(57)【要約】【課題】  改善されたフィルタ構想を提供する。【解決手段】  実時間の三次元の超音波のドップラー画像処理のために、多くの技術が検出感度を増大させるために結合される。本発明は、基本的には、過渡現象の除去(34)、平均値の除去(27、 30、 31)および／またはトレンド除去(29、 33)を用いた改善されたフィルタ構想に向けられている。
2006520642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血管壁と筋肉および組織を有する支持組織とで囲まれた血管内を流れる血液を含む被験者の体中へ超音波エネルギーを送信することによって得られたデータを表示する方法であって、
前記被験者の体から反射した超音波エネルギーであって血液によって反射されたドップラーシフト信号と、シフトしていない信号および血管壁と支持組織とによって閾値より少ない量だけシフトしたドップラー信号とを含む超音波エネルギーを受信するステップと、
血管内を流れる血液に関連して生じた結果のデータを測定および表示するために、データストリームを作り出している反射した超音波エネルギーをデジタル処理するステップとを含み、
前記デジタル処理のステップは、ウオールフィルタと平均値除去フィルタとで前記データストリームを逐次デジタルに処理することによって、シフトしていない信号と、閾値より少ないシフト量のドップラー信号とを除去するフィルタリングから成る、データ表示方法。
【請求項２】
血管内を流れる血液と関連した記録可能または表示可能な情報を生じるために、前記データを処理することを含む、請求項１の方法。
【請求項３】
血管内を流れる血液と関連した情報を記録または表示することを含む、請求項２の方法。
【請求項４】
血管内を流れ血液と関連した前記情報は、ベクトル速度と流量とを含む、請求項２の方法。
【請求項５】
血管壁と筋肉および組織を有する支持組織とで囲まれた血管内を流れる血液を含む被験者の体中へ超音波エネルギーを送信することによって得られたデータを表示する方法であって、
前記被験者の体から反射した超音波エネルギーであって血液によって反射されたドップラーシフト信号と、シフトしていない信号および血管壁と支持組織とによって閾値より少ない量だけシフトしたドップラー信号とを含む超音波エネルギーを受信するステップと、
血管内を流れる血液に関連して生じた結果のデータを測定および表示するために、データストリームを作り出している反射した超音波エネルギーをデジタル処理するステップとを含み、
前記デジタル処理のステップは、平均値除去フィルタとトレンド除去フィルタとで前記データストリームを逐次デジタルに処理することによって、シフトしていない信号と、閾値より少ないシフト量のドップラー信号とを除去するフィルタリングから成る、データ表示方法。
【請求項６】
血管内を流れる血液と関連した記録可能または表示可能な情報を生じるために、前記データを処理することを含む、請求項５の方法。
【請求項７】
血管内を流れる血液と関連した情報を記録または表示することを含む、請求項６の方法。
【請求項８】
血管内を流れる血液と関連した前記情報は、ベクトル速度と流量とを含む、請求項６の方法。
【請求項９】
血管壁と筋肉および組織を有する支持組織とで囲まれた血管内を流れる血液を含む被験者の体中へ超音波エネルギーを送信することによって得られたデータを表示する方法であって、
前記被験者の体から反射した超音波エネルギーであって血液によって反射されたドップラーシフト信号と、シフトしていない信号および血管壁と支持組織とによって閾値より少ない量だけシフトしたドップラー信号とを含む超音波エネルギーを受信するステップと、
血管内を流れる血液に関連して生じた結果のデータを測定および表示するために、データストリームを作り出している反射した超音波エネルギーをデジタル処理するステップとを含み、
前記デジタル処理のステップは、ウオールフィルタと、平均値除去フィルタと、トレンド除去フィルタとで前記データストリームを逐次デジタルに処理することによって、シフトしていない信号と、閾値より少ないシフト量のドップラー信号とを除去するフィルタリングから成る、データ表示方法。
【請求項１０】
血管内を流れる血液と関連した記録可能または表示可能な情報を生じるために、前記データを処理することを含む、請求項９の方法。
【請求項１１】
