JP2006506159A - 超音波画像化システムにおいてマルチラインビームからｂフローデータとｂモードデータとを取得する方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、対象に超音波ビームを送信し対象から反射されたエコーを検知する超音波トランスデューサアレイを用いて対象を画像化する方法および装置である。前記ビームの各々は、それに隣接するビームと第１の所定距離はなれている。前記対象からの複数のエコー群を受信する。前記エコー群の各々は、前記送信された複数の超音波ビームの１つに対応する。前記エコーの各々は、対応する超音波ビームから前記第１の所定距離より小さい第２の所定距離だけ離れている。超音波ビームに対応する前記受信したエコーは、隣接する超音波ビームに対応する前記受信したエコーと大きく重なり合うように、前記送信された複数の超音波ビームが構成される。エコーからＢモードデータを取得するために前記受信したエコーの少なくとも一部を処理する。また、エコーからＢフローデータを取得するために、前記重なり合った受信エコー間の差を決定することにより、前記受信したエコーの重なり合ったペアを処理する。

Description

本発明は超音波画像化システムに関し、特に、超音波画像化システムにおいてマルチラインビームを用いて、フローとＢモードデータおよび／またはドップラーデータ（フロー、パワー、および／または組織運動）を同時に取得するシステムおよび方法に関する。

超音波スキャンシステムは様々な画像化モードで動作する。その動作は、所望する画像のタイプや、画像化する対象、システム自体の制約等に依存する。リアルタイムで超音波データの３次元（３Ｄ）ボリュームを形成しなければならないので、画像化する領域をサンプリングするために使用できる送受信サイクル数は厳しく制限される。フレームレートが高く視界が広い２次元（２Ｄ）アプリケーションについても同様である。

マルチライン（または平行）画像化は送信サイクルを比較的効率的に使用するものである。各送信イベントに対して複数の受信ラインを取得できるからである。マルチライン画像化の基本的前提として、平行処理経路を用いて、単一の送信イベントから隣接するが空間的に区別される経路に沿って複数ビームを受信する。単一の送信ビームが放射され、平行ビーム形成が送信ビームのいずれかの側（および／または３Ｄデータの上と下）に沿ってエコービームを同時に受信する。Ｂモードデータは、受信エコーの振幅を示し、本技術分野で知られているように受信したマルチラインエコーから取得され、表示（および／または記憶）される。２Ｘマルチラインでは送信ビームのいずれかの側の１つのビームを受信し、４Ｘマルチラインではいずれかの側の２つのビームを受信する。２Ｄアレイを使えば、送信ビームから両側、上、下、対角線のビームを受信することによりマルチラインのコンセプトを高さ方向に拡張することができる。

フローや動きの情報を取得するには、同じ解剖学的構造上の領域から複数の送受信サイクルが必要である。Ｂフロー画像化は最小数（一般的には２回）の送信イベントを用いてフロー情報を取得する例である。２Ｘマルチラインを用いてＢフロー画像を作成する最も簡単なやり方は、同一ラインに沿って２つのビームを続けて送り、受信したエコーの第１のペアから受信したエコーの第２のペアを引くことである。これにより送信ラインと同数の受信フローラインが、送信ライン密度の２倍のフローライン密度で得られ、送信ライン密度を下げて、各フローラインに対して２倍の送信ラインを送信する必要を補償することができる。このコンセプトは、同一経路への追加送信ラインからの受信エコーを結合することにより、組織、血液速度、パワードップラー等のドップラーフロー信号処理のより複雑な形態に容易に拡張することができる。

画像化する対象に関してできるだけ多くのデータを取得し、できるだけ多くの洞察を提供するために、超音波画像化方法を最適化できることが望ましい。この必要性を満たすため、本発明はここに説明するように同一の受信エコーからフローまたは動きデータおよびＢモードデータを提供する。

本発明は、同一の送信ビームからＢモードボリュームとＢフローボリュームを同時に形成する超音波画像化システムおよび方法である。３次元ボリュームを形成するとき、画像データは通常オリジナル画像データより低いサンプリング密度にされる（一般に、現在の処理能力の下ではいずれの次元でも最大２５６サンプルである）。このように、効率とのトレードオフのため画像品質やフロー品質を制限してもある程度は許容できる。

２つの隣接送信ライン間の受信ラインが大きく重なり合い、送信ビームがある程度重なり合うくらい広く、空間的コヒーレンスがある程度あるとき、本発明は実行可能である。これらを処理してＢフローラインを形成できる。フロー信号の品質は、２つの受信ライン間の空間的コヒーレンスの程度に依存する。速度範囲は、隣接する送信サイクル間の時間量に依存する。両者はシステム設計により制御できる。より大きく重なり合った送信ビームを放射すれば、より複雑なドップラー処理も可能である。

