JP2013138867A - ベクトルドップラーを用いて乱流情報を提供する超音波システムおよび方法 - Google Patents

ベクトルドップラーを用いて乱流情報を提供する超音波システムおよび方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ベクトルドップラーを用いて対象体の乱流の程度を示す乱流情報を提供する超音波システムおよび方法を提供すること。
【解決手段】本発明における超音波システムは、対象体に対応する超音波データを用いて前記対象体のベクトル情報を形成し、前記ベクトル情報を用いて前記対象体の乱流の程度を示す乱流情報を形成するプロセッサを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波システムに関し、特に、ベクトルドップラーを用いて乱流情報を提供する超音波システムおよび方法に関する。
超音波システムは、無侵襲および非破壊特性を有しており、生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、生体を直接切開して観察する外科手術の必要がなく、生体の内部組織を高解像度の映像で医師に提供することができるため、医療分野で非常に重要なものとして用いられている。
超音波システムは、生体の対象体から反射される超音波信号（超音波エコー信号）を２次元映像で示すＢモード（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｍｏｄｅ）映像、ドップラ効果（ｄｏｐｐｌｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）を用いて動いている対象体（特に、血流）の速度をドップラスペクトルで示すＤモード（ｄｏｐｐｌｅｒ ｍｏｄｅ）映像、ドップラ効果を用いて動いている対象体の速度をカラーで示すＣモード（ｃｏｌｏｒ ｍｏｄｅ）映像、圧力（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）を加えた時と加えない時の反応差を映像で示す弾性モード映像などを提供してくれる。
カラードップラー映像は、血流の流れの程度をカラーとして表示するものであって、血管、心臓などの疾患を検証するのに有用である。しかし、カラードップラー映像における各カラーは、超音波信号が送信される方向に血流が近づいたり遠ざかったりする程度を示すため、正確な血流の動きを表現するのに限界がある。
このような問題を解決するために、血流の速度だけでなく方向まで得ることができるベクトルドップラー方式が用いられている。ベクトルドップラー方式のうちの一つである交差ビーム（ｃｒｏｓｓ ｂｅａｍ-ｂａｓｅｄ）方式は、２つ以上の異なる方向から速度成分を取得し、これらを組み合わせて、２次元または３次元の方向に対する血流のベクトル情報を検出することができる。
特開２０００−２０１９３１号公報
本発明は、ベクトルドップラーを用いて対象体（例えば、血流等）の乱流の程度を示す乱流情報を提供する超音波システムおよび方法を提供することにある。
本発明における超音波システムは、対象体に対応する超音波データを用いて前記対象体のベクトル情報を形成し、前記ベクトル情報を用いて前記対象体の乱流の程度を示す乱流情報を形成するプロセッサを備える。
また、本発明における乱流情報提供方法は、ａ）対象体に対応する超音波データを用いて前記対象体のベクトル情報を形成する段階と、前記ベクトル情報を用いて前記対象体の乱流の程度を示す乱流情報を形成する段階とを備える。
本発明によれば、対象体（例えば、血流等）の乱流の程度を示す乱流情報（例えば、平均速度、または平均速度と対象体の速度との間の速度比率）を提供することができ、血管などの疾患を予測するための便宜性をユーザに提供することができる。
本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例におけるＢモード映像および関心領域を示す例示図である。 本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における送信方向および受信方向を示す例示図である。 本発明の実施例における送信方向および受信方向を示す例示図である。 本発明の実施例における送信方向および受信方向を示す例示図である。 本発明の実施例における送信方向および受信方向を示す例示図である。 本発明の実施例におけるサンプリングデータおよび超音波映像のピクセルを示す例示図である。 本発明の実施例における受信ビームフォーミングを行う例を示す例示図である。 本発明の実施例における受信ビームフォーミングを行う例を示す例示図である。 本発明の実施例における受信ビームフォーミングを行う例を示す例示図である。 本発明の実施例における受信ビームフォーミングを行う例を示す例示図である。 本発明の実施例によって、加重値を設定する例を示す例示図である。 本発明の実施例によって、サンプリングデータセットを設定する例を示す例示図である。 本発明の実施例によって、ベクトル情報を用いて乱流情報を形成する順序を示すフローチャートである。 本発明の実施例における送信方向、受信方向、ベクトル情報および過剰決定問題（ｏｖｅｒ-ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍ）を示す例示図である。 層流および乱流を示す例示図である。 本発明の実施例によって、ストリームラインを推算する例を示す例示図である。 本発明の実施例によって、ストリームラインに沿って移動変位を算出する例を示す例示図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。図１を参照すると、超音波システム１００は、ユーザ入力部１１０を備える。
