(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信工程であって、０．５〜１００ＭＨｚの周波数を有する複数の超音波傾斜平面波が画像化領域へ送信され、それぞれの非コヒーレントローデータの各セットは前記超音波傾斜平面波に応じてトランスデューサのアレイによって受信整相することなく取得され、領域の複数の画像化された場所のそれぞれについて前記複数の超音波傾斜平面波はそれぞれ異なる伝搬方向の平均傾斜角を有し、非コヒーレントローデータの各セットは対応する前記超音波傾斜平面波に応じて前記トランスデューサによってそれぞれ受信された時間信号を示すものと、
コヒーレンス向上工程であって、前記画像化領域の複数の仮の送信焦点域それぞれについて、前記非コヒーレントローデータの各セットのコヒーレント加算により、前記仮の送信焦点域からの後方散乱エコーに対応する少なくとも一セットのコヒーレントローデータが合成され、前記少なくとも一セットのコヒーレントローデータは前記超音波傾斜平面波の前記異なる伝搬方向の平均傾斜角に対応する非コヒーレントローデータの各セットのコヒーレント加算により合成されるものと、
整相工程であって、それぞれの前記仮の送信焦点域に含まれる複数の場所それぞれについて、イメージ画素が前記コヒーレントローデータのセットを利用した受信整相によって演算されて前記画像化領域の画像が得られるものとを備え、
前記整相工程の前に受信整相は行われず、
前記コヒーレンス向上工程において、前記仮の送信焦点域は、前記トランスデューサのアレイに直交する前記画像化領域内のＭ本の直線であり、
前記コヒーレンス向上工程は、前記仮の送信焦点域での仮の動的送信集束を行うために超音波の伝播時間に対応する遅延を前記非コヒーレントローデータに適用することにより各直線について、前記領域において音速ｃが一定であると仮定して以下の数式によりコヒーレントローデータセットRFcoherentを演算する第１のサブステップを少なくとも有し、
0006030207.tif 000009
ｘ、ｚはそれぞれ前記トランスデューサのアレイのｘ軸と前記ｘ軸に直交するｚ軸に沿った座標であり、
ｘ１は前記ｘ軸に沿った前記直線の１つの横方向位置であり、
αは前記超音波傾斜平面波の伝播方向の前記ｚ軸に対する傾斜角であり、
RFcoherent(x1,x,z)は横方向位置ｘ１の１つの直線に対応するコヒーレントデータのセットであり、
RFraw(x,τ(α,x1,x,z),α)はローデータRFrawのセットからのデータであり、
B(α)は各角度の寄与の重み関数であり、
τ(α,x1,x,z)は以下の数式により演算された伝送時間である、
0006030207.tif 000010
超音波合成イメージングの方法。
【請求項２】
送信工程であって、０．５〜１００ＭＨｚの周波数を有する複数の超音波傾斜発散波が画像化領域へ送信され、それぞれの非コヒーレントローデータの各セットは前記超音波傾斜発散波に応じてトランスデューサのアレイによって受信整相することなく取得され、領域の複数の画像化された場所のそれぞれについて前記複数の超音波傾斜発散波はそれぞれ異なる伝搬方向の平均傾斜角を有し、非コヒーレントローデータの各セットは対応する前記超音波傾斜発散波に応じて前記トランスデューサによってそれぞれ受信された時間信号を示すものと、
コヒーレンス向上工程であって、前記画像化領域の複数の仮の送信焦点域それぞれについて、前記非コヒーレントローデータの各セットのコヒーレント加算により、前記仮の送信焦点域からの後方散乱エコーに対応する少なくとも一セットのコヒーレントローデータが合成され、前記少なくとも一セットのコヒーレントローデータは前記超音波傾斜発散波の前記異なる伝搬方向の平均傾斜角に対応する非コヒーレントローデータの各セットのコヒーレント加算により合成されるものと、
整相工程であって、それぞれの前記仮の送信焦点域に含まれる複数の場所それぞれについて、イメージ画素が前記コヒーレントローデータのセットを利用した受信整相によって演算されて前記画像化領域の画像が得られるものとを備え、
前記整相工程の前に受信整相は行われず、
前記コヒーレンス向上工程において、前記仮の送信焦点域は、前記トランスデューサのアレイに直交する前記画像化領域内のＭ本の直線であり、
前記コヒーレンス向上工程は、前記仮の送信焦点域での仮の動的送信集束を行うために超音波の伝播時間に対応する遅延を前記非コヒーレントローデータに適用することにより各直線について、前記領域において音速ｃが一定であると仮定して以下の数式によりコヒーレントローデータセットRFcoherentを演算する第１のサブステップを少なくとも有し、
0006030207.tif 000011
ｘ、ｚはそれぞれ前記トランスデューサのアレイのｘ軸と前記ｘ軸に直交するｚ軸に沿った座標であり、
ｘ１は前記ｘ軸に沿った前記直線の１つの横方向位置であり、
αは前記超音波傾斜発散波の伝播方向の前記ｚ軸に対する傾斜角であり、
RFcoherent(x1,x,z)は横方向位置ｘ１の１つの直線に対応するコヒーレントデータのセットであり、
RFraw(x,τ(α,x1,x,z),α)はローデータRFrawのセットからのデータであり、
