(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の素子を含み、第１の送信焦点位置のための第１の送信開口と第１の受信開口とを有し、該第１の送信開口及び第１の受信開口は前記素子のそれぞれの所定の構成により形成された、超音波トランスデューサ・アレイと、
第１の送信ファイアリング時に、基本周波数ｆ0を有するウェーブレットで前記第１の送信開口を構成するトランスデューサ素子をパルス駆動する送信ビームフォーマと、
前記トランスデューサ・アレイの前記第１の受信開口を構成するトランスデューサ素子に結合されて、前記送信ファイアリングに続いて、第１のビーム加算された信号を取得する受信ビームフォーマと、
前記第１のビーム加算された信号のうち、ｆ0に実質的に等しい周波数を有する基本周波数成分を通過させる第１のフィルタを備えるフィルタ素子と、
を備えた超音波散乱体をイメージングするシステムであって、
前記超音波トランスデューサ・アレイはさらに、第２の送信焦点位置のための第２の送信開口及び第２の受信開口とを有し、前記第２の送信開口及び第２の受信開口が前記素子のそれぞれの所定の構成により形成され、前記第１及び第２の送信焦点位置は異なるレンジを有し、前記第２の送信開口と第２の受信開口の前記構成は、互いに素子分布が異なる疎な構成であり、
前記送信ビームフォーマはさらに、第２の送信ファイアリング時に、ｆ0を有するウェーブレットで前記第２の送信開口を構成し、
前記受信ビームフォーマはさらに、前記第２の送信ファイアリングの後に第２のビーム加算された信号を取得する前記第２の受信開口を構成し、
前記フィルタ素子はさらに、前記ビーム加算された信号のうち、ｎを２以上の正の整数として、ｎｆ0に実質的に等しい周波数を中心とする帯域の周波数を通過させる帯域通過型の第２のフィルタを備え、
前記システムはさらに、
前記第１のビーム加算された信号の前記基本周波数成分から第１の画像信号を形成すると共に前記第２のビーム加算された信号の前記高調波周波数成分から第２の画像信号を形成するようにプログラムされているプロセッサと、
組み合わされた画像信号を形成するように、前記第１及び第２の画像信号を加算する手段と、
前記組み合わされた画像信号の関数である画像を表示する手段と、
前記第１及び第２のフィルタのうち少なくとも一方の中心周波数及び帯域幅をレンジの関数として動的に調節する手段と、
を備えていること、
を特徴とする超音波散乱体をイメージングするシステム。
【請求項２】
前記システムは、フィルタ係数の第１及び第２の組を記憶する手段と、
前記基本周波数成分を通過させるように、前記フィルタ係数の第１の組で前記第１のフィルタをプログラムする手段と、
前記高調波周波数成分を通過させるように、前記フィルタ係数の第２の組で前記第２のフィルタをプログラムする手段と、
を更に含んでいる請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のビーム加算された信号についての第１の加重に従って、且つ前記第２のビーム加算された信号についての前記第１の加重と異なる第２の加重に従って、前記第１のフィルタの出力及び前記第２のフィルタの出力の相対的な振幅を調節する手段をさらに備え、
前記プロセッサが、前記第１のビーム加算された信号についての前記加重された第１及び第２のフィルタの出力から第１の画像信号を形成すると共に、前記第２のビーム加算された信号についての前記加重された第１及び第２のフィルタの出力から第２の画像信号を形成するようにプログラムされ、
前記画像を表示する手段が、前記第１の画像信号の関数である画像の第１の部分と、前記第２の画像信号の関数である画像の第２の部分とを有する画像を表示する、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は一般的には、医療診断の目的での人体の解剖学的構造の超音波イメージングに関する。具体的には、本発明は、疎な構成のトランスデューサ・アレイからの超音波ビームのサイドローブ及びグレーティング・ローブ（grating lobe）を減少させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の超音波スキャナは組織の２次元Ｂモード画像を形成し、この画像内のピクセルの輝度はエコー反射の強度に基づいている。