(57)【要約】【課題】超音波システムを動作させるための方法及びシステムを提供する。【解決手段】アレイ状のトランスジューサ素子（１８）と撮像対象（１６）の間の相対移動を推定し、この相対移動の推定値に応答して適応性ビーム形成器システム（２６）を制御する。自動制御式超音波システムは、超音波ビームを発生させるように構成された適応性ビーム形成器システムと、この適応性ビーム形成器システムに結合されると共に撮像対象に超音波ビームを送信してこの撮像対象から反射された信号を受信するように構成されたアレイ状のトランスジューサ素子と、を備えている。本超音波システムはさらに、アレイ状のトランスジューサ素子と撮像対象の間の相対移動を推定しかつこの相対移動に応答して適応性ビーム形成器システムを制御するように構成された処理システムを備えている。【選択図】      図１
2006006931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波システム（１０）を制御するための方法であって、
アレイ状のトランスジューサ素子（１８）と撮像対象（１６）の間の相対移動を推定する工程と、
前記相対移動の推定値に応答して適応性ビーム形成器システム（２６）を制御する工程であって、
前記相対移動がしきい値に等しいか該しきい値を超える場合に適応性ビーム形成器システムを無効にする工程と、
前記相対移動が前記しきい値未満である場合に適応性ビーム形成器システムを有効にする工程と、
を含む制御工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記トランスジューサ・アレイと前記撮像対象の間の接触状態を検出する工程と、
前記接触状態に応答して前記適応性ビーム形成システムを制御する工程であって、トランスジューサ・アレイが撮像対象と接触していないときに適応性ビーム形成システムを無効にする工程と、トランスジューサ・アレイが撮像対象と接触しているときに適応性ビーム形成器システムを有効にする工程と、を含む制御工程と、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記超音波システムを使用するユーザに前記適応性ビーム形成器システムの動作状態のインジケータを提供する工程をさらに含むと共に、該インジケータは、視覚的マーカー、可聴信号またはこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つの形でユーザに提示されており、前記適応性ビーム形成器システムの動作状態は無効状態と有効状態とからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記推定の工程は、
前記撮像対象に関して、その各々が対応する１つの画素値を有する複数の画素（７０）からなる複数の画像フレーム（６６）を生成させる工程と、
前記画像フレーム内において、第１の画像フレーム内の少なくとも１つの画素の画素値と少なくとも１つの後続の画像フレームの該１つの画素の画素値とを比較することによって決定される変位を決定する工程であって、該変位決定の工程は少なくとも１つの画素の画素値の差の絶対値に関する１対の画像フレームにわたる総和である差分絶対値和を計算する工程を含んでおり、該差分絶対値和の計算工程はさらにゼロと１の間にその値が来るように該差分絶対値和を正規化する工程を含んでいる変位決定の工程と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記制御工程は第１の移動計測値と第２の移動計測値の間の遷移においてヒステリシスを使用する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
自動制御式超音波システムであって、
超音波ビームを発生させるように構成された適応性ビーム形成器システムと、
前記適応性ビーム形成器システムと結合されると共に、前記超音波ビームを撮像対象に送信しかつ撮像対象から反射された信号を受信するように構成されたアレイ状のトランスジューサ素子と、
処理システムであって、
前記トランスジューサ・アレイと撮像対象の間の相対移動を推定する工程と、
前記相対移動に応答して前記適応性ビーム形成器システムを制御する工程であって、相対移動がしきい値に等しいか該しきい値を超えるときに適応性ビーム形成器システムを無効にする工程と、相対移動が該しきい値未満であるときに適応性ビーム形成器システムを有効にする工程と、を含む制御工程と、
