JP2010514322A - マルチビーム送信分離 - Google Patents

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Abstract

マルチビームシステムにおいて超音波送信ビームを分離して、クロス送信ビーム干渉を低減するための方法は、第１及び第２の正の角度で第１の超音波ビームを送信し、第１及び第２の負の角度で第２の超音波ビームを送信することを含む。本方法はさらに第１、第２、第３及び第４の複合信号を受信することを含み、複合信号の各々は、リターン信号及び反射された成分を含む。本方法はさらに、第１及び第２の複合信号の平均並びに第２及び第４の複合信号の平均を取得して反射された成分を除去するために、有限インパルス応答フィルタを第１及び第３の複合信号並びに第２及び第４の複合信号に適用することを含む。

Description

本発明は、一般に、複数の超音波送信ビームを用いた超音波撮像に関し、より詳しくは、ドプラー法を用いたマルチビームシステムにおける超音波送信ビームの分離及びクロス送信ビーム干渉の低減に関する。
超音波診断法は、最も汎用的で最も安価なものの一つであり、今日使用される診断撮像モダリティとして広く用いられている。三次元超音波及びドップラー組織撮像（DTI）の出現によって、多くの労力が超音波撮像におけるフレームレートを増加させるために費やされた。一つの特定の方法は、数多くの超音波受信ビームが各々の送信ビーム又はイベントに対して計算される受信マルチラインビーム処理を含む。
この方法に関する問題は、所与のスキャンライン方向に沿ってエネルギーを受信するために、超音波送信エネルギーが、その見通し線に沿って供給されることを必要とすることである。この問題を解決するために、基本的に２つのアプローチが存在する。
第１のアプローチは、より大きな領域又はボリュームを包含するように、送信ビームを広げる即ち「太らせる」こと含む。この技術では、分解能（詳細及びコントラストの両方）が低下してしまい、そして感度が低下してしまう。
第２のアプローチは、集束されてコンパクトな複数の送信ビームを人体に同時に送信する即ち「発射する」ことを含む。この方法に関する問題は、クロス送信ビーム干渉（すなわち、クロストークの発生）であり、つまり、一つの送信ビームからのエネルギーが、他の送信ビームに沿って集められる受信ビームを汚染する（逆もまた同じ）。
いくつかのソリューションが、クロス送信ビーム干渉のこの問題を解決するために示された。いくつかのこれらのソリューションは、他の送信ビームからのエネルギーを排除するために受信ビーム形成を積極的に無効にすること、符号化された励起、空間ダイバーシティ（すなわち可能な限り送信ビームを離して配置すること）、及び周波数ダイバーシティを含む。例えば米国特許6,179,780は、受信ビームシンセサイザを用いること、符号化された送信を用いること、均一でないスキャンシーケンスを用いること、及び異なる送信中心周波数を用いることを含む、クロストークの問題を克服するための様々な方法を説明する。発明者の知る限りでは、これらの方法は今のところ、商業上利用されていない。
本発明は、エネルギーを所望の送信ビームから分離する新規な方法及び「他の」送信ビームに対するエネルギー及び感受性を軽減するための手段を提供することによって、マルチビームシステムにおけるクロス送信ビーム干渉に対するソリューションを提供する。
マルチビームシステムにおいて超音波送信ビームを分離してクロス送信ビーム干渉を低減するための本発明の方法は、独立の空間的位置で超音波ビームのうちの少なくとも２つを同時に送信することによって第１の送信イベントを実行し、送信された超音波ビームの各々がエコーリターンを生成し、送信イベントのシーケンスを生成し、各々の送信イベントにおいて送信される超音波ビームの各々に位相係数を適用し、各々の連続した送信イベントにおいて、送信される超音波ビームの各々に対する固有の量によって位相係数を変調し、所望の送信された超音波ビームからのエネルギーを建設的に加算して残りの送信された超音波ビームからのエネルギーを破壊的に妨げることによって２つ以上の送信イベントからのエコーリターンを線形に合成するステップを含む。
本発明の上述及び他の目的、態様、特徴及び利点は、以下の説明並びに特許請求の範囲から明らかになる。