また、カラー・フロー・イメージング・モードでは、体液（例えば、血液）又は組織の運動をイメージングすることができる。ドプラ効果を用いて心臓及び血管内の血流を測定することは周知である。組織又は血液から後方散乱体の速度を測定するために、後方散乱した超音波の周波数シフトを用いることができる。ドプラ・シフトを異なる色を用いて表示して、流れの速度及び方向を表してもよい。パワー・ドプラ・イメージングでは、帰投したドプラ信号に含まれるパワーを表示する。【０００３】  従来の超音波トランスデューサは、基本周波数ｆ0 を中心とする広帯域信号を送信し、この信号は、それぞれのパルサによって送信開口を構成する各々のトランスデューサ素子に別々に印加される。各パルサは、特定の送信焦点位置での送信ビームの所望の集束を形成するような時間遅延を伴って起動される。送信ビームが組織を通って伝播するとき、異なる密度を有する領域の間の境界から超音波が散乱され又は反射されてエコーが形成される。トランスデューサ・アレイを用いてこれらの超音波エコーを電気信号へ変換し、これらの電気信号を処理して組織の画像を形成する。これらの超音波画像は、基本信号成分と、高（低）調波信号成分との組み合わせから形成されており、後者の成分は、組織、又は造影剤を含む血流のような非線形媒体において発生されている。【０００４】  場合によっては、基本信号成分を抑制すると共に高（低）調波（非線形）信号成分を強調することにより超音波画像が改善されることがある。送信される中心周波数がｆ0 である場合、組織及び造影剤の非線形性により、ｋｆ0 の高調波が発生される。ここで、ｋは、２よりも大きい又は２に等しい整数である。又、造影剤のバブルの破裂により、周波数ｆ0 ／ｋの低調波も発生され得る。高（低）調波信号のイメージングは、周波数ｆ0 にある狭帯域信号を送信すると共に、周波数２ｆ0 （２次高調波）又は周波数ｆ0 ／２（低調波）を中心とする帯域で受信を行い、続いて受信信号処理を行うことにより実行されている。【０００５】  従来の医用超音波スキャナは、Ｎ個のトランスデューサ素子を含んでいる１次元（１Ｄ）アレイを用いており、これらの素子は、フェーズド・アレイ手法によって多重化し及び／又は電子的に方向制御（ステアリング）し集束させることができる。通常、アレイ応答における望ましくないグレーティング・ローブの発生を防止するために、素子と素子との間に半波長（λ／２）の間隔が要求される。この理由は、実際的なイメージング・システムでは多数（例えば、Ｎ＝１２８）のアレイ素子を用いなければならないからである。それでも、リニア型アレイは、アレイ方向のみでの集束及びステアリングに制限されている。【０００６】  近年では、最新型の超音波スキャナにはＮ×Ｍのマトリクス・アレイが導入されている。多数（Ｍ＞１）の行を成す素子によって、仰角(elevation)次元での電子的集束が可能になり、これにより、より長い軸方向レンジ（距離）にわたって遥かに向上したコントラスト分解能が得られる。しかしながら、これらのマトリクス・アレイ内の行数は依然として極めて限定されており（Ｍ＜１０）、又、仰角次元でのビーム・ステアリングはサポートしていない。このため、これらのアレイは「１．５Ｄ」アレイと呼ばれている。【０００７】  集束及びビーム・ステアリングを両方の横方向次元で可能にする真正の２Ｄトランスデューサ・アレイの開発が大きな関心を呼び続けている。というのは、これらのようなトランスデューサ・アレイは、実時間３Ｄ立体イメージング、及び位相収差補正等のその他の先端イメージング手法を可能にする潜在能力を有し得るからである。２Ｄアレイを実現する際の主な問題点の１つは、要求されるビームフォーマ（並びにＡ／Ｄ変換器及び集束遅延）の数が、実現不可能なほどに多くなることである。例えば、６４×６４素子のアレイは、４０００を超えるビームフォーマ・チャネルを要求する。このため、完全な２Ｄアレイによって得られるものと同様のビーム特性を維持しながら２Ｄアレイ内の素子の数を減少させる方法の開発に多くの研究努力が専ら向けられてきた。Turnbull及びFosterによって研究されたように（IEEE Trans. Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control誌、第１８巻、第３２０頁〜第３３３頁、１９９１年の「パルス式２次元トランスデューサ・アレイによるビーム・ステアリング（Beam steering with pulsed two-dimensional transducer arrays）」）、１つの方法は、正方形の開口ではなく円形の開口を用いるものであり、これにより、素子数を約２５％だけ減少させることができる。