JP4320392B2

JP4320392B2 - 高歪みレート除去フィルタ処理のための方法及び装置

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Publication number: JP4320392B2
Application number: JP2003048402A
Authority: JP
Inventors: アンドレアス・ヘイムダル; ハンス・ガーマン・トルプ
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: US20030163043A1; JP2003275211A; DE10308320A1; US6776759B2

Description

【０００１】
【発明の背景】
本発明の特定の実施形態は、解剖学的構造及びそれらの動きを測定し画像化する診断用超音波システムに関する。より具体的には、特定の実施形態は、動いてる組織構造に関連した歪みレート(strain rate) 信号を生成し表示し、これらの歪みレート信号中の、残響及びその他の源に起因したノイズを低減する方法及び装置に関する。
【０００２】
超音波イメージング（画像化）の分野においては、医師が臨床測定のために組織の歪み及び歪みレートを使用することに関心を持つようになってきている。用語「歪み」とは、検査している組織の特性を表すものである。例えば、筋肉組織に関連した歪みは、筋肉組織の初期長さと規定時間間隔中の筋肉組織長さの変化分との比に対応する。超音波イメージングでは、歪みの変化の割合（すなわち、歪みレート）が典型的にはカラー化した２次元画像として医師に対して可視的に提供され、その場合、様々な色が異なる歪みレートに対応している。心筋の一セグメントの活動能力が、筋肉歪みの量と、該筋肉セグメントによって生じる又は該筋肉セグメントに加えられる歪みの時間的な振る舞いとに関係することが明らかになった。また、圧縮に対する抵抗に基づいて悪性腫瘍を検出し得ることが判明した。
【０００３】
実時間歪みレート画像化の一用途は心臓病学におけるものである。歪みレートにより、心筋の収縮及び弛緩する能力についての直接的かつ量的な目安が得られる。先端のビューから心筋に沿って画像化することによって、心臓の長軸に沿った局部的歪みレート成分を測定することができる。局部的歪みレート成分を測定することは、心臓壁の短縮及び伸長についての情報を与える。胸骨傍のビューから画像化することによって、心臓壁に垂直な歪みレート成分は筋肉の厚さ増大についての情報を与える。Ｍモードで又は２Ｄ画像から測定した壁の厚さ増大は、筋肉の活動能力についての普通に使用される目安である。歪みレートの画像化により、厚さ増大についての直接的な目安が得られる。歪みレート画像は多数の心臓疾患の診断に付加的に用いられる可能性がある。
【０００４】
歪みレートをより詳しく理解するために、初期長さＬ₀の組織セグメントを異なる長さＬまで引き伸ばし又は圧縮し、或いはそれ自身が伸長し又は収縮して異なる長さＬにすると仮定する。１次元歪みは、次式
ε＝（Ｌ−Ｌ₀）／Ｌ₀ （１）
で定義されて、上記変化を無次元の記述で表す。長さＬが時間の関数である場合、歪みの時間的な導関数、すなわち歪みレートは、次式
【０００５】
【数１】

【０００６】
を用いて表すことができる。
【０００７】
対象物内の各点の速度ｖが既知である場合、歪みレートは等価的に次式
【０００８】
【数２】

【０００９】
で定義される。
【００１０】
これらの式はまた、組織セグメントの変形の有用な記述を提供する。歪みレートはセグメントの変形レート(rate of deformation) の目安になる。もし歪みレートがゼロである場合、セグメントの形状は変化していない。歪みレートが正である場合、セグメントの長さが増大しており、また、歪みレートが負である場合、セグメントの長さが減少している。
【００１１】
歪みレートが所与のレベルより大きく生じると、それは非生理的なものであると想定され、従って画像化の際に残響やその他のノイズ源によって惹起されるアーティファクトである。残響は組織内での複数の反射によって惹起される。残響及びノイズは、偽の又は崩壊したエコーとの相関に起因して、組織内で推定される速度勾配(velocity gradient) をバイアスする（偏倚させる）ことがある。その結果、偽って増大し、減少し、或いは反転さえもした歪みレート推定値が生じる可能性がある。正常な組織及び病変組織の両方において或る特定の範囲の生理的な歪みレートがある。例えば、人の正常な心筋及び病変心筋では、正の最大及び負の最大の長さ方向歪みレートはそれぞれ＋３．１４ｓ^-1及び−１．７８ｓ^-1であると報告されている。これらの値は、負荷心臓エコー検査によって人為的に増大させた収縮値を含んでいる。
【００１２】