を実行するように構成された処理システムと、
前記処理システムに結合されていると共に、超音波システムを使用するユーザに対して前記適応性ビーム形成器システムの動作状態のインジケータを提供するよう構成されたインタフェース・ユニットと、
を備えるシステム。
【請求項７】
前記処理システムはさらに、
前記トランスジューサ素子と前記撮像対象の間の接触状態を決定する工程と、
トランスジューサが撮像対象と接触していないときに前記ビーム形成システムを無効にする工程と、
トランスジューサが撮像対象と接触していないときに前記適応性ビーム形成器システムを有効にする工程と、
を実行するように構成されている、請求項６に記載の超音波システム。
【請求項８】
超音波システムで使用するように構成された適応性ビーム形成器システムを自動的に有効及び無効にするためのシステムであって、
アレイ状のトランスジューサ素子と撮像対象の間の相対移動を推定するための手段と、
前記相対移動の推定値に応答して前記適応性ビーム形成器システムを制御するための手段と、
を備えるシステム。
【請求項９】
前記制御の手段は、
前記相対移動がしきい値に等しいか該しきい値を超える場合に前記適応性ビーム形成器システムを無効にするための手段と、
前記相対移動が前記しきい値未満である場合に前記適応性ビーム形成器システムを有効にするための手段と、
を備えている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記トランスジューサ素子と前記撮像対象の間の接触状態を決定するための手段と、前記接触状態に応答して前記適応性ビーム形成器システムを制御するための手段と、をさらに備える請求項８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には超音波システムに関し、より具体的には、超音波システムで使用される適応性ビーム形成器システムを制御するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波システムは、超音波エネルギーを撮像対象内に送信するために使用されるアレイ状のトランスジューサ素子を備えている。このトランスジューサ・アレイは、超音波エネルギーを送信しかつ撮像対象から後方散乱された超音波信号を受信し、これにより画像を作成して表示させる。後方散乱された信号は画像を作成し表示させるための処理を受ける。
【０００３】
典型的には、超音波システムは、ビーム状の超音波エネルギーを送信するために送信ビーム形成器を備えている。超音波システムはさらに、所望の形状をしたビームを生成させるコマンド・データをビーム形成器システムに送る制御プロセッサを備えている。同様に、受信ビーム形成器システムは、制御プロセッサからの命令に従って時間遅延及び集束動作を実行し受信ビーム信号を作成している。次いで、この受信ビーム信号が処理されて超音波画像が作成される。
【０００４】
上述した超音波イメージング・システムは、超音波パルスがその内部を伝播する媒質中において音速が既知で一定であることを前提としている。音速が一定でないと、アレイ内のある素子から送信される音響パルスが、所望の焦点位置で予測されるものと比べより早く到達することやより遅く到達する可能性があり、それ以外のパルスと適正に合成されないことになる。その結果、正味の送信音波が最適に集束されないことになる。同様に、受信時において、アレイ内の各素子上の信号が加算前に最適な遅延を受けないことになり、受信集束が劣化することになる。仮定した伝播時間からの偏差を計測または推定できるならば、この偏差に対して付加される時間遅延を補正することによって超音波画像を改善させることが可能である。こうしたイメージング・システムのうちの１つは、その時間遅延が固定かつ事前決定されているビーム形成器システムと異なり「適応性（ａｄａｐｔｉｖｅ）」ビーム形成器システムを含むものとされている。
【０００５】
