(57)【要約】振幅情報を越える、超音波信号からの情報を使用して、組織の構造を特徴付けるパラメトリック超音波測定は、異なる角度で取得される複数の超音波信号を組み合わせることによって得られ、それによって、計算の変動が低減される。こうした角度合成を、散乱体のサイズ、間隔、密度、及び減衰を検出することに適用することができる。
2006524115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心領域内の複数のボクセルから異なる角度で超音波信号を提供するように適応可能な超音波トランスデューサアセンブリと、
前記エコー信号を受け取り、異なる角度の超音波信号から、複数の周波数スペクトルに基づいて前記ボクセルのそれぞれについてのパラメータ測定値を抽出するプロセッサと
を備える、パラメトリック超音波システム。
【請求項２】
前記プロセッサが、散乱体サイズのパラメータ測定値を生成する、請求項１に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項３】
前記プロセッサが、ボクセルに関連する少なくとも１つの超音波信号の一部のスペクトルを求め、該スペクトルを既知の散乱体サイズを有する材料のスペクトルと照合して、前記散乱体サイズのパラメータ測定値を生成する、請求項２に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項４】
前記ボクセルの前記スペクトル及び既知の散乱体サイズを有する前記材料の前記スペクトルが、前記測定環境によって生じる前記スペクトルの変動について、照合する前に補正される、請求項３に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項５】
前記スペクトルの前記補正が、前記トランスデューサアセンブリの特性及び前記ボクセルと前記トランスデューサアセンブリとの間の信号経路によって生じる変動について、標準材料を通して補正する、請求項４に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項６】
前記プロセッサが散乱体間隔のパラメータ測定値を生成する、請求項１に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項７】
前記プロセッサが、ボクセルに関連する少なくとも１つの超音波信号の一部のケプストラムを求めて、前記散乱体間隔を決定する、請求項６に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項８】
前記プロセッサが散乱体個数密度のパラメータ測定値を生成する、請求項１に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項９】
前記プロセッサが、ボクセルに関連する少なくとも１つの超音波信号の一部のスペクトルを比較し、該スペクトルを既知の散乱体サイズを有する材料のスペクトルと照合し、その後、前記既知の材料の前記照合されたスペクトルを、前記ボクセルに関連する前記スペクトルに対してスケーリングして、散乱体個数密度を決定する、請求項８に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項１０】
前記プロセッサが、ボクセルに関連する少なくとも１つのエコー信号の一部の尖度を比較し、該尖度を、前記ボクセルに関連するスペクトルに対して既知の散乱体サイズを有する材料から導出される尖度と照合して、散乱体個数密度を決定する、請求項８に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項１１】
前記プロセッサが広帯域超音波減衰のパラメータ測定値を生成する、請求項１に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項１２】
前記プロセッサが、前記関心領域内の２つの隣接するボクセルについて、少なくとも１つの超音波信号のスペクトルを求め、前記隣接するボクセルの前記スペクトルの差を求め、該差の傾斜を獲得して前記広帯域超音波減衰を決定する、請求項１１に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項１３】
前記プロセッサが、各ボクセルの前記パラメータ測定値を表示値にマッピングし、該表示値を示す前記関心領域の画像を生成する表示スクリーンを含む、請求項１１に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項１４】
前記異なる角度のそれぞれについての位置信号を提供する、前記超音波トランスデューサアセンブリに取り付けられたセンサを含み、前記プロセッサが、各超音波信号についての前記位置信号を受け取って、前記超音波信号の対応する部分を各ボクセルに一致させて、各ボクセルについてのパラメータ測定値を抽出する、請求項１に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項１５】
