DE10050366A1

DE10050366A1 - Numerische Optimierung einer Ultraschallstrahlbahn

Info

Publication number: DE10050366A1
Application number: DE10050366A
Authority: DE
Inventors: Bruno Hans Haider
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2001-05-03
Also published as: US6282963B1; JP2001187054A; JP4717995B2

Abstract

Bei einem 2 : 1 erfolgenden Ultraschallbahnformen sollte ein idealer Sendestrahl zwei Spitzenwertorte haben, wobei jeder einem von Empfangsstrahlen folgt. Ein Dualstrahllenken durch eine Apodisation erzeugt einen derartigen Sendestrahl, jedoch wird der sich ergebende Strahl für nur eine Tiefe optimiert und ein beachtliches Zeilenkrümmen kann in einer gewissen Entfernung von dieser Tiefe auftreten. Die Sendestrahlform bei der Ultraschallmehrfachzeilengewinnung ist jedoch durch ein numerisches Optimieren des Sendestrahls, d. h. der Aperturfunktion, derart verbessert, dass kein Zeilenkrümmen über die gesamte Tiefe des Feldes auftritt. Die Aperturfunktion wird numerisch optimiert, indem eine Cost-Funktion numerisch optimiert wird, die von der Aperturfunktion abhängig ist. Die numerisch optimierte Aperturfunktion wird dann bei einem Mehrfachzeilengewinnungsmodus eines Ultraschallabbildungssystems verwendet.

Description

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Ultraschallabbildungssysteme und genauer gesagt auf Verfahren und ein Gerät zum Erhöhen einer akustischen Bildwiederholfrequenz von Ultraschallbildern.

Eine ideales Ultraschallabbildungssystem wird seine Abbildungsauflösung bei einem optimalen Wert über das ganze Gebiet, für das Interesse besteht, aufrechterhalten. Ein Verfahren zum Verwirklen dieser Forderung wird häufig als Strahlformung mit dem vollständigen Datensatz oder N²- Rekonstruktion bezeichnet. Durch dieses Verfahren geht die Datengewinnungsabfolge wie folgt vonstatten: Senden mit einem Wandlerelement 1, Empfangen mit Wandlerelementen 1 durch N; Senden mit einem Wandlerelement 2, Senden mit Wandlerelementen durch N; u. s. w.

Da diese Annäherung N² Sende-/Empfangsvorgänge erfordert, ist eine medizinische Abbildung aufgrund der Datengewinnungszeiterfordernisse offensichtlich nicht möglich. Jedoch gestattet dies einen Strahlformungsprozess, bei dem jeder einzelne Bildpunkt des Bildes seinen eigenen spezifischen Satz an Bahnformungsparametern hat. Durch dieses Verfahren kann ein dynamisches Fokussieren auf eine Sendebahnformung als auch auf das Empfangen erreicht werden, so dass eine N²-Rekonstruktion häufig als Ziel oder Vergleichspunkt betrachtet wird, durch das medizinisch mögliche Annäherungen gemessen werden. Somit ist ein Datengewinnungsverfahren erwünscht, das das N²-Verfahren annähert, während ein Bildwiederholfrequenzstoß minimal gestaltet ist.

Ein herkömmliches Ultraschallbild besteht aus einer Vielzahl an Bildabtastzeilen. Eine einzelne Abtastzeile (oder eine kleine örtliche Gruppe an Abtastzeilen) wird erzielt, indem fokussierte Ultraschallenergie an eine Stelle in dem Bereich, für das Interesse besteht, gesendet wird und danach die reflektierte Energie über die Zeit empfangen wird. Die fokussierte Sendeenergie wird als Sendestrahl bezeichnet. Während der Zeitspanne nach dem Senden machen ein oder mehrere Empfangsstrahlbilder in kohärenter Weise die Energie aus, die durch jeden Kanal aufgenommen wird, wobei dies bei sich dynamisch verändernder Phasenrotation oder -verzögerung geschieht, um eine Spitzenempfindlichkeit entlang der erwünschten Abtastzeilen bei Bereichen proportional zu der abgelaufenen Zeit zu erzeugen. Das sich ergebende fokussierte Empfindlichkeitsmuster wird als ein Empfangsstrahl bezeichnet. Eine Abtastzeilenauflösung ist ein Ergebnis des Richtens des zugehörigen Sende- und Empfangsstrahlpaares.

Ausgabesignale der Bahnbildnerkanäle werden in kohärenter Weise aufsummiert, um einen jeweiligen Bildpunktintensitätswert für jedes Probenvolumen in dem Objektbereich oder Volumen zu bilden, für das Interesse besteht. Diese Bildpunktintensitätswerte werden logarithmisch komprimiert, abtast-umgewandelt und dann als ein Bild der abgetasteten Anatomie angezeigt.

Die Bildwiederholrate eines medizinischen Ultraschallabbildungssystems wird durch die Anzahl an pro Bild erforderlichen Übertragungsereignissen bestimmt. Bei herkömmlichen Ultraschallabbildungssystemen ist ein Übertragungsereignis ein fokussierter Strahl, der in einer speziellen Richtung oder bei einer speziellen Fokusposition gesendet wird. Die Bildwiederholrate bei dem medizinischen Ultraschallabbilden ist eine wertvolles Mittel. Mit erhöhter Bildwiederholrate können größere Bereiche (wie bei dem Farbfluss oder dreidimensionalen Abbilder) oder schnellere Objekte (beispielsweise das Herz) abgebildet werden. Außerdem können Bildverbesserungsverfahren wie beispielsweise eine Videointegration (Rauschverringerung) oder eine Zusammensetzung (Speckle-Reduktion) außerdem die Bildwiederholrate nutzen.

Bei dem herkömmlichen medizinischen Ultraschallabbilden wird ein einzelner Impuls in einer speziellen Richtung gesendet und die reflektierten Echos werden kohärent aufsummiert, um eine einzelne Zeile in dem Bild zu erzeugen. Die zum Ausbilden dieser Abtastzeile erforderliche Zeitspanne wird hauptsächlich durch die Gesamtübertragungszeit des Ultraschallimpulses bestimmt. Darüber hinaus sind viele Abtastzeilen in einem Bild vorhanden, um in dichter Weise den Anatomiebereich, für den Interesse besteht, abzutasten. Somit wird die Bildwiederholrate bei dem herkömmlichen medizinischen Ultraschallabbilden durch die Schallausbreitungsgeschwindigkeit und die Größe des Bereiches, für den Interesse besteht, bestimmt.

Systeme mit hoher Bildwiederholrate sind für das derzeitige 2D- Abbilden (zweidimensionales Abbilden) wünschenswert und für ein zukünftiges Echtzeit-3D-Abbilden (dreidimensionales Abbilden) erforderlich. Die Bildwiederholrate kann verbessert werden, indem die Anzahl an Übertragungsereignissen pro Bild verringert wird. Dies ist herkömmlich mit einer proportionalen Verringerung der Anzahl an bei jedem Übertragungsereignis verwendeten Sendeelementen verwirklicht worden, was zu einem schlechten Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) führt.

