JPH07327991A - 超音波イメージング装置 - Google Patents

超音波イメージング装置

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JPH07327991A
JPH07327991A JP7135409A JP13540995A JPH07327991A JP H07327991 A JPH07327991 A JP H07327991A JP 7135409 A JP7135409 A JP 7135409A JP 13540995 A JP13540995 A JP 13540995A JP H07327991 A JPH07327991 A JP H07327991A
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JP7135409A
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Thomas J Hunt
トーマス・ジェイ・ハント
Benjamin M Herrick
ベンジャミン・エム・ハーリック
Kimberly K Robertson
キンバリー・ケイ・ロバートソン
Karl E Thiele
カール・イー・ゼール
J Mark Ziel
ジェイ・マーク・ズィール
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HP Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 イメージのフレーム率の劣化を防止できる超
音波イメージング装置を提供する。 【構成】 同一線上にある第１の近視野と遠視野受信走
査線と同一線上にある第２の近視野と遠視野受信操作線
のうち、第１、第２の近視野受信走査線と第１、第２の
遠視野受信走査線に沿って操向角毎に超音波変換素子の
問題となる領域に送信器から各操向角ごとに深度が異な
るように送信される超音波エネルギをそれぞれ同時に受
信器で受信し、第１の近視野と遠視野受信操作線に沿っ
て受信された信号及び第２の近視野と遠視野受信走査線
に沿って受信された信号をＲＡＭ１４０，１４２，１４
４とマルチプレクサ１５０でスプライシングしてそのス
プライシングを施した走査線を表す信号を発生し、この
信号に応答して問題となる領域のイメージをディスプレ
イ装置１６４で生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、医療用超音波イメージ
ング装置に関するものであり、とりわけ、伝送焦点スプ
ライシング及び並列受信ビーム形成を利用した医療用の
超音波イメージング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】フェイズド・アレイ超音波イメージング
装置において、超音波変換器は、変換素子のアレイで構
成されている。この装置には、送信／受信スイッチを介
して変換器に接続される、複数チャネル送信器及び複数
チャネル受信器が含まれている。各送信器チャネルによ
って、アレイの選択された変換素子が、イメージの形成
される物体、代表的には、人体に超音波パルスを送り込
む。送り込まれる超音波エネルギには、走査線に沿った
操向が施され、また、アレイの各変換素子から送り出さ
れたパルスに適正な遅延を加えることによって、焦点合
わせが施されるので、この送り込まれるエネルギによっ
て、所望の焦点が積極的に付加され、送信ビームが形成
されることになる。送り込まれる超音波エネルギの一部
は、人体の各種構造及び組織によって反射し、変換素子
アレイに戻される。
【０００３】受け取った超音波エネルギの操向及び焦点
合わせは、逆のやり方で実施される。物体または構造か
ら反射した超音波エネルギは、アレイの変換素子に到着
する時間が異なる。受信信号を増幅し、別個の受信器チ
ャネルにおいて遅延を加えてから、さらに、受信ビーム
形成器においてまとめることによって、受信ビームが形
成される。各チャネル毎の遅延の選択は、受信ビーム
に、所望の角度の操向、及び、所望の深さの焦点合わせ
が施されるように行われる。遅延は、超音波エネルギの
受信時に、ビームの焦点を結ぶ深度が受信走査線に沿っ
て漸増するように、動的に変化させることが可能であ
る。扇形走査のように、所望の走査パターンをなすよう
に、複数の送信走査線に沿って超音波エネルギを送り、
受信信号に、上述のように処理を加えることによって、
問題となる領域のイメージが形成される。
【０００４】最高の質のイメージを得るため、送信ビー
ムと受信ビームは、両方とも、イメージが形成される領
域内の各ポイント毎に、焦点合わせを行うことが望まし
い。しかし、こうしてイメージを得るのに要する時間
は、法外なものになる。大部分の従来技術による装置で
は、送信ビームの焦点は、一般に、単一の焦点深度に結
ばれ、受信ビームの焦点は、方位角、すなわち、アレイ
をなす変換素子間の部分に対して垂直な方向においての
み、動的に結ばれる。送信ビームと受信ビームの両方と
も、仰角焦点は、変換器に取り付けられた超音波レンズ
によって結ばれるのが普通である。結果として、送信ビ
ームは、送信焦点から変位したポイントでは焦点が合わ
ず、受信ビームは、固定焦点を除けば、仰角方向におい
て焦点が合わない。これらの要素によって、焦点から変
位したイメージ部分は質的に劣ることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】１９９３年１月１９日
に提出され、本出願の譲受人に譲渡された米国特許出願
第０８／００６，０８４号には、変換素子の行及び列か
らなる超音波変換器が開示されている。２つ以上の送信
ビームが、操向角は同じであるが、異なる焦点深度で送
られる。各送信焦点領域における受信信号に、互いに
「スプライシング」を施すことによって、各操向角毎
に、単一の受信線が形成される。変換器の異なるアパー
チャに、異なる焦点深度でエネルギを加えることによっ
て、送信ビームの焦点が、仰角と方位角の両方において
合わせられる。スプライシングが施された受信線は、送
信ビームの焦点が比較的合っている領域からの受信信号
によって形成されるので、イメージの質が向上する。し
かし、特殊な措置を講じない限り、超音波イメージのフ
レーム率（完全なイメージが発生する率）は、各操向角
毎に送り出されるビーム数に比例して低下する。心臓に
用いられる超音波イメージの場合、毎秒約３０フレーム
未満のフレーム率は、許容不能とみなされる。
【０００６】超音波イメージング装置におけるデータ取
得率を増す方法の１つは、２つ以上の異なる受信ビーム
を同時に発生することである。これは、各追加受信ビー
ム毎に、ビーム形成ハードウェアを複製することによっ
て、実現可能である。１９８６年１１月１１日にＦｉｄ
ｅｌ（フイデエル）に対して発行された米国特許第４，
６２２，６３４号には、同時に得られる超音波ベクトル
が、スキャン・コンバータに順次送り込まれる、超音波
イメージング装置が開示されている。１９９０年５月２
２日にBrock-Fisyer（ブロック−フイッシャ）他に対し
て発行される米国特許第４，９２６，８７２号には、カ
ラー・フロー走査線の並列処理を利用した、カラー・フ
ロー・イメージング装置が開示されている。１９８７年
２月２４日にAugustine （オーガスティン）に対して発
行された米国特許第４，６４４，７９５号、１９８８年
１２月１３日にPerten（パーテン）他に対して発行され
た米国特許第４，７９０，３２０号、１９９１年７月２
日にHirama（ヒラマ）他に対して発行された米国特許第
５，０２７，８２１号、１９８９年１２月１２日にＯ’
ＤｏｎｎｅｌｌO'Donnell （オー、ドンネル）に対して
発行された米国特許第４，８８６，０６９号、１９９０
年１月９日にPesque（ペスキュー）に対して発行された
米国特許第４，８９３，２８３号、１９９２年６月９日
にHarrison,Jr （ハリソン、ゼイアール）他に対して発
行された米国特許第５，１２１，３６１号、及び、１９
８１年２月２４日にRobinson（ロビンソン）に対して発
行された米国特許第４，２５２，０２６号には、受信し
た超音波情報の並列処理についても開示されている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、超音波
イメージング装置は、超音波変換素子のアレイ、アレイ
について問題となる領域に、複数の操向角で、超音波エ
ネルギを送り込む送信器、及び、超音波エコーに応答し