前記プロセッサが、各ボクセルにわたって前記超音波信号を相関させる相関器を含み、それによって、前記超音波信号の対応する部分を各ボクセルに一致させて、各ボクセルについてのパラメータ測定値を抽出する、請求項１に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項１６】
前記プロセッサが、わずか５°だけ異なる角度において獲得した前記超音波信号からパラメータ測定値を生成する、請求項１に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項１７】
前記超音波トランスデューサアセンブリが、超音波トランスデューサを移動させて前記異なる角度で前記超音波信号を得るための機械走査機構を有する超音波トランスデューサである、請求項１に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項１８】
前記超音波トランスデューサアセンブリが、アレイ素子を位相制御して異なる角度で前記超音波信号を収集することによって走査可能なフェーズドアレイトランスデューサを含む、請求項１に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項１９】
前記プロセッサが、単一画像平面内に整列するボクセルからパラメータ測定値を抽出する、請求項１に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項２０】
前記プロセッサが、超音波伝播方向に垂直に、複数のボクセルについて２次元で広がる容積にわたって分布するボクセルからパラメータ測定値を抽出する、請求項１に記載のパラメトリック超音波システム。
【請求項２１】
関心領域内の複数のボクセルの異なる角度で一連の超音波信号を提供するように適応可能な超音波トランスデューサアセンブリと、
前記エコー測定値を受け取り、前記ボクセルの材料内の散乱体サイズ、前記ボクセルの材料内の散乱体間隔、前記ボクセルの材料内の散乱体個数密度、及び前記ボクセルの材料の減衰から成るグループから選択される、前記ボクセルのそれぞれについてのパラメータ測定値を抽出するプロセッサと
を備えるパラメトリック超音波システム。
【請求項２２】
パラメトリック超音波測定値を作成する方法であって、
（ａ）関心領域内の複数のボクセルの異なる角度で超音波信号を取得するステップと、
（ｂ）前記複数の超音波信号の周波数スペクトルを得るステップと、
（ｃ）各ボクセルについて、異なる角度における複数の超音波信号の周波数スペクトルの関数としてパラメータ測定値を抽出するステップと、
（ｄ）該パラメータ測定値を出力するステップと
を含む、前記方法。
【請求項２３】
前記パラメータ測定値が散乱体サイズである、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項２４】
各ボクセルに関連する少なくとも１つのスペクトルを、既知の散乱体サイズを有する材料のスペクトルと照合して、前記散乱体サイズのパラメータ測定値を生成するステップを含む、請求項２３に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項２５】
前記超音波信号が人の組織を通して作られる、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項２６】
前記トランスデューサ特性及び前記トランスデューサと前記ボクセルとの間の信号経路によって生じる変動について、人の組織を近似する標準材料を通して前記スペクトルを補正するステップを含む、請求項２５に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項２７】
前記パラメータ測定値が散乱体間隔である、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項２８】
各ボクセルに関連する少なくとも１つのケプストラムを求めて、前記散乱体間隔を決定するステップを含む、請求項２７に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項２９】
前記パラメータ測定値が散乱体個数密度である、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項３０】
各ボクセルに関連する少なくとも１つのスペクトルを所与の散乱体サイズの既知の材料のスペクトルと照合するステップと、前記既知の材料の前記照合されたスペクトルを、前記ボクセルに関連する前記スペクトルに対してスケーリングして、散乱体個数密度を決定するステップとを含む、請求項２９に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項３１】