定常的な残響によって歪みレートの増大が惹起されることについての１つの可能な説明を以下にのべる。一定の空間速度勾配を仮定すると、ビーム線に沿った速度サンプルが該ビームに沿って増大する。歪みレートは対の速度サンプルの間の差をそれらの間の距離で割算した値として推定することができ、この場合、空間的に一定の歪みレートが生じる。
【００１３】
更に、或る領域が残響の影響を受けると仮定すると、速度推定値中に或るバイアスｂ_revが存在することがある。歪みレートについてのその効果は、残響領域の上下の残響バイアスｂ_rev／（２ｄ）である。ここで、ｄは組織セグメントの２つの点の間の距離である。残響に起因する速度バイアスの量に応じて、推定歪みレートは正常範囲外の値に達することがある。
【００１４】
歪みレート推定におけるノイズの問題を解決するための従来の試みでは、歪みレートの計算の前に組織速度データについてクラッター(clutter) フィルタを使用している。この方法には様々な問題がある。第１に、クラッター・フィルタはそれ自身で速度推定値にバイアスを導入することがあり、これは再び歪みレート推定値のバイアスとして反映される。第２に、速度がゼロに近いとき（例えば、心拍動サイクルの拡張期の心拍静止期間におけるとき）、クラッター・フィルタは速度推定値の分散、従って歪みレート推定値の分散を増大させる傾向がある。
【００１５】
発明者Torp等による
【特許文献１】
米国特許第６０９９４７１号は、超音波イメージングにおける歪みの実時間計算及び表示のための方法及び装置を対象としている。発明者Torp等による米国特許出願第０９／４３２０６１号は、超音波イメージングにおける組織の変形の実時間計算及び表示を行う方法及び装置を対象としている。
【００１６】
従って、歪みレート画像化において残響及びその他のノイズ源に起因する非生理的な高い歪みレートをフィルタ処理により除去する方策が必要とされている。
【００１７】
【発明の概要】
本発明の一実施形態では、複素ドップラー信号に応答して被検体内の構造に対応するフィルタ処理した歪みレート信号を生成して表示する超音波システムを提供する。残響及びその他のノイズ源に起因する高歪みレート信号をフィルタ処理により除去すること、複素自己相関、速度信号推定、実数歪みレート信号推定、複素歪み相関信号推定、複素信号平均化、及び実数信号平均化を含む、幾つかの処理手法の様々な組合せを用いる。
【００１８】
超音波システムによってサンプリングされた信号から歪みレート信号を生成しフィルタ処理し表示する装置を提供する。本書で用いる用語「フィルタ処理」とは、残響やノイズに起因して崩壊するような信号を抽出し又は修正することを意味する。本装置は、ドップラー処理モジュールと、複素自己相関、速度信号推定、実数歪みレート信号推定、複素歪み相関信号推定、複素信号平均化、及び実数信号平均化を含む幾つかの関数の様々な組合せを実行する歪みレート処理モジュールとを含んでいる。
【００１９】
また、超音波システムによってサンプリングされた信号から歪みレート信号を生成しフィルタ処理し表示する方法を提供する。本方法は、残響及びその他のノイズ源に起因する高歪みレート信号をフィルタ処理により除去するステップと、複素自己相関、速度信号推定、実数歪みレート信号推定、複素歪み相関信号推定、複素信号平均化、及び実数信号平均化を含む幾つかの関数の様々な組合せを実行するステップとを含んでいる。
【００２０】
本発明の特定の実施形態では、ノイズを低減し且つ画像品質を改善したフィルタ処理したカラー歪みレート画像を生成し表示するための方策を提供する。
【００２１】
【発明の詳しい説明】
図１は超音波システム５の概略ブロック図であり、本発明の一実施形態に従って歪みレート・カラー画像を生成するために使用されるアーキテクチャを示す。超音波システムの例示した要素は、フロントエンド１０と、処理アーキテクチャ７０と、表示アーキテクチャ１６０である。フロントエンド１０は、（複数のトランスデューサ素子２５で構成される）トランスデューサ・アレイ２０と、送信／受信スイッチング回路３０と、送信器４０と、受信器５０と、ビームフォーマ６０とを有する。処理アーキテクチャ７０は、制御処理モジュール８０と、復調モジュール８５と、ドップラー処理モジュール９０と、歪みレート処理モジュール１００と、走査変換モジュール１２０を有する。表示アーキテクチャ１６０は、表示処理モジュール１３０と、モニタ１５０とを有する。
【００２２】
フロントエンド１０において、トランスデューサ・アレイ２０は送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチング回路３０に接続されている。Ｔ／Ｒスイッチング回路３０は送信器４０の出力と受信器５０の入力とに接続されている。受信器５０の出力はビームフォーマ６０に接続されている。ビームフォーマ６０はまた送信器４０の入力に接続されていると共に、処理アーキテクチャ７０内の制御処理モジュール８０の入力と復調モジュール８５の入力とに接続されている。
