JP2023505621A

JP2023505621A - 血管レンダリングのためのシステム及び方法

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Publication number: JP2023505621A
Application number: JP2022552411A
Authority: JP
Inventors: ダルヴォーシャルルトレンブレイ; ポールシーラン; サナシスルーパス; リアンジャン
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2023-02-09
Anticipated expiration: 2041-03-05
Also published as: JP7278500B2; US20230073704A1; EP4114270B1; WO2021176030A1; CN115279273A; EP4114270A1

Abstract

カラードップラデータが輝度データとクロミナンスデータとに分離され得る。輝度データは、クロミナンスデータを変更することなく変更されてもよい。輝度データがパワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて調整され得る。調整される輝度データは、色差データと再結合されて、増強されるカラードップラデータを提供することができる。いくつかの例では、パワードップラデータがカラードップラデータの輝度データを調整するために使用される前に、例えば、フランジベッセルネスフィルタを適用することによってフィルタリングすることによって強調され得る。

Description

本出願は、超音波画像における血管系のレンダリングに関する。より具体的には、本出願がドップラデータから血管系をレンダリングすることに関する。

ドップラ超音波は、高いパルス繰り返し周波数(PRF)で関心領域を繰り返しサンプリングすることによって血流を検出する超音波技術である。PRFの例としては、パワードップラの場合は200Hzより高い範囲、カラードップラの場合はkHz範囲が挙げられる。動きは、同相／直交エコー信号(IQ)におけるPRF毎の位相シフトとして検出され、軸速度に比例してスケーリングする。移動する血液エコーは低速時間方向に沿ってハイパスフィルタ(例えば、ウォールフィルタ)を適用することによって、静止組織背景から分離することができる。次いで、流IQ信号の自己相関(R)が典型的に計算され、パワードップラがゼロ番目のラグ(R0)から抽出され、カラードップラが第1のラグ(arg[R1]まで)の位相から推定される。

カラードップラは血流の速度及び方向を含む血流に関する定量的情報を提供するが、限られた血管レンダリング能力を提供する。パワードップラは典型的にはカラードップラよりも感度が高く、良好な血管レンダリングを提供するが、パワードップラはカラードップラよりも定量的な情報を提供しない。

したがって、カラードップラデータから血管をレンダリングするための改善される技術が望まれている。

ドップラデータから血管系をレンダリングするためのシステム及び方法が開示される。いくつかの例では、カラードップラデータからの速度カラーマップの輝度部分が増強され得る。カラードップラデータ(たとえば、赤－緑－青(RGB)速度カラーマップ)はその輝度及びクロミナンス(たとえば、クロマ)チャネルに分解され得る。輝度はパワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて調整され得るが、クロミナンスは変更されない。調整される輝度は増強されるカラードップラデータを生成するために、クロミナンスと再結合され得る。いくつかのアプリケーションでは、パワードップラに基づいてカラードップラの輝度を調整することにより、血管のレンダリングを改善することができる。

本明細書に開示される少なくとも1つの例によれば、超音波イメージングシステムは超音波信号を分析して、パワードップラデータ及びカラードップラデータを生成し、カラードップラデータを輝度データ及びクロミナンスデータに分離し、パワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて輝度データを調整して、調整される輝度データを生成し、調整される輝度データとクロミナンスデータとを組み合わせて、増強されるカラードップラデータを生成するように構成されるプロセッサを含み得る。

本明細書に開示される少なくとも1つの例によれば、方法は、カラードップラデータを輝度データ及びクロミナンスデータに分解することと、パワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて輝度データを調整して、調整される輝度データを生成することと、調整される輝度データとクロミナンスデータとを組み合わせて、増強されるカラードップラデータを生成することとを含み得る。

本明細書に開示される少なくとも1つの例によれば、実行されると、超音波イメージングシステムに、超音波信号を分析させて、パワードップラデータ及びカラードップラデータを生成させ、カラードップラデータを輝度データ及びクロミナンスデータに分離させ、パワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて輝度データを調整して、調整される輝度データを生成させ、調整される輝度データとクロミナンスデータとを組み合わせて、増強されるカラードップラデータを生成させる命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。

本開示の実施例に従って構成される超音波イメージングシステムのブロック図である。本開示の実施例による例示的なプロセッサを示すブロック図である。本開示の実施例によるドップラプロセッサの一部の機能ブロック図である。本開示の実施例による、例示的な増強マップ、カラードップラ速度マップ、及び増強されるカラードップラ速度マップを示す。本開示の原理による方法のフローチャートである。

特定の例示的な実施例の以下の説明は本質的に単なる例示であり、本開示又はそのアプリケーションも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例の以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、説明されるシステム及び方法が実施され得る特定の実施例を例として示す添付の図面を参照する。これらの実施例は、当業者が本開示の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、他の実施例が利用されてもよく、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく構造的及び論理的変化が行われてもよいことを理解される。さらに、明確にするために、特定の特徴の詳細な説明は本開示の説明を不明瞭にしないように、それらが当業者に明らかである場合には説明されない。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、本システム及び方法の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。

前述したように、ドップラ超音波では、流入同相／直交エコー信号(IQ)信号の自己相関(R)が計算され、パワードップラがゼロのラグ(R0)から抽出され、カラードップラが第1のラグ(arg[R1]まで)の位相から推定される。

カラードップラは、血流の速度及び方向を含む、血流に関する定量的情報を提供する。arg[R1]は、血液量に関して比例的にスケーリングされず、カラードップラデータに基づく血管形態的レンダリングを制限し得る。パワードップラのR0は血液量に比例してスケーリングし、これは、形態的レンダリングに有益である。しかしながら、パワードップラは、角度、速度、及び方向に依存しないので、カラードップラよりも定量的な情報が少ない。