Herkömmliche Ultraschallstrahlformer verwenden ein dynamisches Fokussieren während des Empfangs von Echos. Durch dieses Verfahren wird der Strahlformungsprozess für jede Tiefe optimiert, um eine Strahlform zu erzielen, die so gut wie möglich ist (d. h. eine enge Strahlbreite mit wenigen Nebenbereichen). Jedoch wird bei den meisten Systemen ein einzelner, fixierter Fokus während des Sendestrahlformens verwendet, um eine gute kombinierte Strahlform zu erhalten. In von dem Sendefokus entfernten Bereichen ist die Strahlbreite des sich ergebenden Strahles breiter und nehmen die Nebenbereiche zu.

Bei einem bekannten Ultraschallabbildungssystem wurde eine Verbesserung in Bezug auf die Fokuseigenschaften erzielt, indem viele Übertragungen verwendet wurden, die bei unterschiedlichen Fokusorten oder -zonen erzielt wurden. Die Echos von diesen Fokuszonen werden verwendet, um Nebenbilder zu erzeugen, die dann zu einem Endbild "zusammengenäht" werden. Während dieses Verfahren die Strahleigenschaften in den meisten Bereichen des Bildes optimiert und folglich sich der N²-Leistung zu nähern beginnt, ist dies der Hauptnachteil der Bildwiederholrate, d. h. die Geschwindigkeit des Schalls ist ausreichend gering, um die Bildwiederholraten auf 5 Bilder je Sekunde zu senken. In üblichen Fällen werden acht Sendefokusorte verwendet, was eine achtfache Verringerung der Bildwiederholrate mit sich bringt. Dieser Nachteil ist sehr schwerwiegend bei Nidrigfrequenzsonden, die bei medizinischen Umständen verwendet werden, die ein tiefes Eindringen erfordern.

Eine ähnliche Einschränkung im Zusammenhang mit der Datengewinnungszeit tritt sogar noch schwerwiegender bei einem Farbflussabbilden auf, wobei ein Verfahren auf Doppler-Basis, bei dem üblicherweise 4 bis 16 Übertragungen in einer erwünschten Richtung aufgeführt werden, ausreichend Daten für eine medizinische Anwendung erfordern. Ein Versuch zum Überwinden dieser Einschränkung ist dahingehend ausgeführt worden, dass ein breiterer Strahl gesendet wird und eine Vielzahl an Empfangsstrahlen innerhalb der Sendehülle angeordnet werden. Die sich ergebenden Strahlen sind nicht unbedingt von guter Qualität, jedoch erfüllen sie die vergleichsweise geringen Anforderungen des Doppler-Verarbeitens und das Verfahren arbeitet in ausreichender Weise. Die Qualität von derartigen Strahlen ist für ein Abbilden im B-Modus nicht ausreichend.

Ein Versuch zum Erlangen von Daten bei einer schnelleren Rate und bei einer ausreichenden Bildqualität ist in der von Thomenius et al. angemeldeten US-Patentanmeldung Nr. 09/197 774 offenbart, die am 23. November 1998 angemeldet wurde. Diese Patentanmeldung offenbart ein Verfahren und ein Gerät zum Erlangen von Daten bei einem Ultraschallabbilden mit hoher Bildwiederholrate und hoher Auflösung (d. h. eine geringe f- Zahl). Dieses Verfahren umfasst ein gleichzeitiges Senden von vielen physikalisch getrennten Strahlen und erfordert Bilddaten für mehr als eine Abtastzeile während des Empfangs. Eine Raumapodisation wird verwendet, um die Strahlformung zu beeinflussen und um zwei gesteuerte und fokussierte räumlich getrennte Strahlen bei einem einzigen Feuern der Wandleraufreihungselemente und ohne Anwendung von zusätzlicher Zeitabstimmungselektronik auszubilden. Dieses Verfahren wird als "Dualstrahllenken durch Apodisation" bezeichnet. Ein Dualstrahllenken durch Apodisation umfasst ein Senden eines einzelnen, zeitlich verzögerten fokussierten Signals, das gleichzeitig in zwei einzelne Strahlen getrennt ist, indem eine Kosinusaposidation der gesendeten Signale von den Elementen der Sendephasenaufreihung auferlegt wird. Dieses Verfahren kann erweitert werden, so dass eine verbesserte Leistung für größere Abtastwinkel und größere Winkeltrennungen der Dualstrahlen vorgesehen wird. Außerdem wird das Konzept auf eine Vielzahl (mehr als 2) Sendestrahlen durch ein einzelnes Sendefeuern erweitert. Dieses Konzept kann ebenfalls bei zwei dimensionalen Aufreihungen angewendet werden, was ein Arbeiten mit einem zweidimensionalen Satz an Sendestrahlen ermöglicht.

Bei der Ultraschall-Vielzeilengewinnung sind viele Empfangsstrahlen von einem einzelnen Sendeimpuls erforderlich. Ein Artefakt bei diesem Gewinnungsmodus ist die Zeilenkrümmung, die auftreten kann, wenn der Sendestrahl zwischen Empfangsstrahlen fokussiert wird. Aufgrund der sich ändernden Sendestrahlbreite wird der effektive Sendestrahlort zu der Mitte in dem Bereich des Sendefokus gezogen. Somit besteht ein Bedarf an einem Verfahren, das zum Lösen des Zeilenkrümmungsproblems in der Lage ist.

Bei dem Dualzeilenultraschallstrahlbilden soll ein idealer Sendestrahl zwei Spitzenwertorte haben, die jeweils einem der Empfangsstrahlen folgen. Dualstrahllenken durch Apodisation erzeugt einen derartigen Sendestrahl, jedoch wird der sich ergebende Strahl für nur eine einzige Tiefe optimiert und ein beträchtliches Zeilenkrümmen kann entfernt von dieser Tiefe auftreten. Die vorliegende Erfindung verbessert die Sendestrahlform bei der Ultraschallmehrzeilengewinnung durch ein numerisches Optimieren des Sendestrahls, d. h. der Aperturfunktion derart, dass kein Zeilenkrümmen über die gesamte Tiefe des Feldes auftritt. Die Aperturfunktion wird optimiert durch ein numerisches Minimieren einer Cost-Funktion, die von der Aperturfunktion abhängig ist.

Die Erfindung ist ebenfalls auf ein Ultraschallabbilden gerichtet, das ein Mehrzeilengewinnungsverfahren anwendet, bei dem eine Aperturfunktion zum Senden eines Strahls mit einer Vielzahl an Spitzenwerten numerisch optimiert worden ist.

