JP4302718B2 - 干渉性結像装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、レーダー、ソナー、地震、及び、超音波のシステムなどを含み、振動エネルギーを利用する干渉性結像システムに係る。特に、本発明は、例えば、Ｂ−モード（グレイスケール結像モード）におけるリニア、操舵されたリニア、扇形、円形、ベクタ（登録商標）、操舵されたベクタ（登録商標）、及び、他のタイプの走査フォーマットの位相アレイ超音波結像システムに関するが、これに限定されるものではない。本発明は超音波システムについて説明されるが、本発明は他の干渉性結像装置とともに実行することができる。

電子ビーム生成を利用し、パルスエコー又はエネルギー反射結像を実行する多くの干渉性結像形式、特に、レーダー結像、超音波結像、及び、ソナー結像が存在する。多くの応用において、特に実時間の医療用超音波結像においては、高いフレームレートを得るために個々の像を捕捉するのに要する時間（即ち、所定の視野を走査するのに要する時間）を最小にすることが重要である。

しかし、視野を迅速に走査しようとする要求は、視野を照明し、像を捕捉するために使用されるビームの十分に微細な間隔を維持する必要によりいつも緩和される。これらのビーム間隔は、走査線と呼ばれる、方位方向の標本化グリッドを規定し、像の情報は、１以上の次元の標本化定理に従う特定の標本化限界よりこのグリッドが微細である場合にのみ正確に保存されることが知られている。従来技術のシステムは、しばしばフレームレートを選択して視野をアンダーサンプリングし、結像性能については妥協していた。アンダーサンプリングに伴う視覚的なアーチファクトはシフト変動であり、横たわる対象の視野に対しての標本化グリッドの小さなシフトに関する像のフィールドの感度により特徴付けられる。理想的な結像システムでは、像のフィールドは、対象物のフィールド上における標本化グリッドの配置に対して感度を有しない。

従来技術においては位相検出も使用されているが、表示された像が検出されたサンプル、典型的には対数振幅の検出サンプルからなるという要求により、適切な標本化はさらに困難となる。Hayesは、IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. ASSP-30, No. 2, April 1982, pgs 140-154の「フーリエ変換の位相及び振幅からの多次元シーケンスの再構築」において、興味の対象となるケースにおいては、振幅検出又は位相検出処理を通じて、保存されるべき全ての情報に対して、像を距離及び方位の個々に係数２によりオーバーサンプルしなければならないことを示している。

適切な走査線密度を維持しながら視野を迅速に走査する必要性は、多ビーム手法を伴う従来技術においても取り組まれており、そこでは２以上の独立な受信ビームが同時に生成され、同時に励起された１以上の独立の送信ビームからのエコーを検出している。一つの例は、O’Donnellの１９８９年１２月１２日に発行され、「単一の励起事象に応答して複数の異なる戻りエネルギー結像ビームを捕捉する方法及び装置」と名づけられた米国特許No．4,886,069であり、その中では、１つの送信ビームに関連して複数の受信ビームが使用される。別の多ビーム手法は、１９９２年４月２１日に発行され、「多ビーム超音波像の変換方法」と名づけられたDrukarevの米国特許No．5,105,814であり、その中では、複数の非共直線性受信ビームが同じ多数の送信ビームと１対１に整列するように生成される。

２次元アレイを使用し、３次元の像を捕捉する類似の手法は、S.Smith, H.Pavy及びO. von Raumの, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferro-Electrics, and Frequency Control, Vol. 38, No. 2, March 1991, Pages 100-108、「高速超音波容積測定結像システム−パートＩ：変換器設計及びビーム操舵」、並びに、O. von Raum, S. Smith及びH. Pavyの「高速超音波容積測定結像システム−パートＩＩ：並行処理及び像表示」、IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferro-Electrics, and Frequency Control, Vol. 38, No. 2, March 1991, Pages 109-115に記載されている。多数の点を照明する個々の送信ビームについて、８個の同時受信ビームが生成される。

これらの全ての従来技術は視野を走査するのに要する時間を減少させるが、それらは、計画的な送信及び受信ビームの非整列、及び／又は、複数の送信ビームが使用される場合には、ビーム間干渉により、結像性能の低下を生じることがある。その低下は、シフト変動として系統的に明らかになる。第１のケースでは、それは、結果として生じる２方向ビームが大体において１つの直線通路を横切らない（位置に依存する幾何学的歪みを生じる）ことによる。第２のケースでは、それは、２方向ビームがビーム間で均一でないことによる。これらのアーチファクトは、近視野結像のためのフォーカシングを使用するシステムにおいては明らかであり、それらは通常、特に、高解像度の医療用超音波結像においては容認し難いものである。

従って、本発明は、従来技術に改良を加えるものである。

本発明の目的は、視野に渡って迅速な走査を可能とすること、及び、従来技術の手法に内在する前述のアーチファクトを除去し又は実質的に減少することにある。

本発明の新規な観点は、（１）１以上の同時に励起される送信ビームとの組み合わせにおいて１以上の同時に生成される受信ビームを使用すること、(２)個々の受信ビームに関連する信号の干渉性サンプル（即ち、後に定義するように、信号間で相対振幅及び位相を保持するサンプル）を記憶すること、(３)検出の前に１以上の干渉性サンプルを合成すること、を含む。１以上の新たな干渉性サンプルは、記憶された干渉性サンプルを使用して計算され、それら記憶された干渉性サンプルは複数の別個の受信ビーム（即ち、空間的に異なる受信走査線及び／又は時間的に異なる送信励起と関連する２以上の受信ビーム）と、(a)補間（線形補間と重み付け加算とを含む）、(b)補外、又は、(ｃ)他の手法の処理により関連付けられる。１以上の新たな干渉性サンプルは、合成走査線上に合成される（即ち、後に定義するように、あらゆる受信走査線及び／又はあらゆる送信走査線と空間的に別個の走査線）。

本発明の更に他の観点は、ビーム生成後、検出以前にサンプル密度を増加することにある。サンプル密度は、例えば、捕捉サンプルの２次元データセット、及び／又は、捕捉サンプルの３次元データセットに基づいて増加される。

更に他の目的は、従来技術における、捕捉サンプルの受信走査線に対する非整列により生じる幾何学的歪みの除去にある。

本発明は、電子ビーム生成器を利用して、１以上のエネルギービームを送信走査線上で同時に送信し、また、受信走査線上の１以上のビームとともに反射エネルギーを同時受信することが可能な方法及び装置を含み、そのビーム生成器は、送信及び受信ビームを夫々独立に操舵及び／又は移動させて所定の視野に渡って走査を行う。システムは、個々の受信ビームに関連する受信信号の干渉性サンプルを捕捉し、記憶し、また、記憶された干渉性サンプルの補間（重み付け加算、その他）、及び／又は、補外、及び／又は、他の演算を実行して合成走査線上に新たな干渉性サンプルを合成し、それら合成走査線は、受信走査線と空間的に別個、及び／又は、送信走査線と空間的に別個、及び／又は、その両方である。それから、１の実施例のシステムは、捕捉及び合成干渉性サンプルを検出し、走査変換を行い、結果として生じる像のフィールドを表示又は記録する。

本発明の別の実施例は、検出の前に、捕捉及び／又は合成サンプルに対して走査変換を実行する。さらに、干渉性走査変換の作用は、本来的及び自然的に合成サンプルを生成する。

本発明のさらに別の実施例では、捕捉された干渉性サンプルの走査変換は、本発明の他の手法による合成サンプルの生成以前に実行される。

本発明のさらに他の実施例では、走査変換及び本発明の他の手法による合成サンプル生成は、組み合わせ処理により実行される。

本発明の追加の態様は、距離に依存し、及び、走査線に依存する移相器又は位相整列器である。幾つかの走査フォーマットについては、位相整列器は、捕捉サンプルのデータフィールドに渡って干渉性調整を行うことを許容し、正しい干渉性サンプルの合成を確実にする。

本発明の更に別の態様は、合成開口結像を支持する処理である。この処理は、時間的に別個の送信励起事象に関連する受信信号の干渉性サンプルを重ねるものであり、そうして、個々の事象に関連する構成要素の小型開口から、より大型の送信及び／又は受信開口を合成する。

本発明のさらに追加の態様は、合成走査線上の干渉性サンプルのライン間フィルタリングである。そのようなフィルタリングは、周期的な利得変動を補償するために使用することができる。

本発明の別の態様は、別個の受信走査線上、及び／又は、合成走査線上の干渉性サンプルの方位補間及び／又は補外である。

本発明のさらに他の態様は、受信走査線及び／又は合成走査線に沿った距離における干渉性サンプルの補間及び／又は補外である。距離及び方位における位相整列、合成開口重畳、フィルタリング、補間、及び／又は、補外は、分離した、又は、組み合わせた処理動作に組み込むことができる。

２次元及び３次元結像システムの両方において、本発明の態様は、あらゆる所望の空間的位置に合成サンプルを追加し、それによりフィールド内のサンプル密度を増加することにある。

本発明の１の実施例は、１つの送信ビームを、２つの空間的に別個で、非共直線性を有し、送信ビームの両側に整列された受信ビームとの関連において使用する。この実施例は、所定の視野を適切に走査するために必要な送信励起事象の数を係数２で減少させることを許容し、それにより視野の走査に要する時間を半減する。捕捉信号の結合により適性に合成されたサンプルは、品質において、従来技術の方法において単一の受信ビームに整列する単一の送信ビームを使用して同時に１のラインを走査することにより捕捉された受信信号と一致する。この新たな手法の従来技術に対する根本的優位性は、適切に視野を走査するために要する時間の減少により、フレームレートを増加させることにある。

本発明の別の実施例は、１つの共直線性受信ビームとの関連において、１つの送信ビームを使用する。本実施例は、補間及び／又は補外により、適切に所定の視野を走査するのに要する時間を増加させることなく、係数２以上による走査線密度の増加を許容する。これは、一般的に、多くの応用において結像性能を改善するための空間的オーバーサンプリングに有益である。なぜなら、オーバーサンプリングは、一般的に、検出処理を通じて像情報を保存するために必要とされるからである。

