JP2019535406A - ツインクリングアーチファクトを使用して腎臓結石を検出する超音波システム及び方法 - Google Patents

Abstract

本開示の幾つかの実施例によるカラードップラー撮像方法は、超音波撮像システムのプローブを用いて、被験者の関心領域に向けて超音波パルスを送信するステップと、プローブを用いて、パルスに対応するエコーを受信するステップと、超音波エコーに基づいて、Ｂモード画像データ及びドップラー信号を生成するステップと、ドップラー信号をフィルタリングするステップであって、閾値振幅を下回る振幅を有する低強度信号を拒絶し、閾値振幅を上回る振幅を有する高強度信号を通過させるステップを含む、上記フィルタリングするステップと、高強度信号に基づいて、カラーデータを生成するステップと、カラードップラー画像を生成するために、カラーデータをＢモード画像データに重ね合わせるステップと、腎臓結石検出インターフェースに、カラードップラー画像を表示するステップとを含む。

Description

[001] 本願は、超音波撮像に関し、具体的には腎臓結石検出用の特定のモードで動作するカラードップラー撮像の使用に関する。

[002] 腎臓結石症は、米国の人口の約１０％が罹患しており、患者の生活の質に深刻な影響を及ぼす。通常、腎臓結石を検出するための好適な撮像モダリティは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）である。超音波の使用、特にカラードップラー超音波撮像におけるツインクリングアーチファクト（twinkling artifact：ＴＡ）の使用が提案されてきているが、これは腎臓結石の検出において限定的な成功を収めている。ツインクリングアーチファクト（ＴＡ）は、動的に変化する超音波カラー表示として腎臓結石上に現れる。研究によると、ＴＡの主な原因は、腎臓結石の表面にあるマイクロバブルである。ＴＡは、腎臓結石の検出を助けるために過去に使用されてきたが、腎臓結石の検出のためにＴＡを使用することの診断精度は、超音波検査者の技能、医師の経験及び特定の超音波システム設定又はパラメータに大きく依存する。ＴＡは、その不安定性によって、腎臓結石検出用の信頼できるツールとしては臨床的に採用されてきていない。

[003] 既存の超音波装置は、しばしば、カラードップラー撮像機能を備えている。カラーフロー撮像モード（単にカラードップラーモード又は速度モードとも呼ばれる）では、動く組織（例えば血流）から反射したエコーを使用して流れの方向及び速度が決定される。より広く使用されている速度モードとは対照的に、パワー（アンギオ）モードは、超音波エネルギーからの反射エコーの周波数シフトを決定する。パワーモード表示では、動く粒子によって反射されたドップラー信号強度の合計が、明るさのレベルによって表される一方で、流速の大きさと、場合によっては流れの方向とは無視される。速度モードでは、赤色及び青色を通常用いてディスプレイ上で流れの方向が表される。パワー／アンギオモードでは、反射超音波エコーのより高い振幅が、周波数及び流れの方向に関係なく、より明るい色合いで表示される。しかし、両方のモードにおいて、撮像パラメータは通常動く反射体（即ち、血流）を検出するために設定されているため、他の目的には最適ではない。

[004] 一実施形態による方法は、超音波撮像システムのプローブを用いて、被験者の関心領域に向けて超音波パルスを送信するステップと、プローブを用いて、超音波パルスに対応するエコーを受信するステップと、超音波エコーに基づいて、Ｂモード画像データ及びドップラー信号を生成するステップと、ドップラー信号をフィルタリングするステップであって、閾値振幅を下回る振幅を有する低強度信号を拒絶し、閾値振幅を上回る振幅を有する高強度信号を通過させるステップを含む、上記フィルタリングするステップと、高強度信号に基づいて、カラーデータを生成するステップと、カラードップラー画像を生成するために、カラーデータをＢモード画像データに重ね合わせるステップと、腎臓結石検出インターフェースに、カラードップラー画像を表示するステップとを含む。

[005] 幾つかの実施例では、ドップラー信号のフィルタリングは、複数のカラードップラー撮像モードのうちの１つの選択に反応して行われる。方法は更に、複数のカラードップラー撮像モードのうちの別の１つの選択に反応して、閾値振幅を上回る信号を拒絶するようにドップラー信号をフィルタリングするステップを含む。幾つかの実施例では、方法は更に、閾値振幅、送信周波数、パルス持続時間、パルス繰り返し周波数又はこれらの組み合わせを調整するためのユーザインターフェースを設けるステップを含む。

[006] 幾つかの実施例では、方法は更に、第１のカラードップラー撮像モードにおける撮像の場合に、第１のパルス持続時間を有する第１の超音波パルスを送信し、第２のカラードップラー撮像モードにおける撮像の場合に、第１のパルス持続時間よりも短い第２のパルス持続時間を有する第２の超音波パルスを送信するステップを含む。幾つかの実施例では、第１の超音波パルスは、１パルス当たり６以上のサイクルを有するパルスを含み、第２の超音波パルスは、１パルス当たり５以下のサイクルを有するパルスを含む。

[007] 幾つかの実施例では、方法は、ユーザ入力に反応して、超音波撮像システムの複数のカラードップラー撮像モードのうちの１つを起動するステップと、起動に反応して、送信周波数をプローブの中心周波数又はプローブの中心周波数の３０％以内の周波数に自動的に設定するステップとを含む。幾つかの実施例では、方法は更に、例えば超音波システムのメモリに記憶されたルックアップテーブル又はプローブ仕様データから、起動に反応して、プローブの中心周波数を自動的に特定するステップを含む。

