JP2003501195A - 粗アレイによる改良型ボリューム超音波撮像 - Google Patents
粗アレイによる改良型ボリューム超音波撮像Info
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- Y10S128/916—Ultrasound 3-D imaging
Abstract
Description
高分解能装置と共に使用する新しく有用な粗アレイに関する。より具体的には、
本発明は、心臓の診断および監視を容易に可能にする粗アレイを含む。
に、領域と1つの角度のみを測定する。通常、30分の1秒の時間フレームでは
256ラインからなるスライスを生成する。これは、1フレームあたりスライス
1つとすると、各深度についてスライスあたり256のピクチャ要素または画素
となる。3次元撮像において発生する困難は、Nスライスは、Nラインではなく
、N 2ラインを必要とすることである。この解決法は、一度に多数のラインを
形成することである。
イスを任意の配向で表示することが可能である。例えば、現在利用可能なあるシ
ステムは、16の受信器ビームから成る4×4アレイに向けて音波を発する送信
器ビームを使用する。送信された各パルスに対して16のビームが形成されるの
で、16×256ラインが各フレーム内で生成される。これにより、単一フレー
ムにおいて、各深度毎に64×64アレイの画素を有する3次元画像を形成する
ことができる。しかし、この画素のアレイは、このシステムで生成されたあらゆ
る3D画像の解像度を制限する。
音波装置は、ここで参照することにより完全に本明細書に組み込まれているもの
とするが、1パルスあたりはるかに多い受信ビームに対する備えを有する。特に
、’364出願に記述されているN×N受信器アレイは、(N/2)2の同時受
信ビームを提供することができる。したがって、例えば、N=16を選択するこ
とにより、各送信パルスに対して、8×8アレイから成る64の受信器ビームが
生成される。さらに、’364出願の装置は、複数の送信器と粗受信器アレイを
備える矩形超音波変換素子(素子は1/2波長より広い間隔で配置されている)
の平面アレイを使用する。アパーチャ全体のサブセットを使用して、所定時間中
に送信し、間引きにより発生する受信器格子ローブをインソネートせずに、多数
の受信ビーム位置をインソネートする。2つの角度次元における(方位角および
仰角と呼ばれる)有意な数のラインで、3次元超音波撮像を実施するためには、
方位角と仰角の両方について、例えば90°のセクタ(±45°)をカバーする
ように、広範な送信ビームをスキャンすることが必要である。
128アレイの画素を考慮に入れている。さらに、’364出願の装置は、粗ア
レイを使用し、アレイ素子の数を低減して、ケーブル及び入力電子機器の数をは
るかに少なくしている。
ームを評価することに際しての応用が限定される。したがって、そのような評価
を行うために、被験者の身体の特定セグメントからデータを取り、そして、さら
にデータを取るために、粗アレイを物理的に隣接するセグメントに移動すること
が必要である。
撮像することを可能にする粗アレイが必要である。そのような粗アレイは、現在
既知の超音波装置の性能を向上させ、さらに、心臓の診断および観察などの分野
で使用することを可能にする。
される粗アレイが必要である。
から受信したエコーから生成された3次元画像の解像度を低下させる「格子ロー
ブ」を抑制するか、あるいは少なくとも厳しく制限する粗アレイが必要である。
来の技術」として利用可能であると承認されていると解釈されるべきではない。
いう効果を有する、超音波装置と共に用いられる、新しく有用な、進歩性のある
粗アレイを提供する。
リュームを評価するための超音波装置と共に用いられる粗アレイにも適用される
。そのような粗アレイは、
ンソネートするように構成されている複数の送信器と、
あって、前記受信器のアレイが、前記ボリュームの前記インソネートされたセグ
メントのサブセグメントに電子的に照準され、かつ動的に合焦し、前記アレイに
おいて前記受信器の間隔が、前記送信器によって生成された超音波エネルギーの
1/2波長より大きく、前記受信器が、送信器によってインソネートされたボリ
ュームの前記インソネートされたセグメントと位置合わせされたパターンで被験
者身体の前記ボリュームの前記個々のインソネートされたセグメントの前記サブ