前記パラメータ測定値が広帯域超音波減衰である、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項３２】
前記関心領域内の隣接するボクセルに関連する前記スペクトルを比較するステップと、前記隣接するボクセルの前記スペクトルの差を求め、前記広帯域超音波減衰を測定するステップとを含む、請求項３１に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項３３】
前記出力するステップが、各ボクセルの前記パラメータ測定値を画像値にマッピングして、該値から成る前記関心領域の画像を表示する、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項３４】
前記超音波信号を取得するステップの間に超音波トランスデューサから一連の位置信号を受け取るステップ、および該位置信号を使用してボクセルによって前記超音波信号の対応する部分を一致させて、各ボクセルについて前記パラメータ測定値を抽出するステップを含む、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項３５】
各ボクセルにわたって前記超音波信号の値を相関させて最大相関を求めるステップ、および該最大相関を使用してボクセルによって前記超音波信号の対応する部分を一致させて、各ボクセルについて前記パラメータ測定値を抽出するステップを含む、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項３６】
前記超音波信号が、わずか５°だけ異なる角度において獲得される、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項３７】
前記超音波信号が、１°未満だけ異なる角度において獲得される、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項３８】
前記超音波信号が、１８０°未満の範囲の角度において獲得される、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項３９】
前記超音波信号が、９０°未満の範囲の角度において獲得される、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項４０】
前記超音波信号が、単一画像平面内に整列するボクセルから獲得される、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【請求項４１】
前記超音波信号が、超音波伝播方向に垂直に、複数のボクセルについて２次元で広がる容積にわたって分布するボクセルから獲得される、請求項２２に記載のパラメトリック超音波測定値を作成する方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、参照により本明細書に援用される、２００３年４月２２日に出願された米国仮出願第６０／４６４，６７８号の利益を主張する。
【連邦政府による資金提供を受けた研究又は開発に関する記載】
【０００２】
本発明は、以下の政府機関、すなわちＮＩＨ  ＣＡ３９２２４によって授与された米国政府の支援によって行われた。米国は、本発明において一定の権利を有する。
【発明の背景】
【０００３】
本発明は、超音波撮像技法に関し、特に、エコー振幅以外の、又は、エコー振幅に加えて、エコー信号の情報を使用して、被走査組織のパラメータを特徴付ける「パラメトリック(parametric)」超音波撮像に関する。
【０００４】
超音波撮像は、安全で、費用効果に優れ、且つ多用途の医療撮像モダリティとして広く考えられている。典型的なエコーモード超音波デバイスでは、超音波信号は、トランスデューサから患者内に送信され、エコー信号が患者から受信され、且つ解析される。従来のＢモード撮像では、エコー信号の振幅のみが抽出され、且つ表示される。
【０００５】
パラメトリック超音波撮像では、付加的な情報が、その振幅を越えるエコー信号から抽出される。この情報は、エコー信号の周波数及び／又は位相情報を含み、その形、サイズ、間隔、及び密度の記述を通して組織の「有効散乱体(effective  scatterers)」を特徴付けるように処理することができる。
【０００６】
こうしたパラメトリック測定値は、程度の大きい統計的変動を有し、医療診断における実際の使用を制限する。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、関連するパラメータが抽出される前か、後のいずれかにおいて組み合わされる複数の角度での取得を使用することによって、パラメトリック撮像の統計的変動を制御する。本発明者等は、取得と取得の間の比較的小さい角度差が、これらの測定値についての必要な統計的独立性を実現すると判断した。この「角度合成(angular  compounding)」は、散乱体サイズ、散乱体間隔、散乱体密度、及び散乱体減衰を測定する測定値を含む、種々の異なるパラメトリック測定値で機能する。