ユーザ入力部１１０は、ユーザからの入力情報を受信する。本実施例において、入力情報は、図２に示すように、Ｂモード（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｍｏｄｅ）映像ＢＩに関心領域ＲＯＩを設定するための情報を含む。しかし、入力情報は、必ずしもこれに限定されない。関心領域ＲＯＩは、ドップラーモード映像を得るためのカラーボックス（ｃｏｌｏｒ ｂｏｘ）を含む。ドップラーモード映像は、対象体の動き（すなわち、速度および方向）に対応するベクトルドップラー映像を含む。図２において、図面符号ＢＶは、血管を表す。ユーザ入力部１１０は、コントロールパネル（ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｎｅｌ）、トラックボール（ｔｒａｃｋｂａｌｌ）、タッチスクリーン（ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ）、キーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）、マウス（ｍｏｕｓｅ）などを備える。
超音波システム１００は、超音波データ取得部１２０をさらに備える。超音波データ取得部１２０は、超音波信号を生体に送信する。生体は、対象体（例えば、血管、心臓、血流等）を含む。また、超音波データ取得部１２０は、生体から反射される超音波信号（すなわち、超音波エコー信号）を受信して超音波映像に対応する超音波データを取得する。
図３は、本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。図３を参照すると、超音波データ取得部１２０は、超音波プローブ３１０を備える。
超音波プローブ３１０は、電気的信号と超音波信号を相互変換する複数の電気音響変換素子（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ：以下単に変換素子と呼ぶ）３１１（図４参照）を備える。超音波プローブ３１０は、超音波信号を生体に送信する。超音波プローブ３１０から送信される超音波信号は、超音波信号を集束点に集束させない平面波（ｐｌａｎｅ ｗａｖｅ）信号または超音波信号を集束点に集束させる集束（ｆｏｃｕｓｅｄ）信号である。また、超音波プローブ３１０は、生体から反射される超音波エコー信号を受信して電気的信号（以下、受信信号という）を形成する。受信信号は、アナログ信号である。超音波プローブ３１０は、コンベックス型プローブ（ｃｏｎｖｅｘ ｐｒｏｂｅ）、リニア型プローブ（ｌｉｎｅａｒ ｐｒｏｂｅ）などを備える。
超音波データ取得部１２０は、送信部３２０をさらに備える。送信部３２０は、超音波信号の送信を制御する。また、送信部３２０は、変換素子３１１を考慮して、超音波映像を得るための電気的信号（以下、送信信号という）を形成する。
一実施例において、送信部３２０は、変換素子３１１を考慮して、Ｂモード映像ＢＩを得るための送信信号（以下、Ｂモード送信信号という）を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供されるＢモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信して受信信号（以下、Ｂモード受信信号という）を形成する。
また、送信部３２０は、変換素子３１１および超音波信号（すなわち、送信ビーム）の少なくとも１つの送信方向を考慮して、平均化回数（ｅｎｓｅｍｂｌｅ ｎｕｍｂｅｒ）に対応する送信信号（以下、ドップラーモード送信信号という）を形成する。平均化回数は、超音波信号を送受信する回数を表す。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供されるドップラーモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を少なくとも１つの送信方向で生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信して受信信号（以下、ドップラーモード受信信号という）を形成する。
一例として、送信部３２０は、図４に示すように、送信方向Ｔｘおよび変換素子３１１を考慮して、平均化回数に対応するドップラーモード送信信号を形成する。送信方向Ｔｘは、変換素子３１１の長手方向（配列方向）と垂直の方向（０゜）ないし送信ビームを最大にステアリングできる方向のうちのいずれか１つの方向である。
他の例として、送信部３２０は、図５に示すように、第１の送信方向Ｔｘ１および変換素子３１１を考慮して、平均化回数に対応する第１のドップラーモード送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供される第１のドップラーモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を生体の第１の送信方向Ｔｘ１に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信して第１のドップラーモード受信信号を形成する。また、送信部３２０は、図５に示すように、第２の送信方向Ｔｘ２および変換素子３１１を考慮して、平均化回数に対応する第２のドップラーモード送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供される第２のドップラーモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を生体の第２の送信方向Ｔｘ２に生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信して第２のドップラーモード受信信号を形成する。図５において、図面符号ＰＲＩは、パルス繰返し間隔（ｐｕｌｓｅ ｒｅｐｅａｔ ｉｎｔｅｒｖａｌ）を表す。
他の実施例において、送信部３２０は、変換素子３１１を考慮して、Ｂモード映像ＢＩを得るためのＢモード送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供されるＢモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信してＢモード受信信号を形成する。