本発明の第１の主要な態様において、本発明は、超音波ビームを送信し対象から反射されたエコーを検知する超音波トランスデューサアレイを用いて対象を画像化する方法および装置である。複数の隣接する超音波ビームを前記対象に送信される。前記ビームの各々は、それに隣接するビームと第１の所定距離はなれている。前記対象からの複数のエコー群を受信する。前記エコー群の各々は、前記送信された複数の超音波ビームの１つに対応する。前記エコーの各々は、対応する超音波ビームから前記第１の所定距離より小さい第２の所定距離だけ離れている。超音波ビームに対応する前記受信したエコーは、隣接する超音波ビームに対応する前記受信したエコーと大きく重なり合うように、前記送信された複数の超音波ビームが構成される。エコーからＢモードデータを取得するために前記受信したエコーの少なくとも一部を処理する。また、エコーからＢフローデータを取得するために、一般的には前記重なり合った受信エコー間の差を決定することにより、前記受信したエコーの重なり合ったペアを処理する。好ましい実施形態においては、前記エコー群はエコーのペアにより構成される。

本発明の第２の主要な態様において、本発明は、超音波ビームを送信し、対象から反射されたエコーを検知する超音波トランスデューサアレイを用いて前記対象を画像化する方法およびシステムである。複数の隣接する超音波ビームペアを前記対象に送信する。前記ビームペアの各々は、それに隣接するビームペアと第１の所定距離はなれている。各ビームペアは、正極性パルスビームと負極性パルスビームとを有し、前記正極性パルスビームは前記負極性パルスビームと同一空間で送信される。

前記対象からの複数のエコーペアを受信する。前記エコーペアの各々は、前記複数の送信された超音波ビームの１つに対応する。前記エコーペアの各々は、第１の受信エコーと第２の受信エコーを有し、前記第１の受信エコーと前記第２の受信エコーは、対応する超音波ビームから前記第１の所定距離より小さい第２の所定距離だけ離れている。超音波ビームに対応する前記受信したエコーは、隣接する超音波ビームに対応する前記受信したエコーと大きく重なり合うように前記送信された複数の超音波ビームが構成される。各エコーからＢモードデータを取得するために前記受信したエコーの少なくとも一部を処理する。また、各エコーからＢフローデータを取得するために前記受信したエコーの重なり合ったペアを処理する。Ｂモード処理には反対極性エコーのハーモニックフィルタ法を利用する。

本発明のデータ取得法により、ドップラーフローデータ、パワーデータ、組織運動データを処理、表示、および／または記憶してもよい。

好ましい実施形態によるシステムを図１に示した。トランスデューサアレイ２は、超音波画像化システムの技術分野において周知であり、本システムにより画像化される対象４に向けて超音波ビームTX(n)を送信するために使用される。トランスデューサアレイ２は、この技術分野で周知であるように、送信ビームの結果として対象４から受信するエコーR(n)a+R(n)bを検出するために、受信モードでも使用される。（以下に説明するように）送信イベントとそれに対応する受信イベントの数は、トランスデューサアレイの幾何図形的配列（線形、２次元）、トランスデューサアレイのサイズ、画像化するエリアの次元（２次元、３次元）等、この技術分野では周知の要因に基づき選択される。

ビーム形成／アレイタイミングおよび制御論理ブロック６は、本発明による送信ビームTX(n)のタイミングその他のパラメータを制御するために使用される。以下に詳細に説明するようにエコーを受信するようにトランスデューサアレイ２を制御するだけでなく適当なタイミングで送信ビームを生成するために、フェーズドアレイステアリングやビーム成形法等のこの技術分野で知られたビーム形成法を用いて、トランスデューサアレイ２を制御する。

本発明を実装するために、２つの処理論理ブロックが利用される。Ｂモード処理ブロック８とＢフロー処理ブロック１０である。以下に説明するように、これらの処理ブロック８、１０は、トランスデューサアレイから導かれる多様なデータストリームを入力として受信する。そのトランスデューサアレイの動作は各論理ブロックにより異なる。すなわち、Ｂモード処理ブロックは、ディスプレイモニタ１２による表示および／または記憶手段１４への記憶に好適なＢモードデータを生成するために、個々のエコーまたはハーモニック画像化のための（同時送信ビームからの）エコーのペアに対して動作する。また、Ｂフロー処理ブロックは、ディスプレイモニタ１２による表示および／または記憶手段１４への記憶に好適なＢフローデータを生成するために、（隣接する送信ビームから）重なり合ったエコーのペアに対して動作する。本発明により、トランスデューサアレイ２により受信された同一の生データの一部に対して平行処理を利用することにより、Ｂモードの基礎およびハーモニクスデータおよびＢフローデータの両方を効率的に同時にディスプレイに供給することができる。

