JP2006520619A - 超音波カラーフロードプラ情報から合成されるフロースペクトログラム - Google Patents

Abstract

ユーザがカラーフロードプラ画像にＲＯＩを表すことができる超音波診断撮像システム及び方法が記載される。この超音波システムはＲＯＩのドプラピクセル情報を処理し、時間の関数としてこのＲＯＩにおける運動を説明するスペクトログラムを生成する。好ましい実施例において、ドプラピクセル情報は、ヒストグラムにより処理され、スペクトログラムデータを生成する。

Description

本発明は、超音波診断撮像に関し、特にカラーフロードプラ(Colorflow Doppler)情報が用いられ、合成されたフロースペクトログラム(flow spectrogram)を生成する超音波診断撮像システムに関する。

カラーフロードプラは、過去２０年もの間、広く用いられている超音波撮像モードである。カラーフロードプラが出てくる以前は、血流は、音響式に又はスペクトルドプラを介して分析されていて、これが身体の特定のポイントにおける、時間を関数とする流速又は周波数のグラフを生成する。カラーフローは、血管を含む脈管構造に血流の速度が空間表示で示されるので、血流の速さ及び向きを表す異なる色又は輝度を用いて、身体内の流動の良好な認識を臨床医に与える。最近は、超音波ドプラ技法が組織の運動を検出、表示及び測定することに展開され、主に動いている心臓及び血管の壁を研究するのに展開されている。組織の運動の分析は、カラードプラ撮像技法と同様にスペクトルドプラを用いて行われる。

ドプラシフトは画像領域内にある多数のポイントで推定されるので、１つのカラーフロー画像のための超音波データを取得するのに要する時間は、比較的長くなる。これは、ドプラ技法が、フローが決められるべき各ポイントに、選択されたサンプリングレート（パルス繰り返し周波数、すなわちＰＲＦ）で多くの回数（アンサンブル長）サンプリングされる必要があるためである。結果的に、カラーフローモード中の表示のフレームレートは一般的に比べて低い。様々な技法が提案され、臨床医にこのフレームレートを増大させることを可能にする、例えばカラーフローが取得されるべき画像区域を狭くする、又は“カラーボックス”をカラーフローが取得される画像のエリアと定めることを可能にする。第３の技法は、ドプラシフトが推定される各ポイントにおいて使用される信号サンプルの数（アンサンブル長）を減少させることである。しかしながら、これはフロー推定をより粗くすると共に、それ程高くない分解能にしてしまう。

これら要因の結果として、カラーフローは一般的に、調査ツールとして用いられ、臨床医に撮像される範囲のフロー状態の定性的な認識を与える。カラーがそうあるべきように見えない、又はいつもの認識と瞬間的に異なるので、この臨床医がこの現れていない画像内のポイントを一度見つけると、臨床医は定量的な分析のために、スペクトルドプラに変更する。身体内の１つのポイントにおいて向けられる高いサンプリングレートを用いて、スペクトルドプラは、そのポイントにおける変化するドプラシフト（周波数又は流速）からなる高い分解能のスペクトルを生成する。これは、測定が行われるポイントから事実上連続してスペクトルドプラ信号が入力されるからである。カラーボックスにおける走査線の全てが、このカラーボックスにドプラ表示を形成するために、繰り返しサンプリングされなければならないので、例えば幅が３２本の走査線のカラーフローディスプレイのカラーボックスにおけるポイントがこの走査時間の１／３２しかサンプリングされない。これは、カラーフロー画像の連続するフレーム間に時間的な不連続さも作り出してしまう。各走査線に利用可能な限られた量の時間だけしかない場合、ドプラシフト推定に対するアンサンブル長が、カラーフローにおいて比較的短くなり、しばしば１０個よりも少ないサンプルとなる一方、スペクトルドプラ処理器のアンサンブルウィンドウは、１００個のサンプルに近づくことができる。結果として、スペクトルドプラ表示は、通常のリアルタイムのカラーフロー表示におけるポイントよりも、良好な信号対ノイズ比及び良好なスペクトル分解能を持つと期待される。

スペクトルドプラ測定は、患者の身体に対し超音波プローブを安定に保つステップと、カラーフロー画像をスクリーン上に静止させるステップと、サンプルボリュームのカーソルをスペクトル測定が行われるカラーフロー画像内の位置に操作するステップと、このスペクトルドプラ情報をリアルタイムで取得するステップとにより行われる。しかしながら、プローブが所望のサンプルボリュームに相対的に移動する場合、生のカラーフロー画像は、このサンプルボリュームが所望の解剖構造に再位置決めされるように、再取得される。この必要を無くすために、カラーフロー表示及びスペクトルドプラの取得は、二重モードで行うことができ、これにより、スペクトルドプラ画像が表示されている間、カラーフロー表示が定期的に更新される。カラーフロー信号の取得は、このモードにおけるスペクトルドプラデータのストリームを中断し、スペクトル表示の信号対ノイズ比及びスペクトル分解能を減少させる。