[008] 本明細書において説明される超音波を用いて腎臓結石を検出する方法はいずれも、超音波システムの１つ以上のプロセッサによって実行されると、当該１つ以上のプロセッサに、上記方法を行わせる非一時的コンピュータ可読媒体に記憶された実行可能命令で具現化される。

[009] 幾つかの実施例では、本開示による超音波システムは、複数のカラードップラー撮像モードのうちの１つを選択するためのユーザ入力を受信するユーザインターフェースと、第１のカラードップラー撮像モードに関連するパルス構成パラメータの第１のセット及び第２カラードップラー撮像モードに関連するパルス構成パラメータの第２のセットを含む複数のパルス構成パラメータを記憶する非一時的メモリとを含む。システムは更に、被験者の関心領域に超音波パルスを送信し、超音波パルスに対応する超音波エコーを受信するプローブと、第１のカラードップラー撮像モードの選択に対応するパルス構成パラメータの第１のセットに従って第１のパルスを、また、第２のカラードップラー撮像モードの選択に対応するパルス構成パラメータの第２のセットに従って第２のパルスを、プローブに送信させる送信コントローラとを含み、第１のパルスは第２のパルスよりも長い。システムは更に、プローブによって受信される超音波エコーに基づいて、エコー信号を生成する信号プロセッサと、エコー信号に基づいて、Ｂモード画像データを生成するＢモードプロセッサと、エコー信号に基づいて、ドップラー信号を生成するドップラープロセッサとを含む。ドップラープロセッサは更に、第２のカラードップラー撮像モードの選択に反応して、閾値振幅を下回るドップラー信号をフィルタ除去し、閾値振幅を上回るドップラー信号を保持し、保持されたドップラー信号についてのみカラーデータを生成する。システムは、Ｂモード画像データ及びカラーデータのオーバーレイを表示するディスプレイを含む。

[010] 幾つかの実施形態では、ドップラープロセッサは更に、第１のカラードップラー撮像モードの前記選択に反応して、閾値振幅を上回るドップラー信号をフィルタ除去する。幾つかの実施形態では、ドップラープロセッサは、閾値振幅を下回るドップラー信号をフィルタ除去する振幅閾値フィルタ及び所定の周波数を下回る信号をフィルタ除去するウォールフィルタを含む。幾つかの実施形態では、閾値振幅は、流体又は軟組織に関連するエコー強度を少なくとも４０ｄＢ上回るエコー強度に相当するように選択される。

[011] 幾つかの実施形態では、システムの非一時的メモリは更に、第２のカラードップラー撮像モードの選択に反応して、システムに結合されるプローブの中心周波数を自動的に特定し、第２のパルスの送信周波数を、プローブの中心周波数又はプローブの中心周波数の３０％以内の周波数に設定する実行可能命令を記憶する。幾つかの実施形態では、ユーザインターフェースは更に、送信周波数、パルス持続時間、ＰＲＦ及びこれらの組み合わせを調整するためのユーザ入力を受信する。幾つかの実施例では、パルス持続時間は、１パルス当たり４サイクル以下に設定される。

[012] 図１は、本開示による腎臓結石検出のための超音波撮像システムのブロック図である。 [013] 図２は、本開示による超音波システムのドップラープロセッサのブロック図である。 [014] 図３は、本開示によるカラードップラー撮像プロセスのフロー図である。 [015] 図４Ａは、本開示に従って得られたカラードップラー画像である。 [015] 図４Ｂは、本開示に従って得られたカラードップラー画像である。 [015] 図４Ｃは、本開示に従って得られたカラードップラー画像である。 [015] 図４Ｄは、本開示に従って得られたカラードップラー画像である。 [016] 図５は、本開示によるカラードップラー撮像プロセスのフロー図である。

[017] 特定の例示的な実施形態の以下の説明は、本質的に例示的なものに過ぎず、本発明又はその応用若しくは使用を限定することを決して意図するものではない。本システム及び方法の実施形態の以下の詳細な説明では、その一部を形成し、説明されるシステム及び方法を実施することができる特定の実施形態を例示として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者がここに開示されるシステム及び方法を実施することを可能にするために十分に詳細に説明され、また、当然ながら、本システムの精神及び範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用してもよく、また、構造的及び論理的変更がされてもよい。更に、明確とするために、本システムの説明を曖昧にしないように、特定の特徴の詳細な説明は、それらが当業者に明らかである場合は説明されない。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、本システムの範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。

[018] 本発明の原理によれば、超音波システムは、従来のカラーフロー画像及びカラーパワーアンギオ（ＣＰＡ）画像を提供するためにドップラー信号からカラーデータを生成し、また、腎臓結石を検出する目的で、ドップラー信号からカラー情報を追加的又は代替的に生成するドップラープロセッサを含む。本明細書では、腎臓結石を参照して実施例を説明するが、当然ながら、本開示のシステム及び方法は、被験者の臓器、管又は血管に見られる他の種類の石又は結石の超音波検出に等しく適用可能である。

