JP4463422B2 - Ｉｖｕｓイメージングのリングダウンアーティファクトの適応キャンセレーション - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
本発明は、超音波イメージングに関し、より詳細には、本明細書において、リングダウンアーティファクト（ｒｉｎｇ−ｄｏｗｎ ａｒｔｉｆａｃｔ）ととして公知の、励振源（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）に近い範囲のスプリアスアーティファクト信号の抑制に関する。
【０００２】
リングダウンアーティファクトは、励振器に近接した供給源から反射された情報信号（エコー信号）と干渉を引き起こす励振器と関連した過渡現象（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）によって引き起こされる。脈管内構造におけるような近接イメージングにおいて、所望でないリングダウンアーティファクトが正確なイメージングを妨害する。
【０００３】
リングダウンアーティファクトを除外するための１つの公知のメカニズムは、全てのアーティファクトが、リングダウンが生じることが予期される近接領域において除外されるように、エコー信号でゲーティングすることである。しかし、有用なエコー信号もまたゲーティングすることによって除去される。
【０００４】
米国特許第５，６０１，０８２号（この開示は、本明細書中で参考とて援用される）に記載される別の方法において、参照走査を生成して長期の平均を発生し、有用なエコー信号以外の全てを減算するために参照走査を使用することである。しかし、参照走査の減算はまた、平均化された参照走査と同じ桁の時間定数を有する有用なエコーを除き得る。従って、単純な参照走査に基づく減算は、全範囲の信号タイプを分析するには不適切である。正当な（ｌｅｇｉｔｉｍａｔｅ）信号から分離され得るように、リングダウンアーティファクトを同定するためのより正確な技術が必要である。
【０００５】
（発明の要旨）
本発明に従って、超音波インビボイメージングシステムにおいて、リングダウンアーティファクトが、複数の走査に渡ってリングダウンを動的に増加させ、次いで、高振幅から低振幅への素早い変化によって特徴付けられるリングダウン−血液遷移を鍵とすること（ｋｅｙｉｎｇ ｏｎ ａ ｒｉｎｇ−ｄｏｗｎ−ｂｌｏｏｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）によるリングダウン範囲を決定することによって、減少または除去される。リングダウンパターンは、例えば、ＦＦＴ分析、次いで近年計算されたリングダウンパターンを使用する引き続くイメージを選択的にフィルタリングして、リングダウン範囲内の単一のまたはいくつかのＡ走査について計算される。
【０００６】
１つの例示的な実施態様では、本発明は、インビボ超音波信号をフィルタリングするための方法を提供する。この方法に従って、超音波信号が出され、少なくともアーティファクト成分および血液成分を含む戻り信号が集められる。次いで、集められた戻り信号の遷移領域が同定され、遷移領域がアーティファクト成分および血液成分と組み合わされたアーティファクト成分を有する。次いで、遷移領域のリングダウンパターンは、アーティファクト成分の少なくとも一部に基づいて決定される。一旦、リングダウンパターンが同定されると、少なくともいくらかの（好ましくは実質的に全ての）アーティファクト成分がリングダウンパターンに基づいて集められた戻り信号からフィルタリングされる。
【０００７】
遷移領域は、好ましくは、集められた戻り信号における振幅パターンを検査することによって同定される。例えば、信号は、高振幅から低振幅への素早い変化を決定するために分析され得る。多くの場合において、戻り信号は、リングダウンアーティファクトを示す低周波数、高振幅パターン、および血液を示す高周波数、低振幅パターンを含む。このような変化が検出される点は、遷移点と呼ばれ、信号を遷移領域および標的または血液領域に分ける。
【０００８】
必要に応じて、集められた戻り信号のスペクトルパターンもまた、検査され得る。スペクトルパターンの使用は、遷移点が同定されるかまたは概算された後に遷移領域の同定に役立ち得る。
【０００９】
便利に、カテーテルが身体管腔に導入され、超音波源が超音波信号を出すためにカテーテル内で励振される。別の局面では、アーティファクト成分は、アーティファクト成分が容易に同定されるように増加される。これは、超音波源を再配置することによって機械的になされ得る。増加はまた、電気的にまたはソフトウエアによって生じ得る。例えば、出す工程および集める工程は、複数の走査を得るために異なる位置で繰り返され得る。次いで、これらの走査は、蓄積されたリングダウンパターンとして、リングダウンアーティファクトの１つのパターンを動的に増加するためにたたみこみ演算される（ｃｏｎｖｏｌｖｅｄ）。