Fig. 1 zeigt eine Blockabbildung eines Ultraschallabbildungssystems gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung des Sendeapodisationsprofils zum Senden eines Paares an gelenkten Ultraschallstrahlen von einer Phasenaufreihung mit 128 Elementen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung des Dualstrahlprofils (durchgehende Kurve), das sich aus der Anwendung der in Fig. 2 gezeigten Sendeapodisationsgewichtungsfunktion ergibt, und des Einzelstrahlprofils zum Senden mit der gleichen f-Zahl und ohne Apodisation.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Dualzeilenstrahlgewinnung und des damit in Zusammenhang stehenden Zeilenkrümmens. Die fett dargestellten Linien zeigen den effektiven Empfangsstrahlort an und die durchgehenden Linien zeigen den Sendestrahl und die Strahlbreite an und die gestrichelten Linien zeigen den erwünschten Empfangsstrahlort an.

Fig. 5 zeigt eine schematische Abbildung der Ungleichheit zwischen der erwünschten Empfangsstrahlbahn und der wirklichen Sendestrahlbahn, die durch ein Anwenden eines Dualstrahlellenkens durch Apodisation ohne numerische Optimierung erzielt wird. Die durchgehenden Linien zeigen die Sendemitte an, die gestrichelten Linien zeigen die erwünschte Empfangsstrahlbahn an und die gepunkteten Linien zeigen die tatsächliche Sendestrahlbahn an.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung der optimierten Sendestrahlbahn, die durch ein Anwenden eines Dualstrahllenkens durch Apodisation mit numerischer Optimierung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erzielt wird. Die durchgehenden Linien zeigen die Sendemitte an, die gestrichelten Linien zeigen die erwünschte Empfangsstrahlbahn und die tatsächliche Sendestrahlbahn an.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung, die Fig. 6 mit Ausnahme dessen identisch ist, dass ein geometrisches Beispiel für eine numerische Strahloptimierung dargestellt ist.

Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum numerischen Optimieren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 9 zeigt ein durch ein Computer erzeugtes Bild von einem simulierten Dualzeilensendestrahl, der durch Kosinusapodisation ohne numerische Optimierung erzeugt worden ist.

Fig. 10 zeigt ein durch ein Computer erzeugtes Bild von einem simulierten Dualzeilensendestrahl, der unter Anwendung einer Kosinusaposidation mit numerischer Optimierung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt worden ist.

Ein typisches herkömmliches digitales Echtzeit- Ultraschallabbildungssystem ist ganz allgemein in Fig. 1 dargestellt. Dieses Abbildungssystem weist eine Wandleraufreihung 10 auf, die eine Vielzahl an separat angetriebenen Wandlerelementen 12 umfasst, von denen jedes ein Signalbündel (burst) von Ultraschallenergie bei Anregung durch eine durch einen Sender 14 erzeugte Impulswellenform erzeugt. Die Ultraschallenergie, die zu der Wandleraufreihung 10 von dem zu untersuchenden Objekt zurückreflektiert wird, wird zu einem elektrischen Signal durch jedes Empfangswandlerelement 12 umgewandelt und separat auf einen Empfänger 16 über einen Satz an Sende-/Empfangsschaltern (T/R) 18 aufgebracht. Der Sender 14 und der Empfänger 16 werden durch die Steuerung des Hostcomputers 20 im Ansprechen auf Befehle eines Bedieners betätigt. Der Hostcomputer 20 weist eine Zentralrecheneinheit und einen zugehörigen Speicher auf. Ein vollständiges Abtasten wird ausgeführt, indem eine Serie an Echos erhalten wird, bei denen der Sender 14 vorübergehend eingeschaltet ist, um jedes Wandlerelement 12 anzuregen, und die anschließenden, durch jedes Wandlerelement 12 erzeugten Echosignale werden auf den Empfänger 16 aufgebracht. Ein Kanal kann mit dem Empfang beginnen, während ein anderer Kanal noch überträgt. Der Empfänger 16 kombiniert die separaten Echosignale von jedem Wandlerelement, um ein einziges Echosignal zu erzeugen, das zum Herstellen einer Zeile in einem Bild auf einem Monitor eines Anzeigenebensystems 22 verwendet wird.

Die durch jedes Wandlerelement gesendete Basiswellenform wird durch eine digitale Sendeabfolge bestimmt, die in einem Sendeabfolgespeicher 26 gespeichert ist. Jedes Sendeelement 12 in der Sendeapertur wird durch eine Impulswellenform gepulst, die durch einen jeweiligen bipolaren Impulsgeber 24 im Ansprechen auf eine jeweilige Sendeabfolge erzeugt wird, die zu jenem Impulsgeber von dem Sendeabfolgespeicher 26 geliefert wird.

Unter der Anweisung des Hostcomputers 20 treibt der Sender 14 die Wandleraufreihung 10 derart an, dass die Ultraschallenergie als ein gerichteter fokussierter Strahl gesendet wird. Um das Fokussieren zu erzielen, werden jeweilige Zeitverzögerungen den bipolaren Impulsgebern 24 durch ein Senden von Fokusverzögerungen 28 mitgeteilt, während die jeweiligen Impulsamplituden durch eine Sendehöhensteuerung (Apodisationserzeugung) 30 eingestellt werden, wobei dies beispielsweise durch eine Hochspannungssteuereinrichtung geschieht, die die Lieferspannung zu jedem Impulsgeber einstellt. Der Hostcomputer 20 bestimmt die Bedingungen, unter denen die akustischen Impulse gesendet werden. Durch diese Information bestimmen die SendeFokusverzögerungen und die Sendehöhensteuerung jeweils die zeitliche Abstimmung und die Amplitude von jedem durch die Impulsgeber 20 zu sendenden Sendeimpuls. Die Impulsgeber 20 wiederum senden die Sendeimpulse zu jedem Element 12 der Wandleraufreihung 10 über die T/R- Schalter (Sende- und Empfangsschalter) 18. Durch ein geeignetes Einstellen der SendeFokuszeitverzögerungen in einer herkömmlichen Art und Weise kann ein Ultraschall auf eine SendeFokusposition gerichtet und Fokussiert werden. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Hostcomputer so programmiert, dass er den Sender 14 derart steuert, dass eine Raumapodisation und Zeitverzögerungen angewendet werden, um zwei gesteuerte und Fokussierte räumlich separate Strahlen mit einem einzigen Feuern der Wandleraufreihungselemente zu bilden. Die dafür verwendeten Apodisations- und Zeitabstimmungsfunktionen sind nachstehend detaillierter beschrieben.