【０００８】
そこで具体的に、本発明は、関心領域(region  of  interest)内の複数のボクセルの異なる角度で一連のエコー信号を生成するように適応可能な超音波トランスデューサアセンブリを使用するパラメトリック超音波システムを提供する。異なる角度のエコー信号は、単一トランスデューサを移動させるか、移動した状態もしくは移動しない状態でフェーズドアレイトランスデューサを掃引(sweep)するか、又は当該技術分野で知られている他の技法によって得ることができる。プロセッサは、エコー信号を受信し、ボクセルのそれぞれについてパラメータ測定値を抽出し、パラメータ測定値は、異なる角度の複数のエコー信号からの周波数スペクトルの組み合わせに基づく。
【０００９】
そのため、本発明の目的は、異なる角度で取得されるエコー信号を使用することによって、測定パラメータの定量値を改善することである。
【００１０】
パラメータは散乱体サイズであってもよい。一実施態様では、プロセッサは、各エコー信号の一部のスペクトルを求め、そのスペクトルを、既知の散乱体サイズを有する材料のスペクトルと照合(match)して、散乱体サイズのパラメータ測定値を生成してもよい。
【００１１】
そのため、本発明の別の目的は、組織を特徴付ける多用途の方法を提供することである。スペクトルを、既知の散乱体サイズを有する材料のスペクトルのライブラリと照合することは、散乱体サイズを識別する多用途の方法を提供する。
【００１２】
エコー信号及び既知の散乱体サイズを有する材料のスペクトルは、トランスデューサ、及び、それを通して測定が行われる材料の一定の態様を含む、測定環境によって引き起こされるスペクトル特徴付け(coloring)のための照合の前に補正されてもよい。
【００１３】
そのため、本発明の別の目的は、エコースペクトルに影響を与える場合がある他の影響を取り除くことによって、組織に対するパラメータ測定値の感度を改善することである。
【００１４】
あるいは、測定されるパラメータは、散乱体間隔であってもよい。一実施態様では、散乱体間隔は、スペクトルの周波数内容を解析することによって決定することができる。
【００１５】
そのため、本発明の別の目的は、エコー信号のスペクトルから付加的な情報を抽出することである。
【００１６】
あるいは、測定されるパラメータは、散乱体密度であってもよい。一実施態様では、これは、超音波信号測定値の一部のスペクトルを既知の散乱体サイズを有する材料のスペクトルと照合し、その後、照合されたスペクトルを超音波信号測定値にスケーリングして、散乱体密度を決定することによって測定することができる。
【００１７】
そのため、本発明の別の目的は、従来のＢモード撮像によって提供されるエコー信号強度解析よりもより精巧なエコー信号強度解析を提供することである。
【００１８】
あるいは、散乱体個数密度は、或る領域からの信号尖度と、既知の散乱体個数密度を有する基準ファントムの同じ領域からの尖度の比をとることなどによって、エコー信号の尖度から決定することができる。
【００１９】
そのため、本発明の別の目的は、或る領域からの信号の尖度を使用して、散乱体個数密度を計算する手段を提供することである。
【００２０】
あるいは、パラメータは、超音波減衰（ＵＡ）値であってもよい。一実施態様では、プロセッサは、関心領域内の隣接するボクセルについて各エコー信号のスペクトルを獲得し、これらのスペクトルの差（スペクトルの傾斜がＵＡである）を決定することによってＵＡを求めることができる。
【００２１】
したがって、本発明のさらに別の目的は、撮像される組織の非常に細かく分解された減衰測定値を提供することである。
【００２２】
本システムは、測定値の異なる角度のそれぞれについての位置信号を生成する、超音波トランスデューサに取り付けられたセンサを提供してもよく、且つ／又は、位置信号は、フェーズドアレイトランスデューサに与えられたビーム方向制御コマンド及びトランスデューサの位置及び向きについての既知の幾何形状から導出されてもよく、プロセッサは、位置信号を受け取って、角度合成のために、エコー信号の対応する部分を一致させることができる。
【００２３】
そのため、本発明の目的は、角度合成のために、異なるエコー信号を整列させるための確実な方法を提供することである。
【００２４】
あるいは、プロセッサは、各ボクセルにわたってエコー測定値を相関させる相関器を提供し、それによって、エコー信号の対応する部分を一致させて、各ボクセルからパラメータ測定値を抽出することができる。
【００２５】
そのため、本発明の別の目的は、既存の超音波機械に基本的な変更を施すことなく角度合成を提供することである。
【００２６】
