(57)【要約】超音波ファットＴＸ、マルチラインＲＸ画像化を実行するためのシステム、方法及び機械読み取り可能プログラムについて提供する。そのシステムは、対象物の方に超音波ビームを出射するための送信器と、象物の少なくとも１つの位置において所定の空間エネルギープロファイルを有するビームとを有する。送信処理器は各々のトランスジューサ素子により形成される波形の形状を制御するように備えられている。ビームの空間エネルギープロファイルは各々のトランスジューサ素子により形成される波形の形状を制御することにより制御される。受信器は送信器から対象物のほうに方向付けられた超音波ビームからのエネルギーを受信し、受信処理器は対象物を表す画像データを決定するために受信されるエネルギーを処理する。
2006506158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ファットＴＸ、マルチラインＲＸ画像化を実行するためのシステムであって：
対象物の方に超音波ビームを出射するための送信器であって、前記超音波ビームは前記対象物の少なくとも１つの位置において所定の空間エネルギープロファイルを有し、前記送信器は複数のトランスジューサ素子を有し、各々のトランスジューサ素子は所定の形状を有する選択された波形を形成することができる、送信器；
各々のトランスジューサ素子において形成される前記波形の形状を制御するための送信処理器であって、前記ビームの前記空間エネルギープロファイルは各々のトランスジューサ素子において形成された前記波形の形状を制御することにより制御される、送信処理器；
前記送信器から前記対象物の方に方向付けられた前記超音波ビームからエネルギーを受信する受信器；並びに
前記対象物を表す画像データを決定するために前記受信されたエネルギーを処理する受信処理器；
を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記超音波ビームの前記空間エネルギープロファイルは、前記対象物の前記位置において、実質的に平坦である、ことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムであって、前記受信器は複数のトランスジューサ素子を有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記受信器を構成する前記の複数のトランスジューサ素子は前記送信器を構成する前記の複数のトランスジューサ素子の少なくとも一部を有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項２に記載のシステムであって、前記の受信されたエネルギーは外周を有する少なくとも１つの受信ビームの形で受信され、前記送信器は、前記の少なくとも１つの受信ビームの外周における超音波ガードビームを更に送信する、ことを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項４に記載のシステムであって、第１トランスジューサ素子及び第２トランスジューサ素子により形成される波形の形状は異なる、ことを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、いずれのトランスジューサ素子から出射された前記波形の最終形状は少なくとも２つの予め選択された波形を結合させることにより決定される、ことを特徴とするシステム。
【請求項８】
超音波ファットＴＸ、マルチラインＲＸ画像化を実行するための方法であって：
対象物の方に複数のトランスジューサ素子において送信される波形を選択する段階であって、各々のトランスジューサ素子は好ましい形状を有する選択された波形を形成することができ、前記トランスジューサ素子は送信器を構成する、段階；
前記送信器から超音波ビームを送信する段階であって、前記ビームは前記対象物の少なくとも１つの位置において所定の空間エネルギープロファイルを有し、前記ビームの該空間エネルギープロファイルは各々のトランスジューサ素子により形成される前記波形の前記形状を制御することにより制御される、段階；
前記送信器から前記対象物の方に方向付けられた前記超音波ビームからエネルギーを受信する段階；並びに
前記対象物を表す画像データを決定するために前記受信されたエネルギーを処理する段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記超音波ビームの前記空間エネルギープロファイルは、前記対象物の前記位置において、実質的に平坦である、ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記の受信する段階において前記の受信されるエネルギーは複数のトランスジューサ素子において受信される、ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、少なくとも１つのトランスジューサ素子は超音波エネルギーを出射及び受信するために用いられる、ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法であって、エネルギーは外周を有する少なくとも１つの受信ビームの形で受信され、該方法は前記の少なくとも１つの受信ビームの前記外周におけるガードビームを送信する段階を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法であって、いずれのトランスジューサ素子から出射される波形の最終形状は少なくとも２つの予め選択された波形を結合させることにより決定される、ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
超音波ファットＴＸ、マルチラインＲＸ画像化を実行するシステムを制御するための命令を有する機械読み取り可能プログラムであって：
