(57)【要約】超音波システムは、ほとんど若しくは一切特殊化されない３次元ソフトウェア／ハードウェアと連係してプローブを利用し、深さの手掛かりを有する画像を生成する。制御ユニットは、プローブを用いて複数ラインのデータ点を含む複数のデータのスライスを生成する。制御ユニットは、前記複数のスライス間で整合されるラインからのデータ点を結合して、ディスプレイ上に深さを与える画像を生成する。
2004533303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブと、
ディスプレイと、
プローブを用いて複数ラインのデータ点を含む複数のデータのスライスを生成し、前記複数のスライス間で整合されるラインからのデータ点を結合して、ディスプレイ上に深さを与える画像を生成する制御ユニットとを含む、超音波システム。
【請求項２】
前記複数のデータのスライスは、Ｘ個のデータのスライスであり、Ｘは、３≦Ｘ≦１５及び６≦Ｘ≦１２の中から選ばれる、請求項１記載の超音波システム。
【請求項３】
制御ユニットは、
ａ）所望の視点に基づいて、整合されるデータ点を重み付けし、整合される重み付けされたデータ点を集積すること、
ｂ）所望の視点に基づいて、整合されるデータ点を重み付けし、整合される重み付けされたデータ点を集積すること、但し、所望の視点により近いスライスでのデータ点は、所望の視点により遠いスライスでのデータ点よりも重く重み付けされ、ディミングの視覚効果を生成する、
ｃ）複数のスライスからのライン上の整合されるデータ点を集積すること、及び、
ｄ）各スライス内のラインにインデックスを付し、所望の回転に基づいて少なくとも１つのスライス内のラインのインデックスを調整し、複数のスライス内の整合するインデックスを持つライン上の類似の深さからのデータ点を集積すること、
の中から選ばれる技術によってデータ点を結合する、請求項１又は２記載の超音波システム。
【請求項４】
各スライスは、複数のラインを含み、制御ユニットは、画像中に所望の効果を生成するため、ラインの配置を調整する、請求項１記載の超音波システム。
【請求項５】
制御ユニットは、画像中に深さ感がある見掛け透視を生成するため、不均一な間隔を有するようにラインの間隔を制御することによってラインの配置を調整する、請求項４記載の超音波システム。
【請求項６】
制御ユニットは、各スライスを
ａ）各スライスが、共通の頂点を共有するか、若しくは、各スライスが、異なる頂点を有する、扇形走査、
ｂ）各スライスが、共通の辺を共有するか、若しくは、スライスが、共通の辺を一切共有しない、長方形走査、及び、
ｃ）各台形走査が、共通の辺を共有するか、若しくは、各台形走査が、共通の辺を一切共有しない、台形走査
のうちの何れか１つの形状となるようにする、請求項１乃至５の何れか１項の超音波システム。
【請求項７】
制御ユニットは、パーシステンス・ルーチンを利用してスライスを結合する、請求項１乃至６の何れか１項の超音波システム。
【請求項８】
制御ユニットは、複数のデータ点のラインを捕捉するためプローブを用い、これにより、データ点のボリュームを得る、請求項１乃至７の何れか１項の超音波システム。
【請求項９】
ある深さ範囲内のデータ点を選択するようにデータ点のボリュームをフィルタ処理し、且つ、深さの錯視を与えるディスプレイ上の画像を形成するように前記深さの範囲内のデータ点の各ライン上のデータ点を結合する信号プロセッサを含む、請求項１乃至８の何れか１項の超音波システム。
【請求項１０】
制御ユニットは、デジタルフィルタを用いてデータ点を結合する、請求項１乃至９の何れか１項の超音波システム。
【請求項１１】
制御ユニットは、結合前にデータ点のそれぞれを重み付ける、請求項１０記載の超音波システム。
【請求項１２】
前記デジタルフィルタは、ＦＩＲ系フィルタ、ＩＩＲ系フィルタ、適応系フィルタのなかから選択される、請求項１０又は１１記載の超音波システム。
【請求項１３】
画像の深さ及び回転は、ユーザが制御可能である、請求項１乃至１２の何れか１項の超音波システム。
【請求項１４】
データ点のラインは、平行若しくは平行でない、請求項１乃至１３の何れか１項の超音波システム。
【請求項１５】
制御ユニットは、所望の視点に基づいて各データ点を重み付け、重み付けされるデータ点を共に集積することによって、データ点を結合する、請求項９乃至１４の何れか１項の超音波システム。
【請求項１６】
所望の視点により近いスライスでのデータ点は、ディミングの視覚効果を生成するように、所望の視点により遠いスライスでのデータ点よりも重く重み付けされる、請求項１５記載の超音波システム。
【請求項１７】
プローブを用いて複数ラインのデータ点を含む複数のデータのスライスを生成し、前記複数のスライス間で整合されるラインからのデータ点を結合して、ディスプレイ上に深さを与える画像を生成する、超音波イメージング生成方法。
【請求項１８】
前記結合するステップは、少なくとも、
ａ）所望の視点に基づいて各データ点を重み付けし、重み付けされたデータ点を集積するサブステップ、
ｂ）各スライス内のラインにインデックスを付し、所望の回転に基づいて少なくとも１つのスライス内のラインのインデックスを調整し、複数のスライス内の整合するインデックスを持つライン上の類似の深さからのデータ点を集積するサブステップ、