これらの特定の目的及び利点は、特許請求の範囲に入る一部の実施態様のみに当てはまる場合があり、したがって、本発明の範囲を規定しない。
【好ましい実施態様の詳細な説明】
【００２７】
ここで図１を参照すると、本発明と共に使用するのに適した超音波撮像システム１０は、単独で、又は、コンピュータ３０と組み合わせて標準超音波撮像機１１を採用してもよい。一般に、超音波撮像機１１は、必要なハードウェア及び一連の超音波エコー信号を収集するためのプロトコルを提供する。一連の超音波エコー信号は、超音波撮像機１１内に保持されたプロセッサによって処理されるか、又は、外部で処理するために、コンピュータ３０に送信されることができる。
【００２８】
超音波撮像機１１に関連する超音波トランスデューサ１２は、関心領域１８に向けて複数の異なる角度（明確にするために２つのみが示される）で超音波ビーム１４及び１４’を送信する。各超音波ビーム１４は、関心領域１８内の容積要素（ボクセル）２６を通過する超音波ビーム１４内で延びる異なる測定光線１６に沿って取得される複数のエコー信号を提供する。
【００２９】
エコー信号は、超音波撮像機１１のインタフェース回路要素２２によって受信され、インタフェース回路要素２２は、エコー信号の増幅及びデジタル化を提供してもよい。これらのエコー信号は、その後、記憶のため、及び、以下に述べるように、記憶済みプログラムを実行する、超音波撮像機１１内のプロセッサ３３によるか、又は外部コンピュータ３０内でのいずれかでその後処理されるために、メモリ３５に送信されてもよい。
【００３０】
いずれの場合も、グラフィックディスプレイ３２に提供することができる画像が生成されるであろう。いずれの場合も、入力コマンドは、キーボード３４及び／又は当該技術分野でよく理解されているマウスなどの、カーソル制御デバイス３６を介して受け取ることができる。
【００３１】
一実施態様では、超音波撮像機１１は、４０％の６ｄＢ帯域幅を有する３．５ＭＨｚの中心周波数を有するＶ４トランスデューサを採用するAcuson製１２８ＸＰ１０スキャナであってもよい。この超音波撮像機１１からのデジタル化されたエコー信号は、Gage  Applied  Science製１２１００Ａ／Ｄボードによって取り込まれ、処理のためにコンピュータ３０に提供されてもよい。より一般的には、超音波撮像機は、リニアアレイトランスデューサ又は曲線アレイトランスデューサを採用し、エコー信号は、撮像機によって直接処理されるであろう。
【００３２】
一般に、図１に示すように、超音波トランスデューサ１２は、異なるビーム１４を送信し、異なる光線１６に沿ってエコー信号を取得するために手動で方向制御される単一素子トランスデューサであってもよく、又は、図１５に示すように、超音波トランスデューサ１２は、各ビームが、異なるビーム１４を送信し、異なる光線１６に沿ってエコー信号を取得するためにフェーズドアレイ動作によって電子的に方向制御される、複数のビームを生成する多素子超音波トランスデューサ１２であってもよい。当該技術分野で理解されるように、多素子超音波トランスデューサ１２はまた、フェーズドアレイ受信を伴う単一位相制御ブロードキャスト、又は単一位相制御受信を伴うフェーズドアレイブロードキャスト、又は当該技術分野で知られている他の変形態様で動作してもよい。重要なことには、超音波トランスデューサ１２は、各ボクセルを通して異なる角度からエコーデータを収集しなければならない。超音波トランスデューサ１２からのビーム１４、１４’の位置及び向きを指示する位置データ４１を得るために、その使用を以下で述べることになる位置センサ１７が、オプションで、超音波トランスデューサ１２に取り付けられてもよい。あるいは、位置データは、同様に述べられるように、エコー信号の相関から抽出されてもよい。
【００３３】
図２を参照すると、代替の実施態様では、機械式走査アーム４０は、患者１５にわたってリニア走査を提供するために多素子超音波トランスデューサ１２を保持することができる。あるいは、走査アーム４０は、弧状パターン又は他のパターンで移動してもよい。走査アーム４０は、種々の異なる超音波ビーム１４、１４’、及び１４’’を生成するために、超音波トランスデューサ１２の正確な移動を提供することができる。それぞれの超音波ビーム１４、１４’、及び１４’’は、関心領域１８を横切る種々の角度で、対応する測定光線１６，１６’、及び１６’’に沿ってエコー信号を取得する。走査アーム４０が、位置信号４１を提供してもよい、又は、位置信号４１が、走査アーム４０へのコマンドから導出されてもよい。
【００３４】
図１又は図２の超音波ビーム１４について取得されたエコー信号は、データを収集するのに使用される特定の超音波ビーム１４に従うか、図３に示すように、各測定値セット２５のエコー信号が単一角度の測定光線１６に関連するようなリビニング(re-binning)に従って、測定値セット２５になるように収集され、異なる測定値セット２５は、異なる測定光線１６のエコー信号を有する。
