JP2010051798A

JP2010051798A - 適応的カラードップラーモード遂行方法及びそのための超音波診断システム

Info

Publication number: JP2010051798A
Application number: JP2009194355A
Authority: JP
Inventors: Dong Gyu Hyun; ドンギュヒョン，; Jong Sik Kim; ゾンシクキム，
Original assignee: Medison Co Ltd
Current assignee: Samsung Medison Co Ltd
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2010-03-11
Also published as: US20100056923A1; US9642590B2; KR20100025102A; EP2158845B1; EP2158845A1; KR101126851B1

Abstract

【課題】血流（または血管）が存在する領域に対してのみ超音波信号でスキャニングし、適応的カラードップラー映像を形成する適応的カラードップラーモード遂行方法及びそのための超音波診断システムを提供する。
【解決手段】
超音波診断システムにおけるカラードップラーモード遂行方法は、全スキャン領域に設定された第１のスキャンラインセットをスキャニングして、動く物体を通過する少なくとも一つのスキャンラインを検出する段階と、前記検出されたスキャンラインを用いて、第２のスキャンラインセットを設定する段階と、前記第２のスキャンラインセットをスキャニングして、第１のカラードップラー映像を形成する段階とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、カラードップラーモードにおける適応的カラードップラーモード遂行方法及びそのための超音波診断システムに関し、より詳細には血流（または血管）が存在する領域に対してのみ超音波信号でスキャニングし、適応的カラードップラー映像を形成することによって、カラードップラー映像のフレーム率（ＦｒａｍｅＲａｔｅ）を向上させることができる適応的カラードップラーモード遂行方法及びそのための超音波診断システムに関する。

超音波診断システムは、無侵襲及び非破壊特性を有しており、対象体内部の情報を得るために医療分野で広く用いられている。超音波システムは、対象体を直接切開して観察する外科手術の必要がなく、対象体内部組織の高解像度の映像を医師に提供できるので、医療分野で非常に重要なものとして用いられている。

特に、超音波診断システムは、動く対象体と散乱体との速度を表示するカラードップラー映像（ＣｏｌｏｒＤｏｐｐｌｅｒｉｍａｇｅ）を提供している。超音波診断システムは、カラードップラーモードにおいて、ドップラー偏向（ＤｏｐｐｌｅｒＳｈｉｆｔ）に基づいて、動いている対象体、例えば心臓または血管に流れている血液の速度と方向とを多様なカラー（Ｃｏｌｏｒ）として表示する。例えば、超音波診断システムは、プローブのトランスデューサ側に近寄る血液の流れ（血流）を赤色で表示し、トランスデューサ側から遠くなる血液の流れを青い色で表示し、速い速度で流れる血液の流れを薄い色で、そして遅い速度で流れる血液の流れを濃い色で表示している。

しかし、カラードップラー映像を形成する時、超音波の物理的な速度限界が原因となり、一般的な深さ（Ｄｅｐｔｈ）の全スキャン領域に対してカラードップラー映像を形成する場合に、即ち、例えば図１のように、２５６個のスキャンラインで構成する場合に、１秒当り１〜２フレーム程度の低いフレーム率（ＦｒａｍｅＲａｔｅ）でカラードップラー映像が形成されるという問題がある。フレーム率を高めるために、使用者が調節可能なＲＯＩ（ＲｅｇｉｏｎｏｆＩｎｔｅｒｅｓｔ）を提供しており、ＲＯＩを調節して相対的にスキャン領域を縮めて、十分なフレーム率のカラードップラー映像を得るようにしている。しかし、このようなＲＯＩの調節は、使用者の操作を必要とするだけでなく、３Ｄ（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）カラードップラーモードなどでは調節しなければならない方向が３つの軸方向であるため、効率的に操作するのが難しい。

