(57)【要約】本発明は、複合超音波画像の生成を制御する方法を提供する。本方法は：第一の超音波画像を取得し、第一の超音波画像に適応ビームフォーミングを適用してそれにより第二の超音波画像を生成することを含む。第一および第二の超音波画像に基づいて、少なくとも一つの重み付け成分を含む重み付けが決定される。次いで、第一および第二の超音波画像ならびに重み付け成分に基づいて、複合超音波画像が生成される。
2020519342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合超音波画像の生成を制御する方法であって：
第一の超音波画像を取得する段階と；
前記第一の超音波画像に適応ビームフォーミングを適用して、それにより第二の超音波画像を生成する段階と；
前記第一および第二の超音波画像に基づいて、少なくとも一つの重み付け成分を含む重み付けを決定する段階と；
前記第一および第二の超音波画像ならびに前記少なくとも一つの重み付け成分に基づいて、前記複合超音波画像を生成する段階とを含む、
方法。
【請求項２】
前記複合超音波画像を生成する段階は：
前記第一の超音波画像に第一の重み付け成分を適用し；
前記第二の超音波画像に第二の重み付け成分を適用し；
重み付けされた第一および第二の超音波画像を加算して、それにより前記複合超音波画像を生成することを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第一および第二の重み付け成分は、第一の調整パラメータに依存する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
当該方法はさらに：
前記第一および第二の超音波画像に低域通過フィルタまたはスペックル平滑化フィルタを適用し、それにより第一の画像近似および第二の画像近似を生成し；
前記第一の画像近似および前記第一の超音波画像に基づいて第一の詳細画像を生成し；
前記第二の画像近似および前記第二の超音波画像に基づいて第二の詳細画像を生成することを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第一および第二の詳細画像の生成は：
前記第一の超音波画像から前記第一の画像近似を減算し、それにより前記第一の詳細画像を生成し；
前記第二の超音波画像から前記第二の画像近似を減算し、それにより前記第二の詳細画像を生成することを含む、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記複合超音波画像の生成は：
前記第一の画像近似に第三の重み付け成分を適用し；
前記第二の画像近似に第四の重み付け成分を適用し；
前記第一の詳細画像に第五の重み付け成分を適用し；
前記第二の詳細画像に第六の重み付け成分を適用し；
重み付けされた第一および第二の詳細画像および第一および第二の画像近似を加算し、それにより前記複合超音波画像を生成することを含む、
請求項４または５記載の方法。
【請求項７】
前記第三および第四の重み付け成分は第二の調整パラメータに依存し、前記第五および第六の重み付け成分は第三の調整パラメータに依存する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記重み付け成分と、前記複合超音波画像の生成とが深さ依存である、請求項１ないし７のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項９】
コンピュータ上で実行されたときに請求項１ないし８のうちいずれか一項記載の方法を実装するよう適応されているコンピュータ・プログラム・コード手段を有するコンピュータ・プログラム。
【請求項１０】
複合超音波画像の生成を制御するコントローラであって：
第一の超音波画像を取得する段階と；
前記第一の超音波画像に適応ビームフォーミングを適用して、それにより第二の超音波画像を生成する段階と；
前記第一および第二の超音波画像に基づいて、少なくとも一つの重み付け成分を含む重み付けを決定する段階と；
前記第一および第二の超音波画像ならびに前記少なくとも一つの重み付け成分に基づいて、前記複合超音波画像を生成する段階とを実行するよう適応されている、
コントローラ。
【請求項１１】
超音波信号を送出および受信できる超音波トランスデューサ・アレイと；
受信された超音波信号を超音波画像にまとめる信号プロセッサと；
請求項１０記載のコントローラと；
前記コントローラと通信するユーザー・インターフェースと；
前記複合超音波画像を出力するための画像出力装置とを有する、
超音波システム。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記ユーザー・インターフェースにおけるユーザー入力に基づいて前記重み付けを変更するよう適応される、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラは、異なる深さにおける異なる重み付け成分を、前記ユーザー・インターフェースにおけるユーザー入力に基づいて制御するようさらに適応される、請求項１１または１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記ユーザー・インターフェースはダイヤルまたはスライダーを有する、請求項１１ないし１３のうちいずれか一項記載のシステム。
【請求項１５】
前記コントローラは、複数のあらかじめ決定された重み付けから、あるあらかじめ決定された重み付けを取得するよう適応される、請求項１１ないし１４のうちいずれか一項記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は2017年5月11日に出願された米国仮出願第62/504,692号の利益および優先権を主張するものである。同出願の内容は参照によってその全体において組み込まれる。
【０００２】
発明の分野
本発明は、超音波撮像の分野に、より詳細には、複合超音波画像の生成の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
