(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波散乱体をイメージングするためのシステムにおいて、
複数のトランスジューサ素子（１２）を有する超音波トランスジューサ・アレイ（１０）と、
前記トランスジューサ・アレイ（１０）に結合されていて、送信開口を形成する前記複数のトランスジューサ素子（１２）のうちの選択されたトランスジューサ素子を、第１の送信発射の際は第１の送信位相コードの関数として第１の位相符号化送信パルスで、且つ第２の送信発射の際は第２の送信位相コードの関数として第２の位相符号化送信パルスで、さらに、第３の送信発射の際は第３の送信位相コードの関数として第３の位相符号化送信パルスで、パルス駆動するパルス発生手段（２４）と、
前記パルス発生手段（２４）に結合されていて、前記第１の送信発射の際は第１のビームを形成し、且つ前記第２の送信発射の際は第２のビームを形成し、前記第３の送信発射の際は第３のビームを形成する送信ビーム形成手段（２６）であって、前記第１及び第２及び第３のビームを実質的に同じ送信焦点位置に合焦するようにビーム形成する送信ビーム形成手段（２６）と、
前記トランスジューサ・アレイ（１０）に結合されていて、前記第１の送信発射の後に、前記複数のトランスデューサ素子のうちの受信開口を形成する他の選択されたトランスデューサ素子からの第１組の受信信号から第１のビーム加算された受信信号を形成すると共に、前記第２の送信発射の後に、前記複数のトランスデューサ素子のうちの前記受信開口を形成する前記他の選択されたトランスデューサ素子からの第２組の受信信号から第２のビーム加算された受信信号を形成すると共に、さらに、前記第３の送信発射の後に、前記受信開口を形成する前記他の選択されたトランスデューサ素子からの第３組の受信信号から第３のビーム加算された受信信号を形成する受信ビーム形成手段（３０）と、
前記受信ビーム形成手段（３０）の出力を入力して送信発射間フィルタ処理を行う「スロー・タイム」フィルタ（４８）を備え、この「スロー・タイム」フィルタ（４８）において、前記第１のビーム加算された受信信号に対して第１の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みａ0を適用することによって第１のフィルタリングされた信号を形成すると共に、前記第２のビーム加算された受信信号に対して第２の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みａ1を適用することによって第２のフィルタリングされた信号を形成し、前記第３のビーム加算された受信信号に対して第３の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みを適用することによって第３のフィルタリングされた信号を形成するフィルタリング手段（４８，５２）と、
第１組のフィルタ係数と第２組のフィルタ係数を前記フィルタリング手段（４８，５２）に供給するフィルタ係数供給手段（２０）と、
前記フィルタリング手段（４８，５２）に結合されていて、少なくとも前記第１及び第２及び第３のフィルタリングされた信号を加算して、「スロー・タイム」フィルタ処理されたフィルタ処理信号を形成して出力するベクトル加算装置（５０）と、
前記ベクトル加算装置（５０）からの前記フィルタ処理信号を画像処理して画像信号を形成する手段（３２）と、
前記画像信号の関数である画像を表示する表示手段（２２）と、
を有し、
前記１組のフィルタ係数は、所定の１組のフィルタ係数に前記第１の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みａ0を乗算することによって導き出され、
前記第２組のフィルタ係数は、所定の１組のフィルタ係数に前記第２の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みａ1を乗算することによって導き出され、
前記「スロー・タイム」フィルタ（４８）は、前記第１組、第２組、第３組のフィルタ係数を受け取るように前記フィルタ係数供給手段に結合された複数のフィルタ・タップ、並びに、前記第１のビーム加算された受信信号及び前記第１組のフィルタ係数に依存して前記第１のフィルタリングされた信号を供給すると共に前記第２のビーム加算された受信信号及び前記第２組のフィルタ係数に依存して前記第２のフィルタリングされた信号を供給すると共に前記第３のビーム加算された受信信号及び前記第３組のフィルタ係数に依存して前記第３のフィルタリングされた信号を供給する出力、を有しており、
前記システムが、
前記第１及び第２及び第３の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みを使用した位相符号化送信パルスと前記フィルタリング手段（４８，５２）とを使用して、Ｂモード流れイメージング、造影剤高調波イメージング、組織高調波イメージングの３つのアプリケーションを選択して実行可能であり、更に、前記送信位相コード及び前記第１及び第２及び第３の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みが、前記３つのアプリケーションの関数としてプログラム可能であるように構成されている、
ことを特徴とする超音波散乱体をイメージングするシステム。
【請求項２】
ａ0＝−ａ1である請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第１乃至第３の送信位相コードが［１８０°，０°，１８０°］であり、前記第１乃至第３の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みは［０．５，１，０．５］である請求項１または２記載のシステム。
【請求項４】