好適な実施例は、１つの送信ビーム及び２つの空間的に別個で、非共直線性の受信ビームを使用して、係数２による像捕捉時間の減少、及び、係数２以上による走査線密度の増加を実行することにより、上記の実施例両方の成果を達成する。従って、この好適な実施例は、個々の走査線が単一の送信ビーム及び共直線性の単一の受信ビームにより形成される従来技術の方法と比較して、全ての走査線上の結像サンプルを捕捉するのに要する時間を係数４以上で短縮する。他の方法により、好適な実施例は、オーバーサンプルされた像を、従来技術の方法が２又は３次元システムの標本化定理に従って標本化された最小の像を捕捉する時間の半分の時間で捕捉し、合成する。

空間的に静止した目標に関して、本発明の手法は、超音波結像、レーダー結像、地震結像、及び、ソナー結像に適用可能である。走査が達成される方法を適切に考慮すると、本発明の手法は、任意のセンサアレイの幾何形状及び素子間隔に適用可能である。それは、３次元結像のための２次元センサアレイに拡張することができる。それは、従来技術の多ビーム手法がより多量の幾何学的歪みを生じていた比較的大きな開口を有する高解像度システムに対して、特に有益である。

本発明は、主として近視野の医療用超音波結像に有用である。それは、既知の全ての超音波走査フォーマットに適用可能である。それは、ダイナミックフォーカシング、ダイナミックアポダイゼーション、結合送信フォーカシング手法、及び、連続的送信フォーカシング手法に有益に含めることができる。

本発明の手法は、振幅検出、平方振幅検出、対数振幅検出、位相検出、周波数検出、及び、これらの検出結果の任意の機能を含む、既知の全てのタイプの検出と互換性を有する干渉合成サンプルを生成する。それは、検出前フィルタリング及び残像、走査変換、及び、グレースケールマッピングを含む、像の表示及び記録のための標準的な手法と互換性を有する。

I．定義
A．走査線
走査線とは、空間を通る直線をいい、その上に像のサンプルが位置すると推定される。送信走査線とは、その上に関連する送信ビームが位置すると推定される線をいう。受信走査線とは、その上に受信ビームが位置すると推定される線をいう。ほとんどの従来技術では、送信走査線は受信走査線と同一（共直線性）である。

B．合成走査線
合成走査線とは、いずれの受信走査線、及び／又は、いずれの送信走査線とも別個の走査線をいう。

C．別個の受信ビーム
別個の受信ビームとは、（１）空間的に異なる受信走査線、及び、（２）時間的に異なる送信励起の少なくとも一方と関連する受信ビームをいう。

D．合成開口走査
合成開口走査とは、走査線上に干渉性サンプルを捕捉する方法であり、変換素子のアレイを、送信及び／又は受信のための複数の独立又は実質的に独立のサブアレイに分割することにより実行される。個々のサブアレイは、複数の変換素子から構成され、複数の送信／受信シーケンスを実行し、個々のシーケンスは１つの送信励起と送信／受信サブアレイの結合を伴う。複数のシーケンスの内の個々のシーケンスと関連する送信及び受信ビームは、それぞれ、同一の送信及び受信走査線に整列するように設計される。

E．干渉性信号及びサンプル
２つの信号の複合エンベロープの相対的振幅及び位相の正確な特性付けを可能とするために十分な情報が記憶され、保存され、又は、維持された時には、２つの信号のサンプルは干渉性を有する。

F．整列された位相
２つのエコー又は受信信号の時間的位相変動における唯一の差異が、目標と信号との相互作用に完全に起因する場合、２つの反響又は受信信号が位相が整列されたという。２つの信号を位相整列させる工程は、一方又は他方、若しくは両方の信号の時間的位相変動を、全ての系統的な歪み作用に対して調整する工程である。

II．干渉性サンプルの合成方法
A．合成走査線上に合成されたサンプル
本発明は、好適には医療用超音波結像において、合成走査線上に干渉性サンプルを生成する新たな方法を含み、その結像は、従来技術に存在した結像性能及び解像度の妥協を伴わずにフレームレートを増加させることを可能とする。本発明は、この方法を、幾何学的歪みの修正を伴う、像のサンプル密度の増加を通じて達成する。

本発明は、あらゆる既知の走査フォーマットに使用可能である。そのようなフォーマットは、例としてのみ挙げれば、図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃに示されるセクタ、ベクタ（登録商標）、リニア走査フォーマットを含む。これらの図各々は、位相同期したアレイの形態の超音波変換器を示し、また、送信走査線、受信走査線、及び、好適な実施例により作られる方向の合成走査線を示す。これらの点の他、以下に示す図１Ａ、１Ｂ−１、１Ｂ−２、２及び３は、特定の走査幾何学形状を参照することなく、その方法における走査線の順序化及び相対配置を包括的に示す。

好適な実施例においては、その方法は、組になって同時に捕捉された複数の受信ビームからの標本化、ディジタル化、及び、信号の記憶を必要とし、個々の組は単一の送信ビームに関連する。そのような信号は、信号情報を破壊し、又は、実質的に変形させるあらゆる不可逆的処理（例えば、振幅検出）以前にディジタル化し、干渉性を有する状態で記憶しなければならない。信号は、通常、帯域濾波工程として特徴付けられ、そのような信号内の情報を保存する多くの既知の標本化手法が存在する。信号に関する全ての情報が実質的に保存されるので、結果として得られるサンプルは、標本化手法の詳細に拘わらずここでは干渉性サンプルとして言及される。

干渉性サンプルを取得する好適な手法は、帯域濾波信号のベースバンドへの直角又は複素復調によるものであり、信号の同相又は直角位相成分（Ｉ及びＱ）を生成する。Ｉ及びＱ成分は、それぞれ、帯域濾波信号の複素エンベロープの実部及び虚部と見做される。標本化及びディジタル化は、復調工程の前又は後に行われる。アナログ又はディジタルの帯域濾波信号の直角復調を通じてベースバンドＩ及びＱ信号を得る手段は、信号処理及びドップラー処理の文献により既知且つ普通のものである。特に、その手法は、医療用超音波ドップラー処理において普通に使用される。以下に説明するように、図４Ａに示す本発明の構成は、本出願の譲受人が同時に出願した上記の特許出願の主題でもあり、所望の干渉性サンプルを提供することが可能である。

干渉性サンプルを得るための第２の代替的手法は、帯域濾波信号を、信号内の情報を保存するために十分に速い速度で、直接標本化及びディジタル化することによる。

第３の代替的手法は、原帯域濾波信号をヘテロダインし、フィルタリングして得られる中間周波数信号を標本化することによる。

好適な方法は、さらに、別個の受信ビームからの対応する干渉性サンプルを線形結合することを要求する。非線形結合手法も本発明の視野の範囲内である。既述のように、受信ビームは、それらが時間的に異なる場合（即ち、同一の受信走査線と整列していたとしても、異なる送信と関連し、それゆえ非同時的に発生する）、及び／又は、空間的に別個である（同一の送信事象に関連していたとしても異なる受信走査線と整列している）場合には別個の受信ビームとなる。本実施例では、そのような線形結合は、２つの別個の受信ビームに関連する干渉性サンプルの単純な平均化、又は、他の重み付け加算とすることができ、それにより新たな干渉性サンプルを生成する。これらの新しい干渉性サンプルは、合成走査線上に位置する。合成走査線は、(１)あらゆる受信走査線と空間的に別個（第１のタイプ、図１Ａ）か、(２)あらゆる送信走査線と空間的に別個（第２のタイプ、図１Ａ）か、(３)あらゆる受信走査線及びあらゆる送信走査線の双方と空間的に別個（第３のタイプ、図３、並びに、図１Ａ及び１Ｂ−２の第３のタイプ）のいずれかである。他の合成サンプルのタイプは後に説明する。

本発明の方法は、さらに、別個の受信ビームからの干渉性サンプルの結合工程から予測可能な結果を得るために、ビーム間の干渉性を要求する。位相同期アレイ結像システムにおけるチャンネル間の干渉性の必要性は良く理解されているが、ビーム間の干渉性は、ほとんどの従来技術の超音波結像システムにおいては要求されていない。従来技術のシステムにおいては、結像の均一性の要求は、あらゆる走査線上のあらゆる距離の地点目標に対するシステムの振幅応答が、近傍の走査線上の同一距離の同一目標に対する振幅応答と実質的に同一であるというものである。本発明におけるビーム間の干渉性の要求は、さらに、あらゆる走査線上のあらゆる距離の地点目標に対するシステムの位相応答（例えば、同相及び直角位相応答による振幅応答と連帯的に示される）も、近傍の走査線上の同一距離の同一目標に対する位相応答と実質的に同一であるという要求を包含する。系統的な位相変動は、幾つかの走査フォーマットにおいて生じ得る。例えば、連続する送信及び受信ビームに関連する開口が相互に相対的に変化するならば、系統的な走査線間の位相変動を導入することができる。同様に、連続する送信及び受信ビームの中心周波数が相互に変化するならば、系統的な走査線間の位相変動を導入することができる。この方法は、距離に依存した、又は、走査線に依存した位相補正、若しくは、そのような系統的変動の調整を要求する。そのような位相補正又は調整は、予め決定され、メモリに記憶され、新たな干渉性サンプルを合成する以前に、位相整列器により捕捉された干渉性サンプルに適用されるようにすることができる。

走査で予め検出されたビームにおいて干渉性位相配列を確立するために、系統的位相変動の調整が望まれる。詳細には、第１受信ビームのベースバンドＩ／Ｑ信号が、第２受信ビームのベースバンドＩ／Ｑ信号と、比較可能な距離において位相整列されていることが望ましい。既述のように、ある特定の走査フォーマットにおいては距離に依存する位相変動が導入され、その変動は検出に先行する相回転により系統的に補正される。ビーム間の送信／受信周波数の差異により生じる、他の距離に依存する位相変動は、検出に先行する再変調により系統的に補正することができる。これは、ビームが生成されたベースバンドＩ／Ｑ信号において最も効率的に行うことができる。

複数の素子に渡って干渉性を有するように加算されたビーム生成器の出力において得られ、送信時の変調、受信時の復調及び干渉性加算を経た信号の理想化された表現は：

であり、ここで、
ｅ（ｔ）＝ベースバンドＩ／Ｑ信号のエンベロープ
ω_m＝２πｆ_m＝変調周波数［Mhz］
ω_d＝２πｆ_d＝復調周波数［Mhz］
ｒ＝ある結像の深さ（距離）［cm］。

結像パルスの実際の中心周波数x（t−２r／c）は、さらに他の事項、例えば、組織の減衰、送信及び受信処理の連鎖におけるフィルタリング、及び、上記の式（１）では明確には考慮されていない効果に依存する。また、当業者には推測できるであろうことであるが、上記の式（１）には、干渉性加算のために必要な遅延及び位相調整の詳細な表現も明確に含まれてはいない。この詳細は、ここに示す特定の結果を誘導するためには必要ではない。