誤差をもつ受信ビーム信号を補正するための一方法は、あるフレーム内の１つの音響線に対して計測した到達時間の誤差を計測し、かつこの計測誤差を次のフレーム内の同じ音響線に付加することである。こうした方法は、トランスジューサが高速で動いていると、その到達時間誤差が一般に撮像対象を基準としたトランスジューサの位置に応じて様々であるために、全体として正確でないことがある。さらに、いずれの適応性ビーム形成器システムも、ある状況において別の仕方で画像アーチファクトを生成させたり画像を劣化させたりすることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、適宜無効にしたり有効にしたりできるようにして超音波システム内で使用するための適応性ビーム形成器システムを設計することが望ましい。さらに、超音波システムを使用するユーザに対してビーム形成器システムの状態を提示すること、またさらには希望に応じて操作者がビーム形成器システムをデフォルトの時間遅延にリセットできるようにすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
簡単に述べると、本発明の一態様では、超音波システムを制御するための方法を提供する。本方法は、アレイ状のトランスジューサ素子と撮像対象の間の相対移動を推定する工程と、この相対移動の推定値に応答して適応性ビーム形成器システムを制御する工程と、を含む。
【０００８】
本発明の別の態様では、自動制御式超音波システムを提供する。本超音波システムは、超音波ビームを発生させるように構成された適応性ビーム形成器システムと、この適応性ビーム形成器システムに結合されると共に撮像対象に超音波ビームを送信してこの撮像対象から反射された信号を受信するように構成されたアレイ状のトランスジューサ素子と、を備えている。本超音波システムはさらに、アレイ状のトランスジューサ素子と撮像対象の間の相対移動を推定しかつこの相対移動に応答して適応性ビーム形成器システムを制御するように構成された処理システムを備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に関するこれらの特徴、態様及び利点、並びにその他の特徴、態様及び利点については、同じ参照符号が図面全体を通じて同じ部分を表している添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによってより理解が深まるであろう。
【００１０】
図１は、本発明の一態様に従って実現させた超音波システム１０の一実施形態のブロック図である。この超音波システムは、収集サブシステム１２と処理サブシステム１４からなる。この収集サブシステム１２は、アレイ状のトランスジューサ素子１８（トランスジューサ・アレイ）、送信／受信切り換え回路２０、送信器２２、受信器２４及びビーム形成器２６を備えている。処理サブシステム１４は、制御プロセッサ２８、復調器３０、撮像モード・プロセッサ３２、走査変換装置３４及び表示プロセッサ３６を備えている。この表示プロセッサはさらに、画像を表示するためのモニタに結合されている。ユーザ・インタフェース４０は制御プロセッサ及び表示モニタと連絡している。この制御プロセッサはさらに、ウェッブ・サーバ４４及びリモート接続インタフェース４６を備えたリモート接続サブシステム４２と結合されることがある。処理サブシステムはさらに、超音波画像データを受け取るためにデータ・リポジトリ４８と結合されることがある。このデータ・リポジトリは画像ワークステーション５０と連絡している。
【００１１】
本明細書で使用する場合、「ように構成した（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ  ｔｏ）」やその他の表現は、記載の効果を提供するように構成要素が協働できるような構成要素同士の機械的または構造的な接続に言及したものであり、またこれらの用語はさらに、与えられた入力信号に応答して出力を提供する手順を実行するようにプログラムした、アナログ式やディジタル式のコンピュータ、特定用途向けデバイス（特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））などの電気的構成要素の動作機能に言及したものでもある。
【００１２】
これらのアーキテクチャ及びモジュールは、ディジタル信号プロセッサを有する回路基板などの専用のハードウェア構成要素とすることや、あるいは既製の市販ＰＣなど汎用のコンピュータやプロセッサ上で動作するソフトウェアとすることがある。こうした様々なアーキテクチャ及びモジュールは、本発明の様々な実施形態に従って組み合わせ式とすることや単独式とすることができる。
【００１３】