現在、カラードップラの制限を克服するために、カラードップラ画像を解剖学的Bモード超音波画像とブレンドするとき、フロー／組織ブレンドは、パワードップラデータのR0を活用することによって調停され得る。固定閾値は典型的にはノイズに属し得るカラーピクセルを隠すために、R0受信者動作特性(ROC)曲線から選択される。このプロセスは血管の形態的レンダリングを改善し得るが、血管樹の細部は失われる。さらに、ROC閾値をオーバーシュートすることは感度を低下させ、一方、ROC閾値をアンダーシュートすることはカラードップラ信号を、Bモード画像において血管壁の上にブリードさせる。したがって、いくつかの用途では、カラードップラによって提供される定量的な情報を維持しながら、改善される血管レンダリングを有することが有益であり得る。

本開示の例によれば、カラードップラデータは、輝度チャネルとクロミナンス(クロマとも呼ばれる)チャネルとに分解され得る。輝度チャネルのデータ(たとえば、輝度データ)はパワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて調整(たとえば、修正)され得る。輝度チャネルの調整されるデータは、クロミナンスチャネルの変更されていないデータと再結合されて、増強されるカラードップラデータを提供することができる。いくつかの例では、増強されるカラードップラデータが血管の改善されるレンダリングを提供することができる。いくつかの例では、カラードップラデータの血流に関する定量的データが増強されるカラードップラデータにおいて保存され得る。

図1は、本開示の原理に従って構成される超音波イメージングシステム100のブロック図を示す。本開示による超音波イメージングシステム100はトランスデューサアレイ114を含むことができ、これは、超音波プローブ112、例えば、外部プローブ、又は血管内超音波(IVUS)カテーテルプローブなどの内部プローブに含まれ得る。他の例では、トランスデューサアレイ114が撮像される被験者(例えば、患者)の表面にコンフォーマルに適用されるように構成される可撓性アレイの形成であってもよい。トランスデューサアレイ114は超音波信号(例えば、ビーム、波)を送信し、送信される超音波信号に応答してエコー(例えば、受信される超音波信号)を受信するように構成される。様々なトランスデューサアレイ、例えば、線形アレイ、湾曲アレイ、又はフェーズドアレイを使用することができる。トランスデューサアレイ114は例えば、2D及び／又は3D撮像のための仰角及び方位角寸法の両方でスキャンすることができるトランスデューサ素子の2次元アレイ(図示)を含むことができる。一般に知られているように、軸方向はアレイの面に垂直な方向であり(湾曲したアレイの場合、軸方向は扇形に広がる)、方位角方向は一般に、アレイの長手方向によって画定され、仰角方向は方位角方向を横断する。

いくつかの例では、トランスデューサアレイ114が超音波プローブ112内に配置され得、アレイ114内のトランスデューサ素子による信号の送信及び受信を制御し得る、マイクロビームフォーマ116に結合され得る。いくつかの例では、マイクロビームフォーマ116がアレイ114内のアクティブ要素(たとえば、一時点にアクティブアパーチャを定義するアレイの要素のアクティブサブセット)による信号の送信及び受信を制御し得る。

いくつかの例ではマイクロビームフォーマ116がたとえば、プローブケーブルによって、又はワイヤレスで、送信／受信(T／R)スイッチ118に結合され得、それは送信と受信との間で切り替わり、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。いくつかの例ではたとえば、ポータブル超音波システムではシステム内のT／Rスイッチ118及び他の要素が画像処理電子機器を収容し得る超音波システムベース内ではなく、超音波プローブ112内に含まれ得る。超音波システムベースは、典型的には信号処理及び画像データ生成のための回路、ならびに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。

マイクロビームフォーマ116の制御下でのトランスデューサアレイ114からの超音波信号の送信は送信コントローラ120によって方向付けられ、送信コントローラはT／Rスイッチ118及びメインビームフォーマ122に結合され得る。送信コントローラ120は、ビームがステアリングされる方向を制御することができる。ビームはトランスデューサアレイ114から(直交して)真っ直ぐ前方に、又はより広い視野に対して異なる角度でステアリングされてもよい。送信コントローラ120はまた、ユーザインターフェース124に結合され、ユーザ入力装置(たとえば、ユーザ制御)のユーザの動作から入力を受信し得る。ユーザインターフェース124は1つ又は複数の機械的制御(例えば、ボタン、エンコーダなど)、タッチ感知制御(例えば、トラックパッド、タッチスクリーンなど)、及び／又は他の既知の入力デバイスを含み得る、コントロールパネル152などの1つ又は複数の入力デバイスを含み得る。

いくつかの例ではマイクロビームフォーマ116によって生成される部分的にビームフォーミングされる信号がメインビームフォーマ122に結合され得、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的にビームフォーミングされる信号は完全にビームフォーミングされる信号に合成され得る。いくつかの例では、マイクロビーム形成器116は省略される。これらの例ではトランスデューサアレイ114がメインビームフォーマ122の制御下にあり、メインビームフォーマ122は信号のすべてのビームフォーミングを実行する。マイクロビームフォーマ116がある場合とない場合の例では、メインビームフォーマ122のビームフォーミングされる信号がビームフォーミングされる信号(すなわち、ビームフォーミングされるRFデータ)から超音波画像を生成するように構成される1つ又は複数のプロセッサ(たとえば、信号プロセッサ126、Bモードプロセッサ128、ドップラプロセッサ160、及び1つ又は複数の画像生成及び処理コンポーネント168)を含み得る処理回路150に結合される。