超音波撮像は多様な異なる用途においてますます用いられるようになっている。スキャンされる被験体の現実に即した解釈をユーザーに与えるには、超音波システムによって生成された画像ができるだけ明瞭であり、正確であることが重要である。これは、問題の被験体が医用超音波スキャンを受けている患者であるときは特にそうである。この状況において、正確な診断を下す医師の能力は、超音波システムによって生成される画像の品質に依存する。
【０００４】
最小分散（MV:  minimum  variance）ビームフォーミングのような適応ビームフォーミング技法は、画像品質における改善を達成するために、開発され、超音波撮像に適用されてきたが、MVビームフォーミングは、画像の各ピクセルについて空間的共分散行列の逆を求めることが要求されるので、計算集約的である。さらに、MVビームフォーミングは主として空間分解能の改善のために開発されており、軸外れクラッター（off-axis  clutter）を低減するためには理想的ではないとはいえ、空間分解能を改善する点でのその性能は、しばしば、サブアレイ・サイズを小さくすることによって犠牲にされる必要がある。さもなければ、信号打ち消しのため、スペックルにおいて画像アーチファクトが生じることがある。
【０００５】
コヒーレンス因子（CF:  coherence  factor）；一般化コヒーレンス因子（GCF:  generalized  coherence  factor）；位相コヒーレンス因子（PCF:  phase  coherence  factor）；および短遅延空間コヒーレンス（SLSC:  short-lag  spatial  coherence）といった適応重み付け技法が提案されているが、いずれも、画像に適用されるべき重み付けマスクを計算するために、チャネルごとのデータへのアクセスを必要とする。さらに、これらの方法は、合焦された送信ビームによる通常の撮像のためにしか機能せず、少数の送信しか伴わない平面波撮像（PWI:  plane  wave  imaging）または発散波撮像（DWI:  diverging  wave  imaging）には好適ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コヒーレンス・ベースの重み付け、最小分散ビームフォーミングを含む多くの適応ビームフォーミング技法は、増大したスペックル分散を代償として、画像クラッターを解消する。スペックルの暗い領域は通例、開口にわたってインコヒーレントであり、さらに適応ビームフォーミング技法によって拒否されることになる。クラッター拒否能力は有益ではあるが、スペックル分散（speckle  variance）の増大は有意な欠点となりうる。スペックル分散の受け容れ可能なレベルは臨床担当者によって、個人的な画像の知覚に基づいて、そしてまた臨床用途によって変わる。
【０００７】
よって、クラッター拒否とスペックル・ノイズ分散（speckle  noise  variance）との間の、より最適なバランスを提供しうる、複合超音波画像の生成を制御する方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は請求項によって定義される。
【０００９】
本発明のある側面に基づく例によれば、複合超音波画像の生成を制御する方法が提供される。本方法は：
第一の超音波画像を取得する段階と；
前記第一の超音波画像に適応ビームフォーミングを適用して、それにより第二の超音波画像を生成する段階と；
前記第一および第二の超音波画像に基づいて、少なくとも一つの重み付け成分を含む重み付けを決定する段階と；
前記第一および第二の超音波画像ならびに前記少なくとも一つの重み付け成分に基づいて、前記複合超音波画像を生成する段階とを含む。
【００１０】
本方法は、適応ビームフォーミングを受けていない第一の超音波画像と、適応ビームフォーミングを受けた第二の超音波画像との重み付けされた組み合わせを実行する。
【００１１】
第二の超音波画像を優先するように重み付けを調整することによって、複合超音波におけるクラッターが軽減されるが、スペックル分散は増大する。第一の超音波画像を優先して重み付けを調整することによって、複合画像のスペックルにおける分散は低減されるが、クラッターは増大する。このようにして、組み合わされる二つの画像の間の最適な重み付けを決定することが可能である。換言すれば、重み付けは、第一および第二の超音波画像を組み合わせるための比として作用してもよい。重み付けは、以前の結果に基づいて自動的に決定されてもよく、あるいは手動で調整されてもよい。
【００１２】
ある実施形態では、複合超音波画像の生成は：
第一の超音波画像に第一の重み付け成分を適用し；
第二の超音波画像に第二の重み付け成分を適用し；
重み付けされた第一および第二の超音波画像を加算して、それにより複合超音波画像を生成することを含む。
【００１３】
第一および第二の画像に第一および第二の重み付け成分を適用することによって、それぞれの超音波画像の、複合超音波画像への寄与を微調整することが可能である。これらの重み付けされた寄与が、次いで、加算されて、最終的な複合画像を形成しうる。
【００１４】
あるさらなる実施形態では、第一および第二の重み付け成分は、第一の調整パラメータに依存する。
【００１５】
このようにして、単一の調整パラメータによって重み付け成分を制御することが可能である。たとえば、ユーザーは、重み付け成分を変えるために、単一の因子を変更することが要求されるだけとなる。それにより、重み付け成分の制御がより簡単になる。
【００１６】
ある実施形態では、本方法はさらに：
第一および第二の超音波画像に低域通過フィルタまたはスペックル平滑化フィルタを適用し、それにより第一の画像近似および第二の画像近似を生成し；
前記第一の画像近似および前記第一の超音波画像に基づいて第一の詳細画像を生成し；
前記第二の画像近似および前記第二の超音波画像に基づいて第二の詳細画像を生成することを含む。
【００１７】