これら問題を軽減するために、研究者は、カラーＭモードと呼ばれるカラーフローのより空間的に向けられた形式を考案する。カラーＭモードにおいて、ドプラ情報は、スペクトルドプラにおける情報として、１つの走査線に沿って連続して取得され、高いサンプリングレートの利点をもたらす。このデータは次いで、Ｍモードで行われるのと同じように、カラー符号化され、ラインの時間シーケンスに表示される。上述した時間的な不連続さの問題に取り組んでいる一方、カラーＭモードはそれ自身の制限、例えばカラー符号化を波形と認識する難しさ及びディスプレイの一次元の空間的性質を取り入れてしまう。これにより、スペクトルドプラ表示により供給される動的で、定量的な情報の形式を提供するために、カラーフロー情報を使用する他のやり方を開発することが望ましい。

本発明の原理に従って、カラードプラ撮像データが用いられ、時間を表す１つの軸と、マッピングされる特別な運動特性に対応する他の軸とを用いた二次元画像における時間の関数として、特徴的な運動特性（例えば速度、加速、時間及び／又は空間的速度微分）の分布を記録する。ピクセルの選択したグループのカラードプラ撮像データが処理され、カラーフローフレームの時間で、ピクセル位置における血流又は組織の運動を特徴付ける表示パラメタの一次元分布を生成する。結果生じる表示は、スペクトルドプラ表示に類似のスペクトログラムとすることができる。好ましい実施例において、ヒストグラムはカラーフローデータから形成され、所望の表示パラメタにマッピングされる。カラーフローフレームのシーケンスの間隔にわたる表示パラメタの時間シーケンスは、心拍の一部又は全てにわたるピクセル位置における流動力学を説明する。

最初に図１を参照すると、本発明の原理に従って構成される超音波診断撮像システムがブロック図形式で示される。超音波プローブ１０は、身体内の画像領域１４に超音波を送信するアレイトランデューサ１２を有する。本説明において、画像領域１４はフェーズドアレイトランデューサにより走査されるので、扇形形状として示される。この説明される扇形画像は、プローブにより調査される血管１６を含んでいる。二次元の画像平面が走査される場合、このアレイはトランデューサ要素の一次元アレイを有し、エレベーションフォーカシング(elevation focusing)が用いられる場合、又は三次元のボリュームがリアルタイムで走査される場合、前記アレイはトランデューサ要素の二次元アレイを有する。送信波からの反射波（エコー）は、アレイトランスデューサにより入力され、電気信号に変換され、ビーム形成器２０に結合される。このビーム形成器において、アレイトランスデューサの前記要素からの信号が遅延すると共に組み合わされ、深さ位置からビーム方向に沿ったエコー信号のシーケンスの操舵及び焦点合わせされたビームを形成する。これらエコー信号は、エコー信号の直交成分を検出するＩ，Ｑ復調器２２に結合される。

直交信号成分は、Ｂモード信号パス及びドプラ信号パスである２つの信号パスにおいて処理されることができる。Ｂモード信号パスにおいて、Ｉ，Ｑ信号は、振幅検出器３２により検出される。検出された信号は、対数圧縮器３４により対数圧縮され、次いで、ルックアップテーブルにより、所望のグレイスケールマップ３６の対応する値にマッピングされる。これらグレイスケール画像の信号は次いで走査変換器５０に結合される。この走査変換器は、画像情報を平滑にして、画像信号を所望の画像形式に変換する。ドプラ信号パスにおいて、Ｉ，Ｑ信号は、ウォールフィルタ(wall filter)４２によりフィルタリングされ、フローが撮像される場合の組織信号(tissue signal)のような不要な信号を除去する。ドプラシフトが次いで推定される。好ましいドプラ推定装置は、自己相関器４４である。ここで、速度（ドプラ周波数）の推定は、ラグが１(lag-one)の自己相関関数の引数に基づき、ドプラパワーの推定は、ラグが０(lag-zero)の自己相関関数の大きさに基づいている。既知のフェーズドメイン（例えばMUSIC、ESPRIT等のようなパラメタ周波数推定装置）又は時間ドメイン（例えば相互相関）の信号処理技術により運動が推定されることもできる。速度の時間又は空間分布に関連する他の推定装置、例えば加速、又は時間及び／又は空間速度微分の推定装置は、速度の推定装置の代わりに、若しくはそれに追加して使用されることができる。これら速度及びパワー推定は、ノイズを減少させるためのしきい値の検出、セグメント化及びポストプロセッサ４６において穴埋め及び平滑するようなポスト処理を行う。これら速度及びパワー推定は、カラーマップ４８により所望の範囲の表示色にマッピングされる。これらカラーの値は、走査変換器５０に与えられ、この変換器において、これら値は所望の画像形式に変換され、血流を含む組織構造のＢモード画像に重畳されカラーフロー画像を形成する。

