(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波システム（１）においてグレイ・スケール動作モードからのデータとカラー・フロー動作モードからのデータとを結合することにより被検体（Ｓ）の画像を表示する装置であって、前記被検体内に超音波のビームを送信し、該送信された超音波に応答して発生される前記被検体からのエコー超音波を受信して、該エコー超音波を対応する受信信号へ変換するのに適したトランスデューサ（１０）と、前記グレイ・スケール動作モードにおいて、前記トランスデューサが第１の超音波を送信して、該第１の超音波に応答して受信されるエコー超音波に応答して第１の受信信号を発生するように、複数の前記ビームの各々に沿って第１の所定の回数にわたって前記トランスデューサ（１０）をパルス駆動すると共に、前記カラー・フロー動作モードにおいて、前記トランスデューサが第２の超音波を送信して、該第２の超音波に応答して受信されるエコー超音波に応答して第２の受信信号を発生するように、複数の前記ビームの各々に沿って第２の所定の回数にわたって前記トランスデューサ（１０）をパルス駆動するように接続されている送信器（１４）と、２次元で前記被検体の各部分の運動を表わすグレイ・スケール・データを生成するように前記第１の受信信号に応答する第１の受信チャネル（９Ｇ）と、前記被検体の各部分の運動を表わすカラー・フロー・データを生成するように前記第２の受信信号に応答する第２の受信チャネル（９Ｃ）と、前記グレイ・スケール・データの少なくとも一部と前記カラー・フロー・データの少なくとも一部とを結合して、結合された信号を発生するように構成されているプロセッサ（１２６）と、前記被検体の各部分の運動がカラー付きグレイ・スケール画像により表示されるように、前記結合された信号に応答して画像を表示する表示器（１９）と、を備え、前記第１の受信信号は振幅値を画定しており、前記第１の受信チャネルは前記振幅値の少なくとも幾つかを減算する、装置。
【請求項２】
前記グレイ・スケール動作モードは、前記運動の視覚化を可能にするように修正されたＢ動作モードを含んでいる請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記カラー・フロー動作モードは、カラー・フロー・パワー動作モードを含んでいる請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記カラー・フロー動作モードは、カラー・フロー速度動作モードを含んでいる請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第２の所定の回数は６〜１６の範囲にある請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の所定の回数は２〜４の範囲にある請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の受信チャネル（９Ｇ）はウォール・フィルタを含んでいる請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記カラー・フロー・データは前記第２の受信信号のパワーを表わす請求項３に記載の装置。
【請求項９】
前記カラー・フロー・データは前記被検体の各部分の速度を表わす請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
超音波システム（１）においてグレイ・スケール動作モードからのデータとカラー・フロー動作モードからのデータとを結合することにより被検体（Ｓ）の画像を表示する方法であって、前記グレイ・スケール動作モードにおいて、複数の超音波ビームの各々に沿って第１の所定の回数にわたって前記被検体（Ｓ）内に超音波のビームを送信する工程と、前記グレイ・スケール動作モードにおいて、前記送信された超音波に応答して発生される前記被検体からの第１のエコー超音波を受信する工程と、該第１のエコー超音波を対応する第１の受信信号へ変換する工程と、前記カラー・フロー動作モードにおいて、複数の超音波ビームの各々に沿って第２の所定の回数にわたって前記被検体内に超音波のビームを送信する工程と、前記カラー・フロー動作モードにおいて、前記送信された超音波に応答して発生される前記被検体からの第２のエコー超音波を受信する工程と、該第２のエコー超音波を対応する第２の受信信号へ変換する工程と、前記第１の受信信号に応答して２次元で前記被検体の各部分の運動を表わすグレイ・スケール・データを生成する工程と、前記第２の受信信号に応答して前記被検体の各部分の運動を表わすカラー・フロー・データを生成する工程と、結合された信号を発生するように、前記グレイ・スケール・データの少なくとも一部と前記カラー・フロー・データの少なくとも一部とを結合する工程と、前記被検体の各部分の運動がカラー付きグレイ・スケール画像により表示されるように、前記結合された信号に応答して画像を表示する工程と、を含んで、前記第１の受信信号は振幅値を画定しており、前記第１の受信チャネルは前記振幅値の少なくとも幾つかを減算する、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には、医療診断の目的での人体の解剖学的構造の超音波撮像に関する。具体的には、本発明は、人体内の運動する体液又は組織に超音波を送信し、次いでそこから反射した超音波エコーを検出することにより、運動する体液又は組織を撮像する（造影剤を用いる場合も用いない場合もある）方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