て、アレイが発生する信号を受信する受信器から構成さ
れる。各操向角毎に、送信器は、近視野送信走査線及び
遠視野送信走査線に沿って、焦点深度が異なるように、
超音波エネルギを順次送り出す。受信器には、近視野送
信走査線に沿って送られてくる超音波エネルギに応答し
て、第１と第２の近視野受信走査線に沿って同時に信号
を受信し、遠視野送信走査線に沿って送られてくる超音
波エネルギに応答して、第１と第２の遠視野受信走査線
に沿って同時に信号を受信するビーム形成装置が含まれ
ている。第１の近視野受信走査線と第１の遠視野受信走
査線は、同一線上にあり、第２の近視野受信走査線と第
２の遠視野受信走査線は、同一線上にある。超音波イメ
ージング装置には、さらに、第１の近視野受信走査線に
沿って受信する信号と、第１の遠視野受信走査線に沿っ
て受信する信号のスプライシングによって、第１のスプ
ライシングが施された走査線を表す信号を発生し、第２
の近視野受信走査線に沿って受信する信号と、第２の遠
視野受信走査線に沿って受信する信号のスプライシング
によって、第２のスプライシングが施された走査線を表
す信号を発生する手段が含まれている。このスプライシ
ングが施された走査線を表す信号を利用することによっ
て、問題となる領域のイメージが発生する。結果とし
て、各操向角毎に、近視野送信走査線及び遠視野送信走
査線に沿って送られてくる超音波エネルギに応答して、
２つのスプライシングが施された走査線を表す信号が得
られることになり、また、各操向角毎に、２つの送信走
査線に沿って超音波エネルギを送ることによって、イメ
ージのフレーム率が劣化しない。
【０００８】好適な実施例の場合、超音波変換素子アレ
イには、少なくとも２つの選択可能な仰角アパーチャが
含まれている。この実施例の場合、送信器には、第１の
仰角アパーチャによって、近視野送信走査線に沿って超
音波エネルギを伝送し、第１の仰角アパーチャより大き
い第２の仰角アパーチャによって、遠視野送信走査線に
沿って超音波エネルギを伝送する手段が設けられてい
る。受信器には、第１の仰角アパーチャによって、第１
及び第２の近視野受信走査線に沿って信号を受信し、第
２の仰角アパーチャによって、第１及び第２の遠視野受
信走査線に沿って信号を受信するための手段が設けられ
ていることが望ましい。従って、近視野送信走査線及び
遠視野送信走査線に沿って送られる超音波エネルギの焦
点合わせが、方位角と仰角の両方において実施される。
【０００９】本発明のもう１つの特徴によれば、受信器
には、超音波エコーの受信時に、受信角を動的に変化さ
せて、送られる超音波エネルギの空間変動を補償する手
段が設けられていることが望ましい。すなわち、各受信
走査線に操向を施し、対応する送信走査線から離して、
対応する送信走査線の焦点深度に近付けることによっ
て、ほぼ一定した有効受信角が得られる。
【００１０】本発明のもう１つの特徴によれば、この装
置には、スプライシングが施された隣接する走査線を表
す信号の重み付き平均を求めることによって、平均化さ
れた走査線が得られるようにするための手段が設けられ
ている。スプライシングが施された隣接する走査線の重
み付き平均化によって、並列ビーム形成チャネルにおけ
る差、及び、問題となる領域における送信ビームの歪み
が補償される。
【００１１】本発明のもう１つの態様によれば、超音波
イメージング装置は、超音波変換素子のアレイ、アレイ
について問題となる領域に、複数の操向角で、超音波エ
ネルギを送り込む送信器、及び、超音波エコーに応答し
て、アレイが発生する信号を受信する受信器から構成さ
れる。送信器は、各操向角毎に、送信走査線に沿って超
音波エネルギを送る。受信器には、送信走査線に沿って
送られてくる超音波エネルギに応答して、第１及び第２
の受信走査線に沿って信号を同時に受信するビーム形成
装置が含まれている。超音波イメージング装置には、さ
らに、隣接する受信走査線に沿って受信する信号の重み
付き平均を求めることによって、平均化された受信走査
線が得られるようにするための手段が含まれている。平
均化された受信走査線を表す信号を利用することによっ
て、問題となる領域のイメージが発生する。
【００１２】本発明のさらにもう１つの態様によれば、
超音波イメージング装置は、超音波変換素子のアレイ、
アレイについて問題となる領域に、複数の操向角で、超
音波エネルギを送り込む送信器、及び、超音波エコーに
応答して、アレイが発生する信号を受信する受信器から
構成される。送信器は、各操向角毎に、送信走査線に沿
って超音波エネルギを送る。受信器には、送信走査線に
沿って送られてくる超音波エネルギに応答して、第１及
び第２の受信走査線に沿って信号を同時に受信するビー
ム形成装置が含まれている。受信器には、超音波エコー
の受信時における受信走査線の操向角を動的に変化させ
て、超音波エネルギの空間変動を補償する手段も含まれ
ている。受信走査線を表す信号を利用することによっ
て、問題となる領域のイメージが発生する。
【００１３】
【実施例】図１には、本発明の実施に適したフェイズド
・アレイ超音波変換器１０（以下、変換器という）が示
されている。この変換器は、横方向、すなわち、方位角
方向１４に並べて配置された変換素子１２1,１
２2,．．．１２N に分割される。医療用超音波イメージ
ング装置の典型的な変換器には、６４〜２５６の変換素
子が含まれる可能性がある。図１の例の場合、各変換素
子は、仰角方向１８において、３つのセグメントＳ1 、
Ｓ2 、及び、Ｓ3 に分割される。各変換素子のセグメン
トＳ1 〜Ｓ3 は、超音波エネルギの送信及び受信のため
に、別個に作動させることが可能である。異なるグルー
プをなす変換素子及びセグメントを選択的に使用可能に
することによって、変換器の異なる能動アパーチャが作
動する。好適な実施例の場合、遠視野アパーチャ２０に
は、方位角と仰角の両方において、変換器１０の全ての
素子及びセグメントが含まれている。近視野アパーチャ
２２には、破線２６と２８の間の変換器１０の中央部分
における変換素子のセグメントＳ２だけしか含まれな
い。後述のように、問題となる領域の遠視野における超
音波エネルギの送信及び受信には、遠視野アパーチャ２
０が用いられ、問題となる領域の近視野における超音波
エネルギの送信及び受信には、近視野アパーチャ２２が
用いられる。
【００１４】図２〜４には、超音波変換器１０に関する
典型的な送信ビーム・パターンが示されている。当該技
術において既知のように、能動アパーチャ内で、変換素
子に加えられるパルスを適正に遅延させることによっ
て、送信超音波エネルギは、変換素子に対する所望の方
向に向けられ、その焦点が所望の焦点深度に結ばれるこ
とになる。図２には、変換器１０の側面図が示されてい
る。近視野アパーチャ２２は、近視野における焦点深度
３２に焦点を結ぶビーム・パターンを有する超音波エネ
ルギを送り出す。遠視野アパーチャ２０は、遠視野にお
ける焦点深度３６に焦点を結ぶビーム・パターンを有す
る、超音波エネルギを送り出す。図３及び４には、それ
ぞれ、送信ビーム・パターン３０及び３４の平面図が示
されている。各送信ビーム・パターンには、変換器１０
に対する垂線に対して角度Θをなすように、操向が施さ
れる。送信ビーム・パターン３０及び３４を形成するた
め、能動アパーチャにおける各変換素子は、焦点深度３
２または３６に送信超音波エネルギの焦点を結ぶよう
に、かつ、超音波エネルギに操向を施すことによって、
角度Θをなすように選択された遅延を生じるパルスによ
って、エネルギが付与される。近視野の送信ビーム・パ
ターン３０は、近視野送信走査線４０として表すことが
可能であり、遠視野の送信ビーム・パターン３４は、遠
視野走査線４１として表すことが可能である。近視野送
信走査線及び遠視野送信走査線は、同一線上にあり、変
換器１０の能動アパーチャの中心から生じ、変換器１０
に対する垂線に対して方位角方向１４に角度Θをなして
いる。
【００１５】送信超音波エネルギによって、問題となる
領域の各種構造から超音波エコーが発生する。超音波エ
コーは、変換器１０によって受信され、電気信号に変換
される。ビーム形成器において受信信号に適切な整相を
施すことによって、受信ビームが形成される。超音波エ
コーの受信時に、受信ビームは、所望の操向角をなすよ
うに向けられ、その焦点を結ぶ深度は動的に漸増するの
で、深度の漸増する部分からエコーを受信する際、受信
ビームは、焦点内にとどまることになる。
【００１６】図３及び４を参照すると明らかなように、
送信ビーム・パターン３０は、近視野において焦点を結
