JP2003527905A - 超音波bモード及びドップラー・フロー・イメージング - Google Patents
超音波bモード及びドップラー・フロー・イメージングInfo
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Abstract
Description
は、Bモード及びドップラー・フロー(流れ)情報の同時表示に関するものであ
る。
ス式ドップラー・サンプル・ゲート(又は距離ゲート)をBモード画像内の関心
のある血管の上方に手動で位置決めできる。各々のドップラー送信ファイヤリン
グ(発射)について、受信したドップラー信号サンプルの一セグメントを「加算
及びダンプ」動作にかけ、これにより所望のサンプル・ボリュームに対応する1
つのドップラー信号サンプルが生成される。解析時間間隔(典型的には、10m
s)にわたって多数の送信ファイヤリングから抽出されたドップラー・サンプル
を使用して、標準的な高速フーリエ変換(FFT)スペクトル解析によりドップ
ラー周波数スペクトルが算出される。その結果得られた「瞬時」ドップラー・ス
ペクトルは周波数対時間のスペクトル図の表示の中の1本の垂直線を構成し、該
表示において強度(又は色)はスペクトルの大きさによって変調される。ドップ
ラー周波数シフトfd は、ドップラー方程式v=cfd /(2f0 cosθ)に
基づいて流速(速度)vに変換されることが多い。上式で、f0 は送信周波数で
あり、θはドップラー角度、すなわち、超音波ビームと速度ベクトルとの間の角
度である。
進展するドップラー・スペクトル分布の連続した表示が得られることであり、こ
れから収縮と拡張との比のような多数の診断用波形インデックスが導き出される
。制約は、1つのサンプル・ボリューム内のドップラー周波数分布だけしか測定
できないと云うことである。血管直径を横切る2つ以上のサンプル・ボリューム
内で流速がどのように変化しているかを同時に観察することはできない。
等による論文「Spectral velocity profiles for detailed ultrasound flow an
alysis」には、ドップラー・ビームに沿って時間につれて変化する流速分布を測
定するマルチゲート・ドップラー・システムの動作が教示されている。このシス
テムは、64個の等間隔に設けられた距離ゲートから検出されたドップラー信号
のFFTを実時間で演算することが可能である。結果として得られたデータは距
離対速度/周波数の形式で表示され、そのグレースケール強度はスペクトル・パ
ワーによって変調されている。これらのスペクトル・ドップラー分布により、血
管の横断方向に沿った脈動流速分布の直接的で直感的な表現が得られる。しかし
ながら、背景の組織の解剖学的データは何ら得られない。
ー及びBモード・データの同時取得を行うことが可能である。フレーム速度を最
大にするために、通常1フレームの一部又は全体のBベクトルがドップラー・フ
ァイヤリングとインターリーブ(交互配置)される。もし許容可能なBモード・
フレーム速度を維持するためにBモード期間中にドップラーを一時停止すること
が必要である場合、ドップラー・データに時間的隙間が生じ、この時間的隙間は
通常は合成したドップラー・データで充填される。
得し、処理し、表示することのできるスキャナがあれば、それは血管診断用の新
しい有用な手段を提供することが明らかである。特に関心のあることは、心拍動
サイクルにわたる血管壁の動きと共にフロー(流れ)分布の変化を監視できるこ
とである。
して表示する超音波装置において有用である。このような環境において、超音波
を、好ましくは超音波送信器によって、検査対象物内へ送信する。検査対象物か
ら後方散乱された超音波に応答して、好ましくは受信器によって、後方散乱信号
を作成す。後方散乱信号に応答して、好ましくは複数の距離ゲートによって、対
象物内の異なる深さ変分を表す複数のドップラー信号サンプルを作成する。ドッ
プラー信号サンプルに応答して、好ましくは論理装置によって、複数のドップラ
ー周波数信号を作成する。後方散乱信号に応答して、好ましくは論理装置によっ
