JP2006346459A - 超音波空間複合イメージングのリアルタイム運動補正のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空間複合画像においてボケなどの運動の影響を低減または排除するための改良式の方法及び装置を提供すること。
【解決手段】複合超音波イメージングのリアルタイム運動補正のための方法（５００）は、画像フレームを受け取る工程（５１０）と、この画像フレームと先行画像フレームの間の運動を推定する工程（５２５）と、推定した運動によって先行運動推定値を更新して更新済み運動推定値を形成する工程（５３０）と、この更新済み運動推定値を用いて画像フレーム及び先行画像フレームを補正する工程（５３５）と、を含む。本方法はさらに、これらの画像フレームから複合画像を形成する工程（５４０）を含むことがある。
【選択図】図１

Description

本発明は全般的には超音波イメージングに関する。本発明は特に、超音波空間複合イメージングのリアルタイム運動補正に関する。

超音波は、通常の人に聞こえる周波数と比べてより高い周波数を有する音のことである。超音波イメージングは、超音波すなわち通常の人の聴力を超える周波数スペクトル（２．５〜１０ＭＨｚのレンジなど）での振動を利用する。超音波イメージング・システムは、患者などの被検体内に超音波を短いバースト状で送出する。被検体からシステムに戻るようにエコーが反射される。このエコーから診断画像を作成することができる。超音波イメージング技法はソナーやレーダーで使用される技法と同じである。

医用超音波システムは、撮像対象に送出された超音波ビームからエコー信号を連続して収集することによって画像を形成させる。個々のビームは、ある連続する深度距離にわたって集束パルスを送出しそのエコーを受信することによって形成される。対象内のより深くに位置する信号反射体に関しては、介在する組織層などの介在構造の信号減衰が増加するために、エコー信号の振幅がかなり小さくなる。したがって、例えば超音波システムの信号増幅器が発生させるノイズをある任意の低レベルまで低下できないために、信号対雑音比が低下する。

診断用イメージング・システムにとっては、様々な解剖構造及び患者の種類についても常に可能な最良画像を形成することが重要である。画質が悪いと画像に対する高信頼性の解析が阻害されることがある。例えば、画像コントラスト品質が低下すると、臨床的に使用可能でないような信頼できない画像となることがある。さらに、リアルタイムのイメージング・システムの出現によって、明瞭で高品質の画像を作成することに関する重要性が高まった。

Ｂモードすなわち「輝度」モードは超音波画像に対する一般的な表示形式の１つである。目下のところ、Ｂモード超音波イメージング・システムのトランスジューサは狭い超音波ビームすなわちベクトルを単一の方向に発射させている。次いでこのトランスジューサ・アレイは、この同じ直線に沿って反射体から戻ってくるすべてのエコーを聴取するように待機している。戻されるエコーの強度を使用して対象の反射率が表される。患者の解剖構造などの対象の反射率は、距離方程式を用いて計算されるのが典型的である。この距離方程式は、信号の往復行程を対象の媒質中での音速で除した値に等しくその時間を決定する。現在の超音波システムは受信ビーム形成を利用して撮像対象を再構成している。すなわち、超音波システムはエコー信号の存在を聴取するために受信器を用いており、この受信器はさらにビームの再構成及びビーム方向の判定に使用される。超音波ビームを発射し反射エコーを聴取するというスキームは、ある解剖学的空間などの対象空間内のある２次元区画に及ぶまで多くの方向で順次反復される。超音波システムは、反射されたエコー信号からの決定に従って戻されたエコー信号の強度に対応した輝度レベルで各ラインをペイントする。ある空間区画を掃引し終えているベクトルの全体組によって１つのＢモードフレームが構成される。この再構成処理は、フレームを継続してペイントして標準的なリアルタイムＢモード表示が実現されるまで反復される。

空間複処理合は超音波イメージングの広範な用途において高度かつ重要な診断ツールとなっている。空間複合処理では、音波やこの種の別の波を用いて幾つかの音波発射（ｉｎｓｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）角度すなわち放射角から目標物が走査される。次いで、受け取った複数の画像が合成され、または平均化されて単一の画像が形成される。複合された画像の表示では、典型的には、画像分解能を劣化させる散乱によって導入されるスペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）や干渉がより少ない。複合画像はさらに、単一の角度からの従来式の超音波画像と比べてより良好な鏡面反射体描写（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ｄｅｌｉｎｅａｔｉｏｎ）を提供することができる。幾つかの超音波装置では、１次元線形アレイや１次元湾曲線形アレイなど様々なタイプのトランスジューサ上で多重角度空間複合処理が実現されている。
米国特許第７０３７２６５号