【００１０】
別の局面において、リングダウンパターンは、引き続く走査の分析における使用のために格納される（ｓｔｏｒｅ）。次いで、格納されたリングダウンパターンは、リングダウン−血液遷移が引き続く走査に見出されないフィルタリングのために使用される。なお別の局面において、リングダウンパターンを決定する工程は、集められた戻り信号の遷移領域および血液領域のフーリエ変換を得る工程、および変換された遷移領域から、変換された血液領域を減算する工程を包含する。
【００１１】
本発明は、添付の図面と組み合わせて以下の詳細な説明を参照としてよりよく理解される。
【００１２】
（具体的な実施態様の説明）
本発明は、励振源に近接した範囲においてスプリアスアーティファクト信号を抑制するための例示的なシステムおよび方法を提供する。本発明は、本質的に任意の種類の超音波システムに有用であるが、カテーテル、特に脈管の解剖学的構造のイメージを生成するために使用されるイメージングカテーテル内に配置される超音波イメージング要素に最大の用途が見出されている。当該分野で公知なように、このようなカテーテルは、ハウジング内に保持されるイメージング要素を含む。イメージング要素が励振されるので、ハウジングから反射された過渡現象が、血液、血管壁などのような解剖学的構造内の物体から反射された信号と干渉する。本発明は、このような過渡信号によって引き起こされるリングダウンアーティファクトを実質的に減少または除去し得る。
【００１３】
図１を参照する。拡大された断面に示されるような、脈管対象物１４の内部１２のイメージングを提供する単純な脈管内超音波（ＩＶＵＳ）イメージングシステム１０の基本的な要素が示される。カテーテル１６は、変換器２０と、励振源２４、レシーバ２６およびコントロールと関連する信号プロセッサ２８を収容するコンソール２２との間を連絡する電気的導管１８を含み、この出力は、テレビモニターまたはコンピューターディスプレイあるいはこれらの組み合わせのような出力デバイス３０に提供される。励振源２４は、変換器２０に適用される有限の期間の超音波励振信号３２を生成し、変換器２０は、次に、励振信号３２をほぼ定義された方向のビームにする。超音波アーティファクト信号３４は、観察下の空間の内部から反射され、変換器２０によってインターセプトされ、コンソール２２のレシーバ２６によって回収される電気的レポートを誘導する。回収される電気信号は、好ましくは、ほぼリアルタイムで表示される標的断面の再構築された２次元イメージである出力を出力デバイス３０に提示するために、本発明に従って操作される信号プロセッサ２８によって分析される。本発明の技術を実行するために使用され得る例示的な医療用イメージングシステムは、Ｂｏｓｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販される、Ｇａｌａｘｙ医療用イメージングシステムである。
【００１４】
変換器２０は、カテーテル１６のスキンの周りに配置されたアレイ、あるいはカテーテルのスキンの周りで回転し得る単一の変換器または変換器のセットであり得る。当業者に公知なように、変換器から出される信号は、Ａ走査と呼ばれる。任意の軸の沿って検出された信号は、エコー、および時間の関数としての振幅であるリングダウンアーティファクトの合計として再構築され得る。
【００１５】
図２は、トレース４０のグラフ（この場合では、たたみこみ演算された（ｃｏｎｖｏｌｕｔｅｄ）Ａ走査）であり、リングダウンアーティファクトとエコー信号の両方を含む。このような走査は、変換器が血液によって標的領域（例えば、プラーク）から分離されている場合に生成される走査に典型的である。トレース４０のセグメントＩは、純粋なリングダウンを表す。トレース４０のセグメントＲは、エコーおよびリングダウンの寄与の重なりの部分、すなわち、変換器２０が落ち着く前にエコーが始まる領域を表す。セグメントＩおよびＲの組み合わせは、遷移領域と呼ばれる。セグメントＴは、標的のリングダウンなしで純粋なエコーであり、これはこの場合、血液である。本発明に従って、リングダウンの寄与またはパターンは、図３に示されるように決定され、次いで、その寄与は、図４に示されるように、標的領域のより正確なイメージを得るために複合性のエコー信号から減算される。
【００１６】