B(α)は各角度の寄与の重み関数であり、
τ(α,x1,x,z)は以下の数式により演算された伝送時間である、
0006030207.tif 000012
超音波合成イメージングの方法。
【請求項３】
前記コヒーレンス向上工程は、前記第１のサブステップで演算された前記コヒーレントローデータセットに基づく前記画像化領域での収差の評価により前記伝播時間τ(α,x1,x,z)が補正され、補正された前記伝播時間τnew(α,x1,x,z)は、前記第１のサブステップの数式で前記仮の送信焦点域での仮の動的送信集束を行うことにより新たなコヒーレントローデータセットを演算するのに用いられ、τnew(α,x1,x,z)がτ(α,x1,x,z)の新たな値として用いられる第２のサブステップを有する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記超音波は時空間的にコード化された励振であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記コヒーレンス向上工程は固定された音速値を利用して実施されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
前記コヒーレンス向上工程は前記画像化領域の広域音速値の見積もりを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項７】
前記コヒーレンス向上工程は、前記画像化領域の画像化された場所それぞれについての広域音速の見積もりを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項８】
前記コヒーレンス向上工程は位相収差の補正を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項９】
前記コヒーレンス向上工程では、それぞれの仮の送信焦点域は前記トランスデューサのアレイに垂直な直線であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１０】
前記コヒーレンス向上工程は、
前記領域での音速は一定であると仮定して、前記仮の送信焦点域に焦点を合わせた仮の動的送信を行うために、前記ローデータに遅延を適用することにより、それぞれの仮の送信焦点域についてのコヒーレントデータ集合を演算する第一サブ工程と、
前記第一サブ工程で演算された前記コヒーレントデータ集合に基づく前記画像化領域での収差を見積もることにより前記遅延が補正され、前記補正された遅延は、前記仮の送信焦点域に焦点を合わせた仮の動的送信を実施することによる新たなコヒーレントデータ集合の演算に用いられる第二サブステップと、
を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも前記第二サブステップは複数回実施されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第二サブステップでは、それぞれのコヒーレントデータ集合についてさまざまなトランスデューサに対応した前記コヒーレントデータを相互相関させることによって前記収差の見積もりが行われることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
領域の複数の画像化領域のそれぞれについて異なる伝搬方向の平均傾斜角を有し、かつ０．５〜１００ＭＨｚの周波数を有する複数の超音波傾斜平面波を前記領域へ送信する手段と、
対応する超音波傾斜平面波に応じて非コヒーレントローデータの各セットを受信整相することなく取得し、非コヒーレントローデータの各セットは対応する超音波傾斜平面波に応じてトランスデューサのアレイによってそれぞれ受信された時間信号を示す手段と、
前記画像化領域における複数の仮の送信焦点域のそれぞれについて、前記非コヒーレントローデータの複数のセットから少なくとも一セットのコヒーレントローデータを合成し、前記少なくとも一セットのコヒーレントは前記仮の送信焦点域からの後方散乱エコーに対応し、前記超音波傾斜平面波の前記異なる伝搬方向の平均傾斜角に対応する非コヒーレントローデータの各セットのコヒーレント加算により合成される手段と、
それぞれの前記仮の送信焦点域に含まれる複数の場所それぞれについて前記コヒーレントローデータのセットを利用して、少なくとも一方向に沿った受信整相によって整相された信号を演算し、前記画像化領域の画像を提供する整相手段とを備え、
前記整相手段が前記整相された信号を演算する前に受信整相は行われず、
前記仮の送信焦点域は、前記トランスデューサのアレイに直交する前記画像化領域内のＭ本の直線であり、
前記少なくとも一セットのコヒーレントローデータを合成する手段は、前記仮の送信焦点域での仮の動的送信集束を行うために超音波の伝播時間に対応する遅延を前記非コヒーレントローデータに適用することにより各直線について、前記領域において音速ｃが一定であると仮定して以下の数式によりコヒーレントローデータセットRFcoherentを演算する手段を少なくとも有し、
0006030207.tif 000013