セグメントからエコーを受信することで、エコーに最も近い受信器の格子ローブ
が第1送信器のナルと一致し、格子ローブの有害作用が最小限に抑えられるよう
にする受信器のアレイとを備える。
れている。送信器の形状を変えても良い。たとえば、正方形などの矩形および菱
形の形状を含むが、これに限定されるものではない。送信器の形状が矩形である
実施形態では、送信器は、各々に対して同一平面上に配置される。
同時にエコーを受信する複数の受信器を備え、受信器の間隔は、送信器によって
生成された超音波エネルギーの1/2波長より広い。本発明の一実施形態によれ
ば、送信器の形状は菱形であり、受信器を送信器中にインターリーブすることも
できる。
れている。
レイを使用して、インソネートされたボリューム内において、多数の受信および
合焦されたビームを形成する。アレイを間引きすることは、限られた領域または
セグメントのみにわたってスキャンまたは撮像することを見込んでいるので、送
信器のセットは、1回につき1つのセグメントをインソネートするように1回に
つき1回駆動される。受信器は、受信器素子のアレイであり、すべての受信器素
子は送信器によってインソネートされた被験者の身体のボリュームからのエコー
を、1回につき1つ受信する。各特定送信器が被験者身体のボリュームのセグメ
ントをインソネートする本発明の新しい態様により、これまで既知の粗アレイで
評価できたものより大きな被験者の身体のボリュームをインソネートおよび評価
することが可能になる。多数の受信ビームは、各送信されたパルス毎にデジタル
で形成され、各送信器は、望ましくない受信器の空間的あいまいさ、すなわち「
格子ローブ」の方向については、非常に少量のエネルギーしか提供しないように
設計されている。
で配置された送信器のアレイであって、格子ローブの有害作用を最小限に抑える
ように、送信器の格子ローブが第1受信器のナルと一致するように、評価中の被
験者身体のボリュームのセグメントのサブセグメントをインソネートするように
構成され、評価中の被験者身体のボリュームのセグメントを、1回につき1つの
サブセグメントずつ電子的にスキャンする送信器のアレイと、
ーを同時に受信する複数の受信器であって、各受信器が送信器パターンの特定の
格子ローブ、またはボリュームの特定のセグメントを指す、複数の受信器とを備
える、被験者の身体のボリュームを評価するための超音波装置と共に用いられる
粗アレイに適用される。
接続されている。
レイが、
ネートするように構成されている複数の送信器と、
って、受信器のアレイが、ボリュームのインソネートされたセグメントのサブセ
グメントに電子的に照準され、かつ動的に合焦し、アレイにおいて受信器の間隔
が、送信器によって生成された超音波エネルギーの1/2波長より大きく、受信
器が、送信器によってインソネートされたボリュームのインソネートされたセグ
メントと位置合わせされたパターンで被験者身体のボリュームの個々のインソネ
ートされたセグメントのサブセグメントからエコーを受信することで、エコーに
最も近い受信器の格子ローブが第1送信器のナルと一致し、格子ローブの有害作
用が最小限に抑えられるようにする受信器のアレイとを備え、
を超音波装置に電気的に接続する
インソネートする方法に適用される。 さらに、本発明は、
レイが、
で配置された送信器のアレイであって、格子ローブの有害作用を最小限に抑える
ように、送信器の格子ローブが第1受信器のナルと一致するように、評価中の被
験者身体のボリュームのセグメントのサブセグメントをインソネートするように
構成され、評価中の被験者身体のボリュームのセグメントを、1回につき1つの
サブセグメントずつ電子的にスキャンする送信器のアレイと、
コーを同時に受信する複数の受信器であって、各受信器が送信器パターンの特定
の格子ローブ、またはボリュームの特定のセグメントを指す、複数の受信器とを
備え、
を超音波装置に電気的に接続する
インソネートする方法に適用される。 したがって、本発明の目的は、アレイを再配置すること無く、被験者の身体の
大ボリュームを高解像度撮像することを可能にする、新しく有用な粗アレイを提
供することである。
音波装置と共に容易に使用することができる、新しく有用な粗アレイを提供する
ことである。
するように構成された、新しく有用な粗アレイを提供することである。
よって、よりよく理解されるであろう。