信号プロセッサ126は、受信されるビームフォーミングされるRFデータを、帯域通過フィルタリング、デシメーション、I及びQ成分分離、及び高調波信号分離などの様々な方法で処理するように構成され得る。信号プロセッサ126はまた、スペックル低減、信号合成、及び電子雑音除去などの追加の信号強調を実行し得る。処理される信号(I及びQコンポーネント又はIQ信号とも呼ばれる)は、画像生成のための追加の下流信号処理回路に結合され得る。IQ信号は、システム内の複数の信号経路に結合され得、その各々は異なるタイプの画像データ(例えば、Bモード画像データ、ドップラ画像データ)を生成するのに適した信号処理構成要素の特定の配列に関連付けられ得る。例えば、装置は、Bモード画像データを生成するために信号プロセッサ126からの信号をBモードプロセッサ128に結合するBモード信号経路158を含むことができる。

Bモードプロセッサ128は、体内の構造の画像のために振幅検出を用いることができる。Bモードプロセッサ128は、組織画像及び／又はコントラスト画像のための信号を生成することができる。Bモードプロセッサ128によって生成される信号は、スキャン変換器130及び／又はマルチプレーナリフォーマッタ132に結合され得る。スキャンコンバータ130は、エコー信号が受信される空間関係から所望の画像フォーマットにエコー信号を配置するように構成され得る。例えば、スキャンコンバータ130は、エコー信号を2次元(2D)扇形フォーマット、又はピラミッド形もしくは他の形状の3次元(3D)フォーマットに配置することができる。

マルチプレーナリフォーマッタ132は例えば、米国特許第6，443，896号(Detmer)に記載されているように、身体の体積領域の共通平面内の点から受け取ったエコーを、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。マルチプレーナリフォーマッタ132の平面データは、ボリュームレンダラ134に提供され得る。ボリュームレンダラ134は例えば、米国特許第6，530，885号(Entrekinら)に記載されているように、所定の基準点から見た3Dデータセットの画像(投影、レンダリング、又はレンダリングとも呼ばれる)を生成することができる。ボリュームレンダラ134は、サーフェスレンダリング及び最大強度レンダリングなどの任意の既知の又は将来の既知の技法によって、正レンダリング又は負レンダリングなどのレンダリングを生成することができる。

いくつかの例では、システムが信号プロセッサ126からの出力をドップラプロセッサ160に結合するドップラ信号経路162を含み得る。ドップラプロセッサ160はドップラシフトを推定し、ドップラ画像データを生成するように構成され得る。ドップラ画像データは表示のためにBモード(すなわち、グレースケール)画像データとオーバーレイされるカラーデータを含むことができる。ドップラプロセッサ160は例えば壁フィルタを使用して、不要な信号(すなわち、非移動組織に関連する雑音又はクラッタ)をフィルタ除去するように構成され得る。ドップラプロセッサ160は、既知技術に従って速度及び電力を推定するようにさらに構成され得る。例えば、ドップラプロセッサは速度(ドップラ周波数)推定がラグワン自己相関関数(例えば、arg[R1]まで)の引数に基づき、ドップラパワー推定がラグゼロ自己相関関数(例えば、R0)の大きさに基づく、自己相関器などのドップラ推定器を含むことができる。速度推定値はカラードップラデータと呼ばれることがあり、電力推定値は、パワードップラデータと呼ばれることがある。

動きは、既知の位相領域(例えば、MUSIC、ESPRITなどのパラメトリック周波数推定器)又は時間領域(例えば、相互相関)信号処理技術によって推定することもできる。速度推定器の代わりに、又は速度推定器に加えて、加速度の推定器又は時間的及び／又は空間的速度微分の推定器などの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。

いくつかの例では、速度及び電力推定値(たとえば、色及びパワードップラデータ)はノイズをさらに低減するために、ならびに充填及び平滑化などのセグメンテーション及び後処理をさらに受けることができる。次いで、速度及び／又は電力推定値は、1つ又は複数の色及び／又は強度マップに従って、所望の範囲の表示色及び／又は強度にマッピングされ得る。ドップラ画像データとも呼ばれるマップデータは、次いで、スキャン変換器130に結合され得、ここで、ドップラ画像データはカラードップラ又はパワードップラ画像を形成するために、所望の画像フォーマットに変換され得る。

いくつかの例では、カラードップラデータが赤緑青(RGB)カラードップラ画像(たとえば、速度マップ)を含み得る。RGBカラードップラ画像は、輝度チャネル及びクロミナンスチャネルを含むことができる。輝度チャネルはRGBカラードップラ画像のピクセル又はボクセルの強度(例えば、輝度)に対応するデータ(例えば、輝度データ)を含むことができる。クロミナンスチャネルはRGBカラードップラ画像のピクセル又はボクセルの色相(たとえば、色)に対応するデータ(たとえば、クロミナンスデータ)を含み得る。

本開示の例によれば、ドップラプロセッサ160はRGBカラードップラ画像などのカラードップラデータを、その輝度チャネル及びクロミナンスチャネルに分解(たとえば、分離)することができる。ドップラプロセッサ160はパワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて、輝度データを調整(たとえば、変更)し得る。いくつかの例では、パワードップラデータがいくつかの例では輝度(たとえば、強度)データを含み得る増強マップを生成するために使用され得る。増強マップは調整される輝度データを生成するために、カラードップラデータの輝度データとブレンド（混合）され得る。ドップラプロセッサ160はクロミナンスチャネルと輝度チャネル(ここでは調整される輝度データを含む)とを再結合して、増強されるカラードップラデータを生成することができ、この増強されるカラードップラデータは増強されるカラードップラ画像(例えば、速度マップなどのRGBカラードップラ画像)を生成するために使用され得る。いくつかの例では、増強されるカラードップラ画像が元のカラードップラ画像と比較して改善される血管レンダリングを有することができる。いくつかの例では、輝度データのみが変更され、クロミナンスデータは変更されなかったので、カラードップラデータによって提供される定量的な情報が保存され得る。