空間複合イメージングは、スペックルを減少させると共に組織境界を強調することによってコントラスト分解能を改善させる。しかし、空間複合画像は異なる時点で収集された一連のフレームの和である。このため、空間複合処理は、組織の運動や探触子の運動などの運動の影響を受けやすい。さらに、撮像域を大きくして撮像を行うと定常の運動からボケやアーチファクトが生ずることになる。したがって、空間複合画像においてボケなどの運動の影響を低減または排除するための改良式の方法及び装置があると極めて望ましい。

本発明のある種の実施形態は複合超音波イメージングのリアルタイム運動補正のための方法及びシステムを提供する。ある種の実施形態は、画像フレームを受け取る工程と、この画像フレームと先行画像フレームの間の運動を推定する工程と、推定した運動を用いて先行運動推定値を更新して更新済み運動推定値を形成する工程と、この更新済み運動推定値を用いて１つまたは複数の先行画像フレームを補正する工程と、を含む方法を提供する。本方法はさらに、これらの画像フレームから複合画像を形成する工程を含むことがある。

一実施形態では、画像フレームと先行フレームの間の運動は、例えば相互相関、基準点レジストレーション、及び／または別の推定方法を用いて推定されることがある。画像フレームと先行画像フレームは、例えば更新済み運動推定値をアフィン変換や別の補正方法において用いることによって補正されることがある。一実施形態では、本方法は画像フレームを受け取りながらリアルタイム補正を提供する。

ある種の実施形態は、改良式の複合超音波イメージングのための方法を提供する。本方法は、画像フレームを受け取る工程と、この画像フレームと先行画像フレームの間の運動を推定する工程と、この運動推定値を用いて画像フレーム及び先行画像フレームを補正する工程と、これらの画像フレームから複合画像を形成する工程と、を含む。本方法はさらに、運動推定値を用いて先行運動推定値を更新して更新済み運動推定値を形成する工程を含むことがある。一実施形態では、画像フレームと先行画像フレームの間の運動は、例えば相互相関と基準点レジストレーションのうちの少なくとも一方を用いて推定されることがある。一実施形態では、画像フレーム及び先行画像フレームは、例えば運動推定値をアフィン変換において用いて補正されることがある。

ある種の実施形態は、コンピュータ上で実行するための命令の組を含んだコンピュータ読み取り可能な媒体を提供する。この命令組は、新たなフレームと複合画像組内の先行フレームとの間の運動を推定するように構成された運動推定ルーチンと、推定した運動に基づいて複合画像組内のフレームを補正するように構成された運動補正ルーチンと、複合画像組内のフレームを合成して１つの複合画像を形成するように構成された画像複合ルーチンと、を含む。この命令組はさらに、例えば空間複合画像を表示するための表示ルーチンを含むことがある。

一実施形態では、運動補正ルーチンは、推定した運動に基づいて旧フレームを新フレームに対して整列させる。一実施形態では、運動推定ルーチンは、推定した運動を用いて推定した先行の運動を更新して更新済みの推定運動を形成する。一実施形態では、運動推定ルーチンは、例えば時間的に隣接したフレーム、空間的に隣接したフレーム、最終の同角度フレーム、及び最終の複合画像のうちの少なくとも１つから先行フレームを選択する。

ある種の実施形態は、空間複合超音波イメージングのためのシステムを提供する。本システムは、複合超音波画像を形成するための複数のフレームを保存することが可能なフレームバッファと、運動推定値を含むデータを保存することが可能なメモリと、新フレームとフレームバッファからの先行フレームとの間の運動を推定するように構成されたプロセッサと、を含む。本プロセッサは、この推定した運動に基づいてフレームバッファ内のフレームを補正することが可能である。本プロセッサはフレームバッファ内のフレームを合成して１つの空間複合画像を形成する。

