(57)【要約】超音波診断撮像システムは、複数の送信イベントに応答して生成されたエコー信号の受信ビームを収集する。受信ビームから送信イベント位置における差を考慮に入れるために、受信ビームは再合焦を用いて組み合わされる。再合焦における遅延および重みは、反響アーチファクトについて補正する遅延および重みを用いて補足される。受信エコー信号は、汎用アーチファクトの存在を検出するために処理され、反響信号成分の、画像フィールド内の仮想点源までのシミュレートされた伝送が計算される。このシミュレーションは、反響信号補償のために使われる遅延および重みまたは推定反響信号を生成し、これが、反響アーチファクトを低減するために受信エコー信号から減算されることができる。
2020519346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波画像における反響信号アーチファクトを軽減する方法であって：
反響信号アーチファクトを含む超音波エコー信号を受領し；
前記超音波エコー信号における反響信号成分の存在を、包絡検出された超音波信号の振幅から検出し；
反響信号補正のための時間遅延および振幅を、反響信号の仮想点源までの伝達のシミュレーションから推定し；
組み合わされたAラインにおける反響信号成分を減らすよう、推定された時間遅延および振幅を使って、前記超音波エコー信号の複数のAラインを組み合わせ；
組み合わされたAラインを使って超音波画像を形成することを含む、
方法。
【請求項２】
超音波エコー信号を受領することがさらに、複数の送信イベントを送信し、各送信ビームに応答して複数のマルチラインを受信することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
複数のAラインを組み合わせることがさらに、複数の送信イベントからの複数のマルチラインを組み合わせることを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
複数のマルチラインを組み合わせることがさらに、複数のマルチラインを、該マルチラインを互いに関して再合焦する時間遅延を使って組み合わせることを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
反響信号の存在を検出することがさらに、受信された超音波エコー信号を包絡検出によって処理することを含み、
反響信号の存在を検出することがさらに、ある閾値より大きく、かつ周囲のピクセルより少なくとも2標準偏差大きい超音波信号ピクセル振幅を識別することを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記仮想点源が、送信されたまたは受信された超音波ビームの焦点深さに位置されている、請求項１記載の方法。
【請求項７】
反響信号補正のための時間遅延および振幅を推定することがさらに、受領されたエコー信号から反響信号成分を推定することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記仮想点源が、送信されたまたは受信された超音波ビームの焦点深さに位置されており、
前記時間遅延および振幅が、前記仮想点源におけるシミュレートされた反響信号成分の到着時間および振幅からの推定値である、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
反響信号成分を減らすよう、推定された時間遅延および振幅を使って、前記超音波エコー信号の複数のAラインを組み合わせることがさらに、推定された反響信号成分を受領された超音波エコー信号から減算することを含む、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
複数のAラインを組み合わせることがさらに、反響アーチファクトを含むAラインを推定するための再合焦遅延を使って複数のAラインを組み合わせることを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
超音波画像における反響信号アーチファクトを軽減するための診断超音波システムであって：
反響信号アーチファクトを含む複数の受信された超音波エコー信号を少なくとも部分的にビームフォーミングすることによって複数のAラインを提供するよう構成されたマルチライン・プロセッサ（１１０ａ…１１０ｎ）と；
前記複数のAラインに応答し、各Aラインの包絡を検出するよう構成された包絡検出器であって、各包絡検出は包絡振幅検出を含む、包絡検出器と；
前記包絡検出器に結合され、前記超音波エコー信号における反響信号成分の存在を、前記包絡の振幅から検出し、反響信号補正のための時間遅延および振幅を、今の反響信号の仮想点源までの伝達のシミュレーションから推定するよう構成された反響信号プロセッサとを有する、
診断超音波システム。
【請求項１２】
前記マルチライン・プロセッサおよび前記反響信号プロセッサに結合され、組み合わされたAラインにおける反響信号成分を減らすよう、推定された時間遅延および振幅を使って、前記超音波エコー信号の複数のAラインを組み合わせるよう構成された結合器と；
組み合わされたAラインを使って超音波画像を形成するよう構成された画像プロセッサとをさらに有する、
請求項１１記載の診断超音波システム。
【請求項１３】
前記反響信号プロセッサが、反響信号補正のための時間遅延および振幅を推定することを、反響信号の、アレイ・トランスデューサから仮想点源までの伝達をシミュレートすることによって行なうよう構成されている、請求項１１記載の診断超音波システム。
【請求項１４】