Die durch jedes Ultraschallenergie-Signalbündel erzeugten Echosignale reflektieren von den sich in aufeinanderfolgenden Bereichen befindlichen Objekten entlang jedes Ultraschallstrahles. Aufgrund der Unterschiede der Ausbreitungsbahnen zwischen einer Reflektionsstelle und jedem Wandlerelement werden die Echosignale nicht gleichzeitig erfasst und ihre Amplituden sind nicht gleich groß. Für jede Übertragung werden die Echosignale von den Wandlerelementen 12 zu jeweiligen Empfangskanälen 32 des Empfängers zugeführt. Unter der Anweisung des Hostcomputers 20 folgt der Empfänger der Richtung des gesendeten Strahls. Der Empfänger teilt die geeigneten Empfangsfokuszeitverzögerungen 34 den empfangenen Echosignalen mit. Die Empfangsfokuszeitverzögerungen werden in Echtzeit unter Verwendung von spezieller Hardware berechnet oder von einer Nachschlagetabelle gelesen. Die zeitverzögerten Empfangssignale werden in einem Empfangsstrahl auf Summierer 36 für jedes Sendefeuern aufsummiert, um ein Echosignal vorzusehen, das die von einer an einem speziellen Bereich entlang des Ultraschallstrahles befindlicher Stelle reflektierte Gesamtultraschallenergie genau anzeigt.

Wenn ein Dualstrahllenken durch Apodisation angewendet wird, steuert der Hostcomputer 20 den Empfänger 16, um die Richtungen der beiden gesendeten Strahlen zu verfolgen, wobei die Echosignale bei einer Abfolge von Bereichen entlang jedes Strahles abgetastet werden. Der Empfänger 16 teilt die geeignete Zeitverzögerung jedem verstärkten Echosignal mit und summiert die verstärkten Echosignale, um ein zusammengesetztes Echosignal vorzusehen, das die von einer in einem speziellen Bereich entlang eines jeweiligen Ultraschallstrahles befindliche Stelle reflektierte Gesamtultraschallenergie genau wiedergibt. Die meisten herkömmlichen Systeme sind in der Lage, zwei Strahlen gleichzeitig zu empfangen. Diese Fähigkeit erfordert üblicherweise nicht zwei vollständige Sätze an Strahlformerkanälen, wobei in einem digitalen Strahlformer die separaten Strahlen nach einigen Schritten eines gemeinsamen Behandelns ausgebildet werden. Somit wird der Empfänger 16 zwei Empfangsstrahlen in einer herkömmlichen Art und Weise erzeugen, wobei die Empfangsstrahlen den beiden Ultraschallstrahlen entsprechen, die bei unterschiedlichen Winkeln gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gesendet werden. Wenn herkömmliche Strahlformer eine Dualzeilenempfangsstrahlformung ausführen, wird der Sendestrahl üblicherweise erweitert, um den Bereich der beiden Empfangsstrahlen abzudecken. Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein Erzielen eines außerordentlich verbesserten Strahlformens (durch zwei separate Sendestrahlen) ohne ein Erfordernis an irgendeiner zusätzlichen Zeitabstimmungsschaltung.

Bei dem herkömmlichen System können die strahlsummierten Empfangssignale bandpassgefiltert werden und zu einer Signalverarbeitungseinrichtung oder einem Erfasser 38 geliefert werden. Der (nicht gezeigte) Bandpassfilter lässt die erwünschten Signalkomponenten passieren. Der Erfasser 38 wandelt die bandpassgefilterten Empfangssignale in Anzeigedaten um. Bei dem B-Modus (Grauskala) weist die Hülle des Signals die Anzeigedaten mit einer zusätzlichen Verarbeitung wie beispielsweise eine Randverstärkung und logarithmische Komprimierung auf. Ein Abtastwandler 40 empfängt die Anzeigedaten von dem Erfasser 38 und wandelt die Daten in das erwünschte Bild für die Anzeige um. Insbesondere wandelt der Abtastwandler 40 die akustischen Bilddaten aus einem Polarkoordinatensektorformat (R-A) oder einem kartesischen Koordinatenlinearformat in geeignet skalierte Anzeigebildpunktdaten mit kartesischen Koordinaten bei der Videorate um. Diese abtast-umgewandelten akustischen Daten werden dann durch eine Videoverarbeitungseinrichtung behandelt, die in dem Anzeigenebensystem 22 eingebaut ist, und für die Anzeige auf dem Anzeigesystemmonitor erzeugt, der die sich in Bezug auf die zeitverändernden Amplitude der Hülle des Signals als eine Grauskala abbildet. Eine jeweilige Abtastzeile wird für jeden räumlich getrennten Strahl angezeigt, der während eines einzelnen Sendefeuerns gesendet wird.

Ein Dualstrahlsteuern (das auf mehr als zwei Strahlen erweiterbar ist) durch eine Apodisation kann durch mathematische Ausdrücke erläutert werden. Die Antwort eines Engbandbahnformers in der Nähe seines Fokusses wird durch den folgenden Ausdruck wiedergegeben:

wobei f(u) die Sendeantwort als eine Funktion von u = sin(θ) ist, wobei θ der Winkel in Bezug auf die Aufreihungsnormale ist, und k₀ = 2π/λ die Wellenzahl ist. Wie bekannt sein sollte, erzeugt dieser Ausdruck eine Fouriertransformationsbeziehung zwischen der Aperturfunktion a(x) und der Feldantwort als eine Funktion von u. Bei einer typischen Ultraschallanwendung wird die Funktion a(x) zum Zwecke der Apodisation das heißt zum Unterdrücken der Nebenbereiche verwendet, die als eine Folge des Gibbs-Phänomen auftreten.

Das Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel zum Steuern des Dualstrahls verwendet die Komponente a(x) des Ausdrucks (1) zum Modifizieren des Strahlmusters in einer Weise, die ein Erzeugen von zwei oder mehr Sendestrahlen von einer einzigen Sendung ermöglicht. Es ist aus der Interferometrie bekannt, dass eine Anwendung von zwei Punktquellen eine sinusartigen Feldverteilung erzeugt. Dies ist eine direkte Folge der Fouriertransformationseigenschaft des Bahnformens mit engem Band und weitem Feld (oder Fokussierbahnformen). Die Erfindung nutzt die Reziprozität dahingehend, dass, wenn ein Sinusgewichten (Apodisation) auf die Aufreihungselemente angewendet wird, das Feldmuster dasjenige von zwei räumlich getrennten δ-Funktionen sein wird. Das heißt, wenn ein Gewichten

angewendet wird, wobei d die räumliche Frequenz des Sinus ist, das sich ergebende Feldmuster folgendermaßen sein wird:

Somit werden lediglich durch ein Einführen der Kosinusgewichtungsfunktion zwei Strahlen während eines einzigen Feuerns einer Mehrfachelementphasenaufreihung gesendet. Dies wird ohne Erzeugung jeglicher Zeitabstimmungssignale oder anderer Einrichtungen ausgeführt, die üblicherweise für derartige Zwecke verwendet werden. Die Gleichungen (1) bis (3) nehmen unendliche Aperturen an. Wenn die Apertur als endlich mit einer Länge L angenommen wird, wird die Feldantwort zu:

wobei die Abkürzung "si" für sinc (oder sin(x)/x) verwendet worden ist.

