JPH11155867A - 超音波イメージング・システムおよび超音波散乱データ取得方法 - Google Patents
超音波イメージング・システムおよび超音波散乱データ取得方法Info
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- JPH11155867A JPH11155867A JP10265567A JP26556798A JPH11155867A JP H11155867 A JPH11155867 A JP H11155867A JP 10265567 A JP10265567 A JP 10265567A JP 26556798 A JP26556798 A JP 26556798A JP H11155867 A JPH11155867 A JP H11155867A
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8959—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using coded signals for correlation purposes
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- G—PHYSICS
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- G01S7/52023—Details of receivers
- G01S7/52034—Data rate converters
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- Complex Calculations (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Image Analysis (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 １つの像フレーム当りの送信事象の数を低減
することによって医用超音波イメージングにおけるフレ
ーム速度を増大する。 【解決手段】 先ず、トランスジューサ・アレイ（１
０）のＭ個の送信素子（１２）からＭ組の符号化された
信号を１組ずつ順次送信する。各送信において、Ｍ個の
送信素子の全てが特定の１組の信号の符号化に従って同
時に作動される。その結果得られた散乱データがＭ個の
送信事象の各々に対して記憶される。記憶された散乱デ
ータはその後、個々の素子情報を得るために符号化マト
リクスの逆マトリクスにより復号される。完全な１組の
散乱データにより、フェーズド・アレイの１つのトラン
スジューサ素子、例えばｍ番目の送信素子から送信され
て、媒体によって散乱され、その後にｎ番目の受信素子
で受信される超音波パルスの時間的経歴が捕捉される。
可逆符号は好ましくはアダマール符号のような直交位相
符号である。
することによって医用超音波イメージングにおけるフレ
ーム速度を増大する。 【解決手段】 先ず、トランスジューサ・アレイ（１
０）のＭ個の送信素子（１２）からＭ組の符号化された
信号を１組ずつ順次送信する。各送信において、Ｍ個の
送信素子の全てが特定の１組の信号の符号化に従って同
時に作動される。その結果得られた散乱データがＭ個の
送信事象の各々に対して記憶される。記憶された散乱デ
ータはその後、個々の素子情報を得るために符号化マト
リクスの逆マトリクスにより復号される。完全な１組の
散乱データにより、フェーズド・アレイの１つのトラン
スジューサ素子、例えばｍ番目の送信素子から送信され
て、媒体によって散乱され、その後にｎ番目の受信素子
で受信される超音波パルスの時間的経歴が捕捉される。
可逆符号は好ましくはアダマール符号のような直交位相
符号である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般にディジタル超
音波イメージング・システムに関するものであり、更に
詳しくは超音波像の見かけの音響フレーム速度を増大す
るための方法および装置に関するものである。
音波イメージング・システムに関するものであり、更に
詳しくは超音波像の見かけの音響フレーム速度を増大す
るための方法および装置に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】従来の医用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査物体から反射さ
れたビームを受ける超音波トランスジューサ素子のアレ
イ（ａｒｒａｙ）を有する。このような走査は、ステア
リング（ｓｔｅｅｒｉｎｇ）された超音波を送信してか
ら短時間後に受信モードにシステムを切り替えて、反射
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、各々の測定では送信および受信は同じ
方向にステアリングされて、音響ビームすなわち走査線
に沿った一連の点からデータが取得される。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（レンジ）に動的に集束するように作用する。
ムは、超音波ビームを送信し且つ被検査物体から反射さ
れたビームを受ける超音波トランスジューサ素子のアレ
イ（ａｒｒａｙ）を有する。このような走査は、ステア
リング（ｓｔｅｅｒｉｎｇ）された超音波を送信してか
ら短時間後に受信モードにシステムを切り替えて、反射
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、各々の測定では送信および受信は同じ
方向にステアリングされて、音響ビームすなわち走査線
に沿った一連の点からデータが取得される。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（レンジ）に動的に集束するように作用する。
