(57)【要約】【課題】  設計されたパルスのシーケンスとともに適応クラッタフィルタを用いる、動く組織の正確な超音波画像を与える方法及び装置を提供することを目的とする。【解決手段】  １つの実施例では、高パワーパルスの間に低パワーパルスが散在し、適応フィルタの特性は夫々のパルスのエコーの受信と調和するよう連続的に変化される。フィルタの閾値は、非組織の検出を可能とするよう高パワーパルスからのエコーの受信時に高閾値レベルに設定され、同様に、組織の検出を可能とするよう低パワーパルスからのエコーの受信時に高閾値レベルに設定される。それに加えて又はその代わりに変化されうる送信信号のパラメータには、エンベロープ形状、基本周波数、パルスの持続時間、送信パケットの大きさ、パルス繰り返し周波数、及び送信線密度が含まれうる。【選択図】  図２
2004195228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の超音波送信パルスを送信し、送信器制御信号の受け取りに応じて前記送信パルスの特性を変更することが可能な送信器と、
前記送信パルスに応じてエコー信号を受信する受信器と、
前記受信器から前記受信されたエコー信号を受け取り、フィルタ制御信号の受け取りに応じてフィルタリング特性を変更することが可能な適応フィルタと、
前記適応フィルタから前記フィルタリングされたエコー信号を受け取り、表示信号を発生するよう前記フィルタリングされたエコー信号を処理し、表示制御信号の受け取りに応じて前記フィルタリングされたエコー信号の処理を変更することが可能な表示信号プロセッサと、前記表示制御信号は前記表示信号プロセッサによって受け取られる前記フィルタリングされたエコー信号に対する前記適応フィルタのフィルタリング特性を示し、前記表示信号は出力装置に画像を生じさせるのに適しており、
前記送信器への前記送信器制御信号及び前記適応フィルタへの前記フィルタ制御信号を発生するシステム制御器とを含む、
超音波診断撮像システムであって、
前記送信器制御信号及び前記フィルタ制御信号は、前記送信器制御信号が１つ又はそれ以上の送信パルスの特性を変更させるとき、前記フィルタ制御信号は、前記送信器制御信号に応じて変更されている特性を有する送信パルスに対応する受信されたエコー信号の受け取り時に前記適応フィルタにそのフィルタリング特性を変更させるよう、適切に同期される、システム。
【請求項２】
前記変更される送信パルスの特性は前記送信パルスのメカニカル・インデックスを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記送信パルスのメカニカル・インデックスは第１のレベルと第２のレベルの間で変化され、前記第１のレベルのメカニカル・インデックスは前記第２のレベルのメカニカル・インデックスよりも高く、前記適応フィルタは前記第１のレベルの送信パルスに対応する受信されたエコーのみを用いて関心領域中の組織の動きの推定値を決定する、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記送信パルスのメカニカル・インデックスは第１のレベルと第２のレベルの間で変化され、前記第１のレベルのメカニカル・インデックスは前記第２のレベルのメカニカル・インデックスよりも高く、前記表示信号プロセッサは前記第２のレベルの送信パルスに対応する受信されたエコーのみを用いて関心領域中の組織の動きの推定値を決定し、前記表示信号プロセッサは、前記第２のレベルの送信パルスに対応する前記受信されたエコーから形成される組織の動きの推定値に基づいて動きについて補正される前記第１のレベルの送信パルスに対応する受信されたエコーのみを用いて前記監視領域中の非組織の信号パワー推定値を決定する、請求項２記載のシステム。
【請求項５】
変更される前記適応フィルタの前記フィルタリング特性は、フィルタリング閾値を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項６】
前記送信パルスのメカニカル・インデックスは第１のレベルと第２のレベルの間で変化され、前記第１のレベルのメカニカル・インデックスは前記第２のレベルのメカニカル・インデックスよりも高く、前記適応フィルタの前記フィルタリング閾値は第１の閾値と第２の閾値の間で変化され、前記第１の閾値は前記第２の閾値よりも高く、前記適応フィルタは、前記第１のレベルのメカニカル・インデックスを有する送信パルスに対応するエコー信号を受け取り、前記適応フィルタのフィルタリング閾値は前記第１の閾値であり、前記適応フィルタが前記第２のレベルのメカニカル・インデックスを有する送信パルスに対応するエコー信号を受け取るとき、前記適応フィルタの前記フィルタリング閾値は前記第２の閾値である、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のレベルのメカニカル・インデックスは少なくとも０．９であり、前記第２のレベルのメカニカル・インデックスは約０．０５乃至約０．２である、請求項３記載のシステム。
【請求項８】
前記第１のレベルのメカニカル・インデックスは少なくとも０．９であり、前記第２のレベルのメカニカル・インデックスは約０．０５乃至約０．２である、請求項４記載のシステム。
【請求項９】