Die Funktion a(x), die zum Ableiten von Gleichung (4) verwendet wird, durch eine Funktion rect{L} wiedergegeben, und folglich die sinc-Ausdrücke bei der Antwort. Die rect-Funktion kann folgendermaßen definiert werden:

Eine noch besser geeignete Gewichtungsfunktion kann verwendet werden, um die Nebenbereiche im Zusammenhang mit der sinc- Funktion zu unterdrücken. Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Sinusgewichtungsfunktion mit einer Gausschen Apodisation, die mit dieser für eine Unterdrückung von Nebenbereichen überlagert worden ist. Die Gaussche Funktion glättet die Ränder der Aperturantwort und ist nicht zum Ausführen der Erfindung erforderlich. Fig. 3 zeigt die sich ergebende simulierte Strahlform, wobei die Apodisation bewirkt, dass zwei Strahlen nach rechts unter 19 und 25 Grad gelenkt werden. Ein Entfernen der Apodisation während des Sendens mit der gleichen f-Zahl würde bewirken, dass ein einzelner Strahl ausgebildet wird, wie dies durch die Strichpunktlinie in Fig. 3 abgebildet ist.

Es kann sich ein gewisser Verlust in Bezug auf die seitliche Auflösung und Kontrastauflösung mit den Breitbandsignalen aufgrund der Verwendung der Kosinusapodisation ergeben. Dies schränkt in der Tat die Aperturgröße bei der Simulation ein. In der Praxis kann dieser Verlust ausgeglichen werden, indem eine geringere f-Zahl in diesen Fällen angewendet wird, bei denen eine Dualstrahlleistung erwünscht ist. Durch eine ziemlich große Auswahl an möglichen Apodisationskurven kann der Gestalter die Leistung bei einer vorgegebenen Situation optimieren.

Es gibt eine natürliche Eigenschaft der Sinus- oder Kosinusfunktionen, die diese bei der vorliegenden Erfindung wirkungsvoll macht. Das Kosinusgewichten kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

Eine Möglichkeit zum Interpretieren der rechten Seite von Gleichung (6) ist, dass diese die Phasenverzögerungen (die üblicherweise als komplexe Exponentialgrößen ausgedrückt werden) entsprechend der Lenkverzögerungen sind, die zum Lenken des Strahls in den beiden erwünschten Richtungen erforderlich sind.

Die kosinusartige Apodisation wie bei Gleichung (2) ist ein relativ einfacher Ausdruck und hat einen begrenzten Bereich in Bezug auf die Gültigkeit bei Anwendungen wie beispielsweise medizinischem Ultraschall. Ein allgemeiner anwendbarer Ausdruck ist in der vorstehend erwähnten US-Patentanmeldung Nr. 09/197 744 angegeben, die sich auf die Annahme einer Gausschen Sendewellenform und einem Einzelverteilen von den Zielen gründet. Ein Ausdruck für die Punktausbreitungsfunktion (PSF) wird durch ein Aufsummieren der gesendeten und empfangenen Signale gebildet. Durch ein Verändern der während des Sendevorgangs angewendeten Apodisationsfunktion kann ein Strahl mit vielen Spitzenwerten erzeugt werden.

Ein Artifakt bei dem Ultraschallmehrfachzeilengewinnungsmodus ist das Zeilenkrümmen, das auftreten kann, wenn der Sendestrahl zwischen Empfangsstrahlen Fokussiert wird. Fig. 4 zeigt ein Beispiel, bei dem der Sendestrahl 40 in der Mitte durch zwei Empfangsstrahlen gespreizt wird. Die erwünschten Empfangsstrahlorte 44 sind als gepunktete Linien dargestellt. Jedoch werden aufgrund der sich ändernden Sendestrahlbreite die tatsächlichen Empfangsstrahlorte 46 zu der Mitte in dem Bereich des SendeFokus gezogen.

Das Dualstrahllenkverfahren vermindert das Zeilenkrümmen durch ein Erzeugen eines Sendestrahls mit seitlichen Spitzenwerten an dem Ort des erwünschten Empfangsstrahls. Dies wird erreicht, indem die Aperturgewichtung und die Verzögerungsfunktionen geeignet gewählt werden. Während dieses Verfahren das in Fig. 4 gezeigte Zeilenkrümmen beseitigt, kann es eine andere Art an Krümmung erzeugen. Das Strahlaufsplitten wird in nur einer einzigen Tiefe gesteuert. Vor und nach dieser Tiefe folgt der Strahl der natürlichen Bahn, die von der erwünschten Empfangsstrahlbahn unterschiedlich sein kann. Fig. 5 zeigt diese Situation für eine lineare Aufreihung 10. Die erwünschten Empfangsstrahlbahnen 44 (gestrichelte Linien) sind senkrecht zu der Wandleraufreihung, während die tatsächlichen Sendebahnstrahlen 48 (gepunktete Linien) schräg zu der Aufreihung 10 sind. Da die tatsächlichen Sendebahnstrahlen 48 die Aufreihung 10 in der Nähe seiner Mitte schneiden, würden derartige Strahlbahnen für ein Sektorbild geeignet sein. Für ein rechtwinkliges oder trapezartiges Bildformat tritt jedoch ein gewisses Zeilenkrümmen auf.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dieses Problem des Zeilenkrümmens überwunden, indem die tatsächliche Sendestrahlbahn gesteuert wird. Die Aperturgewichtung und die Verzögerungsfunktionen werden derart optimiert, dass die tatsächliche Sendestrahlbahn mit der erwünschten Empfangsstrahlbahn übereinstimmt, wie dies durch gestrichelte Linien 50 in Fig. 6 gezeigt ist, das heißt Verzögerungs- und Gewichtungsfunktionen werden gefunden, die einen Sendestrahl erzeugen, der einer erwünschten Bahn folgt. Dies wird erreicht, indem ein numerisches Optimierungsverfahren angewendet wird. Eine Cost-Funktion wird definiert, die dann zunimmt, wenn die tatsächliche Strahlform von der erwünschten Form abweicht. Ein Minimieren dieser Cost-Funktion liefert die optimalen Verzögerungs- und Gewichtungsfunktionen. Die Näherung wird am besten durch ein Beispiel dargestellt. Fig. 7 zeigt die Geometrie für die numerische Optimierung und Verwendung einer linearen Aufreihung 10. Der erwünschte Sendestrahl hat zwei Seitenintensitätsspitzenwerte 52 (gestrichelte Linie), die um zu jeder Seite der Aufreihungsmitte 54 versetzt sind. Die Intensitätsspitzenwerte sollten parallel laufen. Aus praktischen Gründen ist es nicht möglich, einen derartigen Strahl über einen beliebigen Tiefenbereich zu erzeugen. Daher ist die Optimierung auf den Bereich [y_min, y_max] beschränkt (schließlich wird dieser Bereich zu einem der Trade-off-Parameter zusammen mit der Optimierungsgenauigkeit, der seitlichen Trennung, und dergleichen).

