(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高フレームレートの量的ドップラー超音波イメージを生成する方法において、
トランスデューサの視野全体の少なくとも一部に亘って、媒体に１以上のアンサンブルの非集束アコースティック信号を出射するステップと、
前記１以上のアンサンブルの各アコースティック信号の出射に応じて、前記トランスデューサの受信素子のアレイ内の複数の受信素子から、散乱及び反射した超音波信号を受信及び保存するステップと、
少なくとも１つの像点に関して、前記受信した超音波信号を処理し、前記少なくとも１つの像点に対応する前記媒体内の点から量的な動き情報を抽出するステップと、
表示装置上で、前記量的な動き情報から導出されたパラメトリックイメージを生成するステップと、を有し、
前記アンサンブルのそれぞれは、１６個よりも多くのアコースティック信号の出射を有する、方法。
【請求項２】
前記受信及び保存された、散乱及び反射した超音波信号の少なくともサブセットは、画素指向処理方法を用いて実時間で処理され、前記画素指向処理方法は、
前記アコースティック信号を受信する前記トランスデューサの視野内の一部の視野エリアを表すように選択された一組の画素を生成する初期のステップであって、前記一組の画素内の全ての画素が前記複数の受信素子に対して既知の空間的関係を有するステップと、
前記保存された超音波信号の領域に前記一組の画素内の全ての画素をマッピングするステップと、
前記保存された超音波信号のマッピングされた領域を前記一組の画素内の全ての画素のためのアレイに組織化するステップと、
前記一部の視野エリア内の各イメージ画素位置において、行列処理を用いて、少なくとも前記保存されたエコー信号のサブセットから、前記受信された散乱された超音波信号の振幅及び位相を再生するステップと、
アコースティック信号の時間調整されたシーケンスの少なくとも１つの出射、並びに散乱及び反射した超音波信号の受信及び保存を含む送信−受信イベントの少なくとも１つのアンサンブルを処理し、前記エリア内の各画素位置における媒体の動きの推定されたドップラーパラメータを導出するステップと、
前記一部の視野エリア内の各イメージ画素位置において、表示を生成する際に用いられる１つ以上のドップラーパラメータのイメージを生成するステップとを有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記パラメータは、流体フロー又は組織の動きに関連する請求項２記載の方法。
【請求項４】
複数の非集束アコースティック出射信号は、媒体への多角の伝播を提供するように変更され、前記多角の伝播からのドップラーパラメータ推定を処理して、イメージ画素位置のそれぞれにおける速度ベクトルを計算する請求項２記載の方法。
【請求項５】
複数の非集束アコースティック出射信号は、媒体への多角の伝播を提供するように変更され、前記多角の伝播からのドップラーパラメータ推定を処理して、前記媒体内の真の速度と、音響雑音又は電気雑音とを区別する請求項２記載の方法。
【請求項６】
複数の非集束アコースティック出射信号は、媒体への多角の伝播を提供するように変更され、前記多角の伝播からのドップラーパラメータ推定を処理して、前記イメージ画素位置のそれぞれにおけるドップラーパワーを算出する請求項２記載の方法。
【請求項７】
前記ドップラーパラメータ推定の精度は、アコースティック信号の数を変更することによって調整される請求項２記載の方法。
【請求項８】
前記処理は、ドップラー周波数シフトスペクトル解析を用いて、前記イメージ画素位置のそれぞれにおける媒体の動きのドップラーパラメータを導出することを含む請求項２記載の方法。
【請求項９】
前記導出される媒体の動きのドップラーパラメータは、最大速度を含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記導出される媒体の動きのドップラーパラメータは、前記媒体内の乱流の指標としての速度分散を含む請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記導出される媒体の動きのドップラーパラメータは、スペクトル帯域のモード、平均、分散、最大値、パワーのうちの少なくとも１つのパラメータであり、前記スペクトル解析は、前記導出されたパラメータについての誤差推定を更に含む請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記導出されるパラメータの精度は、前記アンサンブル内の送信−受信イベントの数を変更することによって調整される請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記アンサンブルの処理は、ドップラーフレームの取得のレートを低下させることなく、少なくとも１つのイメージ画素位置において、ドップラーパラメータ推定を実時間で生成及び表示することを含む請求項８記載の方法。
【請求項１４】
前記出射は、媒体への多方向の伝播の角度を提供するように変化する複数の非集束アコースティック信号を出射することを含み、前記処理は、前記多方向の角度からのドップラーパラメータ推定を用いて、イメージ画素位置のそれぞれにおける速度ベクトルを算出することを含む請求項８記載の方法。
【請求項１５】
前記出射は、媒体への多方向の伝播の角度を提供するように変化する複数の非集束アコースティック信号を出射することを含み、前記処理は、前記多方向の角度からのドップラーパラメータ推定を用いて、前記媒体内の真の動きに由来するデータと、音響雑音又は電気雑音に由来するデータとを区別することを含む請求項８記載の方法。
【請求項１６】
前記出射は、媒体への多方向の伝播の角度を提供するように変化する複数の非集束アコースティック信号を出射することを含み、前記処理は、前記多方向の角度からのドップラーパラメータ推定を用いて、前記イメージ画素位置のそれぞれにおけるスペクトル帯域のモード、平均、分散及び最大パワーを含むスペクトルパラメータの角度補正された値を算出することを含む請求項８記載の方法。
【請求項１７】
前記イメージの生成は、前記トランスデューサアレイの視野全体に亘って、導出されたパラメータの値を表示するイメージ又はイメージの時間的シーケンスを生成することを含む請求項２記載の方法。
【請求項１８】
前記イメージの生成は、２次元イメージの動画シーケンスとして、前記媒体の動きパラメータを表示する複数のフレームのイメージを生成することを含み、前記イメージ表示のレートは、実際のタイムレートと同じか、これより遅いか、これより速い請求項２記載の方法。
【請求項１９】
前記ドップラーパラメータは、
最大パワーを有するドップラーシフト周波数に対応するピーク速度、
特定の最小パワー閾値について、最大のドップラーシフト周波数に対応する最大速度、
媒体の乱流の指標としての速度分散、
及び媒体の乱流の指標としての速度ベクトル方向分散のうちの少なくとも１つを含む請求項２記載の方法。
【請求項２０】
前記時間調整されたシーケンスは、１つ以上の心周期に対応する時間間隔を含み、イメージの生成は、各画素点における導出されたパラメータの最大値又は最小値、又は各画素における２つの導出されたパラメータの差分、又は前記心周期内の幾らかの時間内に取られた２つの導出されたパラメータの比を用いて、各心周期毎に単一のイメージを生成することを含む請求項２記載の方法。
【請求項２１】
トランスデューサの視野全体の少なくとも一部に亘って、媒体に１以上のアンサンブルの非集束アコースティック信号を出射し、各アコースティック信号の出射に応じて、前記トランスデューサの受信素子のアレイ内の複数の受信素子から、散乱及び反射した超音波信号を受信及び保存するトランスデューサを有し、前記アンサンブルのそれぞれが１６個よりも多くアコースティック信号を出射する、モジュールと、
前記トランスデューサに接続され、少なくとも１つの像点に関して、前記保存された超音波信号を受信し、前記少なくとも１つの像点に対応する前記媒体内の点から量的な動き情報を抽出し、表示装置上で、前記量的な動き情報から導出されたパラメトリックイメージを生成するプロセッサと、を備えるシステム。
【請求項２２】
前記プロセッサは、前記受信及び保存された、散乱及び反射した超音波信号の少なくともサブセットを画素指向処理方法を用いて実時間で処理するように構成されており、前記画素指向処理方法は、
前記アコースティック信号を受信する前記トランスデューサの視野内の一部の視野エリアを表すように選択された一組の画素を生成する初期のステップであって、前記一組の画素内の全ての画素が前記複数の受信素子に対して既知の空間的関係を有するステップと、
前記保存された超音波信号の領域に前記一組の画素内の全ての画素をマッピングするステップと、
前記保存された超音波信号のマッピングされた領域を前記一組の画素内の全ての画素のためのアレイに組織化するステップと、
前記一部の視野エリア内の各イメージ画素位置において、行列処理を用いて、少なくとも前記保存されたエコー信号のサブセットから、前記受信された散乱された超音波信号の振幅及び位相を再生するステップと、
アコースティック信号の時間調整されたシーケンスの少なくとも１つの出射、並びにこれに応じて散乱及び反射した超音波信号の受信及び保存を含む送信−受信イベントの少なくとも１つのアンサンブルを処理し、前記一部の視野エリア内の各画素位置における媒体の動きの推定されたドップラーパラメータを導出するステップと、
前記エリア内の各イメージ画素位置において、表示を生成する際に用いられる１つ以上のドップラーパラメータのイメージを生成するステップとを有する請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
複数の非集束アコースティック出射信号は、媒体への多角の伝播を提供するように変更され、前記多角の伝播からのドップラーパラメータ推定を処理して、イメージ画素位置のそれぞれにおける速度ベクトルを計算する請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
複数の非集束アコースティック出射信号は、媒体への多角の伝播を提供するように変更され、前記多角の伝播からのドップラーパラメータ推定を処理して、前記媒体内の真の速度と、音響雑音又は電気雑音とを区別する請求項２２記載のシステム。
【請求項２５】
複数の非集束アコースティック出射信号は、媒体への多角の伝播を提供するように変更され、前記多角の伝播からのドップラーパラメータ推定を処理して、前記イメージ画素位置のそれぞれにおけるドップラーパワーを算出する請求項２２記載のシステム。
