(57)【要約】【課題】本発明は、所望の属性を有する、超音波撮像で使用される超音波ビームなどの、ビームを合成するために、動的分解能技法、改良型動的分解能技法、および／または性能向上型動的分解能技法を利用する。【解決手段】本発明は、性能向上された走査ビームを合成するために、全てのサンプルについて第１のサンプルビームおよび第２のまたは補助サンプルビームを同時に形成する。本明細書の動的分解能技法によれば、新しいビームが、２つのサンプルビームの和から形成されることができる。本発明の合成された動的分解能ビームは、減少したサイドローブを有し、メインローブの広がりが比較的小さいかまたは全くない。性能向上型動的分解能ビーム先鋭化関数が、メインローブをさらに狭細化するためなど、さらなる性能向上されたビームを提供するために適用されうる。【選択図】図２Ａ
2016179313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム信号を、メインローブ成分とサイドローブ成分に区分化すること、
前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分の少なくとも一方を独立に処理すること、および、
少なくとも一方が独立に処理された前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分を再結合することを含むビーム形成方法。
【請求項２】
前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分の少なくとも一方を独立に処理することは、
前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分の前記少なくとも一方を、前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分の他方と異なるように重み付けすることを含む請求項１に記載のビーム形成方法。
【請求項３】
前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分の前記少なくとも一方を異なるように重み付けすることは、
前記再結合する場合に、前記メインローブ成分の重み付けより小さい重み付けを有するように、前記サイドローブ成分を重み付けすることを含む請求項２に記載のビーム形成
方法。
【請求項４】
前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分を再結合することは、
非ヌルサイドローブ成分を前記メインローブ成分と結合することを含む請求項１に記載のビーム形成方法。
【請求項５】
前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分を再結合することは、所望の形状おおよび幾何学的特性を有するビームを合成することを提供する請求項１に記載のビーム形成方法。
【請求項６】
前記合成されたビームの前記所望の形状および幾何学的特性は、画像品質の向上のために、前記区分化されたビームより先鋭なメインローブおよびメインローブ分解能とサイドローブレベルとの間の均衡を提供するように適合されたサイドローブを含む請求項５に記載のビーム形成方法。
【請求項７】
複数のサイクルにわたって、前記区分化すること、前記独立に処理すること、および、前記再結合することを繰返すことにより、前記再結合されたメインローブ成分およびサイドローブ成分からの信号を使用して生成される画像の詳細分解能およびコントラスト分解能を最適化することをさらに含む請求項１に記載のビーム形成方法。
【請求項８】
前記複数のサイクルは、複数の見通し方向を含む請求項７に記載のビーム形成方法。
【請求項９】
前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分に区分化される前記ビーム信号は、合成ビーム技法によって提供される請求項１に記載のビーム形成方法。
【請求項１０】
前記合成ビーム技法は、
第１のメインローブおよび１つまたは複数のサイドローブを有する第１のサンプルビームを使用して第１の信号を取得すること、
第２のメインローブおよび１つまたは複数のサイドローブを有する第２のサンプルビームを使用して第２の信号を取得することであって、その際、前記第１のメインローブの形状は前記第２のメインローブの形状と実質的に異なっていること、および、
前記第１の信号と前記第２の信号と重み付けファクタとを使用して第３の信号を提供するビームを合成することを含む請求項９に記載のビーム形成方法。
【請求項１１】
前記第１のサンプルビームは非アポダイズドビームであり、前記第２のサンプルビームはアポダイズドビームである請求項１０に記載のビーム形成方法。
【請求項１２】
前記第１のサンプルビームはＳｉｎｃビームを含み、前記第２のサンプルビームは余弦アポダイズドビームを含む請求項１１に記載のビーム形成方法。
【請求項１３】
前記第１および第２のサンプルビームと比較して、１つまたは複数の減少したサイドローブを有する前記合成されたビームを提供するように、前記重み付けファクタを選択することをさらに含む請求項１０に記載のビーム形成方法。
【請求項１４】
前記重み付けファクタを選択することは、
前記第１のサンプルビームと比較して、前記合成されたビームの減少したサイドローブと増加したメインローブ幅との間に許容可能な均衡を提供するように前記重み付けファクタを選択することをさらに含む請求項１３に記載のビーム形成方法。
【請求項１５】
ビーム信号をメインローブ成分とサイドローブ成分に区分化すること、
前記メインローブ成分にビーム先鋭化関数を適用すること、および、
前記メインローブ成分に前記ビーム先鋭化関数を適用した後に、前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分を再結合することを含むビーム形成方法。
【請求項１６】
前記ビーム先鋭化関数は、
前記メインローブ成分からサンプルビーム信号の重み付けされた成分を減算することを含む請求項１５に記載のビーム形成方法。
【請求項１７】
前記サンプルビーム信号の前記重み付けされた成分を減算することは、
前記サンプルビーム信号の前記重み付けされた成分と前記メインローブ成分の最小をとることを含む請求項１６に記載のビーム形成方法。
【請求項１８】
前記サンプルビーム信号の前記重み付けされた成分を減算することは、
前記メインローブ成分から異なるように重み付けされたサンプルビーム成分を繰り返し減算することを含む請求項１６に記載のビーム形成方法。
【請求項１９】
前記サンプルビーム信号の前記重み付けされた成分は、重み付けされたメインローブ成分を含む請求項１６に記載のビーム形成方法。
【請求項２０】
前記サンプルビーム信号は、アポダイズドビームによって提供された信号を含む請求項１６に記載のビーム形成方法。
【請求項２１】
前記アポダイズドビームは、アポダイズド余弦ビームを含む請求項２０に記載のビーム形成方法。
【請求項２２】
前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分を再結合することは、
非ヌルサイドローブ成分を前記メインローブ成分と結合することを含む請求項１５に記載のビーム形成方法。
【請求項２３】
前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分に区分化される前記ビーム信号は、合成ビーム技法によって提供される請求項１５に記載のビーム形成方法。
【請求項２４】
前記合成ビーム技法は、
第１のビーム信号を、メインローブ成分とサイドローブ成分に区分化すること、
前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分の少なくとも一方を独立に処理すること、および、
少なくとも一方が独立に処理された前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分を再結合することを含む請求項２３に記載のビーム形成方法。
【請求項２５】
前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分の少なくとも一方を独立に処理することは、
前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分の前記少なくとも一方を、前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分の他方と異なるように重み付けすることを含む請求項２３に記載のビーム形成方法。
【請求項２６】
前記メインローブ成分および前記サイドローブ成分の前記少なくとも一方を異なるように重み付けすることは、
前記再結合する場合に、前記メインローブ成分の重み付けより小さい重み付けを有するように、前記サイドローブ成分を重み付けすることを含む請求項２５に記載のビーム形成方法。
【請求項２７】
前記合成ビーム技法は、
第１のメインローブおよび１つまたは複数のサイドローブを有する第１のサンプルビームを使用して第１の信号を取得すること、
第２のメインローブおよび１つまたは複数のサイドローブを有する第２のサンプルビームを使用して第２の信号を取得することであって、その際、前記第１のメインローブの形状は前記第２のメインローブの形状と実質的に異なっていること、および、
前記第１の信号と前記第２の信号と重み付けファクタとを使用して第３の信号を提供するビームを合成することを含む請求項２３に記載のビーム形成方法。
【請求項２８】
前記第１のサンプルビームは非アポダイズドビームであり、前記第２のサンプルビームはアポダイズドビームである請求項２７に記載のビーム形成方法。
【請求項２９】
前記第１のサンプルビームはＳｉｎｃビームを含み、前記第２のサンプルビームは余弦アポダイズドビームを含む請求項２８に記載のビーム形成方法。
【請求項３０】
前記第１および第２のサンプルビームと比較して、１つまたは複数の減少したサイドローブを有する前記合成されたビームを提供するように、前記重み付けファクタを選択することをさらに含む請求項２７に記載のビーム形成方法。
【請求項３１】
前記重み付けファクタを選択することは、
前記第１のサンプルビームと比較して、前記合成されたビームの減少したサイドローブと増加したメインローブ幅との間に許容可能な均衡を提供するように前記重み付けファクタを選択することをさらに含む請求項３０に記載のビーム形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、その全開示が参照により本明細書に組込まれる、２００９年１１月９日に出願された「SYSTEMS AND METHODS FOR SCAN BEAM SIDEしOBE REDUCTION WHIしE REDUCING THE MAINしOBE USING DYNAMIC RESOLUTION」という名称の米国仮特許出願第６１／２５９，３４６号、および、２００９年１１月１０日に出願された「SYSTEMS AND METHODS FOR SCAN BEAM SIDEしOBE REDUCTION WHIしE REDUCING THE MAINしOBE USING DYNAMIC RESOLUTION」という名称の米国仮特許出願第６１／２５９，９３８号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、ビーム形成に関し、より詳細には、サイドローブ低減および／またはメインローブ整形などによる、ビーム性能向上のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
超音波検査システムでは、音響信号が、走査ヘッドによって身体または他の被検体内に送信され、反射信号が、画像処理のために走査ヘッドによって受信される。反射信号は、目標（着目）の身体物質（たとえば、患者の組織）または他の被検体の構造の画像を形成するために、超音波検査システムによって使用される。こうした超音波検査撮像で使用される走査ヘッドは、通常、１つまたは複数の独立したトランスデューサおよびおそらくは他の電子部品を収容する手持ち式容器である。
【０００４】
超音波検査システム走査ヘッドのトランスデューサは、送信時に、電気エネルギーをその表面から遠くに放射する機械（音響）エネルギーに、また、受信時に、その表面に入射する機械（音響）エネルギーを電気エネルギーに変換する。エネルギー変換材料の個、の部分は、長方形などの特定の幾何学的形状として製造されることが多い素子である。通常、これらのトランスデューサ素子は、規則的パターン（アレイ）に配列され、素子の中心は、リニアアレイまたはフェーズドアレイを形成するために直線状に、湾曲アレイを形成するために孤に沿って、または２Ｄアレイを形成するために格子状に配列される。通常、トランスデューサ素子のこの規則的パターンは、ピッチと呼ばれる素子中心から素子中心まで測定される反復間隔を有する。超音波検査撮像動作において、トランスデューサ素子は、概してグループで使用される。一つの次元におけるトランスデューサ素子のこうしたグループの全範囲は、その次元における開口である。たとえば、リニアアレイの場合、１つの次元はトランスデューサ素子の高さであり、他の次元は、使用されるトランスデューサ素子の数にピッチを掛けた値である。
【０００５】
超音波ビームは、送信動作であっても受信動作であっても、トランスデューサ素子の先のグループの適切な使用によって形成されうる。たとえば、受信ビームは、トランスデューサ素子信号の１つまたは複数の属性を調整し（たとえば、選択された開口のトランスデューサ素子に対応するトランスデューサ素子ビーム形成信号を提供するように、遅延させ、かつ／または、重み付けし）、特定の地点（特定の地点は「焦点（focaし point）」である）に対応する最大信号応答を有するビーム形成信号を提供するために、これらのトランスデューサ素子ビーム形成信号を加算することによって形成される。先のトランスデューサ素子信号属性は、本明細書でビーム形成パラメータと呼ばれる。こうしたビーム形成パラメータは、通常、望ましくないエリア（たとえば、所望の「見通し方向（しook direction）」以外の方向）から受信されるクラッタ（たとえば、望ましくない反射信号などの雑音）を排除するためのビームを形成するために利用される。
【０００６】
特に、遅延は、トランスデューサ素子のグループからのトランスデューサ素子信号に適用され、それにより、狭いパルスが焦点から放出された場合、こうして遅延された信号が、加算デバイスに同時に到着し、したがって、最大の値をもたらす。焦点以外の任意の他の地点からやって来るこの同じ狭いパルスは、加算器に同時に到着しないことになり、したがって、加算されて大きな信号にならないことになる。特定の形状（たとえば、幅、長さ、方向など）を有するビームは、適切なビーム形成パラメータを使用して形成されうる。たとえば、所望の「見通し（しook）」方向を「指示した（pointed）」メインローブが形成されうる。
【０００７】
ビームを生成するための遅延の適用と無関係に、開口がアポダイズ（後記する「アポダイゼーション」参照）されうる。アポダイゼーションは、信号が加算される前に、トランスデューサ素子信号におそらくは一意の利得値（重み付け）を適用するプロセスである。特定のアポダイゼーション関数が、減少したサイドローブなどの所望の属性を有するビームを生成するために、したがって、クラッタを排除するために開口に適用されうる。開口に適用されうる多くの標準的な重み付け関数が存在するが、特に例示的である３つの関数が存在する。これらは、一様な重み付け（矩形型、ボックスカー型、ｓｉｎｃ型、または非アポダイズド型としても知られる）、ハニング（ハンとしても知られる）重み付け、および余弦重み付けである。ハニング重み付け（１＋ｃｏｓ（ｘ））および余弦重み付け（ｃｏｓ（ｘ））は、ハニング重み付けが二乗余弦関数である点で互いに関連する。超音波撮像システムにおいて開口アポダイゼーションのために使用されうる他の数学的関数は、ハミング、ブラックマンハリス、または他のアプリケーション特有の窓関数である。
【０００８】
一様に重み付けされた開口によって形成されるビームは、Ｓｉｎｃビームと呼ばれ、ハニング重み付けされた開口によって形成されるビームは、ハニングビームと呼ばれ、余弦関数重み付けされた開口によって形成されるビームは、余弦アポダイズドビームと呼ばれる。対象物は、画像を形成するために超音波ビーム（たとえば、Ｓｉｎｃビーム、ハニングビーム、または余弦アポダイズドビーム）を順次シフトさせることによって走査される。実装態様に応じて、超音波画像が、Ｓｉｎｃビームか、ハニングビームか、または他のタイプのビームによって形成されうる。
【０００９】
焦点が特定の方向に沿って移動するように、ビーム形成パラメータ（たとえば、遅延）が、連続して調整されるとき、動的に合焦されるビームが生成される。超音波検査撮像のためのビームスキャニングを行うとき、これらの動的ビームは、焦点が、リニアアレイの場合デカルト空間内で直線に、あるいは、フェーズドアレイまたは湾曲アレイでは頂点から単一角度に沿う直線に追従するように、通常形成される。たとえば、トランスデューサ素子信号のビーム形成パラメータを順次調整することによって、一連のビームは、目標の体積を走査するように形成されうる（たとえば、患者の中の特定のエリアまたは深さが走査されうる）。複数のこうした走査されるビームからの情報は、集められて、目標の被走査体積の画像（たとえば、患者の皮下部分の超音波画像）が生成されうる。たとえば、超音波Ｂモード動作では、異なる見通し方向の複数の超音波ビーム（たとえば、異なる見通し方向に走査されるビーム）から受信される複数ラインのエコーデータから画像が生成される。走査されたビームからのこうした画像生成は、本明細書で走査式体積撮像と呼ばれる。
【００１０】
ハニングビームによって取得される単色信号は、Ｓｉｎｃビームから取得される信号を、２つの空間的にシフトした隣り合うＳｉｎｃビームから取得される信号の平均と加算したものに数学的に等しく、ただし、これらのビームがナイキスト理論による間隔で配置される場合に限ることが知られている。すなわち、左Ｓｉｎｃビームの第１のヌル（０）および右Ｓｉｎｃビームの第１のヌルは、中心Ｓｉｎｃビームのピークと整列しなければならない。これらの特性に基づいて、３つの隣接するナイキスト間隔で配置されたＳｉｎｃビームから取得される信号を処理することによって、レーダアプリケーションにおいて性能を改善する技法が提案されている。しかし、超音波撮像において、ライン密度は、最適な画像品質のために複数のシステムパラメータに従って選択され、したがって、ナイキスト基準に従ってサンプリング間隔を、ビームごとにまたは走査ラインごとに設定することが、一般に充足できない。さらに、超音波撮像において、上述した走査式サンプルビームを実現するときに使用されうる動的ビーム形成は、通常、可変開口と共に実装される。換言すれば、異なる開口サイズが、異なる深さのビームを形成するために使用される。そのため、レーダについて実装されうるようなＳｉｎｃビームを処理することに基づくクラッタ低減技法は、しばしば、超音波走査式体積撮像で使用するために採用されることができない。
【００１１】
図１は、上述した走査式体積撮像（体積画像）を示す。具体的に、図１Ａに示すトランスデューサ素子Ｅ１〜ＥＮを有するトランスデューサ１１は、こうした走査式体積撮像を行うように動作しうる。動作時、トランスデューサ素子Ｅ１〜ＥＮのトランスデューサ素子信号は、体積画像１５内の特定のエリアに向けられる受信ビームを形成するように処理される。こうしたビームは、表面１６（たとえば、皮膚表面）の下に存在する対象物１２（たとえば、流体充満領域）および対象物１３（たとえば、組織構造）などの、体積画像１５内の対象物（目標対象物とも呼ばれる）に関する情報を収集するために形成されうる。