【００３５】
ここで、図４及び図８を参照すると、本発明の第１ステップでは、プロセスブロック５０で示すように、複数の超音波ビーム１４を使用して、異なる角度の測定光線１６におけるエコー信号が収集される。測定光線１６は、わずか０．７５°だけ異なり、抽出されたパラメータの統計的偏差を減らすのに十分な測定値の独立性を依然として提供することができる。それでも、より程度の大きい角度分離が使用されてもよく、好ましい実施態様では、たとえば、４５の異なる測定値セット２５が取得される場合があり、それぞれが、測定値セット間で１°の差を有する。明らかに大きい角度差は、測定におけるさらに大きな独立性を生成し、５°以上の角度分離もまた実用的である場合があり、１８０°未満の角度範囲、たとえば、９０°は、断層撮影システムと違って実用的である。
【００３６】
次のプロセスブロック５２において、超音波ビーム１４のデータは、オプションで、平行光線を有する測定値セット２５にリビニングされてもよい。これは、数学的要件として必要ではないが、後の計算を単純化することができる。あるいは、測定値セット２５は、それぞれの特定の超音波ビーム１４に関連するエコー信号から形成されてもよい。
【００３７】
ここで図５を参照すると、各測定光線１６に沿ったエコー信号５４は、周波数と位相の両方の情報を有する時間信号を提供する。従来のＢモード撮像では、述べられるように、包絡線(envelope)信号５６はエコー信号５４から抽出され、包絡線信号５６の振幅のみが使用される。プロセスブロック６２によって示すように、この包絡線信号５６を使用して、取得された各測定値セット２５についてＢモード画像を生成することができる。
【００３８】
図６を参照すると、Ｂモード画像は、包絡線信号５６の振幅(amplitude)を画像６１の画素５９にマッピングするため、エコー信号５４の異なる時間に獲得された包絡線信号５６の振幅のサンプル６３は、画像６１の画素５９の列の異なる画素５９についての情報を提供し、対応する時間における異なるエコー信号５４は、画像６１の所与の行についての異なる画素５９を提供する。各画素５９についての包絡線信号５６の振幅(magnitude)は、カラースケール又はグレースケールにマッピングされる。各画素５９は、関心領域１８の平面内の同じ位置にあるボクセル２６に対応する。
【００３９】
再び図４及び図８を参照すると、プロセスブロック５８において、取得された測定値セット２５は、さらに処理されて、以下でさらに詳細に述べるように、パラメータ測定値を抽出することができる。一般に、各パラメータ値は、患者１５内のボクセル２６から受信したエコーに関連するエコー信号５４の一部に関連するであろう。
【００４０】
次のプロセスブロック６４において、測定値セット２５は、プロセスブロック５８において抽出されたパラメータを組み合わせることに対する準備行為（prelude）として互いに整列される。この整列プロセスは、患者１５の共通ボクセル２６からエコーを測定する異なるエコー信号５４の部分を見出す。これは、次に、単独でもしくは走査アーム４０の既知の幾何形状及びその位置信号４１（すなわち、自由に移動可能な超音波トランスデューサ１２に取り付けられた位置センサからの位置信号４１）と組み合わせて、方向制御されたビームの取得方向を使用することによって、又は、追跡技法を組み合わせたものによって行うことができる。エコー信号５４の時間軸を使用して、患者１５からのエコーの深さが求められ、位置信号４１は、そのエコー信号の測定光線１６の向きを提供するため、特定のボクセル２６が、幾何学的に識別されることができる。
【００４１】
本発明の代替の実施態様では、画像セット２５のそれぞれのＢモード画像６１は、それらの画素５９間の最大相関を得るように並進及び回転して移動することができる。これは、所与のボクセル２６の対応するパラメータ測定値を一致させるのに使用することができる、画像セットのそれぞれの異なるエコー信号５４の照合を可能にする。これは、プロセッサ３３によって実施される相関器の使用によって達成することができる。
【００４２】
図４、図７、及び図８を参照すると、プロセスブロック７２において、３つの測定値セット２５ａ、２５ｂ、及び２５ｃのエコー信号５４の対応するサンプル６３に関連し、したがって、３つの測定値セット２５ａ、２５ｂ、及び２５ｃによって測定される共通ボクセル２６に関連するパラメータは、パラメトリック画像７８のパラメトリック画素７６を生成するプロセスブロック６４から導出される整列に従って組み合わされることができる。
【００４３】
プロセスブロック８０において、この画像７８は、抽出されたパラメータ測定値についての定量的情報、たとえば、画像７８の領域内の平均値と共に表示することができる。
【００４４】
プロセスブロック８０において、プロセスブロック６２に関して生成されたＢモード画像はまた、オペレータが参照するために表示されてもよく、当該技術分野でよく理解されるように、断層撮影タイプの画像と組み合わされてもよい。
