(57)【要約】超音波画像においてスペックルを低減する方法は、トランスデューサ素子配列の正面に定められる単一の開口から送信走査ビームを生成し、送信走査ビームが単一の開口から発せられるようにするステップと、送信開口の中心を横切って対称的に第１の組のトランスデューサ素子として定められる第１の受信開口から発せられるよう第１の組の超音波応答走査ビームを生成するステップと、第１の受信開口に隣接する少なくとも第２の受信開口から発せられるよう少なくとも第２の組の超音波応答走査ビームを生成するステップとを有する。少なくとも第２の受信開口は、送信開口の中心を横切って対称的に配置される少なくとも第２の組のトランスデューサ素子によって定められる。応答走査ビームは、第１の受信開口及び少なくとも第２の受信開口によって同時に受信されて、合成される。
2009505771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の時間インターリーブ送信信号を生成するよう構成される送信器；
前記複数の時間インターリーブ信号を中継して、該信号を単一の開口を介して送信するよう構成される、前記送信器と通信するトランスデューサ；
前記単一の開口の一方の側に配置されて、ビーム形成技術によって同時に様々な角度で複数の応答走査ビームを取得する隣接する組のトランスデューサ素子によって定められる２又はそれ以上の副開口において複数の受信信号を受信するよう構成される、前記トランスデューサと通信する受信器；
前記複数の応答走査ビームから得られる画像情報を数学的に表示信号として合成するよう構成される、前記受信器と通信する信号処理装置；及び
前記表示信号を画像に変換するよう構成される、前記信号処理装置と通信するモニタ；
を有する超音波画像形成システム。
【請求項２】
前記トランスデューサは、注視方向が第１の受信開口及び第２の受信開口の夫々から形成されるように、少なくとも前記第１の受信開口及び前記第２の受信開口を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記トランスデューサは位相配列トランスデューサである、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記トランスデューサは線形配列トランスデューサである、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記トランスデューサは円弧状線形配列トランスデューサである、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
送信走査ビームが単一の開口から発せられるように、トランスデューサ素子配列の正面に定められる前記単一の開口から前記送信走査ビームを生成するステップ；
送信開口を横切って対称的に第１の組のトランスデューサ素子として定められる第１の受信開口から発せられるよう、第１の組の超音波応答走査ビームを生成するステップ；
前記送信開口を横切って対称的に配置される少なくとも第２の組のトランスデューサ素子によって定められる前記第１の受信開口に隣接する少なくとも第２の受信開口から発せられるよう、少なくとも第２の組の超音波応答走査ビームを生成するステップ；及び
画像情報を合成するステップ；
を有し、
前記応答走査ビームは、前記第１の受信開口及び前記少なくとも第２の受信開口によって同時に受信される、超音波画像においてスペックルを減らす方法。
【請求項７】
回復ステップはビーム形成技術を有して実行される、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記合成ステップは周波数合成とともに実行される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
トランスデューサ配列マトリクスの単一の送信開口から送信走査ビームを生成して送信する手段；
複数の超音波応答走査ビームが異なる注視方向と関連するように、前記単一の送信開口に隣接し且つ該単一の送信開口を中心とする少なくとも２つの受信副開口から夫々発せられる前記複数の超音波応答走査ビームを生成する手段；
同時に複数の注視方向から得られる画像情報を回復する手段；
空間的に合成された画像情報を実現するよう、同時に、前記複数の注視方向から得られる前記回復された画像情報を空間的に合成する手段；及び
オペレータが見ることができるように前記空間的に合成された画像情報を変換する手段；
を有する超音波画像形成システム。
【請求項１０】
前記複数の超音波応答走査ビームから画像情報を回復する前記手段は平行ビーム形成技術を有する、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
複数の超音波応答走査ビームを生成する前記手段は、一次元の機械的に走査されるトランスデューサ配列によって得られる、請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
複数の超音波応答走査ビームを生成する前記手段は、電子的に走査される２次元配列によって得られる、請求項９記載のシステム。
【請求項１３】
空間的に合成する前記手段は、更に、側方合成及び周波数合成を含むグループから選択される画像を合成するための少なくとも１つの他の方法とともに仰角合成を実行するよう構成される、請求項９記載のシステム。
【請求項１４】
コンピュータ読取可能な命令の組を有するコンピュータ読取可能な媒体であって、