収集サブシステム１０内では、トランスジューサ・アレイ１８が撮像対象１６と接触している。トランスジューサ１８は送信／受信（Ｔ／Ｒ）切り換え回路２０に結合されている。このＴ／Ｒ切り換え回路２０は送信器２２の出力と受信器２４の入力とに結合されている。受信器２４の出力は適応性ビーム形成器２６に対する入力である。適応性ビーム形成器２６はさらに、送信器２２の入力と復調器３０の入力とに結合されている。適応性ビーム形成器はさらに、図に示すように制御プロセッサにも結合されている。
【００１４】
処理サブシステム１４では、復調器３０の出力が撮像モード・プロセッサ３２の入力に結合されている。制御プロセッサは、撮像モード・プロセッサ３２、走査変換装置３４及び表示プロセッサ３６にインタフェース接続している。撮像モード・プロセッサ３２の出力は、走査変換装置３４の入力と結合させている。走査変換装置３４の出力は表示プロセッサ３６の入力と結合させている。表示プロセッサ３６の出力はモニタ３８と結合させている。
【００１５】
超音波システム１０は、撮像対象１６内に超音波エネルギーを送信すると共に、撮像対象から後方散乱された超音波信号を受信し処理して画像を作成し表示させている。送信する超音波エネルギーのビームを作成するために、制御プロセッサ２８は、送信パラメータを作成するためのコマンド・データを適応性ビーム形成器２６に送り、トランスジューサ・アレイ１８の表面のある点から所望のステアリング角で放出される所望の形状をしたビームを生成させている。
【００１６】
本発明の一態様では、その適応性ビーム形成器２６は、トランスジューサと撮像対象の間の相対移動に基づいて有効にし（すなわち、ＯＮに切り替えられ）たり、無効にし（ＯＦＦに切り替えられ）たりするように構成されている。制御プロセッサは、相対移動がしきい値より小さいときは、適応性ビーム形成器システムを有効にさせるコマンド・データを送るように構成されている。同様に、相対移動がしきい値より大きいときは、制御プロセッサは適応性ビーム形成器システムを無効にさせるように構成されている。
【００１７】
また別の実施形態では、トランスジューサと撮像対象の間の接触状態に基づいてその適応性ビーム形成器２６を有効にしたり無効にしたりするように構成されている。適応性ビーム形成器を制御する方式については、図２に関連してさらに詳細に記載することにする。
【００１８】
より具体的な一実施形態では、その適応性ビーム形成器は、各音響線収集に関する様々なトランスジューサ開口サイズに対応するためにビーム形成チャンネルとトランスジューサ素子との間に構成可能な接続を備えている。適応性ビーム形成器システムは、ビーム形成チャンネルとトランスジューサ素子の間にあり、かつ有効状態の間にトランスジューサの第１の開口サイズに対応するように構成された第１の複数の接続を備えている。この第１の開口は、超音波波面に対して高空間サンプリングとなるように構成されている。
【００１９】
適応性ビーム形成器システムはさらに、ビーム形成チャンネルとトランスジューサ素子の間で適応性ビーム形成器システムが無効状態の間に第２の開口サイズに対応するように構成された第２の複数の接続を備えている。この第２の開口は高集束分解能となるように構成されている。
【００２０】
一実施形態では、その第１の複数の接続は１．７５Ｄまたは２Ｄの接続トポロジーを成している。別の実施形態では、その第２の複数の接続は１Ｄの接続トポロジーを成している。また別の実施形態では、その第２の複数の接続は１．５Ｄの接続トポロジーを成している。
【００２１】
引き続き図１では、適応性ビーム形成器２６から送信器２２に送信パラメータが送られる。送信器２２は、この送信パラメータを使用し、Ｔ／Ｒ切り換え回路２０を通してトランスジューサ・アレイ１８に送るために各送信信号を適正に遅延させている。これらの送信信号は、互いを基準にしてあるレベル及び時間遅延に設定されており、またこれらはトランスジューサ１８の個々のトランスジューサ素子に提供される。これらの送信信号は、同じ時間遅延及びレベルの関係で超音波が送出されるように各トランスジューサ素子を励起している。この結果、例えば超音波ジェルを用いてある走査線に沿った走査面内に位置する撮像対象とトランスジューサ１８を音響結合させたときにこの対象内に送信超音波エネルギー・ビームが形成される。この過程は、電子走査（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｓｃａｎｎｉｎｇ）として知られている。
【００２２】
