JP2002534192A - ビームフォーミング用時間遅延及びアポダイゼーション値の敏速な分散型計算のための方法及び装置 - Google Patents
ビームフォーミング用時間遅延及びアポダイゼーション値の敏速な分散型計算のための方法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 予め計算されたビームフォーミング用の値を記憶する大容量メモリを必要としない新たなビームフォーミング・アーキテクチャを提供する。
【解決手段】 本発明のアーキテクチャでは、複数の遅延計算器がビームフォーマの全体に分散される。各々の遅延計算器は、複数のチャネル又は素子にビームフォーミング用遅延及びアポダイゼーション値を供給する。遅延計算器は素子位置の座標で初期化される。次いで、イメージングの間に、全ての遅延計算器に対して焦点座標及び方向操作角が同報通知される。遅延計算器は、コーディック回転器を用いてアパーチャ投影を実行すると共に斜辺を算出する。コーディック回転器は、２の単純な羃乗である係数を用いて２次元での連続的な座標変換を行う。次いで、得られたアポダイゼーション値及び時間遅延は、チャネル制御バスによって複数のチャネルへ供給される。
Description
【０００１】
本発明は一般的には、フェーズド・アレイ型アンテナを応用したコヒーレント
なイメージング方法に関する。具体的には、本発明は、超音波イメージング・シ
ステムに用いられるビームフォーミング（ビーム形成）手法に関する。
なイメージング方法に関する。具体的には、本発明は、超音波イメージング・シ
ステムに用いられるビームフォーミング（ビーム形成）手法に関する。
【０００２】
医用超音波システムは、個々の超音波線（又はビーム）を取得することにより
画像を形成する。これらの線は互いに隣接しており、イメージングされるべき目
標区域を網羅している。各々の線は、特定の空間的方向に超音波パルスを送信す
ると共にこの方向から反射したエコーを受信することにより形成される。送信波
の空間的特性及び受信感度の特性が、超音波画像の品質を決定する。超音波線は
、所期の方向からの目標情報のみを収集し、他の方向に位置する目標を無視して
いることが望ましい。
画像を形成する。これらの線は互いに隣接しており、イメージングされるべき目
標区域を網羅している。各々の線は、特定の空間的方向に超音波パルスを送信す
ると共にこの方向から反射したエコーを受信することにより形成される。送信波
の空間的特性及び受信感度の特性が、超音波画像の品質を決定する。超音波線は
、所期の方向からの目標情報のみを収集し、他の方向に位置する目標を無視して
いることが望ましい。
【０００３】 従来の超音波イメージング・システムは超音波トランスデューサ素子のアレイ
を含んでおり、これらの素子を用いて超音波ビームを送信し、次いで、被検体か
ら反射したビームを受信する。このような走査は、集束した超音波を送信し、短
時間の後にシステムが受信モードに切り換わり、反射した超音波を受信し、ビー
ムフォーミングし、処理して表示するという一連の測定を含んでいる。典型的に
は、送信及び受信は、各回の測定中には同じ方向に集束しており、音波ビーム又
は走査線に沿った一連の点からデータを取得する。受信器は、反射した超音波が
受信されるのに伴って、走査線に沿った一連のレンジ（距離）に動的に集束する
。
を含んでおり、これらの素子を用いて超音波ビームを送信し、次いで、被検体か
ら反射したビームを受信する。このような走査は、集束した超音波を送信し、短
時間の後にシステムが受信モードに切り換わり、反射した超音波を受信し、ビー
ムフォーミングし、処理して表示するという一連の測定を含んでいる。典型的に
は、送信及び受信は、各回の測定中には同じ方向に集束しており、音波ビーム又
は走査線に沿った一連の点からデータを取得する。受信器は、反射した超音波が
受信されるのに伴って、走査線に沿った一連のレンジ（距離）に動的に集束する
。
【０００４】 超音波イメージングの場合には、アレイは典型的には、１つ又はこれよりも多
い行を成して配列されており別個の電圧で駆動される多数のトランスデューサを
有している。印加電圧の時間遅延（又は位相）及び振幅を選択することにより、
所与の行内の個々のトランスデューサ素子を制御して超音波を形成し、これらの
超音波を組み合わせて、好ましいベクトル方向に沿って走行しており且つビーム
に沿って選択されたゾーンに集束している正味の超音波を形成することができる
。各回のファイアリング（firing）でのビームフォーミング用パラメータを変化
させると、例えば、各々のビームの焦点ゾーンを前回のビームの焦点ゾーンに対
してシフトさせた状態で同じ走査線に沿って連続したビームを送信することによ
り、最大焦点に変化を与えることもできるし、他の場合には、各回のファイアリ
ング毎に受信データの内容を変化させることもできる。フェーズド・アレイの場
合には、印加電圧の時間遅延及び振幅を変化させることにより、ビームをその焦
点ゾーンについて平面内で移動させて物体を走査することができる。リニア・ア
レイの場合には、１回のファイアリングから次回のファイアリングにかけてアレ
イを横断するようにアパーチャ（開口）を平行移動させることにより、アレイに
垂直な方向を向いた集束したビームで物体を横断して走査する。
い行を成して配列されており別個の電圧で駆動される多数のトランスデューサを
有している。印加電圧の時間遅延（又は位相）及び振幅を選択することにより、
所与の行内の個々のトランスデューサ素子を制御して超音波を形成し、これらの
超音波を組み合わせて、好ましいベクトル方向に沿って走行しており且つビーム
に沿って選択されたゾーンに集束している正味の超音波を形成することができる
。各回のファイアリング（firing）でのビームフォーミング用パラメータを変化
させると、例えば、各々のビームの焦点ゾーンを前回のビームの焦点ゾーンに対
してシフトさせた状態で同じ走査線に沿って連続したビームを送信することによ
り、最大焦点に変化を与えることもできるし、他の場合には、各回のファイアリ
ング毎に受信データの内容を変化させることもできる。フェーズド・アレイの場
合には、印加電圧の時間遅延及び振幅を変化させることにより、ビームをその焦
点ゾーンについて平面内で移動させて物体を走査することができる。リニア・ア
レイの場合には、１回のファイアリングから次回のファイアリングにかけてアレ
イを横断するようにアパーチャ（開口）を平行移動させることにより、アレイに
垂直な方向を向いた集束したビームで物体を横断して走査する。
【０００５】 受信モードでトランスデューサ・プローブを用いて反射音を受信する場合にも
同じ原理を適用することができる。受信を行うトランスデューサ素子において発
生する電圧は、正味の信号が物体内の単一の焦点ゾーンから反射した超音波を示
すものになるように加算される。送信モードの場合と同様に、この超音波エネル
ギの集束式受信は、各々の受信用トランスデューサ素子からの信号に別個の時間
遅延（及び／又は位相シフト）並びにゲイン（利得）を与えることにより達成さ
れる。時間遅延を帰投信号の深さが増すと共に調節して、受信時の動的集束（ダ
イナミック・フォーカシング）を行うことができる。
同じ原理を適用することができる。受信を行うトランスデューサ素子において発
生する電圧は、正味の信号が物体内の単一の焦点ゾーンから反射した超音波を示
すものになるように加算される。送信モードの場合と同様に、この超音波エネル
ギの集束式受信は、各々の受信用トランスデューサ素子からの信号に別個の時間
遅延（及び／又は位相シフト）並びにゲイン（利得）を与えることにより達成さ
れる。時間遅延を帰投信号の深さが増すと共に調節して、受信時の動的集束（ダ
イナミック・フォーカシング）を行うことができる。
【０００６】 典型的な超音波システムにおいては、ビームフォーマの制御がシステムの性能
及び経費に対する重要な寄与因子となっている。動的受信時の遅延制御値及びア
ポダイゼーション制御値は、各々のビーム及び各々のチャネル毎に高速で生成さ
れなければならない。更新速度が１０ＭＨｚと高速なハイ・エンド・システムに
は、しばしば５１２ものビーム・チャネルが要求される。動的受信中に超音波ビ
ームフォーマ用の遅延及びアポダイゼーションを計算するのには、超越関数を含
む複雑な計算が必要である。通常、画質は、これらの関数に対して２次又は３次
の近似を用いることにより経費との折り合いを付けている。加えて、予め定めら
れているビーム位置及びパラメータについて予備計算された制御値を記憶するた
めに、多量のメモリが用いられることがしばしばである。記憶されている予備計
算値を用いると、走査状況に応じてビーム位置又はパラメータを最適に再調節す
るシステムの能力が制限される。このように、相対的に高速な制御応答時間を達
成するために画質が代償にされる。
及び経費に対する重要な寄与因子となっている。動的受信時の遅延制御値及びア
ポダイゼーション制御値は、各々のビーム及び各々のチャネル毎に高速で生成さ
れなければならない。更新速度が１０ＭＨｚと高速なハイ・エンド・システムに
は、しばしば５１２ものビーム・チャネルが要求される。動的受信中に超音波ビ
ームフォーマ用の遅延及びアポダイゼーションを計算するのには、超越関数を含
む複雑な計算が必要である。通常、画質は、これらの関数に対して２次又は３次
の近似を用いることにより経費との折り合いを付けている。加えて、予め定めら
れているビーム位置及びパラメータについて予備計算された制御値を記憶するた
めに、多量のメモリが用いられることがしばしばである。記憶されている予備計
算値を用いると、走査状況に応じてビーム位置又はパラメータを最適に再調節す
るシステムの能力が制限される。このように、相対的に高速な制御応答時間を達
成するために画質が代償にされる。
【０００７】 現状用いられているビームフォーマ制御設計には多様な種類がある。全ての設
計が、大容量のパラメータ用ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、状態機械
(state machine) 、複雑な計算及び近似を何らかの組み合わせで用いている。こ
のように、これらの設計は、１つ又はこれよりも多い領域、すなわち敏速さ、経
費又は精度の点で不十分である。
計が、大容量のパラメータ用ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、状態機械
(state machine) 、複雑な計算及び近似を何らかの組み合わせで用いている。こ
のように、これらの設計は、１つ又はこれよりも多い領域、すなわち敏速さ、経
費又は精度の点で不十分である。
【０００８】 敏速さ(agility) とは、画像化構成全体についてのビームフォーミング設定を
１秒よりも遥かに短い時間で変更する能力を意味している。ここで、設定には、
ベクトル位相中心（アパーチャ）の位置、方向操作(steering)角、ｆナンバ及び
焦点位置が含まれており、画像化構成にはイメージング・コンソール上に表示さ
れる全てのベクトル（ビーム）が含まれている。敏速さはまた、中間距離におい
て、すなわち深い関心領域の直前に、受信遅延計算を開始する能力を意味してい
る。
１秒よりも遥かに短い時間で変更する能力を意味している。ここで、設定には、
ベクトル位相中心（アパーチャ）の位置、方向操作(steering)角、ｆナンバ及び
焦点位置が含まれており、画像化構成にはイメージング・コンソール上に表示さ
れる全てのベクトル（ビーム）が含まれている。敏速さはまた、中間距離におい
て、すなわち深い関心領域の直前に、受信遅延計算を開始する能力を意味してい
る。
【０００９】 多くの特許に記載されているコントローラ類は、状態機械を利用している。残
念ながら、これらの状態機械は、送信の直後に稼働を開始しなければならない。
これらの機械は、送信のかなり後になると異なる受信焦点のために容易にリロー