【請求項２６】
前記ドップラーパラメータ推定の精度は、アコースティック信号の数を変更することによって調整される請求項２２記載のシステム。
【請求項２７】
前記処理は、ドップラー周波数シフトスペクトル解析を用いて、前記イメージ画素位置のそれぞれにおける媒体の動きのドップラーパラメータを導出することを含む請求項２２記載のシステム。
【請求項２８】
前記導出される媒体の動きのドップラーパラメータは、最大速度を含む請求項２７記載のシステム。
【請求項２９】
前記導出される媒体の動きのドップラーパラメータは、前記媒体内の乱流の指標としての速度分散を含む請求項２７記載のシステム。
【請求項３０】
前記導出される媒体の動きのドップラーパラメータは、スペクトル帯域のモード、平均、分散、最大値、パワーのうちの少なくとも１つのパラメータであり、前記スペクトル解析は、前記導出されたパラメータについての誤差推定を更に含む請求項２７記載のシステム。
【請求項３１】
前記導出されるパラメータの精度は、前記アンサンブル内の送信−受信イベントの数を変更することによって調整される請求項２７記載のシステム。
【請求項３２】
前記アンサンブルの処理は、前記表示装置上で、ドップラーフレームの取得のレートを低下させることなく、少なくとも１つのイメージ画素位置において、ドップラーパラメータ推定を実時間で生成及び表示することを含む請求項２７記載のシステム。
【請求項３３】
前記出射は、前記トランスデューサから媒体への多方向の伝播の角度を提供するように変化する複数の非集束アコースティック信号を前記トランスデューサから出射することを含み、前記処理は、前記プロセッサにおいて、前記多方向の角度からのドップラーパラメータ推定を用いて、イメージ画素位置のそれぞれにおける速度ベクトルを算出することを含む請求項２７記載のシステム。
【請求項３４】
前記出射は、前記トランスデューサから媒体への多方向の伝播の角度を提供するように変化する複数の非集束アコースティック信号を出射することを含み、前記処理は、前記プロセッサにおいて、前記多方向の角度からのドップラーパラメータ推定を用いて、前記媒体内の真の動きに由来するデータと、音響雑音又は電気雑音に由来するデータとを区別することを含む請求項２７記載のシステム。
【請求項３５】
前記出射は、前記トランスデューサから媒体への多方向の伝播の角度を提供するように変化する複数の非集束アコースティック信号を出射することを含み、前記処理は、前記プロセッサにおいて、前記多方向の角度からのドップラーパラメータ推定を用いて、前記イメージ画素位置のそれぞれにおけるスペクトル帯域のモード、平均、分散及び最大パワーを含むスペクトルパラメータの角度補正された値を算出することを含む請求項２７記載のシステム。
【請求項３６】
前記イメージの生成は、前記表示装置上で、前記トランスデューサアレイの視野全体に亘って、導出されたパラメータの値を表示するイメージ又はイメージの時間的シーケンスを生成することを含む請求項２２記載のシステム。
【請求項３７】
前記イメージの生成は、前記表示装置上で、２次元イメージの動画シーケンスとして、前記媒体の動きパラメータを表示する複数のフレームのイメージを生成することを含み、前記イメージ表示のレートは、実際のタイムレートと同じか、これより遅いか、これより速い請求項２２記載のシステム。
【請求項３８】
前記ドップラーパラメータは、
最大パワーを有するドップラーシフト周波数に対応するピーク速度、
特定の最小パワー閾値について、最大のドップラーシフト周波数に対応する最大速度、
媒体の乱流の指標としての速度分散、
及び媒体の乱流の指標としての速度ベクトル方向分散のうちの少なくとも１つを含む請求項２２記載のシステム。
【請求項３９】
前記時間調整されたシーケンスは、１つ以上の心周期に対応する時間間隔を含み、イメージの生成は、各画素点における導出されたパラメータの最大値又は最小値、又は各画素における２つの導出されたパラメータの差分、又は前記心周期内の幾らかの時間内に取られた２つの導出されたパラメータの比を用いて、各心周期毎に単一のイメージを生成することを含む請求項２２記載のシステム。
【請求項４０】
前記導出されたパラメータは、全体の記録に亘って計算され、収縮期及び拡張期、強い乱れの間隔、表示されるイメージによって視覚化される任意の関心がある時間を含む前記心周期内の臨床的に有意な特定のフェーズにおける表示のために選択される請求項３９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２００８年６月２６日に出願された米国仮出願番号第６１／０７６，０５７号について、米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益を主張し、この仮出願の全体は、引用によって本願に援用される。
【０００２】
本発明は、超音波データを捕捉及び処理し、超音波データから流体フローを表すイメージを生成するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
超音波イメージングは、様々な病状及び疾患を診断するための効果的なツールに進化した。超音波設備の市場は、画質及び様々なタイプの組織を区別する能力の向上に伴って、長年、安定して成長している。しかしながら、採用の有用性に対して、超音波システムの設備コストが高過ぎる用途も未だ多い。具体例は、乳癌検出、前立腺イメージング、筋骨格イメージング及びインターベンショナルラジオロジ（interventional radiology：ＩＶＲ）等の応用分野である。これらの及びこの他の分野では、超音波イメージングの診断の効力は、様々な組織タイプの区別及び識別のための空間及びコントラストの分解能の高さに依存する。これらの性能は、より大規模な処理能力を有するより高価な超音波システムのみが有している。
【０００４】
超音波イメージングは、特に、それぞれが個別の信号処理要求を有する１２８個又はこれ以上のトランスデューサ素子を使用するアレイシステムの場合、常に、大規模な信号及びイメージ処理を必要とする。過去１０年の間に、市場の最下級の層のシステムを除く殆ど全てのシステムにおいて、精度及び柔軟性が改善されたデジタル信号処理への遷移が行われた。この遷移は、高集積度のデジタル回路を利用することによってシステムコストを長期的に低減する可能性を有する。しかしながら、超音波システムは、生産量が少ないため、これらの固有の回路のために、間接費及び固定費が嵩み、この結果、デジタル信号処理への遷移によって、システムコストが大幅に低減されることはなかった。
【０００５】
医療用の超音波によるドップラー法は、血流をイメージングし、定量化するために複数の関連する技術を包含している。静止している標的については、標的から反射してトランスデューサに戻るパルスの往復移動時間は、各送信毎に同じである。一方、移動する物体からの連続するエコグラフィの反射波は、送信パルスに関して異なる時間で到着し、これらのエコーを相互相関させることによって、物体の速度を推定することができる。超音波経路は、（ビーム軸に沿った）方向性を有するので、軸方向の動きだけがドップラー信号を生成する。ビームを横断するフローは、検出できないので、従来のドップラー法で得られる速度の大きさは、流速ベクトルの軸方向成分だけを表す。流速ベクトルの本当の大きさを推定するためには、ベクトルドップラー法（Vector Doppler method）が採用される。これらの方法は、包括的に言えば、多角ビームデータに基づいて、フローベクトルの方向及び流速ベクトルを推定する。
【０００６】
血流の異なる側面を表現するために幾つかのドップラー効果に基づく方法が開発されている。通常、血流場（flow field）の「空間的なイメージング」を用いて、血管の位置を特定し、そのサイズを測定し、血流構造を観測する。「フローイメージング」は、グレースケールで表現されたエコグラフィの振幅と、色によってレンダリングされた流速とによって、両方のタイプのイメージを重ねて結合する「二重」モードのエコグラフィイメージングに関連して使用されている。フローイメージングは、取得時間が長く、処理負荷が大きいため、血流場は、より大きいエコグラフィイメージの下位集合である関心領域（region of interest：ＲＯＩ）内で計算される。
【０００７】
ＲＯＩ内で選択されたより小さいサンプルボリューム内で流速を詳細に定量化することができる。独自にサンプリング及び処理できる最も小さいボリュームは、軸長（送信パルス長）及び（イメージング平面に入り及びイメージング平面から出る）横方向のビーム幅によって定まる。あらゆる方法の空間分解能は、サンプルボリュームのサイズに依存し、及びその位置についてのシステム感度設定にも依存する。
【０００８】
スペクトルドップラー法は、流速のスペクトル及びこのスペクトルが心周期に亘ってどう変化するかを報告し、通常、このスペクトルを、スペクトログラムとしてグラフィカルに表現し、及びスピーカによって可聴音として表現する。更に、スペクトルドップラー法は、一連の送信に亘って得られた流速のパワースペクトルを算出し、このスペクトルを、スペクトログラムとしてグラフィカルに表現し、及びスピーカによって可聴音として表現する。血流速度の完全な時変スペクトルへのアクセスによって、サンプル領域内の平均及びピークの流速を正確に計算できるようになり、全ての超音波ドップラー法の血流の乱れ（flow disturbances）の最も完全な特徴付けが提供される。
【０００９】
関心領域内の速度フィールドのカラーフロードップラー（Color Flow Doppler）イメージングは、色パレットを用いて血流を表現する方法であり、ここでは、通常、より速い速度がより遅い速度より明るくレンダリングされ、異なる血流の方向（通常、トランスデューサに向かう方向又はトランスデューサから離れる方向）は、暖色（赤系）及び寒色（青系）の色調によって区別される。動きが非常に遅い領域及び静止している領域は、色付けされず、最小のカットオフ速度を設定するために「ウォールフィルタ」閾値が用いられる。カラーフロードップラーは、関心領域における概算的な平均流速を提供できるが、妥当なフレームレートを維持するために要求される取得シーケンスの短さのために、精度は、限定的である。
【００１０】
