(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも関心体積に関する操作者が指定するビュー方向およびビュー位置に関係する撮像パラメータを受け取るよう構成された操作者用入力装置と、
トランスデューサ素子の２次元アレイを有するトランスデューサと、
前記操作者用入力装置及び前記トランスデューサと通信するシステム制御器とを有する、
医療診断用超音波撮像システムであって、
前記システム制御器は、前記超音波撮像システムのボリュームスキャン範囲の一部に亘ってある数の送波走査線を前記トランスデューサから送波する前記撮像パラメータに応じて操作者命令の送波ビームスキャンシーケンスを発生し、前記ボリュームスキャン範囲の前記一部における送波走査線の数および間隔は送波ビーム密度を定義し、前記ボリュームスキャン範囲の前記一部が前記関心体積をなし、
当該システムが更に、前記関心体積に関する前記操作者が指定するビュー方向およびビュー位置に依存して前記送波ビーム密度を計算する手段を有することを特徴とする、
システム。
【請求項２】
前記送波ビーム密度を計算する手段が、斜視図様のビューを達成するよう前記送波走査線のアジマスにおける間隔を計算するよう構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記送波ビーム密度を計算する手段が、観察されている対象の特定の部分に対してより高い解像度を与えるよう、前記送波走査線の仰角における間隔を計算するよう構成されている、請求項１または２記載のシステム。
【請求項４】
操作者によって選択された複数の３次元撮像パラメータに対する参照として断層撮影スライスを生成するよう２次元撮像モードが用いられる、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記ボリュームスキャン範囲は、リアルタイムで取得され表示されうる、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記２次元撮像モードがＢモードである、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記２次元撮像モードがドップラモードである、請求項４記載のシステム。
【請求項８】
前記関心体積は、操作者によって選択された３次元グラフィックによって定義される、請求項５記載のシステム。
【請求項９】
前記操作者によって選択された３次元グラフィックは、前記システムのスキャン範囲内で制御可能にサイズ変更可能である、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記関心体積は錘台参照フレームに関連して発生される、請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
前記錘台参照フレームの位置が調整可能である、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
撮像モードが操作者により選択可能である、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記錘台参照フレームは操作者により調整可能である、請求項１１記載のシステム。
【請求項１４】
前記入力装置は、メニューと関連するポインティングデバイス、キーボード、スイッチ、及び押しボタンからなる群から選択される、請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
当該システムが更に操作者選択可能な表示モードを与える手段を有し、前記操作者選択可能な表示モードを与える手段は、２次元画像参照と、メニューに関連するポインティングデバイス、キーボード、スイッチ、及び押しボタンからなる群から選択される複数の入力装置とを有する組合せを通じて実現される、請求項１記載のシステム。
【請求項１６】
前記操作者選択可能な表示モードを与える手段は、操作者調整可能な３次元グラフィックによって更に実現される、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
２次元画像ディスプレイを発生する段階と、
少なくとも関心体積に関する操作者が指定するビュー方向およびビュー位置に関係する少なくとも１つの操作者選択可能な撮像パラメータを受け取る段階と、
前記少なくとも１つの操作者選択可能な撮像パラメータに応じて、ボリュームスキャン範囲の一部に亘ってある数の送波走査線を前記トランスデューサから送波する送波ビームスキャンシーケンスを計算する段階であって、ここで、前記ボリュームスキャン範囲の前記一部における送波走査線の数および間隔は送波ビーム密度を定義し、前記ボリュームスキャン範囲の前記一部が前記関心体積をなす、段階と、
前記送波ビームスキャンシーケンスを前記関心体積に適用する段階と、
前記送波ビームスキャンシーケンスから生ずる２次元画像情報を取得する段階と、
多次元画像表示を発生する段階とを有する、方法であって、
前記計算する段階が、前記関心体積に関する前記操作者が指定するビュー方向およびビュー位置に依存して前記送波ビーム密度を計算する段階を有することを特徴とする、
方法。
【請求項１８】
前記送波ビーム密度を計算する段階が、斜視図様のビューを達成するよう前記送波走査線のアジマスにおける間隔を計算することを含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記送波ビーム密度を計算する段階が、観察されている対象の特定の部分に対してより高い解像度を与えるよう、前記送波走査線の仰角における間隔を計算することを含む、請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】
前記多次元画像表示を発生する段階は、操作者調整可能な多次元画像表示を発生する段階で置き換えられる、請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
前記多次元画像表示を発生する段階は、操作者調整可能な合成多次元画像表示を発生する段階で置き換えられる、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、医療診断のための３次元超音波撮像システムに関連し、より特定的には、より高いフレームレート又は最適化された画像取得時間を与える改善された３次元超音波撮像システム及び方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
超音波撮像は、幅広い用途で重要且つ人気のある診断器具となっている。特に、超音波撮像は、非侵襲的であり、一般的には非破壊的な性質であるため、医療界において広く使用されている。近年の高性能の超音波撮像システム及び技術は、対象の内部的な特徴（例えば、人間である患者の解剖学的な構造の部分）の２次元画像及び３次元画像の両方を生成するために一般的に使用されている。診断用超音波撮像システムは、一般的には、超音波信号を送信及び受信するために広い帯域幅のトランスデューサを用いる。超音波撮像システムは、体の中へ進行する超音波パルスを発生するよう音響トランスデューサ素子又は音響トランスデューサ素子のアレイを電気的に励起することにより人間の体の内部組織の画像を形成する。超音波パルスは、体の組織から反射するときにエコーを生じさせ、これは伝搬する超音波パルスに対する不連続性として現れる。様々なエコーは、トランスデューサへ戻り、電気信号へ変換され、電気信号は組織の画像を生成するよう増幅され処理される。これらの超音波撮像システムは、外科手術のようなより侵襲的な診査技術を求めることなく人間の解剖学的構造の内部的な特徴のリアルタイムの高解像度画像を医師に与えるため、医療分野において非常に重要となっている。
【０００３】