ドされ得ない。フレーム・レートが高い用途の場合、特に立体イメージングの場
合には、深い関心領域からのエコーが受信される直前に受信を開始することが望
ましい。加えて、少なくとも１つの従来方法は、ビームと素子とに依存したパラ
メータを用いている。これにより、平方根及び正弦関数等の関数を含めた極めて
多数のパラメータが生ずる。このようにして、敏速さを達成することが不可能に
なる。
念ながら、これらの状態機械は、送信の直後に稼働を開始しなければならない。
これらの機械は、送信のかなり後になると異なる受信焦点のために容易にリロー
ドされ得ない。フレーム・レートが高い用途の場合、特に立体イメージングの場
合には、深い関心領域からのエコーが受信される直前に受信を開始することが望
ましい。加えて、少なくとも１つの従来方法は、ビームと素子とに依存したパラ
メータを用いている。これにより、平方根及び正弦関数等の関数を含めた極めて
多数のパラメータが生ずる。このようにして、敏速さを達成することが不可能に
なる。
【００１０】 内在的な近似を含んでいる他のシステムもあり、ビームフォーミング用時間遅
延の精度が制限されている。これにより、画質に損失が生じ、このことは、不十
分なコントラスト分解能、すなわち組織反射の強度又は嚢胞掃去(cystic cleari
ng) における非常に微妙な差を検出する能力が不十分であることに最も頻繁に現
われている。
延の精度が制限されている。これにより、画質に損失が生じ、このことは、不十
分なコントラスト分解能、すなわち組織反射の強度又は嚢胞掃去(cystic cleari
ng) における非常に微妙な差を検出する能力が不十分であることに最も頻繁に現
われている。
【００１１】 より精密なシステムは、複雑なロジックを用いて所要の計算を行う。これらの
回路はチャネルの数に応じて複製されなければならないので、チャネル数の多い
システムの経費のうちかなりの部分に相当するものとなり得る。
回路はチャネルの数に応じて複製されなければならないので、チャネル数の多い
システムの経費のうちかなりの部分に相当するものとなり得る。
【００１２】 予め計算されたビームフォーミング用の値を記憶する大容量メモリを必要とせ
ずに、いかなる幾何形状のトランスデューサ・アレイでも同等に良好に動作し、
敏速で精密且つ低経費の新たなビームフォーミング・アーキテクチャが必要とさ
れている。
ずに、いかなる幾何形状のトランスデューサ・アレイでも同等に良好に動作し、
敏速で精密且つ低経費の新たなビームフォーミング・アーキテクチャが必要とさ
れている。
【００１３】
本発明は、コーディック（cordic）回転器（以下「コーディック」と呼ぶ）を
用いることにより実時間でビームフォーマ用時間遅延及びアポダイゼーション値
を算出するアーキテクチャである。コーディック回転器は、極座標−デカルト座
標変換に用いられる乗算器を含まない単純な装置である。近似又は複雑なロジッ
クを用いずに自乗和の平方根を直接計算するコーディックを用いることにより、
低経費で理想的な性能及び柔軟性が得られる。このシステムは、大容量の予め記
憶されているメモリを再計算したり粗い近似を用いたりする必要性なしに、ビー
ム位置及びパラメータを迅速に再最適化することができる。
用いることにより実時間でビームフォーマ用時間遅延及びアポダイゼーション値
を算出するアーキテクチャである。コーディック回転器は、極座標−デカルト座
標変換に用いられる乗算器を含まない単純な装置である。近似又は複雑なロジッ
クを用いずに自乗和の平方根を直接計算するコーディックを用いることにより、
低経費で理想的な性能及び柔軟性が得られる。このシステムは、大容量の予め記
憶されているメモリを再計算したり粗い近似を用いたりする必要性なしに、ビー
ム位置及びパラメータを迅速に再最適化することができる。
【００１４】 本発明の好適実施例によれば、超音波ビームフォーミング用アポダイゼーショ
ン加重（重み付け）及び時間遅延を算出する極めて敏速で効率的且つ精密な方法
及び手段としてコーディック回転器が用いられる。アポダイゼーション加重及び
時間遅延は、大容量のメモリ又は複雑な状態機械の必要性なしに、実時間で分散
型且つパイプライン式の態様で算出される。内在的な近似も存在しない。精度は
、遅延装置の精度の範囲内になるように容易に制御することができる。超音波イ
メージング・システムにトランスデューサ・アレイが取り付けられると、素子位
置が比較的小容量の分散型メモリに書き込まれる。素子位置は、アレイの幾何形
状が変更される場合以外にはリロードされる必要はない。イメージング時には、
各回の送信の前及び各回の受信中に少数のパラメータが同報通知される。これら
のパラメータは、焦点位置、マルチプレクサ状態、アパーチャ位置、アパーチャ
・サイズ及びベクトル角度を含み得る。コーディックを含む単純なロジックによ
りこれらのパラメータを組み合わせて、ビームフォーミング用時間遅延及びアポ
ダイゼーションを生成する。焦点位置及びアパーチャは、画像全体についてミリ
秒単位で極めて迅速に変更可能である。受信焦点位置は、状態機械でのアプロー
チによって要求されるように表層線(skin-line) で開始する必要はないし、又は
直線に沿っている必要もない。受信集束を中間距離で開始して、平行ビームフォ
ーミング方法を補償するようにワープさせることができる。加えて、アレイの幾
何形状は如何なる形態を取っていてもよく、従来のリニア・アレイ、コンベクス
(convex)アレイ及びフェーズ・アレイに限定されない。
ン加重（重み付け）及び時間遅延を算出する極めて敏速で効率的且つ精密な方法
及び手段としてコーディック回転器が用いられる。アポダイゼーション加重及び
時間遅延は、大容量のメモリ又は複雑な状態機械の必要性なしに、実時間で分散
型且つパイプライン式の態様で算出される。内在的な近似も存在しない。精度は
、遅延装置の精度の範囲内になるように容易に制御することができる。超音波イ
メージング・システムにトランスデューサ・アレイが取り付けられると、素子位
置が比較的小容量の分散型メモリに書き込まれる。素子位置は、アレイの幾何形
状が変更される場合以外にはリロードされる必要はない。イメージング時には、
各回の送信の前及び各回の受信中に少数のパラメータが同報通知される。これら
のパラメータは、焦点位置、マルチプレクサ状態、アパーチャ位置、アパーチャ
・サイズ及びベクトル角度を含み得る。コーディックを含む単純なロジックによ
りこれらのパラメータを組み合わせて、ビームフォーミング用時間遅延及びアポ
ダイゼーションを生成する。焦点位置及びアパーチャは、画像全体についてミリ
秒単位で極めて迅速に変更可能である。受信焦点位置は、状態機械でのアプロー
チによって要求されるように表層線(skin-line) で開始する必要はないし、又は
直線に沿っている必要もない。受信集束を中間距離で開始して、平行ビームフォ
ーミング方法を補償するようにワープさせることができる。加えて、アレイの幾
何形状は如何なる形態を取っていてもよく、従来のリニア・アレイ、コンベクス
(convex)アレイ及びフェーズ・アレイに限定されない。
【００１５】
本発明は、ビームフォーミングを採用している任意の超音波イメージング・シ
ステムに組み込むことができる。上述のようなシステムの一例は、Ｂモード超音
波イメージング・システムであり、本発明の好適実施例を詳細に開示する前にこ
のシステムについて全般的に記載する。
ステムに組み込むことができる。上述のようなシステムの一例は、Ｂモード超音
波イメージング・システムであり、本発明の好適実施例を詳細に開示する前にこ
のシステムについて全般的に記載する。
【００１６】 従来のＢモード超音波イメージング・システムを図１に全体的に示す。このシ
ステムは、別個に駆動される複数のトランスデューサ素子３４から成るトランス
デューサ・アレイ２を含んでおり、トランスデューサ素子３４の各々は、送信器
８によって発生されるパルス型波形であって、送信状態に切り換えられた１組の
送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ６及びＭＵＸ状態に切り換えられたマルチプレク
サ４のそれぞれのスイッチを介して送信されるパルス型波形によってエネルギを
与えられると、超音波エネルギのバーストを発生する。被検体から反射されてト
ランスデューサ・アレイ２に帰投した超音波エネルギは、受信を行う各々のトラ
ンスデューサ素子３４によって電気信号へ変換されて、ＭＵＸ状態に切り換えら
れたマルチプレクサ・スイッチ４及び受信状態に切り換えられたＴ／Ｒスイッチ
６を介して受信ビームフォーマ１０に別個に印加される。送信器８及び受信ビー
ムフォーマ１０は、ホスト・コンピュータ（マスタ・コントローラ）２４の制御
の下で動作する。１回の完全な走査は、送信器８が瞬間的にオンにゲート制御さ
れて送信アパーチャ内の各々のトランスデューサ素子３４にエネルギを与え、各
々のトランスデューサ素子３４によって発生された後続のエコー信号が受信ビー
ムフォーマ１０に印加されるといった一連のエコーの取得により行われる。受信
ビームフォーマ１０は、各々のトランスデューサ素子３４からの別個のエコー信
号を組み合わせて単一のエコー信号を発生し、この単一のエコー信号を用いて表
示モニタ２２上に画像の１本の線を形成する。
ステムは、別個に駆動される複数のトランスデューサ素子３４から成るトランス
デューサ・アレイ２を含んでおり、トランスデューサ素子３４の各々は、送信器
８によって発生されるパルス型波形であって、送信状態に切り換えられた１組の
送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ６及びＭＵＸ状態に切り換えられたマルチプレク
サ４のそれぞれのスイッチを介して送信されるパルス型波形によってエネルギを
与えられると、超音波エネルギのバーストを発生する。被検体から反射されてト
ランスデューサ・アレイ２に帰投した超音波エネルギは、受信を行う各々のトラ
ンスデューサ素子３４によって電気信号へ変換されて、ＭＵＸ状態に切り換えら
れたマルチプレクサ・スイッチ４及び受信状態に切り換えられたＴ／Ｒスイッチ
６を介して受信ビームフォーマ１０に別個に印加される。送信器８及び受信ビー
ムフォーマ１０は、ホスト・コンピュータ（マスタ・コントローラ）２４の制御
の下で動作する。１回の完全な走査は、送信器８が瞬間的にオンにゲート制御さ
れて送信アパーチャ内の各々のトランスデューサ素子３４にエネルギを与え、各
々のトランスデューサ素子３４によって発生された後続のエコー信号が受信ビー
ムフォーマ１０に印加されるといった一連のエコーの取得により行われる。受信
ビームフォーマ１０は、各々のトランスデューサ素子３４からの別個のエコー信
号を組み合わせて単一のエコー信号を発生し、この単一のエコー信号を用いて表
示モニタ２２上に画像の１本の線を形成する。
【００１７】 受信ビームフォーマの信号入力は、トランスデューサ素子３４からの低レベル
のアナログＲＦ信号である。受信ビームフォーマは、アナログからディジタルへ
の変換及び受信ビームフォーミングを受け持つ。ベースバンド式イメージング・
システムにおいては、ビーム加算された信号は復調器１２へ出力され、復調器１
２はビーム加算された信号をベースバンドの同相のＩ受信ビーム及び直角位相の
Ｑ受信ビームへ変換する。復調器１２からのＩ及びＱの音波データ・ベクトルは
、好ましくは送信波形の基本周波数ｆ0 又は送信波形の高（若しくは低）調波周
波数に中心を有する周波数の帯域を通過させるようなフィルタ係数でプログラム
されているそれぞれのＦＩＲフィルタ１４へ送られる。
のアナログＲＦ信号である。受信ビームフォーマは、アナログからディジタルへ
の変換及び受信ビームフォーミングを受け持つ。ベースバンド式イメージング・
システムにおいては、ビーム加算された信号は復調器１２へ出力され、復調器１
２はビーム加算された信号をベースバンドの同相のＩ受信ビーム及び直角位相の