カラーフロードップラーは、本質的には、信号の到着時刻又は位相の相関差分（correlated differences）を見出す様々な手段によって動きを検出し、定量化するために、同じ送信−受信イベントの速いシーケンス、すなわち「アンサンブル（ensemble）」の取得を必要とする。パルス繰り返し周波数（pulse repetition frequency：ＰＲＦ）は、トランスデューサからイメージの最大深度に達し、再び戻ってくる音の往復移動時間によって許容される限度まで高めることができるが、通常、エイリアシングなしでピーク血流速度を視覚化できる最小値に調整される。通常、ＲＯＩ内の各ドップラー走査線毎に８〜１６回のパルスエコーイベントのアンサンブルが使用される。送信ビーム集束パラメータの選択によって、多くの場合、ドップラー走査線は、エコグラフィイメージングのために用いられるものより２〜３倍広くなる。各ビーム方向にパルスのアンサンブルを送信する要求によって、通常、カラーフロードップラーのフレームレートは、エコグラフィイメージングのフレームレートより遅くなる。心周期の一部でフローの著しい変化が生じることがあり、探触子（probe）の僅かな動きでも、全体のＲＯＩに亘って目立ったフローになることがあるため、遅いフレームレートからのアーチファクトは、グレースケールエコグラフィよりドップラーイメージング内でより顕著になることがある。
【００１１】
小さいＲＯＩを用いると、フレームレートを改善できるが、フローの異常の評価が制限されるおそれがある。例えば、１０個のドップラー走査線及び１２個のパルスのアンサンブルを用いるカラーフローＲＯＩは、フルフレームのエコグラフィイメージと同様の１２０回のイベントを必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
高品質のドップラーイメージングは、一般的に、エコグラフィイメージングより技術的に難しく、この理由の大部分は、血液からの後方散乱が組織に比べて非常に弱いためである。乱れがなく、アーチファクトもないカラーフローイメージを生成するためのよく知られている基本的な課題は、以下の通りである。
【００１３】
・取得ハードウェアにおける高度に再現可能な送信パルスの実現及びノイズ及びフェーズジッタを非常に小さくする要求。
【００１４】
・フロー信号は、多くの場合、様々な雑音源と同じ桁の大きさであるが、平均化は、フレームレート及び他の動きアーチファクトに関して悪影響がある。
【００１５】
・組織の散乱振幅と血液の散乱振幅との間の大きいコントラストは、速度のコントラストが高い場合であっても、血管壁（強いエコー）と移動する血液（弱いエコー）との間の区別を困難にする。更に、血液流速は、心周期と同期して動く（脈動する）血管壁の付近で非常に遅いことが多い。
【００１６】
・ドップラーパルスは、通常、エコグラフィパルスより長く、フローと、異なる解像度を有するエコーイメージとを空間的に位置合わせするために注意を払う必要がある。ドップラーパルスのためのサンプルボリュームは、血管径より大きいことがあるので、これは、微小血管の場合、特に困難である。
【００１７】
これらの問題に対処するための様々な手法が開発されており、これらの手法は、技術文献及び特許文献に開示されている。ここに説明する実施の形態は、同時係属中の米国特許出願番号第１１／９１１，６３３号の主題である出願人が先に提案している素子レベルの超音波データの画素ベースの処理、及びフレームレートを高めるための非集束送信ビーム（unfocused transmit beams）の使用に基づいて構築されている。スペクトルドップラー処理を用いる量的イメージングのための、非集束送信ビーム（例えば、平面波）の使用を開示する。ここに開示する実施の形態は、実時間フロー及び動き定量化のため、並びに記録された高ＰＲＦデータの後処理を用いる新たなイメージングモードの開発のための新たな手法を説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
一実施の形態では、ドップラー速度イメージを生成する方法を提供し、この方法は、実質的に全体のフィールドに亘って、媒質に非集束アコースティック信号を出射するステップと、出射に応答して、トランスデューサアレイにおいて、散乱及び反射した超音波信号を受信するステップと、受信した超音波信号を処理して、情報を抽出し、媒質内の少なくとも１つの点に対応するドップラー速度信号を構築するステップと、表示装置上で処理されたドップラー速度信号からドップラー速度イメージを生成するステップとを有する。
【００１９】
本発明の他の実施の形態は、超音波処理方法を提供し、この方法は、非集束アコースティック信号を生成するステップと、複数の受信素子において、非集束アコースティック信号の散乱及び反射したエコーを受信し、エコーからドップラー速度エコー信号を得るステップと、ドップラー速度エコー信号の領域に所与の画素をマッピングするステップと、保存されたドップラー速度エコー信号のマッピングされた領域を所与の画素のためのアレイに組織化するステップと、アレイを処理して、所与の画素の信号応答を生成するステップと、信号応答を用いて、所与の画素のドップラー速度アコースティック情報を得るステップとを有する。
【００２０】
上の実施の形態の他の側面では、方法は、ドップラー速度アコースティック信号を生成するトランスデューサの視野内のエリアを表すように選択された所与の画素の組を生成する初期のステップを有し、この組内の全ての所与の画素は、複数の受信素子に対して既知の空間的関係を有する。
【００２１】
また、ここに開示した本発明の実施の形態は、市販されているＣＰＵ上で実行されるソフトウェア内で全ての信号処理及びイメージ生成を実行する超音波イメージング方法及びシステムに関する。この手法に必要な唯一の専用ハードウェアは、アコースティックパルスの送信、データ取得、及びトランスデューサからの受信信号の信号調整のためのものである。重要な利点として、新たなアーキテクチャによって、安価な走査ヘッド設計における新たなトランスデューサ材料の利用に対応するようにシステムのダイナミックレンジが改善され、及び有意の新たな診断情報を提供する新たな取得モードが提供される。
【００２２】
ここに開示するソフトウェアベースの超音波システムアーキテクチャは、市販のコンピュータマザーボードの周囲の設計を基礎にすることによって、コンピュータ産業の大量、低コストの処理技術を利用する。現在の幾つかの超音波システムは、それらの設計にコンピュータマザーボードを組み込んでいるが、コンピュータは、ユーザインタフェースのためだけに使用されており、幾つかのシステム制御は、如何なる実時間処理タスクにも参加しない。ここに開示するアーキテクチャでは、コンピュータマザーボードがハードウェアを補完するのではなく、殆ど全ての既存のハードウェアをコンピュータマザーボードに置換する。システムの基礎を汎用プラットホーム上のソフトウェア内で実現することによって、柔軟で、高性能なイメージングシステムを、可能な最低のシステムコストで提供することができる。この手法では、カスタムＩＣは不要であり、システムの複雑さが軽減され、システムが市場に投入されるまでの時間が短縮される。更に、コンピュータ産業においてＣＰＵ処理能力が更に向上すると、システムは、これらを容易に採用でき、イメージング性能を向上させ、又は新たな動作及び情報抽出のモードを提供することができる。
【００２３】
画素指向処理の一実施の形態は、アコースティック信号を生成するステップと、複数の受信素子においてアコースティック信号の少なくとも１つのエコーを受信し、ここからエコー信号を取得するステップと、複数の受信素子のそれぞれからの各エコー信号を保存するステップと、保存されたエコー信号の領域に所与の画素をマッピングするステップと、保存されたエコー信号のマッピングされた領域を所与の画素のためのアレイに組織化するステップと、アレイを処理して、所与の画素の信号応答を生成するステップと、信号応答を用いて、所与の画素のアコースティック情報を得るステップとを有する。
【００２４】
上の実施の形態の他の側面では、アコースティック信号を生成するトランスデューサの視野内のエリアを表すように選択された所与の画素の組を生成する初期のステップを設け、このアレイの組内の全ての所与の画素は、複数の受信素子に対して既知の空間的関係を有する。また、この方法は、好ましくは、アレイ内の所与の画素について、アコースティック情報からイメージを生成するステップを含む。
【００２５】
上の実施の形態の他の側面では、アコースティック情報は、以下に限定されるわけではないが、空間データの測定及び表示、時間データの測定及び表示、血流データの測定及び表示、並びにアコースティック信号又はアコースティック送信波によって引き起こされた、誘発された機械的変位に応答する組織変位の測定及び表示のうちの少なくとも１つのために使用することができる。
【００２６】
上の実施の形態の他の側面では、方法は、複数のアコースティック信号を生成するステップと、複数のアコースティック信号からエコーを受信するステップと、複数の生成及び受信サイクルに亘って受信したエコーを結合し、ここから得られるアコースティック情報を強調するステップとを有する。
【００２７】
上の実施の形態の他の側面では、保存されたエコー信号は、結合及び平均化される。更に、信号応答は、保存された超音波信号の平均を含む。
【００２８】
上の実施の形態の他の側面では、方法は、複数のサイクルの超音波信号の出射の結果を結合するステップと、エコーを受信するステップと、受信したエコーからエコー信号を取得して、強調されたアコースティック情報を導出するステップとを有する。
【００２９】
上の実施の形態の他の側面では、強調されたアコースティック情報は、ここから生成される最終的なイメージのコントラスト分解能を向上させる空間的な配合を含む。
【００３０】
上の実施の形態の他の側面では、結合された信号は、動いている組織又は動いている血球に関連するドップラー情報を表している。
【００３１】
上の実施の形態の他の側面では、エコー信号の受信、取得及び保存は、アレイを処理するレートより高いレートで行われる。
【００３２】
本発明の他の実施の形態は、超音波処理方法を提供し、この方法は、アコースティック信号を生成するステップと、複数の受信素子においてアコースティック信号の少なくとも１つのエコーを受信し、ここからエコー信号を取得するステップと、複数の受信素子のそれぞれからの各エコー信号を保存するステップと、保存されたエコー信号の領域に所与のボクセルをマッピングするステップと、保存されたエコー信号のマッピングされた領域を所与のボクセルのためのアレイに組織化するステップと、アレイを処理して、所与のボクセルの信号応答を生成するステップと、信号応答を用いて、所与のボクセルのアコースティック情報を得るステップとを有する。
