(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波システム（５）が生成したドプラ・データに応答して複数の歪み度スペクトルを作成し表示するための装置であって、前記複数の歪み度スペクトルを作成するように前記ドプラ・データに対して応答性を示す歪み度処理装置（１００）を備え、
前記歪み度処理装置（１００）が、前記ドプラ・データに応答して複数のスケール変換前の歪み度スペクトルを作成する第１の要素と、前記複数のスケール変換前の歪み度スペクトルに応答して前記複数の歪み度スペクトルを作成する第２の要素を備える装置。
【請求項２】
前記歪み度処理装置（１００）が、複数のスケール変換前の歪み度スペクトルを作成するように２組のドプラ・スペクトルを含むような前記ドプラ・データに対して応答性を示す循環畳み込み要素（２３０）と、スケール変換された振幅値を含むような前記複数の歪み度スペクトルを作成するように前記複数のスケール変換前の歪み度スペクトルに対して応答性を示すスケール変換要素（２４０）と、を備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記２組のドプラ・スペクトルが、前記超音波システム（５）が発生させる超音波ビーム（１４５）に沿った第１のサンプル深度（１４１）に対応した第１組のドプラ・スペクトル（２１０）と、前記超音波ビーム（１４５）に沿った第２のサンプル深度（１４２）に対応した第２組のドプラ・スペクトル（２２０）と、を含んでいる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記歪み度処理装置（１００）が、複数のスケール変換前の歪み度スペクトルを作成するように２組の複素ドプラ・パケットを含むような前記ドプラ・データに対して応答性を示すスペクトル推定要素（２７０）と、スケール変換された振幅値を含むような前記複数の歪み度スペクトルを作成するように前記複数のスケール変換前の歪み度スペクトルに対して応答性を示すスケール変換要素（２８０）と、を備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記２組の複素ドプラ・パケットが、前記超音波システム（５）が発生させる超音波ビーム（１４５）に沿った第１のサンプル深度（１４１）に対応した第１組の複素ドプラ・パケットと、前記超音波ビーム（１４５）に沿った第２のサンプル深度（１４２）に対応した第２組の複素ドプラ・パケットと、を含んでいる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記スペクトル推定要素（２７０）が、前記複数のスケール変換前の歪み度スペクトルからなる単一のスケール変換前の歪み度スペクトルを作成するように前記第１組の複素ドプラ・パケットからの第１の複素ドプラ・パケット（２５０）及び前記第２組の複素ドプラ・パケットからの第２の複素ドプラ・パケット（２６０）に関する共役複素数に対して応答性を示す、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記歪み度処理装置（１００）が、複数の複素自己相関パケットを作成するように複数の複素ドプラ・パケットを含むような前記ドプラ・データに対して応答性を示す複素自己相関要素（２９０）と、複数のスケール変換前の歪み度スペクトルを作成するように前記複数の複素自己相関パケットに対して応答性を示すスペクトル推定要素（３１０）と、スケール変換された振幅値を含むような前記複数の歪み度スペクトルを作成するように前記複数のスケール変換前の歪み度スペクトルに対して応答性を示すスケール変換要素（３２０）と、を備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記複数のスケール変換前の歪み度スペクトルの各スケール変換前の歪み度スペクトルが前記複数の複素ドプラ・パケットの一意の部分組から作成されると共に、前記一意の部分組内の複素ドプラ・パケットの各々が前記超音波システム（５）が走査面（１４０）内で発生させる超音波ビーム（１４５）に沿った一意の１つのサンプル深度に対応している、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記複数の歪み度スペクトルの前記作成及び表示が、前記超音波システム（５）の組み込み機能としてリアルタイムで達成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の歪み度スペクトルの前記作成及び表示が、前記超音波システム（５）のリアルタイム動作と独立に後処理機能として達成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
さらに、前記超音波システム（５）のオペレータに対してモニタ（１５０）上でスペクトル時間軸画像として表示させる歪み度スペクトログラム（２００）を作成するように前記複数の歪み度スペクトルに対して応答性を示す表示処理装置（１３０）を備える請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記複数の歪み度スペクトルから導出されるスペクトル時間軸画像の表示形式が、歪み度（１７０）対時間（１９０）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記複数の歪み度スペクトルから導出されるスペクトル時間軸画像の表示形式が、ドプラ周波数差（１８０）対時間（１９０）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