このようにして、複合超音波画像の生成は、異なる空間スケールにおいて制御されてもよく、スペックルおよび構造に対するその効果が分離されうる。たとえば、第一および第二の超音波画像に対して低域通過フィルタを適用することによって、画像の低い空間周波数が高い空間周波数から分離されることができ、それにより第一および第二の画像近似を形成することができる。低い空間周波数は典型的には、画像クラッターを含む。さらなる例では、第一および第二の超音波画像におけるスペックルを軽減するために、リー（Lee）フィルタのようなスペックル平滑化フィルタが使用されてもよい。
【００１８】
あるさらなる実施形態では、第一および第二の詳細画像の生成は：
第一の超音波画像から第一の画像近似を減算し、それにより第一の詳細画像を生成し；
第二の超音波画像から第二の画像近似を減算し、それにより第二の詳細画像を生成することを含む。
【００１９】
低い空間周波数を含んでいる画像近似を超音波画像から差し引くことにより、超音波画像の高い空間周波数を単離することが可能である。高い空間周波数は典型的には、スペックル・ノイズおよび画像の高分解能オブジェクトを含む。もしも分解能を保存するスペックル・フィルタが代わりに使われるとすると、超音波画像におけるスペックルから構造を単離することが可能である。
【００２０】
ある構成では、複合超音波画像の生成は：
第一の画像近似に第三の重み付け成分を適用し；
第二の画像近似に第四の重み付け成分を適用し；
第一の詳細画像に第五の重み付け成分を適用し；
第二の詳細画像に第六の重み付け成分を適用し；
重み付けされた第一および第二の詳細画像および第一および第二の画像近似を加算し、それにより複合超音波画像を生成することを含む。
【００２１】
超音波画像の低い空間周波数と高い空間周波数を分離し、それぞれの画像寄与に別個の重み付け成分を適用することにより、複合超音波画像の生成をさらに制御することが可能である。
【００２２】
あるさらなる構成では、第三および第四の重み付け成分は第二の調整パラメータに依存し、第五および第六の重み付け成分は第三の調整パラメータに依存する。
【００２３】
このようにして、単一の調整パラメータにより、超音波画像の低い空間周波数成分または構造成分に適用される重み付け成分を制御し、別個の単一の調整パラメータにより、超音波画像の高い空間周波数成分またはスペックル成分に適用される重み付け成分を制御することが可能である。二つの独立な調整パラメータを提供することにより、画像近似および詳細画像の、複合超音波画像への寄与を簡単に制御することが可能である。たとえば、四つの重み付け成分を変化させるために、ユーザーは二つの因子を変更するだけでよく、重み付け成分の制御をより簡単にする。
【００２４】
ある実施形態では、重み付け成分と、複合超音波画像の生成とは、深さ依存である。
【００２５】
このようにして、異なる深さで第一および第二の超音波画像に適用される重み付け成分を制御することが可能である。たとえば、より深い深さでは、第一の超音波画像が優先的に重み付けされてもよく、より浅い深さでは、第二の超音波画像が優先的に重み付けされてもよい。
【００２６】
本発明のある側面に基づく諸例によれば、コンピュータ上で実行されたときに上記の方法を実装するよう適応されているコンピュータ・プログラム・コード手段を有するコンピュータ・プログラムが提供される。
【００２７】
本発明のある側面に基づく諸例によれば、複合超音波画像の生成を制御するコントローラが提供され、前記コントローラは：
第一の超音波画像を取得する段階と；
前記第一の超音波画像に適応ビームフォーミングを適用して、それにより第二の超音波画像を生成する段階と；
前記第一および第二の超音波画像に基づいて、少なくとも一つの重み付け成分を含む重み付けを決定する段階と；
前記第一および第二の超音波画像ならびに前記少なくとも一つの重み付け成分に基づいて、前記複合超音波画像を生成する段階とを実行するよう適応されている。
【００２８】
本発明のある側面に基づく諸例によれば、
超音波信号を送出および受信できる超音波トランスデューサ・アレイと；
受信された超音波信号を超音波画像にまとめる信号プロセッサと；
上記のコントローラと；
前記コントローラと通信するユーザー・インターフェースと；
フィルタリングされた超音波画像を出力するための画像出力装置とを有する、
超音波システムが提供される。
【００２９】
ある実施形態では、前記コントローラは、前記ユーザー・インターフェースにおけるユーザー入力に基づいて前記重み付けを変更するよう適応される。
【００３０】
このようにして、ユーザーは、ユーザー・インターフェースによって重み付けを直接変更しうる。ユーザー・インターフェースは、デジタル・ディスプレイを含んでいてもよく、該デジタル・ディスプレイは、現在の画像重み付けを示し、ユーザーが該重み付けを変更できるようにしてもよい。
【００３１】
ある構成では、前記コントローラは、異なる深さにおける異なる重み付け成分を、前記ユーザー・インターフェースにおけるユーザー入力に基づいて制御するようさらに適応される。
【００３２】
このように、ユーザーは、最終的な超音波画像の組成に対して、より大きな制御を与えられる。
【００３３】
いくつかの設計では、ユーザー・インターフェースはダイヤルまたはスライダーを有する。
【００３４】
ダイヤルおよび／またはスライダーは、システムの物理的なコンポーネントであってもよく、あるいはデジタル・ディスプレイの一部として組み込まれてもよい。ダイヤルおよび／またはスライダーを設けることによって、ユーザーは、複合超音波画像寄与の重み付けを簡単に調整することができる。ダイヤルおよび／またはスライダーは、重み付けを段階的に変更してもよい。あるいはまた、連続的なスケールを有していて、重み付けの、より細かな制御をユーザーに許容してもよい。
【００３５】
ある実施形態では、コントローラは、複数のあらかじめ決定された重み付けから、あるあらかじめ決定された重み付けを取得するよう適応される。
【００３６】