血管内を流れる血液と関連した情報を記録または表示することを含む、請求項１０の方法。
【請求項１２】
血管内を流れる血液と関連した前記情報は、ベクトル速度と流量とを含む、請求項１０の方法。
【請求項１３】
血管壁と筋肉および組織を有する支持組織とで囲まれた血管内を流れる血液を含む被験者の体中へ超音波エネルギーを送信することによって得られたデータを表示する方法であって、
前記被験者の体から反射した超音波エネルギーであって血液によって反射されたドップラーシフト信号と、シフトしていない信号および血管壁と支持組織とによって閾値より少ない量だけシフトしたドップラー信号とを含む超音波エネルギーを受信するステップと、
血管中を流れる血液に関連して生じた結果のデータを測定および表示するために、データストリームを作り出している反射した超音波エネルギーをデジタル処理するステップとを含み、
前記デジタル処理のステップは、過渡現象除去機能を有する有限インパルス応答フィルタで前記データストリームを逐次デジタルに処理することによって、シフトしていない信号と、閾値より少ないシフト量のドップラー信号とを除去するフィルタリングから成る、データ表示方法。
【請求項１４】
血管内を流れる血液と関連した記録可能または表示可能な情報を生じるために、前記データを処理することを含む、請求項１３の方法。
【請求項１５】
血管内を流れる血液と関連した情報を記録または表示することを含む、請求項１４の方法。
【請求項１６】
血管内を流れ血液と関連した前記情報は、ベクトル速度と流量とを含む、請求項１４の方法。
【請求項１７】
シフトしていない信号および閾値より少ないシフト量のドップラー信号を除去すべく、血管壁の中を流れる血液を含む被験者からの超音波反射の検出に起因するデータストリームをデジタル処理するための装置であって、
連続的に接続されるウオールフィルタ、平均値除去フィルタおよび閾値モジュールを含む、デジタル処置装置。
【請求項１８】
画像データとスペクトルデータとを生じるドップラー処理アルゴリズムを含む請求項１７の装置。
【請求項１９】
記憶または表示のために必要とされる空間および時間のデータを供給する画像アルゴリズムを含む、請求項１８の装置。
【請求項２０】
シフトしていない信号および閾値より少ないしシフト量のドップラー信号を除去すべく、血管壁の中を流れる血液を含む被験者からの超音波反射の検出に起因するデータストリームをデジタル処理するための装置であって、
連続的に接続される平均値除去フィルタおよびトレンド除去フィルタを含む、デジタル処置装置。
【請求項２１】
画像データとスペクトルデータとを生じるドップラー処理アルゴリズムを含む請求項２０の装置。
【請求項２２】
記憶または表示のために必要とされる空間および時間のデータを供給する画像アルゴリズムを含む、請求項２１の装置。
【請求項２３】
シフトしていない信号および閾値より少ないシフト量のドップラー信号を除去すべく、血管壁の中を流れる血液を含む被験者からの超音波反射の検出に起因するデータストリームをデジタル処理するための装置であって、
連続的に接続されるウオールフィルタ、平均値除去フィルタおよびトレンド除去フィルタを含む、デジタル処置装置。
【請求項２４】
画像データとスペクトルデータとを生じるドップラー処理アルゴリズムを含む請求項２３の装置。
【請求項２５】
記憶または表示のために必要とされる空間および時間のデータを供給する画像アルゴリズムを含む、請求項２４の装置。
【請求項２６】
シフトしていない信号および閾値より少ないシフト量のドップラー信号を除去すべく、血管壁の中を流れる血液を含む被験者からの超音波反射の検出に起因するデータストリームをデジタル処理するための装置であって、
過渡現象除去機能を有する有限インパルス応答フィルタを含む、デジタル処置装置。
【請求項２７】
画像データとスペクトルデータとを生じるドップラー処理アルゴリズムを含む請求項２６の装置。
【請求項２８】
