JPH10295694A - 超音波イメージング・システムの作動方法 - Google Patents
超音波イメージング・システムの作動方法Info
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- JPH10295694A JPH10295694A JP10000016A JP1698A JPH10295694A JP H10295694 A JPH10295694 A JP H10295694A JP 10000016 A JP10000016 A JP 10000016A JP 1698 A JP1698 A JP 1698A JP H10295694 A JPH10295694 A JP H10295694A
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】超音波イメージング・システムの軸方向分解
能、横方向分解能および被写界深度を改善する。 【解決手段】２つ以上の送信波動関数を最適な態様で組
み合わせて、個々の波動関数よりも大きい帯域幅および
／またはエネルギを持つ合成波形を達成する。この方式
は、包絡線検出器に達する前のイメージング・データに
ついて動作するが、信号内の位相情報は維持する。合成
送信波設計方式を使用することにより、有効な放出圧力
波形は、高感度を持つトランスジューサ帯域幅よりも広
い帯域幅を持つ。合成送信波設計方式は、所与の焦点区
域内の各々の単一のＡラインに対して２つ以上の比較的
長い送信波形をファイアリングすることから成る。
能、横方向分解能および被写界深度を改善する。 【解決手段】２つ以上の送信波動関数を最適な態様で組
み合わせて、個々の波動関数よりも大きい帯域幅および
／またはエネルギを持つ合成波形を達成する。この方式
は、包絡線検出器に達する前のイメージング・データに
ついて動作するが、信号内の位相情報は維持する。合成
送信波設計方式を使用することにより、有効な放出圧力
波形は、高感度を持つトランスジューサ帯域幅よりも広
い帯域幅を持つ。合成送信波設計方式は、所与の焦点区
域内の各々の単一のＡラインに対して２つ以上の比較的
長い送信波形をファイアリングすることから成る。
Description
【０００１】
【発明の分野】本発明は、一般的には、工業用超音波画
像と共に診断用超音波画像を主に超音波イメージングす
ることに関するものである。具体的には、本発明は、超
音波イメージング・システムの軸方向分解能、コントラ
スト分解能、横方向分解能、被写界深度および感度を改
善するための方法に関するものである。
像と共に診断用超音波画像を主に超音波イメージングす
ることに関するものである。具体的には、本発明は、超
音波イメージング・システムの軸方向分解能、コントラ
スト分解能、横方向分解能、被写界深度および感度を改
善するための方法に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】通常の超音波イメージング・システム
は、超音波ビームを送信し且つ被検体からの反射ビーム
を受信するために使用される超音波トランスジューサの
アレイを有する。超音波イメージングのために、該アレ
イは典型的には一列に配列され且つ別々の電圧で駆動さ
れる多数のトランスジューサを有する。印加される電圧
の時間遅延（または位相）および振幅を選択することに
よって、個々のトランスジューサを制御することによ
り、これらのトランスジューサが発生する超音波が組み
合わさって、好ましいビーム方向に沿って進行し且つビ
ームに沿った選ばれた距離に収束される正味の超音波を
形成することが出来る。多数の走査線に沿った所望の解
剖学的情報を表す完全な１組の２次元データを取得する
ために像内の様々な深さまたは異なる位置で多数回のフ
ァイアリング（ｆｉｒｉｎｇ）が使用される。各々のフ
ァイアリング（または送信ビーム）のビーム形成パラメ
ータを変えることにより、焦点の位置、被写界深度また
はシェーディング（またはアポダイゼーション）関数を
変えることが出来る。同様に、受信ビームに対してもビ
ーム形成パラメータを変えることが出来る。典型的に
は、受信のために動的受信ビームが使用され、この場
合、異なる深さから異なるデータを受信するときに遅延
焦点が連続的に変えられる。しかしながら、送信の際
は、特定の焦点位置を持つ超音波エネルギのビームが送
信される。典型的には、多数のビームが同じ方向に沿っ
て、分解能の改善のために異なる焦点距離で送信され
る。２次元像を構成するためには一平面内で多数の送信
および受信ビームが使用される。
は、超音波ビームを送信し且つ被検体からの反射ビーム
を受信するために使用される超音波トランスジューサの
アレイを有する。超音波イメージングのために、該アレ
イは典型的には一列に配列され且つ別々の電圧で駆動さ
れる多数のトランスジューサを有する。印加される電圧
の時間遅延（または位相）および振幅を選択することに
よって、個々のトランスジューサを制御することによ
り、これらのトランスジューサが発生する超音波が組み
合わさって、好ましいビーム方向に沿って進行し且つビ
ームに沿った選ばれた距離に収束される正味の超音波を
形成することが出来る。多数の走査線に沿った所望の解
剖学的情報を表す完全な１組の２次元データを取得する
ために像内の様々な深さまたは異なる位置で多数回のフ
ァイアリング（ｆｉｒｉｎｇ）が使用される。各々のフ
ァイアリング（または送信ビーム）のビーム形成パラメ
ータを変えることにより、焦点の位置、被写界深度また
はシェーディング（またはアポダイゼーション）関数を
変えることが出来る。同様に、受信ビームに対してもビ
ーム形成パラメータを変えることが出来る。典型的に
は、受信のために動的受信ビームが使用され、この場
合、異なる深さから異なるデータを受信するときに遅延
焦点が連続的に変えられる。しかしながら、送信の際
は、特定の焦点位置を持つ超音波エネルギのビームが送
信される。典型的には、多数のビームが同じ方向に沿っ
て、分解能の改善のために異なる焦点距離で送信され
る。２次元像を構成するためには一平面内で多数の送信
および受信ビームが使用される。
【０００３】同じ原理は、トランスジューサが反射され
た音波を受信するために用いられるとき（受信モード）
にも適用される。受信用トランスジューサ素子で発生さ
れた電圧は、正味の信号が被検体内の１つの焦点から反
射された超音波を表すように加算される。送信モードの
場合と同様に、超音波エネルギのこの焦点合わせされた
受信は、各々の受信用トランスジューサ素子からの信号
に対して別々の時間遅延（および／または位相シフト）
と利得を与えることによって達成される。反射された超
音波は、各々が同じ走査線に沿って異なる深さに収束さ
れた２つ以上の送信ビームの焦点区域からサンプリング
される。最新の超音波イメージング・システムでは、受
信信号は、異なる深さからの信号を受信するにつれて動
的に焦点合わせされる。各々のステアリング（ｓｔｅｅ
ｒｉｎｇ）角度に対して、隣接した相次ぐ焦点区域から
のサンプリングされたデータが取得されて、次いで１つ
のベクトルまたはＡラインを作るように組み合わされ
る。多数の送信ベクトル、すなわち各々の焦点に対して
それぞれ１つのビームが、補間されたデータ値と共に使
用され、これらは、完全な画像フレームを形成するよう
にモニタに表示される画像情報の全てを収集するために
使用される。この情報は画素毎に表示される。
た音波を受信するために用いられるとき（受信モード）
にも適用される。受信用トランスジューサ素子で発生さ
れた電圧は、正味の信号が被検体内の１つの焦点から反
射された超音波を表すように加算される。送信モードの
場合と同様に、超音波エネルギのこの焦点合わせされた
受信は、各々の受信用トランスジューサ素子からの信号
に対して別々の時間遅延（および／または位相シフト）
と利得を与えることによって達成される。反射された超
音波は、各々が同じ走査線に沿って異なる深さに収束さ
れた２つ以上の送信ビームの焦点区域からサンプリング
される。最新の超音波イメージング・システムでは、受
信信号は、異なる深さからの信号を受信するにつれて動
的に焦点合わせされる。各々のステアリング（ｓｔｅｅ
ｒｉｎｇ）角度に対して、隣接した相次ぐ焦点区域から
のサンプリングされたデータが取得されて、次いで１つ
のベクトルまたはＡラインを作るように組み合わされ
る。多数の送信ベクトル、すなわち各々の焦点に対して
それぞれ１つのビームが、補間されたデータ値と共に使
用され、これらは、完全な画像フレームを形成するよう
にモニタに表示される画像情報の全てを収集するために
使用される。この情報は画素毎に表示される。
【０００４】このような走査は、ステアリングされた又
はステアリングしない超音波ビームを送信し、短期間後
にシステムを受信モードへ切り換えて、反射された即ち
後方散乱された超音波を受信して記憶する一連の測定で
構成される。典型的には、送信および受信は各々の測定
の際に同じ方向にステアリングされて、走査線に沿った
一連の点からデータを取得する。フレーム速度の改善の
ために１つの送信ビームに対して多数の受信ビームを形
成することが出来る。例えば、１つの送信ビームに対し
て、該送信ビームの両側に２つの受信ビームを並列ビー
ム形成を使用して同時に形成するか、或いは高速多重ビ
ーム形成を使用して両方のビームを同時に処理するよう
にすることが出来る。受信器は、反射された超音波を受
信するとき、走査線に沿った相次ぐ距離（ｒａｎｇｅ）
に動的に焦点合わせされる。
はステアリングしない超音波ビームを送信し、短期間後
にシステムを受信モードへ切り換えて、反射された即ち
後方散乱された超音波を受信して記憶する一連の測定で
構成される。典型的には、送信および受信は各々の測定
の際に同じ方向にステアリングされて、走査線に沿った
一連の点からデータを取得する。フレーム速度の改善の
ために１つの送信ビームに対して多数の受信ビームを形
成することが出来る。例えば、１つの送信ビームに対し
て、該送信ビームの両側に２つの受信ビームを並列ビー
ム形成を使用して同時に形成するか、或いは高速多重ビ
ーム形成を使用して両方のビームを同時に処理するよう
にすることが出来る。受信器は、反射された超音波を受
信するとき、走査線に沿った相次ぐ距離（ｒａｎｇｅ）
に動的に焦点合わせされる。