送信変調周波数、受信復調周波数、又は、その両方は、通常、距離に依存する。特に、

ここで、Ｒ_t＝活性状態のアレイ中心から送信焦点までの距離
Ｒ_r＝活性状態のアレイ中心から受信焦点までの距離。

ダイナミックフォーカスを有するシステムについては、これは、ω_dが継続的に更新されることを意味する。

ここで、走査線１は変調周波数ω_m ¹、復調周波数ω_d ¹、及び、ビーム生成器後の再変調周波数ω_r ¹に対応し、その近傍の走査線２は、変調、復調及び再変調周波数がそれぞれ、ω_m ^２、ω_d ^２、ω_r ^２であるとする。異なる変調、復調及び再変調周波数の結果としての、これら２つの走査線間のビーム生成器後の位相差は、量Δνにより境界を定められることが示される：

ここで、Ｔ_p＝受信ビーム生成器の信号出力のあらゆる深さにおける結像パルス期間。

この表示は、ビーム生成器後の再変調点における、受信焦点の深さＲ_rについて有効である。

Δν以外に他の条件があり、それは、上記式（２）と無関係に、ビーム生成器の出力において位相の干渉性を確保するために必要であることを再度付言しておく。そのような条件の例は、ビームの原点のオフセットを考慮した条件であり、例えば、ベクタ（登録商標）において自然に発生する、リニア、及び、湾曲リニアフォーマットで、特に端部が整列したものであるが、これらは限定的ではない。予想されるように、ω_m ^２＝ω_m ¹、ω_d ¹＝ω_d ^２、ω_r ^２ ＝ω_r ¹ の時、Δν ＝０である。

ここで観察すると、ビーム生成器後の再変調を規定する式（２）から、周波数ω_rを有する検出後の出力は、その正しい選択により、走査線間の位相干渉性を許容する。特に、ω_r ¹とω_r ^２を：

のように選択すると、式（２）の第２項は実質的に無視することができる。もし、距離追従システムのようにω_dが距離に依存するならば、ω_rもまた距離に依存せねばならない。

（ω_m ^２−ω_m ¹）・Ｔ_pで与えられる式（２）の第２項は、（ω_m ^２−ω_m ¹） を十分に小さく維持することにより容易に制御することができる。例えば、Δν＜π／４という要求を考え、典型的なものとして、追従フォーカスシステムのための再変調点において測定された結像パルスが公称の変調周波数の４周期の期間を有するとする。すると、走査線間の周波数変動において要求される制限は、式（２）及び（３）から、ｆ_m ²−ｆ_m ¹＜ｆ_m ¹ ／３２となる。公称の変調周波数が５Mhzであれば、走査線間の変調周波数の差は、この例では０．１５６Ｍhzを超えないように抑制できる。

このように、ビーム生成器後、ビーム生成器前の受信処理が、走査内の全てのビームに対してビーム間の位相干渉性を要求するなら、走査内のあらゆる２つのビーム間の最大送信キャリア周波数差は、上記の基準を満足するように選択すべきである。

再変調周波数を規定する上記の関係（３）は、送信の変調周波数とは独立である。そのような独立性は、あらゆる送信及び受信チャンネルについての変調信号及び復調信号の双方が共通のタイミングクロックに位相ロックすると仮定している。即ち、そのような全ての変調及び復調信号の位相は、共通の時間基準に対して規定される。

また、上記の関係（３）は、連続する送信走査線上の変調周波数、及び、連続する受信走査線上の復調周波数が、それぞれ、２πの位相のアンビギティーを避けるようにゆっくりと変化することを仮定している。

この制約は、解決されている問題とは矛盾しない。

また、上記の関係は（３）は、「適切にフォーカスされたシステム」を仮定しており、そこでは、視野内の点に関して行われたあらゆる観察が、目標もまたその点にあるか否かに拘わらず、受信焦点がその点（即ち、トラッキング、又は、ダイナミックフォーカス）にある時に同時に生じる。

上記の再変調は、好適には、受信ビーム生成の後、かつ、検出の前に生じるが、その代わりに、干渉チャンネル加算の前に、チャンネル毎に行うこともできることを述べておく。また、他の系統的位相変動も存在し、それは、変動する変調及び復調周波数のための補正に加えて補正される必要がある、例えば、アナログフィルタ、変換器素子、その他により導入される位相変動などであることを述べておく。もしそうであれば、これらの補正も同様に行われなければならない。典型的には、それらは単に上述の位相補正に追加され、全体の位相補正が行われる。

この方法の好適な実施例を図１Ａに模式的に示す。走査線間隔のための指標となる図式を規定する目的で、図１Ａは指標基準線Ｉ₀、Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄、及び、Ｉ₅を含む。例えば、従来技術の装置は、指標線Ｉ₀からＩ₅上に送信ビームを順に発射し、それらは、送信走査線Ｔ_０、Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃、Ｔ₄、及び、Ｔ₅を生じる。図１Ａの実施例から分かるように、奇数の送信走査線Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃は、本発明の有益性により、無くなっている。

図１Ａの第１の送信励起は、送信走査線Ｔ_０に沿った送信ビームを生じる。２つの受信ビームが２つの受信走査線Ｒ_０-１及びＲ_０１に整列し、好適にはＴ_０の周りに対称に形成される。非対称の受信ビームの使用は本発明の精神及び視野の範囲内であることが理解される。同様に、第２の時間的に別個の送信励起は、送信走査線Ｔ₂に整列した送信ビームを生じる。２つの受信ビームが２つの受信走査線Ｒ₂₁及びＲ₂₃に整列して、好適にはＴ₂の周りに対称に形成される。好適な実施例では、受信走査線Ｒ₂₁は、受信走査線Ｒ₀₁と共直線性を有する。例えば図３に示される本発明の他の実施例では、そのような受信走査線は空間的に別個である。このシーケンスは、視野が順に走査されるまで続き、その後、要求に応じてそのシーケンスが繰り返される。連続的な走査は、サンプル値が必要に応じて有益に生成される本発明の後述する装置をより効率的に使用するので、ランダムな走査よりも好適である。

個々の受信ビームに関連する信号の干渉性サンプルが取得され、次に続く新しい干渉性サンプルの合成工程のために記憶される。

第１の合成走査線（第１のタイプ）Ｌ₀（送信走査線Ｔ_０と共直線性を有する）上の干渉性サンプルは、本実施例では、受信走査線Ｒ₀₋₁及びＲ₀₁に関連するデータを平均化することにより生成される。第２の合成走査線（第２のタイプ）Ｌ₁（受信走査線Ｒ₀₁及びＲ₂₁と共直線性を有する）上の干渉性サンプルは、本実施例では、受信走査線Ｒ₀₁及びＲ₂₁に関連するデータを平均化することにより生成される。このシーケンスは視野に渡って続く。このステージにおける合成走査線の密度は、送信走査線の密度の２倍である。

実際には、効率のため、第１及び第２のタイプの合成サンプルが同一の実施例で生成される。しかし、希望されれば、唯一の、又は、他のタイプの合成サンプルが生成されることが理解される。

例えば、第１のタイプの合成サンプルのような類似する追加のサンプルを、ここに識別される様々の種類の補間技術を利用して、Ｒ₀₋₁とＲ₀₁の間の他の複数の方位位置について計算することが可能であることが理解される。さらに、補外手法を利用することにより、Ｒ₀₋₁とＲ₀₁の間隔外において、合成サンプルを生成することができる。

第１及び第２のタイプの合成サンプルを生成する方法は、取得されたサンプルが受信走査線に対して整列していないことに起因する幾何学的歪みを補正するという基本的な利益を有する。図７は、図１Ａと同一の表示を多く有しており、さらに、取得されたサンプルの空間的軌跡を示す破線と、前述の合成走査線を示す実線が加えられている。取得されたサンプルが受信走査線上に位置すると推定されるならば、幾何学的歪みが明らかにされる。この推定及び結果として生じる歪みは、多くの従来技術のマルチビーム結像に内在する。本発明の好適な実施例で採用される平均化工程は、取得されたサンプルに関連する湾曲を相殺し、合成サンプルを合成走査線上に配置する。

B．合成開口走査
代替的な走査手法は、合成開口の使用を伴う。本発明の好適な実施例における合成開口は、以下の特徴を有する：
(１)変換素子のアレイを、送信及び／又は受信のための複数の独立又は実質的に独立のサブアレイに分割する。個々のサブアレイは、複数の変換素子により構成される。

(２)複数の送信／受信シーケンスを実行する。個々のシーケンスは１つの送信励起及び別個の送信／受信サブアレイの組を含み、その中で、複数のシーケンスの内の個々のシーケンスは、同一の送信走査線及び同一の受信走査線上にビーム生成を行う。

(３)個々のシーケンスについて、個々の別個の受信ビームに関連する干渉性サンプルを捕捉する。

(４)好適には加算又は重み付け加算により、個々の空間的に別個の受信走査線（図１B−１及び１Ｂ−２）に関連する全ての対応干渉性サンプルを結合する。

このようにして、例えば、個々のシーケンスが２つの送信励起を含むとすれば、その方法は、個々の受信走査線について２つの時間的に別個の受信ビームからの干渉性データの加算か、又は結合を伴う。送信又は／及び受信の電子チャンネルの数は効果的に増加し、送信又は／及び受信の変換器の開口が増加する。

合成開口走査は、例えば、Klahrの米国特許No．3,805,596、「高解像度超音波結像走査装置」、及び、Saugeonの米国特許No．4,733,562、「物体の超音波走査方法及び装置」に記載されている。また、合成開口走査は、IEEE会報、Vol．67、1979年4月に載せられた、Kinoの「非破壊的評価のための音波結像」、及び、Suttonの「水中における音波結像」に記載されている。