本発明は、本発明の非限定的な図示された実施の形態によって図面を参照して以下の詳細な説明においてさらに説明される。しかしながら、本発明は示された正確な配置及び手段に制限されないことが理解されるべきである。図面において、同様の参照記号は、それぞれの図を通して一般に同じ部分を指す。また、これらの図面はスケール通りに示されておらず、その代わり本発明の原理を説明する部分が強調されて示されている。
本発明の一実施例によって人の組織をスキャンするために配置される超音波ビーム送信器を図示する概略図。 本発明の一実施例による受信及び送信ビームを図示する概略図。 本発明の他の実施の形態による受信及び送信ビームを図示する概略図。 本発明の他の実施の形態による受信及び送信ビームを図示する概略図。 本発明の一実施例による超音波送信イベント、角度及び極性を図示する表。 本発明の一実施例によってマルチビームシステムにおいて送信超音波ビームを分離してクロス送信ビーム干渉を低減する方法を図示するフローチャート。 ２次元画像をスキャンするための同一平面内の４つの同時送信ビームを図示する概略図。 ボリュームをスキャンするための同一平面内ではない４つの同時送信ビームを図示する概略図。 送信波形が同じである場合の送信波形シーケンスを示す図。 極性が送信おきに切り換わる場合の送信波形シーケンスを示す図。 送信波形が進行位相項を用いる場合の送信波形シーケンスを示す図。 送信波形が遅延位相項を用いる場合の送信波形シーケンスを示す図。 本発明の他の実施の形態による受信及び送信ビームを図示する概略図。 体内に音波を送信する異なる送信波フィールドを図示する概略図。 体から戻ってくるパッチエコーの加算を図示する概略図。
次に本発明の好ましい実施の形態を詳細に参照する。本発明が好ましい実施の形態に関連して説明されるが、それらはこれらの実施の形態に本発明を制限することを意図したものではないことが理解される。これに対してこの発明は、この明細書の特許請求の範囲により定義されているようにこの発明の精神及び範囲内に含まれるであろう選択肢、変形例及び均等物をカバーすることを意図するものである。さらに、本発明の以下の詳細な説明において、数多くの具体的な詳細は、本発明の詳細な理解を提供するために記載される。しかしながら、本発明がこれらの具体的な詳細なしで実施されることができることが、当業者によって認識される。他の例では、本発明の観点を不必要に曖昧にしないように周知の方法、手順、コンポーネント及び回路が詳細に記載される。
図1を参照して、単純な実施の形態において、各々のスキャンフレーム又はスキャンボリュームに対して、２つの同時の超音波送信ビームが使用され、他の実施の形態において、後述されるように、より多くの同時の超音波送信ビームが使用される。図1は、人の組織をスキャンするように配置される２つの同時の送信ビームに対応する太い実線の矢印106, 112 と共に超音波送受信器102を示す。矢印106, 112を伴うこれらの太い線を囲む実線104, 120, 122, 124は約6dBのエネルギービーム幅を示し、その軸深さに対応する送信ビームの幅（分解能）を有効に定める。動的な受信ビーム形成を用いることにより、点線を用いた矢印によって示される４つの同時の受信ビーム108, 110, 114, 116が取得される。図1は、各々の送信ビーム106, 112に対して２つの受信ビーム114, 116, 108, 110を含む。複数の同時の送信イベントが、２次元画像全体をスキャンするため、又はボリュームの場合には、そのボリュームの横方向次元及び仰角次元の両方をスキャンするために活性化される。超音波送信器102は、正の45°の角度で一つの超音波ビーム106及び負の45°の角度でもう一つの超音波ビーム112を生成する。
動的な受信ビーム形成を用いることにより、受信ビーム108及び114は、超音波送受信器102によって取得又は受信される。しかしながら、受信器102はさらに、リターンビーム又は信号114の反射成分であるビーム又は信号116を受信する。信号116は、リターンビーム又は信号108を汚染する。同様に、受信器102はさらに、リターン信号108の反射成分であるビーム又は信号110を受信する。信号110は、リターン信号114を汚染する。リターン信号108及び114のこの相互汚染は、クロス送信ビーム干渉と呼ばれて、超音波画像のコントラスト分解能を低下させる。
リターン信号108及び110から汚染信号114及び116をそれぞれ除去するために、２係数有限画像応答（FIR）が、以下で示される式A及びBに従って、リターン信号108, 110, 114, 116の各々に適用される。