て、Bモード・データを作成する。Bモード・データに応答してBモード画像を
表示し、またドップラー周波数信号に応答して、第1の軸に沿ってドップラー周
波数を表し且つ第2の軸に沿って深さ変分を表すドップラー画像を表示する。
する態様でBモード及びドップラー情報を表示することができる。
ド・イメージング及びマルチゲート・スペクトル・ドップラー・イメージングを
同時に行うための新規なデータ取得表示方法及び装置に関する。Bモード処理も
マルチゲート・スペクトル・ドップラー処理もそれ自体は新規なものではない。
両者はハードウエアで及び/又はソフトウエアで具現化することができる。結果
として、好ましい実施形態もハードウエアで及び/又はソフトウエアで具現化す
ることができるが、特定のプラットフォームによる具現化に限定はされない。
の形態の専用のBモード論理装置で具現化される。一方、ドップラーI/Qデー
タのマルチゲート処理、及び全てのBモード後処理(走査変換、ビデオ処理)は
プログラマブル・コンピュータ30の形態の別の論理装置で実行される。論理装
置20及び30は、マイクロプロセッサ、ディジタル信号処理装置、又は論理及
び算術演算が可能な特定用途向け集積回路を含めて、様々なデバイスによって具
現化することができる。
ューサ・アレイ40と、送信器(TX)、受信器(RX)、TX/RXビームフ
ォーマ、復調器、復号器及びフィルタ・モジュール50とを含んでいる。アレイ
40は検査対象物S内への超音波の送信器として作用する。超音波は周知のよう
に対象物Sから後方散乱される。モジュール50内の復調器が、受信RFデータ
(すなわち、超音波)をベースバンドへシフトさせて、ドップラー処理のために
同相(I)及び直角位相(Q)成分を母線52上に供給する。帯域ノイズを阻止
するために何らかのノイズ・フィルタを更に適用してもよい。1999年10月
12日にモー及びチャオの名前で発行された米国特許第5964706号、発明
の名称「送信時に符号化励起を用い且つ受信時にパルス圧縮を用いるパルス式ド
ップラー・イメージング方法及び装置」に教示されているように、符号化励起が
使用される場合、復調の前又は後のいずれかにパルス圧縮を行うために復号器が
必要となる。パルス圧縮は、符号化されない長い送信バーストが使用される場合
に生じるような感度を構成することなく最高の距離分解能を達成するのに役立つ
ことができるので、パルス圧縮はマルチゲート・スペクトル・ドップラーの場合
に特に有用であり得る。
って後方散乱超音波から作成される。Bモード・データは周知の態様でコンピュ
ータ30によって所定のフレーム速度のデータ・フレームに編成される。図5に
関連してより詳しく示されるように、対象物S内の1つの関心領域から生じるB
モード・データは1つのフレーム速度で処理することができ、また対象物S内の
別の関心領域から生じるBモード・データは最初のフレーム速度とは異なる別の
フレーム速度で処理することができる。
って表示装置60上に表示することができる。
ドップラー・フロー・イメージングを同時に行うためにBモード・ファイヤリン
グとドップラー・ファイヤリングとを交互に行うことが必要である。深いイメー
ジングの場合、両方のモードで連続したデータ取得を達成するために2種類のフ
ァイヤリングを交互配置することができる。このような交互配置がもはや可能で
なくなる浅い用途では、通常の二重走査の場合と同様に、Bモード・イメージン
グ期間中はドップラー取得が一時停止される。Bモード・データ処理は周知であ
り、さらなる説明は必要ではない。
程は、対象物S内の異なる深さ変分を表すゲート71〜74のような異なる距離
ゲートを、母線52上の復号されたドップラーI/Qデータに適用することであ
る。各々の距離ゲートは基本的には「加算(sum) 及びダンプ(dump)」動作を行い
、アレイ40によって作成された超音波のパルス繰返し周波数(PRF)でドッ
プラー信号サンプルを生成する。
距離ゲート出力についての処理の残りは、通常の単一ゲート・パルス式ドップラ
ー・システムの場合と同じである。(PRFでサンプリングされた)「スロータ