スキャンコンバータ130、マルチプレーナリフォーマッタ132、及び／又はボリュームレンダラ134からの出力(たとえば、Bモード画像、ドップラ画像)は画像ディスプレイ138上に表示される前に、さらなる強調、バッファリング、及び一時記憶のために、画像処理装置136に結合され得る。いくつかの例では、ドップラ画像が表示のために、スキャンコンバータ130及び／又は画像処理装置136によって、組織構造のBモード画像上にオーバーレイされ得る。

グラフィックスプロセッサ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とができる。これらのグラフィックオーバーレイは例えば、患者名、画像の日付及び時間、撮像パラメータなどの標準識別情報を含むことができる。これらの目的のために、グラフィックスプロセッサ140は、タイプされる患者名又は他の注釈などの入力をユーザインターフェース124から受信するように構成され得る。ユーザインターフェース124はまた、複数のマルチプレーナリフォーマット(MPR)画像のディスプレイの選択及び制御のために、マルチプレーナリフォーマッタ132に結合され得る。

システム100は、ローカルメモリ142を含み得る。ローカルメモリ142は任意の適切な非一時的コンピュータ可読媒体(例えば、フラッシュドライブ、ハードディスクドライブ)として実装され得る。ローカルメモリ142は、画像、マップ、実行可能命令、ユーザインターフェース124を介してユーザによって提供される入力、又はシステム100の動作に必要な任意の他の情報を含む、システム100によって生成されるデータを記憶し得る。

前述のように、システム100は、ユーザインターフェース124を含む。ユーザインターフェース124は、ディスプレイ138及び制御パネル152を含むことができる。ディスプレイ138は、LCD、LED、OLED、又はプラズマディスプレイ技術などの様々な既知のディスプレイ技術を使用して実装される表示装置を含み得る。いくつかの例では、ディスプレイ138が複数のディスプレイを備え得る。制御パネル152はユーザ入力(例えば、ブレンド比、飽和レベル、ゲインレベル)を受信するように構成され得る。制御パネル152は1つ又は複数のハード制御(例えば、ボタン、ノブ、ダイヤル、エンコーダ、マウス、トラックボールなど)を含むことができる。いくつかの例では、制御パネル152が追加又は代替として、タッチセンサ式ディスプレイ上に提供されるソフト制御(たとえば、GUI制御要素又は単にGUI制御)を含み得る。いくつかの例では、ディスプレイ138が制御パネル152の1つ又は複数のソフトコントロールを含むタッチセンシティブディスプレイであり得る。

いくつかの例では、図1に示される様々なコンポーネントが組み合わされ得る。たとえば、画像処理装置136及びグラフィックプロセッサ140は、単一のプロセッサとして実装され得る。別の例では、ドップラプロセッサ160及びBモードプロセッサ128が単一のプロセッサとして実装され得る。いくつかの例では、図1に示される様々なコンポーネントが別個のコンポーネントとして実装され得る。たとえば、信号プロセッサ126は各撮像モード(たとえば、Bモード、ドップラ)のための別々の信号プロセッサとして実装され得る。いくつかの例では、図1に示す様々なプロセッサのうちの1つ又は複数が指定されるタスクを実行するように構成される汎用プロセッサ及び／又はマイクロプロセッサによって実装され得る。いくつかの例では、様々なプロセッサのうちの1つ又は複数が特定用途向け回路として実装され得る。いくつかの例では様々なプロセッサ(たとえば、画像処理装置136)のうちの1つ又は複数は1つ又は複数のグラフィカル処理ユニット(GPU)を用いて実装され得る。

図2は、本開示の原理による例示的なプロセッサ200を示すブロック図である。プロセッサ200は本明細書で説明される1つ又は複数のプロセッサ、たとえば、図1に示される画像処理装置136を実装するために使用され得る。プロセッサ200は限定されないが、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、FPGAがプロセッサを形成するようにプログラムされているフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、グラフィカル処理ユニット(GPU)、ASICがプロセッサを形成するように設計されている特定用途向け回路(ASIC)、又はそれらの組合せを含む、任意の適切なプロセッサタイプであり得る。

プロセッサ200は、1つ又は複数のコア202を含み得る。コア202は、1つ又は複数の演算論理ユニット(ALU)804を含み得る。いくつかの例では、コア202がALU 204に加えて、又はその代わりに、浮動小数点論理ユニット(FPLU)206及び／又はデジタル信号処理ユニット(DSPU)208を含み得る。

プロセッサ200は、コア202に通信可能に結合される1つ又は複数のレジスタ212を含み得る。レジスタ212は専用論理ゲート回路(たとえば、フリップフロップ)及び／又は任意のメモリ技術を使用して実装され得る。いくつかの例では、レジスタ212がスタティックメモリを使用して実装され得る。レジスタは、データ、命令、及びアドレスをコア202に提供することができる。

いくつかの例では、プロセッサ200がコア202に通信可能に結合される1つ又は複数のレベルのキャッシュメモリ210を含み得る。キャッシュメモリ210は、コンピュータ可読命令を実行のためにコア202に提供することができる。キャッシュメモリ210は、コア202による処理のためのデータを提供し得る。いくつかの例では、コンピュータ可読命令がローカルメモリ、たとえば、外部バス3216に取り付けられたローカルメモリによってキャッシュメモリ210に与えられている場合がある。キャッシュメモリ210は任意の適切なキャッシュメモリタイプ、たとえば、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)、及び／又は任意の他の適切なメモリ技術などの金属酸化膜半導体(MOS)メモリを用いて実装され得る。