前記パルス発生手段（２４）は、前記送信開口を形成する前記選択されたトランスジューサ素子を、第４の送信発射の際は第４の送信位相コードの関数として第４の位相符号化送信パルスでパルス駆動するように構成されており、前記送信ビーム形成手段（２６）は、前記第４の送信発射の際は第４のビームを形成するように構成されており、前記第４のビームは前記送信焦点位置に焦点合わせされており、前記受信ビーム形成手段（３０）は、前記第４の送信発射の後に、前記受信開口を形成する前記他の選択されたトランスデューサ素子からの第４組の受信信号から第４のビーム加算された受信信号を形成するように構成されており、前記フィルタリング手段（４８，５２）は、前記第４のビーム加算された受信信号に対して第４の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みを適用することによって第４のフィルタリングされた信号を形成するように構成されており、前記ベクトル加算装置は、少なくとも前記第１乃至第４のフィルタリングされた信号を加算して、前記フィルタ処理信号を形成するように構成されている請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記第１乃至第４の送信位相コードが［０°，１８０°，０°，１８０°］であり、前記第１乃至第４の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みが［０．４，１，１，０．４］である請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記第１乃至第４の送信位相コードが［０°，９０°，０°，１８０°］であり、前記第１乃至第４の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みが［０．４，１，１，０．４］であり、前記第１乃至第４のフィルタ位相が［０°，９０°，０°，０°］であり、前記第１乃至第４のフィルタ位相は前記第１乃至第４の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みに関連して前記フィルタリング手段にそれぞれ適用される請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記第１乃至第４の送信位相コードが［０°，１８０°，１８０°，０°］であり、前記第１乃至第４の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みが［０．４，１，−１，−０．４］である請求項４記載のシステム。
【請求項８】
前記第１乃至第４の送信位相コードが［０°，０°，１８０°，１８０°］であり、前記第１乃至第４の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みが［１，１，１，１］である請求項４記載のシステム。
【請求項９】
前記第１乃至第４の送信位相コードが［０°，１８０°，１８０°，０°］であり、前記第１乃至第４の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みが［１，１，１，１］である請求項４記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１乃至第４の送信位相コードが［０°，１８０°，０°，１８０°］であり、前記第１乃至第４の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みが［１，１，−１，−１］である請求項４記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１乃至第４の送信位相コード及び前記第１乃至第４の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みは、前記フィルタリング手段が第２高調波信号を高域通過フィルタリングすると共に実質的に基本波信号を抑圧することが出来るように選択されている請求項４記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１乃至第４の送信位相コード及び前記第１乃至第４の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みは、前記フィルタリング手段が基本波信号及び第２高調波信号を高域通過フィルタリングすることが出来るように選択されている請求項４記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１乃至第４の送信位相コード及び前記第１乃至第４の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みは、前記フィルタリング手段が第２高調波信号を全域通過フィルタリングすると共に実質的に基本波信号を抑圧することが出来るように選択されている請求項４記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１乃至第４の送信位相コード及び前記第１乃至第４の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みは、前記フィルタリング手段が第２高調波信号を全域通過フィルタリングすると共に基本波信号を高域通過フィルタリングすることが出来るように選択されている請求項４記載のシステム。
【請求項１５】
トランスデューサ・アレイを駆動して超音波散乱体をイメージングするための方法において、
第１の送信発射のために第１の送信位相コード及び第１の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みと、第２の送信発射のために第２の送信位相コード及び第２の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みと、第３の送信発射のために第３の送信位相コード及び第３の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みを選択するステップと、
前記トランスジューサ・アレイの中の送信開口を形成する第１組のトランスジューサ素子を、前記第１の送信発射の際は前記第１の送信位相コードの関数として第１の位相符号化送信パルスで駆動し、その第１の送信ビームを送信焦点位置に焦点合わせするステップと、
前記第１の送信発射の後に、前記トランスジューサ・アレイの中の受信開口を形成する第２組のトランスジューサ素子を作動させて第１組のエコー信号を検出するステップと、
前記第１組のエコー信号から第１のビーム加算された受信信号を形成するステップと、
前記第１のビーム加算された受信信号に対して前記第１の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みａ0を適用することによって、送信発射間フィルタ処理を行い、第１のフィルタリングされた信号を形成するステップと、