Ｑ受信ビームへ変換する。復調器１２からのＩ及びＱの音波データ・ベクトルは
、好ましくは送信波形の基本周波数ｆ0 又は送信波形の高（若しくは低）調波周
波数に中心を有する周波数の帯域を通過させるようなフィルタ係数でプログラム
されているそれぞれのＦＩＲフィルタ１４へ送られる。
【００１８】 Ｂモード・イメージング・システムの場合には、フィルタ処理されたＩ及びＱ
音波データのベクトルはＢモード・プロセッサ１６へ送られ、Ｂモード・プロセ
ッサ１６はＩ及びＱの音波データを信号包絡線の対数圧縮された形態へ変換する
。Ｂモード機能は、信号の包絡線の時間変化する振幅をグレイ・スケールとして
画像化する。ベースバンド信号の包絡線は、Ｉ及びＱが表わしているベクトルの
大きさである。Ｉ及びＱの位相角はＢモード表示には用いられない。信号の大き
さ（すなわち強度）は、直交する成分の自乗和の平方根であり、すなわち（Ｉ2 ＋Ｑ2 ）1/2 である。
音波データのベクトルはＢモード・プロセッサ１６へ送られ、Ｂモード・プロセ
ッサ１６はＩ及びＱの音波データを信号包絡線の対数圧縮された形態へ変換する
。Ｂモード機能は、信号の包絡線の時間変化する振幅をグレイ・スケールとして
画像化する。ベースバンド信号の包絡線は、Ｉ及びＱが表わしているベクトルの
大きさである。Ｉ及びＱの位相角はＢモード表示には用いられない。信号の大き
さ（すなわち強度）は、直交する成分の自乗和の平方根であり、すなわち（Ｉ2 ＋Ｑ2 ）1/2 である。
【００１９】 Ｂモード振幅データは、音線メモリと、この後にＸＹ表示メモリとを含んでい
るスキャン・コンバータ１８に出力される。音線メモリは、処理済の振幅データ
のベクトルを受け取って、必要があれば補間し、また、極座標（Ｒ−θ）のセク
タ・フォーマット又はデカルト座標のリニア・フォーマットから、適当にスケー
リングされたデカルト座標の表示ピクセル強度データへの振幅データの座標変換
を行う。変換後の表示ピクセル強度データはＸＹ表示メモリに記憶される。
るスキャン・コンバータ１８に出力される。音線メモリは、処理済の振幅データ
のベクトルを受け取って、必要があれば補間し、また、極座標（Ｒ−θ）のセク
タ・フォーマット又はデカルト座標のリニア・フォーマットから、適当にスケー
リングされたデカルト座標の表示ピクセル強度データへの振幅データの座標変換
を行う。変換後の表示ピクセル強度データはＸＹ表示メモリに記憶される。
【００２０】 スキャン・コンバート（走査変換）されたフレームがビデオ・プロセッサ２０
へ渡されると、ビデオ・プロセッサ２０はピクセル強度データをビデオ・フレー
ム・レートへ変換した後に、ピクセル強度データをビデオ表示用のグレイ・スケ
ール・マップにマッピングする。従来の超音波イメージング・システムは典型的
には、生の強度データから表示用グレイ・スケール・レベルへの単純な伝達関数
である多様なグレイ・マップを採用している。次いで、グレイ・スケール画像フ
レームは表示モニタ２２へ送られて表示される。
へ渡されると、ビデオ・プロセッサ２０はピクセル強度データをビデオ・フレー
ム・レートへ変換した後に、ピクセル強度データをビデオ表示用のグレイ・スケ
ール・マップにマッピングする。従来の超音波イメージング・システムは典型的
には、生の強度データから表示用グレイ・スケール・レベルへの単純な伝達関数
である多様なグレイ・マップを採用している。次いで、グレイ・スケール画像フ
レームは表示モニタ２２へ送られて表示される。
【００２１】 図１に示すシステムによって形成される超音波画像は、多数の画像走査線で構
成されている。単一の走査線（又は走査線の局在化した小群）は、関心領域内の
１つの点に集束した超音波エネルギを送信し、次いで、反射したエネルギを時間
にわたって受信することにより取得される。集束した送信エネルギを送信ビーム
と呼ぶ。送信後の時間中に、１つ又はこれよりも多い受信ビームフォーマが、各
々のチャネルによって受信されたエネルギを位相回転又は遅延を動的に変化させ
ながらコヒーレントに加算して、経過時間に比例したレンジにおける所望の走査
線に沿ったピーク感度を形成する。得られた集束した感度パターンを受信ビーム
と呼ぶ。走査線の分解能は、関連する送信ビームと受信ビームとの対の指向性の
結果となる。
成されている。単一の走査線（又は走査線の局在化した小群）は、関心領域内の
１つの点に集束した超音波エネルギを送信し、次いで、反射したエネルギを時間
にわたって受信することにより取得される。集束した送信エネルギを送信ビーム
と呼ぶ。送信後の時間中に、１つ又はこれよりも多い受信ビームフォーマが、各
々のチャネルによって受信されたエネルギを位相回転又は遅延を動的に変化させ
ながらコヒーレントに加算して、経過時間に比例したレンジにおける所望の走査
線に沿ったピーク感度を形成する。得られた集束した感度パターンを受信ビーム
と呼ぶ。走査線の分解能は、関連する送信ビームと受信ビームとの対の指向性の
結果となる。
【００２２】 ビームフォーマ（ビーム形成装置）の目的は、空間内の望ましい焦点において
は最大の送信強度及び受信感度を有し、焦点から離れた位置では最小の強度又は
感度を有するようにすることにある。このために、ビームフォーマは、焦点とト
ランスデューサ・アレイの各素子との間での音波の伝播時間の差に対応する時間
遅延を正確に算出しなければならない。典型的には、受信ビームフォーミング用
時間遅延は、受信中に動的に調節される。これにより、焦点が受信エコーを発生
している物体の深さを追尾することが可能になる。この深さは、送信からの時間
に比例している。
は最大の送信強度及び受信感度を有し、焦点から離れた位置では最小の強度又は
感度を有するようにすることにある。このために、ビームフォーマは、焦点とト
ランスデューサ・アレイの各素子との間での音波の伝播時間の差に対応する時間
遅延を正確に算出しなければならない。典型的には、受信ビームフォーミング用
時間遅延は、受信中に動的に調節される。これにより、焦点が受信エコーを発生
している物体の深さを追尾することが可能になる。この深さは、送信からの時間
に比例している。
【００２３】 図２に典型的なトランスデューサ・アレイの幾何形状を示す。この例では、ア
レイの素子及び焦点は全て、３次元空間内の単一の平面内に位置している。従っ
て、この幾何形状を２次元すなわちｘ及びｚで記述することができる。ここで、
ｘ軸はアレイ面の中心に接しており、ｚ軸はｘ軸に直交している。アレイ内の各
素子は、文字「ｉ」によってインデクスを割り振られている。各々のｉ番目の素
子の位置は、ｘ（アジマス；方位角方向）及びｚ（アキシャル；軸方向）におけ
るその座標、すなわち、Ｅｌｘi 及びＥｌｚi によって示される。焦点が位置し
ているベクトルは、ｚ軸に対する角度βによって記述することができる。焦点の
位置は、時間の関数として、座標Ｆｏｃｘ（ｔ）及びＦｏｃｚ（ｔ）によって示
される。すると、ピタゴラスの定理により、伝播経路長Ｄi（ｔ） は、 Ｄi(t)＝hypot［（Elｘi−Focｘ(t)），（Elｚi−Focｚ(t)）］ （１）
となる。ここで、ｈｙｐｏｔ（ｘ，ｙ）は２つの直交する長さの斜辺(hypotenus
e)を算出する関数であり、次のように定義される。
レイの素子及び焦点は全て、３次元空間内の単一の平面内に位置している。従っ
て、この幾何形状を２次元すなわちｘ及びｚで記述することができる。ここで、
ｘ軸はアレイ面の中心に接しており、ｚ軸はｘ軸に直交している。アレイ内の各
素子は、文字「ｉ」によってインデクスを割り振られている。各々のｉ番目の素
子の位置は、ｘ（アジマス；方位角方向）及びｚ（アキシャル；軸方向）におけ
るその座標、すなわち、Ｅｌｘi 及びＥｌｚi によって示される。焦点が位置し
ているベクトルは、ｚ軸に対する角度βによって記述することができる。焦点の
位置は、時間の関数として、座標Ｆｏｃｘ（ｔ）及びＦｏｃｚ（ｔ）によって示
される。すると、ピタゴラスの定理により、伝播経路長Ｄi（ｔ） は、 Ｄi(t)＝hypot［（Elｘi−Focｘ(t)），（Elｚi−Focｚ(t)）］ （１）
となる。ここで、ｈｙｐｏｔ（ｘ，ｙ）は２つの直交する長さの斜辺(hypotenus
e)を算出する関数であり、次のように定義される。
【００２４】 hypot（ｘ，ｙ）≡（ｘ2＋ｙ2）1/2 （２）
２Ｄアレイと呼ばれる一部のトランスデューサ・アレイは、ｘｚ平面の外部の仰
角方向すなわちｙ方向に素子を有している。これらのアレイの場合には、幾何形
状は、ｘｚ平面に直交するｙ軸を用いて正の方向が図１の図面平面の外部に向か
うようにして拡張せねばならない。素子位置は、Ｅｌｙi という追加の座標を必
要とする。加えて、現在のシステムには３次元空間におけるデータを取得するも
のがあるが、この場合にも、焦点はｘｚ平面の外部に位置し得る。従って、Ｆｏ
ｃｙ（ｔ）という追加の座標を必要とする。このようにより一般化された例では
、伝播経路長Ｄi（ｔ） は、 Ｄi(t)＝hypot[hypot[(Elｘi−Focｘ(t)),(Elｚi−Focｚ(t))], (Elｙi−Focｙ(t))] （３）
となる。超音波イメージング・システムが走査を行っているときには、受信焦点
はアレイ面上の一点から、イメージングされている空間を通る線に沿って進む。
この線をベクトル又はビームと呼ぶ。ベクトルとアレイとの交点に位置している
アレイ面上の点をベクトル位相中心と呼ぶ。位相中心から焦点までの距離はｒ（
ｔ）となる。
２Ｄアレイと呼ばれる一部のトランスデューサ・アレイは、ｘｚ平面の外部の仰
角方向すなわちｙ方向に素子を有している。これらのアレイの場合には、幾何形
状は、ｘｚ平面に直交するｙ軸を用いて正の方向が図１の図面平面の外部に向か
うようにして拡張せねばならない。素子位置は、Ｅｌｙi という追加の座標を必
要とする。加えて、現在のシステムには３次元空間におけるデータを取得するも
のがあるが、この場合にも、焦点はｘｚ平面の外部に位置し得る。従って、Ｆｏ
ｃｙ（ｔ）という追加の座標を必要とする。このようにより一般化された例では
、伝播経路長Ｄi（ｔ） は、 Ｄi(t)＝hypot[hypot[(Elｘi−Focｘ(t)),(Elｚi−Focｚ(t))], (Elｙi−Focｙ(t))] （３）
となる。超音波イメージング・システムが走査を行っているときには、受信焦点
はアレイ面上の一点から、イメージングされている空間を通る線に沿って進む。
この線をベクトル又はビームと呼ぶ。ベクトルとアレイとの交点に位置している
アレイ面上の点をベクトル位相中心と呼ぶ。位相中心から焦点までの距離はｒ（
ｔ）となる。
【００２５】 ビームフォーマは、伝播時間の差を補償するために各々のトランスデューサ素
子における信号を時間Ｔi （ｔ）ずつ遅延させる。伝播時間は単純に、伝播経路
の距離を音速ｃ（組織内では約１．５４ｍｍ／マイクロ秒）で除算したものであ
る。焦点は受信時には時間の関数であるので、遅延もまた時間の関数となってい
る。但し、位相中心における遅延は一定に維持して、ベクトルに沿った物体の深
さとビームフォーマからの対応するエコー信号の出力との間に線形の関係を確保
する。加えて、適用されるビームフォーミング用時間遅延が正であることを保証
するためにオフセット遅延を加算する。これは、因果律を満たすための必要条件
である。従って、ビームフォーミング用遅延は次の通りとなる。
子における信号を時間Ｔi （ｔ）ずつ遅延させる。伝播時間は単純に、伝播経路
の距離を音速ｃ（組織内では約１．５４ｍｍ／マイクロ秒）で除算したものであ
る。焦点は受信時には時間の関数であるので、遅延もまた時間の関数となってい
る。但し、位相中心における遅延は一定に維持して、ベクトルに沿った物体の深
さとビームフォーマからの対応するエコー信号の出力との間に線形の関係を確保
する。加えて、適用されるビームフォーミング用時間遅延が正であることを保証
するためにオフセット遅延を加算する。これは、因果律を満たすための必要条件