[019] カラードップラーは、動く組織の撮像に使用するために広く普及している超音波撮像モードである。例えばカラーフロードップラーは、しばしば、血流を分析する（例えば血流の速度及び方向を決定する）ために使用される。より最近では、超音波ドップラー技術は、動く心臓及び血管壁を調べる等のために、組織運動の検出、表示及び測定に拡張されている。組織運動の分析は、スペクトルドップラーだけでなくカラーフロードップラー撮像技術によって行われる。カラーパワーアンギオ（ＣＰＡ）は、単にパワードップラーとも呼ばれ、ドップラー信号を反映するカラーデータを提供する別のカラードップラー方法である。カラーフロードップラーとは異なり、パワードップラーは、速度ではなくドップラー信号の振幅又はパワーを表す。方向情報及び速度情報はパワードップラー法では得られない。通常、血流及び動く組織を撮像するために使用されるドップラー撮像技術は、特定のドップラーシフト周波数を上回りかつ特定の振幅を下回る信号を利用し、関連のドップラーシフト周波数を下回りかつ関連の振幅を上回る信号はノイズ又はクラッタを構成すると見なされる。したがって、関連のドップラーシフト周波数を下回りかつ関連の振幅を上回る信号は、通常、カラーデータが表示される前に、（例えばウォールフィルタ又は他のタイプのフィルタによって）フィルタ除去される。

[020] 対照的に、本開示による実施例では、閾値振幅を下回る信号は、動く組織に対応する可能性があるので廃棄される一方で、閾値振幅を上回る信号は保持され、カラーデータを生成するために利用されるという点で、上記の典型的なプロセスを逆にする。血流分析においてノイズ又はクラッタを構成する高振幅を有する信号は、腎臓結石といった非常にエコー源性であり、恐らく静止している物体から反射する超音波に基づく可能性が高い。腎臓結石のエコー源性は、結石の表面のマイクロバブルの存在に起因する。したがって、本明細書における実施例によれば、通常、ツインクリングアーチファクトの生成に関与するドップラー信号が、腎臓結石検出における使用のために分離され強調される。

[021] 通常、カラードップラー画像を得るためにパルス波超音波又は単にパルス超音波が使用される。パルス超音波では、送信パルスは、単一の単位として一緒に移動する一連の個々のサイクルである。したがって、長いパルスは、比較的短いパルスよりも多くのサイクルを含むと言える。所与のパルス内のサイクル数は、パルス持続時間パラメータによって規定されるので、長いパルスは長いパルス持続時間を有し、短いパルスは短いパルス持続時間を有すると言える。例えば従来のドップラー撮像（カラーフロー又はＣＰＡ）では、長いパルス（例えば６〜１２サイクル程度）が通常使用される。これは一般に、ドップラーシフトが画像フィールド内の多数の点において推定されるため、１つのカラーフロー画像の超音波データを取得するのにかかる時間が比較的長いという事実による。これは、ドップラー技術では、流れが決定されるべき各点が、選択したサンプリングレート（パルス繰り返し周波数、即ち、ＰＲＦ）で多数回（アンサンブル長）サンプリングされる必要があるからである。対照的に、本開示によれば、関心信号は動かない物体から得られるため、ツインクリングアーチファクトを生成するカラーデータを生成するためにはるかに短いパルスを使用することができる。したがって、例えば腎臓結石検出のための有用なカラーデータを得るためのフレームレート全体を増加させることができる。幾つかの実施例では、腎臓結石検出のためのカラーデータをより効率的に取得するために、最大２サイクル、３サイクル又は４サイクルのパルスを使用することができる。他の実施例では、より長いパルスを使用してもよい。

[022] 図１は、本開示の原理に従って構成された超音波撮像システム１００のブロック図を示す。超音波撮像システム１００は、Ｂモード撮像、ドップラー撮像及びこれら２つの組み合わせを行うことができる。

[023] 図１の実施形態における超音波撮像システム１００は、超音波を送信し、エコー情報を受信するトランスデューサアレイ１１４を含む超音波プローブ１１２を含む。Ｂモード撮像及びドップラー撮像用といった幾つかの実施例では、パルス波超音波を使用する。例えば線形アレイ、曲面アレイ又はフェーズドアレイである様々なトランスデューサアレイを使用する。トランスデューサアレイ１１４は、例えば２Ｄ及び／又は３Ｄ撮像のためにエレベーション寸法及びアジマス寸法の両方で走査可能であるトランスデューサ素子の（図示されるような）２次元アレイを含む。幾つかの実施形態では、トランスデューサアレイ１１４は、超音波プローブ１１２内に配置されてよいマイクロビームフォーマ１１６に結合される。マイクロビームフォーマ１１６は、アレイ１１４内のトランスデューサ素子による信号の送受信を制御する。幾つかの実施形態では、マイクロビームフォーマ１１６の機能は、例えば以下で更に説明されるビームフォーマ１２２の機能に組み込むことで、システムベース内に設けられる。幾つかの実施形態では、フィリップス社のＣ５−１プローブといった曲面アレイトランスデューサをプローブ１１２に使用する。

[024] 図示する実施例では、マイクロビームフォーマ１１６は、プローブケーブルによって送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１１８に結合される。Ｔ／Ｒスイッチ１１８は、送信と受信とを切り替え、メインビームフォーマ１２２を高エネルギー送信信号から保護する。幾つかの実施形態では、例えば携帯型の超音波システムにおいて、システム内のＴ／Ｒスイッチ１１８及び他の要素は、別個の超音波システムベースではなく超音波プローブ１１２に含まれる。超音波システムベースは、通常、信号処理及び画像データ生成のための回路だけでなく、ユーザインターフェースを提供するための実行可能命令を含むソフトウェア及びハードウェア構成要素を含む。

