KR20210021304A

KR20210021304A - 희소 직교 발산파 초음파 이미징의 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20210021304A
Application number: KR1020207035509A
Authority: KR
Inventors: 크리스토퍼 삼손; 제레미 브라운; 캐서린 라탐; 로버트 아담슨
Original assignee: 달하우지 유니버서티
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2021-02-25
Also published as: EP3814800A4; US20240329241A1; JP2021531058A; EP3814800A1; JP7274230B2; WO2019213744A1; US20210263151A1; US11885877B2

Abstract

인코딩된 송신 신호들이 초음파 어레이에 제공되어 발산 초음파들이 순차적으로 송신되게 한다. 각각의 발산 초음파는 인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트에 의해 생성되고, 인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트는 NxN 가역 직교 행렬의 각각의 행에 의해 인코딩된다. M(M<N)개의 행의 선택된 서브세트만이 송신 신호들을 인코딩하는 데 사용된다. 송신된 발산 초음파들에 응답하여 검출된 수신 신호들의 세트들은 가역 직교 행렬에 기초하여 생성된 전치 행렬을 통해 디코딩되고, 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트는 고정 개구 내의 초음파 어레이 요소들의 서브세트를 통한 음향 조사와 연관된다. 합성 개구 빔 형성이 디코딩된 수신 신호들에 대해 수행되어 초음파 이미지를 생성한다.

Description

희소 직교 발산파 초음파 이미징의 시스템 및 방법

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2018년 5월 9일자로 출원되고 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS OF SPARSE ORTHOGONAL DIVERGING WAVE ULTRASOUND IMAGING"인 미국 특허 가출원 제62/669,120호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 통합된다.

기술분야

본 개시는 초음파 빔 형성 및 초음파 이미징에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 초고속 초음파 이미징에 관한 것이다.

초고속 이미징 기술들은 종래의 B-모드 이미징 기술들에 비해 장점을 갖는 것으로 나타났다. 초고속 이미징은 예를 들어 전단(shear) 및 기계파 전파(mechanical wave propagation)와 같은 다양한 현상들을 해결하기 위해 초당 1000 프레임(1000 fps) 이상의 프레임 레이트가 요구되는 응용들을 개척한다. 이러한 파동들의 측정 및 분석은 종래의 B-모드 이미지들로부터 획득될 수 없는 조직의 생리학에 대한 임상적으로 중요한 통찰력을 제공한다.

평면파 이미징, 발산파 이미징, 및 합성 개구 이미징과 같은 초고속 이미징 기술들은 포커싱되지 않은 초음파들을 매체 안으로 송신한다. 이러한 방출들은 전체 이미지를 약하게 음향 조사(insonification)하므로, 이미지들은 적은 수의 방출들로부터 생성될 수 있다. 대안적으로, 송신 포커싱 기술들을 구현하는 이전의 B-모드 이미징 방법들은 전형적으로, 완전한 B-모드 이미지를 생성하기 위해 수백 개의 음향 조사를 필요로 한다. 직관적으로, 초고속 이미징 기술로부터의 하나의 방출은 송신 포커싱 사례와 동일한 품질의 이미지를 생성하지 못할 것이다. 이미지 품질을 맞추기 위해, 다수의 음향 조사를 가간섭적으로 합성하여 연속적인 음향 조사들이 상이한 위치들로부터 효과적으로 방출되게 함으로써 송신 포커스가 합성적으로 생성된다.

평면파 이미징은 이미지를 생성하는 데 필요한 음향 조사들의 수를 최소화함으로써 뚜렷한 속도 장점을 제공한다. 수신 빔 형성 동안, 이미지 윈도우 내의 모든 공간에 디지털 포커싱이 적용되며, 결과적으로 단지 하나의 음향 조사를 이용하여 이미지를 생성할 수 있다.

단일 평면파가 매체 안으로 방출되는 간단한 사례에서는, 수신시에 단방향 포커스만이 존재하며, 따라서 종래의 이미지 재구성에 비해 이미지 품질이 크게 감소된다. 이미지 품질을 개선하기 위해서는, 송신 포커스가 연속적인 음향 조사를 통해 형성되어야 한다. 평면파 이미징의 경우, 송신 포커스는 송신 개구에 대해 상이한 각도들(α)로 방출되는 평면파들을 가간섭적으로 합성함으로써 형성된다. 따라서, 여기(excitation)와 매체 내의 포인트 사이의 시간은 수학식 1에 의해 주어지고,

에 있는 트랜스듀서까지의 수신 시간은 수학식 2에 의해 주어지며,

여기서,

은 어레이 상의 요소의 위치이다. 이어서, 각각의 평면파로부터 생성된 이미지들은 가간섭적으로 합산되어 최종 합성 이미지를 생성한다. 합성은 평면파 이미징의 중요한 특징이며, 이는 평면파 이미징에 성능 장점을 부여한다. 매체를 다양한 각도들로부터 여기시킴으로써, 포커스 밖의 물체들로부터의 수신 포커싱에 대한 간섭은 각각의 프레임에 걸쳐 가간섭적으로 함께 합산되지 못할 것이다. 이것은 수신 포커스 상에 중첩되는 간섭의 양을 감소시킨다.

도 1a 내지 도 1d는 합성 포커스가 상이한 각도들에서 방출되는 여러 개의 평면파로부터 어떻게 형성될 수 있는지를 도시한다. 도 1a는 상이한 각도들을 갖는 복수의 평면파를 생성하기 위한 트랜스듀서 어레이의 페이징(phasing)을 도시한다(파들은 송신 이벤트들의 세트에 따라 순차적으로 생성될 것이다). 도 1b-1d는 상이한 이미지 포커스들에 대한 이미지 데이터를 생성하기 위해, 각각의 평면파 송신 이벤트에 응답하여 수집된 수신 신호들의 가간섭적 합성을 도시한다. 평면파 합성으로부터 생성된 이미지들은 종래의 빔 형성 기술들에 필적하는, 일부 관점들에서는 그들을 능가하는 이미지 개선들을 보일 수 있는 것으로 밝혀졌다. 선형 어레이들의 경우, 평면파 이미징은 더 높은 프레임 레이트들을 달성하면서, 콘트라스트, SNR 및 측방 해상도에 대한 이익들을 산출한다는 것이 밝혀졌다.

발산파 이미징에서는, 가상 포인트 소스들이 어레이 개구 뒤에 합성적으로 생성된다. 가상 포인트 소스의 측방 위치는 어레이 뒤에서 병진(translation)될 수 있어서, 새로운 공간 위치로부터 매체를 효과적으로 음향 조사할 수 있다. 그 다음, 이미지 품질을 증가시키기 위해 연속적인 음향 조사들이 함께 가간섭적으로 합성될 수 있다. 이러한 이미징 기술은 전술한 평면파 이미징 양식과 유사하게 단일 음향 조사로부터 이미지를 생성할 수 있다.

발산파들을 생성하기 위해, 어레이 상의 요소들은 이미징 어레이 뒤의 가상 포인트 소스를 모방하도록 여기된다. 평면파 이미징의 이전의 예시적인 사례에서와 같이, 어레이 뒤의 상이한 가상 포인트 소스 위치들로부터 생성된 이미지들을 가간섭적으로 합성함으로써 이미지 품질이 개선된다. 상이한 가상 포인트 소스 위치들을 갖는 발산 파면들의 생성은 도 2a에 도시되어 있다. 상이한 파면들은 도 2b-2d에 도시된 바와 같이 가간섭적으로 합성되어 상이한 포커스 위치들에서 수신 포커싱을 수행할 수 있다.

유사하게, 도 3a 및 3b에 도시된 합성 개구 이미징은 송신 중에 요소들 각각에서 포인트 소스들을 효과적으로 생성한다. 각각의 음향 조사에 대해, 하나의 요소가 활성화된다. 이 프로세스는 전형적으로 개구 내의 모든 요소에 대해 반복된다. 평면파 및 발산파 이미징의 이전 예들에서와 같이, 각각의 개별 요소의 펄싱으로부터 이미지가 생성되고, 이미지들은 함께 합성되어 송신 포커스를 생성하고 이미지 품질을 개선한다.

따라서, 일 양태에서, 초음파 이미징 시스템이 제공되고, 이 초음파 이미징 시스템은:

복수의 초음파 어레이 요소를 포함하는 초음파 어레이;

상기 복수의 초음파 어레이 요소에 동작가능하게 접속된 제어 및 처리 회로를 포함하고, 상기 제어 및 처리 회로는 프로세서 및 메모리를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 명령어들을 실행하여:

상기 초음파 어레이로의 인코딩된 송신 신호들의 전달을 제어하여 복수의 발산 초음파를 순차적으로 송신하는 단계를 수행하도록 구성되고, 각각의 발산 초음파는 상기 초음파 어레이의 고정 개구에 인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트를 송신함으로써 생성되고, 상기 고정 개구는 상기 초음파 어레이의 N개의 요소로 구성되며;

인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트는, 상기 가역 직교 행렬의 M개의 행의 선택된 서브세트만이 상기 송신 신호들을 인코딩하는 데 사용되도록, NxN 가역 직교 행렬의 각각의 행에 의해 인코딩되고, 여기서 M<N이고;

상기 프로세서는:

전치 행렬로 상기 초음파 어레이에 의해 수신된 수신 신호들의 세트들을 디코딩하여 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트를 획득하고 - 상기 전치 행렬은, 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트가 상기 고정 개구 내의 상기 초음파 어레이 요소들의 서브세트를 통한 음향 조사와 연관되도록 상기 가역 직교 행렬에 기초하여 생성됨 -;

상기 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트에 대해 합성 개구 빔 형성을 수행하여 초음파 이미지를 생성함으로써

상기 수신 신호들의 세트들을 처리하도록 더 구성되고, 수신 신호들의 각각의 세트는 각각의 발산파의 송신과 연관된다.