図１Ｂ−１及び１Ｂ−２は、本発明における合成開口手法の使用を示している（図１Ａと同種の図とするため、図１Ｂ−１が図１Ｂ−２の上に配置される）。第１の送信励起は、送信走査線Ｔ₀に整列された送信ビームを生じる。２つの受信ビームが、第１受信サブアレイを利用して受信走査線Ｒ^A _0-１及びＲ^A ₀₁と整列されるように形成され（上付き文字Ａは、第１送信励起後の捕捉を示す）、それらは、本発明では、Ｔ₀について対称に配置される。第２送信励起は第１送信励起と同一であり、同一の送信開口を含み、同様に送信走査線Ｔ₀に対して整列された送信ビームを生じる。２つの受信ビームは、第１及び第２のサブアレイを利用して、２つの受信走査線Ｒ^B _0-１及びＲ^B ₀₁に整列するように形成され、それらは、それぞれ受信走査線Ｒ^A _0-１及びＲ^A ₀₁と共直線性を有する（上付き文字Ｂは、第２送信励起後の捕捉を示す）。同様に、第３の送信励起は送信走査線Ｔ₂に整列した送信ビームを生じ、図１Ｂ−１及び図１Ｂ−２に従って、第１受信サブアレイを利用して受信走査線Ｒ^A ₂₁及びＲ^A ₂₃上で捕捉工程が行われる。これに続くのは第４の送信励起、及び、受信走査線Ｒ^B ₂₁及びＲ^B ₂₃上の捕捉工程であり、第２の捕捉に関する限りでは、再度、第２及び異なる受信サブアレイを第４の捕捉のために利用する。このシーケンスは、視野が走査されるまで続けられ、その後要求に応じて繰り返される。

受信走査線Ｒ_0-1に関連する信号の干渉性サンプルは、対応するサンプルＲ^A _0-1及びＲ^B _0-1を加算することにより計算され、同様に受信走査線Ｒ₀₁については、対応するサンプルＲ^A ₀₁及びＲ^B ₀₁を加算することにより計算される。それから、合成走査線に関する干渉性サンプルが図１Ａとの関係で説明され、図１Ｂ−１及び図１Ｂ−２について示したのと同様の方法で生成され、この好適な実施例においては、受信走査線 Ｒ_0-1及びＲ₀₁、Ｒ₀₁及びＲ₂₁、Ｒ₂₁及びＲ₂₃、Ｒ₂₃及びＲ₄₃、Ｒ₄₃及びＲ₄₅に関連するデータを平均化することにより生成され、それは、合成走査線上の合成された干渉性サンプルの完全な組が結合されるまで行われる。

合成された干渉性サンプルは、例えば、同一距離の干渉性サンプルを方位フィルタに通過させることによりさらに有益に処理することができる。好適な実施例では、主として線間の利得変動を除去し又は最小化するため、重み係数［０．２５、０．５、０．２５］の３タップフィルタが使用される。これは、また、図１Ａ及び１Ｂ−２にも模式的に示されている。

最後に、上述のように、合成サンプルは、合成開口手法を使用し、及び／又は、使用せずに生成することができることを記しておく。

C．方位において合成されるサンプル
もう一つの実施例は、方位の補間及び／又は補外により追加の合成サンプルを合成することを含む（第３のタイプの合成サンプル）。この実施例は、所望の第１及び第２の合成サンプルを活用する先行する実施例と併用することができる。好適な実施例（図１Ａ）においては、４つの近接する合成走査線の各々に関連する、同一距離のＩ及びＱサンプルを使用し、４つのサンプルの中心にある新たな合成走査線について、同様にＩ及びＱの形体で示される新たな１つのサンプルを補間する。２つの選択可能な有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタの内の１つが本実施例で使用され、一方のタップ係数は［０、０．５、０．５、０］であり、他方のタップ係数は［−０．０６４、０．５６４、０．５６４、−０．０６４］である。この工程は、結像の方位サンプル密度を２倍にする機会を提供し、後続の映像表示のための非線型検出及び走査変換に起因する歪み及びアーチファクトを最小化する。この第３のタイプの合成走査線は図１Ａ、１Ｂ−１、１Ｂ−２、２及び３に示される。線形信号処理の当業者には明らかなように、有利に使用できる多くの代替的補間フィルタ（異なるタップ数及び／又は異なる係数を使用）、及び、多くの補間係数（新たな合成サンプルを他の相対位置に配置するための）が存在する。加えて、追加の方位サンプルを生成するために使用可能な線形補間以外の補間計画も存在する。例としてのみ挙げれば、高速フーリエ変換による三角補間、スプライン補間、その他の計画を、方位サンプル密度を増加させるために使用することができる。

同様に、補外手法を使用して、例えば変換器の走査の端部で信号サンプルを生成し、サンプルの密度を増加させることも可能である。例としてのみ挙げれば、４つの近接する合成サンプルに対してフィルタ構成を使用して、補外により、方位に関して４つのサンプルの範囲外に位置する第５の合成サンプルを生成することができる。

D．距離において合成されたサンプル
好適な実施例のもう一つの観点は、距離（４タイプの合成サンプル）における補間及び／又は補外による、合成走査線上の追加の像サンプルの合成である。好適な実施例においては（図１Ａ）、個々の合成走査線上の距離における４つの近接するサンプル各々を使用し、４つのサンプルの中心に位置する新たな合成サンプルを補間し、その合成サンプルは同様にＩ及びＱの形態で示される。使用可能な補間フィルタのタップ係数は、方位フィルタのそれらと同一である。この工程も、結像のサンプル密度を、今度は距離において倍増させる。距離の補間及び／又は補外は、方位の補間及び／又は補外に使用可能なあらゆる手法により行うことができる。

好適な実施例の全ての合成処理が完了すると、その後、合成走査線に関連する個々のディジタル干渉性サンプルは、その干渉性の表示から、映像ラスター表示又は記録のために、従来の振幅検出され、対数圧縮された信号に変換される。干渉性の像サンプルを検出する工程は、サンプルを、表示又は記録装置のための選択の表示（通常は非干渉性）に変換する工程である。代替的な実施例においては、検出は、位相又は周波数からなり、又は、それを含み、若しくは、対数以外の圧縮曲線を含み、若しくは、近接する干渉性サンプルの処理を含むように構成することができる。その方法は、検出処理の選択を制限するものではない。

それに続く、検出されたサンプルを表示し、又は、記録する工程は、典型的には、（１次元又は２次元の）空間フィルタリング、時間フィルタリング（即ち、残像）、走査変換、及び、グレースケールマッピングを含むように構成することができ、その後、信号は映像表示装置又は記録装置へ送られる。これらの信号処理構成は、医療用超音波結像システムの表示用及び記録用サブシステムにおいて普通に使用される。本発明の方法は、同様に、検出された信号の表示又は記録のための処理工程の選択を制限するものではない。

要約すると、図１Ａ及び１Ｂに示す上述の好適な実施例は、合成走査線上に生成された４タイプの合成サンプルを含む。その第１のタイプでは、合成サンプルは、送信走査線と共直線性を有する合成走査線上に形成される。第２のタイプでは、合成サンプルは、２つの送信走査線間にある合成走査線上に形成される。第３のタイプでは、合成サンプルは、他の合成走査線間にあり、かつ、他のいずれの送信又は受信走査線とも共直線性を有しない合成走査線上に（方位補間を使用して）形成される。第４のタイプでは、追加の合成サンプルが距離において、合成走査線上に補間により形成される。

E．方位及び距離においてサンプルを合成する代替的実施例
第３のタイプの合成サンプル及び合成走査線は、代替的実施例によっても生成することができ、その代替的実施例は、従来の（信号送信ビーム及び信号受信ビームの）走査手法を利用する。これが、図２に模式的に示される。第３のタイプの合成走査線は、所定距離において方位的（横方向に）に補間された合成走査線として特徴づけることができる。なぜなら、それは、従来の（捕捉された）サンプル又は他の合成走査線（図１Ａ）上に生成されたサンプルの補間を通じて得られるからである。言い換えれば、第３のタイプ、また、第４のタイプの合成サンプルは、最初に、第１のタイプ及び／又は第２のタイプの合成サンプルを生成せずに生成することができる。さらに、例えばＦＩＲフィルタなどの適当なハードウエアを伴うことにより、第１、第２及び第３のタイプの合成サンプル、及び／又は、第１、第２、第３及び第４のタイプの合成サンプルが１つの処理により生成することができる。また、もう一つの代替実施例は、第１及び第２のタイプの合成走査線の計算を含むが、第３及び第４のタイプの合成走査線の計算は含まない、若しくは、第３及び第４のタイプの合成走査線の計算を含むが、第１及び第２のタイプの合成走査線の計算は含まないものとなることが理解される。

さらに、要約すると、(１)方位フィルタにより処理された合成サンプル、(２)合成位相変動の、距離に依存又は走査線に依存する位相補正を施された合成サンプル、(３)距離において補間された合成サンプル、(４)合成開口手法により構成された合成サンプル、を含む上記全てのタイプの合成サンプルは、重み付け加算（実数又は複素数の重み）、及び／又は、他の補間、及び／又は、補外、及び／又は、捕捉され及び／又は合成された干渉性サンプルを使用する他の結合手法により生成される。

線形補間のためには、重み付け及び加算は、幾つかの異なる手法に分解され、異なる数の別個の工程に分解される。例えば、図１Ａの方位フィルタリング処理は、方位補間及び／又は距離補間処理の前、後、又は、それと同時に起き得る。同様に、以下に説明される位相整列器によるものの如き系統的位相変動の位相補正は、例えば、第１、第２及び第３のタイプの合成サンプル生成とともに、受信走査線上の受信サンプルの組になった結合に含めることができる。これは、加算に先行する、Ｉ及びＱデータ（Ｉ及びＱ信号が、夫々複素信号の実数及び虚数成分として扱われる場合）の複素的重み付けを意味する。本発明の好適な実施例における線形信号処理工程の詳細な分解は、導入の効率のために選択されるものであり、その方法についての制限ではない。好適な実施例のさらなる一般化は、また、新たな干渉サンプルを合成するための、３以上の別個の受信ビームと関連する干渉性サンプルの重み付け及び加算を含み、そのような重み付け及び加算処理は同等の手法により組織化し、順序化することができる。

III．好適な実施例の数学的処理
超音波結像に普通に適用される条件下では、複素結像工程は、結像システムの点広がり関数と、対象フィールドとのたたみこみ（即ち、フィルタリング）工程としてモデル化することができる。

ここで、ｉ(u)は像のフィールドであり、ｏ(u)は対象物のフィールドであり、Ｐ_tr(u)は点広がり関数（送信及び受信開口の両方に依存する）であり、*はたたみこみ処理を示す。より完全なモデルは３次元のたたみこみを含むが、ここでは簡単のため方位応答（u）のみ考慮する。また、方位において、点広がり関数Ｐ_tr(u)は、ここでは夫々Ｐ_t(u)及びＰ_r(u)で示される送信点及び受信点の広がり関数の積として近似することができることが知られている。従って、

