JP2004506458A - 三次元の対象の多平面超音波画像を作成する方法 - Google Patents
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Abstract
容積測定領域全体からのデータを獲得することなく、対象の容積測定領域の多平面画像を作成するための方法。本方法は、容積測定領域にわたってトランスデューサを掃引することを含む。掃引の間の試料採取位置で、トランスデューサからの超音波ビームは、容積測定領域中へ伝達されると共に、複数の走査される表面の一又は複数と交差する。掃引の間に伝達されるビームの数は、容積測定領域全体を走査するために伝達されるであろうビームの数より少ない。容積測定領域からのエコーを、伝達されるビームに応じて、トランスデューサで受信する。受信されたエコーから、複数の表面に対応する平面画像を形成する。ある変形において、本方法は、容積測定領域全体を走査から受信するであろうエコーよりも少ない容積測定領域からのエコーを、トランスデューサで、受信することを含む。これは、この変形は、容積測定領域内の埋没した表面に対応する平面画像の作成を可能にする。その領域の有限な複数の表面のみを、容積測定領域全体よりもむしろ走査しているので、高い画像品質及び広い視野の平面画像を実時間で作成し表示することができる。また、本方法を、トランスデューサを走査することによって行うことができる。本方法は、超音波装置によって実行される。
Description
【0001】
[技術分野]
この発明は、一般的に超音波撮像、特に、超音波データを獲得すると、実時間に対象の多平面超音波画像を作成することに関する。
【0002】
[背景]
三次元超音波撮像の主な利点は、人体のような対象の容積を通じて特有の画像平面、従来の二次元の走査を通じては入手可能ではない画像平面、を得るための、それが提供する能力である。例えば、三次元画像技術を通じて、組織のある領域のいくつかの異なる断面を同時に見ることで、それによって異なる角度から特徴を観察することができる。代わりに、ある一定の場合には、皮膚のような対象の表面より下の一定の深さで画像平面を見ることが望ましい場合もある。このような画像平面は、対象に対する超音波探触子の方位のために、普通の二次元走査で得られない。
【0003】
一般的に、三次元の撮像技術は、関心のある領域においてデータの容積全体を獲得して、次に所望の平面画像を見るために適切な角度におけるデータを“通して切断する”ことによって、役に立つ。しばしば、多くの平面画像を、コンピューターのモニターで同時に表示することができる。
【0004】
しかしながら、先行の三次元超音波撮像方法は、三次元画像を構築するために、関心のある容積測定領域全体からデータを獲得しなければならない。これらの方法は、典型的に、わずかに一乃至二体積毎秒の速度で三次元データを獲得することができる。結果として、これらの方法は、相対的に遅く、関心のある領域における急速な変化を捉えることが必要である実時間において、有用な平面画像を生成するためには適切ではない。実時間の平面画像を十分に生成するためデータ獲得速度を上げるために、視野の画像品質を犠牲にする。これは、特に外科、心臓学、及び産科の領域において、このような画像の臨床的な有用性をたいてい減少させる。
【0005】
[要約]
本発明と一致して、容積測定領域全体からのデータを獲得することなく、対象におけるある容積測定領域の多平面画像を作成するための方法及び装置を開示する。本発明の一つの態様において、本方法は、その容積測定領域にわたってトランスデューサを掃引することを含む。掃引の間の試料採取位置で、トランスデューサからの超音波ビームは、容積測定領域中へ伝達されると共に、複数の走査される表面の一又は複数と交差し、その表面は、平面又は非平面であり得る。伝達されるビームの数は、容積測定領域全体を走査するために伝達されるであろうビームの数より少ない。容積測定領域からのエコーを、伝達されるビームに応じて、トランスデューサで受信する。受信されたエコーから、複数の走査される表面に対応して、平面画像を形成する。容積測定領域全体よりもむしろ、その領域の有限な複数の表面のみを走査しているので、高い画像品質及び広い視野の平面画像を実時間で作成し表示することができる。
【0006】
本発明の別の態様において、本方法は、容積測定領域全体を撮像するために処理されるであろうエコーよりも少ない容積測定領域からのエコーの処理を含む。この変形は、容積測定領域内の埋没した表面に対応する平面画像の作成を可能にする。
【0007】
[詳細な説明]
図1は、本発明に一致した方法及び装置を使用することができる超音波診断撮像システム100のブロック図である。本発明は、この撮像システムを伴う使用に限定されないが、しかしその撮像システム中では、例としてのみ実施されているように示されることが理解されるはずである。撮像システム100においては、中央制御装置120は、伝達周波数制御手段117に、所望の伝達周波数帯を伝達することを命令する。超音波探触子110のトランスデューサ112が基本周波数帯の超音波を伝達することを引き起こす、伝達周波数制手段117に、伝達周波数帯のパラメータftrを連結する。もちろん、どんな超音波周波数又は周波数特性として既知である周波数の群を、浸透における所望の深さ並びにトランスデューサ及び超音波システムの感度を十分考慮して、使用してもよいことが理解されると思われる。
【0008】