【００３３】
上の実施の形態の他の側面として、上述した第１の実施の形態に関する全ての側面が、この第２の実施の形態に適用可能である。
【００３４】
本発明の他の実施の形態は、アコースティックエコーを処理する方法を提供し、この方法は、複数の受信素子から受信したアコースティックエコー信号を保存するステップと、保存されたエコー信号の領域に所与の画素をマッピングするステップと、保存されたエコー信号のマッピングされた領域を所与の画素のためのアレイに組織化するステップと、アレイに演算を実行して、所与の画素の信号応答を生成するステップと、信号応答を用いて、所与の画素のアコースティック情報を得るステップとを有する。
【００３５】
本発明の他の実施の形態として提供される超音波処理システムは、アコースティック信号を生成するように構成されたモジュールであって、モジュール内の複数の受信素子において、アコースティック信号の少なくとも１つのエコーを受信し、ここから複数のエコー信号を取得するモジュールと、モジュールと通信する処理手段であって、モジュールから受信した保存されたエコー信号の領域に所与の画素をマッピングし、保存されたエコー信号のマッピングされた領域を所与の画素のためのアレイに組織化し、アレイに演算を実行して、所与の画素の信号応答を生成し、信号応答を用いて、所与の画素のアコースティック情報を得る処理手段とを備える。
【００３６】
上の実施の形態の他の側面では、処理手段は、まず、所与の画素の組を生成し、この組内の所与の画素のそれぞれは、モジュールの受信素子に対して既知の空間的関係を有する。処理手段は、理想的には、アレイ内の所与の画素のためのアコースティック情報からイメージを生成するように構成される。これに代えて又はこれに組み合わせて、イメージを表示する手段を設けてもよく、この手段は、処理手段から信号応答を受信し、コンピュータディスプレイ上にイメージを生成し、若しくは印刷形式又は当業者に既知の他の形式でイメージを生成する。
【００３７】
本発明の他の実施の形態として提供される超音波処理システムは、アコースティック信号を生成するように構成されたモジュールであって、モジュール内の複数の受信素子において、アコースティック信号の少なくとも１つのエコーを受信し、ここから複数のエコー信号を取得するモジュールと、モジュールと通信する処理手段であって、モジュールから受信した保存されたエコー信号の領域に所与のボクセルをマッピングし、保存されたエコー信号のマッピングされた領域を所与のボクセルのためのアレイに組織化し、アレイに演算を実行して、所与のボクセルの信号応答を生成し、信号応答を用いて、所与のボクセルのアコースティック情報を得る処理手段とを備える。
【００３８】
要約すれば、市販されている演算プラットホーム上で実装されるソフトウェアベースの超音波システムアーキテクチャに変更する利点は、以下を含む。
【００３９】
・ハードウェアのコストが著しく低減される。
【００４０】
・カスタムＩＣ（ＡＳＩＣ）のための長い設計サイクルを回避することによって、開発コストが低減され、市場に投入されるまでの時間が短縮される。
【００４１】
・コンピュータ技術におけるコスト／性能の進歩の恩恵を直接的に享受できる。
【００４２】
・商業的及び学問的な環境において、多くの新たな処理法を柔軟に開発できる。
【００４３】
・コストに敏感な応用分野において、画質改善に基づき、診断能力が向上する。
【００４４】
・コストが採用の障壁となっている専門用途において、超音波の利用率を向上させることができる。
【００４５】
本発明の上述及び他の特徴及び利点は、以下の図面を参照する本発明の以下の詳細な説明から、より深く理解され、明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来のドップラー取得シーケンス及びイメージ空間を示す図である。
【図２】単一角非集束送信ドップラー取得シーケンス及びイメージ空間を示す図である。
【図３】軸方向成分及び横断流成分に分解される流速ベクトルを示す図である。
【図４】従来の超音波システムにおける、エコグラフィ、カラーフロー及びスペクトルドップラーイメージングをインターリーブした取得シーケンスを示す図である。
【図５】非集束送信平面波を用いる、エコグラフィ、カラーフロー及びスペクトルドップラーイメージングをインターリーブした取得シーケンスを示す図である。
【図６】ドップラー周波数、すなわちドップラー速度の関数としてのドップラー速度パワースペクトルを示す図である。
【図７】本発明の処理のためのシステムアーキテクチャのハイレベル表現を示す図である。
【図８】画素指向処理の一実施の形態のソフトウェアベースのアーキテクチャを図式的に示す図である。
【図９】画素指向処理に基づいて形成されたプラグインモジュールを示す図である。
【図１０】画素指向処理に基づいて形成された１２８素子線形アレイの取得データを図式的に示す図である。
【図１１】画素指向処理において用いられる画素マッピング処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、Ｎ個（８≦Ｎ≦１６）の送信−受信イベントのアンサンブルから構成される単一のビーム方向についての従来のドップラー取得シーケンス及びイメージシーンを示している。従来の超音波システムは、遅延和ビーム成形（delay-and-sum beam forming）及びイメージを形成するために必要な他の幾つかの処理ステップを用いて、集束送信ビーム（focused transmit beams）を形成し、受信データを動的に集束させる。本出願人による米国特許出願番号第１１／９１１，６３３号、発明の名称「Ultrasound Imaging System with Pixel Oriented Processing」では、図７〜図１０に関連して後述するイメージ再生の方法が開示されており、これは、従来のビーム成形と比べて処理負荷を大幅に低減し、様々な種類の非従来型の送信フィールドを使用可能にする。
【００４８】
例えば、非従来型の送信フィールドの１つは、全てのトランスデューサ素子が同相で励起され、（線形アレイのための）平面波のセグメントを生成するフラットフォーカス送信モード（flat-focus transmit mode）であり、これを用いて、単一のパルスで視野の全体に音波を当て（ensonify）、これによって、非常に速いフレームレートを達成することができる。一様な位相の送信は、線形アレイのためのフラットフォーカス又は平面波送信パルスを生成する。
【００４９】
これは、図１に示されており、ここで、トランスデューサ素子又はヘッド２０は、線形アレイとして配列された複数の個別の送受信器２２を含む。トランスデューサヘッド２０の側から延びる実線の平行線は、トランスデューサヘッド２０から、組織３０によって支持されている管２８に向かって出射されるエネルギの二次元公称境界（two-dimensional nominal boundary）２４を示している。公称境界は、線形アレイのイメージング空間を表す。破線３２は、側部２６から管２８に向かう方向に延びるに従って広がる他の二次元境界を示しており、イメージング及びドップラー使用のための有用なエネルギの外側の境界を表している。図１に示すように、管２８は、図１の略々右方向を指す流速ベクトル矢印３４によって示すように流体を搬送する。
【００５０】
図１の特定の関心領域（ＲＯＩ）は、イメージの中心の長方形のボックス３６によって定義され、これは、管２８が二股分岐３１を有する管２８の中心部分と重なる。ＲＯＩボックス３６は、各トランスデューサ素子２０の端部に整列された平行な垂直線３８を有する。ＲＯＩ内で管２８のイメージを生成するために、ＲＯＩボックス３６に垂直に整列されたトランスデューサ素子２０が、ビームを送信するように選択される。選択されたトランスデューサ素子は、送信サブアパーチャ（transmit sub-aperture）４０を画定し、選択された送信器２２がアクティブ化されると、ここから、集束送信ビーム４２が形成される。
【００５１】
送信ビーム４２の形状は、長軸又は公称走査線４４を中心線とする送信サブアパーチャ４０内の各送信器２２からの波形の組合せによって画定される。送信ビーム４２の後方散乱によって、反射波がトランスデューサヘッド２０内の全ての送受信器２２に戻り、これらは、図１に示すように、組み合わされて受信アパーチャ４６を画定する。
【００５２】
Ｂモードのシーケンスの動作は、図１の下側のパルスプロットによって示しており、ここでは、カラーフローイメージのためのＮ個のパルスのアンサンブルのプロットも示している。従来のＢモード及びカラーフローイメージアンサンブルは、当業者にとって周知であるので、これの詳細については記述しない。簡潔に言えば、パルスプロットに示す各パルスは、パルス繰返し間隔（pulse repetition interval：ＰＲＩ）によって分離された各走査線３８上のパルス繰返しを表す。カラーフローイメージでは、各走査線３８毎にＮ個のパルスのアンサンブルがある。
【００５３】
図１に示す集束送信ビーム４２とは異なり、一様な位相で励起される曲線アレイは、曲波面を有するパルスを生成し、アレイの曲率中心から出射されたかのような球面波のセグメントを生成する。また、これは、最初に線形アレイの中心のトランスデューサをアクティブ化し、これに続いて、アレイの端部に向かう外方向に、隣接するトランスデューサの対を順次アクティブ化することによっても達成できる。
【００５４】
また、Ｎ個のパルスのアンサンブルを必要とするドップラーフレームは、ＰＲＦ／Ｎ（通常、１ｋＨｚ≦ＰＲＦｍａｘ≦１２ｋＨｚ）によって与えられる、往復移動時間によって許容される最大値を上限とするフレームレートで取得することができる。アンサンブルの間に受信したＮ個のデータ集合は、後述する画素ベースの手法を用いて再生され、更に、フラットフォーカス送信フィールドによって音波が当てられた視野全体の（軸方向の）流速及びパワーの推定のために、従来の相互相関ドップラー法（cross-correlation Doppler methods）を用いて処理される。これにより得られるドップラーフレームレートは、非常に速く、従来のドップラー走査線の一本を生成するために掛かる時間内に、フルフレームドップラーカラーフローイメージの取得（及び処理）が可能になる。これは、急速に変化する高速度フローのイメージングにおいて特に有用である。更に、アコースティック平面波の使用によって、血流場が単一方向に探触され、この結果、従来の集束送信ビームからの広角度音波処理（broad angle ensonification）に起因する速度の拡散が低減される。