このようにして、システムは、複合超音波画像を形成するために、以前に試験された重み付けを選択することによって迅速かつ簡単に初期化されることができうる。システムは、以前に使用された重み付けの集合を記憶するよう適応されてもよい。この場合、ユーザー・インターフェースは、あらかじめ決定された重み付けを選択するよう適応された選択手段を有していてもよい。
【００３７】
選択手段は、たとえば、ボタン、またはデジタル・ディスプレイを含むユーザー・インターフェースの場合はチェックボックスを含んでいてもよい。あるいはまた、ダイヤルおよび／またはスライダーは、ユーザーがあらかじめ決定された設定を選択できるようにする、たとえばボタンによって、追加的な動作モードを含んでいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明の例について、ここで、付属の図面を参照して詳細に述べる。
【図１】一般的な動作を説明するための超音波診断撮像システムを示す図である。
【図２】本発明の方法を示す図である。
【図３】図２に示される方法のある実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は、複合超音波画像の生成を制御する方法を提供する。本方法は、第一の超音波画像を取得し、前記第一の超音波画像に適応ビームフォーミングを適用して、それにより第二の超音波画像を生成することを含む。前記第一および第二の超音波画像に基づいて重み付けが決定される。該重み付けは、重み付け成分を含む。次いで、前記第一および第二の超音波画像ならびに前記重み付けに基づいて、複合超音波画像が生成される。
【００４０】
まず、例示的な超音波診断撮像システムの一般的な動作について、図１を参照して述べる。本発明は、トランスデューサ・アレイによって測定される信号の処理に関するので、システムの信号処理機能に重点をおく。
【００４１】
システムは、超音波を送信し、エコー情報を受信するためのCMUTトランスデューサ・アレイ１００を有するアレイ・トランスデューサ・プローブ１０を有する。トランスデューサ・アレイ１００は代替的に、PZTまたはPVDFのような材料で形成される圧電トランスデューサを有していてもよい。トランスデューサ・アレイ１００は、2D平面においてまたは3D撮像のために三次元でスキャンできるトランスデューサの二次元アレイ１１０である。もう一つの例では、トランスデューサ・アレイは1Dアレイであってもよい。
【００４２】
トランスデューサ・アレイ１００は、プローブ内のマイクロビームフォーマー１２に結合される。マイクロビームフォーマー１２は、CMUTアレイ・セルまたは圧電素子による信号の受信を制御する。マイクロビームフォーマーは、特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されるように、トランスデューサのサブアレイ（または「群」または「パッチ」）によって受信された信号の少なくとも部分的なビームフォーミングができる。
【特許文献１】米国特許第5,997,479号（Savordら）
【特許文献２】米国特許第6,013,032号（Savordら）
【特許文献３】米国特許第6,623,432号（Powersら）
【００４３】
マイクロビームフォーマーは完全に任意的である。下記の例はアナログ・ビームフォーミングは前提としない。
【００４４】
マイクロビームフォーマー１２はプローブ・ケーブルによって送受切り換えスイッチ（T/Rスイッチ）１６に結合される。TRスイッチは、送信と受信の間で切り換え、マイクロビームフォーマーが使用されず、トランスデューサ・アレイが主システム・ビームフォーマーによって直接動作させられるときに、主ビームフォーマー２０を高エネルギー送信信号から保護する。トランスデューサ・アレイ１０からの超音波ビームの送信はトランスデューサ・コントローラ１８によって指揮され、トランスデューサ・コントローラ１８は、T/Rスイッチ１６によってマイクロビームフォーマーに、また主送信ビームフォーマー（図示せず）に結合される。主送信ビームフォーマーは、ユーザー・インターフェースまたはコントロールパネル３８のユーザー操作から入力を受け取る。
【００４５】
トランスデューサ・コントローラ１８によって制御される機能の一つは、ビームが操向および合焦される方向である。ビームは、トランスデューサ・アレイから正面にまっすぐ（直交して）、あるいはより広い視野のために異なる角度で操向〔ステアリング〕されてもよい。トランスデューサ・コントローラ１８は、CMUTアレイのためのDCバイアス・コントロール４５を制御するために結合されることができる。DCバイアス・コントロール４５は、CMUTセルに加えられるDCバイス電圧（単数または複数）を設定する。
【００４６】
受信チャネルでは、部分的にビームフォーミングされた信号はマイクロビームフォーマー１２によって生成され、主受信ビームフォーマー２０に結合され、そこでトランスデューサの個々のパッチからの部分的にビームフォーミングされた信号が、完全にビームフォーミングされた信号に組み合わされる。たとえば、主ビームフォーマー２０は128個のチャネルを有していてもよく、各チャネルが、数十または数百のCMUTトランスデューサ・セルまたは圧電素子のパッチからの部分的にビームフォーミングされた信号を受領する。このように、トランスデューサ・アレイの数千のトランスデューサによって受信された信号が、効率的に、単一のビームフォーミングされた信号に寄与することができる。
【００４７】
ビームフォーミングされた受信信号は信号プロセッサ２２に結合される。信号プロセッサ２２は、帯域通過フィルタリング、間引き、IおよびQ成分分離および高調波信号分離など、さまざまな仕方で受信されたエコー信号を処理することができる。高調波信号分離は、線形信号および非線形信号を分離するはたらきをし、組織および微小泡から返される非線形な（基本周波数の高次高調波の）エコー信号の識別を可能にする。信号プロセッサは、スペックル低減、信号複合（signal  compounding）およびノイズ消去といった追加的な信号向上をも実行してもよい。信号プロセッサにおける帯域通過フィルタは、エコー信号が増大する深さから受信されるようになるにつれて通過帯域がより高い周波数帯域からより低い周波数帯域へとスライドする追跡フィルタであることができる。それにより、より深いところからは、より高い周波数でのノイズを除去する。より深いところでは、そうした周波数は解剖学的情報をもたないのである。