リングダウンアーティファクトは、時間ドメイン（ｄｏｍａｉｎ）および／または連続的走査に渡る時間ドメインにおいて特徴付けられ得る：いくつかの経時的な走査は、任意の短時間のアーティファクトをキャンセルすると同時に、任意の反復性のアーティファクトの性質を決定するために、たたみこみ演算される（ｃｏｎｖｏｌｖｅｄ）かさもなくば共に平均化される。得られたたたみこみ演算された（ｃｏｎｖｏｌｕｔｅｄ）リングダウンパターン（図３を参照のこと）は、現在の走査レポートから減算され、図４に示されるように、リングダウンが効果的に除去された走査レポート４２を生成する。
【００１７】
リングダウンパターンの計算は、以下の仮説が適用できる走査に対してなされる：例えば、図２のように、Ａ走査軸にそって、組織が、変換器と変換器に最も近い血液領域との間に介在しない。この範囲内において、リングダウンおよび血液エコーのみが存在すると仮定される。リングダウンから血液エコーへの典型的な遷移は、リングダウンによって生成された信号と血液によって生成された信号との間の違いによって同定され得る。図２に示されるように、リングダウンによって生成される信号は、比較的低い周波数の高振幅振動である。血液によって生成される信号は、低振幅かつ高周波数である。リングダウンの寄与は、図２の平行斜線の領域によって表される。
【００１８】
標的が励振源に沿って配置されているシステムにおいて、リングダウン信号は、標的領域からの有限の低振幅エコーを有害に過負荷にし得る。このような走査では、先の仮定は、組織が変換器の近くに存在するので、適用できない。このように、先に計算され、格納されたリングダウンパターン（例えば、図３のパターン）は、選択的フィルタリングのために使用される。
【００１９】
図５は、変換器が組織に隣接するトレース４４のグラフである。リングダウンアーティファクトをフィルタリングするために、図３のパターン（先に計算された）は、選択的フィルタリングのために使用される。この結果は、図６に示され、これは標的の信号のみを含む。
【００２０】
図７を参照すると、本発明に従う信号処理技術のフローチャートが示される。第１に、Ｒ−θデータの複数のフレーム上のデータが集められ（工程Ａ）、そして、最後のフレームが好ましくは処理のための現在のフレームとして選択される（工程Ｂ）。必要に応じて、リングダウンアーティファクトが、より容易に特徴付けられ得るように増加され得る（工程Ｃ）。これは、変換器をゼロ傾斜に再配置することによって機械的になされ得るが、このようなアーティファクトを抑制するためにわずかな傾斜が通常好ましい。増加はまた、いくつかの連続したＡ走査をたたみこみ演算する（ｃｏｎｖｏｌｖｉｎｇ）プロセスによって電気的にまたはソフトウエアによってなされ得る。
【００２１】
一旦、Ａ走査がフレームに対して回復されると、Ａ走査は、血液に対するリングダウンの遷移領域の存在を決定するために検査される。（工程Ｄ）。これは、素早い高振幅遷移と低振幅遷移との間の境界を探す、時間ドメイン信号を検査する反復プロセスであり得る。遷移領域と血液領域との間の遷移は、図２の点４８のような遷移点と呼ばれる。
【００２２】
ある場合において、このような振幅分析は、第１のおよその遷移点としてのみ役立ち得る。このような場合、第２のプロセスは、遷移点をさらに規定するために使用され得る。例えば、推定された標的点は変化し得、高速フーリエ変換が標的領域Ｔおよび遷移領域ＩおよびＲで行われ得（図２を参照のこと）、それぞれの変化について、時間ドメインデータを周波数ドメインデータに変換し得る。このプロセスは、一定の結果が得られるまで繰り返され得る。
【００２３】
遷移点（従って遷移領域）を見つけ出した後、遷移領域におけるリングダウンアーティファクトパターンが計算される（工程Ｅ）。これは、リングダウン範囲内のＡ走査に対するリングダウンパターンを計算することによって動的になされ得る。遷移領域および標的領域の直通（ｓｔｒａｉｇｈｔｆｏｒｗａｒｄ）高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が、周波数ドメイン分析のために使用され得る。このようなＦＦＴ計算は、血液スペックル減少のような、他のフィルタリングプロセスに続くそれぞれ個々のＡ走査についてリアルタイムイメージングの間、周期的に実行され得る。一旦、ＦＦＴ値が遷移領域および標的領域について得られると、リングダウンパターン（例えば図３に示される）を選択的にフィルタリング除外するために、重みをつけた減算がなされる。リングダウンパターンは、好ましくはセーブされ、フィルタリングされたデータは、図４に示される信号を生成するために時間ドメインに変換して戻される。
【００２４】
