JP4282303B2 - 超音波画像形成におけるブロックスイッチング - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療装置の分野に関し、より詳細には、超音波画像形成の分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波画像形成は、広い範囲の材料を検査するために使用される一般的な方法である。この方法は、その比較的に高い非侵入的な特性、低コスト及び高速な応答時間のために、医療において特に一般的である。典型的に、超音波画像形成は、送信段階において超音波の音波を発生して究明中の材料に照射し、受信段階において異質の材料の境界で発生される反射を観察することにより達成される。
【０００３】
たとえば、反射は、患者の組織の間の境界で発生される。この反射は、受信装置により電気信号に変換され、当該技術分野では公知であるビーム成形技法を使用して処理され、エコー源の位置が特定される。結果として生じるデータは、モニタのような表示装置を使用して表示される。
【０００４】
典型的に、究明中の材料に送信される超音波信号は、連続波又はパルスの電気信号をトランスデューサに印加することにより発生される。送信される超音波信号は、一般的に１ＭＨｚから１５ＭＨｚの範囲である。超音波は、究明中の材料を通して伝播し、隣接する組織レイヤ間の境界のような構造から反射される。超音波が伝播されるとき、超音波エネルギーは散乱、反響、減衰、反射又は透過される。
【０００５】
反射された信号の一部は、トランスデューサに戻り、エコーとして検出される。検出するトランスデューサは、エコー信号を電気信号に変換し、該電気信号をビームフォーマに供給する。ビームフォーマは、ライン（ビーム）に沿ったエコー源の位置を計算して、簡単なフィルタを典型的に含んでいる。
【０００６】
ビーム成形の後、イメージスキャンコンバータは、幾つかのビームから得られた計算された位置情報を使用して、画像として提供することができる２次元データを発生する。従来技術のシステムでは、画像情報のレート（フレームレート）は、少なくともパルスの往復時間により制限される。このパルス往復時間は、超音波の関心のある媒体への送信と最後に反射された信号の検出との間の時間である。
【０００７】
超音波パルスは、究明中の材料を通して伝播するので、追加の高調波周波数成分が生成される。これらの追加の高調波の周波数成分が発生される。これら追加の高調波の周波数成分は、伝播し続け、順次反射、又は究明中の材料における他の構造と相互作用する。基本調波及び高調波の両者が検出される。高調波信号の分析は、境界の可視化、及び特定の高調波周波数で超音波を再照射するために設計される画像コントラスト物質と一般に関連する。
【０００８】
図１は、参照符号１００で一般に示される、従来の超音波システムを示している。超音波システム１００は、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈ、下地の材料１２０、及びマッチングレイヤ１３０からの素子アレイ１０５を含んでいる。下地の材料１２０は、素子アレイ１０５を支持し、下地の材料１２０に向けて伝播する任意の超音波エネルギーを減衰するために設計される。
【０００９】
マッチングレイヤ１３０は、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈからの超音波エネルギーを関心のある材料（図示せず）に伝送する。トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈは、送信／受信スイッチ１４０を介して、導体１１５及び１１７によりビームトランスミッタ１５０に個々に電気的に結合される。現在の技術では、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈは、典型的に圧電結晶素子である。送信／受信スイッチ１４０は、マルチプレクサ１４５を典型的に含んでおり、導体１１７の数を導体１１５の数よりも少なくすることができる。
【００１０】
送信段階では、ビームトランスミッタ１５０は、送信／受信スイッチ１４０を通して結合され、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈに印加され、超音波パルス１６０に変換される電気パルスを発生する。超音波パルス１６０は、関心のある材料を探査する超音波ビーム１７０を成形する。超音波ビーム１７０は、超音波分析の空間解像度を改善するために集束される。
【００１１】
図２Ａ及び図２Ｂは、従来技術の集束方法を示している。ここでは、素子アレイ１０５は、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈに印加される電気パルス２１０のタイミングを変化することにより、超音波ビーム１７０を集束するために使用されるフェーズドアレイである。電気パルス２１０は、異なる遅延時間を有するものであり、ビームトランスミッタ１５０で発生される。
【００１２】
電気パルス２１０がトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈにより超音波パルス１６０に変換されるとき、焦点２３０に向けられる超音波ビーム１７０が成形される。図２Ａ及び図２Ｂは、２つの一連の電気パルス２１０を示しており、それぞれは異なる遅延時間のセットを有しており、異なる焦点２３０が得られる。同様にして、アレイ１０５の位相差励起は、特定の方向に超音波ビーム１７０を向ける（操縦する）ために使用される。
【００１３】
超音波システム１００は、異なる経路を通して一連の超音波ビーム１７０を送出し、それぞれ個々の超音波ビーム１７０の幅よりも大きな断面領域を有する画像を形成する。複数のビームは、走査又は操縦プロセスにおいて超音波システム１００から向けられる。
【００１４】
超音波走査は、それぞれ個々の超音波ビーム１７０よりも大きな領域を画像形成するために、２つ以上の固有の超音波ビームを送信することを含んでいる。それぞれの送信段階の間で、エコーが検出される間に受信段階が行われる。超音波走査に含まれるそれぞれの超音波ビーム１７０は、少なくとも１つの送信／受信サイクルを必要とするので、走査プロセスは、パルスの往復時間の数倍を必要とする。
【００１５】
選択的に、超音波ビーム１７０は、別の超音波ビーム１７０が発生される前に、幾つかの送信／受信サイクルで送信される。走査プロセスの間に、超音波トランスデューサ１１０Ａ〜１１０Ｈが究明中の材料とは相対的に移動する場合、望まないアーチファクトが生じる可能性がある。
【００１６】
図３Ａ〜図３Ｅは、参照符号１１０Ａ〜１１０Ｈで示される８つのトランスデューサ素子からなるトランスデューサアレイ３１０における、従来技術による走査プロセスを示している。電気パルスは、８つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈからなるサブセット３２０Ａ〜３２０Ｅに印加される。たとえば、図３Ａは、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｄを含むサブセット３２０Ａにより成形される超音波ビーム１７０Ａを示している。
【００１７】
走査プロセスにおける次のステップは、図３Ｂに示されるようにトランスデューサ素子１１０Ｂ〜１１０Ｅを含むサブセット３２０Ｂにより成形される超音波ビーム１７０Ｂを含んでいる。サブセット３２０Ｂは、サブセット３２０Ａに見られる殆どの（７５パーセント）のトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈを含んでいる。
【００１８】
サブセット３２０Ａとサブセット３２０Ｂは、２つのトランスデューサ素子だけ異なり、差異は、一方を包含し、他方を除くことを含んでいる。図示される例では、超音波ビーム１７０Ｂの中央は、焦点２３０を通過し、１つのトランスデューサ素子１１０に等しい距離だけ超音波ビーム１７０Ａから離される。
【００１９】
図３Ｃ〜図３Ｅにより例示されるように、処理は継続され、それぞれの超音波ビーム１７０Ｃ〜１７０Ｅを発生するために使用されるそれぞれのサブセット３２０Ｃ〜３２０Ｅは、前の超音波ビーム１７０Ｂ〜１７０Ｄを発生するために使用されるサブセット３２０Ｂ〜３２０Ｄと相対的に１つのトランスデューサ素子１１０だけ離される。
【００２０】
それぞれの超音波ビーム１７０の送信の間で生じる受信位相において検出されたエコーは、ビームのエコーデータを発生するために使用される。ビームのエコーデータの分析は結合され、画像を形成するために変換される走査及び走査プロセスは、複数の画像を生成するために繰り返される。
【００２１】
超音波ビーム１７０Ａ〜１７０Ｅを生成するために使用されるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈのサブセット３２０Ａ〜３２０Ｅは、スイッチ及びマルチプレクサ１４５からなるアレイを使用して選択される。これらのスイッチは、送信／受信スイッチ１４０に位置される。
【００２２】
図４Ａ〜図４Ｅは、５つの連続する超音波ビーム１７０Ａ〜１７０Ｅを発生するために使用されるスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｈの状態に関する従来技術の例を示している。それぞれのスイッチ４１０の状態は、どのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈがビームトランスミッタ１５０に接合され、したがって励起されるかを判定する。
【００２３】
たとえば、図４Ａでは、最初の４つのスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄが閉じられ、第２の４つのスイッチ４１０Ｅ〜４１０Ｈが開かれる。この状態により、図３Ａにおけるように、最初の４つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｃの励起により発生されるビーム１７０Ａとなる。
【００２４】
図４Ｂでは、最初のスイッチ４１０Ａが開かれ、次の４つのスイッチ４１０Ｂ〜４１０Ｄが閉じられ、最後の３つのスイッチ４１０Ｅ〜４１０Ｈが開かれる。図３Ｂに例示されるように、位置を設定するスイッチ４１０において、この切換えは、結果として生じる超音波ビーム１７０Ｂの中央の位置を設定し、その距離は、前の超音波ビーム１７０Ａの中央から、１つのトランスデューサ素子１１０の幅に近似的に等しい。
【００２５】
図４Ｃでは、最初の２つのスイッチ４１０Ａ及び４１０Ｂは開いており、次の４つのスイッチ４１０Ｃ〜４１０Ｆが閉じており、最後の２つのスイッチ４１０Ｇ及び４１０Ｈが開いている。このスイッチ４１０の設定は、図３Ｃに例示されるように、超音波ビーム１７０Ｂから１つのトランスデューサ素子１１０だけ離された超音波ビーム１７０Ｃとなる。図４Ｄ及び図４Ｅは、図３Ｄ及び図３Ｅにそれぞれ示される超音波ビーム１７０Ｄ及び１７０Ｅを発生するために使用されるスイッチ４１０の設定を示している。
【００２６】
従来のシステムには、電気的に制御されるスイッチ４１０及びマルチプレクサ１４５を使用して、超音波ビーム１７０を発生するために使用されるトランスデューサ素子１１０Ａ及び１１０Ｈからなるサブセット３２０を選択するものがある。制御手段にも関わらず、走査プロセスの間、超音波ビーム１７０を発生するために使用されるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈのサブセット３２０は、１つのトランスデューサ素子１１０の包含及び排除により異なる。
【００２７】
トランスデューサ素子１１０からなる大きなアレイに対する走査のために必要とされる時間は、超音波画像を形成するために必要とされる時間において重要な要素である。アレイは、たとえば、６４、１２８或いはそれ以上といった多数のトランスデューサ素子１００を選択的に含む。多数のトランスデューサ素子１００がアレイを制御するために使用されるとき、送信／受信スイッチ１４０は、１つ以上のビームトランスミッタ１５０の出力を多数のトランスデューサ素子１１０に結合するマルチプレクサ１４５を含んでいる。
【００２８】
基本トランスデューサ素子３１０のエッジを除いて、ビームトランスミッタ１５０の各出力は、各トランスデューサ素子１１０に結合される。トランスデューサアレイ３１０におけるトランスデューサ素子１１０がビームトランスミッタ１５０の全ての出力により交互に励起されるので、この結合は必要とされる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
たとえば、図３Ａ〜図３Ｅに例示されるように、トランスデューサ素子１１０Ｄは、４つのサブセット３２０Ａ〜３２０Ｄ内の異なる位置に含まれる。それぞれの位置は、ビームトランスミッタ１５０の特定の出力と典型的に関連される。従来技術では、典型的なトランスデューサ素子１１０は、４、８或いはそれ以上の固有な超音波ビーム１７０を発生するために使用される。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される超音波トランスデューサ素子からなるアレイを含んでいる。ビームは、超音波トランスデューサ素子からなるサブセットを使用して発生される。ここでは、サブセットは、２つ以上のトランスデューサ素子のシフトにより異なる。
【００３１】
このブロックスイッチングマルチプレクサによりイネーブルにされる「ブロックスイッチング」は、画像の解像度を低減することなしに、所与の領域の画像を発生することが要求される送信／受信サイクル数を低減する。
本願発明は以下のような態様で実施されうる。
【００３２】
１．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を有するスキャンヘッドと、第１の超音波ビームを発生するために構成される、複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第１のサブセットと、第２の超音波ビームを発生するために構成され、第１のサブセットから２つ以上のトランスデューサ素子だけ離される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第２のサブセットと、第３の超音波ビームを発生するために構成され、第２のサブセットから２つ以上のトランスデューサ素子だけ離される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第３のサブセットと、前記複数の超音波トランスデューサ素子をビームトランスミッタに接続するために構成される送信／受信スイッチとを備えており、前記第２のサブセットは、前記複数の超音波トランスデューサのうち、前記第１のサブセットが動作している時間と前記第２のサブセットが動作している時間の間で動作するサブセットであることを特徴とする。
【００３３】
２．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットにおけるトランスデューサ素子の数の少なくとも５０パーセントだけ、前記第１のサブセットと前記第３のサブセットとの両者から位置的に異なることを特徴とする。
【００３４】
３．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットは、前記第１のサブセットと前記第３のサブセットとの両者に関して離れていることを特徴とする。
【００３５】
４．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットの中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における２つの超音波トランスデューサ素子の幅よりも大きいか、該幅に等しい距離だけ前記第２のサブセットの中央から離れており、前記第２のサブセットの中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における２つの超音波トランスデューサ素子の幅よりも大きいか、又は該幅に等しい距離だけ前記第３のサブセットの中央から離れていることを特徴とする。
【００３６】