Der erwünschte Sendestrahl hat die folgenden Eigenschaften:

a) Der Strahl ist symmetrisch um die Mitte der Aufreihung;
b) in dem Hauptbereichsabschnitt bei ξ₀ muss der Strahl eine bestimmte Impulsenergie haben;
c) in dem Nebenbereichsabschnitt sollte die Impulsenergie so gering wie möglich sein; und
d) das Seitenstrahlprofil sollte einen Spitzenwert bei ξ₀ haben.

Diese Strahleigenschaften werden in eine Cost-Funktion für die Aperturoptimierung transformiert. Die Cost-Funktion ist nicht einzigartig, da eine Anzahl an Veränderungen ähnliche Ergebnisse liefern kann. Hier ist eine Ausführung gezeigt, die gut funktioniert. Um die Cost-Funktion zu errichten, wird zunächst das Strahlprofil benötigt. Da das Strahlprofil sehr häufig während der Optimierung ausgewertet wird, wird ein Verfahren zum Engbandnäherung (Phasor) angewendet. Aus der Geometrie von Fig. 7 wird das Amplitudenwurzelstrahlprofil wie folgt abgeleitet:

wobei a(x) die komplexe Aperturfunktion ist und k die Wellenzahl ist.

Die vorstehend aufgeführten Eigenschaften a) bis d) werden in Bezug auf das Strahlprofil b(ζ,y) wie folgt interpretiert:

a) Symmetrie: Die Aperturverzögerung- und Gewichtungsfunktionen sind bei x symmetrisch, das heißt a(x) = a(- x);
b) in dem Hauptbereichsabschnitt muss der Strahl eine bestimmte Impulsenergie W₀ haben; das heißt

Die Gleichung (8) ergibt nur in Zusammenhang mit einer Begrenzung der übertragenen Leistung Sinn. Daher wird die Sendeleistung begrenzt durch

a) in dem Nebenbereichsabschnitt sollte die Impulsenergie so gering wie möglich sein:
b) das Seitenstrahlprofil sollte einen Spitzenwert bei ξ₀ haben, die mit sich bringt, dass die Ableitung des Profils 0 sein sollte:

Da dieses Kriterium über die Tiefe des Feldes gültig sein sollte, muss flächenintegriert werden:

Die Gleichungen (7)-(12) sind auf jeden Fall von der komplexen Aperturfunktion a(x) abhängig, da das Strahlprofil b(ξ, y) von a(x) abhängt.

Die Cost-Funktion kann nunmehr wie folgt definiert werden:

Die Koeffizienten A, B und C steuern die Relativanteile der Komponenten in Gleichung (13) auf die Cost-Funktion. Das Optimierungsergebnis hängt in gewissem Maße von der Wahl dieser Koeffizienten ab. Jedoch sollte eine empirische Koeffizientenwahl ausreichend sein.

Die optimale Aperturfunktion kann durch ein Minimieren von Cost[a(x)] in Abhängigkeit von a(x) = a(-x) und ∫|a(x)|²dx ≦ W_TX herausgefunden werden. Die letztgenannte Beschränkung ist erforderlich, um sicherzustellen, dass die Strahlspitzenwertenergie ohne ein beliebiges Erhöhen der Sendeleistung aufrechterhalten bleibt.

Die numerische Optimierung kann mit einer Anzahl von Algorithmen ausgeführt werden. Das nachstehend erörterte Beispiel nutzt ein Verfahren der kleinsten Quadrate. Da der Algorithmus der kleinsten Quadrate nur ein lokales Minimum findet, muss ein geeigneter Startpunkt gewählt werden. Die cosinusartige Apodisation wird als dieser Startpunkt verwendet.

Zunächst wird das Optimierungsproblem derart diskret gestaltet, dass sämtliche Integrale zu Aufsummierungen werden: a(x) → a_n, wobei n die Elementzahl ist.

Danach wird das begeschränkte Optimierungsproblem in ein unbeschränktes umgewandelt. Die Symmetriebeschränkung (a_n = a_-n) wird durchgesetzt, indem nur die Hälfte der Apertur (n < 0) optimiert wird und die andere Hälfte gespiegelt wird. Die Sendeenergiebeschränkung wird mitgeteilt, indem die Apertur durch ihr eigenes Wurzel-Mittelwert-Quadrat (rms) skaliert wird, womit sich folgendes ergibt:

Diese Normalisierung muss immer dann angewendet werden, wenn die Optimierung eine neue Aperturfunktion berechnet. Dadurch verringert die Optimierung das Beschränkungsproblem, minimiert Cost(a_n) mit n = [0, N/2] und die vorherige Leistungsnormalisierung aus Gleichung (14).

Die gemäß der Optimierung aufgrund der kleinsten Quadrate ausgeführten Schritte sind in Fig. 8 dargestellt. Gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die cosinusartige Apodisation als die Anfangsaperturfunktion a(x) gewählt (siehe Schritt 60 in Fig. 8). Der nächste Schritt 62 bestimmt den Gradienten der Cost-Funktion für die gegenwärtige Aperturfunktion: g = grad[Cost(a)]. Ein Skalar λ wird dann bei Schritt 64 herausgefunden, der die Cost-Funktion entlang des Gradienten min Cost(a + λg) minimiert, wobei der optimale Wert λ_opt wird. Bei Schritt 66 wird die Aperturfunktion erneuert, das heißt die alte Aperturfunktion wird als a_old gespeichert und eine neue Aperturfunktion wird als a: = a + λ_optg berechnet. Danach wird eine neue Cost-Funktion berechnet. Bei einem Entscheidungsschritt 68 wird eine Bestimmung ausgeführt, ob der Absolutwert der Differenz zwischen der neuen und der alten Cost- Funktion geringer als ein erster vorbestimmter Grenzwert ist. Die Schritte 62, 64, 66 und 68 werden wiederholt, bis |ΔCost| kleiner als der erste vorbestimmte Grenzwert ist, wobei in diesem Fall eine Bestimmung bei Schritt 70 ausgeführt wird, ob norm(λ_optg) kleiner als ein zweiter vorbestimmter Grenzwert ist. Wenn dies nicht der Fall ist, werden die Schritte 62, 64, 66, 68 und 70 wiederholt. Wenn norm(λ_optg) kleiner als der zweite vorbestimmte Grenzwert ist, wird die gegenwärtige Aperturfunktion als die optimierte Apertur aufgegriffen. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 steuert der Hostcomputer 20 dann die Sendehöhe und überträgt die Fokusverzögerungen gemäß der optimierten Aperturfunktion für jedes Sendefeuern.