前記第１のレベルのメカニカル・インデックスは少なくとも０．９であり、前記第２のレベルのメカニカル・インデックスは約０．０５乃至約０．２である、請求項６記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２のレベルのメカニカル・インデックスは約０．１である、請求項７記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２のレベルのメカニカル・インデックスは約０．１である、請求項８記載のシステム。
【請求項１２】
前記第２のレベルのメカニカル・インデックスは約０．１である、請求項９記載のシステム。
【請求項１３】
前記送信パルスのメカニカル・インデックスは、夫々が１つの第２のレベルのパルスとそれに続く複数の第１のレベルのパルスとを含む複数のパルスパケットを送信器が送信するよう変化される、請求項３記載のシステム。
【請求項１４】
前記送信パルスのメカニカル・インデックスは、夫々が１つの第２のレベルのパルスとそれに続く複数の第１のレベルのパルスとを含む複数のパルスパケットを送信器が送信するよう変化される、請求項４記載のシステム。
【請求項１５】
前記送信パルスのメカニカル・インデックスは、夫々が１つの第２のレベルのパルスとそれに続く複数の第１のレベルのパルスとを含む複数のパルスパケットを送信器が送信するよう変化される、請求項６記載のシステム。
【請求項１６】
各パルスパケット中の前記送信パルスの前記メカニカル・インデックスは、各パルスパケットが前記第１のレベル及び前記第２のレベルのパルスの対称的な配置を含むよう変化される、請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
各パルスパケット中の前記送信パルスの前記メカニカル・インデックスは、各パルスパケットが前記第１のレベル及び前記第２のレベルのパルスの対称的な配置を含むよう変化される、請求項１４記載のシステム。
【請求項１８】
各パルスパケット中の前記送信パルスの前記メカニカル・インデックスは、各パルスパケットが前記第１のレベル及び前記第２のレベルのパルスの対称的な配置を含むよう変化される、請求項１５記載のシステム。
【請求項１９】
変更される前記送信パルスの特性は、前記送信パルスのエンベロープ形状、前記送信パルスの基本周波数、前記送信パルスの位相特性、前記送信パルスの持続時間、送信パルスの繰返し周波数、及び送信回線密度からなる群のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項２０】
関心領域にマイクロバブル造影剤を注入し、
前記関心領域へ一連の超音波送信パルスを送信し、
前記送信パルスの特性を変化させ、
前記送信パルスに応じてエコー信号を受信し、
適応フィルタを用いて前記受信されたエコー信号をフィルタリングし、
前記適応フィルタのフィルタリング特性を、前記特性が変更された送信パルスに対応するエコー信号の前記適応フィルタによる受け取りと一致するよう変更する、
超音波スキャン方法。
【請求項２１】
前記変更される送信パルスの特性は前記送信パルスのメカニカル・インデックスを含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記送信パルスのメカニカル・インデックスは第１のレベルと第２のレベルの間で変化され、前記第１のレベルのメカニカル・インデックスは前記第２のレベルのメカニカル・インデックスよりも高く、前記適応フィルタは前記第１のレベルの送信パルスに対応する受信されたエコーのみを用いて関心領域中の組織の動きの推定値を決定する、請求項１２記載の方法。
【請求項２３】
前記送信パルスのメカニカル・インデックスは第１のレベルと第２のレベルの間で変化され、前記第１のレベルのメカニカル・インデックスは前記第２のレベルのメカニカル・インデックスよりも高く、前記表示信号プロセッサは前記第２のレベルの送信パルスに対応する受信されたエコーのみを用いて関心領域中の組織の動きの推定値を決定し、前記表示信号プロセッサは、前記第２のレベルの送信パルスに対応する前記受信されたエコーから形成される組織の動きの推定値に基づいて動きについて補正される前記第１のレベルの送信パルスに対応する受信されたエコーのみを用いて前記監視領域中の非組織の信号パワー推定値を決定する、請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
変更される前記適応フィルタの前記フィルタリング特性は、フィルタリング閾値を含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２５】
前記送信パルスのメカニカル・インデックスは第１のレベルと第２のレベルの間で変化され、前記第１のレベルのメカニカル・インデックスは前記第２のレベルのメカニカル・インデックスよりも高く、前記適応フィルタの前記フィルタリング閾値は第１の閾値と第２の閾値の間で変化され、前記第１の閾値は前記第２の閾値よりも高く、前記適応フィルタは、前記第１のレベルのメカニカル・インデックスを有する送信パルスに対応するエコー信号を受け取り、前記適応フィルタのフィルタリング閾値は前記第１の閾値であり、前記適応フィルタが前記第２のレベルのメカニカル・インデックスを有する送信パルスに対応するエコー信号を受け取るとき、前記適応フィルタの前記フィルタリング閾値は前記第２の閾値である、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記第１のレベルのメカニカル・インデックスは少なくとも０．９であり、前記第２のレベルのメカニカル・インデックスは約０．０５乃至約０．２である、請求項２２記載の方法。