ｘ、ｚはそれぞれ前記トランスデューサのアレイのｘ軸と前記ｘ軸に直交するｚ軸に沿った座標であり、
ｘ１は前記ｘ軸に沿った前記直線の１つの横方向位置であり、
αは前記超音波傾斜平面波の伝播方向の前記ｚ軸に対する傾斜角であり、
RFcoherent(x1,x,z)は横方向位置ｘ１の１つの直線に対応するコヒーレントデータのセットであり、
RFraw(x,τ(α,x1,x,z),α)はローデータRFrawのセットからのデータであり、
B(α)は各角度の寄与の重み関数であり、
τ(α,x1,x,z)は以下の数式により演算された伝送時間である、
0006030207.tif 000014
超音波合成イメージングの装置。
【請求項１４】
領域の複数の画像化領域のそれぞれについて異なる伝搬方向の平均傾斜角を有し、かつ０．５〜１００ＭＨｚの周波数を有する複数の超音波傾斜発散波を前記領域へ送信する手段と、
対応する超音波傾斜発散波に応じて非コヒーレントローデータの各セットを受信整相することなく取得し、非コヒーレントローデータの各セットは対応する超音波傾斜発散波に応じてトランスデューサのアレイによってそれぞれ受信された時間信号を示す手段と、
前記画像化領域における複数の仮の送信焦点域のそれぞれについて、前記非コヒーレントローデータの複数のセットから少なくとも一セットのコヒーレントローデータを合成し、前記少なくとも一セットのコヒーレントは前記仮の送信焦点域からの後方散乱エコーに対応し、前記超音波傾斜発散波の前記異なる伝搬方向の平均傾斜角に対応する非コヒーレントローデータの各セットのコヒーレント加算により合成される手段と、
それぞれの前記仮の送信焦点域に含まれる複数の場所それぞれについて前記コヒーレントローデータのセットを利用して、少なくとも一方向に沿った受信整相によって整相された信号を演算し、前記画像化領域の画像を提供する整相手段とを備え、
前記整相手段が前記整相された信号を演算する前に受信整相は行われず、
前記仮の送信焦点域は、前記トランスデューサのアレイに直交する前記画像化領域内のＭ本の直線であり、
前記少なくとも一セットのコヒーレントローデータを合成する手段は、前記仮の送信焦点域での仮の動的送信集束を行うために超音波の伝播時間に対応する遅延を前記非コヒーレントローデータに適用することにより各直線について、前記領域において音速ｃが一定であると仮定して以下の数式によりコヒーレントローデータセットRFcoherentを演算する手段を少なくとも有し、
0006030207.tif 000015
ｘ、ｚはそれぞれ前記トランスデューサのアレイのｘ軸と前記ｘ軸に直交するｚ軸に沿った座標であり、
ｘ１は前記ｘ軸に沿った前記直線の１つの横方向位置であり、
αは前記超音波傾斜発散波の伝播方向の前記ｚ軸に対する傾斜角であり、
RFcoherent(x1,x,z)は横方向位置ｘ１の１つの直線に対応するコヒーレントデータのセットであり、
RFraw(x,τ(α,x1,x,z),α)はローデータRFrawのセットからのデータであり、
B(α)は各角度の寄与の重み関数であり、
τ(α,x1,x,z)は以下の数式により演算された伝送時間である、
0006030207.tif 000016
超音波合成イメージングの装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波合成イメージングの装置と方法に関し、特に医用イメージングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波標準イメージング
標準的な超音波イメージングは、任意の点に焦点を合わせた円筒波による媒体への高周波の照射からなる。この単一の高周波照射の後方散乱エコーを利用して、動的受信整相工程を用いたイメージの完全な輪郭線が演算される。完全なイメージを構築するために、所定深さ（焦点面という）を横方向に沿ってスキャンする一組の収束波を送ることによってこの工程が繰り返される。各々の収束波に対して動的整相が実施され各行ごとの完全なイメージが得られる。動的整相は、受信モードにおける均一な集束を保証するのに対して、送信モードでは所定深さに焦点が固定される。最終的なイメージは、焦点面において、そして、焦点の軸方向の長さに対応した媒体の限定された領域において最善である。しかしながら、この領域の外側では回折の法則が課されることとなり、イメージの質が他の深さ（焦点ビームの近く又は遠くの領域）において急速に劣化する。
【０００３】
この制限を克服するための古典的な解は、イメージ全体に渡って一様な質を得るために異なる複数の送信焦点深度が用いられる多焦点イメージングを実施することである。所定の焦点深度における各々の送信は、軸方向焦点距離で区切られた領域の部分的なイメージを取得することを可能とする。最終イメージは、様々な深さに対応したこれらの部分的なイメージの再結合により得られる。最適な多焦点イメージは、典型的には数十の焦点面を要する。そしてこれは、超音波イメージングにとって典型値が毎秒１０フレーム未満であることは受け入れられないため、フレームレートの制限を受ける結果となる。イメージの質とフレームレートの間の良い妥協点は４程度の焦点深度のイメージである。
【０００４】
超音波合成イメージング
