(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間的に合成される超音波画像を形成する超音波診断撮像システムであって、
アレイ振動子と、
上記アレイ振動子に結合され、電子ステアリングビームを形成するよう上記アレイ振動子を駆動させるトランスミッタと、
上記アレイ振動子に結合され、上記電子ステアリングビームに応じてコヒーレントエコー信号を形成するビームフォーマと、
上記ビームフォーマに結合され、補間を用いて複数の観測方向のエコーを空間的にレジスタし、空間的に合成された画像信号を形成するよう上記空間的にレジスタされたエコーを合成する信号プロセッサと、
上記合成された画像信号に応じて、空間的に合成された画像を表示する表示装置とを含み、
上記アレイ振動子は湾曲アレイ振動子であり、
上記トランスミッタは、上記湾曲アレイ振動子に結合され、複数の観測方向から画像フィールド内の点に呼び掛けするため、上記湾曲アレイ振動子の中心素子の面に対する垂線に対し異なる入射角をそれぞれ有する電子ステアリングビームを形成するよう上記湾曲アレイ振動子を駆動させることを特徴とするシステム。
【請求項２】
上記湾曲アレイ振動子は、第１の観測方向の第１のビーム群、第２の観測方向の第２のビーム群、及び、第３の観測方向の第３のビーム群を発信する請求項１記載の超音波診断撮像システム。
【請求項３】
各群の上記ビームは略平行である請求項２記載の超音波診断撮像システム。
【請求項４】
各群の上記ビームは、上記湾曲アレイ振動子の上記中心素子の面に対する垂線に対し、所定のステアリング角を示す請求項２記載の超音波診断撮像システム。
【請求項５】
上記第１のビーム群は、上記湾曲アレイ振動子の上記中心素子の面に対する垂線に対し角度θ１でステアされ、上記第２のビーム群は、上記湾曲アレイ振動子の上記中心素子の面に対する上記垂線に対し角度θ２でステアされ、上記第３のビーム群は、上記湾曲アレイ振動子の上記中心素子の面に対する上記垂線に対し角度θ３でステアされる請求項３記載の超音波診断撮像システム。
【請求項６】
上記角度θ２は、−θ１と等しい請求項５記載の超音波診断撮像システム。
【請求項７】
上記角度θ３は、ゼロ度である請求項６記載の超音波診断撮像システム。
【請求項８】
上記ビームフォーマは、係数値を使用して走査線の上記コヒーレントエコー信号を形成し、
上記係数値の組と同一の係数値の組を使用して、１つより多くの走査線の上記コヒーレントエコー信号を形成する請求項７記載の超音波診断撮像システム。
【請求項９】
上記第１のビーム群はそれぞれ、上記湾曲アレイ振動子の上記中心素子の面に対する垂線に対し角度θ１でステアされ、上記第２のビーム群は、上記湾曲アレイ振動子の上記中心素子の面に対する上記垂線に対し角度θ２でステアされ、上記第３のビーム群は、上記湾曲アレイ振動子の上記中心素子の面に対する上記垂線に対し角度θ３でステアされる請求項４記載の超音波診断撮像システム。
【請求項１０】
上記ビームフォーマは、係数値を使用して走査線の上記コヒーレントエコー信号を形成し、
同一の大きさの係数値の組を使用して、ビーム群に応じて形成される走査線群の各走査線の上記コヒーレントエコー信号を形成する請求項２記載の超音波診断撮像システム。
【請求項１１】
群の各ビームは、上記湾曲アレイ振動子の上記面に対し略同一の入射角を示す請求項２記載の超音波診断撮像システム。
【請求項１２】
各群の上記ビームは、均一な角度間隔で配置される請求項２記載の超音波診断撮像システム。
【請求項１３】
上記ビームフォーマは、走査線に沿って上記湾曲アレイ振動子の開口によってエコー信号を形成し、
上記走査線上の点に呼び掛けするよう使用される上記開口の中心は、呼び掛けされる点と上記湾曲アレイ振動子との間の距離の関数として線形に離れる請求項１記載の超音波診断撮像システム。
【請求項１４】
上記開口は、深度の関数としてその寸法が増加する請求項１３記載の超音波診断撮像システム。
【請求項１５】
上記信号プロセッサは係数を使用して複数の観測方向のエコーを空間的にレジスタし、
上記係数は、呼び掛けされる点と上記湾曲アレイ振動子との間の距離に依存し、走査線に依存しない請求項１記載の超音波診断撮像システム。
【請求項１６】