ｃ）プローブを用いて複数ラインのデータ点を含む複数のデータのスライスを生成し、前データの各ラインからある深さ範囲内のデータ点を選択し、前記深さ範囲内のデータ点の各ライン上のデータ点を結合して、ディスプレイ上に深さを与える画像を生成する、超音波イメージングを生成するサブステップ、のうちの少なくとも１つのサブステップを含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記ｃ）のサブステップを含む請求項１８記載の方法において、前記ある深さ範囲は、傾斜を与えるように、データのラインのそれぞれに対して個々に選択される、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
一般に、超音波システムは、複数の経路でパルスを放出し、複数の経路上の対象物から受信したエコーを電子信号に変換し、該電気信号は、超音波データを作成するために使用され、超音波データから超音波画像を表示することができる。超音波データの生成の元になる生データを得るプロセスは、典型的には、“走査”、“掃引”若しくは“ビーム操作”と称される。たいていの超音波システムでは、走査は、超音波トランスデューサ組立体を用いて迅速に繰り返され、多数の画像が１秒内に取得されるようにする。
【０００２】
超音波トランスデューサ組立体は、典型的には緩衝材料及びマッチング材料を備えるトランスデューサ素子を含み、電気パルスにより励起されたとき、超音波パルスを放出し、エコーを受信する。トランスデューサ組立体は、関連する電子部品及び接続と共に検査を容易化するハウジング内に収容される。全体として、かかる組み合せ（トランスデューサ組立体、電子部品、接続、及びハウジング）は、典型的には、超音波プローブ（若しくは、単に“プローブ”）と称される。一般に、現在のプローブは、１次元プローブ（単一の素子ワイドアレイを有する）若しくは２次元プローブ（多次元の素子アレイを有する）に分けられる。双平面プローブ（２つの異なる面上での走査のために２つの１次元アレイを有する）のような、他のタイプのプローブが存在する。
【０００３】
超音波データは、典型的には、フレームで取得され、各フレームは、トランスデューサの面から出る超音波ビームの掃引を表わす。１次元プローブは、２次元長方形若しくはパイ形状の掃引を生成し、各掃引は、一連のデータ点の“ライン”によって表わされる。各データ点は、本質的には、所与のラインに沿ったある深さでの超音波反射強度を表わす値である。より新しい２次元トランスデューサは、所定の３次元形状を表わすデータ点のセットを形成する掃引を生成できる(典型的には、“ボリューム走査”と称される)。
【０００４】
実時間ソノグラフィは、走査が実行されている際の速い連続的なフォーマットでの超音波画像表現を指す。走査は、機械的に(一若しくはそれ以上のトランスデューサ素子を物理的に振動させる)若しくは電子的に実行される。今まで、現代の超音波システムにおけるたいていの通常タイプの走査は、電子的であり、この場合、ラインで配設されるトランスデューサ素子の集合（“アレイ”と称する）は、各素子毎に１の電子パルスで、掃引動作を構成するようにタイミング設定された電子パルスのセットによって励起される。
【０００５】
直線連続化アレイでは、アパーチャは、トランスデューサ素子の重なり合うサブ集合を実質的に励起することによってアレイを端から端まで掃引される。直線位相ずれアレイでは、全て(若しくは略全て)の素子は、隣接素子間で小さな時間差（典型的には、１マイクロ秒未満）をもって、単一のパルスで励起され、最終的なサウンドパルスが、特定方向に沿って積み重なるようにする（“ステアリング（操作）”と称する）。ビームの操作に加えて、位相ずれアレイは、位相遅れパターンに曲率を入れることによって、深さ方向に沿って、ビームを合焦することができる。より大きな曲率は、トランスデューサアレイに焦点を近づけるが、より小さな曲率は、焦点をより深くに移動させる。遅れは、合焦を与えるために直線連続アレイで使用されることができる。逆に、エコーの受信時、遅れは、超音波画像データが生成される元になる生のデータポイントのサンプリングをタイミング設定するために使用される。
【０００６】
種々の遅延を生成する装置は、ビーム形成器と称される。公知のビーム形成器は、ナノ秒毎に新しいデータの点を送る（動的な遅れ）ことができる高価な回路を採用してアナログ領域で従来的に動作していた。より最近では、デジタルビーム形成器が開発され、これは、Ａ／Ｄ変換されたトランスデューサ出力をデジタルメモリ内にバッファリングし、そこからの読み出し時間を変えることによって遅延を提供する。公知のデジタルビーム形成器は、少なくとも２５ナノ秒毎に新しいデータの点を送ることができる。
【０００７】
３次元画像を生成するためには、走査若しくは補間を伴う走査によって、超音波データのボリューム（３次元走査データセット）が生成されなければならない。このデータのボリュームは、次いで、３次元の見た目を有する２次元表面上に表示用画像を生成するために処理される。かかる処理は、典型的には、描画と称される。
【０００８】