これらカラーフロー画像はCineloop（登録商標）バッファ６０に与えられる。このバッファは取得した画像の最新のシーケンスを記憶している。このCineloop（登録商標）バッファに記憶される画像の数は、使用される記憶デバイスの大きさに依存している。ディスプレイフレームはCineloop（登録商標）バッファの出力部からビデオ処理器８０へ結合される。ディスプレイフレームがCineloop（登録商標）バッファから取り出される(tapped off)ポイントは、このバッファに記憶されるフレームシーケンスの最初、終り又は中間点でもよい。このビデオ処理器は、必要なディスプレイ駆動信号を製造することにより、ディスプレイフレームに応答し、ディスプレイ９０にカラーフロー画像を表示する。

本発明の原理によれば、図１の実施例は、カラーフロー画像データからスペクトログラムを製造するための回路を含む。Cineloop（登録商標）バッファ６０の出力は、任意のフレーム補間器６２の入力に結合される。このフレーム補間器６２は、処理されるカラーフローフレーム間に追加のフレームを補間することが望ましい場合に使用され、これにより、スペクトログラムの時間分解能は増大する。フレーム補間器は、追加の完全な画像フレーム、すなわち、以下に述べるようなＲＯＩ(region of interest)のカラーフローデータだけを補間することができる。フレーム補間器６２の出力は、ヒストグラム処理器６８に結合される。このヒストグラム処理器は、以下に述べるような選択されるＲＯＩのカラーフローデータのヒストグラムを形成する。このヒストグラム処理器６８の出力は、任意のヒストグラム補間器に結合され、これはスペクトログラムの周波数／速度分解能だけでなく時間分解能も増大させるために、ヒストグラム処理器により製造されるデータセットの間に追加のヒストグラムデータセットを補間することができる。ヒストグラム補間器６４は、フレーム補間器６２の代わりに用いることができ、構成される実施例において、フレーム補間器及びヒストグラム補間器は共に時間分解能を増大させるために用いられる。ヒストグラム補間器６４の出力は、マップに結合され、このマップにおいて、ヒストグラムデータはカラー又はグレイスケールのディスプレイラインの所望の形式にマッピングされる。これらディスプレイラインは、以下に述べられるように表示するためのビデオ処理器８０に結合される。

図１の超音波システムは、制御パネル７０も有し、このパネルから、このシステムの様々な機能がユーザにより制御及び操作される。カラーフロー画像上のＲＯＩを選択するための制御は本発明に関連している。例えばＲＯＩの輪郭のようなＲＯＩの画像の指定は、グラフィック処理器７２により生み出され、前記カラーフロー画像で重畳するためのビデオ処理器８０に結合される。ＲＯＩの座標は、ヒストグラムに用いられるべきデータを選択するためのヒストグラム処理器６８、及び任意には、ＲＯＩのフレームデータだけがフレーム補間器６２により補間される場合に使用するフレーム補間器６２にも結合される。

動作中、ユーザは、ジョイスティック又はトラックボールのような制御パネル７０にある制御装置を操作して、超音波のグレイスケール又はフロー画像上にＲＯＩを定める。この定められたＲＯＩは、空間的な場所を指定し、この場所からドプラ又は一般的に運動信号が取得される。この定められたＲＯＩは、矩形又は楕円のような既定の形状、すなわち二次元画像に対しては正方形又は円形、三次元画像に対しては箱型形状又はボール形状とすることができる。このＲＯＩは、任意のユーザが定めた形状、例えば、自由な形式の多角形又はスプライン形状とすることもできる。多数のＲＯＩが以下に説明されるように定められることができる。このＲＯＩの目的は、データが本発明に従って処理される複数のピクセル位置を包含又は定めることである。ＲＯＩは、生の、リアルタイム画像にわたり定めることができる、すなわちCineloop（登録商標）バッファに保存される画像のような記憶された画像にわたり定めることができる。