【０００５】図１を参照して説明すると、本発明が用い
られる超音波イメージング・システムは、複数の別々に
駆動されるトランスジューサ素子１２より成るトランス
ジューサ・アレイ１０を含む。各々のトランスジューサ
素子は、送信器２２によって発生されたパルス波形によ
り付勢されたとき、超音波エネルギのバーストを発生す
る。被検体から反射されてトランスジューサ・アレイ１
０へ戻る超音波エネルギは、各々の受信用のトランスジ
ューサ素子１２によって電気信号に変換されて、１組の
送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ２６を介して別々に受信
器２４に印加される。送信器２２、受信器２４およびス
イッチ２６は、走査員による指令に応答してディジタル
制御器２８の制御の下に作動される。完全な走査は一連
のエコーを取得することにより実行される。その際、ス
イッチ２６が送信位置に設定されて、送信器２２が一時
的にオンにゲート駆動されることによって各々のトラン
スジューサ素子１２を付勢し、次いでスイッチ２６が受
信位置に設定されて、その後に各々のトランスジューサ
素子１２によって検出されたエコー信号が受信器２４に
印加される。受信器２４は各々のトランスジューサ素子
からの別々のエコー信号を組み合わせて、すなわちビー
ム形成して、単一のエコー信号を発生する。この単一の
エコー信号は、表示モニタ３０上の画像中の１本の線を
作成するように使用される。
られる超音波イメージング・システムは、複数の別々に
駆動されるトランスジューサ素子１２より成るトランス
ジューサ・アレイ１０を含む。各々のトランスジューサ
素子は、送信器２２によって発生されたパルス波形によ
り付勢されたとき、超音波エネルギのバーストを発生す
る。被検体から反射されてトランスジューサ・アレイ１
０へ戻る超音波エネルギは、各々の受信用のトランスジ
ューサ素子１２によって電気信号に変換されて、１組の
送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ２６を介して別々に受信
器２４に印加される。送信器２２、受信器２４およびス
イッチ２６は、走査員による指令に応答してディジタル
制御器２８の制御の下に作動される。完全な走査は一連
のエコーを取得することにより実行される。その際、ス
イッチ２６が送信位置に設定されて、送信器２２が一時
的にオンにゲート駆動されることによって各々のトラン
スジューサ素子１２を付勢し、次いでスイッチ２６が受
信位置に設定されて、その後に各々のトランスジューサ
素子１２によって検出されたエコー信号が受信器２４に
印加される。受信器２４は各々のトランスジューサ素子
からの別々のエコー信号を組み合わせて、すなわちビー
ム形成して、単一のエコー信号を発生する。この単一の
エコー信号は、表示モニタ３０上の画像中の１本の線を
作成するように使用される。
【０００６】送信器２２は、発生される超音波エネルギ
のビームが特定のステアリング角度に沿って方向付けら
れ、すなわちステアリングされるように、トランスジュ
ーサ・アレイ１０を駆動する。これを達成するために、
送信器２２は、相次ぐトランスジューサ素子１２に印加
されるそれぞれのパルス波形３４に時間遅延ｔi を与え
る。時間遅延ｔi を通常のやり方で適切に調節すること
によって、超音波ビームはトランスジューサ・アレイの
平面に対する垂線３６から角度θだけ離れた向きに方向
付けし、および／または固定の距離Ｒの所に収束させる
ことが出来る。相次ぐ励起において時間遅延ｔi を漸進
的に変えることにより、セクタ走査が実行される。従っ
て、角度θが増分的に変えられて、送信ビームが相次い
で異なる方向にステアリングされる。
のビームが特定のステアリング角度に沿って方向付けら
れ、すなわちステアリングされるように、トランスジュ
ーサ・アレイ１０を駆動する。これを達成するために、
送信器２２は、相次ぐトランスジューサ素子１２に印加
されるそれぞれのパルス波形３４に時間遅延ｔi を与え
る。時間遅延ｔi を通常のやり方で適切に調節すること
によって、超音波ビームはトランスジューサ・アレイの
平面に対する垂線３６から角度θだけ離れた向きに方向
付けし、および／または固定の距離Ｒの所に収束させる
ことが出来る。相次ぐ励起において時間遅延ｔi を漸進
的に変えることにより、セクタ走査が実行される。従っ
て、角度θが増分的に変えられて、送信ビームが相次い
で異なる方向にステアリングされる。
【０００７】各々の超音波エネルギのバーストによって
作成されたエコー信号は、超音波ビームに沿って相次ぐ
距離に位置する被検体から反射する。エコー信号は各々
のトランスジューサ素子１２によって別々に検知され、
特定の時点でのエコー信号の大きさのサンプルが特定の
距離で生じた反射量を表す。しかし、反射点Ｐと各々の
トランスジューサ素子１２との間の伝搬路の差により、
これらのエコー信号は同時に検出されず、またそれらの
振幅は等しくない。受信器２４は別々のエコー信号を増
幅し、各々の信号に適切な時間遅延を与え、そしてそれ
らの信号を加算することにより、角度θを向いた超音波
ビームに沿った距離Ｒに位置する点Ｐから反射された全
超音波エネルギを正確に表す単一のエコー信号を作成す
る。復調は個々の受信信号を一緒に加算する前または加
算した後のいずれかに行うことが出来る。
作成されたエコー信号は、超音波ビームに沿って相次ぐ
距離に位置する被検体から反射する。エコー信号は各々
のトランスジューサ素子１２によって別々に検知され、
特定の時点でのエコー信号の大きさのサンプルが特定の
距離で生じた反射量を表す。しかし、反射点Ｐと各々の
トランスジューサ素子１２との間の伝搬路の差により、
これらのエコー信号は同時に検出されず、またそれらの
振幅は等しくない。受信器２４は別々のエコー信号を増
幅し、各々の信号に適切な時間遅延を与え、そしてそれ
らの信号を加算することにより、角度θを向いた超音波
ビームに沿った距離Ｒに位置する点Ｐから反射された全
超音波エネルギを正確に表す単一のエコー信号を作成す
る。復調は個々の受信信号を一緒に加算する前または加
算した後のいずれかに行うことが出来る。
【０００８】各々のトランスジューサ素子１２に当たっ
たエコーによって発生された電気信号を同時に加算する
ために、受信器２４の各々の別々のトランスジューサ・
チャネル１１０（図２参照）に時間遅延が導入される。
受信のためのビームの時間遅延は、前述の送信のための
遅延と同様に適用される遅延（ｔi ）である。しかし、
各々の受信チャネルの遅延はエコーの受信の際に連続的
に変えられて、エコー信号が出てくる距離Ｒの所に受信
ビームを動的に収束させる。
たエコーによって発生された電気信号を同時に加算する
ために、受信器２４の各々の別々のトランスジューサ・
チャネル１１０（図２参照）に時間遅延が導入される。
受信のためのビームの時間遅延は、前述の送信のための
遅延と同様に適用される遅延（ｔi ）である。しかし、
各々の受信チャネルの遅延はエコーの受信の際に連続的
に変えられて、エコー信号が出てくる距離Ｒの所に受信
ビームを動的に収束させる。
【０００９】ディジタル制御器２８の指令の下に、受信
器２４は走査の際に遅延を与えて、受信器２４のステア
リングが送信器２２によってステアリングされたビーム
の方向θを追従し、且つビームに沿った点Ｐに動的に収
束するための適切な遅延および位相シフトを行うように
する。従って、超音波パルス波形の送信毎に、超音波ビ
ームの焦点区域内の点における反射された音波の量を表
す一連のデータ点が取得される。
器２４は走査の際に遅延を与えて、受信器２４のステア
リングが送信器２２によってステアリングされたビーム
の方向θを追従し、且つビームに沿った点Ｐに動的に収
束するための適切な遅延および位相シフトを行うように
する。従って、超音波パルス波形の送信毎に、超音波ビ
ームの焦点区域内の点における反射された音波の量を表
す一連のデータ点が取得される。
【００１０】図１を参照して説明すると、走査変換器／
補間器３２が受信器２４によって作成されたデータ点の
列を受け取って、該データを表示のための所望の画像に
変換する。具体的に述べると、走査変換器は、極座標
（Ｒ−θ）セクタ形式またはデカルト座標線形アレイか
らの音響画像データを、適切にスケーリングしたデカル
ト座標表示画素データへ、ビデオ速度で変換する。この
走査変換された音響データは、表示モニタ３０で表示す
るために出力される。表示モニタ３０は、信号の包絡線
の時間につれて変化する振幅をグレイ・スケールとして
画像にする。
補間器３２が受信器２４によって作成されたデータ点の
列を受け取って、該データを表示のための所望の画像に
変換する。具体的に述べると、走査変換器は、極座標
（Ｒ−θ）セクタ形式またはデカルト座標線形アレイか
らの音響画像データを、適切にスケーリングしたデカル
ト座標表示画素データへ、ビデオ速度で変換する。この
走査変換された音響データは、表示モニタ３０で表示す
るために出力される。表示モニタ３０は、信号の包絡線
の時間につれて変化する振幅をグレイ・スケールとして
画像にする。
【００１１】図２を参照して説明すると、通常の受信器
２４は３つの部分、すなわち時間利得制御部分１００、
受信ビーム形成部分３８および処理装置１０２を有す
る。時間利得制御（ＴＧＣ）部分１００は、各々の受信
チャネル１１０に対するそれぞれ増幅器１０５、および
時間利得制御回路１０６を含む。各々の増幅器１０５の
入力はそれぞれの１つのトランスジューサ素子１２に接
続されていて、受信したエコー信号を増幅する。増幅器
１０５による増幅量は、制御線１０７を介してＴＧＣ制
御器１０６によって制御される。ＴＧＣは、ＴＧＣ制御
器にプログラムされている一定の利得プロフィールと操
作員により設定されるポテンショメータ１０８との組合
せであり、像中の組織減衰及び回折利得変動を補償す
る。
２４は３つの部分、すなわち時間利得制御部分１００、
受信ビーム形成部分３８および処理装置１０２を有す
る。時間利得制御（ＴＧＣ）部分１００は、各々の受信
チャネル１１０に対するそれぞれ増幅器１０５、および
時間利得制御回路１０６を含む。各々の増幅器１０５の
入力はそれぞれの１つのトランスジューサ素子１２に接
続されていて、受信したエコー信号を増幅する。増幅器
１０５による増幅量は、制御線１０７を介してＴＧＣ制