び、遠視野では比較的大まかになる。逆に、送信ビーム
・パターン３４は、遠視野において焦点を結び、近視野
では比較的大まかになる。焦点深度３２と３６の間に位
置する任意の境界４２によって、近視野と遠視野が分割
される。すなわち、近視野は、変換器１０から境界４２
まで延び、遠視野は、境界４２から所望の最大イメージ
ング深度まで延びる。境界４２の深度が、焦点深度３２
及び３６の位置に応じて変動することになるのは明らか
である。
【００１７】図３及び４に示すビーム・パターンを複数
の操向角で送ることによって、所望の走査パターンが形
成され、受信信号に後述のように処理を施すことによっ
て、問題となる領域のイメージを発生するための信号が
生じる。走査線スプライシングとして知られる技法によ
って、超音波イメージの質が、従来のイメージング技法
との比較において向上する。変換器１０を利用して、近
視野送信走査線４０に沿って超音波エネルギが送られる
が、送信エネルギは、図３に示すように、近視野の送信
ビーム・パターン３０を備えている。近視野の送信ビー
ム・パターン３０に応答して受信する信号は、記憶され
る。次に、超音波エネルギが、遠視野送信走査線４１に
沿って送られるが、送信エネルギは、図４に示すよう
に、遠視野の送信ビーム・パターン３４を備えている。
遠視野ビーム・パターンに応答して受信する信号も記憶
される。次に、近視野の送信ビーム・パターン３０に応
答して近視野から受信する信号が、遠視野の送信ビーム
・パターン３４に応答して遠視野から受信する信号と組
み合わせられる、すなわち、これらの信号に、スプライ
シングが施される。この結果、スプライシングを施した
信号が生じ、これによって、全ての受信信号が、送信超
音波エネルギの焦点が比較的合っている領域から得られ
るため、近視野と遠視野の両方において、質の高いイメ
ージが得られることになる。
【００１８】近視野の送信ビーム・パターン及び遠視野
の送信ビーム・パターンを送り出し、各送信ビーム・パ
ターンによって生じる信号を受信し、受信信号に互いに
スプライシングを施すことによって、質の高いイメージ
のスプライシングを施された信号を発生する手順を複数
の操向角について繰り返すことにより、扇形走査パター
ンのような所望の走査パターンが得られる。例えば、扇
形走査パターンは、９０゜の扇形をカバーすることがで
きる。走査線スプライシング技法によれば、近視野と遠
視野の両方において、イメージの質が高くなるが、近視
野ビーム・パターン及び遠視野ビーム・パターンが、そ
れぞれの操向角で送られるので、フレーム率（完全なイ
メージが発生する率）は、従来の走査技法に比べて１／
２に低下する。
【００１９】本発明の重要な態様によれば、走査線スプ
ライシングにおいて生じるフレーム率の低下は、送信走
査線から角度的に間隔のあいた２つ以上の受信走査線に
沿って、同時に受信することによって、部分的に、また
は、完全に相殺される。図３を参照すると、超音波エコ
ーは、近視野走査線４０に沿って送られてくる超音波エ
ネルギに応答して、近視野受信走査線４６及び４８に沿
って同時に受信される。図４を参照すると、超音波エコ
ーは、遠視野送信走査線４１に沿って送られてくる超音
波エネルギに応答して、遠視野受信走査線５０及び５２
に沿って同時に受信される。近視野受信走査線４６、４
８、遠視野受信走査線５０、及び、５２は、受信ビーム
・パターンを表している（図３及び４には示されていな
い）。同時に近視野受信走査線４６、４８、及び、遠視
野受信走査線５０、５２は、受信走査線が送られてくる
超音波エネルギのビーム・パターン内に含まれるように
選択された比較的小さい角度だけ、それぞれの送信走査
線から角間隔があいている。同時に近視野受信走査線４
６、４８、及び、遠視野受信走査線５０、５２は、約１
゜以下の等しい対頂角だけ、それぞれの送信走査線から
間隔をあけることが望ましい。近視野受信走査線４６
は、遠視野受信走査線５０と同一線上にあり、近視野受
信走査線４８は、遠視野受信走査線５２と同一線上にあ
るので、後述のように走査線スプライシングが可能にな
る。
【００２０】上述のように、近視野の送信ビーム・パタ
ーン３０の焦点は、変換器１０と境界４２の間の近視野
の領域に結ばれ、遠視野送信ビーム・パターン３４の焦
点は、境界４２を超えた遠視野領域に結ばれる。従っ
て、近視野受信走査線４６及び４８によって、近視野領
域におけるイメージの質が高くなり、遠視野受信走査線
５０及び５２によって、遠視野領域におけるイメージの
質が高くなる。それぞれの近視野受信走査線及び遠視野
受信走査線にスプライシングを施すことによって、それ
ぞれ、問題となる領域全体にわたってイメージの質が高
い、２つのスプライシングを施した走査線が得られる。
図３に示すように、近視野受信走査線４６には、近視野
セグメント４６n 及び遠視野セグメント４６f が含まれ
ており、近視野受信走査線４８には、近視野セグメント
４８n 及び遠視野セグメント４８fが含まれている。同
様に、図４を参照すると、遠視野受信走査線５０には、
近視野セグメント５０n 及び遠視野セグメント５０f が
含まれており、遠視野受信走査線５２には、近視野セグ
メント５２n 及び遠視野セグメント５２f が含まれてい
る。受信走査線４６の近視野セグメント４６n に沿って
受信する信号と、受信走査線５０の遠視野セグメント５
０f に沿って受信する信号を組み合わせることによっ
て、スプライシングを施された第１の走査線が得られ
る。受信走査線４８の近視野セグメント４８n に沿って
受信する信号と、受信走査線５２の遠視野セグメント５
２f に沿って受信する信号を組み合わせることによっ
て、スプライシングを施された第２の走査線が得られ
る。スプライシングを施された２つの走査線に沿った信
号が、伝送超音波エネルギの焦点が比較的合い、問題と
なる領域全体にわたってイメージの質が高い領域から捕
捉される。さらに、２つのスプライシングを施された走
査線が、近視野と遠視野の各組毎に得られるので、超音
波イメージのフレーム率は、従来の超音波イメージング
に比べて低下しない。近視野受信走査線４６及び４８の
遠視野セグメント４６f 及び４８f からの信号、及び、
遠視野受信走査線５０及び５２の近視野セグメント５０
n 及び５２n からの信号は、利用せずに、廃棄すること
が可能である。
【００２１】図５には、本発明による扇形走査パターン
が示されている。送信走査線は、超音波変換器１０の中
心に位置する起点６０から生じる実線で表示され、受信
走査線は、起点６０から生じる破線で表示される。円弧
７４によって、近視野と遠視野との間の境界が形成され
る。近視野に焦点を結ぶパルス化超音波エネルギは、送
信走査線Ｔ0 に沿って送られ、超音波エコーは、上述の
ように、受信走査線Ｒ0及びＲ1 に沿って同時に受信さ
れる。受信走査線Ｒ0 及びＲ1 は、送信走査線Ｔ0 か
ら、横方向１４において、等しい対頂角だけ間隔をあけ
ることが望ましい。従って、遠視野に焦点を結ぶパルス
化超音波エネルギは、送信走査線Ｔ0 に沿って送られ、
超音波エコーは、受信走査線Ｒ0 及びＲ1 に沿って同時
に受信される。送信走査線Ｔ0 は、図３及び４に示す近
視野送信走査線４０及び遠視野送信走査線４１に対応
し、受信走査線Ｒ0 は近視野受信走査線４６及び遠視野
受信走査線５０に対応し、受信走査線Ｒ1 は、近視野受
信走査線４８及び遠視野受信走査線５２に対応する。受
信信号に上述の処理を施すことによって、２つのスプラ
イシングを施した走査線が得られる。次に、操向角が変
更され、超音波エネルギが、送信走査線Ｔ1 に沿って送
られる。第１の伝送超音波パルスの焦点は、近視野に結
ばれ、第２の伝送超音波パルスの焦点は、遠視野に結ば
れる。各伝送パルス毎に、送信走査線Ｔ1 から角間隔を
あけた受信走査線Ｒ2 及びＲ3 に沿って、超音波エコー
が同時に受信される。受信信号にスプライシングを施す
ことによって、スプライシングを施された走査線が生じ
る。複数の追加送信走査線Ｔ2 , Ｔ 3,．．．及び、それ
ぞれの送信走査線から角間隔をあけた、対応する受信走
査線対Ｒ4 、Ｒ5 ；Ｒ6 、Ｒ7 ；．．．について、この
プロセスが繰り返される。図５には、ほんのわずかな送
信走査線及び受信走査線しか示されていないが、本発明
による扇形走査パターンには、例えば、１２２の送信走
査線と、２４２の受信走査線を含めて、９０゜の扇形を
カバーすることが可能である。この例の場合、送信走査
線の角間隔は、１．５゜であり、受信走査線の角間隔
は、０．７５゜である。
【００２２】上記例及び図５から明らかなように、送信