【００４８】
送信および受信のためのビームフォーマーは、異なるハードウェアにおいて実装され、異なる機能をもつことができる。もちろん、受信器ビームフォーマーは送信ビームフォーマーの特性を考慮に入れるよう設計される。図１では、簡単のため、受信器ビームフォーマー１２、２０だけが示されている。完全なシステムでは、送信マイクロビームフォーマーおよび主送信ビームフォーマーをもつ送信チェーンもある。
【００４９】
マイクロビームフォーマー１２の機能は、アナログ信号経路の数を減らすために、信号の初期組み合わせを提供することである。これは典型的には、アナログ領域で実行される。
【００５０】
最終的なビームフォーミングは、主ビームフォーマー２０において、典型的にはデジタイズ後に、なされる。
【００５１】
送信および受信チャネルは、固定した周波数帯域をもつ同じトランスデューサ・アレイ１０’を使う。しかしながら、送信パルスが占める帯域幅は、使用された送信ビームフォーミングに依存して変わりうる。受信チャネルは、トランスデューサ帯域幅全体を捕捉することができ（これが古典的な手法）、あるいはそれを帯域通過処理することによって、有用な情報を含む帯域幅（たとえば主高調波の高調波（the  harmonics  of  the  main  harmonic））のみを抽出することができる。
【００５２】
処理された信号はBモード（輝度モードまたは2D撮像モード）プロセッサ２６およびドップラー・プロセッサ２８に結合される。Bモード・プロセッサ２６は、身体内の器官の組織および血管のような身体中の構造の撮像のために、受信された超音波信号の振幅の検出を用いる。身体の構造のBモード画像は、特許文献４、特許文献５に記載されるように、高調波画像モードまたは基本画像モードのいずれかまたは両者の組み合わせで形成されてもよい。ドップラー・プロセッサ２８は、画像フィールドにおける赤血球の流れのような物質の動きの検出のために、組織動きおよび血流からの時間的に相異なる信号を処理する。ドップラー・プロセッサ２８は典型的には、身体中の選択された型の物質から返されるエコーを通過させるおよび／または拒否するよう設定されうるパラメータをもつ壁フィルタを含む。
【特許文献４】米国特許第6,283,919号（Roundhillら）
【特許文献５】米国特許第6,458,083号（Jagoら）
【００５３】
Bモードおよびドップラー・プロセッサによって生成される構造的および動き信号は、スキャン・コンバーター３２および多断面再構成器（multiplanar  reformatter）４４に結合される。スキャン・コンバーター３２は、所望される画像フォーマットにおいて、エコー信号を、該エコー信号がそこから受領された空間的関係において配列する。たとえば、スキャン・コンバーターはエコー信号を二次元（2D）の扇形フォーマットまたは角錐状の三次元（3D）画像に配列してもよい。スキャン・コンバーターは、Bモード構造画像を、ドップラー推定された速度をもつ画像フィールド中の諸点における動きに対応する色と重ねて、画像フィールド中の組織の動きおよび血流を描くカラー・ドップラー画像を生成することができる。多断面再構成器４４は、特許文献６に記載されるように、身体の体積領域内の共通平面内の諸点から受け取られるエコーを、その平面の超音波画像に変換する。ボリューム・レンダラー４２は、特許文献７に記載されるように、3Dデータセットのエコー信号を所与の基準点から見た投影3D画像に変換する。
【特許文献６】米国特許第6,443,896号（Detmer）
【特許文献７】米国特許第6,530,885号（Entrekinら）
【００５４】
2Dまたは3D画像はスキャン・コンバーター３２、多断面再構成器４４およびボリューム・レンダラー４２から画像プロセッサ３０に、さらなる向上、バッファリングおよび画像ディスプレイ４０での表示のための一時的記憶のために、結合される。撮像のために使われることに加えて、ドップラー・プロセッサ２８によって生成される血流値およびBモード・プロセッサ２６によって生成される組織構造情報は定量化プロセッサ３４に結合される。定量化プロセッサは、血流の体積流量のような種々の流れ状態の指標ならびに器官のサイズおよび在胎期間のような構造的な測定値を生成する。定量化プロセッサは、測定がなされるべき画像の解剖構造内の点のような、ユーザー・コントロール・パネル３８からの入力を受け取ってもよい。定量化プロセッサからの出力データは、ディスプレイ４０上で画像とともに測定グラフィックおよび値を再生するためのグラフィック・プロセッサ３６に結合される。グラフィック・プロセッサ３６は、超音波画像と一緒に表示するためのグラフィック・オーバーレイを生成することもできる。これらのグラフィック・オーバーレイは、患者名、画像の日時、撮像パラメータなどといった標準的な識別情報を含むことができる。これらの目的のために、グラフィック・プロセッサは、患者名のようなユーザー・インターフェース３８からの入力を受け取る。ユーザー・インターフェースは、トランスデューサ・アレイ１０’からの超音波信号の生成を制御する、よってトランスデューサ・アレイおよび超音波システムによって生成される画像を制御する送信コントローラ１８にも結合される。コントローラ１８の送信制御機能は、実行される機能の一つでしかない。コントローラ１８は、（ユーザーによって与えられる）動作モードおよび対応する要求される送信器構成およびデジタル・コンバーターへの受信器対応物における帯域通過構成をも考慮に入れる。コントローラ１８は、固定した諸状態をもつ状態機械であることができる。
【００５５】
ユーザー・インターフェースは、MPR画像の画像フィールドにおける定量化された指標（measures）を実行するために使用されうる複数の多断面再構成された（MPR:  multiplanar  reformatted）画像の面の選択および制御のために、多断面再構成器４４にも結合される。