イメージの質の改善は合成動的送信フォーカリゼーションの実施によって予測される。そのようなアプローチは、整相のあとに一組の異なる高周波照射を結合することによって動的送信集束（言い換えれば、イメージ中の画素の焦点深度と同数）を再合成することである。
【０００５】
合成開口とコヒーレント平面波合成の、２の主要な実施が考えられる。
【０００６】
i）合成開口
合成開口のアプローチでは、例えばUS-6 689 063に開示されるように、超音波アレイが素子ごとに始動され、完全な一組の送信受信素子間の信号応答は整相され、記録される。そして、イメージの各画素に集束した送信受信両方に基づく合成イメージを生成するためのこれらのデータの後工程が可能となる。文献では、合成イメージングが従来のＢモードイメージよりも良いイメージを提供できるか、そしてそれらが限定されたＳＮ比や組織運動によってどのように影響されるかについて集中的に議論された。合成開口イメージングの基本的な問題は、発射に単一の素子が用いられているためイメージのＳＮ比が悪いことである。これにより、従来のイメージングで用いられたいっぱいに開いた口径を用いる場合と比較して発射されるエネルギーが非常に低減され、その結果浸透深さを制限する。
【０００７】
ii）合成平面波のアプローチ
合成平面波イメージングは少なくとも部分的には合成開口イメージングの制限を解決するアプローチである。これは例えばUS-6 551 246に開示されるように、媒体中に異なる複数の角度で送信平面波を備え、後方散乱信号の受信の整相をし、その後最終イメージを再合成するために異なるイメージを結合する。完全なアレイでの平面波の送信は、合成開口のアプローチよりも高い圧力場を発生させる。その上、やわらかい組織を伝播しているときには回折と減衰の効果は、単一素子送信と比較して超音波平面の場合極めて低いものである。
【０００８】
合成動的送信集束のアプローチは、従来のイメージの質／フレームレートの境界を妥協することを強いる。光学イメージの質は、より高いフレームレート（＞１０Ｈｚ）で得ることができる。
【０００９】
しかしながら、現在知られている平面波のアプローチを使用する合成超音波イメージングの方法は、依然としてイメージの精度に関して改善が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明のひとつの目的は、従来の平面波合成超音波イメージングの方法の改善を可能とする新しい合成超音波イメージングの方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、
送信工程であって、０．５〜１００ＭＨｚの周波数を有する複数の超音波傾斜平面波が画像化領域へ送信され、それぞれの非コヒーレントローデータの各セットは前記超音波傾斜平面波に応じてトランスデューサのアレイによって受信整相することなく取得され、領域の複数の画像化された場所のそれぞれについて前記複数の超音波傾斜平面波はそれぞれ異なる伝搬方向の平均傾斜角を有し、非コヒーレントローデータの各セットは対応する前記超音波傾斜平面波に応じて前記トランスデューサによってそれぞれ受信された時間信号を示すものと、
コヒーレンス向上工程であって、前記画像化領域の複数の仮の送信焦点域それぞれについて、前記非コヒーレントローデータの各セットのコヒーレント加算により、前記仮の送信焦点域からの後方散乱エコーに対応する少なくとも一セットのコヒーレントローデータが合成され、前記少なくとも一セットのコヒーレントローデータは前記超音波傾斜平面波の前記異なる伝搬方向の平均傾斜角に対応する非コヒーレントローデータの各セットのコヒーレント加算により合成されるものと、
整相工程であって、それぞれの前記仮の送信焦点域に含まれる複数の場所それぞれについて、イメージ画素が前記コヒーレントローデータのセットを利用した受信整相によって演算されて前記画像化領域の画像が得られるものとを備え、
前記整相工程の前に受信整相は行われず、
前記コヒーレンス向上工程において、前記仮の送信焦点域は、前記トランスデューサのアレイに直交する前記画像化領域内のＭ本の直線であり、
前記コヒーレンス向上工程は、前記仮の送信焦点域での仮の動的送信集束を行うために超音波の伝播時間に対応する遅延を前記非コヒーレントローデータに適用することにより各直線について、前記領域において音速ｃが一定であると仮定して以下の数式によりコヒーレントローデータセットRFcoherentを演算する第１のサブステップを少なくとも有し、
0006030207.tif 000002
ｘ、ｚはそれぞれ前記トランスデューサのアレイのｘ軸と前記ｘ軸に直交するｚ軸に沿った座標であり、
ｘ１は前記ｘ軸に沿った前記直線の１つの横方向位置であり、
αは前記超音波傾斜平面波の伝播方向の前記ｚ軸に対する傾斜角であり、
RFcoherent(x1,x,z)は横方向位置ｘ１の１つの直線に対応するコヒーレントデータのセットであり、
RFraw(x,τ(α,x1,x,z),α)はローデータRFrawのセットからのデータであり、
B(α)は各角度の寄与の重み関数であり、
τ(α,x1,x,z)は以下の数式により演算された伝送時間である、
0006030207.tif 000003