イム」ドップラー・データはウォール・フィルタ機能部80に通され、データ窓
機能部90で窓処理され、次いでパワー・スペクトル機能部100で高速フーリ
エ変換(FFT)により変換されてドップラー周波数信号を作成する。ドップラ
ー周波数信号は次いで、30〜40dBである典型的な表示のダイナミックレン
ジに基づいて振幅が圧縮される。各々の距離ゲートは、対象物S内の深さ変分を
表すその対応する距離でスペクトル線を生成する。距離ゲートは、スイッチ82
で簡略に表したマルチプレックス機能部によってウォール・フィルタ機能部80
に結合される。図2のボックス30内のすべての機能部はコンピュータ30によ
って具現化することができる。
信号を表すドップラー画像DIが画面110の一部分120に表示される。該画
面部分120において、垂直軸Vは距離の位置(対象物S内の深さ変分)を表し
、水平軸はドップラー・シフト周波数すなわち速度を表す。(本明細書では、ド
ップラー速度はドップラー周波数の一形態を表しているものと見なす)。Bモー
ド・データから導き出される通常のBモード画像は画面110の一部分130に
表示される。画面部分130は血管BVの画像を表示する。ゲート・カーソルG
Cに対応するスペクトル表示ボックスDBが、ドップラー画像DIによって表さ
れた対象物S内の深さ変分の距離を示すために血管画像上に重ねて表示される。
ドップラー・ビーム・カーソルBCが、アレイ40によって作成されたドップラ
ー・ビームの方向を表すために表示画像上に重ねて表示される。
持するためにドップラー・ファイヤリングを一時停止したとしても、画面110
上のビデオ表示のために「ドップラー隙間の充填」を何ら必要としない。ドップ
ラー・データ集合の中の時間的隙間は、スペクトル・フロー・イメージングのた
めに単に一層低いフレーム速度に移される。
れらの軌跡が深さに沿って垂直に走ることを除いて、同じスペクトル・フロー・
データ上に重ねて表示させることができる。これらの軌跡はまたスペクトル・フ
ロー・データなしで単独で表示することもでき、またこれらの軌跡は平均速度及
び剪断速度/剪断応力のような量的な速度測定のために有用である可能性がある
。
レー又はカラー・マップにより符号化され、これは次いで図4に示されているよ
うに画面110の部分130内のBモード画像上に重ねて表示される。ビデオ表
示においてスペクトル・フロー・データについてグラフィック・オーバーレイを
使用することができる。
を直ぐ取り囲む関心領域140におけるBモード・フレーム速度を最大にするた
めに、領域150及び160(図5)のような「外側」すなわち周辺画像領域は
凍結(フリーズ)させるか、或いは通常の更新モードにおけるように時々更新す
るようにしてもよい。
の同時実行] 本発明の別の実施形態によれば、異なる血管位置(例えば、動脈狭窄に対する
近位箇所及び遠位箇所)をサンプリングするために、2つ以上の独立のドップラ
ー・ビームを送信アレイ40によって発生する。異なるドップラー・ビームから
生じるドップラー信号サンプルをマルチゲート作用にかけて別々に処理すること
により、対応するスペクトル・フロー・データ及び対応する異なるドップラー周
波数信号を生成する。もし異なるドップラー・ビームのドップラーPRFが十分
に低い場合は、複数のマルチゲート式ドップラー速度測定を同時に行うために異
なるドップラー・ビーム・ファイヤリングを交互に行うことができる可能性があ
る。この場合、図2のものと同様な2つ以上の並列のドップラー処理パイプライ
ンが必要になることがある。
I1へ方向付けされた第1のドップラー・ビームB1の形態、及び対象物S内の
第2の関心領域ROI2へ方向付けされた第2のドップラー・ビームB2の形態
で超音波を発生する。ROI1からの第1群の後方散乱波がモジュール50によ
って使用されて、第1群の後方散乱信号が作成され、またROI2からの第2群
の後方散乱波がモジュール50によって使用されて、第2群の後方散乱信号が作
成される。第1群の後方散乱信号に応答して、コンピュータ30によって第1群
のドップラー信号サンプルが作成され、また第2群の後方散乱信号に応答して、