空間的に合成される超音波画像を形成する超音波撮像方法であって、
湾曲アレイ振動子からステアされるビームによって、複数の観測方向から画像フィールドにおける点に呼び掛けし、上記ビームは、上記湾曲アレイ振動子の曲率と電子ビームステアリングとの組合せによってステアされることにより、上記湾曲アレイ振動子の中心素子の面に対する垂線に対し異なる入射角をそれぞれのビームが有する段階と、
複数の観測方向における上記点から受信されるエコーからビームフォーミングする段階と、
補間を用いて複数の観測方向のエコーを空間的にレジスタし、空間的に合成される画像信号を形成するよう上記空間的にレジスタされたエコーを合成する段階と、
上記空間的に合成された画像信号に応じて、空間的に合成された画像を表示する段階とを含む方法。
【請求項１７】
超音波診断撮像システムに対して、
湾曲アレイ振動子からステアされるビームによって、複数の観測方向から画像フィールドにおける点に呼び掛けし、上記ビームは、上記湾曲アレイ振動子の曲率と電子ビームステアリングとの組合せによってステアされることにより、上記湾曲アレイ振動子の中心素子の面に対する垂線に対し異なる入射角をそれぞれのビームが有する段階と、
複数の観測方向における上記点から受信されるエコーからビームフォーミングする段階と、
補間を用いて複数の観測方向のエコーを空間的にレジスタし、空間的に合成される画像信号を形成するよう上記空間的にレジスタされたエコーを合成する段階と、
上記空間的に合成された画像信号に応じて、空間的に合成された画像を表示する段階とを実行させるための命令の組を含むコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】  本発明は、超音波診断撮像システムに係り、より詳細には、ドプラ信号情報の空間的に合成された画像を形成する超音波診断撮像システムに関する。
【０００２】  米国特許出願番号０９／３３５，０５８に、超音波診断画像のリアルタイム空間合成を行う装置及び方法が説明される。空間合成とは、多数の視点又は角度から得られる所与のターゲットの多数の超音波画像が単一の合成画像に組み合わされる撮像技術であり、これは、各角度から得られるデータを合成画像の各点において組合せることによって（例えば、線形又は非線形的に平均化するか又はフィルタリングすることによって）得られる。合成された画像は一般的に、単一の視点からの従来の超音波画像より低いスペックル、及び、良好な鏡面反射体の描写を示す。
【０００３】  構成された実施において、超音波振動子は、多数の異なる視点からターゲットを走査する。例えば、フェースドアレイ振動子によって幾つかのセクタ画像が連続的に捕捉されることが可能であり、各セクタ画像の頂点は、フェーズドアレイに沿って異なる点に置かれる。第２の例として、ステアドリニアアレイを使用し、ターゲットを一連のビーム群で撮像することが可能である。各群は、アレイの軸に対し異なる角度に向けられる（ステアされる）。どちらの場合においても、受信された画像は、ビームフォーミング及び検波による通常の方法で処理され、メモリに格納される。合成画像を形成するために、画像は空間的に整列され（例えば、共通のビームステアリング基準によって既に整列されていない場合は）、これは、画像データを空間的に相関させることによって行われる。画像内の共通の空間位置は、次に平均化又は加算によって合成され、結果として得られる合成画像が表示される。
【０００４】  空間合成によって得られる画質の改善は、異なる観測方向からのエコーの数の関数であり、エコーは、画像フィールドにおける様々な点において合成される。上述した特許出願では、有限寸法の走査ヘッドアレイは、最大空間合成が生じる画像領域を形成することを説明し、この画像領域は、上述した出願には、最良画質領域（ＲＭＩＱ）と称している。ＲＭＩＱは、観測方向の数と、異なる観測方向によって横断される角度範囲の関数である。できるだけ広いＲＭＩＱが得られ、且つ、そのＲＭＩＱが画像フィールドのほとんどの部分をカバーすることが好適である。
【０００５】  本発明の原理によると、空間合成は、湾曲アレイ走査ヘッドを使用して行われる。１つの実施例では、異なる観測方向のビームは、平行な群としてステアされ、それにより、画像走査変換が容易にされる。別の実施例では、異なる観測方向のビームは、アレイの湾曲を利用して半径方向にステアされ、それにより、ビームフォーミング及び画像走査変換が容易にされ、サンプリングの均一性が改善され、ＲＭＩＱの寸法が改善され、信号対雑音比が改善される。