素子を減少させるより積極的な方法は、レーダ・アンテナ・レイ(ray) 理論から応用されたものであり、周期的な密なアレイからランダムに選択された素子を除くものであり、結果として得られる「疎なアレイ（sparse array）」が、元の素子の小部分（例えば、１５％）のみを含むようにする。ここで用いる場合には、「疎なアレイ」という用語は、周期的に隔設された多数の格子点を含んでいる格子上に配列された動作状態にあるトランスデューサ素子のアレイであって、これら格子点のうち一部のみが、動作状態にあるトランスデューサ素子によって占有されているようなアレイを指すものとする。格子点は、正方形、長方形、六角形、三角形、又はその他の任意の適当な幾何学的パターンのいずれに構成されていてもよい。トランスデューサ素子が各格子点に配置されている、即ちいわゆる「完全分布型アレイ（full populated array）」の例では、送信時又は受信時のいずれにおいても、全てに満たない素子が起動される。代替的には、疎なアレイを構成する選択された格子点のみにトランスデューサ素子を形成し、残りの格子点は占有されないままにしておくことにより、疎なアレイを形成することもできる。所与の送信開口又は受信開口について選択された素子の部分集合を起動することによりトランスデューサ素子の数及び配置を適応させる能力があるので、前者の例の方が好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  疎なアレイの１つの欠点は、動作状態にある素子同士の間の間隔が広いので、高いサイドローブ及び／又はグレーティング・ローブが不可避的に生じて、画質の主要な劣化を生じさせ得ることである。一般的には、平均サイドローブ・レベルは、除かれる素子の数と共に増大する。これらの望ましくない効果を抑えるために、いくつかの疎なアレイによる対処法が提案されており、これらの対処法は、動作状態にある素子のランダムな選択又はインテリジェントな選択のいずれかを含み得る。最適な構成は、ピーク・サイドローブを最小化すること、１次サイドローブを最小化すること、及び実際のアレイの応答と密なアレイの応答との間の差を最小化することのような適性規準（goodness criteria）によって決まる。残念なことに、これらの対処法はいずれも、あらゆる走査状況下であらゆるサイドローブを許容可能なレベルの範囲内に維持することはできない。
【０００９】  従って、疎な超音波トランスデューサ・アレイのサイドローブ性能を向上させる方法及び装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明は、高調波イメージングを用いて全てのビーム・サイドローブ（グレーティング・ローブを含む）のレベルを低下させる疎な超音波トランスデューサ・アレイのサイドローブ性能を向上させる方法及び装置である。本発明は、１Ｄ、１．２５Ｄ、１．５Ｄ、１．７５Ｄ及び２Ｄアレイに応用することができる。ここで用いられる場合には、上の各用語は次の意味を持つものとする。［１．２５Ｄ］仰角方向の開口は可変であるが、集束は静的である；［１．５Ｄ」仰角方向の開口、シェーディング及び集束は動的に可変であるが、アレイの中心線に関して対称となる；［１．７５Ｄ］仰角方向の形状及び制御は１．５Ｄと同様であるが、対称性の制限がない；［２Ｄ］仰角方向の形状及び性能は、電子式のアポダイゼーション、集束及びステアリングを完全に行うことができ、方位角方向と同等である。１．２５Ｄプローブの仰角方向開口は、レンジと共に増大するが、その開口の仰角方向集束は静的であって、１つ（又は複数）の固定された焦点を有する機械的なレンズによって主に決定される。１．２５Ｄプローブは、近距離音場及び遠距離音場のスライス厚性能について、１Ｄプローブよりも実質的に優れているに加え、追加のシステム・ビームフオーマ・チャンネルを要求しない。１．５Ｄプローブは、仰角方向で動的な集束及びアポダイゼーションを行うために、追加のビームフォーマ・チャンネルを用いる。１．５Ｄプローブは、特に中距離音場及び遠距離音場において、１．２５Ｄプローブに匹敵する細かい分解能を提供することができ、コントラスト分解能については１．２５Ｄプローブよりも実質的に優れている。１．