上述のように、超音波撮像システムは、複数の超音波パルスを放射し受信する音響トランスデューサを使用する。超音波パルスを放射する音響トランスデューサは、一般的には、１つの圧電素子又は圧電素子のアレイを有する。従来技術で周知であるように、圧電素子は、電気信号が印加されると、送信超音波パルスを発生するよう変形する。同様に、受信エコーは、圧電素子を変形させ、対応する受信電気信号を発生する。音響トランスデューサは、操作者にトランスデューサを所望の関心領域の上で操作するかなりの自由度を許容するハンドヘルド装置内に組み入れられることが多い。トランスデューサは、ケーブルを介して、電気信号を発生し処理する制御装置に接続されることが多い。次に、制御装置は、リアルタイム観察装置、例えばモニタへ画像情報を送信しうる。他の構成では、画像情報は、遠隔場所にいる医師へ送信されてもよく、後の時点で診断画像の観察を可能とするよう記憶されてもよい。
【０００４】
３次元画像を生成するために、位置情報に関連する例えば平面又は線情報等の体積測定法的に離間した情報は、様々なトランスデューサのうちのいかなるものを用いても取得される。１つのアプローチは、３次元画像情報を直接取得するために２次元トランスデューサを用いることである。２次元アレイは、所望の情報を取得するために任意の所望の向きで電子的に走査するのに使用されうる。他のアプローチは、１次元又は１．５次元トランスデューサアレイを画像データフレームに関連する相対位置情報と共に使用して多数の２次元画像データフレームを用いるものであり、従ってこれらのフレームは、所望の３次元再構成を形成するよう３次元ボリューム内で順次に組み立てられ得る。
【０００５】
上述のように、トランスデューサから受信されるエコー信号に基づいて、多数の平面情報の組から組み立てられる体積測定法情報が発生される。画像情報は、様々な撮像モードの関数として導出される。例えば、Ｂモード即ち輝度モード、又は、カラードップラ撮像モードがある。
【０００６】
平面情報等の体積測定法的に離間した情報及び関連する位置情報が与えられると、画像情報を被写体の３次元ボリュームへ組み立て、断面、サーフェス・レンダリング等の所望の表示を与えるために標準的な方法が使用される。
【０００７】
いくつかの従来技術の超音波撮像システムは、技術者が患者内の関心となる器官の「完全なボリューム」を取得する作業を行い、医師又は他の臨床医がオフラインで複数の画像を提供する診断セッションの結果を調べるという考えに基づいて設計された。この診断方法では、技術者が診断に必要な全てのスライス及び投影を取得することが必須である。結果として、技術者が被観察ボリューム（ＶＵＯ）の寸法を減少させることを可能とする対策は与えられていない。
【０００８】
しかしながら、大量のスキャンを取得するのにはかなりの時間がかかり、これはリアルタイム撮像システムにおけるフレームレートに負の影響がある。非リアルタイムシステムでは、負の影響を受けるのは総取得時間である。例えば、単一の心臓周期に亘って人間の心臓の完全な４次元（空間及び時間）ボリュームを取得するには５分以上の時間がかかる。
【０００９】
いくつかの従来技術の撮像システムは、ハードウエア内のマルチチャネル並列ビーム形成構造を組み込むことによりフレームレートの問題を扱う。しかしながら、このアプローチは、結果として生ずる超音波撮像システムの費用及びサイズをかなり増加させる。マルチチャネル並列ビーム形成ハードウエアによる解決策を図１に示す。図示のように、従来技術の３次元撮像システム１０は、送信制御器１２、トランスデューサ１４、並列構成とされた受信ビームフォーマ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，．．．，１６ｘ、無線周波（ＲＦ）フィルタ１８、並びに、ドップラ画像プロセッサ２０及びＢモード画像プロセッサ２２の両方を含みうる。従来技術の３次元撮像システム１０は、更に、スキャンコンバータ２４、３次元画像プロセッサ２６、画像−データ記憶装置２８、及びディスプレイ３０を更に有する。
【００１０】
図１に示すように、従来技術の３次元撮像システム１０は、トランスデューサ１４へ転送されうる多数の励起信号の動作及びタイミングを制御するために送信制御器１２を使用しうる。トランスデューサ１４は、超音波信号を被試験対象（図示せず）へ送波し、被試験対象から受波するよう構成されうる。超音波送波信号に応じて、１以上のエコーが被試験対象によって放出され、トランスデューサ１４によって受波され、トランスデューサ１４は更なる処理のためにエコーを電気信号へ変換する。受波モード中、多数のビーム位置においてトランスデューサ１４においてアナログ波形が受波される。複数の受波されたアナログ波形は夫々、専用の受信ビームフォーマ１６ａ乃至１６ｘへ転送されうる。一組の並列ビームフォーマ１６は、時間に亘って連続して、各別個の音響ラインに対して一組ずつ一連のアナログ波形の組を受信し、波形をパイプライン処理方式で処理しうる。一組の並列ビームフォーマ１６ａ乃至１６ｘの夫々は、夫々のアナログエコー波形を多数の離散位置点を有するディジタルエコー波形へ変換するよう構成されうる。一組の並列ビームフォーマ１６ａ乃至１６ｘの夫々は、別々のエコー波形を異なった時間量だけ遅延させてもよく、合成ディジタルＲＦ音響線を形るよう遅延された波形を一緒に加えてもよい。
【００１１】
ＲＦフィルタ１８は、並列ビームフォーマ１６の出力に結合されてもよく、ディジタル音響線を順次に受信及び処理するよう構成されてもよい。ＲＦフィルタ１８は、帯域通過フィルタの形であってもよい。図１に更に示すように、フィルタリングされた画像データは、２次元画像モード処理のためにドップラ画像プロセッサ２０及びＢモード画像プロセッサ２２へ転送されうる。図１に更に示すように、ドップラ画像プロセッサ２０及びＢモード画像プロセッサ２２は、画像データを表示に適したフォーマットへ変換させるようスキャンコンバータ２４に結合されうる。スキャンコンバータ２４は、いったんデータフレーム全体（即ち、単一ビュー内の一組の全ての音響ライン、又は、表示されるべき画像／ピクチャ）が蓄積された後にデータを処理しうる。
【００１２】
次に、従来技術の３次元撮像システム１０は、一連の平面（即ち２次元）超音波画像から体積測定法情報を発生するよう、変換された画像データを必要な数学的な演算を実行する３次元画像プロセッサ２６へ転送しうる。図１に更に示すように、３次元画像プロセッサ２６は、画像データ記憶装置２８及びディスプレイ３０に結合されうる。画像データ記憶装置２８は、オフライン画像操作及び観察のために静止フレーム及びビデオ画像の両方記憶を可能とする。ディスプレイ３０は、操作者によるリアルタイムの画像観察を可能としうる専用陰極線管（ＣＲＴ）又は他の適切な画像作成装置の形をとりうる。
【００１３】
上述のように、多数の平面から構成される体積測定法情報は、図２に示すように従来技術の３次元撮像システム（図１）によって収集される。例えば、平面情報４０は、図示のように複数の超音波送波平面１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，．．．，１３ｆを送波するようトランスデューサ１４を用いることによって収集されうる。複数の送波平面１３は、トランスデューサ１４によって受波されうる複数の応答平面（図示せず）を発生しうる。複数の応答平面は、位置情報とともに、３次元画像を生成するよう図１の従来技術の３次元撮像システム１０によって処理されうる。図２に更に示すように、体積測定法情報は、１６ｃｍの深さで６０°×６０°のフットプリントに亘ってスキャンされうる。図２にも示すように、複数の応答平面１３は、１６ｃｍの長さ及び幅に亘って広がりうるものであり、従って体積測定法情報ピラミッドを形成する。図２から明らかであるように、ＶＵＯ（例えば、人間の解剖学的構造の器官又は器官の一部）は、複数の超音波送波平面１３によって形成される３次元「スキャン」ピラミッド内に存在せねばならない。図２に示すような従来技術の３次元撮像システム１０（図１）によって収集される平面情報は、固定トランスデューサ１４によって収集されうる平面情報４０を表わす。
【００１４】