[025] マイクロビームフォーマ１１６の制御下にあるトランスデューサアレイ１１４からの超音波パルスの送信は、Ｔ／Ｒスイッチ１１８及びビームフォーマ１２２に結合され、ユーザインターフェース１２４のユーザ操作から入力を受け取る送信コントローラ１２０によって指示される。ユーザインターフェース１２４は、１つ以上の機械的制御部（例えばボタン、エンコーダ等）、タッチセンサ式制御部（例えばトラックパッド、タッチスクリーン等）及び他の既知の入力デバイスを含む制御パネル１５２といった１つ以上の入力デバイスを含んでよい。ユーザインターフェース１２４は、カラードップラー撮像モードを選択するためのインターフェースを表示し、送信コントローラ１２０は、それに応じて、異なる構成のパルスをプローブによって送信させる。あるカラードップラー撮像モードでは、長いパルス（例えば１パルス当たり６〜１２サイクル以上）が使用されるが、異なるドップラー撮像モードでは、短いパルス（例えば１パルス当たり５サイクル以下、幾つかの実施例では１パルス当たり２〜４パルス）が使用される。更に、選択されたモードに応じて、送信コントローラ１２０は、プローブに、プローブの中心周波数の近くに設定された周波数で超音波を送信させる。送信コントローラ１２０によって制御される別の機能は、ビームが向けられる方向である。ビームは、トランスデューサアレイ１１４から真っすぐ前に（直交するように）又はより広い視野のために異なる角度に向けられる。マイクロビームフォーマ１１６によって生成された部分ビーム形成信号は、メインビームフォーマ１２２に結合され、ここで、トランスデューサ素子の個々のパッチからの部分ビーム形成信号が完全ビーム形成信号に組み合わされる。ビーム形成信号は、信号プロセッサ１２６に結合される。

[026] 信号プロセッサ１２６は、バンドパスフィルタリング、デシメーション、Ｉ成分及びＱ成分の分離及び高調波信号の分離といった様々なやり方で受信エコー信号を処理することができる。信号プロセッサ１２６はまた、スペックル低減、信号合成及びノイズ除去といった追加の信号強調を行ってもよい。処理された信号は、Ｂモード画像データを生成するＢモードプロセッサ１２８に結合される。Ｂモードプロセッサは、体内の構造の撮像のために振幅検出を採用することができる。Ｂモードプロセッサ１２８によって生成された信号は、走査変換器１３０及び多平面リフォーマッタ１３２に結合される。走査変換器１３０は、エコー信号を、それらが受信された元の空間的関係で所望の画像フォーマットで配置する。例えば走査変換器１３０は、エコー信号を２次元（２Ｄ）の扇形フォーマット、又は、ピラミッド状若しくは他の形状の３次元（３Ｄ）のフォーマットに配置する。多平面リフォーマッタ１３２は、例えば米国特許第６，４４３，８９６号（Ｄｅｔｍｅｒ）に説明されているように、身体のボリュメトリック領域内の共通平面内の点から受信したエコーをその平面の超音波画像（例えばＢモード画像）に変換することができる。ボリュームレンダラ１３４が、例えば米国特許第６，５３０，８８５号（Ｅｎｔｒｅｋｉｎ他）に説明されているように、所与の基準点から見たときの３Ｄデータセットの画像を生成することができる。

[027] 並行して、信号プロセッサ１２６からの信号は、ドップラーシフトを推定してドップラー画像データを生成するドップラープロセッサ１６０に結合される。ドップラー画像データは、後に表示のためにＢモード（又はグレースケール）画像データと重ね合わされるカラーデータを含む。システムのカラーフロー又はＣＰＡ撮像サブモードの選択に応じてといったように、血液又は動く組織が撮像される従来のカラードプラー（即ち、カラーフロー又はＣＰＡ）撮像中に、ドップラープロセッサ１６０は、例えばウォールフィルタ又は他の種類のフィルタによって、関心の血液又は動く組織に関連しない不所望の信号（即ち、ノイズ又はクラッタ）をフィルタ除去する。この場合、ドップラープロセッサは、低周波信号を除去する第１のフィルタ１６２−１に信号を通す。ドップラープロセッサ１６０は更に、既知の技術に従って速度及びパワーを推定する。例えばドップラープロセッサは、ラグが１（lag-one）の自己相関関数の引数に速度（ドップラー周波数）推定が基づき、ラグが０（lag-zero）の自己相関関数の大きさにドップラーパワー推定が基づいている自己相関器といったドップラー推定器を含む。既知の位相ドメイン（例えばＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴといったパラメトリック周波数推定器）信号処理技術又は時間ドメイン（例えば相互相関）信号処理技術によっても運動を推定することができる。速度推定器の代わりに又はそれに加えて、加速度又は時間的及び／若しくは空間的速度導関数の推定器といった速度の時間的又は空間的分布に関連する他の推定器を使用することができる。

[028] 幾つかの実施例では、速度推定値及びパワー推定値は、ノイズを更に低減するための更なる閾値検出だけでなく、セグメンテーション並びに充填及び平滑化といった後処理を受ける。次に、速度推定値及びパワー推定値は、カラーマップに従って所望の範囲の表示カラーにマッピングされる。カラーデータは、ドップラー画像データとも呼ばれ、走査変換器１３０に結合される。そこで、ドップラー画像データは、所望の画像フォーマットに変換され、血流を含む組織構造のＢモード画像に重ね合わされてカラードップラー画像が形成される。