例えば、図５に示されるように、リングダウンパターンは、好ましくは、例えば変換器の隣に存在する組織があり、リングダウン−血液遷移が無い場合における使用のためにセーブされ、そして／またはアップデートされる（工程Ｆ）。リングダウン−血液遷移が存在しない場合、このシステムは、すでにリングダウンパターンが利用可能かまたは以前に蓄積されているかを知るために点検する（工程Ｇ）。そうでない場合、このプロセスは、パターンが出現するまで（例えばリングダウン−血液遷移が見出された後）、再び始まる（工程Ａ）。最終的に、明らかなリングダウン血液遷移領域を有するＡ走査において、リングダウンアーティファクトが選択的フィルタリング（すなわち、信号からのリングダウン寄与の減算）によって抑制され、フィルタリングされたイメージを生成する（工程Ｈ）。先に記載したように、明らかな遷移がない状態では、リングダウン寄与は、最後の既知のリングダウンパターンを使用することによって減算され得る。
【００２５】
本発明は、ここで特定の実施態様に関して説明された。他の実施態様は、当業者に明らかである。従って、添付の特許請求の範囲によって示される以外は、本発明が限定されることを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、リングダウン領域を同定するために、本発明に従った走査のデバイスを示すブロック図である。
【図２】 図２は、リングダウンアーティファクト領域、標的領域、およびアーティファクト領域と標的領域の間の遷移領域を有する走査を示すグラフである。
【図３】 図３は、遷移領域におけるリングダウンパターンを示す図２のグラフである。
【図４】 図４は、リングダウンパターンがフィルタリング除去された、図２のグラフである。
【図５】 図５は、組織に隣接した超音波源で生成される別の走査を示すグラフである。
【図６】 図６は、フィルタリング除去された図３のリングダウンパターンを有する図５のグラフである。
【図７】 図７は、本発明の方法に従った工程のフローチャートである。

Claims (19)

1. インビボ超音波信号をフィルタリングするためのシステムであって、以下：
   超音波信号を標的領域に曝すための励振器手段；
   少なくとも過渡現象によって引き起こされるリングダウンアーティファクト成分および血液成分を含む戻り信号を集めるための手段；
   該集められた戻り信号における遷移領域から血液領域への移行を示す遷移点を同定するために該戻り信号を検査するための手段であって、ここで、該遷移領域が、該リングダウンアーティファクト成分を含み、血液成分を含まない第１の領域（Ｉ）、および該血液成分と組み合わされたリングダウンアーティファクト成分を含む第２の領域（Ｒ）を含む、手段；
   該遷移領域における該リングダウンアーティファクト成分を示すリングダウンパターンを決定するための手段；ならびに
   該リングダウンパターンに基づいて該集められた戻り信号から該アーティファクト成分の少なくともいくらかをフィルタリングするための手段、
   を備えるシステム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、前記同定するための手段が、さらに前記集められた戻り信号の振幅パターンを検査するための手段を備える、システム。
3. 請求項２に記載のシステムであって、さらに、前記振幅パターンを検査した後に、前記集められた戻り信号におけるスペクトルパターンを検査するための手段を備える、システム。
4. 請求項２に記載のシステムであって、前記集められた戻り信号における振幅パターンを検査するための手段が、リングダウンアーティファクトを示す低周波数、高振幅パターン、および血液を示す高周波数、低振幅パターンを同定するように構成されている、システム。
5. 請求項１に記載のシステムであって、さらに、前記励振器手段が、身体管腔に導入するように構成されたカテーテル内に配置されている、システム。
6. 請求項１に記載のシステムであって、前記アーティファクト成分が容易に同定されるように、さらに、該アーティファクト成分を増加するための手段を備える、システム。
7. 請求項１に記載のシステムであって、さらに、連続した戻り信号をたたみこみ演算する（ｃｏｎｖｏｌｖｉｎｇ）ための手段を備える、システム。
8. 請求項１に記載のシステムであって、さらに、以下：
   引き続く走査の分析における使用のために前記リングダウンパターンを格納するための手段；および
   リングダウン−血液遷移が引き続く走査で見出されない、前記フィルタリングのために該格納されたリングダウンパターンを使用するための手段、
   を備える、システム。
