JP2012187418A - ピクセル指向処理による超音波画像処理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】音響信号が生成され、音響信号からのエコーが複数の受信要素で受信されて、次いで格納されるエコー信号を取得し、格納された信号の領域に所与のピクセルがマッピングされ、格納されたエコー信号のマッピングされた領域が所与のピクセルの配列にまとめられ、その後で、所与のピクセルの信号応答を生成するように配列が処理されて、所与のピクセルの音響情報を取得する、ピクセル指向処理による超音波画像処理システム。利点としては、信号ダイナミックレンジの取得の向上、高フレームレートの2D、3Dおよびドップラー血流画像処理の取得モードの柔軟化などがある。
【選択図】図5
Description
・ハードウェアのコストがかなり低くなる
・カスタム集積回路(ASIC)の長い設計サイクルを回避することによって、開発コストがより低くなり、製品化までの時間が短縮される
・コスト/性能の直接の活用によってコンピュータ技術を進歩させる
・商業および学術の環境における多くの新しい処理手法の開発が柔軟になる
・コストに左右されやすい応用分野の場合、画質の向上に基づいて診断能力が増す。
・コストが採用の障害であった専門分野での超音波の利用が増加する
などがある。
入力データの格納は、最大処理レートを低減するが、処理ステップの回数を必ずしも低減するわけではない。これを達成するために、超音波データ処理の新しい手法が取られる。第1のステップは、画像処理モード時のシステムの最終目的が出力ディスプレイ上に画像を生成することであることを認識することである。超音波画像は、周波数や配列の次元など、取得システムの物理的パラメータに依存する基本的な分解能を有しており、エコー振幅や他の何らかの組織(音響)特性を符号化するピクセル値の四角形の配列として表すことができる。この四角形のピクセル配列の密度は、画像解像度の適当な空間サンプリングを提供する必要がある。表示画像は、四角形のピクセルの配列のみから成る必要はなく、異なる幾何学的形状を表す任意の組のピクセルから成ってもよいことを理解されたい。次のステップは、この画像配列におけるピクセルのうちの1つで開始し、RFデータセット内のどのサンプルポイントがこのピクセルの輝度の計算に寄与するかを検討し、それらにアクセスし、処理する最も効率的な方法を決定することである。この手法は、表示上のピクセルに寄与する情報のみが処理される必要があるため、現在のフロースルーアーキテクチャによって使用されるものとは完全に異なる手法である。本発明の手法では、小さい領域が含むピクセルは少ないため、表示画像上の小さい領域は、大きい画像領域よりかかる全処理時間が短い。これに対して、フロースルー処理方法は、画像領域サイズとは関係なく、最大データストリーム帯域幅を処理するように設計されなければならない。
Claims (54)
- 超音波処理方法であって、
複数の受信素子を有するトランスデューサを用いて、メディアに入り込む音響信号を生成することと、
前記トランスデューサの複数の受信素子で前記音響信号の少なくとも1つのエコーを受信し、そこからエコー信号を取得することと、
前記複数の受信素子のそれぞれからの各エコー信号を格納することと、
前記複数の受信素子に帰還する前記エコー信号のうちどれが所与のピクセルと関連する音響情報に寄与するか判定することにより、前記所与のピクセルを前記格納されたエコー信号のサブセットにマッピングし、前記所与の音響情報に寄与すると判定される前記格納されたエコー信号のマッピングされたサブセットを形成することと、
前記格納されたエコー信号の前記マッピングされたサブセットを前記所与のピクセルの配列にまとめることと、
前記所与のピクセルの信号応答を生成するように前記格納されたエコー信号の前記配列を処理することと、
前記信号応答を使用して、前記所与のピクセルの音響情報を取得することと
を含む方法。 - 前記音響信号を生成する前記トランスデューサの視野内にある前記メディアの領域を表すために選択された所与のピクセルセットであって、前記視野内の領域において前記所与のピクセルセットの中の全ての所与のピクセルが、前記トランスデューサ内の前記複数の受信素子に対して、前記メディアにおいて既知の空間的関係を有する、ピクセルセットを生成する最初のステップを含む請求項1に記載の方法。
- 前記格納されたエコー信号のマッピングされたサブセットを配列にまとめることは、前記格納されたエコー信号の前記マッピングされたサブセットを、各所与のピクセルに対するマトリックス状の行と列に配列することであって、各行は、所与のピクセルにおいて前記音響信号の応答に寄与する受信素子からのエコー信号のサンプルを含み、前記列の数は、寄与するエコー信号の時間範囲を表す、請求項2に記載の方法。
- 前記格納された信号の配列を処理することは、個々の受信素子に関する遅延値を判定するためのサンプル内挿と、帯域通過フィルタリングと、直交検出のためのヒルバート変換フィルタリングと、最終加算とを含む演算であって、マトリック上で少なくとも1つの行列演算を実行することと、前記少なくとも1つの行列演算によって得られる複合信号の大きさを取得することと、を含む請求項3に記載の方法。