[029] ノイズ又はクラッタフィルタリングの代わりに、本開示の腎臓結石検出モードでカラードップラー撮像を行う場合、ドップラー信号は、ノイズを構成すると通常見なされる信号を保持し、カラーフロー撮像又はＣＰＡ撮像の目的では通常保持される信号を排除するために異なるタイプの閾値検出を受ける。したがって、カラーデータは、閾値振幅（例えば血流又は軟組織に典型的な振幅より４０ｄＢ以上大きい振幅）を上回る信号についてのみ生成又は保持される。カラーフローモード及びＣＰＡモードと同様に、腎臓結石検出モードからのカラーデータは次に走査変換器１３０に結合され、ここで、当該データは周囲の組織構造のＢモード画像に重ね合わされて、例えば図４Ａ乃至図４Ｄに示す修正カラードップラー画像が形成される。

[030] 走査変換器１３０、多平面リフォーマッタ１３２及び／又はボリュームレンダラ１３４からの出力（例えば画像）は、画像ディスプレイ１３８に表示される前に、更なる強調、バッファリング及び一時保管のために画像プロセッサ１３６に結合される。グラフィックプロセッサ１４０は、画像と共に表示するためのグラフィックオーバーレイを生成する。これらのグラフィックオーバーレイは、例えば患者名、画像の日時、撮像パラメータ等といった標準的な識別情報を含む。このために、グラフィックプロセッサは、入力された患者名又は他の注釈といった入力をユーザインターフェース１２４から受信する。幾つかの実施形態では、グラフィックプロセッサ、画像プロセッサ、ボリュームレンダラ及び多平面リフォーマッタのうちの少なくとも１つの１つ以上の機能は、これらの構成要素のそれぞれを参照して説明される特定の機能が個別の処理ユニットによって行われるのではなく、集積画像処理回路に組み合わせることができる（その動作は並列動作する複数のプロセッサ間で分割されてよい）。更に、エコー信号の処理は、例えばＢモード画像又はドップラー画像を生成する目的で、Ｂモードプロセッサ及びドップラープロセッサを参照して説明されるが、当然ながら、これらのプロセッサの機能は、単一のプロセッサに統合されてもよい。

[031] 図１に更に示すように、超音波システムはメモリストレージデバイスを含んでもよい。メモリストレージデバイス１６４は、任意の適切な種類の不揮発性であってもよい。メモリ１６４は、様々な構成パラメータ、例えばそれぞれのシステムモードのいずれかについて超音波のパルス持続時間を設定するためのパルス構成データ１６６を記憶する。メモリ１６４はまた、例えばシステムの様々なカラードップラー撮像サブモード（例えばカラーフロー、ＣＰＡ、腎臓結石検出モード）に関連する様々なユーザインターフェース表示を提供するため及び／又は所与のモードの選択に応えて関連の構成パラメータを自動的に設定する実行可能命令１６８も記憶する。幾つかの実施例では、実行可能命令１６８は、プローブの中心周波数を特定し、走査セッションの送信周波数を中心周波数と同じか又は近い値に自動的に設定するための命令を含む。

[032] 次に図２も参照すると、本明細書における実施例によるドップラープロセッサの更なる態様が説明される。図２は、例示的なドップラー信号経路及び本開示に従ってドップラープロセッサによって行われる処理を示す。信号（例えば受信エコーのＩＱ成分）は、ドップラー信号経路を介してドップラープロセッサ２００に結合される。ドップラープロセッサ２００は、従来から知られているように、超音波信号からドップラー周波数シフト情報を抽出する復調器２１０を含む。次に、復調信号は、ドップラー撮像が行われているモードに応じて、第１のフィルタ２２０又は第２のフィルタ２２２のいずれかを通される。第１のドップラー撮像モード（例えば従来のカラーフロー又はＣＰＡモード）では、信号は、静止してゆっくりと動く組織から信号を除去するクラッタフィルタである第１のフィルタ２２０を通される。クラッタフィルタは、例えば閾値周波数を下回る信号を除去するウォールフィルタである。したがって、保持される信号は、血流又は動く組織から受信したエコーに対応し、当該信号は、次に従来のカラーフロー又はＣＰＡ画像を生成するために利用される。

[033] 第２のドップラー撮像モード（例えば腎臓結石検出モード）では、信号は、低強度信号を除去する強度フィルタである第２のフィルタ２２２を通される。例えば強度フィルタは、所与の閾値振幅を上回る信号を通過させ、閾値振幅を下回る信号を排除する。閾値振幅は、血液又は軟組織に典型的な信号振幅より少なくとも３５ｄＢ、幾つかの例では少なくとも４０ｄＢ大きい値に設定され、したがって、ドップラー撮像のツインクリングアーチファクトに関連する信号のみが分離される。次に、フィルタリングされた信号は、ドップラー画像内の各カラーラインについてのカラーデータを生成するために（例えば自己相関又は異なる技術を使用して）速度値及びパワー値を抽出するドップラー推定器２２４によって処理される。カラーフロー撮像を行う場合等といった幾つかの場合では、信号は、オプションの血液／組織弁別器２２６によって更に処理されて、血流に対応すると決定されるカラーデータのみが表示のために分離される。ドップラープロセッサ２００によって出力されるカラーデータは次に、走査変換器に送信され、そこでＢモード画像データと組み合わされてカラードップラー画像が生成される。