実時間３次元走査データセットを生成する一方法は、各掃引が異なる走査面に向けられる複数の掃引を実行することである。各掃引の走査ラインは、典型的には、プローブの“横方向”の次元に亘って配列される。１フレーム内の連続的掃引の面は、互いに対して回転され、例えば横方向に典型的には直角な“高さ”方向に離間される。或いは、連続的掃引は、横方向の中心線まわりに回転されてよい。一般に、各走査フレームは、複数のラインを含み、立方体、切頭台形、若しくは円筒のような幾つかの所定形状の走査ボリュームを表わす３次元走査データセットの取得を可能とする。
【０００９】
幾つかの３次元最適化超音波システムが利用可能であるが、たいてい市販の超音波システムは、目下、平らな２次元画像しか表示せず、１次元アレイプローブから走査データを取得する。AGILENT TECHNOLOGIES社により販売されるSONOS 5500は、“オフライン”後処理により３次元超音波画像を生成することができる。このため、規則正しく離間した平面の２次元掃引のシーケンスが、プローブ位置が走査フレーム間で併進若しくは回転された際に、収集される。後処理操作は、各２次元平面に対する取得した位置情報を用いて、３次元データセットを構築する。結果の３次元データセットは、典型的には別個のワークステーション上に、適当な種々の公知の計算強度描画技術を用いて、描画された画像として表示される。更に、実時間描画及びディスプレイワークステーションは、１つのシステムへと超音波スキャナと共に一体化されてよく、例えば、VOLUMETRICS社は、かかるシステムを製造する。
【００１０】
実時間３次元が可能な１技術は、２次元プローブとしばしば称される、素子のマトリックス（例えば、３１３６素子の５６×５６アレイ）を含むトランスデューサ組立体を有するプローブの開発である。２次元プローブは、２次元でのビーム操作と同様、深さ方向の上述の合焦を可能とするので、３次元画像を描画するために使用される超音波データのボリュームの取得のために焦点を並進させるため、プローブを物理的に動かす必要が無い。
【００１１】
それぞれが複数の走査面を含む一連の走査フレームが取得されるとき、最終の３次元データセットは、その他の次元、時間を含み、相対時間やフレーム数によってインデックス化される。かかる時間若しくはフレームがインデックス化されたデータセットは、“４次元データセット”と称され、オフラインワークステーション上で動く３次元画像を生成するために使用することができる。４次元データセットから導出される完全な３次元画像の時間シーケンスが、表示パラメータ（表示角、負透明度、透視等）の所与のセットに対して事前に計算されている場合、動く３次元画像ディスプレイは、“生（ライブ）”のフレームレートで、即ち、走査フレームが取得されるレートで、描画されることができる。走査ビームが電気的に３次元で操舵／合焦されることができるプローブ（例えば、２次元素子アレイを採用する）で、十分強力な描画システムの場合、４次元データセットは、“生”フレームレートでのみならず、実時間においても取得及び描画されることができる。
【００１２】
現在、３次元システムは、比較的小さなマーケットすき間市場である。その大部分が極めて高価であり、しばしば分解能を犠牲にし深さの錯覚を明瞭化するコストのより嵩む３次元ベースのシステムでは、既存の２次元システムを交換するようにユーザを説得するのは難しいことがわかっている。従って、本願発明者は、３次元ワークステーションのような、多大なハードウェアの追加を必要としない現在市販の超音波システムに基づいて３次元可能な超音波イメージングシステムを開発する必要性を認識した。かかる解決策は、現在の２次元システムを低コストでアップグレードする際にユーザに提供されうる。
【００１３】
本発明の理解は、添付図面と連係される次の本発明の詳細な説明から得られる。
【００１４】
［詳細な説明］
これより、本発明を詳細に参照するに、その例は、添付図面に図示され、図面には、全体を通して、類似の番号が類似の素子に付されている。
【００１５】
本例において、示された方法は、人間の操作者と連係して実行されることになる機械動作である。本発明の動作を実行する有用な機械は、Agilent Technologies SONOS 5500及び他の類似装置を含む。一般に、本発明は、方法ステップ、ソフトウェア、及び、他の所望の物理的信号を生成するため電気的若しくは他の物理的信号を記憶及び／又は処理するように構成された、コンピューター可読媒体を含む関連ハードウェアを含む。
【００１６】
本願に示される装置は、好ましくは、必要な用途、即ち超音波イメージングのために特別に構築されるが、ここで示す方法は、コンピューター内に記憶されたルーチン及び必要な超音波イメージング装置とのインターフェースによって選択的に起動若しくは再構成される他のネットワーク装置若しくは汎用コンピューター上で動作してもよい。ここで示される手順は、如何なる特定の超音波システム、コンピューター若しくは他の装置に固有的に関連するものでない。特に、種々の機械は、ここでの教示に従ったルーチンで使用されうり、若しくは、必要とされる方法ステップを実行するためより特化した装置を構築することが便利となることもある。ある環境では、ハードウェアがある特性をもつことが望ましいとき、これらの特性は、次の説明内でより完全に説明される。多様なこれらの機械に対する必要な構成は、以下の説明に表わされるだろう。本発明の機能を実行することができる機械は、AGILENT TECHNOLOGIES，PHILIPS MEDICAL SYSTEMS INTERNATIONAL，GE MEDICAL SYSTEMS，SIEMANS MEDICAL SYSTEMSのような会社、及び、他の超音波装置の会社により製造されている。