超音波合成イメージングの方法が提供される。
【００１２】
これらの処置の結果、整相の前のステップｂでローデータの空間コヒーレンスが元の状態に戻り、これによりいろいろな超音波の送信から受信されたデータの正確な結合が可能となる。空間コヒーレンスの回復は、空間的に広く拡がった波動場で画像領域を照らしたとき、媒体から戻るエコーは画像領域にランダムに分布する非干渉性のソース（散乱体）からの波動場であるとみることができ、そのためローデータにおいて波動場の空間コヒーレンスが失われうる（または非常に弱くなる）という事実から当然必要となる。
【００１３】
そして、コヒーレンスリカバリー工程で得られたコヒーレントデータに整相が実施され、より正確な画像化ができる。
【００１４】
一方、従来技術の合成超音波イメージングの方法では、最初にローデータに整相が行われ、その後その結果生じたいろいろな平面波に対応する画像が結合されるものであるが、整相工程で沢山の情報が失われ、従来技術の実施によるイメージの結合では空間コヒーレンスの回復ができなかった。
【００１５】
上述した発明の実施形態の超音波イメージングの方法に従ったさまざまな実施形態において、以下の処置の一つまたは複数を採用することができる。
【００１６】
該超音波はさまざまな伝播方向を有する平面波である。
【００１７】
該超音波はさまざまな伝播方向を有する発散波である。
【００１８】
該超音波は時空間的にコード化された励振である。
【００１９】
該コヒーレンス向上工程は固定された音速値を利用して実施される。
【００２０】
該コヒーレンス向上工程は該画像化領域の広域音速値の見積もりを含む。
【００２１】
該コヒーレンス向上工程は、該領域の画像化された場所それぞれについての広域音速の見積もりを含む。
【００２２】
該コヒーレンス向上工程は位相収差の補正を含む。
【００２３】
該コヒーレンス向上工程では、それぞれの仮の送信焦点域は該トランスデューサアレイに垂直な直線である。
【００２４】
該コヒーレンス向上工程は、
該領域での音速は一定であると仮定して、該仮の送信焦点域に焦点を合わせた仮の動的送信を行うために、該ローデータに遅延を適用することにより、それぞれの仮の送信焦点域についてのコヒーレントデータ集合を演算する第一サブ工程と、
該第一サブ工程で演算された該コヒーレントデータ集合に基づく該画像化領域での収差を見積もることにより該遅延が補正され、該補正された遅延は、該仮の送信焦点域に焦点を合わせた仮の動的送信を実施することによる新たなコヒーレントデータ集合の演算に用いられる第二サブステップとを備える。
【００２５】
少なくとも該第二サブステップ（すなわち、第二サブステップまたは、第一、第二サブステップの両方）は複数回実施される。
【００２６】
該第二サブステップでは、それぞれのコヒーレントデータ集合についてさまざまなトランスデューサに対応した該コヒーレントデータを相互相関させることによって該収差の見積もりが行われる。
【００２７】
本発明の他の目的は、
領域の複数の画像化領域のそれぞれについて異なる伝搬方向の平均傾斜角を有し、かつ０．５〜１００ＭＨｚの周波数を有する複数の超音波傾斜平面波を前記領域へ送信する手段と、
対応する超音波傾斜平面波に応じて非コヒーレントローデータの各セットを受信整相することなく取得し、非コヒーレントローデータの各セットは対応する超音波傾斜平面波に応じてトランスデューサのアレイによってそれぞれ受信された時間信号を示す手段と、
前記画像化領域における複数の仮の送信焦点域のそれぞれについて、前記非コヒーレントローデータの複数のセットから少なくとも一セットのコヒーレントローデータを合成し、前記少なくとも一セットのコヒーレントは前記仮の送信焦点域からの後方散乱エコーに対応し、前記超音波傾斜平面波の前記異なる伝搬方向の平均傾斜角に対応する非コヒーレントローデータの各セットのコヒーレント加算により合成される手段と、
それぞれの前記仮の送信焦点域に含まれる複数の場所それぞれについて前記コヒーレントローデータのセットを利用して、少なくとも一方向に沿った受信整相によって整相された信号を演算し、前記画像化領域の画像を提供する整相手段とを備え、
前記整相手段が前記整相された信号を演算する前に受信整相は行われず、
前記仮の送信焦点域は、前記トランスデューサのアレイに直交する前記画像化領域内のＭ本の直線であり、
前記少なくとも一セットのコヒーレントローデータを合成する手段は、前記仮の送信焦点域での仮の動的送信集束を行うために超音波の伝播時間に対応する遅延を前記非コヒーレントローデータに適用することにより各直線について、前記領域において音速ｃが一定であると仮定して以下の数式によりコヒーレントローデータセットRFcoherentを演算する手段を少なくとも有し、
0006030207.tif 000004
ｘ、ｚはそれぞれ前記トランスデューサのアレイのｘ軸と前記ｘ軸に直交するｚ軸に沿った座標であり、
ｘ１は前記ｘ軸に沿った前記直線の１つの横方向位置であり、
αは前記超音波傾斜平面波の伝播方向の前記ｚ軸に対する傾斜角であり、
RFcoherent(x1,x,z)は横方向位置ｘ１の１つの直線に対応するコヒーレントデータのセットであり、