【００２３】
処理アーキテクチャ７０において、制御処理モジュール８０はドップラー処理モジュール９０と歪みレート処理モジュール１００とに接続されている。復調モジュール８５の出力はドップラー処理モジュール９０の入力に接続されている。ドップラー処理モジュール９０の出力は歪みレート処理モジュール１００の入力に接続されている。歪みレート処理モジュール１００の出力は走査変換モジュール１２０の入力に接続されている。走査変換モジュール１２０の出力は表示アーキテクチャ１６０内の表示処理モジュール１３０の入力に接続されている。表示アーキテクチャ１６０では、表示処理モジュール１３０の出力はモニタ１５０に接続されている。
【００２４】
被検体から一フレームのデータをサンプリングしようとするとき、トランスデューサ・アレイ２０を使用して、超音波を被検体内に送信する。トランスデューサ・アレイ２０は多数の個別のトランスデューサ素子２５の線形アレイ又は湾曲形アレイであってよい。各々のトランスデューサ素子２５は送信器４０からの信号に応答して超音波を生成することができる。更に、トランスデューサ素子相互の間の位相関係は制御することが可能である。その結果、トランスデューサ・アレイ２０の表面に直角な方向に対して或る特定の角度で被検体内へ送信される超音波エネルギ・ビームが生じ、該ビームは実効的にトランスデューサ・アレイ２０の表面上の一点を起点とする。超音波ビームを送信するために典型的には複数の素子２５が使用される。複数の素子２５から送信される超音波相互の間の位相関係は、送信しているビームのステアリング角度を決定する。送信のために使用されるトランスデューサ素子２５の数は、アポダイゼーションのような他の因子と共に、被検体内に超音波ビームの長さに沿った超音波ビームの形状を決定する。
【００２５】
送信超音波ビームを生成するために、制御処理モジュール８０がビームフォーマ６０に指令データを送って、トランスデューサ・アレイ２０の表面上の或る特定の点を起点とする或る特定の形状のビームを、一走査線（例えば、１４５）に沿った走査平面１４０（図２参照）内の或る特定のステアリング角度で生成するための送信パラメータを作成するようにビームフォーマ６０に指令する。これらの送信パラメータはビームフォーマ６０から送信器４０へ送られる。送信器４０は送信パラメータを使用して、Ｔ／Ｒスイッチング回路３０を介してトランスデューサ・アレイ２０へ送るべき送信信号を適切に符号化する。送信信号は互いに対して或る特定のレベル及び位相を持っていて、トランスデューサ・アレイ２０の個々のトランスデューサ素子２５へ供給される。送信信号はトランスデューサ・アレイ２０のトランスデューサ素子２５を励起して、送信信号と同じ位相及びレベル関係を持つ超音波を送出させる。その結果、トランスデューサ・アレイ２０が例えば超音波用ジェルを使用することによって被検体に音響結合されているとき、超音波エネルギの送信ビームが一走査線（例えば、１４５）に沿って走査平面１４０内で被検体の組織内部に形成される。このプロセスは電子走査として知られている。ドップラー用途の場合、送信信号は典型的には或るパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）の複数のパルスのパケットとして送信される。これらの複数のパルスの反射を使用して、受信時に複素ドップラー・データ・パケットが作成される。
【００２６】
トランスデューサ・アレイ２０は両方向トランスデューサである。一旦超音波が被検体内に送信されると、超音波は被検体の構造内の組織のサンプル・ボリュームから後方散乱される。後方散乱した超音波は、該超音波が組織内から戻る距離とトランスデューサ・アレイ２０の表面に対して該超音波が戻る角度とに依存して、異なる時点にトランスデューサ・アレイ２０に到達する。トランスデューサ・アレイ２０のトランスデューサ素子２５は後方散乱波に応答して、後方散乱波の超音波エネルギを受信電気信号へ変換する。
【００２７】
受信電気信号はＴ／Ｒスイッチング回路３０を介して受信器５０へ通される。受信器５０は受信信号を増幅しディジタル化し、また利得補償のような他の機能を行う。ディジタル化された受信信号は各々のトランスデューサ素子２５によって様々な時点に受信した後方散乱波に対応し、後方散乱波の振幅及び位相情報を保持する。
【００２８】
ディジタル化された受信信号はビームフォーマ６０へ送られる。制御処理モジュール８０がビームフォーマ６０へ指令データを送る。ビームフォーマ６０は指令データを使用して、トランスデューサ・アレイ２０の表面上の一点を起点とし且つ一ステアリング角度を持つ受信ビームを形成し、これらの点及びステアリング角度は典型的には前に送信された超音波ビームの点及びステアリング角度に対応する。ビームフォーマ６０は、制御処理モジュール８０からの指令データの命令に従って、適切な受信信号に作用して時間遅延及び集束を行って、被検体の組織構造内の走査線（例えば、１４５）に沿ったサンプル・ボリュームに対応する受信ビーム信号を生成する。受信ビーム信号を生成するために、複数のトランスデューサ素子２５からの受信信号の位相、振幅及びタイミング情報が使用される。
