(57)【要約】本開示は、超音波撮像におけるスペックル低減のための組み合わされた周波数・角度複合に関する。そうした組み合わされた周波数・角度複合は、周波数複合または角度複合のいずれかのみを用いた場合と比較して、乗法的なスペックル低減をもたらしうる。本開示の複合方法は、個々の画像を獲得する時に超音波プローブの全アパーチャを利用でき、ゆえに分解能を妥協しないことができる。開示態様において、超音波プローブが動いている間に超音波画像を取得でき、そして、超音波プローブのポジションおよび配向の測定から超音波画像の相対的なポジションおよび配向を決定できる。特定の態様は、画像獲得中に、撮像中の物体の動きおよびひずみを補正できる。2021526064.tif 000011
2021526064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の段階を含む、スペックルが低減した超音波画像を生成する方法：
超音波プローブを、撮像中の物体に対する第一のポジションおよび角度にポジショニングする段階；
該第一のポジションおよび角度にある該超音波プローブで、該物体に向けられた第一の送信超音波ビームにおける多重超音波周波数を印加する段階；
該第一の送信超音波ビームに対応する、該物体からの第一の超音波エコーを受信する段階；
該受信した第一の超音波エコーに対応する、該物体のボクセルの第一の画像データを生成する段階；
該超音波プローブを、撮像中の物体に対する第二のポジションおよび角度にポジショニングする段階；
該第二のポジションおよび角度にある該超音波プローブで、該物体に向けられた第二の送信超音波ビームにおける多重超音波周波数を印加する段階；
該第二の送信超音波ビームに対応する、該物体からの第二の超音波エコーを受信する段階；
該受信した第二の超音波エコーに対応する、該物体の該ボクセルの第二の画像データを生成する段階；
処理回路を用いて該第一の画像データおよび該第二の画像データをアライメントする段階；
該アライメントされた第一および第二の画像データにおける組織ひずみを補償する段階；
該ボクセルについての複合データが生成されるように該第一および第二の画像データを周波数複合および角度複合する段階であって、少なくとも該角度複合より前に該アライメントする段階および該補償する段階が行われる、段階；ならびに
少なくとも該ボクセルに対応する超音波画像を出力する段階。
【請求項２】
以下の段階を含む、スペックルが低減した超音波画像を生成する方法：
超音波プローブを用いて、該超音波プローブの第一の角度と第一の多重周波数とに対応する、物体のボクセルについての第一の画像データを生成する段階；
該超音波プローブを用いて、該超音波プローブの第二の角度と第二の多重周波数とに対応する、該物体の該ボクセルについての第二の画像データを生成する段階であって、該第一の画像データおよび該第二の画像データが、異なる角度から撮像された同じボクセルに対応する、段階；
該ボクセルに対応する超音波画像の少なくとも一部分を生成するため該第一および第二の画像データを周波数複合および角度複合する段階；ならびに
該超音波画像を出力する段階。
【請求項３】
超音波画像が超音波プローブの実質的に全アパーチャを用いる、請求項2記載の方法。
【請求項４】
角度複合が、第一の画像データおよび第二の画像データを乗算することを含む、請求項2記載の方法。
【請求項５】
第一の画像データおよび第二の画像データをアライメントする段階をさらに含み、角度複合が、該アライメントされた第一および第二の画像データに基づく、請求項2記載の方法。
【請求項６】
アライメントされた第一および第二の画像データに組織ひずみ補償を適用する段階をさらに含む、請求項5記載の方法。
【請求項７】
第一の画像データおよび第二の画像データをアライメントする段階をさらに含み；
角度複合が、該アライメントされた第一および第二の画像データを乗算することを含み；かつ
超音波画像が超音波プローブの実質的に全アパーチャを用いる、
請求項2記載の方法。
【請求項８】
第一の画像データまたは第二の画像データのうち少なくとも1つに関連する物体に印加される圧力を感知する段階をさらに含む、請求項2記載の方法。
【請求項９】
超音波プローブを、第一の角度に対応する第一のポジションから第二の角度に対応する第二のポジションまで動かす段階をさらに含む、請求項2記載の方法。
【請求項１０】
超音波プローブが第一のポジションから第二のポジションまで動く際の動きの量を、慣性センサーを用いて検出する段階をさらに含む、請求項9記載の方法。
【請求項１１】
超音波プローブが第一のポジションから第二のポジションまで動く際の動きの量を、光コヒーレンストモグラフィシステムを用いて検出する段階をさらに含む、請求項9記載の方法。
【請求項１２】
超音波プローブの動きをトラッキングする段階をさらに含み、ロボットアームが該超音波プローブを第一のポジションから第二のポジションまで動かす、請求項9記載の方法。
【請求項１３】
超音波プローブが第一のポジションから第二のポジションまで動く際の動きの量を、光学系を用いて検出する段階をさらに含む、請求項9記載の方法。
【請求項１４】
超音波プローブの動きに関して該超音波プローブのオペレーターをガイドするための情報を視覚的に表示する段階をさらに含む、請求項9記載の方法。
【請求項１５】
超音波プローブが、第一のビームを第一の角度でボクセルに送信するようかつ第二のビームを第二の角度で該ボクセルに送信するよう配置されたフェーズドアレイトランスデューサーを具備する、請求項2記載の方法。
【請求項１６】
超音波画像を視覚的に表示する段階をさらに含む、請求項2記載の方法。
【請求項１７】
第二のボクセルに対応する超音波画像の別の一部分を生成するため第三および第四の画像データを周波数複合および角度複合する段階であって、該第三および第四の画像データのオーバーラップが、異なる角度から撮像されている該第二のボクセルの一部分のみに対応する、段階
をさらに含む、請求項2記載の方法。
【請求項１８】
第一の多重周波数が第二の多重周波数と同じである、請求項2記載の方法。
【請求項１９】
以下を具備する、スペックル低減を伴う超音波撮像システム：
超音波信号を送信するようかつ該超音波信号のエコーを受信するよう構成され、同じボクセルについて複数の異なる角度からエコーデータを取得するよう配置された、超音波プローブと；
該超音波プローブと通信している処理回路であって、
該複数の角度のうち少なくとも2つの異なる角度に対応する、該ボクセルについてのエコーデータを受信することであって、該エコーデータが、該少なくとも2つの異なる角度の各々についての多重周波数に対応する、こと、
該複数の角度のうち該少なくとも2つの異なる角度に対応する、該ボクセルについての該エコーデータをアライメントすること、
複合超音波画像データを生成するため該エコーデータを周波数複合および角度複合することであって、該エコーデータがアライメントされた後に該エコーデータを角度複合するよう該処理回路が構成されている、こと、そして
該複合超音波画像データに基づいて超音波画像を出力すること
を行うよう構成された、処理回路。
【請求項２０】
超音波画像を視覚的に提示するよう構成されたディスプレイをさらに具備する、請求項19記載の超音波撮像システム。
【請求項２１】
慣性センサーをさらに具備し；処理回路は、前記複数の異なる角度に対応する異なるポジション間の超音波プローブの動きを該慣性センサーからの出力データに基づいて検出するよう構成され；かつ、該処理回路は、該検出された動きに基づいて第一のエコーデータおよび第二のエコーデータをアライメントするよう構成される、請求項19記載の超音波撮像システム。
【請求項２２】