特開平０５−０４９６３９号公報

本発明は、カラードップラーモード遂行時に、血流（または血管）が存在する領域に対してのみスキャニングして、カラードップラー映像を形成することによって、スキャンライン数を減らしてフレーム率（ＦｒａｍｅＲａｔｅ）を向上させるための適応的カラードップラーモード遂行方法及びそのための超音波診断システムを提供する。

前記の課題を解決するために、本発明による超音波診断システムにおけるカラードップラーモード遂行方法は、全スキャン領域に設定された第１のスキャンラインセットをスキャニングして、動く物体を通過する少なくとも一つのスキャンラインを検出する段階と、前記検出されたスキャンラインを用いて、第２のスキャンラインセットを設定する段階と、前記第２のスキャンラインセットをスキャニングして、第１のカラードップラー映像を形成する段階とを備える。

また、本発明による超音波診断システムは、全スキャン領域に設定された第１のスキャンラインセットをスキャニングして、第１の受信信号を出力するプローブと、前記第１の受信信号に基づいて、動く物体を通過する少なくとも一つのスキャンラインを検出し、前記検出されたスキャンラインを用いて、第２のスキャンラインセットを設定する映像処理部とを備え、前記プローブは、前記第２のスキャンラインセットをスキャニングして、第２の受信信号を出力し、前記映像処理部は、前記第２の受信信号に基づいて、第１のカラードップラー映像を形成する。

本発明によれば、一般のカラードップラー映像に比べて、映像品質の損失なくフレーム率を向上させることができ、ＲＯＩ操作の不便を除去することができる。

全スキャン領域に対してカラードップラー映像を形成する過程を示す説明図である。本発明が適用できる超音波診断システムの構成を概略的に示した図面である。本発明の実施例によって、血流を検出するためのスキャニングフレームを形成するためにスキャニングする過程を示す概略図である。図３で検出された血流領域に対して、適応フレームを形成するためにスキャニングする過程を示す概略図である。図３で検出された血流領域に対して、血流領域の深さに応じて適応フレームを形成するためにスキャニングする過程を示す概略図である。図３で検出された血流領域に対して、血流領域の深さに応じて適応フレームを形成するためにスキャニングする過程を示す概略図である。本発明の実施例によって、血流検出のためのスキャニングフレームを形成するためにスキャニングする過程を示す概略図である。本発明の実施例によって、血流検出のためのスキャニングフレームを形成するためにスキャニングする過程を示す概略図である。本発明の実施例によって、３次元空間で血流領域を検出するためのスキャニングフレーム及び血流領域に対する適応的フレームを形成するためにスキャニングする過程を示す概略図である。本発明の実施例によって、３次元空間で血流領域を検出するためのスキャニングフレーム及び血流領域に対する適応的フレームを形成するためにスキャニングする過程を示す概略図である。本発明の実施例によって、３次元空間で血流領域を検出するためのスキャニングフレーム及び血流領域に対する適応的フレームを形成するためにスキャニングする過程を示す概略図である。本発明の実施例によって、３次元空間で血流領域を検出するためのスキャニングフレーム及び血流領域に対する適応的フレームを形成するためにスキャニングする過程を示す概略図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明する。

図２は、本発明が適用できる超音波診断システムの構成を概略的に示した図面である。通常、カラードップラーモードとは、ドップラーと関連した全てのモード（ｖｅｌｏｃｉｔｙ、ｐｏｗｅｒｄｏｐｐｌｅｒ、３Ｄｐｏｗｅｒｄｏｐｐｌｅｒ、ｃｏｌｏｒｄｏｐｐｌｅｒ等）を称する。