記憶または表示のために必要とされる空間および時間のデータを供給する画像アルゴリズムを含む、請求項２７の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、医学目的のための超音波画像処理の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、４番目の次元が時間であり、しばしば４−Ｄ画像処理と称される実時間の三次元の(３−Ｄ)超音波画像処理のために、いくつかの方法が発明されている。４−Ｄ画像処理への試みは、しばしば感度の減少をもたらす。これは、体積の各面が２−Ｄシステムと同じ分解能を持つならば、Ｎビーム(しばしばラインと呼ばれる)を必要とする２−Ｄ画像システムが、Ｎ2ビーム(ライン)を必要とする３−Ｄ体積を意味するためである。指定されたフレーム速度ですべてのこれらの線を生じることは、（１）より短い期間、個々の位置で滞留すること、または（２）一度に広い送信ビームを用いていくつかの受信ビームを成形することのいずれかを意味する。どちらのアプローチも利得の電位損失を暗示している。米国特許第６，２３８，３４６号において説明されているように、方法1は、より遅いフレーム速度および／または１滞留（dwell）あたりのパルス数が少ないことを暗示している。後者は、特に、ドップラー信号を検出するためにウオールフィルタ（wall filter）によってパルスが必要とされているので、ドップラー画像処理(パワーまたは色)が悲惨である。方法2は、米国特許第６，５２４，２５３('２５３特許)と米国特許第６，６８２，４８３('４８３特許)において説明されているように、複数のビーム位置を覆うために送信されたエネルギーを広げる。このエネルギー密度の低下は感度の低下を生じる。これは、２つの相互に交差するレンジ方向で受信配列の焦点を動的に合わせることにより、部分的に補われる。米国特許第６，５２４，２５３号と米国特許第６，６８２，４８３号の開示は、それらの参照により、それらの全体がここに組み込まれている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，５２４，２５３号
【特許文献２】米国特許第６，６８２，４８３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多くのアプローチは、全体の信号雑音比を最大化するように開発され、これにより感度が高められている。さらに、アプローチ/方法は、詳細には、ドップラー感度を高めて、血流の検出を改善するために、開発されている。これらの方法は、以下で説明されるように、単一または組み合わせで使用される。以下で説明される方法のいくつかは、当業者によく知られており、４−Ｄ超音波画像処理のために必要な感度上昇を達成するには、いくつかのそのような方法を結合することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
いくつかの方法は、以下に簡単に説明され、またいくつかが参照によって本明細書に組み込まれた前記特許文献中でより詳細に説明されている。狭周波数帯域信号と長パルスとの使用は、信号の平均値パワーを著しく増大させて、雑音を減少させる。送信のために一度に前記アレイの一部しか使用しないことは、送信デューティサイクルを著しく減少させ、そのため、時間平均した加熱をもたらし、それは、通常、送信パワーを制限する。送信ビームは、パワーを、受信ビームの収集により測定された領域に集中するために具体化されて、高域ウオール(wall)フィルタは、増大した使用可能なパルス数を利用するように設計される。パワードップラー計算のための新方式は、かなり信号雑音比を改善するために使われる。パルス数の増大は非常に遅い動きの血の検出を可能とし、フレームレートの増大は総合利得を提供し、低下した送信デューティサイクルは、デューティサイクルを増大させるために、コード化された波形の使用を可能にし、それゆえ、距離分解能を減少させずに、より大きな平均のパワーを提供する。コヒーレント処理の利得は、長いパルスドップラードウェルにわたって維持され、様々な方法が効率的にパルスを利用するために使われる。そのような方法はパルス列のインタリービング方式および他の高域通過ドップラーウオールフィルタリング手段に代えて、またはこれに加えて平均値および／またはトレンド（trend）の除去の利用を含む。本願の明細書および請求項は、主として、平均値除去および／またはトレンド除去を含む改善されたフィルタ構想に向けられている。
【０００６】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付図面を参照して、単なる例示として以下に示された発明の典型的な実施例の詳細な説明を読めば、より明確になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