式A: ((B3 + N1) + (B4 + (-N2))) / 2 = ((B3 + B4) / 2) + ((N1 - N2) / 2) = B3及びB4の平均
式B: ((B1 + N3) - (((-B2) + N4)) / 2 = ((B1 - -B2) / 2) - ((N3 - N4) / 2) = B1及びB2の平均
ここで、B1, B2, B3, B4は送信ビーム、N1, N2, N3, N4はノードである。
図1に示されるような単純な実施の形態において、送信ビームあたり２つの受信ビーム又は信号を仮定することができ、送信ビームシーケンスが視野全体に生ずるので、受信ビームが重なり合うことをさらに仮定することができる。以下の簡単な表は、単純な実施の形態のシーケンスを示す。
Figure 2010514322
図2Aはこの単純な表に対応し、本発明の単純な実施の形態を示す。図2Aは、送信ビーム150, 160に対応する実線の下向き矢印及び受信ビーム位置165, 168に対応する点線の上向き矢印を示す。左側の送信イベント150では極性が切り替わり、一方、右側の送信イベント160では同じ極性を維持することが仮定される。
そして、この単純な実施の形態において、（上の実施例の表に対応して）奇数度の値においてのみ往復（round trip）再構成ビームがある。「良好な」即ち汚染されていないエネルギーの強めあう干渉のみに注目して以下の式を生成する。
RT-43 = (+R-43X-44 - - R-43X-42) /2
RT-41 = (-R-41X-42 - + R-41X-40) /2
RT-39 = (+R-39X-40 - - R-39X-38) /2
RT-43は、-43°における往復ビーム位置である。
R-43X-44は、-44°での送信ビームに関する-43°での受信ビームである。
そして、同時に送信ビーム"B"に関連する往復について解いて、
RT1 =（+R1X0 + + R1X2）/2
RT3 =（+R3X2 + + R3X4）/2
RT5 =（+R5X4 + + R5X6）/2
なお、RT-43に関連する所望のエネルギーは、一送信ビームおきに極性が切り替わる（+, -, +, -）送信を持つ。それゆえに、「マイナス」符号がその式の中にある。逆に、RT1のためのエネルギーをコヒーレントに加算するための符号は、常に同じ極性である送信ビームと関連している。それゆえに、コヒーレントな和は、受信ビームが「合計される」ことが必要である。
負の度数の往復ビーム（例えばRT-43）が正の度数の送信イベントからの「悪い」即ち汚染されたエネルギーの影響をも受けやすい（逆もまた同様）ので、上記の式は実際に発生するものの過度の単純化である。以下の式は、「悪い」エネルギーの影響を含む。
RT-43 = {(+R-43X-44 + BADR-43X1) - (-R-43X-42 + BADR-43X3)} /2
この式中の項を整理し直して以下の式が得られる。
RT-43 = {(+R-43X-44 + R-43X1) + (BADR-43X1 - BADR-43X3)} /2
この式の前半の所望の良好なエネルギーはコヒーレントに加算され、一方、式の後半からの「悪い」エネルギーは適切に破壊される。これは、他の「負の」角度に対しても容易に分かる。
上記の式で示される技術は、以下で示されるように、正の往復角度に対しても有効である。
RT1 = {(+R1X0 + BADR1X-44) + (+R1X2 - BADR1X-42)} /2
この式中の項を整理し直して以下の式が得られる。
RT1 = {(+R1X0 + R1X2) + (BADR1X-44 - BADR1X-42)} /2
同様に、対向する送信ビームからの悪いエネルギーが適切に相殺されることが分かる。
より進んだ好ましい実施の形態において、各々の送信イベントに対して数多くの受信ビームがあり、単純な正/負極性の場合では、受信ビームのスパンは、50パーセントで互いに重なり合う。図2Bは、送信ビームあたり４つの受信ビームを示し、受信ビームのスパンは50パーセントで互いに重なり合う。図2Bにおいて、図2Aのように、実線の下向き矢印は送信ビーム210, 220に対応し、点線の上向き矢印は受信ビーム位置230, 240に対応する。前記の単純な実施の形態と同様に、左側の送信イベント210では極性が切り替わり、右側の送信イベント240では同じ極性が維持されることが仮定される。