図２に示した通り、カラードップラー映像モードを行う超音波診断システム１０は、プローブ１１、ビーム形成部１２、映像処理部１３及びディスプレイ部１４を備える。

プローブ１１は、電気信号と超音波信号とを相互変換する複数の変換素子を含む１Ｄ／２Ｄ配列型トランスデューサを備えることができる。プローブ１１は、送信パルス信号に応答して、超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射されたエコー信号を受信する。プローブ１１は、エコー信号を電気信号に変換して、受信信号を出力する。本発明の実施例によれば、受信信号は、第１のスキャンラインセットをスキャニングして得た第１の受信信号と、第２のスキャンラインセットをスキャニングして得た第２の受信信号とを含むことができる。第１のスキャンラインセットは、第１のスキャンライン密度で全スキャン領域をスキャンするために、複数のスキャンラインで設定でき、第２のスキャンラインセットは、第２のスキャンライン密度でスキャンライン領域の特定部分をスキャンするために、複数のスキャンラインで設定できる。本発明の実施例では、第２のスキャンラインセットを、第１のスキャンラインセットよりさらに稠密に設定することができる。第１及び第２のスキャンラインセットの設定に関する詳細な説明は後述する。プローブ１１は、トランスデューサから出力される信号を増幅するための増幅器（図示せず）をさらに備えることができる。

ビーム形成部１２は、プローブ１１に接続されており、プローブ１１から出力される受信信号を受信する。ビーム形成部１２は、集束点と配列型トランスデューサの各変換素子との距離に基づいて、受信信号に遅延を加えて受信集束ビームを出力する。

映像処理部１３は、ビーム形成部１２に接続されており、受信集束ビームを受信する。映像処理部１３は、受信集束ビームに基づいて、複数のカラードップラー映像フレームを形成することができる。ここで、カラードップラー映像フレームは、第１の受信信号に基づいて形成された第１のカラードップラー映像フレーム（以下、スキャニングフレーム）と、第２の受信信号に基づいて形成された第２のカラードップラー映像フレーム（以下、適応フレーム）とを備えることができる。映像処理部１３は、スキャニングフレームと適応フレームとを合成して、合成映像フレームを形成することができる。

ディスプレイ部１４は、映像処理部１３に接続されており、映像処理部１３で形成されたスキャニングフレーム、適応フレーム及び合成映像フレームに基づいて、カラードップラー映像をディスプレイすることができる。

以下、図３〜１２を参照して、第１及び第２のスキャンラインセットの設定について詳細に説明する。本発明の実施例では、第１のスキャンラインセットは、動く血流（または血管）の領域（位置及び深さ）を通過する少なくとも一つのスキャンラインを検出するためのスキャニングフレームを形成するためのものであり、第２のスキャンラインセットは、血流領域が検出されたスキャンラインを基準に設定され、適応フレームを形成するためのものである。

第１のスキャンラインセットにおいて、血流（または血管）が検出されたスキャンラインは、第２のスキャンラインセットに含まれるか、またはそうでないこともあり得る。血流（または血管）の深さを考慮しない場合には、第１のスキャンラインセットにおいて、血流（または血管）が検出されたスキャンラインを用いて、その左右に対してのみ第２のスキャンラインセットを構成するか、血流（または血管）が検出されたスキャンラインとその左右に対して、新たに第２のスキャンラインセット構成することができる。一方、血流（または血管）の深さを考慮する場合には、血流（または血管）が検出されたスキャンラインとその左右に対して、新たに第２のスキャンラインセットを構成することができる。

ここで、第１のスキャンラインセットの各スキャンラインは、均一の間隔（例えば、スキャンライン間隔を‘１’、‘２’、‘４’、‘８’、‘１６’、‘３２’、‘６４’などにする場合である）に設定することができる。他の例として、第１のスキャンラインセットの各スキャンラインを任意に構成することができる（例えば、‘スキャンライン１’、‘スキャンライン４’、‘スキャンライン６’、‘スキャンライン７’、‘スキャンライン９’、…、‘スキャンライン２４７’、‘スキャンライン２５１’、‘スキャンライン２５３’などとスキャンラインを任意に設定する）。第１のスキャンラインセットをスキャニングするのに用いる送信ビームの幅は、スキャニングの高速化と血流の検出を逃さないこととを目的として、マルチビーム（ｍｕｌｔｉｂｅａｍ）、送信ビームの幅がスキャンライン幅だけ広いもの（スキャンライン別に送信ビームの幅が異なることもある）、ゾーンビームフォーミング（ＺｏｎｅＢｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）、フラットビーム（ＦｌａｔＢｅａｍ）などを用いることができる。