アナログおよびデジタルデータフロー
【０００８】
図１は、米国特許’４８３でおおむね開示された一般的なシステムを実施する典型的なシステムで図式的にアナログおよびデジタルデータフローを説明する。プロセス制御１は、プローブの予め選択された送受信素子で送られる信号２のタイミングと位相とをコントロールする。受信信号は、増幅され（３）、フィルタ処理およびデジタル処理を受け（４）、すべてのシフトされていない信号を直流に置くために低周波数に変換され（５）、効率的な処理のために間引きされる（６）。ビーム成形器（７）は、プロセス制御１の制御の下で、与えられた方向と深度（範囲）を見るために、入力データを分析的に次第に位相調整する 。
【０００９】
この情報はバッファ処理を受け（８）、デジタルフィルタリングを受け（９）、さらに、記録あるいは表示（１１）される信号を生じるためにデジタル処理を受ける。信号１０は、ベクトル速度と流量を含むことができる。デジタル処理は、ソフトウェア制御下で、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイなどの個々のタスク特定プロセッサまたは汎用コンピュータで実行される。
【００１０】
感度増大のための狭帯域プローブ
【００１１】
超音波振動子の一般的な製造アプローチのために、それらの感度は一般にトランスジューサの帯域幅に反比例する。超音波システムの雑音(スペックルを含まない)は、一般的に、前置増幅器の機能(トランスジューサに示されたリアル負荷からの熱雑音および増幅器の接合雑音)およびその帯域幅である。したがって、信号対雑音比に等価のすべてのものは、トランスジューサと前置増幅器の帯域幅と逆比例する。信号対雑音比(したがって、超音波システムで操作することができる有益な深度)を最適化するため、トランスジューサ帯域幅はシステムのパルス幅に整合されなければならない。例えば１マイクロ秒のパルス幅を使っているパルスドップラー動作のためには、トランスジューサの帯域幅は、約１マイクロ秒分の１分、すなわち１メガヘルツでなければいけない。したがって、トランスジューサは、１メガヘルツの帯域幅に最適化されなければいけない。受信処理帯域幅も、また1メガヘルツである。
【００１２】
狭周波数帯域処理のための帯域通過サンプリング
【００１３】
３−Ｄまたは４−Ｄ画像処理のために使われるいかなるデジタルビーム成形超音波システムでも、圧電素子およびアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータの数は多い。入力データレートを扱いやすくしておくために、素子は、２倍の動作周波数を越える通常のナイキストレートに代えて、信号の帯域幅によって決定される低いナイキストレートでサンプリングされる。１つの特定の実施例では、図２に示されているように、搬送周波数はｆ０=６ＭＨｚであるが、Ａ／Ｄ標本化速度は１２ＭＨｚより大きいものに代えて、８ＭＨｚである。伝送された信号の帯域幅に整合するために、図示の８ＭＨｚのリアル（real）標本化速度は１、２または４ＭＨｚの複素サンプルレートにコンピュータでの効率的な間引き処理（decimation)を可能にする。エイリアス除去（アンチエイリアス処理）帯域通過フィルタは、Ａ／Ｄ変換器に先行する。A／D変換器の前のこの帯域幅についての制限は、デジタルサンプルレート間引き(decimation)フィルタの中のより詳細なフィルタリングが後に続き、システム入力の雑音を狭い信号の帯域幅に制限し、したがって、信号対雑音比率(SNR)を最適化する。
【００１４】
図２で、線Ａは典型的なトランスジューサ素子で受信されたアナログ信号のスペクトルを表し、ここで点線が帯域通過アンチエイリアスフィルタの周波数応答を表す。線Ｂは、帯域通過フィルタを通りレートｆｓ(=８ＭＨｚ)でサンプリングを受けた後の線Ａでの信号のスペクトルを表している。スペクトルは(周波数領域で)周期ｆｓで周期的である。線Ｃは、線Ｂでの信号をexp{j2Π(fs/4)t}で乗算することによるデジタル的なヘテロダインの結果である。ｔ＝ｎ／ｆｓであるので、乗算は単にexp(jΠn/2)=jnとなる。点線は、デジタルローパス間引きフィルタの周波数応答を表す。線Ｄは、間引きフィルタの出力に４番目毎のサンプルだけを算定することによって、それが４の要因によって間引きされた後での信号のスペクトルを示す。(この特定の例のための)新たな標本化速度はr=ｆｓ／４=２ＭＨｚである。
