JP2002534188A - 閾値の調節による超音波カラー・フロー表示の最適化法 - Google Patents
閾値の調節による超音波カラー・フロー表示の最適化法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波カラー・フロー・イメージング・システムにおいてパワー及び速度の表示画像を最適化する。
【解決手段】 閾値信号を受け取り、カラー・フロー信号に応じたデータ・ワードの第１の組及び画像信号に応じたデータ・ワードの第２の組を記憶し、第２の組のデータ・ワードの少なくとも１つの特性に対応する特性値を決定し、該特性値に応答して前記閾値を変更し、該変更後の閾値と前記第１及び第２の組のデータ・ワードの値との間の所定の関係に応じて前記第１及び第２の組からデータ・ワードを選択し、該選択されたデータ・ワードに応答してカラー・フロー画像を表示する。
Description
【０００１】
本発明は一般的には、流体の流れ場の超音波カラー・フロー・ドプラ・イメー
ジングに関する。より具体的には、本発明は、このようなイメージングの表示を
改善する方法及び装置に関する。
ジングに関する。より具体的には、本発明は、このようなイメージングの表示を
改善する方法及び装置に関する。
【０００２】
ドプラ効果に基づいて血流を検出する超音波スキャナは周知である。これらの
システムは、超音波トランスデューサ・アレイを起動して、物体内に超音波を送
信すると共に、物体から後方散乱した超音波エコーを受信することにより動作す
る。血流特性の測定時には、帰投した超音波を周波数基準と比較して、血球等の
流動する散乱体によって帰投波に付与された周波数シフトを決定する。この周波
数シフトすなわち位相シフトが、血流の速度となる。血液の速度は、ファイアリ
ング(firing)からファイアリングにかけての位相シフトを特定のレンジ・ゲート
において測定することにより算出される。
システムは、超音波トランスデューサ・アレイを起動して、物体内に超音波を送
信すると共に、物体から後方散乱した超音波エコーを受信することにより動作す
る。血流特性の測定時には、帰投した超音波を周波数基準と比較して、血球等の
流動する散乱体によって帰投波に付与された周波数シフトを決定する。この周波
数シフトすなわち位相シフトが、血流の速度となる。血液の速度は、ファイアリ
ング(firing)からファイアリングにかけての位相シフトを特定のレンジ・ゲート
において測定することにより算出される。
【０００３】 後方散乱波の周波数の変化又はシフトは、血流がトランスデューサに向かって
流れてくるときには増大し、血液がトランスデューサから遠ざかって流れていく
ときには減少する。血液等の運動する物質の速度のカラー画像を白黒の解剖学的
構造のＢモード画像の上にスーパインポーズ（重ね合わせ表示）することにより
、カラー・フロー画像が形成される。典型的には、カラー・フロー・モードは、
何百もの隣接するサンプル空間を同時に表示し、これらのサンプル空間の全てが
Ｂモード画像の上に重ね合わされて、各々のサンプル空間の速度を表わすように
色符号化されている。
流れてくるときには増大し、血液がトランスデューサから遠ざかって流れていく
ときには減少する。血液等の運動する物質の速度のカラー画像を白黒の解剖学的
構造のＢモード画像の上にスーパインポーズ（重ね合わせ表示）することにより
、カラー・フロー画像が形成される。典型的には、カラー・フロー・モードは、
何百もの隣接するサンプル空間を同時に表示し、これらのサンプル空間の全てが
Ｂモード画像の上に重ね合わされて、各々のサンプル空間の速度を表わすように
色符号化されている。
【０００４】 典型的には、カラー・フロー・プロセッサは、血流速度、血流パワー及び血流
分散を推定する。典型的には、カラー・フロー・データを用いて表示スクリーン
上の関心領域の色を修正する。利用者は、表示に用いられるデータの形式を選択
する。典型的に利用可能なモードは、パワーのみのモード、速度のみのモード、
又は速度と分散とを組み合わせたモードである。
分散を推定する。典型的には、カラー・フロー・データを用いて表示スクリーン
上の関心領域の色を修正する。利用者は、表示に用いられるデータの形式を選択
する。典型的に利用可能なモードは、パワーのみのモード、速度のみのモード、
又は速度と分散とを組み合わせたモードである。
【０００５】
現状の超音波スキャナでは、様々なカラー・フロー表示パラメータは、利用者
による選択を不可能にした状態で固定されているか、又は何らかの特定の設定に
プリセットされて利用者が行動を起こした場合に１度に１つのパラメータのみを
変更し得るようになっているかのいずれかである。このことにより、任意の所与
の応用及び走査状況についての画質及び利用者生産性が制限されている。これら
の同じパラメータを全て同時に自動的に調節して、特定の走査状況についてカラ
ー・フロー表示に関連する画像を最適化し、これにより利用者生産性を高めるこ
とのできるスキャナが必要とされている。
による選択を不可能にした状態で固定されているか、又は何らかの特定の設定に
プリセットされて利用者が行動を起こした場合に１度に１つのパラメータのみを
変更し得るようになっているかのいずれかである。このことにより、任意の所与
の応用及び走査状況についての画質及び利用者生産性が制限されている。これら
の同じパラメータを全て同時に自動的に調節して、特定の走査状況についてカラ
ー・フロー表示に関連する画像を最適化し、これにより利用者生産性を高めるこ
とのできるスキャナが必要とされている。
【０００６】 カラー・フロー・パワー・モード及びカラー・フロー速度モードの動作におい
ては、公知の超音波スキャナはＢ／カラー優先順位閾値を設けており、この閾値
は、スキャナの利用者用コンソールのソフトキー・メニューから利用者が選択可