図１のシステムが記憶された画像データを処理する場合、動作は以下のように進行する。リアルタイムのカラーフロー画像を観察する間、ユーザは制御パネルの“静止”ボタンを押し下げ、ディスプレイスクリーン上の現在の画像を静止させ、Cineloop（登録商標）バッファ６０におけるカラーフロー画像のシーケンスを保持する。代わりに、ユーザは、事前に記憶された画像のシーケンスをディスプレイスクリーン上に表示される画像の１つと共にバッファ６０に読み込むことができる。ユーザは、ＲＯＩが所望の形状及び大きさであり、測定されるべきフローの上に位置決めされるように、ユーザ制御を操作する。例えば、ＲＯＩは最初に、図２に示されるように、画像フレームにおいて小さな正方形１０２として現れる。ユーザは、ＲＯＩの正方形が診断すべきフローエリアの上にくるまで、この正方形をドラッグしてもよい。ユーザはこの正方形を伸ばしたり、縮めたりして、診断すべきフローの輪郭を描く異なる大きさ又は形状にしてもよい。図２の実施例において、ユーザは特に関心がある部分における血管１６におけるフローエリア１０４の上にＲＯＩ１０２を位置決めする。この血管１６において陰影を付けたエリア１０４及び１０６は、関心のあるフローの活動が起こっているカラーフロー画像フレームの色付けされたエリアを表す。

ＲＯＩ１０２は、本発明に従って分析される画像フレーム１における複数のカラーフローのピクセルを表している。同じ空間のＲＯＩは、図３に示される画像フレームの堆積（スタック）により表されるように、Cineloop（登録商標）バッファ６０に記憶される画像シーケンスの残りの画像において対応しているフローピクセルを表す。このスタックの一番上にあるフレームは、フレーム１であり、このスタックの一番下にあるフレームはフレームＮである。図に説明されるように、ＲＯＩ１０２は、前記スタックにおける画像フレームの全てにわたり効果的に投影され、これにより、特定の画像フレームに対し分析される各画像における複数のピクセルを表す。

Cineloop（登録商標）バッファ６０における画像フレームは、処理するためにヒストグラム処理器６８へ送信される。しかしながら、前記シーケンスにおける画像フレームの時間的な間隔は、スペクトログラムに望まれる時間分解能にとって大きすぎる。このスペクトログラムに対するデータの時間分解能を改善するために、バッファ６０に存在するフレーム間に追加のフレームが補間される。この補間は２つのフレーム間の簡単な線形補間としてよい。例えば、フレーム３における位置ｘ_ｍ,ｙ_ｎのピクセルは、そのフレームが時間ｔ＝３で起こる場合、６の速度値を持ち、フレーム４における位置ｘ_ｍ,ｙ_ｎのピクセルは、そのフレームが時間ｔ＝４で起こる場合、８の速度値を持つ。フレーム補間器６２は、補間されるフレーム３．５における位置ｘ_ｍ,ｙ_ｎのピクセルが７の速度値を持つ時間ｔ＝３．５に対する時間的に中間のフレーム３．５を線形補間する。非線形の補間機能（例えば、エイリアシングされた速度値に適する円形補間）も使用可能であり、多数のフレームがCineloop（登録商標）バッファのフレーム間に補間されることができる。必要とされる補間処理を減少させるために、フレーム補間器６２は、これらフレームのＲＯＩのピクセルに対する追加のフレーム値がヒストグラム処理器６８で使用される値であるために、これら値を単に補間するだけでよい。

入力されるフレーム及び如何なる補間されるフレームも、ヒストグラム処理器６８へ送信される。分析される各ＲＯＩのピクセルのデータは、速度データ、パワードプラデータ、又は運動に関連するある他の選択された値である。本発明において、前記速度データ及びパワーデータは共に分析に使用される。所望の時間分析間隔Ｔに対応するこれらパワー及び速度（関連する速度）推定は、データアレイＶ（ｋ）及びＰ（ｋ）に記憶される。ここでｋ＝１，２，…Ｋ、及びＫはヒストグラム処理器に供給されるＲＯＩのピクセルの数により決められる。スペクトログラムが標準の運動撮像モード（カラードプラ、カラーパワー血管造影(angio)、組織ドプラ撮像等）に従って作り出される場合、時間分析間隔Ｔに対する明白な選択がフレーム取得間隔であり、補間されたフレームの実効取得間隔を含んでいる。代わりに、走査するシーケンスは、ＲＯＩを通過するビームに対しより頻繁な取得を含むように修正され、これにより、ほんの僅かのフレーム取得間隔である時間分析間隔を提供する。これの実施例は、このＲＯＩの外側にある画像フレームの走査線が取得される間、ＲＯＩを通過するビームの反復走査を時間インタリーブする。スペクトログラムが標準の運動撮像モードに従って作り出される場合、運動撮像モードで使用される標準の推定は、修正することなく用いられることができ、これにより、アンサンブル(ensemble)内にある平均速度／パワーに対応するアンサンブル毎に１つの時間サンプルを作り出す。各フレームは従って、サンプルからなるアンサンブルの運動処理から生じる１つの時間サンプルを持つ。代わりに、スペクトログラムデータは、本来のアンサンブルのシーケンスのサブセットを処理する専用のパワー及び速度（又は関連する速度）の推定から得られることができ、これにより、入力アンサンブル毎に１つ以上の時間サンプルを作り出し、（より平均的である代わりに）より瞬時的な推定を示す。