【０００６】  図１を最初に参照するに、本発明の原理に従って構成される超音波診断撮像システムを示す。湾曲アレイ状の振動子１０を含む走査ヘッド１２は、画像フィールド全体に亘って、点線の矩形及び平行四辺形によって示される異なる角度で、ビームを発信する。図面には、３つの走査線群が示され、Ａ、Ｂ、及びＣとラベル付けされ、各群は、画像フィールドに対し異なる角度にステアされる。各群において、各ビームは、ビーム中心がそこから延在するアレイ面上の起点の接線に対し異なる入射角を示す。これらの角度は、群の１つの端からもう１つの端まで（見る人の基準点に応じて）次第に増加するか又は減少する。ビームの発信は、トランスミッタ４によって制御され、トランスミッタは、アレイ振動子の各素子の位相調整及び作動時間を制御し、それにより、各ビームをアレイ上の所定の起点から、且つ、所定の角度で発信させる。各走査線に沿って戻ってくるエコーは、そのビームに対する開口アレイのアクティブ素子によって受信され、アナログデジタル変換によってデジタルにされ、デジタルビームフォーマ１６に接続される。一般的に各ビームのアクティブ開口は、エコーがより深い深度から受信され、及び／又は、ゾーンフォーカシングによってより深い深度に送信されると動的に広がる。デジタルビームフォーマは、アレイ素子からのエコーを遅延し且つ合わせ、各走査線に沿っての一連の焦点が合わされた、コヒーレントなデジタルエコーサンプルを形成する。トランスミッタ１４及びビームフォーマ１６は、システム制御器１８の制御下で動作される。システム制御器１８は、超音波システムのユーザによって動作されるユーザインタフェース２０への制御の設定に応じる。システム制御器はトランスミッタを制御し、所望の角度、所望の発信エネルギー、及び、所望の周波数で、所望の数の走査線群を発信させる。システム制御器は更にデジタルビームフォーマを制御し、使用される開口及び画像深度に対し受信したエコー信号を適当に遅延させ、且つ、組合わせさせる。
【０００７】  走査線エコー信号は、プログラマブルデジタルフィルタ２２によってフィルタが施され、フィルタは、関心の周波数帯域を画成する。ハーモニック造影剤を撮像する際又はティッシュハーモニック撮像を行う際に、フィルタ２２の通過帯域は、送信帯域の高調波を通過するよう設定される。フィルタが施された信号は、検波器２４によって検波される。好適な実施例では、フィルタと検波器は、複数のフィルタと検波器を含み、それにより、受信信号は、多数の通過帯域に分割され、個々に検波且つ組合わされて、周波数合成によって画像スペックルが減少する。Ｂモード撮像では、検波器２４は、エコー信号包絡線の振幅検波を行う。ドプラ撮像では、全部のエコーは、画像中の各点に対しアセンブルされ、ドプラシフト又はドプラパワー強度を推定するべくドプラ処理される。
【０００８】  本発明の原理によると、デジタルエコー信号は、プロセッサ３０内において空間合成によって処理される。デジタルエコー信号は、最初にプリプロセッサ３２によって前処理される。プリプロセッサ３２は、所望される場合は、重み付け係数によって信号サンプルに前もって重み付けすることが可能である。サンプルは、特定の合成画像を形成するのに使用されるコンポーネントフレームの個数の関数である重み付け係数によって前もって重み付けされることが可能である。プリプロセッサは、１つの重なる画像の端にあるエッジラインに重み付けすることも可能であり、それにより、合成されるサンプル又は画像の個数が変わる移り変わりを滑らかにする。前処理された信号サンプルは、次にリサンプラ３４においてリサンプリングされてもよい。リサンプラ３４は、１つのコンポーネントフレームの推定値を他のコンポーネントフレームの推定値、又は、表示空間の画素とレジストレーションされるよう空間的に再整列することが可能である。