前記反響信号プロセッサが、反響信号補正のための時間遅延および振幅を推定することを、合焦送信信号行列および送信‐受信変換行列との積をさらに計算することによって行なうよう構成されている、請求項１１記載の診断超音波システム。
【請求項１５】
前記反響信号プロセッサが、反響信号補正のための時間遅延および振幅を推定することを、複素反響波面行列の逆フーリエ変換をさらに計算することによって行なうよう構成されている、請求項１４記載の診断超音波システム。
【請求項１６】
前記画像プロセッサが、超音波画像を形成することを、送信ビームの軸の関数として再合焦された複数のマルチラインから画像を形成することによって行なうよう構成されている、請求項１２記載の診断超音波システム。
【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62/504,681号の利益および優先権を主張するものである。同出願の内容はここに参照によってその全体において組み込まれる。
【０００２】
技術分野
本発明は、医用診断超音波システムに、特に超音波画像における反響エコーに起因する画像アーチファクトを軽減または打ち消す超音波システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
医用超音波画像は、さまざまな源から発する画像アーチファクトで汚染されることがある。満足のいかない信号対雑音比があるときに生じうる単純なノイズ・アーチファクトに加え、他のアーチファクトは超音波の現象に固有である。スペックル・アーチファクトは、超音波信号のコヒーレントな性質のために生じる。画像における穏やかな透かしのように見えることがあるこれらのアーチファクトは、周波数複合（frequency  compounding）および空間的複合（spatial  compounding）のような信号処理技法によって軽減されることができる。収差アーチファクトは、トランスデューサへのおよびトランスデューサからの超音波経路における異なる組織および物質を通る音速の差に起因して生じることがあり、ビームフォーミング・プロセスにおける遅延補償によって軽減できる。超音波に固有のもう一つの画像アーチファクトは反響アーチファクトである。反響が生じるのは、送信された超音波が、画像領域の近距離フィールドにある強い反射体によって反射され、トランスデューサの面に戻り、その面が反射体として作用して、戻ってきた波を再び外向きにはね返し、それによりエコー受信の間に画像フィールドに第二の外向きの波を導入するときである。この反響した波自身のエコーも返され、それが送信波からの戻りエコーと混ざり合う。反響エコーは送信波からの戻りエコーより低レベルだが、それでも主要な所望される画像に重畳される部分的なファントム像を生じるのに十分な振幅になることがよくある。
【０００４】
米国特許第6,905,465号（Anglesen  et  al.）は、二回送信することによって超音波撮像における反響収差を補正する技法を記載している。二回送信の一度は反響信号アーチファクトについての戻り信号をサンプリングするためであり、二度目は反響の効果を軽減するよう送信が調整される。しかしながら、この手法は二つの送信イベントを必要とし、そのことは画像データを取得するのに要する時間を増し、よって表示のフレーム・レートを下げる。
【特許文献１】米国特許第6,905,465号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、表示フレーム・レートを下げる複数回送信の必要なしに超音波画像から反響アーチファクトを望ましく軽減または解消することをねらいとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の原理によれば、超音波画像における反響アーチファクトの出現を減らす診断超音波システムおよび方法が記述される。本方法およびシステムは、まずエコー信号データの集合に対して作用することによって超音波画像データにおける反響アーチファクトの存在および位置を検出することによって機能する。反響アーチファクトを生じる、受信エコー信号データの信号成分が、好ましくは後ろ向き動的送信合焦（retrospective  dynamic  transmit  focusing）の原理を使って、推定される。推定された反響信号が実際の受信信号から減算される、または相殺する位相および重み調整がビームフォーミング・プロセスにおいて使用されて、超音波画像を生成するために使われる画像データから反響アーチファクトを軽減または解消する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ａ〜ｅは、超音波画像における反響アーチファクトの現象を示す。
【図２】本発明の原理に基づいて構築された超音波システムをブロック図の形で示す。
【図３】後ろ向き動的送信合焦の原理を示す。
【図４】ａ〜ｃは、反響アーチファクト信号の推定において、仮想点源に分解された複素波面のシミュレーションを示す。