光検出と測距（light detection and ranging；LIDAR）式のセンサーをさらに具備し；処理回路は、前記複数の異なる角度に対応する異なるポジション間の超音波プローブの動きを該LIDAR式センサーからの出力データに基づいて検出するよう構成され；かつ、該処理回路は、該検出された動きに基づいて第一のエコーデータおよび第二のエコーデータをアライメントするよう構成される、請求項19記載の超音波撮像システム。
【請求項２３】
処理回路が、前記2つの異なる角度に関連する超音波画像データ内の対応ピクセルを少なくとも乗算することによって角度複合を実施するよう構成される、請求項19記載の超音波撮像システム。
【請求項２４】
アライメントおよび補償されたエコーデータが組織ひずみを補償するように、アライメントされたエコーデータに組織ひずみ補償の演算を適用するよう、処理回路が構成される、請求項19記載の超音波撮像システム。
【請求項２５】
超音波プローブと一体化された圧力センサーをさらに具備する、請求項19記載の超音波撮像システム。
【請求項２６】
以下の段階を含む、スペックルが低減した超音波画像を生成する方法：
超音波プローブを第一のポジションにおいて用いて、多重周波数に対応するボクセルについての第一の画像データを生成する段階；
該超音波プローブを該第一のポジションから第二のポジションまで動かす段階；
動きデータを生成するため、該動かす段階の間、該超音波プローブのモーションをトラッキングする段階；
該超音波プローブを該第二のポジションにおいて用いて、多重周波数に対応する該ボクセルについての画像データを生成する段階であって、該第一の画像データおよび該第二の画像データが、異なる角度から撮像された同じボクセルに対応する、段階；
動きデータに基づいて該第一の画像データと該第二の画像データとを処理回路を用いてアライメントする段階；
該ボクセルについての複合データが生成されるように該第一および第二の画像データを周波数複合および角度複合する段階であって、該角度複合より前に該アライメントが行われる、段階；ならびに
物体の少なくとも該ボクセルに対応する超音波画像を出力する段階であって、該超音波画像が、該超音波プローブの実質的に全アパーチャに対応する分解能を有する、段階。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、すべての目的について参照によりその全体が本明細書に組み入れられる、2018年5月22日に提出された米国特許仮出願第62/675,032号「COMBINED FREQUENCY AND ANGLE COMPOUDING FOR SPECKLE REDUCTION IN ULTRASOUND IMAGING」の優先権の恩典を主張する。
【０００２】
技術分野
本開示の技術は超音波撮像に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
超音波は、多くの望ましい特性を備えた画像診断用ツールとしてますます重要性が高まっている。超音波は比較的高速かつリアルタイムの撮像法であり、コストが低くかつ電離放射線への曝露を伴わない。加えて、カラードプラ、剪断波、および造影剤標識といった改良が、X線、コンピュータ断層撮影（CT）、および磁気共鳴撮像法（MRI）の各撮像モダリティを補完できる貴重な追加的診断情報を提供している。しかし、従来の超音波撮像には著しいスペックルノイズの存在という難点があり、それが実際の臨床における超音波撮像の有用な分解能を低下させている。
【発明の概要】
【０００４】
特定の局面の概要
添付の特許請求の範囲に説明される本発明はそれぞれ複数の局面を有し、そのいずれもその望ましい属性を単独で担うわけではない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、本開示のいくつかの顕著な特徴を以下に簡潔に説明する。
【０００５】
本開示の1つの局面は、スペックルが低減した超音波画像を生成する方法である。同方法は以下の段階を含む：超音波プローブを、撮像中の物体に対する第一のポジションおよび角度にポジショニングする段階；第一のポジションおよび角度にある超音波プローブで、物体に向けられた第一の送信超音波ビームにおける多重超音波周波数を印加する段階；第一の送信超音波ビームに対応する、物体からの第一の超音波エコーを受信する段階；受信した第一の超音波エコーに対応する、物体のボクセルの第一の画像データを生成する段階；超音波プローブを、撮像中の物体に対する第二のポジションおよび角度にポジショニングする段階；第二のポジションおよび角度にある超音波プローブで、物体に向けられた第二の送信超音波ビームにおける多重超音波周波数を印加する段階；第二の送信超音波ビームに対応する、物体からの第二の超音波エコーを受信する段階；受信した第二の超音波エコーに対応する、物体の前記ボクセルの第二の画像データを生成する段階；処理回路を用いて第一の画像データおよび第二の画像データをアライメントする段階；アライメントされた第一および第二の画像データにおける組織ひずみを補償する段階；前記ボクセルについての複合データが生成されるように第一および第二の画像データを周波数複合および角度複合する段階であって、少なくとも角度複合より前にアライメントする段階および補償する段階が行われる、段階；ならびに、少なくとも前記ボクセルに対応する超音波画像を出力する段階。
【０００６】
本開示の別の局面は、スペックルが低減した超音波画像を生成する方法である。同方法は以下の段階を含む：超音波プローブを用いて、超音波プローブの第一の角度と多重周波数とに対応する、物体のボクセルについての第一の画像データを生成する段階；超音波プローブを用いて、超音波プローブの第二の角度と多重周波数とに対応する、物体のボクセルについての第二の画像データを生成する段階であって、第一の画像データおよび第二の画像データが、異なる角度から撮像された同じボクセルに対応する段階；前記ボクセルに対応する超音波画像の少なくとも一部分を生成するため第一および第二の画像データを周波数複合および角度複合する段階；ならびに、超音波画像を出力する段階。
【０００７】
角度（空間）複合処理は、同じ撮像平面内の画像を複合することを含んでもよい。第一の画像データ用の超音波プローブの多重周波数は、第二の画像データ用の超音波プローブの多重周波数と同じであってもよい。
【０００８】
超音波画像データを生成する段階は、超音波プローブの実質的に全アパーチャを用いてもよい。
【０００９】
超音波画像データを角度（空間）複合することは、第一のポジションに関連する第一の超音波画像および第二のポジションに関連する第二の超音波画像を平均および／または乗算することを含んでもよい。
【００１０】
本発明の方法は、超音波プローブを、第一の角度に対応する第一のポジションから第二の角度に対応する第二のポジションまで動かす段階を含んでもよい。同方法は、超音波プローブが第一のポジションから第二のポジションまで動く量（例えばポジションおよび／または配向に関する量）を、慣性センサーを用いて決定する段階を含んでもよい。いくつかの事例において、超音波プローブを動かす段階が、ロボットアームを使用することを含んでもよい。いくつかの事例において、光コヒーレンストモグラフィシステムなどの光学系が、超音波プローブが第一のポジションから第二のポジションまで動く量を検出してもよい。
【００１１】
本発明の方法は、第一のポジションおよび第二のポジションを検出する段階を含んでもよく、その場合、検出されたポジションに基づいて超音波画像データが生成される。ポジションは光学系を用いて検出されてもよい。ポジションはロボットアームの動きのトラッキングに基づいて検出されてもよい。ポジションは慣性感知デバイスに基づいて検出されてもよい。