【００１５】
分布通信経由による加熱低減
【００１６】
１次元配列を用いる従来の超音波デザインでは、伝送パワーは、２つの要因であるプローブ表面の熱および／または音圧によって制限される。その線形配列は、素子で発生する熱を放散するために表面積に制限を加え、電波で通信するサブアレイが線形配列に沿って移動するとき、能動素子の中に大きな熱のオーバーラップが生じる。デューティサイクルは、どのような伝送素子であっても、まったく高い。トランスミッタは、画像容量内の焦点で高い音圧レベルを生み出すために焦点が合わされる(出力密度の増大)。伝送パワーは、焦点での高圧が米国食品薬品局（ＦＤＡ）により設定されたＦＤＡ限界より低い機械的な指数（ＭＩ）を生じるように、あるレベルに制限されている。
【００１７】
新たなデザインは、２次元配列を有し、Ｎ×Ｍエレメントを用いるトランスミッタを使用する。トランスミッタは、不変のまたは減少する出力密度のアイソニフィケーション（insonification）カラム(すなわち超音波エネルギーのカラム)を生み出すために具体化され、したがって、どのようなポイントすなわちフォーカスポイントででも、ＭＩを越えずに、より高いパワーを利用することができる。結果は、カラムにおけるどこのアイソニフィケーションも、従来デザインのフォーカスでのみ正常に達成されるものに等しい。新しいデザインのトランスミッタが、このより高いパワーを定常とするならば、使用され得るパワーを制限する加温の懸念が生じる。設計の一部として、伝送エレメントの起動グループが2次元配列を巡るように移動され、熱を広め、食品医薬品局範囲内にそれを保持する。電波で通信する素子のデューティサイクルは、まったく低くても良い。
【００１８】
伝送ビームの成形
【００１９】
「マルチビーム受信のためのトランスミッタパターン」という表題を付された’４８３特許では、トランスミッタパターンは、受信回折格子ローブを大いに減衰させるが、所望の受信ビームの領域中では定数のゲインを有するように具体化される。伝送パターンは、また、一定のゲインの領域の外に鋭く降下するように、デザインされる。これは、信号持続の増大と交換に犠牲にされるトランスミッタエネルギー密度の量が最小限にされるように、伝送ゲインの損失を最小化するのに役立つ。
【００２０】
改善されたウオールフィルタ性能
【００２１】
複数のビームを同時形成することによる多くのパルスの有用性は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイにおいてデジタルに実施された柔軟なウオールフィルタにおいて利用される。
【００２２】
パワードップラーのための自己相関振幅
【００２３】
信号対雑音比を改善するためのこの方法は、２００４年１月２６日に出願された米国出願番号１０／７６４，６７５に記載されており、その開示内容はその全体が参照されることにより、本明細書に組み込まれている。パワードップラーは、それらのパワーを平均することによって得られるのではなく、一つの伝送パルスの遅れで自己相関関数を算定することにより、マルチパルスから得られる。この複素自己相関の角度(または引数)は、色ドップラー画像で使用するための速度の極めて確かで正確な推定値であることはよく知られている。(例えば、チヒロ  カサイ、コロク  ナメカワ、アキラ  コヤノおよびリョウゾウ  オモトによる「自己相関法を使って像を映す実時間の2次元の血流」１９８５年５月、ＩＥＥＥ、音響および超音波に関する報告書、巻SU-３２、Ｎｏ.３参照。) 上記で引用された出願の主題は、このまさに同じ複素の自己相関の振幅がパワードップラー画像のためのフローパワーの極めて確実で正確な推定値であることであり、そのパワーを平均することによって得られたウオールフィルタの出力での値より、遙かに雑音が少ない。
【００２４】
パルス数の増大によるドップラーゲイン
【００２５】
同時に複数の受信ビームを生成することによって、ドップラー測定を確立するために使用されるビームあたりのパルス数が増大する。トランスミッタが複数のビームに超音波を当てなければならないので、伝送ゲイン（または出力密度）は、パルスの時間または数と引き換えで犠牲になる（'２５３および’４８３特許参照）。付加パルスは信号処理ゲインを提供する。前節の自己相関方法は、ドップラー信号を測定するときにコヒーレントな統合に等価なものを提供する。ドップラー超音波システムでは、付加パルスは二役をこなす。それらは、信号処理ゲインを提供し、また、遅い動きの血液の検出性を改善するために、高度のドップラー解像度を提供する。