好適な実施例の第１のタイプの合成走査線を考える。それは、送信走査線上に送信ビームを発生し、それから、受信走査線を送信走査線に対して対称に位置する２つの受信走査線上で受信し、その後、２つの受信走査線に関連する信号を平均化する。簡単のため、２つの受信ビームは、方位方向の移行以外は同一であると仮定する。有効な点広がり関数をこの工程にこのように関連付ける：

ここで、u_rは受信走査線の間隔とする。さて、好適な実施例の第２のタイプの合成走査線を考える。それは、同一の受信ビームを２度受信することにより形成され、それぞれの受信は異なる送信事象に関連し、よって、２つの送信走査線は受信走査線に対して対称に位置する。再度、簡単のため、２つの送信ビームは、方位方向の移行以外は同一であると仮定する。同様に、有効な点広がり関数をこの工程にこのように関連付ける：

ここで、u_tは送信走査線の間隔とする。最後に、好適な実施例の第３のタイプの合成走査線を考える。それは、２つの近接する往復走査線に関連するサンプルを平均化し、新たなサンプルを２つの原走査線間の中途に位置するもう一つの走査線と関連付けることにより形成される。再度、簡単のため、２つの往復ビームは方位方向の移行以外は同一であると仮定する。同様に、有効な点広がり関数は、この工程に以下のように関連付けることができる：

ここで、u_trは往復走査線の間隔とする。

また、独立変数を正しく基準化すると、方位の点広がり関数は、フーリエ変換を通じて開口関数と関連することが周知である。よって式（５）は、以下のことを示す：

ここで、Ａ_t（x）は送信開口、Ａ_r（x）は受信開口である。Ａ_tr（x）は、いわゆる往復開口であり、xは開口に沿う座標位置を示す。

再度、第１のタイプの合成走査線を考える。式（６）は、以下のことを示す：

同様に、第２のタイプの合成走査線は、式（７）により示される有効な開口と関連付けることができ：

最後に、第３のタイプの合成走査線は、式（８）により示される往復開口と関連付けることができ：

ここで、λはキャリア周波数の波長であり、ｚは関心のある距離である。

式（１０）から（１２）には、２つの重要な特性がある。先ず第１に、そのように生成された合成走査線は操舵エラーを示さず、第１のタイプの合成走査線に関連する開口は、送信開口上にコサインアポダイゼーションを有し、第２のタイプの合成走査線に関連する開口は、受信開口上にコサインアポダイゼーションを有し、第３のタイプの合成走査線に関連する開口は、往復開口上にコサインアポダイゼーションを有する。第２に、それらのコサインアポダイゼーションは、以下の条件の時に厳格にポジティブである：

当然、これらの不等式は、関連する開口が零でない重みを有するxの値に当てはまる。また、不等式は独立であり、それは、一つには、送信及び受信開口が同一の距離を有することを必要としないことを意味する。これは、本発明の、より一般的な実施例のための他の計略を意味している。

IV．より一般的な実施例
超音波結像の当業者に周知のように、式（４）に示されるフィルタリング工程は、式（５）の点広がり関数に関連する有限開口のため、有効に像のフィールドを帯域制限する。それは、周知のナイキストの標本化定理に従って像の完全な理論的再構成を許容する走査線の間隔が存在することによる。例えば、距離ｚにフォーカスされ、有限幅X_tの活性状態の送信開口から生成された送信ビームは、対称のフィールドの適当な音波印加のための必要条件として、zλ／X_tより微小な間隔で配置されなければならない。ここで、ｚは送信走査線に沿った変換器アレイからの距離であり、λはキャリア周波数の波長である。同様に、距離ｚにフォーカスされ、有限幅X_rの活性状態の受信開口から生成された受信ビームは、対象のフィールドの適当な標本化のための必要条件として、zλ／X_rより微小な間隔で配置されなければならない。最後に、ある者が、送信開口及び受信開口のたたみこみにより与えられる所謂往復開口を考えたとすれば、走査線の間隔に制約される第３の標本化間隔を有する。それらは、zλ／（X_t＋X_r）より微小なサンプル間隔で配置されなければならない。対象のフィールドのロスの無い音波印加及び標本化を行い、開口及び選択された周波数において、関心のある距離で捕捉された全ての方位情報を保持するためには、それら３つの制約全てが満たされなければならない。式（１３）は、本発明の好適な実施例に関する、これらの制約の代替的な提示である。

送信及び受信走査線の間隔については、固定された連係の要求は無く、その連係は、送信及び受信開口が独立に制御される場合には有益である。また、送信ビームと受信ビームとが結合される方法についての制約も無い。好適な実施例においては、送信ビームと受信ビームを以下の方法で結合することが有益である：(１)前述の幾何学的歪みを、特に医療用超音波のｆ値の低い結像のために、最小化し、(２)必要な計算及びメモリの要求を最小化し、データ捕捉順序を便利に活用する。しかし、これらの選択は、その方法の普遍性に対する制約であるとは解釈すべきでない。

A．非整列の受信走査線を利用したサンプル合成方法
図１Ａは走査の筋書を概念的に示すものであり、そこでは、送信走査線Ｔ₀及びＴ₂の周りの受信走査線間の間隔を、受信走査線Ｒ₀₁及びＲ₂₁が空間的に整列するように示されているが、これは要求されない。例えば、図３の如き構成も可能である。この例では、Ｒ₀₁及びＲ₂₁は空間的に整列してはいないが、それらはなお有益に平均化され、この例では、図示のようにＬ₁における受信走査線間の如き幾何学的歪みの無い走査線の中途点を有する。そのような構成は、捕捉されたビームの選択により大きな自由を与える。これは、受信及び送信開口が連係される必要がないことを考えると、大きな自由度である。しかし、結果として生じるこれら２つの合成走査線タイプの間隔は、常に、近接する送信走査線の間隔の半分であり、近接する受信走査線の間隔とは独立である。また、図３の合成走査線は、合成開口走査により捕捉することができる。

B．２以上の別個の受信ビームを使用するサンプル合成方法
第１及び第２のタイプの合成走査線の一方又は双方に適用可能な、好適な実施例のもう一つの一般化は、別個の２以上の受信走査ビームからのサンプルを使用し、合成走査線上に新たなサンプルを合成することである。実際、好適な実施例の一部として、３タップの方位フィルタを使用することは、間接的にこの結果を達成する。なぜなら、３つの重みは、別個の６個の受信ビームからのサンプルを使用して生成された３個の合成走査線上のサンプルを含むからである。より一般的なアプローチは、式（１３）により与えられるようなナイキスト間隔で配置されたより多数の区別された受信ビームを使用することにより、合成走査線を任意の精度で補間することが可能であるとの認識により誘導される。

C．複数の同時送信／受信ビームを使用するサンプル合成方法
好適な実施例の更にもう一つの一般化は、１以上の同時に励起される送信ビーム、及び／又は、２以上の同時に捕捉される受信ビームを使用することである。本発明の合成線走査は、別個の受信ビームの重み付けされた干渉性加算、及び／又は、上述の他の結合であり、それら各々は、１以上の送信ビームと関連付けられて、非常に多数の別個の送信−受信組を形成する。これは、以下のように、式（９）に基づく重み付け干渉性加算を使用することにより一般化することができる：

式（１４）においては、概念的開口Ａ_tr（x）と関連付け可能な合成走査線の生成に伴う、Ｎ個の別個の送信−受信組が存在する。同様に、Ｎ個の重み係数ａ_nが存在するが、加算における別個の受信ビームの数と同じ数の別個の係数のみが存在することが可能である。また、式（１４）は、加算される走査線に関連する別個の送信及び受信アポダイゼーションを含めることにより好適な実施例を一般化する。送信及び受信位相の傾斜、ｋ_n及びｉ_nは、送信及び受信走査線の間隔に起因する位相シフトを考慮している。ナイキストの定理の如き標本化定理は対象フィールドの損失の無い標本化のために必要な最小標本化間隔を指示するが、合成走査線を形成するためには、この標本化密度を達成することは必ずしも必要ではない。ある程度のアンダーサンプリングが、特にそれが視野全体に渡る、より高速な走査をもたらす場合には、許容される条件が存在する。

好適な実施例に含まれる、第１、第２及び第３のタイプの合成走査線は、式（１４）の特別な場合であり、位相補正、合成開口走査、及び、方位フィルタリングを伴うそれらの合成走査線を含んでいる。また、式（１４）は合成走査線に付随する根本的な原理の単純な解釈を示唆している：個々の合成干渉性サンプルは開口と関連付けることができ、その開口は、成分のサンプルの捕捉に伴う、コンボルブされた送信及び受信開口の重み付けされた重ね合わせである。

D．近接補間、六方標本化、その他の手法を使用するサンプル合成方法
上述の方法は、１次元の（方位又は距離が独立に採用される）処理及び分析的手法による。それらの手法には、２次元又は３次元の処理及び分析的手法を利用する拡張があり、その処理及び分析手法は当業者に既知である。そのような手法は、例えば、Dudgeon及びMersereau、Prentice−Hall、1984の、「多次元信号処理」に記載されている。それらは、以下に示すように、六方標本化、及び、２次元及び３次元の補間及び補外手法を含んでおり、その手法により、同一でない距離に位置する捕捉されたサンプルから、例えば、第１、第２及び第３のタイプの合成サンプルを生成することが可能である。また、そのような手法は、新たなタイプの合成サンプルを生成すること、特に、３次元の結像へ高めることを許容する。

２次元及び３次元の結像のための方法の一つの代替的実施例は、サンプルの生成を通じてサンプルの密度を増加することを含み、生成されるサンプルは、距離方向にも方位方向にも整列したものでなく、これらの方向に両方に対してある角度を有する。従って、データのフィールドを使用すると、図９Ａのリニア走査フォーマットのために示されるように、距離又は方位方向以外の方向に上述のあらゆる補間及び／又は補外手法を利用して追加のサンプルを合成することができる。図９Ａの例Ｉは４個の合成サンプルを選択しており、これらは距離及び方位方向に角度を有するように整列されている。これら４個のサンプルを補間手法を使用して結合して、新たな合成サンプルを生成することができる。例ＩＩは、４個の捕捉されたサンプルがそれら４個の間の合成サンプルの補間に使用されることを除き、例Ｉと類似する。例ＩＩＩは、上記と類似するが、捕捉され及び／又は合成されたサンプルの近傍を利用し、それらから、例えば補間により追加の合成サンプルを生成する。