【００１２】
本発明の方法は、第一の画像データおよび第二の画像データをアライメントする段階を含んでもよく、その場合、角度複合はアライメントされた第一および第二の画像データに基づく。アライメントする段階は、第一の画像または第二の画像のうち少なくとも1つを回転および平行移動させることを含んでもよい。
【００１３】
本発明の方法は、超音波画像データに組織ひずみ補償を適用する段階を含んでもよく、その場合、組織ひずみは、アライメントされた少なくとも2つの画像を比較し、かつ第二の画像を弾性的にひずませて第一の画像にマッチさせることによって取得される。組織ひずみ補償は画像レジストレーションアルゴリズムと組み合わせられてもよい。
【００１４】
超音波データを生成する段階は、多重の周波数についての超音波画像を生成するためエコーを処理することを含んでもよい。超音波データを生成する段階は、異なる周波数を有する超音波信号を超音波プローブを用いて送信することを含んでもよい。代替的に、比較的広い周波数スペクトルを備えた単パルスが用いられてもよく、そして受信されたエコー信号がフーリエフィルタリングされて複数の異なる周波数帯域にされてもよい。次に、それらの周波数帯域について形成された独立したスペックルド画像（speckled image）が周波数複合されてもよい。トランスデューサーの有効帯域幅は、トランスデューサーの周波数応答のウィングにおける無線周波数（RF）パワーがより大きくなった送信パワースペクトルで、自然な応答を補償することによって、拡大されてもよい。
【００１５】
本発明の方法は、超音波プローブによって印加される、超音波画像データに対応する物体に対する圧力を感知する段階を含んでもよい。
【００１６】
本発明の方法は、超音波画像をディスプレイ上に視覚的に表示する段階を含んでもよい。臨床医または他のユーザーが、グレーのより微細なシェードをコントラストのある状態で観察できるよう助けるため、疑似カラー表示が用いられてもよい。いくつかの事例において、本発明の方法は、超音波プローブの動きに関して超音波プローブのオペレーターをガイドするための情報を視覚的に表示する段階を含んでもよい。
【００１７】
本発明の方法は、第二のボクセルに対応する超音波画像の別の一部分を生成するための第三および第四の画像データを周波数複合および角度複合する段階を含んでもよい。第三および第四の画像データのオーバーラップは、異なる角度から撮像されている第二のボクセルの一部分のみに対応してもよい。
【００１８】
本開示の別の局面は、スペックルが低減した超音波画像を生成するための超音波撮像システムである。超音波撮像システムは超音波プローブと処理回路とを含む。超音波プローブは、超音波信号を送信するようかつ超音波信号のエコーを受信するよう構成される。超音波プローブは、同じボクセルについて複数の異なる角度からエコーデータを取得するよう配置される。処理回路は超音波プローブと通信している。処理回路は、前記複数の角度のうち少なくとも2つの異なる角度に対応する、前記ボクセルについてのエコーデータを受信するよう構成され、その場合、エコーデータは、前記少なくとも2つの異なる角度の各々についての多重周波数に対応する。処理回路は、前記複数の角度のうち前記少なくとも2つの異なる角度に対応する、前記ボクセルについてのエコーデータをアライメントするよう構成される。処理回路は、複合超音波画像データを生成するためエコーデータを周波数複合および角度複合するよう構成され、その場合、処理回路はエコーデータがアライメントされた後にエコーデータを角度複合するよう構成される。処理回路は、複合超音波画像データに基づいて超音波画像を出力するよう構成される。
【００１９】
超音波撮像システムは、超音波プローブを異なるポジション間で動かすよう構成されたロボットアームを含んでもよい。処理回路は、ロボットアームの動きに基づいてプローブポジションを検出してもよい。
【００２０】
超音波撮像システムは光学系を含んでもよく、その場合、処理回路は光学系の出力に基づいてプローブポジションを検出するよう構成される。超音波撮像システムは慣性センサーを含んでもよく、その場合、処理回路は、前記複数の異なる角度に対応する異なるポジション間の超音波プローブの動きを慣性センサーからの出力データに基づいて検出するよう構成される。処理回路は、検出された動きに基づいて第一のエコーデータおよび第二のエコーデータをアライメントするよう構成されてもよい。
【００２１】
超音波撮像システムは、光検出と測距（light detection and ranging；LIDAR）式のセンサーを含んでもよい。処理回路は、前記複数の異なる角度に対応する異なるポジション間の超音波プローブの動きをLIDAR式センサーからの出力データに基づいて検出するよう構成されてもよい。処理回路は、検出された動きに基づいて第一のエコーデータおよび第二のエコーデータをアライメントするよう構成されてもよい。
【００２２】
処理回路は、前記2つの異なるポジションに関連する超音波画像データ内の対応ピクセルを少なくとも平均および／または乗算することによって、角度複合を実施してもよい。
【００２３】
処理回路は、超音波画像データに組織ひずみ補償の演算を適用してもよい。
【００２４】
超音波撮像システムは、超音波プローブと一体化された圧力センサーを含んでもよい。
【００２５】
超音波撮像システムは、超音波画像を視覚的に表示するよう構成されたディスプレイを含んでもよい。
【００２６】
複合超音波画像データはBモード画像を表してもよい。画像は、面積を表すピクセルの2Dアレイ、または体積を表すピクセルの3Dアレイを含んでもよい。
【００２７】
本開示の別の局面は、スペックルが低減した超音波画像を生成する方法である。同方法は以下の段階を含む：超音波プローブを第一のポジションにおいて用いて、多重周波数に対応するボクセルについての第一の画像データを生成する段階；超音波プローブを第一のポジションから第二のポジションまで動かす段階；動きデータを生成するため、動かす段階の間、超音波プローブのモーションをトラッキングする段階；超音波プローブを第二のポジションにおいて用いて、多重周波数に対応するボクセルについての画像データを生成する段階であって、第一の画像データおよび第二の画像データが、異なる角度から撮像された同じボクセルに対応する、段階；動きデータに基づいて第一の画像データと第二の画像データとを処理回路を用いてアライメントする段階；前記ボクセルについての複合データが生成されるように第一および第二の画像データを周波数複合および角度複合する段階であって、角度複合より前にアライメントが行われる、段階；ならびに、少なくとも前記ボクセルに対応する超音波画像を出力する段階であって、超音波画像が、超音波プローブの実質的に全アパーチャに対応する分解能を有する、段階。
【００２８】
本開示の概要を述べる目的のため、本発明の特定の局面、利点、および新規の特徴を本明細書に説明している。理解されるべき点として、いずれの具体的態様においても、すべてのそうした利点が必ずしも実現されなくてもよい。ゆえに、本発明は、本明細書において教示または示唆されうる他の利点を必ずしも実現することなく、本明細書において教示される1つの利点または一群の利点を実現または最適化する様式で具現化されるかまたは行われてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本開示の諸態様を、添付の図面を参照しながら、非限定的な実施例によって以下に説明する。
【００３０】
【図１】1つの態様に基づく、組み合わされた周波数・角度複合（combined frequency and angle compounding ）を用いる超音波システムのブロック図である。