対象物の方への複数のトランスジューサ素子からの超音波ビームの送信を制御するための手段であって、前記ビームは前記対象物の少なくとも１つの位置において所定の空間エネルギープロファイルを有し、各々のトランスジューサ素子は所定の形状を有する選択された波形を形成することができ、前記ビームの前記空間エネルギープロファイルは各々のトランスジューサ素子により形成される前記波形の前記形状を制御することにより制御される、手段；
を有することを特徴とする機械読み取り可能プログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の機械読み取り可能プログラムであって、前記超音波ビームの前記空間エネルギープロファイルは、前記対象物の前記位置において、実質的に平坦である、ことを特徴とする機械読み取り可能プログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の機械読み取り可能プログラムであって、前記対象物を表す画像データを決定するために前記対象物から受信されるエネルギーを処理するための手段を更に有する、ことを特徴とする機械読み取り可能プログラム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の機械読み取り可能プログラムであって、少なくとも１つのトランスジューサ素子において超音波エネルギーを出射及び受信する手段を更に有する、ことを特徴とする機械読み取り可能プログラム。
【請求項１８】
請求項１５に記載の機械読み取り可能プログラムであって、外周を有する少なくとも１つの受信ビームの形でエネルギーを受信するための手段と、前記の少なくとも１つの受信ビームの前記外周における超音波ガードビームを送信する送信器を制御するための手段とを更に有する、ことを特徴とする機械読み取り可能プログラム。
【請求項１９】
請求項１７に記載の機械読み取り可能プログラムであって、前記超音波ビームを送信し、実質的に二次元アレイの状態に配列されたトランスジューサ素子においてエネルギーを受信するための手段を更に有する、ことを特徴とする機械読み取り可能プログラム。
【請求項２０】
請求項１４に記載の機械読み取り可能プログラムであって、いずれのトランスジューサ素子から出射された前記波形の前記最終形状は少なくとも２つの予め選択された波形を結合することにより決定される、ことを特徴とする機械読み取り可能プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波画像化システムに関し、特に、対象物を表す画像データを決定するために対象物から受信したエネルギーを処理し、対象物において所定の空間エネルギープロファイルを有するブロードビーム（ファットＴＸ）を出射させることにより超音波画像化を実行するためのシステム、方法及びソフトウェアプログラムに関する。特に、本発明は、ファットＴＸ及びマルチライン受信（マルチラインＲＸ）画像化を用いて、対象物を表す画像データを生成する、医療用超音波診断システム、方法及びソフトウェアプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の方法及びシステムが、超音波画像化を実行することに対して知られている。Ｂｏｌｏｒｆｏｒｏｓｈ等による米国特許第６，２７７，０７３号明細書、Ｃｏｌｅ等による米国特許第６，１７２，９３９号明細書、Ｍａｌｌａｒｔ等による米国特許第５，２７６，６５４号明細書及びＡｕｇｕｓｔｉｎｅ等による米国特許第４，６４４，７９５号明細書全てにおいて、超音波画像化を実行するための種々の方法及び装置について記載されており、それらの文献の援用により本発明の説明の一部を代替する。
【０００３】
一般に、超音波画像化を実行するとき、典型的には、圧電結晶の方式であるトランスジューサ素子は画像化される対象物（即ち、患者）との物理的通信状態に置かれる。電流パルスにより励起されるとき、圧電素子は、特定の周波数スペクトルに亘って及び特定の強度において超音波のバーストを出射する。これらの超音波は、次いで、対象物における種々の深度において構造物を画像化するために対象物に伝搬する。超音波が所望の深度において対象物を通って移動するとき、その超音波のエネルギーは、次第により深い組織の層により、一部が吸収され及び／又は反射され、最終的に、その全てのエネルギーが吸収されるか又は反射される。医療用画像化の目的のために、対象物により反射されたエネルギーは、次いで、超音波が出射された圧電素子及び／又は他の圧電素子に戻り、超音波エネルギーは、圧電素子が電気信号を生成するようにし、次いで、その電気信号は画像データを生成するために処理される。多くのそのようなサイクルは、１０秒未満であることができる。
【０００４】
当該技術分野の超音波画像化装置の状態に伴ってデータが取得されることが可能である高速度にも拘らず、三次元（３Ｄ）ボリュームを画像化することは、尚も、挑戦的なことである。リアルタイムに三次元において超音波サンプリングを行うことは、ボリュームが走査される度に、そのボリュームにおける多くのポイントから反射されるエネルギーが測定されることを必要とする。有限の音速のために、データを取得することができるレートが有限である場合、三次元画像化は、画像化される領域をサンプリングするために利用可能である送信／受信サイクル数に厳密な制約を課す。高フレームレートで大きい視野の二次元（２Ｄ）アプリケーションに対しても同様である。それ故、所定の時間の期間に、より多くのデータを得る方法を見出すことは非常に好ましいことである。
【０００５】