１９９８年４月２３日に発明者リチャード・チャオ等により出願され、本出願人に譲渡された米国特許出願第０９／０６５，２１２号、発明の名称「Ｂモード超音波における強化された流れ撮像のための方法及び装置」において、出願人は、グレイ・スケール・データを用いてＢモードで流れの血行力学及び組織の運動の視覚化を可能にする新規の手法（以下、「グレイ・スケール・フロー」と呼ぶ）を記載している。この修正Ｂモード法は、連続したＢモード様ファイアリング（高分解能の場合）を減算して時間にわたる変化（運動又は流れ）を表示することにより、微細分解能及び高フレーム・レートの撮像を提供する。しかしながら、カラー・フロー撮像に比べて帯域幅が広くファイアリングの回数が少ないので感度が制限される。加えて、静止組織からの信号及び流れからの信号が同等に処理されてＢモード表示を用いて表示されるため、静止領域と流れ領域との間の画像分割の可能性が制限される。本発明は、かかる問題点に対処して解決法を提供する。
【０００３】
【発明の概要】
好ましい実施形態は、グレイ・スケール動作モード及びカラー・フロー動作モードの両方を用いて血流及び組織運動の２次元画像を表わすデータを取得する超音波システムにおいて有用である。被検体の画像は、グレイ・スケール動作モードからのデータとカラー・フロー動作モードからのデータとを結合することにより表示される。
【０００４】
より具体的には、複数の超音波ビームを被検体内に送信して、送信した超音波に応答して被検体からエコー超音波を受信する。エコー超音波は、対応する受信信号へ変換される。送信、受信及び変換は好ましくは、超音波トランスデューサによって行なわれる。トランスデューサはグレイ・スケール動作モードにおいては、ビームのうち１つに沿って第１の所定の回数にわたってパルス駆動されて、トランスデューサが第１の超音波を送信すると共に、該第１の超音波に応答して受信されたエコー超音波に応答して第１の受信信号を発生するようにしている。トランスデューサはカラー・フロー動作モードにおいては、ビームのうち１つに沿って第２の所定の回数にわたってパルス駆動されて、トランスデューサが第２の超音波を送信すると共に、該第２の超音波に応答して受信されたエコー超音波に応答して第２の受信信号を発生するようにしている。被検体の各部分の運動を表わすグレイ・スケール・フロー・データ及びカラー・フロー・データが生成される。これらのデータは好ましくは、それぞれ第１の受信チャネル及び第２の受信チャネルにおいて生成される。グレイ・スケール・フロー・データの少なくとも一部とカラー・フロー・データの少なくとも一部とが、好ましくはプロセッサによって結合される。結合されたデータに応じた画像が、好ましくは表示装置によって表示される。結果として、被検体の各部分の運動がカラー強調されたグレイ・スケール画像によって表示される。
【０００５】
以上の手法を用いると、グレイ・スケール・データの時間的利点及び分解能の利点を保ちながら、感度を増大させると共に、カラー・データの付加を通じて流れ領域と組織領域との間の区別を明確化することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１を参照して述べると、本発明の好適実施形態に従って形成されている超音波イメージング・システム１が、別個に駆動される複数のトランスデューサ素子１２を備えたトランスデューサ・アレイ１０を含んでおり、送信器１４によって発生されるパルス波形によってエネルギを与えられるとトランスデューサ素子の各々が単位バーストの超音波エネルギを発生する。被検体（Ｓ）から反射してトランスデューサ・アレイ１０に帰投した超音波エネルギは、受信を行なう各々のトランスデューサ素子１２によって電気信号へ変換され、一組の送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１８を介して受信器１６に別個に印加される。Ｔ／Ｒスイッチは典型的には、送信電子回路によって発生される高電圧から受信電子回路を保護するダイオードである。送信信号によって、ダイオードは受信器への信号を遮断したり制限したりする。送信器１４及び受信器１６は、マスタ・コントローラ２０の制御の下で操作者による命令に応答して動作する。１回の完全な走査は、送信器１４が瞬間的にオンにゲート制御されて各々のトランスデューサ素子１２にエネルギを与え、引き続いて各々のトランスデューサ素子１２によって発生されたエコー信号が受信器１６に印加されるといった一連のエコーの取得により行われる。１つのチャネルは、他のチャネルが未だ送信している間に受信を開始してもよい。受信器１６は、各々のトランスデューサ素子からの別個のエコー受信信号を結合して単一のエコー信号を発生し、この単一のエコー信号を用いて表示モニタ１９上に画像の１本の線を形成する。