前記第１組のトランスジューサ素子を、前記第２の送信発射の際に前記第２の送信位相コードの関数として第２の位相符号化送信パルスで駆動し、その第２の送信ビームを前記送信焦点位置に焦点合わせするステップと、
前記第２の送信発射の後に、前記第２組のトランスジューサ素子を作動させて第２組のエコー信号を検出するステップと、
前記第２組のエコー信号から第２のビーム加算された受信信号を形成するステップと、
前記第２のビーム加算された受信信号に対して前記第２の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みａ1を適用することによって、送信発射間フィルタ処理を行い、第２のフィルタリングされた信号を形成するステップと、
前記第１組のトランスジューサ素子を、前記第３の送信発射の際は前記第３の送信位相コードの関数として第３の位相符号化送信パルスで駆動し、その第３の送信ビームを前記送信焦点位置に焦点合わせするステップと、
前記第３の送信発射の後に、前記第２組のトランスジューサ素子を作動させて第３組のエコー信号を検出するステップと、
前記第３組のエコー信号から第３のビーム加算された受信信号を形成するステップと、
前記第３のビーム加算された受信信号に対して前記第３の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みａ0を適用することによって、、送信発射間フィルタ処理を行い、第３のフィルタリングされた信号を形成するステップと、
少なくとも前記第１及び第２及び第３のフィルタリングされた信号を加算して、「スロー・タイム」フィルタ処理されたフィルタ処理信号を形成するステップと、
前記フィルタ処理信号を処理して、画像信号を形成するステップと、前記画像信号の関数である画像を表示するステップと、
を有しており、
前記第１のフィルタリングされた信号は、前記第１のビーム加算された受信信号と、所定の１組のフィルタ係数に前記第１の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みａ0を乗算することによって導き出された第１組のフィルタ係数との関数であり、前記第２のフィルタリングされた信号は、前記第２のビーム加算された受信信号と、前記所定の１組のフィルタ係数に前記第２の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みａ1を乗算することによって導き出された第２組のフィルタ係数との関数であり、前記第３のフィルタリングされた信号は、前記第３のビーム加算された受信信号と、所定の１組のフィルタ係数に前記第３の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みを乗算することによって導き出された第３組のフィルタ係数との関数であり、
前記方法は、前記第１及び第２及び第３の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みを使用した位相符号化送信パルスとフィルタリングを使用して、Ｂモード流れイメージング、造影剤高調波イメージング、組織高調波イメージングの３つのアプリケーションを選択により実行し、
前記送信位相コード及び前記第１及び第２及び第３の「スロー・タイム」スカラーフィルタ重みが、前記３つのアプリケーションの関数としてプログラム可能である、超音波散乱体をイメージングする方法。
【請求項１６】
ａ0＝−ａ1である請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は一般に医学的診断のための人体の解剖学的構造の超音波イメージングに関するものである。更に詳しくは、本発明は組織高調波をイメージングするためのシステム及び方法、並びに造影剤を用いて又は造影剤を用いずに流体の流れをイメージングするためのシステム及び方法に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
従来の超音波スキャナは、画素（ピクセル）の輝度がエコー反射の強度に基づくようにして組織の２次元Ｂモード画像を形成する。従来のＢモード画像は基本波信号成分と高調波信号成分との組合せから形成されており、前者の成分は送信されたパルスの直接的なエコーであり、後者の成分は組織のような非線形媒体の中で有限振幅超音波伝搬から生じる。場合によっては、例えば肥満した患者の場合には、基本波信号成分を抑圧して高調波信号成分を強調することによって超音波画像を改善することが出来る。
【０００３】
Proc. 1997 IEEE Ultrasonic Symp. 誌に所載のAverkiou 等による論文「組織の非線形特性に基づいた新規なイメージング手法」に組織高調波イメージング手法が提案されている。生体組織内での音波ビームの伝搬は非線形であることが知られており、これにより高調波が生じる。組織高調波イメージングにおいては、エネルギが基本波周波数ｆ0 で送信され、画像が第２高調波２ｆ0 のエネルギで形成される。非線形により発生される第２高調波ビームの特性の幾つかは、基本波の場合よりもビームが狭く且つサイドローブが低くなること、また累積処理におけるビーム形成すなわち第２高調波が伝搬中に基本波からエネルギを連続的に引き出すことである。これらの特性は、軸方向分解能の改善、強靭な窓に起因する多数回反射の低減、並びに組織及び皮膚層内の不均質に起因するクラッタ低減に貢献する。
【０００４】
従来の超音波イメージング・システムはまた、血液の流れまたは組織の動きをイメージングすることが出来るいわゆる「カラー流れ」モードを有する。従来の超音波流れイメージング方法では、ドップラーの原理または時間領域相互相関方法のいずれかを使用して、平均流速を推定し、次いでこれをＢモード画像に重畳してカラーで表示している。
【０００５】
ドップラー効果を使用して心臓及び血管内の血液の流れを測定することはよく知られている。後方散乱された超音波の周波数シフトを使用して、組織または血液からの後方散乱体の速度を測定することが出来る。後方散乱された周波数の変化すなわちシフトは、血液の流れがトランスジューサの方へ向かっているときは増大し、血液の流れがトランスジューサから遠ざかる方向であるときは減少する。このドップラー・シフトを処理することにより、平均流速を推定し、これを表示する際に異なるカラー（色）を使用して流れの速度及び方向を表すようにすることが出来る。カラー流速モードでは、数百の隣接したサンプル・ボリュームが同時に表示され、これらの全てが各々のサンプル・ボリュームの速度を表すためにカラー符号化されている。