走査線の数は、受信走査線の数の１／２である。従っ
て、超音波エネルギが、各操向角毎に２倍送り出される
という事実にもかかわらず、送信操向角の数は、１／２
に減少する。従って、フレーム率は、各操向角毎に、１
つの送信走査線と１つの受信走査線を備える、従来技術
による超音波イメージング装置の場合と同じである。し
かし、イメージの質は、上述のスプライシング技法のた
め、こうした従来技術の装置に比べて改善される。
【００２３】上述の走査技法に適した超音波イメージン
グ装置のブロック図が、図６及び７に示されている。図
６を参照すると、超音波変換器１０のＮ個の変換素子
が、それぞれ、セグメントＳ1 , Ｓ2,及び、Ｓ3 を備え
ている。従って、変換器１０には、３Ｎの独立したセグ
メントを備えている。図６に示すように、各変換素子の
セグメントＳ1 及びＳ3 は、互いに接続され、送信／受
信スイッチ１００に接続されている。各変換素子のセグ
メントＳ2 は、送信／受信スイッチ１０２に接続されて
いる。当該技術において既知のように、送信／受信スイ
ッチ１００及び１０２は、走査モードに従って、送信器
と受信器をスイッチし、超音波エネルギの伝送時に受信
器を保護する。送信／受信スイッチ１００及び１０２
は、超音波送信器１０４及び超音波受信器１０６に接続
されている。送信／受信スイッチ１００に、Ｎ個の独立
したスイッチが含まれており、送信／受信スイッチ１０
２に、Ｎ個の独立したスイッチが含まれていることは明
らかである。従って、変換器１０、送信／受信スイッチ
１００、１０２、受信器１０６、及び、送信器１０４の
間における各相互接続毎に、Ｎ個の独立したラインが含
まれている。
【００２４】超音波エネルギの伝送時に、送信／受信ス
イッチ１００、１０２は、超音波送信器１０４を超音波
変換器１０の変換素子に接続する。超音波エネルギが、
図３に示すように、近視野送信走査線４０に沿って送ら
れると、近視野アパーチャ２２（図１）だけが送信器１
０４によって作動する。送信器１０４によって個々のセ
グメントＳ２に加えられるパルスを適正に遅延させるこ
とによって、伝送超音波エネルギは、所望の操向角をな
すように操向が施され、伝送超音波エネルギの焦点が近
視野内の所望の深度に結ばれることになる。超音波変換
素子に加えられる信号を遅延させて、操向及び合焦を実
施する技法は、当該技術において既知のところであり、
詳細な説明は行わない。図４に示すように、超音波エネ
ルギが遠視野送信走査線４１に沿って送られる場合に
は、超音波送信器１０４によって、遠視野アパーチャ２
０（図１）におけるセグメントＳ1 , Ｓ2 , 及び、Ｓ3
の全てが作動する。変換素子に加えられるパルスを遅延
させることによって、伝送超音波エネルギは、所望の操
向角をなすように操向が施され、伝送超音波エネルギの
焦点が遠視野内の所望の深度に結ばれることになる。遠
視野の場合、各変換素子のセグメントＳ1 , Ｓ2 , 及
び、Ｓ3 に加えられるパルスを遅延させることによっ
て、仰角方向並びに横方向における伝送超音波エネルギ
の焦点合わせが実施される。各操向角毎に、送信器１０
４は、近視野内に焦点を結ぶ超音波パルスを送り出し
て、超音波受信器１０６によるエコーの受信を待ち、遠
視野内に焦点を結ぶ超音波パルスを送り出して、再び、
超音波受信器１０６によるエコーの受信を待つ。複数の
操向角について、このプロセスを繰り返すことによっ
て、上述のように所望の走査パターンが得られる。
【００２５】変換器１０及び超音波送信器１０４による
超音波エネルギの各伝送後に、問題となる領域の各種構
造及び組織から超音波エコーを受信する。超音波エコー
は、各変換素子のセグメントＳ1,Ｓ2,及び、Ｓ3 によっ
て受信され、電気信号に変換される。受信モード時、送
信／受信スイッチ１００及び１０２は、変換素子を受信
器１０６に接続する。すなわち、各変換素子のセグメン
トＳ1 は、送信／受信スイッチ１０２を介して、前置増
幅器１１０に接続される。各変換素子のセグメントＳ1
及びＳ3 は、互いに接続され、送信／受信スイッチ１０
０を介して、前置増幅器１１２の入力に接続される。Ｎ
個の変換素子のそれぞれについて、１つの前置増幅器１
１０が設けられ、Ｎ個の変換素子のそれぞれについて、
１つの前置増幅器１１２が設けられているのは、明らか
である。各前置増幅器１１０の出力は、総和装置１１４
に接続されている。Ｎ個の変換素子のそれぞれについ
て、１つの総和装置１１４が設けられている。各前置増
幅器１１２の出力は、近／遠スイッチ１１６を介して、
総和装置１１４の第２の入力に接続されている。近視野
に焦点を結ぶ超音波エネルギの伝送後における、超音波
受信器１０６による信号の受信中、近／遠スイッチ１１
６は開いており、総和装置１１４の出力に影響を与える
のは、セグメントＳ2 からの受信信号だけである。遠視
野に焦点を結ぶ超音波エネルギの伝送後における、超音
波受信器１０６による信号の受信中、近／遠スイッチ１
１６は閉じており、各変換素子のセグメントＳ1,Ｓ2,及
び、Ｓ3からの受信信号を加算することによって、総和
装置１１４の出力が得られる。上述のように、図１に示
す近視野アパーチャ２２には、セグメントＳ2 だけしか
含まれておらず、遠視野アパーチャ２０には、セグメン
トＳ1,Ｓ2,及び、Ｓ3 が含まれている。
【００２６】総和装置１１４の出力は、第１の遅延及び
総和装置１２０及び第２の遅延及び総和装置１２２に入
力される。ビーム形成装置としての遅延及び総和装置１
２０及び１２２が、それぞれ、超音波変換器１０の各変
換素子に対応する、Ｎ個の別個の受信信号を受信するの
は明らかである。遅延及び総和装置１２０及び１２２の
各チャネルが、受信ビームを形成するために選択された
量だけ、受信信号を遅延させる。遅延は、受信ビームを
所望の操向角をなすように向け、受信ビームの焦点を所
望の焦点深度に結ぶようにするために選択される。焦点
深度は、漸増する深度における超音波エネルギの受信時
に動的に変動する。選択的に遅延させる信号を合計する
ことによって、規定の受信走査線に沿った受信信号を表
す信号が得られる。遅延及び総和装置１２０及び１２２
は、従って、並列受信ビーム形成器の働きをする。受信
ビームの操向及び動的焦点合わせを実施するビーム形成
器の構造は、当該技術において既知のところであり、詳
細な説明は行わない。
【００２７】遅延及び総和装置１２０及び１２２の並列
接続によって、２つの異なる受信走査線に沿った、超音
波エコーの同時すなわち並列受信が可能になる。例え
ば、図３を参照すると、遅延及び総和装置１２０及び１
２２は、それぞれ、近視野受信走査線４６及び４８に沿
って同時に信号を受信する。同様に、図４を参照する
と、遅延及び総和装置１２０及び１２２は、それぞれ、
遠視野受信走査線５０及び５２沿って同時に信号を受信
する。遅延及び総和装置１２０の出力は、フィルタ及び
検出器１２８を介して、アナログ・デジタル変換器（以
下、ＡＤＣという）１３０に接続される。遅延及び総和
装置１２２の出力は、フィルタ及び検出器１３２を介し
て、アナログ・デジタル変換器１３４に接続される。Ａ
ＤＣ１３０及び１３４の出力ＤＡＴＡ１及びＤＡＴＡ２
は、２つの受信走査線に沿って同時に受信した信号を表
すデータ・ワードのストリームである。
【００２８】次に、図７を参照すると、ＡＤＣ１３０の
出力ＤＡＴＡ１出力は、ランダム・アクセス・メモリ１
４０及び１４２（以下、ＲＡＭという）に供給される。
ＡＤＣ１３４の出力ＤＡＴＡ２は、ＲＡＭ１４４、及
び、マルチプレクサ１５０の入力１４８に供給される。
ＲＡＭ１４０、１４２、及び、１４４の出力は、それぞ
れ、マルチプレクサ１５０の入力１５２、１５４、及
び、１５６に接続される。ＲＡＭ１４０、１４２、及
び、１４４には、変換器１０による超音波エネルギの伝
送時に開始される深度カウント信号によって、書き込み
のためのアドレス指定が行われる。深度カウント信号に
よって、各データ・ワードに対応する問題となる領域内
の深度が設定される。マルチプレクサ１５０は、走査変
換器１６０に加えるためにその入力の１つを選択する、
選択信号を受信する。走査変換器１６０は、扇形走査デ
ータを、表示発生器としてのＴＶモニタのようなディス
プレイ装置１６４に表示するのに適したラスタ走査フォ
ーマットに変換する。
【００２９】ＲＡＭ１４０、１４２、及び、１４４、及
び、マルチプレクサ１５０は、走査線スプライシング機
能を実施し、ＡＤＣ１３０及び１３４からのデータ・ス
トリームを、質の高い超音波イメージを表した単一デー
タ・ストリームに変換する。図７の回路の働きについて