- 前記音響情報を使用して、少なくとも1つの空間データと時間データを測定し、表示することをさらに含む請求項2に記載の方法。
- 前記音響情報を使用して、血流データを測定し、表示することをさらに含む請求項2に記載の方法。
- 音響信号によってもたらされた誘導された機械的変位に対する組織変位応答を測定し、表示することをさらに含む請求項2に記載の方法。
- 複数の音響信号を生成することと、前記複数の音響信号からエコーを受信することと、そこから得られた音響情報を強化するために、複数の生成および受信のサイクルにわたって受信されたエコーを結合することとを含む請求項1に記載の方法。
- 前記複数の音響信号からエコーを受信することが、前記受信されたエコーからエコー信号を取得し、前記エコー信号を格納することを含み、前記受信されたエコーを結合することが、前記格納されたエコー信号を結合することを含み、前記結合された格納されたエコー信号を平均することをさらに含む請求項8に記載の方法。
- 前記信号応答が前記エコー信号の平均を含む請求項9に記載の方法。
- 強化された音響情報を導出するために、音響信号を生成し、エコーを受信し、前記受信されたエコーからエコー信号を取得し、ピクセル信号を取得するように前記エコー信号を処理する複数のサイクルの結果を結合することを含む請求項1に記載の方法。
- 複数の処理ステップにおいて前記格納されたエコー信号を処理し、強化された音響情報を取得するために前記処理結果を結合することをさらに含む請求項11に記載の方法。
- 前記強化された音響情報が、最終的な画像のコントラスト分解能を向上させる空間合成を含む請求項12に記載の方法。
- 前記強化された音響情報が、運動する組織または運動する血液細胞に関連付けられているドップラー情報を表す信号応答を含む請求項12に記載の方法。
- 前記受信されたエコーが、前記配列の処理のレートより高いレートで格納される請求項8に記載の方法。
- 超音波処理方法であって、
複数の受信素子を有するトランスデューサを用いて、メディアに入り込む音響信号を生成することと、
前記トランスデューサの複数の受信素子で前記音響信号の少なくとも1つのエコーを受信し、そこからエコー信号を取得することと、
前記複数の受信素子のそれぞれからの各エコー信号を格納することと、
前記複数の受信素子に帰還する前記エコー信号のうちどれが所与のボクセルと関連する音響情報に寄与するか判定することにより、前記所与のボクセルを前記格納されたエコー信号の領域にマッピングし、前記所与の音響情報に寄与すると判定される前記格納されたエコー信号のマッピングされたサブセットを形成することと、
前記格納されたエコー信号の前記マッピングされたサブセットを前記所与のボクセルの配列にまとめることと、
前記所与のボクセルの信号応答を生成するように前記格納されたエコー信号の前記配列を処理することと、
前記信号応答を使用して、前記所与のボクセルの3次元音響情報を取得することと
を含む方法。 - 前記音響信号を生成する前記トランスデューサの視野内にある前記メディアの体積を表すために選択された所与のボクセルセットであって、前記視野内の領域において前記所与のピクセルセットにおけるすべての所与のボクセルが、前記トランスデューサ内の前記複数の受信素子に対して、前記メディアにおいて既知の空間的関係を有するボクセルセットを生成する最初のステップを含む請求項16に記載の方法。
- 前記格納されたエコー信号のマッピングされたサブセットを配列にまとめることは、前記格納されたエコー信号の前記マッピングされたサブセットを、各所与のボクセルに対するマトリックス状の行と列に配列することであって、各行は、所与のボクセルにおいて前記音響信号の応答に寄与する受信素子からのエコー信号のサンプルを含み、前記列の数は、寄与するエコー信号の時間範囲を表す、請求項17に記載の方法。
- 複数の音響信号を生成することと、前記複数の音響信号からエコーを受信して対応するエコー信号を取得することと、そこから取得された音響情報を強化するために、生成し、受信し、格納する複数のサイクルにわたって前記エコー信号から取得されたボクセル信号を結合することとを含む請求項17に記載の方法。
- 前記強化された音響情報が、運動する血液細胞または組織に関連付けられているドップラー情報を表す請求項19に記載の方法。
- 前記音響情報を使用して、指向性3Dドップラーフローデータ(directional 3D Doppler flow data)を表示することをさらに含む請求項19に記載の方法。
- 音響エコーを処理する方法であって、
トランスデューサ内の複数の受信素子から受信された音響エコー信号を格納することと、
前記複数の受信素子に帰還する前記エコー信号のうちどれが所与のピクセルと関連する音響情報に寄与するか判定することにより、前記所与のピクセルを前記格納されたエコー信号の領域にマッピングし、前記所与の音響情報に寄与すると判定される前記格納されたエコー信号のマッピングされたサブセットを形成することと、