探触子110のトランスデューサ112は、ビームの形態で超音波エネルギーを伝達する不連続の素子の配列を含むと共に、この伝達に応じて戻されるエコー信号を受信する。探触子を機械的に動かすか又は様々な配列素子に対して伝達のタイミングを電子的に調節することによって、対象の異なる部分を走査するためにビームを操縦することができる。撮像システム100において、この操縦は、中央処理装置120によって制御される。次には、制御装置120は、中央処理装置へ指令を伝達するためのインターフェースプログラム及び(マウス、トラックボール、スタイラス、タブレット、タッチスクリーン、若しくは他のポインティングデバイスのような)ポインテイングデバイス、キーボード、又は他の入力デバイスを含むユーザーシステムインターフェース119を介して入れられるユーザーからの命令に対して、応答する。代わりに、その制御装置に、予め決められたデフォルトの方式で自動的にビームを操縦するために、プログラムを供給してもよい。受信された信号は、伝達/受信(T/R)スイッチ114を通じて連結されると共に、アナログ−デジタル変換器115によってデジタル化される。A/D変換器の試料採取周波数fsは、中央制御装置120によって制御される。試料採取の理論によって決められる所望の試料採取速度は、受信されるエコーの最も高い周波数fcの少なくとも二倍である。最小の必要条件よりも高い試料採取速度も使用することができる。信号の試料は、コヒーレントなエコー信号を形成するためのビーム形成器116によって、遅延させられて加算される。次にコヒーレントなエコー信号を、デジタルフィルター118によって、所望の通過帯域に濾波する。デジタルフィルター118は、周波数帯を、より低い又はベースバンドの周波数範囲へ偏移させることもできる。デジタルフィルターの特性は、フィルターに乗数の加重及び間引き制御を提供する、中央制御装置120によって制御される。好ましくは、その配置は、有限インパルス応答フィルタ(FIR)として動作させるために制御され、濾波及び間引きの両方を行う。広範囲のフィルター特性が、中央制御装置120の制御の下で、フィルターの加重及び間引きの割合のプログラミングを通じて可能である。デジタルフィルターの使用は、異なるフィルター特性を提供することにおける柔軟性の利点を許容する。デジタルフィルターを、ある瞬間に受信された基本周波数、次に調和周波数を通過させるためにプログラムすることができる。このようにデジタルフィルターを、交互に基本及び調和デジタル信号の画像若しくは線、又は時間間隔を空けた系列で異なる交互の調和波の線を生成するために、信号処理の間に単純にフィルター係数を変化させることによって、動作させることができる。
【0009】
デジタルフィルター118から、濾波されたエコー信号を、Bモード処理装置137、コントラスト信号検出器128、又はドップラー処理装置130によって、検出して処理する。Bモード処理装置は、周波数合成、空間合成、調和画像形成、及び当技術において周知である他の典型的なBモード機能を含むがそれらに限定はされない機能を果たす。ドップラー処理装置は、速度及びパワーのドップラー信号を生成するために、エコー信号に変換のドップラー処理を適用する。処理装置137及び130並びにコントラスト信号検出器128の出力は、表示装置150における二次元の超音波画像としての表示のための映像処理装置140に連結する。中央処理装置120は、入ってくる信号の系列のトラックを保持するので、映像処理装置140が、形成する画像中にカレントデータを置くことを可能にする。信号を映像処理装置140によって受信すると、データは、表示装置へ供給され、ラスタライズされた画像を生成する。また、二つの処理装置及びコントラスト信号検出器の出力は、画像記憶装置164に蓄積されると共にそこから映像処理装置140へ提供される、三次元画像のレンダリング用の三次元画像レンダリング処理装置162へ連結される。三次元のレンダリングを、従来の方式で行ってもよい。この配置と共に、オペレーターは、超音波画像の二又は三次元表示用のコントラスト信号検出器128、並びに、処理装置137及び130の出力の間で選択することができる。
【0010】
図1のシステムは、探触子110、トランスデューサ112、映像処理装置140、及び/又は画像レンダリング処理装置162を通じて、人体のような対象における容積測定領域の多数の実時間における平面画像を、体が走査されている間に、作成するための能力を提供する。これらの平面画像は、体を通じた断面として取られるとき、相互に対する幾何学的関係を知っており、診断者が異なる方位から体の特徴を見ることを可能にする。臨床医は、組織の特徴の空間的な関係を視覚化するために、断面の相対的な角度を調節することを望む場合もある。ユーザーインターフェース119を通じて、オペレーターは、表示された断面の方位を、画像において関心のある特徴を伴うそれらを整列するために、調節することができる。実時間性能は、容積測定領域全体を走査するために伝達される必要があるであろう、非常に多くの数のビームよりもむしろ、所望の平面画像を構築するために必要とされるある一定の超音波ビームのみを発生させることによって、達成される。
【0011】
図2A及び2Bは、直交する平面210及び212のような、(典型的には平面又は非平面の、鞍形状、即ち表面に沿った行程の異なる方向において同じ又は異なる曲率を有するものを含む)表面の第一の組みを得るために、探触子110及びそのトランスデューサ112を使用して、本発明に従う一組の平面画像を作成するための一つの方法を示す。トランスデューサ112は、図に示すように、ジンバル202又は他の旋回軸支持物に据え付けられ、体の関心のある領域にわたって往復して掃引するか又は走査するために動力を供給される。掃引周波数は、より高い又はより低い速度を所望の実時間の撮像における程度に依存して使用することができるけれども、好ましくは、実時間で平面画像を作成することを許容するために、少なくとも八回毎秒の掃引である。トランスデューサ112が関心のある領域にわたって掃引すると、それは、図に示す位置のような、連続する試料採取位置でビームを発生させる。