(57)【要約】  本発明は、比較的遅いフレームレートで収集されたデータを用いて高品質の速度波形を再生することを可能にするもので、このようなデータは、さもなければ、診断的及び臨床的に有用でない波形になってしまうものである。本発明は、高品質の"連続した"速度波形を再生することを目的とし、斯様な波形を再生するために速度に加えて加速度の瞬時値を使用する。空間内の固定点の速度及び加速度を同時に検出することにより、大幅に低いサンプリングレートを用いて対応する速度波形を一層忠実に再生することができる。画像が取得された場合、速度サンプルレートは画像フレームレートに対応する。また、アンサンブル内に含まれるルック又は走査ラインの数に依存して、生データの二重インターリーブが用いられる。
2009513222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
比較的遅いフレームレートで得られる高品質速度波形を再生する方法であって、
ＤＴＩアンサンブルを作成するために少なくとも３つのルックを実行するステップと、
前記ＤＴＩアンサンブルを用いてＤＴＩ速度推定値を計算するステップと、
前記ＤＴＩアンサンブルを用いて組織加速度推定値の瞬時値を計算するステップと、
前記速度波形を前記ＤＴＩ速度推定値と前記組織加速度推定値の両方を用いて再生するステップと、
を有するような方法。
【請求項２】
前記ＤＴＩ速度推定値を計算するステップが、Ｋａｓａｉ技法を用いて実行されるような請求項１に記載の高品質速度波形を再生する方法。
【請求項３】
ｄが所与のルック方向に対する軸方向深度であり、
ｔがスロー時間（フレームレートに対応する）であり、
ｖが深度ｄ及び時点ｔにおける組織の速度（cm/sec）であり、
ｕｉが前記アンサンブルのｉ番目のルックに対応する複合エコーであり、
Ｌがアンサンブル当たりのルックの総数であり、
Ｔが秒でのＰＲＩ（パルス繰り返し間隔）であり（＝１／ＰＲＦ）、
λ／２がｃｍでのＲＦエコーの波長（ＲＦ中心周波数に対応する）である、
とする場合に、前記ＤＴＩ速度推定値を計算するステップが、
【数１】
2009513222.tif 000009
なる式を用いて実行されるような請求項１に記載の高品質速度波形を再生する方法。
【請求項４】
ｄが所与のルック方向に対する軸方向深度であり、
ｔがスロー時間（フレームレートに対応する）であり、
ｖが深度ｄ及び時点ｔにおける組織の速度（cm/sec）であり、
ｕｉが前記アンサンブルのｉ番目のルックに対応する複合エコーであり、
Ｌがアンサンブル当たりのルックの総数であり、
Ｔが秒でのＰＲＩ（パルス繰り返し間隔）であり（＝１／ＰＲＦ）、
λ／２がｃｍでのＲＦエコーの波長（ＲＦ中心周波数に対応する）である、
とする場合に、前記組織加速度推定値を計算するステップが、
【数２】
2009513222.tif 000010
なる式を用いて実行されるような請求項１に記載の高品質速度波形を再生する方法。
【請求項５】
前記組織加速度推定値を計算するステップが、三次スプライン加速度方法により実行されるような請求項１に記載の高品質速度波形を再生する方法。
【請求項６】
前記組織加速度推定値を計算するステップが、二次放物モデルを用いて実行されるような請求項１に記載の高品質速度波形を再生する方法。
【請求項７】
前記波形が、所与の走査方向に沿う単一の点、該所与の走査方向に沿う複数の点、二次元空間における複数の走査方向に沿う複数の点、及び三次元空間における複数の走査方向に沿う複数の点の少なくとも１つで再生されるような請求項１に記載の高品質速度波形を再生する方法。
【請求項８】
ＤＴＩアンサンブルの二重インターリーブを用いてＤＴＩ速度推定値及び組織加速度の瞬時値を計算するステップを更に有しているような請求項１に記載の高品質速度波形を再生する方法。
【請求項９】
前記ＤＴＩ速度推定値を計算するステップが第１のＰＲＩ間隔を用いて実行され、前記組織加速度推定値を計算するステップが第２のＰＲＩ間隔を用いて実行され、前記第１のＰＲＩ間隔が前記第２のＰＲＩ間隔より小さいような請求項１に記載の高品質速度波形を再生する方法。
【請求項１０】
ＤＴＩアンサンブルを形成するためのＤＴＩルックを実行することにより作成されたＤＴＩ速度波形を再生する方法であって、
所与の走査ライン方向に沿うアンサンブルにおいて３以上のルックを使用するステップと、
ＤＴＩ速度推定値及び組織加速度の瞬時値を計算するステップと、
前記波形を再生するステップと、
を有するような方法。
【請求項１１】
高品質速度波形を再生するためのコンピュータ読取可能なプログラムコード手段を備えるコンピュータにより使用可能な媒体を有するような製造物品であって、該製造物品における前記コンピュータ読取可能なプログラムコード手段が、