【図５】図２の反響信号プロセッサによって実行される反響信号検出および処理を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１のａ〜ｅの図は、超音波撮像における反響アーチファクトの問題を示している。図１ａでは、トランスデューサ・アレイ１０４が標的解剖構造１０のほうに超音波エネルギーの平面波２０を送信しているところが示されている。トランスデューサと標的との間の経路にはいくつかの鏡面反射体１２があり、これらは送信された超音波エネルギーの一部をトランスデューサのほうに戻るように反射する。これらの反射体は、異なる組織、肋骨もしくは頭蓋のような骨、空気腔または有意な音響インピーダンス不連続を呈する他の構造でありうる。図１ｂは、反射体１２からトランスデューサのほうに反射されるエコーを示している。図１ｃでは、エコー２２はトランスデューサ・アレイ１０４の面で反射されて、今度は、反射体１２によって以前に返されたものをミラーする二次（反響）エネルギー波２２’が画像フィールドを通じて外向きに伝搬する。その間、もとの送信波は標的解剖構造１０から反射され、それからのエコーが波面２４によって示されるように、トランスデューサ・アレイに戻ってくるところである。反響エネルギー２２’が反射体１２に到達すると、そのエネルギーの一部がもう一度トランスデューサのほうに反射される。二次反響エコーは図１ｄにおいて２６においてトランスデューサ・アレイに戻ってくるところが示されている。二次反響エコーはそこで標的解剖構造から戻ってくるエコーと混ざり合う。これら異なるエコーによって生成される画像が図１ｅにおいてスクリーン１２４に示されている。画像の左側の鏡面反射体１２の鮮鋭な画像は、反射体から返されたエコー２２の第一の集合の受信から構築される。標的領域１０の画像は、標的解剖構造によって返されるエコー２４の受信から構築される。だが、標的解剖構造は反射体１２によって二度目に返される反響エコーのアーチファクトによって部分的に隠蔽される。該二度目に返される反響エコーは、標的解剖構造からの戻りエコーと混ざり合わさる原因となる進行時間のため、この例において標的解剖構造の画像に重なる再構成されたファントム画像を生じる。本発明の目的は、反響エコーを検出し、画像再構成におけるその効果を打ち消すが、アレイ・トランスデューサによる追加的な「問い合わせ」送信を使うことなくそれを行なうということである。追加的な「問い合わせ」送信は、画像の表示のフレーム・レートを下げるという望ましくない効果をもつことになるであろう。
【０００９】
図２は、本発明の原理に基づいて構築された超音波撮像システムをブロック図の形で示している。超音波プローブ１０２は、トランスデューサ素子のトランスデューサ・アレイ１０４を含む。トランスデューサ素子の選択された群が送信ビームフォーマー１０６によって、それぞれ位相遅延された時点で作動させられ、アレイに添った所望される起点（単数または複数）から、所望される方向にある選択された合焦領域に操向および合焦されるビームを送信する。送信ビームフォーマーは、送受切り換えスイッチによってトランスデューサ素子に結合される。送受切り換えスイッチは、印加される高電圧の送信パルスから受信器入力を保護するクロスポイント・スイッチを有していてもよい。各送信ビームに応答してアレイ１０４の各トランスデューサ素子によって受信されるエコーは、マルチライン・プロセッサ１１０ａ〜１１０ｎの入力に加えられる。各マルチライン・プロセッサは受信ビームフォーマーを有しており、これは独自の遅延の集合および望むならアレイ素子からの受信エコーに重み付けするアポダイゼーション重みを適用して、同じ送信ビームから異なる仕方で操向および合焦された受信ビームを形成する。マルチライン・プロセッサ１１０ａ〜１１０ｎのための好適なマルチライン・ビームフォーマーはたとえば米国特許出願公開第6,695,783号（Henderson  et  al.）および米国特許第5,318,033号（Savord）に記載されている。マルチライン・プロセッサ１１０ａ〜１１０ｎのスキャンライン出力はライン蓄積部１１２に結合される。ライン蓄積部１１２は、少なくとも表示データのスキャンラインを形成するために必要とされるマルチライン全部が取得されるまで、受信されたマルチラインを蓄積していく。
【００１０】
受信されたマルチラインは、結合器９０によって組み合わせられる。結合器９０は受信信号を、そのスキャン変換前に処理することを実行する。結合器は、乗算器１１６、重み付け回路１１４、遅延１１８および加算器１２０のようないくつかのユニットを有していてもよい。表示データの特定のラインを形成するために使われる一群のマルチラインがそれぞれの乗算器１１６ａ〜１１６ｎに適用されて、対応するスキャンライン位置のための表示データを生成する。各ラインからのエコー・データは、望むなら、アポダイゼーション重み１１４ａ〜１１４ｎによって重み付けされてもよい。一般に、これらの重みは、各ラインに、その往復インパルス応答の関数として重み付けする。好適な重み付けアルゴリズムは、項amplitude(x,y)を画像フィールドにおける位置(x,y)の点の、送信波面による照射振幅であり、方位角位置x＝0が送信ビームの中心軸に対応するとして導出できる。Xが送信ビーム軸に関する受信マルチラインの方位角であるとする。深さYにおける画像の点を形成するためにこの受信マルチラインに適用される重みは：
Weight(X,Y)＝amplitude(X,Y)
である。適切な遅延特性の決定のために、propagation_time(x,y)が、送信波面が位置(x,y)の点に到達するために必要とされる伝搬時間であり、方位角x＝0がやはり送信ビームの中心軸に対応するとする。Xが送信ビーム軸に関する受信ラインの方位角であるとする。深さYにおける画像の点を形成するためにこの受信マルチラインに適用される遅延は：
Delay(X,Y)＝propagation_time(X,Y)−propagation_time(0,Y)
である。ここで、
propagation_time(0,Y)は、同じ深さだが軸上にある点に到達する時間である。
【００１１】