能になっている。この閾値は、利用者によって最大Ｂモード・グレイ・スケール
値の様々な百分率として設定することができる。カラー・モードの関心領域（Ｒ
ＯＩ）内の任意のピクセルについて、Ｂモード・ピクセル値が選択されたＢ／カ
ラー優先順位閾値を上回っている場合には、該ピクセルについてはＢモード値が
表示される。その他の場合には、存在していれば対応するカラー・ピクセル値が
表示される。しかしながら、実際のＢモード・データ最大値は、広い範囲にわた
って変動し得る。結果として、閾値はしばしば、最適とは言えないものとなる。
従って、実際のＢモード・データに従ってＢ／カラー優先順位閾値を自動的に調
節することが可能なカラー・フロー超音波スキャナが必要とされている。
ては、公知の超音波スキャナはＢ／カラー優先順位閾値を設けており、この閾値
は、スキャナの利用者用コンソールのソフトキー・メニューから利用者が選択可
能になっている。この閾値は、利用者によって最大Ｂモード・グレイ・スケール
値の様々な百分率として設定することができる。カラー・モードの関心領域（Ｒ
ＯＩ）内の任意のピクセルについて、Ｂモード・ピクセル値が選択されたＢ／カ
ラー優先順位閾値を上回っている場合には、該ピクセルについてはＢモード値が
表示される。その他の場合には、存在していれば対応するカラー・ピクセル値が
表示される。しかしながら、実際のＢモード・データ最大値は、広い範囲にわた
って変動し得る。結果として、閾値はしばしば、最適とは言えないものとなる。
従って、実際のＢモード・データに従ってＢ／カラー優先順位閾値を自動的に調
節することが可能なカラー・フロー超音波スキャナが必要とされている。
【０００７】
本発明は、被検体から後方散乱した超音波信号に応答してカラー・フロー信号
を発生すると共に、被検体から後方散乱した超音波信号の振幅に基づいて画像信
号を発生する超音波イメージング・システムに有用である。本発明のこの側面に
よれば、好ましくは利用者により操作される制御から閾値信号を受け取ることに
よりカラー・フロー信号に応答して画像を表示する。好ましくはディジタル・メ
モリ内に、カラー・フロー信号に応じたデータ・ワードの第１の組が記憶され、
画像信号に応じたデータ・ワードの第２の組が記憶される。データ・ワードの第
２の組の少なくとも１つの特性に対応する特性値が、好ましくは論理ユニットに
よって決定される。この特性値に応答して閾値が変更される。変更後の閾値と、
第１及び第２の組のデータ・ワードの値との間の所定の関係に応じて、好ましく
は論理ユニットによって、第１及び第２の組からデータ・ワードが選択される。
選択されたデータ・ワードに応答してカラー・フロー画像が表示される。
を発生すると共に、被検体から後方散乱した超音波信号の振幅に基づいて画像信
号を発生する超音波イメージング・システムに有用である。本発明のこの側面に
よれば、好ましくは利用者により操作される制御から閾値信号を受け取ることに
よりカラー・フロー信号に応答して画像を表示する。好ましくはディジタル・メ
モリ内に、カラー・フロー信号に応じたデータ・ワードの第１の組が記憶され、
画像信号に応じたデータ・ワードの第２の組が記憶される。データ・ワードの第
２の組の少なくとも１つの特性に対応する特性値が、好ましくは論理ユニットに
よって決定される。この特性値に応答して閾値が変更される。変更後の閾値と、
第１及び第２の組のデータ・ワードの値との間の所定の関係に応じて、好ましく
は論理ユニットによって、第１及び第２の組からデータ・ワードが選択される。
選択されたデータ・ワードに応答してカラー・フロー画像が表示される。
【０００８】 以上の手法を用いることにより、最適な視像形成のために超音波スキャナの表
示を自動的に調節することができる。
示を自動的に調節することができる。
【０００９】
図１を参照しながら述べると、カラー・フロー及びグレイ・スケール・イメー
ジング・システムの基本的な信号処理系は超音波トランスデューサ・アレイ２を
含んでおり、超音波トランスデューサ・アレイ２は起動されて、長さＰのトーン
・バーストで構成されているパルス系列を送信する。トーン・バーストは、典型
的にはキロヘルツの範囲にあるパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）で繰り返しファ
イアリングされる。このパルス系列は、バースト長Ｐを含めて、カラー・フロー
処理とＢモード処理とで異なっている。カラー・フロー・イメージングの場合に
は、Ｐは４周期〜８周期であり得、トーン・バーストは同じ送信特性で同じ送信
焦点位置に集束している。
ジング・システムの基本的な信号処理系は超音波トランスデューサ・アレイ２を
含んでおり、超音波トランスデューサ・アレイ２は起動されて、長さＰのトーン
・バーストで構成されているパルス系列を送信する。トーン・バーストは、典型
的にはキロヘルツの範囲にあるパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）で繰り返しファ
イアリングされる。このパルス系列は、バースト長Ｐを含めて、カラー・フロー
処理とＢモード処理とで異なっている。カラー・フロー・イメージングの場合に
は、Ｐは４周期〜８周期であり得、トーン・バーストは同じ送信特性で同じ送信
焦点位置に集束している。
【００１０】 同じ送信焦点位置に集束している一連のカラー・フロー送信ファイアリングを
「パケット」と呼ぶ。各々の送信ビームは、走査されている物体を通して伝播し
、物体内の超音波散乱体によって反射される。
「パケット」と呼ぶ。各々の送信ビームは、走査されている物体を通して伝播し
、物体内の超音波散乱体によって反射される。
【００１１】 帰投したＲＦ信号は、トランスデューサ素子によって検出されて、ビームフォ
ーマ４内に設けられているそれぞれの受信チャネルによって受信される。ビーム
フォーマは、遅延されたチャネル・データを加算して、ビーム加算された信号と