【００５５】
測定精度の向上
非集束ドップラーイメージング法では、フレーム全体のために取得する必要があるドップラーアンサンブルは、１つのみである。このため、高いフレームレートのサポートを維持しながら、従来の複数の送信ビームを用いる手法より遙かに長いドップラーアンサンブルを使用することができる。従来のドップラーフローイメージング法は、フルフレームのフローイメージのために最大１２８個のアンサンブルを使用し、したがって、フレームレートに大きな影響を与えないために、最大アンサンブル長をＮ＝１６パルス以下に制限しなければならない。単一のアンサンブルのみを用いる非集束送信ドップラー法では、Ｎの値を１６の何倍も大きくできると共に、取得フレームレートを従来の手法よりかなり高くすることができる。ドップラーの周波数推定（これに基づいて血流速度が導出される。）における不確実性は、アンサンブルの合計時間の逆数の桁になるので、非集束送信アンサンブルが長い程、血流速度推定の精度が向上する。
【００５６】
例えば、５ｋＨｚのＰＲＦを有する１０のアンサンブル長では、総取得時間が２ミリ秒になり、周波数不確実性が５００Ｈｚになる。典型的な３ＭＨｚのトランスデューサ周波数では、これは、約１３ｃｍ／秒の血流速度不確実性に変換され、血流定量化の如何なる試みにおいても、重大な誤差となる。更に、従来の典型的な６４アンサンブルのフローイメージと１０ミリ秒のエコー取得期間との組合せでは、この具体例のフレームレートは、８フレーム／秒より低くなる。非集束送信ドップラー法では、１００パルスのアンサンブル長を用いて、２０ミリ秒の取得期間及び僅か１．３ｃｍ／秒の血流速度不確実性を実現することができる。再びフレームのエコーイメージング部分について１０ミリ秒の取得期間を仮定すると、フレームレートは、約３３フレーム／秒である。
【００５７】
多角非集束送信ドップラー（Multiple-angle Unfocused-Transmit Doppler）
エコグラフィイメージングの場合と同様に、送信フィールドを集束させないことによって、集束送信ビームよりもサイドローブ干渉が明らかに大きくなる（この結果、横方向分解能が低下する）。送信−受信イベントの結合されたビームパターンは、送信ビームパターンと受信ビームパターンの積として与えられることが知られており、フラットフォーカス送信は、一定のパターンを有するため、如何なる集束利得（focal gain）も生じない（したがって、横方向分解能に貢献しない）。平面波送信フィールドを用いることにより生じるサイドローブレベルは、複数の異なる平面波の進行方向について、すなわちトランスデューサ面に対して異なる角度で放出される平面波についてフラットフォーカスアンサンブルを結合することによって大幅に削減できる。（線形アレイの位相を合わせることによって平面波の角度を傾けることは、曲線アレイの見かけ上の曲率中心を移動させ、点音源の合成アレイを生成することに等しい。）
フラットフォーカス波面は、深さ全体に亘って略々平坦なままであるので、サイドローブ低減は、視野の全体に亘って略々一定である。最小で５つの異なる平面波の角度を組み合わせるだけでも、イメージ全体に亘って良好なサイドローブ低減及び横方向分解能が提供され、５つのアンサンブルは、より小さいＲＯＩ内の血流をイメージングする従来のドップラーカラーフローイメージフレームが通常必要とする時間より短い時間で取得することができる。
【００５８】
本発明の方法は、グレースケールエコグラフィイメージングのために開発された多角法（multiple angle approach）を採用したアルゴリズムを用いて、多角ドップラーデータ（multiple-angle Doppler data）を収集する。各アンサンブル内にＮ個のパルスがあり、及びＭ個の角度があるので、以下の２つの手法でデータを収集することができる。（ａ）１つの角度におけるＮ個のパルスの全てを収集し、次に、角度を変更し、全ての角度が完了するまでこれを繰り返す。（ｂ）Ｍ個の角度のそれぞれについて１つのパルスを収集し、これをＮ個のパルスについて繰り返す。この選択は、予想される最大の流速に基づいて行われ、続いて、エイリアシング及び他のアーチファクトを回避するために要求される最小のＰＲＦが判定される。
【００５９】
図２は本発明の、単一角非集束線形ドップラーシーケンス（single angle unfocused linear Doppler sequence）を示している。ここで、トランスデューサヘッド２０は、同時にアクティブ化される全ての個別のトランスデューサ素子２２を有し、組織３０に非集束又は「フラットフォーカス」波面４８を生成する。図２の下側にプロットしたパルスは、Ｂモードにおける単一角又は多角、及びカラーモードにおけるアンサンブルを示しており、ここで、フラットフォーカスの場合のＭは、集束ビームの場合のＭよりかなり大きい。トランスデューサヘッド２０は、非集束波面４８から散乱信号を受信し、ストレージ及び処理のために、プロセッサにアナログ信号を送信する。
【００６０】
詳しくは、一旦、データが収集されると、方法は、少なくとも２つの可能な手法の１つ以上を用いて、ＲＯＩからイメージを再生する処理に進む。第１の手法では、各パルスについて多角データを再生し、次に、ドップラー相互相関（Doppler cross correlation）を用いて、再生のアンサンブルを処理する。この手法では、ドップラーイメージにおける横方向の分解能が最良になるが、ベクトルフロー情報が保存されず、従来のシステムにおける集束送信ビームと同じくらいのスペクトル拡散が生じる。これに代えて、第２の手法では、各角度毎にドップラー速度及びパワーを推定し、続いて、後述するように、各角度に亘って、これらをベクトル的に結合する。これらの２つの処理方法を組み合わせることもできる。
【００６１】
ベクトルドップラー及びフロー検出
従来のドップラー法に基づく具体例が軸流情報（axial flow information）だけしか提供しない基本的な理由は、実用性であり、すなわち、一方向の送信ビーム（走査線）によってＲＯＩをカバーするために必要な時間が既に、臨床的有用性の限界にあるためである。異なる送信角のビームを追加することは、フレームレートを低減しなければ不可能であり、この際、フロー状態の変化及び意図しない探触子の動きに起因するアーチファクト及び誤差が導入される。
【００６２】
新たな多角フラットフォーカスドップラー法を使用することにより、それぞれが固有の方向に伝播する異なる送信ビームを用いて全体の血流場が探触されるので、高いフレームレートでベクトルフロー情報を得ることができる。データを結合して、軸流の大きさと、ビーム軸とフローベクトルとの間の角度（ドップラー角度）との間の既知の関係を利用して、フロー方向及び流速を個別に推定することができる。更に、雑音は、全てのアンサンブルにおいてフローとして現れるが、角度とは完全に非相関的である傾向がある。したがって、多角非集束線形ドップラーは、高い横方向分解能と、方向情報を用いた良好なノイズ除去とを提供する。もちろん、ベクトルドップラー情報は、フローのベクトル的表示（例えば、流線形プロット）を提供するためにも使用でき、最も重要な点として、フローがイメージ平面内にある限り、絶対的な速度は、客観的に、すなわち、一時的な角度補正を行うことなく、測定できる。この具体例では、イメージ平面は、走査線３８に直交する平面を基準にしている。線形アレイの場合、イメージ平面は、各送信器−受信器２２の中心を通って延び、その面に垂直な線に直交する。この平面は、超音波システムによってイメージングされている空間内の二次元領域を表す。
【００６３】
図３は、軸流成分及び横断流成分に分解されるフローベクトルを示している。垂直な破線４４は、超音波伝搬の軸方向を表し、水平な破線５０は、横断流方向を表す。管２８内の流体フローは、長い矢印５２として示している。
【００６４】
多角送信を用いて雑音とフローとを区別する能力を利用するために、ベクトルフロー情報は、最初から保存する必要がある。データ収集は、多角取得（multiple angle acquisition）について概説した何れの方式で行ってもよい。上に概説した処理ステップは、行列式として組み合わせてもよく、これにより、新たな処理アルゴリズムは、ドップラーデータレコードのＮ×Ｍ行列を一括して処理し、横方向分解能を改善し、組織及びフローの領域を区別し、雑音を低減し、高速なフレームレートでベクトルフロー情報を提供する。
【００６５】
流速ベクトルの大きさと方向の両方に関する知識は、真のフローと雑音との間、及び遅い流体フローと動いている可能性がある組織（「壁運動」）との間の区別を明確にすることにも役立つ。例えば、遅いフローの信号の大きさは、システムのノイズフロアに近いことが多く、フロー表示の汚染を防止するために、ドップラー速度閾値は、ノイズフロアより十分大きい値に選択する必要がある。また、フロー方向の推定の際も雑音が多いが、真のフロー方向は、（反復測定を行うために用いられる短い時間間隔に亘って）一定であり、雑音方向は、平均をゼロとしてランダムであり、幾つかの測定値を平均すると、雑音は、低減され、フロー信号は、コヒーレントに結合される。また、ベクトル情報によって、隣接するサンプルボリュームを含む、イメージ全体のＳＮ比を改良するための他のフローコヒーレンスフィルタ（flow coherence filters）が使用できるようになる。
【００６６】
動脈は、心周期に一致する拍動を示すことが知られている。壁運動は、主に血管軸を横切り、血流は、縦方向であるので、壁運動と壁の近傍の血流との間の区別は、ベクトル方向推定によって改善される。すなわち、動き方向の鋭い不連続性を用いて、血管壁と管腔とを区別する他の手段を補強することができる。
【００６７】
カラーパワードップラー（Color Power Doppler）
従来の相関処理は、ドップラー速度及びドップラーパワーの推定値を生成する。ドップラーパワーは、通常、血流により敏感であり、小血管を検出し、マッピングするために用いることができる。多角フラットフォーカス取得及びベクトル処理による雑音低減及び横方向分解能向上の利点は、カラーパワードップラーモードでも享受される。
【００６８】
ここに説明する実施の形態には、以下に制限されるわけではないが、次のような多くの利点がある。
【００６９】