７５Ｄプローブは、開口内のすべての素子について独立にビーム形成用の時間遅延の制御を行うので、ビームフォーマは、体内の不均一な伝播速度（又はイメージング・システム若しくはトランスデューサの非一様性）を適応的（adaptive）に補償することができる。このような適応型ビーム形成又は位相収差制御に加えて、１．７５Ｄプローブは、仰角方向のビーム・ステアリングを制限付きでサポートすることもできる。少なくともアポダイゼーションを行い（１．２５Ｄ）、且つおそらくは動的ビーム形成（１．５Ｄ）、位相収差制御（１．７５Ｄ）又は完全な２Ｄビーム・ステアリングを行うことにより、多数行型トランスデューサ・アレイは、１Ｄプローブの限定された仰角性能を大幅に改善する。
【００１１】  疎なトランスデューサ・アレイ又は完全なトランスデューサ・アレイのいずれの場合でも、高調波イメージングは、動作状態にあるトランスデューサ素子を用いて、中心周波数ｆ0 の超音波信号（広帯域又は狭帯域）を送信し、１つ又はこれよりも多い高調波周波数ｎｆ0 （ｎ≧２）において受信することから成っている。例えば、Ｂモード画像は、従来のイメージングにおけるｆ0 に対して２ｆ0 （又はこれよりも高い周波数）を中心とする信号帯域を用いて形成される。
【００１２】  送信された有限振幅の超音波は、波形が次第に歪むと共に最終的には急激な圧力波面を有する衝撃波となるように組織内で非線形伝播を行うことは十分に立証されている。周波数領域では、進行波面の歪みは、次第に多くのエネルギがｆ0 帯域から２次及びこれよりも高い高調波周波数帯域に押し出されていることを意味する。
【００１３】  高調波イメージングにおけるサイドローブ減少機構の鍵は、所与の深さにおいて発生される高調波の量が、組織媒体の機械的特性に応じて、高度に非線形的な方式で全圧力振幅と共に変化し得ることにある。このことは、ビームのメインローブが常に、サイドローブに対して不釣り合いに大きな高調波を発生する傾向にあることを意味している。この結果、２次（又はこれよりも高い）高調波ビームのプロファイルは、１次周波数によって形成されるプロファイルよりもかなり狭くなり、大幅に減少したサイドローブ・レベルを有するものとなる。この理論は最近になって、１Ｄの完全なアレイに基づくシミュレーション及び実験によって証明され、ChristopherによってＰＣＴ国際特許公告第ＷＯ９８／２０３６１号「有限振幅の歪みに基づく不均一パルス・エコー超音波イメージング（Finite Amplitude Distortion-Based Inhomogeneous Pulse Echo Ultrasound Imaging）」に詳細に教示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  図１は、本発明を組み入れることのできる超音波イメージング・システムの作用的サブシステムを示している。超音波トランスデューサ・アレイ２が起動されて、同じ送信特性で同じ送信焦点位置に集束されている一連のウェーブレット（wavelet）を送信する。各々の送信ビームは、走査されている物体を通じて伝播し、物体内の超音波散乱体によって反射される。
【００１５】  各回の送信ファイアリング（firing）の後に、トランスデューサ・アレイ素子によって検出されたエコー信号は、ビームフォーマ４のそれぞれの受信チャネルへ供給される。受信ビームフォーマは、マスタ・コントローラ（図１には示されていない）の指令下でエコーを追跡する。受信ビームフォーマは、受信エコー信号に対して適正な受信集束時間遅延を付与して合計し、特定の送信焦点位置に対応して一連のレンジから反射された全超音波エネルギを正確に指示するエコー信号を形成する。
【００１６】  ついで、ビームフォーマ４の出力は、等化ボード６上の回路構成によってディジタル式で取得され、ウィンドウ処理され、フィルタ処理される。次いで、フィルタ処理されたビーム加算後の受信信号は、ビーム加算後の受信信号の包絡線を形成する包絡線検波器１０を組み入れたＢモード・プロセッサ８へ送られる。信号の包絡線は、対数圧縮（図１のブロック１２）等の何らかの追加のＢモード処理を施されて表示データを形成し、表示データはスキャン・コンバータ１４へ出力される。