既知のアレイで獲得された画像と比較して、獲得した超音波画像の分解能要素の
数が増大する、超音波装置と共に用いられる粗アレイを、驚くべきことに意外に
も設計することができるという発見に基づく。
波装置と共に用られる粗アレイに適用される。粗アレイは、超音波装置に電気的
に接続されており、粗アレイは、
ネートするように構成されている複数の送信器と、
て、受信器のアレイが、ボリュームのインソネートされたセグメントのサブセグ
メントに電子的に照準され、かつ動的に合焦し、アレイにおいて受信器の間隔が
、送信器によって生成された超音波エネルギーの1/2波長より大きく、受信器
が、送信器によってインソネートされたボリュームのインソネートされたセグメ
ントと位置合わせされたパターンで被験者身体のボリュームの個々のインソネー
トされたセグメントのサブセグメントからエコーを受信することで、エコーに最
も近い受信器の格子ローブが第1送信器のナルと一致し、格子ローブの有害作用
が最小限に抑えられるようにする受信器のアレイとを備える。
で配置された送信器のアレイであって、格子ローブの有害作用を最小限に抑える
ように、送信器の格子ローブが第1受信器のナルと一致するように、評価中の被
験者身体のボリュームのセグメントのサブセグメントをインソネートするように
構成され、評価中の被験者身体のボリュームのセグメントを、1回につき1つの
サブセグメントずつ電子的にスキャンする送信器のアレイと、
ーを同時に受信する複数の受信器であって、各受信器が送信器パターンの特定の
格子ローブ、またはボリュームの特定のセグメントを指す、複数の受信器とを備
える、被験者の身体のボリュームを評価するための超音波装置と共に用いられる
粗アレイに適用される。
レイが、
ネートするように構成されている複数の送信器と、
って、受信器のアレイが、ボリュームのインソネートされたセグメントのサブセ
グメントに電子的に照準され、かつ動的に合焦し、アレイにおいて受信器の間隔
が、送信器によって生成された超音波エネルギーの1/2波長より大きく、受信
器が、送信器によってインソネートされたボリュームのインソネートされたセグ
メントと位置合わせされたパターンで被験者身体のボリュームの個々のインソネ
ートされたセグメントのサブセグメントからエコーを受信することで、エコーに
最も近い受信器の格子ローブが第1送信器のナルと一致し、格子ローブの有害作
用が最小限に抑えられるようにする受信器のアレイとを備え、
を超音波装置に電気的に接続する工程を含む、超音波装置と共に用いられる粗ア
レイにより被験者のボリュームをインソネートする方法に適用される。
レイが、
で配置された送信器のアレイであって、格子ローブの有害作用を最小限に抑える
ように、送信器の格子ローブが第1受信器のナルと一致するように、評価中の被
験者身体のボリュームのセグメントのサブセグメントをインソネートするように
構成され、評価中の被験者身体のボリュームのセグメントを、1回につき1つの
サブセグメントずつ電子的にスキャンする送信器のアレイと、
コーを同時に受信する複数の受信器であって、各受信器が送信器パターンの特定
の格子ローブ、またはボリュームの特定のセグメントを指す、複数の受信器とを
備え、
を超音波装置に電気的に接続する工程とを含む、超音波装置と共に用いられる粗
アレイにより被験者のボリュームをインソネートする方法に適用される。
とができ、本発明の粗アレイの受信器または送信器の中心間の距離を表す。上述
した本発明の一実施形態では、送信器間の間隔は、送信器によって生成された超
音波エネルギーの1/2波長より広い。上述した他の実施形態では、受信器間の
間隔は、送信器によって生成された超音波エネルギーの1/2波長より広い。
子的に照準された」という句は、評価中の被験者のボリュームの特定セグメント
またはサブセグメントに、ビームが進路を取る、又は合焦するように、位相シフ
トまたは遅延が個々の素子に対して加えられていることを意味する。
句は、位相シフトが、領域または深度に依存するように、時間と共に変化可能で
あることを意味する。
の被験者身体のボリュームのインソネートしたセグメントに最も近い場所であっ
て、送信器のパワーがゼロまたはゼロに近い場所を指す。
ソネートされたセグメントの外側にある送信されたエネルギーの角度分布を指す
。
送信器および/または受信器を指す。
に、上述した本発明の粗アレイの実施形態は、各々異なる方向に永続的に照準さ