【００１７】
ここで使用される用語スライスは、超音波ビームの単一の掃引中に取られる、走査ラインのセット、典型的には必ずしも必要でないが共面（コプラナー）を含む。走査フレームは、一若しくはそれ以上のスライスを含み、走査フレームレートは、典型的には、ディスプレイ更新レートと同一である。
【００１８】
図１は、本発明の好ましい実施例による超音波イメージングシステムの簡略化された簿ロック図である。当業者であれば、図１に示すような超音波イメージングシステム１００及び以下で説明するその動作が、かかるシステムを一般的に示すことを意図され、如何なる特定のシステムが、特にかかるシステムの構成及び動作の詳細において、図１に示すものから大きく異なるものであってよいことを理解するだろう。従って、この超音波イメージングシステム１００は、例示的且つ模範的なものとみされるべきであり、ここで示す本発明若しくは添付した請求項を制限するものとみなされるべきでない。
【００１９】
送信ビーム形成器１１０は、プローブ１１４に送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１１２を介して接続され、プローブ１１４は、必ずしも必要でないが、２次元で配列された複数のトランスデューサ素子を有する２次元トランスデューサアレイを有する。如何なる場合も、プローブ１１４は、好ましくは、超音波イメージングシステム１００からの適切な支援によりボリュームを走査することができる。Ｔ／Ｒスイッチ１１２は、典型的には、各トランスデューサ素子に対して１つのスイッチ素子を有するか、若しくは、プローブ１１４は、多重化回路、サブアレイビームフォーミング若しくはその類を有してよく、Ｔ／Ｒスイッチ１１２とプローブ１１４間のリード線数を低減し、必要となるスイッチ数を低減する。送信ビーム形成器１１０は、パルス発生器１１６からパルスシーケンスを受信する。プローブ１１４は、送信ビーム形成器１１０により通電され、患者の身体内の関心領域（ＲＯＩ）に超音波エネルギを送り、患者の身体内の種々の構造若しくは器官から、反射した超音波エネルギ若しくはエコーを受信する。本分野で知られているように、送信ビーム形成器１１０により各トランスデューサ素子に印加される波形を適切に遅らせることによって、合焦された超音波ビームが送られてよい。
【００２０】
プローブ１１４は、また、Ｔ／Ｒスイッチ１１２を介して、受信ビーム形成器１１８に接続される。患者の身体内の所与の点からの超音波エネルギは、異なる時間でトランスデューサ素子によって受信される。トランスデューサ素子は、トランスデューサ信号に受信した超音波エネルギを変換し、トランスデューサ信号は、増幅されてよく、個々に遅延させられ、次いで、受信ビーム形成器１１８により収集され、所望の受信ライン（“走査ライン”若しくは“ビーム”）に沿った受信超音波レベルを表わすビームフォーマ信号が提供される。受信ビーム形成器１１８は、トランスデューサ信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバーターを含むデジタルビームフォーマであってよい。本分野で知られているように、トランスデューサ信号に付与される遅延量は、動的な合焦を実現するため、超音波エネルギの受信中に変化されてよい。プロセスは、データのフレームを作成するため複数の走査線に対して繰り返され、患者内の関心領域の画像が生成される。受信ビーム形成器１１８は、例えば、AGILENT TECHNOLOGIES により製造及び販売されるAGILENT SONOS 5500超音波システムで使用される種のビームフォーマであってよい。
【００２１】
代替のシステム構成では、異なるトランスデューサ素子が、送受信のために使用される。この構成では、Ｔ／Ｒスイッチ１１２は、必要でなく、送信ビーム形成器１１０及び受信ビーム形成器１１８は、各々の送信及び受信トランスデューサ素子に直接的に接続される。ビームフォーマ信号は、画質の改善のためにビームフォーマ信号を処理する信号プロセッサ１２４に印加され、また、検出、フィルタリング、パーシステンス及び調和処理のようなルーチンを含んでよい。受信ビーム形成器１１８及び信号プロセッサ１２４は、超音波受信機１２６を構成する。信号プロセッサ１２４の出力は、従来的なラスター走査ディスプレイ信号に扇形走査若しくは他の走査パターンを変換する走査コンバーター１２８に供給される。走査コンバーター１２８の出力は、患者の身体内の関心領域の画像を表示すべく走査変換データを処理するディスプレイユニット１３０に供給される。
【００２２】