【０００６】
既知のイメージング・システムによれば、カラー流れモードでは各々の焦点について複数の送信発射が用いられている。１６回もの送信よりなるパケットに作用して、高域通過ウォール(wall)フィルタが動きの遅い組織または血管壁からのエコーを除去し、カサイ(Kasai) 自己相関アルゴリズムまたは相互相関アルゴリズムを使用して平均流速を推定するその後の流れ処理の為に信号のダイナミック・レンジを低減する。
【０００７】
定量的な速度情報は従来のカラー流れイメージングにおいて得ることが出来るが、物理的な流れを見るための能力は、そのクラッタ(clutter) 除去能力、分解能、フレーム速度及び軸方向のみの流れ感度によって、制限されている。
以前に、Ｂモード・イメージングにおいて動いている超音波反射体をイメージングするためにディジタル減算法が提案された。例えば、Proc. 1992 IEEE Ultrason. Symp. 誌、第１２７７頁〜第１２８０頁所載のIshihara等の論文「高速ディジタル減算超音波検査法を使用した血流におけるパス線(Path Lines in Blood Flow Using High-Speed Digital Subtraction Echography)」、及びProc. 1990 IEEE Ultrason. Symp. 誌、第１４７３頁〜第１４７６頁所載のIshihara等の論文「高速ディジタル減算超音波検査法：原理、並びに動脈硬化症、不整脈及び血流視覚化への予備的応用(High-Speed Digital Subtraction Echography: Principle and Preliminary Application to Arteriosclerosis, Arrhythmia and Blood Flow Visualization) 」を参照されたい。しかし、これらの方法はフレーム間の減算を使用しており、これは非常に低い遮断周波数を持つウォール・フィルタを用いている。この低い遮断周波数は、隣り合うフレーム相互の間の長い時間遅延に起因するものであり、これにより、動きの遅い組織または血管壁からの信号が適切に抑圧されない。
【０００８】
Chapman 等に付与された米国特許第５，６３２，２７７号には、位相反転減算を使用する非線形イメージング・システムが開示されている。このChapman 特許では、第１及び第２の超音波パルスがイメージングしようとする物体に二者択一的に送信されており、その実施態様では１８０度異なる２つのパルスが送信されて、受信時に加算されている。
【０００９】
伝統的にイメージングするのが困難な血管構造の診断に役立てる為に超音波医学用に造影剤が開発されている。例えば、Ultrasonics 誌、第２９巻（１９９１年）、第３２４頁〜第３８０頁所載のdeJong等の論文「超音波造影剤の原理及び最近の開発(Principle and Recent Developments in Ultrasound Contrast Agents) 」には、造影剤の使用法が考察されている。造影剤は、典型的には直径が１〜１０ミクロンの範囲内にあるマイクロバブル(microbubble) であり、血流中に注入される。これらのマイクロバブルからの後方散乱信号は血球からの後方散乱信号よりも遙かに大きいので、血流のイメージングを可能にするマーカーとして使用される。これらの造影剤からのエコーを更に分離する為の１つの方法は、造影剤のエコーの高調波（又は低調波）成分を使用することであり、これらの調波成分は造影剤を含んでいない周囲の組織からの調波成分よりもずっと大きい。例として、Proc. 1992 IEEE Ultrason. Symp. 誌、第１１７５頁〜第１１７７頁所載のNewhouse等の論文「第２高調波ドップラー超音波血液潅流測定(Second Harmonic Doppler Ultrasounf Blood Perfusion Measurement)」、及びProc. 1994 IEEE Ultrason. Symp. 誌、第１５４７頁〜第１５５０頁所載のBurns 等の論文「マイクロバブル造影剤使用する高調波パワー・モード・ドップラー：小さな血管の流れのイメージングの為の改良方法(Harmonic Power Mode Doppler Using Microbubble Contrast Agents: An Improved Method for Small Vessel Flow Imaging) 」を参照されたい。
【００１０】
Hwang 等に付与された米国特許第５，７０６，８１９号には、高調波造影剤、例えば気体充填マイクロバブルを使用して、超音波イメージングを行う方法及び装置が開示されている。逆極性の超音波パルスが相次ぐ発射で送信されている。それぞれのエコー信号は加算されて、注入された造影剤に帰因する高調波応答が抽出されている。
【００１１】
そこで、背景の組織信号が抑圧されると共にモーション・フラッシュ・アーティファクトが殆ど無いようにしながら、造影剤の流れからの基本波又は第２高調波信号を視覚化することの出来る造影剤高調波イメージング方法が必要である。これには、高ダイナミック・レンジ、静止した又はゆっくり動く組織及び血管壁からクラッタを除去する能力、高分解能、高フレーム速度、並びに全方向における流れ感度を有するイメージング・システムが要求される。また、組織内での非線形伝搬により発生される高調波信号が視覚化される組織高調波イメージング方法も必要である。更に、モーション・フラッシュ・アーティファクトを最小にしながら血流からの基本波信号をＢモードで視覚化する方法も必要である。その上、造影剤高調波イメージング、組織高調波イメージング及びＢモード流れイメージングを選択的に実行出来るプログラム可能な超音波イメージング・システムも必要である。
【００１２】
【発明の概要】