다른 양태에서, 초음파 이미징을 수행하는 방법이 제공되고, 이 방법은:

인코딩된 송신 신호들을 복수의 초음파 어레이 요소를 포함하는 초음파 어레이에 전달하여 복수의 발산 초음파를 순차적으로 송신하는 단계 - 각각의 발산 초음파는 인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트를 상기 초음파 어레이의 고정 개구에 송신함으로써 생성되고, 상기 고정 개구는 상기 초음파 어레이의 N개의 요소로 구성되고, 인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트는, 상기 가역 직교 행렬의 M개의 행의 선택된 서브세트만이 상기 송신 신호들을 인코딩하는 데 사용되도록, NxN 가역 직교 행렬의 각각의 행에 의해 인코딩되고, 여기서 M<N임 -;

상기 송신된 발산파들에 응답하여 상기 초음파 어레이로부터의 수신 신호들을 검출하는 단계 - 수신 신호들의 각각의 세트는 각각의 발산파의 송신과 연관됨 -;

전치 행렬로 상기 수신 신호들의 세트들을 디코딩하여 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트를 획득하는 단계 - 상기 전치 행렬은, 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트가 상기 고정 개구 내의 상기 초음파 어레이 요소들의 서브세트를 통한 음향 조사와 연관되도록 상기 가역 직교 행렬에 기초하여 생성됨 -; 및

상기 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트에 대해 합성 개구 빔 형성을 수행하여 초음파 이미지를 생성하는 단계를 포함한다.

다른 양태에서, 초음파 이미징 시스템이 제공되며, 이 초음파 이미징 시스템은:

복수의 초음파 어레이 요소를 포함하는 초음파 어레이;

인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트는, 상기 가역 직교 행렬의 M개의 행의 선택된 서브세트만이 상기 송신 신호들을 인코딩하는 데 사용되도록 NxN 가역 직교 행렬의 각각의 행에 의해 인코딩되고, 여기서 M<N이고;

상기 프로세서는:

상기 수신 신호들의 세트들을 처리하도록 더 구성되고, 수신 신호들의 각각의 세트는 각각의 발산파의 송신과 연관되며,

합성 개구 빔 형성이 주어진 위치에 대해 수행되어, 상기 초음파 어레이 요소들의 주어진 서브세트를 통한 음향 조사와 연관된 디코딩된 수신 신호들의 적어도 하나의 주어진 세트가:

상기 초음파 어레이 요소들의 상기 주어진 서브세트의 각각의 초음파 어레이 요소에 대해:

상기 초음파 어레이 요소, 상기 위치, 및 상기 고정 개구의 상기 초음파 어레이 요소들 사이의 왕복 비행 시간들의 세트를 결정하고;

상기 디코딩된 수신 신호들의 주어진 세트에 상기 왕복 비행 시간들의 세트를 각각 적용함으로써 처리되게 하며;

이에 따라, 빔 형성을 수행할 때 요소별로 비행 시간들을 계산하기 위한 상기 디코딩된 수신 신호들의 주어진 세트의 반복 사용은 그렇지 않을 경우에 비행 시간 계산들 동안 어레이 요소들을 그룹화하는 것과 연관될 격자 로브 아티팩트(grating lobe artifact)들을 감소시킨다.

인코딩된 송신 신호들을 복수의 초음파 어레이 요소를 포함하는 초음파 어레이에 전달하여 복수의 발산 초음파를 순차적으로 송신하는 단계 - 각각의 발산 초음파는 인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트를 상기 초음파 어레이의 고정 개구에 송신함으로써 생성되고, 상기 고정 개구는 상기 초음파 어레이의 N개의 요소로 구성되고, 인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트는, 상기 가역 직교 행렬의 M개의 행의 선택된 서브세트만이 상기 송신 신호들을 인코딩하는 데 사용되도록 NxN 가역 직교 행렬의 각각의 행에 의해 인코딩되고, 여기서 M<N임 -;

상기 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트에 대해 합성 개구 빔 형성을 수행하여 초음파 이미지를 생성하는 단계를 포함하고;

이에 따라, 빔 형성을 수행할 때 요소별로 비행 시간들을 계산하기 위한 상기 디코딩된 수신 신호들의 주어진 세트의 반복 사용은 그렇지 않을 경우에 비행 시간 계산들 동안 어레이 요소들을 그룹화하는 것과 연관될 격자 로브 아티팩트들을 감소시킨다.

다음의 상세한 설명 및 도면들을 참조하여 본 개시의 기능적이고 유리한 양태들의 추가적인 이해가 실현될 수 있다.

이제, 실시예들이 도면들을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이며, 도면들에서:
도 1a 내지 도 1d는 복수의 각도에서의 평면파들의 생성, 및 초음파 이미징을 위한 평면파들의 가간섭적 합성을 예시한다.
도 2a 내지 도 2d는 복수의 가상 포커스를 갖는 발산파들의 생성, 및 초음파 이미징을 위한 발산파들의 가간섭적 합성을 예시한다.
도 3a 및 도 3b는 합성 개구 이미징 동안에 사용되는 송신 및 수신 시퀀스를 예시한다. 발산파들은 개별 어레이 요소들에 의해 순차적으로 송신된다. 수신 신호들은 각각의 송신 이벤트에 대해 개구에 걸쳐 검출되고, 동적으로 빔 형성되고, 함께 처리되어 초음파 이미지를 생성한다.
도 4는 가역 희소 직교 행렬을 통한 디코딩을 사용하여 초음파 이미징을 수행하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 디코딩된 수신 신호들의 합성 개구 빔 형성을 수행할 때 비행 시간 값들을 결정하는 상이한 방법들을 예시한다.
도 6은 희소 직교 발산파 초음파 이미징을 수행하기 위한 예시적인 시스템이다.
도 7a는 λ/2 요소 피치를 갖는 64 요소 40MHz 페이징된 어레이에 대한 요소 비닝(element binning)을 갖는 32개의 하다마드 코드(Hadamard code)를 수반하는 시뮬레이션들에 기초하는 측방 포인트 확산 함수(lateral point spread function)를 도시한다.
도 7b는 λ/2 요소 피치를 갖는 64 요소 40MHz 페이징된 어레이에 대한 요소 비닝을 갖는 16개의 하다마드 코드를 수반하는 시뮬레이션들에 기초하는 측방 포인트 확산 함수를 도시한다.
도 8a는 λ/2 요소 피치를 갖는 64 요소 40MHz 페이징된 어레이에 대한 64개의 하다마드 코드를 수반하는 시뮬레이션들에 기초하는 측방 포인트 확산 함수를 도시한다.
도 8b는 λ/2 요소 피치를 갖는 64 요소 40MHz 페이징된 어레이에 대한 요소 비닝을 갖지 않는 32개의 하다마드 코드를 수반하는 시뮬레이션들에 기초하는 측방 포인트 확산 함수를 도시한다.
도 8c는 λ/2 요소 피치를 갖는 64 요소 40MHz 페이징된 어레이에 대한 요소 비닝을 갖지 않는 16개의 하다마드 코드를 수반하는 시뮬레이션들에 기초하는 측방 포인트 확산 함수를 도시한다.
도 8d는 λ/2 요소 피치를 갖는 64 요소 40MHz 페이징된 어레이에 대한 요소 비닝을 갖지 않는 8개의 하다마드 코드를 수반하는 시뮬레이션들에 기초하는 측방 포인트 확산 함수를 도시한다.
도 8e는 λ/2 요소 피치를 갖는 64 요소 40MHz 페이징된 어레이에 대한 요소 비닝을 갖지 않는 4개의 하다마드 코드를 수반하는 시뮬레이션들에 기초하는 측방 포인트 확산 함수를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 하다마드 인코딩된 음향 조사들에 대한 지향성 측정들을 도시한다. 피크 압력은 64 TX 사례에 대한 피크 시뮬레이션된 압력으로 참조된다. 데이터는 dB(도 9a)로 그리고 선형 스케일(도 9b)로 제공된다.
도 10a 및 도 10b는 발산파 상에 서핑(surfing)된 하다마드 인코딩된 음향 조사들에 대한 지향성 측정들을 도시한다. 피크 압력은 64 TX 사례에 대한 피크 시뮬레이션된 압력으로 참조된다. 데이터는 dB(도 10a)로 그리고 선형 스케일(도 10b)로 제공된다.
도 11은 종래의 발산파 이미징에 비해 희소 직교 발산파 이미징을 사용할 때 달성되는 수신 신호 이득을 도시하고, 여기서 결과들은 64 요소 어레이에 대한 4, 8, 16, 32 및 64개의 음향 조사에 대해 도시된다.
도 12는 실험적으로 측정된 신호 대 잡음비(SNR)를 희소 직교 발산파 이미징, 발산파 이미징 및 종래의 포커싱에 대한 이미징 깊이의 함수로서 도시하고, 여기서 SODWI = 희소 직교 발산파 이미징 및 DW = 발산파 (이미징)이다.
도 13은 희소 직교 발산파 이미징으로 획득된 실험 SNR을 512개의 펄스를 이용한 포커싱된 이미징을 통해 획득된 것과 비교하는 표이다.
도 14a 내지 도 14f는 조직 모방 팬텀(tissue mimicking phantom) 내부의 무반향 포함들의 실험적으로 획득된 이미지들의 비교를 제공한다. 도 14a는 참조를 위해 제공되는 포커싱된 이미지를 도시하는 반면, 도 14b-14f는 64, 32, 16, 8 및 4개의 코드로 획득된 희소 직교 발산파 이미지들을 도시한다.