【請求項２７】
前記第１のレベルのメカニカル・インデックスは少なくとも０．９であり、前記第２のレベルのメカニカル・インデックスは約０．０５乃至約０．２である、請求項２３記載の方法。
【請求項２８】
前記第１のレベルのメカニカル・インデックスは少なくとも０．９であり、前記第２のレベルのメカニカル・インデックスは約０．０５乃至約０．２である、請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
前記第２のレベルのメカニカル・インデックスは約０．１である、請求項２６記載の方法。
【請求項３０】
前記第２のレベルのメカニカル・インデックスは約０．１である、請求項２７記載の方法。
【請求項３１】
前記第２のレベルのメカニカル・インデックスは約０．１である、請求項２８記載の方法。
【請求項３２】
前記送信パルスのメカニカル・インデックスは、夫々が１つの第２のレベルのパルスとそれに続く複数の第１のレベルのパルスとを含む複数のパルスパケットを送信器が送信するよう変化される、請求項２２記載の方法。
【請求項３３】
前記送信パルスのメカニカル・インデックスは、夫々が１つの第２のレベルのパルスとそれに続く複数の第１のレベルのパルスとを含む複数のパルスパケットを送信器が送信するよう変化される、請求項２３記載の方法。
【請求項３４】
前記送信パルスのメカニカル・インデックスは、夫々が１つの第２のレベルのパルスとそれに続く複数の第１のレベルのパルスとを含む複数のパルスパケットを送信器が送信するよう変化される、請求項２５記載の方法。
【請求項３５】
各パルスパケット中の前記送信パルスの前記メカニカル・インデックスは、各パルスパケットが前記第１のレベル及び前記第２のレベルのパルスの対称的な配置を含むよう変化される、請求項３２記載の方法。
【請求項３６】
各パルスパケット中の前記送信パルスの前記メカニカル・インデックスは、各パルスパケットが前記第１のレベル及び前記第２のレベルのパルスの対称的な配置を含むよう変化される、請求項３３記載の方法。
【請求項３７】
各パルスパケット中の前記送信パルスの前記メカニカル・インデックスは、各パルスパケットが前記第１のレベル及び前記第２のレベルのパルスの対称的な配置を含むよう変化される、請求項３４記載の方法。
【請求項３８】
変更される前記送信パルスの特性は、前記送信パルスのエンベロープ形状、前記送信パルスの基本周波数、前記送信パルスの位相特性、前記送信パルスの持続時間、送信パルスの繰返し周波数、及び送信回線密度からなる群のうちの少なくとも１つを含む、請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断撮像に関連し、特に、組織及び超音波造影剤に関連する超音波信号のセグメンテーション又は識別に関連する。
【背景技術】
【０００２】
超音波造影剤は、病気の検出及び診断のために広く使用されている。現世代の超音波造影剤は、患者の血流に注入される脂質といった可溶性物質中にしばしばカプセル封入される微細なマイクロバブルからなる。これらの造影剤は、適切なレベルの超音波エネルギーで超音波に当てられたとき、マイクロバブルが非線形に応答し、線形送信波の非線形成分を含むエコー信号を返すという性質を有する。これらの非線形成分は、送信周波数の倍数調波で最も強くそれ自身を示し、従って造影剤は一般的に高調波造影剤と称される。高調波造影剤は、有利には、高調波周波数でそれ自身を強く示すため、他のエコー信号に対して優れたセグメンテーションを与える。
【０００３】
高調波造影剤は循環系を通って移動するため、血流及び灌流の診断を改善するのに理想的である。高調波造影剤は、例えば冠状動脈中の閉塞を診断するため、又は心筋血流を図解するために使用される。大きい空気塞栓から生じうる問題とは異なり、マイクロバブルは通常の身体の機能によって血流から濾過されるため、微小なマイクロバブルは患者に対する優れた安全性を与える。従って、造影剤は、いったん体の中へ注入されると、いつまでもそこにとどまるのではなく、素早く移動させられる。
【０００４】
図１中、特許文献１に詳述されている超音波診断撮像システムをブロック図の形で示す。アレイトランスデューサを含むプローブ１０は、超音波エネルギーを体の関心領域へ送信し、組織、細胞、及び、造影剤が使用される場合は造影剤を含む、体の中の流れる物質から戻されるエコーを受信する。アレイトランスデューサは、線形又は曲がったアレイでありえ、フェーズドアレイ又は線形アレイとして動作しうる。トランスデューサは、２次元アレイトランスデューサ又は単一結晶トランスデューサを含む任意のパルス化された超音波トランスデューサでありうる。
【０００５】