６．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットの幅の１３パーセント以下の量だけ、前記第１のサブセットとオーバラップし、前記第３のサブセットとオーバラップすることを特徴とする。
【００３７】
７．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットの幅の３４パーセント以下の量だけ、前記第１のサブセットとオーバラップし、前記第３のサブセットとオーバラップすることを特徴とする。
【００３８】
８．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットの幅の８７パーセント以下の量だけ、第１のサブセットとオーバラップし、前記第３のサブセットとオーバラップすることを特徴とする。
【００３９】
１０．態様１記載の超音波システムで、前記送信／受信スイッチは、前記複数の超音波トランスデューサ素子に結合される出力と、前記ビームトランスミッタに結合される入力を含み、前記入力の数は、前記出力の数のよりも少ないことを特徴とする。
【００４０】
１１．態様１記載の超音波システムで、前記送信／受信スイッチは、前記複数の超音波トランスデューサ素子に結合される出力と、前記ビームトランスミッタに結合される入力とを含み、前記入力の数は、前記出力の数よりも少なく、前記出力のそれぞれは、前記入力のうちの８以下の入力に交互に結合されることを特徴とする。
【００４１】
１２．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して第１のデータを生成し、前記第２のサブセットを使用して第２のデータを生成するために構成されるイメージスキャンコンバータをさらに含み、前記第１のデータと前記第２のデータは、画像を形成するために使用されることを特徴とする。
【００４２】
１３．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して第１のデータを生成し、前記第２のサブセットを使用して第２のデータを生成するために構成されるイメージスキャンコンバータをさらに含み、前記形成された画像は、前記第１のサブセットと前記第２のサブセットに共通する超音波トランスデューサ素子の数に独立であることを特徴とする。
【００４３】
１５．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットに含まれる前記超音波トランスデューサ素子は、リニアアレイに配置されることを特徴とする。
【００４４】
１６．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットに含まれる前記超音波トランスデューサ素子は、曲線アレイに配置されることを特徴とする。
【００４５】
１７．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータと前記第２のサブセットを使用して生成される第２のデータとの間の相互相関を計算するために構成されるコンピュータコードをさらに備えることを特徴とする。
【００４６】
１８．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータのうちの５０パーセント以下のデータと前記第２のサブセットを使用して生成される第２のデータのうちの５０パーセント以下のデータとの間の相互相関を計算するために構成されるコンピュータコードをさらに備えることを特徴とする。
【００４７】
１９．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータの３４パーセント以下のデータと前記第２のサブセットを使用して生成される第２のデータの３４パーセント以下のデータとの間の相互相関を計算するために構成されるコンピュータコードをさらに備えることを特徴とする。
【００４８】
２０．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータと前記第２のサブセットを使用して生成される第２のデータとを比較するために構成されるコンピュータコードをさらに備え、前記比較の結果は、前記第１のデータと前記第２のデータとを使用して生成された画像における空間的なアラインメントを改善するために使用可能であることを特徴とする。
【００４９】
２１．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータのうちの３４パーセント以下のデータを前記第２のサブセットを使用して生成された第２のデータのうちの３４パーセント以下のデータと比較するために構成されるコンピュータコードをさらに備え、前記比較の結果は、前記第１のデータと前記第２のデータの両者を使用して生成される画像の品質を改善するために使用可能であることを特徴とする。
【００５０】
２２．態様１記載の超音波システムで、前記送信／受信スイッチは、ブロックスイッチングのためのスイッチであることを特徴とする。
【００５１】
３０．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を有するスキャンヘッドと、ビームトランスミッタと、前記複数の超音波トランスデューサ素子に結合される出力と、前記ビームトランスミッタに結合される入力とを有する送信／受信スイッチとを備えており、前記入力の数は、前記出力の数よりも少なく、前記出力のそれぞれは、前記入力のうちの８７パーセント以下の入力に交互に結合されることを特徴とする。
【００５２】
３１．態様３０記載の超音波システムで、前記送信／受信スイッチは、前記入力を前記複数の超音波トランスデューサ素子の３つのサブセットに連続的に結合するために構成され、前記３つのサブセットのそれぞれは、２つ以上のトランスデューサ素子の変位だけ、他の２つのサブセットとは異なることを特徴とする。
【００５３】
３２．態様３１記載の超音波システムで、前記３つのサブセットのうちの２つは、離れていることを特徴とする。
【００５４】
３３．態様３１記載の超音波システムで、前記３つのサブセットのそれぞれは、４つのトランスデューサ素子の変位だけ、他の２つのサブセットとは異なることを特徴とする。
【００５５】
３４．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を有するスキャンヘッドと、ビームトランスミッタと、前記複数の超音波トランスデューサ素子に結合される出力と、前記ビームトランスミッタに結合される入力とを有する送信／受信スイッチとを備えており、前記入力の数は、前記出力の数よりも少なく、前記出力のそれぞれは、前記入力のうちの８以下の入力に交互に結合されることを特徴とする。
【００５６】
３６．態様３５記載の超音波システムで、前記送信／受信スイッチは、前記入力を前記複数の超音波トランスデューサ素子の３つのサブセットに連続的に結合され、前記３つのサブセットのそれぞれは、２つ以上のトランスデューサ素子の変位だけ、他の２つのサブセットから異なることを特徴とする。
【００５７】
３７．態様３６記載の超音波システムで、前記３つのサブセットのうちの２つは、離れていることを特徴とする。
【００５８】
４０．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数のトランスデューサ素子を有するスキャンヘッドと、第１の超音波ビームを生成するために構成される、複数のトランスデューサ素子のうちの第１のサブセットと、前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータと、第２の超音波ビームを発生するために構成される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第２のサブセットと、前記第２のサブセットを使用して生成される第２のデータと、第３の超音波ビームを発生するために構成される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第３のサブセットと、前記第３のサブセットを使用して生成される第３のデータと、前記第１のデータ、第２のデータ及び第３のデータを使用して画像を生成するために構成されるイメージスキャンコンバータと、前記画像は、前記第１のサブセットと前記第２のサブセットに共通の超音波トランスデューサ素子の数に独立であって、前記第２のサブセットと前記第３のサブセットに共通の超音波トランスデューサ素子の数に独立な解像度を有し、前記第２のサブセットは、前記第１のサブセットが動作している時間と前記第３のサブセットが動作している時間の間で動作するサブセットであることを特徴とする。
【００５９】
４１．態様４０記載の超音波システムで、前記第２のサブセットに含まれる前記超音波トランスデューサ素子は、フェーズドアレイに配置されることを特徴とする。
【００６０】
４２．態様４０記載の超音波システムで、前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットの幅の８７パーセント以下の量だけ、前記第１のサブセットとオーバラップし、前記第３のサブセットとオーバラップすることを特徴とする。
【００６１】
４３．態様４０記載の超音波システムで、前記第１のサブセットの中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における２つの超音波トランスデューサ素子の幅より長い距離、又は該幅に等しい距離だけ前記第２のサブセットの中央から離れており、前記第２のサブセットの中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における２つの超音波トランスデューサ素子の幅より長い距離、又は該幅に等しい距離だけ前記第３のサブセットの中央から離れていることを特徴とする。
【００６２】
４５．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を含むスキャンヘッドと、第１の超音波ビームを発生するために構成される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第１のサブセットと、前記第１の超音波ビームが発生された後に、第２の超音波ビームを発生するために構成される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第２のサブセットと、前記複数の超音波トランスデューサ素子をビームトランスミッタに結合するために構成されるマルチプレクサと、ブロックスイッチングを使用して前記第１の超音波ビームと前記第２の超音波ビームを含む超音波の走査を実行するために構成されるコンピュータコードと、を備えることを特徴とする。
【００６３】
４６．態様４５記載の超音波システムで、前記マルチプレクサは、前記複数の超音波トランスデューサ素子の中から前記第２のサブセットを選択するためにさらに構成されることを特徴とする。
【００６４】
４７．態様４５記載の超音波システムで、前記超音波ビームを使用して画像が生成され、前記画像の解像度は、前記第１のサブセットと前記第２のサブセットの共通のトランスデューサ素子の数に依存しないことを特徴とする。
【００６５】
４８．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を有するスキャンヘッドと、第１の超音波ビームを発生するために構成される、複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第１のサブセットと、第２の超音波ビームを発生するために構成され、２つ以上のトランスデューサ素子の追加及び２つ以上のトランスデューサ素子の除去により前記第１のサブセットとは異なる、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第２のサブセットと、第３の超音波ビームを発生するために構成され、２つ以上のトランスデューサ素子の追加及び２つ以上のトランスデューサ素子の除去により前記第１のサブセット及び前記第２のサブセットの両者とは異なる、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第３のサブセットと、前記第２のサブセットは、前記第１のサブセットが動作する時間と前記第２のサブセットが動作する時間との間で走査するサブセットであることを特徴とする。
【００６６】
５１．態様５０記載の超音波システムで、前記複数の超音波トランスデューサ素子は、２次元アレイに配置されることを特徴とする。
【００６７】
５２．態様５０記載の超音波システムで、前記複数の超音波トランスデューサ素子は、ＥＶアレイに配置されることを特徴とする。
【００６８】
５２．１ 態様５０記載の超音波システムで、前記複数の超音波トランスデューサ素子は、ＥＣアレイに配置されることを特徴とする。
【００６９】
５３．態様５０記載の超音波システムで、前記第１のサブセットの中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における８つの超音波トランスデューサ素子の幅よりも長い距離、又は該幅に等しい距離だけ前記第２のサブセットの中央から離れており、前記第２のサブセットの中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における８つの超音波トランスデューサ素子の幅よりも長い距離、又は該幅に等しい距離だけ前記第３のサブセットの中央から離れていることを特徴とする。
【００７０】
５４．態様５０記載の超音波システムで、エコーの位置データを生成するために構成されるエリアフォーマをさらに含むことを特徴とする。
【００７１】
５４．１ 態様５０記載の超音波システムで、領域を表す２次元の位置データを生成するための手段をさらに含み、前記領域は、前記第２の超音波ビームによりカバーされることを特徴とする。
【００７２】
５５．画像生成システムは、複数の超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を含むスキャンヘッドと、前記複数の超音波トランスデューサ素子をビームトランスミッタに結合するために構成され、ブロックスイッチング
マルチプレクサを含む送信／受信スイッチと、前記ブロックスイッチング マルチプレクサを制御して、前記複数の超音波トランスデューサ素子のサブセットを選択するために構成されるコンピュータコードと、前記複数の超音波ビームを使用して生成されるデータを使用して、画像を生成するために構成されるイメージスキャンコンバータと、を備えることを特徴とする。
【００７３】
５６．態様５５記載の超音波システムで、前記画像の解像度は、前記複数の超音波ビームのメンバ間でのオーバラップの量に無関係であることを特徴とする。
【００７４】
５７．態様５５記載の超音波システムで、エコーの位置データを生成するために構成されるエリアフォーマをさらに含むことを特徴とする。
【００７５】
５８．態様５５記載の超音波システムで、エコーの位置データを発生するために多次元フォーマをさらに含むことを特徴とする。
【００７６】
５９．態様５５記載の超音波システムで、前記超音波トランスデューサ素子は、２次元アレイに配置されることを特徴とする。
【００７７】
６０．態様５５記載の超音波システムで、前記第２の超音波ビームによりカバーされる領域を表す２次元の位置データを生成するための手段をさらに含むことを特徴とする。
【００７８】
６５．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を有するスキャンヘッドと、第１の超音波ビームを発生するために構成される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第１のサブセットと、第２の超音波ビームを発生するために、前記第２のサブセットにおけるトランスデューサ素子数の少なくとも５０パーセントだけ前記第１のサブセットとは異なる、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第２のサブセットと、第３の超音波ビームを発生するために、前記第２のサブセットにおけるトランスデューサ素子数の少なくとも５０パーセントだけ前記第２のサブセットとは異なる、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第２のサブセットと、前記複数の超音波トランスデューサ素子をビームトランスミッタに結合するために構成される送信／受信スイッチとを備えており、前記第２のサブセットは、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうち、前記第１のサブセットが動作する時間と前記第３のサブセットが動作する時間との間で動作するサブセットであることを特徴とする。