前記格納されたエコー信号の前記マッピングされたサブセットを前記所与のピクセルの配列にまとめることと、
前記所与のピクセルの信号応答を生成するように前記格納されたエコー信号の前記配列に対する操作を行うことと、
前記信号応答を使用して、前記所与のピクセルの音響情報を取得することと
を含む方法。 - 前記音響信号を生成する前記トランスデューサの視野内にある前記メディアの領域を表すために選択された所与のピクセルセットであって、前記視野内の領域において前記配列のセットの中の所与のピクセルの全てが、前記複数の受信素子に対して、前記メディアにおいて既知の空間的関係を有するピクセルセットを生成する最初のステップを含む請求項22に記載の方法。
- 前記格納されたエコー信号のマッピングされたサブセットを配列にまとめることは、前記格納されたエコー信号の前記マッピングされたサブセットを、各所与のピクセルに対するマトリックス状の行と列に配列することであって、各行は、所与のピクセルにおいて前記音響信号の応答に寄与する受信素子からのエコー信号のサンプルを含み、前記列の数は、寄与するエコー信号の時間範囲を表す、請求項23に記載の方法。
- 超音波処理システムであって、
メディアに入り込む音響信号を生成し、モジュール内の複数の受信素子で前記音響信号の少なくとも1つのエコーを受信し、そこから複数のエコー信号を取得するように構成されているモジュールと、
前記モジュールと通信し、前記複数の受信素子に帰還する前記エコー信号のうちどれが所与のピクセルと関連する音響情報に寄与するか判定することにより、前記モジュールから受信された格納されているエコー信号のサブセットに前記所与のピクセルをマッピングし、前記所与の音響情報に寄与すると判定される前記格納されたエコー信号のマッピングされたサブセットを形成し、前記格納されたエコー信号の前記マッピングされたサブセットを前記所与のピクセルの配列にまとめ、前記所与のピクセルの信号応答を生成するように前記格納されたエコー信号の前記配列に対する処理を行い、前記信号応答を使用して前記所与のピクセルの音響情報を取得するように構成されているプロセッサと、
を含むシステム。 - 前記プロセッサが、前記モジュールの視野内にある前記メディアの領域を表すために選択された所与のピクセルセットであって、前記視野内の領域において前記所与のピクセルセットの中の所与の全てのピクセルが前記モジュール内の前記複数の受信素子に対して、前記メディアにおいて既知の空間的関係を有するピクセルセットを生成するように構成されている請求項25に記載のシステム。
- さらに、前記格納されたエコー信号の前記マッピングされたサブセットを、各所与のピクセルに対するマトリックス状の行と列に配列する手段を有し、前記格納されたエコー信号のマッピングされたサブセットを配列にまとめ、
各行は、所与のピクセルにおいて前記音響信号の応答に寄与する受信素子からのエコー信号のサンプルを含み、前記列の数は、寄与するエコー信号の時間範囲を表す、請求項26に記載のシステム。 - 前記プロセッサは、前記格納されたエコー信号のマッピングされたサブセットを配列にまとめるに際し、前記格納されたエコー信号の前記マッピングされたサブセットを、各所与のピクセルに対するマトリックス状の行と列に配列し、
各行は、所与のピクセルにおいて前記音響信号の応答に寄与する受信素子からのエコー信号のサンプルを含み、前記列の数は、寄与するエコー信号の時間範囲を表す、請求項26に記載のシステム。 - 前記プロセッサは、個々の受信素子に関する遅延値を判定するためのサンプル内挿と、帯域通過フィルタリングと、直交検出のためのヒルバート変換フィルタリングと、最終加算とを含む演算であって、マトリック上で少なくとも1つの行列演算を実行し、前記少なくとも1つの行列演算によって得られる複合信号の大きさを取得して、前記格納された信号の配列を処理する、請求項28に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、少なくとも1つの空間データと時間データを測定し、表示するように構成されている請求項28に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、血流データを測定し、表示するように構成されている請求項28に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、音響信号によってもたらされた誘導された機械的変位に対する組織応答を測定し、表示するように構成されている請求項28に記載のシステム。
- 前記処理手段が、複数の音響信号を生成し、前記複数の音響信号からエコーを受信してそこからエコー信号を取得し、前記エコー信号を格納し、そこから取得された前記音響情報を強化するために、生成し、受信し、格納する複数のサイクルにわたって前記格納されたエコー信号を結合するように構成されている請求項26に記載のシステム。
- 前記結合されたエコー信号が平均される請求項33に記載のシステム。