一般に、医療用超音波画像化装置は、Ｃｏｒｅによる米国特許第６，１７２，９３９号明細書に記載されているように、トランスジューサヘッドに配置されている複数の圧電素子を使用する。画像を生成する送信（ＴＸ）ビーム及び受信（ＲＸ）ビームを操作するために、そのような装置を用いることができる。これは、一般に、画像化される全体的なボリュームに連続的に超音波を当てるためにビームを走査することによりなされる。走査は、典型的には、走査ラインの単一の“フレーム”の経路に亘るボリュームを横断して目的物に複数のビームを連続的に出射することを有する。各々の個別の送信ビームは、適切に遅延され、重み付けされたパルス波形を用いてトランスジューサヘッドにおける圧電素子の全て又は副集合に電源供給することにより形成される。各々の個別の送信ビームは、画像化されるボリュームの小さい部分のみに超音波を当てるように意図されている。単一の２Ｄフレームを形成するには１００ばかりのビームが出射される必要があり、３Ｄフレームを形成するには、何千ものビームが必要である。特に、後者の場合、そのために莫大な時間を要する。
【０００６】
データを取得することができるレートを上げるための一解決方法は、平坦な送信ビームにおける複数の受信ビームが有用であるように同時に用いられるように、Ａｕｇｕｓｔｉｎｅによる米国特許第４，６４４，７９５号明細書に記載されているような、比較的広い、平坦な送信ビームを使用することを含む。この技術は、一般に、“マルチライン受信”という。Ａｕｇｕｓｔｉｎｅによるビーム形成器は、送信ビームを“四角にする”ために及び大きい領域に超音波を当てるために重み付けされた振幅（特に、正弦関数に基づく）を使用する。同じ波形は全てのチャネルにおいて送信されるが、それらの振幅は異なる（又は、波形は反転されることが可能である）。しかしながら、送信焦点においてさえ、対象物を横断するエネルギープロファイルの形状を制御するためにこの方法を用いることは限界を有する。振幅の重み付けのみが波面を形成するために用いられるため、組織に超音波を当てる均一性及び送信ビームの意図された境界の外側における対象物の拒否は制限される。
【０００７】
マルチラインＲＸは、各々の送信イベントに対して複数の受信ラインを得ることを可能にするために、比較的効率的な送信サイクルの使用法である。同様に、データを取得することができるレートを増加させるために、個別のマルチライン送信（“マルチラインＴＸ”）を使用することができる。マルチラインＴＸの基本的前提は、Ｃｏｌｅ等による米国特許第６，１７２，９３９号明細書に記載されているような、隣接しているが空間的に区別可能な経路に沿って複数のビームを送信するために平行な送信経路を使用することである。複数の送信ビームは装置から出射され、対象物に出射される。マルチラインＲＸは又、上記のように、平行な受信ビームを形成するために用いられる。当該技術分野において周知であるように、受信エコーの振幅を表すＢモードデータを、受信されたマルチラインエコーから得て、表示する（及び／又は記憶する）ことが可能である。
【０００８】
これらの概念をそれらの論理的帰結に拡張することができる。個別の受信ビームの比は、対象物において更なるポイントを“みる”送信ビームに比例して変化する。“２Ｘ”マルチラインＲＸにおいては、受信ビームは送信ビームの中心のどちらか側に位置付けられる。“４Ｘ”マルチラインＲＸにおいては、受信ビームは送信ビームのどちらか側に位置付けられる、等である。圧電素子の二次元“２Ｄ”アレイを用いて、送信ビームの両側及び上下からビームを受信することにより仰角方向にマルチラインの概念を拡張することができる。
【０００９】
そのような従来の方法及びシステムは、超音波画像化能力における改善を次第に可能にしてきた。しかしながら、超音波画像化能力の全体的性能を改善するために強い要求が尚も存在している。従来の技術から明らかであるように、従来の方法は、しばしば、対象物の完全な画像を形成することができる前に、複数の送信イベントが発生することを必要とする。
【００１０】
同様に、米国特許第４，６４４，７９５号明細書に記載されている平坦なＴＸビーム形成器は、チャネル毎に波形の全体的形状を変化させることなく、各々のチャネルにおいて送信される信号の相対的信号のみの変化のために、そのフレキシビリティにおいて制限される。このことは、送信ビームの“スカート”の急峻度が増加できる程度を制限する。理想的には、送信ビームは、台形形状の代わりに“ボックスカー（ｂｏｘｃａｒ）”形状を有する必要がある。
【００１１】
それ故、画像化される対象物に関してできるだけ多くの洞察を与え、できるだけ多くのデータを得るために、超音波画像化技術を最適化することが尚も要求されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的及び優位性については、以下の詳細説明において説明し、明らかになると共に、本発明を実施することにより学習することができるであろう。本発明の更なる優位性は、本発明の明細書、同時提出の特許請求の範囲及び添付図面において特に示している方法及びシステムにより実現され、達成される。
【００１３】
本発明の目的に従った以上の及び他の優位性を達成するためには、詳細説明において具現化され、広範に説明しているように、本発明は、超音波ファットビーム送信及び複数の受信画像化を実行するためのシステムであって、そのシステムは対象物の方に超音波ビームを出射する送信器を有し、超音波ビームは対象物における少なくとも１つの位置に所定の空間的エネルギープロファイルを有する、システムを有する。送信器は複数の送信素子を更に有し、各々のトランスジューサ素子は超音波圧力波を形成するために好ましい形状を有する選択された電気的波形を変換することができる。そのシステムは又、各々のトランスジューサ素子において形成される波形の形状を制御することにより超音波ビームの空間エネルギープロファイルを制御するように、トランスジューサ素子に接続された各々のチャネルにおいてその形状（及び時間遅延）を制御し、電気的波形を形成するようにする送信処理器を有する。そのシステムは又、送信器から対象物の方に方向付けられた超音波ビームからエネルギーを受信する受信器を有する。更に、受信処理器は、対象物を表す画像データを決定するために受信エネルギーを処理するように備えられている。