【００２９】
受信ビーム信号はディジタル・インターフェース１１７を介して処理アーキテクチャ７０へ送られる。復調モジュール８５は受信ビーム信号について復調を行って、受信ビームに対応する走査線（例えば、１４５）の長さに沿ったサンプル・ボリューム（例えば、１４１及び１４２）に対応する対のＩ及びＱ復調データ値を生成する。復調を達成するには、受信ビーム信号の位相及び振幅を基準周波数に対して比較する。Ｉ及びＱ復調データ値は、受信信号の位相及び振幅情報を保持する。所与のサンプル・ボリューム位置についてのＩ及びＱデータ対の振幅情報は数学的には（Ｉ²＋Ｑ²）^1/2に相当する。また、位相情報は数学的にはｔａｎ^-1（Ｑ／Ｉ）に相当する。従って、一サンプル・ボリューム位置に対応する１つのＩ及びＱデータ対（一対のＩ及びＱデータ）について１つの振幅データ値及び１つの位相データ値を生成することができる。
【００３０】
これらのデータ値は、複素ドップラー・データとも呼ばれる。というのは、ドップラー効果に起因する位相のシフト（偏移）がそのデータに固有のものであるからである。Ｉ及びＱ復調データ値は、走査している被検体内の動きのある組織に起因してドップラー・シフトによって受信信号に誘起された位相及び振幅情報を保持する。
【００３１】
複数の送信及び受信ビームが、走査している被検体の走査平面１４０において一フレームのデータをサンプリングするために形成される。受信ビームに対応する復調されたＩ及びＱデータはドップラー・データ・パケット（例えば、１４３及び１４４）の形態でドップラー処理モジュール９０へ送られ、それらはその後処理されて最終的にカラー歪みレート画像を生成する。複素ドップラー・データ・パケットは、ＰＲＦとして知られている或る特定のレート(rate)でサンプリングされた複数のＩ及びＱデータ対を有する。歪みレート画像化のための典型的なドップラー・パケットは、例えば、１６の複素Ｉ及びＱデータ対を含んでいてよい。
【００３２】
所与のレベルよりも大きい歪みレートは非生理的なものであると想定され、従って画像化の際に残響やその他のノイズ源によって惹起されるアーティファクトである。残響は組織内での複数の反射によって惹起される。残響及びノイズは、偽の又は崩壊したエコーとの相関に起因して組織内で推定される速度勾配をバイアスする（偏倚させる）ことがある。その結果、偽って増大し、減少し、或いは反転さえもした歪みレート推定値が生じる可能性がある。正常な組織及び病変組織の両方において或る特定の範囲の生理的な歪みレートがある。この範囲は、測定する筋肉における変形の方向に依存することがある。長さ方向において、例えば、人の正常な心筋及び病変心筋では、正の最大及び負の最小歪みレートはそれぞれ＋３．１４ｓ^-1及び−１．７８ｓ^-1であると報告されている。。半径方向では、最大値は＋３．０９ｓ^-1及び−８．２３ｓ^-1であると報告されている。表１は測定値の詳細なリストを提供する。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１中の参考文献：
［Ｃａｉｎ０１］ Clinical Science, Vol. 100, No. 4, 2001年の第４２３−４３２頁に所載された著者 P. Cain、T.H. Marwick、C. Case、T. Baglin、J. Dart、L. Short、B. Olstad による論文「Assessment of regional long-axis function during dobutamine echocardiography」。
【００３５】
［Ｋｏｗａｌｓｋｉ０１］ Ultrasound Med Biol., Vol. 27, No. 8, 2001年の第１０９８−９７頁に所載の著者 M. Kowalski、T. Kukulski、F. Jamal、J. D'hooge、F. Weidemann、F. Rademakers、B. Bijnens、L. Hatle、G. R. Sutherlandによる論文「Can natural strain and strain rate quantify regional myocardial deformation? A study in healthy subjects」。
【００３６】