【００２６】
ドップラーシステムでのパルス数の増大による利点は、非常に非線形である。例えば、1つの受信ビーム当たり２４パルスが与えられるので、９タップの有限インパルス応答高域ウオールフィルタを使って、例えば8つのパルスを犠牲にし、 出力から(最後と同様に) 最初の８パルスを取り除くことができる。この方法では、定常散乱は、単にタップ重み合計が零に達するフィルタを使うことによって完全に除去される(無限に弱められる)。この例では、２４の入力パルスは、散乱のない２４−８＝１６の出力パルスを結果として生じる。わずかに８つの入力パルスしか使用できなければ、9タップウオールフィルタは説明された方法に使用できない。７タップフィルタが使われたならば、８入力パルスから２つのパルスだけが残存するであろうが、２４入力パルスから１８パルスが残存するであろう。この処理は、パルスの数を３倍にすることによって、１０log（１８／２）＝９．５ｄＢのＳＮＲ改善をもたらす。より大きなＳＮＲ改善を提供するために、より遅い動きの血液には、より長いウオールフィルタを必要とする。
【００２７】
フレームレートの増大
【００２８】
たとえそれが電子的に操作されても、個々の伝送パルス毎に同時に複数の受信ビームを成形すれば、従来のシングルビームシステムよりずっと少ない時間で関心体積（ＶＯＩ）を完全に覆う（’２５３ および'４８３特許参照。）。フレームレートの増大は、統合が追加のＳＮＲ改善を提供することを可能にし、与えられたフレームレートのために、より多くのパルスの使用を可能とし、それによって、他の方法の使用を可能とする。
【００２９】
拡散スペクトル
【００３０】
パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）は、通常、範囲のあいまい性を避けるのに十分に低く、ドップラーあいまい性(エイリアシング)を防止するのに十分に高く選ばれる。広い帯域幅は、微細な距離分解能のために、通常、短パルスによって達成される。これは、一般に低いデューティサイクルを提供する。しかしながら、ＳＮＲが問題であるならば、より長いフェーズコード化されたパルスを圧縮することによって、良好なレンジ分解能を達成することがでる。より長いパルスは特定の最大出力のために、より平均のパワーを提供する。プローブの小さなセクションだけが常時アクティブなので、プローブ上の与えられたポイントでの全体の平均のパワーは制限される。したがって、完全なフレームの持続期間にわたって、プローブの小さな一部だけがどのような瞬間でも電波で通信するので、デューティサイクルは低い。これは、プローブを加熱することなく、普段より高い最大出力を可能にする。最大出力が制限されるとき、より長いコード化された波形を使うことは、デューティファクタを増大させる。多くのスペクトル拡散技術のどれをも利用することができる。典型的な実施では、バーカー（Ｂａｒｋｅｒ）コードを使用する。
【００３１】
効率的なパルス繰返し周波数低減のためのインタリービング方式
【００３２】
超音波ドップラーゲインのためのインタリービング方式の概念は、２００４年１月２６日に出願された米国出願１０／７６４，６５８に紹介されており、その開示事項は、すべて参照によって本明細書に組み込まれている。概念は、ＳＮＲの改善のために、より高いＰＲＦで得られたパルスの総数を利用しながら、低い血流速度を画像化するために有効なパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）を下げるようにパルスをインタリーブすることである。
【００３３】
平均値除去およびトレンド除去
【００３４】
図1に示される高帯域ウオールフィルタは、長い持続期間にわたって収集される多くのパルスの使用を必要とせずに設計することは困難である。過渡データが削除されるならば、正常な時間不変量線形フィルタは、過渡現象とデータの間接損害とに関係している。しかしながら、過渡データの削除は、ＢＭＯＤＥ(シフトしていない)成分をデータストリームの中から削除するフィルタリングアルゴリズムをもたらすことができる。
【００３５】