前記命令の組は、汎用コンピュータによって動作する場合に請求項１に記載される方法を実施する、コンピュータ読取可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波画像形成システムに関し、より具体的に、超音波画像形成システム及び画像形成方法に関する。当該システム及び方法は、フロー画像形成、即ち、カラーフロー及びＣＰＡにおいて実時間の空間合成を用い、フレームレートを損なうことなくスペックルを低減する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像形成は、幅広い用途範囲を有して、重要且つ一般的な診断ツールとなりつつある。具体的に、その非侵襲性及び、通常は非破壊である性質により、超音波画像形成は、医療専門家に広く使用されている。最新の高性能な超音波画像形成システム及び技術は、一般に、対象（例えば、患者の生体構造の一部。）の内部特徴の２次元（２Ｄ）及び３次元（３Ｄ）の診断画像を生成するために使用されている。診断用の超音波画像形成システムは、概して、超音波信号を放射及び受信するために広帯域幅トランスデューサを使用する。即ち、画像形成システムは、音響トランスデューサ素子、又は音響トランスデューサ素子の配列を電気的に励起して、人体に入り込む超音波パルスを生成することによって、人体の内部組織の画像を形成する。超音波パルスは、それらが人体組織から反射する場合に、伝搬超音波パルスの不連続性として現れるエコーを発生させる。様々なエコーがトランスデューサに戻り、組織の画像を生成するよう増幅及び処理をなされる電気信号に変換される。
【０００３】
超音波パルスを発する超音波（音響）トランスデューサは、通常、圧電素子又は圧電素子の配列を有する。当該技術において知られるように、圧電素子は、電気信号の印加時に変形して、送信される超音波パルスを生成する。同様に、受け取られるエコーは、圧電素子を変形させて、対応する受信電気信号を発生させる。音響トランスデューサは、しばしば、所望の関心領域にわたってトランスデューサを扱うことができる十分な自由度を操作者に認める携帯用デバイスに内蔵される。トランスデューサは、しばしば、電気信号の発生及び処理を行う制御装置へケーブルを介して接続される。一方、制御装置は、例えば表示モニタのような実時間表示装置へ画像情報を送信することができる。代替の構造で、画像情報は、また、遠くの場所にいる医師へ送信され得、且つ／あるいは、後の時点で診断画像を見ることを可能にする記録装置に記憶され得る。
【０００４】
全ての種類の超音波画像形成における１つの基本的な問題は、目的の画像又はエコーの詳細を不明りょうにする後方散乱信号からの雑音である。一般に“スペックル（speckle）”として知られる１種類の雑音は、建設的干渉及び相殺的干渉により生じ、画像に重畳されたランダムな斑点（mottle）として現れる。通常、スペックルは、超音波エネルギ源によって生成された波長よりも短い寸法を有する対象から受け取られ、単に装置の分解能の増大によってスペックルを低減することは不可能である。更に、スペックルは、静止しており且つランダムに分布する対象から生ずる。スペックルは経時的な位相又は振幅の変化を有さないので、時間にわたって画像信号を平均化することによってスペックルを抑制することはできない。言い換えると、スペックル信号は干渉性を有し、時間平均化によっては低減され得ない。
【０００５】
スペックル雑音を低減する１つの方法は、空間合成として知られる方法による。空間合成は、ノイズを低減し、反射干渉の視覚化を改善し、シャドーイング・アーティファクトを低減する。空間合成画像形成は、多数の視点又は角度から得られた所与の目的物の多数の超音波画像を単一の合成画像へと結合する（米国特許番号４，６４９、９２７号（特許文献１）、４，３１９，４８６号（特許文献２）、４，１５９，４６２号（特許文献３）等）。Ｂモード画像形成において、空間合成は、ノイズを低減し、反射干渉の視覚化を改善し、シャドーイング・アーティファクトを低減するための有効な技術であることが知られている（Ｔｒａｈｅｙ、Ｓｉｍｉｔｈ等、１９８６年；Ｔｒａｈｅｙ、Ｓｍｉｔｈ等、１９８６年；Ｓｉｌｖｅｓｔｅｉｎ及びＯ’Ｄｏｎｎｅｌ、１９８７年；Ｏ’Ｄｏｎｎｅｌ及びＳｉｌｖｅｓｔｅｉｎ、１９８８年）。
【０００６】
例えば、ＣＦＩ（Color  Flow  Imaging）及びＣＰＡ（Color  Power  Angio）のようなドップラ画像形成技術は、Ｂモード画像形成と同様のスペックル雑音及びシャドーイング・アーティファクトを欠点とする。しかし、フレームレートの制限のために、空間合成はフロー画像形成に容易には適用されない。例えば、米国特許番号６，３９０，９８０号（特許文献４）は、従来の空間合成が、ゼロに近い、即ち、送信ビームに直交するフロー又は動作がドップラシフトを提供しない受信角度でドップラ電力を導き出すようドップラ信号情報に適用され得ることを開示する。しかし、特許文献４に開示される技術は、大幅にフレームレートを低減する。従って、その実時間の実施は極めて制限される。具体的に、特許文献４は、異なる注視方向（look  direction）が異なる時点で得られ、フロー波形が（収縮期の間）高い正確性を示すことを開示する。ここで、本願出願人は、特許文献４が、心周期の全体にわたるフローパターンの好ましい表示を提供しないと考える。より具体的に、従来のＣＦＩ及びＣＰＡが利用される場合、異なる注視方向は、異なる速度射影及び、ひいては異なる速度値を作り出す。異なる速度値は、合成の前に生ずるべきである。
【特許文献１】米国特許番号４，６４９、９２７号
【特許文献２】米国特許番号４，３１９，４８６号
【特許文献３】米国特許番号４，１５９，４６２号