【００４５】
上記プロセスブロックのそれぞれは、超音波撮像機１１又はコンピュータ３０上のソフトウェア又はファームウェアで実施されてもよい。
【００４６】
依然として図４及び図８を参照すると、プロセスブロック５８の測定値セット２５からパラメータ値を抽出するプロセスは、抽出されるパラメータに応じて異なる。これらのプロセスはそれぞれ、単一画素について以下に述べられ、画像の画素のそれぞれについてパラメータ測定値を生成するように繰り返されるであろう。
【００４７】
散乱体サイズを求めるために、図９に示すように、パラメータがそこから抽出されるボクセルのサイズにほぼ対応するウインドウ８２に従って、複数のサンプル６３が各エコー信号５４から獲得される。このサンプル６３の組織パワースペクトル８６は、ブロック８４についてのフーリエ変換によって得られ、組織パワースペクトル８６は、当該技術分野で理解されるように、異なる周波数におけるサンプル６３のエネルギーを示す。
【００４８】
図４、図８、及び図９を参照すると、好ましい実施態様では、解析されるエコー信号５４に対応する第２の標準エコー信号５４’が、プロセスブロック６０によって示される、標準的な患者の組織の全体的な減衰特性をシミュレートするファントムから得られる。ウインドウ８２はまた、このエコー信号５４に適用されて、サンプル６３’が得られる。サンプル６３’はまた、ブロック８４についてのフーリエ変換アルゴリズムによって変換されて、トランスデューサ１２、インタフェース回路要素２２、受信機での増幅及び深さに依存した信号処理、並びにファントムの特性に主に依存する機械パワースペクトル８６’を生成することができる。
【００４９】
この機械パワースペクトル８６’は、減算器８８によって組織パワースペクトル８６から減算されて、独特の曲線９２を有する散乱体依存のパワースペクトル９０を生成することができる。
【００５０】
既知の散乱体サイズを有するファントムについて行った走査を表す、すなわち、異なるサイズの散乱体についてモデル化されたパワースペクトルを表す、異なる曲線９２’のライブラリ９４は、その後、曲線当てはめプロセス９６によって曲線９２と比較される。好ましい実施態様では、この曲線当てはめは、曲線９２と、例えばInsana他「パルスエコー超音波を用いたランダム媒質中の小規模構造の説明(Describing  Small-Scale  Structure  In  Random  Media  Using  Pulse-Echo  Ultrasound)」，J．Acoust．Soc．Am．1990；87：179-192．1990．によって教示される、乗法的定数によってのみ生じる曲線９２’との差に鈍感である。
【００５１】
一致する曲線９２’の特定の１つは、マッパ９８によってグレースケール値又はカラースケール値にマッピングされて、そのサンプル６３についての出力画素が生成される。出力画素を、上述したプロセスブロック６４及びプロセスブロック７２についての他の画素と組み合わすことができる。
【００５２】
あるいは、ここで図１０を参照すると、パラメータ測定値は、エコー信号５４からウインドウ８２によって選択されたサンプル６３を依然として解析することによって求められる散乱体間隔であってもよい。前と同様に、組織パワースペクトル８６は、ブロック８４についてのフーリエ変換の使用を通して生成することができる。スペクトルの周波数解析は、支配的な周波数成分１０２を識別するプロセスブロック８９によって指示されるケプストラム操作を使用して生成することができる。依然として、この成分１０２の周波数は、マッパ９８によってグレースケール値又はカラースケール値にマッピングされて、そのサンプル６３についての出力画素を生成することができる。出力画素は、上述したプロセスブロック６４及びプロセスブロック７２についての他の画素と組み合わされてもよい。
【００５３】
あるいは、ここで図１１を参照すると、パラメータ測定値は、散乱体個数密度であってもよく、図９の識別された曲線９２’は、実際の曲線９２に合うように曲線当てはめ器１０６によって乗法的定数によってスケーリングされることができ、この乗法的定数は、マッパ９８に提供されて、散乱体個数密度を指示する画素７６が提供されることができる。あるいは、エコー信号波形のスペクトル解析を行う代わりに、散乱体個数密度は、エコー信号の統計的特性、すなわちChen他「有効散乱体個数密度に依存する周波数の決定方法(A  method  for  Determination  of  Frequency  Dependent  Effective  Scatterer  Number  Density)」，J．Acoust．Soc．Am．1994；95：77-85によって教示される尖度から導出されることができる。そのため、重なる測定領域２６のそれぞれからの信号の尖度は、エコー信号の第４のモーメントと第２のモーメントの平方との比として計算される。既知の散乱体個数密度を有する基準ファントムから導出された尖度と比較することによって、測定領域２６に対してマッピングされる組織の散乱体個数密度が導出される。