Ｖ（ｋ）及びＰ（ｋ）データアレイは、時間間隔Ｔ内の運動を特徴付ける一次元のアレイＡ（）を作り出すのに用いられる。データアレイが使用される又は組み合わされる様々なやり方が存在する。例えばアレイＡ（）は、速度分布Ａ（Ｖｍ）とすることができ、アレイＶ（ｋ）における発生する速度範囲ｖｍの数に等しい。これを計算する１つの方法は、
For all vm values of interest, set A(vm) = 0
For each k, find the velocity range vm corresponding to v(k) and,
If vm is among the values of interest, set A(vm)=A(vm)+1
である。この技法の数値例は、２ピクセル×２ピクセル（＝４ピクセル）からなるＲＯＩと仮定することである。Ｖ（ｋ）及びＰ（ｋ）アレイはこれによりそれぞれ４つの要素を持ち、これらはＶ＝｛−４１，−４５，−２２，＋４７｝及びＰ｛１０，８，５，９｝と仮定される。Ｖアレイの単位は、ｃｍ／秒であり、Ｐアレイの単位は、対数圧縮されたパワー単位である。さらに、ヒストグラム速度範囲は、−５０ｃｍ／秒から２０ｃｍ／秒のステップで＋５０ｃｍ／秒までわたると仮定する。これは以下のような速度分布となる。
A(1)corresponds to velocity range v1=[-50,-30];
A(2) ,, v2=[-30,-10];
A(3) ,, v3=[-10,+10];
A(4) ,, v4=[+10,+30];
A(5) ,, v5=[+30,+50];
Ｖの速度値及びヒストグラム速度範囲の対応は、
-40 cm/s is in range v1;
-45 ,, v1;
-22 ,, v2;
+47 ,, v5;
である。これによりＡの要素は、
A(1)=1+1=2;
A(2)=1;
A(3)=0;
A(4)=0;
A(5)=1
である。

他の実施例として、アレイＡ（）はパワー重み付け(power-weighted)された速度分布Ａ（ｖｍ）とすることができ、アレイＶ（ｋ）における出現する全ての速度範囲ｖｍに対応するパワーＰ（ｋ）の合計に等しい。これを計算する１つの方法は、
For all vm values of interest, set A(vm) = 0
For each k, find the velocity range vm corresponding to v(k) and,
If vm is among the values of interest, set A(vm)=A(vm)+G[P(k)]
ここでＧ［］は所望のパワー重み付け（線形、区分的線形、平方根、対数圧縮等）を供給するように構成される関数である。この技法の数値例は、Ｖ及びＰアレイに対する上記数値例を用いて、
-41 cm/s is in range v1 and is associated with power10;
-45 ,, v1 ,, 8;
-22 ,, v2 ,, 5;
+47 ,, v5 ,, 9;
と示し、これによりＡの要素は、
A(1)=G[10]+G[8]=18;
A(2)=G[5]=5;
A(3)=0;
A(4)=0;
A(5)=G[9]=9
である。

一般的に、アレイＡ（）は、（例えばドットプロット、ステムプロット、ボックスプロット等の）統計分布を記録する如何なる代替手段を表すことができる。その上、アレイＡ（）は、ヒストグラムに類似した情報を伝達するために、統計分布特性を数学的に組み合わせたものに依存する如何なる関数とすることができる。ヒストグラムに関すると共に、表示するのに適する統計分布特性の実施例は、中央の位置（例えば平均値、再頻値又は中央値）の測定、分散（例えば、標準偏差、平均絶対誤差、最小／最大値、百分位範囲等）の測定、又は形状（例えば、歪度、尖度等）の測定である。