また、送信部３２０は、少なくとも１つの送信方向および変換素子３１１を考慮して、平均化回数に対応するドップラーモード送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供されるドップラーモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信してドップラーモード受信信号を形成する。このとき、超音波信号は、インターリーブ送信（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ Ｔｘ）方式で送信される。インターリーブ送信方式は下記で詳細に説明する。
例えば、送信部３２０は、図６に示すように、第１の送信方向Ｔｘ１および変換素子３１１を考慮して、第１のドップラーモード送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供される第１のドップラーモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を生体の第１の送信方向Ｔｘ１に送信する。続いて、送信部３２０は、図６に示すように、第２の送信方向Ｔｘ２および変換素子３１１を考慮して、第２のドップラーモード送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供される第２のドップラーモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を生体の第２の送信方向Ｔｘ２に送信する。超音波プローブ３１０は、生体から反射される超音波エコー信号（すなわち、第１のドップラーモード送信信号に対応する超音波エコー信号）を受信して第１のドップラーモード受信信号を形成する。また、超音波プローブ３１０は、生体から反射される超音波エコー信号（すなわち、第２のドップラーモード送信信号に対応する超音波エコー信号）を受信して第２のドップラーモード受信信号を形成する。
続いて、送信部３２０は、図６に示すように、ＰＲＩに基づいて第１のドップラーモード送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供される第１のドップラーモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を生体の第１の送信方向Ｔｘ１に送信する。送信部３２０は、図６に示すように、ＰＲＩに基づいて第２のドップラーモード送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供される第２のドップラーモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を生体の第２の送信方向Ｔｘ２に送信する。超音波プローブ３１０は、生体から反射される超音波エコー信号（すなわち、第１のドップラーモード送信信号に対応する超音波エコー信号）を受信して第１のドップラーモード受信信号を形成する。また、超音波プローブ３１０は、生体から反射される超音波エコー信号（すなわち、第２のドップラーモード送信信号に対応する超音波エコー信号）を受信して第２のドップラーモード受信信号を形成する。
送信部３２０は、前述したような過程を行って、平均化回数に対応する第１のドップラーモード送信信号および第２のドップラーモード送信信号を形成する。
他の実施例において、送信部３２０は、変換素子３１１を考慮して、Ｂモード映像ＢＩを得るためのＢモード送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供されるＢモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信してＢモード受信信号を形成する。
また、送信部３２０は、少なくとも１つの送信方向および変換素子３１１を考慮して、平均化回数に対応するドップラーモード送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供されるドップラーモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信してドップラーモード受信信号を形成する。このとき、超音波信号は、ＰＲＩによって送信される。
例えば、送信部３２０は、図７に示すようにＰＲＩに基づいて、第１の送信方向Ｔｘ１および変換素子３１１を考慮して、第１のドップラーモード送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供される第１のドップラーモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を生体の第１の送信方向Ｔｘ１に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信して第１のドップラーモード受信信号を形成する。また、送信部３２０は、図７に示すようにＰＲＩに基づいて、第２の送信方向Ｔｘ２および変換素子３１１を考慮して、第２のドップラーモード送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供される第２のドップラーモード送信信号を超音波信号に変換し、変換された超音波信号を生体の第２の送信方向Ｔｘ２に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信して第２のドップラーモード受信信号を形成する。
送信部３２０は、前述のように、ＰＲＩに基づいて平均化回数に対応する第１のドップラーモード送信信号および第２のドップラーモード送信信号を形成する。
再び図３を参照すると、超音波データ取得部１２０は、受信部３３０をさらに備える。受信部３３０は、超音波プローブ３１０から提供される受信信号をアナログデジタル変換してサンプリングデータを形成する。また、受信部３３０は、変換素子３１１を考慮して、サンプリングデータに受信ビームフォーミング（ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ ｂｅａｍ ｆｏｒｍｉｎｇ）を行って受信集束データを形成する。受信ビームフォーミングは、以下で詳細に説明する。