【００７９】
７０．超音波画像形成方法は、３つの連続する超音波ビームを究明中の材料に照射するステップと、前記３つの超音波ビームは、第１の超音波ビームと、第２の超音波ビームの幅の８７パーセント以下だけ前記第１の超音波ビームとオーバラッピングする第２の超音波ビームと、前記第２の超音波ビームの幅の８７パーセント以下だけ前記第２の超音波ビームとオーバラッピングする第３の超音波ビームを含んでおり、前記３つの連続する超音波ビームのそれぞれにより発生されるエコーを検出するステップと、前記検出されたエコーを使用して２次元の位置データを生成するステップと、を備えることを特徴とする。
【００８０】
８０．超音波画像形成方法は、超音波トランスデューサからなるアレイを使用して、複数の超音波ビームを発生するステップと、前記複数の超音波ビームを究明中の材料に照射するステップと、前記照射された超音波ビームにより発生されるエコーを受信するステップと、前記受信されたエコーを使用してデータを生成するステップと、前記生成された受信データを使用して、エコーの位置データを計算するステップと、前記エコーの位置データに応じて、画像を表示するステップとを備えており、１つのトランスデューサ素子よりも大きい領域を画像形成するために使用される生成されたデータは、２つのパルス往復時間以下の時間で生成されることを特徴とする。
【００８１】
【発明の実施の形態】
本発明は、ブロードビーム（broad-beam）技術を使用して、エコー源の位置を判定して画像を形成するものである。検出されたエコーは、エリアフォーミング技法を使用して処理され、画像を生成するために選択的に使用されるデータを生成する。
【００８２】
ブロードビーム技術では、横方向の空間解像度を判定する処理（焦点合わせ）は、検出された信号のデータ処理の間に行われる。したがって、この方法は、トランスデューサ素子１１０の励起のタイミングを通してのみ焦点合わせが達成されるという点で従来技法とは異なる。また、ブロードビーム技術により、１送信／受信サイクルを使用して領域にわたり画像を形成することができる。
【００８３】
ブロードビーム技術により、所定の領域にわたり集束されたビームを次第に走査すること、又は次第に操縦して、２次元画像を生成する必要をなくすることができる。ブロードビーム技術を使用して生成された画像の解像度は、超音波励起パルスが送信／受信サイクルの間で移動されるトランスデューサ素子の距離又は数に依存しない。
【００８４】
図５は、本発明の実施の形態による超音波システム５００を示している。超音波システム５００は、究明中の材料に超音波信号を印加するために使用されるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈからなるトランスデューサアレイ３１０を有するスキャンヘッド５１０を含んでいる。
【００８５】
本発明の各種実施の形態では、トランスデューサアレイ３１０は、リニアアレイ、曲線アレイ、フェーズドアレイ、ＥＶアレイ、ＥＣアレイ等である。スキャンヘッド５１０により生成されるデータは、送信／受信スイッチ５１５を通過し、アリアフォーマ５２０により処理されて、位置情報が生成される。エリアフォーミングが使用されるので、所定の領域が１つのみの超音波ビームによりカバーされているときであっても、所定の領域を表している２次元の一データを生成することができる。
【００８６】
位置情報は、イメージスキャンコンバータ５３０により連続的に使用され、画像として見るために適切なｘ−ｙデータが生成される。また、超音波システム５００は、コンピュータコード５４０を含んでおり、送信／受信スイッチ５１５、ビームトランスミッタ１５０、エリアフォーマ５２０及びイメージスキャンコンバータ５３０を制御するのと同様に、超音波システム５００を管理するために構成される。
【００８７】
送信／受信スイッチ５１５は、マルチプレクサ５１７を選択的に含んでいる。典型的な実施の形態では、マルチプレクサ５１７は、コンピュータコードにより制御されるブロックスイッチングマルチプレクサである。
【００８８】
本発明の１実施の形態では、トランスデューサアレイ３１０のサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅは、連続的に励起される。これにより、サブセット３２０Ｃは、サブセット３２０Ａが動作している時間とサブセット３２０Ｅが動作している時間との間で動作する、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈのうちで唯一のサブセット３２０となる。
【００８９】
連続的に励起されるサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅのそれぞれは、１つのトランスデューサ素子１１０のシフトだけ移動される。したがって、サブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅのそれぞれは、２つ以上のトランスデューサ素子１１０の追加及び２つ以上のトランスデューサ素子１１０の除去だけ異なる。
【００９０】
連続的に励起されるサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅを２つ以上のトランスデューサ素子１１０のシフトだけ移動する方法は、「ブロックスイッチングスイッチ」と呼ばれる。
【００９１】
図６Ａ〜図６Ｃは、走査の間に連続的に励起されるサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅが少なくとも２つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈにより移動されるように構成される、３つの連続する状態を与える実施の形態を示している。したがって、それぞれのサブセット３２０は、サブセット３２０Ｃにおけるトランスデューサ素子数の少なくとも５０パーセントだけ位置において異なる。
【００９２】
それぞれのスイッチ４１０の状態（開又は閉）は、どのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈがビームトランスミッタ１５０に接続され、したがって励起されるかを判定する。たとえば、図６Ａでは、最初の４つのスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄが閉じ、最後の４つのスイッチ４１０Ｅ〜４１０Ｈが開いている。
【００９３】
このスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄの状態は、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｄを含むトランスデューサアレイ３１０のサブセット３２０Ａの励起となる。次のスイッチの構成は、図６Ｂに示されている。最初の２つのスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｂ及び最後の２つのスイッチ４１０Ｇ〜４１０Ｈが開き、中央の４つのスイッチ４１０Ｃ〜４１０Ｆが閉じる。
【００９４】
先の構成で励起されるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｄのうちの２つ（１１０Ａ及び１１０Ｂ）は、もはや励起されない。図６Ｃに示されるように、次の構成では、閉じたスイッチからなるグループは、２つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈだけ再びシフトされる。このプロセスは、画像を生成するために使用されるそれぞれの走査について繰り返される。
【００９５】
図６に示されるスイッチングスキームでは、それぞれのサブセット３２０の中央は、２つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈの幅よりも長い距離、又は該幅に等しい距離だけ、他のサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ又は３２０Ｅの中央から離れている。
【００９６】
サブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅの間のオーバラップは、サブセット３２０Ｃの幅の８７パーセント、３４パーセント又は１３パーセント以下であり、交互に３つのトランスデューサ素子１１０の幅以下とすることができる。ブロードビーム技術が使用されるので、形成された画像の解像度は、それぞれのサブセットに共通の超音波トランスデューサ素子の数に独立である。
【００９７】
図７Ａ〜図７Ｃは、図６に示されるスイッチ４１０の構成により生成される超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃを示している。図７Ａでは、超音波ビーム７１０は、最初の４つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｄを含むサブセット３２０Ａにより生成され、したがって、図６Ａのスイッチ４１０の構成に対応している。
【００９８】
図７Ｂでは、超音波ビーム７１０Ｂは、中央の４つのトランスデューサ素子１１０Ｃ〜１１０Ｆを含むサブセット３２０Ｃにより生成される。さらに、図７Ｃでは、超音波ビーム７１０Ｃは、最後の４つのトランスデューサ素子１１０Ｅ〜１１０Ｈを含むサブセット３２０Ｅにより生成される。
【００９９】
生成された超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃは、その幅の僅かな部分だけオーバラップされる（このオーバラップは、トランスデューサの表面で測定される）。発生されたビーム７１０Ａ〜７１０Ｃの中央は、２つ以上のトランスデューサ素子１１０の幅により分離される。
【０１００】
超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃのそれぞれを発生するために使用されるトランスデューサアレイ３１０のサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅは、それぞれのサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ又は３２０Ｅにおけるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈの数に等しい変位、又は該数よりも長い変位だけ、選択的に異なるようにされる。
【０１０１】
様々な実施の形態では、この変位は、４以上又は８以上のトランスデューサ素子である。しかし、シフト（変位）がサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ又は３２０Ｅのそれぞれにおけるトランスデューサ素子数よりも長い場合、画像の解像度、均一性及び連続性が低下される。
【０１０２】
図８Ａ及び図８Ｂは、励起されたサブセット３２０Ａ及び３２０Ｅが、それぞれのサブセット３２０におけるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈの数に等しいシフト、又は該数よりも長いシフトだけ異なるようにスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄが設定される２つの構成を示している。
【０１０３】
たとえば、図８Ａでは、最初の４つのスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄが閉じ、最後の４つのスイッチ４１０Ｅ〜４１０Ｈが開く。この構成では、図７Ｃに示されるように、最初の４つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｄが励起され、超音波ビームが発生される。
【０１０４】
図８Ｂは、次の超音波ビーム７１０Ｃを発生するために使用されるスイッチ４１０の設定を示しており、ここでは、最初の４つのスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄは開いており、最後の４つのスイッチ４１０Ｅ〜４１０Ｈが閉じている。サブセット３２０Ａ及び３２０Ｅは、共通のトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈを有さず、したがって離れたセットとなっている。
【０１０５】
図９Ａ及び図９Ｂは、図８Ａ及び図８Ｂのそれぞれのスイッチ構成により発生される超音波ビーム７１０Ａ及び７１０Ｃを示している。図９Ａは、最初の４つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｄを含むサブセット３２０Ａを励起することにより発生される超音波ビーム７１０Ａを示している。図９Ｂは、最後の４つのトランスデューサ素子１１０Ｅ〜１１０Ｈを含むサブセット３２０Ｅを励起することにより発生される超音波ビーム７１０Ｃを示している。
【０１０６】
２つ以上のトランスデューサ素子１１０の変位だけ、超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃを形成するために使用されるサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅが離れることにより、従来の方法と比べて、領域を画像形成するために必要とされる送信／受信サイクルの数を減少することができる。たとえば、図３に例示される従来の方法は、５つの超音波ビーム１７０Ａ〜１７０Ｅを必要とし、図９に示される２つの超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃにより画像形成されるボリュームよりも小さいボリュームを画像形成する。
【０１０７】
超音波ビーム数及び関連する送信／受信サイクル数の減少により、所定の領域を画像形成するために必要とされる電力を低減することができる。これは、それぞれの超音波ビーム７１０が少なくとも１つの送信／受信サイクルを必要とし、それぞれの送信／受信サイクルが少なくともパルス往復時間を要するためである。
【０１０８】
２つ以上の超音波トランスデューサ素子の幅で所定の領域を画像形成するためにそれぞれの超音波ビームが選択的に使用されるので、１つトランスデューサ素子の幅よりも長い領域を画像形成するための使用されるデータが、２パルス往復時間未満で生成される（幅は、トランスデューサアレイの表面で幅が測定される）。
【０１０９】
上述されたブロックスイッチング方法は、代表的なものである。超音波システム５００は、図６〜図１０のいずれかに示されるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈの数により限定されるものと解釈されるべきではない。
【０１１０】
トランスデューサ素子１１０の全体の数、及び超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃを形成するために使用されるそれぞれのサブセット３２０内のトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈの数の両者は、選択的に、図示されるものよりも多くすることができ、又は少なくすることができる。本実施の形態で記載されるシステム及び方法は、リニアシステム及び曲線システムを含む様々なトランスデューサアレイ３１０の形態により使用される。
【０１１１】