［Ｓｌoｒｄａｈｌ０１］ European Journal of Ultrasound, Vol. 14, Issues 2-3, 2001年の第１４９−１５５頁に所載の著者 S.A. Slordahl、S. Bjaerum、B.H. Amundsen、A. Stoylen、A. Heimdal、S.I. Rabben、H. Torpによる論文[High frame rate strain rate imaging of the interventricular septum in healthy subjects」。
【００３７】
［Ｓｔｏｙｌｅｎ０１］ Journal of the American Society of Echocardiography, Vol. 14, No. 4, 2001年の第２６４−２７４頁に所載の著者A. Stoylen、S. Slordahl、G.K. Skjelvan、A. Heimdal、T. Skjaerpeによる論文「Strain rate imaging in normal and reduced diastolic function: Comparison with pulsed doppler tissue imaging of the mitral annulus」。
【００３８】
［Ｖｏｉｇｔ００］ Journal of the American Society of Echocardiography, vol 13, no. 6, 2000年の第588-598頁に所載の著者J-U. Voigt、M. F. Arnold、M. Karlsson、L. Hubbert、T. Kukulski、L. Hatle、G.R. Sutherlandによる論文「Assessment of regional longitudinal myocardial strain rate derived from Doppler myocardial imaging indices in normal and infracted myocardium」。
【００３９】
歪みレートの増大が定常的な残響によって惹起されることについて、考えられる一つの説明を示す。図３は、残響が速度推定値及び歪みレート推定値をどのようにバイアスするかを数学的に例示している。図３について説明すると、空間速度勾配が一定であると仮定すると、
【００４０】
【外１】

【００４１】
歪みレートは、対の速度サンプルの間の差をそれらの間の距離２ｄ_Sで割り算した値として推定することができ、この場合、空間的に一定の歪みレート、
【００４２】
【外２】

【００４３】
更に、サンプル・ボリューム位置ｎが残響の影響を受けると仮定すると、
【００４４】
【外３】

【００４５】
歪みレートについてのその効果は、サンプル・ボリューム位置ｎに隣接するサンプル・ボリューム位置ｎ−１及びｎ＋１における残響サンプル・ボリューム位置よりも高い及び低い残響アーティファクトｂ_rev／（２ｄ）である。残響に起因する速度バイアスの量に応じて、
【００４６】
【外４】

【００４７】
これらの位置における組織の真の歪みレートについての偽の表示を与えることがある。
【００４８】
残響及びノイズ・アーティファクトが、完全に除去できない場合に最小になるように、カラー歪みレート画像をオペレータに対して表示する前に高い歪みレート値はフィルタ処理して除去することができる。高歪みレート除去（ＨＳＲＲ）フィルタ処理が歪みレート処理モジュール１００で用いられる。図４は、高歪みレート除去（ＨＳＲＲ）フィルタ処理を行うための幾つかの可能な実施形態を例示している。
【００４９】
ＨＳＲＲフィルタ処理は歪みレート画像生成プロセス中の異なる段階で実行してもよい。全ての代替形態は、複素ドップラーＩ及びＱデータ（すなわち、複素復調無線周波（ＲＦ）超音波データ）の実時間又は前に記憶したパケットを処理することに基づいている。歪みレート処理は、図４の実施形態のステップ９１で開始する。ステップ９１で、（例えば、周知のカサイ(Kasai)アルゴリズムを使用して）複素自己相関を実行して、サンプリングされたＩ及びＱデータのパワーＰ及び遅れ１の相関Ｒを計算する。ステップ９１は、復調モジュール８５からのＩ及びＱデータ・パケット（例えば、１４３及び１４４）についてドップラー処理モジュール９０内で実行される。
【００５０】
ｒが範囲（深さ）を表し、且つｔが時間サンプリング指数であるとして、一パケットの複素ドップラーＩ及びＱ信号がｘ（ｒ，ｔ）１４３として表される場合、所与の範囲ｒについて、
【００５１】
【数３】

【００５２】
上式で、conj [ ]は複素共役演算を意味する。
【００５３】
パワー及び複素自己相関データＰ（ｒ）及びＲ（ｒ）は、その後の処理のために歪みレート処理モジュール１００へ送られる。
【００５４】