【０００７】
マスタ・コントローラ２０の指令下で、送信器１４は、超音波エネルギが指向性を有する集束したビームとして送信されるようにトランスデューサ・アレイ１０を駆動する。このことを達成するために、送信ビームフォーマ２６によって複数のパルサ２４に対してそれぞれの時間遅延が付与される。マスタ・コントローラ２０は音波パルスが送信される条件を決定する。この情報によって、送信ビームフォーマ２６は、パルサ２４によって発生されるべき送信パルスの各々についてタイミング及び振幅を決定する。各々の送信パルスの振幅は、各々のパルサへの給電電圧を設定する高電圧コントローラ等であるアポダイゼーション生成回路３６によって生成される。次いで、パルサ２４は、トランスデューサ・アレイ１０の素子１２の各々に対してＴ／Ｒスイッチ１８を介して送信パルスを送る。Ｔ／Ｒスイッチ１８は、トランスデューサ・アレイに存在している可能性のある高電圧から時間ゲイン制御（ＴＧＣ）増幅器２８を保護している。加重は、アポダイゼーション生成回路３６の内部で生成される。アポダイゼーション生成回路３６は、送信ビームフォーマ２６から加重データを得てこのデータをパルサ２４に印加する一組のディジタル−アナログ変換器を含み得る。送信集束時間遅延を従来の態様で適当に調節すると共に、送信アポダイゼーション加重を調節することにより、送信ビームを形成するように超音波ビームを指向させて集束させることができる。
【０００８】
各々の送信ビームに沿って連続したレンジに位置する被検体Ｓ内の物体から反射した超音波エネルギ波の各々の単位バーストによってエコー信号が発生される。エコー信号は、各々のトランスデューサ素子１２によって別個に感知され、特定の時間点におけるエコー信号の大きさ（すなわち振幅）のサンプルが、特定のレンジにおいて生じた反射の量を表わす。反射点と各々のトランスデューサ素子１２との間の伝播経路に差があるので、エコー受信信号は同時に検出されるわけではなく、また、各エコー受信信号の振幅は等しくならない。受信器１６は、各々の受信チャネルに設けられているそれぞれのＴＧＣ増幅器２８を介して別個のエコー信号を増幅する。ＴＧＣ増幅器によって与えられる増幅の量は、ＴＧＣ回路（図示されていない）によって駆動される制御経路（図示されていない）を通じて制御され、ＴＧＣ回路は、マスタ・コントローラ、及びポテンシオメータの手動操作によって設定される。次いで、増幅されたエコー信号は、受信ビームフォーマ３０へ供給される。受信ビームフォーマの各々の受信チャネルが、それぞれのＴＧＣ増幅器２８によってそれぞれのトランスデューサ素子１２に結合されている。
【０００９】
マスタ・コントローラ２０の指令下で、受信ビームフォーマ３０は、送信されたビームの方向を追尾する。受信ビームフォーマ３０は、各々の増幅されたエコー信号に対して適正な時間遅延及び受信アポダイゼーション加重を付与し、これらの信号を加算して、１つの超音波ビームに沿って特定のレンジに位置する点から反射した全超音波エネルギを正確に示すエコー受信信号を形成する。受信集束時間遅延は、特殊化されたハードウェアを用いて実時間で算出されるか、又はルックアップ・テーブルから読み込まれる。受信チャネルはまた、受信されたパルスをフィルタ処理するための回路構成要素（サーキットリ）を有している。
【００１０】
送信器１４は２つの動作モードを有している。グレイ・スケール・モードでは、トランスデューサ１０は各々の超音波ビームに沿って２回〜４回にわたってパルス駆動される。カラー・フロー・モードでは、トランスデューサ１０は各々の超音波ビームに沿って６回〜１６回にわたってパルス駆動される。用いられるパルスの細部は２つのモードの間で異なっており、カラー・フロー・ファイアリングと比較するとグレイ・スケール・ファイアリングの方が一般的には高い周波数、広い帯域、及び可能性としては符号化されたパルスを用いる。代替的には、２つのモードが同じ組のファイアリングを用いて、各々のモードが同じデータ集合を何らかの異なる方式で処理するようにすることも可能である。
【００１１】
時間遅延した受信信号は、受信器１６によってグレイ・スケール・モード及びカラー・フロー・モードの両方で処理されて、処理のための２つのチャネル、すなわちグレイ・スケール・フロー・データを処理するためのグレイ・スケール・チャネル９Ｇ及びカラー・フロー・データを処理するためのカラー・フロー・チャネル９Ｃへ供給される。チャネル９Ｇ及び９Ｃの出力は、従来の表示モニタ１９による表示向けに信号を準備する従来のスキャン・コンバータ１５へ送られる。グレイ・スケール・モード（例えばＢモード）では、信号の包絡線がエッジ強調及び対数圧縮等の何らかの追加処理を施されて検波される。スキャン・コンバータ１５は、チャネル９Ｇ及び９Ｃからデータを受け取り、これらのデータを表示に望ましい画像へ変換する。具体的には、スキャン・コンバータ１５は、音波画像データを、極座標（Ｒ−θ）のセクタ型フォーマットから、ビデオ・レートの適当にスケーリングされたデカルト座標の表示ピクセル・データへ変換する。次いで、走査変換（スキャン・コンバート）されたこれらの音波データは、表示モニタ１９上に表示するように供給され、表示モニタ１９は、グレイ・スケール・モードからのデータ及びカラー・フロー・モードからのデータをカラー付きグレイ・スケール画像として画像化する。各々の送信ビーム毎に、それぞれの走査線が表示される。