本実施例において、受信部３３０は、超音波プローブ３１０から提供されるＢモード受信信号をアナログデジタル変換してサンプリングデータ（以下、Ｂモードサンプリングデータという）を形成する。受信部３３０は、Ｂモードサンプリングデータに受信ビームフォーミングを行って受信集束データ（以下、Ｂモード受信集束データという）を形成する。
また、受信部３３０は、超音波プローブ３１０から提供されるドップラーモード受信信号をアナログデジタル変換してサンプリングデータ（以下、ドップラーモードサンプリングデータという）を形成する。受信部３３０は、ドップラーモードサンプリングデータに受信ビームフォーミングを行って、超音波エコー信号（すなわち、超音波ビーム）の少なくとも１つの受信方向に対応する受信集束データ（以下、ドップラーモード受信集束データという）を形成する。
一例として、受信部３３０は、超音波プローブ３１０から提供されるドップラーモード受信信号をアナログデジタル変換してドップラーモードサンプリングデータを形成する。受信部３３０は、ドップラーモードサンプリングデータに受信ビームフォーミングを行って、図４に示すように、第１の受信方向Ｒｘ１に対応する第１のドップラーモード受信集束データおよび第２の受信方向Ｒｘ２に対応する第２のドップラーモード受信集束データを形成する。
他の例として、受信部３３０は、図５に示すように、超音波プローブ３１０から提供される第１のドップラーモード受信信号をアナログデジタル変換して第１の送信方向Ｔｘ１に対応する第１のドップラーモードサンプリングデータを形成する。受信部３３０は、第１のドップラーモードサンプリングデータに受信ビームフォーミングを行って第１の受信方向Ｒｘ１に対応する第１のドップラーモード受信集束データを形成する。また、受信部３３０は、図５に示すように、超音波プローブ３１０から提供される第２のドップラーモード受信信号をアナログデジタル変換して第２の送信方向Ｔｘ２に対応する第２のドップラーモードサンプリングデータを形成する。受信部３３０は、第２のドップラーモードサンプリングデータに受信ビームフォーミングを行って、第２の受信方向Ｒｘ２に対応する第２のドップラーモード受信集束データを形成する。このとき、受信方向を超音波プローブ３１０の変換素子３１１と垂直にすれば、最大口径サイズ（ａｐｅｒｔｕｒｅ ｓｉｚｅ）を用いることができる。
以下、添付した図面を参照して受信ビームフォーミングについて説明する。
一実施例において、受信部３３０は、図８に示すように、超音波プローブ３１０から複数のチャネルＣＨｋ（１≦ｋ≦Ｐ）を通じて受信される受信信号をアナログデジタル変換してサンプリングデータＳi,j（ｉ、ｊは、整数）を形成する。サンプリングデータＳi,jは、格納部１４０に格納される。受信部３３０は、変換素子３１１の位置と、超音波映像ＵＩのピクセルの方位（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）に基づいて、各サンプリングデータに対応するピクセルを検出する。即ち、受信部３３０は、変換素子３１１の位置と、超音波映像のピクセルの方位に基づいて、各サンプリングデータが受信ビームフォーミングに用いられるピクセルを選択する。受信部３３０は、選択されたピクセルに該当サンプリングデータを累積割当する。
例えば、受信部３３０は、図９に示すように、変換素子３１１の位置と超音波映像ＵＩのピクセルの方位に基づいて、サンプリングデータＳ6,3に対応するピクセル、即ちサンプリングデータＳ6,3が受信ビームフォーミングに用いられるピクセルを検出するための曲線（以下、受信ビームフォーミング曲線という）ＣＶ6,3を設定する。受信部３３０は、超音波映像ＵＩのピクセルＰa,b（１≦ａ≦Ｍ、１≦ｂ≦Ｎ））から受信ビームフォーミング曲線ＣＶ6,3に対応するピクセルＰ3,1、Ｐ3,2、Ｐ4,2、Ｐ4,3、Ｐ4,4、Ｐ4,5、Ｐ4,6、Ｐ4,7、Ｐ4,8、Ｐ4,9、…、Ｐ3,Nを検出する。即ち、受信部３３０は、超音波映像ＵＩのピクセルＰa,bから受信ビームフォーミング曲線ＣＶ6,3が通るピクセルＰ3,1、Ｐ3,2、Ｐ4,2、Ｐ4,3、Ｐ4,4、Ｐ4,5、Ｐ4,6、Ｐ4,7、Ｐ4,8、Ｐ4,9、…、Ｐ3,Nを選択する。受信部３３０は、図１０に示すように、選択されたピクセルＰ3,1、Ｐ3,2、Ｐ4,2、Ｐ4,3、Ｐ4,4、Ｐ4,5、Ｐ4,6、Ｐ4,7、Ｐ4,8、Ｐ4,9、…、Ｐ3,NにサンプリングデータＳ６、３を割り当てる。
続いて、受信部３３０は、変換素子３１１の位置と超音波映像ＵＩのピクセルの方位に基づいて、図１１に示すように、サンプリングデータＳ6,4に対応するピクセル、即ちサンプリングデータＳ6,4が受信ビームフォーミングに用いられるピクセルを検出するための受信ビームフォーミング曲線ＣＶ6,4を設定する。受信部３３０は、超音波映像ＵＩのピクセルＰa,b（１≦ａ≦Ｍ、１≦ｂ≦Ｍ）から受信ビームフォーミング曲線ＣＶ6,4に対応するピクセルＰ2,1、Ｐ3,1、Ｐ3,2、Ｐ4,2、Ｐ4,3、Ｐ4,4、Ｐ5,4、Ｐ5,5、Ｐ5,6、Ｐ5,7、Ｐ5,8、Ｐ4,9、Ｐ5,9、…Ｐ4,N、Ｐ3,Nを検出する。即ち、受信部３３０は、超音波映像ＵＩのピクセルＰa,bから受信ビームフォーミング曲線ＣＶ6,4が通るピクセルＰ2,1、Ｐ3,1、Ｐ3,2、Ｐ4,2、Ｐ4,3、Ｐ4,4、Ｐ5,4、Ｐ5,5、Ｐ5,6、Ｐ5,7、Ｐ5,8、Ｐ4,9、Ｐ5,9、…Ｐ4,N、Ｐ3,Nを選択する。受信部３３０は、図１２に示すように、選択されたピクセルＰ2,1、Ｐ3,1、Ｐ3,2、Ｐ4,2、Ｐ4,3、Ｐ4,4、Ｐ5,4、Ｐ5,5、Ｐ5,6、Ｐ5,7、Ｐ5,8、Ｐ4,9、Ｐ5,9、…Ｐ4,N、Ｐ3,NにサンプリングデータＳ6,4を累積割当する。
受信部３３０は、超音波映像ＵＩのピクセルＰa,bそれぞれに累積割当されたサンプリングデータに受信ビームフォーミング（即ち、加算（ｓｕｍｍｉｎｇ））を行って受信集束データを形成する。