【００１７】  一般的に述べると、表示データはスキャン・コンバータ１４によって、ビデオ表示用のＸＹフォーマットへ変換される。走査変換（スキャン・コンバート）されたフレームは、ビデオ・プロセッサ１６へ渡され、ビデオ・プロセッサ１６は、ビデオ・データをビデオ表示用のグレイ・スケール又はグレイ・マッピングヘマップする。次いで、グレイ・スケールの画像フレームは、ビデオ・モニタ１８へ送られて表示される。
【００１８】  ビデオ・モニタ１８によって表示される画像は、その各々が表示のそれぞれのピクセルの強度又は輝度を指示しているようなデータから成る画像フレームで形成されている。画像フレームは、例えば、２５６×２５６のデータ配列で構成されることができ、データ配列内の各々の強度データがピクセルの輝度を指示する８ビットの２進数となっている。表示モニタ１８上の各々のピクセルの輝度は、データ配列内の対応する要素の値を読み込むことにより、周知の方式で絶えず更新される。各々のピクセルは、呼び掛けした超音波パルス及び用いられているグレイ・マップに応じたそれぞれのサンプル空間の後方散乱体断面積の関数である強度値を有する。
【００１９】  図２について説明する。従来の超音波イメージング・システムは、別々に駆動される複数のトランスデューサ素子２０で構成されているトランスデューサ・アレイ２を組み入れており、ビームフォーマ４の送信部によって発生されるパルス波形によってエネルギを与えられると、送信素子の各々が単位バーストの超音波エネルギを発生する。被検体から反射されてトランスデューサ・アレイ２へ帰投した超音波エネルギは、各々の受信トランスデューサ素子２０によって電気信号へ変換され、１組の送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ２２を介してビームフォーマ４の受信部へ別々に印可される。尚、Ｔ／Ｒスイッチ２２は、マルチプレクサ・チップに組み込まれていてもよい。
【００２０】  ビームフォーマの送信部及び受信部は、ビームフォーマ制御器（図示されていない）の制御下で操作者によるコマンドに応答して動作する。トランスデューサ・アレイ２の素子は、発生される超音波エネルギがビームとして方向制御される、即ちステアリングされるように駆動される。これを達成するために、多数のパルサ２４に対してそれぞれの時間遅延が付与される。各々のパルサは、Ｔ／Ｒスイッチを介してそれぞれのトランスデューサ素子に接続されている。送信集束時間遅延は好ましくは、ルックアップ・テーブル２６から読み込まれる。送信集束時間遅延を従来の方式で適当に調節することにより、超音波ビームを、軸Ｙから角度θだけ離隔した方向に向ける、及び／又は固定されたレンジＲに集束させることができる。連続した励起において送信集束時間遅延を累進的に変化させることにより、セクタ走査が行われる。従って、角度θは、送信ビームを一連の方向にステアリングするような増分的に変化する。
【００２１】  各々の超音波エネルギのバーストによって発生されたエコー信号は、超音波ビームに沿った相次ぐレンジに位置する物体から反射している。これらのエコー信号は、各々のトランスデューサ素子２０によって検知され、特定の時間点におけるエコー信号の大きさのサンプルが、特定のレンジにおいて生じた反射の量を表すものとなる。しかしながら、反射点Ｐと各々のトランスデューサ素子２０との間の伝播経路が異なるので、これらのエコー信号は同時に検出されるわけではなく、又、各エコー信号の振幅は等しくならない。ビームフォーマ４の受信部は、各々の受信信号に対して適正な時間を付与して合計し、角度θに配向している超音波ビームに沿ったレンジＲに位置する点Ｐから反射された全超音波エネルギを正確に指示する単一のエコー信号を形成する。これを達成するために、多数の受信チャネル２８に対してそれぞれの受信集束時間遅延が付与される。各々の受信チャネルは、Ｔ／Ｒスイッチを介してそれぞれのトランスデューサ素子に接続されている。受信集束時間遅延は好ましくは、ルックアップ・テーブル３０から読み込まれる。受信チャネルは又、受信したパルスをアポダイズすると共にフィルタ処理するための回路構成（図示されていない）を有する。次いで、時間遅延付きの受信信号は、受信加算器３２で加算される。次いで、加算後の信号は、フィルタ係数の第１の組を用いて基本周波数ｆ0 を中心とする帯域の周波数を通過させるようにプログラムされている等化ボード上の等化フィルタ３４によって帯域通過フィルタ処理される。フィルタ応答は、参照番号３４を付したブロック内に図示されている。フィルタ３４は好ましくは、フィルタ係数メモリ３６から、Ｍ個のフィルタ係数から成る組を受け取るＭ個のフィルタ・タップを有するＦＩＲフィルタである。フィルタ係数は、送信時間遅延及び受信遅延時間と同様に、マスタ・コントローラ（図示されていない）によって供給することができる。フィルタ３４は、Ｂモード・プロセッサ８（図１を参照）にフィルタ処理後の信号を出力する。