本発明の第１の実施形態では、Ｒ（ｒ）の複素歪み相関Ｓ（ｒ）が図４のステップ１０１で歪みレート処理モジュール１００によって計算される。図２を参照して説明すると、歪みレートは、距離（dr）１４７だけ隔たった走査平面１４０内の２つの異なるサンプル・ボリューム位置１４１及び１４２における複素自己相関値の間の位相差から決定することができる。複素自己相関値Ｒ（ｒ）及びＲ（ｒ＋dr）は、複素ドップラー信号パケットｘ（ｒ，ｔ）１４３及びｘ（ｒ＋dr）１４４について演算する式（５）を使用して、ドップラー処理装置９０によって計算される。ステップ１０１で、歪みレート処理モジュール１００はＳ（ｒ）を次式
Ｓ（ｒ）＝conj［Ｒ（ｒ）］＊Ｒ（ｒ＋dr）（６）
で計算する。ここで、得られた複素数Ｓ（ｒ）はＲ（ｒ）及びＲ（ｒ＋dr）の位相角の間の差に等しい位相角を持つ。Ｓ（ｒ）の位相角は組織セグメント（dr）１４７についての歪みレートに比例する。
【００５５】
ステップ１０３（ＨＳＲＲ代替態様１）で、歪みレート処理モジュール１００におけるＨＳＲＲフィルタ処理により、所定のＨＳＲＲ限界より大きい歪みレート値に対応する位相角を持つ全てのＳ（ｒ）サンプルが複素数ゼロに設定される。これらのサンプルは非生理的であると見なされ、残響又は他のノイズ源に起因する。例えば、上記限界は最大標準偏差の１又は２倍を付加した表１中の最大値であってよい。
【００５６】
次いでステップ１０６で、歪みレート処理モジュール１００によるＨＳＲＲフィルタ処理を通過したサンプルＳ（ｒ）について複素平均化が実行される。複素平均化は、近接している空間サンプルの空間的平均化、近接している時間サンプルの時間的平均化、或いは空間的及び時間的複素平均化の両方の組合せであってよい。平均化は、周知の手法を使用することにより、隙間を埋めて画像を平滑化して、画像に現れるノイズを少なくするために行われる。
【００５７】
平均化した複素歪み相関Ｓ（ｒ）サンプルは次いでステップ１０７で歪みレート処理モジュール１００によってフィルタ処理した歪みレート・サンプルＳＲ（ｒ）に変換される。歪みレート変換１０７は次の式
ＳＲ（ｒ）＝［ｃ／（４πdrＴｆ₀）］＊位相［Ｓ（ｒ）］（７）
を使用して、歪み相関Ｓ（ｒ）から歪みレートＳＲ（ｒ）を計算する。ここで、ｃは組織の中での音速であり、Ｔはドップラー・データ・パケット内の相次ぐ［Ｉ，Ｑ］サンプル対の間の時間であり（典型的には、ＰＲＦをパルス繰返し周波数として、Ｔ＝１／ＰＲＦ）、dr１４７は走査平面１４０内の２つのサンプル・ボリューム１４１及び１４２の間の距離であり、ｆ₀は超音波送信周波数である。
【００５８】
フィルタ処理した歪みレート値ＳＲ（ｒ）は次いで走査変換するために走査変換モジュール１２０へ送られる。走査変換モジュール１２０は、特定の走査シーケンス形式にあるフィルタ処理した歪みレート・データＳＲ（ｒ）を取り入れて、表示のために該データを直交座標系形式へ変換するようにプログラムされている。走査変換モジュール１２０は走査平面１４０内の近接するサンプル・ボリューム位置の相互間のデータを補間して、画像座標形式の走査変換したデータ・サンプルを生成する。この走査変換したデータは次いで表示アーキテクチャ１６０へ送られて表示処理モジュール１３０によって処理され、そこで該データの最終的な空間的又は時間的平均化が行われ且つ該データにカラーが適用される。最終的に、その結果得られたデータは、カラーの変化が異なる歪みレート値に対応する２Ｄカラー画像として、モニタ１５０上でオペレータに対して表示される。
【００５９】
本発明の代替の実施形態では、ドップラー処理モジュール９０からの複素自己相関データＲ（ｒ）はステップ１０２で歪みレート処理モジュール１００において速度信号を推定するように処理される。所与のサンプル・ボリューム位置についての組織の速度信号ｖ（ｒ）はＲ（ｒ）の位相角から次式
ｖ（ｒ）＝［ｃ／（４πｆ₀Ｔ）］＊位相［Ｒ（ｒ）］（８）
に従って推定される。ここで、ｖ（ｒ）は複素数の値ではなく、実数の値である。
【００６０】
走査平面１４０内のサンプル・ボリューム位置に対応する実数の速度信号ｖ（ｒ）は次いで、ステップ１０４で歪みレート処理モジュール１００において実数のフィルタ処理していない歪みレートを推定するように処理される。ステップ１０４で、実数のフィルタ処理していない歪みレートは再び走査平面１４０内の２つのサンプル・ボリューム位置１４１及び１４２の実数の速度推定値から次式
ＳＲ（ｒ）＝［ｖ（ｒ＋dr）−ｖ（ｒ）］／dr （９）
に従って計算される。ここで、dr（１４７）は組織セグメントについての走査平面１４０内の２つのサンプル・ボリューム位置（例えば、１４１及び１４２）の間の距離である。代わりに、２つのサンプル・ボリューム１４１及び１４２の間の走査線に沿った利用可能なサンプルの全てを歪みレートの推定に使用することができる。
【００６１】