【０００３】超音波イメージングのため、アレイは典型
的には、１つ以上の横列（ｒｏｗ）を成すように配置さ
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
素子で構成される。印加電圧の振幅および時間遅延（ま
たは位相）を選択することによって、所与の横列内の個
々のトランスジューサ素子は制御されて、好ましいベク
トル方向に沿って進行し且つビームに沿った選択された
点に集束される正味の超音波を形成するように組み合わ
される超音波を発生する。多数のファイヤリング（ｆｉ
ｒｉｎｇ）を使用することにより、同じ解剖学的情報を
表すデータを取得することが出来る。各々のファイヤリ
ングのビーム形成パラメータを変えることにより、最大
焦点を変更し、さもなければ例えば各ビームの焦点を前
のビームの焦点に対してシフトさせながら同じ走査線に
沿って相次ぐビームを送信することによって、各ファイ
ヤリングにおける受信データの内容を変えることが出来
る。印加電圧の時間遅延および振幅を変えることによっ
て、物体を走査する平面内でビームをその焦点と共に動
かすことが出来る。
的には、１つ以上の横列（ｒｏｗ）を成すように配置さ
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
素子で構成される。印加電圧の振幅および時間遅延（ま
たは位相）を選択することによって、所与の横列内の個
々のトランスジューサ素子は制御されて、好ましいベク
トル方向に沿って進行し且つビームに沿った選択された
点に集束される正味の超音波を形成するように組み合わ
される超音波を発生する。多数のファイヤリング（ｆｉ
ｒｉｎｇ）を使用することにより、同じ解剖学的情報を
表すデータを取得することが出来る。各々のファイヤリ
ングのビーム形成パラメータを変えることにより、最大
焦点を変更し、さもなければ例えば各ビームの焦点を前
のビームの焦点に対してシフトさせながら同じ走査線に
沿って相次ぐビームを送信することによって、各ファイ
ヤリングにおける受信データの内容を変えることが出来
る。印加電圧の時間遅延および振幅を変えることによっ
て、物体を走査する平面内でビームをその焦点と共に動
かすことが出来る。
【０００４】受信モードで反射された音波を受信するた
めにトランスジューサ・プローブを採用するとき同じ原
理が適用される。受信トランスジューサ素子で発生され
た電圧は、物体内の１つの焦点から反射された超音波を
表す正味の信号が得られるように加算される。送信モー
ドの場合と同様に、この集束された超音波エネルギの受
信は各々のトランスジューサ素子からの信号に別々の時
間遅延（および／または移相）および利得を与えること
によって達成される。次いで、ビーム形成チャンネルの
出力信号をコヒーレントに加算することにより、物体内
のサンプル体積または関心のある体積に対応する各々の
焦点についてそれぞれの画素強度値が形成される。これ
らの画素強度値は対数圧縮され、走査変換されてから、
走査している解剖学的構造の像として表示される。
めにトランスジューサ・プローブを採用するとき同じ原
理が適用される。受信トランスジューサ素子で発生され
た電圧は、物体内の１つの焦点から反射された超音波を
表す正味の信号が得られるように加算される。送信モー
ドの場合と同様に、この集束された超音波エネルギの受
信は各々のトランスジューサ素子からの信号に別々の時
間遅延（および／または移相）および利得を与えること
によって達成される。次いで、ビーム形成チャンネルの
出力信号をコヒーレントに加算することにより、物体内
のサンプル体積または関心のある体積に対応する各々の
焦点についてそれぞれの画素強度値が形成される。これ
らの画素強度値は対数圧縮され、走査変換されてから、
走査している解剖学的構造の像として表示される。
【０００５】医用超音波イメージング・システムのフレ
ーム速度は、１フレーム当りの必要な送信事象の数によ
って決定される。通常の超音波イメージング・システム
では、送信事象は集束されたビームを特定の方向または
特定の焦点位置に送信する事である。例えば、送信開口
をアレイにわたって移動させる通常の超音波イメージン
グ・アレイでは、各々の送信開口は集束された送信ビー
ムを形成するように並列にファイヤリングされるＭ個の
送信素子で構成される。送信ビームは、１つのフレーム
を作成するためにＫ個の事象で視野（ＦＯＶ：ｆｉｅｌ
ｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）にわたって走査される。アレイの
縁では、送信開口はＭ個より少ない送信素子を持つこと
がある。受信開口は、送信開口の中心に中心合わせされ
たＮ個の素子で構成される。受信素子の数Ｎは指定され
たＦナンバおよびイメージング深度によって決定され
る。
ーム速度は、１フレーム当りの必要な送信事象の数によ
って決定される。通常の超音波イメージング・システム
では、送信事象は集束されたビームを特定の方向または
特定の焦点位置に送信する事である。例えば、送信開口
をアレイにわたって移動させる通常の超音波イメージン
グ・アレイでは、各々の送信開口は集束された送信ビー
ムを形成するように並列にファイヤリングされるＭ個の
送信素子で構成される。送信ビームは、１つのフレーム
を作成するためにＫ個の事象で視野（ＦＯＶ：ｆｉｅｌ
ｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）にわたって走査される。アレイの
縁では、送信開口はＭ個より少ない送信素子を持つこと
がある。受信開口は、送信開口の中心に中心合わせされ
たＮ個の素子で構成される。受信素子の数Ｎは指定され
たＦナンバおよびイメージング深度によって決定され
る。
【０００６】今日の２次元（２Ｄ）イメージングにおい
てはフレーム速度の高いシステムが望ましく、またこの
ような高フレーム速度のシステムは将来の実時間３次元
（３Ｄ）イメージングにおいては必須である。フレーム