【００１２】
走査式体積撮像で使用される信号（たとえば、ビーム形成済み信号）の信号対クラッタ比が高ければ高いほど、生成される画像においてコントラスト分解能（たとえば、よりよい組織識別）が高くなることが認識されるべきである。１つの信号クラッタ源は、生成されるビームのメインローブに通常伴う上述したサイドローブである。所望のメインローブに伴う望ましくないサイドローブの存在は、図１Ａの例証から見てわかる。具体的に、図１Ａに示すメインローブはそれぞれ、メインローブに伴うサイドローブ（たとえば、メインローブＭし５に伴うサイドローブＳし５、それらの組合せは、複合表現からこれらのローブを識別するのを補助するために点線部で示される）を有する。サイドローブの数およびレベルならびにサイドローブの構造は、どれだけの軸外の望ましくないエコーが、結果として得られるビーム形成済み信号に統合されているか、したがって、目標の対象物についての所望のエコーをクラッタリングするかを規定する。サイドローブを低減する能力は、コントラスト分解能または画像内の組織などの目標対象物の識別性を改善する。
【００１３】
別の画像劣化源は、画像情報を収集するために使用されるメインローブの幅である。たとえば、メインローブの幅は、撮像される体積内の対象物がビームによってどのように広がっているかを規定する。メインローブの幅は、通常、画像の細部分解能に関連する。したがって、上述したスキャニングのために形成されるビームは、生成される画像内の目標対象物が、輪郭がはっきりするように狭い焦点を有すことが望ましいことが多い。
【００１４】
上記から、メインローブの幅、サイドローブのレベル、およびサイドローブの構造（たとえば、サイドローブが、メインローブからどれだけ速くロールオフするか）が、画像品質にとって大きな意義を有することが認識されうる。たとえば、高分解能画像は、非常に輪郭がはっきりしたビームによって達成されうる。
【００１５】
図１Ａのトランスデューサ１１を使用して画像生成するための信号処理は、選択された開口のトランスデューサ素子によって受信されるトランスデューサ素子信号についてビーム形成パラメータ（たとえば、遅延および／または重み）を適切に実装することによって、選択された開口（たとえば、トランスデューサ素子Ｅ１１〜Ｅ１５などの、選択されたトランスデューサ素子のグループ）を使用してビームを形成することを含みうる。たとえば、ビーム形成パラメータの遅延は、（たとえば、体積画像１５の特定の深さを走査するビームを提供するための適切な遅延を適用して）所望の焦点を有するメインローブＭし１１〜Ｍし１５を提供するように選択されうる。さらに、ビーム形成プロセスは、メインローブに伴うサイドローブを低減するなどのために、選択された開口のトランスデューサ素子から受信される信号に対して適切な重み付けをすること（アポダイゼーションプロセス）を必要としうる。そのため、ビームを生成するときに利用されるビーム形成パラメータは、トランスデューサ素子から受信される信号が大きさと位相の両方を修正されるように複素値を含みうる。
【００１６】
一般的にビームのサイドローブを低減するが、開口アポダイゼーションプロセスの使用は、メインローブを広げる。アポダイゼーションプロセスを使用する先の典型的なビーム形成の使用に伴う望ましくない結果は、図１Ｂ〜図１Ｄに示される。図１Ｂは、組織模擬画像１５０（全体として、図１Ａに示す、体積画像１５を表す）を示し、左の（対象物１２を備える図１Ａの撮像される体積の一部分に相当しうるような）流体充満領域Ａおよび右の（対象物１３を備える図１Ａの撮像される体積の一部分に相当しうるような）組織領域Ｂからなる。組織領域Ｂは、同じ散乱断面の点散乱体（たとえば、点散乱体１４）のクラスタを備えると仮定される。ここでは組織模擬画像１５０で表される、撮像される体積が、素子Ｅ１〜ＥＮのリニアアレイによって形成される超音波ビームのシーケンスで超音波を照射されると、画像が形成される。流体充満領域Ａから、ほとんど散乱強度が受信されないことになるため、結果として得られる（理想的な状況の）画像は、流体充満領域Ａについて表示されるグレイスケールを保持せず、一方、組織領域Ｂは、模擬画像に示すのと同様な強度を有するドットの分布を表示することになる。
【００１７】
先に論じたように、従来の超音波撮像システムにおいて、アレイの開口は、画像コントラストの改善のためにサイドローブを部分的に抑制するための決定論的数学関数でアポダイズされるか（それによりメインローブを広げる）、または、狭いメインローブを維持するためにアポダイズされず、それにより、クラッタが増大した状態でより小さな撮像ドットサイズをもたらす。いずれも、画像品質の劣化をもたらし、歪んだ画像を表示するであろう。
【００１８】
図１Ｃは、問題を示すために、先に論じた２つの異なるビーム構成を示す。ビームＢＵは、比較的高いレベルでサイドローブを有するより狭いメインローブを提供する非アポダイズドビーム（たとえば、ビーム形成重み付け分布を規定するために、一様な重み付け関数を使用して形成されたＳｉｎｃビーム）である。ビームＢＨは、比較的低いレベルでサイドローブを有するより広い（広がった）メインローブを提供するアポダイズドビーム（たとえば、ビーム形成重み付け分布を規定するために、二乗余弦重み付け関数を使用して形成されたハニングビーム）である。図１Ｃに示すビームの大きさは、対数的に圧縮され、サイドローブは、ほたて貝形状にされ、徐、にロールオフする。
【００１９】
ビームＢＵおよびＢＨは、同じエリア、特に図１Ｂの組織模擬画像１５０の組織領域Ｂの一部分を撮像するために使用されると仮定される。ビームＢＵは、メインローブによって受信される（たとえば、点散乱体１４によって反射される）反射信号から得られる（組織模擬画像１５０によって表されるエリア内で異なる見通し方向に複数のビームＢＵを走査することによって生成される画像を集めるときに使用されうる）目標対象物表現１０１を生成する。ビームＢＵは、さらに、サイドローブによって受信される反射信号から得られる（同様に、望ましくないクラッタとして生成画像になるように集められうる）アーチファクト１０１−１〜１０１−８を生成する。同様に、ビームＢＨは、メインローブによって受信される（たとえば、点散乱体１４によって反射される）反射信号から得られる（組織模擬画像１５０によって表されるエリア内で異なる見通し方向に複数のビームＢＨを走査することによって生成される画像を集めるときに使用されうる）目標対象物表現１００を生成する。ビームＢＨは、さらに、サイドローブによって受信される反射信号から得られる（同様に、望ましくないクラッタとして生成画像になるように集められうる）アーチファクト１００−１〜１００−４を生成する。図１Ｃを見てわかるように、対象物の同じエリアが撮像されたが、ビームＢＨによって提供される目標対象物表現１００は、ビームＢＵによって提供される目標対象物表現１０１と比較して広がっている。同様に、図１Ｃを見てわかるように、ビームＢＨによって生成されるアーチファクト（アーチファクト１００−１〜１００−４）より、（小さいものの）より多くのアーチファクト（アーチファクト１０１−１〜１０１−８）が、ビームＢＵによって生成される。
【００２０】
超音波検査画像は、撮像される体積に超音波を照射するように、複数のビームＢＵまたはビームＢＨを走査することによって生成されうる。たとえば、組織模擬画像１５０によって表されるエリア全体を通してビームＢＵおよびビームＢＨのそれぞれ一方を走査することによって生成される表現は、目標対象物の画像を形成するために集められうる。しかし、図１Ｃの図から認識できるように、ビームＢＵを使用すると、生成画像内の目標対象物は、比較的先鋭でありうる。その理由は、目標対象物表現（たとえば、目標対象物表現１０１）は、比較的小さいが、より顕著なサイドローブの結果として、アーチファクト（たとえば、アーチファクト１０１−１〜１０１−８）の数が大きいからである。ビームＢＵの使用に関連するアーチファクトはまた、目標対象物表現の対応する目標対象物表現から長い距離にわたって延在し、さらに生成画像を劣化させる。同様に図１Ｃの図から認識できるように、ビームＢＨを使用すると、生成画像内の目標対象物は、あまり先鋭でない。その理由は、目標対象物表現（たとえば、目標対象物表現１００）は、比較的大きいが、あまり顕著でないサイドローブの結果として、関連するアーチファクト（たとえば、アーチファクト１００−１〜１００−n）の数が小さいからである。さらに、ビームＢＨの使用に関連するアーチファクトは、目標対象物表現から短い距離にわたって延在する。したがって、先のビーム形成技法はそれぞれ、所望されるより低い品質であることが多い生成画像をもたらす。上記から認識できるように、所定品質の撮像を提供するために、明白なサイドローブがない、輪郭がはっきりしたビームを達成することが幻想であることがわかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
そこで、本発明は、動的分解能（dynamic resolution）（ＤＲ）ビーム合成技法の使用などによってビームサイドローブ低減を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明では、撮像される体積のそれぞれの被走査エリアについてサンプルビームから複数のビーム形成された信号を取得することによってＤＲビーム合成技法を実装する。たとえば、第１のサンプルビーム（たとえば、ビーム形成重み付け分布を規定するシンク関数を使用して形成されうるような非アポダイズドビーム）および第２のサンプルビーム（たとえば、ビーム形成重み付け分布を規定する余弦関数を使用して形成されうるようなアポダイズドビーム）が共に、撮像される体積（たとえば、組織エリア）のそれぞれの被走査エリア（たとえば、それぞれの見通し方向）について形成される。結果として得られるサンプルビーム信号（たとえば、非アポダイズド関数を使用したビーム形成された信号およびアポダイズド関数を使用したビーム形成された信号）は、本明細書のＤＲビーム形成技法のオペレーションを通して高分解能で低サイドローブビームからの信号に対応するビーム形成された信号を合成するために利用される。本発明の好ましい実施形態によれば、サンプルビームは、最小化された総合パワーをもたらすように、ＤＲビーム形成技法において重み付けされ結合されうる。結果として得られるＤＲビームは、好ましくは、減少したサイドローブを有し、メインローブの広がりが比較的小さいかまたは全くない。
【００２３】
本発明の改良型動的分解能（improved dynamic resolution）（ＩＤＲ）ビーム合成技法において、ＤＲビームは、所望の属性を有するＩＤＲビームを合成するために区分化される。たとえば、ＤＲビームは、サンプルビーム（たとえば、上述した第２のサンプルビーム）などを使用して、そのメインローブ成分とそのサイドローブ成分に区分化されうる。これらのビーム成分は、好ましくは、その１つまたは複数の属性を変更するなどのために、独立して操作されるかまたはその他の方法で処理される（たとえば、異なる重みを適用する）。本明細書のＩＤＲビーム合成技法は、ＩＤＲビームを合成するためにこれらのビーム成分を再結合することによって、操作された区分化済みビーム成分からＩＤＲビームを合成するように働く（たとえば、メインローブ成分には重みを大きく、サイドローブ成分には重みを小さく）。
【００２４】
先鋭化関数は、さらに性能向上されたビームを提供するために、所望である場合、ＤＲ／ＩＤＲビームに適用されうる。先鋭化関数が適用されているＤＲ／ＩＤＲビームは、本明細書で性能向上型動的分解能（enhanced dynamic resolution）（ＸＤＲ）ビームと呼ばれる。先鋭化関数が適用されているＸＤＲビームは、対応するＤＲ／ＩＤＲビームより狭いメインローブを提供する。さらに、こうしたＸＤＲビームのサイドローブは、良好な画像品質を達成するレベルにさらに抑制されうる。
【００２５】
ＩＤＲおよびＸＤＲビーム処理の実施形態は、先に論じたＤＲビーム処理のビーム合成を利用しうるが、ＤＲビーム合成の使用は、本明細書の概念の適用の制限ではない。たとえば、ＩＤＲおよび／またはＸＤＲビーム先鋭化処理の実施形態は、ＤＲビームを使用することなくＳｉｎｃビームおよび余弦アポダイズドビームに関して適用されうる（たとえば、Ｓｉｎｃビームおよび余弦アポダイズドビームを処理することによる最小パワービーム）。
【００２６】
本発明の実施形態の１つの特徴は、生成画像のサンプル空間において全てのビーム形成されたサンプルの焦点性能を最適化することである。本発明の実施形態の別の特徴は、パルス波（「ＰＷ」）、連続波（「ＣＷ」）におけるスペクトル漏れの最小化およびスペクトル分解能の改善、ならびに、符号化励起および符号化パターンがあるかまたはない状態でのカラーフロー処理である。本発明のなおさらなる特徴は、実施形態が、マルチラインビーム形成、合成開口ビーム形成、および高フレームレートビーム形成などの、多くのタイプのシステムで使用するために容易に適合しうることである。
【００２７】
本明細書の概念の実施形態は、ビームサイドローブ低減を提供するために超音波撮像に適用されうる。しかし、本明細書の概念は、超音波撮像に関する適用性に限定されない。実施形態は、可視光、赤外、無線周波数、および他の撮像技術に関して適用されうる。
【００２８】
次に続く本発明の詳細な説明がよりよく理解されうるために、上記は、本発明の特徴および技術的利点を幾分幅広く概説した。本発明の特許請求の範囲の主題を形成する本発明のさらなる特徴および利点が、以下で述べられる。開示される概念および特定の実施形態は、本発明の同じ目的を実施する他の構造を修正するかまたは設計するための基礎として容易に利用されうることが当業者によって認識されるべきである。こうした等価な構成は、添付特許請求の範囲で述べられる本発明の趣旨および範囲から逸脱しないことも当業者によって認識されるべきである。その構成とオペレーション方法の両方についての本発明に特徴的であると思われる新規な特徴は、さらなる目的および利点と共に、添付図面に関連して考えられると、以下の説明からよりよく理解される。しかし、図はそれぞれ、例証および説明だけのために提供され、本発明の限界の規定として意図されないことが明白に理解される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、動的分解能（ＤＲ）ビーム合成技法の使用などによってビームサイドローブ低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】サイドローブ低減についての必要性および従来方式でサイドローブを低減しようと試みるときに固有の問題を示す図である。
【図１Ｂ】サイドローブ低減についての必要性および従来方式でサイドローブを低減しようと試みるときに固有の問題を示す図である。
【図１Ｃ】サイドローブ低減についての必要性および従来方式でサイドローブを低減しようと試みるときに固有の問題を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、動的分解能処理、改良型動的分解能処理、および／または性能向上型動的分解能処理を提供するように適合されたシステムを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による、動的分解能処理、改良型動的分解能処理、および／または性能向上型動的分解能処理を提供するように適合されたシステムを示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による動的分解能ビーム合成技法によって使用されうる、第１のサンプルビームおよび第２のまたは補助のサンプルビームの例を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による図３Ａのサンプルビームから合成されうる例示的な動的分解能ビームを示す図である。
【図４】本発明の実施形態のＤＲビームを使用して生成される画像の表現を示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による、図３Ｂの動的分解能ビームなどの動的分解能ビームを合成するように適合された図２のシステムの実施形態の詳細を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による、図３Ｂの動的分解能ビームなどの動的分解能ビームを合成するように適合された図２のシステムの実施形態の詳細を示す図である。
【図６】本発明の実施形態による、図５Ａおよび図５ＢのＤＲ−ＸＤＲプロセッサの例示的なオペレーションを示す図である。
【図６Ａ】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる動的分解能ビーム合成のための、第１のサンプルビーム信号および第２のまたは補助のサンプルビーム信号についての信号の結合を示す図である。
【図６Ｂ】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる動的分解能ビーム合成のための、第１のサンプルビーム信号および第２のまたは補助のサンプルビーム信号についての信号の結合を示す図である。
【図６Ｃ】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる動的分解能ビーム合成のための、第１のサンプルビーム信号および第２のまたは補助のサンプルビーム信号についての信号の結合を示す図である。
【図６Ｄ】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる改良型動的分解能ビーム合成のための、第１のサンプルビーム信号からのメインローブ信号成分の分離を示す図である。
【図６Ｅ】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる改良型動的分解能ビーム合成のための、第１のサンプルビーム信号からのメインローブ信号成分の分離を示す図である。
【図６Ｆ】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる改良型動的分解能ビーム合成のための、第１のサンプルビーム信号からのメインローブ信号成分の分離を示す図である。
【図６Ｇ】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる改良型動的分解能ビーム合成のための、第１のサンプルビーム信号からのメインローブ信号成分の分離を示す図である。
【図６Ｈ】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる改良型動的分解能ビーム合成のための、第１のサンプルビーム信号からのメインローブ信号成分の分離を示す図である。
【図６Ｉ】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる改良型動的分解能ビーム合成のための、第１のサンプルビーム信号からのメインローブ信号成分の分離を示す図である。
【図６Ｉ（１）】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる改良型動的分解能ビーム合成のための、第１のサンプルビーム信号からのメインローブ信号成分の分離を示す図である。
【図６Ｉ（２）】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる改良型動的分解能ビーム合成のための、第１のサンプルビーム信号からのメインローブ信号成分の分離を示す図である。
【図６Ｉ（３）】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる改良型動的分解能ビーム合成のための、第１のサンプルビーム信号からのメインローブ信号成分の分離を示す図である。