【００１４】
好適には、システムは、超音波ビームの空間エネルギープロファイルが対象物の位置において実質的に平坦であり、受信器は送信器として複数のトランスジューサ素子の少なくとも一部から形成され、いずれのトランスジューサ素子から出射された波形の最終形状は
少なくとも２つの所定の波形を結合させることにより決定されるように備えられる。例えば、それ以上のトランスジューサ素子は送信ビームによるより受信ビームにより用いられることができる。同様に、送信器及び受信器は全体的に異なるトランスジューサ素子から構成されることができ、又は、幾種類かの同様のトランスジューサ素子のみを用いることができる。
【００１５】
本発明の他の特徴においては、システムは、受信エネルギーは外周を有する少なくとも１つの受信ビームの形で受信され、受信器は少なくとも１つの受信ビームの外周に超音波ガードビームを更に送信するように備えられている。
【００１６】
本発明の他の特徴においては、システムは、トランスジューサ素子は実質的に二次元のアレイ状に配列され、第１トランスジューサ素子から送信される波形の瞬間周波数（及び／又は振幅）は第２トランスジューサ素子から送信される波形の瞬間周波数と異なることが可能である。そのシステムは、異なるチャネルの時間遅延が送信ビーム及び受信ビームの操作及びフォーカシングを可能にする。
【００１７】
本発明は又、対象物に向かって複数のトランスジューサ素子において選択された波形を送信する段階を有する、超音波ファットＴＸ、マルチラインＲＸ画像化を実行するための方法を有する。その方法は又、送信器から超音波ビームを送信する段階であって、ビームは対象物における少なくとも１箇所において所定の空間エネルギープロファイルを有する、段階を有する。この方法においては、ビームの空間エネルギープロファイルは、各々のトランスジューサ素子により形成される波形の形状を制御することにより制御される。その方法は又、送信器から対象物の方に方向付けられた超音波ビームからエネルギーを受信する段階と、対象物を表す画像データを決定するために受信エネルギーを処理する段階とを有する。
【００１８】
好適には、方法は、超音波ビームの空間エネルギープロファイルが対象物の位置において平坦であり、受信器は送信器としての同様な複数のトランスジューサ素子から構成され、いずれのトランスジューサ素子から出射される波形の最終形状は少なくとも２つの所定の波形を結合することにより決定されるように備えられる。
【００１９】
本発明の他の特徴においては、方法は、外周を有する少なくとも１つの受信ビームの形で受信エネルギーが受信され、送信器は少なくとも１つの受信ビームの外周に超音波ガードビームを更に送信するような超音波ビームを形成するために備えられる。
【００２０】
本発明は又、超音波ファットＴＸ、マルチラインＲＸ画像化を実行するシステムを制御するための命令を有する機械読み取り可能プログラムであって、そのシステムは、送信器、送信処理器、受信器及び受信処理器を有するプログラムであり、対象物の方への複数のトランスジューサ素子からの超音波ビームの送信を制御するための手段を有するプログラムを有する。送信ビームは、対象物の少なくとも一箇所において所定の空間エネルギープロファイルを有し、各々のトランスジューサ素子は好ましい形状を有する選択された波形を形成することができ、ビームの空間エネルギープロファイルは各々のトランスジューサ素子により形成される波形の形状を制御することにより制御される。
【００２１】
好適には、機械読み取り可能プログラムは、超音波ファットＴＸ、マルチラインＲＸ画像化を実行するためにシステムを制御するための命令を有するように備えられ、超音波ビームの空間エネルギープロファイルは対象物の少なくとも一箇所において実質的に平坦であり、いずれのトランスジューサ素子から出射された波形の最終形状は少なくとも２つの所定の波形を結合することにより決定される。
【００２２】
本発明の他の特徴においては、機械読み取り可能プログラムは、外周を有する少なくとも１つの受信ビームの形で受信され、送信器は少なくとも１つの受信ビームの外周に超音波ガードビームを更に送信するように構成されている。
【００２３】
本発明の他の特徴においては、機械読み取り可能プログラムは、第１トランスジューサ素子から送信される波形の瞬間周波数は第２トランスジューサ素子から送信される波形の瞬間周波数とは異なる。
【００２４】
上記の一般的な説明及び以下の詳細説明の両方は例示的なものであり、同時提出の特許請求の範囲についての更なる説明を提供するように意図されているものであると理解される必要がある。
【００２５】
添付図及びフロー図は、この明細書に組み込まれており、この明細書の一部を成すものであり、本発明のシステム、方法及び機械読み取り可能プログラムの更なる理解を提供するものである。詳細説明に伴う添付図及びフロー図は本発明の原理を説明する上で役に立つ。
【００２６】
以下で、本発明の好適な実施形態を詳細に参照し、その実施形態の例は添付図およびフロー図により例示されている。本発明の方法及び対応する段階については、システムの詳細説明と関連付けて説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
ここで説明する方法、システム及び機械読み取り可能プログラムは、対象物の内部構造を決定するために用いられることが可能である。本発明は、医療用超音波診断画像化に特に適する。説明及び例示目的であって、限定的でない目的のために、本発明に従ったシステムの例示的実施形態を図１に示し、参照番号１００によりそれを一般に表す。
【００２８】