ブロックスイッチングにより、送信／受信スイッチ５１５及びマルチプレクサ５１７の複雑さを従来に比べて減少することができる。この低減された複雑さは、ビームトランスミッタ１５０のそれぞれの出力が、トランスデューサアレイ３１０のうちの幾つかのトランスデューサ素子に結合されない実施の形態において生じる。
【０１１２】
従来技術と対照的に、それぞれのトランスデューサ素子１１０は、高々２つの超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃを発生するために選択的に使用される。様々な実施の形態では、送信／受信スイッチ５１５からのそれぞれの出力は、送信／受信スイッチ５１５への３以下の入力又は８以下の入力に結合される。別の実施の形態では、送信／受信スイッチ５１５からのそれぞれの出力は、送信／受信スイッチ５１５への入力のうち、８７パーセント以下の入力に結合される。
【０１１３】
１実施の形態では、励起されたサブセット３２０Ａ〜３２０Ｅのそれぞれは、少数のトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈだけオーバラップする。このオーバラップは、サブセット３２０Ａ〜３２０Ｅのサイズの典型的には５０パーセント以下、時には３４パーセント以下であり、選択的に、１つ又は２つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈと同様に小さい。僅かなオーバラップにより、異なる超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃを使用して発生されるデータ間の比較が可能となる。
【０１１４】
１実施の形態では、この比較は、スキャンヘッド５１０と究明中の材料との間の相対的な移動から生じるエコーの位置において相関される変化を検出するために使用される相互相関の計算を含んでいる。エコーの位置におけるこれらの変化は、異なる超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃを使用して生成される画像において、アーチファクトを潜在的に生じる。相互相関の結果は、コンピュータコード５４０により使用され、結果として生じる画像の品質に関する相対的な移動の効果を低減させる。
【０１１５】
図１０は、本発明による走査を実行する方法に含まれる処理を示している。サブセットを選択するステップ１０１０では、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈのサブセット３２０Ａは、スイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄを使用した励起のために選択される。超音波ビーム７１０を発生するステップ１０２０では、送信／受信サイクルが実行される。このサイクルは、選択されたサブセット３２０Ａを励起するステップ、超音波ビーム７１０を究明中の材料に送信するステップ、及び該送信により発生されるエコーを検出するステップを含んでいる。
【０１１６】
走査が完了されたかを判定するステップでは、コンピュータコード５４０は、現在の走査が完了したかを判定する。完了していない場合、処理は、新たなサブセットを選択するステップ１０４０に続き、新たなサブセット３２０が選択される。新たなサブセット３２０は、２つ以上のトランスデューサ素子１１０の移動だけ、予め選択されたサブセット３２０とは位置において異なる。
【０１１７】
ステップ１０４０で選択された新たなサブセット３２０は、ステップ１０１０又はステップ１０４０で予め選択されたサブセット３２０と共通のトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈのうちの０，１又は２つを選択的に含む。ステップ１０４０に続き、ステップ１０２０が再び繰り返される。
【０１１８】
ステップ１０３０で、コンピュータコード５４０が現在の走査が完了していると判定した場合、処理は、別の走査ステップ１０５０を問合せるステップ１０５０に続く。ステップ１０５０は、コンピュータコード５４０を使用して、別の走査を実行すべきかが判定される。別の走査を実行する場合、処理はステップ１０１０に戻り、別の走査を実行しない場合、処理が終了される。
【０１１９】
図１１は、本発明により１実施の形態により画像を形成するための方法における処理を示している。超音波ビーム７１０を発生するステップ１１１０は、送信／受信サイクルが実行される。この送信／受信サイクルは、選択的にフィルタリング、さもなければ処理されるエコーデータを発生する。このエコーデータは、エコーデータをエリアフォーマ５２０に供給するステップ１１１５において、エリアフォーマ５２０に連続的に提供される。
【０１２０】
エリアフォーマ５２０は、エコーデータを使用して、位置データ生成ステップ１１２０において、位置データを発生する。この位置データは、究明中の材料内のエコー源の位置に関する情報を含んでいる。ブロードビーム技術が使用されるので、１つのサブセット３２０を使用して送信される１つの超音波ビーム７１０は、２次元領域にわたり位置データを生成する。
【０１２１】
位置データをイメージスキャンコンバータ５３０に供給するステップ１１２５では、位置データはイメージスキャンコンバータ５３０に供給される。このコンバータは、画像を見るためにｘ−ｙ座標系に適したデータに位置データを変換する。
【０１２２】
ｘ−ｙ座標系の位置データは、位置データを記憶するステップ１１３０で記憶される。走査が完了されたかを判定するステップは、コンピュータコード５４０が使用され、現在の走査が完了されたかが判定される。完了されていない場合、処理はステップ１１１０に戻り、可能であれば新たな超音波ビーム７１０を使用して、別の送信／受信サイクルを実行する。
【０１２３】
走査が完了した場合、処理は、相互相関を実行するステップ１１４０に進み、ここでは、ステップ１１３０で記憶された位置データに関して相互相関が実行される。ステップ１１３０で記憶された位置データは、複数のサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅを使用して順次発生される複数の超音波ビーム７２０Ａ〜７２０Ｃを使用して発生されたデータを含んでいる。
【０１２４】
相互相関は、オーバラップする位置をカバーし、異なる送信／受信サイクルから生じたデータに対して、特に適用される。たとえば、相互相関の１態様では、サブセット３２０Ａ及び３２０Ｃを使用して生成されたデータが相関される。相互相関は、データ内の特徴の位置における相関されるシフトを検出する。
【０１２５】
たとえば、スキャンヘッド５１０が究明中の材料と相対的に１ミリメータだけ動く場合、相互相関は、この動きの大きさを検出して判定する。相互相関は、データを比較する１つの手段であり、それぞれのサブセット３２０を使用して生成されるデータの一部を選択的に含んでいる。たとえば、相互相関は、特定のサブセット３２０を使用して発生されるデータのうち、５０パーセント以下のデータ、又は３４パーセント以下のデータを含むことができる。
【０１２６】
代替的な実施の形態では、比較に関する他の公知の方法も使用される。空間的な調節を判定するステップ１１４５では、任意の移動の影響を低減するために必要とされる位置的な調節は、相互相関の結果から決定される。位置データを選択的に調節するステップ１１５０では、位置の調節情報が使用され、サブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅを使用して生成される画像における領域の空間的なアラインメントに関して、位置データが調節される。
【０１２７】
位置データを結合するステップ１１６０では、位置データが結合され、選択的に究明中の材料とスキャンヘッド５１０との相対的な移動から生じるアーチファクトなしに、位置データからなる複合セットが形成される。画像を生成するステップ１１６５では、位置データの複合セットが使用され、画像を表示するステップ１１７０で表示される画像が生成される。
【０１２８】
代替的な実施の形態では、ステップ１１２５で位置データをｘ−ｙ座標系に変換する前に、相互相関ステップ１１４０及び／又は調節ステップ１１５０が実行される。
【０１２９】
図１１を使用して説明される相互相関技法及びアーチファクト低減技法は、ブロードビーム技術により可能となる。これらの技術では、超音波ビーム７１０の幅は、横方向の解像度の要件によりもはや制限されないため、１実施の形態では、超音波システム５００は、超音波ビーム１７０の幅及び位置を選択的に調節して、相互相関のために十分なビーム間のオーバラップを達成する。
【０１３０】
同時に、超音波ビーム１７０の幅は、オーバラップする領域が超音波ビーム１７０の全体の幅のうちの一部であるように十分に大きい。たとえば、オーバラップする領域は、全体の幅の３４パーセント以下とすることができる。ある実施の形態では、オーバラップする領域は、超音波ビーム１７０の全体の幅のうちの１０パーセント以下であり、相互相関及びアーチファクト低減を実行するためになお十分である。
【０１３１】
本実施の形態で述べたプロセス及び装置の様々な実施の形態の説明から、上述した実施の形態に対する様々な変更及び追加は、本発明の原理から逸脱することなしに行うことができることは、当業者であれば明らかであろう。たとえば、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈは、代替的な超音波発生素子により置き換えることができる。送信／受信スイッチ５１５は、個別の送信及び受信スイッチにより置き換えることができる。さらに、サブセット３２０は、様々なシーケンスにおいて超音波ビーム７１０を発生するために使用することができる。
【０１３２】
他の実施の形態では、上述した実施の形態で開示された方法及び装置は、２次元のトランスデューサアレイに適用することができる。これらの実施の形態では、「ブロック」は、２次元のトランスデューサアレイからなる１次元のサブセット又は２次元のサブセットを選択的に含んでいる。ブロックスイッチング技術は、ボリュームフォーミング及び多次元フォーミング技術を含むシステムのような、３次元又は４次元の画像形成システムに拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超音波システムを示す図である。
【図２Ａ】従来の集束方法を示す図である。
【図２Ｂ】従来の集束方法を示す図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｅは、８つのトランスデューサ素子からなるフェーズドアレイにおける従来の走査プロセスを示す図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｅは、５つの連続する超音波ビームを発生するために使用されるスイッチの状態に関する従来の例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態による超音波システムを示す図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の実施の形態に従い構成されるスイッチの３つの連続する状態を示す図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃは、図６に示されるスイッチ構成により発生される超音波ビームを示す図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｂは、本発明の実施の形態によりトランスデューサ素子のサブセットを例示するようにスイッチが設定される２つの構成を示す図である。
【図９】図９Ａは、図８Ａのスイッチ構成により発生される超音波ビームを示す図であり、図９Ｂは、図８Ｂのスイッチ構成により発生される超音波ビームを示す図である。
【図１０】本発明の１実施の形態に従い走査を実行するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の１実施の形態に従い画像を形成するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１００：超音波システム
１０５：素子アレイ
１１０Ａ〜１１０Ｈ：トランスデューサ素子
１２０：下地の材料
１３０：マッチングレイヤ
１４０：送信／受信スイッチ
１４５：マルチプレクサ
１５０：ビームトランスミッタ
１６０：超音波パルス
１７０：超音波ビーム
５００：超音波システム
５１５：送信／受信スイッチ
５１７：マルチプレクサ
５２０：エリアフォーマ
５３０：イメージスキャンコンバータ
５４０：コンピュータコード
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療装置の分野に関し、より詳細には、超音波画像形成の分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波画像形成は、広い範囲の材料を検査するために使用される一般的な方法である。この方法は、その比較的に高い非侵入的な特性、低コスト及び高速な応答時間のために、医療において特に一般的である。典型的に、超音波画像形成は、送信段階において超音波の音波を発生して究明中の材料に照射し、受信段階において異質の材料の境界で発生される反射を観察することにより達成される。
【０００３】
たとえば、反射は、患者の組織の間の境界で発生される。この反射は、受信装置により電気信号に変換され、当該技術分野では公知であるビーム成形技法を使用して処理され、エコー源の位置が特定される。結果として生じるデータは、モニタのような表示装置を使用して表示される。
【０００４】
典型的に、究明中の材料に送信される超音波信号は、連続波又はパルスの電気信号をトランスデューサに印加することにより発生される。送信される超音波信号は、一般的に１ＭＨｚから１５ＭＨｚの範囲である。超音波は、究明中の材料を通して伝播し、隣接する組織レイヤ間の境界のような構造から反射される。超音波が伝播されるとき、超音波エネルギーは散乱、反響、減衰、反射又は透過される。
【０００５】
反射された信号の一部は、トランスデューサに戻り、エコーとして検出される。検出するトランスデューサは、エコー信号を電気信号に変換し、該電気信号をビームフォーマに供給する。ビームフォーマは、ライン（ビーム）に沿ったエコー源の位置を計算して、簡単なフィルタを典型的に含んでいる。
【０００６】
ビーム成形の後、イメージスキャンコンバータは、幾つかのビームから得られた計算された位置情報を使用して、画像として提供することができる２次元データを発生する。従来技術のシステムでは、画像情報のレート（フレームレート）は、少なくともパルスの往復時間により制限される。このパルス往復時間は、超音波の関心のある媒体への送信と最後に反射された信号の検出との間の時間である。
【０００７】
超音波パルスは、究明中の材料を通して伝播するので、追加の高調波周波数成分が生成される。これらの追加の高調波の周波数成分が発生される。これら追加の高調波の周波数成分は、伝播し続け、順次反射、又は究明中の材料における他の構造と相互作用する。基本調波及び高調波の両者が検出される。高調波信号の分析は、境界の可視化、及び特定の高調波周波数で超音波を再照射するために設計される画像コントラスト物質と一般に関連する。
【０００８】
図１は、参照符号１００で一般に示される、従来の超音波システムを示している。超音波システム１００は、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈ、下地の材料１２０、及びマッチングレイヤ１３０からの素子アレイ１０５を含んでいる。下地の材料１２０は、素子アレイ１０５を支持し、下地の材料１２０に向けて伝播する任意の超音波エネルギーを減衰するために設計される。
【０００９】
マッチングレイヤ１３０は、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈからの超音波エネルギーを関心のある材料（図示せず）に伝送する。トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈは、送信／受信スイッチ１４０を介して、導体１１５及び１１７によりビームトランスミッタ１５０に個々に電気的に結合される。現在の技術では、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈは、典型的に圧電結晶素子である。送信／受信スイッチ１４０は、マルチプレクサ１４５を典型的に含んでおり、導体１１７の数を導体１１５の数よりも少なくすることができる。