【００５６】
コントローラ１８は、図２および図３を参照して後述する方法の任意の部分を実行するようさらに適応されてもよい。あるいはまた、これらの方法は、別個のコントローラまたは複数のコントローラによって実行されてもよい。ユーザー・インターフェース３８または別個のユーザー・インターフェースは、複合超音波画像の生成において使用される重み付けを変更するためのユーザー入力を受領するよう適応されてもよい。ユーザー・インターフェースは、ダイヤル、スライダーまたはパラメータを調整するための他の任意の好適な手段を有していてもよい。ユーザー・インターフェースは、タッチスクリーン機能によって画像ディスプレイ４０と組み合わされていてもよい。システムはさらに、あらかじめ決定された重み付け設定を記憶するための記憶手段を有していてもよく、該設定はユーザー・インターフェースによってユーザーによって選択されてもよい。
【００５７】
図２は、複合超音波画像を生成する方法２００を示している。
【００５８】
ステップ２１０では、第一の超音波画像IOが、たとえば超音波プローブ１０によって取得される。
【００５９】
ステップ２２０では、第一の超音波画像に対して適応ビームフォーミングが適用され、それにより第二の超音波画像IAを生成する。
【００６０】
たとえば、最小分散ビームフォーミングまたはコヒーレンス因子重み付けが、第二の超音波画像を生成するために、第一の超音波画像に適用されてもよい。
【００６１】
セクション２３０では、第一および第二の超音波画像に基づいて重み付けが決定される。該重み付けは、重み付け成分を含む。第一の重み付け成分２３４が第一の超音波画像のために決定されてもよく、第二の重み付け成分２３６が第二の超音波画像のために決定されてもよい。第一および第二の重み付け成分は、単一の調整パラメータαに依存してもよい。
【００６２】
たとえば、第一の重み付け成分は第一の調整パラメータαに等しくてもよい。ここで、0≦α≦1である。この場合、第二の重み付け成分は(1−α)に等しくてもよい。このように、第一および第二の重み付け成分は単一のパラメータによって制御されうる。このパラメータは、図１の超音波システムのユーザーによって、たとえばユーザー・インターフェース３８を介して制御されてもよい。ユーザー・インターフェースは、αの値を変更するよう適応されたダイヤルを有していてもよい。ダイヤルを第一の方向に回すことによって、αの値は増されてもよく、ダイヤルを第一の方向とは逆の第二の方向に回すことによって、αの値は減らされてもよい。これは、第一および第二の超音波画像に適用される重み付けの直接的な制御を可能にする。あるいはまた、ユーザー・インターフェースは、この機能を実行するためにスライダーまたはデジタル・インターフェースを有していてもよい。
【００６３】
さらに、重みは深さ依存であってもよい。たとえば、深い深さではもとの（第一の）超音波画像をより多く使い、浅い深さでは適応ビームフォーミングされた（第二の）超音波画像をより多く使うことを選ぶことが可能でありうる。この場合、それに応じて、深さ依存のユーザー・コントロールが設けられてもよい。
【００６４】
セクション２４０では、第一および第二の超音波画像および重み付けに基づいて、複合超音波画像が生成される。
【００６５】
ステップ２４４では、第一の重み付け成分αが適応ビームフォーミングを受けていない第一の超音波画像に適用される。ステップ２４６では、第二の重み付け成分(1−α)が適応ビームフォーミングを受けた第二の超音波画像に適用される。これらのステップに続いて、ステップ２４８では、次式に示されるように、重み付けされた第一および第二の超音波画像が加算されて、複合超音波画像を形成する：
If＝αIO＋(1−α)IA
ここで、Ifは複合超音波画像であり；αは第一の重み付け成分であり；IOは第一の（もとの）超音波画像であり；(1−α)は第二の重み付け成分であり；IAは第二の（適応ビームフォーミングされた）超音波画像である。
【００６６】
図３は、図２の方法の実施形態３００を示している。
【００６７】
この方法は、複合超音波画像の生成が、異なる空間周波数において別個に、または構造およびスペックルについて異なる仕方で制御されることを可能にする。典型的には、低い空間周波数は低エコー領域におけるクラッター、格子ローブおよびノイズ・アーチファクトを含み、高い空間周波数はスペックル・ノイズおよび高分解能オブジェクトを含む。構造とスペックルの間の分離は代替的に、リー・フィルタのような、分解能を保存するスペックル平滑化フィルタを用いてできる。
【００６８】
第一の超音波画像を取得し２１０、適応ビームフォーミングによって第二の超音波画像を生成する２２０初期ステップは、図２に示したステップと等価である。
【００６９】
ステップ３１０および３２０では、低域通過フィルタまたはスペックル平滑化フィルタがそれぞれ第一および第二の超音波画像に適用される。このようにして、もとの画像および適応ビームフォーミングされた画像から、低い空間周波数または構造的な情報を含む第一の画像近似AOおよび第二の画像近似AAが生成される。
【００７０】
ステップ３３０では、第一の画像近似および第一の超音波画像に基づいて、第一の超音波画像から第一の画像近似を減算することによって、第一の詳細またはスペックル画像DOが生成される。換言すれば、第一の画像近似の低い空間周波数情報／構造が第一の超音波画像から除去され、その結果として、高い空間周波数情報のみ／スペックルのみを含む画像を与えるのである。
【００７１】
同様の仕方で、ステップ３４０では、第二の画像近似および第二の超音波画像に基づいて、第二の超音波画像から第二の画像近似を減算することによって、第二の詳細画像が生成される。
【００７２】
ステップ３４２ないし３４８では、重み付け成分が第一および第二の画像近似および第一および第二の詳細画像に適用される。
【００７３】
ステップ３４２および３４４では、第三の重み付け成分が第一の画像近似に適用され、第四の重み付け成分が第二の画像近似に適用される。図２を参照して述べたように、これらの重み付け成分は単一の調整パラメータγによって制御されうる。