少なくとも３つのルックを決定及び記憶するためのコンピュータ読取可能なプログラムコードと、
前記少なくとも３つのルックを含むＤＴＩアンサンブルを決定するためのコンピュータ読取可能なプログラムコードと、
前記ＤＴＩアンサンブルの速度推定値を計算するためのコンピュータ読取可能なプログラムコードと、
前記ＤＴＩアンサンブルの加速度推定値を計算するためのコンピュータ読取可能なプログラムコードと、
前記速度波形を前記速度推定値及び前記加速度推定値の両方から再生するためのコンピュータ読取可能なプログラムコードと、
を有するような製造物品。
【請求項１２】
前記速度推定値を計算が標準のＫａｓａｉ技法を用いて実行されるような請求項１１に記載の製造物品。
【請求項１３】
ｄが所与のルック方向に対する軸方向深度であり、
ｔがスロー時間（フレームレートに対応する）であり、
ｖが深度ｄ及び時点ｔにおける組織の速度（cm/sec）であり、
ｕｉが前記アンサンブルのｉ番目のルックに対応する複合エコーであり、
Ｌがアンサンブル当たりのルックの総数であり、
Ｔが秒でのＰＲＩ（パルス繰り返し間隔）であり（＝１／ＰＲＦ）、
λ／２がｃｍでのＲＦエコーの波長（ＲＦ中心周波数に対応する）である、
とする場合に、前記速度推定値の計算が、
【数３】
2009513222.tif 000011
なる式を用いて実行されるような請求項１１に記載の物品。
【請求項１４】
ｄが所与のルック方向に対する軸方向深度であり、
ｔがスロー時間（フレームレートに対応する）であり、
ｖが深度ｄ及び時点ｔにおける組織の速度（cm/sec）であり、
ｕｉが前記アンサンブルのｉ番目のルックに対応する複合エコーであり、
Ｌがアンサンブル当たりのルックの総数であり、
Ｔが秒でのＰＲＩ（パルス繰り返し間隔）であり（＝１／ＰＲＦ）、
λ／２がｃｍでのＲＦエコーの波長（ＲＦ中心周波数に対応する）である、
とする場合に、前記加速度推定値の計算が、
【数４】
2009513222.tif 000012
なる式を用いて実行されるような請求項１１に記載の物品。
【請求項１５】
前記加速度推定値の計算が、三次スプライン加速度方法を用いて実行されるような請求項１１に記載の物品。
【請求項１６】
前記加速度推定値の計算が、二次放物モデルを用いて実行されるような請求項１１に記載の物品。
【請求項１７】
前記速度推定値の計算が第１のＰＲＩ間隔を用いて実行され、前記加速度推定値の計算が第２のＰＲＩ間隔を用いて実行され、前記第１のＰＲＩ間隔が前記第２のＰＲＩ間隔より小さいような請求項１１に記載の物品。
【請求項１８】
ｄが所与のルック方向に対する軸方向深度であり、
ｔがスロー時間（フレームレートに対応する）であり、
ｖが深度ｄ及び時点ｔにおける組織の速度（cm/sec）であり、
ｕｉが前記アンサンブルのｉ番目のルックに対応する複合エコーであり、
Ｌがアンサンブル当たりのルックの総数であり、
Ｔが秒でのＰＲＩ（パルス繰り返し間隔）であり（＝１／ＰＲＦ）、
λ／２がｃｍでのＲＦエコーの波長（ＲＦ中心周波数に対応する）である、
とする場合に、前記加速度推定値の計算が、
【数５】
2009513222.tif 000013
なる式を用いて実行され、
ｊが、加速度のＰＲＩが速度のＰＲＩに等しい場合に"１"であるような請求項１７に記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項１９】
比較的遅いフレームレートで得られる高品質速度波形を再生するためにＤＴＩアンサンブルを作成するためのＤＴＩルックを実行するシステムであって、
少なくとも３つのルックを有する前記ＤＴＩアンサンブルと、
前記ＤＴＩアンサンブルの速度を計算する速度計算器と、
前記ＤＴＩアンサンブルの加速度を計算する加速度計算器と、
を有し、前記速度計算器及び前記加速度計算器が、再生される前記高品質速度波形を決定するようなシステム。
【請求項２０】
前記速度計算器がＫａｓａｉ技法を使用するような請求項１９に記載のＤＴＩルックを実行するシステム。
【請求項２１】
ｄが所与のルック方向に対する軸方向深度であり、
ｔがスロー時間（フレームレートに対応する）であり、
ｖが深度ｄ及び時点ｔにおける組織の速度（cm/sec）であり、
ｕｉが前記アンサンブルのｉ番目のルックに対応する複合エコーであり、
Ｌがアンサンブル当たりのルックの総数であり、
Ｔが秒でのＰＲＩ（パルス繰り返し間隔）であり（＝１／ＰＲＦ）、
λ／２がｃｍでのＲＦエコーの波長（ＲＦ中心周波数に対応する）である、
とする場合に、前記速度計算器が、
【数６】