본 개시의 다양한 실시예들 및 양태들은 이하에서 논의되는 상세들을 참조하여 설명될 것이다. 이하의 설명 및 도면들은 본 개시를 예시하며, 본 개시를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다. 본 개시의 다양한 실시예들의 충분한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 상세가 설명된다. 그러나, 소정 사례들에서는, 본 개시의 실시예들의 간결한 논의를 제공하기 위하여 공지된 또는 종래의 상세들은 설명되지 않는다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "포함한다(comprises)" 및 "포함하는(comprising)"이라는 용어들은 배타적인 것이 아니라 포괄적이고 개방적인 것으로 해석되어야 한다. 구체적으로, 본 명세서 및 청구항들에서 사용될 때, "포함한다(comprises)" 및 "포함하는(comprising)"이라는 용어들 및 이들의 변형들은 지정된 특징들, 단계들 또는 컴포넌트들이 포함된다는 것을 의미한다. 이러한 용어들은 다른 특징들, 단계들 또는 컴포넌트들의 존재를 배제하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "예시적인"이라는 용어는 "예, 사례 또는 예시로서 역할하는"을 의미하고, 본 명세서에 개시된 다른 구성들보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석되지 않아야 한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "약" 및 "대략"이라는 용어들은 특성들, 파라미터들 및 치수들의 변동들과 같은 값들의 범위들의 상한 및 하한에 존재할 수 있는 변동들을 커버하도록 의도된다. 달리 지정되지 않는 한, "약" 및 "대략"이라는 용어들은 플러스 또는 마이너스 25 퍼센트 이하를 의미한다.

달리 지정되지 않는 한, 임의의 지정된 범위 또는 그룹은 범위 또는 그룹의 각각의 그리고 모든 멤버를 개별적으로 지칭할 뿐만 아니라, 그 안에 포함된 각각의 그리고 모든 가능한 하위 범위 또는 하위 그룹을, 그리고 유사하게 그 안의 임의의 하위 범위들 또는 하위 그룹들을 지칭하는 약칭 방식이라는 것을 이해해야 한다. 달리 지정되지 않는 한, 본 개시는 각각의 그리고 모든 특정 멤버, 및 하위 범위들 또는 하위 그룹들의 조합에 관한 것이고 명시적으로 이들을 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "~ 정도"라는 용어는 양 또는 파라미터와 관련하여 사용될 때, 언급된 양 또는 파라미터의 대략 1/10 내지 10배에 걸치는 범위를 지칭한다.

전술한 바와 같이, 평면파 이미징, 발산파 이미징, 및 합성 개구 이미징 등의 이미징 방법들은 송신 포커싱을 사용하는 종래의 방법들에 비해 초음파 이미징의 프레임 레이트를 증가시키는 데 유용할 수 있다. 그러나, 발산파 이미징 및 합성 개구와 관련하여, 이러한 방법들은 각각의 음향 조사에 대해 전체 개구가 여기되지 않아서 신호 대 잡음비(SNR)의 저하를 유발하는 하나의 주요 문제를 갖는다.

발산파 이미징의 경우, 음향 조사 동안 여기되는 하위 개구의 크기는 완전한 이미지를 생성하는 데 사용되는 가상 포인트 소스 위치들의 총 수에 의해 제한된다. 사실상, 하위 개구의 전체 크기가 각각의 음향 조사에 대해 보존되기 때문에, 가상 포인트 소스들의 배치에 이용가능한 측방 위치들의 범위가 제한된다. 예를 들어, 각각의 하위 개구에 대해 21개의 요소가 사용되는 경우, 각각의 하위 개구와 연관된 가상 포인트 소스는 초음파 어레이의 어느 하나의 에지로부터 떨어진 적어도 11개의 요소이어야 한다. 서브어레이 내의 요소들의 수를 증가시키는 것은 가상 포인트 소스들의 배치를 더 제한하며, 따라서 필드 내로 방출되는 압력과 캡처될 수 있는 합성 이미지들의 수 사이의 고유한 균형을 생성한다. 합성 개구 이미징은 임의의 주어진 음향 조사 동안 단일 요소만이 활성이므로 훨씬 더 심각한 압력 손실을 갖는다.

합성 개구 이미징의 경우, 이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 접근법은 공간적으로 인코딩된 방출들을 사용하여 전체 개구를 활성화하는 것이다. 전체 개구에 걸친 일련의 송신들을 인코딩하기 위한 코드들은 NxN 하다마드 행렬 H로부터 도출되며, 여기서 N은 초음파 어레이 내의 요소들의 수와 동등하게 설정된다. 각각의 음향 조사는 하다마드 행렬의 연속적인 행으로 수행된다. 코딩 방식(coding scheme)은 다음과 같이 표현될 수 있으며, 여기서 T는 적절한 그룹 지연을 포함하는 송신 펄스 행렬을 나타내고,

는 필드 전달 함수를 나타내며, R은 어레이에서의 수신된 데이터이다.

N개의 음향 조사(하다마드 행렬의 각각의 행에 대해 하나씩)가 수행되고, 각각의 수신 데이터가 캡처되면, 수신된 데이터를 디코딩하여, 각각의 요소가 (즉, 종래의 합성 개구 이미징에서와 같이) 개별적으로 여기되는 경우에 획득되는 수신된 데이터와 동등하지만 종래의 합성 개구 빔 형성보다 송신 펄스당 'N'배 더 큰 신호 강도를 갖는 디코딩된 수신된 데이터를 획득할 수 있다. 구체적으로, 수신된 데이터의 디코딩은 다음과 같이 하다마드 행렬의 전치 행렬을 사용하여 수행될 수 있다.

디코딩 프로세스는 송신 행렬 T와 곱이 실행될 때 송신 행렬을 대각선화하는 단위 행렬 I를 생성한다. 그 결과는 합성 개구 행렬에 대한 수학적 등가이며, 수신 데이터는 이제 각각의 음향 조사에 대해 하나의 요소만이 활성인 것처럼 포맷된다.

종래의 합성 개구 이미징에 비해 전술한 하다마드 인코딩된 방법의 장점은 송신을 위한 전체 개구의 사용으로 인해 SNR에서

개선이 획득된다는 것이다. 그러나, 하다마드 인코딩된 방법은 그럼에도 불구하고 이미지당 N개의 음향 조사를 수행할 필요성으로 인해 고속 이미징 응용들에 대한 제한된 적용가능성을 갖는다. 예를 들어, 64개 요소의 더 작은 어레이들에 대해서도, N개의 음향 조사는 1000 fps의 전단파 이미징 임계치 아래로 유효 프레임 레이트를 낮출 수 있으며, 이는 그의 전체적인 임상 효과를 제한한다. 따라서, 하다마드 인코딩된 평면파 이미징은 여전히 일부 임상 응용들에 대해 충분히 높은 프레임 레이트로 이미징을 달성할 수 없음이 분명하다.

따라서, 본 발명자들은 이러한 기술적 문제를 해결하고, 더 높은 프레임 레이트들을 달성할 수 있으면서도 인코딩된 송신의 이익들을 실현하는 초음파 이미징의 개선된 방법을 개발하기 시작했다.

본 발명자들은 하다마드 행렬과 같은 가역 직교 행렬의 행들의 총 수의 서브세트를 사용하여 인코딩된 파들을 송신함으로써, 즉 송신을 인코딩하고 수신 신호들을 디코딩하기 위해 직교 코드들의 희소 세트를 사용함으로써 절충이 달성될 수 있음을 깨달았다.

하다마드 행렬의 예시적인 경우에, 직교 기본 코드들의 완전한 세트가 N개의 하다마드 코드에 의해 정의된다. 완전한 하다마드 세트는 다음과 같이 표현된다.

코드들의 수는 하다마드 인코드 행렬로부터 행들을 희소하게 선택함으로써 감소될 수 있다. 하다마드 행렬의 행들의 희소 (서브세트)의 선택은 제로 패딩된 행들을 갖는 희소 행렬로서 표현될 수 있다. 예를 들어, 하나의 비제한적인 예시적인 구현에서, N-행 하다마드 행렬의 M개의 행(여기서, N=8 및 M=4임)의 서브세트의 선택은 다음과 같이 표현될 수 있다.

위에 나타낸 희소 하다마드 행렬을 검사하면, 코드들의 선택된 서브세트는 최저 공간 주파수들을 갖는 하다마드 행렬의 행들에 대응한다는 것을 알 수 있다. 행 선택에 대한 그러한 접근법은 요소들을 2의 거듭제곱들로 효과적으로 그룹화하고, 그룹 내의 각각의 요소에는 동일한 코드(예를 들어, +/-1의 이진 코드)가 제공된다. 따라서, 디코딩을 위해 요구되는 음향 조사들의 수는 하다마드 코드들의 세트에서 최소 그룹 크기를 제어함으로써 임의의 2의 거듭제곱으로 감소될 수 있다. 예를 들어, 8-요소 어레이의 경우에, 일례로서, 각각 하다마드 행렬의 2개 또는 4개의 행의 선택에 의해 2개 또는 4개의 음향 조사를 사용하는 희소 행렬을 사용함으로써 이미지가 캡처될 수 있다.

제로들로 채워진 행들을 갖는 송신 음향 조사들을 인코딩하는 것은 이러한 행들에 대한 신호들을 송신하지 않는 것과 유사하다는 점에 유의한다. 따라서, 하다마드 행렬을 희소하게 채우는 것은 송신 음향 조사들의 수를 감소시키는 것과 동등하다.

행 1, 3, 5 및 7만이 인코딩된 송신을 위해 사용되는 위에 나타낸 희소 하다마드 행렬의 경우에, 수신 신호들은 다음과 같은 제로 패딩된 수신 신호 행렬로 표현될 수 있다.

여기서, 8개의 요소에 대한 수신 데이터는 희소 하다마드 행렬의 홀수 행들에 대해 캡처된다. 디코딩은 희소 하다마드 행렬의 전치 행렬

를 사용하여 수행된다. 이 방법의 암시는 통상적으로 하다마드 행렬과 그의 전치 행렬의 곱을 취함으로써 생성되는 표준 단위 행렬이 다음과 같이 근사화된다는 것이다.