【００２２】  図３に示す本発明の好ましい実施例によれば、トランスデューサ素子のアレイ２′が行及び列を成して配列されており、これにより、素子の格子を形成している。疎なアレイを形成するためには、受信時及び送信時に素子の一部のみを起動する。送信及び受信の両方で同じ素子を起動する必要はない。どの素子を起動するかは、Ｔ／Ｒスイッチ２２の設定によって決定され、Ｔ／Ｒスイッチ２２は好ましくは、マスタ・コントローラ（図３には示されていない）によって制御されるマルチプレクサ・スイッチとする。送信時には、パルサ２４は、基本周波数ｆ0 にあるウェーブレットを送信するようにトランスデューサ素子を駆動する。等化フィルタ３４は、フィルタ係数メモリ３６から検索されたフィルタ係数の第２の組を用いて、高調波周波数、例えば２ｆ0 を中心とする帯域の周波数を通過させるようにプログラムされる。この例でのフィルタ応答を、やはり参照番号３４を付したブロック内に図示する。次いで、フィルタ３４は、包絡線検波のためにＢモード・プロセッサへ生の高調波周波数データを出力する。基本周波数データの代わりに高調波周波数データのイメージングを行うと、全てのビーム・サイドローブ（グレーティング・ローブを含む）のレベルを低下させることにより、疎らに構成された超音波トランスデューサ・アレイのサイドローブ性能が改善される。
【００２３】  疎なアレイをビームフォーマに接続するためのマルチプレクサを組み入れた本発明の好ましい一実施例を図４に示す。トランスデューサ・アレイ２′の各素子は、システム・コンソール・コネクタ４０を介してビームフォーマ４の各チャネルに接続される。マルチプレクサは、ＭＵＸステートと呼ばれるパラメータによって制御され、このパラメータは、マスタ・コントローラ３８によってシステム・コンソール・コネクタ４０上の制御線へ伝達される。ＭＵＸステート・パラメータは、マスタ・コントローラに記憶されているトランスデューサ・マルチプレクサ制御プログラムに従って発生される。送信時に用いられる疎なアレイが受信時に用いられる疎なアレイと異なる場合には、送信及び受信について別個のＭＵＸステート・パラメータが供給される。システム・コンソール・コネクタ４０上には、マルチプレクサ・バックプレイン又はマザーボード（図示されていない）が装着されている。バックプレインは、各マルチプレクサ・カード４４用の同一の各ソケット４２を含んでいる。コンソール・コネクタ４０上の制御線、及び各々のマルチプレクサ・カード・ソケット４２への個々の（並列でない）制御線に、マルチプレクサ制御ボード４６が接続されている。制御ボード４６は、マスタ・コントローラ３８から簡潔なＭＵＸステート・コマンドを受け取り、オン・ボード・メモリ４８（ＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ）に記憶されているデータを用いて、各マルチプレクサ・カード４４上の各スイッチをコマンドで指定されたマルチプレクサ状態に要求される開位置又は閉位置に設定する。
【００２４】  疎なアレイと高調波イメージングとを組み合わせた新規の概念を図３及び図４に示したが、当業者には、広範囲の多様に混成された特定の実現形態が実用的に可能であることが明らかであろう。例えば、１Ｄの疎なアレイは、リニア型であってもよいし、カーブリニア型であってもよいことは容易に理解されよう。２Ｄアレイの場合には、開口は平坦であってもよいし、凹形又は凸形であってもよく、又、長方形又は正方形でなくてもよく、更には対称な形状でなくてもよい。更に、トランスデューサ・アレイの素子分布は、送信焦点位置と共に変化してもよい。近距離音場においては、全素子数がビームフォーマ・チャネルによってサポートされ得るときには、完全（又は密）であるが小さな開口で始めるとよい。開口がより深い焦点ゾーン用に開いてゆき、ビームフォーマが完全な開口を最早サポートすることができなくなったら、疎なアレイの方式を用いることができる。選択により、疎なアレイでの素子分布を送信開口と受信開口との間で異なるものとすることができる。このことは、送信ビーム・プロファイル及び受信ビーム・プロファイルの積によって与えられる最適な双方向ビーム・プロファイルを設計するのに重要である。