平均値および／またはトレンドを削除すること(差し引くこと)は、データのどのような損失をも招くことなく低周波成分を減衰させる。ここに開示されたウオールフィルタは、フィルタリング、平均値除去およびトレンド除去の様々なコンビネーションによって動作するように、設計される。これは、以下のa.ないしc.において議論される。
【００３６】
a. 平均値除去の後処理アルゴリズムを使った超音波画像処理のための低周波フィルタリング作用の増大
【００３７】
標準パワーのドップラー超音波装置のウオールフィルタリングの目的は、血管壁、血管の動き、筋肉、組織、非血管対象物からの反射の効果および血管内の血の動作によるパワードップラー信号の形成と検出とを妨げるすべての動かないタイプの超音波信号を除去することである。
【００３８】
ダウンコンバージョン後の受信されたドップラー超音波信号は、３つの補足物から成り、ＢＭＯＤＥ(すなわち、透過光のシフトしていない反射)、低周波組織雑音(筋肉、殆どドップラーシフトしない血管の移動)、高周波ドップラー信号への中間値である。ウオールフィルタの目的は、後処理解析と表示とのために、血液を移動させることによってドップラー信号を作り出す間に、ＢＭＱＤＥおよび低周波組織雑音を除去することである。典型的な信号処理のフローが図３に示されている。
【００３９】
図３には、ビームフォーマ（７）からのデジタル情報がバッファされ（２１）、ウオールフィルタ（２２）に引き継がれる。制御インタフェース（２３）を通して前記プロセス制御（１）によって制御される閾値より大きい信号は、像のスペクトル成分のための処理を受け、さらに、表示プロセッサ（２６）によって必要とされる空間的および時間的な成分を供給すべく、処理（２５）を受ける。
【００４０】
ウオールフィルタの単純な設計制約は、より高い周波数成分を通過させながら、直流と低周波信号とを退ける非常に狭い低域通過ノッチを持つことである。これらのフィルタをかけられた信号は、像を成形するために後処理を受ける。超音波ウオールフィルタリングは、一般に、非常に少数のパルスにわたって実行され、これは、観測窓を非常に短くし、大きなバイアス誤りを招くことなくあるいは捜し求められたドップラー信号の多くを削除せずに確実に後処理することを困難にする。
【００４１】
ここに明らかにされた発明の1つの形態は、図４に概略的に示されており、標準のウオールフィルタの後で連続して平均値除去フィルタをカスケード接続することにより達成される、より厳格でより単純なウオールフィルタリング解決策をもたらす。図４では、追加のデジタルフィルタ２７がウオールフィルタ２８を通過した信号の平均値を計算する。このアルゴリズムの、標準のウオールフィルタリング技術よりも有利な点は、求められたパワードップラー信号を犠牲にすることなく、直流でのフィルタノッチの深さが増大されることである。これは、信号雑音に対してドップラー信号内容を増大させることにより、全体的な感度を増大させる点で、有利である。
【００４２】
b.  平均値除去および脱トレンド（De-trending）のフィルタリングアルゴリズムのコンビネーションを使った超音波画像のための低周波フィルタリング作用の増強
【００４３】
ここに明らかにされた発明の他の形態は、ウオールフィルタ機能を削除し、これを平均値除去フィルタと直列にカスケードにされたスラント脱トレンド（Slant De-trend）フィルタで置換することによって達成できる、より厳格／単純なウオールフィルタリング解決策をもたらす。平均値除去アルゴリズムは、観察されたパルスの直流成分(すなわちＢＭＯＤＥと組織雑音)を除去する。デ・トレンディング（de-trending）アルゴリズムは、処理されたパルスの全体にわたって観察された低周波振動を分離および除去し、どのような計算されたランプ関数をも差し引くことにより、低周波数信号を除去する。このアルゴリズムの、標準のウオールフィルタリング技術よりも有利な点は、求められたパワードップラー信号を犠牲にすることなく、直流でのフィルタノッチの深さが増大されることである。これは、信号雑音に対してドップラー信号内容を増大させることにより、全体的な感度を増大させる点で、有利である。この解決策は、図３のウオールフィルタ２２に代えて、平均値除去フィルタ３０とトレンド除去（trend removal）フィルタ２９を示す図５に概略的に示されている。
【００４４】