【００１２】
さらに続けて図１を参照して述べると、グレイ・スケール・モードでは、各々のパルサへ送信系列３８をＮ回にわたって供給することにより、送信開口にある各々のトランスデューサ素子１２が同じ波形を用いてＮ回にわたってパルス駆動される。パルサ２４は、発生される超音波エネルギが各回の送信ファイアリングについてビームとして方向制御され、すなわちテアリング（steering）されるように、トランスデューサ・アレイ１０の素子１２を駆動する。このことを達成するために、送信系列３８に応答してパルサによって発生されるそれぞれのパルス波形に対して、送信集束時間遅延３７が付与される。送信集束時間遅延を従来の態様で適当に調節することにより、超音波ビームを所望の送信焦点位置に集束させることができる。
【００１３】
グレイ・スケール・モードでの各回の送信毎に、トランスデューサ素子１２からのエコー受信信号が、受信ビームフォーマのそれぞれの受信チャネル４０へ供給される。マスタ・コントローラ２０の指令下で、受信ビームフォーマは、送信されたビームの方向を追尾する。受信ビームフォーマは、受信されたエコー信号に対して適正な受信集束時間遅延４２を付与し、これらのエコー信号を加算して、送信ビームに沿って特定の位置から反射した全超音波エネルギを正確に示すエコー信号を形成する。時間遅延した受信信号は、特定の送信焦点位置に集束したＮ回の送信ファイアリングの各回について、受信加算器４４において加算される。連続した送信ファイアリングについての加算後の各受信信号は、ウォール・フィルタ４６へ供給され、ウォール・フィルタ４６は、Ｎ回の送信ファイアリングに跨がるフィルタ処理を行なった後に、Ｂモード中間プロセッサ８Ｇへフィルタ処理後の信号を供給し、Ｂモード中間プロセッサ８Ｇは、ファイリングからファイアリングにかけてフィルタ処理された信号の包絡線を形成する。後処理（エッジ強調及び対数圧縮を含めた）並びに走査変換の後に、表示モニタ１９によって１本の走査線が表示される。この手順は、結果として得られる画像を構成する各々の走査線におけるすべての焦点ゾーン位置について繰り返される。
【００１４】
本発明の好適実施形態によれば、フィルタ４６は、受信加算器４４の出力に結合された入力を有するＦＩＲフィルタ４８と、ＦＩＲフィルタ４８に結合された入力及びグレイ・スケールＢモード・ユニット８Ｇに結合された出力を有するベクトル加算器５０とを含んでいる。加算器５０は、グレイ・スケール・モードにおいてビームに沿ってパルス動作しているトランスデューサ１０から得られた受信信号に対応してその入力において受信した隣接するファイアリングに跨がる同一のレンジ点からの振幅値を実効的に減算する。ＦＩＲフィルタは、符号化されたパルスの帯域幅成形又は復号を行なうために用いることができ、各回の送信ファイアリングについて、Ｍ個のフィルタ係数から成るそれぞれの組を受け取るためのＭ個のフィルタ・タップを有する。ｎ回目の送信ファイアリングについてのフィルタ係数は、ａnｃ0，ａnｃ1，....，ａnｃM-1であり、ここで、ａn はｎ回目の送信ファイアリングについてのスカラ加重であり、ｎ＝０，１，....，Ｎ−１であり、ｃ0 ，ｃ1 ，....，ｃM-1 は、ＦＩＲフィルタ４８が受信信号内の所望の基本周波数又は所望の高（もしくは低）調波周波数の大部分を通過させるように、又は符号化された波形を実効的に復号するように選択されている一組のフィルタ係数である。スカラ加重ａ0 ，ａ1 ，....，ａN-1 は、所定の閾値よりも速い速度で運動している反射体からの信号を選択的に通過させるファイアリングに跨がる「ウォール（壁）」・フィルタを形成している。フィルタ係数ａnｃ0，ａnｃ1，... ，ａnｃM-1は、各回の送信ファイアリングについて、マスタ・コントローラによってフィルタ係数メモリ５２からフィルタへ供給される。例えば、１回目の送信ファイアリングについては、フィルタ係数の組ａ0ｃ0，ａ1ｃ1，... ，ａ0ｃM-1がＦＩＲフィルタへ供給され、２回目の送信ファイアリングについては、フィルタ係数の組ａ1ｃ0，ａ1ｃ1，....，ａ1ｃM-1がＦＩＲフィルタへ供給され、以下同様に続く。フィルタ係数は、診断応用に応じてプログラム可能になっている。フィルタ係数の様々な組をマスタ・コントローラのメモリ内のルックアップ・テーブルに記憶することができ、所望の係数の組をシステム操作者が選択し得るようにすることができる。送信ファイアリングの数Ｎ＝２であるような応用の場合には、フィルタ係数の組の対がメモリに記憶され、選択された対の一方の組のフィルタ係数が、１回目の送信ファイアリングの前にＦＩＲフィルタへ転送され、この選択された対の他方の組のフィルタ係数が、１回目の送信ファイアリングの後に且つ２回目の送信ファイアリングの前にＦＩＲフィルタへ転送される。同様に、送信ファイアリングの数Ｎ＝３であるような応用の場合には、１回目乃至３回目のファイアリングから得られる受信信号をフィルタ処理するのに用いるように、２つ又は３つの組のフィルタ係数がメモリに記憶される。送信ファイアリングの数Ｎ＞３であるような応用についても同様の手順を踏む。Ｎ回の送信ファイアリングについての連続したＦＩＲフィルタ出力信号がベクトル加算器５０に蓄積される。次いで、ベクトル加算器の出力信号は、従来のグレイ・スケールＢモード処理を施され、続いて走査変換されて表示される。