図2Bに図示された実施例において、正しいラウンドビーム位置を「補間する」ことが、1/4, 3/4のような係数の使用を必要とし、これは「良好な」エネルギーの正しい配置をもたらすものの、「悪い」エネルギーが6dB（1/2）軽減されるだけであるので、クロスビーム除去率は減少する。
好ましい実施の形態において、送信ビームあたり８つ又はより多くの受信ビームがあり、オーバラップは75パーセント以上である。これは図2Cに示される。円で囲まれた領域250, 260は、４つの異なる送信イベント212に対応する同じ角度の受信ビームから往復ビームがどのように再構成されるのかを示す。往復ビームがそれと関連した４つの異なる係数（すなわち４タップ補間フィルタ）を持つので、他の送信ビームからの「悪い」エネルギーを抑制する能力は改善される。グループ250の受信ビームをどのように組み合わせるのかを定める式は以下の通りである。
RT250 = a*X1R7 - b*X2R5 + c*X3R3 - d*X4R1
性能を改善して所望の結果を達成するはずである係数に関するいくつかの制約が存在する。
制約#1：係数の和は1に等しくなければならない。
a + b + c + d = 1
これにより、複数の受信ビームの平均エネルギーが１の利得を持つ。
制約#2：係数は、X2及びX3送信ビーム間の位置に補間しなければならず、具体的には、（図2Cに図示されるように）X2により近く位置しなければならない。これを式で記述すると、
1*a + 2*b + 3*c + 4*d = 2.25
となる。なお、1,2,3,4は送信ビームX1, X2, X3及びX4の空間的位置に対応し、値2.25は補間された出力の所望の位置に対応する。
制約#3：係数は、図2C中のグループ260の極性が切り替えられていない送信ビームからのエネルギーを相殺することを必要とする。これは、係数の極性を切り替えて、それらの和がゼロになるようにすることによって達成されることができる。
a - b + c - d = 0
上記の制約を満たす一つの解は、
a = 0.025
b = 0.60
c = 0.475
d = -0.10
である。
（グループ250の右側の）255によって定められる受信ラインのグループに対して、係数は交換されることができ、
RT255 = d*X1R7 - c*X2R5 + b*X3R3 - a*X4R1
となる。
なお、係数の交換は制約#2を変更し、結果として生じる出力ビームは"2.75"に補間する（依然としてX2とX3との間だが、今度はX3により近い）。
同様に、これらの係数は、グループ260及び（260の右側の）265に適用されることができる。
RT260 = a*X101R7 + b*X102R5 + c*X103R3 + d*X104R1
RT265 = d*X101R7 + c*X102R5 + b*X103R3 + a*X104R1
係数の符号の相違に注意されたい。
当業者にとって明らかであるように、RT250、RT255、RT260及びRT265によって定められる往復ビームは、正確に配置されて、送信ビームの「他の」グループからの漏れエネルギーを退ける。
本発明の更なる実施の形態は、本明細書に参照として組み込まれる米国仮特許出願番号第60/747,148号（発明の名称"ULTRASONIC SYNTHETIC TRANSMIT FOCUSING WITH A MULTILINE BEAMFORMER"）と関連したその使用である。この場合には、RT260往復ビームを以下のように記述することができる。
RT260(t) = a*X1R7(t-d1) + b*X2R5(t-d2) + c*X3R3(t-d3) + d*X4R1(t-d4)
この式において、"t"は超音波エコーが体内の増加する深さから届く時間を指し、遅延d1, d2, d3, d4は、上記の仮特許出願で定められるように、送信ビームを過去にさかのぼってビーム形成するように計算される。制約#3（a-b+c-d=0）を上記のRT260(t)式に適用することによって、改善された送信フォーカシングの利益及び望ましくない送信ビームからのエネルギーの軽減を達成することができる。
図3を参照すると、一実施例における、送信の角度302, 304及び送信された信号の極性306, 308を含む超音波送信イベント301（送信される信号のインスタンス）の表が示される。送信器204に対して、送信の角度302は-45°から-1°まで+2°ずつインクリメントし、送信される信号の極性304は正のまま（同相）である。送信器202に対して、送信の角度306は+1°から+45°まで2°ずつインクリメントし、一つおきの信号送信が前の信号送信と180度位相を異にするように、送信される信号の極性308は、正から負へと切り替わる（180°位相がずれる）。