造影剤高調波イメージング、組織高調波イメージング及びＢモード流れイメージングを選択的に実行する方法及び装置が提供され、好ましい実施態様では、送信時に位相符号化励起が使用され、受信時に選択的発射間すなわち「スロー・タイム」フィルタリングが使用される。送信発射の組にわたって変化する送信位相と「スロー・タイム」フィルタリングを組み合わせることにより、反射信号内の異なるモードに対応する異なる有効「スロー・タイム」フィルタを生じる。送信位相及び「スロー・タイム」フィルタ重みが、所望のモードを選択的に強調しながら他のモードを抑圧するように設計される。具体的に述べると、一連の異なる位相（また可能性として異なる振幅）を持つ広帯域パルスが、複数の発射にわたって１つの送信焦点位置に送信され、そして１組の受信されビーム形成された信号が１組の（可能性として複素）スカラー重みと乗算されて、その１組の重み付けされビーム形成された信号が１つの画像走査線を形成するその後の処理のために合算される。１つの完全な画像は関心のある領域を横切る多数の送信焦点位置についてこの手順を繰り返すことによって形成される。
【００１３】
本発明の好ましい実施態様によれば、「スロー・タイム」フィルタは有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタとして具現化され、該フィルタは第１の位相符号化送信発射の結果として生じた受信信号をフィルタリングするための第１組のフィルタ係数を受け取ると共に、第２の位相符号化送信発射の結果として生じた受信信号をフィルタリングするための第２組のフィルタ係数を受け取る。第１組のフィルタ係数は、所定の１組のフィルタ係数の各々に第１のスカラー重みを乗算することによって形成される。第２組のフィルタ係数は、前記所定の１組のフィルタ係数の各々に第２のスカラー重みを乗算することによって形成される。送信位相及び「スロー・タイム」スカラー重みは、３つの異なる用途の関数、すなわち造影剤高調波イメージング、組織高調波イメージング及びＢモード流れイメージングの関数としてプログラム可能である。
【００１４】
造影剤高調波イメージングでは、音波検査者は、背景の組織信号が抑圧されると共にモーション・フラッシュ・アーティファクトが殆ど無い状態で、造影剤の流れからの基本波又は第２高調波信号を見ることを要望する。これは次のやり方で達成出来る。すなわち（１）第２高調波を高域通過フィルタリングすると共に、基本波信号のかなりの部分を抑圧する。これにより、背景の組織の信号が良好に抑圧される。（２）基本波及び高調波信号を高域通過フィルタリングする。これにより、背景は良好に抑圧されるが、モーション・フラッシュ・アーティファクトが大きくなる。（３）基本波を高域通過フィルタリング又は抑圧し、第２高調波を全域通過フィルタリングする。これにより、（第２高調波からの）組織の背景が多くなるが、最もゆっくり動く造影剤さえからの高調波信号も示される。
【００１５】
組織高調波イメージングでは、目標は組織内での非線形伝搬により発生される高調波信号（特に、第２高調波）を見ることである。これは、基本波信号のかなりの部分を抑圧すると共に、第２高調波のかなりの部分を通過させることにより達成される。
最後に、Ｂモード流れイメージングでは、目標はモーション・フラッシュ・アーティファクトを最小にしながら（造影剤なしに）血流からの基本波信号を視覚化することである。これを達成するには、基本波を高域通過フィルタリングし、第２高調波を全域通過フィルタリングする。これにより、フラッシュ・アーティファクトが平滑化される。
【００１６】
「スロー・タイム」フィルタリングは、好ましくは、Ｂモード画像フィードスルーを持つＦＩＲフィルタによって実行される。「スロー・タイム」又は発射間フィルタリングにより、遮断周波数を有用な範囲未だ増大させながら、クラッタ抑圧をより良くするためにＦＩＲフィルタをより長くすることができる。
【００１７】
【好ましい実施態様の説明】
本発明は、図１に示されている形式の超音波イメージング・システムに取り入れることが出来る。該システムは、複数の別々に駆動されるトランスジューサ素子１２で構成されたトランスジューサ・アレイ１０を有する。各々のトランスジューサ素子１２は、送信装置１４によって発生されたパルス波形により付勢されたときに超音波エネルギのバーストを生じる。検査中の物体からトランスジューサ・アレイ１０へ反射された超音波エネルギは各々の受信用トランスジューサ素子１２によって電気信号へ変換されて、１組の送受切換え（Ｔ／Ｒ）スイッチ１８を介して受信装置１６へ別々に印加される。Ｔ／Ｒスイッチ１８は典型的にはダイオード群で構成されていて、送信用電子回路によって発生された高電圧から受信用電子回路を保護する。送信信号により、ダイオード群が受信装置への該信号を遮断または制限する。送信装置１４及び受信装置１６は、操作員からの命令に応答して主制御装置２０の制御の下に作動される。完全な１回の走査（スキャン）は一連のエコー信号を取得することによって実行され、その際、送信装置１４が一時的にオンにゲート駆動されて各々のトランスジューサ素子１２を付勢し、その後に各々のトランスジューサ素子１２によって発生されたエコー信号が受信装置１６に印加される。或るチャンネルは、別のチャンネルが未だ送信を行っている間に受信を開始し得る。受信装置１６は各々のトランスジューサ素子からの別々のエコー信号を組み合わせて単一のエコー信号を作成し、この単一のエコー信号は表示モニタ２２上の画像内の一走査線を作成するために使用される。
【００１８】
主制御装置２０の指令の下に、送信装置１４は、超音波エネルギが方向付けされ焦点合わせされたビームとして送出されるようにトランスジューサ・アレイ１０を駆動する。これを達成するために、それぞれの時間遅延が送信ビーム形成装置２６によって複数のパルス発生装置２４に与えられる。主制御装置２０は音波パルスが送信される条件を決定する。この情報により、送信ビーム形成装置２６は、パルス発生装置２４によって発生されるべき各々の送信パルスの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アポダイゼーション(apodization) 発生回路３６によって作成される。アポダイゼーション発生回路は、例えば、各々のパルス発生装置に対する電源電圧を設定する高電圧制御装置で構成することが出来る。パルス発生装置２４は、次いで、Ｔ／Ｒスイッチ１８を介してトランスジューサ・アレイ１０の各々のトランスジューサ素子１２へ送信パルスを送る。Ｔ／Ｒスイッチ１８はトランスジューサ・アレイに存在する恐れのある高電圧から時間利得制御（ＴＧＣ）増幅装置２８を保護する。従来のように送信焦点合わせ時間遅延を適切に調節することによって、また送信アポダイゼーション重みを調節することによって、超音波ビームを方向付けし焦点合わせして、送信ビームを形成することが出来る。