하다마드 행렬의 희소 형태는 위에 나타낸 수신 신호 행렬을 디코딩하는 데 사용되는 전치 행렬을 생성할 때 사용될 필요가 없다는 점에 유의한다. 예를 들어, 수신 신호 행렬이

에 대해 위에 나타낸 바와 같이 비송신 이벤트들에 대해 제로 패딩될 때,

및

는 동등한 결과들을 제공할 것이다. 그러나, 수신 신호 행렬이 제로 패딩되지 않고, 대신에 잡음이 있는 수신 데이터가 비송신 이벤트들 동안 수집되는 경우, 전치 행렬을 생성하기 위해 하다마드 행렬의 희소 형태를 사용하는 것이 유리할 수 있다.

대안의 예시적인 구현에서, 수신 신호 행렬 및 하다마드 행렬은 (더 큰 희소 행렬들 대신에) 제로 패딩된 행들이 없는 더 작은 밀집 행렬들로서 표현될 수 있다. 예를 들어, 8x8 하다마드 행렬의 4개의 행의 서브세트가 인코딩에 사용되는 위에 나타낸 예시적인 경우에, 희소 하다마드 행렬은 대안으로서 다음과 같이 표현될 수 있고:

수신된 신호 행렬은 다음과 같이 표현될 수 있다.

와

의 곱을 취하는 것은

와 동일한 결과를 산출하며,

따라서

를 계산하는 것은

를 계산하는 것과 동등하다.

희소 하다마드 행렬의 열들은 디코딩 프로세스가 동시에 활성화된 인접하지 않은 요소들을 갖는 것에 대응하는 수신 데이터 세트를 제공하도록 재정렬될 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 다음의 예시적인 행렬은 8x8 하다마드 행렬의 4개의 행의 선택에 기초하며, 열들은 코드들이 각각의 송신 이벤트 동안 요소 1 및 5, 2 및 6, 3 및 7, 및 4 및 8에 대해 동일하도록 재정렬된다.

이 행렬에 대한 디코딩 프로세스는 다음을 산출한다.

이 구성 하의 수신 데이터는 이제 제1 데이터 세트에 대해 활성인 요소 1 및 5, 다음 데이터 세트에 대해 활성인 2 및 6 등을 갖는 것을 나타낼 것이다. 이것은 디코딩된 데이터세트들 상에서 어느 요소들이 효과적으로 함께 활성화되는지를 제어하는 유연성을 제공한다.

전술한 희소 하다마드 인코딩 방법은 성공적으로 프레임 레이트를 증가시키지만, 그럼에도 불구하고 지향성과 연관된 문제들을 겪을 수 있다. 이러한 문제들은 다음과 같이 이해될 수 있다. 합성 개구 기반 기술들을 사용하여 송신 펄싱을 수행할 때, 과도하게 좁은 지향성 프로파일 없이 전체 시야를 음향 조사하는 것이 중요하다. 이것은 큰 조향각들이 본질적인 페이징된 어레이 이미징에 특히 중요하다. 한 번에 하나의 요소가 펄싱되는 종래의 합성 개구 빔 형성의 경우, 파면은 포인트 방출기의 파면과 비슷할 것이고, 음향 조사 각도들의 범위는 매우 클 것이다. 이것은 N개의 송신 펄스가 사용될 때의 하다마드 디코딩 스킴에서도 사실이다. 그러나, 평면파들을 인코딩하기 위해 하다마드 코드들의 희소 세트가 사용되는 경우, 아래의 예 2에서 더 설명되는 바와 같이, 유효 요소 크기의 증가로 인해 음향 조사 각도들의 지향성 또는 범위가 악화된다.

본 발명자들은 희소 인코딩을 사용할 때의 이러한 지향성 손실 문제가 평면파들과 달리 가역 직교 행렬의 코드들의 희소 세트로 발산파들을 인코딩함으로써 완화될 수 있다는 것을 깨달았다. 희소 직교 인코딩을 발산파 송신과 결합하여, 사실상 직교 코드들의 희소 세트를 발산파들의 세트 상으로 "서핑"함으로써, 본 발명자들은 증가된 프레임 레이트들(예컨대, 초고속 초음파 이미징 응용들을 위한 1000 fps 초과의 프레임 레이트들)을 용이하게 하면서, 또한 개선된 지향성을 갖는 넓은 각도 음향 조사 프로파일을 제공하고, 개선된 신호 대 잡음비를 위해 큰 또는 전체 개구를 사용하는 해결책을 제공할 수 있었다.

이제, 도 4를 참조하면, 희소하게 인코딩된 발산파 이미징을 수행하는 예시적인 방법을 설명하는 흐름도가 제공된다. 단계 200에서, 인코딩된 송신 신호들의 세트가 인코딩된 발산파를 송신하기 위해 초음파 어레이의 고정 개구에 전달된다. 고정 개구의 어레이 요소들에 각각 전달되는 인코딩된 송신 신호들의 세트는 가역 직교 행렬의 행에 대응하는 코드들에 의해 인코딩된다. 이어서, 210에서, 초음파 수신 신호들이 고정 개구의 어레이 요소들에 의해 검출된다. 이 프로세스는, 220에 도시된 바와 같이, 추가적인 인코딩된 발산파들을 송신하기 위해 반복되며, 따라서 일련의 인코딩된 발산파들이 송신되고 수신되고, 가역 직교 행렬의 M개의 행의 선택된 서브세트만이 발산파들을 인코딩하는 데 사용된다. 전술한 바와 같이, M개의 행은 최저 공간 주파수들을 갖는 행들일 수 있지만, 행들은 이에 기초하여 선택될 필요는 없다. 단계 230에서, 복수의 송신된 인코딩된 발산파에 대응하는 수신 신호들의 세트들이 전치 행렬을 사용하여 디코딩된다. 전치 행렬은 가역 직교 행렬에 기초하여 생성되며, 따라서 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트는 고정 개구의 초음파 요소들의 서브세트를 통한 음향 조사와 연관된다. 다양한 비제한적인 예들에 따르면, 전술한 바와 같이, 전치 행렬은 (예컨대, 수신 신호들의 희소 행렬이 디코딩 동안 사용될 때) 완전한 가역 직교 행렬의 전치 행렬일 수 있거나, 전치 행렬은 발산파들을 인코딩하는 데 사용되지 않는 선택되지 않은 행들에 대해 제로 패딩된 희소 가역 직교 행렬의 전치 행렬일 수 있거나, 전치 행렬은 발산파들을 인코딩하는 데 사용되지 않는 선택되지 않은 행들이 없는 가역 직교 행렬의 밀집 버전의 전치 행렬일 수 있다(수신 신호들의 밀집 행렬이 디코딩 동안 사용된다). 이어서, 단계 240에 나타낸 바와 같이, 합성 개구 빔 형성이 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트에 대해 수행되어 초음파 이미지를 생성한다. 합성 개구 빔 형성은 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트에 대응하는 각각의 송신 요소들로부터 시야 내의 임의의 포커스까지 그리고 다시 수신 요소들 각각까지의 비행 시간 지연들을 삽입하는 것을 수반한다. 송신 요소들 각각에 대해 이미지가 생성된 후에 함께 합성되어 양방향 포커싱된 이미지를 형성할 것이다.

전술한 바와 같이, 디코딩된 수신 신호들의 세트들(예컨대, 디코딩된 수신 신호 행렬)은 효과적으로 함께 활성화되는 요소들의 그룹들로 매체를 음향 조사하고 이러한 각각의 음향 조사들 각각에 대한 개별 채널 데이터를 수신하는 것을 나타낸다. 편의상, 인접한 요소들이 효과적으로 함께 활성화되는 경우를 고려할 수 있다.

하나의 예시적인 실시예에서, 희소 인코딩된 발산파 이미징을 위해 사용되는 어레이 개구(300)를 도시하는 도 5a에 도시된 바와 같이, 합성 개구 빔 형성이 요소별로 수신 데이터에 적용된다. 도 5a에 도시된 본 예에서, 요소들(305, 310)은 디코딩을 수행한 후에 매체를 효과적으로 음향 조사하는 요소들의 서브세트 또는 그룹이다. 본 예시적인 방법에 따르면, 비행시간(TOF) 지연들이 그룹 내의 요소들 각각에 대해 개별적으로 계산된다. 예를 들어, 비행 시간은 2개의 요소가 함께 송신되더라도 먼저 요소(305)로부터 시작하여 공간 내의 포인트(315)에 이르고 다시 어레이 상의 다른 요소에 이르는 것으로서 취해진다. 이어서, 이 프로세스는 요소(310)에 대해 반복된다. 이것은 디코딩된 수신 신호들의 세트를 효과적으로 반복적으로 사용하여 요소별로 비행 시간 계산들을 수행한다. 도 5a에 예시된 전술한 요소별 합성 개구 빔 형성 방법은 N개의 요소로부터의 송신 및 수신 둘 다에 대한 종래의 합성 개구를 근사화하며, 송신되는 인접한 요소들로부터의 '잡음'은 무시된다. 이 방법은 격자 로브들이 이미지들 안에 나타나는 것을 방지하기 위해 그룹 내의 모든 요소들을 동시에 효과적으로 펄싱하는 것으로부터의 추가된 '잡음'을 허용한다는 점에 유의한다. 이러한 절충은 그룹 크기가 증가함에 따라 더 심각해진다. 따라서, 코드들의 수가 감소됨에 따라 이미지 품질에서의 본질적인 균형이 존재한다.

도 5b는 합성 개구 빔 형성의 대안적인 방법을 예시하며, 여기서 송신 포커스를 생성하는 데 사용되는 비행 시간 지연들은 그룹화된 송신 요소(320)로부터 공간(315)의 포인트까지 그리고 다시 어레이 상의 다른 요소들까지의 지연들을 사용한다. 이 예에서의 송신 개구의 요소 피치는 이제 원래 개구의 요소 피치의 2배이다.