システムコントローラ１３２は、システムの全体制御を提供する。システムコントローラ１３２は、調整及び制御機能を実行し、典型的には、メモリ１３８内に記憶される制御ルーチン１３４の制御下で動作するマイクロプロセッサを含む。以下詳説する如く、制御ルーチン１３４は、専用の描画ハードウェア無しに３次元画像を生成するように超音波受信機１２６の動作を修正する多様なルーチンを含む。システムコントローラ１３２は、また、超音波イメージングシステム１００の動作を表わすシステム変数を含む、中間値を記憶するメモリ１３６を利用する。外部記憶装置１３８は、データのより永久的な及び／又は移動可能な記憶のために利用されてよい。適切な外部記憶装置１３８として好適な装置の例は、フロッピー（Ｒ）ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ビデオテープユニット等を含む。入力装置１４０は、キー、スライダー、スイッチ、タッチスクリーン及びトラックボールのような、入力装置の組み合わせを用いて操作者インターフェースを提供する。
【００２３】
本願発明者は、深さ情報の表現を可能とする、プローブを備える標準的な超音波イメージングシステムに２つの低コストの修正を加えることを発明した。第１の修正は、深さの手掛かりを有する扇形のような標準２次元を提供する一方、第２の修正は、深さの手掛かりを有するＣ−走査状のビューを提供する。
【００２４】
図２は、本発明の第１の好ましい実施例により得られる単一のデータフレームの走査のチャートである。図２は、３つのスライス２０２，２０４，２０６を取得する２次元プローブ２００を示す。一般に、各スライス２０２，２０４，２０６は、それぞれに、一連のライン２０８ｎ，２１０ｎ，２１２ｎを含む。模範的なライン２０８ｎ，２１０ｎ，２１２ｎは、説明の簡素化のためにラベルが付けられる。この場合、各スライスは、扇形であり、扇形の頂点は、２次元プローブ２００の中心にある。実際には、各スライス２０２，２０４，２０６は、従来の２次元掃引を表わし、各掃引は、隣接する掃引から高さ方向で離間される。当業者であれば、プローブ２００が２次元プローブとして示されているが、他の種のプローブが使用されてよいことを理解するだろう。例えば、多次元アレイプローブ（湾曲２次元アレイ）、機械的なウォブラー（wobbler）若しくは手動や機械的に併進される直線アレイも、必要なスライスを得るために使用されうる。
【００２５】
当業者であれば、平行四辺形や台形が、扇形に代えて、各スライスに対して生成されてよいことを理解するだろう。スライス当たりのライン数は、変化されてもよい。更に、各ラインの頂点若しくは原点は、ライン毎に、スライス毎に、若しくはその双方で異なってよい。しかし、簡易化のため、スライス２０２，２０４，２０６は、全て同一の頂点を有、及び、全てのラインが共通の原点を有し、プローブ面の中心を通る横軸まわりにスライス毎に回転される、扇形として示される。
【００２６】
図２に示す例では、単一の頂点にて連結されるが、高さで分離された３つのスライス２０２，２０４，２０６が存在する。各スライス２０２，２０４，２０６における走査ラインのそれぞれは、それぞれに、他のスライス内にマッチング（若しくは“添数（インデックス）が付された”）走査ラインを有する。好ましくは、同一の横位置を持つ走査ラインが、スライスのセットに亘り整合される。例えば、スライス２０２内の走査線２０８ａは、スライス２０４内の走査線２１０ａ及びスライス２０６内の走査線２１２ａに整合する。これを成すための１つの方法は、シーケンス中に番号を付することによって、スライス内の各走査ラインにインデックスを付けることである。この際、同一のインデックス値を有する走査ラインが容易に整合されることができる。
【００２７】
本発明の好ましい実施例では、近接する走査ライン、例えば変位の６つの走査ライン以内であるラインを整合することが単に好ましい。かかる変位は、走査ラインのインデックスにオフセット値を加えることによって実現することができる。従って、用語“整合ライン”は、（オフセット無し若しくは有りで）インデックス値を共有するようなある所定の近位関係を有し好ましくは複合画像を生成するために使用される各スライスからのラインを１つ含むラインの、一セットを指す。
【００２８】
３次元画像を描画するため、整合ラインの各セット上のデータ点は、追加のルーチンを用いて直線的に結合される。他言すると、スライスのセットにおける各スライスは、連続的な表示のための集合スライスを生成するため、高さ方向で積み重ねられる。好ましくは、必ずしも必要でないが、各スライスのデータ点は、例えばライン上でラインベースで、乗加算ルーチン（“ＭＡＣ”として知られている）を用いて、重み付けられる。例えば、走査ラインの各整合セット内の先頭のライン内のデータ点は、以下で詳説するように、画像のビューポイント（視点）を強調するために最も高く重み付けられてよい。更に、重み付けは、整合セット毎に一定である必要はない。例えば、中間領域の整合セット内のデータ点は、プローブ２００の音響的性能の収差を補償するため、外側の領域内の整合セット内のデータ点よりも均一に重み付けられてよい。
【００２９】
図３は、図2に示す方法を用いて得られる超音波データのスライスの図表現である。図３は、３つの撮像されたスライス３０２，３０４，３０６を概略的な空間関係で示す概念図である。本発明によれば、３つの撮像スライス３０２，３０４，３０６内の種々の値は、積算され（若しくは、重み付けされ且つ加算される）、観測者に深さの手掛かり（キュー）を提供する画像が生成されるだろう。具体的には、好ましくは深さにより、インデックスが共に付された整合ライン（例えば、ライン３０８，３１０，３１２）の各セット上のデータ点の値は、積算され（若しくは、重み付けされ且つ加算され）、ディスプレイ画像で使用される新たなラインを生成するのに使用される。