【００１０】
送信段階では、ビームトランスミッタ１５０は、送信／受信スイッチ１４０を通して結合され、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈに印加され、超音波パルス１６０に変換される電気パルスを発生する。超音波パルス１６０は、関心のある材料を探査する超音波ビーム１７０を成形する。超音波ビーム１７０は、超音波分析の空間解像度を改善するために集束される。
【００１１】
図２Ａ及び図２Ｂは、従来技術の集束方法を示している。ここでは、素子アレイ１０５は、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈに印加される電気パルス２１０のタイミングを変化することにより、超音波ビーム１７０を集束するために使用されるフェーズドアレイである。電気パルス２１０は、異なる遅延時間を有するものであり、ビームトランスミッタ１５０で発生される。
【００１２】
電気パルス２１０がトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈにより超音波パルス１６０に変換されるとき、焦点２３０に向けられる超音波ビーム１７０が成形される。図２Ａ及び図２Ｂは、２つの一連の電気パルス２１０を示しており、それぞれは異なる遅延時間のセットを有しており、異なる焦点２３０が得られる。同様にして、アレイ１０５の位相差励起は、特定の方向に超音波ビーム１７０を向ける（操縦する）ために使用される。
【００１３】
超音波システム１００は、異なる経路を通して一連の超音波ビーム１７０を送出し、それぞれ個々の超音波ビーム１７０の幅よりも大きな断面領域を有する画像を形成する。複数のビームは、走査又は操縦プロセスにおいて超音波システム１００から向けられる。
【００１４】
超音波走査は、それぞれ個々の超音波ビーム１７０よりも大きな領域を画像形成するために、２つ以上の固有の超音波ビームを送信することを含んでいる。それぞれの送信段階の間で、エコーが検出される間に受信段階が行われる。超音波走査に含まれるそれぞれの超音波ビーム１７０は、少なくとも１つの送信／受信サイクルを必要とするので、走査プロセスは、パルスの往復時間の数倍を必要とする。
【００１５】
選択的に、超音波ビーム１７０は、別の超音波ビーム１７０が発生される前に、幾つかの送信／受信サイクルで送信される。走査プロセスの間に、超音波トランスデューサ１１０Ａ〜１１０Ｈが究明中の材料とは相対的に移動する場合、望まないアーチファクトが生じる可能性がある。
【００１６】
図３Ａ〜図３Ｅは、参照符号１１０Ａ〜１１０Ｈで示される８つのトランスデューサ素子からなるトランスデューサアレイ３１０における、従来技術による走査プロセスを示している。電気パルスは、８つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈからなるサブセット３２０Ａ〜３２０Ｅに印加される。たとえば、図３Ａは、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｄを含むサブセット３２０Ａにより成形される超音波ビーム１７０Ａを示している。
【００１７】
走査プロセスにおける次のステップは、図３Ｂに示されるようにトランスデューサ素子１１０Ｂ〜１１０Ｅを含むサブセット３２０Ｂにより成形される超音波ビーム１７０Ｂを含んでいる。サブセット３２０Ｂは、サブセット３２０Ａに見られる殆どの（７５パーセント）のトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈを含んでいる。
【００１８】
サブセット３２０Ａとサブセット３２０Ｂは、２つのトランスデューサ素子だけ異なり、差異は、一方を包含し、他方を除くことを含んでいる。図示される例では、超音波ビーム１７０Ｂの中央は、焦点２３０を通過し、１つのトランスデューサ素子１１０に等しい距離だけ超音波ビーム１７０Ａから離される。
【００１９】
図３Ｃ〜図３Ｅにより例示されるように、処理は継続され、それぞれの超音波ビーム１７０Ｃ〜１７０Ｅを発生するために使用されるそれぞれのサブセット３２０Ｃ〜３２０Ｅは、前の超音波ビーム１７０Ｂ〜１７０Ｄを発生するために使用されるサブセット３２０Ｂ〜３２０Ｄと相対的に１つのトランスデューサ素子１１０だけ離される。
【００２０】
それぞれの超音波ビーム１７０の送信の間で生じる受信位相において検出されたエコーは、ビームのエコーデータを発生するために使用される。ビームのエコーデータの分析は結合され、画像を形成するために変換される走査及び走査プロセスは、複数の画像を生成するために繰り返される。
【００２１】
超音波ビーム１７０Ａ〜１７０Ｅを生成するために使用されるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈのサブセット３２０Ａ〜３２０Ｅは、スイッチ及びマルチプレクサ１４５からなるアレイを使用して選択される。これらのスイッチは、送信／受信スイッチ１４０に位置される。
【００２２】
図４Ａ〜図４Ｅは、５つの連続する超音波ビーム１７０Ａ〜１７０Ｅを発生するために使用されるスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｈの状態に関する従来技術の例を示している。それぞれのスイッチ４１０の状態は、どのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈがビームトランスミッタ１５０に接合され、したがって励起されるかを判定する。
【００２３】
たとえば、図４Ａでは、最初の４つのスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄが閉じられ、第２の４つのスイッチ４１０Ｅ〜４１０Ｈが開かれる。この状態により、図３Ａにおけるように、最初の４つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｃの励起により発生されるビーム１７０Ａとなる。
【００２４】
図４Ｂでは、最初のスイッチ４１０Ａが開かれ、次の４つのスイッチ４１０Ｂ〜４１０Ｄが閉じられ、最後の３つのスイッチ４１０Ｅ〜４１０Ｈが開かれる。図３Ｂに例示されるように、位置を設定するスイッチ４１０において、この切換えは、結果として生じる超音波ビーム１７０Ｂの中央の位置を設定し、その距離は、前の超音波ビーム１７０Ａの中央から、１つのトランスデューサ素子１１０の幅に近似的に等しい。
【００２５】
図４Ｃでは、最初の２つのスイッチ４１０Ａ及び４１０Ｂは開いており、次の４つのスイッチ４１０Ｃ〜４１０Ｆが閉じており、最後の２つのスイッチ４１０Ｇ及び４１０Ｈが開いている。このスイッチ４１０の設定は、図３Ｃに例示されるように、超音波ビーム１７０Ｂから１つのトランスデューサ素子１１０だけ離された超音波ビーム１７０Ｃとなる。図４Ｄ及び図４Ｅは、図３Ｄ及び図３Ｅにそれぞれ示される超音波ビーム１７０Ｄ及び１７０Ｅを発生するために使用されるスイッチ４１０の設定を示している。
【００２６】
従来のシステムには、電気的に制御されるスイッチ４１０及びマルチプレクサ１４５を使用して、超音波ビーム１７０を発生するために使用されるトランスデューサ素子１１０Ａ及び１１０Ｈからなるサブセット３２０を選択するものがある。制御手段にも関わらず、走査プロセスの間、超音波ビーム１７０を発生するために使用されるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈのサブセット３２０は、１つのトランスデューサ素子１１０の包含及び排除により異なる。
【００２７】
トランスデューサ素子１１０からなる大きなアレイに対する走査のために必要とされる時間は、超音波画像を形成するために必要とされる時間において重要な要素である。アレイは、たとえば、６４、１２８或いはそれ以上といった多数のトランスデューサ素子１００を選択的に含む。多数のトランスデューサ素子１００がアレイを制御するために使用されるとき、送信／受信スイッチ１４０は、１つ以上のビームトランスミッタ１５０の出力を多数のトランスデューサ素子１１０に結合するマルチプレクサ１４５を含んでいる。
【００２８】
基本トランスデューサ素子３１０のエッジを除いて、ビームトランスミッタ１５０の各出力は、各トランスデューサ素子１１０に結合される。トランスデューサアレイ３１０におけるトランスデューサ素子１１０がビームトランスミッタ１５０の全ての出力により交互に励起されるので、この結合は必要とされる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
たとえば、図３Ａ〜図３Ｅに例示されるように、トランスデューサ素子１１０Ｄは、４つのサブセット３２０Ａ〜３２０Ｄ内の異なる位置に含まれる。それぞれの位置は、ビームトランスミッタ１５０の特定の出力と典型的に関連される。従来技術では、典型的なトランスデューサ素子１１０は、４、８或いはそれ以上の固有な超音波ビーム１７０を発生するために使用される。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される超音波トランスデューサ素子からなるアレイを含んでいる。ビームは、超音波トランスデューサ素子からなるサブセットを使用して発生される。ここでは、サブセットは、２つ以上のトランスデューサ素子のシフトにより異なる。
【００３１】
このブロックスイッチングマルチプレクサによりイネーブルにされる「ブロックスイッチング」は、画像の解像度を低減することなしに、所与の領域の画像を発生することが要求される送信／受信サイクル数を低減する。
本願発明は以下のような態様で実施されうる。
【００３２】
１．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を有するスキャンヘッドと、第１の超音波ビームを発生するために構成される、複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第１のサブセットと、第２の超音波ビームを発生するために構成され、第１のサブセットから２つ以上のトランスデューサ素子だけ離される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第２のサブセットと、第３の超音波ビームを発生するために構成され、第２のサブセットから２つ以上のトランスデューサ素子だけ離される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第３のサブセットと、前記複数の超音波トランスデューサ素子をビームトランスミッタに接続するために構成される送信／受信スイッチとを備えており、前記第２のサブセットは、前記複数の超音波トランスデューサのうち、前記第１のサブセットが動作している時間と前記第２のサブセットが動作している時間の間で動作するサブセットであることを特徴とする。
【００３３】
２．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットにおけるトランスデューサ素子の数の少なくとも５０パーセントだけ、前記第１のサブセットと前記第３のサブセットとの両者から位置的に異なることを特徴とする。
【００３４】
３．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットは、前記第１のサブセットと前記第３のサブセットとの両者に関して離れていることを特徴とする。
【００３５】
４．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットの中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における２つの超音波トランスデューサ素子の幅よりも大きいか、該幅に等しい距離だけ前記第２のサブセットの中央から離れており、前記第２のサブセットの中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における２つの超音波トランスデューサ素子の幅よりも大きいか、又は該幅に等しい距離だけ前記第３のサブセットの中央から離れていることを特徴とする。
【００３６】
６．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットの幅の１３パーセント以下の量だけ、前記第１のサブセットとオーバラップし、前記第３のサブセットとオーバラップすることを特徴とする。
【００３７】
７．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットの幅の３４パーセント以下の量だけ、前記第１のサブセットとオーバラップし、前記第３のサブセットとオーバラップすることを特徴とする。
【００３８】
８．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットの幅の８７パーセント以下の量だけ、第１のサブセットとオーバラップし、前記第３のサブセットとオーバラップすることを特徴とする。
【００３９】
１０．態様１記載の超音波システムで、前記送信／受信スイッチは、前記複数の超音波トランスデューサ素子に結合される出力と、前記ビームトランスミッタに結合される入力を含み、前記入力の数は、前記出力の数のよりも少ないことを特徴とする。
【００４０】
１１．態様１記載の超音波システムで、前記送信／受信スイッチは、前記複数の超音波トランスデューサ素子に結合される出力と、前記ビームトランスミッタに結合される入力とを含み、前記入力の数は、前記出力の数よりも少なく、前記出力のそれぞれは、前記入力のうちの８以下の入力に交互に結合されることを特徴とする。
【００４１】
１２．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して第１のデータを生成し、前記第２のサブセットを使用して第２のデータを生成するために構成されるイメージスキャンコンバータをさらに含み、前記第１のデータと前記第２のデータは、画像を形成するために使用されることを特徴とする。
【００４２】
１３．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して第１のデータを生成し、前記第２のサブセットを使用して第２のデータを生成するために構成されるイメージスキャンコンバータをさらに含み、前記形成された画像は、前記第１のサブセットと前記第２のサブセットに共通する超音波トランスデューサ素子の数に独立であることを特徴とする。
【００４３】
１５．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットに含まれる前記超音波トランスデューサ素子は、リニアアレイに配置されることを特徴とする。
【００４４】
１６．態様１記載の超音波システムで、前記第２のサブセットに含まれる前記超音波トランスデューサ素子は、曲線アレイに配置されることを特徴とする。
【００４５】
１７．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータと前記第２のサブセットを使用して生成される第２のデータとの間の相互相関を計算するために構成されるコンピュータコードをさらに備えることを特徴とする。
【００４６】
１８．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータのうちの５０パーセント以下のデータと前記第２のサブセットを使用して生成される第２のデータのうちの５０パーセント以下のデータとの間の相互相関を計算するために構成されるコンピュータコードをさらに備えることを特徴とする。
【００４７】
１９．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータの３４パーセント以下のデータと前記第２のサブセットを使用して生成される第２のデータの３４パーセント以下のデータとの間の相互相関を計算するために構成されるコンピュータコードをさらに備えることを特徴とする。