関数amplitude(X,Y)およびpropagation_time(X,Y)はたとえば、送信フィールドのシミュレーションから得ることができる。伝搬時間を計算するための適切な仕方は、いくつかの周波数での単色シミュレーションからのフィールドの位相遅延を使うことである。振幅は、いくつかの周波数におけるフィールドの振幅を平均することによって計算されてもよい。さらに、深さ依存の正規化が重みに適用されることができる。これは、所与の深さにおけるすべての重みに共通の因子を乗算する。たとえば、正規化は、スペックル領域が深さに関して一様な明るさをもつよう選ばれることができる。重みを深さの関数として変化させることにより、開口のサイズおよび形状（アポダイゼーション）を深さとともに変化させることが可能である。
【００１２】
振幅および伝搬時間は、システムにおいて使用される厳密な送信特性のシミュレーションから導出される必要はない。設計者は、たとえば、異なる開口サイズまたは異なるアポダイゼーションを使うことを選んでもよい。
【００１３】
各ラインからのエコーは、乗算器１１６ａ〜１１６ｎによって重み付けされ、遅延線１１８ａ〜１１８ｎによって遅延させられる。一般に、これらの遅延は、上記で示したように、受信ライン位置に対する送信ビーム中心の位置に関係する。遅延は、送信‐受信ビーム位置の組み合わせが異なる諸マルチラインについて、ラインごとに存在する位相シフト変動を等化するために使われる。それにより、異なる送信開口から組み合わされた信号の位相差によって信号打ち消しが引き起こされることはない。
【００１４】
デジタル・システムでは遅延線は、重み付けされたマルチライン・エコー・データをメモリに記憶し、必要な遅延を実施する後の時刻にデータを読み出すことによって実施されてもよい。異なる長さのシフト・レジスタおよびクロック信号がデジタル遅延を実施するために使われてもよく、あるいは先述した米国特許第6,695,783号に記載されるような補間ビームフォーマーが使われてもよい。遅延された信号は、加算器１２０によって組み合わされ、結果として得られる信号は画像プロセッサ１２２に結合される。画像プロセッサは、表示される画像を改善するためにスキャン変換または他の処理を実行してもよい。結果として得られる画像は画像ディスプレイ１２４に表示される。
【００１５】
図５のシステムでは、遅延線１１８および加算器１２０が、所与の方向に相互整列されているいくつかの受信マルチラインから受領される信号の再合焦を実施する。再合焦は、各マルチラインについて異なる送信ビーム位置を使うことから帰結する位相差について調整する。重み１１４は、それらのマルチラインの寄与に重み付けする。重み付けは送信ビームのマルチライン位置への近接性に関係し、より高い信号対雑音比をもつ受信ビームに対してより高い重みを与える。その結果、各受信ラインに沿った拡大されたフィールド深さと、各受信ライン方向における複数のサンプリングの組み合わせによる、向上した侵入（改善された信号対雑音比）とが得られる。
【００１６】
相互整列された受信マルチラインのこの再合焦は、図３を参照して説明されるような、後ろ向き動的送信合焦効果をも引き起こす。この図では、四つの送信ビーム３４がトランスデューサ・アレイ１０４によって送信され、送信イベントはTx1、Tx2、Tx3、Tx4と称される。各送信ビームは画像フィールドにおいて異なる方向に送信される；この例では、送信および受信ビームは平行であり、よって各送信ビームは、トランスデューサ・アレイに沿った異なる位置（x次元）から発する。各送信のエネルギーは、砂時計形の線３０によって概括的に示される、矢印３２によって示される焦点に収束する送信ビーム・プロファイルをもつ。このように、各送信ビームは、アレイのうちそれ自身の送信部分開口によって生成される。各送信に続いて、送信ラインと共位置の受信ラインが受信され、ビームフォーミングされ、追加的な受信ビーム４０が、毎回アレイに沿って同じ位置（x方向）において、アレイ・トランスデューサによって受信される。各受信ビーム４０上で、二つのエコー信号位置が、同じ深さyの円（一方は浅い深さ、他方はより深い深さ）でマークされている。第一の送信イベントTx1についての受信ビームは４２に示されている。第一の送信イベントについて、受信ビーム４０は送信ビーム３４の右にオフセットされていることがわかり、ビーム形成において距離と時間は等価なので、円を付けたエコー信号位置から受信されるエコーは、ビームフォーミング後に受信ビーム４２上に示されるように位置される。
【００１７】
Tx2の第二の送信‐受信サイクルでは、送信ビーム３４は、横方向に、受信ビーム４０のより近くになっている。この、より小さなオフセットの結果、第二の受信ビーム４２’上に示されるように、二つの円を付けたエコー信号位置は受信ビームの焦点の、より近くに位置される。Tx3の第三の送信‐受信サイクルでは、送信ビームは、横方向に、受信ビーム４０の右に、Tx2サイクルと同じ横方向距離離れて位置される。円を付けたエコー信号位置のエコーは、受信ビーム４２”上の信号によって示されるように位置される。Tx4の第四の送信‐受信サイクルでは、送信ビームは、受信ビーム中心のさらに右に、最初のTx1サイクルの場合と同じ距離オフセットされて位置される。円を付けたエコー信号位置のエコーは、受信ビーム４２’’’上の信号によって示されるように、受信ビーム焦点からより大きな距離離れて位置される。円を付けた各信号位置における変動は、四つの受信ビーム４２、４２’、４２”、４２’’’を横断して描かれている曲線４４および４６によって表わされてもよい。この変動は、受信マルチラインを組み合わせる前にそれぞれの受信マルチラインに遅延補正を適用することによる後ろ向き動的送信再合焦において補正される。例示的な遅延曲線プロファイルはたとえば米国特許第8,137,272号（Cooley  et  al.）に示されている。この補償遅延が図２の遅延線１１８ａ〜１１８ｎによって適用されるとき、円を付けたエコー位置はみな、円を付けた深さ４５および４７によって示されるように、マルチライン４２〜４２’’’に沿った同じそれぞれの深さのところに再現される。これらが対応する受信ライン深さにあることは、まっすぐなカーブ５４および５６によって示される。すると、四つの補正されたマルチラインは、送信ラインから受信ラインへのオフセットに対応する重み付けと組み合わされて、組み合わされたエコー信号５２および５８をもつ最終的な表示スキャンライン５０を生じる。