図１に示すように、システム１００は、対象物領域１０３の方に超音波ビーム１０２と、対象物の少なくとも一箇所１０５において所定の空間エネルギープロファイル１０４を有するビーム１０２とを出射するための送信器１０１を一般に有する。送信器は複数のトランスジューサ素子１０６を有する。特に、１０５はトランスジューサ素子１０６からの距離ｘ０を表している。図２を参照するに、各々のトランスジューサ素子は好ましい形状１０７を有する選択された複合波形を形成することができる。そのシステムは又、各々のトランスジューサ１０６により形成された複合波形１０７の形状を制御するために制御される送信処理器１０８を有し、ビームの空間エネルギープロファイル１０４は、各々のトランスジューサ素子１０６により形成された複合波形１０７の形状を制御することにより集合的に制御される。そのシステムは又、対象物１０３により反射された超音波エネルギーを受信する受信器１０９を有している。好適には、トランスジューサ素子１０６は、対象物１０３に超音波信号を送信するため及び受信されるエネルギーを受信するための両方のために使用される。
【００２９】
更に、受信処理器１１１は、表示／記憶器１１３において表示される対象物１０３を表す画像データ１１２を決定するために受信エネルギーを処理するように備えられる。
【００３０】
特に、本発明に従って、システムの各々の構成要素は、本発明を実行するために変更されたビーム１０２を同時に形成するように各々のチャネルにおいて波形を出射される十分なパワーと各々のチャネルに対する複合波形１０７を記憶するための十分なディジタルメモリとを有する標準的な医療用超音波診断装置とすることができる。
【００３１】
好適には、ファットビームの空間エネルギープロファイル１０４は実質的に平坦である。対象物のボリュームにおいて平坦なエネルギープロファイルを有するビームは、対象物のボリュームに実質的に均一に超音波を当てること（即ち、超音波エネルギーのエネルギー化）を確実にされる。対象物のボリュームに対して比較的均一に超音波を当てることは、類似する物理特性（密度、弾性等）を有する組織に対して実質的に等しい振幅の受信エネルギーの信号をもたらす。又、実質的に均一であるトランスジューサからの所定深度ｘ０における対象物への超音波の照射を有することにより、表示パネルにおいて結果として得られる超音波画像におけるアーチファクトを最小化する支援ができる。
【００３２】
空間エネルギープロファイル１０４の好ましい形状が与えられる場合、システムは送信器１０１の各々のトランスジューサ素子１０６に出射される複数の所定の波形から複合超音波ビームを構成することが可能である。
【００３３】
好適には、各々のチャネルにおける複合波形１０７は、本発明と同様に、全て一緒であることとは対照的に、時間の期間に対して実質的に領域の全てに超音波照射される、複数の別個の超音波ビーム２０２のシナリオに対応する、少なくとも２つの異なる成分波形２０１の重畳である。このよく知られた状態を表す図を図３に示す。図３に示すように、複数の送信ビームの各々は一様に間隔を置いた送信ビーム方向（又は、角度）に沿って送信される。これらの送信ビームは、図４に示すような、一様に間隔を置いた受信ビーム方向に沿って得られる複数の受信ビーム２０３と位置合わせがなされることができる。この方法を用いて、時間の期間に対して、対象物の全体のボリュームに超音波照射を行うことが可能である。実際には、又、画像の異なる領域において異なる空間解像度を適合させるために、不均一なビーム間隔を採用することは有利である。
【００３４】
しかしながら、個別のビーム２０２の各々を各々のトランスジューサ素子１０６から出射されるそれら成分波形２０１に分解することと、各々のチャネルにおいて成分波形１０７を形成するためにそれらの成分波形２０１を加え合わせることと、超音波ビーム１０２を形成するために成分波形１０７を同時に出射することとにより、対象物の同じ領域に超音波照射を行うが、時間の一部においてそのようにするタ二つビーム１０２を出射することが可能である。このことは、連続的な別個の送信ビーム２０２を用いる従来技術における装置におけるより少ない時間内に、所定量の画像データを集めることを可能にする。
【００３５】
更に、本発明は、Ａｕｇｕｓｔｉｎｅによる米国特許第４，６４４，７９５号明細書において記載されているファットＴＸビームに対して明確な有利性を提供する。Ａｕｇｕｓｔｉｎｅにより記載された最適振幅重み付けパターンは周波数依存性があり、ファットビームは単一の周波数において動作するようにデザインされている。しかしながら、実際に、Ａｕｇｕｓｔｉｎｅのシステムにおいてパルスが出射されるとき、広い周波数スペクトルが実際に用いられる。Ａｕｇｕｓｔｉｎｅによる振幅重み付けは、そのスペクトルにおいて他の周波数と“適合”しない。対照的に、本発明に従って、広い周波数スペクトルを用いることが熟考され、それ故、Ａｕｇｕｓｔｉｎｅによる欠点を被ることはない。
【００３６】
好適には、送信処理器１０８及び送信器１０１は、予め演算された波形を記憶し、出射するように十分なメモリ及びパワーを有する。波形は時間的に更に広げられる傾向にあるため、アレイの外周から出射される波形から構成される必要があるデータを記憶するために十分なディジタルメモリが存在することを確実にすることは特に重要である。
【００３７】
更に、成分波形２０１は予め選択されることができるため、本発明を実行するときに、ビーム１０２の空間エネルギープロファイル１０４を実際にシミュレートすることが可能である。それ故、既知の成分波形２０１に基づいて、成分波形１０７の形状及び超音波ビーム１０２の空間エネルギープロファイル１０４がどのようなものであるかを予測することが可能であり、それ故、所定のビーム１０２の空間エネルギープロファイル１０４を可能にする。ファットビームは、下の実施例Ｉにおいて示されるように、上記の方式でデザインされ、シミュレートされる。