は、図８のタイミング図に関連して解説する。図８の水
平軸には、時間が表示されている。図８の送信タイミン
グには、送信走査線Ｔ 0 及びＴ1 （図５）に沿った超音
波エネルギの送信タイミングが示されている。近視野超
音波パルスＴ0nが、送信走査線Ｔ0 に沿って送られる。
受信走査線Ｒ0に関する近視野データは、ＲＡＭ１４４
に記憶され、受信走査線Ｒ1 に関する近視野データは、
ＲＡＭ１４２に同時に記憶される。次に、近視野超音波
パルスＴ 0fが、送り出され、受信走査線Ｒ0 に関する遠
視野データが、マルチプレクサ１５０に直接入力され、
受信走査線Ｒ1に関する遠視野データが、ＲＡＭ１４０
に入力される。受信走査線Ｒ0 に関する遠視野データ
は、走査変換器１６０に対してリアル・タイムで出力さ
れるので、ＲＡＭは、このデータの記憶には必要ではな
い。このプロセスは送信走査線Ｔ1 に沿った近視野超音
波パルスＴ1n及び遠視野超音波パルスＴ1fの伝送に関し
て繰り返される。受信走査線Ｒ2 に関する近視野データ
は、ＲＡＭ１４４に記憶され、受信走査線Ｒ3 関する近
視野データは、ＲＡＭ１４２に記憶される。受信走査線
Ｒ2 に関する遠視野データは、マルチプレクサ１５０に
直接入力され、受信走査線Ｒ3 に関する遠視野データ
は、ＲＡＭ１４０に記憶される。このプロセスは、走査
パターンにおける送信走査線の全てについて繰り返され
る。
【００３０】走査線スプライシングを実施するための、
ＲＡＭ１４０、１４２、及び、１４４からのデータの読
み出しは、次の通りである。図８に示す出力信号は、マ
ルチプレクサ１５０の出力を表している。選択信号は、
マルチプレクサ１５０の入力の１つを選択する。送信走
査線Ｔ0に沿った近視野パルスＴ0nの伝送後における最
初の時間間隔については、遠視野データが走査線スプラ
イシングのために得られないので、マルチプレクサ１５
０から出力されるデータはない。その後は、超音波エネ
ルギ伝送後の各受信間隔が、近視野部分と遠視野部分に
分割されるが、これらの部分は、必ずしも時間的に等し
いとは限らない。送信走査線Ｔ0 に沿った遠視野パルス
Ｔ0fの伝送後における時間間隔の最初の部分において、
選択信号は、ＲＡＭ１４４の出力を選択し、ＲＡＭ１４
４内の順次位置が、アドレス指定される。出力は、受信
走査線Ｒ0 に沿った受信信号の近視野部分を表してい
る。同じ時間間隔の第２の部分において、選択信号は、
ＡＤＣ１３４の出力を選択する。ＡＤＣ１３４からのデ
ータ・ストリームは、受信走査線Ｒ0 の遠視野部分を表
している。従って、この同じ時間間隔におけるマルチプ
レクサ１５０の出力は、受信走査線Ｒ に関する近視野
データ（近視野パルスＴ0nの伝送後に受信される）と受
信走査線Ｒ0 に関する遠視野データ（遠視野パルスＴ0f
の伝送後に受信される）にスプライシングを施したもの
を表している。このスプライシングを施したデータによ
って、問題となる領域全体にわたってイメージの質が高
くなる。
【００３１】送信走査線Ｔ1 に沿った近視野超音波パル
スＴ1fの伝送後における次の時間間隔において、ＲＡＭ
１４２の出力は、その時間間隔の第１の部分で選択さ
れ、ＲＡＭ１４０の出力は、この時間間隔の第２の部分
で選択される。スプライシングを施したデータには、受
信走査線Ｒ1 に関する近視野データ（近視野パルスＴ0n
の伝送後に受信される）と受信走査線Ｒ1 に関する遠視
野データ（遠視野パルスＴ0fの伝送後に受信される）が
含まれている。このプロセスは、走査パターンにおける
各送信走査線毎に繰り返される。
【００３２】図８から明らかなように、送信走査線Ｔ0
に沿った近視野パルスＴ0n及び遠視野パルスＴ0fの伝送
によって、受信走査線Ｒ1 に沿って受信した信号を表す
スプライシングを施された出力データ１７０と、受信走
査線Ｒ1 に沿って受信した信号を表すスプライシングを
施された出力データ１７２が生じる。各組をなす出力デ
ータ１７０、１７２には、近視野部分と遠視野部分が含
まれている。組をなす出力データ１７０、１７２は、両
方とも、スプライシングを施した走査線を表しており、
質の高いイメージを発生する。従って、２つの伝送パル
ス毎に、イメージの質が高い、スプライシングを施した
２つの走査線が発生し、フレーム率は、低下しない。
【００３３】いくつかの付加的特徴を利用すれば、図６
及び７に示す超音波イメージング装置によって、上述の
ように発生する超音波イメージを、質的にいっそう向上
させることが可能になる。近視野データと遠視野データ
に、互いにスプライシングが施されるポイントにおけ
る、近視野データと遠視野データの間の急激な遷移によ
って、近視野と遠視野の境界に人為的なイメージが生じ
る可能性がある。この人為的イメージは、境界に近い遷
移領域における近視野データと遠視野データを混合する
ことによって克服することができる。この混合は、後掲
の表１に例示するように、境界の前後における選択され
た数のクロック間隔の間、近視野データと遠視野データ
に重み付き平均化を施すことによって、実施可能であ
る。表１には、境界に先行し、後続するいくつかのクロ
ック間隔に関する近視野データ及び遠視野データに適用
される重み係数が示されている。時間は、境界Ｂの前ま
たは後のクロック間隔数によって表される。従って、例
えば、Ｂ−２は、境界Ｂに先行する２クロック間隔を表
している。境界Ｂに近づくにつれて、近視野データの重
みが、数クロック間隔にわたって、１．０から０に低下
する。同じクロック間隔において、遠視野データの重み
が、０から１．０に上昇する。この結果、超音波イメー
ジに目立たない近視野から遠視野への遷移が生じる。必
要に応じて、混合が実施されるクロック間隔数、及び、
各クロック間隔における重み係数を変更することができ
るのは、明らかである。
【００３４】
【表１】
【００３５】第２の質的改善について、図３に関連して
述べることにする。前述のように、近視野受信走査線４
６及び４８は、近視野送信走査線４０から角間隔があい
ている。一般に、受信信号の強度及び有効角度は、受信
ビーム・パターンだけでなく、送信ビーム・パターン３
０によっても左右される。送信ビーム・パターン３０の
焦点深度３２から変位した領域では、送信ビーム・パタ
ーン３０は、受信走査線に沿って比較的均一であり、受
信ビームの有効操向角を大幅に変化させることはない。
しかし、焦点深度３２の近くでは、送信ビーム・パター
ン３０は、断面が比較的狭く、送信ビーム・パターンと
受信ビーム・パターンの両方によって、有効受信角が決
まる。この結果、有効受信角は、深度によって変化する
ことになり、補償措置を講じない限り、超音波イメージ
は、破壊される可能性がある。従って、超音波エコーの
受信時に受信走査線の動的操向を用いて、上述の影響を
補償することが望ましい。混乱を避け、受信器のビーム
形成器だけによって決まる受信ビーム・パターンと区別
するため、「ラウンド・トリップ（roundo trip ）」走
査線という用語を利用して、送信ビーム・パターン及び
受信ビーム・パターンから生じる合成ビーム・パターン
を表すことにする。
【００３６】図９には、伝送焦点深度の近くにおけるラ
ウンド・トリップ走査線の反りが示されている。図９に
おいて、操向角は、深度の関数として描かれている。受
信走査線の動的操向がなければ、ラウンド・トリップ走
査線２００及び２０２は、伝送焦点深度Ｆの近くにおい
て、送信走査線Ｔ0 に向かって実際に反りを生じる。同
様に、動的走行がなければ、ラウンド・トリップ走査線
２０４及び２０６は、送信走査線Ｔ1 に向かって実際に
反りを生じる。人為的イメージを回避するため、ラウン
ド・トリップ走査線は、図９に実線２１０、２１２、２
１４、及び、２１６で示すように、深度の関数として一
定の操向角を有することが望ましい。図９に示すラウン
ド・トリップ走査線の反りを補償するため、受信時に、
受信走査線に動的操向を施すことによって、ラウンド・
トリップ走査線の有効受信角がほぼ一定することにな
る。図９を参照すると、受信走査線Ｒ0 には、負の操向
角オフセットが加えられ、受信走査線Ｒ1 には、正の操
向角オフセットが加えられる。受信走査線Ｒ0 に必要な
操向角オフセットは、各深度におけるラウンド・トリッ
プ走査線２００と２１０の曲線の間の差に等しい。実
際、操向角オフセットは、遅延及び総和装置１２０及び
１２２による遅延を変化させることによって、ゾーン毎
に変化させるのが望ましい。一般に、ほぼ一定した有効
受信角を得るには、受信走査線の最大操向角オフセット
は、伝送焦点深度において約３／８゜になる。受信走査
線の動的操向技法については、参考までに本書に組み込