一実施形態では、新フレームによって、例えばフレームバッファ内の最も古いフレームが置き換えられる。本プロセッサは、フレームバッファ内のフレームを合算して１つの空間複合画像を形成することがある。本プロセッサは、例えば時間的に隣接したフレーム、空間的に隣接したフレーム、最終の同角度フレーム、及び最終の複合画像のうちの少なくとも１つから先行フレームを選択することがある。一実施形態では、そのプロセッサは推定した運動を、例えば剛性（ｒｉｇｉｄ）、アフィン及び弾性（ｅｌａｓｔｉｃ）のうちの少なくとも１つとしてモデル化している。本プロセッサはさらに、フレームバッファ内のフレームデータに対して空間可変性のシェーディングを適用することがある。

上述した要約、並びに本発明のある種の実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むことによってさらに十分な理解が得られよう。本発明の例証を目的として、図面ではある特定の実施形態を示している。しかし、本発明は添付の図面に示した配置や手段に限定するものではないことを理解すべきである。

図１は、本発明の一実施形態により使用される超音波イメージング・システム５のブロック図を表している。システム５は、トランスジューサ１０、フロントエンド２０、撮像モード・プロセッサ３０、ユーザインタフェース６０、制御プロセッサ５０、及びディスプレイ７５を含む。撮像モード・プロセッサ３０及び制御プロセッサ５０は例えば、バックエンド・システムの一部とすることがある。トランスジューサ１０は、アナログ電気信号を超音波エネルギーに変換することによって超音波を被検体内に送出するために使用される。トランスジューサ１０はさらに、超音波エネルギーをアナログ電気信号に変換することによって被検体から後方散乱された超音波を受け取るために使用されることがある。フロントエンド・サブシステム２０は、受信器、送信器及びビーム形成器を含んでおり、様々な撮像モードで使用するための送信波形、ビームパターン、受信器フィルタ処理技法、及び復調スキームを生成するために使用される。フロントエンド２０はディジタルデータのアナログデータへの変換、並びにこの逆の変換を行う。フロントエンド２０は、アナログインタフェース１５を介してトランスジューサ１０とインタフェースを取っている。フロントエンド２０は、ディジタルバス７０を介して撮像モード・プロセッサ３０及び制御プロセッサ５０とインタフェースを取っている。ディジタルバス７０は幾本かの下位ディジタルバスを含むことがある。この下位ディジタルバスは、別々の構成を有することがあり、また超音波イメージング・システム５の様々な部分に対してディジタル式のデータインタフェースを提供することがある。

撮像モード・プロセッサ３０は、Ｂモード・イメージング、Ｍモード・イメージング、ＢＭモード・イメージング、高調波（ｈａｒｍｏｎｉｃ）イメージング、ドプラ・イメージング、カラーフロー・イメージング、及び／または別の任意の超音波撮像モードなどの撮像モードのための振幅検出及びデータ圧縮を提供する。撮像モード・プロセッサ３０はフロントエンド２０からディジタル信号データを受け取る。撮像モード・プロセッサ３０は受け取ったディジタル信号データを処理し推定されるパラメータ値を作成する。この推定パラメータ値は受け取ったディジタル信号データを用いて作成されることがある。推定パラメータ値を作成するためにこのディジタル信号データは、送信された信号の基本波、高調波または低調波を中心とする周波数帯域内で解析を受けることがある。撮像モード・プロセッサ３０はディジタルバス７０を介して制御プロセッサ５０に推定パラメータ値を渡している。撮像モード・プロセッサ３０はさらに、ディジタルバス７０を介してディスプレイ７５に推定パラメータ値を渡すことがある。

ディスプレイ７５は表示プロセッサ８０及びモニタ９０を含む。表示プロセッサ８０は、撮像モード・プロセッサ３０及び制御プロセッサ５０からのディジタルのパラメータ値を受け付ける。表示プロセッサ８０は、例えば走査変換機能、カラーマッピング機能、並びに組織／フロー・アービトレーション（ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ）機能を実行することがある。表示プロセッサ８０は、表示のためにディジタルデータに対して処理、マッピング及びフォーマット設定を行い、このディジタル表示データをアナログ表示信号に変換し、かつこのアナログ表示信号をモニタ９０に渡している。モニタ９０は表示プロセッサ８０からのアナログ表示信号を受け入れると共に、得られた画像を表示する。オペレータはモニタ９０上で画像を観察することができる。