御器１０６によって制御される。ＴＧＣは、ＴＧＣ制御
器にプログラムされている一定の利得プロフィールと操
作員により設定されるポテンショメータ１０８との組合
せであり、像中の組織減衰及び回折利得変動を補償す
る。
【００１２】受信器２４の受信ビーム形成部分３８は別
々の受信チャネル１１０を含む。各々の受信チャネル１
１０は、増幅器１０５の１つからアナログ・エコー信号
を受信する。各々の受信された信号は、加算点１１４お
よび１１５で加算する前に遅延される。この遅延は高分
解能イメージングに不可欠な動的収束を行う。加算され
た信号は、ステアリングされたビーム（θ）に沿って距
離Ｒに位置する点Ｐから反射されたエコー信号の大きさ
および位相を表す。各々の増幅された信号は、混合用基
準周波数の位相が９０゜異なっているそれぞれのチャネ
ル内で一対の直角位相の信号として送られる。この代わ
りに、ヒルベルト（Ｈｉｌｂｅｒｔ）変換を用いて直角
位相の信号を作成することが出来る。信号処理装置１２
０が加算点１１４および１１５からビーム・サンプルを
受けて、走査変換器３２（図１参照）に対する出力を発
生する。信号処理装置１２０は、ＩおよびＱ信号の自乗
の和を求めた後でその信号の平方根を求める。これは包
絡線検波すなわち復調した画像信号を作成する。信号処
理装置１２０は複素信号（ＩおよびＱ）の包絡線を検出
する包絡線検出器を有し、この時点で位相情報が失われ
る。
々の受信チャネル１１０を含む。各々の受信チャネル１
１０は、増幅器１０５の１つからアナログ・エコー信号
を受信する。各々の受信された信号は、加算点１１４お
よび１１５で加算する前に遅延される。この遅延は高分
解能イメージングに不可欠な動的収束を行う。加算され
た信号は、ステアリングされたビーム（θ）に沿って距
離Ｒに位置する点Ｐから反射されたエコー信号の大きさ
および位相を表す。各々の増幅された信号は、混合用基
準周波数の位相が９０゜異なっているそれぞれのチャネ
ル内で一対の直角位相の信号として送られる。この代わ
りに、ヒルベルト（Ｈｉｌｂｅｒｔ）変換を用いて直角
位相の信号を作成することが出来る。信号処理装置１２
０が加算点１１４および１１５からビーム・サンプルを
受けて、走査変換器３２（図１参照）に対する出力を発
生する。信号処理装置１２０は、ＩおよびＱ信号の自乗
の和を求めた後でその信号の平方根を求める。これは包
絡線検波すなわち復調した画像信号を作成する。信号処
理装置１２０は複素信号（ＩおよびＱ）の包絡線を検出
する包絡線検出器を有し、この時点で位相情報が失われ
る。
【００１３】上記のタイプの超音波イメージング・シス
テムの軸方向分解能は主にトランスジューサの有限の帯
域幅によって決定される。通常の超音波イメージング方
法によれば、可能な最高の分解能はトランスジューサの
有効な帯域幅全体を利用するインパルス励起によって得
られる。残念なことに、インパルス励起では利用可能な
エネルギが低いので、感度が低くなる。これを補償する
ために、一層大きな駆動パルスを使用することが出来
る。しかしながら、トランスジューサに印加できるピー
ク・ピーク電圧の大きさを制限する多くの因子がある。
これらの制限は、駆動電子回路から得ることの可能なピ
ーク・ピーク電圧が有限であること、ピエゾセラミック
材料の破壊電圧およびピエゾセラミックまたは圧電材料
のデポーリング（ｄｅｐｏｌｉｎｇ）の可能性、高電圧
駆動段が必要なこと、並びに患者に暴露することの出来
るピーク圧力に対する調節限界ピエゾセラミック材料に
より生じる。更に、インパルス励起では、放出されるパ
ルスの帯域幅がトランスジューサの帯域幅に制限され
る。帯域幅を増加できれば、空間分解能が改善され、コ
ントラスト分解能が改善され、また被写界深度が改善さ
れよう。
テムの軸方向分解能は主にトランスジューサの有限の帯
域幅によって決定される。通常の超音波イメージング方
法によれば、可能な最高の分解能はトランスジューサの
有効な帯域幅全体を利用するインパルス励起によって得
られる。残念なことに、インパルス励起では利用可能な
エネルギが低いので、感度が低くなる。これを補償する
ために、一層大きな駆動パルスを使用することが出来
る。しかしながら、トランスジューサに印加できるピー
ク・ピーク電圧の大きさを制限する多くの因子がある。
これらの制限は、駆動電子回路から得ることの可能なピ
ーク・ピーク電圧が有限であること、ピエゾセラミック
材料の破壊電圧およびピエゾセラミックまたは圧電材料
のデポーリング（ｄｅｐｏｌｉｎｇ）の可能性、高電圧
駆動段が必要なこと、並びに患者に暴露することの出来
るピーク圧力に対する調節限界ピエゾセラミック材料に
より生じる。更に、インパルス励起では、放出されるパ
ルスの帯域幅がトランスジューサの帯域幅に制限され
る。帯域幅を増加できれば、空間分解能が改善され、コ
ントラスト分解能が改善され、また被写界深度が改善さ
れよう。
【００１４】
【発明の概要】本発明は、超音波イメージング・システ
ムの空間分解能および／または感度を改善し、且つ被写
界深度を伸ばすための新規な信号処理技術である。本技
術は、２つ以上の送信波動関数を最適な態様で組み合わ
せて、個々の波動関数よりも大きい帯域幅および／また
はエネルギを持つ合成波形を得ることに基づくものであ
る。この技術を改善するための方法として、フレーム速
度を改善すること、処理の際の運動誘起誤差を低減する
こと、最適な応答のために送信波形の位相を調節するこ
と、個々の又は複数の送信波形に対応するエコー信号を
選択的に使用することによって異なるイメージング・モ
ードを組み合わせること、およびそれをコントラスト剤
を使用する超音波イメージングに適用することが説明さ
れる。本発明は全てのイメージング・モード（Ｂ、Ｍ、
カラー、パルス・ドップラー・イメージングおよびドッ
プラー）に適用される。この方式は、包絡線検出器に到
達する前のイメージング・データに作用し、その際に位
相情報は信号内にまだ維持される。これは、スペックル
を低減するために包絡線検出または非コヒーレント加算
後に一般に実行される通常の周波数複合とは異なる。
ムの空間分解能および／または感度を改善し、且つ被写
界深度を伸ばすための新規な信号処理技術である。本技
術は、２つ以上の送信波動関数を最適な態様で組み合わ
せて、個々の波動関数よりも大きい帯域幅および／また
はエネルギを持つ合成波形を得ることに基づくものであ
る。この技術を改善するための方法として、フレーム速
度を改善すること、処理の際の運動誘起誤差を低減する
こと、最適な応答のために送信波形の位相を調節するこ
と、個々の又は複数の送信波形に対応するエコー信号を
選択的に使用することによって異なるイメージング・モ
ードを組み合わせること、およびそれをコントラスト剤
を使用する超音波イメージングに適用することが説明さ
れる。本発明は全てのイメージング・モード（Ｂ、Ｍ、
カラー、パルス・ドップラー・イメージングおよびドッ
プラー）に適用される。この方式は、包絡線検出器に到
達する前のイメージング・データに作用し、その際に位
相情報は信号内にまだ維持される。これは、スペックル
を低減するために包絡線検出または非コヒーレント加算
後に一般に実行される通常の周波数複合とは異なる。
【００１５】平坦な周波数応答を得るために異なる中心
周波数を持つ後方散乱狭帯域ＲＦ信号のコヒーレント加
算を行う概念が、ラボラトリイ・インベスティゲイショ
ン・ウルトラサウンド（Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｉｎｖ
ｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）発行誌
７７、２号、４７８−４８３頁、１９８８に所載のＫ．
Ｂ．サガル（Ｓａｇａｌ）等の論文「心筋超音波後方散
乱についての心拍数、前負荷、後負荷および等方性状態
の影響」に記載されている。しかし、これは、非収束型
ディスク・トランスジューサを使用して、非常に小さい
距離でゲーティングされた心内膜下区域の中の心臓組織
の後方散乱係数を測定する組織特性決定の研究に過ぎな
い。各々の対象に対して、コヒーレント加算が、異なる
周波数の走査のための別々に記憶されている距離ゲーテ
ィングされたデータに基づいて、オフラインで実行さ
れ、その結果がその距離ゲーティングされた組織区域の
後方散乱係数の単一の推定値になる。これと対照的に、
本発明は、トランスジューサ・アレイを持つ汎用超音波
スキャナを使用して実時間２次元イメージングを行うた
めの合成送信波形を使用することに関する。詳しく述べ
ると、本発明は、次のことを開示する。
周波数を持つ後方散乱狭帯域ＲＦ信号のコヒーレント加
算を行う概念が、ラボラトリイ・インベスティゲイショ
ン・ウルトラサウンド（Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｉｎｖ
ｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）発行誌
７７、２号、４７８−４８３頁、１９８８に所載のＫ．
Ｂ．サガル（Ｓａｇａｌ）等の論文「心筋超音波後方散
乱についての心拍数、前負荷、後負荷および等方性状態
の影響」に記載されている。しかし、これは、非収束型
ディスク・トランスジューサを使用して、非常に小さい
距離でゲーティングされた心内膜下区域の中の心臓組織
の後方散乱係数を測定する組織特性決定の研究に過ぎな
い。各々の対象に対して、コヒーレント加算が、異なる
周波数の走査のための別々に記憶されている距離ゲーテ
ィングされたデータに基づいて、オフラインで実行さ
れ、その結果がその距離ゲーティングされた組織区域の
後方散乱係数の単一の推定値になる。これと対照的に、
本発明は、トランスジューサ・アレイを持つ汎用超音波
スキャナを使用して実時間２次元イメージングを行うた
めの合成送信波形を使用することに関する。詳しく述べ
ると、本発明は、次のことを開示する。
【００１６】（１）最適な合成波形設計のための送信波
形設計手順の詳細、（２）合成波形設計を使用するとき
に画像の有意な劣化を生じる可能性のある運動誘起誤差
を低減および／または補償する手段、（３）２つの波形
を組み合わせる最適な検出装置、（４）画像の被写界深
度を増加させるための合成波形設計の適用、（５）広帯