【図６Ｊ】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる性能向上型動的分解能ビーム合成の反復オペレーションにおける、ビーム整形関数の使用を示す図である。
【図６Ｋ】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる性能向上型動的分解能ビーム合成の反復オペレーションにおける、ビーム整形関数の使用を示す図である。
【図６Ｌ】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる性能向上型動的分解能ビーム合成の反復オペレーションにおける、ビーム整形関数の使用を示す図である。
【図６Ｌ（１）】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる性能向上型動的分解能ビーム合成の反復オペレーションにおける、ビーム整形関数の使用を示す図である。
【図６Ｌ（２）】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる性能向上型動的分解能ビーム合成の反復オペレーションにおける、ビーム整形関数の使用を示す図である。
【図６Ｌ（３）】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる性能向上型動的分解能ビーム合成の反復オペレーションにおける、ビーム整形関数の使用を示す図である。
【図６Ｌ（４）】実施形態による図６のプロセスのオペレーションによる性能向上型動的分解能ビーム合成の反復オペレーションにおける、ビーム整形関数の使用を示す図である。
【図７Ａ】例示的なサンプルビーム、および、本発明の実施形態に従って例示的なサンプルビームから合成された性能向上型動的分解能ビームのグラフである。
【図７Ｂ】例示的なサンプルビーム、および、本発明の実施形態に従って例示的なサンプルビームから合成された性能向上型動的分解能ビームのグラフである。
【図７Ｃ】例示的なサンプルビーム、および、本発明の実施形態に従って例示的なサンプルビームから合成された性能向上型動的分解能ビームのグラフである。
【図８】１次元処理に適用される本発明の概念の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態による、異なるパラメータのセットを使用して処理された種、のビームを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に従って処理された種、のビーム間の関係を示す図である。
【図１１】本明細書の実施形態の補助サンプルビームに対して大きな増幅ファクタが適用されるときの、２つのメインローブビーム信号の大きさの間の差を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に従って利用されるビーム整形関数の一例を示す図である。
【図１３Ａ】残留メインローブ、動的分解能ビームのサイドローブを低減するためのメインローブ区分化ならびに結果として得られるビームを示す図である。
【図１３Ｂ】残留メインローブ、動的分解能ビームのサイドローブを低減するためのメインローブ区分化ならびに結果として得られるビームを示す図である。
【図１４】本発明の実施形態の複数の反復後の性能向上型動的分解能ビームの例を示す図である。
【図１５Ａ】本発明の実施形態による、異なるビーム特性を有する新しい成分信号の生成を示す図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態による、異なるビーム特性を有する新しい成分信号の生成を示す図である。
【図１５Ｃ】本発明の実施形態による、異なるビーム特性を有する新しい成分信号の生成を示す図である。
【図１５Ｄ】本発明の実施形態による、異なるビーム特性を有する新しい成分信号の生成を示す図である。
【図１５Ｅ】本発明の実施形態による、異なるビーム特性を有する新しい成分信号の生成を示す図である。
【図１５Ｆ】本発明の実施形態による、異なるビーム特性を有する新しい成分信号の生成を示す図である。
【図１５Ｇ】本発明の実施形態による、異なるビーム特性を有する新しい成分信号の生成を示す図である。
【図１６Ａ】本発明の実施形態によるビーム分解および合成で利用されるビームを示す図である。
【図１６Ｂ】本発明の実施形態によるビーム分解および合成で利用されるビームを示す図である。
【図１６Ｃ】本発明の実施形態によるビーム分解および合成で利用されるビームを示す図である。
【図１６Ｄ】本発明の実施形態によるビーム分解および合成で利用されるビームを示す図である。
【図１６Ｅ】本発明の実施形態によるビーム分解および合成で利用されるビームを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。
図２Ａは、本発明の実施形態に従って適合された超音波撮像システムの実施形態を示す。例示的な実施形態は、本明細書の概念を理解するのを補助するためにより具体的な例を提供するように、超音波撮像を参照して述べられることが認識されるべきである。しかし、本発明の概念は、超音波撮像に関する適用に限定されない。そのため、本発明の概念は、可視光、赤外線、および無線周波数撮像技術などの、送信信号の反射が使用される多数の技術に関して適用されうる。
【００３２】
超音波撮像システム２００が示され、走査ヘッド２２０と通信状態のシステムユニット２１０を備える。本実施形態のシステムユニット２１０は、走査式体積撮像を提供するために走査式ビームの送信／受信回路要素２２１を使用して超音波信号を送受信する走査ヘッド２２０のトランスデューサ（たとえば、図１Ａに示すトランスデューサ１１）を制御するように動作可能なプロセッサベースシステムを備える。したがって、本実施形態のシステムユニット２１０のプロセッサベースシステムは、受信した超音波信号を処理して、ディスプレイ２１２上に表示され、撮像される体積２０１の一部分を表す画像２１１を生成する。本発明の概念に従って適合されうる撮像システムに関する詳細は、その開示が参照により本明細書に組込まれる、「Moduしar Apparatus for Diagnostic Untrasound」という名称の同時係属中でかつ同一譲受人に譲渡された米国特許出願第１２／４６７，８９９号に提供される。
【００３３】
超音波撮像システム２００の本実施形態に関するさらなる詳細は、図２Ｂの高レベル機能プロック図に示される。図２Ｂに示すように、走査ヘッド２２０のトランスデューサは、（増幅器、バッファ回路、マルチプレクサ回路などを備えうるような）送信／受信回路要素２２１と通信状態であり、かつ、超音波信号を制御可能に送受信するように動作可能な超音波素子のアレイ（トランスデューサ素子Ｅ１〜ＥＮを有する図１Ａのトランスデューサ１１）を備えうる。
【００３４】
図２Ｂのシステムユニット２１０は、ビーム形成器２１３、ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４、超音波画像処理回路２１５、およびディスプレイ２１２を備える。ビーム形成器２１３は、トランスデューサ１１に／から提供される信号に関してビーム形成を提供するように動作する。ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４は、本明細書で述べる動的分解能ビーム合成処理を提供するように動作する。超音波画像処理回路２１５は、ディスプレイ２１２上で表示するなどのために、ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４によって合成された動的分解能（たとえば、ＤＲ、ＩＤＲ、および／またはＸＤＲ）ビーム信号を使用して超音波画像（たとえば、Ｂモード、Ｍモード、ドプラーモード、３−Ｄ、４−Ｄなど）を形成するように動作する。
【００３５】
図２Ｂに示す機能プロックに対する付加的なおよび／または代替の機能プロックが、本発明の実施形態に従って利用されうることが認識されるべきである。たとえば、デジタルビーム形成またはデジタル信号処理が、超音波撮像システム２００によって実装される場合などで、１つまたは複数のアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）および／またはデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）が利用されうる。さらに、機能プロックは、図２Ａに示すものと異なるように分配されうる。たとえば、走査ヘッド２２０とシステムユニット２１０との間に、「細いワイヤ（thin wire）」リンクが所望される場合などで、ビーム形成器２１３は、走査ヘッド２２０内に配設されうる。
【００３６】
ビーム形成器２１３によって実装されうる適応的ビーム形成プロセスに基づいて、調べられる組織部位に関連する信号内の信号対雑音比を最適にすることが可能である。適応的ビーム形成プロセスにおいて、全てのトランスデューサ素子（または、トランスデューサ素子のある選択されたサブセット）からの信号の大きさおよび位相についての一連の行列演算が、全てのサンプル場所について使用される。行列の次元は、通常、アレイ開口の次元に比例する。開口が、従来の超音波撮像システムの場合と同様に大きい、たとえば、３２、６４、または１２８であるとき、実装に必要とされる処理パワーは、非常に高く、あるシステムアプリケーションには適用できない。
【００３７】
ビーム形成器２１３のサンプルビームのビーム形成器２１３ａおよび２１３ｂは、本実施形態に従って走査式体積内の調べられる組織部位についてビーム形成された信号を生成するために遅延加算型（ｄｅｌａｙ−ａｎｄ−ｓｕｍ）ビーム形成プロセスを利用する。
遅延加算型ビーム形成は、トランスデューサ素子の間の到着時間差が補償された後に複数のトランスデューサ素子（トランスデューサ素子の全てまたはある選択されたサブセット）から受信される複数の信号を統合することによって行われる。ビーム形成器からの出力は、組織の散乱断面の分布に応じて、その大きさおよび位相を変更するビーム形成された信号である。
【００３８】
本実施形態によるオペレーションにおいて、ビーム形成パラメータの第１のセット（たとえば、遅延および／または重みの第１のセット）は、第１のサンプルビームを提供し、同時に、ビーム形成パラメータの第２のセット（たとえば、遅延および／または重みの第２のセット）は第２のサンプルビームを提供する。たとえば、サンプルビームのビーム形成器２１３ａは、第１のサンプルビーム（たとえば、非アポダイズドビーム）を形成するためにビーム形成パラメータの第１のセットを実装し、一方、サンプルビームのビーム形成器２１３ｂは、第２のまたは補助のサンプルビーム（たとえば、アポダイズドビーム）を形成するためにビーム形成パラメータの第２のセットを実装する。したがって、サンプルビームのビーム形成器２１３ａおよび２１３ｂは、本発明の実施形態による動的分解能処理のために２つの異なるビーム形成された信号を同時に提供する。
【００３９】
上記から、ビーム形成された信号において、複数のトランスデューサ素子（トランスデューサ素子の全てまたはある選択されたサブセット）からの信号が、統合されて、単一のビーム形成された信号になることが認識されるべきである。そのため、個、のトランスデューサ素子で受信された信号（たとえば、エコー信号）の位相および大きさが失われる。したがって、ビーム形成された信号のポストビーム形成（post beamforming）を改善することは、技術的な難題である。しかし、本明細書のＤＲ、ＩＤＲ、および／またはＸＤＲビーム合成概念を使用して、ポストビーム形成のビーム性能を改善することが可能である。
【００４０】
超音波撮像システム２００の本実施形態は、本明細書で述べる、動的分解能（ＤＲ）ビーム合成技法、改良型動的分解能（ＩＤＲ）ビーム合成技法、および／または拡張型動的分解能（ＸＤＲ）ビーム合成技法を実装する。たとえば、ＤＲビーム合成技法は、ＤＲビームを合成するために、撮像される対象物（たとえば、組織）のそれぞれの被走査エリアについて、ビーム形成器２１３のサンプルビームのビーム形成器２１３ａおよび２１３ｂによって提供される複数のビーム形成された信号を取得する超音波撮像システム２００のＤＲ／ＩＲＤ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４によって実装されうる。合成されたＤＲビームの信号は、ＩＤＲおよび／またはＸＤＲビーム合成を提供するために、本明細書で述べる区分化（分割）技法などを使用して、超音波撮像システム２００のＤＲ／ＩＲＤ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４によってさらに処理されうる。
【００４１】
本発明の実施形態によるＤＲビーム合成技法は、調べられる組織部位から２つのビーム形成された信号を同時に取得する。たとえば、第１のサンプルビーム（たとえば、図３ＡのビームＢＵ）および第２のまたは補助のサンプルビーム（たとえば、図３ＡのビームＡ）は、撮像される体積２０１のそれぞれの被走査エリア（たとえば、それぞれの見通し方向）の各サンプル点についてビーム形成器２１３を使用して形成される。合成されたＤＲビーム（たとえば、図３ＢのビームＢＯ）においてサイドローブを最小にする１つの方法は、ＤＲビームを合成するためにサンプルビームが結合されるときにサイドローブを最小にする、位相、形状、および大きさを有するサンプルビームを形成することによる。したがって、図３Ａの図から認識できるように、本実施形態のサンプルビームは、これらのサンプルビームが結合されるときに所望の属性を有するＤＲビームを合成するように協働するピークおよびヌルを提供するように適合する。すなわち、第１のサンプルビームＢｕ（θ）に伴うサイドローブは、第２のまたは補助のサンプルビームＡ（θ）を使用して低減されて、良好な品質のＤＲビームＢｏ（θ）をもたらしうる。
【００４２】
サイドローブを最小にする本発明のＤＲビーム合成技法の本実施形態は、アポダイゼーションなしで形成された第１のサンプルビーム、および、余弦関数（たとえば、ｃｏｓ（θ））を使用して開口をアポダイズすることによって形成された第２のサンプルビームまたは補助サンプルビームによって実装されうる。たとえば、アレイからの非アポダイズドビーム（図３ＡのビームＢＵ）パターンは、シンク関数ｓｉｎｃ（θ）によって記述されうる。関数ｓｉｎｃ（θ）は、振動性であり、θ＝±ｎπでゼロ交差する、すなわち、ｓｉｎｃ（±π）＝０であり、一方、ｓｉｎｃ（０）＝１である。アレイからのビームパターンが、余弦関数を使用してアポダイズされる（たとえば、図３ＡのビームＡ）場合、余弦アポダイズドビームは、２つの幾何学的にシフトした成分のＳｉｎｃビームに対称に区分化され、その２つのピークは、非アポダイズドビームの第１のサイドローブと整列し、ヌルが原点に設置されるＡ（０）＝０。Ａは、第２のサンプルビームまたは余弦アポダイズドビームである。そのため、余弦アポダイズドビームは、シンク関数を使用して形成された非アポダイズドサンプルビームに適用されると、サイドローブ低減用の補助サンプルビームとして使用されうる。Ｓｉｎｃビームおよび余弦アポダイズドビームは、ＤＲビーム合成プロセスを説明するために本明細書で参照されるが、サンプルビームの他の組合せが使用されて、本発明の概念に従って、改善された画像品質を有する画像再構成のために信号が処理されうることが認識されるべきである。
【００４３】
サンプルビームから得られるサンプルビーム形成済み信号は、本発明のＤＲビーム（たとえば、図３ＢのビームＢＯ）に対応する信号を合成するために、図２ＢのＤＲ／ＩＲＤ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４によって利用される。たとえば、サンプルビームの幾何学的および／または形態学的特性を使用して、サンプルビームからの信号が結合されて、所望の特性を有するＤＲビームが合成される。望ましくない属性（たとえば、サイドローブ）を打ち消すために結合する幾何学的および／または形態学的特性をサンプルビームが提供する場合、本実施形態のＤＲビーム合成は、サンプルビームを加算するように働きうる（たとえば、ＢＯ＝ＢＵ＋αＡ）。しかし、望ましくない属性（たとえば、サイドローブ）を増加させるために結合する幾何学的および／または形態学的特性をサンプルビームが提供する場合、本実施形態のＤＲビーム合成は、サンプルビームを減算するように働きうる（たとえば、ＢＯ＝ＢＵ−αＡ）。したがって、ＤＲビームを合成するときにサンプルビームの使用に関して本明細書で提供される数学的関係は、利用される特定のサンプルビームの結合／打ち消し特性に応じて符号の変化を実装しうることが認識されるべきである。
【００４４】
次に続く説明からよりよく理解されるように、先の例のαは、第１のサンプルビームの望ましくない部分を打ち消すために使用される第２のサンプルビームから受信される信号の分割量を規定する。パラメータαは、ＤＲビーム合成におけるサイドローブ軽減とメインローブの広がりとの間の均衡を提供するために本実施形態に従って使用される。したがって、本明細書の動的分解能ビーム形成技法のオペレーションによって合成されたＤＲビームは、好ましくは、減少したサイドローブを有し、メインローブの広がりが比較的小さいかまたは全くない。
【００４５】
以下の説明は、本発明の実施形態のＤＲビーム合成プロセスをよりよく理解するのを補足するために提供される。第１のサンプルビームＢｕ（θ）が、撮像される体積を走査するために使用される場合、対象物Ｏ（θ）に関して第１のサンプルビームＢｕ（θ）を走査することによって受信される、結果として得られるビーム形成された信号Iｕ（θ）は、Iｕ（θ）＝∫Ｏ（φ−θ）＊Ｂｕ（φ−θ）ｄφとして記述されうる。第１のサンプルビームＢｕ（θ）が、２つの成分ＢｕＭ（θ）およびＢｕＳ（θ）に分解されうると仮定する。ここで、ビーム成分ＢｕＭ（θ）は所望のビーム成分（たとえば、メインローブ）であり、ビーム成分ＢｕＳ（θ）は望ましくないビーム成分（たとえば、サイドローブ）であり、Ｂｕ（θ）＝ＢｕＭ（θ）＋ＢｕＳ（θ）である。そのため、Iｕ（θ）＝∫Ｏ（φ−θ）＊Ｂｕ（φ−θ）ｄφ＝IｕＭ（θ）＋IｕＳ（θ）である。
【００４６】
第２のサンプルビームＡ（θ）は、第１のサンプルビームＢｕ（θ）の方向と同じ方向を「見通す（しook）」または指示する補助ビームでありうる。第２のサンプルビームＡ（θ）もまた、２つの成分ＡＭ（θ）およびＡＳ（θ）に分解されうると仮定する。ここで、Ａ（θ）＝ＡＭ（θ）＋ＡＳ（θ）である。そのため、IＡ（θ）＝∫Ｏ（φ−θ）*Ａ（φ−θ）ｄφ＝IＡＭ（θ）＋IＡＳ（θ）である。上記から、ＤＲビームＢＯ（θ）は、ＢＯ（θ）＝ＢＵ（θ）＋αＡ（θ）＝ＢＵＭ（θ）＋αＡＭ（θ）＋ＢＵＳ（θ）＋αＡＳ（θ）に従って形成されうる。そのため、サイドローブ信号ＢＵＳ（θ）は、差 ||ＢＵＳ（θ）−ＡＳ（θ）||２を最小にする、すなわち、
2016179313.tif 000003
となるαを確定することによって減少されうる。これは、事実上、
2016179313.tif 000004
と等価である。
【００４７】
本発明の実施形態によるＤＲビームのメインローブを劣化させないために、第２のまたは補助のサンプルビームαＩＡＭ（θ）のメインローブから得られるビーム信号成分は、できる限り小さいことが望ましい。すなわち、非ゼロαＩＡＭ（θ）は、通常、合成されたＤＲビームＢｏ（θ）においてメインローブＢｕＭ（θ）の少なくともある程度の広がりをもたらす。第２のサンプルビームＡ（θ）と結合されるときに、サンプルビームＢｕ（θ）の見通し方向または指示方向を変えないために、本実施形態の第２のサンプルビームＡ（θ）は、第１のサンプルビームのメインローブＢｕＭ（θ）に対応して設置されたヌルを含む。換言すれば、Ａ（０）＝０でかつＢｏ（０）＝ＢｕＭ（０）である場合、サイドローブからのクラッタエネルギーが、打ち消しプロセスＢｕ（θ）＋αＡ（θ）の結果として最小になると、ＢｕＭ（θ）の見通し方向または指示方向は、ＢｕＭ（θ）＋αＡＭ（θ）のプロセスのためにメインローブがわずかに広がりうることを除いて変更されないことになる。