【０００９】  リサンプリングした後、画像フレームは、コンバイナ３６によって合成される。組合せには、加算、加算平均、ピーク検波、又は、他の組合せ手段が含まれてよい。組み合わされるサンプルも、この処理のこの組合せの段階の前に重み付けされてよい。最後に、ポストプロセッサ３８によって後処理が行われる。ポストプロセッサは、組み合わされた値を表示範囲値に正規化する。後処理は、ルックアップテーブルによって最も容易に実行されることが可能であり、同時に圧縮、及び、合成値の範囲を、合成画像の表示に好適である値の範囲にマッピングすることが可能である。
【００１０】  合成処理は、推定データ空間又は表示画素空間において行われ得る。好適な実施例では、走査変換は、走査変換器４０によって合成処理の後に行われる。合成画像は、推定値又は表示画素形式のいずれかでシネループメモリ４２内に格納される。推定値形式で格納されると、画像は、表示のためにシネループメモリから再生されるときに走査変換され得る。走査変換器とシネループメモリは、米国特許第５，４８５，８４２号及び第５，８６０，９２４号に説明されるように空間的に合成される画像の３次元表現か、又は、連続的に捕捉され、横の寸法において部分的に重なる画像を重ねることによる長くされた視野のディスプレイを可能にする。走査変換の後に、空間的に合成された画像は、ビデオプロセッサ４４によって表示されるよう処理され、画像ディスプレイ５０上に表示される。
【００１１】  図２は、図１の空間合成プロセッサ３０の好適な実施を説明する。プロセッサ３０は、１つ以上のデジタル信号プロセッサ６０によって実施されることが好適であり、信号プロセッサは、画像データを様々な方法で処理する。デジタル信号プロセッサ６０は、受信した画像データに重み付けし、例えば、フレーム毎に空間的に画素を整列させるよう画像データをリサンプリングすることが可能である。デジタル信号プロセッサ６０は、処理された画像フレームを複数のフレームメモリ６２に案内し、フレームメモリ６２は個々の画像フレームをバッファリングする。フレームメモリ６２によって記憶可能である画像フレームの個数は、例えば、１６フレームといった合成されるべき画像フレームの最大数に少なくとも等しいことが好適である。上記参照された米国特許出願に説明されるように、デジタル信号プロセッサは、画像表示深度、走査線の数又は走査線密度、発信焦点領域、各パルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）の不感時間の長さ、画像線あたりの発信回数、最も合成される領域の深度、臨床への適用、同時モードの個数、関心領域の寸法、動作モード、及び、所与の時点において合成するためのコンポーネントフレームの個数を決定する捕捉レートを含むシステム制御パラメータの変更に応じる。デジタル信号プロセッサは、フレームメモリ６２内に格納されるコンポーネントフレームを選択し、アキュムレータメモリ６４内で合成画像として組合わせる。アキュムレータメモリ６４内で形成される合成画像は、正規化回路６６によって重み付けされるか又はマッピングされ、その後、所望される表示ビット数に圧縮され、更に、所望される場合には、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）６８によってリマッピングされる。完全に処理された合成画像は、次にフォーマッティング及び表示のために走査変換器に送信される。
【００１２】  デジタル信号プロセッサ６０は、画質を改善するが、その一方で、許容範囲のリアルタイム合成画像フレームレートを依然として供給するよう合成されるべきフレームの数を決定する。コンポーネントフレームの数を増やすことによって、合成画像の画質が比例して又は無限に増加するわけではない。従って、空間合成走査において画質を改善するべく有用に使用可能であるフレームの実際的な最大数があり、各フレームはそれぞれが最小角でステアされる。この数は、振動子設計及びアクティブ開口径によって大きく異なることが可能であるが、大きい受入れ角及び小さいアクティブ開口を有するアレイに対し、各合成画像につき最大で１６のコンポーネントフレームが可能である。フレームの最大有用数は、また、関心の組織内におけるスペックルと異方性散乱の混合、従って、臨床への適用にも依存する。