トランスジューサ１８は双方向（ｔｗｏ−ｗａｙ）トランスジューサであるのが典型的である。超音波が撮像対象内に送信されると、この超音波は構造内の組織や血液試料で後方散乱を受ける。超音波を戻している組織までの距離、並びにトランスジューサ・アレイ１８の表面に対して超音波が戻される角度に応じて、トランスジューサ１８は異なる時点で後方散乱された音波を受信している。トランスジューサ素子は後方散乱された音波からの超音波エネルギーを電気信号に変換している。
【００２３】
受信した電気信号はＴ／Ｒ切り換え回路２０を介して受信器２４までルート設定されている。受信器２４はこの受信信号を増幅しかつディジタル化すると共に、ゲイン補償などの別の機能を提供している。ディジタル化した受信信号は、様々な時点で各トランスジューサ素子が受信した後方散乱波に対応しており、この後方散乱波の振幅及び時間遅延情報を保全している。
【００２４】
ディジタル化した受信信号は適応性ビーム形成器２６に送られる。制御プロセッサ２８は適応性ビーム形成器２６にコマンド・データを送っている。適応性ビーム形成器２６はこのコマンド・データを使用し、トランスジューサ１８の表面上のある点を起点とする受信ビームを、典型的にはこの点に対応したステアリング角及びスキャン線に沿って送信された直前の超音波ビームのステアリング角において形成させている。適応性ビーム形成器２６は、制御プロセッサ２８からのコマンド・データの命令に従って時間遅延及び集束を実行し、対象内部のスキャン面内のスキャン線に沿ったサンプル・ボリュームに対応する受信ビーム信号を生成させることによって、適当な受信信号に基づいて動作している。この受信ビーム信号を生成するには、様々なトランスジューサ素子からの受信信号の振幅及び時間遅延が使用される。
【００２５】
したがって、適応性ビーム形成器は送信及び受信信号に対して１組の時間遅延を付与し、さらにビーム形成時間遅延を付与した後に受信信号に関する相対到達時間誤差を推定するように構成されている。さらに、適応性ビーム形成器は、送信及び受信のビーム形成時間遅延を修正し、後続の送信イベントに関してこの到達時間誤差推定値を使用するように構成されている。適応性ビーム形成器システムが無効にされたときは、デフォルトの未補正画像が作成される。
【００２６】
受信ビーム信号は処理サブシステム１４に送られる。復調器３０は受信ビーム信号を復調し、スキャン面内のサンプル・ボリュームに対応してＩ及びＱの復調データ値の対を作成している。
【００２７】
この復調データは、撮像モード・プロセッサ３２に転送される。撮像モード・プロセッサ３２は、パラメータ評価技法を使用し、走査シーケンス形式の復調データから撮像パラメータ値を作成している。この撮像パラメータは、例えばＢモード、カラー・ベロシティ・モード、スペクトル・ドプラ・モード及び組織ベロシティ撮像モードなど、可能な様々な撮像モードに対応するパラメータを含むことがある。これらの撮像パラメータ値は走査変換装置３４に送られる。走査変換装置３４は、走査シーケンス形式から表示形式への変換を実行することによってこのパラメータ・データを処理している。この変換には、パラメータ・データに対して補間演算を実行し表示形式の表示画素データを生成することが含まれる。
【００２８】
走査変換済みの画素データは表示プロセッサ３６に送られ、この走査変換済み画素データに対して最終的な空間的または時間的な任意のフィルタ処理が実行され、この走査変換済み画素データにグレイスケールまたは色相が適用され、かつモニタ３８上に表示するためにディジタル画素データがアナログ・データに変換される。インタフェース・ユニット４０は、このモニタ３８上のデータ表示に基づいて制御プロセッサ２８と連絡している。インタフェース・ユニット４０はさらに、超音波システムを使用するユーザに対して、適応性ビーム形成器システムの動作状態に関するインジケータをモニタ３８上で提供するように構成されている。このインジケータは、適応性ビーム形成器２６が有効状態か無効状態かをユーザに対して表示している。ユーザに提示されるインジケータは、視覚的マーカーか可聴信号のいずれか、あるいはこれらの組み合わせを含む。
【００２９】
上述のように、適応性ビーム形成器２６は、トランスジューサと撮像対象の間の相対移動に基づいて有効にされまた無効にされる。トランスジューサと撮像対象の相対移動を決定する一方法は、撮像対象１８の一連の画像フレーム内の画素値を観察することである。
【００３０】