[034] 図３は、組織内の腎臓結石又は別の種類の結石の存在を超音波で検出するために使用されるカラードップラー撮像プロセス３００のフロー図を示す。ステップ３１０に示すように、プロセスはカラードップラーモードの選択によって開始する。これはユーザ入力に反応して起きる。超音波撮像システムは、第１のモード（例えば従来のカラーフロー撮像モード又はＣＰＡ撮像モード）及び第２のモード（例えば修正カラーフローモード又はＣＰＡモード、腎臓結石検出モードとも呼ぶ）を含む複数のカラードップラーモードのうちの任意の１つで超音波走査及び画像表示をする。システムは、各モード中に、異なるセットの予め記憶された又は自動的に選択された構成パラメータ又は設定を適用する。例えば前述のように、システムは、様々なモードのそれぞれについて異なるパルス持続時間設定を含む複数のパルス構成パラメータをメモリに記憶する。システムが第１のモードで動作しているときには第１のパルス持続時間設定が適用され、システムが第２のモードで動作しているときには異なるパルス持続時間設定が適用されてもよい。第１のモードでは、システムは、（例えば走査中に少なくとも６サイクル以上を有するパルスを送信させるために）長パルス設定を適用することができる。第２のモードでは、システムは、（例えば走査中に最大４サイクルを有するパルスを送信させるために）短パルス設定を適用することができる。したがって、ステップ３１２に示すように、モードの選択に反応して、特定のパラメータ又は設定がシステムによって自動的に適用される。例えば腎臓結石検出モードの起動に続き、システムは、送信周波数をプローブの中心周波数又は中心周波数に近い（例えばプローブの中心周波数の３０％以内の）周波数に自動的に設定する。幾つかの実施例では、腎臓結石検出モードは、送信周波数を更に調整する能力をユーザに与えるユーザインターフェースを含むが、幾つかのシステムでは、送信周波数は上記のように自動的に設定され、更に調整することはできない。

[035] 幾つかの実施例では、ステップ３１４に示すように、超音波システムは、第２のモードの選択に反応して、システムに結合されているプローブの中心周波数を自動的に特定する。通常、プローブが超音波システムに接続されると、システムはプローブの種類を検出するか、又は、プローブの種類を特定するユーザ入力を要求する。中心周波数は、その特定の超音波システムと共に動作するように構成されているプローブの種類についてメモリに記憶されているルックアップテーブル又は仕様を参照することによって、システムによって特定されてもよい。更にステップ３１４に示すように、超音波システムは、送信周波数をプローブの中心周波数に自動的に設定する。幾つかの実施例では、システムによって適用されるプリセット値は、ユーザによって更に構成可能である。例えばシステムは、プリセットパラメータ（例えば送信周波数）のうちの1つ以上を更に構成するためのユーザ入力を受信するユーザインターフェースを提供する。次に、ステップ３１８に示すように、プロセスは、エコーデータを取得し、ステップ３２０に示すように、少なくともドップラープロセッサによってエコーデータを処理する。ドップラープロセッサによって出力されるカラーデータは次に、表示用の超音波画像を生成するために走査変換器及び画像プロセッサに結合される。

[036] 図４Ａ乃至図４Ｄは、本明細書における幾つかの実施例による超音波画像を示す。図４Ａは、腎臓組織ファントム４２２のＢモード画像４２０を示す。図４Ａから分かるように、画像内の幾つかの点（例えば４２４ａ、４２４ｂ、４２４ｃ、４２４ｄ及び４２４ｅ）は、周囲組織よりも比較的高い強度を有し、腎臓結石の存在を示唆する。しかし、高強度点が実際に腎臓結石の位置に対応するかどうかは、Ｂモード画像のみから決定することは困難である。同じ組織ファントムの修正ＣＰＡ画像４３０を示す図４Ｂでは、Ｂモード画像データにカラーデータが重ねられている。従来のＣＰＡ画像とは異なり、動く組織（例えば血流）に関連するカラーデータは画像４３０には表示されない。代わりに、ツインクリングアーチファクトに関連するカラーデータのみが画像４３０に表示される。画像４３０は、フィリップス社によって製造されているＥＰＩＱ超音波システム及びＣ５−１曲面アレイトランスデューサプローブを使用して取得された。更に、送信周波数は２．５ＭＨｚに設定され、パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）は９０００Ｈｚに設定された。修正ＣＰＡ画像４３０は、腎臓結石を特定するという目的では、Ｂモードグレースケールデータ単独に対する改良であるが、それでもやはり何らかの誤検出特定をもたらす可能性がある。例えば画像４３０では、今度は、画像４２０の左側の多数の輝点からより少ない数の可能性のある位置（例えば４３４ａ、４３４ｂ及び４３４ｃ）が分離され、これらの位置の各々は、診断を確かにするために更に詳しく調べられる。

[037] ここで、同じ組織ファントムの追加の修正ＣＰＡ画像を示す４４０及び４５０を示す図４Ｃ及び図４Ｄも参照すると、本開示に従ってツインクリングアーチファクトを強調することによって、腎臓結石の可能性のある位置の数が更に減少されている。これら２つの実施例において、ここでも、画像は、フィリップス社によって製造されているＥＰＩＱ超音波システム及びＣ５−１曲面アレイトランスデューサプローブを使用して取得されたが、ただし、画像４３０と比較してＰＲＦは増加されている。画像４４０及び４５０のＰＲＦは１２００Ｈｚに設定され、組織はそれぞれ３．５ＭＨｚ及び２．０ＭＨｚの超音波で走査された。カラードップラー画像内のツインクリングアーチファクトは送信周波数とは無関係であると考えられているが、本明細書における実施例によれば、送信周波数は、好適にはプローブの中心周波数又は中心周波数に近い周波数に設定される。中心周波数は、通常、撮像領域を通るビームのパワーを増大させるために、従来のドップラー撮像に使用されるものよりも低い周波数である。画像４４０及び４５０の両方において、単一の腎臓結石のみが、単一の位置にあるツインクリングアーチファクトの存在によって示されている。右側の画像４５０では、ツインクリングアーチファクトは、左側の画像４４０よりもかなり見易く（例えばより多数のカラーピクセルを含み）、これは（例えば送信周波数をプローブの中心周波数の近くに設定することによって）増加されたパワーが超音波パルスを介して結石に当てられるからであり、これは、ツインクリングアーチファクトの面積及び／又は強度を増加させる。