【００１３】  図３は、本発明の原理による湾曲アレイ振動子の第１の合成走査形式を示す。湾曲アレイ振動子は、図解を簡単にするために１Ｄアレイとして示すが、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイ、又は２Ｄアレイであってもよい。湾曲アレイ振動子１０は、左端の素子１０１から右端の素子１０ｎまでの弧状に延在するｎ個の素子から構成される。弧は、所望される適用に応じて、きつく湾曲されても、緩く湾曲われていてもよい。この実施例では、湾曲アレイは、３つの観測方向にビーム群を発信し且つ受信する。ビームＡ１乃至ＡＮから構成されるビーム群は、アレイ面の中心に対し垂直な線に対し＋θの角度で方向付けられる。ビームＢ１乃至ＢＮから構成されるビーム群は、上記と同一の線に対し−θの角度で方向付けられる。ビームＣ１乃至ＣＮから構成されるビーム群は、上記と同一の線に対し０°の角度で方向付けられる。各群のビームＮの数は同一であるか又は群によって異なってもよく、アレイ素子ｎの個数より多いか、等しいか、又は少なくてもよい。各群のビームは平行であり、各ビームの、アレイ面上のビーム起点との入射角が漸次変わるので、各群の最も内側のビーム（群ＢのＢ１、群ＡのＡＮ、及び、群ＣのＣ（Ｎ／２））から進むにつれて離隔距離が増加する。従って、発信及び受信ビームフォーミングに使用される時間遅延及び重み付け係数は、各群に亘って走査線毎に漸次変わる。この実施例では、ビームフォーミングが容易となり、なぜなら、走査形式の左右対称性によって、係数及び重み付けを、複数の走査線に対し再利用することが可能となるからである。ビームＡＮとＢ１は、同一のビームフォーミング重み付け及び係数を使用してよいが、逆の順序で使用されなければならない。というのは、ビームＡＮとＢ１の開口は互いの鏡像だからである。同様に、ビームＣ１とＣｎも鏡像であり、同一の係数及び重み付けを使用することが可能である。構成された実施例では、鏡像関係とは、同一の大きさの値を異なる走査線に対し使用してもよいが、異なる符号で使用することを意味する。この左右対称性による利点は、群Ａ及びＢのそれぞれ全体において互いにあり、また、群Ｃの２つの半分に対しある。
【００１４】    図３の合成走査形式では、画像フィールドの中心に略三角形の領域７０の、３つの観測方向全てに走査されるＲＭＩＱを有する。この領域は、左端において走査線Ｂ１によって、右端において走査線ＡＮによって、上部において湾曲アレイ１０によって境界付けられる。従って、この三角形の領域は、空間合成の最大の効果を示す。
【００１５】  図４は、本発明の原理による第２の合成走査形式を示す。この実施例では、アレイ面の起点に共通する向きを有する観測方向を使用する。図４のビームは、３つの群にまとめられる。即ち、中間ビームＡｉ、Ａｊ、及びＡｋを含むＡ１乃至ＡＮの群、中間ビームＢｉ、Ｂｊ、及びＢｋを含むＢ１乃至ＢＮの群、及び、Ｃ１乃至ＣＮの群である。Ａ１乃至ＡＮの群の各走査線は、アレイ面の走査線の起点に対し同一の入射角を有する。図示される実施例では、入射角は、アレイ面に対し垂直な線に対し約＋３０°であるよう示される。Ｂ１乃至ＢＮの群の各走査線は、同一の基準線に対し−３０°の入射角であり、Ｃ１乃至ＣＮの群の各走査線は、同一の基準線に対し０°の入射角である。
【００１６】  この第２の合成走査形式は、多数の利点を提供する。１つの利点は、所与の群の各ビームに対し同一のビームフォーミング時間遅延及び重み付け係数を使用することが可能であることであり、これは、有限アレイの端のエッジ効果のための通常の許容差が与えられ、ビーム開口は、異なるビームに対しアレイを平行移動されるからである。群Ａの各ビームは、発信と受信の際に、例えば、＋３０°の角度にステアされる。群の左右対称性によって、エッジ効果があるとしても、ビームＡ１に使用される係数及び重み付けは、反映され、例えば、ビームＢＮに使用することが可能となるというような利点が与えられる。
【００１７】  もう１つの利点は、この走査形式によってより広い視野が実現されることである。これは、図３と図４の走査画像フィールドを比較すれば明らかである。