れている、専用の送信アパーチャのセットを使用する。例えば、受信アレイが、
90°×90°のセクタ全体にわたって電子的にスキャンされる場合、受信器ア
レイ素子は、広角であり、著しい減衰を生じずに、8分円全体をカバーしなけれ
ばならない。
、送信器アレイは、本明細書で説明したように間引きされている。
ことによって、より良く理解することが可能である。以下の例は、本発明の好ま
しい実施形態をより完全に示すために提示されている。しかし、決して、本発明
の広範な範囲を制限すると解釈されるべきではない。
器が並べられている、正方形アレイの例を想定する。この場合、図1に示した送
信器は、各々幅が2dで、高さが2dである。高解像動的ボリューム撮像では、
例えば、16×16の受信器アレイと、これに応じて8×8アレイ(N=16)
の送信器64個を必要とすることがある。2d×2dの正方形送信器アパーチャ
の2次元振幅パターンを、x=(d/λ)sinθおよびy=(d/λ)sin
φの関数として図2にプロットする。
パターンによって達成されなければならない。したがって、3角シェーディング
を使用して、xとy(方位角と仰角に対応する)の両方において、低サイドロー
ブ(sinπx/πx) 2パターンを生成する。これをN=16の場合につい
て図3に示す(方位角のみを示す)。
である。dを1mmよりわずかに小さくすることにより(したがって、受信器ア
レイは1.5cm×1.5cmとなる)、d/λ≒2.5となる。したがって、
この例では、間引きは5対1となり、2次元アレイにおける素子の数は、25分
の1になる。
付けを使用し、|x|<2である8つの異なるxの値にステアリングされている
、16素子リニアアレイのパターンを示す。これは、各送信されたパルスに対し
デジタルで生成された64の受信器ビームからなる8×8クラスタに対応する。
各々が異なる領域に照準および合焦された送信器64個が存在するので、409
6ラインが、わずか64パルスで形成される。これは、従来の超音波撮像装置が
たった256ラインを生成するのに必要な時間の1/4である。さらに、たった
256個の受信器素子と64の送信器アパーチャが使用された。
般に、図3の原点(x=0)は、現行送信ビームの中心の方位角に対応するよう
に並進される。図4は、図3cの最右ビームをdBでプロットしたものであり、
格子ローブが少なくとも25dB減衰されていることを示す。図5は、2つの角
度次元におけるビーム構成を示し、図3cは、図5に示した受信器ビームの水平
断面である。時間遅延または深度(領域)の追加により、3−D画像が得られる
。撮像時間を4対1に減らすことは、3−Dカラー・フロー撮像における、1秒
あたりのボリュームの増大を見込んでいる。
の、1つのスライスを見る。本発明は、1/4の時間に、64×64アレイのラ
インで3次元ボリュームを見る。アレイは、バイスタティックである。しかし、
送信器と受信器素子は、図6に示すようにインターリーブすることができる。ま
たは、アレイを離れたままにすることができるため、(N/2)2素子から成る
他のセットで図1bの空白空間を埋めることによって、送信器の数(したがって
ラインの総数)を2倍にすることができる。例として、これにより、図5の送信
ビーム(左側)の数が2倍になり、したがって、たった256個の受信器素子を
使用して、8192のビームが創出される。送信器アレイの全体サイズを2倍に
することによって、合計で16384のビームを形成することができる。
願に記述されている処理とすることができる。しかし、本発明の粗アレイは、粗
受信アレイの格子ローブを回避する必要性によって課された制限を超えて撮像す
る領域を拡張するために、電子的に照準された固定焦点送信器セットを使用する
。これまで知られていた粗アレイは、電子的に照準された固定焦点送信器を使用
しない。さらに、本発明の粗アレイで撮像される拡張された角度視野により、診
断、観察、および治療への応用に使用することが可能になることに留意されたい
。’364出願に記述されているような追跡手順は、望ましくない組織、胆石、
腎結石などを加熱または破壊するように、近距離場アレイを3−D空間における
望ましい点に合焦させ続けることができ、あるいは、ある他の装置に対して、画
像の臨界位置を維持することができる。3−D画像が形成されるので、3次元に
おける追跡も、画像相関を通して達成することができる。
を表す。図3bは、粗受信器アレイを使用してデジタル方式で形成された同時受