一方、第２のスキャンラインセットの各スキャンラインは、適応フレームの形成ごとに変更することができる。また、第２のスキャンラインセットにおいて、各スキャンラインは、均一でない間隔で設定することができる（例えば、血流（または血管）が検出されたスキャンラインとその左右の±１スキャンラインまたは±２スキャンラインなどに対してのみ、新たに第２のスキャンラインセットを構成する）。また、第２のスキャンラインセットの各スキャンラインは、深さ（Ｄｅｐｔｈ）の調節が可能である（血流（または血管）の存否によってスキャンラインだけでなく深さも調節可能である（図５及び図６参照））。

ここで、第２のスキャンラインセットを構成するスキャンライン同士の間隔は、第１のスキャンラインセットにおけるスキャンライン間隔に基づいて設定するか（例えば、第１のスキャンラインセットのスキャンライン間隔／２、第１のスキャンラインセットのスキャンライン間隔／４等）、送信ビームの幅によって決定できる（例えば、スキャニングフレームのスキャンラインは、送信ビームの幅を広くして、適応フレームのスキャンラインは、送信ビームの幅を狭く設定する）。

例えば、第１のスキャンラインセットを、一般的なカラードップラーモードを行うための全スキャン領域のスキャンライン（例として、図１の２５６個のスキャンライン）より少ない数のスキャンラインで構成することができる。例として、図３のように、スキャンライン同士の間隔を‘４’とし、２５６個のスキャンラインを有する正常フレームに対して１／４のスキャンライン（＝６４個のスキャンライン）を有するように、第１のスキャンラインセットを構成することができる。このように、一般的なスキャンラインに対して１／４のスキャンラインを有する第１のスキャンラインセットを用いて、血流（または血管）領域（位置及び深さ）を優先的に検出することができる。図３では、スキャンライン４、２４８及び２５２で血流（または血管）が検出された例を示す。しかし、スキャニングフレームにおいて、スキャンライン間隔が‘４’に限定されないことに留意すべきである。例えば、第１のスキャンラインセットにおいて、スキャンライン同士の間隔は、‘１’、‘２’、‘４’、‘８’、‘１６’、‘３２’、‘６４’などに設定することができる。

また、第１のスキャンラインセットの各スキャンラインは、図７及び図８のように、スキャンライン同士の間隔を異なるようにして、側面方向に空間密度を均一にしないこともある。図７は、中央に血流が検出される可能性（血流の存在可能性）が高いかまたは微細な血管が密集しており、または左右に大きい血管があったり血管がない場合を示す。図８は、右側に血流が検出される可能性が高いかまたは微細な血管が密集しており、または左側に大きい血管があったり血管がない場合、あるいは診断の必要がない場合を示す。