2009513222.tif 000014
なる式を用いるような請求項１９に記載のＤＴＩルックを実行するシステム。
【請求項２２】
ｄが所与のルック方向に対する軸方向深度であり、
ｔがスロー時間（フレームレートに対応する）であり、
ｖが深度ｄ及び時点ｔにおける組織の速度（cm/sec）であり、
ｕｉが前記アンサンブルのｉ番目のルックに対応する複合エコーであり、
Ｌがアンサンブル当たりのルックの総数であり、
Ｔが秒でのＰＲＩ（パルス繰り返し間隔）であり（＝１／ＰＲＦ）、
λ／２がｃｍでのＲＦエコーの波長（ＲＦ中心周波数に対応する）である、
とする場合に、前記加速度計算器が、
【数７】
2009513222.tif 000015
なる式を用いるような請求項１９に記載のＤＴＩルックを実行するシステム。
【請求項２３】
前記加速度計算器が三次スプライン加速度方法を用いるような請求項１９に記載のＤＴＩルックを実行するシステム。
【請求項２４】
前記加速度計算器が二次放物モデルを用いるような請求項１９に記載のＤＴＩルックを実行するシステム。
【請求項２５】
前記速度推定値の計算が第１のＰＲＩ間隔を用いて実行され、前記加速度推定値の計算が第２のＰＲＩ間隔を用いて実行され、前記第１のＰＲＩ間隔が前記第２のＰＲＩ間隔より小さいような請求項１９に記載のＤＴＩルックを実行するシステム。
【請求項２６】
ｄが所与のルック方向に対する軸方向深度であり、
ｔがスロー時間（フレームレートに対応する）であり、
ｖが深度ｄ及び時点ｔにおける組織の速度（cm/sec）であり、
ｕｉが前記アンサンブルのｉ番目のルックに対応する複合エコーであり、
Ｌがアンサンブル当たりのルックの総数であり、
Ｔが秒でのＰＲＩ（パルス繰り返し間隔）であり（＝１／ＰＲＦ）、
λ／２がｃｍでのＲＦエコーの波長（ＲＦ中心周波数に対応する）である、
とする場合に、前記加速度計算器が、
【数８】
2009513222.tif 000016
なる式を使用し、
ｊが、加速度のＰＲＩが速度のＰＲＩに等しい場合に"１"であるような請求項２５に記載のＤＴＩルックを実行するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００５年１０月２７日に出願された米国特許予備出願第６０／７３０，６３７号の法律３５第１１９（ｅ）条に基づく出願日の利益を主張するもので、該出願の開示内容は参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
本発明は、広くは組織ドプライメージング（ＤＴＩ）速度画像の分野に係り、より詳細には比較的遅いフレームレートで得られたデータを用いて高品質ＤＴＩ速度画像を再生する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
プローブの方向の組織の速度を提供するＤＴＩは、略１５年にわたり超音波工業において、特に心エコー図法（echocardiography）において使用されている。この分野での初期の研究は、特に走査ライン方向に沿う歪及び歪み率イメージングに焦点を合わせた。歪及び歪み率イメージングは、局部的心室収縮の優れた測定を提供する。最近では、特に心筋の他の部分に対する、特に長手軸に沿った左心室の収縮及び弛緩タイミングを決定するために簡単なＤＴＩ速度波形（心筋組織の異なる部分における）が直接使用されている。
【０００４】
ＤＴＩは、"ルック（look）"としても知られている視線又は走査ラインに沿ってエネルギを発射すること、即ちエコー受信が後続する音の送信イベントに関係するもので、２Ｄ画像を形成するために使用される走査ラインの収集がフレームとなる。各々が同一の走査ライン方向に発射された往復ラインの群（例えば、同一の走査ラインに沿う複数の"ルック"）であるようなＤＴＩ集合（アンサンブル）が、典型的に、血液及び組織からのエコーのドプラシフト（即ち、速度）を検出するために使用される。このドプラシフトは、走査ラインに沿う１つの深さ（深度）位置において検出される（例えば、パルス波ドプラ）か、又は走査ラインに沿う複数の同時位置（深度）において検出される（例えば、カラーフロードプラ）かの何れかである。ルックの間の時間（通常、μsecで測定される）、即ちパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）の逆数であるパルス繰り返し間隔（ＰＲＩ；ＰＲＩ＝１／ＰＲＦ）は、典型的には、ドプラシフトを検出するために臨床医（当該マシンを操作する者）により最適化される。
【０００５】