【００１８】  もう１つの利点は、改善された信号対雑音パフォーマンス、又は、言い換えると、図３の実施例と比較するとより大きな有用開口であることである。図４の実施例における最も鋭い入射角は、最も鋭い観測方向角度であり、ここでは３０°である。図３の実施例では、これらの角度は湾曲アレイの弧によってより鋭くされ、このことは図５ａに示される。図５ａは、図３のアレイの端におけるアレイ素子１０１から３つのビーム又は走査線が放出している様子を示す。３つのビームは、群Ａ、Ｂ、及びＣの他のビームとそれぞれ平行となるようステアされる。図５ａに示すように、ビームＡは、素子１０１の面に対し略垂直（１２°）で延在し、従って、比較的有効にステアされ、強く受信されるであろう。しかし、ビームＣは垂線に対し４２°の入射角を有し、ビームＢは垂線に対し７２°の入射角を有し、ビームステアリング、集束、及び、受信にはあまり寄与しないであろう。入射角が鋭角であるほど、ビームエコーの受信は悪くなる、或いは、別の言い方をすると、その素子によって受信されたエコーのビームフォーミングされた信号に対し寄与が小さく、及び／又は、信号対雑音比が悪くなる。このことは、最も鋭い入射角は３０°である図４の素子１０１のビームＡ、Ｂ、及びＣに対し比較され、これは、図５ａに示す。更に、この説明は、ビーム中心に対してだけのものである。入射角は、素子のアクティブ発信及び受信開口の１つの端ではより鋭くなる。このような高い入射角では、信号強度はかなり弱いか又は雑音が多いので、その素子は発信又は受信開口から除外される。というのは、これらの素子のビームフォーミングへの寄与は、余りにも小さいか又は雑音が多いか、或いはその両方であり、それにより、特にフィールドの浅い深度において、アクティブ開口を制限してしまうからである。
【００１９】  図４の実施例のもう１つの利点は、グレーティングローブパフォーマンスであり、これは図５ａ及び図５ｂに示される。図５ａ及び図５ｂの両方に、ビームＢに対し同一のグレーティングローブが示され、グレーティングローブは、主ローブ８０と副ローブ８１及び８２から構成される。グレーティングローブは、画像フィールド内にあまり延出しないことが好適である。図５ｂが示すように、３０°の角度では、グレーテイングローブ８０、８１、８２は、素子１０１の前にある画像フィールド内に延在しない。しかし、図５ａのビームＢは、７２°の入射角を有し、グレーティングローブ８１を画像フィールド内にもたらしてしまい、画像パフォーマンスを劣化させてしまう。従って、図４の実施例は、より良好なグレーティングローブパフォーマンスを有するものと見られる。
【００２０】  図４の実施例のもう１つの利点は、大きく拡大されたＲＭＩＱであり、ＲＭＩＱとは全ての観測方向に走査される画像フィールドである。図４のＲＭＩＱ９０は、左端のビームＢ１の位置から右端のビームＡＮの位置まで延在することが分かる。図示されるように、このＲＭＩＱは、図３の実施例の場合における小さな三角形の領域とは異なり、かなり大きな台形、略矩形の領域である。ＲＭＩＱは、アレイの湾曲をよりきつくすることにより、又は、より浅い観測方向角度を使用することに更に大きくすることが可能である。
【００２１】  図４の実施例のもう１つの利点は、より均一な空間サンプリングである。上述したように、ビーム起点がアレイ面に亘って均一に間隔が置かれる場合、走査線密度は、図３の画像フィールドの中心において最も高く、ビーム及び走査線がフィールドの端に向かってより大きく離れるに従って小さくなる。図４の実施例では、ビーム起点の均一な間隔は、各走査群全体に亘って、走査線間の均一な離隔距離をもたらし、これは、ビームＡｉ、Ａｊ、Ａｋ、Ｂｉ、Ｂｊ、Ｂｋ、Ｃｉ、Ｃｊ、Ｃｋの角度間隔によって示される。ビームは離れたフィールドでは、走査の放射特性により開くが、均一な角度で間隔が置かれているので、画像フィールドの均一な空間サンプリングを与える。
【００２２】  図４の実施例のもう１つの利点は、ビームの開口は、深度の関数として均一に離れ、フィールドの深度に亘ってより良好な合成及び均一なスペックル減少を与える。このことを図６に示す。図６は、走査線ＳＬを示し、そこから、湾曲アレイ振動子１０によって異なる観測方向からエコーが受信される。アレイ振動子から近い走査線に沿った深度Ｄ１において、ある点が３つの異なる観測方向からビームｂ１、ｂ２、及びｂ３によって呼び掛けされる。ビームｂ１は、点Ｄ１から開口Ａ1の素子によって受信され、ビームｂ２は、点Ｄ１から開口Ａ２によって受信され、ビームｂ３は、点Ｄ１から開口Ａ３によって受信される。走査線ＳＬに沿ってより深い深度における点も多数の観測方向からビームによって呼び掛けされ、ビーム受信開口は、エコーがより深い深度から受信されるにつれて大きくなる（即ち、より多くの素子を含む）。従って、大きい開口Ａ４のビームｂ４と、大きい開口Ａ６のビームｂ６は、より深い点Ｄ２に呼び掛けする。ビームｂ２は、点Ｄ２に呼び掛けするのに使用可能であるが、このより深い深度からの走査線ＳＬに沿ってのエコーは、大きい開口Ａ５によって受信される。