リアルタイム（即ち１５Ｈｚよりも良い）で大きいボリューム（６０°×６０°）を達成するために、従来技術の３次元撮像システム１０（図１）は、１６ｘ並列ビームフォーマを使用することを強いられていた。この１６ｘ並列ビームフォーマのアーキテクチャは、特に従来技術の３次元撮像システムと比較した場合は、実現可能な３次元分解能にかなりの費用がかかるため、望ましくない。第１に、各ビームフォーマに対する費用は、従来技術の３次元撮像システムを比較的費用のかかるものとする。第２に、１６ｘ並列（１６の同時受信取得に対して１回の送信放射）動作を達成するために、従来技術の３次元撮像システム１０は、約４°×４°の広くされた送波ビームを使用する。送波ビーム幅内では、４°×４°受波ビーム幅を用いて１６の受波ビーム（夫々が１°ずつ離れている）が調べられる。「ラウンド・トリップ」解決策は、実際上は送波ビーム幅と受波ビーム幅を乗算したものである。比較的広い送波ビーム幅と受波ビーム幅の結果として、従来技術の３次元撮像システム１０は、従来技術の２次元のみの撮像システムと比較されると、かなりの解像度を失う。
【００１５】
ＶＵＯに対するトランスデューサ１４の相対位置を制御するのに様々な装置を用いる他の従来技術のシステムが考案されている。平面情報４０は、トランスデューサ１４の位置を変化させるよう構成された３次元撮像システムによって収集されうることが認められる。位置可変トランスデューサで取得される複数の２次元ビューから生ずる平面情報４０は、スライスの形をとりうる。複雑性が増す代わりに、トランスデューサ１４の相対位置を変化させることが可能な超音波撮像システムは、固定位置トランスデューサ１４を用いるシステムよりも大きいボリュームを取得しうる。選択される２次元撮像方法とは無関係に、ＶＵＯの３次元描出を生じさせるために、画像情報を各画像スライスに関連する位置情報と組み合わせる適切なアルゴリズムが知られている。
【００１６】
複数の２次元画像を用いて３次元ボリュームを取得する２つの従来技術の方法を一般的に説明したが、ここで図３を参照し、図３は、比較的大きいビーム帯域幅及び多チャンネル並列ビーム形成システムを用いて予想されうる従来技術の性能特性を示した図である。
【００１７】
これに関して、図３は、図１の従来技術の３次元撮像システム１０の動作を更に示す。より特定的には、図３は、従来技術の３次元撮像システム１０で予想されうる、送波ビーム幅に対する送波平面５２、受波平面５４、及びラウンドトリップ５６感度といった予測性能特性を示すプロットである。図３について、本発明による３次元撮像システムに対する予想性能特性との比較がされる図６のプロットに関連して更に説明する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
更に、様々な従来技術の超音波撮像システムの高まった費用及びサイズに対して、完全なボリュームを取得することに関連する他の問題は、ターゲットボリュームの位置がプローブを参照とすることである。結果として、解剖学的構造に対する参照は、観察されている組織ボリュームを正確に識別し診断するために正確に平行移動されねばならない。解剖学的構造への参照は、一般的には最小であり、技術者が「ラベリング」を行うこと、又は、診断している臨床医が解剖学的構造を識別することに頼ることを必要とする。従って、調べている臨床医が、自分が何を見ているのかを理解することが困難であることが多い。臨床医が特定の撮像システム及び生成される典型的な画像について非常に熟練しており経験が豊富でないかぎり、医師は、しばしばボリュームの中で自分が何を見ているのか分からなくなる。
【００１９】
結果として、操作者が時間が重要とされる方法でボリュームを取得し、ボリューム・レンダリングを標準的な２次元撮像モードへ参照することが可能であり、ＶＵＯ内のユーザに向けられたビューを生じさせる多数のディスプレイモードパラメータを操作者が選択的に選ぶことを可能とする、改善された４次元（空間及び時間）超音波撮像システムが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、時間効率的な方法でユーザによって識別されたターゲット・ボリュームを取得する超音波撮像システム及び方法を提供する。超音波撮像システムと対話する操作者は、ターゲット・ボリュームの体積的な寸法、ビュー角度の位置等を識別する。操作者の入力に応じて、超音波撮像システムは、３次元画像を時間的に効率的に取得するよう、スキャンシーケンス、音響線方向、及び音響線間隔を変更しうる。操作者は、選択されたボリュームの寸法、フレームレート、及び所望の解像度のトレードオフによりターゲット・ボリューム取得のレートにかなり影響を与えうる。操作者に、ＶＯＩよりも大きい任意の体積を有しうる被観察体積（ＶＵＯ）内の可変寸法のターゲット関心体積（ＶＯＩ）を配置させることを可能とすることにより、フレームレートは最適化されうる。この最適化は、大きいターゲット・ボリューム（例えば被観察ボリューム即ちＶＵＯ）に対する所望のＶＯＩの音響線の放射から生ずる。
【００２１】
超音波撮像システムは、標準２次元撮像モード（例えばＢモード又はドップラカラーフロー撮像モード）を参照して位置及びサイズの両方でターゲット・ボリューム（即ちＶＯＩ）を参照しうる。直接的な結果として、ターゲット・ボリュームは、標準２次元撮像モードを１次的な参照として使用することにより操作者によって指定されうる。更に、２次元参照画像情報は、リアルタイムで取得され、臨床医（例えば医師）に対して認識可能な参照を与えるよう所望のＶＯＩに沿って後に表示されうる。
【００２２】
超音波撮像システムは、送信された音響線の周期性を変化させうる（例えば、連続する音響線の間の角度的な距離は空間的に変化しうる）。空間的な密度のこれらの差は、操作者入力によって影響を受けうるものであり、空間的な線密度の変化は、音響エコー取得時間を最小化するために、又は、ターゲット・ボリュームの特定の領域内の解像度を最適化するために操作者入力によって影響を受けうる。１つのモードでは、望ましい観察角度を識別した後、ビューソース（又はカメラ位置）に最も近い音響線は、より高い密度を有する。ビューソースから離れる距離が増すにつれて、超音波撮像システムはますます互いに離れた送信音響線を生成しうる。音響送信線間隔を変化させることの１つの利点は、連続するアルゴリズム処理が容易とされうることである。特定の場合は、送信音響線の間隔を変化させることにより３次元画像に視点を組み込むことが可能である。これが達成されうる１つの方法は、ユーザにより識別されたビューウィンドウからの距離が増すにつれて、送信線の間隔（及び線に沿った解像度）を減少させることによって成されうる。超音波エコー情報が取得された後、ユーザによって選択可能なビューウィンドウからの距離とより均一な間隔を用いて画像データを表示することにより画像透視図が導入される。本発明の超音波撮像システムに関連する更なる他の利点は、ＶＵＯ内のユーザにより識別された錘台を参照フレームとして用いて音響線を放射することにより、続くスキャン変換が容易とされうることである。
【００２３】
構造的には、本発明の超音波撮像システムは、一連の超音波エネルギーパルスを発生しトランスデューサへ転送するよう構成された超音波システム制御器と電気的に通信するトランスデューサを含みうる。超音波システム制御器は更に、超音波ターゲット・エコーを受信し情報を復元し、復元された超音波ターゲット・エコー情報を観察可能な３次元画像へ変えることが可能な任意の数の装置による更なる処理を行うよう更に構成される。例えば、本発明による超音波撮像システムは、トランスデューサ、超音波電子機器、ディスプレイ電子機器システムを含みうる。超音波電子機器システムは、送信制御器、受信ビームフォーマ、システム制御器、複数のフィルタ、複数の２次元撮像モードプロセッサ、及びスキャンコンバータを有しうる。ディスプレイ電子機器は、２次元及び３次元の両方の撮像プロセッサと、画像メモリ装置と、ディスプレイとを含みうる。
【００２４】
本発明は、広義には、超音波撮像の方法を提供するものと理解されうる。簡単に述べると、方法は以下の各段階、即ち、より大きい被観察ボリューム内で関心領域を識別するよう複数のユーザ選択可能な入力をユーザに対してプロンプトする段階；複数のユーザ選択可能な入力に応じて複数の超音波撮像パラメータを調整する段階；複数の走査線を超音波撮像パラメータに従って送信する段階；複数の走査線によって発生された応答を復元する段階；標準２次元表示モード画像に重なりあうためのユーザ選択可能なオプションを有する被テスト領域の３次元の画像を導出する段階を含む。