である。従って、ビームフォーミング用遅延は次の通りとなる。
【００２６】 Ｔi(t)＝Ｔoffset＋［ｒ(t)／ｃ］−［Ｄi(t)／ｃ］ （４）
又は Ｔi(t)＝Ｒoffset＋−［Ｄi(t)／ｃ］ （５）
ここで、 Ｒoffset＝Ｔoffset＋［ｒ(t)／ｃ］ （６）
である。遅延に加えて、ビームフォーマは、アレイのアクティブ・アパーチャの
サイズ及びシェーディング(shading) を制御するアポダイゼーション加重又はア
ポダイゼーション値を提供しなければならない。アポダイゼーションは、ベクト
ルに直交する平面へ向かってのアレイの投影に従って適用される。特定の素子に
ついてのアポダイゼーション値は、アパーチャの中心からの投影距離を投影され
るアパーチャ・サイズで除算したものによって決定される。アパーチャ・サイズ
及びアパーチャ中心は、所望の実効ｆナンバ及び受入角（acceptance angle）に
従って制御することができる。
又は Ｔi(t)＝Ｒoffset＋−［Ｄi(t)／ｃ］ （５）
ここで、 Ｒoffset＝Ｔoffset＋［ｒ(t)／ｃ］ （６）
である。遅延に加えて、ビームフォーマは、アレイのアクティブ・アパーチャの
サイズ及びシェーディング(shading) を制御するアポダイゼーション加重又はア
ポダイゼーション値を提供しなければならない。アポダイゼーションは、ベクト
ルに直交する平面へ向かってのアレイの投影に従って適用される。特定の素子に
ついてのアポダイゼーション値は、アパーチャの中心からの投影距離を投影され
るアパーチャ・サイズで除算したものによって決定される。アパーチャ・サイズ
及びアパーチャ中心は、所望の実効ｆナンバ及び受入角（acceptance angle）に
従って制御することができる。
【００２７】 図３に示す本発明の好適実施例は、ビームフォーマの全体に分散した複数の遅
延計算器２８を含んでいる。各々の遅延計算器が、チャネル制御バス３０を介し
て複数のチャネル（３２）又は素子（３４）にビームフォーミング用遅延及びア
ポダイゼーションを供給する。遅延計算器は素子位置座標で初期化されている。
次いで、イメージングの間に、全ての遅延計算器に対して焦点座標及び方向操作
角が同報通知される。単一のビームフォーマ制御バス２６を介して全てのパラメ
ータを遅延計算器に供給することができる。遅延計算器はコーディックを用いて
アパーチャ投影を行うと共にｈｙｐｏｔ関数を計算する。コーディックは、投影
を行うと共に斜辺(hypotenuse)を算出する極めて効率的且つ正確な手段を提供し
ている。コーディックは、２の単純な羃乗である係数を用いて２次元での連続的
な座標変換を行う。従って、コーディックは少数のビット・シフト及びビット加
算しか必要としない。コーディックはパイプライン化されており、高いスループ
ットを可能にする。次いで、得られたアポダイゼーション値及び時間遅延は、チ
ャネル制御バス３０によって複数のチャネル３２へ供給される。
延計算器２８を含んでいる。各々の遅延計算器が、チャネル制御バス３０を介し
て複数のチャネル（３２）又は素子（３４）にビームフォーミング用遅延及びア
ポダイゼーションを供給する。遅延計算器は素子位置座標で初期化されている。
次いで、イメージングの間に、全ての遅延計算器に対して焦点座標及び方向操作
角が同報通知される。単一のビームフォーマ制御バス２６を介して全てのパラメ
ータを遅延計算器に供給することができる。遅延計算器はコーディックを用いて
アパーチャ投影を行うと共にｈｙｐｏｔ関数を計算する。コーディックは、投影
を行うと共に斜辺(hypotenuse)を算出する極めて効率的且つ正確な手段を提供し
ている。コーディックは、２の単純な羃乗である係数を用いて２次元での連続的
な座標変換を行う。従って、コーディックは少数のビット・シフト及びビット加
算しか必要としない。コーディックはパイプライン化されており、高いスループ
ットを可能にする。次いで、得られたアポダイゼーション値及び時間遅延は、チ
ャネル制御バス３０によって複数のチャネル３２へ供給される。
【００２８】 図４を参照して述べると、斜辺は、先ず座標の絶対値を取って第１象限に置き
、次いで、コーディックを用いて座標をｘ′軸（算出すべき斜辺に整列している
）上に回転させることにより計算することができ、得られたｘ′値を出力する。
、次いで、コーディックを用いて座標をｘ′軸（算出すべき斜辺に整列している
）上に回転させることにより計算することができ、得られたｘ′値を出力する。
【００２９】 アポダイゼーション投影は、座標系を、ｚ′軸がベクトルに平行になるように
原点の周りに角度−βだけ単純に回転させる（図５を参照）ことにより実行され
得る。すると、変換後の素子のｘ座標Ｅｌｘ′i が投影平面内での素子位置を与
える。
原点の周りに角度−βだけ単純に回転させる（図５を参照）ことにより実行され
得る。すると、変換後の素子のｘ座標Ｅｌｘ′i が投影平面内での素子位置を与
える。
【００３０】 アポダイゼーションに必要な計算は、投影におけるアパーチャ中心ＡＣｘ′か
ら素子までの距離である。図５を参照して述べると、この距離は、 Apｘi＝ACｘ′＋Elｘi （７）
である。アパーチャ中心ＡＣｘ′及びアパーチャ逆数ｉＡｐは、全ての遅延計算
器に同報通知される他のパラメータである。Ａｐｘi′とアパーチャ逆数ｉＡｐ
との積を用いて、シェーディング（アポダイゼーション）値の表を構成するウィ
ンドウ関数をインデクス指定する。
ら素子までの距離である。図５を参照して述べると、この距離は、 Apｘi＝ACｘ′＋Elｘi （７）
である。アパーチャ中心ＡＣｘ′及びアパーチャ逆数ｉＡｐは、全ての遅延計算
器に同報通知される他のパラメータである。Ａｐｘi′とアパーチャ逆数ｉＡｐ
との積を用いて、シェーディング（アポダイゼーション）値の表を構成するウィ
ンドウ関数をインデクス指定する。
【００３１】 ３次元での斜辺は、２つの連続したコーディックによって算出することができ
る。第１のコーディックがｘ及びｚを回転した座標系ｘ′及びｚ′へ変換する。
次いで、第２のコーディックがｘ′及びｙをｘ″及びｙ″へ回転させる。第１の
コーディックは、斜辺をｘ′上へ回転させることによりｘｚ平面での斜辺を算出
し、第２のコーディックは、この時点でｘ′ｙ平面に位置している斜辺をｘ″上
へ回転させることにより３次元斜辺を算出する。同様に、アポダイゼーション投
影は、先ずｘ軸及びｚ軸をｙ軸の周りに回転させ、次いでｙ軸及びｘ′軸をｚ軸
の周りに回転させることにより得ることができる。
る。第１のコーディックがｘ及びｚを回転した座標系ｘ′及びｚ′へ変換する。
次いで、第２のコーディックがｘ′及びｙをｘ″及びｙ″へ回転させる。第１の
コーディックは、斜辺をｘ′上へ回転させることによりｘｚ平面での斜辺を算出
し、第２のコーディックは、この時点でｘ′ｙ平面に位置している斜辺をｘ″上
へ回転させることにより３次元斜辺を算出する。同様に、アポダイゼーション投
影は、先ずｘ軸及びｚ軸をｙ軸の周りに回転させ、次いでｙ軸及びｘ′軸をｚ軸
の周りに回転させることにより得ることができる。
【００３２】 コーディックは、図６に示すように、Ｎ個の段で構成されている。段インデク
スをｋ＝０〜Ｎ−１とすると、コーディックの各々の段３６によって行われる座
標変換は、
スをｋ＝０〜Ｎ−１とすると、コーディックの各々の段３６によって行われる座
標変換は、
【００３３】
【数２】
【００３４】 となり、ここで、ｓk ＝±１である。この行列の乗算は、図７に示すような２つ
の加減算器によって容易に実現される。この乗算から、 θk ＝−ｓk arctan（２-k） （９）
の座標回転、及び Ｍk ＝hypot（１，２-k） （１０）
倍の倍率が生ずる。Ｎ段の後の全回転は、
の加減算器によって容易に実現される。この乗算から、 θk ＝−ｓk arctan（２-k） （９）
の座標回転、及び Ｍk ＝hypot（１，２-k） （１０）
倍の倍率が生ずる。Ｎ段の後の全回転は、
【００３５】
【数３】
【００３６】 となり、全倍率は、
【００３７】
【数４】
【００３８】 となる。図７に示すコーディックは、２つの機能を実行することができる。１つ
は任意の入力座標のｘ′軸への回転であり、もう１つは所望の角度での回転であ
る。図７の「回転」制御信号が２つの機能のうちいずれを実行するかを選択する
。
は任意の入力座標のｘ′軸への回転であり、もう１つは所望の角度での回転であ
る。図７の「回転」制御信号が２つの機能のうちいずれを実行するかを選択する
。
【００３９】 「回転」が１に設定されている場合には、コーディックは入力に供給されるＮ
個の符号ビットｓ0 〜ｓN-1 に対応する角度だけ入力を回転させる。これは、ア
ポダイゼーション用に素子位置を回転された軸上に投影するのに用いられる。回
転符号ビットは、ベクトル角度βに従って送信の前に算出されることができ、ビ
ームフォーマ制御バス３２（図３を参照）を介して全ての遅延計算器２８へＡｎ
ｇＳとして同報通知される。
個の符号ビットｓ0 〜ｓN-1 に対応する角度だけ入力を回転させる。これは、ア
ポダイゼーション用に素子位置を回転された軸上に投影するのに用いられる。回
転符号ビットは、ベクトル角度βに従って送信の前に算出されることができ、ビ
ームフォーマ制御バス３２（図３を参照）を介して全ての遅延計算器２８へＡｎ
ｇＳとして同報通知される。
【００４０】 「回転」がゼロである場合には、コーディックは座標をｘ′軸へ回転させて、
斜辺をｘ′として提供する。これは、各々の段での符号ビットｓk を入力ｚk の
符号ビットとして設定することにより行われる。従って、回転の方向は常にｘ′
軸に向かうものとなる。各々の連続した段に伴って回転の角度は小さくなり、斜
辺は漸近的にｘ′軸に近付く。最終のｘ′出力は、斜辺をＭ倍拡大したものに等
しくなり、最大残留誤差は最小角度によって決定される。
斜辺をｘ′として提供する。これは、各々の段での符号ビットｓk を入力ｚk の
符号ビットとして設定することにより行われる。従って、回転の方向は常にｘ′
軸に向かうものとなる。各々の連続した段に伴って回転の角度は小さくなり、斜
辺は漸近的にｘ′軸に近付く。最終のｘ′出力は、斜辺をＭ倍拡大したものに等
しくなり、最大残留誤差は最小角度によって決定される。
【００４１】 Ｅmax＝ｈmax×（１−cos（θN-1））≒ｈmax×２-2N+1 （１３）
ここで、Ｅmax は最大残留誤差であり、ｈmax は最大斜辺である。最大斜辺が２
００マイクロ秒であり最大遅延誤差が６．２５ナノ秒であるとすると、Ｎ＝８段
のコーディックで十分である。拡大率は一定であり、回転角度には依存しないの
で、入力を予め１／Ｍ倍にしておくと、正しい尺度の出力が得られる。
ここで、Ｅmax は最大残留誤差であり、ｈmax は最大斜辺である。最大斜辺が２
００マイクロ秒であり最大遅延誤差が６．２５ナノ秒であるとすると、Ｎ＝８段
のコーディックで十分である。拡大率は一定であり、回転角度には依存しないの
で、入力を予め１／Ｍ倍にしておくと、正しい尺度の出力が得られる。
【００４２】 本発明は、短所を皆無にして従来技術の全ての長所を提供する。本発明は、敏
速であり、単純であり且つ正確である。ここにはベクトルと素子とに依存するパ
ラメータは存在しない。ベクトル依存のパラメータは素子に依存していない。素
子依存のパラメータはベクトルに依存していない。結果として生ずる少数のパラ
メータによって、迅速な再プログラミングが可能になる。加えて、状態機械が存
在しないので、遅延計算をベクトルに沿って任意の箇所で開始することができる
。コーディックは本質的にパイプライン化されており、極く単純である。コーデ
ィックは少数の加減算しか必要としない。コーディックの精度は段の数によって
決定され、暗黙の近似は存在していない。
速であり、単純であり且つ正確である。ここにはベクトルと素子とに依存するパ
ラメータは存在しない。ベクトル依存のパラメータは素子に依存していない。素