【００２３】  この実施例では、近いフィールド点Ｄ１は、３つの比較的小さい開口Ａ１、Ａ２、及びＡ３からのビームによって呼び掛けされ、これらの開口は、例えば、Ｄ２といったより深い点が呼び掛けされると、その寸法をＡ４、Ａ５、及びＡ６に成長させる。呼び掛けビームの開口中心は、より深い点Ｄｎが呼び掛けされるときの深度と共に均一に離れ、この均一性によって、画像の合成効果及び結果としてのスペックル減少に均一性を与える。このことは、数学的に以下の式から始めることによって示すことが可能である。
【００２４】
【数１】
0005324733.tif 000002
ただし、Ｃは、アレイ面に沿っての開口中心の離隔距離であり、Ｒは、湾曲アレイの曲率半径であり、φＢは、ビームのアレイ面における交点に対し、ラジアンで示されるビームステアリング角であり、ｒは、アレイから呼び掛けされる走査線上の点への範囲である。比較的小さなビームステアリング角に対しては、
【００２５】
【数２】
0005324733.tif 000003
これは、開口の離隔距離Ｃが、深度ｒに対し線形に関連することを示す。この線形関係は、本発明のこの実施からより均一なスペックル減少が結果として得られることを意味する。
【００２６】  両方の湾曲アレイ走査実施例によって実現される利点は、図７に示されるように、各群の各走査線に対し同一の一連のレジストレーション係数を使用できることである。「Ultrasonic Diagnostic Imaging System with Spatial Compounding of Resampled Image Data」なる名称の米国特許出願番号０９／３３５，１６０は、空間合成のための２段階の走査変換処理を説明し、この処理により異なる観測方向からのエコーは最初にレジスタされ、次に推定空間内で合成され、次に所望の画像形式に表示空間で走査変換される。この技術の利点は、空間合成動作モードから合成しない撮像との間で切替わる際に、走査変換器の再プログラミングを必要としないことである。走査変換器の視点から見ると、入来画像データは同一に見え、同一の方法で処理される。走査変換器の再プログラミングは必要でないので、ユーザは動作モード間でより迅速に切替えることが可能である。この２段走査変換処理は、本発明の全ての実施例に使用してもよい。図７は、図４の合成走査技術に対しての、２段処理のうちの第１の処理である推定空間におけるレジストレーションを示す。図７では、湾曲アレイ上の起点に対し垂直に方向付けられる群Ｃの走査線（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…、ＣＮ）が得られ、等しい範囲（時間）区分を示す○印においてデジタルビームフォーマによってサンプリングされる。群Ａの走査線（Ａ１、Ａ２、Ａ３、…、ＡＮ）は、画像フィールド全体に亘って共通の入射角で得られ、×印で示される等しい範囲区分でサンプリングされる。ここで、群Ａのサンプル（×）は、群Ｃのサンプル（○）とレジスタされるべきである。これを行うために好適な方法は、４点補間である。例えば、Ｃ２のサンプル１０２は、４つのＡのサンプル２０２、２０４、２０６、及び２０８によって輪郭が描かれる四辺形の中にある。Ｃサンプル１０２の位置におけるＡサンプルは、４つの得られたＡサンプルから、４点補間、又は、上下若しくは左右補間によって補間され、これにより、４つのＡサンプルは、Ｃサンプル１０２の位置に対しての近接性に比例して組み合わされる。この比例組合せは、Ａサンプルに重み付けを行い、次にＡサンプルを組合わせることによって達成される。