近傍は、２次元結像については距離及び方位双方への広がりを有し、３次元結像については、距離、方位及び高度（距離及び方位の両方に垂直）への広がりを有する空間である。

例ＩＩＩにおいては、合成サンプルは、近傍に位置する、(１)捕捉サンプルのみ、若しくは、(２)他の合成サンプルのみ、若しくは、(３)捕捉サンプル及び合成サンプルの両方を使用して生成することができ、近傍は２次元又は３次元に配置されている。３次元の近傍は、例えば、図９Ａに示す２つの平行なアレイにより生成することができ、アレイ１及びアレイ２の面内にサンプルを捕獲する。

サンプル密度を増加させる方法の別の実施例は、六方標本化によるものである。２次元の六方標本化手法は、例えば、図９Ｂにさらに示される図２の実施例と共に使用することが可能である。六方標本化を使用すると、受信走査線の間隔が約１４％大きくなるので、目標が約１４％早く走査できる。補間及び／又は補外手法により、六方走査手法（図９Ｂの例Ｉ）により収集された捕捉サンプルを使用して合成サンプルを生成することができ、その結果、捕捉及び合成サンプルの密度は、図９Ａに示す非六方手法と同様になるが、より速い速度で得られる。

この方法のさらに別の実施例は、３次元の像を２次元アレイを使用して走査することを含む。第１及び第２のタイプの合成サンプルの使用が２次元の像の視野を走査するのに要する時間を半分にするのと同じように、同様の処理の使用は３次元の像の視野を走査するのに要する時間を４分の１にする。この実施例においては、送信走査線の密度は、矩形のグリッド上で、方位及び高度の方向に、係数２により減じられ、個々の送信励起に、例えば、８個の受信ビーム上のデータが後続する。これら８個の受信ビームは、８個の受信走査線に整列し、また、同様に矩形のグリッド上で、個々の送信走査線に対して対称に向けられる。２次元の場合と同様に、合成走査線上の干渉性サンプルは、別個の受信ビームからのサンプルを結合することにより生成される。また、送信走査線を六方標本化のために配向することができ（矩形のグリッド上でではなく）、それは、より大きな走査線の間隔を許容し、視野を走査するのに要する時間をさらに短かくする。合成開口の導入及び複数の送信ビームの使用を含む、３次元走査の方法の他の拡張は、当業者に理解される。

E．走査変換手法を利用するサンプル合成方法
好適な実施例の連続的処理が図８Ａに示される。その実施例は、連続的に、先ず、受信走査線に整列した１以上の受信ビーム上に超音波信号の干渉性サンプルを捕捉することを含む。これが達成されると、次に、上記の手法を使用して、合成走査線上に合成サンプルが生成される。これは、第１、第２、第３及び第４のタイプの合成サンプルを含む。これらのサンプルは全て干渉性を有する。合成サンプルの生成に続いて、合成サンプル、及び、希望されれば捕捉サンプルが、非干渉的工程により検出される。検出に続いて、映像表示のために適当なフォーマットのデータとするために、サンプルは走査変換される。最後に、データは、可視的な像として表示される。走査変換は既知の手法であり、例えば、セクタ走査フォーマット（図６Ａ）に関連する第１の座標系から、ラスタ映像表示に関連する第２の座標系へのデータ変換に含まれる。例としてのみ挙げると、以下の論文及び特許は走査変換を達成する方法を記載している：
Steven C. Leavitt, Bary F. Hunt, Hugh G. Larsen の Hewlett-Packard Journal, October 1983, Vol. 34, No. 10, PGs. 30-34, 「超音波像の表示のための走査変換アルゴリズム」、
米国特許No．4,191,957、「極記録フォーマットを使用し、回転場面からレーダーデータを処理する方法」、1980年5月4日発行、発明者、Jack L. Walker, Walter G. Carrara、
米国特許No．5,318,033、「位相アレイ結像システムのフレームレート及び解像度を増加する装置及び方法」、1994年6月7日発行、発明者、Bernard J. Savord。

図８Ｂは、合成サンプルを生成する代替実施例を示す。図８Ｂにおいて、合成走査線上に干渉性サンプルが生成された後、合成サンプル、及び、希望されれば捕捉サンプルが、検出の前に干渉性手法により変換される。走査変換後、検出工程において非干渉性処理により検出され、その後表示される。

図８Ｃに示す本発明のさらに他の実施例によれば、捕捉サンプルが干渉性手法により走査変換される。その後、走査変換された合成サンプルが種々のタイプの合成標本化手法により生成される。合成サンプル、及び、希望されれば原走査変換サンプルは、その後非干渉的に検出され、視覚的に表示される。図８Ｂ及び８Ｃの実施例に関しては、走査変換及び合成サンプル生成は同時の処理で生じるようにすることができることが理解される。従って、例えば、走査変換の際には、サンプルを１の座標系から他の座標系に移動するのみならず、変換中に追加のサンプルを生成し、サンプル密度を増加させることもできる。

V．干渉性サンプルの合成装置
図４Ａは、本発明とともに使用可能な多くの超音波ビーム生成器の一例である。このシステムは以下に記載され、また、上述の係属中の出願にも記載され、それらの出願は本出願の譲受人に譲渡され、ここに参考文献として挙げておく。図４Ａは、位相アレイ結像システムのビーム生成素子のブロック図である。代替的なビーム生成器の例は、上記のO’Donnellの米国特許No．4,886,069に記載されており、それはディジタル信号のベースバンド処理を利用する。例としてのみ挙げると、本発明で使用可能な追加のビーム生成器は、以下の米国特許に記載されたシステムを含む：
米国特許番号 タイトル 発明者
4,809,184 位相アレイ干渉 Matthew O’Donnell
結像装置の完全 Mark Magrane
なディジタルビーム
形成方法及び装置
4,839,652 高速ディジタル位相 Matthew O’Donnell
アレイ干渉結像 William E. Engeler
システム Thomas L. Vogelsong
Steven G. Karr
Sharbel E. Noujain
4,983,970 ディジタル位相アレイ Matthew O’Donnell
結像装置及び方法 William E. Engeler
John J. Bloomer
John t. Pedicone
5,005,419 干渉結像システムの Matthew O’Donnell
装置及び方法 Kenneth B. Welles, II
Carl R. Crawford
Norbert J. Plec
Steven G. Karr

好適な実施例はディジタル受信ビーム生成器を使用し、そこにおいては、個々の活性素子、例えば、変換器アレイのXCDR J（図４Ａ）からの戻りエコーに対応する電気信号が、個々のチャンネルに関連するアナログ−ディジタル変換器１３により、Ｎチャンネルの各々において同時にディジタル化されるが、本発明は、他の構成に対しても同様に組み込むことができる。しかし、図１Ａ、１Ｂ−１、及び、１Ｂ−２の実施例を支持する構成は、送信ビーム毎に２つの受信ビームを同時に捕捉する能力を支持する必要がある。根本的な要求は、例えば図４Ａに２ａ及び２ｂに指定され、好適にはディジタルの形態である、個々の別個の受信ビームに関連する信号の干渉性表示を捕捉し、記憶する手段が存在することである。複数のビームを捕捉するための、ディジタルでなくアナログのビーム生成器を有する他のビーム生成器は、デジタイザの追加により干渉性の出力信号を捕獲するように変形することができ、それゆえここに示される発明に適切なものとすることができる。

図４Ａの変換器アレイ１は、非常に多くの素子XDCR １−XDCR Nを備え、それらの数は１２８又はそれ以上である。

図４Ａに示すビーム生成素子は１チャンネルについて示されている。図４Ａに示される他の全てのチャンネルも同様である。デマルチプレクサ３、マルチプレクサ４、加算器１６、及び、中央制御ブロック１８及び１９は、全てのチャンネルに関連する。

ディジタル送信ビーム生成器の個々のチャンネルは、送信フィルタ５、ディジタル変調器６、及び、ディレイ／フィルタ７により構成される。送信フィルタ５は、送信すべきパルスの複素エンベロープを示すようにプログラムされる。ディジタル変調器６は、複素エンベロープを送信周波数にアップコンバートし、適当な位相及びアポダイゼーションを提供する。ディレイ／フィルタ７は、スプリアスレスポンスを抑制するため、フォーカス及びフィルタリングのディレイの大きさを提供する。

個々のチャンネルの送信器は、ディジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）８、及び、送信アンプ９を備える。ＤＡＣ８は、送信波形のディジタル信号をアナログ信号に変換する。送信アンプ９は、送信パワーレベルを設定し、高電圧パルスを発生して、送信ビームの生成のために変換器アレイ１の接続された素子を駆動する。パルスは、送信デマルチプレクサ３を通じて、接続された変換器素子への経路が定められている。合成開口走査を支持するため、個々の送信アンプ９はアレイ内の１以上の素子に接続することができる。

個々のチャンネルの受信器は、受信アンプ１２により実行され、その受信アンプ１２は変換器アレイ１の１の素子からの信号を増幅し、それをアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）１３へ供給する。選択される素子への接続は受信マルチプレクサ４により行われ、それは同様に受信のための１以上の素子を選択し、合成開口走査を支持する。ＡＤＣ１３は、個々の受信信号をディジタル表示に変換し、その出力はディジタル受信ビーム生成器に送られる。

ディジタル受信ビーム生成器の個々のチャンネルは、フィルタ／ディレイ１４及びディジタル復調器１５を備える。フィルタ／ディレイ１４は、スプリアスレスポンスの抑制とフォーカスのための遅延を提供する。ディジタル復調器１５は、位相制御、アポダイゼーション、及びベースバンドへの回転を提供する。複数の受信ビームを生成する能力は、フィルタ／ディレイ１４及びディジタル復調器１５により実行される。これらの処理素子は、サンプル毎に時分割多重され、１の入力信号から２の出力信号（２つの受信ビーム夫々の上の信号に対応する）を計算する。２つの出力信号はこのようにサンプル毎に時間的にインターリーブされ、そこでは個々のサンプルはＩとＱの組である。そのような時分割多重は、例えば、４、６、８、その他の受信ビームに関連する２、３、４、その他の送信ビームの信号処理を達成する。