域幅を維持しながら感度を改善するための合成波形設計
の適用、（６）カラー／ドップラーモードのイメージン
グのために個々の波形が使用され、また異なる周波数の
２つ以上の波形が組み合わされるときにＢモードまたは
Ｍモード画像が作成されるように、異なるイメージング
・モードを組み合わせる用途、（７）コントラスト増強
剤を使用する超音波イメージングのための合成波形イメ
ージングの適用、（８）ベクトルをオーバーラップさせ
且つ２つの焦点区域を僅かに異なる位置にすることによ
ってフレーム速度を増加する手段。
形設計手順の詳細、（２）合成波形設計を使用するとき
に画像の有意な劣化を生じる可能性のある運動誘起誤差
を低減および／または補償する手段、（３）２つの波形
を組み合わせる最適な検出装置、（４）画像の被写界深
度を増加させるための合成波形設計の適用、（５）広帯
域幅を維持しながら感度を改善するための合成波形設計
の適用、（６）カラー／ドップラーモードのイメージン
グのために個々の波形が使用され、また異なる周波数の
２つ以上の波形が組み合わされるときにＢモードまたは
Ｍモード画像が作成されるように、異なるイメージング
・モードを組み合わせる用途、（７）コントラスト増強
剤を使用する超音波イメージングのための合成波形イメ
ージングの適用、（８）ベクトルをオーバーラップさせ
且つ２つの焦点区域を僅かに異なる位置にすることによ
ってフレーム速度を増加する手段。
【００１７】合成送信波設計法を使用することによっ
て、組合せ波形の放出圧力はトランスジューサのインパ
ルス応答よりも広い帯域幅および／または高い感度を持
つ。また、被写界深度が大きくなり、且つコントラスト
分解能も改善される。本発明の好ましい実施態様による
合成送信波形設計方式は、２つ以上の比較的長い送信波
形を相次いでファイアリングすることを有し、これらの
送信波形は同じ焦点位置に収束され、またこれらの送信
パルスの各々に対する周波数スペクトルは中心が僅かに
異なる周波数に定められる。これらの全ての送信波形か
らの受信信号がそれらの位相情報を維持しながら加算さ
れたとき、その結果の合成波形の全体の帯域幅はインパ
ルス励起の場合よりも更に大きくなり得る。この方式で
はまた、送信パルスの長さを長くしたことに伴ってエネ
ルギが増加したことにより、感度が改善される。（２度
印加した）インパルス励起に比べて、２波形合成方法は
一層大きい感度および／または一層広い帯域幅を持つ応
答を生じることが出来る。
て、組合せ波形の放出圧力はトランスジューサのインパ
ルス応答よりも広い帯域幅および／または高い感度を持
つ。また、被写界深度が大きくなり、且つコントラスト
分解能も改善される。本発明の好ましい実施態様による
合成送信波形設計方式は、２つ以上の比較的長い送信波
形を相次いでファイアリングすることを有し、これらの
送信波形は同じ焦点位置に収束され、またこれらの送信
パルスの各々に対する周波数スペクトルは中心が僅かに
異なる周波数に定められる。これらの全ての送信波形か
らの受信信号がそれらの位相情報を維持しながら加算さ
れたとき、その結果の合成波形の全体の帯域幅はインパ
ルス励起の場合よりも更に大きくなり得る。この方式で
はまた、送信パルスの長さを長くしたことに伴ってエネ
ルギが増加したことにより、感度が改善される。（２度
印加した）インパルス励起に比べて、２波形合成方法は
一層大きい感度および／または一層広い帯域幅を持つ応
答を生じることが出来る。
【００１８】
【好ましい実施態様の詳しい説明】本発明の動作理論を
理解するために、図３Ｂに示されている有限ガウス・イ
ンパルス応答を持つ超音波トランスジューサを考察す
る。このトランスジューサは２つの異なる条件下で調べ
られた。最初、図３Ａに示されているような単一サイク
ルの励起波形をトランスジューサに印加した。この励起
波形はトランスジューサの共振周波数の波形であった。
次に、同じトランスジューサに、図３Ｃおよび図３Ｄに
示されているように、各々が２サイクルの波形であっ
て、一方がトランスジューサの共振周波数より高い周波
数を持ち、且つ他方がトランスジューサの共振周波数よ
り低い周波数を持つ２つの波形を印加した。これらの２
つの狭帯域幅の励起波形の各々の全パルス長は、前に使
用した単一サイクルの励起波形よりも長かった。従っ
て、図３Ｃおよび図３Ｄの２サイクルの波形の積分した
エネルギは、図３Ａの単一サイクルの波形にエネルギよ
りも大きい。
理解するために、図３Ｂに示されている有限ガウス・イ
ンパルス応答を持つ超音波トランスジューサを考察す
る。このトランスジューサは２つの異なる条件下で調べ
られた。最初、図３Ａに示されているような単一サイク
ルの励起波形をトランスジューサに印加した。この励起
波形はトランスジューサの共振周波数の波形であった。
次に、同じトランスジューサに、図３Ｃおよび図３Ｄに
示されているように、各々が２サイクルの波形であっ
て、一方がトランスジューサの共振周波数より高い周波
数を持ち、且つ他方がトランスジューサの共振周波数よ
り低い周波数を持つ２つの波形を印加した。これらの２
つの狭帯域幅の励起波形の各々の全パルス長は、前に使
用した単一サイクルの励起波形よりも長かった。従っ
て、図３Ｃおよび図３Ｄの２サイクルの波形の積分した
エネルギは、図３Ａの単一サイクルの波形にエネルギよ
りも大きい。
【００１９】２つの狭帯域幅のパルスからの２つの波形
に対するトランスジューサの応答が、（複素領域におい
て、すなわち包絡線検出の前に）位相情報を維持しなが
ら加算された。この応答を、図４および５に示すよう
に、単一サイクルの励起に対する応答を２倍したものと
比較した。合成波形に対する応答は、リングダウン（ｒ
ｉｎｇｄｏｗｎ）時間が短くなり、それに対応して帯域
幅が改善され、感度が少し増加する。これは、合成送信
波形設計の利点を例示している。
に対するトランスジューサの応答が、（複素領域におい
て、すなわち包絡線検出の前に）位相情報を維持しなが
ら加算された。この応答を、図４および５に示すよう
に、単一サイクルの励起に対する応答を２倍したものと
比較した。合成波形に対する応答は、リングダウン（ｒ
ｉｎｇｄｏｗｎ）時間が短くなり、それに対応して帯域
幅が改善され、感度が少し増加する。これは、合成送信
波形設計の利点を例示している。
【００２０】この代わりに、検出されるパルスのピーク
・ピーク圧力を増加することに重点をおくことが出来
る。単一サイクルの励起に対する応答を２倍したものと
比較して、合成送信波形法を使用した応答について再び
同じ解析を行った。合成送信設計法から得られる感度の
改善が図６および７に示されている。この場合、２つの
狭帯域の２サイクルの励起の周波数は、図３に示し且つ
図４および５の応答を生じるために使用された２つの狭
帯域の２サイクルの励起の周波数よりもトランスジュー
サの共振周波数に近い周波数であった。合成波形が３つ
以上の送信波形から構成される場合には、更に大きい改
善が期待される。しかしながら、送信波形の数は、高フ
レーム速度を保つために２に近い値にするのが望まし
い。
・ピーク圧力を増加することに重点をおくことが出来
る。単一サイクルの励起に対する応答を２倍したものと
比較して、合成送信波形法を使用した応答について再び
同じ解析を行った。合成送信設計法から得られる感度の
改善が図６および７に示されている。この場合、２つの
狭帯域の２サイクルの励起の周波数は、図３に示し且つ
図４および５の応答を生じるために使用された２つの狭
帯域の２サイクルの励起の周波数よりもトランスジュー
サの共振周波数に近い周波数であった。合成波形が３つ
以上の送信波形から構成される場合には、更に大きい改
善が期待される。しかしながら、送信波形の数は、高フ
レーム速度を保つために２に近い値にするのが望まし
い。
【００２１】合成送信波形を使用して帯域幅を増加させ
たことにより、被写界深度もまた改善される。ビーム形
状はパルス形状に強く影響される。近距離音場の干渉お
よび遠距離音場でのサイドローブは、パルスの長さが短
くなると低減する。焦点の位置、被写界深度および横方
向ビーム・プロフィールは波長の関数である。広帯域イ
ンパルス応答は多数の周波数成分を有する。従って、帯
域幅の増加はまた、被写界深度を増加させ、且つサイド
ローブのレベルを低減させる。ビーム・プロフィールに
対するインパルス応答の影響が、Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓ
ｏｃ．Ａｍｅｒｉｃａ、５６巻、１０４３−１０４８
頁、１９７４に所載のＷ．Ｌ．ビーバー（Ｂｅａｖｅ
ｒ）による論文「パルス式ピストン・ラジエータの近距
離音場」、ＩＥＥＥ ウルトラソニックス・シンポジウ
ム（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ）、
１９９６年１１月に所載のＪ．Ａ．ホサック（Ｈｏｓｓ
ａｋ）による論文「焦点深さを延長した医用超音波イメ
ージング」、並びにＰ．フィッシュ（Ｆｉｓｈ）の著書
「Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔ
ｉｏｎ ｏｆ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ Ｍｅｄｉｃａｌ
Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ」、ジョン・ワイリイ・アンド
・サンズ（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ）、１
９９０、３７−３９頁に記載されている。
たことにより、被写界深度もまた改善される。ビーム形
状はパルス形状に強く影響される。近距離音場の干渉お
よび遠距離音場でのサイドローブは、パルスの長さが短
くなると低減する。焦点の位置、被写界深度および横方
向ビーム・プロフィールは波長の関数である。広帯域イ
ンパルス応答は多数の周波数成分を有する。従って、帯
域幅の増加はまた、被写界深度を増加させ、且つサイド
ローブのレベルを低減させる。ビーム・プロフィールに
対するインパルス応答の影響が、Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓ
ｏｃ．Ａｍｅｒｉｃａ、５６巻、１０４３−１０４８
頁、１９７４に所載のＷ．Ｌ．ビーバー（Ｂｅａｖｅ