図3及び4を参照して、先に述べた方法は、各々の送信器202及び204で連続した送信ビームの各々のペアに対して繰り返される。例えば、送受信器202は+１°の角度でビーム206aを送信し、同時に送信器204は、-45°の角度でビーム212aを送信する（ステップ402）。受信器220はリターン信号208a及び反射された信号216aを受信し、受信器222はリターン信号214a及び反射された信号210aを受信する（ステップ404）。送信器202は次に、+3°の角度でビーム206bを送信し、同時に送信器204は、-43°の角度でビーム212bを送信する（ステップ406）。受信器220はリターン信号208b及び反射された信号216bを受信し、受信器222はリターン信号214b及び反射された信号210bを受信する（ステップ408）。データ処理ユニット（例えばコンピュータ）は、リターン信号208a及び208b並びにリターン信号214a及び214bの平均を決定するために、信号の平均値算出アルゴリズムを実行する（ステップ410）。
次に、送信器202は+5°の角度で第３のビームを送信し、同時に送信器204は-41°の角度で第３のビームを送信する（ステップ412）。受信器220は第３のリターン信号及び第３の反射された信号を受信し、受信器222も第３のリターン信号及び第３の反射された信号を受信する（ステップ414）。データ処理ユニットは、リターン信号208b及び第３のリターン信号の平均と、リターン信号214b及び他の第３のリターン信号の平均を決定するために、再び信号の平均値算出アルゴリズムを実行する（ステップ412）。所望の組織領域（図示せず）がスキャンされるまで、このステップのシーケンスが繰り返される。
上述の実施の形態はすべて２つの同時送信ビームを伴い、ビームの一つのシーケンスは通常の極性を維持し、送信ビームの第２のセットは極性が切り替わる。本発明の態様は２つを超える送信ビームをサポートし、任意の所与の送信ビームシーケンスに対して、全ての他の送信からのエネルギーが軽減される。以下の例は、同時である４つのビームシーケンスを示す。４つの同時送信ビーム510は、図5Aに図示するように、２次元画像をスキャンするために同一平面上にあることができ、あるいは、図5Bに図示するように、ボリュームをスキャンするために、同一平面になくてもよい（520）。非平面送信ビームを送信するために、図5に示されるように、素子の２次元マトリックス変換子530が用いられる。なお、以下の例は、平面と非平面の両方の場合に適用される。悪いエネルギーの排除は時間領域で行われ、空間中のどこにクロス汚染送信ビームが位置するかは問題ではない。
一実施例において、Xa、Xb、Xc及びXdと呼ばれる４つのビームシーケンスがあると仮定する。各々のビームは、スキャンされる領域の異なる部分をカバーする。さらに、各々のビームは４つの異なる送信波形で進む。
図6Aに示されるXaでは、送信波形は同じである。これらは以下のように表現されることができる。
Xa(t,n=1) = cos(2*pi*f*t) * w(t)
Xa(t,n=2) = cos(2*pi*f*t) * w(t)
Xa(t,n=3) = cos(2*pi*f*t) * w(t)
Xa(t,n=4) = cos(2*pi*f*t) * w(t)
なお、"t"は時間を指し、"n"は送信イベントを指し、"f"は名目上の送信周波数（例えば5.0MHz）を指し、そして"w(t)"は時間ウィンドウ処理関数を指す。図6a、6b、6c及び6dの実施例に対して、w(t)は、-0.4から+0.4 usecの間だけオン（= 1）である矩形のウィンドウ処理関数であることができる。5MHzにおいて、これは、４サイクルのみを持つ送信波形をもたらす。w(t)は全ての送信シーケンス（Xa、Xb、Xc及びXd）に対して同じであることが仮定される。さらに、この４つの波形シーケンスは繰り返され、第５の波形は波形#1を用いることが仮定される（Xa(t,n=5) = Xa(t,n=1)）。
また、図6Bに示されるXbのために、送信波形は、一送信おきに極性が切り替わる前述の方法を用いる。これは以下のように表現されることができる。
Xb(t,n=1) = + cos(2*pi*f*t) * w(t)
Xb(t,n=2) = - cos(2*pi*f*t) * w(t)
Xb(t,n=3) = + cos(2*pi*f*t) * w(t)