【００４８】
２０．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータと前記第２のサブセットを使用して生成される第２のデータとを比較するために構成されるコンピュータコードをさらに備え、前記比較の結果は、前記第１のデータと前記第２のデータとを使用して生成された画像における空間的なアラインメントを改善するために使用可能であることを特徴とする。
【００４９】
２１．態様１記載の超音波システムで、前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータのうちの３４パーセント以下のデータを前記第２のサブセットを使用して生成された第２のデータのうちの３４パーセント以下のデータと比較するために構成されるコンピュータコードをさらに備え、前記比較の結果は、前記第１のデータと前記第２のデータの両者を使用して生成される画像の品質を改善するために使用可能であることを特徴とする。
【００５０】
２２．態様１記載の超音波システムで、前記送信／受信スイッチは、ブロックスイッチングのためのスイッチであることを特徴とする。
【００５１】
３０．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を有するスキャンヘッドと、ビームトランスミッタと、前記複数の超音波トランスデューサ素子に結合される出力と、前記ビームトランスミッタに結合される入力とを有する送信／受信スイッチとを備えており、前記入力の数は、前記出力の数よりも少なく、前記出力のそれぞれは、前記入力のうちの８７パーセント以下の入力に交互に結合されることを特徴とする。
【００５２】
３１．態様３０記載の超音波システムで、前記送信／受信スイッチは、前記入力を前記複数の超音波トランスデューサ素子の３つのサブセットに連続的に結合するために構成され、前記３つのサブセットのそれぞれは、２つ以上のトランスデューサ素子の変位だけ、他の２つのサブセットとは異なることを特徴とする。
【００５３】
３２．態様３１記載の超音波システムで、前記３つのサブセットのうちの２つは、離れていることを特徴とする。
【００５４】
３３．態様３１記載の超音波システムで、前記３つのサブセットのそれぞれは、４つのトランスデューサ素子の変位だけ、他の２つのサブセットとは異なることを特徴とする。
【００５５】
３４．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を有するスキャンヘッドと、ビームトランスミッタと、前記複数の超音波トランスデューサ素子に結合される出力と、前記ビームトランスミッタに結合される入力とを有する送信／受信スイッチとを備えており、前記入力の数は、前記出力の数よりも少なく、前記出力のそれぞれは、前記入力のうちの８以下の入力に交互に結合されることを特徴とする。
【００５６】
３６．態様３５記載の超音波システムで、前記送信／受信スイッチは、前記入力を前記複数の超音波トランスデューサ素子の３つのサブセットに連続的に結合され、前記３つのサブセットのそれぞれは、２つ以上のトランスデューサ素子の変位だけ、他の２つのサブセットから異なることを特徴とする。
【００５７】
３７．態様３６記載の超音波システムで、前記３つのサブセットのうちの２つは、離れていることを特徴とする。
【００５８】
４０．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数のトランスデューサ素子を有するスキャンヘッドと、第１の超音波ビームを生成するために構成される、複数のトランスデューサ素子のうちの第１のサブセットと、前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータと、第２の超音波ビームを発生するために構成される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第２のサブセットと、前記第２のサブセットを使用して生成される第２のデータと、第３の超音波ビームを発生するために構成される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第３のサブセットと、前記第３のサブセットを使用して生成される第３のデータと、前記第１のデータ、第２のデータ及び第３のデータを使用して画像を生成するために構成されるイメージスキャンコンバータと、前記画像は、前記第１のサブセットと前記第２のサブセットに共通の超音波トランスデューサ素子の数に独立であって、前記第２のサブセットと前記第３のサブセットに共通の超音波トランスデューサ素子の数に独立な解像度を有し、前記第２のサブセットは、前記第１のサブセットが動作している時間と前記第３のサブセットが動作している時間の間で動作するサブセットであることを特徴とする。
【００５９】
４１．態様４０記載の超音波システムで、前記第２のサブセットに含まれる前記超音波トランスデューサ素子は、フェーズドアレイに配置されることを特徴とする。
【００６０】
４２．態様４０記載の超音波システムで、前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットの幅の８７パーセント以下の量だけ、前記第１のサブセットとオーバラップし、前記第３のサブセットとオーバラップすることを特徴とする。
【００６１】
４３．態様４０記載の超音波システムで、前記第１のサブセットの中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における２つの超音波トランスデューサ素子の幅より長い距離、又は該幅に等しい距離だけ前記第２のサブセットの中央から離れており、前記第２のサブセットの中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における２つの超音波トランスデューサ素子の幅より長い距離、又は該幅に等しい距離だけ前記第３のサブセットの中央から離れていることを特徴とする。
【００６２】
４５．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を含むスキャンヘッドと、第１の超音波ビームを発生するために構成される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第１のサブセットと、前記第１の超音波ビームが発生された後に、第２の超音波ビームを発生するために構成される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第２のサブセットと、前記複数の超音波トランスデューサ素子をビームトランスミッタに結合するために構成されるマルチプレクサと、ブロックスイッチングを使用して前記第１の超音波ビームと前記第２の超音波ビームを含む超音波の走査を実行するために構成されるコンピュータコードと、を備えることを特徴とする。
【００６３】
４６．態様４５記載の超音波システムで、前記マルチプレクサは、前記複数の超音波トランスデューサ素子の中から前記第２のサブセットを選択するためにさらに構成されることを特徴とする。
【００６４】
４７．態様４５記載の超音波システムで、前記超音波ビームを使用して画像が生成され、前記画像の解像度は、前記第１のサブセットと前記第２のサブセットの共通のトランスデューサ素子の数に依存しないことを特徴とする。
【００６５】
４８．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を有するスキャンヘッドと、第１の超音波ビームを発生するために構成される、複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第１のサブセットと、第２の超音波ビームを発生するために構成され、２つ以上のトランスデューサ素子の追加及び２つ以上のトランスデューサ素子の除去により前記第１のサブセットとは異なる、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第２のサブセットと、第３の超音波ビームを発生するために構成され、２つ以上のトランスデューサ素子の追加及び２つ以上のトランスデューサ素子の除去により前記第１のサブセット及び前記第２のサブセットの両者とは異なる、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第３のサブセットと、前記第２のサブセットは、前記第１のサブセットが動作する時間と前記第２のサブセットが動作する時間との間で走査するサブセットであることを特徴とする。
【００６６】
５１．態様５０記載の超音波システムで、前記複数の超音波トランスデューサ素子は、２次元アレイに配置されることを特徴とする。
【００６７】
５２．態様５０記載の超音波システムで、前記複数の超音波トランスデューサ素子は、ＥＶアレイに配置されることを特徴とする。
【００６８】
５２．１ 態様５０記載の超音波システムで、前記複数の超音波トランスデューサ素子は、ＥＣアレイに配置されることを特徴とする。
【００６９】
５３．態様５０記載の超音波システムで、前記第１のサブセットの中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における８つの超音波トランスデューサ素子の幅よりも長い距離、又は該幅に等しい距離だけ前記第２のサブセットの中央から離れており、前記第２のサブセットの中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における８つの超音波トランスデューサ素子の幅よりも長い距離、又は該幅に等しい距離だけ前記第３のサブセットの中央から離れていることを特徴とする。
【００７０】
５４．態様５０記載の超音波システムで、エコーの位置データを生成するために構成されるエリアフォーマをさらに含むことを特徴とする。
【００７１】
５４．１ 態様５０記載の超音波システムで、領域を表す２次元の位置データを生成するための手段をさらに含み、前記領域は、前記第２の超音波ビームによりカバーされることを特徴とする。
【００７２】
５５．画像生成システムは、複数の超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を含むスキャンヘッドと、前記複数の超音波トランスデューサ素子をビームトランスミッタに結合するために構成され、ブロックスイッチング
マルチプレクサを含む送信／受信スイッチと、前記ブロックスイッチング マルチプレクサを制御して、前記複数の超音波トランスデューサ素子のサブセットを選択するために構成されるコンピュータコードと、前記複数の超音波ビームを使用して生成されるデータを使用して、画像を生成するために構成されるイメージスキャンコンバータと、を備えることを特徴とする。
【００７３】
５６．態様５５記載の超音波システムで、前記画像の解像度は、前記複数の超音波ビームのメンバ間でのオーバラップの量に無関係であることを特徴とする。
【００７４】
５７．態様５５記載の超音波システムで、エコーの位置データを生成するために構成されるエリアフォーマをさらに含むことを特徴とする。
【００７５】
５８．態様５５記載の超音波システムで、エコーの位置データを発生するために多次元フォーマをさらに含むことを特徴とする。
【００７６】
５９．態様５５記載の超音波システムで、前記超音波トランスデューサ素子は、２次元アレイに配置されることを特徴とする。
【００７７】
６０．態様５５記載の超音波システムで、前記第２の超音波ビームによりカバーされる領域を表す２次元の位置データを生成するための手段をさらに含むことを特徴とする。
【００７８】
６５．超音波システムは、超音波ビームを発生するために構成される複数の超音波トランスデューサ素子を有するスキャンヘッドと、第１の超音波ビームを発生するために構成される、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第１のサブセットと、第２の超音波ビームを発生するために、前記第２のサブセットにおけるトランスデューサ素子数の少なくとも５０パーセントだけ前記第１のサブセットとは異なる、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第２のサブセットと、第３の超音波ビームを発生するために、前記第２のサブセットにおけるトランスデューサ素子数の少なくとも５０パーセントだけ前記第２のサブセットとは異なる、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第２のサブセットと、前記複数の超音波トランスデューサ素子をビームトランスミッタに結合するために構成される送信／受信スイッチとを備えており、前記第２のサブセットは、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうち、前記第１のサブセットが動作する時間と前記第３のサブセットが動作する時間との間で動作するサブセットであることを特徴とする。
【００７９】
７０．超音波画像形成方法は、３つの連続する超音波ビームを究明中の材料に照射するステップと、前記３つの超音波ビームは、第１の超音波ビームと、第２の超音波ビームの幅の８７パーセント以下だけ前記第１の超音波ビームとオーバラッピングする第２の超音波ビームと、前記第２の超音波ビームの幅の８７パーセント以下だけ前記第２の超音波ビームとオーバラッピングする第３の超音波ビームを含んでおり、前記３つの連続する超音波ビームのそれぞれにより発生されるエコーを検出するステップと、前記検出されたエコーを使用して２次元の位置データを生成するステップと、を備えることを特徴とする。
【００８０】
８０．超音波画像形成方法は、超音波トランスデューサからなるアレイを使用して、複数の超音波ビームを発生するステップと、前記複数の超音波ビームを究明中の材料に照射するステップと、前記照射された超音波ビームにより発生されるエコーを受信するステップと、前記受信されたエコーを使用してデータを生成するステップと、前記生成された受信データを使用して、エコーの位置データを計算するステップと、前記エコーの位置データに応じて、画像を表示するステップとを備えており、１つのトランスデューサ素子よりも大きい領域を画像形成するために使用される生成されたデータは、２つのパルス往復時間以下の時間で生成されることを特徴とする。
【００８１】
【発明の実施の形態】
本発明は、ブロードビーム（broad-beam）技術を使用して、エコー源の位置を判定して画像を形成するものである。検出されたエコーは、エリアフォーミング技法を使用して処理され、画像を生成するために選択的に使用されるデータを生成する。
【００８２】
ブロードビーム技術では、横方向の空間解像度を判定する処理（焦点合わせ）は、検出された信号のデータ処理の間に行われる。したがって、この方法は、トランスデューサ素子１１０の励起のタイミングを通してのみ焦点合わせが達成されるという点で従来技法とは異なる。また、ブロードビーム技術により、１送信／受信サイクルを使用して領域にわたり画像を形成することができる。
【００８３】
ブロードビーム技術により、所定の領域にわたり集束されたビームを次第に走査すること、又は次第に操縦して、２次元画像を生成する必要をなくすることができる。ブロードビーム技術を使用して生成された画像の解像度は、超音波励起パルスが送信／受信サイクルの間で移動されるトランスデューサ素子の距離又は数に依存しない。
【００８４】
図５は、本発明の実施の形態による超音波システム５００を示している。超音波システム５００は、究明中の材料に超音波信号を印加するために使用されるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈからなるトランスデューサアレイ３１０を有するスキャンヘッド５１０を含んでいる。
【００８５】
本発明の各種実施の形態では、トランスデューサアレイ３１０は、リニアアレイ、曲線アレイ、フェーズドアレイ、ＥＶアレイ、ＥＣアレイ等である。スキャンヘッド５１０により生成されるデータは、送信／受信スイッチ５１５を通過し、アリアフォーマ５２０により処理されて、位置情報が生成される。エリアフォーミングが使用されるので、所定の領域が１つのみの超音波ビームによりカバーされているときであっても、所定の領域を表している２次元の一データを生成することができる。