페이징된 어레이 응용들에서, 요소 피치는 전형적으로 λ/2 이하로 유지되며, 따라서 격자 로브 아티팩트들이 이미지에 나타나지 않는다. 도 5a에 예시된 기술이 사용되는 경우, 유효 송신 개구의 피치는 일정하게 유지되고, 격자 로브 아티팩트들은 회피될 수 있는 반면, 도 5b에 도시된 방법은 요소 피치의 B배 증가를 생성하여 - 여기서 B는 함께 비닝되는 요소들의 수임 -, 격자 로브 아티팩트들을 유발한다.

본 개시에서 제공되는 예들 중 다수는 발산파들의 세트를 인코딩하기 위해 희소 하다마드 행렬들(전체 하다마드 행렬의 행들의 서브세트)을 사용하지만, 다른 유형들의 가역 직교 행렬들이 희소 인코딩을 위해 대안적으로 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 대안적인 가역 직교 행렬의 일례는 하다마드 행렬에 기초하여 형성될 수 있는 S-시퀀스 행렬이다. 하다마드 행렬에 기초하여 생성되는 S-시퀀스 행렬의 차수는 M= 2^N-1, 여기서, 2^N은 하다마드 행렬의 차수이다. S-시퀀스 행렬은 하다마드 행렬 내의 임의의 1을 0으로, 임의의 -1을 1로 대체하고, 행렬의 제1 행 및 열을 제거함으로써 획득될 수 있다. 이러한 행렬은 하다마드 행렬과 동일한 가역적 특성들을 가지며, 따라서 발산파들의 희소 인코딩을 위해 사용될 수 있다. 그러나, 이 접근법은 하다마드 인코딩보다 덜 유리할 수 있는데, 그 이유는 S-시퀀스 행렬 내의 제로들이 초음파 필드 내의 방출된 에너지를 낮추어 SNR을 감소시킬 것이기 때문이다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 희소 인코딩된 발산파 방법의 개발에 대한 하나의 동기는 종래의 발산파 및 합성 개구 이미징 접근법들에 비해 큰 송신 개구의 사용을 용이하게 하는 해결책을 제공하는 것이었다. 사실상, 종래의 발산파 이미징은 각각의 연속적인 음향 조사를 위한 개구의 위치의 조정과 함께 각각의 음향 조사를 위해 하위 개구들을 사용한다. 더욱이, 종래의 발산파 이미징을 수행할 때, 하위 개구 크기는 모든 음향 조사들에 걸쳐 일정하게 유지되며, 따라서 하위 개구 크기가 사용될 수 있는 포인트 소스 위치들의 범위를 제한하므로 더 많은 가상 포인트 소스들이 사용될 때 개구의 크기는 축소된다. 이것은 매체 내로 송신되는 전체 신호 및 압력을 제한한다. 대조적으로, 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 개구 크기에 제약들을 적용하지 않는다. 일부 예시적인 실시예들에서, 희소 인코딩된 직교 발산파 이미징은 초음파 어레이의 전체 개구, 또는 대안적으로 초음파 어레이의 고정된 하위 개구를 사용하여 수행될 수 있다.

본 발명자들은 희소 직교 코드들로 인코딩되는 발산파들이 다수의 송신 이벤트들 사이에서 동일한 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. 대안적으로, 다수의 송신 이벤트들에 걸친 발산파들의 기하구조의 사소한 변동들이 사용될 수 있다. 발산파들의 기하구조의 변동들은 디코딩 프로세스에서 수학적 에러들을 유발할 수 있다. 이러한 에러들이 허용될 수 있는 정도는 구체적인 응용에 의존할 것이다.

이제 도 6을 참조하면, 초음파 어레이로 희소 직교 발산파 이미징을 수행하기 위한 예시적인 이미징 시스템이 도시된다. 예시적인 시스템은 초음파 트랜스듀서 어레이 요소들(예를 들어, 초음파 이미징 내시경 등의 초음파 이미징 디바이스의 컴포넌트일 수 있는 압전 요소들)의 세트를 포함하는 초음파 어레이(300), 송신 전압 펄스들을 초음파 어레이(300)에 전달하기 위한 송신 회로(500), 송신기-수신기 스위치(520), 초음파 어레이(300)로부터의 수신 신호를 검출하기 위한 수신 회로(510), 및 제어 및 처리 하드웨어(200)(예를 들어, 제어기, 컴퓨터 또는 다른 컴퓨팅 시스템)를 포함한다.

제어 및 처리 하드웨어(200)는 송신 회로(300) 및 Tx/Rx 스위치(520)를 제어하고, 수신 회로(510)로부터 획득된 수신 신호들을 처리하는 데 사용된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 제어 및 처리 하드웨어(300)는 프로세서(410), 메모리(420), 시스템 버스(405), 하나 이상의 입력/출력 디바이스(430), 및 통신 인터페이스(460), 디스플레이(440), 외부 저장소(450) 및 데이터 획득 인터페이스(470)와 같은 복수의 선택적인 추가 디바이스를 포함할 수 있다.

희소 직교 발산파 이미징을 수행하는 본 발명의 예시적인 방법들(예를 들어, 도 4에 예시된 예시적인 방법)은 프로세서(410) 및/또는 메모리(420)를 통해 구현될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 희소 인코딩된 발산파들을 생성하기에 적합한 인코딩된 송신 신호들의 전달의 제어, 수신 신호들의 디코딩, 및 후속적인 합성 개구 빔 형성은 희소 인코딩된 발산파 모듈(490)로서 표현되는 실행가능 명령어들을 통해, 제어 및 처리 하드웨어(400)에 의해 구현될 수 있다. 제어 및 처리 하드웨어(400)는 이미지 처리 모듈(480)에 의해 표현되는 바와 같은 스캔 변환 소프트웨어(예를 들어, 실시간 스캔 변환 소프트웨어) 또는 다른 이미지 처리 기능을 포함하고 실행할 수 있다.

본 명세서에 설명된 기능들은 일부는 프로세서(410) 내의 하드웨어 로직을 통해 그리고 일부는 메모리(420)에 저장된 명령어들을 사용하여 구현될 수 있다. 일부 실시예들은 메모리(420)에 저장된 추가 명령어들 없이 프로세서(410)를 사용하여 구현될 수 있다. 일부 실시예들은 하나 이상의 범용 마이크로프로세서에 의한 실행을 위해 메모리(420)에 저장된 명령어들을 사용하여 구현된다. 일부 예시적인 실시예들에서, 주문형 집적 회로(ASIC) 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 등의 맞춤형 프로세서들이 사용될 수 있다. 따라서, 본 개시는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 특정 구성으로 제한되지 않는다.

다시 도 6을 참조하면, 도면에 도시된 예시적인 시스템은 주어진 구현에서 사용될 수 있는 컴포넌트들로 제한되는 것으로 의도되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 시스템은 하나 이상의 추가 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 제어 및 처리 하드웨어(400)의 하나 이상의 컴포넌트는 처리 디바이스에 인터페이스되는 외부 컴포넌트로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 송신 회로(500), 수신 회로(510) 및 Tx/Rx 스위치(520) 중 임의의 하나 이상은 (점선 내에 도시된 바와 같이) 제어 및 처리 하드웨어(400)의 컴포넌트로서 포함될 수 있거나, 하나 이상의 외부 디바이스로서 제공될 수 있다.

일부 실시예들은 완전히 기능하는 컴퓨터들 및 컴퓨터 시스템들에서 구현될 수 있지만, 다양한 실시예들은 다양한 형태들로 컴퓨팅 제품으로서 배포될 수 있고, 실제로 배포를 실행하는 데 사용되는 특정 유형의 기계 또는 컴퓨터 판독가능 매체에 관계없이 적용될 수 있다.

본 명세서에 개시된 적어도 일부 양태들은 적어도 일부는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 즉, 기술들은 컴퓨터 시스템 또는 다른 데이터 처리 시스템에서 마이크로프로세서와 같은 그의 프로세서가 ROM, 휘발성 RAM, 비휘발성 메모리, 캐시 또는 원격 저장 디바이스와 같은 메모리에 포함된 명령어들의 시퀀스들을 실행하는 것에 응답하여 수행될 수 있다.

컴퓨터 판독가능 저장 매체는 데이터 처리 시스템에 의해 실행될 때 시스템으로 하여금 다양한 방법들을 수행하게 하는 소프트웨어 및 데이터를 저장하는 데 사용될 수 있다. 실행가능한 소프트웨어 및 데이터는 예를 들어 ROM, 휘발성 RAM, 비휘발성 메모리 및/또는 캐시를 포함하는 다양한 장소들에 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 및/또는 데이터의 부분들은 이러한 저장 디바이스들 중 임의의 하나에 저장될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "컴퓨터 판독가능 재료" 및 "컴퓨터 판독가능 저장 매체"라는 문구들은 일시적인 전파 신호 자체를 제외한 모든 컴퓨터 판독가능 매체들을 지칭한다.

예들

아래의 예들은 이 분야의 기술자들이 본 개시의 실시예들을 이해하고 실시할 수 있게 하기 위해 제시된다. 이들은 본 개시의 범위에 대한 제한으로서 간주되어서는 안 되며, 단지 예시적이고 대표적인 것으로 간주되어야 한다.

아래의 예들은 발산파들의 희소 하다마드 어레이 인코딩을 사용하는 도 4에 도시된 방법에 기초하는, λ/2 요소 피치를 갖는 64 요소 40 MHz 페이징된 어레이의 시뮬레이션들로부터의 결과들을 제시한다.