【００１９】
超音波エネルギの各々のバーストによって発生されるエコー信号は、各送信ビームに沿った相次ぐ距離に位置する物体から反射する。これらのエコー信号は各々のトランスジューサ素子１２によって別々に検出され、特定の時点におけるエコー信号の大きさのサンプルが特定の距離において生じる反射の量を表す。反射点と各々のトランスジューサ素子１２との間の伝搬経路の差により、エコー信号は同時に検出されず、またそれらの大きさは等しくない。受信装置１６は、各々の受信チャンネル内のそれぞれのＴＧＣ増幅装置２８によって別々のエコー信号を増幅する。増幅されたエコー信号は、次いで、受信ビーム形成装置３０へ供給される。受信ビーム形成装置の各々の受信チャンネルは、それぞれのＴＧＣ増幅装置２８を介してそれぞれのトランスジューサ素子１２に結合される。
【００２０】
主制御装置２０の指令の下に、受信ビーム形成装置３０は送信ビームの方向を追跡し、各々のビームに沿って相次ぐレンジ（距離）でエコー信号をサンプリングする。受信ビーム形成装置３０は、各々の増幅されたエコー信号に適切な時間遅延を与え、受信時にダイナミック・アポダイゼーションを与え、それらの遅延されアポダイゼーションを与えられた信号を加算して、１つの超音波ビームに沿った特定のレンジ（距離）に位置する点から反射された全超音波エネルギを正確に示す１つの加算されたエコー信号を構成する。受信焦点合わせ時間遅延は、専用ハードウエアを使用して実時間で計算され又はルックアップ・テーブルから読み出される。受信チャンネルはまた、受信されたパルスをフィルタリングする回路を含んでいる。時間遅延された受信信号は次いで相互に加算されて、信号処理装置３２へ供給される。信号処理装置３２は、加算された受信信号を表示データに変換する。Ｂモード（グレースケール）では、これは信号の包絡線であり、エッジ強調及び対数圧縮のような追加の処理を受ける。走査変換装置３４が、信号処理装置３２から表示データを受け取って、該データを表示のための所望の画像に変換する。具体的に述べると、走査変換装置３４は、音響画像データを、極座標（Ｒ−θ）セクター形式またはデカルト座標線形アレイから適切にスケーリングされたデカルト座標表示画素データへビデオ速度で変換する。この走査変換された音響データは次いで表示モニタ２２上で表示するために出力され、表示モニタ２２は信号の包絡線の時間変化振幅をグレースケールで映像化する。
【００２１】
図２は、本発明による超音波イメージング・システムの部分を示す。このシステムでは、送信開口内の各々のトランスジューサ素子が、送信シーケンス・メモリ３８に記憶されている送信コードに従ってそれぞれの多相（例えば、バイポーラ）パルス発生装置２４’によってＮ回パルス駆動される。例えば、トランスジューサ素子は、第１の送信発射の際は第１の送信コードに従ってパルス駆動され、また第２の送信発射の際は第２の送信コードに従ってパルス駆動される。この場合、第１及び第２の送信コードは、従来の送信コードに対して位相符号化（例えば、極性反転）として印加される。パルス発生装置２４’はトランスジューサ・アレイ１０のトランスジューサ素子１２を駆動して、発生される超音波エネルギが各々の送信発射において同じ送信焦点位置に焦点合わせされるようにする。これを達成するために、送信コードに従ってパルス発生装置によって発生されるそれぞれのパルス波形に同じ送信焦点合わせ時間遅延３６が与えられる。送信焦点合わせ時間遅延を従来のように適切に調節することによって、超音波ビームを多数の送信焦点位置に焦点合わせして、画像平面内の走査を行うことが出来る。
各々の送信について、トランスジューサ素子１２からのエコー信号がビーム形成装置のそれぞれの受信チャンネル４０に供給される。主制御装置２０（図１）の指令の下に、受信ビーム形成装置は送信ビームの方向を追跡する。受信ビーム形成装置は、受信されたエコー信号に適切な受信焦点合わせ時間遅延４２を与え、それらの信号を加算して、１つの送信ビームに沿った特定の位置から反射された全超音波エネルギを正確に示す１つのエコー信号を構成する。特定の送信焦点位置に焦点合わせされるＮ回の送信発射の各々について、時間遅延された受信信号が受信加算装置４４で加算される。Ｎ回の送信発射の各々についての加算された受信信号が「スロー・タイム」フィルタ４６に供給されるを。「スロー・タイム」フィルタ４６はＮ回の送信発射にわたってフィルタリングを行い、そしてフィルタリングされた信号を信号処理装置３２に供給する。信号処理装置３２はこのフィルタリング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む）及び走査変換の後、走査線が表示モニタ２２（図１）上に表示される。この手順は、各々の送信焦点位置（各々のビーム角について送信焦点が１つである場合）について又は各々のベクトル（各々のビーム角について送信焦点が複数ある場合）についてそれぞれの走査線が表示されるように繰り返される。
【００２２】
本発明の好ましい実施態様によれば、「スロー・タイム」フィルタ４６は、受信加算装置４４の出力に結合された入力を持つＦＩＲフィルタ４８と、ＦＩＲフィルタ４８に結合された入力及び信号処理装置３２に結合された出力を持つベクトル加算装置５０とで構成される。ＦＩＲフィルタは、各々の送信発射についてそれぞれの１組のＭ個のフィルタ係数を受け取るためのＭ個のフィルタ・タップを有する。ｎ番目の送信発射についてのフィルタ係数はａn ｃ0 ，ａn ｃ1 ，....，ａn ｃM-1 である。ここで、ａn はｎ番目の送信発射についてのスカラー重みであり、ｎ＝０，１，....，Ｎ−１であり、またｃ0 ，ｃ1 ，....，ｃM-1 は、ＦＩＲフィルタ４８が受信信号中の所望の周波数帯域を通すように選択された１組のフィルタ係数である。スカラー重みａ0 ，ａ1 ，....，ａN-1 は、「スロー・タイム」フィルタが高調波モード及び散乱体速度の関数として帯域通過信号を選択的に通過させ又は減衰させるようにする。フィルタ係数ａn ｃ0 ，ａn ｃ1 ，....，ａn ｃM-1 は主制御装置によって各々の送信発射についてフィルタ係数メモリ５２からフィルタに供給される。