他の実施例において、受信部３３０は、図８に示すように、超音波プローブ３１０から複数のチャネルＣＨkを通じて提供される受信信号をアナログデジタル変換してサンプリングデータＳi,jを形成する。サンプリングデータＳi,jは、格納部１４０に格納される。受信部３３０は、変換素子３１１の位置と超音波映像ＵＩのピクセルの方位に基づいて、各サンプリングデータに対応するピクセルを検出する。即ち、受信部３３０は、変換素子３１１の位置と超音波映像ＵＩのピクセルの方位に基づいて、各サンプリングデータが受信ビームフォーミングに用いられるピクセルを選択する。受信部３３０は、検出されたピクセルに該当サンプリングデータを累積割当する。受信部３３０は、検出されたピクセルの中から同一列（ｃｏｌｕｍｎ）に存在するピクセルを検出する。受信部３３０は、同一の列に存在するピクセルに対応する加重値を設定する。受信部３３０は、設定された加重値を各ピクセルのサンプリングデータに加える。
例えば、受信部３３０は、変換素子３１１の位置と超音波映像のピクセルの方位に基づいて、図９に示すようにサンプリングデータＳ6,3に対応するピクセル、即ちサンプリングデータＳ6,3が受信ビームフォーミングに用いられるピクセルを検出するための受信ビームフォーミング曲線ＣＶ6,3を設定する。受信部３３０は、超音波映像ＵＩのピクセルＰa,bから受信ビームフォーミング曲線ＣＶ6,3に対応するピクセルＰ3,1、Ｐ3,2、Ｐ4,2、Ｐ4,3、Ｐ4,4、Ｐ4,5、Ｐ4,6、Ｐ4,7、Ｐ4,8、Ｐ4,9、…、Ｐ3,Nを検出する。即ち、受信部３３０は、超音波映像ＵＩのピクセルＰa,bから受信ビームフォーミング曲線ＣＶ6,3が通るピクセルＰ3,1、Ｐ3,2、Ｐ4,2、Ｐ4,3、Ｐ4,4、Ｐ4,5、Ｐ4,6、Ｐ4,7、Ｐ4,8、Ｐ4,9、…、Ｐ3,Nを選択する。受信部３３０は、図１０に示すように、検出されたピクセルＰ3,1、Ｐ3,2、Ｐ4,2、Ｐ4,3、Ｐ4,4、Ｐ4,5、Ｐ4,6、Ｐ4,7、Ｐ4,8、Ｐ4,9、…、Ｐ3,NにサンプリングデータＳ6,3を割り当てる。
受信部３３０は、検出されたピクセルＰ3,1、Ｐ3,2、Ｐ4,2、Ｐ4,3、Ｐ4,4、Ｐ4,5、Ｐ4,6、Ｐ4,7、Ｐ4,8、Ｐ4,9、…、Ｐ3,Nの中から同一の列に存在するピクセルＰ3,2、Ｐ4,2を検出する。受信部３３０は、図１３に示すように、同一の列に存在するピクセルＰ3,2の重点（中心点）と受信ビームフォーミング曲線ＣＶ6,3との間の距離Ｗ1および同一の列に存在するピクセルＰ4,2の重点（中心点）と受信ビームフォーミング曲線ＣＶ6,3との間の距離Ｗ2を算出する。すなわち、ピクセルＰ3,2の重点とピクセルＰ4,2の重点とを結ぶ仮想直線と受信ビームフォーミング曲線ＣＶ6,3との交点と、ピクセルＰ3,2の重点およびピクセルＰ4,2の重点のそれぞれとの距離Ｗ1、Ｗ2を算出する。
受信部３３０は、算出された距離Ｗ1、Ｗ2に基づいて、ピクセルＰ3,2に対する第１の加重値α１およびピクセルＰ4,2に対する第２の加重値α２を設定する。第１の加重値α１および第２の加重値α２は、算出された距離に比例または反比例するように設定することもできる。受信部３３０は、第１の加重値α１をピクセルＰ3,2に割り当てられたサンプリングデータＳ6,3に加え、第２の加重値α２をピクセルＰ4,2に割り当てられたサンプリングデータＳ6,3に加える。受信部３３０は、残りのサンプリングデータに対しても前述のように行う。
受信部３３０は、超音波映像ＵＩのピクセルＰa,bそれぞれに累積割当されたサンプリングデータに受信ビームフォーミングを行って受信集束データを形成する。
他の実施例において、受信部３３０は、図８に示すように、超音波プローブ３１０から複数のチャネルＣＨkを通じて提供される受信信号をアナログデジタル変換してサンプリングデータＳi,jを形成する。サンプリングデータＳi,jは、格納部（１４０）に格納される。受信部３３０は、サンプリングデータＳi,jの中から受信ビームフォーミングに用いられるピクセルを検出するためのサンプリングデータセットを設定する。
例えば、受信部３３０は、図１４に示すように、サンプリングデータＳi,jの中から受信ビームフォーミングに関与するピクセルを検出するためのサンプリングデータセットＳ1,1、Ｓ1,4 …Ｓ1,t、Ｓ2,1、Ｓ2,4…Ｓ2,t…Ｓp,t（ボックスで表示）を設定する。
受信部３３０は、変換素子３１１の位置と超音波映像のピクセルの方位に基づいて、サンプリングデータセットの各サンプリングデータに対応するピクセルを検出する。即ち、受信部３３０は、変換素子３１１の位置と超音波映像のピクセルの方位に基づいて、サンプリングデータセットの各サンプリングデータが受信ビームフォーミングに用いられるピクセルを選択する。受信部３３０は、選択されたピクセルに該当サンプリングデータを前述した実施例のように累積割当する。受信部３３０は、超音波映像のピクセルそれぞれに累積割当されたサンプリングデータに受信ビームフォーミングを行って受信集束データを形成する。
他の実施例において、受信部３３０は、超音波プローブ３１０から複数のチャネルＣＨkを通じて提供される受信信号をダウンサンプリングしてダウンサンプリングされたデータを形成する。受信部３３０は、前述のように、変換素子３１１の位置と超音波映像のピクセルの方位に基づいて、各サンプリングデータに対応するピクセルを検出する。即ち、受信部３３０は、変換素子３１１の位置と超音波映像のピクセルの方位に基づいて、各サンプリングデータが受信ビームフォーミングに用いられるピクセルを選択する。受信部３３０は、選択されたピクセルに該当サンプリングデータを前述の実施例のように累積割当する。受信部３３０は、超音波映像のピクセルそれぞれに累積割当されたサンプリングデータに受信ビームフォーミングを行って受信集束データを形成する。
しかし、受信ビームフォーミングは、必ずしもこれに限定されず、多様な受信ビームフォーミングを用いることができる。
再び図３を参照すると、超音波データ取得部１２０は、超音波データ形成部３４０をさらに備える。超音波データ形成部３４０は、受信部３３０から提供される受信集束データを用いて超音波映像に対応する超音波データを形成する。また、超音波データ形成部３４０は、超音波データを形成するのに必要な様々なデータ処理（例えば、利得（ｇａｉｎ）調節等）を受信集束データに対して行うことができる。
本実施例において、超音波データ形成部３４０は、受信部３３０から提供されるＢモード受信集束データを用いてＢモード映像に対応する超音波データ（以下、Ｂモード超音波データという）を形成する。Ｂモード超音波データは、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）データを含む。