【００８６】
位置情報は、イメージスキャンコンバータ５３０により連続的に使用され、画像として見るために適切なｘ−ｙデータが生成される。また、超音波システム５００は、コンピュータコード５４０を含んでおり、送信／受信スイッチ５１５、ビームトランスミッタ１５０、エリアフォーマ５２０及びイメージスキャンコンバータ５３０を制御するのと同様に、超音波システム５００を管理するために構成される。
【００８７】
送信／受信スイッチ５１５は、マルチプレクサ５１７を選択的に含んでいる。典型的な実施の形態では、マルチプレクサ５１７は、コンピュータコードにより制御されるブロックスイッチングマルチプレクサである。
【００８８】
本発明の１実施の形態では、トランスデューサアレイ３１０のサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅは、連続的に励起される。これにより、サブセット３２０Ｃは、サブセット３２０Ａが動作している時間とサブセット３２０Ｅが動作している時間との間で動作する、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈのうちで唯一のサブセット３２０となる。
【００８９】
連続的に励起されるサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅのそれぞれは、１つのトランスデューサ素子１１０のシフトだけ移動される。したがって、サブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅのそれぞれは、２つ以上のトランスデューサ素子１１０の追加及び２つ以上のトランスデューサ素子１１０の除去だけ異なる。
【００９０】
連続的に励起されるサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅを２つ以上のトランスデューサ素子１１０のシフトだけ移動する方法は、「ブロックスイッチングスイッチ」と呼ばれる。
【００９１】
図６Ａ〜図６Ｃは、走査の間に連続的に励起されるサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅが少なくとも２つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈにより移動されるように構成される、３つの連続する状態を与える実施の形態を示している。したがって、それぞれのサブセット３２０は、サブセット３２０Ｃにおけるトランスデューサ素子数の少なくとも５０パーセントだけ位置において異なる。
【００９２】
それぞれのスイッチ４１０の状態（開又は閉）は、どのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈがビームトランスミッタ１５０に接続され、したがって励起されるかを判定する。たとえば、図６Ａでは、最初の４つのスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄが閉じ、最後の４つのスイッチ４１０Ｅ〜４１０Ｈが開いている。
【００９３】
このスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄの状態は、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｄを含むトランスデューサアレイ３１０のサブセット３２０Ａの励起となる。次のスイッチの構成は、図６Ｂに示されている。最初の２つのスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｂ及び最後の２つのスイッチ４１０Ｇ〜４１０Ｈが開き、中央の４つのスイッチ４１０Ｃ〜４１０Ｆが閉じる。
【００９４】
先の構成で励起されるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｄのうちの２つ（１１０Ａ及び１１０Ｂ）は、もはや励起されない。図６Ｃに示されるように、次の構成では、閉じたスイッチからなるグループは、２つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈだけ再びシフトされる。このプロセスは、画像を生成するために使用されるそれぞれの走査について繰り返される。
【００９５】
図６に示されるスイッチングスキームでは、それぞれのサブセット３２０の中央は、２つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈの幅よりも長い距離、又は該幅に等しい距離だけ、他のサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ又は３２０Ｅの中央から離れている。
【００９６】
サブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅの間のオーバラップは、サブセット３２０Ｃの幅の８７パーセント、３４パーセント又は１３パーセント以下であり、交互に３つのトランスデューサ素子１１０の幅以下とすることができる。ブロードビーム技術が使用されるので、形成された画像の解像度は、それぞれのサブセットに共通の超音波トランスデューサ素子の数に独立である。
【００９７】
図７Ａ〜図７Ｃは、図６に示されるスイッチ４１０の構成により生成される超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃを示している。図７Ａでは、超音波ビーム７１０は、最初の４つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｄを含むサブセット３２０Ａにより生成され、したがって、図６Ａのスイッチ４１０の構成に対応している。
【００９８】
図７Ｂでは、超音波ビーム７１０Ｂは、中央の４つのトランスデューサ素子１１０Ｃ〜１１０Ｆを含むサブセット３２０Ｃにより生成される。さらに、図７Ｃでは、超音波ビーム７１０Ｃは、最後の４つのトランスデューサ素子１１０Ｅ〜１１０Ｈを含むサブセット３２０Ｅにより生成される。
【００９９】
生成された超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃは、その幅の僅かな部分だけオーバラップされる（このオーバラップは、トランスデューサの表面で測定される）。発生されたビーム７１０Ａ〜７１０Ｃの中央は、２つ以上のトランスデューサ素子１１０の幅により分離される。
【０１００】
超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃのそれぞれを発生するために使用されるトランスデューサアレイ３１０のサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅは、それぞれのサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ又は３２０Ｅにおけるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈの数に等しい変位、又は該数よりも長い変位だけ、選択的に異なるようにされる。
【０１０１】
様々な実施の形態では、この変位は、４以上又は８以上のトランスデューサ素子である。しかし、シフト（変位）がサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ又は３２０Ｅのそれぞれにおけるトランスデューサ素子数よりも長い場合、画像の解像度、均一性及び連続性が低下される。
【０１０２】
図８Ａ及び図８Ｂは、励起されたサブセット３２０Ａ及び３２０Ｅが、それぞれのサブセット３２０におけるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈの数に等しいシフト、又は該数よりも長いシフトだけ異なるようにスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄが設定される２つの構成を示している。
【０１０３】
たとえば、図８Ａでは、最初の４つのスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄが閉じ、最後の４つのスイッチ４１０Ｅ〜４１０Ｈが開く。この構成では、図７Ｃに示されるように、最初の４つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｄが励起され、超音波ビームが発生される。
【０１０４】
図８Ｂは、次の超音波ビーム７１０Ｃを発生するために使用されるスイッチ４１０の設定を示しており、ここでは、最初の４つのスイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄは開いており、最後の４つのスイッチ４１０Ｅ〜４１０Ｈが閉じている。サブセット３２０Ａ及び３２０Ｅは、共通のトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈを有さず、したがって離れたセットとなっている。
【０１０５】
図９Ａ及び図９Ｂは、図８Ａ及び図８Ｂのそれぞれのスイッチ構成により発生される超音波ビーム７１０Ａ及び７１０Ｃを示している。図９Ａは、最初の４つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｄを含むサブセット３２０Ａを励起することにより発生される超音波ビーム７１０Ａを示している。図９Ｂは、最後の４つのトランスデューサ素子１１０Ｅ〜１１０Ｈを含むサブセット３２０Ｅを励起することにより発生される超音波ビーム７１０Ｃを示している。
【０１０６】
２つ以上のトランスデューサ素子１１０の変位だけ、超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃを形成するために使用されるサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅが離れることにより、従来の方法と比べて、領域を画像形成するために必要とされる送信／受信サイクルの数を減少することができる。たとえば、図３に例示される従来の方法は、５つの超音波ビーム１７０Ａ〜１７０Ｅを必要とし、図９に示される２つの超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃにより画像形成されるボリュームよりも小さいボリュームを画像形成する。
【０１０７】
超音波ビーム数及び関連する送信／受信サイクル数の減少により、所定の領域を画像形成するために必要とされる電力を低減することができる。これは、それぞれの超音波ビーム７１０が少なくとも１つの送信／受信サイクルを必要とし、それぞれの送信／受信サイクルが少なくともパルス往復時間を要するためである。
【０１０８】
２つ以上の超音波トランスデューサ素子の幅で所定の領域を画像形成するためにそれぞれの超音波ビームが選択的に使用されるので、１つトランスデューサ素子の幅よりも長い領域を画像形成するための使用されるデータが、２パルス往復時間未満で生成される（幅は、トランスデューサアレイの表面で幅が測定される）。
【０１０９】
上述されたブロックスイッチング方法は、代表的なものである。超音波システム５００は、図６〜図１０のいずれかに示されるトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈの数により限定されるものと解釈されるべきではない。
【０１１０】
トランスデューサ素子１１０の全体の数、及び超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃを形成するために使用されるそれぞれのサブセット３２０内のトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈの数の両者は、選択的に、図示されるものよりも多くすることができ、又は少なくすることができる。本実施の形態で記載されるシステム及び方法は、リニアシステム及び曲線システムを含む様々なトランスデューサアレイ３１０の形態により使用される。
【０１１１】
ブロックスイッチングにより、送信／受信スイッチ５１５及びマルチプレクサ５１７の複雑さを従来に比べて減少することができる。この低減された複雑さは、ビームトランスミッタ１５０のそれぞれの出力が、トランスデューサアレイ３１０のうちの幾つかのトランスデューサ素子に結合されない実施の形態において生じる。
【０１１２】
従来技術と対照的に、それぞれのトランスデューサ素子１１０は、高々２つの超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃを発生するために選択的に使用される。様々な実施の形態では、送信／受信スイッチ５１５からのそれぞれの出力は、送信／受信スイッチ５１５への３以下の入力又は８以下の入力に結合される。別の実施の形態では、送信／受信スイッチ５１５からのそれぞれの出力は、送信／受信スイッチ５１５への入力のうち、８７パーセント以下の入力に結合される。
【０１１３】
１実施の形態では、励起されたサブセット３２０Ａ〜３２０Ｅのそれぞれは、少数のトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈだけオーバラップする。このオーバラップは、サブセット３２０Ａ〜３２０Ｅのサイズの典型的には５０パーセント以下、時には３４パーセント以下であり、選択的に、１つ又は２つのトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈと同様に小さい。僅かなオーバラップにより、異なる超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃを使用して発生されるデータ間の比較が可能となる。
【０１１４】
１実施の形態では、この比較は、スキャンヘッド５１０と究明中の材料との間の相対的な移動から生じるエコーの位置において相関される変化を検出するために使用される相互相関の計算を含んでいる。エコーの位置におけるこれらの変化は、異なる超音波ビーム７１０Ａ〜７１０Ｃを使用して生成される画像において、アーチファクトを潜在的に生じる。相互相関の結果は、コンピュータコード５４０により使用され、結果として生じる画像の品質に関する相対的な移動の効果を低減させる。
【０１１５】
図１０は、本発明による走査を実行する方法に含まれる処理を示している。サブセットを選択するステップ１０１０では、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈのサブセット３２０Ａは、スイッチ４１０Ａ〜４１０Ｄを使用した励起のために選択される。超音波ビーム７１０を発生するステップ１０２０では、送信／受信サイクルが実行される。このサイクルは、選択されたサブセット３２０Ａを励起するステップ、超音波ビーム７１０を究明中の材料に送信するステップ、及び該送信により発生されるエコーを検出するステップを含んでいる。
【０１１６】
走査が完了されたかを判定するステップでは、コンピュータコード５４０は、現在の走査が完了したかを判定する。完了していない場合、処理は、新たなサブセットを選択するステップ１０４０に続き、新たなサブセット３２０が選択される。新たなサブセット３２０は、２つ以上のトランスデューサ素子１１０の移動だけ、予め選択されたサブセット３２０とは位置において異なる。
【０１１７】
ステップ１０４０で選択された新たなサブセット３２０は、ステップ１０１０又はステップ１０４０で予め選択されたサブセット３２０と共通のトランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈのうちの０，１又は２つを選択的に含む。ステップ１０４０に続き、ステップ１０２０が再び繰り返される。
【０１１８】
ステップ１０３０で、コンピュータコード５４０が現在の走査が完了していると判定した場合、処理は、別の走査ステップ１０５０を問合せるステップ１０５０に続く。ステップ１０５０は、コンピュータコード５４０を使用して、別の走査を実行すべきかが判定される。別の走査を実行する場合、処理はステップ１０１０に戻り、別の走査を実行しない場合、処理が終了される。