9. 請求項１に記載のシステムであって、前記リングダウンアーティファクト成分を示すリングダウンパターンを決定するための手段が、前記集められた戻り信号の遷移領域および血液領域のフーリエ変換を得るための手段、ならびに該変換された遷移領域から該変換された血液領域を減算するための手段を備える、システム。
10. インビボ超音波イメージングシステムにおけるリングダウンアーティファクトを抑制するための装置であって、以下：
    標的領域を超音波エネルギーに曝すための励振器手段；
    少なくとも過渡現象によって引き起こされるリングダウンアーティファクト成分および血液成分を含む戻り信号を集めるための手段；
    該集められた戻り信号における遷移領域から血液領域への移行を示す遷移点を同定するために該戻り信号を検査するための手段であって、ここで、該遷移領域が、該リングダウンアーティファクト成分を含み、血液成分を含まない第１の領域（Ｉ）、および該血液成分と組み合わされたリングダウンアーティファクト成分を含む第２の領域（Ｒ）を含み、該同定する手段が、振幅パターンを検査するための手段を含む、手段；
    該検査から、該遷移領域における該リングダウンアーティファクトを示すリングダウンパターンを決定するための手段；および
    該リングダウンパターンに基づいてアーティファクト情報を選択的にフィルタリングするための手段、
    を含む、装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、前記リングダウンアーティファクトが容易に特徴付けられるように、リングダウンアーティファクトを増加するための励振手段をさらに含む、装置。
12. 請求項１０に記載のシステムであって、さらに、連続した戻り信号をたたみこみ演算するための手段を備える、装置。
13. 請求項１０に記載の装置であって、前記検査するための手段が、リングダウンアーティファクトを示す低周波数、高振幅セグメント、および血液を示す高周波数、低振幅セグメントを同定するように構成されている、装置。
14. 請求項１０に記載の装置であって、さらに、以下：
    引き続く走査の分析における使用のために前記リングダウンパターンを格納するための手段；および
    リングダウン−血液遷移が引き続く走査で見出されない、前記フィルタリングのために該リングダウンパターンを使用するための手段、
    を備える、装置。
15. 請求項１０に記載の装置であって、さらに、以下：
    連続した戻り信号をたたみこみ演算する（ｃｏｎｖｏｌｖｉｎｇ）ための手段；
    引き続く走査の分析における使用のために該蓄積されたリングダウンパターンを格納するための手段；および
    リングダウン−血液遷移が見出されない、前記フィルタリングのために該蓄積されたリングダウンパターンを使用するための手段、
    を含む、装置。
16. 請求項１０に記載の装置であって、さらに、スペクトルパターンを検査することによって該遷移領域の同定において補助するための手段を含む、装置。
17. 請求項１６に記載の装置であって、前記リングダウン決定手段が、前記スペクトルパターンを生成するために、フーリエ変換を得るための手段を含む、装置。
18. 超音波イメージングシステムであって、以下：
    プロセッサ；
    超音波イメージングデータを格納するためのメモリーであって、少なくとも過渡現象によって引き起こされるリングダウンアーティファクト成分および血液成分を含む戻り信号を含む、メモリー；
    該イメージングデータを表示するために該プロセッサと接続されたディスプレイスクリーン；
    該戻り信号における遷移領域から血液領域への移行を示す遷移点を同定するために該戻り信号を検査するためのコードであって、該遷移領域が、該リングダウンアーティファクト成分を含み、血液成分を含まない第１の領域（Ｉ）、および該血液成分と組み合わされたリングダウンアーティファクト成分を含む第２の領域（Ｒ）を含む、コード；
    該遷移領域における該リングダウンアーティファクト成分を示すリングダウンパターンを決定するためのコード；および
    該リングダウンパターンに基づいて該集められた戻り信号から少なくともいくらかのリングダウンアーティファクト成分をフィルタリングするためのコード、
    を含む、システム。
19. 請求項１８に記載のシステムであって、さらに、超音波信号を生成し、そして前記戻り信号を集めるための超音波要素を有するカテーテルを含む、システム。

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