(57)【要約】  ボリューム超音波画像を、高表示分解能リアルタイムボリューム画像化を達成するビューイング方向で広がる複数のビームを生成する、２次元アレイトランスデューサを用いて取得する。一実施形態において、高さ方向に互いに隣接して位置する複数のビームはそれぞれの平面に射影される。ボリューム画像は、すべてのビームの射影平面を結合することにより生成される。結果として、高解像度を有する画像をリアルタイムで生成することができる。トランスデューサによりスキャンされた領域は、対象にアレイ配置されたビームに分けられ、トランスデューサからの同じ距離に位置するエコーは、トランスデューサの下のほぼ同じ深さにある。他の実施形態において、複数のビームがそれぞれのスキャン深さ範囲をスキャンし、高さ広がり角度を減らしてスキャン深さのより深い範囲とする。他の実施形態において、複数の交わるまたは平行なビームが使用され、ボリューム画像を生成する。
2007513672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボリューム超音波画像を生成する方法であって、
共通の中心軸を有する複数のビームを用いて高さ方向で関心領域をスキャンする２次元アレイトランスデューサを使用するステップであって、前記ビームは互いに異なる広がり角度に高さ方向に広がり、前記ビームは、最も浅いスキャン範囲の幅をスキャンするビームは最も大きい広がり角度を有し、最も深いスキャンの幅をスキャンするビームは最も小さい広がり角度を有するように、前記ビームの広がり角度の順序と逆の順序であるスキャン深さ範囲をスキャンするステップと、
各ビームの超音波反射を共通の射影平面に射影するステップであって、各ビームに対して得られる反射はスキャン深さの範囲にあるステップと、
すべてのビームに対して共通の射影平面に射影された超音波反射からボリューム超音波画像を生成するステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
すべてのビームは、高さ方向において、スキャン深さの範囲で最大の深さで実質的に同じ距離を有することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記ボリューム超音波画像はリアルタイムで生成されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項1に記載の方法であって、
前記２次元アレイトランスデューサを用いて前記関心領域の一部の３次元スキャンを実行するステップと、
前記３次元スキャンから３次元超音波画像を生成するステップと、
前記ボリューム超音波画像に前記３次元超音波画像をオーバーレイするステップを有することを特徴とする方法。
【請求項５】
ボリューム超音波画像を生成する方法であって、
高さ方向で広がるビームを用いて方位方向で関心領域をスキャンする２次元アレイトランスデューサを使用するステップであって、前記ビームは、スキャン深さの範囲と逆の順序である広がり角度を用いて複数のスキャン深さをスキャンし、最も浅いスキャン深さの範囲をスキャンするときは最も大きい広がり角度を有し、最も深いスキャン深さの範囲をスキャンするときは最も小さい広がり角度を有し、各スキャン深さの範囲の超音波反射を射影平面に射影するステップと、
前記射影平面に射影された前記超音波反射から前記ボリューム超音波画像を生成するステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項5に記載の方法であって、
前記ビームは、高さ方向において、スキャン深さの範囲の各々で最大の深さにおいて実質的に同じ距離を有することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項5に記載の方法であって、
前記ボリューム超音波画像はリアルタイムで生成されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項5に記載の方法であって、
前記２次元アレイトランスデューサを用いて前記関心領域の一部の３次元スキャンを実行するステップと、
前記３次元スキャンから３次元超音波画像を生成するステップと、
前記ボリューム超音波画像に前記３次元超音波画像をオーバーレイするステップを有することを特徴とする方法。
