００３４】
ＦＩＲフィルタ３０６は、奇数及び偶数番号の時間指数について異なっている係数の組によりデータ・ストリームＦ３１４をフィルタ処理する。簡単にするために、ｍを整数としてＮ＝４＊ｍ−２と仮定すると、奇数サンプル係数は｛ho｝＝｛h1 h2 h5 h6 h9 h10....h(N-1) h(N) ｝であり、偶数サンプル係数は｛he｝＝｛0 h3 h4 h7 h8 h11 ....h(N-2) 0｝である。従って、ＦＩＲフィルタ３０６の係数は一つ置きのサンプルについて｛ho｝と｛he｝との間で切り替わる。出力は前の例と同様にＧ＝g1 g2 g3 g4 g5....になる。もし出力レートが１０ＭＨｚに制限されている場合、時間依存係数を使用する複雑さを避けることができる。そこで｛ho｝の様な唯一つの係数の組を使用し、且つＦＩＲフィルタ３０６からの奇数番号の出力データのみを使用することが可能である。偶数サンプルはデシメータ３１２によって捨て去る必要があり、これにより出力はＧ＝g1 X g3 X g5 X....になる。
【００３５】
次の例は、前に述べたようにデータを２つずつインターリーブしたデータ・ストリームＥ２９２（図６）のような多重化した中間帯域２６２のデータを復調することを示す。簡単にするために、データ・ストリームＣ２８６についての所望の復調波形がＭc1 Ｍc2 Ｍc3 Ｍc4...等であり、且つデータ・ストリームＤ２８８についての所望の復調波形がＭd1 Ｍd2 Ｍd3 Ｍd4...等であると仮定する。更に、ＦＩＲフィルタ３０６の所望のインパルス応答｛h1 h2 h3 h4....,h(N)｝が両方のデータ・ストリームＣ２８６及びＤ２８８について同じであると仮定する。言い換えると、所望の動作はｃ＝ｈ conv（Ｃ＊Ｍｃ） 及びｄ＝ｈ conv（Ｃ＊Ｍd）である。ここで、「conv」は「重畳積分する」ことを意味する。
【００３６】
複素復調は、各々一度に２つずつのサンプルを取ってデータ・ストリームＣ２８６及びＤ２８８をインターリーブしたＭを作り、すなわちＭ＝Ｍc1 Ｍc2 Ｍd1 Ｍd2 Ｍc3 Ｍc4 Ｍd3 Ｍd4...等を作り、所望のインパルス応答にゼロをインターリーブしたものとしてＦＩＲフィルタ３０６の係数を選択することによって得られる。１０ＭＨｚの出力レート（出力について２分の１のデシメーション）を仮定すると、唯一組の係数が必要となる。これらの係数はＨｏ＝｛ho(1) ho(2) 0 0 ho(3) ho(4) 0 0 ho(5) ho(6) 0 0 ....ho(N-1) ho(N) ｝になる。ＦＩＲフィルタ３０６から出力された復調データ・ストリームＧ３１０は｛x c1 x d1 x c3 x d3 x c5 x d5 x c7 x d7 ....｝である。明確にするために、ｘは、データ・サンプルをデシメータ３１２によって捨て去ったことを表し、また出力データは｛c1 c3 c5 ....｝及び｛d1 d3 d5 ....｝であり、Ｇ＝c1 d1 c3 d3 c5 d5 c7 d7 ....等である。
【００３７】
データ・ストリームＣ２５８（図５）及びＥ２９２（図６）は図７に示されている複素復調器のような共通の複素復調器に送ることができることに留意されたい。従って、一つ置きのデータ・サンプルを除去したデータ・ストリームについて、またビームフォーマ１１０内のどのハードウエアを修正することなくソフトウエアによりＦＩＲフィルタ３０６の係数を変更することによって２つ以上の相次ぐデータ・サンプルを除去したデータ・ストリームについて、同じＦＩＲフィルタ３０６を使用することができる。
【００３８】
このように、図５及び６に示されているようなデシメーション及び多重化システムを使用することによって、すなわち、少なくとも２つの相次ぐデータ・サンプルをデシメートすることによって、追加の帯域幅（５〜１５ＭＨｚの中間帯域２６２）又はデシメーション後のデータ・サンプリング・レートの４分の１〜４分の３のデータ・サンプリング・レートを達成することができる。従って、デシメーション・モードにおいてビームフォーマの最大使用可能な周波数範囲は、例えば２０ＭＨｚにデータ・レートを維持しながら、拡大することができる。オーバーラップする周波数帯域を得ることができるので、１０ＭＨｚに近い中心周波数を持つトランスデューサ１０の画像性能が改善される。前に述べたように、他の中心周波数を持つトランスデューサ１０を使用して、画像性能を改善することもできる。
【００３９】
本発明を様々な特定の実施形態について説明したが、当業者には、本発明が特許請求の範囲内で変更して実施できることが認められよう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に従って形成された超音波システムのブロック図を例示する。
【図２】本発明の一実施形態に従って形成された超音波システムを例示する。
【図３】受信ビームフォーマの典型的な構成を例示する。
【図４】図３の部分的ビームフォーマＡＳＩＣの中身を例示する。
【図５】一実施形態によるプログラム可能なエイリアシング防止（ａ−ａ）フィルタを含んでいる部分的ビームフォーマＡＳＩＣの中身を例示する。
【図６】一実施形態に従って２つのデータ・ストリームを多重化して単一のデータ・ストリームを生成する段階を例示する。
【図７】一実施形態に従って図４及び５のシステムに接続して使用することのできる複素復調器を例示する。
【符号の説明】
【００４１】
１０  トランスデューサ
１６  走査される超音波ボリューム
１８  走査平面
１００  超音波システム
１０４  素子
１０６  トランスデューサ
１１４  ＲＦ／ＩＱバッファ
１２２  画像バッファ
２００  受信ビームフォーマ
２０２、２０４，２０６  ビームフォーマＡＳＩＣ
２０８  部分的ビーム和
２１０  最終的なビーム和
２１２、２１４、２１６  チャンネル毎のビームフォーマ
２１８  ビーム加算器
２２０  低域通過エイリアシング防止フィルタ
２２２  デシメータ
２２４  データ・ストリームＡ
２２６  データ・ストリームＢ
２２８  加算器
２３０  縦列入力
２３２  遅延線路
２５０  ＡＳＩＣ
２５２  プログラム可能なエイリアシング防止フィルタ
２５４  デシメータ
２５６  データ・ストリームＡ
２５８  データ・ストリームＣ
２７０  単一ビーム部分的ビームフォーマ
２７２  単一ビーム部分的ビームフォーマ
２７６  データ・ストリームＡ
２７８  データ・ストリームＢ
２８０  モード選択線
２８２  ａ−ａフィルタ／デシメータ
２８４  ａ−ａフィルタ／デシメータ
２８６  データ・ストリームＣ
２８８  データ・ストリームＤ
２９０  ＭＵＸ／ＦＩＦＯ
２９２  データ・ストリームＥ
３００  複素復調器
３０２  ＲＡＭテーブル
３０４  乗算器
３０６  ＦＩＲフィルタ
３０８  ビーム和出力データ・ストリーム
３１０  データ・ストリームＧ
３１２  デシメータ
３１４  データ・ストリームＦ
【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７】
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【外国語明細書】
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