コンピュータ30によって第2群のドップラー信号サンプルが作成される。第1
群のドップラー信号サンプルに応答して、コンピュータ30によって第1の複数
のドップラー周波数信号が作成され、また第2群のドップラー信号サンプルに応
答して、コンピュータ30によって第2の複数のドップラー周波数信号が作成さ
れる。
な外部トリガ信号と共に一度に1つのドップラー・ビームでフロー・データを取
得して処理することができる。各々のドップラー・ビームについての母線52上
のドップラーI/Qデータと対応するECGデータとはコンピュータ30のバッ
ファ・メモリ32に保持することができる。スキャナ10が(別のドップラー・
ビームから)第2組のドップラーI/Qデータを取得している間に、第1組のド
ップラーI/Qデータを処理することができ(図2)、その結果を別のバッファ
・メモリ34に記憶させることができる。複数のドップラー・ビームからの全て
のデータを取得し終わったとき、後処理によって表示を作成することができ、そ
の際、異なるビームからのスペクトル・フロー・データは心拍タイミングECG
信号に基づいて同期化される。背景の解剖学的画像を得るために、ドップラー・
ファイヤリングの複数の組を繰り返す前に少なくとも一組のBモード・フレーム
を取得することも必要である。
発明の別の表示の実施形態では、追加の小さな窓を使用して複数のマルチゲート
式ドップラー及びBモード・データを表示する。唯2組のBモード及びドップラ
ー・データしかない場合、情報を表示するために、例えば、表示画面110の左
側に領域A1及び領域A2を持ち且つ右側に領域A3及び領域A4を持つような
画面分割表示形式を使用することができる。このような構成では、ビームB1か
ら生じるBモード画像(図3の領域130の画像と同様な画像)が領域A1に表
示され、またビームB1から生じる対応するドップラー画像(図3の領域120
の画像と同様な画像)が領域A2に表示される。ビームB2から生じるBモード
画像(図3の領域130の画像と同様な画像)が領域A3に表示され、またビー
ムB2から生じる対応するドップラー画像(図3の領域120の画像と同様な画
像)が領域A4に表示される。様々なビームからの複数のドップラー画像と、複
数のBモード画像のうちの唯1つの画像、例えば、最も新しい1つのBモード画
像とを表示することも可能である。
の好ましい表示の実施形態では、表示画面110の左側に、図4に示した画像と
同様な表示画像を含むことができる。前に説明したように、この表示では、ドッ
プラー画像は第1の関心領域についてのBモード表示の上に重ねて表示される。
表示画面110の右側には、第2のBモード画像上に第2のドップラー画像が重
ねて表示される。第2のドップラー画像は第2の関心領域ROI2の走査及びそ
の結果のドップラー周波数信号から導き出される。第2のBモード画像は第2の
関心領域ROI2の走査及びその結果の第2のBモード・データから導き出され
る。右側の表示画像により図示のように配列されたスペクトル表示ボックスDB
2、ドップラー・ビーム・カーソルBC2及びドップラー画像DI2が生じる。
2つのドップラー・ビームのファイヤリングを交互配置できるか否かに応じて、
スペクトル・フロー画像(及び背景のBモード画像)を「生」で表示するか、又
は心拍タイミング信号に基づいて同期化させてバッファ・メモリ32及び34か
らの再生時に表示することができる。
発明の真の精神および範囲から逸脱することなく変更及び修正し得ることが認め
られよう。例えば、処理装置20及びコンピュータ30を単一の論理装置内に組
み合わせることができる。
ブロック図及び機能線図である。
好ましい形態の処理を示す。
を示す略図である。
い形態を示す略図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 超音波システム(10)において、検査対象物(S)からド
ップラー及びBモード・データを取得して表示する装置であって、 前記検査対象物内へ超音波を送信するように接続されている超音波送信器(5