【００２７】  Ｃ２走査線を下に移動して、走査線の次のＣサンプルの位置１０６においてＡサンプルが補間される。サンプル位置１０６は、４つのＡサンプル２０２、２０４、２１４、及び２１６によって境界付けられ、これらのサンプルは、位置１０６におけるＡサンプルを補間するために使用される。全ての位置関係が、サンプル１０２の位置からサンプル１０６の位置に対し変わっているので、位置１０６におけるＡサンプルを補間するために、４つの重み付け係数の新しい組が使用される。この処理は、走査線に沿って下方向に続けられ、毎回、補間のために（位置に比例する）重み付け係数の適当な組が使用される。
【００２８】  しかし、隣の走査線に対しレジストレーション処理が行われる場合に、前の走査線に対して使用された一連の重み付け係数を再利用することが可能である。これは、画像フィールド全体に亘ってサンプルの空間関係が繰り返されていることによる。例えば、走査線Ｃ３の位置１０８におけるＡサンプルを補間するためにＡサンプル２０８、２１０、２０４、及び２１２に与えられる重み付けば、前の走査線Ｃ２の位置１０２におけるＡサンプルを補間するために前に使用された重み付けと同一の値を有する。レジストレーションのための補間係数は、深度に依存するものであって、走査線に依存するものではなく、従って、走査線毎に同一であることが可能である。このようにして、同一の補間重み付けの組を、各走査線のレジストレーションのために使用することが可能であり、それにより、走査線毎に重み付け係数を再計算することが必要でなくなる。
【００２９】  空間的に合成される超音波画像を形成するために超音波診断撮像システムを使用する方法は、湾曲アレイ振動子からステアされたビームによって複数の観測方向から画像フィールドの点に呼び掛けをし、ビームは、アレイの曲率及び電子ビームステアリングの組合せによってステアされる段階と、複数の観測方向において上記点から受信されるエコーからビームフォーミングする段階と、複数の観測方向の空間的にレジスタされたエコーを組合せ、空間的に合成された画像信号を形成する段階と、空間的に合成された画像を表示する段階とを含む。ビームは、平行ビーム路にステアされてもよい。又は、ビームの第１の群は、アレイ振動子面に沿って異なる点からステアされ、第１の群の各ビームは、それぞれの起点においてアレイ振動子面に対し第１の角度を示してもよく、ビームの第２の群は、アレイ振動子面に沿って異なる点からステアされ、第２の群の各ビームは、それぞれの起点においてアレイ振動子面に対し第２の角度を示す。
【００３０】  １つの実施例では、上記の方法は更に、１つ以上の走査線のエコーを、同一の大きさの係数値の組によってビームフォーミングする段階を含む。ビーム群は、均一の角度間隔でステアされてもよい。ビームフォーミングは、開口を使用し多数の観測方向からエコーを走査線上の点に形成してもよく、開口の中心は、深度の関数によって線形に離れ、開口は、深度が増加するに従って大きくなる。
【００３１】  １つの実施例では、上記の方法は更に、画像フィールド内における異なる深度でエコーをレジスタする段階を含み、同じ深度にある点は、同一のレジストレーション係数値を使用する。
【００３２】  本発明は更に、上述されたように湾曲アレイ走査ヘッドから多数の観測方向に発信されたビームによって空間的に合成される超音波画像を形成するために、超音波診断撮像システムを使用するための命令の組を含むコンピュータプログラムプロダクトに関する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理に従って構成される超音波診断撮像システムを示すブロック図である。
【図２】  図１の空間合成プロセッサの好適な実施を示すブロック図である。
【図３】  本発明の原理による湾曲アレイ振動子の第１の合成走査形式を示す図である。
【図４】  本発明の原理による湾曲アレイ振動子の第２の合成走査形式を示す図である。
【図５ａ】  図３の合成走査形式に使用されるビーム角を示す図である。
【図５ｂ】  図４の合成走査形式に使用されるビーム角を示す図である。
【図６】  画像フィールドの深度に伴う開口の離隔距離を示す図である。
【図７】  図４の合成走査形式を使用することによって実現されるレジストレーション処理効率を示す図である。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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