【００１８】
本発明の原理によれば、図２の超音波システムはさらに、反響信号プロセッサ１００を含む。反響信号プロセッサの目的は、画像フィールドから受信されたエコー信号における反響信号アーチファクトの存在を識別し、次いで、受信された反響信号成分を送信ビーム焦点に位置する仮想点源まで逆にたどる時間反転のプロセスを通じて、本当に送信され受信されたとしたら前記反響信号を生成するために使用されるであろう位相付けおよび重み付けを推定することである。だが、追加的な送信および受信は用いられない。その代わり、推定された位相および重みは、後ろ向き動的送信再合焦において使用される位相および重みを補足するために使われ、それにより撮像のために使われる受信エコー信号における反響信号アーチファクトについての打ち消し信号を得る。
【００１９】
このプロセスは、受信されたエコー信号における反響信号アーチファクトの存在を検出することによって始まる。これは、受信されたマルチラインの包絡検出された信号に対して作用することによってなされる。図２の実装において、マルチライン・プロセッサによって生成される初期ビームフォーミングされた信号は、包絡検出器９２によって包絡検出される。反響の源である強い反射体は、近距離フィールドにありトランスデューサに近い任意の画像ピクセルp(x,y)、たとえば画像の第一の半分（すなわちy≦ymax/2）内のピクセルとして定義されることができる。ここでyは画像深さを示す。この強い反射体からの受信信号は、強度範囲の閾値より大きい、たとえば最大ピクセル強度の少なくとも80%である値をもつべきでもある。たとえば、ピクセル値範囲が0から255であれば、80%の閾値は204であろう。これは、反響を引き起こす信号を含むと疑われるいかなるピクセルも実質的に大きな振幅をもつことを確実にする。疑われるピクセルの強度値は、全体的な増大した画像利得が高い強度を引き起こしているのではないことを確実にするために、近傍ピクセルからなる関心領域の平均強度より少なくとも2標準偏差大きいべきである。ひとたびこれらの明るい、高強度のピクセルが画像信号内で識別されたら、強いエコーを見出すために、これらの高強度点に対応するビームフォーミングされたr.f.ライン（Aライン）が調査される。この例では、ビームフォーミングされたAラインが検出されたマルチライン信号であり、ピクセル位置p(x,y)はAi(t)における信号に対応する。ここで、Aiはi番目のAラインである。線形のアレイ幾何については、画像深さyは、エコーが生じる時間（te）に直接関係し、y＝c0te/2となる。ここで、c0は撮像媒質中での音速であり、ライン番号iはpの横方向のx位置に最も近い超音波ビームである。これは、i＝((x−x1)/Δx)＋1の整数値として表現されうる。ここで、x1は最初のAラインの横方向位置であり、Δxは二つの相続くAラインの間の距離である。ビームが角度的に分散され、空間的に同じ頂点位置から発する扇形スキャン幾何については、まずスキャン変換が反転される必要がある。(x0,y0)によって与えられるスキャン原点に関する深さrは、エコーの信号時間に
【数１】
2020519346.tif 000003
と関係付けられ、iはi＝[(tan((x−x0)/(y−y0))−θ1)/Δθ]＋1の整数値である。ここで、θ1は最初のAラインの角度であり、Δθは二つの相続くAラインの間の角度である。Aj(t)のまわりのrf信号の包絡が計算されて、包絡がピーク振幅の半分まで下がるまでのAj(t)のピークのまわりの信号を見出す。これらの特性をもつエコーは、二次送信のエコーとして識別される。つまり、反響アーチファクトである。
【００２０】
Sij(t)がj番目の送信（Txj）後のi番目の受信器素子での受信信号を示すとする。Ajは、図２のマルチライン・プロセッサ１１０ａ〜１１０ｎによって示される、アレイのすべての受信素子について、信号sijをビームフォーミングすることによって得られる。Ajを構築するために使われるビームフォーミング遅延は、受信信号を識別するために使われる。受信器iからの信号がφだけ遅延され、エコー時間がteとして計算される場合にte＋φのまわりの信号が反響の原因である。この目的のために、図２に示されるように、プローブからの未処理のエコー・データと反響信号プロセッサとの間に直接通信がある。ビームフォーミング遅延はリアルタイムでマルチライン・プロセッサから読まれることができ、あるいはまた、マルチライン・プロセッサにおいて使用されている同じ遅延が反響信号プロセッサに事前ロードされることもできる。信号の検出された包絡から、ピークte＋φの両側の信号が、振幅が最大振幅の半分に下がるまで調べられる。このエコー位置および信号レベルは反響（reverberation）除去処理のために保存される。これらの信号は以後、srev(t)と称される。すべての受信素子からの信号srevij(t)が、j番目の送信後にトランスデューサ表面から反射される反響波面を定義する。それを反射する解剖学的表面が平坦であることはめったにないので、この波面は一般に複雑である（非平面状、非収束、非一様なアポダイゼーション）。