【０１１９】
図１１は、本発明により１実施の形態により画像を形成するための方法における処理を示している。超音波ビーム７１０を発生するステップ１１１０は、送信／受信サイクルが実行される。この送信／受信サイクルは、選択的にフィルタリング、さもなければ処理されるエコーデータを発生する。このエコーデータは、エコーデータをエリアフォーマ５２０に供給するステップ１１１５において、エリアフォーマ５２０に連続的に提供される。
【０１２０】
エリアフォーマ５２０は、エコーデータを使用して、位置データ生成ステップ１１２０において、位置データを発生する。この位置データは、究明中の材料内のエコー源の位置に関する情報を含んでいる。ブロードビーム技術が使用されるので、１つのサブセット３２０を使用して送信される１つの超音波ビーム７１０は、２次元領域にわたり位置データを生成する。
【０１２１】
位置データをイメージスキャンコンバータ５３０に供給するステップ１１２５では、位置データはイメージスキャンコンバータ５３０に供給される。このコンバータは、画像を見るためにｘ−ｙ座標系に適したデータに位置データを変換する。
【０１２２】
ｘ−ｙ座標系の位置データは、位置データを記憶するステップ１１３０で記憶される。走査が完了されたかを判定するステップは、コンピュータコード５４０が使用され、現在の走査が完了されたかが判定される。完了されていない場合、処理はステップ１１１０に戻り、可能であれば新たな超音波ビーム７１０を使用して、別の送信／受信サイクルを実行する。
【０１２３】
走査が完了した場合、処理は、相互相関を実行するステップ１１４０に進み、ここでは、ステップ１１３０で記憶された位置データに関して相互相関が実行される。ステップ１１３０で記憶された位置データは、複数のサブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅを使用して順次発生される複数の超音波ビーム７２０Ａ〜７２０Ｃを使用して発生されたデータを含んでいる。
【０１２４】
相互相関は、オーバラップする位置をカバーし、異なる送信／受信サイクルから生じたデータに対して、特に適用される。たとえば、相互相関の１態様では、サブセット３２０Ａ及び３２０Ｃを使用して生成されたデータが相関される。相互相関は、データ内の特徴の位置における相関されるシフトを検出する。
【０１２５】
たとえば、スキャンヘッド５１０が究明中の材料と相対的に１ミリメータだけ動く場合、相互相関は、この動きの大きさを検出して判定する。相互相関は、データを比較する１つの手段であり、それぞれのサブセット３２０を使用して生成されるデータの一部を選択的に含んでいる。たとえば、相互相関は、特定のサブセット３２０を使用して発生されるデータのうち、５０パーセント以下のデータ、又は３４パーセント以下のデータを含むことができる。
【０１２６】
代替的な実施の形態では、比較に関する他の公知の方法も使用される。空間的な調節を判定するステップ１１４５では、任意の移動の影響を低減するために必要とされる位置的な調節は、相互相関の結果から決定される。位置データを選択的に調節するステップ１１５０では、位置の調節情報が使用され、サブセット３２０Ａ，３２０Ｃ及び３２０Ｅを使用して生成される画像における領域の空間的なアラインメントに関して、位置データが調節される。
【０１２７】
位置データを結合するステップ１１６０では、位置データが結合され、選択的に究明中の材料とスキャンヘッド５１０との相対的な移動から生じるアーチファクトなしに、位置データからなる複合セットが形成される。画像を生成するステップ１１６５では、位置データの複合セットが使用され、画像を表示するステップ１１７０で表示される画像が生成される。
【０１２８】
代替的な実施の形態では、ステップ１１２５で位置データをｘ−ｙ座標系に変換する前に、相互相関ステップ１１４０及び／又は調節ステップ１１５０が実行される。
【０１２９】
図１１を使用して説明される相互相関技法及びアーチファクト低減技法は、ブロードビーム技術により可能となる。これらの技術では、超音波ビーム７１０の幅は、横方向の解像度の要件によりもはや制限されないため、１実施の形態では、超音波システム５００は、超音波ビーム１７０の幅及び位置を選択的に調節して、相互相関のために十分なビーム間のオーバラップを達成する。
【０１３０】
同時に、超音波ビーム１７０の幅は、オーバラップする領域が超音波ビーム１７０の全体の幅のうちの一部であるように十分に大きい。たとえば、オーバラップする領域は、全体の幅の３４パーセント以下とすることができる。ある実施の形態では、オーバラップする領域は、超音波ビーム１７０の全体の幅のうちの１０パーセント以下であり、相互相関及びアーチファクト低減を実行するためになお十分である。
【０１３１】
本実施の形態で述べたプロセス及び装置の様々な実施の形態の説明から、上述した実施の形態に対する様々な変更及び追加は、本発明の原理から逸脱することなしに行うことができることは、当業者であれば明らかであろう。たとえば、トランスデューサ素子１１０Ａ〜１１０Ｈは、代替的な超音波発生素子により置き換えることができる。送信／受信スイッチ５１５は、個別の送信及び受信スイッチにより置き換えることができる。さらに、サブセット３２０は、様々なシーケンスにおいて超音波ビーム７１０を発生するために使用することができる。
【０１３２】
他の実施の形態では、上述した実施の形態で開示された方法及び装置は、２次元のトランスデューサアレイに適用することができる。これらの実施の形態では、「ブロック」は、２次元のトランスデューサアレイからなる１次元のサブセット又は２次元のサブセットを選択的に含んでいる。ブロックスイッチング技術は、ボリュームフォーミング及び多次元フォーミング技術を含むシステムのような、３次元又は４次元の画像形成システムに拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超音波システムを示す図である。
【図２Ａ】従来の集束方法を示す図である。
【図２Ｂ】従来の集束方法を示す図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｅは、８つのトランスデューサ素子からなるフェーズドアレイにおける従来の走査プロセスを示す図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｅは、５つの連続する超音波ビームを発生するために使用されるスイッチの状態に関する従来の例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態による超音波システムを示す図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の実施の形態に従い構成されるスイッチの３つの連続する状態を示す図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃは、図６に示されるスイッチ構成により発生される超音波ビームを示す図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｂは、本発明の実施の形態によりトランスデューサ素子のサブセットを例示するようにスイッチが設定される２つの構成を示す図である。
【図９】図９Ａは、図８Ａのスイッチ構成により発生される超音波ビームを示す図であり、図９Ｂは、図８Ｂのスイッチ構成により発生される超音波ビームを示す図である。
【図１０】本発明の１実施の形態に従い走査を実行するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の１実施の形態に従い画像を形成するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１００：超音波システム
１０５：素子アレイ
１１０Ａ〜１１０Ｈ：トランスデューサ素子
１２０：下地の材料
１３０：マッチングレイヤ
１４０：送信／受信スイッチ
１４５：マルチプレクサ
１５０：ビームトランスミッタ
１６０：超音波パルス
１７０：超音波ビーム
５００：超音波システム
５１５：送信／受信スイッチ
５１７：マルチプレクサ
５２０：エリアフォーマ
５３０：イメージスキャンコンバータ
５４０：コンピュータコード
Claims (18)
- 超音波システムであって：
超音波ビームを発生するための複数の超音波トランスデューサ素子を有するスキャンヘッドを備え、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうちの第１のサブセットは第１の超音波ビームを発生し、前記複数のトランスデューサ素子のうちの第２のサブセットは前記第１のサブセットから２つ以上のトランスデューサ素子だけ変位しており、第２の超音波ビームを発生し、前記複数のトランスデューサ素子のうちの第３のサブセットは前記第２のサブセットから２つ以上のトランスデューサ素子だけ変位しており、第３の超音波ビームを発生し、
当該超音波システムはさらに：
前記複数の超音波トランスデューサ素子をビームトランスミッタに結合するための送信／受信スイッチを備え、前記第２のサブセットは、前記複数の超音波トランスデューサ素子のうち、前記第１のサブセットが動作している時間と前記第３のサブセットが動作している時間との間で動作する唯一のサブセットであり、前記ビームトランスミッタは検査対象物質中に超音波ビームを送信するために前記トランスデューサ素子に加えられる電気パルスを発生させ、生成されるエコーを検出するよう構成されており、前記第２の超音波ビームは前記第１および第３の超音波ビームの一部とオーバラップするものであり；
当該超音波システムはさらに：
単一の超音波画像のために前記第１の超音波ビーム、前記第２の超音波ビームおよび前記第３の超音波ビームに対応するエコーからエコー位置データを生成するイメージスキャンコンバータを備えることを特徴とする超音波システム。 - 前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットにおけるトランスデューサ素子数の少なくとも５０パーセントだけ、前記第１のサブセットと前記第３のサブセットの両者から位置において異なる、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- 前記第１のサブセットと前記第３のサブセットが互いから離れている、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- 第１のサブセットの中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における２つの超音波トランスデューサ素子の幅よりも長い距離、又は該幅に等しい距離だけ前記第２のサブセットの中央から変位しており、前記第２のサブセットの前記中央は、前記複数の超音波トランスデューサ素子における２つの超音波トランスデューサ素子の幅よりも長い距離、又は該幅に等しい距離だけ前記第３のサブセットの中央から変位している、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- 前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットの幅の１３パーセント以下の量だけ、前記第１のサブセットと前記第３のサブセットとにオーバラップする、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- 前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットの幅の３４パーセント以下の量だけ、前記第１のサブセットと前記第３のサブセットとにオーバラップする、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- 前記第２のサブセットは、前記第２のサブセットの幅の８７パーセント以下の量だけ、前記第１のサブセットと前記第３のサブセットとにオーバラップする、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- 前記送信／受信スイッチは、前記複数の超音波トランスデューサ素子に結合される出力と、前記ビームトランスミッタに結合される入力とを含み、前記入力の数は、前記出力の数よりも少ない、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- 前記送信／受信スイッチは、前記複数の超音波トランスデューサ素子に結合される出力と、前記ビームトランスミッタに結合される入力とを含み、前記入力の数は、前記出力の数よりも少なく、前記出力のそれぞれは、前記入力のうちの８未満の入力に交互に結合される、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- イメージスキャンコンバータによって生成される前記第１のサブセットに対応する第１のデータと前記第２のサブセットに対応する第２のデータが、前記第１のサブセットと前記第２のサブセットとに共通な超音波トランスデューサ素子の数に独立な解像度を有する画像を形成するために使用される、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- 前記第２のサブセットに含まれる超音波トランスデューサ素子は、リニアアレイに配置される、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- 前記第２のサブセットに含まれる超音波トランスデューサ素子は、曲線アレイに配置される、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- 前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータと前記第２のサブセットを使用して生成される第２のデータとの間の相互相関を計算するためのコンピュータコードをさらに備える、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- 前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータのうちの５０パーセント以下のデータと、前記第２のサブセットを使用して生成される第２のデータのうちの５０パーセント以下のデータとの間の相互相関を計算するためのコンピュータコードをさらに備える、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- 前記第１のサブセットを使用して生成される第１のデータのうちの３４パーセント以下のデータと、前記第２のサブセットを使用して生成される第２のデータのうちの３４パーセント以下のデータとの間の相互相関を計算するためのコンピュータコードをさらに備える、ことを特徴とする請求項１記載の超音波システム。
- 超音波システムの動作方法であって：
３つの相続く超音波ビームを発生させるステップを有し、ここで、前記超音波ビームのそれぞれは複数のトランスデューサによって生成され、第２の超音波ビームは該第２の超音波ビームの幅の８７パーセント以下の幅だけ第１の超音波ビームとオーバラップし、第３の超音波ビームは前記第２の超音波ビームの幅の８７パーセント以下の幅だけ前記第２の超音波ビームとオーバラップし、
当該方法はさらに：
検査対象からの、前記３つの相続く超音波ビームのそれぞれに対応するエコーを検出するステップと、
前記検出されたエコーを使用して、エコー位置データを生成するステップと、
前記エコー位置データから単一の超音波画像を生成するステップと
を備えることを特徴とする方法。 - 前記エコー位置データは、エリアフォーミングを使用して生成される、ことを特徴とする請求項１６記載の方法。
- 画像の解像度は、前記第１の超音波ビーム、第２の超音波ビーム及び第３の超音波ビームの間のオーバラップに独立である、ことを特徴とする請求項１６記載の方法。
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