例えば、１番目の送信発射について、１組のフィルタ係数ａ0 ｃ0 ，ａ0 ｃ1 ，....，ａ0 ｃM-1 がＦＩＲフィルタに供給され、そして２番目の送信発射について、１組のフィルタ係数ａ1 ｃ0 ，ａ1 ｃ1 ，....，ａ1 ｃM-1 がＦＩＲフィルタに供給される、という様に続く。フィルタ係数は診断用途に応じてプログラム可能である。異なる複数の組のフィルタ係数を主制御装置のメモリ内のルックアップ・テーブルに記憶させておくことが出来、また所望の１組のフィルタ係数をシステム操作員によって選択することが出来る。送信発射の数Ｎ＝２である用途では、１組又は複数組のフィルタ係数がメモリに記憶され、１組のフィルタ係数が１番目の送信発射の前にＦＩＲフィルタに転送され、そして別の１組のフィルタ係数が１番目の送信発射の後で且つ２番目の送信発射の前にＦＩＲフィルタに転送される（同じスカラー重みが２つの送信発射に対して適用されるとき、同じフィルタ係数の組を両方の発射に使用することが出来る）。同様に、送信発射の数Ｎ＞２である用途では、２組またはそれ以上の組のフィルタ係数がメモリに記憶される。Ｎ個の送信ファイヤリングでの相次ぐＦＩＲフィルタ出力信号がベクトル加算装置５０で累算される。次いで、ベクトル加算装置の出力信号が通常のＢモード処理を受けてから、走査変換され表示される。
【００２３】
本発明の好ましい実施態様によれば、発射間（すなわち、「スロー・タイム」）フィルタリングが送信位相符号化と組み合わされて、強調された超音波画像を作成する。「スロー・タイム」フィルタは、送信位相が１組の送信発射にわたって変化するので、反射された信号の異なるモード（基本波、第２低調波、第２高調波、第３高調波など）に対して異なる応答を行う。これにより、所望のモードを選択的に強調して他のモードを抑圧するように送信位相及び「スロー・タイム」フィルタを設計することが可能である。具体的に述べると、送信された信号が、ｉ＝０，１，．．．．，Ｎ−１として、位相項ｅｘｐ［ｊθi ］を持つ場合、ｋ番目の高調波（又は低調波）は、ｉ＝０，１，．．．．，Ｎ−１として、位相項ｅｘｐ［ｊｋ(-1)θi ］を持つ。従って、「スロー・タイム」フィルタ係数が、ｉ＝０，１，．．．．，Ｎ−１として、ａi である場合、ｋ番目の高調波（又は低調波）についての有効「スロー・タイム」フィルタは、ａi ｅｘｐ［ｊｋ(-1)θi ］であり、これは特定のモードｋに依存する伝達関数である。
【００２４】
本発明のシステムは３つの異なる用途領域、すなわち造影剤高調波イメージング、組織高調波イメージング及びＢモード流れイメージングを有する。各々の用途に対して、送信位相及び「スロー・タイム」フィルタ重みを選択して、基本波及び高調波（低調波）について所望のフィルタリングを達成することが出来る。種々の好ましい実施態様についての「スロー・タイム」フィルタ応答が図４乃至図１１に示されている。基本波モードに対する「スロー・タイム」フィルタ応答は実線で表示され、第２高調波に対する「スロー・タイム」フィルタ応答は破線で表示され、及び第２低調波（点線）に対する「スロー・タイム」フィルタ応答は点線で表示されている。水平軸は「スロー・タイム」正規化周波数に対応し、垂直軸は「スロー・タイム」フィルタ出力の大きさである。正規化動作周波数の期待される範囲は±０．２の範囲内にある。
【００２５】
造影剤高調波イメージングでは、気体充填マイクロバブルよりなる造影剤が血液中に注入されて、血流のイメージングのためのマーカーとして作用する。背景の組織信号が抑圧されると共にモーション・フラッシュ・アーティファクトが殆ど無いようにしながら、造影剤の流れからの基本波又は第２高調波信号を見ることが望ましい。特定の送信焦点位置に順々に送信される広帯域パルスは位相符号化される。具体的に述べると、中心周波数がｆ0 のＮ個のパルスが各送信焦点位置に送信される。受信時に、「スロー・タイム」フィルタがＮ回の送信に対して高調波（又は低調波）流れ信号を抽出する。具体的に述べると、１組の「スロー・タイム」フィルタ重みａ0 ，ａ1 ，....，ａM-1 が選択されて、Ｍタップ「スロー・タイム」ＦＩＲフィルタ４８が或る特定の速度で動いている造影剤から反射された信号中の所望の高調波又は低調波周波数の全てを通過させると共に、基本波周波数の信号を実質的に抑圧するようにする。送信された中心周波数がｆ0 である場合、組織／造影剤の非線形性によりｋｆ0 の高調波が発生される。ここで、ｋは２より大きい又は２に等しい整数である。また、造影剤のバブルが破壊することによりｆ0 ／ｋの低調波が発生されることがある。
【００２６】
本発明の好ましい実施態様によれば、造影剤高調波イメージングが、第２高調波を高域通過フィルタリングすると共に、基本波信号の全てを抑圧することによって達成される。この結果、図６に示されているように、背景の組織の信号が良好に抑圧される。図６に示されている応答は、送信位相［０°，１８０°，１８０°，０°］及びフィルタ重み［０．４，１，−１，−０．４］を使用して得られた。図６は、基本波の抑圧に加えて、高調波（又は低調波）信号の静止成分がノッチ・フィルタによって実質的に阻止される場合を示している。この好ましい実施態様は非静止すなわち流れ領域の非線形イメージングに有用であり、特に血流中に注入された造影剤をイメージングするの有用である。
【００２７】
本発明の別の好ましい実施態様によれば、造影剤高調波イメージングが、基本波及び高調波信号を高域通過フィルタリングすることにより実現される。この結果、図１１に示されているように、低い流れの感度が改善されるが、モーション・フラッシュ・アーティファクトが大きくなる。図１１に示されている応答は、送信位相［０°，１８０°，０°，１８０°］及びフィルタ重み［１，１，−１，−１］を使用して得られた。
【００２８】