して出力し、この信号は復調器６によって同相及び直角位相（Ｉ／Ｑ）の信号成
分へ復調される。復調器６からのＢモードのＩ出力及びＱ出力は、グレイ・スケ
ールＢモード処理のために中間プロセッサ８Ｇへ送信され、復調器６からのカラ
ー・フローのＩ出力及びＱ出力は、カラー処理のために中間プロセッサ８Ｃへ送
信される。
ーマ４内に設けられているそれぞれの受信チャネルによって受信される。ビーム
フォーマは、遅延されたチャネル・データを加算して、ビーム加算された信号と
して出力し、この信号は復調器６によって同相及び直角位相（Ｉ／Ｑ）の信号成
分へ復調される。復調器６からのＢモードのＩ出力及びＱ出力は、グレイ・スケ
ールＢモード処理のために中間プロセッサ８Ｇへ送信され、復調器６からのカラ
ー・フローのＩ出力及びＱ出力は、カラー処理のために中間プロセッサ８Ｃへ送
信される。
【００１２】 図２は、中間プロセッサ８Ｃを示している。復調器６からのＩ／Ｑ信号成分は
コーナ・ターナ・メモリ７に記憶される。コーナ・ターナ・メモリ７の目的は、
インタリーブされている可能性のあるファイアリングからのデータをバッファリ
ングして、所与のレンジのセルにおいて複数のファイアリングにわたる点のベク
トルとしてデータを出力することである。データは「ファスト・タイム(fast ti
me) 」式で受信され、すなわち各回のファイアリング毎に（ベクトルに沿って）
レンジを下降する順に受信される。コーナ・ターナ・メモリの出力は、「スロー
・タイム(slow time) 」式で再配列され、すなわち各々のレンジ・セル毎にファ
イアリング順に再配列される。結果として得られた「スロー・タイム」式Ｉ／Ｑ
信号サンプルは、ウォール・フィルタ９を通過し、ウォール・フィルタ９は静止
した組織又は極めて低速で運動する組織に対応するあらゆるクラッタを除去する
。次いで、フィルタ処理後の出力は、パラメータ推定器１１へ供給され、パラメ
ータ推定器１１は、レンジ・セル情報を中間的な自己相関パラメータＮ、Ｄ及び
Ｒ（Ｏ）へ変換する。Ｎ及びＤは、自己相関方程式の分子及び分母であり、次の
ように示される。
コーナ・ターナ・メモリ７に記憶される。コーナ・ターナ・メモリ７の目的は、
インタリーブされている可能性のあるファイアリングからのデータをバッファリ
ングして、所与のレンジのセルにおいて複数のファイアリングにわたる点のベク
トルとしてデータを出力することである。データは「ファスト・タイム(fast ti
me) 」式で受信され、すなわち各回のファイアリング毎に（ベクトルに沿って）
レンジを下降する順に受信される。コーナ・ターナ・メモリの出力は、「スロー
・タイム(slow time) 」式で再配列され、すなわち各々のレンジ・セル毎にファ
イアリング順に再配列される。結果として得られた「スロー・タイム」式Ｉ／Ｑ
信号サンプルは、ウォール・フィルタ９を通過し、ウォール・フィルタ９は静止
した組織又は極めて低速で運動する組織に対応するあらゆるクラッタを除去する
。次いで、フィルタ処理後の出力は、パラメータ推定器１１へ供給され、パラメ
ータ推定器１１は、レンジ・セル情報を中間的な自己相関パラメータＮ、Ｄ及び
Ｒ（Ｏ）へ変換する。Ｎ及びＤは、自己相関方程式の分子及び分母であり、次の
ように示される。
【００１３】
【数１】
【００１４】 ここで、Ｉi 及びＱi は、ファイアリングｉについての復調後のベースバンド化
された入力データであり、Ｍはパケット内のファイアリングの数である。Ｒ（Ｏ
）は、パケット内のファイアリングの数にわたる有限の和として近似され、次の
通りになる。
された入力データであり、Ｍはパケット内のファイアリングの数である。Ｒ（Ｏ
）は、パケット内のファイアリングの数にわたる有限の和として近似され、次の
通りになる。
【００１５】
【数２】
【００１６】 プロセッサは、Ｎ及びＤを各々のレンジ・セル毎の大きさ及び位相へ変換する
。用いられる方程式は次の通りである。
。用いられる方程式は次の通りである。
【００１７】
【数３】
【００１８】 パラメータ推定器は、これらの大きさ及び位相の値を処理してパワー、速度、
及び乱流又は分散の推定値を表わす値を有する信号へ変換し、それぞれ導体１１
Ａ、１１Ｂ及び１１Ｃ上に送信する。位相は平均ドプラ周波数を算出するのに用
いられ、平均ドプラ周波数は下に示すように速度に比例している。また、Ｒ（Ｏ
）及び｜Ｒ（Ｔ）｜（大きさ）は乱流を推定するのに用いられる。
及び乱流又は分散の推定値を表わす値を有する信号へ変換し、それぞれ導体１１
Ａ、１１Ｂ及び１１Ｃ上に送信する。位相は平均ドプラ周波数を算出するのに用
いられ、平均ドプラ周波数は下に示すように速度に比例している。また、Ｒ（Ｏ
）及び｜Ｒ（Ｔ）｜（大きさ）は乱流を推定するのに用いられる。
【００１９】 ヘルツ単位での平均ドプラ周波数は、Ｎ及びＤの位相、並びにＴからのパルス
繰り返しから得られる。
繰り返しから得られる。
【００２０】
【数４】
【００２１】 平均速度は、下記のドプラ・シフト方程式を用いて算出される。流れの方向と
サンプリングの方向との間の角度であるθは未知であるので、ｃｏｓθは１．０
であるものと仮定される。
サンプリングの方向との間の角度であるθは未知であるので、ｃｏｓθは１．０
であるものと仮定される。
【００２２】
【数５】
【００２３】 好ましくは、パラメータ推定器は、平均ドプラ周波数を中間的な出力として算
出する訳ではなく、ルックアップ・テーブルを用いてプロセッサの位相出力から
直接ベクトルｖを算出する。
出する訳ではなく、ルックアップ・テーブルを用いてプロセッサの位相出力から
直接ベクトルｖを算出する。
【００２４】 乱流は、平均ドプラ周波数の分散の２次級数展開として時間領域において算出
することができる。乱流の時間領域表現は、ゼロ遅れ(zero-lag)及び１次遅れ(o