フェーズドアレイ動作は、しばしばリアルタイム調査のために望まれる。アレイトランスデューサによる送受信のタイミングは、送信ビーム形成器（ビームフォーマ）１６及び受信ビーム形成器１８に接続されるビーム形成器制御器１４によって同期される。各ビーム形成器のチャネルは、信号の送受信を個々の素子とは別々に制御するようアレイトランスデューサの個々の素子に接続される。送信ビーム形成器１６は、ビーム形成器制御器１４の制御下で、アレイ中の各素子が波動又はパルスを送信するよう作動される時間を決定する。この制御された送信タイミングは、アレイ全体によって送信される波動が所定の方向、即ち所定の走査線に沿って操縦され、所定の焦点深さで合焦されることを可能とする。２つのビーム形成器１６、１８のチャネルは、受信ビーム形成器チャネル入力を高い送信電圧から保護する送信／受信スイッチ１７によってアレイの素子に結合される。個々のトランスデューサ素子によって受信される信号は、送信／受信スイッチ１７によって受信ビーム形成器１８の個々のチャネルに結合される。これらの入力路は、また、受信エコー信号を増幅する前置増幅器と、深さ依存の減衰の影響をずらすための時間利得補正回路とを含みうる。受信ビーム形成器１８がディジタルビーム形成器であるとき、ビーム形成器の各チャネルは、それに先行してアナログ・ディジタル変換器があるか、アナログ・ディジタル変換器を含む。ビーム形成器のチャネルは、走査線に沿った共通の点（サンプルボリューム）から受信される信号が時間的に一致するよう走査線に沿って各トランスデューサ素子によって受信されるエコーを連続的に適切に遅延する。連続的な遅延の変化は、走査線に沿った受信エコー信号のダイナミックな合焦に影響を与える。チャネルの出力における信号は、コヒーレントなエコー信号のシーケンスを形成するよう組み合わされる。
【０００６】
受信ビーム形成器はまた、従来通り、ダイナミックな開口の変化の影響をずらすよう信号振幅の正規化といった他の処理動作を行う。受信ビーム形成器１８はまた、マルチライン受信を行うために、２つ又はそれ以上のチャネル群へ分割されてもよく、各チャネル群はビーム形成器制御器１４からの固有の遅延プログラミングを有する。マルチライン受信では、各チャネル群は受信ビームをそれ自身の走査線に沿って操縦及び合焦し、それにより２つ又はそれ以上の受信走査線を同時に形成する。マルチライン受信は、より短い時間で１つの画像の全ての走査線を取得することによりフレームレートを高めうる一方で、全ての受信された走査線が送信開口と対称的に一致するわけではないので、収差の影響を受けやすい。
【０００７】
ここで走査線によって受信されたコヒーレントなエコーのシーケンスが検出されえ、グレースケール値の範囲へスケーリングされ、所望の画像フォーマットにスキャンコンバートされ、表示されることで、Ｂモード画像が形成される。図１の装置では、コヒーレントなエコーは直角帯域通過（ＱＢＰ）フィルタ２０によって同相（Ｉ）及び直角位相（Ｑ）のサンプルへ復調される。Ｉ，Ｑサンプルは、ドプラパワー、速度、加速度、分散、及び流れ又は動きの方向を決定するようドプラ処理され得、また、アルゴリズム（Ｉ2＋Ｑ2）1/2によってエコー信号の振幅を検出するためにも使用されうる。図１中、Ｉ，Ｑサンプルは周波数複合回路２２によりスペックルを除去するよう処理される。エコーの振幅は検出器２４によって検出され、検出されたエコー信号はエコーデータバス３２によりグレースケールプロセッサ６０に印加され、そこでエコーはログ圧縮を受け、グレースケールマッピングされる。ログ圧縮及びグレースケール処理の望ましい技術の詳細については、特許文献２に記載されている。グレースケール信号は、画像データバス８２によってスキャンコンバータ８０に結合され、そこでＲ−θ走査線データは所望の表示形式へ変換される。スキャンコンバートされた画像はディスプレイ９０上に表示される。
【０００８】
ＱＢＰフィルタ２０、周波数復号化回路２２、及び検出器２４の詳細な説明は、特許文献３に記載されている。
【０００９】
ドプラ撮像のため、走査線に沿った各サンプルボリュームにおいて時間的なエコーシーケンスを集めるため、走査線は時間間隔に亘って繰り返し走査される。アンサンブルと称されるこの時間的なエコーシーケンスは、送信波動のシーケンスによって取得され、その繰返し周波数はパルス繰返し周波数ＰＲＦと称される。各個々に送信された波動又はパルスは、診断用超音波の通常のＲＦ範囲にあるドプラ周波数と称される公称周波数を示す。ＰＲＦは、通常はキロヘルツの範囲又はそれ以下の範囲にある。エコーアンサンブルは、アンサンブル格納部２６で蓄積され、そこからドプラ処理のための完全なアンサンブルが生成される。
【００１０】
ドプラ処理の従来の最初のステップは、壁（Ｗａｌｌ）フィルタリングである。心臓又は血管中の血流を撮像又は測定するとき、血液細胞からの比較的低いレベルのエコーは例えば血管又は心臓壁といった近くの組織によって反射される強いエコーに圧倒されうる。この処置は一般的には、血流を撮像又は測定するために行われるため、組織のエコーはこの場合には除去されうるクラッター（ｃｌｕｔｔｅｒ）である。これらの不要な信号を除去する回路は、その基本的な目的は心臓及び血管の壁からエコーを除去することであるため、「壁（Ｗａｌｌ）フィルタ」と称される。組織信号は一般的には血流信号よりも大きい振幅とより低い周波数であるため、これらの信号は、振幅、周波数、又はこれらの２つの特性の組み合わせによって弁別されうる。組織信号と「フラッシュ（ｆｌａｓｈ）」として知られるドプラティファクトを除去する１つの技術は、特許文献４に開示されている。
【００１１】
壁フィルタは、組織ドプラ信号を血流ドプラ信号の除外へ通すよう逆の特性で動作されうる。これらの組織の信号がドプラ処理されると、心筋及び弁といった動く組織の画像が生成されうる。この撮像技術は組織ドプラ撮像として知られる。組織ドプラ撮像の例は、特許文献５に記載されている。