【特許文献４】米国特許番号６，３９０，９８０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フロー画像形成は、また、シャドーイング及びスペックル雑音を欠点とするので、本発明は、フレームレートを損なうことなく、カラーフロー画像形成及びＣＰＡにおいて実時間の空間合成を実行する新しい技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の技術は、空間合成を実現するよう異なる構造の受信副開口を使用する。このとき、ドップラ信号の同一の速度射影は、例えば、同時係属する同一出願人による米国特許番号６，４６４，６３８号と区別されるように、同時に異なる視点（角度）の夫々に関して生成される。ここに示される受信副開口構造に従う同時発生の利用可能な異なる視点は、異なる視点に関してドップラ信号の同一の速度射影を実現するよう、フレームレートを制限することなく、実時間のＣＦＩ及びＣＰＡ合成画像形成の基礎を提供する。
【０００９】
建設的に、超音波画像形成システムは、励起信号の連続を生成して、それをトランスデューサへ送るよう構成される超音波システム制御装置と電気的に通信する位相配列トランスデューサ、線形配列トランスデューサ又は円弧状線形配列トランスデューサを有することができる。超音波画像形成システムは、トランスデューサと協働して、複数の伝送路に沿って患者の身体における関心領域に超音波エネルギを送り込むことができる。送信走査ビームは、複数の送信走査路によって定義される。超音波画像形成システムは、超音波エネルギに応答して関心領域からトランスデューサによる超音波エコーを受信して、受信した超音波エコーを表す受信信号を生成する受信器を更に有することができる。
【００１０】
システムは、また、複数の受信信号を処理して、第１及び第２の組の受信超音波ビームを形成する平行ビーム形成器を有することができる。第１及び第２の組の受信超音波ビームは、夫々、第１及び第２の空間的に離された視点において発せられる。本発明に従って、複数の受信超音波走査ビームは、伝送路の夫々に沿って受信される超音波エコーを表す第１及び第２のビーム形成器信号を同時に生成するよう、送信走査ビームに沿った多数の点に向けられて焦点を合わせられ得る。
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の図面及び詳細な記載の説明によって、当業者には明らかとなるであろう。これらの更なる特徴及び利点は、本発明の適用範囲内に含まれるよう意図される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の改善された超音波画像形成システム及び方法は、ここでは、特に、当該技術においてよく知られる輝度モード（Ｂモード）画像、又はグレースケール画像を生成して表示する超音波画像形成システムに関連して詳細に記載される。しかし、留意すべきは、本発明の超音波画像形成システム及び方法は、当業者には明らかであるように、フロー画像形成システム、即ち、ＣＦＩ及びＣＰＡ及び、当該方法に適した他の超音波画像形成システムを、それらに限定されないが含む他の超音波画像形成システムに組み込まれても良い。
【００１３】
本発明は、以下の詳細な記載と、本発明の好ましい実施例に関する添付の図面とから、より完全に理解されるであろう。しかし、これらの詳細な記載及び図面は、挙げられている具体的な実施形態に本発明を限定するものではなく、例示のため及びより良い理解のためにのみ用いられる。更に、図面は必ずしも実寸ではなく、本発明の原理を明りょうに表すために強調して表されることがある。最後に、図中の同じ参照番号は、幾つかの図面を通して対応する部分を表す。
【００１４】
［システムアーキテクチャ及び動作］
本発明の方法を実施可能な超音波画像形成システムのアーキテクチャは、一例として図１の基本ブロック図に表されており、概して、以降では参照番号１０によって表記される。留意すべきは、図１に表される基本ブロックの多くは、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせにおいて実施され得る論理関数を定義する。高速を実現するために、目下、ブロックのほとんどは、たとえ以降で具体的に示されていなくとも、ハードウェアで実施されることが好ましい。
【００１５】
図１を参照すると、超音波画像形成システム１０は、トランスデューサ１８と通信する超音波エレクトロニクスシステム１と、表示エレクトロニクスシステム１５とを有することができる。超音波エレクトロニクスシステム１は、適切なソフトウェアに従って超音波画像形成システム１０における様々な要素及び信号の動作及びタイミングを制御するよう設計されたシステム制御装置１２を有することができる。超音波エレクトロニクスシステム１は、送信制御装置１４と、無線周波数（ＲＦ）スイッチ１６と、複数の前置増幅器２０と、時間−ゲイン補償器（ＴＧＣ）２２と、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）２４とを更に有することができる。更に、超音波エレクトロニクスシステム１は、平行ビーム形成器２６と、ＲＦフィルタ２８と、混合器３０と、振幅検出器３２と、ログ機構３４と、ログ後（post-log）フィルタ３６と、信号処理装置３８と、映像処理装置４０と、映像メモリ装置４２と、表示モニタ４４とを有することができる。
【００１６】
トランスデューサ１８は、超音波信号又は音響エネルギを、夫々、試験対象（例えば、超音波画像形成システム１０が医療用途との関連で使用される場合には患者の身体。）へ放射し且つ試験対象から受信するよう構成される。トランスデューサ１８は、望ましくは、横（lateral）方向及び仰角（elevation）方向の両方において複数の素子を有する位相配列トランスデューサである。かかる素子は、通常、例えば、それだけに限定されないが、チタンジルコン酸塩（ＰＺＴ）のような圧電材料から作られる。夫々の素子は、素子に集合的に超音波圧力波を試験対象に伝播させる電気パルス又は他の適切な電気波形を供給される。更に、それに応答して、１又はそれ以上のエコーが試験対象によって反射され、トランスデューサ１８によって受信される。トランスデューサ１８は、受信したエコーを、更に処理するために電気信号に変換する。