【図２】1つの態様に基づく、ロボットアームによって複数の異なるポジションに動かされる超音波プローブを備えた超音波システムの図示である。
【図３】図3Aは、1つの態様に基づく、超音波プローブをトラッキングするための光学系を備えた超音波システムの図示である。図3Bは、図3Aの超音波システムの超音波プローブの、yチルトあり、xチルトあり、およびチルトなしの図示である。
【図４】単一のトランスデューサー素子による原理証明実験のセットアップの図示である。
【図５】異なる角度についてのアガロースファントムの周波数複合画像を示した図である。
【図６】複合なしの、周波数複合のみを用いる、および組み合わされた周波数・角度複合を用いる画像の図示である。
【図７】複合なしの画像と、9倍の周波数複合のみによる画像と、9x9倍の周波数・角度複合（frequency and angle compounding）による画像との比較を示した図である。
【図８】微調整の前および後に2つの角度で撮られたオーバーレイ疑似カラー画像を示した図である。
【図９】加算によって生成された角度複合画像と、乗算によって生成された別の角度複合画像とを示した図である。
【図１０】複合なしの、周波数複合のみを用いる、および組み合わされた周波数・角度複合を用いる、ニワトリ心臓の超音波画像を示した図である。
【図１１】1つの態様に基づく、超音波をサンプル内の異なる方向に向けるためのビームステアリングを備えた超音波プローブの線図である。
【図１２】1つの態様に基づく、視野が比較的大きく、感度が比較的高く、かつスペックルが低減した、サンプルのパノラマ超音波画像を生成する、超音波プローブの線図である。
【図１３Ａ】1つの態様に基づく、図12の超音波プローブを用いかつ処理回路によりさらに処理して生成された画像である。
【図１３Ｂ】1つの態様に基づく、図12の超音波プローブを用いかつ処理回路によりさらに処理して生成された画像である。
【図１３Ｃ】1つの態様に基づく、図12の超音波プローブを用いかつ処理回路によりさらに処理して生成された画像である。
【図１３Ｄ】1つの態様に基づく、図12の超音波プローブを用いかつ処理回路によりさらに処理して生成された画像である。
【図１４】1つの態様に基づく、スペックルが低減した超音波画像を生成する例示的方法のフローダイアグラムである。
【図１５】1つの態様に基づく、スペックルが低減した超音波画像を生成する例示的方法のフローダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
特定の態様の詳細な説明
以下の、特定の態様の詳細な説明は、具体的態様のさまざまな説明を提示する。しかし、本明細書に説明する本発明は、例えば特許請求の範囲によって定義およびカバーされるように、多数の異なる方式において具現化されうる。この説明において図面への参照がなされる；それら図面において、同様の符番は同一の要素または機能的に類似する要素を示しうる。図面内に図示される要素は必ずしも縮尺が一律でないことが理解されるであろう。さらに、特定の態様が、図面内に図示されるより多くの要素、および／または図面内に図示される要素の部分集合を含みうることが理解されるであろう。さらに、いくつかの態様に、2つまたはそれ以上の図面に由来する特徴の任意の好適な組み合わせが組み込まれてもよい。
【００３２】
超音波は、ヒトの可聴範囲を上回る周波数を備えた音波である。超音波周波数は典型的に、20キロヘルツ（kHz）を上回り、最大で数ギガヘルツ（GHz）までの範囲である。上述のように、従来の超音波撮像は著しいスペックルノイズを生じる可能性がある。
【００３３】
スペックルノイズは、各散乱ボクセル内における散乱体の分布による音のコヒーレント後方散乱から生じうる。各ボクセル内に散乱振幅
2021526064.tif 000003
があると想定されたい。これらの振幅が強め合うかまたは弱め合って干渉するならば、散乱された信号
2021526064.tif 000004
は各散乱体の散乱強度の和
2021526064.tif 000005
より大きくなるかまたは小さくなるかのいずれかである可能性があり、ゆえにスペックルをもたらす。
【００３４】
スペックルは、N枚のスペックル画像を平均することによって、最大で
2021526064.tif 000006
まで低減される可能性があり、ここでNは正の整数である。その上限は、N枚の画像におけるスペックルが完全に独立している時に実現されうる。スペックル画像は、音の周波数を変動させることによって（周波数複合）、または入射角を変動させることによって（角度複合）取得されうる。周波数および／または角度の変動は、散乱体間の相対位相を変化させる可能性があり、ひいてはスペックルパターンを変化させる可能性がある。角度複合は、超音波アレイの一部分を用いて1つの領域の画像を異なる角度からもたらすことによって、以前に実施されている。アパーチャ全長Lの直線アレイにおいて、所与の深さzにおける横方向分解能はL/zにほぼ比例する。アパーチャをN個のサブセグメントに分けると、各ビューの空間アパーチャはNだけ減少して、横方向分解能は(L/N)/zとなり、全アパーチャを用いた場合よりN倍悪化する。角度複合は空間複合としても公知である。トランスフォームリミテッドパルス（transform limited pulse）を用いることは、周波数複合を最適化してスペックルを低減するための1つの方法である。
【００３５】
本開示は、周波数複合または角度複合のいずれかのみの場合と比較して乗法的なスペックル低減を実現する、組み合わされた周波数・角度複合方法を提供する。M個の角度と各角度におけるN個の周波数とに由来するスペックル画像を平均することにより、最大で
2021526064.tif 000007
だけスペックルを低減できる。乗法的なスペックル低減は、周波数および角度によるスペックル変動の独立性がその起源となりうる。そうした方法を用いることにより、10倍より大きいスペックル低減が実現されうる。
【００３６】
入射角が異なるスペックル画像の複合は、入射角が変化した時に撮像アパーチャが異なる空間位置にあることから、空間複合とも呼ばれうる。「角度複合（angle compounding）」という用語は、本明細書において、スペックルが入射角の関数でありうることを強調するために用いられる。
【００３７】
本明細書において論じる角度（空間）複合処理は、同じ撮像平面内の画像を複合することを含む。これらの角度複合処理は、近くに位置する複数の異なるスキャン平面から取得された画像の平均である複合画像を生成することとは異なる。本明細書に開示する角度複合処理は、同じボクセルを異なる角度から撮像できる。このことは、隣接するボクセルを撮像しそして平均することとは異なる。同じボクセルを異なる角度から撮像することにより、超音波画像は、分解能を犠牲にせずにすむ可能性がある。
【００３８】
本明細書に説明する角度複合の方法は、個々の画像を獲得する時に超音波プローブの全アパーチャを利用する。ゆえに、分解能を妥協しないことができる。本明細書に説明する角度複合の方法は、超音波プローブの実質的に全アパーチャを利用してもよい。超音波プローブの実質的に全アパーチャは、超音波プローブの全アパーチャの少なくとも90%、超音波プローブの全アパーチャの少なくとも95%、超音波プローブの全アパーチャの少なくとも98%、または超音波プローブの全アパーチャであってもよい。
【００３９】