速度は、改善することが出来る。これを達成するために
従来では、各々の送信事象に使用される送信素子の数を
比例的に低減しており、その結果として信号対ノイズ比
（ＳＮＲ）が非常に悪くなる。
てはフレーム速度の高いシステムが望ましく、またこの
ような高フレーム速度のシステムは将来の実時間３次元
（３Ｄ）イメージングにおいては必須である。フレーム
速度は、改善することが出来る。これを達成するために
従来では、各々の送信事象に使用される送信素子の数を
比例的に低減しており、その結果として信号対ノイズ比
（ＳＮＲ）が非常に悪くなる。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、１つの像フレーム当りの送信
事象の数を低減することによって医用超音波イメージン
グにおけるフレーム速度を著しく増大するための方法お
よび装置に関するものである。具体的に述べると、空間
的に符号化された送信事象を使用してＳＮＲを改善しな
がら高いフレーム速度の医用イメージングが実行され
る。完全な１組の散乱データは、例えば全てのＭ個の送
信素子およびＮ個の受信素子に対して、ｍ番目の送信素
子のようなフェーズド・アレイの１つのトランスジュー
サ素子から送信されて、媒体によって散乱され、その後
にｎ番目の受信素子で受信される超音波パルスの時間的
経歴を捕捉する。全ての送信素子から同時に送信しなが
ら、このｍ→ｎ素子散乱データが抽出される。個別のｍ
→ｎ素子散乱データは、送信信号が可逆（ｉｎｖｅｒｔ
ｉｂｌｅ）符号、好ましくはアダマール（Ｈａｄａｍａ
ｒｄ）符号のような直交位相符号で空間的に符号化され
る場合、回復させることが出来る。
事象の数を低減することによって医用超音波イメージン
グにおけるフレーム速度を著しく増大するための方法お
よび装置に関するものである。具体的に述べると、空間
的に符号化された送信事象を使用してＳＮＲを改善しな
がら高いフレーム速度の医用イメージングが実行され
る。完全な１組の散乱データは、例えば全てのＭ個の送
信素子およびＮ個の受信素子に対して、ｍ番目の送信素
子のようなフェーズド・アレイの１つのトランスジュー
サ素子から送信されて、媒体によって散乱され、その後
にｎ番目の受信素子で受信される超音波パルスの時間的
経歴を捕捉する。全ての送信素子から同時に送信しなが
ら、このｍ→ｎ素子散乱データが抽出される。個別のｍ
→ｎ素子散乱データは、送信信号が可逆（ｉｎｖｅｒｔ
ｉｂｌｅ）符号、好ましくはアダマール（Ｈａｄａｍａ
ｒｄ）符号のような直交位相符号で空間的に符号化され
る場合、回復させることが出来る。
【０００８】本発明の好ましい実施態様では、トランス
ジューサ・アレイのＭ個の送信素子からＭ組の符号化さ
れた信号が１組ずつ順次送信される。各送信において、
Ｍ個の送信素子の全てが特定の組の符号化に従って同時
に作動される。その結果得られた散乱データがＭ個の送
信事象の各々に対して記憶される。記憶された散乱デー
タはその後、個々の素子情報を得るために符号化マトリ
クスの逆マトリクスにより復号される。
ジューサ・アレイのＭ個の送信素子からＭ組の符号化さ
れた信号が１組ずつ順次送信される。各送信において、
Ｍ個の送信素子の全てが特定の組の符号化に従って同時
に作動される。その結果得られた散乱データがＭ個の送
信事象の各々に対して記憶される。記憶された散乱デー
タはその後、個々の素子情報を得るために符号化マトリ
クスの逆マトリクスにより復号される。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１に示されている通常の超音波
イメージング法では、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からＫ個の送信事象が
相次いでファイヤリングされる。アレイはそれぞれの送
信および受信開口を持ち、開口はこくファイヤリング毎
にアレイにわたって移動される。送信開口にＭ個の送信
素子（陰影を付けて示されている）が用いられ、且つ受
信開口にＮ個の受信素子が用いられる場合、各送信事象
毎にＮ個の受信信号について和をとることによりビーム
が形成され、この場合、受信信号振幅はＭＳO になり、
ＳO は各受信素子における受信信号振幅であり、ノイズ
標準偏差はσである。この場合、信号対ノイズ比は次の
ようにＳＮＲ＝Ｎ1/2 Ｍ（ＳO ／σ）である。
イメージング法では、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からＫ個の送信事象が
相次いでファイヤリングされる。アレイはそれぞれの送
信および受信開口を持ち、開口はこくファイヤリング毎
にアレイにわたって移動される。送信開口にＭ個の送信
素子（陰影を付けて示されている）が用いられ、且つ受
信開口にＮ個の受信素子が用いられる場合、各送信事象
毎にＮ個の受信信号について和をとることによりビーム
が形成され、この場合、受信信号振幅はＭＳO になり、
ＳO は各受信素子における受信信号振幅であり、ノイズ
標準偏差はσである。この場合、信号対ノイズ比は次の
ようにＳＮＲ＝Ｎ1/2 Ｍ（ＳO ／σ）である。
【００１０】Ｋ個の送信事象が相次いでファイヤリング
され、且つ各送信事象で唯１つの送信素子が使用される
場合、ＳＮＲが通常の場合のＭ／Ｋ1/2 分の１に劣化す
る。この劣化はＫが小さくなると大きくなる。具体的に
述べると、Ｍ個の送信素子、Ｋ＝Ｍ個の送信事象および
Ｎ個の受信素子の場合、Ｍ×Ｎの完全なデータ組につい
て和をとることによりビームが形成され、この場合、受
信信号振幅はＳO であり、ノイズ標準偏差はσである。
この場合、信号対ノイズ比は次のようにＳＮＲ＝（Ｍ
Ｎ）1/2 （ＳO ／σ）である。
され、且つ各送信事象で唯１つの送信素子が使用される
場合、ＳＮＲが通常の場合のＭ／Ｋ1/2 分の１に劣化す
る。この劣化はＫが小さくなると大きくなる。具体的に
述べると、Ｍ個の送信素子、Ｋ＝Ｍ個の送信事象および