子依存のパラメータはベクトルに依存していない。結果として生ずる少数のパラ
メータによって、迅速な再プログラミングが可能になる。加えて、状態機械が存
在しないので、遅延計算をベクトルに沿って任意の箇所で開始することができる
。コーディックは本質的にパイプライン化されており、極く単純である。コーデ
ィックは少数の加減算しか必要としない。コーディックの精度は段の数によって
決定され、暗黙の近似は存在していない。
【００４３】 図３に示す好適実施例によれば、遅延計算器２８は、ビームフォーマ制御バス
２６を介して全ての所要のパラメータを受け取る。この制御バスは、少なくとも
１６のデータ・ビットと、１３のアドレス・ビットと、「開始」ビットとを必要
とする。「開始」信号は、新たなベクトルの開始のために計算器をリセットする
。トランスデューサ・アレイ幾何形状パラメータは走査の前に書き込まれ、他方
、ベクトル・パラメータは走査と同期して書き込まれる。動的受信の場合には、
このバスは１５ＭＨｚで稼働しなければならない。（二重平行ビーム受信の場合
には、３０ＭＨｚのバスか又は独立した複数の１５ＭＨｚのバスが必要となる。
）送信及び受信には、別個であるが近似的に同一の制御構造及び制御バスを用い
ることができる。
２６を介して全ての所要のパラメータを受け取る。この制御バスは、少なくとも
１６のデータ・ビットと、１３のアドレス・ビットと、「開始」ビットとを必要
とする。「開始」信号は、新たなベクトルの開始のために計算器をリセットする
。トランスデューサ・アレイ幾何形状パラメータは走査の前に書き込まれ、他方
、ベクトル・パラメータは走査と同期して書き込まれる。動的受信の場合には、
このバスは１５ＭＨｚで稼働しなければならない。（二重平行ビーム受信の場合
には、３０ＭＨｚのバスか又は独立した複数の１５ＭＨｚのバスが必要となる。
）送信及び受信には、別個であるが近似的に同一の制御構造及び制御バスを用い
ることができる。
【００４４】 トランスデューサが起動されると、素子とチャネルとの組み合わせ毎に３つの
素子位置パラメータすなわち（Ｅｌｘi ，Ｅｌｚi ，Ｅｌｙi ）が必要になる。
走査中に更新される８つのベクトル・パラメータが存在しており、すなわち、焦
点位置（ＦｏｃＸ，ＦｏｃＺ，ＦｏｃＹ）、レンジ・オフセット（Ｒoffset）、
アパーチャ中心（ＡＣｘ′）、アパーチャ・サイズの逆数（ｉＡｐ）、マルチプ
レクサ状態（ＭＵＸ状態）及びベクトル角度符号ビット（ＡｎｇＳ）である。動
的受信ビームフォーミングの場合には、最初の６つのパラメータが受信中に更新
される。これらのパラメータが２．５ＭＨｚの速度で更新されるとすると、得ら
れる２．５ＭＨｚのビームフォーミング用遅延出力を妥当な精度で線形で補間す
ることができる。このことから、１５ＭＨｚのバス速度が要求される。
素子位置パラメータすなわち（Ｅｌｘi ，Ｅｌｚi ，Ｅｌｙi ）が必要になる。
走査中に更新される８つのベクトル・パラメータが存在しており、すなわち、焦
点位置（ＦｏｃＸ，ＦｏｃＺ，ＦｏｃＹ）、レンジ・オフセット（Ｒoffset）、
アパーチャ中心（ＡＣｘ′）、アパーチャ・サイズの逆数（ｉＡｐ）、マルチプ
レクサ状態（ＭＵＸ状態）及びベクトル角度符号ビット（ＡｎｇＳ）である。動
的受信ビームフォーミングの場合には、最初の６つのパラメータが受信中に更新
される。これらのパラメータが２．５ＭＨｚの速度で更新されるとすると、得ら
れる２．５ＭＨｚのビームフォーミング用遅延出力を妥当な精度で線形で補間す
ることができる。このことから、１５ＭＨｚのバス速度が要求される。
【００４５】 「ＭＵＸ状態」は、異なる物理的素子を個々のチャネルに接続するのにマルチ
プレクサを用いるときに必要となる。これは、素子の数がビームフォーミング用
チャネルの数を上回っているような大寸のリニア型トランスデューサ又はコンベ
クス型トランスデューサに典型的なものである。すると、各々の遅延チャネルに
対応する素子位置は、「ＭＵＸ状態」に依存するものとなる。
プレクサを用いるときに必要となる。これは、素子の数がビームフォーミング用
チャネルの数を上回っているような大寸のリニア型トランスデューサ又はコンベ
クス型トランスデューサに典型的なものである。すると、各々の遅延チャネルに
対応する素子位置は、「ＭＵＸ状態」に依存するものとなる。
【００４６】 各々の遅延計算器２８は、それぞれのチャネル制御バス３０を介してそれぞれ
の複数のビームフォーマ・チャネル３２に遅延及びアポダイゼーション情報を出
力する。１６チャネルの単一ビーム用遅延計算器の場合には、このバスは、１６
のデータ・ビットと、５つのアドレス・ビットと、「開始」信号とを有していな
ければならない。遅延計算器は、チャネルによってインタリーブされている状態
で遅延及びアポダイゼーション・データを出力する。チャネル当たり２．５ＭＨ
ｚの更新が行われる場合には、１６チャネルでは４０ＭＨｚのバスが必要となる
。４つのアドレス・ビットがチャネルをインデクス指定し、１つのアドレス・ビ
ットが遅延であるかアポダイゼーションであるかを指示する。
の複数のビームフォーマ・チャネル３２に遅延及びアポダイゼーション情報を出
力する。１６チャネルの単一ビーム用遅延計算器の場合には、このバスは、１６
のデータ・ビットと、５つのアドレス・ビットと、「開始」信号とを有していな
ければならない。遅延計算器は、チャネルによってインタリーブされている状態
で遅延及びアポダイゼーション・データを出力する。チャネル当たり２．５ＭＨ
ｚの更新が行われる場合には、１６チャネルでは４０ＭＨｚのバスが必要となる
。４つのアドレス・ビットがチャネルをインデクス指定し、１つのアドレス・ビ
ットが遅延であるかアポダイゼーションであるかを指示する。
【００４７】 遅延計算器の好適実施例を図８（図８Ａと図８Ｂとから成る）に示す。遅延計
算器のこの実施例は、１６チャネル用の遅延及びアポダイゼーションを提供する
。４つの比較的小型のランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を用いて、起動さ
れているアレイについての情報を記憶する。この遅延計算器は２５６の可能なＭ
ＵＸ状態を提供し、各々のチャネルに最大で４つの物理的素子が関連付けられる
。「ＭＵＸ」ＲＡＭ６４が２ビットの値を記憶しており、ＭＵＸ状態毎に４つの
利用可能な素子のうちいずれを各々のチャネルに接続するかを指示する。３つの
「Ｃｈｎ」ＲＡＭ６６、６８及び７０が、チャネル当たり４つの関連する物理的
素子の各々の座標を収容している。この２段構造によって、大容量のメモリを用
いなくてもマルチプレクサ設計に完全な柔軟性が与えられる。
算器のこの実施例は、１６チャネル用の遅延及びアポダイゼーションを提供する
。４つの比較的小型のランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を用いて、起動さ
れているアレイについての情報を記憶する。この遅延計算器は２５６の可能なＭ
ＵＸ状態を提供し、各々のチャネルに最大で４つの物理的素子が関連付けられる
。「ＭＵＸ」ＲＡＭ６４が２ビットの値を記憶しており、ＭＵＸ状態毎に４つの
利用可能な素子のうちいずれを各々のチャネルに接続するかを指示する。３つの
「Ｃｈｎ」ＲＡＭ６６、６８及び７０が、チャネル当たり４つの関連する物理的
素子の各々の座標を収容している。この２段構造によって、大容量のメモリを用
いなくてもマルチプレクサ設計に完全な柔軟性が与えられる。
【００４８】 遅延計算器は、全てのチャネルについての遅延が所要の２．５ＭＨｚの速度で
算出され得るように、４０ＭＨｚの速度で１６チャネルにわたってループする。
これは、「開始」信号で初期化される４ビットのアップ・カウンタ５８（図８Ａ
を参照）によって行われる。「開始」信号はまた、遅延回路６０によって受信さ
れる。アップ・カウンタ５８は、４ビットのチャネル・インデクス（図８では「
チャネル」との参照符号を付されている）を「Ｃｈｎ」ＲＡＭ６６、６８及び７
０に出力すると共にもう１つの遅延回路６２に出力する。遅延回路６０及び６２
は、「開始」信号及び「チャネル」信号の遅延形態をそれぞれ出力する（図８Ａ
ではそれぞれ「ＳＴＲＴ」及び「ＣＨＮ」との参照符号を付されている。）。「
ＳＴＲＴ」信号及び「ＣＨＮ」信号は、対応する遅延及びアポダイゼーション・
データと揃えて出力される。
算出され得るように、４０ＭＨｚの速度で１６チャネルにわたってループする。
これは、「開始」信号で初期化される４ビットのアップ・カウンタ５８（図８Ａ
を参照）によって行われる。「開始」信号はまた、遅延回路６０によって受信さ
れる。アップ・カウンタ５８は、４ビットのチャネル・インデクス（図８では「
チャネル」との参照符号を付されている）を「Ｃｈｎ」ＲＡＭ６６、６８及び７
０に出力すると共にもう１つの遅延回路６２に出力する。遅延回路６０及び６２
は、「開始」信号及び「チャネル」信号の遅延形態をそれぞれ出力する（図８Ａ
ではそれぞれ「ＳＴＲＴ」及び「ＣＨＮ」との参照符号を付されている。）。「
ＳＴＲＴ」信号及び「ＣＨＮ」信号は、対応する遅延及びアポダイゼーション・
データと揃えて出力される。
【００４９】 ４ビットのチャネル・インデクスは８ビットのＭＵＸ状態信号と組み合わされ
て、「ＭＵＸ」ＲＡＭ６４から素子インデクスを調べ上げる。得られた２ビット
の素子インデクスは４ビットのチャネル・インデクスと組み合わされて、「Ｃｈ
ｎ」ＲＡＭ６６、６８及び７０において物理的素子の座標を調べ上げる。
て、「ＭＵＸ」ＲＡＭ６４から素子インデクスを調べ上げる。得られた２ビット
の素子インデクスは４ビットのチャネル・インデクスと組み合わされて、「Ｃｈ
ｎ」ＲＡＭ６６、６８及び７０において物理的素子の座標を調べ上げる。
【００５０】 「開始」信号は、簡単な初期化、並びにこの後のパイプライン式遅延及びアポ
ダイゼーション計算にトリガを与える。初期化は、「ＭＵＸ」ＲＡＭ６４及び素
子投影（「ＰＲＯＪ」）ＲＡＭ９２（図８Ｂを参照）の準備設定を行う。
ダイゼーション計算にトリガを与える。初期化は、「ＭＵＸ」ＲＡＭ６４及び素
子投影（「ＰＲＯＪ」）ＲＡＭ９２（図８Ｂを参照）の準備設定を行う。
【００５１】 １６チャネルにわたる１回目のループは、「開始」の後に、アポダイゼーショ
ン用に素子投影ＲＡＭ９２を準備設定するのに用いられる。初期化中に、「Ｃｈ
ｎ」ＲＡＭ６６、６８及び７０からの素子位置がそれぞれのＡＬＵ７８、８０及
び８２の線Ｂ及びマルチプレクサ１１０（図９を参照）を介してコーディックに
直接渡され、コーディック８４及び８６の制御は、ＡｎｇＳに従う固定角度の回
転を行うように設定される。結果は、投影ＲＡＭ９２に記憶される。１６チャネ
ルにわたる２回目のループは、動的計算用にパイプを準備するのに用いることが
できる。全初期化時間は０．５マイクロ秒よりも短い。コーディック制御をパイ
プラインと同期させることにより、余分のループの必要性がなくなり、初期化を
０．２５マイクロ秒まで短縮することができる。
ン用に素子投影ＲＡＭ９２を準備設定するのに用いられる。初期化中に、「Ｃｈ
ｎ」ＲＡＭ６６、６８及び７０からの素子位置がそれぞれのＡＬＵ７８、８０及
び８２の線Ｂ及びマルチプレクサ１１０（図９を参照）を介してコーディックに
直接渡され、コーディック８４及び８６の制御は、ＡｎｇＳに従う固定角度の回
転を行うように設定される。結果は、投影ＲＡＭ９２に記憶される。１６チャネ
ルにわたる２回目のループは、動的計算用にパイプを準備するのに用いることが
できる。全初期化時間は０．５マイクロ秒よりも短い。コーディック制御をパイ
プラインと同期させることにより、余分のループの必要性がなくなり、初期化を
０．２５マイクロ秒まで短縮することができる。
【００５２】 初期化の後に、遅延計算器は、動的パラメータの更新、並びに動的遅延及びア
ポダイゼーションの生成を開始する。遅延については（図８Ａを参照）、レジス