画像内の各箇所の画素値は一般に、相対移動によって各フレーム内で変化することになる。例えば、画像パターンは、レンジ方向または方位方向のいずれか、あるいはこれらのある組み合わせによって画像の画素の全体にわたって１つのまとまりとして移動することがある。画素の方位方向での平行移動は、概ね例えば操作者が超音波走査と同じ面内で撮像対象の皮膚を横切るようにトランスジューサを移動させる場合に生じている。同様に、レンジ方向の画素の平行移動は、概ね例えば撮像対象の呼吸動作によって対象者の横隔膜とこれに伴ってその肝臓とが移動する場合に生じることがある。トランスジューサを走査面と垂直に（すなわち、上下方向）に移動させた場合や、トランスジューサを回転させた場合には、別の変化が生じる。こうしたケースでは、その画素値は画像を横断するようには平行移動せず、低速な変化となる。
【００３１】
しかし上述したケースのそれぞれでは、その移動が音響フレームレートと比較して相対的に低速である場合、所与の画素の値はフレーム間で低速に変化する（すなわち、相関関係をもつ）傾向がある。所与の画素に寄与する撮像対象はトランスジューサに対して固定した位置に配置したボリュームの内部に横たえられる。このボリュームは方位方向ビーム幅、上下方向ビーム幅及びパルス長に概ね等しい寸法を有している。トランスジューサが動いているとき、各フレームにおいて、撮像対象のある部分はボリューム内に入るように移動し、また撮像対象の別の部分はボリュームから出るように移動する。トランスジューサが低速で移動していると、後続の各フレームで異なるのはそのボリュームのうちのあるわずかな部分であり、したがって後続の各フレームにおける画素値の変化は小さくなる。トランスジューサの動きがより高速になるほど、ボリューム内において撮像対象のうちのより大きな部分が変位すると共に、所与の画素値が平均してより大きく変化し、各フレームにおいてボリューム内の撮像対象のすべてが変位する点にまで至ることになる。この点においては、隣接するフレーム内の画素値は相関性をもたない。フレームごとに概ね方位方向ビーム幅だけ方位方向に変位すると、隣接するフレーム内の画素値は相関性をもたなくなる。同様に、音響フレームごとに概ね上下方向ビーム幅だけ上下方向に変位すると、その画素値は相関性をもたなくなり、フレームごとに概ねパルス幅だけレンジ方向に変位する場合も同じである。
【００３２】
相対移動の計測値を推定する方式について図２を参照しながらさらに詳細に記載することにする。図２は、超音波システム１０内の適応性ビーム形成器２６を制御するための一方法を表した流れ図である。この各工程を以下でさらに詳細に記載する。
【００３３】
工程５２では、撮像対象に関する複数の画像フレームが作成される。この画像フレームは、その各々が１つの対応する画素値を有する複数の画素からなる。
【００３４】
工程５４では、トランスジューサと撮像対象の間の相対移動が発生し、かつ画像フレームの対応する変位が決定される。一実施形態では、第１の画像フレーム内の少なくとも１つの画素の画素値と少なくとも１つの後続の画像フレームの該１つの画素の画素値とを比較することによってその変位が決定される。より具体的な一実施形態では、この第１画像フレームとこの後続画像フレームとは隣接している。
【００３５】
工程５６では、この変位が差分絶対値和を計算することによって決定される。差分絶対値和（ｓｕｍｍｅｄ  ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ：ＳＡＤ）は少なくとも１つの画素の画素値の差の絶対値に関する１対の連続する画像フレームにわたる総和からなる。また別の実施形態では、その差分絶対値和を正規化し、ＳＡＤ値がゼロと概ね１の間に来るようにしている。
【００３６】
工程５８では、推定した相対移動がしきい値と比較される。相対移動がしきい値未満であれば、工程６０に示すように適応性ビーム形成器システムを有効にさせる。相対移動がしきい値を超えていれば、工程６２に示すように適応性ビーム形成器システムを無効にさせる。
【００３７】
図２の工程５６を参照すると、差分絶対値和は、連続するフレーム内での画素値の差の絶対値の（１組の画素箇所にわたる）総和である。ＳＡＤ値は次式に基づいて計算される。
【００３８】
【数１】
2006006931.tif 000003
【００３９】