Ｎ個の受信素子の場合、Ｍ×Ｎの完全なデータ組につい
て和をとることによりビームが形成され、この場合、受
信信号振幅はＳO であり、ノイズ標準偏差はσである。
この場合、信号対ノイズ比は次のようにＳＮＲ＝（Ｍ
Ｎ）1/2 （ＳO ／σ）である。
【００１１】本発明の好ましい実施態様では、トランス
ジューサ・アレイのＭ個の送信素子からＭ組の符号化さ
れた信号が１組ずつ順次送信される。各送信において、
Ｍ個の送信素子の全てが可逆符号化マトリクスのそれぞ
れの列内の符号化に従って同時に作動される。その結果
得られた散乱データがその後、符号化マトリクスの逆マ
トリクスにより復号されて、全てのＭ個の送信素子およ
びＮ個の受信素子に対して、ｍ番目の送信素子から送信
されて、媒体によって散乱され、その後にｎ番目の受信
素子で受信された超音波パルスの時間的経歴を表す完全
な１組の散乱データを得る。
ジューサ・アレイのＭ個の送信素子からＭ組の符号化さ
れた信号が１組ずつ順次送信される。各送信において、
Ｍ個の送信素子の全てが可逆符号化マトリクスのそれぞ
れの列内の符号化に従って同時に作動される。その結果
得られた散乱データがその後、符号化マトリクスの逆マ
トリクスにより復号されて、全てのＭ個の送信素子およ
びＮ個の受信素子に対して、ｍ番目の送信素子から送信
されて、媒体によって散乱され、その後にｎ番目の受信
素子で受信された超音波パルスの時間的経歴を表す完全
な１組の散乱データを得る。
【００１２】各々の送信事象において、符号化された送
信素子の数はＭに等しく且つ受信素子の数はＮに等し
く、ここで送信事象の数Ｋ＝Ｍである。復号した後の受
信信号振幅はＭＳO であり、ノイズ標準偏差はＭ1/2 σ
に等しい。復号後、Ｍ×Ｎの完全なデータ組について和
をとることによりビーム形成が行われる。この結果得ら
れる信号対ノイズ比は次のようにＳＮＲ＝ＭＮ1/2 （Ｓ
O ／σ）である。
信素子の数はＭに等しく且つ受信素子の数はＮに等し
く、ここで送信事象の数Ｋ＝Ｍである。復号した後の受
信信号振幅はＭＳO であり、ノイズ標準偏差はＭ1/2 σ
に等しい。復号後、Ｍ×Ｎの完全なデータ組について和
をとることによりビーム形成が行われる。この結果得ら
れる信号対ノイズ比は次のようにＳＮＲ＝ＭＮ1/2 （Ｓ
O ／σ）である。
【００１３】従って、本発明の空間的符号化プロセス
は、完全な散乱データの収集のためのＳＮＲを、同じ数
の送信事象のために一度に１つの素子からの送信を使用
してデータを測定することによって得られる場合のＳＮ
Ｒに比べて１０ log（Ｍ）デシベル増大させる。
は、完全な散乱データの収集のためのＳＮＲを、同じ数
の送信事象のために一度に１つの素子からの送信を使用
してデータを測定することによって得られる場合のＳＮ
Ｒに比べて１０ log（Ｍ）デシベル増大させる。
【００１４】図２は、本発明を取り入れた超音波イメー
ジング・システムを示す。このシステムは、複数の別々
に駆動されるトランスジューサ素子１２ａ−１２ｎで構
成されたトランスジューサ・アレイ１０を有する。各々
のトランスジューサ素子は、それぞれのパルサ／受信器
１４によって発生されたパルス波形によって付勢された
ときに超音波エネルギのバーストを生じる。検査中の物
体からトランスジューサ・アレイ１０に反射されて戻っ
た超音波エネルギは各々の受信トランスジューサ素子に
よって電気信号に変換されて、それぞれのパルサ／受信
器１４に別々に印加される。パルサ／受信器１４は、操
作員の命令に応答するディジタル制御器１６の制御の下
に動作する。
ジング・システムを示す。このシステムは、複数の別々
に駆動されるトランスジューサ素子１２ａ−１２ｎで構
成されたトランスジューサ・アレイ１０を有する。各々
のトランスジューサ素子は、それぞれのパルサ／受信器
１４によって発生されたパルス波形によって付勢された
ときに超音波エネルギのバーストを生じる。検査中の物
体からトランスジューサ・アレイ１０に反射されて戻っ
た超音波エネルギは各々の受信トランスジューサ素子に
よって電気信号に変換されて、それぞれのパルサ／受信
器１４に別々に印加される。パルサ／受信器１４は、操
作員の命令に応答するディジタル制御器１６の制御の下
に動作する。
【００１５】Ｌ≧Ｍとして、Ｌ個のトランスジューサ素
子より成るトランスジューサ・アレイの中にＭ個の送信
素子があると仮定すると、Ｋ＝Ｍ個の送信事象の各々の
際にＭ個の送信素子が同時に作動されて、集束されてい
ない超音波を送出する。各々の送信事象のために、異な
るＭ素子符号ベクトルが制御器１６によってパルサ／受
信器に供給されて、送信素子を駆動する。Ｍ個のＭ素子
符号ベクトルが、可逆であるＭ×ＭマトリクスＱの列を
形成する。マトリクスＱ-1は列ｑ1 ，ｑ2 ，....，ｑM
を持つ。
子より成るトランスジューサ・アレイの中にＭ個の送信
素子があると仮定すると、Ｋ＝Ｍ個の送信事象の各々の
際にＭ個の送信素子が同時に作動されて、集束されてい
ない超音波を送出する。各々の送信事象のために、異な
るＭ素子符号ベクトルが制御器１６によってパルサ／受
信器に供給されて、送信素子を駆動する。Ｍ個のＭ素子
符号ベクトルが、可逆であるＭ×ＭマトリクスＱの列を
形成する。マトリクスＱ-1は列ｑ1 ，ｑ2 ，....，ｑM
を持つ。
【００１６】ｍ＝１，２，....，Ｍとし、ｎ＝１，
２，....，Ｎとして、各々の送信事象ｎにおいて、後方
散乱信号Ｒmn（ｔ）が１組Ｎ個の受信素子で電気信号に
変換される。これらの電気信号はそれぞれのパルサ／受
信器１４によって増幅されて、それぞれのアナログ−デ
ィジタル（Ａ／Ｄ）変換器１８に送られる（図２参
照）。各々の送信事象において、ディジタル化された信
号は制御器１６の制御の下にランダム・アクセス・メモ
リ（ＲＡＭ）２０に記憶される。１つの像フレームに対
応するＫ個の送信事象が完了したとき、ＲＡＭ２０に記
憶されているデータが検索されて、ディジタル信号プロ
セッサ２２によって別のデータ組Ｄmn（ｔ）に変換すな