タ７２及び７４からの焦点座標が、ＡＬＵ７８及び８０において、「ＣｈｎＸ」
ＲＡＭ６６及び「ＣｈｎＺ」ＲＡＭ６８からの素子座標からそれぞれ減算されて
、座標の差ｘ及びｚの絶対値がコーディック８４へ供給されると共に、レジスタ
７６からの焦点座標が、ＡＬＵ８２において、「ＣｈｎＹ」ＲＡＭ７０からの素
子座標から減算されて、差ｙの絶対値がコーディック８４の出力と共にコーディ
ック８８へ供給される。各々のＡＬＵによって実行されるこれらの演算を、加減
算器１０６及び絶対値ブロック１０８によって図９に示す。加減算器１０６は、
線Ａを介して焦点座標を、また線Ｂを介して素子位置座標を受け取る。マルチプ
レクサ１１０は、それぞれのコーディックへ絶対値を渡すように切り換わる。
ポダイゼーションの生成を開始する。遅延については（図８Ａを参照）、レジス
タ７２及び７４からの焦点座標が、ＡＬＵ７８及び８０において、「ＣｈｎＸ」
ＲＡＭ６６及び「ＣｈｎＺ」ＲＡＭ６８からの素子座標からそれぞれ減算されて
、座標の差ｘ及びｚの絶対値がコーディック８４へ供給されると共に、レジスタ
７６からの焦点座標が、ＡＬＵ８２において、「ＣｈｎＹ」ＲＡＭ７０からの素
子座標から減算されて、差ｙの絶対値がコーディック８４の出力と共にコーディ
ック８８へ供給される。各々のＡＬＵによって実行されるこれらの演算を、加減
算器１０６及び絶対値ブロック１０８によって図９に示す。加減算器１０６は、
線Ａを介して焦点座標を、また線Ｂを介して素子位置座標を受け取る。マルチプ
レクサ１１０は、それぞれのコーディックへ絶対値を渡すように切り換わる。
【００５３】 第１のコーディック８４は、ｘ及びｚを回転した座標系ｘ′及びｚ′へ変換す
る。次いで、第２のコーディック８６は、ｘ′及びｙをｘ″及びｙ″へ回転させ
る。第１のコーディック８４は、斜辺をｘ′上へ回転させることによりｘｚ平面
での斜辺を算出し、第２のコーディック８６は、この時点でｘ′ｙ平面に位置し
ている斜辺をｘ″上へ回転させることにより３次元の斜辺を算出する。算出され
た斜辺は伝播時間に対応している。レジスタ８８からのレンジ・オフセット時間
（Ｒoffset）が加算器９０においてコーディック８６の出力から減算されて、遅
延を発生する。
る。次いで、第２のコーディック８６は、ｘ′及びｙをｘ″及びｙ″へ回転させ
る。第１のコーディック８４は、斜辺をｘ′上へ回転させることによりｘｚ平面
での斜辺を算出し、第２のコーディック８６は、この時点でｘ′ｙ平面に位置し
ている斜辺をｘ″上へ回転させることにより３次元の斜辺を算出する。算出され
た斜辺は伝播時間に対応している。レジスタ８８からのレンジ・オフセット時間
（Ｒoffset）が加算器９０においてコーディック８６の出力から減算されて、遅
延を発生する。
【００５４】 アポダイゼーションについては、レジスタ９４からのアパーチャ中心（Ａｐｘ
′）が、加算器８６において、投影ＲＡＭ９２から読み込まれた素子位置から式
（７）に従って減算される。得られた距離Ａｐｘi′の絶対値（ブロック９８）
が、乗算器１０２によってレジスタ１００からのアパーチャ・サイズの逆数（ｉ
ＡＰ）に乗算される。得られた積を用いて、「ウィンドウ」ＲＡＭ１０４内のウ
ィンドウ関数テーブルをインデクス指定し、８ビットのシェーディング（すなわ
ちアポダイゼーション）を生成する。「ウィンドウ」ＲＡＭ１０４は好ましくは
、複数のウィンドウ関数テーブルから成るバンクを記憶しており、入力される「
ＢＡＮＫ」によって１つのテーブルが選択される。
′）が、加算器８６において、投影ＲＡＭ９２から読み込まれた素子位置から式
（７）に従って減算される。得られた距離Ａｐｘi′の絶対値（ブロック９８）
が、乗算器１０２によってレジスタ１００からのアパーチャ・サイズの逆数（ｉ
ＡＰ）に乗算される。得られた積を用いて、「ウィンドウ」ＲＡＭ１０４内のウ
ィンドウ関数テーブルをインデクス指定し、８ビットのシェーディング（すなわ
ちアポダイゼーション）を生成する。「ウィンドウ」ＲＡＭ１０４は好ましくは
、複数のウィンドウ関数テーブルから成るバンクを記憶しており、入力される「
ＢＡＮＫ」によって１つのテーブルが選択される。
【００５５】 焦点座標及び素子座標は全て、６．２５ナノ秒単位で表現されており、予め１
／Ｍ倍されているべきである。更なる分数ビットを設けると、精度を維持するの
に助けになる。Ｒoffsetは、コーディックの後に位置しているので予め１／Ｍ倍
されていない。
／Ｍ倍されているべきである。更なる分数ビットを設けると、精度を維持するの
に助けになる。Ｒoffsetは、コーディックの後に位置しているので予め１／Ｍ倍
されていない。
【００５６】 受信ビームフォーマに関して好適実施例を開示したが、本発明を送信ビームフ
ォーミングにも応用し得ることが容易に理解されよう。本発明のもう１つの好適
実施例に従って送信ビームフォーマを全般的に表わすためには、図３に示す受信
チャネルの代わりにパルス発生回路を置き換えるだけでよい。
ォーミングにも応用し得ることが容易に理解されよう。本発明のもう１つの好適
実施例に従って送信ビームフォーマを全般的に表わすためには、図３に示す受信
チャネルの代わりにパルス発生回路を置き換えるだけでよい。
【００５７】 以上の好適実施例は、説明の目的のために開示された。当業者であれば、本発
明の基本的な概念の変形及び改変は容易に想到されよう。これらのような全ての
変形及び改変は、特許請求の範囲に包含されているものとする。
明の基本的な概念の変形及び改変は容易に想到されよう。これらのような全ての
変形及び改変は、特許請求の範囲に包含されているものとする。
【００５８】 尚、特許請求の範囲の項で用いられている「〜の関数として」という文言は、
「〜のみの関数として」を意味するものと解釈してはならない。例えば、前述の
定義によれば、「ｘの関数としてｙを決定する」という文言は、ｙがｘのみの関
数として決定されている場合、又はｘと１つ若しくはこれよりも多い他の変数、
例えばｚとの関数として決定されている場合等の全ての場合に関して解釈された
い。
「〜のみの関数として」を意味するものと解釈してはならない。例えば、前述の
定義によれば、「ｘの関数としてｙを決定する」という文言は、ｙがｘのみの関
数として決定されている場合、又はｘと１つ若しくはこれよりも多い他の変数、
例えばｚとの関数として決定されている場合等の全ての場合に関して解釈された
い。
【図１】 ビームフォーマを有する従来の超音波イメージング・システムを示すブロック
図である。
図である。
【図２】 超音波トランスデューサ・アレイの幾何形状を示す略図である。
【図３】 本発明の好適実施例による敏速な遅延及びアポダイゼーション制御アーキテク
チャを示すブロック図である。
チャを示すブロック図である。
【図４】 斜辺計算のための座標回転を示す略図である。
【図５】 アポダイゼーション投影のための座標回転を示す略図である。
【図６】 Ｎ段のコーディック回転器を示すブロック図である。
【図７】 コーディック回転器の１つの段を示すブロック図である。
【図８Ａ】 本発明の好適実施例による遅延計算器の一部を示すブロック図である。
【図８Ｂ】 本発明の好適実施例による遅延計算器の残りの部分を示すブロック図である。
【図９】 好適実施例による遅延計算器の演算論理ユニット（ＡＬＵ）を示すブロック図
である。
である。
２ トランスデューサ・アレイ ４ マルチプレクサ ３４ トランスデューサ素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｒ 3/00 ３３０ Ｈ０４Ｒ 17/00 ３３２Ａ 17/00 ３３２ Ｇ０１Ｓ 7/52 Ｄ Ｆターム(参考） 4C301 BB22 EE17 5B057 AA07 BA05 CA02 CA08 CA12 CA16 CB02 CB08 CB16 CC01 CD20 CE06 CE11 5C054 AA00 AA05 CA08 FD03 HA12 5D019 AA06 BB19 FF04 5J083 AA02 AB17 AC28 AC30 AC31 AD13 BC01 BE57 BE58 BE60 CA12 EA14
Claims (38)
- 【請求項１】 ｘ座標軸及びｚ座標軸を有する平面内に配列されている多数
のトランスデューサ素子を含んでいるトランスデューサ・アレイと、ビームフォ
ーマとを備えたビームフォーミング・システムであって、前記ビームフォーマが
、 前記多数のトランスデューサ素子にそれぞれ動作結合されている多数の受信チ
ャネルと、 焦点位置のｘ座標及びｚ座標を記憶している第１のメモリと、 前記多数のトランスデューサ素子のそれぞれの位置についてのそれぞれの座標
の組を記憶している第２のメモリであって、各々の座標の組がｘ座標とｚ座標と
を含んでいる第２のメモリと、 前記第１及び第２のメモリに接続されていて、前記焦点位置の前記ｘ座標とそ
れぞれの前記素子の位置のｘ座標との間のそれぞれのｘ座標差を形成する第１の
加減算回路と、 前記第１及び第２のメモリに接続されていて、前記焦点位置の前記ｚ座標とそ
れぞれの前記素子の位置のｚ座標との間のそれぞれのｚ座標差を形成する第２の
加減算回路と、 前記第１及び第２の加減算回路に接続されていて、該第１及び第２の加減算回
路の出力の座標変換を実行するコーディック回転器と、 それぞれの前記受信チャネルにそれぞれの時間遅延を適用する時間遅延発生器
であって、各々の時間遅延が前記コーディック回転器のそれぞれの出力の関数で
ある時間遅延発生器とを含んでいること、 を特徴とするビームフォーミング・システム。 - 【請求項２】 前記コーディック回転器は、該コーディック回転器が第１の
状態にあるときには、それぞれのｘ座標差及びｚ座標差とそれぞれのｚ座標のそ
れぞれの符号ビットとの関数としてそれぞれの斜辺を算出する請求項１に記載の
ビームフォーミング・システム。 - 【請求項３】 前記コーディック回転器は、該コーディック回転器が第２の
状態にあるときには、それぞれのｘ素子位置及びｚ素子位置とベクトル角度βの
関数であるそれぞれの回転符号ビットとの関数としてそれぞれのアポダイゼーシ
ョン投影を実行する請求項１に記載のビームフォーミング・システム。 - 【請求項４】 前記時間遅延発生器は、それぞれの斜辺とレンジ・オフセッ
トとの関数である時間遅延を適用する請求項２に記載のビームフォーミング・シ
ステム。 - 【請求項５】 それぞれの受信チャネルにそれぞれのアポダイゼーション値
を適用するアポダイゼーション値発生器を更に含んでおり、各々のアポダイゼー
ション値がそれぞれのアポダイゼーション投影とアパーチャ中心とアパーチャ・
サイズの逆数との関数である請求項３に記載のビームフォーミング・システム。 - 【請求項６】 前記アポダイゼーション値発生器は、少なくとも１つのウィ
ンドウ関数テーブルを記憶した第３のメモリを含んでいる請求項５に記載のビー
ムフォーミング・システム。 - 【請求項７】 前記第２のメモリから、前記それぞれのｘ及びｚ素子位置座
標の組を順次読み出すためのカウンタを更に含んでいる請求項１に記載のビーム
フォーミング・システム。 - 【請求項８】 前記コーディック回転器は複数の連続した段を含んでおり、
各々の段が、該段への入力を回転させる座標変換を実行し、回転の角度は各々の
相次ぐ段毎に小さくなる請求項１に記載のビームフォーミング・システム。 - 【請求項９】 前記コーディック回転器の段の数はＮであり、段番号をｋ＝
０〜Ｎ−１であるものとすると、各々の段が、座標変換 【数１】 を実行し、ここで、ｓk ＝±１である請求項８に記載のビームフォーミング・シ
ステム。 - 【請求項１０】 ＭＵＸ状態により決定される切り換え状態を有する多数の
多重化スイッチを含んでいるマルチプレクサを更に含んでおり、前記ビームフォ
ーマは、前記ＭＵＸ状態を記憶する第３のメモリを更に含んでおり、前記第２の
メモリは、前記第３のメモリからの出力に動作結合されている入力を有する請求