c. ウオールフィルタ、平均値除去およびスラント脱トレンディング（Slant De-trending）アルゴリズムをカスケード接続することによる超音波画像のための低周波フィルタリング作用の増強
【００４５】
ここに明らかにされた発明の別の形態は、スラント脱トレンド（Slant De-trend）フィルタ３３を平均値除去フィルタ３１およびウオールフィルタ３２に連続的にカスケード接続することにより、より厳格で、より単純なウオールフィルタリング解決策をもたらす。ウオールフィルタは、直流成分の大多数と低周波信号の一部とを除去する。平均値除去アルゴリズムは、多くの直流信号を除去し、直流(すなわち血管壁の動きおよび組織雑音)に近い付加の低周波成分を弱める。脱トレンディング（de-trending）アルゴリズムは、さらに、処理されたパルスの全体にわたって観察された残存する低周波振動を分離および除去する。このアルゴリズムの、標準のウオールフィルタリング技術よりも有利な点は、求められたパワードップラー信号を犠牲にすることなく、直流でのフィルタノッチの幅深さが増大されることである。これは、信号雑音に対してドップラー信号内容を増大させることにより、全体的な感度を増大させる点で、有利である。本発明のこの形態が図６に概略的に示されている。
【００４６】
d. 過渡現象が除去されたウオールフィルタ
【００４７】
このフィルタリング解決策は、タップ合計が零でありフィルタ出力の過渡的な部分が削除された有限インパルス応答フィルタを使う。
【００４８】
有限インパルス応答(ＦＩＲ)フィルタは、次に示す単位インパルスへのその応答によって定義される。
【００４９】
【数１】
2006520642.tif 000003
単位パルス、
【００５０】
【数２】
2006520642.tif 000004
【００５１】
それは、長さＭの出力シーケンスによって慣例的に与えられる、長さＭの入力シーケンスｕ(t)への反応であり、ここで、各出力サンプルは前の入力サンプルの加重和である。
【００５２】
【数３】
2006520642.tif 000005
【００５３】
それらの項の合計が零になるようにｈ(t)が設計されるならば、入力が一定である限り、零出力を期待できる。しかしながら、これは、フィルタの起動過渡現象の間は、ｔ＜Ｎのため、真ではない。最初のＮの出力サンプルを除去することにより、定入力に対する零出力を保証している。
【００５４】
このフィルタリング解決策が図７に示されており、該図は、過渡現象の除去作用３４を有する有限インパルス応答フィルタを通過するデータストリームを示す。
【００５５】
ここに説明された実施例は単に典型的で、当業者にとって本発明の精神と範囲とから逸脱することなく種々の変形および変更をなすことができることが理解できよう。すべてのそのような変形および変更は、本発明の範囲の中に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】典型的なシステムデータフローの概略図である。
【図２】４つのデジタル処理状態での典型的なデータストリームのスペクトル位置の略図である。
【図３】ウオールフィルタを用いたシステムの典型的な信号処理フローの概略図である。
【図４】ウオールフィルタと平均値除去フィルタとを用いたシステムの典型的な信号処理フローの概略図である。
【図５】平均値除去フィルタと傾向（trend）除去フィルタとを用いたシステムの典型的な信号処理フローの概略図である。
【図６】ウオールフィルタと平均値除去フィルタとトレンド除去フィルタとを用いたシステムの典型的な信号処理フローの概略図である。
【図７】過渡現象を除去する有限インパルス応答(ＦＩＲ)フィルタを用いたシステムの典型的な信号処理フローの概略図である。
【符号の説明】
【００５７】
２７、３０、３１  平均値除去フィルタ
３４  過渡現象除去フィルタ
２９、３３  トレンド除去フィルタ
【図１】
2006520642.tif 000006
【図２】
2006520642.tif 000007
【図３】
2006520642.tif 000008
【図４】
2006520642.tif 000009
【図５】
2006520642.tif 000010
【図６】
2006520642.tif 000011
【図７】
2006520642.tif 000012
【国際調査報告】
2006520642.tif 000013