信ビームセットを表し、図3cは、その2つの積を表す。異なる送信器を順次使
用することによって、広い領域を撮像することができる。
いる。したがって、この実施形態では、図3bは、粗送信器アレイを使用した送
信ビーム(およびその格子ローブ)の順次スキャンを示す。また、この例で記述
する実施形態では、図3aは、各々が1つの格子ローブのみから信号を受信する
ように設計されている、複数の受信器の1つのパターンを示す。図3c(2方向
パターン)は、その2つの積である。複数の受信器は、すべて、それぞれ異なる
送信器格子ローブからのエネルギーを一度に受信することができる。
、その理由は、電子的にステアリングされた整相アレイ送信ビームが一度に1つ
形成され、一方、複数の受信器が固定焦点であるからである。
他の変更と変形が明らかであろう。したがって、上述した実施形態は、単なる例
示を意図しており、そのような変更と変形はすべて、添付の請求項において定義
されている本発明の範囲内に含まれてるものである。
/r×M/sアレイの送信器を示す図である。各正方形または菱形は、1つの送
信器を表す。例えば、N=M=8およびr=s=2である。図1Aの矩形送信器
は、図2に示すように、方位角と仰角について、sinx/xのパターンを生成
する。図1Bは、第2または別の送信器アレイを示す図である。菱形(より小さ
く回転されている)送信器は、図3aに示すように、方位角と仰角について、(
sinx/x)2のパターンを生成する。
πx)/2πxパターンを示す図である。図1Bに示すようにアパーチャを回転
および縮小することにより、パターンが回転および拡大される。結果として得ら
れるパターンは、図3Aに示すように、方位角と仰角の両方について、(sin
πx/πx)2である。このパターンは、元の(図1A)矩形送信器アパーチャ
を横切るように3角シェーディング(振幅重みテーパ)を適用することによって
も達成することができる。例えば、各送信器の幅(または長さ)を2dとすると
、dは、N×M矩形受信器アレイにおける素子間の間隔である。
対する1次元パターンをプロットした図である。図3bは、粗受信器アレイの格
子ローブと共に、8つの受信器ビームのクラスタを示す図である。図3aは、3
角重み付け送信器の(sinπx/πs)2のパターンを示す図である。図3c
は、格子ローブが抑制された、結果として得られる2方向ビーム・パターンを示
す図である。図3の2次元相当物は、菱形の、一様に重み付けされた送信器の8
×8アレイと、16×16=256素子の平面受信器アレイとを使用する。これ
により、64の受信ビームから成る8×8クラスタが生成される。
る。この場合、格子ローブは、12.5dBだけ抑制されている。
16の場合について示している。
Claims (12)
- 【請求項1】 被験者の身体のボリュームを評価するための超音波装置と共
に用いられる粗アレイであって、前記超音波装置に電気的に接続され、 (a)1つの送信器が1回につき前記ボリュームの個々のセグメント1つをイ
ンソネートするように構成されている複数の送信器と、 (b)評価中の前記ボリュームから同時にエコーを受信する受信器のアレイで
あって、前記受信器のアレイが、前記ボリュームの前記インソネートされたセグ
メントのサブセグメントに電子的に照準され、かつ動的に合焦し、前記アレイに
おいて前記受信器の間隔が、前記送信器によって生成された超音波エネルギーの
1/2波長より大きく、前記受信器が、送信器によってインソネートされたボリ
ュームの前記インソネートされたセグメントと位置合わせされたパターンで被験
者身体の前記ボリュームの前記個々のインソネートされたセグメントの前記サブ
セグメントからエコーを受信することで、エコーに最も近い受信器の格子ローブ
が第1送信器のナルと一致し、格子ローブの有害作用が最小限に抑えられるよう
にする受信器のアレイと を有することを特徴とする粗アレイ。 - 【請求項2】 前記送信器と受信器が2次元構成されていることを特徴とす
る請求項1に記載の粗アレイ。 - 【請求項3】 前記送信器と受信器の形状が矩形であり、前記粗アレイ内で
互いに同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の粗アレイ
。 - 【請求項4】 前記送信器の形状が、送信器のサイドローブ・パターンを低