送信開口又は受信開口のいずれについても、素子分布は、所望のビーム・プロファイル応答に応じた設計パターンを取ることができる。２Ｄの疎なアレイについての対称な素子分布パターンの一例が、Smith等による論文（Ultrasonic Imaging誌、第１４巻、第２１３頁〜第２３３頁、１９９２年の「医用超音波のための２次元アレイ（Two-dimensional arrays for medical ultrasound）」）の図３ａに示されている。代替的には、素子分布は、前に引用したTurnbull及びFosterの論文の図１０ａに示されているようなランダムなパターンを取っていてもよい。又、高調波イメージングは、２次高調波周波数帯域に限定されているわけではなく、トランスデューサ・アレイ及び等化フィルタが十分に広い帯域幅を有しているならば、より高次の高調波周波数帯域を用いることもできる。２つの並列な等化フィルタ及びＢモード検出器（左右）が利用可能であるような最新型のイメージャにおいては、左の等化フィルタ及び右の等化フィルタを個別に設定して、それぞれ基本周波数帯域及び高調波周波数帯域を通過させるようにすることができる。これにより、１次及び２次の（又はこれよりも高い）高調波周波数成分の混成波を検波後に加算して、合成されたＢモード画像を形成することが可能になる。等化フィルタの中心周波数及び帯域幅の両方を時間（レンジ）と共に動的に調節することができる。近距離音場においては、組織内で発生される高調波が未だ極めて強くはなければ、１次周波数成分をより多く用いることができる。中距離音場では、２次高調波成分をより多く用いて、疎なアレイに関連するサイドローブを抑制することができる。幾分かの１次成分を含めるようにして信号対ノイズ比を高めてもよく、２次高調波ビームのサイドローブは幾分カオス的であり、しばしば１次ビームのサイドローブに破壊的に干渉するので、全体的に極めて良好なサイドローブ抑制が依然として可能である。遠距離音場では、組織吸収効果が優勢になってくるので、この場合には、画像はシステム・ノイズによって制限されるものとなり、疎なアレイのビーム・サイドローブのアーティファクトによって制限されるわけではない。この状況では、再び１次周波数成分をより多く用いてＢモード画像を形成すると意味があろう。１次周波数成分及び２次周波数成分の相対的な量は、加算の前に各等化フィルタに対してそれぞれの加重ファクタを適用するか、又は等化フィルタのそれぞれのゲインを変化させるようにフィルタ係数を調節することにより、変化させることができる。
【００２５】  以上の好ましい実施例は、説明の目的のために開示された。本発明の広い概念の範囲内にある変形又は改変は、当業者には容易に明らかとなろう。本発明は主として、組織内の非線形伝播に誘起される高調波信号を利用することにより、疎なアレイによるＢモード・イメージングを増強することを意図しているが、本発明を造影剤強調型カラー・フロー・イメージングに適用することもできる。後者の例では、高調波信号は、血液内の造影剤の非線形振動によって発生される。これらのような変形及び改変は全て、特許請求の範囲によって包含されているものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実時間Ｂモード超音波イメージング・システム内の主要な機能的サブシステムを示すブロック図である。
【図２】  １Ｄトランスデューサ・アレイを備えた従来の超音波スキャナのビームフォーマにおけるパルス発生サブシステム及び受信サブシステムの詳細を示すブロック図である。
【図３】  本発明による高調波イメージングと組み合わせたＮ×Ｍアレイの利用を示すブロック図であり、２次高調波周波数帯域がＢモード画像処理用のフィルタによって選択されている所を示している図である。
【図４】  本発明の好ましい実施例に従って、モジュール式マルチプレクサを組み入れた超音波イメージング・システムの一部を示すブロック図である。
【符号の説明】  ２、２′  超音波トランスデューサ・アレイ
２０  トランスデューサ素子
３４  フィルタ応答
４８  オン・ボード・メモリ
【図１】
0005281727.tif 000002
【図２】
0005281727.tif 000003
【図３】
0005281727.tif 000004
【図４】
0005281727.tif 000005