ユーザインタフェース６０は、制御プロセッサ５０を介した超音波イメージング・システム５に対するオペレータによるユーザコマンドの入力を可能にしている。ユーザインタフェース６０は、例えばキーボード、マウス、スイッチ、ノブ、ボタン、トラックボール、及び／またはスクリーン上メニューを含むことがある。

制御プロセッサ５０は超音波イメージング・システム５の中央処理装置である。制御プロセッサ５０は、ディジタルバス７０を用いて超音波イメージング・システム５の別の構成要素とインタフェースを取っている。制御プロセッサ５０は、様々なデータアルゴリズムや様々な撮像及び診断モードに関する機能を実行する。制御プロセッサ５０と超音波イメージング・システム５の別の構成要素との間で、ディジタルデータ及びコマンドが送受信されることがある。代替的な一実施形態では、制御プロセッサ５０が実行する機能は、複数のプロセッサによって実行させること、かつ／または撮像モード・プロセッサ３０及び／または表示プロセッサ８０内に組み入れられることがある。別の実施形態では、プロセッサ３０、５０及び８０の機能は、単一のパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）のバックエンド内に組み入れられることがある。

図２は、本発明の一実施形態による超音波イメージングのための方法２００の流れ図を表している。先ず工程２１０では、トランスジューサ１０が患者などの被検体内に超音波エネルギーを送出する。次いで工程２２０では、被検体から後方散乱された超音波エネルギーすなわちエコーがトランスジューサ１０によって受け取られる。信号は、被検体から後方散乱された超音波に応答してフロントエンド２０で受け取られる。

次に工程２３０では、受け取った信号がディジタルバス７０を用いてフロントエンド２０から撮像モード・プロセッサ３０に送られる。工程２４０では、受け取った信号に基づいて撮像モード・プロセッサ３０がパラメータ値を作成する。次いで工程２５０では、このパラメータ値が制御プロセッサ５０に送られる。

工程２６０では、このパラメータ値が、表示、保存、及びディスプレイ７５における診断で使用するために制御プロセッサ５０によって処理される。制御プロセッサ５０は、画像データパラメータ値を処理して、アーチファクトを低減させ最終の画像（複数のこともある）を処理することがある。制御プロセッサ５０及び／または撮像モード・プロセッサ３０は、画像データを複合させて複合画像を作成することがある。例えば、複数の角度からの画像データを合成あるいは平均化して空間複合画像を作成することがある。

次に工程２７０では、処理済みのパラメータ値がディスプレイ７５に送られる。さらに、制御プロセッサ５０との連係及び／または制御プロセッサ５０に対する追加により、表示プロセッサ８０が複数の集束ゾーン画像からのパラメータ値を処理して合成画像を作成することもある。

最後に工程２８０では、診断画像が作成されモニタ９０の位置に出力される。この画像は例えば、保存され、表示され、プリントされ、かつ／またはさらに送出されることがある。表示プロセッサ８０はディジタル信号データからの処理済みのパラメータ値を用いて診断画像を作成することがある。

空間複合イメージングを実現するために、幾つかの超音波イメージング・システムはすべての方向に対するフル基本波送信またはフル高調波送信を使用している。次いで、受け取ったエコー信号データが合成されて１つの画像が形成される。単一の送信基本波周波数を使用すると激しいグレーティングローブ（ｇｒａｔｉｎｇ ｌｏｂｅ）アーチファクトを生ずることがある。送信角度が小さくなるに連れて送信信号周波数を低下させると、グレーティングローブの低減に役立つことがある。しかし、送信信号周波数を低下させると信号分解能の劣化が生じる。また一方、高調波送信は基本波周波数と比べて有するグレーティングローブがより少ない。しかし、高調波送信は基本波周波数送信と比べて得られる透過がより小さい。