【００２１】
次に、反響信号プロセッサは、該複雑な波面を、信号経路のトランスデューサ側からの入力として使って、反響波伝搬のシミュレーションを実行する。シミュレートされる波２２’は、扇形幾何について図４のａ、ｂに示されるように、トランスデューサ・アレイ１０４からビームの焦点１３０に向かって外向きに伝搬させられ、波面はいくつかの仮想点源に分解される。伝搬させられた波面２２”の振幅および到着時間は、図４ｂに示されるビームの焦点１３０について計算される。これは、i番目の素子およびj番目の合焦された送信についての信号srevij(t)を使って送受信変換行列KTrRx(t)：
【数２】
2020519346.tif 000004
を構築することによってなされる。Mはトランスデューサ素子の数であり、Nは合焦された送信の数である。KTxRx行列の各列は、合焦された送信後の、要素ごとの受信反響信号データを表わす。同様に、合焦された送信行列Kfocus(t)は
【数３】
2020519346.tif 000005
として構築される。ここで、sij(t)は、N個の合焦された送信についてM個のトランスデューサ素子のそれぞれから送信される信号を表わす。この計算は、図２に示されるような、送信ビームフォーマー１０６と反響信号プロセッサとの間のデータ線によって容易にされる。この行列は、送信ビームフォーミングに関連付けられた遅延およびアポダイゼーション重みを含み、これらは反響信号プロセッサに事前ロードされることができる。これらの変換行列の両方は、時間次元におけるフーリエ変換後に周波数領域KtxRx(ω)およびKfocus(ω)で表わされることもできる。
【００２２】
反響信号の焦点（仮想源１３０）への伝搬をシミュレートするために、行列KTxRxの任意の列は、行列Kfocusを左から乗算されることができる。よって、
V(ω)＝Kfocus(ω)KtxRx(ω)
ここで、V(ω)は、NかけるN行列であり、その列は、反射反響エコーの、N個の仮想源１３０への分解を表わす。結果は、N個の要素の複素（位相および振幅）ベクトルである。この計算は、典型的には信号サンプリング周波数のナイキスト範囲に対応するn個の異なる周波数のフーリエ変換によって、各周波数ωについて繰り返されることができ、各送信イベントからの反響波面をその仮想源成分に分解する。V(ω)の逆フーリエ変換が実行されて、焦点における到着時間および波振幅に戻り、これらが、上記の後ろ向き動的送信合焦調整によって実行される補正において、仮想源についての遅延時間および重みのはたらきをする。図４のｃは、反響アーチファクトの補正のための仮想源点において必要とされる遅延時間を表わす遅延時間tdelayの関数として、位置決めし直された仮想源点１３０を示している。
【００２３】
ライン蓄積部１１２に蓄積された、個々の送信イベントTxjからの受信されたAラインが、標準的な後ろ向き動的送信合焦補正を適用した後に組み合わされ（加算され）、次式
【数４】
2020519346.tif 000006
における二次（反響）送信ArevのためのAラインを推定する。ここで上付きのHは行列のエルミート演算子を示す。この表式において、A(ω)は、フーリエ変換後のAライン行列表式の列ベクトルを示し、Arevは、その二次送信が実際に送信されたとした場合の、受信されビームフォーミングされたAラインに対する近似を示す。しかしながら、物理的なビーム送信は実際には行なわれず、反響アーチファクトの原因となる信号は、Arev(ω)の逆フーリエ変換によって近似的に計算される。あるいはまた、個々の送信からの、ビームフォーミングされたAラインではなく、チャネルごとのデータが、後ろ向き動的送信再合焦のために使われ、二次（反響）送信のための受信信号を推定するために計算された重みおよび遅延を組み込んで組み合わされる（加算される）。最後に、仮想二次送信の推定された反響エコー信号が、実際の受信信号から、減算：
【数５】
2020519346.tif 000007
によって消去される。補正されたAラインは逆フーリエ変換によって得られるAcorrected(ω)。反響打ち消しプロセスは周波数領域で示されてきたが、時間領域で実行されることもできる。時間遅延および重みの計算後、遅延はビットシフト技法を使って、ビームフォーミングされたAラインに適用されることができ、遅延されたAラインに重みが乗算されることができ、時間領域で加算を実行して、Arev(t)を得ることができる。最後に、A(t)からArev(t)が減算されてAcorrected(t)が得られる。
【００２４】
上記の処理および反響アーチファクト補正は、図５のフローチャートにおいて逐次的に示されている。ブロック７０は、N個の送信イベント（Tx#1、Tx#2、…、Tx#N）のシーケンスのBモード送信‐受信シーケンスを使って超音波画像を生成する方法を示している。そこからのエコー・データが、超音波画像を生成するために使われる。各送信イベントは、トランスデューサ・アレイ内の各素子（チャネル）によるエコー信号の受信につながる。このチャネルごとの（素子ごとの）データは、N個の送信イベントについて、Rcv#1、…、Rcv#Nとして示されている。各送信イベントからのエコー・データはAラインにビームフォーミングされ、A-L#1、…、A-L#Nを形成する。ステップ７２では、反響の原因となる強いエコーを識別するために、Rcv#1からのエコー・データのセットが解析される。この解析は、rf信号の包絡検出および閾値より大きく、かつ周囲のピクセルよりも数（たとえば2）標準偏差大きい振幅ピークの探索を含むことができる。