【請求項９】
超音波診断画像化システムであって、
２次元アレイトランスデューサと、
前記２次元アレイトランスデューサと結合し、受信した超音波エコー信号をビーム整形するビームフォーマと、
前記２次元アレイトランスデューサと結合したコントローラであって、前記コントローラは、共通の中心軸を有する複数のビームを用いて高さ方向で関心領域をスキャンする前記２次元アレイトランスデューサを制御し、前記ビームは互いに異なる広がり角度に高さ方向に広がり、前記コントローラは、前記ビームに、最も浅いスキャン範囲の幅をスキャンするビームは最も大きい広がり角度を有し、最も深いスキャンの幅をスキャンするビームは最も小さい広がり角度を有するように、前記ビームの広がり角度の順序と逆の順序であるスキャン深さ範囲をスキャンさせるコントローラと、
前記ビーム整形された超音波エコー信号を処理し、共通の射影平面に各ビームによりスキャンされた超音波エコーを射影し、各ビームによりスキャンされた前記超音波エコーはそれぞれのスキャン深さの範囲にあるプロセッサと、
前記プロセッサと結合し、すべてのビームの射影平面に射影された前記超音波エコーからボリューム超音波画像を生成するディスプレイサブシステムと、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項9に記載のシステムであって、
前記コントローラは、前記２次元アレイトランスデューサを、すべてのビームは、高さ方向において、スキャン深さの範囲で最大の深さで実質的に同じ距離を有するように制御することを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項9に記載のシステムであって、
前記ボリューム超音波画像はリアルタイムで生成されることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、超音波画像化システムに関し、特に、複数の扇形ビームを用いてスキャンする２次元トランスデューサを用いて立体的（volumetric）画像化をするシステムと方法に関する。
【０００２】
いろいろな非侵襲的診断画像化方法（modalities）により、人体の器官や血管（vessels）の断面画像を作ることができる。このようなリアルタイムの非侵襲的画像化に好適な画像化方法（modality）は超音波である。超音波診断画像化システムは、心臓、発達中の胎児、腹部の内部器官、その他の解剖学的構造を検査するために、心臓医、産科医、放射線医、その他により広く使用されている。これらのシステムは、超音波エネルギーを人体に送信し、音波がぶつかる組織表面から反射される超音波エコーを受信し、その受診したエコーを超音波が通過した人体の部位の構造的表示に変換する。
【０００３】
従来の超音波画像化においては、内部組織や血液などの関心対象（objects  of  interest）を平面的な超音波ビームすなわちスライスでスキャンしている。対象の分解能をよくしてクラッター（clutter）を最小化するためには、このビームができるだけ薄い方が好ましい。仰角方向（elevational  direction）で送受信超音波を狭くフォーカスし、方位方向（azimuthal  direction）の角度範囲にわたって送受信超音波を操作することにより薄いスライスをスキャンするために、従来、リニアアレイトランスデューサが使用されている。このように動作するリニアアレイトランスデューサにより、Ｂモード画像化の場合、トランスデューサ面と垂直な平面の断面を表す２次元画像が作れる。
【０００４】
１次元アレイを物理的にスイープするか、または２次元アレイトランスデューサを用いて２つの軸に対して送受信超音波を操作（steer）することにより３次元の超音波画像を作ることも可能である。従来から２次元のＢモード画像も本質的にリアルタイムの画像化ができるくらい十分なレート（すなわち、少なくとも毎秒約３０フレーム）で生成することができるが、しかし、このフレームレートでリアルタイムの画像化ができるほど十分なレートで、高解像度または大視野の３次元の超音波画像を生成することは現在のところできない。３次元リアルタイムの画像化には２つの主要な困難がある：第１に、十分なサンプル密度とリアルタイムの画像フレームレートを維持するために十分に短い時間でボリューム（volume）からエコーを取得すること、及び、第２に、リアルタイム表示をするために十分な速度でエコーから求めた高解像度の立体データを好適なビューイングフォーマットに描画すること、である。