ne-lag) の自己相関関数Ｒ（Ｏ）及びＲ（Ｔ）をそれぞれ算出することを含んで
いる。正確な自己相関関数は、パケット内のファイアリングの数の範囲内の既知
のデータにわたる有限の和によって近似される。
することができる。乱流の時間領域表現は、ゼロ遅れ(zero-lag)及び１次遅れ(o
ne-lag) の自己相関関数Ｒ（Ｏ）及びＲ（Ｔ）をそれぞれ算出することを含んで
いる。正確な自己相関関数は、パケット内のファイアリングの数の範囲内の既知
のデータにわたる有限の和によって近似される。
【００２５】
【数６】
【００２６】 平均値信号θ（Ｒ（Ｔ））は、流動する反射体の平均ドプラ周波数シフトの推
定値であり、平均血流速度に比例している。分散信号σ2 は、ベースバンド・エ
コー信号の流れ信号成分の周波数の広がりを示している。層流は極めて狭い範囲
の速度を有する一方で、乱流は多くの速度の混成であるので、分散の値は流れの
乱れを示すものとなる。流動する反射体からの信号の強度を示すためには、信号
Ｒ（Ｏ）が、ドプラ・シフトした流れ信号中における帰投したパワーの量を示し
ている。
定値であり、平均血流速度に比例している。分散信号σ2 は、ベースバンド・エ
コー信号の流れ信号成分の周波数の広がりを示している。層流は極めて狭い範囲
の速度を有する一方で、乱流は多くの速度の混成であるので、分散の値は流れの
乱れを示すものとなる。流動する反射体からの信号の強度を示すためには、信号
Ｒ（Ｏ）が、ドプラ・シフトした流れ信号中における帰投したパワーの量を示し
ている。
【００２７】 導体１１Ａ上の信号パワーは、様々な群のデータ圧縮曲線に従ってデータを圧
縮するデータ圧縮モジュール１３を通過する。異なる走査応用については異なる
群の曲線を提供することができる。例えば、１つの群の曲線は腎臓走査用に提供
され、他の１つの群の曲線は頚動脈走査用に提供される。典型的には、１つの群
につき約３つの曲線が存在する。信号のダイナミック・レンジは、データ圧縮に
用いられる曲線に従って変化する。各々の群に属する曲線は、ダイナミック・レ
ンジが増大する順に配列されている。利用者が走査応用を選択すると、コントロ
ーラ２６が既定の曲線を設定する。ダイナミック・レンジは、表示装置１８上で
作成される強度又はルーメンの範囲を制御する。
縮するデータ圧縮モジュール１３を通過する。異なる走査応用については異なる
群の曲線を提供することができる。例えば、１つの群の曲線は腎臓走査用に提供
され、他の１つの群の曲線は頚動脈走査用に提供される。典型的には、１つの群
につき約３つの曲線が存在する。信号のダイナミック・レンジは、データ圧縮に
用いられる曲線に従って変化する。各々の群に属する曲線は、ダイナミック・レ
ンジが増大する順に配列されている。利用者が走査応用を選択すると、コントロ
ーラ２６が既定の曲線を設定する。ダイナミック・レンジは、表示装置１８上で
作成される強度又はルーメンの範囲を制御する。
【００２８】 図３について説明する。グレイ・スケールＢモード中間プロセッサ８Ｇは、量
（Ｉ2 ＋Ｑ2 ）1/2 を算出することによりビーム加算された受信信号の包絡線を
形成する包絡線検波器１０を含んでいる。信号の包絡線は、対数圧縮（図３のブ
ロック１２）等の何らかの更なるＢモード処理を施されて表示データを形成し、
表示データがスキャン・コンバータ１４（図１）へ出力される。
（Ｉ2 ＋Ｑ2 ）1/2 を算出することによりビーム加算された受信信号の包絡線を
形成する包絡線検波器１０を含んでいる。信号の包絡線は、対数圧縮（図３のブ
ロック１２）等の何らかの更なるＢモード処理を施されて表示データを形成し、
表示データがスキャン・コンバータ１４（図１）へ出力される。
【００２９】 再び図１を見ると、カラー・フロー推定値及びグレイ・スケール表示データが
スキャン・コンバータ１４へ送られると、スキャン・コンバータ１４はこれらの
データをビデオ表示用のＸＹフォーマットへ変換する。走査変換（スキャン・コ
ンバート）されたフレームは、ビデオ・プロセッサ１６へ渡され、ビデオ・プロ
セッサ１６は基本的には、ビデオ・データをビデオ表示のために表示カラー・マ
ップ及びグレイ・スケール画像フレームへマッピングする。次いで、画像フレー
ムは、ビデオ・モニタ１８へ送られて表示される。典型的には、カラー画像の場
合には、速度若しくはパワーのいずれかが単独で表示されるか、又は速度がパワ
ー若しくは乱流のいずれかと組み合わされて表示される。システム制御は、ホス
ト・コンピュータ（図示されていない）に集中化されており、ホスト・コンピュ
ータは操作者インタフェイス（例えばキーボード）を介して操作者入力を受け取
って、様々なサブシステムを制御する。
スキャン・コンバータ１４へ送られると、スキャン・コンバータ１４はこれらの
データをビデオ表示用のＸＹフォーマットへ変換する。走査変換（スキャン・コ
ンバート）されたフレームは、ビデオ・プロセッサ１６へ渡され、ビデオ・プロ
セッサ１６は基本的には、ビデオ・データをビデオ表示のために表示カラー・マ
ップ及びグレイ・スケール画像フレームへマッピングする。次いで、画像フレー
ムは、ビデオ・モニタ１８へ送られて表示される。典型的には、カラー画像の場
合には、速度若しくはパワーのいずれかが単独で表示されるか、又は速度がパワ
ー若しくは乱流のいずれかと組み合わされて表示される。システム制御は、ホス
ト・コンピュータ（図示されていない）に集中化されており、ホスト・コンピュ
ータは操作者インタフェイス（例えばキーボード）を介して操作者入力を受け取
って、様々なサブシステムを制御する。
【００３０】 一般的には、Ｂモード・グレイ・スケール画像の場合には、表示データはスキ
ャン・コンバータ１４によってビデオ表示用のＸＹフォーマットへ変換される。
走査変換されたフレームは、ビデオ・プロセッサ１６へ渡され、ビデオ・プロセ
ッサ１６は、ビデオ・データをビデオ表示用のグレイ・スケール又はグレイ・マ