一実施形態では、基本波及び高調波周波数の送信を合成して最終画像を作成している。グレーティングローブがほとんどないか全くない小さいステアリング角度では、基本波周波数を送信することがある。大きなステアリング角度では、より多くのグレーティングローブが作成されるため、高調波周波数を送信することがある。１つまたは複数の画像を作成するために基本波と高調波のエコー信号が処理されて合成されることがある。ビームステアリング角度に基づいて適当に基本波と高調波の信号を合成することによって、さらにスペックルをより効率よく平滑化することができる。例えば参照により本明細書に組み込むものとするＸｉａｏｈｕｉ Ｈａｏらにより２００３年１０月７日に提出された米国特許出願「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｔｉｓｓｕｅ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｎａｔｕｒａｌ （Ｔｉｓｓｕｅ） Ｄｅｃｏｄｅｄ Ｃｏｄｅｄ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ」（米国特許第７，０３７，２６５号、整理番号第１３７７４１ＵＬ号）に開示されているように、低周波数または高周波数の基本送信、並びに単一波、２重波またはコード化高調波を使用し、これらを別の基本波及び／または高調波信号と合成させることもある。撮像モード・プロセッサ３０、あるいは別のハードウェアやソフトウェアは、どの種類の信号がトランスジューサ１０から撮像しようとする被検体内に発射されたのかを決定する。

ある種の実施形態は、グレーティングローブを低下させる一方で空間分解能を維持している複合イメージング技法を提供する。角度ステアリングに関する周波数を低下させると共に、例えばステアリング角度が０を超える場合に高調波イメージングを使用する。一実施形態では、参照により本明細書に組み込むものとするＦｅｎｇ Ｌｉｎらにより２００２年１２月３１日に提出された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｓｐｅｃｋｌｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｔｉｓｓｕｅ−Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ」と題する特許出願（米国出願第１０／３３５，２７７号）に開示されているような周波数複合（または、可変周波数イメージング）を利用することがある。さらに、参照により本明細書に組み込むものとするＸｉａｏｈｕｉ Ｈａｏらにより２００３年１１月７日に提出された特許出願「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｓｉｇｎａｌｓ」（米国出願第１０／７０３，９０３号）に開示されているような基本波と高調波の信号を合成させた超音波複合イメージングを用いるとスペックル抑制の改善に役立つことがある。

図３は、本発明の一実施形態により使用される改良式の空間複合システム３００を表している。システム３００は、空間複合させるフレーム間の運動を推定しこれを補償するために使用されることがある。システム３００は、探触子３１０、ビーム形成モジュール３２０、Ｂモード処理モジュール３３０、フレームバッファ更新モジュール３４０、運動推定モジュール３５０、メモリ更新モジュール３６０、運動補償モジュール３７０、フレーム合算モジュール３８０、及びディスプレイ３９０を含む。システム３００の構成要素は、ソフトウェアの形及び／またはハードウェアの形で実現することができる。システム３００の構成要素は、別々に実現させることができ、かつ／または例えば様々な形式で合成させることができる。システム３００は任意の超音波撮像モードを用いて動作することがあるが、以下の説明では、単に例示のみを目的としてＢモード超音波イメージングを用いて例証している。

動作時において、探触子３１０から受け取ったエコーが先ずビーム形成ブロック３２０で集束される。次いで、Ｂモード処理ブロック３３０においてＢモードフレームが形成され、フレームバッファ３４０にこれが保存される。フレームバッファ３４０内のフレームの総数はＮ＋１（ここで、Ｎは複合画像の作成に使用されるフレームの数）とすることがある。新たなフレームが形成されるたびに、フレームバッファ３４０内の最も古いフレームは除去されてこの新フレームに置き換えられる。運動推定ブロック３５０では、新フレームと先行フレームの間の運動が推定される。次いで、推定した運動を使用して運動メモリ３６０内に保存されている既存の運動情報が更新される。この運動情報は、複合画像の作成のために使用するすべてのフレーム間の運動を記述している。運動補償ブロック３７０では、この更新済み運動情報に基づいて旧フレームを新フレームに対して整列させる。整列させたフレームは複合ブロック３８０において合算される。最後的に、ディスプレイ３９０に複合画像が表示される。