【００１７】
トランスデューサ１８に結合された素子の配列は、別の素子によって供給された電気パルスを遅延させることによって、トランスデューサ配列から発せられたビームが（送信及び受信モードの間）対象を通り抜けることを可能にする。送信モードがアクティブである場合、アナログ波形が各トランスデューサ素子へ送られ、それによって、パルスは、対象を通って、ビームのように、選択的に特定の方向で伝播する。受信モードが動作中である場合、アナログ波形が各ビーム位置にある各トランスデューサ素子において受信される。夫々のアナログ波形は、本質的に、対象を通る単一ビームに沿ってエコーが受信される時間期間に亘ってトランスデューサ素子によって受信されるエコーの連続を表す。時間遅延は、所望の方向で狭受信ビームを形成するために、夫々の素子からの信号へ適用される。送信及び受信の両モード操作によって形成されるアナログ波形の全集合は、音線（acoustic  line）を表す。そして、音線の全集合は、対象に関する単一のビュー（view）又は画像を表す。これは、フレームと称される。
【００１８】
知られているように、位相配列トランスデューサは、システム制御装置１２又は代替的に送信制御装置１４において発生しうる１又はそれ以上の制御信号に応答する多数の内部電気回路部を有することができる。例えば、トランスデューサ電気回路は、複数の超音波パルスを発生させるために励起信号を印加すべき第１のサブセットのトランスデューサ素子を選択するよう構成され得る。関連する方法において、トランスデューサ電気回路は、送信された超音波パルスに関連する超音波エコーを受信すべき第２のサブセットのトランスデューサ素子を選択するよう構成され得る。このようなトランスデューサ素子の選択は、夫々、送信制御装置１４又はシステム制御装置１２で発生した１又はそれ以上の制御信号に応答して、トランスデューサ１８によって行われ得る。
【００１９】
送信制御装置１４は、ＲＦスイッチ１６を介してトランスデューサ１８へ電気的に接続され得、更には、システム制御装置１２と通信することができる。システム制御装置１２は、送信制御装置１４の動作を命令するために１又はそれ以上の制御信号を送信するよう構成され得る。送信制御装置１４は、これに応じて、ＲＦスイッチ１６を介してトランスデューサ１８の素子の配列の一部へ定期的に送られる電気パルスの連続を発生させる。送信された電気パルスによって、トランスデューサ素子は、先に記載されたような試験対象に超音波信号を放射することができる。送信制御装置１４は、通常、トランスデューサ１８がパルス送信の間の期間に対象からエコーを受信することを可能にするようパルス送信の間を隔て、受信されたエコーを並列なアナログ前置増幅器２０の組（本願明細書中では“ＰＲＥＡＭＰ”と呼ばれる。）に送る。ＲＦスイッチ１６は、トランスデューサ１８への様々な送信電気信号及びトランスデューサ１８からの様々な受信電気信号を方向付けるよう構成され得る。
【００２０】
複数の前置増幅器２０は、試験対象から反射されたエコーによって発生したトランスデューサ１８からのアナログ電気エコー波形の連続を受け取る。より具体的に、夫々の前置増幅器２０は、夫々の音線に関して、対応する組のトランスデューサ素子からアナログ電気エコー波形を受け取る。更に、前置増幅器２０の組は、時間とともに連続して、夫々の別個の音線に関して一組である波形の組の連続を受け取って、その波形をパイプライン処理方式で処理することができる。前置増幅器２０の組は、以下で記載されるような更なる信号処理を可能にするために、エコー波形を増幅して、増幅されたエコー波形を供給するよう構成され得る。トランスデューサ１８によって受信される超音波信号は低電力であるため、前置増幅器２０の組は、過剰な雑音が処理において発生しない十分な品質を有するべきである。
【００２１】
エコー波形は、通常、それらが試験対象の漸進的により深い深さから受信されるにつれて振幅が減衰するので、超音波エレクトロニクスシステム１における複数の前置増幅器２０は、並列な複数のＴＧＣ２２へ夫々接続され得る。ＴＧＣ２２は、当該技術において知られており、エコー音線の間にゲインを漸進的に増大させて、後の処理段でのダイナミックレンジ条件を減ずるよう設計される。更に、ＴＧＣ２２の組は、時間とともに連続して、夫々の別個の音線に関して一組である波形の組の連続を受け取って、その波形をパイプライン処理方式で処理することができる。
【００２２】
複数の並列アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）２４は、図１に示されるように、複数のＴＧＣ２２と夫々通信することができる。ＡＤＣ２２の夫々は、当該技術においてよく知られるように、その夫々のアナログエコー波形を、夫々の量子化された瞬時信号レベルを有する多数の不連続な位置点（深さに対応して数百から数千個が存在し、超音波送信周波数又は時間の関数で表される。）を有するデジタルエコー波形に変換するよう構成され得る。先行技術の超音波画像形成システムでは、このような変換は、しばしば、信号処理ステップにおいて後に現れたが、目下、超音波信号で実行される論理関数の多くはデジタルであり、従って、かかる変換は、信号処理手順の初期の段階で実行される。ＴＧＣ２２と同様に、複数のＡＤＣ２４は、時間とともに連続して、別個の音線に関して波形の連続を受け取って、そのデータをパイプライン処理方式で処理することができる。一例として、システムは、６０ＨｚのＢモードフレームレートを有して４０ＭＨｚのクロックレートで信号を処理することができる。