図２と３を参照して、本発明の好ましい実施形態によるＢフローとＢモード画像の形成が示されている。TX(n)というラベルが付された送信イベントが生成され（一般的にはパルスビームである）、画像化する対象に向けて送られる。TX(n)のエコーにより２つの受信ラインR(n)aとR(n)bが形成される。同様に、隣接する送信イベントTX(n+1)が生成され画像化対象に向けて送られ、２つの受信ラインR(n+1)aとR(n+1)bを作る。TX(n+1)TX(n+1)はTX(n)と隣接するように、ビームパターンが受信ビームに適当なコヒーレンスを与えるために十分重なり合うように形成される。TX(n+1)とTX(n)の間の距離は、（TX(n)からの）受信ラインR(n)bと（TX(n+1)からの）R(n+1)aが十分重なり合い、Ｂフロー処理論理ブロック１０によりフロー信号B-flow(n)を生成するために使用できるように決定される。

同様に、送信イベントTX(n+2)が生成され、受信ラインR(n+2)aとR(n+2)bを与える。フロー信号B-Flow(n+1)が重なり合った受信ラインR(n+1)bとR(n+2)aから生成される。このパターンはトランスデューサアレイ中で繰り返され、ｍ個の送信イベントと２ｍ個の受信ラインを作る。ここでｍは、画像化する対象のパラメータを与えられたときに適当な分解能を提供するためにシステム設計者により選択される数である。この論理ループは図３のフローチャートに示した。アレイはしかるべく作られ処理され、上で説明したパラメータに応じて様々な大きさと形状をとってもよい。

Ｂモードデータは、図１に示したようにＢモード処理論理ブロック８から取得される。Ｂモードデータは、一般的には受信したエコーの振幅の関数であり、その生成については超音波画像化の技術分野において知られているので、ここで詳細に説明する必要はない。Ｂモード処理は、この技術分野において周知であるばかりでなく、ハーモニック処理、空間・周波数コンパウンディング、符号化送信サイクルからの受信処理等を含むことが分かる。システム設計者は、望むようにトランスデューサアレイから受信した生のエコーデータのすべてまたは一部を利用してもよい（例えばすべての受信エコーを使用してもよいし、R(n)aエコーだけをすべて使用しても、R(n)bエコーだけをすべて使用してもよい）。

同様に、Ｂフローデータは図１に示したようにＢフロー処理論理ブロック１０から取得される。Ｂフローデータの生成は、一般に、重なり合ったエコーを処理して、最初に受信したエコーから次に受信したエコーを引くことにより達成される。２つのエコー間の差を用いて、例えば動脈を流れる血液等、画像化する対象の流れを抽出する。Ｂフローデータの生成もこの技術分野において知られていて、本発明によりそれ自体達成される。本発明にとって本質的なのは、ここで説明するように、ＢモードデータとＢフローデータ両方を取得するために同一のデータを使用することである。これらのデータが一旦作成されると、各データは、後で処理したり保存したりするために、モニター１２に表示され、および／またはデータ記憶手段１４に記憶される。

本発明は、上で説明した２次元画像化だけでなく３次元画像化にも適用できる。すなわち、画像化される対象の３次元立体表示を形成するため、この技術分野において知られているように、平面次元（方位角）にわたって生成される送信ビームTX(n)を様々な高さレベルで生成する。３次元画像化は余分な次元を画像化するため、より多くの送信／受信イベントを必要とするので、本発明は同一のデータからＢモードデータとＢフローデータを効率的に収集する有利な方法を提供する。このアイデアをより高い次数のマルチライン処理（すなわち、各送信ビームに対して２以上の受信ビームを捉え処理する）に拡張することは簡単であり、平面内でも平面外でもさらに効率を向上することができる。