0)と、 前記検査対象物から後方散乱された超音波に応答して、後方散乱信号を作成す
るように接続されている受信器(50)と、 前記後方散乱信号に応答して、前記対象物内の異なる深さ変分を表す複数のド
ップラー信号サンプルを作成する複数の距離ゲート(71〜74)と、 前記ドップラー信号サンプルに応答して、前記異なる深さ変分を表す複数のド
ップラー周波数信号を作成すると共に、前記後方散乱信号に応答して、Bモード
・データを作成する論理装置(20,30)と、 前記Bモード・データに応答して、Bモード画像を作成すると共に、前記ドッ
プラー周波数信号に応答して、第1の軸に沿って前記ドップラー周波数を表し且
つ第2の軸に沿って前記深さ変分を表すドップラー画像を作成する表示装置(6
0)と、 を有している、検査対象物(S)からドップラー及びBモード・データを取得し
て表示する装置。 - 【請求項2】 前記表示装置が第1の部分(130)及び第2の部分(12
0)を有し、前記Bモード画像が前記第1の部分に表示され、前記ドップラー画
像が前記第2の部分に表示される、請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 前記ドップラー画像は前記Bモード画像上に重ねて表示され
る、請求項1記載の装置。 - 【請求項4】 前記後方散乱信号は前記対象物内の第1の関心領域(ROI
1)から受信されて前記ドップラー信号サンプルを生じさせると共に、前記対象
物内の第2の関心領域(ROI2)から受信され、前記論理装置(20)は前記
Bモード・データを、第1のフレーム速度を持つ、前記第1の関心領域を表す第
1群のフレームの形態、及び前記第1のフレーム速度より低い第2のフレーム速
度を持つ、前記第2の関心領域を表す第2群のフレームの形態で作成する、請求
項3記載の装置。 - 【請求項5】 前記超音波は、前記対象物内の第1の関心領域(ROI1)
へ方向付けされた第1のドップラー・ビーム(B1)と、前記対象物内の第2の
関心領域(ROI2)へ方向付けされた第2のドップラー・ビーム(B2)とを
含んでおり、前記後方散乱信号は、前記第1の関心領域から後方散乱された超音
波に応答して作成された第1群の後方散乱信号と、前記第2の関心領域から後方
散乱された超音波に応答して作成された第2群の後方散乱信号とを含んでおり、
前記複数のドップラー信号サンプルは、前記第1群の後方散乱信号に応答して作
成された第1群のドップラー信号サンプルと、前記第2群の後方散乱信号に応答
して作成された第2群のドップラー信号サンプルとを含んでおり、また前記複数
のドップラー信号サンプルは、前記第1群のドップラー信号サンプルに応答して
作成された第1の複数のドップラー周波数信号と、前記第2群のドップラー信号
サンプルに応答して作成された第2の複数のドップラー周波数信号とを含んでお
り、前記ドップラー画像は、前記第1の複数のドップラー周波数信号に応答して
作成された第1のドップラー画像と、前記第2の複数のドップラー周波数信号に
応答して作成された第2のドップラー画像とを含んでいる、請求項1記載の装置
。 - 【請求項6】 前記Bモード・データは、前記第1群の後方散乱信号に応じ
た第1のBモード・データと、前記第2群の後方散乱信号に応じた第2のBモー
ド・データとを含んでおり、前記Bモード画像は、前記第1のBモード・データ
に応答して作成された第1のBモード画像と、前記第2のBモード・データに応
答して作成された第2のBモード画像とを含んでいる、請求項5記載の装置。 - 【請求項7】 前記表示装置は、前記第1のBモード画像を表示するための
第1の部分(A1)と、前記第1のドップラー画像を表示するための第2の部分
(A2)と、前記第2のBモード画像を表示するための第3の部分(A3)と、
前記第2のドップラー画像を表示するための第4の部分(A4)とを含んでいる
、請求項6記載の装置。 - 【請求項8】 前記第1のドップラー画像が前記第1のBモード画像の上に
重ねて表示され、前記第2のドップラー画像が前記第2のBモード画像の上に重