図４は上述した最初の技法を用いて、速度ヒストグラムの実施例を表す。データは、所与の画像フレームにおいて３０ピクセル×３０ピクセルのＲＯＩによるものであり、これによりＶ（ｋ）アレイは９００個のサンプルの大きさである。ヒストグラムスケールのナイキスト速度範囲は、最大の正の速度が５０ｃｍ／秒であり、最大の負の速度が−５０ｃｍ／秒である、１００ｃｍ／秒となる。縦座標軸は、横座標軸上に表される速度のうちの１つの速度を表すピクセル数を示している。例えば、９００個のピクセルのうち１９個は、−２０ｃｍ／秒の速度値を持っている。ＲＯＩにおける速度の分布は、−１５ｃｍ／秒から−５０ｃｍ／秒の負の速度に支配的に存在していることがわかる。このスケールの中央に何ら速度値は存在せず、及びヒストグラムの右側において、＋５０ｃｍ／秒から＋３０ｃｍ／秒において減少している発生は、利用されるナイキスト範囲に対しエイリアシングが起こり、−５０ｃｍ／秒よりも大きい負の速度がこのヒストグラムの右側に現れるように、折り返されることを示している。

図４に示されるようなヒストグラムがヒストグラム処理器６８により製造されるので、スペクトログラムの時間分解能は、このヒストグラム処理器により製造されるヒストグラムの間に中間ヒストグラムを補間することにより増大することができる。例えば、ヒストグラム補間器６４が、時間ｔ＝３におけるフレーム３に対する図４のヒストグラムと、−２０ｃｍ／秒で１３個発生することを示す時間ｔ＝４におけるフレーム４に対する後続するヒストグラムとを入力する場合、中間ヒストグラムは、線形補間により時間ｔ＝３．５に対し補間されることができ、これは、−２０ｃｍ／秒で１６個発生することを示す。

各ヒストグラムのデータは次いで、スペクトログラム表示するための円柱表示要素にマッピングされる。１つの上記表示要素１１０が図５に示されている。図４と図５との間にある矢印が示すように、表示要素１１０は、図４のヒストグラムデータから生成される表示要素の一種である。要素１１０の隣にある“＋”及び“−”の記号は、これらヒストグラムのデータ値が頂部に（例えばトランスデューサに向かうフローである）正の速度値と、底部に（例えばトランスデューサから離れるフローである）負の速度値とを用いてマッピングされる。表示要素１１０が黒くなるほど、そのレベルにおける要素の特定速度の発生数は増大する。表されるマッピングは、より暗い陰影が値の多さを示すグレイスケールからなる一方、黒地に白抜きで一般的に示される超音波ディスプレイにとって、発生する数が、グレイ又は白からなるより明るい陰影により示されることも明白である。代わりにこの表示要素が濃度に代わって又はそれに追加して色にマッピングされてもよい。二次元のアレイＢ（）は、円柱状の方式で徐々に築かれていく。アレイＢ（）の各円柱は、同じ時間間隔の分析から得られるアレイＡ（）に等しい時間間隔Ｔに対応している。表示する前に、アレイＢ（）は、グレイレベル又はＲＧＢマップ６６を用いてグレイスケール又はカラー画像にマッピングされる。このマッピングを含むスケーリングは、利用可能なグレイレベル又はカラーの良好な利用を保証し、マッピングアーチファクト、例えば彩度を最小にするように自動的又は手動で適合することができる。倍増器は、所望するなら、表示値を所望の範囲の値に変換するのに使用してよい。２次元アレイＢのマッピングされた表示要素１１０はスペクトログラムとして表示される。所望するのであれば、このスペクトログラムが各心拍に対する最大又は平均の血流速度のような表示される数値を伴ってもよい。

本発明の原理に従って形成されるスペクトログラムを表す代表的なディスプレイ１２０が図６に示される。その上にＲＯＩが置かれるカラーフローの画像フレーム１００は、このディスプレイの左側に示され、これらＲＯＩ１０２及び１０８に対するスペクトログラム１２２及び１２８がこのディスプレイの右側に示される。ユーザが他のＲＯＩを画像１００に追加するたびに、新しいスペクトログラムがディスプレイ上に現れる。ユーザがＲＯＩを画像上のあちこちに移動させる、又はＲＯＩの大きさ若しくは形状を変化させるので、ＲＯＩに対するスペクトログラムは、このＲＯＩに対する変化により表される新しいピクセル値に従って変化する。各スペクトログラム１２２、１２８は、本実施例において、時間と共に表示される一連の円柱ライン１２４の速度として、よく知られるスペクトルドプラ表示と同じ様式で表示される。各円柱ライン１２４は、使用される連続する画像、又はそれら画像から補間される画像若しくはヒストグラムのうちの１つのＲＯＩにおけるピクセルから形成される。好ましい実施例において、円柱ラインは速度０のベースライン１２６に相対して示される。スペクトログラム１２８は、ディスプレイの第１のエイリアシングされた領域に、図５の円柱ライン１１０を含んでいることがわかる。