ｒ）による論文「パルス式ピストン・ラジエータの近距
離音場」、ＩＥＥＥ ウルトラソニックス・シンポジウ
ム（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ）、
１９９６年１１月に所載のＪ．Ａ．ホサック（Ｈｏｓｓ
ａｋ）による論文「焦点深さを延長した医用超音波イメ
ージング」、並びにＰ．フィッシュ（Ｆｉｓｈ）の著書
「Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔ
ｉｏｎ ｏｆ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ Ｍｅｄｉｃａｌ
Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ」、ジョン・ワイリイ・アンド
・サンズ（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ）、１
９９０、３７−３９頁に記載されている。
【００２２】本発明によれば、送信器２２（図１参照）
は、第１の期間の間に選択されたトランスジューサ素子
１２を励起することによって、第１の周波数を中心とす
る第１の周波数スペクトルを持つ第１の送信超音波波形
を送信する手段、および第１の期間の直後の第２の期間
の間に選択されたトランスジューサ素子を励起すること
によって、第２の周波数を中心とする第２の周波数スペ
クトルを持つ第２の送信超音波波形を送信する手段を有
する。第１の送信超音波波形は第１の焦点に収束され、
また第２の送信超音波波形は第１の焦点の近く又はそれ
と同じ第２の焦点に収束される。更に、第２の周波数は
第１の周波数とは異なる。
は、第１の期間の間に選択されたトランスジューサ素子
１２を励起することによって、第１の周波数を中心とす
る第１の周波数スペクトルを持つ第１の送信超音波波形
を送信する手段、および第１の期間の直後の第２の期間
の間に選択されたトランスジューサ素子を励起すること
によって、第２の周波数を中心とする第２の周波数スペ
クトルを持つ第２の送信超音波波形を送信する手段を有
する。第１の送信超音波波形は第１の焦点に収束され、
また第２の送信超音波波形は第１の焦点の近く又はそれ
と同じ第２の焦点に収束される。更に、第２の周波数は
第１の周波数とは異なる。
【００２３】図１４を参照して説明すると、本発明は通
常の手段すなわちトランスジューサ１０およびビーム形
成装置３８を含み、これにより、第１の焦点を含む焦点
区域内の散乱体によって選択された受信用トランスジュ
ーサ素子へ反射されて戻った第１の送信超音波波形の部
分から導き出した第１の受信超音波波形の第１のベース
バンド複素信号対（Ｉ1 およびＱ1 信号）を形成し、そ
の後、第２の焦点を含む焦点区域内の散乱体によって選
択された受信用トランスジューサ素子へ反射されて戻っ
た第２の送信超音波波形の部分から導き出した第２の受
信超音波波形の第２のベースバンド複素信号対（Ｉ2 お
よびＱ2 信号）を形成する。受信器の伝達関数は両方の
波形に対して同じに保たれる。しかし、振幅は、組織の
減衰量が２つの周波数に対して異なるのでこれを補償す
るために、異なる振幅にする。
常の手段すなわちトランスジューサ１０およびビーム形
成装置３８を含み、これにより、第１の焦点を含む焦点
区域内の散乱体によって選択された受信用トランスジュ
ーサ素子へ反射されて戻った第１の送信超音波波形の部
分から導き出した第１の受信超音波波形の第１のベース
バンド複素信号対（Ｉ1 およびＱ1 信号）を形成し、そ
の後、第２の焦点を含む焦点区域内の散乱体によって選
択された受信用トランスジューサ素子へ反射されて戻っ
た第２の送信超音波波形の部分から導き出した第２の受
信超音波波形の第２のベースバンド複素信号対（Ｉ2 お
よびＱ2 信号）を形成する。受信器の伝達関数は両方の
波形に対して同じに保たれる。しかし、振幅は、組織の
減衰量が２つの周波数に対して異なるのでこれを補償す
るために、異なる振幅にする。
【００２４】本発明による動作理論を、図１４に示され
ているような複素信号検出器を持つタイプの超音波イメ
ージング装置に関して以下に説明する。このシステムで
は、等化フィルタ４０がビーム形成装置３８からの複素
ＩおよびＱ出力を受け取って、入力信号の帯域幅の関数
である帯域幅を通す。本発明によれば、等化フィルタ４
０の出力はマルチプレクサ５０に送られ、マルチプレク
サ５０は第１および第２の複素信号対を下記のように選
択的に伝送する。すなわち、Ｉ1 およびＱ1 信号を１サ
イクルの間に遅延回路すなわちバッファ５２Ａおよび５
２Ｂへそれぞれ伝送し、次のサイクルの間にＩ2 および
Ｑ2 信号を加算器５４Ａおよび５４Ｂへそれぞれ直接に
（遅延なしに）伝送する。遅延回路５２Ａおよび５２Ｂ
は１サイクルの遅延を与え、これにより第２のサイクル
の間に加算器５４ＡがＩ1 およびＩ2 信号を受け取り、
加算器５４ＢがＱ1 およびＱ2 信号を受け取る。加算器
５４Ａは和Ｉsum ＝Ｉ1 ＋Ｉ2 を形成し、加算器５４Ｂ
は和Ｑsum ＝Ｑ1 ＋Ｑ2 を形成する。次いで、複素信号
Ｉsum およびＱsum が包絡線検出器４２に入力され、包
絡線検出器４２は関数（Ｉsum 2＋Ｑsum 2）1/2 を計算す
る。
ているような複素信号検出器を持つタイプの超音波イメ
ージング装置に関して以下に説明する。このシステムで
は、等化フィルタ４０がビーム形成装置３８からの複素
ＩおよびＱ出力を受け取って、入力信号の帯域幅の関数
である帯域幅を通す。本発明によれば、等化フィルタ４
０の出力はマルチプレクサ５０に送られ、マルチプレク
サ５０は第１および第２の複素信号対を下記のように選
択的に伝送する。すなわち、Ｉ1 およびＱ1 信号を１サ
イクルの間に遅延回路すなわちバッファ５２Ａおよび５
２Ｂへそれぞれ伝送し、次のサイクルの間にＩ2 および
Ｑ2 信号を加算器５４Ａおよび５４Ｂへそれぞれ直接に
（遅延なしに）伝送する。遅延回路５２Ａおよび５２Ｂ
は１サイクルの遅延を与え、これにより第２のサイクル
の間に加算器５４ＡがＩ1 およびＩ2 信号を受け取り、
加算器５４ＢがＱ1 およびＱ2 信号を受け取る。加算器
５４Ａは和Ｉsum ＝Ｉ1 ＋Ｉ2 を形成し、加算器５４Ｂ
は和Ｑsum ＝Ｑ1 ＋Ｑ2 を形成する。次いで、複素信号
Ｉsum およびＱsum が包絡線検出器４２に入力され、包
絡線検出器４２は関数（Ｉsum 2＋Ｑsum 2）1/2 を計算す
る。
【００２５】その後、包絡線が低域通過フィルタ４４に
通され、そしてこのフィルタリングされた包絡線が対数
データ圧縮を受ける（ブロック４６）。この対数圧縮さ
れた信号は走査変換器３２に出力され、次いでモニタ３
０上にベクトルとして表示される。実際には、異なる送
信周波数波形に対する受信信号は、組織の減衰が周波数
依存性であることに起因して非常に異なる振幅を持つこ
とがある。この組織の減衰効果を補償するため、異なる
送信波形または異なる受信信号に対してそれらのコヒー
レントな加算または組合せの前に重み係数を適用すべき
である。好ましい方法では、目標が全ての深さにおいて
対称なスペクトルを持つ合成信号を作成することである
ので、係数は時間につれて動的に変えるべきである。係
数は組織の吸収特性および周波数依存性散乱特性に関し
て特定すべきである。
通され、そしてこのフィルタリングされた包絡線が対数
データ圧縮を受ける（ブロック４６）。この対数圧縮さ
れた信号は走査変換器３２に出力され、次いでモニタ３
０上にベクトルとして表示される。実際には、異なる送
信周波数波形に対する受信信号は、組織の減衰が周波数
依存性であることに起因して非常に異なる振幅を持つこ
とがある。この組織の減衰効果を補償するため、異なる
送信波形または異なる受信信号に対してそれらのコヒー
レントな加算または組合せの前に重み係数を適用すべき
である。好ましい方法では、目標が全ての深さにおいて
対称なスペクトルを持つ合成信号を作成することである
ので、係数は時間につれて動的に変えるべきである。係
数は組織の吸収特性および周波数依存性散乱特性に関し
て特定すべきである。
【００２６】重み係数は、時間利得部分において実現さ
れる。図１５を参照して説明すると、時間利得制御部分
１００′は、１組のスイッチ１２０によって時間利得制
御回路１０６に交互に接続される２組のポテンショメー
タ１０８Ａおよび１０８Ｂを有する。ポテンショメータ
１０８Ａの設定は、第１の受信期間の間の増幅器１０５
による増幅量を調節するために使用される第１組の重み
係数を供給するように選択される。また、ポテンショメ
ータ１０８Ｂの設定は、第２の受信期間の間の増幅器１
０５による増幅量を調節するために使用される第２組の
重み係数を供給するように選択される。好ましい実施態
様によれば、第１組の重み係数は全て第１の値を持ち、
また同様に第２組の重み係数は全て第１の値とは異なる
第２の値を持つ。第１の受信期間は第１の送信波形に応
答して発生された受信信号の受信の間生じ、また第２の
受信期間は第２の送信波形に応答して発生された受信信
号の受信の間生じる。
れる。図１５を参照して説明すると、時間利得制御部分
１００′は、１組のスイッチ１２０によって時間利得制
御回路１０６に交互に接続される２組のポテンショメー
タ１０８Ａおよび１０８Ｂを有する。ポテンショメータ
１０８Ａの設定は、第１の受信期間の間の増幅器１０５
による増幅量を調節するために使用される第１組の重み
係数を供給するように選択される。また、ポテンショメ
ータ１０８Ｂの設定は、第２の受信期間の間の増幅器１
０５による増幅量を調節するために使用される第２組の
重み係数を供給するように選択される。好ましい実施態
様によれば、第１組の重み係数は全て第１の値を持ち、
また同様に第２組の重み係数は全て第１の値とは異なる
第２の値を持つ。第１の受信期間は第１の送信波形に応
答して発生された受信信号の受信の間生じ、また第２の
受信期間は第２の送信波形に応答して発生された受信信
号の受信の間生じる。
【００２７】減衰効果は、高い方の周波数の送信波形に
おけるサイクルの数を増加し、これにより合成送信波形
の高い方の周波数の帯域の縁におけるエネルギを効果的
に増加させることによって、更に補償することが出来
る。代わりに、組織の減衰効果を補償するために異なる
受信信号の各々に動的等化フィルタを適用し、その後で