【００２５】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の図面及び詳細な説明を調べることにより当業者によって明らかとなろう。これらの追加的な特徴及び利点は、本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の３次元超音波撮像システム及び方法について、周知の輝度モード（Ｂモード）画像即ちグレースケール画像、並びに、カラーフロー即ちドップラモード画像を作成し表示する超音波撮像システムの文脈で詳述する。しかしながら、本発明の改善された３次元超音波撮像システム及び方法についての教示は、当業者により明らかとなるように、方法に適した他の超音波撮像システムを用いて実施されうる。
【００２７】
［システムアーキテクチャ及び動作］
本発明の方法を実施することが可能な超音波撮像システムの実施例の典型的なアーキテクチャは、図４の機能ブロック図によって図示され、一般的に参照番号２００で示されている。図４に図示する機能ブロックの多くは、ハードウエア、ソフトウエア、又はそれらの組合せとして実施されうる論理機能を定義する。高い速度を達成するために、現在では、以下特に示さない限りは、殆どのブロックがハードウエア内に実現されることが望ましい。
【００２８】
図４を参照するに、超音波撮像システム２００は、トランスデューサ２１２及びディスプレイ電子機器系２０５と通信する超音波電子機器系２０２を含みうる。図４に示すように、超音波電子機器系２０２は、適切なソフトウエアに従って超音波撮像システム２００内の様々な要素及び信号の流れの動作及びタイミングを制御するよう設計されたシステム制御器２２０を含みうる。超音波電子機器系２０２は、送信制御器２１０、受信ビームフォーマ２１４、無線周波数（ＲＦ）（帯域通過）フィルタ２１６、Ｉ，Ｑ復調器２１８、Ｂモードプロセッサ２２２、ドップラプロセッサ２２４、及び、２次元／３次元スキャンコンバータ２２６を更に含みうる。図１に更に示すように、ディスプレイ電子機器系２０５は、２次元／３次元画像プロセッサ２２８、画像メモリ２３０、及び、ディスプレイ２３２を有しうる。
【００２９】
トランスデューサ２１２は、超音波即ち音響エネルギーを被検査対象（例えば超音波撮像システム２００が医療用途で使用されるときは患者の解剖学的構造）へ送波し及び被検査対象から受波するよう構成されうる。トランスデューサ２１２は、望ましくは、アジマス方向及び仰角方向の両方に複数の素子を有するフェーズド・アレイ・トランスデューサである。
【００３０】
１つの実施例では、トランスデューサ２１２は、一般的には、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）であるがこれに限られない圧電材料から形成される素子のアレイを有する。各素子には、電気パルス又は他の適当な電気的な波形が供給され、素子に、超音波圧力波を被検査対象へ集合的に伝搬させる。更に、それに応じて、被検査対象によって１つ以上のエコーが発せられ、トランスデューサ２１２によって受波され、トランスデューサ２１２は、エコーを更なる処理のために電気信号へ変換する。
【００３１】
トランスデューサ２１２に関連する素子のアレイは、トランスデューサアレイから発せられるビームを、別々のトランスデューサ素子へ供給される電気パルス／バイアス信号の位相をずらすことにより（時間遅延を導入することにより）対象を通って（送波及び受波モード中）移動（ステア）されるのを可能とする。送波モード中、各トランスデューサ素子へアナログ波形が通信され、それにより、パルスが、対象を通ってビームのように特定の方向へ選択的に伝搬することを生じさせる。
【００３２】
受波モード中、各ビーム位置において各トランスデューサ素子においてアナログ波形が受波される。各アナログ波形は、本質的には、エコーが対象を通って単一のビームに沿って受波されるにつれて、一定の期間にわたってトランスデューサ素子によって受波される一連のエコーを表わす。一組のアナログ波形全体は音響線を表わし、一組の音響線全体は、対象の単一のビュー又は画像を表わし、フレームと称される。
【００３３】
送信制御器２１０は、トランスデューサ２１２へ電気的に接続されうる。送信制御器２１０は、システム制御器２２０と更に通信しうる。システム制御器２２０は、送信制御器２１０の動作を命令するための１つ以上の制御信号を送信するよう構成されうる。それに応じて、送信制御器２１０は、トランスデューサ２１２の素子のアレイの一部へ周期的に通信されうる一連の電気パルスを発生し、トランスデューサ素子に、上述の性質の被検査対象へ超音波信号を発するようにさせうる。送信制御器２１０は、一般的には、トランスデューサ２１２に、パルス化された送波の間の期間中に対象からのエコーを受波させることを可能とするよう、パルス化された送波の間に（時間的な）分離を与え、受波したエコーを、受信ビームフォーマ２１４内の一組の並列なチャネルへ転送する。
【００３４】
受信ビームフォーマ２１４は、被検査対象から発せられるエコーによって発生される一連のアナログ電気エコー波形をトランスデューサ２１２から受信しうる。より特定的には、受信ビームフォーマ２１４は、各音響線についての対応するトランスデューサ素子からアナログ電気エコーを受信しうる。更に、受信ビームフォーマ２１４は、時間的に連続した一連の波形の組、即ち各別々の音響線に対して一組の波形を受信することができ、波形をパイプライン処理方式で処理することができる。トランスデューサ２１２によって受波される超音波信号は、低パワーであるため、受信ビームフォーマ２１４内に配置されうる一組の前置増幅器は、増幅処理中に過剰な雑音が発生しない十分な質であるべきである。
【００３５】
エコー波形は、典型的には、被検査対象中の段々と深くなる深さから受波されるにつれて減衰するため、受信ビームフォーマ２１４は、更に、各音響線の長さに沿って利得を段々に増加させるよう設計された並列の複数の時間利得補償器（ＴＧＣ、図示せず）を有し、それにより続く処理段階におけるダイナミックレンジ要件を減少させる。更に、一組のＴＧＣ２２は、時間的に連続して、各別個の音響線に対して一組の一連の波形の組を受信し、波形をパイプライン処理方式で処理しうる。
【００３６】
受信ビームフォーマ２１４はまた、複数のチャネル専用ＴＧＣと通信しうる複数の並列なアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ、図示せず）を有しうる。受信ビームフォーマ２１４内の各ＡＤＣは、従来技術で周知であるように、それぞれの量子化された瞬間的な信号レベルで、その夫々のアナログ・エコー波形を多数の離散位置点（数百個乃至数千個；深さに対応し、超音波送波周波数の関数でありうる）を有するディジタルエコー波形へと変換するよう構成されうる。従来技術の超音波撮像システムでは、この変換は、しばしば、信号処理段階のうちの遅い段階で行われていたが、現在では超音波信号上で行われる多くの論理機能がディジタルでありうるため、変換は信号処理方法のうちの早期の段階であることが望まれる。このようにして、受信ビームフォーマ２１４は、時間的に連続して別個の音響線に対する一連の波形を受波し、データをパイプライン処理方法で処理することができる。受信ビームフォーマ２１４は、単一の音響線を形成するよう一連の受波された波形を組み合わせ得る。このタスクを達成するために、受信ビームフォーマ２１４は、別個のエコー波形を異なった時間量だけ遅延し、遅延された波形を足し合わせ、合成ディジタルＲＦ音響線を生成することができる。上述の遅延及び総和ビーム形成処理は、従来技術で周知である。更に、受信ビームフォーマ２１４は、別々の音響線に対する一連のデータ集合を受信し、データをパイプライン方式で処理することができる。
【００３７】