プロセッサ200はシステムに含まれる他のプロセッサ及び／又は構成要素(たとえば、図1に示される制御パネル152及びスキャンコンバータ130)からのプロセッサ200への入力、及び／又はプロセッサ200からシステムに含まれる他のプロセッサ及び／又は構成要素(たとえば、図1に示されるディスプレイ138及びボリュームレンダラ134)への出力を制御し得るコントローラ214を含み得る。コントローラ214は、ALU 204、FPLU 206、及び／又はDSPU 208内のデータパスを制御することができる。コントローラ214は、1つ又は複数の状態マシン、データパス、及び／又は専用制御論理として実装され得る。コントローラ214のゲートは、スタンドアロンゲート、FPGA、ASIC、又は任意の他の適切な技術として実装され得る。

レジスタ212及びキャッシュメモリ210は、内部接続220A、220B、220C、及び220Dを介してコントローラ214及びコア202と通信することができる。内部接続は、バス、マルチプレクサ、クロスバースイッチ、及び／又は任意の他の適切な接続技術として実装され得る。

プロセッサ200のための入力及び出力は、1つ又は複数の導電線を含み得るバス216を介して提供され得る。バス216はプロセッサ200の1つ又は複数のコンポーネント、たとえば、コントローラ214、キャッシュメモリ210、及び／又はレジスタ212に通信可能に結合され得る。バス216は、前述のディスプレイ138及び制御パネル152など、システムの1つ又は複数の構成要素に結合され得る。

バス216は、1つ又は複数の外部メモリに結合され得る。外部メモリは、ROM(Read Only Memory)232を含み得る。ROM 232は、マスクROM、電子フィールドプログラマブルゲートアレイ読み出し専用メモリ(EPROM)、又は任意の他の適切な技術であり得る。外部メモリは、ランダムアクセスメモリ(RAM)233を含むことができる。RAM 233は、スタティックRAM、バッテリバックアップスタティックRAM、ダイナミックRAM(DRAM)、又は任意の他の適切な技術であり得る。外部メモリは、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)235を含んでもよい。外部メモリは、フラッシュメモリ234を含んでもよい。外部メモリは、ディスク236などの磁気記憶デバイスを含むことができる。いくつかの例では、外部メモリが図1に示される超音波イメージングシステム100、例えば、ローカルメモリ142などのシステムに含まれ得る。

図3は、本開示の実施例によるドップラプロセッサ300の一部の機能ブロック図である。いくつかの例では、ドップラプロセッサ300がドップラプロセッサ160に含まれ得る。いくつかの例では、カラードップラデータ302が提供され得る(たとえば、図1を参照しながら説明したように、ドップラプロセッサ300の別の部分における速度推定器によって生成される)。カラードップラデータ302はRGB画像(例えば、RGBカラードップラ画像)を含むことができる。いくつかの例では、RGB画像が速度マップを含み得る。いくつかの例では、パワードップラデータ304が提供され得る(たとえば、図1を参照しながら説明したように、ドップラプロセッサ300の別の部分における電力推定器によって生成される)。

ドップラプロセッサ300は、カラードップラデータ302をその輝度チャネル(輝度データ306)及びクロミナンスチャネル(クロミナンスデータ308)成分に分解することができる。言い換えれば、カラードップラデータ302は画像輝度をクロマ(例えば、色相)から分離する色空間で再表現される。ドップラデータ302を分解するための複数の技法を使用して、YCbCr、HSV、又はCIE L＊A＊Bなどの輝度データ306及びクロミナンスデータ308を取得することができる。説明のために、YCbCr技術を例として提供する。しかしながら、本発明はこの技術に限定されるものではない。YCbCr技術は色処理及び知覚的均質性の近似を含み、

の線形変換によって推定され得る。ここで、Yは輝度(例えば、輝度情報)、Cbは青色彩度、Crは赤色彩度、R、G、Bは元のカラードップラデータ302(例えば、RGB画像)の入力である。式(1)で得られるYは輝度データ306であり、式(1)で得られるCbCrは色差データ308である。カラードップラデータ302を輝度データ306及びクロミナンスデータ308に分解することにより、他方に影響を与えることなく、輝度データ306及び／又はクロミナンスデータ308のいずれかを変更することができる。すなわち、輝度チャネル及びクロミナンスチャネルのデータは、独立して調整されてもよい。

パワードップラデータ304は、増強マップ316を生成するために使用され得る。増強マップ316はいくつかの例では流れのボリュームに対応し得る輝度情報(たとえば、輝度)を含み得る。すなわち、より明るいピクセルは、より暗いピクセルに対応する位置におけるよりも、そのピクセルに対応する位置において流れる血液のより大きな体積に対応し得る。いくつかの例では、パワードップラデータ304が増強マップ316を生成するためにダイナミックレンジに符号化され得る。たとえば、ダイナミックレンジは[0，1]であり得、増強マップ316の符号化される輝度値は、0の最小値と1の最大値とを有し得る。いくつかの例では、ノイズフロアは0に設定され得、max[R0]は1に設定され得る。いくつかの例では、ガンマ圧縮が適用され得る。データを符号化及び圧縮するためのプロトコードは、

で提供される。

任意選択的に、符号化後、パワードップラデータ304(ここではAugR0)をさらに処理して、増強ドップラデータ310を提供し、増強マップ316を生成することができる。いくつかの例では、スペックルを雑音除去し、エッジシャープネスを改善し、及び／又はコントラストを改善するために、アドバンストイメージングフィルタがパワードップラデータ304 AugR0(たとえば、Xres、バイラテラルフィルタなど)に適用され得る。