まれている、１９９３年５月２１日に出願された、出願
係属中の出願第０８／０６５，９５８号に記載がある。
動的焦点合わせ時にゾーン毎に遅延係数を決める遅延係
数発生器については、参考までに本書に組み込まれてい
る、１９９０年８月１４日に発行された、Hunt（ハン
ト）他に対する米国特許第４，９４９，２５９号に開示
されている。
【００３７】第３の質的改善については、図５に関連し
て述べることにする。受信走査線Ｒ 0 及びＲ1 のよう
な、隣接する受信走査線に沿った受信信号間の変動は、
超音波イメージにおいて簡単に検出される。１／４ｄＢ
といったわずかな変動によって、基礎をなす臨床情報を
損なう拍動パターン（高／低、高／低等）が、超音波イ
メージに生じることになる。これらの変動は、超音波受
信器１０６の並列処理チャネルが同一でないために、生
じる可能性がある。受信走査線の変動は、人体における
音響的効果によって生じる可能性もある。送信ビーム及
び平行な受信ビームは、問題となる領域の構造によっ
て、別様に歪み、同時受信走査線が、非対称になる可能
性がある。処理チャネルの変動は、並列ビーム形成器の
調整、または、適応技法を用いることによって取り扱う
ことが可能である。人体における音響的効果による受信
走査線の変動は、より取扱いが困難である。
【００３８】下記の技法を利用して、変動の原因とは無
関係な線間変動を最小限に抑える、または、排除するこ
とが可能である。１フレーム分の受信データを検出し、
記憶すると、走査線平均化回路を利用して、全ての隣接
受信走査線を組み合わせ、各受信走査線が所定の重みを
有するようにすることが可能である。これは、本質的
に、横方向のデータに従って実行される２ポイント・デ
ジタルＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタである。
重みが等しければ（１／２、１／２）、最大のフィルタ
リング、従って、最大の線間人為効果排除が行われるこ
とになる。等しい重みに関する問題は、イメージ・デー
タに低域通過フィルタリングが施されて、横方向の解像
度が損なわれることである。横方向の解像度を保つこと
が可能な方法が２つある。１つの方法によれば、例え
ば、（Ａ、１−Ａ）といった、等しくない重みは、等し
い重み未満のデータのスミアを生じる傾向がある。しか
し、等しくない重みは、人為的イメージの除去率が低
い。例えば、５／８及び３／８の重みによって、人為的
効果は１０ｄＢまで排除されるが、等しい重みによる排
除は無限である。しかしながら、１０ｄＢの排除で十分
であることが立証されている。第２の方法によれば、線
密度を増すことによって、横方向の解像度が保持され
る。通常、線密度を増すと、フレーム率が許容不可能な
ほどに低下する。しかし、上述の並列処理では、フレー
ム率が倍になるので、余分な時間の一部を利用して、追
加走査線を伝送することが可能である。例えば、送信走
査線の間隔が１．５゜から１．２５゜に減少し、受信走
査線の間隔が０．７５゜から０．６２５゜に減少して
も、許容可能な結果が得られる。
【００３９】既知のように、走査変換の場合、最終的に
は、横方向の解像度に制限があるので、この事実を考慮
にいれた上で、線密度を倍にしなくても、解像度が保持
されるようにすることが可能である。走査変換帯域幅を
考慮しなければ、また、等しい重み（１／２、１／２）
を利用して、データを平均化する場合には、横方向の解
像度を保持するために、線密度を倍にしなければならな
い。この結果、並列処理の目的が台無しになる。しか
し、線形補間を実施する走査変換モデルを想定すると、
また、（５／８、３／８）の重みの利用を想定すると、
同じ横方向の解像度を保持するのに、線密度を３０パー
セントだけしか増す必要がない。
【００４０】好適な実施例によれば、上述のように線間
隔が減少した場合に、５／８及び３／８の重みが利用さ
れる。例えば、図５を参照すると、平均化走査線は、下
記のように得られる。線Ａ＝５／８（受信走査線Ｒ0 ）
＋３／８（受信走査線Ｒ1 ）；線Ｂ＝５／８（受信走査
線Ｒ1 ）＋３／８（受信走査線Ｒ2 ）；等等。
【００４１】上述のデータの平均化によって、走査線の
位置がシフトする。例えば、等しい重みを利用して、２
つの隣接する走査線を平均化すると、もとの２つの走査
線の間に直接位置する有効走査線が生じることになる。
このシフトは、ビーム形成器の場合、全ての走査線を線
間隔の１／２だけ左にシフトすることによって、走査変
換器の場合には、走査線を線間隔の１／２だけ右に引く
ことによって補償することが可能である。
【００４２】さらに、データを平均化すると、走査線が
１つ除去される。従って、ビーム形成器が、１００の走
査線を発生する場合、平均化後の走査線は、９９だけし
かない。これは、ビーム形成器の場合、もう１つ走査線
を発生するか、あるいは、走査変換器の場合、１つ少な
い走査線を引くことによって処理することが可能であ
る。
【００４３】並列処理構成におけるデータの平均化につ
いては、扇形走査パターンに関連して説明することにす
る。この方法は、並列カラー・フローイメージング、並
列統合後方散乱イメージング、曲線形アレイ及び線形ア
レイ変換器での利用、及び、仮想頂点モードに関する利
用にも適合する。
【００４４】図１０には、図７に示す走査変換器１６０
のブロック図が示されている。マルチプレクサ１５０
（図７）の出力が、上述のように、近視野と遠視野間の
遷移時に混合を実施する走査線混合装置３０２に供給さ
れる。走査線混合装置３０２の出力は、音響フレーム・
バッファ３０４に入力される。音響フレーム・バッファ
３０４は、一般的には、２つの完全な超音波データ・フ
レームを記憶するのに十分な容量を備えたランダム・ア
クセス・メモリである。このメモリは、２つのセクショ
ンに分割され、超音波データは、交番式に、１つのセク
ションに書き込まれ、同時に、もう１つのセクションか
ら読み取られる。音響フレーム・バッファ３０４の出力
は、走査線平均化装置３０６に供給される。走査線平均
化装置３０６の出力は、Ｒ−Θ走査変換器３１０に供給
される。Ｒ−Θ走査変換器３１０は、超音波走査器から
のＲ−Θデータをビデオ・モニタに表示するのに適した
ラスタ走査フォーマットに変換する。Ｒ−Θ走査変換器
３１０は、例えば、ヒューレット・パッカード社によっ
て製造販売されている、Ｓｏｎｏｓ１０００超音波イメ
ージングにおけるＲ−Θ走査変換器に相当する。
【００４５】図１１には、走査線混合装置３０２のブロ
ック図が示されている。マルチプレクサ１５０からの入
力３２０が、乗算器３２２の入力の１つに供給される。
乗算器３２２の出力は、総和装置３２４の入力の１つに
供給される。総和装置３２４の出力は、音響フレーム・
バッファ３０４及び線先入れ先出し（以下、ＦＩＦＯと
いう）メモリ３２６に供給される。ＦＩＦＯメモリ３２
６の出力は、乗算器３３０の入力の１つに供給される。
乗算器３３０の出力は、総和装置３２４のもう１つの入
力に供給される。ＲＡＭまたは読み取り専用メモリのよ
うな重みテーブル３３４が、深度カウンタ３４０の状態
に従って、乗算器３２２及び３３０に入力を供給する。
【００４６】走査線混合装置３０２の動作については、
図８のタイミング図に関連して述べることにする。第１
の時間間隔において、マルチプレクサ１５０は、受信走
査線Ｒ0 に関する近視野データを供給する。この時間間
隔において、重みテーブル３３４は、１．０の重みを供
給し、そのデータは、走査線ＦＩＦＯメモリ３２６に記
憶される。第２の時間間隔において、マルチプレクサ１
５０は、乗算器３２２を介して、受信走査線Ｒ0 に関す
る遠視野データを供給し、重みは１．０である。近視野
と遠視野の境界に近い遷移領域の場合、重みテーブル３
３４は、上記表１に示す重み係数を供給するので、近視
野データと遠視野データが混合され、人為的効果が回避
される。このプロセスは、走査パターンにおける各走査
線毎に、走査線混合装置３０２によって繰り返される。
【００４７】図１２には、走査線平均化装置３０６のブ
ロック図が示されている。音響フレーム・バッファ３０
４は２つの完全な超音波イメージに対してスプライシン
グが施された走査線を表すデータを含んでいる。音響フ
レーム・バッファ３０４は、２つのスプライシングを施
された隣接走査線、すなわち、走査線Θi 及び走査線Θ
i+1 を表す出力データを同時に出力するように構成され
ており、ここで、ｉは、走査パターンにおける特定のス
プライシングを施した走査線を表している。従って、図
５を参照すると、音響フレーム・バッファ３０４が、ま