RFraw(x,τ(α,x1,x,z),α)はローデータRFrawのセットからのデータであり、
B(α)は各角度の寄与の重み関数であり、
τ(α,x1,x,z)は以下の数式により演算された伝送時間である、
0006030207.tif 000005
超音波合成イメージングの装置を提供することである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、従来の平面波合成超音波イメージングの方法の改善が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態による合成超音波イメージング装置を表す概略図である。
【図２】図１の装置の一部を表すブロック図である。
【図３】図１、２の装置によって実施される合成超音波イメージングを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図面においては、同一符号は同一又は類似する要素をあらわす。
【００３１】
図１に示される装置は、例えば生体組織そして特に患者の人体組織である領域１の合成超音波イメージングに適している。当該装置は例えば以下を含む。
例えば、通常の超音波検査プローブから既知となるＸ軸に沿って並置された典型的には数十のトランスデューサ（例えば１００−３００）を含む線形アレイなどの超音波トランスデューサアレイ２（アレイ２は領域１の２次元イメージングを実施できるように構成されるが、アレイ２は領域１の３次元イメージングも実施できる２次元アレイであるように構成されうる）。
トランスデューサアレイを制御しそこから信号を受け取るエレクトロニックベイ３。
エレクトロニックベイ３を制御し、エレクトロニックベイから得られた超音波イメージを閲覧するマイクロコンピュータ４（この変形として、エレクトロニックベイ３とマイクロコンピュータ４の全ての機能を満たす単一の電子装置）。
【００３２】
図２に示すように、エレクトロニックベイ３は例えば以下を含む。
トランスデューサアレイ２のｎ個のトランスデューサ（Ｔ１−Ｔｎ）へ個々に接続されたｎ個のアナログ／デジタルコンバータ５（Ａ／Ｄ１−Ａ／Ｄｎ）。
ｎ個のアナログ／デジタルコンバータ５に個別に接続されたｎ個のバッファーメモリ６（Ｂ１−Ｂｎ）。
マイクロコンピュータ４およびバッファーメモリー６と通信する中央処理装置８（ＣＰＵ）。
中央処理装置８と接続されたメモリー９（ＭＥＭ）。
中央処理装置８と接続されたデジタル信号プロセッサ１０（ＤＳＰ）。
【００３３】
図３は図１、２の装置を用いて本発明の方法の実施の一例を示すものであり、以下の主要な三工程を含む。
ａ）送信とデータ記録
ｂ）コヒーレントＲＦデータの合成
ｃ）受信整相
これらの方法の工程は、主にデジタル信号プロセッサ９の補助を伴う中央処理装置７によって制御される。
【００３４】
ステップａ：送信とデータ記録
トランスデューサアレイはイメージ化されるべき媒体（例えば患者の体）に接触され、そしてトランスデューサアレイ２によって傾斜されたＮの超音波平面波が連続的に領域１へ送られる。傾斜された平面波の数Ｎは例えば２と１００の間程度である。超音波の周波数は例えば０．５と１００ＭＨｚ、あるいは１と１０ＭＨｚの間である。
【００３５】
各々の傾斜された平面波は、Ｚ軸に関する伝播の方向からの傾斜角αによって特徴付けられる（Ｚ軸は線形トランスデューサアレイ２のＸ軸に垂直であり、Ｘ軸のイメージング平面を定義する）。
【００３６】
各々の傾斜された平面波は、何度も散乱され、アレーの各々のトランスデューサＴ１−Ｔｎが後方散乱された信号を受け取れるように、トランスデューサアレイ２の方へ後方散乱される。ｎのトランスデューサの後方散乱された信号は、そのあとアナログ／デジタルコンバータ５によって個別にデジタル化され、ｎのバッファーメモリ６に記録される。平面波の送信のあとにバッファーメモリに保存されたデータは以後、ローＲＦデータと呼ぶ。このように、ローＲＦデータは平面波の送信後のアレイ２の全てのトランスデューサによって受信された時刻信号を代表するマトリックスと考えることができる。ＲＦとは技術的には通常の語であり、単に（たいてい０．５〜１００ＭＨｚの範囲である）超音波の周波数をいうが、この表現はなんら制限的なものではない。
【００３７】
超音波平面波は、異なる伝播方向を有する異なる超音波によっても置き換えることができることに留意すべきである。
【００３８】
全ての場合において超音波は時空間的にコード化され得るもので、これは例えば異方向のいくつかの超音波の同時送信、処理を可能とする。
【００３９】
ステップｂ：コヒーレントＲＦデータの合成
加算処理と延伸時間遅延を利用して、取得されたＮのローＲＦデータマトリックスからＭのコヒーレント合成ＲＦデータマトリックスが演算される。後方散乱されたエコーに対応するＭの演算されたマトリックスのそれぞれは、所定の仮の動的送信集束ラインによりもたらされる。これは以下に述べる工程に従うことにより達せられる。
【００４０】
１）サブステップｂ．１：媒体全体の音速が一定であると仮定した、コヒーレントＲＦデータの第一組の合成。