わち復号される。ディジタル信号プロセッサ２２はま
た、復号された像データについてビーム形成を行う。こ
の復号されビーム形成された像データは次いでビデオま
たは表示モニタ２４上で１つの像フレームとして表示さ
れる。このプロセスは、トランスジューサ・アレイで関
心のある領域または体積を走査するとき相次ぐ像フレー
ムを作成するように繰り返される。
２，....，Ｎとして、各々の送信事象ｎにおいて、後方
散乱信号Ｒmn（ｔ）が１組Ｎ個の受信素子で電気信号に
変換される。これらの電気信号はそれぞれのパルサ／受
信器１４によって増幅されて、それぞれのアナログ−デ
ィジタル（Ａ／Ｄ）変換器１８に送られる（図２参
照）。各々の送信事象において、ディジタル化された信
号は制御器１６の制御の下にランダム・アクセス・メモ
リ（ＲＡＭ）２０に記憶される。１つの像フレームに対
応するＫ個の送信事象が完了したとき、ＲＡＭ２０に記
憶されているデータが検索されて、ディジタル信号プロ
セッサ２２によって別のデータ組Ｄmn（ｔ）に変換すな
わち復号される。ディジタル信号プロセッサ２２はま
た、復号された像データについてビーム形成を行う。こ
の復号されビーム形成された像データは次いでビデオま
たは表示モニタ２４上で１つの像フレームとして表示さ
れる。このプロセスは、トランスジューサ・アレイで関
心のある領域または体積を走査するとき相次ぐ像フレー
ムを作成するように繰り返される。
【００１７】データ組Ｄmn（ｔ）は以下の式に従って変
換される。
換される。
【００１８】
【数１】
【００１９】この変換は、各々の送信事象が１群のＭ＝
Ｋ個の素子で送信される１組のＫ個の送信事象を復号し
て、１つのデータ組を得る。この場合、送信素子は分離
される、すなわちデータ組Ｄmn（ｔ）が送信素子ｍから
送信されて受信素子ｎで受信された信号に対応する。
Ｋ個の素子で送信される１組のＫ個の送信事象を復号し
て、１つのデータ組を得る。この場合、送信素子は分離
される、すなわちデータ組Ｄmn（ｔ）が送信素子ｍから
送信されて受信素子ｎで受信された信号に対応する。
【００２０】復号されたデータ組Ｄmn（ｔ）は共焦点像
を形成するようにビーム形成されることが出来る。図３
に示されている各々の位置ｐに対する復号されたデータ
は次の式に従ってビーム形成される。
を形成するようにビーム形成されることが出来る。図３
に示されている各々の位置ｐに対する復号されたデータ
は次の式に従ってビーム形成される。
【００２１】
【数２】
【００２２】上式で、τmpは送信パルスがｍ番目の送信
素子から位置ｐまで伝搬する時間であり、τpnは散乱さ
れるパルスが位置ｐからｎ番目の受信素子まで伝搬する
時間であり、ａmnはｍ番目の送信素子およびｎ番目の受
信素子に対するアポダイゼーション（ａｐｏｄｉｚａｔ
ｉｏｎ）関数である。
素子から位置ｐまで伝搬する時間であり、τpnは散乱さ
れるパルスが位置ｐからｎ番目の受信素子まで伝搬する
時間であり、ａmnはｍ番目の送信素子およびｎ番目の受
信素子に対するアポダイゼーション（ａｐｏｄｉｚａｔ
ｉｏｎ）関数である。
【００２３】復号されたデータ組は、Ｍ個の送信素子の
各々で送信し且つ各送信事象に対してＮ個の受信素子の
全部で受信することによって得られるものと同じ情報
（完全なデータ）を含んでおり、但しＳＮＲが１０ log
（Ｍ）デシベル増大している。
各々で送信し且つ各送信事象に対してＮ個の受信素子の
全部で受信することによって得られるものと同じ情報
（完全なデータ）を含んでおり、但しＳＮＲが１０ log
（Ｍ）デシベル増大している。
【００２４】符号化マトリクスとして任意の可逆マトリ
クスを使用することが出来るが、符号化マトリクスとし
てアダマール・マトリクスを選ぶのが有益である。アダ
マール・マトリクスの要素は＋１または−１のいずれか
であり、これらは送信電子回路において位相の反転とし
て容易に実施し得る。対称アダマール・マトリクスの逆
マトリクスは、単にそれ自身をスケーリングしたもの、
すなわちＱN -1 ＝（１／Ｎ）Ｑである。一般的に、復号
プロセスは受信データ組についてＭ（Ｍ−１）の演算
（加算および乗算）を含む。しかしながら、アダマール
符号の場合、復号はＭ log2 Ｍの演算（加算のみ）で実
行される。アダマール・マトリクスは下記のような繰返
しで作成することが出来る。
クスを使用することが出来るが、符号化マトリクスとし
てアダマール・マトリクスを選ぶのが有益である。アダ
マール・マトリクスの要素は＋１または−１のいずれか
であり、これらは送信電子回路において位相の反転とし
て容易に実施し得る。対称アダマール・マトリクスの逆
マトリクスは、単にそれ自身をスケーリングしたもの、
すなわちＱN -1 ＝（１／Ｎ）Ｑである。一般的に、復号
プロセスは受信データ組についてＭ（Ｍ−１）の演算
（加算および乗算）を含む。しかしながら、アダマール
符号の場合、復号はＭ log2 Ｍの演算（加算のみ）で実
行される。アダマール・マトリクスは下記のような繰返
しで作成することが出来る。
【００２５】
【数３】
【００２６】アダマール・マトリクスを使用したＭ＝４
の場合の簡単な例を図４乃至図７に示す。図４乃至図７
は、４個の相次ぐ送信事象の各々に対するアレイ内の４
個の送信素子の符号化されたパルス駆動を表す。アダマ
ール・マトリクスの＋１および−１の要素はパルサ／受
信器（図４乃至図７には図示していない）によって反対
の位相のパルスに変換される。これらのパルスはＰ
（ｔ）または−ｐ（ｔ）のいずれかで表されている。具
体的に述べると、送信素子１２ａ−１２ｄが次のアダマ
ール符号ベクトルを使用して駆動される。すなわち、第
１の送信事象ではアダマール符号ベクトル［+1 +1 +1 +
1］ を使用し（図４参照）、第２の送信事象でアダマー
ル符号ベクトル［+1 -1 +1 -1］ を使用し（図５参
照）、第３の送信事象でアダマール符号ベクトル［+1 +
1 -1 -1］ を使用し（図６参照）、第４の送信事象では
アダマール符号ベクトル［+1 -1 -1 +1］ を使用する