ず、スプライシングを施された走査線Ｒ0 及びＲ1 を表
すデータを出力する。次のサイクルにおいて、音響フレ
ーム・バッファ３０４は、スプライシングを施された走
査線Ｒ1及びＲ2 を表すデータを出力する。このプロセ
スは、走査パターン全体にわたって繰り返される。走査
線Θi に関するデータは、乗算器３５０の入力の１つに
加えられ、この乗算器は、もう１つの入力において重み
係数３／８を受信する。乗算器３５０の出力は、総和装
置３５２N の入力の１つに加えられる。走査線Θi+ 1 に
関するデータは、乗算器３５４の入力の１つに加えら
れ、この乗算器は、もう１つの入力において重み係数５
／８を受信する。乗算器３５４の出力は、総和装置３５
２のもう１つの入力に加えられる。総和装置３５２N の
出力は、走査線Θi 及び走査線Θi+1 の平均を表し、上
述のように、これらの走査線には、それぞれ、重み係数
３／８及び５／８が与えられる。総和装置３５２の出力
は、走査線Θi+1/2 として表され、Ｒ−Θ走査変換器３
１０（図１０）に加えられる。本例におけるＲ−Θ走査
変換器３１０は、イメージ・データの補間を実施するの
で、２つの走査線を表したデータを同時に受信するよう
に構成されている。２つの走査線を表す平均化データを
供給するため、総和装置３５２の出力は、走査線ＦＩＦ
Ｏ３５４に供給される。ＦＩＦＯ３５４の出力は、走査
線１サイクル分だけ遅延させられ、走査線Θi-1/2 を表
す。従って、走査線Θi+1/2 及び走査線Θi- 1/2 は、Ｒ
−Θ走査変換器３１０に同時に供給される。
【００４８】現在のところ、本発明の好適な実施例とみ
なされるものについて示し、解説してきたが、当業者に
は明らかなように、付属の請求項によって限定の本発明
の範囲を逸脱することなく、各種変更及び修正を加える
ことが可能である。
【００４９】以上本発明の各実施例について詳述した
が、ここで各実施例の理解を容易にするために、各実施
例ごとに要約して以下に列挙する。
【００５０】１．超音波変換素子（１２1 , １
２2,．．．１２N ）のアレイ（１０）と、前記アレイに
対する複数の操向角で、前記アレイ（１０）に関して問
題となる領域に超音波エネルギを送り込み、各操向角毎
に、前記アレイ（１０）に対する焦点深度が異なるよう
に、近視野送信走査線（４０）及び遠視野送信走査線に
沿って超音波エネルギを順次送り込み、前記超音波エネ
ルギによって、問題となる領域から超音波エコーが生じ
るようにする送信器（１０４）と、前記近視野送信走査
線（４０）に沿って送られてくる超音波エネルギに応答
して、第１と第２の近視野受信走査線（４６、４８）に
沿って同時に信号を受信し、かつ前記遠視野送信走査線
（４１）に沿って送られてくる超音波エネルギに応答し
て、第１と第２の遠視野受信走査線（５０、５２）に沿
って同時に信号を受信するビーム形成装置（１２０、１
２２）を備え、前記第１の近視野受信走査線（４６）と
前記第１の遠視野受信走査線（５０）が、同一線上にあ
り、前記第２の近視野受信走査線（４８）と前記第２の
遠視野受信走査線（５２）が、同一線上にある、前記超
音波エコーに応答して、前記アレイによって発生する信
号を受信するための受信器（１０６）と、前記第１の近
視野受信走査線（４６）に沿って受信する前記信号と、
前記第１の遠視野受信走査線（５０）に沿って受信する
前記信号のスプライシングによって、第１のスプライシ
ングが施された走査線（４６ｎ、５０ｆ）を表す信号を
発生し、前記第２の近視野受信走査線（４８）に沿って
受信する前記信号と、前記第２の遠視野受信走査線（５
２）に沿って受信する前記信号のスプライシングによっ
て、第２のスプライシングが施された走査線（４８ｎ、
５２ｆ）を表す信号を発生し、これによって、前記各操
向角毎に前記近視野送信走査線及び遠視野送信走査線
（４０、４１）に沿って送られてくる超音波エネルギに
応答して、２つのスプライシングが施された走査線を表
す信号が得られるようにする手段（１４０、１４２、１
４４、１５０）と、前記スプライシングが施された走査
線を表す前記信号に応答して、前記問題となる領域のイ
メージを生成する表示発生器（１６４）とからなること
を特徴とする、超音波イメージング装置である。
【００５１】２． 前記受信走査線が、それぞれ、前記
アレイに対して受信角を有し，かつ前記受信器に、さら
に、前記超音波エコーの受信時における前記受信角を動
的に変化させて、送られてくる超音波エネルギの空間変
動を補償する手段が設けられることを特徴とする上記１
に記載の超音波イメージング装置である。
【００５２】３． さらに、前記スプライシングが施さ
れた走査線の隣接する走査線を表す信号の重み付き平均
を求めることによって、平均化された走査線が得られる
ようにするための手段が設けられることを特徴とする上
記１に記載の超音波イメージング装置である。
【００５３】４． 前記近視野受信走査線及び遠視野受
信走査線が、遷移領域において、前記スプライシング手
段によってスプライシングが施され、かつ前記スプライ
シング手段に、前記遷移領域において、前記近視野受信
走査線及び前記遠視野受信走査線に沿って受信した前記
信号を混合するための手段が設けられることを特徴とす
る上記１に記載の超音波イメージング装置である。
【００５４】５． 前記超音波変換素子アレイに、少な
くとも２つの選択可能な仰角アパーチャが設けられて、
かつ前記送信器に、第１の仰角アパーチャによって、前
記近視野送信走査線に沿って超音波エネルギを伝送し、
前記第１の仰角アパーチャより大きい第２の仰角アパー
チャによって、前記遠視野送信走査線に沿って超音波エ
ネルギを伝送する手段が設けられ、前記受信器に、前記
第１の仰角アパーチャによって、前記第１及び第２の近
視野受信走査線に沿って信号を受信し、前記第２の仰角
アパーチャによって、前記第１及び第２の遠視野受信走
査線に沿って信号を受信するための手段が設けられるこ
とを特徴とする上記１に記載の超音波イメージング装置
である。
【００５５】６． 超音波変換素子（１２1,１
２2,．．．１２N ）のアレイと、前記アレイに対する複
数の操向角で、前記アレイに関して問題となる領域に超
音波エネルギを送り込み、各操向角毎に、送信走査線
（Ｔ0 ）に沿って超音波エネルギを送り込み、前記超音
波エネルギによって、問題となる領域から超音波エコー
が生じるようにする送信器（１０４）と、前記送信走査
線（Ｔ0 ）に沿って送られてくる超音波エネルギに応答
して、第１及び第２の受信走査線（Ｒ0 、Ｒ1 ）に沿っ
て信号を同時に受信するビーム形成装置（１２０、１２
２）を備える、前記超音波エコーに応答して、前記アレ
イによって発生する信号を受信するための受信器（１０
６）と、前記受信走査線の隣接する走査線に沿って受信
する信号の重み付き平均を求めることによって、平均化
された走査線が得られるようにするための手段（３０
６）と、前記平均化走査線を表す前記信号に応答して、
前記問題となる領域のイメージを生成する表示発生器
（１６４）とからなることを特徴とする、超音波イメー
ジング装置である。
【００５６】７． 超音波変換素子（１２1,１
２2 , ．．１２N ）のアレイ（１０）と、前記アレイ
（１０）に対する複数の操向角で、前記アレイに関して
問題となる領域に超音波エネルギを送り込み、各操向角
毎に送信走査線（Ｔ0 ）に沿って超音波エネルギを送り
込み、前記超音波エネルギによって、問題となる領域か
ら超音波エコーが生じるようにする送信器（１０４）
と、前記送信走査線（Ｔ0 ）に沿って送られてくる超音
波エネルギに応答して、第１及び第２の受信走査線（Ｒ
0 , Ｒ1 ）に沿って信号を同時に受信するビーム形成装
置（１２０、１２２）を備え、前記受信走査線のそれぞ
れが、前記アレイに対する受信角を有しており、さら
に、前記受信器は前記超音波エコーの受信時における前
記受信角を動的に変化させて、送られてくる超音波エネ
ルギの空間変動を補償する手段を備える、前記超音波エ
コーに応答して、前記アレイによって発生する信号を受
信するための受信器（１０６）と、前記受信走査線を表
す信号に応答して、前記問題となる領域のイメージを発
生するための表示発生器（１６４）とからなることを特
徴とする、超音波イメージング装置である。
【００５７】８． 超音波変換素子（１２1,１
２2 , ．．．１２N ）のアレイ（１０）に対する複数の
操向角で、前記アレイ（１０）に関して問題となる領域
に超音波エネルギを送り込み、各操向角毎にアレイ（１
０）に対する焦点深度が異なるように、近視野送信走査