[038] 図５は、更なる実施例例によるプロセス５００を示す。モードが選択され、パラメータが設定されると、プロセス５００に示すように、ユーザは、被験者を走査することによって画像データを取得することができる。走査中に、プローブによって、パルス波超音波が関心領域に送信され、超音波エコーが受信される。エコーは信号処理回路に結合された後、（ステップ５１４に示すように）Ｂモードプロセッサ及びドップラープロセッサに結合されて、画像データが生成される。エコーは、Ｂモード画像データ（即ち、グレースケールデータ）及びドップラー画像データ（即ち、カラーデータ）の両方を生成するために使用される。関連モードで動作しているとき、カラードップラー信号経路において、追加の処理が行われて、腎臓結石の存在を示しうるツインクリングアーチファクトが分離される。

[039] システムが、カラードップラー撮像モードの腎臓結石検出サブモードで動作している場合、信号はあるセットのフィルタを通されるが、システムが、カラードップラー撮像の従来のモードで動作している場合、信号は異なるセットのフィルタを通される。具体的には、前者の場合、信号は、ドップラープロセッサの強度フィルタを通されて、ツインクリングアーチファクトに関連するドップラー信号が分離される。後者（例えば従来のモード）の場合、信号は、低振幅信号は保持しつつ、高振幅信号は拒絶するようにフィルタリングされる。このステップにおけるドップラー処理は、図３を参照して説明した実施例といったように本明細書における任意の実施例に従って行われる。

[040] 構成要素、システム及び／又は方法が、コンピュータベースのシステム又はプログラム可能な論理といったプログラム可能なデバイスを使用して実現される様々な実施形態では、当然ながら、上記システム及び方法は、「Ｃ」、「Ｃ＋＋」、「ＦＯＲＴＲＡＮ」、「Ｐａｓｃａｌ」、「ＶＨＤＬ」等といった様々な既知の又は後に開発されるプログラミング言語の何れかを使用して実現可能である。したがって、上記システム及び／又は方法を実現するようにコンピュータといったデバイスに指示することができる情報を含む磁気コンピュータディスク、光ディスク、電子メモリといった様々な記憶媒体を準備することができる。適切なデバイスが記憶媒体に含まれる情報及びプログラムにアクセスすると、記憶媒体は当該情報及びプログラムをデバイスに提供し、これにより、デバイスは、本明細書に説明されるシステム及び／又は方法の機能を行うことができる。例えばソースファイル、オブジェクトファイル、実行可能ファイルといった適切な材料を含むコンピュータディスクがコンピュータに提供される場合、当該コンピュータは当該情報を受信し、自身を適切に構成し、様々な機能を実現するように上記図及びフローチャートに概説された様々なシステムの機能及び方法を行うことができる。即ち、コンピュータは、上記システム及び／又は方法の様々な要素に関連する情報の様々な部分をディスクから受信し、個々のシステム及び／又は方法を実施し、上記個々のシステム及び／又は方法の機能を調整することができる。

[041] 本開示を考慮して、本明細書に説明される様々な方法及びデバイスは、ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアで実現することができることに留意されたい。更に、様々な方法及びパラメータは例示としてのみ含まれており、限定的な意味ではない。この開示を考慮して、当業者は、本発明の範囲内に留まりながら、当業者自身の技術及びこれらの技術に影響を及ぼすために必要な機器を決定する際に本教示を実施することができる。本明細書に説明されるプロセッサの１つ以上のプロセッサの機能は、より少ない数又は単一の処理ユニット（例えばＣＰＵ）に組み込むことができ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又は本明細書に説明される機能を行うように実行可能命令に応えてプログラミングされる汎用処理回路を用いて実現することができる。

[042] 本システムは、超音波画像システムを特に参照して説明したが、本システムは、１つ以上の画像が体系的に取得される他の医用撮像システムに拡張できることも想定される。したがって、本システムは、腎臓、精巣、乳房、卵巣、子宮、甲状腺、肝臓、肺、筋骨格系、脾臓系、心臓系、動脈系及び血管系に関連するがこれらに限定されない画像情報を取得及び／又は記録するために使用できる。超音波誘導下介入に関連する他の撮像応用にも使用できる。更に、本システムはまた、本システムの特徴及び利点を提供することができるように、従来の撮像システムと共に使用することができる１つ以上のプログラムを含んでもよい。本開示の特定の更なる利点及び特徴は、本開示を検討することにより当業者に明らかとなるか、又は、本開示の新規のシステム及び方法を使用する人々によって経験される。本システム及び方法の別の利点は、本システム、デバイス及び方法の特徴及び利点を組み込むために従来の医用画像システムを容易にアップグレードすることができる点である。

[043] 当然ながら、本明細書に説明される実施例、実施形態又はプロセスのうちの何れか１つは、１以上の他の実施例、実施形態及び／又はプロセスと組み合わされても、本システム、デバイス及び方法に従って、別々のデバイス又はデバイス部分間で分離されても及び／又は行われてもよい。

[044] 最後に、上記説明は、本システムの単なる例示であることを意図しており、添付の特許請求の範囲を特定の実施形態又は実施形態のグループに限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、本システムを例示的な実施形態を参照して詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲に記載されているような本システムのより広く意図された精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって多数の修正及び代替実施形態が考えられうる。したがって、本明細書及び図面は例示的と見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。