単純化のため、波動場は時刻ｔ＝０において、ｘ＝０、ｚ＝０に位置するトランスデューサで発せられるとする。仮の送信焦点位置Ｆ（ｘ１、ｚ）について考える。もし、媒体が傾きαの平面波を用いて高周波を当てられた場合、波が媒体中のＦ（ｘ１、ｚ）に到達するまでに要する時間は以下の通りである。
τec(α，ｘ１，ｚ)＝（ｚcosα＋ｘ１sinα）/ｃ
・・・式（１）
ここで、ｘ１とｚはＸ軸、Ｚ軸に沿い、またｃは領域１における音速である。音速ｃはあらかじめ決められうる値、あるいは全体から見積もられた値である。
【００４１】
ｘにある所定のトランスデューサへ戻るのに要する時間は以下の通りである。
τrec(ｘ１，ｘ，ｚ)＝（√（ｚ２＋（ｘ−ｘ１）２））/ｃ
・・・式（２）
走査された平面波の照射のためのトータル移動時間τは以下のようになる。
τ(α，ｘ１，ｘ，ｚ)＝τec＋τrec＝（１/ｃ）[（ｚcosα＋ｘ１sinα）＋（√（ｚ２＋（ｘ−ｘ１）２））]
・・・式（３）
トータル移動時間τは以下のとおり、仮の送信焦点位置Ｆ（ｘ１、ｚ）のための、ローＲＦデータ（ＲＦraw(ｘ，ｚ，α)）と空間コヒーレントＲＦデータ（ＲＦcoherent(ｘ1，ｘ，ｚ)）との間の関連を与える。
【００４２】
【数１】
0006030207.tif 000006
・・式（４）
【００４３】
ここで、Ｂ（α）は各角度の寄与の重み関数である。仮のフォーカリゼーションラインとは、同じ横方向の位置ｘ１についての全ての仮の焦点Ｆ（ｘ１，ｚ）によって定義される。所定のラインｘ１に沿ったそれぞれの仮のフォーカリゼーションラインは、２次元コヒーレントＲＦデータマトリックスであるマトリックスＲＦコヒーレント（ｘ１，ｘ、ｚ）によって表される。
【００４４】
それらのコヒーレントＲＦマトリックスのうちＭが演算されるが、Ｍは演算されることが必要な仮の送信フォーカリゼーションラインの数である（すなわち、ｘ１の複数のＭの値を得るためである）。
【００４５】
Ｍは例えばアレイ２におけるトランスデューサの数に対応するものであっても、あるいはそれよりも大きい数でああってもよい。
【００４６】
２）サブステップｂ．２：収差の補正による、媒体の正確なフォーカリゼーション規則の決定。
先の結論には、超音波伝播をゆがめうる、媒体の潜在的な収差については考慮されていない。それらのような局所的な収差は、たとえば音速、密度、吸音などの局所的な音響的特性の変化によってもたらされ得る（医用超音波では、音速が概ね脂肪に対する１４６０ｍ・ｓ−１から筋肉に対する１５６０ｍ・ｓ−１まで分布するといった不均一が存在する）。そのような収差は、合成された信号の空間的干渉性および、最終的な超音波イメージの質を劣化させるという欠点をもたらす。
【００４７】
そのような欠点を補正するために、既知の複数の収差補正法が利用できる。ラインｘ１からのコヒーレント合成ＲＦデータへこれらの方法を適用することにより、一組の遅延時間δ（ｘ１，ｘ，ｚ）によって表現される補正された集束規則が見積もることができ、それぞれの移動時間へ付加される。
τrew(α，ｘ１，ｘ，ｚ)＝τ(α，ｘ１，ｘ，ｚ)＋δ（ｘ１，ｘ，ｚ)
・・・式（５）
ここで、δは、円筒形のフォーカリゼーション規則を想定することによって引き起こされる欠点のための遅延補正である。
【００４８】
ステップｂ．１のＭのコヒーレント合成データマトリックスは、式（４）におけるτ（α，ｘ１，ｘ，ｚ）の新たな値であるτnew（α，ｘ１，ｘ，ｚ）を利用して再度演算される。
【００４９】
これらの位相収差の補正は、領域１の画像化された場所それぞれについての音速の局所的な見積もりを行うことと等価である。
【００５０】
収差補正の方法は記録された波動場の空間的干渉性に依存する。
【００５１】
波動場の空間的干渉性はその空間的共分散によって測定される。それは２点で測定された場の値の間の相関をその２点間の間隔の関数として測定する。この相関関数は、非干渉性の源によって形成される波動場の空間的変動の二次統計と一致する。
【００５２】
光学の重要な定理の一つであるVan Cittert-Zernikeの定理はそのような波動場のこれらの二次統計について記述する。Van Cittert-Zernikeの定理は、観測面のｘ１、ｘ２の２点で測定された波動場の空間共分散は空間周波数（ｘ２−ｘ１）／λｚで取得したソース開口関数のフーリエ変換と等しい（λは波長であり、ｚは観測面とソースの間の距離である）ことを規定する。
【００５３】
直接の結果として、非干渉ソーススポットが鋭いほど、異なる２点で測定された波動場が良く類似する観測面の面積が増大する。
【００５４】
医用超音波イメージングにおける収差補正技術は主にこの結果に基づいている。確かに、もしトランスデューサのアレイで記録された波動場が、小さな空間スポット（焦点）に位置する一組の非干渉性のソースからくる後方散乱エコーと一致する場合、アレイの一つの素子で受信された波動場は隣接する素子で受信された波動場とよく類似するだろう。そして、隣接する素子で受信された信号間の単純な相互相関は、これらの信号間の遅延時間を正常な状態に戻すことを可能とする。この概念をアレイ全体の素子に適用することで、全ての素子間の時間遅延を入手でき、それゆえに収差のある媒体を完全に記述できる（収差補正技術は収差のある層は薄くアレイと近接するとの仮定を与え、アレイの素子に時間シフトのみを導入するものであり、これは良く知られた位相スクリーン近似である）。