ステップ７４では、トランスデューサから仮想点源１３０のほうへの、識別された反響信号波面の伝搬のシミュレーションが、上記で与えた信号行列の式、たとえばV(ω)を使って実行される。ステップ７６で示されるように、V(ω)の逆フーリエ変換が、焦点における到達時間および信号振幅を与え、それらが反響補正のための遅延時間および重みのはたらきをする。ステップ７８では、重みwiおよび遅延tiが、N回の送信からのビームフォーミングされたAラインA-L#1、…、A-L#Nに適用され、ステップ８０では、重み付けされ遅延されたAラインが加算されて、受信される反響信号を推定する（ステップ８２）。本方法はさらに、Aラインから反響信号を消去するステップ８４を含んでいてもよい。このプロセスは、Rcv#2のエコー・データ・セットについて繰り返され（ステップ８８）、そのデータ・セットから反響信号を消去し、すべてのデータ・セットが処理されたら、補正されたAラインを使って画像が形成されてもよい（ステップ８６）。
【００２５】
本発明の実装における使用に好適な超音波システム、特に図２の超音波システムのコンポーネント構造がハードウェア、ソフトウェアまたは両者の組み合わせで実装されうることが理解されるべきである。超音波システムのさまざまな実施形態および／またはコンポーネント、たとえばマルチライン・プロセッサ、重み付けおよび遅延回路、包絡検出器および反響信号プロセッサおよび画像プロセッサならびにそれらの中のコンポーネントおよびコントローラも、一つまたは複数のコンピュータまたはマイクロプロセッサの一部として実装されてもよい。コンピュータまたはプロセッサは、コンピューティング装置、入力装置、表示ユニットおよびたとえばインターネットにアクセスするためのインターフェースを含んでいてもよい。コンピュータまたはプロセッサは、マイクロプロセッサを含んでいてもよい。マイクロプロセッサは、たとえばトレーニング画像をインポートするためにPACSシステムまたはデータ・ネットワークにアクセスするために、通信バスに接続されてもよい。コンピュータまたはプロセッサはメモリを含んでいてもよい。ライン蓄積部１１２のようなメモリ・デバイスはランダムアクセスメモリ（RAM）および読み出し専用メモリ（ROM）を含んでいてもよい。コンピュータまたはプロセッサはさらに、記憶装置を含んでいてもよく、これはハードディスクドライブまたはリームバブル記憶ドライブ、たとえばフロッピーディスクドライブ、光ディスクドライブ、半導体サムドライブなどであってもよい。記憶デバイスは、コンピュータ・プログラムまたは他の命令をコンピュータまたはプロセッサにロードするための他の同様の手段であってもよい。
【００２６】
本稿の用法では、用語「コンピュータ」または「モジュール」または「プロセッサ」または「ワークステーション」は、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（RISC）、ASIC、論理回路および本稿に記載される機能を実行することのできる他の任意の回路もしくはプロセッサを含む、任意のプロセッサ・ベースのまたはマイクロプロセッサ・ベースのシステムを含んでいてもよい。上記の例は単に例示的であり、よって、いかなる仕方でもこれらの用語の定義および／または意味を限定することは意図されていない。
【００２７】
コンピュータまたはプロセッサは、入力データを処理するために、一つまたは複数の記憶要素に記憶された一組の命令のを実行する。記憶要素は、所望または必要に応じて、データまたは他の情報を記憶してもよい。記憶要素は、情報源または処理機械内の物理的なメモリ要素の形であってもよい。
【００２８】
上記のような超音波画像の取得および処理を制御するものを含む超音波システムの前記一組の命令は、処理機械としてのコンピュータまたはプロセッサに、本発明のさまざまな実施形態の方法およびプロセスのような特定の動作を実行するよう命令するさまざまなコマンドを含みうる。前記一組の命令は、ソフトウェア・プログラムの形であってもよい。ソフトウェアは、システム・ソフトウェアまたはアプリケーション・ソフトウェアのようなさまざまな形であってもよく、有体な、非一時的なコンピュータ可読媒体として埋め込まれてもよい。さらに、ソフトウェアは、上記の反響信号プロセッサのシミュレーションおよび式の処理を実行するものなど、別個のプログラムまたはモジュールの集合の形であってもよい。ソフトウェアは、オブジェクト指向プログラミングの形のモジュラー・プログラミングを含んでいてもよい。処理機械による入力データの処理は、操作者のコマンドに応答して、または前の処理の結果に応答して、または別の処理機械によってなされる要求に応答してでありうる。
【００２９】
さらに、下記の請求項の限定は、ミーンズプラスファンクション形式では書かれておらず、かかる請求項の限定が「するための手段」という句を、さらなる構造のない機能の陳述とともに明示的に使うのでない限り、米国法典第35、第112条第６項に基づいて解釈されることは意図されていない。
【図１ａ】
2020519346.tif 000008
【図１ｂ】
2020519346.tif 000009
【図１ｃ】
2020519346.tif 000010
【図１ｄ】
2020519346.tif 000011
【図１ｅ】
2020519346.tif 000012
【図２】
2020519346.tif 000013
【図３】
2020519346.tif 000014
【図４】
2020519346.tif 000015
【図５】
2020519346.tif 000016