【００１２】
フィルタ３０によってフィルタリングされ、血流又は組織を示す信号を含むドプラ信号は、それらがドプラ位相シフト又は信号強度のドプラ推定（パワードプラ）を行うために使用されうるドプラプロセッサ４０へ印加される。従来は、これはドプラ信号データのフーリエ変換又は自己相関によって行われる。望ましい技術は、ドプラ位相シフト又はドプラ信号の基準又は中央周波数を同時に推定する２次元自己相関を行うことである。後者は、位相シフト推定において深さ依存の周波数減衰の効果を補正するのに有用である。このような２次元ドプラプロセッサは、特許文献６に記載されている。ドプラ周波数又は位相シフトは、エコーを戻す血流又は組織の速度に比例するため、速度、加速度又は分散数の生成は簡単である。カラーフロードプラでは、血流の速度はカラースケールへマッピングされ、画像データバス８２を通じてスキャンコンバータ８０に結合され、血流を含む組織構造のグレースケール画像に重ね合わされる。パワードプラ撮像では、ドプラ信号の強度は同時にマッピングされ、グレースケール画像上に表示される。特許文献７に記載のように連続するパルスから動く構造の画像を生じさせるパワー動きプロセッサ５０が設けられる。ドプラ、パワー動き、及びグレースケール画像データはまた、特許文献８及び９に記載のように、血流及び／又は組織の３次元画像表現を形成するよう３Ｄプロセッサ７０によっても処理されうる。
【００１３】
図１の超音波システムの構造の更なる詳細は、ここに参照として組み入れられる特許文献１０に記載されている。特許文献１０に記載のように、図１の超音波システムは、パルス反転ドプラ撮像を行うために有利に使用されうる。パルス反転ドプラの実施では、位相シフト、極性、又は振幅が交互の超音波パルスのシーケンスが体の中へ送信される。交互の極性は、連続する送信パルス間に１８０度（πラジアン）の位相シフトを生じさせる。フィルタリングと復調の後、連続するエコー信号は、サンプリングされたドプラ信号を形成するよう、体の中の一定の位置又は「サンプルボリューム」に対応する一定の遅延でサンプリングされる。このドプラ信号は、連続するエコー間の位相シフトのスペクトルを推定するために処理されうる。
【００１４】
同等に、これらの位相シフトは、位相シフト角度をパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）で割り算することによってドプラシフト周波数へ変換されうる。パルス反転ドプラでは、線形及び非線形の散乱によるエコーは、存在する動き及び非線形散乱の度合いによりはっきりとした位相シフトを発生する。線形散乱からの位相シフトは約１８０度だけ動きシフトされ、偶数次数の非線形散乱からの位相シフトは約０度だけ動きシフトされる。低い強度（低いメカニカル・インデックスＭＩ）におけるコントラスト撮像のために、ドプラ低域通過フィルタは非線形エコーをコントラストマイクロバブルから分離し、組織からの線形エコーを抑制するために使用される。走査平面上の各点からのフィルタリングされたドプラ信号のパワーは、局所的なマイクロバブル濃度に略比例する。非特許文献１を参照のこと。従って、ドプラパワーは、周囲及び下にある組織からの信号がかなり抑制されたマイクロバブル特定画像を発生するため処理されうる。
【００１５】
下にある組織を見ることがしばしば望まれるため、ドプラパワー画像は通常はグレースケール組織画像の上の色付きのオーバレイとして表示される。従って、所定のサンプルボリュームからのエコーがマイクロバブルから生ずるものであり色付きで表示されるべきであるかどうか、又はエコーが組織から生ずるものでありグレースケール情報が表示されるべきであるかを判定するために、セグメンテーション技術が必要とされる。
【００１６】
パルス反転ドプラコントラスト撮像のためのセグメンテーションの簡単な方法では、パワー閾値が設定される。フィルタリングされたドプラ信号がパワー閾値よりも大きい領域はマイクロバブルを含むと解釈され、ドプラデータはカラーで表示され、一方、閾値を下回る信号を有する領域は組織であると解釈され、代わりにグレースケールデータが表示される。パルス反転撮像において用いられるドプラ周波数フィルタが組織からの線形エコーを電子ノイズよりも下のレベルへ抑制するのに適しているとき、ドプラパワーに基づくセグメンテーションはうまく行われる。しかしながら、多くの実際的なパルス反転ドプラフィルタでは、例えば僧帽弁小葉及び心内膜境界といった非常によく音波を発する動く構造からの線形エコーは完全には抑制されない。閾値よりも上の線形散乱からの残留エコー信号は、マイクロバブルから生ずると解釈され、カラーで表示され、ドプラ画像中にアーティファクトを生ずる。このようなアーティファクトを抑制するために、臨床医は、ドプラ閾値を高め（又は同等に、システム利得を減少させ）、処理におけるコントラストマイクロバブルに対する感度を低めうる。
【００１７】
特許文献１１は、第１の撮像モードでの動作時に、トランスデューサに変更された波形を出力させるためにパラメータのうちの少なくとも１つを調整する制御装置に応答して複数のパラメータに基づいて超音波信号を送信するトランスデューサを有する超音波システムを開示する。
【００１８】