プローブは、ロボットアーム、自由空間光コヒーレンストモグラフィデバイス、慣性センサー、光検出および測距（LIDAR）システム、または他の任意の好適な方法を用いてトラッキングされてもよい。特定の態様において、画像を角度複合するため、画像レジストレーションと弾性画像レジストレーション（elastic image registration）とを組み合わせたアルゴリズムが用いられてもよい。代替的に、異なる角度から撮られた画像をレジスタするための他の任意の好適な方法が用いられてもよい。異なる角度から撮られた画像を乗算することにより、分解能は、横方向分解能および軸方向分解能のうちより良好な分解能を上回る可能性がある。超音波プローブのポジションおよび配向の精密な測定により、画像の初期アライメントが提供されうる。
【００４０】
図1は、1つの態様に基づく、組み合わされた周波数・角度複合を用いる超音波システム10のブロック図である。図示のように、超音波システム10は、ユーザーインターフェース12と、超音波プローブ14と、圧力センサー15と、超音波送受信エレクトロニクス16と、処理回路17とを含む。図示の処理回路17は、画像プロセッサ18とモーション制御測定回路19とを含む。超音波システム10は、超音波画像に対して、組み合わされた周波数・角度複合を行ってもよく、そして、スペックルが低減した複合超音波画像を出力してもよい。特に、画像プロセッサ18が、超音波プローブ14を用いて生成された超音波画像データに対して、組み合わされた周波数・角度複合を行ってもよい。
【００４１】
ユーザーインターフェース12は、現在フレームの超音波画像および／または複合された超音波画像を表示してもよい。ユーザーインターフェース12は、例えば関心領域（ROI）、撮像角度、および／または周波数複合用の周波数など、撮像パラメーターのうち1つまたは複数をオペレーターが定義することを可能にしてもよい。
【００４２】
超音波プローブ14は、超音波信号を送信し、かつ送信された超音波信号のエコーを受信するための、任意の好適なプローブであってもよい。超音波プローブ14は1つまたは複数の超音波トランスデューサーを含んでもよい。超音波プローブ14はオペレーターによって直接的および／または間接的に動かされてもよい。1例として、超音波プローブ14は、オペレーターによって制御されたロボットアームによって動かされてもよい。超音波プローブ14のポジションおよび配向は、超音波プローブ14が動いている間、持続的および／または周期的に測定されてもよい。超音波プローブ14のトランスデューサーと、患者または他の被験体との間の音響結合が、音響ゲルまたは水によって実現されてもよい。
【００４３】
圧力センサー15が超音波トランスデューサー14と一体化されてもよい。圧力センサー15は、超音波プローブ14が被験体に印加する圧力の量を検出してもよい。圧力センサー15からのデータは画像プロセッサ18による組織ひずみ補償において用いられてもよい。圧力センサー15は、超音波プローブ14が閾値より大きい圧力を被験体に印加しているという指標を提供してもよい。
【００４４】
超音波システム10はBモード超音波画像などの超音波画像を獲得してもよい。超音波画像は、持続的に獲得されるか、周期的に獲得されるか、間欠的に獲得されるか、事象（例えばオペレーターによるトリガ）に応答して獲得されるか、または任意の好適なそれらの組み合わせで獲得されてもよい。超音波送受信エレクトロニクス16は、望ましい中心周波数と帯域幅とを備えたパルスを超音波プローブ14に送信させてもよい。送信された超音波パルスのエコーは、超音波プローブ14によって受信されそして送受信エレクトロニクス16によって処理されてもよい。したがって、超音波システム10によってリアルタイムの超音波画像が生成されてもよい。
【００４５】
処理回路17の画像プロセッサ18が周波数複合を行ってもよい。周波数複合は、フーリエフィルタリングを行う超音波受信エレクトロニクスに基づいて行われてもよく、かつ／または、周波数を別々に送信する超音波プローブ14に基づいて行われてもよい。超音波プローブ14のトランスデューサーの帯域幅は、トランスデューサーの自然な周波数応答を補償する送信パワースペクトルを用いることによって、拡大されてもよい。望ましい角度におけるROIを含む画像は、画像プロセッサ18による角度複合に用いられてもよい。画像プロセッサは、画像をレジスタするため、および／または、撮像中の被験体の組織中のひずみを補正するため、1つまたは複数の他の画像によって提供される情報を用いてもよい。処理回路17の画像プロセッサ18はまた、本明細書に開示する任意の好適な原理および利点に基づいて角度複合を行ってもよい。
【００４６】
画像プロセッサ18が画像レジストレーションを行ってもよい。モーション制御測定回路19が超音波プローブ14の動きを測定してもよい。モーション制御測定回路19は、超音波プローブ14のポジションおよび／または配向の指標となる動きデータを生成してもよい。超音波プローブ14の測定された動きを考慮して個々の画像を回転および／または平行移動させることによって、初期画像レジストレーションが行われてもよい。平行移動、回転、または弾性変形のうち1つまたは複数について、連続画像における相関を計算することによって、画像レジストレーションの微細なチューニングが行われてもよい。相関が最大化されたときに画像レジストレーションの最適化が実現されてもよい。
【００４７】
1つの態様において、図2に図示するように、超音波プローブ14はロボットアーム22に取り付けられる。ロボットアーム22は、モーター動力式の関節を伴う能動的なもの、または非動力式の関節を伴う受動的なものの、いずれかであってもよい。能動関節および受動関節のいずれも、エンコーダーを用いた関節角度の読取りを提供してもよい。ロボットアーム22は、オペレーターによって制御されてもよく、そして同じ撮像平面内で、異なる角度からのROIを含有する複数の画像を獲得してもよい。ROIはボクセルまたは体積ピクセルであってもよい。
【００４８】
図2は、角度複合のための、ロボットアーム22による超音波プローブ14の動きを図示している。超音波プローブ14は患者の皮膚24を横切ってスキャンしてもよい。異なる角度から複数の周波数について1つのROIが撮像されてもよい。これらの画像は、ロボットアーム33のポジションに基づいて測定された超音波プローブ14のポジションおよび配向を用いてアライメントされてもよい。図2におけるドットは、超音波プローブ14が患者の皮膚24と接触する位置のポジションを示す。図2は、超音波プローブによって9つの角度から撮像されている同じROIを図示している。これら9つの角度の各々において、複数の異なる周波数について超音波画像データが取得されてもよい。ROIは任意の好適な数の異なる角度において撮像されてもよい。
【００４９】
超音波プローブ14のポジションおよび配向がロボットアーム22によってトラッキングされてもよい。ポジションおよび配向の測定の正確性は、画像のレジストレーションに導入される誤差が超音波のボクセルサイズと比較して相対的に小さいこと（例えばボクセルサイズの1/3未満であること）を確実にしうる。画像の空間複合は、超音波プローブ14のポジションおよび配向に基づいて個々の画像をレジスタし、そして次に画像内の対応ピクセルを平均することによって、実現されてもよい。組織のひずみに対する補正が行われてもよい。動力式のロボットアーム22が被験体に過剰な力を及ぼすことを防ぐため、超音波プローブ14のトランスデューサーが被験体に印加する圧力が、超音波プローブのヘッド部と一体化された1つまたは複数の圧力センサー（例えば図1の圧力センサー15）でモニターされてもよい。同時に、関節モーター内の安全電流限界を上回ったことが検出されたことに応答して、ロボットアーム22が停止されてもよい。
【００５０】