Xb(t,n=4) = - cos(2*pi*f*t) * w(t)
しかしながら、Xc（及びXd）では、一意的に区別されることができるさらに別のシーケンスを必要とする。この場合には、送信波形の位相を進める（又は遅らせる）ことができる。位相を進める項を用いるXcは、図6Cに示すように、以下のように表現されることができる。
Xc(t, n=1) = + cos(2*pi*f*t) * w(t)
Xc(t, n=2) = + sin(2*pi*f*t) * w(t)
Xc(t, n=3) = - cos(2*pi*f*t) * w(t)
Xc(t, n=4) = - sin(2*pi*f*t) * w(t)
そして、位相を遅らせる項を用いるXdでは、図6Dで分かるように、式は、
Xd(t, n=1) = + cos(2*pi*f*t) * w(t)
Xd(t, n=2) = - sin(2*pi*f*t) * w(t)
Xd(t, n=3) = - cos(2*pi*f*t) * w(t)
Xd(t, n=4) = + sin(2*pi*f*t) * w(t)
となる。
この特定の実施の形態を説明するために、４つの送信ビームシーケンスの各々は、図7に示されているように、送信あたり４つのビームを同時に受信する。以下の式は、送信Xaに対する受信ラインの囲まれたグループ700に対応する。
RTXA@2.5 = a*XA1R4 + b*XA2R3 + c*XA3R2 + d*XA4R1
先の実施の形態より多くの同時発生の送信ビームがあるので、a,b,c,d係数の選択に関するいくつかの追加の制約がある。
制約1：a + b + c + d = 1 Xaからのコヒーレントエネルギーの合計
制約2：a - b + c - d = 0 Xbからのエネルギーの排除
制約3：a +jb - c -jd = 0 Xcからのエネルギーの排除
制約4：a -jb - c + jd = 0 Xdからのエネルギーの排除
なお、"j"は虚数（sqrt（-1））を指し、送信Xc及びXdと関する90°の位相シフトに対応する。
a,b,c,dについて解くと、非常にシンプルな結果、
a = b = c = d = 0.25
が得られる。
当業者にとって、他の送信Xb, Xc及びXdのための係数の同様のセットを見つけ出すのは簡単なことである。
図5Bは、同時に４つの送信ビームを用いてボリュームをスキャンするための２次元マトリックス変換子530の使用を示す。マトリクス変換子に関して、改善された画像品質及び感度のために、完全にサンプリングされる開口（素子の全てが電気的に活性）を用いることが望ましい。これは、わずかな割合の素子のみを接続するまばらなアレイと比較される。完全にサンプリングされるアレイは、マトリクス変換子のハウジング中に設置されるマイクロビーム形成器を用いることにより達成されることができる。参照として本明細書に組み込まれる米国特許5,997,479及び6,126,602を参照されたい。各々のマイクロビーム形成器は、（パッチと呼ばれる）素子の小規模のサブセットを適切にビーム形成する。現在当業者に知られているように、マイクロビーム形成器の使用は、同時送信ビーム及び本発明に適合しない。これは、素子の各々のパッチ又はグループが、送受信の両方で単一のステア角度に制限されるからである。そして、空間的に分けられて同じ場所に位置しない場合がある複数の送信の使用が、本発明に暗に含まれているからである。
それゆえに、同時送信ビームがマイクロビーム形成器を用いたマトリクス変換子と共に用いられることを可能にすることが、本発明のさらに工夫に富んだ態様である。一つの発明の素子は、各々の同時送信ビームに対して一つのマイクロビーム形成電子回路を複製する。例えば、２つのビームが同時に送信される場合、パッチごと（素子のグループごと）に２つのマイクロビーム形成器が存在する。各々のマイクロビーム形成器は、異なる送信波フィールドを生成して、一つのパッチに関連する他のマイクロビーム形成器からの送信波フィールドと合成されて、増幅されて、体内に音波を送信するためにパッチ素子を駆動する（図8Aを参照）。加えて、受信に関して、共用されるパッチ素子は、戻ってくる音波を電気信号に変換し、増幅されて、N個の異なるマイクロビーム形成器に送信される。そして各々のビーム形成器は、送信の間に用いられる方向と関連した方向に戻ってくるパッチエコーを遅延して合計する（図8bを参照）。一般的な場合において、"N個"の同時送信ビームルック方向に対して、"N個"のマイクロビーム形成器を必要とする。