被検体内の組織セグメント（１４７）に対応して超音波システム（５）が生成したドプラ・データに応答して複数の歪み度スペクトルを作成し表示するための方法であって、前記複数の歪み度スペクトルを作成するように前記ドプラ・データに応答して歪み度処理（１００）を実行するステップを含み、該歪み度処理（１００）を実行するステップが、前記ドプラ・データに応答して複数のスケール変換前の歪み度スペクトルを作成するステップと、前記複数のスケール変換前の歪み度スペクトルに応答して前記複数の歪み度スペクトルを作成するステップとを備える方法。
【請求項１５】
前記歪み度処理（１００）のステップが、複数のスケール変換前の歪み度スペクトルを作成するように２組のドプラ・スペクトルを含むような前記ドプラ・データに応答して循環畳み込み処理（２３０）を実行するステップと、スケール変換された振幅値を含むような前記複数の歪み度スペクトルを作成するように前記複数のスケール変換前の歪み度スペクトルに応答して強度値スケール変換（２４０）を実行するステップと、を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記２組のドプラ・スペクトルが、前記超音波システムが発生させる超音波ビーム（１４５）に沿った第１のサンプル深度（１４１）に対応した第１組のドプラ・スペクトル（２１０）と、前記超音波ビーム（１４５）に沿った第２のサンプル深度（１４２）に対応した第２組のドプラ・スペクトル（２２０）と、を含んでいる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記歪み度処理（１００）のステップが、複数のスケール変換前の歪み度スペクトルを作成するように２組の複素ドプラ・パケットを含むような前記ドプラ・データに応答してスペクトル推定処理（２７０）を実行するステップと、スケール変換された振幅値を含むような前記複数の歪み度スペクトルを作成するように前記複数のスケール変換前の歪み度スペクトルに応答して振幅値スケール変換（２８０）を実行するステップと、を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記２組の複素ドプラ・パケットが、前記超音波システム（５）が発生させる超音波ビーム（１４５）に沿った第１のサンプル深度（１４１）に対応した第１組の複素ドプラ・パケットと、前記超音波ビーム（１４５）に沿った第２のサンプル深度（１４２）に対応した第２組の複素ドプラ・パケットと、を含んでいる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１組の複素ドプラ・パケットからの第１の複素ドプラ・パケット（２５０）及び前記第２組の複素ドプラ・パケットからの第２の複素ドプラ・パケット（２６０）に関する共役複素数に応答して前記スペクトル推定処理（２７０）を実行することによって、前記複数のスケール変換前の歪み度スペクトルからなる単一のスケール変換前の歪み度スペクトルを得ている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記歪み度処理（１００）のステップが、複数の複素自己相関パケットを作成するように複数の複素ドプラ・パケットを含むような前記ドプラ・データに応答して複素自己相関処理（２９０）を実行するステップと、複数のスケール変換前の歪み度スペクトルを作成するように前記複数の複素自己相関パケットに応答してスペクトル推定処理（３１０）を実行するステップと、スケール変換された振幅値を含むような前記複数の歪み度スペクトルを作成するように前記複数のスケール変換前の歪み度スペクトルに応答して振幅値スケール変換（３２０）を実行するステップと、を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数のスケール変換前の歪み度スペクトルの各スケール変換前の歪み度スペクトルが前記複数の複素ドプラ・パケットの一意の部分組から作成されると共に、前記一意の部分組内の複素ドプラ・パケットの各々が前記超音波システム（５）が走査面（１４０）内で発生させる超音波ビーム（１４５）に沿った一意の１つのサンプル深度に対応している、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数の歪み度スペクトルの前記作成及び表示が、前記超音波システム（５）の組み込み機能としてリアルタイムで達成されている、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数の歪み度スペクトルの前記作成及び表示が、前記超音波システム（５）のリアルタイム動作と独立に後処理機能として達成されている、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
前記超音波システム（５）のオペレータに対してスペクトル時間軸画像として表示させる歪み度スペクトログラム（２００）を作成するように前記複数の歪み度スペクトルに応答して表示処理（１３０）を実行するステップをさらに含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記複数の歪み度スペクトルから導出されるスペクトル時間軸画像の表示形式が、歪み度（１７０）対時間（１９０）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記複数の歪み度スペクトルから導出されるスペクトル時間軸画像の表示形式が、ドプラ周波数差（１８０）対時間（１９０）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２７】