図2には、異なるポジションにある超音波プローブのROIにおいてオーバーラップが100%であることを図示しているが、オーバーラップが100%未満である領域および／またはボクセルについての超音波画像の処理に、本明細書に開示する任意の好適な原理および利点が適用されてもよい。例えば、異なる角度と、撮像中の物体の部分的にオーバーラップする領域とに対応する超音波画像データが、角度複合されてもよい。異なる角度（例えば4つまたは5つの異なる角度）に対応する超音波画像データについての領域および／またはボクセルのオーバーラップがたとえ部分的なものにすぎなくても、組み合わされた周波数・角度複合を適用することによってスペックルが著しく低減されうる。複数の領域および／またはボクセルに対応する全画像にわたるスペックル低減は、異なる角度の複合画像が互いにどのくらいオーバーラップしているかによってさまざまである可能性がある；それは、フォービエイテッド画像（foveated image）の分解能がさまざまでありうることと同様である。
【００５１】
特定の事例において、超音波プローブを動かす際に視覚的表示がオペレーターをガイドしてもよい。視覚的表示は例えば図1のユーザーインターフェース12であってもよい。ガイダンスは、（例えば図2に示すように）ROIのカバー域を増大および／または最大化するようオペレーターを導いてもよい。超音波プローブを動かす際のガイダンスは、例えばロボットアームがオペレーターによって動かされる測定ツールである場合に、実施されてもよい。
【００５２】
別の態様において、超音波プローブのポジションと配向とが、光コヒーレンストモグラフィ（OCT）撮像システムなど、深さを感知できる外部撮像デバイスによってトラッキングされてもよい。図3Aに、1つの態様に基づく、超音波プローブ32をトラッキングするための光学系を備えた超音波システム30を図示する。図3Aに示すように、コリメーティングレンズと、ミラーと、1対のガルボミラーとを含むスキャンヘッド34が、典型的には±15°の範囲内でOCTレーザービームの方向を制御してもよい。それぞれの角度において、光ビームの周波数がスイープされてもよく、そして干渉信号のパワーが参照ビームとともに記録されてもよい。図3Aにはまた、作動距離と、自由移動範囲と、特定のポイントにおけるOCTビームの幅とについて、例示的な距離も含まれている。反射体の深さはスペクトルのフーリエ成分から決定されうる。図3Aにおける超音波プローブ32上に逆反射体のアレイが取り付けられてもよく、そしてOCT画像内のそれらのポジションから超音波プローブ32のポジションと配向とが決定されてもよい。アレイ内の各逆反射体のポジションは、例えば、OCT画像におけるその反射プロフィールの図心から約300 μmの精度まで測定されてもよい。その精度は、5 MHz付近において約1 mmという典型的な超音波ボクセルサイズを上回る可能性があり、ゆえに、角度複合が行われた時に著しい誤差を導入しないと考えられる。超音波プローブ32をトラッキングできる範囲を増大させるため、逆反射体が異なる方向にチルトされてもよい。図3Bに、光学系によって感知されている、yチルトあり、xチルトあり、およびチルトなしの超音波プローブ32を図示する。
【００５３】
弾性画像レジストレーション処理において、感知された画像が参照画像とアライメントされてもよい。感知された画像は、損失関数を最小化するためひずまされてもよい。停止条件に達するまで最適化処理が複数回繰り返されてもよい。
【００５４】
図4に、単一のトランスデューサー素子42による原理証明実験のセットアップを図示する。トランスデューサー素子42は、コーンスターチ粒子を伴うアガロースファントム44を通してスイープされる。コーンスターチ粒子は点散乱として作用しうる。アガロースファントム44は、アガロースファントム44の他の領域と比較してコーンスターチ粒子密度が3倍である領域45を有する。
【００５５】
以下に予備的データについて論じる。図5に、角度間の間隔が10°である9つの異なる角度からの、アガロースファントム44の周波数複合画像を示す。超音波画像の振幅は、図5の下部中央におけるスケールによってプロットされている。画像は、同じ空間領域に対応するよう、回転させかつ空間的にレジスタした。各角度における周波数複合は、2.4 MHz、3.0 MHz、…、7.2 MHzを中心としそれぞれスペクトル幅がσf = 0.14 MHzである9つのガウスパルスを送信することによって行った。そのパルスの幅は1.4 mmの軸方向分解能をもたらし、それは5 MHzにおける1.2 mmの横方向分解能に匹敵する。横方向分解能
2021526064.tif 000008
は、波長λ（5 MHzにおいて0.3 mm）と、超音波トランスデューサーの開口数 NA = 0.12 とによって決定される。
【００５６】
図6に、複合なしの、周波数複合のみを用いる、および組み合わされた周波数・角度複合を用いる画像を図示する。画像62については、アガロースファントム44を単一の点（0°）および周波数（4.8 MHz）で撮像した。画像63を生成するため、9つの周波数（2.4 MHz、3.0 MHz、…、7.2 MHz）および単一の角度（0°）について画像を複合した。画像64を生成するため、9つの周波数（2.4 MHz、3.0 MHz、…、7.2 MHz）および9つの角度（-40°、-30°、…、40°）について画像を複合した。
【００５７】
スペックルを定量化するため、無次元量μ/σを考える；ここでμおよびσはそれぞれスペックル振幅の平均および標準偏差である。密にかつランダムに分布した散乱体について、μ/σは定数1.9に等しい。中心領域内部で測定されたμ/σの低減は8.8xであり、スペックルをそれぞれ2.9xおよび3.1x低減させる周波数複合のみおよび角度複合のみを用いた場合より著しく大きい。一方で、測定された8.8xのスペックル低減は、M = N = 9 についての理論的な向上
2021526064.tif 000009
と一致する。
【００５８】
実験との比較として、10 mm x 10 mm の面積内に分布した4x104個の粒子について数値シミュレーションを行った。粒子分布は、直径8 mmの円形領域内で密度が3xの高さであることを除いて、ランダムである。粒子の総数をさらに増やしても、スペックル低減のシミュレーションに著しい影響は見られない。複合なしの、周波数複合のみを用いる、および組み合わされた周波数・角度複合を用いるスペックル画像を、それぞれ画像65、66、および67に示す。実験およびシミュレーションのすべての画像は、図6の下部に示す同じ陰影スケールを用いている。対応するスペックル低減はそれぞれ1.0x、3.5x、および9.0xであり、周波数および角度による乗法的なスペックル低減が確認された。
【００５９】
ロボットアームおよび市販の直線アレイを用いてヒトの前腕を9つの異なる角度から撮像した。図7に、複合なしの画像と、9倍の周波数複合のみによる画像と、9x9倍の周波数・角度複合による画像との比較を示す。単一の角度および周波数における前腕の第一の画像72が示されている；前腕の第二の画像74は、単一の角度について9つの異なる周波数で複合されている；そして、前腕の第三の画像76は、9つの異なる角度について9つの周波数で複合されている。複合画像を生成するため、周波数は0.8 MHz間隔とし、角度は10°間隔とした。ロボットアームの動きを考慮した粗いアライメントの後、解剖学的特徴の鮮明さが向上したことが明らかである。角度複合のため画像レジストレーションにおける微調整を適用した。ここで、隣接画像セクション間の相関を、それらの相対変位の関数として計算した。最大の相関に対応する変位を、画像獲得中の組織の動きを補正するために用いた。図8に、微調整の前および後に2つの角度で撮られたオーバーレイ疑似カラー画像を示す。微調整によって解剖学的特徴のアライメントが向上している。
【００６０】