また、超音波データ形成部３４０は受信部３３０から提供されるドップラーモード受信集束データを用いて関心領域ＲＯＩに対応する超音波データ（以下、ドップラーモード超音波データという）を形成する。ドップラーモード超音波データはＩＱデータ（ｉｎ-ｐｈａｓｅ／ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｄａｔａ）を含む。しかし、ドップラーモード超音波データは、必ずしもこれに限定されない。
例えば、超音波データ形成部３４０は、受信部３３０から提供される第１のドップラーモード受信集束データを用いて第１のドップラーモード超音波データを形成する。また、超音波データ形成部３４０は、受信部３３０から提供される第２のドップラーモード受信集束データを用いて第２のドップラーモード超音波データを形成する。
再び図１を参照すると、超音波システム１００は、プロセッサ１３０をさらに備える。プロセッサ１３０は、ユーザ入力部１１０および超音波データ取得部１２０に連結される。プロセッサ１３０はＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（ｇｒａｐｈｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）などを含む。
図１５は、本発明の実施例によって対象体の乱流情報を形成する順序を示すフローチャートである。図１５を参照すると、プロセッサ１３０は、超音波データ取得部１２０から提供されるＢモード超音波データを用いてＢモード映像ＢＩを形成する（Ｓ１５０２）。Ｂモード映像ＢＩは、ディスプレイ部１５０に表示される。
プロセッサ１３０は、ユーザ入力部１１０から提供される入力情報に基づいてＢモード映像ＢＩに関心領域ＲＯＩを設定する（Ｓ１５０４）。従って、超音波データ取得部１２０は、関心領域ＲＯＩを考慮して、超音波信号を生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信してドップラーモード超音波データを取得する。
プロセッサ１３０は、超音波データ取得部１２０から提供されるドップラーモード超音波データを用いてベクトル情報を形成する（Ｓ１５０６）。すなわち、プロセッサ１３０はドップラーモード超音波データを用いて対象体の動き（すなわち、速度および方向）に対応するベクトル情報を形成する。
一般に、超音波信号の送信方向が超音波エコー信号の受信方向と同一で、ドップラ角度がθの場合、次のような関係が成立する。
Figure 2013138867
式１において、Ｘは反射体の速度（即ち、血流の速度）を示し、Ｃ0は生体内超音波音速を示し、ｆｄはドップラシフト周波数（Ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｈｉｆｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を示し、ｆ０は超音波周波数を示す。
ドップラシフト周波数ｆｄは、超音波信号（即ち、送信ビーム）の周波数と超音波エコー信号（即ち、受信ビーム）の周波数との差により算出することができる。また、送信方向に投射された速度成分Ｘｃｏｓθは、式１により算出することができる。
一方、超音波信号（即ち、送信ビーム）の送信方向が超音波エコー信号（即ち、受信ビーム）の受信方向と相違すると、次のような関係が成立する。
Figure 2013138867
式２において、θＴは超音波信号（即ち、送信ビーム）と血流がなす角度を示し、θＲは超音波エコー信号（即ち、受信ビーム）と血流がなす角度を示す。
図１６は、本発明の実施例における送信および受信方向、ベクトル情報および過剰決定問題（ｏｖｅｒ-ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍ）を示す例示図である。図１６を参照すると、超音波信号（即ち、送信ビーム）が第１の方向Ｄ１に送信され、超音波エコー信号（即ち、受信ビーム）が第１の方向Ｄ１に受信されると、次のような関係が成立する。
Figure 2013138867
一方、超音波信号（即ち、送信ビーム）が第２の方向Ｄ２に送信され、超音波エコー信号（即ち、受信ビーム）が第３の方向Ｄ３に受信されると、次のような関係が成立する。
Figure 2013138867
式３および式４は、２次元環境を仮定したものであって、３次元環境に拡張することができる。即ち、式３および式４を３次元環境に拡張すると、次のような関係が成立する。
Figure 2013138867
２次元環境（即ち、２次元ベクトル）の場合、変数（ｘ1、ｘ2）を算出するために少なくとも２つの数式が必要である。例えば、図１６において、超音波信号（即ち、送信ビーム）が第３の方向Ｄ３に送信され、超音波エコー信号（即ち、受信ビーム）が第２の方向Ｄ２および第４の方向Ｄ４に受信されると、次のような２つの数式が得られる。
Figure 2013138867
一方、受信ビームフォーミングが少なくとも２つの角度（即ち、受信方向）に行われると、図１６に示すように、２つ以上の数式が得られ、２つ以上の数式を過剰決定問題として定義することができる。過剰決定問題は、公知であるので、本実施例では詳細に説明しない。過剰決定問題は、ドップラシフト周波数に追加されたノイズ特性に基づいて擬似逆行列方法（Ｐｓｅｕｄｏ ｉｎｖｅｒｓｅ ｍｅｔｈｏｄ）、加重最小自乗法（ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ ｍｅｔｈｏｄ）などにより解くことができる。即ち、Ｍ個の送信方向と、送信ごとのＮ個の受信方向の受信ビームフォーミングによりＭ×Ｎ個の式を得ることができる。
再び図１５を参照すると、プロセッサ１３０は、ベクトル情報を用いてベクトルドップラー映像を形成する（Ｓ１５０８）。ベクトルドップラー映像は、ベクトル情報をカラーホイールで示すベクトルドップラー映像と、ベクトルの大きさを長さで示し、ベクトルの方向を矢印で示すベクトルドップラー映像と、対象体の動きをパーティクルの動きで示すベクトルドップラー映像などを含む。