【００３８】
本発明の他の実施形態に従って、方法、機械読み取り可能プログラム及びシステムは、超音波ファットＴＸ、マルチラインＲＸ超音波画像を実行するために備えられ、超音波ビームの空間エネルギープロファイルは対象物の好ましい位置において実質的に平坦である。更に、受信エネルギーは少なくとも１つの受信ビームの形で受信され、ここで、受信ビームは外周を有し、超音波ガードビームは送信器により受信ビームの外周に送信される。
受信ビームの外周における出射ガードビームは、表示スクリーンにおいてダークバンドとして現れる“ジェイルバー（ｊａｉｌｂａｒ）”超音波アーチファクトを回避するように支援する。そのようなアーチファクトは、表示画像が異なる空間応答を有するラインを有するときに生じる。高次のマルチライン（３Ｘ，４Ｘ，．．．）を用いて生成される超音波画像は“中心線”又は対象物の超音波照射領域の中心に向かって位置付けられた受信ビームを有するとみなされる。これらのラインは受信ビームのどちらかの側において出射された別個の送信ビームを有し、それ故、それらの中心の受信ビームの空間角度は、実質的に、均一に超音波照射される。
【００３９】
しかしながら、超音波照射される対象物のボリュームの外周の方の組織を観測する従来技術における受信ビームは、最も外側の受信ビームの内側にのみ出射された超音波ビームを有する。結果的に、最も外側のビームにより観測されるそのボリュームの一部においては、中心のビームにより対象物の領域の中心の方において観測される同様なサイズのボリュームに比べて照射される超音波は少ない。終了結果は、ダークライン、又は観測されるボリュームの境界に近接した“ジェイルバー（ｊａｉｌｂａｒ）”アーチファクトになる。
【００４０】
図４を参照するに、最も外側の受信ビームの外側においてガードビーム２０４を送信することにより、受信信号の全ては大部分において同じ程度に超音波照射される組織を観測するため、このアーチファクトは実質的に減少されることが可能である。この結果、画像は改善される。このようなアーチファクトを伴わない画像を得ることにより、スクリーンにおいて困惑させるパターンを減少させる支援をなすことができ、それ故、オペレータのエラーを減少することができる。付加的な一対の送信ラインが高次のマルチラインにおけるジェイルバーアーチファクトを著しく減少させる一方、必要に応じて、更にラインを付加することができる。
【００４１】
実施例Ｉ
実際には、非マルチラインの従来技術の装置においては、各々の別個の送信ビームは、トランスジューサ素子のアレイにおける素子全て又はそれらの多くから成分波形の重畳から現実には構成される。例えば、６つのそのような別個の送信ビーム２０２（ａ乃至ｆ）を図３に示している。従来技術の装置においては、一度にトランスジューサアレイからこれらのビームの各々が出射される。単一のビーム２０２のみが各々の走査ラインに対して出射される。結果的に、対象物の全体のボリュームに高周波照射がなされ、表示スクリーン上に画像を形成するために信号は受信され、処理される。
【００４２】
ここで説明する新規な発明を使用することにより、これらの６つの別個の送信ビームを結合し、単一の送信イベントとしてそれらを出射することが可能である。これらのビームを同時に出射することにより、送信は、従来技術の装置及び方法に比べて、その時間の一部のみにおいてなされることができる。
【００４３】
本発明に従って、ファットＴＸビームが以下の方式で形成される。この６つのビームの例においては、６つの別個のビームを出射するが、時間を節約するために単一の送信イベントにおいてそのようにする、利点を得、それ故、フレームレートが増加されることは好ましい。そのようにするためには、別個のビーム２０２（ａ乃至ｆ）全てを形成するために各々のチャネルにおいて出射される必要がある成分波形２０１が既知であることが仮定される。
【００４４】
各々の別個のビーム２０２に対する波形が既知である場合、各々のチャネルにおいて担持される各々の別個のビームのための成分波形２０１が付加されることができ、単一の送信イベントにおいて出射される。各々の個別の送信チャネルは単一のトランスジューサ素子１０６に対応することが理解される。
【００４５】
図５乃至２０は、トランスジューサアレイの送信開口の外周の方に位置付けられた単一のトランスジューサ素子１０６のための平坦なビーム及び構成波形を形成するために波形を付加する効果を示している。
【００４６】
図５乃至１０は、図３に示している６つの送信ビーム２０２（ａ乃至ｆ）の各々に対する送信開口の外側エッジにおける送信素子から出射される個々の成分波形２０１（ａ乃至ｆ）を示している。これらの成分波形２０１（ａ乃至ｆ）は、６つの個々の送信ビーム２０２（ａ乃至ｆ）を形成するために必要は６つの送信の間に個々に、各々出射される。それらの波形は、同等の形状（それらの正規化相互相関はある遅延に対して１であるという意味である）を有し、ビーム２０２（ａ乃至ｆ）が適宜に操作されるように、相対的に進められる又は遅らされるのみである。
【００４７】
本発明に従って、これらの個々の成分波形の少なくとも２つが、ファットＴＸ送信ビームを形成するためにアレイにおける他の素子から出射された類似する付加波形と結合されて、出射されることができる。結合された別個のビーム数が増加するにつれて、対象物のより大きい領域が次第に超音波照射されるようになる。
【００４８】