ある種の実施形態は「更新」モードで動作する。旧フレーム同士の間の運動は新フレームを受け取る前にすでに推定済みであるため、新フレームが到来するたびに、新フレームと先行フレームの間の運動だけを推定する。先行フレームは、例えば時間的に隣接したフレーム、空間的に隣接したフレーム、最終の同角度フレーム、または最終の複合画像となるように選択することができる。例えば、時間的に隣接したフレームが選択された場合、組織の運動及び歪みは最も少なくなるが、画像が様々な角度から走査を受けていることがあるために画像は互いに類似しないことがある。同角度フレームが選択された場合、ステアリング角度が同じであるために走査した画像は互いに類似するが、これらの画像は時間的に離れたものとなり得る。空間的に隣接したフレーム及び最終の複合画像の特徴は、例えば同角度フレームの場合と時間的に隣接したフレームの場合との間に来ることがある。

図４は、本発明の一実施形態により使用される５つの複合フレームからなる時間シーケンスを表している。新フレームＦ_ｎに対して、フレームＦ_ｎ−１は時間隣接フレームであり、フレームＦ_ｎ−２及びＦ_ｎ−３は空間隣接フレームであり、フレームＦ_ｎ−５は同角度フレームであり、かつ最終の複合画像はＦ_ｎ−５からＦ_ｎ−１までのレジストレーション後の和である。この運動は、既存の任意の方法（例えば、相互相関法）によって推定されることがある。この運動は、例えば確度と複雑性の間の所望の折衷関係に応じて剛性、アフィン、または弾性とするようにモデル化されることがある。

一実施形態では、普遍性を損なうことなく、フレームｊからフレームｉへの運動はＵ_ｉｊと表すことができ、フレームｉからフレームｊへの運動はＵ_ｊｉ＝Ｕ_ｉｊ ^−１と表すことができ、かつ整列はｆ_ｊ’＝Ｕ_ｉｊｆ_ｊと表すことができる（ここで、ｆ_ｊは原始フレームでありまたｆ_ｊ’はフレームｉに対して整列させたフレームｊである）。運動Ｕ_ｉｋはＵ_ｉｊ及びＵ_ｊｋからＵ_ｊｋ＝Ｕ_ｉｊＵ_ｊｋを用いて導出されることがある。一実施形態では、同じフレーム同士の運動Ｕ_ｉｉは単位値（ｕｎｉｔ）であり、１と記載している。

運動メモリ３６０では、各先行フレームと現行フレームの間の運動｛Ｕ_ｎｉ，ｉ＝ｎ，ｎ−１，ｎ−２，・・・｝（ここで、ｎは現行フレーム）が保存される。新たなフレームｎ＋１が形成されると、運動Ｕ_{（ｎ＋１）ｊ}（ここで、ｊは選択した先行フレーム）が先ず推定される。次いで、次式によって新たな運動組を計算することができる。

（式１）
例えばフレームデータに対して、空間可変性のシェーディングが適用されることがある。このシェーディングは、エッジ・アーチファクトの低減や画像均一性の改善など複数の恩恵を有することがある。重み付けした画像データを用いた空間複合イメージングに対するシェーディングの一例が、参照により本明細書に組み込むものとするＭｉｃｈａｅｌ Ｗａｓｈｂｕｒｎらにより２００４年８月９日に提出された「Ｒａｎｇｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｓｐａｔｉａｌ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ」と題する特許出願（出願第１０／９１４，３２６号）に記載されている。不要なアーチファクトを避けるために、フレームデータに対して先ずシェーディングが適用され、次いでシェーディング済みデータとシェーディング自体の両者に対して運動補正が実施されることがある。整列させたフレームデータとシェーディングが合算されると共に、シェーディング和を用いたフレーム和の正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅ）によって複合データが計算される。

（式２）
図５は、本発明の一実施形態により使用される運動補正を伴った改良式複合イメージングのための方法５００の流れ図を表している。先ず工程５０５では、運動補正が初期化される。例えば、フレームバッファ及び運動メモリがリセットされる。次いで工程５１０では、新フレームの受け取りが判定される。新たなフレームを受け取っていない場合、例えば運動補正方法が終了となることや、新フレームの受け取りを待つことがある。新たなフレームを受け取った場合、工程５１５において、この新フレームデータに対してシェーディングが適用される。空間可変性シェーディングなどのシェーディングは、エッジ・アーチファクトを低減させ画像を平滑化して均一性を向上させるために使用されることがある。工程５２０では、シェーディング済みデータによってフレームバッファが更新される。