鬱血性心不全に対する新たな形態の療法である心臓再同期療法（ＣＲＴ）は、２つの心室の拍動を、両者を同時に歩調させることにより再調整する。選択された患者に対して使用された場合、この療法は、一方の心室の拍動を単に制御するだけの伝統的なペースメーカを超えた利点を提供する。更に、ＣＲＴは、単一の心室（典型的には左）の同期的収縮を改善するために２つの歩調用リードが該心室の異なる部分に配置されるような療法も含む。
【０００６】
ＤＴＩ速度波形は極めて複雑であり、それ自体で高い時間的スペクトル周波数成分を有するであろう。この波形は、心周期の異なるフェーズに関係する５つ又はそれ以上のピーク、即ち等容性収縮、収縮期収縮（systolic contraction）、等容性弛緩、Ｅ充填（E filling）及びＡ充填等を含み得る。この複雑さ故に、これらの高い周波数スペクトル成分を適切に捕捉するためには１００＋Ｈｚのフレームレートが必要であると推奨されていた。このようなフレームレートを達成するために、ＤＴＩアンサンブルは横方向（方位方向）次元では粗く隔てられ、結果として横方向分解能は厳しく妥協されることとなる。現在の臨床的応用では、これらの妥協は適切である。何故なら、軸方向分解能、速度精度及び長手方向速度の波形再生が最も重要であるからである。
【０００７】
現在、短軸の向きにおける心筋組織の半径方向及び周方向変位及び速度を追跡することを主目的とする新しい技術が提案されている。即ち、これは２Ｄ及び３Ｄスペックル追跡技術を指す。現在の臨床データ収集及び分析技術（シーメンスによるアクシアス速度ベクトルイメージング等）は、後検出信号（post-detected signals）に依存し、心室の長手方向次元における微細変位を検出及び解像する能力を明らかに犠牲にしている。例えば、米国特許第６，５２７，７１７号は、組織の動きの推定において超音波トランスジューサの動きが考慮されるような１つの斯様な分析技術を開示している。組織の動きは、異なる時点において得られた超音波データの２つの異なる組により表される特徴部（feature）又はスペックルを相関することにより決定される。
【０００８】
図１は、ＤＴＩに関する従来技術の一例である。放射方向のサンプルは走査ラインＡ，Ｂ，…Ｊ，Ｋ等に沿ってとられ、これら走査ラインは約５度で粗く離隔されている。１００から５００までの軸方向サンプルを各走査ラインに沿って得ることができる。約１０msecフレーム期間を示すフレームシーケンス＃１は、各アンサンブル当たり４つのルック（ＡＡＡＡ，ＢＢＢＢ等）を示している。フレームシーケンス＃１に対するＰＲＩは、約２００μsecである。フレームシーケンス＃２は、１つのアンサンブルへの４つのルックのインターリーブ（ＡＢＣＤ，ＡＢＣＤ等）を示している。これは、フレームレートを維持しながら、ＰＲＩを約８００μsecに増加させる。
【０００９】
図２は、図１に示したＤＴＩの走査ラインＡ上のサンプル＃２３２に関するＤＴＩ速度波形を示している。図示の波形は、約１０００msecの心周期を示し、各フレーム期間は約１０msecである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
軸方向成分の空間忠実度を維持しながら、（２Ｄスペックル追跡のための）横方向次元のライン密度及び分解能を増加させることが望ましいであろう。残念ながら、ライン密度及び分解能の増加は遅いフレームレート（１００Ｈｚより大幅に低い）となる傾向にあり、これは高い軸方向速度スペクトル成分を分解する能力を妥協することになる。更に、この低下されたフレームレートは、体積を走査する（３Ｄスペックル追跡）場合に、特に厳しくなる。これらの場合において、波形を再生するために速度サンプルのみを使用すると、サンプリング不足の偽速度波形となるであろう。
【００１１】
本発明は、さもなければ診断的及び臨床的に有用な波形とはならなかった、比較的遅いフレームレートで収集されたデータを用いて高品質な速度波形を再生することを可能にする。本発明は、従来技術における低下されたフレームレートが分析に利用可能なデータを制限するという問題を克服するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、高品質の"連続した"速度波形を目指すもので、斯様な波形を再生するために速度に加えて加速の瞬時値（instantaneous measures）を用いる。以下に示すように、空間内の固定点の速度及び加速度を同時に検出することにより、大幅に低いサンプリングレートを用いて対応する速度波形を一層忠実に再生することができる。画像が取得されたなら、速度サンプリングレートは画像フレームレートに対応する。また、アンサンブルに含まれるルック又は走査ラインの数に依存して、生データの二重インターリーブが使用される。これは、後に詳述される。