【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】
超音波画像における反響信号アーチファクトを軽減する方法であって：
反響信号アーチファクトを含む超音波エコー信号を受領し；
前記超音波エコー信号を包絡検出によって処理し；
前記超音波エコー信号における反響信号成分の存在を、包絡検出された超音波信号の振幅から検出し；
反響信号補正のための時間遅延および振幅を、反響信号の仮想点源までの伝達のシミュレーションから推定し；
組み合わされたAラインにおける反響信号成分を減らすよう、推定された時間遅延および振幅を使って、前記超音波エコー信号の複数のAラインを組み合わせ；
組み合わされたAラインを使って超音波画像を形成することを含む、
方法。
【請求項２】
超音波エコー信号を受領することがさらに、複数の送信イベントを送信し、各送信ビームに応答して複数のマルチラインを受信することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
複数のAラインを組み合わせることがさらに、複数の送信イベントからの複数のマルチラインを組み合わせることを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
複数のマルチラインを組み合わせることがさらに、複数のマルチラインを、該マルチラインを互いに関して再合焦する時間遅延を使って組み合わせることを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
反響信号の存在を検出することがさらに、ある閾値より大きく、かつ周囲のピクセルより少なくとも2標準偏差大きい超音波信号ピクセル振幅を識別することを含む、
請求項１ないし４のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
前記仮想点源が、送信されたまたは受信された超音波ビームの焦点深さに位置されている、請求項１ないし５のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項７】
反響信号補正のための時間遅延および振幅を推定することがさらに、受領されたエコー信号から反響信号成分を推定することを含む、請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項８】
前記仮想点源が、送信されたまたは受信された超音波ビームの焦点深さに位置されており、
前記時間遅延および振幅が、前記仮想点源におけるシミュレートされた反響信号成分の到着時間および振幅からの推定値である、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
反響信号成分を減らすよう、推定された時間遅延および振幅を使って、前記超音波エコー信号の複数のAラインを組み合わせることがさらに、推定された反響信号成分を受領された超音波エコー信号から減算することを含む、請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
複数のAラインを組み合わせることがさらに、反響アーチファクトを含むAラインを推定するための再合焦遅延を使って複数のAラインを組み合わせることを含む、請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
超音波画像における反響信号アーチファクトを軽減するための診断超音波システムであって：
反響信号アーチファクトを含む複数の受信された超音波エコー信号を少なくとも部分的にビームフォーミングすることによって複数のAラインを提供するよう構成されたマルチライン・プロセッサと；
前記複数のAラインに応答し、各Aラインの包絡を検出するよう構成された包絡検出器であって、各包絡検出は包絡振幅検出を含む、包絡検出器と；
前記包絡検出器に結合され、前記超音波エコー信号における反響信号成分の存在を、前記包絡の振幅から検出し、反響信号補正のための時間遅延および振幅を、今の反響信号の仮想点源までの伝達のシミュレーションから推定するよう構成された反響信号プロセッサとを有する、
診断超音波システム。
【請求項１２】
前記マルチライン・プロセッサおよび前記反響信号プロセッサに結合され、組み合わされたAラインにおける反響信号成分を減らすよう、推定された時間遅延および振幅を使って、前記超音波エコー信号の複数のAラインを組み合わせるよう構成された結合器と；
組み合わされたAラインを使って超音波画像を形成するよう構成された画像プロセッサとをさらに有する、
請求項１１記載の診断超音波システム。
【請求項１３】
前記反響信号プロセッサが、反響信号補正のための時間遅延および振幅を推定することを、合焦送信信号行列および送信‐受信変換行列との積をさらに計算することによって行なうよう構成されている、請求項１１または１２記載の診断超音波システム。
【請求項１４】
前記反響信号プロセッサが、反響信号補正のための時間遅延および振幅を推定することを、複素反響波面行列の逆フーリエ変換をさらに計算することによって行なうよう構成されている、請求項１３記載の診断超音波システム。
【請求項１５】
前記画像プロセッサが、超音波画像を形成することを、送信ビームの軸の関数として再合焦された複数のマルチラインから画像を形成することによって行なうよう構成されている、請求項１２ないし１４のうちいずれか一項記載の診断超音波システム。
【国際調査報告】
2020519346.tif 000017
2020519346.tif 000018
2020519346.tif 000019