これらの信号を加算して合成広帯域信号を作成すること
が出来る。このような等化フィルタは、ビーム形成され
るデータがＲＦ／ＩＦまたはベースバンド・タイプであ
るかどうかに応じて、帯域通過フィルタまたは複素低域
通過フィルタにすることが出来る。等化フィルタを使用
する利点は、付加的な帯域幅および／または感度利得を
実現できる可能性があることである。詳しく述べると、
狭帯域励起のため、狭帯域等化フィルタを適用して、異
なる受信信号を加算する前に帯域外雑音を除去すること
が出来る。等化フィルタはまた、非対称になるような受
信スペクトルを白色化（平坦化）し、および／または不
所望なスペクトルのサイドローブを除去するように設計
することが出来る。
おけるサイクルの数を増加し、これにより合成送信波形
の高い方の周波数の帯域の縁におけるエネルギを効果的
に増加させることによって、更に補償することが出来
る。代わりに、組織の減衰効果を補償するために異なる
受信信号の各々に動的等化フィルタを適用し、その後で
これらの信号を加算して合成広帯域信号を作成すること
が出来る。このような等化フィルタは、ビーム形成され
るデータがＲＦ／ＩＦまたはベースバンド・タイプであ
るかどうかに応じて、帯域通過フィルタまたは複素低域
通過フィルタにすることが出来る。等化フィルタを使用
する利点は、付加的な帯域幅および／または感度利得を
実現できる可能性があることである。詳しく述べると、
狭帯域励起のため、狭帯域等化フィルタを適用して、異
なる受信信号を加算する前に帯域外雑音を除去すること
が出来る。等化フィルタはまた、非対称になるような受
信スペクトルを白色化（平坦化）し、および／または不
所望なスペクトルのサイドローブを除去するように設計
することが出来る。
【００２８】本発明の提案した動作理論は標準のファン
トムについての一連の５ＭＨｚイメージング実験によっ
て実証された。最適な通常の送信波形設計のためのＩ／
Ｑビーム形成データ組を、データ取得装置を介して記録
した。また、同様なデータ組を、本発明の合成送信波形
設計法を使用して求めた。オフラインで、Ｉ／Ｑデータ
の極値を取り、次いでサン（Ｓｕｎ）ワークステーショ
ンで対数圧縮した画像を表示することによって、Ｂモー
ド画像を作成した。合成波形を作成するために、２つの
狭帯域送信波形を使用した（２つの受信波形の内の１つ
は実際に等化フィルタで処理して、不所望なスペクトル
のサイドローブを除去した）。図８は、比較のために正
規化して５ＭＨｚの復調周波数へシフトさせた２つの対
応する受信スペクトルを示す。これらのスペクトルは１
０個の相次ぐ中央走査線の全体の平均を表し、その各々
のサンプル・スペクトルは、３．５ｃｍの深さに中心を
置いた１ｃｍの軸方向の窓にわたって複素高速フーリエ
変換を行うことにより計算される。前に述べたような合
成信号を作成するため、２つの信号を平均振幅で正規化
し、検出の前に（ベースバンドで）加算した。その結果
が図９に示されている。２つの送信波形の各々に対する
複合応答において帯域幅に有意の増加がある。図１０
は、合成スペクトル（図９）と、最適な通常の送信波形
からの受信スペクトルとの比較を示す。スペクトルのピ
ークから−６、−１０および−２０ｄＢの所に於ける帯
域幅の改善は、それぞれ３０％、４０％および１４％で
ある。図１１はファントムの対応する画像部分を示し、
これらは明らかに、合成波形法により、ピン分解能が増
加し、スペックル生地がずっと精細になり、焦点深度が
増加することを表している。
トムについての一連の５ＭＨｚイメージング実験によっ
て実証された。最適な通常の送信波形設計のためのＩ／
Ｑビーム形成データ組を、データ取得装置を介して記録
した。また、同様なデータ組を、本発明の合成送信波形
設計法を使用して求めた。オフラインで、Ｉ／Ｑデータ
の極値を取り、次いでサン（Ｓｕｎ）ワークステーショ
ンで対数圧縮した画像を表示することによって、Ｂモー
ド画像を作成した。合成波形を作成するために、２つの
狭帯域送信波形を使用した（２つの受信波形の内の１つ
は実際に等化フィルタで処理して、不所望なスペクトル
のサイドローブを除去した）。図８は、比較のために正
規化して５ＭＨｚの復調周波数へシフトさせた２つの対
応する受信スペクトルを示す。これらのスペクトルは１
０個の相次ぐ中央走査線の全体の平均を表し、その各々
のサンプル・スペクトルは、３．５ｃｍの深さに中心を
置いた１ｃｍの軸方向の窓にわたって複素高速フーリエ
変換を行うことにより計算される。前に述べたような合
成信号を作成するため、２つの信号を平均振幅で正規化
し、検出の前に（ベースバンドで）加算した。その結果
が図９に示されている。２つの送信波形の各々に対する
複合応答において帯域幅に有意の増加がある。図１０
は、合成スペクトル（図９）と、最適な通常の送信波形
からの受信スペクトルとの比較を示す。スペクトルのピ
ークから−６、−１０および−２０ｄＢの所に於ける帯
域幅の改善は、それぞれ３０％、４０％および１４％で
ある。図１１はファントムの対応する画像部分を示し、
これらは明らかに、合成波形法により、ピン分解能が増
加し、スペックル生地がずっと精細になり、焦点深度が
増加することを表している。
【００２９】同様な実験を体内で行った。ファントムの
実験の場合と全く同じ送信波形の組を使用して、一連の
腎臓の走査を実施した。合成送信法（図８および１０に
対応する）の場合の受信信号が図１２および１３に示さ
れている。ファントムの場合と同様に、個々の低い周波
数の成分および高い周波数の成分を加算して合成信号を
作成した。この信号の帯域幅は通常の広帯域パルスの場
合よりも大きくなりさえもする。オフラインで作成した
Ｂモード画像はまた、合成波形法により、スペックル生
地がより精細になり且つ焦点深度が増加することを示し
た。
実験の場合と全く同じ送信波形の組を使用して、一連の
腎臓の走査を実施した。合成送信法（図８および１０に
対応する）の場合の受信信号が図１２および１３に示さ
れている。ファントムの場合と同様に、個々の低い周波
数の成分および高い周波数の成分を加算して合成信号を
作成した。この信号の帯域幅は通常の広帯域パルスの場
合よりも大きくなりさえもする。オフラインで作成した
Ｂモード画像はまた、合成波形法により、スペックル生
地がより精細になり且つ焦点深度が増加することを示し
た。
【００３０】通常の合成開口法の場合と同様に、本発明
の合成送信波形設計のための１つの要件は、位相関係が
２つの相次ぐファイアリングの間で維持されることであ
る。もし２つの相次ぐファイアリングの間の期間中に被
検体またはトランスジューサに何らかの運動があった場
合は、位相情報が歪む。この結果、従来の方法に比べて
画像の質が悪くなる。この誤りを防止するために、相次
ぐファイアリングの間の最大組織変位は波長の１０分の
１以下にしなければならない。これは控えめな見積もり
であるが、相次ぐ送信波形を非常に短い期間にファイア
リングして、相次ぐベクトルがオーバーラップする期間
を持つようにすることを必要とする。例えば、３ＭＨｚ
で動作しているとき、オーバーラップは適切な経時的サ
ンプリングのために４ｃｍ以下になり得る。このような
オーバーラップする期間を持つことにより、異なる送信
波形を持つことは、受信器をこれらの信号の各々の最適
な検出のために一義的に設定することが出来れば、役に
立つ。さらに、高い周波数の信号の方が減衰速度が高い
ので、低い周波数の波形をファイアリングする前に高い
周波数の信号をファイアリングすることが有利である。
これは、前のファイアリングから残っている音響雑音の
量を低減する。これは特に、オーバーラップする期間を
持つベクトルがファイアリングされるとき重要である。
これらはベクトルの組であり、第１のベクトルに対応す
るデータが未だ収集されている間に第２のベクトルがフ
ァイアリングされる。
の合成送信波形設計のための１つの要件は、位相関係が
２つの相次ぐファイアリングの間で維持されることであ
る。もし２つの相次ぐファイアリングの間の期間中に被
検体またはトランスジューサに何らかの運動があった場
合は、位相情報が歪む。この結果、従来の方法に比べて
画像の質が悪くなる。この誤りを防止するために、相次
ぐファイアリングの間の最大組織変位は波長の１０分の
１以下にしなければならない。これは控えめな見積もり
であるが、相次ぐ送信波形を非常に短い期間にファイア
リングして、相次ぐベクトルがオーバーラップする期間
を持つようにすることを必要とする。例えば、３ＭＨｚ
で動作しているとき、オーバーラップは適切な経時的サ
ンプリングのために４ｃｍ以下になり得る。このような
オーバーラップする期間を持つことにより、異なる送信
波形を持つことは、受信器をこれらの信号の各々の最適
な検出のために一義的に設定することが出来れば、役に
立つ。さらに、高い周波数の信号の方が減衰速度が高い
ので、低い周波数の波形をファイアリングする前に高い
周波数の信号をファイアリングすることが有利である。
これは、前のファイアリングから残っている音響雑音の
量を低減する。これは特に、オーバーラップする期間を
持つベクトルがファイアリングされるとき重要である。
これらはベクトルの組であり、第１のベクトルに対応す
るデータが未だ収集されている間に第２のベクトルがフ
ァイアリングされる。
【００３１】また、相次ぐファイアリングの間の組織の
運動を補償するために、相関法のような、運動推定およ
び運動補償アルゴリズムを採用することが可能である。
これは、２つの相次ぐファイアリングの間のファイアリ
ング間隔についての制約を低減する。本発明の基本的概
念は多くの方面に拡張することが出来る。例えば、合成
送信波形は、軸方向分解能が近距離音場において改善さ
れ（例えば、図４および５に示された応答を生じるため
に使用されるタイプの狭帯域波形を使用する）、また感
度が遠距離音場において改善される（例えば、図６およ
び７に示された応答を生じるために使用されるタイプの
狭帯域波形を使用する）ように設計することが出来る。
この方法は、全ての深さにおいて合成送信波形設計の利
点を完全に利用する。これは臨床検査用途に応じて定め
ることが可能である。代わりに、２つの合成送信波形を
近距離音場で使用し、３つ以上の波形をより大きい深さ
で使用することが出来る。
運動を補償するために、相関法のような、運動推定およ