【００１３】
本発明の手順は下記の通りである。従来既知の超音波システムを用いて、１以上の走査ラインに沿って複数の発射又は"ルック"を行う。この場合、各走査ラインは人体内のラインを尋問する音の一次元ペンシルビームである。該次元は軸方向深度の単位（例えばｃｍ）を有し、ルックの間の時間はＰＲＩとして知られている。１つのＤＴＩアンサンブルは、同一の走査ラインに沿って発生する複数のルックの完全な組又はグループである。各々の結果的ＤＴＩアンサンブルは、当該超音波システムにより検査されている組織の全ライン、完全な画像又は完全な体積を表示するのに十分なデータを含むことができる。完全な画像は、横方向次元に変位された走査ラインに沿って複数のアンサンブルを起動することにより得られる一方、完全な体積は横方向次元及び仰角方向次元の両方において複数のアンサンブル（複数のペンシルビーム方向）を走査することにより得られる。
【００１４】
加速度が決定されるには少なくとも３つのルックが必要であるので、既存のＤＴＩアンサンブル／パケット（もし、これが少なくとも３つのルックを含むなら）で、又はこのパケットのカウントを１個の追加のルックにより増加させて開始する。次に、組織加速度（軸方向次元における）の瞬時値を計算すると共に、通常のＤＴＩ速度推定値を計算する。速度サンプルと一緒の、これら加速度推定値又は瞬時的速度勾配は、次いで、好ましい実施例の節で説明するように、高品質の"連続した"速度波形を再生するために使用される。該再生された連続した波形の内部表現からパラメータ的パラメータを導出することができ、これらパラメータは画像に適用されて、斯かる指示情報を収縮の開始、ピーク収縮までの時間等として示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を、添付図面を参照して限定するものではない本発明の解説的実施例により更に詳細に説明する。しかしながら、理解されるように、本発明は図示の正確な構成及び手段に限定されるものではない。
【００１６】
速度に加え加速度を用いて高品質の"連続した"速度波形を再生する方法及びシステムを、ここに説明する。最初に、超音波システムを使用して、１以上の走査ラインに沿う発射又はルックからデータを収集する。同一の走査ラインに沿って発生する複数のルックを組み合わせ又はグループ化することによりＤＴＩアンサンブルを作成する。
【００１７】
所与のアンサンブルにおけるルックの数が２（瞬時ドプラ速度を検出するために必要とされる最小値）である場合、追加のルックが得られねばならない。何故なら、加速度の計算は少なくとも３つのルックを必要とするからである。少なくとも３つのルックが利用可能となったら、当該画像における各ｘ，ｙ点に対して速度及び加速度の両方を計算することができる。例えば米国特許第４，６２２，９７７号に開示された標準のＫａｓａｉ技法は、ドプラシフトされた波形の速度は下記のように計算することができ、
【数１】
2009513222.tif 000003
ここで、
ｄは、所与の走査方向における軸方向深度、
ｔは、スロー時間（フレームインデックス又は心周期のフェーズに対応する）、
ｖは、深度ｄ及び時点ｔにおける組織の瞬時速度（cm/sec）、
ｕｉは、当該アンサンブルの"ｉ番目"のルックに対応する複合エコー（complex echo）、
Ｌは、アンサンブル当たりのルックの総数、
Ｔは、秒でのＰＲＩ（パルス繰り返し間隔）（１＝ＰＲＦ）、
λ／２は、ｃｍでのＲＦエコーの波長（ＲＦ中心周波数に対応する）；往復を考慮するために"λ／２"と因数付けする。
【００１８】
所与の走査方向に対する軸方向サンプルの数は、例えば、１００と１０００との間とすることができ、典型的な５００のサンプルが良好な結果をもたらす。
【００１９】
空間／時間における所与の点（"ｄ"及び"ｔ"における）に対応する組織加速度は下記のように計算することができる：
【数２】
2009513222.tif 000004
【００２０】
従って、速度及び加速度の両方の瞬時値を計算することができる。速度v(d,t)を測定する技術は従来技術（即ち、Kasai）から知られているが、上述したような瞬時加速度a(d,t)を計算することは発明性があり、対応するサンプル不足の速度波形の再生及びアップサンプリングを容易化すべく加速度波形又は組織加速度を得るために使用することができる。
【００２１】
サンプリング不足は、"ｔ"（スロー時間）が速度波形における細部の全てを十分に表すためのレートより過度に遅くサンプリングされる場合に発生する。典型的に、斯様なサンプリングは連続時間変数ｔの下記の代入により説明される：
ｔ＝ｎ＊Ｔsample