（ａ）非集束送信ドップラーフローイメージングは、高いフレームレートでフルフレームフローイメージを提供する。イメージ空間全体に亘る血流を測定するのに単一のアンサンブルで十分であり、この結果、ＲＯＩ選択の処理、及びドップラー領域サイズとフレームレートとの間のトレードオフが回避される。
【００７０】
（ｂ）非集束送信ドップラー法によって実現可能なより長いアンサンブル長によって、フレームレートを著しく低減することなく、血流速度測定精度を改善することができる。
【００７１】
（ｃ）単一角送信（線形トランスデューサを用いる平面波フラットフォーカス）は、狭角励起（narrow angle excitation）を実現し、システム固有のスペクトル拡散を低減する。
【００７２】
（ｄ）多角非集束送信、例えば、線形送信によって、イメージ全体に亘る高フレームレートベクトルドップラー測定が可能になる。
【００７３】
（ｅ）多角ドップラー測定によって、様々な尺度（例えば、速度推定の分散、ベクトル方向及び振幅の角度あてはめ（angular fit）の平均二乗誤差、又はドップラーパワーの多角推定）を用いて血流がある領域と、血流がない領域との間の区別が明確になる。
【００７４】
この方法は、異なる方向に伝播するように操作される非集束送信平面波の組合せの使用に拡張され、視野全体に亘るカラーフローイメージの横方向分解能を向上させる。この方法は、異なる方向に伝播するように操作される非集束送信平面波の組合せを使用するように適応化して、視野全体に亘ってベクトルフロー方向及び大きさを得ることができ、及び標準のトランスデューサを用いてこれを実現することができる。絶対的なフローの大きさを提供するために、フローは、イメージの平面にある必要がある。
【００７５】
また、この方法は、異なる方向に伝播するように操作される非集束送信平面波の組合せを使用するように適応化して、上述したベクトル的フロー情報及びドップラー角度とドップラー速度との間の関係を用いて真のフローと雑音との間の区別を向上させることができる。更に、これらの方法は、曲線アレイ（見かけ上の曲率中心が点音源の合成アレイを生成するように変位された円形の波面）に適応化することができる。
【００７６】
「フェイズドアレイ」、「セクタアレイ」、「球体アレイ」、「二次元（２Ｄ）アレイ」を含む如何なる包括的な幾何学的配列のトランスデューサアレイも、本発明の実施の形態に基づく「角度ダイバーシティ」を生じる直線、円形、平面、球形又は他の波面を生成するように適応化できる。
【００７７】
また、本発明の実施の形態は、ドップラー及びベクトルドップラー処理を含む画素ベースの処理のソフトウェア実現例に拡張することができる。本発明は、画素ベースのドップラー及びベクトルドップラー処理のハードウェア実現例（例えば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）、並びに従来の受信ビーム成形処理のハードウェア実現例の使用を含み、平面波及び他の非集束ビーム及び取得シーケンス及びここに説明した処理方法の使用を包含及び内包する。また、以上の説明は、カラーパワードップラー処理にも適用される。
【００７８】
高フレームレート全視野スペクトルドップラー（High frame rate full-field Spectral Doppler）
単一の像点におけるフローの定量化のための従来のスペクトルドップラー取得シーケンスでは、図４に示す（ａ）エコグラフィ送信−受信シーケンス６０、（ｂ）像点を含むエコグラフィフレーム内の関心領域（ＲＯＩ）に亘るカラーラインのためのカラーフローアンサンブル６２、（ｃ）単一の集束送信ビームを用いるより長い高ＰＲＦシーケンス６４の３つのモードをインターリーブしてもよい。「トリプルモード」とも呼ばれるこの３つの取得モード６０、６２、６４のインターリーブでは、標的の点がフロー定量化のために意図した位置に残る確実性が担保されるが、情報を取得するために必要な時間がかなり長いために、総合的なフレームレートが制限される。
【００７９】
現在使用されている超音波システムは、全て、トリプルモード走査のために、図１に示すような集束送信ビームを使用している。この手法は、感度及び空間分解能が良好であるが、トランスデューサのイメージングフィールド内の関心領域を走査するために時間が掛かる。平面波送信フィールドをトリプルモード走査に適用することによって、エコグラフィ及びカラーフローモードの両方について、非常に高いフレームレートのイメージングが可能になり、この結果、スペクトルドップラーを目標設定（targeting）するために割り当てられる取得時間のオーバヘッドが最小化される。更に、目標設定は、診断走査に必要な画質程の高品質な画質を要求しないので、イメージ解像度及びコントラストを向上させるために多角平面波シーケンスを用いる必要がないこともある。図５では、図４のトリプルモードイメージングの具体例に非集束平面波送信を用いている。なお、スペクトルドップラー送信ビームは、最高のサイドローブ除去のためにサンプリング点に厳密に集束させてもよく、非集束平面波を用いてもよい。非集束平面波は、単一のドップラー角度を有する利点があるが（集束ビームは、ある範囲に亘る複数のドップラー角度を有する）、サンプルボリュームが僅かに大きくなる。
【００８０】
図４に示す具体例では、エコグラフィイメージング処理６０において１フレームあたり１２８組の送信−受信イベントを使用し、カラーフローフレーム（アンサンブル長Ｎ＝１２）６２において１４４組の送信−受信イベントを使用し、ドップラースペクトル６４を得るためにＭ＝１２８のアンサンブルを使用する。このスペクトルは、画素の列（図示せず）として表示され、ここで画素の明るさは、その周波数（速度）インターバルにおけるドップラーパワーを表す。この具体例では、スペクトルドップラーに割り当てられる時間の比率は、総フレーム取得時間の３分の１より少ない（３２％）。各フレーム毎に新たなスペクトルが算出され、スクロールされる表示内に他の垂直な画素バンドとして表示される。
【００８１】
図５は、非集束平面波送信を用いた、エコグラフィ法６０、カラーフロー法６２及びスペクトルドップラー法６４をインターリーブした取得シーケンスを示している。図４の具体例における集束送信を置換することによって、エコグラフィイメージング６０の１フレームあたりに必要なのは、１組の送信−受信イベントのみになり、カラーフローフレームイメージング６２については、１２組の送信−受信イベントの１つのアンサンブルが使用され、ドップラースペクトルイメージ６４を得るために１２８組の送信−受信イベントが使用される。スペクトルドップラーに割り当てられる時間の比率は、全体の９０％である。
【００８２】
多点スペクトルドップラー（Multiple-point Spectral Doppler）
非集束送信波を用いる生来的な利点は、エコグラフィエリアの全体に一度に音波を当てることができ、この結果、イメージ空間内の何れの点にもスペクトルドップラー処理が適用できるようになるという点である。マルチゲートサンプリングを用いる従来のシステムは、複数の点においてスペクトルを提供できるが、これらは、適切なＰＲＦ及びフレームレートの実用的な問題のために、単一のビームラインの軸に沿った点に制限される。非集束送信により、イメージ内のどこでも、複数の点におけるフロー間の量的な比較が可能になる。このような比較は、取得ＰＲＦに影響を与えることなく、任意の数の像点において、心周期に亘って追跡される完全なスペクトルを用いて行ってもよく、単一のスペクトルパラメータ（例えば、ピーク速度）について行ってもよい。非集束平面波送信は、広範囲に届くので、複数の像点において、スペクトルパラメータの実時間表示と共に速いＰＲＦを維持することは、データ処理及び表示の速度のみによって制限される。
【００８３】
ＰＲＦ又はイメージフレームレートを劣化させることなく、超音波イメージ内の複数の点において、スペクトルドップラー処理を介して同時の量的なフロー情報を提供する能力は、検査時間を短くし、複雑なフロー異常の診断を向上させる。
【００８４】
集束送信ビームを用いて、サイドローブを減少させることもできる。関心標的点が単一のビーム方向の近傍にある場合、適応型アルゴリズムは、標的点に音波を当てるのに必要とされる広さを超えない広さの集束送信ビームを自動的に生成することができる。このように、送信ビームは、所望の領域に音波を当てながら、サイドローブ散乱を低減するように整形することができる。ユーザインタフェース操作子を設けて、送信ビーム幅を調整して、幅が画質に与える影響を実時間で評価してもよい。ブロードビーム（緩く集束されたビーム）による音波処理を用いている場合、以下に詳細に説明するように、データの後処理を行って、これまでにない新たな血流可視化情報を生成してもよい。
【００８５】
保存された高ＰＲＦデータの後処理
高ＰＲＦスペクトルデータの長いシーケンスを保存することによって、音波が当てられた領域における任意の点又は全ての点においてフローを定量化する後処理が可能になる。非集束平面波送信については、このような後処理は、これまでになかった量的なフロー及び組織の動きイメージを提供する。複数の心周期に亘る高ＰＲＦデータ記録を後処理して、スペクトルドップラー情報から得られる量的なフローパラメータのカラーオーバレイを生成することもできる。スペクトルドップラー処理は、フローパラメータがアンサンブルデータに基づくカラードップラーイメージに比べて高精度なフロー情報を提供する。
【００８６】
図６は、ドップラースペクトルから得られる臨床的に興味深い幾つかのパラメータを示しており、これらのそれぞれは、各イメージフレーム毎に算出でき、異なるフロー特性を表現する動画を生成することができる。例えば、ピーク速度、ピークドップラーパワーに対応する速度及び統合スペクトルパワーは、それぞれ、このような新たなスペクトルドップラー動画のために選択できるパラメータである。ドップラー速度パワースペクトルは、ドップラー周波数、すなわちドップラー速度の関数である。ピークパワー速度は、パワースペクトルのモードを特定することによって得られ、平均速度は、同様に、スペクトルの第１の瞬間によって与える。ピーク速度は、それ以下では速度推定の信頼性が低いと考えられるパワー閾値レベルを用いて定義される。同様に、スペクトル幅は、パワーがピークパワーレベルからあるレベル（例えば、６ｄＢ）にまで落ちた速度間の距離によって定義される。壁フィルタカットオフは、血流の表示から組織の動きを排除するために使用される。
【００８７】