ップへマッピングする。次いで、グレイ・スケール画像フレームは、ビデオ・モ
ニタ１８へ送られて表示される。
ャン・コンバータ１４によってビデオ表示用のＸＹフォーマットへ変換される。
走査変換されたフレームは、ビデオ・プロセッサ１６へ渡され、ビデオ・プロセ
ッサ１６は、ビデオ・データをビデオ表示用のグレイ・スケール又はグレイ・マ
ップへマッピングする。次いで、グレイ・スケール画像フレームは、ビデオ・モ
ニタ１８へ送られて表示される。
【００３１】 ビデオ・モニタ１８によって表示される画像は、その各々が表示におけるそれ
ぞれのピクセルの強度又は輝度を指示しているようなデータから成る画像フレー
ムから形成されている。画像フレームは、各々の強度データがピクセル輝度を指
示する８ビットの２進数であるような、例えば２５６×２５６のデータ・アレイ
を含み得る。表示モニタ１８上の各々のピクセルの輝度は、周知の態様で、デー
タ・アレイ内の各ピクセルに対応する要素の値を読み込むことにより絶えず更新
されている。各々のピクセルは、呼び掛け(interrogating) した超音波パルスに
応答するそれぞれのサンプル空間の後方散乱体断面積と、用いられているグレイ
・マップとの関数である強度値を有する。
ぞれのピクセルの強度又は輝度を指示しているようなデータから成る画像フレー
ムから形成されている。画像フレームは、各々の強度データがピクセル輝度を指
示する８ビットの２進数であるような、例えば２５６×２５６のデータ・アレイ
を含み得る。表示モニタ１８上の各々のピクセルの輝度は、周知の態様で、デー
タ・アレイ内の各ピクセルに対応する要素の値を読み込むことにより絶えず更新
されている。各々のピクセルは、呼び掛け(interrogating) した超音波パルスに
応答するそれぞれのサンプル空間の後方散乱体断面積と、用いられているグレイ
・マップとの関数である強度値を有する。
【００３２】 図４について説明する。システム制御は、マスタ・コントローラ又はホスト・
コンピュータ２６に集中化されており、マスタ・コントローラ２６は操作者イン
タフェイス（図示されていない）を介して操作者入力を受け取って、様々なサブ
システムを制御する。マスタ・コントローラ２６はまた、システムのタイミング
信号及び制御信号を発生する。マスタ・コントローラ２６は、中央処理ユニット
（ＣＰＵ）３０と、ランダム・アクセス・メモリ３２とを含んでいる。ＣＰＵ３
０にデータを入力するためにはキーボード２９が用いられる。ＣＰＵ３０は、取
得された生データに基づいてグレイ・マップ及びカラー・マップを構築するのに
用いられるルーチンを記憶しているリード・オンリ・メモリを内部に組み込んで
いる。
コンピュータ２６に集中化されており、マスタ・コントローラ２６は操作者イン
タフェイス（図示されていない）を介して操作者入力を受け取って、様々なサブ
システムを制御する。マスタ・コントローラ２６はまた、システムのタイミング
信号及び制御信号を発生する。マスタ・コントローラ２６は、中央処理ユニット
（ＣＰＵ）３０と、ランダム・アクセス・メモリ３２とを含んでいる。ＣＰＵ３
０にデータを入力するためにはキーボード２９が用いられる。ＣＰＵ３０は、取
得された生データに基づいてグレイ・マップ及びカラー・マップを構築するのに
用いられるルーチンを記憶しているリード・オンリ・メモリを内部に組み込んで
いる。
【００３３】 スキャン・コンバータ１４は、音線メモリ２２と、ＸＹメモリ２４とを含んで
いる。音線メモリ２２内に極座標（Ｒ−θ）のセクタ・フォーマットで記憶され
ているＢモード強度データ及びカラー・モード強度データは、適当にスケーリン
グされたデカルト座標のピクセル表示データへ変換され、変換後のデータはＸＹ
メモリ２４に記憶される。カラー・データはメモリ位置２４Ｃに記憶され、グレ
イ・スケール・データはメモリ位置２４Ｇに記憶される。走査変換されたフレー
ムはビデオ・プロセッサ１６へ渡されて、ビデオ・プロセッサ１６はデータをビ
デオ表示用のグレイ・マップへマッピングする。次いで、グレイ・スケール画像
フレームは、ビデオ・モニタへ送られて表示される。
いる。音線メモリ２２内に極座標（Ｒ−θ）のセクタ・フォーマットで記憶され
ているＢモード強度データ及びカラー・モード強度データは、適当にスケーリン
グされたデカルト座標のピクセル表示データへ変換され、変換後のデータはＸＹ
メモリ２４に記憶される。カラー・データはメモリ位置２４Ｃに記憶され、グレ
イ・スケール・データはメモリ位置２４Ｇに記憶される。走査変換されたフレー
ムはビデオ・プロセッサ１６へ渡されて、ビデオ・プロセッサ１６はデータをビ
デオ表示用のグレイ・マップへマッピングする。次いで、グレイ・スケール画像
フレームは、ビデオ・モニタへ送られて表示される。
【００３４】 音波サンプル・データの連続したフレームは、先入れ先出し方式でシネ・メモ
リ２８に記憶される。カラー・フレームはメモリ位置２８Ｃに記憶され、グレイ
・スケール・フレームはメモリ位置２８Ｇに記憶される。カラーの関心領域にお
いては、表示ピクセルに対応するカラー・データの各々のワード毎に、該ピクセ
ルに対応するＢモード・グレイ・スケール・データの対応するワードが存在して
いる。シネ・メモリは、バックグラウンドで稼働する循環的な画像バッファのよ
うなものであり、音波サンプル・データを絶えず取り込んで、実時間で利用者に
対して表示する。利用者がシステムをフリーズさせると、利用者は、シネ・メモ
リに以前に取り込まれている音波サンプル・データを見ることができるようにな
る。
リ２８に記憶される。カラー・フレームはメモリ位置２８Ｃに記憶され、グレイ
・スケール・フレームはメモリ位置２８Ｇに記憶される。カラーの関心領域にお
いては、表示ピクセルに対応するカラー・データの各々のワード毎に、該ピクセ
ルに対応するＢモード・グレイ・スケール・データの対応するワードが存在して