【００２３】
平行ビーム形成器２６の組は、複数のＡＤＣ２４と通信することができ、ＡＤＣ２４から（トランスデューサ素子の各組に対応する）複数のデジタルエコー波形を受信し、それらを結合して単一の音線を形成する設計され得る。このようなタスクを達成するために、夫々の平行ビーム形成器２６は、異なる時間量で別個のエコー波形を遅延させることができ、次いで、合成デジタルＲＦ音線を生成するために、その遅延した波形を足し合わせる。このような遅延及び加算ビーム形成処理は、当該技術においてよく知られる。更に、平行ビーム形成器２６は、時間とともに連続して、別個の音線に関してデータ収集の連続を受け取って、そのデータをパイプライン処理方式で処理することができる。
【００２４】
ＲＦフィルタ２８は、平行ビーム形成器２６の出力へ結合され得、連続して複数のデジタル音線を受信して処理するよう構成され得る。ＲＦフィルタ２８は、夫々のデジタル音線を受信して、不要な帯域雑音出力を除去するよう構成された帯域通過フィルタの形をとる。更に図１に表されるように、混合器３０は、ＲＦフィルタ２８の出力で結合され得る。混合器３０は、パイプライン方式で複数のデジタル音線を処理するよう構成され得る。混合器３０は、最終的に複数のベースバンドデジタル音線を生成するために、ＲＦフィルタ２８からのフィルタ処理されたデジタル音線を局部発振器信号（簡単のために図示せず。）と結合するよう構成され得る。望ましくは、局部発振器信号は、同相信号（実部）と、位相が９０度ずれている直交位相信号（虚部）とを有する複素信号である。混合動作の結果、和周波数信号及び差分周波数信号が生成され得る。和周波数信号はフィルタ処理（除去）され、差分周波数信号が残る。差分周波数信号は、ほぼ零に近い周波数にある複素信号である。複素信号は、試験対象において撮像された解剖学的構造の移動の方向を追って、正確で、広い帯域幅の振幅検出を可能にするために望ましい。
【００２５】
超音波エコー受信処理におけるこの時点までに、全ての動作は、実質上線形と考えられる。従って、動作の順序は、実質上等価な作用を保ちながら再配置され得る。例えば、幾つかのシステムでは、ビーム形成若しくはフィルタ処理の前に、より低い中間周波数（ＩＦ）又はベースバンドへと混合することが好ましい。実質上線形な処理作用のこのような再配置は、本発明の適用範囲内にあると考えられる。振幅検出器３２は、混合器３０からの複素ベースバンドデジタル音線をパイプライン方式で受信して処理することができる。夫々の複素ベースバンドデジタル音線に関して、振幅検出器３２は、音線のエンベロープを解析し、音線に沿った夫々の点で信号強さを決定し、振幅検出デジタル音線を生成する。数学的に、このことは、振幅検出器３２が音線に沿った夫々の点に対応する夫々のフェーザ（原点までの距離）の大きさを決定することを意味する。
【００２６】
ログ機構３４は、振幅検出器３２からパイプライン処理方式で振幅検出デジタル音線を受信することができる。ログ機構３４は、夫々の音線の対数（ログ（ｌｏｇ））を計算することによってデータのダイナミックレンジを圧縮して、圧縮されたデジタル音線を更なる処理のために生成するよう構成され得る。ログ関数の実施は、エコー強度の比に対応する輝度の変化に関する、最終的に表示部での、より実際的なビューを可能にする。ログ後フィルタ３６は、通常は低域通過フィルタの形をとっており、ログ機構３４の出力へ結合され得、パイプライン方式で圧縮デジタル音線を受信するよう構成され得る。ログ後フィルタ３６は、最終的な表示画像の品質を高めるために、圧縮されたデジタル音線に関連する高周波を除去又は抑制することができる。概して、ログ後フィルタ３６は、表示される画像においてスペックルを和らげる。低域通過ログ後フィルタ３６は、また、アンチエイリアス処理を実行するよう構成され得る。低域通過ログ後フィルタ３６は、原則的に空間分解能をグレースケール分解能と交換するよう設計され得る。
【００２７】
信号処理装置３８は、低域通過ログ後フィルタ３６の出力へ結合され得る。信号処理装置３８は、適切な種類のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を更に有することができ、低域通過ログ後フィルタ３６からフィルタ処理されたデジタル音線を受信するよう構成され得る。音線は、２次元座標空間において定義され得る。信号処理装置３８は、受信したフィルタ処理されたデジタル音線における画像情報を数学的に扱うよう構成され得る。代替の実施例で、信号処理装置３８は、信号操作のために時間とともにデータの音線を蓄積するよう構成され得る。この関連で、信号処理装置３８は、表示のための画素を生成するために、ＲＡＭに記憶されたデータを変換する走査変換器を更に有することができる。走査変換器は、全データフレーム（即ち、単一ビューにおける全ての音線の組、又は表示されるべき画像／ピクチャ。）がＲＡＭによって蓄積される場合に、ＲＡＭにあるデータを処理することができる。例えば、受信されたデータが、エコー情報の相対位置を決定するよう極座標を用いてＲＡＭに記憶されるならば、走査変換器は、ラスタ操作可能な処理装置を介して、ラスタ操作可能な直角（直交）データに極座標データを変換することができる。
【００２８】
複数の超音波画像面に関連する複数の画像フレームを形成するよう受信、エコー回復及び信号処理作用を完了したならば、超音波エレクトロニクスシステム１は、スペックルが低減された単一画像フレームを形成するよう複数の画像フレームを数学的に結合（平均化）することによって、複数の画像フレームを空間的に合成することができる。
【００２９】