【００１５】
本発明の一つの好適実施形態によれば、対応するトランスデューサ・アレイの基本周波数を中心とするＮ個の同一の又は符号化された（この場合には同一ではない）広帯域パルスから成る一つの系列が、アレイによって特定の送信焦点位置へ送信される。受信時には、所望の受信周波数を中心とする帯域通過フィルタが、所望の受信成分を実質的に単離する。次いで、ウォール・フィルタがＮ回の送信にわたって流れ信号を抽出する。図５に示すような流れフィルタが、２つの段階を含み得る。すなわち、第１の段階５４は、基本成分の大部分を抽出し、第２の段階５６は、高域通過ウォール・フィルタによって静止した基本成分を実質的に抑制する。高（低）調波流れ信号を実効的に抽出する、具体的には造影剤を撮像するためにも、同じ形式の処理を行なうことができる。
【００１６】
基本流れフィルタの両段階ともが図１に示すＦＩＲフィルタ４８において具現化される。ＭタップＦＩＲフィルタ４８が受信信号内の基本周波数の大部分を通過させるように一組のフィルタ係数ｃ0 ，ｃ1 ，....，ｃM-1 が選択される。加えて、所与の送信焦点位置についてＦＩＲフィルタのそれぞれの出力信号が加算されるときに、基本信号がファイアリングに跨がって高域通過フィルタ処理されるようにａ0 ，ａ1 ，....，ａN-1 のウォール・フィルタ加重５６が選択される。次いで、加算された信号は従来の方式でグレイ・スケールＢモード処理され、すなわち包絡線検波、対数圧縮等を施される。
【００１７】
本発明の上述の好適実施形態によれば、グレイ・スケールＢモード流れ画像は、チャネル９Ｃのカラー・フロー・データに従ってカラー化される。加えて、Ｂモード画像の幾分かの静止成分をウォール・フィルタを通じて供給することができるため、診断者が医療診断時に既知の解剖学的な標識に対する血液の流れを観測し得るようになる。このＢモード画像の通過供給（フィード・スルー）は、ウォール・フィルタ加重のうち１つに摂動を加えることにより達成される。例えば、図５の流れ図に示すように、１回目の送信ファイアリングについての加重ａ0に量αだけ摂動を加えることができる。Ｂモード通過供給により、従来のＢモード画像の上にカラー化された流れ画像を重ね合わせて表示することが可能になる。
【００１８】
再び図１を参照して述べると、カラー・フロー動作モードにおいては、トランスデューサ１０は各々の超音波ビームに沿って６回〜１６回にわたってパルス駆動される。従って、受信器３０は、グレイ・スケール動作モード及びカラー・フロー動作モードについて別個の受信信号を生成し、これらの信号がチャネル９Ｇ及びチャネル９Ｃにおいて別個に処理される。
【００１９】
図１の説明を続けると、ビームフォーマ３０は、遅延付きのチャネル・データを加算して、ビーム加算された信号を出力し、この信号は復調器（図示されていない）によって同相及び直角位相（Ｉ／Ｑ）の信号成分へ復調される。復調器からのＢモードのＩ出力及びＱ出力は、グレイ・スケールＢモード処理用の中間プロセッサ８Ｇへ送信され、復調器からのカラー・フローのＩ出力及びＱ出力は、カラー処理用の中間プロセッサ８Ｃへ送信される。
【００２０】
図２は、カラー・フロー・チャネル９Ｃ用の中間プロセッサ８Ｃを示す。復調器からのＩ／Ｑ信号成分は、インタリーブされている可能性のあるファイアリングからのデータをバッファリングして所与のレンジのセルにおいて各ファイアリングに跨がる点から成るベクトルとしてデータを出力することを目的とするコーナ・ターナ・メモリ１１７に記憶される。データは「ファスト・タイム(fast time) 」式で受信され、すなわち各回のファイアリング毎に（ベクトルに沿って）レンジを下降する順に受信される。コーナ・ターナ・メモリの出力は、「スロー・タイム(slow time) 」式に再配列されており、すなわち各々のレンジ・セル毎にファイアリング順に再配列されている。結果として得られた「スロー・タイム」式Ｉ／Ｑ信号サンプルはウォール・フィルタ１１９を通過し、ウォール・フィルタ１１９は静止した組織又は極く低速で運動する組織に対応するあらゆるクラッタを除去する。次いで、フィルタ処理後の出力は、パラメータ推定器１１１へ供給され、パラメータ推定器１１１は、レンジ・セル情報を中間的な自己相関パラメータＮ、Ｄ及びＲ（０）へ変換する。Ｎ及びＤは、自己相関方程式の分子及び分母であり、次のように示される。
【００２１】
【数１】
0004746758.tif 000002
【００２２】
ここで、Ｉi 及びＱi は、ファイアリングｉについての復調後のベースバンド化された入力データであり、Ｍはパケット内のファイアリングの回数である。Ｒ（０）は、パケット内のファイアリングの回数にわたる有限の和として近似され、次の通りになる。
【００２３】
【数２】
0004746758.tif 000003