いくつかの例ではパワードップラデータ304のR0の主曲率がパワードップラデータ304 AugR0から抽出され得、これは血管などの管状構造のレンダリングを改善し得る。いくつかの例では、フランジベッセルネスフィルタ312が主曲率を抽出するために適用され得る。いくつかの例では、主曲率が血管に対して垂直に計算される二次導関数を含み、ヘッセ行列の固有値から推定される。このフランジベッセルネスフィルタの例は、Frangi A.F., Niessen W.J., Vincken K.L., Viergever M.A.(1998) Multiscale vessel enhancement filtering. In: Wells W.M., Colchester A., Delp S.(eds)Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention （ MICCAI 98．MICCAI 1998、Lecture Notes in Computer Science, vol. 1496、スプリンジャー、ベルリン、ハイデルベルク）にみられる。しかしながら、他の管状及び／又は形態学的フィルタ及び／又は技術が適用されてもよい。例えば、血液プールのような構造を単離するように設計されるフィルタを、フランジベッセルネスフィルタ312の代わりに使用することができる。別の例では、デスペックリングフィルタ、バイラテラルフィルタ、及び／又は非局所平均フィルタがフランジベッセルネスフィルタの代わりに使用され得る。

いくつかの例では、フランジベッセルネスフィルタ312の出力が増強マップ316を生成するために使用され得る。他の例ではフランジベッセルネスフィルタ312の出力が結合器314によって、パワードップラデータ304 AugR0(これは元々符号化されるデータ、又は上述のように追加のフィルタによって処理されるデータであり得る)と混合され得る。混合は

となる。ここで、Augは結果として得られる増強マップ316であり、AugR0はパワードップラデータ304であり、AugFrangiはフランジベッセルネスフィルタ312のアウトプットであり、αは混合係数である。

結果として生じる増強マップ316は、結合器320によって輝度データ306と合成されて、調整される輝度データ322を生成することができる。いくつかの例では、結合器320が

に従って、増強マップ316と輝度データ306とをブレンドし得る。ここで、Y＊は調整される輝度データ322であり、Yは元の輝度データ306であり、Augは増強マップ316であり、βは混合係数である。β＝0のとき、式3はY^＊及びβ＝1として元の輝度データ306をもたらし、増強マップ316が、結果として得られる調整される輝度データ322に最大の影響を及ぼすことを可能にする。必要に応じて、式3において「飽和」として示される飽和バイアスが含まれてもよい。いくつかのアプリケーションでは、飽和バイアスがコントラストを改善するために輝度を飽和させることができる。いくつかの例では、飽和バイアスが0乃至1(両端を含む)の値を有し得る。図3に示されるように、式3における飽和バイアスに加えて、又はその代わりに、飽和係数318(たとえば、Cmap飽和)が輝度データ306と結合する前に、増強マップ316に適用され得る。

調整される輝度データ322は、元のクロミナンスデータ308と再結合されて、増強されるカラードップラデータ324を生成することができる。前述のように、増強されるカラードップラデータ324は色(例えば、RGB)速度マップを含むことができる。輝度チャネル及びクロミナンスチャネルは、チャネルを分解するために使用される動作の逆を実行することによって再結合され得る。提供されるYCbCrの例では、式1の逆関数がRGBデータを取得するために使用される。いくつかの例では、増強されるカラードップラデータ324がドップラプロセッサ300からスキャン変換器(スキャン変換器130など)及び／又は画像処理装置(画像処理装置136など)に提供され得る。増強されるカラードップラデータ324はディスプレイ(ディスプレイ138など)上に表示するために、速度カラーマップなどのカラードップラ画像を生成するために使用され得る。いくつかの例では、増強されるカラードップラ画像がBモード画像上にオーバーレイされ得る。

いくつかの例では、式1乃至式3の入力のうちの少なくともいくつかはユーザインターフェース(ユーザインターフェース124など)を通して受信されるユーザ入力によって定義され得る。たとえば、結合器314及び／又は結合器320によって実行されるブレンディングの程度はユーザ入力(たとえば、β及び／又はα)によって決定され得る。別の例では、飽和バイアスがユーザ入力によって決定され得る。いくつかの例ではパワードップラデータが強調されるかどうか、及び／又はどのように強調されるかは少なくとも部分的に、ユーザ入力(たとえば、フランジベッセルネスフィルタ312が使用されるかどうか)に基づき得る。

図4は、本開示の例による、例示的な増強マップ400、カラードップラ速度マップ405、及び増強されるカラードップラ速度マップ410を示す。画像は、ヒト甲状腺を撮像することから取得される超音波データから生成される。増強マップ400は図3を参照して説明したように、フランジベッセルネスフィルタによって増強されるR0パワードップラデータから計算される。カラードップラ速度マップ405は元のカラードップラデータ(例えば、arg[R1]まで)から生成される。カラードップラ速度マップ405のカラードップラデータは図3を参照して説明したように、YCbCr技術を使用して、輝度チャネル及びクロミナンスチャネルに分解される。次いで、輝度データは、式3(式中、β＝0．7及び飽和＝0．15)を使用してブレンドすることによって、増強マップ400によって調整される。調整される輝度データをクロミナンスデータと再結合して、増強されるカラードップラデータを生成した。増強されるカラードップラデータは、増強されるカラードップラ速度マップ410として示される。図から分かるように、例えば、円で囲まれた領域415において、増強されるカラードップラ速度マップ410は、元のカラードップラ速度マップ405と比較して、血管系のレンダリングを改善している。

図5は、本開示の原理による方法500のフローチャートである。いくつかの例では、方法500の少なくとも一部が超音波イメージングシステム100及び／又はドップラプロセッサ300によって実行され得る。