【００３０】
図４Ａ乃至図４Ｃは、本発明による第1の好ましい実施例により得られる超音波データのスライスの表現である。図４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、２つの３次元物体の３つのスライス３０２，４０４，４０６を表わす。図４Ｄは、図４Ａ，４Ｂ，４Ｃに示すスライス４０２−４０６の同一のインデックスでのライン上の整合データ点の音響強度サンプルの重み付け積算によって、本発明により生成されたスライス４０８の表現である。単一のスライスに統合された時、例えば、図４Ｄ内のスライス４０８は、３次元の深さが認知されることができる。
【００３１】
最終画像を生成するために取得及び使用されるスライス数は、所望のフレームレートに大きく依存するが、好ましくは、３から１５個の間である。より好ましくは、集合されるスライス数は、６から１２個の間である。３つのスライスを使用した例では、スライスは、高さ方向にオフセット５°で集合され、それぞれは単一の走査フレーム内にあってよい。これは、３０Ｈｚ以上のスライスレートをもたらし、良好な時間干渉性を与える。
【００３２】
本発明による第１の好ましい実施例では、複数の走査スライスが各走査フレーム内に取られ、各スライスの３次元位置は、３次元／４次元イメージングにおいてのように、ボリューム形状のための規則的に離間した面を生成するように必ずしも選択される必要はない。その代わり、走査スライスは、所望の視角での３次元画像の生成のために最適化されるように方向付けられる。フレームベースで描画することは、連続的なスライス内の同一インデックスでのラインの音響強度サンプルの単純な重み付け付加まで低減される。結果は、図４Ｄに示すビューのようなビューであり、複雑な描画ワークステーション無しで生成される。
【００３３】
結果の３次元画像の装置の視角は、図４Ｄに示すように、主に、走査シーケンス内のスライスの向き（及び、これらのスライス内のライン）によって決まる。描画プロセスは静的であり、それ故に単純である：（例えば、ＭＡＣを使用して）整合ライン、例えば走査の連続的なスライス内の同一インデックスを有するライン、の重み付け積算。画像の視角を変更するため、走査スライス（及び、潜在的には、これらのスライス内の走査ライン）は、再度方向付けられる。走査ライン及びスライスの再方向付けは、ビーム形成器（図１のビーム形成器１１８）内の合焦及びステアリング係数の再計算を必要とする。従って、ビームフォーミング計算時間は、描画マトリックスの計算同調に対する犠牲となる。
【００３４】
画像回転は、取得後にラインインデックスを修正し（例えば、オフセットを加える）、例えばラインインデックス値を各スライスに亘ってスライスシーケンス番号によって増分若しくは減分して、実現できる。複合画像は、スライスセットの中心軸まわりの順方向若しくは逆方向の回転を示すだろう。即ち、各連続するスライスでラインインデックスを順方向に段階付けることによって、投影面に集積されるラインは、スライスに亘って横方向にずれ、最終的な画像の回転を生成する。或いは、ラインへのインデックス付与は、規則的のままであってよく（スライスに渡るラインインデックスのずれは無し）、代わりに、ラインの音響位置自体が、より細かい角度分解能を有する同一の回転を生成するために、調整されうる。
【００３５】
本発明の一の利点は、既存のハードウェア及びソフトウェアが、必要となる画像を生成するために容易に修正できることである。例えば、SONOS 5500で既に利用可能な、パーシステンスを用いて、好ましい実施例による画像は、ハードウェアに如何なる変更を行うことなく生成できる。パーシステンスは、フレームに亘り画像の時間的な円滑性を生成し、音響ノイズ（例えば残響）、システム内の熱ノイズ、及び、移動クラッタの影響を隠す。
【００３６】
本願発明者は、パーシステンスが、異なる目的のため、即ち深さ成分を持つ画像を生成するために採用できることを発見した。パーシステンスは、連続フレーム内の同一走査ラインからの重み付けラインを平均化することによって機能し、平均内のより高い重みを用いることにより直近に走査されたラインを支援する。従って、スライスに渡ってインデックスが付与されたラインに対してパーシステンスを使用することによって、本発明が達成されてよい。
【００３７】
図１を参照するに、パーシステンスのための平均化ステップは、通常的には、走査コンバーター１２８での走査変換前に信号プロセッサ１２４によって実現される。信号プロセッサ１２４の単純な再プログラミングが、本発明によるパーシステンスルーチンを生成できる。或いは、システムコントローラ１３２が、本発明による信号プロセッサ１２４内の既存のパーシステンスルーチンを利用するため若しくは直線的な組み合わせを実現するためにプログラムされることができる。更なる代替例では、ビーム形成器１１８からのデータは、本発明により処理のために標準的なＰＣ（図示せず）に送信されてよい。よりコストが嵩むが、ＰＣ解決策は、コストの高い描画ソフトウェア及び／又は専用描画ハードウェアを防止しつつ、より簡単なアップグレード経路でありえる。
【００３８】