【０００５】
３次元ボリュームにおける解剖学的構造に関する情報を提供する超音波画像を生成するために開発された方法の１つが、米国特許第５，３０５，７５６号に開示された立体画像化（volumetric  imaging）である。この特許文献はここに参照援用する。一般に、リアルタイム画像化に十分な速度で立体画像化をすることができる。図１を参照して、立体画像化は、リニアアレイ要素１２を有するトランスデューサ１０を用いて達成される。送受信される超音波は、方位方向ＡＺでフォーカスされる。しかし、エレメント１２の表面またはエレメント１２自体の表面ジオメトリ上に置かれたレンズにより、超音波は仰角方向ＥＬで広がり、（集合的に１４で示した）一連の扇形ビームを生成する。トランスデューサ１０はリニアアレイフォーマットでスキャンされ、それにより超音波が各アレイエレメント１２から順次送受信され、扇形ビーム１４のシーケンスを形成する。ビーム１４は、ボリューム領域に超音波を照射する（insonify）ために、トランスデューサ１０の長さ方向の面と直行している。超音波を照射されるボリューム領域の中心に扇形ビーム１４のそれぞれを二分する射影面１８がある。射影面１８は、トランスデューサ１０により作られる超音波画像により空間的に表され、方位方向においてトランスデューサ１０の表面に対して一般的に垂直な平面である。得られる超音波画像は、３次元ボリューム領域全体に関する情報を提供する。なぜなら、トランスデューサ１０がボリューム領域全体にわたる各範囲においてすべてのエコーを音響的に集めるからである。これらのエコーは射影面１８に射影すなわち落とし込まれる（collapsed）。扇形ビーム１４は仰角方向に放射状に広がっているので、各一定範囲位置（constant  range  locus）はラジアルライン２０である。一定範囲位置２０に沿った各エコーは、位置２０と射影面１８の交点２２に射影される。この射影はボリューム領域１６にわたってすべての範囲と方位位置で行われ、射影面１８の画像はボリューム全体の２次元射影を表す。ビーム１４がビュー方向と平行な方向に広がる限りでは、ビーム１４の広がりとその方位は、ビューイング方向により規定される。ビーム１４は仰角方向では分解能が低く、幅は深さにより変化する。しかし、方位方向における深さの関数としてのビームの分解能は非常に高い。得られる画像は、従来のＸ線画像化を用いて得られるボリュームの２次元射影と同様である。
【０００６】
ボリューム画像は、図１に示したように本質的にリアルタイムで得られる。その理由は、各ビーム１４により超音波を照射されるボリューム領域全体にわたる各範囲のエコーすべてが射影平面１８の単一の点として処理されるからである。結果として、ボリューム領域をスキャンするために多数の正確にフォーカスされた送信ビームを使用する真の３次元超音波画像化と比べて、比較的小さな処理パワーしか必要としない。
【０００７】
図１に示したように、リニアアレイフォーマットのトランスデューサ１０をスキャンして扇形ビームのシーケンスを形成する間、トランスデューサ１０を用いてアレイエレメント１２から位相を調整した超音波信号を送受信することもできる。アレイエレメントをフェーズドアレイとして動作させることにより、トランスデューサ１０は図２に示したように、電子的に超音波を操作しフォーカスすることができる。それゆえ、超音波は、仰角方向と方位方向の両方に広がる扇形ビーム３０で送受信される。ビーム３０を電子的に操作することにより、トランスデューサ１０に隣接するピラミッド形状のボリューム領域に超音波を照射することができる。このボリューム領域からの超音波エコーは、３角形の形をした射影面３６に射影され、ボリューム画像を表示するために使用される。
【０００８】