受信ビームフォーマ２１４の出力は、ＲＦフィルタ２１６に結合されうる。ＲＦフィルタ２１６は、複数の波形から望ましくない高周波帯域外雑音を除去するよう構成された帯域通過フィルタの形をとりうる。ＲＦフィルタ２１６の出力は、ディジタル音響線を連続して受信するよう構成されたＩ，Ｑ復調器２１８に結合されうる。Ｉ，Ｑ復調器２１８は、受信したディジタル音響線を、互いに９０°位相がずれた同相（実）信号及び直交（虚）信号を有する複素信号と混合するよう構成されうる。混合演算は、和及び差周波数信号を生成しうる。和周波数信号は、フィルタリングされ（除去され）、ゼロ周波数の近くを中心とする複素信号である差周波数信号が残る。複素信号は、被検査対象中の撮像される解剖学的構造の動きの方向を追跡し、正確な、広帯域幅振幅検出を可能とすることが望まれる。
【００３８】
ここまでの超音波エコー受波処理では、全ての演算が略線形に考えられうるため、略同等の機能を維持しつつ演算の順序が再整理されうる。例えば、いくつかのシステムでは、ビーム形成又はフィルタリングの後により低い中間周波数又はベースバンドへ混合することが所望でありうる。かかる略線形の処理機能の配置の変更は、本発明の範囲内であると考えられる。
【００３９】
図４に示すように、複数の信号プロセッサは、Ｉ，Ｑ復調器２１８の出力に結合されうる。例えば、Ｂモードプロセッサ２２２及びドップラプロセッサ２２４は、Ｉ，Ｑ復調器２１８の出力に導入されうる。Ｂモードプロセッサ及びドップラプロセッサ２２４は、適当な種類のランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を有してもよく、フィルタリングされたディジタル音響線を受信するよう構成されてもよい。音響線は、２次元座標空間内に定義されうる。Ｂモードプロセッサ２２２及びドップラプロセッサ２２４は、信号操作のために一定時間に亘ってデータの音響線を蓄積するよう構成されうる。やはり図４に示すように、超音波電子機器系２０２は、更に、両方の撮像モードプロセッサに格納されたデータを変換し表示用の画素を生成するよう２次元／３次元スキャンコンバータ２２６を更に有しうる。２次元／３次元スキャンコンバータ２２６は、いったんデータフレーム全体（即ち、単一のビュー内の一組の全ての音響線、又は表示されるべき画像／ピクチャ）がＲＡＭによって累積されると、ＲＡＭ内のデータを処理しうる。例えば、受信されたデータが、エコー情報の相対位置を定義するために極座標を用いてＲＡＭに格納される場合、２次元／３次元スキャンコンバータ２２６は、極座標データを、ラスタスキャン可能な画像プロセッサを介してラスタスキャン可能な矩形（直交）データへ変換する。
【００４０】
送信、受信、エコー復元、及び２次元画像信号処理機能を完了すると、超音波電子機器系２０２は、図４に示すようにエコー画像データ情報をビデオ電子機器系２０５へ転送しうる。ビデオ電子機器系２０５は、超音波電子機器系１からエコー画像データを受信することができ、エコー画像データは、デュアル２次元／３次元画像プロセッサ２２８へ転送されうる。２次元／３次元画像プロセッサ２２８は、エコー画像データ情報を受信するよう設計されえ、また、画像情報をラスタスキャンするよう構成されうる。２次元／３次元画像プロセッサ２２８は、画像メモリ装置２３０への記憶のために及び／又は適当な表示モニタ２３２を介した表示のために画像素子（例えば画素）を出力するよう構成されうる。画像メモリ装置２３０は、ディジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）プレーヤ／レコーダ、コンパクト・ディスク（ＣＤ）プレーヤ／レコーダ、ビデオ・カセット・レコーダ（ＶＣＲ）、又は他の様々なビデオ情報記憶装置の形をとりうる。従来技術で知られているように、画像メモリ装置２３０は、リアルタイム以外でユーザ／操作者による観察及び／又はデータ収集後の画像処理を可能とする。
【００４１】
ディスプレイモニタ２３２の形の表示装置は、図４に示すように画像メモリ２３０と通信しうる。他の実施例では（図示せず）、２次元／３次元画像プロセッサ２２８は、画像メモリ２３０及びディスプレイモニタ２３２の両方へ画素データを供給しうる。ディスプレイモニタ２３２は、画像メモリ２３０及び／又は２次元／３次元画像プロセッサ２２８のいずれかから画素データを受信し、ユーザ／操作者による超音波画像の観察のために適切な画面を駆動するよう構成されうる。
【００４２】
［ユーザにより識別されたスポットの３次元撮像］
図４の超音波撮像システム２００のアーキテクチャ及び動作を説明したが、ここで、図４の超音波撮像システム２００によって生成されうる表示画像２５０を示す図５を参照する。これに関して、対象２５２の３次元斜視図が表示画像２５０内に示されている。より狭いビーム幅を生じさせるトランスデューサアレイにより、限られた数の送信スキャンラインを方向付けることにより、表示画像２５０内で観察される３次元対象２５２の最大の面の面積は、従来技術の３次元撮像システム１０（図１）で観察されうる体積と比較して減少される。例えば、約１４ｃｍの最大奥行きを有する対象２５２を再現するのに、３０°×３０°の２次元スキャンパターンが使用されうる。アジマス方向及び仰角方向の両方での２次元スキャンパターンの幅の減少は、画像取得時間を減少させる。結果として、最大フレームレートは、ＶＯＩのリアルタイム撮像に適したレートへ高められる。
【００４３】
以下詳述するように、本発明による超音波撮像システム２００は、ＶＵＯ内の位置を識別するためにユーザにより指定された情報に結合されるより狭い送波ビーム幅とし、取得レートを改善し及び／又は対象の描出された画像中の視野をシミュレートするよう、フォーカスされた関心領域に亘って送波平面の相対的な間隔を変化させる適切なアルゴリズムとを使用しうる。超音波撮像システム２００は、２°×２°のおおよその広がりを有する送波ビームで４ｘ並列動作（即ち４つの受波ビームに対して１の送波）を用いる。４つの受波ビームの夫々は、送波ビーム内で約１°だけ離されて印加されるよう構成される。
【００４４】
これに関して、図４の超音波撮像システム２００の予想されるパフォーマンス特性１５０は、図６に示すように、従来技術の３次元超音波撮像システム１０（図３参照）に関連して以前に導入されたパフォーマンス特性と比較されうる。図６に示すように、送波ビーム幅に対する送波平面１５２、受波平面１５４、及びラウンドトリップ感度１５６は、図示のように振る舞う。図４の超音波撮像システム２００は、同様の受波平面１５４関数を生じさせるよう、より狭いビーム幅を使用しうる。更に、より狭いビーム幅は、かなり幅広いトランスデューサビーム幅を用いて従来技術の３次元超音波撮像システム１０で観察されうるラウンドトリップ感度５６と比較されたとき、かなり狭いラウンドトリップ感度１５６（即ち、よりしっかりとフォーカスされている）を生じさせうる。
【００４５】
図７に示すように、図４の超音波電子機器系２０２と通信するトランスデューサ２１２は、複数の移動（ステア）された又は集束された送波ビーム２１５が制御可能にトランスデューサ面２１３から発せられるよう、トランスデューサ面２１３上の様々なトランスデューサ要素へ向けられ得る、時間とともに変化する複数の電気信号が与えられうる。
【００４６】
本発明による超音波撮像システム２００は、超音波画像を形成するために収集されるサンプル点の数を、サンプリング格子２４０上のサンプル点の間の距離を送波ビーム２１５（図７）偏向に従って変化させることによって減少させうる。送波及び受波ビーム幅は、ビームがトランスデューサの「ボア」サイトから遠ざかってステアされるにつれて公称に広がるため、スキャンラインがボアサイトから遠ざかってステアされるにつれてスキャンライン間の距離が粗くなることは、本発明の超音波撮像システム２００が、最適な画質を維持している間にフレームレートを最大化させることを可能とする。
【００４７】