各々の試料採取位置で、トランスデューサ112は、平面210における焦点206に収束する個々のトランスデューサ素子からの信号を含む第一のビームを発生させる。図に示す位置で、一つのこのようなビーム204は、平面210における点206に収束する。この例における各々の試料採取位置で、トランスデューサ112は、平面212における焦点に収束する、個々のトランスデューサ素子からの信号を含む第二のビームも発生させる。図に示す位置で、ビーム205は、平面212における点208に収束する。そして、トランスデューサの各々の試料採取位置で、二つのビームを、一つが、二つのそれぞれの平面の各々において、各々のそれぞれの線に沿って、放出する。選ばれた点からの情報の選択的な受信を可能にするための当技術における周知技術である、エコー信号の選択的な操縦、通門、及び/又は、焦点合わせを通じて、関心のある平面において伝わるエコー信号のみを、伝達されたビームに応じて受信すると共に処理する。平面210において、例えば、ビーム204における点214及び206での反射は、空洞及び組織のような、関心のある領域内の異なる存在物間の境界を表す。同様に、平面212において、線205における点216及び208での反射は、関心のある領域内の異なる存在物間の境界も表す。
【0012】
二つの平面画像を発生させるための上記の走査方法は、その早さのために好ましいが、しかし限定的ではない。変形は可能である。望ましければ、追加の平面にありそれによってそれら追加の平面を定義するか、又は追加の表面に交差する、追加のビームを発生させることができる。もちろん、各々の追加のビームは、発生するのに追加の時間がかかり、従って、掃引速度に影響する。所望の数の平面、及びそれらの方位は、ユーザーインターフェース119を通じて中央処理装置120へ伝達される。加えて、トランスデューサ112を、各々の平面における一つより多くの点に向って方向付けられたビームを放出するために、制御することができる。代わりに、ビームが、掃引毎に、少なくとも二つの平面内にあるか、少なくとも二つの非平面の表面と交差するか、又は、少なくとも一つの平面内にあると共に少なくとも一つの非平面の表面と交差する限りは、トランスデューサを、各々の試料採取位置での全ての表面より少ないところで、ビームを放出するために制御することができる。これら及び他の明白な変形は、選んだ変形に依存して、異なる速度及び異なる分解能であるが、実時間で多平面を生成することができる。さらに、どんな二次元の超音波撮像技術も、例えば、Bモード、コントラスト信号検出、調和撮像、又はドップラー撮像を、このデータ獲得機構と共に同等に適用することができる。
【0013】
二つの平面210及び212から獲得されたデータは、対応する平面画像を構築するために、一又は複数の処理装置137、130、又はコントラスト信号検出器128によって使用される。平面画像は、好ましくは、実時間の撮像を提供するために、二つの掃引速度で作成される。容積測定領域が連続的に走査されると、平面画像を、映像処理装置140によって並べて、又は表示装置150における三次元の透視図において、同時に表示するか、又は後で見ることができる。
【0014】
得られた平面画像は、各々、検討中の体の断面を表す。トランスデューサ112は、関心のある領域の範囲を定める全角度を通じて掃引する。実時間の画像を得るために、掃引の作動は、関心のある領域にわたって往復して繰り返され、ゆっくり時間をかけて一連の平面画像を生成する。図3A及びBは、平面210及び212から獲得されるデータから構築される、このような平面画像の例を示す。このように収集された、制限されたデータは、例えば八回毎秒又はそれ以上で度々、実時間でこれらの平面画像を構築すると共に一新することを可能にする。これらの画像を、例えばゆっくり時間をかけて空洞の容積における変化を決定するために、使用することができる。画像を、一こま毎の単位で、ユーザーによって決定される速度で、蓄えると共に後で再生することができ、診断者が、例えば心臓の左心室のような可変な大きさの空洞における最大及び最小の寸法を決定するために、注意深く作動を検討することを可能にする。上述のように、本方法を、追加の平面及び/又は非平面の表面からのデータを獲得するために使用することができ、そのようにすることは、都合がよいと考えられるはずである。例えば、器官が、平面210又は212と交差によってしないかもしれない軸外の組織を有することが推測されたと仮定すれば、異なる方位の、さもなければ、平面の一つに平行でその平面に垂直な方向に変位した、他の平面を、平面210及び212に対して示される画像を増加させるか又は置き換えるために、選ぶかもしれない。
【0015】
図4A及び4Bは、図2A及び2Bにおける平面と異なる方位を伴う一組の平面からデータを獲得するために使用するときの上の方法を示す。この実施例において、平面410は、ジンバル202及びトランスデューサ112の回転の軸に平行であり、平面412は、その回転の軸及び平面410の両方に直交する。トランスデューサ112は、試料採取位置を通じて掃引すると、一つのビームのみを、その信号が例えば点416及び408で反射することが示される線405によって表されるような、平面412にあるほとんどのトランスデューサの試料採取位置で発生させる。多数のビームが、トランスデューサの試料採取位置で発生すると共に、そのビームが、整列された平面410にあり、それによって、それを定義するのは、トランスデューサがその掃引における中心点にあるときのみである。線404は、点414及び406で反射される信号を示す、これらのビームの一つを表す。多数のビームを発生させると共にデータの多数の線を獲得するために必要とされる時間のために、本方法は、データがうまく獲得されることを保証するため、トランスデューサ112の掃引を、この中心点で遅くするか又は止めることを必要とする場合もある。