次に工程５２５では、新フレームと先行フレームの間の運動が推定される。例えばこれらのフレームが異なる時点で収集されているために、組織及び／または探触子の動きによってフレーム間に運動アーチファクトやオブジェクトの差が導入されることがある。画像データの比較など新フレームと先行フレームとを比較すると、フレーム間で推定される運動の影響が明らかとなることがある。ある種の実施形態では、相互相関及び／または基準点に基づくレジストレーションなど１つまたは複数の方法を用いてフレーム間の運動を推定することができる。工程５３０では、この運動推定値によって運動メモリが更新される。例えば、運動推定値を用いて、運動メモリ内に保存されている運動情報が更新される、さもなければ修正される。

次いで工程５３５では、画像フレームに対して運動補償が実行される。例えば、運動情報を使用してこれらのフレーム内の運動が補償される。例えば、運動情報を用いて新フレームに対して旧フレームを整列させることがある。フレーム間での運動の影響を補償するには、様々な運動補正方法を用いることができる。

例えば、アフィン変換を用いてフレーム内の運動の影響を補償することがある。アフィン変換とは、画像内において共直線性（ｃｏｌｌｉｎｅａｒｉｔｙ）及び距離の比が保全されるような任意の変換である。すなわち、当初ある直線に沿って存在するすべての点は変換後においても当該直線に沿って存在し、また線分の中点は変換後においても当該線分の中点のままである。アフィン変換の例には、幾何学的縮小（ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ）、伸長（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）、膨張（ｄｉｌａｔｉｏｎ）、反射、回転、せん断（ｓｈｅａｒ）、相似変換、らせん状（ｓｐｉｒａｌ）相似、平行移動、前記を組み合わせたもの、及び／または回転、平行移動、膨張及びせん断からなる別の合成が含まれる。例えば、フレーム間の運動をアフィン変換によってモデル化する場合、運動推定において先ず、スケールファクタ（ｓ）、回転角度（アルファ）、初期ｘ座標位置（ｘ０）、及び初期ｙ座標位置（ｙ０）が評価される。運動補償では、計算したｓ、アルファ、ｘ０及びｙ０を用い次式に示したようにしてアフィン変換が実施される。

ｘ’＝（ｓｃｏｓα）ｘ＋（ｓｓｉｎα）ｙ−ｓ（ｘ_０ｃｏｓα＋ｙ_０ｓｉｎα）
ｙ’＝（−ｓｓｉｎα）ｘ＋（ｓｃｏｓα）ｙ＋ｓ（ｘ_０ｓｉｎα＋ｙ_０ｃｏｓα）
工程５４０では、フレームが合算されて１つの複合画像が形成される。例えば、整列させたフレームを空間的に合算して１つの空間複合画像が形成されることがある。次いで工程５４５では、複合画像を形成し終えた後、この複合画像データが正規化される。次に工程５５０において、追加的な新たな画像フレームの処理を要する場合、本方法は工程５１０の位置から反復される。新フレームに基づいてシェーディング、運動情報、運動補償、その他が調整される。処理すべき新たな画像フレームがない場合、複合画像に対する運動補正は終了する。この補正複合画像は例えば、保存される、表示される、かつ／または送信されることがある。

したがって、ある種の実施形態は超音波空間複合画像のリアルタイム運動補正のための効率がよい方法及びシステムを提供する。ある種の実施形態は、フレームを受け取りながら、かつ／またはフレームを受け取り終えた後に運動補正を提供しており、処理に関して任意の数のフレームに対応することができる。ある種の実施形態は、複合の前に適正に整列させた複合画像を作成している。

ある種の実施形態は、先行の推定値が保存されているために、１回のフレーム更新ごとに１つの運動推定値を取得する。先行フレーム同士の間のオフセットを用いると、新フレームをある先行フレームと比較した１つの推定値によって、これらのフレーム間の関係の特定、並びに運動の影響を低減させるような複合画像の整列調整が可能である。