特定の態様において、個々の画像を加算ではなく乗算することによって角度複合が行われてもよい。図9に、釣糸のアレイの角度複合画像92および94を示す。画像内の各輝点が1つの釣糸に対応する。第一の画像92を生成するため、異なる角度に対応する個々の画像が加算された。第二の画像94は、異なる角度に対応する個々の画像を乗算することによって生成された。異なる角度からの画像が乗算される時、引き延ばされた点拡がり関数のオーバーラップ領域が強められ、その結果として3〜5倍シャープな点拡がり関数が得られる。
【００６１】
本明細書に開示する超音波撮像はさまざまな異なる物体に適用されうる。組み合わされた周波数・角度複合は、異なる組織の超音波撮像についてスペックル低減を示している。図10にニワトリ心臓の超音波画像を示す。ニワトリ心臓の画像は、組み合わされた周波数・角度複合が超音波画像におけるスペックルを低減できることを例証する別の例である。ニワトリ心臓の第一の画像102は複合なしで生成され、ニワトリ心臓の第二の画像104は周波数複合で生成され、そしてニワトリ心臓の第三の画像106は組み合わされた周波数・角度複合を用いて生成された。これらの画像は、組み合わされた周波数・角度複合が超音波撮像におけるスペックルを著しく低減できることを示している。
【００６２】
周波数および角度に加えて、超音波パルスの波面もスペックルをさらに低減するため変調されてもよい。光コヒーレンストモグラフィにおいて、波面の変調は、光学焦点の共役平面内にすりガラスを置くことによって実施されている。超音波において、異なる波面を備えたパルスは、個々の送信素子によって生成された信号に位相遅延および振幅変調を適用することによって形成されうる。それはまた受信において実施されてもよく、その場合、個々の受信素子によって検出された信号に位相遅延および振幅変調が適用されてもよい。異なるスペックル画像を取得するため撮像パラメーターが変動されてもよく、それには音の周波数、角度、および波面などが含まれる。
【００６３】
図11は、1つの態様に基づく、超音波をサンプル114内の異なる方向に向けるためのビームステアリングを備えた超音波プローブ112の線図である。図11は、超音波撮像におけるスペックルを低減するため角度複合するための超音波ビームステアリングの例を図示している。超音波ビームは、異なる角度を測定するため1次元（1D）位相アレイ115を用いてステアリングされてもよい。このことは、遅延素子117を用いて、各波源素子116によって生成される位相遅延を変動させることを伴ってもよい。波源素子116が異なる時点で起動される時、すべての波源素子116からの音波の干渉によって、位相遅延により制御可能な特定の角度にチルトした波面をもたらすことができる。したがって、そうしたシステムにおいて、超音波プローブ112とサンプル114との接触条件を変えることなく撮像角度を調整することができる。超音波画像におけるスペックルノイズを低減するため、オーバーラップするサンプル領域を含有する異なる角度からの超音波画像が測定および処理されてもよい。
【００６４】
1つの態様において、電子波形ジェネレター118がパルス形状の波形を生成し、その波形は、遅延素子アレイ内の一連の遅延素子117によりφ0〜φNの異なる位相遅延を受ける。各遅延素子117間の位相遅延の量は位相遅延コントローラー119によって正確に制御される。波源素子アレイ内の一連の超音波源素子116は、各波源素子116が遅延素子アレイ内の1つの遅延素子117からの位相遅延パルスを受信するように構成される。波源素子116は、電子パルスを、サンプル114内を伝搬する超音波パルスに変換してもよい。隣接する遅延素子117間の位相遅延が0である時、すべての波源素子117が同時に超音波パルスを生成してもよく、それは方向Dir0に伝搬する波面をもたらす。位相遅延がΔφである時、超音波の有効波面は方向Dir1に伝搬し、Dir0とDir1との間の角度θは次式により与えられる。
2021526064.tif 000010
【００６５】
この等式において、fは超音波パルスの周波数、dは各波源素子間の距離、そしてcは音速である。
【００６６】
図12は、1つの態様に基づく、視野が比較的大きく、感度が比較的高く、かつスペックルが低減した、サンプル124のパノラマ超音波画像を生成する、超音波プローブ122の線図である。超音波プローブ122は、一連の超音波画像をキャプチャするため、比較的大きなサンプル124の断面を撮像するよう技師によって操作される。図12は、超音波プローブ122が技師によって動かされるのにつれて超音波プローブ122がさまざまな異なるポジションにあることを示している。すべての超音波画像はほぼ同じBスキャン平面内にある。超音波画像データには、隣接する画像間でサンプルの同じ部分をカバーしている充分なオーバーラップがある。超音波プローブ122の変位（例えば平行移動および回転）と、画像の点とを計算するため、隣接する超音波画像を画像相関アルゴリズムが処理してもよい。超音波プローブ122のモーション中における比較的軽微なサンプルひずみを補正するため、弾性ひずみ補償アルゴリズムが適用されてもよい。変位およびひずみが補正された個々の画像を用いて最終的な画像が計算される。
【００６７】
この撮像モードは、従来のシングルBスキャン超音波画像と比較して恩典を実現しうる。例えば、複数のサンプル領域が組み合わせられてサンプルの最終画像になる場合は、より大きな視野が実現されうる。別の例として、複数の画像においてキャプチャされたサンプル領域の信号が最終画像において平均および表示される場合は、より高い感度が実現されうる。最終画像におけるスペックルノイズを平均するため周波数複合および空間複合の方法が用いられる場合は、スペックルノイズの低減が実現されうる。
【００６８】
図13A〜13Dに、1つの態様に基づく、超音波プローブ122を用い、かつ処理回路によりさらに処理して生成された画像を図示する。
【００６９】
超音波プローブ122は、隣接する画像間で同じサンプル領域を充分にカバーしている一連の画像をキャプチャできる。図13Aはそうした一連の画像の5つの画像を示している。各画像におけるスペックルを低減するため周波数複合が適用されてもよい。
【００７０】
プローブ（および画像中心）の平行移動および回転を計算するため、画像相関アルゴリズムを用いて2つの隣接画像が処理されてもよい。図13Bに、互いにアライメントするよう平行移動および回転された、図13Aからの画像2および3を示す。計算された変位は図13B内の矢印によって記されている。画像の平行移動および回転は、後の処理のための変位補正画像を生成しうる。
【００７１】
超音波プローブ122のモーション中における比較的軽微なサンプルひずみを補正するため、弾性サンプルひずみ補償アルゴリズムが適用されてもよい。サンプルひずみが補正された時に画像相関メリット関数が最大化されてもよい。この演算は、後の処理のためのサンプルひずみ補正画像を生成しうる。サンプルひずみ補正画像の例を図13Cに示す。
【００７２】
変位補正画像およびひずみ補正画像の両方に基づいて最終画像が生成されてもよい。図13Dにそうした最終画像の例を示す。より大きな視野と、より高い感度と、低減したスペックルノイズとが最終画像において実現されうる。
【００７３】
図14は、1つの態様に基づく、スペックルが低減した超音波画像を生成する例示的方法140のフローダイアグラムである。方法140は、本明細書に開示する任意の好適な超音波システムで行われてもよい。本明細書に開示する、超音波画像を作り出す任意の好適な原理および利点が、方法140において実施されてもよい。
【００７４】