線（４０）及び遠視野送信走査線（４１）に沿って超音
波エネルギを順次送り込み、前記超音波エネルギによっ
て、問題となる領域から超音波エコーが生じるようにす
るステップと、前記近視野送信走査線（４０）に沿って
送られてくる超音波エネルギに応答して、第１と第２の
近視野受信走査線（４６、４８）に沿って同時に信号を
受信するステップと、前記遠視野送信走査線（４１）に
沿って送られてくる超音波エネルギに応答して、第１と
第２の遠視野受信走査線（５０、５２）に沿って同時に
信号を受信するステップと、前記第１の近視野受信走査
線（４６）と前記第１の遠視野受信走査線（５０）は、
同一線上にあり、前記第２の近視野受信走査線（４８）
と前記第２の遠視野受信走査線（５２）は、同一線上に
あり、前記第１の近視野受信走査線（４６）に沿って受
信する前記信号と、前記第１の遠視野受信走査線（５
０）に沿って受信する前記信号にスプライシングを施し
て、第１のスプライシングが施された走査線（４６n 、
５０f ）を表す信号を発生するステップと、前記第２の
近視野受信走査線（４８）に沿って受信する前記信号
と、前記第２の遠視野受信走査線（５２）に沿って受信
する前記信号にスプライシングを施して、第２のスプラ
イシングが施された走査線（４８n , ５２f ）を表す信
号を発生し、これによって、前記各操向角毎に前記近視
野送信走査線及び遠視野送信走査線に沿って送られてく
る超音波エネルギに応答して、２つのスプライシングが
施された走査線を表す信号が得られるようにするステッ
プと、前記スプライシングが施された走査線を表す前記
信号に応答して、前記問題となる領域のイメージを生成
するステップとからなることを特徴とする、超音波イメ
ージング装置に適用される超音波イメージング方法であ
る。
【００５８】９． さらに、前記スプライシングが施さ
れた走査線の隣接する走査線を表す信号の重み付き平均
を求めることによって、平均化された走査線が得られる
ようにするステップが含まれることを特徴とする上記８
に記載の超音波イメージング方法であ。
【００５９】１０． 超音波エネルギを順次伝送するス
テップに、第１の仰角アパーチャによって、前記近視野
送信走査線に沿って超音波エネルギを伝送するステップ
と、前記第１の仰角アパーチャより大きい第２の仰角ア
パーチャによって、前記遠視野送信走査線に沿って超音
波エネルギを伝送するステップが含まれることを特徴と
する上記８に記載の超音波イメージング方法である。
【００６０】
【発明の効果】以上のように、本発明によば、送信器か
ら各操向角毎に深度が異なるように遠視野と近視野走査
線に沿って超音波エネルギを超音波変換素子のアレイの
問題の領域に送信し、同一線上にある第１、第２の遠視
野と近視野走査線に沿って受信器で同時に受信して、そ
れぞれスプライシングされた走査線を表す信号を受信す
るようにしたので、各操向角毎に遠視野と近視野走査線
に沿った２つのスプライシングを施した走査線を表す信
号が得られ、イメージのフレーム率の劣化を防止するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】分割仰角合焦に適したフェイズド・アレイ超音
波変換器の概略正面図である。
【図２】近視野送信ビーム・パターン及び遠視野送信ビ
ーム・パターンを表した図１の超音波変換器の概略側面
図である。
【図３】近視野送信ビーム・パターン、及び、並列受信
走査線を表した図１の超音波変換器の概略平面図であ
る。
【図４】遠視野送信ビーム・パターン、及び、並列受信
走査線を表した図１の超音波変換器の概略平面図であ
る。
【図５】本発明に適用される扇形走査パターンを表した
図１の超音波変換器の概略平面図である。
【図６】本発明による超音波イメージング装置のブロッ
ク図である。
【図７】本発明による超音波イメージング装置のブロッ
ク図である。
【図８】図６及び図７に示す本発明の超音波イメージン
グ装置の動作を明らかにするタイミング図である。
【図９】受信走査線の反りを示す深度の関数としての操
向角に関するグラフである。
【図１０】図７に示す走査変換器のブロック図である。
【図１１】図１０に示す走査線混合装置のブロック図で
ある。
【図１２】図１０に示す走査線平均化装置のブロック図
である。
【符号の説明】
１０ 超音波変換器 １２1 〜１２N 変換素子 ２０ 遠視野アパーチャ ２２ 近視野アパーチャ ３０，３４ 送信ビーム・パターン ３２，３６ 焦点深度 ４０ 近視野送信走査線 ４１ 遠視野送信走査線 ４２ 境界 ４６，４８ 近視野受信走査線 ５０、５２ 遠視野受信走査線 １００，１０２ 送信／受信スイッチ １０４ 超音波送信器 １０６ 超音波受信器 １１４，３２４，３５２N 総和装置 １１６ 近／遠スイッチ １２０ 第１の遅延及び総和装置 １２２ 第２の遅延及び総和装置 １２８，１３２ フィルタ及び検出器 １３０，１３４ アナログ・デジタル変換器（ＡＤ
Ｃ） １４０，１４２，１４４， ランダム・アクセス・
メモリ（ＲＡＭ） １５０ マルチプレクサ １６０ 走査変換器 １６４ ディスプレイ装置 ３０２ 走査線混合器 ３０４ 音響フレーム・バッファ ３０６ 走査線平均化装置 ３１０ Ｒ−Θ走査変換器 ３２２，３３０，３５０，３５４ 乗算器 ３２６ 走査線ＦＩＦＯメモリ ３３４ 重みテーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キンバリー・ケイ・ロバートソン アメリカ合衆国マサチューセッツ州ボック スフォード グレンデイル・ロード 44 (72)発明者 カール・イー・ゼール アメリカ合衆国マサチューセッツ州アンド ーヴァー ノーレスト・ドライヴ ４ (72)発明者 ジェイ・マーク・ズィール アメリカ合衆国マサチューセッツ州メスエ ン ＃373エフ、イースト・ストリート 171

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波変換素子（１２1 , １２2,．．．
    １２N ）のアレイ（１０）と、 前記アレイに対する複数の操向角で、前記アレイ（１
    ０）に関して問題となる領域に超音波エネルギを送り込
    み、各操向角毎に、前記アレイ（１０）に対する焦点深
    度が異なるように、近視野送信走査線（４０）及び遠視
    野送信走査線に沿って超音波エネルギを順次送り込み、
    前記超音波エネルギによって、問題となる領域から超音
    波エコーが生じるようにする送信器（１０４）と、 前記近視野送信走査線（４０）に沿って送られてくる超
    音波エネルギに応答して、第１と第２の近視野受信走査
    線（４６、４８）に沿って同時に信号を受信し、かつ前
    記遠視野送信走査線（４１）に沿って送られてくる超音
    波エネルギに応答して、第１と第２の遠視野受信走査線
    （５０、５２）に沿って同時に信号を受信するビーム形
    成装置（１２０、１２２）を備え、前記第１の近視野受
    信走査線（４６）と前記第１の遠視野受信走査線（５
    ０）が、同一線上にあり、前記第２の近視野受信走査線
    （４８）と前記第２の遠視野受信走査線（５２）が、同
    一線上にある、前記超音波エコーに応答して、前記アレ
    イによって発生する信号を受信するための受信器（１０
    ６）と、 前記第１の近視野受信走査線（４６）に沿って受信する
    前記信号と、前記第１の遠視野受信走査線（５０）に沿
    って受信する前記信号のスプライシングによって、第１
    のスプライシングが施された走査線（４６ｎ、５０ｆ）
    を表す信号を発生し、前記第２の近視野受信走査線（４
    ８）に沿って受信する前記信号と、前記第２の遠視野受
    信走査線（５２）に沿って受信する前記信号のスプライ
    シングによって、第２のスプライシングが施された走査
    線（４８ｎ、５２ｆ）を表す信号を発生し、これによっ
    て、前記各操向角毎に前記近視野送信走査線及び遠視野
    送信走査線（４０、４１）に沿って送られてくる超音波
    エネルギに応答して、２つのスプライシングが施された
    走査線を表す信号が得られるようにする手段（１４０、
    １４２、１４４、１５０）と、 前記スプライシングが施された走査線を表す前記信号に
    応答して、前記問題となる領域のイメージを生成する表
    示発生器（１６４）とからなることを特徴とする、超音
    波イメージング装置。
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