それらは白黒グレイスケール撮像の「基本」モード用に設計されたことが、上述の実施の形態の全てに暗に含まれている。基本モードでは、送信周波数が受信周波数と同じである。超音波診断法の現在の臨床診療において非常に一般的である組織ハーモニックイメージング（Tissue Harmonic Imaging: THI）と呼ばれる他の動作モードがある。THIにおいて、高調波周波数は、送信波形の送信及び伝播の間に生成される。そしてこれらの高調波（多くの場合、第２高調波）は、帯域フィルタを用いて選択的に分離されて受信される。例えば、送信波形は2.5MHzを中心として、受信フィルタは、選択的に所望の第２高調波を受信するために5.0MHzに設定される。
THIにおいて、本発明によって説明されるように同時送信からのクロスビーム汚染を退けるために、受信の際に所望の位相関係が観測されるように送信を制御することを必要とする。例えば、2xマルチビーム送信の実施の形態において、第１のビームシーケンスは共通の受信位相を持ち、一方、第２の送信セットは、一送信おきに180°切り替わった受信信号の極性を持つことが望ましい。受信高調波に関してこの180°切り換えを達成するために、このシーケンスの送信は、0°と90°との間で切り替えることを必要とする。言い換えると、送信シーケンスは、ウィンドウ化された余弦バーストとウィンドウ化された正弦バーストを切り換える。4xマルチビーム送信の実施の形態において、それぞれの送信シーケンスは、（第２高調波に対して）受信の際に所望の90°シフトを達成するために、45°だけ進んでいる（又は遅れている）ことを必要とする。
当業者に知られているように、送信位相シフトは、受信の際に観測される所望の位相シフトの約1/Hである（"H"は受信高調波）。また、この位相関係は必ずしも正確ではなくて、実験的な測定に基づいて微細に調整されることを必要とする場合があることが当業者に知られている。
好ましい実施の形態において、データ処理ユニットは、FPGA（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はASIC（特定用途向けIC）であることができる。処理は、DSP（デジタル信号処理ユニット）又は他の計算ユニットを用いて実行されることができる。好ましい実施の形態において、２つの送受信器が、0°と180°の位相の間で切り替わる送信ビームの１つと共に用いられる。他の実施の形態において、３つ以上の超音波送信器が用いられ、送信ビームは0°, 90°, 180°及び270°の位相で送信される。さらに別の実施の形態において、一つのビームは常に同相（0°）であり、一つのビームは+90の増分で進み、一つのビームは-90の増分で進み、そして一つのビームは0°と180°との間で切り替わる。
本発明の精神と範囲から逸脱することなく、当業者は、本明細書において説明されるもののバリエーション、変更及び他の実施態様を思いつくことができる。したがって、本発明は、上記の解説となる記載によってのみ定められるわけではない。

Claims (21)

  1. マルチビームシステムにおいて超音波送信ビームを分離してクロス送信ビーム干渉を低減するための方法であって、
    少なくとも２つの複数の超音波ビームを独立の空間的位置に同時に送信することによって第１の送信イベントを実行し、送信された前記少なくとも２つの超音波ビームの各々がエコーリターンを生成し、
    期間にわたって送信イベントのシーケンスを生成し、
    各々の送信イベントにおいて送信される前記少なくとも２つの超音波ビームの各々に位相係数を適用し、
    各々の連続する送信イベントにおいて、各々の送信される超音波ビームに対する固有の量で前記位相係数を変調させ、所望の送信された超音波ビームからのエネルギーを建設的に加算し、残りの送信された超音波ビームからのエネルギーを破壊的に妨げることによって、２つ以上の送信イベントからの前記エコーリターンが合成される方法。
  2. 送信される超音波ビームの数が、送信イベントごとに２つの送信される超音波ビームに等しく、前記位相係数が、前記送信される超音波ビームの一方に対して｛+1 +1 +1 ...｝であり、他方の前記送信される超音波ビームに対して｛+1 -1 +1 -1 ...｝である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記独立の空間的位置が、フェーズドアレイセクタ及び曲面線形アレイ変換子の一つに関連した度数で定められる、請求項１に記載の方法。