（図７参照）。第１の送信素子だけがファイヤリングさ
れる場合における等価なデータ組を作成するための復号
は、４つの受信データ組の全てを加算し、その結果を４
で割ることより成る。第２の送信素子だけがファイヤリ
ングされる場合における等価なデータ組を作成するため
の復号は、第１および第３の受信データ組を加算して得
た和から残りの受信データ組を減算し、次いでその結果
を４で割ることより成る。第３の送信素子だけがファイ
ヤリングされる場合における等価なデータ組を作成する
ための復号は、第１および第２の受信データ組を加算し
て得た和から残りの受信データ組を減算し、次いでその
結果を４で割ることより成る。最後に、第４の送信素子
だけがファイヤリングされる場合における等価なデータ
組を作成するための復号は、第１および第４の受信デー
タ組を加算して得た和から残りの受信データ組を減算
し、次いでその結果を４で割ることより成る。
の場合の簡単な例を図４乃至図７に示す。図４乃至図７
は、４個の相次ぐ送信事象の各々に対するアレイ内の４
個の送信素子の符号化されたパルス駆動を表す。アダマ
ール・マトリクスの＋１および−１の要素はパルサ／受
信器（図４乃至図７には図示していない）によって反対
の位相のパルスに変換される。これらのパルスはＰ
（ｔ）または−ｐ（ｔ）のいずれかで表されている。具
体的に述べると、送信素子１２ａ−１２ｄが次のアダマ
ール符号ベクトルを使用して駆動される。すなわち、第
１の送信事象ではアダマール符号ベクトル［+1 +1 +1 +
1］ を使用し（図４参照）、第２の送信事象でアダマー
ル符号ベクトル［+1 -1 +1 -1］ を使用し（図５参
照）、第３の送信事象でアダマール符号ベクトル［+1 +
1 -1 -1］ を使用し（図６参照）、第４の送信事象では
アダマール符号ベクトル［+1 -1 -1 +1］ を使用する
（図７参照）。第１の送信素子だけがファイヤリングさ
れる場合における等価なデータ組を作成するための復号
は、４つの受信データ組の全てを加算し、その結果を４
で割ることより成る。第２の送信素子だけがファイヤリ
ングされる場合における等価なデータ組を作成するため
の復号は、第１および第３の受信データ組を加算して得
た和から残りの受信データ組を減算し、次いでその結果
を４で割ることより成る。第３の送信素子だけがファイ
ヤリングされる場合における等価なデータ組を作成する
ための復号は、第１および第２の受信データ組を加算し
て得た和から残りの受信データ組を減算し、次いでその
結果を４で割ることより成る。最後に、第４の送信素子
だけがファイヤリングされる場合における等価なデータ
組を作成するための復号は、第１および第４の受信デー
タ組を加算して得た和から残りの受信データ組を減算
し、次いでその結果を４で割ることより成る。
【００２７】空間的符号化方法はまた、ＳＮＲを増大さ
せる他の幾つかの公知の方法を使用することを可能にす
る。先ず、トランスジューサ・アレイによって発生され
る正味の超音波は集束されていないので、ピーク振幅が
トランスジューサ・アレイの表面近くで生じ、それは集
束された送信波のピークよりもずっと低い。従って、送
信圧力振幅をかなり増大させることができ、しかもこの
空間的符号化方式を使用するときの規定限界を満足す
る。次に、各々の個々の送信素子は一群の素子と置換し
て、該一群の素子の出力を遅延させて、一層高い出力信
号振幅を持つ点源を模擬する複合源を作るようにするこ
とが出来る。例えば、その群が３個の素子を持つ場合、
中心の素子を最初にファイヤリングし、次いでその両側
の２つの素子を所定の遅延後にファイヤリングして、ト
ランスジューサ表面より後ろに位置する点源からの発散
波に似た発散波を発生させることによって、点源を模擬
することが出来る。最後に、送信事象の数を非常に小さ
くすることによってフレーム速度を過大にする代わり
に、ビデオ積分すなわち大きさの非コヒーレント加算に
よりＳＮＲを改善することが出来る。
せる他の幾つかの公知の方法を使用することを可能にす
る。先ず、トランスジューサ・アレイによって発生され
る正味の超音波は集束されていないので、ピーク振幅が
トランスジューサ・アレイの表面近くで生じ、それは集
束された送信波のピークよりもずっと低い。従って、送
信圧力振幅をかなり増大させることができ、しかもこの
空間的符号化方式を使用するときの規定限界を満足す
る。次に、各々の個々の送信素子は一群の素子と置換し
て、該一群の素子の出力を遅延させて、一層高い出力信
号振幅を持つ点源を模擬する複合源を作るようにするこ
とが出来る。例えば、その群が３個の素子を持つ場合、
中心の素子を最初にファイヤリングし、次いでその両側
の２つの素子を所定の遅延後にファイヤリングして、ト
ランスジューサ表面より後ろに位置する点源からの発散
波に似た発散波を発生させることによって、点源を模擬
することが出来る。最後に、送信事象の数を非常に小さ
くすることによってフレーム速度を過大にする代わり
に、ビデオ積分すなわち大きさの非コヒーレント加算に
よりＳＮＲを改善することが出来る。
【００２８】送信事象の数または等価的に送信素子の数
は、動きが存在する場合に受信データのコヒーレンスに
よって厳密に制限される。受信データは、選ばれた領域
内での選択的集束が得られるように充分にコヒーレント
でなければならない。λ／１６以下の時間誤差はこの目
的のために許容できると見なされる。
は、動きが存在する場合に受信データのコヒーレンスに
よって厳密に制限される。受信データは、選ばれた領域
内での選択的集束が得られるように充分にコヒーレント
でなければならない。λ／１６以下の時間誤差はこの目
的のために許容できると見なされる。
【００２９】本発明の特定の好ましい特徴について図示
し説明したが、当業者には種々の変更および変形をなし
得よう。従って、特許請求の範囲は本発明の真の精神お
よび趣旨の範囲内にあるこの様な全ての変更および変形
を包含することを意図して記載してあることを理解され
たい。