これに代えて、完全な心周期に亘るフローマップを表す新たな種類のイメージを表示してもよい。例えば、最大のスペクトル幅（乱れを表す可能な指標）と同様に、１つ以上の心周期の間に検出される最大流速を算出及びマッピングしてもよい。このような新しいモードの臨床的有用性は、未知であるが、これまで、単一の点のみでしか入手できなかった情報が、フロー全体の領域に亘って生成できるようになったため、有望である。更に、検査を行う超音波診断技師が予期しなかった手法でデータを解析する能力は、遠隔から、又は試験が行われた相当な時間が経過した後に、データをレビューする臨床医にとって有用である可能性がある。本発明によって、新たな検査及びデータ記録プロトコル、並びに新たな試験後処理手順の確立が予期される。
【００８８】
上述した処理を実装するハードウェアは、複数の心周期に亘って、ＰＲＦが非常に高い大量の受信データを保存できる点で特有である。最大データレートは、主に、ＰＣＩｅバスを介する転送レートの容量によって制限される。現在のシステムデータレートは、６４チャネルの受信データについて、１．５ＧＢ／秒までの転送を実現しており、この結果、高ＰＲＦドップラー超音波データの連続したストリーミングが可能である。新たなデータによって上書きされる前に、連続したストリーミングデータを保存できる最大の時間は、主にホストコンピュータのメモリのサイズによって制限される。
【００８９】
多点スペクトルドップラー処理（multiple point spectral Doppler processing）を実時間で実行して、視野内の様々な空間的な点において、量的なフロー情報を提供することができるが、現時点での信号処理帯域幅の制約のために、点の数及び／又は抽出される情報のタイプが制限されることがある。受信データを保存し、後処理を用いて、スペクトルドップラー情報を生成することによって、この処理制約が克服され、ユーザの選択によって、他のスペクトルパラメータの完全に新しいイメージタイプを生成できる。
【００９０】
この手法の主な利点
非集束送信パルスを用いることによって、複数のビームを送信する必要性からＰＲＦを犠牲にすることなく、イメージ空間のあらゆる点についてスペクトルドップラーデータが入手できるようになる。この結果、臨床的な基準を用いて、幾つかの像点を選択し、処理し、同じ送信イベントについて比較し、これによって、急速に変化するフローからの取得アーチファクトを最小化することができる。
【００９１】
非集束送信トリプルモードイメージング（エコグラフィ、カラーフロー、スペクトルドップラー）は、非常に高いＰＲＦでフルフレームのイメージ及びドップラーデータを提供する。エコグラフィイメージ空間の全体に亘ってフローをイメージングするには、単一のカラーフローアンサンブルで十分であり、この結果、スペクトルドップラー取得のためにより多くの時間が確保される。
【００９２】
単一角送信（例えば、線形トランスデューサを用いる平面波フラットフォーカス）は、狭角励起（narrow angle excitation）を実現し、システム固有のスペクトル拡散を低減する。
【００９３】
ハードウェアは、多数の心周期に亘る、ＰＲＦが非常に高い大容量のデータを保存できる。非集束送信によって、スペクトルドップラー法を用いてデータを処理して、イメージ空間のあらゆる点において完全なスペクトルを得ることができるようになる。そして、各点において、スペクトルを特徴付ける複数のパラメータの何れか１つ又はその時間的変化を用いて、フロー（及び場合によって組織の動き）を定量化できる。これらのパラメータの何れかを用いて、これまでにないフロー定量化及び表現のためのイメージを生成することができる。
【００９４】
非集束励起及び高ＰＲＦデータの長い記録の利点は、実時間表示を使用するデータ品質を保証しながら、検査の間、超音波技師が予期しなかった手法で、データの後方視的分析（retrospective analysis）ができる点である。柔軟な後方視的分析を行う能力は、従来の患者スキャンの臨床診断及び遠隔医療に潜在的用途を有する。
【００９５】
フローを検出して、定量化するここで説明した方法の全ては、心臓又は呼吸の刺激に応答し又は外部的に加えられた力に応答する組織の動きの特徴付けにも適用できる。
【００９６】
図７は、本発明の処理を実装するハイレベルのシステムアーキテクチャ７０を表すシステムレベルのブロック図である。なお、これは、１つの代表的な実施の形態に過ぎず、例示したアーキテクチャ７０は、本発明の全ての実施の形態に必要なわけではない。
【００９７】
アーキテクチャ７０は、ＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓ７４を介してマルチチャネル送受信器及びデータ取得システム７６に接続されたホストコンピュータ７２を含む。ホストコンピュータ７２は、ユーザインタフェース及び操作子７８及びディスプレイ８０を備え、これらは何れも、画素ベースのアプリケーション処理ソフトウェア８４を実行するプロセッサ８２に接続されている。マルチチャネル送受信器及びデータ取得システム７６ハードウェアは、音響媒体（acoustic medium）９０内で領域８８をイメージングするために用いられる超音波トランスデューサ８６に接続されている。これらの部品は、市場で容易に入手することができるため、ここでは詳細には説明しない。
【００９８】
画素指向処理
本発明の一実施の形態に基づくソフトウェアベースの方法及びシステムアーキテクチャは、全てのリアルタイム処理機能をソフトウェアで実現する。提案するアーキテクチャを図８に図式的に示す。
【００９９】
ソフトウェアに基づくシステム内の唯一の専用ハードウェア部品は、コンピュータの拡張バスに挿入されるプラグインモジュールであり、これは、パルス生成及び信号取得回路と、信号データを保存するために用いられる拡張メモリの大きなブロックとを含む。信号取得処理は、送信パルスに続いて各トランスデューサ素子から戻った信号を増幅し、デジタル化することを含む。トランスデューサ自体で生じる自然な帯域通過フィルタリングを除いて、通常、デジタル化の前の唯一の信号のフィルタリングは、Ａ／Ｄ変換のための低域通過アンチエイリアシングフィルタリングである。信号は、関連する周波数に一致する一定のレートでサンプリングされ、デジタル化されたデータは、最小量の処理でメモリに保存される。信号取得の簡単な設計により、基板上の比較的小さい面積内で、すぐ入手できる部品によって回路を実装することができる。
【０１００】
プラグインモジュールのより詳細な外観を図９に示す。ここでは、それぞれが送信器、受信器前置増幅器、Ａ／Ｄ変換器及びメモリブロックから構成された複数の取得チャネルを示している。受信の間、トランスデューサ信号は、デジタル化され、個別のメモリブロックに直接書き込まれる。メモリブロックは、デュアルポートメモリであり、これは、コンピュータ側から読み出すことと同時にＡ／Ｄ変換器側から取得データを書き込むことができることを意味する。メモリブロックは、システムＣＰＵにとっては、通常の拡張メモリとして認識される。なお、このシステムは、好ましくは、専用の筐体内に収容されるので、プラグインモジュールのサイズは、標準のコンピュータ拡張カードの標準サイズに限定されない。また、複数のプラグインモジュールを用いて多数のトランスデューサ素子を収容することができ、各モジュールによって、トランスデューサアパーチャのサブセットを処理することができる。
【０１０１】
増幅器、Ａ／Ｄ変換器及び関連するインタフェース回路を含むプラグインモジュールのための部品、並びに送信パルス生成及び信号取得のために必要な部品は、市場で容易に入手することができるため、ここでは詳細には説明しない。受信したエコーから得られるエコー信号のＲＦデータストレージに必要なメモリブロックは、市販されているプラグイン拡張メモリカード内にある回路と基本的に同じ回路であるが、デジタル化された信号データを書き込むための第２のダイレクトメモリアクセスポートが追加されている。（受信したエコー信号データは、トランスデューサが生成した高周波の電気的振動から構成されるので包括的にＲＦデータと呼ばれる。）メモリは、中央プロセッサのアドレス空間にマッピングされ、コンピュータのマザーボード上に配設されている他のＣＰＵメモリと同様の手法でアクセスできる。メモリは、２５６個以上の個別の送信／受信サイクル毎に個々のチャネル受信データを格納できるサイズを有する。体内における超音波パルスの往復移動についての最大の実用的な透過深度は、約５００波長であり、中心周波数の４倍の典型的なサンプリングレートでは、個別のトランスデューサ素子から最大４０００個のサンプルのストレージが必要になる。１６ビットのサンプリング精度及び１２８個のトランスデューサチャネルでは、最大深度の受信データ取得には、各送信／受信イベント毎に約１メガバイトのストレージが必要になる。したがって、２５６個のイベントを保存するには、２５６ＭＢのストレージが必要であり、全てを合計して、数枚のプラグインカード上に１２８チャネルシステムを構築することができる。
【０１０２】
ソフトウェアベースの超音波システムの他の側面は、コンピュータマザーボード及びその関連部品である。ここに提案する設計のためのマザーボードは、必要な処理能力を得るために、好ましくは、マルチプロセッサＣＰＵ構成をサポートする。電源、メモリ、ハードディスクストレージ、ＤＶＤ／ＣＤ−ＲＷドライブ及びモニタを完備する完全なマルチプロセッサコンピュータシステムは、当業者にとって周知であり、市場で容易に購入することができるため、ここでは詳細には説明しない。
【０１０３】
ソフトウェアベースの超音波システムは、真の「高性能」を実現する必要があり、これは、医療業界に大きな利益を提供するために、既存のハイエンドシステムに匹敵する画質を有することを意味する。このレベルの能力は、現在のシステムのフロースルー処理法でソフトウェアを実現するだけでは達成できず、これは、１秒間の実時間イメージングに必要な全ての処理演算をフロースルーアーキテクチャに単純に追加すると、現在入手可能な幾つかの汎用プロセッサが１秒間に実行可能な典型的な演算の数を超えるためである。したがって、フロースルー法より遙かに高い効率を達成できる新たな処理法が必要である。
【０１０４】
本発明のソフトウェアベースの超音波システムアーキテクチャの一実施の形態においては、信号及びイメージ処理のための入力データは、１回以上の送信イベントに続いて個別のトランスデューサチャネルから取得された一組のＲＦサンプルから構成される。具体例として、図１０に示すように、１２８素子線形トランスデューサアレイによる典型的な２Ｄイメージング走査モードについて検討する。
【０１０５】