被検体の組織セグメント（１４７）に対応した複数の歪み度スペクトルを作成し表示するための診断用超音波スキャナ（５）であって、走査線（１４５）に沿って前記被検体内に超音波エネルギーを送信しており、前記被検体から後方散乱された前記送信超音波エネルギーに対して応答性を示すと共に前記走査線（１４５）に沿って受信ビーム形成済みデータを生成しているフロントエンド（１０）と、前記受信ビーム形成済みデータに対して応答性を示すと共に複素ドプラ・パケットを生成している復調モジュール（８５）と、前記複素ドプラ・パケットに対して応答性を示すと共にドプラ・スペクトル・データを生成しているドプラ処理モジュール（９０）と、ドプラ・データに対して応答性を示すと共に複数の歪み度スペクトルを生成している歪み度処理モジュール（１００）と、前記複数の歪み度スペクトルに対して応答性を示すと共に歪み度スペクトログラム（２００）を生成しているスペクトル・バッファ・モジュール（１２０）と、前記歪み度スペクトログラム（２００）に対して応答性を示すと共にスペクトル歪み度画像を生成している表示アーキテクチャ（１６０）と、を備える診断用超音波スキャナ（５）。
【請求項２８】
前記ドプラ・データが前記ドプラ・スペクトル・データを含む、請求項２７に記載の診断用超音波スキャナ（５）。
【請求項２９】
前記ドプラ・データが前記複素ドプラ・パケットを含む、請求項２７に記載の診断用超音波スキャナ（５）。
【請求項３０】
前記複数の歪み度スペクトルから導出されるスペクトル時間軸画像の表示形式が、歪み度（１７０）対時間（１９０）を含む、請求項２７に記載の診断用超音波スキャナ（５）。
【請求項３１】
前記複数の歪み度スペクトルから導出されるスペクトル時間軸画像の表示形式が、ドプラ周波数差（１８０）対時間（１９０）を含む、請求項２７に記載の診断用超音波スキャナ（５）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明のある種の実施形態は、解剖学的構造並びにその動きを計測しかつ画像化する診断用超音波システムに関する。さらに詳細には、ある種の実施形態は、動いている組織構造に関連する歪み度スペクトルを作成しかつ表示するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
超音波イメージングの分野では、医師は臨床的計測のために組織歪みや歪み度を用いることに興味をもつようになっている。この「歪み（ｓｔｒａｉｎ）」という語は、検査対象組織の１つの特性のことを指している。例えば、筋肉組織に関連する歪みは、筋肉組織の最初の長さと所定の時間間隔内の筋肉組織長さの変化との比に対応している。超音波イメージングでは、歪みの変化の割合（すなわち、歪み度（ｓｔｒａｉｎ  ｒａｔｅ））は、典型的には、色相の違いを様々な歪み度に対応させているようなカラー化した２次元画像として医師に対し視覚的に提示される。心筋のあるセグメントの生存度（ｖｉａｂｉｌｉｔｙ）は、その筋肉セグメントにより実行される、あるいはその筋肉セグメントに課せられる筋肉歪みの量並びに歪みの時間的挙動に関連することが明らかとなっている。さらに、圧縮に対する抵抗性に基づいて悪性腫瘍を検出できることが分かっている。
【０００３】
速度を計測するためのドプラ法は、２つに分類することができる。方法の１つはスペクトル表示であり、もう１つはカラー表示である。スペクトル法では、ウィンドウを重複させながら超音波信号を短い時間に分割して各ウィンドウ内のスペクトルを計算することによって画像内の単一の場所に対するドプラ・スペクトルが計算される。この時間変化するスペクトルは、スペクトルの振幅をグレイスケール強度または色相としてコード化して周波数−時間表示で表示させる。一方、カラー法では、画像内の各点に関する平均ドプラ周波数を計算し、表示のためにこれをカラー・エンコードしている。従来は、歪み度イメージングにはカラー法だけが適用されてきた。最も単純な形態では、その色相によって、ある小さな距離だけ離れた２つの空間位置における平均ドプラ周波数の差をこの距離で割り算したものを表している。カラー法の問題点の１つは、平均ドプラ周波数だけを使用しているため、画像内で正しい歪み度値を与えるエリアと、非相関化（ｄｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）や音響学的ノイズにより影響を受けるエリアとの識別が困難となることがあることである。
【０００４】
多重反射（ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ）は組織内での複数回の反射に起因している。この多重反射やノイズは、組織内で推定される速度傾斜に偽エコー（すなわち、崩れた（ｃｏｒｒｕｐｔｅｄ）エコー）との相関による偏りを生じさせることがある。大きい方や小さい方に間違ったり、あるいは間違って逆転した歪み度推定値を生じることさえあり得る。
【０００５】
リアルタイム歪み度イメージングの用途の１つは心臓診断分野（ｃａｒｄｉｏｌｏｇｙ）である。歪み度によって、心筋層の収縮及び弛緩の能力に関する直接的かつ定量的な尺度が得られる。心尖像（ａｐｉｃａｌ  ｖｉｅｗ）で心筋層に沿って画像化することによって、局所的歪み度の心臓の長軸に沿った成分を計測することができる。局所的歪み度成分を計測することにより、心臓壁の局所的な短縮及び延長に関する情報が提供される。胸骨傍像（ｐａｒａｓｔｅｒｎａｌ  ｖｉｅｗ）での画像化によって、心臓壁と直交する歪み度成分が筋の局所的肥厚に関する情報を提供する。Ｍモードを用いるか２Ｄ画像から計測した壁肥厚は、筋生存度に関して通常よく使用される尺度である。歪み度イメージングを用いると、この肥厚に関する直接的な計測値が利用可能となる。歪み度画像は、多くの心臓障害の診断に対する潜在的な一助となり得る。