図７に関して送波ビームのステア動作について簡単に説明したが、ここで、図４の超音波撮像システム２００によって発生されうる一連の可能な画像表示を示す図８乃至図１３を参照する。これに関して、標準２次元撮像モードディスプレイ２６０は、図８に示すように超音波撮像システム２００（図４）によって示されうる。図８に示すように、２次元撮像モードディスプレイ２６０は、いくらか円錐形のフォーマットをとる。図８に示す２次元撮像モードディスプレイ２６０の一般的な境界は、被検査体積内でより大きい奥行きを有する対象から発せられる超音波反射波に関連付けられる時間差から直接得られる。当業者は、この２次元表示モードが、市販の超音波撮像システムについて共通であることを認識するであろう。２次元撮像モードディスプレイ２６０の一般的な境界は、対象を囲み、操作者が画像情報を解読するのを支援する視点フレームを与える。やはり図８に示すように、図４の超音波撮像システム２００に関連するディスプレイ電子機器は、ユーザ選択可能なモードスイッチ又は押しボタン２６２を与えてもよく、ここでは、標準２次元観察モードで関心対象を見ているときに「３次元」撮像モードが利用可能であることを操作者に示すために「３次元」と表示されてもよい。
「３次元」と表示されたスイッチ又は押しボタン２６２を選択すると、ビデオ電子機器系２０５（図４）は、図９に示すように標準２次元撮像モードディスプレイ２７０を表わすよう超音波電子機器系２０２（図４）と共に動作しうる。図９に示すように、２次元撮像モードディスプレイ２７０は、ＶＵＯ内のユーザにより所望の撮像焦点を同定するよう（サイズ及び相対位置に関して）ユーザ選択可能な位置決め窓２７２を有しうる。図９に示すように、図４の超音波撮像システム２００に関連する表示電子機器は、ここでは「位置」、「サイズ」、及び「３次元」と夫々表示されうる複数のユーザ選択可能なモードスイッチ又は押しボタン２７４、２７６、及び２７８を与えうる。複数のユーザ選択可能なモードスイッチ又は押しボタン２７４、２７６、及び２７８は、ユーザ選択可能な入力モード（即ち、位置又はサイズ）のうちの１つのみが任意の所与の時間においてアクティブでありうるよう動作されうる。例えば、操作者が「位置」スイッチ又は押しボタン２７４を選択すると、超音波電子機器系２０２（図４）は、ユーザがディスプレイ２７０内のユーザ選択可能な位置決め窓２７２の中心によって定義されうる相対位置を入力するまで画像処理が保留に維持されるユーザ入力モードに入りうる。この動作は、タスクを達成するよう適切なソフトウエアと共に、キーボード、マウス、又は他のユーザ操作可能な入力装置によって達成されうる。
【００４８】
更なる例として、操作者が続いて「サイズ」スイッチ又は押しボタン２７６を選択すると、超音波電子機器系２０２（図４）は、ユーザ選択可能な位置決め窓２７２のサイズが適切な構成とされたユーザ入力装置（図示せず）を介して調整されうる第２のユーザ入力モードに入りうる。ユーザによって命令された様々な入力に応じて、ユーザ選択可能な位置決め窓２７２は、ユーザによって定義された撮像焦点又は焦点面の現在の位置及び寸法を操作者に対して示すよう、ディスプレイ２７０上で更新されうる。ユーザによって定義された撮像参照は、ＶＵＯ内の観察者の視点から奥行き又は相対距離について後に調整されうる錘台の形をとりうることに留意すべきである。
【００４９】
これに関して、超音波撮像システム２００（図４）によって提示されうる３次元撮像モードディスプレイ２８０を示す図１０を参照する。図１０に示すように、３次元撮像モードディスプレイ２８０は、図９を参照して上述したように２次元画像のユーザ同定部分に集束しうる。図１０に示すように、３次元撮像モードディスプレイ２８０の一般的な境界は、ＶＵＯのターゲット部分を同定するのに用いられる２次元画像の小さい部分を反映するのみである。図１０に更に示すように、より大きいＶＵＯ（図９）内のＶＯＩ２８２は、ＶＯＩ２８２が角錘台に似ているようビデオ電子機器系２０５（図４）によって描出される。３次元撮像モードディスプレイ２８０内に表示されたターゲットＶＯＩ２８２は、ターゲット領域のユーザ定義奥行きに亘ってユーザ調整又はスキャンされうる錘台参照フレーム２８４を含みうる。望ましい実施例では、いったんボタン２７８が選択されると（図９）、超音波撮像システム２００は、描出された画像としてＶＯＩ２８２を表示する。超音波撮像システム２００は「ボリュームレンダリング」を行うため、ＶＯＩ２８２は、３次元サーフェスのような描出としてユーザに対して現れ、データがリアルタイムで取得されているときに回転されうる。「取得後モード」（即ち、もはや生データを取得していない）では、ＶＵＯのこのサブボリュームから単一の断層撮影スライスを生じさせるよう、小さいスポット体積（即ちＶＯＩ）をスライスするために、以前に取得された撮像データを操作することが可能であり得る。
【００５０】
図８乃至図１０を参照して様々な表示モード、並びに、それに関連するユーザ選択可能なターゲット位置及び表示モードオプションについて概説したが、ここで、心臓等の人間の器官の３次元撮像において錘台参照フレーム２８４の使用及び動作を示す図１１乃至図１３を参照する。これに関して、図１１乃至図１３は、図４の超音波撮像システムによって生成されうる可能な超音波撮像ディスプレイの概略的な図を示す。第１の撮像モードは、図１１に示す概略図に示されている。図１１に示すように、図８を参照して上述したような２次元撮像モードディスプレイ２９０は、操作者が、人間の心臓の断面スライスを観察するようシステムを適切に構成したときは、図４の超音波撮像システム２００によって発生されうる。図１１に示すように、操作者は、様々な撮像パラメータを調整し、より大きいＶＵＯ内の関心器官（例えば人間の心臓又はＶＯＩ２８２）の一部がディスプレイモニタ２３２（図４）上で描出されうるよう、図４の超音波撮像システム２００に命令することができる。
【００５１】
図８を参照して上述したように、図４の超音波システム２００に関連するディスプレイ電子機器は、ここでは「３次元」と表示されるユーザ選択可能なモードスイッチ又は押しボタン２６２を与え、例えば図１１に示す断面観察モード等の標準２次元観察モードで対象を観察しているときは、「３次元」撮像モードが利用可能であることを操作者に対して示す。「３次元」と表示されたスイッチ又は押しボタン２６２を選択すると、ビデオ電子機器系２０５は、図１２に示すように標準３次元撮像モードディスプレイ３００を提示するよう超音波電子機器系２０２（図４）と共に動作しうる。図１２に示すように、錘台参照フレーム２８４、又は、図１１に示す断面２次元画像２９０に基づく３次元撮像モードは、３次元サブボリュームディスプレイ３００を参照するのに使用されうる。例えば、３次元サブボリュームディスプレイ３００は、図１１に示すように人間の心臓の断面に基づく３次元レンダリングを含みうる。また、図１２に示すように、図４の超音波撮像システム２００に関連する表示電子機器は、ここでは、「フリップ」及び「２次元」と夫々表示される複数のユーザ選択可能なモードスイッチ又は押しボタン３０２、２８８を与えうる。
【００５２】
ユーザ選択可能なモードスイッチ又は押しボタン３０２、２８８は、以下のように動作可能である。操作者が「フリップ」スイッチ又は押しボタン３０２を選択すると、超音波電子機器系２０２（図４）は、ビューの観察方向が１８０°だけ調整される表示モードに入る。この動作は、操作者が「フリップ」スイッチ又は押しボタン３０２を選択することに応じて達成されうる。操作者が「２次元」スイッチ又はボタン２８８を選択することにより進める場合、超音波電子機器系２０２（図４）は、図１１に示す２次元断面ビューに戻るか、或いは、別の２次元参照ビューに戻りうる。
【００５３】
図１２の３次元サブボリュームビューモードが現在表示されており、上述のように操作者が「フリップ」スイッチ又は押しボタン３０２を選択すると、超音波撮像電子機器２０２（図４）は、図１３に示すように３次元撮像モードディスプレイ３１０を描出することにより応じる。図１３に示すように、３次元撮像モードディスプレイ３１０は、ＶＯＩの前面部を表示するよう１８０°だけ観察参照点を「フリップ」すること又は調整することができる。ＶＯＩを示すよう指定された３次元表示モードは、標準２次元撮像モードに基づくものでありうる。図４に示すドップラモード及びＢモードプロセッサ２２２、２２４は、例として、本発明による超音波撮像システム２００の動作を示すためだけに参照されている。全ての２次元撮像モードは、本発明の範囲内である。
【００５４】