実数のフィルタ処理していない歪みレート信号ＳＲ（ｒ）は次いでステップ１０３（ＨＳＲＲ代替態様２）で歪みレート処理モジュール１００によってＨＳＲＲフィルタ処理される。ステップ１０３では、ＨＳＲＲフィルタ処理により、所定のＨＳＲＲ限界の外側にある歪みレート値を或る特定の値に設定する。この値はゼロであってもよく、或いは空間的にそれを囲んでいるサンプルの関数であってもよい。ステップ１０５で、周知の平均化手法を使用して、残りの歪みレート・サンプルを空間的に及び／又は時間的に平均化して、ノイズのより少ない、より滑らかな画像を生成する。
【００６２】
再び、フィルタ処理した歪みレート値ＳＲ（ｒ）は次いで、走査変換するために歪みレート処理モジュール１００から走査変換モジュール１２０へ送られる。走査変換したデータは次いで表示アーキテクチャ１６０へ送られて表示処理モジュール１３０によって処理されて、オペレータに対して２Ｄカラー画像としてモニタ１５０上に表示される。
【００６３】
別の代替の態様は、図４に示されるようにＨＳＲＲフィルタ処理の実施（ＨＳＲＲ代替態様３）をプロセスの終わりへ移動させることを除いて、前に述べた２つの代替態様のいずれかにある機能を実行することである。ＨＳＲＲフィルタ処理により、ＳＲ（ｒ）サンプルが所定のＨＳＲＲ限界の外側にある場合に、該ＳＲ（ｒ）サンプルをゼロに、又は空間的に該ＳＲ（ｒ）サンプルを囲んでいるサンプルの関数に設定する。この代替態様は最初の２つの代替態様と同様に働くとは期待されない。というのは、前の平均化プロセスにおいて、ノイズの多い（値の大きい）サンプルが大きく寄与することがあり、また周囲のサンプルに影響を及ぼすことがあるからである。しかしながら、この代替態様は、歪みレート・データのみが利用でき且つ他のＨＳＲＲフィルタ処理態様が広範なアーキテクチャの変更無しに実施するのが可能でない状況において有用である。
【００６４】
表示プロセスの一部として、ＨＳＲＲフィルタ処理プロセスによって高い歪みレートが見付かった画像内の領域を指示するために特異なカラーを使用することができる。特異なカラーは、ノイズの生じ易い領域をオペレータに指示するために使用することができる。定常的な残響は静止した構造から生じるので、アーティファクトが幾つかのフレームでのみ検出されたとしても、全てのフレーム内の同じ領域が影響を受けることがある。従ってまた、或る区域における歪みレートが所与のフレームについて所定の範囲の外側になかった場合、他のフレームにおいてこの区域にノイズの表示があると、いずれにしてもこの区域内のサンプルはまだ特異なカラーで符号化することができる。
【００６５】
上述の歪みレート処理は超音波システム５の不可欠な特徴として実時間で行うことができる。この代わりに、歪みレート処理が実時間走査に関係なく後処理として実行されるように、複素ドップラーＩ及びＱデータ又は複素自己相関データを超音波システムによって記憶し処理してもよい。更に代替例として、複素ドップラーＩ及びＱデータ又は複素自己相関データを超音波システム５から取得し、且つ歪みレート処理及びその後の表示を超音波システムの外で、例えば、外部のＰＣで、後処理として実行するようにしてもよい。
【００６６】
本発明のいずれの実施形態での処理も、ディジタル信号処理装置を備えた回路基板のような専用のハードウエア素子によって実行してもよいし、或いは市販のＰＣのような汎用コンピュータ又は処理装置でソフトウエアによって実行してもよい。また、本発明の様々な実施形態に従って様々な処理モジュールを組み合わせたり又は分離させてもよい。例えば、ドップラー処理モジュール９０及び歪みレート処理モジュール１００は単一の処理素子に組み合わせてもよい。
【００６７】
要約すると、本発明の利点及び特徴には、とりわけ、２Ｄカラー歪みレート画像化において残響及びその他のノイズ源に起因した非生理的な高い歪みレートをフィルタ処理によって除去して、画像品質を改善することが含まれる。
【００６８】
本発明を特定の実施形態に関して説明したが、様々な変更をなし得ること及び本発明の範囲から逸脱することなく等価なものと置換しうることが当業者には理解されよう。更に、特定の状況又は部材を本発明の範囲から逸脱することなく本発明の教示に適合させるように多くの修正を行い得る。従って、本発明は開示した特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲内の全ての実施形態を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に従って歪みレート処理をシステムの他の要素に対して示す超音波システムの概略ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に従って図１のシステムのユーザによって位置決めされたサンプル・ゲート内の組織セグメントと境を接する２つのサンプル・ボリューム位置を持つ走査平面を例示する図である。
【図３】図１のシステムにおいて残響が速度推定値及び歪みレート推定値をどのようにバイアスする（偏らせる）ことがあるのかを図形及び数式で例示する図である。