び運動補償アルゴリズムを採用することが可能である。
これは、２つの相次ぐファイアリングの間のファイアリ
ング間隔についての制約を低減する。本発明の基本的概
念は多くの方面に拡張することが出来る。例えば、合成
送信波形は、軸方向分解能が近距離音場において改善さ
れ（例えば、図４および５に示された応答を生じるため
に使用されるタイプの狭帯域波形を使用する）、また感
度が遠距離音場において改善される（例えば、図６およ
び７に示された応答を生じるために使用されるタイプの
狭帯域波形を使用する）ように設計することが出来る。
この方法は、全ての深さにおいて合成送信波形設計の利
点を完全に利用する。これは臨床検査用途に応じて定め
ることが可能である。代わりに、２つの合成送信波形を
近距離音場で使用し、３つ以上の波形をより大きい深さ
で使用することが出来る。
【００３２】２つの送信波形は異なるサイクル数を持っ
ていてよい。例えば、高い方の周波数の励起では３サイ
クルにし、低い方の周波数の励起では２サイクルにする
ことが出来る。これは、周波数が高いことにより減衰速
度が高いと思われるスペクトルの領域のエネルギを潜在
的に増大させることが出来る。従って、２つの送信波形
は異なる帯域幅を持つことが出来る。
ていてよい。例えば、高い方の周波数の励起では３サイ
クルにし、低い方の周波数の励起では２サイクルにする
ことが出来る。これは、周波数が高いことにより減衰速
度が高いと思われるスペクトルの領域のエネルギを潜在
的に増大させることが出来る。従って、２つの送信波形
は異なる帯域幅を持つことが出来る。
【００３３】典型的な送信波形は、１サイクル以上の持
続時間を持つトーンバーストである。これは、ｓｉｎｃ
（［ｓｉｎ（ｘ）／ｘ］）関数である周波数スペクトル
を持つ。好ましい動作モードでは、１つの波形の周波数
領域のサイドローブが続行する波形のナル（またはゼ
ロ）とオーバーラップするように２つ以上の波形が設計
される。合成波形設計を使用して２つの波形を組み合わ
せたとき、周波数領域の応答はサイドローブが低減さ
れ、それに対応して時間領域のリングダウン時間が短く
なる。
続時間を持つトーンバーストである。これは、ｓｉｎｃ
（［ｓｉｎ（ｘ）／ｘ］）関数である周波数スペクトル
を持つ。好ましい動作モードでは、１つの波形の周波数
領域のサイドローブが続行する波形のナル（またはゼ
ロ）とオーバーラップするように２つ以上の波形が設計
される。合成波形設計を使用して２つの波形を組み合わ
せたとき、周波数領域の応答はサイドローブが低減さ
れ、それに対応して時間領域のリングダウン時間が短く
なる。
【００３４】Ｆナンバーまたは能動素子間隔を変えるこ
とにより、２つのファイアリングのために一定のビーム
幅を維持することが出来る。従って、低い方の周波数で
動作させるとき、より大きい開口を使用して、一定の横
方向点広がり関数を維持することが出来る。これは、異
なる小開口からの同じ波形の２つのファイアリングを組
み合わせてより大きな有効開口を達成する通常の合成開
口法と同じではないことに注意されたい。
とにより、２つのファイアリングのために一定のビーム
幅を維持することが出来る。従って、低い方の周波数で
動作させるとき、より大きい開口を使用して、一定の横
方向点広がり関数を維持することが出来る。これは、異
なる小開口からの同じ波形の２つのファイアリングを組
み合わせてより大きな有効開口を達成する通常の合成開
口法と同じではないことに注意されたい。
【００３５】提案したアルゴリズムはパワードップラー
イメージング（ＰＤＩ）に適用することが出来る。軸方
向分解能または感度は異なる深さで、または異なる用途
のために改善することが出来る。この場合、ＰＤＩ処理
における悉くのデータ・パケットに対して、２つ以上の
ファイアリングを非常に素早く行わなければならない。
同様な方式をカラー流れイメージングに適用することが
出来る。
イメージング（ＰＤＩ）に適用することが出来る。軸方
向分解能または感度は異なる深さで、または異なる用途
のために改善することが出来る。この場合、ＰＤＩ処理
における悉くのデータ・パケットに対して、２つ以上の
ファイアリングを非常に素早く行わなければならない。
同様な方式をカラー流れイメージングに適用することが
出来る。
【００３６】また、カラーおよび／またはドップラーモ
ードをＢモード（またはグレイ・スケール）イメージン
グと組み合わせることも可能である。流れ検出のために
感度が高くなる低い方の周波数の波形だけを使用するこ
とができ、またコントラストおよび細部分解能がより重
要であるＢモードのために高い周波数および低い周波数
の合成を使用することが出来る。
ードをＢモード（またはグレイ・スケール）イメージン
グと組み合わせることも可能である。流れ検出のために
感度が高くなる低い方の周波数の波形だけを使用するこ
とができ、またコントラストおよび細部分解能がより重
要であるＢモードのために高い周波数および低い周波数
の合成を使用することが出来る。
【００３７】高いフレーム速度を維持するために、関心
のある限られた領域に上記のアルゴリズムリズムを適用
することが出来る。従って、送信焦点区域の数を、関心
のある領域に対してファイアリングされるビームの数と
共に減らすことが出来る。フレーム速度に対する影響を
低減するために、僅かに異なる位置に焦点を持つ２つの
相次ぐ送信ビームを使用して、２つのファイアリングに
より２つの送信焦点区域をカバーすることが出来る。こ
れは、フレーム速度の低下を軽減する。しかしながら、
経時的サンプリング要件（すなわち、２つの送信波形の
素早いファイアリング）はまだそのままである。一例と
して、関心のある領域をカバーするために各々が３ｃｍ
の深さを持つ４つの焦点区域を用いるイメージング・シ
ステムを考察する。２つのファイアリングが４つの焦点
区域中のそれぞれの焦点に収束される場合、全部で８つ
のファイアリングが必要となる。この代わりに、この同
じ１２ｃｍを、各々４ｃｍの深さの３つの焦点区域に分
割することが出来る。３つの焦点区域の各々に対して、
２つのファイアリングが１ｃｍだけ離れた２つの異なる
焦点に収束される場合、１２ｃｍの深さ全体を８つでは
なく６つのファイアリングでカバーすることができ、こ
れによって本発明の使用により生じるフレーム速度の低
下を軽減することが出来る。
のある限られた領域に上記のアルゴリズムリズムを適用
することが出来る。従って、送信焦点区域の数を、関心
のある領域に対してファイアリングされるビームの数と
共に減らすことが出来る。フレーム速度に対する影響を
低減するために、僅かに異なる位置に焦点を持つ２つの
相次ぐ送信ビームを使用して、２つのファイアリングに
より２つの送信焦点区域をカバーすることが出来る。こ
れは、フレーム速度の低下を軽減する。しかしながら、
経時的サンプリング要件（すなわち、２つの送信波形の
素早いファイアリング）はまだそのままである。一例と
して、関心のある領域をカバーするために各々が３ｃｍ
の深さを持つ４つの焦点区域を用いるイメージング・シ
ステムを考察する。２つのファイアリングが４つの焦点
区域中のそれぞれの焦点に収束される場合、全部で８つ
のファイアリングが必要となる。この代わりに、この同
じ１２ｃｍを、各々４ｃｍの深さの３つの焦点区域に分
割することが出来る。３つの焦点区域の各々に対して、
２つのファイアリングが１ｃｍだけ離れた２つの異なる
焦点に収束される場合、１２ｃｍの深さ全体を８つでは
なく６つのファイアリングでカバーすることができ、こ
れによって本発明の使用により生じるフレーム速度の低
下を軽減することが出来る。
【００３８】帯域幅または感度のいずれかを改善するか
の決定は、ファイアリングされるベクトルのタイプに依
存する。例えば、ステアリングされたビーム（トランス
ジューサまたは開口平面に対して垂直でないビーム）を
ファイアリングするとき、感度を改善することが出来
る。他の全ての場合には、帯域幅を改善することが出来
る。組織の減衰が他の手段によって既に補償されている
場合でも、狭帯域合成送信波形は、狭帯域等化フィルタ
を用いることにより、通常の技術と比べて信号対雑音比
をかなり改善することが出来る。
の決定は、ファイアリングされるベクトルのタイプに依
存する。例えば、ステアリングされたビーム（トランス
ジューサまたは開口平面に対して垂直でないビーム）を
ファイアリングするとき、感度を改善することが出来
る。他の全ての場合には、帯域幅を改善することが出来
る。組織の減衰が他の手段によって既に補償されている
場合でも、狭帯域合成送信波形は、狭帯域等化フィルタ
を用いることにより、通常の技術と比べて信号対雑音比
をかなり改善することが出来る。
【００３９】重み付き加算を行う前に何らかの運動に対
する補償を行うために相関法、論理的演算、勾配法また
は光学的流れ技術を使用して、運動誘起誤差を補償する
ことが可能である。これにより、運動によって誘起され
る可能性のある位相誤差を低減または除去することが出
来る。様々な超音波コントラスト剤を使用するとき、合
成波形設計はまた、通常のコントラスト・イメージング
や第２調波イメージングのために使用することが出来
る。合成帯域幅イメージングにおいて送信パルスが長く
なることにより、より低い最大音響圧力または強度を使
用できるはずである。送信信号レベルのこの余分な制御
は、コントラスト・イメージングで所望の効果を達成す
るために非常に重要であると思われる。更に、第２調波
コントラスト・イメージングの場合、スペクトルの漏れ
および／または非線形伝搬作用に起因した送信信号中の
第２調波周波数帯域は、より長いおよび／またはより純
粋なトーン信号を使用することによって抑制することが
出来る。これは、組織からの第２調波周波数帯域の直接
後方散乱から、コントラスト剤によって作成された第２
調波信号を弁別するために重要であることを示してい
る。
する補償を行うために相関法、論理的演算、勾配法また
は光学的流れ技術を使用して、運動誘起誤差を補償する
ことが可能である。これにより、運動によって誘起され
る可能性のある位相誤差を低減または除去することが出
来る。様々な超音波コントラスト剤を使用するとき、合
成波形設計はまた、通常のコントラスト・イメージング
や第２調波イメージングのために使用することが出来
る。合成帯域幅イメージングにおいて送信パルスが長く