Claims (15)

1. カラードップラー撮像方法であって、
   超音波撮像システムのプローブを用いて、被験者の関心領域に向けて超音波パルスを送信するステップと、
   前記プローブを用いて、前記超音波パルスに対応するエコーを受信するステップと、
   前記超音波エコーに基づいて、Ｂモード画像データ及びドップラー信号を生成するステップと、
   前記ドップラー信号をフィルタリングするステップであって、閾値振幅を下回る振幅を有する低強度信号を拒絶し、前記閾値振幅を上回る振幅を有する高強度信号を通過させるステップを含む、前記フィルタリングするステップと、
   前記高強度信号に基づいて、カラーデータを生成するステップと、
   カラードップラー画像を生成するために、前記カラーデータを前記Ｂモード画像データに重ね合わせるステップと、
   腎臓結石検出インターフェースに、前記カラードップラー画像を表示するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記超音波パルスは、送信周波数での超音波を含み、前記方法は更に、
   ユーザ入力に反応して、前記超音波撮像システムの複数のカラードップラー撮像モードのうちの１つを起動するステップと、
   前記起動に反応して、前記送信周波数を前記プローブの中心周波数又は前記プローブの前記中心周波数の３０％以内の周波数に自動的に設定するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記起動に反応して、前記プローブの前記中心周波数を自動的に特定するステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記閾値振幅、前記送信周波数、パルス持続時間、パルス繰り返し周波数又はこれらの組み合わせを調整するためのユーザインターフェースを設けるステップを更に含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記ドップラー信号をフィルタリングするステップは、複数のカラードップラー撮像モードのうちの１つの選択に反応して行われ、前記方法は更に、前記複数のカラードップラー撮像モードのうちの別の１つの選択に反応して、前記閾値振幅を上回る信号を拒絶するように前記ドップラー信号をフィルタリングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
6. 第１のカラードップラー撮像モードにおける撮像の場合に、第１のパルス持続時間を有する第１の超音波パルスを送信し、第２のカラードップラー撮像モードにおける撮像の場合に、前記第１のパルス持続時間よりも短い第２のパルス持続時間を有する第２の超音波パルスを送信するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１の超音波パルスは、１パルス当たり６以上のサイクルを有するパルスを含み、前記第２の超音波パルスは、１パルス当たり５以下のサイクルを有するパルスを含む、請求項６に記載の方法。
8. 実行されると、医用撮像システムのプロセッサに、請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法を行わせる実行可能命令を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
9. カラードップラー撮像を行う超音波撮像システムであって、
   被験者の関心領域に超音波パルスを送信し、前記超音波パルスに対応する超音波エコーを受信するプローブと、
   複数のカラードップラー撮像モードのうちの１つを選択するユーザ入力を受信するユーザインターフェースと、
   第１のカラードップラー撮像モードに関連するパルス構成パラメータの第１のセット及び第２のカラードップラー撮像モードに関連するパルス構成パラメータの第２のセットを含む複数のパルス構成パラメータを記憶する非一時的メモリと、
   前記第１のカラードップラー撮像モードの選択に対応するパルス構成パラメータの前記第１のセットに従って第１のパルスを、また、前記第２のカラードップラー撮像モードの選択に対応するパルス構成パラメータの前記第２のセットに従って第２のパルスを、前記プローブに送信させる送信コントローラであって、前記第１のパルスは前記第２のパルスよりも長い、前記送信コントローラと、
   前記プローブによって受信される前記超音波エコーに基づいて、エコー信号を生成する信号プロセッサと、
   前記エコー信号に基づいて、Ｂモード画像データを生成するＢモードプロセッサと、
   前記エコー信号に基づいて、ドップラー信号を生成するドップラープロセッサであって、前記第２のカラードップラー撮像モードの前記選択に反応して、閾値振幅を下回る前記ドップラー信号をフィルタ除去し、前記閾値振幅を上回る前記ドップラー信号を保持し、保持された前記ドップラー信号についてのみカラーデータを生成する、前記ドップラープロセッサと、
   前記Ｂモード画像データ及び前記カラーデータのオーバーレイを表示するディスプレイと、
   を含む、システム。
10. 前記ドップラープロセッサは、前記第１のカラードップラー撮像モードの前記選択に反応して、前記閾値振幅を上回るドップラー信号をフィルタ除去する、請求項９に記載のシステム。
11. 前記ドップラープロセッサは、前記閾値振幅を下回る前記ドップラー信号をフィルタ除去する振幅閾値フィルタ及び所定の周波数を下回る信号をフィルタ除去するウォールフィルタを含む、請求項９に記載のシステム。
12. 前記閾値振幅は、流体又は軟組織に関連するエコー強度を少なくとも４０ｄＢ上回るエコー強度に相当する、請求項９に記載のシステム。
13. 前記非一時的メモリは更に、前記第２のカラードップラー撮像モードの前記選択に反応して、前記超音波撮像システムに結合される前記プローブの前記中心周波数を自動的に特定し、前記第２のパルスの前記送信周波数を、前記プローブの前記中心周波数又は前記プローブの前記中心周波数の３０％以内の周波数に設定する実行可能命令を更に記憶する、請求項９に記載のシステム。
14. 前記ユーザインターフェースは更に、前記送信周波数を調整するためのユーザ入力を受信する、請求項９に記載のシステム。
15. 前記第２のパルスは、１パルス当たり４以下のサイクルを有するパルスを含む、請求項９に記載のシステム。
    

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