図４は、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態では、Ｂフローまたは通常ドップラー処理法をパルス反転ハーモニック法と組み合わせる。同時および／または隣接する送信ビームのパルス極性が反転しているとき、結果として得られるエコーを処理してＢフロー画像だけでなくパルス反転ハーモニック画像を形成する。これは適用するフィルタに依存する。２つの連続した送信イベントは逆極性で同一の位置に向けられ、隣接した送信からの受信エコーを結合して４つの受信ラインを与える。このように、図４に示したように、送信イベントTX1+とTX1-が同じスペースで、一方を放射したすぐ後に他方が放射される。ここで、TX1+は正極性パルスであり、TX1-は負極性パルスである。受信マルチラインエコーR1a+とR1b+は正極性パルスTX1+から生じ、R1a-とR1b-は負極性パルスTX1-から生じる。同様に、次の隣接送信イベントTX2+とTX2-は、エコーR2a+とR2b+、およびR2a-とR2b-をそれぞれ生じる。TX1エコーは様々な方法でTX2エコーと組み合わせられる。例えば、R1b+とR2a-を組み合わせると、上で説明したように、パルス反転ハーモニック信号とＢフロー信号が得られる。R1a+とR1b-もパルス反転ハーモニック信号を与え、R1b-とR2a-の差はＢフロー信号となる。本明細書の教示により、これらのデータをいろいろ組み合わせることができる。

本発明の別の態様において、図１のブロック１１により、ドップラーフローまたはドップラーパワーデータを本発明により取得したデータから有利に処理することもできる。ドップラーデータを取得するために、本発明によれば、Ｂフローデータについて上で説明したように空間領域ごとに１つの送信ラインを用いるのではなく、画像化する空間領域各々に複数送信ラインを送り、複数の受信ラインを取得してもよい。これらの複数の受信ライン（例えば１６個の受信ラインまで）からのデータを記録することにより、本技術分野で周知の方法により血液または組織の動きと流れ、変形およびパワーデータを提供するため、ドップラー速度またはパワーデータを有利に処理してもよい。

本発明の好ましい実施形態による超音波システムを示すブロック図である。 本発明の第１の態様による、ＢモードおよびＢフローデータを形成するために使用される送信イベントおよび受信イベントを示す図である。 本発明を示すフローチャートである。 本発明の第２の態様による、ＢモードおよびＢフローデータを形成するために使用される送信イベントおよび受信イベントを示す図である。

Claims (18)