項１に記載のビームフォーミング・システム。 - 【請求項１１】 ｘ座標軸とｙ座標軸とｚ座標軸とを有する３次元空間内に
配列されている多数のトランスデューサ素子を含んでいるトランスデューサ・ア
レイと、ビームフォーマとを備えたビームフォーミング・システムであって、前
記ビームフォーマが、 前記多数のトランスデューサ素子にそれぞれ動作結合されている多数の受信チ
ャネルと、 焦点位置を表わすｘ座標、ｙ座標及びｚ座標を記憶している第１のメモリと、 前記多数のトランスデューサ素子のそれぞれの位置を表わすそれぞれの座標の
組を記憶している第２のメモリであって、各々の座標の組がｘ座標とｙ座標とｚ
座標とを含んでいる、第２のメモリと、 前記第１及び第２のメモリに接続されていて、前記焦点位置の前記ｘ座標とそ
れぞれの前記素子の位置のｘ座標との間のそれぞれのｘ座標差を形成する第１の
加減算回路と、 前記第１及び第２のメモリに接続されていて、前記焦点位置の前記ｙ座標とそ
れぞれの前記素子の位置のｙ座標との間のそれぞれのｙ座標差を形成する第２の
加減算回路と、 前記第１及び第２のメモリに接続されていて、前記焦点位置の前記ｚ座標とそ
れぞれの前記素子の位置のｚ座標との間のそれぞれのｚ座標差を形成する第３の
加減算回路と、 前記第１及び第２の加減算回路に接続されていて、該第１及び第２の加減算回
路の出力の座標変換を実行する第１のコーディック回転器と、 該第１のコーディック回転器及び前記第３の加減算回路に接続されていて、前
記第１のコーディック回転器及び前記第３の加減算回路の出力の座標変換を実行
する第２のコーディック回転器と、 それぞれの前記受信チャネルにそれぞれの時間遅延を適用する時間遅延発生器
であって、各々の時間遅延が前記第２のコーディック回転器のそれぞれの出力の
関数である時間遅延発生器とを含んでいること、 を特徴とするビームフォーミング・システム。 - 【請求項１２】 それぞれの受信チャネルにそれぞれのアポダイゼーション
値を適用するアポダイゼーション値発生器を更に含んでおり、各々のアポダイゼ
ーション値が前記第２のコーディック回転器のそれぞれの出力の関数である請求
項１１に記載のビームフォーミング・システム。 - 【請求項１３】 ｘ座標軸とｚ座標軸とを有する平面内に配列されている多
数のトランスデューサ素子を含んでいるトランスデューサ・アレイと、ビームフ
ォーマとを備えたビームフォーミング・システムであって、前記ビームフォーマ
が、 前記多数のトランスデューサ素子にそれぞれ動作結合されている多数のパルス
発生回路と、 焦点位置のｘ座標及びｚ座標を記憶している第１のメモリと、 前記多数のトランスデューサ素子のそれぞれの位置についてのそれぞれの座標
の組を記憶している第２のメモリであって、各々の座標の組がｘ座標とｚ座標と
を含んでいる、第２のメモリと、 前記第１及び第２のメモリに接続されていて、前記焦点位置の前記ｘ座標とそ
れぞれの前記素子の位置のｘ座標との間のそれぞれのｘ座標差を形成する第１の
加減算回路と、 前記第１及び第２のメモリに接続されていて、前記焦点位置の前記ｚ座標とそ
れぞれの前記素子位置のｚ座標との間のそれぞれのｚ座標差を形成する第２の加
減算回路と、 前記第１及び第２の加減算回路に接続されていて、該第１及び第２の加減算回
路の出力の座標変換を実行するコーディック回転器と、 それぞれのパルス発生回路にそれぞれの時間遅延を適用する時間遅延発生器で
あって、各々の時間遅延が前記コーディック回転器のそれぞれの出力の関数であ
る時間遅延発生器とを含んでいること、 を特徴とするフォーミング・システム。 - 【請求項１４】 それぞれのパルス発生回路にそれぞれのアポダイゼーショ
ン値を適用するアポダイゼーション値発生器を更に含んでおり、各々のアポダイ
ゼーション値が前記コーディック回転器のそれぞれの出力の関数である請求項１
３に記載のビームフォーミング・システム。 - 【請求項１５】 ｘ座標軸とｙ座標軸とｚ座標軸とを有する３次元空間内に
配列されている多数のトランスデューサ素子を含んでいるトランスデューサ・ア
レイと、ビームフォーマとを備えたビームフォーミング・システムであって、前
記ビームフォーマが、 前記多数のトランスデューサ素子にそれぞれ動作結合されている多数のパルス
発生回路と、 焦点位置を表わすｘ座標、ｙ座標及びｚ座標を記憶している第１のメモリと、 前記多数のトランスデューサ素子のそれぞれの位置を表わすそれぞれの座標の
組を記憶している第２のメモリであって、各々の座標の組がｘ座標とｙ座標とｚ
座標とを含んでいる、第２のメモリと、 前記第１及び第２のメモリに接続されていて、前記焦点位置の前記ｘ座標とそ
れぞれの前記素子の位置のｘ座標との間のそれぞれのｘ座標差を形成する第１の
加減算回路と、 前記第１及び第２のメモリに接続されていて、前記焦点位置の前記ｙ座標とそ
れぞれの前記素子の位置のｙ座標との間のそれぞれのｙ座標差を形成する第２の
加減算回路と、 前記第１及び第２のメモリに接続されていて、前記焦点位置の前記ｚ座標とそ
れぞれの前記素子の位置のｚ座標との間のそれぞれのｚ座標差を形成する第３の
加減算回路と、 前記第１及び第２の加減算回路に接続されていて、該第１及び第２の加減算回
路の出力の座標変換を実行する第１のコーディック回転器と、 該第１のコーディック回転器及び前記第３の加減算回路に接続されていて、前
記第１のコーディック回転器及び前記第３の加減算回路の出力の座標変換を実行
する第２のコーディック回転器と、 それぞれのパルス発生回路にそれぞれの時間遅延を適用する時間遅延発生器で
あって、各々の時間遅延が前記第２のコーディック回転器のそれぞれの出力の関
数である時間遅延発生器とを含んでいること、 を特徴とするビームフォーミング・システム。 - 【請求項１６】 それぞれのパルス発生回路にそれぞれのアポダイゼーショ
ン値を適用するアポダイゼーション値発生器を更に含んでおり、各々のアポダイ
ゼーション値が前記第２のコーディック回転器のそれぞれの出力の関数である請
求項１１に記載のビームフォーミング・システム。 - 【請求項１７】 ｘ座標軸とｚ座標軸とを有する平面内に配列されている多
数のトランスデューサ素子を含んでいるトランスデューサ・アレイと、 焦点位置と第１の組の前記トランスデューサ素子のそれぞれの位置との関数と
して第１の組のそれぞれの受信時間遅延を算出する第１の遅延計算器と、 集束した超音波ビームを送信するように前記トランスデューサ・アレイを起動
するようにプログラムされている送信ビームフォーマと、 前記第１の組のトランスデューサ素子からのそれぞれのアナログ信号をディジ
タル・サンプルから成るそれぞれのベクトルへ変換する第１の組の受信チャネル
と、該第１の組の受信チャネルにおける前記ディジタル・サンプルから成るそれ
ぞれのベクトルに前記第１の組のそれぞれの受信時間遅延を適用する第１のチャ
ネル制御バスと、正味の受信信号を形成するように少なくとも前記第１の組の受
信チャネルからの前記ディジタル・サンプルから成る時間遅延されたベクトルを
加算するビーム加算器とを含んでいる受信ビームフォーマと、 前記正味の受信信号から画像信号を導出するプロセッサと、 前記画像信号の関数である画像部分を有する画像を表示する表示装置と、を備
えたイメージング・システムであって、 前記第１の遅延計算器は、第１のコーディック回転器状態において、前記焦点
位置と前記第１の組のトランスデューサ素子の前記それぞれの位置との関数とし
てそれぞれの斜辺を算出する第１のコーディック回転器と、前記第１のチャネル
制御バスに前記第１の組のそれぞれの受信時間遅延を出力する第１の時間遅延発
生器とを含んでおり、前記第１の組の各々の受信時間遅延が前記第１のコーディ
ック回転器により出力されたそれぞれの斜辺の関数であること、を特徴とするイ
メージング・システム。 - 【請求項１８】 前記焦点位置と第２の組の前記トランスデューサ素子のそ
れぞれの位置との関数として第２の組のそれぞれの受信時間遅延を算出する第２
の遅延計算器を更に含んでおり、前記受信ビームフォーマは、前記第２の組のト
ランスデューサ素子からのそれぞれのアナログ信号をディジタル・サンプルから
成るそれぞれのベクトルへ変換する第２の組の受信チャネルと、該第２の組の受
信チャネルにおける前記ディジタル・サンプルから成るそれぞれのベクトルに前
記第２の組のそれぞれの受信時間遅延を適用する第２のチャネル制御バスとを更
に含んでおり、前記第２の遅延計算器は、前記焦点位置と前記第２の組のトラン
スデューサ素子の前記それぞれの位置との関数としてそれぞれの斜辺を算出する
第２のコーディック回転器と、前記第２のチャネル制御バスに前記第２の組のそ
れぞれの受信時間遅延を出力する第２の時間遅延発生器とを含んでおり、前記第
２の組の各々の受信時間遅延が前記第２のコーディック回転器により出力された
それぞれの斜辺の関数である請求項１７に記載のイメージング・システム。 - 【請求項１９】 １組のベクトル・パラメータを生成するコンピュータと、
前記第１及び第２の時間遅延計算器に前記１組のベクトル・パラメータを分配す
るビームフォーマ制御バスとを更に含んでおり、前記第１及び第２の組の受信時
間遅延は前記ベクトル・パラメータの関数である請求項１８に記載のイメージン
グ・システム。 - 【請求項２０】 前記第１のコーディック回転器は、第２のコーディック回
転器状態において、前記焦点位置と前記第１の組のトランスデューサ素子の前記
それぞれの位置との関数としてそれぞれのアポダイゼーション投影を実行し、前
記第１の遅延計算器は、前記第１の組のそれぞれの受信チャネルにそれぞれの受
信アポダイゼーション値を適用するアポダイゼーション値発生器を更に含んでお
り、各々の受信アポダイゼーション値がそれぞれのアポダイゼーション投影の関
数である請求項１７に記載のイメージング・システム。 - 【請求項２１】 ｘ座標軸とｙ座標軸とｚ座標軸とを有する３次元空間内に
配列されている多数のトランスデューサ素子を含んでいるトランスデューサ・ア
レイと、 焦点位置と第１の組の前記トランスデューサ素子のそれぞれの位置との関数と
して第１の組のそれぞれの受信時間遅延を算出する第１の遅延計算器と、 集束した超音波ビームを送信するように前記トランスデューサ・アレイを起動
するようにプログラムされている送信ビームフォーマと、 前記第１の組のトランスデューサ素子からのそれぞれのアナログ信号をディジ
タル・サンプルから成るそれぞれのベクトルへ変換する第１の組の受信チャネル
と、該第１の組の受信チャネルにおける前記ディジタル・サンプルから成るそれ
ぞれのベクトルに前記第１の組のそれぞれの受信時間遅延を適用する第１のチャ
ネル制御バスと、正味の受信信号を形成するように少なくとも前記第１の組の受
信チャネルからの前記ディジタル・サンプルから成る時間遅延されたベクトルを
加算するビーム加算器とを含んでいる受信ビームフォーマと、 前記正味の受信信号から画像信号を導出するプロセッサと、 前記画像信号の関数である画像部分を有する画像を表示する表示装置と、を備
えたイメージング・システムであって、 前記第１の遅延計算器は、第１のコーディック回転器状態において、前記焦点
位置と前記第１の組のトランスデューサ素子の前記それぞれの位置との関数とし
てそれぞれの斜辺を算出する直列に接続されている第１及び第２のコーディック
回転器と、前記第１のチャネル制御バスに前記第１の組のそれぞれの受信時間遅
延を適用する第１の時間遅延発生器とを含んでおり、前記第１の組の各々の受信
時間遅延が前記第２のコーディック回転器により出力されたそれぞれの斜辺の関
数であること、を特徴とするイメージング・システム。 - 【請求項２２】 前記焦点位置と第２の組の前記トランスデューサ素子のそ
れぞれの位置との関数として第２の組のそれぞれの受信時間遅延を算出する第２
の遅延計算器を更に含んでおり、前記受信ビームフォーマは、前記第２の組のト
ランスデューサ素子からのそれぞれのアナログ信号をディジタル・サンプルから