Eine Anzahl von ähnlichen Optimierungsverfahren liefert im Wesentlichen das gleiche Ergebnis. Beispiele dafür sind die numerischen Optimierungsverfahren, die in " Optimization Toolbox; User's Guide," The Mathworks, Inc., December (1996) and G. R. Walsh, "Methods of Optimization," John Wiley & Sons (1975) offenbart sind. Darüber hinaus hat jedes dieser Verfahren eine Anzahl von Varianten. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Anwendung eines speziellen Optimierungsverfahrens beschränkt.

Gemäß der Grundidee der Erfindung werden die erwünschten Strahleigenschaften in eine Cost-Funktion umgewandelt und diese Cost-Funktion wird numerisch optimiert, beispielsweise minimiert. Die Cost-Funktion wird errichtet, indem das Strahlmuster von der Aperturfunktion (Amplitude und Zeitverzögerung) berechnet wird, verschiedene Parameter von dem Strahlmuster extrahiert werden und diese Parameter in der Cost- Funktion kombiniert werden.

Das folgende numerische Beispiel demonstriert die Fähigkeit des offenbarten Verfahrens. Das Ziel bei dieser Simulation war die Erzeugung von zwei parallelen Strahlen, die um ±2 mm von der Aperturmitte versetzt sind. Die erwünschte Feldtiefe betrug 20 bis 30 mm mit einem Fokussierpunkt bei 25 mm. Fig. 9 zeigt das Sendestrahlmuster mit einem Azimut an der horizontalen Achse und einer Tiefe an der vertikalen Achse. Dieses Profil wurde mit einer cosinusartigen Apodisation ohne ein numerisches Optimieren erzeugt. Das erwünschte Strahlaufsplitten von ±2 mm trat bei der Fokustiefe (25 mm) auf. Jedoch war das Aufsplitten nicht über die Tiefe konstant und somit sind die in Fig. 9 dargestellten Strahlen nicht parallel. Fig. 10 zeigt das Ergebnis, wenn eine cosinusartige Apodisation mit einer numerischen Optimierung kombiniert wird. Es ist offensichtlich, dass die Strahlen in Fig. 10 im Wesentlichen parallel sind. Außerdem hat die Optimierung die Feldtiefe auf die erwünschten 20 bis 30 mm erhöht.

Das vorstehend beschriebene Beispiel dient lediglich dem Zwecke der Veranschaulichung. Ein Sendestrahl mit mehr als zwei Seitenintensitätsspitzenwerten kann ebenfalls optimiert werden. Des weiteren sind Sendebahnen, die nicht parallel sind sondern eher einem Sektor, einem trapezartigen oder anderem Format folgen, möglich durch ein Spezifizieren einer geeigneten Cost- Funktion.

Die Erfindung ist bei einem medizinischen Ultraschallabbilden angewendet worden. Jedoch ist die Erfindung aufgrund seiner Eigenheiten ebenfalls bei anderen koherenten Abbildungsverfahren (wie beispielsweise Radar), Seitenbetrachtungsradar oder Mikrowellen) anwendbar.

Die Erfindung verringert die Zeilenkrümmungsartifakten von Mehrfachzeilengewinnungsverfahren nach dem Stand der Technik. Zuvor war eine Mehrfachzeilengewinnung auf eine Farbflussabbildung beschränkt, bei der der Krümmungsartifakt kaum bemerkbar war. Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit einer Anwendung einer Mehrfachzeilengewinnung bei einem Abbilden nach dem B-Modus.

Während lediglich bestimmte bevorzugte Merkmale der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind viele Abwandlungen und Änderungen für Fachleute offensichtlich. Es sollte daher verständlich sein, dass die beigefügten Ansprüche sämtliche derartigen Abwandlungen und Veränderungen abdecken sollen, die in den Umfang der Erfindung fallen.

Bei einem 2 : 1 erfolgenden Ultraschallbahnformen sollte ein idealer Sendestrahl zwei Spitzenwertorte haben, wobei jeder einem von Empfangsstrahlen folgt. Ein Dualstrahllenken durch eine Apodisation erzeugt einen derartigen Sendestrahl, jedoch wird der sich ergebende Strahl für nur eine Tiefe optimiert und ein beachtliches Zeilenkrümmen kann in einer gewissen Entfernung von dieser Tiefe auftreten. Die Sendestrahlform bei der Ultraschallmehrfachzeilengewinnung ist jedoch durch ein numerisches Optimieren des Sendestrahls d. h. der Aperturfunktion derart verbessert, dass kein Zeilenkrümmen über die gesamte Tiefe des Feldes auftritt. Die Aperturfunktion wird numerisch optimiert, indem eine Cost-Funktion numerisch optimiert wird, die von der Aperturfunktion abhängig ist. Die numerisch optimierte Aperturfunktion wird dann bei einem Mehrfachzeilengewinnungsmodus eines Ultraschallabbildungssystems verwendet.

Claims

1. System zum Abbilden von Ultraschallstreuern mit:
einer Ultraschallwandleraufreihung (10) zum Senden von Ultraschallwellen und zum Erfassen von durch Ultraschallstreuern reflektierten Ultraschallechos, wobei die Wandleraufreibung eine Vielzahl an Wandlerelementen (12) aufweist;
einer Vielzahl an Impulsgebern (24), die jeweils mit der Vielzahl an Wandlerelementen gekoppelt sind, um ausgewählte Wandlerelemente zum Pulsieren zu bringen, die eine Sendeapertur mit einer jeweiligen Vielzahl an Sendewellenformen bilden;
einer Impulsgeberaktivierungsschaltung (26, 28, 30), die mit den Impulsgebern gekuppelt ist, um die Vielzahl an Sendewellenformen mit jeweiligen Zeitverzögerungen und jeweiligen Apodisationsgewichtungen zu erzeugen, die in Übereinstimmung mit einer Aperturfunktion bestimmt werden, die so gestaltet ist, dass die gewählten Wandlerelemente der Sendeapertur ein Senden eines ersten und eines zweiten Sendestrahles entlang einer ersten und einer zweiten Sendestrahlbahn während eines Sendefeuerns bewirken;
einem Empfänger (16), der mit der Wandleraufreihung gekuppelt ist, um einen Satz an Empfangssignalen von den gewählten Wandlerelementen, die eine Empfangsapertur bilden, anschließend nach dem Sendefeuern zu empfangen und ein erstes und ein zweites strahlsummiertes Empfangssignal von dem Satz an Empfangssignalen entsprechend der ersten und der zweiten Empfangsstrahlbahn auszubilden; und
einem Anzeigenebensystem (22) für ein Anzeigen eines Bildes mit einer ersten Abtastzeile, die eine Funktion des ersten bahnsummierten Empfangssignals ist, und einer zweiten Abtastzeile, die eine Funktion des zweiten bahnsummierten Empfangssignals ist,
wobei die erste und die zweite Sendestrahlbahn im Wesentlichen mit der ersten und der zweiten Empfangsstrahlbahn jeweils übereinstimmen.