【０００６】
歪み度をより詳細に理解するために、最初の長さＬ0の組織セグメントが別の長さＬまで伸びるか縮む（すなわち、伸展するか収縮する）ものと仮定すると、その変化の無次元記述は次式、
ε＝（Ｌ−Ｌ0）／Ｌ0        （式１）
で規定する１次元歪みによって表現される。長さＬが時間の関数Ｌ（ｔ）と見なせる場合、歪みの時間微分（歪み度）は次式を用いて得ることができる。
【０００７】
【数１】
0004297699.tif 000002
【０００８】
被検体内のすべての点の速度ｖ（ｖｅｌｏｃｉｔｙ）が既知であれば、歪み度は次式により等価的に定義することができる。
【０００９】
【数２】
0004297699.tif 000003
【００１０】
これらの式によりさらに、組織セグメントの変形（ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）に関する有用な記述が得られる。この歪み度はセグメントの変形度（ｒａｔｅ  ｏｆ  ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）の尺度となる。歪み度がゼロであれば、セグメントの形状は変化していない。歪み度が正であればセグメントの長さは増加しており、また歪み度が負であればセグメントの長さは減少している。
【００１１】
Ｔｏｒｐらに付与された
【特許文献１】
米国特許第６，０９９，４７１号は、超音波イメージングにおいて歪みをリアルタイムで計算及び表示するための方法及び装置を目的としている。Ｔｏｒｐらに対する連番第０９／４３２，０６１号は、超音波イメージングにおいて組織変形をリアルタイムで計算及び表示するための方法及び装置を目的としている。
【００１２】
多重反射やその他のノイズ源の有無による歪み度推定値の質の改良型の指示を直接的に査定でき、かつ具体的な組織部位に関して歪み度の詳細をより全体的に示せるように、歪み度を容易に視覚化する方法に対する必要性が存在する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施形態は、超音波システムが発生させる複素ドプラ信号に応答して、サンプル・ゲートにより指定される被検体内の動いている組織構造に対応する歪み度スペクトルを作成しかつ表示するための超音波システムを提供する。離散形フーリェ変換（ＤＦＴ）処理などのスペクトル推定処理、循環畳み込み（ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）、信号スケール変換／規格化及び複素自己相関を含む幾つかの処理技法の様々な組み合わせが利用される。
【００１４】
超音波システムが発生させる複素ドプラ信号に応答して、サンプル・ゲートにより指定される被検体内の動いている組織構造の歪み度スペクトルを作成しかつ表示するための装置を提供する。本装置は、離散形フーリェ変換（ＤＦＴ）処理などのスペクトル推定処理、循環畳み込み、信号スケール変換／規格化及び複素自己相関を含む幾つかの機能の様々な組み合わせを実行するために、ドプラ処理装置及び歪み度処理装置を含んでいる。
【００１５】
さらに、超音波システムが発生させる複素ドプラ信号に応答して、サンプル・ゲートにより指定される被検体内の動いている組織構造の歪み度スペクトルを作成しかつ表示するための方法を提供する。本方法は、離散形フーリェ変換（ＤＦＴ）処理などのスペクトル推定処理、循環畳み込み、信号スケール変換／規格化及び複素自己相関を含む幾つかの処理機能の組み合わせの実行を含んでいる。
【００１６】
本発明のある種の実施形態は、多重反射やその他のノイズ源の有無による歪み度推定値の質の改良型の指示を直接的に査定でき、かつ歪み度の詳細をより全体的に示せるように、被検体内の具体的な組織セグメントに関する歪み度を容易に視覚化するような歪み度スペクトルの作成及び表示の方式を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態に従ったスペクトル歪み度画像の作成に使用するアーキテクチャを示した超音波システム５のブロック概要図である。超音波システム５の図示した要素は、フロントエンド１０、処理アーキテクチャ７０及び表示アーキテクチャ１６０である。フロントエンド１０は、トランスジューサ・アレイ２０（複数のトランスジューサ素子２５からなる）と、送信／受信切換回路３０と、送信器４０と、受信器５０と、ビーム形成器６０と、を備えている。処理アーキテクチャ７０は、制御処理モジュール８０と、復調モジュール８５と、ドプラ処理モジュール９０と、歪み度処理モジュール１００と、スペクトル・バッファ・モジュール１２０と、を備えている。表示アーキテクチャ１６０は表示処理モジュール１３０及びモニタ１５０を備えている。
【００１８】
フロントエンド１０では、トランスジューサ・アレイ２０を送信／受信（Ｔ／Ｒ）切換回路３０に接続している。Ｔ／Ｒ切換回路３０は送信器４０の出力及び受信器５０の入力に接続している。受信器５０の出力はビーム形成器６０に接続している。ビーム形成器６０はさらに、送信器４０の入力に接続すると共に、処理アーキテクチャ７０内で制御処理モジュール８０の入力及び復調モジュール８５の入力に接続している。
【００１９】