本発明に関してある種の実施形態を参照しながら記載してきたが、本発明の趣旨を逸脱することなく様々な変更が可能であると共に、等価物による置換が可能であることは当業者であれば理解するであろう。さらに、多くの修正形態により、本発明の趣旨を逸脱することなく具体的な状況や材料を本発明の教示に適応させることができる。したがって、開示した特定の実施形態に本発明を限定しようという意図ではなく、本発明は添付の特許請求の範囲の域内に入るすべての実施形態を包含するように意図している。

本発明の一実施形態により使用される超音波イメージング・システムのブロック図である。 本発明の一実施形態による超音波イメージングのための方法の流れ図である。 本発明の一実施形態により使用される改良式の空間複合システムの図である。 本発明の一実施形態により使用される時間フレーム・シーケンスを表した図である。 本発明の一実施形態により使用される運動補正を伴った改良式複合イメージングのための方法の流れ図である。

符号の説明

５ 超音波イメージング・システム
１０ トランスジューサ
２０ フロントエンド
３０ 撮像モード・プロセッサ
５０ 制御プロセッサ
６０ ユーザインタフェース
７０ ディジタルバス
７５ ディスプレイ
８０ 表示プロセッサ
９０ モニタ
３００ 改良式空間複合システム
３１０ 探触子
３２０ ビーム形成モジュール
３３０ Ｂモード処理モジュール
３４０ フレームバッファ更新モジュール
３５０ 運動推定モジュール
３６０ メモリ更新モジュール
３７０ 運動補償モジュール
３８０ フレーム合算モジュール
３９０ ディスプレイ

Claims (10)

1. 複合超音波イメージングにおけるリアルタイム運動補正のための方法（５００）であって、
   画像フレームを受け取る工程（５１０）と、
   前記画像フレームと先行画像フレームの間の運動を推定する工程（５２５）と、
   前記推定した運動によって先行運動推定値を更新し、更新済み運動推定値を形成する工程（５３０）と、
   前記更新済み運動推定値を用いて前記画像フレーム及び前記先行画像フレームを補正する工程（５３５）と、
   を含む方法（５００）。
2. 前記画像フレームから複合画像を形成する工程（５４０）をさらに含む請求項１に記載の方法（５００）。
3. 前記推定の工程（５２５）はさらに、相互相関と基準点レジストレーションのうちの少なくとも一方を用いて前記画像フレームと先行画像フレームの間の前記運動を推定する工程を含む、請求項１に記載の方法（５００）。
4. 前記補正の工程（５３５）はさらに、前記更新済み運動推定値をアフィン変換において用いて前記画像フレーム及び前記先行画像フレームを補正する工程を含む、請求項１に記載の方法（５００）。
5. 前記補正の工程（５３５）は画像フレームを受け取りながらリアルタイム補正を提供する、請求項１に記載の方法（５００）。
6. 改良式の複合超音波イメージングのための方法（５００）であって、
   画像フレームを受け取る工程（５１０）と、
   前記画像フレームと先行画像フレームの間の運動を推定する工程（５２５）と、
   前記運動推定値を用いて前記先行画像フレームを補正する工程（５３５）と、
   前記画像フレームから複合画像を形成する工程（５４０）と、
   を含む方法。
7. 前記運動推定値によって先行運動推定値を更新し、更新済み運動推定値を形成する工程（５３０）をさらに含む請求項６に記載の方法（５００）。
8. 空間複合超音波イメージングのためのシステム（３００）であって、
   複合超音波画像を形成するために複数のフレームを保存することが可能なフレームバッファ（３４０）と、
   運動推定値を含むデータを保存することが可能なメモリ（３６０）と、
   新たなフレームと前記フレームバッファからの先行フレームとの間の運動を推定するように構成されたプロセッサであって、前記推定した運動に基づいて前記フレームバッファ（３４０）内のフレームを補正することが可能であり、かつ前記フレームバッファ（３４０）内のフレームを合成して１つの空間複合画像を形成しているプロセッサと、
   を備えるシステム（３００）。
9. 前記プロセッサは、時間的に隣接したフレーム、空間的に隣接したフレーム、最終の同角度フレーム、及び最終の複合画像のうちの１つから前記先行フレームを選択している、請求項８に記載のシステム（３００）。
10. 前記プロセッサは、前記推定した運動を剛性、アフィン及び弾性のうちの少なくとも１つとしてモデル化している、請求項８に記載のシステム（３００）。

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