本発明の他の好ましい実施態様によれば、造影剤高調波イメージングが、基本波を高域通過フィルタリング又は抑圧し、第２高調波を全域通過フィルタリングすることにより実現される。この結果、（第２高調波からの）組織の背景が多くなるが、最もゆっくり動く造影剤さえからの高調波信号も示される。個のモードの例が図４、図５及び図７乃至図１０に示されている。図４に示されている応答は、送信位相［０°，１８０°，０°，１８０°］及びフィルタ重みは［０．４，１，１，０．４］を使用して得られた。図５に示されている応答は、送信位相［０°，９０°，０°，１８０°］、フィルタ重み［０．４，１，１，０．４］及びフィルタ位相［０°，９０°，０°，０°］を使用して得られた。図７に示されている応答は、送信位相［０°，１８０°］及びフィルタ重みは［１，１］図７に示されている応答は、送信位相［１８０°，０°，１８０°］及びフィルタ重みは［０．５，１，０．５］を使用して得られた。図９に示されている応答は、送信位相［０°，０°，１８０°，１８０°］及びフィルタ重みは［１，１，１，１］を使用して得られた。図１０に示されている応答は、送信位相［０°，１８０°，１８０°，０°］及びフィルタ重みは［１，１，１，１］を使用して得られた。
【００２９】
組織高調波イメージングでは、目標は組織内での非線形伝搬により発生される高調波信号（特に、第２高調波）を見ることである。本発明の更に別の好ましい実施態様によれば、基本波信号の全てを抑圧すると共に、第２高調波の全てを通過させることにより達成される。このために、図４、５、８又は１０に表されている送信位相及び「スロー・タイム」フィルタ重みを使用することが出来る。また図７に示されている応答を生じる送信位相及び「スロー・タイム」フィルタ重みも使用することが出来るが、フラッシュ・モーション・アーティファクトが大きくなる。
【００３０】
最後に、Ｂモード流れイメージングの目標は、モーション・フラッシュ・アーティファクトを最小にしながら（造影剤なしに）血流からの基本波信号を視覚化することである。本発明の好ましい実施態様では、これは、基本波を高域通過フィルタリングすると共に、第２高調波を全域通過フィルタリングすることにより達成される。第２高調波を通過させることにより、フラッシュ・アーティファクトが平滑化される。このために、図７又は９によって表されている送信位相及び「スロー・タイム」フィルタ重みを使用することが出来る。
【００３１】
本発明の更に好ましい実施態様によれば、Ｂモード流れ画像が従来のＢモード画像の上に重畳される。これにより、診断者が医学的診断の際に既知の解剖学的特徴に対して相対的な血液の流れを観察することが可能となる。このＢモード画像フィードスルーは「スロー・タイム」フィルタ重みの１つを摂動させることによって達成される。例えば、最初の送信発射（又は任意の送信発射）についての重みａ0 を、図３に示されているように量αだけ摂動させることが出来る。Ｂモード画像フィードスルーにより、流れ画像を表示のために従来のＢモード画像の上に重畳することが可能になる。この代わりに、流れ画像を表示のために従来のＢモード画像の上にカラーで重畳してもよい。
【００３２】
１焦点位置当りＮ回の送信の各々の間の時間間隔は、「スロー・タイム」フィルタ遮断周波数を決定するために使用者が制御可能である。特定の焦点位置へのＮ回の送信の各々の間の時間間隔が長くなると、遮断周波数が低くなり、低速の流れに対する感度が高くなる。
本発明を特定の好ましい特徴を例示し説明したが、当業者には種々の変更及び変形をなし得よう。従って、特許請求の範囲は本発明の真の精神の範囲内にあるこの様な全ての変更及び変形を包含することを意図して記載してあることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超音波イメージング・システムのブロック図である。
【図２】本発明の好ましい実施態様に従った超音波イメージング・システムの部分のブロック図である。
【図３】本発明の別の好ましい実施態様に従ったＢモード・フィードスルーを持つ「スロー・タイム」フィルタリングを示すフローチャートである。
【図４】基本波モード（実線）、第２高調波（破線）及び第２低調波（点線）に対するフィルタ応答を（スロー・タイム正規化周波数の関数として）示すグラフであり、この場合、送信位相は［０°，１８０°，０°，１８０°］であり、「スロー・タイム」フィルタ重みは［０．４，１，１，０．４］である。
【図５】基本波モード（実線）、第２高調波（破線）及び第２低調波（点線）に対するフィルタ応答を（スロー・タイム正規化周波数の関数として）示すグラフであり、この場合、送信位相は［０°，９０°，０°，１８０°］であり、「スロー・タイム」フィルタ重みは［０．４，１，１，０．４］（「スロー・タイム」フィルタ位相が［０°，９０°，０°，０°］の場合）である。
【図６】基本波モード（実線）、第２高調波（破線）及び第２低調波（点線）に対するフィルタ応答を（スロー・タイム正規化周波数の関数として）示すグラフであり、この場合、送信位相は［０°，１８０°，１８０°，０°］であり、「スロー・タイム」フィルタ重みは［０．４，１，−１，−０．４］である。
【図７】基本波モード（実線）、第２高調波（破線）及び第２低調波（点線）に対するフィルタ応答を（スロー・タイム正規化周波数の関数として）示すグラフであり、この場合、送信位相は［０°，１８０°］であり、「スロー・タイム」フィルタ重みは［１，１］である。
【図８】基本波モード（実線）、第２高調波（破線）及び第２低調波（点線）に対するフィルタ応答を（スロー・タイム正規化周波数の関数として）示すグラフであり、この場合、送信位相は［１８０°，０°，１８０°］であり、「スロー・タイム」フィルタ重みは［０．５，１，０．５］である。
【図９】基本波モード（実線）、第２高調波（破線）及び第２低調波（点線）に対するフィルタ応答を（スロー・タイム正規化周波数の関数として）示すグラフであり、この場合、送信位相は［０°，０°，１８０°，１８０°］であり、「スロー・タイム」フィルタ重みは［１，１，１，１］である。
【図１０】基本波モード（実線）、第２高調波（破線）及び第２低調波（点線）に対するフィルタ応答を（スロー・タイム正規化周波数の関数として）示すグラフであり、この場合、送信位相は［０°，１８０°，１８０°，０°］であり、「スロー・タイム」フィルタ重みは［１，１，１，１］である。
【図１１】基本波モード（実線）、第２高調波（破線）及び第２低調波（点線）に対するフィルタ応答を（スロー・タイム正規化周波数の関数として）示すグラフであり、この場合、送信位相は［０°，１８０°，０°，１８０°］であり、「スロー・タイム」フィルタ重みは［１，１，−１，−１］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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