例えば、図３のように、スキャンライン４、２４８及び２５２で血流（または血管）が検出された時、第２のスキャンラインセットは、スキャンライン４、２４８及び２５２を含んでその周辺に対して、スキャンラインを稠密に設定することができる（全スキャンラインの数＝１２個）。即ち、‘スキャンライン２〜５’（４つのスキャンライン）および‘スキャンライン２４６〜２５３’（８つのスキャンライン）の全１２個のスキャンラインを、第２のスキャンラインセットとして設定することができる。例えば、血流（または血管）が検出されたスキャンラインとその左右の±１スキャンラインまたは±２スキャンラインなどを、第２のスキャンラインセットとして設定することができる。一例として、図４に示した通り、第２のスキャンラインセットにおいて、各スキャンライン同士の間隔を１にする場合、血流（または血管）が検出されたスキャンラインより前のスキャンラインに対しては‘−２スキャンライン’を適用し、血流（または血管）が検出されたスキャンラインより後のスキャンラインに対しては‘＋１スキャンライン’を適用することによって、‘スキャンライン４’に対しては「スキャンライン２〜５」を、‘スキャンライン２４８’に対しては「スキャンライン２４６〜２４９」を、そして‘スキャンライン２５２’に対しては「スキャンライン２５０〜２５３」を、第２のスキャンラインセットとして設定することができる。ここで、図４では、第２のスキャンラインセットにおいて、全スキャンラインの数が１２個の場合を仮定したが、第２のスキャンラインセットのスキャンライン数を２４、３６、６４などで固定し、同領域に対してさらに稠密に超音波ビームを集束させることができる。この場合には、第２のスキャンラインセットのスキャンラインの設定時に、血流（または血管）が検出されたスキャンラインとその左右の±３，±４，±５…などのスキャンラインが含まれるようにすることができる。図４のように、第２のスキャンラインセットを設定する場合、一般的なカラードップラーモードより１０倍以上の平均フレーム率の向上効果を得ることができる。また、第２のスキャンラインセットの各スキャンラインは、均一でない間隔で設定することができる（側面方向に均一性を保障しない）。

特に、第２のスキャンラインセットの各スキャンラインは、深さ（Ｄｅｐｔｈ）の調節が可能である。即ち、図５及び図６では、第２のスキャンラインセットのスキャンラインごとに、互いに異なった深さを有していることをそれぞれ示し、図３のスキャニングフレームで検出された‘スキャンライン４’、‘スキャンライン２４８’、‘スキャンライン２５２’に対して互いに異なる深さを有する血流（または血管）に対し、互いに異なる深さのスキャンラインで稠密に超音波ビームを集束して、第２のスキャンラインセットを設定することができる。図５及び図６のように、第２のスキャンラインセットでは、超音波集束時に該当スキャンラインにおいて血流が検出された深さまでのみ送受信（Ｔｘ／Ｒｘ）を行うことができる。図５及び図６のように、第２のスキャンラインセットを設定する場合、一般的なカラードップラー方法に比べて、１６〜２０倍以上の平均フレーム率の向上効果を得ることができる。前記第２のスキャンラインセットをスキャニングして、ドップラー遷移周波数が予め設定されたしきい値（Ｔｈｒｅｈｏｌｄ）より低い場合には、第１のスキャンラインセットを再設定することができる。

血流（または血管）の存否は、特定しきい値（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を基準とするが、検出されたドップラー遷移周波数がしきい値より小さい場合には、血流がないと判断し、しきい値より大きい場合には、大きい血管があると判断する。

もし、図１に対して一つのカラードップラー映像を得るのにかかる時間をＴとし、フレーム率をＦと仮定すれば、１／４の個数のスキャンラインをスキャニングするスキャニングフレームと同様に、１／４の個数のスキャンラインをスキャニングする適応フレームは、それぞれを得るのに、０．２５Ｔの時間のみがかかる。この場合、スキャニングフレームを‘Ａ’とし、適応フレームを‘Ｂ’とした時、適応フレームのみを画面に表示すると仮定し、「ＡＢＡＢＡＢＡＢ」の順序でフレームを構成する場合には、平均フレーム率は２Ｆとなる。また、「ＡＢＢＢＢＢＢＢＢＢＢＡＢＢＢＢＢＢＢＢＢＢ」の順序でフレームを構成する場合には、平均フレーム率は４Ｆに近くなる。

本発明の方法は、ＲＯＩに対しても使用可能であり、２Ｄカラーモードだけでなく、３Ｄカラーモードでも同一に適用可能である。前記図３〜図６が、２Ｄスキャニングフレーム及び２Ｄ適応フレームに関するものであり、図９は、３Ｄスキャニングフレームに関するものであり、図１０〜図１２は、３Ｄ適応フレームに関するものである。特に、図１１及び図１２は互いに異なる深さを有する血流（または血管）に対し異なる深さのスキャンラインで稠密に超音波ビームを集束する場合を示す。