上式において、Ｓｊは第ｊ番目の画像フレームのＳＡＤ値であり、ｐｊ［ｉ］は第ｊ番目のフレーム内の第ｉ番目の画素値であり、ｐｊ−１［ｉ］は第（ｊ−１）番目のフレーム内の第ｉ番目の画素値であり、またこの和は画像内のＮ個の画素値からなる組にわたっている。
【００４０】
上の検討から、（式１）で定義されるＳＡＤ値は、画像変位が小さいときは小さくなる傾向があり、また画像変位が増大するにつれて大きくなる傾向となる。画像変位の増大に伴うＳＡＤ値の増加は、連続するフレームの画素値が未相関となるような変位になるまで続く。ＳＡＤ値を飽和させる変位は、分解能ボリュームの対応する寸法に概ね等しい。したがって、（式１）を使用して識別可能となる相対移動に関する上限が与えられる。多くのケースでは、この上限は希望する値と比べてより低い。
【００４１】
ＳＡＤ値を飽和させる変位は、各画像フレームの画素値を低域通過フィルタ処理することによって増大させることができる。このフィルタ処理によって、各画像フレーム内の画素値の相関長さが増加する、したがって、ＳＡＤ値を飽和させる相対変位が増加することになる。画像フレームをフィルタ処理する一方法は、画像フレーム内の画素を「ブロック平均化」することである。図４のブロック６８で示すように、各ブロック内の画素値は合算される。合算した画素値の組は、ＳＡＤ値の計算のための１つの新たなより小さい画素値の組として取り扱われる。フィルタ処理したＳＡＤ値は、画素ボリュームの寸法と比べてかなり大きくすることが可能なブロック長さに概ね等しい変位において飽和することになる。したがって、ＳＡＤ値を飽和させる相対移動は低域通過フィルタ処理を用いることによって増大する。
【００４２】
一実施形態では、その相対移動は、連続する画像フレームの対に関して計算したＳＡＤ値を用いて推定することができる。画像のうちの１つの領域は、その各々がＭ個の画素からなるＮＢｌｏｃｋ個の非重複ブロックに分割される。図４は、その各々が９個の画素からなる１６個の非重複ブロックを備えた例示的な画像フレーム６６を表している。例えば、ブロック６８は画素７０〜７８からなる。
【００４３】
各ブロック内のＭ個の画素値Ｐを合算してＮＢｌｏｃｋ個のブロック和Ｂｉが形成される。
【００４４】
【数２】
2006006931.tif 000004
【００４５】
（式２）から、第ｋ番目の画像フレームに関する正規化済みブロック平均化ＳＡＤ値を次式に示すようにして計算することができる。
【００４６】
【数３】
2006006931.tif 000005
【００４７】
上式において、Ｂｉ（ｋ）はフレームｋに関する第ｉ番目のブロック和であり、またＢｉ（ｋ−１）はフレームｋ−１に関する第ｉ番目のブロック和であり、またσ（ｋ）はフレームｋに関するブロック和の標準偏差である。
【００４８】
ブロック和の標準偏差は次式で定義される。
【００４９】
【数４】
2006006931.tif 000006
【００５０】
（式３）及び（式４）に示すように標準偏差による正規化によって、ＳＡＤ値は未相関画像において概ね１になる。その画像対が同一であればＳＡＤ値はゼロであること、並びにＳＡＤ値は負にならないことが理解できよう。
【００５１】
一例として、ある単一の画像を固定グリッドのサンプル点を基準としてシフトすることによって形成した１対の画像フレームを検討してみる。シフトがゼロから大きくなるに連れてこの画像対のＳＡＤ値はゼロから大きくなって行く。概ねブロックサイズの長さ寸法のシフトについて、またこれより大きい任意のシフトについて、そのＳＡＤ値は平均して約１になる。したがって、概ね選択したブロックのサイズまでのシフトに関しては、ＳＡＤ値が１対の画像間のシフトの推定値となる。
【００５２】
トランスジューサと撮像対象の間の２種類の相対移動を識別するためにしきい値を定義することがある。第１の移動計測値はＳＡＤ値がしきい値未満であるときの状態と定義する。一実施形態では、第１の移動計測値は低速移動状態を含む。第２の移動計測値はＳＡＤ値がしきい値を超えているときの状態と定義する。一実施形態では、第２の移動計測値は高速移動状態を含む。一実施形態では、このしきい値を約２分の１に設定することや、しきい値が所望の相対移動に合わせてスケール調整されるように選択した（方位方向及びレンジ方向の）ブロック寸法とすることができる。
【００５３】