図３は、仰角方向に扇形ビームを作る、米国特許公報第５，３０５，７５６号に記載された他の方法を示す。図３に示したように、トランスデューサ４０は２次元に配列したアレイエレメント４２を有する。図１と２のトランスデューサ１０と同様に、アレイエレメント４２は方位方向に配列されている。しかし、各アレイエレメント４２は仰角方向で再分割されており、サブエレメント４６ａ、ｂ、ｃを形成している。仰角方向に配列されたサブエレメント４６ａ、ｂ、ｃにより、仰角方向に広がる一連の扇形ビーム４８を電子的に生成することができ、扇形ビームを生成するレンズまたはエレメント表面のジオメトリに依存しない。サブエレメント４６ａ、ｂ、ｃから信号を送受信する時間を制御することにより、サブエレメント４６ａ、ｂ、ｃが扇形ビーム４８を生成する。例えば、サブエレメント４６ｂを最初に駆動し、次に、すぐ連続して、サブエレメント４６ａと４６ｃを同時に駆動する。しかし、以下のことに留意することが重要である。すなわち、サブエレメント４６ａ、ｂ、ｃはフェーズドアレイとして使用されているのではなく、適当に位相調整された超音波信号がサブエレメント４６ａ、ｂ、ｃから送受信されるのではない。このように、ビーム４８は仰角方向に操作されない。前述の実施形態のように、ビーム４８を照射されたボリューム領域の超音波エコーは、平面４９に射影され、その平面４９からボリューム画像が生成される。
【０００９】
上記の従来のボリューム画像化方法は、３次元のボリューム空間のリアルタイム画像化ができるという点で、重要な進展を示していが、その方法には制限がある。例えば、図４Ａに示したように、トランスデューサ５０は、方位方向で見ると、図１−３に示したのと同様に広がるビーム５２を用いてスキャンする。トランスデューサ５０が距離範囲５６をスキャンしている時、トランスデューサ５０からの距離範囲５６にあるすべての点は、射影平面６０条に深さ範囲６２内の一組の点として射影される。それゆえ、トランスデューサ５０からの距離範囲５６内のすべての点は、その点の実際の深さはかなり広い範囲６６で変化するが、射影６０上の深さ範囲６２にあるように見える。結果として、図４Ｂに示したように、仰角方向で見ると、深さ範囲６２中の一組の点は、深さ範囲６６内にあるように間違って射影される。逆に、１つの深さ範囲に広がる解剖学的構造は、トランスデューサ５０からの距離が一定なので、単一の深さにあるように見える。
【００１０】
図４Ａ、４Ｂに例示した問題は、ビーム５２の仰角広がり角５２が大きいと、悪化する。このような状況の下、ボリューム画像は解剖学的構造の真の構成を明確に示せないかも知れない。
【００１１】
図１−３に示した従来の３次元ボリューム画像化方法の別の問題を図５を参照して説明する。図５は、図１−３で示したのと同様に、仰角方向に広がるビーム８２を送信している、方位方向で見たトランスデューサ８０を示す。ビーム８２が広がるのは、本来的に、ビーム８２が、トランスデューサ８０の下の関心領域（area  of  interest）に超音波を照射することを意味する。その関心領域は、トランスデューサ８０の近くでは幅が比較的小さく、トランスデューサ８０から遠ければ幅が比較的大きい。例えば、ビーム８２は、トランスデューサ８０から距離Ｄ１のところでは幅Ｗ１の超音波を照射し、トランスデューサ８０から距離Ｄ２のところではより大きな幅Ｗ２の超音波を照射する。それゆえ、得られるボリューム画像は、比較的狭く、画像の上の方では表示される解剖学的構造が小さく、画像の下の方ではかなり多くの解剖学的構造が示される。例えば、線８６、８８に沿って画像を着ることにより画像の幅をそろえることはできるが、そうすることにより、切らなければ見ることができる深い所の画像情報を捨てることになる。
【００１２】
図１−３に示した３次元ボリューム画像化方法を用いた場合のさらに別の潜在的問題は、画像の一部の領域が十分明りょうに示されないことである。例えば、画像はトランスデューサから同じ一定範囲位置に沿った解剖学的構造を分解できないので、一定範囲位置（constant  range  locus）の小さな部分のみを占める構造は、一定範囲位置にある他の解剖学的構造により見えなくなるかも知れない。
【００１３】
それゆえ、幾何学的歪みがなく分解能の高い画像化された解剖学的構造を明りょうに示し、３次元ボリュームを表す画像を表示しているときでもリアルタイムで表示でき、深さ範囲にわたって実質的に一定かつ比較的大きい範囲を有する画像を生成できるボリューム画像化システムと方法が必要である。
【００１４】