し説明したが、当業者には種々の変更および変形をなし
得よう。従って、特許請求の範囲は本発明の真の精神お
よび趣旨の範囲内にあるこの様な全ての変更および変形
を包含することを意図して記載してあることを理解され
たい。
【図１】移動式の開口がＭ個の送信素子によって形成さ
れ、各々の開口が通常の超音波データ取得法に従って集
束ビームを送信するようになっているトランスジューサ
・アレイの概略構成図である。
れ、各々の開口が通常の超音波データ取得法に従って集
束ビームを送信するようになっているトランスジューサ
・アレイの概略構成図である。
【図２】本発明の好ましい実施態様に従ったディジタル
超音波イメージング・システムを示すブロック図であ
る。
超音波イメージング・システムを示すブロック図であ
る。
【図３】ｍ番目の送信素子によって送信され、位置ｐに
存在する散乱体によって散乱されて、ｎ番目の受信素子
によって受信される超音波の送信散乱経路を示す概略図
である。
存在する散乱体によって散乱されて、ｎ番目の受信素子
によって受信される超音波の送信散乱経路を示す概略図
である。
【図４】符号化が４×４アダマール・マトリクスの４つ
の列に対応するような第１乃至第４の送信事象のうちの
第１の送信事象に対する符号化パルスの概略図である。
の列に対応するような第１乃至第４の送信事象のうちの
第１の送信事象に対する符号化パルスの概略図である。
【図５】符号化が４×４アダマール・マトリクスの４つ
の列に対応するような第１乃至第４の送信事象のうちの
第２の送信事象に対する符号化パルスの概略図である。
の列に対応するような第１乃至第４の送信事象のうちの
第２の送信事象に対する符号化パルスの概略図である。
【図６】符号化が４×４アダマール・マトリクスの４つ
の列に対応するような第１乃至第４の送信事象のうちの
第３の送信事象に対する符号化パルスの概略図である。
の列に対応するような第１乃至第４の送信事象のうちの
第３の送信事象に対する符号化パルスの概略図である。
【図７】符号化が４×４アダマール・マトリクスの４つ
の列に対応するような第１乃至第４の送信事象のうちの
第１の送信事象に対する符号化パルスの概略図である。
の列に対応するような第１乃至第４の送信事象のうちの
第１の送信事象に対する符号化パルスの概略図である。
１０ トランスジューサ・アレイ １２ トランスジューサ素子 １４ パルサ／受信器 １６ 制御器 １８ アナログ−ディジタル変換器 ２０ ランダム・アクセス・メモリ ２２ ディジタル信号プロセッサ ２４ 表示モニタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セス・デイヴィッド・シルヴァースタイン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、アダムス・ロード、1105番
Claims (16)
- 【請求項１】 超音波散乱体をイメージングするための
超音波イメージング・システムにおいて、 多数のトランスジューサ素子で構成されていて、超音波
を送信し且つ超音波散乱体から反射された超音波エコー
を検出する超音波トランスジューサ・アレイ、 前記トランスジューサ・アレイに結合されていて、Ｍ個
の送信事象のために、前記多数のトランスジューサ素子
のうちのＭ個のトランスジューサ素子を、可逆符号化マ
トリクスによって与えられる可逆符号により空間的に符
号化された信号でパルス駆動し、且つ前記Ｍ個の送信事
象の各々の後に超音波エコーに応答する前記多数のトラ
ンスジューサ素子のうちのＮ個のトランスジューサ素子
からの信号を受信するパルサ／受信器、 前記パルサ／受信器に結合されていて、前記受信信号の
各々をそれぞれのディジタル信号に変換するアナログ−
ディジタル変換手段、 前記符号化マトリクスの逆マトリクスを用いることによ
りＭ×Ｎディジタル信号を復号して復号データ組を形成
し、且つ該復号データ組からビーム形成されたデータ組
を形成する復号処理手段、並びに前記ビーム形成された
データ組の関数である像を表示する表示モニタを有する
ことを特徴とする超音波イメージング・システム。 - 【請求項２】 前記可逆符号が直交位相符号で構成され
ている請求項１記載の超音波イメージング・システム。 - 【請求項３】 前記直交位相符号がアダマール符号で構
成されている請求項２記載の超音波イメージング・シス
テム。 - 【請求項４】 前記復号処理手段がディジタル信号プロ
セッサを有する請求項１記載の超音波イメージング・シ
ステム。 - 【請求項５】 超音波散乱体をイメージングするための
超音波イメージング・システムにおいて、 多数のトランスジューサ素子で構成されていて、超音波
を送信し且つ超音波散乱体から反射された超音波エコー
を検出する超音波トランスジューサ・アレイ、 前記トランスジューサ・アレイに結合されていて、Ｍ個
の送信事象のために、前記多数のトランスジューサ素子
のうちのＭ組のトランスジューサ素子を、可逆符号化マ
トリクスに従った可逆符号により空間的に符号化された
信号でパルス駆動し、その際、同じ組内のトランスジュ
ーサ素子に対する空間的に符号化された信号が点源を模
擬する複合源を生じるように遅延されるようにするパル
サ／受信器であって、さらに前記Ｍ個の送信事象の各々
の後に前記多数のトランスジューサ素子のうちのＮ個の
トランスジューサ素子からの信号を受信するパルサ／受
信器、 前記パルサ／受信器に結合されていて、前記受信信号の
各々をそれぞれのディジタル信号に変換するアナログ−
ディジタル変換手段、 前記符号化マトリクスの逆マトリクスを用いることによ
りＭ×Ｎディジタル信号を復号して復号データ組を形成
し、且つ該復号データ組からビーム形成されたデータ組
を形成する復号処理手段、並びに前記ビーム形成された
データ組の関数である像を表示する手段を有することを
特徴とする超音波イメージング・システム。 - 【請求項６】 前記可逆符号が直交位相符号で構成され