処理アーキテクチャ７０では、制御処理モジュール８０をドプラ処理モジュール９０及び歪み度処理モジュール１００に接続している。復調モジュール８５の出力はドプラ処理モジュール９０の入力に接続している。ドプラ処理モジュール９０の出力は歪み度処理モジュール１００の入力に接続している。歪み度処理モジュール１００の出力はスペクトル・バッファ・モジュール１２０の入力に接続している。スペクトル・バッファ・モジュール１２０の出力は表示アーキテクチャ１６０内の表示処理モジュール１３０の入力に接続している。表示アーキテクチャ１６０では、表示処理モジュール１３０の出力をモニタ１５０に接続している。図２に示すように、ドプラ処理モジュール９０はクラッタ・フィルタ９１及びドプラ・スペクトル推定子（ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）９２を含んでいる。
【００２０】
被検体からデータをサンプリングしようとする場合、トランスジューサ・アレイ２０を用いて被検体内に超音波を送り込む。トランスジューサ・アレイ２０は、多数の個別のトランスジューサ素子２５からなる線形アレイや曲線状アレイとすることができる。各トランスジューサ素子２５は送信器４０からの信号に応答して超音波を発生させることができる。さらに、トランスジューサ素子間での超音波の位相関係は制御可能である。結果として、トランスジューサ・アレイ２０の表面と直角な方向に対してある角度で、トランスジューサ・アレイ２０の表面上の１つの点から事実上放出される被検体内への送信超音波エネルギー・ビームが得られる。超音波ビームの送信のためには複数の素子２５を使用するのが普通である。複数の素子２５から送信される超音波間の位相関係により、送信しているビームのステアリング角が決定される。送信に使用するトランスジューサ素子２５の数、並びにアポダイゼーションなどその他のファクタにより、被検体内での超音波ビームの長さ方向の形状が決定される。
【００２１】
送信する超音波ビームを生成するために、トランスジューサ・アレイ２０の表面のある点から、走査面１４０（図３参照）内である走査線（例えば、１４５）に沿いあるステアリング角で放出されるある形状をしたビームを生成させるような送信パラメータをビーム形成器６０に作成させるように命じるコマンド・データが、制御処理モジュール８０によりビーム形成器に送られる。この送信パラメータはビーム形成器６０から送信器４０に送られる。送信器４０はこの送信パラメータを用いて、Ｔ／Ｒ切換回路３０を介してトランスジューサ・アレイ２０に送られる送信信号を適正にエンコードしている。この送信信号は、互いに対してあるレベル及び位相をもつと共に、トランスジューサ・アレイ２０の個々のトランスジューサ素子２５に加えられている。この送信信号は、送信信号と同じ位相及びレベル関係をもった超音波が放出されるようにトランスジューサ・アレイ２０のトランスジューサ素子２５を励起している。その結果、トランスジューサ・アレイ２０を例えば超音波ゲルを用いて被検体と音響的に結合させた際に、超音波エネルギーの送信ビームが走査面１４０内である走査線（例えば、１４５）に沿って被検体の組織内に形成される。この過程は電子走査として知られている。ドプラ応用では、送信信号は、典型的には、パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）で複数パルスとして送信される。この複数のパルスの反射を用いて受信時の複素ドプラ信号が作成される。ドプラ信号は、典型的には、さらに処理するために短時間重複（ｓｈｏｒｔ−ｔｉｍｅ  ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ）のデータ・パケットに分割される。走査線（例えば、１４５）に沿って処理する組織セグメントは、典型的には、超音波オペレータが走査面１４０内に位置決めしたサンプル・ゲート１４６によって指定している。
【００２２】
トランスジューサ・アレイ２０は双方向トランスジューサである。被検体内に超音波を送信させた後で、これらの波は被検体の構造内で組織のサンプル・ボリュームから後方散乱を受ける。この後方散乱を受けた波は、波を反射させる組織までの距離、並びに波を反射させるトランスジューサ・アレイ２０の表面に対する角度に応じて、異なる時点でトランスジューサ・アレイ２０に到達する。トランスジューサ・アレイ２０のトランスジューサ素子２５は、後方散乱を受けた波に応答し、後方散乱波からの超音波エネルギーを受信電気信号に変換する。
【００２３】
この受信電気信号はＴ／Ｒ切換回路３０を経由して受信器５０に導かれる。受信器５０はこの受信信号を増幅しディジタル化すると共に、ゲイン補償などの別の機能も備えている。このディジタル化した受信信号は、各トランスジューサ素子２５が様々な時点で受信した後方散乱波に対応すると共に、後方散乱波の振幅及び位相情報を保持している。
【００２４】
ディジタル化した受信信号はビーム形成器６０に送られる。制御処理モジュール８０はコマンド・データをビーム形成器６０に送っている。ビーム形成器６０はこのコマンド・データを用いて、あるステアリング角でトランスジューサ・アレイ２０の表面上のある点から放出される（典型的には、直前に送信された超音波ビームの点及びステアリング角に対応する）受信ビームを形成している。ビーム形成器６０は、制御処理モジュール８０からのコマンド・データの命令に従って時間遅延及び集束を実行し、被検体の組織構造内である走査線（例えば、１４５）に沿ったサンプル・ボリュームに対応した受信ビーム信号を生成させることによって、適当な受信信号に基づいて動作している。様々なトランスジューサ素子２５から受信した信号の位相、振幅及びタイミング情報を用いて受信ビーム信号が生成される。
【００２５】