【００４８】
パラメータ・アルファαは、所定の最小値および最大値によって境界付けられうる。たとえば、本実施形態のパラメータ・アルファは、好ましくは、０と１との間で境界付けられて、データ取得または他の数値プロセスから生じる誤差が回避される。第２のサンプルビーム（たとえば、先の余弦アポダイズドビーム）からの信号を使用することによってサンプルビーム（たとえば、先にＳｉｎｃビーム）からのクラッタ信号を打ち消すことが実用的でない状況が存在しうることが認識されるべきである。たとえば、クラッタレベルが異常に高いとき、または、望ましくない方向からの信号が、非常に高いため、第２のサンプルビームから容易に達成されるものより高い性能のサイドローブ打ち消しビームが所望されうるときである。こうした状況では、パラメータαの値は、本発明の実施形態による所定の最大許容可能値（たとえば、１）に設定されうる。
【００４９】
アルファがゼロの場合は、サイドローブが、第１のサンプルビーム（たとえば、Ｓｉｎｃビーム）において低く、ＤＲビーム合成におけるサイドローブ打ち消しのために、第２のまたは補助のサンプルビーム（たとえば、余弦アポダイズドビーム）から信号が全く必要とされない状況である。対照的に、アルファが１に等しいとき、サイドローブに起因する第２のまたは補助のサンプルビーム（たとえば、余弦アポダイズドビーム）から受信される信号は、ＤＲビーム合成のために第１のサンプルビーム（たとえば、Ｓｉｎｃビーム）のサイドローブの打ち消しのために必要とされる。したがって、本実施形態のＳｉｎｃビーム／余弦アポダイズドビームＤＲビーム合成例では、α＝０の場合、合成されるＤＲビームはＳｉｎｃビーム（ＢＯ＝ＢＵ＋αＡ＝ＢＵ＋０Ａ＝ＢＵ）であり、α＝１の場合、合成されるＤＲビームは二乗余弦またはハニングビーム（ＢＯ＝ＢＵ＋αＡ＝ＢＵ＋１Ａ）である。０と１との間のαの値は、Ｓｉｎｃビームのメインローブと二乗余弦アポダイズドビームのメインローブとの間で幅が変動する合成されたＤＲビームメインローブを提供し、サイドローブは、余弦アポダイズドビームサイドローブから受信される信号の分割量に従って減少する。
【００５０】
最適化プロセスは、第１のサンプルビーム（たとえば、Ｓｉｎｃビーム）の望ましくない部分の打ち消しのために、第２のまたは補助のサンプルビーム（たとえば、余弦アポダイズドビーム）から必要とされる信号量を計算するために実装されうる。しかし、こうした最適化プロセス、すなわち、本発明の実施形態のＤＲビーム合成プロセスでは、目的関数の異なる選択が使用されうる。ビームのクラッタ信号のパワーの最小化に基づく基準が、上述したパラメータαを計算するために選択されうる。すなわち、本発明の実施形態のパラメータαは、ＤＲビームを合成するために第１のサンプルビーム信号と結合される、第２のまたは補助のサンプルビーム信号の分割量を事実上規定し、したがって、サンプルビームが結合されるときに、クラッタ信号のパワーが最小になるようにパラメータαを選択するための目的関数が、本実施形態に従って選択されうる。
【００５１】
本発明の実施形態のＤＲビーム合成プロセスでは、パラメータαは、サンプルごとに（たとえば、見通し方向ごとに）動的に変更されうる。本実施形態のパラメータαは、サイドローブ打ち消しプロセスにおいて、サンプルビーム（たとえば、Ｓｉｎｃビームおよび余弦アポダイズドビーム）からの測定に基づいて、ビームの総合クラッタパワーを最小にすることによって選択されるため、ＤＲ処理された画像内の全てのサンプルについて、細部分解能とコントラスト分解能との間の良好な均衡が達成されうる。たとえば、サイドローブが高いサンプル場所では、パラメータαは、高いまたは上方限界（たとえば、先の例では１）に設定される可能性があり、第２のサンプルビームは、そのロールオフ率が速い低いサイドローブを有するＤＲビームを合成するために利用される。しかし、合成されたＤＲビームのメインローブの幅は、第２のサンプルビームの影響によって広がり、したがって、画像分解能は低くなる可能性がある。少ないクラッタが、その隣から受信されるサンプル場所において、パラメータαは、低いまたはより低い限界（たとえば、先の例では０）に設定される可能性があり、第２のサンプルビームは、本質的に、ＤＲビームを合成するときに未使用のままである。こうした本実施形態ではアポダイゼーションが全く利用されないため、合成されたＤＲビームのメインローブは狭い。そのため、画像内のサイドローブ打ち消しパラメータは、先の例において０〜１に変動する。結果として、ＤＲビーム合成プロセスは、事実上、画像内の細部分解能およびコントラスト分解能から最良のトレードオフを可能にする。
【００５２】
先の概念を示すために、図３ＢのビームＢＯは、サンプルビームＢＵおよびＡのサンプルビーム信号から合成されたＤＲビームＢｏ（θ）の表現を示す（たとえば、Ｂｏ（θ）＝Ｂｕ（θ）＋αＡ（θ）であり、ここでα＝１である）。ビームＢＯのサイドローブは大幅に減少した。しかし、メインローブは、図３ＡのＷ１および図３ＢのＷ２によって示すように、Ｓｉｎｃビームのメインローブと比較して、比較的幅広であった。こうした広がったメインローブは、一般に、結果として得られる画像の分解能を減少させるが、比較的わずかなメインローブの広がりとサイドローブのかなりの低減の均衡を通して、改善された画像品質が、こうした本実施形態のＤＲビームによって提供される。
【００５３】
図４は、本発明の実施形態に従って合成されたＤＲビームを使用して生成された画像の表現を示す。特に、図４は、ＤＲビーム（たとえば、図３ＢのＤＲビームＢＯ）を合成するために、サンプルビーム（たとえば、図３ＡのサンプルビームＢＵおよびＡ）を走査することによって生成される、撮像される体積内の目標対象物（たとえば、目標対象物を表すために凝集する目標対象物表現４００）を示す画像４６０を示す。図示するように、図３Ｂでは、画像４６０についての表示のダイナミックレンジは、下方カットオフＧしと上方カットオフＧＨとの間のＤＲビーム信号内の情報に対応する。サイドローブアーチファクトは、画像４６０では全く見えない。その理由は、合成されたＤＲビームのサイドローブが急速に低下し、サイドローブが実際に生成する画像は、下方カットオフＧし未満であるからである。点散乱体１４に対応する生成画像は、ＤＲビームのメインローブ幅が減少するため、画像４６０内でほんのわずかに広がる。そのため、画像のテクスチャは、よく保存され、画像４６０の領域ＡまたはＢのいずれにおいても、アーチファクトがほとんど存在しないかまたは全く存在しない。
【００５４】
図５Ａおよび図５Ｂは、複数のサンプルビーム（たとえば、図３ＡのサンプルビームＢＵおよびＡ）を使用してＤＲビーム（たとえば、図３ＢのＤＲビームＢＯ）を合成するように適合した超音波撮像システム２００の本実施形態のさらなる詳細を示す。図５Ａおよび図５Ｂの例示的なシステムは、ＤＲビーム合成のために２つのサンプルビーム信号を形成するためにビーム形成器２１３を利用する。本実施形態のビーム形成器２１３は、本明細書で述べるサンプルビーム信号を形成するために、ＤＥ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４などの制御プロセッサの制御下で動作可能でありうる、種、の信号処理、重み付け、および結合回路要素を備える。
【００５５】
本実施形態では、トランスデューサ素子（たとえば、図１Ａに示すトランスデューサ素子Ｅ１〜ＥＮ）から供給される信号は、後続のビーム形成処理のためのトランスデューサ信号増幅を行う低ノイズ増幅器を備えうるような増幅器５１−１〜５１−Ｎによって処理される。素子５２−１〜５２−Ｎは、各トランスデューサ素子信号について信号位相（遅延）調整を行い、素子５３−１〜５３−Ｎは、各トランスデューサ素子信号について信号振幅（重み付け）調整を行う。そのため、素子５２−１〜５２−Ｎおよび５３−１〜５３−Ｎは共に、トランスデューサ素子信号にビーム形成パラメータを適用する。結合器５４および５５は、トランスデューサ素子信号の結合（たとえば、加算）を行って、結果として得られるビーム信号を形成する。したがって、素子５２−１〜５２−Ｎおよび結合器５５は、協働して、本発明の実施形態のサンプルビームのビーム形成器２１３ａを提供し、素子５２−１〜５２−Ｎ、素子５３−１〜５３−Ｎ、および結合器５４は、協働して、本実施形態のサンプルビームのビーム形成器２１３ｂを提供する。
【００５６】
図５Ａの本実施形態では、適切に遅延された複数のトランスデューサ素子信号が、結合器５５で結合されて、Ｓｉｎｃビーム信号が上述した第１のサンプルビーム信号として提供される。適切に遅延され重み付けされたトランスデューサ素子信号が、結合器５４で結合されて、余弦アポダイズドビーム信号が上述した第２のまたは補助のサンプルビーム信号として提供される。本発明の実施形態によるオペレーション時に、Ｓｉｎｃビームおよび余弦アポダイズドビームは、（たとえば、同じセットのトランスデューサ素子信号を使用して）同時に形成される。
【００５７】
ビーム信号調節および／または処理は、所望される場合、ＤＲビーム合成処理の前に、それと一緒に、または、それの後に本実施形態に従って提供されうる。たとえば、ベクトル空間におけるＤＲビーム合成を容易にするために、本実施形態の余弦アポダイズドビーム信号は、直交バンドパスフィルタ５６−１に供給され、一方、Ｓｉｎｃビーム信号は、直交バンドパスフィルタ５６−２に供給される。付加的なまたは代替のサンプルビーム信号調節は、アナログ−デジタルコンバータ（たとえば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が、本明細書のＤＲビームを合成するときに使用される場合）、増幅器、ノイズキャンセリングなどを備えうる。
【００５８】
Ｓｉｎｃビーム信号および余弦アポダイズドビーム信号は、ＤＲビーム信号合成のために、本実施形態のＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４に供給される。図５Ａに示すＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４の本実施形態は、本明細書で述べる動的分解能処理を提供するために、ここではＤＲ処理５１１、ＩＤＲ処理５１２、およびＸＤＲ処理５１３として示される複数のビーム処理回路を含む。しかし、本発明の実施形態が、本実施形態のビーム処理回路の全てを実装しない可能性があることが認識されるべきである。たとえば、実施形態は、所望される場合、本明細書で述べるＤＲ処理（たとえば、ＤＲ処理５１１）だけ、または、ＤＲ処理とＩＤＲ処理（たとえば、ＤＲ処理５１１とＩＤＲ処理５１２）の組合せを実装しうる。ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４は、本明細書で述べるビーム処理回路を提供するように構成された、本明細書で述べるオペレーションを提供するための命全セットの制御下で動作可能な汎用プロセッサ、ＤＳＰ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）などを備えうる。ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサの動作は、図６のプロセスを参照して以下でより完全に述べられる。
【００５９】
本発明の実施形態に従って合成されたビーム信号は、上述した超音波画像の生成などの画像生成において利用されることが認識されるべきである。したがって、本実施形態のＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４の出力は、こうした画像生成のための回路要素に供給される。たとえば、本実施形態の合成された動的分解能ビーム信号は、走査変換のために、信号の位相を除去し、信号の大きさのマッピングを行うなどのために、検出および圧縮回路５９に供給される。本実施形態の走査コンバータ５０１は、ディスプレイ２１２を介してユーザに提示するために、取得空間から表示空間に信号の大きさを変換する。
【００６０】
余弦アポダイズドビームを実装することについての問題の１つは、（たとえば、図５Ａの結合器５４にて）トランスデューサ素子信号を結合することである。余弦関数は、−１と＋１との間で振動する。そのため、重みおよび加算を実施するとき、１つのトランスデューサ素子信号（チャネル）は−１である可能性があり、一方、別のトランスデューサ素子信号（チャネル）は＋１である可能性があり、それにより、１つのチャネルが他のチャネルを相殺する確率が存在する。余弦関数の使用に伴う各チャネルの正値および負値は、ビーム形成時の遅延および加算プロセスにおける打ち消しを引起す可能性があり、ダイナミックレンジ制限をもたらす。さらに、余弦関数が−１から＋１に進み、したがって、ゼロを交差するため、あるトランスデューサ素子は、非常に小さな信号を受信することになる。この問題を克服するために、画像処理システムのフロントエンド回路要素（たとえば、フロントエンド回路要素のＡＤコンバータ）は、非常に広いダイナミックレンジを有する必要がある可能性がある。
【００６１】
余弦アポダイゼーションの使用に伴う先の問題は、二乗余弦アポダイズドビーム（たとえば、ハニングビーム）が、ビーム形成器２１３によって形成される図５Ｂの本実施形態において回避される。そのため、余弦アポダイズドビームを直接形成するためにビーム形成器を使用する代わりに、図５Ｂの本実施形態は、ＤＲビーム合成で使用するためのＳｉｎｃビームに加えて、二乗余弦アポダイズドビーム（たとえば、ハニングビーム）を形成するように働く。その後、上述したＤＲビーム合成で使用される第２のまたは補助のサンプルビーム信号が、第１のサンプルビーム（ここではＳｉｎｃビーム）の信号と二乗余弦アポダイズドビームの信号との差をとることによって計算されうる。したがって、図５Ｂの本実施形態では、適切に遅延されたトランスデューサ素子信号は、結合器５５にて結合されて、Ｓｉｎｃビーム信号が、上述した第１のサンプルビーム信号として提供される。二乗余弦関数で重み付けされたトランスデューサ素子信号は、結合器５４にて結合されて、二乗余弦アポダイズドビーム信号が提供される。フロントエンド上でこうした二乗余弦アポダイズドビームを形成することの利点は、結合器５４が、正の信号を扱う必要があるだけであり、それにより、ノイズがさらに抑制されることである。
【００６２】
超音波撮像において、動的合焦が、可変開口と共に実装されることが多い。換言すれば、異なる開口サイズが、異なる深さのビームを形成するために使用される。一般に、画像内の種、の深さにおいて分解能を維持するために、深さが増大するにつれて、開口サイズを増大させることが好ましい。Ｓｉｎｃビームおよび余弦アポダイズドビームは、深さと共に変動する異なるサイズの開口を使用して形成されうる。ビーム形成器内に実装されるチャンルの数は、一般に制限されるため、ビーム形成のための開口サイズは、ビーム形成のために利用可能な全てのチャネルが利用されるときの、ある深さで増大することを停止する。このある深さから、全ての受信チャネルが、一定の開口でビームを形成するために使用される。
【００６３】
たとえば二乗余弦ビーム信号を生成するとき、図５Ｂに示す本実施形態の増幅器５１−１〜５１−Ｎへの入力は、トランスデューサの特定のトランスデューサ素子からの信号を表す。Ｎチャネルのビーム形成器の場合、最大の開口は、Ｎチャネルでビームを形成するためにＮ個のトランスデューサ素子を備える。開口が深さと共に変動するとき、ある計算は、トランスデューサ素子のサブセットを使用する必要があるだけである可能性がある（たとえば、種、の深さについての二乗余弦関数が、選択されたトランスデューサ素子または選択された開口について計算されうる）。好ましい実施形態では、全ての二乗余弦関数計算の場合、本実施形態のシステムは、２つのサンプルビームを使用して最良のＤＲビームを達成するために、最良の重み付けのセット（たとえば、素子５１−１〜５２−Ｎおよび５３−１〜５３−Ｎの適切なセットについての設定）を探す。
【００６４】
信号が、図５Ｂの結合器５４および５５によって結合された後、結果として得られるビーム信号は、それ自体、本実施形態では減算的結合を可能にする結合器５７によって結合されて、本実施形態によるＤＲビーム合成で使用するための第２のまたは補助のサンプルビーム（ここでは余弦アポダイズドビーム）が提供される。結合器５４によって最初に生成される二乗余弦またはハニングビームは、特定の状況において（たとえば、本実施形態においてパラメータα＝１である場合）ＤＲビーム合成処理によって結果として得られるビームでありうることが、先の説明から認識されるべきである。そのため、第１のサンプルビームおよび第２のまたは補助のサンプルビームから二乗余弦アポダイズドビームを再生成するのではなく、本実施形態は、結合器５４によって最初に生成された二乗余弦アポダイズドビームを利用しうる。したがって、結合器５４の出力は、ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４に結合されて、第１のサンプルビーム（Ｓｉｎｃビーム）および第２のサンプルビーム（余弦アポダイズドビーム）に加えて、二乗余弦アポダイズドビーム信号がＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４に提供されるのが示される。
【００６５】
Ｓｉｎｃビーム信号および余弦アポダイズドビーム信号は、本明細書で述べる動的分解能ビーム信号合成のために、本実施形態のＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４に供給される。したがって、図５Ｂの本実施形態のＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４は、先に図５Ａに関して論じたように構成されうる。
【００６６】
先に論じた図５Ａの本実施形態の場合と同様に、ビーム信号調節および／または処理は、所望される場合、ＤＲビーム合成処理の前に、それと一緒に、または、それの後に本発明の実施形態に従って提供されうる。たとえば、図５Ｂの本実施形態では、ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４は、ＲＦ領域で動作し（すなわち、信号は、ＲＦ信号として結合される）、本実施形態の合成された動的分解能ビーム信号は、信号調節のために直交バンドパスフィルタ５６に供給される。付加的なまたは代替のビーム信号調節は、アナログ−デジタルコンバータ（たとえば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が、本明細書のＤＲビームを合成するときに使用される場合）、増幅器、ノイズキャンセリングなどを備えうる。
【００６７】
図５Ａの本実施形態の場合と同様に、図５Ｂの本実施形態のＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４によって合成されたＤＲビーム信号は、画像生成を行う回路要素に供給される。具体的には、本実施形態の合成されたＤＲビーム信号は、走査変換のために、信号の位相を除去し、信号の大きさのマッピングを行うなどのために、検出および圧縮回路５９に供給される。本実施形態の走査コンバータ５０１は、ディスプレイ２１２を介してユーザに提示するために、取得空間から表示空間に信号の大きさを変換する。
【００６８】