【0016】
図5A及び5Bは、一組の平面510及び512からデータを得るために使用され得るトランスデューサ500の第二の実施例を示す。この実施例は、平面510にあり点514及び506と交差するビーム504、また平面512にあり点516及び508と交差するビーム505のような、ビームを発生させる。二次元配列のトランスデューサから発出する線を、二次元において電子的に操縦することができ、このように、トランスデューサを関心のある容積測定領域にわたって機械的に掃引する要求を回避する。同様にして、データを、二次元配列のトランスデューサへ適用可能な周知のビーム操縦及び収束及び/又は通門の技術を使用して、それぞれの平面において関心のある線から受信する。
【0017】
図6A及び6Bは、埋没した平面610及び612のようなトランスデューサ112の平面に対して直交しない一又は複数の平面からデータを獲得するための関連した方法を示す。図6Aは、トランスデューサの回転の行程における与えられた点で、平面610における(それに示される透視において、それぞれ点616、620、及び622によって表される)線610、620、及び622のような一定の深さにあり得る線(即ち、ここで、一定の深さの線は、図6Aの平面に垂直であるものである)に、又は平面612における線618に、ある点からデータを集めるために、多くのビームを発生させることを示す側面図である。図6Bは、線610、620、及び622のような各々の線と共に、平面610における平行な線を、そのそれぞれの一定の深さで、示す平面図である。さらに、受信されたエコーの動的な操縦、通門、及び収束を通じて、データを、トランスデューサ112と、図6Aにおける点602及び604のような、関心のある平面における任意の点との間で、ビームに沿った点に対して得ることができる。交互に、例えば、平行線、同心円、又は一般的に、関心のある平面若しくはその部分を網羅する任意の組みの線であり得る、平面610のような平面内のどんな方位の線に沿った点においても操縦、通門、及び収束によって、走査をすることができる。
【0018】
これまで考えた全ての場合に対するさらなる一般化として、データを、平面又は非平面である二次元の表面(今後は、“表面”とも呼ばれる)から獲得することができる。同じ手続きが適用される。
【0019】
埋没した表面からデータを獲得する特別な場合を図7A及び7Bに示すと共に、ここで、単一の水平面705を、体の最大の深さよりも少ない一定の深さで、走査する。そのように得られたデータも、平面とトランスデューサとの間の任意の場所にある点の集合からのデータだけでなく、平面705の画像を表示するために使用することができる。後者の点からのデータを、平面705に向って方向付けられたビームの各々から受信されたエコーの動的な焦点合わせを通じて収集する。この方式で収集されるデータの量は、関心のある全領域の三次元撮像の場合に収集されるであろうデータの全体よりも少ない。上述の例と同様に、単一の非平面を走査することができるかもしれない。
【0020】
模範的実施例における本発明の原理を説明し記載したが、説明した実施例を、このような原理から逸脱することなく配置及び詳細において変更することができることは当業者には明確であるはずである。本発明の原理を適用することができる多くの可能な実施例の点から見て、説明した実施例がこれらの原理を教唆する目的であり、本発明の範囲における限定であることを目的としないことは理解されるはずである。従って、発明者は、発明者の発明として、請求項及びそれらの同等なものの範囲及び主旨内で成立する全てを請求する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う超音波診断撮像システムのブロック図である。
【図2】A及びBは、トランスデューサの第一の実施例を使用して、本発明に従う一組の平面画像を作成するための方法を示す。
【図3】A及びBは、図2の方法によって作成される平面画像の実時間における表示を示す。
【図4】A及びBは、図2A及びBの方法における変形を示す。
【図5】A及びBは、本発明を伴う使用のための、トランスデューサの第二の実施例を示す。
【図6】A及びBは、本発明に従う一組の平面画像を作成するための別の方法を示す。
【図7】A及びBは、図6A及びBの方法における変形を示す。
[技術分野]
この発明は、一般的に超音波撮像、特に、超音波データを獲得すると、実時間に対象の多平面超音波画像を作成することに関する。
【0002】
[背景]
三次元超音波撮像の主な利点は、人体のような対象の容積を通じて特有の画像平面、従来の二次元の走査を通じては入手可能ではない画像平面、を得るための、それが提供する能力である。例えば、三次元画像技術を通じて、組織のある領域のいくつかの異なる断面を同時に見ることで、それによって異なる角度から特徴を観察することができる。代わりに、ある一定の場合には、皮膚のような対象の表面より下の一定の深さで画像平面を見ることが望ましい場合もある。このような画像平面は、対象に対する超音波探触子の方位のために、普通の二次元走査で得られない。
【0003】
一般的に、三次元の撮像技術は、関心のある領域においてデータの容積全体を獲得して、次に所望の平面画像を見るために適切な角度におけるデータを“通して切断する”ことによって、役に立つ。しばしば、多くの平面画像を、コンピューターのモニターで同時に表示することができる。
【0004】