受信ビームを生成するための残りの信号処理は、ディジタル加算器１６及び受信フィルタ１７により提供される。加算器１６は、同様に処理された受信信号を加算し、その受信信号は同様にインターリーブされ、変換器アレイの他の素子に接続された全てのチャンネルから提供されるものである。受信フィルタ１７は、個々の捕捉ビームに関連し、時間的にインターリーブされた信号の表示を処理するように組織され、これらの信号のプログラム可能な受信応答整形を提供する。

上述の実施例については、１７ａにおける受信フィルタ１７の出力は、上記のように、単一の信号送信励起に起因し、空間的に別個の受信ビームに関連する干渉性サンプルを含む。捕捉ビームの組に関連する、時間的にインターリーブされた信号の表示は、以下のようである：

ここで、添字ｎは別個の受信ビームを示し、添字ｋはサンプルが採取された、別個の距離を示す。

ビーム生成の制御機能は、２つの中央制御ブロックに模式的に示される。ブロック１８においては、捕捉プロセッサはシステムの他の部分と通信し、高レベルの制御とフレームパラメータのダウンロードとを提供する。フォーカスプロセッサは、送信及び受信ビーム生成器に必要な動的遅延及びアポダイゼーション値を計算し、ディジタル受信ビーム生成器を制御して２つの同時受信ビームを生成する。

制御ブロック１９は、前置制御機能を模式的に示す。それは、送信及び受信アンプ９及び１２のための利得及びバイアスレベルを設定する。周波数発生器は、ＡＤＣ１３及びＤＡＣ８の標本化クロックを含む全ての必要なクロック、及び、他のディジタル回路のためのクロックを提供する。また、制御ブロック１９は、合成開口走査のために前置マルチプレクサ４を配置する。

線路１７ａ上の信号の、線に依存し、及び、距離に依存する位相補正は、図４Ｂ−１に示す位相整列器２０により行われる。１つの実施例では、補正データは予め計算され、位相整列器の制御部２３の補正データメモリ２１に記憶される。補正データは、ディジタル受信ビーム生成器によりデータが供給されるのと同一の時間的にインターリーブされた順序で、補正データメモリ２１から読み出され、別個の受信ビームに関連するデータの補正に適用される。複素マルチプレクサ２２により行われた計算は、個々の複素サンプルの相回転を生じ、そこでは、個々のサンプルは複素数で示され、その複素数中、Ｉは実部であり、Ｑは虚部である。位相補正θについては、位相整列器２０の出力の実部はＩ・cosθ−Ｑ・sinθであり、虚部はＱ・cosθ＋Ｉ・sinθである。

図１０に示される、位相整列器Ｒ−２５２、及び、そのベースバンドプロセッサ制御部Ｃ−２７０内の制御は、以下のようである。ここに記されるように、位相整列器Ｒ−２５２及びその制御部は、（1）線間アポダイゼーション変動、走査幾何学形状、及び、非整列の実効送信及び受信原点に起因する位相差を補正するために必要な、走査線に依存し、及び、距離に依存する信号位相調整、（2）走査線毎の異なる送信周波数に起因する位相差を補正するための、信号の再変調（周波数整列）、（3）走査線毎の利得調節、に備えるものである。送信及び受信ビーム生成において、走査線間の調整可能周波数モードを使用する利点は、グリッドのローブの減少である。

位相整列器Ｒ−２５２の複素マルチプレクサＲ−２５４は、図４Ｂ−１について説明した複素マルチプレクサ２２と実質的に同一である。

位相整列器は、ベースバンドプロセッサ制御部Ｃ−２７０（図１０）に含まれる制御機能を含む。ベースバンドプロセッサ制御部Ｃ−２７０では、走査線間又はビーム間利得調整値、及び、位相調整値は、時間的にインターリーブされた態様で生成される。上述のように、位相補正及び調整値は、以下のものを含む位相項の和である：（1）走査線間アポダイゼーション変動による位相差を補正するために必要な位相調整項、及び、非整列実効送信及び受信原点（走査線間に依存し、及び、距離に依存する位相調整項）を生じる走査幾何形状、（2）個々のラインが共通のキャリア周波数を使用したにも拘わらず、信号の再変調に必要な位相項。ここに説明されるように、周波数計測因子及び周波数副尺因子を使用すると、個々のビームは異なるキャリア周波数を有する。従って、位相整列器は、ビーム間の再変調を提供し、その結果、全てのビームがキャリア周波数の変動に対して調整される。

動作においては、走査フォーマット幾何パラメータ、散在する走査線利得及び遅延値、補間定数及び非整数間引き係数を含むソースデータセットは、中央制御部からベースバンドプロセッサ制御部Ｃ−２７０へダウンロードされる。加えて、中央制御部の周波数輪郭生成器内で使用される周波数パラメータは、ベースバンドプロセッサ制御部Ｃ−２７０へダウンロードされる。

図１０のベースバンドプロセッサ制御部Ｃ−２７０は、利得及び位相ＲＡＭＣ−２８０、中央制御部から予め計算され記憶されたライン補間係数（α_line）を供給されるライン補間器Ｃ−２８２、及び、距離アキュームレータＣ−２８６を有する距離補間器Ｃ−２８４を備え、その距離アキュームレータは有理間引き係数Ｌ／Ｍ及び位相ゾーン幅を供給され、それら両方の値は中央制御部により予め計算され、記憶されている。

代替的に、距離補間／補外器Ｃ−２８４は、プログラム可能な補間／補外係数を供給され、それらは、例えば、（1）予め計算されて中央制御に記憶され、又は、中央制御により計算され、若しくは、（2）係数発生器によりベースバンドプロセッサ制御部Ｃ−２７０内で計算されたもののいずれかである。

ベースバンドプロセッサ制御部Ｃ−２７０は、再変調周波数プロセッサＣ−２９２を有し、それは好適には二重位相アキュームレータとして実行される。二重位相アキュームレータは、位相調整値を計算して線間周波数差を補正し、それにより、全ての走査線に渡って共通のキャリア周波数が使用されているにも拘わらず、信号を再変調する。

中央制御部からは、走査線間の周波数差（デルタ周波数値）を示す、予め計算され、予め記憶された値が、再変調周波数プロセッサＣ−２９２へ送られる。これらの周波数差値は、周波数及び周波数傾斜に基づく。従って、走査線間の周波数差及び経時的な周波数輪郭の変化率の差は、２つの走査線のための中央制御部から、ベースバンドプロセッサ制御部Ｃ−２７０へダウンロードされる。これらの値は、捕捉プロセッサにより、記憶されたパラメータに基づいて、かつ、現在使用されている特定の有理変換係数Ｌ／Ｍと独立に計算される。プロセッサＣ−２９２の第１アキュームレータは、走査線間の周波数輪郭の経時的な変化率を累積し、第２のアキュームレータは、走査線間の経時的な周波数差を累積する。経時的な周波数輪郭の変化率に差が無ければ、第１アキュームレータは何も動作を行わない。走査線間の周波数の変化率に差が無ければ、第２アキュームレータのみが経時的な周波数差を蓄積し、調整的再変調位相値を生じる。

走査線間アポダイゼーション変動による位相調整、非整列の送信及び受信原点を生じる走査幾何形状、及び、信号を実行的な共通キャリア周波数に再変調することによる位相調整は、加算器Ｃ−２８８において加算され、その加算された位相値はその後ルックアップテーブルＣ−２９０において、サイン及びコサイン表示に変換される。ルックアップテーブルＣ−２９０の機能の一部として、利得にサイン及びコサイン表示が乗算される。この値は、複素マルチプレクサＲ−２５２に供給される。

本発明の視野内において、ベースバンドプロセッサ制御の他の実施例が可能であることが理解される。

上述のように、位相整列器Ｒ−２５２は、干渉性信号とサンプルの関係が走査線間で維持されることを確実にする。戻り信号のサンプルが線間で位相及び振幅について補正されるように、十分な情報が記憶され、保存され、又は、維持された場合、ビームからの信号の送信サンプル、及び、エコー又は受信サンプルは、干渉性を有すると定義される。基準に対して十分な情報が維持される限り、実際に位相及び振幅の補正を行う工程が開始されていることは必要ではない。

信号サンプルが干渉的に処理される場合、処理は十分な情報を維持し続け、後の時間において位相及び振幅の補正を実行する。２以上のサンプルが干渉的に処理される場合（例えば、干渉的に加算される）、位相及び振幅の整列に必要な位相及び振幅の補正は、それ以前に実行されていなければならない。

位相整列器２０又はＲ−２５２の如き位相整列器の出力は、依然として、２つの空間的に別個の受信ビームに関連する干渉データを含む時間的にインターリーブされたフォーマットの状態で、開口／ライン合成器２５に供給される。システムが合成開口モードで動作していない場合、又は、データが、合成開口モードのための複数の送信励起の第１に関連する場合、そのデータは、変更なく合成開口加算器２６を通過し、ラインメモリ２７に記憶される。第１送信励起後の、合成開口モードのための複数の送信励起に関連する入力データは、サンプル毎に、ラインメモリ２７からの対応するデータと加算される。これらの対応するデータは、入力データとして、同一の２つの空間的に別個の受信ビームに関連する干渉データを含み、時間的にインターリーブされたフォーマットである。

合成開口加算器２６の出力は、それゆえ、同一の２つの空間的に別個の受信ビームに関連し、複数の送信励起に渡って累積された干渉データを含み、時間的にインターリーブされたフォーマットである。

合成開口加算器２６の出力は、デュアルライン合成器２８の入力へ与えられる。システムが合成開口モードで動作していない場合、デュアルライン合成器２８は、ＳＡ Ｉ／Ｑ出力バス２９に接続された入力の全てのデータを処理することが可能である。そうでない場合、デュアルライン合成器２８は、合成開口加算器２６の出力が、合成開口励起シーケンスの最後の送信励起に続く加算に関連する場合にのみ、それらのデータを処理することが可能となる。

デュアルライン合成器２８は線路５５を通じてコントローラ５５４により制御され、２つの処理機能を実行する。第１に、それは本発明の１以上の好適な実施例に従って、組になった形態の別個の受信ビームの干渉性サンプルを平均化する。第２に、それは、３タップフィルタを用いて、干渉性サンプルを方位においてフィルタリングする。これらの処理機能は、いずれの順序においても、また、組み合わせ及び／又は同時の手法によっても実行することができる。