複数の画像フレームを空間的に合成したならば、超音波エレクトロニクスシステム１は、図１に表されるように、表示エレクトロニクスシステム５へ単一の空間的に合成された画像フレームに関連するエコー画像データ情報を送ることができる。表示エレクトロニクスシステム５は、超音波エレクトロニクスシステム１からエコー画像データを受信することができる。このとき、エコー画像データは映像処理装置４１へ送られ得る。映像処理装置４０は、エコー画像データ情報を受信するよう構成され得、その画像情報をラスタ走査するよう構成され得る。
【００３０】
映像処理装置４０は、映像メモリ装置４２での記憶のために及び／又は表示モニタ４４による表示のためにピクチャ要素（例えば、画素。）を出力する。映像メモリ装置４２は、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）プレーヤー／レコーダ、コンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤー／レコーダ、ビデオカセットレコーダ（ＶＣＲ）又は他の様々な映像情報記憶装置の形を取ることができる。当該技術で知られるように、映像メモリ装置４２は、実時間以外でのユーザ／操作者による鑑賞及び／又はデータ収集画像処理を可能にする。表示モニタ４４の形を取る従来の表示装置は、図１に表されるように、映像処理装置４０及び映像メモリ装置４２の双方と通信することができる。表示モニタ４４は、映像メモリ装置４２及び／又は映像処理装置４０のいずれか一方から画素データを定期的に受信して、ユーザ／操作者による超音波画像の鑑賞のために適切なスクリーン又は他の画像形成装置（例えば、プリンタ／プロッタ。）を駆動するよう構成され得る。
【００３１】
［基本的な画像形成］
図１の超音波画像形成システム１０のアーキテクチャ及び動作を記載してきたが、ここで図２に注目する。図２は、一般的な診断環境を表す。このような環境で、図１の超音波画像形成システム１０は、２次元超音波画像を改善するよう本発明の方法を使用することができる。診断環境１０は、試験対象１１３及びトランスデューサ１８を有する。トランスデューサ１８は、ユーザ／操作者（図示せず。）によって試験対象１１３の生体構造の一部の上に配置され得、多重送信パルス１１５がトランスデューサ１８から送信される。送信パルス（超音波エネルギ）１１５が、超音波発射（insofinication）に応答する試験対象１１３の組織層にぶつかる場合に、複数の送信パルス１１５は組織層１１３を通り抜ける。
【００３２】
多重超音波パルスの大きさが組織層１１３の減衰効果を上回る限り、多重超音波パルス１１５は内部の目的物１２１に到達することができる。当業者には明らかなように、異なる超音波インピーダンスを有する組織間の組織境界又は交点は、複数の超音波パルス１１５の基本送信周波数での超音波応答を発現しうる。超音波パルスを当てられた組織は、患者の体内の様々な組織境界から情報を伝達するために、送信パルスからの時間で区別され得る基本超音波応答を発現しうる。
【００３３】
減衰効果の大きさを上回る大きさを有する、横断する組織層１１３からのこれらの超音波反射は、図１に関連して先に記載されたように、ＲＦスイッチ１６及びトランスデューサ１８によって監視され、電気信号に変換され得る。超音波エレクトロニクスシステム１及び表示エレクトロニクスシステム５は、複数の超音波エコー１１７から得られる超音波表示画像２００を生成するよう協働することができる。
【００３４】
本発明の新しいアプローチは、送信開口部のいずれか一方の側での、単一のトランスデューサ配列の使用、単一の開口部からの超音波の送信、及び隣接する組の要素によって定められる幾つかのサブ配列からの後方散乱エコーの受信を含む。即ち、本発明は、スペックルを低減すべく異なる画像を同時に且つ数学的に結合するよう、超音波エネルギにより目的の画像に超音波を当てることと、角度によって区別される多数の異なる視点から目的の画像を受信又は捕捉することとを含む。多数の視点から集められた情報から形成される複数の画像を数学的に結合（例えば、平均化）することによって、スペックルパターンは相関関係を欠く。一方で、目的のエコーは、相関を有し且つ実質上変更されないままである。
【００３５】
図３Ａ乃至３Ｄは、本発明によって実施され得る送信／受信開口構造に関して、様々な構造を表す。即ち、図３Ａ乃至３Ｄは、毎チャネルＲＦデータから再構成されるフローファントムのカラーフロー画像を示す。図３Ａは、従来の受信構造の使用を表す。図３Ｂは、φ１＝２．５°の場合の受信構造の使用を表す。図３Ｃは、φ２＝５°の場合の受信構造の使用を表す。図３Ｄは、φ３＝７．５°の場合の受信構造の使用を表す。
【００３６】
図４は、必要とされる基本計算を表し、ここで、
【数１】
2009505771.tif 000003
は、送信される超音波ビームの方向にある単位ベクトルであり、
【数２】
2009505771.tif 000004
及び
【数３】
2009505771.tif 000005
は、２つのサブアレイの２つの受信方向に平行な単位ベクトルである。左右の副開口中心の部分が、ベクトル
【数４】
2009505771.tif 000006
及び
【数５】
2009505771.tif 000007
が送信波ベクトル
【数６】
2009505771.tif 000008
に対して同じ角度φの範囲を定めるほどであるならば、ベクトル和
【数７】
2009505771.tif 000009
は、送信ビームステアリング方向及び、ひいては
【数８】
2009505771.tif 000010
に平行である。速度
【数９】
2009505771.tif 000011