- 前記配列の処理から生成された前記信号応答が前記格納されたエコー信号の平均を含む請求項33に記載のシステム。
- 前記処理手段が、前記配列を処理し、さらに強化された音響情報を取得するために複数の処理ステップの結果を結合する複数のステップを実行するように構成されている請求項26に記載のシステム。
- 前記さらに強化された音響情報が、最終的な画像のコントラスト分解能を向上させる空間合成を含む請求項36に記載のシステム。
- 前記さらに強化された音響情報が、運動する組織または運動する血液細胞に関連付けられているドップラー情報を表す請求項36に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記配列の処理のレートより高いレートでエコー信号を受信し、取得し、格納するように構成されている請求項36に記載のシステム。
- 超音波処理システムであって、
メディアに入り込む音響信号を生成し、モジュール内の複数の受信素子で前記音響信号の少なくとも1つのエコーを受信し、そこから複数のエコー信号を取得するように構成されているモジュールと、
前記モジュールと通信し、前記複数の受信素子に帰還する前記エコー信号のうちどれが所与のボクセルと関連する音響情報に寄与するか判定することにより、前記モジュールから受信された格納されているエコー信号のサブセットに前記所与のボクセルをマッピングし、前記所与の音響情報に寄与すると判定される前記格納されたエコー信号のマッピングされたサブセットを形成し、前記格納されたエコー信号の前記マッピングされたサブセットを前記所与のボクセルの配列にまとめ、前記所与のボクセルの信号応答を生成するように前記格納されたエコー信号の前記配列に対する処理を行い、前記信号応答を使用して前記所与のボクセルの音響情報を取得するように構成されている処理手段と
を含むシステム。 - 前記処理手段が、前記トランスデューサの視野内にある前記メディアの体積を表すために選択された1セットの所与のボクセルを生成し、前記1セットの中の所与の各ボクセルが前記トランスデューサ内の前記複数の受信素子に対して、前記メディアにおいて既知の空間的関係を有するように構成されている請求項40に記載のシステム。
- さらに、前記格納されたエコー信号の前記マッピングされたサブセットを、各所与のボクセルに対するマトリックス状の行と列に配列し、前記格納されたエコー信号のマッピングされたサブセットを配列にまとめる手段を有し、
各行は、所与のボクセルにおいて前記音響信号の応答に寄与する受信素子からのエコー信号のサンプルを含み、前記列の数は、寄与するエコー信号の時間範囲を表す、請求項41に記載のシステム。 - 前記処理手段が、前記格納されたエコー信号の前記マッピングされたサブセットを、各所与のボクセルに対するマトリックス状の行と列に配列することにより、前記格納されたエコー信号のマッピングされたサブセットを配列にまとめ、
各行は、所与のボクセルにおいて前記音響信号の応答に寄与する受信素子からのエコー信号のサンプルを含み、前記列の数は、寄与するエコー信号の時間範囲を表す、請求項41に記載の方法。 - 前記処理手段が、個々の受信素子に関する遅延値を判定するためのサンプル内挿と、帯域通過フィルタリングと、直交検出のためのヒルバート変換フィルタリングと、最終加算とを含む演算であって、マトリック上で少なくとも1つの行列演算を実行し、前記少なくとも1つの行列演算によって得られる複合信号の大きさを取得することにより、前記格納された信号の配列を処理する、請求項43に記載の方法。
- 前記処理手段が、少なくとも1つの空間データと時間データを測定し、表示するように構成されている請求項43に記載のシステム。
- 前記処理手段が、血流データを測定し、表示するように構成されている請求項43に記載のシステム。
- 前記処理手段が、音響信号によってもたらされた誘導された機械的変位に対する組織応答を測定し、表示するように構成されている請求項43に記載の方法。
- 前記受信されたエコーが、そこから取得された前記音響情報を強化するために、生成し、受信し、格納する複数のサイクルにわたって結合される請求項41に記載のシステム。
- 前記結合されたエコー信号が平均される請求項48に記載のシステム。
- 前記信号応答が前記格納されたエコー信号の平均を含む請求項48に記載のシステム。
- 前記処理手段が、前記配列を処理し、さらに強化された音響情報を取得するために複数の処理ステップの結果を結合する複数のステップを実行するように構成されている請求項41に記載のシステム。
- 前記さらに強化された音響情報が、最終的な画像のコントラスト分解能を向上させる空間合成を含む請求項51に記載のシステム。
- 前記さらに強化された音響情報が、運動する組織または運動する血液細胞に関連付けられているドップラー情報を表す請求項51に記載のシステム。
- 前記処理手段が、前記配列の処理のレートより高いレートでエコー信号を受信し、取得し、格納するように構成されている請求項51に記載のシステム。
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