上記の２つの処理機能は、好適な実施例においては、上記の２つのより単純なフィルタのたたみこみと等価な４タップフィルタを使用して実行される。この４タップフィルタは、例えば、タップ係数［１、３、３、１］により特徴付けられる。デュアルライン合成器２８における処理は、その出力における干渉データが、ディジタルビーム生成器の出力と同一の時間的にインターリーブされたフォーマットとなるように組織化される。しかし、デュアルライン合成器２８の出力３３における干渉データは２つの空間的に別個の合成走査線（各々、受信及び送信走査線から空間的に別個の）に関連するのに対し、ディジタルビーム生成器の出力１７ａは２つの空間的に別個の受信走査線と関連する。

特定の実施例において、この機能を実行する手段が、図５に詳細に示される。この特定の実施例において、２つの合成走査線のサンプルを計算するために、５つの受信走査線からの対応するサンプルを使用する処理が行われる。これら５つのうち、２つは合成開口加算器２６から２９において供給され、残りの３つはラインメモリ２７から３０において供給される。このように、メモリは、加算回路より高いレートで動作する。なぜなら、開口／ライン合成器２５に入力され、出力される個々の２ライン毎に、２つの走査線を記憶し、３つの走査線（又は、合成開口走査を行う場合は５つの走査線）にアクセスしなければならないからである。このレート差により、デュアルライン合成器２８の３つの入力段は、メモリＩ／Ｏバスの３０に現れるＩ及びＱサンプルを記憶する保持レジスタ３１を有する。加算器３２及び２を乗算する乗算器は、タップ係数［１、３、３、１］の４タップフィルタを実行するアレイを形成する。入力データ及び制御は、出力データシーケンスを実行するように組織化され、そのシーケンスは、この重みベクトルの内積のシーケンスとして、及び、以下に示される入力データベクトルのシーケンスとして示される：

以前の場合と同様に、添字ｎは別個の受信走査線を示し、添字ｋはサンプルが採取された別個の距離を示す。これらのデータは、３ビット分の位置だけ右にシフトされ、デュアルライン合成器２８の出力３３において最後の８による除算を実行する。

開口／ライン合成器２５の出力３３は、１又は２のタイプの合成ラインにより構成される。その方法において、先行し、同時に行われ、又は、後続する他の工程は、方位方向の補間（図４Ｂ−２）による追加の干渉性像サンプルの合成（これらのステップは先行する検出であるので）であり、例としてのみ挙げれば、前述のあらゆる手法を使用する。好適な実施例においては、４つの近接する合成走査線の各々に関連するＩ及びＱのサンプルは、その４つの中心に位置し、同様にＩ及びＱで示される新たな合成走査線上の補間に使用される。好適な実施例では、２つの選択可能なフィルタの内の１つが使用され、一方のタップ係数は［０、．５、．５、０］であり、他方のタップ係数は［−．０６４、．５６４、．５６４、−．０６４］である。この工程は方位方向のサンプル密度を倍増し、後続の映像表示のための非線形検出による歪み及びアーチファクトを最小化する。

方位／距離補間器４０に与えられる第１及び第２のタイプの合成サンプルは、合成ラインメモリ４１に記憶される。そのデータは合成ラインメモリ４１から検索され、方位保持レジスタ４２に記憶され、そのレジスタの機能は、データを再整理し、それを方位補間フィルタ４３へ以下のシーケンスで与えることである：

ここで、添字ｎは別個の合成走査線を示し、添字ｋはサンプルが採取された別個の距離を示す。ブロック４３の方位補間フィルタは４タップのフィルタであり、その出力は、第１及び第２のタイプ（サンプルが無変化で通過した場合）、及び／又は、第３のタイプ（補間フィルタリングが施された場合）の合成走査線のサンプルを含む。ブロック４３の方位補間フィルタの出力は、同時刻の２つの合成走査線のデータを含み、以下のように組織化される：

ここで、分数の添字ｎは、第３のタイプの合成走査線を計数するために導入されている。以前と同様に、添字ｋはサンプルが採取された別個の距離を示す。

好適な実施例におけるさらに別の工程は、合成走査線、及び／又は、送信又は受信走査線上に、距離の補間によって追加の干渉性像サンプルを合成することである。好適な実施例においては、個々の合成走査線上の４つの近接するサンプル各々は、それらの中心に位置し、同様にＩ及びＱで示される新たな干渉性サンプルの補間に使用され、使用可能な補間フィルタのタップ係数は上述のものと同一である。この工程も、今度は距離において、干渉像のサンプル密度を倍増させる。

検出に先行する、距離補間の最終工程は、距離保持レジスタ４４及びブロック４５の距離補間フィルタにより実行される。距離保持レジスタ４４は、入力データを再整列し、以下のように距離補間フィルタへ与える：

ブロック４５の距離補間フィルタは、４タップフィルタであり、好適な実施例においては、ブロック４３の方位補間フィルタと構成において同一である。その出力におけるデータサンプルのシーケンスは、以下のように距離においてより密に標本化されている点を除いて、方位補間フィルタの出力におけるそれと類似している：

上記の補間処理に続いて、全ての合成走査線についての干渉性Ｉ及びＱベースバンド信号は、全て従来から既知である、５１における走査変換、並びに、５２における表示、及び／又は、５３における記録の前に、５０において振幅検出され、対数圧縮される。

好適な実施例においては、開口／ライン合成器は、走査フォーマットのために、第３及び／又は第４の合成サンプルのみを使用して、回避することができる。

代替的には、図４Ｃに示すように、近接補間／補外手法を、２次元及び３次元のデータフィールドに使用し、より密な２次元及び３次元データフィールドを出力することができる。この処理のための入力データは収集され、近接保持レジスタ５６に記憶され、近接補間／補外処理が好適にはブロック５７のフィルタを使用して実行される。これらの近接手法は、変動する距離において干渉性サンプルを処理するために使用される。

これらの近接手法は、図４Ｃに示すようにそれら自身により使用でき、または、その代わりに、第１、第２、第３及び／又は第４のタイプの合成サンプルを生成するための先行するあらゆる手法との組み合わせにおいて使用することができる。

さらに、他の実施例においては、補外手法を単独で、又は、上述の補間手法と組み合わせて使用することができる。

更に他の実施例においては、合成干渉性サンプルに加えて、捕捉サンプルに対しても検出を行うことができる。
VI．超音波結像における他のフォーマットとの互換性
開示された本方法及び装置は、Ｂ−モードのほとんどの超音波結像フォーマットと一般的な互換性を有する。本発明の使用においてはダイナミックフォーカス及びダイナミックアポダイゼーションは厳密には要求されないが、それらは本発明の価値を顕著に高める。開示された方法及び装置は、Ｎ×１の１次元変換器アレイとして記載したが、Ｎ×Ｎ、又は、Ｎ×Ｍの素子の２次元アレイとして有利に拡張することができる。

従って、本発明は、合成サンプルを生成し、かつ、幾何学的歪みを補正することを通じて、データサンプルのフィールドを増加させ、フレームレートを増加させて映像を向上させることができる。サンプルフィールド密度は、線形及び／又は非線形の補間及び／又は補外手法により増加させることができる。

上述の全ての実施例は、２次元及び３次元の結像両方において、送信励起の数を増加することなく、フィールド内のサンプル密度を増加させることができる。

本発明のその他の観点及び目的は、請求の範囲及び図面の再検討により得られる。

本発明の他の実施例も作成することができ、請求の範囲の精神及び視野に属することが理解される。

合成走査線上に合成サンプルを生成する本発明の好適な実施例の概略を示す図である。 合成開口走査が使用された際に、合成走査線上に合成サンプルを生成する本発明の好適な実施例を示す図である。 合成開口走査が使用された際に、合成走査線上に合成サンプルを生成する本発明の好適な実施例を示す図である。 合成サンプルを生成する本発明の別の実施例の概略を示す図である。 合成サンプルを生成する本発明のさらに別の実施例を示す図である。 本発明の実施例への入力として、干渉性サンプルを捕捉するために使用できるディジタルビーム生成器の概略ブロック図である。 合成開口走査の使用可能性を有し、合成走査線上に合成サンプルを生じさせる本発明の装置の実施例の概略ブロック図である。 合成開口走査の使用可能性を有し、合成走査線上に合成サンプルを生じさせる本発明の装置の実施例の概略ブロック図である。 近接補間及び／又は補外手法を利用し、合成走査線上に合成サンプルを生じさせる本発明の装置の実施例の概略ブロック図である。 本発明の第１及び第２のタイプの双方の合成サンプルの計算が可能なデュアルライン合成器の概略ブロック図である。 本発明の実施例とともに使用可能なセクタ、ベクタ（登録商標）及びリニア走査フォーマットを示す図である。 本発明の実施例とともに使用可能なセクタ、ベクタ（登録商標）及びリニア走査フォーマットを示す図である。 本発明の実施例とともに使用可能なセクタ、ベクタ（登録商標）及びリニア走査フォーマットを示す図である。 合成走査線上に合成サンプルを生成することによる幾何学的歪みの補正に関する図１Ａの好適な実施例を示す図である。 図４Ｂ−１及び４Ｂ−２に示される本発明の実施例を概略的に示す図である。 本発明の他の実施例を概略的に示す図である。 本発明の他の実施例を概略的に示す図である。 合成サンプルが生成されるリニア走査線フォーマットを示す図である。 六方標本化が採用され、合成サンプルが生成されるリニア走査ラインフォーマットを示す図である。 位相整列器の概略ブロック図である。

Claims (1)

1. 複数の送信励起事象を使用して、送信ビームを生成し、個々の励起事象の後における複数の受信ビームのうちの１以上の受信ビームの上にある対象物から信号を捕捉し、そして、単一の送信励起に対して２つの干渉性サンプルを得、少なくとも２つの前記干渉性サンプルを利用し、もって、前記対象物の超音波像を生成する装置において、
   前記送信ビームの各々は、それぞれの送信走査線に対して実質的に整列し、そして、前記受信ビームの各々は、それぞれの受信走査線に対して実質的に整列しており、
   前記装置は、
   (a) 合成走査線上に合成サンプルを合成して、増加したサンプル密度をもたらす合成器であって、
   (1)少なくとも２つの空間的に別個の受信走査線上における前記干渉性サンプルを利用し、複数の干渉性サンプルを合成して、増加したサンプル密度をもたらす合成干渉性サンプルを得、そして、
   (2)少なくとも２つの前記合成干渉性サンプルを更に合成して、更に増加したサンプル密度を有する合成干渉性サンプルを得る合成器と、そして、
   (b) 前記合成された干渉性サンプルを検出する検出器と
   を備えることを特徴とする装置。

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