図６は、本発明の概念による走査ビームのサイドローブ低減を達成するための、図５Ａおよび図５ＢのＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４によって提供されうる、動的分解能ビーム合成プロセスの本実施形態の詳細を示す。特に、図６に示す本実施形態では、上側点線の上に示すプロセスは、図５ＡのＤＲ処理５１１のオペレーションに対応するＤＲビーム合成を提供し、上側点線と下側点線との間に示すプロセスは、図５ＡのＩＤＲ処理５１２のオペレーションに対応するＩＤＲビーム合成を提供し、下側点線の下に示すプロセスは、図５ＡのＸＤＲ処理５１３のオペレーションに対応するＸＤＲビーム合成を提供する。
【００６９】
本実施形態のＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４のＤＲ処理５１１のオペレーションにおいて、好ましくはパラメータαを使用して重み付けされた、第１のサンプルビーム信号および第２のまたは補助のサンプルビーム信号は、ＤＲビーム信号を合成するために結合される。したがって、プロセス６０１にて、走査される対象物（たとえば、組織エリア）の被走査エリア（たとえば、それぞれの見通し方向）における各サンプル点について形成された、メインローブ６０１−１およびサイドローブ６０１−４を有する第１のサンプルビーム（たとえば、Ｓｉｎｃビーム）が取得される、さらに、撮像される体積の被走査エリアにおける各サンプル点について形成された、メインローブ６０１−２およびサイドローブ６０１−３を有する第２のまたは補助のサンプルビーム（たとえば、余弦アポダイズドビーム）が取得される。本実施形態のプロセス６０１によるオベレーションにおいて、（メインローブ信号成分ＩｕＭ（斜字はベクトルを表す）およびサイドローブ信号成分ＩｕＳを含む）第１のサンプルビーム信号Ｉｕ および第２のまたは補助のビーム信号ＩＣ は、全てのサンプルについて上述したＳｉｎｃビームおよび余弦アポダイズドビームを使用して取得される。
【００７０】
本実施形態の第１のサンプルビーム信号Ｉｕ および第２のまたは補助のビーム信号ＩＣ は、サンプルビームの重み付けされた結合で使用するためのパラメータαを計算するプロセス６２に入力される。先に論じたように、パラメータαは、本実施形態のＤＲビーム合成プロセスにおけるサイドローブ打ち消しパラメータであり、サンプルビーム（たとえば、Ｓｉｎｃビームおよび余弦アポダイズドビーム）からＤＲビームを合成するときに使用される。代替の実施形態では、パラメータαの計算は、省略されてもよく、したがって、プロセスフローは、点線６１０で示すように、プロセス６０２に直接進みうる。
【００７１】
以下のベクトル解析は、本発明の実施形態に従って使用されうる、プロセス６２におけるパラメータαの計算を理解するときに役立つ。上述した第１のサンプルビーム（たとえば、Ｓｉｎｃビーム）信号Ｉｕ（Echo received）＝ＩｕＭ（Mainしobe）＋ＩｕＳ（Sideしobe）となるように２つの成分に分解されうる。単位ベクトルＵｕＭは、メインローブの見通し方向を規定し、ＵｕＭ＝ＩｕＭ／|ＩｕＭ| であり、単位ベクトルＵｕＳは、サイドローブの見通し方向を規定し、ＵｕＳ＝ＩｕＳ／|ＩｕＳ| である。上述した第２のまたは補助のサンプルビーム（たとえば、余弦アホダイズドビーム）信号ＩＣ は、ＩＣ＝|ＩＣ|ＵＣ によって表されうる。第２のまたは補助のサンプルビーム（たとえば、余弦アホダイズドビーム）が、第１のザンプルビーム（たとえば、Ｓｉｎｃビーム）のサイドローブに整列すると、第２のまたは補助の（たとえば、余弦アホダイズド）ビームＵＣの単位ベクトルは、逆位相を有する第１のサンプルビーム（たとえば、Ｓｉｎｃビーム）のサイドローブ成分の単位ベクトルと整列することになる。すなわち、ＵＣ＝−ＵＵＳであり、ここで、ＵＣ＝ＩＣ／|ＩＣ|である。そのため、ＵＣに沿う第１のサンプルビーム信号Ｉｕのサイドローブ成分は、
2016179313.tif 000005
であり、ここで、α＝−（ＩＵ●ＩＣ）／|ＩＣ|２ である。
【００７２】
本明細書のＤＲビーム合成プロセスは、全ての走査用ビームの異なる深さに位置する全てのサンプルについて、パラメータ
2016179313.tif 000006
を計算することによって、両像の全てのサンプルに適用されうることは認識されるべきである。たとえば、ＩＵ(n, zn) およびＩＣ(n, zn)は、ｎ番目の未処理の第１のサンプルビーム（たとえば、先の例ではアポダイズされないＳｉｎｃビーム)および第２のまたは補助のサンプルビーム（たとえば、先の例ではアポダイズされた余弦アボダイズドビーム）から深さｚｎで取得された信号である。そのため、
2016179313.tif 000007
である。先に論じたように、パラメータα(n, zn) の値は、０と１との間で境界付けされる、すなわち、o≦α(n, zn)≦1であることが本発明の実施形態に従って望ましい。たとえば、望ましくない方向からのクラッタが、サンプル場所（n, zn）で非常に大きい場合、α(n, zn)は、サイドローブ抑制量を最大にするために、ＤＲビーム合成プロセスにおいて１に設定される。この例では、第２のまたは補助のサンプルビーム（たとえば、余弦アポダイズドビーム）から取得される信号の１００％が、そのときに、第１のサンプルビーム（たとえば、Ｓｉｎｃビーム）からの信号に加算される。しかし、そうすることによって、メインローブＩＭ(n, zn)は、加算プロセスの結果として広がる。すなわち、メインローブのある程度の広がり、α(n, zn)≠０であるときにサンプル（n, zn）で起きる。そのため、本実施形態のＤＲ合成プロセスでは、α(n, zn)はサンプル場所（n, zn）の近くのクラッタのパワーに応じてサンプルごとに動的に変化する。
【００７３】
場合α＝０は、Ｓｉｎｃビームから受信されるクラッタが比較的小さいため、余弦アポダイズドビームからの信号が、クラッタを排除するためサイドローブを抑制するために全く必要とされない状況を示す。この場合、撮像される対象物は、その幅が回折制限分解能に従って広がるＳｉｎｃビームのメインローブによって描写される。
【００７４】
場合α＝１は、Ｓｉｎｃビームから受信されるクラッタが非常に大きいため、余弦アポダイズドビームから受信され信号の１００％がサイドローブを抑制するために使用される別の状況を示す。これは、対象物描写について回折制限分解能よりずっと大きく広がるメインローブを有するハニングビームをもたらす。異なる分解能を用いて撮像される対象物を描写することは、画像解釈について対象物の知覚歪を生じうる。さらに、クタッラが、非常に強いため、ハニングビームのサイドローブ（α＝１のとき）が、クラッタを抑制する（またはロールオフする）のに十分でない極端な状況では、サンプルは、画像品質を劣化させるクラッタで汚染される。
【００７５】
ビームのメインローブまたはサイドローブに起因する信号成分は、本発明の実施形態のＩＤＲおよびＸＤＲプロセスにおいて区分化されうる。ＤＲビームおよび余弦アポダイズドビームから取得される信号を操作することによって、異なる幾何学的特性を有する異なる形状のビームに対応する信号成分のカテゴリが生成されうる。ずっと先鋭なメインローブおよび低いサイドローブを有する所望の信号成分は、メインロ一ブ分解能とサイドローブレベルを同等にするために合成して画像品質を改善できる。
【００７６】
パラメータα(n, zn)は、クラッタの量、その強度、およびクラッタがサンプル点の近くでどのように分布しているかを示し、本発明の実施形態のＩＤＲおよびＸＤＲプロセスにおいてメインローブを先鋭化し、サイドローブを減衰させる他のビーム形成パラメータを制御するために使用されうる。本実施形態のパラメータテーブル６３は、αを使用して所望のビーム形成パラメータをマッピングするルックアップテーブルを備える。これらの処理パラメータは、種、の深さおよび条件について予め決定されてもよく、種、のオペレーション条件およびパラメータに基づいて動的に計算されてもよいなどである。一実施形態では、処理用のパラメータテーブル６３のパラメータは、各走査ビーム信号について、開口ごとに深さおよび見通し方向と一致するように設定される。
【００７７】
上記から、本実施形態のＤＲビームは、サイドローブを低減するために、Ｓｉｎｃビームからの信号を、余弦アボダイズドビームからの信号のαパーセンテージと結合することによって形成される。ここで、αは、本実施形態によって、α＝−（ＩＵ●ＩＣ）／|ＩＣ|２をもたらす最小パワー基準に従って確定されうる。換言すれば、本実施形態のＤＲビーム信号ＩＤＲ は、ＩＤＲ＝ＩＵ＋αＩＣ＝ＩＵ−｛（ＩＵ●ＩＣ）／|ＩＣ|２｝ＩＣ に従って合成される。したがって、本発明の実施形態のプロセス６０２は、Ｓｉｎｃビーム信号と余弦アポダイズドビーム信号の重み付けされた和から、ＤＲビーム信号ＩＤＲ を形成するように働く。たとえば、合成されたＤＲビームＢＯ（θ）に対応するＤＲビーム信号ＩＤＲ は、プロセス６０２にて、Ｓｉｎｃビーム、ＢＯ（θ）信号と重み付けされた余弦アポダイズドビームＡ（ａ）、信号ＩＣ の和（たとえば、ＢＯ（θ）＝ＢＵ（θ）＋αＡ（θ））から形成されうる。
【００７８】
プロセス６０２にて形成されるＤＲビーム信号ＩＤＲ に対応する、合成されたＤＲビームＢＯ（θ）は、減少したまたは最小化されたサイドローブ６０２−３を有するメインローブ６０２−１を有する。図６Ａ〜６Ｃは、ビーム形成器２１３によって提供されるサンプルビームを使用してプロセス６０２の上記オペレーションに従って、Ｓｉｎｃビーム、ＢＯ（θ）、信号ＩＵと重み付けされた余弦アポダイズドビームＡ（θ）、信号ＩＣ の和（たとえば、ＢＯ（θ）＝ＢＵ（θ）＋αＡ（θ））から合成されたＤＲビームＢＯ（θ）に対応するＤＲビーム信号ＩＤＲ を合成することを示す。具体的には、図６Ａは、Ｓｉｎｃビーム（第１のサンプルビーム）から受信されたＳｉｎｃビーム信号ＩＵを示し、図６Ｂは、余弦アポダイズドビーム（第２のまたは補助のサンプルビーム）から受信された余弦アポダイズドビーム信号ＩＣを示す。図６Ｃは、α＝１の場合に、サイドローブ成分がＳｉｎｃビーム信号ＩＵから除去されることから得られる、合成されたＤＲビームを示す。
【００７９】
上述したように、ＤＲビーム信号を合成する１つの技法は、Ｓｉｎｃビーム信号ＩＵと余弦アポダイズドビーム信号ＩＣを結合することである（たとえば、ＩＤＲ＝ＩＵ＋αＩＣ，０≦α≦１）。しかし、ＤＲビームを合成するために余弦アポダイズドビームを形成する代わりに、先に論じた図５Ｂのような本実施形態は、ＤＲビームを合成するときに使用するために二乗余弦ビーム（たとえば、ハニングビーム）を形成する。たとえば、図５Ｂのビーム形成器２１３によって提供されるサンプルビームを使用するプロセス６０２のオペレーションは、二乗余弦ビームの信号とＳｉｎｃビームの信号との差をとることを含むＤＲビーム信号合成を提供する。
2016179313.tif 000008
ＩＵが二乗余弦ビームであるとすると，ＩＤＲ＝ＩＵ＋α（Ｉｈ−ＩＵ），（０≦α≦１）である。こうした実施形態は、二乗余弦ビームおよびＳｉｎｃビームから余弦アポダイズドビームを形成するように働き、したがって、余弦アポダイズドビームをＳｉｎｃビームのサイドローブに整列させる。ＤＲビーム合成におけるこうした余弦アポダイズドビームの使用は、Ｓｉｎｃビーム信号ＩＵのメインローブの広がりを回避しながら、Ｓｉｎｃビーム信号ＩＵのサイドローブを実質的に抑制する。
【００８０】
抑制されたサイドローブおよび最小化されたメインローブを提供する、プロセス６０２にて合成されたＤＲビーム信号は、高品質画像の合成のための超音波撮像システム２００によって利用されうる。しかし、本発明の実施形態は、合成されたビーム特性をさらに改善するために、さらなる動的分解能ビーム合成処理を提供する。したがって、本実施形態による処理は、さらなる動的分解能ビーム合成のためにプロセス６０３に進む。
【００８１】
本実施形態のＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４のＩＤＲ処理５１２のオペレーション中に、異なるビーム（たとえば、サンプルビームの１つまたは複数、あるいは／または合成されたＤＲビーム）のある幾何学的特性および形態学的特性が、動的分解能ビームをさらに処理するときに利用される。特に、ビームの信号は、２つの成分、すなわち、メインローブに対応する成分およびサイドローブに対応する別の成分に分解される。これらの成分信号は、その後、再結合（重み付け加算）されて、非常に狭いメインローブおよび非常に低いサイドローブを有する新しいビーム（本発明の実施形態のＩＤＲビーム）に対応する新しい信号が生成される。
【００８２】
図６に示す本実施形態のプロセス６０３は、成分ビームを区分化するために、合成されたＤＲビーム信号および１つまたは複数のサンプルビーム信号（たとえば、第２のまたは補助のサンプルビーム信号）の処理を提供する。これらの成分信号からの信号は、その後、新しいビームを、まるで新しいビームが高性能ビーム（ＩＤＲビーム）から受信されるかのように構成するために使用される。信号分解および再構成プロセスは、本発明の実施形態によって画像全体の細部分解能およびコントラスト分解能を最適化するために、各見通し方向において全てのサンプル点で働く。
【００８３】
本実施形態によるＩＤＲビームの合成を行うための、プロセス６０３のオペレーションによるビーム区分化、操作、および再結合は図６Ｄ〜６Ｉに示される。先に論じたように、パラメータα＞０の場合、本実施形態によるＤＲビーム合成は、サイドローブの抑制に加えて、メインローブの広がりをもたらすことになる。プロセス６０３によって提供され、図６Ｄ〜６Ｉに示されるＩＤＲビーム処理（α＝１の場合）は、合成されたＤＲビームを使用して第１のサンプルビームからメインローブを区分化する（第２のまたは補助のビームと再結合することによって広がらない）ことによってこうしたメインローブの広がりを回避するように働く。第１のサンプルビームからメインローブを区分化するために、本実施形態のプロセス６０３は、ＤＲビーム（ＩＤＲ＝ＩＵ＋α（Ｉｈ−ＩＵ））と第２のまたは補助のビーム（ＩＣ）との間の最小M ＝φ（ＩＤＲ）min（|ＩＤＲ|, |ＩＣ|）を計算して、図６Ｄに示すメインローブ広がり成分を与える。このメインローブ広がり成分（Ｍ）は、本質的に、第１のサンプルビーム（ＩＵ）のメインローブでない合成されたＤＲビームの部分を含む。したがって、メインローブ広がり成分は、ＤＲビームから減算されて、図６Ｅに示すように、第１のサンプルビームメインローブ成分（ＩＵＭ＝ＩＤＲ−Ｍ）が提供されうる。図６Ｅの第１のサンプルビームメインローブ成分（ＩＵＭ）は、サンプルビームの上述した結合によって合成されたＤＲビーム（ＩＤＲ）のメインローブより狭いメインローブを提供し、したがって、高品質画像生成を実現するときに利用されうることが認識されるべきである。
【００８４】
図６Ｄおよび図６Ｅに示す例示的な本実施形態は、サンプルビーム（たとえば、ＳｉｎｃビームＩＵ）の信号を、２つの成分、すなわち、メインローブ成分（ＩＵＭ）およびサイドローブ成分（ＩＵＳ）に効率的に分割（区分化）する。サイドローブ成分信号の大きさ |ＩＵＳ| は、サンプル点に近い近傍で第１のサンプルビームのサイドローブによって受信されるクラッタ信号を表す。メインローブ成分信号の大きさ |ＩＵＭ| は、メインローブの幅に従って広がる、サンプル点において第１のサンプルビームのメインローブによって超音波照射されるエリアにおいて受信される信号を表す。信号対クラッタ比は、超音波照射される対象物に応じて、地点ごとに変動する。画像は、こうして、クラッタによって異なるレベルで損傷される（belmish）ことが多い明瞭で損傷のない画像が、第１のサンプルビームのメインローブからの成分信号だけを保持し、そのサイドローブからの成分を削除することによって再構成されうることがもっともらしく思えるが、これは、必ずしもそうではない。サイドローブからの信号の大きさが、メインローブからの信号の大きさに比べて小さい撮像エリアの場合、サイドローブ成分信号を除去することが、画像品質の改善をもたらす可能性があるが、サイドローブからの信号の大きさが、メインローブからの信号の大きさに比べて大きい他のエリアの場合、画像内でサイドローブからの全ての信号を削除することが、画像解釈時の問題をもたらす可能性がある多数の斑点状の「暗い(dark)」エリアを生成す可能性があることが発見された。これは、ビームのサイドローブが、サンプル点に近い拡張したエリアから受信されたエコー信号を統合するからである。メインローブから受信される信号が、そのサイドローブからのものである信号よりずっと小さいサンプル点において、クラッタ成分信号は、対象物の形状を機能的に補間し、それは、画像解釈に役立つ。
【００８５】
したがって、メインローブ成分信号と少量のサイドローブ成分信号の重み付けされた和によって形成される新しいビームから得られる信号は、本発明の実施形態によれば好ましい。本発明の実施形態のプロセス６０３において。メインローブ信号およびサイドローブ信号についての重みは、画像品質を最適化するために、各サンプル点における、メインローブからの信号の大きさ、サイドローブからのクラッタ信号の大きさ、サイドローブ信号対メインローブ信号比、および／またはＤＲパラメータαに応じてプログラムされ選択される。
【００８６】
本実施形態のプロセス６０３によるさらなる動的分解能処理は、図６Ｆ〜６Ｉによって示され、ＩＤＲビームを合成するために、適切に重み付けされたサイドローブ成分として提供されうるようなメインローブおよびサイドローブロルオフが、区分化された第１のサンプルビームメインローブ成分に付加される。図６Ｆに示すサイドローブ成分信号は、第１のサンプルビーム、たとえばＳｉｎｃビームの信号から区分化される。Ｓｉｎｃビームのサイドローブレベルは、α＞０のときに、ＤＲビームと比較して比較的ゆっくりであるレート（率）約６ｄｂ／オクターブで角度（または距離）と共にロールオフすることが知られている。具体的には、ハニングビーム（α＝１のときのＤＲビーム）の場合、サイドローブは、Ｓｉｎｃビーム（α＝０のときのＤＲビーム）のレートと比較してずっと早いレート約１８ｄｂ／オクターブで角度と共にロールオフする。成分信号ＩＵＳ はＤＲビーム信号ＩＤＲ の信号とＳｉｎｃビームから区分化されたメインローブ信号ＩＤＲ との差をとることによって抽出されうる、すなわち、ＩＵＳ＝ＩＤＲ−ＩＵＭ。
【００８７】
図６Ｇは、そのサイドローブが、減算プロセスの結果としてＤＲビームの小さな残留メインローブを有するＤＲビーム（たとえば、α＝１のときのハニングビーム）に従って幾何学的に分在するビームに対応するＩαＳ を示す。図６Ｈおよび図６Ｉに示すように、パラメータγ（γ≦１）によって減衰され、その後、信号ＩＵＭ と統合されて、
新しい信号ＩαＮ ＝ＩＵＭ ＋γＩαＳ 生成されうる。
ＩαＮ は、図６Ｉに示すように、そのローブが、角度（または距離）と共に幾何学的に分布するビーム（ＩＤＲビーム）に対応する信号を表す。ＩＤＲビームのメインローブの中心は、ＳｉｎｃビームＩＵＭ のメインローブと同程度に狭いかまたはそれより狭い。メインローブの低い振幅スカート部は、その後、徐、に広がり、ＤＲビームのレートでロールオフするサイドローブと混ざる。γが、本発明の実施形態に従って１より小さくなるように選択されるため、サイドローブは、２０×log（γ）ｄｂだけ減衰することになる。たとえば、γ＝０．１２５であるとき、サイドローブは、１８ｄｂだけ減衰する。パラメータγは、そのビーム形成パラメータα、異なるタイプの成分信号の大きさ、または最適画像品質についてのそれらの比に適合するように、各サンプル点で選択されうる。
【００８８】