ここで、ｎ＝フレーム又はサンプルインデックスであり、Ｔsampleは隣接するサンプル間の秒での時間である。
【００２２】
かくして、連続時間速度波形（真）は、このサンプリング不足過程により下記のように害される：
V(d,t)  →  v(d,n*Tsample)＝vn
【００２３】
ナイキスト及びサンプリング理論は、Ｔsampleが十分に小さければ、元の連続した速度信号を正確に再生することができることを教示している。これは以下のように示される：
【数３】
2009513222.tif 000005
【００２４】
このような補間は、通常、隣接する速度サンプルの間の（例えばｖｎとｖn+1との間の）簡単な線形補間を使用するように、ｎ＊Ｔsampleと(n+1)＊Ｔsampleとの間のｔに関して：
【数４】
2009513222.tif 000006
のように簡略化される。
【００２５】
しかしながら、理想的補間（sinc関数を使用する）及び簡単な線形補間の両者は、サンプルの間の時間が長すぎるか又はサンプリング間隔が十分に短くない場合（即ち、Ｔsampleが大きすぎる場合）には失敗するであろう。これは、図３ａにグラフ的に示すことができる。
【００２６】
このデータの欠陥を克服するために、本発明はサンプリング不足の速度データ及びサンプリング不足の加速度データの両方を同時に使用して、高品質の再生速度波形を生成する。最も簡単な形態では、これは以下のように実施することができ：
ＶBETTER(d,t) = {Ｖn}＊＊ｈv + {ａn}＊＊ｈa                  （式１）
ここで、
{Ｖn}は、速度サンプルのシーケンスであり、
は、たたみ込み演算子であり、
ｈvは、速度再生インパルス応答であり、
{ａn}は、加速度サンプルのシーケンスであり、
ｈaは、加速度再生インパルス応答である。
【００２７】
下記の図表に示されるように、速度サンプル及び加速度サンプリングの両方に対して、適切な"再生インパルス応答"が計算された。上の曲線がｈvに対応し、下の曲線がｈａに対応することに注意されたい。これらの応答は、一意的（unique）ではない。図示された例示的再生応答に関しては、加速度は二次多項式によりモデル化することができ、サンプル値により制限されると仮定される。これら曲線の全導出が下に示される。
【表１】
2009513222.tif 000007
【００２８】
一実施例において、アンサンブル及びＰＲＩに典型的に関連する期間は、加速度の良好な推定値を得るのに十分な程長くないかもしれない。かくして、速度推定値が一方のインターリーブシーケンス（ピンポン係数：ping-pong factor）を使用し、加速度推定値が他方を使用するような"二重インターリーブ"シーケンスを使用することができる。インターリーブの目的は、速度及び加速度推定値を導出するために使用される実効ＰＲＩ観察時間を変更することである。図４、フレームシーケンス＃２は、加速度推定値が速度推定値よりも長いＰＲＩ間隔を持つような二重インターリーブを図示している。図４は、Ａ、Ｂ、Ｃ、…Ｐ、Ｑとラベル付けされた１２本の走査ラインを示している。簡単な速度計算の場合、フレームシーケンス＃１に示すように、１つのインターリーブシーケンスが、瞬時速度推定値に使用されるＰＲＩが瞬時加速度推定値に使用されるＰＲＩと同一となるように使用される。これが、速度に対する推定値ｖ１，ｖ２，ｖ３並びに加速度に対する推定値ａ１及びａ２により示されている。
【００２９】
この方式（同一のＰＲＩ）で起こりそうな問題は、速度変化（即ち、加速度）の率が、速度を検出するために使用されるタイムベース（ＰＲＩ）と比較して相対的に遅いということである。例えば、組織速度を検出するために使用される典型的なＰＲＩは１msec程度であるかもしれない。この同じ周期（同じＰＲＩ）では、組織速度の期待される変化（即ち、加速度）は非常に小さいことが予測され、そのようであるので、正確な速度の測定を妨げる。従って、この発明の第２の重要な見地は、フレームシーケンス＃２に示されるように、"二重インターリーブ"シーケンスの加速度計算の使用である。これは、瞬時加速度推定値を観察するために使用されるタイムベース（ＰＲＩACCEL）を増加させ、これを、速度を検出するために使用されるＰＲＩVELから切り離す。フレームシーケンス＃２において、第１及び第２の"Ａ"サンプルは第１の瞬時速度推定値ｖ１を計算するために使用され、第３及び第４の"Ａ"サンプルは第２の瞬時速度推定値ｖ２を計算するために使用される。ｖ１及びｖ２速度推定値の間の時間間隔は速度のＰＲＩよりも大幅に長く、一層正確な加速度推定を可能にする。
【００３０】
この方法を用いるには、加速度方程式が下記のように僅かに修正されることを要し：