【００２４】
プロセッサが、Ｎ及びＤを各々のレンジ・セル毎の大きさ及び位相へ変換する。用いられる方程式は次の通りである。
【００２５】
｜Ｒ（Ｔ）｜＝（Ｎ2＋Ｄ2）1/2                               （５）
φ（Ｒ（Ｔ））＝ｔａｎ-1（Ｎ／Ｄ）                          （６）。
【００２６】
パラメータ推定器は、大きさ及び位相の値を処理して、パワー、速度、及び乱流又は分散の各推定値を表わす値を有する信号とし、それぞれ導体１１１Ａ、１１１Ｂ及び１１１Ｃ上へ送信する。位相は平均ドプラ周波数を算出するのに用いられ、平均ドプラ周波数は後に示すように速度に比例している。また、Ｒ（０）及び｜Ｒ（Ｔ）｜（大きさ）は乱流を推定するのに用いられる。
【００２７】
ヘルツ単位での平均ドプラ周波数は、Ｎ及びＤの位相、並びにパルス繰り返し時間Ｔから得られる。
【００２８】
【数３】
0004746758.tif 000004
【００２９】
平均速度は、下記のドプラ・シフト方程式を用いて算出される。流れ方向とサンプリング方向との間の角度であるθは未知であるので、ｃｏｓθは１．０であるものと仮定される。
【００３０】
【数４】
0004746758.tif 000005
【００３１】
好ましくは、パラメータ推定器は、平均ドプラ周波数を中間的な出力として算出するのではなく、ルックアップ・テーブルを用いてプロセッサの位相出力から直
【００３２】
【外１】
0004746758.tif 000006
【００３３】
乱流は、平均ドプラ周波数の分散の２次級数展開として時間領域において算出することができる。乱流の時間領域表現は、ゼロ遅れ及び１段遅れの自己相関関数Ｒ（０）及びＲ（Ｔ）をそれぞれ算出することを含んでいる。正確な自己相関関数は、パケット内のファイアリングの回数の範囲内での既知のデータにわたる有限の和によって近似される。
【００３４】
σ2＝［２／（２πＴ）2］［１−（｜Ｒ（Ｔ）｜／Ｒ（０））］（９）。
【００３５】
平均値信号φ（Ｒ（Ｔ））は、流動する反射体の平均ドプラ周波数シフトの推定値であり、延いては平均血流速度に比例している。分散信号σ2 は、ベースバンド・エコー信号の流れ信号成分の周波数の拡がりを示している。この値は、乱流が多くの速度の混成である一方で層流は極めて狭い範囲の速度を有しているので、流れの乱れの指標となる。流動する反射体からの信号の強度を示すためには、信号Ｒ（０）が、ドプラ・シフトした流れ信号における帰投パワーの量を示す。
【００３６】
導体１１１Ａ上の信号パワーはデータ圧縮モジュール１１３を通って出力経路１１３Ａへ到る。モジュール１１３は複数の群を成すデータ圧縮曲線に従ってデータを圧縮する。異なる走査応用のために異なる群の曲線を用意することができる。例えば、１つの群の曲線を腎臓走査のために用意する一方、他の群の曲線を頸動脈走査のために用意する。典型的には、群当たり約３の曲線が存在する。信号のダイナミック・レンジはデータ圧縮に用いられる曲線に従って変化する。各々の群内の曲線は、ダイナミック・レンジが増大する順序で配列されている。利用者が走査応用を選択すると、コントローラ２０が既定の曲線を設定する。ダイナミック・レンジは、表示器１９上に形成される強度又はルーメンの範囲を制御する。
【００３７】
図３を参照して述べると、グレイ・スケール・チャネル９Ｇ用のグレイ・スケールＢモード中間プロセッサ８Ｇは、量（Ｉ2＋Ｑ2）1/2 を算出することにより、ビーム加算された受信信号の包絡線を形成する包絡線検波器１１０を含んでいる。信号の包絡線に対数圧縮（図３のブロック１１２）等の何らかの追加のＢモード処理を施して２次元画像を表わす表示データを形成し、スキャン・コンバータ１５（図１）へ出力する。
【００３８】
再び図１を参照して述べると、カラー・フロー推定値及びＢフロー・グレイ・スケール表示データがスキャン・コンバータ１５へ送られると、スキャン・コンバータ１５はデータをビデオ表示用の２次元ＸＹフォーマットへ変換する。走査変換されたフレームはビデオ・プロセッサ１７へ渡されて、ビデオ・プロセッサ１７は基本的には、ビデオ・データをビデオ表示のために表示用のカラー・マップとグレイ・スケール画像フレームとを結合したものへマッピングする。次いで、画像フレームはビデオ・モニタ１９へ送られて表示される。典型的には、カラー付きグレイ・スケール画像については、速度又はパワーのいずれかがグレイ・スケールで表示される。システム制御はホスト・コンピュータ（図示されていない）に集中化されており、ホスト・コンピュータは操作者インタフェイス（例えばキーボード）を介して操作者入力を受け取って、様々なサブシステムを制御する。
【００３９】
一般的には、Ｂフロー・グレイ・スケール画像については、表示データはスキャン・コンバータ１５によってビデオ表示用のＸＹフォーマットへ変換される。走査変換されたフレームはビデオ・プロセッサ１７へ渡されて、ビデオ・プロセッサ１７はビデオ・データをビデオ表示のためのグレイ・スケール又はグレイ・マッピングとしてマッピングする。次いで、グレイ・スケール画像フレームはビデオ・モニタ１９へ送られて表示される。
【００４０】