しかしながら、先行の三次元超音波撮像方法は、三次元画像を構築するために、関心のある容積測定領域全体からデータを獲得しなければならない。これらの方法は、典型的に、わずかに一乃至二体積毎秒の速度で三次元データを獲得することができる。結果として、これらの方法は、相対的に遅く、関心のある領域における急速な変化を捉えることが必要である実時間において、有用な平面画像を生成するためには適切ではない。実時間の平面画像を十分に生成するためデータ獲得速度を上げるために、視野の画像品質を犠牲にする。これは、特に外科、心臓学、及び産科の領域において、このような画像の臨床的な有用性をたいてい減少させる。
【0005】
[要約]
本発明と一致して、容積測定領域全体からのデータを獲得することなく、対象におけるある容積測定領域の多平面画像を作成するための方法及び装置を開示する。本発明の一つの態様において、本方法は、その容積測定領域にわたってトランスデューサを掃引することを含む。掃引の間の試料採取位置で、トランスデューサからの超音波ビームは、容積測定領域中へ伝達されると共に、複数の走査される表面の一又は複数と交差し、その表面は、平面又は非平面であり得る。伝達されるビームの数は、容積測定領域全体を走査するために伝達されるであろうビームの数より少ない。容積測定領域からのエコーを、伝達されるビームに応じて、トランスデューサで受信する。受信されたエコーから、複数の走査される表面に対応して、平面画像を形成する。容積測定領域全体よりもむしろ、その領域の有限な複数の表面のみを走査しているので、高い画像品質及び広い視野の平面画像を実時間で作成し表示することができる。
【0006】
本発明の別の態様において、本方法は、容積測定領域全体を撮像するために処理されるであろうエコーよりも少ない容積測定領域からのエコーの処理を含む。この変形は、容積測定領域内の埋没した表面に対応する平面画像の作成を可能にする。
【0007】
[詳細な説明]
図1は、本発明に一致した方法及び装置を使用することができる超音波診断撮像システム100のブロック図である。本発明は、この撮像システムを伴う使用に限定されないが、しかしその撮像システム中では、例としてのみ実施されているように示されることが理解されるはずである。撮像システム100においては、中央制御装置120は、伝達周波数制御手段117に、所望の伝達周波数帯を伝達することを命令する。超音波探触子110のトランスデューサ112が基本周波数帯の超音波を伝達することを引き起こす、伝達周波数制手段117に、伝達周波数帯のパラメータftrを連結する。もちろん、どんな超音波周波数又は周波数特性として既知である周波数の群を、浸透における所望の深さ並びにトランスデューサ及び超音波システムの感度を十分考慮して、使用してもよいことが理解されると思われる。
【0008】
探触子110のトランスデューサ112は、ビームの形態で超音波エネルギーを伝達する不連続の素子の配列を含むと共に、この伝達に応じて戻されるエコー信号を受信する。探触子を機械的に動かすか又は様々な配列素子に対して伝達のタイミングを電子的に調節することによって、対象の異なる部分を走査するためにビームを操縦することができる。撮像システム100において、この操縦は、中央処理装置120によって制御される。次には、制御装置120は、中央処理装置へ指令を伝達するためのインターフェースプログラム及び(マウス、トラックボール、スタイラス、タブレット、タッチスクリーン、若しくは他のポインティングデバイスのような)ポインテイングデバイス、キーボード、又は他の入力デバイスを含むユーザーシステムインターフェース119を介して入れられるユーザーからの命令に対して、応答する。代わりに、その制御装置に、予め決められたデフォルトの方式で自動的にビームを操縦するために、プログラムを供給してもよい。受信された信号は、伝達/受信(T/R)スイッチ114を通じて連結されると共に、アナログ−デジタル変換器115によってデジタル化される。A/D変換器の試料採取周波数fsは、中央制御装置120によって制御される。試料採取の理論によって決められる所望の試料採取速度は、受信されるエコーの最も高い周波数fcの少なくとも二倍である。最小の必要条件よりも高い試料採取速度も使用することができる。信号の試料は、コヒーレントなエコー信号を形成するためのビーム形成器116によって、遅延させられて加算される。次にコヒーレントなエコー信号を、デジタルフィルター118によって、所望の通過帯域に濾波する。デジタルフィルター118は、周波数帯を、より低い又はベースバンドの周波数範囲へ偏移させることもできる。デジタルフィルターの特性は、フィルターに乗数の加重及び間引き制御を提供する、中央制御装置120によって制御される。好ましくは、その配置は、有限インパルス応答フィルタ(FIR)として動作させるために制御され、濾波及び間引きの両方を行う。広範囲のフィルター特性が、中央制御装置120の制御の下で、フィルターの加重及び間引きの割合のプログラミングを通じて可能である。デジタルフィルターの使用は、異なるフィルター特性を提供することにおける柔軟性の利点を許容する。デジタルフィルターを、ある瞬間に受信された基本周波数、次に調和周波数を通過させるためにプログラムすることができる。このようにデジタルフィルターを、交互に基本及び調和デジタル信号の画像若しくは線、又は時間間隔を空けた系列で異なる交互の調和波の線を生成するために、信号処理の間に単純にフィルター係数を変化させることによって、動作させることができる。
【0009】