【００５４】
あるいは、ここで図１２を参照すると、パラメータ測定値は超音波減衰であってもよい。この場合、別個のウインドウ８２及び８２’は、同じエコー信号５４の隣接するボクセルに関連するサンプル６３及びサンプル６３’を提供する。これらのサンプル６３は、ブロック８４についてのフーリエ変換によって処理されて、別個のスペクトル８６ａ及びスペクトル８６ｂが生成される。後半のサンプル６３のこれらのスペクトル８６ａは、前半のサンプルのスペクトル８６ｂから減算されて、スペクトル差１１２が生成され、その傾斜１１４は、後半のボクセル２６についての減衰を提供し、減衰が、マッパ９８によって画素７６の値にマッピングされることができる。
【００５５】
ここで図１３を参照すると、パラメータ抽出とパラメータ組み合わせの順序が切り換わってもよいことが理解されるであろう。そのため、たとえば、測定値セット２５ａ〜２５ｄは、整列され、プロセスブロック５８の組み合わせた測定値セットからパラメータが抽出される前に加算器１１６によって加算されて、画像７８が生成される。
【００５６】
明確にするために、ここで図１４を参照すると、本発明は、画像７８の平面に対応する単一平面内に整列したボクセル２６に関して述べられた。しかしながら、パラメータ測定値を向上させるために異なる角度で獲得したエコー信号５４を一緒に加算する本質的な原理は、平面内の角度によってだけでなく、３次元の湾曲表面又は平坦表面１１８にわたる角度においても異なる複数の超音波ビーム１４を収集するように超音波トランスデューサ１２を移動させることによって生じる場合があり、それにより、１度に１スライスか、又は、３次元オブジェクトとしてレンダリングして表示することができる容積画像データを生成することが理解されるであろう。このプロセスは、トランスデューサの移動か、異なる方向からのアレイ領域についてのビーム方向制御のいずれかによって行われることができることも理解されるであろう。
【００５７】
本発明は、本明細書に含まれる実施態様及び説明に限定されないが、実施態様の一部を含む実施態様の変更態様、及び添付の特許請求の範囲内に入る異なる実施態様の要素の組み合わせを含むことが特に意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】手持ち式トランスデューサを使用して関心領域を通して異なる角度でエコー信号を得るための、本発明と共に使用するのに適した超音波機械の略図である。
【図２】トランスデューサの移動機構を提供する、図１の機械の第２の実施態様の略図である。
【図３】平行光線と異なる角度の３つの測定値セットにリビニングされたエコー信号の図である。
【図４】ソフトウェア又はハードウェアで実施することができるような、本発明の主要なステップを示すフローチャートである。
【図５】従来の超音波撮像において使用される超音波信号及びその振幅を示す、図１及び図２のデバイスから受信されるエコー信号のグラフである。
【図６】本発明によって出力することもできるような、エコー信号振幅の従来のＢモード画像への変換を示す図である。
【図７】異なる角度のエコー信号の３つの測定値セットからの、基礎にあるエコー信号の一部のスペクトルの変換を示す図６と同様の図である。
【図８】パラメータの抽出と抽出されたパラメータの組み合わせを行って画像を生成するための、図７の測定値セットにリビニングされた、図２のデバイスによって獲得されたスキャンの集合を示す図である。
【図９】散乱体サイズを導出するための、エコー信号からのパラメータの抽出を示す信号フローチャートである。
【図１０】エコー信号からの散乱体間隔の抽出を示す図９と同様の図である。
【図１１】散乱体個数密度を抽出するための、図９に追加されたステップを示す図９及び図１０と同様の図である。
【図１２】局所的な広帯域減衰測定値を生成するための、２つの隣接するボクセルからのスペクトルデータの減算を示す図９及び図１０と同様の図である。
【図１３】パラメータの抽出前に測定値セットが組み合わされる、代替の角度合成技法を示す図８の部分図である。
【図１４】単一平面ではなく容積のパラメトリック撮像のための、３次元関心領域にわたるスキャンデータの取得の斜視図である。
【図１５】フェーズドアレイのリニア又は曲線多素子トランスデューサを使用した走査を示す、図１の超音波トランスデューサの代替の実施態様の図である。
【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１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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