ボリューム超音波が層を作成するシステムと方法は、２次元アレイトランスデューサを使用して関心領域をスキャンする。本発明の一態様によると、２次元アレイトランスデューサは、方位及び高さ方向に広がった複数のビームで関心ボリュームをスキャンし、方位方向のビーム密度が高さ方向のそれよりも実質的に高いようにする。方位方向から見ると、ビームは高さ方向では互いに隣接しており、ボリューム中心領域では周辺領域よりも広く広がっている。このようなビーム分布の特徴は、ボリュームを表示するときに、ビュー方向と一致する。各ビームの超音波反射はそれぞれの射影平面に射影され、共通の射影平面にそのビームのすべての射影を結合することにより、ボリューム超音波画像が生成される。結果として、３次元ボリュームを表す本質的にリアルタイムの高い解像度の超音波画像が得られる。
【００１５】
本発明の他の態様によると、２次元アレイトランスデューサが、共通の中心軸を有する複数のビームを用いて高さ方向で関心領域をスキャンする。前記ビームは互いに異なる広がり角度に高さ方向に広がる。ビームは、その広がり角度の順序と反対の順序のスキャン深さの範囲をそれぞれスキャンする。結果として、最も浅いスキャン深さ範囲をスキャンするビームは、最も大きい広がり角度を有し、最も深いスキャン深さの範囲をスキャンするビームは最も小さい広がり角度を有する。各ビームの超音波反射は、共通の射影平面に射影され、ボリューム超音波画像がすべてのビームに対して共通の射影平面に射影された超音波反射から生成される。
【００１６】
本発明の他の態様において、２次元アレイトランスデューサが、ボリュームペアを用いて方位方向で関心領域をスキャンする。第１のボリュームは第１の方向にひろがり、第１の方向と垂直な第２の方向で関心領域をスキャンするために使用される。同様に、第２のボリュームは第３の方向にひろがり、第３の方向と垂直な第４の方向で関心領域をスキャンするために使用される。第１のボリュームの超音波反射は、第１の方向に垂直な射影平面に射影され、第２のボリュームの超音波反射は、第３の方向に垂直な射影平面に垂直な平面に射影される。ボリューム超音波画像は、第１と第２の射影平面から生成される。
【００１７】
本発明の一態様を図６Ａと６Ｂを参照して説明する。図６Ａと６Ｂは、それぞれ方位及び高さ方向で見た２次元アレイトランスデューサ１００を示す図である。図６Ａに示したように、トランスデューサ１００は、広がるセンタービーム１０２と別の広がる再度ビーム１０４、１０６のペアを用いてスキャンする。これらのビーム１０２、１０４、１０６のそれぞれによりスキャンされた超音波エコーは、射影平面１１２、１１４、１１６に射影される。次に、射影平面中の対応する深さの点を結合して、ボリューム画像を生成するために使用される単一の射影平面を生成する。射影平面１１２は、対応する深さの射影平面１１２に射影平面１１４、１１６上の点を移動することにより、単一の射影平面として使用できる。高さ方向に広がるビームを調節することにより、本システムはいろいろな厚さのボリュームを画像化することができる。
【００１８】
サイドビーム１０４、１０６は、トランスデューサ１００からの１つの距離範囲１２０をスキャンする。この距離範囲１２０は、センタービーム１０２を用いてスキャンする距離範囲１２２より大きい。センタービーム１０２のスキャン距離とサイドビーム１０４、１０６のスキャン距離は、両方のスキャン距離がトランスデューサ１００の下の実質的に同じ深さにあるように選択される。結果として、サイドビーム１０４、１０６とセンタービーム１０２は、実質的に同じ深さをスキャンする。より具体的に、図６Ａに示したように、トランスデューサ１００がセンタービーム１０２に距離範囲１２２をスキャンさせるとき、その距離範囲１２２中のすべての点は、深さ範囲１２６内の射影平面１１２上に射影される。その深さ範囲１２６は、実際の深さ範囲１２８よりも少しだけ小さい。同時に、トランスデューサ１００がサイドビーム１０４、１０６に距離範囲１２０をスキャンさせるとき、その範囲１２０中のすべての点は、それらの点は実際には深さ範囲１２４に入るが、範囲１２０の範囲内に入る点として、射影面１１４、１１６上に射影される。しかし、この深さ範囲１２４は、図４Ａと４Ｂに示した従来の方法より小さい、点が平面１１４、１１６上に射影される距離範囲とは異なる。結果として、図６Ｂに示したように高さ方向で見ると、解剖学的構造の深さは、図４Ａと４Ｂに示した従来の方法を用いて、大幅に小さい幾何学的歪みを伴って正しく見ることができる。センタービーム１０２よりも深いところにフォーカスしたサイドビーム１０４、１０６を用いる利点は、図６Ｂを図４Ｂと比較することにより明らかである。