本発明でカラードップラー映像は、血流（または血管）の速度、ドップラー信号のパワー、血流速度の分散などをいずれも含む概念として解釈されなければならない。

本明細書では、本発明が一部の実施例と関連して説明されたが、本発明の属する技術分野の当業者が理解できる本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲で、多様な変形及び変更がなされるという点が分かる。また、そのような変形及び変更は、本明細書に添付された特許請求の範囲内に属するものと考えられなければならない。

１０：超音波診断システム
１１：プローブ
１２：ビーム形成部
１３：映像処理部
１４：ディスプレイ部

Claims

超音波診断システムにおけるカラードップラーモード遂行方法であって、
全スキャン領域に設定された第１のスキャンラインセットをスキャニングして、動く物体を通過する少なくとも一つのスキャンラインを検出する段階と、
前記検出されたスキャンラインを用いて、第２のスキャンラインセットを設定する段階と、
前記第２のスキャンラインセットをスキャニングして、第１のカラードップラー映像を形成する段階と
を備えることを特徴とする適応的カラードップラーモード遂行方法。
前記動く物体は、血流及び血管を含むことを特徴とする請求項１に記載の適応的カラードップラーモード遂行方法。
前記第１のスキャンラインセットをスキャニングして、第２のカラードップラー映像を形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の適応的カラードップラーモード遂行方法。
前記第２のスキャンラインセットは、前記第１のスキャンラインセットよりさらに稠密に設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の適応的カラードップラーモード遂行方法。
前記第２のスキャンラインセットは、前記動く物体が検出されたスキャンラインとそれに隣接するスキャンラインとを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の適応的カラードップラーモード遂行方法。
前記第２のスキャンラインセットのスキャニングは、前記動く物体の深さまでのみ実施されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の適応的カラードップラーモード遂行方法。
前記第１のスキャンラインセットは、均一のスキャンライン密度を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の適応的カラードップラーモード遂行方法。
前記第１のスキャンラインセットは、均一でないスキャンライン密度を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の適応的カラードップラーモード遂行方法。
前記第１のスキャンラインセットは、前記動く物体の存在可能性に基づいて設定されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の適応的カラードップラーモード遂行方法。
全スキャン領域に設定された第１のスキャンラインセットをスキャニングして、第１の受信信号を出力するプローブと、
前記第１の受信信号に基づいて、動く物体を通過する少なくとも一つのスキャンラインを検出し、前記検出されたスキャンラインを用いて、第２のスキャンラインセットを設定する映像処理部と
を備え、
前記プローブは、前記第２のスキャンラインセットをスキャニングして、第２の受信信号を出力し、
前記映像処理部は、前記第２の受信信号に基づいて、第１のカラードップラー映像を形成することを特徴とすることを特徴とする超音波診断システム。
前記動く物体は、血流及び血管を含むことを特徴とする請求項１０に記載の超音波診断システム。
前記映像処理部は、前記第１の受信信号に基づいて、第２のカラードップラー映像を形成することをさらに特徴とする請求項１０または１１に記載の超音波診断システム。
前記映像処理部は、前記第２のスキャンラインセットを前記第１のスキャンラインセットよりさらに稠密に設定することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の超音波診断システム。
前記第２のスキャンラインセットは、前記動く物体が検出されたスキャンラインとそれに隣接するスキャンラインとを備えることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の超音波診断システム。
前記第２のスキャンラインセットのスキャニングは、前記動く物体の深さまでのみ実施されることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の超音波診断システム。
前記第１のスキャンラインセットは、均一のスキャンライン密度を有することを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の超音波診断システム。
前記第１のスキャンラインセットは、均一でないスキャンライン密度を有することを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の超音波診断システム。
前記第１のスキャンラインセットは、前記動く物体の存在可能性に基づいて設定されることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の超音波診断システム。