예 1: 합성 개구 빔 형성 동안 요소별 비행 시간 계산들을 사용하여 획득된 개선된 포인트 확산 함수

도 7a-7b는 4㎜ 반경에 배치되고 개구의 중심에 대해 35도에 위치된 와이어 타겟을 이용하여 시뮬레이션된 포인트 확산 함수들을 도시한다. 도 7a는 64x64 하다마드 행렬의 32개의 행을 사용하여 획득된 결과들을 도시하며, 32개의 행은 최저 공간 주파수들을 갖는 행들로서 선택되었다. 디코딩된 수신 신호들의 합성 개구 빔 형성을 수행할 때, 도 5b에 도시된 바와 같이, 요소들은 쌍으로 비닝되었다. 도 7b는 최저 공간 주파수들을 갖는 64x64 하다마드 행렬의 16개의 행을 사용하여 획득된 결과들을 도시하며, 요소들은 디코딩 이후에 합성 개구 빔 형성 동안에 4의 그룹으로 비닝되었다. 도면들은 합성 개구 빔 형성을 수행하는 동안의 비행 시간들의 계산 동안 요소들을 그룹으로 비닝함으로써 유효 송신 개구 피치가 증가될 때 생성되는 격자 로브 아티팩트들로부터 유발되는 신호 열화를 예시한다.

도 8b-8e는 하다마드 행렬의 32, 16, 8 및 4개의 행을 각각 사용하여, 도 5a에 도시된 바와 같이 요소들을 비닝하지 않고서, 합성 개구 빔 형성 동안 비행 시간들이 계산될 때 획득되는 개선된 시뮬레이션된 포인트 확산 함수들을 도시한다. 도 8a는 64x64 하다마드 행렬의 전체 64개의 행을 참조로서 사용하여 획득된 결과들을 도시한다. 도면들은 격자 로브 아티팩트들의 부재 및 요소-그룹이 아니라 요소별로 비행 시간 값들을 계산함으로써 달성되는 상당히 개선된 포인트 확산 함수들을 도시한다. 도 5a에 예시된 요소별 접근법을 사용하여, 하다마드 행렬의 행들을 희소하게 선택함으로써 음향 조사들의 수를 감소시킬 때 송신 개구 피치가 보존될 수 있다.

예 2: 발산파 상에 희소 하다마드 코드들을 인코딩함으로써 획득된 개선된 지향성

전술한 바와 같이, 평면파들의 세트를 인코딩하기 위해 하다마드 코드들의 희소 세트가 사용될 때, 유효 요소 크기의 증가로 인해 음향 조사 각도들의 지향성 또는 범위가 악화된다. 이 효과는 도 9a 및 도 9b에 예시되며, 여기서 피크 압력은 64개의 코드를 사용하는 그리고 또한 32, 16, 8 및 4개의 희소 코드를 사용하는 하다마드 인코딩된 평면파 이미징에 대한 조향각의 함수로서 도시된다. 인코딩된 평면파들에 기초하는 지향성 함수들의 반치전폭(FWHM)은 64, 32 및 16개의 하다마드 코드로 각각 파들을 인코딩할 때 136^θ, 160^θ 및 140^θ이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 지향성은 희소 코드들의 수가 감소됨에 따라 점점 더 좁아진다.

이러한 단점은 도 10a 및 10b에 도시된 바와 같이 평면파들 대신에 발산파들을 인코딩함으로써 완화된다. 인코딩된 발산파들에 기초하는 지향성 함수들의 반치전폭(FWHM)은 64, 32 및 16개의 하다마드 코드로 각각 파들을 인코딩할 때 136^θ, 160^θ, 및 140^θ이며, 이는 평면파들로 획득된 대응하는 값들보다 훨씬 더 넓다. 더 적은 하다마드 코드, 즉 8개 및 4개를 사용할 때, 지향성 함수는 발산파가 사용될 때 복소 다항식이 되고, 따라서 FWHM 비교에 적합하지 않다. 이러한 제한에도 불구하고, 그래프들은 지향된 에너지가 발산 소스에 적용된 8 및 4개의 하다마드 코드에 대해 120^θ에 걸치는 반면, 발산파를 인코딩하지 않은 지향성은 두 경우에 40^θ에 도달하기 전에 20dB 이상 떨어진다는 것을 명확히 보여준다.

예 3: 발산파 상에 희소 하다마드 코드들을 인코딩함으로써 개선된 피크 압력

희소 직교 발산파 이미징에 대한 피크 수신 신호를 종래의 발산파 이미징과 비교하기 위해 시뮬레이션들이 또한 수행되었다. 시뮬레이션들에 사용된 하위 개구의 크기는 합성 이미지를 생성하는 데 사용된 음향 조사들의 총 수에 기초하여 최대화되었다. 도 11은 종래의 발산파 이미징과 비교할 때 본 발명의 희소 직교 발산파 이미징 방법에 의해 획득된 신호 이득을 보여준다. 64개의 음향 조사에 대해, 64-요소 어레이 상의 발산파 이미징은 합성 개구 이미징과 유사하며, 따라서 이 경우에는 64배 더 많은 신호가 효과적으로 수신된다는 점에 유의한다. 모든 경우들에서, 피크 수신 신호는 종래의 발산파 이미징보다 상당히 더 크다. 또한, 4 및 8개의 음향 조사에 대한 신호 이득 측정들은 도 10a 및 10b에 도시된 지향성 플롯들에서 수차들로 인해 과장되어 있다는 점에 유의한다.

예 4: 희소 직교 발산파 이미징과 종래의 발산파 이미징 및 포커싱된 이미징의 실험적 비교

희소 직교 발산파 이미징 기술의 SNR 성능을 실험적으로 평가하기 위해, 다양한 예시적인 빔 형성 알고리즘들이 64개의 RF 채널을 병렬로 획득할 수 있는 커스텀 시스템 상에서 구현되었다. 시스템은 64개의 채널 각각에 대한 64개의 음향 조사 획득을 저장할 수 있으며, 25㎲의 펄스 반복 간격을 사용했다. 64, 32, 16, 8 및 4개의 파를 송신할 때, 시스템 프레임 레이트는 각각 0.625, 1.25, 2.5, 5 및 10kHz였다. 데이터는 디코딩 및 수신 빔 형성을 위해 오프라인으로 PC에 전달되었다. 비교를 위한 벤치마크를 제공하기 위해, 종래의 발산파 이미징이 시스템 상에서 구현되었는데, 그 이유는 그것이 페이징된 어레이들에 대해 가장 일반적으로 사용되는 초고속 이미징 기술이기 때문이다. 마지막으로, 3.8, 4.7, 6.4 및 7.8mm 깊이들 및 128개의 조향각에 위치된 4개의 포커스 구역들을 갖는 포커싱된 송신 스킴이 참조(512개의 펄스)로서 제공되었다.

Ryan et al. (Ryan, L. K. et al., "Tissue equivalent vessel phantoms for intravascular ultrasound," Ultrasound Med Biol, vol. 23, no. 2, pp. 261-73, 1997)에 설명된 절차에 따라 형성된 동질의 조직 모방 팬텀이 전술한 기술들을 사용하여 이미징되었다. 이미징 프로브가 제자리에 고정된 상태에서, 각각의 이미징 스킴을 사용하여 동종 팬텀의 20개의 프레임이 캡처되었다. 프레임들은 각각의 픽셀 위치에 대한 참 신호를 생성하기 위해 평균화되었고, 프레임들에 걸친 표준 편차가 계산되어 각각의 픽셀에 대한 잡음 측정을 제공했다. 이러한 양들의 비율을 취하는 것은 각각의 픽셀에 대한 SNR 측정들을 생성한다. 이어서, SNR 값들은 128개의 이미지 라인에 걸쳐 평균화되어 깊이의 함수로서 SNR 곡선들을 산출하였다.

도 12는 추가적인 코드들을 사용할 때의 SNR 이득을 예시한다. 64개의 코드 또는 음향 조사가 사용될 때, 희소 직교 발산파 이미징은 (512개의 펄스를 이용하는) 포커싱된 이미징에 비해 SNR에서 대략 3 dB 개선을 제공하였다. 32개의 하다마드 코드를 사용하는 구성은 포커싱된 이미징과 동일한 SNR을 산출하는 것으로 밝혀졌으며, 32개의 종래의 발산파를 사용하는 구현보다 대략 2dB 더 양호했다. 코드들의 수가 16개 미만으로 더 감소됨에 따라, 발산파 이미징은 희소 직교 발산파 이미징보다 더 높은 SNR을 달성했다. 도 13에 제시된 표는 각각의 테스트 구성에 대한 포커싱된 경우에 대한 평균 SNR 이득 또는 감소를 보여준다. 예상된 바와 같이, 분산파 및 희소 직교 발산파 이미징 둘 다에 대한 음향 조사들의 수를 감소시킬 때 SNR이 떨어진다.

조직 모방 팬텀의 내부에 내장된 무반향 보이드(void)의 이미지들이 캡처되었다. 도 14a 내지 14f는 다양한 희소 직교 발산파 이미지들과 포커싱된 이미지 사례 사이의 콘트라스트의 정성적 비교를 제공한다. 희소 직교 발산파 이미지들은 무반향 영역과 이웃 조직 사이에서 22.1, 19.6, 16.0, 13.8 및 12.2dB의 콘트라스트를 각각 디스플레이한 반면, 포커싱된 사례는 20.3dB의 콘트라스트를 보였다.

전술한 특정 실시예들은 예로서 도시되었으며, 이들 실시예는 다양한 변경들 및 대안적인 형태들이 가능할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 청구항들은 개시된 특정 형태들을 제한되는 것이 아니라, 본 개시의 사상 및 범위 내에 있는 모든 변경들, 균등물들 및 대안들을 커버하도록 의도된다는 것이 또한 이해되어야 한다.