ている請求項５記載の超音波イメージング・システム。 - 【請求項７】 前記直交位相符号がアダマール符号で構
成されている請求項６記載の超音波イメージング・シス
テム。 - 【請求項８】 前記復号処理手段がディジタル信号プロ
セッサを有する請求項５記載の超音波イメージング・シ
ステム。 - 【請求項９】 トランスジューサ・アレイ内に形成され
た多数のＭ個のトランスジューサ素子を使用して超音波
散乱データを取得する方法において、 Ｍ×Ｎ符号化マトリクスの列に従って導き出された可逆
符号により空間的に符号化された送信パルスを使用し
て、前記トランスジューサ・アレイの前記多数のＭ個の
トランスジューサ素子を同時にパルス駆動するステップ
であって、該パルス駆動を、相次ぐ送信事象において前
記Ｍ×Ｍ符号化マトリクスの各々の列に対して一度実行
するステップ、 前記Ｍ個の送信事象の各々の後に前記多数のトランスジ
ューサ素子のうちのＮ個のトランスジューサ素子からの
信号を受信するステップ、 前記符号化マトリクスの逆マトリクスを用いることによ
りＭ×Ｎディジタル信号を復号して、復号データ組を形
成するステップ、並びに前記復号データ組からビーム形
成されたデータ組を形成するステップを有することを特
徴とする超音波散乱データ取得方法。 - 【請求項１０】 前記可逆符号が直交位相符号で構成さ
れている請求項９記載の超音波散乱データ取得方法。 - 【請求項１１】 前記直交位相符号がアダマール符号で
構成されている請求項１０記載の超音波散乱データ取得
方法。 - 【請求項１２】 前記パルス駆動するステップが、前記
符号化マトリクスから得られる値に従って所定のパルス
波形または該パルス波形の位相を反転した波形のいずれ
かで前記Ｍ個のトランスジューサ素子の各々を駆動する
ことによって実行される請求項９記載の超音波散乱デー
タ取得方法。 - 【請求項１３】 トランスジューサ・アレイ内に形成さ
れ且つ各群が第１および第２の隣接したトランスジュー
サ素子を有している多数のＭ群のトランスジューサ素子
を使用して超音波散乱データを取得する方法において、 Ｍ×Ｎ符号化マトリクスのそれぞれの列に従って導き出
された可逆符号により空間的に符号化された送信パルス
を使用して、前記トランスジューサ・アレイの前記多数
のＭ群のトランスジューサ素子のうちの各群の前記第１
のトランスジューサ素子を同時にパルス駆動するステッ
プであって、該パルス駆動を、第１組の相次ぐ送信事象
において前記Ｍ×Ｍ符号化マトリクスの各々の列に対し
て一度実行するステップ、 Ｍ×Ｎ符号化マトリクスのそれぞれの列に従って導き出
された可逆符号により空間的に符号化された送信パルス
を使用して、前記トランスジューサ・アレイの前記多数
のＭ群のトランスジューサ素子のうちの各群の前記第２
のトランスジューサ素子を同時にパルス駆動するステッ
プであって、該パルス駆動を、第２組の相次ぐ送信事象
において前記Ｍ×Ｍ符号化マトリクスの各々の列に対し
て一度実行し、特定のマトリクス列に対応する前記第２
組の送信事象は、各群の第１および第２のトランスジュ
ーサ素子が点源を模擬するように前記特定のマトリクス
列に対応する前記第１組の送信事象に対して遅延されて
いるステップ、 前記Ｍ個の送信事象の各々の後に前記多数のトランスジ
ューサ素子のうちのＮ個のトランスジューサ素子からの
信号を受信するステップ、 前記受信信号の各々をそれぞれのディジタル信号に変換
するステップ、 前記符号化マトリクスの逆マトリクスを用いることによ
りＭ×Ｎディジタル信号を復号して、復号データ組を形
成するステップ、並びに前記復号データ組からビーム形
成されたデータ組を形成するステップを有することを特
徴とする超音波散乱データ取得方法。 - 【請求項１４】 前記可逆符号が直交位相符号で構成さ
れている請求項１３記載の超音波散乱データ取得方法。 - 【請求項１５】 前記直交位相符号がアダマール符号で
構成されている請求項１４記載の超音波散乱データ取得
方法。 - 【請求項１６】 前記第１のトランスジューサ素子およ
び前記第２のトランスジューサ素子を駆動するステップ
が、前記符号化マトリクスによって与えられる値に従っ
て所定のパルス波形または該パルス波形の位相を反転し
た波形のいずれかで実行される請求項１３記載の超音波
散乱データ取得方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/943081 | 1997-10-01 | ||
| US08/943,081 US5851187A (en) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | Method and apparatus for ultrasonic beamforming with spatially encoded transmits |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11155867A true JPH11155867A (ja) | 1999-06-15 |
| JP4251382B2 JP4251382B2 (ja) | 2009-04-08 |
Family
ID=25479073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26556798A Expired - Lifetime JP4251382B2 (ja) | 1997-10-01 | 1998-09-21 | 超音波イメージング・システムおよび超音波散乱データ取得方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5851187A (ja) |
| JP (1) | JP4251382B2 (ja) |
| DE (1) | DE19843219B4 (ja) |
| IL (1) | IL126252A0 (ja) |
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