いる。シネ・メモリは、バックグラウンドで稼働する循環的な画像バッファのよ
うなものであり、音波サンプル・データを絶えず取り込んで、実時間で利用者に
対して表示する。利用者がシステムをフリーズさせると、利用者は、シネ・メモ
リに以前に取り込まれている音波サンプル・データを見ることができるようにな
る。
【００３５】 ＣＰＵ３０は、システム制御バス３４を介してＸＹメモリ２４及びシネ・メモ
リ２８を制御する。具体的には、ＣＰＵ３０は、ＸＹメモリ２４からビデオ・プ
ロセッサ１６及びシネ・メモリ２８への生データの流れを制御すると共に、シネ
・メモリからビデオ・プロセッサ１６及びＣＰＵ２６自体への生データの流れを
制御する。ＣＰＵはまた、グレイ・マップ及びカラー・マップをビデオ・プロセ
ッサにロードする。
リ２８を制御する。具体的には、ＣＰＵ３０は、ＸＹメモリ２４からビデオ・プ
ロセッサ１６及びシネ・メモリ２８への生データの流れを制御すると共に、シネ
・メモリからビデオ・プロセッサ１６及びＣＰＵ２６自体への生データの流れを
制御する。ＣＰＵはまた、グレイ・マップ及びカラー・マップをビデオ・プロセ
ッサにロードする。
【００３６】 画像フレームは、連続的にシネ・メモリ２８に収集される。シネ・メモリ２８
は、単一画像閲覧及び多数画像ループ閲覧のための常駐のディジタル画像記憶容
量、並びに様々な制御機能を提供している。単一画像のシネ再生時に表示される
関心領域は、画像取得時に用いられている領域である。シネ・メモリはまた、画
像をマスタ・コントローラ２６を介してディジタル保管装置（図示されていない
）へ転送するためのバッファの役割も果たしている。
は、単一画像閲覧及び多数画像ループ閲覧のための常駐のディジタル画像記憶容
量、並びに様々な制御機能を提供している。単一画像のシネ再生時に表示される
関心領域は、画像取得時に用いられている領域である。シネ・メモリはまた、画
像をマスタ・コントローラ２６を介してディジタル保管装置（図示されていない
）へ転送するためのバッファの役割も果たしている。
【００３７】 ＣＰＵ３０はランダム・アクセス・メモリを有しており、生データ・ヒストグ
ラムを取得し、新たなグレイ・マップの入力範囲の両端の点を決定し、新たなグ
レイ・マップの入力範囲の両端の点に基づいて新たなグレイ・マップを構築し、
新たなグレイ・マップの傾き及びゲインを所定の傾きの限度及びゲインの限度と
比較して、いずれかの限度を上回っていた場合には一方又は両方の限度に従うよ
うに新たなグレイ・マップを再構築するのに用いられるルーチンを記憶している
。
ラムを取得し、新たなグレイ・マップの入力範囲の両端の点を決定し、新たなグ
レイ・マップの入力範囲の両端の点に基づいて新たなグレイ・マップを構築し、
新たなグレイ・マップの傾き及びゲインを所定の傾きの限度及びゲインの限度と
比較して、いずれかの限度を上回っていた場合には一方又は両方の限度に従うよ
うに新たなグレイ・マップを再構築するのに用いられるルーチンを記憶している
。
【００３８】 本発明の好適実施例によれば、超音波画像のコントラストは、調節されたグレ
イ・マップ値及びカラー・マップ値への生の音波サンプル・データのマッピング
を形成することにより、マスタ・コントローラ２６によって調節される。先ず、
マスタ・コントローラ２６は、ＸＹメモリ２４又はシネ・メモリ２８から生デー
タの１つ又はこれよりも多い画像フレームを検索し、この生データをメモリ３２
に記憶する。次いで、ＣＰＵ３０は、検索された生データの画像フレームについ
て多数の所定の範囲又はビンの各々の範囲内にある振幅又は値を有する音波サン
プルの数のヒストグラムを蓄積する。
イ・マップ値及びカラー・マップ値への生の音波サンプル・データのマッピング
を形成することにより、マスタ・コントローラ２６によって調節される。先ず、
マスタ・コントローラ２６は、ＸＹメモリ２４又はシネ・メモリ２８から生デー
タの１つ又はこれよりも多い画像フレームを検索し、この生データをメモリ３２
に記憶する。次いで、ＣＰＵ３０は、検索された生データの画像フレームについ
て多数の所定の範囲又はビンの各々の範囲内にある振幅又は値を有する音波サン
プルの数のヒストグラムを蓄積する。
【００３９】 好適実施例によれば、カラー・フロー自動表示処理モードは、キーボード２９
（図４）を介して利用者によって開始され、次いで、走査状況が変化するのに伴
って、後処理用パラメータの更新のために利用者によってあらためて開始される
か、又は一挙にオフにされる。
（図４）を介して利用者によって開始され、次いで、走査状況が変化するのに伴
って、後処理用パラメータの更新のために利用者によってあらためて開始される
か、又は一挙にオフにされる。
【００４０】 好適実施例によれば、上述のＢモード・グレイ・スケール及びカラー・フロー
の走査データを用いて、カラー表示の画質を最適化する。コントローラ２６によ
ってカラー・フロー・モード及び／又はＢモードについて、複合的なヒストグラ
ム（幾つかのフレームにわたるデータのヒストグラム）及び／又は単一フレーム
のヒストグラムをシネ・メモリ２８のデータから構築する。次いで、これらのヒ
ストグラムの結果に対して、特定の走査状況又は応用について如何にして様々な
パラメータを適切に調節するかを決定するアルゴリズムをコントローラ２６によ
って適用する。
の走査データを用いて、カラー表示の画質を最適化する。コントローラ２６によ
ってカラー・フロー・モード及び／又はＢモードについて、複合的なヒストグラ
ム（幾つかのフレームにわたるデータのヒストグラム）及び／又は単一フレーム
のヒストグラムをシネ・メモリ２８のデータから構築する。次いで、これらのヒ
ストグラムの結果に対して、特定の走査状況又は応用について如何にして様々な
パラメータを適切に調節するかを決定するアルゴリズムをコントローラ２６によ
って適用する。