  4. 前記独立の空間的位置が、線形変換子に関連する横方向距離においてオフセットされている、請求項１に記載の方法。
  5. 前記独立の空間的位置が、異なる送信焦点深度に対応する、請求項１に記載の方法。
  6. 前記連続する送信イベントが２次元画像及び３次元ボリュームのうちの一つを順次スキャンする、請求項１に記載の方法。
  7. 前記少なくとも２つの送信される超音波ビームが、加算ノードにおける受信ビーム形成の後に分離される、請求項１に記載の方法。
  8. 前記少なくとも２つの送信される超音波ビームの各々に対して一つ以上の受信ビームを生成するために受信ビーム形成の間に並列処理をさらに用いる請求項７に記載の方法。
  9. 前記受信ビームの各々が、連続する送信イベントからのエネルギーを合成するために用いられる固有の係数セットを持ち、所望の送信された超音波ビームからのエネルギーは建設的に加算され、他の不要な送信された超音波ビームからのエネルギーは破壊的に妨げられる、請求項８に記載の方法。
  10. マルチビームシステムが、マイクロビーム形成電子回路を利用する超音波変換子を含む、請求項１に記載の方法。
  11. 前記マイクロビーム形成電子回路が、少なくとも一つのパッチをビーム形成し、各々のパッチに対するグループ内プロセッサが、N個の空間的に独立の送信された超音波ビームの各々に対してN回複製される、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記位相係数変調が、送信及び受信の少なくとも一方において時間遅延を用いて概算されることができる、請求項１に記載の方法。
  13. 前記位相係数が、組織ハーモニックイメージングを用いて変調される、請求項１に記載の方法。
  14. 前記組織ハーモニックイメージングが、少なくとも２つの高調波成分を有し、送信ビームに適用される位相係数変調量が本質的に等分され、受信の間に2xRFにおいて観測される位相係数が、前記少なくとも２つの高調波のうちの第２高調波に関連する非線形波伝播を通して有効に倍になる、請求項１３に記載の方法。
  15. 送信された波形のM番目の高調波成分に対して、送信ビームに適用される位相係数変調量が本質的に等分され、受信の間にM番目の受信高調波M x Fxmitにおいて観測される位相係数は、組織ハーモニックイメージングの第２高調波に関連する非線形波伝播を通して有効に倍になる、請求項１３に記載の方法。
  16. 超音波撮像における高速なフレームレートを可能にする方法であって、
    一つ以上のマイクロビーム形成器を持つマトリックスアレイ超音波変換子を用いて複数の超音波ビームを同時に送信し、前記マトリックス変換子は、ビーム形成のいくつかの態様を実行するために変換子のハウジング中に電子回路を含む超音波素子の２次元アレイを有し、前記変換子のハウジング中の前記電子回路が、独立の空間的位置においてビーム形成される独立した別々の同時に送信された超音波ビームをサポートする方法。
  17. 期間にわたる送信イベントのシーケンスを生成し、各々の送信イベントが独立の空間的位置で複数の超音波ビームを同時に送信することを含み、送信された前記超音波ビームの各々がエコーリターンを生成し、
    各々の送信イベントにおいて前記送信される超音波ビームの各々に位相係数を適用し、
    各々の連続する送信イベントにおいて、各々の送信される超音波ビームに対する固有の量で前記位相係数を変調し、２つ以上の送信イベントからの前記エコーリターンが、所望の送信された超音波ビームからのエネルギーを建設的に加算し、残りの送信された超音波ビームからのエネルギーを破壊的に妨げることによって合成される、請求項１６に記載の方法。
  18. 同時にビームを送信した少なくとも２つのマイクロビーム形成器がパッチを構成する請求項１６に記載の方法。
  19. 各々のマイクロビーム形成器が異なる送信波フィールドを生成し、パッチ中の前記マイクロビーム形成器の前記異なる送信波フィールドが合成可能である、請求項１６に記載の方法。
  20. 各々のパッチのためのグループ内プロセッサが、空間的に独立の送信される超音波ビームの各々に対してN回複製される、請求項１６に記載の方法。
  21. 位相係数変調が、送信及び受信の少なくとも一方において時間遅延を用いて概算されることができる、請求項１６に記載の方法。
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