方法140は、ブロック142において、第一の角度と多重周波数とに対応する、物体のボクセルについての第一の画像データを生成する段階を含む。第一の画像データは、本明細書に開示する任意の超音波プローブおよび／または他の任意の好適な超音波プローブで生成されてもよい。超音波プローブは、周波数・角度複合のため、1つまたは複数の他の角度および多重周波数について画像データを生成するために用いられてもよい。方法140は、ブロック144において、第二の角度と多重周波数とに対応する、物体のボクセルについての第二の画像データを生成する段階を含む。第一の画像データおよび第二の画像データは、異なる角度から撮像された同じボクセルに対応してもよい。第一の画像データについての超音波プローブの多重超音波周波数は、第二の画像データについての超音波プローブの多重周波数と同じであってもよい。他のいくつかの事例において、第一の画像データについての超音波プローブの多重超音波周波数のうち1つまたは複数が、第二の画像データについての超音波プローブの多重周波数と異なっていてもよい。1つまたは複数の他の角度および多重周波数についての画像データもまた超音波プローブによって生成されてもよい。
【００７５】
任意の好適な処理回路が、超音波プローブを用いて生成された画像データを処理してもよい。そうした処理には周波数・角度複合が含まれる。ブロック146において画像データが周波数・角度複合されてもよい。前記ボクセルを含むボクセルアレイに対応する超音波画像の一部分を生成するため、第一および第二の画像データが周波数・角度複合されてもよい。本明細書に論じるように、周波数・角度複合はスペックルを著しく低減させうる。特定の態様において、周波数複合が角度複合の前に行われてもよい。他のいくつかの態様において、角度複合が周波数複合の前に行われてもよい。特定の態様において、角度複合と周波数複合とが少なくとも部分的に同時に行われてもよい。
【００７６】
ブロック142、144、および146における演算は、複数の他のボクセルについて、順次かつ／または少なくとも部分的に平行して行われてもよい。これにより、超音波画像の他の部分についての複合画像データが生成されてもよい。
【００７７】
方法140のブロック148において超音波画像が出力される。例えば、超音波画像がディスプレイ上に視覚的に提示されてもよい。
【００７８】
図15は、1つの態様に基づく、スペックルが低減した超音波画像を生成する例示的方法150のフローダイアグラムである。方法150は、本明細書に開示する任意の好適な超音波システムで行われてもよい。本明細書に開示する、超音波画像を作り出す任意の好適な原理および利点が、方法150において実施されてもよい。方法150および／または本明細書に開示する他の任意の方法の演算は、任意の好適な順序で行われてもよい。
【００７９】
方法150は、ブロック152において、多重周波数に対応する、ボクセルについての第一の画像データを生成する段階を含む。第一の画像データは第一のポジションにある超音波プローブによって生成される。ブロック153において超音波プローブが動かされる。このことは、少なくとも、超音波プローブを第一のポジションから第二のポジションまで動かすことを伴ってもよい。超音波プローブは例えば技師によってかつ／またはロボットアームによって動かされてもよい。ブロック154において、超音波プローブが動いている間に超音波プローブのモーションがトラッキングされてもよい。モーションは、慣性センサー、光学系、LIDARシステム、もしくは任意の好適なそれらの組み合わせなど、任意の好適なセンサーおよび／または感知システムを用いて、任意の好適な様式でトラッキングされてもよい。ブロック154において、超音波プローブの動きを表す動きデータが生成されてもよい。動きデータは、超音波プローブのポジションおよび／または配向の指標となってもよい。ブロック155において、多重周波数に対応する、ボクセルについての第二の画像データが生成される。第二の画像データは第二のポジションにある超音波プローブによって生成される。特定の事例において、超音波プローブが動いている間に第二の画像データが生成されてもよい。他のいくつかの事例において、超音波プローブが動いていない間に第二の画像データが生成されてもよい。
【００８０】
ブロック156において処理回路が第一の画像データを第二の画像データとアライメントしてもよい。アライメントはブロック154において生成された動きデータに基づいてもよい。ブロック157において、前記ボクセルについての複合データが生成されるように、第一および第二の画像データが周波数複合および角度複合されてもよい。角度複合は、ブロック156において第一および第二の画像データがアライメントされた後に行われてもよい。周波数複合は、ブロック156において第一および第二の画像データがアライメントされる前または後のいずれかに行われてもよい。第一および第二の画像データを周波数・角度複合することにより、ボクセルはスペックルが低減した状態で撮像されうる。
【００８１】
ブロック151〜157における演算は、複数の他のボクセルについて、順次かつ／または少なくとも部分的に平行して行われてもよい。これにより、超音波画像の他の部分についての複合画像データが生成されてもよい。
【００８２】
ブロック158において超音波画像が出力される。超音波画像は、前記ボクセルを含む、撮像中の物体の任意のボクセルアレイに対応する。超音波画像は、超音波プローブの実質的に全アパーチャに対応する分解能を有しうる。
【００８３】
超音波撮像機器は、画像を形成するために1つまたは複数の撮像パラメーターを用いるシステムを含んでもよい。撮像パラメーターのうち1つまたは複数が散乱係数画像から取得されてもよい。散乱係数画像内のスペックルノイズを低減するための2つまたはそれ以上の処理が利用されてもよい。ノイズ低減処理の組み合わせが、個々のノイズ低減処理より低いノイズを提供してもよい。スペックルノイズ低減が画像の鮮明さを向上させてもよい。
【００８４】
本明細書に論じる任意の信号処理が処理回路によって行われてもよい。処理回路は、その信号処理を行うよう構成された回路網を含む。
【００８５】
以上に特定の態様を説明したが、これらの態様は例として提示されているにすぎず、本開示の範囲を限定することは意図されていない。事実、本明細書に説明する新規のデバイス、システム、装置、および方法は、他のさまざまな形式で具現化されてもよい。本開示の諸態様の原理および利点は、そうした原理および利点が恩典となりうる他の任意の好適なデバイス、システム、装置、および／または方法に用いられてもよい。さらに、本明細書に説明する方法およびシステムの形式におけるさまざまな省略、置換、および変更が、本開示の精神から逸脱することなく行われうる。可能なすべての組み合わせおよび下位組み合わせが本開示の範囲内に入るものと意図されている。例えば、ブロックが所与の配置で提示されているが、代替的態様において、異なるコンポーネントおよび／または回路トポロジーで同様の機能性が行われてもよく、かつ、いくつかのブロックが削除、移動、追加、細分、組み合わせ、および／または改変されてもよい。これらブロックの各々が、さまざまな異なる方式で実施されてもよい。上述のさまざまな態様の要素および作用の任意の好適な組み合わせが、さらなる態様を提供するため組み合わせられてもよい。
【００８６】
本出願において、請求項が単一の独立請求項の形式で提示される可能性があるが、技術的に実行可能でないことが明らかである場合を除いて、同種の先行請求項に従属するいずれの請求項も明確に企図されていることが理解されるべきである。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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