【数５】
2009513222.tif 000008
ここで、係数"ｊ"は前記退化ケース（加速度ＰＲＩが速度ＰＲＩに等しい）の場合は"１"となる。"ｊ"を増加させると、一層小さな加速度を検出する能力が増加する。更に、この処理の他の特質は、上記方程式が速度推定値及び加速度推定値の両方がアンサンブルルックに対して平均化されることを示すことである。空間にわたり斯かる平均化を実行することにより、改善されたＳＮＲ及び感度を更に得ることができる。ここでも、結果は一層高い品質の再生ＤＴＩ速度波形となる。
【００３１】
図３ａ〜３ｄは、所与の点の速度及び加速度の両方を同時に検出することにより、大幅に低いサンプリングレートを用いて対応する速度波形の一層忠実な再生を得ることができることを示している。適切な波形を決定するために速度に加えて加速度を用いる利点が、これらにより示されている。図３ａは、２５Ｈｚなるフレームレートを持つ速度波形を示し、結果として重大にサンプリング不足の速度波形となる。図３ｂは、この波形を、点が直線的ライン接続により接続された状態で示す。図３ｃは、各点の加速度又は速度の勾配を示し、図３ｄは、斯かる勾配を接続すると、より一層適切な波形を生じることを示している。
【００３２】
図５ａ〜５ｅは、本発明の方法を用いたシミュレーションを示している。単一の空間位置に関する真の心筋組織速度波形が、図５ａに示すように２００Ｈｚなる高いサンプリングフレームレートで収集された。この速度波形の第１の時間微分をとることにより、"真の"加速度波形も、同じ高フレームレートで計算された（図示略）。
【００３３】
次いで、両波形は１０Ｈｚに間引きされた。これらの間引きされたサンプルが図５ｂに星印で示されている。この間引きの目的は、組織速度が斯かる非常に遅いサンプリングレートにおいてのみ観察されたような臨床シナリオをシミュレーションすることである。これらの"星印"サンプルのみを用いて、"従来技術"の速度波形が線形補間のみを使用して再生され、図５ｃに点線として示される。この点線（図５ｃ）は、"真の"速度波形の高周波数の詳細を捕らえることができず、正弦波成分の多くは単に無視される。例えば、１.４秒付近の細部の喪失を参照されたい。このように、サンプリング不足の速度推定値を用いた場合、従来技術の補間は、元の"真の"波形曲線を追跡することが劣る。
【００３４】
図５ｄは、本発明の処理を点線として示す。この速度波形は、速度推定値及び加速度推定値の両方を用いて再生されたもので、前記図表"インパルス応答再生フィルタ"に示したようなインパルス応答を用いる前記方程式１を用いて再生された。実線で示されるように、全てのピークが"真の"速度波形に見られるように完全に再生されるわけではないが、これらピークは、それでも、解像することができる。これらのピークは、左心室の等容性収縮のような重要な生理学的事象を示す。
【００３５】
図５ｅは、左心室の等容性収縮に対応する１.４秒付近の、本発明により補間及び計算された並びに真の波形の全てを示している。実線は真の心筋組織速度であり、星印はサンプリング不足の速度サンプルであり、ダッシュ線は速度サンプルの線形補間のみを用いた従来技術の再生速度波形を示し、点線は本発明の処理の結果を示している。上記点線が元の速度波形のピーク及び谷の一層大幅に正確な再生となっていることに注意されたい。
【００３６】
上記点線曲線を作成するのに使用される技法のための数学、即ち、図５ｄ及び５ｅに示した本発明の波形を作成すべく前記図表"インパルス応答再生フィルタ"に示すようなインパルス応答を生成するために使用される数学は、下記のごとくである。加速度（d+bt+ct2）のための二次放物モデルを作成する。ｖ０，ａ０及びｖ１，ａ１が有効となるようにｄ，ｂ、ｃを解く。ｖ０及びａ０はサンプル＝０における１番目のサンプリング不足観察に対応し、ｖ１及びａ１はサンプル＝１における２番目の観察に対応することに注意されたい。この再生の目的は、これら２つの観察の間における連続した速度波形に対する最良の期待値を決定することにある。次いで、この処理はサンプルの連続する対の各々に対して繰り返される。
【００３７】
加速度：a(t) = d + bt + ct2
速度：  v(t) = 積分｛a(t)を０からｔまで｝+ v0
とする。ここで、
a0 = d (＠t=0)
a1 = d + b + c (＠t=1)
v1 - v0 = d + b/2 + c/3 (＠t=1)
であることに注意されたい。
【００３８】
先ず、ｂ，ｃ，ｄ（前記加速度放物モデルで使用される係数）を解くと、
d = a0
b = -4a0 - 2a1 + 6dv