図３は、各画像フレームのＳＡＤ値を表したグラフである。ｘ軸は画像フレームを意味し、またｙ軸はＳＡＤ値を意味している。しきい値は参照番号６４で表している。相対移動が高速移動状態にあるとき、すなわちＳＡＤ値がこのしきい値を超えているときは、適応性ビーム形成器を無効にする。同様に、相対移動が低速移動状態にあるとき、すなわちＳＡＤ値がしきい値未満であるときは、適応性ビーム形成器を有効にする。
【００５４】
高速移動状態から低速移動状態へ、並びにこの反対へのシステムの急激なシフトを排除するためには、ヒステリシスを使用することができる。この遷移（例えば、高速移動状態から低速移動状態への遷移）は、連続する少なくともＡ個のフレーム（ここで、Ａは適当に選択したある小さい整数）にわたってＳＡＤ値がしきい値未満に低下した場合にだけ実施される。同様に、低速移動状態から高速移動状態への遷移は、連続する少なくともＢ個のフレーム（ここで、Ｂは適当に選択したある小さい整数であり、必ずしもＡと等しい必要はない）にわたってＳＡＤ値がしきい値を超えて上昇した場合にだけ実施される。
【００５５】
また別の実施形態では、その適応性ビーム形成器は、トランスジューサと撮像対象の間の接触状態に基づいて有効にしたり、無効にしたりされる。一連の画像フレーム内の画素値は、トランスジューサが撮像対象と接触しているか否かを推定するために使用することができる。トランスジューサが撮像対象と接触している場合、これを接触状態と定義する。トランスジューサが撮像対象と接触していない場合、これを非接触状態と定義する。
【００５６】
接触状態は、超音波システムによる画像の観測に基づいて決定することができる。トランスジューサが撮像対象と接触していないときは、接触しており信号を受信しているときと比べて画像がより暗くなるのが典型的である。画像のある領域にわたる平均画素値を計算しこの平均画素値を接触しきい値レベルと比較することによって、接触状態が決定される。
【００５７】
ヒステリシスを導入することによって、平均値のわずかなランダムな変化に抗して、この接触状態の決定をより信頼性高く実施することができる。一方の状態からもう一方への遷移（例えば、接触状態から非接触状態への遷移）は、連続する少なくともＸ個のフレーム（ここで、Ｘは適当に選択したある小さい整数）にわたって平均画素値が接触しきい値未満に低下した場合にだけ実施される。同様に、非接触状態から接触状態への遷移は、連続する少なくともＹ個のフレーム（ここで、Ｙは適当に選択したある小さい整数であり、必ずしもＸと等しい必要はない）にわたって平均画素値が接触しきい値を超えて上昇した場合にだけ実施される。
【００５８】
上述のように、超音波システムが接触状態及び低速移動状態にあるときに、適応性ビーム形成器を有効にさせる。他のすべてのケースでは、適応性ビーム形成器を無効にさせる。
【００５９】
本発明のある種の特徴についてのみ本明細書において図示し説明してきたが、当業者によって多くの修正や変更がなされるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲に属するこうした修正及び変更のすべてを包含させるように意図したものであることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一態様に従って実現させた例示的な超音波システムの一実施形態の図である。
【図２】適応性ビーム形成器に対する制御が可能な一方法を表した流れ図である。
【図３】連続する画像フレームにわたって計算した差分絶対値和を表したグラフである。
【図４】複数の矩形ブロックに分割された例示的な画像フレームを表した概要図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  超音波システム
１２  収集サブシステム
１４  処理サブシステム
１６  撮像対象
１８  トランスジューサ素子
２０  送信／受信切り換え回路
２２  送信器
２４  受信器
２６  適応性ビーム形成器
２８  制御プロセッサ
３０  復調器
３２  撮像モード・プロセッサ
３４  走査変換装置
３６  表示プロセッサ
３８  モニタ
４０  ユーザ・インタフェース
４２  リモート接続サブシステム
４４  ウェッブ・サーバ
４６  リモート接続インタフェース
４８  データ・リポジトリ
５０  画像ワークステーション
６４  しきい値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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