最も簡易な実現では、フレーム内の走査スライスは、高さ方向で規則的に離間され、スライス間で横方向のラインずれがない。描画中、各スライスのラインは、スライスシーケンスの一端から他端まで減少する重みを用いて、他のスライス内のインデックスされたラインに重み付け及び付加される。結果の３次元画像は、観測者が、まるでスライスの前側に直接的に且つ無限の距離の位置にいるような視角を提供する。前側スライス（最も高い重みを備えたものと定義される）は、最も際立ち、前側スライスの背後のスライスは、フェードされ（次第に弱められ）、これにより、ディミング効果を生成することによって観測者に深さの手掛かりを与える。横方向ライン境界を横切り、高さ方向で後方に延在する走査媒体以内の構造は、前側スライスから距離が遠くなるほど後方にフェードされるように見える。
【００３９】
本発明による単純な描画ビューは、正投影であるので、それは、深さ尺度に対して如何なるスケーリングを含んでいない。つまり、前側スライスから遠い構造は、実際の３次元ビューにおいて想定されるものよりも小さくスケール化されることがないだろう。この歪により、全体深さ及びそれに伴う全体のスライス数は、画像が高い幅対深さ比を有するように、制限されるべきである。これは、“クラムシェル”３次元画像と称されてきた。典型的な３次元超音波走査では、透視による描画、及び、任意のビューにおいてでさえ、限られた量の深さ情報しか、ユーザの心によって認識及び処理されることができない。従って、本発明による供される画像は、完全な描画３次元画像と同じくらいだけ認識可能な深さ成分を提供することができる。
【００４０】
透視及び視差効果を再現することは、任意のボリューム形状及び視角の表現を改善する。かかる効果は、走査フレーム内の音響ライン及びスライスの配置を変更することによって、容易に実現することができる。例えば、実効的な視角は、各連続スライスを横方向に単にオフセットすることによって、変更されることができる。描画プロセスは、高さ方向にただ後方だけでなく側部にも延びる重み付けラインを付加するため、修正されることができる。高さスライス段差距離により除される横方向スライスずれ距離のアークタンジェントは、実効的な視角である。
【００４１】
数少ない本発明の第１の好ましい実施例が言及されたが、当業者であれば、他の変更が、本発明の観点及び原理から逸脱することなくなされうり、その観点は、クレーム及びその均等物で定義されることを認識するだろう。例えば、走査スライスは、共通の頂点を有する代わりに平行でありうる。平行なスライスは、走査ラインの原点を平行（若しくは略平行）ラインに沿って置くビームフォーミング係数アルゴリズムを用いて、生成されうる。平行スライスの場合、描画の深さは、頂点で点に薄くなるのでなく、全体の画像に亘り一定である。描画付加における走査ラインの重みを変化させることは、スライスの寄与度を強調若しくは非強調しうり、特定の表示深さの増幅若しくは分離さえも可能とする。高さの段差、結合されるスライス数及びスライス重み付けプロファイルのような、幾つかのパラメータは、個々に若しくはレシピ若しくはプリセットを介して、ユーザにより制御されうる。スライス重み付けプロファイルは、共通の頂点を有するスライスの走査の深さにより高さ分離量の変動を補償するため、深さの関数として変化されうる。更に、ＪＵＲのような非線形フィルタ、適応フィルタが、ＭＡＣの代わりに使用されてよく、一例として、一の可能性は、各強度値に対するフィルタ係数を含むルックアップテーブルの使用である。ユーザが特定する最大値でのクリッピングによる強度累積関数を用いる非線形適応フィルタは、集積されたスライスをまたがる構造の制御可能な不透明度を提供するだろう。
【００４２】
図５は、本発明の第２の好ましい実施例により得られるデータのフレームの走査のチャートである。本発明の第２の好ましい実施例では、プローブ１１４（図１）は、２次元プローブであり、データ点値は、３次元深さの可視的な手掛かりを提供するため、深さ次元に亘って集積される。２次元プローブを採用する公知システムは、完全なボリュームを走査及び描画することに集中するが、本発明によれば、完全なボリュームは走査されるが、関心領域のみが、従来の描画プロセスを超えるが、第１の好ましい実施例に対して説明されたプロセスの変形を用いて、信号プロセッサにより処理される。
【００４３】
図５に示す例では、走査スライス５０２，５０４，５０６のセットは、２次元プローブ５００によって生成される。好ましくは、必ずしも必要でないが、スライスは、従来のボリューム走査システムにおいてよりも共に近接して、横方向及び深さ方向の双方で媒体の密で均一なサンプリングが存在する。当業者であれば、図５のスライスの数は、説明の簡素化のために選択されているのであって、スライスの数が所望の数であってよいことは認識するだろう。
【００４４】
画像処理中、信号プロセッサ１２４（図１参照）は、ビーム形成及び検出された音響データの予め選択された窓（ウインドウ）のみを、例えば各走査ラインの端部付近から、処理する。予め選択された窓の外側のデータは、例えばウインドウフィルタによって、破棄されるだろう。図５に示す例では、各ライン上の３つの端部データ点が、例えば加算若しくは重み付けを伴う加算のような、処理のために選択される。３つの模範的なデータ点は、３つの模範的なライン上にラベルが付され、データ点５０８ａ，５０８ｂ，５０８ｃは、スライス５０２内のライン上にラベルが付され、データ点５１０ａ，５１０ｂ，５１０ｃは、スライス５０４内のライン上にラベルが付され、データ点５１２ａ，５１２ｂ，５１２ｃは、スライス５０６内のライン上にラベルが付される。当業者であれば、ラインあたりの３つのデータ点の使用、例えば深さの３つのレベルは、模範的なだけであり、如何なる数のデータ点を用いて最終画像が形成されてよいことを認識するだろう。