【００１９】
図６Ａと６Ｂに示した実施形態は、サイドビーム１０４、１０６を２つだけ使用するが、言うまでもなく、より多くのサイドビームを使用することもできる。より多くのサイドビームを使用することにより、使用しない場合よりも幾何学的歪みがさらに小さくなる。しかし、画像を表示するのに必要な処理時間だけでなく取得時間も増え、リアルタイムボリューム画像化を妨げることがある。あるいは、ボリューム画像化は、より少ない広がるビーム（図示せず）を用いて達成できるが、幾何学的歪みが大きくなるが、図６Ａと６Ｂに示した方法と比較して処理は少なくなる。一般的に、スキャンする領域が広がるか、取得する画像の明りょう度を上げるには、より多くのビームを使用するのが望ましい。特に、処理パワーがある時にはそうである。使用するビーム数に拘わらず、各射影平面１１２、１１４、１１６上の点は、好ましくは、それぞれのビームの幅に対応する重みをつけて、単一の射影平面に射影する。
【００２０】
広がるビーム１０２、１０４、１０６は、いろいろな方法を用いて、２次元トランスデューサ１００により生成することができる。同時にビーム１０２−１０６を形成するためにそれぞれのサブアレイで、または異なる時間に個々のビーム１０２−１０６を順次形成するためにトランスデューサ１００のアレイエレメントのすべてを用いて、フェーズアレイ法でトランスデューサ１００のアレイエレメントを動作させることにより、ビーム１０２−１０６を生成することができる。また、アレイエレメントはサブアレイで構成することもできる。各サブアレイにはそれからそれぞれのビーム１０２−１０６を生成させるレンズまたはその他のメカニカルな構造を備える。
【００２１】
本発明の他の態様の一実施形態を図７に示した。図７は、超音波と、それぞれの深さ範囲をスキャンする複数の順次生成されたビーム１４２、１４４、１４６と、を送受信する２次元アレイトランスデューサ１４０を示す。高さ方向の各ビーム１４２−１４６の広がり角度は、そのスキャン範囲の深さに反比例する関係にある。このように、比較的浅いところをスキャンするビーム１４２の高さ方向の広がり角度は、比較的広く、比較的深いところをスキャンするビーム１４６の高さ方向の広がり角度は、比較的狭い。結果として、各ビーム１４２−１４６のスキャンの深さが最も深いところでの幅は、すべてのビーム１４２−１４６について実質的に同じである。
【００２２】
ビーム１４２−１４６を用いて超音波エコーを取得した後に、各ビーム１４２−１４６のスキャン範囲内のエコーを用いてボリューム画像を生成する。このように、ビーム１４２を用いて比較的浅いエコーと、ビーム１４４を用いて中くらいの深さのエコーと、ビーム１４６を用いて比較的深いエコーとから生成される。得られる画像は、点線１５０、１５２により示された高さを含み、その高さは図５に示した切り取り線により含まれる画像範囲よりも大幅に大きい。
【００２３】
いろいろな方法を用いて、高さ方向の広がり角度が異なるビーム１４２−１４６を生成することができる。しかし、ビーム１４２−１４６は、フェーズドアレイ法を用いてトランスデューサ１４０のアレイエレメントを制御することにより生成することが好ましい。
【００２４】
もちろん、図７に示した方法を用いて、各範囲を単一ビームでスキャンしてもよいし、複数のビームを用いて図６Ａと６Ｂに示した方法を用いて各範囲をスキャンしてもよい。
【００２５】
本発明のさらに別の態様の一実施形態を図８Ａ−８Ｄに示した。この実施形態において、トランスデューサの２次元アレイエレメントを用いて、各範囲の点すべてが中心射影平面に射影される比較的狭いボリュームをスキャンする。例えば、図８Ａに示したように、第２のボリュームスキャンビーム１５２に垂直な１つのボリュームスキャンビーム１５０を用いる。得られる射影１５４、１５６は、それぞれ、血管（vessel）の横断面１６０と縦断面１６２を示す。
【００２６】
図８Ｂに示したように、２つの平行なスキャンビーム１７０、１７２を用いて、互いに平行で、所定距離離れた血管１７８のボリューム領域の横断面射影１７４、１７６を生成する。
【００２７】