図６の実施例は、表されるＲＯＩ及び関連するスペクトログラムを備えるカラーフロー画像が臨床報告書に直接電子的に貼り付けることができるので、容易に報告書を作成しやすい。

ディスプレイ１２０が記憶される画像のシーケンスから形成される場合、カラーフローフレームを形成するのに使用されるCineloop（登録商標）バッファに記憶されるカラーフローフレームが不変であるため、スペクトログラムは静止表示である。ディスプレイ１２０は、リアルタイムの画像から形成されることも可能である。その場合、表示されるフレーム１００は、リアルタイムで変化する生のカラーフロー画像である。新しいカラーフロー画像が走査変換器５０により生成され、画像１００として示されるたびに、そのＲＯＩデータは、表示されるスペクトログラム上において新しい円柱要素に対しマッピングされるヒストグラムを生成するのに用いられる。これにより生成されるスペクトログラムは、従って、リアルタイムでスクロールする表示として最も効率的に示される。リアルタイムの画像が使用される場合、ヒストグラム処理器のための信号路は、カラーマップ４８から直接ＲＯＩピクセルデータを得ることにより簡略化されることができる。

アレイＢ（）の速度（又は関連する速度）範囲（及び故にスペクトログラム）は、アレイＢ（）に存在する値の範囲に適合するように自動的又は手動で調節されることができる。例えば、デフォルトの速度範囲が（-0.5*NyquistVel, +0.5*NyquistVel）に設定されることができ、ここでNyquistVelは、エイリアシングを行わずに測定されるが、存在する速度が大部分は正である条件に対し、[-0.1*NyquistVel, +0.9*NyquistVel]に自動的又は手動で修正されることが可能な最大の正又は負の速度である。エイリアシングがスペクトログラムに起こることを分かる、例えば、スペクトログラム１２８において表示要素１１０及びそれに隣接する要素である場合、エイリアシングの条件は、表示要素の中心に値が無く、ヒストグラム又は表示要素の“＋”及び“−”のナイキストリミットに値が存在することを検出することにより自動的に検知されることができる。スペクトログラム表示のスケールは増大し、“折り返される(wrapped)”値はディスプレイに対して折り返されない。代わりに、システム制御が許されれば、エイリアシング条件の検知は、プローブ送信制御器及びエイリアシングを削除するために増大するプローブのＰＲＦに戻される。

本発明の原理は、（標準のスペクトルドプラモードに対応する、すなわち本発明に記載されるカラードプラデータから合成される）スペクトログラム、又は（標準のカラードプラモードの速度スケールの最適化を含む）超音波システムにおける他の速度ベースの表示を自動的にスケーリングするのにも利用されてよい。カラーフロー画像のシーケンスは、Cineloop（登録商標）バッファに取り込まれ、上述したように処理される。１つ又は数個のＲＯＩを使用する代わりに、画像の全フローエリアが例えばデフォルトのＲＯＩの大きさからなるＲＯＩで自動的に覆われることができる。ヒストグラムは次いで、これらＲＯＩの全て及び処理されるヒストグラムに対し計算され、最大及び最小の速度値、並びにエイリアシングの折り返し特性を検出する。ＲＯＩの全ての最大及び最小速度が非常に低い場合、スペクトログラム又は速度ベースの表示のスケーリングは、狭い範囲に減少することができる。前記最大値及び最小値がナイキストリミットにあり、折り返しが検出される場合、表示範囲は増大する、ベースラインがオフセットとなる、又はＰＲＦがそれに応じて増大する。結果生じる表示スケーリングは、画像の如何なるエリア又は範囲内に置かれるどんなＲＯＩに対しても適切であるべきである。

本発明の原理に従って構成される超音波診断撮像システムを形成するブロック図。 血管及び選択されたスペクトログラムのサンプルボリュームを示すカラーフロー画像フレーム。 スタックに配されるカラーフロー画像フレームのシーケンス。 ３０ピクセル×３０ピクセルのサンプルボリュームに対するヒストグラム。 図４のヒストグラムからマッピングされるスペクトログラム表示のバー。 本発明の原理に従って構成される超音波ディスプレイ。

Claims (21)