デジタルフィルター118から、濾波されたエコー信号を、Bモード処理装置137、コントラスト信号検出器128、又はドップラー処理装置130によって、検出して処理する。Bモード処理装置は、周波数合成、空間合成、調和画像形成、及び当技術において周知である他の典型的なBモード機能を含むがそれらに限定はされない機能を果たす。ドップラー処理装置は、速度及びパワーのドップラー信号を生成するために、エコー信号に変換のドップラー処理を適用する。処理装置137及び130並びにコントラスト信号検出器128の出力は、表示装置150における二次元の超音波画像としての表示のための映像処理装置140に連結する。中央処理装置120は、入ってくる信号の系列のトラックを保持するので、映像処理装置140が、形成する画像中にカレントデータを置くことを可能にする。信号を映像処理装置140によって受信すると、データは、表示装置へ供給され、ラスタライズされた画像を生成する。また、二つの処理装置及びコントラスト信号検出器の出力は、画像記憶装置164に蓄積されると共にそこから映像処理装置140へ提供される、三次元画像のレンダリング用の三次元画像レンダリング処理装置162へ連結される。三次元のレンダリングを、従来の方式で行ってもよい。この配置と共に、オペレーターは、超音波画像の二又は三次元表示用のコントラスト信号検出器128、並びに、処理装置137及び130の出力の間で選択することができる。
【0010】
図1のシステムは、探触子110、トランスデューサ112、映像処理装置140、及び/又は画像レンダリング処理装置162を通じて、人体のような対象における容積測定領域の多数の実時間における平面画像を、体が走査されている間に、作成するための能力を提供する。これらの平面画像は、体を通じた断面として取られるとき、相互に対する幾何学的関係を知っており、診断者が異なる方位から体の特徴を見ることを可能にする。臨床医は、組織の特徴の空間的な関係を視覚化するために、断面の相対的な角度を調節することを望む場合もある。ユーザーインターフェース119を通じて、オペレーターは、表示された断面の方位を、画像において関心のある特徴を伴うそれらを整列するために、調節することができる。実時間性能は、容積測定領域全体を走査するために伝達される必要があるであろう、非常に多くの数のビームよりもむしろ、所望の平面画像を構築するために必要とされるある一定の超音波ビームのみを発生させることによって、達成される。
【0011】
図2A及び2Bは、直交する平面210及び212のような、(典型的には平面又は非平面の、鞍形状、即ち表面に沿った行程の異なる方向において同じ又は異なる曲率を有するものを含む)表面の第一の組みを得るために、探触子110及びそのトランスデューサ112を使用して、本発明に従う一組の平面画像を作成するための一つの方法を示す。トランスデューサ112は、図に示すように、ジンバル202又は他の旋回軸支持物に据え付けられ、体の関心のある領域にわたって往復して掃引するか又は走査するために動力を供給される。掃引周波数は、より高い又はより低い速度を所望の実時間の撮像における程度に依存して使用することができるけれども、好ましくは、実時間で平面画像を作成することを許容するために、少なくとも八回毎秒の掃引である。トランスデューサ112が関心のある領域にわたって掃引すると、それは、図に示す位置のような、連続する試料採取位置でビームを発生させる。各々の試料採取位置で、トランスデューサ112は、平面210における焦点206に収束する個々のトランスデューサ素子からの信号を含む第一のビームを発生させる。図に示す位置で、一つのこのようなビーム204は、平面210における点206に収束する。この例における各々の試料採取位置で、トランスデューサ112は、平面212における焦点に収束する、個々のトランスデューサ素子からの信号を含む第二のビームも発生させる。図に示す位置で、ビーム205は、平面212における点208に収束する。そして、トランスデューサの各々の試料採取位置で、二つのビームを、一つが、二つのそれぞれの平面の各々において、各々のそれぞれの線に沿って、放出する。選ばれた点からの情報の選択的な受信を可能にするための当技術における周知技術である、エコー信号の選択的な操縦、通門、及び/又は、焦点合わせを通じて、関心のある平面において伝わるエコー信号のみを、伝達されたビームに応じて受信すると共に処理する。平面210において、例えば、ビーム204における点214及び206での反射は、空洞及び組織のような、関心のある領域内の異なる存在物間の境界を表す。同様に、平面212において、線205における点216及び208での反射は、関心のある領域内の異なる存在物間の境界も表す。
【0012】
二つの平面画像を発生させるための上記の走査方法は、その早さのために好ましいが、しかし限定的ではない。変形は可能である。望ましければ、追加の平面にありそれによってそれら追加の平面を定義するか、又は追加の表面に交差する、追加のビームを発生させることができる。もちろん、各々の追加のビームは、発生するのに追加の時間がかかり、従って、掃引速度に影響する。所望の数の平面、及びそれらの方位は、ユーザーインターフェース119を通じて中央処理装置120へ伝達される。加えて、トランスデューサ112を、各々の平面における一つより多くの点に向って方向付けられたビームを放出するために、制御することができる。代わりに、ビームが、掃引毎に、少なくとも二つの平面内にあるか、少なくとも二つの非平面の表面と交差するか、又は、少なくとも一つの平面内にあると共に少なくとも一つの非平面の表面と交差する限りは、トランスデューサを、各々の試料採取位置での全ての表面より少ないところで、ビームを放出するために制御することができる。これら及び他の明白な変形は、選んだ変形に依存して、異なる速度及び異なる分解能であるが、実時間で多平面を生成することができる。さらに、どんな二次元の超音波撮像技術も、例えば、Bモード、コントラスト信号検出、調和撮像、又はドップラー撮像を、このデータ獲得機構と共に同等に適用することができる。
【0013】