特許文献１は、撮像されている領域中でのマイクロバブルの実質的な崩壊を生じさせるよう画像フィールドの各走査線に沿って送信される１つ又は２つの高いパワーのパルスを用いることによって組織と非組織を区別するコントラストのある画像を発生する方法を記載する。高いパワーレベルは、より厚いスライスのマイクロバブル崩壊を生じさせ、再灌流を完了するのにより長い時間がかかる。特許文献１２は、２つの連続する超音波送信から受信されるエコーの検出及び区別による造影剤中のかかる破裂したマイクロバブルの検出を開示する。特許文献１に開示する方法へ戻り、より高いパワーのパルスの後、超音波システムは低パワーのマルチパルス技術を用いてマイクロバブルのリアルタイムの高調波撮像を開始する。マイクロバブルは、撮像された領域を再灌流し始めるため、ユーザは、再灌流が１又はそれ以上の心周期に亘って行われると同時にリアルタイムでカラーでマイクロバルブの発生を観察しうる。高パワーのマイクロバルブ崩壊パルスは、０．７よりも大きい、望ましくは０．９以上のＭＩを有し、リアルタイム撮像パルスは、０．２よりも小さい、望ましくは０．１以下のＭＩを有することが開示され、ＰＲＦは１５００Ｈｚに設定され、フレームレートは１５Ｈｚに設定された。この技術は、完全に機能的であり適切な結果を与えるが、比較的遅く、従って欠点がある。マイクロバルブ崩壊を生じさせる高パワーパルスは、結果として非組織の撮像を生じさせ、続く低パワーパルスは結果として組織の撮像を生じさせる。しかしながら、低パワーパルス撮像は崩壊したマイクロバブルが撮像された領域の自然な再灌流によって被走査領域を出た後まで生じないため、これらの２つの画像が撮像される時間の間に現実のかなりの差がある。従って、（低パワーパルスによって発生される）組織の画像及び（高パワーパルスによって発生する）非組織の画像は、間に起こる被走査組織の動きにより完全には整列されない可能性がある。このずれは、被走査組織が走査中にかなりの程度動き、心臓組織とともに生ずるとき、特に顕著である。結果として、この技術によって生ずる画像は、生成される超音波画像中では組織は血流から正しく完全には区別されないため、望まれるほどは、鮮鋭でなく、正確でなく、又は明確でない可能性がある。
【特許文献１】米国特許第６，１７１，２４６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９９３，３９２号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０５０，９４２号明細書
【特許文献４】米国特許第５，１９７，４７７号明細書
【特許文献５】米国特許第５，２８５，７８８号明細書
【特許文献６】米国特許第５，３８６，８３０号明細書
【特許文献７】米国特許第５，７１８，２２９号明細書
【特許文献８】米国特許第５，４７４，０７３号明細書
【特許文献９】米国特許第５，７２０，２９１号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，０９５，９８０号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，４３６，０４５号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，４５６，２５７号明細書
【非特許文献１】フラッシュ（Ｆｒｕｓｈ）外著、医学及び生物学における超音波（Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ａｎｄ  Ｂｉｏｌｏｇｙ）、２１（１）、第４１−４７頁、１９９５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、従来技術の方法及び装置の使用を通じて利用可能なものよりもかなり正確な動く組織の超音波画像を提供することが可能な方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明によれば、適応クラッタフィルタは、設計されたパルスのシーケンスの使用とともに使用される。望ましい実施例では、高パワーパルスの間に低パワーパルスが散在し、適応クラッタフィルタは夫々のパルスのエコーの受信と調和するよう連続的に変化される。高パワーパルスが送信されると、適応クラッタフィルタの閾値は、非組織に対応するエコー信号の検出を可能とするよう高閾値レベルに設定される。低パワーパルスが送信されると、適応クラッタフィルタの閾値は、組織に対応するエコー信号の検出を可能とするよう低閾値レベルに設定される。低パワーパルスの受信利得は、より低い使用される送信パワーを補償するよう増加されうる。適応クラッタフィルタの閾値の切換は超音波送信器に同期される。高パワーパルスと低パワーパルスの間の切換は、組織がかなり動くのにかかる時間又は血流が組織内へ再灌流するのにかかる時間よりもはるかに速い速度で行われる。望ましい実施例では、高パワーパルスは、少なくとも０．９のＭＩを有し、出来る限りＦＤＡにより指定された最大のメカニカル・インデックス（ＭＩ）である１．９に近く、最も望ましくは約１．６のＭＩを有する。この実施例では、低パワーパルスは、約０．０５乃至約０．２の、望ましくは約０．１のＭＩを有する。高パワーパルスと低パワーパルスを任意に適当に散在させたものが用いられうるが、望ましいパルスシーケンスは、低パワーパルスの後に３つの高パワーパルスが続き低パワーパルスで終わる繰り返しのシーケンスを含み、各パルスは約１．