図８乃至図１３に示す代表的な超音波撮像システム２００の各サンプルディスプレイは、更に、画像の主題、画像の視点、参照撮像モード、３次元撮像モード等を容易に識別するのに所望であるような様々な画像源情報を更に含みうる。これに関して、図８乃至図１３に示す様々な超音波ディスプレイは、上述の撮像識別子に加え、患者識別子、日時識別子、スキャンパラメータ等の形の英数字情報を含みうる。更に、図９乃至図１３に示す様々な超音波撮像システム２００ディスプレイは、様々なディスプレイ内で描出された対象を更に同定するようＶＯＩ２８２に重ね合わされる錘台参照２８４といった他の標識を含みうる。
【００５５】
図１１乃至図１３に関して、様々な表示モード及びそれに関連付けられるユーザ選択可能な表示モードオプションについて一般的に説明し記述したが、ここで、３次元撮像における変化する走査線に沿ったユーザ同定ビューソースの使用及び動作について示す図１４Ａ及び図１４Ｂを参照する。これに関して、図１４Ａは、「ビュー」と表示された方向矢印によって示されるビューソース又は向きから観察されるようなＶＯＩ２８２の斜視図３２０を表わす。図４の超音波撮像システム２００は、ビューの方向を定義するユーザ定義ビューソースを操作者がインタラクティブに選択することを許しうる。図１４Ａに更に示すように、ＶＯＩ２８２の３次元レンダリングは、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄによって識別される底面領域を有しうる。参照番号３３０によって一般的に識別される２次元送信走査線プロットに表わされるように、３次元サブボリュームの底面領域は、２次元送信走査線プロット３３０の４つの隅に関連しうるものであり、ＶＯＩ２８２（図１４Ａ）内で画像情報をより効率的に取得するようアジマス方向及び仰角方向の両方で走査線を変化させる方法を示す。
【００５６】
本発明の原理によれば、トランスデューサ２１２素子アレイの面によって、或いは、ＶＯＩ２８２の境界を画成する錘台参照フレーム２８４によって識別される操作面から発せられる複数の送波ビームは、僅かに異なる時間で一組のグループ化されたトランスデューサ要素内のトランスデューサ要素を作動させることにより、アジマス方向に集束又は方向付けることができる。かかるタイミングがとられた超音波パルス送信により、複数の送波ビームは、所望の点に集束されるか所望の方向にステアされうる。同様に、送波されたビームは、僅かに異なる時間で一組のグループ化されたトランスデューサ素子のうちのトランスデューサ素子を作動させることにより、集束されるか、仰角方向にステアされうる。トランスデューサ素子アレイの面によって定義されるような仰角方向に変化する複数のステアされた送波された超音波ビームは、複数の超音波画像エコーを発生するのに使用されうる。
【００５７】
例えば、複数の送波走査線は、複数の送波走査線がトランスデューサアレイを構成する様々なトランスデューサ素子２１５（図７）の面に対して略垂直な方向に放射方向にずれるよう、トランスデューサ２１２（図４）を用いて発生及び送波されうる。図１４Ｂに示すように、９０°からの角度的なずれの程度又は大きさ（即ち、垂直送波走査線方向）は、送波走査線源がトランスデューサ素子アレイ上の所定の送波走査線源からずれた距離に関して変化しうる。更に、変化された送波走査線及び複数の水平線の交点における黒点によって表わされる様々な超音波エコーサンプル点は、ユーザによって選択された撮像パラメータに関して調整可能である。より狭い送波ビーム幅に応じて３次元ＶＯＩ２８２を取得し描出するのに使用される超音波送波線の数を減らすことにより、図４の超音波撮像システム２００は、かなり多くのビーム形成チャネルを用いた従来技術の３次元並列ビーム形成アーキテクチャでより広い送波ビーム幅を用いて取得されうるものよりもかなり改善されたフレーム取得レートでより詳細な多次元画像を与えうる。
【００５８】
図１４Ｂに示す典型的な送波走査線パターンは、２つの別々の自由度を与えることに留意すべきである。第１の自由度は、斜視図のようなビューを達成するようアジマス方向で可変の間隔によって例示される。送波走査線がアジマス方向で可変の間隔であるかぎり、仰角ピッチ（即ち平面から平面への距離）は一定でありうる（即ち、周期的である）。或いは、斜視図を達成するようアジマス方向に可変の送波走査線間隔がなくとも、仰角方向の間隔を変化させることが望まれることがある。ボリュームレンダリングは、より遠くの構造を不明瞭とする傾向があるため、「前部」の構造によって支配されることが多い。従って、画質に対してより大きい影響があるＶＯＩの部分を通りより高い解像度の線を発することが望ましい。
【００５９】
更に、図１５Ａ乃至図１５Ｃの様々な図に示すように、図４の超音波撮像システム２００の２次元／３次元画像プロセッサ２８８といった多次元画像プロセッサは、超音波が当てられた対象から撮像情報を取得するときに送波走査線を変化させるよう構成されうる。図１４Ｂの送波走査線パターンに関して上述したように、送波走査線間隔は、描出された対象の斜視図を作成するよう、また、観察されている対象の特定の部分に対してより高い解像度を与えるよう、アジマス方向及び仰角方向の両方で変化されうる。
【００６０】
これに関して、図１５Ａは、「ビュー」と表示された方向矢印によって一般的に示されるビューソースから観察されるようなＶＯＩ２８２の変更された斜視図３４０を表わす。図４の超音波撮像システム２００は、ビューの方向を定義するユーザ定義のビューソースをユーザが対話式に選択することを可能とする。図１５Ａに示すように、ＶＯＩ２８２の３次元レンダリングは、点Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤによって識別される底面領域を含みうる。図１５Ａに示すように、逆の斜視図は、ビューソースからの奥行きが増えるにつれてアジマス次元で操作される点の間の相対距離を直接増加させることによって作成されうる。
【００６１】
図１５Ｂは、隅Ａ，Ｂ，Ｃ，及びＤによって識別されるように図１５Ａの３次元ＶＯＩ２８２の底面領域によって形成されうる参照番号３５０によって一般的に識別される送波走査線プロットを示す。３次元送波走査線プロットは、「ビュー」と表示される方向矢印によって一般的に示すようにビューソースから観察されるような図１５ＡのＶＯＩ２８２の底面領域を表わす。図１５Ｂに示すように、２次元送波走査線プロットは、アジマス次元及び奥行き次元の両方で略平行な一組の平面によって画成される対象を含みうる。本発明の原理によれば、トランスデューサ素子の面によって識別される操作平面から発せられる複数の操作ビームは、対象３５５からの続いて取得されるエコーが後に図４の超音波撮像システム２００のディスプレイ電子機器系２０５によって描出されるとき、斜視図をシミュレートするようアジマス次元で集束又は方向付けられ得る。
【００６２】
例えば、対象３５５の３次元レンダリングは、図１５Ｃに示すようにＶＯＩ２８２の底面領域によって示されるように図４の超音波撮像システム２００によって発生されうる。これに関して、イメージレンダリング処理中、アジマス方向及び奥行き方向の両方で、略平行な平面によって識別された超音波が当てられた対象３５５から発せられる超音波反射波に関連する画像情報が準備され図４の超音波電子機器系２０２と通信するディスプレイモニタ２３２上に表示されるとき、斜視図であるように出現しうるよう、複数の送波エコー又は超音波受波線が調整されうる。
【００６３】
ここで、図４の超音波撮像システム２００によって実施されうる３次元撮像の方法を示すフローチャートを示す図１６を参照する。図１６に示すように、本発明による３次元撮像の方法４００は、「スタート」と表示されたステップ４０２から開始しうる。まず、２次元画像は、ステップ４０４に示すように発生され表示される。上述のように、２次元画像は、標準超音波撮像モードを用いて発生されうる。例えば、Ｂモード又はドップラモード画像が発生され表示されうる。ステップ４０４において発生され表示された２次元画像を案内情報として用いて、操作者は、ステップ４０６に示すように様々な３次元撮像入力パラメータに対してプロンプトが示されうる。
【００６４】