ビデオ・モニタ１９によって表示される画像は、各々のデータが表示器のそれぞれのピクセルの強度又は輝度を指示しているようなデータから成る画像フレームから形成されている。画像フレームは例えば、２５６×２５６のデータ・アレイ等で構成され、データ・アレイ内の各々の強度データがピクセルの輝度を指示する８ビットの二進数となっている。表示モニタ１９上の各々のピクセルの輝度は、周知の態様でデータ・アレイ内の対応する要素の値を読み取ることにより絶えず更新される。各々のピクセルが強度値を有しており、該強度値は呼び掛けを行なった超音波パルスに応答したそれぞれのサンプル空間の後方散乱体の断面積と、用いられているグレイ・マップとの関数となっている。
【００４１】
図４を参照して述べると、システム制御はホスト・コンピュータ又はプロセッサ１２６に集中化されており、プロセッサ１２６は操作者インタフェイス（図示されていない）を介して操作者入力を受け取って、様々なサブシステムを制御する。プロセッサ１２６はまた、システムのタイミング信号及び制御信号を発生し、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１３０とランダム・アクセス・メモリ１３２とを含んでいる。キーボード１２９を用いてＣＰＵ１３０にデータを入力する。ＣＰＵ１３０は、取得された生データに基づいてグレイ・マップ及びカラー・マップを構築するのに用いられるルーチンを記憶する読み出し専用メモリを内部に組み入れている。
【００４２】
スキャン・コンバータ１５は、極座標メモリ１２２とＸＹメモリ１２４とを含んでいる。メモリ１２２に極座標（Ｒ−θ）セクタ・フォーマットで記憶されているグレイ・スケールＢモード・フロー・データ及びカラー・フロー強度データは、適当にスケーリングされたデカルト座標ピクセル表示データへ変換されて、ＸＹメモリ１２４に記憶される。カラー・フロー速度データはメモリ位置１２２ＣＶに記憶され、カラー・フロー・パワー・データはメモリ位置１２２ＣＰに記憶され、グレイ・スケール・Ｂモード・フロー・データはメモリ位置１２２Ｇに記憶される。また、カラー・フロー速度データはメモリ位置１２４ＣＶにも記憶され、カラー・フロー・パワー・データはメモリ位置１２４ＣＰに記憶され、Ｂフロー・グレイ・スケール・データはメモリ位置１２４Ｇに記憶される。走査変換されたフレームはビデオ・プロセッサ１７に渡されて、ビデオ・プロセッサ１７はデータをビデオ表示用のカラー付きグレイ・マップへマッピングする。カラー・フロー・データは本質的に、カラー化される正しいＢモード・フロー・データ・ピクセルを識別する道具として利用される。次いで、カラー付きグレイ・スケール画像フレームはビデオ・モニタへ送られて表示される。
【００４３】
音波サンプル・データの連続したフレームは、先入れ先出し方式でシネ・メモリ１２８に記憶される。カラー速度フレームはメモリ位置１２８ＣＶに記憶され、カラー・パワー・フレームはメモリ位置１２８ＣＰに記憶され、Ｂフロー・グレイ・スケール・フレームはメモリ位置１２８Ｇに記憶される。カラーの関心領域においては、表示ピクセルに対応するカラー速度データ及びカラー・パワー・データの各々のワード毎に、該ピクセルに対応するＢフロー・グレイ・スケール・データの対応するワードが存在している。シネ・メモリは、バックグラウンドで稼働する循環的な画像バッファのようなものであり、音波サンプル・データを絶えず取り込んで、実時間で利用者に対して表示する。利用者がシステムをフリーズさせると、利用者は、シネ・メモリに以前に取り込まれている音波サンプル・データを見る能力を有するようになる。
【００４４】
ＣＰＵ１３０は、システム制御バス１３４を介して極座標メモリ１２２、ＸＹメモリ１２４及びシネ・メモリ１２８を制御する。具体的には、ＣＰＵ１３０は、極座標メモリ１２２からＸＹメモリ１２４へのデータの流れ、ＸＹメモリ２４からビデオ・プロセッサ１７及びシネ・メモリ１２８へのデータの流れ、並びにシネ・メモリからビデオ・プロセッサ１７及びＣＰＵ１２６自体へのデータの流れを制御する。ＣＰＵはまた、グレイ・マップ、カラー・マップ、及びグレイ・スケール・マップとカラー・マップとを結合したものをビデオ・プロセッサにロードする。
【００４５】
画像フレームは、連続的な方式でシネ・メモリ１２８に収集される。シネ・メモリ１２８は、単一画像閲覧及び多数画像ループ閲覧のための常駐のディジタル画像記憶容量、並びに様々な制御機能を提供している。単一画像のシネ再生時に表示される関心領域は、該画像の取得時に用いられた領域である。シネ・メモリはまた、画像をプロセッサ１２６を介してディジタル保管装置（図示されていない）へ転送するためのバッファの役割も果たしている。
【００４６】
好適実施形態は、図６のブロック図によって示すように、カラー・フロー・データ（速度又はパワー）とグレイ・スケール・データとを結合する。チャネル９Ｇ及びチャネル９Ｃの各々のデータ経路が別個に処理されてから結合されて、結果が表示器１９へ送られる。所望の結果に応じて正しい処理及び結合アルゴリズム１１は変わる。例えば、グレイ・スケール・フロー・データとカラー・フロー・データとを単純に加算して表示してよい。この場合には、結合された画像内に両方の撮像モードの特性が現われるようにするために、グレイ・スケール・データ及びカラー・フロー・データの大きさ及びダイナミック・レンジを調節する必要がある場合がある。代替的には、グレイ・スケール・フロー・ピクセルをカラー化するか否かを決定するためにシステムが後に用いる閾値としてカラー・フロー・データを用いることもできる。他のカラー化方法は当業者には明らかであろう。