この受信ビーム信号はディジタル式インタフェース１１７を介して処理アーキテクチャ７０に送られる。復調モジュール８５はこの受信ビーム信号に対して復調を実行し、受信ビームに対応したサンプル・ゲート１４６内で走査線（例えば、１４５）の長さ方向でサンプル・ボリューム（例えば、１４１及び１４２）に対応したＩ及びＱの復調データ値からなる対を生成させている。この復調は、受信ビーム信号の位相及び振幅を基準周波数と比較することによって実現される。Ｉ及びＱの復調データ値は、受信信号の位相及び振幅の情報を保持している。所与のサンプル・ボリューム位置に関するＩ及びＱのデータ対の振幅情報は、数学的にＳＱＲ（Ｉ2＋Ｑ2）と等しい。また位相情報は数学的にｔａｎ-1（Ｑ／Ｉ）と等しい。したがって、あるサンプル・ボリューム位置に対応したＩ及びＱの単一のデータ対に対して単一の振幅データ値と単一の位相データ値を得ることができる。これらのデータ値は、ドプラ効果による位相シフトがいずれもそのデータ内でコヒーレントであるため複素ドプラ・データとも呼ばれる。受信ビームに対応したＩ及びＱの復調データ対は、ドプラ・データ・パケット（例えば、１４３及び１４４）の形態でドプラ処理モジュール９０に送られ、ここで最終的に歪み度スペクトログラム画像で表示させるための後続の処理を行っている。複素ドプラ・データ・パケットは、ＰＲＦとして知られるある速度であるサンプル・ボリューム位置からサンプリングした、Ｉ及びＱの複数のデータ対を含んでいる。データ・パケットを構築する際に重複技法を用いることがあるため、後続のパケットは部分的に同じデータから構成することがある。典型的なドプラ・パケットは、例えば１２８個のＩ及びＱの複素データ対を含むことがある。ドプラ処理モジュール９０は、後続の処理の前にドプラ・パケット内の低速度成分を除去するためのクラッタ・フィルタを含むことや含まないことがある。さらに、ドプラ・スペクトル推定子を含むことがある。
【００２６】
多重反射は組織内での複数の反射に起因する。多重反射及びノイズは、偽エコー（すなわち、崩れたエコー）との相関によって組織内で推定される速度傾斜にバイアスを与える可能性がある。その結果、歪み度推定値が誤って大きくなったり、小さくなったり、あるいは逆転することさえ起こり得る。
【００２７】
本発明の実施の一形態では、走査面１４０内のサンプル・ゲート１４６で指定される組織セグメントの歪み度スペクトログラムは、歪み度対時間の形式（また別法ではドプラ周波数差対時間の形式）で作成かつ表示される。歪み度スペクトログラム２００の全体は、所与の組織セグメントに関してある期間にわたって作成かつ表示される（図４参照）。歪み度スペクトログラム２００の各縦列は所与の瞬時における歪み度スペクトル２０１（図５参照）を意味している。歪み度スペクトルの振幅２０２は歪み度スペクトログラム画像内で強度または色相としてマッピングされる。平均歪み度を表示する以外に、スペクトル及びスペクトログラムによりその組織セグメントに関する歪み度推定値の質の指示を提供する。スペクトログラムの狭い帯域により良好品質の信号を指示させ、一方広い帯域によりノイズを伴う信号を指示させることができる。さらに、スペクトログラム内のギャップやスペクトログラムに明瞭なピークが無いことにより信号内のノイズを指示させることができる。図４の座標系は、時間軸１９０、歪み度軸１７０及びドプラ周波数差軸１８０によって表している。図５の座標系はドプラ周波数差軸１８０及びスペクトル振幅軸２０２により表している。
【００２８】
図６は、歪み度処理装置１００を用いて歪み度スペクトルの描出を実行する実施の一形態を表している。ドプラ・スペクトル２１０及び２２０は、距離ｄｒ１４７だけ離間させた（図３参照）２つのサンプル・ボリューム位置１４１及び１４２に関してドプラ処理装置９０によって計算する。ドプラ・スペクトル２１０及び２２０は、実数形式または複素形式のいずれか（すなわち、振幅のみ、または振幅と位相の両方のいずれか）で表すことができる。図６では、これらのドプラ・スペクトルを振幅１８５対ドプラ周波数１９５で図示している。各ドプラ・スペクトルは、例えば、Ｉ及びＱのドプラ・サンプルの複素対からなるパケットに対するＤＦＴや別のスペクトル推定子９２の実行に関してよく知られた方式により計算する。ドプラ・パケットの低速度成分を減少させるためにクラッタ・フィルタ９１を利用することができる、ただしこれは任意選択である。
【００２９】
ドプラ・スペクトル２１０及び２２０は、ドプラ周波数に対して振幅（恐らくはさらに位相）を表示させる歪み度処理装置１００に送られる。図６のステップ２３０において、２つのドプラ・スペクトルＰ1（ｋ）２１０及びＰ2（ｋ）２２０から歪み度スペクトルＰSR（ｋ）２０１（スケール変換前）を次式により計算する。
【００３０】
【数３】
0004297699.tif 000004
【００３１】
上式において、ｋは周波数差軸１８０に沿った隣接するスペクトル線間の周波数離間に対応した周波数指標であり、また
【００３２】
【外１】
0004297699.tif 000005
【００３３】
は循環畳み込み演算子である。スペクトログラム画像全体にわたり各時間指標に対して単一の歪み度スペクトルを作成する。
【００３４】
次いでステップ２４０において、この歪み度スペクトルの振幅をスケール変換し、より良好な描出とする。このスケール変換は次式などの単純規格化とすることができる。
【００３５】
【数４】
0004297699.tif 000006
【００３６】
上式において、ＸSR（ｋ）は規格化した歪み度スペクトルであり、またｌは周波数差軸１８０全体にわたる指標ｋの部分組である。
【００３７】