ステップ４０６において必要な参照パラメータを収集した後、３次元撮像の方法４００は、ステップ４０６において入力されたユーザ選択可能な入力パラメータに応じて、ステップ４０８に示すように、適切な減少されたサンプル点送波ビームの向き及びスキャンシーケンスを計算する段階へ進む。次に、３次元撮像の方法４００は、ステップ４１０に示すような送波ビームの向き及びスキャンシーケンスに従って超音波電子機器系２０２（図４）を構成しうる。３次元撮像の方法４００は、超音波電子機器系２０２（図４）が、ステップ４０８において導出されたスキャンシーケンスをＶＯＩ２８２へ送波するようトランスデューサ２１２とともに動作しうる。
【００６５】
次に、ステップ４１４において、超音波電子機器系２０２（図４）と通信するトランスデューサ２１２は、ＶＯＩ２８２から画像情報を導出するのに適切なエコー情報を取得しうる。ステップ４１４において必要なエコー情報を取得すると、３次元撮像方法４００は、ステップ４１６に示すように２次元画像情報を発生する段階へ進む。次に、ステップ４１８において、ステップ４１６において発生された２次元画像情報は、複数の２次元画像から３次元撮像情報を発生するのに必要なように数学的に組み合わされうる。当業者によれば、ステップ４１６は任意であり、３次元画像の発生は、ステップ４１４の出力から直接形成されうることが明らかであろう。ステップ４２０に示すように、３次元撮像の方法４００は、ユーザによって選択された３次元画像を描出し表示しうる。
【００６６】
いくつかの実施例では、３次元撮像の方法４００は、この点で、参照２次元モード画像とユーザにより方向付けられた３次元画像を重ね合わせるというユーザ選択可能なオプションが与えられうる。更に、他の実施例は、ユーザに、２次元画像を３次元の隣に（しかし重ね合わせずに）表示するというオプションを与えることができる。更に、３次元撮像の方法のいくつかの実施例は、様々な関心となる解剖学的構造をリアルタイムで適切に見るために適切なフレーム取得レートを維持しつつ、他の視点、撮像モード、ビューサイズ等を操作者が連続的に選択することを可能とする。更に、３次元撮像の方法のいくつかの実施例は、操作者が多数の生の３次元画像を表示することを可能とする。例えば、３次元情報を同時に提示するが２又はそれ以上のビュー角度からであるディスプレイを与えることが可能である。最後に、ここでは「ストップ」と表示されるように、ステップ４２２において、３次元撮像の方法４００は終了しうる。
【００６７】
図４に示す機能的な動作、及び／又は、より大きいＶＯＩの部分を表わすサブボリューム内の送波走査線を変化させるのに必要な数学的な組合せ及びデータ操作、並びに、図１６に示すようにサブボリューム内の対象の視点をシミュレートするよう受波エコーを変化させるのに必要なデータ演算を実行するのに必要なソフトウエアは、論理的な機能を実施するための実行可能な命令の順序付けられたリストを含みうることに留意すべきである。従って、ソフトウエアは、命令実行システム、機器、又は装置から命令をフェッチすることができ、命令を実行することができるコンピュータベースのシステム、プロセッサを含むシステム、又は他のシステム等の命令実行システム、機器、又は装置によって、又は、これらと共に使用されるよう任意のコンピュータ読み取り可能な媒体に具現化されうる。本願では、「コンピュータ読み取り可能な媒体」は、命令実行システム、機器、又は装置によって、又は、これらと共に、プログラムを含み、格納し、通信し、伝搬し、又は搬送しうる任意の手段でありうる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、例えば、電気、磁気、光学、電磁、赤外線、又は半導体システム、機器、装置、又は伝搬媒体でありうるが、これらに限られるものではない。
【００６８】
コンピュータ読み取り可能な媒体のより特定的な例（網羅的ではないリスト）は、以下のものを含みうる。即ち、１以上のワイヤを有する電気配線（電子）、携帯型コンピュータディスク（磁気）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（磁気）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）（磁気）、消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）（磁気）、光ファイバ（光学）、及び携帯型コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）（光学）である。プログラムは電子的に捕捉されうるため、例えば紙又は他の媒体を光学的に走査し、コンパイルし、解釈し、必要であれば適切な方法で他の処理をし、次にコンピュータメモリに記憶されうるため、コンピュータ読み取り可能な媒体は、その上にプログラムが印刷される紙又は他の適当な媒体であってもよい。
【００６９】
本発明の上述の実施例は、本発明の原理の明確な理解のために与えられる可能な実施例に過ぎないことを強調する。更に、本発明の原理からかなり逸脱することなく本発明の上述の実施例に対して多くの変形及び変更がなされうる。全てのかかる変更及び変形は、本願の開示によって教示され、本発明の範囲内に包含され、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】従来技術の３次元超音波撮像システムを示すブロック図である。
【図２】図１の従来技術の３次元超音波撮像システムによって実施されうる３次元撮像に対する従来技術のアプローチを概略的に示す図である。
【図３】図１の従来技術の３次元超音波撮像システムによって達成される、ビーム幅に対する送波及び受波超音波信号感度を示すプロットである。
【図４】本発明による３次元超音波撮像システムの実施例を示すブロック図である。
【図５】図４の３次元超音波撮像システムによって実施されうる３次元撮像のアプローチを概略的に示す図である。
【図６】図４の３次元超音波撮像システムによってよって達成される、ビーム幅に対する送波及び受波超音波信号感度を示すプロットである。
【図７】複数の移動された送波ビームを発生するよう図４の超音波電子システムに結合されうるトランスデューサを概略的に示す側面図である。
【図８】図４の３次元超音波撮像によって発生されうる可能な超音波撮像ディスプレイ（即ちモード）を概略的に示す図である。
【図９】図４の３次元超音波撮像によって発生されうる可能な超音波撮像ディスプレイ（即ちモード）を概略的に示す図である。
【図１０】図４の３次元超音波撮像によって発生されうる可能な超音波撮像ディスプレイ（即ちモード）を概略的に示す図である。
【図１１】図４の３次元超音波撮像によって発生されうる可能な超音波撮像ディスプレイ（即ちモード）を概略的に示す図である。
【図１２】図４の３次元超音波撮像によって発生されうる可能な超音波撮像ディスプレイ（即ちモード）を概略的に示す図である。
【図１３】図４の３次元超音波撮像によって発生されうる可能な超音波撮像ディスプレイ（即ちモード）を概略的に示す図である。
【図１４Ａ】図４の３次元超音波撮像システムによって実施されうるようなフレームレートを改善するための操作者選択可能な視点及び送波・走査線を示す斜視図である。
【図１４Ｂ】図４の３次元超音波撮像システムによって実施されうるようなフレームレートを改善するための操作者選択可能な視点及び送波・走査線を示す２次元プロットである。
【図１５Ａ】図４の３次元超音波撮像システムによって実施されうるような視野をシミュレートするための操作者選択可能な視点及び送波・走査線を示す斜視図である。
【図１５Ｂ】図４の３次元超音波撮像システムによって実施されうるような視野をシミュレートするための操作者選択可能な視点及び送波・走査線を示す２次元プロットである。
【図１６】図４の超音波撮像システムによって実施されうるような３次元撮像の方法を示すフローチャートである。
【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１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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