この場合、「送信イベント」は、複数の音波を生成する複数のトランスデューサ素子からの時間調整されたパルスから構成され、複数の音波は、媒体内で結合して集束超音波ビームを形成し、集束超音波ビームは、特定の素子位置におけるトランスデューサ上の原点から外側に向かって出射される。複数（合計１２８）の送信イベントは、トランスデューサ面の幅方向にインクリメントしながら順次的に出射され、この結果、イメージフレーム全体に問い合わせを行う（interrogating）超音波ビームを生成する。これらの送信ビームのそれぞれについて、受信されたエコーデータが、トランスデューサ内の１２８個の受信器素子のそれぞれから収集され、対応するトランスデューサ素子が受信したサンプリングされたエコー信号を各列が表すデータアレイに組織化される。このように、各アレイは、１２８個のトランスデューサ素子に対応する１２８個の列を有し、及び深さ方向に、得られたサンプル数に対応する数の行を有する（このケースでは、４０９６行が４０９６サンプルに対応すると仮定する）。そして、これらの１２８列のデータアレイは、１つの完全なイメージフレームを生成するために十分なＲＦデータセットを構成する。
【０１０６】
なお、ここで、フロースルーアーキテクチャにおいては、ビーム及びイメージ形成は、トランスデューサからデータストリームを取り込みながら行われるので、上述したＲＦデータセットは、（少なくとも全てが同時には）存在さえしない。換言すれば、送信イベントの後にデータが各素子に戻ると、データは、処理及び結合（ビーム形成と呼ばれる。）され、単一のビーム（走査線）に沿った集束された戻り（focused return）を表す単一のＲＦ信号が生成される。このＲＦ信号は、（再び実時間で）エコー振幅サンプルに処理され、メモリアレイに保存される。全てのビーム方向が処理されると、エコー振幅データは、補間され、表示のための画素イメージにフォーマットされる。全ての処理は、実時間で行われるので、処理回路は、トランスデューサ素子からのデータストリーミングに「遅れず付いていく」必要がある。
【０１０７】
本発明のソフトウェアベースのアーキテクチャでは、全ての入力データは、処理の前に保存される。これにより、取得レートは、処理レートから切り離され、必要であれば、処理時間を取得時間より長くすることができる。これは、取得深度が浅く、サンプリングレートが高い高周波スキャンにおいて際立つ利点である。例えば、１０ＭＨｚの走査ヘッドでは、使用できるイメージングの深度が、約４センチメートルであることがある。この場合、組織内の音の速度のために、１２８組の送信／受信イベントのそれぞれは、５２マイクロ秒で、すなわち非常に高い取得データレートでそれぞれのデータを取得及び保存する必要がある。フロースルーアーキテクチャでは、これらの取得データは、高い処理レートで、実時間で走査線に形成される。本発明のソフトウェアベースのアーキテクチャでは、ＲＦデータのストレージによって、ディスプレイのフレーム期間と同じくらい長い時間の処理が可能になり、この時間は、組織運動の実時間の可視可の場合、通常、３３ミリ秒（３０フレーム／秒）である。１２８個の画素列（走査線への粗い近似）については、フロースルーアーキテクチャの場合の５２マイクロ秒ではなく、一列あたり２５８マイクロ秒の処理時間が確保される。このストレージストラテジは、典型的な走査深度について、フロースルーアーキテクチャと比べて、実質的に処理の最大レートを低下させる効果がある。
【０１０８】
入力データの保存は、最大処理レートを低下させるが、必ずしも、処理ステップの数を減少させるわけではない。これを達成するために、超音波データ処理の新たな手法が選択される。第１のステップは、イメージングモードにおけるシステムの最終的な目的が、出力ディスプレイ上にイメージを生成することであることを認識することである。超音波イメージは、周波数及びアレイ寸法等、取得システムの物理的パラメータに依存する基本分解能（fundamental resolution）を有し、エコー振幅又は他の何らかの組織（音響）特性を符号化する画素値の矩形アレイとして表すことができる。この矩形画素アレイの密度は、イメージ分解能の適切な空間的サンプリングを提供しなければならない。表示イメージは、画素の矩形アレイだけではなく、異なる幾何学的形状を表す画素の如何なる任意の組から構成してもよいことは明らかである。次のステップでは、このイメージアレイ内の画素の１つから開始して、ＲＦデータセット内のどのサンプリング点（sample points）がこの画素の強度の計算に貢献しているかを検討し、これらにアクセスし、これらを処理する最も効率的な手法を決定する。この手法は、ディスプレイ上の画素に貢献する情報のみを処理するという点で、現在のフロースルーアーキテクチャによって使用される手法とは完全に異なる手法である。小さい領域に含まれる画素は少ないので、本発明の手法におけるディスプレイイメージ上の小さい領域では、総合的な処理時間が短くなる。これに対し、フロースルー処理法は、イメージ領域サイズの如何にかかわらず、最大データストリーム帯域幅を扱うように設計しなければならない。
【０１０９】
超音波イメージを適切に表現するために必要な画素アレイを処理した後に、アレイは、コンピュータディスプレイに適切なサイズで表示されるようにレンダリングできる。この処理は、単純なスケーリング及び補間から構成され、通常、更なるＣＰＵ処理も必要とすることなく、コンピュータのグラフィックプロセッサが実行できる。
【０１１０】
次に、この超音波イメージの単一の画素の処理ストラテジについて検討する。この説明では、トランスデューサアレイに対する画素の対応する空間的な位置におけるエコー強度を得ることが目的であると仮定する。他のアコースティックパラメータを同様に取得してもよい。第１のステップは、エコー強度計算に貢献するサンプルを含む取得ＲＦデータの領域を発見することである。図１０の走査法についてこれを達成するために、まず、画素位置に最も近くで交差する取得走査線を発見し、対応する個別の素子データアレイを使用する。図１１は、超音波イメージ内の例示的な画素のこのマッピング処理を示している。図１１では、示された画素は、走査の最も近い取得線、この具体例では、４番目の走査線にマッピングされ、このＲＦデータは、第４の個別の素子ＲＦデータアレイ（これは、第４の送信／受信イベントから収集されたデータを表している）に格納されている。画素信号に貢献するＲＦデータアレイとして、２つ以上のＲＦデータアレイを選択することもできるが、この具体例では、単一のデータアレイのみについて検討する。
【０１１１】
次のステップは、画素の強度計算に貢献するサンプルを含む個別の素子アレイ内の領域をマップに書き出す（map out）ことである。このマッピング処理は、かなり複雑であり、複数の係数に依存する。トランスデューサ素子は、それぞれ、イメージフィールド内の特定の点から戻る信号にどのように応答するかを決定する感知領域（region of sensitivity）を有する。感度が低過ぎる場合、素子は、画素の量に有用な情報を提供しないので、所与の像点については、所定の閾値を超える感度を有する素子だけを考慮すればよい。そして、この感度閾値は、マッピングされた領域に含まれる素子データ列の数を決定する。図１１に示すように、トランスデューサの右端近傍の素子は、マッピングされたデータ領域内に含まれていない。
【０１１２】
マッピングされたデータ領域の開始深度は、個別のトランスデューサ素子のそれぞれに戻ってくるエコーの到着時刻によって判定される。図１１に示すように、像点からより遠い素子の像点信号は、時間的に後で捕捉され、したがって、データセットの開始点は、メモリ内でより深くなる。最終的に、マッピングされたデータ領域に必要な深度範囲は、生成された送信パルスの継続時間に依存する。より長い送信パルスは、より長い期間に亘って像点を励起し、ＲＦメモリのより深い深度範囲に亘って広がるエコー信号を生成する。
【０１１３】
このグリッドは、実時間イメージシーケンスの複数のフレームに亘って変化しないので、マッピングされたデータの領域を決定するために考慮される係数の多くは、所与の画素グリッドについて予め算出できる。予め算出された係数を用いることによって、所与の画素についてマッピングされたデータ領域を速やかに効率的に判定でき、実時間のイメージングの間の演算時間を大幅に短縮することができる。
【０１１４】
ＲＦデータをマッピングした画素を選択した後、これを、以下に示すような行列ＲＦＰｎｍに組織化できる。
【数１】
0005858783.tif 000002
【０１１５】
記号「Ｐｎｍ」は、第ｎ行、第ｍ列のイメージ画素を指す。行列の列は、図１１の縦棒（vertical bars）であり、各縦棒内のサンプル数ｊは、同じであると仮定される。サンプル数ｊは、送信パルスによって生成される信号を捕捉するために必要な時間内のＲＦデータの範囲に依存する。添字ｋは、強度計算に参加するための像点からの適切な信号強度を有するＲＦデータアレイ内のチャネルの数を表す。
【０１１６】
本明細書で言及し及び／又は出願データシートに列挙した全ての米国特許、米国特許出願公開公報、米国特許出願、外国特許、外国特許出願及び非特許文献は、その全体が引用によって本願に援用される。
【０１１７】
以上、例示的な目的で本発明の特定の実施の形態について説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、これに様々な変更を加えることができることは明らかである。例えば、画素又はボクセルのアコースティック情報を生成するための上述した処理演算は、行列演算を用いて実現されているが、標準の数学的演算、又はハードウェアベースの処理方法を用いて、幾つか又は全ての処理ステップを行ってもよいことは明らかである。したがって、本発明は、特許請求の範囲以外によっては制限されない。
【図１】
0005858783.tif 000003
【図２】
0005858783.tif 000004
【図３】
0005858783.tif 000005
【図４】
0005858783.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005858783.tif 000009
【図８】
0005858783.tif 000010
【図９】
0005858783.tif 000011
【図１０】
0005858783.tif 000012
【図１１】
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