先の例は、ＳｉｎｃビームのメインローブＩＵＭ が、ＩＤＲプロセスにおいて、ＤＲビーム（α＝１のとき）から区分化されうることを示すことが認識されるべきである。ＳｉｎｃビームのメインローブＩＵＭ より狭いメインローブもまた、０＜α＜１のときに他のＤＲビームから区分化されうる。たとえば、α＝０のとき、ＩＤＲ＝ＩＵ である。ＩＤＲプロセスの場合と同様に、狭いメインローブ成分ビームＩαＭ を示す。さらに、成分信号ＩαＳ は、ＩαＳ＝ＩＤＲ−ＩαＭ を計算することによって区分化されうる。
ＩαＳ は、図６Ｉ（２）に示すように、α＝０のときにＤＲビームのサイドローブに対応する成分信号である。新しいＩＤＲビームはＩαＮ ＝ＩＵＭ ＋γＩαＳ を計算することによって形成されうる。
ＩαＳ は、そのサイドローブが1８ｄｂだけ減衰する新しいビームに対応する信号である。しかし、サイドローブのロールオフ率は、６ｄｂ／オクターブの（α＝０の場合の）ＤＲビームのロールオフ率と同じである、図６Ｉ（３）は、対数スケールで、α＝０およびα＝１のときの、ＤＲビームおよびＩＤＲビームのメインローブ、サイドローブ、サイドローブロルオフ率をそれぞれ示す。
【００８９】
０＜α＜１のときの他のＤＲビームＩαＭ メインローブに対応する信号が、本発明の実施形態に従って同様に区分化されうることが認識されるべきである。ＤＲビームの区分化されたメインローブの幅は、αと共に増加し、０≦α≦１について、ＩαＭ ≦ＩＵＭ である。０≦α≦１について、区分化されたＩＤＲビームＩαＭ のサイドローブは、２０×log（γ）ｄｂだけ減衰し、サイドローブロ−ルオフ率は、０≦α≦１の場合のαと共に６ｄｂ／オクターブから１８ｄｂ／オクターブまで増大する。
【００９０】
合成されたＤＲビームサイドローブ成分は、実質的に抑制されるが、メインローブのある程度の広がりが存在することが、認識されるべきである。ＩＤＲプロセスにおいて、適切にスケーリングされる区分化された成分信号を使用して、ＤＲビームのメインローブが広がらず、そのサイドローブロールオフ率がさらに改吟される。ＩＤＲ処理パラメータγは、そのメインローブが、回折制限ビームより狭いかまたはそれと同程度に狭い合成されたビームに対応する信合を構成するように選択される。ＩＤＲメインローブの大きさは、徐、にロールオフし、そのレベルがパラメータγによって決定されるサイドローブと混ざる。ＤＲビームのサイドローブのピークは、本実施形態に従って、最初に減衰し、その後、ＩＤＲビームのサイドローブに従うレートで連続的にロールオフする。こうしたＩＤＲビームは、知覚される画像コントラストおよび細部画像分解能が改善された画像を形成するために利用されうる。
【００９１】
メインローブの広がりなしで抑制されたサイドローブを提供する。プロセス６０３にて合成されたＩＤＲビーム信号は、高品質画像の生成のための超音波撮像システム２００によって利用されうる。しかし、本発明の好ましい実施形態は、合成されたビーム特性をさらに改善するために、さらなる動的分解能ビーム合成処理を提供する。したがって、本実施形態による処理は、さらなる動的分解能ビーム合成のためのプロセス６０４に進む。
【００９２】
本実施形態のＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４のＸＤＲ処理５１３のオペレーション中に、合成されたビーム（たとえば、先のＩＤＲビーム）のメインローブ幅は、本発明の好ましい実施形態の拡張型ＤＲ（ＸＤＲ）ビーム合成プロセスによってさらに先鋭化される。ビームは、本発明の実施形態による、よりよいビーム制御のためのＸＤＲプロセスを通して漸進的にまたは反復的に整形される。ＸＤＲビーム合成プロセスのビーム先鋭化関数は、処理済みビームのメインローブおよびサイドローブを整形して、極端に狭いメインローブおよび非常に低いサイドローブを有するビームから受信された信号と同様な信号が得られる。たとえば、本実施形態のＸＤＲビーム合成から得られるメインローブは、ＸＤＲビームがそこから合成されるサンプルビームを形成するときに実際に使用されるより実質的に大きなトランスデュ一サ開口に対応する幅を有する。
【００９３】
図６に示すＸＤＲビームの合成プロセス６０３は、先鋭化されたメインローブを有するＸＤＲ信号を合成するときに使用するための先鋭化関数６０４−１を生成する。こうした先鋭化関数は、ビームを狭くするために、プロセス６０５において、メインローブ成分（たとえば、メインローブ６０５−１）に、好ましくは反復的に適用される。先に論じたＩＤＲビーム合成の場合と同様に、適切に重み付けられたサイドローブ成分（たとえば、サイドローブ６０５−３）が、メインローブ成分に付加されて、所望のロールオフを有するＸＤＲビーム（たとえば、ＸＤＲビーム６０５’）が合成される。本実施形態の反復的制御６０６は、プロセス６０４の先鋭化関数生成およびプロセス６０５の先鋭化関数適用と連携して働いて、合成されたＸＤＲビームのメインローブが反復的に先鋭化される。たとえば、本実施形態では、ｎは、プロセス６０７における出力である、結果として得られる合成されたＸＤＲビーム信号を達成するための、ＸＤＲ処煙について所望される反復数である。図６に示すＸＤＲビーム処理の各反復は、その反復のＸＤＲビーム６０５’によって表される、性能向上された新しい合成されたビームを提供する。
【００９４】
先鋭化（狭細叱）において、本実施形態のＸＤＲビーム合成プロセスに提供されるビームのメインローブの属性（たとえば、合成されたＩＤＲビームの本実施形熊のメインローブにも対応する、第１の非アポダイズドサンプルビームのメインローブ成分）は、ビーム整形関数を提供するために操作される。本実施形態のビーム整形関数を理解するとき、ＤＲビームが第１のサンプルビームと第２のまたは補助のサンプルビームを結合することによって合成される（たとえば、ＢＯ（θ）＝ＢＵ（θ）＋αＡ（θ））上記例におけるメインローブの広がりが、第１のサンプルビームのメインローブによって規定される角度間隔内の第２のまたは補助のサンプルビームの大きさが０にされない状況から生じることが認識されるべきである。第１のサンプルビームのサイドローブ成分信号の低減のために、第２のサンプルビームからの信号のαパーセンテージが第１のサンプルビームの信号に加算されるため、第１のサンプルビームのメインローブからの信号成分は、同じパーセンテージだけ、第２のサンプルビームからの信号成分に加算されることになる。たとえば、図３Ａに示すように、余弦アポダイズドビーム（本実施形態の第２のまたは補助のビーム）の２重ピークメインローブは、２つの幾何学的にシフトしたＳｉｎｃビームからなり、１つのビームはＳｉｎｃビームメインローブの左にあり、他のビームはＳｉｎｃビームメインローブの右にある。ＤＲビームのメインローブは、見通し方向±θi（|θi |≦θα）で余弦アポダイズドビームの２重ピークメインローブに関して切片を持つことになる。±θα  は、ＤＲビームのサイドローブ打ち消しファクタがαであるとき、２θα となるビーム分解能を規定するメインローブのゼロ交差である。αは、本実施形態のＤＲビームにおいて０と１との間で境界付けされるため、α＝０のとき |θ０|＝πであり、α＝１のとき |θ１|＝２πである。そのため、余弦アポダイズドビームから取得される信号をＳｉｎｃビームの信号と加算することは，|θ|≧θα の領域においでＳｉｎｃビームの信号から受信されるクラッタを低減することになる。Ｓｉｎｃビームのメインローブはまた、−θα≦θ≦θαの領域におけるビーム信号の加算の結果として広がる。
【００９５】
しかし、余弦アポダイズドビームから受信される信号が、κ倍に増幅される場合、余弦アポダイズドビームとＤＲビームとの間の交差の場所θi は、利得ファクタκに応じてＤＲビームのメインローブに沿って上下に移動することになる。利得κが大きくなればなるほど、θi は、主ＤＲビームの中心に近くなる。κがゼロに近づくと、|θi |＝θαになる。ＤＲビームの区分化されたメインローブからの信号の大きさが、余弦アポダイズドビームかの増幅された信号こ匹敵し、κが増幅ファクタである場合、κ|ＩＣ| と |ＩＵＭ| との交差点は、±θＤｍ に位置することになる。ここで、|θＤＭ |≦πである。増幅ファクタκが高ければ高いほど、±θＤｍ は、原点に近づく。２|θＤＭ |がメインローブの広がりであり、値 |θＤＭ | が小さければ小さいほど分解能が良いことに留意されたい。たとえば、二乗余弦またはハニングビーム（たとえば、第１のサンプルビームがＳｉｎｃビームであり、第２のまたは補助のサンプルビームが余弦アポダイズドビームであり、パラメータがα＝１である合成されたＤＲビーム）は、余弦アポダイズドビームと結合されたＳｉｎｃビームである。したがって、ハニングビームから成分信号を減算することは、（利得が高い（たとえば、κ＞１）余弦アポダイズドビームとハニングビームの最小をとることによって計算される）は、先鋭化されたメインローブを有するビームを与える。プロセスは、ハニングビームのメインローブを先鋭化するビーム整形関数を効果的に作る。ハニングビームのメインローブが先鋭化されるため、ハニングビームのサイドローブ構造もまた修正され、非常に狭いメインローブおよび非常に低いサイドローブを有する新しいビームがもたらされ、それにより、画像の細部分解能およびコトラスト分解能が共に改善される。
【００９６】
図６Ｊ〜６Ｌは、本実施形態のビーム整形関数を使用するＸＤＲビーム合成を示す。本実施形態のビーム整形関数を提供するとき、ＸＤＲビーム合成処理がそれについて提供されるビーム（たとえば、第１のサンプルビーム、合成されたＤＲビーム、合成されたＩＤＲビーム、または以前の反復合成されたＸＤＲビーム）のメインローブ成分は、図６Ｊに示すプロセス６０４のオペレーションを通して２つの成分（たとえば、狭いメインローブ
成分および残留メインローブ成分）に分割される。たとえば、ＩＵＭ は、図６Ｋのビーム形関数ψ（θ）などのビーム整形関数を使用して、成分ＩＵＭ＿ｎ（狭いメインローブ成分）とＩＵＭ＿Ｓ（残留メインローブ成分）に分割される。ここで
2016179313.tif 000009
である。ＸＤＲビームは、図６Ｌに示す成分信号の重み付け加算によってプロセス６０５にて合成される。たとえば、ＸＤＲビームＩＸＤＲ は、重み付けされた（μ）狭いメインローブ成分（ＩＵＭ＿ｎ）と、重み付けされた（ρ）残留メインローブ成分（ＩＵＭ＿Ｓ）と、重み付けされた（γ）サイドローブ成分（ＩＳ）とを結合することによって形成されうる。ここで、重み付けファクタ（μ、ρ、およびγ）は、所定の基準に基づいて選択されうる。
【００９７】
ＤＲビームのピークが余弦アポダイズドビーのヌルと整列するため、ビームのピークは、
2016179313.tif 000010
のプロセスによって変わらないことになる。
【００９８】
そのため、信号 |ＩＵＭ＿ｎ| のピークは、理論的に、信号 |ＩＤＲ| のピークに等しい、すなわち
2016179313.tif 000011
である。実装能様において、アポダイゼーションプロセスの数値誤差は、第１のサンプルビームと第２のサンプルビームの微小なミスアライメントをもたらす可能性があり、プロセスビーム |ＩＵＭ＿ｎ| の振幅の減少をもたらす可能性がある。
2016179313.tif 000012
であるような利得等化のために、スケールファクタμが導入される。最初の反復において、第１のサンプルビーム（Ｓｉｎｃビーム）のメインローブに対応する信号ＩＵＭ は、２つの成分ＩＵＭ＿lとＩＵＭ＿Ｓ＿ｌ に分解される。
ＩＵＭ＿lがＩＵＭ と整列するＩＵＭ より狭いビームからの信号であり、ＩＵＭ＿Ｓ＿ｌ が、ＩＵＭ＿l についてのビームの中心から離れて位置する信号成分であるため、新しいメインローブＩＮ＿ＵＭ＿l は、ＩＵＭ＿l とＩＵＭ＿Ｓ＿ｌ を結合することによって形成されうる。すなわち、ＩＮ＿ＵＭ＿l ＝ＩＵＭ＿l ＋ρＩＵＭ＿Ｓ＿ｌ（ρ≦１）である。ρ＝１のとき、ＩＮ＿ＵＭ＿l ＝ＩＵＭｌであり、ＤＲビームのメインローブは変わらない。ρ＜１のとき、新しいメインローブＩＮ＿ＵＭ＿l は、ローブの中心が狭いように形成され、ローブの外側スカート部は、ρＩＵＭ＿Ｓ＿ｌの減衰した信号成分によって形成される。新しいメイローブＩＮ＿ＵＭ＿l が、ＩＵＭ から分解される成分ＩＵＭ＿l ＋ρＩＵＭ＿Ｓ＿ｌから生成されるため、ローブＩＮ＿ＵＭ＿l とＩＵＭ は、同じ角度間隔で広がる。信号ＩＮ＿ＵＭ＿l のビームは、ＤＲビームＩαＳ のサイドローブに連続して接続されて広がる。
【００９９】
上記から
2016179313.tif 000013
を計算することによって、ＸＤＲビームが形成されうることが認識されうる。ＸＤＲプロセスは、プロセッサにて形成されるＸＤＲビームをｎ回の間、供給することによって反復され、ついには、ｎ回反復されたＸＤＲビームにおいて、満足のいくメインローブが生成される。
2016179313.tif 000014
各反復におけるスケールパラメータμｎ は、一般性を失うことなく、パラメータ、ρｎ を正規化することによって１に設定されうる。パラメータγｎ は、各反復において異なるように設定されうる。しかし、γｎ はまた、全ての反復における計算を簡単にするために同じに設定されうる。ＸＤＲビームのメインローブが、各反復において分割されると、新しいメインローブのスカート部における信号の大きさが、パラメータρｉに従って減衰して、スカート部のレベルを、新しいメインローブから２０×log（ρｉ）ｄｂに設定する。
【０１００】
図６Ｌ（１）〜６Ｌ（４）を用いて、本発明の実施形態によるプロセス６０４および６０５によって提供されるＸＤＲプロセスの1.回の反復で、ＸＤＲビームがどのように形成されるかを説明する。処理例について使用されるパラメータは、次の通りに設定される。α＝１、κ＝２、μ＝１、ρ＝±０．１２５、およびγ＝０．０１５６２５である。第１のサンプルビーム（Ｓｉｎｃビーム）のメインローブに対応する信号ＩＵＭ は、図６Ｌ（１）に示すＩＤＲプロセスにおいて区分化される。κ＝２と設定することにより、第２のサンプルビーム（余弦アポダイズドビーム）の利得を上げることによって、信号ＩＵＭ は、２つの成分ＩＵＭ＿l とＩＵＭ＿Ｓ＿ｌ に分解される。ここで、ＩＵＭ ＝ＩＵＭ＿l＋ＩＵＭ＿Ｓ＿ｌ である。これらの２つの信号成分は、その後、結合され、ＩＮ＿ＵＭ＿l 、すなわち、ＩＵＭ＿lのビームによって構築される狭いメインローブと、ＩＵＭ＿Ｓ＿ｌのローブに対応する減衰したスカート部によって構成される新しいメインローブに対応する信号になる。ローブ減衰係数ρは、０．１２５に設定され、それは、新しいメインローブが、過渡的にロールオフし１８ｄｂで下がり、そこで、スカート部がサイドローブと混ざり始めることを示唆する。ρはまた、図６Ｌ（２）に示すように強制的にメインローブにゼロを交差させるために、負値に設定されうる。負の最初のサイドローブが、対象物の境界を性能向上し、ある撮像アプリケーションについて組織識別の改善をもたらすことがわかった。
ＩＸＤＲ＿l ビームの遠いサイドローブは、ファクタγ＝０．０１５６２５によって、すなわち３６ｄｂだけ減衰するＤＲビームＩαＳ の区分化されたサイドローブと混ざる。ＸＤＲビーム、第１のサンプルビーム（α＝０、ＩＤＲ＿α＝１ の場合のＳｉｎｃビームまたはＤＲビーム）、および、α＝１の場合のＤＲビームＩＤＲ＿α＝１ が図６Ｌ（３）に重ね合わされる。図６Ｌ（４）は、対数スケールでＸＤＲビームをプロットする。説明のように、ＸＤＲビームのメインローブは、Ｓｉｎｃビームよりずっと狭く、サイドローブレベルは、ＤＲビームより実質的に低く、例では、１８ｄｂ／オクターブでロールオフする。プロセス６０４および６０５のオペレーションは、合成されたＸＤＫビームのメインローブを漸進的に狭くするために操り返されうる。
【０１０１】
先に作成されたＩＤＲビームの場合と同様に、上記ＸＤＲプロセスのオペレーションによって区分化されたメインローブ成分は、狭いビームを提供する。しかし、本発明の実施形態は、重み付けされた（たとえば、０＜ρ＜１および０＜γ＜１）残留メインローブ成分とサイドローブ成分を結合して、合成されるＸＤＲビームに関して所望のロールオフおよびサイドローブレベルを提供するように働く。
【０１０２】
異なるビーム特性を有する新しい成分信号がまた、本明細書の原理に基づいて区分化される異なる成分信号を算術的に結合することによって生成されうることが、認識されるべきである。たとえば、図６Ｄに示す区分化された成分信号Ｍ は、
2016179313.tif 000015
により生成される成分信号P と結合されて，新しい成分信号ＩＵＭＭ が得られうる。ここで、ＩＵＭＭ ＝Ｍ ＋P である。
ＩＵＭＭ はハニングメインローブより小さいが、ＩＵＭ 、全てのαについてのＩαＭ などの他の区分化されたメインローブからの信号、および、ＩＸＤＲ は、ＩＸＤＲ＿Ｍ のメインローブからの信号より大きい、メインローブ広がりに対応する成分信号である。このプロセスは、図１５Ａ〜１５Ｃにグラフで示される。それぞれが異なるビーム幅の区分化されたメインローブから取得される３つの成分ＩＵＭＭ、ＩＵＭ、ＩＸＤＲ＿Ｍ（ＩＵＭＭ ＞ＩＵＭ ＞ＩＸＤＲ＿Ｍ ）は、図１５Ｄで重ね合わされる。信号ＩS_ＭＭ は、信号ＩＵＭＭと信号ＩＵＭ との差をとることによって得られ、図１５Ｅに示すサイドローブ成分ビームから取得される信号を表す。同様に、信号ＩS_Ｍ は、ＩＵＭ とＩＸＤＲ＿Ｍ との差をとることによって区分化することができ、図１５Ｅに示すサイドローブ成分ビームから取得される信号と同等である新しい信号が得られうる。たとえば、信号
2016179313.tif 000016
に対応するビームが、図１５Ｇに示される。整形されたメインローブＩＣＭ は、所望のロールオフを有する他のサイドローブ成分信号と結合されて、所望のビームの信号が得られうる。
【０１０３】
本発明の実施形態のＤＲ、ＩＤＲ、およびＸＤＲ信号区分化技法は、Ｓｉｎｃビーム、余弦アポダイズドビーム、ハニングビーム、および他のビームの中での、狭い帯域（band）の幾何学的および形態学的特性による成分ビームの合成および分解に基づく。しかし、本明細書の概念は、広帯域信号が、一般的な撮像アプリケーションについてビーム形成され処理されるときに同様に有効であることが示されうる。図７Ａ〜７Ｃは、本発明のビーム合成の結果を示すための、上述した概念による、サンプルビームおよびサンプルビームから合成されるＸＤＲビームの例示的な時空間プロファイルのグラフを示す。３２個のトランスデューサ素子のアレイは、２ＭＨｚの帯域幅を有する３．５ＭＨｚに中心にしたガウスパルスによって励起される。６０ｍｍの点に合焦させるために、各素子によって受信される信号に適切な時間遅延および異なる重みを適用すると、点は、ビームの特性に応じて異なるように広がる。図７Ａのサンプルビーム７１は、アポダイズドされない第１のサンプルビーム（たとえば、Ｓｉｎｃビーム）を含み、図７Ｂの第２のまたは補助のサンブルビーム７２は、アポダイズドビーム（たとえば、ハニングビームまたは二乗余弦アポダイズドビーム）を含み、ＸＤＲビーム７３は、本発明の概念に従って第１のサンプルビームおよび第２のまたは補助のサンプルビームを使用して合成される。結果として得られるＸＤＲビーム７３のメインローブが、図７Ａのサンプルビーム７１のメインローブより狭く、サイドローブがほとんどないかまたは全くないことを図７Ｃは示す。￥同様に、図７ＣのＸＤＲビーム７３のメインローブは、図７Ｂのサンプルビーム７２（アポダイズドビーム）のメインローブより狭い。
【０１０４】