スペクトル・バッファ・モジュール１２０は、連続する各瞬時からスケール変換した歪み度スペクトルＸSR（ｋ）を採取し、これらを周波数差対時間の形式（すなわち、スペクトログラム）に合成するようにプログラムされている。品質を向上させるために、スペクトル・バッファ・モジュール１２０はさらに、異なるサンプル・ゲート１４６に対応したスケール変換した幾つかの歪み度スペクトルを、スペクトログラム内に含める前に平均することがある。次いで、スペクトル・バッファ済みデータは表示処理モジュール１３０により処理するために表示アーキテクチャ１６０に送られ、この表示処理モジュール１３０においてデータの最終な空間的または時間的平均化を実行し、かつこれらのデータにグレイスケールまたは色相を与える。最後に、得られたデータは、グレイスケール（または、色相）の変化をスペクトル内の異なる歪み度振幅値に対応させているような２Ｄスペクトログラム画像としてモニタ１５０上でオペレータに表示させる。
【００３８】
図４は、歪み度スペクトログラム画像を表示させる方法に関する１つの例示的な図である。水平表示軸を時間軸１９０（例えば、秒単位）とし、また垂直表示軸は歪み度軸１７０（秒-1単位）や別法としてはドプラ周波数差軸１８０（ヘルツ単位）とすることがある。ある特定な単位組で表示するための垂直表示軸の適正なスケール変換は、サンプル・ボリューム位置間の距離ｄｒ１４７、ＰＲＦ、組織内での音速ｃ及び送信超音波周波数ｆ0などのパラメータを検討することによって実現させている。当業者であれば、この垂直表示軸のスケール変換を容易に実施することができる。
【００３９】
第２の実施形態では、ある組織セグメントに対する歪み度スペクトログラム２００の各歪み度スペクトルＰSR（ｋ）２０１は、図７に示すように、２つのＩ及びＱの複素ドプラ・パケット（例えば、２５０及び２６０）から歪み度処理装置１００により推定することができる。これらのパケットは、ある時間窓に関する走査面１４０内の２つのサンプル・ボリューム位置１４１及び１４２に対応している。後続の処理に先だってパケットに対してクラッタ・フィルタ処理を実行することがある。複素ドプラ・パケット２５０及び２６０に対しては、次式のようにＤＦＴ（あるいは、別の任意のスペクトル推定子）を実行する。
【００４０】
ＰSR（ｋ）＝ＤＦＴ［ｘ（ｄ1）＊ｘ（ｄ2）］        （式６）
上式において、ｘ（ｄ1）２５０及びｘ（ｄ2）２６０は、所与の時間窓に関する深度ｄ1１４１及びｄ2１４２（ｄ1＋ｄｒ）に対応したＩ及びＱのドプラ・サンプルの複素対を含む複素ドプラ・パケットである。これらの複素ドプラ・パケットは、ドプラ処理モジュール９０を介して復調モジュール８５から歪み度処理モジュール１００に送っており、ここではクラッタ・フィルタ処理を実行することがある。ＤＦＴは離散形フーリェ変換演算であり、また＊は共役複素数演算を示している。歪み度スペクトルはこの方式によりスペクトログラム２００の各時間指標ごとに計算する。次いでステップ２８０において、このスペクトルを表示のためにスケール変換、または規格化する。この場合も、ある特定の単位組で表示させるために垂直表示軸に対して適正なスケール変換を実施する。
【００４１】
スペクトル歪み度描出に関する上記２つの実施形態は、ある小さな距離ｄｒ１４７だけ離間させた走査面内の２つのサンプル・ボリューム位置（例えば、１４１及び１４２）からのサンプルに基づいている。しかし、第３の実施形態では、サンプル・ゲート１４６内の走査線１４５に沿った組織セグメント内のＭ個の深度から３つ以上のサンプル・ボリューム位置を使用するように拡張することができる。図８は、この第３の実施形態の３つのステップからなる処理を歪み度処理装置１００によって実行している様子を表している。
【００４２】
図８のステップ２９０において、歪み度処理装置１００は、所与の時間指標に関する長さＮのＩ及びＱのＭ個の複素ドプラ・パケットから、各深度指標ｍに対する１組の複素自己相関値からなる複素自己相関パケットＲ（ｍ）を計算する。この計算は次式のようにして実行することができる。
【００４３】
【数５】
0004297699.tif 000007
【００４４】
上式において、ｘ（ｍ，ｎ）はパケット・サンプル指標ｎをもつ深度ｍにおけるＩ及びＱの複素ドプラ・パケットであり、また＊は共役複素数演算である。
【００４５】
複素自己相関パケットＲ（ｍ）は、ステップ３１０において、歪み度スペクトログラム２００内のある特定の時間指標に関する歪み度スペクトル２０１の値を生成するように処理を受ける。ステップ３１０では、ある特定の時間指標に関する歪み度スペクトル２０１を作成するために、Ｒ（ｍ）のＭ個の深度サンプルに関して次式のようなＤＦＴ（または別の任意のスペクトル推定子）を実行する。
【００４６】
ＰSR（ｋ）＝ＤＦＴ［Ｒ（ｍ）］        （式８）
このスペクトルは、典型的には、ＤＦＴの結果としてＭ個のスペクトル・サンプルを含むことがある。この実施形態のＤＦＴは、上述した２つの実施形態と同様に時間方向ではなく空間方向で実行することに留意されたい。この過程は、歪み度スペクトログラム２００の各スペクトルを生成させるように反復させる。
【００４７】
この第３の実施形態では、上述した初めの２つの実施形態と比べてより多くの処理が必要であるが、組織セグメントの全体にわたってより正確な歪み度スペクトルの推定値が得られる。この場合も、続いてステップ３２０において表示のためにスペクトルをスケール変換または規格化しており、また垂直表示軸は表示しようとする所望の単位に従ってスケール変換している。
【００４８】
繰り返しになるが、これら実施形態のいずれに関しても、スペクトル・バッファ・モジュール１２０は、連続する各瞬時からのスペクトル歪み度データを採取し、これらのデータを周波数差対時間の形式（すなわち、スペクトログラムの形）に合成するようにプログラムされている。品質を向上させるために、そのスペクトル・バッファ・モジュール１２０はさらに、異なるサンプル・ゲート１４６に対応したスケール変換した幾つかの歪み度スペクトルを、スペクトログラムに含める前に平均することがある。次いで、このスペクトル・バッファ済みデータは、表示処理モジュール１３０で処理させるために表示アーキテクチャ１６０に送られ、グレイスケール（または、色相）の変化を異なる歪み度スペクトル振幅値に対応させているような２Ｄスペクトログラム画像としてモニタ１５０上でオペレータに表示させる。