図８Ａと８Ｂの実施形態において、射影１５４、１５６及び１７４、１７６のスケーリングは一様であるが、同じボリュームスキャンビームを用いて取得した解剖学的構造のボリューム射影は、図８Ｃに示したように、２つの異なるスケーリングで示すことができる。より具体的に、単一のボリュームスキャンビーム１８０を用いて、実際のスケールで血管１８４を示す第１の射影１８２と拡大して血管１８４を示す第２の射影１８６を生成する。この実施形態は、解剖学的構造をよりはっきりと示すことができる。あるいは、同じまたは異なるスケールの２つの画像を用いて、異なるサンプル密度を有する画像を示すことができる。
【００２８】
最後に、図８Ｄは、解剖学的構造１９４がそれぞれの目でどのように見えるかを比較した一定の食い違いを伴って適当な視野角で互いに交わる２つのボリュームスキャンビーム１９０、１９２を示す。ビーム１９０、１９２を用いて、解剖学的構造１９４の画像射影１９６、１９８のペアを生成する。このペアは、それぞれの目で見て、解剖学的構造の深さの特徴が見えるようになっている。
【００２９】
図８Ａ−８Ｄにいろいろな特定の幾何学的関係を有するボリュームスキャンビームを示したが、いうまでもなく、２次元アレイトランスデューサの使用により、形成できるスキャンビームの幾何学的関係が非常にフレキシブルになる。さらに、図８Ａ−８Ｄは使用される１つまたは２つのボリュームスキャンビームを示しているが、言うまでもなく、より多くのボリュームスキャンビームを用いて、対応するより多くの射影画像を生成することができる。
【００３０】
本発明のボリュームスキャン方法のいろいろな実施形態の１つの潜在的制限は、高さディメンションにおける分解能が制限されることである。この制限により、ユーザはその他の方向から出力されたボリュームデータセットを見ることができないかも知れない。この潜在的問題を緩和する幾つかの解決策がある。第１に、いろいろな見る方向で複数のリアルタイムボリュームを取得でき、スキャン中に保存することができる。よって、ボリュームデータを再検査する必要が無くなる。第２に、３次元スキャンをゲーティングまたはインターリーブすることができ、高さ方向で必要な追加的サンプルを取得できる。具体的に、本発明のいろいろな実施形態に従ってボリュームスキャンを実行するのに必要な時間は比較的少ないので、システムは、ディスプレイフレームレートを大幅に減らさずに完全な分解能でボリュームデータセットを得ることができる。結果として、ボリューム表示のリアルタイムレートを限られた数のビームでまだ達成することができるが、従来のボリュームスキャンとマッチする高い密度のボリュームデータ取得レートを短い取得期間で取得することができる。
【００３１】
本発明によるボリューム画像化を実行するために使用できる超音波画像化システム２００の一実施形態を図９に示した。画像化システムは、２次元アレイのトランスデューサエレメント２１２を有するプローブ２１０を含む。プローブ２１０は、ケーブル２１８を介してスキャナ２３０に結合されている。
【００３２】
スキャナ２３０は、トランスミッタ２３２を含む。このトランスミッタ２３２は、トランスデューサエレメント２１２に供給される高周波信号を生成し、トランスデューサエレメント２１２に超音波を組織または血液に送信させる。送信された超音波の超音波エコートランスデューサエレメント２１２により受信される。トランスデューサエレメント２１２は対応するアナログ信号を生成する。これらのアナログ信号はプリアンプ２３４に送られる。プリアンプ２３４は、アナログ信号を増幅する。プリアンプ２３４は、また、内部ＴＧＣ（時間利得制御）回路を含み、より大きな深さの送受信超音波の減衰を補償する。プリアンプ２３４からの増幅された深さ補償された信号は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２３８に送られ、デジタル化される。デジタル化されたエコー信号は、ビームフォーマ２４４により整形される。ビームフォーマ２４４は、コントローラ２４６により制御される。この制御はユーザ制御に応答して行われる。コントローラ２４６は、タイミング、周波数、方向、及び送信ビームのフォーカスに関して、プローブ２１０に指示する制御信号を送信機２３２に送る。コントローラ２４６は、また、ビームフォーマ２４４により受信されたデジタル化されたエコー信号のビーム整形を制御する。ビームフォーマ２４４の出力は、画像プロセッサ２４８に送られる。画像プロセッサ２４８は、ビーム整形されたデジタル信号にデジタルフィルタリング、Ｂモード検出、ドップラー処理を施す。画像プロセッサ２４８は、ハーモニック分離、周波数コンパウンディングによるスペックルリダクション、その他の所望の画像処理等のその他の信号処理も実施する。