【００７４】
ステップ３４６および３４８では、第五の重み付け成分が第一の詳細画像に適用され、第六の重み付け成分が第二の詳細画像に適用される。ここでもまた、これらの重み付け成分は単一の独立な調整パラメータβによって制御されうる。
【００７５】
換言すれば、低い空間周波数および高い空間周波数の画像寄与が、これらのチューニング・パラメータによって、互いに独立して制御されうる。これは、ユーザーからの大量の複雑な入力を要求することなく、最終的な画像組成に対する高レベルの制御を提供しうる。
【００７６】
ステップ３５０では、次式に示されるように、重み付けされた第一および第二の詳細画像ならびに第一および第二の画像近似が加算され、それにより複合超音波画像を生成する：
If＝γAO＋(1−γ)AA＋βDO＋(1−β)DA
ここで、γは第三の重み付け成分であり；AOは第一の画像近似であり；(1−γ)は第四の重み付け成分であり；AAは第二の画像近似であり；βは第五の重み付け成分であり；DOは第一の詳細画像であり；(1−β)は第六の重み付け成分であり；DAは第二の詳細画像である。
【００７７】
たとえば、削減が望まれるとき、適応ビームフォーミングされた画像AAの低い空間周波数およびもとの画像DOの高い空間周波数を優先する組み合わされた画像が好ましいことがありうる。
【００７８】
さらに、もう一つの重み付け成分δを用いて、スペックル抑制制御が提供されてもよい。
【００７９】
If＝γAO＋(1−γ)AA＋δ（βDO＋(1−β)DA）
ここで、δ＜1はスペックル減衰に寄与する。
【００８０】
実際上は、スペックル・ノイズを強調しないよう、高コントラストの適応ビームフォーミングされた画像の低周波数特徴／構造およびもとの画像の高周波数特徴を優先することが望ましいことがしばしばある。そのことを念頭に、デフォルトの重み付け値はγ≒0およびβ≒1として設定されてもよい。
【００８１】
あるいはまた、デフォルトで、高周波数／スペックルがもとの画像から取られてもよく、ユーザーが、完全なオリジナルと適応ビームフォーミングされた画像とを組み合わせるか、あるいはそれらの低い空間周波数／構造成分のみを組み合わせるかの選択を与えられてもよい。すなわち、たとえば下記に示す二つの動作の間でユーザーが選択できるようにするチェックボックスまたはボタンがユーザー・インターフェース３８に設けられてもよい。この場合、調整パラメータα／γは、ユーザー・インターフェース上のダイヤルまたはスライダーによって制御されうる。
If＝αIO＋(1−α)IA          （完全な組み合わせ）
If＝γAO＋(1−γ)AA＋DO    （低周波数帯域のみの組み合わせ）
【００８２】
初期化時に、超音波システムはあらかじめ決定された重み付けのデータベースにアクセスしうる。すると、ユーザーは、あらかじめ決定された重み付けを、ユーザー・インターフェースによって選択しうる。データベースはメモリなどに内部的に記憶されていてもよく、あるいはインターネットを介してアクセス可能なサーバー上など外部に記憶されてもよい。
【００８３】
あらかじめ決定された重み付けは、経験のあるユーザーからの手作業で決定された重み付けを含んでいてもよい。これは、所与の撮像シナリオにおいて最適な画像品質を生成する。さらに、超音波システムは現在の撮像シナリオを画像内容に基づいて検出し、同様の撮像シナリオにおいて使用された最適化された重み付けに基づいて、現在の重み付けを動的に適応させてもよい。これは、手作業で最適化された事例における入力信号と出力重み付けとの間の関係を決定し、この関係を使って、現在の入力信号のための重み付けを決定することによって実行されてもよい。換言すれば、超音波システムは、画像の内容に基づいて重み付けを適応させてもよく、それにより、経験の浅いユーザーにとってシステムの使いやすさをさらに高められる。この機能は、ユーザー・インターフェースを介して、たとえばボタンまたはチェックボックスを介して、ユーザーによってアクティブ化または非アクティブ化されてもよい。
【００８４】
上記で論じたように、実施形態は、データ処理ステップを実行するためのコントローラを利用する。
【００８５】
コントローラは、必要とされるさまざまな機能を実行するために、ソフトウェアおよび／またはハードウェアを用いる数多くの仕方で実装できる。プロセッサは、必要とされる機能を実行するようソフトウェア（たとえばマイクロコード）を使ってプログラムされうる一つまたは複数のマイクロプロセッサを用いるコントローラの例である。しかしながら、コントローラは、プロセッサを用いても用いなくても実装でき、いくつかの機能を実行するための専用ハードウェアと他の機能を実行するためのプロセッサ（たとえば一つまたは複数のプログラムされたマイクロプロセッサおよび付随する回路）との組み合わせとして実装されてもよい。
【００８６】
本開示のさまざまな実施形態において用いられうるコントローラ・コンポーネントの例は、これに限られないが、通常のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ASIC）およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）を含む。
【００８７】
さまざまな実装において、プロセッサまたはコントローラには、一つまたは複数の記憶媒体、たとえば揮発性および不揮発性コンピュータ・メモリ、たとえばRAM、PROM、EPROMおよびEEPROMが付随していてもよい。記憶媒体は、一つまたは複数のプロセッサおよび／またはコントローラ上で実行されたときに必要とされる機能を実行する一つまたは複数のプログラムをエンコードされていてもよい。さまざまな記憶媒体はプロセッサまたはコントローラ内に固定されていてもよく、記憶されている前記一つまたは複数のプログラムがプロセッサまたはコントローラ中にロードされることができるよう移転可能であってもよい。
【００８８】