【００４１】 これらのアルゴリズムは次の通りである。 Ｂモード用のカレントのプリセットのダイナミック・レンジ設定及び圧縮曲線を
用いて、走査データの振幅を表わすＢモード・グレイ・スケール・データの単一
のフレームをシネ・メモリ２８Ｇから収集する。コントローラ２６は、図５のよ
うに表わされ得るデータの第１の複合的ヒストグラムを生成するアルゴリズムを
実行する。
用いて、走査データの振幅を表わすＢモード・グレイ・スケール・データの単一
のフレームをシネ・メモリ２８Ｇから収集する。コントローラ２６は、図５のよ
うに表わされ得るデータの第１の複合的ヒストグラムを生成するアルゴリズムを
実行する。
【００４２】 上のステップの代替として、コントローラ２６は、あらゆるダイナミック・レ
ンジ圧縮を適用する前に走査データのヒストグラムを形成するか、又はデータを
圧縮しないでヒストグラムを形成する。
ンジ圧縮を適用する前に走査データのヒストグラムを形成するか、又はデータを
圧縮しないでヒストグラムを形成する。
【００４３】 キーボードを操作することにより、利用者は、パワー・データを用いるカラー
・フロー・モード及び別個に速度データを用いるカラー・フロー・モードを入力
することができる。これらのモードでは、Ｂ／カラー優先順位閾値が存在してお
り、この閾値は、キーボード２９上のソフトキー・メニューから利用者が選択可
能であり、また、２５５の最大Ｂモードグレイ・スケール値のｘ％にプリセット
されている。閾値は、例えば端子３１及び３３において受け取られる。カラー・
モードの関心領域（ＲＯＩ）内のあらゆるピクセルについて、Ｂモード・ピクセ
ル値が選択されたＢ／カラー優先順位閾値を上回っている場合には、該ピクセル
についてはＢモード値が表示される。その他の場合には、存在しているならば対
応するカラー・ピクセル値が表示される。
・フロー・モード及び別個に速度データを用いるカラー・フロー・モードを入力
することができる。これらのモードでは、Ｂ／カラー優先順位閾値が存在してお
り、この閾値は、キーボード２９上のソフトキー・メニューから利用者が選択可
能であり、また、２５５の最大Ｂモードグレイ・スケール値のｘ％にプリセット
されている。閾値は、例えば端子３１及び３３において受け取られる。カラー・
モードの関心領域（ＲＯＩ）内のあらゆるピクセルについて、Ｂモード・ピクセ
ル値が選択されたＢ／カラー優先順位閾値を上回っている場合には、該ピクセル
についてはＢモード値が表示される。その他の場合には、存在しているならば対
応するカラー・ピクセル値が表示される。
【００４４】 本アルゴリズムは、シネ・メモリ２８ＧからＢモード・データ・ワードの単一
のフレームを取り込んで、カラーＲＯＩ内で最大の値を有するｎ％のＢモード・
ワードを検出する。例えばｎが５％である場合には、カラーＲＯＩ内のメモリ２
８Ｇの全てのＢモード・ワードが読み込まれ、これらのワードのうち最大値を有
する５％が１つの組として識別される。以上のステップは好ましくは、図５と関
連して記載したようにして算出されたヒストグラムを用いて行われる。次いで、
Ｂ／カラー優先順位閾値をこの組の平均のｘ％に設定する。ここで、ｘは現在選
択されているＢ／カラー優先順位閾値百分率である。次いで、自動的に調節され
た閾値を用いて、前述した態様で表示を形成する。
のフレームを取り込んで、カラーＲＯＩ内で最大の値を有するｎ％のＢモード・
ワードを検出する。例えばｎが５％である場合には、カラーＲＯＩ内のメモリ２
８Ｇの全てのＢモード・ワードが読み込まれ、これらのワードのうち最大値を有
する５％が１つの組として識別される。以上のステップは好ましくは、図５と関
連して記載したようにして算出されたヒストグラムを用いて行われる。次いで、
Ｂ／カラー優先順位閾値をこの組の平均のｘ％に設定する。ここで、ｘは現在選
択されているＢ／カラー優先順位閾値百分率である。次いで、自動的に調節され
た閾値を用いて、前述した態様で表示を形成する。
【００４５】 ここに述べた実施例は、パワー閾値、ウォール・フィルタ遮断周波数、ベース
ライン・シフト及び速度スケール等のその他の後処理パラメータを自動的に調節
するように拡張することもできる。シネ・データのＢフレーム及び／又はカラー
・フロー・フレームを収集するという同じ基本的発想が適用され、関連するアル
ゴリズムを用いて、特定の後処理パラメータを如何に調節するかを正確に決定す
る。
ライン・シフト及び速度スケール等のその他の後処理パラメータを自動的に調節
するように拡張することもできる。シネ・データのＢフレーム及び／又はカラー
・フロー・フレームを収集するという同じ基本的発想が適用され、関連するアル
ゴリズムを用いて、特定の後処理パラメータを如何に調節するかを正確に決定す
る。
【００４６】 以上の好適実施例は、説明の目的のために開示された。当業者には、本発明の
概念の変形及び改変は容易に明らかとなろう。これらのような全ての変形及び改
変は、特許請求の範囲によって包含されているものとする。
概念の変形及び改変は容易に明らかとなろう。これらのような全ての変形及び改
変は、特許請求の範囲によって包含されているものとする。
【図１】 従来のカラー・フロー及びＢモード超音波イメージング・システムの信号処理
系を示す概略ブロック図である。
系を示す概略ブロック図である。
【図２】 図１に示す中間プロセッサのカラー・フロー装置を示す概略ブロック図である
。
。
【図３】 図１に示す中間プロセッサのＢモード装置を示す概略ブロック図である。
【図４】 図１に示すシステムの各部の更なる細部を示す概略ブロック図である。
【図５】 図４に示すメモリに記憶されるデータの可能な形態を示すグラフである。