図８は、さらに、１次元処理に適用される本発明の概念の例を示す。グラフ８００は、Ｓｉｎｃビーム８０１、ハニングビーム８０２、および本明細書で教示される概念によって生成される合成されたビーム８０３を示す。具体的には、グラフ８００は、−０．３５〜０．２５の正規化された周波数から広がった１０個のシヌソイドａ０〜ａ９を含む信号のスペクトル成分を示すフーリエスペクトルである。これらの信号のダイナミックレンジは、１４０ｄＢであり、０ｄＢの信号ａ３および−１４０ｄＢの信号ａ７を有する。３３ｄＢの一様に分布したノイズが、試験信号に付加される。見てわかるように、窓関数を使用することなく、試験信号に関してフーリエ変換が施される場合、強いスペクトル成分ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、およびａ５だけが分解される。他の信号ａ６、ａ７、ａ８、ａ９、およびａ０は、これらの強い成分の複合サイドローブによって損なわれる。各スペクトル成分のスペクトルピークは、そのサイドローブが６ｄＢ／オクターブのレートでロールオフするＳｉｎｃ関数のメインローブを表す。強い成分のサイドローブは、周波数を埋没させ、ａ０、ａ９、ａ８、ａ６、および、ａ７の検出を可能にしない。信号がハニングアポダイズ(Hanning apodized)されると、総合サイドローブレベルは、低くなり、より速いレートまたは１８ｄＢ／オクターブでロールホフする。結果として、さらなるａ６の信号が分解される。しかし、ハニングビーム８０２によって示されるように、主ビームは広がり、スペクトル成分ａ７、ａ８、ａ９、および、ａ０はやはり分解されない。
【０１０５】
余弦アポダイズドフーリエスペクトルは、各スペクトル成分を、その２つの最も近接する近傍スペクトル成分の平均によって置換することによって得られうる。非アポダイズド成分および余弦アポダイズド成分を使用して、ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲスペクトルが計算されうる。クラッタ打ち消しパラメータαは、フーリエスペクトル内の全てのスペクトル成分について計算される。全てのスペクトル成分のサイドローブは、その後、ＤＲプロセスから抑制され、それに続いて、本実施形態のＸＤＲプロセスにおいて、μ＝１、γ＝１、ρ＝１、およびκ＝２に設定される。合成されたビーム８０３によって示されるように、そのレベルがノイズに埋め込まれる成分、ａ７、ａ８、およびａ０を含む全てのスペクトル成分が分解される。
【０１０６】
図９は、異なるパラメータのセットを使用して処理された、Ｓｉｎｃビーム９０５、ハニングビーム９０６、ＤＲビーム９０１、ＸＤＲ１ビーム９０２、ＸＤＲ２ビーム９０３、およびＸＤＲ３ビーム９０４を示す。Ｓｉｎｃビーム９０５はアポダノズされず。ハニングビーム９０６はアポダイズされる。ＤＲビーム９０１は、先に論じたＤＲ処理だけを使用することによって生じる。本明細書で論じるＸＤＲプロセスを使用することによって、ＸＤＲ１ビーム９０２、ＸＤＲ２ビーム９０３、およびＸＤＲ３ビーム９０４が生成されうる。
【０１０７】
図１０は、Ｓｉｎｃビーム１００１、ハニングビーム１００２、および余弦アポダイズドビーム１００３を示す。余弦アポダイズドビームは、パワーレベルを制御ずるために案内ビームとして使用されることに留意されたい。余弦アポダイズドビームは、システムがＳｉｎｃビームをどこでカットすべきかを検出するために、利得を上下に移動させるために使用される。Ｓｉｎｃビームおよび余弦アポダイズドビームの最小は、主ビームがゼロ軸をどこで交差するかを決定する。
【０１０８】
上記から、ＤＲビーム信号が異なる成分信号に分解される非線形および線形信号処理の適用などによって、ＸＤＲビーム合成プロセスのオペレーションが超削皮ビームのメインローブをさらに狭細化する、かつ／または、サイドローブがさらに低減されることが認識されうる。これらの成分信号は、その後、そのメインローブが狭く、そのサイドローブが低い仮想ビームに対応する新しいビーム信号（ＸＤＲビーム信号）を合成するために使用されうる。あるいは、本実施形態のＸＤＲビームは、本質的に上述のＤＲビームを形成するのではなく、むしろ、αをある定数（たとえば、１または０．５）に維持することなどによって、図６のＸＤＲプロセスに直接進むことによって合成されうる。
【０１０９】
先のＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成技法は、多数の異なる撮像技法で実装されることが認識されるべきである。たとえば、ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成技法は、線形走査変換、空間合成などに関して実装されうる。マルチビーム空間合成の場合、空間変位したビームからの検出信号は、コヒーレントスペックルを低減するために統合されうる。分解能を高めるために、合成プロセスが起こる前に、各見通し方向からのＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲ信号を得るために非アポダイズドビームおよびハニングビームが同時に形成されうる。
【０１１０】
本実施形態が、１次元トランスデューサアレイを参照して上述されたが、本発明の概念が多次元トランスデューサアレイに適用可能であることが認識されるべきである。たとえば、ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成の概念は、２次元（２D）ビーム形成に直接適用されうる。
【０１１１】
本発明の実施形態による、ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成を提供することを述べたが、ＤＲ、ＩＤＲ、およびＸＤＲビーム合成の機能および実装態様に関する詳細は以下に述べられる。以下で述べる機能および実装態様は、本発明の実施形態によるＤＲ、ＩＤＲ、および／またはＸＤＲビーム合成を提供するための、上述したシステムおよび方法で利用されうることが認識されるべきである。
【０１１２】
＜ビーム分解およびＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成＞
本発明の実施形態によるオペレーション中に、特定の場所でＤＲビームから取得される信号は、各見通し方向において形成ビームのパワーを最小にすることによって計算されうる。ビームのパワーが各ビーム場所で変化するため、ＤＲビームのメインローブ幅およびサインローブレベルは、本発明の実施形態によるパワー最小化基準に従って最適化される。ＤＲビーム、第１のサンプルビーム、および第２のサンプルビームの幾何学的および形態学的特性に基づいて、異なる成分のメインローブビームおよびサイドローブビームに対応する信号は区分化されうる。これらの成分ビームは、さらに分解され、所望の特性を有する新しいビームは、その後、算術的に操作されたこれらの成分ビームによって合成される。それぞれの新しいビームに対応する信号は、本発明の実施形態のＤＲ、ＩＤＲおよびＸＤＲビーム分解および合成プロセスに従って計算される。分解された成分ビームを使用して所望の特性を有する合成されたビームに対応する信号を構築するプロセスは、図６のプロセス６０１、６０２、６０３、６０４、および６０５において本発明の実施形態に従って実装される。これらのプロセスは図３Ａ、図６Ａ〜６Ｌ（４）、および図１５Ａ〜１５Ｇに示す、第１のサンプルビーム、第２のサンプルビーム、非アポダイズドビーム（α＝０）、ハニングアポダイズドビーム（α＝１）、他のα（０＜α＜１）のＤＲビームの組合せの信号を使用してより詳細にグラフで表現される。
【０１１３】
本発明の実施形態のビーム分解および合成プロセスは、ソフトウェアおよび／またはハードウェア構成で実装されうる。こうしたビーム分解および合成プロセスは、図５Ａおよび図５Ｂに示すようにＱＢＰ（直交バンドパス式）フィルタリングの前かまたはポストＱＢＰフィルタリングの前に実装されうる。図５Ｂに基づく方法は、第１および第２のビームから取得された信号がＱＢＰフィルタによってフィルタリングされた後、プロセスがノイズの存在下でより頑健であるため好ましい。
【０１１４】
ビーム分解は、本明細書で述べるように、本発明の実施形態による動的分解能ビーム合成で利用されうる。本発明の実施形態によるサンプルビーム分解および合成のさらなるより詳細な例において、ＩＵ およびＩＣ が、角度的にφで広がっているＳｉｎｃビームＢＵおよび余弦アポダイズドビームＢＣ を使用することによって受信される、２つの取得済みサンプル信号（たとえば、散乱体の分布からのエコーＯ（φ））であるとする。受信信号の振幅は、全ての角度方向において全てのビームの振幅によって重み付けされる、超音波照射された散乱体からの全てのエコーの統合であるため、これらのサンプル信号は、ＩＵ（ｚ，θ）＝∫Ｏ（ｚ，θ−φ）ＢＵ（ｚ，θ）ｄφおよびＩＣ（ｚ，θ）＝∫Ｏ（ｚ，θ−φ）ＢＣ（ｚ，θ）ｄφとして表されることができ、したがって、新しいビームＢＣからの信号は、以下の式に従って信号ＩＵとＩＣ 加算することによって計算されうる。
2016179313.tif 000017
【０１１５】
先に論じたように、余弦アポダイズドビームから受信される信号は、新しい信号を得るために、Ｓｉｎｃビームから受信される信号と結合されうる。この新しい信号は、そのメインローブを幅広化するというトレードオフを行うことによる低サイドローブレベルの新しいビームから事実上受信される、たとえば、Ｉα ＝ＩＵ＋αＩＣとする、信号Ｉα に関して、その対応するビームＢαの幾何学的および形態学的特性はパラメータαと共に変動する。一般に、メインローブはパラメータαと共に単調に幅広化し、一方、αが０以上ありかつ１以下である、０＜α＜１のとき、サイドローブレベルは単調に減少し、サイドローブロールオフ率は単調に増加する。
【０１１６】
αの異なる値（０，０．２５，０．５，１）についてのビーム特性は図１６Ａおよび図１６Ｂを使用して示される。α＝１のとき、α＝１，Ｉα ＝Ｉ１ ＝ＩＵ＋ＩＣであり、ここで、Ｉ１ はハニングビーム（二乗余弦アポダイズドビーム）である。α＝０のとき、α＝０，Ｉα ＝Ｉ０ ＝ＩＵであり、ここで、Ｉ０ はＳｉｎｃビームである。ハニングビームにおいて、最初のサイドローブは、Ｓｉｎｃビームの最初のサイドローブより−１８ｄｂ低い。ハニングサイドローブは、１８ｄｂ／オクターブの速いレートでロールオフし、一方、Ｓｉｎｃサイドローブは、６ｄｂ／オクターブのレートでロールオフする。しかし、ハニングビームのメインローブは、Ｓｉｎｃビームのメインローブより５０％幅広であることになる。
【０１１７】
図１６Ｃに示すように、θ＞±πのとき、Ｓｉｎｃビームおよび余弦アポダイズドビームは逆位相で振動することが認識されるべきである。そのため、±πより大きい角度場所におけるＢα ＝ＢＵ ＋αＢＣ のプロセスにおいて、Ｓｉｎｃビームのサイドローブの大きさの打ち消しが、「＞±π」の全ての角度場所で起こる。しかし、Ｓｉｎｃビームの第１のサイドローブが位置する±π＜θ＜±２πの角度場所において、サイドローブ打ち消しプロセスは、ゼロ交差点のシフトおよびＢα ビームのメインローブの広がりをもたらす。
【０１１８】
同様に図１６Ｃに示すように、Ｓｉｎｃビームの最初のゼロ交差は、±πに位置する。すなわち、ＩＵ（±π）＝０である。信号を得るために、ビームＢα がＢα ＝ＢＵ ＋αＢＣに従って形成されるとき、Ｂαビームの形成に対する場所±πのＳｉｎｃビームからの寄与が存在しないため、±πにおけるＩαビームの大きさは、αによってスケーリングされる余弦アポダイズドビームの大きさに等しくなる、すなわち、Ｉα（±π）＝αＩＣ（±π）である。指示方向において、Ｂαビームの利得は最大になり、一方、余弦アポダイズドビームの利得は最小になる。すなわち、任意のαについて、０＜±πの角度場所においてαＢＣの利得より常に大きい。０≦α≦１のとき、|αＢＣ|≦|ＢＣ|、したがって、α|ＩＣ|≦|ＩＣ| である。したがって、Ｉα とＩＣ の最小がとられる場合、
2016179313.tif 000018
である。
【０１１９】
Ｍｎ＿α が、２つのビームＢα とＢＣ との間の、全ての角度θにおいて絶対最小利得をとることによって形成される最小ビームから受信される信号である場合、θα は、ビームＢＣおよびＢα が交差する角度であり、θα≦πである。α＝０、α＝０．２５、α＝０．５、およびα＝１それぞれについて、図１６Ｃに示すＣ０、Ｃ０．２５、Ｃ０．５、Ｃ１は、ビームＢＣ とＢα との間の交差点であり、Ｚ０、Ｚ０．２５、Ｚ０．５、Ｚ１は、ビームＢα との間のゼロ交差点である。αが０から１に増加するにつれて、ゼロ交差が、±πから±２πに漸進的に移動することに留意されたい。ビームＢα のメインローブは、パラメータαが増加するにつれて広がり、一方、サイロローブレベルは減少する。
【０１２０】
信号Ｍｎ＿α の位相ψ（Ｍｎ＿α）を、ビームＢα から受信される信号の信号と同じに、すなわち、ψ（Ｍｎ＿α）＝ψ（Ｉα）に設定すると、
2016179313.tif 000019
である。ここで、ψ（Ｉα）は信号Ｉα の位相である。
【０１２１】
ビームＢαとＢＣはθαで交差するため、Ｂα（θα）＝ＢＣ（θα）である。同様に、ビーム指示方向において、Ｂα（０）＝ＢαＭＡＸ かつＢα（０）＝０である。Ｍｎ＿α が、Ｉαから減算されて、０≦α≦１について、新しい信号Ｉαｍ＿ｎ＿αすなわち
2016179313.tif 000020
が得られる。
【０１２２】
Ｉαｍ＿ｎ＿αは、その振幅がθ＝０で最大になる信号であり、Ｉαｍ＿ｎ＿αの大きさは、±θα においてそのピークから０に向かって対称に広がる、Ｉα＝Ｉαｍ＿ｎ＿α＋Ｍｎ＿αの演算は、信号Ｉα が、２つの成分Ｉαｍ＿ｎ＿αとＭｎ＿αに分解されることを示唆する。成分信号Ｉαｍ＿ｎ＿αは、−θα≦θ≦θα の領域内に拘束される成分ビームΨαｍ＿ｎ＿αに対応する信号を表す。信号Ｉαｍ＿ｎ＿αのピークは、Ｉαのピークに整列する。成分信号Ｍｎ＿αは、θ＜−θαおよびθ＞−θαの領域で、ビームＢαのサイドローブ構造を保持する成分ビームΨαｍ＿ｎ＿αに対応するＩαの残差信号である。
【０１２３】
Ｓｉｎｃビームのメインローブは、−π≦θ≦πの領域内に角度的に境界付けられる。θα≦|π|であるため、成分ビームΨαｍ＿ｎ＿α（信号Ｉαｍ＿ｎ＿α）のビーム幅は、Ｓｉｎｃビームのビーム幅より狭い。さらに、Ψαｍ＿ｎ＿α（０）＝ＢＵ（０）であり、ビームΨαｍ＿ｎ＿αの最大利得およびその指示方向もまた変わらない。
【０１２４】
ＳｉｎｃビームＢＵＭおよびビームΨαｍ＿ｎ＿αα＝０＝Ψαｍ＿ｎ＿０のメインローブは、図１６Ｄで重ね合わされる。新しい成分ビームΨαｍ＿ｎ＿０は、Ψαｍ＿ｎ＿０＝ＢＵＭ−ΨαＳ＿ｎ＿０に従ってＳｉｎｃビームＢＵＭのメインローブから分解されうる。ΨαＳ＿ｎ＿０は、そのピークが、成分ビームΨαｍ＿ｎ＿０のヌルと整列する２重ローブからなる残差メインローブビームである。成分ビームΨαｍ＿ｎ＿０によって受信され信号の振幅およびパワーを最小にすることによって、分解能は、漸近的にビームΨαｍ＿ｎ＿０に近づくことになる。
【０１２５】
Ｓｉｎｃビームのメインローブは、以下のプロセスに従って分割されうることが認識されるべきである。図１６Ｅは、ビームＢＵとＢＣが加算されて、ビームＢα＝１、ハニングビームが形成されることを示す。ＢＵ（π）＝０であるため、Ｂα＝１（π）＝ＢＣ（π）＝０である。そのため、ビームＢＭｎ＿１がビームＢα＝１の振幅とＢＣの振幅との間で最小をとることによって生成されうる。ＢＭｎ＿１の位相を、ビームＢα＝１の位相と同じに割り当てることによって、ビームＢＭｎ＿１の大きさは、θ≦πのとき、ＢＣの大きさと同じであることになる。θ＞πの領域において、ビームＢＭｎ＿１の大きさは、ビームＢα＝１の大きさと同じであることになる。そのため、ＳｉｎｃビームＢＵＭのメインローブは、その後、ＢＵＭ＝Ｂα＝１−ＢＭｎ＿１Ψαｍ＿ｎ＿０によって区分化され、Ｓｉｎｃビームのサイドローブは、ＢＵＳ＝ＢＵ−ＢＵＭ＝ＢＵ−Ψαｍ＿ｎ＿１によってＳｉｎｃビームＢＵからメインローブＢＵＭを除去することによって区分化されうる。
【０１２６】
これらのビームからの信号は、以下のプロセスに従って事実上計算される。パラメータαを１に設定する（α＝１）と、Ｉ１＝ＩＵ＋ＩＣである。したがって、
2016179313.tif 000021
である。
【０１２７】
Ｍｎ＿１ の位相は、Ｍｎ＿１＝ψ（Ｉ１）Ｍｎ＿１とすることによって、ベクトルＩ１と同じになるように設定される。Ｉ１−Ｍｎ＿１の減算プロセスにおいて、ビームＭｎ＿１からの信号量が、Ｉ１の信号から除去されるとき、ヌルが、θ＝±πに設置されることになる。Ｓｉｎｃビームのメインローブの幅が、−πと＋πとの間の角度領域によって規定されるため、Ｓｉｎｃビームのメインローブが区分化される。
ＩＵＭ＝Ｉ１−Ｍｎ＿１
【０１２８】
Ｓｉｎｃビームのサイドローブは、ＩＵＳ ＝ＩＵ −ＩＵＭによって得られ、Ｉαのサイドローブは、ＩαＳ ＝Ｉα −ＩＵＭによって得られうる。ＤＲｉ信号は、異なるαを使用して最小のクラッタパワーを有する異なるサンプル場所で異なるビームから受信される信号である。すなわち、ＩＤＲ＿ｉ ＝Ｉαである。
ＩαＳおよびＩＵＭが与えられると、本発明の実施形態のＤＲビームは、ＩＤＲ＝ＩＵＭ＋γＩαＳ（γ≦１）であるように、メインローブＩＵＭをＩαＳの異なる量と加算することによって合成されうる。
【０１２９】
結果が示すところによれば、ＤＲビーム信号ＩＤＲに関連する合成されたＤＲビームのビ−ム幅は、回折制限Ｓｉｎｃビームと同じであり、一方、ＤＲビーム信号γＩαＳに関連する合成されたＤＲビームのサイドローブは、画像内の全ての信号についてＳｉｎｃビームおよびサイドローブの最小パワービームＩαより低い。
【０１３０】
ＤＲビームからの信号ＩＤＲは、２つの信号、すなわち、サイドローブＩαＳまたは減少したサイドローブγＩαＳからの成分信号、および、メインローブから受信される成分信号を含む。サイドローブＩαＳ（またはγＩαＳ）からの信号を不変に保って、区分化された主ビーム|ＩＵＭ| からの成分信号は、そのビーム幅が|ＩｍＭ| からのビーム幅よりずっと狭い新しいメインローブＩＵＭ＿ｍに対応する少なくとも１つの成分、および、ＩＵＭのメインローブから分割される新しいサイドローブになるように残差信号から分解される他の成分を含む成分信号にさらに分割されうる。所望の方向からのビームは、信号ＩＵＭが受信されるメインローブを形成する。同じ方向からは、余弦アポダイズドビームのヌルの場所のために、信号は、ＩＣから全く受信されることができない。換言すれば、事実上の所望の方向（たとえば、見通し方向）からの信号は、ＩＣ内に全く存在しない。
【０１３１】
増幅ファクタκがＩＣに適用されると、望ましくない場所からの信号だけが増幅され、所望の方向からの信号はほとんどない。そのため、２つの信号|ＩＵＭ|とκ|ＩＣ|の大きさの差は、κが大きいときに、そのメイローブが実質上狭いビームからの信号を表す。この特性は、図１１に示される。
【０１３２】
区分化されたメインローブがＢμＭ（θ）であり、ＢμＭ（θ）によって受信される信号が、
2016179313.tif 000022
とする。
ＩＵＭは、対象物が、θ＝−πからθ＝πまでの、ＢμＭ（θ）の重み分布に従って重み付け加算されるときに受信される信号を表す。ここで、ＢμＭ（θ≦−π）＝０、ＢμＭ（θ≧−π）＝０である。信号ＩＵＭに対応するビームの見通し方向において、ｂｍは、ビームＢμＭ（θ）の最大利得であり、一方、同じ見通し方向において、余弦アポダイズドビームからの信号は、ＩＣ（０）＝０である。
【０１３３】
余弦アポダイズドビームから取得される信号を増幅ファクタκで増幅することは、余弦アポダイズドビームに利得κを提供することと事実上同等である。余弦アポダイズドビームから受信される信号が、Ｓｉｎｃビームの信号から減算される場合、ビーム整形関数によって整形されたメインローブを有する新しいビームをもたらす。このビーム整形関数は、利得κの関数である。こうしたビーム整形関数は、メインローブを整形するだけでなく、サイドローブの構造を修正し、したがって、そのレベルを同時に低減する。余弦アポダイズドビームが、θ＝±θｍでＳｉｎｃビームに交差することになるため、交差点において、ＢμＭ（θｍ）＝ＢＣ（θｍ）である。上記から、|ＩＤＲ|の大きさとγ|ＩＣ|の大きさの最小値を計算することによって抽出された、成分信号Ｍｎ＿ｍは、以下の特性を有する。