を有する散乱移動が超音波の放射視野においてサンプルボリューム（sample  volume）を過ぎたならば、２つの受信副開口の和によって受信される平均ドップラ周波数シフトは、ベクトル
【数１０】
2009505771.tif 000012
において速度射影Ｖｘに比例し、以下
【数１１】
2009505771.tif 000013
のように表される。ここで、θは送信ビームと速度ベクトル
【数１２】
2009505771.tif 000014
との間の角度であり、φは受信ビームと送信ビームとの間の角度である。
【００３７】
様々な視点の間のスペックルパターンにおける相関関係の欠如の結果として、スペックルパターンにおける不一致は、目的の画像を劣化させることなく低減され得る。スペックルを低減するために様々な視点から形成される画像を数学的に結合する計算は、よく知られる。通常、“固定”トランスデューサを用いて異なる方向からの多数の画像を生成する方法は、圧電トランスデューサ素子の線形又は円弧状線形配列の異なるセル又はセルのグループを励起することである。圧電トランスデューサ素子は、超音波エネルギを発生させ且つ受信するために使用される。超音波ビームに対する視点は、通常、超音波ビームを形成するために使用されるアクティブ開口の物理的位置によって制御される。このように、固定トランスデューサにおけるグループは、必要とされる空間的に分離された視点を得るために、配列に沿って分けられるべきである。
【００３８】
一例として、Ｎ個のトランスデューサ素子の線形配列をＭ個のセクションに分けることができる。夫々のセクションは、Ｎ／Ｍの隣接するトランスデューサを有し、配列に沿った一意の位置又は視点によって定められる。夫々のセクションは、全てのＭのビームが実質的に同じ領域で焦点を合わせられるように向けられたトランスデューサセクションの夫々からであるが、トランスデューサ配列の正面にその原点を有する異なった方向からの結果として得られる超音波ビームを有して、連続してある点で１つを電気的に励起され得る。その場合、スペックルは、関連するＭ個の異なる視点からの（送信及び受信の両方の処理によって制御される）Ｍの超音波ビームを結合することによって低減され得る。
【００３９】
図５Ａ乃至５Ｄは、毎チャネルＲＦデータから再構成されたフローファントムのＣＰＡ画像を表す。即ち、図５Ａは、従来の受信構造により受信されるデータから再構成される画像を表し、図５Ｂは、φ１＝２．５°の場合に本発明の受信構造により受信されるデータから再構成された画像を表し、図５Ｃは、φ２＝５°の場合の受信構造を表し、図５Ｄは、φ３＝７．５°の場合の受信構造の使用を表す。
【００４０】
本発明に従うＣＦＩ及びＣＰＡフローデータから再構成される更なるスクリーンショットは、図６Ａ乃至６Ｄに示されている。具体的に、図６Ｂは、従来のフロー画像（図６Ａ）と比較して、欠陥がより少ない合成ＣＦＩ画像を表し、血管腔内のフローのより好ましい描写を示す。図６Ｄの合成ＣＰＡは、方位分解能のより一層の劣化を伴うことなく、従来のＣＰＡ（図６Ｃ）に比べて、低減されたスペックルパターン及びより良い充填（filling）を示す。図６Ａ乃至６Ｂを見ることによって容易に理解され得るように、本発明の技術は、（開口の大きさに起因する）スペクトル拡張と、方位分解能との間の妥協を提供する。この技術は、また、カラーフロー画像形成の感度を高めることができる。
【００４１】
本発明のアプローチは、合成角度を有してマルチライン要素を交互に使用することによってＢｏｒｉｓプラットフォームにおいて実施され得る。４ｘマルチラインの場合、合成は適用され得ない。２ｘマルチラインの場合には、２つの合成角度が得られる（従来の構造並びにｂ、ｃ又はｄ構造のうちの１つ）。マルチラインがない場合、４つの合成角度が使用され得る。ついでに言えば、本発明は、ＱＳＣが１６の平行な受信経路を有するので、Ｂｏｒｉｓプラスアーキテクチャにより良くマッピングし、従って、１次元配列に関して、同時に４つの合成角度を有して４ｘマルチラインを実現することが可能である。当業者には明らかなように、本発明を実施するようＢｏｒｉｓを変形することは、“新たな”取得テーブルの準備を必要とする。当業者であって、特許権を有するＢｏｒｉｓプラットフォームを理解する者には明らかなように、新たな又は修正された取得テーブルは、ここに記載される新しい受信開口構造をサポートするために定義される必要があり、ＦＥＣは、本発明の開口配置を取り込む必要がある。また当業者には明らかなように、プラットフォームは本発明の限定ではなく、受信開口配置及びその配置からのデータの処理をサポートすることができる如何なるプラットフォームも、ここで記載及び請求されるフロー画像形成において改善される合成を実施することができる。
【００４２】
Ｂｏｒｉｓプラットフォームの例に戻り、ＤＳＣアーキテクチャは、異なるルックアングルが派生的なマルチラインとして処理され得るので、変更される必要はない。当然、異なる正規化関数が異なる受信構造に適用される必要があることは容易に理解されるべきである。ついでに言えば、フィリップスが権利を所有するＢｏｒｉｓＳＩＰは、定期的なカラーフロー／ＣＰＡ処理を実行する前に、異なる角度を合成すべく変形を必要とする。
【００４３】
図７Ａ乃至７Ｄは、夫々、スクリーン処置の前後における画像品位の差を明らかにするよう、従来のカラーフロー画像、合成カラーフロー画像、従来のＣＰＡ画像、及び合成ＣＰＡ画像を表す。即ち、４つの図は、本発明に従って実施されるフロー処理の間にスペックルを除去するための合成の結果及び利点の理解を与える。ついでに言えば、これによって開示される発明は、例えば、甲状腺又は胸部にあるような小さな血管の画像形成において血小板が影を作りうる狭窄の存在下で、浅い血管への適用に特に適する。
【００４４】