図１１は、図５及び６における波形２０１ａ及び２０１ｂを結合されることにより得られる波形１０７ａｂの形状を開示している。図１２は、図５、６及び７における波形２０１ａ、２０１ｂ及び２０１ｃを結合されることにより得られる波形１０７ａｃの形状を開示している。図１３は、図５、６、７及び８における波形２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ及び２０１ｄを結合されることにより得られる波形１０７ａｄの形状を開示している。図１４は、図５、６、７、８及び９における波形２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ及び２０１ｅを結合されることにより得られる波形１０７ａｅの形状を開示している。図１５は、図５、６、７、８、９及び１０における波形２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ、２０１ｅ及び２０１ｆを結合されることにより得られる波形１０７ａｆの形状を開示している。
【００４９】
これらの構成波形１０７ａｂ、１０７ａｃ、１０７ａｄ、１０７ａｅ及び１０７ａｆ各々は、次いで、２つ、３つ、４つ、５つ又は６つの別個の送信ビームそれぞれのシナリオに対応するファットＴＸビームにトランスジューサ素子１０６からトランスジューサアレイの他のチャネルにおいて類似する成分（しかし、異なる）波形とともに出射されることができる。
【００５０】
波形の“形状”は、図５乃至１５に示すように、時間に対する波形の振幅又は波形の幾何学的形状のトレースを単に意味するものである。２つの異なるチャネルにおける成分波形１０７が同じ“形状”を有する場合、数学的には、それらの正規化された相互相関は、あるタイムラグ（特に、それぞれのチャネルに適用される相対的操作及び焦点遅延を補償するタイムラグ）の間に、値１即ち単位の値に達する。実際には、単位相関は、各々の特定のチャネルを有する電気的成分の値における僅かな差異のために完全に達成されることはない。対照的に、本発明において採用している波形の形状は、意図的に、チャネル間で異なっている。本発明の波形の相関は、タイムラグ全てに対して１より小さい。このことは、完全に適合された電気的成分を用いてチャネルが生成される場合にさえ、そのようになる。
【００５１】
図１６乃至２０は、２つ、３つ、４つ、５つ及び６つの別個の送信ビームそれぞれの効果的な組み合わせから形成されるファットＴＸビームのプロファイルを開示している。図から理解できるように、図１６乃至２０に示すファットビームの空間エネルギープロファイル１０４は比較的平坦になる。結合可能なビームはビームを出射するために用いられる装置によってのみ制限されることを、当業者は解するであろう。好適な平坦性になる好ましい空間エネルギープロファイルを有するファットＴＸビームを形成するために、又は適切なある他の好ましい形状に、いずれの数のビームを結合することができる。
【００５２】
ビーム形成に対してこの新規な方法を用いる場合、本発明を用いて、Ａｕｇｕｓｔｉｎｅによる米国特許第４，６４４，７９５号明細書において記載されているビーム形成器により形成することができるビームより比較的急峻である“スカート”を有するファットＴＸビームを達成することが可能である。Ａｕｇｕｓｔｉｎｅによるビーム形成器は、チャネルごとに波形の全体的形状を変化させることなく、各々のチャネルにおいて送信される信号の相対的振幅を変化させることのみによりフレキシブルにそのビームを制限することができる。対照的に、本発明を用いることにより、チャネル毎の波形の全体的形状を異ならせることができる。このフレキシビリティの付加の度合いにより、実現される“ボックスカー（ｂｏｘｃａｒ）”に更により類似した形状を有する送信ビームが可能になる。
【００５３】
好適には、一旦、ファットＴＸビームが出射されると、トランスジューサ素子１０６の一部のサブセット又はスーパーセットは対象物におけることなる組織の層からのエコーを受信する受信器としての役割を果たす。これらの信号は受信処理器１１１により処理され、次いで、表示／記憶装置１１３に送信される。
【００５４】
実施例ＩＩ
図４ａは、４つの送信ビームが４つの受信ビームと位置合わせされる状態を示している。その図から理解できるように、図４ａにおける２つの“最も外側の”受信ビーム２０３の各々のみがその内側に送信ビームを有するが、そのそれぞれ外側においては送信ビームを有しない。対照的に、図４ｂにおいては、各々の受信ビームの内側及び外側において送信ビームが存在している。本発明に従って、図４ｂにおける外側の送信ビーム２０４は“ガードビーム”としての役割を果たす。図２１は、４つの結合された別個の送信ビームと２°の間隔を置いた２つのガードビームとを有するファットＴＸビームを示している。これは図４ｂに対応する。ガードビーム２０４を用いる（図４ａ似置けるガードビームを用いない場合に代えて）ことにより、最も外側の受信ビーム２０３は、内側の受信ビームと同じ量の信号を、各々略“観測する”必要がある。最終結果は、ジェイルバーアーチファクトが減少した画像である。
【００５５】
図４は成分送信ビームと受信ビームとの間の１対１の空間的対応を示しており、実際には、これはファットＴＸビームをデザインする都合がよく、効果的な方法であるが、そのような対応は必ずしも必要ない。受信ライン密度より大きいか又は小さいかどちらかである成分送信ビームに対するライン密度が又、可能であり、それは本発明の範囲内にある。
【００５６】
“変換ドメイン”においてデザインを指定すること又は実行することが常に可能であることは、当業者には理解できるであろう。本発明においては、ビームパターンの変換ドメインは複雑な開口重み付け関数であり、各々の素子における波形の変換ドメインはスペクトルである。上記のデザイン方法は、狭い、別個のビームパターンに対応する（広い帯域幅の）波形を重畳する一方、異なるドメインにおいて操作される代替の方法は又、上記の本発明の実施形態により検討されることができる。
【００５７】