２ 超音波トランスデューサ・アレイ ８Ｃ カラー処理用中間プロセッサ ８Ｇ グレイ・スケールＢモード処理用中間プロセッサ ２６ マスタ・コントローラ ３４ システム制御バス ３１、３３ 閾値受取用端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マクレオド，ゲーリー・イー アメリカ合衆国、53051、ウィスコンシン 州、メノモニー・フォールズ、オールド・ ヒッコリー・ロード、エヌ51・ダブリュー 17000番 (72)発明者 ルーカス，シーン・ディー アメリカ合衆国、53186、ウィスコンシン 州、ワーケシャー、ウエスト・ワバシュ・ アベニュー、129番 (72)発明者 ムジラ，デビッド・ジョン アメリカ合衆国、53149、ウィスコンシン 州、ムクウォナーゴ、イーグル・レイク・ アベニュー、216番 Ｆターム(参考） 4C301 CC02 DD04 EE13 JB22 JC13 KK21 5J083 AA05 AD08 BC01 BC16 BE08 BE19 BE38 BE53 DA01 DC05 EA14 EA46 EB02 EB04
Claims (16)
- 【請求項１】 被検体から後方散乱した超音波信号に応答してカラー・フロ
ー信号を発生すると共に、前記被検体から後方散乱した超音波信号の振幅に基づ
いて画像信号を発生する超音波イメージング・システムにおいて、前記カラー・
フロー信号に応答して画像を表示する改良装置であって、 閾値信号を受け取るように接続されている端子と、 前記カラー・フロー信号に応じたデータ・ワードの第１の組を記憶すると共に
、前記画像信号に応じたデータ・ワードの第２の組を記憶するように接続されて
いるメモリと、 前記第２の組のデータ・ワードの少なくとも１つの特性に対応する特性値を決
定し、該特性値に応答して前記閾値を変更すると共に、該変更後の閾値と前記第
１及び第２の組のデータ・ワードの値との間の所定の関係に応じて前記第１及び
第２の組からデータ・ワードを選択するように接続されている論理ユニットと、 前記選択されたデータ・ワードに応答してカラー・フロー画像を表示するよう
に接続されている表示装置と、 を組み合わせて備える改良装置。 - 【請求項２】 前記画像信号は、Ｂモード信号を含んでいる請求項１に記載
の改良装置。 - 【請求項３】 前記カラー・フロー信号は、前記後方散乱した信号に応答し
て算出されるパワー推定値を表わすパワー信号を含んでいる請求項１に記載の改
良装置。 - 【請求項４】 前記カラー・フロー信号は、前記後方散乱した信号に応答し
て算出される速度推定値を表わす速度信号を含んでいる請求項１に記載の改良装
置。 - 【請求項５】 前記１つの特性は、前記第２の組の少なくとも一部のデータ
・ワードの値の平均を含んでいる請求項１に記載の改良装置。 - 【請求項６】 前記第２の組の前記一部は、前記第２の組のデータ・ワード
のうち最大値を有するデータ・ワードを所定の百分率で含んでいる請求項５に記
載の改良装置。 - 【請求項７】 前記端子は、利用者により操作可能な入力を含んでいる請求
項１に記載の改良装置。 - 【請求項８】 前記所定の関係は、所定の態様で前記第２の組のデータ・ワ
ードの値が前記変更後の閾値に匹敵する場合の前記第２の組のデータ・ワードの
選択と、前記所定の態様で前記第２の組のデータ・ワードの値が前記変更後の閾
値に匹敵するに到らなかった場合の前記第１の組のデータ・ワードの選択とを含
んでいる請求項１に記載の装置。 - 【請求項９】 被検体から後方散乱した超音波信号に応答してカラー・フロ
ー信号を発生すると共に、前記被検体から後方散乱した超音波信号の振幅に基づ
いて画像信号を発生する超音波イメージング・システムにおいて、前記カラー・
フロー信号に応答して画像を表示する改良方法であって、 閾値信号を受け取る工程と、 前記カラー・フロー信号に応じたデータ・ワードの第１の組を記憶すると共に
、前記画像信号に応じたデータ・ワードの第２の組を記憶する工程と、 前記第２の組のデータ・ワードの少なくとも１つの特性に対応する特性値を決
定する工程と、 該特性値に応答して前記閾値を変更する工程と、 該変更後の閾値と前記第１及び第２の組のデータ・ワードの値との間の所定の
関係に応じて前記第１及び第２の組からデータ・ワードを選択する工程と、 該選択されたデータ・ワードに応答してカラー・フロー画像を表示する工程と
、 を有している方法。 - 【請求項１０】 前記画像信号は、Ｂモード信号を含んでいる請求項９に記
載の方法。 - 【請求項１１】 前記カラー・フロー信号は、前記後方散乱した信号に応答
して算出されるパワー推定値を表わすパワー信号を含んでいる請求項９に記載の
方法。 - 【請求項１２】 前記カラー・フロー信号は、前記後方散乱した信号に応答
して算出される速度推定値を表わす速度信号を含んでいる請求項９に記載の方法
。 - 【請求項１３】 前記１つの特性は、前記第２の組の少なくとも一部のデー
タ・ワードの値の平均を含んでいる請求項９に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記第２の組の前記一部は、前記第２の組のデータ・ワー
ドのうち最大値を有するデータ・ワードを所定の百分率で含んでいる請求項１３
に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記受け取る工程は、利用者入力に基づいて閾値信号を発
生する工程を含んでいる請求項９に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記データ・ワードを選択する工程は、所定の態様で前記
第２の組のデータ・ワードの値が前記変更後の閾値に匹敵する場合に前記第２の
組のデータ・ワードを選択し、前記所定の態様で前記第２の組のデータ・ワード
の値が前記変更後の閾値に匹敵するに到らなかった場合には前記第１の組のデー
タ・ワードを選択する工程を含んでいる請求項９に記載の方法。
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