なることにより、より低い最大音響圧力または強度を使
用できるはずである。送信信号レベルのこの余分な制御
は、コントラスト・イメージングで所望の効果を達成す
るために非常に重要であると思われる。更に、第２調波
コントラスト・イメージングの場合、スペクトルの漏れ
および／または非線形伝搬作用に起因した送信信号中の
第２調波周波数帯域は、より長いおよび／またはより純
粋なトーン信号を使用することによって抑制することが
出来る。これは、組織からの第２調波周波数帯域の直接
後方散乱から、コントラスト剤によって作成された第２
調波信号を弁別するために重要であることを示してい
る。
【００４０】最後に、本発明の合成波形法では、２つ以
上の狭帯域励起が、脂肪／筋肉表面層によって引き起こ
される位相収差効果を低減するのに役立つ。上記の好ま
しい実施態様は例示の目的で開示された。ベースバンド
超音波イメージング・システムの分野の当業者には種々
の変更および変形を容易になし得よう。このような全て
の変更および変形は特許請求の範囲に包含されるもので
ある。
上の狭帯域励起が、脂肪／筋肉表面層によって引き起こ
される位相収差効果を低減するのに役立つ。上記の好ま
しい実施態様は例示の目的で開示された。ベースバンド
超音波イメージング・システムの分野の当業者には種々
の変更および変形を容易になし得よう。このような全て
の変更および変形は特許請求の範囲に包含されるもので
ある。
【図１】実時間超音波イメージング・システム内の主要
な機能のサブシステムを示すブロック図である。
な機能のサブシステムを示すブロック図である。
【図２】図１のシステムの一部を形成する受信器のブロ
ック図である。
ック図である。
【図３】シミュレーションのために使用した信号を示す
振幅対時間のグラフであり、図の上から下へ順次、１サ
イクルのインパルス励起、トランスジューサのインパル
ス応答、２サイクルの高周波励起、および２サイクルの
低周波励起を示す。
振幅対時間のグラフであり、図の上から下へ順次、１サ
イクルのインパルス励起、トランスジューサのインパル
ス応答、２サイクルの高周波励起、および２サイクルの
低周波励起を示す。
【図４】共振周波数の１サイクルのインパルス励起に対
する応答を２倍したもの（破線）と、図３に示した２つ
の狭帯域の２サイクルの励起に対する全体の応答（実
線）とを示す振幅対時間のグラフである。
する応答を２倍したもの（破線）と、図３に示した２つ
の狭帯域の２サイクルの励起に対する全体の応答（実
線）とを示す振幅対時間のグラフである。
【図５】図４に示した応答のパルス包絡線を示す振幅対
時間のグラフである。
時間のグラフである。
【図６】共振周波数の１サイクルのインパルス励起に対
する応答を２倍したもの（破線）と、図３に示した２つ
の狭帯域の２サイクルの励起の周波数よりもトランスジ
ューサの共振周波数に近い周波数を持つ２つの狭帯域の
２サイクルの励起に対する全体の応答（実線）とを示す
振幅対時間のグラフである。
する応答を２倍したもの（破線）と、図３に示した２つ
の狭帯域の２サイクルの励起の周波数よりもトランスジ
ューサの共振周波数に近い周波数を持つ２つの狭帯域の
２サイクルの励起に対する全体の応答（実線）とを示す
振幅対時間のグラフである。
【図７】図６に示した応答のパルス包絡線を示す振幅対
時間のグラフである。
時間のグラフである。
【図８】ファントムの実験における２つの異なる周波数
の狭帯域送信波形からの受信信号の、全体が平均化され
たスペクトルを示す振幅対周波数のグラフである。
の狭帯域送信波形からの受信信号の、全体が平均化され
たスペクトルを示す振幅対周波数のグラフである。
【図９】図８に示された２つの狭帯域受信信号のコヒー
レントな和を形成することによって得られた合成送信波
形のスペクトルを示す振幅対周波数のグラフである。
レントな和を形成することによって得られた合成送信波
形のスペクトルを示す振幅対周波数のグラフである。
【図１０】ベースバンドに置いた図９の合成信号スペク
トルと最適な通常の送信波形からの受信信号スペクトル
とを比較する振幅対周波数のグラフである。
トルと最適な通常の送信波形からの受信信号スペクトル
とを比較する振幅対周波数のグラフである。
【図１１】図１０に示された最適な通常の送信波形と合
成送信波形とに対する対応するファントム画像部分を示
す。
成送信波形とに対する対応するファントム画像部分を示
す。
【図１２】人体の腎臓の走査における合成波形を構成す
るために使用された高い周波数および低い周波数の２つ
の狭帯域送信波形からの受信信号のスペクトルをそれぞ
れ示す振幅対周波数のグラフである。
るために使用された高い周波数および低い周波数の２つ
の狭帯域送信波形からの受信信号のスペクトルをそれぞ
れ示す振幅対周波数のグラフである。
【図１３】図１２に示された２つの受信信号のコヒーレ
ントな和を形成することによって得られた合成送信波形
のスペクトルと通常の送信波形（高帯域パルス）とを比
較する振幅対周波数のグラフである。
ントな和を形成することによって得られた合成送信波形
のスペクトルと通常の送信波形（高帯域パルス）とを比
較する振幅対周波数のグラフである。
【図１４】本発明による複素信号検出器を持つ超音波イ
メージング装置の主信号処理ブロックを示すブロック図
である。
メージング装置の主信号処理ブロックを示すブロック図
である。
【図１５】本発明の好ましい実施態様による受信器のブ
ロック図である。
ロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラリー・ワイ・エル・モー アメリカ合衆国，ウィスコンシン州，ワウ ケシャ，サラトガ・ロード，1707番 (72)発明者 スタンレイ・シウーチョア・チム アメリカ合衆国，ウィスコンシン州，オー ク・クリーク，ウェスト・ティンバー・リ ッジ・ナンバー202，1925番
Claims (10)
- 【請求項１】 トランスジューサ素子のアレイを持つ超
音波イメージング・システムを作動する方法において、 第１の期間の間に選択されたトランスジューサ素子を励
起することによって、第１の周波数を中心とする第１の
周波数スペクトルを持つ第１の送信超音波波形を送信
し、該第１の送信超音波波形を所与の焦点に収束させる
ステップ、 前記第１の期間の直後の第２の期間の間に選択されたト
ランスジューサ素子を励起することによって、前記第１
の周波数とは異なる第２の周波数を中心とする第２の周
波数スペクトルを持つ第２の送信超音波波形を送信し、
該第２の送信超音波波形を前記焦点に収束させるステッ
プ、 前記焦点を含む焦点区域内の散乱体によって選択された
受信用トランスジューサ素子へ反射されて戻った前記第
１の送信超音波波形の部分から導き出した第１の受信超
音波波形の第１の複素信号対を形成するステップ、 前記焦点区域内の散乱体によって選択された受信用トラ
ンスジューサ素子へ反射されて戻った前記第２の送信超
音波波形の部分から導き出した第２の受信超音波波形の
第２の複素信号対を形成するステップ、 前記の両方の波形に対して同じフィルタ伝達関数を使用
して、前記第１および第２の複素信号対をフィルタリン
グするステップ、 前記第１および第２の複素信号対を加算して、前記第１
および第２の複素信号対のそれぞれの成分の和である成
分を持つ第３の複素信号対を形成するステップ、 前記第３の複素信号対の包絡線を形成するステップ、並
びに前記第３の複素信号対の前記包絡線の関数である画
像ベクトルを表示するステップ、を有していることを特
徴とする超音波イメージング・システムの作動方法。 - 【請求項２】 前記第１の周波数が前記トランスジュー
サ・アレイの共振周波数よりも高く、また前記第２の周
波数が前記共振周波数より低いことを特徴とする請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 前記第１の波形の周波数領域のサイドロ
ーブのピークが、前記第２の波形のゼロと同じ周波数の
所に位置していることを特徴とする請求項１記載の方
法。 - 【請求項４】 前記第１の送信超音波波形が少なくとも
２つのサイクルを持ち、また前記第２の送信超音波波形
が少なくとも２つのサイクルを持っていることを特徴と
する請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記第１の送信超音波波形が第１の数の
サイクルを持ち、また前記第２の送信超音波波形が前記
第１の数のサイクルより少ない第２の数のサイクルを持
っていることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 高い方の周波数を持つ波形が最初に送信
されることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 前記第１および第２の送信超音波波形の
位相が点広がり関数を最小にするように調節されること
を特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 前記第１の送信超音波波形が、前記トラ
ンスジューサ・アレイの第１の開口内の選択された素子
を励起することによって送信され、また前記第２の送信
超音波波形が、前記トランスジューサ・アレイの第２の
開口内の選択された素子を励起することによって送信さ
れ、前記第１の開口が前記第２の開口よりも広いことを
特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 前記第１および第２の開口がほぼ一定の
横方向点広がり関数を維持するように選択されているこ
とを特徴とする請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 更に、第１の重み係数を使用して前記
第１の受信超音波波形を重み付けするステップ、及び前
記第１の重み係数とは異なる第２の重み係数を使用して
前記第２の受信超音波波形を重み付けするステップを有
し、 前記第１および第２の重み係数が前記第１および第２の
波形に対して全ての深さにおいて異なっており、また前
記第１および第２の重み係数が前記焦点区域内の組織の
周波数依存性減衰を補償するように選択されていること
を特徴とする請求項１記載の方法。
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