1. 対象を画像化するシステムであって、
   超音波ビームを送信し、前記対象から反射されたエコーを検知する超音波トランスデューサアレイと、
   複数の隣接する超音波ビームを前記対象に送信し、前記対象からの複数のエコー群を受信するように前記トランスデューサアレイを制御する手段と、
   エコーからＢモードデータを取得するために前記受信したエコーの少なくとも一部を処理する第１の処理手段と、
   エコーからＢフローデータを取得するために前記受信したエコーの重なり合ったペアを処理する第２の処理手段とを有し、
   前記ビームの各々は、それに隣接するビームと第１の所定距離はなれており、
   前記エコー群の各々は、前記複数の超音波ビームの１つに対応し、
   前記エコーの各々は、対応する超音波ビームから前記第１の所定距離より小さい第２の所定距離だけ離れており、
   超音波ビームに対応する前記受信したエコーは、隣接する超音波ビームに対応する前記受信したエコーと大きく重なり合うように前記送信された複数の超音波ビームが構成されることを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、前記第２の処理手段は、前記重なり合った受信エコー間の差を決定することによりＢフローデータを取得することを特徴とするシステム。
3. 請求項２に記載のシステムであって、前記Ｂモードデータと前記フローデータを表示し記憶する手段をさらに有することを特徴とするシステム。
4. 請求項１に記載のシステムであって、ドップラーフローデータ、ドップラーパワーデータ、ドップラー組織運動データにより構成されたグループからデータを取得するため、前記受信したエコーを処理する第３の処理手段をさらに有することを特徴とするシステム。
5. 請求項１に記載のシステムであって、前記エコー群はエコーのペアにより構成されたことを特徴とするシステム。
6. 超音波ビームを送信し、対象から反射されたエコーを検知する超音波トランスデューサアレイを用いて前記対象を画像化する方法であって、
   複数の隣接する超音波ビームを前記対象に送信するステップと、
   前記対象からの複数のエコー群を受信するステップと、
   エコーからＢモードデータを取得するために前記受信したエコーの少なくとも一部を処理するステップと、
   エコーからＢフローデータを取得するために前記受信したエコーの重なり合ったペアを処理するステップとを有し、
   前記ビームの各々は、それに隣接するビームと第１の所定距離はなれており、
   前記エコー群の各々は、前記送信された複数の超音波ビームの１つに対応し、
   前記エコーの各々は、対応する超音波ビームから前記第１の所定距離より小さい第２の所定距離だけ離れており、
   超音波ビームに対応する前記受信したエコーは、隣接する超音波ビームに対応する前記受信したエコーと大きく重なり合うように、前記送信された複数の超音波ビームが構成されることを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、Ｂフローデータを取得するために前記受信したエコーの重なり合ったペアを処理するステップは、前記重なり合った受信エコー間の差を決定することを特徴とする方法。
8. 請求項６に記載の方法であって、ドップラーフローデータ、ドップラーパワーデータ、ドップラー組織運動データにより構成されたグループからデータを取得するため、前記受信したエコーを処理するステップをさらに有することを特徴とする方法。
9. 請求項６に記載の方法であって、前記Ｂモードデータと前記フローデータを表示し記憶するステップをさらに有することを特徴とする方法。
10. 請求項６に記載の方法であって、前記エコー群はエコーのペアにより構成されたことを特徴とする方法。
11. 対象を画像化するシステムであって、
    超音波ビームを送信し、前記対象から反射されたエコーを検知する超音波トランスデューサアレイと、
    複数の隣接する超音波ビームペアを前記対象に送信し、前記対象からの複数のエコーペアを受信するように前記トランスデューサアレイを制御する手段と、
    エコーからＢモードデータを取得するために前記受信したエコーの少なくとも一部を処理する第１の処理手段と、
    エコーからＢフローデータを取得するために前記受信したエコーの重なり合ったペアを処理する第２の処理手段とを有し、
    前記ビームペアの各々は、それに隣接するビームペアと第１の所定距離はなれており、
    各ビームペアは、正極性パルスビームと負極性パルスビームとを有し、
    前記正極性パルスビームは前記負極性パルスビームと同一空間で送信され、
    前記エコーペアの各々は、前記複数の送信された超音波ビームの１つに対応し、
    前記エコーペアの各々は、第１の受信エコーと第２の受信エコーを有し、
    前記第１の受信エコーと前記第２の受信エコーは、対応する超音波ビームから前記第１の所定距離より小さい第２の所定距離だけ離れており、
    超音波ビームに対応する前記受信したエコーは、隣接する超音波ビームに対応する前記受信したエコーと大きく重なり合うように前記送信された複数の超音波ビームが構成されることを特徴とするシステム。
12. 請求項１１に記載のシステムであって、前記第１と第２の処理手段はハーモニックフィルタ法を利用して前記エコーを処理する手段を有することを特徴とするシステム。
13. 請求項１１に記載のシステムであって、ドップラーフローデータ、ドップラーパワーデータ、ドップラー組織運動データにより構成されたグループからデータを取得するため、前記受信したエコーを処理する第３の処理手段をさらに有することを特徴とするシステム。
14. 請求項１１に記載のシステムであって、前記Ｂモードデータと前記フローデータを表示し記憶する手段をさらに有することを特徴とするシステム。
15. 超音波ビームを送信し、対象から反射されたエコーを検知する超音波トランスデューサアレイを用いて前記対象を画像化する方法であって、
    複数の隣接する超音波ビームペアを前記対象に送信するステップと、
    前記対象からの複数のエコーペアを受信するステップと、
    各エコーからＢモードデータを取得するために前記受信したエコーの少なくとも一部を処理するステップと、
    各エコーからＢフローデータを取得するために前記受信したエコーの重なり合ったペアを処理するステップとを有し、
    前記ビームペアの各々は、それに隣接するビームペアと第１の所定距離はなれており、
    各ビームペアは、正極性パルスビームと負極性パルスビームとを有し、
    前記正極性パルスビームは前記負極性パルスビームと同一空間で送信され、
    前記エコーペアの各々は、前記複数の送信された超音波ビームの１つに対応し、
    前記エコーペアの各々は、第１の受信エコーと第２の受信エコーを有し、
    前記第１の受信エコーと前記第２の受信エコーは、対応する超音波ビームから前記第１の所定距離より小さい第２の所定距離だけ離れており、
    超音波ビームに対応する前記受信したエコーは、隣接する超音波ビームに対応する前記受信したエコーと大きく重なり合うように前記送信された複数の超音波ビームが構成されることを特徴とする方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、前記処理するステップはハーモニックフィルタ法を利用して前記エコーを処理するステップを有することを特徴とする方法。
17. 請求項１５に記載の方法であって、ドップラーフローデータ、ドップラーパワーデータ、ドップラー組織運動データにより構成されたグループからデータを取得するため、前記受信したエコーを処理するステップをさらに有することを特徴とする方法。
18. 請求項１５に記載の方法であって、前記Ｂモードデータと前記フローデータを表示し記憶するステップをさらに有することを特徴とする方法。
    
    

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