ブロック502において、「カラードップラデータを輝度データ及びクロミナンスデータに分解する」ことが実行され得る。いくつかの例では、カラードップラデータがYCbCr技術を使用することによって分解され得る。他の例では、他の技法(たとえば、HSV)が使用され得る。分解は、いくつかの例ではドップラプロセッサ160及び／又はドップラプロセッサ300などのドップラプロセッサによって実行され得る。

ブロック504において、「調整される輝度データを生成するために、パワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて輝度データを調整すること」が実行され得る。

ブロック506において、「調整される輝度データとクロミナンスデータとを組み合わせて、増強されるカラードップラデータを生成する」ことが実行され得る。いくつかの例では、調整される輝度データ及びクロミナンスデータがブロック502において使用される技術の逆関数を使用して合成され得る。例えば、YCbCr技術の逆関数を使用することができる。

いくつかの例では、ブロック504の前に、ブロック508において、「パワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて増強マップを生成すること」が実行され得る。これらの例では、輝度データを調整することは増強マップと輝度データとを組み合わせることを含み得る。いくつかの例では、増強マップと輝度データとを組み合わせることはブレンディング係数に少なくとも部分的に基づいて、増強マップと輝度データとをブレンディングすることを含み得る。いくつかの例では、混合係数がユーザ入力によって決定され得る。いくつかの例では、ユーザ入力がユーザインターフェース124などのユーザインターフェースから受信され得る。いくつかの例では、増強マップと輝度データとを組み合わせることは飽和バイアスを適用することを含み得る。

いくつかの例では、増強マップを生成することはパワードップラデータを符号化すること、たとえば、パワードップラデータを[0，1]ダイナミックレンジに符号化することを含み得る。いくつかの例では、増強マップを生成することはガンマ圧縮をパワードップラデータに適用することを含み得る。

いくつかの例では、ブロック508の前に、ブロック510において、「パワードップラデータを強調する」が実行され得る。いくつかの例では、パワードップラデータがフィルタリングされるパワードップラデータを生成するためにフィルタを適用することによって強調され得る。いくつかの例では、フィルタがフランジベッセルネスフィルタ(たとえば、フランジベッセルネスフィルタ312)であり得る。いくつかの例ではブロック510の後、ブロック508の前に、「強調されるパワードップラデータを生成するために、パワードップラデータとフィルタリングされるパワードップラデータとを組み合わせる」ことが、ブロック512において実行され得る。これらの例では、増強されるパワードップラデータが増強マップを生成するために使用され得る。

いくつかの例では、増強されるカラードップラデータに基づいて速度カラーマップを生成することはブロック506の後に実行され得る。いくつかの例では、速度カラーマップがBモード画像上にオーバーレイされ得る。いくつかの例では、これらの動作がスキャンコンバータ(たとえば、スキャンコンバータ130)及び／又は画像処理装置(たとえば、画像処理装置136)によって実行され得る。速度カラーマップ及び／又はBモード画像は、いくつかの例ではディスプレイ138などのディスプレイ上に提供され得る。

本明細書で説明するシステム及び方法は、カラードップラデータを輝度チャネルとクロミナンスチャネルとに分解することができる。輝度チャネルのデータはクロミナンスデータが変更されないままである間に、パワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて調整され得る。輝度チャネルの調整されるデータは、クロミナンスチャネルの変更されていないデータと再結合されて、増強されるカラードップラデータを提供することができる。いくつかのアプリケーションでは、増強されるカラードップラデータが例えば、カラー速度マップにおいて、血管の改善されるレンダリングを提供し得る。いくつかのアプリケーションでは、カラードップラデータの血流に関する定量的データを保存することができる。

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マブルロジックなどのプログラマブルデバイスを使用して実装される様々な例では、上記のシステム及び方法が「C」、「C＋＋」、「FORTRAN」、「Pascal」、「VHDL」などの種々の公知の又は後に開発されるプログラミング言語のいずれかを使用して実装され得ることを諒解される。したがって、上述のシステム及び／又は方法を実施するために、コンピュータなどのデバイスに指示することができる情報を含むことができる、磁気コンピュータディスク、光ディスク、電子メモリなどの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上に含まれる情報及びプログラムにアクセスすると、記憶媒体は情報及びプログラムをデバイスに提供することができ、したがって、デバイスが本明細書で説明するシステム及び／又は方法の機能を実行することを可能にする。例えば、ソースファイル、オブジェクトファイル、実行可能ファイルなどの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、コンピュータは情報を受信し、それ自体を適切に構成し、様々な機能を実装するために上記の図及びフローチャートに概説される様々なシステム及び方法の機能を実行することができる。すなわち、コンピュータは上述のシステム及び／又は方法の異なる要素に関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／又は方法を実装し、上述の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。

本開示を考慮して、本明細書で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／又はファームウェアで実装され得ることに留意される。さらに、様々な方法及びパラメータは、例としてのみ含まれ、いかなる限定的な意味でも含まれない。本開示を考慮して、当業者は本発明の範囲内に留まりながら、これらの技法に影響を及ぼすための独自の技法及び必要とされる機器を決定する際に、本教示を実施することができる。本明細書で説明するプロセッサのうちの1つ又は複数の関数はより少ない数又は単一の処理ユニット(たとえば、CPU)に組み込まれ得、本明細書で説明する関数を実行するために実行可能命令に応答してプログラムされる特定用途向け集積回路(ASIC)又は汎用処理回路を使用して実装され得る。