2. System gemäß Anspruch 1, wobei die Aperturfunktion aus einer cosinusartigen Funktion abgeleitet ist.

3. System gemäß Anspruch 2, wobei die Aperturfunktion von einer cosinusartigen Funktion durch ein numerisches Optimieren einer Cost-Funktion abgeleitet ist, wobei die Cost-Funktion eine Funktion einer Strahlprofilfunktion ist.

4. System gemäß Anspruch 3, wobei die Cost-Funktion ist:

5. System gemäß Anspruch 3, wobei die numerische Optimierung sich auf ein Algorithmus der kleinsten Quadrate gründet.

6. Verfahren zum Abbilden von Ultraschallstreuern mit den folgenden Schritten:
Erzeugen einer Vielzahl an Sendewellenformen mit jeweiligen Zeitverzögerungen und jeweiligen Apodisationsgewichtungen, die in Übereinstimmung mit einer Aperturfunktion bestimmt werden, die so gestaltet ist, dass ausgewählte Wandlerelemente der Sendeapertur ein Senden eines ersten und eines zweiten Sendestrahls entlang einer ersten und einer zweiten Sendestrahlbahn während eines Sendefeuerns bewirken;
Pulsieren der gewählten Wandlerelemente der Wandleraufreihung in Übereinstimmung mit der Vielzahl an Sendewellenformen zum Ausbilden einer Sendeapertur während eines Sendefeuerns;
Empfangen eines Satzes an Empfangssignalen von ausgewählten Wandlerelemeneten, die eine Empfangsapertur bilden, nach dem Sendeantreiben;
Strahlformen von einem ersten und einem zweiten strahlsummierten Empfangssignal aus dem Satz an Empfangssignalen entsprechend der ersten und der zweiten Empfangsstrahlbahn; und
Anzeigen eines Bildes mit einer ersten Abtastzeile, die eine Funktion des ersten Bahnsummierten Empfangssignals ist, und einer zweiten Abtastzeile, die eine Funktion des zweiten bahnsummierten Empfangssignals ist,
wobei die erste und die zweite Sendestrahlbahn im Wesentlichen mit der ersten und der zweiten Empfangsstrahlbahn jeweils übereinstimmen.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Aperturfunktion von einer cosinusartigen Funktion abgeleitet wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Aperturfunktion von einer cosinusartigen Funktion durch ein numerisches Optimieren einer Cost-Funktion abgeleitet wird, und die Cost-Funktion eine Funktion einer Strahlprofilfunktion ist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Cost-Funktion ist:

10. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das numerische Optimieren sich auf einen Algorithmus der kleinsten Quadrate gründet.

11. Verfahren zum Programmieren eines Ultraschallsenders für ein Aktivieren einer Ultraschallwandleraufreihung mit einer Vielzahl an Ultraschallwandlerelementen mit den folgenden Schritten:

a) Formulieren einer Cost-Funktion als eine Funktion einer Aperturfunktion, die Sendezeitverzögerungen und Apodisationsgewichtungen für die Vielzahl an Ultraschallwandlerelementen definiert;
b) Berechnen eines i-ten Wertes der Cost-Funktion für eine i-te Aperturfunktion;
c) Bestimmen einer (i + 1)-ten Aperturfunktion, die sich von der i-ten Aperturfunktion unterscheidet;
d) Berechnen eines (i + 1)-ten Wertes der Cost-Funktion für die (i + 1)-te Aperturfunktion;
e) Berechnen einer Differenz zwischen dem i-ten und dem (i + 1)-ten Wert der Cost-Funktion;
f) Wiederholen der Schritte (b) bis (e) iterativ, wobei mit i = 1 begonnen wird;
g) von einer oder mehreren Aperturfunktionen, für die die Differenz bei Schritt (e) kleiner als ein erster vorbestimmter Grenzwert ist, der Grenzwert ist: Bestimmen einer optimierten Aperturfunktion; und
h) Programmieren des Senders mit Sendezeitverzögerungen und Apodisationsgewichtungen in Übereinstimmung mit der optimierten Aperturfunktion.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Aperturfunktion für i = 1 eine cosinusartige Funktion ist.

13. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei
der Schritt des Bestimmens einer (i + 1)-ten Aperturfunktion die folgenden Schritte aufweist:
Bestimmen eines Gradienten der Cost-Funktion für die i-te Aperturfunktion;
Finden eines Skalarwertes, der die Cost-Funktion entlang des Gradienten minimiert; und
Bestimmen der (i + 1)-ten Aperturfunktion als eine Funktion der i-ten Aperturfunktion und einem Produkt des Gradienten und des Skalarwertes.

14. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Cost-Funktion ist:

15. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei
der Schritt des Bestimmens einer optimierten Aperturfunktion den folgenden Schritt aufweist:
Bestimmen, ob die Norm des Produktes des Gradienten und des Skalarwertes geringer als ein zweiter vorbestimmter Grenzwert ist.

16. Abbildungssystem mit:
einer Wandleraufreihung (10) mit einer Vielzahl an Wandlerelementen (12) für ein Senden von Wellenenergie im Ansprechen auf ein elektrisches Aktivieren und zum Wandeln von zurückkehrender Wellenenergie in elektrische Signale;
einem Anzeigenebensystem (22) zum Anzeigen von Anzeigebilddaten; und
einem Computer (20), der zum Ausführen der folgenden Schritte programmiert ist:
Aktivieren der Wandlerelemente der Aufreihung zum Senden eines ersten und eines zweiten Sendestrahles entlang einer ersten und einer zweiten Sendestrahlbahn während eines Sendefeuerns;
Bahnformen eines ersten und eines zweiten bahnsummierten Empfangssignals entsprechend der ersten und der zweiten Empfangsstrahlbahn nach dem Sendefeuern, wobei die erste und die zweite Sendestrahlbahn im Wesentlichen mit der ersten und der zweiten Empfangsstrahlbahn jeweils übereinstimmen; und
Steuern des Anzeigenebensystems zum Anzeigen eines Bildes mit einer ersten Abtastzeile, die eine Funktion des ersten bahnsummierten Empfangssignals ist, und einer zweiten Abtastzeile, die eine Funktion des zweiten bahnsummierten Empfangssignals ist.

17. System gemäß Anspruch 16, wobei die Aperturfunktion von einer kosinusartigen Funktion abgeleitet ist.

18. System gemäß Anspruch 17, wobei die Aperturfunktion von der kosinusartigen Funktion durch ein numerisches Optimieren einer Cost-Funktion abgeleitet ist, wobei die Cost-Funktion eine Funktion einer Strahlprofilfunktion ist.

19. System gemäß Anspruch 18, wobei die Cost-Funktion ist:

20. System gemäß Anspruch 18, wobei die numerische Optimierung sich auf einen Algorithmus der kleinsten Quadrate gründet.