二つの平面210及び212から獲得されたデータは、対応する平面画像を構築するために、一又は複数の処理装置137、130、又はコントラスト信号検出器128によって使用される。平面画像は、好ましくは、実時間の撮像を提供するために、二つの掃引速度で作成される。容積測定領域が連続的に走査されると、平面画像を、映像処理装置140によって並べて、又は表示装置150における三次元の透視図において、同時に表示するか、又は後で見ることができる。
【0014】
得られた平面画像は、各々、検討中の体の断面を表す。トランスデューサ112は、関心のある領域の範囲を定める全角度を通じて掃引する。実時間の画像を得るために、掃引の作動は、関心のある領域にわたって往復して繰り返され、ゆっくり時間をかけて一連の平面画像を生成する。図3A及びBは、平面210及び212から獲得されるデータから構築される、このような平面画像の例を示す。このように収集された、制限されたデータは、例えば八回毎秒又はそれ以上で度々、実時間でこれらの平面画像を構築すると共に一新することを可能にする。これらの画像を、例えばゆっくり時間をかけて空洞の容積における変化を決定するために、使用することができる。画像を、一こま毎の単位で、ユーザーによって決定される速度で、蓄えると共に後で再生することができ、診断者が、例えば心臓の左心室のような可変な大きさの空洞における最大及び最小の寸法を決定するために、注意深く作動を検討することを可能にする。上述のように、本方法を、追加の平面及び/又は非平面の表面からのデータを獲得するために使用することができ、そのようにすることは、都合がよいと考えられるはずである。例えば、器官が、平面210又は212と交差によってしないかもしれない軸外の組織を有することが推測されたと仮定すれば、異なる方位の、さもなければ、平面の一つに平行でその平面に垂直な方向に変位した、他の平面を、平面210及び212に対して示される画像を増加させるか又は置き換えるために、選ぶかもしれない。
【0015】
図4A及び4Bは、図2A及び2Bにおける平面と異なる方位を伴う一組の平面からデータを獲得するために使用するときの上の方法を示す。この実施例において、平面410は、ジンバル202及びトランスデューサ112の回転の軸に平行であり、平面412は、その回転の軸及び平面410の両方に直交する。トランスデューサ112は、試料採取位置を通じて掃引すると、一つのビームのみを、その信号が例えば点416及び408で反射することが示される線405によって表されるような、平面412にあるほとんどのトランスデューサの試料採取位置で発生させる。多数のビームが、トランスデューサの試料採取位置で発生すると共に、そのビームが、整列された平面410にあり、それによって、それを定義するのは、トランスデューサがその掃引における中心点にあるときのみである。線404は、点414及び406で反射される信号を示す、これらのビームの一つを表す。多数のビームを発生させると共にデータの多数の線を獲得するために必要とされる時間のために、本方法は、データがうまく獲得されることを保証するため、トランスデューサ112の掃引を、この中心点で遅くするか又は止めることを必要とする場合もある。
【0016】
図5A及び5Bは、一組の平面510及び512からデータを得るために使用され得るトランスデューサ500の第二の実施例を示す。この実施例は、平面510にあり点514及び506と交差するビーム504、また平面512にあり点516及び508と交差するビーム505のような、ビームを発生させる。二次元配列のトランスデューサから発出する線を、二次元において電子的に操縦することができ、このように、トランスデューサを関心のある容積測定領域にわたって機械的に掃引する要求を回避する。同様にして、データを、二次元配列のトランスデューサへ適用可能な周知のビーム操縦及び収束及び/又は通門の技術を使用して、それぞれの平面において関心のある線から受信する。
【0017】
図6A及び6Bは、埋没した平面610及び612のようなトランスデューサ112の平面に対して直交しない一又は複数の平面からデータを獲得するための関連した方法を示す。図6Aは、トランスデューサの回転の行程における与えられた点で、平面610における(それに示される透視において、それぞれ点616、620、及び622によって表される)線610、620、及び622のような一定の深さにあり得る線(即ち、ここで、一定の深さの線は、図6Aの平面に垂直であるものである)に、又は平面612における線618に、ある点からデータを集めるために、多くのビームを発生させることを示す側面図である。図6Bは、線610、620、及び622のような各々の線と共に、平面610における平行な線を、そのそれぞれの一定の深さで、示す平面図である。さらに、受信されたエコーの動的な操縦、通門、及び収束を通じて、データを、トランスデューサ112と、図6Aにおける点602及び604のような、関心のある平面における任意の点との間で、ビームに沿った点に対して得ることができる。交互に、例えば、平行線、同心円、又は一般的に、関心のある平面若しくはその部分を網羅する任意の組みの線であり得る、平面610のような平面内のどんな方位の線に沿った点においても操縦、通門、及び収束によって、走査をすることができる。
【0018】
これまで考えた全ての場合に対するさらなる一般化として、データを、平面又は非平面である二次元の表面(今後は、“表面”とも呼ばれる)から獲得することができる。同じ手続きが適用される。
【0019】