Claims

초음파 이미징 시스템으로서,
복수의 초음파 어레이 요소를 포함하는 초음파 어레이;
상기 복수의 초음파 어레이 요소에 동작가능하게 접속된 제어 및 처리 회로를 포함하고, 상기 제어 및 처리 회로는 프로세서 및 메모리를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 명령어들을 실행하여:
상기 초음파 어레이로의 인코딩된 송신 신호들의 전달을 제어하여 복수의 발산 초음파를 순차적으로 송신하는 단계를 수행하도록 구성되고, 각각의 발산 초음파는 상기 초음파 어레이의 고정 개구에 인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트를 송신함으로써 생성되고, 상기 고정 개구는 상기 초음파 어레이의 N개의 요소로 구성되며;
인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트는 상기 가역 직교 행렬의 M개의 행의 선택된 서브세트만이 상기 송신 신호들을 인코딩하는 데 사용되도록 NxN 가역 직교 행렬의 각각의 행에 의해 인코딩되고, 여기서 M<N이고;
상기 프로세서는:
전치 행렬로 상기 초음파 어레이에 의해 수신된 수신 신호들의 세트들을 디코딩하여 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트를 획득하고 - 상기 전치 행렬은, 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트가 상기 고정 개구 내의 상기 초음파 어레이 요소들의 서브세트를 통한 음향 조사와 연관되도록 상기 가역 직교 행렬에 기초하여 생성됨 -;
상기 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트에 대해 합성 개구 빔 형성을 수행하여 초음파 이미지를 생성함으로써
상기 수신 신호들의 세트들을 처리하도록 더 구성되고, 수신 신호들의 각각의 세트는 각각의 발산파의 송신과 연관되는, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 상기 가역 직교 행렬의 상기 M개의 행의 선택된 서브세트의 각각의 행이 상기 가역 직교 행렬의 N-M개의 행의 선택되지 않은 서브세트의 공간 주파수들보다 낮은 공간 주파수를 갖도록 구성되는, 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 주어진 위치에 대해 합성 개구 빔 형성을 수행하여, 상기 초음파 어레이 요소들의 주어진 서브세트를 통한 음향 조사와 연관된 디코딩된 수신 신호들의 적어도 하나의 주어진 세트가:
상기 초음파 어레이 요소들의 상기 주어진 서브세트의 각각의 초음파 어레이 요소에 대해:
상기 초음파 어레이 요소, 상기 위치, 및 상기 고정 개구의 상기 초음파 어레이 요소들 사이의 왕복 비행 시간들의 세트를 결정하고;
상기 디코딩된 수신 신호들의 주어진 세트에 상기 왕복 비행 시간들의 세트를 각각 적용함으로써 처리되게 하도록 구성되며;
이에 따라, 빔 형성을 수행할 때 요소별로 비행 시간들을 계산하기 위한 상기 디코딩된 수신 신호들의 주어진 세트의 반복 사용은 그렇지 않을 경우에 비행 시간 계산들 동안 어레이 요소들을 그룹화하는 것과 연관될 격자 로브 아티팩트(grating lobe artifact)들을 감소시키는, 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 전치된 상기 가역적 직교 행렬의 형태가 희소 행렬이도록 구성되며, 상기 희소 행렬은,
상기 가역 직교 행렬의 상기 M개의 행의 선택된 서브세트; 및
N-M개의 제로 패딩된 행을 포함하는, 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 상기 전치 행렬을 생성하기 위해 상기 가역 직교 행렬 전체가 전치되도록 구성되고, 상기 전치 행렬은 제로 패딩된 희소 수신 행렬과 곱해지는, 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 전치된 상기 가역 직교 행렬의 형태가 상기 가역 직교 행렬의 상기 M개의 행의 선택된 서브세트만을 포함하도록 구성되고, 상기 디코딩된 수신 신호들의 세트들은 송신 이벤트들에 대응하는 수신 신호들의 세트들만을 포함하는 수신 신호 행렬과 상기 전치 행렬을 곱함으로써 획득되는, 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트가 인접한 초음파 어레이 요소들을 수반하는 유효 송신 이벤트에 대응하도록 구성되는, 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트가 인접하지 않은 초음파 어레이 요소들을 수반하는 유효 송신 이벤트에 대응하도록 구성되는, 시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트가 2개의 초음파 요소를 수반하는 유효 송신 이벤트에 대응하도록 구성되는, 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 상기 고정 개구가 상기 초음파 어레이의 전체 개구이도록 구성되는, 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 인코딩된 송신 신호들의 2개 이상의 세트가 공통 발산파에 대응하는 송신 신호들의 공통 세트를 인코딩함으로써 생성되도록 구성되는, 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 상기 인코딩된 송신 신호들의 세트들을 생성하고, 초당 1000 프레임을 초과하는 프레임 레이트로 상기 수신 신호들의 세트들을 빔 형성하도록 구성되는, 시스템.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 상기 가역 직교 행렬이 하다마드 행렬이도록 구성되는, 시스템.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 상기 가역 직교 행렬이 S-시퀀스 행렬이도록 구성되는, 시스템.
초음파 이미징을 수행하는 방법으로서,
인코딩된 송신 신호들을 복수의 초음파 어레이 요소를 포함하는 초음파 어레이에 전달하여 복수의 발산 초음파를 순차적으로 송신하는 단계 - 각각의 발산 초음파는 인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트를 상기 초음파 어레이의 고정 개구에 송신함으로써 생성되고, 상기 고정 개구는 상기 초음파 어레이의 N개의 요소로 구성되고, 인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트는, 상기 가역 직교 행렬의 M개의 행의 선택된 서브세트만이 상기 송신 신호들을 인코딩하는 데 사용되도록 NxN 가역 직교 행렬의 각각의 행에 의해 인코딩되고, 여기서 M<N임 -;
상기 송신된 발산파들에 응답하여 상기 초음파 어레이로부터의 수신 신호들을 검출하는 단계 - 수신 신호들의 각각의 세트는 각각의 발산파의 송신과 연관됨 -;
전치 행렬로 상기 수신 신호들의 세트들을 디코딩하여 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트를 획득하는 단계 - 상기 전치 행렬은, 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트가 상기 고정 개구 내의 상기 초음파 어레이 요소들의 서브세트를 통한 음향 조사와 연관되도록 상기 가역 직교 행렬에 기초하여 생성됨 -; 및
상기 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트에 대해 합성 개구 빔 형성을 수행하여 초음파 이미지를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
제15항에 있어서, 상기 가역 직교 행렬의 상기 M개의 행의 선택된 서브세트의 각각의 행은 상기 가역 직교 행렬의 N-M개의 행의 선택되지 않은 서브세트의 공간 주파수들보다 낮은 공간 주파수를 갖는, 방법.
제15항 또는 제16항에 있어서, 주어진 위치에 대해 합성 개구 빔 형성을 수행하여, 상기 초음파 어레이 요소들의 주어진 서브세트를 통한 음향 조사와 연관된 디코딩된 수신 신호들의 적어도 하나의 주어진 세트가:
상기 초음파 어레이 요소들의 상기 주어진 서브세트의 각각의 초음파 어레이 요소에 대해:
상기 초음파 어레이 요소, 상기 위치, 및 상기 고정 개구의 상기 초음파 어레이 요소들 사이의 왕복 비행 시간들의 세트를 결정하고;
상기 디코딩된 수신 신호들의 주어진 세트에 상기 왕복 비행 시간들의 세트를 각각 적용함으로써 처리되게 하며;
이에 따라, 빔 형성을 수행할 때 요소별로 비행 시간들을 계산하기 위한 상기 디코딩된 수신 신호들의 주어진 세트의 반복 사용은 그렇지 않을 경우에 비행 시간 계산들 동안 어레이 요소들을 그룹화하는 것과 연관될 격자 로브 아티팩트들을 감소시키는, 방법.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 전치된 상기 가역적 직교 행렬의 형태는 희소 행렬이고, 상기 희소 행렬은,
상기 가역 직교 행렬의 상기 M개의 행의 선택된 서브세트; 및
N-M개의 제로 패딩된 행을 포함하는, 방법.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전치 행렬을 생성하기 위해 상기 가역 직교 행렬 전체가 전치되고, 상기 전치 행렬은 제로 패딩된 희소 수신 행렬과 곱해지는, 방법.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 전치된 상기 가역 직교 행렬의 형태는 상기 가역 직교 행렬의 상기 M개의 행의 선택된 서브세트만을 포함하고, 상기 디코딩된 수신 신호들의 세트들은 송신 이벤트들에 대응하는 수신 신호들의 세트들만을 포함하는 수신 신호 행렬과 상기 전치 행렬을 곱함으로써 획득되는, 방법.
제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트는 인접한 초음파 어레이 요소들을 수반하는 유효 송신 이벤트에 대응하는, 방법.
제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트는 인접하지 않은 초음파 어레이 요소들을 수반하는 유효 송신 이벤트에 대응하는, 방법.
제15항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트는 2개의 초음파 요소를 수반하는 유효 송신 이벤트에 대응하는, 방법.
제15항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 개구는 상기 초음파 어레이의 전체 개구인, 방법.
제15항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 인코딩된 송신 신호들의 2개 이상의 세트는 공통 발산파에 대응하는 송신 신호들의 공통 세트를 인코딩함으로써 생성되는, 방법.
제15항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인코딩된 송신 신호들의 세트들이 전송되고, 초당 1000 프레임을 초과하는 프레임 레이트로 상기 수신 신호들의 세트들이 빔 형성되는, 방법.
제15항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가역 직교 행렬은 하다마드 행렬인, 방법.