【００４９】
本発明のいずれの実施形態に関しても、この処理はディジタル信号プロセッサを有する回路基板など専用のハードウェア要素により実行することがあり、あるいは商用で市販のＰＣなど汎用コンピュータやプロセッサ上で動作させるソフトウェアとすることがある。これら様々な処理モジュールは本発明の様々な実施形態に従って結合させたり分離させたりすることができる。例えば、ドプラ処理モジュール９０と歪み度処理モジュール１００を単一の処理要素になるように結合させることができる。
【００５０】
上述の処理は、超音波システム５の組み込み機能としてリアルタイムで実施することがある。別法として、Ｉ及びＱの複素ドプラ・データまたはドプラ・スペクトル・データは、歪み度処理をリアルタイムの走査と独立に後処理機能として実行できるように超音波システムが保存して処理することがある。また別の代替方式として、Ｉ及びＱの複素ドプラ・データまたはドプラ・スペクトル・データを超音波システム５から取り込み、歪み度処理及び後続の表示を外部のＰＣ上など超音波システム５の外部での後処理として実行させることがある。
【００５１】
クラッタ・フィルタ９１は必須ではなく、またクラッタ・フィルタ９１を未使用とすることが可能である。ある種の可能な実施形態ではドプラ・スペクトル推定子９２を未使用とすることも可能である。ドプラ・スペクトル推定子９２を使用しない場合でもクラッタ・フィルタ９１を使用することは可能である。
【００５２】
以上を要約すると、その利点及び特徴としてはとりわけ、多重反射やその他のノイズ源の有無による歪み度推定値の質に関する改良型の指示を直接的に査定でき、かつある特定の組織セグメントに関する歪み度の詳細をより全体的に示せるように、歪み度をスペクトル形式で容易に視覚化できることを含む。
【００５３】
本発明に関してある種の実施形態を参照しながら記載してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変更が可能であると共に、等価物による代用が可能であることは当業者であれば理解するであろう。さらに、多くの修正形態により、本発明の範囲を逸脱することなく具体的な状況または材料を本発明の教示に適応させることができる。したがって、開示した特定の実施形態に本発明を限定しようという意図ではなく、本発明は添付の特許請求の範囲の域内に入るすべての実施形態を包含させようという意図である。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波システムに関して、本発明の実施の一形態に従った歪み度処理をシステム内のその他の要素と関連させて表したブロック概要図である。
【図２】本発明の実施の一形態による図１の超音波システムのドプラ処理モジュールの図である。
【図３】組織セグメントを取り囲む２つのサンプル・ボリューム位置を図１のシステムのユーザがサンプル・ゲート内に位置決めした状態とした、本発明の実施の一形態に従った走査面の図である。
【図４】本発明の実施の一形態に従って作成した複数の歪み度スペクトルを含む歪み度スペクトログラム画像の一例である。
【図５】本発明の実施の一形態に従って作成した単一の歪み度スペクトルである。
【図６】本発明の第１の実施形態によるスペクトル歪み度処理を表した図である。
【図７】本発明の第２の実施形態によるスペクトル歪み度処理を表した図である。
【図８】本発明の第３の実施形態によるスペクトル歪み度処理を表した図である。
【符号の説明】
５  超音波システム
１０  フロントエンド
２０  トランスジューサ・アレイ
２５  トランスジューサ素子
３０  送信／受信切換回路、Ｔ／Ｒ切換回路
４０  送信器
５０  受信器
６０  ビーム形成器
７０  処理アーキテクチャ
８０  制御処理モジュール
８５  復調モジュール
９０  ドプラ処理モジュール
９１  クラッタ・フィルタ
９２  ドプラ・スペクトル推定子
１００  歪み度処理モジュール
１２０  スペクトル・バッファ・モジュール
１３０  表示処理モジュール
１４０  走査面
１４１  サンプル・ボリューム
１４２  サンプル・ボリューム
１４３  ドプラ・データ・パケット
１４４  ドプラ・データ・パケット
１４５  走査線
１４６  サンプル・ゲート
１４７  距離ｄｒ
１５０  モニタ
１６０  表示アーキテクチャ
１７０  歪み度軸
１８０  ドプラ周波数差軸
１８５  振幅
１９０  時間軸
１９５  ドプラ周波数
２００  歪み度スペクトログラム
２０１  歪み度スペクトル
２０２  スペクトル振幅軸
２１０  ドプラ・スペクトル
２２０  ドプラ・スペクトル
２３０  循環畳み込み
２４０  信号スケール変換／規格化
２５０  複素ドプラ・パケット
２６０  複素ドプラ・パケット
２７０  スペクトル推定処理
２８０  信号スケール変換／規格化
２９０  複素自己相関
３１０  スペクトル推定処理
３２０  信号スケール変換／規格化
【図１】
0004297699.tif 000008
【図２】
0004297699.tif 000009
【図３】
0004297699.tif 000010
【図４】
0004297699.tif 000011
【図５】
0004297699.tif 000012
【図６】
0004297699.tif 000013
【図７】
0004297699.tif 000014
【図８】
0004297699.tif 000015