【００５５】
３）最後にサブステップｂ．２を繰り返す。
最後にステップｂ．２が繰り返される。繰り返しの数はあらかじめ定められているか、または繰り返しの中止はあらかじめ定められた制限より悪いエラー値により決められる。エラー値は例えば、
【００５６】
【数２】
0006030207.tif 000007
【００５７】
であっても良いし、あるいは他のものでも良い。
【００５８】
サブステップｂ．２だけを繰り返す代わりに、遅延規則の見積もりを精錬するためにサブステップｂ．１とｂ．２の両方の繰り返しも可能である。
【００５９】
ステップｃ：受信整相
ステップｂのあとには、最終的な超音波イメージを演算するためにＭのコヒーレントＲＦデータマトリックスのそれぞれに受信整相が実施される。用いられた遅延規則は、次の収差補正法によって演算されたものである。
【００６０】
イメージの点（ｘ１，ｚ）は各散乱体の寄与を干渉的に付加することによって得られるものであり、換言すれば、ＲＦｘ１（ｘ，ｔ）信号をτｎｅｗ（ｘ１，ｘ，ｚ）によって遅延させ、それらをアレイ方向Ｘに付加する。
【００６１】
【数３】
0006030207.tif 000008
・・式（６）
【００６２】
ここでＡは、最終イメージのラインｘ１の作成のためのｘの関数としての受信アポディゼーション関数である。したがって、イメージはＭのラインを備える。
【００６３】
変形
収差ディストーションの見積もりの分散の改良は、前の実施のわずかな改良によって可能となる。
ステップｂではＭの演算されたマトリックスの各々が、異なる角度αのチャネルデータ毎に全体加算することによって得られる所定の仮の動的送信集束ラインに起因する後方散乱エコーと対応する。
【００６４】
しかしながら、場合によっては、ある所定のラインｘ１に対応した同一マトリックスの独立傾斜Ｋを合成することをステップｂで実施することは興味深い。
例えば、そのような独立傾斜は、いくつかの低減された角度αの各角度だけに使用することで容易に構築できる。
【００６５】
ある所定ラインｘ１に対応した同一マトリックスの独立傾斜Ｋを得るほかの方法は、ステップａを、アレイのトランステデューサの連続したサブセットへＮの傾斜平面波を送れるように変えることである（すなわち、連続した連続的なサブ開口である）。そして、ステップ２ではラインｘ１に対応した仮のマトリックスの傾斜Ｋが、アレイのそれぞれのサブ開口から取得されたＮのローＲＦデータのセット利用することで構築される。
【００６６】
ステップｂ．２での収差ディストーションδ（ｘ１，ｘ，ｚ）の見積もりは、これらの収差は仮のラインｘ１に対応したマトリックスのそれぞれの傾斜Ｋについて同様であるはずだから改善し得る。それ故単純に、同じマトリックスの異なる傾斜Ｋについてδ（ｘ１，ｘ，ｚ）を平均化することで見積もりの分散を低減できる。
【００６７】
さらに複雑な再結合、例えばＤＯＲＴ技術が実施できる（例えば、Prada C, Thomas JL. Experimental subwavelength localization of scatterers by decomposition of the time reversal operator interpreted as a covariance matrix. JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA 114 (1): 235-243 JUL 2003 および、Prada C, Manneville S, Spoliansky D, et al. Decomposition of the time reversal operator: Detection and selective focusing on two scatterers. JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA 99(4): 2067-2076 Part 1 APR 1996.を参照する）。
【００６８】
本発明による方法は例えば以下のように用いられる。
送信と受信にて動的に集束された少なくとも一の２次元か３次元の超音波イメージ生成の実施。
送信と受信にて動的に集束された一組の操作型超音波イメージであって、合成されたイメージの生成のために非干渉的にまとめることができるものの生成の実施。
送信と受信にてそれぞれ動的に集束された、少なくとも一の２次元か３次元の超音波イメージ生成と、一の２次元か３次元のカラーフローイメージ生成の実施。
少なくとも一の２次元か３次元の高品質である超音波組織ハーモニックイメージ生成の実施。
注入された造影剤を利用した、少なくとも一の２次元か３次元の高品質である超音波コントラストイメージ生成の実施。
送信と受信にて動的に集束され、また、例えば集束されたカラーフローやハーモニックイメージングなどの他の従来型手段と結合された、少なくとも一の２次元か３次元の超音波イメージ生成の実施。
【図１】
0006030207.tif 000017
【図２】
0006030207.tif 000018
【図３】
0006030207.tif 000019