留意すべきは、表される機能的動作を実行するために必要とされるソフトウェア及び／又は２次元で超音波画像を空間的に合成するために必要な数学的結合及びデータ操作は、論理関数を実施するための実行可能な命令の順序付きリストを有することができる点である。このように、ソフトウェアは、例えば、コンピュータベースのシステム、処理装置内蔵システム又は命令実行システム、機器若しくは装置から命令を読み出して、その命令を実行する他のシステムのような命令実行システム、機器又は装置によって、あるいは、それらと共に使用される如何なるコンピュータ読取可能な媒体においても具現され得る。本願に照らして、“コンピュータ読取可能な媒体”は、命令実行システム、機器又は装置によって、あるいは、それらと共に使用されるプログラムを含み、記憶し、通信し、伝播し、又は送信することができる如何なる手段であっても良い。
【００４５】
コンピュータ読取可能な媒体は、例えば、それに限定されないが、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、若しくは半導体システム、機器、装置又は伝播媒体でありうる。コンピュータ読取可能な媒体のより具体的な例（不完全なリスト）は、以下：１又はそれ以上のワイヤを有する電気接続（電子）、携帯型のコンピュータディスケット（磁気）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（磁気）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）（磁気）、消去可能なプログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ若しくはフラッシュ）（磁気）、光ファイバ（光学）、及び携帯型コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤＲＯＭ）（光学）を含みうる。留意すべきは、コンピュータ読取可能な媒体は、プログラムが、例えば、紙又は他の媒体の光学走査を介して電子的に捕捉されて、必要ならば、適切な方法で適合、解釈又は処理をなされて、コンピュータメモリに格納され得る場合に、プログラムが印刷されている紙又は他の適切な媒体でありうる点である。
【００４６】
留意すべきは、本発明の上記実施例、具体的に、如何なる“好ましい”実施例も、単に、本発明の原理の明りょうな理解のために挙げられているに過ぎない可能な実施の例である。更に、多数の変更及び変形は、本発明の精神及び原理から著しく逸脱することなく、本発明の上記実施例に対して行われ得る。全てのこのような変更及び変形は、本発明の適用範囲内に含まれ且つ特許請求の範囲によって保護される本開示によって示されるよう意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の方法を実行することができる本発明に従う超音波画像形成システムのブロック図である。
【図２】医療診断環境における図１の超音波画像形成システムの使用を表す図である。
【図３Ａ】毎チャネルデータから再構成されるフローファントムのカラーフロー画像を表す関連するスクリーンショットである（従来の受信構造の使用）。図３Ｃは、φ２＝５°の場合の受信構造の使用を表す。
【図３Ｂ】毎チャネルデータから再構成されるフローファントムのカラーフロー画像を表す関連するスクリーンショットである（φ１＝２．５°の場合の受信構造の使用）。
【図３Ｃ】毎チャネルデータから再構成されるフローファントムのカラーフロー画像を表す関連するスクリーンショットである（φ２＝５°の場合の受信構造の使用）。
【図３Ｄ】毎チャネルデータから再構成されるフローファントムのカラーフロー画像を表す関連するスクリーンショットである（φ３＝７．５°の場合の受信構造の使用）。
【図４】本発明によって必要とされる基本計算を表す。
【図５】Ａ〜Ｄは、毎チャネルデータから再構成されるフローファントムのカラーフロー画像を表す関連するスクリーンショットの組である。
【図６】Ａ〜Ｄは、まとめて表示される場合に、従来のカラーフロー画像形成と、本発明に従う合成方法により実現される画像との間の差を明らかにする関連するスクリーンショットの組である。
【図７】Ａ〜Ｄは、従来のカラーフロー画像、合成カラーフロー画像、従来のＣＰＡ画像、及び合成ＣＰＡ画像を表す。
【図１】
2009505771.tif 000015
【図２】
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【図３Ａ】
2009505771.tif 000017
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
2009505771.tif 000021
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2009505771.tif 000023
【図５Ｃ】
2009505771.tif 000024
【図５Ｄ】
2009505771.tif 000025
【図６Ａ】
2009505771.tif 000026
【図６Ｂ】
2009505771.tif 000027
【図６Ｃ】
2009505771.tif 000028
【図６Ｄ】
2009505771.tif 000029
【図７Ａ】
2009505771.tif 000030
【図７Ｂ】
2009505771.tif 000031
【図７Ｃ】
2009505771.tif 000032
【図７Ｄ】
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【国際調査報告】
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