プロセッサ１３０は、ベクトル情報を用いて乱流（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｆｌｏｗ）情報を形成する（Ｓ１５１０）。乱流情報は、対象体の乱流の程度を示す情報である。本実施例において、プロセッサ１３０は、フレーム（すなわち、ベクトルドップラー映像）ごとにベクトル情報を用いて乱流情報を形成する。
一般的に、図１７に示すように、乱流または逆流が発生する場合、乱流での単位時間ｔ２−ｔ１当たりの移動変位は、層流（ｌａｍｉｎａｒ ｆｌｏｗ）での単位時間当りの移動変位に比べて短い。プロセッサ１３０は、ベクトル情報を用いて平均速度を算出し、算出された平均速度を用いて乱流情報を形成する。
一例として、プロセッサ１３０は、単位時間を決定する。単位時間は、予め定められた時間であっても、ユーザによって設定される時間であってもよい。しかし、単位時間は、必ずしもこれに限定されない。プロセッサ１３０は、フレーム（すなわち、ベクトルドップラー映像）ごとにベクトル情報を用いて、図１８に示すように、フレームの各点に対応する過去のストリームラインを推算して単位時間当たりの移動変位を算出する。
より詳細には、プロセッサ１３０は、図１８に示すように、点ｐ３の周辺ベクトルを用いて過去の点ｐ２を推算し、点ｐ２の周辺ベクトルを用いて過去の点ｐ１を推算することによってストリームラインを推算する。プロセッサ１３０は、図１９に示すように、単位時間前の位置をストリームラインに沿って検出し、検出された位置に応じた変位Ｓを算出し、算出された変位および単位時間を用いて平均速度を算出する。プロセッサ１３０は、算出された平均速度を含む乱流情報を形成する。
他の例として、プロセッサ１３０は、前述のように平均速度を算出する。プロセッサ１３０は、ベクトル情報の速度と平均速度との間の速度比率を算出する。プロセッサ１３０は、算出された速度比率を含む乱流情報を形成する。
再び図１５を参照すると、プロセッサ１３０は、乱流情報を用いて乱流情報の表示を制御する（Ｓ１５１２）。一例として、プロセッサ１３０は、乱流情報（すなわち、平均速度または速度比率）をカラーマップにマッチングし、カラーマップにマッチングされた乱流情報を表示する制御を行う。他の例として、プロセッサ１３０は、乱流情報をパーティクルカラーにマッチングし、パーティクルカラーにマッチングされた乱流情報を表示するように制御する。他の例として、プロセッサ１３０は、ユーザによりベクトルドップラー映像に設定される位置に対応する乱流情報を表示するように制御する。
再び図１を参照すると、超音波システム１００は、格納部１４０をさらに備える。格納部１４０は、超音波データ取得部１２０で取得された超音波データ（Ｂモード超音波データおよびドップラーモード超音波データ）を格納する。また、格納部１４０は、プロセッサ１３０で形成されたベクトル情報を格納する。また、格納部１４０は、プロセッサ１３０で形成された乱流情報を格納する。
超音波システム１００は、ディスプレイ部１５０をさらに備える。ディスプレイ部１５０は、プロセッサ１３０で形成されたＢモード映像ＢＩを表示する。また、ディスプレイ部１５０は、プロセッサ１３０で形成された乱流情報を表示する。また、ディスプレイ部１５０は、プロセッサ１３０で形成されたベクトルドップラー映像を表示する。
本発明は、望ましい実施例によって説明および例示をしたが、当業者であれば添付した特許請求の範囲の事項および範疇を逸脱することなく、様々な変形および変更が可能である。
１００ 超音波システム
１１０ ユーザ入力部
１２０ 超音波データ取得部
１３０ プロセッサ
１４０ 格納部
１５０ ディスプレイ部
３１０ 超音波プローブ
３１１ 電気音響変換素子
３２０ 送信部
３３０ 受信部
３４０ 超音波データ形成部
ＢＩ Ｂモード映像
ＲＯＩ 関心領域
ＢＶ 血管
ＵＩ 超音波映像
Ｓｉ、ｊ サンプリングデータ
Ｐａ、ｂ ピクセル
ＣＨｋ チャネル
Ｓ 変位
ｐ１、ｐ２、ｐ３ 点

Claims (24)

  1. 対象体に対応する超音波データを用いて前記対象体のベクトル情報を形成し、前記ベクトル情報を用いて前記対象体の乱流の程度を示す乱流情報を形成するプロセッサ
    を備えることを特徴とする超音波システム。
  2. 前記プロセッサは、少なくとも１つの送信方向と、前記少なくとも１つの送信方向に対応する前記少なくとも１つの受信方向とを用いて前記ベクトル情報を形成することを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
  3. 前記プロセッサは、
    フレームごとに前記ベクトル情報を用いて複数の位置それぞれにおいて平均速度を算出し、
    前記平均速度を用いて前記乱流情報を形成することを特徴とする請求項２に記載の超音波システム。
  4. 前記プロセッサは、
    前記フレームごとに前記ベクトル情報を用いて前記複数の位置のそれぞれの以前のストリームラインを推算し、
    前記推算されたストリームラインを用いて単位時間当りの移動変位を算出し、
    前記移動変位および前記単位時間を用いて前記平均速度を算出し、
    前記平均速度を含む前記乱流情報を形成することを特徴とする請求項３に記載の超音波システム。
  5. 前記プロセッサは、
    前記フレームごとに前記ベクトル情報を用いて前記複数の位置のそれぞれの以前のストリームラインを推算し、
    前記推算されたストリームラインを用いて単位時間当りの移動変位を算出し、
    前記移動変位および前記単位時間を用いて前記平均速度を算出し、
    前記対象体の速度と前記平均速度との間の速度比率を算出し、
    前記速度比率を含む前記乱流情報を形成することを特徴とする請求項３に記載の超音波システム。
  6. 前記プロセッサは、前記乱流情報の表示をさらに制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の超音波システム。
  7. 前記対象体を含む生体に少なくとも１つの送信方向で超音波信号を送信し、前記生体から反射される超音波エコー信号を少なくとも１つの受信方向から受信して、前記超音波データを取得する超音波データ取得部
    をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の超音波システム。
  8. 前記超音波データ取得部は、前記超音波信号を前記生体の第１の送信方向に送信し、前記生体から反射される超音波エコー信号を第１の受信方向および第２の受信方向から受信して、前記第１の受信方向および前記第２の受信方向それぞれに対応する前記超音波データを取得することを特徴とする請求項７に記載の超音波システム。
  9. 前記超音波データ取得部は、前記超音波信号を前記生体の第１の送信方向および第２の送信方向に送信し、前記生体から反射される超音波エコー信号を第１の受信方向から受信して、前記第１の送信方向および前記第２の送信方向それぞれに対応する前記第１の受信方向の前記超音波データを取得することを特徴とする請求項７に記載の超音波システム。
  10. 前記超音波データ取得部は、前記超音波信号を前記生体の第１の送信方向および第２の送信方向に送信し、前記生体から反射される超音波エコー信号を第１の受信方向および第２の受信方向から受信して、前記第１の受信方向および前記第２の受信方向それぞれに対応する前記超音波データを取得することを特徴とする請求項７に記載の超音波システム。
  11. 前記超音波データ取得部は、前記超音波信号をインターリーブ送信方式で送信することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の超音波システム。
  12. 前記超音波信号は、平面波信号または集束信号を含むことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の超音波システム。
  13. ａ）対象体に対応する超音波データを用いて前記対象体のベクトル情報を形成する段階と、
    ｂ）前記ベクトル情報を用いて前記対象体の乱流の程度を示す乱流情報を形成する段階と
    を備えることを特徴とする乱流情報提供方法。
  14. 前記段階ａ）は、
    少なくとも１つの送信方向と、前記の少なくとも１つの送信方向に対応する少なくとも１つの受信方向とを用いて前記ベクトル情報を形成することを特徴とする段階
    を備えることを特徴とする請求項１３に記載の乱流情報提供方法。
  15. 前記段階ｂ）は、
    フレームごとに前記ベクトル情報を用いて複数の位置それぞれにおいて平均速度を算出する段階と、
    前記平均速度を用いて前記乱流情報を形成する段階と
    を備えることを特徴とする請求項１４に記載の乱流情報提供方法。
  16. 前記段階ｂ）は、
    前記フレームごとに前記ベクトル情報を用いて前記複数の位置それぞれの以前のストリームラインを推算する段階と、
    前記推算されたストリームラインを用いて単位時間当りの移動変位を算出する段階と、
    前記移動変位および前記単位時間を用いて前記平均速度を算出する段階と、
    前記平均速度を含む前記乱流情報を形成する段階と
    を備えることを特徴とする請求項１５に記載の乱流情報提供方法。
  17. 前記段階ｂ）は、
    前記フレームごとに前記ベクトル情報を用いて前記複数の位置それぞれの以前のストリームラインを推算する段階と、
    前記推算されたストリームラインを用いて単位時間当りの移動変位を算出する段階と、
    前記移動変位および前記単位時間を用いて前記平均速度を算出する段階と、
    前記対象体の速度と前記平均速度との間の速度比率を算出する段階と、
    前記速度比率を含む前記乱流情報を形成する段階と
    を備えることを特徴とする請求項１５に記載の乱流情報提供方法。
  18. ｃ）前記乱流情報の表示を制御する段階
    をさらに備えることを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか一項に記載の乱流情報提供方法。
  19. 前記段階ａ）の遂行前に、
    前記対象体を含む生体に少なくとも１つの送信方向で超音波信号を送信し、前記生体から反射される超音波ビームを少なくとも１つの受信方向から受信して、前記超音波データを取得する段階
    をさらに備えることを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか一項に記載の乱流情報提供方法。
  20. 前記超音波データを取得する段階は、
    前記超音波信号を前記生体の第１の送信方向に送信する段階と、
    前記生体から反射される超音波エコー信号を第１の受信方向および第２の受信方向から受信して、前記第１の受信方向および前記第２の受信方向それぞれに対応する前記超音波データを取得する段階と
    を備えることを特徴とする請求項１９に記載の乱流情報提供方法。
  21. 前記超音波データを取得する段階は、
    前記超音波信号を前記生体の第１の送信方向および第２の送信方向に送信する段階と、
    前記生体から反射される超音波エコー信号を第１の受信方向から受信して、前記第１の送信方向および前記第２の送信方向それぞれに対応する前記第１の受信方向の前記超音波データを取得する段階と
    を備えることを特徴とする請求項１９に記載の乱流情報提供方法。
  22. 前記超音波データを取得する段階は、
    前記超音波信号を前記生体の第１の送信方向および第２の送信方向に送信する段階と、
    前記生体から反射される超音波エコー信号を第１の受信方向および第２の受信方向から受信して、前記第１の受信方向および前記第２の受信方向それぞれに対応する前記超音波データを取得する段階と
    を備えることを特徴とする請求項１９に記載の乱流情報提供方法。
  23. 前記超音波信号は、インターリーブ送信方式で送信されることを特徴とする請求項１９乃至２２のいずれか一項に記載の乱流情報提供方法。
  24. 前記超音波信号は、平面波信号または集束信号を含むことを特徴とする請求項１９乃至２３のいずれか一項に記載の乱流情報提供方法。
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