ねて表示されている、請求項6記載の装置。 - 【請求項9】 超音波システム(10)において、検査対象物からドップラ
ー及びBモード・データを取得して表示する方法であって、 検査対象物内へ超音波を送信し、 前記検査対象物から後方散乱された超音波に応答して、後方散乱信号を作成し
、 前記後方散乱信号に応答して、前記対象物内の異なる深さ変分を表す複数のド
ップラー信号サンプルを作成し、 前記ドップラー信号サンプルに応答して、前記異なる深さ変分を表す複数のド
ップラー周波数信号を作成し、 前記後方散乱信号に応答して、Bモード・データを作成し、 前記Bモード・データに応答して、Bモード画像を作成し、 前記ドップラー周波数信号に応答して、第1の軸に沿って前記ドップラー周波
数を表し且つ第2の軸に沿って前記深さ変分を表すドップラー画像を表示するこ
と を有している、検査対象物からドップラー及びBモード・データを取得して表示
する方法。 - 【請求項10】 前記表示することが、第1の領域に前記Bモード画像を表
示し、第2の領域に前記ドップラー画像を表示することを含んでいる、請求項9
記載の方法。 - 【請求項11】 前記表示することが、前記ドップラー画像を前記Bモード
画像上に重ねて表示することを含んでいる、請求項9記載の方法。 - 【請求項12】 前記後方散乱信号は前記対象物内の第1の関心領域から受
信されて前記ドップラー信号サンプルを生じさせると共に、前記対象物内の第2
の関心領域から受信され、前記Bモード・データは、第1のフレーム速度を持つ
、前記第1の関心領域を表す第1群のフレームの形態、及び前記第1のフレーム
速度より低い第2のフレーム速度を持つ、前記第2の関心領域を表す第2群のフ
レームの形態で作成される、請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 前記超音波は、前記対象物内の第1の関心領域へ方向付け
された第1のドップラー・ビームと、前記対象物内の第2の関心領域へ方向付け
された第2のドップラー・ビームとを含んでおり、前記後方散乱信号は、前記第
1の関心領域から後方散乱された超音波に応答して作成された第1群の後方散乱
信号と、前記第2の関心領域から後方散乱された超音波に応答して作成された第
2群の後方散乱信号とを含んでおり、前記複数のドップラー信号サンプルは、前
記第1群の後方散乱信号に応答して作成された第1群のドップラー信号サンプル
と、前記第2群の後方散乱信号に応答して作成された第2群のドップラー信号サ
ンプルとを含んでおり、また前記複数のドップラー信号サンプルは、前記第1群
のドップラー信号サンプルに応答して作成された第1の複数のドップラー周波数
信号と、前記第2群のドップラー信号サンプルに応答して作成された第2の複数
のドップラー周波数信号とを含んでおり、前記ドップラー画像は、前記第1の複
数のドップラー周波数信号に応答して作成された第1のドップラー画像と、前記
第2の複数のドップラー周波数信号に応答して作成された第2のドップラー画像
とを含んでいる、請求項9記載の方法。 - 【請求項14】 前記Bモード・データは、前記第1群の後方散乱信号に応
じた第1のBモード・データと、前記第2群の後方散乱信号に応じた第2のBモ
ード・データとを含んでおり、前記Bモード画像は、前記第1のBモード・デー
タに応答して作成された第1のBモード画像と、前記第2のBモード・データに
応答して作成された第2のBモード画像とを含んでいる、請求項13記載の方法
。 - 【請求項15】 前記表示することは、前記第1のBモード画像を第1の領
域に表示し、前記第1のドップラー画像を第2の領域に表示し、前記第2のBモ
ード画像を第3の領域に表示し、前記第2のドップラー画像を第4の領域に表示
することを含んでいる、請求項14記載の方法。 - 【請求項16】 前記表示することは、前記第1のドップラー画像を前記第
1のBモード画像の上に重ねて表示し、前記第2のドップラー画像を前記第2の
Bモード画像の上に重ねて表示することを含んでいる、請求項14記載の方法。
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