c = 3a0 + 3a16dv (dv=v1-v0)
が得られる。
【００３９】
次に、ｖ０，ａ０，ｖ１，ａ１の関数として、ｖ(t)を解くと、
v(t) = vo*(1-t)2 *(1+2*t) + v1*t2 *(3-2t) + ao*t*(t-1)2 + a1*(1-t)*t2
が得られる。
【００４０】
この式は、簡単なＦＩＲ補間フィルタと見ることができる：
vCoefs = (1-t)2 *(1+2*t)          0<t<1の場合
= (1+t)2 *(1-2*t)      -1<t<0の場合、
及び
aCoefs = t*(1-t)2                0<t<1の場合、
= t*(1+t)2                -1<t<0の場合、
この場合、
v(t) = v(n)**vCoefs + a(n)**aCoefs
である。これは式１に示したものと同一の方程式である。
【００４１】
図６は、比較的遅いフレームレートで得られる高品質速度波形を再生すべくＤＴＩアンサンブルを生成するためのＤＴＩルックを実行するシステムを示す。超音波マシン等のデータ収集装置１０は、１以上の走査ラインに沿ってエネルギを発射することによりＤＴＩルックを実行する。データはＤＴＩアンサンブルを形成するためにグループ化され、複雑な数学的計算を実行することができるコンピュータ又は他の装置等の速度計算器１２に供給される。更に、当該データは、同じ若しくは追加のコンピュータ又は他の装置であるような加速度計算器１４に供給される。そこにおいてデータは操作され、再生された高品質波形はスクリーン１６又は他の装置上に表示することができる。
【００４２】
代替例においては、データは追加の処理のために他のコンピュータ若しくは計算装置に記憶し又は受け渡すことができる。例えば、当該波形の内部表現からパラメータ的パラメータを導出することができる。これらのパラメータは、収縮の開始、ピーク収縮までの時間等の当該心室（heart chamber）の出来事及び動作の指示情報を示すためにＤＴＩ又は他の画像に供給することができる。
【００４３】
以上、本発明を特定の例示的又は好ましい実施例に関して説明した。これらの実施例は単なる例示として示したもので、本発明の範囲を限定するものではない。現開示に照らして、当業者にとっては、何らかの変更又は修正は本発明の趣旨及び範囲（添付請求項によってのみ規定されるものである）を逸脱することなしに明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、従来のＤＴＩの概念図である。
【図２】図２は、図１に示す従来のＤＴＩのＤＴＩ波形の概要図である。
【図３ａ】図３ａは、重大にサンプリング不足の速度波形の一例を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、点が接続された図３ａの波形を示す。
【図３ｃ】図３ｃは、速度推定値に加えて速度波形の勾配を伴う図３ａの波形を示す。
【図３ｄ】図３ｄは、図３ｃの勾配を用いることにより形成された図３ａの波形を示す。
【図４】図４は、本発明の一実施例による二重インターリーブの一例を示す。
【図５ａ】図５ａは、真の心筋速度波形を示す。
【図５ｂ】図５ｂは、サンプリング不足の速度点を伴う真の心筋速度波形を示す。
【図５ｃ】図５ｃは、サンプリング不足の速度点に基づく再生波形を伴う真の心筋速度波形を示す。
【図５ｄ】図５ｄは、サンプリング不足の速度点に基づく改良された速度再生波形を伴う真の心筋速度波形を示す。
【図５ｅ】図５ｅは、真の心筋速度波形及び再生され改良された再生波形の詳細を示す。
【図６】図６は、比較的遅いフレームレートで得られる高品質速度波形を再生するシステムを図示する。
【図１】
2009513222.tif 000017
【図２】
2009513222.tif 000018
【図３ａ】
2009513222.tif 000019
【図３ｂ】
2009513222.tif 000020
【図３ｃ】
2009513222.tif 000021
【図３ｄ】
2009513222.tif 000022
【図４】
2009513222.tif 000023
【図５ａ】
2009513222.tif 000024
【図５ｂ】
2009513222.tif 000025
【図５ｃ】
2009513222.tif 000026
【図５ｄ】
2009513222.tif 000027
【図５ｅ】
2009513222.tif 000028
【図６】
2009513222.tif 000029
【国際調査報告】
2009513222.tif 000030
2009513222.tif 000031