５ＭＨｚの周波数と、約１乃至２マイクロ秒の持続時間を有する。パルスは出来る限り頻繁に送信され、送信の回数は最大のターゲット深さまで進行し戻るのに必要な伝搬時間によって制限される。パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）は、このように撮像深さとともに変化する。低ＭＩパルスからのエコーは、送信パルスの関心領域中の組織の動きの推定値を発生するために使用される。組織の動きの推定値は、組織の動きにより相関されない高ＭＩパルスからの受信エコー信号を補正するよう、適応クラッタフィルタによって使用されうる。すると、適応フィルタを通る高ＭＩパルスからのエコー信号は、非組織のエコーに対応する。結果として、組織の動きに対応する信号は、適応クラッタフィルタを捕捉する大きい混乱したバブル信号によるアーティファクトを生じさせることなく実質的に除去される。ユーザに対して画像を発生するよう受信エコーを処理する超音波装置の素子もまた、受信エコー信号がコントラストのある色で適切に表示されるよう適切に制御される。
【００２１】
送信超音波信号の強度（ＭＩ）が変化されることが望ましいが、それに加えて又はその代わりに、送信超音波信号の他の特性又はパラメータが、対応するエコー信号と同期されるべき適応フィルタの性能特性を適切に変化させること共に変化されうる。変化されうる送信超音波信号のパラメータには、送信信号のエンベロープ形状、送信信号の基本周波数、送信パルスの位相特性、超音波パルスの持続時間、超音波パルスの送信パケットの大きさ（即ちパケット中のパルスの数）、パルス繰り返し周波数、及び送信線密度が含まれうる。
【００２２】
本発明の他の目的及び特徴は、添付の図面と共に考えて以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかしながら、図面は、例示のためだけのものであって、特許請求の範囲を参照して決められるべき本発明の限定を定義するものとして理解されるべきではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明による超音波診断撮像システムは図２に示されている。このシステムは、図１のマトリックス壁（Ｗａｌｌ）フィルタ３０が適応フィルタ３６によって置き換えられ、システム制御器３４が追加されていること以外は、図１に示すものと略同じである。適応フィルタ３６は、調整可能な閾値を有するフィルタである。閾値は、選択された受信信号を適応フィルタ３６に完全に含める又は排除するよう拡張されうると理解されるべきである。閾値の値は、システム制御器３４から受信される制御信号に応答して決定される。適応フィルタ３６の閾値を制御することに加えて、システム制御器３４はビーム形成器制御器１４の出力を制御し、望ましくは、ドプラプロセッサ４０、パワー動きプロセッサ５０、及びグレースケールプロセッサ６０の信号処理を制御する。
【００２４】
動作中、システム制御器３４は、プローブ１０によって送信されるべき超音波エネルギーパルスの特性に従ってビーム形成器制御器１４へ信号を与える。例えば、システム制御器３４は、プローブ１０によって低ＭＩパルスが送信されるべきであることをビーム形成器１４に命令する。低パワーパルスの受信利得は、より低い使用される送信パワーについて補償するよう増加されうる。次に、システム制御器３４は、低ＭＩパルスのエコーを受信するよう適応フィルタ３６の閾値を適切に調整する。適応フィルタ３６の閾値が送信超音波パルスに対応するエコー信号の受信と一致するよう、システム制御器３４から適応フィルタへの制御信号に適当な遅延が加えられる。信号はまた、システム制御器３４によって、ドプラプロセッサ４０、パワー動きプロセッサ５０、及びグレースケールプロセッサ６０へ、これらのプロセッサが適応フィルタ３６から受信する信号を適切に処理するよう、送られる。低ＭＩパルスが送信される上述の例では、プロセッサ４０、５０、６０は、適応フィルタ３６からの信号を組織に対応する画像として処理するよう、システム制御器によって命令される。信号制御器３４から制御信号を受信するプロセッサ４０、５０、６０の代わりに、プロセッサ４０、５０、６０がフィルタリングされた信号を適当な方法で処理しうるよう、制御信号は適応フィルタ３４の現在のフィルタリング特性を示す情報ともに適応フィルタ３６からデータバス３２を通じて送信されうる。
【００２５】
システム制御器３４はまた、所望のパターンに従ってプローブ１０によって送信される超音波エネルギーパルスを変化させるようビーム形成器制御器１４に命令を与えるために使用されうる。高パワーパルス及び低パワーパルスを任意に適当に散在させたものが使用され得、異なる体領域の超音波画像を取得することは異なるパルスシーケンスの使用を要求することが想定される。夫々の場合に、システム制御器３４は、パルスが適応フィルタ３６によって適切にフィルタリングされ、プロセッサ４０、５０、及び６０によって処理されることを確実とする。図３に示す本発明の望ましい実施例では、システム制御器３４は、低ＭＩパルスの後に３つの高ＭＩパルスが続き低ＭＩパルスで終了する繰り返しのシーケンスの送信を命令する。低ＭＩパルスは組織の画像を発生し、一方、高ＭＩパルスは非組織の画像を発生する。高パワーパルスは、少なくとも０．９のＭＩを有し、出来る限りＦＤＡにより指定された最大のメカニカル・インデックス（ＭＩ）である１．