【００３３】
図６−８を参照して説明したボリューム画像の生成のためのスキャンは、ビームフォーマ２４４を制御するコントローラ２４６によりなされるので、図６−８に示したビームの構成を有する超音波エコーをスキャンする。コントローラ２４６は、トランスミッタ２３２も制御して、それが図６−８に示した構成のビームで超音波を送信するようにする。２次元アレイのトランスデューサエレメント２１４は、トランスデューサ２１２の前のいかなる方向といかなる傾きで送受信されたビームも操作することができるので、そのビームはトランスデューサ２１２及びその他のビームといかなる方位を有することもできる。
【００３４】
スキャナ２３０により生成されたエコー信号は、デジタルディスプレイサブシステム２５０と結合される。そのサブシステム２５０は、所望の画像フォーマットで表示するエコー信号を処理する。デジタルディスプレイサブシステム２５０は、画像ラインプロセッサ２５２を有する。これはエコー信号をサンプルし、ビームセグメントをつないで完全なライン信号にする。画像ラインプロセッサは、また、信号雑音比の改善またはフローパーシステンス（flow  persistence）のためライン信号を平均化する。画像ラインプロセッサ２５２からの画像ライン信号は、スキャンコンバータ２５４に送られ、所望の画像フォーマットに変換される。例えば、スキャンコンバータ２５４は、先行技術で知られているようにローテータ（Rho-tehta）変換を実行する。画像は画像メモリ２５８に格納され、ディスプレイ２６０にその画像メモリ２５８から表示される。画像メモリ２５８中の画像は、画像とともに表示されるべきグラフィックスにオーバーレイされてもよい。グラフィックスはグラフィックスジェネレータ２６４により生成され、その生成はユーザ制御に応じて行われる。個々の画像または画像シーケンスは、画像ループの取得中にシネメモリ２６８に格納できる。
【００３５】
リアルタイムボリューム画像化の場合、ディスプレイサブシステム２５０はまた３次元画像レンダリングプロセッサ２７０を含む。このプロセッサ２７０は画像ラインを画像ラインプロセッサ２５２から受け取る。３次元画像レンダリングプロセッサ２７０は、リアルタイムの３次元画像をレンダし、ディスプレイ２６０に表示する。
【００３６】
本発明を好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく形式及び詳細の変更が可能であることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ボリューム画像を生成する従来の方法を示す等角図である。
【図２】ボリューム画像を生成する従来の他の方法を示す等角図である。
【図３】ボリューム画像を生成する従来のさらに他の方法を示す等角図である。
【図４】図４Ａと４Ｂは、それぞれ図１−３に示す従来のボリューム画像化方法の制限を示す、高さ及び方位断面概略図である。
【図５】図１−３に示した従来のボリューム画像化方法の他の限界を示す高さ断面概略図である。
【図６】図６Ａと６Ｂは、本発明の一実施形態による、ボリューム画像生成方法を示す、それぞれ高さ及び方位断面概略図である。
【図７】本発明の他の実施形態による、ボリューム画像化方法を示す高さ断面概略図である。
【図８】図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、及び８Ｄは、本発明のさらに他の実施形態によるボリューム画像生成方法を示す概略図である。
【図９】図６−８に示した実施形態によるボリューム画像化を実施するために使用することができる超音波画像化システムを示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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