【００４５】
システムの標準的な深さ制御は、組織音響ライン中の“エンド”の場所、即ち、エコーが記録される深さを決定する。各音響ライン上のデータの時間窓は、走査深さ内の目標内の選択された薄い深さ範囲に対応するように、信号プロセッサ１２４によって予め決定される。信号プロセッサ１２４は、好ましくは、深さによって値が減少する合算係数の重みを用いて、各ラインの時間窓においてデータの重み付け合算を生成する。結果は、平らで、薄い組織のスラブの深さ描画を表わす長方形データセットである。データセット内の各点は、単一の走査ラインの出力に入れられ、ディスプレイユニット１３０（図１参照）に通される。ディスプレイユニット１３０は、ラインデータ、この場合、点データを、長方形格子で、画像を平滑化するため点間を調和させつつ、表示するようにプログラムされる。
【００４６】
窓内のデータ点の重み付け合算を得るためのプロセスは、第１実施例に対して上述したプロセスと非常に類似するが、深さ描画のための合算が、高さ方向に代って、深さ若しくは径方向になされることが異なる。積算プロセス（若しくはＭＡＣ）は、扇形画像を平滑化若しくはエッジ強調するために標準的な２次元イメージングにおいて今日使用されている、システム内の既存のフィルタリングハードウェア及びソフトウェア（例えば、有限インパルス応答“ＦＩＲ”、無限インパルス応答“ＯＲ”、若しくは、適応フィルタ）を用いて、当業者によって実現されることができる。走査ラインの位置及び深さ範囲は、描画されるディスプレイに主に依存するが、描画プロセス自体は固定されたものである。
【００４７】
本発明の第２の好ましい実施例について数少ない強調が述べられてきたが、当業者であれば、他の変更が、本発明の観点及び原理から逸脱することなくなされうり、その観点は、クレーム及びその均等物で定義されることを認識するだろう。例えば、走査ラインの離間を広げることによって、画像範囲が、空間分解能を犠牲に増加される。更に、走査ラインの深さを調整することによって、走査のレベルは、プローブ面に対して上昇若しくは下降されて良い。見られているスラブの面は、また、全ての走査ラインの角度を同時に変更することによって調整されてよく、これにより、スラブの面は、プローブ面に対して傾斜（チルト）されることができる。或いは、同一の効果は、一の走査ラインから次の走査ラインへと単一の規則的な進行で、事前選択窓を調整することによって、実現することができ、平らなスラブは、プローブ面に対して傾斜された時間窓のセットによって形成される。最後に、スラブは、各走査ラインの位置に応じて時間窓の位置を変えることによって、球面若しくは局面のように、形状を変えて生成されることができる。
【００４８】
本発明の少しの実施例が示され述べられてきたが、当業者であれば、他の変更が、本発明の観点及び原理から逸脱することなくなされうり、本発明の観点は、クレーム及びその均等物で定義されることを認識するだろう。
【００４９】
この超音波システムは、標準的な、若しくは、僅かに修正された既存の２次元ディスプレイハードウェア及びソフトウェアを使用して、３次元深さの手掛かりを有する画像を作成する。高度な描画ハードウェア若しくはソフトウェアが画像を与えるために必要とされない。従って、３次元深さの手掛かりを有する画像は、一体の描画ワークステーションのコストを増加させることなく、提供されることができる。むしろ、描画されたビューの３次元特性は、音響走査ラインの位置、加えられるラインのインデックス化、付加における選択的な重み付け係数、及び、音響ライン内の時間窓の選択によって制御される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】
本発明の好ましい実施例による超音波イメージングシステム１００の概略ブロック図である。
【図２】
本発明の第１の好ましい実施例により得られるデータのフレームの走査のチャートである。
【図３】
図２に示す方法を用いて得られる超音波データのスライスのグラフィック表示である。
【図４Ａ】
本発明の第１の好ましい実施例により取得及び生成される超音波データのスライスの表現である。
【図４Ｂ】
本発明の第１の好ましい実施例により取得及び生成される超音波データのスライスの表現である。
【図４Ｃ】
本発明の第１の好ましい実施例により取得及び生成される超音波データのスライスの表現である。
【図４Ｄ】
本発明の第１の好ましい実施例により取得及び生成される超音波データのスライスの表現である。
【図５】
本発明の第２の好ましい実施例により得られるデータのフレームの走査のチャートである。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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