埋没した表面からデータを獲得する特別な場合を図7A及び7Bに示すと共に、ここで、単一の水平面705を、体の最大の深さよりも少ない一定の深さで、走査する。そのように得られたデータも、平面とトランスデューサとの間の任意の場所にある点の集合からのデータだけでなく、平面705の画像を表示するために使用することができる。後者の点からのデータを、平面705に向って方向付けられたビームの各々から受信されたエコーの動的な焦点合わせを通じて収集する。この方式で収集されるデータの量は、関心のある全領域の三次元撮像の場合に収集されるであろうデータの全体よりも少ない。上述の例と同様に、単一の非平面を走査することができるかもしれない。
【0020】
模範的実施例における本発明の原理を説明し記載したが、説明した実施例を、このような原理から逸脱することなく配置及び詳細において変更することができることは当業者には明確であるはずである。本発明の原理を適用することができる多くの可能な実施例の点から見て、説明した実施例がこれらの原理を教唆する目的であり、本発明の範囲における限定であることを目的としないことは理解されるはずである。従って、発明者は、発明者の発明として、請求項及びそれらの同等なものの範囲及び主旨内で成立する全てを請求する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う超音波診断撮像システムのブロック図である。
【図2】A及びBは、トランスデューサの第一の実施例を使用して、本発明に従う一組の平面画像を作成するための方法を示す。
【図3】A及びBは、図2の方法によって作成される平面画像の実時間における表示を示す。
【図4】A及びBは、図2A及びBの方法における変形を示す。
【図5】A及びBは、本発明を伴う使用のための、トランスデューサの第二の実施例を示す。
【図6】A及びBは、本発明に従う一組の平面画像を作成するための別の方法を示す。
【図7】A及びBは、図6A及びBの方法における変形を示す。
Claims (13)
- 対象の容積測定領域の多平面超音波画像を作成する方法であって、
トランスデューサを、前記測定領域にわたって前記トランスデューサを走査することによって、動かすこと、
前記走査の間の試料採取位置で、前記容積測定領域中に、走査される複数の表面の一又は複数と交差する、前記トランスデューサからの超音波ビームを伝達すること、
前記トランスデューサにおいて、伝達される前記ビームに応じて前記容積測定領域からのエコーを受信すること、及び、
受信された前記エコーから、前記複数の表面に対応する平面画像を形成すること、を含み、
前記ビームは、走査毎に少なくとも二つの表面と交差し、
前記走査の間の伝達されるビームの数は、前記容積測定領域全体を走査するために伝達されるであろうビームの数より少ない、方法。 - 前記表面の少なくとも一つは、平面であり、
各々の試料採取位置で伝達されるビームは、それぞれ、走査されるそれぞれの前記平面における表面の各々にある請求項1記載の方法。 - 前記平面における表面の二つは、相互に直角である請求項2記載の方法。
- 前記伝達されるビームは、それぞれ、前記走査されるそれぞれの平面のみにある請求項2記載の方法。
- 前記表面は、前記容積測定領域内で交差する請求項1記載の方法。
- 前記受信されたエコーから平面画像を形成することは、Bモード処理装置、コントラスト信号検出器、又はドップラー処理装置でエコー信号を処理することを含む請求項1乃至5いずれか1項記載の方法。
- 前記平面画像を各々の走査の後に表示することを含み、
前記走査、前記伝達、前記受信、及び前記形成は、表示の実時間速度で前記平面画像を一新するのに十分な速度で繰り返される請求項1乃至6いずれか1項記載の方法。 - 前記トランスデューサを走査することは、前記トランスデューサを機械的に動かすことを含む請求項1乃至7いずれか1項記載の方法。
- 前記トランスデューサを走査することは、前記伝達されるビームを電子的に操縦することを含む請求項1記載の方法。
- 前記走査される表面における点から前記トランスデューサによって受信されたエコーのみを、画像を形成するために処理する請求項1乃至9いずれか1項記載の方法。
- 対象の容積測定領域の多平面超音波画像を作成することに対して、
トランスデューサを、前記測定領域にわたって前記トランスデューサを掃引することによって、動かすこと、
前記掃引の間の試料採取位置で、前記容積測定領域中に、走査される複数の表面の一又は複数と交差する、前記トランスデューサからの超音波ビームを伝達すること、
前記トランスデューサにおいて、伝達される前記ビームに応じて前記容積測定領域からのエコーを受信すること、及び、
受信された前記エコーから、前記複数の表面に対応する平面画像を形成すること、を含み、
前記受信されたエコーは、前記容積測定領域全体の走査から受信されるであろうエコーより少ない、請求項1記載の方法。 - 対象の容積測定領域の多平面超音波画像を作成する装置であって、
前記容積測定領域にわたって掃引するか又は走査するために適合した超音波トランスデューサ、
前記トランスデューサに連結されると共に、前記トランスデューサが、掃引の間における複数の試料採取位置で、容積測定領域中に、走査される複数の表面の一又は複数と交差する超音波ビームを伝達させることに適合した制御装置、及び、
前記トランスデューサに連結されると共に前記トランスデューサによって獲得されたデータから前記複数の表面に対応する平面画像を形成することに適合した処理装置、を含み、
前記ビームは、掃引毎に少なくとも二つの表面と交差し、
前記掃引の間の伝達されるビームの数は、前記容積測定領域全体を走査するために伝達されるであろうビームの数より少ない、装置。 - 前記表面の少なくとも二つは、平面であり、
前記トランスデューサによって伝達される前記超音波ビームは、それぞれ、それぞれの前記平面の表面にある請求項12記載の装置。
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