９に近く、最も望ましくは約１．６のＭＩを有する。この実施例では、低パワーパルスは、約０．０５乃至約０．２の、望ましくは約０．１のＭＩを有する。各パルスは、約１．５ＭＨｚの周波数と約１乃至２マイクロ秒の持続時間を有する。パルスは出来る限り頻繁に送信され、送信の回数は最大のターゲット深さまで進行し戻るのに必要な伝搬時間によって制限される。パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）は、このように撮像深さとともに変化する。超音波画像の撮像中の組織の動きは、心臓組織と心臓を囲む組織の画像を得る場合に非常に顕著である。低パワーパルスに対応する受信データは、組織の動きの正確な推定値を形成するために使用され、この推定値は、組織の動きの影響を略除去するように高パワーパルスからのデータの処理を適合するために使用しうる。
【００２６】
組織の動きを考慮にいれるために高パワーパルスからの受信データが補償された後、ドプラ処理が低パワーパルスからのデータを除外するよう変更された従来のパワードプラ処理技術によって処理されえ、この除外によりドプラ・アンサンブル・サンプルがもはや一定のサンプリング間隔（ＰＲＦ）ではサンプリングされないということが考慮に入れられねばならない。
【００２７】
本発明の実施例は、１つの低ＭＩパルスに３つの高ＭＩパルスが続き低パワーパルスで終わるものを用いて説明されたが、異なるシーケンス及びパルス強度が使用されうる。例えば、１つの低ＭＩパルスの代わりに、２つの低ＭＩパルスに６つの高ＭＩパルスが続いてもよい。更に、シーケンス中でパルスの強さが変化されてもよく、例えば低ＭＩパルスに１つ又はそれ以上の中ＭＩパルスが続き１つ又はそれ以上の高ＭＩパルスが続いてもよい。検査されるべき組織の特性を含む、超音波診断撮像システムの特定の使用は、適切なパルスシーケンスを要求する。一般的に、低パワーパルスの配置は、この組織の動きの影響が高パワーパルスから形成される推定値から除去されうるよう、アンサンブル又はパルスのパケットに亘って測定される組織の動きの正確な推定を与えることを意図する。しかしながら、各時点において、適応フィルタ３６及び望ましくは画像プロセッサ４０、５０、６０の閾値は、上述のようにシステム制御器３４によって適切に制御される。
【００２８】
本発明の望ましい実施例では、送信超音波信号の強度（ＭＩ）はシステム制御器３４によって変化されるが、強度を変化させる代わりに或いは強度を変化させるのに加えて、送信超音波信号の他の特性又はパラメータもまた変化されうる。しかしながら、夫々の場合、適応フィルタ３６の性能特性は対応するエコー信号と同期するよう適切に変化される。変化されうる送信超音波信号のパラメータは、送信信号のエンベロープ形状、送信信号の基本周波数、送信パルスの位相特性、超音波パルスの持続時間、超音波パルスの送信パケットの大きさ（即ちパケット中のパルスの数）、パルス繰り返し周波数、及び送信線密度を含みうる。
【００２９】
また、図２では、処理されたエコー画像はディスプレイ９０へ出力されることが示されているが、処理されたエコー画像は、例えばプリンタといった他の出力装置、又は、コンピュータディスク、ＣＤ、ＤＶＤ等といったデータ又は画像の格納が可能な装置へ供給されうる。
【００３０】
このように、本発明の基本的な新規な特徴について本発明の望ましい実施例に適用されたものとして図示し、説明し、指摘したが、当業者によれば本発明の趣旨を逸脱することなく、上述され例示された装置の形状及び詳細について種々の除外、置き換え、及び変化がなされうることが理解されるべきである。例えば、同じ結果を達成するために略同じ方法で略同じ機能を行う要素及び／又は方法の段階の全ての組み合わせが本発明の範囲内であることが明確に意図される。１つの上述の実施例から他の実施例へ素子を置き換えることもまた完全に意図され想定される。また、図面は必ずしも縮尺どおりに示されたものではなく、本質的には概念的であることが理解されるべきである。従って、特許請求の範囲に示されるように限定されるものであることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来技術の超音波診断撮像システムを示すブロックである。
【図２】本発明による超音波診断撮像システムの１つの実施例を示すブロック図である。
【図３】本発明による超音波パルスシーケンスを示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１０  プローブ
１４  ビーム形成器制御器
１６  送信ビーム形成器
１７  送信／受信スイッチ
１８  受信ビーム形成器
２０  直角帯域通過（ＱＢＰ）フィルタ
２２  周波数複合回路
２４  検出器
２６  アンサンブル格納部
３２  エコーデータバス
３４  システム制御器
３６  適応フィルタ
４０  ドプラプロセッサ
５０  パワー動きプロセッサ
６０  グレースケールプロセッサ
７０  ３Ｄプロセッサ
８０  スキャンコンバータ
８２  画像データバス
９０  ディスプレイ
【図１】
2004195228.tif 000003
【図２】
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【図３】
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