成るそれぞれのベクトルへ変換する第２の組の受信チャネルと、該第２の組の受
信チャネルにおける前記ディジタル・サンプルから成るそれぞれのベクトルに前
記第２の組のそれぞれの受信時間遅延を適用する第２のチャネル制御バスとを更
に含んでおり、前記第２の遅延計算器は、前記焦点位置と前記第２の組のトラン
スデューサ素子の前記それぞれの位置との関数としてそれぞれの斜辺を算出する
第２のコーディック回転器と、前記第２のチャネル制御バスに前記第２の組のそ
れぞれの受信時間遅延を出力する第２の時間遅延発生器とを含んでおり、前記第
２の組の各々の受信時間遅延が前記第２のコーディック回転器により出力された
それぞれの斜辺の関数である請求項２１に記載のイメージング・システム。 - 【請求項２３】 １組のベクトル・パラメータを生成するコンピュータと、
前記第１及び第２の時間遅延計算器に前記１組のベクトル・パラメータを分配す
るビームフォーマ制御バスとを更に含んでおり、前記第１及び第２の組の受信時
間遅延は前記ベクトル・パラメータの関数である請求項２２に記載のイメージン
グ・システム。 - 【請求項２４】 前記第１のコーディック回転器は、第２のコーディック回
転器状態において、前記焦点位置と前記第１の組のトランスデューサ素子の前記
それぞれの位置との関数としてそれぞれのアポダイゼーション投影を実行し、前
記第１の遅延計算器は、前記第１のチャネル制御バスにそれぞれの受信アポダイ
ゼーション値を適用するアポダイゼーション値発生器を更に含んでおり、各々の
受信アポダイゼーション値がそれぞれのアポダイゼーション投影の関数である請
求項２１に記載のイメージング・システム。 - 【請求項２５】 ｘ座標軸とｚ座標軸とを有する平面内に配列されている多
数のトランスデューサ素子を含んでいるトランスデューサ・アレイと、 焦点位置と前記トランスデューサ素子のそれぞれの位置との関数として１組の
それぞれの送信時間遅延を算出する遅延計算器と、 前記焦点に集束した超音波ビームを送信するように前記トランスデューサ・ア
レイを起動するように送信遅延時間によりプログラムされており、それぞれのト
ランスデューサ素子を起動する多数のパルス発生回路と、それぞれのパルス発生
回路に前記１組のそれぞれの送信時間遅延を適用するチャネル制御バスとを含ん
でいる送信ビームフォーマと、 それぞれのトランスデューサ素子からのそれぞれのアナログ信号をディジタル
・サンプルから成るそれぞれのベクトルへ変換すると共にそれぞれのベクトルに
それぞれの時間遅延を適用する多数の受信チャネルと、正味の受信信号を形成す
るように前記多数の受信チャネルからの前記ディジタル・サンプルから成る時間
遅延されたベクトルを加算するビーム加算器とを含んでいる受信ビームフォーマ
と、 前記正味の受信信号から画像信号を導出するプロセッサと、 前記画像信号の関数である画像部分を有する画像を表示する表示装置と、を備
えたイメージング・システムであって、 前記遅延計算器は、第１のコーディック回転器状態において、前記焦点位置と
前記トランスデューサ素子の前記それぞれの位置との関数としてそれぞれの斜辺
を算出するコーディック回転器と、前記チャネル制御バスに前記１組のそれぞれ
の送信時間遅延を出力する時間遅延発生器とを含んでおり、各々の送信時間遅延
が前記コーディック回転器により出力されたそれぞれの斜辺の関数であること、
を特徴とするイメージング・システム。 - 【請求項２６】 前記コーディック回転器は、第２のコーディック回転器状
態において、前記焦点位置と前記トランスデューサ素子の前記それぞれの位置と
の関数としてそれぞれのアポダイゼーション投影を実行し、前記遅延計算器は、
前記チャネル制御バスにそれぞれの送信アポダイゼーション値を適用するアポダ
イゼーション値発生器を更に含んでおり、各々の送信アポダイゼーション値がそ
れぞれのアポダイゼーション投影の関数である請求項２５に記載のイメージング
・システム。 - 【請求項２７】 ｘ座標軸とｙ座標軸とｚ座標軸とを有する３次元空間内に
配列されている多数のトランスデューサ素子を含んでいるトランスデューサ・ア
レイと、 焦点位置と前記トランスデューサ素子のそれぞれの位置との関数として１組の
それぞれの送信時間遅延を算出する遅延計算器と、 前記焦点位置に集束した超音波ビームを送信するように前記トランスデューサ
・アレイを起動するように送信時間遅延によりプログラムされていて、それぞれ
のトランスデューサ素子を起動する多数のパルス発生回路と、それぞれのパルス
発生回路に前記１組のそれぞれの送信時間遅延を適用するチャネル制御バスとを
含んでいる送信ビームフォーマと、 それぞれのトランスデューサ素子からのそれぞれのアナログ信号をディジタル
・サンプルから成るそれぞれのベクトルへ変換すると共にそれぞれのベクトルに
それぞれの時間遅延を適用する多数の受信チャネルと、正味の受信信号を形成す
るように前記多数の受信チャネルからの前記ディジタル・サンプルから成る時間
遅延されたベクトルを加算するビーム加算器とを含んでいる受信ビームフォーマ
と、 前記正味の受信信号から画像信号を導出するプロセッサと、 前記画像信号の関数である画像部分を有する画像を表示する表示装置と、を備
えたイメージング・システムであって、 前記遅延計算器は、第１のコーディック回転器状態において、前記焦点位置と
前記トランスデューサ素子の前記それぞれの位置との関数としてそれぞれの斜辺
を算出する直列に接続されている第１及び第２のコーディック回転器と、前記チ
ャネル制御バスに前記１組のそれぞれの送信時間遅延を出力する時間遅延発生器
とを含んでおり、各々の送信時間遅延が前記第２のコーディック回転器により出
力されたそれぞれの斜辺の関数であること、を特徴とするイメージング・システ
ム。 - 【請求項２８】 前記第１及び第２のコーディック回転器は、第２のコーデ
ィック回転器状態において、前記焦点位置と前記トランスデューサ素子の前記そ
れぞれの位置との関数としてそれぞれのアポダイゼーション投影を実行し、前記
遅延計算器は、前記チャネル制御バスにそれぞれの送信アポダイゼーション値を
適用するアポダイゼーション値発生器を更に含んでおり、各々の送信アポダイゼ
ーション値がそれぞれのアポダイゼーション投影の関数である請求項２７に記載
のイメージング・システム。 - 【請求項２９】 ｘ座標軸とｚ座標軸とを有する平面内に配列されている多
数のトランスデューサ素子を含んでいるトランスデューサ・アレイと、 焦点位置と前記トランスデューサ素子のそれぞれの位置との関数として１組の
それぞれの時間遅延を算出する遅延計算器と、 前記多数のトランスデューサ素子に動作結合されている多数のチャネルと、該
それぞれのチャネルにおける信号に前記１組のそれぞれの時間遅延を適用するチ
ャネル制御バスとを含んでいるビームフォーマと、を備えたビームフォーミング
・システムであって、 前記遅延計算器は、第１のコーディック回転器状態において、前記焦点位置と
前記トランスデューサ素子の前記それぞれの位置との関数としてそれぞれの斜辺
を算出するコーディック回転器と、前記チャネル制御バスに前記１組のそれぞれ
の時間遅延を出力する時間遅延発生器とを含んでおり、各々の時間遅延が前記コ
ーディック回転器により出力されたそれぞれの斜辺の関数であること、を特徴と
するビームフォーミング・システム。 - 【請求項３０】 前記コーディック回転器は、第２のコーディック回転器状
態において、前記焦点位置と前記トランスデューサ素子の前記それぞれの位置と
の関数としてそれぞれのアポダイゼーション投影を実行し、前記遅延計算器は、
前記チャネル制御バスにそれぞれのアポダイゼーション値を適用するアポダイゼ
ーション値発生器を更に含んでおり、各々のアポダイゼーション値がそれぞれの
アポダイゼーション投影の関数である請求項２９に記載のビームフォーミング・
システム。 - 【請求項３１】 ｘ座標軸とｙ座標軸とｚ座標軸とを有する３次元空間内に
配列されている多数のトランスデューサ素子を含んでいるトランスデューサ・ア
レイと、 焦点位置と前記トランスデューサ素子のそれぞれの位置との関数として１組の
それぞれの時間遅延を算出する遅延計算器と、 前記多数のトランスデューサ素子に動作結合されている多数のチャネルと、該
それぞれのチャネルにおける信号に前記１組のそれぞれの時間遅延を適用するチ
ャネル制御バスとを含んでいるビームフォーマと、を備えたビームフォーミング
・システムであって、 前記遅延計算器は、第１のコーディック回転器状態において、前記焦点位置と
前記トランスデューサ素子の前記それぞれの位置との関数としてそれぞれの斜辺
を算出する直列に接続された第１及び第２のコーディック回転器と、前記チャネ
ル制御バスに前記１組のそれぞれの時間遅延を出力する時間遅延発生器とを含ん
でおり、各々の時間遅延が前記第２のコーディック回転器により出力されたそれ
ぞれの斜辺の関数であること、を特徴とするビームフォーミング・システム。 - 【請求項３２】 前記第１及び第２のコーディック回転器は、第２のコーデ
ィック回転器状態において、前記焦点位置と前記トランスデューサ素子の前記そ
れぞれの位置との関数としてそれぞれのアポダイゼーション投影を実行し、前記
遅延計算器は、前記チャネル制御バスにそれぞれのアポダイゼーション値を適用
するアポダイゼーション値発生器を更に含んでおり、各々のアポダイゼーション
値がそれぞれのアポダイゼーション投影の関数である請求項３１に記載のビーム
フォーミング・システム。 - 【請求項３３】 多数のトランスデューサ素子を有するトランスデューサ・
アレイの幾何形状パラメータを記憶する工程と、 焦点位置を有する集束したビームを形成するためのベクトル・パラメータを記
憶する工程と、 前記焦点位置から前記それぞれのトランスデューサ素子までの距離を表わすそ
れぞれの斜辺を、各々の斜辺を導出する多数の段のコーディック回転を用いて、
前記幾何形状パラメータと前記ベクトル・パラメータとの関数として算出する工
程と、 前記それぞれの算出された斜辺の関数としてそれぞれの時間遅延を発生する工
程と、 該それぞれの時間遅延を用いてビームを形成する工程と、 を有している超音波ビームフォーミング方法。 - 【請求項３４】 前記それぞれのトランスデューサ素子についてのそれぞれ
のアポダイゼーション投影を、各々の投影を実行する多数の段のコーディック回
転を用いて、前記幾何形状パラメータと前記ベクトル・パラメータとの関数とし
て実行する工程と、 前記それぞれのアポダイゼーション投影の関数としてそれぞれのシェーディン
グ値を発生する工程と、 前記ビームの形成時に前記それぞれのシェーディング値を用いる工程と、を更
に含んでいる請求項３３に記載の方法。 - 【請求項３５】 コーディック回転の各々の段が、ビット・シフト及びビッ
ト加算を含んでいる請求項３３に記載の方法。 - 【請求項３６】 コーディック回転の各々の段が、２の羃乗である係数を用
いた座標変換を含んでいる請求項３３に記載の方法。 - 【請求項３７】 多数のトランスデューサ素子を有するトランスデューサ・
アレイの幾何形状パラメータを記憶する工程と、 焦点位置を有する集束したビームを形成するためのベクトル・パラメータを記
憶する工程と、 前記それぞれのトランスデューサ素子についてのそれぞれのアポダイゼーショ
ン投影を、各々の投影を実行する多数の段のコーディック回転を用いて、前記幾
何形状パラメータと前記ベクトル・パラメータとの関数として実行する工程と、 前記それぞれのアポダイゼーション投影の関数としてそれぞれのシェーディン
グ値を発生する工程と、 ビームフォーマのそれぞれのチャネルにおけるそれぞれの信号に前記それぞれ
のシェーディング値を適用する工程と、 を有している超音波アポダイゼーション方法。 - 【請求項３８】 コーディック回転の各々の段が、２の羃乗である係数を用
いた座標変換を含んでいる請求項３７に記載の方法。
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