【図４】高歪みレート除去フィルタ処理を実行するための幾つかの可能な実施形態を例示する図である。
【符号の説明】
５超音波システム
１０フロントエンド
２０トランスデューサ・アレイ
２５トランスデューサ素子
７０処理アーキテクチャ
１１７ディジタル・インターフェース
１４０走査平面
１４１、１４２サンプル・ボリューム
１４３、１４４ドップラー・データ・パケット
１４５走査線
１４７組織セグメント
１６０表示アーキテクチャ

Claims

複素歪み相関信号に応答する高歪みレート除去フィルタ処理素子（１０３）を有する、歪みレート信号を生成する装置であって、前記複素歪み相関信号は超音波システム（５）によって生成された複素ドップラー信号から導き出されており、前記フィルタ処理素子は前記歪みレート信号中のノイズを低減するためにフィルタ処理した複素歪み相関信号を生成することを特徴とする、当該歪みレート信号を生成する装置。
フィルタ処理していない歪みレート信号に応答する高歪みレート除去フィルタ処理素子（１０３）を有する、歪みレート信号を生成する装置であって、前記フィルタ処理していない歪みレート信号は超音波システム（５）によって生成された複素ドップラー信号から導き出されており、前記フィルタ処理素子（１０３）は前記歪みレート信号中のノイズを低減するためにフィルタ処理した歪み相関信号を生成することを特徴とする、当該歪みレート信号を生成する装置。
更に、前記複素ドップラー信号に応答して、ドップラー・シフトを表す複素自己相関信号を生成する自己相関処理素子（９１）と、前記複素自己相関信号に応答して、前記複素歪み相関信号を生成する複素歪み相関処理素子（１０１）と、前記フィルタ処理した複素歪み相関信号に応答して、平均化したフィルタ処理した複素歪み相関信号を生成する複素平均化処理素子（１０６）と、前記平均化したフィルタ処理した複素歪み相関信号に応答して、前記歪みレート信号を生成する歪みレート変換処理素子（１０７）と、を含んでいる請求項１又は２に記載の装置。
前記複素平均化処理素子（１０６）は前記フィルタ処理した複素歪み相関信号を空間的又は時間的に平均化する、請求項３記載の装置。
前記高歪みレート除去フィルタ処理素子（１０３）は前記複素歪み相関信号から位相角を抽出し、前記位相角を所定の位相角範囲と比較し、前記複素歪み相関信号の対応する前記位相角が前記所定の位相角範囲の外側にある場合は前記複素歪み相関信号を複素数ゼロに設定する、請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
複素歪み相関信号について高歪みレート除去フィルタ処理（１０３）を行うステップを有する、歪みレート信号を生成する方法であって、前記複素歪み相関信号は超音波システム（５）によって生成された複素ドップラー信号から導き出されており、前記フィルタ処理（１０３）は前記歪みレート信号中のノイズを低減するためにフィルタ処理した複素歪み相関信号を生成することを特徴とする、当該歪み相関信号を生成する方法。
更に、前記複素ドップラー信号について自己相関処理（９１）を行って、ドップラー・シフトを表す複素自己相関信号を生成するステップと、前記複素自己相関信号について複素歪み相関処理（１０１）を行って、前記複素歪み相関信号を生成するステップと、前記フィルタ処理した複素歪み相関信号について複素平均化処理（１０６）を行って、平均化したフィルタ処理した複素歪み相関信号を生成するステップと、前記平均化したフィルタ処理した複素歪み相関信号について歪みレート変換処理（１０７）を行って、前記歪みレート信号を生成するステップと、を含んでいる請求項６に記載の方法。
前記複素平均化処理（１０６）を行うステップは、前記フィルタ処理した複素歪み相関信号を空間的又は時間的に平均化するステップを含んでいる、請求項７記載の方法。
前記高歪みレート除去フィルタ処理（１０３）を行うステップは、前記複素歪み相関信号から位相角を抽出するステップと、前記位相角を所定の位相角範囲と比較するステップと、前記複素歪み相関信号の対応する前記位相角が前記所定の位相角範囲の外側にある場合は前記複素歪み相関信号を複素数ゼロに設定するステップとを含んでいる、請求項６乃至８のいずれかに記載の方法。
超音波信号を送受信するトランスデューサ（２０）と、前記超音波信号を表すデータ・サンプルを導き出すビームフォーマ（６０）と、前記データ・サンプルに応答して複素ドップラー信号を生成する復調モジュール（８５）と、前記複素ドップラー信号に応答して複素自己相関信号を生成するドップラー処理モジュール（９０）と、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置と、前記歪みレート信号から導き出された歪みレート画像フレームを作成する表示サブシステム（１６０）と、を有する医学的診断用超音波システム（５）。