例えば、最終の、好ましい、ファットＴＸビームパターンは、先ず、一連の開口ドメイン振幅重み付けパターンに変換されることが可能である。各々の振幅重み付けパターンは異なる時間的周波数と関連付けられる。異なる時間的周波数と関連付けられた正弦（狭い帯域幅）波形の重畳により、ビーム重畳方法を用いて得られる波形に略同等である複合波形が得られる。いずれの次数であって、上記のドメインのいずれの結合における操作は又、本発明の範囲内において可能である。
【００５８】
上記の直接複合方法ではなく、本発明の範囲内で、ファットＴＸビームを形成するために必要な波形を導き出すために最適化技術を用いることが又、可能である。一般に、その最適化方法においては、好ましいファットＴＸビームパターン、及びこのましパターンと実際のパターンとの間の差異を表すコスト関数が規定される。全てのチャネルにおける波形は、次いで、コスト関数を繰り返して最小化する方法において自由変数として処理される。それらは閉ループであるため、最適化技術は直接複合方法よりより良好なビームパターンをさえ形成する可能性を有している。しかしながら、それらの方法は又、かなり複雑であり、計算コストが非常に掛かる。直接複合方法はかなり簡単であり、満足のいく結果を得ることが理解できているため、直接複合方法が一般に好まれる。
【００５９】
本発明の方法及びシステムは、図を用いて上で説明したように、所定量の時間において画像データの非常に良好な品質を収集する能力からもたらされる解像度の改善を提供することができる超音波診断システムを備えている。本発明の範囲又は主旨から逸脱することなく、本発明の方法及びシステムにおいて種々の変更及び変形を実施することが可能であることを当業者は理解するであろう。従って、本発明は、同時提出の特許請求の範囲及びそれらと同等であるものの範囲内にある変更及び変形を有することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に従った超音波ファットビーム送信及びマルチライン受信画像化を実行するためのシステム、方法及び機械読み取り可能プログラムを模式的に示す図である。
【図２】本発明の好適な実施形態に従った少なくとも２つの成分波形を結合することを模式的に示す図である。
【図３】従来のマルチライン送信構成において互いから２°離れた６つの別個の送信ビームを模式的に示す図である。
【図４ａ】４つの送信ビーム方向が４つの受信ビーム方向と位置合わせがなされた状態を模式的に示す図である。
【図４ｂ】６つの送信ビーム方向（４Ｘマルチライン＋２つのガードビーム）が４つの受信ビーム方向と位置合わせがなされた状態を模式的に示す図である。
【図５】図３に示す送信ビーム２０２ａに対するトランスジューサアレイの外側エッジにおける送信素子から出射された個々の成分波形２０１ａを模式的に示す図である。
【図６】図３に示す送信ビーム２０２ｂに対するトランスジューサアレイの外側エッジにおける送信素子から出射された個々の成分波形２０１ｂを模式的に示す図である。
【図７】図３に示す送信ビーム２０２ｃに対するトランスジューサアレイの外側エッジにおける送信素子から出射された個々の成分波形２０１ｃを模式的に示す図である。
【図８】図３に示す送信ビーム２０２ｄに対するトランスジューサアレイの外側エッジにおける送信素子から出射された個々の成分波形２０１ｄを模式的に示す図である。
【図９】図３に示す送信ビーム２０２ｅに対するトランスジューサアレイの外側エッジにおける送信素子から出射された個々の成分波形２０１ｅを模式的に示す図である。
【図１０】図３に示す送信ビーム２０２ｆに対するトランスジューサアレイの外側エッジにおける送信素子から出射された個々の成分波形２０１ｆを模式的に示す図である。
【図１１】図５及び６における波形２０１ａ及び２０１ｂを結合させることにより得られる波形１０７ａｂの形状を示す図である。
【図１２】図５、６及び７における波形２０１ａ、２０１ｂ及び２０１ｃを結合させることにより得られる波形１０７ａｃの形状を示す図である。
【図１３】図５、６、７及び８における波形２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ及び２０１ｄを結合させることにより得られる波形１０７ａｄの形状を示す図である。
【図１４】図５、６、７、８及び９における波形２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ及び２０１ｅを結合させることにより得られる波形１０７ａｅの形状を示す図である。
【図１５】図５、６、７、８、９及び１０における波形２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ、２０１ｅ及び２０１ｆを結合させることにより得られる波形１０７ａｆの形状を示す図である。
【図１６】２つの別個の送信ビームを効果的に結合することにより形成されるファットＴＸビームに対する空間エネルギープロファイルを示す図である。
【図１７】２つの別個の送信ビームを効果的に結合することにより形成されるファットＴＸビームに対する空間エネルギープロファイルを示す図である。
【図１８】２つの別個の送信ビームを効果的に結合することにより形成されるファットＴＸビームに対する空間エネルギープロファイルを示す図である。
【図１９】２つの別個の送信ビームを効果的に結合することにより形成されるファットＴＸビームに対する空間エネルギープロファイルを示す図である。
【図２０】２つの別個の送信ビームを効果的に結合することにより形成されるファットＴＸビームに対する空間エネルギープロファイルを示す図である。
【図２１】図４ｂに対応する、２°離れた２つのガードビームと４つの結合された別個の送信ビームから複合されたファットＴＸビームを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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