2016179313.tif 000023
であり、ここで、
2016179313.tif 000024
であり、ψ（ＩＵＭ）は、信号ＩＵＭの位相である。また、
2016179313.tif 000025
であり、ここで、ψ（ＩαＳ）は、信号ＩαＳの位相である。そのため、成分信号Ｍｎ＿ｍおよびＭｎ＿Ｓは、増幅された余弦アポダイズドビームがＤＲビームのメインローブおよびサイドローブと相互作用する方法およびビーム増幅ファクタκにおけるこれらの成分ビームの形態に応じてその特性を変える。
【０１３４】
Ｍｎ＿Ｓ＝ψ（ＩαＳ）|ＩαＳ|であるように十分に大きくκが選択される場合を仮定する。ＭｎがＩＤＲから減算される場合、サイドローブ|ＩαＳ|から受信される全ての信号が除去されることになる。同様に、減算プロセスの結果として、新しいヌルは、ビームＩＵＭκ|ＩＣ|が交差する±θｍで生成される（図１１に示すように、ＢμＭ（θｍ）＝ＢＣ（θｍ））。これは、ＤＲビームＩＵＭのメインローブからの（ビームのメインローブが境界付けされる−π≧θ≧πの領域の）信号を、２つの新しい信号成分に分割することと事実上同等である。１つの信号成分は、θ−ｍ＜θ＜θｍかつθｍ≦πによって境界付けされる新しく形成され狭細化されたメインローブＩＵＭ＿ｍからのものであり、他のＩＵＭ＿Ｓは、π≧θ＞θｍおよび−π≦θ＜−θｍの領域にある新しく形成された２つのサイドローブからのものである。
【０１３５】
より狭いメインローブのビームから取得される信号を使用して面像を構築することは、画像品質を改善する。しかし、減算プロセスにおいて区分化されたサイドローブから成分信号を完全に削除することは、画像品質を劣化させる穴を画像内に導入する。ＤＲビームから減算される成分信号の量のよりよい制御のために、パラメータη≦1が、本実施形態に従って導入され、ηＭｎは、所望の高品質ビームを合成するための、ＤＲビームから除去される信号|Ｍｎ|の小部分を示す。
【０１３６】
ある量の信号ηＭｎが、ＤＲビームＩＵＭから受信される信号から減算されるため、新しい信号は、ビーム整形関数によって整形されたメインローブを有するビームから受信されるのと事実上同等である。この処理済みビームのメインローブは、より狭いメインローブをもたらすように整形され、サイドローブは、この関数によって低減される。たとえば、
2016179313.tif 000026
である。上記は、整形関数ΨＳ（θ）によって整形されるメインローブ|ＩＵＭ|が、領域|θ|＜θｍで新しいメインローブＩＵＭ＿ｍをもたらすことを示すことに留意されたい。この新しいメインローブは、
2016179313.tif 000027
と表せうる。ＳｉｎｃビームＢμＭ（θ）のメインローブの利得が、|θ|＜θｍのときゼロでないため、
2016179313.tif 000028
であり、ここで、ＢＵＭ＿ｍ（θ）＝Ψ（θ）ＢＵＭ（θ）かつΨ（θ）＝｛１−ηκ（ＢC（θ）/ＢＵＭ（θ））｝である。これは、ビーム交差点θｍを規定する領域|θ|＜θｍにおいて、主ビームが、余弦アポダイズドビームの利得とＳｉｎｃビームの利得の比に従って整形されることを示す。整形されたビームの形態は、パラメータηおよびκに依存することになる。
【０１３７】
上記は、ＤＲビームのメインローブが、|θ|＜θｍのときに、ビーム整形関数Ψ（θ）（図１２にグラフで示す）によって修正されることを示す。本実施形態の整形関数Ψ（θ）は以下の特性を有する。
１．ＢＣ（０）＝０であるため、Ψ（０）＝１である。換言すれば、所望の見通し方向においてビーム利得が、最大になり信号処理中に変わらない。
２．ηおよびκが共にゼロであるとき、ビームの形態は、ＤＲビームと同じであり、全てのθについてΨ（θ）＝１である。
３．メインローブ領域においてＢＣ（θ）がＢμＭ（θ）より小さいため、|θ|＜θｍのとき、Ψ（０）＜１である。したがって、ビームＢμＭ＿ｍ（θ）は、ビームＢμＭ（θ）より常に狭い。
４．ＢＣ（θ）およびビームＢμＭ（θ）が共に、ビーム見通し方向に対称であるため、ビーム整形関数は対称関数である。
【０１３８】
ビーム整形関数Ψ（θ）は、領域|θ|＜θｍでビームの利得を変える。整形ビームの量および形態は、パラメータηおよびκに依存することになる。ηおよびκが共にゼロであるとき、ＢＣ（θ）およびＢμＭ（θ）が共に、ビーム見通し方向に対称であるため、ビーム整形関数Ψ（θ）は対称関数である。|θｍ|＜πであるため、ＢμＭ（θ）のビーム幅はＢμＭ（θ）のビーム幅より常に狭い。
【０１３９】
先の成分信号Ｍｎ＿ｍおよびＭｎ＿Ｓは、増幅された余弦アポダイズドビームがＤＲビームのメインローブおよびサイドローブと相互作用する方法および増幅ファクタκにおけるこれらの成分ビームの形態に応じて変動する。増幅ファクタκが小さいとき、±θｍの場所は±πに近い。そのため、処理されるビームのメインローブは、大きな増幅ファクタκを有する処理されるビームからのメインローブと比較して比較的狭いことになる。増幅ファクタκが小さいとき、余弦アポダイズドビームとＤＲビームのサイドローブとの間の相互作用は、より複雑になる。処理されるビームのサイドローブの形態は、ＤＲビームのサイドローブ|ＩαＳ|の相対的振幅および増幅ファクタが適用された後の余弦アポダイズドビームのサイドローブκ|ＩＣ|の大きさに依存することになる。その理由は，成分|Ｍｎ＿Ｓ|からの信号が、好ましくは、ＤＲビームと同相に設定され、その大きさが、２つの信号|ＩαＳ|とκ|ＩＣ|の小さい方を表すからである。したがって、|Ｍｎ＿Ｓ|が、ＤＲビームから減算されると、サイドローブの信号は、常に小さいことになり、サイドローブの抑制をもたらす。
【０１４０】
成分信号を区分化するための減算プロセスは、減数信号と被減数信号の両方の位相が同一に維持されるべきであることを提案する。信号の大きさだけが対象である撮像アプリケーションの場合、減算プロセスは、大きさだけのオペレーションの実装態様において同様
に有効である。この場合、減数信号と被減数信号の両方の信号の符号が同一に維持されることが所望される。換言すれば、ＤＲ／ＸＤＲプロセスにおいて、ψ（Ｉα）の任意のオペレーションが sign（Ｉα）で置換される。たとえば、ビーム形成された信号が、直交バンドパス処理され、実数および虚数データストリームにデシメートされた後、アルゴリズムが、ビーム形成された信号を処理するために実装されるとき、ψ（Ｉα）が
2016179313.tif 000029
で置換される。この状況では、real（Ｉα）は、信号（Ｉα）の実数部を表し、imag（Ｉα）は、信号の虚数部である。そうすることによって、ＤＲ／ＸＤＲプロセスは、バンドパス処理されたデータの実数部および虚数部に別々に作用する。処理される信号成分はまた、２つの部分、すなわち、実数部real（ＩＸ）および、虚数部imag（ＩＸ）を含むことになる。その後、処理される信号の実数部および虚数部が、再結合されてＩＸ＝real（Ｉα）＋i*imag（Ｉα）になる。信号ＩＸが、その後、検出され、圧縮され、走査変換されて、結果として得られる画像ビデオになる。
【０１４１】
２Ｄグレイスケール撮像だけのアフリケーションの場合、しかし、信号の位相は、ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲプロセスにおいて無視されうる。この場合、信号の大きさだけが、ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲプロセスにおいて必要とされる。さらに、ＸＤＲプロセスにおいて、信号の大きさを処理する代わりに、信号パワーが、計算を低減するために使用されうる。分割および検出プロセスが、本実施形態のＤＲプロセスに組込まれるため、計算コストが、比較的高い可能性がある。低コスト実装の場合、ＤＲプロセスは、省略され、性能をコストまたは速度と交換する。
【０１４２】
アルゴリズムはまた、信号が直交バンドパス処理される前に実装されうる。その後、信号減算プロセスにおいて、効果的な成分信号区分化のために、ψ（ＩＲＦ）は、sign（ＩＲＦ）によって置換される。
【０１４３】
先に述べたように、Ｓｉｎｃビームのメインローブから受信される信号は、κ＝１のときκ|ＩＣ|および|Ｉ１|を処理することによって区分化されるＩＵＭとすることができる。その後ＩＵＭは、κ＞１に設定することによって信号κ|ＩＣ|および|ＩＵＭ|を処理することによってさらに分割されうる。κが、１より小さな値に設定される、たとえばκ＝０．２２２２５に設定されると、メインローブサイズがハニングビームにほぼ等しいビームが形成されうる。このより幅広のメインローブは、先に述べたプロセスを使用してさらに分割されうる。新しいビームは、その後、異なる成分信号を用いて合成されうる。
【０１４４】
ＤＲビームから得られる信号から先の成分信号を除去することは、ビーム先鋭化関数を効果的に生成する。この関数数は、処理されるビームのメインローブを先鋭化し、サイドローブを低減する。図１３Ａは、κ＝２を使用し、残留メインローブを低減するために、ρ＝０．０６２５に設定し、この場合Ｉ１のサイドローブであるＤＲビームのサイドローブを低減するためにγ＝０．１２５に設定してメイローブが分割されるのを示す。結果として信号ＩＸ＝μＩｎ＿ｍ＋ρＩｎ＿Ｓ＋γＩμＳおよびその対応するビームは、図１３Ｂに示される。メインローブの狭細化およびサイドローブの減衰によってアーチファクトの低減が可能になるため、目標の対象物をオーパサンブリングすることが有利であり、それにより、現在可能であるより先鋭な表示画像が達成されることに留意することが重要である。
【０１４５】
ＤＲビームと、異なる増幅ファクタの増幅済み余弦アポタツズドビームとの間で最小信号をとり、最小信号の位相をＤＲビーム同相になるように設定するプロセスが、狭い幅の所望のメインローブと所望の低サイドローブレベルを有するビームに対応する信号を得るために、幾度も適用されうることが認識されるべきである。すなわち、異なる増幅ファクタκ、サイドローブ低減パラメータγ、およびビーム整形パラメータηを使用して、信号を成分に区分化し、ビームを整形するＸＤＲビーム合成プロセスは、所望のメインローブおよびサイドローブ特性を有する新しい処理済みビームを得るために、処理されるビームに反復して適用されうる。これらの特性は、撮像プロセスにおいて細部分解能、コントラスト分解能、およびダイナミックレンジなどの撮像パラメータに従って規定されうる。異なる処理パラメータを用いた１０反復後のビームが図１４に示される。
【０１４６】
さらなるサイドローブレベル制御は、所望される場合、メインローブの区分化された残留サイドローブを減衰させる（たとえば、１より小さい減衰ファクタで乗算する）ことによって達成されうる。たとえばＤＲおよびＸＤＲプロセスの利得ファクタおよび減衰ファクタはまた、全てのサンプルにおけるサイドローブ・のパワーに適合するためにαの関数として設定されうる。
【０１４７】
上述した解析は、Ｓｉｎｃビーム、余弦アポダイズドピーム、ハニングビーム、および他のビームの狭帯域定式化の中の幾何学的特性に基づく。しかし、本発明の概念は、一般
的な撮像アプリケーションについて広帯域信号がビーム形成され処理されるときに同様に有効であることが証明され実験的に示されうる。さらに、その概念は、スペクトル解析、２次元アレイビーム形成、複数ビーム空間合成、およびマルチビーム並行ビーム形成に直接適用されうる。
【０１４８】
異なる結果を達成するために、本明細書のＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲ技法の実装態様の変形を使用することが可能であることに留意されたい。たとえば、ベクトル形成は、実数部と虚数部によって表されてもよく、ＤＲ、ＩＤＲ、およびＸＤＲは、実数部および虚数部において別々に処理されうる。位相を不変に維持することは、実数部の符号または虚数部の符号を不変に維持することと同等である。ＲＦ領域における大きさだけの処理は、位相を不変に維持する代わりに、信号の符号を不変に維持することによって達成されうる。
【０１４９】
利得および減衰ファクタを適用するかあるいは利得または減衰を数学的関数として表すという異なるシーケンスが、所望される場合に達成されうる。定数α（任意のα≦１）についてビームを形成することに統いて、分解能向上およびサイドローブ抑制のためのＸＤＲプロセスが行われる。２つのビームを使用して、ある実施形態は、成分ビームまたは成分信号を区分化するためにｍｉｎ（前記「ｍｉｎ」参照）を適用し、その後、新しいビームを構築するための利得および減衰ファクタを使用して、新しいビームを合成するために成分信号を合成しうる。
【０１５０】
本実施形態では、新しい高性能ビームに到達するために、複数の利得および減衰ファクタを用いて新しいビームを再帰的に形成しうる。そのため、その概念は、高次元ビーム形成に適用される。たとえば、
2016179313.tif 000030
【０１５１】
＜例示的なＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成アルゴリズム＞
上述した本発明の概念を理解するのを補助するために、図２Ａ、図２Ｂ、図５Ａ、および図５ＢのＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ２１４によって実装されうる例示的なＤＲ／ＩＤＫ／ＸＤＲビーム合成アルゴリズムが以下に提供される。以下のアルゴリズムが、本発明の概念によるＤＲ／ＩＤＫ／ＸＤＲビーム合成を提供するように働くアルゴリズムの一例に過ぎないことが認識されるべきである。
2016179313.tif 000031
【０１５２】
2016179313.tif 000032
【０１５３】
2016179313.tif 000033
【０１５４】
再び図６を参照して、深さｚおけるｎ番目のＳｉｎｃビームおよび余弦アホダイズドビームからの信号として先の例示的な方法を実装するとき、ＩＵ(n, zn) およびＩＣ(n, zn)がプロセス６０ｌにて取得され、ビーム形成パラメータαが．その後、パワー|Ｉα|２＝|ＩＵ＋αＩＣ|２が最小にされる基準に従って、プロセス６２にて計算され、ＤＲビームＩαＤＲ＝Ｉαがプロセス６０３にて形成される。
【０１５５】
パラメー-タαは、その後、撮像アブリケーションについて適切である、ＩＤＲおよびＸＤＲビーム分解および合成に有用なビーム形成パラメータμｉ、ρｉ、κｉ、γｍ、およびγＳを得るために処理用パラメータテーブル６３（ルックアッブテーブル）を通過させられる。パラメータαは、サンプル場所（ｎ、ｚ）における所望の信号および望ましくないクラッタの相対量を示すので、クラッタは、αが小さいとき小さく、αが大きいとき大きく、そして、ＩＤＲおよびＸＤＲビーム分解および合成に有用なパラメータμｉ、ρｉ、κｉ、γｍ、およびγＳは、αの関数でありうる。
【０１５６】
最良の画像品質ための合成されたビームの所望の特性は、走査ヘッドの素子ピッチ、ビーム形成器で利用可能なチャネル数、画像のライン密度、使用される平行ビームの数、超音波照射信号の周波数および帯域幅などの多数のシステムパラメータに応じて変勤し、したがって、異なるパラメータのセットμｉ（α）、ρｉ（α）、κｉ（α）、γｍ（α）、およびγＳ（α）が、異なる撮像アプリケーションにとって好ましい。特定の機能的関係は、所望される画像特性、撮像される対象物、撮像システムの構成などに基づいて実験的に確定されうる。
【０１５７】
ＤＲビームＩαＤＲおよびパラメータμｉ、ρｉ、κｉ、γｍ、およびγＳは、所望のＩＤＲビームを形成するためにプロセッサ６０３で使用される。ＤＲビーム、ＩＤＲビーム、およびＸＤＲビーム形成パラメータはまた、プロセッサ６０４および６０５においてＸＤＲビームを反復的に形成するために使用されうる。
【０１５８】
図６Ｌ（１）〜６Ｌ（４）は、上述した方法１を使用してＩＸＤＲ＝ＩαＭ＿κ＋ραｎ＿Ｓ＋γＩαＳを計算することによってＸＤＲビームを合成するための、パラメータκ＝２、ρ＝０．１２５、γ＝０．０１５６２５、ｎ＝１を使用したα＝１のＤＲビームの例示的な分解を示す。３ｄｂＦＷＨＭは、０．７１２２πであり、ＳｉｎｃビームのＦＷＨＭより２１．６％狭い。α＝１の場合、ＤＲビームは、そのピークサイドローブレベルが−３１ｄｂであるハニングビームである。ＸＤＲビーム合成プロセスにおいて、パラメータγは、ハニングサイドローブを２０×ｌｏｇ１０（γ）＝−３６．１２ｄｂだけ減衰させるために使用され、それにより、図６Ｌ（４）に示すように、−３１＋２０×ｌｏｇ １０（γ）＝−６７．１２がもたらされる。合成されたＸＤＲビームのサイドローブロールオフ率は、−１８ｄｂ／オクターブのハニングビーム同じである。
【０１５９】
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【０１６０】
本発明およびその利点が詳細に述べられたが、特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、種、の変更、置換、および改変が本明細書で行われうることが理解されるべきである。さらに、本発明の範囲は、明細書に述べる、プロセス、機械、製品、組成物、手段、方法、およびステップの特定の実施形態に限定されることを意図されていない。当業者が本発明の開示から容易に認識するように、現在のところ存在するかまたは後で開発される、本明細書で述べる対応する実施形態と実質的に同じ機能を実施する、または、実質的に同じ結果を達成する、プロセス、機械、製品、組成物、手段、方法、またはステップが、本発明に従って利用されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、こうしたプロセス、機械、製品、組成物、手段、方法、またはステップをその範囲内に含むことを意図されている。
【符号の説明】
【０１６１】
２００  超音波撮像システム
２１０  システムユニット
２１１  画像
２１２  ディスプレイ
２１３，２１３ａ，２１３ｂ  ビーム形成器
２１４  ＤＲ／ＩＤＲ／ＸＤＲビーム合成プロセッサ
２１５  超音波画像処理回路
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図６Ｉ（１）】
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【図６Ｉ（２）】
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【図６Ｉ（３）】
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【図６Ｊ】
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【図６Ｋ】
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【図６Ｌ】
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【図６Ｌ（１）】
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【図６Ｌ（２）】
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【図６Ｌ（３）】
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【図６Ｌ（４）】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１５Ｇ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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