제15항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가역 직교 행렬은 S-시퀀스 행렬인, 방법.
초음파 이미징 시스템으로서,
복수의 초음파 어레이 요소를 포함하는 초음파 어레이;
상기 복수의 초음파 어레이 요소에 동작가능하게 접속된 제어 및 처리 회로를 포함하고, 상기 제어 및 처리 회로는 프로세서 및 메모리를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 명령어들을 실행하여:
상기 초음파 어레이로의 인코딩된 송신 신호들의 전달을 제어하여 복수의 발산 초음파를 순차적으로 송신하는 단계를 수행하도록 구성되고, 각각의 발산 초음파는 상기 초음파 어레이의 고정 개구에 인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트를 송신함으로써 생성되고, 상기 고정 개구는 상기 초음파 어레이의 N개의 요소로 구성되며;
인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트는, 상기 가역 직교 행렬의 M개의 행의 선택된 서브세트만이 상기 송신 신호들을 인코딩하는 데 사용되도록 NxN 가역 직교 행렬의 각각의 행에 의해 인코딩되고, 여기서 M<N이고;
상기 프로세서는:
전치 행렬로 상기 초음파 어레이에 의해 수신된 수신 신호들의 세트들을 디코딩하여 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트를 획득하고 - 상기 전치 행렬은, 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트가 상기 고정 개구 내의 상기 초음파 어레이 요소들의 서브세트를 통한 음향 조사와 연관되도록 상기 가역 직교 행렬에 기초하여 생성됨 -;
상기 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트에 대해 합성 개구 빔 형성을 수행하여 초음파 이미지를 생성함으로써
상기 수신 신호들의 세트들을 처리하도록 더 구성되고, 수신 신호들의 각각의 세트는 각각의 발산파의 송신과 연관되며,
합성 개구 빔 형성이 주어진 위치에 대해 수행되어, 상기 초음파 어레이 요소들의 주어진 서브세트를 통한 음향 조사와 연관된 디코딩된 수신 신호들의 적어도 하나의 주어진 세트가:
상기 초음파 어레이 요소들의 상기 주어진 서브세트의 각각의 초음파 어레이 요소에 대해:
상기 초음파 어레이 요소, 상기 위치, 및 상기 고정 개구의 상기 초음파 어레이 요소들 사이의 왕복 비행 시간들의 세트를 결정하고;
상기 디코딩된 수신 신호들의 주어진 세트에 상기 왕복 비행 시간들의 세트를 각각 적용함으로써 처리되게 하며;
이에 따라, 빔 형성을 수행할 때 요소별로 비행 시간들을 계산하기 위한 상기 디코딩된 수신 신호들의 주어진 세트의 반복 사용은 그렇지 않을 경우에 비행 시간 계산들 동안 어레이 요소들을 그룹화하는 것과 연관될 격자 로브 아티팩트들을 감소시키는, 시스템.
제29항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 상기 가역 직교 행렬의 상기 M개의 행의 선택된 서브세트의 각각의 행이 상기 가역 직교 행렬의 N-M개의 행의 선택되지 않은 서브세트의 공간 주파수들보다 낮은 공간 주파수를 갖도록 구성되는, 시스템.
제29항 또는 제30항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 전치된 상기 가역적 직교 행렬의 형태가 희소 행렬이도록 구성되며, 상기 희소 행렬은,
상기 가역 직교 행렬의 상기 M개의 행의 선택된 서브세트; 및
N-M개의 제로 패딩된 행을 포함하는, 시스템.
제29항 또는 제30항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 상기 전치 행렬을 생성하기 위해 상기 가역 직교 행렬 전체가 전치되도록 구성되고, 상기 전치 행렬은 제로 패딩된 희소 수신 행렬과 곱해지는, 시스템.
제29항 또는 제30항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 전치된 상기 가역 직교 행렬의 형태가 상기 가역 직교 행렬의 상기 M개의 행의 선택된 서브세트만을 포함하도록 구성되고, 상기 디코딩된 수신 신호들의 세트들은 송신 이벤트들에 대응하는 수신 신호들의 세트들만을 포함하는 수신 신호 행렬과 상기 전치 행렬을 곱함으로써 획득되는, 시스템.
제29항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트가 인접한 초음파 어레이 요소들을 수반하는 유효 송신 이벤트에 대응하도록 구성되는, 시스템.
제29항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트가 인접하지 않은 초음파 어레이 요소들을 수반하는 유효 송신 이벤트에 대응하도록 구성되는, 시스템.
제29항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트가 2개의 초음파 요소를 수반하는 유효 송신 이벤트에 대응하도록 구성되는, 시스템.
제29항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 상기 고정 개구가 상기 초음파 어레이의 전체 개구이도록 구성되는, 시스템.
제29항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 인코딩된 송신 신호들의 2개 이상의 세트가 공통 발산파에 대응하는 송신 신호들의 공통 세트를 인코딩함으로써 생성되도록 구성되는, 시스템.
제29항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 상기 인코딩된 송신 신호들의 세트들을 생성하고, 초당 1000 프레임을 초과하는 프레임 레이트로 상기 수신 신호들의 세트들을 빔 형성하도록 구성되는, 시스템.
제29항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 상기 가역 직교 행렬이 하다마드 행렬이도록 구성되는, 시스템.
제29항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 처리 회로는 상기 가역 직교 행렬이 S-시퀀스 행렬이도록 구성되는, 시스템.
초음파 이미징을 수행하는 방법으로서,
인코딩된 송신 신호들을 복수의 초음파 어레이 요소를 포함하는 초음파 어레이에 전달하여 복수의 발산 초음파를 순차적으로 송신하는 단계 - 각각의 발산 초음파는 인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트를 상기 초음파 어레이의 고정 개구에 송신함으로써 생성되고, 상기 고정 개구는 상기 초음파 어레이의 N개의 요소로 구성되고, 인코딩된 송신 신호들의 각각의 세트는, 상기 가역 직교 행렬의 M개의 행의 선택된 서브세트만이 상기 송신 신호들을 인코딩하는 데 사용되도록 NxN 가역 직교 행렬의 각각의 행에 의해 인코딩되고, 여기서 M<N임 -;
상기 송신된 발산파들에 응답하여 상기 초음파 어레이로부터의 수신 신호들을 검출하는 단계 - 수신 신호들의 각각의 세트는 각각의 발산파의 송신과 연관됨 -;
전치 행렬로 상기 수신 신호들의 세트들을 디코딩하여 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트를 획득하는 단계 - 상기 전치 행렬은, 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트가 상기 고정 개구 내의 상기 초음파 어레이 요소들의 서브세트를 통한 음향 조사와 연관되도록 상기 가역 직교 행렬에 기초하여 생성됨 -; 및
상기 디코딩된 수신 신호들의 복수의 세트에 대해 합성 개구 빔 형성을 수행하여 초음파 이미지를 생성하는 단계를 포함하고;
합성 개구 빔 형성이 주어진 위치에 대해 수행되어, 상기 초음파 어레이 요소들의 주어진 서브세트를 통한 음향 조사와 연관된 디코딩된 수신 신호들의 적어도 하나의 주어진 세트가:
상기 초음파 어레이 요소들의 상기 주어진 서브세트의 각각의 초음파 어레이 요소에 대해:
상기 초음파 어레이 요소, 상기 위치, 및 상기 고정 개구의 상기 초음파 어레이 요소들 사이의 왕복 비행 시간들의 세트를 결정하고;
상기 디코딩된 수신 신호들의 주어진 세트에 상기 왕복 비행 시간들의 세트를 각각 적용함으로써 처리되게 하며;
이에 따라, 빔 형성을 수행할 때 요소별로 비행 시간들을 계산하기 위한 상기 디코딩된 수신 신호들의 주어진 세트의 반복 사용은 그렇지 않을 경우에 비행 시간 계산들 동안 어레이 요소들을 그룹화하는 것과 연관될 격자 로브 아티팩트들을 감소시키는, 방법.
제42항에 있어서, 상기 가역 직교 행렬의 상기 M개의 행의 선택된 서브세트의 각각의 행은 상기 가역 직교 행렬의 N-M개의 행의 선택되지 않은 서브세트의 공간 주파수들보다 낮은 공간 주파수를 갖는, 방법.
제42항 또는 제43항에 있어서, 전치된 상기 가역적 직교 행렬의 형태는 희소 행렬이고, 상기 희소 행렬은,
상기 가역 직교 행렬의 상기 M개의 행의 선택된 서브세트; 및
N-M개의 제로 패딩된 행을 포함하는, 방법.
제42항 또는 제43항에 있어서, 상기 전치 행렬을 생성하기 위해 상기 가역 직교 행렬 전체가 전치되고, 상기 전치 행렬은 제로 패딩된 희소 수신 행렬과 곱해지는, 방법.
제42항 또는 제43항에 있어서, 전치된 상기 가역 직교 행렬의 형태는 상기 가역 직교 행렬의 상기 M개의 행의 선택된 서브세트만을 포함하고, 상기 디코딩된 수신 신호들의 세트들은 송신 이벤트들에 대응하는 수신 신호들의 세트들만을 포함하는 수신 신호 행렬과 상기 전치 행렬을 곱함으로써 획득되는, 방법.
제42항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트는 인접한 초음파 어레이 요소들을 수반하는 유효 송신 이벤트에 대응하는, 방법.
제42항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트는 인접하지 않은 초음파 어레이 요소들을 수반하는 유효 송신 이벤트에 대응하는, 방법.
제42항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 디코딩된 수신 신호들의 각각의 세트는 2개의 초음파 요소를 수반하는 유효 송신 이벤트에 대응하는, 방법.
제42항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 개구는 상기 초음파 어레이의 전체 개구인, 방법.
제42항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 인코딩된 송신 신호들의 2개 이상의 세트는 공통 발산파에 대응하는 송신 신호들의 공통 세트를 인코딩함으로써 생성되는, 방법.
제42항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인코딩된 송신 신호들의 세트들이 전송되고, 초당 1000 프레임을 초과하는 프레임 레이트로 상기 수신 신호들의 세트들이 빔 형성되는, 방법.
제42항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가역 직교 행렬은 하다마드 행렬인, 방법.
제42항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가역 직교 행렬은 S-시퀀스 행렬인, 방법.