1. 運動を表す複数の二次元又は三次元の超音波画像からスペクトログラムを生成する方法において、
   −前記画像のうちの１つにおいて、前記画像に運動がある複数のピクセルを有するＲＯＩ(region of interest)を表すステップと、
   −複数の定められた時間間隔にわたり、複数の画像における前記ＲＯＩの前記ピクセルの運動データからなるヒストグラムを形成するステップと、
   −前記ヒストグラムを時間的に離散している表示要素にマッピングするステップと、
   −前記表示要素を前記ＲＯＩに対するスペクトログラムとして表示するステップと
   を有する方法。
2. 前記超音波画像がカラーフロー画像を有し、前記定められた時間間隔はフレームレート間隔を有する請求項１に記載の方法。
3. 前記ＲＯＩのピクセルの前記運動データが速度情報及びドプラパワー情報のうち少なくとも１つを有する請求項１に記載の方法。
4. 画像バッファにおけるカラーフロー画像のシーケンスを取り込むステップをさらに有する請求項２に記載の方法。
5. 前記表示するステップは、ＲＯＩが表される二次元又は三次元画像を表すステップをさらに有し、前記スペクトログラムが同時に表示される請求項１に記載の方法。
6. 身体の二次元又は三次元の超音波画像におけるＲＯＩに起こる運動特性の分布を表示する方法において、
   −運動特性が表示される空間な大きさである超音波画像のシーケンスを取得するステップと、
   −前記画像に運動がある画像のうちの１つにＲＯＩを表すステップと、
   −前記運動特性の分布を時間の関数として決めるために、前記表されたＲＯＩの画像ポイントからの運動データを処理するステップと、
   −前記運動特性の分布を時間の関数として表示するステップと
   を有する方法。
7. 前記画像はカラードプラ画像を有する請求項６に記載の方法。
8. 前記運動特性は血流速度を有する請求項７に記載の方法。
9. 前記表すステップはさらに、前記画像のうちの１つに複数のピクセルを表すステップを有する請求項８に記載の方法。
10. 前記処理するステップはさらに、前記カラードプラ画像の各々における前記ＲＯＩに空間的に対応するピクセルの前記運動データを処理するステップを有する請求項９に記載の方法。
11. 前記処理するステップはさらに、各カラードプラ画像の前記ＲＯＩの前記運動データのヒストグラムを生成するステップを有する請求項１０に記載の方法。
12. 前記表示するステップはさらに、ヒストグラムデータを複数の時間表示素子にマッピングするステップを有し、前記時間表示素子の表示は、前記運動特性の分布を時間の関数として表す請求項１１に記載の方法。
13. 前記運動特性は、時間ドメイン又は空間ドメインにおける、血流の速度微分を有する請求項７に記載の方法。
14. 前記運動特性は、前記時間ドメイン又は空間ドメインにおける組織の運動速度又はその速度微分を有する請求項７に記載の方法。
15. 身体の位置に関する運動情報を供給する超音波診断撮像システムにおいて、前記システムは、
    −超音波エネルギーを送信し、超音波エコー信号を応答して入力する超音波プローブと、
    −前記身体の空間的位置からコヒーレントエコー信号を形成する前記プローブに結合されるビーム形成器と、
    −運動を表す画像データを生成する空間エコー信号に反応する運動処理器と、
    −運動を表す二次元又は三次元画像を空間ベースで生成する前記画像データに反応するディスプレイと、
    −ユーザが運動を表す画像におけるＲＯＩを表すことができるユーザ制御装置と、
    −ＲＯＩの運動を表す画像信号に応答し、運動特性の分布を時間の関数として計算する運動特性処理器と
    を有し、前記ディスプレイは、表されるＲＯＩに対する運動特性の分布を時間の関数として表示するシステム。
16. 前記運動処理器はドプラ信号処理器を有する請求項１５に記載の超音波診断撮像システム。
17. 前記画像データはカラーフロードプラデータを有する請求項１５に記載の超音波診断撮像システム。
18. 時間を関数とする運動特性の前記分布の表示は、スペクトログラム表示を有する請求項１５に記載の超音波診断撮像システム。
19. 前記表示は、ＲＯＩを含む二次元又は三次元画像と前記ＲＯＩに対する時間にわたる前記速度微分を表すスペクトルグラムとを同時に表示するように動作する請求項１５に記載の超音波診断撮像システム。
20. 前記運動処理器は位相ドメイン又は時間ドメインの信号処理器のうち１つを有する請求項１５に記載の超音波診断撮像システム。
21. 前記運動特性処理器は、ヒストグラム処理器を有する請求項１５に記載の超音波診断撮像システム。

Images