減するために菱形であり、これにより、受信器の格子ローブの抑制が向上するこ
とを特徴とする請求項2に記載の粗アレイ。 - 【請求項5】 前記受信器が前記送信器とインターリーブされていることを
特徴とする請求項4に記載の粗アレイ。 - 【請求項6】 被験者の身体のボリュームを評価するための超音波装置と共
に用いられる粗アレイであって、超音波装置に電気的に接続されており、 (a)送信器によって生成された超音波エネルギーの1/2波長より広い間隔
で配置された送信器のアレイであって、格子ローブの有害作用を最小限に抑える
ように、送信器の格子ローブが第1受信器のナルと一致するように、評価中の被
験者身体のボリュームのセグメントのサブセグメントをインソネートするように
構成され、評価中の被験者身体のボリュームのセグメントを、1回につき1つの
サブセグメントずつ電子的にスキャンする送信器のアレイと、 (b)評価中の被験者のボリュームのセグメントのサブセグメントから、エコ
ーを同時に受信する複数の受信器であって、各受信器が送信器パターンの特定の
格子ローブ、またはボリュームの特定のセグメントを指す、複数の受信器と を有することを特徴とする粗アレイ。 - 【請求項7】 超音波装置と共に用いられる粗アレイにより被験者のボリュ
ームをインソネートする方法であって、 (a)被験者の身体のボリュームを評価するために粗アレイを提供し、該粗ア
レイが、 (i)1つの送信器が1回につきボリュームの個々のセグメント1つをインソ
ネートするように構成されている複数の送信器と、 (ii)評価中のボリュームから同時にエコーを受信する受信器のアレイであ
って、受信器のアレイが、ボリュームのインソネートされたセグメントのサブセ
グメントに電子的に照準され、かつ動的に合焦し、アレイにおいて受信器の間隔
が、送信器によって生成された超音波エネルギーの1/2波長より大きく、受信
器が、送信器によってインソネートされたボリュームのインソネートされたセグ
メントと位置合わせされたパターンで被験者身体のボリュームの個々のインソネ
ートされたセグメントのサブセグメントからエコーを受信することで、エコーに
最も近い受信器の格子ローブが第1送信器のナルと一致し、格子ローブの有害作
用が最小限に抑えられるようにする受信器のアレイとを備え、 (b)被験者のボリュームを超音波で評価することができるように、粗アレイ
を超音波装置に電気的に接続する ことを特徴とする方法。 - 【請求項8】 送信器および受信器が2次元構成されていることを特徴とす
る請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 送信器および受信器の形状が矩形であり、粗アレイ内で互い
に同一平面上にあるように配置されていることを特徴とする請求項7に記載の方
法。 - 【請求項10】 送信器の形状が、送信器のサイドローブ・パターンを低減
するために菱形であり、これにより、受信器の格子ローブの抑制が向上すること
を特徴とする請求項7に記載の方法。 - 【請求項11】 受信器が送信器とインターリーブされていることを特徴と
する請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】 超音波装置と共に用いられる粗アレイにより被験者のボリ
ュームをインソネートする方法であって、 (a)被験者の身体のボリュームを評価するために粗アレイを提供し、該粗ア
レイが、 (i)送信器によって生成された超音波エネルギーの1/2波長より広い間隔
で配置された送信器のアレイであって、格子ローブの有害作用を最小限に抑える
ように、送信器の格子ローブが第1受信器のナルと一致するように、評価中の被
験者身体のボリュームのセグメントのサブセグメントをインソネートするように
構成され、評価中の被験者身体のボリュームのセグメントを、1回につき1つの
サブセグメントずつ電子的にスキャンする送信器のアレイと、 (ii)評価中の被験者のボリュームのセグメントのサブセグメントから、エ
コーを同時に受信する複数の受信器であって、各受信器が送信器パターンの特定
の格子ローブ、またはボリュームの特定のセグメントを指す、複数の受信器とを
備え、 (b)被験者のボリュームを超音波で評価することができるように、粗アレイ
を超音波装置に電気的に接続する ことを特徴とする方法。
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