開示される実施形態に対する他の変形が、特許請求される発明を実施する際に当業者によって、図面、本開示および付属の請求項の吟味から、理解され、実施されることができる。請求項において、単語「有する／含む」は他の要素やステップを排除するものではなく、単数表現は複数を排除するものではない。ある種の施策が互いに異なる従属請求項において記載されているというだけの事実が、これらの施策の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。請求項に参照符号があったとしても、範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【図１】
2020519342.tif 000003
【図２】
2020519342.tif 000004
【図３】
2020519342.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月12日(2019.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合超音波画像の生成を制御する方法であって：
第一の超音波画像を取得する段階と；
前記第一の超音波画像に適応ビームフォーミングを適用して、それにより第二の超音波画像を生成する段階と；
前記第一および第二の超音波画像に基づいて、少なくとも一つの重み付け成分を含む重み付けを決定する段階と；
前記第一および第二の超音波画像ならびに前記少なくとも一つの重み付け成分に基づいて、前記複合超音波画像を生成する段階とを含み、
前記少なくとも一つの重み付け成分と、前記複合超音波画像の生成とは深さ依存である、
方法。
【請求項２】
前記複合超音波画像を生成する段階は：
前記第一の超音波画像に第一の重み付け成分を適用し；
前記第二の超音波画像に第二の重み付け成分を適用し；
重み付けされた第一および第二の超音波画像を加算して、それにより前記複合超音波画像を生成することを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第一および第二の重み付け成分は、第一の調整パラメータに依存する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
当該方法はさらに：
前記第一および第二の超音波画像に低域通過フィルタまたはスペックル平滑化フィルタを適用し、それにより第一の画像近似および第二の画像近似を生成し；
前記第一の画像近似および前記第一の超音波画像に基づいて第一の詳細画像を生成し；
前記第二の画像近似および前記第二の超音波画像に基づいて第二の詳細画像を生成することを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第一および第二の詳細画像の生成は：
前記第一の超音波画像から前記第一の画像近似を減算し、それにより前記第一の詳細画像を生成し；
前記第二の超音波画像から前記第二の画像近似を減算し、それにより前記第二の詳細画像を生成することを含む、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記複合超音波画像の生成は：
前記第一の画像近似に第三の重み付け成分を適用し；
前記第二の画像近似に第四の重み付け成分を適用し；
前記第一の詳細画像に第五の重み付け成分を適用し；
前記第二の詳細画像に第六の重み付け成分を適用し；
重み付けされた第一および第二の詳細画像および第一および第二の画像近似を加算し、それにより前記複合超音波画像を生成することを含む、
請求項４または５記載の方法。
【請求項７】
前記第三および第四の重み付け成分は第二の調整パラメータに依存し、前記第五および第六の重み付け成分は第三の調整パラメータに依存する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
コンピュータ上で実行されたときに請求項１ないし７のうちいずれか一項記載の方法を実装するよう適応されているコンピュータ・プログラム・コード手段を有するコンピュータ・プログラム。
【請求項９】
複合超音波画像の生成を制御するコントローラであって：
第一の超音波画像を取得する段階と；
前記第一の超音波画像に適応ビームフォーミングを適用して、それにより第二の超音波画像を生成する段階と；
前記第一および第二の超音波画像に基づいて、少なくとも一つの重み付け成分を含む重み付けを決定する段階であって、前記少なくとも一つの重み付け成分は深さ依存である、段階と；
前記第一および第二の超音波画像ならびに前記少なくとも一つの重み付け成分に基づいて、前記複合超音波画像を生成する段階とを実行するよう適応されている、
コントローラ。
【請求項１０】
超音波信号を送出および受信できる超音波トランスデューサ・アレイと；
受信された超音波信号を超音波画像にまとめる信号プロセッサと；
請求項９記載のコントローラと；
前記コントローラと通信するユーザー・インターフェースと；
前記複合超音波画像を出力するための画像出力装置とを有する、
超音波システム。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記ユーザー・インターフェースにおけるユーザー入力に基づいて前記重み付けを変更するよう適応される、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラは、異なる深さにおける異なる重み付け成分を、前記ユーザー・インターフェースにおけるユーザー入力に基づいて制御するようさらに適応される、請求項１０または１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記ユーザー・インターフェースはダイヤルまたはスライダーを有する、請求項１０ないし１２のうちいずれか一項記載のシステム。
【請求項１４】
前記コントローラは、複数のあらかじめ決定された重み付けから、あるあらかじめ決定された重み付けを取得するよう適応される、請求項１０ないし１３のうちいずれか一項記載のシステム。
【国際調査報告】
2020519342.tif 000006
2020519342.tif 000007