本システムは超音波イメージングシステムを特に参照して説明されてきたが、本システムは1つ又は複数の画像が系統的な方法で取得される他の医用撮像システムに拡張され得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、脾臓、心臓、動脈血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、ならびに超音波誘導介入に関連する他の画像アプリケーションのために使用され得る。さらに、本システムは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つ又は複数のプログラムを含むこともできる。本開示の特定の追加の利点及び特徴は、本開示を研究する際に当業者に明らかであり得るか、又は本開示の新規なシステム及び方法を使用する人によって経験され得る。本システム及び方法の別の利点は、従来の医用画像システムが本システム、装置、及び方法の特徴及び利点を組み込むように容易にアップグレードされ得ることであり得る。

当然のことながら、本明細書に記載される例、例、又はプロセスのいずれか1つが、1つ又は複数の他の例、例、及び／又はプロセスと組み合わされてもよく、あるいは本システム、デバイス、及び方法に従って、別個の装置又はデバイス部分の間で分離及び／又は実行されてもよいことを理解される。

最後に、上記の考察は本システム及び方法の単なる例示を意図するものであり、添付の特許請求の範囲を、任意の特定の例又は例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、本システムは例示的な実施例を参照して特に詳細に説明されてきたが、以下の特許請求の範囲に記載される本システム及び方法のより広範かつ意図される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の実施例が考案され得ることも理解される。したがって、明細書及び図面は例示的な方法で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

超音波イメージングシステムであって、
プロセッサであって、
超音波信号を分析してパワードップラデータ及びカラードップラデータを生成し、
前記カラードップラデータを輝度データとクロミナンスデータとに分離し、
前記パワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて前記輝度データを調整して、調整される輝度データを生成し、
前記調整される輝度データと前記クロミナンスデータとを組み合わせて、増強されるカラードップラデータを生成する
ように構成される、プロセッサ
を有する、超音波イメージングシステム。
前記プロセッサは、前記パワードップラデータにフィルタを適用することに少なくとも部分的に基づいて、前記パワードップラデータを強調するようにさらに構成される、請求項1に記載の超音波イメージングシステム。
前記フィルタは、形態学的フィルタである、請求項2に記載の超音波イメージングシステム。
ユーザ入力を受信するように構成されるユーザインターフェースをさらに備え、前記ユーザ入力は、前記輝度データが前記パワードップラデータによってどのように調整されるかを少なくとも部分的に定義する、請求項1に記載の超音波イメージングシステム。
前記ユーザ入力は、前記輝度データと前記パワードップラデータとを混合して前記調整される輝度データを生成するための混合係数を定義する、請求項4に記載の超音波イメージングシステム。
カラードップラデータを輝度データとクロミナンスデータとに分解するステップと、
パワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて前記輝度データを調整して、調整される輝度データを生成するステップと、
前記調整される輝度データと前記クロミナンスデータとを組み合わせて、増強されるカラードップラデータを生成するステップと
を有する、方法。
前記カラードップラデータは、第1の技術を用いて分解され、前記調整される輝度データ及び前記クロミナンスデータは前記第1の技術の逆関数を用いて結合される、請求項6に記載の方法。
前記パワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて増強マップを生成するステップであって、前記輝度データを調整するステップは、前記増強マップと前記輝度データとを組み合わせるステップを有する、ステップ
をさらに有する、請求項6に記載の方法。
前記増強マップを生成するステップは、前記パワードップラデータをダイナミックレンジにエンコードするステップを含む、請求項8に記載の方法。
前記増強マップを生成するステップは、前記パワードップラデータにガンマ圧縮を適用するステップを含む、請求項9に記載の方法。
フィルタを適用することによって前記パワードップラデータを強調して、フィルタリングされるパワードップラデータを生成するステップをさらに有する、請求項8に記載の方法。
前記フィルタは、形態学的フィルタである、請求項11に記載の方法。
前記パワードップラデータと前記フィルタリングされるパワードップラデータとを組み合わせて、強調されるパワードップラデータを生成するステップであって、前記強調されるパワードップラデータは、前記増強マップを生成するために使用される、ステップをさらに有する、請求項11に記載の方法。
前記増強マップと前記輝度データとを組み合わせるステップは、混合係数に少なくとも部分的に基づいて、前記増強マップと前記輝度データとを混合するステップを有する、請求項8に記載の方法。
前記混合係数は、ユーザインターフェースから受信されるユーザ入力によって決定される、請求項14に記載の方法。
前記増強マップと前記輝度データとを組み合わせるステップは、飽和バイアスを適用するステップをさらに有する、請求項8に記載の方法。
前記増強されるカラードップラデータに基づいて速度カラーマップを生成するステップと、
Bモード画像上に前記速度カラーマップをオーバーレイするステップと
をさらに有する、請求項6に記載の方法。
実行されるとき、超音波イメージングシステムに、
超音波信号を分析してパワードップラデータ及びカラードップラデータを生成させ、
前記カラードップラデータを輝度データとクロミナンスデータとに分離させ、
前記パワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて前記輝度データを調整して、調整される輝度データを生成させ、
前記調整される輝度データと前記クロミナンスデータとを組み合わせて、増強されるカラードップラデータを生成させる
命令を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
実行されるとき、前記超音波イメージングシステムに、
少なくとも1つのフィルタを前記パワードップラデータに適用して、強調されるパワードップラデータを生成することによって、前記パワードップラデータを強調させ、
前記強調されるパワードップラデータに少なくとも部分的に基づいて増強マップを生成させ、
前記増強マップと前記輝度データとを混合して、前記調整される輝度データを生成させる
命令をさらに有する、請求項18に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
実行されるとき、前記超音波イメージングシステムに、前記増強されるカラードップラデータから速度カラーマップを生成及び表示させる命令をさらに含む、請求項18に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。