【００４７】
加えて、結合アルゴリズムは、一旦、カラー・フロー・データ及びグレイ・スケール・フロー・データの両方が生成されたら（図１の８Ｃ及び８Ｇの後）、単一の経路内の任意の位置（例えば、受信チャネル９Ｃ及び９Ｇ内の任意の位置）で具現化してよい。例えば、カラー・フロー・データ及びグレイ・スケール・データの各々が表示フォーマットに変換されて補間された（すなわち走査変換された）後に、メモリ１２４ＣＶ及び１２４Ｇから、又はメモリ１２４ＣＰ及び１２４Ｇからのカラー・フロー・データとグレイ・スケール・データとをピクセル毎に結合することができる。同様のデータの結合をメモリ１２８ＣＶ、１２８ＣＰ及び１２８Ｇからのデータについて行なうこともできる。また、メモリ１２２ＣＶ及び１２４Ｇから、又はメモリ１２２ＣＰ及び１２２Ｇからのカラー・フロー・データとグレイ・スケール・フロー・データとを結合してもよい。結合されたデータから、表示器１９上でのカラー付きグレイ・スケール画像の形成を可能にする結合された信号が得られる。
【００４８】
グレイ・スケール・フローとカラー・フローとの結合の位置は、カラー・フロー・データが取得されている位置を決定しているカラー・フロー関心領域（ＣＦＲＯＩ）１６０（図７）によって制御される。カラー・フローＲＯＩ１６０の寸法及び位置を調節して、合成モードで視野の一部を表示したり全部を表示したりすることができる。ＲＯＩ１６０より外部の領域は、グレイ・スケール・データのみを用いて処理されて、表示器１９の領域１５０に表示される。
【００４９】
図７は、ＲＯＩ１６０内に、システム１を用いて取得された結合されたカラー・フロー及びグレイ・スケール画像を表わしている。画像は、動脈壁１６２及び１６４を有する頸動脈の分枝領域１６６を示している。この場合には、ピクセルに基づく結合アルゴリズム１１が用いられた。カラー・フロー・データ処理は、従来のパワー・ドプラ撮像と同様であったが、特殊化されたカラー・マップを用いて、パワー値をカラー・ピクセルへ変換した。システム１に従って生成されたグレイ・スケール・データは無修正で処理された。メモリ１２４ＣＰ及び１２４Ｇからのデータをグレイ・マップ生成器１３６内のアルゴリズムに従って結合した。より明確に述べると、グレイ・スケール及びカラー・フローＰＤＩピクセルを、各々の赤緑青（ＲＧＢ）値を加算して結果をＲＯＩ１６０内に表示することにより結合した。画像の左側に表示されているカラー・マップのダイナミック・レンジ及び強度を減少させると、データの結合の後のグレイ・スケール・ダイナミクスを見ることが可能になり、コントラストの飽和及び損失を回避した。カラー・フローＰＤＩ及びグレイ・スケールの配合は、カラー・グレイ・スケール画像を表示しているＣＦ  ＲＯＩ１６０によって画定される領域に制限した。残りの画像領域１５０は、チャネル９Ｇによって生成されたグレイ・スケール・データのみを用いて表示した。
【００５０】
当業者は、特許請求の範囲によって画定される本発明の要旨及び範囲から逸脱せずに好適実施形態を変更し改変し得ることを理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って形成されている超音波イメージング・システムの好ましい形態の概略ブロック図である。
【図２】図１に示すカラー・フロー受信チャネルの一部の概略ブロック図である。
【図３】図１に示すグレイ・スケール受信チャネルの一部の概略ブロック図である。
【図４】図１に示すシステムの各部のさらなる細部を示す概略ブロック図である。
【図５】本発明の好ましい一実施形態によるＢモード通過供給を伴ったＢモード（基本）流れフィルタ処理を示す流れ図である。
【図６】本発明に従ってグレイ・スケール・データとカラー・フロー・データとを結合した好ましいモードを示す概略ブロック図である。
【図７】好適実施形態による表示の形態の一例の略図である。
【符号の説明】
１  超音波イメージング・システム
８Ｃ、８Ｇ  中間プロセッサ
９Ｃ  カラー・フロー・チャネル
９Ｇ  グレイ・スケール・チャネル
１０  トランスデューサ・アレイ
１２  トランスデューサ素子
１４  送信器
１５  スキャン・コンバータ
１６  受信器
２６  送信ビームフォーマ
２８  時間ゲイン制御（ＴＧＣ）増幅器
３０  受信ビームフォーマ
４６  ウォール・フィルタ
１２６  ホスト・コンピュータ
１５０  グレイ・スケール画像領域
１６０  カラー・フロー関心領域
１６２、１６４  動脈壁
１６６  頸動脈分枝領域
【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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